JP2016111166A - 欠陥観察装置および欠陥観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セル比較による欠陥検出方式と、ダイ比較による欠陥検出方式を併用する欠陥検出方式で、スループットのよい欠陥観察装置及び方法を提供する。【解決手段】第１の観察対象位置を含む領域に対して荷電粒子線を照射して得られる信号からその領域の低倍欠陥画像を取得し、低倍欠陥画像を用いてセル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定し、低倍欠陥画像に適用する欠陥検出モードの判定処理と並行して、第１の観察対象位置の次に観察する第２の観察対象位置に向けて試料を移動する。【選択図】図３（ｂ）

Description

本発明は、半導体製造工程で使用される欠陥観察装置および欠陥観察方法に関する。

半導体製造工程において、高い歩留まりを確保するためには、製造工程で発生する欠陥を早期に発見して、対策を施すことが重要である。ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式欠陥観察装置は、特に、半導体製造工程で発生した欠陥を観察するための装置であり、一般に上位の欠陥検査装置で検出した欠陥座標の画像を、上位の欠陥検査装置よりも高画質で観察するための装置である。上位の欠陥検査装置とは例えば光学式欠陥検査装置である。具体的には、まず上位の欠陥検査装置が出力した欠陥座標に試料ステージを移動して、観察対象となる欠陥が視野内に入る程度の低倍率で撮像する。次に、撮像した低倍画像から欠陥座標を検出して、欠陥が視野の中心に位置するように試料ステージを移動、または撮像中心を移動して、欠陥観察に適した高倍率で観察用の高倍画像を取得する。このように、観察用の高倍画像を取得する前に低倍画像で欠陥座標を検出するのは、上位の欠陥検査装置が出力する欠陥座標には装置仕様の範囲で誤差が含まれているためであり、ＳＥＭ式欠陥観察装置で高画質な欠陥画像を取得する際には、この誤差を補正する処理が必要となるからである。

この高画質な欠陥画像（高倍画像）を取得する工程を自動化したものがＡＤＲ（Automatic Defect ReviewまたはAutomatic Defect Redetection）である。ＡＤＲでは、上位の欠陥検査装置における欠陥検出の座標精度や、観察対象の物理的な特性などが異なっている。したがって、ＡＤＲでは、観察対象である欠陥の種類によって、欠陥を検出するための低倍画像の取得条件や、欠陥を観察するための高倍画像の取得条件を、ＡＤＲの欠陥検出精度とスループットとのバランスを考慮しながら最適化しながら行う必要がある。。そのため、ＡＤＲには欠陥検出精度の向上を優先した欠陥検出方式や、スループットの向上を優先した欠陥検出方式など、複数の欠陥検出方式が用意されており、目的に応じて使い分けている。

特許文献１には、欠陥検出方式について、「セル比較方式で欠陥検出を行い、次にセル比較方式での欠陥検出の可否判断を行い、その結果セル比較方式で欠陥の検出ができなかったと判断されたとき、確実に欠陥を検出できるダイ比較方式へと移行する」と記載されている。

特開２００７−３０５７６０号公報（米国特許出願公開第２００８／００６７３７１号明細書）

近年の設計パターンの微細化、製造プロセスの複雑化に伴い、歩留まりに影響を与える欠陥も多様化しており、観察対象の欠陥種に最適な観察条件を設定する作業の難易度があがっている。特に、ＡＤＲにおいて欠陥検出精度を維持しながら、スループットを最大限向上させるための条件設定は、経験豊富なオペレータであっても試行錯誤を繰り返すことが多く、難易度が高い作業になっている。

特許文献１で開示されている方式では、低倍欠陥画像を使ってセル比較による欠陥検出方式の適用可否を判断するため、セル比較による欠陥検出方式が採用可能な場合には、低倍参照画像を取得する必要がなくなるので、スループットを向上させることができる。ところが、セル比較による欠陥検出方式が採用できない場合には、ダイ比較による欠陥検出方式へ移行して低倍参照画像を取得するため、スループットが低下する。

具体的には、ダイ比較による欠陥検出方式へ移行した場合には、低倍欠陥画像の撮像、セル比較による欠陥検出、低倍参照画像の撮像、ダイ比較による欠陥検出、高倍欠陥画像の撮像、の順に処理することになるため、高倍欠陥画像取得時に低倍参照画像取得位置からのステージ移動が発生してスループットが低下する。この参照画像取得位置からのステージ移動は、最初から全ての観察対象箇所をダイ比較による欠陥検出方式で実行する場合には発生しない処理である。そのため、ダイ比較による欠陥検出方式へ移行する比率が高くなると、最初から全ての試料をダイ比較による欠陥検出方式で処理するよりも、スループットが低下する結果となる。また、画像の撮像後でなければ欠陥検出処理はできないため、欠陥検出処理に要する時間はスループットへ大きく影響する。

どの程度ダイ比較による欠陥検出方式へ移行すると、最初から全ての観察対象箇所をダイ比較による欠陥検出方式で実行するよりも遅延するかは、欠陥観察装置の仕様やＡＤＲ条件により異なるが、一般には、ダイ比較による欠陥検出方式への移行率が20〜30%程度を超えると、最初から全ての観察対象箇所をダイ比較による欠陥検出方式で処理するよりも、スループットが低下する事例が多い。

このダイ比較による欠陥検出方式への移行率は、欠陥検査装置が検出した欠陥座標と製造パターンとの位置関係に依存するため、ＡＤＲ実行前に予測することができない。実際にＡＤＲを実行した後に、最初から全ての観察対象箇所をダイ比較による欠陥検出方式で処理した方が短時間で処理できたことが判明することになる。

本発明は、安定したスループットで、高精度な欠陥検出を行うことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では低倍欠陥画像を撮像後、セル比較での欠陥検出を行い、合わせて次の低倍欠陥へステージ移動し、低倍欠陥画像の撮像と、セル比較での欠陥検出を行う。観察対象の全ての観察点に対してこの処理を行ったのち、各観察点にステージ移動し、高倍欠陥画像の撮像を行うが、ダイ比較での欠陥検出が必要と判断した観察点のみ、低倍参照画像の撮像を行い、ダイ比較での欠陥検出を行い、合わせて各観察点へのステージ移動と高倍欠陥画像の撮像を行う。

一例として、第１の観察対象位置を含む領域に対して荷電粒子線を照射し、前記照射により得られる信号から前記第１の観察対象位置を含む領域の画像を第１の倍率で取得し、前記第１の倍率で取得した画像を用いてセル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定し、前記第１の観察対象位置を含む領域の画像に適用する前記欠陥検出モードの判定処理と並行して、前記第１の観察対象位置の次に観察する第２の観察対象位置に向けて前記試料を移動する。

本発明によれば、欠陥検出を他点の撮像のステージ移動または撮像の時間に並行して行うことができ、スループットの向上が可能となるため、欠陥検出方式の設定自動化による利便性向上と高スループットを両立した欠陥観察装置を提供することができる。

上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１における、ＳＥＭ式観察システムの全体構成を示す模式図。 実施例１における、操作・解析部とデータフローを示す模式図。 実施例１における、セル比較・ダイ比較自動切り替え機能付きＡＤＲのフローチャート。 実施例１におけるフローの実行タイミング図。 実施例２における、参照画像取得ダイの選択方式を示す模式図。 実施例２における、参照画像をまとめて取得することで高速化したセル比較・ダイ比較自動切り替え機能付きＡＤＲのフローチャート。 実施例２におけるフローの実行タイミング図。 実施例３における、低倍欠陥画像から高倍欠陥画像を生成する例を示す模式図。 実施例３における、低倍欠陥画像から高倍欠陥画像を生成し、参照画像をまとめて取得することで高速化したセル比較・ダイ比較自動切り替え機能付きＡＤＲのフローチャート。 実施例３におけるフローの実行タイミング図。

セル比較による欠陥検出方式が適した観察対象と、ダイ比較による欠陥検出方式が適した観察対象とが混在する試料に対して、高精度な欠陥検出と高スループットとを両立することができる、欠陥観察方法、欠陥観察装置、欠陥観察システムの構成例を説明する。以下に説明する欠陥観察システムは本発明の一例であって、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

また、本明細書において、「欠陥観察装置」とは荷電粒子線を用いて試料の画像を撮像する装置であって、複数の画像を比較して欠陥を検出する装置を広く含む。欠陥観察装置は欠陥レビュー装置と称されることもある。また、「欠陥観察システム」とは欠陥観察装置がネットワーク等で他の装置と接続されたシステムであって、欠陥観察装置を含んで構成されるシステムを広く含むものとする。

欠陥観察装置を含む欠陥観察システムの一構成例として、ＳＥＭ式欠陥観察装置で、ＡＤＲにより欠陥画像を取得する例を説明するが、システム構成はこれに限らず、欠陥観察システムを構成する装置の一部、または全部が異なる装置で構成されていてもよい。例えば、本実施例のＡＤＲ処理は、ＳＥＭ式欠陥観察装置とネットワーク接続されたＡＤＲ処理装置や、画像管理装置、またはレシピ管理装置で実行されてもよいし、システムの構成要素である汎用コンピュータに搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）により、所望の演算処理を実行するプログラムで実行されてもよい。また、このプログラムが記録された記憶媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。

また、本明細書において「欠陥」とは、異物に限らず試料の素材不良や、構造不良、製造パターンの形状変化や輝度変化など、観察対象物を広く含むものとする。さらに、本明細書において「欠陥画像」とは、欠陥観察の対象となる画像であって、真の欠陥の画像のみならず、欠陥候補の画像や擬似欠陥の画像も含むものとする。また、「参照画像」とは欠陥抽出のために欠陥画像との比較に用いられる基準画像であって、正常な領域、すなわち欠陥が無いと推定される領域の画像を表している。特にダイ比較方式における「参照画像」とは、欠陥画像に対応するパターンを有し、かつ欠陥画像が取得されたダイとは異なるダイで取得される画像を意味する。

また、「欠陥座標」「参照座標」とはそれぞれ欠陥画像または参照画像を取得する位置を表す代表点の座標位置を意味する。

さらに、「高倍」「低倍」と表現している部分は、相対的に「高倍」あるいは「低倍」であることが多いので、代表的な事例として「高倍」「低倍」と表現しているものであり、絶対的な倍率を表現しているものではない。稀な事例ではあるが、「高倍」と「低倍」の倍率が逆転する事例もある。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。

ＳＥＭ式欠陥観察装置とは、光学式またはＳＥＭ式検査装置などの欠陥検査装置で検出した欠陥座標を入力情報として、欠陥座標の高画質なＳＥＭ画像を観察や解析に適した条件で取得する装置である。ＳＥＭ式観察装置の入力情報としては、欠陥検査装置で検出した欠陥座標以外にも、設計レイアウトデータに基づくシミュレーションなどにより抽出した観察点の座標情報を用いることもできる。

図１は、本実施例における、ＳＥＭ式観察システムの全体構成を示す模式図である。図１のＳＥＭ式欠陥観察装置１１８は、ＳＥＭ画像の撮像手段である走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）と情報処理装置からなる。ＳＥＭ式欠陥観察装置１１８は、光学顕微鏡１１７を含んでいてもよい。ＳＥＭは、試料１０５に電子線を照射し試料から発生する二次粒子１０８を検出する電子光学系、観察対象となる試料を保持する試料台をＸＹ面内に移動させるステージ１０６、当該電子光学系に含まれる各種の光学要素を制御する電子光学系制御部１１０、二次粒子検出器１０９の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換部１１１、ステージ１０６を制御するステージ制御部１１２を含む。電子光学系は、電子銃１０１、レンズ１０２、走査偏向器１０３、対物レンズ１０４、二次粒子検出器１０９などの光学要素により構成される。ＳＥＭ式欠陥観察装置１１８の情報処理装置は、ＳＥＭや情報処理装置の全体制御を行う全体制御部１１３、Ａ／Ｄ変換部からの信号によって画像を生成し当該画像を解析することで欠陥を抽出または分類するための画像解析を行う画像処理部１１４、ディスプレイ、キーボード、マウスなどを介してユーザーが装置を操作するための操作部１１５、取得した画像などを保持するメモリやハードディスクなどの記憶装置１１６を含んで構成される。

電子銃１０１から発射された一次電子線１０７は、レンズ１０２で収束され、走査偏向器１０３で偏向された後、対物レンズ１０４で収束されて、試料１０５に照射される。一次電子線１０７が照射された試料１０５からは、試料の形状や素材に応じて、二次電子や反射電子などの二次粒子１０８が発生する。発生した二次粒子１０８は、二次粒子検出器１０９で検出された後、Ａ／Ｄ変換部１１１でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された二次粒子検出器の出力信号を、画像信号と称する場合もある。Ａ／Ｄ変換部１１１の出力信号は、画像処理部１１４に出力されてＳＥＭ画像を形成する。当該装置には、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、荷電粒子光学系の構成はこれに限られない。

画像処理部１１４は、生成したＳＥＭ画像を使用して、欠陥検出などの画像処理を実行するＡＤＲ処理や、欠陥を種類別に自動分類するＡＤＣ（Automatic Defect Classification）処理など、各種の画像解析処理を実行する。なお、本実施例のＳＥＭ式観察装置では、異なる複数の倍率で観察対象の画像を取得することができる。例えば、走査偏向器１０３の走査範囲を変えることによって、倍率を変えて観察することが可能である。

レンズ１０２、走査偏向器１０３、対物レンズ１０４など、電子光学系内部の光学要素の制御は、電子光学系制御部１１０で実行される。試料の位置制御は、ステージ制御部１１２で制御されたステージ１０６で実行される。全体制御部１１３は、ＳＥＭ式観察装置全体を統括的に制御する制御部であり、ディスプレイ、キーボード、マウスなどを備えた操作部１１５、記憶装置１１６からの入力情報を解釈して、電子光学系制御部１１０、ステージ制御部１１２、画像処理部１１４などを制御して、必要に応じて操作部１１５に含まれる表示部や、記憶装置１１６に処理結果を出力する。

画像処理部１１４で実行される処理は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、欠陥観察装置に接続されたコンピュータで実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板、半導体チップ、またはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、画像処理部１１４に高速なＣＰＵを搭載して、所望の演算処理をプログラムで実行することにより実現できる。

また、図１では欠陥観察システムの一例として、ＳＥＭ式欠陥観察装置１１８と、レシピ管理装置１２０と、欠陥情報データベース１２１とを、ＬＡＮ（Local Area Network）１１９を介して接続した例を示している。ＳＥＭ式欠陥観察装置１１８で取得した画像は、欠陥情報データベース１２１に保存する。その他欠陥に関する情報、例えば欠陥画像の撮像条件や検出した欠陥座標なども、欠陥情報データベース１２１に保存する。レシピ管理装置１２０は、レシピ作成に必要な欠陥情報を、欠陥情報データベース１２１から取得し、画像処理を含む演算処理を実行して、ＡＤＲやＡＤＣ処理などを実行する条件、手順を記録したレシピを作成する。演算処理に用いたパラメータや作成したレシピなどは、レシピ管理装置に内蔵した記憶装置に保存してもよいし、欠陥情報データベースに保存してもよい。このように「欠陥情報」には、検査装置が検出した欠陥の座標、検査装置が撮影した画像、検査装置の解析機能で解析した結果や、欠陥観察装置で再検出した欠陥の座標、欠陥観察装置が撮像した画像、欠陥観察装置の解析機能で解析した結果など、欠陥に関する情報が含まれる。

図２は、図１の全体制御部１１３、操作部１１５、および記憶装置１１６の詳細図の一例である。ここでは、操作・解析部２０１は、図１の全体制御部１１３と操作部１１５を統合して表現したものである。操作・解析部２０１は、操作部１１５からの操作指示に応じて、全体制御部１１３に組み込まれたＣＰＵが、所定のプログラムを実行することにより実現される、複数の機能ブロックからなるものとする。このように、図１に示したような全体制御部１１３をＳＥＭ式観察装置に組み込んだ構成に限らず、図１に示したＳＥＭ式観察装置とは独立して、図２に示す操作・解析部２０１を構成して、ネットワーク接続により、図１と図２の構成要素を連結してもよい。また、図２の構成要素を図１の欠陥観察システムに組み込む場合には、欠陥データ記憶部２０２、画像データ記憶部２０３、解析パラメータ記憶部２０４、解析結果データ記憶部２０５は、図１の記憶装置１１６に統合されてもよい。

欠陥データ記憶部２０１には、欠陥座標などの欠陥情報が格納されている。画像データ記憶部２０２には、ＳＥＭ式観察装置で撮像した欠陥画像が格納されている。解析パラメータ記憶部２０４には、画像取得や画像解析時に実行するＡＤＲ条件、ＡＤＣ条件などの処理条件が格納されており、複数の条件を再現することが可能である。処理結果は、解析結果データ記憶部２０５に格納される。

他の実施例として、操作・解析部２０１の機能を、図１で示したＳＥＭ式欠陥観察システムにおける、レシピ管理装置１２０で実現することも可能である。さらに、欠陥データ記憶部２０２、画像データ記憶部２０３、解析パラメータ記憶部２０４、解析結果データ記憶部２０５は、図１に示した、ＳＥＭ式欠陥観察システムにおける欠陥情報データベース１２１で実現することもできる。

図３（ａ）は、本実施例における欠陥検出のフローチャートである。

まず、全ての観察対象の低倍欠陥画像を取得する。初めに低倍欠陥取得座標に移動し（３０２）、低倍欠陥画像を取得する（３０３）。取得した画像でセル比較欠陥検出の可否判定を行い、可能であれば欠陥検出を行う（３０４）。ステップ３０４では、まず、画像処理部１１４が、低倍欠陥画像を用いて、セル比較による欠陥検出モードを適用するか、ダイ比較による欠陥検出モードを適用するかを判定する。この判定は、具体的には、低倍欠陥画像に含まれるパターンの周期性に基づいて行ってもよいし、前記ウェーハ単位若しくは該ウェーハ上に形成されたチップ単位での少なくともセル比較による欠陥検出成功率又は欠陥検出成功マップに基づいて行ってもよい。求めた可否判定結果はフローチャートが終了するまで一時的に記憶する（３０５）。これらの処理を、観察対象の全ての観察点に対して行う（３０１）。

ここで、セル比較可否判定・欠陥検出（３０４）と可否判定の記録（３０５）を行う画像処理（３０６）の完了を待たずに、画像処理３０６と並行して次の観察点の低倍欠陥座標への移動（３０２）と低倍欠陥画像の取得（３０３）を実施する。次の観察点の低倍欠陥座標移動（３０２）は、当該観察点に視野が移動するようにステージ１０６によって試料を移動することにより行う。画像処理（３０６）と、次の観察点の低倍欠陥座標移動（３０２）および低倍欠陥画像取得（３０３）とは独立した処理であるため、画像処理（３０６）と並行して実施することで、これに要する時間を実質的に削減し、スループットを向上させることができる。

図３のフローでは、ステップ３０２〜ステップ３０６の処理を試料上の全ての観察対象（全欠陥候補）に対してループさせ、全ての観察対象の低倍欠陥画像を取得し、セル比較の可否を判定した後に、ステップ３０７以降の処理に入ることとしている。ただし、本実施例の方法はこれに限定されるものではなく、試料上の一部の観察対象に対してループ３０１、ループ３０７を行い、その後さらに別の一部の観察対象に対してループ３０１、ループ３０７を行ってもよい。ここで、試料上の一部の観察対象とは、１つの欠陥候補であってもよいし、複数の欠陥候補であってもよい。

続いて、観察対象の全ての観察点について、可否判定の記録（３０５）にて記録したセル比較可否判定結果に基づき、低倍参照画像を取得するかの判定を行う（３０８）。セル比較が可能であったならば、低倍欠陥座標に移動（３１３）し、実施済みのセル比較欠陥検出（３０４）の結果に基づき画像取得座標の補正（３１４）を行い、高倍欠陥画像の取得（３１５）を行う。セル比較ができない場合、参照画像取得ののち、ダイ比較による欠陥検出を行う。まず低倍参照座標に移動（３０９）し、低倍参照画像を取得（３１０）する。この低倍参照画像と、既に（３０３）にて取得済みの低倍欠陥画像を用いて、ダイ比較欠陥検出（３１１）を行い、続いて低倍欠陥座標に移動（３１３）し、欠陥が視野中心となるよう画像取得座標補正（３１４）を行い、高倍欠陥画像を取得（３１５）する。これらの処理を観察対象の全ての観察点に対して実施する（３０７）。

ここで、ダイ比較欠陥検出（３１１）を行う場合、画像処理（３１２）の処理完了を待たずに、画像処理（３１２）と並行して低倍欠陥座標（つまりステップ３０３で画像取得した位置）への移動（３１３）を実施する。ダイ比較欠陥検出を行う場合には、ステージが参照画像の取得位置に移動しているため、高倍欠陥画像の取得のために再度観察点（つまりステップ３１１で検出された欠陥の座標）に試料を移動する必要がある。従来のフローではこの試料の移動に要する時間は待機時間となってしまうが、本実施例の方法によれば、画像処理（３１２）と低倍欠陥座標移動（３１３）とは独立した処理であるため、画像処理（３１２）と並行して実施することで、これに要する時間を実質的に削減し、スループットを向上させることができる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の処理の流れを時間軸上の実行タイミングで示した図である。なお、説明のため図３（ｂ）は図３（ａ）の一部のみを抽出して示している。図３（ｂ）では、塗りつぶしたマス１つが１つの処理を表しており、同じ列で塗りつぶされているマスは２つの処理が並行して動作していることを意味する。斜線でハッチングしたマス、点でハッチングしたマスはそれぞれある観察対象（例えば欠陥）点と、その次の観察対象（例えば欠陥）点を対象とした処理であることを示している。

図３（ｂ）の３２１は、図３（ａ）における、画像処理（３０６）と、低倍欠陥座標への移動（３０２）および低倍欠陥画像の取得（３０３）とが並行して動作している様子を示している。図３（ｂ）中Detectionは図３（ａ）のステップ３０６を表している。また、図３（ｂ）の３２１ではDetectionは次の観察対象点に対するステージ移動の間に完了し、画像取得（Scan）のステップとは並行しない例が示されているが、画像処理やステージ移動に要する時間によっては画像取得（Scan）のステップとも並行して行ってもよい。このように、ある観察対象点に対する画像処理と次の観察対象に対するステージ移動および画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

同様に、図３（ｂ）の３２２、３２３は図３（ａ）の画像処理（３１２）と、次の観察対象点となる低倍欠陥座標移動（３１３）とが並行して動作している様子を示している。この場合も、ある観察対象点に対する欠陥検出処理と次の観察対象に対する電子線の走査による画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

本実施例では、実施例１で説明した方法と比較して、スループットの向上を実現する欠陥観察方法の一例を説明する。図１、図２の構成は本実施例と同様であるため、説明を省略する。

図４は、参照画像を取得するダイの選択方法を説明する模式図である。外形の円は半導体製造工程で使用されるウェーハを表している。また、ウェーハ上には多数のダイが形成されているが、図４では代表的なダイとして４１４−４１６を表している。また、４０６−４０９はダイ内における撮像位置（より具体的には例えば撮像領域の中心座標）を表しており、黒丸（４０８，４０９）は欠陥座標を、白丸（４０６，４０７）は参照座標を表している。

図４は、低倍参照画像を予め指定されたダイ（指定ダイ）でまとめて取得する場合の模式図である。本実施例では、観察対象の低倍欠陥画像を先に取得し、セル比較欠陥検出ができない観察点のみ低倍参照画像取得、ダイ比較欠陥検出を行う。本方式では、欠陥候補として観察対象とする全ての欠陥座標のダイ内座標を、指定ダイ内に投影して参照座標として、この指定ダイ内の参照座標の画像を低倍参照画像として、まとめて取得する。通常、欠陥座標は、欠陥が含まれるダイの試料全体での位置を示す基準座標と、そのダイにおける所定の位置を基準としてそのダイのどの位置に欠陥が存在するかを示すダイ内座標によって記述されている。本方式は、欠陥座標を含むダイを示す基準座標を、指定ダイを示す基準座標と読み替え、指定ダイ内において欠陥座標と同じダイ内座標の位置を参照座標として選択するものである。

図４では、ウェーハ中央付近のダイ４１４を、低倍参照画像を取得するダイとして指定している。低倍参照画像を取得するために指定されたダイ４１４内で、１点目から順に、Ｎ点目の観察点に対応する参照座標４０６、Ｎ＋１点目の観察点に対応する参照座標４０７というように順次取得する。

ここで、低倍参照画像を取得するダイは、ユーザーが指定しても良いし、自動で選択することも可能である。自動選択する場合には、ウェーハ中央に近く、欠陥が存在しないダイを自動選択するのが好ましい。

ウェーハ中央に近い方が好ましいのは、一般に低倍欠陥画像と低倍参照画像との距離が離れると、パターンの製造誤差も拡大する傾向があるためで、欠陥画像と参照画像の距離が極端に拡大することを防止するためである。また、ウェーハ中央部分とウェーハ外周部分とを比較すると、一般にウェーハ外周部分の方がパターンの製造誤差が大きい傾向があるので、ダイを自動選択する場合には、製造誤差が小さいと期待できるウェーハ中央から優先的に選択するのがよい。

さらに、欠陥が存在しないダイの方が好ましいのは、低倍参照画像を取得するダイに欠陥が存在した場合には、その欠陥の低倍参照画像は別のダイにステージ移動して取得する必要があるため、ステージ移動距離が延びるからである。

以上より、低倍参照画像をまとめて取得するダイを自動選択する場合には、ウェーハ中央に近く、欠陥が存在しないダイを選択するのが好ましい。欠陥が存在しないダイが存在しない場合には、低倍参照画像をまとめて取得するダイを複数選択すればよい。複数ダイの選択方法は、上記と同じ理由でウェーハ中央の方が好ましく、また、低倍参照画像取得時のステージ移動距離が短くなるように、ダイを選択するのがよい。ステージ移動距離を短くする経路を決定するアルゴリズムとしては、巡回セールスマン問題を解くアルゴリズムなどが存在するが、この方法に限定するものではない。

一般に、欠陥座標を含むダイに隣接するダイで低倍参照画像を取得する場合、低倍参照画像を取得するために必要な１観察点あたりのステージ移動距離は、ダイサイズを（ｘ、ｙ）として、（数１）で近似できる。

これに対して、本実施例のように低倍参照画像を一つの指定ダイでまとめて取得する場合の、１観察点あたりのステージ移動距離は、観察点数をＮとして、（数２）で近似できる。

また、欠陥が存在しない参照ダイが存在しない場合には、隣接する２つのダイを選択すると考えて、１観察点あたりのステージ移動距離は、（数３）で近似できる。

例えば、ダイサイズを３×３［ｍｍ］として、低倍参照画像の取得回数を５００回とすると、Ｌ₁≒４．２４［ｍｍ］、Ｌ₂≒０．１３［ｍｍ］、Ｌ₃≒０．２６［ｍｍ］となり、低倍参照画像を指定ダイでまとめて取得することにより、低倍参照画像取得時のステージ移動距離を１０分の１以下に大幅削減することができる。

図５は、参照画像を指定ダイでまとめて取得する場合のフローチャートである。全ての観察対象の低倍欠陥画像を取得し、セル比較可否判定・欠陥検出を行うループ（５０１）内の処理５０２〜５０６は、図３のループ（３０１）内処理３０２〜３０６と同様である。画像処理（５０６）と、低倍欠陥検出（５０２）および低倍欠陥画像取得（５０３）を並行して実施する点も同様である。

次に、参照画像を取得するダイを設定（５０７）し、セル比較ができない観察点の参照画像をまとめて取得する。可否判定の記録（５０５）にて記録したセル比較の可否判定結果に基づき、参照画像を取得するかの判定を行う（５０９）。

セル比較が可能であったならば、参照画像の取得は行わない。セル比較ができない場合、参照座標移動（５１０）、参照画像取得（５１１）、ダイ比較欠陥検出（５１２）を行う。処理内容は、図３のループ（３０７）内の処理３０９〜３１２と同様であるが、ループ（５０８）内で画像処理（５１３）の完了を待たずに、次の観察点の参照座標への移動５１０および参照画像の取得（５１１）を実施することができる。画像処理（５１３）と、次の観察点の参照座標移動（５１０）および参照画像取得（５１１）は独立した処理であるので、並行して実施することで画像処理（５１３）の処理時間を有効活用し、スループットの向上を図る。

続いて、高倍欠陥画像の取得処理を行う。具体的には、低倍欠陥座標に移動（５１４）し、欠陥が視野中心となるよう画像取得座標補正（５１６）を行う。この時点で、全ての観察点の欠陥座標はセル比較による欠陥検出（５０４）およびダイ比較による欠陥検出（５１２）にて算出済みである。画像取得座標補正後、高倍欠陥画像を取得（５１７）する。これらの処理を観察対象の全ての観察点に対して実施する（５１４）。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の処理の流れを時間軸上の実行タイミングで示した図である。

図５（ｂ）の５２１は、図５（ａ）における、画像処理（５０６）と、低倍欠陥座標への移動（５０２）および低倍欠陥画像の取得（５０３）とが並行して動作している様子を示している。図５（ｂ）中Detectionは図５（ａ）のステップ５０６を表している。また、図５（ｂ）の５２１ではDetectionは次の観察対象点に対するステージ移動の間に完了し、画像取得（Scan）のステップとは並行しない例が示されているが、画像処理やステージ移動に要する時間によっては画像取得（Scan）のステップとも並行して行ってもよい。このように、ある観察対象点に対する画像処理と次の観察対象に対するステージ移動および画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

同様に、図５（ｂ）の５２２、５２３は図５（ａ）の画像処理（５１３）と、次の観察対象点となる低倍欠陥座標への移動（５１０）および低倍欠陥画像の取得（５１１）とが並行して動作している様子を示している。この場合も、ある観察対象点に対する欠陥検出処理と次の観察対象点への移動および当該観察対象点に対する電子線の走査による画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

本実施例では、高倍欠陥画像の取得に代えて、低倍欠陥画像から高倍欠陥画像を生成することで、さらにスループットを向上することができる欠陥観察方法の実施例を説明する。図１から図３までの構成と、図４、図５の説明内容は本実施例と同様であるため、説明を省略する。

図６は、低倍欠陥画像から高倍欠陥画像を生成する方法を示した図である。図６左図で示す低倍欠陥画像にはパターンの製造欠陥が含まれている。セル比較やダイ比較による欠陥検出にて欠陥座標を求め、その後図６右図のように欠陥を画像の中心付近に含むよう高倍欠陥画像を生成する。より具体的には、セル比較やダイ比較による欠陥検出にて求められた欠陥座標を中心とした視野で高倍欠陥画像を生成する。高倍欠陥画像の生成には、単に固定の大きさで低倍欠陥画像をクリッピングする方法、クリッピング後に画像を拡大して生成する方法、超解像技術によりで高倍欠陥画像を生成する方法、などどのような方法を用いてよい。

図７は、本実施例における欠陥検出のフローチャートである。

まず、全ての観察対象の低倍欠陥画像を取得する。初めに低倍欠陥画像を取得する座標に移動し（７０２）、低倍欠陥画像を取得する（７０３）。取得した画像でセル比較欠陥検出の可否判定を行い、可能であれば欠陥検出を行う（７０４）。欠陥検出が成功した場合には、続いて、例えば図６にて示した方法で、低倍欠陥画像をもとに、検出された欠陥を含む高倍欠陥画像を生成する（７０６）。セル比較ができない場合、その観察点ＩＤまたはその観察点の座標を一時的に記憶する（７０７）。ここで、「一時的に」とは、少なくともステップ７１０のループにおいて画像が取得されるまで、という意味である。これらの処理を、観察対象の全ての観察点に対して行う（７０１）。

ここで、本実施例では、ループ１（７０１）内の画像処理（７０８）の完了を待たずに、次の観察点の低倍欠陥座標移動（７０２）と低倍欠陥画像取得（７０３）を実施することができる。高倍欠陥画像の生成処理を含む画像処理（７０８）と、次の観察点の低倍欠陥座標移動（７０２）および低倍欠陥画像取得（７０３）とは独立した処理であるため、画像処理（７０８）と並行して実施することで、これに要する時間を有効活用し、スループットを向上することができる。

続いて、ステップ７０７で記憶しておいた観察点ＩＤまたは観察座標によって参照画像を取得するダイを設定（７０９）し、セル比較ができない観察点の低倍参照画像をまとめて取得する。具体的には、ステップ７０７で記録した各観察点ＩＤまたは観察座標に対応する参照座標に移動（７１１）し、参照画像を取得（７１２）する。次に、ステップ７１２で取得した参照画像とステップ７０３で取得した低倍欠陥画像を用いてダイ比較による欠陥検出（７１３）を行う。次に、検出された欠陥位置を中心にして低倍欠陥画像をもとに高倍欠陥画像の生成（７１４）を行う。

本実施例では、ループ２（７１０）内の画像処理（７１５）の完了を待たずに、次の観察点ＩＤが示す参照座標への移動（７１１）および参照画像取得（７１２）を実施する。画像処理（７１５）と、次の観察点ＩＤが示す参照座標への移動（７１１）および参照画像の取得（７１２）は独立した処理であるので、並行して実施することで画像処理（７１５）の処理時間を有効活用し、スループットを向上させることができる。

図７（ｂ）は、図７（ａ）の処理の流れを時間軸上の実行タイミングで示した図である。

図７（ｂ）の７２１は、図７（ａ）における、画像処理（７０８）と、低倍欠陥座標への移動（７０２）および低倍欠陥画像の取得（７０３）とが並行して動作している様子を示している。図７（ｂ）中Detectionは図７（ａ）のステップ７０８を表している。また、図７（ｂ）の７２１ではDetectionは次の観察対象点に対するステージ移動の間に完了し、画像取得（Scan）のステップとは並行しない例が示されているが、画像処理やステージ移動に要する時間によっては画像取得（Scan）のステップとも並行して行ってもよい。このように、ある観察対象点に対する画像処理と次の観察対象に対するステージ移動および画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

同様に、図７（ｂ）の７２２は図７（ａ）の画像処理（７１５）と、次の観察対象点に対応する参照座標への移動（７１１）および参照画像の取得（７１２）とが並行して動作している様子を示している。この場合も、ある観察対象点に対する欠陥検出処理および高倍欠陥画像生成処理と、次の観察対象点への移動及び当該観察対象点に対する電子線の走査による画像取得とを並行して動作することで、全体の処理時間が短縮できる。

本実施例によれば、低倍欠陥画像を先行して取得し、かつ低倍欠陥座標移動および画像取得とあわせて高倍欠陥画像を生成すること、セル比較ができない観察点のみ低倍参照画像を指定ダイ内でまとめて取得し、かつ低倍参照座標移動および画像取得とあわせて高倍欠陥画像を生成することにより、画像処理時間を有効活用することができるので、欠陥検出方式の設定自動化による利便性向上と高スループットを両立した欠陥観察装置を提供することができる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に、他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除、置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。さらに、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１：電子銃、１０２：レンズ、１０３：走査偏向器、１０４：対物レンズ、１０５：試料、１０６：ステージ、１０７：一次電子線、１０８：二次粒子、１０９：二次粒子検出器、１１０：電子光学系制御部、１１１：Ａ／Ｄ変換部、１１２：ステージ制御部、１１３：全体制御・解析部、１１４：画像処理部、１１５：操作部、１１６：記憶装置、１１７：光学顕微鏡、１１８：ＳＥＭ式欠陥観察装置、１１９：ＬＡＮ、１２０：レシピ管理装置、１２１：欠陥情報データベース、
２０１：操作・解析部、２０２：欠陥データ記憶部、２０３：画像データ記憶部、２０４：解析パラメータ記憶部、２０５：解析結果記憶部、
４０６：Ｎ点目の参照座標、４０７：Ｎ＋１点目の参照座標、４０８：Ｎ点目の欠陥座標、４０９：Ｎ＋１点目の欠陥座標、４１４−４１６：ダイ、

Claims (12)

1. 試料を保持し、前記試料上の複数の観察対象位置に視野が移動するように前記試料を移動するステージと、
   第１の観察対象位置を含む領域に対して荷電粒子線を照射して得られる信号から当該領域の画像を第１の倍率で取得し、前記第１の倍率で取得した画像を用いてセル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定する画像処理部と、を有し、
   前記ステージは、前記第１の観察対象位置を含む領域の画像に適用する前記欠陥検出モードの判定処理と並行して、前記第１の観察対象位置の次に観察する第２の観察対象位置に向けて前記試料を移動する欠陥観察装置。
2. 請求項１に記載の欠陥観察装置において、
   前記画像処理部は、前記ダイ比較による欠陥検出モードが適用されると判定された場合には、前記第１の観察対象位置に対応するパターンを有し前記第１の観察対象位置とは異なるダイに属する第１の参照位置を含む領域の画像を参照画像として取得し、
   前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像と前記参照画像とを比較して欠陥を検出する処理と、前記参照画像を取得した位置から前記第１の観察対象位置へ前記試料を移動させる処理とを並行して行い、
   前記検出された欠陥の画像を前記第１の倍率より高い第２の倍率で取得する欠陥観察装置。
3. 請求項１に記載の欠陥観察装置において、
   前記画像処理部は、前記第１の倍率で取得した画像に含まれるパターンの周期性に応じて、セル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定する欠陥観察装置。
4. 請求項１に記載の欠陥観察装置において、
   前記参照画像は、予め指定された所定のダイ内に、前記欠陥候補の座標を投影した位置で取得される欠陥観察装置。
5. 請求項１に記載の欠陥観察装置において、
   前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像を用いて欠陥を検出し、前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像から、前記前記欠陥を含み前記第１の倍率より高い第２の倍率の画像を生成する欠陥観察装置。
6. 請求項１に記載の欠陥観察装置において、
   前記試料に含まれるすべての観察対象位置に対して、前記第１の倍率で画像を取得し、セル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定した後に、前記ダイ比較による欠陥検出モードを適用すると判定された観察対象位置に対応するパターンを有し前記第１の倍率で取得された画像と比較される画像を参照画像として取得する欠陥観察装置。
7. 第１の観察対象位置を含む領域に対して荷電粒子線を照射し、
   前記照射により得られる信号から前記第１の観察対象位置を含む領域の画像を第１の倍率で取得し、
   前記第１の倍率で取得した画像を用いてセル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定し、
   前記第１の観察対象位置を含む領域の画像に適用する前記欠陥検出モードの判定処理と並行して、前記第１の観察対象位置の次に観察する第２の観察対象位置に向けて前記試料を移動する欠陥観察方法。
8. 請求項７に記載の欠陥観察方法において、
   前記ダイ比較による欠陥検出モードが適用されると判定された場合には、前記第１の観察対象位置に対応するパターンを有し前記第１の観察対象位置とは異なるダイに属する第１の参照位置を含む領域の画像を参照画像として取得し、
   前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像と前記参照画像とを比較して欠陥を検出する処理と、前記参照画像を取得した位置から前記第１の観察対象位置へ前記試料を移動させる処理とを並行して行い、
   前記検出された欠陥の画像を前記第１の倍率より高い第２の倍率で取得する欠陥観察方法。
9. 請求項７に記載の欠陥観察方法において、
   前記第１の倍率で取得した画像に含まれるパターンの周期性に応じて、セル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定する欠陥観察方法。
10. 請求項７に記載の欠陥観察方法において、
    前記参照画像は、予め指定された所定のダイ内に、前記欠陥候補の座標を投影した位置で取得される欠陥観察方法。
11. 請求項７に記載の欠陥観察方法において、
    前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像を用いて欠陥を検出し、
    前記第１の倍率で取得した前記第１の観察対象を含む領域の画像から、前記前記欠陥を含み前記第１の倍率より高い第２の倍率の画像を生成する欠陥観察方法。
12. 請求項７に記載の欠陥観察方法において、
    前記試料に含まれるすべての観察対象位置に対して、前記第１の倍率で画像を取得し、セル比較による欠陥検出モードまたはダイ比較による欠陥検出モードのいずれを適用するかを判定し、
    前記判定の後に、前記ダイ比較による欠陥検出モードを適用すると判定された観察対象位置に対応するパターンを有し前記第１の倍率で取得された画像と比較される画像を参照画像として取得する欠陥観察方法。