JPH11283545A - 電子画像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に明るく良好な電子画像を得られる電子画
像観察装置を提供する。 【解決手段】 電子画像観察装置は、試料（６）面上に
電子ビーム（２）を照射する照射手段（１）と、試料を
移動するＸＹステージ（５）と、ＸＹステージの位置を
検出する位置検出手段（１７ａ，ｂ）と、電子ビームが
照射された試料面からの電子（４）を検出して電子ビー
ムが照射された試料面に対応する部分の電子画像を得る
電子検出手段（９）と、位置検出手段の位置検出結果を
もとにＸＹステージの移動を制御する移動制御手段（１
６）と、ＸＹステージの移動に伴って電子検出手段が検
出する部分電子画像を記憶する記憶手段（２０）と、記
憶手段が記憶した部分電子画像を隣接する部分電子画像
と比較して相対位置を補正し、該補正した部分電子画像
を記憶手段に再記憶させる補正手段（１９ａ）とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームなどを
用いて試料の電子画像を観察する電子画像観察装置に関
し、特に、ウェハやマスクなどの電子画像を短時間でし
かもＳ／Ｎ比の高い鮮明な画像として観察することをが
できる電子画像観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
は、電子ビームをコンデンサレンズ、対物レンズなどで
試料表面上に集束したスポットを偏向コイルで走査し、
電子ビームの照射により試料から発生した二次電子を検
出することによって像（ＳＥＭ像）を得ている。この場
合、電子ビームのプローブ電流は一定なので、低倍率の
広い視野では、高倍率の時に比べて電子ビームの滞在時
間が短く、１画素あたりの信号量が著しく低下するた
め、ＳＥＭ像の明るさが大きく低減し、ＳＥＭ像の観察
がしずらいという問題があった。

【０００３】一方、大電流のプローブを用いてウェハや
マスクなどの欠陥をＳＥＭ像を解析することにより検査
する欠陥検査装置が知られているが、この欠陥検査装置
においても、低倍率では広い視野の全域をラスタ走査す
るため、明るいＳＥＭ像が得られるものの、像を得るた
めには多大な時間を要してしまうという問題があった。

【０００４】これに対し、例えば、特開平７−１８１２
９７号公報には、従来の走査型電子顕微鏡とは異なり、
電子ビームを一次光学系で線状あるいは矩形状にして試
料に照射し、試料からの二次電子や反射電子を２次元の
画像として、二次光学系で拡大投影し、エリア検出器に
結像させるものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−１８１２９７号公報によるものでも、必要な像の分
解能を維持したまま低倍率での像の観察や検査を短時間
で行うことは困難であるという問題を依然として有して
いた。

【０００６】また、試料の走査中に横ぶれなどが生じる
と、良好な試料像が得られないという問題もあった。

【０００７】本発明の目的は、上述の従来技術における
問題点に鑑み、必要な像の分解能を維持し、広い視野で
明るく鮮明な画像を短時間で獲得し、観察することがで
きる電子画像観察装置を提供することである。

【０００８】本発明の他の目的は、試料の走査中に横ぶ
れなどが生じても、良好な試料像を得ることができる電
子画像観察装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、電子画像観察装置は、
試料面上に電子ビームを照射する照射手段と、前記試料
を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙステージ
と、前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段
と、前記電子ビームが照射された試料面からの二次電
子、反射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１
つを検出して前記電子ビームが照射された前記試料面に
対応する部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、前
記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙステ
ージの移動を制御する移動制御手段と、前記Ｘ−Ｙステ
ージの移動に伴って前記電子検出手段が検出する部分電
子画像を記憶する記憶手段と、前記記憶手段が記憶した
部分電子画像を隣接する部分電子画像と比較して相対位
置を補正し、該補正した部分電子画像を前記記憶手段に
再記憶させる補正手段とを具備する。これにより、試料
の走査時すなわちＸ−Ｙステージの走査時に横ぶれなど
が生じても電子画像の横ずれをソフトウェア的に補正で
き、常に試料の良好な電子画像を得ることができる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、電子画
像観察装置は、試料面上に電子ビームを照射する照射手
段と、前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ
−Ｙステージと、前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する
位置検出手段と、前記電子ビームが照射された試料面か
らの二次電子、反射電子および後方散乱電子のうちの少
なくとも１つを検出して前記電子ビームが照射された前
記試料面に対応する部分の部分電子画像を得る電子検出
手段と、前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記
Ｘ−Ｙステージの移動を制御する移動制御手段と、前記
Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が検出
する部分電子画像を記憶する記憶手段と、前記位置検出
手段の位置検出結果をもとに前記電子ビームが照射され
た試料面からの二次電子、反射電子および後方散乱電子
のうちの少なくとも１つの前記電子検出手段への入射位
置を補正する補正手段とを具備する。これにより、Ｘ−
Ｙステージの走査時に横ぶれなどが生じても電子画像の
横ずれをリアルタイムに補正でき、常に試料の良好な電
子画像を得ることができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、請求項
１または２に記載の電子画像観察装置において、前記記
憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料面の電
子画像を表示する表示部をさらに具備するよう構成され
る。これにより、試料の電子画像をより容易に観察する
ことができる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明では、電子画
像観察装置は、試料面上に電子ビームを照射する照射手
段と、前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ
−Ｙステージと、前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する
位置検出手段と、前記電子ビームが照射された試料面か
らの二次電子、反射電子および後方散乱電子のうちの少
なくとも１つを検出して前記電子ビームが照射された前
記試料面に対応する部分の部分電子画像を得る電子検出
手段と、前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記
Ｘ−Ｙステージの移動を制御する移動制御手段と、前記
Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が検出
する部分電子画像を記憶する記憶手段と、前記記憶手段
が記憶した部分電子画像をもとに前記試料面の電子画像
を表示分解能を変えて表示部に表示する表示制御手段と
を具備する。これにより、任意の表示分解能において、
常に明るく鮮明な電子画像を短時間で獲得し、観察する
ことができる。

【００１３】また、請求項５に記載の発明では、請求項
４に係る電子画像観察装置において、前記記憶手段が記
憶した部分電子画像を所定領域の部分電子画像群毎に平
均化する画像処理手段をさらに具備し、前記表示制御手
段は前記所定領域の部分電子画像群毎に平均化された部
分電子画像をもとに前記試料面の電子画像を前記表示部
に表示するよう構成される。これにより、任意の分解能
による表示を的確に行うことができる。

【００１４】また、請求項６に記載の発明では、請求項
４に係る電子画像観察装置において、前記記憶手段が記
憶した部分電子画像において所定領域の部分電子画像群
毎に所定位置の部分電子画像を選択する画像処理手段を
さらに具備し、前記表示制御手段は前記所定領域の部分
電子画像群毎に選択された部分電子画像をもとに前記試
料面の電子画像を前記表示部に表示するよう構成され
る。これにより、任意の分解能による表示を的確に行う
ことができる。

【００１５】また、請求項７に記載の発明では、請求項
４に係る電子画像観察装置において、前記記憶手段が記
憶した部分電子画像に対し隣接する部分電子画像を加算
する処理を行う画像処理手段をさらに具備し、前記表示
制御手段は前記加算処理された部分電子画像をもとに前
記試料面の電子画像を前記表示部に表示するよう構成さ
れる。これにより、Ｓ／Ｎ比のより高い電子画像を得る
ことができる。

【００１６】また、請求項８に記載の発明では、電子画
像観察装置は、試料面上に電子ビームを照射する照射手
段と、前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ
−Ｙステージと、前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する
位置検出手段と、前記電子ビームが照射された試料面か
らの二次電子、反射電子および後方散乱電子のうちの少
なくとも１つを検出して前記電子ビームが照射された前
記試料面に対応する部分の部分電子画像を得る電子検出
手段と、前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記
Ｘ−Ｙステージの移動を制御する移動制御手段と、前記
Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が検出
する部分電子画像を圧縮処理する画像処理手段と、前記
圧縮処理された部分電子画像を記憶する記憶手段と、前
記記憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料面
の電子画像を表示分解能を変えて表示部に表示する表示
制御手段とを具備する。これにより、任意の表示分解能
において、常に明るく鮮明な電子画像を短時間で獲得
し、観察することができる。また、記憶手段に記憶され
るデータの量を圧縮して少なくできるので、記憶手段の
容量を少なくすることが可能である。

【００１７】また、請求項９に記載の発明では、請求項
８に係る電子画像観察装置において、前記画像処理手段
は前記電子検出手段が検出する部分電子画像を所定領域
の部分電子画像群毎に平均化し、かつ前記記憶手段は前
記所定領域の部分電子画像群毎に平均化された部分電子
画像を記憶するよう構成される。これにより、得られる
試料の電子画像の質を落とすことなく、記憶手段に記憶
されるデータの量を的確に少なくすることができる。こ
のため、記憶手段の容量をより少なくすることが可能で
ある。

【００１８】また、請求項１０に記載の発明では、請求
項８に係る電子画像観察装置において、前記画像処理手
段は前記電子検出手段が検出する部分電子画像において
所定領域の部分電子画像群毎に所定位置の部分電子画像
を選択し、かつ前記記憶手段は前記所定領域の部分電子
画像群毎に選択された部分電子画像を記憶するよう構成
される。これにより、得られる試料の電子画像の質を落
とすことなく、記憶手段に記憶されるデータの量を的確
に少なくすることができる。このため、記憶手段の容量
をより少なくすることが可能である。

【００１９】また、請求項１１に記載の発明では、電子
画像観察装置は、試料面上に電子ビームを照射する照射
手段と、前記試料を前記電子ビームの照射面に移動する
Ｘ−Ｙステージと、前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出す
る位置検出手段と、前記電子ビームが照射された試料面
からの二次電子、反射電子および後方散乱電子のうちの
少なくとも１つを検出して前記電子ビームが照射された
前記試料面に対応する部分の部分電子画像を得る電子検
出手段と、前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前
記Ｘ−Ｙステージの移動を制御する移動制御手段と、前
記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が検
出する部分電子画像に対し、隣接する部分電子画像を加
算する処理を行う画像処理手段と、前記加算処理された
画像を部分電子画像として記憶する記憶手段と、前記記
憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料面の電
子画像を表示分解能を変えて表示部に表示する表示制御
手段とを具備する。これにより、任意の表示分解能にお
いて、常に明るくＳ／Ｎ比のより高い試料の電子画像を
短時間で獲得し、観察することができる。

【００２０】また、請求項１２に記載の発明では、請求
項３〜１１のいずれか１項に記載の電子画像観察装置に
おいて、前記試料面の電子画像を前記表示部に表示する
倍率を切換える倍率指示手段をさらに具備するよう構成
される。これにより、所望の表示倍率で試料の電子画像
を観察することができる。

【００２１】また、請求項１３に記載の発明では、請求
項３〜１２のいずれか１項に記載の電子画像観察装置に
おいて、前記部分電子画像は１次元画像であるよう構成
される。これにより、試料の電子画像を的確に得ること
ができる。

【００２２】また、請求項１４に記載の発明では、請求
項３〜１２のいずれか１項に記載の電子画像観察装置に
おいて、前記部分電子画像は２次元画像であり、かつ前
記照射手段は前記Ｘ−Ｙステージの移動に同期して前記
電子ビームをブランキングさせるよう構成される。これ
により、試料の電子画像をより的確に得ることができ
る。

【００２３】また、請求項１５に記載の発明では、請求
項３〜１２のいずれか１項に記載の電子画像観察装置に
おいて、前記部分電子画像は２次元画像であり、かつ前
記電子検出手段は前記Ｘ−Ｙステージの移動に同期して
前記試料面からの電子または該電子に対応する光子を遮
蔽する遮蔽手段を有するよう構成される。これにより、
試料の電子画像をより的確に得ることができる。

【００２４】また、請求項１６に記載の発明では、請求
項３〜１３のいずれか１項に記載の電子画像観察装置に
おいて、前記電子画像をもとに前記試料を検査する検査
処理手段をさらに具備するよう構成される。これによ
り、電子画像を用いた試料の欠陥検査などの検査を行う
ことが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子画像観察
装置につき図面を参照して説明する。図１は、本発明の
第１の実施形態に係る電子画像観察装置の全体構成を示
す概念図である。

【００２６】図１において、電子銃１から照射される線
状の電子ビーム２は、一次光学系３によるレンズ作用を
受けて真空チャンバー１０内に配置されたＸＹステージ
５上の試料６上に線状、矩形状もしくはだ円状の照明領
域で照射される。試料６に照射された電子ビーム２によ
って試料６から発生した二次電子、反射電子あるいは後
方散乱電子（以下、総括して「検出電子」という）は、
二次光学系７を通過する。この二次光学系７により、検
出電子４は線状もしくは矩形状の電子信号による画像と
して検出器９に拡大投影され、結像される。

【００２７】Ｅ×Ｂ（イークロスビー）プリズムすなわ
ち電磁プリズム８は、電界Ｅと磁界Ｂとが最適値（ウィ
ーン条件）に設定され、電子銃１から照射された斜めか
らの電子ビーム２を二次光学系７の光軸方向すなわちＺ
軸方向に曲げてカソードレンズ１１に垂直に入射させる
一方、試料６からの検出電子４を、Ｚ軸方向すなわち試
料６面から検出器９方向にまっすぐ通過させる。すなわ
ち、電磁プリズム８は、ビームスプリッターとしての機
能を有し、またウィーンフィルタとして特定のエネルギ
ー帯をもつ検出電子４のみを通過させる機能を有する。

【００２８】試料６からの検出電子４は、試料６側に配
置されたカソードレンズ１１によってまず集光され、さ
らにレンズ１２〜１４によってレンズ作用が行われて、
検出器９に入射される。

【００２９】検出器９は、入射された検出電子４を増幅
するＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）９ａ、ＭＣ
Ｐ９ａによって増幅された電子を光に変換する蛍光板９
ｂ、真空チャンバー１０内の真空系と外部とを中継しか
つ蛍光板９ｂで変換された光学像を伝達するＦＯＰ（フ
ァイバーオプティックプレート）９ｃ、およびＦＯＰ９
ｃから出力された光学像を撮像するＣＣＤ素子などの撮
像素子９ｄを有している。ＭＣＰ９ａや蛍光板９ｂには
高電圧が印加されるが、この電圧は、制御部１９の制御
のもとに、電圧制御部１８によって制御される。また、
撮像素子９ｄは、制御部１９の制御のもとに、撮像制御
部２４によって制御される。

【００３０】ＸＹステージ５は、制御部１９の制御のも
とに、ステージ移動機構１６によって水平方向すなわち
ＸＹ方向に移動され、レーザ干渉計１７ａ，１７ｂによ
ってそれぞれＸ，Ｙ方向の位置が検出される。この位置
検出結果は、干渉計出力部１７を介して制御部１９に位
置検出信号として出力される。

【００３１】二次光学系７の試料６面に対する焦点合わ
せは、光学的斜入射方式のＺ位置センサー２２が試料６
面の高さを検出し、この検出結果をＡ／Ｄ変換器２３を
介して制御部１９に出力し、制御部１９がこの検出結果
をもとに焦点制御部１５を介して光学レンズ１１〜１４
を制御することによって行われる。具体的には、ＸＹス
テージ５のステージ走査とともに、制御部１９が、Ａ／
Ｄ変換器２３でディジタル化されたＺ位置センサー２２
からの信号をメモリ２０内の変換テーブル２０ａによっ
てレンズの焦点制御量に変換し、この変換されたレンズ
の焦点制御量を焦点制御部１５に出力し、焦点制御部１
５は、ディジタルのレンズの焦点制御量を図示しないＤ
／Ａ変換器によってアナログ信号に変換し、各光学レン
ズ１１〜１４を制御する。これによって自動焦点制御が
行われる。

【００３２】撮像制御部２４は、撮像素子９ｄからの撮
像信号を、ＸＹステージ５のステージ走査に伴う干渉計
出力部１７からの位置検出信号に同期してＡ／Ｄ変換
し、この変換されたディジタル信号を制御部１９に出力
する。このディジタル信号は、制御部１９の管理のもと
に、メモリ２０内の画像メモリ２０ｂに順次ＤＭＡ転送
される。

【００３３】制御部１９内の補正部１９ａは、撮像素子
９が撮像した画像の画像ずれを画像メモリ２０ｂ上で補
正して再記憶する処理を行う。画像処理部１９ｂは、画
像メモリ２０ｂに記憶された２次元画像を表示制御部２
５を介して表示部２６に表示出力する際の各種の画像処
理を行う。

【００３４】倍率指示部２７は、画像メモリ２０ｂに記
憶された２次元画像の表示部２６への表示倍率を指示す
る。

【００３５】次に、図２を参照して検出器９の詳細構成
について説明する。ＭＣＰ３１，３２は図１のＭＣＰ９
ａに相当し、蛍光部３３は図１の蛍光部９ｂに相当し、
ＦＯＰ３４は図１のＦＯＰ９ｃに相当し、撮像素子３５
は図１の撮像素子９ｄに相当するものである。

【００３６】まず検出電子４は、第１のＭＣＰ３１に入
射する。入射した検出電子４はこのＭＣＰ３１内で増幅
され、さらに第２のＭＣＰ３２内で増幅される。ＭＣＰ
３１，３２で増幅された電子は、蛍光部３３の蛍光面に
衝突する。この際、第１のＭＣＰ３１の入口側の電位
は、検出電子４の加速電圧をＭＣＰの検出効率の最も良
い値に調整するために、例えば０〜−５ｋＶ程度に設定
される。例えば、検出電子４の加速電圧が＋５ｋＶであ
った場合には、第１のＭＣＰ３１の入口側の電位を−
４．５ｋＶに設定して減速させ、入射する検出電子４の
電子エネルギーが０．５ｋｅＶ程度になるようにする。

【００３７】検出電子４からなる電流量の増幅率は、第
１のＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２との間に印加される
電圧（例えば０〜２ｋＶ程度）で規定される。例えば１
ｋＶ印加で１×１０^４程度の増幅率となる。また、第２
のＭＣＰ３２から出力される電子ビームの広がりをでき
るだけ抑制するために、第２のＭＣＰ３２と蛍光部３３
の蛍光面との間には、０〜５ｋＶ程度、例えば４ｋＶの
電圧が印加される。

【００３８】蛍光部３３の蛍光面では電子が光子に変換
され、この光出力は、ＦＯＰ３４を通過して、撮像素子
３５に照射され撮像される。蛍光部３３の蛍光面での画
像サイズと撮像素子３５の撮像面での撮像サイズを合わ
せるため、ＦＯＰ３４は例えば約３：１にサイズが縮小
されて撮像素子３５の撮像面に光学像を投影するように
設計されている。

【００３９】図３は、ＸＹステージ５のステージ走査と
これに伴う試料６の電子画像の取得の概略的な様子を示
す説明図である。

【００４０】前述のように、ステージ移動機構１６によ
るステージ走査によってＸＹステージ５が移動すると、
レーザ干渉計１７ａ，１７ｂによって位置検出がなさ
れ、制御部１９の制御のもとに、この位置検出信号に同
期して検出器９が撮像した撮像信号すなわち画像信号が
画像メモリ２０ｂに記憶される。

【００４１】ステージ走査は、図３に示すように、大き
くは矢印４１のようなジグザグに試料６面を走査するよ
うに行われる。通常、試料６面上の観察または検査範囲
の単位領域Ｅ１は、例えばウエハのデバイス１チップ分
であり、１０ｍｍ^２程度である。従って、この観察範囲
の単位領域Ｅ１毎に順にステージ走査が行われ、試料６
の端の位置にある単位領域の位置まで到達すると、隣接
する観察していない単位領域に移動して折り返し走査さ
れる。

【００４２】しかしながら、この単位領域Ｅ１内におけ
る画像を一度に取り込むことは実際上は困難であるた
め、単位領域Ｅ１を数１００μｍから１ｍｍ視野程度の
サブフィールドＥ２に分けて、この単位領域Ｅ１内を何
度も折返し走査を繰り返し、順次連続的に画像信号を画
像メモリ２０ｂに取り込む。すなわち、サブフィールド
Ｅ２を部分電子画像として画像メモリに記憶する。

【００４３】ここで、電子銃１は試料６に対して線状、
矩形状もしくはだ円状の電子ビーム２を照射するため、
撮像素子９ｄは、１次元のリニアセンサーが設置されて
いる。このため、順次画像メモリ２０ｂに取り込まれる
画像信号は、ライン画像または１次元画像に対応した画
像信号である。

【００４４】ところが、図３に示すように、ステージ走
査が一定速度で行われている間に、ヨーイングや横振動
あるいは横ぶれなどが生じると、サブフィールドＥ２に
対応して得られる１次元画像は横ずれを生じてしまう。
この結果、複数の１次元画像すなわち１次元画像群から
なる２次元の画像は、縦方向（Ｙ方向）に均一につなが
らず、良好な２次元画像を取得することができなくなっ
てしまう。

【００４５】そこで、制御部１９内の補正部１９ａは、
画像メモリ２０ｂに記憶された各１次元画像毎に１つ前
の１次元画像と比較して画像ずれを検出し、その画像ず
れを補正するよう画像メモリ２０ｂ上で再配置（再記
憶）する。これにより、各１次元画像の相対位置関係が
適切に保持され、縦方向にきれいにつながった良好な２
次元画像として記憶されることになる。

【００４６】このようにして補正された２次元画像は、
表示制御部２５の表示制御のもとに、表示部２６の表示
画面上に表示出力される。この際、倍率指示部２７によ
って表示部２６の表示画面上に表示出力される視野の倍
率または表示分解能を変更指示することができる。

【００４７】図４は、ウェハ上の半導体メモリチップ内
のセル構造を観察したときの電子画像を表示部２６に表
示する様子を示す説明図である。

【００４８】本実施形態の電子画像観察装置は、試料か
らの画像信号をステージ走査に伴って画像メモリ２０ｂ
に取り込みながら、順次それを読み出して表示部２６に
表示出力するので、通常は試料における視野の狭い領域
Ｅ３が表示部２６に高倍率で連続的に詳細表示される
（図４（ａ））。ステージ走査しながら得た画像メモリ
２０ｂ上のデータが必要な一定量に達すると、画像を合
成し、広い視野の低倍率の像（例えば単位領域Ｅ１の
像）が表示部２６に表示される（図４（ｂ））。もちろ
ん、倍率指示部２７の倍率指示によって表示倍率を適宜
変更することが可能である。

【００４９】画像処理部１９ｂは、図４（ｂ）のような
広い視野の低倍率で表示する際、画像メモリ２０ｂ内に
記憶された２次元画像の中から、この表示画面の分解能
または解像度に対応した１次元画像を規則的に選択し、
すなわち、不要な１次元画像を間引きする処理を行う。

【００５０】あるいは、画像処理部１９ｂは、広い視野
の低倍率で表示する際、画像メモリ２０ｂ内に記憶され
た２次元画像の中から、この表示画面の解像度に対応す
る１次元画像を規則的に選択し、この選択した１次元画
像の周辺の１次元画像を平均化した画像を該表示画面の
画素に対応する画像情報とする平均化処理を行うように
してもよい。

【００５１】なお、画像処理部１９ｂは、画像メモリ２
０ｂに記憶されて補正された１次元画像に隣接する１次
元画像を加算する処理を行うようにしてもよい。このよ
うな加算処理を行うことにより、１次元画像自体のＳ／
Ｎ比が向上する。例えば、Ｎ回加算すると、Ｓ／Ｎ比
は、Ｎの平方根倍に向上する。

【００５２】また、撮像素子９ｄはリニアセンサーであ
るが、２次元のエリアセンサーを用いる場合も同様に、
加算処理されていれば、Ｓ／Ｎ比を向上させることがで
きる。また、撮像素子９ｄはリニアセンサーとして、Ｙ
方向の画素に積算を行うＴＤｉ−ＣＣＤ（Ｔｉｍｅ Ｄ
ｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）を用いてもよい。この場
合、照明視野は線状でなく矩形状もしくはだ円状であれ
ばよく、さらにＴＤｉ−ＣＣＤの積算効果により大幅に
Ｓ／Ｎを向上させることができる。ＴＤｉ−ＣＣＤの機
能としては、Ｙ方向の画素で積算を行う以外、１次元リ
ニアセンサーとほぼ同様にＸ方向の１ライン毎の出力と
なる。通常ＴＤｉ−ＣＣＤのＹ方向の加算数は６４、１
２８、２５６等で可変であり、例えば、Ｘ方向に５１２
画素であるならばＸＹのアスペクト比は、それぞれ８：
１、４：１、２：１となる。

【００５３】ところで、前述した第１の実施形態では、
単に試料６面を表示部２６の表示画面を通して観察する
のみであるが、試料６面の電子画像をもとに、該試料６
の欠陥を検査することもできる。

【００５４】例えば、画像処理部１９ｂが、画像メモリ
２０ｂに記憶された２次元画像を画像処理することによ
ってウェハ、ウェハ上のデバイスチップあるいはマスク
などの試料６の欠陥を自動的に検出することができる。
この欠陥検出の画像処理は、例えば、正常パターン画像
と取得したパターン画像とを比較処理することによって
可能となる。すなわち、ゴミのようなものが付着してい
れば欠陥部分は突出し、この突出した凸欠陥であれば、
発生する検出電子の量は大きくなる。一方、金属配線パ
ターンが欠けている等の凹欠陥であれば、発生する検出
電子の量は小さくなる。このような検出電子量の増減に
よって撮像素子９ｄへの入射光量ひいては各画素の信号
量が増減することなどに基づいて、欠陥検出を行うこと
ができる。

【００５５】例えば、図４の場合であれば、画像処理部
１９ｂが、各セル構造中の極端に信号量が多い部分（図
中の黒い楕円で示されている部分）を欠陥セルとして検
出する画像処理を施すことにより、半導体メモリセルの
欠陥を容易に検出することが可能となる。もちろん、そ
のような画像処理を施すことなく表示部２６の表示画面
を観察することで、欠陥セルを人為的に検出することも
可能である。

【００５６】なお、前述した第１の実施の形態では、取
得した１次元画像に横ずれが存在する場合、そのまま１
次元画像を画像メモリ２０ｂ内に記憶し、その後、補正
部１９ａによって横ずれを補正して再記憶するよう構成
しているが、このような補正部１９ａを設けず、制御部
１９が干渉計出力部１７からの位置検出信号をもとにＸ
Ｙステージ５の横ぶれ量または横ずれ量をリアルタイム
に検出し、この検出した横ぶれ量をもとに、偏向制御部
２１を介して偏向レンズ２８を制御し、検出電子４の進
行方向をＸＹステージ５の横ぶれと逆方向にリアルタイ
ムにシフトさせ、検出電子４の検出器９への入射位置を
補正するようにしてもよい。このようなリアルタイムの
補正を行うことにより、横ずれのある１次元画像群から
なる２次元画像が画像メモリ２０ｂに記憶されることは
ない。また、このような偏向レンズ２８の制御による補
正と補正部１９ａによる補正とを組み合わせて用いるこ
ともできる。

【００５７】また、前述した第１の実施形態では、電子
銃１が線状の電子ビーム２を照射し、撮像素子９ｄがリ
ニアセンサーであるとしたが、電子銃１が矩形状もしく
はだ円状の電子ビーム２を照射し、撮像素子９ｄがエリ
アセンサーとする構成であってもよい。

【００５８】撮像素子９ｄとしてエリアセンサーを用い
る場合、制御部１９は、ＸＹステージ５のステージ走査
に同期して、電子銃１からの電子ビーム２をブランキン
グ制御することによってストロボ的に照射し、２次元の
電子画像を画像メモリ２０ｂに記憶するようにすればよ
い。あるいは、制御部１９は、電子銃１からの電子ビー
ム２を連続照射し、ＸＹステージ５のステージ走査に同
期した撮像素子９ｄによる電子シャッタ制御を行って、
２次元の電子画像を画像メモリ２０ｂに記憶するように
してもよい。この際、試料の単位領域Ｅ１を一度に撮像
できる場合は、各単位領域Ｅ１毎に、単位領域Ｅ１を一
度に撮像できない場合は、分割して撮像される領域毎
に、補正部１９ａがそれぞれの２次元画像の横ずれを補
正するようにする。但し、制御部１９が偏向制御部２１
を介して偏向レンズ２８をリアルタイムに制御する場合
はこの限りではない。

【００５９】図５は、本発明の第２の実施形態に係る電
子画像観察装置の全体構成を示す概念図である。本実施
形態の電子画像観察装置は、画像処理部１９ｂの構成が
画像処理部１９ｃに代わる点以外は、図１に示される第
１の実施形態の電子画像観察装置とほぼ同様の構成を有
する。

【００６０】第１の実施形態における画像処理部１９ｂ
は、画像メモリ２０ｂに１次元あるいは２次元画像を記
憶した後に、各種の画像処理を行うものであったが、第
２の実施形態における画像処理部１９ｃは、画像メモリ
２０ｂに１次元あるいは２次元の画像を記憶する前に各
種の画像処理を行うよう構成されている。

【００６１】すなわち、画像処理部１９ｃは、取得する
画像が１次元画像である場合、撮像された１次元画像を
所定の１次元画像群毎に平均し、この平均化した１次元
画像を画像メモリ２０ｂに記憶する。

【００６２】または、画像処理部１９ｃは、取得する画
像が１次元画像である場合、撮像された１次元画像に隣
接する１次元画像を加算する処理を行い、この加算処理
された１次元画像を画像メモリ２０ｂに記憶する。

【００６３】あるいは、画像処理部１９ｃは、取得する
画像が１次元画像である場合、撮像された１次元画像を
間引いて画像メモリ２０ｂに記憶するようにしてもよ
い。この場合、画像処理部１９ｃは、第１の実施の形態
と同様に、表示部２６の表示画面の解像度に合わせるた
めの画像処理を画像メモリ２０ｂへの記憶後に行うよう
にする。これは、表示部２６の表示画面の解像度に比し
て画像メモリ２０ｂに記憶された２次元画像の解像度が
低い場合、画像メモリ２０ｂに記憶された２次元画像を
補間する必要があるからである。これによれば、画像メ
モリ２０ｂのメモリ容量を格段に少なくすることができ
る。

【００６４】なお、１次元画像を間引いて画像メモリ２
０ｂに記憶することが可能である場合には、ステージ走
査速度を速くして、すなわち１次元画像の取得を粗くす
ることが可能であるため、１次元画像を間引くことな
く、ステージ走査速度を速くするようにしてもよいの
は、もちろんである。これによれば、観察あるいは検査
時間を非常に短縮することができる。

【００６５】なお、取得する画像が１次元画像であり、
偏向レンズ２８をリアルタイムに制御しない場合は、補
正部１９ａによって横ずれを補正した後に画像メモリ２
０ｂに記憶するようにする。

【００６６】具体的な実施形態をあげたが、本発明は、
前述の実施形態には限定されない。特に、前述の第１お
よび第２の実施形態の電子画像観察装置は、電子ビーム
により電子画像を得るものであったが、本発明はこれに
限定されるものではなく、イオンビームを用いて電子画
像を獲得するものなどにも適用することができる。すな
わち、二次電子、反射電子あるいは後方散乱電子などの
電子が試料面から検出できるものであれば全て適用可能
である。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜１６に記載の
発明によれば、記憶手段に電子画像が記憶されるので、
一旦記憶された試料の任意の場所の電子画像を任意の倍
率で適宜表示することが可能となり、試料の電子画像の
観察を効率よく行うことができる。

【００６８】また、請求項１〜３に記載の発明によれ
ば、ＸＹステージまたは試料の走査時に横ぶれなどが生
じても、試料の良好な電子画像を得ることができる。

【００６９】また、請求項４〜６に記載の発明によれ
ば、任意の表示分解能において、常に明るく鮮明な電子
画像を短時間で獲得し、観察することができる。

【００７０】また、請求項７および１１に記載の発明に
よれば、よりＳ／Ｎ比の高い電子画像を得ることができ
る。

【００７１】また、請求項８〜１０に記載の発明によれ
ば、記憶手段に記憶されるデータの量を圧縮できるの
で、記憶手段の容量を少なくすることが可能となる。

【００７２】また、請求項１２に記載の発明によれば、
所望の倍率で試料の電子画像を観察することができる。

【００７３】また、請求項１６に記載の発明によれば、
電子画像を用いた試料の欠陥検査などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子画像観察装
置の全体構成を示す概念図である。

【図２】図１の電子画像観察装置に用いた検出器の詳細
構成図である。

【図３】ＸＹステージのステージ走査とこれに伴う試料
の電子画像の取得の概略的な様子を示す説明図である。

【図４】ウェハ上の半導体メモリチップ内のセル構造を
観察したときの電子画像を表示部に表示する様子を示す
説明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る電子画像観察装
置の全体構成を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 電子ビーム ３ 一次光学系 ４ 検出電子 ５ ＸＹステージ ６ 試料 ７ 二次光学系 ８ 電磁プリズム ９ 検出器 ９ａ ＭＣＰ ９ｂ 蛍光板 ９ｃ ＦＯＰ ９ｄ 撮像素子 １０ 真空チャンバー １１ カソードレンズ １２〜１４ レンズ １５ 焦点制御部 １６ ステージ移動機構 １７ 干渉計出力部 １７ａ、１７ｂ レーザ干渉計 １８ 電圧制御部 １９ 制御部 １９ａ 補正部 １９ｂ、１９ｃ 画像処理部 ２０ メモリ ２０ａ 変換テーブル ２０ｂ 画像メモリ ２１ 偏向制御部 ２２ Ｚ位置センサー ２３ Ａ／Ｄ変換器 ２４ 撮像制御部 ２５ 表示制御部 ２６ 表示部 ２７ 倍率指示部 ２８ 偏向レンズ ３１ ＭＣＰ ３２ ＭＣＰ ３３ 蛍光部 ３４ ＦＯＰ ３５ 撮像素子 Ｅ１ 単位領域 Ｅ２ サブフィールド Ｅ３ 領域

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
   段と、 前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙス
   テージと、 前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段と、 前記電子ビームが照射された試料面からの二次電子、反
   射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１つを検
   出して前記電子ビームが照射された前記試料面に対応す
   る部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙス
   テージの移動を制御する移動制御手段と、 前記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が
   検出する部分電子画像を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段が記憶した部分電子画像を隣接する部分電
   子画像と比較して相対位置を補正し、該補正した部分電
   子画像を前記記憶手段に再記憶させる補正手段と、 を具備したことを特徴とする電子画像観察装置。
2. 【請求項２】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
   段と、 前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙス
   テージと、 前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段と、 前記電子ビームが照射された試料面からの二次電子、反
   射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１つを検
   出して前記電子ビームが照射された前記試料面に対応す
   る部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙス
   テージの移動を制御する移動制御手段と、 前記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が
   検出する部分電子画像を記憶する記憶手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに、前記電子ビ
   ームが照射された試料面からの二次電子、反射電子およ
   び後方散乱電子のうちの少なくとも１つの前記電子検出
   手段への入射位置を補正する補正手段と、 を具備したことを特徴とする電子画像観察装置。
3. 【請求項３】 前記記憶手段が記憶した部分電子画像を
   もとに前記試料面の電子画像を表示する表示部をさらに
   具備することを特徴とする請求項１または２に記載の電
   子画像観察装置。
4. 【請求項４】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
   段と、 前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙス
   テージと、 前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段と、 前記電子ビームが照射された試料面からの二次電子、反
   射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１つを検
   出して前記電子ビームが照射された前記試料面に対応す
   る部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙス
   テージの移動を制御する移動制御手段と、 前記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が
   検出する部分電子画像を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料
   面の電子画像を表示分解能を変えて表示部に表示する表
   示制御手段と、 を具備したことを特徴とする電子画像観察装置。
5. 【請求項５】 前記記憶手段が記憶した部分電子画像を
   所定領域の部分電子画像群毎に平均化する画像処理手段
   をさらに具備し、前記表示制御手段は前記所定領域の部
   分電子画像群毎に平均化された部分電子画像をもとに前
   記試料面の電子画像を前記表示部に表示することを特徴
   とする請求項４に記載の電子画像観察装置。
6. 【請求項６】 前記記憶手段が記憶した部分電子画像に
   おいて所定領域の部分電子画像群毎に所定位置の部分電
   子画像を選択する画像処理手段をさらに具備し、前記表
   示制御手段は前記所定領域の部分電子画像群毎に選択さ
   れた部分電子画像をもとに前記試料面の電子画像を前記
   表示部に表示することを特徴とする請求項４に記載の電
   子画像観察装置。
7. 【請求項７】 前記記憶手段が記憶した部分電子画像に
   対し隣接する部分電子画像を加算する処理を行う画像処
   理手段をさらに具備し、前記表示制御手段は前記加算処
   理された部分電子画像をもとに前記試料面の電子画像を
   前記表示部に表示することを特徴とする請求項４に記載
   の電子画像観察装置。
8. 【請求項８】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
   段と、 前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙス
   テージと、 前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段と、 前記電子ビームが照射された試料面からの二次電子、反
   射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１つを検
   出して前記電子ビームが照射された前記試料面に対応す
   る部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙス
   テージの移動を制御する移動制御手段と、 前記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が
   検出する部分電子画像を圧縮処理する画像処理手段と、 前記圧縮処理された部分電子画像を記憶する記憶手段
   と、 前記記憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料
   面の電子画像を表示分解能を変えて表示部に表示する表
   示制御手段と、 を具備したことを特徴とする電子画像観察装置。
9. 【請求項９】 前記画像処理手段は前記電子検出手段が
   検出する部分電子画像を所定領域の部分電子画像群毎に
   平均化し、かつ前記記憶手段は前記所定領域の部分電子
   画像群毎に平均化された部分電子画像を記憶することを
   特徴とする請求項８に記載の電子画像観察装置。
10. 【請求項１０】 前記画像処理手段は前記電子検出手段
    が検出する部分電子画像において所定領域の部分電子画
    像群毎に所定位置の部分電子画像を選択し、かつ前記記
    憶手段は前記所定領域の部分電子画像群毎に選択された
    部分電子画像を記憶することを特徴とする請求項８に記
    載の電子画像観察装置。
11. 【請求項１１】 試料面上に電子ビームを照射する照射
    手段と、 前記試料を前記電子ビームの照射面に移動するＸ−Ｙス
    テージと、 前記Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置検出手段と、 前記電子ビームが照射された試料面からの二次電子、反
    射電子および後方散乱電子のうちの少なくとも１つを検
    出して前記電子ビームが照射された前記試料面に対応す
    る部分の部分電子画像を得る電子検出手段と、 前記位置検出手段の位置検出結果をもとに前記Ｘ−Ｙス
    テージの移動を制御する移動制御手段と、 前記Ｘ−Ｙステージの移動に伴って前記電子検出手段が
    検出する部分電子画像に対し、隣接する部分電子画像を
    加算する処理を行う画像処理手段と、 前記加算処理された画像を部分電子画像として記憶する
    記憶手段と、 前記記憶手段が記憶した部分電子画像をもとに前記試料
    面の電子画像を表示分解能を変えて表示部に表示する表
    示制御手段と、 を具備したことを特徴とする電子画像観察装置。
12. 【請求項１２】 前記試料面の電子画像を前記表示部に
    表示する倍率を切換える倍率指示手段をさらに具備する
    ことを特徴とする請求項３〜１１のいずれか１項に記載
    の電子画像観察装置。
13. 【請求項１３】 前記部分電子画像は１次元画像である
    ことを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載
    の電子画像観察装置。
14. 【請求項１４】 前記部分電子画像は２次元画像であ
    り、かつ前記照射手段は前記Ｘ−Ｙステージの移動に同
    期して前記電子ビームをブランキングさせることを特徴
    とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の電子画像
    観察装置。
15. 【請求項１５】 前記部分電子画像は２次元画像であ
    り、かつ前記電子検出手段は前記Ｘ−Ｙステージの移動
    に同期して前記試料面からの電子または該電子に対応す
    る光子を遮蔽する遮蔽手段を有することを特徴とする請
    求項３〜１２のいずれか１項に記載の電子画像観察装
    置。
16. 【請求項１６】 前記電子画像をもとに前記試料を検査
    する検査処理手段をさらに具備したことを特徴とする請
    求項３〜１５のいずれか１項に記載の電子画像観察装
    置。