JP2004271270A - パターン検査方法及びパターン検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大領域の試料のパターンの欠陥検査を行う場合であっても、簡便、迅速、確実に欠陥検査を行うことができるパターン検査方法を提供する。
【解決手段】本発明のパターン検査方法は、試料11に電子線をスキャンさせながら照射することにより試料11から発生する荷電粒子に基づき試料像40’を形成し、得られた試料像40’に基づき試料11のパターンを検査するパターン検査方法において、電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が試料11のパターンの輪郭ライン40aの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向D1に試料像を試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせて第1試料像40’を取得し、予め記憶された参照画像42と第1試料像40’とを比較して、試料の欠陥検査を行う
【選択図】 図9
【解決手段】本発明のパターン検査方法は、試料11に電子線をスキャンさせながら照射することにより試料11から発生する荷電粒子に基づき試料像40’を形成し、得られた試料像40’に基づき試料11のパターンを検査するパターン検査方法において、電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が試料11のパターンの輪郭ライン40aの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向D1に試料像を試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせて第1試料像40’を取得し、予め記憶された参照画像42と第1試料像40’とを比較して、試料の欠陥検査を行う
【選択図】 図9
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子などの試料の検査、測長を行う走査型電子顕微鏡や測長SEM等に用いられるパターン検査方法及びパターン検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、走査型電子顕微鏡や測長SEM等を用いて、試料のパターンの検査が行われ、半導体素子等の検査を行う技術分野では、試料の欠陥を検査するために各種のパターン検査方法、検査装置が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0003】
例えば、従来から、試料のパターンの輪郭(エッジ)に沿って限定された微小走査領域について2次元的に走査するいわゆるベクタ走査を行い、パターンを検査するパターン検査方法が知られている。
【0004】
また、電子顕微鏡の偏向コイルを制御して、電子線(電子ビーム)の走査方向を配線パターンのラインの延びる方向に対して斜めにして被測定半導体デバイスに電子線を走査し、配線パターンの画像を取得するようにしたパターン検査方法及びパターン検査装置も知られている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
【0005】
更に、半導体デバイスのパターン画像と、そのパターンの設計CAD画像とを重ね合わせて表示するようにしたパターン検査方法及びパターン検査装置も知られている(例えば、特許文献5参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭63−210606号公報(図3、図4)
【特許文献2】
特開平9−312318号公報(段落番号0017、図3)
【特許文献3】
特開平9−265931号公報
【特許文献4】
特開平10−3876号公報
【特許文献5】
特開2002−353280号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、走査型電子顕微鏡や測長SEM等では、電子線の走査方向(スキャン方向)と平行なパターンの輪郭ラインが延びる方向については、解像度が低いことが知られている。
【0008】
従来の測長SEMでは、スキャンの方向に対して垂直な線分に注目して測定を行っていたが、新しく取得した2次元画像データをCADデータと比較して欠陥検査を行う場合、スキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度が低いので測定誤差の原因となっている。
【0009】
ベクタ走査によるパターン検査方法は、そのスキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度が低いという問題点を解決することはできるが、このベクタ走査によるパターン検査方法は、パターンの輪郭(エッジ)ラインに沿って微小領域を検査する方法であるので、非常に手間と時間とがかかり、大領域の試料のパターンを検査するパターン検査方法には不向きである。
【0010】
また、試料のパターンの試料像データを単にCADデータと重ね合わせるパターン検査方法では、そのスキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度の低下を克服できないので、パターンの欠陥を見落とすおそれがある。
【0011】
更に、電子ビームの走査方向を配線パターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜めにして試料画像を取得するパターン検査方法では、パターンの輪郭ライン部分の欠陥を見落とす不都合がある。
【0012】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、大領域の試料のパターンの欠陥検査を行う場合であっても、簡便、迅速、確実に欠陥検査を行うことができるパターン検査方法及びパターン検査装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のパターン検査方法は、試料に電子線をスキャンさせながら照射することにより前記試料から発生する荷電粒子に基づき試料像を形成し、得られた試料像に基づき試料のパターンを検査するパターン検査方法において、前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記試料像を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせて第1試料像を取得し、予め記憶された参照画像と前記第1試料像とを比較して、前記試料の欠陥検査を行うことを特徴とする。
【0014】
請求項2に記載のパターン検査方法は、前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする。
【0015】
請求項3に記載のパターン検査装置は、試料を載置する試料載置手段と、前記試料に電子線をスキャンさせながら照射する電子線照射手段と、前記電子線の照射により発生する荷電粒子に基づき試料像を形成する試料像形成手段と、前記試料の参照画像を予め記憶させた記憶手段と、得られた試料像のパターンと前記参照画像とを比較し、前記試料のパターンを検査するための演算制御手段とを有するパターン検査装置において、
前記演算制御手段は、前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記電子線を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせるために前記電子線照射手段を制御し、得られた第1試料像と前記参照画像とを比較して前記試料のパターンを検査することを特徴とする。
【0016】
請求項4に記載のパターン検査装置は、前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態1〉
図1は本発明に係わるパターン検査方法に用いるパターン検査装置の全体構成を示している。
【0018】
その図1において、符号10は半導体用のウェハ、チップ等の試料11を載置する試料載置手段としての円盤状の移動台である。このパターン検査装置は、走査型電子顕微鏡12、ホストコンピュータ(演算制御手段)13、モニタ14から大略構成されている。
【0019】
走査型電子顕微鏡12は、鏡筒15の上部に設けられた電子銃16、コンデンサレンズコイル17、X方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19、検出器(荷電粒子検出手段)20、対物レンズコイル21から大略構成されている。
【0020】
電子レンズ16、コンデンサレンズコイル17、X方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19、対物レンズコイル21は電子線照射手段を構成し、電子銃16から放射された電子ビーム16aは、コンデンサレンズコイル17、対物レンズコイル21を通って試料11に照射される。また、電子ビーム16aはX方向スキャン制御回路18A、Y方向スキャン制御回路19Aを介してX方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19によって適宜偏向される。
【0021】
そして、電子ビーム16aの照射により発生した試料11からの2次電子ビーム等は検出器20により検出される。その検出信号はホストコンピュータ13に入力され、ホストコンピュータ13はその検出信号を適宜画像処理して試料像を形成する試料像形成手段として機能し、その画像処理結果はモニタ14に出力され、モニタ14の画面14Aに試料像として表示される。
【0022】
移動台10は真空状態の試料室22内に設置される。この移動台10は互いに直交するX方向とY方向とに移動可能とされている。このX方向、Y方向への移動は図2に示すようにX方向アクチュエータ23、X方向送りネジ24、X方向ガイドバー25、Y方向アクチュエータ26、Y方向送りネジ27、Y方向ガイドバー28によって行われる。X方向アクチュエータ23はX方向アクチュエータ制御回路29によって制御され、Y方向アクチュエータ26はY方向アクチュエータ駆動制御回路30によって制御される。
【0023】
そのX方向アクチュエータ駆動制御回路29にはX方向移動指令値設定器31が接続され、Y方向アクチュエータ駆動制御30にはY方向移動指令値設定器32が接続されている。X方向移動指令値設定器31、Y方向移動指令値設定器32にはホストコンピュータ13から制御信号が入力される。
【0024】
移動台10を試料の測定したい位置に移動させ、測定したい視野領域11’への荷電粒子への照射、例えば10000倍の視野領域11’の照射により、その試料像11aがモニタ14の画面14Aに表示される。
【0025】
ホストコンピュータ13には、キャドデータ格納装置13aが接続されている。このキャドデータ格納装置13aには例えば試料11としてのウェハに形成すべきパターンを示す設計図面としてのCADデータが格納されている。
【0026】
ここでは、ウェハに形成されるパターンは、図3に示すように、階段型パターン40であり、このウェハには図4に示すようにこの階段型パターン40が繰り返し形成されている。その階段型パターン40は、試料11に形成されているパターンの欠陥検査を行う際にキャドデータ格納装置13aから呼び出されて参照画像42(図5(F)参照)として用いられる。
【0027】
ホストコンピュータ13は欠陥検査を行う際に、電子ビーム16aのスキャンの方向をCADデータに基づく試料11のパターン40の輪郭ライン40aの延びる方向から自動的に取得する。
【0028】
ついで、ホストコンピュータ13はCADデータから輪郭ライン40aの延びる方向に対するラスタスキャンの角度θを演算により自動的に求める。ホストコンピュータ13は、この角度θを用いて偏向コイル18、19を制御する。
【0029】
これにより、偏向コイル18、19の走査電源により発生した鋸歯状波電流SX、SYがsinθ、cosθの関数値に分割され、この電流信号を加算器で加算して、偏向コイル18、19に供給され、試料11に対する電子ビーム16aの走査方向(ラスタスキャン方向)が輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θ回転される。
【0030】
この関係式を以下に示す。
X=SXsinθ+SYcosθ
Y=−SXcosθ+SYsinθ
これにより、電子ビーム16aは、図5(A)に示すように、輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θとなる第1方向(第1領域)D1に設定して試料11のパターン40をラスタスキャンする。
【0031】
その結果、図5(B)に示す第1試料像としてのパターン像40’が得られる。その図5(B)において、符号40b’はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0032】
ついで、ホストコンピュータ13は、その第1方向D1に対して90度となる第2方向D2に電子ビーム16aのスキャン方向がなるように偏向コイル18、19を制御する。これにより、電子ビーム16aは、図5(C)に示すように、第1方向に対して直交する第2方向(第2領域)D2に設定して試料11のパターン40をラスタスキャンする。
【0033】
その結果、図5(D)に示す第2試料像としてのパターン像40”が得られる。その図5(D)において、符号40b”はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0034】
ホストコンピュータ13は画像合成部として機能し、第1試料像としてのパターン像40’と第2試料像としてのパターン像40”とを重ね合わせて、図5(E)に示すように合成画像としてのパターン像41を作成する。その図5(E)において、符号41bはパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像41bを示している。
【0035】
この第1試料像と第2試料像との合成により、パターン40に欠陥部40bがある場合、その欠陥部40bに対応する欠陥部像41bが明瞭化される。
【0036】
ホストコンピュータ13はついでそのパターン像41を設計図面としての階段型のパターン40としての参照画像42と比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定する。
【0037】
ホストコンピュータ13は、一個の視野領域11’についての欠陥検査が終わると、図4に示す矢印A1ないし矢印A4方向に移動台10を制御し、順次次の視野領域11’に移行して、同様の欠陥検査を実行する。
【0038】
また、図6(A’)に符号40cで示す角部分、図6(C’)に符号40dで示す角部分は、電子線によるスキャンにより、図6(B’)に符号40c’で示すように丸みを帯びた欠陥部像、図6(D’)に符号40d’のように見え、真の欠陥部像か否か判別がつかないことがある。
【0039】
そこで、まず、電子線のスキャン領域を第1領域に設定して第1試料像としてのパターン像40’を取得し、これと参照画像42(図6(E’)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、次に、電子線のスキャン領域を第2領域に設定して第2試料像としてのパターン像40”を取得し、これと参照画像42(図6(E”)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、その後に、これらの試料欠陥画像を合成して、パターン像41(図6(F’)参照)を求める。
【0040】
これにより、欠陥部像41bが明瞭化され試料11のパターン40に欠陥部40bがあるか否かが明瞭化される。
【0041】
ここでは、電子ビーム16aのラスタスキャンの方向をパターン40の輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θだけ傾けることにしたが、図7(A)に示すように、電子ビーム16aをパターン40の輪郭ライン40aの延びる水平方向を第1方向D1としてラスタスキャンして第1試料像を取得し、ついで、図7(B)に示すように、この第1方向D1と直交する第2方向D2に電子ビーム16aのラスタスキャン方向を設定し、試料11の同一の視野領域11’をラスタスキャンして第2試料像を取得し、第1試料像と第2試料像とを合成して、図7(C)に示す合成画像としてのパターン像41を取得し、このパターン像41を図7(D)に示す参照画像42と比較してパターンの欠陥検査を行ってもよい。
【0042】
この発明の実施の形態1では、輪郭ライン40aの延びる第1方向D1とこれに直交する第2方向D2とを設定して、試料11をスキャンして2枚の試料画像を取得し、この2枚の試料画像を合成して試料11の欠陥を検査するようにしたが、第1方向D1と第2方向D2との為す角度は90度以下であっても良い。
【0043】
以上、発明の実施の形態1では、試料11に対するラスタスキャンの角度をホストコンピュータ13が偏向コイル18、19制御することにより設定することにしたが、試料台10を機械的に回転させ、第1方向D1と第2方向D2とにラスタスキャンし、パターン像40’、40”を得て試料のパターン40の欠陥の検査を行うこともできる。
【0044】
【実施の形態2】
ここでは、視野領域11’を直交する方向ではなく、スキャンにスキュー角度を与えて長方形を除く平行四辺形状にスキャンする。
【0045】
スキュー角度が加えられたスキャンローテーションは、
X=SXsin(θ+φ)+SYcosθ
Y=−SXcos(θ+φ)+SYsinθ
と表され、スキャン角度φの重ね合わせにより、電子ビーム16aのスキャンは試料11に対して平行四辺形状となる。
【0046】
これにより、試料11の各視野領域11’は図8に示すように平行四辺形状にスキャンされることになる。
【0047】
例えば、スキュースキャンローテンションでは、視野領域11’図9(A)、(C)に示すようにスキャンされる。
【0048】
ホストコンピュータ13は、図9(A)に示すように、輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度φとなる第1方向D1に試料11のパターン40に対して電子ビーム16aをスキュースキャンさせる。
【0049】
その結果、図9(B)に示す第1試料像としてのパターン像40’が得られる。その図9(B)において、符号40b’はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0050】
ついで、ホストコンピュータ13は、その第1方向D1に対して90度となる第2方向D2に電子ビーム16aのスキャン方向がなるように偏向コイル18、19を制御する。これにより、電子ビーム16aは、図9(C)に示すように、第1方向に対して直交する第2方向D2に試料11のパターン40をスキュースキャンする。
【0051】
その結果、図9(D)に示す第2試料像としてのパターン像40”が得られる。その図9(D)において、符号40B”はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0052】
図9(B)、図9(D)により得られたパターン像40’、40”は、観察者が設計上予期する画像とは異なる。そこで、ホストコンピュータ13はそのメモリ上で回転変換、歪み変換を行って、図9(E)、図9(F)に示す整形画像41’、41”を画面14A上に表示させる。
【0053】
ホストコンピュータ13は画像合成部として機能し、第1試料像としての整形画像41’と第2試料像としての整形画像41”とを重ね合わせて、図9(G)に示すように合成画像としてのパターン像41を作成する。その図9(G)において、符号41bはパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像41bを示している。
【0054】
この第1試料像と第2試料像との合成により、パターン40に欠陥部40bがある場合、その欠陥部40bに対応する欠陥部像41bが明瞭化される。
【0055】
ホストコンピュータ13はついでそのパターン像41を設計図面としての階段型のパターン40としての参照画像42(図9(H)参照)と比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定する。
【0056】
また、図10(A’)に符号40cで示す角部分、図10(C’)に符号40dで示す角部分は、電子線によるスキャンにより、図10(B’)に符号40c’で示すように丸みを帯びた欠陥部像、図10(D’)に符号40d’のように見え、真の欠陥部像か否か判別がつかないことがある。
【0057】
そこで、まず、電子線のスキャン領域を第1領域に設定して第1試料像としてのパターン像40’を取得し、これを整形して整形画像41’(図10(E’)参照)を得た後、この整形画像41’と参照画像42(図10(G’)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、次に、電子線のスキャン領域を第2領域に設定して第2試料像としてのパターン像40”を取得し、これを整形して整形画像41”(図10(F’)参照)を得た後、この整形画像41”と参照画像42(図10(G”)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、その後に、これらの試料欠陥画像を合成して、パターン像41(図10(H’)参照)を求める。
【0058】
これにより、欠陥部像41bが明瞭化され試料11のパターン40に欠陥部40bがあるか否かが明瞭化される。
【0059】
ホストコンピュータ13は、一個の視野領域11’についての欠陥検査が終わると、図4に示す矢印A1ないし矢印A4方向に移動台10を制御し、順次次の視野領域11’に移行して、同様の欠陥検査を実行する。
【0060】
また、図11に示すように、第1試料像としての整形画像41’と設計図面としての階段型のパターンである参照画像42とを比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定し、欠陥検査をすることもできる。
【0061】
この発明の実施の形態2では、輪郭ライン40aの延びる第1方向D1とこれに直交する第2方向D2とを設定して、試料11をスキュースキャンして2枚の試料画像を取得し、この2枚の試料画像を合成して試料11の欠陥を検査するようにしたが、第1方向D1と第2方向D2との為す角度は90度以下であっても良い。
【0062】
この発明の実施の形態2によれば、水平ラインに対して角度をもってスキャンできるので、水平方向の輪郭ライン40aの解像度の劣化を防止できる。
【0063】
また、試料台10を移動させて試料の大領域の検査を行う場合でも、平行四辺形状の視野領域を重ね合わせてスキャンできるのでスキャンに無駄な領域が生じるのを防止できる。
【0064】
なお、試料台10を機械的に回転させ、パターン40の輪郭線ライン40aの延びる方向に対してラスタスキャンが斜めとなるようにパターンとスキャンとを相対回転させてずらした後、第1方向D1と第2方向D2とにスキュースキャンし、パターン像40’、40”を得て試料のパターン40の欠陥の検査を行うこともできる。
【0065】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、大領域の試料のパターンの欠陥検査を行う場合であっても、簡便、迅速、確実に欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるパターン検査装置の概要図である。
【図2】図1に示す試料載置台の一例を示す図である。
【図3】試料に形成されるパターンの一例を示す図である。
【図4】試料に形成された繰り返しパターンと視野領域との関係を示す説明図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の一例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すラスタスキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(D)は(B)に示すラスタスキャンにより得られた第2試料像を示し、(E)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(F)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図6】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A’)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向(第1領域)に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B’)は(A’)に示すラスタスキャンにより得られた第1試料像を示し、(C’)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(D’)は(B’)に示すラスタスキャンにより得られた第2試料像を示し、(E’)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(F’)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図7】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の更に他の例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(C)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(D)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図8】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の一例を示す図であって、視野領域を平行四辺形状にスキュースキャンしている状態を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の一例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1方向と直交する第2方向に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(D)は(B)に示すスキュースキャンにより得られた第2試料像を示し、(E)は第1試料像の整形画像を示し、(F)は第2試料像の整形画像を示し、(G)は第1試料像の整形画像と第2試料像の整形画像とを合成して得られた合成画像を示し、(H)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図10】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A’)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向(第1領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B’)は(A’)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C’)は第1方向と直交する第2方向(第2領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(D’)は(B’)に示すスキュースキャンにより得られた第2試料像を示し、(E’)は第1試料像の整形画像を示し、(F’)は第2試料像の整形画像を示し、(G’)は第1試料像の整形画像と第2試料像の整形画像とを合成して得られた合成画像を示し、(H’)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図11】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向(第1領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1試料像の整形画像を示し、(D)は第1試料像と比較すべき参照画像を示している。
【符号の説明】
11…試料
11’…視野領域
40…パターン
40a…輪郭ライン
40’…パターン像(第1試料像)
40”…パターン像(第2試料像)
42…参照画像
D1…第1方向
D2…第2方向
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子などの試料の検査、測長を行う走査型電子顕微鏡や測長SEM等に用いられるパターン検査方法及びパターン検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、走査型電子顕微鏡や測長SEM等を用いて、試料のパターンの検査が行われ、半導体素子等の検査を行う技術分野では、試料の欠陥を検査するために各種のパターン検査方法、検査装置が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0003】
例えば、従来から、試料のパターンの輪郭(エッジ)に沿って限定された微小走査領域について2次元的に走査するいわゆるベクタ走査を行い、パターンを検査するパターン検査方法が知られている。
【0004】
また、電子顕微鏡の偏向コイルを制御して、電子線(電子ビーム)の走査方向を配線パターンのラインの延びる方向に対して斜めにして被測定半導体デバイスに電子線を走査し、配線パターンの画像を取得するようにしたパターン検査方法及びパターン検査装置も知られている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
【0005】
更に、半導体デバイスのパターン画像と、そのパターンの設計CAD画像とを重ね合わせて表示するようにしたパターン検査方法及びパターン検査装置も知られている(例えば、特許文献5参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開昭63−210606号公報(図3、図4)
【特許文献2】
特開平9−312318号公報(段落番号0017、図3)
【特許文献3】
特開平9−265931号公報
【特許文献4】
特開平10−3876号公報
【特許文献5】
特開2002−353280号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、走査型電子顕微鏡や測長SEM等では、電子線の走査方向(スキャン方向)と平行なパターンの輪郭ラインが延びる方向については、解像度が低いことが知られている。
【0008】
従来の測長SEMでは、スキャンの方向に対して垂直な線分に注目して測定を行っていたが、新しく取得した2次元画像データをCADデータと比較して欠陥検査を行う場合、スキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度が低いので測定誤差の原因となっている。
【0009】
ベクタ走査によるパターン検査方法は、そのスキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度が低いという問題点を解決することはできるが、このベクタ走査によるパターン検査方法は、パターンの輪郭(エッジ)ラインに沿って微小領域を検査する方法であるので、非常に手間と時間とがかかり、大領域の試料のパターンを検査するパターン検査方法には不向きである。
【0010】
また、試料のパターンの試料像データを単にCADデータと重ね合わせるパターン検査方法では、そのスキャンと平行な輪郭ラインの延びる方向の解像度の低下を克服できないので、パターンの欠陥を見落とすおそれがある。
【0011】
更に、電子ビームの走査方向を配線パターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜めにして試料画像を取得するパターン検査方法では、パターンの輪郭ライン部分の欠陥を見落とす不都合がある。
【0012】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、大領域の試料のパターンの欠陥検査を行う場合であっても、簡便、迅速、確実に欠陥検査を行うことができるパターン検査方法及びパターン検査装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のパターン検査方法は、試料に電子線をスキャンさせながら照射することにより前記試料から発生する荷電粒子に基づき試料像を形成し、得られた試料像に基づき試料のパターンを検査するパターン検査方法において、前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記試料像を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせて第1試料像を取得し、予め記憶された参照画像と前記第1試料像とを比較して、前記試料の欠陥検査を行うことを特徴とする。
【0014】
請求項2に記載のパターン検査方法は、前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする。
【0015】
請求項3に記載のパターン検査装置は、試料を載置する試料載置手段と、前記試料に電子線をスキャンさせながら照射する電子線照射手段と、前記電子線の照射により発生する荷電粒子に基づき試料像を形成する試料像形成手段と、前記試料の参照画像を予め記憶させた記憶手段と、得られた試料像のパターンと前記参照画像とを比較し、前記試料のパターンを検査するための演算制御手段とを有するパターン検査装置において、
前記演算制御手段は、前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記電子線を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせるために前記電子線照射手段を制御し、得られた第1試料像と前記参照画像とを比較して前記試料のパターンを検査することを特徴とする。
【0016】
請求項4に記載のパターン検査装置は、前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態1〉
図1は本発明に係わるパターン検査方法に用いるパターン検査装置の全体構成を示している。
【0018】
その図1において、符号10は半導体用のウェハ、チップ等の試料11を載置する試料載置手段としての円盤状の移動台である。このパターン検査装置は、走査型電子顕微鏡12、ホストコンピュータ(演算制御手段)13、モニタ14から大略構成されている。
【0019】
走査型電子顕微鏡12は、鏡筒15の上部に設けられた電子銃16、コンデンサレンズコイル17、X方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19、検出器(荷電粒子検出手段)20、対物レンズコイル21から大略構成されている。
【0020】
電子レンズ16、コンデンサレンズコイル17、X方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19、対物レンズコイル21は電子線照射手段を構成し、電子銃16から放射された電子ビーム16aは、コンデンサレンズコイル17、対物レンズコイル21を通って試料11に照射される。また、電子ビーム16aはX方向スキャン制御回路18A、Y方向スキャン制御回路19Aを介してX方向偏向コイル18、Y方向偏向コイル19によって適宜偏向される。
【0021】
そして、電子ビーム16aの照射により発生した試料11からの2次電子ビーム等は検出器20により検出される。その検出信号はホストコンピュータ13に入力され、ホストコンピュータ13はその検出信号を適宜画像処理して試料像を形成する試料像形成手段として機能し、その画像処理結果はモニタ14に出力され、モニタ14の画面14Aに試料像として表示される。
【0022】
移動台10は真空状態の試料室22内に設置される。この移動台10は互いに直交するX方向とY方向とに移動可能とされている。このX方向、Y方向への移動は図2に示すようにX方向アクチュエータ23、X方向送りネジ24、X方向ガイドバー25、Y方向アクチュエータ26、Y方向送りネジ27、Y方向ガイドバー28によって行われる。X方向アクチュエータ23はX方向アクチュエータ制御回路29によって制御され、Y方向アクチュエータ26はY方向アクチュエータ駆動制御回路30によって制御される。
【0023】
そのX方向アクチュエータ駆動制御回路29にはX方向移動指令値設定器31が接続され、Y方向アクチュエータ駆動制御30にはY方向移動指令値設定器32が接続されている。X方向移動指令値設定器31、Y方向移動指令値設定器32にはホストコンピュータ13から制御信号が入力される。
【0024】
移動台10を試料の測定したい位置に移動させ、測定したい視野領域11’への荷電粒子への照射、例えば10000倍の視野領域11’の照射により、その試料像11aがモニタ14の画面14Aに表示される。
【0025】
ホストコンピュータ13には、キャドデータ格納装置13aが接続されている。このキャドデータ格納装置13aには例えば試料11としてのウェハに形成すべきパターンを示す設計図面としてのCADデータが格納されている。
【0026】
ここでは、ウェハに形成されるパターンは、図3に示すように、階段型パターン40であり、このウェハには図4に示すようにこの階段型パターン40が繰り返し形成されている。その階段型パターン40は、試料11に形成されているパターンの欠陥検査を行う際にキャドデータ格納装置13aから呼び出されて参照画像42(図5(F)参照)として用いられる。
【0027】
ホストコンピュータ13は欠陥検査を行う際に、電子ビーム16aのスキャンの方向をCADデータに基づく試料11のパターン40の輪郭ライン40aの延びる方向から自動的に取得する。
【0028】
ついで、ホストコンピュータ13はCADデータから輪郭ライン40aの延びる方向に対するラスタスキャンの角度θを演算により自動的に求める。ホストコンピュータ13は、この角度θを用いて偏向コイル18、19を制御する。
【0029】
これにより、偏向コイル18、19の走査電源により発生した鋸歯状波電流SX、SYがsinθ、cosθの関数値に分割され、この電流信号を加算器で加算して、偏向コイル18、19に供給され、試料11に対する電子ビーム16aの走査方向(ラスタスキャン方向)が輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θ回転される。
【0030】
この関係式を以下に示す。
X=SXsinθ+SYcosθ
Y=−SXcosθ+SYsinθ
これにより、電子ビーム16aは、図5(A)に示すように、輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θとなる第1方向(第1領域)D1に設定して試料11のパターン40をラスタスキャンする。
【0031】
その結果、図5(B)に示す第1試料像としてのパターン像40’が得られる。その図5(B)において、符号40b’はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0032】
ついで、ホストコンピュータ13は、その第1方向D1に対して90度となる第2方向D2に電子ビーム16aのスキャン方向がなるように偏向コイル18、19を制御する。これにより、電子ビーム16aは、図5(C)に示すように、第1方向に対して直交する第2方向(第2領域)D2に設定して試料11のパターン40をラスタスキャンする。
【0033】
その結果、図5(D)に示す第2試料像としてのパターン像40”が得られる。その図5(D)において、符号40b”はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0034】
ホストコンピュータ13は画像合成部として機能し、第1試料像としてのパターン像40’と第2試料像としてのパターン像40”とを重ね合わせて、図5(E)に示すように合成画像としてのパターン像41を作成する。その図5(E)において、符号41bはパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像41bを示している。
【0035】
この第1試料像と第2試料像との合成により、パターン40に欠陥部40bがある場合、その欠陥部40bに対応する欠陥部像41bが明瞭化される。
【0036】
ホストコンピュータ13はついでそのパターン像41を設計図面としての階段型のパターン40としての参照画像42と比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定する。
【0037】
ホストコンピュータ13は、一個の視野領域11’についての欠陥検査が終わると、図4に示す矢印A1ないし矢印A4方向に移動台10を制御し、順次次の視野領域11’に移行して、同様の欠陥検査を実行する。
【0038】
また、図6(A’)に符号40cで示す角部分、図6(C’)に符号40dで示す角部分は、電子線によるスキャンにより、図6(B’)に符号40c’で示すように丸みを帯びた欠陥部像、図6(D’)に符号40d’のように見え、真の欠陥部像か否か判別がつかないことがある。
【0039】
そこで、まず、電子線のスキャン領域を第1領域に設定して第1試料像としてのパターン像40’を取得し、これと参照画像42(図6(E’)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、次に、電子線のスキャン領域を第2領域に設定して第2試料像としてのパターン像40”を取得し、これと参照画像42(図6(E”)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、その後に、これらの試料欠陥画像を合成して、パターン像41(図6(F’)参照)を求める。
【0040】
これにより、欠陥部像41bが明瞭化され試料11のパターン40に欠陥部40bがあるか否かが明瞭化される。
【0041】
ここでは、電子ビーム16aのラスタスキャンの方向をパターン40の輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度θだけ傾けることにしたが、図7(A)に示すように、電子ビーム16aをパターン40の輪郭ライン40aの延びる水平方向を第1方向D1としてラスタスキャンして第1試料像を取得し、ついで、図7(B)に示すように、この第1方向D1と直交する第2方向D2に電子ビーム16aのラスタスキャン方向を設定し、試料11の同一の視野領域11’をラスタスキャンして第2試料像を取得し、第1試料像と第2試料像とを合成して、図7(C)に示す合成画像としてのパターン像41を取得し、このパターン像41を図7(D)に示す参照画像42と比較してパターンの欠陥検査を行ってもよい。
【0042】
この発明の実施の形態1では、輪郭ライン40aの延びる第1方向D1とこれに直交する第2方向D2とを設定して、試料11をスキャンして2枚の試料画像を取得し、この2枚の試料画像を合成して試料11の欠陥を検査するようにしたが、第1方向D1と第2方向D2との為す角度は90度以下であっても良い。
【0043】
以上、発明の実施の形態1では、試料11に対するラスタスキャンの角度をホストコンピュータ13が偏向コイル18、19制御することにより設定することにしたが、試料台10を機械的に回転させ、第1方向D1と第2方向D2とにラスタスキャンし、パターン像40’、40”を得て試料のパターン40の欠陥の検査を行うこともできる。
【0044】
【実施の形態2】
ここでは、視野領域11’を直交する方向ではなく、スキャンにスキュー角度を与えて長方形を除く平行四辺形状にスキャンする。
【0045】
スキュー角度が加えられたスキャンローテーションは、
X=SXsin(θ+φ)+SYcosθ
Y=−SXcos(θ+φ)+SYsinθ
と表され、スキャン角度φの重ね合わせにより、電子ビーム16aのスキャンは試料11に対して平行四辺形状となる。
【0046】
これにより、試料11の各視野領域11’は図8に示すように平行四辺形状にスキャンされることになる。
【0047】
例えば、スキュースキャンローテンションでは、視野領域11’図9(A)、(C)に示すようにスキャンされる。
【0048】
ホストコンピュータ13は、図9(A)に示すように、輪郭ライン40aの延びる方向に対して角度φとなる第1方向D1に試料11のパターン40に対して電子ビーム16aをスキュースキャンさせる。
【0049】
その結果、図9(B)に示す第1試料像としてのパターン像40’が得られる。その図9(B)において、符号40b’はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0050】
ついで、ホストコンピュータ13は、その第1方向D1に対して90度となる第2方向D2に電子ビーム16aのスキャン方向がなるように偏向コイル18、19を制御する。これにより、電子ビーム16aは、図9(C)に示すように、第1方向に対して直交する第2方向D2に試料11のパターン40をスキュースキャンする。
【0051】
その結果、図9(D)に示す第2試料像としてのパターン像40”が得られる。その図9(D)において、符号40B”はパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像を示している。
【0052】
図9(B)、図9(D)により得られたパターン像40’、40”は、観察者が設計上予期する画像とは異なる。そこで、ホストコンピュータ13はそのメモリ上で回転変換、歪み変換を行って、図9(E)、図9(F)に示す整形画像41’、41”を画面14A上に表示させる。
【0053】
ホストコンピュータ13は画像合成部として機能し、第1試料像としての整形画像41’と第2試料像としての整形画像41”とを重ね合わせて、図9(G)に示すように合成画像としてのパターン像41を作成する。その図9(G)において、符号41bはパターン40の欠陥部40bに対応する欠陥部像41bを示している。
【0054】
この第1試料像と第2試料像との合成により、パターン40に欠陥部40bがある場合、その欠陥部40bに対応する欠陥部像41bが明瞭化される。
【0055】
ホストコンピュータ13はついでそのパターン像41を設計図面としての階段型のパターン40としての参照画像42(図9(H)参照)と比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定する。
【0056】
また、図10(A’)に符号40cで示す角部分、図10(C’)に符号40dで示す角部分は、電子線によるスキャンにより、図10(B’)に符号40c’で示すように丸みを帯びた欠陥部像、図10(D’)に符号40d’のように見え、真の欠陥部像か否か判別がつかないことがある。
【0057】
そこで、まず、電子線のスキャン領域を第1領域に設定して第1試料像としてのパターン像40’を取得し、これを整形して整形画像41’(図10(E’)参照)を得た後、この整形画像41’と参照画像42(図10(G’)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、次に、電子線のスキャン領域を第2領域に設定して第2試料像としてのパターン像40”を取得し、これを整形して整形画像41”(図10(F’)参照)を得た後、この整形画像41”と参照画像42(図10(G”)参照)とを比較して試料欠陥画像を求め、その後に、これらの試料欠陥画像を合成して、パターン像41(図10(H’)参照)を求める。
【0058】
これにより、欠陥部像41bが明瞭化され試料11のパターン40に欠陥部40bがあるか否かが明瞭化される。
【0059】
ホストコンピュータ13は、一個の視野領域11’についての欠陥検査が終わると、図4に示す矢印A1ないし矢印A4方向に移動台10を制御し、順次次の視野領域11’に移行して、同様の欠陥検査を実行する。
【0060】
また、図11に示すように、第1試料像としての整形画像41’と設計図面としての階段型のパターンである参照画像42とを比較し、パターン40に欠陥部40bがあるか否かを判定し、欠陥検査をすることもできる。
【0061】
この発明の実施の形態2では、輪郭ライン40aの延びる第1方向D1とこれに直交する第2方向D2とを設定して、試料11をスキュースキャンして2枚の試料画像を取得し、この2枚の試料画像を合成して試料11の欠陥を検査するようにしたが、第1方向D1と第2方向D2との為す角度は90度以下であっても良い。
【0062】
この発明の実施の形態2によれば、水平ラインに対して角度をもってスキャンできるので、水平方向の輪郭ライン40aの解像度の劣化を防止できる。
【0063】
また、試料台10を移動させて試料の大領域の検査を行う場合でも、平行四辺形状の視野領域を重ね合わせてスキャンできるのでスキャンに無駄な領域が生じるのを防止できる。
【0064】
なお、試料台10を機械的に回転させ、パターン40の輪郭線ライン40aの延びる方向に対してラスタスキャンが斜めとなるようにパターンとスキャンとを相対回転させてずらした後、第1方向D1と第2方向D2とにスキュースキャンし、パターン像40’、40”を得て試料のパターン40の欠陥の検査を行うこともできる。
【0065】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、大領域の試料のパターンの欠陥検査を行う場合であっても、簡便、迅速、確実に欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるパターン検査装置の概要図である。
【図2】図1に示す試料載置台の一例を示す図である。
【図3】試料に形成されるパターンの一例を示す図である。
【図4】試料に形成された繰り返しパターンと視野領域との関係を示す説明図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の一例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すラスタスキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(D)は(B)に示すラスタスキャンにより得られた第2試料像を示し、(E)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(F)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図6】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A’)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向(第1領域)に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B’)は(A’)に示すラスタスキャンにより得られた第1試料像を示し、(C’)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(D’)は(B’)に示すラスタスキャンにより得られた第2試料像を示し、(E’)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(F’)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図7】本発明の実施の形態1に係わるパターン検査方法の更に他の例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して斜め第1方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(B)は第1方向と直交する第2方向に試料をラスタスキャンしている状態を示し、(C)は第1試料像と第2試料像とを合成して得られた合成画像を示し、(D)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図8】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の一例を示す図であって、視野領域を平行四辺形状にスキュースキャンしている状態を示す図である。
【図9】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の一例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1方向と直交する第2方向に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(D)は(B)に示すスキュースキャンにより得られた第2試料像を示し、(E)は第1試料像の整形画像を示し、(F)は第2試料像の整形画像を示し、(G)は第1試料像の整形画像と第2試料像の整形画像とを合成して得られた合成画像を示し、(H)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図10】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A’)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向(第1領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B’)は(A’)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C’)は第1方向と直交する第2方向(第2領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(D’)は(B’)に示すスキュースキャンにより得られた第2試料像を示し、(E’)は第1試料像の整形画像を示し、(F’)は第2試料像の整形画像を示し、(G’)は第1試料像の整形画像と第2試料像の整形画像とを合成して得られた合成画像を示し、(H’)は合成画像と比較すべき参照画像を示している。
【図11】本発明の実施の形態2に係わるパターン検査方法の他の例を示す説明図であって、(A)はパターンの輪郭ラインの延びる方向に対して第1方向(第1領域)に試料をスキュースキャンしている状態を示し、(B)は(A)に示すスキュースキャンにより得られた第1試料像を示し、(C)は第1試料像の整形画像を示し、(D)は第1試料像と比較すべき参照画像を示している。
【符号の説明】
11…試料
11’…視野領域
40…パターン
40a…輪郭ライン
40’…パターン像(第1試料像)
40”…パターン像(第2試料像)
42…参照画像
D1…第1方向
D2…第2方向
Claims (4)
- 試料に電子線をスキャンさせながら照射することにより前記試料から発生する荷電粒子に基づき試料像を形成し、得られた試料像に基づき試料のパターンを検査するパターン検査方法において、
前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記試料像を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせて第1試料像を取得し、予め記憶された参照画像と前記第1試料像とを比較して、前記試料の欠陥検査を行うことを特徴とするパターン検査方法。 - 前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする請求項1に記載のパターン検査方法。
- 試料を載置する試料載置手段と、前記試料に電子線をスキャンさせながら照射する電子線照射手段と、前記電子線の照射により発生する荷電粒子に基づき試料像を形成する試料像形成手段と、前記試料の参照画像を予め記憶させた記憶手段と、得られた試料像のパターンと前記参照画像とを比較し、前記試料のパターンを検査するための演算制御手段とを有するパターン検査装置において、
前記演算制御手段は、前記電子線のスキャンにスキューが与えられてスキャン領域が前記試料のパターンの輪郭ラインの延びる方向に相対回転されてずらされた第1方向に前記電子線を前記試料に対して長方形状を除く平行四辺形状にスキャンさせるために前記電子線照射手段を制御し、得られた第1試料像と前記参照画像とを比較して前記試料のパターンを検査することを特徴とするパターン検査装置。 - 前記電子線の前記試料のパターンの輪郭ライン方向に対してずらす角度を前記試料の設計データに基づき自動的に求めることを特徴とする請求項3に記載のパターン検査装置。
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