JP2011237375A

JP2011237375A - 欠陥検査方法及びその装置

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Publication number: JP2011237375A
Application number: JP2010111126A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hosoya; 直樹細谷; Toshifumi Honda; 敏文本田; Takashi Hiroi; 高志広井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High-Tech Corp
Current assignee: Hitachi High-Tech Corp
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: US8853628B2; JP5722551B2; US20130119250A1; WO2011142196A1

Abstract

【課題】
従来のパターン検査では、検査画像と参照画像とを比較し差分値に対して欠陥判定しきい値を用いて欠陥を検出する。欠陥は特定の回路パターン部にのみ発生するが、従来方法では位置によらない検査のため虚報が発生し、高感度検査が困難であった。
【解決手段】
予めＧＰ画像を取得し、ＧＰ画像に対して検査箇所及び閾値マップをＧＵＩ上で指定し、欠陥の識別基準を設定し、次に検査画像を取得し、検査画像に識別基準を適用し欠陥を識別することでパターン検査を行い高感度検査を可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの検査技術に関し、特に半導体ウェハ上に形成されたパターンの欠陥を検査するのに適した欠陥検査方法及びその装置に関するものである。

半導体ウェハに形成される回路パターンの微細化が進むにつれ、その製造工程で発生する欠陥が製品歩留まりに与える影響は大きくなってきており、製造段階においてそのような欠陥が発生しないように管理することはますます重要となっている。現在、半導体ウェハの製造現場では、一般的に、欠陥検査装置を用いて歩留り対策を行っている。半導体製造の量産ラインにおいては、製造プロセスにおける欠陥発生状態を正しくモニタリングする必要がある。そのため、可能な限り多くのウェハについて、欠陥検査装置による検査を行う必要がある。

欠陥検査装置とは、光学的な手段もしくは電子線を用いてウェハ表面の状態を画像化しその画像を自動処理することで、ウェハ上のどの位置に欠陥が存在するかを高速に調べるものである。このような欠陥検査装置では、その高速性が重要であるため、可能な限り取得する画像の画素サイズを大きく（つまり低解像度化）することによる画像データ量の削減を行っており、多くの場合、検出した低解像度の画像からは欠陥候補の存在は確認できても、その欠陥候補を詳細に判別することは難しい。

このような欠陥検査装置の機能等についての従来技術については特開２００３−６６１４号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１には、欠陥検査装置の構成、欠陥検査の機能並びに動作シーケンス等について記載されている。

また、各ダイにおいて予め定めた注目領域を電子線を用いた走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)で順次撮像して得た複数のＳＥＭ画像のそれぞれについて一つの画素値を取得し、欠陥判定しきい値と比較して欠陥を検出する定点検査の方法もある。このような方法の従来技術については特開２００５−１５０７２７号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００３−６６１４号公報特開２００５−１５０７２７号公報

半導体検査で検出したい欠陥として、プラグ形成工程におけるウェハ内部でのコンタクトホール導通不良等の電気的欠陥がある。この欠陥は光学式の検査装置では検出困難であるが、ＳＥＭでは電子線を照射することにより、正常に導通しているプラグと導通不良が発生しているプラグとでは明るさが異なる電位コントラスト像が得られるため、電気的欠陥を検出することが可能である。

一方、ＳＥＭ画像における明るさの差異は導通不良以外でも生じる場合があり、ウェハ表面の異物、僅かな電流のリーク、ノイズ等の検出したくない欠陥である。検出したい欠陥と検出したくない欠陥とは共にＳＥＭ画像上では明るさの差異となって現れるため、従来の欠陥検査装置では両方とも欠陥候補となり検出したい欠陥か否かを判別することは難しい。

半導体ウェハ上に形成された回路パターンの検査として、ウェハを走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)で撮像し、得られた画像を処理して回路パターンの欠陥を検出することが一般に行われている。ＳＥＭにおける撮像は，電子ビームを偏向させて半導体ウェハを走査し、ウェハから発生する２次電子、反射電子を検出器で取得して画像化する。ウェハ上には複数のダイが格子状に繰り返し配列されており、各ダイには同じ回路パターンが形成されるので、検査を行うために、各ダイの対応する部分の一つを検査画像とし、別の一つを参照画像として比較して欠陥を検出することが行われる。また、ダイの中のメモリマット部は複数のメモリセルが格子状に繰り返し配列されており、各メモリセルには同じ回路パターンが形成されるので、メモリセル同士で同様に比較検査が行われる。

上記目的を達成するため、本発明の検査方法及び検査装置では、メモリマットをＳＥＭで撮像して得たＳＥＭ画像を教示用画像として記憶手段に記憶させておき、別にメモリマットをＳＥＭで撮像して得たＳＥＭ画像を検査画像とし、記憶したＧＰ画像と検査画像とを比較して欠陥を検出するＧＰ(Golden Pattern)検査を行うようにした。

また、上記目的を達成するために、本発明では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で取得した画像を用いて試料の欠陥を検査する方法において、ＳＥＭで取得した画像を用いてをＧＰ画像を作成し、画面上で欠陥識別基準を設定し、前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得し、
前記設定した欠陥識別基準を用いて前記作成したＧＰ画像と検査画像との比較検査を行い、
該比較検査した結果を出力するようにした。

また、上記目的を達成するために、本発明では、欠陥検査装置を、試料を撮像して該試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、該ＳＥＭ手段を用いて取得した試料の画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示された前記試料の画像からＧＰ画像を作成するＧＰ画像作成手段と、前記ＳＥＭ手段を用いて取得した試料の画像から欠陥を識別するための欠陥識別基準を前記ＧＰ画像作成手段で作成されたＧＰ画像が表示されている表示手段上で設定する欠陥識別基準設定手段と、前記ＳＥＭ手段を用いて前記試料を撮像して取得した画像を前記欠陥識別基準設定手段で設定した欠陥識別基準を用いて前記ＧＰ画像作成手段で作成したＧＰ画像と比較検査して前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で前記試料上の欠陥を検出した結果を出力する出力手段とを備えて構成した。

本発明によれば、ＧＰ検査により、検出したい欠陥と検出したくない欠陥の中から、検出したい欠陥のみを検出する高感度な検査が可能となった。

実施例1における検査装置の概略の構成を示すブロック図である。実施例1におけるＧＰ検査を行う方法の手順を表すフロー図である。実施例1におけるＧＰ画像の平均化の概念の例を表す図である。実施例1で対象とする回路パターンの例を表すＳＥＭ画像の図である。実施例1における識別基準設定の概念の例を表すＳＥＭ画像の図である。実施例1における識別基準設定の概念の別の例を表すＳＥＭ画像の図である。実施例1における識別基準設定の概念の別の例を表すＳＥＭ画像の図である。実施例1における識別基準設定の概念の別の例を表すＳＥＭ画像の図である。実施例1における識別基準設定の概念の別の例を表すＳＥＭ画像を含むブロック図である。実施例1における識別基準設定の概念の別の例を表すＳＥＭ画像と調整ゲージの図である。実施例1におけるＧＰ検査を行うためのＧＵＩの例を表す表示画面の正面図である。実施例1におけるＧＰ検査を行うためのＧＵＩの例を表す表示画面の正面図である。実施例1におけるＧＰ検査を行うためのＧＵＩの例を表す表示画面の正面図である。実施例２における欠陥観察装置の概略の構成を示すブロック図である。実施例３における欠陥観察装置の概略の構成を示すブロック図である。実施例３におけるＧＰ検査を行うためのＧＵＩの別の例を表す表示画面の正面図である。

以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明をＳＥＭを用いた検査装置に適用した例を説明する。本実施例による検査装置の構成の例を図１に示す。この検査装置は、走作型電子顕微鏡で半導体ウェハを撮像して得た画像を画像処理回路で処理して欠陥の判定を行うものである。

検査装置は、走作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１００と、Ａ／Ｄ変換器１１０、画像処理手段１１１、ユーザインターフェース部１１２、記憶手段１１３、全体制御部１１４を備えて構成される。

走作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１００は、筐体１０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１０２と、電子線１０５を発射する電子線源１０４、電子線源１０４から発射された電子線１０５を偏向させる偏向器１０６、電子線１０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１０７、電子レンズ１０７でフォーカス位置を調整された電子線１０５が走査して照射された半導体ウェハ１０３から発生する二次電子１０８を偏向器１０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１０９を備えている。検出器１０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１１０によりデジタル画像信号に変換され、画像処理手段１１１に入力されて画像処理される。

上記した構成を備えたＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置を用いて試料である半導体ウェハ１０３を撮像する際は，電子線源１０４から発射された電子ビーム１０５を偏向器１０７でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させデンシレンズ１０７で収束させて、ステージ１０２によりＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１０３の表面に焦点を合わせて、ステージ１０２によるＹ方向への移動と同期させて走査する。このようにして電子ビーム１０５が照射され走査された半導体ウェハ１０３から発生した二次電子（反射電子も含む）子１０８を検出器１０９で検出しＡ/Ｄ変換器１１０でデジタル信号に変換して検査画像を得、画像処理手段１１１でこの検査画像を記憶しておいたＧＰ画像と比較して差異を抽出する画像処理を行い、欠陥を検出する。

上記した装置を用いて半導体ウェハ１０３上に形成されたメモリセルを検査画像とし、ＧＰ画像と比較して欠陥を検出するＧＰ検査を行う方法の手順の例を図２に示す。

まず、最初のウェハであるかを判断し(Ｓ２０１)、ＹＥＳの場合にはユーザインタフェース部１１２から検査対象ウェハの回路パターンのうちでメモリセルを含む領域を指定する（Ｓ２０２）。次に、検査対象ウェハについて、指定された領域をＳＥＭ１００を用いて撮像してＳＥＭ画像を取得して位置情報とともに記憶手段１１３に記憶する（Ｓ２０３）。次に、Ｓ２０３で取得されて記憶手段１１３に記憶されたＳＥＭ画像を用いて画像処理手段１１１においてＧＰ画像を作成する（Ｓ２０５）。次に、ＧＰ検査おいて欠陥を識別する識別基準を設定する（Ｓ２０４）。次に、検査対象ウェハについて、指定された領域と同一形状のパターンを含む領域をＳＥＭ１００を用いて順次撮像して複数のＳＥＭ画像を取得して位置情報とともに記憶手段１１３に記憶する（Ｓ２０８）。次に画像処理手段１１１においてＧＰ画像と記憶手段１１３に記憶されている複数の画像を欠陥識別基準を用いたＧＰ検査により順次比較検査して欠陥候補を検出し（Ｓ２０６）、この検出した欠陥候補から欠陥を抽出する（Ｓ２０７）。次に、その結果を出力する（Ｓ２０９）。

Ｓ２０８でＳＥＭ画像の取得が終わったウェハは、画像処理手段１１１と記憶手段１１３とでＳ２０８からＳ２０９までのステップの処理を実行している間にＳＥＭ式検査装置から搬出され、次の検査対象ウェハが搬入される。この搬入された検査対象ウェハはＳ２０１で最初のウェハではないと判断されてＳ２０８のＳＥＭ画像取得のステップが直ちに実行され、最初のウェハのときにＳ２０２で設定された領域の情報を用いてＳＥＭ画像が取得されて記憶手段１１３に記憶される。さらに、Ｓ２０６のＧＰ検査のステップに進み、最初のウェハを用いて作成されたＧＰ画像を用いてＧＰ検査が実行され、その後Ｓ２０７からＳ２０９までが順次実行される。

図２において、２枚目以降のウェハについてはＳ２０２〜Ｓ２０５のステップをスキップする処理フローを説明したが、Ｓ２０１の判定ステップを削除して、２枚目以降のウェハについてもそれぞれのウェハのＳＥＭ画像を用いて、それぞれのウェハごとにＳ２０５でＧＰ画像を作成しても良い。

Ｓ２０２、Ｓ２０８のＳＥＭ画像を取得するステップにおいてウェハから取得したＳＥＭ画像には、電子光学系の回路に発生する回路ノイズ等によって、ノイズ（以降、単にノイズと記す）が生じる。検査画像と参照画像とではノイズの発生状態が異なるため、検査・参照画像の比較の際に、ノイズの差異を虚報として検出してしまう。虚報を抑えるためには欠陥検出感度を下げることを余儀なくされ，実欠陥見逃しが発生してしまう場合がある。虚報を抑制し実欠陥見逃しを防ぐためには画像に生じるノイズを低減することが必要である。半導体のプロセスノードの微細化に伴い，より微小な欠陥を検出することが要求され、画像に生じるノイズの低減の必要性が高まる方向にある。

本発明では、画像に生じるノイズを低減するため、複数のメモリセルの画像を用いて、平均を算出して平均画像を作成し、これをＧＰ画像として用いることでＧＰ画像に生じるノイズを低減しても良い。

次に、ＧＰ画像の平均化の概念の例を図３に示す。ここで説明を簡単化するため１次元波形を用いて説明する。ＧＰ波形(1)３０１、ＧＰ波形(2)３０２、ＧＰ波形(3)３０３、ＧＰ波形(4)３０４は本来同一形状となるように形成された個々のメモリセルの画像信号であり基本的に同一である。各波形は画素サイズ毎にサンプリングしてデジタル画像化されるが、各波形の位相は互いにずれがあるため、波形間のサンプリング位置にはずれがある。そこでＧＰ画像の平均化の際には、位相のずれを考慮して一つのＧＰ波形に合成する。例えば、各参照画像の左端に、サンプリング点(1)３１１、サンプリング点(2)１３１２、サンプリング点(3)３１３、サンプリング点(4)３１４があり、一つのＧＰ波形１３０５に合成する際には、位相のずれを考慮して合成位置(1)３２１、合成位置(2)３２２、合成位置(3)３２３、合成位置(4)３２４に位置づけて平均画像を合成するのが望ましい。

上記では、メモリセル画像からＧＰ画像を作成したが、検査対象を半導体ウェハのロジック部とする場合は、繰り返し性が無い回路パターン画像からＧＰ画像を作成しても良い。また、繰り返し性が無い回路パターンでも、検査対象ウェハの各ダイの同一箇所には同一の回路パターンが存在するため、それらを用いて、平均を算出して平均画像を作成し、これをＧＰ画像として用いることでＧＰ画像に生じるノイズを低減しても良い。

上記に説明した実施例においては、取得した複数のＳＥＭ画像から平均画像を作成してＧＰ画像としていたが、取得した複数のＳＥＭ画像から一つの画像を抽出し、この抽出した画像をＧＰ画像としても良い。例えば、取得した複数の画像についてパターンエッジ信号の急峻さ（ｅｄｇｅｓｈａｒｐｎｅｓｓ：エッジシャープネス）やパターン幅を評価し、理想パターン（設計パターン）に最も近い画像を選択して、ＧＰ画像とすることができる。

[変形例１]
上記実施例では、メモリセル領域を撮像して得られたＳＥＭ画像をＧＰ画像としているが、検出したい欠陥はメモリセル領域の特定の回路パターン部のみに発生する場合がある。この場合、検査画像とＧＰ画像とをそのまま比較すると検出したくないノイズを欠陥候補として検出する可能性がある。例えば、図４に示すような穴４０１が並んでいる回路パターン４０２で、検出したい欠陥４０３はＳＥＭ画像上では穴の内側部分の明るさの違いであり、穴と穴との間の部分の明るさの違いは検出したくないノイズ４０４である場合が考えられる。そのまま比較するとノイズを欠陥候補として検出する可能性がある。

そこで、本で変形例１は、教示画像に対して検査箇所を指定して、検査箇所のみ検査しても良い。これによってノイズを欠陥候補として検出することを抑制する。

本変形例１における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本変形例１による識別基準設定の概念を図５に示す。ウェハを撮像して得られたＳＥＭ画像５０１上で、検査箇所を指定する。例えば、得られたＳＥＭ画像はユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。次に、ＧＵＩ画面１１２１上に表示されたＳＥＭ画像上で検査したい領域５０２を例えば矩形状にユーザが範囲指定する。検査箇所が表示されることで検査箇所の妥当性をユーザが確認することができる。ＳＥＭ画像上に同じパターン形状のメモリセルが複数ある場合は、各メモリセル上に前述の検査箇所を矩形状に自動設定する。Ｓ２０６のＧＰ検査のステップではこの検査箇所のみ検査を行う。

[変形例２]
上記変形例１では、検出したい欠陥は検査箇所の明るさの違いであるとしたが、検査箇所が明るくなる(白くなる)場合は検出したい欠陥であるが、検査箇所が暗くなる(黒くなる)場合は検出したくないノイズの場合がある。そのまま比較するとノイズを欠陥候補として検出する可能性がある。

そこで、本変形例２では、白くなる場合の欠陥検出閾値と黒くなる場合の欠陥検出閾値とを独立に指定しても良い。これによってノイズを欠陥候補として検出することを抑制する。

本変形例２における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本変形例２による識別基準設定の概念を図６に示す。例えば、指定された検査箇所６０１の白くなる場合の欠陥検出閾値(白閾値)と黒くなる場合の欠陥検出閾値(黒閾値)との調整ゲージ６０２をユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。次に、それぞれのゲージを指定したい閾値６０３にユーザが動かす。ＧＵＩ画面１１２１上にＳＥＭ画像に対応した白閾値と黒閾値との閾値マップ６０４を表示し、ユーザ指定に合わせて閾値マップが表示されることで閾値の妥当性をユーザが確認することができる。

[変形例３]
上記では、メモリマットが同じパターン形状のメモリセルの連続で構成されているものとしていたが、メモリセルのパターンとは異なる不規則パターンがメモリマットの中に含まれている場合がある。そのまま比較すると不規則パターンを欠陥候補として検出する可能性がある。

そこで、本変形例３では、不規則パターン箇所を指定して検査から除外しても良い。これによって不規則パターンを欠陥候補として検出することを抑制する。

本実施例における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本実施例による識別基準設定の概念を図６７に示す。ウェハを撮像して得られたＳＥＭ画像上で、不規則パターン箇所を指定する。例えば、得られたＳＥＭ画像７０１はユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。次に、ＧＵＩ画面１１２１上に表示されたＳＥＭ画像上で不規則パターン箇所７０２を例えば矩形状にユーザが範囲指定する。不規則パターン箇所が表示されることで妥当性をユーザが確認することができる。ＳＥＭ画像上に同じパターン形状の不規則パターンが複数ある場合は、各不規則パターン上に前述の矩形を自動設定する。Ｓ２０６のＧＰ検査のステップではこの不規則パターン箇所を除外して検査を行う。

[変形例４]
上記では、検出したい欠陥が発生する箇所がＳＥＭ画像上で明らかであるものとしていた。しかしながら、例えば、ダミーパターンのようにＳＥＭ画像上での見かけは実パターンと同様に見える形状でも、電気回路としては動作しないため、ダミーパターンで発生する欠陥候補は致命的でない場合がある。そのまま検査するとダミーパターンで欠陥を検出する可能性がある。

そこで、本変形例４では、設計情報を参照して注目領域を指定し、注目領域のみ検査しても良い。これによってダミーパターンを欠陥候補として検出することを抑制する。

本変形例４における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本変形例４による識別基準設定の概念を図８に示す。ウェハを撮像して得られたＳＥＭ画像上で、注目領域を指定する。例えば、得られたＳＥＭ画像はユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。また、それに対応する設計情報８０２をＳＥＭ画像８０１に重ねて表示８０３する。次に、ＳＥＭ画像上で注目領域８０４を例えば矩形状にユーザが範囲指定する。注目領域が表示されることで妥当性をユーザが確認することができる。Ｓ２０６のＧＰ検査のステップではこの注目領域を対象として検査を行う。

[変形例５]
また、欠陥か否かはわかってもＳＥＭ画像上で差異が生じる箇所が明確でない場合がある。この場合、検査箇所をあいまい指定することになり、そのまま検査するとノイズを欠陥候補としたり、実欠陥を見逃す可能性がある。

そこで、本変形例５では、ＧＰ画像上で正常か否かをユーザ教示して検査箇所指定の用いても良い。これによって、ノイズを欠陥候補としたり、実欠陥を見逃すことを抑制する。

本変形例５における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本変形例５による識別基準設定の概念を図９に示す。例えば、得られたＳＥＭ画像はユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。このＧＵＩ画面１１２１上に表示されたＳＥＭ画像９０１上で、正常かノイズか欠陥かをユーザが教示する。次にＳＥＭ画像９０１上で検査箇所を指定する。ＳＥＭ画像９０１上に複数ある同じパターン形状のメモリセル９０２上に検査箇所９０３が矩形状に自動設定される。次に、欠陥があるメモリセルの検査箇所で欠陥部９０４が検査箇所内に入るように矩形をユーザが調整する。ノイズがあるメモリセルの検査箇所でノイズ部９０５が検査箇所内に入らないように矩形をユーザが調整９０６する。検査箇所が表示されることで検査箇所の妥当性をユーザが確認することができる。Ｓ２０６のＧＰ検査のステップではこの検査箇所のみ検査を行う。

また、正常９０７、欠陥９０８、ノイズ９０９の教示画像の検査箇所の画素値を用いて、一般的に知られている正準分析等の手法により、欠陥識別基準を自動設定しても良い。

[変形例６]
上記では、検出したい欠陥は検査箇所の明るさの違いであるとしたが、検査箇所によっては検出したい欠陥の明るさレベルが異なる場合がある。そのまま比較すると検出したくない明るさレベルのノイズを欠陥候補として検出する可能性がある。

そこで、本変形例６では、検査箇所によって欠陥検出閾値を変えても良い。これによってノイズを欠陥候補として検出することを抑制する。

本変形例６における処理の全体のフローは上記で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０４の識別基準設定のステップの詳細な処理の内容が異なる。

本変形例６による識別基準設定の概念を図１０に示す。例えば、ＧＵＩ画面１１２１上に閾値マップ１００１を表示し、複数ある検査箇所１００２のそれぞれをユーザがクリックし、欠陥検出閾値の調整ゲージ１００３を指定したい閾値にユーザが動かす。これを検査箇所毎に繰り返すことによって、検査箇所により欠陥検出閾値を変えることができる。
また、上記では、不規則パターン箇所を検査から除外する実施例を示したが、図１０を用いて示した変形例６と同様に、不規則パターン箇所を別の検査箇所としてその欠陥検出閾値を、他の検査箇所の欠陥検出閾値と変えても良い。

本発明によるＧＰ検査を従来のセル比較検査やダイ比較検査と組み合わせて実行しても良い。セル比較はダイ上のメモリマットにおける繰り返しパターン同士で比較を行う。ダイ比較では一つのダイ画像をその前後のダイ画像と比較を行う。通常、セル比較に比べてダイ比較は欠陥検出感度が低いため、セル比較を行えない非繰り返しパターン部に対して行うのが一般的である。ＧＰ検査はダイ比較より欠陥検出感度が高いことが期待できる。そのため、従来のダイ比較が対象としている非繰り返し部の一部ないし全部をＧＰ検査に置き換えるのが望ましい。さらに、複数のメモリセルの画像を平均してＧＰ画像とした場合、セル比較より欠陥検出感度が高くなることも期待できる。そのため、従来のセル比較が対象としている繰り返し部の一部ないし全部をＧＰ検査に置き換えることも望ましい。

ＧＰ検査を行うためのＧＵＩの例を以下に示す。メモリセルを含む領域を指定するステップＳ２０２では、図１１に示すＧＵＩ画面１１０１上のＧＰ作成タブ１１０２をユーザがクリックすると、本画面が表示される。ウェハマップ１１０３にはウェハ上にダイ１１０４が格子状に配列されたチップレイアウト１１０５が表示される。ＧＵＩ画面１１０１上で、メモリセルを含む領域の設定に使用するダイ１１０６をユーザがダブルクリックすると図１２に示すダイマップ１２０１に遷移する。ダイマップ１２０１上でメモリセルを含む領域をユーザがドラッグするとドラッグした領域が矩形領域１２０２として表示される。

次に「画像取得」ボタン１２０３をユーザがクリックすると、全体制御部１１４でＳＥＭ１００のテーブル１０２を制御してＧＵＩ画面上で指定された矩形領域１２０２に対応する試料１０３上の箇所がＳＥＭ１００の撮像の視野に入るように位置決めされ、ＳＥＭ１００で試料１０３を撮像することにより矩形領域１２０２に対応する箇所の画像１２０４が取得され、位置情報とともに記憶される。

次に取得画像１２０４が表示される。取得画像１２０４をユーザが確認しユーザが登録ボタン１２０５をクリックすると取得画像１２０４がＧＰ画像として登録される。

次に欠陥識別基準を設定する。ここで、取得画像１２０４上で検査箇所１２０９をユーザがドラッグして指定しても良い。検査箇所１２０９について、比較検査の欠陥検出閾値を調整ゲージ１２０６をユーザがドラッグして設定する。設定した閾値の閾値マップ１２１０をＧＵＩ画面上に表示する。

次にＧＵＩ画面１１０１上の検査タブ１２０７をユーザがクリックすると、検査処理に遷移する。図１３で検査実行ボタン１３０１をユーザがクリックすると検査ウェハの画像１３０２が順次取得され、位置情報とともに記憶される。記憶された画像について比較検査で欠陥候補１３０３の検出、次いで欠陥抽出され、結果がウェハマップ１１０３上に出力される。

本発明をＳＥＭを用いた欠陥観察装置に適用した実施例を以下に説明する。欠陥観察装置は他の検査装置で検出した欠陥の位置情報を用いて欠陥のＳＥＭ画像を取得し、欠陥の観察・分類を行う装置であり、本発明で対象とする微細なパターンの形状観察や欠陥の検出に適している。

従来欠陥観察装置を用いて欠陥を観察する場合、観察対象の欠陥を含む領域を撮像して得たＳＥＭ画像と欠陥を含まない領域を撮像して得たＳＥＭ画像とを比較して差のある部分を欠陥として抽出しその画像を観察することを、観察対象の欠陥ごとに行っていた。

図１４に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置の構成の例を示す。欠陥観察装置は、電子線式顕微鏡１４００と、Ａ／Ｄ変換器１４１０、処理手段１４１１、ユーザインターフェース部１４１２、記憶手段１４１３、全体制御部１４１４を備えて構成される。

電子線式顕微鏡１４００は、筐体１４０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１４０２と、電子線１４０５を発射する電子線源１４０４、電子線源１４０４から発射された電子線１４０５を偏向させる偏向器１４０６、電子線１４０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１４０７、電子レンズ１４０７でフォーカス位置を調整された電子線１４０５が走査して照射された半導体ウェハ１４０３から発生する二次電子１４０８を偏向器１４０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１４０９を備えている。検出器１４０９で検出された二次電子１４０８は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１４１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１４１１に入力されて画像処理される。

上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め記憶手段１４１３に記憶された半導体ウェハ１４０３上の検査領域の位置情報に基づいて全体制御部１４１４はテーブル１４０２を駆動して半導体ウェハ１４０３上の検査領域がＳＥＭ１４００の検出器１４０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１４１４は電子線式顕微鏡１４００を制御してこの観察視野の内部で位置合わせパターン画像を取得し、予め登録した位置合わせパターン登録画像と比較して検査領域の位置を算出する。次にこの算出した検査領域の位置をＳＥＭ１４００で撮像して検査領域画像を取得し、予め登録したＧＰと画像処理手段１４１１で比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。抽出した欠陥の画像や欠陥を分類した結果は、ユーザインターフェース部１４１２の画面１４２１に表示される。

上記した装置を用いて半導体ウェハ上に形成されたメモリセルを検査画像とし、ＧＰ画像と比較して欠陥を検出するＧＰ検査を行う方法の手順の例は図２と同様である。また実施例１及びその変形例を図３〜１０を用いて説明した内容についてもＳＥＭを用いた検査装置と同様に適用することができる。

本実施例において、ＧＰ検査を行うためのＧＵＩは、図１１乃至図１３を用いて実施例１で説明したものと同様である。

図１５に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置の構成の別の実施例を示す。図１５の欠陥観察装置は、実施例２で説明した図１４の欠陥観察装置の構成に、１対の反射電子検出器１５２１Ｌと１５２１Ｒを加えたものである。１対の反射電子検出器１５２１Ｌと１５２１Ｒは互いに異なる方向に設置されており、好ましくはビームの照射位置に対して点対称の関係で設置する（以下、これを左側反射電子検出器（反射電子検出器Ｌ），右側反射電子検出器(反射電子検出器Ｒ）と記す)。図では、反射電子検出器を１５２１Ｌと１５２１Ｒと２つ備えた例を示したが、これは数を減らすことも、あるいは増やすことも可能である。

図１５に示した欠陥観察装置は、電子線式顕微鏡１５００と、Ａ／Ｄ変換器１５１０、画像処理手段１５１１、ユーザインターフェース部１５１２、記憶手段１５１３、全体制御部１５１４を備えて構成される。

電子線式顕微鏡１５００は、筐体１５０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１５０２と、電子線１５０５を発射する電子線源１５０４、電子線源１５０４から発射された電子線１５０５を偏向させる偏向器１５０６、電子線１５０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１５０７、電子レンズ１５０７でフォーカス位置を調整された電子線１５０５が走査して照射された半導体ウェハ１５０３から発生する二次電子１５０８を偏向器１５０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１５０９及び電子線１５０５が走査して照射された半導体ウェハ１５０３からの反射電子を検出する１対の反射電子検出器１５２１Ｌと１５２１Ｒとを備えている。検出器１５０９で検出された二次電子と、反射電子検出器１５２１Ｌ及び１５２１Ｒで検出された反射電子１５２２は、それぞれ電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１５１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１５１１に入力されて画像処理される。

上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め記憶手段１５１３に記憶された半導体ウェハ１５０３上の検査領域の位置情報に基づいて全体制御部１５１４はテーブル１５０２を駆動して半導体ウェハ１５０３上の検査領域が電子線式顕微鏡１５００の検出器１５０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１５１４は電子線式顕微鏡１５００を制御してこの観察視野の内部で位置合わせパターン画像を取得し、予め登録した位置合わせパターン登録画像と比較して検査領域の位置を算出する。次にこの算出した検査領域の位置を電子線式顕微鏡１５００で撮像して検査領域の２次電子画像と反射電子画像を取得し、予め登録したＧＰと比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。抽出した欠陥の画像や欠陥を分類した結果は、ユーザインターフェース部１５１２の画面１５１２１に表示される。

この場合、ＧＰ画像は２次電子画像と反射電子画像とのそれぞれに対応して設けるのが望ましい。また、上記で説明した閾値マップも２次電子画像と反射電子画像とのそれぞれに対応して設けるのが望ましい。

上記した装置を用いて半導体ウェハ上に形成されたメモリセルを検査画像とし、ＧＰ画像と比較して欠陥を検出するＧＰ検査を行う方法の手順の例は図２と同様である。また図３〜１０などを用いて説明した内容についてもＳＥＭを用いた検査装置と同様に適用することができる。

ＧＰ検査を行うためのＧＵＩは実施例１で説明したものと同じであり、図１１に示したＧＵＩ画面１１０１上の「ＧＰ作成」タブ１１０２をユーザがクリックすると、本画面が表示される。ウェハマップ１１０３にはウェハ上にダイ１１０４が格子状に配列されたチップレイアウト１１０５が表示される。ＧＵＩ画面１１０１上で、メモリセルを含む領域の設定に使用するダイ１１０６をユーザがダブルクリックすると図１６に示すダイマップ１２０１に遷移する。ダイマップ１２０１上でメモリセルを含む領域をユーザがドラッグするとドラッグした領域が矩形領域１２０２として表示される。

次に「画像取得」ボタン１６０３をユーザがクリックすると、全体制御部１５１４でＳＥＭ１５００のテーブル１５０２を制御してＧＵＩ画面上で指定された矩形領域１２０２に対応する試料１５０３上の箇所がＳＥＭ１５００の撮像の視野に入るように位置決めされ、ＳＥＭ１５００で試料１５０３を撮像することにより矩形領域１２０２に対応する箇所の画像１６０４が取得され、位置情報とともに記憶される。

次に図１６のように取得画像１６０４、取得画像Ｌ１６０４Ｌ、取得画像Ｒ１６０４Ｒが表示される。取得画像１６０４、取得画像Ｌ１６０４Ｌ、取得画像Ｒ１６０４Ｒをユーザが確認しユーザが登録ボタン１６０５をクリックすると取得画像１６０４、取得画像Ｌ１６０４Ｌ、取得画像Ｒ１６０４ＲがＧＰ画像として登録される。

次に欠陥識別基準を設定する。ここで、取得画像１６０４上で検査箇所１６０９をユーザがドラッグして指定しても良い。取得画像Ｌ１６０４Ｌ、取得画像Ｒ１６０４Ｒ上には検査箇所１６０９に対応する検査箇所Ｌ１６０９Ｌ、検査箇所Ｒ１６０９Ｒが表示される。検査箇所１６０９、検査箇所Ｌ１６０９Ｌ、検査箇所Ｒ１６０９Ｒについて、比較検査の欠陥検出閾値を調整ゲージ１６０６、調整ゲージＬ１６０６Ｌ、調整ゲージＲ１６０６Ｒをそれぞれユーザがドラッグして設定する。設定した閾値の閾値マップ１６１０、閾値マップＬ１６１０Ｌ、閾値マップＲ１６１０ＲをＧＵＩ画面上に表示する。

１００・・・電子線式顕微鏡１０１・・・筐体１０２・・・テーブル１０３・・・半導体ウェハ１０４・・・電子線源１０５・・・電子線１０６・・・偏向器１０７・・・電子レンズ１１０・・・Ａ／Ｄ変換器１１１・・・処理手段１１２・・・ユーザインターフェース部１１３・・・記憶手段、１１４・・・全体制御部５０２・・・調整ゲージ８０２・・・メモリセル９０１・・・ＧＵＩ画面９０２・・・ＧＰ作成タブ９０３・・・ウェハマップ９０４・・・ダイ９０５・・・チップレイアウト１００１・・・ダイマップ１００５・・・登録ボタン１００６・・・調整ゲージ１００６Ｌ・・・調整ゲージＬ１００６Ｒ・・・調整ゲージＲ１００７・・・検査タブ１００８・・・検査実行ボタン１００９・・・検査箇所１００９Ｌ・・・検査箇所Ｌ１００９Ｒ・・・検査箇所Ｒ１１０１・・・検査実行ボタン１１２１・・・ＧＵＩ画面１２０３・・・調整ゲージ１５０１・・・反射電子検出器１５０１Ｌ・・・反射電子検出器１５０１Ｒ・・・反射電子検出器１７０１・・・電子線源１７０２・・・電子線１７０３・・・偏向器１７０４・・・対物レンズ１７０５・・・半導体ウェハ１７０６・・・ステージ１７０８・・・検出器１７０９・・・Ａ／Ｄ変換器１７１０・・・画像処理回路１７１１・・・検出条件制御部１７１２・・・画像処理制御部１７１３・・・全体制御部１７１４・・・データ記憶部１７１５・・・ユーザインターフェース部。

Claims

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で取得した画像を用いて試料の欠陥を検査する方法であって、
ＳＥＭで取得した画像を用いてをＧＰ画像を作成するステップと、
画面上で欠陥識別基準を設定するステップと、
前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得するステップと、
前記設定した欠陥識別基準を用いて前記作成したＧＰ画像と検査画像との比較検査を行うステップと、
該比較検査した結果を出力するステップと
を行うことを特徴とする欠陥検査方法。
前記ＧＰ画像を作成するステップにおいて、画面上で指定された検査対象試料上の領域を前記ＳＥＭで撮像し、該撮像して得た画像を用いてＧＰ画像を作成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
前記ＧＰ画像を作成するステップにおいて、画面上で指定された検査対象試料上の領域を前記ＳＥＭで撮像し、該撮像して得た複数の画像を平均化して得られた画像からＧＰ画像を作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査方法。
欠陥識別基準を設定するステップにおいて、該欠陥識別基準を前記ＧＰ画像が表示されている画面上で設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得するステップにおいて、前記画面上で指定された領域又は前記画面上で指定された領域と同じ形状のパターンが形成された領域について前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得するステップにおいて、前記画面上で指定された領域又は前記画面上で指定された領域と同じ形状のパターンが形成された領域を除外して前記ＳＥＭを用いて検査画像を取得することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の欠陥検査方法。
試料を撮像して該試料の画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、
該ＳＥＭ手段を用いて取得した試料の画像を表示する画面を有する表示手段と、
該表示手段に表示された前記試料の画像からＧＰ画像を作成するＧＰ画像作成手段と、
前記ＳＥＭ手段を用いて取得した試料の画像から欠陥を識別するための欠陥識別基準を前記ＧＰ画像作成手段で作成されたＧＰ画像が表示されている表示手段上で設定する欠陥識別基準設定手段と、
前記ＳＥＭ手段を用いて前記試料を撮像して取得した画像を前記欠陥識別基準設定手段で設定した欠陥識別基準を用いて前記ＧＰ画像作成手段で作成したＧＰ画像と比較検査して前記試料上の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
該欠陥検出手段で前記試料上の欠陥を検出した結果を出力する出力手段と、
前記ＳＥＭ手段と前記表示手段と前記ＧＰ画像作成手段と前記欠陥識別基準設定手段と前記欠陥検出手段と前記出力手段とを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
前記ＧＰ画像作成手段は、前記表示手段の画面上で指定された検査対象試料上の領域を前記ＳＥＭで撮像して得た画像からＧＰ画像を作成することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
前記ＧＰ画像作成手段は、前記表示手段の画面上で指定された検査対象試料上の領域を前記ＳＥＭで撮像して得た複数の画像を平均化して得られた画像からＧＰ画像を作成することを特徴とする請求項７又は８に記載の欠陥検査装置。
欠陥識別基準設定手段は、前記ＧＰ画像作成手段で作成されたＧＰ画像が表示されている前記表示手段の画面上で欠陥識別基準を設定することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置。
前記制御手段は、前記ＳＥＭ手段を制御して、前記表示手段の画面上で指定された領域又は前記表示手段の画面上で指定された領域と同じ形状のパターンが形成された領域の検査画像を取得することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置。
前記制御手段は、前記ＳＥＭ手段を制御して、前記表示手段の画面上で指定された領域又は前記表示手段の画面上で指定された領域と同じ形状のパターンが形成された領域を除外して検査画像を取得することを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置。