JP2011102725A - Ｓｅｍを用いた欠陥検出方法とｓｅｍ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
レビューＳＥＭにおいて、目標とする欠陥を間違いなく検査する。
【解決手段】
欠陥検査装置が検出した欠陥から目的とする欠陥を選定し、その座標を取得し、レビューＳＥＭの視野を目的とする欠陥の座標に合わせてＳＥＭ像を撮像し、ＳＥＭ像中の欠陥を画面内の座標と共に検出し、欠陥検査装置が検出した欠陥と対応するＳＥＭ像中の欠陥を重ねるための座標調整値を求め、目的とする欠陥の調整した座標に合わせて、拡大ＳＥＭ像を撮像する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検査対象物の欠陥をレビューするＳＥＭを用いた欠陥検出方法とそれに用いるＳＥＭ装置に関する。

半導体装置や液晶表示装置の製造工程において、欠陥を検出してプロセスを管理することが行われる。例えば、まず、光学式欠陥検査装置がウエハ全面の欠陥を検出し、その位置、サイズ等をデータ化し、そのデータに基づき、レビューＳＥＭが拡大像を撮像し、詳細な観察を行う。新規に管理を行うとき等、欠陥の種類を認識する必要がある。アライメントパターンが存在しないサンプルなども多数存在する。欠陥検査装置の倍率とレビューＳＥＭの倍率は大きく異なり、座標精度は十分高いとはいえない。

欠陥検査装置が検出した欠陥をレビューＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察しようとする際、レビューＳＥＭは欠陥検査装置が検出しなかった小さな欠陥も多く検出することもある。レビューＳＥＭはその性質上、視野内の輝度の高い欠陥を認識しやすい。１つの輝度の高い欠陥とその近傍の輝度の低い２つの欠陥を観察しようとした時、輝度の高い欠陥を３回観察してしまうようなことも生じる。

特開２００３−１０６８２９号は、欠陥検査において、対象物のデジタル画像を、同一と期待される、例えば良品の、デジタル画像と比較し、差がある部分を欠陥として抽出し、抽出した欠陥部の画像データを欠陥の位置、寸法等の情報と共に記録媒体等に出力することを提案する。実施例においては、ＳＥＭ式欠陥検査装置に目視で確認するレビュー装置、欠陥確認装置が組み合わされている。

特開２００６−１４７９７７号は、欠陥検査情報に基づき、検出された欠陥をレビュー又は解析する際、レビュー対象領域の画像にマスク等に基づくフィルタをかけて、制限された画像データのみを取り込むことを提案する。不要な領域のレビューをなくし、レビュー精度の向上、レビュー時間の短縮が図れる。

特開２００６−１０５９４６号は、欠陥検査装置から欠陥の数、座標、サイズなどの情報を受け、レビューＳＥＭで表面の欠陥検査を行う際、ウエハ中央からウエハ外縁までのウエハの全面にＸＹ座標を設定し、製品ウエハの全面を検査できるようにし、検査結果を位置の座標と関連付けて記憶することを提案する。

特開２００９−２０４４４７号は、共通の真空容器内に複数の検査機構を具備し、検査機構間を一軸移動する一軸移動機構と一軸移動機構上に回転軸を有する回転ステージを設け、回転ステージで試料の検査位置を調整して合わせ、検査機構により試料の検査を行うことを提案する。

特開２００３−１０６８２９号公報、 特開２００６−１４７９７７号公報、 特開２００６−１０５９４６号公報、 特開２００９−２０４４４７号公報。

ＳＥＭにおいて、目標とする欠陥の検査の精度を向上させる。

実施例の１観点によれば、
欠陥検査装置が検出した欠陥から目的とする欠陥を選定し、その座標を取得し、
ＳＥＭの視野を前記目的とする欠陥の座標に合わせてＳＥＭ像を撮像し、
前記ＳＥＭ像中の欠陥を画面内の座標と共に検出し、
前記欠陥検査装置が検出した欠陥と対応する前記ＳＥＭ像中の欠陥を重ねるための座標調整値を求め、
前記目的とする欠陥の調整した座標に合わせて、拡大ＳＥＭ像を撮像する、
ＳＥＭを用いた欠陥検出方法
が提供される。

実施例の他の観点によれば、
欠陥検査装置から受けた欠陥座標に基づき、ＳＥＭ像を撮像するＳＥＭ機構と、
前記ＳＥＭ像をマップ化し、前記ＳＥＭ像中の欠陥の画面内座標を算出し、前記欠陥検査装置から受けた欠陥座標をマップ化し、両マップを重ね、調整した座標を算出する座標演算手段と、
前記調整した座標に基づき、前記ＳＥＭ機構に拡大ＳＥＭ像を撮像させる手段と、
を有するＳＥＭ装置
が提供される。

欠陥検査装置が検出した欠陥とＳＥＭが検出した欠陥をマップ化し、重ね合わせて座標調整を行うので、ＳＥＭ画面内で適正な座標が得られる。適正な座標に基づき、欠陥を間違いなく認識できる。

図１は、欠陥検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、レビューＳＥＭを用いた欠陥検出方法を示すフローチャートである。 図３Ａ−３Ｄは、欠陥検査装置の座標とレビューＳＥＭ座標の調整を概略的に示すダイアグラムである。 図４Ａは欠陥検査装置で得た３つの欠陥のイメージであり、図４Ｂは対応する領域を低倍率で撮像したＳＥＭ像である。 図５ＡはレビューＳＥＭの観察像の例を示すＳＥＭ像、図５Ｂは同一寸法の画面に欠陥検査装置で検出した欠陥の座標を示すダイアグラムである。 図６は、レビューＳＥＭを用いた欠陥検出方法の変形例を示すフローチャートである。

図１は、欠陥検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。例えば、光学式の欠陥検査装置１０は、対象とするウエハ全体の膜表面上の欠陥、膜中の欠陥、膜下の欠陥を検出する。検出された欠陥は、その座標、サイズ、画像等が、欠陥メモリ１１に蓄積される。レビューＳＥＭ２０は、欠陥検査装置１０から欠陥座標などの欠陥情報をバッファメモリ２１に受け、表示部２７、操作部２８を備えたＣＰＵ（中央演算装置）２２において目的とする欠陥を選定し、その座標をステージコントローラ２３に供給し、ＳＥＭ２４のＸＹステージ３３を駆動して、ウエハ３４の位置を調整する。

ＳＥＭ２４は、電子銃３１が発生する電子線をカラム３２で走査し、２次電子、反射電子などの信号をディテクタ３５で検出する。ＳＥＭ２４が検出する欠陥は，膜表面上の欠陥である。従って、欠陥検査装置が検出した欠陥の内、ＳＥＭ２４が検出できない欠陥もある。ＳＥＭ２４には補助的にウエハ表面を観察できる光学カメラ３６が設けられている。ディテクタ３５からの検出信号は、画像処理回路２５で処理されてデジタルデータ化される。

本実施例においては、座標演算ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２６が、ＳＥＭ像の座標と欠陥検査装置の座標の調整を行い、調整した座標を算出する。ＣＰＵ２２が全体の制御を行い、調整した座標をＳＥＭ制御回路３７に供給させ、電子ビームの位置を制御して目的とする欠陥の拡大ＳＥＭ像を撮像させ、分析を行って、欠陥を分類し、欠陥分類メモリ２９に欠陥情報を蓄積する。以下、この欠陥検出方法についてより詳細に説明する。

図２は、レビューＳＥＭを用いた欠陥検出方法のフローチャートである。ステップＳ１１において、欠陥検査装置を用いて欠陥を検出しその座標を検出する。なお、同時に欠陥のサイズや画像を得てもよい。

図３Ａは、欠陥検査装置の観察した視野内のイメージ例を示す。３つの欠陥Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が検出されている。このうち欠陥Ｄ１を目的とする欠陥としてその座標（ｘ１、ｙ１）を観察できるようにＸＹステージを移動し、電子線の走査位置を調整する。

ステップＳ１２において、レビューＳＥＭの中心座標を、目的とする欠陥の座標（ｘ１、ｙ１）に移動させる。但し、欠陥検査装置とレビューＳＥＭとは倍率も異なり、誤差が存在し、位置合わせ精度が十分高いとはいえない。

ステップＳ１３において、レビューＳＥＭは低倍率のＳＥＭ像を撮像し、ＳＥＭ像中の欠陥を検出する。

図３Ｂは、視野中心位置を（ｘ１、ｙ１）に調整した低倍率ＳＥＭ像のイメージ例を示す。座標精度が十分高くないため、中心位置（ｘ１、ｙ１）には欠陥が存在せず、その周囲に３つの欠陥が観察される。

図４Ａは、欠陥検査装置で得た３つの欠陥を含む画像例の写真である。はっきり目立つ欠陥１に対して、欠陥２、欠陥３は小さく目立たない。

図４Ｂは、低倍率のＳＥＭで対応領域を撮像したＳＥＭ像である。図４Ａの３つの欠陥に対応する３つの欠陥が認められるが、欠陥２、欠陥３は目立たず、新たに検出された多くの小さな欠陥と混在している。通常、レビューＳＥＭは、ＳＥＭ像中の輝度の高い欠陥を認識対象として拡大ＳＥＭ像を撮像する傾向がある。

このような場合、欠陥１、欠陥２、欠陥３を検出しようとしても、大きく目立つ欠陥１を３回撮像してしまうようなことが起きてしまう。本実施例では、このような誤動作を防ぐように、適正な座標を確立し、信頼性ある座標で指定した欠陥を間違いなく検出するようにする。

図２に戻って、ステップＳ１４において、レビューＳＥＭで検出した欠陥に対し、ＳＥＭ画面の中心から各欠陥までの座標（ｘ方向距離、ｙ方向距離）を算出する。この座標を用いてマップ１を作成する。当然ＳＥＭ像の倍率は考慮される。図３Ｂを、このようにして作成されたマップ１と考えることができる。ｘ軸方向、ｙ軸方向（方位角方向）には誤差がないものとして説明する。画面中心の座標が（ｘ１、ｙ１）であり、画面内の欠陥の座標が（ｘｐ、ｙｐ）であれば、調整した欠陥の座標は（ｘ１＋ｘｐ、ｙ１＋ｙｐ）となるであろう。

ステップＳ１５において、欠陥検査において検出した欠陥座標を用いて欠陥をマップ化し、マップ２を作成する。この際、座標誤差を考慮してＳＥＭ像に対応する領域の周囲に誤差以上の領域を含むようにマップ領域を選定する。マップ２の倍率はマップ１の倍率と同一にする。

図３Ｃが、このようにして作成されたマップ２の例を示す。図３Ｂのマップ１と図３Ｃのマップ２は同じ欠陥を含むことになる。

図２のステップＳ１６において、マップ１をマップ２に重ねる。

図３Ｄは、マップ１をマップ２上に配置した状態を示す。同じ欠陥Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３が存在することは明らかであるが、座標がずれている。座標を調整することにより、同じ欠陥は同じ位置に重なるようにできる。

方位各方向に誤差がない時は、平行移動によりマップ１をマップ２に重ねることができる。方位角方向の誤差を含む場合は、１つの欠陥を重ねた時、他の欠陥は重ならない。重ねた欠陥を中心としてマップ１を相対的に回転すれば、他の欠陥も重ねることができる。この時、欠陥検査装置とレビューＳＥＭに共通の座標を設定することができる。ＳＥＭ像中の各欠陥について、適正な座標を得ることができる。なお、目的とする１つの欠陥のみであれば、方位角方向の誤差は無視しても、拡大ＳＥＭ像を得ることはできる。

図２のステップＳ１７で欠陥検査の座標とＳＥＭ像の座標を調整する。ずれを修正するだけの座標調整値が得られる。

ステップＳ１４，Ｓ１５のマップ作成、ステップＳ１６，Ｓ１７の座標調整は、図１に示す座標演算ＰＣ２６が行う。

ステップＳ１８において、目的とする欠陥の座標を、調整した適正な座標に変更し、観察位置を設定する。

ステップＳ１９において、目的とする欠陥の拡大ＳＥＭ像を撮像する。欠陥の座標を正しく調整したので、目的とする欠陥を間違いなく観察することができる。

ステップＳ２０において、必要な元素分析なども行い、欠陥の種類を分類する。目的とする全ての欠陥を正しく観察、分析し、信頼性のある結果を得ることができる。

なお、ＳＥＭ観察は試料の表面のみを観察できる。光学式欠陥検査装置は、膜中や、膜下の欠陥も観察してしまう。ＳＥＭ観察可能な直近工程による膜上の欠陥のみを検出しようとすると欠陥検査装置の感度を下げる等の工夫も必要になる。このような作業を行うと、微小欠陥を検出できなくなる場合がある。ＳＥＭ観察において、欠陥検査では検出されなかった欠陥を検出する可能性も高い。欠陥検査で検出されず、レビューＳＥＭで見出された欠陥は、レビューＳＥＭで見出された欠陥であることを標識として付し、欠陥データにその位置、サイズ、イメージ等を蓄積することができる。

図５Ａは、レビューＳＥＭが認識した欠陥を示し、図５Ｂは対応する領域で欠陥検査装置が検出した欠陥座標を示す。欠陥検査で検出された欠陥はレビューＳＥＭにおいても検出されている。レビューＳＥＭにおいては、欠陥検査では検出されなかった多くの欠陥も検出されている。これらの欠陥からも有用な情報が得られる。

図６は、変形例による欠陥検出方法のフローチャートである。図２に示した実施例のフローチャート同様に、ステップＳ１１〜Ｓ１８迄を行い、調整した適正な座標を得る。

ステップＳ２１において、欠陥検査では検出されず、ＳＥＭで新たに検出された欠陥の座標を算出する。拡大ＳＥＭ像を撮像できる適正な座標である。

ステップＳ２２において、新たに検出された欠陥をランク分けし、検出感度に応じて、検出すべき欠陥を選定する。

ステップＳ１９の拡大ＳＥＭ像取得、ステップＳ２０の欠陥の種類認識を行い、ステップＳ２３で、ＳＥＭで検出したことを示す分類番号を付し、欠陥情報をデータファイルに蓄積する。必要に応じて、ステップＳ１９〜Ｓ２３を繰り返す。

必須ではないが、ステップＳ２４において、欠陥認識結果に基づき、感度を再調整した欠陥検査を再度行う。その後、図２のフローを行っても、図６のフローを行ってもよい。

１０ 欠陥検査装置、
１１ 欠陥メモリ、
２０ レビューＳＥＭ、
２１ バッファメモリ（欠陥座標）、
２２ ＣＰＵ、
２３ ステージコントローラ、
２４ ＳＥＭ、
２５ 画像処理回路、
２６ 座標演算ＰＣ、
２７ 表示部、
２８ 操作部、
２９ 欠陥分類メモリ、
Ｄ 欠陥、
Ｓ ステップ。

Claims (5)

1. 欠陥検査装置が検出した欠陥から目的とする欠陥を選定し、その座標を取得し、
   ＳＥＭの視野を前記目的とする欠陥の座標に合わせてＳＥＭ像を撮像し、
   前記ＳＥＭ像中の欠陥を画面内の座標と共に検出し、
   前記欠陥検査装置が検出した欠陥と対応する前記ＳＥＭ像中の欠陥を重ねるための座標調整値を求め、
   前記目的とする欠陥の調整した座標に合わせて、拡大ＳＥＭ像を撮像する、
   ＳＥＭを用いた欠陥検出方法。
2. 前記座標調整値を求める際、
   ＳＥＭ像中の欠陥の第１のマップを作成し、
   欠陥検査装置が検出した対応する欠陥の第２のマップを作成し、
   第２のマップに第１のマップを重ねあわせ、必要な座標調整値を求める、
   請求項１記載のＳＥＭを用いた欠陥検出方法。
3. 前記第２のマップは、前記第１のマップより位置合わせ誤差以上大きい請求項２記載のＳＥＭを用いた欠陥検出方法。
4. さらに、
   ＳＥＭ像中から新たな欠陥を検出し、その座標を算出し、
   拡大ＳＥＭ像を撮像し、
   ＳＥＭで検出した旨の表示と欠陥情報を送出する、
   請求項１〜３のいずれか１項記載のＳＥＭを用いた欠陥検出方法。
5. 欠陥検査装置から受けた欠陥座標に基づき、ＳＥＭ像を撮像するＳＥＭ機構と、
   前記ＳＥＭ像をマップ化し、前記ＳＥＭ像中の欠陥の画面内座標を算出し、前記欠陥検査装置から受けた欠陥座標をマップ化し、両マップを重ね、調整した座標を算出する座標演算手段と、
   前記調整した座標に基づき、前記ＳＥＭ機構に拡大ＳＥＭ像を撮像させる手段と、
   を有するＳＥＭ装置。