特許 5727322 半導体検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5727322

(24)【登録日】2015年4月10日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】半導体検査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/225 20060101AFI20150514BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20150514BHJP

   G01B 15/08 20060101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/225 310

   G01N23/203

   G01B15/08

【請求項の数】13

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-164782(P2011-164782)

(22)【出願日】2011年7月27日

(65)【公開番号】特開2013-29386(P2013-29386A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2013年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(72)【発明者】

【氏名】杉山 明之

(72)【発明者】

【氏名】安部 雄一

【審査官】 比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７６８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５５００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７９９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５６２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２３４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７

Ｇ０１Ｂ １５／００−１５／０８

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／３６

Ｈ０１Ｌ ２１／６４−２１／６６

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体検査システムにおいて、
荷電粒子線を試料に照射して検査画像を取得する検査画像取得部と、
前記検査画像から第１の輪郭線を抽出する第１の輪郭線抽出部と、
前記検査画像に対応する参照画像から第２の輪郭線を抽出する第２の輪郭線抽出部と、
前記第２の輪郭線から、当該第２の輪郭線から離れるのに伴い、輝度値が変化する参照距離画像を作成する距離画像作成部と、
前記第１の輪郭線と前記参照距離画像とを照合する照合部と、
前記参照距離画像と照合された前記第１の輪郭線の前記参照距離画像上の位置が、前記参照距離画像の所定の位置に位置していない場合に、当該所定の位置に位置していない前記第１の輪郭線部分によって定義される領域の大きさを算出する判定部と
を有することを特徴とする半導体検査システム。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記第１の輪郭線部分によって定義される領域の大きさに基づいて欠陥か否かを判定する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項3】

請求項２に記載の半導体検査システムにおいて、
前記第１の輪郭線部分によって定義される領域の大きさは、前記領域の面積である
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項4】

請求項２に記載の半導体検査システムにおいて、
欠陥か否かを判定するための閾値を入力する入力装置を有する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項5】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記第１の輪郭線部分によって定義される領域がその大きさにより欠陥であると判定された場合に、計測の実行を許容するか否かを判定する計測可能判定部を有する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項6】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記判定部は、前記第１の輪郭線上の各画素に対し、各画素と重なる位置の前記参照距離画像の輝度値を付与することにより、前記第１の輪郭線部分によって定義される領域を検出する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項7】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記判定部は、前記第１の輪郭線上の各画素に対し、各画素と重なる位置の前記参照距離画像の輝度値と、前記第１の輪郭線の接線方向と、前記参照距離画像の傾きとに基づいて算出される輝度値を付与することにより、前記第１の輪郭線部分によって定義される領域を検出する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項8】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記判定部は、前記第１の輪郭線上の各画素に対し、
前記各画素と重なる位置の前記参照距離画像の輝度値を付与することにより、前記第１の輪郭線部分によって定義される領域を検出する第１の方法と、
前記各画素と重なる位置の前記参照距離画像の輝度値と、前記第１の輪郭線の接線方向と、前記参照距離画像の傾きとに基づいて算出される輝度値を付与することにより、前記第１の輪郭線部分によって定義される領域を検出する第２の方法のいずれかを選択的に適用する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体検査システムにおいて、
前記第１の方法と前記第２の方法の切り替えを前記判定部に対して指示入力する操作装置を有する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項10】

請求項１に記載の半導体検査システムにおいて、
前記第１の輪郭線部分によって定義される領域が検出された場合、当該領域の前記第２の輪郭線からの距離を算出し、当該距離と前記領域の大きさとに基づいて欠陥か否かを判定する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の半導体検査システムにおいて、
欠陥か否かを判定するための閾値を入力する入力装置を有する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【請求項12】

半導体検査システムにおいて、
荷電粒子線を試料に照射して検査画像を取得する検査画像取得部と、
前記検査画像から第１の輪郭線を抽出する第１の輪郭線抽出部と、
前記検査画像に対応する参照画像から第２の輪郭線を抽出する第２の輪郭線抽出部と、
前記第２の輪郭線から、当該第２の輪郭線から離れるのに伴い、輝度値が変化する参照距離画像を作成する距離画像作成部と、
前記第１の輪郭線と前記参照距離画像とを照合する照合部と、
前記参照距離画像と照合された前記第１の輪郭線の前記参照距離画像上の位置が、前記参照距離画像の所定の位置に位置していない場合に、当該所定の位置に位置していない前記第１の輪郭線部分と、当該第１の輪郭線部分に対応する前記第２の輪郭線との間の距離を算出する判定部と
を有することを特徴とする半導体検査システム。

【請求項13】

請求項１２に記載の半導体検査システムにおいて、
前記距離の大きさに基づいて欠陥か否かを判定する
ことを特徴とする半導体検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線を用い、半導体回路パターンを検査又は測長する半導体検査システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子（半導体集積回路）の微細化に伴い、回路構造を理想的な形状に形成することが困難になっている。そのため、露光シミュレーションや回路の光近接効果補正（OPC：Optical Proximity Correction）設計の重要性が増している。なお、以下の説明では、「光近接効果補正」を「OPC」と略記する。因みに、「露光シミュレーション」とは、基板上に半導体回路を形成する際における露光工程の光学的なシミュレーションをいう。「OPC設計」は、半導体製造の条件、特に露光条件を考慮して回路構造を設計することをいう。

【0003】

「露光シミュレーション」と回路の「OPC設計」のいずれについても、露光装置の光学的な特性を事前に調査する必要がある。事前の調査では、実際に製造した半導体の構造物の寸法や形状の代表値が、測長走査電子顕微鏡により計測される。通常、測長走査電子顕微鏡には、その計測手順がレシピと呼ばれるファイルに予め登録されており、測長走査電子顕微鏡はレシピに従って自動計測を実行する。

【0004】

ところで、露光装置の光学的な特性を調査するために行われる測長走査電子顕微鏡によるＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェーハの自動計測には、次の問題がある。

【0005】

第１の問題は、計測対象とする半導体構造物の大きさが露光条件により異なることである。同一の半導体構造物を複数の露光条件により製造すると、製造された半導体構造物の幅や高さは異なる大きさとなる。自動計測においては、レシピに登録した計測対象と構造物の大きさが違う場合、画像処理による位置照合（パターンマッチング）の実行が困難である。

【0006】

第２の問題は、計測対象の構造物が形成されていない場合、間違った計測が実行されることである。露光装置の光学的な特性を調査する場合には、露光条件が定まっていない段階で半導体構造物の製造が実行される。このため、使用された露光条件によっては、半導体構造物を形成できない場合がある。通常、測長走査電子顕微鏡は、計測対象である構造物の画像を撮像し、撮像画像のソフトウェア処理を通じて算出された構造物の寸法を出力する。この仕組みのため、測長走査電子顕微鏡は、たとえ撮像領域内に構造物が形成されていない場合でも、何らかの値を算出する。すなわち、間違った寸法を計測値として算出する。

【0007】

第１の問題の解決策は、例えば特許文献１及び２に記載されている。これらの特許文献は、大きさの異なる計測対象に対するパターンマッチングを可能とする手法を開示する。第２の問題の解決策は、例えば特許文献３に記載されている。この特許文献は、形状の変形が検出された場合にパターンマッチングが不一致であると判定し、計測が実行されないようにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７−７９９８２号公報

【特許文献2】特開２００７−２５６２２５号公報

【特許文献3】特開２００９−２２３４１４号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】F. Y. Shih, Y.-T. Wu : “Fast Euclidean distance transformation in two scans using a 3 x 3 neighborhood”, Computer Vision Image Understanding, vol.93, 2004, p195-205

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前述した解決策によっても、第１の問題と第２の問題が別々に起るのであれば、それぞれの問題を解決することができる。しかし、いずれの解決策も、第１の問題と第２の問題が同時に起る場合には、その両方を同時に解決することはできない。

【0011】

実際、半導体構造物の製造に際し、露光条件を様々に変更して構造物を製造し、製造された構造物の寸法を自動計測する場合、計測対象である構造物の大きさは露光条件により変わり、構造物が形成されない場合もある。

【0012】

計測対象の有無が事前に分かっていない場合、測長走査電子顕微鏡には、構造物の形成の有無に応じて計測の実行の可否を判断する仕組みが要求される。具体的には、構造物が形成されていれば計測を実行し、構造物が形成されていなければ計測を実行しない仕組みが、測長走査電子顕微鏡に要求される。換言すると、測長走査電子顕微鏡には、大きさの変動に対して許容度があり、しかも、構造物の形成の有無を判定して計測の実行の可否も判定できる仕組みが必要とされる。しかし、前述の通り、既存の解決策は、製造される半導体構造物が異なる大きさに変形を受ける場合、計測の実行可否を判定すること自体が困難である。
本発明者は、前述した技術的課題を鋭意検討した結果、以下に示す発明を想到するにいたった。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者は、１つの発明として、欠陥の大きさに感度を有する検査技術を提供する。当該発明は、(1) 参照画像から算出される距離画像を利用し、検査画像の輪郭線の位置を特定する処理、(2) 特定された距離画像に対する輪郭線の位置に基づいて欠陥大きさ画像を算出し、当該欠陥大きさ画像から欠陥候補を検出する処理、(3) 欠陥候補が検出された場合、検出された欠陥候補の大きさを算出する処理を有している。

【0014】

また、本発明者は、１つの発明として、欠陥の輪郭の大きさに感度を有する検査技術を提案する。当該発明は、(1) 参照画像から第１の輪郭線を抽出する処理、(2) 検出画像から第２の輪郭線を抽出する処理、(3) 第１及び第２の輪郭線の相違部分を欠陥候補として検出する処理を有している。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、欠陥又はその輪郭の大きさに感度を有する欠陥検出を実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】半導体検査システムの概略構成例を示す図。

【図2】検査画像輪郭線、参照輪郭線画像、参照距離画像を説明する図。

【図3】検査画像輪郭線と参照距離画像の照合を説明する図。

【図4】検査画像輪郭線と参照距離画像の照合により作成される欠陥大きさ画像を示す図。

【図5】欠陥大きさ画像の他の作成方法を説明する図。

【図6】欠陥大きさ画像から作成される欠陥抜き出し画像を説明する図。

【図7】欠陥の輪郭の大きさを検出する方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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、本発明の実施態様は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。

【0018】

［実施例１］
［システム構成］
図１に、実施例に係る半導体検査システムの一例である欠陥検査システムの概略構成例を示す。また、本実施例では、電子線を用いて検査画像を取得する場合について説明する。すなわち、試料１０６の検査に電子顕微鏡１０１を用いる場合について説明する。もっとも、検査画像は、イオンビームを用いて取得することもできる。以下では、電子線顕微鏡１０１を用いる装置構成について説明する。

【0019】

電子顕微鏡１０１には、電子源としての電子銃１０２が配置される。電子銃１０２から発せられた電子線１０３は、電子レンズ１０４により収束され、試料１０６の表面に照射される。電子線１０３の照射位置からは、二次電子、反射電子等の二次信号１０９が発生する。二次信号１０９は電子検出器１１０により検出され、その強度を表す強度信号１１１に変換される。ここで、電子線１０３は、偏向器１０５が発生する偏向磁場により偏向制御される。この偏向制御により、試料１０６上における電子線１０３の照射位置は、ラスタ走査される。電子線１０３のラスタ走査は、制御システム１１３が発生する制御信号１１２により制御される。

【0020】

強度信号１１１は、画像処理プロセッサ１１４に与えられ、不図示のＡＤ変換回路においてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の強度信号は、デジタル画像作成部１１５に与えられる。デジタル画像作成部１１５は、与えられたデジタル信号から検査電子顕微鏡画像１２７を生成する。生成された検査電子顕微鏡画像１２７は、表示装置１２５の操作画面１２６に表示される。操作画面１２６には、オペレータの確認画像欄の他、文字や数値の入力欄が表示される。文字や数値は操作装置１３４を通じて入力される。

【0021】

なお、試料１０６は試料台１０７に載置されており、試料台１０７の電子線１０３に対する位置や傾きは試料台制御装置１０８により駆動制御される。当該駆動制御により、電子線１０３により照射される領域（ラスタ走査される範囲）を、試料１０６上で移動させることができる。

【0022】

制御システム１１３は、検査対象とする領域の情報に基づいて、電子顕微鏡１０１による試料１０６（例えば半導体ウェーハ）の撮像や検査を制御する。制御システム１１３は、画像処理プロセッサ１１４と通信し、処理動作に必要な情報をやり取りする。制御システム１１３は、操作画面１２６を通じて入力された文字や数値を、表示装置１２５を通じて入力する。なお、電子顕微鏡１０１、制御システム１１３、画像処理プロセッサ１１４、表示装置１２５、参照データ格納システム１１７は、データ交換に使用する不図示の通信装置を有している。

【0023】

画像処理プロセッサ１１４は、不図示の演算装置と記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）で構成され、プログラム処理を通じて以下に示す処理機能を提供する。なお、各処理機能の一部又は全てをハードウェアとして実現しても良い。

【0024】

画像マッチング部１３７は、検査画像と参照画像の位置合わせを実行する処理部である。ここでの検査画像は、デジタル画像作成部１１５で生成された検査電子顕微鏡画像１２７に対応する。また、参照画像は、参照データ格納システム１１７から入力される参照データとして与えられる。参照データには、例えば回路の設計データ、露光用レチクルのパターンデータ、露光シミュレーション結果、電子顕微鏡画像等のいずれかを使用する。参照データを回路データとする場合、画像マッチング部１３７は、特許文献１や特許文献２に開示された既存技術により、検査画像と参照画像の位置合わせを行う。

【0025】

検査画像輪郭線抽出部１１６は、検査電子顕微鏡画像１２７から構造物１３２の外形線に当たる検査画像輪郭線１３５を作成する。図１の操作画面１２６においては、検査画像輪郭線１３５を点線にて表している。

【0026】

参照画像輪郭線抽出部１１８は、参照画像の外形線に当たる参照画像輪郭線１３０を作成する。図１の操作画面１２６においては、参照画像輪郭線１３０を一点鎖線にて表している。

【0027】

距離画像変換部１１９は、参照画像輪郭線１３０から参照距離画像（後述）を作成する。参照距離画像の作成には、既知の距離画像作成方法を使用する。既知の距離画像作成方法には、例えば非特許文献１に示すものがある。この実施例の場合、参照距離画像は、参照画像輪郭線１３０に対する距離情報を画像の輝度値として定義される。従って、同じ輝度値を有する画素列が、参照画像輪郭線１３０に対して同心円状に配置される。

【0028】

照合部１２０は、検査画像輪郭線１３５と参照距離画像を照合し、検査画像輪郭線１３５上の画素点に距離情報を含む欠陥大きさ画像を生成する。照合に際し、照合部１２０は、画像マッチング部１３７から検査画像と参照画像がマッチングする位置情報を取得する。この実施例の場合、欠陥大きさ画像の生成方法として２種類の方法が用意されており、そのいずれを適用するかは操作画面１２６を通じて指示することができる。

【0029】

欠陥候補検出部１２１は、欠陥大きさ画像にブロブ検出処理を適用し、欠陥候補を検出する。「ブロブ」とは、同一の輝度値を有する画素の集合のことである。この実施例の場合、輝度値は、参照画像輪郭線１３０に対する距離情報として与えられる。欠陥候補検出部１２１は、判定閾値より大きい輝度値を有する画素の集合を欠陥の候補領域として抽出し、欠陥抜き出し画像とする。欠陥抜き出し画像は、欠陥大きさ判定部１２２、欠陥位置判定部１２３、欠陥・計測可能判定部１２４に与えられる。

【0030】

欠陥大きさ判定部１２２は、候補領域の大きさ情報を求める。この実施例の場合、候補領域の大きさを面積として算出する。算出された面積は、大きさ情報として、欠陥・計測可能判定部１２４に与えられる。

【0031】

欠陥位置判定部１２３は、候補領域の位置を判定する。すなわち、欠陥領域１３１の位置（例えば参照画像輪郭線１３０からの最大距離）を求める。求められた位置情報は、欠陥・計測可能判定部１２４に与えられる。

【0032】

欠陥・計測可能判定部１２４は、大きさ情報及び／又は位置情報に基づいて候補領域が欠陥か否かを判定する。例えば欠陥・計測可能判定部１２４は、大きさ情報（候補領域の面積）と判定閾値を比較し、判定閾値より大きい候補領域を欠陥と判定し、判定閾値より小さい候補領域を欠陥でないと判定する。また例えば欠陥・計測可能判定部１２４は、位置情報と判定閾値を比較し、判定閾値より大きい距離の画素を含む候補領域を欠陥と判定し、判定閾値より小さい距離の画素だけを含む候補領域を欠陥でないと判定する。

【0033】

ここでの判定閾値は、操作画面１２６に対する入力値として与えられる。もっとも、初期値を用いても良い。また、各候補領域に対する判定結果は操作画面１２６に出力される。なお、必要に応じ、欠陥・計測可能判定部１２４は、欠陥の有無判定に基づいて計測（例えば測長）の実行の可否を判定する。計測の実行可否に関する情報は、欠陥・計測可能判定部１２４から不図示の測長走査電子顕微鏡に出力される。なお、測長走査電子顕微鏡は、電子顕微鏡１０１でも良い。因みに、計測の実行が許可された場合、測長走査電子顕微鏡は、不図示の記憶領域からレシピを読み出し、自動測長動作を実行する。

【0034】

図１に示す操作画面１２６には、試料１０６を撮像した検査電子顕微鏡画像１２７、参照画像輪郭線１３０（一点鎖線）、欠陥領域１３１（破線）、検査画像輪郭線１３５（点線）が表示されている。この他、操作画面１２６には、欠陥寸法閾値入力欄１２８、欠陥面積閾値入力欄１３３、欠陥リスト１３６、モード切替入力欄１４０が表示される。

【0035】

欠陥寸法閾値入力欄１２８には、欠陥位置判定部１２３で使用する判定閾値（寸法値）が入力される。図１の場合、閾値１３８として、「５．０ｎｍ」が入力されている。欠陥面積閾値入力欄１３３には、欠陥大きさ判定部１２２で使用する判定閾値（寸法値）が入力される。図１の場合、閾値１３９として、「４０．０ｎｍ^２」が入力されている。これらの数値は、操作装置１３４を通じて入力される。なお、図１では、操作装置１３４がキーボードである場合を表しているが、マウスやスタイラスペンその他の入力装置を用いても良い。

【0036】

欠陥リスト１３６には、欠陥大きさ判定部１２２及び／又は欠陥位置判定部１２３において欠陥と判定された複数の候補領域に関する情報が表示される。欠陥リスト１３６には、欠陥を識別する番号に、位置情報と大きさ情報が対応付けられている。モード切替入力欄１４０には、後述する２種類の欠陥大きさ画像の作成方法のいずれかを選択できるように、トグルスイッチ形式のボタンが表示されている。ここでは、２種類の作成方法を「モード１」及び「モード２」で示す。

【0037】

［検査画像輪郭線の抽出動作及び参照距離画像の生成動作］
図２に、検査画像輪郭線抽出部１１６と距離画像変換部１１９で実行される処理動作の内容を示す。

【0038】

検査画像輪郭線抽出部１１６は、検査電子顕微鏡画像２０１から構造物２０２の外形に対応する検査画像輪郭線２０４を抽出し、検査輪郭線画像２０３を生成する。ここで、検査電子顕微鏡画像２０１から検査画像輪郭線２０４を抽出する手法には、既存の様々な方法を適用することができる。例えば検査電子顕微鏡画像２０１に対してガウスフィルタを適用して平滑化し、その後、二次微分フィルタにより構造物２０２の輪郭を強調し、さらに当該輪郭強調後の画像の輝度値を二値化する方法を適用することができる。この処理結果として、検査画像輪郭線２０４が抽出された検査輪郭線画像２０３が作成される。なお、構造物が作成されていない場合、検査画像輪郭線２０４も抽出されないか、小さいものとなる。

【0039】

一方、距離画像変換部１１９は、参照画像輪郭線抽出部１１９から参照画像輪郭線２０６を画像化した参照輪郭線画像２０５を入力する。前述したように、参照画像を与える参照データには、例えば回路の設計データ、露光用レチクルのパターンデータ、露光シミュレーション結果、電子顕微鏡画像がある。回路の設計データと、露光用レチクルのパターンデータと、露光シミュレーション結果は、一般に頂点の集合で構成される輪郭線データである。従って、これらのデータが参照輪郭線画像２０５として用いられることは自明である。電子顕微鏡画像の場合、検査電子顕微鏡画像２０１を検査輪郭線画像２０３に変換する方法と同じ手法により、参照データを参照画像輪郭線２０６が抽出された参照輪郭線画像２０５に変換することができる。

【0040】

距離画像変換部１１９は、参照輪郭線画像２０５における参照画像輪郭線２０６に距離画像変換処理を適用することにより、参照距離画像２０７を作成する。距離画像変換部１１９は、前述したように、非特許文献１に記載された方法等、一般的に既知の方法を使用して距離画像変換処理を実行する。参照距離画像２０７においては、参照画像輪郭線２０６の位置から離れるのに伴い、画像の輝度値は大きくなる。

【0041】

この明細書において、参照距離画像２０７のうち参照画像輪郭線２０６と重なる領域を、「距離０領域」２０８という。この領域内の画素は、参照画像輪郭線２０６からの距離が単位距離未満であることを表している。さらに、この明細書においては、参照画像輪郭線２０６から外側に同心円状に広がる領域を、内側から順番に「距離１領域」２０９、「距離２領域」２１０、「距離３領域」２１１、「距離４領域」２１２という。「距離１領域」２０９は、この領域内の画素が、参照画像輪郭線２０６からの距離が単位距離以上かつ２単位距離未満であることを表している。他も同様である。

【0042】

なお、「距離４領域」２１２の外側領域である領域２１３にも、参照画像輪郭線２０６からの距離に応じて輝度値が異なる領域が設定される。ただし、図２においては、作図上の都合から記載を省略している。また、参照画像輪郭線２０６の内側にも、同心円状に「距離１領域」２１４、「距離２領域」２１５、「距離３領域」２１６が配置される。

【0043】

本明細書において、「距離０領域」２０８の内側に位置する画素は、いずれも輝度値「０」を有している。また、「距離１領域」２０９と「距離１領域」２１４の内側に位置する画素は、いずれも輝度値「１」を有している。また、「距離２領域」２１０と「距離２領域」２１５の内側に位置する画素は、いずれも輝度値「２」を有している。また、「距離３領域」２１１と「距離３領域」２１６の内側に位置する画素は、いずれも輝度値「３」を有している。また、「距離４領域」２１２の内側に位置する画素は、いずれも輝度値「４」を有している。また、領域２１３に位置する画素は、参照画像輪郭線２０６からの距離により異なる輝度値を有している。ここでは、表記上の都合により省略する。

【0044】

本実施例の場合、輝度値は、階調値（濃度値）、又は、撮像対象の実寸の縮尺値（例えばｎｍ単位）、又は、画像内の画素の距離（例えばピクセル）等、ある特定の単位で設定する。

【0045】

［照合動作］
図３に、照合部１２０による検査画像輪郭線１３５と参照距離画像２０７の照合動作の内容を示す。この処理を通じて、欠陥大きさ画像が作成される。図３では、参照距離画像３０１上に、検査画像輪郭線３１１を重ね合わせて表している。重ね合わせの際には、画像マッチング部１３７による検査画像と参照画像の位置合わせ情報を使用する。なお、参照距離画像３０１は図２で説明したものと同じ構成である。照合動作を詳細に説明するため、図３では図２の拡大図を示している。

【0046】

参照距離画像３０１は、「距離０領域」３０２、「距離１領域」３０６、「距離２領域」３０７、「距離３領域」３０８、「距離４領域」３０９、「領域」３１０、「距離１領域」３０３、「距離２領域」３０４、「距離３領域」３０５から構成される。「領域」３１０においても、参照画像輪郭線からの距離に応じて順番に輝度値の異なる領域が設定されているが、図３では表記を省略する。

【0047】

図３には、検査画像輪郭線１３５を構成する一部の画素、すなわち画素３１２、画素３１３、画素３１４、画素３１５、画素３１６、画素３１７、画素３１８、画素３１９、画素３２０、画素３２１、画素３２２、画素３２３、画素３２４、画素３２５、画素３２６、画素３２７、画素３２８、画素３２９、画素３３０、画素３３１が表されている。勿論、検査画像輪郭線３１１上には、これら以外にも多くの画素がある。図３では、表記上の都合により画素の表記を省略する。

【0048】

検査画像輪郭線３１１を参照距離画像３０１に重ね合わせた場合、画素３１２、画素３１３、画素３１４、画素３１５、画素３１６、画素３１７、画素３１８、画素３１９、画素３２５、画素３２６、画素３２７、画素３２８、画素３２９、画素３３０、画素３３１は、「距離２領域」３０７の上に位置する。画素３２０、画素３２４は、「距離３領域」３０８の上に位置する。画素３２１、画素３２２、画素３２３は、「距離４領域」３０９の上に位置する。

【0049】

［欠陥大きさ画像の作成例１］
図４に、照合部１２０による照合動作の結果として作成される欠陥大きさ画像４０１の作成方法の一例を示す。欠陥大きさ画像４０１では、検査画像輪郭線３１１を構成する各画素に、参照距離画像３０１上の対応する領域の輝度値が対応付けられる。図４では、輝度値の違いを濃度によって表している。

【0050】

照合部１２０は、図３の「距離２領域」３０７上にある画素３１２、画素３１３、画素３１４、画素３１５、画素３１６、画素３１７、画素３１８、画素３１９、画素３２５、画素３２６、画素３２７、画素３２８、画素３２９、画素３３０、画素３３１をそれぞれ、欠陥大きさ画像４０１上の画素４０３、画素４０４、画素４１０、画素４１１、画素４１２、画素４１３、画素４１４、画素４１５、画素４１６、画素４１７、画素４１８、画素４１９、画素４２０、画素４２１、画素４２２、画素４２３、画素４２４、画素４２５、画素４２６、画素４２７、画素４２８、画素４２９、画素４３０、画素４３１、画素４３２、画素４３３、画素４３４、画素４３５、画素４３６、画素４３７、画素４３８、画素４３９、画素４４０に変換する。変換後の画素は、「距離２領域」３０７の輝度値「２」を引継ぎ、輝度値「２」を有する。

【0051】

同様に、照合部１２０は、図３の「距離３領域」３０８上にある画素３２０、画素３２４を、欠陥大きさ画像４０１上の画素４０５、画素４０９に変換する。変換後の画素は、「距離３領域」の輝度値「３」を引き継ぎ、輝度値「３」を有する。

【0052】

作図の都合上、図４には、検査画像輪郭線４０２を構成する代表的な画素のみ示したが、検査画像輪郭線４０２上にある画素は全て参照距離画像３０１上の輝度値を有している。検査画像輪郭線４０２上にある画素の輝度値の範囲は、０から画像の対角線の距離である。また、この実施例の場合、検査画像輪郭線４０２より外側の領域４４１の画素には、「０」、「−１」以下の値その他の特定の輝度値が与えられる。ここで、特定の一定値には、検査画像輪郭線４０２に付与される輝度値の範囲以外の値等が考えられる。

【0053】

［欠陥大きさ画像の作成例２］
図５に、照合部１２０による照合動作の結果として作成される欠陥大きさ画像４０１の他の作成方法の一例を示す。すなわち、図５は、図４とは異なる方法を示す。なお、図４で説明した方法は、検査画像輪郭線３１１を構成する画素が、参照距離画像３０１と重なる位置の輝度値をそのまま引き継ぐ場合であった。

【0054】

一方、図５で説明する方法は、参照距離画像３０１（図３）の輝度値と、参照距離画像３０１の傾き５１４と、検査画像輪郭線３１１（図３）の接線方向５１３を使用する。

【0055】

拡大図５０１は、参照距離画像３０１の一部分を拡大して示す図である。拡大図５０１には、輝度値「０」を有する「距離０領域」５１７、輝度値「１」を有する「距離１領域」５０２と「距離１領域」５０３、輝度値「２」を有する「距離２領域」５０４、輝度値「３」を有する「距離３領域」５０５、輝度値「４」を有する「距離４領域」５０６、輝度値「５」を有する「距離５領域」５０７が含まれている。また、画素５０８、画素５０９、画素５１０は、検査画像輪郭線３１１上で隣り合う画素である。

【0056】

また、図５には、画素５０８の接線方向５１３を示す矢印が描かれている。画素５１０と画素５０８は隣り合っている。このため、画素５１０から隣接画素（画素５０８）への方向５１１は、各々の画素の座標から容易に算出することができる。同様に、画素５０８と画素５０９も隣り合っている。このため、画素５０８から隣接画素（画素５０９）への方向５１２も容易に算出することができる。本実施例の場合、画素５０８の接線方向５１３は、方向５１１と方向５１２の平均ベクトルとして算出する。

【0057】

参照距離画像３０１の傾き５１４は、参照距離画像３０１の輝度値の傾き方向で与えられ、輝度値が大きくなる方向である。拡大図５０１の場合、画素５０８に隣接する画素の輝度値を中心に３画素×３画素の領域内の輝度値から算出する。傾きの算出方法そのものは、画像処理の一般的な手法である。

【0058】

輪郭線方向５１５は、参照距離画像３０１の傾き５１４に対して反時計回りに９０°の方向として与えられる。輪郭線方向５１５と接線方向５１３から角度５１６を算出する。図５の場合、角度５１６は６０°である。

【0059】

この場合、欠陥大きさ画像を構成する各画素の輝度値を以下のように求めることにする。前述したように、本実施例において、画素５０８は「距離３領域」に位置するので、その輝度値は「３」である。また、角度５１６の角度は６０°である。このとき、参照距離画像３０１上での画素５０８に対応する輝度値を次式で与えることにする。
３×cos(60°)＝３×√３／２

【0060】

この計算方法は、検査画像輪郭線３１１と参照距離画像３０１のどの画素についても、次式のように一般化することができる。
ｙ＝ｘ・cosθ

【0061】

ただし、ｘは参照距離画像３０１の輝度値、θは参照距離画像３０１の傾き、ｙは欠陥大きさ画像の輝度値である。すなわち、この計算方法は、参照距離画像３０１と重なる位置の輝度値を、各画素の局所的な傾きを反映した重みで修正する方法である。因みに、接線方向５１３が輪郭線方向５１５と一致する場合（θ＝０°）、欠陥大きさ画像の輝度値は、図４の場合と一致する。一方、接線方向５１３が参照距離画像３０１の傾き５１４と一致する場合（θ＝９０°）、欠陥大きさ画像の輝度値は０（ゼロ）になる。

【0062】

本明細書においては、参照距離画像３０１の輝度値から直接的に欠陥大きさ画像４０１を作成する方法を「モード１」と呼び、参照距離画像３０１の輝度値と、参照距離画像３０１の傾き５１４と、検査画像輪郭線３１１の接線方向５１３を用いて欠陥大きさ画像４０１を作成する方法を「モード２」と呼ぶ。「モード１」は処理ステップが少ない分、「モード２」に比較して処理時間が短く済む。一方、「モード１」は面積の算出精度が「モード２」に比較して低い。

【0063】

なお、「モード２」は、「モード１」に比較して面積の算出精度が高い。ただし、「モード２」は、処理ステップが「モード１」に比較して多くなる。このため、「モード２」の処理時間は、「モード１」のそれに比較して長くなる。

【0064】

以上説明したように、「モード１」と「モード２」はそれぞれ得失を有している。このため、応用用途により使い分けることが望ましい。また、前述したように、照合部１２０で使用するモードは、操作画面１２６のモード切替入力欄１４０に対する操作入力により切り替えることができる。

【0065】

［欠陥領域の検出］
図６に、欠陥候補検出部１２１による欠陥領域１３１の検出動作の内容を示す。欠陥候補検出部１２１は、以下に示す手順により、欠陥大きさ画像４０１から欠陥領域１３１だけを含む欠陥抜き出し画像６０１を作成する。

【0066】

図６には、説明の都合上、検査画像輪郭線６０２と参照画像輪郭線６０９を表している。しかし、これらの線は、欠陥領域６１５の位置関係を明確にするために補助的に表したものであり、実際の欠陥抜き出し画像６０１には表示されないことに注意すべきである。

【0067】

図６には、欠陥抜き出し画像６０１の輪郭線上の画素６０３、画素６０４、画素６０５、画素６０６、画素６０７を表している。また、図中矢印で示される距離６１０は、画素６０３と参照画像輪郭線６０９の距離である。図中矢印で示される距離６１１は、画素６０４と参照画像輪郭線６０９の距離である。図中矢印で示される距離６１２は、画素６０５と参照画像輪郭線６０９の距離である。図中矢印で示される距離６１３は、画素６０６と参照画像輪郭線６０９の距離である。図中矢印で示される距離６１４は、画素６０７と参照画像輪郭線６０９の距離である。なお、着色領域で表される欠陥領域６１５は、欠陥抜き出し画像６０１内に表示された欠陥の領域を表している。

【0068】

ここで、距離６１０、距離６１１、距離６１２、距離６１３、距離６１４を示す各矢印や欠陥領域６１５は、説明の都合により表記しているものであり、実際の欠陥抜き出し画像６０１には存在しないものである。

【0069】

まず、欠陥候補検出部１２１は、欠陥大きさ画像４０１の各画素と欠陥寸法閾値入力欄１２８に入力された閾値１３８とを比較し、閾値より大きい値を有する画素だけを抜き出す。因みに、閾値１３８は、欠陥大きさ画像４０１の縮尺を合わせるよう変換されているものとする。

【0070】

例えば欠陥大きさ画像４０１の縮尺において、閾値１３８が「距離２」であった場合、欠陥候補検出部１２１は、「距離３」以上の距離情報を有する画素の集合を欠陥領域６１５と判定する。この際、欠陥候補検出部１２１は、図４において、検査画像輪郭線４０２上の画素のうち輝度値が３以上の画素を抜き出す。すなわち、画素４０５、画素４０６、画素４０７、画素４０８、画素４０９を抜き出す。これらの画素が、欠陥抜き出し画像６０１の画素６０３、画素６０４、画素６０５、画素６０６、画素６０７に対応する。作成された欠陥抜き出し画像６０１は、欠陥大きさ判定部１２２、欠陥位置判定部１２３、欠陥・計測可能判定部１２４に与えられる。

【0071】

次に、欠陥大きさ判定部１２２は、欠陥抜き出し画像６０１において連続する画素の輝度値の合計値を求める。図６において、画素６０３、画素６０４、画素６０５、画素６０６、画素６０７が連続する画素である。

【0072】

この実施例の場合、画素６０３の輝度値は「３」、画素６０４の輝度値は「４」、画素６０５の輝度値は「４」、画素６０６の輝度値は「４」、画素６０７の輝度値は「３」である。従って、これらの画素の合計値は、１８（＝３＋４＋４＋４＋３）となる。

【0073】

また、画素６０３の輝度値と距離６１０は同じであり、画素６０４の輝度値と距離６１１は同じであり、画素６０５の輝度と距離６１２は同じであり、画素６０６の輝度値と距離６１３は同じであり、画素６０７の輝度と距離６１４は同じである。さらに、画素６０３、画素６０４、画素６０５、画素６０６、画素６０７は、輪郭線方向に距離「１」ずつ離れているものとする。このとき、画素６０３、画素６０４、画素６０５、画素６０６、画素６０７の輝度値の合計値は、欠陥領域６１５の面積と一致する。

【0074】

欠陥・計測可能判定部１２４は、算出された欠陥領域６１５の面積と欠陥面積閾値入力欄１３３に入力された閾値１３９とを比較する。ここで、欠陥領域６１５の面積が閾値１３９より大きい場合、欠陥・計測可能判定部１２４は、当該欠陥領域６１５が欠陥であると判定する。一方、欠陥領域６１５の面積が閾値１３９より小さい場合、欠陥・計測可能判定部１２４は、当該欠陥領域６１５が欠陥ではないと判定する。ただし、閾値１３９は、欠陥大きさ画像４０１に縮尺を合わせるよう変換されているものとする。ここで、候補領域６１５の面積が閾値１３９以上のとき、候補領域６１５の面積はそのまま欠陥の面積となる。

【0075】

なお、この実施例においては、候補領域６１５の面積だけに基づいて欠陥か否かを判定しているが、候補領域６１５の参照画像輪郭線６０９からの距離（位置情報）に基づいて欠陥か否かを判定しても良い。例えば欠陥抜き出し画像６０１を構成する画素における輝度値の最大値が閾値１３８より大きいとき、当該候補領域６１５を欠陥と判定する。また、候補領域６１５の面積と位置情報の両方に基づいて欠陥か否かを判定しても良い。

【0076】

欠陥・計測可能判定部１２４は、欠陥が検出された場合には、測長走査電子顕微鏡による測長動作の実行を禁止する。一方、欠陥が検出されない場合、欠陥・計測可能判定部１２４は、引き続き、測長走査電子顕微鏡による測長動作の実行を許可する。

【0077】

［まとめ］
以上説明したように、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、欠陥の大きさに感度のある欠陥検出を短い処理時間により実現することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、基準データ（参照データ）としての参照画像との比較により、欠陥の大きさを算出することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、検出された欠陥の画像上の位置を特定することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、候補領域６１５の大きさ及び／又は位置により欠陥の検出を制御することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、欠陥の画像上の位置と大きさを、操作画面１２６上で目視により確認することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、欠陥の有無、大きさ及び／又は位置により、後続する計測の実行の可否を自動的に判定することができる。また、本実施例に係る欠陥検査システムを用いれば、計測の自動判定結果を操作画面１２６を通じて使用者に提供することができる。

【0078】

［実施例２］
前述の実施例においては、欠陥大きさ画像４０１から欠陥抜き出し画像６０１を作成し、当該欠陥抜き出し画像６０１から抽出される欠陥領域６１５の大きさに基づいて欠陥の有無及びその後の測定の可否を判定する場合について説明した。

【0079】

しかしながら、図７に示すように、検査電子顕微鏡画像７０１と参照輪郭線画像７０３とを比較して、検査画像輪郭線７０２と参照画像輪郭線７０４の差分画像７０５を作成し、２つの輪郭線の差分に当たる差分輪郭線７０６に基づいて欠陥の有無及びその後の測定の可否を判定しても良い。

【0080】

具体的には、差分輪郭線７０６の大きさや長さを差分画像７０５から求め、各値と対応する閾値との比較により、欠陥の有無及びその後の測定の可否を判定しても良い。なお、本実施例に係る欠陥検査システムの基本構成は、図１に示す装置構成と同じで良い。

【0081】

［他の実施例］
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。

【0082】

また、上述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。

【0083】

また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

【符号の説明】

【0084】

１０１…電子顕微鏡
１０２…電子銃
１０３…電子線
１０４…電子レンズ
１０５…偏向器
１０６…試料
１０７…試料台
１０８…試料台制御装置
１０９…二次信号
１１０…電子検出器
１１１…強度信号
１１２…制御信号
１１３…制御システム
１１４…画像処理プロセッサ
１１５…デジタル画像作成部
１１６…検査画像輪郭線抽出部
１１７…参照データ格納システム
１１８…参照画像輪郭線抽出部
１１９…距離画像変換部
１２０…照合部
１２１…欠陥候補検出部
１２２…欠陥大きさ判定部
１２３…欠陥位置判定部
１２４…欠陥・計測可能判定部
１２５…表示装置
１２６…操作画面
１２７…検査電子顕微鏡画像
１２８…欠陥寸法閾値入力欄
１３０…参照画像輪郭線
１３１…欠陥領域
１３２…構造物
１３３…欠陥面積閾値入力欄
１３４…操作装置
１３５…検査画像輪郭線
１３６…欠陥リスト
１３７…画像マッチング部
１３８…閾値
１３９…閾値
１４０…モード切替入力欄
２０１…検査電子顕微鏡画像
２０２…構造物
２０３…検査輪郭線画像
２０４…検査画像輪郭線
２０５…参照輪郭線画像
２０６…参照画像輪郭線
２０７…参照距離画像
３０１…参照距離画像
３１１…検査画像輪郭線
４０１…欠陥大きさ画像
４０２…検査画像輪郭線
５０１…拡大図
５１１…方向
５１２…方向
５１３…接線方向
５１４…参照距離画像の傾き
５１５…輪郭線方向
５１６…角度
６０１…欠陥抜き出し画像
６０２…検査画像輪郭線
６０９…参照画像輪郭線
６１５…欠陥領域
７０６…差分輪郭線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】