JP2013247284A - 半導体装置の検査装置及び半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの欠陥を撮像する際のフォーカシングの精度及びスループットの両立を図る。
【解決手段】半導体装置の検査装置は、半導体ウェハの欠陥の位置座標を含む領域内におけるパターンの密度を算出する算出手段と、算出されたパターンの密度に応じたフォーカシング条件を選択する選択手段と、選択されたフォーカシング条件によってフォーカシングを行う撮像手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の検査装置及び半導体装置の検査方法に関する。

近年における半導体装置の開発、製造は、歩留まりの短期的改善が要求されている。インライン検査を行い、半導体装置が形成された半導体ウェハにどのような欠陥が発生しているかを早期に把握し、歩留まりの短期的改善が行われている。半導体ウェハの欠陥を検出するツールとして、ＢＦ（Bright Field）欠陥検査装置、ＤＦ（Dark Field）欠陥検査装置、ＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scanning Electron Microscope）装置等がある。ＤＲ−ＳＥＭ装置は、半導体ウェハの欠陥を高速で自動撮像する機能を備えており、歩留まりの短期的改善に寄与する。

特開２００７−３０５７６０号公報 特開２００８−２７５６４７号公報

半導体ウェハの欠陥を撮像する際、半導体ウェハ上に形成されたパターンの有無や疎密に応じたフォーカシング（焦点合わせ）が行われないと、フォーカシングが失敗したり、フォーカシングのスループットが低下したりする。半導体ウェハ上にパターンが形成されていない領域を撮像する際、フォーカシングのスループットを優先すると、フォーカシングの精度が低下し、フォーカシングが失敗する場合がある。半導体ウェハ上に形成されたパターンが密になっている領域を撮像する際、フォーカシングの精度を優先すると、フォーカシングのスループットが低下する。半導体ウェハの欠陥はランダムで発生している。そのため、半導体ウェハの欠陥は、半導体ウェハ上にパターンが形成されていない領域や半導体ウェハ上に形成されたパターンが密になっている領域等の様々な領域に存在する。したがって、半導体ウェハの欠陥が存在する様々な領域に応じたフォーカシングを行うことが要求されている。本件は、半導体ウェハの欠陥を撮像する際のフォーカシングの精度及びスループットの両立を図る技術を提供する。

本開示の一観点による半導体装置の検査装置は、半導体ウェハの欠陥の位置座標を含む領域内におけるパターンの密度を算出する算出手段と、前記算出されたパターンの密度に応じたフォーカシング条件を選択する選択手段と、前記選択されたフォーカシング条件によってフォーカシングを行う撮像手段と、を備える。

本開示によれば、半導体ウェハの欠陥を撮像する際のフォーカシングの精度及びスループットの両立を図ることができる。

図１は、実施例１に係る半導体装置の検査装置を有する半導体装置の検査システムの構成を示す図である。 図２Ａは、実施例１に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。 図２Ｂは、実施例１に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。 図３は、フォーカスモード（フォーカシング条件）の一例である高速モード、通常モード及び低速モードの説明図である。 図４は、パターン密領域におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。 図５は、パターン無し領域におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。 図６は、パターン疎領域におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。 図７は、フォーカスモード（フォーカシング条件）の一例である高速モード、通常モード及び低速モードの性能の説明図である。 図８は、ウェハプロセスのゲート加工後の限定リファレンス画像を示す図である。 図９は、図８の点線Ａ−Ａ’の部分のグレースケール値を示したグラフである。 図１０は、抽出した白画像と黒画像とを合成することにより作成された２値リファレンス画像を示す図である。 図１１は、欠陥候補画像、リファレンス画像及び２値リファレンス画像の一例を示す図である。 図１２は、欠陥候補画像、リファレンス画像及び２値リファレンス画像の一例を示す図である。 図１３は、欠陥候補画像、リファレンス画像及び２値リファレンス画像の一例を示す図である。 図１４は、実施例１に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。 図１５は、リファレンス画像の説明図である。 図１６Ａは、実施例２に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。 図１６Ｂは、実施例２に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。 図１７は、実施例２に係る制御装置の機能構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本実施形態に係る半導体装置の検査装置及び半導体装置の検査方法について説明する。以下の実施例の構成は例示であり、本実施形態に係る半導体装置の検査装置及び半導体装置の検査方法は実施例の構成に限定されない。

本実施形態に係る半導体装置の検査装置１及び半導体装置の検査方法の第１の実施例（実施例１）について説明する。

図１は、実施例１に係る半導体装置の検査装置（欠陥検査装置）１を有する半導体装置の検査システムの構成を示す図である。図１に示すように、半導体装置の検査システムは、半導体装置の検査装置１及び欠陥検出装置１１を有する。

欠陥検出装置１１は、半導体ウェハ（半導体基板）５における欠陥と推測される部分（以下、欠陥推測部分）を検出し、検出された欠陥推測部分の位置座標データを算出する。欠陥検出装置１１として、例えば、光学顕微鏡を有する光学式検査装置（暗視野検査装置及び明視野検査装置等）やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式検査装置を用いてもよい。

半導体ウェハ５の表面（上面）には、トランジスタ等の機能素子、コンデンサ等の受動素子及び配線層等によって半導体チップ（半導体装置）が形成される。半導体ウェハ５には、複数の半導体チップがアレイ状に形成される。本実施形態では、欠陥検出装置１１によって検出された半導体ウェハ５における欠陥推測部分の位置座標データを第１欠陥位置座標データと表記する。

第１欠陥位置座標データは、検出された欠陥推測部分が存在する半導体チップのチップ番号と、第１欠陥位置座標とを含む。チップ番号は、半導体チップを特定する番号である。第１欠陥位置座標は、半導体ウェハ５における欠陥推測部分の位置を特定する座標である。また、第１欠陥位置座標は、半導体チップにおける欠陥推測部分の位置を特定する座標であってもよい。

欠陥検出装置１１は、検査対象となる一の半導体チップと、一の半導体チップに隣接する他の半導体チップとを比較することにより、一の半導体チップに欠陥が存在しているか否かを判定する。欠陥検出装置１１は、一の半導体チップと、一の半導体チップに隣接する複数の半導体チップとを比較してもよい。

半導体装置の検査装置１は、記憶装置２、制御装置３及び撮像装置４を有する。記憶装置２は、ハードディスク駆動装置やメモリ等である。メモリは、例えば、揮発性のＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）である。

制御装置３は、撮像装置４の制御を含む半導体装置の検査装置１全体の制御を行う。制御装置３は、マイクロプロセッサ又はＣＰＵ（Central Processing Unit）等の１又は複
数のプロセッサと、プロセッサの処理に利用される周辺回路（ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース回路等）と、を有する。制御装置３は、記憶装置２に記憶されているプログラムを実行するとともに、各種データについての演算と各構成の制御とを実行することにより、半導体装置の検査装置１の処理を実行する。

撮像装置４は、制御装置３の制御の下、半導体ウェハ５を撮像する。撮像装置４は、ステージ（載置台）４０、電子源（電子銃）４１、コンデンサレンズ４２、対物レンズ４３、走査コイル（偏向器）４４、オートフォーカスセンサ４５、検出器４６及び信号処理装置４７を有する。撮像装置４として、例えば、ＳＥＭを用いることができる。

ステージ４０には、検査対象である半導体ウェハ５が載置される。ステージ４０は、半導体ウェハ５を水平方向に移動可能なＸステージ（図示せず）及びＹステージ（図示せず）と、半導体ウェハ５を垂直方向に移動可能なＺステージ（図示せず）を有する。電子源４１は、ステージ４０に載置された半導体ウェハ５に照射される電子線を発生する。コンデンサレンズ４２は、電子源４１から発生した電子線を収束するレンズである。対物レンズ４３は、焦点距離を調整するレンズである。走査コイル４４は、電子線を偏向するレンズである。

オートフォーカスセンサ４５は、半導体ウェハ５に対して斜めに検出光を照射する照射部４８と、半導体ウェハ５からの反射光を受光する受光部４９とを有している。オートフォーカスセンサ４５は、半導体ウェハ５のフォーカス位置の像面（ベストフォーカス位置）からのずれ量に応じて変化するフォーカス信号を出力する。オートフォーカスセンサ４５から出力されるフォーカス信号は、制御装置３に入力される。

検出器４６は、半導体ウェハ５上に形成された半導体チップから放出される２次電子を捕捉する。検出器４６は、一の箇所で２次電子を捕捉してもよいし、複数の箇所で２次電
子を捕捉してもよい。信号処理装置４７は、検出器４６によって捕捉される２次電子を画像信号に変換し、画像信号を制御装置３に入力する。制御装置３は、画像信号に基づいて、半導体ウェハ５（半導体チップ）の画像を作成する。

欠陥検出装置１１による検出処理及び半導体装置の検査装置１による検査処理は、半導体ウェハ５に対する半導体チップの形成が完成した段階のみならず、半導体ウェハ５に半導体チップを形成する各段階において適宜行われる。

例えば、欠陥検出装置１１による検出処理及び半導体装置の検査装置１による検査処理は、素子分離領域（図示せず）を形成した後、ゲート（図示せず）を形成した後、導体プラグ（図示せず）を形成した後等に適宜行われる。また、例えば、欠陥検出装置１１による検出処理及び半導体装置の検査装置１による検査処理は、配線（図示せず）を形成した後、コンタクトホールを形成した後等に適宜行われる。最終的に半導体ウェハ５に複数の半導体チップが形成された後には、スクライブライン（図示せず）に沿って半導体ウェハ５の切断が行われ、半導体チップが個片化される。

〈半導体装置の検査方法の処理フロー〉
次に、実施例１に係る半導体装置の検査方法について図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、実施例１に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。

まず、図２ＡのＳ１０１の処理において、半導体ウェハ５が、半導体装置の検査装置１のステージ４０上に載置される。次に、図２ＡのＳ１０２の処理において、制御装置３は、欠陥検出装置１１から第１欠陥位置座標データを取得する。

次いで、図２ＡのＳ１０３の処理において、制御装置３は、第１欠陥位置座標データに基づいて、ステージ４０を駆動し、半導体ウェハ５を所定位置に移動する。

次に、図２ＡのＳ１０４の処理において、制御装置３は、撮像装置４の撮像倍率を第１の倍率に設定する。欠陥検出装置１１と半導体装置の検査装置１とはステージ精度に誤差がある。そのため、第１欠陥位置座標データに基づいて欠陥推測部分を撮像する際、撮像装置４の撮像倍率を高倍率に設定すると、欠陥推測部分が撮像装置４の撮像範囲（撮像視野）から外れる場合がある。そこで、第１欠陥位置座標データに基づいて欠陥推測部分を撮像する際、撮像倍率を低倍率に設定し、欠陥推測部分が撮像装置４の撮像範囲に入るようにする。したがって、第１の倍率は、欠陥推測部分が撮像装置４の撮像範囲に入る低倍率とし、例えば、第１の倍率を１万倍としてもよい。

図２ＡのＳ１０４の処理において、制御装置３は、フォーカスモード（フォーカシング条件）を撮像装置４に設定する。図２ＡのＳ１０４の処理において、撮像装置４は、設定されたフォーカスモードによってフォーカシングを行う。

フォーカスモード（フォーカシング条件）の一例である高速モード（第１モード）、通常モード（第２モード）及び低速モード（第３モード）について説明する。図３は、フォーカスモード（フォーカシング条件）の一例である高速モード、通常モード及び低速モードの説明図である。

図３に示すように、高速モードは、計測ポイント数が少であり、スループットが高である。図３に示すように、通常モードは、計測ポイント数が中であり、スループットが中である。図３に示すように、低速モードは、計測ポイント数が多であり、スループットが低である。図３に示す計測ポイント数は、撮像装置４によるフォーカシング（焦点合わせ）
の回数である。図３に示すスループットは、フォーカシングのスループットである。

撮像装置４が、高速モードによってフォーカシングを行う場合、高速モードの計測ポイント数は、通常モード及び低速モードの計測ポイント数よりも少ない。そのため、高速モードにおけるフォーカシングのスループットは、通常モード及び低速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも高い。

撮像装置４が、通常モードによってフォーカシングを行う場合、通常モードの計測ポイントは、高速モードの計測ポイント数よりも多いが、低速モードの計測ポイント数よりも少ない。そのため、通常モードにおけるフォーカシングのスループットは、高速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも低いが、低速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも高い。

撮像装置４が、低速モードによってフォーカシングを行う場合、低速モードの計測ポイント数は、高速モード及び通常モードの計測ポイント数よりも多い。そのため、低速モードにおけるフォーカシングのスループットは、高速モード及び通常モードにおけるフォーカシングのスループットよりも低い。

図４は、半導体ウェハ５上に形成されたパターンが密になっている領域（以下、パターン密領域と表記する。）におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。図４の縦軸は、フォーカス信号の信号強度を示している。図４の横軸は、撮像装置４によるフォーカシングの際のフォーカス値を示しており、フォーカス値の中央の値（０）がフォーカスずれの無いベストフォーカスである。図４における黒点の数は、計測ポイント数を示している。パターン密領域の場合、フォーカス信号の信号強度は強いため、フォーカスずれを調整するための計測ポイント数は少なくてよい。

図５は、半導体ウェハ５上にパターンが形成されていない領域（以下、パターン無し領域と表記する。）におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。図５の縦軸は、フォーカス信号の信号強度を示している。図５の横軸は、撮像装置４によるフォーカシングの際のフォーカス値を示しており、フォーカス値の中央の値（０）がフォーカスずれの無いベストフォーカスである。図５における黒点の数は、計測ポイント数を示している。パターン無し領域の場合、フォーカス信号の信号強度は弱いため、フォーカスずれを調整するための計測ポイント数は多くなる。

図６は、半導体ウェハ５上に形成されたパターンが疎になっている領域（以下、パターン疎領域と表記する。）におけるフォーカス信号の信号強度と、フォーカス値との関係を示す図である。図６の縦軸は、フォーカス信号の信号強度を示している。図６の横軸は、撮像装置４によるフォーカシングの際のフォーカス値を示しており、フォーカス値の中央の値（０）がフォーカスずれの無いベストフォーカスである。図６における黒点の数は、計測ポイント数を示している。パターン疎領域の場合、フォーカス信号の信号強度は、パターン密領域のフォーカス信号の信号強度とパターン無し領域のフォーカス信号の信号強度との間になる。パターン疎領域の場合、フォーカスずれを調整するための計測ポイント数は、パターン密領域のフォーカスずれを調整するための計測ポイント数とパターン無し領域のフォーカスずれを調整するための計測ポイント数との間になる。

図７は、フォーカスモード（フォーカシング条件）の一例である高速モード、通常モード及び低速モードの性能の説明図である。まず、図７に示す高速モードの性能について説明する。撮像装置４が、高速モードによってフォーカシングを行う場合、パターン密領域におけるフォーカス精度は、パターン疎領域及びパターン無し領域におけるフォーカス精度よりも高い。撮像装置４が、高速モードによってフォーカシングを行う場合、パターン
疎領域におけるフォーカス精度は、パターン密領域におけるフォーカス精度よりも低く、パターン無し領域におけるフォーカス精度よりも高い。撮像装置４が、高速モードによってフォーカシングを行う場合、パターン無し領域におけるフォーカス精度は、パターン密領域及びパターン疎領域におけるフォーカス精度よりも低い。高速モードにおけるフォーカシングのスループットは、通常モード及び低速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも高い。したがって、撮像装置４がパターン密領域を撮像する場合、高速モードを撮像装置４に設定することが好ましい。

次に、図７に示す通常モードの性能について説明する。撮像装置４が、通常モードによってフォーカシングを行う場合、パターン密領域及びパターン疎領域におけるフォーカス精度は、パターン無し領域におけるフォーカス精度よりも高い。撮像装置４が、通常モードによってフォーカシングを行う場合、パターン無し領域におけるフォーカス精度は、パターン密領域及びパターン無し領域におけるフォーカス精度よりも低い。通常モードにおけるフォーカシングのスループットは、高速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも低いが、低速モードにおけるフォーカシングのスループットよりも高い。したがって、撮像装置４がパターン疎領域を撮像する場合、通常モードを撮像装置４に設定することが好ましい。

次いで、図７に示す低速モードの性能について説明する。撮像装置４が、低速モードによってフォーカシングを行う場合、パターン密領域、パターン疎領域及びパターン無し領域におけるフォーカス精度は高い。低速モードにおけるフォーカシングのスループットは、高速モード及び通常モードにおけるフォーカシングのスループットよりも低い。したがって、撮像装置４がパターン無し領域を撮像する場合、低速モードを撮像装置４に設定することが好ましい。

撮像装置４の撮像倍率が低倍率に設定される場合、撮像装置４の撮像範囲は広範囲となるため、撮像装置４の撮像範囲は、パターン密領域又はパターン疎領域となる可能性が高い。そこで、図２ＡのＳ１０４の処理において、制御装置３は、パターン密度によらず通常モードを撮像装置４に設定してもよい。

次いで、図２ＡのＳ１０５の処理において、撮像装置４は、半導体ウェハ５を撮像する。具体的には、撮像装置４は、半導体ウェハ５に形成された半導体チップを撮像する。図２ＡのＳ１０５の処理において、制御装置３は、撮像装置４から画像信号を取得することにより、欠陥候補画像及びリファレンス画像を作成し、欠陥候補画像及びリファレンス画像を記憶装置２に記憶する。欠陥候補画像は、第１欠陥位置座標データに含まれるチップ番号によって特定される一の半導体チップを撮像した画像である。リファレンス画像は、第１欠陥位置座標データに含まれるチップ番号によって特定される一の半導体チップと隣接する他の半導体チップを撮像した画像である。欠陥候補画像及びリファレンス画像は、第１欠陥位置座標データに含まれる第１欠陥位置座標を中心位置として撮像されている。したがって、欠陥候補画像とリファレンス画像とは、半導体チップ内における撮像範囲は同一範囲となる。欠陥候補画像及びリファレンス画像は、白から黒までの２５６階調のグレースケール値（明暗値）によって表現された画像である。すなわち、欠陥候補画像及びリファレンス画像は、白黒の濃淡によって表現された画像である。

次に、図２ＡのＳ１０６の処理において、制御装置３は、欠陥候補画像とリファレンス画像とを比較することにより、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在しているか否かを判定する。なお、半導体ウェハ５には半導体チップが形成されていることから、半導体ウェハ５の欠陥は、半導体チップの欠陥を意味する。制御装置３は、欠陥候補画像とリファレンス画像とを比較し、欠陥候補画像とリファレンス画像との間に相違点がある場合、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在していると判定する。一方、制御装置３は
、欠陥候補画像とリファレンス画像とを比較し、欠陥候補画像とリファレンス画像との間に相違点がない場合、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在していないと判定する。

欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在している場合（図２ＡのＳ１０６の処理でＹＥＳ）、図２ＡのＳ１０７の処理において、制御装置３は、第２欠陥位置座標データを算出し、第２欠陥位置座標データを記憶装置２に記憶する。第２欠陥位置座標データは、欠陥が存在する半導体チップのチップ番号と、第２欠陥位置座標とを含む。チップ番号は、半導体チップを特定する番号である。第２欠陥位置座標は、半導体ウェハ５における欠陥の位置を特定する座標である。また、第２欠陥位置座標は、半導体チップにおける欠陥の位置を特定する座標であってもよい。

一方、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在していない場合（図２ＡのＳ１０６の処理でＮＯ）、図２ＡのＳ１０８の処理において、制御装置３は、欠陥検出装置１１から次の第１欠陥位置座標データを取得する。その後、図２ＡのＳ１０３の処理に進む。

図２ＡのＳ１０９の処理において、制御装置３は、記憶装置２からリファレンス画像を読み出す。次いで、図２ＡのＳ１１０の処理において、制御装置３は、リファレンス画像から所定領域を抽出し、所定領域に限定されたリファレンス画像（以下、限定リファレンス画像という）を作成する。所定領域は、第１欠陥位置座標データに含まれる第１欠陥位置座標を中心位置とする領域であってもよいし、第２欠陥位置座標データに含まれる第２欠陥位置座標を中心位置とする領域であってもよい。

制御装置３は、図２ＡのＳ１０９及びＳ１１０の処理を省略してもよい。制御装置３が、図２ＡのＳ１０９及びＳ１１０の処理を省略する場合、制御装置３は、限定リファレンス画像に替えて、リファレンス画像を用いて、以下の処理を実行する。

次に、図２ＡのＳ１１１の処理において、制御装置３は、限定リファレンス画像からグレースケール値が所定値Ａ以上である部分を白画像として抽出し、限定リファレンス画像からグレースケール値が所定値Ａ未満である部分を黒画像として抽出する。所定値Ａは、例えば、２５０であるが、これに限らず、他の値を所定値Ａとしてもよい。

次に、図２Ｂを参照して、図２ＡのＳ１１１に続く処理を説明する。図２ＢのＳ１１２の処理において、制御装置３は、抽出した白画像と黒画像とを合成することにより、２値リファレンス画像を作成する。

図８から図１０を参照して、限定リファレンス画像に基づいて２値リファレンス画像を作成する例を説明する。図８は、ウェハプロセスのゲート加工後の限定リファレンス画像を示しており、半導体ウェハ５上に形成された酸化膜６０、酸化膜６０上に形成されたゲート６１及びゲート６１のエッジ部６２が描画されている。なお、図８では、白黒の濃淡をハッチングによって示している。

図９は、図８の点線Ａ−Ａ’の部分のグレースケール値を示したグラフである。図９に示すように、ゲート６１のエッジ部６２のグレースケール値は２５５付近になっている。図９に示すように、ゲート６１のグレースケール値は１００以上２００以下の範囲に収まっており、酸化膜６０のグレースケール値は１００以下となっている。所定値Ａを２５０とする場合、グレースケール値が２５０以上であるゲート６１のエッジ部６２が白画像として抽出され、グレースケール値が２５０未満である部分が黒画像として抽出される。また、所定値Ａを１００とする場合、グレースケール値が１００以上であるゲート６１及びゲート６１のエッジ部６２が白画像として抽出され、グレースケール値が１００未満であ
る部分が黒画像として抽出される。

図１０は、抽出した白画像と黒画像とを合成することにより作成された２値リファレンス画像を示す図である。なお、図１０では、黒画像をハッチングによって示している。図１０に示すように、ゲート６１のエッジ部６２が白画像で表されており、酸化膜６０及びゲート６１が黒画像で表されている。

次いで、図２ＢのＳ１１３の処理において、制御装置３は、２値リファレンス画像内にパターンが有るか否かを判定する。パターンは、例えば、素子分離パターン、ゲートパターン、導体プラグパターン、配線パターン、コンタクトホールパターン等の回路パターンである。制御装置３は、２値リファレンス画像内における白画像の面積の割合（％）を算出する。すなわち、制御装置３は、２値リファレンス画像内におけるパターンのエッジ部の密度又はパターンの密度を算出する。２値リファレンス画像内における白画像の面積の割合（％）が第１閾値と同一でない場合、制御装置３は、２値リファレンス画像内にパターンが有ると判定する（図２ＢのＳ１１３の処理でＹＥＳ）。第１閾値は０％である。その後、図２ＢのＳ１１４の処理に進む。

一方、２値リファレンス画像内における白画像の面積の割合（％）が第１閾値と同一である場合、制御装置３は、２値リファレンス画像内にパターンが無いと判定する（図２ＢのＳ１１３の処理でＮＯ）。その後、図２ＢのＳ１１５の処理に進む。

図２ＢのＳ１１４の処理において、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが疎であるか否かを判定する。２値リファレンス画像内における白画像の面積の割合（％）が第２閾値以下である場合、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが疎であると判定する（図２ＢのＳ１１４の処理でＹＥＳ）。第２閾値は、例えば、１０％であるが、この値に限らず、他の値を第２閾値として設定してもよい。その後、図２ＢのＳ１１５の処理に進む。

一方、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが疎でないと判定する（図２ＢのＳ１１４の処理でＮＯ）。すなわち、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが密であると判定する。その後、図２ＢのＳ１１５の処理に進む。

図１１から図１３は、欠陥候補画像、リファレンス画像及び２値リファレンス画像の一例を示す図である。図１１の（Ａ）は、欠陥候補画像の一例を示す図であり、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在している。図１１の（Ａ）に示す例では、欠陥候補画像を符号７０で示し、半導体ウェハ５の欠陥を符号７１で示している。図１１の（Ｂ）は、リファレンス画像の一例を示す図である。図１１の（Ｂ）に示す例では、リファレンス画像を符号７２で示している。図１１の（Ｃ）は、２値リファレンス画像の一例を示す図である。図１１の（Ｃ）に示す例では、２値リファレンス画像を符号７３で示している。図１１の（Ａ）及び（Ｂ）では、白黒の濃淡をハッチングによって示しており、図１１の（Ｃ）では、黒画像をハッチングによって示している。図１１に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）は０％である。図１１に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）が第１閾値と同一であるので、制御装置３は、２値リファレンス画像内にパターンが無いと判定する。

図１２の（Ａ）は、欠陥候補画像の一例を示す図であり、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在している。図１２の（Ａ）に示す例では、欠陥候補画像を符号７０で示し、半導体ウェハ５の欠陥を符号７１で示している。図１２の（Ｂ）は、リファレンス画像
の一例を示す図である。図１２の（Ｂ）に示す例では、リファレンス画像を符号７２で示している。図１２の（Ｃ）は、２値リファレンス画像の一例を示す図である。図１２の（Ｃ）に示す例では、２値リファレンス画像を符号７３で示している。図１２の（Ａ）及び（Ｂ）では、白黒の濃淡をハッチングによって示しており、図１２の（Ｃ）では、黒画像をハッチングによって示している。図１２に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）は５％であり、第２閾値は１０％である。図１２に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）が第２閾値以下であるので、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが疎であると判定する。

図１３の（Ａ）は、欠陥候補画像の一例を示す図であり、欠陥候補画像に半導体ウェハ５の欠陥が存在している。図１３の（Ａ）に示す例では、欠陥候補画像を符号７０で示し、半導体ウェハ５の欠陥を符号７１で示している。図１３の（Ｂ）は、リファレンス画像の一例を示す図である。図１３の（Ｂ）に示す例では、リファレンス画像を符号７２で示している。図１３の（Ｃ）は、２値リファレンス画像の一例を示す図である。図１３の（Ｃ）に示す例では、２値リファレンス画像を符号７３で示している。図１３の（Ａ）及び（Ｂ）では、白黒の濃淡をハッチングによって示しており、図１３の（Ｃ）では、黒画像をハッチングによって示している。図１３に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）は１５％であり、第２閾値は１０％である。図１３に示す例では、２値リファレンス画像内の白画像の面積の割合（％）が第２閾値を越えるので、制御装置３は、２値リファレンス画像内のパターンが密であると判定する。

図２ＢのＳ１１５の処理において、制御装置３は、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択し、選択したフォーカスモードを撮像装置４に設定する。制御装置３は、２値リファレンス画像内におけるパターンの有無及び２値リファレンス画像内におけるパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択する。２値リファレンス画像内のパターンが密である場合、制御装置３は、高速モード（第１モード）を選択する。２値リファレンス画像内のパターンが疎である場合、制御装置３は、通常モード（第２モード）を選択する。２値リファレンス画像内にパターンが無い場合、制御装置３は、低速モード（第３モード）を選択する。

次いで、図２ＢのＳ１１６の処理において、制御装置３は、第２欠陥位置座標データに基づいて、ステージ４０を駆動し、半導体ウェハ５を所定位置に移動する。次に、図２ＢのＳ１１７の処理において、制御装置３は、撮像装置４の撮像倍率を第２の倍率に設定する。第２の倍率は、第１の倍率よりも高倍率であり、半導体ウェハ５の欠陥を観察するのに適した倍率である。

次いで、図２ＢのＳ１１８の処理において、撮像装置４は、設定されたフォーカスモードによってフォーカシングを行う。図２ＢのＳ１１９の処理において、撮像装置４は、半導体ウェハ５を撮像する。具体的には、撮像装置４は、半導体ウェハ５に形成された半導体チップを撮像する。制御装置３は、撮像装置４から画像信号を取得することにより、観察画像を作成し、観察画像を記憶装置２に記憶する。その後、図２ＡのＳ１０８の処理に進む。

〈制御装置３の機能構成〉
図１４は、実施例１に係る制御装置３の機能構成の一例を示す図である。制御装置３は、位置座標取得部３０１、画像作成部３０２、欠陥判定部３０３、位置座標算出部３０４、密度算出部３０５、パターン判定部３０６、選択部３０７及び設定部３０８を有する。図１４に示す制御装置３の各機能部は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むコンピュータ及びコンピュータ上で実行されるプログラム等によって実現される。

位置座標取得部３０１は、欠陥検出装置１１から第１欠陥位置座標データを取得する。画像作成部３０２は、撮像装置４から画像信号を取得することにより、欠陥候補画像及びリファレンス画像を作成する。画像作成部３０２は、欠陥候補画像及びリファレンス画像を記憶装置２に記憶する。画像作成部３０２は、リファレンス画像から所定領域を抽出し、限定リファレンス画像を作成する。画像作成部３０２は、限定リファレンス画像を記憶装置２に記憶する。画像作成部３０２は、限定リファレンス画像から白画像及び黒画像を抽出し、抽出した白画像と黒画像とを合成することにより、２値リファレンス画像を作成する。

欠陥判定部３０３は、欠陥候補画像とリファレンス画像とを比較することにより、欠陥候補画像に半導体チップの欠陥が存在しているか否かを判定する。位置座標算出部３０４は、第２欠陥位置座標データを算出し、第２欠陥位置座標データを記憶装置２に記憶する。密度算出部３０５は、２値リファレンス画像内におけるパターンのエッジ部の密度又はパターンの密度を算出する。パターン判定部３０６は、２値リファレンス画像内におけるパターンの有無を判定する。パターン判定部３０６は、２値リファレンス画像内におけるパターンの疎密を判定する。

選択部３０７は、２値リファレンス画像内におけるパターンのエッジ部の密度又はパターンの密度に応じたフォーカスモード（フォーカシング条件）を選択する。設定部３０８は、選択したフォーカスモードを撮像装置４に設定する。

実施例１では、制御装置３が、リファレンス画像又は限定リファレンス画像から２値リファレンス画像を作成する例を示した。これに限定されず、制御装置３は、欠陥候補画像からグレースケール値が所定値Ａ以上である部分を白画像として抽出し、欠陥候補画像からグレースケール値が所定値Ａ未満である部分を黒画像として抽出してもよい。制御装置３は、欠陥候補画像から所定領域を抽出し、所定領域に限定された欠陥候補画像（以下、限定欠陥候補画像）を作成してもよい。制御装置３は、限定欠陥候補画像からグレースケール値が所定値Ａ以上である部分を白画像として抽出し、欠陥候補画像からグレースケール値が所定値Ａ未満である部分を黒画像として抽出してもよい。

制御装置３は、抽出した白画像と黒画像とを合成することにより、２値欠陥候補画像を作成してもよい。制御装置３は、２値欠陥候補画像内におけるパターンのエッジ部の密度又はパターンの密度を算出してもよい。制御装置３は、２値欠陥候補画像内におけるパターンの有無を判定してもよい。制御装置３は、２値欠陥候補画像内におけるパターンの疎密を判定してもよい。制御装置３は、２値欠陥候補画像内におけるパターンの有無及び２値欠陥候補画像内におけるパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択してもよい。

実施例１では、２値リファレンス画像内におけるパターンの有無及び２値リファレンス画像内におけるパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）が選択される。２値リファレンス画像には、第１欠陥位置座標を中心位置とする領域が描画されている。或いは、２値リファレンス画像には、第２欠陥位置座標を中心位置とする領域が描画されている。すなわち、２値リファレンス画像は、半導体ウェハ５の欠陥の位置を特定する座標を中心位置とする領域が描画されている。したがって、制御装置３は、半導体ウェハ５の欠陥が存在する領域のパターンの有無及びパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択することができる。これにより、撮像装置４は、半導体ウェハ５の欠陥が存在する領域のパターンの有無及びパターンの疎密に応じたフォーカスモードにより、フォーカシングを行うことができる。これにより、半導体ウェハ５の欠陥を撮像する際のフォーカシングの精度及びスループットの両立を図ることができる。

〈限定リファレンス画像の説明〉
制御装置３は、リファレンス画像から所定領域を抽出し、限定リファレンス画像を作成する。リファレンス画像は、撮像装置４の撮像倍率を低倍率に設定することによって作成された画像である。したがって、リファレンス画像は、撮像装置４の撮像倍率を高倍率に設定することによって作成された画像よりも広い範囲の画像となる。例えば、図１５に示すリファレンス画像において、パターンが密の領域８１と、パターンが無い領域８２とがあるとする。図１５に示す例では、リファレンス画像を符号８３で示している。

リファレンス画像から２値リファレンス画像が作成され、２値リファレンス画像内のパターンが疎と判定されるとする。この場合、撮像装置４は、通常モードによってフォーカシングを行う。しかし、図１５に示すリファレンス画像の領域８１に半導体ウェハ５（半導体チップ）の欠陥８４が存在する場合、撮像装置４は、高速モードによってフォーカシングを行うことが好ましい。そこで、リファレンス画像を所定領域に限定することにより、撮像装置４は、半導体ウェハ５の欠陥が存在する領域のパターンの有無及びパターンの疎密に応じたフォーカスモードでフォーカシングを行うことが可能となる。限定リファレンス画像の範囲は、観察画像の撮像範囲（撮像視野）と同一範囲であってもよいし、観察画像の撮像範囲（撮像視野）と近似する範囲であってもよい。

本実施形態に係る半導体装置の検査装置１及び半導体装置の検査方法の第２の実施例（実施例２）について説明する。なお、実施例１と同一の構成要素については、実施例１と同一の符号を付し、その説明を省略する。

実施例１では、制御装置３が、２値リファレンス画像を用いて、パターンの有無や疎密を判定する例を説明した。実施例２では、半導体チップの製造に用いられる設計データが記憶装置２に記憶されている。設計データは、例えば、ＧＤＳデータである。設計データは、回路パターンのレイアウトデータを含む。回路パターンは、素子分離パターン、ゲートパターン、導体プラグパターン、配線パターン、コンタクトホールパターン等のパターンである。レイアウトデータは、パターンを形成する位置座標を含む。実施例２では、制御装置３が、設計データを用いて、パターンの有無や疎密を判定する例について説明する。

〈半導体装置の検査方法の処理フロー〉
実施例２に係る半導体装置の検査方法について図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、実施例２に係る半導体装置の検査方法を示すフローチャートである。

図１６ＡのＳ２０１からＳ２０８の処理は、図２ＡのＳ１０１からＳ１０８の処理と同様であるので、その説明を省略する。図１６ＡのＳ２０９の処理において、制御装置３は、記憶装置２から設計データを読み出す。

次に、図１６ＡのＳ２１０の処理において、制御装置３は、設計データから所定領域を抽出する。所定領域は、第１欠陥位置座標データに含まれる第１欠陥位置座標を中心位置とする領域であってもよいし、第２欠陥位置座標データに含まれる第２欠陥位置座標を中心位置とする領域であってもよい。所定領域の範囲は、観察画像の撮像範囲（撮像視野）と同一であってもよいし、観察画像の撮像範囲（撮像視野）と近似していてもよい。

次いで、図１６Ｂを参照して、図１６ＡのＳ２１０に続く処理を説明する。図１６ＢのＳ２１１の処理において、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内にパターン
が有るか否かを判定する。制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）を算出する。すなわち、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンのエッジ部の密度を算出する。設計データから抽出した所定領域におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）が第１閾値と同一でない場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内にパターンが有ると判定する（図１６ＢのＳ２１１の処理でＹＥＳ）。第１閾値は０％である。また、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの面積の割合（％）を算出してもよい。すなわち、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの密度を算出してもよい。設計データから抽出した所定領域におけるパターンの面積の割合（％）が第１閾値と同一でない場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内にパターンが有ると判定してもよい。その後、図１６ＢのＳ２１２の処理に進む。

一方、設計データから抽出した所定領域におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）が第１閾値と同一である場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内にパターンが無いと判定する（図１６ＢのＳ２１１の処理でＮＯ）。また、設計データから抽出した所定領域におけるパターンの面積の割合（％）が第１閾値と同一である場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内にパターンが無いと判定してもよい。その後、図１６ＢのＳ２１３の処理に進む。

図１６ＢのＳ２１２の処理において、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎であるか否かを判定する。設計データから抽出した所定領域におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）が第２閾値以下である場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎であると判定する（図１６ＢのＳ２１２の処理でＹＥＳ）。第２閾値は、例えば、１０％であるが、この値に限らず、他の値を第２閾値として設定してもよい。また、設計データから抽出した所定領域におけるパターンの面積の割合（％）が第２閾値以下である場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎であると判定してもよい。その後、図１６ＢのＳ２１３の処理に進む。

一方、設計データから抽出した所定領域におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎でないと判定する（図１６ＢのＳ２１２の処理でＮＯ）。すなわち、設計データから抽出した所定領域におけるパターンのエッジ部の面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが密であると判定する。また、設計データから抽出した所定領域におけるパターンの面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎でないと判定してもよい。すなわち、設計データから抽出した所定領域におけるパターンの面積の割合（％）が第２閾値を越える場合、制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内のパターンが密であると判定してもよい。その後、図１６ＢのＳ２１３の処理に進む。

図１６ＢのＳ２１３の処理において、制御装置３は、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択し、選択したフォーカスモードを撮像装置４に設定する。制御装置３は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの有無及び設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択する。設計データから抽出した所定領域内のパターンが密である場合、制御装置３は、高速モード（第１モード）を選択する。設計データから抽出した所定領域内のパターンが疎である場合、制御装置３は、通常モード（第２モード）を選択する。設計データから抽出した所定領域内にパターンが無い場合、制御装置３は、低速モード（第３モード）を選択する。

次いで、図１６ＢのＳ２１４の処理において、制御装置３は、第２欠陥位置座標データに基づいて、ステージ４０を駆動し、半導体ウェハ５を所定位置に移動する。次に、図１６ＢのＳ２１５の処理において、制御装置３は、撮像装置４の撮像倍率を第２の倍率に設定する。第２の倍率は、第１の倍率よりも高倍率であり、半導体チップの欠陥を観察するのに適した倍率である。

次いで、図１６ＢのＳ２１６の処理において、撮像装置４は、設定されたフォーカスモードによってフォーカシングを行う。図１６ＢのＳ２１７の処理において、撮像装置４は、半導体ウェハ５を撮像する。具体的には、撮像装置４は、半導体ウェハ５に形成された半導体チップを撮像する。制御装置３は、撮像装置４から画像信号を取得することにより、観察画像を作成し、観察画像を記憶装置２に記憶する。その後、図１６ＡのＳ２０８の処理に進む。

〈制御装置３の機能構成〉
図１７は、実施例２に係る制御装置３の機能構成の一例を示す図である。制御装置３は、位置座標取得部４０１、画像作成部４０２、欠陥判定部４０３、位置座標算出部４０４、密度算出部４０５、パターン判定部４０６、選択部４０７、設定部４０８及び抽出部４０９を有する。図１７に示す制御装置３の各機能部は、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むコンピュータ及びコンピュータ上で実行されるプログラム等によって実現される。

位置座標取得部４０１、画像作成部４０２、欠陥判定部４０３、位置座標算出部４０４、選択部４０７及び設定部４０８は、位置座標取得部３０１、画像作成部３０２、欠陥判定部３０３、位置座標算出部３０４、選択部３０７及び設定部３０８と同様である。抽出部４０９は、設計データから所定領域を抽出する。密度算出部４０５は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンのエッジ部の密度を算出する。密度算出部４０５は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの密度を算出する。パターン判定部４０６は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの有無を判定する。パターン判定部４０６は、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの疎密を判定する。

実施例２では、設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの有無及び設計データから抽出した所定領域内におけるパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）が選択される。設計データから抽出した所定領域は、第１欠陥位置座標を中心位置とする領域である。或いは、設計データから抽出した所定領域は、第２欠陥位置座標を中心位置とする領域である。すなわち、設計データから抽出した所定領域は、半導体ウェハ５の欠陥の位置を特定する座標を中心位置とする領域である。したがって、制御装置３は、半導体ウェハ５の欠陥が存在する領域のパターンの有無及びパターンの疎密に応じて、フォーカスモード（フォーカシング条件）を選択することができる。これにより、撮像装置４は、半導体ウェハ５の欠陥が存在する領域のパターンの有無及びパターンの疎密に応じたフォーカスモードにより、フォーカシングを行うことができる。これにより、半導体ウェハ５の欠陥を撮像する際のフォーカシングの精度及びスループットの両立を図ることができる。

１ 検査装置
２ 記憶装置
３ 制御装置
４ 撮像装置
５ 半導体ウェハ
１１ 欠陥検出装置
４０ ステージ
４１ 電子源（電子銃）
４２ コンデンサレンズ
４３ 対物レンズ
４４ 走査コイル
４５ オートフォーカスセンサ
４６ 検出器
４７ 信号処理装置
４８ 照射部
４９ 受光部
３０１、４０１ 位置座標取得部
３０２、４０２ 画像作成部
３０３、４０３ 欠陥判定部
３０４、４０４ 位置座標算出部
３０５、４０５ 密度算出部
３０６、４０６ パターン判定部
３０７、４０７ 選択部
３０８、４０８ 設定部
４０９ 抽出部

Claims (4)

1. 半導体ウェハの欠陥の位置座標を含む領域内におけるパターンの密度を算出する算出手段と、
   前記算出されたパターンの密度に応じたフォーカシング条件を選択する選択手段と、
   前記選択されたフォーカシング条件によってフォーカシングを行う撮像手段と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の検査装置。
2. 前記算出手段は、前記半導体ウェハを撮像することにより作成された画像に基づいて、前記領域内におけるパターンの密度を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
3. 前記算出手段は、前記半導体ウェハの設計データに基づいて、前記領域内におけるパターンの密度を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査装置。
4. 半導体ウェハの欠陥の位置座標を含む領域内におけるパターンの密度を算出するステップと、
   前記算出されたパターンの密度に応じたフォーカシング条件を選択するステップと、
   前記選択されたフォーカシング条件によってフォーカシングを行うステップと、
   を備えることを特徴とする半導体装置の検査方法。

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