特開 2024-25232 検査装置および検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025232

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】検査装置および検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20240216BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/22 502B

H01J37/28 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128499

(22)【出願日】2022-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】井田 知宏

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA03

5C101EE48

5C101FF02

5C101HH11

5C101HH16

5C101HH22

5C101HH35

5C101HH36

(57)【要約】

【課題】検査対象の表面の凹凸の高さを精度良く算出可能な検査装置を提供する。
【解決手段】検査装置は第１荷電粒子の出射部を備える。偏向部は第１荷電粒子を対象物の表面に走査するように第１荷電粒子を偏向する。検出部は第１荷電粒子を受けた対象物の表面から発生する第２荷電粒子を検出する。画像生成部は検出部による第２荷電粒子の検出結果に基づいて対象物の表面の画像を生成する。制御部は第１荷電粒子の走査方向を制御する。演算部は第１走査方向への走査で得られた第１画像における、対象物の表面の凹凸部の輪郭に対する法線方向を検出する。演算部は、第１画像の基準軸と複数の単位領域のそれぞれの法線方向との成す第１角度の頻度を算出する。演算部は、法線方向のうち第１角度の最頻値に対応する法線方向を第２走査方向として決定する。演算部は、第２走査方向への走査で得られた第２画像に基づいて凹凸部の高さを算出する。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１荷電粒子を出射する出射部と、
前記第１荷電粒子を対象物の表面に走査するように該第１荷電粒子を偏向する偏向部と、
前記第１荷電粒子を受けた前記対象物の表面から発生する第２荷電粒子を検出する検出部と、
前記検出部による前記第２荷電粒子の検出結果に基づいて前記対象物の表面の画像を生成する画像生成部と、
前記第１荷電粒子の走査方向を制御する制御部と、
前記対象物の表面を前記第１荷電粒子で第１走査方向に走査して得られた第１画像における、前記対象物の表面にある凹凸部の輪郭に対する法線方向を前記第１画像の複数の単位領域について検出し、前記第１画像の基準軸と前記複数の単位領域のそれぞれの前記法線方向との成す第１角度の頻度を算出し、前記法線方向のうち前記第１角度の最頻値に対応する前記法線方向を第２走査方向として決定し、前記第１荷電粒子で前記対象物の表面を前記第２走査方向に走査して得られた第２画像に基づいて前記凹凸部の高さを算出する演算部と、を備える検査装置。

【請求項2】

前記演算部は、前記第１画像の輝度のピーク値または積分値に基づいて前記凹凸部の輪郭を検出し、前記第２画像の輝度のピーク値または積分値に基づいて前記凹凸部の高さを算出する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記演算部は、前記凹凸部の輪郭に対する法線方向を前記第１画像の画素単位で検出する、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記演算部は、前記第１画像の輝度のピーク値の和または前記第１画像の輝度の積分値を、前記第２走査方向における前記複数の単位領域の列のそれぞれについて演算し、前記ピーク値の和または該積分値が最大となっている位置およびその近傍を選択的に前記第１荷電粒子で走査して前記第２画像を生成する、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

第１荷電粒子を出射する出射部と、前記第１荷電粒子を偏向する偏向部と、前記第１荷電粒子を受けた対象物の表面から発生する第２荷電粒子を検出する検出部と、前記検出部による前記第２荷電粒子の検出結果に基づいて前記対象物の表面の画像を生成する画像生成部と、前記第１荷電粒子の走査方向を制御する制御部と、を備える検査装置を用いた検査方法であって、
前記第１荷電粒子で前記対象物の表面を第１走査方向に走査して第１画像を生成し、
前記第１画像を用いて、前記対象物の表面にある凹凸部の輪郭に対する法線方向を前記第１画像の複数の単位領域について検出し、
前記第１画像の基準軸と前記複数の単位領域のそれぞれの前記法線方向との成す第１角度の頻度を算出し、
前記法線方向のうち前記第１角度の最頻値に対応する前記法線方向を第２走査方向として決定し、
前記第１荷電粒子で前記対象物の表面を前記第２走査方向に走査して第２画像を生成し、
前記第２画像に基づいて前記凹凸部の高さを算出することを具備する検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、検査装置および検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡（ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））等の検査装置を用いて検査対象の表面を観察する際に、検査装置は、検査対象に電子ビームを照射して、検査対象の表面から発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、二次電子等という）を検出して画像（ＳＥＭ画像）を生成する。

【0003】

しかし、従来の検査装置では、ＳＥＭ画像を用いて検査対象の表面の突出部の高さを精度良く算出することが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１１６７９５号公報

【特許文献2】米国特許第１０８６６１９７号明細書

【特許文献3】米国特許第１００６０９４７号明細書

【特許文献4】米国特許第９２３６２１８号明細書

【特許文献5】特開２０２１－１４８５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

検査対象の表面の凹凸の高さを精度良く算出することができる検査装置および検査方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態による検査装置は、第１荷電粒子を出射する出射部を備える。偏向部は、第１荷電粒子を対象物の表面に走査するように該第１荷電粒子を偏向する。検出部は、第１荷電粒子を受けた対象物の表面から発生する第２荷電粒子を検出する。画像生成部は、検出部による第２荷電粒子の検出結果に基づいて対象物の表面の画像を生成する。制御部は、第１荷電粒子の走査方向を制御する。演算部は、対象物の表面を第１荷電粒子で第１走査方向に走査して得られた第１画像における、対象物の表面にある凹凸部の輪郭に対する法線方向を第１画像の複数の単位領域について検出する。演算部は、第１画像の基準軸と複数の単位領域のそれぞれの法線方向との成す第１角度の頻度を算出する。演算部は、法線方向のうち第１角度の最頻値に対応する法線方向を第２走査方向として決定する。演算部は、第１荷電粒子で対象物の表面を第２走査方向に走査して得られた第２画像に基づいて凹凸部の高さを算出する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態による検査装置の構成例を示すブロック図。

【図2】二次電子等の飛翔方向と信号強度との関係の一例を示す概念図。

【図3】検出器の検出素子で得られる信号強度（輝度）のスペクトル。

【図4】第１実施形態による検査装置を用いた検査方法の一例を示す図。

【図5】検出器の構成例を示す平面図。

【図6】ウェハの表面にある凹凸パターンの第１画像の一例を示す図。

【図7】凹凸パターンの輪郭に対して法線方向を示す概念図。

【図8】第１角度の頻度を示すヒストグラム。

【図9】第２画像の取得時におけるビームの走査方向の一例を示す図。

【図10】第２画像の一例を示す図。

【図11】第２画像の取得時に得られる信号強度（輝度）のスペクトル。

【図12】第１実施形態による検査方法の一例を示すフロー図。

【図13】第１実施形態の変形例による検出器の一例を示す図。

【図14】第１画像の凹凸パターンおよび法線方向の線分を示す図。

【図15】法線方向の線分のそれぞれの信号強度（輝度）のスペクトル。

【図16】第２画像取得時における走査領域と走査方向を示す概念図。

【図17】第２実施形態による検査方法の一例を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

図１は、第１実施形態による検査装置１の構成例を示すブロック図である。検査装置１は、例えば、ＳＥＭ等の荷電粒子照射装置であり、半導体ウェハＷ上の欠陥を画像により検出するＤＲ（Defect Review）－ＳＥＭでよい。検査装置１は、筐体３と、ステージ５と、出射部１０と、偏向器２０と、検出器３０と、画像生成部４０と、スキャンコントローラ５０と、演算部６０とを備える。

【0010】

筐体３は、ステージ５、出射部１０、偏向器２０および検出器３０を収容している。ステージ５は、筐体３内に搬入された、検査の対象物である半導体ウェハＷ（以下、単にウェハＷともいう）を載置可能である。

【0011】

出射部１０は、荷電粒子ビームを生成し、ステージ５上のウェハＷへ出射する。荷電粒子ビームＢ（以下、単にビームＢともいう）は、例えば、電子ビーム、あるいは、イオンビーム等の電荷を有する粒子でよい。

【0012】

偏向器２０は、ビームＢを偏向し、ビームＢでウェハＷの表面を走査する。例えば、偏向器２０は、ウェハＷ（またはステージ５）の表面をＸ－Ｙ平面として、Ｙ方向に所定間隔ずつずらしながらＸ方向にウェハＷの表面をビームＢで走査する（図４参照）。これにより、偏向器２０は、ウェハＷの表面のほぼ全体をビームＢで走査することができる。このように、偏向器２０は、所謂、ラスタ走査を行う。尚、Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交する座標軸でよい。

【0013】

検出器３０は、ビームＢを受けたウェハＷの表面から発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、二次電子等ともいう）を検出する。ビームＢは、ウェハＷに照射されると、ウェハＷの表面から二次電子等を発生する。この二次電子等は、ウェハＷの凹凸パターンに依存した方向へ飛翔する。検出器３０は、例えば、環状の形状を有し、中心の開口をビームＢが通過する。検出器３０は、複数の検出素子に分割されており、それぞれの検出素子において二次電子等を独立に検出可能に構成されている。よって、検出器３０の各検出素子が検出する二次電子等の信号強度が二次電子等の飛翔方向に依存して異なる。

【0014】

図２は、二次電子等の飛翔方向と信号強度との関係の一例を示す概念図である。図３は、検出器３０の検出素子３０＿１で得られる信号強度（輝度）のスペクトルである。縦軸は信号強度（輝度）の階調値を示す。横軸はビームＢの走査方向（Ｘ方向）の位置を示す。

【0015】

図２のようにウェハＷの表面に凹凸パターンがある場合、ウェハＷの表面にビームＢを照射したときに、二次電子等Ｂ２は、斜面に対向する方向（斜面に対して垂直に近い方向）へ多く飛翔し、斜面に沿った方向（斜面に対して平行に近い方向）にはあまり飛翔しない。従って、図２の例では、二次電子等Ｂ２は、検出素子３０＿１へ向かって多く飛翔し、検出素子３０＿２へはあまり飛翔しない。よって、ウェハＷの表面をビームＢでＸ方向へ走査すると、図３に示すように、検出素子３０＿１で得られる信号強度（輝度）は大きなピークを生じる。一方、図示しないが、検出素子３０＿２で得られる信号強度（輝度）は、図３に示すスペクトルを反転させたようなプロファイルのスペクトルとなり、このようなピークは生じない。

【0016】

このように、検出器３０の各検出素子３０＿１、３０＿２の信号強度を測定することによって、ウェハＷの表面上の凹凸パターンの輪郭が検出され得る。また、信号強度のピークの高さまたは信号強度の積分値は、凹凸パターンの高さと関係することが分かっている。よって、信号強度のピークの高さまたは信号強度の積分値から凹凸パターンの高さを算出することができる。

【0017】

凹凸パターンは、パーティクル等を原因とする欠陥であり、例えば、ウェハＷの上方に発生した凹凸部である。このような凹凸部の高さ（深さ）は、信号強度のピークの高さまたは信号強度の積分値から算出することができる。

【0018】

図１を再度参照する。画像生成部４０は、検出器３０による二次電子等の検出結果に基づいてウェハＷの表面の画像を生成する。画像生成部４０は、検出器３０で検出された二次電子等の信号強度をウェハＷの表面の二次元画像に変換する。これにより、二次電子等の検出量（信号強度）が二次元画像の輝度として表現され得る。

【0019】

スキャンコントローラ５０は、偏向器２０を制御して、ビームＢの走査方向を制御する。例えば、スキャンコントローラ５０は、ビームＢをウェハＷの表面上に照射しながら一方向（Ｘ方向）へラスタ走査させる。これにより、画像生成部４０がウェハＷの表面の画像を得ることができる。

【0020】

演算部６０は、ウェハＷの表面をビームＢで走査して得られた画像の輝度（即ち、二次電子等の信号強度）を用いて、ウェハＷの表面の凹凸パターンの輪郭形状を取得する。凹凸パターンの輪郭形状は、例えば、２値化処理、ラプラシアンフィルタ、ソーベルフィルタ等の画像処理により抽出可能である。また、演算部６０は、画像の輝度のピークの高さまたは積分値を用いて、ウェハＷの表面の凹凸パターンの高さを算出することができる。

【0021】

画像生成部４０、スキャンコントローラ５０および演算部６０は、１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成され、それぞれ、ソフトウェアでそれらの機能を実現してもよい。あるいは、画像生成部４０、スキャンコントローラ５０および演算部６０は、複数のＣＰＵ等で構成されていてもよい。

【0022】

本実施形態では、演算部６０は、最初に検出したウェハＷの表面の第１画像を用いてウェハＷの表面の凹凸パターンの輪郭形状を取得し、その輪郭形状の外縁の法線方向を検出する。演算部６０は、Ｘ軸とこれらの法線方向との成す角度の最頻値を算出する。画像生成部４０はこの最頻値に対応する法線方向を走査方向として凹凸パターンの第２画像を取得する。これにより、ビームＢの走査方向の多くが凹凸パターンの輪郭の法線方向あるいはそれに近い方向になる。

【0023】

凹凸パターンの輪郭の法線方向あるいはそれに近い方向にビームＢで走査することによって、画像の輝度（二次電子等の信号強度）が急峻に立ち上がり、画像のコントラストが大きくなる。即ち、凹凸パターンの輪郭の法線方向あるいはそれに近い方向にビームＢで走査すると、凹凸パターンの輪郭に平行方向に走査する場合よりも、画像の輝度のピークが高くかつ明確に現れ、その積分値も大きくなる。これにより、演算部６０は、ウェハＷの表面の凹凸パターンの高さをより正確に算出することができる。

【0024】

次に、検査装置１を用いた検査方法について説明する。

【0025】

図４～図１１は、第１実施形態による検査装置１を用いた検査方法の一例を示す図である。図１２は、第１実施形態による検査方法の一例を示すフロー図である。

【0026】

（第１画像取得）
まず、筐体３内にウェハＷを搬入してステージ５上にウェハＷを載置する。次に、出射部１０がビームＢを生成し、ウェハＷの表面へ出射する。ビームＢは、検出器３０の中心の開口部を通過し、偏向器２０によって所望の方向へ向けられ、ウェハＷの表面に照射される。

【0027】

偏向器２０は、ビームＢを偏向し、ウェハＷの表面をビームＢで走査する（Ｓ１０）。偏向器２０は、ウェハＷの表面をビームＢで走査方向（例えば、Ｘ方向）に繰り返し走査する。偏向器２０は、ビームＢを走査するごとに、走査方向に対して直交方向（例えば、Ｙ方向）に所定間隔だけずらす。このとき、偏向器２０は、例えば、図４に示すように、ウェハＷの表面をビームＢでＸ方向へ走査し、その後、ビームＢをブランキングしている期間に走査開始位置からＹ方向へ所定間隔だけずらして、再度ウェハＷの表面をビームＢでＸ方向へ走査する。偏向器２０は、これを繰り返すことによって、図４に示すように、ウェハＷの表面全体をビームＢでラスタ走査することができる。尚、特に限定しないが、図４では、ウェハＷは、そのノッチＮを－Ｙ方向へ向けて配置され、ノッチＮの向く方向に対して右方向（＋Ｘ方向）を走査方向としている。

【0028】

次に、ビームＢを受けたウェハＷの表面から発生する二次電子等を検出器３０が検出する（Ｓ２０）。図５は、検出器３０の構成例を示す平面図である。検出器３０は、例えば、略環状であり、中心にビームＢが通過する開口部ＯＰが設けられている。検出器３０は、ビームＢを通過させ、かつ、ウェハＷからの二次電子等をウェハＷの周辺で受けることができるように円環状に構成されている。尚、検出器３０の平面形状は、ビームＢを通過させ、二次電子等を受けることができれば、円環状に限定しない。

【0029】

検出器３０は、複数の検出素子３０＿１～３０＿４に分割されている。図５では、検出器３０は、４つの検出素子３０＿１～３０＿４で構成されている。しかし、検出器３０は、３つ以下あるいは５つ以上の検出素子で構成されていてもよい。

【0030】

検出素子３０＿１～３０＿４は、それぞれ独立して二次電子等を検出することができる。検出素子３０＿１～３０＿４のうちいずれの検出素子が二次電子等を検出したかに依って、二次電子等が飛翔してきた方向を或る程度認識することができる。

【0031】

次に、画像生成部４０が二次電子等の検出結果に基づいてウェハＷの表面の第１画像を生成する（Ｓ３０）。画像生成部４０は、検出器３０で検出された二次電子等の信号強度をウェハＷの表面の二次元画像に変換する。これにより、二次電子等の検出量が二次元画像の輝度として表現される。このとき、ウェハＷの表面全体の第１画像を短時間で得るために、第１画像は或る程度低画質でもよい。

【0032】

例えば、図６は、ウェハＷの表面にある凹凸パターンの第１画像の一例を示す図である。ウェハＷ上にパーティクル等によって発生する欠陥がある場合、図６に示すような凹凸パターンＰＴがウェハＷの表面に現れる。演算部６０は、第１画像の信号強度（輝度）のピーク値または積分値に基づいて凹凸パターンＰＴの輪郭を検出する。このような凹凸パターンＰＴの輪郭は、第１画像の画質が或る程度低画質であっても検出することができる。第１画像の画質は、その取得時間との関係に基づいて決定すればよい。

【0033】

（第２画像取得）
次に、演算部６０は、第１画像においてウェハＷの表面にある凹凸パターンＰＴの輪郭（エッジ部分）Ｅに対する法線方向Ｄｎを第１画像の単位領域ごとに検出する（Ｓ４０）。図７は、凹凸パターンＰＴの輪郭に対して法線方向Ｄｎを示す概念図である。凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅに対して法線方向Ｄｎは、第１画像の各単位領域における輪郭Ｅの線分に対して直交する方向である。単位領域は、第１画像の各画素で規定される領域であってもよく、隣接する複数の画素で構成される領域であってもよい。さらに、単位領域は画素に依らず、第１画像のＸ－Ｙ面内の任意の範囲としてもよい。また、単位領域内において、輪郭Ｅの線分が曲線である場合、法線方向Ｄｎは、輪郭Ｅの線分のいずれかの点の接線に対して直交方向とすればよい。尚、法線方向Ｄｎは、凹凸パターンの輪郭の外側から内側へ向かっていてもよく、その逆でもよい。

【0034】

次に、演算部６０は、第１画像のＸ軸と単位領域のそれぞれの法線方向Ｄｎとの成す第１角度を算出する（Ｓ５０）。さらに、演算部６０は、その第１角度の頻度を算出する（Ｓ６０）。図８は、第１角度の頻度を示すヒストグラムである。縦軸は、第１角度の頻度を示す。横軸は、第１角度の区分を示す。第１角度の区分は、任意の角度間隔でよい。例えば、第１角度の区分の間隔は、ｎ度（０＜ｎ≦９０）ごとであってもよい。尚、第１角度は、第１画像の二次元平面（Ｘ－Ｙ面）内の任意の軸と法線方向Ｄｎとの成す角度であってよく、例えば、Ｙ軸と法線方向Ｄｎとの成す角度であってもよい。

【0035】

次に、演算部６０は、法線方向Ｄｎのうち第１角度の最頻値に対応する法線方向Ｄｎｍを走査方向として決定する（Ｓ７０）。例えば、図８に示すように、第１角度のヒストグラムのうち第１角度の最頻値が９０度である場合、演算部６０は、第１角度が９０度である法線方向Ｄｎｍを次の走査方向に決定する。

【0036】

次に、スキャンコントローラ５０は、ビームＢの走査方向を法線方向Ｄｎｍに設定する。偏向器２０は、スキャンコントローラ５０の指令に従ってビームＢを偏向し、ウェハＷの表面をビームＢで法線方向Ｄｎｍに走査する（Ｓ８０）。図９は、第２画像の取得時におけるビームＢの走査方向の一例を示す図である。偏向器２０は、例えば、ウェハＷの表面のうち凹凸パターンＰＴの少なくとも一部の領域をビームＢで法線方向Ｄｎｍにラスタ走査する。偏向器２０は、ウェハＷの表面をビームＢで走査方向（例えば、Ｙ方向）に繰り返し走査する。偏向器２０は、ビームＢを走査するごとに、走査方向に対して直交方向（例えば、Ｘ方向）に所定間隔だけずらす。このとき、走査方向は、第１角度の最頻値に対応する法線方向Ｄｎｍであるので、偏向器２０は、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅに対して法線方向Ｄｎあるいは法線方向Ｄｎに近い方向にビームＢを走査する。よって、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが細長形状である場合には、第２画像の取得時の走査方向は、凹凸パターンＰＴの長手方向に対して略直交方向に設定される。これにより、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅにおける信号強度（輝度）のピークの高さまたはその積分値が大きくなる。また、偏向器２０は、ウェハＷの表面のうち凹凸パターンＰＴの領域に限定してビームＢで走査している。これにより、画像生成部４０は、凹凸パターンＰＴの第２画像を高画質で短時間に取得することができる。第１画像は、凹凸パターンＰＴの輪郭を検出できる程度の画質であればよいが、第２画像は、凹凸パターンＰＴの高さを高精度で算出するために或る程度高画質であることが望まれる。このように、凹凸パターンＰＴの高さを正確に算出するために、少なくとも第２画像は、第１画像よりも高画質とされる。

【0037】

次に、画像生成部４０が二次電子等の検出結果に基づいて凹凸パターンＰＴの第２画像を生成する（Ｓ１００）。例えば、図１０は、第２画像の一例を示す図である。画像生成部４０は、検出器３０で検出された二次電子等の信号強度をウェハＷの表面の二次元画像に変換する。これにより、二次電子等の検出量が二次元画像の輝度として表現される。このとき、上述の通り、走査方向は、第１角度の最頻値に対応する法線方向Ｄｎｍであるので、第２画像では、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅにおける信号強度（輝度）のピークの高さまたはその積分値が大きくなる。即ち、第２画像では、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが高いコントラストで明確に現れる。

【0038】

（凹凸パターンＰＴの高さ算出）
次に、演算部６０が第２画像に基づいて凹凸パターンＰＴの高さを算出する（Ｓ１１０）。例えば、図１１は、第２画像の取得時に得られる信号強度（輝度）のスペクトルである。縦軸は信号強度（輝度）の階調値を示す。横軸がビームＢの走査方向（法線方向Ｄｎｍ）の位置を示す。演算部６０は、第２画像の輝度のピーク値ＰＫまたは積分値ＩＮＴに基づいて凹凸パターンＰＴの高さを算出する。ここで、第２画像では、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅにおける信号強度（輝度）のピークの高さまたはその積分値が大きいので、演算部６０は、凹凸パターンＰＴの高さを高精度で算出することができる。

【0039】

（変形例）
図１３は、第１実施形態の変形例による検出器３０の一例を示す図である。本変形例では、第２画像の取得時において、ビームＢの走査方向、即ち、法線方向Ｄｎｍに応じて、検出器３０のうち使用する検出素子を選択する。例えば、図９のように法線方向ＤｎｍがＹ方向であり、ビームＢを走査する凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが－Ｙ方向へ向いている場合、二次電子等は、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅの斜面から－Ｙ方向に傾斜して飛翔してくることが分かる。従って、検出器３０は、検出素子３０＿１～３０＿４のうち、－Ｙ方向にある検出素子３０＿２、３０＿３を使用して、二次電子等を検出する。これにより、第２画像の凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅのコントラストがさらに明確に現れる。

【0040】

図示しないが、法線方向ＤｎｍがＹ方向であり、ビームＢを走査する凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが＋Ｙ方向へ向いている場合、二次電子等は、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅの斜面から＋Ｙ方向に傾斜して飛翔してくることが予めわかる。従って、検出器３０は、検出素子３０＿１～３０＿４のうち、＋Ｙ方向にある検出素子３０＿１、３０＿４を使用して、二次電子等を検出する。

【0041】

また、法線方向ＤｎｍがＸ方向であり、ビームＢを走査する凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが－Ｘ方向へ向いている場合、二次電子等は、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅの斜面から－Ｘ方向に傾斜して飛翔してくることが予めわかる。従って、検出器３０は、検出素子３０＿１～３０＿４のうち、－Ｘ方向にある検出素子３０＿３、３０＿４を使用して、二次電子等を検出する。

【0042】

さらに、法線方向ＤｎｍがＸ方向であり、ビームＢを走査する凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅが＋Ｘ方向へ向いている場合、二次電子等は、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅの斜面から＋Ｘ方向に傾斜して飛翔してくることが予めわかる。従って、検出器３０は、検出素子３０＿１～３０＿４のうち、＋Ｘ方向にある検出素子３０＿１、３０＿２を使用して、二次電子等を検出する。

【0043】

このように、画像生成部４０は、第２画像を生成する際にビームＢの走査方向、即ち、法線方向Ｄｎｍに応じて、検出器３０のうち使用する検出素子を選択する。

【0044】

これにより、第２画像の凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅがさらに高いコントラストで明確に現れる。その結果、凹凸パターンＰＴの輪郭Ｅにおける信号強度（輝度）のピークの高さまたはその積分値が大きくなるので、演算部６０は、凹凸パターンＰＴの高さをさらに高精度で算出することができる。

【0045】

本変形例では、２つの検出素子が選択的に使用されている。しかし、１つまたは３つ以上の検出素子が選択的に使用されてもよい。

【0046】

（第２実施形態）
図１４～図１６は、第２実施形態による検査装置１を用いた検査方法の一例を示す図である。図１７は、第２実施形態による検査方法の一例を示すフロー図である。尚、第２実施形態による検査装置１の構成は、第１実施形態のそれと同じでよい。

【0047】

第２実施形態は、第１画像の取得方法において第１実施形態のそれと同じでよい。また、第１画像を用いて法線方向Ｄｎのうち第１角度の最頻値に対応する法線方向Ｄｎｍを走査方向として決定する点でも第１実施形態と同様でよい。従って、第２実施形態は、図１２のステップＳ１０～Ｓ７０を第１実施形態と同様に実行する。

【0048】

次に、演算部６０は、第１画像の信号強度から法線方向Ｄｎｍのピーク値の和またはその積分値を取得する（Ｓ７１）。例えば、演算部６０は、第１画像の信号強度を用いて、法線方向Ｄｎｍにおける信号強度のピーク値の和（ピークが１つしかない場合には、そのピーク値）または法線方向Ｄｎｍにおける信号強度の積分値を算出する。これにより、第１画像の画質は比較的低いものの、信号強度（輝度）のピーク値の和またはその積分値が最大となっているおおよその位置が判明する。

【0049】

図１４は、第１画像の凹凸パターンＰＴおよび法線方向Ｄｎｍの線分Ｐ１、Ｐ２を示す図である。図１５は、法線方向Ｄｎｍの線分Ｐ１、Ｐ２のそれぞれの信号強度（輝度）のスペクトルである。尚、図１４に示すように、凹凸パターンＰＴは、ウェハＷの表面から突出する突出部の下段パターンＰＴ１を有し、さらに、その突出部上にさらに突出する上段パターンＰＴ２を有する。即ち、凹凸パターンＰＴでは、パターンＰＴ２において最も高く突出している。

【0050】

第１画像は、例えば、ビームＢをＸ方向に走査して得られた画像であるが、第１画像の各単位領域の信号強度を法線方向Ｄｎｍへの配列として見れば、図１５のように法線方向Ｄｎｍの信号強度（輝度）がそれぞれの列において得られる。例えば、図１５に示すように、線分Ｐ１では、下段パターンＰＴ１のみを含むので、信号強度のグラフは、ピークＰＫ１のみを有する。線分Ｐ２では、下段および上段パターンＰＴ１、ＰＴ２の両方を含むので、信号強度のグラフは、ピークＰＫ２＿１、ＰＫ２＿２を有する。

【0051】

演算部６０は、このような法線方向Ｄｎｍにおける信号強度のピーク値の和またはその積分値を算出する。例えば、線分Ｐ１では、演算部６０は、ピークＰＫ１の値または線分Ｐ１の信号強度の積分値を計算する。線分Ｐ２では、演算部６０は、ピークＰＫ２＿１、ＰＫ２＿２の和（ＰＫ２＿１＋ＰＫ２＿２）または線分Ｐ２の信号強度の積分値を計算する。

【0052】

尚、図１４および図１５では、演算部６０は、２つの線分Ｐ１、Ｐ２の信号強度を示しているが、法線方向Ｄｎｍの３つ以上の線分の信号強度を計算してもよい。

【0053】

次に、演算部６０は、法線方向Ｄｎｍのピーク値の和が最大となっている箇所（線分）およびその周辺を、凹凸パターンＰＴの高さが最も高い領域として見なす。そして、演算部６０は、法線方向Ｄｎｍを第２画像取得時の走査方向として決定するとともに、信号強度（輝度）のピーク値の和が最大となっている箇所およびその周辺領域（凹凸パターンＰＴの高さが最も高いと見なされた領域）を第２画像取得時の走査領域に決定する（Ｓ７１）。図１６は、第２画像取得時における走査領域Ｒ２と走査方向を示す概念図である。ステップＳ７１で取得された走査領域Ｒ２内を法線方向Ｄｎｍへラスタ走査する（Ｓ８１）ことによって、第２画像が取得される。

【0054】

代替的に、演算部６０は、法線方向Ｄｎｍの信号強度のピーク値に対して或る割合以上（例えば、８０％以上）の信号強度または積分値を有する箇所（線分）を第２画像取得時の走査領域に決定してもよい。

【0055】

次に、ステップＳ１００～Ｓ１１０を実行する。これにより、上記走査領域の第２画像を取得することができ、凹凸パターンＰＴの最も高い位置の高さを算出することができる。このとき、第２画像は、第１画像よりも狭い領域を走査しており、より高画質で短時間に取得され得る。従って、凹凸パターンＰＴの高さをより正確に検出することができる。

【0056】

このように、第２実施形態において、演算部６０は、第１画像の信号強度（輝度）のピーク値の高さの和または積分値を、第２画像取得時における走査方向となる法線方向Ｄｎｍに配列された複数の単位領域のそれぞれの列について演算し、ピーク値の和またはその積分値が最大となっている位置およびその近傍を走査領域として選択的にビームＢで走査する。演算部６０は、このようにして得られた第２画像を用いて、凹凸パターンＰＴの高さを算出する。これにより、凹凸パターンＰＴの最も高い位置を高精度に検出することができる。また、第２画像取得時の走査領域は、第１画像の一部であるので、第２画像は、高画質で短時間に取得することができる。

【0057】

さらに第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0058】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0059】

１ 検査装置、３ 筐体、５ ステージ、１０ 出射部、２０ 偏向器、３０ 検出器、４０ 画像生成部、５０ スキャンコントローラ、６０ 演算部、Ｂ ビーム、ＰＴ 凹凸パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】