JP2005285746A - 走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電子線式顕微鏡を用いた半導体欠陥自動レビューにおける自動焦点合わせに要する時間を短縮することができ、試料を観察するスループットを向上させる。
【解決手段】
走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する方法において、走査型電子顕微鏡で試料を低倍率で撮像して画像を取得し、前記低倍率で取得した画像から前記試料を高倍率で撮像する領域を特定し、前記走査型電子顕微鏡で試料を高倍率で撮像して合焦位置を求め、前記走査型電子顕微鏡の焦点を該求めた合焦位置に設定し、焦点位置を合焦位置に設定した状態で前記特定した領域の高倍率の画像を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体電子回路基板や液晶表示基板等の表面に生じた欠陥をレビューするための走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法及びその装置に関する。

半導体電子回路基板上に生じた欠陥の仔細な把握を目的として、光学式検査装置、ないしは電子線式検査装置によって検出した欠陥位置の画像を、電子線式顕微鏡により解像度高く再検出する自動欠陥レビュー（ADR：Automatｉc Defect Revｉew）が行われている。自動欠陥レビューは、検査装置が出力する多数の欠陥の画像を自動的、かつ高速に収集することが求められる。

自動欠陥レビューに関する従来技術として、例えば、特開２００２−１２４５５５号公報及び特開２００３−９８１１４号公報に記載されているものがある。

特開２００２−１２４５５５号公報 特開２００３−９８１１４号公報

かかる電子線式顕微鏡による自動欠陥レビューにおいては、処理時間の多くを自動焦点合わせに費やしており、自動焦点合わせに要する時間の短縮化が強く望まれている。

図８に自動欠陥レビュー時の画像撮像シーケンスの一例を示す。

８０は欠陥位置データである。レビューに先立って、光学式、ないしは電子線式検査装置によって検出した各欠陥のウエーハ上での座標位置を欠陥位置データ８０として、レビュー用電子線式顕微鏡に入力する。

次いで、各欠陥の画像を撮像するに先立って、フォーカスマップ作成処理８１を行う。フォーカスマップとは、ウエーハ表面のそりや表面の帯電などによって生じる合焦位置のウエーハ面内分布を推定したものである。通常、ウエーハ上に指定した複数の点（数点〜１0点程度。欠陥とは限らない）において、合焦位置を手動調整によって求めた上で、合焦位置の測定結果を良く近似する曲面を推定する。事前に合焦位置を概略推定しておくことで、各欠陥位置での合焦位置探索範囲を狭くすることができ、結果、焦点合わせに要する時間を短縮できる。従って、自動焦点合わせ時間の短縮化においては、フォーカスマップによる合焦位置の推定精度向上が重要である。

フォーカスマップを求めた後、各検出対象位置にステージを移動し（８２）、画像検出を行う。画像検出においては、低倍率、高倍率の２通りの倍率で画像を撮像し、更に、各倍率において欠陥、参照の２箇所で画像を撮像する。すなわち、４種類（低倍参照、低倍欠陥、高倍参照、高倍欠陥）の画像を検出する。

低倍率、高倍率の２通りの倍率で撮像する理由は次の通りである。検査装置で検出する欠陥の位置データは場合により20μm程度ばらつくことがある。この様な場合、欠陥を視野内に捕捉するためには、広視野（低倍率）で画像を検出する必要がある。一方、広視野（低倍率）の画像は、レビュー用途としては解像度不足である場合が多い。そこで、高倍率の画像を取得して欠陥を詳細に観察するためには，まず、観察したい欠陥の位置情報が上記のようにばらついていても容易に視野内に入れることができるように，検査装置の位置情報に基づいて十分広視野の低倍画像で欠陥を撮像し、低倍画像視野内に欠陥を捕捉した上で欠陥位置を特定し、欠陥位置近傍を高倍率で撮像するという２段階の撮像を行なわなければならない。

また、欠陥画像と参照画像との２通りの画像を撮像する理由は次の通りである。欠陥画像に加えて、隣接するチップの同一個所の画像を参照画像として検出することにより、ユーザは、欠陥画像と参照画像を比較観察して欠陥部の理解に役立てたることができる。また、自動欠陥分類（ADC：Automatｉc Defect Classｉfｉcatｉon）に用いることもできる。

図８の説明に戻る。ステージを移動しながら、以上述べた４種類の画像の撮像を逐次実行する。すなわち、参照位置にステージを移動し（８２）、低倍参照画像を撮像する（８３）。次に、ステージを移動し（８４）、低倍欠陥画像を撮像する。次に、低倍参照画像と低倍欠陥画像に基づいて、低倍画像中の欠陥位置を特定（８６）し、特定した欠陥位置の周辺を高倍率で撮像する（８７）。次にステージを移動し（８８）、参照高倍画像を撮像する（８９）。

さて、上記４通りの画像を撮像する際、毎回自動焦点合わせを行う必要がある。以下に、自動焦点合わせ処理の内容を８３１、８３２、８３３を用いて説明する。

各点の自動焦点合わせにおいては、初めに、事前に求めたフォーカスマップ（８１）を用いて検出対象位置における合焦位置の推定値Z_estを求める（８３１）。次に、推定値Z_estの前後に焦点位置を変えながら、焦点位置の異なる画像を撮像する（８３２）。すなわち、Z_１<Z₂<Z₃<・・・<Z_est・・・<Z_n−2<Z_n−１<Z_nとして、焦点位置をZ_１、Z₂、Z₃、・・・と変えながら、画像を逐次撮像する。次に、撮像した画像から焦点測度を算出する。焦点測度とは、焦点の合い具合を定量化した指標であり、色々な定義が知られている。通常、合焦状態に近いほど焦点測度の値が大きくなるように定義される。例えば、微分オペレータの出力の絶対値の強度を画像全体で積分した量、などが知られている。８３３は焦点位置を変えながら撮像した画像に対して求めた合焦測度をプロットした結果を示している。８３３において、合焦測度が最大となる位置を合焦位置とすることができる。

以上述べた、画像撮像に際して自動焦点合わせに要する時間は、焦点位置の異なる画像の撮像枚数に比例する。あるいは、画像の検出領域の面積にも比例する。従って、自動焦点合わせ時間の短縮化においては、撮像画像枚数の低減と、検出領域の狭領域化が重要である。

本発明の目的は、電子線式顕微鏡を用いた半導体欠陥自動レビューにおける自動焦点合わせに要する時間を短縮することができ、試料を観察するスループットを向上させることが可能な、走査型電子顕微鏡を用いた試料を観察する方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、走査型電子顕微鏡を用いた試料観察装置を、走査型電子顕微鏡で試料を撮像して画像を取得する画像取得手段と、画像取得手段で取得した画像から観察領域を設定する観察領域設定手段と、観察領域設定手段で設定した観察領域の合焦位置を求める合焦位置算出手段と、走査型電子顕微鏡の焦点を合焦位置算出手段で求めた合焦位置に設定する焦点位置設定手段とを備え、走査型電子顕微鏡の焦点を焦点位置設定手段で合焦位置に設定した状態で画像取得手段で試料の高倍率画像を取得するように構成した。

また、上記目的を達成するために本発明では、 走査型電子顕微鏡を用いて試料観察装置を、試料の表面に収束させた電子線を照射して走査する電子線照射手段と、電子線照射手段により電子線を照射して走査された試料から発生する２次電子を検出して表面の電子線画像を検出する画像取得手段と、試料上の複数の箇所において電子線照射手段の焦点位置を計測して試料の面内の合焦位置の分布を求める合焦位置分布算出手段と、合焦位置分布算出手段で求めた試料面内の合焦位置の分布の情報に基づいて試料上の所望の観察位置における合焦位置を推定する合焦位置推定手段と、試料上の所望の観察位置において電子線照射手段の焦点位置を変化させながら合焦位置推定手段で推定した合焦位置を含む焦点位置の異なる複数の画像を画像取得手段を用いて取得して所望の観察位置の合焦位置を求める合焦点位置算出手段と、合焦点位置算出手段で求めた所望の観察位置の合焦位置情報に基づいて試料の面内の合焦位置の分布を修正する合焦位置分布情報修正手段と、走査型電子顕微鏡の前記所望の観察位置における焦点位置を合焦位置分布情報修正手段で修正して求めた合焦位置に合わせた状態で画像取得手段を用いて試料の画像を取得する制御手段とを備えて構成した。

本発明により、電子線式顕微鏡を用いた半導体欠陥自動レビューにおける自動焦点合わせに要する時間を短縮することができ、試料を観察するスループットを向上させることが可能となる。

まず図１７を用いて、ウェハの製造ラインでの各装置とその接続構成の一具体例について説明する。なお、同図において、１７０１はデータ管理サーバ、１７０2は半導体の製造装置、１７０3は検査装置、１７０4はレビュー装置、１７０5は解析装置、１７０6はレビュー・解析装置、１７０7はネットワークである。

同図において、製造ラインは、半導体ウェハの製造装置１７０2や検査装置１７０3、レビュー装置１７０4、解析装置１７０5、レビュー・解析装置１７０6がデータ管理サーバ１７０１とネットワーク１７０7によって相互に接続された構成をなしている。

製造装置１７０2は露光装置やエッチング装置などの半導体ウェハの製造に用いられる。検査装置１７０3は、欠陥位置を検査するものであって、例えば、暗視野光学系を用いて半導体ウェハ上に光のビームスポットをスキャンさせ、その乱反射の度合いから欠陥位置を特定したり、明視野光学系を用いて2つのチップからそこに形成されているパタンの画像を取得し、これら画像を比較してこれら画像間で相違する部分を欠陥とし、その欠陥位置を検出する。レビュー装置１７０4は、検査装置１７０3の検査情報に基づいて欠陥を観察するものであって、半導体ウェハを搭載したステージを移動させ、検査装置１７０3から出力される欠陥位置情報に基づいてこの半導体ウェハ上の対象とする欠陥への位置決めをし、欠陥の観察を行う。観察方式として、例えば、ＳＥＭが用いられる。

解析装置１７０5は、例えばＥＤＸやオージェ電子分光法を用いて元素分析を行うものである。オージェ電子分光法は、電子線を対象に照射したときに対象から放出されるオージェ電子を検出し、解析する方法であり、一般によく知られた方法である。レビュー・解析装置１７０6は、欠陥の観察と元素分析とを行うことができるようにした装置である。

なお、これらの検査、観察、分析のための各装置は、必ずしも分離している必要はなく、例えば、検査とレビューとを同一装置内で行えるようにするなど、組み合わせるようにしてもよい。

データ管理サーバ１７０１は、これらの検査装置１７０3、レビュー装置１７０4、解析装置１７０5、レビュー・解析装置１７０6で得られたデータを管理するものであり、レビュー装置１７０4や解析装置１７０5は、データ管理サーバ１７０１を介して検査装置１７０3から出力された欠陥位置座標などの情報を取得することができる。

ここでは接続の一例を示したが、装置間でデータの相互利用が可能であればそのような接続構成であってもよい。

図１８に、本発明における欠陥レビュー装置１７０４の概略の構成を示す。１８８０は電子線式顕微鏡で、筐体１８８１の内部で少なくとも平面内で移動可能なテーブル１８８２上に載置した検査対象である半導体基板１８８３に対して、欠陥検査装置で検出した欠陥の位置座標情報に基づいて、電子線源１８８４から発射された電子線１８８５を偏向器１８８６で偏向させることにより走査して照射する。このとき、電子線１８８５のフォーカスは、電子レンズ１８８７によって調整される。

電子線１８８５が走査して照射された半導体基板１８８３からは二次電子１８８８が発生する。この２次電子１８８８を、検出器１８８９で偏向器１８８６による偏向の信号と同期させて検出する。検出した二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１８９０によりデジタル画像信号に変換され、欠陥の画像信号として処理手段１８９１に入力される。処理手段１８９１は、入力された欠陥のデジタル画像信号をソフトウエア処理により解析し、自動分類する。処理結果や検出画像は、表示手段１８９２の画面上に表示されたり、記憶装置１８９３（図１７のデータ管理サーバ１７０１に相当）に記憶されたりする。そして、テーブル１８８２、偏向器１８８６、電子レンズ１８８７、処理手段１８９１等は、全体制御部１８９３により制御される。

次に，図１に本発明における自動欠陥レビュー時の画像撮像シーケンスを示す。

１０は欠陥位置データである。レビューに先立って、光学式、ないしは電子線式検査装置によって検出した各欠陥のウエーハ上での座標位置を欠陥位置データ１０として、レビュー用電子線式顕微鏡に入力する。

次いで、各欠陥の画像を撮像するに先立って、フォーカスマップ作成処理１１を行う。ウエーハ上に指定した複数の点（数点〜１０点程度。欠陥とは限らない）において、合焦位置を手動調整によって求めた上で、合焦位置の測定結果を良く近似する曲面を推定する。数学的には例えば次のように定式化することができる。フォーカスマップ作成用の点を（X_ｉ、Y_ｉ）（ｉ＝１、、Ｎ）、各点における合焦位置をＨｉとする。次に、合焦位置の面内分布として、例えば、（数１）の２次関数モデルを仮定すれば、最小２乗法により、（数２）の２乗誤差が最小になるようなパラメータa、b、cを決定することができる。

図１の説明に戻る。フォーカスマップを求めた後、各検出対象位置にステージを移動し（１２）、低倍画像を検出する（１３）。ここで、低倍画像を撮像する際、全検出対象位置に対して、逐一自動焦点合わせを実施する必要はないことに着目する。実際、検出対象位置の近傍に自動焦点合わせ済みの点が存在するならば、測定済みの点における合焦位置の測定結果を流用することができる。

そこで、検出対象位置に関し、自動焦点合わせが必要か否かを判定する（１３１）。

図２を用いて自動焦点合わせ要否判定について説明する。前提となるのは、水平方向に近い位置にある検出点は、合焦位置も近くなる、という事実である。

検出対象位置へステージを移動し（ステップ２２）、自動焦点合わせ前に、近傍に合焦位置測定済みの点があるか判定する。例えば以下のように判定する。
合焦位置測定済みの点（ｘｉ、ｙｉ）（ｉ＝１、、、Ｎ）における合焦位置をＨｉとする。また、Ｔｈｘ、Ｔｈｙはユーザが与えた距離に関するしきい値とする。この時、今回測定位置（ｘ、ｙ）について|ｘ−ｘｉ|<Ｔｈｘ、かつ|ｙ−ｙｉ|<Ｔｈｙ、を満足する合焦位置測定済みの点（ｘｉ、ｙｉ）が存在すれば、点（ｘｉ、ｙｉ）における合焦位置Ｈｉを今回測定位置（ｘ、ｙ）における合焦位置とする。近傍に測定済みの点が複数存在する場合は、各点の合焦位置Ｈｉの平均値を用いてもよいし、あるいは今回測定位置（ｘ、ｙ）に最も近い近傍店の合焦位置を用いても良い。

近傍に合焦位置測定済みの点が存在しない場合、焦点合わせを実行する。すなわち、焦点合わせ用の画像を検出（２４）、合焦位置を特定（２５）、合焦位置測定済みの点として、位置情報と合焦位置を登録する（２６）。一方、近傍に合焦位置測定済みの点が存在する場合、測定済みの点における合焦位置を今回撮像位置における合焦位置として流用する。

図１の説明に戻る。自動焦点合わせ要否判定１３１において、焦点合わせが必要と判定した場合、焦点合わせを実行する。フォーカスマップによって、今回検出位置における合焦位置を推定する（１３２）。推定値をZ_estとする。次に、推定値Z_estの前後に焦点位置を変えながら、焦点位置の異なる画像を撮像する（１３３）。すなわち、Z_１<Z₂<Z₃<・・・<Z_est・・・<Z_n−2<Z_n−１<Z_nとして、焦点位置をZ_１、Z₂、Z₃、・・・と変えながら、画像を逐次撮像する。次に、撮像した画像から焦点測度を算出し、焦点測度に基づき合焦位置を推定する（１３４）。

以下、図５、図９を用いて合焦位置の推定方法について説明する。推定方法のポイントは、特性の異なる複数の焦点測度を併用することにより、単独の焦点測度を用いる場合よりも、少数の検出画像から合焦位置を推定する点にある。

準備として、図９を用いて、合焦位置を推定するために必要な画像のサンプリング間隔と焦点測度の広がりとの関係について述べる。一般に知られている合焦位置推定方法においては、焦点位置の異なる画像から得られた焦点測度データ９１をガウス関数や２次関数のなどの関数モデルで近似し（９２）、近似関数のピーク位置を合焦位置９３とする。焦点測度を関数モデルで良く近似し、合焦位置を精度良く推定するためには、焦点測度のサンプリング間隔９４を焦点測度の広がり９５に対し、相対的に十分密にする必要がある。

ところで、焦点測度関数の広がりは検出画像の周波数成分に依存して変化する。具体的には、周波数成分が高いパターンの方が焦点測度関数の幅が狭く、周波数成分が低いパターンの方が焦点測度関数の幅が広くなる傾向にある。従って、周波数成分が高いパターンの方がサンプリング間隔を密にして、多数の画像を撮像する必要がある。また、焦点測度関数の広がりは、焦点測度算出に用いる周波数特性に依存して変化することを図５に戻って説明する。例えば、焦点測度として、微分オペレータ出力の絶対値の画面内での総和を想定しよう（特にこの限りではない）。この時、検出画像５１から直接算出（５２）して得られた焦点測度５３の広がり５４に対し、検出画像５１をダウンサンプリング（５５）した画像（５６）から算出（５７）して得られた焦点測度５８の広がり５９は、広い。

以上を踏まえて、図５により、本発明による焦点位置算出方法について説明する。検出画像５１から焦点測度５４を算出する。一方、検出画像５１をダウンサンプリングして作成した画像５６から焦点測度５８を算出する。前述したように、焦点測度５４は焦点測度５８より広がりが狭い。次に、合焦位置算出にあたり、最適な焦点測度を選択する（５１０）。

図１０を用いて最適な焦点測度の選択方法を示す。ここで、最適な焦点測度とは何か、考察しておく。焦点測度に対して、サンプリング点が、焦点測度の形状を良く捉えられるように配置されており、図９で説明した焦点測度の関数近似を精度良く行うことができ、結果として、合焦位置を精度良く推定できる場合、その焦点測度の利用は妥当であると言える。従って、いかに、サンプリング点が焦点測度全体の形状を捉えているか、という観点から焦点測度の最適性を判定する必要がある。図１０に示した方法においては、焦点測度関数の峰部をより多くの点でサンプリングしているほど、形状を良く近似できる、という考えに基づき、焦点測度関数の峰部に含まれる点数が最大になる焦点測度を選択する。

まず、１０１において各焦点測度において、裾野の点を除外した、峰に属する点数を求める。焦点測度の最小値（１０２）をＭｉｎ、最大値（１０３）をＭａｘ、αを適当な定数（例えば、0.１）、しきい値（１０４）thをth＝ Ｍｉｎ+α*（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）とすれば、
ｉf （焦点測度 <th） then 裾野の点
上記以外・・・峰の点
とする。ここで、峰に属する点数をＮとする。次に、１０５において、峰に属する点数Ｎが最大となる焦点測度を、最適な焦点測度として選択する。

図５の説明に戻る。図１０を用いて説明したように選択した最適な焦点測度を用いて合焦位置を推定する（５１１）。

図１の説明に戻る。これまでに、低倍参照画像撮像１３までの処理に関し、説明した。次にステージを移動し（１４）、同様に低倍欠陥画像を撮像する（１５）。次に、低倍画像中から、欠陥位置及び、焦点合わせ用部分領域を特定する（１６）。焦点合わせ用部分領域を設定する目的は、合焦位置算出のための検出領域を必要最小限に抑えることにより、焦点合わせ時間を短縮することにある。焦点合わせ用の検出領域は高倍画像の検出領域と同じである必要はなく、より狭い領域に限定可能だが、一方で、焦点合わせ用の領域を狭くしすぎると（極端な場合、１ライン）焦点測度の算出結果が不安定になる。検出領域の面積は、検出対象に応じて適切な大きさに設定する必要がある。

図３を用いて、焦点合わせ用部分領域の特定方法について述べる。図３は、図１に示したシーケンスのうち、１３〜１７を詳細に示すものである。はじめに、低倍欠陥画像３１、低倍参照画像３２を検出する。次に、高倍で撮像するズーム領域３５を設定し、焦点合わせ用部分領域３４を設定する（３３）。

ズーム領域３５は典型的には次のように求める。すなわち、低倍欠陥画像３１、低倍参照画像３２の差画像を作成し、これを２値化、欠陥部を顕在化した上で、２値化領域の重心を欠陥の中心位置として求める。次いで、欠陥の中心が視野の中心となるように、高倍画像によるズーム領域３５を設定する。

また、焦点合わせ用部分領域３４は、例えば図１１に示した方法を用いて求める。すなわち、高倍画像によるズーム領域１１０１内の点であってエッジ強度がしきい値以上の領域を求める（１１０２）。エッジ強度の算出は，微分フィルタを画像に適用することにより求めることができる。本手法は，画像処理の分野では一般的な手法である。次に、エッジ強度大の画素数を一定以上含むような領域１１０３を焦点合わせ用部分領域として設定する。焦点合わせ用部分領域の設定方法は、特殊な方法を利用する必要はなく、例えば、ズーム領域内のある行（仮にS行目とする）から１ラインごとに画素数の総和が一定量を超えるまで（仮にＥ行目とする）エッジ強度大の画素数を積算する。Ｓ行目からＥ行目までを焦点合わせ用の部分領域とすることができる。

次に、焦点合わせ用領域のみを焦点位置を変えながら、繰り返し撮像する（３６）。次に合焦位置を算出し（３７）、焦点位置をこの算出した合焦位置に合わせて高倍画像を撮像する（３８）。

ここで，焦点合わせ用部分領域３４は，ズーム領域の近傍であれば必ずしもズーム領域内でなくても構わない。また，必ずしも欠陥領域を含んでいなくても構わない。これは，半導体ウェハの高さが電子顕微鏡で観察を行う視野サイズである数十μm以内の範囲において急峻に変化することはなく，ズーム領域の中心とズーム領域近傍における高さ方向の位置の相違は微小であると見なせるからである。例えば低倍画像の視野範囲内であればどの領域で合焦位置を算出しても，ズーム領域の中心における合焦位置と同一と見なすことができる。そのため，例えば，図１２に示すように，低倍画像の領域内から輝度エッジの強い領域を含む任意の場所を焦点合わせ用部分領域３４として設定してもよい。

また，エッジ強度大領域の位置，形状等により，焦点合わせ用部分領域３４の形状や，あるいは電子線の走査方向を変更して画像を取得するようにしてもよい。例えば，図１３に示すように，エッジ強度大領域の大きさが小さいときには，焦点合わせ用部分領域の大きさを水平方向・垂直方向共に小さくし，合焦位置の算出に用いる画像サイズを小さくして合焦位置の算出に用いるようにしてもよい。あるいは，図１４に示すように，エッジ強度大領域を跨ぐように電子線の走査方向を回転し，１ライン以上電子線を走査して画像を取得し，合焦位置の算出に用いるようにしてもよい。ここでは，水平方向・垂直方向のサイズに関わらず，明るさデータの集まりを「画像」と記述している。また，焦点合わせ用部分領域３４は１つでなくてもよく，複数であっても構わない。また，複数の場合，それぞれの焦点合わせ用部分領域の形状，大きさは同一である必要はない。

ただし，焦点合わせ用部分領域の設定において，電子ビームの走査位置の移動，走査幅の変更に伴う制御誤差により，設定した領域と実際に画像を取得する領域は，厳密には一致しない場合がある。そのような誤差が発生した場合においても，焦点合わせ用部分領域に前記エッジ強度大領域が確実に入るよう，前記誤差を考慮して焦点合わせ用部分領域を広くする必要がある。

また，エッジ算出などの前処理を行って焦点合わせ用部分領域を算出する代わりに，設計データから配線やホールなどのパタンが含まれる領域の位置情報を取得し，該領域を含むように焦点合わせ用部分領域を設定するようにしてもよい。設計データは，フロッピディスクや光磁気ディスクなど，可搬媒体を用いて電子顕微鏡に与えてもよく，設計データを収めたデータベースと電子顕微鏡をネットワーク接続し，該ネットワークを介して電子顕微鏡に与えてもよい。

焦点合わせ用部分領域の設定方法は上記に限るものではなく，少なくとも画像を撮像する領域よりも面積が小さく，かつ，撮像領域の位置ずれが発生しても十分焦点合わせ用部分領域内にエッジ強度大領域が含まれるよう設定されればよい。

背景にパタンがない場合の焦点合わせ用部分領域を用いた画像撮像フローを図４に示す。処理手順は図３に示したフローと同一である。しかし，背景にパタンがないことから，焦点合わせ用部分領域として用いることが可能な領域は欠陥領域を含むことになる。

図１の１３〜１７で示される手順の他の実施例を、図１５に示す。図１と同一の処理には同一の番号を付与している。

まず低倍欠陥画像３１と低倍参照画像３２を取得する。次に，前記低倍欠陥画像３１と低倍参照画像３２を用いて，１５０１にてズーム領域の設定を行う。ズーム領域設定方法の実施例は前述の通りである。一方，１５０１の処理と並行して，低倍欠陥画像３１を用いて１５０２にて焦点合わせ用部分領域の設定を行う。１５０２の処理を実行する段階ではズーム領域が設定されていないため，焦点合わせ用部分領域３４は，ズーム領域を考慮せず，前述した手法にて焦点合わせ実行に好適な領域に設定すればよい。次に３６にて焦点合わせ用部分領域３４のみを焦点位置を変えながら繰り返し撮像する。次に３７にて，該領域における合焦位置を算出する。そして，３８において，１５０１にて算出されたズーム領域において，３７において算出した合焦位置を用いて高倍画像を撮像する。

図３，図４にて説明した実施例は１５０１と１５０２を処理３３にて連続して行っていたが，本実施例では並列に実行することが異なる点である。このように，並列に実行することによって，低倍画像の取得から，焦点の合った高倍画像取得までの時間を短縮することができる。合焦位置算出に要する時間がズーム領域設定に要する時間以下であれば，ズーム領域設定後，自動焦点合わせのための時間を待つことなく，画像取得に要する時間のみで焦点の合った高倍画像を得ることができる。画像取得に要する時間とは，１スキャンに要する時間を40ms，8回程度の加算平均を行って画像を取得すると仮定すると，40ms×8＝320ms程度となる。あるいは，１スキャンに要する時間を半分と設定すると，１60ms程度となる。すなわち，ズーム領域設定後，320ms以内に高倍画像を取得することができる。これは，例えば，低倍欠陥画像において，検出した欠陥位置を表示したり，ズーム領域を描画した後，長くとも320ms以内に焦点の合った高倍画像を取得することができることを意味する。

また，図１の１３〜１７で示される手順の他の実施例を図１６に示す。同一の処理には同一の番号を付与している。図１５に示した実施例と異なり，低倍欠陥画像３１を用いた焦点合わせ用部分領域の設定の前に，１６０１で示した，好適な焦点合せ用部分領域があるか否かの判定を行う。該判定は，例えば，あるしきい値以上のエッジ強度を持つ領域が存在しない場合，あるいは該領域の面積があらかじめ設定したあるしきい値以下の場合に「好適な焦点合せ用部分領域がない」，そうでない場合に，「好適な焦点合せ用部分領域がある」とすることで行うことが可能である。好適な焦点合せ用部分領域がある場合は図１５に示した実施例と同様の処理となる。

一方，好適な焦点合せ用部分領域がない場合は，処理１６０２にてズーム領域を部分領域として設定する。この場合，ズーム領域設定処理終了後に合焦位置算出処理を実行することになる。該処理が行われる場合，時間的な短縮効果はないが，ズーム領域に欠陥部が含まれているため，高倍画像において欠陥部の輪郭部分，あるいは欠陥部のテクスチャによりエッジ強度大領域が得られる可能性が高くなる。そのため，合焦位置算出の信頼性を向上させることができる。このように，好適な焦点合せ用部分の有無により，時間的優位性のある処理と時間的優位性はないが信頼性の高い処理を組み合わせることによって，半導体欠陥自動レビューにおける高速性と信頼性を両立させることができる。

再び、図１の説明に戻る。同様に、ステージを移動し（１８）、高倍参照画像を撮像する。次の欠陥検出を行う前に、これまでに検出した欠陥位置における合焦位置測定結果をフォーカスマップに反映し、フォーカスマップを更新（１１０）、フォーカスマップによる合焦位置推定精度を向上させる。

図６を用いてフォーカスマップの更新方法について説明する。図６はフォーカスマップの更新方法を見通しよく説明するために、図１に示したシーケンスを、フォーカスマップ更新に関する部分を特にクローズアップして書き直したものである。フォーカスマップ作成用の点（X_ｉ、Y_ｉ）（ｉ＝１、、Ｎ）における合焦位置を測定し、Ｈｉとする（６１）。次に合焦位置の面内分布を良く近似するようなモデルを仮定し、合焦位置測定結果からフォーカスマップを算出する（６２）。例えば、（数１）の２次関数モデルを仮定すれば、最小２乗法により、（数２）の２乗誤差が最小になるようなパラメータa、b、cを決定することができる。

次に、検出対象欠陥位置（仮にP_１とする）にステージを移動して（６３）、合焦位置（仮にH_１とする）を特定する（６４）。次に低倍参照、低倍欠陥等各種の画像を撮像する（６５）。次に、検出対象欠陥位置P_１を加えてフォーカスマップを更新する。すなわち、上の例にあてはめれば、検出対象欠陥位置P_１のデータを加えて、最小２乗法によってパラメータa、b、cを再算出する。

以上のステップを焦点合わせを実行する度に繰り返し実行すれば、フォーカスマップによる合焦位置推定精度をレビュー実行中に改善してゆくことができる。

フォーカスマップを作成する際の合焦位置は，前記説明したような自動焦点合わせ手法を用いて求めてもよい。

また，フォーカスマップは，レーザ距離計などを用いてリアルタイムにウエーハの高さを測定し，該ウエーハ高さの測定データと，手動あるいは自動的に取得した合焦位置との差分値を用いて作成してもよい。その場合，ウエーハ上の任意の位置において，前記リアルタイムにウエーハ高さを測定する手段により得られた高さ測定データに，前記フォーカスマップにより推定した高さ情報を補正量として足し合わせ，最終的な合焦位置を推定することになる。

また，合焦位置の推定においてフォーカスマップを用いる事例について述べたが，表面のそりや表面の帯電の影響が少ないウエーハにおいては，必ずしもフォーカスマップを取得する必要はなく，図２に示したフローにおいて，ステップ２１を除いた手順で画像を撮像するようにしてもよい。

また，このとき，前記リアルタイムにウエーハ高さを測定する手段を併用し，表面のそりの影響をキャンセルする処理を加えてもよい。

本実施例では，合焦位置を推定した後に自動焦点合わせを実施し画像を取得する場合について述べたが，いくつかの画像においては，自動焦点合わせを実施せずに，推定した合焦位置を用いて画像を取得するようにしてもよい。一般に電子線式顕微鏡においては，倍率が高いほど焦点深度は小さくなる。そこで，例えば，図１のステップ１３，１５の低倍画像取得時には自動焦点合わせを実施せずに推定した合焦位置を用いて画像を取得し，ステップ１７，１８の高倍画像取得時にのみ自動焦点合わせを実施するようにしてもよい。

図７は、本発明におけるユーザインタフェースの一例を示す。７１は自動焦点合わせに関するパラメータ調整並びに動作確認画面である。同画面には、低倍画像７２を用いて欠陥近傍に設定した領域に限定してオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）を実行中の高倍画像７３が表示される。このＡＦを実行中の高倍画像７３により、ユーザは自動焦点合わせに用いる領域が正しく設定されているかを確認することができる。７４はパラメータ設定画面である。「ＡＦ撮像領域」は、自動焦点におけるパラメータ（図ではAFと表示）として、自動焦点に利用する撮像領域を全面とするか、部分とするかを指定可能とする。また、「近傍点ＡＦ結果流用」ＡＦ実行必要有無を判定する際に、Ｘ方向及びＹ方向にどの程度近傍の点におけるＡＦ結果までなら流用するかを指定可能とする。７５は高倍画像撮像時の焦点合わせを完了した後に撮像した高倍画像７７とそのときの設定パラメータが表示される。

本発明の実施の形態におけるレビューのシーケンスを示すフロー図である。 自動焦点合わせの要否判定の手順を説明するフロー図である。 焦点合わせ用部分領域を設定する処理の流れを説明するフロー図である。 焦点合わせ用部分領域を設定する処理の流れを説明するフロー図である。 複数の焦点測度を併用して焦点合わせを行う処理の流れを説明するフロー図である。 フォーカスマップの逐次更新方法の処理の流れを説明するフロー図である。 ユーザインタフェースとパラメータ設定画面を説明する画面の正面図である。 従来の技術によるレビューのシーケンスを示すフロー図である。 焦点測度と焦点位置との関係を説明するグラフである。 焦点測度と焦点位置との関係を説明するグラフである。 焦点合わせ用部分領域の設定方法を説明する試料の平面図である。 焦点合わせ用部分領域の設定方法を説明する試料の平面図である。 焦点合わせ用部分領域の設定方法を説明する試料の平面図である。 焦点合わせ用部分領域の設定方法を説明する試料の平面図である。 焦点合わせ用部分領域を設定する処理の流れを説明するフロー図である。 焦点合わせ用部分領域を設定する処理の流れを説明するフロー図である。 ウェハの製造ラインでの各装置とその接続構成の一具体例について説明するウェハの製造ラインのブロック図である。 欠陥レビュー装置の概略の構成を示す正面図である。

符号の説明

３１・・・低倍欠陥画像 ３２・・・低倍参照画像 ４１・・・低倍欠陥画像
５１・・・検出画像 ５６・・・ダウンサンプリング画像 ７１・・・パラメータ調整及び動作確認画面 ７５・・・ＡＦ完了後の高倍画像と設定パラメータを表示する画面

Claims (13)

1. 走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する方法であって、
   走査型電子顕微鏡で試料を低倍率で撮像して画像を取得し、
   前記低倍率で取得した画像から前記試料を高倍率で撮像する領域を特定し、
   前記走査型電子顕微鏡で前記試料を高倍率で撮像して合焦位置を求め、
   前記走査型電子顕微鏡の焦点を該求めた合焦位置に設定し、
   該焦点位置を合焦位置に設定した状態で前記特定した領域の高倍率の画像を取得する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
2. 前記高倍率で撮像して合焦位置を求めるステップにおいて、前記低倍率で検出した画像の中でコントラストの高い領域を前記高倍率で撮像する領域として選定することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
3. 前記試料を高倍率で撮像して合焦位置を求めるステップにおいて、前記高倍率で撮像する領域の近傍において合焦位置を算出済みの既検出箇所が存在するか判定し、前記合焦位置を算出済みの既検出箇所が存在する場合には、該算出済みの検出箇所における合焦位置の情報に基づいて前記高倍率で撮像する領域の合焦位置を決定することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
4. 前記合焦位置を求めるステップと前記合焦位置に設定するステップとを、前記高倍率で撮像する領域を特定するステップと並列に処理することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
5. 走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する方法であって、
   走査型電子顕微鏡で試料を低倍率で撮像して画像を取得し、
   前記低倍率で取得した画像から前記試料を高倍率で撮像するときの焦点合わせ領域を特定し、
   前記走査型電子顕微鏡で前記特定した領域を撮像して合焦位置を求め、
   前記走査型電子顕微鏡の焦点を該求めた合焦位置に設定し、
   該焦点位置を合焦位置に設定した状態で前記走査型電子顕微鏡で前記試料の高倍率の画像を取得する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
6. 前記特定した焦点合わせ領域と前記高倍率の画像を取得した領域とは、前記低倍率で撮像して得た画像に含まれていることを特徴とする請求項５記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
7. 走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する方法であって、
   試料上の複数の箇所において走査型電子顕微鏡の焦点位置を計測して前記試料の面内の合焦位置の分布を求め、
   該求めた試料面内の合焦位置の分布の情報に基づいて前記試料上の所望の観察位置における合焦位置を推定し、
   該試料上の所望の観察位置において前記走査型電子顕微鏡の焦点位置を変化させながら前記推定した合焦位置を含む焦点位置の異なる複数の画像を取得し、
   該取得した焦点位置の異なる複数の画像から前記所望の観察位置の合焦位置を求め、
   該求めた所望の観察位置の合焦位置情報に基づいて前記試料の面内の合焦位置の分布を修正し、
   前記走査型電子顕微鏡の前記所望の観察位置における焦点位置を前記求めた合焦位置に合わせた状態で前記試料を観察する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
8. 前記試料の面内の合焦位置の分布を求めるステップにおいて、該合焦位置の面内の分布を、曲面で近似して求めることを特徴とする請求項７記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
9. 走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する方法であって、
   走査型電子顕微鏡で試料を低倍率で撮像して画像を取得し、
   試料の設計情報から前記試料を高倍率で撮像するときの焦点合わせ領域を特定し、
   前記走査型電子顕微鏡で前記特定した領域を撮像して合焦位置を求め、
   前記走査型電子顕微鏡の焦点を該求めた合焦位置に設定し、
   該焦点位置を合焦位置に設定した状態で前記走査型電子顕微鏡で前記試料の高倍率の画像を取得する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料の観察方法。
10. 走査型電子顕微鏡で試料を撮像して画像を取得する画像取得手段と、
    該画像取得手段で取得した画像から観察領域を設定する観察領域設定手段と、
    該観察領域設定手段で設定した前記観察領域の合焦位置を求める合焦位置算出手段と、
    前記走査型電子顕微鏡の焦点を前記合焦位置算出手段で求めた合焦位置に設定する焦点位置設定手段と、
    を備え、前記走査型電子顕微鏡の焦点を前記焦点位置設定手段で合焦位置に設定した状態で前記画像取得手段で前記試料の高倍率画像を取得することを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料観察装置。
11. 前記合焦位置算出手段と前記焦点位置設定手段とは、前記観察領域設定手段と並列に処理を行うことを特徴とする請求項１０記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料観察装置。
12. 走査型電子顕微鏡を用いて試料を観察する装置であって、
    試料の表面に収束させた電子線を照射して走査する電子線照射手段と、
    該電子線照射手段により電子線を照射して走査された試料から発生する２次電子を検出して前記表面の電子線画像を検出する画像取得手段と、
    試料上の複数の箇所において前記電子線照射手段の焦点位置を計測して前記試料の面内の合焦位置の分布を求める合焦位置分布算出手段と、
    該合焦位置分布算出手段で求めた試料面内の合焦位置の分布の情報に基づいて前記試料上の所望の観察位置における合焦位置を推定する合焦位置推定手段と、
    前記試料上の所望の観察位置において前記電子線照射手段の焦点位置を変化させながら前記合焦位置推定手段で推定した合焦位置を含む焦点位置の異なる複数の画像を前記画像取得手段を用いて取得して前記所望の観察位置の合焦位置を求める合焦点位置算出手段と、
    該合焦点位置算出手段で求めた所望の観察位置の合焦位置情報に基づいて前記試料の面内の合焦位置の分布を修正する合焦位置分布情報修正手段と、
    前記走査型電子顕微鏡の前記所望の観察位置における焦点位置を前記合焦位置分布情報修正手段で修正して求めた合焦位置に合わせた状態で前記画像取得手段を用いて前記試料の画像を取得する制御手段と
    を備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡を用いた試料観察装置。
13. 前記合焦位置分布算出手段は、前記試料の面内の合焦位置の分布を、曲面で近似して求めることを特徴とする請求項１２記載の走査型電子顕微鏡を用いた試料観察装置。
    

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