JP2014194376A - 欠陥検査方法および欠陥検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体ウェーハ上の欠陥の画像収集は、検査装置で検出された全欠陥、あるいは予め定められた数の欠陥を対象に、短時間で実行できることが望まれている。パターンデザインに周期性のないロジックパターンでは、欠陥があるチップと、参照チップを比較して欠陥位置を特定し欠陥観察画像を収集する手段を提供する。
【解決手段】複数の欠陥の位置を読み出し、何れか一つの欠陥が存在するチップとは別のチップで、参照画像を第1の倍率で撮像する第1、第2の撮像部と、第1の撮像部の参照画像と第2の撮像部の第1の欠陥画像とを比較し、欠陥位置を特定し、第1の倍率より高い倍率で第2の欠陥画像を撮像する第3の撮像部と、読み出した複数の欠陥を重複無く一巡する経路順に並び替え、参照画像を撮像するチップを参照画像に対応する欠陥ごとに選択し、第1、2の撮像部におけるステージの移動位置によりステージ移動経路を生成する欠陥検査装置である。
【選択図】図6

Description

本発明は、欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。
試料を観察して、異物・欠陥を詳細に見る方法としては、例えば特許文献1に記載されたような方法がある。これは、あらかじめ別の検査装置から得られた検出欠陥の座標データを基に、欠陥の観察像を撮像するにあたって、欠陥が存在するチップ以外のチップの欠陥位置に対応する位置で低い倍率で参照画像を撮像した後、試料を保持するステージを移動し、欠陥を低い倍率で欠陥画像を撮像し、前記の参照画像と欠陥画像を比較し、欠陥画像中の欠陥位置を特定し、欠陥を拡大撮像するものである。
特許5018868号
半導体ウェーハ上の欠陥の画像収集は、検査装置で検出された全欠陥、あるいは予め定められた数の欠陥を対象に、短時間で実行できることが望まれている。
特許文献1には、欠陥の拡大画像を撮像する際、欠陥画像の比較対象となる参照画像を、欠陥が存在するとされたチップ(欠陥チップ)とは別のチップ(参照チップ)で撮像することが開示されており、具体的には欠陥チップの隣接チップで参照画像撮像を行う、あるいは、観察対象の欠陥に対応する参照画像を、欠陥撮像の前に一つの参照チップで事前に一括撮像することが開示されている。
欠陥チップの隣接チップで参照画像撮像する方法では、参照画像撮像位置から欠陥画像撮像位置への移動に、ウェーハ内の欠陥位置にかかわらず1チップ分の移動距離が必要となる。参照画像と欠陥画像の比較による欠陥位置の特定方法は、パターンデザインに周期性のないロジックパターンでは必須の方法であるが、チップサイズが大きいものが多いロジックICでは、前期の1チップ分の移動距離が大きくなり、移動時間を増大させていた。また、観察装置が走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)の場合、参照画像の撮像位置が、一つ前の欠陥位置から離れているため、参照画像を撮像する前にSEMの焦点合わせを行う必要があり、このための時間もかかっていた。
観察対象の欠陥に対応する参照画像を、欠陥撮像の前に一つのチップで事前に一括撮像する方法では、参照画像の撮像位置は互いに近接するため、移動距離が短くなる。しかし、一方で、参照画像の撮像位置と欠陥撮像の位置が大きく離れる割合が大きくなる。このとき、参照画像と欠陥画像の比較処理で、ウェーハ面内のプロセスばらつきが画像上の違いとして顕在化され、欠陥位置の特定を誤らせる可能性が高くなり、適切な欠陥観察画像の取得が困難になる。
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決して、短時間に、かつ安定して欠陥観察画像を収集することができる、欠陥観察像取得方法およびその装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本願は、予め検査装置で検出された半導体ウェーハの複数の欠陥の位置を読み出す読み出し部と、前記読み出し部により読み出された該複数の欠陥のうち何れか一つの欠陥が存在するチップとは別のチップで参照画像を第1の倍率で撮像する第1の撮像部と、前記読み出し部により読み出された該複数の欠陥を含む第1の欠陥画像を第1の倍率で撮像する第2の撮像部と、前記第1の撮像部により撮像された該参照画像と前記第2の撮像部により撮像された該第1の欠陥画像とを比較して該第1の欠陥画像上の欠陥位置を特定する欠陥位置特定部と、前記欠陥位置特定部にて特定された該欠陥位置に基づいて該第1の倍率よりも高い第2の倍率で第2の欠陥画像を撮像する第3の撮像部と、を備え、前記読み出し部により読み出した該複数の欠陥を重複無く一巡する経路順に並び替える並び替え部と、該参照画像を撮像するチップを参照画像に対応する欠陥ごとに選択して、前記第1の撮像部と前記第2の撮像部におけるステージの移動位置を決定することによりステージ移動経路を生成するステージ移動経路生成部と、を有する構成とした。
本発明によれば、欠陥位置の特定の信頼性を向上させ、安定に欠陥観察画像の取得を行うことが可能となる欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することが可能となる。
本願の実施例の構成図 画像処理部の内部構成図 ウェーハ及びチップの説明図 従来のステージ移動経路を示す図 欠陥観察装置におけるダイ比較での撮像手順のフローチャート 実施例1のステージ移動経路を示す図 実施例1の効果試算結果表 実施例1のステージ移動経路生成手順のフローチャート 欠陥撮像位置と参照画像撮像位置が近接した場合のステージ移動経路生成手順のフローチャート SEM焦点合わせ実施可否制御手順のフローチャート 生成したステージ移動経路の表示内容 生成したステージ移動経路の表示内容 パラメータ入力及びステージ移動経路演算結果の表示内容 実施例2のステージ移動経路を示す図 実施例2のステージ移動経路生成手順のフローチャート 実施例3のステージ移動経路を示す図 実施例3のステージ移動経路生成手順のフローチャート
図1に本発明に関わる欠陥観察装置の全体構成図を示す。
本実施形態である走査型電子顕微鏡100は、ウェーハ107を載置するステージ106、電子銃102より放出された電子ビーム101を制御する照射光学系、試料上から放出される2次電子を検出する検出器108、検出信号の信号処理系より構成される。照射光学系は、電子銃102、および、電子ビーム101の経路上にあるコンデンサレンズ103、偏向コイル104、対物レンズ105により構成される。電子ビーム101はこの光学系によりウェーハ107上の観察対象である欠陥がある所定の領域で集光される。検出器108により検出された2次電子はA/Dコンバータ109によりデジタル信号に変換される。変換後のデジタル信号は画像処理部110に送られ、画像処理部110では、メモリ内に格納されたデジタル信号を必要に応じて取り出し、画像処理を行い、画像内の欠陥位置の検出等を行なう。111はステージコントローラを、112は電子光学系制御部を、113は装置全体の制御部であり、114は制御部に接続されている制御端末である。画像処理部110乃至、全体制御部113乃至、制御端末114へは記録媒体(図示せず)が接続可能となっており、画像処理部110で実行されるプログラムを、この記録媒体から読み出し、画像処理部110にロードできる構成となっている。
図2は画像処理部110の構成図を示している。A/Dコンバータ109にてデジタル信号に変換された2次電子信号は、データ入力I/F205を介してメモリ203に送られ、メモリ203内で画像データとして読み出し可能なように記憶される。画像処理プログラムは画像処理制御部201により、メモリ203あるいは前記記憶媒体から読み出される。画像処理制御部201はプログラムに従い演算部202を制御し、メモリ203に記憶されている画像データあるいは画像データを処理した結果得られる中間処理データを処理する。欠陥観察画像は入出力I/F200を介して全体制御部113に送られ、図1に示す制御端末に必要に応じて画像の表示を行う。また、画像処理部110に対する動作命令は、全体制御部113から入出力I/F200を介して画像処理制御部に入力される。画像処理部110内にデータの送受信はバス204を介して行われる。
図3,図4,図5を用いてチップ比較により、半導体ウェーハ上の欠陥の高倍観察画像を取得する従来の方法を説明する。図3はウェーハ300を示し、ウェーハ上には301で示されるチップは格子状に作製されている。このウェーハ上には二つの座標系があり、一つはウェーハ上の位置を一意に特定できるウェーハ座標系(X,Y)、もうひとつはチップごとに定義されるチップ座標(x,y)である。異なるチップの同一チップ座標には同一の回路パターンが存在する。図4は図3の任意の一部を拡大した図である。図4の黒丸は検査装置で検出された欠陥位置であり、欠陥画像が撮像される位置である。白丸は欠陥画像と比較される参照画像が撮像される位置である。黒丸に付されている番号n−1、n、n+1は欠陥番号を表し、白丸に付されている番号は欠陥番号に対応して取得される参照画像の撮像位置を示している。番号n−1の参照画像の撮像位置は図から省いている。従来は、欠陥の存在するチップに隣接するチップで、欠陥と同一のチップ座標にて参照画像を撮像した後、欠陥の存在するチップに移動し、欠陥の観察画像を取得していた。
図5にこの手順をフローチャートで示す。まず、観察対象であるウェーハを図1に示した走査型電子顕微鏡装置100のステージ106にロードする(S501)。次に事前に検査装置で検出された欠陥の欠陥座標データを全体制御部113の外部入出力I/F(図示せず)を介して読み込み(S502)、そのなかから観察対象とするN点の欠陥について、欠陥座標を欠陥観察順に並び替え欠陥番号0,1,…、N−1とする(S503)。並び替えの詳細については図8にて後述する。次にウェーハのアライメントを行う(S504)。これは、ウェーハ上の座標で記述されている欠陥座標の位置に基づいてステージ106を移動したとき、目標である欠陥座標の位置が視野の中央にくるようにするため、ウェーハ上の座標が既知のウェーハ上の位置決めマーク(アライメントマーク)を用いて、ウェーハ座標とステージ座標とを関連付けるものである。
以降、全ての欠陥について順次S500で示す一連の手順を繰り返し、高倍率の欠陥観察像を取得していく。まずn番目の欠陥があるチップの隣接チップで、チップ座標がn番目の欠陥のチップ座標と同一の位置に移動する(S506)。以降、観察欠陥に対応する参照画像を撮像するチップを参照チップ、観察対象とする欠陥が存在するチップを欠陥チップと呼ぶことにする。ただし、参照チップは本例のように観察対象欠陥があるチップの隣接チップに限定されるものではない。また、参照チップが欠陥チップと同一か、異なるかにかかわらず参照画像撮像位置と、欠陥位置のチップ座標は同一である。移動後、SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)の焦点合わせを行い(S507)、低倍率(第一の倍率)で参照画像を撮像する。欠陥検査装置での欠陥検出位置の特性による誤差や、欠陥検査装置と走査型電子線顕微鏡装置100のステージ座標の誤差、ステージ106の制動誤差などにより、欠陥座標位置に欠陥があるとは限らない。このため、これらの誤差を許容する視野で決まる第一の倍率で欠陥画像と参照画像を撮像し、画像比較により欠陥位置を検出し、検出位置において第ニの倍率で欠陥観察画像を得る。第一の倍率は第二の倍率に比べて低い倍率となるので、S508には第一の倍率のことを低倍率と記しており、以降、この第一の倍率のことを低倍率、第ニの倍率のことを高倍率と表すことにする。よって、参照画像と欠陥画像における低倍率とは、画像比較が可能な程度の同一の倍率(あるいは同一の視野)のことを指している。
次にn番目の欠陥がある欠陥チップに移動し(S509)、低倍率で欠陥画像を撮像する(S510)。撮像した低倍参照画像と低倍欠陥画像を画像処理により比較し、欠陥画像内の欠陥位置を特定する(S511)。特定した欠陥位置での焦点が合うようにSEMの焦点合わせを行い(S512)、特定した欠陥位置を含む領域を高倍率で撮像する(S513)。S513では欠陥の観察画像を、S510で撮像した欠陥画像から、特定した欠陥位置を含むように画像をトリミングして欠陥監察画像を得ても良い。例えば低倍に相当する参照画像と欠陥画像は、観察画像より広い視野を多ピクセル画像で撮像し、欠陥観察画像は多ピクセルで撮像した低倍相当の欠陥画像を、S511で特定した欠陥位置を含むようにトリミングして得ればよい。次の欠陥がある場合は、次の欠陥に対応する参照チップに移動し、以上を繰り返す。全ての欠陥観察像の取得を終了したら、ウェーハをステージ106からアンロードする。
図6に第一の実施例における欠陥観察画像の取得経路を示す。本実施例は、低倍参照画像を撮像するチップ、すなわち参照チップは、一つ前の欠陥位置から最も近い参照撮像位置を有するチップとしてステージ移動経路を生成するものである。すなわち、欠陥番号nに対応する参照チップは、欠陥番号nの位置する欠陥チップに隣接するチップではなく、欠陥番号n−1の位置するチップとそのチップに隣接する8チップにおける参照画像撮像位置のうち、欠陥番号n−1の位置に最も近い図6に示す位置とする。欠陥番号n+1に対応する参照チップも同様の考え方で選択する。欠陥番号n+2に対応する参照チップは、欠陥番号n+1の位置するチップとそのチップに隣接する8チップにおける参照画像撮像位置のうち欠陥番号n+1の欠陥位置に最も近い位置、すなわち欠陥番号n+1の位置する欠陥チップとする。
このようにした場合のステージの移動距離について、図4の従来の方法と定性的に比較する。図4の方法でも、図6の方法であっても、欠陥間の長距離の移動と、欠陥と参照間の短距離の移動の組み合わせからなっている。従来法における短距離の移動、すなわち参照画像撮像位置から欠陥画像撮像位置までの移動は必ず1チップ分の距離移動する必要が生じる。図4の例ではチップのx方向の幅分がこれにあたる。一方、図6の方法における短距離の移動、すなわち欠陥画像撮像位置から参照画像撮像位置までの移動は、場所によって異なるものの、必ず1チップより短い距離の移動で済み、短距離の移動においては移動距離の合計において本手法の方が常に有利である。長距離の移動に関しては、従来手法も、本実施例も欠陥位置と次の欠陥位の最短距離に対し、参照画像撮像位置は迂回する位置になるので、ケース・バイ・ケースであるが、長距離の移動距離の合計は定性的には同程度である。
図7に計算機上でチップサイズ5mmとし、300mmウェーハ上に150点の欠陥をランダムに位置させ、最短経路で欠陥を一巡する経路を生成し、参照画像撮像位置を図4の方法と図6の方法で決定した上で、欠陥から参照、参照から欠陥の移動距離の合計と、全ての移動距離の合計を計算した結果を示す。図4の方法における短距離の移動(参照→欠陥)の合計が1060.7mmであるのに対し、図6の短距離の移動(欠陥→参照)の合計は210.3mmであり1/5の短距離化が図られている。また、図4の方法における長距離の移動(欠陥→参照)の合計が2372.4mmであるのに対し、図6の長距離の移動(参照→欠陥)の合計は1814.0mmであり、このケースにおいては長距離の移動においても短距離化が図られている。移動距離の合計では、図4の方法の3433.0mmに対し、図6の方法では2024.3mmであり41%のステージ移動距離削減を図ることができている。長距離移動における移動距離削減の効果を除いても、短距離移動における削減距離は850.4mmあり、これは図4の方法の合計移動距離3433.0mmの24.7%にあたる。ステージ移動の時間に関しては、ステージのハードウェアに依存する制御方法の違いが影響するため一概には言えないが、10%単位での合計走行距離の低減は、ステージ移動時間の合計時間の低減に繋がることは自明である。
図8に図5の500の部分のステージ移動位置の生成手順を示す。まず、検査装置で検出された欠陥の欠陥位置(n)を情報として有する欠陥座標データを全体制御部113の外部入出力I/F(図示せず)を介して読み込む(S801)。以下、欠陥位置(n)とは欠陥番号nを一意に特定できる位置座標を表し、欠陥(n)とは欠陥番号nの欠陥のことを表すものとする。同様に参照位置(n)とは欠陥番号nに対応する参照画像取得位置を一意に特定できる位置座標を表すものとする。読み込んだ欠陥座標データから観察対象とするN点の欠陥について、1欠陥を1回訪れる条件の下で最小距離で巡る経路を決定する(S802)。この経路の決定は巡回セールスマン問題と呼ばれ、総当りで探索することは欠陥数の増大とともに計算困難となる問題であるが、最適解を与える厳密解法の分枝限定法、準最適解を与える方法の一つで理論最小値の1.5倍以内が保証されているクリストファイズの方法など実用的な解法が知られている。S802では最初の点を入力欠陥番号の0からN−1の中の一つのnとし、経路生成後の経路順の欠陥番号をkで、kに対応する入力時の欠陥番号をn(k)と表すことにする。
最初の欠陥(k=0)の参照画像撮像位置であるステージ位置(0)として、欠陥(n(0))があるチップの 隣接チップの参照位置(n(0))を設定する(S803)。次に欠陥位置(n(0))をステージ位置(1)として設定する(S804)。以降、経路生成後の経路順の欠陥番号kに従いS806からS809を繰り返す。まず、欠陥(n(k−1))があるチップと隣接チップの 参照位置(n(k))で、欠陥位置(n(k−1))から最短の距離にある参照位置(n(k))を ステージ位置(2k)に設定する(S806)。このように低倍参照画像を撮像するチップを選択し、選択したチップで低倍参照画像が撮像できるようステージの移動位置、すなわち移動経路を生成していく。次に欠陥位置(n(k))を ステージ位置(2k+1)に設定する(S807)。全ての欠陥を処理したら終了し、まだ残りがあればS806からS809を繰り返す。図8で示した処理フロー全てを最短経路生成処理800と以降呼ぶことにする。
以上の演算は図1の全体制御部113内の演算処理部(図示せず)にて行われ、決定したステージ位置(q)(q=0,…,2N−1)は全体制御部113内の記憶部(図示せず)に記録される。次に、欠陥観察動作時に、ステージ位置(q)を記憶部より順次読み出し、ステージコントローラ111を介して、ステージ106をステージ位置(q)に順次移動させ、欠陥(n(round(q/2)))の低倍参照画像及び低倍欠陥画像及び高倍欠陥画像を取得していく。round(x)はxの小数点を切り捨てた整数を表すものとする。
本願の意図するところは、欠陥撮像位置と、その次の欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置を接近させ、低倍参照画像の撮像において、SEMのフォーカス合わせを不要とし、全体の撮像時間を短縮することにある。しかしながら、欠陥撮像位置と、その次の欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置が極端に近い場合、低倍参照画像の撮像において、一つ前の撮像における電子線照射による帯電の影響により、SEMフォーカスの再調整が必要となる。このため、欠陥撮像位置と、その次の欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置の距離を一定距離以上に保つ必要がある。図9にこのような条件を満たすステージ移動経路の生成手順を示す。
まず図8で示した最短経路生成を行う(S800)。S901からS906の処理において、全ての欠陥撮像位置と、その次の欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置の距離を予め設定された距離d1と比較する(S901)。S901においてステージ位置(2k−1)は欠陥画像撮像位置、ステージ位置(2k)は低倍参照画像撮像位置に対応し、‖ ‖は2点の距離を表すものとする。この2点の距離がd1未満(あるいは以下)の場合、欠陥番号をN(m)に記録し(S902)、S800で生成したステージ位置のリストからこの2点を削除する(S903)。No Operationが設定されたステージ位置(q)は、全体制御部113内の記憶部(図示せず)から読み出されたとき、全体制御部113はステージコントローラ111に対して移動命令を出さない。
全欠陥の処理終了の後、削除対象となった欠陥数を記憶する(S908)。S909からS912の処理において、削除したM個の欠陥に対応する参照位置(N(m))、欠陥位置(N(m))をステージ位置のリストに追加する。参照位置(N(m))は距離最短の基準で改めて選択し直す(S909)。以上の処理を施すことにより、全ての欠陥撮像位置と、その次の欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置の距離をd1以上に保つことができる。
欠陥撮像の位置は、その欠陥に対応する低倍参照画像撮像位置から基本的には離れているのでSEMのフォーカス合せが必要となるが、この距離が接近している場合はSEMのフォーカス合せを省くことができる。図10は、全ての欠陥についてS1001からS1012で示す手順を繰り返し、高倍率の欠陥観察像を取得していく手順を示し、機能的には図5のS500に相当する部分に、このフォーカス制御手順を組み込んだものである。ステージ位置()の表記は図8、図9と共通のものである。
まずステージ位置(2k)、すなわち低倍参照画像撮像位置に移動する(S1001)。初回(k=0)以外は、1回前の撮像位置である欠陥撮像位置(2k−1)に近いのでSEM焦点合わせを行わない(S1002、S1003)。低倍の参照画像を撮像し(S1004)、ステージ位置(2k+1)、すなわち欠陥画像撮像位置に移動する(S1005)。S1008で欠陥画像の撮像を行うが、このときステージ位置(2k+1)とステージ位置(2k)の距離が予め定められた一定距離d2未満(あるいは以下)であればSEM焦点合わせを行わないようにする(S1006、S1007)。さらに、ステージ位置(2k+1)とステージ位置(2k)の距離が予め定められた一定距離d3未満(あるいは以下)であれば高倍欠陥画像撮像のためのSEM焦点合わせも行わないようにする(S1009、S1010)。一般に高い倍率の画像を取得する際の焦点深度は浅いので、d2とd3は別にしておく。続いて、低倍参照画像と低倍欠陥画像の画像比較により欠陥位置を特定する(S1011)。図10ではS1009からS1010と、S1011をシリアルに行うように書いているが、この動作は並列化可能であり、S1010の動作時間がS1011の処理時間以内である限りS1010は常に実行してもよい。 最後に特定した欠陥位置を含む領域を高倍率で撮像する(S1012)。 S1006に示した条件が連続して成立した場合、最後にSEM焦点合せを行った位置から離れてもSEM焦点合せが行われない。これを防ぐために、予め規定の回数を設けておき、SEM焦点合せが行われない回数が、この規定回数に達した場合はS1006の後に強制的にSEM焦点合わせを行ってもよい。
図11、図12は生成したステージ移動経路の表示例である。この表示は図1の制御端末114のディスプレイに表示されるものである。図11、図12ともにウェーハ外周とチップにより形成される格子が描かれている。図11では欠陥画像撮像位置を黒丸、参照画像撮像位置を白丸で表し、黒丸、白丸を結ぶことで移動経路を示している。図12では欠陥画像撮像位置があるチップを黒く、参照画像撮像位置があるチップを白く表し、チップ内の撮像位置を結ぶことで移動経路を示している。これらの表示は、移動経路生成後の確認のため、あるいは欠陥観察画像を収集中に現在ステージがいる位置が分かる形で表示する。図13は移動経路を生成する際のパラメータ入力画面である。図9,図10で示した距離に対するしきい値d1,d2,d3が入力できるようにする。図8、図9、図10では説明を省いたが、各撮像点間の距離とともに、その時間間隔も経路生成の上で重要である。すなわち、ある撮像点のごく近傍に過去の撮像点がある場合、その過去の撮像から一定時間経過していれば、過去の撮像による帯電などの影響は少ないが、ごく短時間の過去であれば過去の撮像の影響が大きくなり、撮像の順番を見直す必要が生ずる。逆に、ある撮像点の近傍に過去の撮像点がない場合、過去の撮像は短時間の過去に行われていても影響は少ない。このような考えに基づき、撮像間隔に対する時間と距離の入力も行えるようにしておき、例えば任意の撮像相互間の距離と時間間隔を変数とする関数評価値を満たす条件で移動経路生成する、あるいは、任意の撮像相互間の距離と時間間隔の積が予め定められた値以上にならないように移動経路を生成する、あるいは、任意の撮像相互間の距離が予め定められた距離以上、かつ任意の撮像相互間の時間間隔が予め定められた時間間隔以上になるように移動経路生成するなどが考えられる。
以上の入力値をもとに生成した移動距離と、ステージ制御パラメータを基に計算した移動時間のシミュレーション結果を表示することにより、移動距離、移動時間を確認することができ、入力パラメータの調整が可能となる。また図13を図11あるいは図12と併せて表示することにより、入力パラメータを変更しながら、生成される経路の状態と、移動距離、移動時間を確認することもできる。
図8から図13を用いて述べた、欠陥観察画像の収集手順を、図1で示した欠陥観察装置、及び図2で示した画像処理部上で実施する方法について以下に述べる。図1に示した測長走査型電子顕微鏡装置100に、観察対象の欠陥を有するウェーハ107をロードし、ステージ106上に載置する。併せて欠陥座標データを全体制御部113に接続されている外部記憶媒体(図示せず)、または全体制御部113に接続されているローカルエリアネットワーク(図示せず)などから読み込み、全体制御部113の記憶部(図示せず)に記憶さる。全体制御部113の演算部(図示せず)は、記憶された欠陥座標データを読み出し、先に述べたステージ移動経路生成手順を実行するコンピュータ用のプログラムが処理し、ステージ移動位置である経路情報が全体制御部113の記憶部(図示せず)に記憶される。プログラムも欠陥座標データと同様にして外部より入力され、全体制御部113の記憶部(図示せず)に記憶され、次回以降はプログラムを記憶部から読み出し実行する。
ウェーハを載置しウェーハのアライメントを実行した後、全体制御部113の記憶部に記憶されたステージ移動位置を順次読み出し以下を実行する。まず、読み出したステージ移動位置に基づき、全体制御部113よりステージコントローラ111を通してステージ106を制御し、ウェーハ上の参照パターンに対応する撮像対象箇所が電子光学系の視野に入るようにステージ106を動かす。次に電子光学系制御部112により必要に応じて対物レンズ105を制御し焦点合わせを実行した後、偏向コイル104を制御し、電子ビーム101によりパターンを走査する。撮像対象領域より得られた2次電子をA/Dコンバータ109によりデジタル信号変換し、画像処理部110内のデータ入力I/F205を介してメモリ203にデジタル画像として参照画像を記憶する。続いて、全体制御部113の記憶部に記憶された次のステージ移動位置を読み出し、全体制御部113よりステージコントローラ111を通してステージ106を制御し、ウェーハ上の欠陥パターンに対応する撮像対象箇所が電子光学系の視野に入るようにステージ106を動かす。以降、参照画像と同様にして欠陥画像を撮像し、そのデジタル画像をメモリ203に記憶する。
画像処理制御部201により、メモリ203に記憶された低倍参照画像と低倍欠陥画像の画像比較処理を演算部202により実行し、欠陥部位の位置を検出する。検出位置情報を画像処理部110から全体制御部113に出力し、全体制御部113は受信した検出位置情報を電子光学系処理部112に渡す。電子光学系処理部112は受信した検出位置情報を電子光学系の制御情報に変換し、これをもとに、欠陥を電子光学系の視野中心で捉えるよう偏向コイル104を制御する。さらに、所望の観察倍率が得られるよう電子光学系処理部112はコンデンサレンズ103,対物レンズ105を制御し、必要に応じて対物レンズ105を制御し焦点合わせを実行した後、偏向コイル104を制御し、電子ビーム101により欠陥領域を走査する。撮像対象領域より得られた2次電子をA/Dコンバータ109によりデジタル信号変換し、画像処理部110内のデータ入力I/F205を介してメモリ203にデジタル画像として高倍欠陥画像を記憶する。
全体制御部は、入出力I/F200を介してメモ203に記憶された欠陥観察画像である高倍欠陥画像を読み出し、制御端末のディスプレイ114に表示したり、欠陥観察画像を全体制御部113に接続されている外部記憶媒体(図示せず)に出力したり、あるいは全体制御部113に接続されているローカルエリアネットワーク(図示せず)を介して上位のサーバー(図示せず)に転送したりする。
図11、図12に示したステージ移動経路の表示を制御端末114に表示しても良い。欠陥画像収集中であれば、現在のステージの位置を経路上に示すことにより、位置とともに処理の進捗状態が確認できる。
また、欠陥座標データを全体制御部113に読み込み、記憶すればステージ移動経路生成を実行することができるので、経路生成のためのパラメータ入力のための表示画面である図13を用い、各種のパラメータによりステージ移動距離や移動時間を計算させ、所望のパラメータを得るとともに、全体制御部113の記憶部に記憶させることで次回以降再利用が可能となる。また前述のように、図11あるいは図12を図13と併せて表示することにより、入力パラメータを変更しながら、生成される経路の状態と、移動距離、移動時間を同時に確認することができる。
以上により、SEM焦点合わせ回数を減らすことを目的として短距離化を図ったステージ移動経路により、ウェーハ上欠陥の欠陥観察画像の収集を短時間に実行することが可能となる。
本発明の第2の実施例を図14と図15用いて説明する。
図14に第二の実施例における欠陥観察画像の取得経路を示す。本実施例は、低倍参照画像を撮像するチップ、すなわち参照チップとして、一つ前の欠陥が存在するチップを選択しステージ移動経路を生成するものである。すなわち、欠陥番号nに対応する参照チップは、図14に示すように欠陥番号n−1の位置するチップの参照画像撮像位置とする。欠陥番号n+1に対応する参照チップも同様の考え方で選択し、以降同じである。
このようにした場合のステージの移動距離について、図4の従来の方法と定性的に比較する。図4の方法でも、図14の方法であっても、欠陥間の長距離の移動と、欠陥と参照間の短距離の移動の組み合わせからなっている。従来法における短距離の移動、すなわち参照画像撮像位置から欠陥画像撮像位置までの移動は必ず1チップ分の距離移動する必要が生じる。図4の例ではチップのx方向の幅分がこれにあたる。一方、図14に示す方法における短距離の移動、すなわち欠陥画像撮像位置から参照画像撮像位置までの移動は、場所によってその距離は異なるものの、必ず1チップより短い距離の移動で済み、短距離の移動においては移動距離の合計において本手法の方が常に有利である。長距離の移動に関しては、ケース・バイ・ケースであるものの、定性的には同程度である。
図15に図5の500の部分のステージ移動位置の生成手順を示す。まず、検査装置で検出された欠陥の欠陥位置(n)を情報として有する欠陥座標データを全体制御部113の外部入出力I/F(図示せず)を介して読み込む(S1500)。読み込んだ欠陥座標データから観察対象とするN点の欠陥について、1欠陥を1回訪れる条件の下で最小距離で巡る経路を決定する(S1501)。
最初の欠陥(k=0)の参照画像撮像位置をステージ位置(0)として、欠陥(n(0))があるチップの 隣接チップの参照位置(n(0))を設定する(S1502)。次に欠陥位置(n(0))をステージ位置(1)として設定する(S1503)。以降、経路生成後の経路順の欠陥番号kに従いS1505からS1508を繰り返す。まず、欠陥(n(k−1))があるチップにおける参照位置(n(k))を ステージ位置(2k)として選択し(S1505)、選択したチップで低倍参照画像が撮像できるようステージの移動経路を生成する。次に欠陥位置(n(k))を ステージ位置(2k+1)に設定する(S1506)。全ての欠陥を処理したら終了し、まだ残りがあればS1505からS1508を繰り返す。
図9で示した手順を実施例2に適用するためには、図15の処理全体を図9のS800で示すステップで実行すればよい。図10で示した手順は実施例2にそのまま適用できる。また図11,図12,図13に示した表示は実施例3でも共通に使用できる。実施例1において図1と図2を用いて開示した装置動作についても実施例1と実施例2で異なる部分はなく、実施例2の手順は図1と図2で示した装置により実施可能である。
実施例2では、実施例1で述べた効果とともに、参照画像撮像位置の選択の範囲が一つのチップに限定されるので、経路生成時、逓倍参照画像撮像チップの選択に複数のチップ座標を処理する必要がなくなり、演算量を低減できるという効果がある。
本発明の第2の実施例を図16と図17用いて説明する。
第二の実施例における欠陥観察画像の取得経路は、低倍参照画像を撮像するチップ、すなわち参照チップとして、一つ前の欠陥チップと、次の欠陥チップの間に存在するチップを選択し生成されるものである。欠陥(n)に対応する参照チップは、図16に示すように欠陥(n−1)の位置するチップとの欠陥(n)の位置するチップの間にあるチップである。図16では一例として、参照位置(n)は、欠陥(n)のある欠陥チップと、その隣接チップ上にあり、かつ、欠陥位置(n−1)と参照位置(n)の距離と、参照位置(n)と欠陥位置(n)の距離の和が最小となる参照位置を選択している。欠陥番号n+1に対応する参照チップも同様の考え方で選択し、以降同じである。
このようにした場合のステージの移動距離について、図4の従来の方法と定性的に比較する。図4の方法では、欠陥から次の欠陥の撮像までの移動距離は、欠陥点から出発して1チップ分はずれた参照画像撮像位置を経由し、次の欠陥点までであり、欠陥点から次の欠陥点を1辺としたときの、参照位置を頂点とする三角形の他の2辺の合計距離となる。図16に示す方法は、この欠陥点から次の欠陥点を1辺とする距離に極力近い距離を与える参照位置を選択しており、距離において図4の方法を上回ることはない。
図17に図5の500の部分のステージ移動位置の生成手順を示す。まず、検査装置で検出された欠陥の欠陥位置(n)を情報として有する欠陥座標データを全体制御部113の外部入出力I/F(図示せず)を介して読み込む(S1700)。読み込んだ欠陥座標データから観察対象とするN点の欠陥について、1欠陥を1回訪れる条件の下で最小距離で巡る経路を決定する(S1701)。
最初の欠陥(k=0)の参照画像撮像位置をステージ位置(0)として、欠陥(n(0))があるチップの 隣接チップの参照位置(n(0))を設定する(S1702)。次に欠陥位置(n(0))をステージ位置(1)として設定する(S1703)。以降、経路生成後の経路順の欠陥番号kに従いS1705からS1708を繰り返す。まず、欠陥位置(n(k−1))と参照位置(n(k))の距離と、参照位置(n(k))と欠陥位置(n(k))の距離との和が最短となる参照位置(n(k))をステージ位置(2k)として選択し(S1705)、選択した参照位置(n(k))で低倍参照画像が撮像できるようステージの移動経路を生成する。次に欠陥位置(n(k))を ステージ位置(2k+1)に設定する(S1706)。全ての欠陥を処理したら終了し、まだ残りがあればS1705からS1708を繰り返す。
図9で示した手順を実施例3に適用するためには、図17の処理全体を図9のS800で示すステップで実行すればよい。図10で示した手順は実施例3にそのまま適用できる。また図11,図12,図13に示した表示は実施例3でも共通に使用できる。実施例1において図1と図2を用いて開示した装置動作についても実施例1と実施例3で異なる部分はなく、実施例3の手順は図1と図2で示した装置により実施可能である。
実施例3では、実施例1で述べた効果とともに、参照画像撮像位置も欠陥画像撮像位置と次の欠陥画像撮像位置を結ぶ線分に近くなるので、合計の移動距離を最短化でき、ウェーハ上欠陥の欠陥観察画像の収集を短時間に実行することが可能となる。また、参照画像の撮像位置が実施例1に比較すると欠陥画像撮像位置に近くなるので、ウェーハ上のプロセスばらつきによる画像変化が入りにくくなり、欠陥画像と参照画像の比較が安定に行える結果、欠陥観察像撮像の成功率を向上させることもできる。
以上の実施例にて説明した本願発明により、SEMを用いた半導体ウェーハ上の欠陥の観察画像の収集を、参照チップで撮像した参照画像と、欠陥チップで撮像した欠陥画像とを比較する方法を用いて行うとき、ステージの合計移動距離を減らすことができ、また参照画像の撮像位置は参照画像撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の近傍であるため、SEMの焦点合せが不要となるので画像収集時間の低減が可能となる。また、全ての欠陥位置を一巡する経路を最短、あるいは準最短で生成するので、参照撮像位置から欠陥撮像位置までの距離も短くなる傾向にあり、画像比較のためのペアとなる参照チップと欠陥チップの距離が一定距離以内であれば、欠陥画像撮像のためのSEMの焦点合せも不要になり、参照画像と欠陥画像の比較処理においてもウェーハ面内のプロセスばらつきの影響を少なくなることから、欠陥位置の特定の信頼性を向上させ、安定に欠陥観察画像の取得を行うことが可能となる。
100…走査型電子顕微鏡装置,101…電子ビーム,102…電子銃,103…コンデンサレンズ,104…偏向コイル,105…対物レンズ,106…ステージ,107…ウェーハ,108…検出器,109…A/Dコンバータ,110…画像処理部,111…ステージコントローラ,112…電子光学系制御部,113…全体制御部,114…制御端末,200…入出力I/F,201…画像処理制御部,202…演算部,203…メモリ,204…バス,205…データ入力I/F

Claims (30)

  1. 予め検査装置で検出された半導体ウェーハの複数の欠陥の位置を読み出す読み出し工程と、
    前記読み出し工程により読み出された欠陥の観察像の撮像において該欠陥が存在するチップとは別のチップで参照画像を第1の倍率で撮像する第1の撮像工程と、
    該欠陥を含む第1の欠陥画像を第1の倍率で撮像する第2の撮像工程と、
    前記第1の撮像工程により撮像された該参照画像と前記第2の撮像工程により撮像された該第1の欠陥画像とを比較して該第1の欠陥画像上の欠陥位置を特定する欠陥位置特定工程と、
    前記欠陥位置特定工程にて特定された該欠陥位置に基づいて該第1の倍率よりも高い第2の倍率で第2の欠陥画像を該欠陥の該観察画像として撮像する第3の撮像工程と、を備え、
    前記読み出し工程により読み出した該複数の欠陥を重複無く一巡する経路順に並び替える並び替え工程と、
    該参照画像を撮像するチップを参照画像に対応する欠陥ごとに選択して、前記第1の撮像工程と前記第2の撮像工程におけるステージの移動位置を決定することによりステージ移動経路を生成するステージ移動経路生成工程と、を有する欠陥検査方法。
  2. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中から選択することを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  3. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中で、かつ前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が最短距離となるチップを選択することを特徴とする請求項2記載の欠陥検査方法。
  4. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中で、かつ前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離以上の距離で最短となるチップを選択することを特徴とする請求項2記載の欠陥検査方法。
  5. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップとすることを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  6. 前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離未満あるいは以下の場合、前記参照画像の撮像を行うチップを前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップに隣接するチップから選択することを特徴とする請求項5記載の欠陥検査方法。
  7. 前記参照画像の撮像位置があるチップは、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置と前記参照画像の撮像位置の距離と、前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ後に撮像する欠陥位置の距離の和が最小となるようなチップとすることを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  8. 前記参照画像の撮像位置があるチップは、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中から選択することを特徴とする請求項7記載の欠陥検査方法。
  9. 前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離未満あるいは以下の場合、前記参照画像の撮像を行うチップを前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップに隣接するチップから選択することを特徴とする請求項8記載の欠陥検査方法。
  10. 前記ステージ移動経路生成工程では、前記第1の撮像工程にて該参照画像の撮像を行うチップを、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと該隣接チップから選択することを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  11. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中で、かつ前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が最短距離となるチップを選択することを特徴とする請求項10記載の欠陥検査方法。
  12. 前記参照画像の撮像を行うチップを、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中で、かつ前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離以上の距離で最短となるチップを選択することを特徴とする請求項10記載の欠陥検査方法。
  13. 前記ステージ移動経路生成工程では、前記第1の撮像工程にて該参照画像の撮像を行うチップを、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップとすることを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  14. 前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離未満あるいは以下の場合、前記参照画像の撮像を行うチップを前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップに隣接するチップから選択することを特徴とする請求項13記載の欠陥検査方法。
  15. 前記ステージ移動経路生成工程では、前記第の撮像画像において該参照画像の撮像位置があるチップは、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置と該参照画像の撮像位置の距離と、該参照画像の撮像位置と該参照画像の撮像の一つ後に撮像する欠陥位置の距離の和が最小となるようなチップとすることを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。
  16. 前記参照画像の撮像位置があるチップは、前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと、その隣接チップの中から選択することを特徴とする請求項15記載の欠陥検査方法。
  17. 前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置の距離が、予め定められた距離未満あるいは以下の場合、前記参照画像の撮像を行うチップを前記参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップに隣接するチップから選択することを特徴とする請求項16記載の欠陥検査方法。
  18. 前記参照画像の撮像位置と前記参照画像の撮像の一つ後に撮像する欠陥位置の距離が、予め定められた距離未満あるいは以下の場合、前記参照画像の撮像の一つ後に撮像する欠陥位置においてSEMの焦点合わせを行わないことを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の欠陥検査方法。
  19. 撮像相互間の距離と時間間隔に対する値を入力する工程を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の欠陥検査方法。
  20. 撮像相互間の距離と時間間隔から計算される評価値が、請求項19に記載の入力された距離と時間間隔より計算される基準値を満たすことを特徴とする請求項19記載の欠陥検査方法。
  21. 撮像相互間の距離と時間間隔の積が、請求項19に記載の入力された距離と時間間隔の積以上であることを特徴とする請求項19記載の欠陥検査方法。
  22. 撮像相互間の距離が、請求項19に記載の入力された距離以上、時間間隔が請求項19に記載の入力された時間間隔予以上であることを特徴とする請求項19記載の欠陥検査方法。
  23. 前記生成した経路をウェーハマップに表示する工程を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の欠陥検査方法。
  24. 前記生成した経路が表示されている前記ウェーハマップに、欠陥撮像中の撮像位置を表示する工程を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれかに記載の欠陥検査方法。
  25. 請求項19に記載の撮像相互間の距離と時間間隔に対する入力値の変更により前記ウェーハマップに表示されている前記生成した経路が変更されることを特徴とする請求項19記載の欠陥検査方法。
  26. 前記撮像が、走査型電子顕微鏡でされることを特徴とする請求項1乃至25のいずれかに記載の試料の観察方法。
  27. 予め検査装置で検出された半導体ウェーハの複数の欠陥の位置を読み出す読み出し部と、
    前記読み出し部により読み出された欠陥の観察像の撮像において該欠陥が存在するチップとは別のチップで参照画像を第1の倍率で撮像する第1の撮像部と、
    該欠陥を含む第1の欠陥画像を第1の倍率で撮像する第2の撮像部と、
    前記第1の撮像部により撮像された該参照画像と前記第2の撮像部により撮像された該第1の欠陥画像とを比較して該第1の欠陥画像上の欠陥位置を特定する欠陥位置特定部と、
    前記欠陥位置特定部にて特定された該欠陥位置に基づいて該第1の倍率よりも高い第2の倍率で第2の欠陥画像を該欠陥の該観察画像として撮像する第3の撮像部と、を備え、
    前記読み出し部により読み出した該複数の欠陥を重複無く一巡する経路順に並び替える並び替え部と、
    該参照画像を撮像するチップを参照画像に対応する欠陥ごとに選択して、前記第1の撮像部と前記第2の撮像部におけるステージの移動位置を決定することによりステージ移動経路を生成するステージ移動経路生成部と、を有する欠陥検査装置。
  28. 前記ステージ移動経路生成部では、前記第1の撮像部にて該参照画像の撮像を行うチップを、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップと該隣接チップから選択することを特徴とする請求項27記載の欠陥検査装置。
  29. 前記ステージ移動経路生成部では、前記第1の撮像部にて該参照画像の撮像を行うチップを、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥の存在するチップとすることを特徴とする請求項27記載の欠陥検査装置。
  30. 前記ステージ移動経路生成部では、前記第の撮像画像において該参照画像の撮像位置があるチップは、該参照画像の撮像の一つ前に撮像した欠陥位置と該参照画像の撮像位置の距離と、該参照画像の撮像位置と該参照画像の撮像の一つ後に撮像する欠陥位置の距離の和が最小となるようなチップとすることを特徴とする請求項27記載の欠陥検査装置。
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