專利名稱：顯微鏡裝置和顯微鏡圖像分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微鏡裝置，所述顯微鏡裝置在圖像傳感器的光 電轉(zhuǎn)換表面上形成放大圖像，以提供用于觀察的放大圖像，并且涉及
一種使用該顯微鏡裝置的顯微鏡圖像解析(resolution)檢驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中和在半導(dǎo)體產(chǎn)品的檢驗(yàn)階段中，為了探測極
細(xì)微的缺陷等，通過使用高分辨率顯微鏡裝置的顯微檢驗(yàn)設(shè)備觀察在 晶圓等上形成的顯微圖案。
通常，用于半導(dǎo)體晶圓觀察的顯微鏡裝置中的分辨率R被限制為 由光學(xué)分辨率的Rayldgh (瑞利)極限給出的值，通過使用波長I、常 數(shù)k和物鏡的數(shù)值孔徑NA由表達(dá)式(1)表示該值。
R=kxI/NA... (1)
因此，為了使得能夠觀察在變得越來越小型化的晶圓上形成的顯 微圖案，已經(jīng)通過使用短波長紫外線作為光源而嘗試改進(jìn)顯微鏡裝置 的分辨率。例如，在使用具有NA=0.9的物鏡并且使用具有248nm波 長的紫外線的顯微鏡裝置中，當(dāng)常數(shù)k=0.61被代入以上表達(dá)式(1)時， 與被觀察的表面上的兩個點(diǎn)有關(guān)的分辨率R被計(jì)算為分辨率 R=168nm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
利用如上所述的傳統(tǒng)顯微鏡裝置，僅僅能夠觀察下述電路圖案，其中形成單個電路圖案的線之間的間隔最多大約為顯微鏡的光學(xué)分辨 率R。
因此，為了應(yīng)對更加精細(xì)的顯微圖案，必須應(yīng)用成本極高的技術(shù)， 諸如進(jìn)一步縮短光源的波長并且通過使用浸沒方法等增加物鏡的NA。
本發(fā)明旨在提供一種能夠以超過顯微鏡裝置的光學(xué)分辨率解析顯 微圖案的顯微鏡裝置，和一種使用該顯微鏡裝置的顯微鏡圖像解析方 法。
用于解決所述問題的手段
根據(jù)本發(fā)明的第一顯微鏡裝置的原理如下。
圖像傳感器具有多個像素。放大光學(xué)系統(tǒng)在圖像傳感器的像素上 形成觀察目標(biāo)的至少一部分的放大圖像。圖像處理器將具有差分功能 的邊緣增強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由圖像傳感器獲得的繪制圖像(pictorial image)以獲得對應(yīng)于該繪制圖像的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像。在該放大光 學(xué)系統(tǒng)中，可變放大率光學(xué)系統(tǒng)形成在觀察目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的 線性圖案的圖像作為具有一定寬度的圖像，其中所述寬度超過在該圖 像傳感器中包括的每一個像素的尺寸并且等于或者小于由該邊緣增強(qiáng) 濾波器處理的區(qū)域的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的第二顯微鏡裝置的原理如下。
在上述顯微鏡裝置中，該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在圖像傳感器上形 成觀察區(qū)域中包括的線性圖案的圖像作為具有對應(yīng)于兩個像素或更多 像素的寬度的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第三顯微鏡裝置的原理如下。在上述顯微鏡裝置中，圖像處理器將將邊緣增強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由 圖像傳感器獲得的繪制圖像，其中邊緣增強(qiáng)濾波器具有反映在繪制圖 像中像素值的分布的效果并且具有差分功能。
根據(jù)本發(fā)明的第四顯微鏡裝置的原理如下。
在上述顯微鏡裝置中，圖像處理器包括通過使用平均矩陣而將利 用邊緣增強(qiáng)濾波器的增強(qiáng)結(jié)果平均化的平均處理器，所述平均矩陣在 大小方面小于用于邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣。根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡圖像第一解析方法的原理如下。
放大圖像形成過程利用放大光學(xué)系統(tǒng)而在圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換 表面上形成觀察目標(biāo)的至少一部分的放大圖像，其中多個光電轉(zhuǎn)換元 件放置在該光電轉(zhuǎn)換表面上。圖像處理過程將具有差分功能的邊緣增 強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由圖像傳感器獲得的繪制圖像以獲得對應(yīng)于該繪制圖 像的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像。在該放大圖像形成過程中，包括可變放大 率過程，其形成在觀察目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為 具有一定寬度的圖像，所述寬度超過對應(yīng)于在圖像傳感器中包括的光 電轉(zhuǎn)換元件的像素中的每一個的尺寸并且等于或者小于由邊緣增強(qiáng)濾 波器處理的區(qū)域的寬度。
根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡圖像的第二解析方法如下。
在上述顯微鏡圖像第一解析方法中，可變放大率過程在圖像傳感 器上形成目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有對應(yīng)于兩 個像素或更多像素的寬度的圖像。


圖1是示意根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置的實(shí)施例的視6圖2是每一個均示意在增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果的圖3是每一個均描繪邊緣增強(qiáng)濾波器的示例的視圖4是每一個均示意在增弾的繪制圖像中在線寬度和增強(qiáng)解析效 果之間的關(guān)系的圖(1);
圖5是每一個均示意在增強(qiáng)的繪制圖像中在線寬度和增強(qiáng)解析效 果之間的關(guān)系的圖(2);
圖6是每一個均示意在線條圖案的圖像寬度和邊緣增強(qiáng)濾波器的 矩陣大小之間的關(guān)系的視圖7是每一個均示意在線條圖案的圖像寬度和邊緣增強(qiáng)濾波器的 矩陣大小之間的關(guān)系的視圖8是示意通過邊緣增強(qiáng)的圖像增強(qiáng)處理的效果的圖9是示意根據(jù)本發(fā)明的晶圓檢驗(yàn)設(shè)備的實(shí)施例的視圖IO是示意晶圓檢驗(yàn)操作的流程圖11是示意另一晶圓檢驗(yàn)操作的流程圖12是每一個均示意平均濾波器的效果的圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將基于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
示例1
圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置的實(shí)施例。
圖1中表示的顯微鏡裝置的顯微鏡設(shè)備1包括具有放大率mi的物 鏡2。顯微鏡設(shè)備1進(jìn)一步包括定位裝置,所述定位裝置包括XY臺 (stage) 9、 Z臺IO和旋轉(zhuǎn)臺11。在設(shè)于定位裝置上的保持器12上， 放置諸如晶圓的樣品3，并且在樣品3的表面上，形成例如以間隔 形成的、具有寬度di的線條圖案。
此外，在于圖1中示意的照明光學(xué)系統(tǒng)13中，從例如鹵素?zé)舻墓?源15照射的光線被聚光透鏡16轉(zhuǎn)變成基本平行光束，并且經(jīng)由限制孔徑17、中繼透鏡18、場闌19和半反光鏡14而被引導(dǎo)至物鏡2，從 而限制孔徑17的圖像被投影在樣品3的表面上。
因此，樣品3被照亮并且在樣品3的表面上反射的光線被成像光 學(xué)裝置引導(dǎo)到諸如CCD的圖像傳感器5上，所述成像光學(xué)裝置包括物 鏡2、半反光鏡14、反光鏡20、具有放大率m2的中間可變放大率透鏡 4、成像透鏡21，等等，從而在圖像傳感器5上形成在樣品3的表面上 形成的前述線條圖案的圖像。
在圖1中，在被置于保持器12上作為樣品3的示例的晶圓上具有 寬度山的線條圖案在圖像傳感器5上被以總投影放大率m放大/投影， 總投影放大率m是物鏡2的放大率mi和中間可變放大率透鏡4的放大 率m2的乘積，并且所述線條圖案被圖像傳感器5捕獲作為具有等于寬 度山xm的寬度的線條圖案。然后，當(dāng)圖像傳感器5是具有像素尺寸a 的CCD時，在由CCD獲得的圖像數(shù)據(jù)上捕獲前述線條圖案作為具有 下述寬度的繪制圖像，其中所述寬度等于CCD上的圖案的寬度dixm 除以像素尺寸a。
通過監(jiān)視裝置6對如此由圖像傳感器5獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 處理，并且同時將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到個人計(jì)算機(jī)7以通過個人計(jì)算機(jī)7 中包括的圖像處理單元8進(jìn)行將在以后描述的圖像處理。
在下文中，將描述通過圖像處理單元8的圖像處理和該圖像處理 產(chǎn)生的增強(qiáng)的繪制圖像。
忽略由于未考慮顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)中的衍射的影響而導(dǎo)致的解析限 制，當(dāng)例如在晶圓上具有80nm線條寬度的線條圖案被以400X的投影 圖像放大率放大/投影在每一個像素均具有尺寸8|im的CCD上時，這 種線條圖案在CCD上被捕獲為四像素寬度的繪制圖像。然而，在實(shí)際的顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)中，當(dāng)觀察目標(biāo)的線條圖案的間
隔山等于或者小于由前述表達(dá)式(1)表示的Rayldgh極限時，無論投 影放大率的大小如何，均不能在代表在CCD上投影的圖像的強(qiáng)度分布 的未經(jīng)處理的繪制圖像中分辨該線條圖案。
圖2 (a)描繪繪制圖像的示例，當(dāng)通過使用具有248nm波長的紫 外線作為照明光線，利用具有0.9NA的物鏡，在CCD上放大/投影其 中以相等間隔布置分別具有110nm、 100nm、 90nm和80nm的寬度的 線性圖案的線條-間隔(Une-and-space)圖案時獲得所述繪制圖像。
從在圖2 (a)中描繪的示例可見，在前述條件下對于具有稍微大 于光學(xué)分辨率的卯nm的線條-間隔圖案而言，線條圖案和作為線條間 的間距的間隔幾乎不可辨識，但是對于其在線條圖案之間中心距離等 于或者小于光學(xué)分辨率的80nm的線條-間隔圖案而言，線條圖案和間
隔完全不可辨識。
圖1中表示的圖像處理單元8將Laplacian (拉普拉斯)濾波器應(yīng) 用于這種未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)以執(zhí)行邊緣增強(qiáng)處理，其中所述 Laplacian (拉普拉斯)濾波器由如在圖3 (a)和3 (b)中表示的3X3 矩陣或者5X5矩陣表示。
圖2 (b)描繪利用邊緣增強(qiáng)處理產(chǎn)生的增強(qiáng)的繪制圖像，在邊緣 增強(qiáng)處理中，其中圖1中表示的顯微鏡裝置通過對下述繪制圖像使用 前述5X5矩陣?yán)绽篂V波器，其中當(dāng)?shù)葍r于在圖2(a)中的示例的 圖案的線條-間隔圖案被以400X的總投影放大率投影在CCD上時獲得 所述繪制圖像。
在圖2 (b)中，不僅具有接近光學(xué)分辨率的卯nm的線條-間隔圖 案被以足夠高的對比度解析，而且具有等于或者小于光學(xué)分辨率的 80nm的線條-間隔圖案也被解析到可辨別單個線條圖案和間隔的更好的程度。
根據(jù)在圖2 (C)和(d)中表示的分布，這是顯而易見的。
圖2 (C)和(d)代表在對應(yīng)于在水平方向上的線條圖案布置的圖
2 (a)和(b)中的90nm的線條-間隔的圖像數(shù)據(jù)中，豎直方向的強(qiáng)度 分布。在任一分布中，強(qiáng)度分布的峰之間的間隔是對應(yīng)于180nm的9-像素間隔，這是線條圖案的中心間距，并且明顯的是，在未經(jīng)處理的 繪制圖像中幾乎不能被分辨的線條圖案中的每一個線條圖案對應(yīng)于在 增強(qiáng)的繪制圖像中的強(qiáng)度分布。在增強(qiáng)的繪制圖像中，當(dāng)通過將對應(yīng) 于在分布的中心部分中出現(xiàn)的三個波谷的強(qiáng)度值(Ip 13， 15)的平均
值Imin和對應(yīng)于在其中出現(xiàn)的兩個峰的強(qiáng)度值(14， 15)的平均值Imax
代入來計(jì)算表達(dá)式(2)時，給出CTF值為0.35,其中CTF值是表示對 比度大小的指標(biāo)的示例，并且因此可見，與類似地對于未經(jīng)處理的繪 制圖像計(jì)算的CTF=0.05相比較，對比度被大大地提高。
CTF- ( Imax-Imin ) / ( Imax+Imin ) … (2 )
通過如此將適當(dāng)?shù)倪吘壴鰪?qiáng)處理應(yīng)用于未經(jīng)處理的繪制圖像，能 夠獲得增強(qiáng)的繪制圖像，其中在未經(jīng)處理的繪制圖像中不能被解析的 線條-間隔圖案，S卩，具有等于或者小于光學(xué)分辨率的間隔的線條-間隔 得以解析。
在增強(qiáng)的繪制圖像中能夠獲得這種增強(qiáng)分辨率效果的可能的原因
是，當(dāng)在CCD上的線條圖案的寬度和用于邊緣增強(qiáng)的濾波器矩陣的大 小滿足適當(dāng)關(guān)系時，邊緣增強(qiáng)效果被合成為線條圖案自身的圖像的一 部分，從而形成高對比度圖像。
為了描述用于獲得增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果要被滿足的 條件，本申請人進(jìn)行了試驗(yàn)，其中利用在圖1中表示的顯微鏡裝置在CCD上放大/投影具有各種線條寬度的線條-間隔圖案，并且利用5x5
矩陣表示的拉普拉斯濾波器被應(yīng)用于所得到的圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生增強(qiáng)的繪制圖像。
圖4 (a) 、 (b)和(c)分別代表對應(yīng)于具有200nm、 120nm和80nm的線條寬度的線條-間隔圖案的未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的分布，并且圖4 (d) 、 (e)和(f)代表對應(yīng)于這些未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)的繪制圖像數(shù)據(jù)的分布。類似地，圖5 (a) 、 (b)和(c)分別地代表對應(yīng)于具有60nm、 40nm和20nm的線條寬度的線條-間隔圖案的未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的分布，并且圖5 (d) 、 (e)和(f)代表對應(yīng)于這些未經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)的繪制圖像數(shù)據(jù)的分布。
此外，圖6和圖7每一個均表示關(guān)于形成在圖4和圖5中表示的每一個線條-間隔圖案的線條圖案的投影在CCD上的線條圖案的圖像寬度和邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小之間的關(guān)系。
當(dāng)如在圖6 (a)和(b)中所表示的那樣，投影在CCD上的線條圖案的圖像寬度(分別為10個像素和6個像素)大于作為邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小的5個像素時，從圖4 (d)和(e)可見，對應(yīng)于線條圖案的強(qiáng)度改變和由于邊緣增強(qiáng)效果而引起的強(qiáng)度改變分開地出現(xiàn)，并且因此由于邊緣增強(qiáng)效果而產(chǎn)生的線條圖案的可視性改進(jìn)的效果得以確認(rèn)。
而且，當(dāng)如在圖6 (c)、圖7 (a)和(b)中所表示的那樣，在CCD上投影的線條圖案的圖像寬度(分別為4個像素、3個像素和2個像素)等于或者小于邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小時，從圖4 (f)、圖5 (d)和(e)可見，對應(yīng)于線條圖案的強(qiáng)度改變和由于邊緣增強(qiáng)效果而引起的強(qiáng)度改變被合成并且因此表現(xiàn)出對比度增加效果。
在另一方面，當(dāng)如在圖7 (c)中所表示的那樣，在CCD上投影的線條圖案的圖像寬度是1個像素時，從圖5 (f)可見，僅僅出現(xiàn)線條圖案的附近的邊緣增強(qiáng)效果并且對比度增加效果消失。當(dāng)在此情形中
投影在CCD上的線條圖案圖像的線條寬度等于或者小于1個像素時，
即使應(yīng)用邊緣增強(qiáng)處理也不能產(chǎn)生對比度增加效果的可能的原因在于，不能從在量化處理等中產(chǎn)生的噪音辨別關(guān)于在圖像數(shù)據(jù)中包括的線條-間隔的信息。
基于這些結(jié)果，作為用于獲得增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果
需要被滿足的條件，本申請人通過使用顯微鏡裝置的總投影放大率m、觀察目標(biāo)的線條寬度d、圖像傳感器(CCD)的像素尺寸a，和邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小s推出由表達(dá)式(3)表示的條件。
l<mxd/a《s ... (3)
艮P，通過使用下述顯微鏡裝置能夠以高對比度觀察到具有比由照明光線的波長和物鏡的NA確定的光學(xué)分辨率更細(xì)的線條寬度的線條-間隔圖案，其中，所述顯微鏡裝置的總投影放大率m如以上表達(dá)式(3)所表示的那樣與觀察目標(biāo)的線條寬度d和用于觀察的圖像傳感器的像素尺寸以及應(yīng)用的邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小s相關(guān)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
圖8表示當(dāng)具有以棋盤格狀方式布置的、具有8pm像素尺寸的矩形光電轉(zhuǎn)換元件的CCD被用作圖像傳感器并且具有5x5矩陣大小的拉普拉斯濾波器被用作邊緣增強(qiáng)濾波器時，顯微鏡裝置的總投影放大率m、適于觀察的線條-間隔(L&S)圖案以及通過邊緣增強(qiáng)的圖像增強(qiáng)處理的效果。
如在圖8中表示的，在利用可見光觀察時，例如，當(dāng)總投影放大率被設(shè)為200x時，具有5x5像素(一個像素尺寸8)nmx8^im)的矩陣對應(yīng)于在觀察目標(biāo)(晶圓)上的200nmx200nm的范圍。g卩，對于小于200nm的線條-間隔而言，邊緣增強(qiáng)處理是有效的，并且在具有達(dá)到對應(yīng)于前述矩陣的一邊的大約百分之75的尺寸(150nm)的線條-間隔中，獲得了良好的CTF值。在這種條件下，對于小于150nm的線條-間隔而言，獲得了被解析的圖像，但是CTF值逐漸地變得小，并且對于小于125nm的線條-間隔而言，沒有獲得被解析的圖像。
需要根據(jù)觀察目標(biāo)的線條-間隔(L&S)選擇光源，但是如在圖8中表示的，通過應(yīng)用圖像增強(qiáng)處理，能夠利用任何光源獲得超過普通光學(xué)極限分辨率的分辨率。例如，即使當(dāng)ArF準(zhǔn)分子激光被用作光源并且通過浸沒(純水)物鏡將NA提高到1.23時，由于光學(xué)極限分辨率的限制，傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)也不能產(chǎn)生35nm的線條-間隔的被解析的圖像，但是利用根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置，在理論上能夠通過使用總投影放大率640x并且應(yīng)用前述圖像增強(qiáng)處理，利用相同光源和物鏡(被浸沒)觀察到這種線條-間隔。此外，在傳統(tǒng)的方法中，為了觀察70nm的線條-間隔，需要使用昂貴的ArF準(zhǔn)分子激光作為光源，但是利用根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置，通過將圖像增強(qiáng)處理應(yīng)用于由使用便宜的汞燈作為光源(248nm波長)的光學(xué)系統(tǒng)獲得的圖像，觀察在理論上是可能的。
此外，因?yàn)橥ǔｋy以將諸如物鏡的光學(xué)部件精確地制造為設(shè)計(jì)值，因此通常難以獲得理論分辨率。然而，在確定圖8中表示的用于觀察的最優(yōu)線條-間隔(L&S)時，通過圖像增強(qiáng)處理使得可觀察的線條-間隔的范圍被給予容限，并且因此，即便光學(xué)部件具有小的制造誤差，圖像增強(qiáng)處理的應(yīng)用也使得能夠獲得基本上等于用于觀察的最優(yōu)L&S的觀察目標(biāo)的被解析的圖像。因此，能夠降低形成用于觀察的光學(xué)系統(tǒng)的單個光學(xué)部件的制造成本。
另外，作為用于增強(qiáng)由CCD獲得的繪制圖像的邊緣增強(qiáng)濾波器，例如還可以使用具有如在圖3 (a)中表示的3x3矩陣的拉普拉斯濾波器。此外，在僅要求確認(rèn)僅線條-間隔圖案中的線條寬度的應(yīng)用中，可以使用僅具有差分功能的濾波器。此外，可以使用具有被蜂窩狀布置的元件的屈像傳感器替代典型的CCD。使用這種圖像傳感器具有產(chǎn)生更高增強(qiáng)效果的可能性，并且例如，即使在形成線條-間隔圖案的一個線條圖案具有接近圖像傳感器上的一個像素的寬度的條件下，也可預(yù)期足夠的圖像增強(qiáng)效果。
示例2
圖9表示對其應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置的晶圓檢驗(yàn)設(shè)備的實(shí)施例。
在圖9中表示的構(gòu)成元件中，等價于在圖1中所表示的部件的那些構(gòu)成元件將由圖l中表示的附圖標(biāo)記標(biāo)注，并且將省略對其的說明。
圖9中表示的個人計(jì)算機(jī)7通過控制改變中間可變放大率透鏡4的放大率的透鏡驅(qū)動(activting)機(jī)構(gòu)(未示出)而在中間可變放大率
透鏡4的可變范圍內(nèi)設(shè)置需要的放大率。
圖IO表示下述流程圖的示例，所述流程圖表示利用圖9中表示的晶圓檢驗(yàn)設(shè)備的晶圓檢驗(yàn)操作。
在圖IO中表示的示例中，基于關(guān)于在例如晶圓上形成的電路圖案的信息，預(yù)先決定至少一個觀察點(diǎn)作為檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，并且晶圓上這些觀察點(diǎn)的坐標(biāo)經(jīng)由個人計(jì)算機(jī)7中包括的諸如鍵盤(未示出)的輸入裝置被輸入，并且被登記在個人計(jì)算機(jī)7中的存儲器等中(步驟S1)。此外，此時，基于在物鏡2的視野中捕獲到的電路圖案的在這些觀察點(diǎn)處的線條寬度，計(jì)算滿足前述表達(dá)式(3)的條件的總投影放大率，并且對應(yīng)于各觀察點(diǎn)，登記所找到的總投影放大率。
接著，個人計(jì)算機(jī)7從以上述方式登記的信息順序地讀取關(guān)于每一個觀察點(diǎn)的登記信息，基于登記信息調(diào)節(jié)在定位裝置中包括的XY臺等等，以將晶圓3上的指定坐標(biāo)移動到物鏡2的視野中心部分(步驟
S2)。
此后，基于與觀察點(diǎn)的坐標(biāo)一起在步驟S2讀取的總投影放大率，個人計(jì)算機(jī)7調(diào)節(jié)中間可變放大率透鏡4的放大率，并且為投影在CCD5上的觀察點(diǎn)的圖像設(shè)置最優(yōu)投影放大率(步驟S3)。
在如此設(shè)置最優(yōu)投影放大率之后，通過適當(dāng)?shù)木劢箍刂偏@得觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像(步驟S4)，并且所獲得的被放大/投影的圖像被一次地存儲在個人計(jì)算機(jī)7中包括的諸如硬盤(未示出)的存儲器裝置中并且此后在步驟Sll到步驟S15經(jīng)歷圖像分析處理。
每次以上述方式獲得每一個觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像時，個人計(jì)算機(jī)7判定是否所有觀察點(diǎn)的圖像獲取已完成(步驟S5)，并且如果判定結(jié)果為NO (否)，則返回步驟S2以開始關(guān)于新的觀察點(diǎn)的圖像獲取處理。
當(dāng)上述對應(yīng)于在步驟Sl登記的所有觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像的獲取已被如此完成時，個人計(jì)算機(jī)7當(dāng)在步驟S5為YES (是)判定時結(jié)束圖像獲取處理。
下面，將描述圖像分析處理。
在個人計(jì)算機(jī)7中包括的圖像處理單元8讀取在前述圖像獲取處理中已被保存的對應(yīng)于每一個觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像(步驟Sll)，并且通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)倪吘壴鰪?qiáng)濾波器(例如，具有5X5矩陣的拉普拉斯濾波器)而執(zhí)行邊緣增強(qiáng)處理(步驟S12)。
如上所述，在步驟S12獲得的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像中，以高對比度分辨出晶圓3上的觀察點(diǎn)處形成的電路圖案，并且因此，當(dāng)在圖像監(jiān)視器6上顯示該邊緣增強(qiáng)的繪制圖像并且在該邊緣增強(qiáng)的繪制圖像中出現(xiàn)的電路圖案的圖片被提供給由操作員執(zhí)行的缺陷探測工作時，在步驟S13能夠基于該邊緣增強(qiáng)的繪制圖像而可靠地探測缺陷，諸如電路圖案的極細(xì)微的缺陷。
每次如此地完成關(guān)于每一個觀察點(diǎn)的邊緣增強(qiáng)處理和缺陷探測處理時，個人計(jì)算機(jī)判定是否已經(jīng)為對應(yīng)于所有觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像完成了圖像分析處理(步驟S14)。當(dāng)仍然存在任何未經(jīng)處理的被
放大/投影的圖像時，個人計(jì)算機(jī)在步驟S14作出NO (否)判定并且返回步驟Sll以讀取對應(yīng)于下一觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像并且為該被放大/投影的圖像執(zhí)行圖像分析處理。
當(dāng)以上述方式完成對于對應(yīng)于所有觀察點(diǎn)的被放大/投影的圖像的處理時(在步驟S14處YES (是)判定)，個人計(jì)算機(jī)7創(chuàng)建缺陷圖，所述缺陷圖例如顯示指定在前述步驟S13被探測到缺陷的觀察點(diǎn)的晶圓上的位置的信息，和關(guān)于所探測到的缺陷的信息，并且在圖像監(jiān)視器6上顯示缺陷圖用于由操作員使用(步驟S15)，并且然后結(jié)束圖像分析處理。
以此方式，對被放大/投影的圖像的邊緣增強(qiáng)濾波器的這樣的應(yīng)用而產(chǎn)生的增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果可應(yīng)用于在晶圓上形成的電路圖案的檢驗(yàn)。
附帶說一句，在圖10中表示的在步驟S4獲得的被放大/投影的圖像可以立即進(jìn)行邊緣增強(qiáng)處理和缺陷探測處理。
此外，可以對于由操作員任意地提取的觀察點(diǎn)執(zhí)行利用在增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果的缺陷檢驗(yàn)。
圖11表示下述流程圖，該流程圖表示利用在圖9中表示的晶圓檢驗(yàn)設(shè)備的另一晶圓檢驗(yàn)操作。
在圖11中表示的晶圓檢驗(yàn)操作中，當(dāng)在步驟S21例如由操作員將
晶圓3上的任意點(diǎn)決定為觀察點(diǎn)時，個人計(jì)算機(jī)7將包括在顯微鏡裝置中的中間可變放大率透鏡4的放大率設(shè)為最小放大率(步驟S22)。
接著，個人計(jì)算機(jī)7經(jīng)由圖像處理單元8從CCD 5暫時地獲得被放大/投影的圖像(步驟S23)，并且將邊緣增強(qiáng)處理應(yīng)用于所獲得的臨時的繪制圖像(步驟S24)。此時，基于包括在由圖像處理單元8獲得的增強(qiáng)的繪制圖像中的適當(dāng)?shù)木€條輪廓(profile)，個人計(jì)算機(jī)7計(jì)算在圖2中解釋的對比度值作為表示對應(yīng)于前述臨時的繪制圖像的在獲得的增強(qiáng)的繪制圖像中的增強(qiáng)解析效果的程度的指標(biāo)，并且對應(yīng)于中間可變放大率透鏡4的設(shè)置的放大率而存儲該對比度值。
此后，個人計(jì)算機(jī)7判定中間可變放大率透鏡4的當(dāng)前放大率是否是可變范圍中的最大值(步驟S25)，并且如果判定結(jié)果為NO(否)，則將中間可變放大率透鏡4的放大率設(shè)為例如比當(dāng)前放大率大10%的值(步驟S26)，并且此后，返回步驟S23以重復(fù)臨時的繪制圖像的獲取。
通過比較增強(qiáng)的繪制圖像中如此獲得的對比度值，個人計(jì)算機(jī)7找到中間可變放大率透鏡4的最優(yōu)放大率(步驟S27)，其中所述對比度值對應(yīng)于當(dāng)中間可變放大率透鏡4的放大率增加時獲得的各臨時的繪制圖像。
基于該找到的結(jié)果，個人計(jì)算機(jī)7例如將給出最高對比度值的中間可變放大率透鏡4的放大率設(shè)為最佳放大率(步驟S28)，并且獲得通過使用該最佳放大率放大/投影在CCD5上的繪制圖像作為用于檢驗(yàn)的繪制圖像(步驟S29)，并且然后將邊緣增強(qiáng)處理新應(yīng)用于該圖像以將增強(qiáng)的繪制圖像保存為用于缺陷檢驗(yàn)的圖像(步驟S30)。每次關(guān)于由操作員指定的觀察點(diǎn)如此獲得用于缺陷探測的圖像 時，個人計(jì)算機(jī)7均詢問操作員是否結(jié)束檢驗(yàn)(步驟S31)，并且當(dāng)被
指示繼續(xù)檢驗(yàn)時，它在步驟S31為NO (否)判定時返回步驟S21以為 新的觀察點(diǎn)開始處理。
在另一方面，當(dāng)被指示結(jié)束檢驗(yàn)(在步驟S31 YES (是)判定) 時，結(jié)束用于獲得用于缺陷探測的圖像的處理，并且對用于缺陷探測 的被保存的圖像進(jìn)行缺陷檢驗(yàn)處理。
附帶說一句，如在圖2(b)中表示的，在邊緣增強(qiáng)的繪制圖像中， 根據(jù)要被感測的線條圖案的高對比度解析的效果，強(qiáng)化CCD 5中由于 量化誤差等產(chǎn)生的噪音分量。
通過將例如由3X3矩陣表示的平均濾波器應(yīng)用于增強(qiáng)的繪制圖 像，能夠減弱這種強(qiáng)化的噪音分量。
為了獲得降噪效果，有效的是，應(yīng)用具有比在邊緣增強(qiáng)處理中應(yīng) 用的邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣大小更小的矩陣大小的平均濾波器。
圖12 (b)表示當(dāng)前述平均濾波器被應(yīng)用于在圖2 (b)中表示的 邊緣增強(qiáng)的繪制圖像以抑制在增強(qiáng)的繪制圖像中出現(xiàn)的噪音分量時， 所獲得的繪制圖像的示例，并且圖12 (a)表示等價于圖4 (f)中的分 布的分布。
從圖12 (a)可見，即使在應(yīng)用平均濾波器之后，在增強(qiáng)的繪制圖 像中出現(xiàn)的線條-間隔圖案的對比度也沒有發(fā)生改變，并且如從圖12 (b)明顯地，具有80nm線條寬度的線條-間隔圖案得以清楚地解析。
另一方面，在圖12 (a)中可見，作為邊緣增強(qiáng)的結(jié)果的在線條-間隔圖案的兩側(cè)上出現(xiàn)的圖案被鈍化，并且在圖12 (b)中可見，在圖 2 (b)中顯著地出現(xiàn)的畫面上的噪音被大大地減弱。
在該實(shí)施例中，線條-間隔棒(spike)被用作示例，但是對于接觸
孔形狀的樣品也獲得相同的效果。此外，光電轉(zhuǎn)換元件的布置不限于 棋盤格狀布置，而是像素可以是蜂窩狀布置的或者可以進(jìn)行像素偏移。
工業(yè)適用性
利用根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置，能夠獲得邊緣增強(qiáng)的繪制圖像，
其中能夠解析超過根據(jù)顯微鏡裝置的物鏡的NA和照明光線的波長推 導(dǎo)出的光學(xué)分辨率的顯微圖案，并且能夠使用增強(qiáng)的繪制圖像用于觀察。
類似地，在根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置的解析方法中，能夠獲得邊
緣增強(qiáng)的繪制圖像，其中能夠解析超過根據(jù)顯微鏡裝置的物鏡的NA和 照明光線的波長推導(dǎo)出的光學(xué)分辨率的顯微圖案，并且能夠在具有前 述顯微圖案的物體的檢驗(yàn)和觀察中使用增強(qiáng)的繪制圖像。
如在上面已經(jīng)描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡裝置，無論被光 源的波長、物鏡的NA等限制的光學(xué)分辨率如何，都能夠獲得增強(qiáng)的繪 制圖像，其中諸如在晶圓上形成的顯微鏡電路圖案的觀察目標(biāo)能夠被
清楚地解析。
因此，在觀察顯微圖案的領(lǐng)域，諸如在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中的晶圓 缺陷檢驗(yàn)領(lǐng)域中，這是非常有效的。
權(quán)利要求
1.一種顯微鏡裝置，包括圖像傳感器，所述圖像傳感器具有多個像素；放大光學(xué)系統(tǒng)，所述放大光學(xué)系統(tǒng)在所述圖像傳感器的像素上形成觀察目標(biāo)的至少一部分的放大圖像；和圖像處理器，所述圖像處理器將具有差分功能的邊緣增強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由所述圖像傳感器獲得的繪制圖像，以獲得對應(yīng)于所述繪制圖像的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像，其中所述放大光學(xué)系統(tǒng)包括可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，所述可變放大率光學(xué)系統(tǒng)形成在觀察目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有下述寬度的圖像，其中所述寬度超過在所述圖像傳感器中包括的像素中的每一個的尺寸并且等于或者小于由所述邊緣增強(qiáng)濾波器處理的區(qū)域的寬度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的顯微鏡裝置，其中所述可變放大率光學(xué)系統(tǒng)在所述圖像傳感器上形成觀察目標(biāo)的觀 察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有對應(yīng)于兩個像素或者更多像 素的寬度的圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的顯微鏡裝置，其中所述圖像處理器將具有反映在繪制圖像中像素值的分布的效果并 且具有差分功能的邊緣增強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由所述圖像傳感器獲得的繪制圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的顯微鏡裝置，其中所述圖像處理器包括通過使用平均矩陣而將利用所述邊緣增強(qiáng)濾 波器增強(qiáng)的結(jié)果平均化的平均處理器，所述平均矩陣在大小方面小于 用于所述邊緣增強(qiáng)濾波器的矩陣。
5. —種顯微鏡圖像的解析方法，包括放大圖像形成過程，所述放大圖像形成過程利用放大光學(xué)系統(tǒng)在 所述圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換表面上形成觀察目標(biāo)的至少一部分的放大 圖像，其中多個光電轉(zhuǎn)換元件被放置在所述光電轉(zhuǎn)換表面上；和圖像處理過程，所述圖像處理過程將具有差分功能的邊緣增強(qiáng)濾 波器應(yīng)用于由所述圖像傳感器獲得的繪制圖像，以獲得對應(yīng)于所述繪 制圖像的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像，其中所述放大圖像形成過程包括可變放大率過程，所述可變放大率過 程形成觀察目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有下述寬 度的圖像，其中所述寬度超過對應(yīng)于在所述圖像傳感器中包括的所述 光電轉(zhuǎn)換元件的像素中的每一個的尺寸并且等于或者小于由所述邊緣 增強(qiáng)濾波器處理的區(qū)域的寬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的顯微鏡圖像的解析方法，其中 所述可變放大率過程在所述圖像傳感器上形成觀察目標(biāo)的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有對應(yīng)于兩個像素或者更多像素的 寬度的圖像。
全文摘要
提供一種顯微鏡裝置，該顯微鏡裝置能解析超過顯微鏡裝置的光學(xué)分辨率的顯微圖案，以及一種使用該顯微鏡裝置的顯微鏡圖像的解析檢驗(yàn)方法。一種顯微鏡裝置包括具有多個像素的圖像傳感器；放大光學(xué)系統(tǒng)，在圖像傳感器的像素上形成觀察目標(biāo)的至少一部分的放大圖像；和圖像處理器，將具有差分功能的邊緣增強(qiáng)濾波器應(yīng)用于由圖像傳感器獲得的繪制圖像，以獲得對應(yīng)于繪制圖像的邊緣增強(qiáng)的繪制圖像，其中該放大光學(xué)系統(tǒng)包括可變放大率光學(xué)系統(tǒng)，該可變放大率光學(xué)系統(tǒng)形成觀察目標(biāo)的表面上的觀察區(qū)域中包括的線條圖案的圖像作為具有下述寬度的圖像，該寬度超過形成該圖像傳感器的像素中的每一個的尺寸并且等于或小于由該邊緣增強(qiáng)濾波器處理的區(qū)域的寬度。
文檔編號G02B21/36GK101529305SQ20078003962
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者柴田浩匡 申請人:株式會社尼康