JP5274419B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料の欠陥レビュー、外観検査、測長等に使用される荷電粒子線装置に関する。

電子機器に搭載されているプロセッサやメモリ等の半導体デバイスの製造工程では、露光処理、リソグラフィ処理、エッチング処理等の工程が繰り返し実行され、シリコンウェハ上に所望の回路パターンを形成する。この半導体製造工程においては、各処理が正常に実施されたか否かを判定するために、工程毎に外観検査や計測等を実施する。そして、異常が検出された場合には、検出された異常の種類や場所等に関する情報を、異常が検出された工程だけでなく、その前後に位置する他の工程にも通知する。これら情報の通知により、処理の補正や不良箇所の除外等を実現し、製造歩留まりの向上を実現する。

半導体製造装置における試料の外観検査や計測には、走査型電子顕微鏡その他の荷電粒子線装置を応用した検査装置や計測装置が多く用いられる。荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線を試料に照射して二次荷電粒子を発生させ、発生された二次荷電粒子を検出して照射領域の像を生成し、生成された像に基づいて試料の外観検査や計測を実現する。この際、生成された像は画像処理装置に転送され、異物の混入や回路パターンの線幅不足等の異常検出に用いられる。また、走査型電子顕微鏡で生成された像は画像表示装置にも転送され、異常に関する情報の記録やオペレータによる異常の目視確認に使用される。多くの場合、オペレータによる目視確認のため、画像処理装置には画像表示装置（モニタ等）が接続される。

ところで、前述した検査装置や測定装置は、半導体製造ラインの一部として稼動する。このため、この種の装置には、次々と投入される試料を検査し又は計測する機能が必要とされる。すなわち、検査装置や測定装置では、試料に関する像を前述の手順により生成し、順番に転送するという一連の動作が周期的に繰り返し実行される。ここでの転送周期は、検査装置や測定装置の単位時間当たりの処理量に影響を与える。このため、転送周期はできる限り短くすることが求められる。更にまた、試料の像が取得された後は、できる限り速やかに画像処理が開始できるように、送信開始から受信開始までの時間（すなわち、レイテンシ）をできる限り短くすることが求められる。例えば特許文献１には、ウェハ検査装置で得られる大量のデータをシリアル伝送する技術が開示される。

この種のシリアルデータ伝送規格の一例として、カメラリンクと呼ばれる像データ転送規格がある。カメラリンクは、データの転送開始と終了をタイミング制御のみで制御する規格であり、他に余計な制御コマンド又は通信コマンドを持たない。具体的には、像データの送信側と受信側を２本の伝送線で接続し、一方の伝送線で像データを伝送し、もう一方の伝送線では送信側と受信側とで像データの入出力を同期させるための同期信号を伝送する。同期信号が同じレベルの間は像データの伝送が継続され、同期信号が違うレベルになると像データの伝送が停止される。また、送信側から受信側に像データの送信開始を通知するため、送信開始に先立って入力トリガ信号を送信側から受信側に伝送する。

以上のように、カメラリンク規格においては、データ伝送路を伝送されるデータが像データのみであり、他の通信規格のように像データ以外のデータが伝送されずに済む。このため、カメラリンク規格では、他の通信規格のようにヘッダ処理等の付加的な通信処理が不要である。従って、データ転送のレイテンシは、実際に像データが伝送路を伝送される時間だけで済み、像データの転送周期を短くすることができる。

一方、荷電粒子線装置においては、１回の撮像で取得できる像の画質は一般に低い。このため、実際の検査や計測には、試料上の同じ領域を複数回撮像し、各撮像回に取得された像データを積算（合成）した像が一般に使用されている。この明細書においては、１回の撮像で得られる像のことを「フレーム」と呼び、同じ領域を撮像した複数枚のフレームを積算した像のことを「画像」と呼ぶ。また、この明細書では特に断らない限り、像データを、フレームに対応する像データと画像に対応する像データの両方を総称する意味で使用する。

特開２００２−２２３２０３号公報

半導体デバイスの検査や計測に使用される荷電粒子線装置では、ユーザ自身が装置の動作状況を確認できるように、画像処理装置に接続された画像表示装置（例えばモニタ）に撮像された像を直ちに表示できる装置構成の採用が常識となっている。ただし、上述したように、実際の検査又は計測には、同一領域について取得された複数枚のフレームを積算（合成）した画像が用いられる。このため、撮像が開始された後も、検査用の像又は計測用の像が画像表示装置に実際に映し出されるまでには、ある程度のタイムラグが存在する。そこで一般には、撮像が開始された後、所定の積算回数分のフレームの撮像が完了するまでの間、途中回までに取得された像（フレーム）を積算した像（画像）を、画像処理装置に順次伝送する手法が用いられている。例えば最終的な積算回数が１６枚であれば、フレームの積算回数が１枚、２枚、３枚…１５枚の像についても画像処理装置に順次伝送し、当該画像処理装置を経由して画像表示装置に取得途中の像を表示する手法が用いられている。勿論、最終的には、１６枚のフレームを積算した画像が、検査又は計測用に画像表示装置上に表示される。この仕組みの採用により、最終的な画像が表示されるまでの間でも、ユーザによる動作状態の確認を可能としている。

一方、カメラリンク規格に限らず、高速シリアル通信では、電磁ノイズ等の使用環境からの影響、部品不良、部品故障その他の様々な要因により、ある程度の伝送エラーが認められる。伝送エラーが発生すると、最も一般的な現象として、撮像装置側から画像処理装置側に伝送された像データの一部が欠落する。ところが、カメラリンク規格を採用する画像処理装置では、欠落した像データの生成に使用したフレームの積算数等、個々の像データの履歴情報を知ることができない。このため、像データの一部だけが欠落した場合、検査又は計測に使用しない途中の像データが欠落しただけなのか、検査又は計測に使用する最終的な像データが欠落したのかを画像処理装置側で判別することができない。従って、何らかの方法で伝送エラーが発生したことを検知して、伝送エラーの発生時に送信されていた像データの全体を再送することが必要となり、検査や計測のスループット向上の障害になっている。

以上のように、伝送エラーが発生すると、半導体検査装置等における処理は一時停止する。ところが、前述したように、半導体検査装置等は半導体製造ラインの一部となっている。このため、半導体検査装置等の一時停止は、半導体製造ライン全体の稼動状態にも影響を与えてしまう。そこで、伝送エラーを速やかに検出し、画像データの再送や当該画像データの破棄等を即時に実施することで、半導体製造ラインの停止時間をできる限り短くできる転送方式が必要となる。しかし、像データの伝送に、高度なエラー検出機能を備える通信プロトコルを採用すると、像データの欠落検出や再送を実現できる一方で、通信オーバヘッドのためにレイテンシが悪化してしまう。

そこで、本発明は、高速かつ低レイテンシの伝送形態でありながら、伝送エラーの検出が可能な荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

本発明では、画像取得装置で取得された像データ（フレームデータ又は画像データ）を高速かつ低レイテンシで伝送しつつ、同時に伝送エラーの有無を検出できる受像処理装置を有する荷電粒子線装置を提供する。より具体的には、画像取得装置の側で像データの識別子を生成し、生成された識別子を像データとは別の伝送路を通じて受像処理装置に送信する。一方の受像処理装置は、受信した像データに基づいて送信側と同じ手順で識別子を生成する。そして、受像処理装置で生成した識別子と受像処理装置で受信した識別子とを比較することにより、伝送エラーの発生の有無を検出する。ここでの識別子は、伝送対象としての像データを伝送単位で識別可能であり、かつ、個々の像データから生成可能な情報である。像データから生成可能であれば、任意の情報を用いることができる。

本発明によれば、像データを高速かつ低レイテンシのまま、受像処理装置に伝送することができる。また、識別子の比較により伝送エラーの発生の有無を、受像処理装置において即時に検出できる。このため、荷電粒子線装置の異常停止時間を短縮でき、同時に半導体製造ラインのスループット低下を抑制することができる。

本発明の荷電粒子線装置による像データの転送動作の概略を説明する図。 荷電粒子線画像取得装置で実行される処理の概略を説明する図。 像データの転送動作を説明するフローチャート。 濃淡値の加算を使用した識別子の生成例を説明する図。 ハッシュ関数を使用した識別子の生成例を説明する図。 荷電粒子線画像取得装置のハードウェア例を示す図。 画像処理装置のハードウェア例を示す図。 識別子の生成用に部分領域を設定する例を説明する図。 識別子の生成に使用する部分領域の設定に微分関数を用いる例を説明する図。 識別子に圧縮像を用いる場合の像データの転送動作例を説明するフローチャート。 像データの転送時に発生する伝送エラーの例を説明する図。 伝送エラーの検知後の他の処理例を説明する図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、後述する装置構成や処理動作の内容は一例であり、実施の形態と既知の技術との組み合わせや置換により他の実施の形態を実現することもできる。

（形態例）
以下に説明する走査型電子顕微鏡その他の荷電粒子線装置は、荷電粒子線画像取得装置と、受像処理装置とで構成されるものとする。なお、受像処理装置は、画像処理装置と画像表示装置の両方を含む装置の総称の意味で使用する。因みに、荷電粒子線画像取得装置は、特許請求の範囲における「画像取得装置」に対応する。

前述したように、荷電粒子線画像取得装置には、転送される像の区別を可能とする像識別子を生成する識別子生成機能を搭載する。一方、画像処理装置や画像表示装置には、荷電粒子線画像取得装置と同じ識別子生成機能と、この識別子生成機能を用いて生成した像識別子と受信した識別子の比較により伝送エラーの発生の有無を検出するエラー検出機能とを搭載する。

像データの伝送には、高速かつ低レイテンシの通信プロトコルを使用する。例えばエラー検出機能を有しない、伝送速度を優先した通信プロトコルを使用する。例えばカメラリンク規格を使用する。一方、像識別子の伝送には、像データの伝送に使用する伝送路（第１の伝送路）とは別系統の伝送路（第２の伝送路）を使用する。像データの伝送路（第１の伝送路）と像識別子の伝送路（第２の伝送路）を物理的に分離することにより、像データの伝送中に伝送エラーが生じた場合でも、像識別子の伝送に異常が無い限り、受信した像データに伝送中にエラーが発生したか否かを検出することができる。伝送エラーの原因には、電磁ノイズ等の使用環境に起因するもの、部品不良や部品故障等によるものがある。前述したように、第１の伝送路と第２の伝送路は物理的に別の伝送路であるので、同じ伝送媒体や通信プロトコルを採用することも技術的には可能である。

ただし、第２の伝送路を通じて受信される像識別子を判定基準に用いる観点からすると、第２の伝送路は実質的に伝送エラーの発生を無視できること、すなわち伝送品質が高いことが要求される。そこで、第２の伝送路には、例えば光ファイバー、シールド付きツイストペアケーブル等の使用環境からの影響を受け難い伝送媒体や、イーサネット等のエラー検出機能を有する通信プロトコルを適用することが好ましい。

走査型電子顕微鏡その他の荷電粒子線画像取得装置で生成される像データは、一般的なコンピュータで取り扱うグレースケール画像のデータ形式と同様に、縦横に並んだ画素の濃淡値の集合（２次元配列）としてデータ化されている。画素の濃淡値は、数値が小さいほど淡く、数値が大きいほど濃い、といった方法で濃淡を表現する。

像識別子は、後述する様々な方法で生成する。例えば像を構成する全画素又は一部画素の濃淡値の加算値として、又は像を構成する全画素又は一部画素の濃淡値を関数に代入して計算した結果として生成する。もっとも、完全ハッシュ関数のように異なる画像からは必ず異なるハッシュ値が得られる規模の大きい関数を用いて像識別子を計算すると、レイテンシが大きくなる可能性がある。このため、後述する実施例の場合には、濃淡値の加算値であるサム値や計算量の少ないハッシュ関数を用いて像識別子を算出する。

また、近年における半導体プロセスの微細化に伴い、検査対象の微細化、検査や計測の高精度化が求められている。また、高精細化に伴う像サイズの大型化や濃淡値の高分解能化も進んでいる。このため、検査対象である像の全領域を使用して像識別子を生成すると、計算量が非常に多くなり、結果的にレイテンシが大きくなる可能性がある。

そこで、実施例の一つでは、転送対象とする像から一部領域だけを切り出し、切り出された一部領域から像識別子を算出する方式を説明する。一部領域の選択方式には、特異なパターン（特異点）が常に現れる座標付近等を固定的に選択する方法と、微分関数を用いて画像毎に特異点を算出し、その周辺領域を選択する方法がある。例えば微分関数を用いる方法では、最初に像の縦方向に並んだ画素列について濃淡値を縦方向に微分し、次に像の横方向に並んだ画素列の濃淡値を横方向に微分する。この後、これら２方向のそれぞれについて濃淡値の変化が最も大きい部分を特異点として求め、その周辺領域を一部領域に選択する。

この他、実施例の一つでは、像識別子の算出に用いる関数として、圧縮像の生成に使用する符号化関数を用いる場合について説明する。この関数は、非可逆関数でも良いし、可逆関数でも良い。例えばＪＰＥＧ関数のような非可逆関数でも良いし、ＰＮＧ関数のような可逆関数でも良い。圧縮像を像識別子とする場合には、受信側で伝送エラーを検出したときに、伝送エラーが検出された像データを破棄し、その代替として像識別子を使用することも処理目的によっては可能である。

（実施例１）
続いて、荷電粒子線装置の実施例を説明する。図１に、荷電粒子線装置の概略構成を示す。図１に示す荷電粒子線装置１００は、荷電粒子線画像取得装置１１０と、画像処理装置１２０と、画像表示装置１３０とで構成される。

荷電粒子線画像取得装置１１０は、荷電粒子線（一次荷電粒子線）を測定試料に照射した際に発生する２次電子線等（二次荷電粒子線）の検出により、照射領域に対応する像（すなわち、フレーム又は画像）を取得する走査型電子顕微鏡等の装置である。画像処理装置１２０は、像データを荷電粒子線画像取得装置１１０から受信し、画像処理を通じて試料表面の異常の検出や試料表面に形成されたパターンの測定を行う装置である。画像表示装置１３０は、オペレータによる目視用に、測定結果や異常部位を表示画面上に表示する装置である。なお、画像処理装置１２０と画像表示装置１３０の基本的な内部構成は同じである。従って、以下では、両装置に共通する機能については、画像処理装置１２０について説明する。

図２に、荷電粒子線画像取得装置１１０の概略構成を示す。図２に示すように、荷電粒子線源１１１から荷電粒子線２０７を試料１１２に照射し、偏向手段２０５で荷電粒子線２０７を偏向させる。この偏向により、荷電粒子線２０７は試料表面を走査する。走査により試料から発生される荷電粒子は、検出器１１３で検出される。画像生成部１１４は、荷電粒子の検出量を量子化器２０１で量子化する。この量子化値は、荷電粒子線２０７が照射位置の画素２０３に対応付けられた濃淡値として取り扱われる。像２０４は、画素２０３の２次元配列（ｎ行ｍ列）で構成される。なお、試料１１２は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれについて移動可能なステージ２０６の上に載置される。

前述したように、荷電粒子線２０７の一回の照射により得られる像２０４（フレーム）は、一般にコントラストが低い。このため、複数回の照射によって取得された各像２０４（フレーム）の同じ画素の濃淡値を積算したものを、画素２０３の濃淡値に用いる場合もある。このように濃淡値の積算後の画素２０３の集合で定義される像が前述の「画像」である。従って、「画像」のコントラストは、「フレーム」のコントラストよりも大きくなる。荷電粒子線画像取得装置１１０は、「フレーム」又は「画像」に対応する像データを、伝送路を通じて画像処理装置１２０に送信する。前述の通り、一般には、「画像」に対応する像データが、積算途中も含めて送信される。

画像処理装置１２０は、取得した像データに基づいて、試料１１２に生じた異常の検出、試料１１２に形成されたパターンの測定等を行う。この検出や測定は、計算量が多い。しかも、次々と取得される像データに対して検出や測定を遅滞無く実行する必要がある。従って、画像処理装置１２０には、一般に、非常に高速に動作する計算機が用いられる。しかし、この種の計算機は大型になることが多い。このため、一般的な荷電粒子線装置１００では、画像処理装置１２０は独立した装置として配置される。結果的に、荷電粒子線画像取得装置１１０と画像処理装置１２０は、物理的に離れた位置に配置される。このため、像データを転送するための手段が必要になる。

前述したように、像データの転送は、荷電粒子線装置１００のスループットに影響する。このため、像データを高速に伝送可能な伝送媒体を用いる必要がある。また、スループットの向上のためには、転送開始から受信完了までの時間を短くするためにレイテンシの低い通信方式を採用する必要がある。因みに、イーサネット等の汎用情報系の通信プロトコルは、オーバヘッド部分が大きい。このため、像データの転送には、通信制御によるオーバヘッドができる限り少なく済む通信方式を選択する必要がある。通信制御によるオーバヘッドを少なくするためには、光ファイバーや高速シリアル差動信号等の高速な通信媒体を用い、像データとわずかな制御信号のみでデータ伝送を実行することが望ましい。しかし、伝送エラーの検出やリカバリがどうしても脆弱になってしまう。

そこで、発明者らは、像データに基づいて作成される像識別子を用いることにより、受信側で伝送エラーを検知する機能を提案する。具体的には、荷電粒子線画像取得装置１１０に識別子生成部１１５を配置し、画像処理装置１２０に識別子生成部１２１を配置する。なお、像識別子を比較基準に用いる今回の方式は、像識別子自体が像データと一緒に改ざんを受けると、伝送エラーを検出することができない。そこで、図１に示すように、像識別子は、像データとは別の伝送路を通じて伝送する。

ここでは、図１１を用い、伝送エラーの定義を説明する。図１１の上段は、伝送中に、送信像１１０１と受信像１１０２の間で、画素の濃淡値が変化する例を示している。このような場合を、伝送エラーによる「ビット化け」と定義する。ビット化けには、データの欠落も含まれる。また、ビット化けは１画素だけでなく、像データ内の複数画素についても発生し得る。一方、図１１の下段は、通信中に、像２（１１０４）が欠落する例を示している。この例を、伝送エラーによる像の「欠落」と定義する。特に、像の欠落が発生するような大きな伝送エラーが発生する場合、像データと同じ伝送路で像識別子を転送していると、像識別子も欠落する可能性がある。そこで、図１では、像識別子の伝送路を像データの伝送路から独立させている。

荷電粒子線装置１００の場合、像データの伝送には、光ファイバーや高速シリアル差動信号等の伝送速度が速い伝送路（第１の伝送路）を使用すると共に、できる限りオーバヘッドの少ない通信プロトコルを使用する一方で、像識別子の伝送には別系統の伝送路（第２の伝送路）を使用する。像識別子の伝送には、像データの場合と同様に、光ファイバーや高速シリアル差動信号を使用することも可能である。ただし、像識別子のデータ量は小さいため、イーサネット等の情報系通信と混在して送信することも可能である。

次に、図４を使用し、識別子生成部１１５に適用して好適な像識別子の生成方法の一例を説明する。前述の通り、像２０４は、画素２０３の２次元配列としてデータ化されている。画素２０３の濃淡値ｇは色の濃さを示し、値が大きくなれば色が濃くなり、値が小さくなれば色が淡くなる。ここでは、ある座標における濃淡値ｇを、ｇ（Ｘ、Ｙ）と定義する。ｇ（Ｘ、Ｙ）は、像２０４の座標系で規定された座標（Ｘ、Ｙ）に対応する画素２０３の濃淡値４０１を示している。なお、座標系の原点は、図中左下隅である。

図４の場合、座標（７、９）に対応する画素の濃淡値ｇ（７、９）は“１”である。図４では、像識別子４０２を、像２０４を構成する全画素に対応する濃淡値ｇ（Ｘ、Ｙ）の加算値として定義する。すなわち、Ｘ＝０〜９、Ｙ＝０〜９に対して加算値Σｇ（Ｘ、Ｙ）を計算した値を像識別子４０２とする。前述の通り、像データの転送には高速シリアル通信などが用いられる。このため、データ転送時に画素もシリアルに並び替えられる。この構成を利用し、転送時に同時に像識別子４０２を求めることは容易に可能であり、装置のスループットを落とすことなく像識別子４０２を作成することができる。

続いて、像識別子の他の算出例を説明する。図５に、像識別子を５０１の算出に、ハッシュ関数を適用する例を示す。図５に示した例は、像２０４を構成する全画素に対応する各濃淡値（ｇ（Ｘ、Ｙ））に“３１”を掛けて直前回までの計算結果に加算してゆき、最後に素数１０１の剰余を求め、これを像識別子５０１とする例である。こちらの計算も、フレームデータや画像データの転送時にシリアルに整列された濃淡値ｇ（Ｘ、Ｙ）を使用するため、ハードウェアによる実装が容易な算出方法である。

図６に、荷電粒子線画像取得装置１１０に用いて好適なハードウェア構成の概要を示す。検出器１１３から出力される検出信号はアナログ信号であり、これを量子化するためにＡＤ変換器６０１を使用する。このＡＤ変換器６０１が、図２の量子化器２０１に対応する。ＡＤ変換器６０１からは、検出信号がデジタルデータとして出力される。このデジタルデータに基づいて像データが生成される。像データの生成機能の実装には、近年、高速化と低価格化が進んでいる像データ生成ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）６０２が一般に用いられる。像データ生成ＦＰＧＡ６０２を用いることにより、実装する論理回路を別基板にも容易に流用できる、すなわち、移植容易性が実現される。

ＡＤ変換器６０１から像データ生成ＦＰＧＡ６０２に入力されたデジタルデータは、画像メモリ制御回路６０５により、画像メモリ６０３に格納される。画像メモリ６０３に格納されたデジタルデータには、プロセッサ６０４と画像生成回路６０６により、コントラストの強調や補正が実施される。荷電粒子線２０７を撮像領域の全体を１回照射して得られる像データがフレームデータであり、撮像領域を複数回照射して得られる像データのうち対応する画素位置の濃淡値ｇ（Ｘ、Ｙ）同士を積算して得られる像データが画像データである。生成された像データは、画像転送制御回路６０７により、画像処理装置１２０や画像表示装置１３０に転送される。また、生成された像データは識別子生成回路６０８に与えられ、前述した手法等により像識別子に変換される。

図７に、受信側となる画像処理装置１２０のハードウェア構成を示す。荷電粒子線画像取得装置１１０によって生成された伝送単位としての像データと、当該像データと対をなす像識別子とは、画像処理装置１２０の像受信ＦＰＧＡ７０１に入力される。受信されたフレームデータ又は画像データは、メモリ制御回路７０６により、受信画像メモリ７０３に格納される。この受信画像メモリ７０３は、図１の画像バッファ１２２に対応する。像識別子生成回路７０８は、格納された像データに基づいて像識別子を生成する。像識別子生成回路７０８には、荷電粒子線画像取得装置１１０の識別子生成部１１５（図１）と同じものが用いられる。ＦＰＧＡの論理移植容易性により、同一の論理を容易に実装することができる。

比較回路７０７は、像識別子生成回路７０８で生成された像識別子と、荷電粒子線画像取得装置１１０から受信した像識別子とを比較し、伝送エラーの発生の有無を判定する。具体的には、２つの像識別子が一致している場合、比較回路７０７は伝送エラーが無いと判定し、２つの像識別子が一致しない場合、比較回路７０７は伝送エラーが発生したと判定する。なお、この比較回路７０７は、図１の比較器１２３に対応する。

以下では、図３に示すフローチャートに従って、荷電粒子線装置１００において実行される伝送動作の概要を説明する。伝送動作を開始（ステップ３０１）すると、荷電粒子線画像取得装置１１０は像の取得を開始する（ステップ３０３）。次に、画像生成部１１４により像データが生成される（ステップ３０４）。

伝送すべき像データが得られると、画像処理装置１２０に対する転送を開始する（ステップ３０５）。また、この画像の転送に並行して、像識別子の生成処理を実行する（ステップ３１２）。同時に、生成された像識別子の画像処理装置１２０に対する転送を開始する（ステップ３１３）。ここまでの処理動作が、荷電粒子線画像取得装置１１０で実行される。

次に、画像処理装置１２０の処理動作を説明する。画像処理装置１２０は、荷電粒子線画像取得装置１１０から像データを受信し、伝送単位である一連のデータ転送が完了すると（ステップ３０６）、荷電粒子線画像取得装置１１０と同じ計算手法を用いて受信した像データの像識別子を生成する（ステップ３０７）。この処理と並行して、画像処理装置１２０は、荷電粒子線画像取得装置１１０で生成された像識別子を受信する。

画像処理装置１２０は、荷電粒子線画像取得装置１１０から受信している像識別子の転送が完了すると（ステップ３１４）、受信した像識別子と生成した像識別子とを比較する（ステップ３０８）。２つの像識別子が一致した場合、画像処理装置１２０は、伝送エラーが発生せずに正常な転送が実施されたものと判定し、伝送路を経由して受信した像データを受理する（ステップ３０９）。この後、画像処理装置１２０は、受理した像データを画像処理部１２４に与え、予め定められた所定の画像処理を実行する（ステップ３１０）。

これに対して、２つの像識別子が不一致だった場合、画像処理装置１２０は、像データの再送が必要か否かを判定する（ステップ３１５）。再送を要求するか否かの判定ルールは、受信対象である像データの種類や制御内容によって予め決められている。例えば伝送エラーが検出された像データが、所定枚数分のフレームデータを積算した像データであった場合には、再送を要求する。

ステップ３１５で再送が必要と判定された場合、画像処理装置１２０はステップ３０５に戻り、再送が不要と判定された場合、画像処理装置１２０は伝送エラーが検出された像データのスキップを決定する（ステップ３１６）。ここで、スキップとは、該当像データを使用しないことを意味する。削除と同じ意味で使用することもある。

以上の処理が終了すると、画像処理装置１２０は、次の像データの取得が必要であるか否かを判定する（ステップ３１１）。他の像データの取得が必要である場合、画像処理装置１２０はステップ３０３に戻り、他の像データの取得が不要である場合、画像処理装置１２０は転送動作を終了する（ステップ３０２）。

(実施例２)
前述したように、像識別子は、像データを構成する全画素に対応する濃淡値ｇ（Ｘ、Ｙ）を加算して生成する方法（図４）や全画素に対応する濃淡値ｇ（Ｘ、Ｙ）にハッシュ関数を適用して生成する方法（図５）がある。

しかし、近年の半導体プロセスの微細化、検査や測定の高精度化に伴い、取り扱う像サイズの大型化、高精細化が進んでいる。このため、転送される像データの全領域（全画素）に基づいて像識別子を算出する方法は、計算量の増大を招くだけでなく、ビット数の増大も招いてしまう。この場合、像識別子の生成や転送に時間がかかり、スループットを低下させる可能性がある。

そこで、この実施例では、像識別子を、転送される像データを構成する一部領域（一部の画素集合）に基づいて生成する方法について説明する。

図８に、像２０４の一部領域を抽出するための一例を示す。図８は、転送する像２０４のうち特異点を含む領域（太線で囲んで示す領域）が固定的に与えられる場合に、当該領域を切り出す例を表している。因みに、図８では、座標（２、３）、（６、３）、（２、７）、（６、７）で囲まれた像識別子生成対象領域８０１を切り出し領域としている。

この一部領域に対してのみ図４に示す加算手法や図５に示すハッシュ関数による演算手法を適用することで、像識別子の算出に必要な計算量とビット数を共に削減することができる。この場合、受信側の画像処理装置１２０でも、送信側と同じ範囲について設定された一部領域について像識別子の算出が実行される。これにより、画像処理装置１２０は、受信したフレームデータ又は画像データについて固定的に設定されている一部領域について送信側と受信側で作成される像識別子同士を比較することができる。なお、この実施例の方法は、厳密には、像識別子の生成範囲についてしか伝送エラーの有無を保証できない。しかし、受信側での重要度が高い領域について伝送エラーの有無を検出できれば実用上は十分である。

このように、像識別子を生成する領域を固定的に設定する方法は、像２０４の特定の位置に、常に特徴的なパターンが現れる場合に有効な方法である。実際、事前に領域を設定すれば、像識別子の生成に用いる領域を決定するための処理が不要であるので計算量を削減することができる。

その一方で、前述した手法は、特徴的なパターンが転送毎に同じ箇所に出現しない場合、例えば転送毎に異なる試料部位の像２０４に対応する像データを転送する場合には、像識別子を生成する領域を固定的に定める手法は好ましくない。

特徴パターンの出現領域が定まらないような場合には、以下に示すように、像２０４毎に画像処理を適用して像識別子生成対象領域を設定する方法が有効である。図９に、この種の設定方法の一例を説明する。図９では、像２０４のうち特定の行９０２と特定の列９０１に着目し、それぞれに対して微分演算を適用することで特異点とその周辺領域（一部領域）を決定する例を示している。

具体的には、着目する行９０２（Ｙ＝５）のＸ方向に並ぶ各画素の濃淡値に対応するグラフ９０３のうち変化量の大きい箇所を、Ｘ方向への微分により求める。同じく、着目する列９０１（Ｘ＝６）のＹ方向に並ぶ各画素の濃淡値に対応するグラフ９０４のうち変化量の大きい箇所を、Ｙ方向への微分より求める。図９の場合、最も大きい変化量は、列９０１についてはＹ＝５と６の間、行９０２についてはＸ＝３と４の間に検出される。この検出点を特異点とし、当該特異点が中心となるように周辺の一部の画素の集合を像識別子生成対象領域９０５に設定する。この例の場合、特異点に対して上下左右に２画素の範囲を像識別子生成対象領域９０５とする。図９では、設定された像識別子生成対象領域９０５を太枠で囲んで表している。

このように、濃淡値の変化が最大となる特異点の付近を像識別子生成対象領域９０５に設定することにより、特徴パターンの出現位置を事前に特定できない場合でも、像識別子の生成に適した一部領域を決定することができる。

（実施例３）
続いて、画像表示装置１３０に像データを転送する場合の実施例を説明する。前述したように、画像表示装置１３０は、転送を受けた像データに基づいて、試料１１２の異常部位や測定部位を画像表示するために用いられる。画像表示の場合、対象部位の状態をオペレータが理解できれば十分な場合がある。この実施例では、厳密性を問わない場合に効果的な実施例として、像識別子に、圧縮符号化処理した像データを使用する例を説明する。

以下では、図１０に示すフローチャートを用い、圧縮符号化処理された像データを像識別子に用いた場合の処理動作の概要を示す。なお、基本的な処理動作の流れは図３に示すフローチャートと同じである。このため、図１０には図３との対応部分に同一符号を付して示す。図１０と図３との違いは、像識別子を生成する処理（ステップ３１２）に代えて、像データを圧縮符号化して像識別子を作成する処理（ステップ１００１）を用いる点と、受信像をスキップする処理（ステップ３１６）に代えて圧縮像を受信像として代入する処理（ステップ１００２）を用いる点と、画像処理の実行処理（ステップ３１０）に代えて画像表示を実行する処理（ステップ１００３）を用いる点である。

圧縮符号化には、ＪＰＥＧを代表とする非可逆圧縮方式やＰＮＧを代表とする可逆圧縮方式を使用する。なお、図１０に示すフローチャートは、圧縮状態のままでも使用目的を満足する画像品質が得られるレベルに圧縮されているものとする。なお、可逆変換可能な圧縮符号化方式にあっては、圧縮レベルに特に制約はない。なお、可逆変換可能な圧縮符号化方式にあって圧縮レベルが高い設定になっている場合には、圧縮像を伸張処理した像を受信像として用いても良い。勿論、伸張処理が想定される場合には、画像表示装置１３０内に、ハードウェア又はソフトウェアとしての伸張処理機能を実装する。

なお、この処理動作は、画像処理装置１２０にも適用可能である。画像処理装置１２０で実行される処理内容が圧縮像でも十分である場合には、像識別子として圧縮符号化されている像データを使用し、厳密な画像処理が要求される場合には、図３で説明した処理動作の通り、像データの再送を求める処理（ステップ３１５）を実行しても良い。

以上説明した幾つかのエラー処理を含むフローチャート例を図１２に示す。なお、図１２に示すエラー処理機能は、画像処理装置１２０や画像表示装置１３０その他の受像処理装置に搭載される。まず、エラー処理が開始される（ステップ１２０１）。この後、伝送エラーの発生の有無が判定される（ステップ１２０３）。この判定処理はループ処理であり、伝送エラーの発生が検出されるまで、後述する処理は実行されない。伝送エラーが検出されると、致命的なエラーか否かが判定される（ステップ１２０４）。致命的なエラーの場合には、装置全体の制御を停止する処理（ステップ１２０８）が実施される。

致命的なエラーでない場合には、更に、像データの再取得が必要か否かを判定する（ステップ１２０５）。像データの再取得が必要な場合には、像データの再取得処理が開始される（ステップ１２０９）。一方、像データの再取得が必要ない場合には、像識別子（圧縮像）による代替が可能か否かを判定する（ステップ１２０６）。

代替可能である場合には、受信された像データに代えて、像識別子として受信した圧縮符号化後の像データを適用する（ステップ１２０７）。この際、圧縮符号化された像データを、必要に応じて伸張処理により復元しても良い。一方、代替が不可能である場合には、像データの再送が荷電粒子線画像取得装置１１０に要求され、再送が開始される（ステップ１２１０）。

前述したステップ１２０７〜ステップ１２１０のいずれかが実行された後、画像受像装置におけるエラー処理は一端終了する（ステップ１２０２）。なお、ステップ１２０２によるエラー処理の終了後も、フレーム又は画像の転送が実行される場合には、自動的にエラー処理が開始される。

（まとめ）
以上説明したような実施例を用いれば、半導体製造ラインなどで用いられる荷電粒子線応用装置において、荷電粒子線画像取得装置で取得された像データを高速かつ低レイテンシで受像処理装置に転送することができる。しかも、実施例によれば、像データの伝送速度やレイテンシには影響を与えることなく、伝送エラーの発生の有無を即座に検出できる。このため、荷電粒子線装置の異常停止時間を短縮し、半導体製造ラインのスループット低下を抑制することができる。

１００…荷電粒子線装置、１１０…荷電粒子線画像取得装置、１１１…荷電粒子線源、１１２…試料、１１３…検出器、１１４…画像生成部、１１５…識別子生成部、１２０…画像処理装置、１２１…識別子生成部、１２２…画像バッファ、１２３…比較器、１２４…画像処理部、１３０…画像表示装置、１３１…識別子生成部、１３２…画像バッファ、１３３…比較器、１３４…画像表示部、２０１…量子化器、２０３…画素、２０４…像、２０５…偏向手段、２０６…ステージ、２０７…荷電粒子線、６０１…ＡＤ変換器、６０２…像データ生成ＦＰＧＡ、６０３…画像メモリ、６０４…プロセッサ、６０５…画像メモリ制御回路、６０６…画像生成回路、６０７…画像転送制御回路、６０８…識別子生成回路、７０１…像受信ＦＰＧＡ、７０２…画像処理制御部、７０３…受信画像メモリ、７０４…画像処理プロセッサ、７０５…画像処理メモリ、７０６…メモリ制御回路、７０７…比較回路、７０８…像識別子生成回路、８０１…像識別子生成対象領域（加算方式）、９０５…像識別子生成対象領域（ハッシュ関数方式）、１１０１…送信像、１１０２…受信像。

Claims (12)

1. 試料表面を一次荷電粒子線で走査する機能と、一次荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子線を検出する機能と、検出結果を画像信号として出力する機能とを備える荷電粒子線カラムと、前記画像信号を量子化した像データを第１の伝送路を通じて送信する機能を備える画像生成部と、前記像データに基づいて像識別子を生成し、生成された像識別子を第２の伝送路を通じて前記受像処理装置に送信する識別子生成部と、を有する画像取得装置と、
   エラー検出機能を有しない通信プロトコルが適用される前記第１の伝送路を通じて前記像データを受信する機能と、前記第１の伝送路上における前記像データの伝送エラーの有無を検出する機能と、前記第１の伝送路を通じて受信した前記像データに基づいて生成した像識別子と前記第２の伝送路を通じて受信した像識別子とを比較する機能と、比較結果に基づいて前記第１の伝送路上における前記像データの伝送エラーの有無を伝送単位で検出する機能とを有する受像処理装置と
   を有し、
   前記第２の伝送路の伝送品質は前記第１の伝送路の伝送品質よりも高い
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子は、前記像データを構成する各画素の濃淡値の加算値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子は、前記像データを構成する各画素の濃淡値にハッシュ関数を適用して得られる値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子は、前記像データに対応する画像領域から切り出した一部領域に関する値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記一部領域は、前記画像領域内から検出される濃淡値の特異点の周辺領域として設定する
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子は、前記一部領域に対応する前記像データを構成する各画素の濃淡値の加算値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子は、前記一部領域に対応する前記像データを構成する各画素の濃淡値にハッシュ関数を適用して得られる値である
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記像識別子が、前記像データを画像圧縮符号化したデータである
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
   前記受像処理装置は、前記像データに対応する画像を画像表示部に表示する機能と、前記伝送エラーの発生が検出された前記像データについては、前記像識別子を代替として前記画像表示部に表示する機能と
   を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    前記受像処理装置は、前記像データに対応する画像を画像表示部に表示する機能と、前記像データを伸張する機能と、前記伝送エラーの発生が検出された前記像データについては、前記像識別子を伸張して得られる画像を代替として前記画像表示部に表示する機能と
    を更に有することを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 試料表面を一次荷電粒子線で走査する機能と、一次荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子線を検出する機能と、検出結果を画像信号として出力する機能とを備える荷電粒子線カラムと、前記画像信号を量子化して複数の画素データの二次元集合を含む第１の情報を生成する画像生成部と、前記第１の情報を第１の伝送路を通じて送信する第１の送信インタフェースと、前記二次元集合を区別する識別子を含む第２の情報を生成する識別子生成部と、前記第２の情報を第２の伝送路を通じて送信する第２の送信インタフェースとを有する画像取得装置と、
    前記第１の情報に含まれる画素データの二次元集合に基づいて生成される識別子と、前記第２の情報に含まれる識別子との比較により、前記画素データの伝送エラーの有無を検出する受像処理装置と
    を有し、
    前記第２の伝送路の伝送品質は前記第１の伝送路の伝送品質よりも高い
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記識別子が、前記画素データの二次元集合に含まれる各画素の濃淡値の加算値である
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。

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