JP2010282810A

JP2010282810A - 基板検査装置

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Publication number: JP2010282810A
Application number: JP2009134698A
Authority: JP
Inventors: Takuma Yamamoto; 琢磨山本; Koichi Hayakawa; 功一早川; Hiroshi Ninomiya; 二宮　　拓
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】本発明の基板検査装置は、基板の検査エリアの設定を簡単にし、且つ検査エリア設定の自由度を確保して効率良く基板の検査を実行することを目的とする。
【解決手段】半導体ウエハ８０における「左エッジからの距離Ｒ」と「右エッジからの距離Ｒ」とを検査エリアとする設定がされた際、全体制御部は、この設定に基づいて検査室にロードされる半導体ウエハ８０の検査エリアを演算し、この演算結果を補正制御回路に登録する。全体制御部は、演算結果を登録した補正制御回路を用いて検査エリアとしての半導体ウエハ８０の左エッジからの距離Ｒにある領域（５）のチップ８１の斜線で示すセル８２と領域（６）のチップ８１の距離Ｒ内の斜線で示すセル８２、及び半導体ウエハ８０の右エッジからの距離Ｒにある領域（８）のチップ８１の斜線で示すセル８２と領域（７）のチップ８１の距離Ｒ内の斜線で示すセル８２の自動検査を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶等の微細な回路パターンを有する基板の欠陥を検査する基板検査装置に関する。

例えば、半導体装置は、半導体ウエハ上にフォトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理及びエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより回路パターンが製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング処理その他の良否、異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、このような製造過程における異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために、製造過程の半導体ウエハ上のパターンを検査する各種装置が用いられている。
半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウエハに光を照射し、光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パターンを比較する光学式欠陥検査装置や、半導体ウエハに電子線等の荷電粒子線を照射し、発生する二次電子線や反射電子線を検出し、その信号を画像化し、欠陥を検出する電子線式欠陥検査装置が実用化されている。

電子線式欠陥検査装置はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像の比較により欠陥検査を行う。ＳＥＭ画像を取得する方法としては、ステージをステップ＆リピート移動させるとともに各ステージ停止位置にて電子線を2次元に走査して画像を取得する方法と、ステージを一定速度で一方向にスキャン移動させると同時に電子線をステージ移動方向と垂直方向に１次元走査しながら連続的に画像を取得する方法とが存在する。電子線式欠陥検査装置においては、スループットに優れた後者の方法が主に利用されている。
近年、半導体ウエハ上に形成されるパターン寸法の微細化に伴い、光学式や電子線式の欠陥検査装置での検査においては、従来よりも高倍率の画像を用いて検査する必要が生じている。このように高倍率の画像を用いた場合には単位時間あたりに検査できるエリアが減少する。このため、欠陥が発生しやすい領域を選択的に検査することによる検査の効率化が求められている。このような検査領域を選択する技術については任意のダイを指定するためのＧＵＩ（Graphic User Interface）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。また、Ｘ方向あるいはＹ方向にステージを移動してステージ上の半導体ウエハを検査する回路パターン検査装置も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−０４４９１２号公報特開２００７−１３４５７３号公報

上述した半導体ウエハの製造工程においては、半導体ウエハの外周付近に欠陥が発生しやすい傾向がある。
しかしながら、現状の半導体ウエハの検査装置においては、チップ内検査エリア設定と検査チップ設定の組み合わせにより検査エリアを設定するため、検査エリア設定の自由度が制限されている。半導体ウエハに限らず液晶等も同様に微細な回路パターンを有する基板を形成している。
そのため、基板の検査エリアの設定が複雑になり、且つ検査エリア設定の自由度が制限され、効率良く基板の検査を実行することができないという問題があった。

本発明の目的は、基板の検査エリアの設定を簡単にし、且つ検査エリア設定の自由度を確保して効率良く基板の検査を実行する基板検査装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、複数チップの回路パターンが形成された基板表面に電子線を照射する照射手段と、該照射によって前記基板表面から発生する二次電子線を検出する検出手段と、該検出された信号を画像化して記憶する記憶手段と、該記憶された画像信号と他の同一基板の参照画像信号とを比較する比較手段と、該比較結果から欠陥を判別する判別手段とを備えた基板検査装置において、基板表面を検査する際に基板が置かれるステージと、前記ステージを移動する移動手段と、前記基板表面の検査領域を設定する設定手段と、前記設定手段で設定された基板表面の検査領域に基づいて、前記ステージに置かれた基板表面の検査領域を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された演算結果に基づいて前記移動手段と前記照射手段が基板表面を照射する照射位置とを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、基板の検査エリアの設定を簡単にし、基板の検査を効率良く実行することのできる基板検査装置を提供することができる。

荷電粒子線を用いた基板検査装置の構成図。操作部のディスプレイに表示される画像の一例を示す画面図。従来の半導体ウエハにおけるチップ内の検査エリア設定例を示す概念図。本発明の半導体ウエハにおけるチップ内の検査エリア設定例を示す概念図。本発明でのチップ内の検査プロセスの動作を説明するためのフローチャート。検査エリアを設定する入力画面を示す図。本発明の半導体ウエハにおけるチップ内の検査エリア設定例を示す概念図。本発明でのチップ内の検査プロセスの動作を説明するためのフローチャート。検査エリアを設定する入力画面を示す図。図８記載の検査プロセスにおける検査ストライプを説明するための図。

以下に、本発明の実施形態に係る基板検査装置について図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、荷電粒子線（電子線）を用いた基板検査装置１の概略構成を示す構成図である。基板検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に被検査基板９を搬送するための予備室（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。また、基板検査装置１は検査室２と予備室の他に画像処理部５と、画像処理部５を操作するための操作部６とを備えている。

検査室２内は、大別して電子光学系カラム３，光学顕微鏡室４，試料室８から構成されている。電子光学系カラム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，絞り１４，走査偏向器１５，対物レンズ１６，反射板１７，ＥｘＢ偏向器１８，二次電子検出器２０から構成される。
電子光学系カラム３は、一次電子線１９を被検査基板９へ照射するとともに被検査基板９から発生した二次電子線を検出する。

光学顕微鏡室４は、検査室２の室内における電子光学系カラム３の近傍にあって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に配置されている。光学顕微鏡室４は、光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。電子光学系カラム３全体と光学顕微鏡室４全体の距離は既知であり、Ｘステージ３１又はＹステージ３２が電子光学系カラム３と光学顕微鏡室４との間の既知の距離を往復移動するようになっている。

画像処理部５は、記憶手段４５，画像処理回路４６，欠陥データバッファ４７，設定部４８，全体制御部４９から構成されている。記憶手段４５に記憶された第一の画像信号と第二の画像信号とが画像処理回路４６で画像化される。画像処理回路４６は、第一の画像信号（被検査画像信号）と第二の画像信号（参照画像信号，基準画像信号）との位置合わせ，信号レベルの規格化，ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施して双方の画像信号を比較演算する。そして、画像処理回路４６は、比較演算した差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較（比較手段）し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合に欠陥候補と判別（判別手段）する。欠陥データバッファ４７は、被検査基板９の欠陥候補を欠陥情報として保持する。設定部４８は、しきい値を画像処理回路４６に設定する。全体制御部４９は、これらの画像処理や演算を制御し、操作部６にその位置や欠陥数等を送るとともに、後述する補正制御回路６１へも送信する。

インターフェースとしての操作部６は、例えばディスプレイの機能を有し、マップ表示部５５,画像表示部５６,画像取得指示領域５７,画像処理指示領域５８,処理条件設定領域５９,及びモード切替え部６０から構成されている。また、操作部６は、入力手段として図示しないマウスとキーボードとを有している。
二次電子検出部７は、二次電子検出器２０からの出力信号を増幅するプリアンプ２１，増幅信号をアナログからデジタルへ変換するＡＤ変換器２２を備え、それぞれを駆動するための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と、これらに電気を供給する高圧電源２６を備える。増幅されたデジタル信号は光変換手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４を通って電気変換手段２５で電気信号に変換され、画像処理部５の記憶手段４５へ送られる。なお、ＣＣＤカメラ４２で取得した光学画像も、図示していないが同様にして画像処理部５へ送られる。

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。
電子線画像あるいは光学画像は、操作部６の画像表示部５６に表示される。基板検査装置１の各部の動作命令及び動作条件は、操作部６から指示命令が入力され、画像処理部５の全体制御部４９から補正制御回路６１へ送られる。操作部６では、一次電子線１９の発生時の加速電圧，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，Ｘステージ３１やＹステージ３２の移動速度等の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定することができる。

マップ表示部５５には、検出された複数の欠陥データの分布が半導体ウエハを模式的に表したマップの上に記号化されて表示される。画像取得指示領域５７は、検出された欠陥ごと、あるいは領域ごとに電子線画像あるいは光学画像を取得する指示を出す領域である。画像処理指示領域５８は、取得した画像の明るさ調整やコントラスト調整を指示する領域である。処理条件設定領域５９は、一次電子線１９を被検査基板９に照射するときの偏向幅，偏向速度，対物レンズの焦点距離，焦点深度などの各種条件を設定する部分である。

補正制御回路６１は、一次電子線１９の発生時の加速電圧，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，Ｘステージ３１やＹステージ３２の移動速度等を、画像処理部５の全体制御部４９から送られた指示命令に従うように制御する。
また、補正制御回路６１は、位置モニタ測長器３４からの信号と被検査基板高さ測定器３５からの信号とから被検査基板９の位置や高さをモニタし、その結果から補正信号を生成し、走査信号発生器４３や対物レンズ電源４４に補正信号を送り、一次電子線１９が常に正しい位置に照射されるように偏向幅，偏向速度，対物レンズの焦点距離，焦点深度を制御している。

電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出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、従来の例えばタングステン・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電子線画像が得られる。また、この電子銃１０により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現することができる。

一次電子線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。一次電子線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決まる。これにより、一次電子線１９はその電位に相当するエネルギで試料台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に搭載された被検査基板９に照射される。

ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５は、ブランキング信号及び走査信号を発生する走査信号発生器４３により制御される。ブランキング偏向器１３は、一次電子線１９が絞り１４の開口部を通過しないように一次電子線１９を偏向し、一次電子線１９の被検査基板９への照射を防ぐことができる。一次電子線１９は対物レンズ１６により細く絞られ、走査偏向器１５により被検査基板９上で走査される。

被検査基板９の回路パターンの欠陥を検出する自動検査においては、欠陥を早期に見つけ出して、その原因を早期に究明し、早期に対策することが製造歩留まりの向上につながる。従って、基板検査装置１では検査速度が速いことが必須となる。そのため、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、多数回の走査及び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。そこで本実施形態では、通常のＳＥＭに比べ約１００倍以上の、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ている。また、走査幅は例えば１００μｍとし、１画素は０.１μｍ²とし、１回の走査を１μｓで行うようにしている。

対物レンズ１６には、対物レンズ電源４４が接続されている。コンデンサレンズ１２にも図示しないレンズ電源が接続されている。そしてこれらのレンズ強度は、補正制御回路６１がレンズ電源の電圧を変えることによって調整される。
被検査基板９には、リターディング電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。リターディング電源３６の電圧を調節することにより、一次電子線を減速させ、電子銃１０の電位を変えることなく被検査基板９への電子線照射エネルギを調節することができる。

Ｘステージ３１，Ｙステージ３２の上には被検査基板９が搭載される。検査実行時には、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２を静止させ、一次電子線１９を二次元に走査する方法と、Ｘステージ３１を静止させ、Ｙステージ３２をＹ方向に連続して一定速度で移動させながら一次電子線１９をＸ方向に走査する方法とがある。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合にはＸステージ３１を静止させて検査する方法が有効であり、比較的広い領域を検査するときはＹステージ３２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。

Ｘステージ３１またはＹステージ３２の一方を連続的に移動させながら被検査基板９の画像を取得する場合、まず、ステージの移動方向に対して略直角方向に一次電子線１９が走査される。この一次電子線１９の走査及びステージの移動に同期して被検査基板９から発生する二次電子線が二次電子検出器２０で検出される。

被検査基板９上に一次電子線１９を照射することにより発生する二次電子線は、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、これにより加速された二次電子線は所定の方向に偏向される。ＥｘＢ偏向器１８に印加する電圧で磁界の強度を変え、偏向量を調整することができる。また、ＥｘＢ偏向器１８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線は、所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７は、被検査基板９に照射する一次電子線１９の偏向器１５のシールドパイプを兼ね、円錐形状をしている。この反射板１７に加速された二次電子線が衝突すると、反射板１７からは数ｅＶから５０ｅＶのエネルギを持つ第二の二次電子線が発生する。

位置モニタ測長器３４は、本実施形態ではレーザ干渉を原理とした測長計をＸ方向とＹ方向に用い、Ｘステージ３１及びＹステージ３２の位置を一次電子線１９を照射しながら測定し、補正制御回路６１に送信するように構成されている。また、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３の図示しない各駆動モータ（移動手段）の回転数も各々のドライバ回路（図示しない）から補正制御回路６１に送信されるように構成されている。補正制御回路６１は、これらのデータに基づいて一次電子線１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになり、一次電子線１９の照射位置の位置ずれを補正する。また、補正制御回路６１は一次電子線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には、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が使用される。例えば、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに該被検査基板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が知られている。被検査基板高さ測定器３５は、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２に搭載され、被検査基板９の高さを測定する。

被検査基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、補正制御回路６１は、一次電子線１９を細く絞るための対物レンズ１６の焦点距離をダイナミックに補正し、常に被検査領域に焦点が合った一次電子線１９を照射できるように制御する。また、被検査基板９の反りや高さ歪みを一次電子線１９の照射前に予め測定し、そのデータに基づいて対物レンズ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。

図２は操作部６のディスプレイに表示される画像の一例を示す画面図である。操作部６のディスプレイ画面の大きな領域には、マップ表示部５５と画像表示部５６が配置されている。また、操作部６のディスプレイ画面の下方にはモード切替えボタン６０が配置されている。モード切替えボタン６０は、「検査」モードを選択する検査ボタン１０１、「欠陥確認」モードを選択する欠陥確認ボタン１０２、「レシピ作成」モードを選択するレシピ作成ボタン１０３、「ユーティリティ」モードを選択するユーティリティボタン１０４が設けられている。「レシピ作成」モードは自動検査の条件を設定するモードである。「ユーティリティ」モードは、他のモードには現れない補助機能を呼び出すモードであり、通常は使用されない。

なお、図２のディスプレイ画面は、レシピ作成ボタン１０３が押されて「レシピ作成」モードに切り替わった状態を示している。「レシピ作成」モードにおける操作部６のディスプレイ画面には、検査領域設定部１１０、開始ボタン１１１、ウエハロードボタン１１２、ウエハアンロードボタン１１３、画面印刷ボタン１１４、ファイル保存ボタン１１５、画像保存ボタン１１６、及び終了ボタン１１７が表示される。
このような構成の基板検査装置１においては、半導体ウエハに欠陥が発生しやすい領域を指定して検査することができる。

図３は、従来の半導体ウエハ７０におけるチップ内の検査エリア設定例を示すものである。ここでは、半導体ウエハに欠陥が発生しやすい半導体ウエハ７０の外周付近を検査する。
半導体ウエハ７０上には、それぞれに複数のセル７２を有する複数のチップ７１が作成されている。チップ７１は、図示するため便宜的に縦４個、横４個（以下、４×４個と記述する）のセル７２を有するものとする。
そして、半導体ウエハ７０における外周付近に相当する検査エリアが、領域（１）、領域（２）、領域（３）、領域（４）と予め指定されている。

指定された検査エリアの領域（１）は半導体ウエハ７０の図上下部に指定されている。領域（１）における各チップ７１がそれぞれ有する４×４個のセル７２のうち、図上下部（チップ７１内におけるさらに外周付近に相当する）の２×４個の斜線で示すセル７２が検査されるセルで、白抜きで示す図上上部の２×４個は検査されない。
指定された検査エリアの領域（２）は半導体ウエハ７０の図上上部に指定されている。領域（２）における各チップ７１がそれぞれ有する４×４個のセル７２のうち、図上上部（チップ７１内におけるさらに外周付近に相当する）の２×４個の斜線で示すセル７２が検査されるセルで、白抜きで示す図上下部の２×４個は検査されない。

指定された検査エリアの領域（３）は半導体ウエハ７０の図上左側に指定されている。領域（３）における各チップ７１がそれぞれ有する４×４個のセル７２のうち、図上左側（チップ７１内におけるさらに外周付近に相当する）の４×２個の斜線で示すセル７２が検査されるセルで、白抜きで示す図上右側の４×２個は検査されない。
指定された検査エリアの領域（４）は半導体ウエハ７０の図上右側に指定されている。領域（４）における各チップ７１がそれぞれ有する４×４個のセル７２のうち、図上右側（チップ７１内におけるさらに外周付近に相当する）の４×２個の斜線で示すセル７２が検査されるセルで、白抜きで示す図上左側の４×２個は検査されない。

また、半導体ウエハ７０の領域（１）と領域（２）では横方向（図３上、左から右方向）に検査ストライプ７４が設定され、領域（３）と領域（４）では縦方向（図上、下から上方向）に検査ストライプ７５が設定され、領域により検査ストライプの方向が異なった設定としている。検査ストライプの方向を領域毎に変えることで各領域の検査ストライプ数を少なくすることが出来るため、全ての領域を同一方向の検査ストライプで検査する場合よりも検査時間を短縮できる。

本発明の実施形態に係る基板検査装置１では、縦方向のみ、あるいは横方向のみではなく縦横の両方向、あるいはそれらを組み合わせた自由な検査ストライプを設定することができる。
そこで、自由な検査ストライプを設定できる基板検査装置１を用いて、上述した被検査基板９としての半導体ウエハにおける検査エリアの設定と、効率良く実行する検査方法について以下に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る半導体ウエハ８０におけるチップ内の検査エリア設定例を示すものである。本実施形態では半導体ウエハ８０の左右のエッジから距離Ｒ以内の領域の検査を行う。
半導体ウエハ８０の「左エッジからの距離Ｒ」と「右エッジからの距離Ｒ」が、ユーザによって操作部６の検査領域設定部１１０（図２参照）から入力される。このように距離Ｒが設定されることにより、半導体ウエハ８０の左のエッジから距離Ｒの部分におけるチップ８１と、右のエッジから距離Ｒの部分におけるチップ８１とが検査対象となる。

図４においては、領域（５）の各チップ８１と領域（６）の各チップ８１とが検査エリアとなる。さらに、領域（６）における各チップ８１の真ん中に距離Ｒの線引きがされるので、領域（６）における４×４個のセル８２のうち左側４×２個のセル８２が斜線で示すように検査エリア内であり、右側４×２個のセル８２が白抜きで示すように検査エリア外となる。
さらに、領域（７）の各チップ８１と領域（８）の各チップ８１とが検査エリアとなる。また、領域（７）における各チップ８１の真ん中に距離Ｒの線引きがされるので、領域（７）における４×４個のセル８２のうち右側４×２個のセル８２が斜線で示すように検査エリア内であり、左側４×２個のセル８２が白抜きで示すように検査エリア外となる。

次に、半導体ウエハ８０（被検査基板９）の左右のエッジからの距離Ｒで設定される検査プロセスを図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、ユーザは、検査を開始するにあたりレシピ作成ボタン１０１（図２参照）を押して検査レシピを選択して入力する（ＳＴ１）。検査レシピは、電子の加速電圧や電流といった一次電子線１９の設定条件、画像処理部５にて欠陥判定を行うためのパラメータ値、半導体ウエハ８０内のチップ８１の配置とチップ８１内のセル８２の配置からなるウエハレイアウト情報等である。
全体制御部４９（図１参照）は、これらの入力情報を画像表示部５６（図２参照）に表示し、これらの入力情報に基づいて基板検査装置１の全体を制御する。

ここで、本発明に係る検査エリアの設定が行われる。
ユーザは、操作部６の検査領域設定部１１０から半導体ウエハ８０（被検査基板９）に対する検査エリアを設定する。
図６は、操作部６の検査領域設定部１１０からの検査エリア設定の入力画面を示すものである。すなわち、検査領域設定部１１０には、半導体ウエハ８０における「左エッジからの距離Ｒ」と「右エッジからの距離Ｒ」という設定が入力される。全体制御部４９は、この検査エリア設定に基づいて検査室２内の半導体ウエハ８０における検査エリアを演算し、この演算結果を補正制御回路６１に登録する。

続いて、ウエハロードボタン１１２が押されることにより、全体制御部４９は、予備室（図示せず）から検査室２内に半導体ウエハ８０をロードする制御を行う（ＳＴ２）。
検査室２への半導体ウエハ８０のロードが完了した際、全体制御部４９は、ステップＳＴ１で入力された検査レシピの条件で一次電子線１９のビーム校正を行う（ＳＴ３）。例えば、一次電子線の照射条件、変更補正量、基準座標の補正量、焦点パラメータの補正量等である。

続いて、光学顕微鏡像による粗アライメントと二次電子画像による精アライメントが実行される（ＳＴ４）。全体制御部４９は、アライメント計測値に従って回転ステージ３３による半導体ウエハ８０の回転補正とＸ方向ずれ量とＹ方向ずれ量とを補正制御回路６１に登録する。
続いて、検査時の明るさを調整するキャリブレーションの設定が行われる（ＳＴ５）。キャリブレーションは、画像の明るさが検査レシピの設定値になるよう二次電子検出部７のプリアンプ２１のゲイン調整を行う。

続いて、全体制御部４９は、演算結果を登録した補正制御回路６１を用いて検査エリアである領域（５）,領域（６）,領域（７）,領域（８）における半導体ウエハ８０の左右のエッジから距離Ｒにあるチップ８１のセル８２（図４で示した斜線部分）の自動検査を制御する（ＳＴ６）。
全ての検査エリアの検査を終了した際、全体制御部４９は、欠陥のクラス分類を行い（ＳＴ７）、分類結果を反映した形で検査結果を出力する（ＳＴ８）。
ウエハアンロードボタン１１３が押された際、全体制御部４９は、半導体ウエハ８０のアンロードを制御する（ＳＴ９）。

上述したように、検査エリアの設定が簡単にでき、検査を必要とする部分（エリア）のみ検査が実行されるので効率良く検査を行うことができる。
なお、図４で説明した検査エリアは、「左エッジからの距離Ｒ」と「右エッジからの距離Ｒ」と設定したが、「上部エッジからの距離Ｒ」と「下部エッジからの距離Ｒ」と設定してもよく、「上下左右のエッジからの距離Ｒ」としてもよい。要は、所望するエッジからの距離が指定されることにより、検査室２にロードされた半導体ウエハ８０の検査エリアを決定する（全体制御部４９が演算する）ことができればよい。

次に、検査エリアの設定における他の実施形態について説明する。
図７は、本発明の他の実施形態に係る半導体ウエハ９０におけるチップ内の検査エリア設定例を示すものである。本実施形態では半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒ以内の領域の検査が行われる。
半導体ウエハ９０の「外周からの距離Ｒ」が、ユーザによって操作部６の検査領域設定部１１０から入力される。このように半導体ウエハ９０の外周からの距離Ｒが設定されることにより、半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒの部分におけるチップ９１が検査対象となる。

図７においては、半導体ウエハ９０の外周からの距離Ｒに相当するチップ９１を、チップ（１）からチップ（１６）として番号を付して以下に説明する。すなわち、図７に示すようにチップ（１）からチップ（１６）までの１６個のチップ９１が検査エリアとなる。
さらに、チップ（１）では、半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒが図上点線で示すように線引きされるので、チップ（１）における４×４個のセル９２のうち外周から距離Ｒ内の９個のセル９２が斜線で示すように検査エリア内であり、７個のセル９２が白抜きで示すように検査エリア外となる。

チップ（４）では、半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒが図上点線で示すように線引きされるので、チップ（４）における４×４個のセル９２のうち半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒ内の７個のセル９２が斜線で示すように検査エリア内であり、９個のセル９２が白抜きで示すように検査エリア外となる。
チップ（８）では、半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒが図上点線で示すように線引きされるので、チップ（８）における４×４個のセル９２のうち半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒ内の８個のセル９２が斜線で示すように検査エリア内であり、８個のセル９２が白抜きで示すように検査エリア外となる。

チップ（１２）では、半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒが図上点線で示すように線引きされるので、チップ（１２）における４×４個のセル９２のうち半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒ内の８個のセル９２が斜線で示すように検査エリア内であり、８個のセル９２が白抜きで示すように検査エリア外となる。
チップ（２）, チップ（３）, チップ（５）, チップ（６）, チップ（７）, チップ（９）, チップ（１０）, チップ（１１）, チップ（１３）, チップ（１４）, チップ（１５）, チップ（１６）においても同様に半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒが図上点線で示すように線引きされるので検査エリア内のセル９２と検査エリア外のセル９２とが存在する。

次に、半導体ウエハ９０（被検査基板９）の外周から距離Ｒで設定される検査プロセスを図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、ユーザは、検査を開始するにあたりレシピ作成ボタン１０１を押して検査レシピを選択して入力する（ＳＴ１１）。検査レシピは、電子の加速電圧や電流といった一次電子線１９の設定条件、画像処理部５にて欠陥判定を行うためのパラメータ値、半導体ウエハ９０内のチップ９１の配置とチップ９１内のセル９２の配置からなるウエハレイアウト情報等である。
全体制御部４９は、これらの入力情報を画像表示部５６に表示し、これらの入力情報に基づいて基板検査装置１の全体を制御する。

前実施形態ではここで検査エリアを設定したが、本実施形態では後段のステップＳＴ１５で設定するようにしている。本実施形態においてもここで検査エリアの設定をすることは可能であり、例えば、本ステップＳＴ１１で設定した検査エリアを後段のステップＳＴ１５で変更することも可能である。
続いて、ウエハロードボタン１１２が押されることにより、全体制御部４９は、予備室（図示せず）から検査室２内に半導体ウエハ９０をロードする制御を行う（ＳＴ１２）。
検査室２への半導体ウエハ９０のロードが完了した際、全体制御部４９は、ステップＳＴ１１で入力された検査レシピの条件で一次電子線１９のビーム校正を行う（ＳＴ１３）。例えば、一次電子線の照射条件、変更補正量、基準座標の補正量、焦点パラメータの補正量等である。

続いて、光学顕微鏡像による粗アライメントと二次電子画像による精アライメントが実行される（ＳＴ１４）。全体制御部４９は、アライメント計測値に従って回転ステージ３３による半導体ウエハ８０の回転補正とＸ方向ずれ量とＹ方向ずれ量とを補正制御回路６１に登録する。
ステップＳＴ１４が終了した際、検査エリアの設定が行われる。
ユーザは、操作部６の検査領域設定部１１０から半導体ウエハ９０に対する検査エリアを設定する（ＳＴ１５）。

図９は、操作部６の検査領域設定部１１０からの検査エリア設定の入力画面を示すものである。すなわち、検査領域設定部１１０には、半導体ウエハ９０における「外周からの距離Ｒ」という設定がされる。全体制御部４９は、この検査エリアの設定に基づいて検査室２内の半導体ウエハ９０における検査エリアを演算し、この演算結果を補正制御回路６１に登録する。

ここで、全体制御部４９による検査エリアの演算について説明する。
以下に、各セル９２が外周から距離Ｒ以内であるかを判断するための計算式を示す。
次のように各パラメータを定義するが、これらのパラメータは、通常、検査レシピにて定義されているものである。
また、ここでの座標は半導体ウエハ９０の座標系であり、半導体ウエハ９０の中心を原点(０，０)とする。
原点チップの左下コーナ座標（ｍ，ｎ）
チップサイズ（Ａ，Ｂ）
該当チップ座標（Ｘ，Ｙ）
セルサイズ（ａ，ｂ）
チップ左下を原点としたチップ内の該当セル座標 (ｘ，ｙ)

このとき、該当セル中心の半導体ウエハの座標（Ｗｘ，Ｗｙ）は次の式で求められる。
Ｗｘ＝ｍ＋（Ａ×Ｘ）＋ｘ＋（ａ／２）
Ｗｙ＝ｎ＋（Ｂ×Ｙ）＋ｙ＋（ｂ／２）
セルの４つのコーナ内で半導体ウエハの中心に最も近いコーナと、半導体ウエハの中心の距離Ｒminは、
Ｒmin＝Ｓqrt[（｜Ｗｘ｜−ａ／２）²＋（｜Ｗｙ｜−ｂ／２）²｝
であり、半導体ウエハ９０の半径をＲwf、設定された半導体ウエハ９０の外周からの距離をＲとしたときに、
Ｒmin ＞（Ｒwf−Ｒ）
となるセルを検査セルとして設定する。
なお、セル９１の中心座標もしくはセル９１全体が外周から距離Ｒ以内であるセル９１のみを検査するように設定してもよい。

上述した計算式に基づいて全体制御部４９は検査室２内の半導体ウエハ９０における検査エリアを演算する。
検査エリアの設定が終了した際、検査時の明るさを調整するキャリブレーションの設定が行われる（ＳＴ１６）。キャリブレーションは、画像の明るさが検査レシピの設定値になるよう二次電子検出部７のプリアンプ２１のゲイン調整を行う。

続いて、全体制御部４９は、演算結果を登録した補正制御回路６１を用いて検査エリア（チップ（１）からチップ（１６））における半導体ウエハ９０の外周から距離Ｒ内にあるセル９２（図７で示した斜線部分）の自動検査を制御する（ＳＴ１７）。
全ての検査エリアの検査を終了した際、全体制御部４９は、欠陥のクラス分類を行い（ＳＴ１８）、分類結果を反映した形で検査結果を出力する（ＳＴ１９）。
ウエハアンロードボタン１１３が押された際、全体制御部４９は、半導体ウエハ８０のアンロードを制御する（ＳＴ２０）。

なお、上記実施形態ではステップＳＴ１５で検査エリアを設定したが、ステップＳＴ１１の検査レシピの選択入力の際に半導体ウエハ９０に対する検査エリアを設定するようにしてもよいことは上述した通りである。

次に、全体制御部４９に制御される検査プロセスにおける検査ストライプについて説明する。
図１０は、チップ９１における検査ストライプを示すもので、図７に示したチップ（１２）の例である。
左端と左から２番目のセル列では、縦に４個あるセル９２のうち１個のみが検査エリアのセル（斜線で表示）であり、その他は非検査エリアのセル（白抜きで表示）である。このため、検査ストライプ（１）,（２）,（３）,（４）のように検査エリアのセル（斜線で表示）の部分だけを走査することで検査を高速化する。同様に左から３番目のセル列では、検査ストライプ（５）,（６）のように２個の検査エリアのセル（斜線で表示）を走査する。同様に左から４番目（右端）のセル列では、４個全てのセルが検査エリアのセル（斜線で表示）のため、検査ストライプ（７）,（８）のようにチップ全体を走査する。

すなわち、全体制御部４９は、補正制御回路６１に演算結果を登録した際、演算結果に基づいて検査エリア内のチップ９１における検査対象（検査エリア内）のセル９２の走査方向及び走査順を計算して最適な検査ストライプを実行する。
なお、図４と図５のフローチャートで示した検査エリアにおいても、全体制御部４９は、補正制御回路６１に演算結果を登録した際、演算結果に基づいて検査エリア内のチップ８１における検査対象のセル８２の走査方向及び走査順を計算して最適な検査ストライプを実行する。

上述したように、検査エリアの設定が簡単にでき、検査を必要とする部分（外周から距離Ｒ）のみ検査が実行されるので効率良く検査を行うことができる。また、検査ストライプも無駄な動きを排して実行されるのでさらに効率良く検査を行うことができる。
なお、本実施の形態では半導体ウエハを用いたが、液晶等の微細な回路パターンを有する基板の検査へ応用することも可能である。

１…基板検査装置、２…検査室、３…電子光学系カラム（照射手段）、４…光学顕微鏡室、５…画像処理部、６…操作部、７…二次電子検出部、８…試料室、９…被検査基板、１０…電子銃、１１…引き出し電極、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング偏向器、１４…絞り、１５…走査偏向器、１６…対物レンズ、１７…反射板、１８…ＥｘＢ偏向器、１９…一次電子線、２０…二次電子検出器（検出手段）、２１…プリアンプ、２２…ＡＤ変換器、２３…光変換手段、２４…光伝送手段、２５…電気変換手段、２６…高圧電源、２７…プリアンプ駆動電源、２８…ＡＤ変換器駆動電源、２９…逆バイアス電源、３０…試料台、３１…Ｘステージ、３２…Ｙステージ、３３…回転ステージ、３４…位置モニタ測長器、３５…測定器、４０…光源、４１…光学レンズ、４２…ＣＣＤカメラ、４３…走査信号発生器、４４…対物レンズ電源、４５…記憶手段、４６…画像処理回路（比較手段、判別手段）、４７…欠陥データバッファ、４８…設定部、４９…全体制御部（演算手段、制御手段）、５５…マップ表示部、５６…画像表示部、５７…画像取得指示領域、５８…画像処理指示領域、５９…処理条件設定指示部、６０…モード切替え部、６１…補正制御回路、７０，８０，９０…半導体ウエハ、７１，８１，９１…チップ、７２，８２，９２…セル、１０３…レシピ作成ボタン、１１０…検査領域設定部（設定手段）、１１１…開始ボタン、１１２…ウエハロードボタン、１１３…ウエハアンロードボタン、１１７…終了ボタン。

Claims

複数チップの回路パターンが形成された基板表面に電子線を照射する照射手段と、該照射によって前記基板表面から発生する二次電子線を検出する検出手段と、該検出された信号を画像化して記憶する記憶手段と、該記憶された画像信号と他の同一基板の参照画像信号とを比較する比較手段と、該比較結果から欠陥を判別する判別手段とを備えた基板検査装置において、
基板表面を検査する際に基板が置かれるステージと、
前記ステージを移動する移動手段と、
前記基板表面の検査領域を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された基板表面の検査領域に基づいて前記ステージに置かれた基板表面の検査領域を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された演算結果に基づいて前記移動手段と前記照射手段が基板表面を照射する照射位置とを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
前記設定手段は、前記基板の左右もしくは上下のエッジからの距離が設定されることを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
前記設定手段は、前記基板の外周からの距離が設定されることを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
前記制御手段は、前記演算手段で演算された前記ステージに置かれた基板表面の検査領域におけるチップ毎に、前記移動手段で移動されるステージの移動方向を制御することを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
前記制御手段は、前記演算手段で演算された前記ステージに置かれた基板表面の検査領域におけるチップと、該チップが有する複数のセルのうち検査領域内のセルのみを照射する制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の基板検査装置。
前記制御手段は、前記演算手段で演算された前記ステージに置かれた基板表面の検査領域におけるチップが有する複数のセルのうち検査領域内のセルの走査方向と走査順を計算し、該計算結果に基づいて前記移動手段と前記照射手段が基板表面を照射する照射位置とを制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の基板検査装置。