JP2010164333A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

欠陥検査装置および欠陥検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】検査パターンと参照パターンとの比較を行う欠陥検査法に関し、検査対象パターンの微小な変動による擬似欠陥の発生を防ぎ、微小な欠陥を感度良く検出する。
【解決手段】検査パターンの画像を取得する工程と、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する工程と、検出された輪郭を境界として前記画像を検査領域と非検査領域とに分割する工程と、前記画像の濃度分布を求めるための画像処理を前記検査領域に対してのみ施し、得られた前記濃度分布に基づいて前記検査パターンの欠陥検出を行う工程と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
近年の半導体パターンの微細化に伴い、半導体製品の性能に影響を与える欠陥のサイズが小さくなってきており、このような微小サイズの欠陥を従来の検査装置で検出することはますます困難になってきている。従来の検査手法としては、検査パターンと参照パターンとの比較に原理を持つ方式が主流である。参照パターンとして検査パターンに隣接するダイを用いる方式であるダイ・ツー・ダイ(Die to Die)方式(例えば特許文献1)や、設計データを参照パターンとするダイ・ツー・データベース(Die to Database)方式が従来の欠陥検査の主な手法であった。
しかしながら、これらの手法にはそれぞれいくつかの問題があった。
例えば、ダイ・ツー・ダイ(Die to Die)方式では、特許文献1に述べられているように、同一パターンのチップがないと検査ができない。さらに、たとえ同一パターンのチップがあっても、各パターンには、ラフネス等の制御不能なプロセス変動によるパターン形状の微小な変動が存在するため、完全に一致したパターンは存在しない。このため、微小な欠陥を検査する場合、欠陥と上記微小な変動との区別をつけることが困難であり、これが欠陥検査における擬似欠陥発生の要因の一つとなっている。
この一方、ダイ・ツー・データベース(Die to Database)方式では、CAD(Computer Aided Design)パターンを参照するため、参照パターン自体に微小な変動は存在しないが、一般的にCADパターンの形状と検査パターンの形状との間で大きな乖離があり、やはり微小な欠陥を検査する場合は擬似欠陥の発生が大きな問題となる。
さらに、ダイ・ツー・ダイ(Die to Die)方式およびダイ・ツー・データベース(Die to Database)方式の双方に共通する問題として、参照比較するパターンを検査パターンとは別個に取得したり、予め用意したりする手間がかかるという問題がある。このような手間は検査時間の増大をもたらし、ひいては検査コストの増大をもたらすという問題があった。
特開2002−365786
本発明の目的は、検査対象パターンの微小な欠陥を感度良く検出することにある。
本発明の第1の態様によれば、検査パターンの画像を取得する工程と、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する工程と、検出された輪郭を境界として前記画像を検査領域と非検査領域とに分割する工程と、前記画像の濃度分布を求めるための画像処理を前記検査領域に対してのみ施し、得られた前記濃度分布に基づいて前記検査パターンの欠陥検出を行う工程と、を備える欠陥検査方法が提供される。
また、本発明の第2の態様によれば、検査対象パターンの設計データについて、パターンが形成される領域またはパターンが形成されない領域の中心線を予め生成する工程と、前記検査パターンの画像を取得する工程と、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する工程と、前記検査パターンの輪郭と前記設計パターンの輪郭との間でマッチングを行う工程と、前記設計データの前記中心線に沿った前記画像の濃度分布をプロファイルとして算出する工程と、前記プロファイルにおける濃度分布が局所的に変動する箇所を特定することにより、前記検査パターンの欠陥検出を行う工程と、を備える欠陥検査方法が提供される。
さらに、本発明の第3の態様によれば、検査パターンの画像の供給を受け、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する輪郭検出手段と、検出された輪郭を境界として前記画像を検査領域と非検査領域とに分割する領域分割手段と、前記画像の濃度分布を求めるための画像処理を前記検査領域に対してのみ施し、得られた前記濃度分布に基づいて前記検査パターンの欠陥検出を行う欠陥検出手段と、を備える欠陥検査装置が提供される。
本発明によれば、検査対象パターンの微小な欠陥を感度良く検出することができる。
本発明の第1の実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第1の実施の形態による欠陥検査方法の概略手順を示すフローチャート。 図2に示す手順のうち、注目領域のみへの画像処理のより具体的な手順を示すフローチャート。 図2に示す手順の説明図。 図3に示す手順の説明図。 図3に示す手順の説明図。 図6の部分拡大図 図3に示す手順の説明図。 図2に示す手順によりスクラッチ状の欠陥を検出する方法の説明図。 本発明の第2の実施の形態が適用されるパターンの一例を示す図。 本発明の第2の実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第2の実施の形態による欠陥検査方法の概略手順を示すフローチャート。
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下では、リソグラフィ工程やエッチング工程等の半導体製造プロセスで形成される微細パターンの欠陥検査を具体例として取り挙げて説明する。しかしながら、本発明は、半導体装置の製造分野に限定されることなく、画像処理を用いる他の様々な分野に好適なパターン欠陥検査方法およびその方法を実現するための装置を提供するものである。また、以下の図面において同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。
(1)第1の実施の形態
図1は、本発明の第1の実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す欠陥検査装置1は、制御コンピュータ10と、輪郭検出部12と、領域分割部14と、注目領域処理部16と、欠陥検出部18と、表示部22とを備える。
制御コンピュータ10は、輪郭検出部12、領域分割部14、注目領域処理部16、欠陥検出部18および表示部22に接続されてこれらの構成要素を制御する。制御コンピュータ10は、メモリMRにも接続される。メモリMRには、後述する欠陥検査方法を実行するための具体的手順が記述された検査レシピが格納され、制御コンピュータ10は、メモリMRから検査レシピを読み込んで種々の制御信号を生成し、これらの制御信号を上記構成要素にそれぞれ供給することにより欠陥検査を実施する。
輪郭検出部12は、外部の図示しない撮像装置から検査パターンの検査画像の供給を受け、検査画像から検査対象パターンの輪郭を検出する。
一般的に、検査パターンの検査画像は、光学式顕微鏡やEB(Electron Beam)式顕微鏡で取得される。微小な欠陥を検出する場合には、分解能において光学式顕微鏡よりも優れるEB式撮像装置を用いる必要がある。本実施形態では、EB式撮像装置として、CDSEM(ritical imension canning lectron icroscope)を用いることにするが、その他のEB式撮像装置、例えばEB式欠陥検査装置による検査画像を利用しても良い。
領域分割部14は、輪郭検出部12に接続されて検査パターンの輪郭情報が与えられる。領域分割部14は、検査パターンの輪郭を境界として検査画像を検査領域と非検査領域に分割する。領域分割部14はさらに、入力部24に接続され、入力部24を介したオペレータの操作により、検査領域中でオペレータが注目する領域(以下、「注目領域」という)を指定する。
注目領域処理部16は、領域分割部14に接続されて注目領域の情報が与えられる。注目領域処理部16は注目領域に対してのみ後述する画像処理を施して注目領域における画像の濃度分布を検査画像のプロファイルとして算出する。
欠陥検出部18は、注目領域処理部16および表示部32にも接続され、注目領域処理部16から検査画像のプロファイルが与えられて欠陥の座標、サイズおよび数量の情報を出力し、表示部22により液晶ディスプレイ等に表示させる。本実施形態において、注目領域処理部16および欠陥検出部18は例えば欠陥検出手段に対応する。
欠陥検査装置1を用いた欠陥検査方法につき、本発明の第1の実施の形態による欠陥検査方法として以下に説明する。以下では、STI(Shallow Trench Insulator)におけるライン・アンド・スペースパターンのスペース部に発生し得る穴状の欠陥を検出する場合を例にとって説明する。
図2は、本実施形態による欠陥検査方法の概略手順を示すフローチャートである。
まず、外部の図示しない撮像装置により検査パターンの検査画像を取得して(ステップS1)輪郭検出部12に入力し、次いで、輪郭検出部12により検査パターンの輪郭を検出する(ステップS2)。輪郭の検出に際し、どのような手法を用いてもかまわないが、画像の全面に亘ってパターン全体の輪郭を検出できなければならない。本実施例では、ライン・アンド・スペースのパターンであるため、従来の閾値法による輪郭検出を用いることが可能であるが、より複雑なパターンの場合は、例えば特開2003−178314に記載した手法を用いることが望ましい。この参照により、特開2003−178314の内容全体を本明細書に引用したものとする。
次に、ステップS2により検出された輪郭を境界として領域分割部14により検査画像を複数の領域に分割する(ステップS3)。領域分割部14はさらに、分割された領域をライン部(図4の符号L1〜L3参照)とスペース部(図4の符号S1〜S3参照)とに区分する。一つの領域がライン部であるかスペース部であるかを判定する手法として、本実施形態ではパターンのライン部とスペース部との濃淡値の差により判別する手法を用いる。即ち、一般にライン部の濃淡値はスペース部の濃淡値よりも大きい(明るい)ため、輪郭により分割された領域内の平均濃淡値を二グループに判別し、濃淡値の大きいほうをライン部、小さいほうをスペース部とする。
次に、区分された領域から検査目的上注目する領域を注目領域処理部16により特定する(ステップS4)。本実施形態ではパターンのスペース部に存在する欠陥を検出することが目的であるため、スペース部の領域に注目し、ライン部の領域は検査対象から除外する。ライン部に発生する欠陥を検出する場合は、ライン部を注目領域とすればよく、必要であれば両方の領域に注目することも勿論可能である。
最後に、注目領域処理部16により、注目領域にのみ所定の画像処理を行って欠陥を検出する(ステップS5)。画像処理は、欠陥部分のプロファイルが得られるものであれば、どのような手法を用いてもよい。ここでは、ほんの一例として、注目領域の中心線を描画し、該中心線に沿って欠陥のプロファイルを取得する方法について図3乃至図8を参照しながらより具体的に説明する。
図3は、図2に示す手順のうち、注目領域のみへの画像処理の具体的手順を示すフローチャートである。また、図4は、パターン輪郭を境界として複数領域に分割された検査画像の一例を示す。図4の検査画像では、ライン・アンド・スペースパターンの画像がライン部L1〜L3とスペース部S1〜S3に分割されている。ここでは、オペレータにより、これらの領域のうちスペース部S1〜S3が注目領域として指定されるものとする。
まず、注目領域処理部16により、図5に示すように、注目領域S1〜S3の中心線CL1〜CL3を描画する(ステップS51)。中心線として、本実施形態ではスペース部領域S1〜S3の境界線を距離変換し、得られた画像に細線化処理を施した結果と定義する。これらの処理については例えば下記の文献に詳しく説明されている。
平野靖、他一名、“距離変換を用いた図形の構造解析手法”、特注論文/CADシステム構成のための基礎技術、MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Vol.20 No.1 January 2002
上記文献に開示の手法によれば、パターン(領域)の形状に依存して中心線に分岐が発生する場合があるが、その場合は、該分岐を除去することが好ましい。さらに、検出する欠陥の性質に依存して、中心線から指定した距離だけオフセットを取り込んだ線を描画することが必要になる場合もある。
次いで、注目領域処理部16により、上記手順で描画された中心線、または中心線からオフセットがかかった線の濃淡値を検査画像のプロファイルとして取得する(ステップS52)。図6に示す例では、スペース部S1〜S3のうちスペース部S1,S3にのみ欠陥が存在するため、ラインプロファイルLP1,LP3が得られる。
ここで、プロファイルの取得に際し、中心線に平行な複数の線を所定間隔でさらに描画し、これらの線に沿って濃淡値を取得し、得られた濃淡値を中心線に沿って得られた濃淡値と合算し、プロファイルを取得した線の本数、即ち、中心線と更なる線との合計本数で合算結果を除算すれば、上記所定間隔を合算した幅で検査画像のプロファイルを平均化することになる。この点を図7の部分拡大図を用いてより具体的に説明する。
図7は、図6において符号Cで指示する領域を拡大して示した図である。ここでは中心線CL1をY方向に平行な直線と仮定する。中心線CL1に平行な複数の線AL1〜AL4を所定間隔SPでさらに描画する。これらの線CL1,AL1〜AL4に沿って濃淡値を取得し、同一のX座標に対応する濃淡値を加算して5で除算すれば、指定した幅Wd(=SP×4)で平均化されたプロファイルを取得することになる。これにより、プロファイルに含まれるノイズ等の影響を効果的に低減することができる。以下、図5の中心線CL1〜CL3や図7の線AL1〜AL4のようにプロファイルを取得するための線を「プロファイル取得線」という。
次に、注目領域処理部16により、得られたプロファイルのピークを検出する(図3、ステップS53)。図6に示す例では、得られたラインプロファイルLP1,LP3のピークが図8の欠陥DF1,DF2として検出される。
本実施形態では、検出する欠陥は、穴状のものであり、その部分からの二次電子放出効率が小さいため、検査画像では暗く見える。従って、注目領域処理部16により、ラインプロファイルLP1,LP3に対して局所的に濃淡値が低下している箇所を検出する。検出には一般的に知られているピーク検出の手法を用いればよい。また、本実施形態では、検出に先立って、欠陥からの信号とノイズとを分離しやすくするために、一次元の有限インパルス応答フィルタ(FIRフィルタ(Finite Impulse Response Filter))等の前処理を実施している。図6および図8に示すように、ラインプロファイルLP1,LP3からピークの座標が欠陥DF1,DF2の位置にそれぞれ対応し、ピークの半値幅(図7の符号Whv参照)は欠陥DF1,DF2の大きさに対応している。
注目領域処理部16は、上記手順により得られた欠陥の座標と大きさを、欠陥の数量とともに出力し(図3、ステップS54)、表示部22はこれらの欠陥情報を視覚化して表示する。
このように、本実施形態によれば、検査画像以外に特別なデータを用いることなく検査対象パターンの微小な欠陥を感度良く検出することができる。
上記説明では、注目領域に中心線を描画し、該中心線に沿って画像の濃淡値を算出することによりプロファイルを取得したが、対象となる欠陥の種類に応じて中心線を定義することなく、注目領域にのみ画像処理を施して欠陥を検出する場合もある。例えば、図9に示すスクラッチ状の欠陥DF3を検出するために、ハフ(Hough)変換により領域中の直線的な部分SLPを検出し、これを用いて注目領域S1〜S3毎にプロファイルを取得することができる。図9に示す例では、直線的な部分SLPを規定する直線SL1,SL2が、例えばプロファイル取得線に対応する。
また、上記説明では、STIにおけるライン・アンド・スペースパターンを取り上げたが、例えば側壁マスク加工に発生する欠陥を検出する場合では、パターン成型部と下地部とが、パターン輪郭を境界として分割される複数領域に対応する。
(2)第2の実施の形態
上述した第1の実施の形態では、パターンの内部に欠陥がある場合を取り上げて説明した。しかしながら、例えば図10の符号STで指示する欠陥のように、スペース部S11を跨ぐようにライン部L11とL12とを短絡する場合がある。このような場合、ライン部L11とL12との間のスペース部について得られる検査領域は、ショート欠陥STの領域と、ショート欠陥STにより上限に分割された検査領域S11aおよびS11bの3つの領域に分割されてしまい、第1の実施の形態による方法では、それぞれ領域毎にラインプロファイルを取得してピークを探索することになるので、ショート欠陥STを検出することができない。本実施形態は、設計データを用いることにより、このような場合についても欠陥検出を可能にするものである。
図11は、本実施形態による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。図1との対比により明らかなように、図11に示す欠陥検査装置3の特徴は、図1の領域分割部14および注目領域処理部16に代えて、マッチング部32およびプロファイル取得部34を備える点にある。また、メモリMRは、後述する本実施形態の検査レシピに加え、検査パターンの設計データ(CADデータ)をも格納する。欠陥検査装置3のその他の構成は、図1に示す欠陥検査装置1と実質的に同一である。
マッチング部32は、制御コンピュータ10および輪郭検出部12に接続され、制御コンピュータ10を介してメモリMRから検査パターンの設計データを取り込み、設計データにおける検査パターンの輪郭と、輪郭検出部12により検出された検査画像における検査パターンの輪郭との間でマッチングを行う。
プロファイル取得部34は、マッチング部32に接続されてマッチングの結果が供給され、位置合せされた設計データに対してプロファイル取得線を求める。プロファイル取得部34は、得られたプロファイル取得線に沿って検査画像のプロファイルを求め、そのピークを検出することにより、例えば上述したショート欠陥STを検出する。
図12は、本実施形態による欠陥検査方法の概略手順を示すフローチャートである。
まず、前述した第1の実施の形態と同様に、外部の図示しない撮像装置により検査パターンの検査画像を取得し、輪郭検出部12に入力し(ステップS11)、次いで、輪郭検出部12により検査画像の全面に亘って検査パターンの輪郭を検出する(ステップS12)。
次に、マッチング部32により、設計データ上の検査パターンの輪郭と、輪郭検出部12により検出された検査画像における検査パターンの輪郭との間でマッチングを行う(ステップS13)。設計データと検査画像とのマッチングは公知のいかなる技術を用いてもよいが、例えば特開2006−275952号公報で開示された方法を用いると、短時間でかつ高い精度でマッチグを行うことができる。
続いて、プロファイル取得部34により、設計データに対してプロファイル取得線を求める(ステップS14)。プロファイル取得線としては、第1の実施の形態で求めた中心線と同一のものでもよいし、また、任意の線を別のレイヤーとして予め設計データに書き込んでおいたものを用いてもよい。
次に、プロファイル取得部34により、得られたプロファイル取得線に沿って検査画像のプロファイルを求める(ステップS15)。
その後は、このようにして取得されたプロファイルから第1の実施の形態で説明した手法により欠陥を検出する(ステップS16、S17)。
このように、本実施形態によれば、設計データを用いてプロファイル取得線を求めるので、ショート欠陥やオープン欠陥であっても確実に検出することができる。
(3)プログラム
上述した欠陥検査方法における一連の手順は、プログラムに組み込んでコンピュータに読込ませて実行させても良い。これにより、本発明にかかる欠陥検査方法における一連の手順を画像処理可能な汎用のコンピュータを用いて実現することができる。また、上述した欠陥検査方法の一連の手順をコンピュータに実行させるプログラムとしてフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、画像処理可能なコンピュータに読込ませて実行させても良い。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でも良い。また、上述した欠陥検査方法の一連の手順を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線(無線通信を含む)を介して頒布しても良い。さらに、上述した欠陥検査方法の一連の手順を組込んだプログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、または記録媒体に収納して頒布しても良い。
(4)半導体装置の製造方法
上述した欠陥検査方法を半導体装置の製造工程中で使用すれば、欠陥を高い精度で短時間に検出することができるので、より高い歩留まりおよびスループットで半導体装置を製造することができる。
より具体的には、製造ロット単位で基板を抜き出し、抜き出された基板上に形成されたパターンを上述した欠陥検査方法により検査する。検査の結果、製品仕様に応じて設定された閾値を超えるような欠陥が検出されなかった場合、検査パターンが形成された基板が属する製造ロット全体について、引き続き残余の製造プロセスを実行する。この一方、検査の結果、上記閾値を超える欠陥が検出された場合でリワーク処理が可能な場合には、欠陥が検出されたパターンが形成された基板が属する製造ロットに対してリワーク処理を実行する。リワーク処理が終了すると、その製造ロットから基板を抜き取って再度パターンを検査する。パターンの再検査により抜き取られた基板に上記閾値を超える欠陥が検出されなかった場合、リワーク処理を終えたその製造ロットに対し残余の製造プロセスを実行する。また、リワーク処理が不可能な場合には、欠陥と判定されたパターンが形成された基板が属する製造ロットは廃棄し、不良発生原因が解析可能な場合はその解析結果を設計担当や上流のプロセス担当等へフィードバックする。
(5)その他
特許請求の範囲に記載された発明の他、上述した実施の形態から、以下の付記に示された発明が導かれる。
(付記)
検査パターンの画像の供給を受け、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する輪郭検出手段と、
パターンが形成される領域またはパターンが形成されない領域の中心線が予め定義された前記検査対象パターンの設計データの輪郭と、前記検査パターンの輪郭との間でマッチングを行うマッチング手段と、
前記設計データの前記中心線に沿った前記画像の濃度分布をプロファイルとして算出するプロファイル取得手段と、
前記プロファイルにおける濃度分布が局所的に変動する箇所を特定することにより、前記検査パターンの欠陥検出を行う欠陥検出手段と、
を備える欠陥検査装置。
1,3:欠陥検査装置
10:制御コンピュータ
12:輪郭検出部
14:領域分割部
16:注目領域処理部
18:欠陥検出部
32:マッチング部
34:プロファイル取得部
MR:メモリ
CL1〜CL3:中心線
S1〜S3,S11〜S13:スペースパターン(検査領域)
L1〜L3:ラインパターン(非検査領域)
LP1,LP3:ラインプロファイル
DF1〜DF5,ST:欠陥

Claims (5)

  1. 検査パターンの画像を取得する工程と、
    前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する工程と、
    検出された輪郭を境界として前記画像を検査領域と非検査領域とに分割する工程と、
    前記画像の濃度分布を求めるための画像処理を前記検査領域に対してのみ施し、得られた前記濃度分布に基づいて前記検査パターンの欠陥検出を行う工程と、
    を備える欠陥検査方法。
  2. 前記検査パターンの欠陥は、
    前記検査領域内を通過し、予想される欠陥の形状に応じたプロファイル取得線を生成し、前記プロファイル取得線に沿った前記画像の濃度分布をプロファイルとして算出し、前記プロファイルにおける濃度分布が局所的に変動する箇所を特定することにより検出される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の欠陥検査方法。
  3. 分割された検査領域および非検査領域は、検査パターンのパターン成型部および下地部に対応することを特徴とする請求項1または2に記載の欠陥検査方法。
  4. 検査対象パターンの設計データについて、パターンが形成される領域またはパターンが形成されない領域の中心線を予め生成する工程と、
    前記検査パターンの画像を取得する工程と、
    前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する工程と、
    前記検査パターンの輪郭と前記設計パターンの輪郭との間でマッチングを行う工程と、
    前記設計データの前記中心線に沿った前記画像の濃度分布をプロファイルとして算出する工程と、
    前記プロファイルにおける濃度分布が局所的に変動する箇所を特定することにより、前記検査パターンの欠陥検出を行う工程と、
    を備える欠陥検査方法。
  5. 検査パターンの画像の供給を受け、前記画像から前記検査パターンの輪郭を検出する輪郭検出手段と、
    検出された輪郭を境界として前記画像を検査領域と非検査領域とに分割する領域分割手段と、
    前記画像の濃度分布を求めるための画像処理を前記検査領域に対してのみ施し、得られた前記濃度分布に基づいて前記検査パターンの欠陥検出を行う欠陥検出手段と、
    を備える欠陥検査装置。
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