JP2001185591A

JP2001185591A - 欠陥の詳細検査方法および装置

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Publication number: JP2001185591A
Application number: JP36913299A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shimoda; 篤下田; Yuji Takagi; 裕治高木; Chie Shishido; 千絵宍戸; Kenji Obara; 健二小原; Akira Nakagaki; 亮中垣; Shizushi Isogai; 静志磯貝; Yasuhiko Ozawa; 康彦小沢; Hideharu Baba; 英花馬場; Kenji Watanabe; 健二渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】被検査対象物の欠陥位置が予め計測された後に
欠陥の詳細検査を行う方法において、撮像条件の不具合
による微小欠陥を見逃しを低減する。【解決手段】被検査対象物の欠陥位置が予め計測された
後に欠陥の詳細検査を行う方法において、第１の条件で
撮像した画像内で欠陥が特定できない場合、前記第１の
条件とは異なる条件で撮像した画像を用いて欠陥の特定
を行い、前記特定された欠陥の詳細検査を実施するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は製品の製造過程で発
生した欠陥について、その存在を確認した後に、欠陥の
詳細な情報を取得するための技術であり、特に、半導体
にウェーハ上の微小な欠陥を走査型電子顕微鏡等のよう
に高倍率で詳細検査する場合に好適である。

【０００２】

【従来の技術】以下、半導体ウェーハ上の欠陥の詳細検
査を例に、従来技術を説明する。近年、半導体装置は製
造プロセスが複雑化し、膨大な製造ステップを経て製造
されている。この結果、製造途中でプロセスの異常をい
ち早く検知できる、欠陥・異物検査装置の役割が重要と
なっている。欠陥・異物検査装置では欠陥の数と場所は
出力されるが、欠陥の外見や材質等の詳細情報は出力さ
れない。このため、検査装置で検出された個々の欠陥を
詳細に観察・分析して、欠陥発生原因を解明するレビュ
ー作業（欠陥の詳細検査）が重要となっている。一方、
半導体装置の致命欠陥は光学顕微鏡による判別が困難な
ほど微小となり、走査型電子顕微鏡による観察が主流と
なっている。しかし、走査型電子顕微鏡の高倍率観察で
は視野が狭いため、欠陥を精度良く位置決めすることが
困難な状況にある。今後、半導体パターンの微細化が進
展すると、観察視野は著しく制限され、欠陥を視野内に
正確に位置決めすることが益々困難となることが予想さ
れる。また、視野内に欠陥を位置決めできた場合であっ
ても、微小欠陥を初めからコントラスト良く撮像するこ
とは困難である。たとえば、観察倍率の問題がある。欠
陥・異物検査装置は高速検査を行うため、一般に大きな
画素を用いて欠陥を検出する。このため、検査装置から
出力される欠陥寸法は必ずしも正確とはいえない。欠陥
が微小となるにつれて、寸法精度の誤差は大きくなる傾
向にある。このため、検査装置から出力される欠陥寸法
を基に観察倍率を調整しても、適切な倍率が選択される
保証がない。また、焦点合わせの問題もある。すなわ
ち、微小欠陥をコントラスト良く撮像できるように焦点
合わせを制御することは極めて困難である。このため、
欠陥の詳細検査は人手による試行錯誤が必要な状況にあ
り、欠陥の詳細検査を自動化する上での隘路となってい
る。

【０００３】上記課題に対する従来技術として、特開平
９−１３９４０６号公報に、欠陥・異物の高分解能観察
を自動化する技術が開示されている。前記従来技術で
は、まず欠陥・異物検査装置の欠陥位置情報を基に、電
子顕微鏡の視野を欠陥位置に設定し、観察倍率を検査装
置と電子顕微鏡の座標誤差を許容しうる最大値に設定し
て欠陥部位の画像を撮像する。次に前記画像を処理する
ことにより画像内の欠陥位置を特定し、前記特定した欠
陥位置について更に詳細な観察を行う方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術により欠
陥・異物の高分解能観察を自動化する場合、画像の撮像
条件により自動化の信頼性が大きく異なってくる問題が
ある。たとえば、撮像倍率について述べれば、欠陥を画
像内に位置決めするためには観察倍率を検査装置と電子
顕微鏡の座標誤差を許容しうる程度に低く設定する必要
がある。しかし、前記の様に低い観察倍率では画像内で
微小欠陥のコントラストが低下して欠陥の特定が困難と
なる状況が発生する。一方、微小欠陥のコントラストを
確保しようとして観察倍率を高くすると、視野が狭くな
り、欠陥が視野内に入ってこない問題が発生する。更
に、微小欠陥の画像コントラストは低いため、わずかな
焦点ずれであっても、欠陥が見つからない頻度が多くな
る可能性がある。特に、電子顕微鏡の画像を用いて欠陥
の詳細検査を行う場合、画像のノイズ成分が大きなた
め、コントラストの低下が著しく、上記の様な傾向は顕
著となる。この様に、欠陥の特定に失敗する要因を抱え
た状態で自動化を行うと、欠陥が発見できなかった場
合、検査装置の虚報なのか、真に欠陥が無いのか判定が
難しくなり、実用上の障害となる。

【０００５】本発明の目的は、撮像条件の不具合により
微小欠陥を見逃す機会を低減する手段を提供することに
より、人手による試行錯誤的な欠陥の詳細検査を自動化
し、ひいては欠陥発生原因の究明を迅速化することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、被検査対象物を検査して求めた欠陥の
位置情報を用いてこの欠陥の詳細検査を行う方法におい
て、被検査対象物の欠陥を含む部分を第１の条件で撮像
し、この第１の条件で撮像して得た第１の画像を用いて
欠陥を特定し、第１の画像で欠陥が特定できない場合
に、第１の条件とは異なる第２の条件で欠陥を含む部分
を撮像し、この第２の条件で撮像して得た画像を用いて
欠陥を特定することにより欠陥の詳細な情報抽出を行う
ようにした。

【０００７】また、本発明では、被検査対象物を検査して
求めた欠陥の位置情報を用いて欠陥の詳細検査を行う方
法において、被検査対象物の欠陥を含む部分を第１の条
件で撮像てこの第１の条件で撮像して得た第１の画像を
用いて欠陥を特定する工程と、第１の画像で欠陥が特定
できない場合に、第１の条件とは異なる第２の条件で欠
陥を含む部分を撮像してこの第２の条件で撮像して得た
画像を用いて欠陥を特定する工程とを有し、第１の画像
を用いて欠陥を特定する工程と第２の条件で撮像して得
た画像を用いて欠陥を特定する工程とにおいて、第１の
画像又は第２の画像を欠陥部分と同一背景を有する参照
画像と比較することにより欠陥の詳細な情報抽出を行う
ようにした。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
では、欠陥の詳細検査装置を、被検査対象物を検査して
欠陥を検出しこの検出した欠陥の位置情報を出力する第
１の検査手段と、第１の検査手段から出力された欠陥の
位置情報に基づいて欠陥を含む領域を撮像する撮像手段
と、この撮像手段で撮像して得た画像を用いて欠陥の詳
細情報を抽出する詳細情報抽出手段と、撮像手段の撮像
条件を設定する撮像条件設定手段とを備え、詳細情報抽
出手段が撮像手段で撮像して得た画像から欠陥の詳細情
報を抽出できないときには、撮像条件設定手段で撮像手
段の撮像条件を変更して欠陥を含む領域を再度撮像し、
この再度撮像して得た画像を用いて詳細情報抽出手段で
欠陥の詳細情報を抽出するように構成した。

【０００９】さらに、本発明では、欠陥の詳細検査装置
を、被検査対象物を検査して欠陥を検出しこの検出した
欠陥の位置情報を出力する第１の検査手段と、この第１
の検査手段から出力された欠陥の位置情報を記憶する記
憶手段と、記憶手段に記憶された欠陥の位置情報に基づ
いて欠陥を詳細に観察する詳細観察手段と、第１の検査
手段と記憶手段と詳細観察手段とを接続するネットワー
ク手段とを備えて構成し、そして詳細観察手段に、欠陥
含む領域を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像し
て得た画像を用いて欠陥の詳細情報を抽出する詳細情報
抽出手段と、撮像手段の撮像条件を設定する撮像条件設
定手段とを備えて、この撮像条件設定手段が詳細情報抽
出手段で欠陥の詳細情報を抽出した結果に基づいて撮像
手段の撮像条件の設定を変更する機能を備えるようにし
た。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、半導体ウェーハ上の欠陥の
詳細検査を例に、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。説明は半導体装置を例に進めるが、本発明の効果が
顕著であることが期待されるためであり、本発明は他の
分野に対しても有効に機能する。

【００１１】まず、図１から図３を用いて、本発明によ
り顕著な効果が見込まれる半導体装置の検査システムに
ついて説明する。

【００１２】図１は、半導体検査システムの構成図であ
る。図１においては、欠陥検査装置１１と欠陥観察装置
２２と上位ホストコンピュータ３がネットワーク４で接
続されている。図２は、欠陥検査装置１１の構成図であ
る。また、図３は、欠陥観察装置２２の構成図である。

【００１３】図２を基に、欠陥検査装置１の代表例であ
る、光学式パターン検査装置について説明する。光学式
パターン検査装置は光学像を電気信号として処理するこ
とにより、ウェーハ上の欠陥を検出し、座標データとし
て出力する装置である。まず、ウェーハ５がXYステージ
６に搭載される。光源７からの照明光８が対物レンズ９
を経て照明され、ウェーハからの反射光がリニアセンサ
１０上に拡大光学像として結像される。Xステージ１１
の連続動作と同期してリニアスケール１２で電気信号を
読み出すことによりウェーハ上の２次元画像が取得され
る。Xステージに搭載されたリニアスケールと前記電気
信号の読み出しを同期させることで、正確な画像取得が
可能となる。ここで、ウェーハ上には本来同一形状とな
るべき回路パターン（チップ）が多数個形成されている
ことに注目されたい。すなわち、画像処理部１３におい
て隣接するチップの同一位置の画像を比較することによ
り欠陥部分を信号として検出できる。欠陥部分はウェー
ハ上の座標としてデジタルデータに記録され、ネットワ
ーク４を経由して上位ホストコンピュータ３に伝送され
る。ここで、光学式パターン検査装置では欠陥の座標情
報は取得できるが、欠陥の外見や材質に関する情報が取
得できないことに注意を要する。光学式パターン検査装
置は、高速検査を実現するため、検出可能な最小欠陥サ
イズより大きな画素サイズで画像を検出して、サブピク
セルの処理を行うことにより、画素サイズより小さな欠
陥までも検出する。このため、検査装置で取得される画
像においては、異常の有無は判定できても、その異常が
何であるかの情報は取得できないのである。

【００１４】欠陥検査装置１で検出された欠陥の座標情
報は、はネットワーク４を経由して、上位ホストコンピ
ュータ３に転送される。上位ホストコンピュータ３は、
欠陥座標情報をウェーハ識別記号と対応付け、データベ
ースに格納する。

【００１５】次に欠陥の詳細検査を行うウェーハに多数
の欠陥が検出された場合、直前のプロセスで何か異常が
発生し、以降に処理されるウェーハの歩留まりが低下す
る恐れがある。このため、欠陥が発生した要因を突き止
めて、早期に改善を行う必要がある。このためには、検
出された欠陥の外見や材質を調べることが必須である。
すなわち、欠陥の材質が判明すれば対策の糸口になる。

【００１６】たとえば、酸化物であれば、酸化膜を成膜
した際の装置内壁に付着した残留物が降り積もった可能
性があり、成膜装置の内壁を清掃する対策が可能とな
る。また、炭素化合物であればレジストが高温で炭素化
した可能性があり、レジスト除去装置で完全にレジスト
が除去しきれなかった可能性がある。さらに、材質まで
判明しなくても欠陥の外見から材質や発生の履歴が推定
できる場合もある。すなわち、平べったい破片であれば
膜がはがれたものであり、隆起物の場合、結晶の異常成
長が推測される、等である。すなわち、欠陥の外見や材
質を調べることは欠陥検査の結果を対策に結び付ける上
で非常に重要な役割をになっている。

【００１７】この様な欠陥の材質分析や、高解像度での
欠陥観察は、欠陥観察装置２で行う。図３は、最も代表
的な欠陥観察装置２である、走査型電子顕微鏡（以下、
SEM：Scanning Electric Microscopeと略す）の構成図
である。まず、欠陥検査装置１で欠陥位置が計測された
ウェーハ５を、真空室１４内のXYステージ１５に搭載す
る。搭載されたウェーハは予め決められたアライメント
パターンを用いて位置決めされる。

【００１８】一方、SEMのホストコンピュータ１６は、
搭載されたウェーハの識別記号を上位ホストコンピュー
タ３に照会し、格納されている欠陥座標情報をネットワ
ーク４経由で入手する。そして前記欠陥座標に基づき欠
陥位置へ移動する。欠陥位置へ移動した状態で電子光学
系１７を制御して欠陥部分を電子線で走査する。この結
果、試料表面から出力される２次電子１９を検出器２０
で収集してアナログ信号２１として映像化２２する。

【００１９】アナログ信号は画像処理部２３でデジタル
信号にサンプリングされ、デジタル画像化２４される。
前記デジタル画像は、ホストコンピュータ１６を経てネ
ットワーク４経由で上位ホストコンピュータ３のデータ
ベースに格納される。格納された欠陥画像はウェーハ識
別記号や欠陥座標とリンクがはられ、リンクを経由して
呼び出されて上位ホストコンピュータの端末やネットワ
ーク接続されたコンピュータの端末に表示される。また
画像を印刷してレポート化することもある。この様に欠
陥画像をデジタル画像化することにより、多くの人間が
簡便に閲覧可能となり、欠陥発生防止の対策立案に顕著
な効果が発揮される。

【００２０】ところが、SEMによる欠陥画像収集は人手
作業であり、自動化が困難であった。すなわち、SEMの
数マイクロメートルの視野内に正確に欠陥を位置決めす
ることが課題となっていた。

【００２１】この課題に対する従来技術として、特開平
９−１３９４０６号公報に、欠陥・異物の高分解能観察
を自動化する技術が開示されている。

【００２２】図４に概要を示す。すなわち、まず欠陥・
異物検査装置の欠陥位置情報を基に、電子顕微鏡の視野
を欠陥位置に設定し、観察倍率を検査装置と電子顕微鏡
の座標誤差を許容しうる最大値に設定して欠陥部位の画
像を撮像する。たとえば、図４の欠陥画像２５と参照画
像２６である。参照画像とは、欠陥と同一背景を有する
部分の画像であり、半導体ウェーハの場合、欠陥がある
チップの隣接チップの同一場所の画像が該当する。

【００２３】次に前記画像を処理することにより画像内
の欠陥位置を特定する。たとえば、前記欠陥画像と参照
画像の差分演算を実行し、差分が予め定めたしきい値よ
り大きな領域を１(２７)、小さな領域を０として、１の
領域を欠陥とする処理である。前記特定した欠陥位置に
ついて更に詳細な観察を行う。たとえば、欠陥部分を拡
大して画像２８として格納する。

【００２４】しかし、この従来技術により欠陥・異物の
高分解能観察を自動化する場合、画像の撮像条件により
自動化の信頼性が大きく異なってくる問題がある。たと
えば、撮像倍率について述べれば、欠陥を画像内に位置
決めするためには撮像倍率を検査装置と電子顕微鏡の座
標誤差を許容しうる程度に低く設定する必要がある。

【００２５】図５（ａ）を例に説明する。同図は欠陥部
分を視野中心２９に位置決めして欠陥部分の画像を撮像
した場合、欠陥が視野中心からどの程度ずれるかをプロ
ットした図である。第１の視野３０とした場合、すべて
の欠陥を視野内に収めることができないため、欠陥の見
逃しが発生する。このため、多くの欠陥のばらつきをプ
ロットし、それらを包含する第２の視野３１に設定すれ
ば欠陥が必ず視野に入ることになる。しかし、ここで欠
陥のコントラストに着目する必要がある。

【００２６】図５（ｂ）はある欠陥を第１の視野で撮像
した場合を示す。欠陥が画像の広い領域を占有するた
め、欠陥部分の階調３２が連続的に変化しており、画像
を２値化することにより、１となる面積が広い欠陥３３
を１となる面積が狭いノイズ３４と識別可能である。図
５（ｃ）は同一サイズの欠陥を第２の視野で撮像した場
合を示す。欠陥が狭い領域、すなわち少ない画素数とな
るため、欠陥とノイズの識別が困難となり、せっかく視
野内に欠陥が含まれていたとしても見逃す確率が高くな
る。

【００２７】更に別の問題として、微小欠陥の画像コン
トラストは低いため、わずかな焦点ずれであっても、欠
陥が見つからない頻度が多くなる可能性がある。特に、
電子顕微鏡の画像を用いて欠陥の詳細検査を行う場合、
画像のノイズ成分が大きなため、コントラストの低下が
著しく、上記の様な傾向は顕著となる。この様に、欠陥
の特定に失敗する要因を抱えた状態で自動化を行うと、
欠陥が発見できなかった場合、検査装置の虚報なのか、
真に欠陥が無いのか判定が難しくなり、実用上の障害と
なる。

【００２８】本発明は、撮像条件の不具合により微小欠
陥を見逃す機会を低減する手段を提供することにより、
人手による試行錯誤的な欠陥の詳細検査を自動化し、ひ
いては欠陥発生原因の究明を迅速化することを目的とし
てなされたものである。

【００２９】図３を用いて本発明の概念を説明する。画
像処理部２３でデジタル画像化された欠陥画像を画像処
理することにより欠陥の有無を判定する。もし欠陥画像
から欠陥が抽出できなかった場合、後述する撮像位置、
撮像倍率、像コントラスト等の撮像条件を変更すること
により、欠陥の見逃しを防止する。すなわち、画像処理
による欠陥有無の結果がSEMのホストコンピュータ１６
に伝えられ、SEMのホストコンピュータは予め定められ
たシーケンスに従い、ステージ１５や電子光学系１７を
制御３５することにより、撮像条件を変更し、再度欠陥
画像を撮像する。こうして得られた欠陥画像を処理する
ことにより、欠陥の見逃し確率を低減することができ
る。

【００３０】ここで、画像処理結果を基に撮像条件が制
御されていることに注意を要する。すなわち、初めから
複数の撮像条件として画像を撮像するのではなく、欠陥
抽出に失敗した場合のみ条件を制御する。この結果、撮
像時間の増加を最低限に押さえながら、高い欠陥検出率
を実現できる。撮像条件を変更する回数の上限を設定す
れば、ユーザの好みに応じて、撮像時間短縮に重きを置
くか、欠陥検出率に重きを置くかを調節できる。

【００３１】図６は本発明による欠陥の詳細検査方法の
流れを説明するフローチャートである。以下順を追って
説明する。まず、「ウェーハロード」３６において、欠
陥観察装置２のステージ上にウェーハを搭載する。次
に、「欠陥データ取得」３７においてネットワーク経由
で上位ホストコンピュータから欠陥データを取得する。

【００３２】次に「アライメント」３８において予め決
められたアライメントパターンを用いてウェーハ位置と
ステージ位置の関係式を求める。この結果、ステージに
移動指示を出すことにより、ウェーハの任意の場所を観
察視野に位置決めできる。次に「欠陥ｉへ移動」３９に
おいて欠陥データに記録されている欠陥座標を基に欠陥
ｉへ移動する。欠陥ｉは欠陥検査装置１において検出さ
れた全欠陥から予め決めたルールに従ってサンプリング
した欠陥である。次に「第ｎの条件で画像撮像」４０に
おいて欠陥部分の画像を撮像する。ここでは予め決めら
れている第１の条件で欠陥の画像を撮像する。次に「欠
陥位置の特定」４１において、画像処理により欠陥画像
に欠陥が含まれているか否かを判定する。

【００３３】欠陥が含まれていた場合、「欠陥の詳細情
報収集」４２において、画像内の欠陥位置を拠り所とし
てウェーハ上の欠陥の詳細な位置を把握し、欠陥部分の
詳細情報を取得する。詳細情報とは、欠陥の拡大観察画
像であったり、Ｘ線分析結果である。

【００３４】一方、欠陥が含まれていない場合、「欠陥
ｉ終了判定」４３において欠陥ｉの検出を再度試みるか
中止するかの判定を行う。欠陥ｉの検出を再度試みると
判定された場合、「撮像条件変更」４４において撮像に
係わる部位を制御して、撮像位置、撮像倍率、像コント
ラスト等の条件を変更する。すなわち、前記SEMにおけ
るステージ１５の制御や電子光学系１７の制御を意味す
る。このとき、繰り返し回数をカウンタｎにより把握す
る。すなわち何度も繰り返し撮像条件を変更したにも係
わらず欠陥が検出できない場合、検査装置の虚報とみな
して前記「欠陥ｉ終了判定」４３において処理を中止す
る。以上、欠陥ｉについての処理を予めサンプリングさ
れた全欠陥について繰り返す。

【００３５】全欠陥の処理が終了すると「欠陥詳細情報
送信」４５において収集された欠陥の詳細情報をネット
ワーク経由で上位ホストコンピュータに送信する。その
後「ウェーハアンロード」４６によりウェーハを装置か
ら排出し、１枚のウェーハに対する全処理を終了する。

【００３６】図７は、本発明における撮像に係わる条件
を撮像位置とした場合の実施例である。図５において説
明したように、詳細検査を行う欠陥の最小欠陥が決まれ
ば、欠陥を検出するための撮像倍率が決定する。

【００３７】この条件で欠陥を撮像した様子を図７
（ａ）に示す。検査装置で検出された欠陥座標４７を基
に視野４８を設定したが、アライメント誤差やステージ
移動誤差の影響により、欠陥２７が視野の外に存在して
いる。しかし、欠陥検出率を確保するために撮像倍率を
下げられない。このため、欠陥座標で決められたポイン
トを中心に図７（ｂ）に示す矢印の方向に視野が隣接す
る領域を探索する。

【００３８】図７（ｃ）は探索順序の一例である。探索
順序は移動距離が最短となることが望ましい。また、探
索する場合、視野境界で欠陥を見逃さないため、視野と
視野をオーバラーップさせる必要がある。本発明は、図
７（ｂ）に示す矢印の向きに欠陥を探索する過程におい
て、下記２点を実施できることに特徴がある。

【００３９】（１）初めから欠陥が見つかった場合は探
索を開始しないこと。

【００４０】（２）欠陥が見つかった時点で探索を中止
すること。

【００４１】すなわち、欠陥位置が毎回視野から外れる
わけではないため、視野から外れたか否かを判定して、
必要に応じて最低限の探索を実施することにより、詳細
検査に要する時間を短縮して、かつ、欠陥の見逃し率を
低下させることができる。図７（ｄ）は欠陥の特定方法
の１実施例である。ベアウェーハ上の異物を詳細検査す
る場合、背景が無地であるため、しきい値４８により欠
陥(２７)を１、背景を０として欠陥を特定可能である。

【００４２】図８は、本発明における撮像に係わる条件
を撮像位置とした場合の、第２の実施例である。本実施
例は、欠陥の見逃しを防止できる上、先見情報を用いて
詳細検査に要する時間を短縮できることに特徴がある。
図８は画像中心２９に対する欠陥存在位置をプロットし
た図である。最小欠陥が検出可能な視野４８に対して欠
陥存在領域がはみ出しているため、探索する必要があ
る。しかし、欠陥存在位置がＹ方向にのみ視野をはみ出
していることに注意を要する。すなわち、Ｙ方向にのみ
探索を実施すれば良い。

【００４３】この様な欠陥存在位置の分布が先見的に知
られていれば、Ｙ方向にのみ探索を実施することで、詳
細検査時間を短縮できる。欠陥存在位置が１方向にばら
つく要因を、図２に示した光学式パターン検査装置を例
に説明する。図２に示す様に光学式検査装置では被検査
物の画像を撮像する場合、ステージ１１の走査方向は画
像にひずみ等の誤差が生じやすいため、ステージ移動距
離をリニアスケール１２で検出し、撮像デバイス１０の
信号読み出しのタイミングを制御していいる。このた
め、走査方向の画像精度、すなわち欠陥精度は良い。

【００４４】一方、走査と直行方向については上記の様
な制御を実施していないため、欠陥精度が劣る。このた
め、Ｘ方向は欠陥のばらつきが小さいのに比べて、Ｙ方
向のばらつきは大きくなる。すなわち、検査した時の走
査方向が記録されていれば、前記記録を参照して欠陥の
探索範囲を決定できる。

【００４５】図９（ａ）は画像撮像方向と検査の走査方
向の関係を図示したものである。検査の走査方向４９は
ウェーハの基準（オリフラまたはノッチ）に対してＸ、
Ｙの両方向に使い分けられる。即ち、ステッパのショッ
ト内で同一配置に位置するチップ同士を比較する方向に
走査した場合、レチクルに欠陥があった場合に発生する
繰り返し欠陥が検出できなくなる可能性がある。このた
め、ショット内チップの配列に応じて、検査の走査方向
は変更される。このため、品種が異なるウェーハは走査
方向は異なる可能性がある。

【００４６】欠陥観察装置２は複数の品種に対応する必
要があるため、ウェーハ単位に走査方向を判断する必要
がある。通常、欠陥データに走査方向が記録されている
ため、このデータを解読することにより、走査方向は知
れる。次に、探索を行う範囲を決定する必要がある。こ
の場合、図８に示す様な欠陥のばらつきと視野の関係を
調べておけば、探索範囲を事前に決定することが可能と
なる。

【００４７】図９（ｂ）は、以上の結果を基に決定した
探索範囲を指定する画面を示している。欠陥座標を基に
移動した視野５０に対して、１視野分５１だけ探索する
ことを設定した状態を図示している。この結果、図９
（ｃ）に示すように各ウェーハ毎に検査の走査方向４９
を参照して、１視野分５１だけ探索して欠陥位置を特定
する動作を実現できる。本発明によれば、必要な欠陥の
検出感度を維持しつつ、欠陥のばらつきに応じて必要最
低限の探索動作により、高速に欠陥の詳細検査が可能と
なる。

【００４８】図１０は、本発明における撮像に係わる条
件を撮像位置とした場合の、第３の実施例である。撮像
範囲５２を任意の長方形に設定することにより、探索動
作を低減し、高速に欠陥の詳細検査を可能とする。デジ
タル画像では縦、横の関係を制限する必要はない。この
ため、最小欠陥が検出可能なサンプリングピッチを維持
しつつ、メモリ容量が許す範囲で画像の縦、横比を最適
化させることにより、探索回数を減らすことが可能とな
る。

【００４９】図１０（ａ）は、映像信号の取得範囲５３
（走査型電子顕微鏡の走査領域）内で、サンプリング領
域を図示する範囲５２に設定することにより、探索動作
を不要とした例である。また、図１０（ｂ）は、走査型
電子顕微鏡の走査領域自体５３を欠陥のばらつきに合わ
せて制御させた例である。サンプリング領域または走査
領域の指定は前記図９（ｂ）と同様な手順により実現で
きる。

【００５０】図１１は、本発明における撮像に係わる条
件を撮像倍率とした場合の実施例である。欠陥の大きさ
は検査装置から出力されるが、正確な大きさは得られな
い。検査では欠陥の存在が識別できれば検出できるた
め、光学的解像を超えてぼやけた状態であっても正常部
との違いがあれば検出可能である。この様にぼやけた光
学像を粗くサンプリングした状態で正確な欠陥のサイズ
を識別することは困難である。

【００５１】さらに、画像の比較検査を実行すると、パ
ターン上の異物がバラバラに分断された状態で検出され
る。即ち、１つの大きな欠陥を幾つもの小さな欠陥とし
て出力することになる。一方、観察装置では欠陥を正確
に検出すること、および、欠陥を視野内に納めることが
要求されている。検査装置の欠陥サイズを基に撮像条件
を決定すると、欠陥サイズが実態と異なるため、撮像に
失敗することが多い。即ち、小さな欠陥を検査装置が大
きな欠陥として出力した場合、欠陥サイズに応じて低い
倍率に設定して欠陥を見逃す場合がある。さらに、大き
な欠陥を検査装置が幾つもの小さな欠陥として出力した
場合、欠陥が視野からはみ出すことになる。

【００５２】前記課題を解決する発明を、図１１に示
す。本発明は、第１に欠陥存在範囲を低い倍率で撮像し
て欠陥の有無を判定する。広い視野を確保できるため、
大きな欠陥であっても視野に納めることが可能である。
大きな欠陥は前記低い倍率で撮像した画像で存在を確認
できるため、以降に述べる処理は行わない。一方、微小
な欠陥は前記撮像倍率では検出できない。このため、第
２の高い倍率で撮像する。高い倍率では視野が狭くなり
欠陥存在範囲をカバーできないため、前記欠陥存在範囲
内において探索処理を実行する。

【００５３】図１１（ａ）は、第１の条件で撮像した画
像５４を示す。図１１（ｂ）は、（ａ）の欠陥部分５５
を拡大表示した。画素サイズ５６より小さい欠陥は図５
で述べたようにノイズとの判別が難しく検出できない。
そこで、図１１（ｃ）に示す様に第２の撮像倍率で
（ａ）の視野内において探索動作を行う。図１１（ｄ）
は（ｃ）の欠陥部分５７を拡大表示したものである。画
素サイズ５８が欠陥に比べて小さくなるため、ノイズと
の識別が可能となり欠陥を検出できる。欠陥が大きな場
合、（ａ）の段階で欠陥を視野内に納めつつ検出可能な
ため、（ｃ）の撮像は行わない。本発明によれば、検査
装置が出力する不正確な欠陥サイズを参照することな
く、大きな欠陥を視野内に納めること、微小な欠陥の見
逃しを防止すること、大きな欠陥では高い倍率での画像
撮像を回避して高速化が図れること、の利点がある。

【００５４】図１２は、本発明における撮像に係わる条
件を像コントラストとした場合の実施例である。微小欠
陥を正確に特定して詳細検査を実施するためには、高い
精度で焦点合わせが必要となる。例えば、走査型電子顕
微鏡の焦点合わせにおいては、焦点位置を変えた複数枚
の画像を撮像し、画像全体のコントラストが最も良い状
態の画像を採用する。しかし、高い段差のパターン中に
微小欠陥が存在する場合、焦点位置はパターンがコント
ラスト良く撮像される状態に制御されるため、必ずしも
欠陥のコントラストが良くなる保証はない。

【００５５】そこで、第１に図１２（ａ）に示す画像全
体（背景パターン５９）のコントラストが良い状態の画
像で欠陥検出を行い、欠陥２７が検出された場合は以降
の処理を行わない。欠陥が検出できなかった場合、図１
２（ｂ）に示す様に電子ビーム６０の焦点位置を（ａ）
の位置より予め決められた高さだけ下に移動した状態で
画像を撮像して欠陥検出を行う。（ｂ）で欠陥が検出さ
れた場合は次の欠陥へ移動する。（ｂ）でも欠陥が検出
できなかった場合は図１２（ｃ）に示すように（ａ）の
位置より予め決められた高さだけ上に移動した状態で画
像を撮像して欠陥検出を行う。（ｃ）でも欠陥が検出で
きなかった場合は、欠陥なしとして次の欠陥へ移動す
る。本発明によれば、微小な欠陥の見逃しを効率良く避
けることが可能となる。

【００５６】以上で説明した本発明は、欠陥画像のみを
用いて欠陥を特定する方式であった。背景にパターンが
存在する場合、欠陥を特定するために図４で説明した画
像比較法が用いられる。画像比較法では欠陥画像のみで
なく、参照画像を効率よく取得する必要がある。以下に
説明する本発明では、参照画像を含めて詳細検査を効率
良く実行する方法を開示している。

【００５７】図１３は、繰り返しパターン上にある欠陥
に対して、本発明における撮像に係わる条件を撮像倍率
とした場合の実施例である。即ち、図１１で説明した欠
陥の詳細検査を、繰り返しパターン上の欠陥に対して効
率よく適用させる方法を開示している。繰り返しパター
ン上では、欠陥がどこに存在しても背景パターンが共通
となる。このため、１枚の参照画像を予め登録しておく
ことが可能である。この結果、見かけ上、図７（ｂ）と
同じ順番で欠陥の詳細検査が可能となる。

【００５８】図１３は、撮像倍率が異なっても詳細検査
を可能とする方法を示している。即ち、予め倍率が異な
る複数枚の参照画像６２を登録しておく。図１１と同様
に欠陥部分の撮像倍率を低倍率から高倍率に変更する過
程において、倍率が一致する参照画像を用いて画像比較
を実行すれば、効率良く欠陥部分が確定できる。本発明
によれば、検査装置が出力する不正確な欠陥サイズを参
照することなく、大きな欠陥を視野内に納めること、微
小な欠陥の見逃しを防止すること、大きな欠陥では高い
倍率での画像撮像を回避して高速化が図れること、が繰
り返しパターン上の欠陥に対して適用可能となる。

【００５９】図１４は、非繰り返しパターン６３上にあ
る欠陥２７に対して、本発明における撮像に係わる条件
を撮像位置とした場合の実施例である。即ち、図７で説
明した欠陥の詳細検査を非繰り返しパターン上の欠陥に
対して効率よく適用させる方法を開示している。非繰り
返しパターンでは欠陥の背景が場所によって異なるた
め、欠陥が異なる毎に参照画像を撮像する必要がある。
しかし、欠陥画像と参照画像の撮像位置はチップサイズ
に依存し、これらの撮像位置を往復動作して画像を撮像
すると欠陥の詳細検査に膨大な時間を要する。このた
め、本発明では、参照画像を撮像するとともに、参照画
像の撮像位置を中心として探索範囲に相当する範囲の画
像を撮像して格納しておく。格納場所は画像メモリであ
ることが好ましいが、ディスク等の媒体でも構わない。

【００６０】図１４（ａ）に示す矢印の順番に参照画像
６４およびその周辺の探索範囲の画像撮像を実施する。
図１４（ｂ）では１から９に相当する。参照画像の撮像
が終了した状態で、欠陥座標に移動する。欠陥座標およ
びその周辺の探索範囲の画像撮像を実施する。即ち、
（ｂ）の１０において欠陥画像６５を撮像した場合、１
０と１を比較して欠陥の有無を判定する。欠陥ありの場
合、１１以降の欠陥画像の撮像を中止する。欠陥なしの
場合、１１を撮像するとともに１１と２を比較して欠陥
の有無を判定し、１８に至るまで同じ操作を繰り返す。
１８と９を比較しても欠陥が検出できなかった場合は、
欠陥なしと判定して次の欠陥に移動する。

【００６１】本発明は、欠陥画像を撮像する度に、対応
する参照画像と画像比較法を実行し、欠陥の有無の判定
を実施し、欠陥ありと判定された場合、以降の欠陥画像
の収集を中止することに特徴がある。

【００６２】本発明によれば、撮像に要する移動距離を
最短とした状態で、効率的に欠陥画像と参照画像を収集
して画像比較法により非繰り返しパターン上の欠陥につ
いて詳細検査が可能となる。以上の説明では、参照画像
の撮像および格納を先に行ったが、欠陥画像の撮像およ
び格納を先に実行し、参照画像を１枚撮像する度に、欠
陥の有無判定を実行しても欠陥位置の特定までは同じ効
果が得られる。しかし、欠陥の詳細検査では、特定され
た欠陥位置の詳細情報（拡大画像の撮像や材質分析）を
取得する必要があり、再度欠陥位置へ移動する必要があ
るため、先に説明した、参照画像を先に収集する方式が
有利である。

【００６３】また、欠陥観察装置２のステージ位置決め
精度が悪い場合、画像比較の対応関係を変更する必要が
あることに注意を要する。即ち、１０に対応する位置が
１に保証されない場合、１０を撮像した後に１から９の
全ての画像と比較演算を行い欠陥の有無を判定する。

【００６４】以上、本発明によれば、撮像条件の不具合
により微小欠陥を見逃す機会を低減する手段を提供する
ことにより、人手による試行錯誤的な欠陥の詳細検査を
自動化し、ひいては欠陥発生原因の究明を迅速化でき
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、欠陥検査装置１で検出
した欠陥を欠陥観察装置２で詳細に観察するときに、欠
陥検査装置１で得た欠陥の位置と大きさの情報に基づい
て観察したい欠陥を欠陥観察装置２の観察視野内に入れ
ることを自動化できるので、人手作業で行っていたとき
に比べて、撮像条件の不具合により微小欠陥を見逃して
しまうことを低減できる。また、人手による試行錯誤的
な欠陥の詳細検査を自動化できるので、欠陥の詳細観察
に要する時間が短縮され、ひいては欠陥発生原因の究明
を迅速化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施対象である検査システム
の構成図である。

【図２】図２は、本発明に係る欠陥検査装置１の概略構
成を示す正面図である。

【図３】図３は、本発明に係る欠陥観察装置２の概略構
成を示す正面図である。

【図４】図４は、従来技術による欠陥観察方法を説明す
る欠陥画像と参照画像の平面図である。

【図５】図５は、従来技術による部分欠陥画像の処理を
説明する、欠陥部分画像の平面図である。

【図６】図６は、本発明による欠陥の詳細検査方法の流
れを示すフローチャートである。

【図７】図７は、本発明による撮像位置の条件を変えて
欠陥を探索する第１の方法を説明するための、欠陥を含
む画像の平面図である。

【図８】図８は、本発明による撮像位置の条件を変えて
欠陥を探索する第２の方法を説明するための、欠陥を含
む画像の平面図である。

【図９】図９は、本発明による欠陥検査装置１の走査方
向を参照して欠陥を探索する方法を説明するための、欠
陥を含む画像の平面図である。

【図１０】図１０は、本発明による撮像位置の条件を変
えて欠陥を探索する第３の方法を説明するための、欠陥
を含む画像の平面図である。

【図１１】図１１は、本発明による撮像倍率を変えて欠
陥を探索する方法を説明するための、欠陥を含む画像の
平面図である。

【図１２】図１２は、本発明による像コントラストを変
えて欠陥を探索する方法を説明するための、パターン正
面の断面図である。

【図１３】図１３は、本発明による繰り返しパターン上
にある欠陥を探索する方法を説明するための、欠陥を含
む画像の平面図である。

【図１４】図１４は、本発明による非繰り返しパターン
上にある欠陥を探索する方法を説明するための、欠陥を
含む画像の平面図である。

【符号の説明】

１…欠陥検査装置１２…欠陥観察装置２３…上
位ホストコンピュータ４…ネットワーク５…ウェー
ハ１３…画像処理部１６…ホストコンピュータ
１７…電子光学系２２…映像２３…画像処
理部２５…欠陥画像２６…参照画像２７…
欠陥２８…拡大画像２９…視野中心５２…撮
像範囲５３…映像信号の取得範囲（走査型電子顕微
鏡の走査領域）５５…欠陥部分５６…画素サイ
ズ５７…欠陥部分５８…画素サイズ５９…
背景パターン（高い段差のパターン）６１…繰り返し
パターン６２…参照画像６３…非繰り返しパタ
ーン６４…参照画像６５…欠陥画像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宍戸千絵神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者小原健二神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者中垣亮神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者磯貝静志茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者小沢康彦茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者馬場英花茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者渡辺健二東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB02 AC02 BA00 CA03 CA04 CB01 DA07 EA08 EA12 EA14 EB01 EB02 ED07 ED15 4M106 AA01 BA20 CA38 DB04 DB05 DB21 DB30 DJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査対象物を検査して求めた欠陥の位置
情報を用いて該欠陥の詳細検査を行う方法であって、前
記被検査対象物の前記欠陥を含む部分を第１の条件で撮
像し、該第１の条件で撮像して得た第１の画像を用いて
欠陥を特定し、該第１の画像で欠陥が特定できない場合
に、前記第１の条件とは異なる第２の条件で前記欠陥を
含む部分を撮像し、該第２の条件で撮像して得た画像を
用いて欠陥を特定することにより前記欠陥の詳細な情報
抽出を行うことを特徴とする欠陥の詳細検査方法。
【請求項２】前記撮像する第１及び第２の条件は、撮像
位置、撮像倍率、像コントラストの少なくとも１つを含
むことを特徴とする請求項１記載の欠陥の詳細検査方
法。
【請求項３】前記撮像する第１及び第２の条件は、少な
くとも１つが予め設定可能であることを特徴とする請求
項１または２に記載の欠陥の詳細検査方法。
【請求項４】前記撮像する第２の条件は、以前に検査し
た被検査物における詳細検査に係わる情報を参照して変
更されることを特徴とする請求項１記載の欠陥の詳細検
査方法。
【請求項５】前記撮像する第２の条件は、被検査対象物
の欠陥位置の計測方法に関する情報を参照して変更され
ることを特徴とする請求項１記載の欠陥の詳細検査方
法。
【請求項６】前記撮像する第２の条件は、予め登録され
たＸまたはＹのいずれか１方向のみに変更されることを
特徴とする請求項１記載の欠陥の詳細検査方法。
【請求項７】請求項２記載の撮像位置は、サンプリング
前の画像信号の取得範囲またはサンプリング対象領域の
少なくとも１つにより変更されることを特徴とする、欠
陥の詳細検査方法。
【請求項８】被検査対象物を検査して求めた欠陥の位置
情報を用いて該欠陥の詳細検査を行う方法であって、前
記被検査対象物の前記欠陥を含む部分を第１の条件で撮
像て該第１の条件で撮像して得た第１の画像を用いて欠
陥を特定する工程と、該第１の画像で欠陥が特定できな
い場合に、前記第１の条件とは異なる第２の条件で前記
欠陥を含む部分を撮像して該第２の条件で撮像して得た
画像を用いて欠陥を特定する工程とを有し、前記第１の
画像を用いて欠陥を特定する工程と前記第２の条件で撮
像して得た画像を用いて欠陥を特定する工程とにおい
て、前記第１の画像又は前記第２の画像を欠陥部分と同
一背景を有する参照画像と比較することにより前記欠陥
の詳細な情報抽出を行うことを特徴とする欠陥の詳細検
査方法。
【請求項９】前記参照画像は、予め複数の撮像条件で撮
像され記憶された画像であることを特徴とする請求項８
記載の欠陥の詳細検査方法。
【請求項１０】前記参照画像は、予め複数の撮像条件で
撮像され記憶された画像であり、前記第２の画像を前記
参照画像の撮像条件に合わせて撮像することを特徴とす
る請求項８記載の欠陥の詳細検査方法。
【請求項１１】被検査対象物を検査して欠陥を検出し該
検出した欠陥の位置情報を出力する第１の検査手段と、
該第１の検査手段から出力された前記欠陥の位置情報に
基づいて前記欠陥を含む領域を撮像する撮像手段と、該
撮像手段で撮像して得た画像を用いて前記欠陥の詳細情
報を抽出する詳細情報抽出手段と、前記撮像手段の撮像
条件を設定する撮像条件設定手段とを備え、前記詳細情
報抽出手段が前記撮像手段で撮像して得た画像から欠陥
の詳細情報を抽出できないときには、前記撮像条件設定
手段で前記撮像手段の撮像条件を変更して前記欠陥を含
む領域を再度撮像し、該再度撮像して得た画像を用いて
前記詳細情報抽出手段で前記欠陥の詳細情報を抽出する
ように構成したことを特徴とする欠陥の詳細検査装置。
【請求項１２】前記撮像条件設定手段で変更する前記撮
像手段の撮像条件が、撮像位置、撮像倍率、像コントラ
ストのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請
求項１１記載欠陥の詳細検査装置。
【請求項１３】前記第１の検査手段と前記撮像手段と
は、ネットワークで接続されていることを特徴とする請
求項１１記載の欠陥の詳細検査装置。
【請求項１４】前記撮像手段が電子顕微鏡であることを
特徴とする請求項１１記載の欠陥の詳細検査装置。
【請求項１５】被検査対象物を検査して欠陥を検出し該
検出した欠陥の位置情報を出力する第１の検査手段と、
該第１の検査手段から出力された前記欠陥の位置情報を
記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記欠陥
の位置情報に基づいて前記欠陥を詳細に観察する詳細観
察手段と、前記第１の検査手段と前記記憶手段と前記詳
細観察手段とを接続するネットワーク手段とを備えた欠
陥の詳細検査装置であって、前記詳細観察手段が前記欠
陥含む領域を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像し
て得た画像を用いて前記欠陥の詳細情報を抽出する詳細
情報抽出手段と、前記撮像手段の撮像条件を設定する撮
像条件設定手段とを備え、該撮像条件設定手段が詳細情
報抽出手段で前記欠陥の詳細情報を抽出した結果に基づ
いて前記撮像手段の撮像条件の設定を変更する機能を備
えたことを特徴とする欠陥の詳細検査装置。
【請求項１６】前記撮像条件設定手段で変更する前記撮
像手段の撮像条件が、撮像位置、撮像倍率、像コントラ
ストのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請
求項１５記載欠陥の詳細検査装置。
【請求項１７】前記撮像手段が電子顕微鏡であることを
特徴とする請求項１５記載の欠陥の詳細検査装置。