【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩなどの検査対象物の表面上の欠陥を、走査電子顕微鏡などの走査型荷電粒子ビーム装置によって得られた走査像中の表面構造パターンに基づいたパターンマッチング技術を用いて検査する走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造工程においては、最終的に製造されるデバイスの性能を左右するクリティカルな個所の欠陥検査を、当初は光学顕微鏡を用いて行なっていた。この光学顕微鏡を用いて行う欠陥検査では、デバイスの製造工程中の所定の工程が終了したウェハを光学顕微鏡の試料として、光学顕微鏡の試料室に導入する。
【０００３】
光学顕微鏡においては、ウェハ試料上の特定領域ごとにレーザー光を走査し、この走査に伴って試料から発生する散乱光を検出し、レーザー光の走査に同期した画像信号を得る。得られた画像は、ウェハ試料上の特定領域の表面に形成されたパターンであり、このパターンの検出画像は、予め得られている基準パターン画像と比較される。
【０００４】
上記２種の画像の比較は、目視によってもできるが、通常はパターンマッチング技術を用い、コンピュータ制御の下で自動的に行なわれる。この２種の画像比較により、ウェハ試料上に形成されたパターンの形状不良（例えば、パターン幅や長さが異常に長くなっている、あるいは、パターンの一部が欠落している等）、異物の混入等の欠陥を検出する。
【０００５】
検出された欠陥は、その種類に応じて１５分類程度に仕分けされて欠陥の発生原因との対応付けが行なわれる。したがって、デバイスの製造工程中の所定の工程が終了したウェハを光学顕微鏡により検査し、仮にある種の欠陥が見つかった場合には、その発生原因となった製造工程にその情報をフィードバックし、当該発生原因を取り除くことによって、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを向上させるようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記した光学顕微鏡による欠陥検査では、試料にレーザー光を照射していることから、画像の分解能に限界があり、ＬＳＩの微細化の進展に伴ってパターン形状がボケてしまい、欠陥検査を行なうことが不可能となってきた。
【０００７】
超ＬＳＩであっても、光学顕微鏡で検出できる大きさの欠陥も存在し、そのような欠陥は、従来からの光学顕微鏡による欠陥検査で検出し、その後の処理を行なうことが検査全体のスループット向上にとって有効である。しかし、前記したように、ウェハ上に形成されたパターンの微細化に伴い、パターンの欠陥も微細化し、このような微細欠陥もＬＳＩデバイスの性能不良の原因となる。このような微細欠陥は、比較的倍率の低い光学顕微鏡を用いた検査では見出すことができない。あるいは、欠陥の有無までは検出できても、微細欠陥の形状やその大きさなどを高い精度で特定することは不可能である。
【０００８】
その結果、微細欠陥の検査は、倍率が高くまた画像の分解能が高い走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置を使用して行なうようになってきた。このような走査電子顕微鏡を用いて欠陥検査を行なう例として特許文献１を挙げることができる。次に、従来走査電子顕微鏡を用いてデバイス製造過程のウェハ上に形成されたパターン等の欠陥検査を行なう手順を説明する。
【０００９】
まず、被検査ウェハ試料は、レーザー光を光源とした光学顕微鏡をベースにした光学式欠陥検査装置に導入され、レーザー光で試料の所定領域が走査される。この走査によって得られた散乱光を検出し、画像データを取得する。この画像データに基づく画像と基準の画像が比較（例えばパターンマッチング処理）され、試料表面上の欠陥の位置とその大きさが検出される。
【００１０】
上記検査において、光学式検査装置は、欠陥の有無、欠陥の位置と大きさを検出し、それらのデータを、高い倍率で高分解能の像を観察できる走査電子顕微鏡の制御系に転送することが大きな機能となっている。この光学式欠陥検査装置で検出した欠陥の位置は、ウェハ試料上に仮想的に決められた座標系による座標値によって表される。更に、欠陥の大きさは、高い精度ではなく、光学顕微鏡固有の分解能に基づいて検出できる範囲の精度による数値となる。
【００１１】
上記光学式検査装置で所定の検査を行なったウェハ試料は、光学式欠陥検査装置の試料室から取り出され、走査電子顕微鏡の試料室中の移動ステージ上に搬送されて装填される。これら試料の取り出し、搬送、移動ステージへの装填はマニュアルによって行なっても良いが、好ましくは自動的に行なわれることが望ましい。試料の搬送と同時に、光学式欠陥検査装置で検出した欠陥の有無、欠陥があった場合のその位置と大きさのデータが、フロッピディスクなどの媒体を介したり、ＬＡＮのような通信機能を通じて走査電子顕微鏡の制御系に転送される。
【００１２】
ウェハ試料が搬送され、検査領域における欠陥の位置と大きさのデータが転送された走査電子顕微鏡においては、欠陥の位置（座標値）に応じてウェハ試料を移動させ、欠陥部分を走査電子顕微鏡の観察位置に配置する。なお、欠陥が複数箇所に存在する場合には、走査電子顕微鏡で観察する欠陥部分の順番が自動的に決められる。
【００１３】
試料移動によって欠陥部分が走査電子顕微鏡の観察位置（電子光学系の光軸近傍）に配置された後、欠陥部分で欠陥の大まかな大きさに応じた領域で電子ビームを２次元走査する。すなわち、走査電子顕微鏡における電子ビームの２次元走査幅が制御され、大きな欠陥部分の場合には走査幅は大きくされ、比較的低い倍率で電子ビーム走査に基づく画像を取得する。
【００１４】
逆に小さな欠陥部分の画像を取得する場合には、電子ビームの走査幅は小さくされ、比較的高い倍率が用いられる。走査電子顕微鏡により取得された、欠陥部分の画像データはコンピュータに供給され、画像処理機能により、欠陥を１５分類程度に識別する。
【００１５】
さて，走査電子顕微鏡では、欠陥分類をすべき対象となる微細な欠陥を含む画像データを順次取り込むように設計されているが、１つの箇所の微細欠陥の画像データの取り込みが終了した後，次の箇所の微細欠陥の取り込みを実行するために、予め情報として得ている欠陥位置が走査電子顕微鏡の観察位置に配置されるようにウェハ試料が移動される。
【００１６】
しかし、往々にしてこの欠陥位置は数μｍ程度の誤差を有している。そのため、欠陥部分が１枚の画像の中に必ず含まれるように、走査電子顕微鏡の倍率を欠陥分類に最適な倍率より低い５千〜１万倍程度の倍率とし、画像データを取得するようにしている。
【００１７】
そのため、この倍率によって取得した画像データから欠陥位置と大きさを再検出し、この欠陥位置を走査電子顕微鏡の観察視野の中央（光軸上）に配置されるようにウェハ試料を移動し、その後、欠陥分類に適した倍率により、欠陥部分を含む領域を電子ビームで走査し、画像データを取得するようにしている。
【００１８】
上記した一連の手順が自動的に実行されるように、走査電子顕微鏡およびその制御系は構成されている。この構成でいくつかの画像処理技術が使用されている。例えば、低い５千〜１万倍程度の倍率の画像データから欠陥を検出する方法として、無欠陥画像（基準画像）と欠陥を含む画像（被検査画像）を比較することによって欠陥の位置と大きさを再検出する画像比較法が用いられている。
【００１９】
この画像比較法を大きなパターンサイズにおける欠陥をＴＶカメラを用いて検査する場合を例にして説明する。第１の例としては、プリント配線基板において、良品パターンのエッジパターンと被検査画像中のエッジパターンとを、パターンマッチング処理を行なって比較検査し、不一致部を欠陥候補とする。次に、形状的に特徴を評価・分類し、欠陥候補の内の真の欠陥を決定する。このような画像比較法については、非特許文献１に記載されている。
【００２０】
次に、画像比較法を用いた第２の例を説明する。この第２の例では、印刷配線シートで、良品のパターンを反転させて２値化したり、拡大したパターンと縮小したパターンを作るなどの画像処理を施し、相似な２種類のパターンを作成し、この２種類のパターンを基準パターンとする。この基準パターンと被検査シートのパターンとを比較し、欠陥検査を行なう。なお、この場合の良非判定は、被検査シートのパターンが拡大パターンと縮小パターンの間に含まれているかどうかによって行なう。このような画像比較法については、非特許文献２に記載されている。
【００２１】
【特許文献１】
特開２００１−２１０６８７
【非特許文献１】
稲田等：“セラミックスシート印刷配線パターン検査装置”第１回産業における画像シンポジウム，ｐｐ３３９−１９８６
【非特許文献２】
Ｊ．Ｆ．Ｊａｒｖｉｓ：“Ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｉｎｔｅｄ
ｗｒｉｔｉｎｇ ｂｏｒｄｓ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌ． ＆ Ｍａｃｈｉｎ Ｉｎｔｅｌｌ．， ｖｏｌ． ＰＡＭＩ−２， Ｎｏ．１ ｐｐ７７−８２， １９８６
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述したように、微細なパターンが形成されたウェハ試料の欠陥を走査電子顕微鏡を用いて検査する場合、最初にそのウェハ試料をレーザー光を光源とした光学顕微鏡をベースにした光学式欠陥検査装置で欠陥の有無、欠陥があった場合にその欠陥の位置と大きさを測定する。そして光学欠陥検査装置で測定した欠陥の位置座標値等のデータと被検査ウェハ試料が走査電子顕微鏡に転送および搬送される。
【００２３】
走査電子顕微鏡でウェハ試料を検査（再検査と呼ぶ）するには、予め光学式欠陥検査装置と走査電子顕微鏡の試料ステージの座標基準位置を合わせ、その後、走査電子顕微鏡の試料ステージを転送された欠陥位置座標値に応じて、走査電子顕微鏡の試料ステージをこの欠陥位置座標に移動させる。
【００２４】
この場合、欠陥点が走査電子顕微鏡の観察領域の中心に位置するように試料ステージを移動させる。試料ステージの移動後、走査電子顕微鏡により観察領域の表面の画像データが得られるが、初期観察倍率は最大１万倍程度に留まっている。この理由は、レーザー光学顕微鏡をベースとした光学式欠陥検査装置における試料ステージの座標位置精度と、走査電子顕微鏡の試料ステージの座標位置精度の機械的な精度の相違に基づく。
【００２５】
ＬＳＩパターンが１００ｎｍ以下になってくると、発見すべき欠陥も小さくなり、走査電子顕微鏡の検査倍率は、５万〜１０万倍が要求されるようになってきた。しかし、前記したように、走査電子顕微鏡による観察の初期倍率は５千〜１万倍であり、要求された５万〜１０万倍の倍率に達していない。したがって、走査電子顕微鏡における初期倍率が検査倍率より低い場合、初期倍率で取得した画像データから欠陥領域を絞り込み、その領域を高い倍率で電子ビームの走査を行ない、絞り込んだ領域の画像データを得なければならず、欠陥検査のスループットが良くない。
【００２６】
前述した非特許文献１では、プリント配線基板において、良品パターンのエッジパターンと被検査画像のエッジパターンをパターンマッチングで比較検査し、不一致部を欠陥候補としてしている。そして、この欠陥候補について形状的に特徴を評価・分類し、欠陥と決定する方式が記載されている。更に、非特許文献１では、良品を５×５あるいは７×７の小さな正方形の領域で切り出した良品パターンと、同様に切り出した被検査パターンをマッチングすることが記載されているものの、しかしながら、非特許文献１では、ＴＶカメラを用いて画像を取得するようにしているので、高い精度で欠陥の観察を行なうことができない。また、非特許文献２に記載のマッチング方式では、２種類の基準パターンを用いるので、パターンマッチングを２回行なうことになるが、良品パターンの画像に画像処理を施して、新規な類似な基準パターンを２種類作成しており、この画像処理は煩雑であり、処理時間も比較的長い。
【００２７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体ＬＳＩなどの被検査試料の表面に生じた欠陥の検査を、パターンマッチング技術を用いて高い精度で短時間に行なうことができる走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法を実現するにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
各請求項に記載された発明では、パターンマッチングにより、正常な領域を見つけだし、その残りの部分が欠陥部分とする基本的な考え方に基づいている。
【００２９】
請求項１の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶し、該記憶された画像を整数で分割し、分割されたそれぞれの領域のパターンを基準バターンとして他の分割された領域のパターンとマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域としたことを特徴としている。
【００３０】
請求項１の発明では、光学式欠陥検査装置で検出された欠陥部の例えば走査電子顕微鏡像を取得し、得られた像を整数で分割し、分割されたそれぞれの領域のパターンを基準パターンとして他の分割された領域のパターンとマッチング処理を行なう簡単なアルゴリズムにより、欠陥領域を高倍率、高分解能で観察等を行う。
【００３１】
請求項２の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶し、該記憶された画像中の表面構造を示すパターンと、欠陥がない基準パターンとパターンマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域としたことを特徴としている。
【００３２】
請求項２の発明では、走査電子顕微鏡等で得られた画像中の表面構造を示すパターンと、欠陥がない基準パターンとパターンマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域とする簡単なアルゴリズムにより、高速に高精度で欠陥領域の観察等を行う。
【００３３】
請求項７の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した被検査領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶すると共に、領域の大きさが異なった欠陥がない第１と第２の基準パターンを準備し、該記憶された被検査領域の画像中の表面構造を示すパターンと、第１の基準パターンとの間でパターンマッチング処理を行ない、その後第２の基準パターンとの間でパターンマッチング処理を行ない、２回のパターンマッチング処理によってマッチングした領域以外を欠陥領域としたことを特徴としている。
【００３４】
請求項７の発明では、第１の基準パターンと第２の基準パターンとの間で２回パターンマッチング処理を行うようにしたので、欠陥の見落としが防止できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に基づく検査方法を実施するための基本システム構成の一例を示している。図中１は、レーザー光を光源とした光学顕微鏡をベースにした光学式欠陥検査装置であり、２は光学式欠陥検査装置１の制御装置である。
【００３６】
この光学式欠陥検査装置１を用いて行う欠陥検査では、デバイスの製造工程中の所定の工程が終了したウェハを光学顕微鏡の試料として、光学顕微鏡の試料室に導入する。
【００３７】
光学顕微鏡においては、ウェハ試料上の特定領域ごとにレーザー光を走査し，この走査に伴って試料から発生する散乱光を検出し、レーザー光の走査に同期した画像信号を得る。得られた画像は、ウェハ試料上の特定領域の表面に形成されたパターンであり、このパターンの検出画像は、制御器２において、予め得られている基準パターン画像と比較される。
【００３８】
上記２種の画像の比較は、目視によってもできるが、通常はパターンマッチング技術を用い、コンピュータを有した制御器２の下で自動的に行なわれる。この２種の画像比較により、ウェハ試料上に形成されたパターンの形状不良（例えば、パターン幅や長さが異常に長くなっている、あるいは、パターンの一部が欠落している等）、異物の混入等の欠陥を検出する。
【００３９】
検出された欠陥は、その種類に応じて１５分類程度に仕分けされて欠陥の発生原因との対応付けが行なわれる。したがって、デバイスの製造工程中の所定の工程が終了したウェハを光学顕微鏡により検査し、仮にある種の欠陥が見つかった場合には、その発生原因となった製造工程にその情報をフィードバックし、当該発生原因を取り除くことによって、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを向上させるようにしている。
【００４０】
しかしながら、上記した光学顕微鏡による欠陥検査では、従来技術の欄で説明したように、試料にレーザー光を照射していることから、画像の分解能に限界があり、ＬＳＩの微細化の進展に伴ってパターン形状がボケてしまい、詳細な欠陥検査を行なうことが不可能となってきた。
【００４１】
超ＬＳＩであっても、光学顕微鏡で検出できる大きさの欠陥も存在し、そのような欠陥は、従来からの光学顕微鏡を用いた光学式欠陥検査装置による欠陥検査で検出し、その後の処理を行なうことが検査全体のスループット向上にとって有効である。しかし、ウェハ上に形成されたパターンの微細化に伴い、パターンの欠陥も微細化し、このような微細欠陥もＬＳＩデバイスの性能不良の原因となる。
【００４２】
その結果、微細欠陥の検査は、画像の分解能が高い走査電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置を使用して行なうようになってきた。従って、本実施の形態においても、光学式欠陥検査装置１による欠陥検査の結果に基づいて、微細欠陥の検査を走査電子顕微鏡３により行うようにしている。走査電子顕微鏡３は、電子銃４、コンデンサレンズ５、対物レンズ６、偏向器７、試料８が装填される移動ステージ９より構成されている。
【００４３】
電子銃４より発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ５、対物レンズ６によってウェハ試料８上に細く収束される。試料８上の電子ビームの照射位置は、偏向器７によって２次元的に走査される。また、移動ステージ９をＸ，Ｙ方向に任意に移動させることにより、試料上の電子ビームの２次元走査領域を移動させることができる。偏向器７にＸ，Ｙ方向の走査信号を供給するための駆動回路１０、移動ステージ９をＸ，Ｙ２方向に必要量移動させるための駆動回路１１は、コンピュータ１２によって制御される。
【００４４】
なお、光学式欠陥検査装置１によってウェハ試料８の欠陥検査が終了すると、ウェハ試料８は、光学式欠陥検査装置１内の試料室から、走査電子顕微鏡３の移動ステージ９上に搬送される。それと同時に、コンピュータ１２には、光学式欠陥検査装置１の制御部２から、ウェハ試料表面の欠陥の位置座標値とその大きさの情報が転送される。
【００４５】
コンピュータ１２は、制御部２から転送されたウェハ試料８の欠陥の位置座標値に基づき移動ステージ駆動回路１１を制御し、欠陥部を電子ビームＥＢの光軸下に配置する。また、コンピュータ１２は、制御部２から転送されたウェハ試料の欠陥の大きさのデータに基づき、電子ビームの試料上の走査範囲（倍率）を決める。この決められた走査範囲の情報は、偏向器７の駆動回路１０に供給され、駆動回路１０は走査範囲情報に基づいた倍率の２次元走査信号を発生し、偏向器７に供給する。その結果、欠陥部分の大きさに応じた最適な倍率で欠陥部分の画像データを取得することが可能となる。
【００４６】
試料８への電子ビームＥＢの照射によって発生した、例えば２次電子は、２次電子検出器１４によって検出される。検出器１４の検出信号は、試料表面形状を現す画像データとして、増幅器や輝度調整回路、コントラスト調整回路などの信号処理を行う信号処理器１５を介して、画像積算機能を有した画像メモリー１６に供給される。
【００４７】
なお、信号処理器１５から画像メモリー１６に供給される信号は、ＡＤ変換器によってディジタル信号に変換されるが、ＡＤ変換器は図では省略されている。また、この図１の構成の説明で、当然信号のＡＤ変換、ＤＡ変換の必要があるが、説明を簡略化するためにＡＤ変換器、ＤＡ変換器は図からは除きその説明も省略されている。
【００４８】
画像メモリー１６に記憶された走査電子顕微鏡画像データは読み出されて陰極線管などの表示装置１７に供給される。その結果、表示装置１７には、ウェハ試料８の所望領域の２次電子像が表示される。画像メモリー１６に記憶された画像データは、パターンマッチングユニット１８に供給されて、このユニット１８において２種のパターンのマッチング処理が行なわれる。パターンマッチングユニット１８にはメモリー１９が接続されているが、このメモリーには、後で説明する基準画像データなどが記憶される。以上のような構成の動作を次に詳細に説明する。
【００４９】
まず、レーザー光を光源とした光学顕微鏡をベースにした光学式欠陥検査装置１の試料室内に、デバイスの製造工程中の所定の工程が終了したウェハを試料として導入する。光学顕微鏡においては、ウェハ試料上の特定領域ごとにレーザー光を走査し，この走査に伴って試料から発生する散乱光を検出し、レーザー光の走査に同期した画像信号を得る。得られた画像は、ウェハ試料上の特定領域の表面に形成されたパターンであり、このパターンの検出画像は、制御器２において、予め得られている基準パターン画像と比較される。
【００５０】
上記２種の画像の比較は、パターンマッチング技術を用い、コンピュータを有した制御器２の下で自動的に行なわれる。この２種の画像比較により、ウェハ試料上に形成されたパターンの形状不良（例えば、パターン幅や長さが異常に長くなっている、あるいは、パターンの一部が欠落している等）、異物の混入等の欠陥を検出する。この欠陥の検出は、最低限欠陥の位置座標値とその欠陥の大きさの情報を得ることである。
【００５１】
制御器２によって検出された欠陥の情報は、コンピュータ１２に転送されると共に、光学式欠陥検査装置１の試料室内のウェハ試料８は走査電子顕微鏡３の移動ステージ９上に装填される。この後、移動ステージ９上でウェハ試料８の座標アライメントが行なわれる。
【００５２】
ウェハ試料８には、同一パターンの多数のチップが配列されており、そのうち、欠陥のあるパターンを有したチップＴ１の欠陥部の座標位置（Ｘａ，Ｙｂ）において、正常なパターンが形成されているチップＴ２を探し、そのチップＴ２の座標位置（Ｘａ，Ｙｂ）が、電子ビーム光軸上に配置されるように、移動ステージ９を精密に移動させる。この状態で、正常なパターンが形成されているチップＴ２の座標位置（Ｘａ，Ｙｂ）で、制御器２で検出された欠陥部の大きさのデータに基づいてコンピュータ１２は最適な倍率を設定し、偏向器駆動回路１０を制御する。
【００５３】
この結果、正常なパターンが形成されているチップＴ２の座標位置（Ｘａ，Ｙｂ）で、電子ビームの２次元走査が行なわれる。この電子ビームの試料上での２次元走査に伴って試料８から発生した２次電子は、２次電子検出器１４によって検出される。検出信号は信号処理回路１５を介して画像メモリー１６に供給され、信号積算処理が施されてＳＮ比が優れた画像データが得られる。
【００５４】
この画像データは、試料上のパターン等に欠陥のない正常なパターンに基づくものであり、パターンマッチングユニット１８に接続されたメモリー１９に基準画像パターンとして記憶される。パターンマッチングユニット１８内のコンピュータは、メモリー１９に記憶された画像から特長量を検出する。メモリー１９には、基準画像の視野全体を整数で仮想的に分割した各分割領域の画像や、これらの領域ごとの特長量が保存される。
【００５５】
図２は基準画像の視野Ｉ全体を仮想的に整数で分割した例を示しており、視野Ｉ全体は、１１から３４の領域に分割されている。なお、特長量とは、画像工学的に抽出された物理量で、輪郭形状とか輝度分布などもその例である。ここで、仮想的に分割した領域を（パターン）マッチングサイズと呼ぶことにする。
【００５６】
このマッチングサイズは、コンピュータのプログラムで自動分割するようにしてもよいし、オペレータが表示装置１７で画像を観察しながら、最適と思われるように分割しても良い。オペレータが介在する理由は、パターンのどこで区切ればマッチングの確率が高いかを判断できるからである。
【００５７】
なお、パターンマッチングは、特長量同士の比較で実行されるため、基準画像データ自体は、特長量の検出が終了した後は、保存しておく必要性は低いが、膨大な枚数のウェハを検査していく過程で、オリジナルの基準画像を見たくなることがあるため、基準画像データは保存しておくことが望ましい。
【００５８】
パターンマッチングユニット１８に含まれているコンピュータは、マッチングサイズに含まれる領域の特長量を画像データから抽出するが、また次のような処理を行なう。すなわち、積算機能を有する画像メモリー１６に取り込まれた欠陥が含まれる検査画像全体に対してパターンマッチングユニットが、例えば、図２の画像の内、マッチングサイズ番号１１の画像でもってサーチする。
【００５９】
サーチとは、検査画像全視野の中で、マッチングサイズ番号１１と一致するパターンがどこかに存在するか否かをパターンマッチング法で検査（＝特長量の比較検査）し、一致するところがあれば、その領域に矩形でマーキングするようになっているので、この機能を動作開始することである。マーキング結果を表示すれば、視覚に訴えることができるが、マーキングは必ずしも必要ではなく、コンピュータがその領域を認識できていれば充分である。
【００６０】
このようにして、マッチングサイズ１１〜３４の各々を使って、検査画像全体をサーチする。その結果、検査画像においてマッチングできなかった領域が残った場合、この領域が欠陥が存在する領域と考えられる。次に、欠陥領域の全体を検査するため、走査電子顕微鏡の倍率を大きくする。すなわち、コンピュータ１２は偏向器駆動回路１０を制御し、駆動回路１０から偏向器７に供給される電子ビームの２次元走査信号の振幅を小さくする。この際、欠陥領域が走査電子顕微鏡の光軸上に配置されるようステージ駆動回路１１を制御し、移動ステージ９を移動させることが好ましい。
【００６１】
このようにして、移動ステージを移動させて欠陥領域を電子ビーム光軸上近傍に配置する。この状態で、欠陥領域を電子ビームで走査し、この走査に基づいて発生した２次電子を検出器１４で検出し、検出信号を信号処理器１５を介して画像メモリー１６に供給する。画像メモリー１６に記憶された画像データは読み出され、表示装置１７に供給されることから、表示装置１７上には、微細な欠陥領域が拡大されて表示される。
【００６２】
この段階では、欠陥領域が相当小さな領域にまで絞り込まれているので、欠陥がパターンの欠落か異物の付着か、あるいは他の欠陥であるのかが明瞭に判断することができる。また、走査電子顕微鏡３にＸ線分析機能を付加しておけば、例えば、異物に電子ビームを照射し、発生した特性Ｘ線を検出し分析することにより、異物の元素分析を行うことができる。従って、上記した欠陥検査の方式では、欠陥分類の面からも利用価値が高い。
【００６３】
なお、上記した実施の形態では、マッチングサイズを小さくした場合には、マッチング残りの領域を小さくすることが期待できるが、サーチに時間がかかりすぎる欠点が生じる。逆にマッチングサイズを大きくした場合には、サーチ時間を短縮することができるが、マッチング残り領域が大きくなり、欠陥領域の絞り込みが不十分となる。したがって、マッチングサイズは、画像に含まれるパターンの数や大きさによって、最適サイズが存在するので、マッチングサイズは、パターンに応じて試行を行い、最適値を求めればよい。
【００６４】
このように、視野全体を整数に仮想的に分割して、それらの分割領域を全てマッチングの基準画像とする方法は、あらゆる種類の被検査試料、例えば、ＬＳＩに利用可能であるが、パターン形状がランダムなロジック系の領域に適用すれば、特に有効であり、汎用性が高い機能となる。
【００６５】
ところで、メモリー系素子のメモリー箇所のパターン形状のように、パターンがアレイ状となっており、いわゆる繰り返し図形である場合には、以下に示す第２の実施の形態を利用すれば便利である。この実施の形態では、図３に示すコンタクトホール列を例にして説明する。
【００６６】
この実施の形態の第１段階では、コンタクトホールを８個含むマッチングサイズを選び、その基準マッチングサイズとして、図３の走査電子顕微鏡像の視野中左上に実線で囲まれた領域Ａを選択し、このマッチングサイズＡのパターンデータ（領域Ａの画像データ）をメモリー１９に記憶させる。このマッチングサイズＡを図３の検査画像Ｉの全体に対してサーチし、その結果、マッチングした部分が図中で実線、点線、一点鎖線で囲まれた領域であったとする。なお、図３において、マッチングした領域の境界は共通の位置となるが、理解を容易にするために領域の境界部は意識的に位置をずらして描いている。また、領域を示す線種も領域を分かり易くするために複数用いているが、線種の違いによる別の意味は全くない。
【００６７】
図３に示した視野中でマッチングサイズＡとマッチングできる場所は何カ所も存在するのでマッチングできたところでは、重なる部分が存在するが、一方、マッチングできなかった部分は確実に残る。マッチングできなかった部分Ｂは、図中斜線を施したが、図４にマッチングできなかった部分Ｂのみを抜き出した図を示す。この図でも、斜線が施された部分Ｂがマッチングできずにマッチング残りになった部分である。
【００６８】
上記した第１段階で絞り込まれたマッチング残りの領域Ｂにおいて、更に第２段階として、例えば、コンタクトホール１個を含むようにマッチングサイズを選び、この領域に対して、パターンマッチングを実行すると、図４に図示したように、更に狭く欠陥領域を領域Ｃに絞り込むことができる。なお、図４の左右の斜線で示す部分Ｃがマッチング不可、すなわち欠陥領域となる。
【００６９】
なお、図４で示す逆Ｌ字型のような欠陥領域の場合、このようなＬ字領域のみにおいて上記した第２段階のサーチを行なうよにするためには、第１段階のプログラムとは別に、Ｌ字領域のみをサーチするプログラムを作成することになる。しかしながら、欠陥領域の形状や大きさは、ウェハ試料に応じて相違するため、第１段階のサーチによって得られた欠陥領域に応じてその都度第２段階のプログセムを作成することは煩雑となる。
【００７０】
この問題を解決するためには、第２段階のサーチの場合でも、全視野をサーチすることにしておけば、第１段階で使用したプログラムを再度実行すればよく、第２段階で新たなプログラムを作成する手間を省くことができる。すなわち、全視野に対して、複数個のコンタクトホールを含むマッチングサイズＡで第１段階のサーチを行ない、さらに全視野に対して１個のコンタクトホールで第２段階のサーチを行うようになし、第１段階と第２段階とのどちらでもマッチングできなかった部分が抽出できるので、欠陥領域を見落とすことなく見出すことができる。
【００７１】
ここで、上述した欠陥検査の方法を、図６に示すフロー図に基づきまとめて説明する。なお、このフロー図では、光学式欠陥検査装置で検出された欠陥の位置と大きさに基づいた視野の走査電子顕微鏡像を取得した後の処理工程、特に、パターンマッチングユニット１８において、パターンマッチングを行なって欠陥の詳細な検査を行なうステップを示している。すなわち、画像メモリー１６には欠陥を有した領域の走査電子顕微鏡像が記憶されており、メモリー１９には、パターンマッチングを行う基準パターン（マッチングサイズ）が記憶されている。
【００７２】
まず検査の開始をコンピュータ１２が指示すると、以下に示すステップで視野内の欠陥検査が実行される。ステップ１においては、メモリー１９に記憶された第１のマッチングサイズ（例えば、図３に示したマッチングサイズＡ）と画像メモリー１６に記憶されている画像とのパターンマッチング処理がマッチングユニット１８において実行される。
【００７３】
ステップ２では、ステップ１のパターンマッチング処理によってマッチングしなかった第１の不一致領域を抽出する。パターンマッチングユニット１８は、第１のマッチングサイズより小さい第２のマッチングサイズＢを定め、メモリー１９に記憶させる（ステップ３）。この第２のマッチングサイズＢは、例えば、１個のコンタクトホールを含む領域である。
【００７４】
ステップ３において、第２のマッチングサイズＢが定められたら、ステップ４において、第２のマッチングサイズでサーチする範囲（パターンマッチング処理を行う範囲）を決定する。第２のマッチングサイズでサーチする範囲は２種類の内いずれかを選択することができる。一方は全視野サーチであり、他方は不一致領域サーチである。
【００７５】
全視野サーチが選択された場合、第１の不一致領域を含む走査電子顕微鏡像の全視野を、第２のマッチングサイズでサーチする（ステップ５）。ステップ５でサーチ（パターンマッチング処理）した結果、マッチングしなかった第２の不一致領域を抽出する（ステップ６）。ステップ７では、パターンマッチングユニット１８は、第１と第２の不一致領域が重なる部分を欠陥部分として認定する。
【００７６】
ステップ４で第２のマッチングサイズでパターンマッチング処理を行う領域を第１の不一致領域に限定する方式を選択した場合、ステップ８で、ステップ２において抽出された第１の不一致領域に限定して、第２のマッチングサイズによりサーチが実行される。この結果、マッチングしなかった部分を欠陥部分として認定する（ステップ９）。
【００７７】
ステップ７あるいはステップ９で欠陥部分が特定されると、ステップ１０に記載の通り、例えば、走査電子顕微鏡の倍率が高められ、より詳細に欠陥部分の観察が行われる。あるいは、欠陥部分に電子ビームを照射し、欠陥部分からの特性Ｘ線を検出し、欠陥部分の元素分析を行う。
【００７８】
ステップ１１では、欠陥部分を高倍率、高分解能で観察することにより、欠陥部分の詳細な形状を知ることができる。また、欠陥部が異物の付着であった場合には、異物の元素を分析し、どの工程で異物の付着が生じたかの手がかりが得られる。以上のステップにより、パターンマッチング技術を用いた欠陥検査を行うことができる。
【００７９】
なお、光学式欠陥検査装置１による検査でウェハ試料上に複数の欠陥場所があった場合、パターンマッチングユニット１８は、高速性のものが開発されているので、ウェハ試料８を走査電子顕微鏡３のステージ９上に搬送し、その後、最初の欠陥場所にステージを移動させて第１と第２のサーチを行なって欠陥場所の中の欠陥領域を抽出する工程に要する時間は、次の欠陥場所へステージが移動する程度の短時間に行なうことができる。しかしながら、次の欠陥場所へステージを移動させるタイミングは、第１と第２のサーチを行なって欠陥領域を抽出し、その欠陥領域の位置データが保存された後に行なう必要がある。
【００８０】
ところで、マッチングサイズの決定の変形として、次のような手順によって、欠陥領域の抽出を行なうことができる。まず、第１段階のマッチングサイズをコンタクトホール１個に定めた場合、１回のサーチで欠陥コンタクトホールを発見することができる。しかしこの方法だけでは、図３においてＢで示した領域のように、元来コンタクトホールが存在すべき場所に存在しなかったような種類の欠陥を見落とすことになる。
【００８１】
そのため、本発明の実施の形態では、既に説明したように、複数の異なったマッチングサイズでサーチする場合、そのマッチングサイズの内の一つは、複数個のコンタクトホールを含むようにマッチングサイズを定め、複数回マッチングを実行させることは、繰り返し図形のパターンにとっては重要な手法である。
【００８２】
前記した実施の形態では、マッチング処理を行う場合に、最初に複数個のパターン（コンタクトホール）を含むマッチングサイズで検査し、その後、１個のパターン（コンタクトホール）のマッチングサイズで検査を行なったが、最初に１個のパターンのマッチングサイズで検査し、次に複数個のパターンを含むマッチングサイズで検査を行なっても、同じ結果が得られる。
【００８３】
また、走査電子顕微鏡の視野を仮想的に整数で分割する領域は、隣接する領域同士が全く重なり合わずに接続するようにしてもよいし、少しずつ重なり合うようにしてもよい。この領域が少しずつ重なり合うように分割処理を行なえば、領域の境界上のパターンの検査ミスが防止できる。
【００８４】
上記した実施の形態において、マッチングサイズとなる基準画像として走査電子顕微鏡画像の内の正常な画像領域を用いたが、ＬＳＩの設計を行なったＣＡＤからダウンロードしたレイアウト図を基準画像としても良い。このレイアウト図と走査電子顕微鏡画像とのパターンマッチングが行なえることは、実験で検証されている。このようなマッチングを行なう際には、次に述べる点に留意することが必要である。
【００８５】
第１に、レイアウト図は線描画のみであるから、例えば、ラインアンドスペースのようなパターンが試料表面に形成されている場合では、どの部分がライン（線幅）であるかを区別するために、図形に黒で色付けなどの処理を行なって、基準画像を記憶するメモリーに転送することが必要となる。
【００８６】
第２に、欠陥検査は、ＬＳＩ製造途中の段階で行なうので、たとえば、配線の上層に形成したビアホールが正しい位置にあるか否かを検査する場合、ビアホール部分の走査電子顕微鏡像は、図５に示すような形状となっている。図５において、Ｌは多層のＬＳＩの下層に形成された配線であり、ＢＨは配線Ｌが形成された層の上の層に形成されたビアホールである。このような形状の基準画像をＣＡＤからダウンロードしたレイアウト図から作成するためには、下層の配線レイアウト図と上層のホールレイアウト図を合成して、新たな図形を作成する前準備が必要となる。
【００８７】
第３に、ＬＳＩでは、下層の凹凸の影響が上層の表面に現れることがあり、このようなＬＳＩに対しては、下層と上層のレイアウト図を合成する際、適宜実際の走査電子顕微鏡像を観察して合成部分の像を参照し、合成レイアウト図における下層の線描画に沿って、色の濃淡付けなどの画像修正を行なうことが必要である。
【００８８】
第４に、欠陥検査にあたっては、ウェハ試料の真上から電子ビームを照射した場合、欠陥の凹凸を観察することが極めて困難となる。そのため、ウェハ試料を少し傾斜させて走査電子顕微鏡像を取得し、傾斜像に基づいて欠陥検査を行うようにしている。この場合、ＣＡＤからのレイアウト図に基づいた基準画像は、上層レイアウト図（場合によっては下層レイアウト図も）とプロセス情報の膜厚データと、試料の傾斜角度とから作成された三次元画像（鳥瞰図）とする。このようにして形成した基準画像であれば、傾斜した検査画像とのパターンマッチングを行なうことができ、更に、両画像の比較を行なうことによって、欠陥の凹凸を判定したり、所望箇所の高さ測定を行なうことができる。
【００８９】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず他の変形も可能である。例えば、マッチングを行う画像として走査電子顕微鏡像を例に説明したが、それ以外にイオンビーム装置やレーザー顕微鏡によって得られた画像により、マッチング動作を行うようにしてもよい。また、プリント基板の部品載置の検査に本発明を適用することもできるが、その場合、マッチングする画像は高倍率である必要はなく、ＴＶカメラ（ＣＣＤ）式光学顕微鏡などの比較的低倍率の顕微鏡を用いることができる。
【００９０】
また、走査電子顕微鏡像によりマッチングを行う場合、像として２次電子像を用いたが、２次電子像に限らず、反射電子像や吸収電流像、特性Ｘ線像、あるいは複数の像の合成した像を用いてマッチングを行なうこともできる。
【００９１】
更にまた、検査対象は、ウェハ上に形成されたパターンだけではなく、電子ビーム描画装置等で作成されたＬＳＩパターン露光用マスクの検査も同様に行うことができる。露光用マスクとは、厚い石英ガラス上にパターンが描かれたものであり、検査段階は、パターンの材質がレジストのままである場合や、マスク製作工程が進んだ段階のクロムパターン等の場合がある。更には、ガラスではなくシリコン（ＳｉあるいはＳｉＣ）ウェハを母材とした、ステンシルマスク（補強のために設けた薄いメンブレム膜付きも含む）も検査対象とすることができる。ステンシルマスクの検査の場合は、マッチング画像として透過電子像を用いることが好ましい。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項に記載された発明では、パターンマッチングにより、正常な領域を見つけだし、その残りの部分が欠陥部分とする基本的な考え方に基づいている。このような考え方に基づけば、高速、高性能の各種アルゴリズムやハードウェアが利用できるパターンマッチングシステムによって、欠陥を見出すことができるので、新たに欠陥発見のために専用の欠陥検出アルゴリズムを開発する必要がなくなる。
【００９３】
請求項１の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶し、該記憶された画像を整数で分割し、分割されたそれぞれの領域のパターンを基準パターンとして他の分割された領域のパターンとマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域とした。
【００９４】
この結果、請求項１の発明では、光学式欠陥検査装置で検出された欠陥部の例えば走査電子顕微鏡像を取得し、得られた像を整数で分割し、分割されたそれぞれの領域のパターンを基準パターンとして他の分割された領域のパターンとマッチング処理を行なう簡単なアルゴリズムにより、欠陥領域を高倍率、高分解能で観察等を行うことができる。
【００９５】
請求項２の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶し、該記憶された画像中の表面構造を示すパターンと、欠陥がない基準パターンとパターンマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域とした。
【００９６】
請求項２の発明では、走査電子顕微鏡等で得られた画像中の表面構造を示すパターンと、欠陥がない基準パターンとパターンマッチング処理を行ない、マッチングした領域以外を欠陥領域とする簡単なアルゴリズムにより、高速に高精度で欠陥領域の観察等を行うことができる。
【００９７】
請求項７の発明に基づく走査型荷電粒子ビーム装置を用いた欠陥検査方法は、光学式検査装置によって検出された欠陥位置で欠陥の大きさに対応した被検査領域で荷電粒子ビームを２次元走査し、この走査によって被検査物質から得られた信号を検出し、検出信号を画像信号として記憶すると共に、領域の大きさが異なった欠陥がない第１と第２の基準パターンを準備し、該記憶された被検査領域の画像中の表面構造を示すパターンと、第１の基準パターンとの間でパターンマッチング処理を行ない、その後第２の基準パターンとの間でパターンマッチング処理を行ない、２回のパターンマッチング処理によってマッチングした領域以外を欠陥領域とした。このように、請求項７の発明では、第１の基準パターンと第２の基準パターンとの間で２回パターンマッチング処理を行うようにしたので、欠陥の見落としが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく検査方法を実施するための基本システム構成の一例を示す図である。
【図２】走査電子顕微鏡像の視野を整数で分割した例を示す図である。
【図３】パターンマッチングを行なう走査電子顕微鏡像の視野とマッチングサイズを示す図である。
【図４】図３の視野からマッチング不可領域を取り出した図である。
【図５】配線上に形成されたビアホールを示す図である。
【図６】異なった基準パターンに基づき、パターンマッチング処理を２回行うようにした実施の形態を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
１ 光学式欠陥検査装置
２ 制御器
３ 走査電子顕微鏡
４ 電子銃
５ コンデンサレンズ
６ 対物レンズ
７ 偏向器
８ ウェハ試料
９ 移動ステージ
１０ 偏向器駆動回路
１１ ステージ駆動回路
１２ コンピュータ
１４ ２次電子検出器
１５ 信号処理器
１６ 画像メモリー
１７ 表示装置
１８ パターンマッチングユニット
１９ メモリー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention inspects defects on the surface of an inspection object such as a semiconductor LSI using a pattern matching technique based on a surface structure pattern in a scanning image obtained by a scanning charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope. The present invention relates to a defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the LSI manufacturing process, a defect inspection at a critical location that affects the performance of a device to be finally manufactured is initially performed using an optical microscope. In the defect inspection performed using the optical microscope, a wafer that has been subjected to a predetermined process in the device manufacturing process is introduced into the sample chamber of the optical microscope as a sample of the optical microscope.
[0003]
In an optical microscope, laser light is scanned for each specific region on a wafer sample, scattered light generated from the sample is detected along with this scanning, and an image signal synchronized with the scanning of the laser light is obtained. The obtained image is a pattern formed on the surface of a specific region on the wafer sample, and the detected image of this pattern is compared with a reference pattern image obtained in advance.
[0004]
Although the above two types of images can be compared by visual observation, they are usually automatically performed under computer control using a pattern matching technique. By comparing these two types of images, the shape of the pattern formed on the wafer sample (for example, the pattern width or length is abnormally long or part of the pattern is missing), foreign matter, etc. Detect defects such as contamination.
[0005]
The detected defects are classified into about 15 categories according to their types, and are associated with the cause of the occurrence of the defect. Therefore, a wafer that has undergone a predetermined process in the device manufacturing process is inspected by an optical microscope, and if a certain type of defect is found, the information is fed back to the manufacturing process that caused the occurrence, By removing the cause of the occurrence, the yield of the finally manufactured device is improved.
[0006]
However, in the defect inspection using the optical microscope described above, since the sample is irradiated with laser light, there is a limit to the resolution of the image, and the pattern shape becomes blurred as LSI miniaturization progresses. It has become impossible to do.
[0007]
Even with VLSI, there are defects of a size that can be detected by an optical microscope. Such defects are detected by conventional defect inspection using an optical microscope, and subsequent processing improves the overall inspection throughput. It is effective for. However, as described above, with the miniaturization of the pattern formed on the wafer, the defect of the pattern is also miniaturized, and such a fine defect also causes the performance failure of the LSI device. Such fine defects cannot be found by inspection using an optical microscope having a relatively low magnification. Alternatively, even if the presence or absence of a defect can be detected, it is impossible to specify the shape and size of the fine defect with high accuracy.
[0008]
As a result, inspection of fine defects has been performed using a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope having a high magnification and a high image resolution. Patent Document 1 can be cited as an example of performing a defect inspection using such a scanning electron microscope. Next, a procedure for inspecting a defect such as a pattern formed on a wafer in a device manufacturing process using a conventional scanning electron microscope will be described.
[0009]
First, a wafer sample to be inspected is introduced into an optical defect inspection apparatus based on an optical microscope using laser light as a light source, and a predetermined region of the sample is scanned with laser light. Scattered light obtained by this scanning is detected, and image data is acquired. The image based on this image data and the reference image are compared (for example, pattern matching processing), and the position and size of the defect on the sample surface are detected.
[0010]
In the above inspection, the optical inspection apparatus may detect the presence or absence of a defect, the position and size of the defect, and transfer the data to a control system of a scanning electron microscope that can observe a high-resolution image at a high magnification. It is a big function. The position of the defect detected by this optical defect inspection apparatus is represented by coordinate values based on a coordinate system virtually determined on the wafer sample. Furthermore, the size of the defect is not a high accuracy but a numerical value based on the accuracy of a range that can be detected based on the resolution inherent to the optical microscope.
[0011]
The wafer sample that has been subjected to the predetermined inspection by the optical inspection apparatus is taken out from the sample chamber of the optical defect inspection apparatus, and is transported and loaded on the moving stage in the sample chamber of the scanning electron microscope. These samples may be taken out, transported, and loaded on the moving stage by manual operation, but it is preferable that they are automatically performed. Simultaneously with the transport of the sample, the presence or absence of defects detected by the optical defect inspection device, and the data of the position and size when there is a defect are scanned through a medium such as a floppy disk or through a communication function such as a LAN. Transferred to the control system of the electron microscope.
[0012]
In the scanning electron microscope in which the wafer sample is transferred and the position and size data of the defect in the inspection area is transferred, the wafer sample is moved in accordance with the position (coordinate value) of the defect, and the defect portion is scanned by the scanning electron microscope. Place at the observation position. In addition, when a defect exists in multiple places, the order of the defect part observed with a scanning electron microscope is determined automatically.
[0013]
After the defect portion is arranged at the observation position of the scanning electron microscope (near the optical axis of the electron optical system) by moving the sample, the electron beam is two-dimensionally scanned in an area corresponding to the approximate size of the defect in the defect portion. That is, the two-dimensional scanning width of the electron beam in the scanning electron microscope is controlled, the scanning width is increased in the case of a large defect portion, and an image based on the electron beam scanning is acquired at a relatively low magnification.
[0014]
Conversely, when acquiring an image of a small defect portion, the scanning width of the electron beam is reduced and a relatively high magnification is used. The image data of the defective portion acquired by the scanning electron microscope is supplied to the computer, and the defects are identified into about 15 classifications by the image processing function.
[0015]
The scanning electron microscope is designed so as to sequentially capture image data including fine defects to be subjected to defect classification, but after the image data of one minute defect is captured, the next In order to execute the capture of the fine defect at this location, the wafer sample is moved so that the defect position previously obtained as information is arranged at the observation position of the scanning electron microscope.
[0016]
However, this defect position often has an error of about several μm. Therefore, in order to ensure that the defective portion is included in one image, the magnification of the scanning electron microscope is set to a magnification of about 5,000 to 10,000 times lower than the optimum magnification for defect classification, and image data is acquired. ing.
[0017]
Therefore, the defect position and size are re-detected from the image data acquired by this magnification, and the wafer sample is moved so that the defect position is placed at the center (on the optical axis) of the observation field of the scanning electron microscope. The region including the defective portion is scanned with an electron beam at a magnification suitable for defect classification to acquire image data.
[0018]
The scanning electron microscope and its control system are configured so that the above-described series of procedures are automatically executed. Several image processing techniques are used in this configuration. For example, as a method for detecting defects from image data having a low magnification of about 5,000 to 10,000 times, the position and size of the defects are compared by comparing a defect-free image (reference image) and an image including the defect (inspected image). An image comparison method that re-detects the height is used.
[0019]
This image comparison method will be described by taking as an example a case where a defect in a large pattern size is inspected using a TV camera. As a first example, in a printed wiring board, the edge pattern of the non-defective pattern and the edge pattern in the image to be inspected are subjected to a pattern matching process and subjected to a comparison inspection, and the mismatched portion is set as a defect candidate. Next, features are evaluated and classified in terms of shape, and true defects are determined from the defect candidates. Such an image comparison method is described in Non-Patent Document 1.
[0020]
Next, a second example using the image comparison method will be described. In this second example, a printed wiring sheet is subjected to image processing such as reversing a good product pattern to binarize, or creating an enlarged pattern and a reduced pattern to create two similar patterns, These two types of patterns are used as reference patterns. This reference pattern is compared with the pattern of the sheet to be inspected, and defect inspection is performed. In this case, the quality determination is made based on whether or not the pattern of the sheet to be inspected is included between the enlarged pattern and the reduced pattern. Such an image comparison method is described in Non-Patent Document 2.
[0021]
[Patent Document 1]
JP2001-210687
[Non-Patent Document 1]
Inada et al: “Ceramic sheet printed wiring pattern inspection device”, 1st Image Symposium in Industry, pp 339-1986
[Non-Patent Document 2]
J. et al. F. Jarvis: “A Method for Automating the visual inspection of printed
writing boards, "IEEE Trans. on Pattern Anal. & Machine Intel., vol. PAMI-2, No. 1 pp 77-82, 1986.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when inspecting a defect of a wafer sample on which a fine pattern is formed using a scanning electron microscope, the wafer sample is first optical defect based on an optical microscope using laser light as a light source. If there is a defect in the inspection apparatus, the position and size of the defect are measured. Then, data such as the position coordinate value of the defect measured by the optical defect inspection apparatus and the wafer sample to be inspected are transferred and transported to the scanning electron microscope.
[0023]
In order to inspect the wafer sample with a scanning electron microscope (referred to as re-inspection), the coordinate reference position of the optical defect inspection apparatus and the sample stage of the scanning electron microscope are aligned in advance, and then the sample stage of the scanning electron microscope is transferred The sample stage of the scanning electron microscope is moved to this defect position coordinate in accordance with the defect position coordinate value.
[0024]
In this case, the sample stage is moved so that the defect point is located at the center of the observation region of the scanning electron microscope. After the movement of the sample stage, image data of the surface of the observation region can be obtained by a scanning electron microscope, but the initial observation magnification remains at a maximum of about 10,000 times. This reason is based on the difference in mechanical accuracy between the coordinate position accuracy of the sample stage in the optical defect inspection apparatus based on the laser optical microscope and the coordinate position accuracy of the sample stage of the scanning electron microscope.
[0025]
When the LSI pattern becomes 100 nm or less, defects to be discovered are also reduced, and the scanning electron microscope inspection magnification is required to be 50,000 to 100,000 times. However, as described above, the initial magnification of observation with a scanning electron microscope is 5,000 to 10,000 times, and does not reach the required magnification of 50,000 to 100,000 times. Therefore, if the initial magnification in the scanning electron microscope is lower than the inspection magnification, the defect area is narrowed down from the image data acquired at the initial magnification, and the electron beam is scanned at a high magnification to obtain the image data of the narrowed area. The defect inspection throughput is not good.
[0026]
In Non-Patent Document 1 described above, the edge pattern of the non-defective pattern and the edge pattern of the image to be inspected are compared and inspected by pattern matching on the printed circuit board, and the mismatched portion is set as a defect candidate. A method for evaluating and classifying features of these defect candidates in terms of shape and determining a defect is described. Furthermore, Non-Patent Document 1 describes that a non-defective product obtained by cutting out a non-defective product with a 5 × 5 or 7 × 7 small square area is matched with a pattern to be inspected in the same manner. In Patent Document 1, since an image is acquired using a TV camera, a defect cannot be observed with high accuracy. In the matching method described in Non-Patent Document 2, since two types of reference patterns are used, pattern matching is performed twice. However, a new similar reference pattern is obtained by performing image processing on a non-defective pattern image. The image processing is complicated and the processing time is relatively long.
[0027]
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to perform inspection of defects generated on the surface of a sample to be inspected such as a semiconductor LSI in a short time with high accuracy using a pattern matching technique. An object of the present invention is to realize a defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in each claim is based on the basic idea that a normal region is found by pattern matching and the remaining portion is a defective portion.
[0029]
A defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus according to the invention of claim 1 performs two-dimensional scanning of a charged particle beam in a region corresponding to the size of a defect at a defect position detected by an optical inspection apparatus, A signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, the stored image is divided by an integer, and the divided pattern of each region is used as a reference pattern for another division. It is characterized in that a matching process is performed with the pattern of the matched area, and the defect area is other than the matched area.
[0030]
In the first aspect of the present invention, for example, a scanning electron microscope image of a defect portion detected by the optical defect inspection apparatus is obtained, the obtained image is divided by an integer, and the pattern of each divided area is used as a reference pattern. The defect area is observed with high magnification and high resolution by a simple algorithm that performs matching processing with the pattern of other divided areas.
[0031]
The defect inspection method using the scanning charged particle beam apparatus according to the invention of claim 2 two-dimensionally scans the charged particle beam in a region corresponding to the size of the defect at the defect position detected by the optical inspection apparatus, A signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, a pattern indicating a surface structure in the stored image, a reference pattern having no defect, and pattern matching processing are performed. A feature is that a defect area other than the matched area is used.
[0032]
In the invention of claim 2, pattern matching processing is performed with a pattern indicating a surface structure in an image obtained by a scanning electron microscope or the like, a reference pattern having no defect, and a non-matched area as a defective area. The defect area is observed with high accuracy at high speed.
[0033]
A defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus according to a seventh aspect of the invention is a two-dimensional scanning of a charged particle beam in a region to be inspected corresponding to the size of a defect at a defect position detected by an optical inspection apparatus. Then, a signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, and first and second reference patterns having no defect with different area sizes are prepared, Pattern matching processing is performed between the pattern indicating the surface structure in the stored image of the inspected region and the first reference pattern, and then pattern matching processing is performed between the second reference pattern and twice. A feature is that a defect area other than the area matched by the pattern matching process is used.
[0034]
In the invention of claim 7, since the pattern matching process is performed twice between the first reference pattern and the second reference pattern, it is possible to prevent the defect from being overlooked.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a basic system configuration for carrying out an inspection method according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical defect inspection apparatus based on an optical microscope using laser light as a light source, and reference numeral 2 denotes a control device of the optical defect inspection apparatus 1.
[0036]
In the defect inspection performed using the optical defect inspection apparatus 1, a wafer that has been subjected to a predetermined process in the device manufacturing process is introduced into the sample chamber of the optical microscope as a sample of the optical microscope.
[0037]
In an optical microscope, laser light is scanned for each specific region on a wafer sample, and scattered light generated from the sample is detected along with this scanning, and an image signal synchronized with the scanning of the laser light is obtained. The obtained image is a pattern formed on the surface of a specific region on the wafer sample, and the detected image of this pattern is compared with a reference pattern image obtained in advance by the controller 2.
[0038]
The comparison between the two types of images can be made by visual observation, but is usually automatically performed under a controller 2 having a computer using a pattern matching technique. By comparing these two types of images, the shape of the pattern formed on the wafer sample (for example, the pattern width or length is abnormally long or part of the pattern is missing), foreign matter, etc. Detect defects such as contamination.
[0039]
The detected defects are classified into about 15 categories according to their types, and are associated with the cause of the occurrence of the defect. Therefore, a wafer that has undergone a predetermined process in the device manufacturing process is inspected by an optical microscope, and if a certain type of defect is found, the information is fed back to the manufacturing process that caused the occurrence, By removing the cause of the occurrence, the yield of the finally manufactured device is improved.
[0040]
However, in the defect inspection by the optical microscope described above, as described in the prior art section, the sample is irradiated with laser light, so there is a limit to the resolution of the image, and with the progress of miniaturization of LSIs. The pattern shape is blurred, making it impossible to perform detailed defect inspection.
[0041]
Even for VLSI, there are defects of a size that can be detected by an optical microscope, and such defects are detected by a defect inspection by an optical defect inspection apparatus using a conventional optical microscope, and the subsequent processing is performed. It is effective to improve the throughput of the entire inspection. However, along with the miniaturization of the pattern formed on the wafer, pattern defects also become finer, and such fine defects also cause poor performance of LSI devices.
[0042]
As a result, inspection of fine defects has been performed using a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope having high image resolution. Therefore, also in this embodiment, based on the result of the defect inspection by the optical defect inspection apparatus 1, the fine defect inspection is performed by the scanning electron microscope 3. The scanning electron microscope 3 includes an electron gun 4, a condenser lens 5, an objective lens 6, a deflector 7, and a moving stage 9 on which a sample 8 is loaded.
[0043]
The accelerated electron beam EB generated from the electron gun 4 is finely converged on the wafer sample 8 by the condenser lens 5 and the objective lens 6. The irradiation position of the electron beam on the sample 8 is scanned two-dimensionally by the deflector 7. Further, the two-dimensional scanning region of the electron beam on the sample can be moved by arbitrarily moving the moving stage 9 in the X and Y directions. A driving circuit 10 for supplying scanning signals in the X and Y directions to the deflector 7 and a driving circuit 11 for moving the moving stage 9 in the X and Y2 directions by a necessary amount are controlled by a computer 12.
[0044]
When the defect inspection of the wafer sample 8 is completed by the optical defect inspection apparatus 1, the wafer sample 8 is transferred from the sample chamber in the optical defect inspection apparatus 1 onto the moving stage 9 of the scanning electron microscope 3. At the same time, the position coordinate value and the size information of the defect on the wafer sample surface are transferred to the computer 12 from the control unit 2 of the optical defect inspection apparatus 1.
[0045]
The computer 12 controls the moving stage driving circuit 11 based on the position coordinate value of the defect of the wafer sample 8 transferred from the control unit 2 and arranges the defective part below the optical axis of the electron beam EB. The computer 12 determines the scanning range (magnification) of the electron beam on the sample based on the defect size data transferred from the control unit 2. Information on the determined scanning range is supplied to the driving circuit 10 of the deflector 7, and the driving circuit 10 generates a two-dimensional scanning signal having a magnification based on the scanning range information and supplies it to the deflector 7. As a result, it is possible to acquire the image data of the defective portion at an optimum magnification according to the size of the defective portion.
[0046]
For example, secondary electrons generated by irradiation of the sample 8 with the electron beam EB are detected by the secondary electron detector 14. The detection signal of the detector 14 is sent as image data representing the shape of the sample surface to an image memory 16 having an image integration function through a signal processor 15 that performs signal processing such as an amplifier, a luminance adjustment circuit, and a contrast adjustment circuit. Supplied.
[0047]
A signal supplied from the signal processor 15 to the image memory 16 is converted into a digital signal by an AD converter, but the AD converter is omitted in the figure. Further, in the description of the configuration of FIG. 1, it is naturally necessary to perform AD conversion and DA conversion of the signal. However, in order to simplify the description, the AD converter and DA converter are omitted from the drawing and the description thereof is omitted. Yes.
[0048]
Scanning electron microscope image data stored in the image memory 16 is read out and supplied to a display device 17 such as a cathode ray tube. As a result, a secondary electron image of a desired region of the wafer sample 8 is displayed on the display device 17. The image data stored in the image memory 16 is supplied to a pattern matching unit 18 where two types of pattern matching processing are performed. A memory 19 is connected to the pattern matching unit 18, and reference image data and the like described later are stored in this memory. Next, the operation of the above configuration will be described in detail.
[0049]
First, a wafer in which a predetermined process in the device manufacturing process is completed is introduced as a sample into the sample chamber of the optical defect inspection apparatus 1 based on an optical microscope using laser light as a light source. In an optical microscope, laser light is scanned for each specific region on a wafer sample, and scattered light generated from the sample is detected along with this scanning, and an image signal synchronized with the scanning of the laser light is obtained. The obtained image is a pattern formed on the surface of a specific region on the wafer sample, and the detected image of this pattern is compared with a reference pattern image obtained in advance by the controller 2.
[0050]
The comparison between the two types of images is automatically performed under the controller 2 having a computer using a pattern matching technique. By comparing these two types of images, the shape of the pattern formed on the wafer sample (for example, the pattern width or length is abnormally long or part of the pattern is missing), foreign matter, etc. Detect defects such as contamination. The detection of this defect is to obtain at least information on the position coordinate value of the defect and the size of the defect.
[0051]
Information on defects detected by the controller 2 is transferred to the computer 12, and the wafer sample 8 in the sample chamber of the optical defect inspection apparatus 1 is loaded on the moving stage 9 of the scanning electron microscope 3. Thereafter, coordinate alignment of the wafer sample 8 is performed on the moving stage 9.
[0052]
A large number of chips having the same pattern are arranged on the wafer sample 8, and a normal pattern is formed at the coordinate position (Xa, Yb) of the defective portion of the chip T1 having a defective pattern. The chip T2 is searched, and the moving stage 9 is moved precisely so that the coordinate position (Xa, Yb) of the chip T2 is arranged on the electron beam optical axis. In this state, at the coordinate position (Xa, Yb) of the chip T2 on which a normal pattern is formed, the computer 12 sets an optimum magnification based on the data of the size of the defective portion detected by the controller 2. The deflector driving circuit 10 is controlled.
[0053]
As a result, two-dimensional scanning of the electron beam is performed at the coordinate position (Xa, Yb) of the chip T2 where a normal pattern is formed. Secondary electrons generated from the sample 8 due to the two-dimensional scanning of the electron beam on the sample are detected by the secondary electron detector 14. The detection signal is supplied to the image memory 16 via the signal processing circuit 15 and is subjected to signal integration processing to obtain image data with an excellent SN ratio.
[0054]
This image data is based on a normal pattern having no defect on the pattern on the sample and is stored as a reference image pattern in the memory 19 connected to the pattern matching unit 18. The computer in the pattern matching unit 18 detects the feature amount from the image stored in the memory 19. The memory 19 stores an image of each divided area obtained by virtually dividing the entire field of view of the reference image by an integer, and a feature amount for each of these areas.
[0055]
FIG. 2 shows an example in which the entire visual field I of the reference image is virtually divided by integers. The entire visual field I is divided into regions 11 to 34. Note that the feature amount is a physical amount extracted in image engineering, such as a contour shape or a luminance distribution. Here, the virtually divided area is referred to as a (pattern) matching size.
[0056]
The matching size may be automatically divided by a computer program, or may be divided so as to be considered optimal while an operator observes an image on the display device 17. The reason why the operator intervenes is because it is possible to determine where the pattern has a high probability of matching.
[0057]
Since pattern matching is performed by comparing feature quantities, the reference image data itself is not required to be saved after the feature quantity detection is completed, but a large number of wafers are inspected. In the process, it may be tempting to see the original reference image, so it is desirable to save the reference image data.
[0058]
The computer included in the pattern matching unit 18 extracts the feature amount of the region included in the matching size from the image data, and performs the following processing. That is, the pattern matching unit searches the entire inspection image including the defects captured in the image memory 16 having the integration function by using, for example, the image of the matching size number 11 among the images of FIG.
[0059]
The search is a pattern matching method (= feature amount comparison inspection) to check whether there is a pattern that matches the matching size number 11 in the entire field of inspection image. Since the area is marked with a rectangle, this function is started. If the marking result is displayed, it can be visually appealed, but marking is not always necessary, and it is sufficient if the computer can recognize the area.
[0060]
In this way, the entire inspection image is searched using each of the matching sizes 11 to 34. As a result, if a region that could not be matched remains in the inspection image, this region is considered to be a region where a defect exists. Next, in order to inspect the entire defect area, the magnification of the scanning electron microscope is increased. That is, the computer 12 controls the deflector driving circuit 10 to reduce the amplitude of the two-dimensional scanning signal of the electron beam supplied from the driving circuit 10 to the deflector 7. At this time, it is preferable to move the moving stage 9 by controlling the stage driving circuit 11 so that the defect area is arranged on the optical axis of the scanning electron microscope.
[0061]
In this way, the moving stage is moved to dispose the defect area in the vicinity of the electron beam optical axis. In this state, the defect area is scanned with an electron beam, secondary electrons generated based on this scanning are detected by the detector 14, and a detection signal is supplied to the image memory 16 via the signal processor 15. Since the image data stored in the image memory 16 is read and supplied to the display device 17, a fine defect area is enlarged and displayed on the display device 17.
[0062]
At this stage, since the defect area is narrowed down to a considerably small area, it can be clearly determined whether the defect is a missing pattern, adhesion of foreign matter, or another defect. Further, if an X-ray analysis function is added to the scanning electron microscope 3, for example, the elemental analysis of the foreign matter can be performed by irradiating the foreign matter with an electron beam and detecting and analyzing the generated characteristic X-ray. . Therefore, the above-described defect inspection method is highly useful in terms of defect classification.
[0063]
In the above-described embodiment, when the matching size is reduced, it can be expected that the remaining matching area is reduced, but there is a disadvantage that the search takes too much time. Conversely, when the matching size is increased, the search time can be shortened, but the remaining matching area becomes large, and the narrowing down of the defect area becomes insufficient. Therefore, the matching size has an optimum size depending on the number and size of the patterns included in the image. Therefore, the matching size may be determined by performing an experiment according to the pattern.
[0064]
In this way, the method of virtually dividing the entire field of view into integers and using all of these divided regions as matching reference images can be used for all types of specimens to be inspected, for example, LSIs. Is applied to a random logic system area, it is a particularly effective and highly versatile function.
[0065]
By the way, when the pattern is an array like the pattern shape of the memory portion of the memory element and is a so-called repetitive figure, it is convenient to use the second embodiment shown below. In this embodiment, the contact hole array shown in FIG. 3 will be described as an example.
[0066]
In the first stage of this embodiment, a matching size including eight contact holes is selected, and a region A surrounded by a solid line is selected as the reference matching size in the upper left of the field of view of the scanning electron microscope image of FIG. The pattern data of the matching size A (image data of area A) is stored in the memory 19. It is assumed that the matching size A is searched for the entire inspection image I in FIG. 3, and as a result, the matched portion is an area surrounded by a solid line, a dotted line, and a one-dot chain line in the drawing. In FIG. 3, the boundaries of the matched regions are at a common position, but the boundary portions of the regions are drawn consciously shifted in order to facilitate understanding. Also, a plurality of line types indicating the area are used for easy understanding of the area, but there is no other meaning due to the difference in the line type.
[0067]
In the field of view shown in FIG. 3, there are several places where the matching size A can be matched. Therefore, there are overlapping portions where matching is possible, but the portions that could not be matched remain reliably. The portion B that could not be matched is hatched in the figure, but FIG. 4 shows only the portion B that could not be matched. Also in this figure, the hatched portion B is a portion that cannot be matched and remains a matching residue.
[0068]
In the matching remaining area B narrowed down in the first stage described above, as a second stage, for example, a matching size is selected so as to include one contact hole, and pattern matching is executed for this area. As shown in FIG. 4, the defect area can be narrowed down to the area C even more narrowly. Note that the portion C indicated by the left and right diagonal lines in FIG. 4 cannot be matched, that is, becomes a defective region.
[0069]
In the case of a defect region such as an inverted L shape shown in FIG. 4, in order to perform the above-described second-stage search only in such an L-shaped region, separately from the first-stage program. Therefore, a program for searching only the L-shaped region is created. However, since the shape and size of the defect area differ depending on the wafer sample, it is complicated to create the second stage program each time according to the defect area obtained by the first stage search.
[0070]
In order to solve this problem, even in the case of the second stage search, if the entire field of view is searched, the program used in the first stage can be executed again, and a new program can be executed in the second stage. You can save the trouble of creating. That is, the first stage search is performed with the matching size A including a plurality of contact holes for the entire visual field, and the second stage search is performed with one contact hole for the entire visual field. Since a portion that could not be matched in either the first stage or the second stage can be extracted, it can be found without overlooking the defect area.
[0071]
Here, the above-described defect inspection method will be described collectively based on the flowchart shown in FIG. In this flow diagram, pattern matching is performed in the processing step after acquiring the scanning electron microscope image of the visual field based on the position and size of the defect detected by the optical defect inspection apparatus, particularly in the pattern matching unit 18. The steps for performing a detailed inspection of the defect by performing the operation are shown. That is, a scanning electron microscope image of a region having a defect is stored in the image memory 16, and a reference pattern (matching size) for performing pattern matching is stored in the memory 19.
[0072]
First, when the computer 12 instructs the start of the inspection, the defect inspection within the visual field is executed in the following steps. In step 1, pattern matching processing between the first matching size stored in the memory 19 (for example, the matching size A shown in FIG. 3) and the image stored in the image memory 16 is executed in the matching unit 18. The
[0073]
In step 2, the first mismatch region that is not matched by the pattern matching process in step 1 is extracted. The pattern matching unit 18 determines a second matching size B smaller than the first matching size and stores it in the memory 19 (step 3). The second matching size B is, for example, a region including one contact hole.
[0074]
In step 3, when the second matching size B is determined, in step 4, a search range (a range in which pattern matching processing is performed) with the second matching size is determined. One of two types of search ranges with the second matching size can be selected. One is a full-field search, and the other is a mismatch region search.
[0075]
When the full field search is selected, the entire field of view of the scanning electron microscope image including the first mismatch region is searched with the second matching size (step 5). As a result of the search (pattern matching process) in step 5, a second mismatch region that is not matched is extracted (step 6). In step 7, the pattern matching unit 18 recognizes a portion where the first and second mismatch areas overlap as a defective portion.
[0076]
If the method for limiting the area where pattern matching processing is performed with the second matching size in step 4 to the first mismatch area is selected, in step 8, the area is limited to the first mismatch area extracted in step 2, A search is performed with the second matching size. As a result, the unmatched portion is recognized as a defective portion (step 9).
[0077]
When the defective portion is specified in step 7 or step 9, as described in step 10, for example, the magnification of the scanning electron microscope is increased, and the defective portion is observed in more detail. Alternatively, the defect portion is irradiated with an electron beam, characteristic X-rays from the defect portion are detected, and elemental analysis of the defect portion is performed.
[0078]
In step 11, the detailed shape of the defective portion can be known by observing the defective portion with high magnification and high resolution. In addition, when the defect portion is the attachment of foreign matter, the element of the foreign matter is analyzed, and a clue as to which step the foreign matter is attached to can be obtained. Through the above steps, defect inspection using a pattern matching technique can be performed.
[0079]
If there are a plurality of defect locations on the wafer sample in the inspection by the optical defect inspection apparatus 1, a high-speed pattern matching unit 18 has been developed. The time required for the process of transferring to the stage 9 and then moving the stage to the first defect location and performing the first and second searches to extract the defect area in the defect location is the next defect location. It can be performed in such a short time that the stage moves. However, the timing of moving the stage to the next defect location must be performed after the first and second searches are performed to extract the defect area and the position data of the defect area is stored.
[0080]
By the way, as a modification of the determination of the matching size, the defect area can be extracted by the following procedure. First, when the first-stage matching size is set to one contact hole, a defective contact hole can be found by one search. However, this method alone overlooks the type of defects that originally did not exist where the contact holes should be, such as the region indicated by B in FIG.
[0081]
Therefore, in the embodiment of the present invention, as described above, when searching with a plurality of different matching sizes, one of the matching sizes is determined to include a plurality of contact holes. The execution of matching multiple times is an important technique for repeated graphic patterns.
[0082]
In the above-described embodiment, when performing the matching process, the inspection is first performed with the matching size including a plurality of patterns (contact holes), and then the inspection is performed with the matching size of one pattern (contact hole). However, the same result can be obtained even if the inspection is performed first with the matching size of one pattern and then with the matching size including a plurality of patterns.
[0083]
Moreover, the area | region which divides | segments the visual field of a scanning electron microscope by an integer may be connected so that adjacent areas may not overlap at all, and may overlap little by little. If division processing is performed so that the areas overlap each other little by little, a pattern inspection error on the boundary of the area can be prevented.
[0084]
In the above-described embodiment, a normal image region in a scanning electron microscope image is used as a reference image having a matching size. However, a layout diagram downloaded from CAD designed LSI may be used as a reference image. It has been experimentally verified that pattern matching between the layout diagram and the scanning electron microscope image can be performed. When performing such matching, it is necessary to pay attention to the following points.
[0085]
First, since the layout diagram is only a line drawing, for example, when a pattern such as a line and space is formed on the sample surface, in order to distinguish which part is a line (line width) It is necessary to perform processing such as coloring the figure in black and transfer it to the memory for storing the reference image.
[0086]
Second, since the defect inspection is performed in the middle of LSI manufacturing, for example, when inspecting whether or not the via hole formed in the upper layer of the wiring is at the correct position, the scanning electron microscope image of the via hole portion is shown in FIG. It has the shape shown in In FIG. 5, L is a wiring formed in the lower layer of the multilayer LSI, and BH is a via hole formed in a layer above the layer in which the wiring L is formed. In order to create a reference image having such a shape from a layout diagram downloaded from CAD, it is necessary to prepare for creating a new figure by synthesizing a lower wiring layout diagram and an upper hole layout diagram.
[0087]
Third, in an LSI, the effect of unevenness in the lower layer may appear on the surface of the upper layer. For such an LSI, when synthesizing the layout diagram of the lower layer and the upper layer, an actual scanning electron microscope image is appropriately displayed. It is necessary to observe and refer to the image of the combined portion, and to perform image correction such as color shading along the lower line drawing in the combined layout diagram.
[0088]
Fourth, in defect inspection, when an electron beam is irradiated from directly above a wafer sample, it becomes extremely difficult to observe the irregularities of the defect. Therefore, the wafer sample is slightly tilted to obtain a scanning electron microscope image, and defect inspection is performed based on the tilted image. In this case, the reference image based on the layout drawing from the CAD is a three-dimensional image (bird's eye view) created from the upper layer layout diagram (in some cases, the lower layer layout diagram), the film thickness data of the process information, and the inclination angle of the sample. ). With the reference image formed in this way, pattern matching with the tilted inspection image can be performed, and by comparing the two images, the unevenness of the defect can be determined and the height of the desired location can be determined. Measurements can be made.
[0089]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and other modifications are possible. For example, the scanning electron microscope image has been described as an example of the image to be matched, but the matching operation may be performed using an image obtained by an ion beam apparatus or a laser microscope. In addition, the present invention can be applied to the inspection of component placement on a printed circuit board. In this case, the matching image does not need to have a high magnification, but a relatively low magnification such as a TV camera (CCD) type optical microscope. The microscope can be used.
[0090]
In addition, when matching is performed using a scanning electron microscope image, a secondary electron image is used as an image. However, the image is not limited to a secondary electron image, but a reflected electron image, an absorbed current image, a characteristic X-ray image, or a combination of a plurality of images. Matching can also be performed using the obtained image.
[0091]
Furthermore, not only the pattern formed on the wafer but also the inspection of the LSI pattern exposure mask created by an electron beam drawing apparatus or the like can be performed as the inspection target. An exposure mask is a pattern drawn on thick quartz glass, and the inspection stage may be the case where the material of the pattern remains a resist or a chromium pattern at the stage where the mask manufacturing process has advanced. is there. Furthermore, a stencil mask (including a thin membrane film provided for reinforcement) using a silicon (Si or SiC) wafer as a base material instead of glass can be an inspection object. In the case of inspection of a stencil mask, it is preferable to use a transmission electron image as a matching image.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, the invention described in each claim is based on the basic idea that a normal region is found by pattern matching and the remaining portion is a defective portion. Based on this concept, defects can be found with a pattern matching system that can use various high-speed and high-performance algorithms and hardware. Therefore, it is necessary to newly develop a dedicated defect detection algorithm for finding defects. Disappears.
[0093]
A defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus according to the invention of claim 1 performs two-dimensional scanning of a charged particle beam in a region corresponding to the size of a defect at a defect position detected by an optical inspection apparatus, The signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, the stored image is divided by an integer, and the divided pattern of each region is used as a reference pattern for other divisions. Matching processing was performed with the pattern of the matched area, and the area other than the matched area was defined as a defective area.
[0094]
As a result, according to the first aspect of the present invention, for example, a scanning electron microscope image of the defect portion detected by the optical defect inspection apparatus is obtained, the obtained image is divided by an integer, and the pattern of each divided region is obtained. The defect area can be observed with high magnification and high resolution by a simple algorithm that performs matching processing with a pattern of another divided area as a reference pattern.
[0095]
The defect inspection method using the scanning charged particle beam apparatus according to the invention of claim 2 two-dimensionally scans the charged particle beam in a region corresponding to the size of the defect at the defect position detected by the optical inspection apparatus, A signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, a pattern indicating a surface structure in the stored image, a reference pattern having no defect, and pattern matching processing are performed. A defective area was determined except for the matched area.
[0096]
In the invention of claim 2, pattern matching processing is performed with a pattern indicating a surface structure in an image obtained by a scanning electron microscope or the like, a reference pattern having no defect, and a non-matched area as a defective area. The defect area can be observed at high speed and with high accuracy.
[0097]
A defect inspection method using a scanning charged particle beam apparatus according to a seventh aspect of the invention is a two-dimensional scanning of a charged particle beam in a region to be inspected corresponding to the size of a defect at a defect position detected by an optical inspection apparatus. Then, a signal obtained from the substance to be inspected by this scanning is detected, the detection signal is stored as an image signal, and first and second reference patterns having no defect with different area sizes are prepared, Pattern matching processing is performed between the pattern indicating the surface structure in the stored image of the inspected region and the first reference pattern, and then pattern matching processing is performed between the second reference pattern and twice. A region other than the region matched by the pattern matching process was defined as a defective region. Thus, in the invention of claim 7, since the pattern matching process is performed twice between the first reference pattern and the second reference pattern, it is possible to prevent the defect from being overlooked.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a basic system configuration for carrying out an inspection method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which a field of view of a scanning electron microscope image is divided by an integer.
FIG. 3 is a diagram showing a field of view and a matching size of a scanning electron microscope image for performing pattern matching.
4 is a diagram in which an unmatchable region is extracted from the field of view of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a via hole formed on a wiring.
FIG. 6 is a flowchart for explaining an embodiment in which pattern matching processing is performed twice based on different reference patterns.
[Explanation of symbols]
1 Optical defect inspection equipment
2 Controller
3 Scanning electron microscope
4 electron gun
5 Condenser lens
6 Objective lens
7 Deflector
8 Wafer sample
9 Moving stage
10 Deflector drive circuit
11 Stage drive circuit
12 computers
14 Secondary electron detector
15 Signal processor
16 Image memory
17 Display device
18 Pattern matching unit
19 Memory
