JP2010054452A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスが変動しても、また、試料から検査対象領域を撮像した撮像画像に周期性が少なくても、良好かつ迅速に欠陥検出できる欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】試料１１上の検査対象領域の撮像画像３１を撮像する撮像手段１３と、撮像画像３１から欠陥候補４１ａ〜５０ａを検出する欠陥候補検出手段１４と、検査対象領域における欠陥のないパターン情報３３を格納する格納手段１５と、欠陥のないパターン情報３３から擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂを検出する擬似欠陥候補検出手段１６と、欠陥候補４１ａ〜５０ａと擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂとを位置的に対応付けし、対応付けができなかった欠陥候補５０ａを欠陥３７として登録する欠陥候補限定手段１７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料上の検査対象領域の撮像画像を撮像して前記検査対象領域の検査を行う欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

半導体デバイスやディスプレイなどの検査対象の試料上には、微細なパターンが形成されている。パターンは微細化することで、チップ面積が縮小して製造コストが低減できるだけでなく、半導体デバイス等の性能を向上させることができる。このため、パターンの一層の微細化が図られている。

パターンの微細化が進むことで、サイズの小さい異物などの欠陥が、半導体デバイス等での動作不良の原因になっている。また、微細化に伴うパターンの集積度の向上により、欠陥検査に要する時間が増加しているが、製造コストを上昇させるので、欠陥検査に要する時間の短縮が求められている。

一般に、半導体デバイス等の試料上の欠陥を検査する手順としては、まず、試料を外観検査装置もしくは異物検査装置などを用いて、試料上の欠陥と考えられるものが存在する大まかな欠陥座標を検出する。次に、欠陥レビュー装置を用いて、欠陥座標に焦点を合わせて高い倍率で撮像し検査画像を取得する。ただ、この欠陥座標は大まかなものであるのでこの検査画像から欠陥の検出を行い、レビューと呼ぶ検出した欠陥の観察を行い、欠陥の発生した要因を分析し、要因別に欠陥（座標）を分類する。

このように、外観検査装置もしくは異物検査装置などにおいては、欠陥の欠陥座標を検出する検出方法が実施され、欠陥レビュー装置においても、欠陥を検出する検出方法が実施されている。外観検査装置や異物検査装置などと、欠陥レビュー装置の両方においては、欠陥（の欠陥座標）を検出する検出方法が実施されており、外観検査装置や異物検査装置などと、欠陥レビュー装置の両方を総称して欠陥検査装置とすれば、この欠陥検査装置では、欠陥を検出する検出方法が実施されていることになる。

欠陥検査装置による欠陥を検出する検出方法としては、従来、以下に示すものがある。
（１）試料から検査対象領域の画像と、検査対象領域と同じパターンをもつ別の位置（多くは最も近い位置）の画像とを撮像し、それら画像の差分処理を行うことにより欠陥を検出する検出方法。
（２）試料から検査対象領域の画像を撮像し、あらかじめ用意していた欠陥のないパターン情報の画像との差分処理を行うことにより欠陥を検出する検出方法。
（３）試料から検査対象領域の画像を撮像し、その画像から欠陥のないパターン情報の画像を合成し、それらの画像の差分処理を行うことにより欠陥を検出する検出方法（特許文献１等参照）。
（４）試料から検査対象領域の画像を撮像し、試料の設計データをシミュレーション等により欠陥のないパターン情報に近い画像に変形し、それらの画像の差分処理を行うことにより欠陥を検出する検出方法（特許文献２等参照）。
（５）試料から検査対象領域の画像を撮像し、その画像から輪郭線を抽出し、設計データ又は設計データを変形させた欠陥のないパターン情報と抽出した輪郭線の対応付けを距離情報を用いて行い、対応づけできなかった輪郭線の周辺部位を欠陥として検出する検出方法（特許文献３等参照）。
特開２００３−９８１１４号公報 特開２００２−１０７３０９号公報 特開２００１−３３８３０４号公報

前記した従来の欠陥検査装置による欠陥を検出する検出方法には以下の課題がある。
まず、（１）の検出方法は、検査対象領域と同じパターンをもつ別の位置の画像を撮像するための撮像手段の移動時間及び撮像時間が必要であるが、これらの時間によって、欠陥検査方法に要する全体の時間が長くなり、欠陥検査方法における試料のスループットが低下している。
次に、（２）の検出方法は、複数の検査対象領域の欠陥検出を単一の欠陥のないパターン情報で行うため、試料の製造プロセスが変動することによる画像の変動を欠陥と間違う場合が有る。
（３）の検出方法は、周期性の高いパターンに対しては有効であるが、周期性の低いパターンに対しては適切な欠陥のないパターン情報の画像を合成するのが困難である。
（４）の検出方法は、欠陥のないパターン情報に近い画像への変形が難しい上、変形に長時間を要する。
（５）の検出方法は、一般に輪郭線の数が多いため対応付けに誤りが生じやすい。

そこで、本発明の課題は、製造プロセスが変動しても、また、試料から検査対象領域を撮像した撮像画像に周期性が少なくても、良好かつ迅速に欠陥検出できる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。

前記課題を解決した本発明は、試料上の検査対象領域の撮像画像を撮像し、前記撮像画像から欠陥候補を検出し、前記検査対象領域における欠陥のないパターン情報を格納し、前記欠陥のないパターン情報から擬似欠陥候補を検出し、前記欠陥候補と前記擬似欠陥候補とを位置的に対応付けし、対応付けができなかった前記欠陥候補を欠陥として登録する欠陥検査装置及び欠陥検査方法であることを特徴としている。

本発明によれば、製造プロセスが変動しても、また、試料から検査対象領域を撮像した撮像画像に周期性が少なくても、良好かつ迅速に欠陥検出できる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置１のブロック図を示す。欠陥検査装置１は、半導体デバイスやディスプレイなどの（被検査）試料１１を支持する試料台１２と、試料１１上の検査対象領域の撮像画像を撮像する撮像手段１３と、撮像画像から欠陥候補を検出する欠陥候補検出手段１４とを有している。また、欠陥検査装置１は、撮像した前記検査対象領域における欠陥のないパターン情報を格納する格納手段１５と、欠陥のないパターン情報から欠陥と間違われる可能性がある擬似欠陥候補を検出する擬似欠陥候補検出手段１６と、前記欠陥候補と前記擬似欠陥候補とを位置的に対応付けし、対応付けができなかった前記欠陥候補を欠陥としてファイルシステム１８に登録する欠陥候補限定手段１７とを有している。また、欠陥検査装置１は、表示手段２０と、表示手段２０の画面の表示を制御する表示制御手段１９を有している。表示制御手段１９は、欠陥候補限定手段１７に登録される欠陥を、撮像画像や欠陥のないパターン情報（画像）に重ねて、表示手段２０に表示させることができる。

前記撮像手段１３には、光もしくは荷電粒子線を用いて撮像する撮像手段を使用することができる。光を用いる撮像手段として、光学顕微鏡や、レーザ顕微鏡を使用することができる。荷電粒子線としては、電子線やＦＩＢ（フォーカスト イオン ビーム）を用いることができ、特に、電子線を用いた電子顕微鏡は、微細なパターンの撮像に適している。

格納手段１５は、撮像手段１３で撮像した前記検査対象領域における欠陥のないパターン情報を格納しているのであるが、前記検査対象領域は、試料１１の一部分であるので、格納手段１５は、前記検査対象領域のみを格納していてもよいし、前記検査対象領域より広い領域、例えば、試料１１が半導体デバイスであればその半導体デバイスの全領域を格納していてもよい。

格納手段１５には、格納制御手段２１を用いて、検査対象領域に対応する欠陥のないパターン情報を格納してもよい。ここで、欠陥のないパターン情報としては、試料１１の設計データや実画像、及びそれらを加工したデータが挙げられる。格納制御手段２１は、ネットワーク２３を介してファイルシステム２２に接続する。格納制御手段２１は、欠陥検査装置１に含まれ、ネットワーク２３とファイルシステム２２は、欠陥検査装置１の外部装置となり、欠陥検査装置１とネットワーク２３とファイルシステム２２とにより、欠陥検査システムを構成していると考えることができる。ファイルシステム２２には、複数の試料１１の全領域にわたる設計データが格納されている。格納制御手段２１は、欠陥検査装置１が欠陥レビュー装置であれば、外観検査装置又は異物検査装置で検出された欠陥の欠陥座標と試料ＩＤを取得することになる。そして、格納制御手段２１は、この試料ＩＤに基づいて対応する試料１１の設計データを選択し、欠陥座標に基づいて前記検査対象領域に対応する設計データ（の一部）を読み出し、格納手段１５に格納する。

図２に、本発明の実施形態に係る欠陥検査方法のフローチャートを示す。欠陥検査方法は、図１の欠陥検査装置１を用いて実施される。

まず、ステップＳ１で、欠陥候補検出手段１４は、撮像手段１３が試料１１上の検査対象領域を撮像した撮像画像３１（図３（ａ）参照）から欠陥候補４１ａ〜５０ａ（図３（ｂ）参照）を検出する。

図３（ａ）に、具体的に半導体デバイスをウェーハ状態で撮像した撮像画像（ウェーハ画像）３１を示している。撮像画像３１には、半導体デバイスのパターンと欠陥３７が撮像されている。図３（ａ）で欠陥３７は一目瞭然であるが、半導体デバイスのパターンがより複雑になるとパターンに紛れて欠陥３７を見つけ出すのは、検査者にとって容易なことではない。図３（ｂ）に、欠陥候補４１ａ〜５０ａが表示されている欠陥候補画像３２を示している。

欠陥候補検出手段１４は、撮像画像３１から抽出した周期性の低い部位（ユニーク（Ｕｎｉｑｕｅ）部）を、欠陥候補４１ａ〜５０ａとして抽出している。具体的に、欠陥候補検出手段１４は、撮像画像３１の部位毎に、フーリエ変換又は自己相関処理を用いて周期性を算出し、算出した周期性が所定の閾値より高い部位を除去し欠陥候補としないようにしている。そして、欠陥３７は、欠陥候補５０ａとして検出されている。

次に、ステップＳ２で、擬似欠陥候補検出手段１６は、格納手段１５から読み出した欠陥のないパターン情報３３、３４（図３（ｃ）、（ｄ）参照）から擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂ（図３（ｅ）参照）を検出する。

図３（ｃ）に、具体的に半導体デバイスの設計データを画像化したＣＡＤ画像を示している。このＣＡＤ画像には、欠陥３７はなく、このＣＡＤ画像はいわゆる欠陥のないパターン情報３３となる。なお、欠陥のないパターン情報３３は、図３（ｄ）に示すように、リソグラフィ・シミュレーション等のプロセス・シミュレーションを用いて変形し、欠陥のないパターン情報３４を生成してもよい。図３（ｅ）に、擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂが表示されている擬似欠陥候補画像３５を示している。

擬似欠陥候補検出手段１６は、欠陥のないパターン情報３３又は３４から抽出した周期性の低い部位（ユニーク（Ｕｎｉｑｕｅ）部）を、擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂとして抽出している。具体的に、擬似欠陥候補検出手段１６は、欠陥候補検出手段１４と同様に、欠陥のないパターン情報３３又は３４の部位毎に、フーリエ変換又は自己相関処理を用いて周期性を算出し、算出した周期性が所定の閾値より高い部位を除去し擬似欠陥候補としないようにしている。そして、欠陥のないパターン情報３３又は３４には欠陥３７は存在しないので、擬似欠陥候補画像３５にも欠陥３７に対応する擬似欠陥候補は生成されていない。一方、半導体デバイスのパターンに起因する擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂは、欠陥候補４１ａ〜４９ａと同じ位置に生成していることがわかる。なお、ステップＳ１とステップＳ２とは同時に行っても、どちらかを先に実施してもよい。

ステップＳ３で、欠陥候補限定手段１７は、欠陥候補４１ａ〜５０ａと擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂとを位置的に対応付けを行う。具体的に、欠陥候補限定手段１７は、撮像画像３１と欠陥のないパターン情報３３又は３４との位置合わせを行うことで、実質的かつ結果的に、欠陥候補画像３２と擬似欠陥候補画像３５との位置合わせを行うことができる。そして、欠陥候補４１ａ〜５０ａの撮像画像３１（欠陥候補画像３２）上の位置に対応する欠陥のないパターン情報３３又は３４（擬似欠陥候補画像３５）上の位置に位置する擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂに、欠陥候補４１ａ〜５０ａを対応付けする。欠陥候補４１ａは擬似欠陥候補４１ｂに対応付けでき、欠陥候補４２ａは擬似欠陥候補４２ｂに対応付けでき、欠陥候補４３ａは擬似欠陥候補４３ｂに対応付けでき、欠陥候補４４ａは擬似欠陥候補４４ｂに対応付けでき、欠陥候補４５ａは擬似欠陥候補４５ｂに対応付けでき、欠陥候補４６ａは擬似欠陥候補４６ｂに対応付けでき、欠陥候補４７ａは擬似欠陥候補４７ｂに対応付けでき、欠陥候補４８ａは擬似欠陥候補４８ｂに対応付けでき、欠陥候補４９ａは擬似欠陥候補４９ｂに対応付けできる。しかし、欠陥３７に起因する欠陥候補５０ａだけは対応付けできる擬似欠陥候補が存在しない。擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂと欠陥候補４１ａ〜５０ａとの対応付けは、欠陥候補画像３２と擬似欠陥候補画像３５を同じ位置で重ね合わせて、互いに重なる欠陥候補４１ａ〜５０ａと擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂとを抽出することに相当している。そして、重なる擬似欠陥候補のない欠陥候補として、欠陥候補５０ａを抽出することができ、この抽出された欠陥候補５０ａを対応付けができなかった欠陥候補５０ａとすることになる。なお、欠陥候補に対応付けされない擬似欠陥候補４０ｂも存在するが、この擬似欠陥候補４０ｂは欠陥３７の特定に関与することは無い。

最後に、ステップＳ４で、欠陥候補限定手段１７は、対応付けができなかった欠陥候補５０ａを欠陥３７としてファイルシステム１８（図１参照）に登録する。

図３（ｆ）に示す欠陥検出結果３６を、表示制御手段１９により、表示手段２０に表示してもよい。欠陥検出結果３６では、撮像画像３１に、対応付けができなかった欠陥候補５０ａが重ねて表示されている。ただ、表示手段２０に表示される画像はこれに限らず、撮像画像３１、欠陥のないパターン情報３３と３４を表示してもよい。そして、撮像画像３１、欠陥のないパターン情報３３と３４の画像に、欠陥候補４１ａ〜５０ａと擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂと対応付けができなかった欠陥候補５０ａとを重ねて表示してもよい。検査者は、欠陥３７に、対応付けができなかった欠陥候補５０ａが重ねられていることで、容易に欠陥３７を見つけ出すことができる。

本実施形態によれば、検査対象領域の撮像画像３１と画像撮像が不要な欠陥のないパターン情報３３、３４のみから欠陥３７の特定を行うため、検査対象部位以外の画像の撮像は不要であり、そのための撮像手段１３の移動時間及び画像取得時間は掛からない。このため迅速な欠陥検査が可能である。

また、撮像画像３１を直接、差分処理して欠陥の特定を行うのではなく、欠陥候補４１ａ〜５０ａと擬似欠陥候補４０ｂ〜４９ｂの位置的な対応付けにより欠陥３７の特定を行うため、プロセス変動によるパターンの形状変動に対してロバストであり、精度の高いシミュレータによるプロセス・シミュレーションも不要な良好な欠陥検出が可能である。

また、周期性の少ないパターン対しても、周期性の少ない正常パターン部は欠陥候補４１ａ〜４９ａ及び擬似欠陥候補４１ｂ〜４９ｂの両者に出現するので、対応付けにより欠陥から除外することができ、良好な欠陥検出が可能である。
また、欠陥候補４１ａ〜５０ａは輪郭線より数が少なくなるので、迅速な欠陥検査が可能であり、欠陥検出の誤りを低減できる。

図４に、本発明の実施形態の変形例に係る欠陥検査方法のフローチャートを示す。図４の変形例の欠陥検査方法のフローチャートが、図２の実施形態の欠陥検査方法のフローチャートと異なる点は、ステップＳ３とステップＳ４の間にステップＳ５が挿入されている点である。

ステップＳ５では、欠陥候補限定手段１７（図１参照）において、ステップＳ４で対応付けされなかった欠陥候補の有無の判定が行われる。対応付けされなかった欠陥候補が有ると判定された場合（ステップＳ５、有り）はステップＳ４へ進み、対応付けされなかった欠陥候補が無いと判定された場合（ステップＳ５、無）はステップＳ６へ進む。ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８も変形例で新たに追加されたものであり、これらのステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８では、背景技術で記載した（１）の検出方法と同様のことを実施している。したがって、ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８を実施すると欠陥検査に要する時間が長くなってしまうが、ステップＳ５によって、通常はステップＳ４に進み、非常時にステップＳ６に進むので、欠陥検査に要する全体の時間は短くなる。また、ステップＳ３で対応付けに失敗した欠陥３７を、ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８によって、欠陥として登録できるので、欠陥３７の検出率を向上させることができる。

具体的には、ステップＳ６で、撮像手段１３（図１参照）は、撮像画像３１に対応する試料１１上の欠陥のない領域のパターンを、欠陥のない撮像画像として撮像する。ステップＳ７で、欠陥候補限定手段１７は、欠陥のある撮像画像３１と欠陥のない撮像画像を位置合わせして差分処理することにより、欠陥３７を検出する。そして、差分処理された画像から、欠陥３７を検出する方法としては、差分処理された画像、いわゆる欠陥候補の面積等の特徴を用いる方法や、欠陥候補の位置を用いる方法を用いることができる。

なお、変形例では、対応付けされなかった欠陥候補が無いと判定された場合（ステップＳ５、無）に、背景技術で記載した（１）の検出方法（ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ８）を実施したが、これに限らず、背景技術で記載した（１）の検出方法に替えて、（２）から（５）の検出方法を実施してもよい。

本発明の実施形態に係る欠陥検査装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る欠陥検査方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る欠陥検査方法において生成される画像を表す図であり、（ａ）は撮像画像であり、（ｂ）は欠陥候補画像であり、（ｃ）は欠陥のないパターン情報であり、（ｄ）は変形した欠陥のないパターン情報であり、（ｅ）は擬似欠陥候補画像であり、（ｆ）は欠陥検出結果である。 本発明の実施形態の変形例に係る欠陥検査方法のフローチャートである。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
１１ 被検査試料
１２ 試料台
１３ 撮像手段
１４ 欠陥候補検出手段
１５ 格納手段
１６ 擬似欠陥候補検出手段
１７ 欠陥候補限定手段
１８ ファイルシステム
１９ 表示制御手段
２０ 表示手段
２１ 格納制御手段
２２ ファイルシステム
２３ ネットワーク
３１ 撮像画像（ウェーハ画像）
３２ 欠陥候補画像
３３ 欠陥のないパターン情報（ＣＡＤ画像）
３４ 欠陥のないパターン情報（ＣＡＤ画像）（変形）
３５ 擬似欠陥候補画像
３６ 欠陥検出結果
３７ 欠陥
４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ、４６ａ、４７ａ、４８ａ、４９ａ、５０ａ 欠陥候補
４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂ、４６ｂ、４７ｂ、４８ｂ、４９ｂ 擬似欠陥候補

Claims (7)

1. 試料上の検査対象領域の撮像画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像画像から欠陥候補を検出する欠陥候補検出手段と、
   前記検査対象領域における欠陥のないパターン情報を格納する格納手段と、
   前記欠陥のないパターン情報から欠陥と間違われる可能性がある擬似欠陥候補を検出する擬似欠陥候補検出手段と、
   前記欠陥候補と前記擬似欠陥候補とを位置的に対応付けし、対応付けができなかった前記欠陥候補を欠陥として登録する欠陥候補限定手段とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記欠陥候補検出手段は、前記撮像画像から抽出した周期性の低い部位を、欠陥候補とし、
   前記擬似欠陥候補検出手段は、前記欠陥のないパターン情報から抽出した周期性の低い部位を、擬似欠陥候補とすることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記欠陥候補検出手段は、前記撮像画像の部位毎に、フーリエ変換又は自己相関処理を用いて周期性を算出し、算出した周期性が所定の閾値より高い前記部位を除去し、
   前記擬似欠陥候補検出手段は、前記欠陥のないパターン情報の部位毎に、フーリエ変換又は自己相関処理を用いて周期性を算出し、算出した周期性が所定の閾値より高い前記部位を除去し前記擬似欠陥候補とはしないことを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記欠陥候補限定手段は、
   前記撮像画像と前記欠陥のないパターン情報との位置合わせを行い、
   前記欠陥候補の前記撮像画像上の位置に対応する前記欠陥のないパターン情報上の位置に位置する前記擬似欠陥候補に、前記欠陥候補を対応付けすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記欠陥のないパターン情報は、前記試料の設計データであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
6. 前記撮像手段は、電子顕微鏡を有し、前記撮像画像は、前記電子顕微鏡で撮像した画像であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
7. 試料上の検査対象領域の撮像画像を撮像し、
   前記撮像画像から欠陥候補を検出し、
   前記検査対象領域における欠陥のないパターン情報を格納し、
   前記欠陥のないパターン情報から欠陥と間違われる可能性がある擬似欠陥候補を検出し、
   前記欠陥候補と前記擬似欠陥候補とを位置的に対応付けし、
   対応付けができなかった前記欠陥候補を欠陥として登録することを特徴とする欠陥検査方法。

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