JP2000076457A - 自動欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電子ビームを試料上のパターンに
照射して生成した画像をもとにパターンの欠陥を検査す
る自動欠陥検査装置に関し、画像上で欠陥認識および欠
陥位置検出を自動的に行うと共にしかも効率よく行うこ
とを目的とする。 【解決手段】 電子ビームを試料上のパターンに走査す
る走査手段と、上記試料上のパターンを電子ビームで走
査したときに放出された２次電子、反射された反射電
子、試料に吸収された吸収電子、あるいは試料の穴を通
過した通過電子を検出して画像を生成する手段と、生成
された画像中の所定の方向の画素列ｆ（ｎ）を抽出する
手段と、抽出した画素列ｆ（ｎ）についてある画素ｎか
ら所定画素数Δｎ離れた画素までの値の総和と、ある画
素ｎから所定画素数−Δｎ離れた画素までの値の総和と
の差を求めて、欠陥画素部分の新たな画素列ｇ（ｎ）を
生成する手段とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを試料
上のパターンに照射して生成した画像をもとにパターン
の欠陥を検査する自動欠陥検査装置であって、半導体ウ
エハの加工工程中でウエハ表面に回路パターンを加工し
た後、パターン欠陥を検査あるいは露光の原盤となるマ
スクなどの欠陥を自動検査する自動欠陥検査装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの集積度は、向上の一途を
たどっており、ウエハ上の回路パターンおよびＬＳＩの
製造工程においてその原盤となるマスクでの欠陥検査に
は非常に厳しい精度が要求されている。集積度向上にと
もなってパターンが微細化し、光による欠陥検査が不可
能となったため、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による欠陥
検査が行われている。これらの検査は、主に画像上で人
による欠陥認識、パターンを測長して比較するなどの手
法を用いている。

【０００３】従来の走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査装
置は、電子銃により発生された１次電子ビームを細く絞
って試料であるウエハ上に照射すると共に偏向系により
当該細く絞った電子ビームを試料上で面走査し、このと
きに発生した２次電子を検出して２次電子像を表示装置
上に表示する。この２次電子像より人が欠陥と認識した
ところの座標を記憶するか、走査位置に対応した２次電
子強度信号分布を電気回路により走査波形データとして
得て、この波形データのピークあるいはエッジの位置情
報をもとに測長して人がそれらを比較することによって
欠陥を認識し、座標を記憶し欠陥検査を行うようにして
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、欠陥検査に膨大な時間がかかり、欠陥認識は
人が行うしか手法がなかったという問題があった。ま
た、マスクの場合は欠陥検査をマスク全面で行う必要が
あり、効率の良い欠陥の検出が必要となっていた。

【０００５】本発明は、これらの問題を解決するため、
画像上で欠陥認識および欠陥位置検出を自動的に行うと
共にしかも効率よく行うことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図１において、ＳＥＭ１
７は、走査電子顕微鏡であって、電子ビームを試料に照
射しつつ走査し、そのときに発生した２次電子、反射電
子、試料に吸収された吸収電子、あるいは試料の穴を通
過した通過電子を検出して画像を生成するものである。

【０００７】欠陥検出手段２１は、ＳＥＭ１７からの画
像をもとに試料上のパターンの欠陥を検出するものであ
る。次に、構成および動作を説明する。

【０００８】ＳＥＭ１７を構成する走査手段が電子ビー
ムを試料上のパターンに走査し、走査したときに放出さ
れた２次電子、反射された反射電子、試料に吸収された
吸収電子、あるいは試料の穴を通過した通過電子を検出
して画像を生成し、欠陥検出手段２１が生成された画像
中の所定の方向の画素列ｆ（ｎ）を抽出し、この抽出し
た画素列ｆ（ｎ）についてある画素ｎから所定画素数Δ
ｎ離れた画素までの値の総和と、ある画素ｎから所定画
素数−Δｎ離れた画素までの値の総和との差を求めて、
欠陥画素部分の新たな画素列ｇ（ｎ）を生成し、表示す
るようにしている。

【０００９】この際、画像中の所定の方向の画素列ｆ
（ｎ）として、異なる複数の所定方向の画素列ｆ（ｎ）
を生成して欠陥画素部分の新たな画素列ｇ（ｎ）をそれ
ぞれ生成して表示するようにしている。

【００１０】また、生成した画素列ｇ（ｎ）のうち所定
閾値以上のものを表示するようにしている。また、生成
された画像中から設計データをもとに試料上にパターン
が形成された部分の画像領域を抽出、あるいは当該画像
が検出されるようにＳＥＭ１７の走査手段が試料上を電
子ビームで走査するようにしている。

【００１１】また、試料のパターンの設計データをもと
に直線パターンの角度から所定の方向の画素列ｆ（ｎ）
を抽出するようにしている。従って、画像上で欠陥認識
および欠陥位置検出を自動的に行うことが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図１から図５を用いて本発
明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の１実施例構成図を示す。
図１において、ＳＥＭ１７は、走査電子顕微鏡であっ
て、後述する図４の構成を持つものであり、ここでは、
細く絞った１次電子ビームで試料上のパターンを面走査
し、放出された２次電子、反射された反射電子、あるい
は試料に吸収された吸収電子、あるいは試料のパターン
に穴があるときは当該穴を通過した通過電子を検出し、
画像を生成するものである（図４を用いて後述する）。

【００１４】画像入力装置１８は、ＳＥＭ１７によって
生成された画像を欠陥検査装置１９に入力するものであ
って、例えばＡＤ変換したデジタルの画像を生成して入
力するものである。

【００１５】欠陥検査装置１９は、ＳＥＭ１７などによ
って生成された画像（例えばウエハ上のパターン、マス
ク上のパターンの画像）をもとに、パターン付近の欠陥
を検査するものであって、前処理手段２０、欠陥検出手
段２１、データ記録手段２２などから構成されるもので
ある。

【００１６】前処理手段２０は、画像入力装置１８から
入力された画像について、各種前処理（ノイズの除去、
波形の成形、必要なときは２値化などの各種前処理）を
行うものである。

【００１７】欠陥検出手段２１は、画像中の各画素の明
るさを数値化（ｆ（ｎ））してデータ処理装置２４を介
して送られてくるパターンエッジの角度に合わせた方向
で、画素列ｇ（ｎ）に変換して欠陥を抽出（検出）する
ものである。画素列ｇ（ｎ）への変換は、図２、図３を
用いて後述する。

【００１８】データ記録手段２２は、欠陥検出手段２１
によって算出された欠陥の座標および明るさ（強度）を
記憶するものである。記憶装置２３は、試料の直線パタ
ーン（曲線パターン以外）の部分の欠陥の座標および明
るさ（強度）などを記憶するものである。

【００１９】データ処理装置２４は、各種データの処理
を行うものであって、設計データ出力装置２５から送ら
れてきたデータよりパターン座標を抽出し、ＳＥＭ制御
装置２７に送ったり、パターンが形成されているところ
のみ電子ビームを走査するようにＳＥＭ１７を制御した
り、その座標を欠陥検出手段２１に通知したりすること
により欠陥位置を定めたりなどするものである。また、
データ処理装置２４は、設計データ出力装置２５から送
られてくるデータよりパターンエッジの角度のみを抽出
し、欠陥検出手段２１に送り、画素方向を決めるもので
ある。また、データ処理装置２４は、記憶装置２３に記
憶したデータについて、利用者から指定されたデータ
（欠陥の大きさなど）を抽出あるいは計算してその結果
を表示装置２６に表示したりなどの各種処理を行うよう
にしている。

【００２０】表示装置２６は、試料の直線パターン（曲
線パターン以外）の部分の欠陥などを表示するものであ
る。設計データ出力装置２５は、半導体ウエハに形成さ
れたパターン情報、あるいはマスク上に形成されたパタ
ーン情報などをデータ処理装置２４に出力するものであ
る。

【００２１】次に、図１の構成および動作を説明する。 （１） ＳＥＭ１７によって半導体ウエハ上のパター
ン、あるいはマスク上のパターンに細く絞った１次電子
ビームを照射して面走査し、そのときに発生した２次電
子を収集して生成した２次電子像、あるいは試料を透過
した電子を補集して生成した透過電子像、あるいは試料
の穴を通過した電子を補集して生成した通過電子像をフ
レーム毎に欠陥検査装置１９が取り込む。ここでは、パ
ターンの形成されている部分のみが選択的に画像化され
て画像として取り込まれている。

【００２２】（２） （１）で取り込まれた画像からノ
イズの低減などの前処理を施す。 （３） 画像中から指定された角度の方向の画素列ｆ
（ｎ）を抽出する（図２の（ｃ）参照）。尚、設計パタ
ーンから指定された角度が複数あれば、それらの角度の
方向の画素列ｆ（ｎ）をそれぞれ抽出する。

【００２３】（４） （３）で抽出した角度の方向の画
素列ｆ（ｎ）について、後述する図２の（ａ）から
（ｂ）に示すように、欠陥部分の検出処理を行い、変換
後の画素列ｇ（ｎ）を生成し（図２の（ａ）、（ｂ）を
用いて後述する）、生成した画素列ｇ（ｎ）の値が所定
の閾値以上のものを抽出する。これにより、パターンの
方向以外のもの、即ち欠陥や曲線のパターンの座標のみ
が自動検出されることとなる。

【００２４】（５） （４）で自動検出した結果（ｇ
（ｎ））を表示装置２６上に表示すると共に記憶装置２
３に記憶する。また、自動検出した欠陥データをデータ
処理装置２４を介してＳＥＭ制御装置２７に通知し、Ｓ
ＥＭ１７の走査手段による試料上のパターンの走査範囲
をその欠陥データの範囲に狭くして拡大した欠陥部分の
画像を表示装置２６に表示させ、詳細な欠陥の観察およ
び確認を行う。

【００２５】（６） また、試料上の全てのパターンに
ついて低倍率の画像をもとに、（１）から（４）の処理
を行って欠陥部分を検出して記憶装置２３に一旦記憶し
た後、記憶した欠陥部分についてその大きさ別に選別
し、ＳＥＭ１７を制御して選別した欠陥の大きさ毎に、
その欠陥部分を順次拡大した画像を表示して確認する。

【００２６】次に、図２を用いて画像中から所定の角度
の方向の画素列ｆ（ｎ）を抽出し欠陥検出するための画
像処理をするときの手順を詳細に説明する。図２は、本
発明の説明図（その１）を示す。

【００２７】図２の（ａ）は、画素列ｆ（ｎ）を示す。
この画素列ｆ（ｎ）は、試料から生成した画像の水平方
向の１ラインの画素列、あるいは後述する図２の（ｃ）
に示すように画像中の指定された方向に画素を順次取り
出した画素列である。

【００２８】図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の画素列ｆ
（ｎ）から生成した欠陥部分を検出した画素列ｇ（ｎ）
を示す。この画素列ｇ（ｎ）は、図示の下記の式１によ
って算出したものである。

【００２９】 ここで、ｆ（ｎ）は図２の（ａ）の画素列を表し、Ｎ
（画像によって実験により最適な値を設定）は総和を求
める数を表し、ｇ（ｎ）は欠陥部分を検出処理した後の
画素の明るさ（強度）を表す。

【００３０】図２の（ｃ）は、画像中から任意の方向に
画素列を取り出す様子を示す。ここでは、黒塗りした角
度αの方向に画素列を取り出し、図２の（ａ）の画素列
ｆ（ｎ）とする。この画素列ｆ（ｎ）の角度αは、例え
ば試料のパターンの直線に平行な方向とし、当該平行な
方向からずれた画素部分を欠陥として、図２の（ｂ）の
ｇ（ｎ）を求めることにより欠陥検出処理して表示する
ことが可能となる（例えば図３の（ａ）の中央の上方向
に白の凸の部分が欠陥であり、この欠陥の部分は水平方
向に画素列ｆ（ｎ）を順次取り出し、式１によって欠陥
検出処理して画素列ｇ（ｎ）を求めて表示することで、
図３の（ｂ）の白の画素のように表示することが可能と
なる。

【００３１】図３は、本発明の説明図（その２）を示
す。図３の（ａ）は、画像例を示す。ここでは、水平パ
ターンの中央の部分に横３画素、縦２画素の欠陥がある
場合を示す。この画像は説明を簡単にするために２値化
像である（白＝１、黒＝０）。この画像を水平方向に画
素列ｆ（ｎ）を順次抽出し、Ｎ＝３として式１に代入し
て画素列ｇ（ｎ）を求めて表示すると図３の（ｂ）とな
る。ただし、この場合、ｇ（ｎ）の絶対値で表示した
（白＝１あるいは−１、黒＝０ということである）。

【００３２】図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の水平方向
の画素列ｆ（ｎ）から画素列ｇ（ｎ）を求めて表示した
様子を示す。この図３の（ｂ）の画素列ｇ（ｎ）を見て
判明するように、式１の欠陥検出処理を行うことによ
り、欠陥のみが拡大（強調）されて表示され、微細な欠
陥を簡易に見つけることができる。従って、パターンエ
ッジ方向に画素列ｆ（ｎ）を画像中から抽出して式１に
より画素列ｇ（ｎ）を求めて表示することにより、欠陥
部分のみを拡大（強調）表示することが可能となる。

【００３３】以上のように、パターンエッジにあった角
度（平行の角度α）の方向に画素列ｆ（ｎ）を抽出する
ことで、これと異なる方向の欠陥を拡大して表示でき、
数画素の欠陥でも容易に見つけることが可能となる。

【００３４】また、画素列ｇ（ｎ）の絶対値｜ｇ（ｎ）
｜をある一定以上の大きさのものだけ表示することで、
データの揺らぎによる誤差を無くし、正確かつ確実に欠
陥部分のみを拡大表示することが可能となる。

【００３５】図４は、本発明のＳＥＭ構成図を示す。図
４において、試料１は、細く絞った１次電子ビーム５を
照射して放出される２次電子および反射電子を検出して
像を表示したり、当該試料１であるウエハのパターンや
マスクのパターンなどの欠陥を検出する対象の試料であ
る。

【００３６】対物レンズ２は、１次電子ビームを細く絞
って試料１上に照射するものである。コンデンサレンズ
３は、電子銃４から放出された１次電子ビーム５を集束
するものである。

【００３７】電子銃４は、１次電子ビーム５を発生する
ものである。１次電子ビーム５は、電子銃４によって発
生され、放出された１次電子ビームである。

【００３８】絞り６は、電子銃４から放出された１次電
子ビームをコンデンサレンズ３で集束したときに所定の
開き角を与えるためのものである。ビーム偏向器７、８
は、１次電子ビーム５を２段偏向して試料１上で走査す
るための偏向器（偏向コイルあるいは偏向電極）であ
る。

【００３９】２次電子検出器９は、１次電子ビームで試
料１を照射したときに当該試料１から放出された２次電
子１３を検出したり、更に試料１から反射された反射電
子を検出したりするものである。尚、図示の２次電子検
出器９では、試料１で反射した反射電子から見たときの
開き角度が小さく、反射電子に対する感度が低いので、
高感度にするには図示しないが、対物レンズ２の試料１
に面した部分に半導体の円盤状で中心に１次電子を通過
させる穴を空けた反射電子検出器を配置してこれによっ
て試料１から反射した反射電子を高感度に検出するよう
にしてもよい。また、反射電子以外に吸収電子の像を生
成するには、試料１に吸収された１次電子ビームの信号
を取り出し、この信号により反射電子像に代えて吸収電
子像を表示するようにしてもよい。

【００４０】検出用電極１０は、試料１から放出されて
光軸上を対物レンズ２の磁場によりラセン状に回転しな
がら上方向に加速された２次電子が２次電子検出器９の
中心を通過して更に上方に行ってしまうのを避けて集光
効率良好に当該２次電子検出器９に到達するように電界
を印加するためのものである。

【００４１】増幅器１４は、２次電子検出器９によって
検出された信号を増幅するものである。ステージ１５
は、試料１を固定してＸ方向、Ｙ方向および必要に応じ
てＺ方向に移動させるものである。

【００４２】バイアス電圧１６は、試料１に印加するバ
イアス電圧であって、試料１から放出された２次電子が
２次電子検出器９によって効率良好に補集されるように
電界を印加するものである。

【００４３】次に、ＳＥＭの構成および動作を説明す
る。 （１） 電子銃４により発生された１次電子ビーム５を
コンデンサーレンズ３によって集束し、更に対物レンズ
２によって集束して試料１上を細い１次電子ビームで照
射し、この状態でビーム偏向器７、８によって２段偏向
して１次電子ビームを試料１上でＸ方向およびＹ方向に
面走査を行う。

【００４４】（２） （１）の状態で試料１から上方向
に放出された２次電子は対物レンズ２の上に設けた２次
電子検出器９によって効率的に補集されて信号を出力す
ると共に、反射電子も当該２次電子検出器９によって検
出して信号を出力あるいは図示外の対物レンズ２の下面
に光軸の部分に穴を空けた薄いドーナツ状の反射電子検
出器によって反射電子を検出して信号を出力する。

【００４５】（３） （２）で出力された信号を増幅し
て表示装置上に画像を表示すると共にこの画像を既述し
た図１の欠陥検査装置１９が取り込み、既述した欠陥検
出処理を行う。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子ビームを試料１に照射して面走査し生成した画像中
の所定の方向の画素列ｆ（ｎ）を抽出し、この画素列ｆ
（ｎ）についてある画素ｎから所定画素数Δｎ離れた画
素までの値の総和と、ある画素ｎから所定画素数−Δｎ
離れた画素までの値の総和との差を求めて、欠陥検出し
た新たな画素列ｇ（ｎ）を生成して表示する構成を採用
しているため、画像上で欠陥認識および欠陥位置検出を
自動的に行うことが可能となる。これにより、半導体ウ
エハ上に形成されたパターン、あるいはそれらの原盤で
あるマスク上のパターンなどについて欠陥を高速に自動
検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例構成図である。

【図２】本発明の説明図（その１）である。

【図３】本発明の説明図（その２）である。

【図４】本発明のＳＥＭ構成図である。

【符号の説明】

１：試料 １５：ステージ ７、８：ビーム偏向器 １６：バイアス電圧 １７：ＳＥＭ（走査電子顕微鏡） １９：欠陥検査装置 ２１：欠陥検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA07 BA11 BA14 CA03 FA01 FA06 GA01 GA06 GA09 GA10 GA13 HA01 HA07 HA13 JA02 JA03 JA05 JA13 KA03 LA11 MA05 SA02 4M106 AA01 AA09 BA02 CA39 DB05 DB21 DJ14 DJ15 5B057 AA03 BA01 CA08 CA12 CA16 CB06 CB08 CB12 CB16 CC01 DA03 DB02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを試料上のパターンに照射して
   生成した画像をもとにパターンの欠陥を検査する欠陥検
   査装置において、 電子ビームを試料上のパターンに走査する走査手段と、 上記試料上のパターンを電子ビームで走査したときに放
   出された２次電子、反射された反射電子、試料に吸収さ
   れた吸収電子、あるいは試料の穴を通過した通過電子を
   検出して画像を生成する手段と、 上記生成された画像中の所定の方向の画素列ｆ（ｎ）
   （画素ｎでの強度をｆ（ｎ）とする）を抽出する手段
   と、 上記抽出した画素列ｆ（ｎ）についてある画素ｎから所
   定画素数Δｎ離れた画素までの値（強度）の総和と、あ
   る画素ｎから所定画素数−Δｎ離れた画素までの値（強
   度）の総和との差を求めて、欠陥画素部分の新たな画素
   列ｇ（ｎ）（画素（ｎ）での強度をｇ（ｎ）とする）を
   生成する手段とを備えたことを特徴とする自動欠陥検査
   装置。
2. 【請求項２】上記画像中の所定の方向の画素列ｆ（ｎ）
   として、異なる複数の所定方向の画素列ｆ（ｎ）を生成
   して欠陥画素部分の新たな画素列ｇ（ｎ）をそれぞれ生
   成することを特徴とする請求項１記載の自動欠陥検査装
   置。
3. 【請求項３】上記生成した画素列ｇ（ｎ）のうち所定閾
   値以上のものを表示することを特徴とする請求項１ある
   いは請求項２記載の自動欠陥検査装置。
4. 【請求項４】上記生成された画像中から設計データをも
   とに試料上にパターンが形成された部分の画像領域を抽
   出、あるいは当該画像が上記検出されるように上記走査
   手段が試料上を電子ビームで走査することを特徴とする
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動欠陥検査
   装置。
5. 【請求項５】上記試料のパターンの設計データをもとに
   直線パターンの角度から上記所定の方向の画素列ｆ
   （ｎ）を抽出することを特徴する請求項１から請求項４
   のいずれかに記載の自動欠陥検査装置。