JP2005259396A - 欠陥画像収集方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光学的手段による欠陥検査装置により出力された欠陥位置データに基づいてＳＥＭを用いて該欠陥を観察する場合において、該欠陥が光学的に透明な膜の下に存在する場合でも、欠陥画像の取得を行えるようにする。
【解決手段】
電子顕微鏡の電子光学系を第１の撮像条件に設定し、検査装置を用いて試料を検査して得た試料の欠陥の位置データを用いて試料の欠陥位置が第１の撮像条件に設定した電子顕微鏡の視野に入るように設定し、第１の撮像条件に設定した電子顕微鏡で欠陥の位置を撮像して欠陥位置の第１の画像を得、第１の画像を処理して欠陥の有無を判定し、その結果に基づいて電子光学系を第２の撮像条件に設定し、第１の撮像条件で撮像した個所を第２の撮像条件に設定した電子顕微鏡で撮像して欠陥位置の第２の画像を得るようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、薄膜デバイス製造過程で発生した異物、欠陥について、検査情報に基づいて、欠陥画像を収集する方法およびその装置に関する。

半導体、液晶ディスプレイ、ハードディスク磁気ヘッド等の薄膜デバイスの製造は、多数のプロセスにより構成されている。

このような加工工程数は時には数百工程に及ぶ。加工装置の製造条件の不備や異常によって薄膜デバイス上に異物や配線の断線などの外観異常が発生した場合、製品に不良が発生する確率が高くなり、歩留りを下げてしまうことになる。そこで、問題の発生した装置を特定し、対策を施すことが歩留り維持および向上に重要となる。そのため、主要なプロセスごとに異物検査や外観検査等の検査が実施され、加工が正常に行われているか監視が行われる。このとき、加工プロセスごとに全ての被処理基板の検査を実施するのは時間と手間の制約から不可能であるため、通常はいくつかの一連の工程ごとに、ロット単位、あるいは被処理基板単位、あるいはその組み合わせによりサンプリングされた被処理基板に対して検査が実施される。ここで、被処理基板とは製品加工を行う最小単位を意味し、半導体であればウェハ１枚を指す。

検査装置においては、異物検査をする場合は、例えばウェハ表面をレーザでスキャンし、散乱光の有無を検出することで異物の位置、数の情報を得る。また、異物とパタンの異常を併せて検査をする欠陥検査をする場合は、例えば光学式の拡大撮像装置によりウェハの回路パタンの画像を取り込み、隣接する他の同一パタン領域の画像と比較することにより、特異点の位置、個数等に関する情報を得る。

ここで、「特異点」とは、検査装置の検査により異常が発見された点として出力された点のことを指す。異物と外観異常とを合わせ、以降、「欠陥」と表記する。

装置異常の判定は、検査装置により検出される欠陥の個数を密度管理指標として行われることが多い。欠陥の個数が予め設定された基準値を越えると装置に異常が発生していると判定し、欠陥を検査装置により検出された欠陥座標情報に基づき光学顕微鏡、あるいは走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下ＳＥＭ）などのレビュー装置により拡大撮像し、大きさ、形状、テクスチャ等の詳細情報を得たり、元素分析、断面観察等の詳細検査を行い、不具合の発生した装置や不具合内容を特定する。そして、その結果に基づき、装置やプロセスの対策を行い、歩留りの低下を防ぐ。

このようなレビュー作業を自動化、効率化するために、特許文献１には異物検査装置や外観検査装置からの検査データを基に、自動的に異物・欠陥の拡大画像を効率的に取得する方法について述べられている。また、欠陥の外観情報より発生工程を推定することは分析者の高度な判断によるものであり、個人差や判定に要する時間が問題となる。そこで、特許文献２には欠陥を特定のルールに従って自動的に分類する手法について述べられている。

特開2000-30652号公報 特開平7-201946号公報 特開平5-290786号公報 特開2001-93950号公報

検査装置にて検出された特異点は、必ずしも欠陥であるとは限らない。例えば、パタン上に生じた、欠陥とは言えない程度の凹凸を検出したり、パタンのエッジ部分からの乱反射成分を検出したり、欠陥とは言えない程度のパタン形状の微小な変動を検出したり、あるいは、欠陥とは言えない程度の膜厚の微小な変動による輝度むらや色むらを検出する場合もある。そこで、詳細レビューした特異点において欠陥が見つからない場合、検査装置の誤検出である「虚報」として、欠陥はないとして欠陥の発生状況を解釈する。しかし、誤検出が虚報の原因でない場合がある。

例えば、欠陥検査装置の場合、通常、紫外光〜可視光の波長の光を用いて回路パタンを撮像し、隣接する同一パタンの領域と回路パタン形状を比較して、差異のある部分を欠陥として検出する。ここで、該検査において観察している画像は最表面の画像とは限らない。例えば、表面がシリコン酸化膜で覆われている場合、該物質は光学的に透明であるため、該膜下に存在する異物やパタンも撮像される。そのため、膜下に存在する欠陥も検出されることになる。一方、詳細レビュー装置がＳＥＭの場合、電子ビームを対象に照射し、発生した二次電子や反射電子を画像化する。この場合、シリコン酸化膜は透明とはならない。そのため、欠陥検査装置の検出欠陥のＳＥＭを用いた詳細レビューにおいて欠陥が観察されない場合、虚報であるのか、膜下の欠陥であるのか判断ができなかった。

従来例として、特許文献３では、高エネルギの電子ビームにより、試料内部の構造、欠陥、異物などを観察する概念が述べられている。しかし、最表面の欠陥観察と内部の観察それぞれについて、共に好適な観察を両立させる手法は開示されていない。また、特許文献４では、電子顕微鏡にて複数の観察条件にて画像を取得し、見え方の違いにより欠陥分類する概念が述べられている。しかし、対象欠陥の状況に応じてレビュー作業を効率化する手法については開示されていない。

本発明の目的は、上記課題を解決し、最表面の欠陥においても、膜下の欠陥に対しても好適な観察を効率的に行える手段を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、検査装置による欠陥位置データを取得するステップと、ある撮像条件において、該欠陥位置の画像を得るステップと、該画像において、欠陥の有無を判定するステップと、該判定に基づいて撮像条件を変更するステップとを有し、該変更した撮像条件にて該欠陥位置の画像を得るようにした。また、該撮像条件の変更が、加速電圧の変更を含むようにした。また、該変更した撮像条件において複数の方向から画像を取得するステップを有し、該複数の画像から３次元構造を合成するようにした。

また、複数の対物レンズを有し、観察時の加速電圧に応じて使用するレンズを切り替えて用いる構成とした。また、被測定物を搭載するＸＹＺステージを有し、観察時の加速電圧に応じてワークディスタンスを変更する構成とした。また、複数の高電圧安定化電源を有し、観察時の加速電圧に応じて使用する高電圧安定化電源を切り替えて用いる構成とした。

本発明によれば、光学的手段による欠陥検査装置により出力された欠陥位置データに基づいてＳＥＭを用いて該欠陥を観察する場合において、該欠陥が光学的に透明な膜の下に存在する場合でも、効率的に観察を行うことができる。

以下に示す本発明の実施形態では、欠陥の観察や元素分析をするデバイスを半導体ウェハとして説明するが、本発明はこれに限るものではなく、他のデバイスであってもよい。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

まず図１を用いて、ウェハの製造ラインでの各装置とその接続構成の一具体例について説明する。なお、同図において、1はデータ管理サーバ、2は半導体の製造装置、3は検査装置、4はレビュー装置、5は解析装置、6はレビュー・解析装置、7はネットワークである。

同図において、製造ラインは、半導体ウェハの製造装置2や検査装置3、レビュー装置4、解析装置5、レビュー・解析装置6がデータ管理サーバ1とネットワーク7によって相互に接続された構成をなしている。

製造装置2は露光装置やエッチング装置などの半導体ウェハの製造に用いられる。検査装置3は、欠陥位置を検査するものであって、例えば、暗視野光学系を用いて半導体ウェハ上に光のビームスポットをスキャンさせ、その乱反射の度合いから欠陥位置を特定したり、明視野光学系を用いて2つのチップからそこに形成されているパタンの画像を取得し、これら画像を比較してこれら画像間で相違する部分を欠陥とし、その欠陥位置を検出する。レビュー装置4は、検査装置3の検査情報に基づいて欠陥を観察するものであって、半導体ウェハを搭載したステージを移動させ、検査装置3から出力される欠陥位置情報に基づいてこの半導体ウェハ上の対象とする欠陥への位置決めをし、欠陥の観察を行う。観察方式として、例えば、ＳＥＭが用いられる。
解析装置5は、例えばＥＤＸやオージェ電子分光法を用いて元素分析を行うものである。オージェ電子分光法は、電子線を対象に照射したときに対象から放出されるオージェ電子を検出し、解析する方法であり、一般によく知られた方法である。レビュー・解析装置6は、欠陥の観察と元素分析とを行うことができるようにした装置である。

なお、これらの検査、観察、分析のための各装置は、必ずしも分離している必要はなく、例えば、検査とレビューとを同一装置内で行えるようにするなど、組み合わせるようにしてもよい。

データ管理サーバ1は、これらの検査装置3、レビュー装置4、解析装置5、レビュー・解析装置6で得られたデータを管理するものであり、レビュー装置4や解析装置5は、データ管理サーバ1を介して検査装置3から出力された欠陥位置座標などの情報を取得することができる。

ここでは接続の一例を示したが、装置間でデータの相互利用が可能であればそのような接続構成であってもよい。

図２（ａ）に、検査装置3において、欠陥検査装置による検査に用いた画像の一例を示す。同図は、回路パタンが形成された後に、絶縁膜としてシリコン酸化膜の層が形成され、その上に配線が形成され、酸化膜の下に異物が存在する例を示している。シリコン酸化膜は光学的に透明であるため、最表面の配線以外に、図２（ｂ）に示すように、酸化膜の下の配線や異物が画像に含まれている。このような場合、光学的に欠陥を検出する欠陥検査装置では、画像中に存在する異物を欠陥として検出することになる。

次に、図３（ａ）に、ＳＥＭを用いたレビュー装置4におけるレビュー画像を示す。半導体の観察における一次電子ビームの加速電圧は通常、数百ｅV〜数kｅVが用いられる。この一次電子ビームを試料の表面に照射して走査することにより試料の表面近傍から発生した二次電子や反射電子を一次電子ビームの走査と同期して検出することにより画像が形成される。しかし、この画像は試料表面から発生する二次電子によるものであるため、酸化膜の下に存在する異物や配線は観察されない。そのため、通常の観察条件において欠陥が観察されなかった場合、欠陥検査装置の虚報であるのか、膜下の欠陥が存在するのか判断することができない。
一方、加速電圧を数十kｅV〜数百kｅVにすると、電子ビームが内部まで進入し、表面内部より発生した二次電子や反射電子をとらえることができる。そのため、内部の構造を画像化することができる。すなわち、高加速電圧の観察条件を用いることにより、図３（ｂ）に示すように、酸化膜の下にある異物や配線を観察することができる。

しかし、このような高加速電圧による観察条件は、内部の情報が表面の情報に重畳されて観察されるため、表面の欠陥の観察には必ずしも適していない。そこで、表面の欠陥と内部の欠陥の観察を両立するシーケンスの実施例を、図４に示す。

すなわち、まず、STEP100にて検査装置３により検出された欠陥の位置情報を含む検査データを取得する。検査データの取得は、図１に示すデータ管理サーバ1よりネットワーク7を介して取得してもよく、検査装置3よりネットワーク7を介して取得してもよく、また、検査装置3より、フロッピー（登録商標）ディスクや光磁気ディスク、あるいはメモリなど、情報の持ち運びが可能なメディアを用いて行ってもよい。

次に、STEP101にて、欠陥探索を行う。欠陥探索は、STEP100にて取得した検査データの欠陥位置にステージを移動し、該位置において取得した画像を用いて行う。成膜後など、背景にパタンが存在しない場合は、画像内で明るさが異なる領域を検出することで欠陥を探索することができる。明るさの異なる領域の検出は、例えば画像の平均輝度にある適当な値を足した値で二値化し、予め定めたある値以上の面積を持つ領域を検出することで行うことができる。また、背景にパタンが存在する場合は、参照画像として近傍チップの同一パタンを有する領域の画像をあわせて取得し、欠陥位置で取得した画像と比較演算を行い、差異が認められる位置を探索することで欠陥を探索することができる。欠陥の探索は前記例による手法に限るものではなく、画面内の欠陥が探索でき、欠陥の有無を判定できる手法であればどのような手法でもかまわない。

次に、STEP102において、欠陥が有るか否か判定を行い、欠陥がある場合にはSTEP103にて画像を記録する。画像の記録は、STEP101にて欠陥探索に用いた欠陥画像を記録してもよく、また、探索された欠陥位置を基準位置として拡大撮像し、該画像を記録してもよい。また、欠陥探索に用いた参照画像をあわせて記録してもよい。欠陥がないと判断された場合は、STEP104にて該欠陥のID番号など、検査データにおいて該欠陥が一意に特定できる情報を用いてリストを作成する。

次に、STEP105にて、検査データに次のデータがあるか否かを判定し、次のデータがある場合は、STEP106にて対象データを次のデータとし、STEP101からSTEP105を繰り返し実施する。次のデータがない場合はSTEP107にて、STEP104にて作成されるリストの有無を判定する。

該リストがない場合はSTEP113に移行し、処理を終了する。

該リストがある場合は、STEP108にて撮像条件を設定する。例えば、加速電圧を、半導体の観察としては高加速電圧である数十kV〜数百kVのうち予め定めたある加速電圧に設定する。次に、STEP109にて該リストに記録されている欠陥の位置に撮像視野を設定するためにステージを移動し、STEP110にて該位置における画像を記録する。そして、STEP111にて、該リストに次のデータが有るか否か判定を行い、次のデータがない場合はSTEP113に移行し、処理を終了する。次のデータがある場合はSTEP112にて対象データを該リストに記録されている次のデータとし、STEP109からSTEP111までを繰り返し実施する。

このようなシーケンスにてレビューを行うことにより、膜上に存在する欠陥の場合は、該欠陥の観察に好適な通常のレビュー条件で画像を記録し、膜上に欠陥が存在しない場合は、膜下の欠陥の観察が可能な条件で画像を記録することができる。すなわち、膜下の欠陥が観察可能な条件で取得した画像を観察することにより、該欠陥が、膜下に存在する欠陥であるのか検査装置の虚報であるのかを判断することができる。

また、STEP102の判定結果に応じて撮像条件を変更して画像を取得するようにしてもよい。その場合のシーケンスを図５に示す。STEPとして付した番号が図４と同じステップは同一の処理内容であることを示す。

表面の欠陥の観察に適した数百V〜数kVの加速電圧のうち、予め定めたある加速電圧の撮像条件を撮像条件1、膜下欠陥の観察に適した数十kV〜数百kVの加速電圧のうち、予め定めたある加速電圧の撮像条件を撮像条件2とする。STEP100にて検査データの取得を行った後、STEP114にてＳＥＭの撮像条件を撮像条件1に設定する。すでに設定されている場合は何も行わないことになる。次にSTEP101にて欠陥探索を行い、STEP102にて欠陥有無の判定を行う。欠陥がある場合はSTEP103にて画像を記録する。欠陥がない場合はSTEP108にてＳＥＭの撮像条件を撮像条件2に設定し、STEP103にて画像記録を行う。そして、STEP105にて次データ有無を判定して、ある場合はSTEP106にて次データを対象としてSTEP114からSTEP105までを繰り返す。

ここで、STEP102にて欠陥なしと判定された場合での画像記録において、撮像条件2の画像と併せ、撮像条件1における画像を記録してもよい。

また、STEP102を欠陥が有るか否かの判定ではなく、特許文献２に示したような欠陥の自動分類によって、予め定めた特定のカテゴリに分類された欠陥であるか否かを判定してもよい。この時、予め定めた特定のカテゴリとは、例えば、「虚報」「下地欠陥」等が考えられる。
撮像条件の設定は、図４、５で説明した実施例では二段階の例を述べたが、複数の撮像条件を用いてもよい。

ここで、図６（ａ）に示すように、加速電圧により可視化できる深さが異なるため、加速電圧の異なる複数の観察条件にて撮像し、どの加速電圧で欠陥が観察できるかを判断することにより、欠陥の存在する深さ情報を得るようにしてもよい。例えば、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、加速電圧V1、V2では欠陥が観察できないが、図６（ｄ）に示すように加速電圧V3にて観察できた場合は、加速電圧V3に対応する深さに欠陥が存在することがわかる。その場合の画像取得シーケンスの実施例を、図７に示す。

まず、予め、通常の撮像条件で欠陥が検出できなかった場合に用いる複数の撮像条件を設定しておく。STEP100からSTEP107までは、図４と同様である。STEP109にてリストに挙げられている欠陥の位置が視野に入るようにステージを移動する。次に、STEP115にて撮像条件を予め設定した第一の条件とし、STEP116にて該条件に撮像条件を設定する。そしてSTEP117にて、該撮像条件で撮像した画像を用いて欠陥探索を行い、STEP118にて欠陥の有無を判定する。欠陥がないと判定された場合はSTEP119にて、次の異なる撮像条件が設定されているか否かを判断し、設定されている場合はSTEP120にて次の撮像条件を用いるように設定し、STEP116からSTEP118までを繰り返す。設定されていない場合はSTEP121にて撮像した画像を記録する。また、STEP118にて欠陥が有ると判定された場合もSTEP121にて撮像した画像を記録する。そして、STEP111にて、該リストに次のデータが有るか否か判定を行い、次のデータがない場合はSTEP113に移行し、処理を終了する。次のデータがある場合はSTEP112にて対象データを該リストに記録されている次のデータとし、STEP109からSTEP121までを繰り返し実施する。

ここで、複数の撮像条件の定義方法として、例えば、撮像に用いる加速電圧の増加幅と最大の加速電圧条件を定めておき、STEP120の条件変更において現在の加速電圧条件に、前記加速電圧の増加幅を加えた加速電圧を次の撮像条件として設定してもよい。この場合、STEP119において、前記撮像条件が予め設定した最大の加速電圧条件を超えていないか否かを判定するようにすればよい。

また、本実施例では、STEP107以降は欠陥個々に加速電圧を変更しながら撮像を行う例を述べたが、STEP101からSTEP105までと同様に、ある加速電圧条件にて欠陥探索を行い、欠陥の有無から他の撮像条件で撮像を行う欠陥のリストを作成し、該リストに登録された欠陥のみを次の撮像条件で撮像するようにしてもよい。

また、本実施例では欠陥の有無を判定基準としたが、自動分類結果を判定基準としてもよい。

ここで、STEP117における欠陥探索は図４に示したシーケンスのように参照画像との差分を検出することで行ってもよく、また、他の撮像条件で取得した、欠陥の座標が視野内にある画像との差分を検出することで行ってもよい。

また、この時、欠陥の属性として、加速電圧がいくつの時に検出された欠陥であるかを出力するようにしてもよい。あるいは、欠陥が検出された加速電圧を予め定めた記号と対応させておき、該記号を欠陥の属性として出力するようにしてもよい。例えば、加速電圧10kV〜50kVで検出された場合「膜下欠陥１」、加速電圧50kV〜100kVで検出された場合「膜下欠陥２」、加速電圧100kV〜で検出された場合「膜下欠陥３」のように属性を定義してもよい。

あるいは、予め加速電圧と可視化される深さの関係を求めておき、欠陥が検出された加速電圧から欠陥が存在する深さ情報に換算し、該深さ情報を出力するようにしてもよい。加速電圧と可視化できる深さは、例えば図８に示すサンプルを作成することにより実験的に求めることができる。図８（ａ）はサンプルの断面を示した図である。厚さが既知の金属の薄膜を、面積を変えて積層させたもので、金属膜以外の部分はシリコン酸化膜で覆われている。このサンプルをある加速電圧で撮像した例を図８（ｂ）に示す。同図において、どの層までが酸化膜部分と異なると判断できるかを予め測定しておくことにより、撮像に用いる加速電圧と可視化可能な深さの対応を求めることができる。

また、本手法により得られた欠陥の深さ情報を用いて、図１の解析装置5における分析条件を設定してもよい。例えば、解析装置としてＥＤＸを用いる場合、電子ビームを被測定対象に照射した際に放出される特性Ｘ線のエネルギを解析することにより含有されている元素を分析する。その際、特性Ｘ線が放出される深さは照射する電子ビームの加速電圧により変化し、加速電圧が小さい程浅く、大きいほど深い領域の情報が取得できる。そこで、本手法により得られた深さ情報から、該欠陥のＥＤＸ分析を行うのに好適な加速電圧条件を推定し、該加速電圧にて分析を実施するようにしてもよい。好適な加速電圧の推定は、シミュレーションを用いて推定してもよく、図８に示したサンプルを用いて実験的に求めてもよい。

また、本手法により得られた膜下の欠陥が観察できる加速電圧にて、ステージをチルトさせたり、ビームの軌道をチルトさせる等を行い、図９の（ａ）（ｂ）に示すように、複数の方向から画像を取得し、その視差から（ｃ）に示すような３次元位置の再構成を行ってもよい。複数の方向から得られた画像を用いて３次元再構成を行う手法は、ロボットビジョンなどでは既知の手法である。このような３次元位置の再構成を行うことで、欠陥の深さ方向の位置の精度向上を図ることができる。また、３次元情報を基に欠陥を俯瞰図で表示することにより、ユーザが欠陥位置や欠陥の構造を直感的に把握することができる。

次に、かかる接続構成に用いられる本発明の実施形態を説明する。

図１０は、本発明における元素分析装置の一実施形態を示す構成図である。WFは半導体ウェハ、EBは電子ビーム、8は走査型電子顕微鏡を用いた撮像装置、9は電子源、10、11はコンデンサレンズ、12は偏向走査用コイル、13、14は対物レンズ、15はＸＹＺステージ、16はステージチルト機構、17は記憶装置、18はモニタ、19は入力装置、20は全体制御部、21は画像演算部、22はA/D変換部、23は電子光学系制御部、24はステージ制御部、25は電源切替機、26、27は高電圧安定化電源、28は信号検出器である。

同図において、電子源9と電子光学系10〜14と検出器28とＸＹＺステージ15とステージチルト機構16がＳＥＭを構成しており、これをＸＹＺステージ15に搭載された半導体ウェハWFの撮像装置8として用いるものである。

レビューの対象となる半導体ウェハWFはＸＹＺステージ15に搭載される。ＸＹＺステージ15は、全体制御部20からの制御信号を基に、ステージ制御部24によりＸ、Ｙ、Ｚ方向およびチルト方向に移動制御される。ＳＥＭを用いた撮像装置8は、ＸＹＺステージ15に固定された半導体ウェハWFを拡大撮像する。すなわち、電子源9から発射された電子ビームEBは、コンデンサレンズ10、11、対物レンズ13、14によって収束され、偏向走査用コイル12によってスキャンされることにより、測定対象の半導体ウェハWFに照射され、この照射によって半導体ウェハWFから得られる二次電子や反射電子は検出器28で検出され、A/D変換部22で処理されて半導体ウェハWFのＳＥＭ像が生成される。

欠陥検出処理などの画像処理は画像演算部21で行われる。ユーザは入力装置12において欠陥観察条件等の入力項目を入力する。

表面欠陥の観察に好適な加速電圧条件数百V〜数kV（以下、通常加速電圧）と膜下欠陥観察に好適な加速電圧条件数十kV〜数百kV（以下、高加速電圧）は加速電圧が大幅に異なる。そこで、通常加速電圧の場合は対物レンズ6のみ使用するのに対し、高加速電圧の場合は対物レンズ6、7共に使用し、対物レンズの強度を増強する。あるいは、ＸＹＺステージ8を制御し、対物レンズとWFの距離であるワークディスタンスを大きくし、フォーカスが合うように制御を行う。あるいは、電子源の電源において、通常加速電圧用の電源と高加速電圧用の電源をそれぞれ有し、観察に用いる加速電圧に応じて切替器18にて切り替えて使用する。これら３つの動作は、加速電圧切替時に全て実施してもよく、一つ、あるいは２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

本実施例においては、対物レンズが２つの例を示したが、２つに限らず、複数の対物レンズを用い、設定された加速電圧に応じて適当なレンズを複数用いるようにしてもよい。

本発明における出力画面の実施例を図１１に示す。画面にはレビュー対象としているウェハの情報として、ウェハのロット番号、ウェハ番号、工程名を表示する。表示する情報は該実施例に限定するものではなく、ウェハと検査工程を一意に特定できる情報であればよい。また、レビューした欠陥を特定するＩＤ番号を表示し、通常加速電圧による取得画像と、高加速電圧による取得画像を同一画面内に並べて表示する。また、各画像の撮像条件、分類されたカテゴリをあわせて表示してもよい。該情報は必ずしも画像と同時に表示する必要はなく、ボタンを押すなど、何らかの操作を行って表示するようにしてもよい。

また、図１２に示すよう、該検査工程における検出欠陥の位置情報をウェハにプロットしたウェハマップをあわせて表示してもよい。その際、画像を表示している欠陥の位置を強調表示するようにしてもよい。

また、図１３に示すように、欠陥検査装置の検査画像や欠陥検査と同等の光学系によるレビュー画像とＳＥＭによる取得画像を同一画面内に並べて表示してもよい。

また、図１４に示すように、通常加速電圧による取得画像と、高加速電圧による取得画像を差分演算し、高加速電圧による取得画像から表面に存在するパタンを取り除き、内部のパタンや欠陥のみの画像を作成し、該画像を表示してもよい。本実施例では、両画像を別々に表示したが、各々の画像が区別できるようにして重ねて表示してもよい。区別できるように表示する手法として、例えば、内部のパタンや欠陥のみを抽出した画像に擬似的に色をつけて表示すればよい。

また、図１５に示すように、チルトして取得した画像と３次元立体構成後の俯瞰画像を併せて表示してもよい。

画像表示において、膜下欠陥の解像度を向上するよう画像処理を施して表示してもよい。また、その際、画像取得に用いた加速電圧に応じて画像処理に用いるフィルタのパラメータを変更してもよい。例えば、表面から深い位置のパタンや欠陥ほど輪郭が明確でない場合、加速電圧が大きいほど先鋭化フィルタのフィルタサイズを大きくするようにしてもよい。

本発明における撮像条件の入力画面の実施例を図１６に示す。撮像条件は、通常加速電圧における撮像条件と、高加速電圧における撮像条件をそれぞれ入力することができる。入力条件は、条件の番号、加速電圧、プローブ電流、視野サイズ、画像の加算回数等がある。条件の番号、加速電圧、視野サイズ以外は予めルールを定めておき自動的に設定するようにしてもよい。また、プルダウンメニュー等により予め設定された数値から選択するようにしてもよい。また、視野サイズのかわりに、撮像倍率を入力するようにしてもよい。

また、図７にて説明したシーケンスをもちいる場合は、図１７に示すように、加速電圧初期値、加速電圧増加幅、加速電圧最大値を入力するようにしてもよい。また、プルダウンメニュー等により予め設定された数値から選択するようにしてもよい。

通常加速電圧条件によるレビューと高加速電圧条件によるレビューは異なる装置で行ってもよい。すなわち、まず始めに通常の表面観察に好適な条件にて使用する第一のレビューＳＥＭにて欠陥検査装置にて得られた座標情報に基づいてレビューを行う。そして、該レビュー結果に基づいて、高加速電圧条件によりレビューを行う欠陥の選択を行う。例えば、座標位置において欠陥が観察されなかった欠陥や、表面が凸状になっているが、輪郭が曖昧で、異物の核が膜下に存在すると思われる欠陥等を選択する。次に、高加速電圧による膜下観察に好適な条件にて使用する第二のレビューＳＥＭを用いて該欠陥の観察を行う。この時、図７のSTEP116からSTEP121にて説明したように、欠陥の観察された様子に応じて撮像条件を変更し、画像を取得するようにしてもよい。そして、それぞれの装置によるレビュー結果を組み合わせて欠陥の属性を判定する。例えば、第一のレビューＳＥＭと第二のレビューＳＥＭともに欠陥が見つからない場合は「虚報or膜下深」、第一のレビューＳＥＭにて欠陥が見つからず、第二のレビューＳＥＭにて欠陥が見つかった場合は「膜下浅」、第一のレビューＳＥＭにて凸状になっており、第二のレビューＳＥＭにて欠陥が見つかった場合は「膜下浅凸」というように属性を判定することができる。

この属性情報をユーザに与えることにより、ユーザは欠陥が工程のどの段階で発生したのか、また、何が原因であるのかを推定する手がかりとすることができる。

また、欠陥検査装置により検出欠陥に関する属性情報を出力し、その情報に基づいてレビューＳＥＭにおいて観察を行う条件を変更してもよい。例えば、シリコン酸化膜が表面に形成されたある工程において、最表面に存在する異物は黒く観察され、膜中に存在する異物は緑色に観察されたとする。この時、欠陥検査装置において、黒色の欠陥は「膜上欠陥」、緑色の欠陥は「膜中欠陥」との属性を欠陥の固有番号や欠陥の位置情報に関連づけて出力する。レビューＳＥＭは該情報を受け、まず、「膜上欠陥」の属性をもつ欠陥について通常加速電圧にて画像取得を行い、次に「膜下欠陥」の属性をもつ欠陥について高加速電圧にて画像取得を行うようにしてもよい。

欠陥検査装置の属性付加方法について、本実施例では外観の差異を基に付加する例を述べたが、属性判定方法は外観の差異に限るものではなく、例えば暗視野光学系による観察状況の違いを基に判定するなど、他の光学系による情報を基に判定してもよく、膜上、膜下等の欠陥の存在位置に関わる情報が取得できればよい。

図１は、製造ラインにおける装置構成の一例を示した図である。 図２は、光学式検査装置による検出画像の一例を示した図である。 図３は、ＳＥＭにおいて、撮像条件による取得画像の違いを示した図である。 図４は、本発明におけるレビュー画像の取得手順を示したフロー図である。 図５は、本発明におけるレビュー画像の取得手順を示したフロー図である。 図６は、ＳＥＭにおいて、加速電圧による取得画像の違いを示した図である。 図７は、本発明におけるレビュー画像の取得手順を示したフロー図である。 図８は、加速電圧と可視化可能な深さを関連づけるための試料の一例を示した図である。 図９は、本発明におけるチルト画像取得・３次元合成の一例を示した図である。 図１０は、本発明における装置構成の一実施例を示した図である。 図１１は、本発明における出力画面の一例を示した図である。 図１２は、本発明における出力画面の一例を示した図である。 図１３は、本発明における出力画面の一例を示した図である。 図１４は、本発明における出力画面の一例を示した図である。 図１５は、本発明における出力画面の一例を示した図である。 図１６は、本発明における撮像条件入力画面の一例を示した図である。 図１７は、本発明における撮像条件入力画面の一例を示した図である。

符号の説明

1…データ管理サーバ 2…半導体の製造装置 3…検査装置 4…レビュー装置
5…解析装置 6…レビュー・解析装置 7…ネットワーク 8…走査型電子顕微鏡を用いた撮像装置 9…電子源 10…コンデンサレンズ 11…コンデンサレンズ
12…偏向走査用コイル 13…対物レンズ 14…対物レンズ 15…ＸＹＺステージ
16…ステージチルト機構 17…記憶装置 18…モニタ 19…入力装置 20…全体制御部 21…画像演算部 22…A/D変換部 23…電子光学系制御部 24…ステージ制御部 25…電源切替機 26…高電圧安定化電源 27…高電圧安定化電源
28…信号検出器

Claims (16)

1. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する方法であって、
   前記電子顕微鏡の電子光学系を第１の撮像条件に設定し、
   検査装置を用いて試料を検査して得た該試料の欠陥の位置データを用いて前記試料の欠陥位置が前記第１の撮像条件に設定した前記電子顕微鏡の視野に入るように該電子顕微鏡の視野を設定し、
   前記第１の撮像条件に設定した電子顕微鏡で前記視野内に設定した欠陥の位置を撮像して前記欠陥位置の第１の画像を得、
   該撮像して得た第１の画像を処理して欠陥の有無を判定し、
   該判定した結果に基づいて前記電子光学系を第２の撮像条件に設定し、
   前記第１の撮像条件で撮像した個所を前記第２の撮像条件に設定した前記電子顕微鏡で撮像して前記欠陥位置の第２の画像を得る
   ことを特徴とする欠陥画像収集方法。
2. 前記第１の撮像条件と前記第２の撮像条件とで、前記電子顕微鏡の一次電子の加速電圧が異なることを特徴とする請求項１記載の欠陥画像収集方法。
3. 前記第２の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧は、前記第１の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の欠陥画像収集方法。
4. 前記電子顕微鏡の第1の撮像条件と第２の撮像条件とに応じて前記試料の高さを調整することを特徴とする請求項１記載の欠陥画像収集方法。
5. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する方法であって、
   検査装置を用いて試料を検査して得た該試料の欠陥の位置情報を用いて第１の撮像条件に設定した電子顕微鏡を用いて収束させた電子ビームを前記試料の欠陥を含む位置に照射して走査して前記試料から発生した２次荷電粒子を検出することにより前記欠陥を含む位置の前記試料表面の電子線画像を得、
   前記電子顕微鏡を第２の撮像条件に設定し、
   該第２の撮像条件に設定した前記電子顕微鏡により収束させた電子ビームを前記試料の欠陥を含む位置に照射して走査して前記試料から発生した２次荷電粒子を検出することによりして前記試料の欠陥位置を撮像して該欠陥位置の内部を含む前記試料の電子線画像を得る
   ことを特徴とする欠陥画像収集方法。
6. 前記第２の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧は、前記第１の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の欠陥画像収集方法。
7. 前記第１の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧は数１００ｅＶ〜数KｅVであり、前記第２の撮像条件における前記電子光学系の一次電子の加速電圧は数１０KｅV〜数１００ＫｅＶであることを特徴とする請求項５記載の欠陥画像収集方法。
8. 前記電子顕微鏡の第1の画像取得条件と第２の画像取得条件とに応じて前記試料の高さを調整することを特徴とする請求項６記載の欠陥画像収集方法。
9. 前記電子顕微鏡の前記第1の撮像条件で撮像して得た画像と前記第２の撮像条件で撮像して得た画像とを同じ画面上に表示することを特徴とする請求項１記載の欠陥画像収集方法。
10. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する装置であって、
    検査装置を用いて試料を検査して得た該試料の欠陥の位置データを記憶する記憶手段と、
    電子顕微鏡の電子光学系を制御して撮像条件を設定する撮像条件設定手段と、
    前記記憶手段に記憶した前記試料の欠陥の位置データを用いて前記試料の欠陥位置が前記前記電子顕微鏡の視野に入るように前記試料の位置を制御する試料位置制御手段と、
    前記撮像条件設定手段で設定した撮像条件で撮像して得た前記試料の画像を処理する画像処理手段とを備え、
    前記撮像条件設定手段は、電子顕微鏡の電子光学系により前記試料に照射する１次電子ビームの加速電圧が数１００ｅＶ〜数KｅVの範囲の第１の撮像条件と数１０KｅV〜数１００ＫｅＶの範囲の第２の撮像条件とのいずれかに切替え可能な構成を有することを特徴とする欠陥画像収集装置。
11. 前記撮像条件設定手段で設定した前記電子顕微鏡の１次電子ビームの加速電圧に応じて前記試料の高さを調整する試料高さ調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項１０記載の欠陥画像収集装置。
12. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する装置であって、
    検査装置を用いて試料を検査して得た該試料の欠陥の位置データを記憶する記憶手段と、
    電子顕微鏡の電子光学系を制御して撮像条件を設定する撮像条件設定手段と、
    前記記憶手段に記憶した前記試料の欠陥の位置データを用いて前記試料の欠陥位置が前記前記電子顕微鏡の視野に入るように前記試料の位置を制御する試料位置制御手段と、
    前記撮像条件設定手段で設定した撮像条件で撮像して得た前記試料の画像を処理する画像処理手段とを備え、
    前記撮像条件設定手段は、電子顕微鏡で前記視野内に設定した欠陥の位置を撮像して前記欠陥位置の表面の画像を取得する第1の画像取得条件と、前記視野内に設定した欠陥の位置を撮像して前記欠陥位置の内部を含む画像を取得する第２の画像取得条件とを切替えが可能に構成されていることを特徴とする画像収集装置。
13. 前記撮像条件設定手段で設定した前記電子顕微鏡の第1の画像取得条件と第２の画像取得条件とに応じて前記試料の高さを調整する試料高さ調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項１２記載の欠陥画像収集装置。
14. 表示手段を更に備え、前記電子顕微鏡の前記第1の撮像条件で撮像して得た画像と前記第２の撮像条件で撮像して得た画像とを、前記表示手段の同じ画面上に表示することを特徴とする請求項１２記載の欠陥画像収集装置。
15. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する装置であって、
    集束させた電子ビームを試料の表面に照射して走査する電子光学系手段と、
    該電子光学系手段により集束させた電子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を前記走査と同期して検出する二次荷電粒子検出手段と、
    該二次荷電粒子検出手段で検出して得た信号を処理して前記試料の画像を得る画像取得手段とを備え、
    前記電子光学系手段は、複数の対物レンズと対物レンズ切替機構とを有し、観察時の加速電圧に応じて前記対物レンズ切替機構を用いて前記複数の対物レンズを切り替えることを特徴とする欠陥画像収集装置。
16. 電子顕微鏡を用いて試料の欠陥画像を収集する装置であって、
    集束させた電子ビームを試料の表面に照射して走査する電子光学系手段と、
    該電子光学系手段により集束させた電子ビームを照射して走査することにより前記試料から発生する二次荷電粒子を前記走査と同期して検出する二次荷電粒子検出手段と、
    該二次荷電粒子検出手段で検出して得た信号を処理して前記試料の画像を得る画像取得手段とを備え、
    前記電子光学系手段は、複数の高電圧安定化電源と電源切替え部とを有し、観察時の加速電圧に応じて前記電源切替え部で使用する高電圧安定化電源を切り替えることを特徴とする欠陥画像収集装置。
    

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