JP2956755B2 - 微細パターン検査装置 - Google Patents

微細パターン検査装置

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JP2956755B2 JP9052728A JP5272897A JP2956755B2 JP 2956755 B2 JP2956755 B2 JP 2956755B2 JP 9052728 A JP9052728 A JP 9052728A JP 5272897 A JP5272897 A JP 5272897A JP 2956755 B2 JP2956755 B2 JP 2956755B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、同形状のメモリセ
ルがアレイ状に形成されたＤＲＡＭなどの半導体メモリ
のウエハやこれの製造の際に用いるマスク等における微
細パターンを検査するための微細パターン検査装置に関
し、特に、その構成の簡素化や処理速度の改善に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、微細パターン検査装置は、例え
ば、特開昭６１−２００４１５号公報にて開示されてい
る。図７は、この装置と同様の構成の従来の微細パター
ン検査装置を示すブロック図である。図７において、こ
の検査装置は、制御演算装置７１０と、画像信号を発生
させるためのビーム照射器７２０と、画像検出器７３０
と、画像メモリ７４１と、画像演算器７４２と、補助画
像メモリ７４３と、画像表示回路７５１と、ディスプレ
イ７５２と、ステージ７６１と、ステージ制御回路７６
２とを有している。なお、補助画像メモリ７４３は、被
検査試料５００上の微細パターンが欠陥を持たない場合
の正規の検査用パターンデータをあらかじめ記憶してい
る。また、ステージ７６１はその駆動機構を有して、Ｘ
−Ｙ平面上を移動可能である。この駆動制御はステージ
制御回路７６２により行われる。
【０００３】この検査装置による微細パターンの検査
は、次のようにして実行される。ビーム照射器７２０か
ら荷電ビームとして、例えば収束電子ビームａをステー
ジ７６１上の被検査試料５００に照射する。被検査試料
５００の表面形状等の画像情報を持つ反射電子（または
二次電子）ｂを、画像検出器７３０にて検出し画像信号
に変換する。画像検出器７３０から得られた画像信号ｃ
は、画像メモリ７４１に蓄えられる。
【０００４】制御演算装置７１０は、画像演算器７４２
を通して得られる画像情報と、別途準備した補助画像メ
モリ７４３から呼び出した正規の検査用パターンデータ
とを比較することによって被検査試料５００上の欠陥を
抽出する。制御演算装置７１０は更に、欠陥の位置を、
ステージ制御回路７６２から得られるステージ位置の情
報と合わせて計算し、画像表示回路７５１を通して被検
査試料５００上の欠陥位置をディスプレイ７５２によっ
て表示する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図７に示した従来例を
も含め、従来の微細パターン検査装置には、次のような
問題点がある。まず、検査用パターンデータと被検査試
料から得られるパターンとを比較する場合に、パターン
認識による像位置の合わせ込みを行うため、合わせ込み
のための計算時間が比較的長くかかるというも問題点が
ある。
【０００６】また、パターン認識を精度良く行うために
ステージ７６１の送りを精度良くする必要があるが、こ
の結果、検査装置が大型化する傾向にあると共に、ステ
ージ７６１の移動を速くすることが比較的難しいという
問題点がある。
【０００７】更に、比較演算を行うがために、大容量の
補助画像メモリが必要になり、検査装置が大型化すると
いう問題点がある。
【０００８】そこで本発明の課題は、処理の高速化、装
置構成の簡易化、及び小型化を実現できる微細パターン
検査装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明による微細パ
ターン検査装置は、被検査試料上に繰り返して形成され
ている同形状の微細なパターン素から成る微細パターン
の画像信号からパターン素の欠陥の有無を検査する微細
パターン検査装置であり、前記被検査試料上の微細パタ
ーンの画像信号を取得する画像取得手段を含み、前記微
細パターンの画像信号を第１、第２の分割画像信号に分
け、前記第１の分割画像信号を遅延させて遅延画像信号
とした後に、明度を反転して遅延反転画像信号とし、該
遅延反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合成して
パターン素の画像信号を消去する処理を行う欠陥抽出ユ
ニットを更に備え、この処理によっても消去されない画
像信号を画像表示部により表示して欠陥像及び反転欠陥
像を検出することを特徴とする。
【００１０】なお、前記欠陥抽出ユニットは、前記第１
の分割画像信号を遅延させて前記遅延画像信号を出力す
る遅延回路と、前記遅延画像信号の明度を反転して前記
遅延反転画像信号を出力する反転回路と、該遅延反転画
像信号を前記第２の分割画像信号と合成する画像合成回
路とを含み、前記画像表示部は、前記欠陥抽出ユニット
から出力される画像信号を表示するディスプレイを含む
ことを特徴とする。
【００１１】前記欠陥抽出ユニットは更に、前記合成画
像信号についてその画像の明度の分散量を検出し、該分
散量が最小になるように前記第１の分割画像信号に対す
る遅延量を調整することで該遅延量をパターン素の整数
倍にするフィードバック制御を行う遅延時間調整回路を
有する。
【００１２】第２の発明は、被検査試料上に繰り返して
形成されている同形状の微細なパターン素から成る微細
パターンの画像信号からパターン素の欠陥の有無を検査
する微細パターン検査装置において、前記被検査試料上
の微細パターンの画像信号を取得する画像取得部を含
み、微細パターンの画像信号を第１、第２の分割画像信
号に分け、前記第１の分割画像信号を遅延させて遅延画
像信号とした後に、明度を反転して遅延反転画像信号と
し、該遅延反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合
成してパターン素の画像信号を消去する処理を行い、こ
の処理によっても消去されない画像信号が表す欠陥像及
び反転欠陥像の画像信号を形成した後、これをパターン
素に対応する像毎に絶対値化させた絶対値化欠陥反転欠
陥像信号とする一方、前記遅延画像信号を更に遅延させ
て再遅延画像信号とした後に、明度を反転して再遅延反
転画像信号とし、該再遅延反転画像信号を前記遅延画像
信号と合成してパターン素の画像信号を消去する処理を
行い、この処理によっても消去されない画像信号が表す
遅延欠陥像及び遅延反転欠陥像の画像信号を形成した
後、これをパターン素に対応する像毎に絶対値化させた
絶対値化遅延欠陥反転欠陥像信号とした後に、該絶対値
化遅延欠陥反転欠陥像信号と前記絶対値化欠陥反転欠陥
像信号に対して、パターン素に対応する像毎に最小の値
の方を選択して最小値検出画像信号を出力する処理を行
う拡張欠陥抽出ユニットを更に備え、前記最小値検出画
像信号を画像表示部に表示して欠陥像のみを検出するこ
とを特徴とする。
【００１３】なお、前記拡張欠陥抽出ユニットは、前記
第１の分割画像信号を遅延させて前記遅延画像信号を出
力する第１の遅延回路と、該遅延画像信号の明度を反転
させて前記遅延反転画像信号を出力する第１の反転回路
と、該遅延反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合
成する第１の画像合成回路と、該第１の画像合成回路の
出力として得られる第１の合成画像信号をパターン素に
対応する像毎に絶対値化する第１の絶対値化回路と、前
記遅延画像信号を更に遅延させて前記再遅延画像信号を
出力する第２の遅延回路と、該再遅延画像信号の明度を
反転させて前記再遅延反転画像信号を出力する第２の反
転回路と、該再遅延反転画像信号を前記遅延画像信号と
合成する第２の画像合成回路と、該第２の画像合成回路
の出力として得られる第２の合成画像信号をパターン素
に対応する像毎に絶対値化する第２の絶対値化回路と、
前記第１、第２の絶対値化回路の出力の内からパターン
素に対応する像毎に最小の値の方を選択して前記最小値
検出画像信号を出力する最小値検出回路とを含み、前記
画像表示部は、前記拡張欠陥抽出ユニットから出力され
る画像信号を表示するディスプレイを含むことを特徴と
する。
【００１４】前記拡張欠陥抽出ユニットは更に、前記第
１の合成画像信号についてその画像の明度の分散量を検
出し、該分散量が最小になるように前記第１及び第２の
遅延回路における遅延量を調整することで該遅延量をパ
ターン素の整数倍にするフィードバック制御を行う遅延
時間調整回路を有することが好ましい。
【００１５】上記のいずれの発明においても、前記被検
査試料上での基準点からの微細パターンの位置情報と前
記欠陥抽出ユニットあるいは拡張欠陥抽出ユニットから
の画像信号上での欠陥像あるいは反転欠陥像の位置情報
とに基づいて、被検査試料上での欠陥の位置を検出する
ことができる。
【００１６】また、前記画像取得部は、走査型電子顕微
鏡により構成することができる。
【００１７】更に、前記画像取得部は、前記被検査試料
に対してレーザビームを照射するレーザビーム照射器
と、前記被検査試料からの反射光を検出する検出器と、
前記レーザビームを走査する手段とを備えるものでも良
い。
【００１８】加えて、前記画像取得部は、前記被検査試
料に対して光を照射する光源と、前記被検査試料からの
反射光を検出する撮像器と、前記光源と前記撮像器また
は前記被検査試料の少なくとも一方を移動させて撮像領
域を走査する手段とを備えるものでもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
微細パターン検査装置を説明する。本検査装置は、同形
状のメモリセルがアレイ状に形成されたＤＲＡＭなどの
半導体メモリのウエハ等、被検査試料上に繰り返して形
成されている微細なパターン素（メモリセル等）から成
る微細パターンの画像信号から、画像処理によってパタ
ーン素の欠陥を検査する装置である。この画像処理にお
いては、微細パターンの画像信号を生成してこの画像信
号を２つに分割し、一方の画像信号を遅延かつ明度を反
転してネガティブ画像を表す遅延反転画像信号とし、こ
の遅延反転画像信号を他方のポジティブ画像を表す原画
像信号と合成してパターン素の画像信号を消去させる処
理を行う。その結果、この処理によっても消去されない
画像信号が表す欠陥像及び反転欠陥像を検出することが
できる。なお、上記及び以下の説明において述べられる
画像の合成というのは、一方の画像信号と他方の画像信
号とを加算することを意味する。
【００２０】図５は、本検査装置における上記画像処理
の概念を示す図である。図５において、被検査試料上に
おける所定の検査領域に微細パターンとして、基本的
に、複数の正常なパターン素Ａ（概念的に示す）がアレ
イ状に形成されているものとする。そして、複数の正常
なパターン素の中に欠陥のパターン素Ａ´が含まれてい
るとする。
【００２１】本装置の画像検出手段は、まず、被検査試
料上の微細パターンの画像を所定の検査領域だけ一度に
検出する。この画像検出は、被検査試料に対して走査を
行うことにより所定の検査領域の画像を検出するように
しても良い。いずれにしても、画像検出により得られた
所定の検査領域の微細パターンの画像信号において、パ
ターン素Ａ、Ａ´を含む原画像（画像信号）に対して、
画像信号を遅延させた遅延画像（画像信号）は、右ある
いは左にずれた状態で表示させることができる。これ
は、テレビジョン放送を受信したテレビ画像にビルなど
に反射した像が重なるゴースト現象と類似の現象であ
る。
【００２２】この際の遅延量を、パターン素の繰り返し
周期（パターン素の整数倍分）に調整すれば、あるパタ
ーン素の原画像と、そのパターン素とは異なる、例えば
隣りのパターン素の遅延画像とを完全に重ならせること
ができる。更に、遅延画像をその明度を反転させて遅延
反転画像とし、原画像と遅延反転画像とを合成すると合
成画像１が得られる。この合成画像１においては、加算
処理の結果、互いに同じ形状の正常なパターン素の画
像”Ａ”同士は、相殺される。これは、原画像及び遅延
画像はポジ画像であり、遅延反転画像はネガ画像である
からである。
【００２３】一方、欠陥のパターン素Ａ´から得られた
原画像”Ａ´”と正常なパターン素Ａから得られた遅延
反転画像”［Ａ］”とを合成すると欠陥像”´”が残
り、欠陥のパターン素Ａ´から得られた遅延反転画像”
［Ａ´］”と正常なパターン素Ａから得られた原画像”
Ａ”とを合成すると、反転欠陥像”［´］”が残る。な
お、この例では、合成画像の両端に遅延反転画像”
［Ａ］”と原画像”Ａ”とが残るがこれは、無視され
る。
【００２４】次に、図６に示す画像処理の原理によれ
ば、欠陥像”´”のみを抽出することができる。すなわ
ち、図５においては、合成画像の両端に不要な像が現わ
れるが、図６の処理によれば、この不要な像をも消去す
ることが可能である。
【００２５】図６においては、遅延画像を更に、これと
同じ遅延量だけシフトさせた再遅延画像と、その明度を
反転させて再遅延反転画像を形成する。この再遅延反転
画像と前記遅延画像とを合成することにより、合成画像
１と同じ画像であるが各々が１パターン素分だけシフト
した合成画像２を形成することが出来る。図６において
は、更に、合成画像１と合成画像２とをパターン素に対
応する画像毎に比較して小さい値の方を選択する最小値
検出処理を行う。この処理によって、原画像の欠陥位置
とは１パターン素分シフトしているものの欠陥に対応し
た絶対値化欠陥像｜´｜を取得することが出来る。加え
て、図５において問題になっていた合成画像１及び２の
両端の不要な像を最小値検出処理により消去することが
可能になる。
【００２６】本検査装置は、以上のような処理を行い、
欠陥像または反転欠陥像を検出するものである。機能的
には、どちらか一方が検出されれば十分であり、欠陥像
または反転欠陥像が画像表示されることによって、検査
者は、欠陥のパターン素が存在することを確認できる。
更に、後述するように、欠陥像、反転欠陥像の画像信号
上での位置情報に基づいて、被検査試料上での欠陥の位
置を検出することも可能である。
【００２７】次に、本発明の実施の形態１による微細パ
ターン検査装置を説明する。図１は、本発明の実施の形
態１による微細パターン検査装置を示すブロック図であ
る。図１において、本検査装置は、装置の動作を総合的
に制御するための制御演算装置１０と、電子ビーム照射
器２０と画像検出器３０とを含む画像取得部と、欠陥抽
出ユニット４０と、合成した画像信号を表示するための
合成画像表示部とを含んでいる。
【００２８】本形態では、画像取得部は、収束電子ビー
ムａを被検査試料５００上に照射する電子ビーム照射器
２０と、被検査試料５００からの反射電子ｂ（または二
次電子）を検出して画像信号に変換する検出器３０と、
被検査試料５００を載置して水平面上をＸ−Ｙ方向に移
動可能なステージ６１と、ステージ６１に組み合わされ
た駆動機構（図示せず）を駆動制御するステージ制御回
路６２とにより構成されている。このような画像取得部
は、走査型電子顕微鏡により実現することができる。ス
テージ６１及びステージ制御回路６２は、被検査試料５
００に対する検査領域を設定するために使用される。言
い換えれば、ステージ６１及びステージ制御回路６２
は、収束電子ビームａによる被検査試料５００の走査領
域を移動するために使用される。電子ビーム照射器２０
及び検出器３０のうち少なくとも電子ビーム照射器２０
は、被検査試料５００上の検査領域内を収束電子ビーム
ａで走査するように構成されている。
【００２９】本実施の形態１のごとく、画像取得部を走
査型電子顕微鏡により構成すれば、例えば、２５６メガ
ビット程度以上のＤＲＡＭの半導体ウエハ等、きわめて
微細なパターンを持つ被検査試料について検査を行うこ
とが可能である。
【００３０】欠陥抽出ユニット４０は、検出器３０によ
り検出した微細パターンの画像信号ｃを２つに分割した
一方の分割画像信号ｃ１を遅延させる遅延回路４０１
と、遅延された遅延画像信号の明度を反転させて遅延反
転画像信号とする反転回路４０３と、遅延反転画像信号
を他方の分割画像信号ｃ２と合成して合成画像信号を出
力する画像合成回路４０４と、後述する遅延時間調整回
路４０２とを有している。欠陥抽出ユニット４０は、ユ
ニット内のそれぞれの回路をＬＳＩ化して高速動作可能
な素子とすることが好ましい。
【００３１】合成画像表示部は、画像合成回路４０４が
出力する合成画像信号等をディスプレイ表示用の信号形
態に変換する画像表示回路５１と、画像表示回路５１か
らの信号に基づいて合成画像等を表示するディスプレイ
５２とを有している。
【００３２】更に、本検査装置は、画像合成回路４０４
の出力する合成画像信号について、その画像の明度の分
散量を検出し、この分散量が相対的に最小になるよう
に、遅延回路４０１を制御する遅延時間調整回路４０２
を有している。なお、遅延量の制御に合成画像信号の画
像明度の分散量を用いるのは以下の理由による。すなわ
ち、一方の遅延画像信号と他方の原画像信号との重なり
の度合いに応じて画像の分散量が変化する。特に、一方
の遅延画像信号と他方の原画像信号とが完全に重なった
ときには、一般に、画像明度の分散量が最小になる。
【００３３】これとは別に、光学系等が決まっている構
成のときには、遅延時間調整回路４０２において予めし
きい値を設定しておき、分散量が所定のしきい値以下に
なるように遅延回路４０１を制御するように構成しても
よい。また、本発明においては、遅延量の調整を、ディ
スプレイ５２による表示を検査者が目視して行うことも
できる。この場合、遅延時間調整回路４０２には遅延時
間調整用のつまみを設け、画像明度の分散量が最小にな
るよう、すなわちゴースト状の画像が無くなるように、
つまみを手動により操作して遅延量の調整を行う。
【００３４】遅延回路４０１は、遅延時間調整回路４０
２による制御により、一方の画像信号に対する遅延量を
パターン素の繰り返し周期の整数倍（図５、図６では１
倍）にする。そして、一方の画像信号に対する遅延量が
パターン素の繰り返し周期の整数倍になると、遅延画像
信号と他方の原画像信号とを完全に重ならせることがで
きる。その結果、図５において説明した、一方の画像信
号に基づく遅延反転画像信号と原画像信号との相殺作用
が得られることになる。
【００３５】次に、本実施の形態１による検査装置の動
作を説明する。まず、被検査試料５００をステージ６１
上の所定位置に載置する。電子ビーム照射器２０から収
束電子ビームａを被検査試料５００上に照射し、被検査
試料５００の表面形状等の画像情報を持つ反射電子ｂを
検出器３０で受ける。その結果、検出器３０は検査領域
の微細パターンを表す画像信号ｃを出力する。検出器３
０からの画像信号ｃは二つの分割画像信号ｃ１、ｃ２に
分割され、両方とも欠陥抽出ユニット４０に入力され
る。一方の分割画像信号ｃ１は、遅延回路４０１に入力
されて遅延され、遅延画像信号が得られる。反転回路４
０３はこの遅延画像信号の明度を反転して遅延反転画像
信号を出力する。この遅延反転画像信号は、画像合成回
路４０４に入力される。他方の分割画像信号ｃ２は、原
画像信号として直接、画像合成回路４０４に入力され
る。画像合成回路４０４は、前述したように、原画像信
号である分割画像信号ｃ２と遅延反転画像信号との間で
加算処理を行って合成画像信号を出力する。
【００３６】ここで、微細パターン中に欠陥のパターン
素がある場合には、図５において説明したように、欠陥
像と反転欠陥像とを含む合成画像が作成される。画像合
成回路４０４からの合成画像信号は、画像表示回路５１
と遅延時間調整回路４０２とに出力される。
【００３７】遅延時間調整回路４０２は、画像合成回路
４０４からの合成画像信号についてその画像明度の分散
量を検出し、この分散量が最小になるように遅延回路４
０１の遅延時間を調整する。遅延回路４０１は、一方の
分割画像信号ｃ１に対する遅延量をパターン素の繰り返
し周期の整数倍にする。この結果、被検査試料５００上
の微細パターン内に欠陥のパターン素がある場合には、
画像合成回路４０４から欠陥像と反転欠陥像とを含む画
像情報が出力される。
【００３８】画像表示回路５１に入力された合成画像信
号は、所定の信号形態に変換され、制御演算装置５１及
びディスプレイ５２へ出力される。検査者は、ディスプ
レイ５２上の表示を認識して、欠陥像と反転欠陥像とが
あれば、欠陥のパターン素が存在することを確認でき
る。
【００３９】更に、制御演算装置５１は、ステージ制御
回路６２からステージの位置情報と被検査試料５００上
における検査領域の位置情報を受け取る。検査領域の位
置情報は、被検査試料５００上にあらかじめ設定された
所定の基準点の位置に基づいて表される。制御演算装置
５１はまた、画像表示回路５１から画像信号を受け取
る。この画像信号が欠陥像と反転欠陥像とを有していれ
ば、制御演算装置５１はこれらを検出してこの画像信号
上での欠陥像と反転欠陥像との位置を算出する。この画
像信号上での欠陥像と反転欠陥像との位置情報は、検査
領域上での欠陥位置を示すことになる。制御演算装置５
１は、ステージの位置情報と被検査試料５００上におけ
る検査領域の位置情報と画像信号上での欠陥像と反転欠
陥像との位置情報とに基づいて、被検査試料５００上で
の欠陥位置を算出する。この欠陥位置は、例えば所定の
基準点からの座標系で表される。この算出結果も、ディ
スプレイ５２上に表示させる。
【００４０】以上の処理は、検査が被検査試料５００の
すべての領域について行われるまで繰り返される。ディ
スプレイ５２上への表示は各検査領域の検査が終了する
毎に行われ、その結果、１つの被検査試料５００のすべ
ての領域について検査が終了すると、ディスプレイ５２
上には被検査試料５００に対応した領域に、欠陥の有無
に応じて欠陥の位置に対応させて欠陥像が表示されると
共に、その位置情報が、例えばＸ−Ｙ座標系で表示され
る。
【００４１】以上説明した本発明の実施の形態１による
微細パターン検査装置を用い、被検査試料５００として
２５６メガビットＤＲＡＭの半導体ウエハを検査したと
ころ、図７に示した従来の微細パターン検査装置の５倍
以上の速さで欠陥画像抽出と位置の検出を行うことがで
きた。
【００４２】図２は、本発明の実施の形態２による微細
パターン検査装置を示すブロック図である。図２におい
て、本装置は、図１における欠陥抽出ユニット４０に代
えて拡張欠陥抽出ユニット４０´を用いた点に特徴を有
する。それ故、図１と同じ部分には同一番号を付して詳
細な説明は省略する。前述したように、検出器３０によ
り検出された微細パターンの画像信号ｃは２つの分割画
像信号ｃ１、ｃ２に分割される。
【００４３】拡張欠陥抽出ユニット４０´は、図１にお
いて説明したように、一方の分割画像信号ｃ１を遅延さ
せて遅延画像信号を出力する遅延回路４０１と、遅延画
像信号の明度を反転して遅延反転画像信号を出力する反
転回路４０３と、遅延反転画像信号を他方の分割画像信
号ｃ２と合成して合成画像信号を出力する画像合成回路
４０４と、遅延時間調整回路４０２とを含んでいる。
【００４４】拡張欠陥抽出ユニット４０´は更に，遅延
回路４０１から出力された遅延画像信号を更に遅延させ
て再遅延画像信号を出力する遅延回路４０１´と、再遅
延画像信号の明度を反転して再遅延反転画像信号を出力
する反転回路４０３´と、再遅延反転画像信号と遅延画
像信号とを合成して合成画像を作成する画像合成回路４
０４´とを含んでいる。
【００４５】拡張欠陥抽出ユニット４０´はまた、画像
合成回路４０４と画像合成回路４０４´の出力をそれぞ
れパターン素に対応する画像毎に絶対値化する絶対値化
回路４０５、４０５´と最小値検出回路４０６とを含ん
でいる。最小値検出回路４０６は、パターン素に対応す
る画像毎に選択動作を行い、絶対値化回路４０５と４０
５´のそれぞれの出力のうち小さい値の方を選択して最
小値検出画像信号を出力する。拡張欠陥抽出ユニット４
０´においても、ユニット内のそれぞれの回路をＬＳＩ
化して高速動作可能な素子とすることが好ましい。
【００４６】画像表示部は、拡張欠陥抽出ユニット４０
´が出力する最小値検出画像信号をディスプレイ表示用
の信号形態に変換する画像表示回路５１と、画像表示回
路５１からの信号に基づいて合成画像信号等を表示する
ディスプレイ５２とを有している。
【００４７】図１に関連して説明したように、遅延回路
４０１は、遅延時間調整回路４０２による制御により、
一方の分割画像信号ｃ１に対する遅延量をパターン素の
繰り返し周期の整数倍にする。一方の分割画像信号ｃ１
に対する遅延量がパターン素の繰り返し周期の整数倍に
なると、分割画像信号ｃ１から得られた遅延画像と原画
像とを重ならせることができる。したがって、分割画像
信号ｃ１から得られた遅延反転画像信号と分割画像信号
ｃ２との相殺作用を得ることができる。
【００４８】次に、本実施の形態２による検査装置の動
作を説明する。まず、被検査試料５００をステージ６１
上の所定位置に載置する。電子ビーム照射器２０から収
束電子ビームａを被検査試料５００上に照射し、被検査
試料５００の表面形状等の画像情報を持つ反射電子ｂを
検出器３０で受ける。その結果、検出器３０は検査領域
の微細パターンを表す画像信号ｃを出力する。検出器３
０からの画像信号ｃは二つの分割画像信号ｃ１、ｃ２に
分割され、両方とも拡張欠陥抽出ユニット４０´に入力
される。一方の分割画像信号ｃ１は、遅延回路４０１で
遅延されて遅延画像信号となる。遅延画像信号は、反転
回路４０３により明度を反転されて遅延反転画像信号と
なる。遅延反転画像信号は画像合成回路４０４に人力さ
れる。他方の分割画像信号ｃ２は、原画像信号として直
接、画像合成回路４０４に入力される。画像合成回路４
０４は、加算処理による合成画像信号を出力する。
【００４９】微細パターン中に欠陥のパターン素がある
場合には、図５において説明したように、欠陥像と反転
欠陥像とを含む合成画像が作成される。以下、この合成
画像を第１の合成画像と呼ぶ。画像合成回路４０４から
の合成画像信号は、絶対値化回路４０６と遅延時間調整
回路４０２とに出力される。以下、この合成画像信号を
第１の合成画像信号と呼ぶ。
【００５０】遅延回路４０１からの遅延画像信号は遅延
回路４０１´に入力される。遅延回路４０１´は遅延画
像信号を更に遅延させて再遅延画像信号を出力する。反
転回路４０３´は再遅延画像信号の明度を反転させて再
遅延反転画像信号を出力する。再遅延反転画像信号は画
像合成回路４０４´に入力される。画像合成回路４０４
´は、画像合成回路４０４と同様にして、欠陥像と反転
欠陥像とを含む合成画像を表す合成画像信号を出力す
る。以下、これらの合成画像及び合成画像信号をそれぞ
れ、第２の合成画像及び第２の合成画像信号と呼ぶ。図
６において説明したように、第２の合成画像に含まれる
欠陥像と反転欠陥像は、第１の合成画像に含まれる欠陥
像と反転欠陥像に比べて１パターン素分だけシフトされ
ている。
【００５１】第１、第２の合成画像信号はそれぞれ、絶
対値化回路４０５、４０５´で絶対値化され、最小値検
出回路４０６に入力される。最小値検出回路４０６は、
図６において説明した原理に基づいて、絶対値化された
欠陥像のみを表す最小値検出画像信号を出力する。言い
換えれば、第１、第２の合成画像の両側に現れていた正
常なパターン素の画像”Ａ”及び反転画像”［Ａ］”が
消去される。
【００５２】画像合成回路４０４からの第１の合成画像
信号は、遅延時間調整回路４０２へ出力される。遅延時
間調整回路４０２は、画像合成回路４０４からの第１の
合成画像信号について、その画像の明度の分散量を検出
し、この分散量が最小になるように、遅延回路４０１、
４０１´を制御する。遅延回路４０１は、分割画像信号
ｃ１に対する遅延量をパターン素の繰り返し周期の整数
倍にする。この結果、被検査試料５００上の微細パター
ン内に欠陥のパターン素がある場合には、画像合成回路
４０４から欠陥像と反転欠陥像とを含む第１の合成画像
信号が出力される。一方、遅延回路４０１´は、遅延画
像信号に対する遅延量をパターン素の繰り返し周期の整
数倍にする。この結果、被検査試料５００上の微細パタ
ーン内に欠陥のパターン素がある場合には、第１の合成
画像信号と同様に、画像合成回路４０４´から欠陥像と
反転欠陥像とを含む第２の合成画像信号が出力される。
【００５３】最小値検出画像信号は画像表示回路５１に
より所定の信号形態に変換され、ディスプレイ５２によ
り表示される。検査者は、ディスプレイ５２上の表示を
認識して、絶対値化された欠陥像があれば、欠陥のパタ
ーン素が存在することを確認できる。
【００５４】実施の形態１において説明したように、制
御演算装置５１は、ステージ制御回路６２からステージ
の位置情報と被検査試料５００上における検査領域の位
置情報を受け取る。この検査領域の位置情報は、被検査
試料５００上にあらかじめ設定された所定の基準点の位
置に基づいて表される。制御演算装置５１はまた、画像
表示回路５１から画像信号を受け取る。この画像信号が
欠陥像を有していれば、制御演算装置５１はこれを検出
してこの画像信号上での欠陥像の位置を算出する。この
画像信号上での欠陥像の位置情報は、検査領域上での欠
陥位置を示すことになる。制御演算装置５１は、ステー
ジの位置情報と被検査試料５００上における検査領域の
位置情報と画像信号上での欠陥像の位置情報とに基づい
て、被検査試料５００上での欠陥位置を算出する。この
欠陥位置は、例えば所定の基準点からの座標系で表され
る。この算出結果も、ディスプレイ５２上に表示させ
る。
【００５５】以上説明した本発明の実施の形態２による
微細パターン検査装置を用い、被検査試料５００として
２５６メガビットＤＲＡＭの半導体ウエハを検査したと
ころ、図７で説明した従来の微細パターン検査装置に比
べて５倍以上の速さで欠陥画像抽出と位置の検出を行う
ことができた。
【００５６】次に、本発明の実施の形態３による微細パ
ターン検査装置を説明する。この実施の形態３による微
細パターン検査装置は、図１に示された実施の形態１の
変形例である。この実施の形態３では、画像取得部が、
共焦点レーザビーム顕微鏡により実現されている。具体
的には、画像取得部は、図１の画像取得部と同様に、レ
ーザビームを被検査試料上に照射するレーザビーム照射
器と、被検査試料からの反射光を検出して画像信号に変
換する検出器と、被検査試料をＸ−Ｙ方向に移動可能な
ステージと、ステージを駆動制御するステージ制御回路
とにより構成される。レーザビーム照射器及び検出器の
うち少なくともレーザビーム照射器は、レーザビームを
被検査試料上の検査領域内で走査することができるよう
に構成されている。
【００５７】この実施の形態３による微細パターン検査
装置は、画像取得部を除いて図１の実施の形態１による
微細パターン検査装置と同じ構成であり、それ故、欠陥
抽出ユニット４０の構成、動作については説明を省略す
る。
【００５８】この実施の形態３における画像取得部は、
６４メガビット程度のＤＲＡＭの半導体ウエハの検査に
適している。また、共焦点レーザビームの透過性によ
り、被検査試料の厚さ方向の中途領域に焦点を合わせ、
ここでの欠陥を検出することが可能である。この実施の
形態３による微細パターン検査装置を用い、被検査試料
５００として６４メガビットＤＲＡＭの半導体ウエハを
検査したところ、図７に示した従来の微細パターン検査
装置に比べて５倍以上の速さで欠陥画像の抽出と位置の
検出を行うことができた。
【００５９】次に、本発明の実施の形態４について説明
する。この実施の形態４は、図２に示された微細パター
ン検査装置の変形例である。すなわち、図２に示された
微細パターン検査装置の画像取得部を、実施の形態３と
同様に、共焦点レーザビーム顕微鏡により実現してい
る。したがって、この実施の形態４による微細パターン
検査装置は、画像取得部を除いて図２の実施の形態２に
よる微細パターン検査装置と同じ構成である。それ故、
拡張欠陥抽出ユニット４０´の構成、動作については説
明を省略する。
【００６０】この実施の形態４における画像取得部は、
６４メガビット程度のＤＲＡＭの半導体ウエハの検査に
適している。また、共焦点レーザビームの透過性によ
り、被検査試料の厚さ方向の中途領域に焦点を合わせ、
ここでの欠陥を検出することが可能である。この実施の
形態４による微細パターン検査装置を用い、被検査試料
５００として６４メガビットＤＲＡＭの半導体ウエハを
検査したところ、図７に示した従来の微細パターン検査
装置に比べて５倍以上の速さで欠陥画像の抽出と位置の
検出を行うことができた。
【００６１】図３を参照して、本発明の実施の形態５に
ついて説明する。この実施の形態５は、図１に示された
微細パターン検査装置とは画像取得部において異なる。
すなわち、この実施の形態５による画像取得部は、被検
査試料５００に対して照射光ａ´を照射する画像発生用
光源としてのハロゲンランプ２０´と、被検査試料５０
０からの反射光ｂ´を検出してパラレル画像信号を出力
する撮像器としてのＣＣＤアレイ３１と、ＣＣＤアレイ
３１からのパラレル画像信号をシリアル画像信号ｃに変
換するパラレル−シリアル変換器３２と、被検査試料５
００をＸ−Ｙ方向に移動可能なステージ６１´と、ステ
ージ６１´を駆動制御するステージ制御回路６２´とに
より構成されている。なお、ＣＣＤアレイ３１は、一次
元の撮像可能領域を持つ一次元ＣＣＤアレイで実現され
る。
【００６２】ステージ６１´及びステージ制御回路６２
´は、ＣＣＤアレイ３１に対して被検査試料５００を移
動させることにより、ＣＣＤアレイ３１でもって被検査
試料５００上の二次元領域を撮像するための走査部とし
て作用する。なお、この走査部は、被検査試料５００を
固定配置し、ハロゲンランプ２０´とＣＣＤアレイ３１
とを移動させることで実現されてもよい。あるいは、ハ
ロゲンランプ２０´及びＣＣＤアレイ３１と被検査試料
５００との双方を移動させる構成であってもよい。更
に、ＣＣＤアレイ３１に代えて、二次元ＣＣＤアレイを
用いても良い。この場合、二次元ＣＣＤアレイは移動さ
せる必要は無い。
【００６３】この実施の形態５における画像取得部は、
１６メガビット程度のＤＲＡＭ半導体ウエハやマスクの
検査に適している。また、実施の形態１に比べて簡素な
構成であり、装置全体の構成の簡素化や低価格化に有用
である。
【００６４】この実施の形態５による微細パターン検査
装置は、画像取得部を除いて図１の実施の形態５による
微細パターン検査装置と同じ構成であり、それ故、欠陥
抽出ユニット４０の構成、動作については説明を省略す
る。
【００６５】この実施の形態５による微細パターン検査
装置を用い、被検査試料５００として１６メガビットＤ
ＲＡＭの半導体ウエハを検査したところ、図７に示した
従来の微細パターン検査装置に比べて５倍以上の速さで
欠陥画像の抽出と位置の検出を行うことができた。
【００６６】図４を参照して、本発明の実施の形態６に
よる微細パターン検査装置を説明する。この実施の形態
６による微細パターン検査装置は、図２に示された微細
パターン検査装置の画像取得部に代えて図３に示された
画像取得部を用いている。それ故、図２と同じ部分には
同一参照番号を付して説明は省略する。
【００６７】図４において、本微細パターン検査装置
は、実施の形態２と同様に、装置の動作を総合的に制御
する制御演算装置１０′と、画像取得部と、拡張欠陥抽
出ユニット４０´と、画像表示回路５１とディスプレイ
５２とを含む合成画像表示部とを有している。
【００６８】図３で説明したように、画像取得部は、被
検査試料５００に対して照射光ａ´を照射する画像発生
用光源としてのハロゲンランプ２０´と、被検査試料５
００からの反射光ｂ´を検出してパラレル画像信号を出
力するＣＣＤアレイ３１と、ＣＣＤアレイ３１からのパ
ラレル画像信号をシリアル画像信号ｃに変換するパラレ
ル−シリアル変換器３２と、被検査試料５００をＸ−Ｙ
方向に移動可能なステージ６１´と、ステージ６１´を
駆動制御するステージ制御回路６２´とにより構成され
ている。
【００６９】この実施の形態６においても、ステージ６
１´及びステージ制御回路６２´は、ＣＣＤアレイ３１
に対して被検査試料５００を移動させることにより、Ｃ
ＣＤアレイ３１でもって被検査試料５００上の二次元領
域を撮像するための走査部として作用する。そして、こ
の走査部は、被検査試料５００を固定配置し、ハロゲン
ランプ２０´とＣＣＤアレイ３１とを移動させることで
実現されてもよい。あるいは、ハロゲンランプ２０´及
びＣＣＤアレイ３１と被検査試料５００との双方を移動
させる構成であってもよい。更に、ＣＣＤアレイ３１に
代えて、二次元ＣＣＤアレイを用いても良い。この場
合、二次元ＣＣＤアレイは移動させる必要は無い。
【００７０】この実施の形態６における画像取得部は、
１６メガビット程度のＤＲＡＭの半導体ウエハやマスク
の検査に適している。また、実施の形態２に比べて簡素
な構成であり、装置全体の構成の簡素化や低価格化に有
用である。
【００７１】この実施の形態６による微細パターン検査
装置においても、画像取得部を除いて図２の実施の形態
２による微細パターン検査装置と同じ構成であり、それ
故、拡張欠陥抽出ユニット４０´の構成、動作について
は説明を省略する。
【００７２】この実施の形態６による微細パターン検査
装置を用い、被検査試料５００として１６メガビットＤ
ＲＡＭの半導体ウエハを検査したところ、図７に示した
従来の微細パターン検査装置に比べて５倍以上の速さで
欠陥画像の抽出と位置の検出を行うことができた。
【００７３】
【発明の効果】本発明による微細パターン検査装置によ
れば、以下のような効果が得られる。
【００７４】第１の効果は、欠陥像を抽出するのに必要
な時間が短縮されることである。これは、従来技術にお
いて必要であった検査用パターンデータと被検査試料か
ら得られるパターンとを比較する場合においてパターン
認識による画像の合わせ込み処理が不要であることによ
る。
【００７５】第２の効果は、ステージの移動速度を速く
でき、結果的に被検査試料全体の検査を高速化できるこ
とである。また、装置自体を小型化することができる点
である。これは、従来必要であったパターン認識による
画像の合わせ込み処理を行うための複雑な駆動機構が不
要であると共に、検査用パターンデータを格納するため
の大容量のメモリが不要であることによる。
【００７６】第３の効果は、装置構成が簡素なことであ
る。これは、従来必要であった比較演算処理、ならびに
この処理に必要な大容量のメモリが不要であることによ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による微細パターン検査
装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２による微細パターン検査
装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態５による微細パターン検査
装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態６による微細パターン検査
装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１による微細パターン検査
装置の処理動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明の実施の形態２による微細パターン検査
装置の処理動作を説明するための概念図である。
【図７】従来例による微細パターン検査装置の構成を示
すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 制御演算装置 ２０ 電子ビーム照射器 ２０´ ハロゲンランプ ３０ 検出器 ３１ ＣＣＤアレイ ３２ パラレル−シリアル変換器 ４０ 欠陥抽出ユニット ４０´ 拡張欠陥抽出ユニット ６１、６１´ ステージ ６２、６２´ ステージ制御回路 ａ 収束電子ビーム ｂ 反射電子 ｃ 画像信号 ｃ１、ｃ２ 分割画像信号 ａ´ 照射光 ｂ´ 反射光

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検査試料上に繰り返して形成されてい
    る同形状の微細なパターン素から成る微細パターンの画
    像信号からパターン素の欠陥の有無を検査する微細パタ
    ーン検査装置において、 前記被検査試料上の微細パターンの画像信号を取得する
    画像取得手段を含み、 前記微細パターンの画像信号を第１、第２の分割画像信
    号に分け、 前記第１の分割画像信号を遅延させて遅延画像信号とし
    た後に、明度を反転して遅延反転画像信号とし、該遅延
    反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合成してパタ
    ーン素の画像信号を消去する処理を行う欠陥抽出ユニッ
    トを更に備え、 この処理によっても消去されない画像信号を画像表示部
    により表示して欠陥像及び反転欠陥像を検出することを
    特徴とする微細パターン検査装置。
  2. 【請求項２】 前記欠陥抽出ユニットは、前記第１の分
    割画像信号を遅延させて遅延画像信号を出力する遅延回
    路と、 前記遅延画像信号の明度を反転して前記遅延反転画像信
    号を出力する反転回路と、 前記遅延反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合成
    する画像合成回路とを含み、 前記画像表示部は、前記欠陥抽出ユニットから出力され
    る画像信号を表示するディスプレイを含むことを特徴と
    する請求項１記載の微細パターン検査装置。
  3. 【請求項３】 前記欠陥抽出ユニットは更に、前記合成
    画像信号についてその画像の明度の分散量を検出し、該
    分散量が最小になるように前記第１の分割画像信号に対
    する遅延量を調整することで該遅延量をパターン素の整
    数倍にするフィードバック制御を行う遅延時間調整回路
    を有することを特徴とする請求項２記載の微細パターン
    検査装置。
  4. 【請求項４】 前記被検査試料上での基準点からの微細
    パターンの位置情報と前記欠陥抽出ユニットからの画像
    信号上での欠陥像及び反転欠陥像の少なくとも一方の位
    置情報とに基づいて、被検査試料上での欠陥の位置を検
    出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
    載の微細パターン検査装置。
  5. 【請求項５】 前記画像取得部は、走査型電子顕微鏡に
    より構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいず
    れかに記載の微細パターン検査装置。
  6. 【請求項６】 前記画像取得部は、前記被検査試料に対
    してレーザビームを照射するレーザビーム照射器と、前
    記被検査試料からの反射光を検出する検出器と、前記レ
    ーザビームを走査する手段とを備えることを特徴とする
    請求項１乃至４のいずれかに記載の微細パターン検査装
    置。
  7. 【請求項７】 前記画像取得部は、前記被検査試料に対
    して光を照射する光源と、前記被検査試料からの反射光
    を検出する撮像器と、前記光源と前記撮像器または前記
    被検査試料の少なくとも一方を移動させて撮像領域を走
    査する手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至４
    のいずれかに記載の微細パターン検査装置。
  8. 【請求項８】 被検査試料上に繰り返して形成されてい
    る同形状の微細なパターン素から成る微細パターンの画
    像信号からパターン素の欠陥の有無を検査する微細パタ
    ーン検査装置において、 前記被検査試料上の微細パターンの画像信号を取得する
    画像取得部を含み、 前記微細パターンの画像信号を第１、第２の分割画像信
    号に分け、 前記第１の分割画像信号を遅延させて遅延画像信号とし
    た後に、明度を反転して遅延反転画像信号とし、該遅延
    反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合成してパタ
    ーン素の画像信号を消去する処理を行い、この処理によ
    っても消去されない画像信号が表す欠陥像及び反転欠陥
    像の画像信号を形成した後、これをパターン素に対応す
    る像毎に絶対値化させた絶対値化欠陥反転欠陥像信号と
    する一方、 前記遅延画像信号を更に遅延させて再遅延画像信号とし
    た後に、明度を反転して再遅延反転画像信号とし、該再
    遅延反転画像信号を前記遅延画像信号と合成してパター
    ン素の画像信号を消去する処理を行い、この処理によっ
    ても消去されない画像信号が表す遅延欠陥像及び遅延反
    転欠陥像の画像信号を形成した後、これをパターン素に
    対応する像毎に絶対値化させた絶対値化遅延欠陥反転欠
    陥像信号とした後に、 該絶対値化遅延欠陥反転欠陥像信号と前記絶対値化欠陥
    反転欠陥像信号に対して、パターン素に対応する像毎に
    最小の値の方を選択して最小値検出画像信号を出力する
    処理を行う拡張欠陥抽出ユニットを更に備え、 前記最小値検出画像信号を画像表示部に表示して欠陥像
    のみを検出することを特徴とする微細パターン検査装
    置。
  9. 【請求項９】 前記拡張欠陥抽出ユニットは、 前記第１の分割画像信号を遅延させて前記遅延画像信号
    を出力する第１の遅延回路と、 該遅延画像信号の明度を反転させて前記遅延反転画像信
    号を出力する第１の反転回路と、 該遅延反転画像信号を前記第２の分割画像信号と合成す
    る第１の画像合成回路と、 該第１の画像合成回路の出力として得られる第１の合成
    画像信号をパターン素に対応する像毎に絶対値化する第
    １の絶対値化回路と、 前記遅延画像信号を更に遅延させて前記再遅延画像信号
    を出力する第２の遅延回路と、 該再遅延画像信号の明度を反転させて前記再遅延反転画
    像信号を出力する第２の反転回路と、 該再遅延反転画像信号を前記遅延画像信号と合成する第
    ２の画像合成回路と、 該第２の画像合成回路の出力として得られる第２の合成
    画像信号をパターン素に対応する像毎に絶対値化する第
    ２の絶対値化回路と、 前記第１、第２の絶対値化回路の出力の内からパターン
    素に対応する像毎に最小の値の方を選択して前記最小値
    検出画像信号を出力する最小値検出回路とから構成さ
    れ、 前記画像表示部は、前記拡張欠陥抽出ユニットから出力
    される前記最小値検出画像信号を表示するディスプレイ
    を含むことを特徴とする請求項８記載の微細パターン検
    査装置。
  10. 【請求項１０】 前記拡張欠陥抽出ユニットは更に、前
    記第１の合成画像信号についてその画像の明度の分散量
    を検出し、該分散量が最小になるように前記第１及び第
    ２の遅延回路における遅延量を調整することで該遅延量
    をパターン素の整数倍にするフィードバック制御を行う
    遅延時間調整回路を有することを特徴とする請求項９記
    載の微細パターン検査装置。
  11. 【請求項１１】 前記被検査試料上での基準点からの微
    細パターンの位置情報と前記拡張欠陥抽出ユニットから
    の最小値検出画像信号上での欠陥像の位置情報とに基づ
    いて、被検査試料上での欠陥の位置を検出することを特
    徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の微細パタ
    ーン検査装置。
  12. 【請求項１２】 前記画像取得部は、走査型電子顕微鏡
    により構成されることを特徴とする請求項８乃至１１の
    いずれかに記載の微細パターン検査装置。
  13. 【請求項１３】 前記画像取得部は、前記被検査試料に
    対してレーザビームを照射するレーザビーム照射器と、
    前記被検査試料からの反射光を検出する検出器と、前記
    レーザビームを走査する手段とを備えることを特徴とす
    る請求項８乃至１１のいずれかに記載の微細パターン検
    査装置。
  14. 【請求項１４】 前記画像取得部は、前記被検査試料に
    対して光を照射する光源と、前記被検査試料からの反射
    光を検出する撮像器と、前記光源と前記撮像器または前
    記被検査試料の少なくとも一方を移動させて撮像領域を
    走査する手段とを備えることを特徴とする請求項８乃至
    １１のいずれかに記載の微細パターン検査装置。
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