以下、本発明の実施例について図面を参� ��しながら詳細に説明する。

 図1は、電子線を用いた回路パターン検査 装置の構成図であり、主要な構成を略縦断面 図と機能図とで表している。回路パターン検 査装置1は、室内が真空排気される検査室2と� ��検査室2内に被検査基板9を搬送するための� �備室(図示せず)を備えており、この予備室は 検査室2とは独立して真空排気できるように� �成されている。また、回路パターン検査装� �1は検査室2と予備室の他に画像処理部5から� �成されている。

 検査室2内は大別して、電子光学系カラム 3,試料室8,光学顕微鏡室4から構成されている� ��電子光学系カラム3は、電子銃10,引き出し電 極11,コンデンサレンズ12,ブランキング偏向器 13,絞り14,走査偏向器15,対物レンズ16,反射板17, E×B偏向器18,二次電子検出器20から構成され、 一次電子線19を被検査基板9へ照射するととも に、被検査基板から発生した二次電子を検出 する。

 試料室8は、試料台30,Xステージ31,Yステー� ��32,回転ステージ33,位置モニタ測長器34,被検� ��基板高さ測定器35から構成されている。

 光学顕微鏡室4は、検査室2の室内におけ� �電子光学系カラム3の近傍であって、互いに� ��響を及ぼさない程度離れた位置に配置され� ��いる。光学顕微鏡室4は、光源40,光学レンズ 41,CCDカメラ42により構成されている。電子光� ��系カラム3と光学顕微鏡室4の間の距離は既� �であり、Xステージ31、又はYステージ32が、� �子光学系カラム3と光学顕微鏡室4の間の既知 の距離を往復移動するようになっている。

 二次電子検出部7は、二次電子検出器20か� ��の出力信号を増幅するプリアンプ21,増幅信� ��をアナログからデジタルへ変換するAD変換� �22を備え、それぞれを駆動するためのプリア ンプ駆動電源27,AD変換器駆動電源28,逆バイア� ��電源29と、これらに電気を供給する高圧電� �26を備える。増幅されたデジタル信号は、光 変換手段23で光信号に変換され、光伝送手段2 4を通って電気変換手段25で電気信号に変換さ れ、画像処理部5の記憶部45へ送られる。なお 、図示していないが、CCDカメラ42で取得した� ��学画像も同様にして、画像処理部5へ送られ る。

 画像処理部5は、記憶部45,画像処理回路46, 欠陥データバッファ47,演算部48,全体制御部49� ��ら構成されている。記憶部45に記憶された� �号は、画像処理回路46で画像化されるととも に、特定位置だけ離れた画像同士の位置合わ せ,信号レベルの規格化,ノイズ信号を除去す� ��ための各種画像処理を施し、画像信号を比� ��演算する。演算部48は比較演算された差画� �信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、� �定のしきい値よりも差画像信号レベルが大� �い場合に欠陥候補と判定し、インターフェ� �ス6にその位置や欠陥数等を送る。全体制御� ��49はこれらの画像処理や演算を制御し、状� �を補正制御回路61へ送信する。電子線画像あ るいは光学画像は、インターフェース6の画� �表示部56に表示される。

 回路パターン検査装置1の各部の動作命令 及び動作条件は、インターフェース6から指� �命令が入力され、画像処理部5の全体制御部4 9から補正制御回路61へ送られる。インターフ ェース6では、一次電子線19の発生時の加速電 圧,偏向幅,偏向速度,二次電子検出部7の信号� �り込みタイミング,Xステージ31やYステージ32� ��移動速度等の条件が、目的に応じて任意に� ��るいは選択して設定できる。インターフェ� ��ス6は、例えば、ディスプレイの機能を有し 、マップ表示部55には、検出された複数の欠� ��の分布が、ウエハを模式的に表したマップ� ��上に記号化されて表示される。画像取得指� ��領域57は、検出された欠陥ごと、あるいは� �域ごとに電子線画像あるいは光学画像を取� �する指示を出す部分である。画像処理指示� �域58は、取得した画像の明るさ調整やコント ラスト調整を指示する部分である。処理条件 設定指示部59は、一次電子線19を被検査基板9� ��照射するときの偏向幅,偏向速度,対物レン� �の焦点距離,焦点深度などの各種条件を設定� ��る部分である。

 補正制御回路61は、一次電子線19の発生時 の加速電圧,偏向幅,偏向速度,二次電子検出部 7の信号取り込みタイミング,Xステージ31やYス テージ32の移動速度等が、画像処理部5の全体 制御部49から送られた指示命令に従うように� ��御する。また、位置モニタ測長器34,被検査� ��板高さ測定器35の信号から被検査基板9の位� ��や高さをモニタし、その結果から補正信号� ��生成し、走査信号発生器43や対物レンズ電� �44に補正信号を送り、一次電子線19が常に正� ��い位置に照射されるように偏向幅,偏向速度 ,対物レンズの焦点距離を変える。

 電子銃10には、拡散補給型の熱電界放出� �子源が使用されている。この電子銃10を用い ることにより、従来の例えばタングステン・ フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源 に比べて安定した電子線電流を確保すること ができるため、明るさ変動の少ない電子線画 像が得られる。また、この電子銃10により電� ��線電流を大きく設定することができるため� ��後述するような高速検査を実現できる。

 一次電子線19は、電子銃10と引き出し電極 11との間に電圧を印加することで電子銃10か� �引き出される。一次電子線19の加速は、電子 銃10に高電圧の負の電位を印加することで決� ��る。これにより、一次電子線19はその電位� �相当するエネルギーで試料台30の方向に進み 、コンデンサレンズ12で収束され、さらに対� ��レンズ16により細く絞られて試料台30に搭載 された被検査基板9に照射される。

 ブランキング偏向器13,走査偏向器15は、� �ランキング信号及び走査信号を発生する走� �信号発生器43により制御される。ブランキン グ偏向器13は、一次電子線19が絞り14の開口部 を通過しないように一次電子線19を偏向し、� ��次電子線19の被検査基板9への照射を防ぐこ� ��ができる。一次電子線19は対物レンズ16によ り細く絞られているので、走査偏向器15によ� ��、被検査基板9上で走査される。

 自動検査装置では検査速度が速いことが必� ��となる。従って、通常のSEMのようにpAオー� �ーの電子線電流の電子線を低速で走査した� �、多数回の走査及び各々の画像の重ね合せ� �行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制� �るためにも、電子線走査は高速で一回ある� �は数回程度にする必要がある。そこで本実� �例では、通常のSEMに比べ約100倍以上の、例� �ば100nAの大電流電子線を一回のみ走査するこ とにより画像を形成する構成とした。また、 走査幅は例えば100μmとし、1画素は0.1μm ² とし、1回の走査を1μsの走査時間で行うよう� ��した。

 対物レンズ16には、対物レンズ電源44が接 続されている。コンデンサレンズ12にも図示� ��ないレンズ電源が接続されている。そして� ��これらのレンズ強度は、レンズ電源の電圧� ��変えることによって、補正制御回路61で調� �される。

 被検査基板9には、リターディング電源36� ��より負の電圧を印加できるようになってい� ��。リターディング電源36の電圧を調節する� �とにより、一次電子線19を減速させ、電子銃 10の電位を変えずに被検査基板9への電子線照 射エネルギーを調節することができる。

 Xステージ31,Yステージ32の上には被検査基 板9が搭載されている。検査実行時には、Xス� ��ージ31,Yステージ32を静止させ、一次電子線1 9を二次元で走査する方法と、Xステージ31を� �止させ、Yステージ32をY方向に連続して一定� ��度で移動させながら一次電子線19をX方向に� ��査する方法とがある。ある特定の比較的小� ��い領域を検査する場合には、前者のステー� ��を静止させて検査する方法が、比較的広い� ��域を検査するときは、後者のステージを連� ��的に一定速度で移動して検査する方法が有� ��である。

 Xステージ31またはYステージ32の一方を連� ��的に移動させながら、被検査基板9の画像を 取得する場合、ステージの移動方向に対して 略直角方向に一次電子線19を走査し、一次電� ��線19の走査、及びステージの移動と同期し� �、被検査基板9から発生した二次電子を二次� ��子検出器20で検出する。被検査基板9上に一� ��電子線19を照射することによって発生した� �次電子は、被検査基板9に印加された電圧に� ��り加速される。被検査基板9の上方に、E×B� �向器18が配置され、これにより加速された二 次電子は所定の方向へ偏向される。E×B偏向� �18に印加する電圧で磁界の強度を変え、偏向 量を調整することができる。また、E×B偏向� �18の電磁界は、被検査基板9に印加した電圧� �連動させて可変させることができる。E×B偏� ��器18により偏向された二次電子は、所定の� �件で反射板17に衝突する。この反射板17は、� ��検査基板9に照射する一次電子線19の走査偏� ��器15による高精度な偏向を維持するための� �ールドパイプを兼ね、円錐形状をしている� �この反射板17に加速された二次電子が衝突す ると、反射板17からは、数Vから50eVのエネル� �ーを持つ第二の二次電子が発生する。

 位置モニタ測長器34として、本実施例で� �レーザ干渉を原理とした測長計をX方向とY方 向の両方に用い、Xステージ31、及びYステー� �32の位置を一次電子線19の照射中でも測定可� ��とし、その測定値を補正制御回路61に送信� �れるように構成されている。また、Xステー� ��31,Yステージ32,回転ステージ33の各駆動モー� ��の回転数も、駆動モータのドライバ回路か� ��補正制御回路61に送信されるように構成さ� �ている。補正制御回路61は、これらのデータ に基づいて一次電子線19が照射されている領� ��や位置が正確に把握できるようになってお� ��、測定値と制御値のずれを演算して、一次� ��子線19の照射位置の位置ずれを補正する。� �た、一次電子線19を照射した領域の座標を記 憶できるようになっている。

 被検査基板高さ測定器35には、光学式測� �器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位� �で変化を測定する反射光式測定器が使用さ� �る。例えば、スリットを通過した細長い白� �光を透明な窓越しに被検査基板9に照射し、� ��射光の位置を位置検出モニタにて検出し、� ��置の変動から高さの変化量を算出する方式� ��知られている。被検査基板高さ測定器35は� �Xステージ31,Yステージ32に搭載され、被検査� ��板9の高さを測定する。被検査基板高さ測定 器35の測定データに基づいて、一次電子線19� �細く絞るための対物レンズ16の焦点距離がダ イナミックに補正され、一次電子線19の焦点� ��被検査領域に合わせるようになっている。� ��た、被検査基板9の反りや高さ歪みを一次電 子線19の照射前に予め測定し、そのデータに� ��づいて対物レンズ16の検査領域毎の補正条� �を設定するように構成することも可能であ� �。

 以上説明した電子線を用いた回路パター� ��検査装置において、取得した検査画像にノ� ��ズが混入した場合、取得画像同士の差画像� ��被検査対象には存在しない異常信号が生じ� ��。この異常信号が検査しきい値を超えた場� ��、欠陥ではないのに欠陥と判定されて虚報� ��なる。したがって、取得画像のノイズを抑� ��ることは、高精度の検査を行うために非常� ��重要な課題である。

 ここで、取得画像に混入するノイズの原� ��に関して検討する。ノイズの要因は、一次� ��子線偏向信号や二次電子信号に混入する電� ��的ノイズと、機械的な振動による機械的ノ� ��ズに大別される。電気的ノイズのノイズ発� ��源には、走査信号発生器43や対物レンズ電� �44などの一次電子線の被検査基板上の照射位 置に影響を与える部位と、二次電子検出器20� ��プリアンプ21などの二次電子信号の信号強� �に影響を与える部位とが挙げられる。電気� �ノイズの要因は、電源ノイズと、検出器や� �御基板など装置を構成するユニットが出力� �るノイズとが大半を占め、また、これらの� �イズの経時変化は小さい。よって、装置固� �のノイズ量であるため、その大きさをほぼ� �確に把握することができる。

 一方、機械的ノイズの要因は機械的振動� ��ある。電子線を用いた回路パターン検査装� ��では、実効的なスループットを確保するた� ��にステージを連続的に移動させながら画像� ��取得する方法が必要不可欠である。そのた� ��、ステージの加減速が振動源となり、電子� ��学系カラム3や試料室8に機械振動が発生す� �ことが問題となる。試料台の加減速に伴う� �械振動が検査画像に影響しないように考慮� �て、ステージは設計されているが、可動部� �磨耗や機械的な劣化により、経時変化が生� �ることは避けられない。

 機械的ノイズの周波数は、振動している� ��位が持つ固有振動数およびその高調波と等� ��くなるという特徴がある。したがって、検� ��画像に混入したノイズの周波数およびその� ��動方向を把握することで、振動部位を把握� ��ることが可能になる。一般的に、機械的ノ� ��ズの周波数は数kHz以下である。さらに、振� ��する部位によっては、振動方向が決まる場� ��が多いので、画像ノイズの振動方向を把握� ��ることはノイズ源の特定に有効である。し� ��がって、検査画像に混入するノイズを解析� ��ることにより、その原因を特定し、適切な� ��ンテナンスを行うことにより、装置の稼働� ��を向上させることが可能である。また、機� ��的ノイズには、装置周辺の環境に起因する� ��磁ノイズや床振動などの外乱ノイズもある� ��で、これらの振動と分離する必要がある。

 図2,図4は、回路パターン検査装置のディ� ��プレイに表示された画像の一例を示す画面� ��である。また、図3は、一次電子線の走査方 向を示す平面図である。図2に示す取得画像� �、長手方向がY方向であるラインアンドスペ� ��スパターンの画像であるが、一定周期Fのノ イズが混入している状況を示している。なお 、図3に示すX方向の走査周期を、ライン周期T Lとする。

 つぎに、取得した画像に対して画像処理� ��5の画像処理回路46で画像処理を行い、参照� ��像を算出する。参照画像は、ノイズ解析を� ��う方向のノイズを除去した画像とする。本� ��施例では、X方向のノイズ解析を行うため、 図2に示す取得画像をY方向に加算し、X方向の ノイズを除去し、図4に示すような参照画像� �作成する。

 つぎに、画像処理部5の全体制御部49は、� ��2に示す取得画像と、図4に示す参照画像の� �関演算を行い、取得画像と参照画像の間のX� ��向の位置ずれ量を算出する。位置ずれ量は� ��取得画像をX方向で分割し、分割した各領域 について、走査ライン毎の位置ずれ量を算出 するようにする。

 図5は、算出した位置ずれ量について、横 軸を位置ずれ量δX、縦軸をY座標としてプロ� �トしたグラフである。このグラフの軌跡が� �像に含まれているノイズである。また、図4� ��示す参照画像の作成を、Y方向の走査と同時 に行っているため、図5の横軸はY座標と同時� ��時刻を表している。したがって、図5に示す グラフは、ライン周期TL毎のノイズ量を表す� ��とになる。言い換えれば、画像ノイズを周� ��TLにてサンプリングした時系列データであ� �。

 つぎに、図5に示すグラフに示されたノイ ズ量の時系列データの周波数解析を行う。図 6は、高速フーリエ変換(FFT)を用いて周波数解 析を行ったグラフである。横軸は周波数f、� �軸は信号の大きさPである。図6に示されるよ うに、周波数解析を行った結果、特定の周波 数Fにピーク601を持っている。なお、本実施� �では高速フーリエ変換を用いて周波数解析� �行ったが、他の手法を用いてもかまわない� �以上の手順で、X方向のノイズの周波数解析� ��可能であるが、Y方向のノイズの周波数解析 も同様の方法で実施できる。

 以上のノイズの周波数解析を、回路パタ� ��ン検査装置に自動的に実行させるようにす� ��と有益である。図7は、回路パターン検査装 置が周波数解析を実行する手順を示すフロー チャートである。画像処理部5の各プロセッ� �に図7に示す手順を実行させる。図7において 、画像を取得し(ステップ701)、画像処理回路4 6のプロセッサは、この取得画像からノイズ� �除去した参照画像を算出する(ステップ702)。 つぎに、演算部48のプロセッサは、参照画像� ��取得画像との相関演算を行って、位置ずれ� ��を算出する(ステップ703)。つぎに、全体制� �部49のプロセッサは、算出した位置ずれ量か ら周波数解析を行う(ステップ704)。最後に、� ��波数解析結果をインターフェース6に表示す る。

 図8は、周波数解析の一例を示す画面図で ある。画面の全体は、回路パターン検査装置 のインターフェース6に表示される画面の一� �であり、画面の左側には、被検査基板9であ� ��半導体ウエハの模式図が表示されている。� ��ンターフェース6の画面の右側の領域には、 図5、および図6に示す周波数解析結果が表示� ��れ、オペレータが画像のノイズの発生原因� ��究明するための有益なデータを提供してい� ��。

 上記のような方法を用いることで、画像� ��含まれるノイズ成分の周波数およびノイズ� ��方向を把握することが可能となる。ここで� ��握できた画像ノイズの周波数およびその方� ��から、回路パターン検査装置の性能を劣化� ��せているノイズ源を特定するための手がか� ��を得ることができる。

 なお、上述の手法を用いる場合、参照画� ��は取得画像からノイズを除去するため画像� ��算を行う。そのため、ピッチが均一なドッ� ��パターンや、加算する方向に周期性を持つ� ��ターン、あるいはラインアンドスペースパ� ��ーンのように、加算する方向が常に同じパ� ��ーンであることが必要である。

 また、本実施例では、画像の位置ずれ量� ��算出する方法として、参照画像を取得画像� ��ら算出する方法としたが、取得画像のパタ� ��ンについて理想的な画像を、辞書画像とし� ��あらかじめ準備しておき、辞書画像と実際� ��取得した取得画像とから位置ずれ量を算出� ��る方法や取得画像の特定の部分を基準とし� ��そこからの位置ずれ量を算出する方法など� ��の方法を採用してもよい。

 次に、回路パターン検査装置の管理方法� ��ついて記述する。検査装置の検査画像に含� ��れるノイズ成分には、機械的ノイズのよう� ��経時変化を持つノイズと、外乱ノイズのよ� ��に装置の設置環境に依存するノイズとがあ� ��。これらのノイズ量が増加した場合、検査� ��像に含まれるノイズも増加する。そのため� ��回路パターン検査装置の性能を安定して維� ��するためには、正常時の画像ノイズ量およ� ��その周波数をあらかじめ把握しておくこと� ��必要である。また、機械的ノイズに関して� ��、ステージの移動が振動源となることが考� ��られるので、ステージの移動の有無、それ� ��れの条件でノイズ量およびその周波数を、� ��め取得しておく。さらに、機械的ノイズに� ��しては、回路パターン検査装置を構成する� ��械部品の固有振動数を事前に把握しておく� ��とが必要である。

 図9は、回路パターン検査装置が周波数解 析を実行する手順を示すフローチャートであ る。はじめに、ステージを連続移動させなが ら1次元画像を取得し、1次元画像の周波数解� ��を行う(ステップ901)。つぎに、ステージを� �止させた状態にて2次元画像を取得し、2次元 画像の周波数解析を行う(ステップ902)。1次元 画像,2次元画像それぞれの周波数解析結果を� ��較し、ピーク周波数を比較する(ステップ903 )。比較の結果、1次元画像のみに特徴的なピ� ��クが発生している場合は、ステージ移動を� ��震源とする機械的ノイズが発生しているこ� ��が考えられる。この場合は、1次元画像に含 まれるピーク周波数と一致する固有振動数を 持つ部位が振動している可能性が高い。した がって、ピーク周波数と、機械的ノイズ源と 思われる部位の固有振動数とを比較する(ス� �ップ904)。その結果、この周波数解析結果を� ��とに振動していると考えられる部位の特定� ��よび対策を実施する(ステップ905)。

 一方、1次元画像,2次元画像の周波数解析� ��果に共通するピークが生じている場合は、� ��気的ノイズまたは真空ポンプや床の振動を� ��震源とする機械的ノイズが画像ノイズの原� ��である可能性が高い。したがって、ピーク� ��波数と、電気的ノイズ源と思われる電気的� ��イズの周波数、または機械的ノイズ源と思� ��れる部位の固有振動数とを比較する(ステッ プ906)。その結果、周波数解析結果を手掛か� �にノイズ源を調査し、対策を実施する(ステ� ��プ907)。ノイズ源の調査、対策を実施後に再 度、1次元画像,2次元画像を取得し、周波数解 析を行い(ステップ901,902)、ステップ903で1次� �画像,2次元画像の周波数解析結果のピークを 確認し、ノイズ源の対策の効果を確認する。 以上の手順を用いることにより、画像に含ま れるノイズを定量的に把握することが可能と なる。さらに効率よく画像ノイズのノイズ源 の特定をすることが可能となる。

 図9に述べた画像ノイズの解析を定期的に 行い、結果を図8に示したインターフェース6� ��表示させて、オペレータが確認できるよう� ��すると、時間が経過するにつれて発生する� ��イズの早期発見ができ、はやい対策を講じ� ��ことができる。

 画像にノイズがある場合、検査結果に対� ��る影響度を検討し、即時対応が必要である� ��を判断する。即時対応が必要な場合は、ノ� ��ズの周波数および振動方向を手がかりに対� ��を行う。対策が十分か否かは、対策後のノ� ��ズ量を調べることにより判断することが可� ��である。

 一方、オペレータが即時対応が必要でな� ��と判断した場合は、定期的なノイズ量の取� ��を継続して回路パターン検査装置を運用す� ��。機械的ノイズには、使用時間経過に従っ� ��、可動部の磨耗によって増加するものがあ� ��。この場合、磨耗している部品の固有振動� ��のノイズが徐々に増加していることが予想� ��れる。したがって、磨耗する部品の固有振� ��数に相当するノイズ量から、対象部品の磨� ��を推測することが可能である。そこで、画� ��ノイズを定期的に取得し、統計的に解析す� ��ことで、磨耗部品の交換時期を事前に把握� ��ることが可能となり、適切なメンテナンス� ��行い、回路パターン検査装置を長時間安定� ��て稼働させることが可能となる。

 上記手順を自動化し、定期的に画像ノイ� ��を把握する機能を持たせることにより、画� ��ノイズの経時変化を把握することが可能と� ��る。さらに、装置構成部品の固有振動数、� ��気的ノイズ源となる周波数をノイズ源デー� ��ベースとして用意し、ピーク周波数とノイ� ��源データベースと照合することにより、オ� ��レータが行っていた判断を自動で行うこと� ��可能となる。

 図10は、複数の回路パターン検査装置を� �理するシステム図である。管理装置1001が、� ��数の回路パターン検査装置1002,1003,1004と、� �ーカルエリアネットワーク等の通信網1005で� ��続されている。

 複数の回路パターン検査装置1002,1003,1004� �、それぞれが自動的に画像ノイズの周波数� �析を定期的に実行する。また、その解析結� �と装置状態とが、通信網1005を介して管理装� ��1001へ送信され、時系列的に記憶される。

 管理装置1001は、複数の回路パターン検査 装置の周波数解析結果を統計的に処理し、表 示する機能を備えているので、オペレータは 、ノイズ量の時間的変化の有無を確認し、装 置状態の管理を行うことができる。例えば、 管理装置1001に設けられたディスプレイに、� �数の回路パターン検査装置の周波数解析結� �を時系列的に並べて表示する。さらに、管� �装置1001が自動的に、指定されたノイズの周� ��数の時間的変化を色分けなどで他と区別し� ��強調表示すると、オペレータは直ちに変化� ��認識することができる。また、管理装置1001 は、装置毎の周波数解析結果の時間的変化と 装置毎の稼動状態とから、装置に必要なメン テナンスの内容および時期を算出して、ディ スプレイへ表示させることで、装置の不具合 を早期に発見して対策することができる。

 複数の回路パターン検査装置を集中管理� ��ることによって、原因の特定ができる場合� ��ある。電気的ノイズ、および機械的ノイズ� ��装置固有のノイズであるため複数の装置が� ��時に増加することは考えにくい。したがっ� ��、複数の回路パターン検査装置に共通して� ��ある特定の周波数を持つ画像ノイズが突発� ��に増加した場合、この画像ノイズ量が変化� ��た原因は、床振動や装置周辺の電磁波ノイ� ��などを原因とする外乱ノイズに起因してい� ��と想定できる。管理装置1001は、この突発的 なノイズを、他のノイズと区別して強調表示 することにより、オペレータは容易に突発的 なノイズを認識することができる。このよう に、複数の回路パターン検査装置を集中管理 することにより、個別の装置の異常のみなら ず、原因が外乱かどうかまで含めて管理を行 うことが可能となる。

 本発明によれば、検査装置の画像ノイズ� ��計測し、装置状態が異常となる兆候を察知� ��ることにより、メンテナンスの要否および� ��の内容を判断することが可能となり、検査� ��置の稼動率の低下を防止することができる� ��