KR20090074205A - 현미경 장치 및 현미경 화상의 해상 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 현미경 장치의 이론 분해능을 넘는 세밀한 패턴을 해상 가능한 현미경 장치 및 현미경 장치를 이용한 해상 검사 방법을 제공한다.

[해결수단] 복수의 화소를 가진 고체 촬상 소자와, 관찰 대상의 적어도 일부의 확대상을 상기 고체 촬상 소자의 화소상에 형성하는 확대 광학계와, 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 미분 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하여, 상기 화상에 대응하는 에지 강조 화상을 얻는 화상 처리 수단을 구비하고, 확대 광학계는, 상기 관찰 대상의 물체 표면의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 상기 고체 촬상 소자를 구성하는 개개의 화소의 사이즈를 넘는 폭으로서 상기 에지 강조 필터에 의한 처리 에어리어의 폭 이하의 폭을 가진 상으로서 결상하는 배율 가변 광학계를 구비한다.

Description

현미경 장치 및 현미경 화상의 해상 방법{MICROSCOPIC DEVICE AND MICROSCOPIC IMAGE ANALYSIS METHOD}

본 발명은, 고체 촬상 소자의 광전변환면상에 확대상을 형성하여 관찰에 제공하는 현미경 장치 및 이러한 현미경 장치를 이용한 해상 검사 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정이나 반도체 제품의 검사 단계에서는, 웨이퍼 등에 형성된 미세 패턴을 고해상도의 현미경 장치를 이용하여 마이크로 검사 장치에 의해서 관찰하여, 미소한 결함 등의 검출이 이루어지고 있다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼 관찰용의 현미경 장치에서의 분해능 R은, 파장 I와 정수 k 및 대물렌즈의 개방각 NA를 이용하여 식(1)에 나타낸 Rayleigh의 이론 분해능의 식으로 나타난 값으로 제한된다.

R=k×I/NA …(1)

이 때문에, 세밀화가 진행된 웨이퍼상에 형성되는 미세 패턴의 관찰에 대응하기 위해서, 파장이 짧은 자외선을 조명 광원으로 하여, 현미경 장치의 분해능의 향상이 도모되고 있다. 예를 들면, 대물렌즈의 NA=0.9이고 파장 248nm의 자외광을 이용한 현미경 장치에서는, 관찰면에서의 2점에 관한 분해능 R는, 상기에 든 식(1) 에 정수 k=0.61을 적용하는 것에 의해, 분해능 R=168nm로 구해진다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

상술한 바와 같은 종래의 현미경 장치에서는, 기껏해야, 개개의 회로 패턴을 구성하는 선과 선의 간격이 현미경의 이론 분해능 R정도인 회로 패턴을 관찰할 수 있는 것에 불과하다.

이 때문에, 미세 패턴이 더 세밀화하는 것에 대응하기 위해서는, 조명 광원을 더 단파장화하거나, 액침기술 등을 적용하여 대물렌즈의 NA를 크게 하거나 하는 극히 높은 비용을 필요로 하는 기술의 적용이 필요하게 되어 버린다.

본 발명은, 현미경 장치의 이론 분해능을 넘는 세밀한 패턴을 해상할 수 있는 현미경 장치 및 현미경 장치를 이용한 해상 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 따른 제1 현미경 장치의 원리는, 이하와 같다.

고체 촬상 소자는, 복수의 화소를 가진다. 확대 광학계는, 관찰 대상의 적어도 일부의 확대상을 고체 촬상 소자의 화소상에 형성한다. 화상 처리 수단은, 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 미분 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하여, 화상에 대응하는 에지 강조 화상을 얻는다. 확대 광학계에서, 배율 가변 광학계는, 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 고체 촬상 소자를 구성하는 개개의 화소의 사이즈를 넘는 폭으로서 에지 강조 필터에 의한 처리 에어리어의 폭 이하의 폭을 가진 상으로서 결상한다.

본 발명에 따른 제2 현미경 장치의 원리는, 이하와 같다.

상술한 제1 현미경 장치에 있어서, 배율 가변 광학계는, 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 고체 촬상 소자상에서, 2화소 이상의 폭을 가진 상으로서 결상한다.

본 발명에 따른 제3 현미경 장치의 원리는, 이하와 같다.

상술한 제1 현미경 장치에 있어서, 화상 처리 수단은, 고체 촬상 소자에 의해 얻어진 화상에 대해서, 미분 효과와 함께 화상에서의 화소치의 분포를 반영하는 효과가 있는 에지 강조 필터를 적용한다.

본 발명에 따른 제4 현미경 장치의 원리는, 이하와 같다.

상술한 제3 현미경 장치에 있어서, 화상 처리 수단은, 에지 강조 필터에 의한 강조 결과에 대해서, 에지 강조 필터를 나타내는 매트릭스보다 작은 사이즈의 평균화 매트릭스를 이용한 평균화 처리를 행하는 평균화 처리 수단을 구비한다.

본 발명에 따른 제1 현미경 화상의 해상 방법의 원리는, 이하와 같다.

확대상 형성 순서는, 관찰 대상의 적어도 일부의 확대상을, 확대 광학계에 의해서 복수의 광전 변환 소자를 배치하여 구성되는 고체 촬상 소자의 광전변환면상에 형성한다. 화상 처리 순서는, 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 미분 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하여, 화상에 대응하는 에지 강조 화상을 얻는다. 확대상 형성 순서에서, 배율 가변 순서는, 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 고체 촬상 소자를 구성하는 개개의 광전 변환 소자에 대응하는 화소의 사이즈를 넘는 폭으로서 에지 강조 필터에 의한 처리 에어리어의 폭 이하의 폭을 가진 상으로서 결상한다.

본 발명에 따른 제2 현미경 화상의 해상 방법은, 이하와 같다.

상술한 제1 현미경 화상의 해상 방법에 있어서, 배율 가변 순서는, 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 고체 촬상 소자상에서, 2화소 이상의 폭을 가진 상으로서 결상한다.

[도 1] 본 발명에 따른 현미경 장치의 실시 형태를 도시한 도면이다.

[도 2] 강조 화상에서의 해상 효과를 설명하는 도면이다.

[도 3] 에지 강조 필터의 예를 도시한 도면이다.

[도 4] 선폭과 강조 화상에서의 해상 효과의 관계를 설명하는 도면(1)이다.

[도 5] 선폭과 강조 화상에서의 해상 효과의 관계를 설명하는 도면(2)이다.

[도 6] 라인 패턴의 상(像)의 폭과 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈와의 관계를 도시한 도면이다.

[도 7] 라인 패턴의 상(像)의 폭과 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈와의 관계를 도시한 도면이다.

[도 8] 에지 강조에 의한 화상 강조 처리의 효과를 도시한 도면이다.

[도 9] 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 장치의 실시형태를 도시한 도면이다.

[도 10] 웨이퍼 검사 동작을 도시한 흐름도이다.

[도 11] 다른 웨이퍼 검사 동작을 도시한 흐름도이다.

[도 12] 평균화 필터의 효과를 설명하는 도면이다.

이하, 도면에 기초하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 1에, 본 발명에 따른 현미경 장치의 실시형태를 도시한다.

도 1에 도시한 현미경 장치의 현미경 경기(1)에는, 배율 m₁의 대물렌즈(2)가 구비되어 있다. 또한, 현미경 경기(1)에는, XY스테이지(9), Z스테이지(10) 및 회전 스테이지(11)로 이루어진 가동 기구가 구비되어 있다. 이 가동 기구상에 구비된 홀더(12)에는, 웨이퍼 등의 피검사물(3)이 놓여 있으며, 이 피검사물(3)의 표면에는, 예를 들면, 간격 d₁로 형성된 폭 d₁의 선형상의 패턴이 형성되어 있다.

또한, 도 1에 도시된 조명 광학계(13)에서, 예를 들면, 할로겐 램프 등의 광원(15)으로부터 방사된 빛은, 콜렉터 렌즈(16)에 의해서 거의 평행 광속화되어, 개구 조리개(17), 릴레이 렌즈(18), 시야 조리개(19), 하프 미러(14)를 통하여 대물렌즈(2)에 유도되고, 피검사물(3)의 표면상에 개구 조리개(17)의 상이 투영된다.

이렇게 해서 피검사물(3)의 표면을 조명했을 때의 반사광은, 대물렌즈(2), 하프 미러(14), 미러(20), 배율 m₂의 중간 변배 렌즈(4) 및 결상 렌즈(21)로 이루어진 결상 광학계에 의해서 CCD 등의 고체 촬상 소자(5)상에 유도되어, 상술한 피검사물(3)의 표면에 형성된 선형상의 패턴의 상(像)이 이 고체 촬상 소자(5)상에 형성된다.

도 1에 있어서, 피검사물(3)로서 홀더(12)에 놓인 웨이퍼상에서 폭 d₁의 선형상의 패턴은, 대물렌즈(2)의 배율 m₁와 중간 변배 렌즈(4)의 배율 m₂를 곱셈하여 얻어지는 투영 종합 배율 m으로 고체 촬상 소자(5)상에 확대 투영되고, 폭d₁×m의 폭을 가진 선형상의 패턴으로서 고체 촬상 소자(5)에 포착된다. 그리고, 고체 촬상 소자(5)가 화소 사이즈 a의 CCD인 경우에, 이 CCD로 얻어진 화상 데이터에서, 상술한 선형상의 패턴은, CCD상에서의 패턴의 폭d₁×m를 화소 사이즈 a로 나눗셈하여 얻어지는 화소폭을 가진 화상으로서 파악할 수 있다.

이렇게 해서 고체 촬상 소자(5)에 의해서 얻어진 화상 데이터는, 모니터 장치(6)에 의한 표시 처리에 제공됨과 함께, 퍼스널 컴퓨터(7)에 보내어, 이 퍼스널 컴퓨터(7)에 구비된 화상 처리부(8)에 의한 후술하는 화상 처리에 제공된다.

이하, 이 화상 처리부(8)에 의한 화상 처리와 이 화상 처리 결과로서 얻어지는 강조 화상에 대하여 설명한다.

현미경 광학계에서의 회절의 영향에 의한 해상 한계를 고려하지 않으면, 예를 들면, 웨이퍼상에서 선폭 80nm의 선형상의 패턴은, 투영상도배율 400배로 확대 투영함으로써, 화소 사이즈 8㎛의 CCD상에서는, 폭 4화소의 화상으로서 파악할 수 있다.

그러나, 실제의 현미경 광학계에서는, 관찰 대상의 선형상의 패턴의 간격 d₁이, 상술한 식(1)로 나타낸 Rayleigh의 이론 분해 이하인 경우에는, 투영 배율의 크기에 관계없이, CCD상에 투영된 상의 강도 분포를 나타내는 생화상으로는 해상할 수 없다.

도 2(a)에, 파장 248nm의 자외광을 조명광으로서 이용하여, NA가 0.9인 대물렌즈에 의해서, 선폭 110nm, 100nm, 90nm 및 80nm의 선형상의 패턴을 각각 동등한 간격으로 배치한 라인 앤드 스페이스 패턴을 CCD상에 확대 투영하여 얻어진 화상의 예를 나타낸다.

도 2(a)에 도시한 예로부터, 상술한 조건에서의 이론 분해능보다 약간 큰 90nm 라인 앤드 스페이스 패턴에서는, 가까스로 라인 패턴과 그 빈틈인 스페이스를 분별할 수 있지만, 선형상 패턴 중앙의 거리가 이론 분해능 이하가 되는 80nm 라인 앤드 스페이스 패턴에서는, 라인 패턴과 스페이스를 전혀 분별할 수 없게 되는 것을 알 수 있다.

도 1에 도시한 화상 처리부(8)에서는, 이러한 생화상 데이터에, 도 3(a), (b)에 도시한 바와 같은 3×3매트릭스 혹은 5×5매트릭스로 나타난 라플라시안 필터를 적용하는 것에 의해, 에지 강조 처리를 행한다.

도 2(b)에, 도 1에 도시한 현미경 장치에 의해, 도 2(a)의 예와 동등한 라인 앤드 스페이스 패턴을 투영 종합 배율 400배로 CCD상에 투영하여 얻어진 화상에, 상술한 5×5 매트릭스의 라플라시안 필터를 적용한 에지 강조 처리를 실시하여 얻어진 강조 화상을 도시한다.

도 2(b)에서는, 이론 분해능에 가까운 90nm 라인 앤드 스페이스 패턴이 충분한 콘트라스트를 가지고 해상하고 있을 뿐만 아니라, 이론 분해능 이하인 80nm라인 앤드 스페이스 패턴에서도, 개개의 라인 패턴과 스페이스를 분별할 수 있을 정도로 해상하고 있음을 알 수 있다.

이것은, 도 2(c), (d)에 도시한 프로파일로부터도 명백하다.

도 2(c), (d)는, 각각 도 2(a), (b)에서, 수평 방향의 선형상 패턴으로 이루어지는 90nm 라인 앤드 스페이스에 대응하는 화상 데이터에 대해서, 수직 방향의 강도 분포를 도시하고 있다. 어느 프로파일에서도, 강도 분포의 피크 상호의 간격은, 라인 패턴의 중앙의 간격인 180nm에 대응하는 9화소 간격이 되어 있으며, 생 화상에서 가까스로 해상 하고 있는 라인 패턴의 각 라인 패턴과 강조 화상에서의 강도 분포가 대응하고 있는 것은 명백하다. 그리고, 강조 화상에서는, 프로파일의 중앙부에 나타난 3개의 극소점에 대응하는 강도치(I₁, I₃, I₅)의 평균치 I_min 및 2개의 극대점에 대응하는 강도치(I₂, I₄)의 평균치 I_max를, 식(2)에 대입하여 계산하는 것에 의해, 콘트라스트의 크기를 나타내는 지표의 일례인 CTF의 값은 0.35가 되고, 마찬가지로 하여 생화상에 대하여 구한 CTF=0.05에 비해 대폭 콘트라스트가 개선되고 있음을 알 수 있다.

CTF=(I_max-I_min)/(I_max+I_min)…(2)

이와 같이, 생화상에 적절한 에지 강조 처리를 적용하는 것에 의해, 생화상에서는 해상할 수 없었던 이론 분해능 이하의 간격을 가진 라인 앤드 스페이스 패턴을 해상시킨 강조 화상을 얻을 수 있다.

이러한 강조 화상에서의 해상 효과는, CCD상에서의 라인 패턴의 폭과 에지 강조를 위한 필터 매트릭스의 사이즈가 적절한 관계를 만족할 때, 에지 강조의 효과가 라인 패턴 그 자체의 상의 일부로서 합성되어, 콘트라스트가 높은 상이 형성되는 것으로부터 얻어진다고 생각된다.

본 출원인은, 강조 화상에서의 해상 효과를 얻기 위해서 만족되어야 할 조건을 특정하기 위해서, 여러가지 선폭을 가진 라인 앤드 스페이스 패턴을 도 1에 도시한 현미경 장치에 의해서 CCD상 확대 투영하여 얻어지는 화상 데이터에 5×5매트릭스로 표시되는 라플라시안 필터를 적용한 강조 화상을 생성하는 실험을 행하였다.

도 4(a), (b), (c)에, 각각 선폭 200nm, 120nm, 80nm의 라인 앤드 스페이스 패턴에 대응하는 생화상 데이터의 프로파일을 도시하고, 도 4(d), (e), (f)에, 이들 생화상 데이터에 대응하는 강조 화상 데이터의 프로파일을 도시한다. 마찬가지로, 도 5(a), (b), (c)에, 각각 선폭 60nm, 40nm, 20nm의 라인 앤드 스페이스 패턴에 대응하는 생화상 데이터의 프로파일을 도시하고, 도 5(d), (e), (f)에, 이들 생화상 데이터에 대응하는 강조 화상 데이터의 프로파일을 도시한다.

또한, 도 6, 도 7에, 각각 도 4, 도 5에 도시한 각 라인 앤드 스페이스 패턴을 구성하는 라인 패턴에 대해서, CCD상에 투영된 라인 패턴의 상의 폭과 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈의 관계를 도시한다.

도 6(a), (b)에 도시한 바와 같이, CCD상에 투영된 라인 패턴 상의 폭(각각 10화소와 6화소)이 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈인 5화소를 넘고 있는 경우는, 도 4(d), (e)에 도시한 바와 같이, 라인 패턴에 대응하는 강도 변화와 에지 강 조 효과에 의한 강도 변화가 분리하여 나타나고 있으며, 에지 강조 효과에 의한 라인 패턴의 시인성의 향상 효과가 보인다.

한편, 도 6(c) 및 도 7(a), (b)에 도시한 바와 같이, CCD상에 투영된 라인 패턴 상의 폭(각각 4화소, 3화소 및 2화소)이 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈 이하인 경우는, 도 4(f) 및 도 5(d), (e)에 도시한 바와 같이, 라인 패턴에 대응하는 강도 변화와 에지 강조 효과에 의한 강도 변화가 합성되어, 콘트라스트의 증강 효과가 나타나고 있다.

그 한편, 도 7(c)에 도시한 바와 같이, CCD상에 투영된 라인 패턴 상의 폭이 1화소가 된 경우에는, 도 5(f)에 도시한 바와 같이, 라인 패턴의 주변에서의 에지 강조 효과만이 나타나고, 콘트라스트의 증강 효과는 소멸하고 있다. 이 경우와 같이, 선폭이 CCD상에서 1화소폭이하로 투영되는 경우에는, 화상 데이터에 포함되는 라인 앤드 스페이스에 관한 정보와 양자화 처리 등에서 발생하는 노이즈를 구별할 수 없게 되기 때문에, 에지 강조 처리를 적용해도 콘트라스트 증강 효과를 얻을 수 없게 된다고 생각된다.

이들 결과로부터, 본 출원인은, 강조 화상에서의 해상 효과를 얻기 위해서 만족되어야 할 조건으로서, 현미경 장치의 종합 투영 배율 m과, 관찰 대상의 선폭 d와, 고체 촬상 소자(CCD)의 화소 사이즈 a와, 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈 s를 이용하여, 식(3)으로 나타나는 조건을 추출했다.

1<m×d/a≤s …(3)

즉, 관찰 대상의 선폭 d와 관찰용의 고체 촬상 소자의 화소 사이즈 a에 대해 서, 상기 식(3)으로 나타내는 적절한 종합 투영 배율 m을 설정한 현미경 장치를 이용하여, 매트릭스 사이즈 s의 에지 강조 필터를 적용하는 것에 의해, 조명광의 파장 및 대물렌즈의 NA로 결정되는 이론 분해능보다 가는 선폭을 가진 라인 앤드 스페이스 패턴을 높은 콘트라스트로 관찰하는 것이 가능하다.

도 8에, 고체 촬상 소자로서 화소 사이즈 8㎛의 사각형의 광전 변환 소자를 바둑판의 눈금형상으로 배열한 CCD를 이용하여 5×5의 매트릭스 사이즈의 라플라시안 필터를 에지 강조 필터로서 이용하는 경우에, 현미경 장치의 종합 투영 배율 m과 관찰에 적합한 라인 앤드 스페이스(L&S) 패턴 및 에지 강조에 의한 화상 강조 처리의 효과를 도시한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 가시광에 의한 관찰에서는, 종합 투영 배율을 200배로 함으로써, 5×5픽셀(1픽셀 사이즈:8㎛×8㎛)의 매트릭스는, 관찰 대상(웨이퍼) 상에서는 200nm×200nm의 범위가 대응한다. 즉, 200nm보다 작은 라인 앤드 스페이스에 대해서 화상 강조 처리가 유효하게 되고, 상술한 매트릭스의 1변의 75퍼센트에 상당하는 크기(150nm) 정도까지의 라인 앤드 스페이스에서는 양호한 CTF값이 얻어진다. 이 조건에서는, 150nm보다 작은 라인 앤드 스페이스에 대해서도 해상은 얻어지지만 CTF값은 점차 작아지고, 125nm보다 작은 라인 앤드 스페이스에서는 해상을 얻을 수 없게 된다.

관찰 대상의 라인 앤드 스페이스(L&S)에 따라서 광원을 선택할 필요가 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 어느 광원에서도 화상 강조 처리를 실시하는 것에 의해, 일반적인 광학적 한계 해상도를 넘는 해상을 얻을 수 있다. 예를 들면, ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하고, 대물렌즈를 액침(순수)하는 것에 의해서 NA를 1.23까지 향상시켜도, 종래의 광학계에서는 광학적 한계 해상도의 제한에 의해서 35nm의 라인 앤드 스페이스를 해상할 수 없었지만, 본 발명에 따른 현미경 장치에서는, 종합 투영 배율 640배를 적용하여, 상술한 화상 강조 처리를 실시하는 것에 의해, 동일한 광원과 대물렌즈(액침)를 이용하여 이론상 관찰이 가능해진다. 또한, 종래 방식에서는, 70nm의 라인 앤드 스페이스를 관찰하기 위해서는, 고가의 ArF 엑시머 레이저를 광원으로서 이용할 필요가 있었지만, 본 발명에 따른 현미경 장치에서는, 염가인 수은 램프를 광원(파장 248nm)으로서 이용한 광학계로 얻어진 상에 대해서 화상 강조 처리를 실시하는 것에 의해, 이론상 관찰이 가능해진다.

또한, 일반적으로, 대물렌즈 등의 광학 부재를 설계치대로 제조하는 것은 어렵기 때문에, 통상적으로는 이론상의 해상도를 얻는 것이 곤란하다. 그러나, 도 8에 도시한 최적 관찰 라인 앤드 스페이스(L&S)는, 화상 강조 처리에 의해서 관찰이 가능한 라인 앤드 스페이스의 범위에 대해서 여유를 갖고 있기 때문에, 화상 강조 처리를 실시하는 것에 의해 광학 부재가 다소의 제조 오차를 가지고 있어도 최적 관찰 L&S 정도의 관찰 대상에 대해서는 해상을 얻을 수 있다. 이에 따라, 관찰용의 광학계를 구성하는 개개의 광학 부재에 관한 제조 비용을 억제할 수 있다.

한편, CCD에 의해서 얻어진 화상을 강조하기 위한 에지 강조 필터로서, 예를 들면, 도 3(a)에 도시한 바와 같은 3×3매트릭스의 라플라시안 필터를 이용할 수도 있다. 또한, 라인 앤드 스페이스 패턴에서의 선폭만을 확인하면 충분한 용도에서는, 미분효과만을 가진 필터를 적용할 수도 있다.

또한, 일반적인 CCD에 대신하여, 벌집형상으로 소자가 배치되어 있는 고체 촬상 소자를 이용하는 것도 가능하다. 이러한 고체 촬상 소자를 이용한 경우에는, 증강 효과를 얻을 수 있을 가능성이 더 있고, 예를 들면, 라인 앤드 스페이스 패턴을 구성하는 하나의 라인 패턴이 고체 촬상 소자상에서 1화소에 가까운 폭을 가진 조건으로도, 충분한 화상 강조 효과가 기대된다.

[실시예 2]

도 9에, 본 발명에 따른 현미경 장치를 적용한 웨이퍼 검사 장치의 실시형태를 도시한다.

한편, 도 9에 나타내는 구성요소중에서, 도 1에 도시한 각 부와 동등한 것에 대해서는, 도 1에 도시한 부호를 부여하여 도시하고, 그 설명을 생략한다.

도 9에 도시한 퍼스널 컴퓨터(7)는, 중간 변배 렌즈(4)의 배율을 변화시키기 위한 렌즈 구동 기구(도시하지 않음)를 제어하여, 중간 변배 렌즈(4)의 가변 범위내에서 원하는 배율을 설정한다.

도 10에, 도 9에 도시한 웨이퍼 검사 장치에 의한 웨이퍼 검사 동작을 나타내는 흐름도의 일례를 도시한다.

도 10에 도시한 예에서는, 예를 들면, 웨이퍼에 형성되는 회로 패턴에 관한 정보에 기초하여, 미리, 검사 대상이 되는 적어도 하나의 관찰 포인트를 결정해 두고, 퍼스널 컴퓨터(7)에 구비된 키보드(도시하지 않음) 등의 입력장치를 통하여, 이들 관찰 포인트의 웨이퍼상에서의 좌표를 입력하여, 퍼스널 컴퓨터(7) 내의 메모리 등에 등록한다(스텝 S1). 또한 이 때, 이들 관찰 포인트에 있어서 대물렌즈(2) 의 시야내에 포착되는 회로 패턴의 선폭에 기초하여, 상술한 식(3)의 조건을 만족하는 종합 투영 배율을 구하여, 얻어진 종합 투영 배율을 각 관찰 포인트에 대응하여 등록해 둔다.

이어서, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 상술한 바와 같이 하여 등록된 정보로부터 각 관찰 포인트에 관련된 등록 정보를 차례로 읽어내어, 이 등록 정보에 기초하여 가동기구에 구비된 XY 스테이지 등의 조정을 행하여, 지정된 웨이퍼(3) 상의 좌표를 대물렌즈(2)의 시야의 중심부로 이동시킨다(스텝 S2).

그 후, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 스텝 S2에서 관찰 포인트의 좌표와 함께 읽어낸 종합 투영 배율에 기초하여, 중간 변배 렌즈(4)의 배율을 조정하여, CCD(5)상에 투영되는 관찰 포인트의 상에 대해서, 최적 투영 배율을 설정한다(스텝 S3).

이렇게 해서, 최적 투영 배율이 설정된 후에, 적절한 합초처리를 거쳐, 관찰 포인트의 확대 투영 화상이 취득되고(스텝 S4), 취득된 확대 투영 화상은, 퍼스널 컴퓨터(7)에 구비된 하드디스크(도시하지 않음) 등의 기억장치에 일단 유지된 후, 스텝 S11∼스텝 S15의 화상 해석 처리에 제공된다.

상술한 바와 같이 해서 각 관찰 포인트의 확대 투영 화상을 취득할 때마다, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 모든 관찰 포인트에 대한 화상 취득이 완료했는지의 여부를 판정하고(스텝 S5), 부정 판정의 경우에, 스텝 S2로 돌아와, 새로운 관찰 포인트에 관한 화상 취득 처리를 개시한다.

이렇게 해서, 상술한 스텝 S1에서 등록한 모든 관찰 포인트에 대한 확대 투영 화상의 취득이 완료했을 때에, 스텝 S5의 긍정 판정으로서, 퍼스널 컴퓨터(7) 는, 화상 취득 처리를 종료한다.

다음에, 화상 해석 처리에 대하여 설명한다.

퍼스널 컴퓨터(7)에 구비된 화상 처리부(8)는, 상술한 화상 취득 처리에서 보존된 각 관찰 포인트에 관련된 확대 투영 화상을 읽어들이고(스텝 S11), 적절한 에지 강조 필터(예를 들면, 5×5 매트릭스의 라플라시안필터)를 적용하여, 에지 강조 처리를 행한다(스텝 S12).

상술한 바와 같이, 스텝 S12에서 얻어지는 에지 강조 화상에서는, 웨이퍼(3)상의 관찰 포인트에 형성된 회로 패턴이 높은 콘트라스트로 해상하고 있으므로, 스텝 S13에서, 이 에지 강조 화상을 화상 모니터(6)에 표시시켜, 이 에지 강조 화상에 나타난 회로 패턴의 상을 검사 작업자에 의한 결함 검출 작업에 제공하는 것에 의해, 이 에지 강조 화상에 기초하여, 미세한 회로 패턴의 결손 등의 결함을 확실하게 검출할 수 있다.

이렇게 해서, 각 관찰 포인트에 관한 에지 강조 처리 및 결함 검출 처리가 종료할 때마다, 퍼스널 컴퓨터는, 모든 관찰 포인트와 관련된 확대 투영 화상에 대한 화상 해석 처리가 완료했는지의 여부를 판정한다(스텝 S14). 미처리의 확대 투영 화상이 있는 경우에는, 이 스텝 S14의 부정 판정이 되어, 스텝 S11로 돌아와 다음의 관찰 포인트에 대응하는 확대 투영 화상을 읽어들이고, 이 확대 투영 화상에 관한 화상 해석 처리를 행한다.

상술한 바와 같이 하여, 모든 관찰 포인트에 대응하는 확대 투영 화상에 관한 처리가 종료했을 때에(스텝 S14의 긍정 판정), 퍼스널 컴퓨터(7)는, 예를 들면, 상술한 스텝 S13에서 결함이 검출된 관찰 포인트의 위치를 웨이퍼상에서 특정하는 정보와 함께, 검출된 결함에 관한 정보를 표시하는 결함 맵을 작성하여, 화상 모니터(6)에 표시하여, 검사 작업자에게 제공하고(스텝 S15), 화상 해석 처리를 종료한다.

이렇게 해서, 확대 투영 화상에 에지 강조 필터를 적용함으로써 얻어지는 강조 화상에서의 해상 효과를, 웨이퍼에 형성된 회로 패턴의 검사에 적용할 수 있다.

한편, 도 10에 나타낸 스텝 S4에서 취득한 확대 투영 화상에 대해서, 바로 에지 강조 처리 및 결함 검출 처리를 행하는 것도 가능하다.

또한, 검사 작업자가 임의로 추출한 관찰 포인트에 대해서, 강조 화상에서의 해상 효과를 이용한 결함 검사를 행하는 것도 가능하다.

도 11에, 도 9에 도시한 웨이퍼 검사 장치에 의한 다른 웨이퍼 검사 동작을 나타내는 흐름도를 도시한다.

도 11에 도시한 웨이퍼 검사 동작에서는, 스텝 S21에서, 예를 들면, 검사 작업자에 의해서 웨이퍼(3)상의 임의의 개소가 관찰 포인트로서 결정되면, 퍼스널 컴퓨터(7)에 의해, 현미경 장치에 구비된 중간 변배 렌즈(4)에 최저 배율이 설정된다(스텝 S22).

이어서, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 화상 처리부(8)를 개재하여 CCD(5)로부터 확대 투영 화상을 가상으로 취득하고(스텝 S23), 취득한 가화상에 대해서, 에지 강조 처리를 실행한다(스텝 S24). 이 때, 퍼스널 컴퓨터(7)에 의해, 화상 처리부(8)에 의해서 얻어진 강조 화상에 포함되는 적절한 라인 프로파일로부터, 상술한 가화상에 대응하여 얻어진 강조 화상에서의 해상 효과의 정도를 나타내는 지표로서, 도 2에서 설명한 콘트라스트치가 산출되고, 이 콘트라스트치를 중간 변배 렌즈(4)의 설정 배율에 대응하여 기억된다.

그 후, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 현재의 중간 변배 렌즈(4)의 배율이 가변 범위의 최대치인지의 여부를 판정하여(스텝 S25), 부정 판정의 경우는, 중간 변배 렌즈 (4)의 배율을, 예를 들면, 현재의 배율부터 1할 큰 값으로 설정한 후에(스텝 S26), 스텝 S23으로 돌아와 가화상의 취득을 반복한다.

이렇게 해서, 중간 변배 렌즈(4)의 배율을 올리면서 취득된 각 가화상에 대응하는 강조 화상에 대하여 얻어진 콘트라스트치를 비교하는 것에 의해, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 가장 적절한 중간 변배 렌즈(4)의 배율을 탐색한다(스텝 S27).

이 탐색 결과에 기초하여, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 예를 들면, 가장 큰 콘트라스트치를 부여한 중간 변배 렌즈(4)의 배율을 최적 배율로서 설정하고(스텝 S28), 이 최적 배율을 적용하여 CCD(5)에 확대 투영된 화상을 검사용의 화상으로서 취득하고(스텝 S29), 이 검사용 화상으로 다시 에지 강조 처리를 실행하여, 강조 화상을 결함 검출용 화상으로서 보존한다(스텝 S30).

이렇게 해서, 검사 작업자가 지정한 관찰 포인트에 대하여 결함 검출용 화상을 취득할 때마다, 퍼스널 컴퓨터(7)는, 검사 작업자에게 검사를 종료할 것인지의 여부를 문의하여(스텝 S31), 검사를 계속하라는 취지가 지시된 경우에는, 스텝 S31의 부정 판정으로서 스텝 S21로 돌아와 새로운 관찰 포인트에 대한 처리를 개시한다.

한편, 검사를 종료하라는 취지가 지시된 경우는(스텝 S31)의 긍정 판정), 결함 검출용 화상의 취득 처리를 완료하고, 보존된 결함 검출용 화상은 결함검출처리에 제공된다.

그런데, 에지 강조 화상에서는, 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 센서 대상의 라인 패턴을 높은 콘트라스트로 해상하는 효과에 따라서, CCD(5)에서의 양자화 오차 등에 의해서 발생하는 노이즈 성분이 증강된다.

이러한 증강된 노이즈 성분은, 예를 들면, 3×3매트릭스로 나타나는 평균화 필터를 강조 화상에 적용하는 것에 의해서 경감할 수 있다

노이즈 경감 효과를 얻기 위해서는, 에지 강조 처리에 적용한 에지 강조 필터의 매트릭스 사이즈보다 작은 매트릭스 사이즈의 평균화 필터를 적용하는 것이 유효하다.

도 12(b)에, 도 2(b)에 도시된 에지 강조 화상에 상술한 평균화 필터를 적용하는 것에 의해, 강조 화상에 나타난 노이즈 성분을 억압한 화상의 예를, 또한, 도 12(a)에, 도 4(f)와 동등한 프로파일을 나타낸다.

도 12(a)로부터, 평균화 필터의 적용후에도, 강조 화상에 나타난 라인 앤드 스페이스 패턴의 콘트라스트에 변화가 없고, 도 12(b)로부터도 명백하듯이, 각각 80nm의 선폭을 가진 라인 앤드 스페이스 패턴이 명확하게 해상하고 있는 것을 알 수 있다.

한편, 도 12(a)에서, 라인 앤드 스페이스 패턴의 양측에 도시된 에지 강조에 따른 패턴이 단련되어 있는 것을 알 수 있고, 또한, 도 12(b)에는, 도 2(b)에서는 눈에 띄게 나타나 있던 화면상의 노이즈가 대폭 경감되고 있는 것을 알 수 있다.

한편, 본 실시형태에서는, 라인 앤드 스페이스 패턴을 예로 이용했지만, 컨택트홀형상의 피검물에 대해에서도 동일한 효과가 있다. 또한, 광전 변환 소자의 배치는, 바둑판의 눈금형상에 한정되지 않고, 벌집형상으로 화소를 늘어놓아도 좋고, 화소를 어긋나게 하는 것 등을 행하여도 좋다.

본 발명에 따른 현미경 장치에서는, 현미경 장치의 대물렌즈의 NA 및 조명광의 파장으로부터 유도되는 이론 분해능보다 미세한 패턴에 대해서, 해상 가능한 에지 강조 화상을 얻어 관찰에 제공할 수 있다.

마찬가지로, 본 발명에 따른 현미경 화상의 해상 방법에서는, 현미경 장치의 대물렌즈의 NA 및 조명광의 파장으로부터 유도되는 이론 분해능보다 미세한 패턴에 대해서, 해상 가능한 에지 강조 화상을 얻어, 상술한 미세한 패턴을 가진 물체의 관찰이나 검사에 제공할 수 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 현미경 장치에 의하면, 조명 광원의 파장이나 대물렌즈의 NA등에서 제한되는 이론 분해능에 관계없이, 웨이퍼상에 형성된 미세한 회로 패턴 등의 관찰 대상을 명확하게 해상 가능한 강조 화상을 얻을 수 있다.

따라서, 반도체 제조 분야에 있어서의 웨이퍼의 결함 검사 분야 등 미세한 패턴을 관찰하는 분야에서, 극히 유효하다.

Claims (6)

1. 복수의 화소를 가지는 고체 촬상 소자와,

   관찰 대상의 적어도 일부의 확대상을 상기 고체 촬상 소자의 화소상에 형성하는 확대 광학계와,

   상기 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 미분 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하여, 상기 화상에 대응하는 에지 강조 화상을 얻는 화상 처리 수단을 구비하고,

   상기 확대 광학계는, 상기 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 상기 고체 촬상 소자를 구성하는 개개의 화소의 사이즈를 넘는 폭으로서 상기 에지 강조 필터에 의한 처리 에어리어의 폭 이하의 폭을 가진 상으로서 결상하는 배율 가변 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 현미경 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배율 가변 광학계는, 상기 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 상기 고체 촬상 소자상에 있어서, 2화소 이상의 폭을 가진 상으로서 결상하는 것을 특징으로 하는 현미경 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 화상 처리 수단은, 상기 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 대해 서, 미분 효과와 함께 상기 화상에 있어서의 화소치의 분포를 반영하는 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 현미경 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 화상 처리 수단은, 상기 에지 강조 필터에 의한 강조 결과에 대해서, 상기 에지 강조 필터를 나타내는 매트릭스보다 작은 사이즈의 평균화 매트릭스를 이용한 평균화 처리를 행하는 평균화 처리 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 현미경 장치.
5. 관찰 대상의 적어도 일부의 확대상을, 확대 광학계에 의해서 복수의 광전변환소자를 배치하여 구성되는 상기 고체 촬상 소자의 광전 변환면상에 형성하는 확대상 형성 순서와,

   상기 고체 촬상 소자에 의해서 얻어진 화상에 미분 효과를 가진 에지 강조 필터를 적용하여, 상기 화상에 대응하는 에지 강조 화상을 얻는 화상 처리 순서를 구비하고,

   상기 확대상 형성 순서는, 상기 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 상기 고체 촬상 소자를 구성하는 개개의 광전 변환 소자에 대응하는 화소의 사이즈를 넘는 폭으로서 상기 에지 강조 필터에 의한 처리 에어리어의 폭 이하의 폭을 가진 상으로서 결상하는 배율 가변 순서를 구비한 것을 특징으로 하는 현미경 화상의 해상 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 배율 가변 순서는, 상기 관찰 대상의 관찰 영역에 포함되는 선형상의 부분을, 상기 고체 촬상 소자상에서, 2화소 이상의 폭을 가진 상으로서 결상하는 것을 특징으로 하는 현미경 화상의 해상 방법.

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