JP4767270B2 - 走査電子顕微鏡を備えた外観検査装置及び走査電子顕微鏡を用いた画像データの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料の欠陥を検査するための外観検査装置に関し、特に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、試料の外観を検査する技術に関する。

コンピュータ等に使用されるメモリやマイクロコンピュータなどの半導体装置は、ホトマスクに形成された回路等のパターンを、露光処理、リソグラフィー処理、エッチング処理等により転写する工程を繰り返すことによって製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理、エッチング処理、その他の処理の結果の良否、異物発生等の欠陥の存在は、半導体装置の製造歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、異常発生や不良発生を、早期に、あるいは、事前に検知する必要がある。そのために、各製造工程の終了時に半導体ウエハ上のパターンの検査が実施されている。

ウエハの口径増大と回路パターンの微細化に対応して、高スループット且つ高精度な検査を行う必要がある。そのためには、非常に高速に、高Ｓ／Ｎの画像データを取得する必要がある。そこで、通常の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の１０００倍以上（１００ｎＡ以上）の大電流ビームを用いることによって、必要な電子数が確保され、高Ｓ／Ｎが保持される。さらに、基板から発生する二次電子、反射電子の高速、且つ高効率な検出も必須である。

日本特許公開平２−１４２０４５号公報には、Ｅ×Ｂ型のフィルタを用いて、一次電子線に影響を与えないように、二次電子線のみを検出器の方へ偏向させる技術が記載されている。

以上のような走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を利用した検査装置においては、試料に照射する電子ビームの照射量が不足して十分なコントラストが得られない問題がある。この問題を解決するには、画素当たりの電子線照射時間を増加し、且つ、検出器から出力されたアナログ輝度信号からデジタル輝度信号を生成するときのサンプリングレートを標準値より下げればよい。サンプリングレートを変更するには、クロック周期を変更する処理又は装置が必要である。

特開平０５−５５９１９号公報には、低分解能のＡＤ変換器を高分解能で動作させる方法が記載されている。この方法では、ＡＤ変換器からのサンプリング信号のうち所定数の連続するサンプリング信号毎に、加算し、それを割り算することによって、分解能がより高いデジタル信号を得ることができる。

特開平０２−１４２０４５号公報 特開平０５−５５９１９号公報

特開平０５−５５９１９号公報に記載された技術では、加算及び割り算して得た最終のデジタル画像信号の各デジタル値によって１画素を生成する。画像取得時間は、最終のデジタル画像信号の周期に、１画面の画素数を乗算して得られる。従って、最終のデジタル画像信号の周期が小さいほど、画像取得時間は短くなり、スループットが向上する。

しかしながら、最終のデジタル画像信号の周期を小さくすると、走査速度を大きくする必要がある。走査速度を大きくすると、輝度信号の強度が小さくなり、ＳＮ比が小さくなる。ＳＮ比が小さくなると、欠陥の検出性能が低下する。

一方、最終のデジタル画像信号の周期を大きくすると、走査速度を小さくする必要がある。走査速度を小さくすると、輝度信号の強度が大きくなり、ＳＮ比が大きくなる。ＳＮ比が大きくなると、欠陥の検出性能が向上する。しかしながら、画像取得時間は長くなり、スループットが低下する。

即ち、走査電子顕微鏡を備えた外観検査装置では、欠陥の検出性能とスループットはトレードオフの関係ある。一般に、ユーザは、状況によって、欠陥の検出性能とスループットのどちらかを優先させたいと考える。しかしながら、従来の技術では、ユーザの希望によって、欠陥の検出性能とスループットのどちらかを優先させることはできなかった。

本発明の目的は、ユーザが、欠陥の検出性能とスループットのどちらかを優先させることができる外観検査装置を提供することにある。

本発明によると外観検査装置は、電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、試料上に電子ビームを集束させる対物レンズと、試料からの二次電子又は反射電子を検出してアナログ輝度信号を生成する検出器と、アナログ輝度信号を所定のサンプリングレートにてサンプリングするＡＤ変換子と、ＡＤ変換子によって得られたサンプリング信号からサンプリングレートより小さい周波数のデジタル画像信号を生成するデジタル信号処理部と、デジタル画像信号のデジタル値の各々を１画素とする画像を生成する画像処理部と、ユーザがデータを入力する入力装置とを有する。

本発明によると、ユーザは、デジタル画像信号の周波数、又は、サンプリングレートに対するデジタル画像信号の周波数の比を選択することができる。更に、ユーザは、スループットの向上を優先するか、又は、Ｓ／Ｎの向上を優先するかを選択することができる。

本発明によると外観検査装置は、ユーザがスループットの向上を優先することを選択したとき、デジタル画像信号の周波数又は走査速度を比較的大きな値に設定し、ユーザがＳ／Ｎの向上を優先することを選択したとき、デジタル画像信号の周波数又は走査速度を比較的小さな値に設定する。

本発明によると、ユーザは、Ｓ／Ｎの向上とスループットの向上のどちらかを優先させることができる。

本発明は、走査電子顕微鏡を用いて画像取得する装置であれば適応が可能であるが、ここでは本発明をＳＥＭ式外観検査装置に適応する場合に関して説明する。

図１を参照して、本発明によるＳＥＭ式外観検査装置の構成の例を説明する。本例のＳＥＭ式外観検査装置１は、検査室２を有し、検査室２は、電子光学系装置３と光学顕微鏡部４と試料室８を有する。

電子光学系装置３は、電子銃１０、電子線の引出電極１１、コンデンサレンズ１２、ブランキング偏向器１３、絞り１４、走査偏向器１５、対物レンズ１６、円錐形状の反射板１７、ＥｘＢ偏向器１８、及び、二次電子検出器２０を有する。ブランキング偏向器１３は、電子線１９を絞り１４の開口部の外側に偏向させる。それによって、必要な場合に、電子線１９が試料９へ照射することを回避させることができる。ＥｘＢ偏向器１８は、電界と磁界の両方によって電子線１９の軌道へは影響を与えずに二次電子の軌道を曲げる。

光学顕微鏡部４は、白色光源４０、光学レンズ４１、及び、ＣＣＤカメラ４２を有し、電子光学系装置３の近傍に配置されている。電子光学系装置３と光学顕微鏡部４は、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に配置されており、両者の間の距離は既知である。

試料室８は、試料台３０、Ｘステージ３１、Ｙステージ３２、及び、高圧電源３６を有する。本例では、試料９は半導体ウエハである。試料９は、高圧電源３６によって負の電圧が印加される。高圧電源３６からの電圧を調節することによって、試料９に照射される電子線１９を減速させることができる。こうして、電子銃１０の電位を変化させることなく、試料９への電子線の照射エネルギーを最適な値に調節することができる。

Ｘステージ３１またはＹステージ３２は、試料９を電子光学系装置３と光学顕微鏡部４の間にて往復移動させることができる。

ＳＥＭ式外観検査装置１は、更に、画像処理部５、制御部６、二次電子検出部７、位置モニタ測長器３４、試料高さ測定器３５、補正制御回路４３、走査信号発生器４４、及び、対物レンズ電源４５を有する。

画像処理部５は、第一画像記憶部４６、第二画像記憶部４７、差画像演算部４８、欠陥判別部４９、及び、モニタ５０を含む。画像処理部５は、更に、ユーザが、データ及び命令を入力する入力装置を有する。画像処理部５の各部の動作命令および動作条件は、制御部６から入出力される。

二次電子検出部７は、プリアンプ２１、ＡＤ変換器２２、光変換手段２３、光伝送手段２４、電気変換手段２５、高圧電源２６、プリアンプ駆動電源２７、ＡＤ変換器駆動電源２８、及び、逆バイアス電源２９を有する。二次電子検出器２０、プリアンプ２１、ＡＤ変換器２２、光変換手段２３、プリアンプ駆動電源２７、及び、ＡＤ変換器駆動電源２８は、高圧電源２６により正の電位にフローティングしている。二次電子検出器２０は、この正の電位による吸引電界を生成する。

位置モニタ測長器３４は、Ｘステージ３１、及び、Ｙステージ３２の位置を実時間でモニタし、その位置情報を、補正制御回路４３を介して制御部６に送信する。試料高さ測定器３５は、試料９の高さを実時間で測定し、測定した情報を補正制御回路４３介して制御部６に送信する。本例では、試料高さ測定器３５は、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに試料９に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する。

制御部６は、補正制御回路４３を介して入力してデータに基づいて、補正信号を生成し、補正制御回路４３に出力する。補正制御回路４３は、対物レンズ電源４５に対物レンズ１６の補正信号を送信し、走査信号発生器４４にブランキング偏向器１３の補正信号を送信する。それによって電子線１９の照射位置が制御される。制御部６は、試料９が交換されても、試料毎に電子線を照射した領域を記憶する。

制御部６には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅、偏向速度、二次電子検出器２０の信号取り込みタイミング、試料台３０の移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。

次に、本例のＳＥＭ式外観検査装置１によって試料である半導体ウエハを検査する手順を説明する。試料９が図示しない試料交換室へロードされる。試料９は図示しない試料ホルダに搭載されて保持固定された後に試料交換室が真空排気される。試料９は、試料交換室がある程度の真空度に達したら検査室２に移載される。検査室２では、試料台３０に、Ｘステージ３１、及び、Ｙステージ３２を介して試料ホルダごと載せられ、保持固定される。予め登録された電子線ビームの照射条件が設定され、フォーカスなどのキャリブレーションが実施される。

先ず、光学顕微鏡部４による準備作業が行われる。試料９は、Ｘステージ３１、Ｙステージ３２のＸおよびＹ方向の移動により光学顕微鏡部４の下の所定の位置に配置され、ＣＣＤカメラ４２により試料９の上に形成された回路パターンの光学顕微鏡画像が観察される。回路パターンがあるチップの位置やチップ間の距離、あるいはメモリセルのような繰り返しパターンの繰り返しピッチ等が測定され、制御部６に測定値が入力される。また、
検査されるチップ、および、そのチップ内の被検査領域が指定され、制御部６に入力される。光学顕微鏡の画像は、比較的低い倍率によって観察が可能であり、また、試料９の表面が、例えば、シリコン酸化膜等により覆われている場合には、下地まで透過して観察可能であるので、チップの配列やチップ内の回路パターンのレイアウトを簡便に観察することができ、被検査領域が容易に設定できる。

以上のようにして光学顕微鏡部４による所定の補正作業や検査領域設定等の準備作業が完了すると、Ｘステージ３１およびＹステージ３２の移動により、試料９が電子光学系装置３の下に移動される。試料９が電子光学系装置３の下に配置されると、光学顕微鏡部４により実施された補正作業や検査領域の設定と同様の作業を電子光学系装置３により実施する。既に光学顕微鏡画像により簡便な検査位置確認や位置合せ、および位置調整が実施され、且つ回転補正も予め実施されているため、大きな調整は不要である。

電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することにより、電子銃１０から電子線１９が引き出される。電子線１９は、コンデンサレンズ１２、絞り１４、走査偏向器１５、及び、対物レンズ１６を経由して、試料９に照射される。光学顕微鏡画像による位置合せで記憶され補正された座標値に基づき、光学顕微鏡部４で観察されたものと同じ回路パターンに、電子線１９が走査偏向器１５によりＸ、Ｙ方向に二次元的に走査される。

試料９に電子線１９が照射されると試料９から二次電子５１が発生する。二次電子５１はＥｘＢ偏向器１８によって軌道を曲げられて反射板１７を照射し、数ｅＶから５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。二次電子５２は、二次電子検出器２０によって生成された吸引電極に吸引され、二次電子検出器２０によって検出される。ここでは、試料からの二次電子について説明するが、試料からの反射電子を用いてもよい。

二次電子検出器２０からのアナログ輝度信号は、二次電子検出部７のプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタル信号に変換される。デジタル輝度信号は、光変換手段２３から光ファイバ等の光伝送手段２４によって、画像処理部５の電気変換手段２５へ送られる。

画像処理部５の電気変換手段２５は、光伝送手段２４を介して入力した画像信号を再び電気信号に変換する。電気変換手段２５からの画像は、切り出されて、交互に、２つの画像記憶部４６、４７に保存される。差画像演算部４８は、２つの画像記憶部４６、４７の画像を比較し、差画像を生成する。欠陥判別部４９は、差画像から欠陥の有無、及び、欠陥の種類を判定する。モニタ５０は、欠陥の位置、欠陥の種類、欠陥数等を表示する。

図２を参照して、本発明によるＳＥＭ式外観検査装置の二次電子検出部７のＡＤ変換器２２の構成の例を説明する。本例のＡＤ変換器２２は、ＡＤ変換子２０４、クロック発生回路２０５、及び、デジタル信号処理回路２０６を有する。サンプリングレートは、クロック発生回路２０５からのクロック信号の周波数によって決まる。

二次電子検出器２０からのアナログ輝度信号は、プリアンプ２１によって増幅されて、ＡＤ変換器２２内のＡＤ変換素子２０４に送られる。ＡＤ変換素子２０４は、クロック発生回路２０５のクロック信号に同期して、アナログ輝度信号をサンプリングし、デジタル信号を生成する。即ち、クロック信号の周波数と同一のサンプリングレートにてサンプリングする。デジタル信号処理回路２０６では、デジタル信号のデータ処理を行う。データ処理された信号はデジタルデータ送信部２０７から、図１に示した光変換手段２３に送られる。

図３を参照して、本発明のデジタル信号処理回路２０６におけるデータ処理の第１の例を説明する。本例では、連続する３つのサンプリング信号値から連続する２つの画素データを生成する。従って、サンプリングレートの2/3倍の周波数のデジタル画像信号が得られる。図３Ａは、ＡＤ変換器２２に供給されるアナログ信号３００の強度の時間変化を示す。横軸は時間である。アナログ信号３００は、２次電子検出器２０の出力信号のレベルを表す。図３Ｂは、クロック発生回路２０５のクロック信号３０１を示す。クロック信号３０１の周波数は、サンプリング周波数、即ち、サンプリングレートを表す。図３Ｃは、クロック信号３０１の立ち上がりで、アナログ信号３００をサンプリングした状態を示す。この処理は、ＡＤ変換素子２０４が行う。図３Ｃの等間隔の縦線は、クロック信号３０１の立ち上がりを示し、縦線上の丸印はサンプリング信号３０２を示す。

図３Ｄは、サンプリング信号３０２をデジタル化した状態を示す。横軸上の矩形３０３は、クロック信号３０１の立ち上がり毎に形成されている。各矩形３０３には、サンプリング信号３０２としてデジタル値が格納される。サンプリングによって得られた最初の３つのデジタル値をそれぞれＤ1、Ｄ2、Ｄ3とする。

図３Ｅは、デジタル信号処理回路２０６によって割り算処理を行った状態を示す。この割り算処理では、３つのデジタル値毎に、中央のデジタル値を２で割り算する。即ち、（３ｋ−１）（ｋは自然数）番目のデジタル値を２で割り算する。図示の例では、連続する３つのデジタル値Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3のうち、デジタル値Ｄ2だけを２で割り算する。その結果、D2/2となる。デジタル値Ｄ1、Ｄ3は割り算を行わず、そのままである。

図３Ｆは、デジタル信号処理回路２０６によって加算処理を行った状態を示す。横軸上の矩形３０４は、クロック信号３０１の１．５周期毎に形成されている。各矩形には、加算処理によって得られた画素データが格納されている。この加算処理によって得られた最初の３つの画素データをそれぞれE1、E2、E3とする。

この加算処理では、図３Ｄの連続する３つのデジタル値のうち、１番目のデジタル値と２番目のデジタル値の半分を加算して１つの画素データを生成し、３番目のデジタル値と２番目のデジタル値の半分を加算して１つの画素データを生成する。従って、最初の画素データは、E1＝D1＋(D2/2)であり、２番目の画素データはE2＝(D2/2)＋D3であり、３番目の画素データは、E3＝D4＋(D5/2)である。即ち、奇数番目の画素データは、E(2k-1)＝D(3k-2)＋D(3k-1)/2となり、偶数番目の画素データはE (2k)＝D(3k-1)/2+D(3k)となる。ここでｋは正の整数である。

図３Ｄと図３Ｆを比較すると、本例では、クロック信号３０１の周期の１．５倍の周期のデジタル画像信号が得られる。即ち、サンプリングレートの2/3倍の周波数のデジタル画像信号が得られる。

こうして最終的に得られたデジタル画像信号を用いて、画像を生成する。図３Ｂのクロック信号３０１の周波数が100ＭHｚ（周期10ns）であると、図３Ｆに示すデジタル画像信号の周波数は、約66.7ＭＨｚ（周期15ns）となる。電子線の１走査によって１つの画素列が生成されるものと仮定する。１行の画素数が1024画素であるとする。また、１行の画素データを生成する時間と、１走査に要する時間を同期させる。１走査に要する時間は、15ns×1024＝15.36μsとなる。従って、15.36μs毎に、1024個の画素データが、デジタルデータ送信部２０７に送られる。

次に、図４を参照して、本発明のデジタル信号処理回路２０６におけるデータ処理の第１の例を説明する。本例では、連続する５つのサンプリング信号値から連続する４つの画素データを生成する。従って、サンプリングレートの４/５倍の周波数のデジタル画像信号が得られる。

図４Ａから図４Ｄまでの処理は、図３Ａから図３Ｄまでの処理と同様である。図４Ａは、ＡＤ変換器２２に供給されたアナログ信号４００の強度の時間変化を示す。図４Ｂは、クロック発生回路２０５のクロック信号４０１を示す。図４Ｃは、クロック信号４０１の立ち上がりで、アナログ信号４００をサンプリングした状態の信号４０２を示す。図４Ｄは、サンプリング信号４０２をデジタル化した状態の信号４０３を示す。横軸上の矩形４０３は、クロック信号４０１の立ち上がり毎に形成されている。各矩形４０３には、サンプリング信号３０２としてデジタル値が格納される。サンプリングによって得られた最初の５つのデジタル値をそれぞれＤ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4、Ｄ5とする。

図４Ｅは、デジタル信号処理回路２０６によって割り算処理を行った状態を示す。この割り算処理では、全てのデジタル値を、それぞれ４で割り算する。従って、デジタル値Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4、Ｄ5は、Ｄ1/4、Ｄ2/4、Ｄ3/4、Ｄ4/4、Ｄ5/4となる。

図４Ｆは、デジタル信号処理回路２０６によって加算処理を行った状態を示す。横軸上の矩形４０４は、クロック信号３０１の１．２５周期毎に形成されている。各矩形には、加算処理によって得られた画素データが格納されている。この加算処理によって得られた最初の４つの画素データをそれぞれF1、F2、F3、F4とする。この加算処理では、先ず、図４Ｅの処理で得られた、５つのデジタル値Ｄ1/4、Ｄ2/4、Ｄ3/4、Ｄ4/4、Ｄ5/4のうち、順に、連続する２つのデジタル値を取り出す。次に、取り出した２つのデジタル値にそれぞれ係数を乗算してから、加算する。

従って、最初の画素データは、F1=(4×D1/4＋(D2/4)であり、２番目の画素データは、F2=(3×D2/4)＋(2×D3/4)であり、３番目の画素データは、F3=(2×D3/4)＋(3×D4/4)であり、４番目の画素データは、F4=(D4/4)＋(4×D5/4)である。

一般に、5k-4番目の画素データは、F(5k-4) = (4×D(5k-4)/4)＋(1×D(5k-3)/4)、5k-3番目の画素データは、F(5k-3) = (3×D(5k-3)/4)＋(2×D(5k-2)/4)、5k-2番目の画素データは、F(5k-2) = (2×D(5k-2)/4)＋(3×D(5k-1)/4)、5k-1番目の画素データは、F(5k-1) = (1×D(5k-1)/4)＋(4×D(5k)/4)である。尚、ここでkは正の整数である。

図４Ｄと図４Ｆを比較すると、本例では、クロック信号３０１の周期の１．２５倍の周期のデジタル画像信号が得られる。即ち、サンプリングレートの4/5倍の周波数のデジタル画像信号が得られる。

こうして最終的に得られたデジタル画像信号を用いて、画像を生成する。図４Ｂのクロック信号４０１の周波数が100ＭHｚ（周期10ns）であると、図４Ｆに示すデジタル画像信号の周波数は、80MHz（周期12.5ns）となる。電子線の１走査によって１つの画素列が生成されるものと仮定する。１行の画素数が1024画素であるとする。また、１行の画素データを生成する時間と、１走査に要する時間を同期させる。１走査に要する時間は、12.5ns×1024＝12.8μsとなる。従って、12.8μs毎に、1024個の画素データが、デジタルデータ送信部２０７に送られる。

また、上述の例ではＡＤ変換子２０４に入力されるクロックは一定であると仮定した。しかしながら、複数のクロック（例えば、100MHz, 80MHz, 66.7MHz, 50MHz）を用いてもよい。複数のクロックを用いることによっても、同様な機能を提供することができる。

また、上述の例では、画素データのビット数について触れていない。しかしながら、図３Ｆ及び図４Ｆにて示す、最終的に得られた画像生成用のデジタル画像信号の画素データのビット数が、図３Ｄ及び図４Ｄにて示す、サンプリング信号のデジタル値のビット数と同一になるように構成してよい。

図５を参照して、走査速度と本発明による演算処理によって得られた画像生成用のデジタル画像信号の周波数の関係を説明する。縦軸は試料上の走査位置、横軸は時間である。グラフの傾斜は走査速度を表す。ここでは、サンプリングレートを１００Ｍｚとする。直線５０１は、周波数が１００Ｍｚのサンプリング信号を用いて画像を生成する場合の走査速度を示し、直線５０２は、本発明の演算処理によって得られた周波数が80MHzのデジタル画像信号を用いて画像を生成する場合の走査速度を示し、直線５０３は、本発明の演算処理によって得られた周波数が約66.7MHzのデジタル画像信号を用いて画像を生成する場合の走査速度を示す。

電子線の走査速度が変化しても、電子線が、試料上の0.1μmの長さを走査する毎に、１画素を生成するものとする。１行の画素データを生成する時間と、１走査に要する時間を同期させるものとする。走査速度は、画像生成用のデジタル画像信号の周波数に比例する。直線５０１の場合、時間10nsの間に、電子線が、試料上の距離0.1μmを走査する。従って、走査速度は、10ｍ／ｓである。直線５０２の場合、時間12.5nsの間に、電子線が、試料上の距離0.1μmを走査する。従って、走査速度は、8ｍ／ｓである。直線５０３の場合、時間15nsの間に、電子線が、試料上の距離0.1μm走査する。従って、走査速度は、6.67ｍ／ｓである。

直線５０１の場合、１画素を生成するのに必要な電子線の照射時間は、距離0.1μmを走査する時間に相当し、10nsである。直線５０２の場合、１画素を生成するのに必要な電子線の照射時間は、距離0.1μmを走査する時間に相当し、12.5nsである。直線５０３の場合、１画素を生成するのに必要な電子線の照射時間は、距離0.1μmを走査する時間に相当し、15nsである。

画像生成用のデジタル画像信号の周波数が大きいほど、走査速度が大きい。従って、１画素当たりの電子線の照射時間が短くなる。即ち、輝度信号の強度が小さくなり、ＳＮ比が低下し、欠陥の検出精度が低くなる。しかしながら、画像取得時間が短くなる。

画像生成用のデジタル画像信号の周波数が小さいほど、走査速度が小さい。従って、１画素当たりの電子線の照射時間が長くなる。即ち、輝度信号の強度が大きくなり、ＳＮ比が向上し、欠陥の検出精度が高くなる。しかしながら、画像取得時間が長くなる。

本発明によると、ユーザは、画像取得時間を短くし、スループットの向上を優先するのか、又は、輝度信号の強度及びSN比を大きくし、欠陥検査精度を高くすることを優先するのか、どちらかを選ぶことができる。画像取得時間の短縮化、及び、スループットの向上を優先する場合には、演算処理によって、周波数が大きいデジタル画像信号を生成すればよい。一方、ＳＮ比の向上、及び、欠陥の検出精度の向上を優先する場合には、演算処理によって周波数が小さいデジタル画像信号を生成すればよい。

図６を参照して、検出された欠陥数と画像生成用のデジタル画像信号の周波数の関係を説明する。縦軸は、検出された欠陥数である。横軸は、本発明による演算処理によって得られた画像生成用のデジタル画像信号の周波数である。走査速度は、画像生成用のデジタル画像信号の周波数に比例するから、横軸は走査速度であってもよい。

直線６０２は、試料に存在する真の欠陥数を示す。曲線６０１は、本発明による外観検査装置によって検出された欠陥数を示し、曲線６０２は、欠陥であると誤認識された誤検出数を示す。図示のように、画像生成用のデジタル画像信号の周波数が大きくなると、検出された欠陥数は減少し、誤検出数が増加する。周波数が大きいほど、走査速度が大きく、１画素当たりの電子線の照射時間が短くなる。従って、輝度信号の強度が小さくなり、ＳＮ比が低下し、欠陥の検出精度が低くなる。

図示のように、検出された欠陥数を増加させるには、画像生成用のデジタル画像信号の周波数を小さくすればよい。それによって走査速度が小さくなり、１画素当たりの電子線の照射時間が長くなる。従って、輝度信号の強度が大きくなり、ＳＮ比が向上し、欠陥の検出精度が高くなる。しかしながら、画像取得時間が長くなり、スループットが低下する。

図７は、本発明による外観検査装置のモニタ５０の入力画面の例を示す。本例の入力画面７００は、メッセージエリア７０１、入力促進用メッセージエリア７０２、マップ表示エリア７０３、共通ボタンエリア７０４、情報表示エリア７０５、７０６、７０７、及び、メニュー選択ボタンエリア７０８を有する。

画像取得条件設定ウインドウ７１０は、ユーザが画像生成用デジタル画像信号の周波数又は走査速度を選択するためのスライダック７１１を有する。スライダック７１１によって、ユーザは、本発明によって得られる画像生成用デジタル画像信号の周波数又は走査速度を任意の値に設定することができる。図７では、スライダック７１１の横に「走査速度」と表示されている。従って、図７の例では、スライダック７１１によって走査速度を任意の値に設定することができる。しかしながら、「走査速度」の代わりに、「画像生成用デジタル画像信号の周波数」と表示し、スライダック７１１によって画像生成用デジタル画像信号の周波数を任意の値に設定することができるように構成してもよい。

スライダック７１１の一方の端には、「スループット大」と表示され、他方の端には「Ｓ／Ｎ大」が表示されている。ユーザがスループットの向上を優先する場合には、スライダック７１１のレバーを、「スループット大」の方向に移動させればよい。ユーザがＳ／Ｎの向上を優先する場合には、スライダック７１１のレバーを、「Ｓ／Ｎ大」の方向に移動させればよい。こうして、スライダック７１１のレバーを、ユーザが所望の位置に設定することにより、画像生成用デジタル画像信号の周波数又は走査速度の値が決まる。

画像取得条件設定ウインドウ７１０には、設定ボタン７１２、キャンセルボタン７１３、閉じるボタン７１４等が配置されている。

スライダック７１１のレバーを所望の位置に設定し、設定ボタン７１２をクリックすると、スライダック７１１にて入力された画像生成用デジタル画像信号の周波数又は走査速度が設定される。キャンセルボタン７１３をクリックすると、スライダック７１１にて入力された周波数又は走査速度がキャンセルされる。閉じるボタン７１４をクリックすると、画像取得条件設定ウインドウ７１０が消える。

画像取得条件設定ウインドウ７１０は、検査時間表示フィールド７１５及びS/N表示フィールド７１６を有する。検査時間表示フィールド７１５及びS/N表示フィールド７１６には、スライダック７１１にて設定された画像生成用デジタル画像信号の周波数又は走査速度から算出される検査時間及びS/Nが、それぞれ表示される。

本例の入力画面内のエリアのレイアウトは様々であり、図７に示す例は単なる１例であり、本発明はそれに限定されない。例えば、共通ボタンエリア７０４に配置したボタンをクリックすると、入力画面７００には、画像取得条件設定ウインドウ７１０が表示されるように構成してよい。

図８は、本発明による外観検査装置のモニタ５０の入力画面の例を示す。本例の入力画面では、図７に示した入力画面の情報表示エリア７０５に、図６のグラフ８０１が挿入されている。本例の入力画面にも、画像取得条件設定ウインドウ８０２が表示される。画像取得条件設定画面802における設定値を変えて、試験的に短時間の欠陥検査を実施してもよい。それによって、画像生成用デジタル画像信号の周波数（または走査速度）と検出された欠陥数の関係のデータが得られる。このデータに基づいて、グラフ801を入力画面上に表示させることができる。このグラフを見ることによって、ユーザは、どの条件が最適かを見つけ出すことができる。ここではグラフ８０２を図示したが、表でもかまわない。

本発明のＳＥＭ式外観検査装置の構成を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置の二次電子検出部のＡＤ変換器の構成の例を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置の二次電子検出部のデジタル信号処理回路における加算処理及び平均化処理の例を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置の二次電子検出部のデジタル信号処理回路における加算処理及び平均化処理の他の例を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置における走査速度とサンプリングレートの関係を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置におけるサンプリングレート（または走査速度）と検出欠陥数の関係を説明する図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置のモニタの入力画面の例を示す図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置のモニタの入力画面の例を示す図である。

符号の説明

１…ＳＥＭ式外観検査装置、２…検査室、３…電子光学系、４…光学顕微鏡部、５…画像処理部、６…制御部、７…二次電子検出部、８…試料室、９…試料、１０…電子銃、１１…引き出し電極、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング偏向器、１４…絞り、１５…走査偏向器、１６…対物レンズ、１７…反射板、１８…ＥｘＢ偏向器、１９…電子線、２０…二次電子検出器、２１…プリアンプ、２２…ＡＤ変換器、２３…光変換手段、２４…光伝送手段、２５…電気変換手段、２６…高圧電源、２７…プリアンプ駆動電源、２８…駆動電源、２９…逆バイアス電源、３０…試料台、３１…Ｘステージ、３２…Ｙステージ、３４…位置モニタ用測長器、３５…被検査基板高さ測定器、３６…高圧電源、４０…光源、４１…光学レンズ、４２…ＣＣＤカメラ、４３…補正制御回路、４４…走査信号発生器、４５…対物レンズ電源、４６…第一画像記憶部、４７…第二画像記憶部、４８…差画像演算部、４９…欠陥判別部、５０…モニタ、５１…二次電子、５２…第二の二次電子、
２０４…ＡＤ変換素子、２０５…クロック発生回路、２０６…デジタル信号処理回路、２０６…デジタル信号送信部、３００…アナログ信号、３０１…クロック信号、３０２…サンプリング信号、３０３…サンプリング信号のデジタル値、３０４…画像生成用のデジタル画像信号のデジタル値、４００…アナログ信号、４０１…クロック信号、４０２…サンプリング信号、４０３…サンプリング信号のデジタル値、４０４…画像生成用のデジタル画像信号のデジタル値、７００…入力画面、７０１…メッセージエリア、７０２…入力促進用メッセージエリア、７０３…マップ表示エリア、７０４…共通ボタンエリア、７０５、７０６、７０７…情報表示エリア、７０８…メニュー選択エリア、７１０…画像取得条件設定ウインドウ、７１１…スライダック、７１２…設定ボタン、７１３…キャンセルボタン、７１４…閉じるボタン、７１５…検査時間表示フィールド、７１６…S/N表示フィールド、801…検出欠陥数と周波数（または走査速度）の関係を示すグラフ、802…画像取得条件設定ウインドウ

Claims (20)

1. 電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、
   前記試料上に電子ビームを集束させる対物レンズと、
   前記試料からの二次電子又は反射電子を検出してアナログ輝度信号を生成する検出器と、
   前記アナログ輝度信号を所定のサンプリングレートにてサンプリングするＡＤ変換子と、
   前記ＡＤ変換子によって得られた前記サンプリングレートと同じ周波数のサンプリング信号の演算処理によって前記サンプリングレートより小さい周波数のデジタル画像信号を生成するデジタル信号処理部と、
   前記デジタル画像信号のデジタル値の各々を１画素とする画像を生成する画像処理部と、
   ユーザがデータを入力する入力装置と、を有し、
   前記入力装置を介して、ユーザが前記デジタル画像信号の周波数、又は、前記サンプリングレートに対する前記デジタル画像信号の周波数の比を選択することができるように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
2. 請求項１記載の外観検査装置において、前記入力装置を介して、ユーザがスループットの向上を優先するか、又は、Ｓ／Ｎの向上を優先するかを選択することができるように構成されており、前記デジタル信号処理部は、ユーザがスループットの向上を優先することを選択したとき、前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度を、ユーザがＳ／Ｎの向上を優先することを選択したときに比べて、大きな値に設定することを特徴とする外観検査装置。
3. 請求項１記載の外観検査装置において、前記デジタル画像信号の周波数、又は、前記サンプリングレートに対する前記デジタル画像信号の周波数の比を設定する画像取得条件設定画面を表示するモニタを有することを特徴とする外観検査装置。
4. 請求項１記載の外観検査装置において、ユーザがデータを入力するための入力画面を表示するモニタを有し、前記入力画面は、ユーザが移動可能なレバーを備えたスライダックを有する画像取得条件設定ウインドウを表示し、前記デジタル信号処理部は、前記レバーの位置に対応して前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度を設定するように構成されている外観検査装置。
5. 請求項４記載の外観検査装置において、ユーザが前記レバーの位置を選択することによって、ユーザがスループットの向上を優先するか、又は、Ｓ／Ｎの向上を優先するかを選択することができるように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
6. 請求項４記載の外観検査装置において、前記画像取得条件設定ウインドウは、検査時間表示フィールド及びS/N表示フィールドを有し、前記検査時間表示フィールドは、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度から算出された検査時間を表示し、前記S/N表示フィールドは、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度から算出されたS/Nを表示することを特徴とする外観検査装置。
7. 請求項４記載の外観検査装置において、前記入力画面は、検出された欠陥数と前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度の関係を示すグラフを表示することを特徴とする外観検査装置。
8. 請求項７記載の外観検査装置において、前記グラフは、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度に基づいて作成されることを特徴とする外観検査装置。
9. 請求項１記載の外観検査装置において、前記デジタル信号処理部は、前記サンプリング信号に含まれる連続する所定の個数のデジタル値毎に加算及び割り算して、前記所定の個数より少ない個数の連続したデジタル値を生成し、該生成したデジタル値の各々を１画素とする前記デジタル画像信号を生成することを特徴とする外観検査装置。
10. 請求項１記載の外観検査装置において、前記サンプリングレートの周波数は前記デジタル画像信号の周波数の整数倍でないことを特徴とする外観検査装置。
11. 請求項１記載の外観検査装置において、前記デジタル信号処理部は、前記サンプリング信号に含まれる連続するデジタル値をD1, D2, D3, D4,…とし、前記デジタル画像信号に含まれる連続するデジタル値をE1, E2, E3, E4,…とすると、前記デジタル画像信号に含まれる奇数番目のデジタル値は、E(2k-1)＝D(3k-2)＋D(3k-1)/2となり、偶数番目のデジタル値はE (2k)＝D(3k-1)/2+D(3k)となる（ここでｋは正の整数である。）ことを特徴とする外観検査装置。
12. 請求項１記載の外観検査装置において、前記デジタル信号処理部は、前記サンプリング信号に含まれる連続するデジタル値をD1, D2, D3, D4,…とし、前記デジタル画像信号に含まれる連続するデジタル値をF1, F2, F3, F4,…とすると、前記デジタル画像信号に含まれる、5k-4番目の画素データは、F(5k-4) = (4×D(5k-4)/4)＋(1×D(5k-3)/4)、5k-3番目の画素データは、F(5k-3) = (3×D(5k-3)/4)＋(2×D(5k-2)/4)、5k-2番目の画素データは、F(5k-2) = (2×D(5k-2)/4)＋(3×D(5k-1)/4)、5k-1番目の画素データは、F(5k-1) = (1×D(5k-1)/4)＋(4×D(5k)/4)となる（ここでｋは正の整数である。）ことを特徴とする外観検査装置。
13. 走査偏向器によって電子ビームを試料上に走査し、
    対物レンズによって前記試料上に電子ビームを集束させ、
    前記試料からの二次電子又は反射電子を検出してアナログ輝度信号を生成し、
    前記アナログ輝度信号を所定のサンプリングレートにてサンプリングしてサンプリング信号を生成し、
    前記サンプリングレートと同じ周波数の前記サンプリング信号の演算処理によって前記サンプリングレートより小さい周波数のデジタル画像信号を生成し、
    前記デジタル画像信号のデジタル値の各々を１画素とする画像を生成し、
    前記デジタル画像信号は、入力装置を介してユーザが入力した前記デジタル画像信号の周波数、又は、前記サンプリングレートに対する前記デジタル画像信号の周波数の比に基づいて求められることを特徴とする画像データの処理方法。
14. 請求項１３記載の画像データの処理方法において、入力装置を介してユーザがスループットの向上を優先することを選択したとき、前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度を、ユーザがＳ／Ｎの向上を優先することを選択したときに比べて、大きな値に設定することを特徴とする画像データの処理方法。
15. 請求項１３記載の画像データの処理方法において、前記デジタル画像信号の周波数、又は、前記サンプリングレートに対する前記デジタル画像信号の周波数の比を設定する画像取得条件設定画面を表示することを特徴とする画像データの処理方法。
16. 請求項１３記載の画像データの処理方法において、
    モニタに、ユーザがデータを入力するための入力画面を表示することと、
    前記入力画面に、ユーザが移動可能なレバーを備えたスライダックを有する画像取得条件設定ウインドウを表示することと、
    を有し、
    ユーザが前記レバーを所望の位置に選択することによって、前記レバーの位置に対応して前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度を設定することができるように構成されていることを特徴とする画像データの処理方法。
17. 請求項１６記載の画像データの処理方法において、ユーザが前記レバーの位置を選択することによって、ユーザがスループットの向上を優先するか、又は、Ｓ／Ｎの向上を優先するかを選択することができるように構成されていることを特徴とする画像データの処理方法。
18. 請求項１６記載の画像データの処理方法において、
    前記画像取得条件設定ウインドウに、検査時間表示フィールド及びS/N表示フィールドを表示することと、
    前記検査時間表示フィールドに、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度から算出された検査時間を表示することと、
    前記S/N表示フィールドに、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度から算出されたS/Nを表示することと、
    を有することを特徴とする画像データの処理方法。
19. 請求項１６記載の画像データの処理方法において、前記入力画面に、検出された欠陥数と前記デジタル画像信号の周波数の関係を示すグラフを表示することを特徴とする画像データの処理方法。
20. 請求項１９記載の画像データの処理方法において、前記グラフは、前記スライダックにて設定された前記デジタル画像信号の周波数又は走査速度に基づいて作成されることを特徴とする画像データの処理方法。

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