JP5371928B2 - 欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

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Description

本発明は半導体製品，磁気ヘッド，磁気ディスク，太陽電池，光モジュール，発光ダイオード，液晶表示パネルなど基板上に成膜，レジスト塗布，露光，現像，エッチングなどを繰り返して形成するデバイスの出来栄え，例えば，形成したパターンの寸法や，発生した欠陥の大きさや形状などを検査するために用いる欠陥検査方法及びその装置に関する。具体的には，例えば，電子顕微鏡や光学顕微鏡にデジタルカメラを用いた欠陥検査方法及びその装置に関する。
近年，半導体製品，磁気ヘッド，磁気ディスク，太陽電池，光モジュール，発行ダイオード，液晶表示パネルなどの出来栄え，例えば，形成したパターンの寸法や，発生した欠陥の大きさや形状などを検査するために，電子顕微鏡が広く活用されている。
電子顕微鏡で基板上のパターンや欠陥を観察するためには，観察対象である基板を載せているステージを，指定したＸＹ座標が画像の中央付近に位置するように移動させる。次にステージのＺ座標を動作させてパターンや欠陥に焦点を合わせて画像を撮像する。
特許文献１には，焦点を合わせるためにＺ座標（ステージの基板載置面の法線方向）を動作させる走査範囲を短くするために，フォーカスマップと称するＺ座標のオフセットを予め登録しておき，そのオフセットを基準に焦点を合わせる方法が記載されている。この方法は，ある任意の基板に対して，基板上の様々な位置で焦点が合うＺ座標を計測し，計測したＸＹＺ座標群に対して，曲面を近似して，近似した曲面をフォーカスマップとして，予め電子顕微鏡に登録しておく。次に別の基板を電子顕微鏡で観察するとき，あるＸＹ座標に対して，焦点が合うＺ座標は，予め登録しておいたフォーカスマップのＸＹ座標に対するＺ座標と類似であると仮定し，そのＺ座標を中心にＺ座標を動作させて焦点を合わせる。
特開２００９−１９４２７２号公報
著者S. Lee, G. Wolberg, S. Y. Shin：論文名"Scattered Data Interpolation with Multilevel B-Splines"，雑誌名IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 3, No. 3, pages 228-244 (1997年)
電子顕微鏡で基板上のパターンや欠陥を観察する場合、電子顕微鏡の被写界深度は狭く，焦点を合わせるために，ゆっくりＺ座標を動作させる必要があり，焦点を合わせるために時間がかかることが解決すべき問題となっている。
特許文献１に記載されている方法では、基板ごとにＸＹ座標に対するＺ座標が類似であるという仮定が十分に満たされないとき，焦点を合わせる時間が遅くなる問題がある。
本発明は，基板ごとにＸＹ座標に対するＺ座標が類似していない場合でも，焦点を合わせるためにＺ座標を動作させる走査範囲を短くでき，その結果，焦点を合わせる時間を短縮する欠陥検査方法及びその装置を提供する。
また，特許文献１に記載されている方法では，予め任意の基板に対して，多数のＸＹ座標に対するＺ座標を計測し，フォーカスマップを登録する煩わしい作業が必要であったが，本発明は，そのような煩わしい作業は必要がない欠陥検査方法及びその装置を提供する。
上記した課題を解決するために、本発明では、欠陥検査装置を、収束させた電子ビーム
を試料に照射して走査することにより試料のＳＥＭ画像を取得する走査電子顕微鏡と、こ
の走査電子顕微鏡で試料を撮像して得た試料のＳＥＭ画像を処理する画像処理手段と、こ
の画像処理手段で試料のＳＥＭ画像を処理した結果を画面上に出力する出力手段と、走査
電子顕微鏡と画像処理手段と出力手段とを制御する制御手段とを備えて構成し、制御手段
は、走査電子顕微鏡を制御してこの走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所を順次撮像する
ときに、最初の所定の数の箇所においては電子ビームの焦点位置を試料の表面の法線方向
に所定の範囲を走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせてから試料を撮像し、最
初の所定の数の箇所において試料の表面に合わせた電子ビームの焦点位置の情報を用いて
試料の表面の曲面形状を推定し、この推定した曲面形状の情報を用いて最初の所定の数の箇所において走査した所定の範囲よりも狭い範囲で走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせた焦点位置の情報を用いて推定した試料の表面の曲面形状を修正し、最初の所定の数の箇所で撮像した後は、電子ビームの焦点を試料の表面に合わせるために電子ビームの焦点位置を法線方向へ走査する範囲を修正した曲面形状の情報を用いて最初の所定の数の箇所において走査した所定の範囲よりも狭い範囲で走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせて試料を撮像するようにした。
また、上記した課題を解決するために、本発明では、走査電子顕微鏡で収束させた電子
ビームを試料上の複数の箇所に順次照射して走査することにより試料の複数の箇所のＳＥ
Ｍ画像を順次取得し、この走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所を順次撮像して得た試料
の複数の箇所のＳＥＭ画像を処理して試料を検査し、試料のＳＥＭ画像を処理した結果を
出力する欠陥検査方法において、走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所のＳＥＭ画像を順
次取得することを、最初の所定の数の箇所においては電子ビームの焦点位置を試料の表面
の法線方向に所定の範囲走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせてから試料を撮
像し、最初の所定の数の箇所において試料の表面に合わせた電子ビームの焦点位置の情報
を用いて試料の表面の曲面形状を推定し、この推定した曲面形状の情報を用いて最初の所定の数の箇所において走査した所定の範囲よりも狭い範囲で走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせた焦点位置の情報を用いて推定した試料の表面の曲面形状を修正し、 最初の所定の数の箇所で撮像した後は、電子ビームの焦点を試料の表面に合わせるために電子ビームの焦点位置を法線方向へ走査する範囲を修正した曲面形状の情報を用いて最初の所定の数の箇所において走査した所定の範囲よりも狭い範囲で走査して電子ビームの焦点を試料の表面に合わせて前記試料を撮像するようにした。
本発明によれば，欠陥検査方法及びその装置において、様々な基板に対して，焦点を合わせるために動作させるＺ座標の走査範囲を短くでき，その結果，焦点を合わせる時間を短縮できる。また，予め任意の基板に対して，多数のＸＹ座標に対するＺ座標を計測し，フォーカスマップを登録するといった煩わしい作業を必要とせずに画像を撮像することができるようになった。
電子顕微鏡装置の概要の一例を示すブロック図である。 画像撮像プログラムのフローチャートの一例を示すフロー図である。 撮像座標データの一例を示す図である。 撮像座標データを図示したマップの一例を示すウェハの平面図である。 撮像順序決定プログラムのフローチャートの一例を示すフロー図である。 基準座標の一例を示すウェハの平面図である。 初期撮像座標群の一例を示すウェハの平面図である。 整列後の撮像座標データの一例を示す図である。 初期撮像座標群の画像を撮像した後の撮像座標データの一例を示す図である。 曲面を近似した後の撮像座標データの一例を示す図である。 時間軸に対する概念図の一例を示すグラフである。 画像撮像プログラムのフローチャートの一例を示すフロー図である。 時間軸に対する概念図の一例を示すグラフである。 近似した曲面を表示するグラフィカルユーザインターフェースの一例を示す画面の正面図である。 曲面と実測値の誤差を表示するグラフィカルユーザインターフェースの一例を示す画面の正面図である。
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は，実施例１に係る欠陥検査方法及びその装置の一例として，走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）の概要の一例を示した図である。走査電子顕微鏡は一次電子２０８を発生させる電子源２０１と，一次電子を加速するための加速電極２０２と，一次電子を収束するための集束レンズ２０３と，ビームを絞るためのアパーチャ２１２と、一次電子を二次元走査偏向する偏向器２０４と，ビームを基板２０６に照射するのを一時ストップさせるためのブランキング電極２２１と、一次電子をウエハなどの基板２０６上に収束させるための対物レンズ２０５とを備えている。２０７は基板２０６を搭載する駆動ステージである。２１０は基板２０６より発生した二次電子信号２０９を検出する検出器であり，２２０ａ，２２０ｂはそれぞれ反射電子信号２１９を検出する反射電子検出器である。同図では，反射電子検出器２２０ａ，２２０ｂは対向して二つ設置されており，それぞれ基板２０６から放出された反射電子信号の異なる成分を検出する。２１１は検出された信号をデジタル化するためのデジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）である。これらの各部位は，バス２１８を介して全体制御部２１３に接続されている。
本実施例に係る走査電子顕微鏡には，そのほかに，中央演算処理装置（ＣＰＵ）２１４，一次記憶装置２１５，二次記憶装置２１６，キーボード，マウス，ディスプレイ，プリンタ，ネットワークインターフェースなどの入出力部２１７が備わっている。また，二次記憶装置２１６には，基板２０６の面内で画像を撮像すべき座標群が記された撮像座標データ２３０，駆動ステージを移動させて，画像を撮像する画像撮像プログラム２３１，撮像座標データを整列させて撮像する順序を決定する撮像順序決定プログラム２３２，画像を撮像するＸＹ座標とそのときに焦点が合ったＺ座標からＢスプライン曲面や応答曲面など曲面を近似する曲面近似プログラム２３３、撮像して得た画像（ＳＥＭ画像）を処理して欠陥を抽出し欠陥の画像特徴量を求めて欠陥を分類したり、撮像して得た画像を処理して画像に含まれるパターンの寸法やパターン間の寸法を求めるなどの処理を行うための画像処理プログラム２３４などが格納されている。これらのプログラムは，二次記憶装置２１６から一次記憶装置２１５に読み出され，中央演算処理装置（ＣＰＵ）２１４で計算される。
図２は，画像撮像プログラム２３１のフローチャートの一例である。画像撮像プログラム２３１では，まずステップＳ３０１で撮像座標データ２３０を読み込み，ステップＳ３０２で読み込んだ撮像座標データ２３０に記された座標群に対して撮像する順序を決める。ここで、ステップＳ３０１で読込む撮像座標データ２３０は、基板２０６上に形成された回路パターンの設計データ（ＣＡＤデータ）であっても良いし、または、他の検査装置で検査して検出した欠陥（パターン欠陥、異物欠陥など）の位置情報であってもよい。
本フローチャートでは，座標群を撮像する順番に（X1,Y1)，(X2,Y2)，・・・，(XN,YN)，・・・，(X座標数，Y座標数)と定義する。また，座標(XN,YN)を撮像するときに焦点が合ったＺ座標をZNと定義し，その３次元座標を(XN,YN,ZN)と定義する。次にステップＳ３０３で変数Ｎにゼロを代入し，ステップＳ３０４で変数Ｎに１をインクリメントする。次にステップＳ３０５の条件分岐で変数Ｎが撮像座標データ２３０に記された座標群の数を超えたら，プログラムを終了する。
一方，ステップＳ３０５の条件分岐で変数Ｎが座標群の数を超えていなかったら，ステップＳ３０６に処理を進める。ステップＳ３０６では変数ＮとＳステップ３０２の中で定める初期撮像数を比較し，ステップＳ３０７，ステップＳ３０８，ステップＳ３１０のいずれかに処理を進める。変数Ｎが初期撮像数に１を加えた値より小さい場合，ステップＳ３１０へ進み，変数Ｎが初期撮像数に１を加えた値と等しい場合，ステップＳ３０７へ進み，変数Ｎが初期撮像数に１を加えた値より大きい場合，ステップＳ３０８へ進む。
ステップＳ３１０では，変数Ｎが１から初期撮像数までの場合に実行され，座標(XN,YN)が撮像できるようにステージを動かし，Ｚ座標を（基点−β）から（基点＋β）までの範囲を走査し，焦点を合わせる。ここで，基点とは基板表面の平均的なＺ座標の推定値を意味し，また，βは後述するαより大きな既定値である。一方，ステップＳ３０７では，変数Ｎが初期撮像数に１を加えた場合に実行され，すでに画像が撮像された３次元のＮ個の座標(X1,Y1,Z1)から(XN-1,YN-1,ZN-1)に対して，Ｂスプライン曲面を近似し，近似した曲面をフォーカスマップとする。
ステップＳ３０８では，近似した曲面の座標(XN,YN)に対するZN’を算出する。ZN’は座標(XN,YN)に対して画像を撮像するときに焦点が合うであろうＺ座標の予測値である。
ステップＳ３０９では，座標(XN,YN)が撮像できるようにステージを動かし，Ｚ座標を（ZN’−α）から（ZN’＋α）までの範囲を走査し，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標をZNとする。フォーカスマップを生成し，ZN’を算出することで，αを上述のβより小さく設定でき，その結果，Ｚ座標の走査範囲を短くでき，焦点を合わせる時間を短くできる。ステップＳ３１１では，焦点の合った座標(XN,YN)の画像を撮像し，撮像して得られた画像はステップＳ３１２で画像処理プログラム２３４に基づいて処理されて、撮像した座標(XN,YN)の画像から欠陥を求めてその欠陥の特徴量を抽出して欠陥を分類する画像処理、又は、画像の特徴量から欠陥又はパターン又はパターン間の寸法を求める画像処理が行われ、ステップＳ３１３では，ステップＳ３０７でフォーカスマップを生成，あるいは更新するために，３次元座標(XN,YN,ZN)を二次記憶装置２１６に登録し，ステップＳ３０４に戻る。
図１４は，ステップＳ３０７で近似した曲面を表示するグラフィカルユーザインターフェースの一例である。グラフィカルユーザインターフェース８００は，近似した曲面，すなわちフォーカスマップを表示する部分８２０，検査対象のウエハ番号を表示する部分８１０，表示するフォーカスマップの種類を選択する部分８４０，フォーカスマップと同時に表示する欠陥を選択する部分８４１，フォーカスマップを表示するときの目盛りを表示する部分８４２を有する。フォーカスマップを表示する部分８２０には，ウエハの外枠８２１が描かれ，ウエハの方向が分かるように，ノッチ８２２が描かれている。また，フォーカスマップは，ウエハ全面ではなく，集積回路など製品が形成される領域だけに対して計算されるため，その領域８２３が表示されている。
領域８２３には，フォーカスマップの偏りがわかるように，色付けされ，また，等高線が描かれている。色付けの定義は，目盛り８４２として表示されている。また，表示するフォーカスマップは，選択部分８４０で"Front"，"All"，"Difference"のいずれか一つを選択する。"Front"を選ぶと，初期撮像座標群を基に，ステップＳ３０７で近似した曲面がフォーカスマップとして表示される。"All"を選ぶと，入力したすべての座標群から，ステップＳ３０７と同様に，Ｂスプライン曲面を近似し，その結果が表示される。
"Difference"を選択すると，"All"を選んだ場合に表示される曲面と，"Front"を選んだ場合に表示される曲面を，その座標毎に差分を算出した結果が表示される。また，このグラフィカルユーザインターフェースでは，フォーカスマップと同時に画像を撮像した座標を同時に表示できる。画像を撮像する座標を同時に表示するか否かは，選択部分８４１で選択する。選択方法は，"Front"と"Others"の組合せで，両方とも選択しない場合，"Front"だけ選択する場合，"Others"だけを選択する場合，両方選択する場合の４通りがある。"Front"を選択すると，星印８３１で示した初期撮像座標群がフォーカスマップに重ねて表示される。"Others"を選択すると，三角８３２で示した初期撮像座標群を除いた他の座標がすべて表示される。
図１５は，ステップＳ３０７で近似した曲面と，画像撮像時に焦点を合わせたときのＺ座標の間の誤差を表示するグラフィカルユーザインターフェースの一例である。
グラフィカルユーザインターフェース９００は，グラフ表示部分９２０，検査対象のウエハ番号を表示する部分９１０，表示するデータを選択する部分９３１，近似した曲面，すなわちフォーカスマップと，実際に画像撮像時に焦点を合わせたときのＺ座標の間の誤差を数１に示すＲＭＳＥ(Root Mean Square Error)として表示する部分９３２，ステップＳ３０９で焦点を合わせるために走査する範囲αの値を表示および入力する部分９３３，ステップＳ３０９で焦点が合うＺ座標が走査する（ＺN’−α）から（ＺN’＋α）までの範囲に入らず，焦点合わせを失敗する確率を推定した結果を表示および入力する部分９３４を有する。
Figure 0005371928
グラフ表示部分９２０には，画像撮像時に焦点を合わせたときのＺ座標を横軸に，フォーカスマップによる予測値を縦軸にとり，撮像する座標ごとに打点した散布図を表示している。直線９２１は，縦軸と横軸が同じである直線で，直線９２１に打点が近いほど，フォーカスマップの精度がよいことがわかる。この精度を定量的に示した結果が，ＲＭＳＥ表示部分９３２に表示した値である。散布図中に２本描かれている破線９２２は，Ｚ座標が走査する範囲の＋αと−αを示した直線である。破線９２２の描画は，αの値を表示および入力する部分９３３に入力した値と連動する。
散布図に打点する元データは，データ選択部分９３１で，"with Front"ないしは"without Front"のいずれか一つを選択して決まる。"with Front"を選択すると，画像を撮像するすべてのＸＹ座標に対応するＺ座標が対象となる。ただし，"with Front"には，フォーカスマップを生成するときの初期撮像座標群が含まれる。"without Front"を選択すると，画像を撮像するすべての座標群から初期撮像座標群を除いたＸＹ座標に対応するＺ座標が対象となる。
また，αの値を表示および入力する部分９３３と，焦点合わせの失敗確率を表示および入力する部分９３４の値は，連動する。たとえば，この散布図の例のように，ＲＭＳＥが２２．７ナノメートルである場合に，αの値として，２２．７の３．９９倍の値，すなわち９０．６を入力すると，失敗確率，すなわち２つの破線９２２より外側に打点してしまう確率は，１００ｐｐｍとなる。この計算は，ＲＭＳＥを標準偏差と同じと仮定し，αを標準偏差の３．９９倍としたことと等価である。すなわち，数２に示す正規分布の確率密度関数に対して，＋αより大きい，ないしは−αより小さくなる確率を，数３のように計算した結果である。数２の中でσは標準偏差，すなわち，ここではＲＭＳＥ，μは，ＺN’とＺNの差の平均値である。
Figure 0005371928
Figure 0005371928
図３は，Ｓ３０１で読込む撮像座標データ２３０の一例である。撮像座標データ２３０は，複数のＸＹ座標を有し，それぞれの座標には通し番号が付与されている。最左列のPoint２３０１が座標の通し番号，２列目のX２３０２がX座標，３列目のY２３０３がY座標である。この例では，１２２個の座標が記されているが，本発明は，１２２個の座標に限ったものではなく，複数個であれば何個でもよい。
図４は，図３に示した撮像座標データ２３０を視覚的に図示した一例である。丸枠３２０は基板を表し，基板には座標系の基準となるノッチ３２１がある。この例では，ノッチ３２１を下側にした場合に，半導体製品や磁気ヘッドなどが作られる最下端にＸ軸３２２，最左端にＹ軸３２３が定義されている。このＸＹ座標系に対して，撮像座標データ２３０を読み込み，座標群を打点したものが，黒塗りの三角形である。例えば，三角形３３１は，図３の通し番号 (Point) ２３０１が１の座標（８１．４，４６．２），三角形３３２は，図３の通し番号(Point) ２３０１が２の座標（１０７．３，４６．２）を表している。
図５は，図２に示した画像撮像プログラムのステップＳ３０２，すなわち撮像順序を決めるための撮像順序決定プログラム２３２のフローチャートの一例である。ステップＳ４０１では，複数のＸＹ座標を有する基準座標を二次記憶装置２１６から読み込む。基準座標とは，フォーカスマップを生成するためにＺ座標を測定しておくことを推奨する座標群である。ステップＳ４０２では，ステップＳ４０１で読み込んだ各基準座標から最も近距離の撮像座標を撮像座標データ２３０の中から選び出す。次にステップＳ４０３では，選ばれた複数の撮像座標をはじめに撮像するように撮像座標データを整列し，撮像順序とする。
図６は，撮像順序決定プログラム２３２のステップＳ４０１で読み込む基準座標を視覚的に図示した一例である。この例では１０個の打点４１０が基準座標である。基準座標は，ウエハ周辺のエッジ部付近に配置するとともに，全面に散らばるように配置することが望ましい。ここで示した基準座標は，予め二次記憶装置２１６に登録しておいてもよいし，入出力部２１７を用いて，基板を観察する度に設定してもよい。また，この例では，基準座標として１０個の座標を示したが，１０個に限定したものではなく，複数の座標であれば，何個でも構わない。
図７は，撮像順序決定プログラム２３２のステップＳ４０２で選ばれた撮像座標を視覚的に図示した一例である。この例では，図４に三角形で示した座標群の中で，図６の１０個の打点から，それぞれ最短距離に位置する撮像座標が選ばれている。１０個の星印４２０が選ばれた撮像座標である。
図８は，撮像順序決定プログラム２３２で決定した撮像順序の一例である。この例では，図３に示した撮像座標データ２３０１、２３０２及び２３０３のうち，図７の星印４２０で示した１０個の座標が上位に記されている。ここで，星印４２０で示され，上位に記された座標群を，初期撮像座標群８１０と称する。
図９は，図２に示した画像撮像プログラム２３１のステップＳ３１２で登録した３次元座標の一例である。この例では，図８に示した初期撮像座標群８１０をすべて撮像し終わった段階，すなわち，(X1,Y1,Z1)から(X10,Y10,Z10)まで登録された結果である。図８で示した撮像順序に整列された撮像座標データ８０１，８０２及び８０３に，撮像が完了した１０個のＺ座標，すなわち焦点が合ったＺ座標９０１が追記されている。
図１０は，図２に示した画像撮像プログラム２３１のステップＳ３０７，すなわち曲面近似プログラム２３３で曲面を近似した結果の一例である。ここでは，(X1,Y1,Z1)から(X10,Y10,Z10)まで登録された結果に対して，Ｂスプライン曲面を近似した結果である。Ｂスプライン曲面近似とは，非特許文献１に記載されているように，順序づけられた１６個の制御点の位置ベクトルで滑らかな自由曲面を生成する方法で，ＣＡＤ（Computer Aided Design）ツールで広く利用されている方法である。表の最右列Ｚ’１００１が近似したＢスプライン曲面上でのＸＹ座標に対するＺ座標である。この例では，Ｂスプライン曲面近似を用いたが，本発明は，Ｂスプライン曲面に限らず，応答曲面やBezier曲面を近似してもよい。
図１１は，図２に示した画像撮像プログラムを実行することで，焦点を合わせるためにＺ座標を走査する範囲が変化する様子を示した模式図の一例である。この模式図では，撮像座標として，紙面の都合で９個の座標に減らして図示した。横軸は時間軸であり，縦軸は焦点を合わせるために動かすＺ座標である。破線５０１は基板表面のＺ座標を表している。縦に描いた矢印５１１から５１９は，撮像座標ごとに，焦点を合わせるために走査するZ方向の範囲を表している。
画像撮像プログラムを実行すると，撮像順序が決定された後，１番目に撮像する座標に対して，矢印５１１の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。矢印５１１の中心は，基点の高さとなる。焦点があったＺ座標が，星印５２１である。次に，２番目に撮像する座標に対して，矢印５１２の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。矢印５１２の中心は，基点の高さとなる。焦点があったＺ座標が，星印５２２である。次に，３番目に撮像する座標に対して，矢印５１３の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。矢印５１３の中心は，基点の高さとなる。焦点があったＺ座標が，星印５２３である。次に，４番目に撮像する座標に対して，矢印５１４の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。矢印５１４の中心は，基点の高さとなる。焦点があったＺ座標が，星印５２４である。
１番目から４番目までの撮像座標が，この模式図では，初期座標群である。そこで，次に，１番目から４番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４のＺ座標に対して，曲面を近似する。５番目から９番目までの撮像座標に対して，近似した曲面のＺ座標，すなわち５番目から９番目までの撮像座標に対して，焦点が合うであろうＺ座標の予測値が一点鎖線５３０である。
次に，５番目の撮像座標に対して，一点鎖線５３０が中心に位置するように，矢印５１５の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。一点鎖線５３０は，矢印５１５の中心で交差する。焦点があったＺ座標が三角形５２５である。次に，６番目の撮像座標に対して，一点鎖線５３０が中心に位置するように，矢印５１６の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２６である。次に，７番目の撮像座標に対して，一点鎖線５３０が中心に位置するように，矢印５１７の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２７である。次に，８番目の撮像座標に対して，一点鎖線５３０が中心に位置するように，矢印５１８の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２８である。次に，９番目の撮像座標に対して，一点鎖線５３０が中心に位置するように，矢印５１９の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２９である。
このように、本実施例によれば、初期撮像座標群の焦点位置情報に基づいて近似した曲面を求め、この曲面を中心としてZ方向の捜査範囲を狭めることにより、より短い時間で焦点合わせを行うことができる。
実施例１では，画像撮像プログラム２３１の中で，初期撮像座標群の画像撮像が完了した時点で，１度だけ曲面を近似し，フォーカスマップを生成する例を示した。一方，実施例２では，随時フォーカスマップを更新する例を示す。
図１２は，画像撮像プログラム２３１のフローチャートで，図２とは別の一例である。画像撮像プログラムでは，まずステップＳ１２０１で撮像座標データ２３０を読み込み，ステップＳ１２０２で読み込んだ撮像座標データ２３０に記された座標群に対して撮像する順序を決める。次にステップＳ１２０３で変数Ｎにゼロを代入し，ステップＳ１２０４で変数Ｎに１をインクリメントする。次にステップＳ１２０５の条件分岐で変数Ｎが撮像座標データ２３０に記された座標群の数を超えたら，プログラムを終了する。
一方，ステップＳ１２０５の条件分岐で変数Ｎが座標群の数を超えていなかったら，ステップＳ１２０６に処理を進める。ステップＳ１２０６では変数ＮとステップＳ１２０２の中で定める初期撮像数を比較し，ステップＳ１２０７とステップＳ１２１０のいずれかに処理を進める。変数Ｎが初期撮像数に１を加えた値より小さい場合，ステップＳ１２１０へ進み，それ以外の場合，ステップＳ１２０７へ進む。
ステップＳ１２１０では，変数Ｎが１から初期撮像数までの場合に実行され，座標(XN,YN)が撮像できるようにステージを動かし，Ｚ座標を（基点−β）から（基点＋β）までの範囲を走査し，焦点を合わせる。ここで，基点とは基板表面の平均的なＺ座標の推定値を意味し，また，βは後述するγより大きな既定値である。一方，ステップＳ１２０７では，変数Ｎが初期撮像数に１を加えた場合に実行され，すでに画像が撮像された３次元のＮ個の座標(X1,Y1,Z1)から(XN-1,YN-1,ZN-1)に対して，Ｂスプライン曲面を近似し，近似した曲面をフォーカスマップとする。
ステップＳ１２０８では，近似した曲面の座標(XN,YN)に対するZN’を算出する。ZN’は座標(XN,YN)に対して画像を撮像するときに焦点が合うであろうＺ座標の予測値である。ステップＳ１２０９では，座標(XN,YN)が撮像できるようにステージを動かし，Ｚ座標を（ZN’−γ）から（ZN’＋γ）までの範囲を走査し，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標をZNとする。フォーカスマップを生成し，ZN’を算出することで，γを上述のβより小さく設定でき，その結果，Ｚ座標の走査範囲を短じかくでき，焦点を合わせる時間を短くできる。また，図２のステップＳ１２０９で示したαより，γは処理が進む，すなわち，撮像する画像が増えるにつれて，小さくできる。
ステップＳ１２１１では，焦点の合った座標(XN,YN)の画像を撮像し，撮像して得られた画像はステップＳ１２１２で画像処理プログラム２３４に基づいて処理されて、撮像した座標(XN,YN)の画像から欠陥を求めてその欠陥の特徴量を抽出して欠陥を分類する画像処理、又は、画像の特徴量から欠陥又はパターン又はパターン間の寸法を求める画像処理が行われ、ステップＳ１２１３では，ステップＳ１２０７でフォーカスマップを生成，あるいは更新するために，３次元座標(XN,YN,ZN)を二次記憶装置２１６に登録し，ステップＳ１２０４に戻る。
図１３は，図１２に示した画像撮像プログラムを実行することで，焦点を合わせるためにＺ座標を走査する範囲が変化する様子を模式図の一例である。この模式図では，撮像座標として，紙面の都合で９個の座標に減らして図示した。横軸は時間軸であり，縦軸は焦点を合わせるために動かすＺ座標である。破線５０１は基板表面のＺ座標を表している。縦に描いた矢印５１１から５１５，および矢印５４６から５４９は，撮像座標ごとに，焦点を合わせるために走査する範囲を表している。
画像撮像プログラム２３１を実行すると，撮像順序が決定された後，１番目に撮像する座標に対して，矢印５１１の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が，星印５２１である。次に，２番目に撮像する座標に対して，矢印５１２の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が，星印５２２である。次に，３番目に撮像する座標に対して，矢印５１３の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が，星印５２３である。次に，４番目に撮像する座標に対して，矢印５１４の範囲でＺ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が，星印５２４である。１番目から４番目までの撮像座標が，この模式図では，初期座標群である。
そこで，次に，１番目から４番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４のＺ座標に対して，曲面を近似し，５番目の撮像座標に対して，近似した曲面のＺ座標，すなわち５番目の撮像座標に対して，焦点が合うであろうＺ座標を予測する。次に，５番目の撮像座標に対して，矢印５１５の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。矢印５１５の中心は，近似した曲面に対する撮像座標のＺ座標である。この撮像座標に対して，焦点があったＺ座標が三角形５２５である。
次に，１番目から５番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４および三角形５２５のＺ座標に対して，曲面を近似し，６番目の撮像座標に対して，矢印５４６の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２６である。次に，１番目から６番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４および三角形５２５，５２６のＺ座標に対して，曲面を近似し，７番目の撮像座標に対して，矢印５４７の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２７である。次に，１番目から７番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４および三角形５２５，５２６，５２７のＺ座標に対して，曲面を近似し，８番目の撮像座標に対して，矢印５４８の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２８である。次に，１番目から８番目までの撮像座標と，星印５２１，５２２，５２３，５２４および三角形５２５，５２６，５２７，５２８のＺ座標に対して，曲面を近似し，９番目の撮像座標に対して，矢印５４９の範囲を決定し，Ｚ座標を動かして，焦点を合わせる。焦点があったＺ座標が三角形５２９である。
このように，図１２の画像撮像プログラムでは，図２と異なり，新たな座標で画像を撮像する前に，既に画像を撮像した座標で焦点があったＺ座標の情報をすべて使って曲面を近似することで，後半ほど精度の高いフォーカスマップを生成でき，焦点を合わせるために走査するＺ座標の範囲を短くできる。この効果は、撮像箇所数が多いほど顕著になり、より短い時間での焦点合わせを実現できる。
上記した実施例では毎回フォーカスマップを更新していたが、これを１０回おき、又は２０回おきなど。複数回処理するごとに行うようにしても良い。
２０１・・・電子源 ２０２・・・加速電極 ２０３・・・集束レンズ ２０４・・・偏向器 ２０５・・・対物レンズ ２０６・・・基板（例えばウエハ） ２０７・・・駆動ステージ ２０８・・・一次電子 ２０９・・・二次電子信号 ２１０・・・二次電子検出器 ２１１・・・デジタル変換部 ２１３・・・全体制御部 ２１４・・・中央演算処理装置ＣＰＵ ２１５・・・一次記憶装置 ２１６・・・二次記憶装置 ２１７・・・入出力部 ２１８・・・バス ２１９・・・反射電子信号 ２２０ａ，２２０ｂ・・・反射電子検出器 ３２０・・・基板 ３２１・・・ノッチ ５０１・・・基板の表面。

Claims (10)

  1. 収束させた電子ビームを試料に照射して走査することにより前記試料のＳＥＭ画像を取
    得する走査電子顕微鏡と、
    該走査電子顕微鏡で試料を撮像して得た該試料のＳＥＭ画像を処理する画像処理手段と
    、
    該画像処理手段で前記試料のＳＥＭ画像を処理した結果を画面上に出力する出力手段と
    、
    前記走査電子顕微鏡と前記画像処理手段と前記出力手段とを制御する制御手段と
    を備えた欠陥検査装置であって、
    前記制御手段は前記走査電子顕微鏡を制御して該走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所
    を順次撮像するときに、最初の所定の数の箇所においては前記電子ビームの焦点位置を前
    記試料の表面の法線方向に所定の範囲を走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面
    に合わせてから前記試料を撮像し、前記最初の所定の数の箇所において前記試料の表面に
    合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報を用いて前記試料の表面の曲面形状を推定し、前記推定した曲面形状の情報を用いて前記最初の所定の数の箇所において走査した前記所定の範囲よりも狭い範囲で走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせた焦点位置の情報を用いて前記推定した試料の表面の曲面形状を修正し、前記最初の所定の数の箇所で撮像した後は、前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせるために前記電子ビームの焦点位置を前記法線方向へ走査する範囲を前記修正した曲面形状の情報を用いて前記最初の所定の数の箇所において走査した前記所定の範囲よりも狭い範囲で走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせて前記試料を撮像することを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 前記制御手段は、前記試料上の最初の所定の数の箇所を設定し、該設定した箇所におい
    て前記電子ビームの焦点位置を前記試料の表面の法線方向に所定の範囲を走査して前記電
    子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせてから前記試料を撮像することを特徴とする請
    求項１記載の欠陥検査装置。
  3. 前記制御手段は、前記試料の表面の曲面形状を推定することを、前記最初の所定の数の
    箇所において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報を用いてＢスプ
    ライン曲面を近似することにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
  4. 前記出力手段は、前記推定した前記試料表面の曲面形状を前記画面上に表示することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査装置。
  5. 前記出力手段は、前記最初の所定の数の個所において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報を用いて前記推定した局面形状と、その後、前記走査電子顕微鏡で前記試料を撮像した複数の前記撮像位置において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報も用いて前記推定した局面形状とを独立に表示、もしくは、前記２つの曲面形状の差に関する情報を表示することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の欠陥検査装置。
  6. 走査電子顕微鏡で収束させた電子ビームを試料上の複数の箇所に順次照射して走査する
    ことにより前記試料の複数の箇所のＳＥＭ画像を順次取得し、
    該走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所を順次撮像して得た該試料の複数の箇所のＳＥ
    Ｍ画像を処理して前記試料を検査し、
    該試料のＳＥＭ画像を処理した結果を出力する
    欠陥検査方法であって、
    前記走査電子顕微鏡で試料上の複数の箇所のＳＥＭ画像を順次取得することを、最初の
    所定の数の箇所においては前記電子ビームの焦点位置を前記試料の表面の法線方向に所定
    の範囲走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせてから前記試料を撮像し
    、前記最初の所定の数の箇所において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位
    置の情報を用いて前記試料の表面の曲面形状を推定し、前記推定した曲面形状の情報を用いて前記最初の所定の数の箇所において走査した前記所定の範囲よりも狭い範囲で走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせた焦点位置の情報を用いて前記推定した試料の表面の曲面形状を修正し、前記最初の所定の数の箇所で撮像した後は、前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせるために前記電子ビームの焦点位置を前記法線方向へ走査する範囲を前記修正した曲面形状の情報を用いて前記最初の所定の数の箇所において走査した前記所定の範囲よりも狭い範囲で走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせて前記試料を撮像することを特徴とする欠陥検査方法。
  7. 前記試料上の最初の所定の数の箇所を予め記憶されていたデータに基づいて設定し、該
    設定した箇所において前記電子ビームの焦点位置を前記試料の表面の法線方向に所定の範
    囲を走査して前記電子ビームの焦点を前記試料の表面に合わせてから前記試料を撮像する
    ことを特徴とする請求項６記載の欠陥検査方法。
  8. 前記試料の表面の曲面形状を推定することを、前記最初の所定の数の箇所において前記
    試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報を用いてＢスプライン曲面を近似
    することにより行うことを特徴とする請求項６又は7に記載の欠陥検査方法。
  9. 前記推定した前記試料表面の曲面形状を前記画面上に表示することを特徴とする請求項
    ６乃至８の何れかに記載の欠陥検査方法。
  10. 前記最初の所定の数の個所において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報を用いて前記推定した曲面形状と、その後、前記走査電子顕微鏡で前記試料を撮像した複数の前記撮像位置において前記試料の表面に合わせた前記電子ビームの焦点位置の情報も用いて前記推定した曲面形状とを独立の前記画面上に表示、もしくは、前記２つの曲面形状の差に関する情報を前記画面上に表示することを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の欠陥検査方法。
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