JP3893825B2 - Defect observation method and apparatus for semiconductor wafer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体の製造プロセスで発生した欠陥について、半導体ウェーハ欠陥検査装置によりその存在を確認した後に、電子顕微鏡等の顕微鏡システムにおいて、欠陥部の高倍率の画像を自動的に取得するための半導体ウェーハの欠陥観察方法及びその装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
従来より、半導体の開発、製造分野では、製品の品質向上、製造歩留まり向上のために、半導体ウェーハ欠陥検査装置(以下単に検査装置と呼ぶ)を導入して、製造工程途中の製品上に発生する欠陥を検出し、検査結果を製造プロセスにフィードバックすることが行われてきた。検査装置は、主として、欠陥の位置と数を出力するが、一般に欠陥の種類や欠陥の重大性についての情報は得られない。こうした情報を得るには、検査装置で検出された個々の欠陥を光学式顕微鏡あるいは、電子顕微鏡等を用いて詳細に観察すること(以下レビュー作業と呼ぶ)が必要である。
【0004】
従来のレビュー作業は、検査装置が提供する欠陥の位置情報に基づいて、座標機能付き電子顕微鏡等を用いて、オペレータが詳細な観察が可能な程度の高倍率の欠陥画像を取得し、欠陥画像を観察して欠陥の種類や重大性の解明、あるいは欠陥発生原因の推定を行っていたが、検査装置はしばしば膨大な数の欠陥を指摘するため、大変な時間と労力を要するものであった。
【0005】
レビュー作業の自動化の試みとしては、特開平9−139406号公報には、欠陥部観察用の高分解能画像取得を自動化する技術が開示されている。ここでは、検査装置の欠陥位置情報を基に、座標機能付き電子顕微鏡の視野を欠陥位置に設定し、観察倍率を検査装置と電子顕微鏡の座標誤差を許容しうる最大値に設定して欠陥部位の画像を撮像し、次に前記画像を処理することにより、欠陥の存在箇所を特異点として特定し、特定した欠陥位置に基づき観察に最適な倍率にて欠陥部を撮像すると述べられている。そして、特異点の特定方法としては、欠陥の存在位置に応じて、(1)欠陥の存在位置が半導体記憶装置部のような単純繰り返しパターンの場合には欠陥部位の画像を任意のサイズに分割してパターンマッチングを行うことにより欠陥位置を特定し、(2)欠陥の存在位置が半導体論理回路部等のようなランダムパターンの場合には、更に隣接するチップの相対応する部位の画像を撮像し、欠陥部位の画像と、隣接するチップの相対応する部位の画像をパターンマッチングすることにより欠陥位置を特定する方法が示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記、従来の技術は、欠陥部観察用の高分解能画像取得の自動化を狙ったものであるが、上記欠陥の存在位置を特定する段階において、オペレータが介在せざるを得ないという問題がある。すなわち、欠陥の存在位置が、半導体記憶装置部のような単純繰り返しパターン上なのか、それとも、半導体論理回路部等のようなランダムパターン上なのかを知る術がないため、実際は、一旦、欠陥部位の画像を観察することが必要となる。また、欠陥の存在位置が半導体記憶装置部のような単純繰り返しパターンの場合には欠陥部位の画像を任意のサイズに分割すればよいと述べられているが、実際には任意のサイズに分割したのでは、欠陥位置を特定できるとは限らない。単純繰り返しのパターンの周期を考慮して分割する必要があり、ここでもまた、オペレータによる、パターンピッチの計測、および計測値の入力が必要となる。
【0007】
本発明の目的は、オペレータが介在することなく、確実に欠陥部の高倍率画像を収集することである。また、本発明の別の目的は、欠陥の種類や重大性の解明、あるいは欠陥発生原因の推定がしやすいように、収集した画像を表示することである。また、本発明の別の目的は、収集した画像を自動分類することである。
【0008】
【問題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、半導体ウェーハの欠陥観察装置を、半導体ウェーハ上に形成された回路パターンを予め他の検査装置で検査して検出した欠陥の情報を記憶する記憶手段と、半導体ウェーハ上に形成された回路パターンを撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像する半導体ウェーハ上に形成された回路パターンの像の倍率を設定する像倍率設定手段と、撮像手段で撮像して得られた回路パターンの画像を処理してこの回路パターンの欠陥を抽出する画像処理手段と、この画像処理手段で処理した結果を画面上に表示する表示手段と、制御手段とを備え、この制御手段は記憶手段と撮像手段と像倍率設定手段と画像処理手段と表示手段とを制御して記憶手段に記憶された回路パターンの欠陥の情報を用いて欠陥を含む領域を撮像手段により倍率設定手段で設定された第1の倍率で撮像し、画像処理手段で記憶手段に記憶した欠陥の情報を用いて第1の倍率で撮像した画像を同じ倍率の比較対象画像と比較して回路パターンの欠陥を抽出し、撮像手段の座標系における抽出した欠陥の位置を算出し、この算出した撮像手段の座標系における欠陥の位置の情報に基づいて像倍率設定手段で第1の倍率よりも大きい第2の倍率に設定して前記抽出した欠陥を含む領域を前記撮像手段により撮像し、該第2の倍率で撮像した前記欠陥の画像を該欠陥に関する情報とともに前記表示手段に表示するように構成した。
【0009】
また、上記目的を達成するために、本発明では、半導体ウェーハの欠陥観察方法において、半導体ウェーハ上に形成された回路パターンを他の検査装置で検査して検出した欠陥の情報を用いてこの欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡を用いて第1の倍率で撮像し、検出した欠陥の情報を用いて回路パターンを撮像した第1の倍率と同じ倍率の比較対象画像と比較して回路パターンの欠陥を抽出し、走査型電子顕微鏡の座標系における抽出した欠陥の位置を算出し、この算出した走査型電子顕微鏡の座標系における欠陥の位置の情報に基づいて欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡で第1の倍率よりも大きい第2の倍率で撮像し、この第2の倍率で撮像した欠陥の画像をこの欠陥に関する情報とともに画面上に表示するようにした。
【0010】
更に上記目的を達成するために、本発明では、半導体ウェーハの欠陥観察方法において、半導体ウェーハ上に形成された回路パターンを他の検査装置で検査して検出した欠陥の情報を用いてこの欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡を用いて第1の倍率で撮像し、他の検査装置で検査して検出した欠陥の情報を用いて回路パターン上の比較対象部を走査型電子顕微鏡を用いて第1の倍率と同じ倍率で撮像し、第1の倍率で撮像して得た欠陥を含む領域の画像を比較対象部の画像と比較して回路パターンの欠陥を抽出し、走査型電子顕微鏡の座標系における抽出した欠陥の位置を算出し、この算出した走査型電子顕微鏡の座標系における欠陥の位置の情報に基づいてこの欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡で第1の倍率よりも大きい第2の倍率で撮像し、この第2の倍率で撮像した欠陥の画像をこの欠陥に関する情報とともに画面上に表示するようにした。
【0011】
更に上記目的を達成するために、本発明では、半導体ウェーハ上に形成された回路パターンを他の検査装置で検査して検出した欠陥の情報を用いてこの欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡を用いて第1の倍率で撮像し、この第1の倍率で撮像して得た画像から欠陥を含む画像と比較対象画像とを作成し、第1の倍率で撮像して得た欠陥を含む領域の画像を比較対象画像と比較して回路パターンの欠陥を抽出し、走査型電子顕微鏡の座標系における抽出した欠陥の位置を算出し、この算出した走査型電子顕微鏡の座標系における欠陥の位置の情報に基づいて欠陥を含む領域を走査型電子顕微鏡で第1の倍率よりも大きい第2の倍率で撮像し、この第2の倍率で撮像した欠陥の画像をこの欠陥に関する情報とともに画面上に表示するようにした。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【0014】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる、半導体ウェーハ欠陥部の高倍率画像自動収集システムの全体構成を示す図である。201は半導体ウェーハ検査装置(以下、単に検査装置と呼ぶ)、202は顕微鏡システムで、試料の画像を取得する顕微鏡部202aと、顕微鏡システムの動作を制御や画像処理等を行う計算機部202bとからなる。顕微鏡システム202はネットワーク200を介して、検査結果情報203を受け取れるようになっている。検査装置201や顕微鏡システム202からの検査データは、ネットワーク200を介して記憶装置204に記憶され、必要に応じて呼び出すことができる。また、顕微鏡システム202で検出した欠陥の画像は、顕微鏡システム202のレビュー用モニタ205の表示画面上に表示されるとともに、ネットワーク200を介して記憶装置204に記憶される。
【0015】
検査対象物である半導体ウェーハ1には、図2に示すように、最終的に同一の製品となるチップ1aが多数配列されている。チップ1aの内部のパターンレイアウトは、同図の拡大図に示すように、メモリセルが2次元的に同一ピッチで規則的に配列しているメモリマット部1cと、周辺回路部1bとからなる。通常、この半導体ウェーハ1のパターン検査は、あるチップ(例えばチップ1d)での検出画像を記憶しておき、別のチップ(例えばチップ1e)での検出画像とを比較する(以下「チップ比較」と呼ぶ)、あるいは、あるメモリセル(例えばメモリセル1f)での検出画像を記憶しておき、別のセル(例えばセル1g)での検出画像とを比較する(以下「セル比較」と呼ぶ)、ことにより実施される。あるいは、セル比較とチップ比較を並列に実施する場合もある(以下「チップ・セル混合比較」と呼ぶ)。
【0016】
検査装置201で半導体ウェーハを検査するには、検査に先立ち、比較対象に関する情報、すなわち、パターンの繰り返し周期(メモリセル間の間隔やチップ間隔)と繰り返しの方向に関する情報と、半導体ウェーハ上のどの領域をセル比較で検査するかについての情報を検査装置に入力しておく必要がある。言い換えれば、検査装置はそれぞれの欠陥部に対して、その欠陥がどこと比較検査した結果検出されたという情報を有している。本発明では、検査結果情報に、欠陥の位置や、欠陥の特徴量等から構成される欠陥情報に加えて、上記したような比較対象に関する情報を付加した形で、図1に示すような検査結果情報203として顕微鏡システム202に情報を提供するように構成した。
【0017】
顕微鏡システム202では、セットされたウェーハに対応する検査結果情報203から得られる欠陥の位置情報に基づいて、欠陥部の高倍率画像を順次取得し、それの表示や保存を行うようなシーケンスが組まれている。この際、高倍率での視野は、検査結果情報203から得られる欠陥の位置情報の精度に比べて十分に広くないため、検査結果情報203から得られる欠陥の位置情報だけでは、始めから高倍率の画像を取得しようとしても、視野からはずれてしまう事態が起こりうる。そこで、本発明では、検査結果情報203から得られる欠陥の位置情報に基づいて始めに低倍率にて欠陥部の画像を撮像し、さらに、検査結果情報203から得られる比較対象情報に基づき比較対象部の画像を、同じ倍率で撮像する。そして、それらの画像の比較を計算機上で行い、欠陥部の位置が視野上のどこであるかを特定する。顕微鏡システムの座標系でも欠陥の位置座標が判明すれば、そこに視野の中心に移動させて(走査型電子顕微鏡ならば、判明した欠陥座標を中心とするより狭い領域を電子線が走査するようにして)高倍率の画像が撮像できる。そして、欠陥の位置座標に対応する、比較対象部画像上の位置座標に対応する座標も判明するため、同様に、比較対象部の高倍率画像も撮像できる。 以上、低倍率の画像取得に始まり、高倍率の欠陥部画像と比較対象部の画像を取得する処理は、検査結果情報203のみを用いて、検査結果情報203に含まれる欠陥に対して、順次実施するようシーケンスを組むことが可能であり、オペレータの介在を必要としない。なお、顕微鏡システムは、既に一般的となっている機能である、アライメントマークを自動検出してウェーハの位置決めを行う機能、撮像箇所のオートフォーカス機能、オートゲインコントロールによる適切な明るさの画像を検出する機能、電子顕微鏡であれば、自動的にスティグマを調整する機能等を備えたものであることはいうまでもない。本発明によれば、検査装置の検査結果情報に、各欠陥の位置情報のみならず、比較対象情報が含まれるため、顕微鏡システムにおいては、この情報に基づいて、欠陥部の画像と、相対応する比較対象部の画像を検出して、それらを画像比較することにより、顕微鏡システムの座標系での欠陥部の位置を算出することことができるため、オペレータが介在せずに、確実に欠陥部の高倍率画像を収集することが可能となる。
【0018】
この収集された高倍率の欠陥部画像と比較対象部の画像を用いて、計算機部202bで画像処理を行い、その結果が、図1に示すように、レビュー用モニタ205上に画像に付随する情報(例えばチップ上の位置情報)と共に表示することができる。また、画像処理の結果は、ネットワーク200を介して記憶装置204に記憶される。
【0019】
また、欠陥部と比較対象部との高倍率画像を、それらの位置関係に関するデータと共にレビュー用モニタ205上に表示することができるため、観察者にとって、欠陥の種類の識別、欠陥の重大性の判断が容易になるという利点も有す。
【0020】
図3は、光学式の半導体ウェーハ欠陥検査装置の概略構成を示す図である。図3において、被検査物であるウェーハ1は、照明用ランプ3により、ハーフミラーを介して照明され、ウェーハ100からの反射光は、対物レンズ5により、イメージセンサ6上に結像される。イメージセンサとしては、例えばTDI(Time Delay & Integration)ラインセンサが好適である。そして、ステージ2により、ウェーハをイメージセンサの走査と直交する方向、即ちX方向に移動させることによって被検査パターンの2次元の画像を検出することができる。イメージセンサ6の出力信号S10はAD変換器8によってディジタル信号に変換される。ディジタル信号s1は、遅延回路9によってウェーハが1チップ分あるいは1セル分移動する時間だけ電気的に遅らされる。ウェーハが1チップ分移動する時間にすれば、もとの信号S1と遅延回路9の出力信号S2はそれぞれ、隣接するチップ、例えば図2の1e、1dの画像信号に相当することになり、1e、1dの検出画像を比較しているのと等価になる。ウェーハが1セル分移動する時間にした場合も同様で、もとの信号S1と遅延回路9の出力信号S2はそれぞれ、隣接するセル、例えば図2の1f、1gの画像信号に相当することになり、1f、1gの検出画像を比較しているのと等価になる。s1とs2は位置合わせ回路10において、位置合わせされた後、比較回路11において比較され欠陥部が抽出される。抽出された欠陥は、特徴抽出回路12において、欠陥のサイズ、周囲長といった特徴量が算出される。図2は、セル比較、チップ比較のいずれかを行う構成であるが、遅延量の異なる遅延回路を複数個持ち、さまざまな比較間隔での検査を平行して行う装置構成も可能である。
【0021】
図4は、検査結果情報の一例である。本発明においては、前述のように、欠陥の位置、特徴量に加えて、比較対象情報として、セル比較により検出された欠陥であるか、チップ比較で検出された欠陥であるかの区別、および、図2を例に取れば、チップ間隔d1、セル間隔d2が付加される。
【0022】
また、図5は、電子線式の半導体ウェーハ欠陥検査装置の概略構成を示す図である。図5に示す如く、電子銃31を出た電子ビームは、コンデンサレンズ32、対物レンズ33を経て、試料面では画素サイズ程度のビーム径に絞られる。電子線が照射されると、検査対象物(ウェーハ1)100からは電子が発生する。走査偏向器34による電子線のX方向の繰り返し走査と、ステージ132による検査対象物(試料)100のY方向の連続的な移動に同期して検査対象物100から発生する電子を検出することで、検査対象物の2次元の電子線像が連続的に得られる。試料から発生した電子は検出器25で捕らえられ、アンプ26で増幅された後、AD変換器8によってディジタル信号S1に変換される。以降の処理は、図3の光学式検査装置と同様である。
【0023】
図6から図10は、顕微鏡システム202において、検査結果情報203を用いて欠陥部の位置を特定し、欠陥部の高倍率画像、および比較対象部の高倍率画像を得る処理の流れを示す図である。
【0024】
図6では、検査結果情報203に含まれる欠陥の位置情報に基づき欠陥部を含む画像1を、比較対象情報に基づき比較対象部を含む画像2を、検査装置欠陥座標の精度を考慮して、画像から欠陥部がはずれない程度の低倍率で撮像して計算機に取り込み、計算機にて画像1と画像2との画像比較を行って欠陥を検出することにより顕微鏡システムの座標系での欠陥の位置座標を特定する。そして、特定した位置座標を用いて高倍率にて欠陥部の画像を取得する。
【0025】
図7では、計算機にて画像1と画像2との画像比較を行って欠陥を検出することにより顕微鏡システムの座標系での欠陥の位置座標を特定すると共に、低倍率で撮像した比較対象画像上の相対応する位置座標を算出し、特定した位置座標を用いて、高倍率にて欠陥部の画像及び、比較対象部の画像を取得する。
【0026】
図8では、結果情報に含まれる欠陥の位置情報に基づき検査装置欠陥座標の精度を考慮して、画像から欠陥部がはずれない程度の低倍率で撮像して前記計算機に取り込み、計算機にて画像1を座標変換して比較対象画像1を作成し、画像1と画像1との画像比較を行って欠陥を検出することにより顕微鏡システムの座標系での欠陥の位置座標を特定する。なお、同図のように、同一の画像から作成した画像であるため、画像比較を行うと欠陥部が2箇所現れるが、座標変換の仕方が分かっているのだから、いずれの欠陥部から欠陥位置を特定すべきかは分かる(この図の例では、画像1を上にずらして画像1を生成したのだから、本の画像1の座標系での欠陥の座標は、2箇所現れたうちの下側の欠陥の座標である)。そして、特定した位置座標を用いて高倍率にて欠陥部の画像を取得する。
【0027】
図9では計算機にて画像1と画像1との画像比較を行って欠陥を検出することにより顕微鏡システムの座標系での欠陥の位置座標を特定し、さらに、特定した位置座標と比較対象情報とから、欠陥部の位置に対応する比較対象部の位置座標も特定する。そして、特定した位置座標を用いて高倍率にて、欠陥部の画像、および、比較対象部の画像を取得する。
【0028】
図10は、特に顕微鏡システムが走査型電子顕微鏡である時についての処理の流れを示した図である。欠陥の位置座標と、比較対象部の位置座標を特定するまでは図9と同様であるが、走査型電子顕微鏡の場合は、電子線の走査位置を、特定した座標近傍に限定することによって、高倍率の画像を検出する。
【0029】
なお、図9、図10のように、同一画像から欠陥位置を特定するための比較対象画像を作成する方式は常に使えるわけではない。同一画像をずらすと、画像の有効領域が狭くなり、(例えば、図9、図10は上下に画像をずらしているため、上下方向の有効幅が狭くなる)、あるいはなくなってしまうからである。本発明では、比較対象情報に含まれている比較対象との間隔が一定値以内であれば同一画像から欠陥位置を特定するための比較対象画像を作成する方式を(:同一画像方式)、一定値を超えたならば、別の画像を撮像する図6、図7の方式(:別画像方式)をとるように自動的に切り替えることが可能である。これは、検査結果情報を受け取った段階で、比較対象との間隔が判明している本発明ならではの効果である。
【0030】
なお、本発明は、顕微鏡システムの検出系が、通常の光学式顕微鏡や、走査型電子顕微鏡に限定されるものではなく、レーザ走査顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光顕微鏡、収束イオンビーム装置などにも転用可能であることはいうまでもない。
【0031】
図11は、本発明の第2の実施の形態の全体構成を示す図である。図1に示す第1の実施の形態と異なる点は、検査装置201の検査結果情報をそのまま顕微鏡システム202に流さずに、計算機206にて、顕微鏡システムで高倍率の画像を取得すべき欠陥を選抜するようにしている点である。選抜には、主として、欠陥位置の分布状況を用いる。例えば、全チップの同一箇所に欠陥が発生しているならば、それら全てをレビューする必要はないため、そのうちの数個のみに対して、高倍率画像の取得を指示するフラグを付す。また、例えば、ウェーハの中央付近と、外周付近のそれぞれに特徴的な欠陥の分布があれば、それぞれの分布から数点を選ぶ。また、例えば、これまでの来歴から、すでに欠陥の種類や発生原因が明らかになっているような分布の仕方であれば、改めて高倍率の画像による観察をする必要はないため、高倍率画像の取得を指示するフラグを付さないようにする。本実施例によれば、欠陥の絞り込みが予めなされているため顕微鏡システムでの画像収集時間が短縮できると共に、画像確認作業時間の短縮も図れるようになる。
【0032】
図12は、本発明の第3の実施の形態の全体構成を示す図である。本実施例においては、第1あるいは第2の実施の形態によって収集され記憶装置204に記憶された高倍率の画像を用いて、欠陥自動分類用計算機207で欠陥画像の自動分類を行い、その結果を、欠陥自動分類用計算機207のデイスプレイ上に表示する。本発明では、欠陥部の高倍率画像と、ほぼ位置のあった状態の比較対象画像がすでに収集されているため、欠陥部と背景との切り離しといった、欠陥の自動分類における基本的処理が確実に実施できる。そして、背景から分離した、「背景なし欠陥画像」に対して、画像処理により種々の特徴量、例えば、テクスチャーの荒さ、形状のいびつさ、明るさ、円形度、長細さ等を算出し、特徴量によって、欠陥の種類分けを行うことができる。この「背景なし欠陥画像」を用いて欠陥の種類分けをした結果は、欠陥自動分類用計算機207のデイスプレイ上に表示される。また、欠陥の種類分けをした結果を、ネットワーク200を介して記憶装置204に記憶しておき、必要に応じて呼び出すこともできる。この本実施例では、高倍率の画像収集だけでなく、画像を用いた判断作業も自動化されるため、レビュー作業のより高速化が可能となる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、検査装置の検査結果情報に、各欠陥の位置情報のみならず、比較対象情報が含まれるため、顕微鏡システムにおいては、この情報に基づいて、欠陥部の画像と、相対応する比較対象部の画像を検出して、それらを画像比較することにより、顕微鏡システムの座標系での欠陥部の位置を算出することことができるため、オペレータが介在せずに、確実に欠陥部の高倍率画像を収集することが可能となる。
【0034】
また、本発明によれば、検査装置の検査結果情報に、各欠陥の位置情報のみならず、比較対象情報が含まれるため、顕微鏡システムにおいては、この情報に基づいて、欠陥部の画像と、相対応する比較対象部の画像を検出して、それらを画像比較することにより、顕微鏡システムの座標系での欠陥部の位置を算出することことができるため、オペレータが介在せずに、確実に欠陥部の高倍率画像、および、相対応する比較対象部の高倍率の画像の対を収集することが可能となる。
【0035】
また、本発明によれば、検査結果情報に含まれる欠陥の位置座標と、特徴量とにより顕微鏡システムで高倍率の画像を収集する欠陥の絞り込み済みを行い、絞り込み済みの検査結果情報を、顕微鏡システムに提供するため、顕微鏡システムでの画像収集時間が短縮できると共に、画像確認作業時間の短縮も図れるようになる。
【0036】
また、本発明によれば、欠陥部の高倍率画像と、比較対象部の高倍率画像を、それらの位置関係に関するデータと共に画面上に表示することができるため、観察者にとって、欠陥のの種類の識別、欠陥の重大性の判断が容易になる。
【0037】
また、本発明により収集された、欠陥部の高倍率画像と、比較対象部の高倍率画像を自動欠陥分類システムにおいて使用する場合は、ほぼ、位置のあった状態の比較対象画像がすでに準備されているわけであるため、欠陥部と背景との切り離しといった、欠陥の自動分類における基本的処理が確実に実施できるようになる。
【0038】
また、本発明によれば、欠陥の自動分類システムにおいては、比較対象画像も、欠陥部の存在箇所を示す画像として使用できるため、従来よりも自動分類の高度化が可能となる。
【0039】
さらにまた、本発明によれば、従来より、多大な労力と時間を要していたレビュー作業の省力化、迅速化が可能となり、欠陥の種類や重大性に関する情報がより、容易に得ることができるようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による半導体ウェーハ欠陥部の高倍率画像自動収集システムの第1の実施の形態の全体構成を示す正面図である。
【図2】図2は、半導体ウェーハ上のパターンの繰り返し性を示す半導体ウェーハの平面図である。
【図3】図3は、光学式の半導体ウェーハ欠陥検査装置の概略構成を示す斜視図である。
【図4】図4は、検査装置の検査結果情報の一例を示す図である。
【図5】図5は、電子線式半導体ウェーハ欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図6】図6は、顕微鏡システムにおいて欠陥部の高倍率画像を得る処理の流れを示す図である。
【図7】図7は、顕微鏡システムにおいて欠陥部および比較対象部の高倍率画像を得る処理の流れを示す図である。
【図8】図8は、顕微鏡システムにおいて欠陥部の高倍率画像を得る別の処理の流れを示す図である。
【図9】図9は、顕微鏡システムにおいて欠陥部および比較対象部の高倍率画像を得る別の処理の流れを示す図である。
【図10】図10は、電子顕微鏡システムにおいて、欠陥部および比較対象部の高倍率画像を得る別の処理の流れを示す図である。
【図11】図11は、本発明による半導体ウェーハ欠陥部の高倍率画像自動収集システムの第2の実施の形態の全体構成を示す正面図である。
【図12】図12は、本発明による半導体ウェーハ欠陥部の高倍率画像自動収集システムの第3の実施の形態の全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1…ウェーハ、2…ステージ、3…光源、6…リニアイメージセンサー、8…A/D変換器、10…遅延回路、11…位置合わせ回路、12…特徴抽出回路、31…電子銃、32…コンデンサレンズ32、33…対物レンズ、34…走査偏向器、132…ステージ、25…2次電子検出器、26…アンプ、200…ネットワーク、201…半導体ウェーハ検査装置、202…顕微鏡システム、203…検査結果情報、204…記憶装置、205…レビュー用モニター、206…欠陥数絞り込みのための計算機、207…欠陥自動分類用計算機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor for automatically acquiring a high-magnification image of a defective portion in a microscope system such as an electron microscope after the presence of a defect generated in a semiconductor manufacturing process is confirmed by a semiconductor wafer defect inspection apparatus. Wafer The present invention relates to a defect observation method and apparatus therefor.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, in the field of semiconductor development and manufacturing, a semiconductor wafer defect inspection device (hereinafter simply referred to as an inspection device) has been introduced to improve product quality and manufacturing yield, and is generated on products during the manufacturing process. Defects have been detected and inspection results have been fed back into the manufacturing process. The inspection apparatus mainly outputs the position and number of defects, but generally, information on the type of defect and the seriousness of the defect cannot be obtained. In order to obtain such information, it is necessary to observe each defect detected by the inspection apparatus in detail using an optical microscope or an electron microscope (hereinafter referred to as a review operation).
[0004]
Conventional review work is based on the defect position information provided by the inspection device, using an electron microscope with a coordinate function, etc., to acquire a high-magnification defect image that can be observed in detail by the operator. The defect type and severity were clarified by observing the defect, or the cause of the defect was estimated, but the inspection equipment often pointed out a huge number of defects, which required a lot of time and labor. .
[0005]
As an attempt to automate the review work, Japanese Patent Laid-Open No. 9-139406 discloses a technique for automating the acquisition of a high-resolution image for observing a defect portion. Here, based on the defect position information of the inspection device, the field of view of the electron microscope with coordinate function is set to the defect position, and the observation magnification is set to the maximum value that can allow the coordinate error between the inspection device and the electron microscope. And then processing the image to specify the presence of a defect as a singular point, and to image a defective part at an optimum magnification for observation based on the specified defect position. As a method for identifying singular points, according to the position of the defect, (1) if the position of the defect is a simple repeating pattern such as a semiconductor memory device, the image of the defective part is divided into an arbitrary size. (2) If the position of the defect is a random pattern such as a semiconductor logic circuit, an image of the corresponding part of the adjacent chip is captured. However, a method of specifying a defect position by pattern matching between an image of a defective part and an image of a corresponding part of an adjacent chip is shown.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional technique is aimed at automating the acquisition of a high-resolution image for observing a defect portion, but has a problem that an operator has to intervene at the stage of specifying the position of the defect. In other words, there is no way to know whether the position of the defect is on a simple repeating pattern such as a semiconductor memory device part or a random pattern such as a semiconductor logic circuit part. It is necessary to observe the image. In addition, it is stated that if the defect location is a simple repeating pattern such as a semiconductor memory device part, the image of the defective part may be divided into arbitrary sizes. Therefore, it is not always possible to specify the defect position. It is necessary to divide the pattern in consideration of the cycle of the simple repetition pattern, and again, the operator needs to measure the pattern pitch and input the measured value.
[0007]
An object of the present invention is to reliably collect a high-magnification image of a defective portion without involving an operator. Another object of the present invention is to display collected images so that the types and severities of defects can be clarified or the cause of defect occurrence can be easily estimated. Another object of the present invention is to automatically classify collected images.
[0008]
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a defect observation apparatus for a semiconductor wafer, storage means for storing information on defects detected by inspecting a circuit pattern formed on the semiconductor wafer in advance with another inspection apparatus, and Imaging means for imaging the circuit pattern formed on the semiconductor wafer, image magnification setting means for setting the magnification of the image of the circuit pattern formed on the semiconductor wafer imaged by the imaging means, and imaging by the imaging means Image processing means for processing the circuit pattern image obtained in this manner to extract defects in the circuit pattern, display means for displaying the result processed by the image processing means on the screen, and control means, The control means controls the storage means, the imaging means, the image magnification setting means, the image processing means, and the display means, and uses the information on the defect of the circuit pattern stored in the storage means to include the defect. The captured by the first rate set by the magnification setting means by the imaging means, comparing the same magnification image taken by the first magnification by using the defect information stored in the storage means in the image processing unit Target The defect of the circuit pattern is extracted in comparison with the image, the position of the extracted defect in the coordinate system of the imaging means is calculated, and the image magnification setting means based on the information of the position of the defect in the calculated coordinate system of the imaging means The region including the extracted defect is set by a second magnification larger than the first magnification by the imaging means, and the image of the defect imaged at the second magnification is displayed together with information on the defect. It was configured to display on the means.
[0009]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the defect observation method for a semiconductor wafer, the defect information is detected using information on a defect detected by inspecting a circuit pattern formed on the semiconductor wafer with another inspection apparatus. A region including the image is imaged at a first magnification using a scanning electron microscope, and the same magnification as the first magnification at which the circuit pattern is imaged using the detected defect information is compared. Target The circuit pattern defect is extracted in comparison with the image, the position of the extracted defect in the scanning electron microscope coordinate system is calculated, and the defect is determined based on the calculated defect position information in the scanning electron microscope coordinate system. A region including the image of the defect is imaged with a scanning electron microscope at a second magnification larger than the first magnification, and an image of the defect imaged at the second magnification is displayed on the screen together with information on the defect.
[0010]
Furthermore, in order to achieve the above object, according to the present invention, in the defect observation method for a semiconductor wafer, the defect is detected using information on a defect detected by inspecting a circuit pattern formed on the semiconductor wafer with another inspection apparatus. Comparison area on the circuit pattern using the information of the defect detected by inspecting by the other magnification with the first magnification using the scanning electron microscope Target The part is imaged at the same magnification as the first magnification using a scanning electron microscope, and the image of the area including the defect obtained by imaging at the first magnification is compared. Target The circuit pattern defect is extracted in comparison with the image of the part, the position of the extracted defect in the coordinate system of the scanning electron microscope is calculated, and based on the information on the position of the defect in the coordinate system of the calculated scanning electron microscope A region including the defect is imaged with a scanning electron microscope at a second magnification larger than the first magnification, and an image of the defect imaged at the second magnification is displayed on the screen together with information on the defect. I made it.
[0011]
In order to achieve the above object, in the present invention, a scanning electron microscope is used to detect a region including the defect by using information on the defect detected by inspecting the circuit pattern formed on the semiconductor wafer with another inspection apparatus. An image including a defect obtained by imaging at a first magnification, creating an image including a defect and a comparison target image from an image obtained by imaging at the first magnification, and imaging at a first magnification. Compare images Target The circuit pattern defect is extracted in comparison with the image, the position of the extracted defect in the scanning electron microscope coordinate system is calculated, and the defect is determined based on the calculated defect position information in the scanning electron microscope coordinate system. A region including the image of the defect is imaged with a scanning electron microscope at a second magnification larger than the first magnification, and an image of the defect imaged at the second magnification is displayed on the screen together with information on the defect.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a high-magnification image automatic collection system for a defective portion of a semiconductor wafer according to the first embodiment of the present invention. 201 is a semiconductor wafer inspection apparatus (hereinafter simply referred to as an inspection apparatus), 202 is a microscope system, and includes a microscope section 202a that acquires an image of a sample, and a
[0015]
Semiconductor to be inspected Wafer As shown in FIG. 2, a large number of chips 1a, which finally become the same product, are arranged in 1. The pattern layout inside the chip 1a includes a memory mat portion 1c in which memory cells are regularly arranged at the same pitch two-dimensionally and a peripheral circuit portion 1b as shown in the enlarged view of FIG. Usually this semiconductor Wafer In the pattern inspection of 1, a detection image on a certain chip (for example, chip 1 d) is stored and compared with a detection image on another chip (for example, chip 1 e) (hereinafter referred to as “chip comparison”), or This is implemented by storing a detected image in a certain memory cell (for example, memory cell 1f) and comparing it with a detected image in another cell (for example, cell 1g) (hereinafter referred to as “cell comparison”). The Alternatively, cell comparison and chip comparison may be performed in parallel (hereinafter referred to as “chip / cell mixed comparison”).
[0016]
In order to inspect a semiconductor wafer with the
[0017]
In the
[0018]
Using the collected high-magnification defect portion image and comparison portion image, the
[0019]
Further, since the high-magnification images of the defect part and the comparison target part can be displayed on the review monitor 205 together with the data related to the positional relationship between them, the observer can identify the type of defect and the severity of the defect. There is also an advantage that judgment becomes easy.
[0020]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an optical semiconductor wafer defect inspection apparatus. In FIG. 3, it is an
[0021]
FIG. 4 is an example of inspection result information. In the present invention, as described above, in addition to the position of the defect and the feature amount, as comparison target information, it is distinguished whether the defect is detected by cell comparison or detected by chip comparison, and Taking FIG. 2 as an example, a chip interval d1 and a cell interval d2 are added.
[0022]
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an electron beam type semiconductor wafer defect inspection apparatus. As shown in FIG. 5, the electron beam exiting the
[0023]
FIGS. 6 to 10 are diagrams showing the flow of processing in the
[0024]
In FIG. 6, the
[0025]
In FIG. 7, the computer compares the
[0026]
In FIG. 8, taking into account the accuracy of the inspection apparatus defect coordinates based on the defect position information included in the result information, the image is captured at a low magnification such that the defect portion does not deviate from the image, and is captured by the computer. 1 is coordinate-converted to create a
[0027]
In FIG. 9, the computer compares the
[0028]
FIG. 10 is a diagram showing a processing flow particularly when the microscope system is a scanning electron microscope. Until the position coordinates of the defect and the position coordinates of the comparison target part are specified, it is the same as in FIG. 9, but in the case of a scanning electron microscope, by limiting the scanning position of the electron beam to the vicinity of the specified coordinates, Detect high magnification images.
[0029]
Note that, as shown in FIGS. 9 and 10, a method of creating a comparison target image for specifying a defect position from the same image is not always usable. If the same image is shifted, the effective area of the image becomes narrower (for example, since the images are shifted up and down in FIGS. 9 and 10, the effective width in the vertical direction becomes narrower) or disappears. In the present invention, a method of creating a comparison target image for specifying a defect position from the same image if the interval with the comparison target included in the comparison target information is within a certain value (the same image method) is constant. If the value is exceeded, it is possible to automatically switch to take the system of FIGS. 6 and 7 (: separate image system) for capturing another image. This is an effect unique to the present invention in which the interval from the comparison target is known at the stage of receiving the inspection result information.
[0030]
In the present invention, the detection system of the microscope system is not limited to a normal optical microscope or a scanning electron microscope, but also to a laser scanning microscope, a confocal microscope, a fluorescence microscope, a focused ion beam device, and the like. Needless to say, diversion is possible.
[0031]
FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration of the second embodiment of the present invention. 1 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a defect that should be acquired by the microscope system with the microscope system is not detected by passing the inspection result information of the
[0032]
FIG. 12 is a diagram showing an overall configuration of the third embodiment of the present invention. In this example, the automatic
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the inspection result information of the inspection apparatus includes not only the positional information of each defect but also the comparison target information, in the microscope system, based on this information, the image of the defect portion and the correlation By detecting the images of the comparison target parts and comparing the images, it is possible to calculate the position of the defective part in the coordinate system of the microscope system. It is possible to collect high-magnification images.
[0034]
In addition, according to the present invention, the inspection result information of the inspection apparatus includes not only the position information of each defect but also the comparison target information, so in the microscope system, based on this information, the image of the defect portion, By detecting the images of the corresponding comparison target parts and comparing the images, it is possible to calculate the position of the defective part in the coordinate system of the microscope system. It is possible to collect a pair of a high-magnification image of a defective part and a high-magnification image of a corresponding comparison target part.
[0035]
In addition, according to the present invention, the defect coordinates for collecting high-magnification images are collected by the microscope system based on the position coordinates of the defect included in the inspection result information and the feature amount, and the inspection result information that has been narrowed down is Since it is provided to the system, the image collection time in the microscope system can be shortened, and the image confirmation work time can be shortened.
[0036]
In addition, according to the present invention, since the high-magnification image of the defective part and the high-magnification image of the comparison target part can be displayed on the screen together with the data related to the positional relationship between them, the type of defect for the observer Identification and determination of the seriousness of the defect becomes easy.
[0037]
In addition, when the high-magnification image of the defect portion and the high-magnification image of the comparison target portion collected according to the present invention are used in the automatic defect classification system, the comparison target image in a substantially positioned state has already been prepared. Therefore, basic processing in automatic defect classification, such as separation of the defective portion and the background, can be reliably performed.
[0038]
In addition, according to the present invention, in the automatic defect classification system, the comparison target image can also be used as an image showing the location of the defective portion, so that the automatic classification can be made more sophisticated than before.
[0039]
Furthermore, according to the present invention, it is possible to save labor and speed up review work, which has conventionally required a great deal of labor and time, and more easily obtain information on the type and severity of defects. There is an effect of being able to do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of a first embodiment of a high-magnification image automatic collection system for defective portions of a semiconductor wafer according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor wafer showing the repeatability of a pattern on the semiconductor wafer.
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical semiconductor wafer defect inspection apparatus.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of inspection result information of the inspection apparatus.
FIG. 5 is a front view showing a schematic configuration of an electron beam type semiconductor wafer defect inspection apparatus;
FIG. 6 is a diagram showing a flow of processing for obtaining a high-magnification image of a defective portion in a microscope system.
FIG. 7 is a diagram illustrating a flow of processing for obtaining a high-magnification image of a defective portion and a comparison target portion in the microscope system.
FIG. 8 is a flowchart showing another processing flow for obtaining a high-magnification image of a defective portion in a microscope system;
FIG. 9 is a diagram illustrating another processing flow for obtaining a high-magnification image of a defective portion and a comparison target portion in the microscope system.
FIG. 10 is a diagram showing another processing flow for obtaining a high-magnification image of a defect portion and a comparison target portion in an electron microscope system;
FIG. 11 is a front view showing an overall configuration of a second embodiment of a high-magnification image automatic collection system for defective portions of a semiconductor wafer according to the present invention.
FIG. 12 is a front view showing an entire configuration of a third embodiment of a high-magnification image automatic collection system for a defective portion of a semiconductor wafer according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (15)
該算出した前記走査型電子顕微鏡の座標系における欠陥の位置の情報に基づいて該欠陥を含む領域を前記走査型電子顕微鏡で前記第1の倍率よりも大きい第2の倍率で撮像し、該第2の倍率で撮像した前記欠陥の画像を該欠陥に関する情報とともに画面上に表示することを特徴とする半導体ウェーハの欠陥観察方法。Using the information of the defect detected by inspecting the circuit pattern formed on the semiconductor wafer with another inspection apparatus, the region including the defect is imaged at a first magnification using a scanning electron microscope, and the other Using the information on defects detected by inspection with an inspection apparatus, the comparison target portion on the circuit pattern is imaged at the same magnification as the first magnification using the scanning electron microscope, and is imaged at the first magnification. Comparing the image of the region including the defect obtained with the image of the comparison target portion to extract the defect of the circuit pattern, calculating the position of the extracted defect in the coordinate system of the scanning electron microscope,
Based on the information of the position of the defect in the calculated coordinate system of the scanning electron microscope, the region including the defect is imaged with the scanning electron microscope at a second magnification larger than the first magnification, and the first A defect observation method for a semiconductor wafer, wherein an image of the defect imaged at a magnification of 2 is displayed on a screen together with information on the defect.
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