JP2002014062A

JP2002014062A - パターン検査方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002014062A
Application number: JP2000203056A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watanabe; 正浩渡辺; Maki Tanaka; 麻紀田中; Takashi Hiroi; 高志広井; Chie Shishido; 千絵宍戸; Yasushi Miyai; 裕史宮井; Kenji Watanabe; 健二渡辺; Aritoshi Sugimoto; 有俊杉本; Tomohiro Kuni; 朝宏久邇; Mari Nozoe; 真理野副
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】検査対象画像と参照画像とを比較して欠陥検出
を行うパターン検査において、検出された欠陥の電気的
性質に基づいた迅速かつ対象物へのダメージの少ない欠
陥の分類を行う方法がなかった。【解決手段】検査と同時にあるいは並行して欠陥部の荷
電粒子線画像の信号量を含む欠陥の特徴量を算出し、こ
れによって欠陥の電気的性質に基づく分類を即座に行え
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線または
光などを用いて半導体ウェーハ、回路基板、液晶基板、
磁気ディスクのヘッドなどの対象物の画像を得て、その
画像と参照画像とを比較することにより欠陥検出を行う
パターン検査方法およびその装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】検査対象画像と参照画像とを比較して欠
陥検出を行うパターン検査方法としては、特開平０３−
８５７４２号公報に記載の方法が知られている。特開平
０３−８５７４２号では、検査対象の光学的画像を参照
画像と比較し、検出された欠陥のサイズ、方向等の幾何
学的な特徴を計測し、これが電気的に有害な欠陥である
かどうかを判別するものであった。しかし、こういった
パターン検査の主な対象は半導体ウェーハ、回路基板、
液晶基板、磁気ディスクのヘッドなど、欠陥の電気的特
性が重要であるものがほとんどであり、検出欠陥候補の
光学的形状のみからすべての検出欠陥候補の弁別を行う
ことは不可能であるという問題があった。一方、荷電粒
子線画像を用いると対象物の電気的性質の違いが検出さ
れることは知られていたが、これを用いて欠陥の分類を
行うことは行われていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術は対象物の欠陥の光学的な形状に着目して、欠陥の
弁別を行うものであったが、電子線を用いた検査ににお
いて、検出された電気的欠陥の分類には用いることがで
きず,検査装置による大量の検出欠陥を再度レビューし
て確認することが必要で検査結果の解析に非常に時間が
かかっていた。また、ＳＥＭ／ＦＩＢなどによるレビュ
ーによって不要なダメージを対象物に及ぼす危険性もあ
った。本発明の目的は、主にＳＥＭによる検査対象画像
と参照画像とを比較して欠陥検出を行うパターン検査に
おいて、欠陥の検出と並行して対象の電気的性質に基づ
いた迅速かつ対象物へのチャージアップ・汚染といった
問題の少ない欠陥の分類が可能なパターン検査方法およ
び装置を提供することにある。また、本発明の別の目的
は、欠陥個所に限らず、対象物の加工状態の場所による
分布の評価を行う手段を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、連続的に入力される検査対象画像と参
照画像とを比較して欠陥検出を行うパターン検査におい
て、対象の電気的性質を荷電粒子線画像の信号量が反映
することに着目し、欠陥部の荷電粒子線画像の信号量を
検査と同時にあるいは並行して欠陥の特徴量として算出
し欠陥の分類を即座に行えるようにしたものである。

【０００５】また、本発明は検査対象物の指定された点
の画像を検査と同時にあるいは独立に記憶し、この画像
を表示、あるいは、解析することによって、対象物の特
性の分布を確認できるようにしたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図１を用いて本発明の実施
例を説明する。１０が荷電粒子線鏡筒、１４が荷電粒子
線源を示し、１４より出た２次粒子線は非点収差補正器
６０、偏向素子１５、対物レンズ１８を通って試料２０
上に焦点を結んで照射される。試料２０は試料台２１上
におかれ、さらにステージ４６上におかれ、移動され
る。さらに２次粒子検出器１６で試料から放出された２
次粒子を検出する。高さ検出装置センサ１３によって試
料表面２０の高さを検出する。焦点制御装置２２は、高
さ検出装置センサ１３よりの高さ信号に基づいて対物レ
ンズ１８を駆動し、荷電粒子線の焦点を試料２０上に合
わせる。偏向信号発生装置４７は偏向素子１５に対して
偏向信号を発生するが、このとき、試料表面２０の高さ
変動にともなう像倍率変動、対物レンズ１８の制御にと
もなう像回転を補償するように偏向信号に補正を加え
る。また、ステージ４６をＸＹＺステージとして、焦点
制御装置２２によって焦点位置を直接制御する代わり
に、ステージ４６にＺステージを附加しこの高さを制御
してもよい。

【０００７】二次粒子検出器１６よりの信号はＡ／Ｄ変
換器２４によってＡ／Ｄ変換されて、デジタル画像とな
る。Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像を処理する画像処理
回路５３とこのための画像メモリ５０を持つ。さらにス
テージ１０５を制御するステージ制御手段１２６とこれ
ら全体を制御する全体制御部１２０を持つ。荷電粒子線
源１４の電位を調整する手段５１、試料状のグリッド１
９の電位を調整する手段４８、試料台２１の電位を調節
する手段４９、荷電粒子線源１４の電位調整手段５１を
具備し、これらは、試料の電気的特性の検出のために所
望の画質の２次粒子像を得るために全体制御部２６によ
って制御される。

【０００８】なお、これらの電位調整手段がすべて具備
されている必要はなく、試料の電気的特性の検出のため
に必要な２次粒子像の画質の制御が可能であれば十分で
ある。非点収差補正器６０は非点収差補正回路６１によ
って駆動され、６１はさらに非点収差調整手段６４によ
って制御される。６４は同時に焦点位置制御手段２２も
制御する。これによって常に焦点と非点の調整された状
態での二次粒子画像の検出が可能になる。

【０００９】なお、試料に照射する荷電粒子線として
は、電子線、イオンビームが挙げられ、二次粒子として
も二次電子、反射電子、二次イオン等が挙げられる。以
降、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による二次電子画像を
例にとって説明するが、他の荷電粒子線を用いても対象
物の形状と電気的特性を検査するという目的にとっては
同じ働きであり、他の荷電粒子線を用いたパターン検査
にも容易に適用できることは明らかである。

【００１０】また、画像処理装置には表示装置５４が接
続され、検出された画像をモニタすることができる。さ
らに、全体制御２６には表示装置５６が接続され、必要
な装置の操作、検出結果、分類結果の確認等をグラフィ
カルユーザーインタフェースによって実現できる。

【００１１】次に、半導体ウェーハに例を取って欠陥検
出に用いる画像について説明する。図３のごとく、最終
的に同一の製品となるチップが多数配列されている。図
１のパターン検査装置では、あるチップ（例えば図３の
１００）の検出画像と、隣接する別のチップ（図３の１
０１）の検出画像とを画像比較することにより欠陥を認
識する。比較相手として用いる参照画像はは必ずしも隣
接チップである必要はなく、任意のチップ、あるいはあ
らかじめ取得した、別ウェーハ上のチップの画像を用い
てもよいし、さらには、設計データから合成した基準画
像を用いても用いてもよい。

【００１２】また、図３の１０２のごとく、半導体メモ
リ部のような繰り返しパターンが並んでいる個所では、
隣接したパターンのくりかえし間隔あるいは、その整数
倍だけ位置をずらした個所の画像を参照画像として用い
てもよい。

【００１３】以上半導体ウェーハを例にとって説明した
が、一つの基板上に繰り返して形成されるパターンを持
つ検査対象であれば同じように参照画像を選んで検査を
行うことができるのはいうまでもない。

【００１４】次に対象物の電気特性とＳＥＭ画像の関係
について述べる。図4（ａ）の断面図のように、たとえ
ば、検査対象が下地パターンの形成された層１０４の上
に絶縁層１０５が形成され、ここに下地層１０４と上の
層の間に導通をとるためのコンタクトホール１０６が形
成されているものとする。１０６の穴の内部は導体で埋
められていてもいなくてもよい。この対象物をＳＥＭ像
でみると図４（ｂ）のように見える。図の場合黒い（信
号量が少ない）ところが絶縁物１０５、白い（信号量が
多い）ところがコンタクトホール１０６である。

【００１５】ここで、１０７のように下地層１０４まで
貫通していない穴があると、この部分の抵抗の違いがＳ
ＥＭ像の信号量として現れてくる。この、信号量の差お
よび抵抗の増加が信号量の増大につながるのか減少につ
ながるのかの関係は走査する電子線の電流値、照射エネ
ルギー、試料上の電界,走査速度等によって異なるが、
たとえば図４（ｃ）に示すように、対象物の電気的特性
の違いが信号量の違いとして検出される。

【００１６】本発明では、これを積極的に活用すること
によって、検出された欠陥を形状のみならず電気的特性
によって分類し、あるいは、欠陥の画像に限らず、任意
の箇所の画像をもちいて対象物の加工状態をモニターす
ることが可能とする。

【００１７】次に、具体的に検出された欠陥を形状のみ
ならず電気的特性によって分類し、あるいは、任意の箇
所の画像をもちいて対象物の加工状態をモニターするこ
とを可能とするための画像処理回路５３の構成について
図２を用いて説明する。

【００１８】Ａ／Ｄ変換機２４によってＳＥＭ画像はデ
ジタルの画像データに変換され検査画像９０として画像
処理回路５３に入力される。同時に検査画像９０は画像
メモリ５２に貯えられ、隣接メモリセルパターン検査
時、隣接チップ検査時等、比較処理に必要な時間だけ遅
らせて出力され、参照画像９１となる。あるいは、参照
画像９１は設計データから合成されて画像メモリ５２に
貯えられた画像でもよいし、あらかじめ検出されて貯え
ておかれた別ウェーハ上あるいは同一ウェーハ上の基準
ウェーハの画像でもよい。

【００１９】画像処理回路５３は位置ずれ検出手段８
０、欠陥検出手段８１、特徴量計算手段８２、欠陥画像
メモリ８４、処理装置８３、記憶装置８５から成る。ま
ず位置ずれ検出手段８０は検査画像９０と参照画像９１
の間の位置ずれを検出する。位置ずれの検出手段として
は、相互相関値が最大となる位置を用いる方法、差画像
の二乗和あるいは絶対値の和が最小となる位置を用いる
方法、ＦＦＴを用いる方法等が知られている。また、補
間によって位置ずれ量を画素以下の精度で求めることも
可能である。

【００２０】検出された検査画像９０と参照画像９１の
あいだの位置ずれ量９２は欠陥検出手段８１に送られ
て、検査画像９０と参照画像９１を比較して欠陥を検出
するときに使用される。欠陥検出手段８１では検査画像
９０と参照画像９１の差異を画素毎に算出し、これが許
容範囲を超えていると欠陥として出力する。位置ずれ量
９２はこの画像間の差異の許容範囲に対する補正量を求
めるために用いる。あるいは、位置ずれ量９２は検査画
像９０と参照画像９１を相対的にずらして位置補正を行
うために用いてもよい。

【００２１】欠陥検出手段８１で検出された欠陥画像は
欠陥位置にフラグがたてられた画像（たとえば正常部の
画素は０、欠陥部の画素は１）であり、これだけでは使
用しにくい。そこで、特徴量計算手段８２に欠陥画像９
３と検査画像９０と参照画像９１が入力され、欠陥の各
種特徴量９４が計算される。なお特徴量の計算の前に、
微小な欠陥候補を取り除く処理や、隣接する欠陥候補を
一つにまとめる処理を行ってもよい。

【００２２】特徴量９４としては欠陥の面積、幅、高
さ、座標のほかに次に示すものが挙げられる。

【００２３】まず、信号量の欠陥内平均値。検査画像を
ｆ（ｘ，ｙ）、参照画像をｇ（ｘ，ｙ）とすると、信号
量平均値はΣｆ（ｘ，ｙ）、対応する正常部の信号量平
均値はΣｇ（ｘ，ｙ）となる。なお、Σは欠陥内の総和
を表している。両者を比べることにより、対象物の電気
的特性、すなわち、導通がとれていないのか、逆に、短
絡していのか、さらに、どのくらい問題なのかが判別で
きる。あるいは、差画像の欠陥内平均値Σ（ｆ（ｘ，
ｙ）−ｇ（ｘ，ｙ））を用いてもよい。この特徴量の正
負とその大きさを調べることによって、対象物の電気的
特性、すなわち、導通がとれていないのか、逆に、短絡
していのか、さらに、どのくらい問題なのかが判別でき
る。

【００２４】また、別の実施例として、差画像の欠陥内
最大値：ＭＡＸ（ｆ（ｘ，ｙ）−ｇ（ｘ，ｙ））とＭＩ
Ｎ（ｆ（ｘ，ｙ）−ｇ（ｘ，ｙ））を用いてもよい。

【００２５】別の特徴量の例としては、模様の強弱を表
す特徴量（テキスチャー特徴量）が挙げられる。たとえ
ば、画像の微分値の欠陥内総和Σ（｜ｆ（ｘ＋１，ｙ）
−ｆ（ｘ，ｙ）｜＋｜ｆ（ｘ，ｙ＋１）−ｆ（ｘ，ｙ）
｜）を求めると、この値は欠陥領域内の模様の強弱を表
す特徴量となる。なお、微分の方法には種々のバリエー
ションがあり、どれを適用しても類似の効果が得られる
ことを注記しておく。たとえば、Σ（（ｆ（ｘ＋１，
ｙ）−ｆ（ｘ，ｙ））＾２＋（ｆ（ｘ，ｙ＋１）−ｆ
（ｘ，ｙ））＾２）、あるいはΣ（ＭＡＸ（ｆ（ｘ，
ｙ））−ＭＩＮ（ｆ（ｘ，ｙ）））を用いても同じこと
である。ここでは、＾２は二乗を、ＭＡＸ・ＭＩＮは近
傍画素内の最大・最小値をそれぞれ表している。

【００２６】また、同様に欠陥に対応する領域中の参照
画像９１のテキスチャー特徴量も得ることができる。

【００２７】さて、特徴量計算手段で計算された特徴量
９４はプログラムによって動作が制御される処理装置８
３に送られる。欠陥は検査画像９０中にあるばあいと参
照画像９１中にある場合の２回検出されるので、この２
回の検出を欠陥を照合することによってみつけ、１回し
か検出されなかった場合は虚報として除去し、２回検出
された場合にはどちらの画像に真の欠陥が存在するのか
を判定する。更に、特徴量９４を用いての欠陥の分類を
行い、結果を記憶装置８５に蓄積する。結果は全体制御
手段２６に送られ、グラフィカルユーザインターフェー
スに表示される。なお、処理装置８３では欠陥と特徴量
のデータを全体制御手段２６に送ることのみを行って、
全体制御手段２６側で上記処理を行ってもよいことは言
うまでもない。

【００２８】次に、更なる機能として、欠陥画像メモリ
８４の動作を説明する。上記構成は特徴量計算手段８２
の画像処理ハードウェアで計算できる処理の比較的単純
な特徴量のみを用いる場合には非常に有効であったが、
複雑な特徴量の計算には向いていない。そこで、欠陥画
像データ９３を欠陥画像メモリへのトリガー信号として
用い、欠陥に対応する検査画像９０と参照画像９１を欠
陥画像メモリ８４に取り込む。処理装置８３は欠陥画像
メモリ８４に保持された画像を用いて処理を行い、たと
えば、欠陥の周囲長、境界の凹凸、欠陥の方向、背景パ
ターンに対する位置等の特徴量を求め、欠陥の分類に用
いる。なお、処理装置８３は処理内容の複雑さと、時間
当たりに処理したい欠陥の個数に応じて、複数の処理装
置からなるマルチプロセッサシステムとして構成すれば
よい。

【００２９】このように、欠陥に対応する検査画像９０
と参照画像９１を欠陥画像メモリ８４を用いて処理する
ことによって導通欠陥の分類のような単純な分類のみな
らず、異物種の分類、導通欠陥の原因も含めた分類のよ
うな、より高度な分類が可能となる。図５を用いてこの
分類の例を説明する。

【００３０】図５は、図４と同様の酸化膜中に導通穴の
形成された対象物の像の例である。信号量と接続抵抗の
関係が図４（ｃ）と同様の挙動を示す場合には（ａ）の
ように縦に周りよりも信号量の多い穴が並んでいる場
合、下地の縦方向の配線パターンとのショートが疑われ
る。また、（ｂ）のように横に周りよりも信号量の多い
穴が並んでいる場合、下地の横方向の配線パターンとの
ショートが疑われる。また、（ｃ）のように固まった領
域状に周りよりも信号量の少ない穴が並んでいる場合、
異物等が加工時に存在したためにこの領域に非導通の穴
が生じたと疑われる。また、ランダムに周りと信号量の
異なる穴が存在する場合、加工プロセスのマージンが不
足しているために、加工結果が穴毎に不安定になってい
ると疑われる。

【００３１】このように、欠陥の局所的分布を欠陥部の
画像を解析することによって分類し表示することによっ
て、欠陥の原因の内訳を解析するのに役立つ情報を提供
できる検査装置が構成できる。

【００３２】更に、別の実施例として欠陥とは無関係に
対象物の加工欠陥の善し悪しとその対象物上分布の判断
材料を検査と同時に提供する方法を示す。図２の欠陥画
像メモリ８４に対して、欠陥画像９３をトリガーとする
のではなく、ステージ制御手段５０から渡されるステー
ジ位置情報があらかじめ設定された位置にきたときに、
その時の検査画像９０が欠陥画像メモリ８４に取り込ま
れるように動作させる。すると、対象物上の各くり返し
単位（たとえば半導体ウェーハ上の各チップ）内の指定
された点における画像を検査と同時にメモリー上に取り
込むことができる。

【００３３】取り込まれた画像を処理装置８３で処理し
て、たとえば、図６のようにウェーハマップ上に画像を
並べて表示し、もしくは、更に画像の良否の評価結果を
マップ上に表示することが可能になる。これによって、
加工結果の善し悪しとその分布の判断材料を提供するこ
とができる。

【００３４】また別の表示の方法として、図７のように
画像の定量評価を行い位置に対してプロットすることに
よっても、加工結果の善し悪しとその分布の判断材料を
提供することができる。この図の例では、穴の配列パタ
ーンに対して信号量の平均値を画像から計測して、チッ
プ座標に対してプロットしている。

【００３５】また、図８のように、評価値を対象物上の
ｘ、ｙ２次元の位置座標に対して３次元的にプロットし
てもよい。計測する定量評価値は信号量の平均値のみな
らず、各穴の信号量のばらつき、各穴の大きさ等でもよ
い。また、この例は穴パターンであったが、配線パター
ンでは、配線の幅とそのばらつき、明るさとそのばらつ
き、ゲイト工程パターンでは、ゲイトの各領域の明るさ
とそのばらつき、ゲイトの幅等、定量評価に適して加工
状態の推定に役立つ評価値がこの発明の範囲内で種々考
えられることはいうまでもない。

【００３６】図９は、半導体ウェーハパターン検査装置
の別の構成を示すブロック図である。ここでは、光学的
検出手段による半導体ウェーハ１００の光学像を用いて
パターン検査を行う。

【００３７】半導体ウエハ等の被検査対象物２０を載置
してｘ、ｙ方向に移動するステージ４６と、光源１と、
照明光を被検査対象物に照明し、被検査対象物から反射
して得られる光学像を結像させる対物レンズ１８と、該
対物レンズを含めた検出光学系で結像された光学像を受
光して明るさに応じた画像信号に変換する光電変換素子
の一実施例である１次元イメージセンサ２と、対物レン
ズ１８の焦点位置を検出する焦点検出センサ３と、これ
による焦点検出値をもとにステージ４６のうちＺステー
ジを駆動するＺステージ制御４から構成される。そし
て、１次元イメージセンサ２で検出された画像信号は、
Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換される。以
降の画像処理、および、全体制御２６とステージ制御５
０の動作は、これまでに示した実施の形態と同様である
ため説明を省略する。

【００３８】この構成により、検出欠陥の局所的分布の
特徴に基づいた欠陥分類と、対象物上の各チップ上の指
定された点における画像を検査と同時にメモリー上に取
り込み、これらの画像を並べて表示し、さらに、これら
の画像の定量評価値あるいは分類結果あるいはその両方
の分布をグラフ表示し、あるいは、基板上の位置を示す
マップ上に表示することにより、加工結果の善し悪しと
その対象物上分布の判断材料を提供できる検査装置が実
現される。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、連続的に入力される検
査対象画像と参照画像とを比較して欠陥検出を行うパタ
ーン検査において、欠陥の検出と並行して対象の電気的
性質に基づいた欠陥の分類が可能となる。欠陥の検出と
並行して行うことにより、時間のかかる欠陥の再検出に
よるレビュー・分類を行わずに済む。また、欠陥個所に
限らず、対象物の加工状態の場所による分布の評価を行
う検査と同時に行うことが可能になる。また、検出と同
時に欠陥画像を取得し、再度欠陥部の画像を検出しない
ため、荷電粒子線によるチャージアップや汚染を押さえ
ることができ、より広範な検査対象物への適用が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、荷電粒子線を用いたパターン検査装置
の概略構成を示す正面図である。

【図２】図２は、画像処理部の詳細な構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】図３は、比較検査における比較画像の選択を示
すウェハの平面図である。

【図４】図４は、対象物の電気的性質の荷電粒子線によ
る検出概念を説明する図であり、（ａ）は、試料の断面
図、（ｂ）は、ＳＥＭ画像、（ｃ）は、対象物の電気的
特性を示すグラフである。

【図５】図５の（ａ）〜（ｄ）は、欠陥の原因を欠陥の
局所的空間分布から推定する方法の概念を示すＳＥＭ画
像である。

【図６】図６は、画像の試料内分布を視覚的に表示する
出力例を示すウェハと各点のＳＥＭ画像を示す図であ
る。

【図７】図７は、画像の定量評価値の試料内分布プロッ
トの様子を示すグラフである。

【図８】図８は、画像の定量評価値の試料内分布の三次
元プロットの様子を示す図である。

【図９】図９は、本発明を適用した光学式のパターン検
査装置の概略構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１…光源２…イメージセンサ３…焦点検出セ
ンサ４…Ｚステージ制御手段１０…荷電粒子
光学系１４…電子源またはイオン源１５…偏向器１８…対物レンズ１６…二次粒
子検出器１９…グリッド２０…試料２
１…試料台２２…焦点位置制御手段２４…Ａ／Ｄ変換器２６…全体制御手段４６
…ステージ４７…偏向制御手段４８…グリッ
ド電位調整手段４９…試料台電位調整手段５０…ステージ制御手段５１…線源電位調整手段
５２…画像メモリ５３…画像処理回路５４…表示装置５９…表
示装置６１…非点収差補正回路６２…校正用
ターゲット６４…非点収差調整手段８０…位置ずれ検出手段８１…欠陥検出手段
８２…特徴量計算手段８３…処理装置８４…欠陥画像メモリ８５…
記憶装置１０４…下地パターン１０５…絶縁
膜１０６…導通穴１０７…導通のとれていな
い導通穴

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 ＪＨ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｑ (72)発明者広井高志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)発明者宮井裕史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 (72)発明者杉本有俊東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者久邇朝宏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)発明者野副真理東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2F067 AA54 BB01 BB04 CC00 CC14 CC17 EE04 GG08 HH06 JJ05 KK04 LL00 LL16 RR08 RR24 RR30 RR35 RR42 SS02 2G001 AA03 BA07 CA03 FA01 FA06 GA01 GA06 HA07 HA13 JA11 JA16 KA03 LA11 MA05 4M106 AA01 CA16 CA39 DA15 DB05 DB21 DJ04 DJ05 DJ11 DJ20 DJ38 5B057 AA03 BA01 BA02 CA12 CA16 DA03 DA16 DB02 DC32 5L096 BA03 CA01 CA02 DA01 GA08 HA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物を固定し移動させるステージと、荷
電粒子ビームを対象物上に収束しこれを走査する手段
と、前記荷電粒子ビームを走査した時に対象物から発生
する２次粒子を所定のサンプリング間隔で検知してデジ
タル画像信号に変換する手段を備え、これによって検査
対象画像を検出し、これを参照画像と比較して欠陥候補
を検出し、検出された欠陥候補の位置に対応する検査対
象画像および必要に応じて検査時に使用した参照画像を
メモリー上に保持し、欠陥画像の収集、保持された画像
から真の欠陥の決定、欠陥の分類の３種類の処理のうち
少なくとも１種類の処理を検査と並行して行うことを特
徴とするパターン検査装置。
【請求項２】対象物を固定し移動させるステージと、荷
電粒子ビームを対象物上に収束しこれを走査する手段
と、前記荷電粒子ビームを走査した時に対象物から発生
する２次粒子を所定のサンプリング間隔で検知してデジ
タル画像信号に変換する手段を備え、これによって検査
対象画像を検出し、これを参照画像と比較して欠陥候補
を検出し、検出された欠陥候補に対応する、サイズ、座
標、信号量、信号量の基準レベルあるいは参照画像の信
号量に対する正負、テキスチャー、のうち少なくともの
３種の特徴量を計算し、欠陥の分類に用いることを特徴
とするパターン検査装置。
【請求項３】信号量の大小、基準レベルに対する正負、
あるいは、その両方を少なくとも用いて、欠陥候補がオ
ープン欠陥であるかショート欠陥であるかを少なくとも
分類することを特徴とする請求項２に記載のパターン検
査装置。
【請求項４】前記特徴量は、欠陥検出と同時に画像処理
回路によって計算することを特徴とする請求項２又は３
に記載のパターン検査装置。
【請求項５】前記特徴量は、欠陥検出時にメモリー上に
保持された欠陥部の画像と必要に応じて検査時に使用し
た参照画像を用いて、検査と並行してあるいは検査より
遅れて非同期的に画像処理回路あるいはコンピュータプ
ログラム処理を用いて計算することを特徴とする請求項
２又は３に記載のパターン検査装置。
【請求項６】前記対象物は、繰り返しパターンの形成さ
れた基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定
された点における画像を検査と同時にメモリー上に取り
込み、これらの画像を並べて表示することにより、加工
結果の善し悪しとその対象物上分布の判断材料を提供す
ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
のパターン検査装置。
【請求項７】前記対象物は、繰り返しパターンの形成さ
れた基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定
された点における画像を検査と同時にメモリー上に取り
込み、これらの画像の定量評価の算出あるいは画像の分
類を行い、この定量評価値あるいは分類結果あるいはそ
の両方の分布をグラフ表示し、あるいは、基板上の位置
を示すマップ上に表示することにより、加工結果の善し
悪しとそのくり返し単位上分布の判断材料を提供するこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のパ
ターン検査装置。
【請求項８】欠陥画像を再度検出時とは別の手段あるい
は動作条件によって画像処理することによって検査して
再検出できなかった欠陥候補を虚報として除去すること
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のパタ
ーン検査装置。
【請求項９】前記対象物は繰り返しパターンの形成され
た基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定さ
れた点における画像を検査と独立して取り込み、これら
の画像を並べて表示することにより、加工結果の善し悪
しとその対象物上分布の判断材料を提供することによ
り、効率的な検査領域の設定,あるいは、検査欠陥の解
釈のための補助的な情報を提供することを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載のパターン検査装置。
【請求項１０】前記対象物は繰り返しパターンの形成さ
れた基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定
された点における画像を検査と独立して取り込み、これ
らの画像の定量評価の算出あるいは画像の分類を行い、
この定量評価値あるいは分類結果あるいはその両方の分
布をグラフ表示し、あるいは、基板上の位置を示すマッ
プ上に表示して、加工結果の善し悪しとその対象物分布
の判断材料を提供することにより、効率的な検査領域の
設定,あるいは、検査欠陥の解釈のための補助的な情報
を提供することを特徴とすることを特徴とする請求項１
ないし５のいずれかに記載のパターン検査装置。
【請求項１１】信号量の大小、基準レベルあるいは参照
画像の信号量に対する正負、あるいは、その両方を少な
くとも用いて、欠陥がオープン欠陥であるか、ショート
欠陥であるかを少なくとも分類することを特徴とする荷
電粒子線画像を用いた欠陥確認装置。
【請求項１２】繰り返しパターンの形成された基板から
なる対象物をステージ上に保持し、これを光学的に照明
し、対象物の光学像をレンズによって光学像検出手段上
に結像し、これによって選られた光学像データを用い
て、これを基準パターンと比較することによって、対象
物中の欠陥を検出するパターン検査装置であって、対象
物上の各くり返し単位内の指定された点における画像を
検査と独立して取り込み、これらの画像を並べて表示す
ることにより、加工結果の善し悪しとその対象物上分布
の判断材料を提供することにより、効率的な検査領域の
設定,あるいは、検査欠陥の解釈のための補助的な情報
を提供することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１３】繰り返しパターンの形成された基板から
なる対象物をステージ上に保持し、これを光学的に照明
し、対象物の光学像をレンズによって光学像検出手段上
に結像し、これによって選られた光学像データを用い
て、これを基準パターンと比較することによって、対象
物中の欠陥を検出するパターン検査装置であって、対象
物上の各くり返し単位内の指定された点における画像を
検査と独立して取り込み、これらの画像の定量評価の算
出あるいは画像の分類を行い、この定量評価値あるいは
分類結果あるいはその両方の分布をグラフ表示し、ある
いは、基板上の位置を示すマップ上に表示して、加工結
果の善し悪しとその対象物上分布の判断材料を提供する
ことにより、効率的な検査領域の設定,あるいは、検査
欠陥の解釈のための補助的な情報を提供することを特徴
とすることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１４】繰り返しパターンの形成された基板から
なる対象物をステージ上に保持し、対象物の光学像ある
いは２次粒子像を得て、これを基準パターンと比較する
ことによって、対象物中の欠陥を検出するパターン検査
装置であって、検出された欠陥の局所的な分布を解析す
ることによって、欠陥の原因別分類情報を提供すること
を特徴とすることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１５】収束させた荷電粒子ビームを対象物上に
走査して対象物から発生する２次粒子を所定のサンプリ
ング間隔で検知して検査対象画像を検出し、該検査対象
画像を参照画像と比較して欠陥候補を検出し、検出した
欠陥候補の位置に対応する検査対象画像および必要に応
じて検査時に使用した参照画像をメモリー上に保持し、
欠陥画像の収集、保持された画像から真の欠陥の決定、
欠陥の分類の３種類の処理のうち少なくとも１種類の処
理を検査と並行して行うことを特徴とするパターン検査
方法。
【請求項１６】収束した荷電粒子ビームを対象物上に走
査して対象物から発生する２次粒子を所定のサンプリン
グ間隔で検知して検査対象画像を検出し、該検査対象画
像を参照画像と比較して欠陥候補を検出し、検出された
欠陥候補に対応する、サイズ、座標、信号量、信号量の
基準レベルあるいは参照画像の信号量に対する正負、テ
キスチャー、のうち少なくともの３種の特徴量を計算
し、欠陥の分類に用いることを特徴とするパターン検査
方法。
【請求項１７】信号量の大小、基準レベルに対する正
負、あるいは、その両方を少なくとも用いて、欠陥候補
がオープン欠陥であるかショート欠陥であるかを少なく
とも分類することを特徴とする請求項１６に記載のパタ
ーン検査方法。
【請求項１８】前記特徴量を、欠陥検出と同時に画像処
理回路によって計算することを特徴とする請求項１６又
は１７に記載のパターン検査方法。
【請求項１９】前記特徴量は、欠陥検出時にメモリー上
に保持された欠陥部の画像と必要に応じて検査時に使用
した参照画像を用いて、検査と並行してあるいは検査よ
り遅れて非同期的に画像処理回路あるいはコンピュータ
プログラム処理を用いて計算することを特徴とする請求
項１６又は１７に記載のパターン検査方法。
【請求項２０】前記対象物は、繰り返しパターンの形成
された基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指
定された点における画像を検査と同時にメモリー上に取
り込み、これらの画像を並べて表示することにより、加
工結果の善し悪しとその対象物上分布の判断材料を提供
することを特徴とする請求項１５ないし１９のいずれか
に記載のパターン検査方法。
【請求項２１】前記対象物は、繰り返しパターンの形成
された基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指
定された点における画像を検査と同時にメモリー上に取
り込み、これらの画像の定量評価の算出あるいは画像の
分類を行い、この定量評価値あるいは分類結果あるいは
その両方の分布をグラフ表示し、あるいは、基板上の位
置を示すマップ上に表示することにより、加工結果の善
し悪しとそのくり返し単位上分布の判断材料を提供する
ことを特徴とする請求項１５ないし１９のいずれかに記
載のパターン検査方法。
【請求項２２】欠陥画像を再度検出時とは別の手段ある
いは動作条件によって画像処理することによって検査し
て再検出できなかった欠陥候補を虚報として除去するこ
とを特徴とする請求項１５ないし１９のいずれかに記載
のパターン検査方法。
【請求項２３】前記対象物は繰り返しパターンの形成さ
れた基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定
された点における画像を検査と独立して取り込み、これ
らの画像を並べて表示することにより、加工結果の善し
悪しとその対象物上分布の判断材料を提供することによ
り、効率的な検査領域の設定,あるいは、検査欠陥の解
釈のための補助的な情報を提供することを特徴とする請
求項１５ないし１９のいずれかに記載のパターン検査方
法。
【請求項２４】前記対象物は繰り返しパターンの形成さ
れた基板であって、対象物上の各くり返し単位内の指定
された点における画像を検査と独立して取り込み、これ
らの画像の定量評価の算出あるいは画像の分類を行い、
この定量評価値あるいは分類結果あるいはその両方の分
布をグラフ表示し、あるいは、基板上の位置を示すマッ
プ上に表示して、加工結果の善し悪しとその対象物分布
の判断材料を提供することにより、効率的な検査領域の
設定,あるいは、検査欠陥の解釈のための補助的な情報
を提供することを特徴とすることを特徴とする請求項１
５ないし１９のいずれかに記載のパターン検査方法。
【請求項２５】信号量の大小、基準レベルあるいは参照
画像の信号量に対する正負、あるいは、その両方を少な
くとも用いて、欠陥がオープン欠陥であるか、ショート
欠陥であるかを少なくとも分類することを特徴とする荷
電粒子線画像を用いたパターン検査方法。
【請求項２６】繰り返しパターンの形成された試料の欠
陥を検出する方法であって、試料上の各くり返し単位内
の指定された点における画像を検査と独立して取り込
み、これらの画像を並べて表示することにより、加工結
果の善し悪しとその対象物上分布の判断材料を提供する
ことにより、効率的な検査領域の設定,あるいは、検査
欠陥の解釈のための補助的な情報を提供することを特徴
とするパターン検査方法。
【請求項２７】繰り返しパターンの形成された試料中の
欠陥を検出するパターン検査装置であって、対象物上の
各くり返し単位内の指定された点における画像を検査と
独立して取り込み、これらの画像の定量評価の算出ある
いは画像の分類を行い、この定量評価値あるいは分類結
果あるいはその両方の分布をグラフ表示し、あるいは、
基板上の位置を示すマップ上に表示して、加工結果の善
し悪しとその対象物上分布の判断材料を提供することに
より、効率的な検査領域の設定,あるいは、検査欠陥の
解釈のための補助的な情報を提供することを特徴とする
ことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２８】繰り返しパターンの形成された試料の光
学像あるいは２次粒子像を得て、これを基準パターンと
比較することによって、試料中の欠陥を検出するパター
ン検査方法であって、検出された欠陥の局所的な分布を
解析することによって、欠陥の原因別分類情報を提供す
ることを特徴とするパターン検査方法。