JP2010033723A - Scanning electron microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハ上の欠陥を撮像する走査型電子顕微鏡に関する。特に、欠陥の発生原因を解析するために、撮像画像を画像データとして外部装置へ転送を行う機能を備えた走査型電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to a scanning electron microscope that images defects on a semiconductor wafer. In particular, the present invention relates to a scanning electron microscope having a function of transferring a captured image as image data to an external device in order to analyze the cause of the occurrence of a defect.
半導体ウェーハに回路パターンを形成して半導体素子を製造する過程において、半導体ウェーハの表面や内部の欠陥が、製品歩留まりに大きく影響する要因となっている。したがって、欠陥を短時間に観察,分析し、発生原因を究明し、対策を製造ラインへ早期に反映させることが必要である。回路パターンの欠陥の検査には、従来から光を照射して反射光を検出し、欠陥を検出する検査装置が知られている。しかし、光の波長では検出できないほど、半導体素子の微細化,高集積化がすすみ、光に替えて電子ビームを用いた走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、以下SEMとよぶ場合がある。)を検査に用いられるようになってきている。そして、分解能の向上によって、1枚あたりの画素数が増えるとともに、一つの欠陥あたりの撮像視野が小さくなって半導体ウェーハ1枚当りの撮像枚数が増えることから、取得される画像のデータ量がますます増加している。さらに、欠陥を解析するために、一つの欠陥に対して撮像条件を変えて複数回の撮像が行われており、これを一つの半導体ウェーハについて行い、その後に全ての欠陥についての解析が行われるため、一度に非常に大量のデータが生成される。そこで、走査型電子顕微鏡の他に新たな外部装置を設け、画像を撮像する毎にそのデータを外部装置へ転送するようにして、大量のデータを記憶し保存させるとともに、欠陥の解析を行えるようにしたシステムが開発されている(例えば、特許文献1参照)。 In the process of manufacturing a semiconductor element by forming a circuit pattern on a semiconductor wafer, defects on the surface and inside of the semiconductor wafer are factors that greatly affect the product yield. Therefore, it is necessary to observe and analyze defects in a short time, find out the cause of the defects, and reflect the countermeasures on the production line at an early stage. 2. Description of the Related Art Conventionally, for inspection of circuit pattern defects, inspection apparatuses that detect light by irradiating light to detect reflected light are known. However, miniaturization and high integration of semiconductor elements have progressed so much that they cannot be detected at the wavelength of light, and a scanning electron microscope (hereinafter sometimes referred to as SEM) using an electron beam instead of light. It has come to be used for inspection. As the resolution increases, the number of pixels per image increases and the field of view for each defect decreases, resulting in an increase in the number of images taken per semiconductor wafer. Increasingly. Furthermore, in order to analyze defects, imaging is performed multiple times with different imaging conditions for one defect, which is performed on one semiconductor wafer, and then all defects are analyzed. Therefore, a very large amount of data is generated at one time. Therefore, a new external device is provided in addition to the scanning electron microscope, and each time an image is captured, the data is transferred to the external device so that a large amount of data can be stored and stored, and the defect can be analyzed. A system has been developed (see, for example, Patent Document 1).
上述の走査型電子顕微鏡では、欠陥を撮像した画像データは、内蔵されたメモリに一旦蓄えられる。撮像動作が完了すると、メモリに保持された画像データを外部装置へ転送する。転送が完了すると、次の撮像処理が開始される。このように、撮像処理と画像転送処理は順次交互に行われるので、画像データの外部装置への転送が完了するまで、次の欠陥の撮像が行えない。特に、半導体素子の微細化によってひとつの画像データの容量がますます大きくなって、転送完了までの待ち時間が長くなっているため、走査型電子顕微鏡のトータルのスループットを低下させている。 In the scanning electron microscope described above, image data obtained by imaging a defect is temporarily stored in a built-in memory. When the imaging operation is completed, the image data held in the memory is transferred to the external device. When the transfer is completed, the next imaging process is started. As described above, since the imaging process and the image transfer process are alternately performed sequentially, the next defect cannot be imaged until the transfer of the image data to the external device is completed. In particular, the miniaturization of a semiconductor element increases the capacity of one image data, and the waiting time until the transfer is completed is long. Therefore, the total throughput of the scanning electron microscope is reduced.
本発明は、半導体ウェーハ上の欠陥を撮像し、撮像画像を外部装置へ転送する機能を有する走査型電子顕微鏡において、スループットの低下を防止することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent a decrease in throughput in a scanning electron microscope having a function of imaging a defect on a semiconductor wafer and transferring the captured image to an external device.
上記目的を解決するために、本発明の実施態様は、画像データを一時格納する少なくとも2個のメモリと、該メモリのうちの第一のメモリへ格納された第一の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第二の画像データの撮像条件設定を行う制御部と、該設定された撮像条件で撮像された第二の画像データを第二のメモリへ一時格納させるメモリ選択部とを備えた走査型電子顕微鏡を提供するものである。 In order to solve the above object, an embodiment of the present invention provides at least two memories for temporarily storing image data and an external device for first image data stored in the first memory of the memories. The controller for setting the imaging condition of the next second image data at the start of the transfer of the image, and the memory selection unit for temporarily storing the second image data captured under the set imaging condition in the second memory The scanning electron microscope provided with these is provided.
本発明によれば、半導体ウェーハの欠陥を撮像し、撮像画像を外部装置へ転送する走査型電子顕微鏡において、スループットの低下を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of a throughput can be prevented in the scanning electron microscope which images the defect of a semiconductor wafer and transfers a captured image to an external device.
以下、図面を参照して、本発明の実施態様を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、走査型電子顕微鏡の主な構成を示す縦断面図である。大きくわけて、SEM筐体部100,SEM制御部101,SEM画像処理部102,入力装置103,結果表示装置104で構成されており、SEM画像処理部102には、外部装置105が接続されている。本実施例では、外部装置105は、走査型電子顕微鏡とは別の装置として記載しているが、走査型電子顕微鏡の一部として構成してもよい。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main configuration of a scanning electron microscope. In general, the
走査型電子顕微鏡のオペレータは、はじめに撮像条件などの設定や撮像開始などの指示を入力装置103から行う。その指示に従い、SEM制御部101は、SEM筐体部100に撮像動作を実行させる。SEM筐体部100は、図示しないローダにより、半導体ウェーハなどの試料116を試料ステージ113へ搭載する。SEM筐体部100の内部を真空に保つ必要があるため、外気とSEM筐体部100の内部との間の気密を保てるように、図示しない搬送室が設けられている。試料116の座標が決定されると、試料ステージ113が移動し、画像を取得したい位置に試料116を位置合せする。電子源110から電子ビーム111が照射され、電子レンズ112によって試料116に収束される。電子ビーム111は細く絞られているので、画像を取得するためには、試料116上を偏向器117によって走査する必要がある。電子ビーム111が照射された部位から2次電子や反射電子等の情報信号114が放出され、検出器115で検出され、電気信号に変換され、SEM画像処理部102で画像が生成される。検出器115で検出された情報信号114はアナログ信号であるが、SEM画像処理部102でディジタル信号へ変換され、SEM画像処理部102の内部のメモリに画像データとして格納される。また、SEM画像処理部102は、SEM制御部101からの指示によって、メモリに格納された画像データを外部装置105へ転送する。また、SEM画像処理部102のメモリに格納された画像データは、結果表示装置104へ送られて図示しないディスプレイに表示される。外部装置105は、画像データを格納し、図示しないディスプレイへ画像や付帯情報を表示することで、オペレータの欠陥解析のツールとして用いられる。
The operator of the scanning electron microscope first instructs the
図2は、走査型電子顕微鏡の画像撮像の手順を示すフローチャートである。はじめに、試料116を欠陥位置等の撮像したい位置へ移動させる(ステップ201)。次に、撮像条件を設定する(ステップ202)。撮像条件には、電子ビーム111の加速電圧やプローブ電流,取得する画像の視野の大きさや拡大倍率等がある。前記処理で設定をした条件で、試料116の撮像を行う(ステップ203)。SEM画像処理部102のメモリに格納された画像データを、外部装置105へ転送する(ステップ204)。画像データを管理するために、撮像データの撮像条件も一緒に転送される。撮像された画像は、結果表示装置104に表示され、オペレータは画像の確認を行い、撮像条件を変えて再度撮像を行うと判定した場合は、ステップ202へ処理を戻す(ステップ205)。オペレータにとって所望の画像が得られた場合は、別の欠陥等の画像を撮像するかどうか判定し、必要ならばステップ201へ処理を戻す(ステップ206)。所望の欠陥に対して撮像が完了したら図2に示す手順が終了し、異なる試料116の欠陥の撮像を行う場合には、図2に示す手順が繰り返される。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for capturing an image by the scanning electron microscope. First, the
図3は、SEM画像処理部102のデータ処理の内容を示す構成図である。また、図4は、SEM制御部101とSEM画像処理部102で行われるデータ処理の手順を示すフローチャートである。はじめに、SEM制御部101では、オペレータの撮像条件の設定を行う必要があるかどうかの判定を受け付ける(ステップ401)。これから撮像する条件が、現在設定されている条件と同じであるかどうかの判定が行われる。同じであれば、撮像条件の新たな設定は行われない。異なる設定であった場合は、異なる設定のみ変更を受け付け、同じ内容の設定を省略する。これにより、撮像条件の設定にかかる時間を短縮することができる。ステップ401で撮像条件の設定が必要の場合には、撮像条件が設定される(ステップ402)。設定された撮像条件で撮像が行われる(ステップ403)。検出器から送られる電気信号301をSEM画像処理部102は受け取り、画像データを取得する(ステップ404)。アナログ信号である電気信号301は、A/D変換器302でディジタルの画像データ303に変換される(ステップ405)。次に、画像データ1枚分の容量をもつメモリへ一時格納するが、最初は、メモリ304とメモリ305のどちらにも画像データ303が格納されていないので、SEM制御部101から送られる指令により、メモリ選択部306は、画像データ303をメモリ304に格納させる(ステップ406)。メモリ304への画像データが格納されたら、SEM制御部101は、出力選択部307に、メモリ304を選択する指令を送り、メモリ304に格納された画像データが、外部装置105と結果表示装置104へ転送される(ステップ407)。この転送が完了する前に、別の撮像が必要かどうかをSEM制御部101が判断し、ある場合にはステップ401へ戻って、撮像が開始される(ステップ408)。メモリ304に転送中の画像データがあるので、新しい画像データ303は、メモリ選択部306により選択されたメモリ305へ格納される(ステップ406)。メモリ305へ新しい画像データ303が格納されたら、出力選択部307は、メモリ305を選択し、メモリ305に格納された画像データが、外部装置105と結果表示装置104へ転送される(ステップ407)。再び別の撮像画像があると判断された場合は、次の画像データ303は、画像データが転送中のメモリ305ではなく、転送が完了しているメモリ304に格納される(ステップ408)。メモリ304に格納されていた画像データは、転送しながら消去されてもよいし、新たな画像データで上書きされてもよい。このように、本実施例では、画像データ303を一時的に格納するメモリが、従来は1個であったのを2個にし、撮像され送られてくる画像データを1個のメモリに格納した後に外部装置へ転送するとともに、転送中にもう1個のメモリに次の画像データを格納し、これを交互に繰り返す構成とした。これにより、画像データの転送時の待ち時間を、次の画像データの撮像と格納の時間にあてることができ、装置全体のスループットの低下を防ぐことができる。
FIG. 3 is a configuration diagram showing the contents of data processing of the SEM
図5は、図4に示したデータ処理の手順のタイミングチャートであり、画像2枚分について、撮像の条件設定から外部装置への転送までの所要時間を模式的に表している。図5(a)に示す従来処理流れでは、1枚目の画像データの所要時間は、条件設定時間501,撮像時間502,画像転送時間503の和となり、2枚目の画像データの所要時間は、条件設定時間504,撮像時間505,画像転送時間506の和となるが、図3に示した画像データを一時格納するメモリが画像データ1枚分しかないため、1枚目の画像データの転送が完了した後でないと、2枚目の画像データをメモリへ一時格納できない。さらに、従来は、撮像条件設定処理の開始から、撮像された画像データのメモリへの格納処理の開始までの間を切り離して制御できなかったため、1枚目の画像データの転送が完了した後でないと、2枚目の画像データの撮像条件の設定を開始できなかった。
FIG. 5 is a timing chart of the data processing procedure shown in FIG. 4, and schematically shows the time required from imaging condition setting to transfer to an external device for two images. In the conventional processing flow shown in FIG. 5A, the required time for the first image data is the sum of the
図5(b)は、本発明の一実施例による改良後の処理流れ(例1)を示すタイミングチャートである。1枚目の画像データの処理時間は、従来と同じく、条件設定時間507,撮像時間508,画像転送時間509の和となるが、画像転送が開始されるとともに、次の画像データの撮像条件設定が可能である。したがって、2枚目の画像データの処理時間は、条件設定時間510,撮像時間511,画像転送時間512の和であるが、画像2枚分の処理時間は、重複する1枚目の画像転送時間509の長さだけ、短くなる。さらに、3枚の画像データは、1枚目の画像データが格納されたメモリに格納でき、2枚目の画像データの画像転送時間512の開始とともに、図示しない3枚目の画像データの撮像の条件設定を開始できるので、重複する2枚目の画像データの画像転送時間512の長さだけ、短くなる。したがって、全体として、メモリ1個の場合と較べて大幅な時間の短縮が実現できる。なお、メモリの数を増やせば、それだけ撮像と画像データの転送を同時に進行できることになるが、撮像が完了しないとその画像データは転送できないので、時間短縮の目的を達成するのには少なくとも2個のメモリで十分である。
FIG. 5B is a timing chart showing an improved process flow (example 1) according to an embodiment of the present invention. The processing time for the first image data is the sum of the
図5(c)は、図5(b)の場合と較べて、2枚目の画像データの撮像の条件設定時間516が大幅に短縮されている場合を示す。1枚目の画像データの処理時間は、従来と同じく、条件設定時間513,撮像時間514,画像転送時間515の和となるが、画像転送が開始されるとともに、次の画像データの撮像条件設定が可能である。ここで、前述したように、異なる条件のみ設定するようにして、その設定時間だけが条件設定時間516になる。そして、2枚目の画像データの処理時間は、条件設定時間516,撮像時間517,画像転送時間518の和となり、条件設定時間516が、図5(b)に示す条件設定時間510より短いので、その時間分、全体の処理時間を短くすることができる。また、図5(b)と同じように、図示しない3枚目の画像データを1枚目の画像データが格納されたメモリに格納でき、2枚目の画像データの画像転送時間518の開始とともに、図示しない3枚目の画像データの撮像の条件設定を開始できるので、全体として、メモリ1個の場合と較べて大幅な時間の短縮が実現できる。
FIG. 5C illustrates a case where the
図6、および図7は、図1または図3に示した結果表示装置104のディスプレイまたは外部装置105のディスプレイに表示される画面の例を示す画面図である。図3に示したように、画像データは、結果表示装置104と外部装置105に転送され、それぞれのディスプレイに画像が表示される。図6において、ディスプレイは、画像が表示される領域と、付帯情報が表示される領域とに分かれている。画像601には欠陥602が表示されている。付帯情報としては、例えば、画像のID603,欠陥602の座標X604と、座標Y605,拡大倍率606,電子ビームの電圧607と電流608,画像601の画素数609が表示される。EXITボタン610により、図6に示す画面の図示しない前の画面に戻ることができる。結果表示装置104と外部装置105の両方に画像データが転送され、ディスプレイに画像が表示されるので、オペレータは、走査型電子顕微鏡の結果表示装置104の前にいても、離れた場所に設置された外部装置105の前にいても、同じ画像を見て欠陥を確認することができる。また、外部装置105は容量の大きな記憶装置を持ち、転送された画像データを全て保存するので、欠陥検出が終了した後の欠陥の解析作業が容易になる。なお、欠陥の座標が求まっていない場合には、欠陥602の座標X604と、座標Y605のかわりに、画像601の中心の座標を表示させるようにしてもよい。
6 and 7 are screen diagrams showing examples of screens displayed on the display of the
図3に示した実施例では、結果表示装置104と外部装置105の両方に画像データが転送され、それぞれのディスプレイに画像が表示される構成を示したが、結果表示装置104への画像転送あるいは画像表示を行わず、外部装置105だけで画像表示を行うようにしてもよい。これにより、結果表示装置104の画像データを格納するメモリの容量を減らすことができる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the image data is transferred to both the
図7のディスプレイは、図6の場合と同様に、画像が表示される領域と、付帯情報が表示される領域とに分かれている。画像701には欠陥702が表示されている。付帯情報としては、例えば、画像のID703,欠陥702の座標X704と、座標Y705,拡大倍率706,電子ビームの電圧707と電流708,画像701の画素数709が表示される。EXITボタン710により、図7に示す画面の図示しない前の画面に戻ることができる。拡大倍率706は、他と区別されて、例えば色を変えて、表示されている。これは、図6に示した以前の撮像の条件と、今回の条件との間で異なっていることを示すものである。このように、前回表示した撮像条件との相違点が分かるように条件が強調表示されることで、オペレータは、以前の画像と今回の画像の違いの理由を直ちに知ることができる。
The display of FIG. 7 is divided into an area where an image is displayed and an area where incidental information is displayed, as in the case of FIG. A
以上述べたように、走査型電子顕微鏡の画像処理部のメモリを1個追加し、画像データを交互に分配するとともに、外部装置へ転送する構成を採用することにより、画像データの転送の完了を待たなくても次の画像を撮像することができるので、画像撮像から画像データ転送までのスループットの低下を防止することができる。 As described above, the addition of one memory of the image processing unit of the scanning electron microscope, the distribution of the image data alternately, and the transfer to the external device are adopted to complete the transfer of the image data. Since it is possible to capture the next image without waiting, it is possible to prevent a decrease in throughput from image capturing to image data transfer.
100 SEM筐体部
101 SEM制御部
102 SEM画像処理部
103 入力装置
104 結果表示装置
105 外部装置
301 電気信号
302 A/D変換器
303 画像データ
304,305 メモリ
306 メモリ選択部
307 出力選択部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記画像データを一時格納する少なくとも2個のメモリと、
該メモリのうちの第一のメモリへ格納された第一の画像データの外部装置への転送の開始とともに、次の第二の画像データの撮像条件設定を行う制御部と、該設定された撮像条件で撮像された第二の画像データを第二のメモリへ一時格納させるメモリ選択部とを備えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。 In a scanning electron microscope that generates image data of a sample based on a signal generated from a sample irradiated with an electron beam under preset imaging conditions,
At least two memories for temporarily storing the image data;
The controller for setting the imaging condition of the next second image data together with the start of transfer of the first image data stored in the first memory of the memory to the external device, and the set imaging A scanning electron microscope comprising: a memory selection unit that temporarily stores second image data captured under conditions in a second memory.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11961701B2 (en) | 2019-04-24 | 2024-04-16 | Hitachi High-Tech Corporation | Charged particle beam device and operation method therefor |
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- 2008-07-25 JP JP2008191576A patent/JP2010033723A/en active Pending
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