WO2008050482A1

WO2008050482A1 - 顕微鏡装置および顕微鏡画像の解像方法

Info

Publication number: WO2008050482A1
Application number: PCT/JP2007/001151
Authority: WO
Inventors: Hiromasa Shibata
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-05-02
Also published as: CN101529305A; WO2008050482A9; KR20090074205A; CN101529305B; US20090201579A1; EP2077462A4; EP2077462A1; TW200829953A; JP2008107557A

Abstract

【課題】顕微鏡装置の理論分解能を超える細密なパターンを解像可能な顕微鏡装置および顕微鏡装置を用いた解像検査方法を提供する。【解決手段】複数の画素を有する固体撮像素子と、観察対象の少なくとも一部の拡大像を前記固体撮像素子の画素上に形成する拡大光学系と、固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、前記画像に対応するエッジ強調画像を得る画像処理手段とを備え、拡大光学系は、前記観察対象の物体表面の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であって前記エッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する倍率可変光学系を備える。

Description

明細書

顕微鏡装置および顕微鏡画像の解像方法

技術分野

[0001 ] 本発明は、固体撮像素子の光電変換面上に拡大像を形成して観察に供する顕微鏡装置およびこのような顕微鏡装置を用いた解像検査方法に関する。背景技術

[0002] 半導体製造工程や半導体製品の検査段階では、ウェハなどに形成された微細パターンを高解像度の顕微鏡装置を用いてミクロ検査装置によって観察し、微小な欠陥などの検出が行われている。

[0003] 一般に、半導体ウェハ観察用の顕微鏡装置における分解能 Rは、波長 I と定数 kおよび対物レンズの開き角 N Aを用いて式（ 1 )に示す Ray l e i ghの理論分解能の式で示された値に制限される。

[0004] R = k X I / N A ■ ■ ■ ( 1 )

このため、細密化が進んだウェハ上に形成される微細パターンの観察に対応ずるために、波長の短い紫外線を照明光源として、顕微鏡装置の分解能の向上が図られている。例えば、対物レンズの N A = 0 . 9で波長 2 4 8 n mの紫外光を用いた顕微鏡装置では、観察面における 2点に関する分解能 Rは、上にあげた式（1 )に定数 k = 0 . 6 1を適用することにより、分解能 R = 1 6 8 n mと求められる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 上述したような従来の顕微鏡装置では、高々、個々の回路パターンを構成する線と線との間隔が顕微鏡の理論分解能 R程度であるような回路パターンが観察できるに過ぎない。

[0006] このため、微細パターンの更なる細密化に対応するためには、照明光源を更に短波長化したり、液浸技術などを適用して対物レンズの N Aを大きくしたりといつた極めて高いコストを要する技術の適用が必要となってしまう。 [0007] 本発明は、顕微鏡装置の理論分解能を超える細密なパターンを解像可能な顕微鏡装置および顕微鏡装置を用いた解像検査方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明にかかわる第 1の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。

[0009] 固体撮像素子は、複数の画素を有する。拡大光学系は、観察対象の少なくとも一部の拡大像を固体撮像素子の画素上に形成する。画像処理手段は、固体撮像素子によつて得られた画像に微分効果を持つエツジ強調フィルタを適用して、画像に対応するエッジ強調画像を得る。拡大光学系において、倍率可変光学系は、観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であってエッジ強調フィルタによる処理工リァの幅以下の幅を持つ像として結像する。

[0010] 本発明にかかわる第 2の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。

[001 1 ] 上述した第 1の顕微鏡装置において、倍率可変光学系は、観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子上において、 2画素以上の幅を持つ像として結像する。

[0012] 本発明にかかわる第 3の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。

[0013] 上述した第 1の顕微鏡装置において、画像処理手段は、固体撮像素子によつて得られた画像に対して、微分効果とともに画像における画素値の分布を反映する効果をもつエツジ強調フィルタを適用する。

[0014] 本発明にかかわる第 4の顕微鏡装置の原理は、以下の通りである。

[0015] 上述した第 3の顕微鏡装置において、画像処理手段は、エッジ強調フィルタによる強調結果について、ェッジ強調フィルタを示すマトリクスよりも小さいサイズの平均化マトリクスを用いた平均化処理を行う平均化処理手段を備える。

[001 6] 本発明にかかわる第 1の顕微鏡画像の解像方法の原理は、以下の通りである。

[001 7] 拡大像形成手順は、観察対象の少なくとも一部の拡大像を、拡大光学系によって複数の光電変換素子を配置して構成される固体撮像素子の光電変換面上に形成する。画像処理手順は、固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエツジ強調フィルタを適用して、画像に対応するエツジ強調画像を得る。拡大像形成手順において、倍率可変手順は、観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子を構成する個々の光電変換素子に対応する画素のサイズを超える幅であってエッジ強調フィルタによる処理エリアの幅以下の幅を持つ像として結像する。

[0018] 本発明にかかわる第 2の顕微鏡画像の解像方法は、以下の通りである。

[001 9] 上述した第 1の顕微鏡画像の解像方法において、倍率可変手順は、観察領域に含まれる線状の部分を、固体撮像素子上において、 2画素以上の幅を持つ像として結像する。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1 ]本発明にかかわる顕微鏡装置の実施形態を示す図である。

[図 2]強調画像における解像効果を説明する図である。

[図 3]エツジ強調フィルタの例を示す図である。

[図 4]線幅と強調画像における解像効果の関係を説明する図（1 ) である。

[図 5]線幅と強調画像における解像効果の関係を説明する図（2 ) である。

[図 6]ラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す図である。

[図 7]ラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す図である。

[図 8]エッジ強調による画像強調処理の効果を示す図である。

[図 9]本発明にかかわるウェハ検査装置の実施形態を示す図である。

[図 10]ウェハ検査動作を表す流れ図である。

[図 11 ]別のウェハ検査動作を表す流れ図である。

[図 12]平均化フィルタの効果を説明する図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021 ] 以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。実施例 1

[0022] 図 1に、本発明にかかわる顕微鏡装置の実施形態を示す。

[0023] 図 1に示した顕微鏡装置の顕微鏡鏡基 1には、倍率 _{m i}の対物レンズ 2が備えられている。また、顕微鏡鏡基 1には、 X Yステージ 9、 Zステージ 1 0 および回転ステージ 1 1からなる可動機構が備えられている。この可動機構上に備えられたホルダ 1 2には、ウェハなどの被検査物 3が載せられており、この被検査物 3の表面には、例えば、間隔 d で形成された幅 d の線状のパターンが形成されている。

[0024] また、図 1に示した照明光学系 1 3において、例えば、ハロゲンランプなどの光源 1 5から放射された光は、コレクタレンズ 1 6によってほぼ平行光束化され、開口絞り 1 7、リレーレンズ 1 8、視野絞り 1 9、ハーフミラ一 1 4を介して対物レンズ 2に導かれ、被検査物 3の表面上に開口絞り 1 7の像が投影される。

[0025] このようにして被検査物 3の表面を照明した際の反射光は、対物レンズ 2 、ハーフミラ一 1 4、ミラ一 2 0、倍率 m ₂の中間変倍レンズ 4および結像レンズ 2 1からなる結像光学系によって C C Dなどの固体撮像素子 5上に導かれ、上述した被検査物 3の表面に形成された線状のパターンの像がこの固体撮像素子 5上に形成される。

[0026] 図 1において、被検査物 3としてホルダ 1 2に載せられたゥヱハ上で幅 d の線状のパターンは、対物レンズ 2の倍率 m と中間変倍レンズ 4の倍率 m ₂ とを乗算して得られる投影総合倍率 mで固体撮像素子 5上に拡大投影され、幅 d , X mの幅を持つ線状のパターンとして固体撮像素子 5に捉えられる。そして、固体撮像素子 5が画素サイズ aの C C Dである場合に、この C C Dで得られた画像データにおいて、上述した線状のパターンは、 C C D上でのパターンの幅 d x mを画素サイズ aで除算して得られる画素幅を持つ画像として捉えられる。

[0027] このようにして固体撮像素子 5によって得られた画像データは、モニタ装置 6による表示処理に供されるとともに、パーソナルコンピュータ 7に送られ、このパーソナルコンピュータ 7に備えられた画像処理部 8による後述する画像処理に供される。

[0028] 以下、この画像処理部 8による画像処理とこの画像処理結果として得られる強調画像について説明する。

[0029] 顕微鏡光学系における回折の影響による解像限界を考慮しなければ、例えば、ゥヱハ上で線幅 80 n mの線状のパターンは、投影像導倍率 400倍で拡大投影することにより、画素サイズ 8 mの CCD上では、幅 4画素の画像として捉えられる。

[0030] しかしながら、実際の顕微鏡光学系では、観察対象の線状のパターンの間隔力上述した式（1 )に示した Rayleighの理論分解以下である場合には、投影倍率の大きさにかかわらず、 CCD上に投影された像の強度分布を示す生画像では解像することはできない。

[0031] 図 2 (a)に、波長 248 n mの紫外光を照明光として用い、 NAが 0. 9である対物レンズによって、線幅 1 1 0 n m, 1 00 n m, 90 n mおよび 8 0 n mの線状のパターンをそれぞれ同等の間隔で配置したラインアンドスべースパターンを CCD上に拡大投影して得られた画像の例を示す。

[0032] 図 2 ( a )に示した例から、上述した条件での理論分解能よりも若干大きい 90 n mラインアンドスペースパターンでは、辛うじてラインパターンとその間隙であるスペースとを見分けられるものの、線状/ ターン中央の距離が理論分解能以下となる 80 n mラインアンドスペースパターンでは、ラインパターンとスペースとが全く見分けられなくなつていることが分かる。

[0033] 図 1に示した画像処理部 8では、このような生画像データに、図 3 (a)、 (

b)に示すような 3 X 3マトリクスあるし、は 5 X 5マトリクスで示されるラプラシアンフィルタを適用することにより、エッジ強調処理を行う。

[0034] 図 2 (b)に、図 1に示した顕微鏡装置により、図 2 (a)の例と同等のラインアンドスペースパターンを投影総合倍率 400倍で CCD上に投影して得られた画像に、上述した 5 X 5マトリクスのラプラシアンフィルタを適用したエツジ強調処理を施して得られた強調画像を示す。 [0035] 図 2 (b)においては、理論分解能に近い 90 n mラインアンドスペースパターンが十分なコントラストをもって解像しているばかりでなく、理論分解能以下の 80 n mラインアンドスペースパターンでも、個々のラインパターンとスペースとを見分けられる程度に解像していることが分かる。

[0036] このことは、図 2 (c)、（d)に示すプロファイルからも明らかである。

[0037] 図 2 (c)、（d)は、それぞれ図 2 (a)、（b)において、水平方向の線状パターンからなる 90 n mラインアンドスペースに対応する画像データについて、垂直方向の強度分布を示している。いずれのプロファイルにおいても、強度分布のピーク相互の間隔は、ラインパターンの中央の間隔である 1 80 n mに対応する 9画素間隔となっており、生画像において辛うじて解像しているラインパターンの各ラインパターンと強調画像における強度分布とが対応していることは明らかである。そして、強調画像においては、プロフアイルの中央部に表れた 3つの極小点に対応する強度値（ I ^ I ₃、 I ₅)の平均値 I _{m i n}および 2つの極大点に対応する強度値（ I ₂、 I ₄)の平均値 I _{ma x}とを、式（2)に代入して計算することにより、コントラス卜の大きさを示す指標の —例である CT Fの値は 0. 35となり、同様にして生画像について求めた C T F = 0.05に比べて大幅にコントラス卜が改善されていることが分かる。

[0038] CT F= ( I _max - I _{mi n}) / ( I _max + I _mi n) ■ ■ ■ (2)

このように、生画像に適切なエッジ強調処理を適用することにより、生画像においては解像することができなかった理論分解能以下の間隔を持つラインアンドスペースパターンを解像させた強調画像を得ることができる。

[0039] このような強調画像における解像効果は、 C C D上におけるラインパターンの幅とェッジ強調のためのフィルタマトリクスのサイズとが適切な関係を満たすときに、エッジ強調の効果がラインパターンそのものの像の一部として合成されて、コントラス卜の高い像が形成されることから得られると考えられる。

[0040] 本出願人は、強調画像における解像効果を得るために満たされるべき条件を特定するために、様々な線幅を持つラインアンドスペースパターンを図 1 に示した顕微鏡装置によつて C C D上拡大投影して得られる画像データに 5 X 5マトリクスで表されるラプラシアンフィルタを適用した強調画像を生成する実験を行った。

[0041] 図 4 (a)、（b)、（ c )に、それぞれ線幅 200 n m、 1 20 n m、 80 η mのラインアンドスペースパターンに対応する生画像データのプロファイルを示し、図 4 (d)、（e)、（f )に、これらの生画像データに対応する強調画像データのプロファイルを示す。同様に、図 5 (a)、（b)、（c)に、それぞれ線幅 60 n m、 40 n m、 20 n mのラインアンドスペースパターンに対応ずる生画像データのプロファイルを示し、図 5 (d)、（e)、（f )に、これらの生画像データに対応する強調画像データのプロファイルを示す。

[0042] また、図 6、図 7に、それぞれ図 4, 図 5に示した各ラインアンドスぺ一スパターンを構成するラインパターンについて、 CCD上に投影されたラインパターンの像の幅とエッジ強調フィルタのマトリクスサイズとの関係を示す。

[0043] 図 6 (a)、（b)に示したように、 CCD上に投影されたラインパターン像の幅（それぞれ 1 0画素と 6画素）がエッジ強調フィルタのマトリクスサイズである 5画素を超えている場合は、図 4 (d)、（e)に示したように、ラインパターンに対応する強度変化とエッジ強調効果による強度変化とが分離して現れており、エツジ強調効果によるラインパターンの視認性の向上効果が見られる。

[0044] —方、図 6 (c)および図 7 (a)、（b)に示したように、 CCD上に投影されたラインパターン像の幅（それぞれ 4画素、 3画素および 2画素）がェッジ強調フィルタのマトリクスサイズ以下である場合は、図 4 ( f )および図 5 (d )、（e)に示したように、ラインパターンに対応する強度変化とエッジ強調効果による強度変化とが合成され、コントラス卜の増強効果が現れている。

[0045] その一方、図 7 (c)に示したように、 CCD上に投影されたラインパターン像の幅が 1画素となった場合は、図 5 ( f )に示したように、ラインパターンの周辺におけるエッジ強調効果のみが現れ、コントラス卜の増強効果は消滅している。この場合のように、線幅が CCD上で 1画素幅以下に投影される場合には、画像データに含まれるラインアンドスペースに関する情報と量子化処理などにおいて発生するノイズとが区別できなくなるために、エツジ強調処理を適用してもコントラスト増強効果を得ることができなくなると考えられる。

[0046] これらの結果から、本出願人は、強調画像における解像効果を得るために満たされるべき条件として、顕微鏡装置の総合投影倍率 mと、観察対象の線幅 dと、固体撮像素子（CCD)の画素サイズ aと、エッジ強調フィルタのマトリクスサイズ sとを用いて、式（3)で示されるような条件を抽出した。

[0047] 1 <mx d/a≤ s ■ ■ ■ (3)

つまり、観察対象の線幅 dと観察用の固体撮像素子の画素サイズ aとに対して、上式（3)で示す適切な総合投影倍率 mを設定した顕微鏡装置を用い、マトリクスサイズ sのエッジ強調フィルタを適用することにより、照明光の波長および対物レンズの N Aで決定される理論分解能よりも細い線幅を持つラインアンドスペースパターンを高いコントラス卜で観察することが可能で

[0048] 図 8に、固体撮像素子として画素サイズ 8 mの矩形の光電変換素子を碁盤の目状に配列した CCDを用い、 5 X 5のマトリクスサイズのラプラシァンフィルタをエッジ強調フィルタとして用いる場合に、顕微鏡装置の総合投影倍率 mと観察に適するラインアンドスペース（ L & S )パターンおよびエツジ強調による画像強調処理の効果を示す。

[0049] 図 8に示すように、例えば、可視光による観察では、総合投影倍率を 20 0倍とすることにより、 5 X 5ピクセル（1 ピクセルサイズ： 8 m X 8 m )のマトリクスは、観察対象（ウェハ）上では 200 n mX 200 n mの範囲が対応する。つまり、 200 n mよりも小さいラインアンドスペースに対して画像強調処理が有効となり、上述したマトリクスの 1辺の 75パ一セン卜に相当する大きさ（1 50 n m)位までのラインアンドスペースでは良好な CT F値が得られる。この条件では、 1 50 n mよりも小さいラインアンドスぺ —スについても解像は得られるものの C T F値は次第に小さくなり、 1 2 5 n mよりも小さいラインアンドスペースでは解像が得られなくなる。

[0050] 観察対象のラインアンドスペース（L & S )に応じて光源を選ぶ必要がある力図 8に示すように、いずれの光源においても画像強調処理を施すことにより、一般的な光学的限界解像度を超えた解像を得ることができる。例えば、 A r Fエキシマレ一ザを光源とし、対物レンズを液浸（純水）することによつて N Aを 1 . 2 3まで向上させても、従来の光学系では光学的限界解像度の制限によって 3 5 n mのラインアンドスペースを解像することはできなかつたが、本発明にかかわる顕微鏡装置では、総合投影倍率 6 4 0倍を適用し、上述した画像強調処理を施すことにより、同じ光源と対物レンズ (液浸）を用いて理論上観察可能となる。また、従来方式では、 7 0 n mのラインアンドスペースを観察するためには、高価な A r Fエキシマレ一ザを光源として用いる必要があつたが、本発明にかかわる顕微鏡装置では、廉価な水銀ランプを光源 (波長 2 4 8 n m)として用いた光学系で得られた像に対して画像強調処理を施すことにより、理論上観察可能となる。

[0051 ] また、一般に、対物レンズなどの光学部材を設計値どおりに製造することは難しいため、通常は理論上の解像度を得ることが困難である。し力、し、図 8に示した最適観察ラインアンドスペース（L & S )は、画像強調処理によつて観察可能となるラインアンドスペースの範囲に対して余裕を持っているため、画像強調処理を施すことにより光学部材が多少の製造誤差を有していても最適観察 L & S程度の観察対象については解像を得ることができる。これにより、観察用の光学系を構成する個々の光学部材にかかわる製造コストを抑えることができる。

[0052] なお、 C C Dによって得られた画像を強調するためのエッジ強調フィルタとして、例えば、図 3 ( a )に示したような 3 X 3マトリクスのラプラシアンフィルタを用いることもできる。また、ラインアンドスペースパターンにおける線幅のみを確認すれば足りる用途では、微分効果のみをもつフィルタを適用することもできる。 [0053] また、一般的な C C Dに代えて、ハニカム状に素子が配置されている固体撮像素子を利用することも可能である。このような固体撮像素子を用いた場合には、更に増強効果が得られる可能性があり、例えば、ラインアンドスべ —スパターンを構成する一つのラインパターンが固体撮像素子上で 1画素に近い幅を持つような条件でも、十分な画像強調効果が期待される。

実施例 2

[0054] 図 9に、本発明にかかわる顕微鏡装置を適用したウェハ検査装置の実施形態を示す。

[0055] なお、図 9に示す構成要素のうち、図 1に示した各部と同等のものについては、図 1に示した符号を付して示し、その説明を省略する。

[0056] 図 9に示したパーソナルコンピュータ 7は、中間変倍レンズ 4の倍率を変化させるためのレンズ駆動機構（図示せず）を制御して、中間変倍レンズ 4の可変範囲内で所望の倍率を設定する。

[0057] 図 1 0に、図 9に示したゥヱハ検査装置によるゥヱハ検査動作を表す流れ図の一例を示す。

[0058] 図 1 0に示した例では、例えば、ウェハに形成される回路パターンに関する情報に基づいて、予め、検査対象となる少なくとも一つの観察ポイントを決定しておき、パーソナルコンピュータ 7に備えられたキーポード（図示せず )などの入力装置を介して、これらの観察ポイントのウェハ上での座標を入力し、パーソナルコンピュータ 7内のメモリなどに登録する（ステップ S 1 )。またこのとき、これらの観察ポイン卜において対物レンズ 2の視野内に捉えられる回路パターンの線幅に基づいて、上述した式（3 )の条件を満たす総合投影倍率を求め、得られた総合投影倍率を各観察ポイントに対応して登録してお

[0059] 次いで、パーソナルコンピュータ 7は、上述したようにして登録された情報から各観察ボイン卜にかかわる登録情報を順次に読み出し、この登録情報に基づいて可動機構に備えられた X Yステージなどの調整を行い、指定されたウェハ 3上の座標を対物レンズ 2の視野の中心部に移動させる（ステップ S 2 )。

[0060] その後、パーソナルコンピュータ 7は、ステップ S 2において観察ポイン卜の座標とともに読み出した総合投影倍率に基づいて、中間変倍レンズ 4の倍率を調整し、 C C D 5上に投影される観察ポイントの像について、最適投影倍率を設定する（ステップ S 3 )。

[0061 ] このようにして、最適投影倍率が設定された後に、適切な合焦処理を経て、観察ポイントの拡大投影画像が取得され（ステップ S 4 )、取得された拡大投影画像は、パーソナルコンピュータ 7に備えられたハ一ドディスク（図示せず）などの記憶装置に一旦保持された後、ステップ S 1 1〜ステップ S 1 5の画像解析処理に供される。

[0062] 上述したようにして各観察ポイントの拡大投影画像を取得するごとに、パ —ソナルコンピュータ 7は、全ての観察ポイン卜についての画像取得が完了したか否かを判定し（ステップ S 5 )、否定判定の場合に、ステップ S 2に戻つて、新たな観察ポイントに関する画像取得処理を開始する。

[0063] このようにして、上述したステップ S 1で登録した全ての観察ポイントについての拡大投影画像の取得が完了したときに、ステップ S 5の肯定判定として、パーソナルコンピュータ 7は、画像取得処理を終了する。

[0064] 次に、画像解析処理について説明する。

[0065] パーソナルコンピュータ 7に備えられた画像処理部 8は、上述した画像取得処理において保存された各観察ポイントにかかわる拡大投影画像を読み込み（ステップ S 1 1 )、適切なエッジ強調フィルタ（例えば、 5 X 5マトリクスのラプラシアンフィルタ）を適用して、エッジ強調処理を行う（ステップ S 1

2 )。

[0066] 上述したように、ステップ S 1 2で得られるエッジ強調画像では、ウェハ 3上の観察ポイントに形成された回路パターンが高コントラス卜で解像しているので、ステップ S 1 3において、このエッジ強調画像を画像モニタ 6に表示させて、このエッジ強調画像に現れた回路パターンの像を検査作業者による欠陥検出作業に提供することにより、このエッジ強調画像に基づいて、微細な回路パターンの欠損などの欠陥を確実に検出することができる。

[0067] このようにして、各観察ポイントに関するエッジ強調処理および欠陥検出処理が終了するごとに、パーソナルコンピュータは、全ての観察ポイントにかかわる拡大投影画像についての画像解析処理が完了したか否かを判定する（ステップ S 1 4 )。未処理の拡大投影画像がある場合には、このステップ S 1 4の否定判定となり、ステップ S 1 1に戻って次の観察ポイントに対応する拡大投影画像を読み込み、この拡大投影画像に関する画像解析処理を行う。

[0068] 上述したようにして、全ての観察ポイントに対応する拡大投影画像に関する処理が終了したときに（ステップ S 1 4の肯定判定）、パーソナルコンビュ —タ 7は、例えば、上述したステップ S 1 3で欠陥が検出された観察ポイン卜の位置をウェハ上で特定する情報とともに、検出された欠陥に関する情報を表示する欠陥マップを作成し、画像モニタ 6に表示して、検査作業者に提供して（ステップ S 1 5 )、画像解析処理を終了する。

[0069] このようにして、拡大投影画像にエツジ強調フィルタを適用することで得られる強調画像における解像効果を、ウェハに形成された回路パターンの検査に適用することができる。

[0070] なお、図 1 0に示したステップ S 4において取得した拡大投影画像について、即座にエッジ強調処理および欠陥検出処理を行うことも可能である。

[0071 ] また、検査作業者が任意に抽出した観察ポイントについて、強調画像における解像効果を利用した欠陥検査を行うことも可能である。

[0072] 図 1 1に、図 9に示したゥヱハ検査装置による別のゥヱハ検査動作を表す流れ図を示す。

[0073] 図 1 1に示したウェハ検査動作では、ステップ S 2 1において、例えば、検査作業者によってウェハ 3上の任意の個所が観察ボイントとして決定されると、パーソナルコンピュータ 7により、顕微鏡装置に備えられた中間変倍レンズ 4に最低倍率が設定される（ステップ S 2 2 )。

[0074] 次いで、パーソナルコンピュータ 7は、画像処理部 8を介して C C D 5力、ら拡大投影画像を仮に取得し（ステップ S 2 3 )、取得した仮画像について、エッジ強調処理を実行する（ステップ S 2 4 )。このとき、パーソナルコンビユータ 7により、画像処理部 8によって得られた強調画像に含まれる適切なラインプロフアイルから、上述した仮画像に対応して得られた強調画像における解像効果の度合いを示す指標として、図 2で説明したコントラスト値が算出され、このコントラスト値を中間変倍レンズ 4の設定倍率に対応して記憶される。

[0075] その後、パーソナルコンピュータ 7は、現在の中間変倍レンズ 4の倍率が可変範囲の最大値であるか否かを判定し（ステップ S 2 5 )、否定判定の場合は、中間変倍レンズ 4の倍率を、例えば、現在の倍率より 1割大きい値に設定した後に（ステップ S 2 6 )、ステップ S 2 3に戻って仮画像の取得を繰り返す。

[0076] このようにして、中間変倍レンズ 4の倍率を上げながら取得された各仮画像に対応する強調画像について得られたコントラスト値を比較することにより、パーソナルコンピュータ 7は、最も適切な中間変倍レンズ 4の倍率を探索する（ステップ S 2 7 )。

[0077] この探索結果に基づいて、パーソナルコンピュータ 7は、例えば、最も大きいコントラスト値を与えた中間変倍レンズ 4の倍率を最適倍率として設定し（ステップ S 2 8 )、この最適倍率を適用して C C D 5に拡大投影された画像を検査用の画像として取得し（ステップ S 2 9 )、この検査用画像に改めてエッジ強調処理を実行し、強調画像を欠陥検出用画像として保存する（ステツプ S 3 0 )。

[0078] このようにして、検査作業者が指定した観察ポイントについて欠陥検出用画像を取得するごとに、パーソナルコンピュータ 7は、検査作業者に検査を終了するか否かを問い合わせ（ステップ S 3 1 )、検査を続ける旨が指示された場合は、ステップ S 3 1の否定判定としてステップ S 2 1に戻って新たな観察ポイントについての処理を開始する。

[0079] 一方、検査を終了する旨が指示された場合は（ステップ S 3 1 )の肯定判定) 、欠陥検出用画像の取得処理を完了し、保存された欠陥検出用画像は欠陥検出処理に供される。

[0080] ところで、エッジ強調画像では、図 2 (b)に示したように、センサ対象のラインパターンを高コントラス卜で解像する効果に伴って、 CCD 5における量子化誤差などによって生じるノィズ成分が増強される。

[0081 ] このような増強されたノィズ成分は、例えば、 3 X 3マトリクスで示される平均化フィルタを強調画像に適用することによって軽減することができる

[0082] ノイズ軽減効果を得るためには、エッジ強調処理に適用したエッジ強調フィルタのマトリクスサイズよりも小さいマトリクスサイズの平均化フィルタを適用することが有効である。

[0083] 図 1 2 (b)に、図 2 (b)に示したエッジ強調画像に上述した平均化フィルタを適用することにより、強調画像に現れたノィズ成分を抑圧した画像の例を、また、図 1 2 (a)に、図 4 ( f )と同等のプロファイルを示す。

[0084] 図 1 2 (a)から、平均化フィルタの適用後も、強調画像に表れたラインァンドスペースパターンのコントラス卜に変化がなく、図 1 2 (b)からも明らかなように、それぞれ 80 n mの線幅を有するラインアンドスペースパターンが明確に解像していることが分かる。

[0085] —方、図 1 2 (a)において、ラインアンドスペースパターンの両側に現れたエッジ強調に伴うパターンがなまされていることが分かり、また、図 1 2 ( b )では、図 2 ( b )においては目立つて現れていた画面上のノィズが大幅に軽減されていることが分かる。

[0086] なお、本実施形態では、ラインアンドスペースパターンを例に用いたが、コンタクトホール状の被検物に対しても同様の効果がある。また、光電変換素子の配置は、碁盤の目状に限らず、ハニカム形状に画素を並べても良いし、画素ずらしなどを行ってもよい。

産業上の利用可能性

[0087] 本発明にかかわる顕微鏡装置では、顕微鏡装置の対物レンズの N Aおよび照明光の波長から導かれる理論分解能よりも微細なパターンについて、解像可能なエッジ強調画像を得て観察に供することができる。

[0088] 同様に、本発明にかかわる顕微鏡画像の解像方法では、顕微鏡装置の対物レンズの N Aおよび照明光の波長から導かれる理論分解能よりも微細なバターンについて、解像可能なエッジ強調画像を得て、上述した微細なパターンを持つ物体の観察や検査に供することができる。

[0089] 以上に説明したように、本発明にかかわる顕微鏡装置によれば、照明光源の波長や対物レンズの N Aなどで制限される理論分解能にかかわらず、ゥェハ上に形成された微細な回路パターンなどの観察対象を明確に解像可能な強調画像を得ることができる。

[0090] したがって、半導体製造分野にけるウェハの欠陥検査分野など微細なバターンを観察する分野において、極めて有効である。

Claims

請求の範囲

[1 ] 複数の画素を有する固体撮像素子と、

観察対象の少なくとも一部の拡大像を前記固体撮像素子の画素上に形成する拡大光学系と、

前記固体撮像素子によって得られた画像に微分効果を持つエッジ強調フィルタを適用して、前記画像に対応するエッジ強調画像を得る画像処理手段とを備え、

前記拡大光学系は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子を構成する個々の画素のサイズを超える幅であって前記エツジ強調フィルタによる処理工リァの幅以下の幅を持つ像として結像する倍率可変光学系を備えた

ことを特徴とする顕微鏡装置。

[2] 請求項 1に記載の顕微鏡装置において、

前記倍率可変光学系は、前記観察対象の観察領域に含まれる線状の部分を、前記固体撮像素子上において、 2画素以上の幅を持つ像として結像すること

を特徴とする顕微鏡装置。

[3] 請求項 1に記載の顕微鏡装置において、

前記画像処理手段は、前記固体撮像素子によって得られた画像に対して、微分効果とともに前記画像における画素値の分布を反映する効果をもつエツジ強調フィルタを適用する

ことを特徴とする顕微鏡装置。

[4] 請求項 3に記載の顕微鏡装置において、

前記画像処理手段は、前記ェッジ強調フィルタによる強調結果について、前記エッジ強調フィルタを示すマトリクスよりも小さいサイズの平均化マトリクスを用いた平均化処理を行う平均化処理手段を備えた

ことを特徴とする顕微鏡装置。

[5] 観察対象の少なくとも一部の拡大像を、拡大光学系によって複数の光電変