JP2008032742A - 回路パターンの検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
被検査基板の帯電状態を任意に制御でき、信頼性の高い電子ビームを用いた回路パターンの検査装置を提供する。
【解決手段】
回路パターンが形成されたチップを複数有する基板表面に電子ビームを照射し、該照射によって基板から発生する信号を検出して画像化し、該画像と他の画像とを比較して回路パターン上の欠陥を検出する回路パターンの検査装置において、電子ビームで走査しながら一方向に移動する基板のひとつの移動であるラインに含まれるチップ列に電子ビームを照射する検査スキャンにより検査用の画像を取得した後に、検査スキャンにより電子ビームが照射された領域の帯電状態を飽和状態にする、あるいは帯電状態を元に戻すことによって画像の質が均一になるように、該照射された領域に再び電子ビームを照射するポストスキャンの電子光学条件を設定する条件設定手段を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体ウェハに形成された半導体装置やフォトマスク等の回路パターンの検査装置に関する。

半導体ウェハやフォトマスク等の被検査基板上の回路パターンに存在する欠陥を検査する方法としては、光学画像を用いた検査装置の他、回路パターンの微細化に対応するために電子ビームを用いた検査装置が知られている。

この検査装置は、被検査基板に電子ビームを照射して発生する二次電子や反射電子から画像を生成するＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を応用したもので、同一パターンのＳＥＭ画像同士を比較して異なる画素を抽出し、欠陥とするものである。

この検査装置において、被検査基板に電子ビームを照射する回数によって、得られるＳＥＭ画像の画質が異なる。照射する回数が少ないと得られる検査領域の情報量が少ないため、同一領域を複数回照射して検査に十分な画像とする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、照射回数が多いと照射エネルギーが高いので、被検査基板の帯電による画像コントラストの変化という弊害をもたらすため、一回の照射で画像を取得する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

この検査装置において、一回の電子ビーム照射により画像を取得した場合、被検査基板の特質により、一回の電子ビーム照射では画像のコントラストにむらができたり、対象としている部位のコントラストが十分得られないなどの問題点があった。この対策として、画像の同一領域を複数回照射することにより電子ビームの照射エネルギー量を上げることが行われる。この場合、電子ビームで走査しながら一方向に移動する被検査基板のひとつの移動をラインとよぶと、１回照射の場合は一ラインの走査が終了したら被検査基板をラインと直角方向に一ライン分移動させて、隣のラインを照射するのに対し、複数回照射の場合は直角方向の移動をせずに一ラインを複数回照射するものである。

ところが、このような方法で照射エネルギー量を上げると、局所的に電位が一時的に変化して被検査基板である半導体ウェハの破壊を招く危険性がある。また、同一ラインを複数回照射するため、検査時間が遅延することになる。

特開平５−２５８７０３号公報 特開２０００−１９３５９４号公報

本発明の目的は、被検査基板の帯電状態を任意に制御でき、信頼性の高い電子ビームを用いた回路パターンの検査装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の実施例は、電子ビームで走査しながら一方向に移動する基板のひとつの移動であるラインに含まれるチップ列に電子ビームを照射する検査スキャンにより検査用の画像を取得した後に、検査スキャンにより電子ビームが照射された領域の帯電状態を飽和状態にする、あるいは帯電状態を元に戻すことによって画像の質が均一になるように、該照射された領域に再び電子ビームを照射するポストスキャンの電子光学条件を設定する条件設定手段を備えたものである。

本発明によれば、被検査基板の帯電状態を任意に制御でき、信頼性の高い電子ビームを用いた回路パターンの検査装置を提供することができる。

以下、本発明による回路パターンの検査装置の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例では、半導体ウェハに形成された回路パターンの製造工程における欠陥を抽出するもので、レジストパターン，ＣＯＮＴ系開口パターン，エッチング後ファインパターン（拡散系），エッチング後ファインパターン（配線系）などの欠陥を対象としている。

図１は、回路パターンの検査装置の概略構成を示す縦断面図である。回路パターン検査装置１には、後述する二次電子検出信号を電気信号へ変換する二次電子検出部７，二次電子検出部７からの画像電気信号を記憶しノイズ低減や信号の増減を行うとともに補正制御回路４３への指示信号を送る制御コンピュータ６，欠陥抽出の結果または画像を画面に表示するモニタやオペレータの指示の入力ツールを備えた画像操作部５が接続されている。

回路パターン検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２に半導体ウェハ等の被検査基板９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）を備えており、この予備室は検査室２とは独立して真空排気できるように構成されている。

検査室２は大別して、電子光学系３，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系３は、電子銃１０，引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，ＥｘＢ偏向器１８から構成され、電子銃１０で発生した電子ビーム１９がコンデンサレンズ１２や対物レンズ１６で収束されて被検査基板９に照射される。

電子ビーム１９の照射によって被検査基板９から発生した二次電子３７はＥｘＢ偏向器１８によってその軌道が曲げられ反射板１７に衝突し、第二の二次電子３８が発生する。この二次電子３８を二次電子検出器２０が検出し、その信号が二次電子検出部７へ送られ、二次電子検出部７のプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータに変換され、光変換手段２３へ送られて光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に、制御コンピュータ６へ送られる。

二次電子検出部７は、プリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，光伝送手段２４，電気変換手段２５，高圧電源２６，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８，逆バイアス電源２９を備え、高圧電源２６により正の電位にフローティングされているため、反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子３８は、発生する吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。

試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３，位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５から構成されている。

光学顕微鏡部４は光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成され、検査室２の室内における電子光学系３の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。

Ｘステージ３１またはＹステージ３２は、電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動できるようになっている。また、回転ステージ３３あるいは試料台は、その任意の側を傾けて、電子ビーム１９が被検査基板９に照射される角度を可変できるように構成されてもよい。

制御コンピュータ６は、全体制御部６５と以下の装置から構成される。二次電子検出部２０からのディジタル信号を記憶する記憶手段６１，記憶されたディジタル信号を処理する画像処理回路６２，画像処理回路６２の処理パラメータを設定する処理パラメータ設定部４８，画像操作部５の欠陥判定部５４で抽出された欠陥の情報を保持する欠陥データバッファ６３を有する。

画像操作部５の画面５０には、欠陥データバッファ６３に保持された複数の欠陥の位置をウェハマップに点で表示したり、記憶手段６１に記憶された欠陥の画像を表示することができる。

画像操作部５は、第一画像記憶部５１，第二画像記憶部５２，比較演算部５３，欠陥判定部５４を有し、モニタ等の画面５０の画像表示部５６に電子線画像や欠陥画像などの画像を表示させる。また、画面５０には、被検査基板９の平面図を表示して検査領域の設定や抽出された欠陥の分布を表示するマップ表示部５５，画像取得指示部５７，画像処理指示部５８，処理条件設定部５９を備えている。さらに、操作内容により検査モード，欠陥確認モード，レシピ作成モード，ユーティリティモード等を指定するモード切替部６０を有している。

マウス等でマップ表示部５５をクリックして、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２を移動して条件を設定する場所を選定する。また、画像取得指示部５７をクリックすることで、電子ビーム１９が被検査基板９に照射され、検査領域の画像を取得する。処理条件設定部５９では画像の信号増減等を行う処理条件が設定でき、画像処理指示部５８をクリックするとその処理条件が実行される。

装置各部の動作命令や動作条件は、画像操作部５から入出力される。画像操作部５では、予め電子ビーム１９の発生時の加速電圧，電子ビームの偏向幅，偏向速度，二次電子検出部７の信号取り込みタイミング，試料台３０の移動速度等々の条件が目的に応じて設定できるように入力されている。

画像操作部５からの上記信号に基づいて、制御コンピュータ６は補正制御回路４３へ制御信号を送る。補正制御回路４３は、位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５からの信号で位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、電子ビーム１９が常に正しい位置に照射されるように対物レンズ電源４５や走査信号発生器４４に補正信号を送る。

被検査基板９の画像を取得するためには、細く絞った電子ビーム１９を被検査基板９に照射し、二次電子３７を発生させ、これらを電子ビーム１９の走査およびＸステージ３１，Ｙステージ３２の移動と同期して検出することで、被検査基板９の表面の画像を得る。

半導体ウェハの検査においては、検査速度が速いことが望まれる。従って、通常のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査や各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にする必要がある。

本実施例では、通常のＳＥＭに比べ約１００倍以上、例えば１００ｎＡの大電流電子線を一回のみ走査することにより画像を形成する構成とした。走査幅は１００μｍとし、１画素は０.１μｍ²とし、１回の走査を１μｓで行うようにした。

電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出型電子源が使用されている。この電子銃１０を用いることにより、従来のタングステンフィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて、安定した電子線電流を確保することができ、明るさ変動の少ないＳＥＭ画像が得られる。また、この電子銃１０により電子線電流を大きく設定できるので、高速検査が実現できる。

電子ビーム１９は、電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで、電子銃１０から引き出される。電子ビーム１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。電子ビーム１９はその電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み、コンデンサレンズ１２で収束され、さらに対物レンズ１６により細く絞られて試料台３０上のＸステージ３１，Ｙステージ３２の上に搭載された被検査基板９に照射される。被検査基板９は半導体ウェハ，チップあるいは液晶，マスク等微細回路パターンを有する基板等である。

なお、ブランキング偏向器１３には、走査信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器４４が接続され、対物レンズ１６には対物レンズ電源４５が接続されている。

被検査基板９には、リターディング電源３６により負の電圧が印加される。このリターディング電源３６の電圧を調節することにより、電子ビーム１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査基板９への電子ビーム照射エネルギーを最適な値に調節することができる。被検査基板９上に電子ビーム１９を照射することによって発生した二次電子３７は、被検査基板９に印加された負の電圧により加速される。

被検査基板９の上方に、ＥｘＢ偏向器１８が配置され、これにより二次電子３７は所定の方向へ偏向される。ＥｘＢ偏向器１８にかける電圧と磁界の強度により、この偏向量を調整することができる。また、この電磁界は、被検査基板９に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。ＥｘＢ偏向器１８により偏向された二次電子３７は反射板１７に衝突する。この反射板１７は円錐形状をしており、被検査基板９に照射される電子ビームの偏向器のシールド機能を有するようにパイプ構造と一体構造としている。この反射板１７に加速された二次電子３７が衝突すると、反射板１７からは数ｅＶ〜５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子３８が発生する。

二次電子検出器２０は、電子ビーム１９が被検査基板９に照射されている間に発生した二次電子３７が、その後加速されて反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子３８を、電子ビーム１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。

二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置された二次電子検出部７のプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して、制御コンピュータ６に送信されるように構成されている。検出したアナログ信号を、検出直後にデジタル化してから伝送するので、高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。

Ｘステージ３１，Ｙステージ３２上には被検査基板９が搭載されており、検査実行時にはＸステージ３１，Ｙステージ３２を静止させて電子ビーム１９を二次元的に走査する、あるいは、Ｙステージ３２をＹ方向に連続して一定速度で移動させて電子ビーム１９をＸ方向に直線的に走査するようにする。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法、比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。電子ビーム１９をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器１３により電子ビーム１９が偏向され、電子ビーム１９が絞り１４を通過しないようにすることによって、電子ビーム１９で被検査基板９を照射しないように制御できる。

位置モニタ測長器３４として本実施例では、レーザ干渉による測長計を用いた。これによって、Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき、この情報は補正制御回路４３へ送られる。また、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３の各モータの回転数のデータも同様に、各々のドライバから補正制御回路４３に送られる。補正制御回路４３は、これらのデータに基づいて、電子ビーム１９が照射されている領域や位置を把握できる。また、必要に応じて、実時間で電子ビーム１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３により補正する。また、被検査基板９毎に、電子ビーム１９を照射した領域を記憶できるようになっている。

被検査基板高さ測定器３５は、電子ビーム以外の測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器を用い、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２に搭載された被検査基板９の高さの変化を実時間で測定可能なように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに被検査基板９に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。

この被検査基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、電子ビーム１９を細く絞るための対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され、常に検査領域に焦点が合った電子ビーム１９を照射できるようになっている。また、被検査基板９の反りや高さ歪みを電子ビーム照射前に予め測定しており、そのデータをもとに対物レンズ１６の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。

次に、画像操作部５の構成を説明する。二次電子検出器２０で検出された被検査基板９の検査領域の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換手段２３で光信号に変換され、光ファイバーケーブル等の光伝送手段２４によって伝送される。伝送された画像信号は、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に、制御コンピュータ６へ送られる。そして、この電気信号は、制御コンピュータ６の全体制御部６５から、画像操作部５の第一画像記憶部５１、あるいは第二画像記憶部５２に記憶される。

画像操作部５の演算部５３は、この記憶された画像信号ともう一方の記憶部の画像信号とを比較演算する。欠陥判定部５４は、演算部５３にて比較演算された結果である差画像の信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像の信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、画像表示部５６にその画像を表示し、マップ表示部にその位置や複数の欠陥を抽出した場合はその数等を表示する。

次に、検査時の条件すなわちレシピの設定を説明する。図２は画像操作部５の表示例を示す画面図であり、検査の初期における例を示す。画面５０には、現在のステージの位置を示すマップ表示部５５と、図１に示した光学顕微鏡部４で取得した光顕像や二次電子検出器２０で取得されるＳＥＭ像が表示される画像表示部５６と、各種指示用のボタンが表示される。図２の例の検査初期では、画像表示部５６には光顕像が表示される。画面５０の下方にはモード切替部６０があり、複数のボタンが表示されている。例えば、検査のボタンにマウスポインタ等を合せてクリックすることで自動検査を実行するモードになり、レシピ作成時はレシピ作成のボタンをクリックすることで、後述するレシピ作成画面に切りかわる。マップ表示部５５と画像表示部５６が表示されている画面領域は、モード切替えによってその表示される内容が変化する。

画像表示部５６の右側には複数の画面で共通に必要となる操作ボタンが表示され、「検査」，「開始」，「終了」，「画面」，「印刷」，「欠陥確認」，「実行」，「アンロード」，「画像保存」などが表示される。例えば、画像保存ボタン６６をクリックすると、現在表示中の画像を画像ファイルとして保存するための名称を指定する画面が表示される。

検査を実行するために必要な各種パラメータには、被検査基板に固有のパラメータや装置の動作条件を決めるパラメータがある。

被検査基板に固有のパラメータは、大きく２種類に分けられる。一つは「品種ファイル」と呼ばれるパラメータで、製造プロセス途中で形成される層とは無関係なパラメータである。例えば、ウェハサイズ，オリエンテーションフラットあるいはノッチの形状，半導体製品の露光ショットサイズ，チップ（またはダイ）サイズ，メモリセル領域，メモリセルの繰返し単位のサイズ，検査領域等である。これらは「品種ファイル」としてテーブル化されてメモリ等に記憶されている。

もう一つは、「工程ファイル」と呼ばれるパラメータで、製造プロセス途中の層により表面の材料や形状の状態が異なるので調整を要するパラメータである。例えば、電子ビーム照射条件、検出系の各種ゲイン、欠陥を検出するための画像処理の条件等で、これらが「工程ファイル」として登録されている。

検査の際には、この「品種ファイル」と「工程ファイル」の登録された名称または番号を指定することにより、特定の半導体製品、特定の製造工程に対応した検査条件を呼び出すことができる。本実施例では、「品種ファイル」と「工程ファイル」をまとめて「レシピ」と呼ぶ。また、これらの各種パラメータを入力したり登録する一連の操作を「レシピ作成」と呼ぶ。

図３はレシピ作成モードの処理手順を示すフローチャートである。また、図４はレシピ作成時の表示例を示す画面図である。画面５０の下方のモード切替部６０のレシピ作成ボタンが他のボタンと色分け表示されて、現在レシピ作成モードであることを示している。画面５０の右方の開始ボタン６７を押すと（ステップ３０１）、レシピ作成モード画面５０の上方のガイダンス表示部７１に、例えば「レシピ作成条件を設定してください」と表示され（ステップ３０２）、左方に表示されているカセット棚番表示部７２で棚番を指定する（ステップ３０３）。指定された棚番は他と区別できるように色分け表示される。画面５０に表示されている品種ファイル設定部７３および工程ファイル設定部７４のプルダウンメニューを表示させてレシピファイルの呼び出しを行い、選択か新規か変更かに応じた品種ファイル条件と工程ファイル条件を指定または入力するとともに、ロットＩＤ設定部７５およびウェハＩＤ設定部７６で当該ウェハのロットＩＤ，ウェハＩＤを入力する（ステップ３０４）。

ここで、レシピファイルの変更とは、ウェハをロードするしないに関わらずレシピ作成条件を変更することであるが、通常はウェハをロードしての変更となる。

また、後述する他装置のレシピを使用する場合は、ここでは直接入力できないので、検査結果の欠陥情報ファイル（このファイル内容は使用者に公開されている）を入力し、それを変換して自装置用のレシピを作成し、その不足データを補うためにこのステップでそのレシピを変更する作業を行う。

次に、検査装置のローダに設置してあるウェハカセットから被検査基板であるウェハをロードするためにウェハロードボタン６８をクリックする（ステップ３０５）。検査装置はウェハのオリエンテーションフラットまたはノッチを検出し、試料交換室の試料ホルダにウェハを保持し、試料ホルダを検査室のステージに移載する。

次に、ビーム校正ボタン６９をクリックして、ビーム校正を指示する。検査装置はウェハをステージ基準マークへ移動し、電子ビームの絶対校正を行う（ステップ３０６）。この校正は、通常デフォルトレシピファイル条件に基づく校正であり、電子ビーム照射，偏向補正，基準座標補正，焦点パラメータ補正が行われる。

次に、画面５０の上方のコントラストタブ７７をクリックして画面表示を図示しないコントラストメニューに替え、ウェハ上の指定した位置に電子ビームを照射し、ウェハの画像を表示させてコントラストを確認の上、焦点，非点を再調整する（ステップ３０７）。この際、十分なコントラストが得られない場合は、図示しない電子ビーム照射条件入力部でその変更を行う。変更された照射条件，焦点，非点の条件は、新たな名称を付けて工程ファイルに格納される。

次に、チップマトリックスタブ７８をクリックしてその図示しない画面を表示させ、検査をするチップを指定する（ステップ３０８）。ここでは、チップのサイズと配列を入力し、ウェハ周辺部の検査対象領域、あるいはチップの有無を指定する。ここで設定された検査対象チップあるいは領域は、新たな名称で工程ファイルに格納される。

次に、アライメントタブ７９をクリックして、図示しないアライメント画面を表示させ、アライメント条件入力とアライメントを実行する（ステップ３０９）。ここでは、アライメントチップを複数点指定し、１チップ目の原点へ移動させ、光学顕微鏡を使用したモニタに切替え、１チップ目のアライメントマーク位置へマニュアルで移動させる。そして、光顕像を登録した後、ＳＥＭ像取得を指示し、アライメントマーク位置へマニュアルで微調整移動させ、取得したＳＥＭ像を登録し、アライメント座標を登録する。

アライメント実行の項目としては、（１）１点目移動、（２）画像入力・探索・マッチング、（３）２点目移動、（４）画像入力・探索・マッチング、（５）残点への移動，探索，マッチング、（６）傾き・位置・チップ間隔補正が行われる。

また、チップ原点のオフセット設定の項目としては、（１）最終点アライメントマークへ移動、（２）アライメントマーク位置指定（ＳＥＭ像）、（３）１点目チップ原点へ移動、（４）チップ原点位置指定（ＳＥＭ像）、（５）チップ原点−アライメントマークのオフセット算出・登録が行われる。ここで、チップ原点のオフセットとは、アライメント座標とそのマークが在るチップの原点座標との距離のことである。

このように、指定したアライメント用パターン座標とチップ原点とのオフセット値を入力して、工程ファイル内のアライメントパラメータとして登録する。レシピ作成においては、ウェハ上の各種処理を実行する座標を指定するパラメータが多いので、最初にアライメント条件を確定，登録して、アライメントまで実行する。

次に、セル情報タブ８０をクリックして、図示しないセル情報画面に切替え、チップ内のメモリセル領域設定を行う（ステップ３１０）。その項目としては、セル領域入力，セルピッチ入力，セル領域とセルピッチの登録がある。セル領域の入力は光顕像及びＳＥＭ像を用いて行われる。

次に、同じ画面でチップ領域設定を行う（ステップ３１１）。その項目としては、チップ領域入力，チップ非検査領域入力，チップ領域とチップ非検査領域の登録がある。チップ領域の入力は光顕像，ＳＥＭ像を用いて行われる。

次に、検査領域タブ８１をクリックして、図示しない検査領域指定画面を表示させ、検査領域を指定する（ステップ３１２）。検査領域の指定では、検査対象チップ及びチップ内の検査領域の２種類が指定できる。ウェハ上の全チップを検査する必要のない場合、または、チップ内の特定領域のみを検査したい場合には、検査したい領域を任意に指定したり、全チップに対する検査したい領域の比率である検査サンプリング率を指定することができる。このような機能を備えることによって、検査したい領域のみを検査できるので検査時間の短縮がはかれる。また、ウェハをＸ方向へ移動させるかＹ方向へ移動させるかも指定することができる。チップ領域や検査領域のデータは、工程ファイル内のパラメータとして格納される。

検査領域の指定が完了したら、キャリブレーションタブ８２をクリックして図示しないキャリブレーション画面を表示させ、検査時の明るさを調整するキャリブレーション設定を行う（ステップ３１３）。キャリブレーションは画像を取得し、その明るさの分布より信号量に応じた装置のゲイン調整や明るさ補正を行うものである。実際には、キャリブレーションを行うチップの指定とチップ内の座標を指定して実施される。キャリブレーションを実施する座標値と、明るさのゲインと、オフセット値は、工程ファイル内のパラメータとして格納される。

次に、これまでに設定された各種条件で実際に画像を取得して、欠陥を検出するための画像処理条件を設定する。まず、試し検査タブ８３をクリックして図示しない試し検査による画像処理条件の設定画面を表示させる。まず、ＳＥＭ像を取得する際に、検出信号にかけるフィルタの種類を選択する。そして、実際の検査と同じ条件で１チップ内の小領域の画像を取得する。ここで、小領域とは、例えば電子ビームの操作幅である１００μｍの幅で１チップ分の長さの領域を指す。画像を取得したら、欠陥と判定するための閾値を入力し、欠陥と判定された箇所があった場合にはその画像を表示させる（ステップ３１４）。これを繰返して、最適なパラメータを決定する（ステップ３１５）。ここで設定された閾値やファイル等のパラメータは、工程内ファイルのパラメータとして格納される。

以上により、検査に必要な各種パラメータを設定する。しかし、実際の半導体ウェハにおいては、ウェハ面内や製造ロット間のプロセスのばらつきによって全てのチップの出来具合が均一にはなっておらず、小領域の試し検査だけで設定された画像処理条件では不十分な場合が多く、ばらつきを考慮して欠陥判定の閾値を決める必要がある。

そこで、作成したレシピファイルによりウェハ１枚分の最終試し検査を行うため、最終試し検査タブ８４をクリックして図示しない最終試し検査の画像を表示させる（ステップ３１６）。最終試し検査では、ステージを定速で連続移動させながら画像取得を行うが、電子ビームが照射されている位置や高さを同時にモニタしつつ電子ビーム走査の実時間補正が行われる。そして、二次電子を検出し、ＡＤ変換，画像メモリへ画像を入力し、画像処理，画像比較，欠陥判定を実行する。ウェハの連続移動方向と電子ビームの偏向幅とのずれの補正も行われる。最終試し検査での欠陥抽出結果は、図２に示したマップ表示部５５に欠陥位置が表示され、欠陥数も表示される。欠陥検出レベルや誤検出レベルを確認し、最終的に適切なレシピであれば、検査結果とこれまで入力した各種パラメータを品種ファイルと工程ファイルに登録する（ステップ３１７）。最後に、終了ボタン７０をクリックしてウェハのアンロードが行われ（ステップ３１８）、レシピ作成工程が終了する（ステップ３１９）。

図５は被検査基板上のチップの配列を示す平面図である。電子ビームを用いた回路パターンの検査装置において、一回の電子ビーム照射により画像を取得した場合、被検査基板の特質により、一回の電子ビーム照射では画像のコントラストにむらができたり、対象としている部位のコントラストが十分得られないなどの問題点があった。この対策として、画像の同一領域を複数回照射することにより電子ビームの照射エネルギー量を上げることが行われる。この場合、電子ビームで走査しながら一方向に移動する被検査基板のひとつの移動をラインとよぶと、１回照射の場合は一ラインの走査が終了したら被検査基板をラインと直角方向に一ライン分移動させて、隣のラインを照射するのに対し、複数回照射の場合は直角方向の移動をせずに一ラインを複数回照射ものである。

ところが、このような方法で照射エネルギー量を上げると、局所的に電位が一時的に変化して被検査基板である半導体ウェハの破壊を招く危険性がある。また、同一ラインを複数回照射するため、検査時間が遅延することになる。

本実施例では、図５に示すように、複数のチップ８５のうち灰色で示す検査対象のチップを電子ビームで走査する場合に、プリスキャンの移動方向８６で示されるような電子ビーム走査中の被検査基板の移動方向を以下のように行う。

すなわち、まず、最初の一列チップのうち検査対象チップ全てについて、一回の事前照射を行う。これは電子ビームを走査しながらプリスキャンの移動方向８６へ被検査基板を一ラインの長さにわたって移動させ、次に直角方向へ一ライン幅だけ移動させ、これを繰返す。次に、同じく最初の一列チップのうち検査対象チップ全てについて、一回の検査画像取得のための電子ビームの照射を、検査スキャンの移動方向８７で示す方向に被検査基板を移動させて、事前スキャンのときと同様に行う。次に、同じく最初の一列チップのうち検査対象チップ全てについて、一回の事後照射を、ポストスキャンの移動方向８８で示す方向に被検査基板を移動させて、事前スキャンのときと同様に行う。以上を一つのペアと考え、終了したら電子ビーム移動の方向８９に示すように、電子ビームをブランキングさせて被検査基板へ照射されないようにしておいて偏向器で電子ビームの位置を次のチップ列のペアのプリスキャンの開始点９０へ移動させる。そして、チップ列ごとのペアそれぞれに対して、同様に電子ビームの走査を繰返す。

このように、同一ラインを複数回照射するのでなく、一チップ分、または一列チップ分を事前に複数回照射し、そのうちの一列チップ分の照射時の画像を検査画像とするので、一ラインの領域を複数回照射するときと比べて帯電状態を改善するための時間的な遅延が発生し、局所的な電位の高揚を防ぐことができる。

また、一列チップ分の照射を繰返す時に、加速電圧，照射電流量等の電子光学条件を変更することで被検査基板の帯電状態を変えることができ、よりフレキシブルな検査が可能になる。被検査基板の帯電状態を変更できると、欠陥を強調した画像のコントラストを得ることができるため、検査の効率が向上する。

さらに、一列チップ分の照射を繰返す時に、一ラインの幅を変えたり、各ラインの幅が重複するようにしたり、各ラインの間に走査しない幅を設けたりすることにより、帯電状態を所望の状態にすることが可能となる。また、一ラインについて事前照射時の移動方向と検査画像取得用照射の移動方向とを同じにすることにより、時間的に均一な帯電を与えることができる。

なお、一セットのうち、事後照射を省略してもよいが、この場合、一セット分で生じた帯電と次のセットへの照射とによって、帯電が蓄積していく現象が発生する。帯電が進むと電子ビームが電界により曲げられたり、取得される画像のコントラストが、照射の回数が進むごとに変化し、擬似の欠陥として検出されることが多くなる。

したがって、一セット内で検査画像取得用照射の後に事後照射を行うことによって、帯電状態を早期に加速して飽和状態にして、あるいは、照射対象によっては帯電状態を元に戻すことによって、被検査基板全体で画像の質が均一になるようにし、擬似の欠陥が抽出されないようにする。

図６はレシピ作成時のパラメータ設定の画面図であり、事前照射，事後照射に関して、加速電圧や電流値等の電子光学条件の設定，スキャン方向（被検査基板の移動方向）の設定，繰返し回数，スキャンの幅，スキャンラインピッチ等を設定する操作画面である。図では走査をスキャンと表現している。事前照射を意味するプリスキャンの設定指示入力部９１、または事後照射を意味するポストスキャンの設定指示入力部９２をクリックしてチェックマークを付けると、プリスキャンのパラメータ入力部９３、またはポストスキャンのパラメータ入力部９４に予め設定されている値が表示されるとともに、その値を変更することができる。値を確認したら、設定ボタン９５をクリックすることで、パラメータが設定される。

以上のように、本実施例によれば、電子ビームの照射の仕方を工夫することによって被検査基板の帯電状態を任意に制御でき、得られた画像に基づいて抽出された欠陥に擬似欠陥が少なくなるため、信頼性が高まるという効果をもたらす。

また、チップ検査，ウェハ抜き取り検査等を画面を見ながら迅速に処理できるので、製品全体に及ぶ欠陥あるいは特定領域における欠陥を迅速に検知することができる。また、プロセス条件の変動を確実に検知し、プロセスにフィードバックすると同時に差工数や払い出し予算の調整にフィードバックすることができる。

さらに、本発明による検査装置を基板製品プロセスへ適用することにより、製品装置や条件等の異常を画面を参照することによって早期に且つ高精度に発見することができるため、基板製造プロセスにいち早く異常対策処理を講ずることができる。その結果、半導体装置その他の基板の不良率を低減し生産性を高めることができる。

回路パターンの検査装置の概略構成を示す縦断面図。 画像操作部の表示例を示す画面図。 レシピ作成モードの処理手順を示すフローチャート。 レシピ作成時の表示例を示す画面図。 被検査基板上のチップの配列を示す平面図。 レシピ作成時のパラメータ設定の画面図。

符号の説明

１…回路パターン検査装置、５…画像操作部、６…制御コンピュータ、９…被検査基板、３７…二次電子、３８…第二の二次電子、４３…補正制御回路、５０…画面、５１…第一画像記憶部、５２…第二画像記憶部、５３…演算部、５４…欠陥判定部、５５…マップ表示部、５６…画像表示部、５７…画像取得指示部、５８…画像処理指示部、５９…処理条件設定部、６０…モード切替部、６１…記憶手段、６２…画像処理回路、６３…欠陥データバッファ、６４…処理パラメータ設定部、６５…全体制御部、６６…画像保存ボタン、６７…開始ボタン、６８…ウェハロードボタン、６９…ビーム校正ボタン、７０…終了ボタン、７１…ガイダンス表示部、７２…カセット棚番表示部、７３…品種ファイル設定部、７４…工程ファイル設定部、７５…ロットＩＤ設定部、７６…ウェハＩＤ設定部、
８５…チップ、９１…プリスキャンの設定指示入力部、９２…ポストスキャンの設定指示入力部、９３…プリスキャンのパラメータ入力部、９４…ポストスキャンのパラメータ入力部。

Claims (4)

1. 回路パターンが形成されたチップを複数有する基板表面に電子ビームを照射し、該照射によって基板から発生する信号を検出して画像化し、該画像と他の画像とを比較して回路パターン上の欠陥を検出する回路パターンの検査装置において、
   前記電子ビームで走査しながら一方向に移動する前記基板のひとつの移動であるラインに含まれるチップ列に前記電子ビームを照射する検査スキャンにより前記検査用の画像を取得した後に、前記検査スキャンにより前記電子ビームが照射された領域の帯電状態を飽和状態にする、あるいは帯電状態を元に戻すことによって画像の質が均一になるように、該照射された領域に再び電子ビームを照射するポストスキャンの電子光学条件を設定する条件設定手段を備えたことを特徴とする回路パターンの検査装置。
2. 請求項１において、前記検査用の画像を取得した後に再び照射される電子ビームの電子光学条件は、前記検査用の画像を取得するために照射される電子ビームの電子光学条件とは区別して設定されることを特徴とする回路パターンの検査装置。
3. 請求項２において、前記検査用の画像を取得した後に再び照射される電子ビームの電子光学条件は、被検査基板の移動方向，加速電圧，電流，スキャン幅，スキャンラインピッチ，繰返し回数であることを特徴とする回路パターンの検査装置。
4. 請求項１において、前記チップ列ごとに上記検査スキャン、ポストスキャンを繰り返すことを特徴とする回路パターンの検査装置。

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