JP3905709B2 - Defect inspection apparatus and semiconductor device manufacturing method using the apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、半導体デバイスのウエハ上の欠陥を電子ビームを用いて検査する欠陥検査装置及び該装置を用いた半導体デバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、加工されたウエハ上の微細パターンの欠陥等を電子ビーム装置を用いて検査する場合、電子銃から放出される電子ビームすなわち荷電粒子ビームを細く絞り、該電子ビームでウエハ表面を走査し、これにより生成される2次電子ビームに基づいてウエハ表面の画像データを作成し、該画像データを標準パターン画像データと比較して、傷等の欠陥の検査を行っている。
欠陥には、傷だけではなく、レジストを塗布したウエハ上に描画された微細パターンの精密性及びマスクの精密性等も含まれる。例えば、同様な手法で得られた画像データに基づいて、微細パターンの線幅の測定を行うことにより、線幅欠陥を検査することもできる。
さらに、このようにして得られた画像データをSEMモニタに表示して、欠陥レビューすなわち人間の目で欠陥を検査することもできる。
【0003】
このような電子ビームを用いた欠陥検査装置の1つとして、SEMのビーム・スポットよりも直径が大きい矩形状又は楕円状のビームを用いる写像投影型の欠陥検査装置が用いられている。
この写像投影型の欠陥検査装置は、電子銃からの電子ビームの照射によってウエハ面から放出された2次電子をマイクロ・チャネル・プレート(MCP)に一旦入射させ、蛍光スクリーンでシンチレーション変換を行い、それをCCDカメラ等の検出器に投影することにより、画像データを得ている。この欠陥検査装置は、SEM方式よりも少ないビーム操作回数でウエハ全面を検査することができるため、高スループットの要求を満足させることができる。
【0004】
図1は、このような写像投影型の欠陥検査装置を示しており、図1において、1は電子ビームを放射する電子銃、2は電子銃1からの電子ビーム、3は1次静電レンズ、4はEXBフィルタであり、電子銃1、1次静電レンズ3及びEXBフィルタ4は、1次電子光学系を構成している。また、5は2次静電レンズ、6は2次電子、7はMCP(マイクロ・チャネル・プレート)、8は蛍光板、9はリレー光学系、10はCCDカメラであり、2次静電レンズ5、MCP7、蛍光板8、リレー光学系9及びCCDカメラ10は、2次電子光学系を構成している。CCDカメラ10は、例えば、480x512の画素サイズを有している。11は検査すべきウエハ(試料ウエハ)であり、12は画像データ処理装置であり、13は表示部である。なお、ウエハ11を載置するX−Yステージは、図示を省略している。
【0005】
図1の欠陥検査装置において、電子源1から放出された電子は、加速電極によって電子ビーム2として静電レンズ3を直進し、矩形又は楕円形状に断面形状を整形された後、EXBフィルタ4に侵入して偏向され、ウエハ11上に照射される。すると、ウエハ11から2次電子6が放出され、EXBフィルタ4を直進して2次静電レンズ5を通過し、MCP7を照射する。MCP7は2次電子6を増幅し、増幅された2次電子は、蛍光板8上に投影される。これにより、2次電子6は光に変換され、リレー光学系9及びCCDカメラ10を介して画像データとして出力される。CCDカメラ10から得られた画像データは、画像データ処理装置12において画素毎の階調度が得られ、表示部13に表示される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した写像投影型の欠陥検査装置において、用いられるMCP7は、2次電子を通過させて増倍するために多数の孔が設けられた多孔板として形成されており、これにより、以下のような問題点が生じている。
多孔板であるMCP7の製造工程又は使用中に、孔が潰れる等の欠陥が生じてしまうことが多々あり、MCP7の孔が潰れると、CCDカメラ10によって得られた対応する位置の画素が低い階調度となってしまい、表示部13に表示された画像中に「黒きず」として表れてしまう。したがって、CCDカメラ10によって得られた画像データに画像データ処理部12において欠陥検査アルゴリズムを適用して欠陥検査を行った場合、ウエハ上の真の欠陥のみならず、MCPによる疑似欠陥である「黒きず」も検出してしまうので、欠陥検査アルゴリズムの適用後に、真の欠陥と疑似欠陥とを識別する必要がある。
また、疑似欠陥の位置に同程度の真の欠陥が存在する場合には、これらを識別することが困難であり、さらに、比較的大きい真の欠陥において、該真の欠陥の形状を高精度に反映した画像が得られない。
【0007】
本発明は、このような従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、半導体デバイスの欠陥検査装置において、欠陥検査アルゴリズムを適用する前に、CCDカメラ等から得られた画像データから、MCPによる「黒きず」の疑似欠陥に関するデータを削除することができるようにすることである。本発明の第2の目的は、第1の目的を達成する欠陥検査装置を用いて、プロセス途中の半導体デバイスを検査しつつ半導体デバイスを製造する方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る、矩形又は楕円状の電子ビームを半導体デバイスの試料ウエハ上に照射し、該試料ウエハから放出される2次電子をマイクロ・チャネル・プレート(MCP)で増倍し、蛍光板に衝突させて光に変換し、該光をCCDカメラにより画像データとして検出し、該画像データから、試料ウエハの欠陥を抽出する欠陥検査装置においては、
試料ウエハの画像データ中の黒きず位置の1又は複数の画素の階調を、該画素に隣接する複数の画素の階調を用いて較正する較正手段
を備えていることを特徴としている。
【0009】
上記した欠陥検査装置において、較正手段により較正される黒きず位置の画素を特定するために、欠陥検査装置はさらに、当該欠陥検査装置において較正手段を用いずに、鏡面研磨面を有する黒きず検査用ウエハの欠陥検査を実行するよう制御する手段と、得られた欠陥画素の位置を黒きず位置として格納する記憶手段とを備えている。また、黒きず位置の画素を特定するための別の手法として、欠陥検査装置はさらに、当該欠陥検査装置において、鏡面研磨面を有しかつ異なる2次電子放出係数を有する2つの黒きず検査用ウエハの画像データを得るよう制御する手段と、得られた2つの画像データの階調の差分を求める手段と、差分が最小の画素の位置を黒きず位置として格納する記憶手段とを備えている。
さらに、上記した欠陥検査装置において、較正手段は、黒きずがMxN画素(M及びNは任意の正の整数)サイズである場合、較正に使用する隣接する画素サイズをMxNとすることが好ましい。
【0010】
本発明はさらに、上記した欠陥検査装置を用いて、加工処理中又は加工完了後のウエハを評価するステップを含んでいる半導体デバイス製造方法も提供する。
【0011】
【発明の実施の態様】
本発明の欠陥検査装置は、図1に示した写像投影型の欠陥検査装置において、画像データ処理装置12を改良したものであり、図2は、該改良された画像データ処理装置を示している。図2において、20は第1記憶部、30は画像データ較正部、40は欠陥検査アルゴリズムを実行する欠陥抽出部、50は第2記憶部、60は画像データ処理装置12全体の動作を制御する制御部である。
第1記憶部20は、CCDカメラ10からの画像データを記憶する第1領域と、欠陥抽出部40により得られた欠陥画像を記憶する第2領域とを備えている。また、第2記憶部は、欠陥抽出部40によって得られた画像データを記憶するものであり、該画像データは表示部13に供給されて表示される。
【0012】
MCP7上の孔の潰れ等によって生じる「黒きず」を識別して真の欠陥を検出する手法について、図3を参照して以下に説明する。
まず、ステップS1において、欠陥のない鏡面研磨面を有するウエハを「黒きず検査用ウエハ」としてX−Yステージ(不図示)に載置し、上記したように、電子銃1から電子ビーム2をウエハ上に照射し、2次電子6からCCDカメラ10から画像データを得、該画像データを画像データ処理装置12の第1記憶部20の第1領域に記憶する。そして、ステップS2において、欠陥抽出部40で画像データに欠陥検出アルゴリズムを適用し、欠陥画素の抽出を行い、欠陥画素の位置データを第1記憶部20の第2領域に格納する。
このとき、黒きず検査用ウエハが鏡面研磨面を有しているので、画像データに含まれる階調が低い画素は、「黒きず」すなわちMCP7の孔の潰れた箇所に相当しており、したがって、欠陥抽出部40から得られた欠陥画素の位置データは、黒きずの位置を表すことになる。
【0013】
次に、ステップS3において、実際に検査すべき試料ウエハをX−Yステージに載置し、同様にして画像データを取得し、第1記憶部20の第1記憶領域に格納する。その後、ステップS4に移行し、画素データ較正部30において、第1記憶部20の第1領域及び第2領域から画像データ及び黒きず位置データを読み出し、黒きず位置データに基づいて、試料ウエハの画像データが較正される。この較正は、例えば、黒きず位置の画素に隣接する複数の画素の画像データを用いて、加算平均処理を行うことによって実行される。
すなわち、ウエハの検査領域のi行j列の画素の階調をD(i,j)で表すこととし、黒きず位置の画素が、図4の(A)に示すように、単体の画素(I,J)である場合は、該画素(I,J)の左右及び上下の4つの画素(I−1,J)、(I,J−1)、(I,J+1)、(I+1,J)の階調についての加算平均を演算し、その値を画素(I,J)の階調とする。
D(I,J)=1/4・[D(I-1,J)+D(I,J-1)+D(I,J+1)+D(I+1,J)]
【0014】
一方、図4の(B)に示すように、黒きず位置の画素が連続する複数の画素(図においては、黒きずの欠陥サイズが2x3画素)である場合には、図3の(B)に示すように、これら複数の画素を取り囲む左右及び上下の4つのエリアであって、黒きず位置の複数の画素と同一のサイズ(配列)のエリアの加算平均を演算し、その平均値を黒きず位置の複数の画素それぞれの階調とする。
なお、図4の(A)においては、黒きず位置の画素の斜め上及び斜め下の2つの画素を考慮せずに加算平均を得ているが、これら4つの画素を含めて合計8個の画素の階調の加算平均を得て、黒きず位置の画素の階調としてもよい。図4の(B)に示した黒きず位置の画素が複数である場合においても、同様に、合計8エリアの加算平均を求めてもよい。この場合、黒きず位置の画素から遠い画素ほど小さい係数で重み付けした後に加算平均することが好ましい。
また、加算平均の代わりに加重平均を用いてもよい。
【0015】
さらに、黒きず位置は、上記のように検出するかわりに、鏡面研磨面を有しかつ異なる2次電子放出係数を有する2つの黒きず検査用ウエハから別々に画像データを得て、これら画像データの階調の差分を求めて差分がほぼゼロの画素の位置を黒きず位置としてもよい。
すなわち、鏡面研磨面を有する1つの黒きず検査用ウエハからの画像データの階調を検出するだけでは、ごみ等がウエハに付着した場合に、階調が低いことがごみ付着によるものなのか又はMCP7の孔の潰れによる黒きずなのか、判定できない。また、2つの黒きず検査用ウエハとして2次電子放出係数が同一のものを用いると、得られた画像データの差分をとったときに、黒きず位置ではない画素の階調の差分もほぼゼロになってしまう。したがって、上記したように、異なる2次電子放出係数を有する2つの検査用ウエハを用い、これらウエハから得られた画像データの階調の差分を取れば、MCP7の孔が潰れている画素位置のみの階調がほぼゼロとなり、よって、黒きず位置を特定することができる。
【0016】
ステップS4からステップS5に進み、欠陥抽出部40において、画像データ較正部30で較正された画像データに欠陥検出アルゴリズムを適用し、欠陥抽出を行う。そして、ステップS6において、欠陥抽処理後の画像を表示部13に供給し、これにより、試料ウエハの表面の画像が表示される。
したがって、画像データ較正部30により、試料であるウエハの画像データにおいて、黒きず位置の画素の階調が周囲の画素の階調によって較正されるので、MCP7に孔の潰れ又は詰まり等があっても、ウエハ上の真の欠陥を検出することができる。
なお、画像データ処理装置12におけるこのような処理ステップは、制御部60の制御下で実行される。
【0017】
本発明の欠陥検査装置を用いて実機テストを行った。この実機テストにおいては、まず、鏡面研磨面の黒きず検査用ウエハから得られた画像データを、画像データ較正部30を介することなく欠陥抽出部40へ入力し、該抽出部40において黒きず位置の情報を得た。この結果、1x1画素サイズの黒きずが20個、及び2x2画素サイズの黒きずが3個を、それぞれの黒きず位置とともに検出した。
次に、欠陥検査すべきDRAMウエハから同様にして画像データを得、得られた画像データを画像データ較正部30において処理し、その後、欠陥抽出部40において欠陥抽出を行った。テストしたDRAMウエハは、実際には、パターンミス、パーティクル、工程不良等の真の欠陥である14個の欠陥を有しているものであったが、本発明の欠陥検査装置を用いた実機テストでは、12個の欠陥を検出し、ウエハ・パターンエッジ部のコントラスト異常に関連する1個の疑似欠陥も検出した。
【0018】
また、同一のDRAMウエハについて、黒きず検査を行わない従来例の手法で欠陥検査の実機テストを行ったが、このテストにおいては、10個の真の欠陥と25個の疑似欠陥を抽出した。
したがって、本発明による欠陥検査装置によれば、従来例に比べて、真の欠陥の検出精度が大幅に向上していることが分かる。さらに、黒きず上に存在した真の欠陥の形状については、本発明の装置による実機テストでは、従来例の場合と比べて、真の欠陥形状により近似する形状が得られた。
【0019】
次に、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、図1〜図4に関連して説明した欠陥検査装置を用いて行われるものであるが、該方法を説明する前に、一般的な半導体デバイス製造方法について、図5及び図6のフローチャートを参照して説明する。
図5に示すように、半導体デバイス製造方法は、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程S11、ウエハに必要な加工処理を行うウエハ・プロセッシング工程S12、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程S13、ウエハ上に形成されたチップを1個づつに切り出し、動作可能にするすチップ組立工程S14、及び完成したチップを検査するチップ検査工程S15によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【0020】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシング工程である。これは、この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやMPUとして動作するチップを多数形成するからである。
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程のサブ工程について、以下に説明する。
【0021】
まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成するとともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜形成は、CVDやスパッタリング等により実行される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウエハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程S13によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウエハを検査する。
このようなウエハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程S14においてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
【0022】
図6は、図5のウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図5に示したように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程S21、露光工程S22、現像工程S23、及びアニール工程S24を含んでいる。
レジスト塗布工程S21において、CVDやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを塗布し、露光工程S22において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程S23において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程S24において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程S21〜S24は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【0023】
本発明の半導体デバイス製造方法においては、上記した実施例の欠陥検査装置を、ウエハ・プロセッシング工程等の半導体デバイスの製造に関わる加工装置の近傍に配置し、しかも、評価に要する時間が、加工装置によるウエハ1枚当たりの加工時間にほぼ等しくなるように制御する。欠陥検査装置を配置する加工装置は、欠陥の評価を必要とする加工を行うものであれば任意の加工装置であってもよい。
【0024】
本発明は、以上のように構成されているので、矩形又は楕円形状の電子ビームを用い、かつ2次電子を増倍するためのMCPを用いた写像投影型の欠陥検査装置において、MCPの孔の潰れ又は詰まり等により生じる黒きずの影響を大幅に低減することができ、よって、試料ウエハ上の真の欠陥を高精度に検出することができる。また、真の欠陥が比較的大きい場合にその形状も高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】欠陥検査装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の欠陥検査装置における画像データ処理部の構成を示したブロック図である。
【図3】図2に示した画像データ処理装置において実行される処理フローを示したフロー図である。
【図4】図2に示した画像データ較正部において実行される較正処理の一例である加算平均処理を説明するための説明図である。
【図5】本発明の欠陥検査装置を適用して半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図6】図5に示したウエハ・プロセッシング工程のサブ工程を示したフローチャートである。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a defect inspection apparatus for inspecting defects on a wafer of a semiconductor device using an electron beam, and a semiconductor device manufacturing method using the apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process, when a fine pattern defect or the like on a processed wafer is inspected using an electron beam apparatus, an electron beam emitted from an electron gun, that is, a charged particle beam is narrowed down, The wafer surface is scanned with, and image data of the wafer surface is created based on the secondary electron beam generated thereby, and the image data is compared with the standard pattern image data to inspect defects such as scratches. Yes.
The defects include not only scratches but also the precision of fine patterns drawn on a resist-coated wafer and the precision of masks. For example, line width defects can be inspected by measuring the line width of a fine pattern based on image data obtained by a similar method.
Further, the image data obtained in this way can be displayed on the SEM monitor, and defect review, that is, inspection of defects by the human eye can be performed.
[0003]
As one of such defect inspection apparatuses using an electron beam, a mapping projection type defect inspection apparatus using a rectangular or elliptical beam having a diameter larger than the beam spot of the SEM is used.
This mapping projection type defect inspection apparatus once injects secondary electrons emitted from the wafer surface by irradiation of an electron beam from an electron gun to a micro channel plate (MCP), performs scintillation conversion by a fluorescent screen, Image data is obtained by projecting it onto a detector such as a CCD camera. Since this defect inspection apparatus can inspect the entire surface of the wafer with a smaller number of beam operations than the SEM method, it can satisfy the requirement of high throughput.
[0004]
FIG. 1 shows such a mapping projection type defect inspection apparatus. In FIG. 1, 1 is an electron gun that emits an electron beam, 2 is an electron beam from the electron gun 1, and 3 is a primary electrostatic lens. Reference numeral 4 denotes an EXB filter, and the electron gun 1, the primary electrostatic lens 3, and the EXB filter 4 constitute a primary electron optical system. Reference numeral 5 denotes a secondary electrostatic lens, 6 a secondary electron, 7 an MCP (micro channel plate), 8 a fluorescent plate, 9 a relay optical system, and 10 a CCD camera. The MCP 7, the fluorescent plate 8, the relay optical system 9, and the CCD camera 10 constitute a secondary electron optical system. The CCD camera 10 has a pixel size of 480 × 512, for example. 11 is a wafer to be inspected (sample wafer), 12 is an image data processing apparatus, and 13 is a display unit. The XY stage on which the wafer 11 is placed is not shown.
[0005]
In the defect inspection apparatus of FIG. 1, electrons emitted from the electron source 1 travel straight through the electrostatic lens 3 as an electron beam 2 by the accelerating electrode, and the cross-sectional shape is shaped into a rectangular or elliptical shape. The light penetrates and is deflected and irradiated onto the wafer 11. Then, secondary electrons 6 are emitted from the wafer 11, travel straight through the EXB filter 4, pass through the secondary electrostatic lens 5, and irradiate the MCP 7. The MCP 7 amplifies the secondary electrons 6, and the amplified secondary electrons are projected on the fluorescent plate 8. As a result, the secondary electrons 6 are converted into light and output as image data via the relay optical system 9 and the CCD camera 10. The image data obtained from the CCD camera 10 is displayed on the display unit 13 by obtaining a gradation for each pixel in the image data processing device 12.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the mapping projection type defect inspection apparatus described above, the MCP 7 used is formed as a perforated plate provided with a large number of holes for allowing secondary electrons to pass therethrough. Such a problem has arisen.
During the manufacturing process or use of the MCP 7 which is a perforated plate, defects such as crushing of the holes often occur. When the MCP 7 is crushed, the pixel at the corresponding position obtained by the CCD camera 10 has a lower floor. It becomes a furniture and appears as “black defect” in the image displayed on the display unit 13. Therefore, when the defect inspection algorithm is applied to the image data obtained by the CCD camera 10 in the image data processing unit 12, not only the true defect on the wafer but also the “black” which is a pseudo defect caused by the MCP. Since “defects” are also detected, it is necessary to distinguish between true defects and pseudo defects after application of the defect inspection algorithm.
In addition, if there is a true defect of the same level at the position of the pseudo defect, it is difficult to identify the defect, and the shape of the true defect can be accurately determined for a relatively large true defect. The reflected image cannot be obtained.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems of the conventional example, and a first object thereof is obtained from a CCD camera or the like before applying a defect inspection algorithm in a defect inspection apparatus for a semiconductor device. In other words, it is possible to delete data on pseudo defects of “black flaws” by MCP from the obtained image data. A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device while inspecting the semiconductor device in the middle of the process using the defect inspection apparatus that achieves the first object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a rectangular or elliptical electron beam is irradiated onto a sample wafer of a semiconductor device, and secondary electrons emitted from the sample wafer are irradiated with a micro channel plate (MCP). In the defect inspection apparatus for detecting the defect of the sample wafer from the image data, the light is detected as image data by a CCD camera, and is converted into light by colliding with the fluorescent plate.
It is characterized by comprising calibration means for calibrating the gradation of one or a plurality of pixels at the black flaw position in the image data of the sample wafer using the gradations of the plurality of pixels adjacent to the pixel.
[0009]
In the defect inspection apparatus described above, in order to specify the pixel at the black flaw position to be calibrated by the calibration means, the defect inspection apparatus further performs black defect inspection having a mirror-polished surface without using the calibration means in the defect inspection apparatus. And a storage unit for storing the position of the obtained defective pixel as a black defect position. Further, as another method for specifying the pixel at the black flaw position, the defect inspection apparatus further includes a mirror polishing surface in the defect inspection apparatus for two black flaw inspections having different secondary electron emission coefficients. Means for controlling to obtain image data of the wafer, means for obtaining a difference in gradation between the two obtained image data, and storage means for storing the position of the pixel having the smallest difference as a black defect position. .
Further, in the defect inspection apparatus described above, when the black defect has a size of MxN pixels (M and N are arbitrary positive integers), the adjacent pixel size used for calibration is preferably MxN.
[0010]
The present invention further provides a semiconductor device manufacturing method including a step of evaluating a wafer during or after processing using the above-described defect inspection apparatus.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The defect inspection apparatus of the present invention is an improvement of the image data processing apparatus 12 in the mapping projection type defect inspection apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 2 shows the improved image data processing apparatus. . In FIG. 2, 20 is a first storage unit, 30 is an image data calibration unit, 40 is a defect extraction unit that executes a defect inspection algorithm, 50 is a second storage unit, and 60 controls the overall operation of the image data processing apparatus 12. It is a control unit.
The first storage unit 20 includes a first region that stores image data from the CCD camera 10 and a second region that stores a defect image obtained by the defect extraction unit 40. The second storage unit stores the image data obtained by the defect extraction unit 40, and the image data is supplied to the display unit 13 and displayed.
[0012]
A method for identifying a “black defect” caused by crushing a hole on the MCP 7 and detecting a true defect will be described below with reference to FIG.
First, in step S1, a wafer having a mirror-polished surface having no defect is placed on an XY stage (not shown) as a “black defect inspection wafer”, and the electron beam 2 is emitted from the electron gun 1 as described above. Irradiation onto the wafer is performed, image data is obtained from the CCD camera 10 from the secondary electrons 6, and the image data is stored in the first area of the first storage unit 20 of the image data processing device 12. In step S <b> 2, the defect extraction unit 40 applies a defect detection algorithm to the image data, extracts defective pixels, and stores the position data of the defective pixels in the second area of the first storage unit 20.
At this time, since the black flaw inspection wafer has a mirror-polished surface, the low-gradation pixels included in the image data correspond to “black flaws”, that is, portions where the holes of the MCP 7 are crushed. The position data of the defective pixel obtained from the defect extraction unit 40 represents the position of the black defect.
[0013]
Next, in step S <b> 3, the sample wafer to be actually inspected is placed on the XY stage, image data is acquired in the same manner, and stored in the first storage area of the first storage unit 20. Thereafter, the process proceeds to step S4, where the pixel data calibration unit 30 reads the image data and the black defect position data from the first area and the second area of the first storage unit 20, and based on the black defect position data, the sample wafer Image data is calibrated. This calibration is executed, for example, by performing an averaging process using image data of a plurality of pixels adjacent to the pixel at the black defect position.
That is, the gradation of the pixel in the i row and j column in the inspection area of the wafer is represented by D (i, j), and the pixel at the black defect position is a single pixel (as shown in FIG. 4A). I, J), the four pixels (I-1, J), (I, J-1), (I, J + 1), (I + 1, J) on the left and right and upper and lower sides of the pixel (I, J). ) Is calculated for the gradation of pixel (I, J).
D (I, J) = 1/4. [D (I-1, J) + D (I, J-1) + D (I, J + 1) + D (I + 1, J)]
[0014]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the case where the pixels at the black defect position are a plurality of continuous pixels (in the figure, the defect size of the black defect is 2 × 3 pixels), FIG. As shown in Fig. 4, the average of four areas on the left, right, and top and bottom surrounding the plurality of pixels and having the same size (array) as the plurality of pixels at the black defect position is calculated, and the average value is calculated as black. It is set as the gradation of each of the plurality of pixels at the flaw position.
In FIG. 4A, the averaging is obtained without considering the two pixels at the upper and lower sides of the pixel at the black defect position, but a total of eight pixels including these four pixels are obtained. An average of pixel gradations may be obtained to obtain the gradation of the pixel at the black defect position. Similarly, in the case where there are a plurality of pixels at the black flaw position shown in FIG. 4B, an addition average of a total of eight areas may be obtained. In this case, it is preferable that the pixels that are farther away from the pixel at the black defect position are weighted with a smaller coefficient and then added and averaged.
A weighted average may be used instead of the addition average.
[0015]
Further, instead of detecting the black flaw position as described above, image data is obtained separately from two black flaw inspection wafers having a mirror-polished surface and having different secondary electron emission coefficients. It is also possible to obtain the difference between the gray levels and to set the position of the pixel having substantially zero difference as the black defect position.
That is, only by detecting the gradation of the image data from one black flaw inspection wafer having a mirror-polished surface, when dust or the like adheres to the wafer, the fact that the gradation is low is due to the adhesion of dust or It cannot be determined whether the defect is black due to crushing of the hole of MCP7. Further, if two black defect inspection wafers having the same secondary electron emission coefficient are used, the difference in gradation of pixels that are not at the black defect position is almost zero when the difference between the obtained image data is taken. Become. Therefore, as described above, if two inspection wafers having different secondary electron emission coefficients are used and the gradation difference of the image data obtained from these wafers is taken, only the pixel position where the hole of the MCP 7 is crushed is obtained. Therefore, the black defect position can be specified.
[0016]
Proceeding from step S4 to step S5, the defect extraction unit 40 applies a defect detection algorithm to the image data calibrated by the image data calibration unit 30, and performs defect extraction. In step S6, the image after the defect extraction process is supplied to the display unit 13, whereby an image of the surface of the sample wafer is displayed.
Therefore, the image data calibration unit 30 calibrates the gradation of the pixel at the black defect position with the gradation of the surrounding pixels in the image data of the wafer as the sample, so that the MCP 7 has a collapsed or clogged hole. Also, true defects on the wafer can be detected.
Note that such processing steps in the image data processing device 12 are executed under the control of the control unit 60.
[0017]
An actual machine test was performed using the defect inspection apparatus of the present invention. In this actual machine test, first, image data obtained from the wafer for black defect inspection on the mirror-polished surface is input to the defect extraction unit 40 without going through the image data calibration unit 30, and the extraction unit 40 detects the position of the black defect. I got the information. As a result, 20 black scratches having a 1 × 1 pixel size and 3 black scratches having a 2 × 2 pixel size were detected together with the positions of the respective black scratches.
Next, image data was obtained in the same manner from the DRAM wafer to be defect-inspected, and the obtained image data was processed in the image data calibration unit 30, and then defect extraction was performed in the defect extraction unit 40. The tested DRAM wafer actually had 14 defects, which are true defects such as pattern mistakes, particles, process defects, etc., but actual test using the defect inspection apparatus of the present invention. Then, twelve defects were detected, and one pseudo defect related to the contrast abnormality at the wafer pattern edge was also detected.
[0018]
Further, for the same DRAM wafer, an actual machine test for defect inspection was performed by a conventional method without black defect inspection. In this test, 10 true defects and 25 pseudo defects were extracted.
Therefore, according to the defect inspection apparatus of the present invention, it can be understood that the detection accuracy of the true defect is greatly improved as compared with the conventional example. Further, with respect to the shape of the true defect existing on the black defect, in the actual machine test using the apparatus of the present invention, a shape approximated by the true defect shape was obtained as compared with the case of the conventional example.
[0019]
Next, the semiconductor device manufacturing method of the present invention will be described. The semiconductor device manufacturing method of the present invention is performed using the defect inspection apparatus described in relation to FIGS. 1 to 4. Before describing the method, a general semiconductor device manufacturing method is described below. This will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
As shown in FIG. 5, the semiconductor device manufacturing method is roughly divided into a wafer manufacturing step S11 for manufacturing a wafer, a wafer processing step S12 for performing processing necessary for the wafer, and a mask required for exposure. A mask manufacturing process S13, a chip assembling process S14 for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable, and a chip inspection process S15 for inspecting a completed chip. Each of these steps includes several sub-steps.
[0020]
Among the processes described above, a process that has a decisive influence on the manufacture of a semiconductor device is a wafer processing process. This is because, in this process, the designed circuit pattern is formed on the wafer and a large number of chips that operate as a memory or MPU are formed.
Sub-processes of the wafer processing process that affect the manufacturing of semiconductor devices in this way will be described below.
[0021]
First, a dielectric thin film that forms an insulating layer is formed, and a metal thin film that forms a wiring portion and an electrode portion is formed. Thin film formation is performed by CVD, sputtering, or the like. Next, the formed dielectric thin film and metal thin film and the wafer substrate are oxidized, and a resist pattern is formed in the lithography process using the mask or reticle created in the mask manufacturing process S13. Then, the substrate is processed according to the resist pattern by dry etching technique or the like, and ions and impurities are implanted. Thereafter, the resist layer is peeled off and the wafer is inspected.
Such a wafer processing process is repeated for the required number of layers, and a wafer before being separated for each chip in the chip assembly process S14 is formed.
[0022]
FIG. 6 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process of FIG. As shown in FIG. 5, the lithography process includes a resist coating process S21, an exposure process S22, a developing process S23, and an annealing process S24.
In the resist coating step S21, a resist is coated on the wafer on which the circuit pattern is formed by using CVD or sputtering, and in the exposure step S22, the coated resist is exposed. Then, in the developing step S23, the exposed resist is developed to obtain a resist pattern, and in the annealing step S24, the developed resist pattern is annealed and stabilized. These steps S21 to S24 are repeated for the required number of layers.
[0023]
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the defect inspection apparatus of the above-described embodiment is disposed in the vicinity of a processing apparatus related to semiconductor device manufacturing such as a wafer processing process, and the time required for the evaluation is Is controlled so as to be substantially equal to the processing time per wafer. As long as the processing apparatus which arrange | positions a defect inspection apparatus performs the process which requires the evaluation of a defect, arbitrary processing apparatuses may be sufficient as it.
[0024]
Since the present invention is configured as described above, in a mapping projection type defect inspection apparatus using a rectangular or elliptical electron beam and using an MCP for multiplying secondary electrons, an MCP hole is provided. Thus, the influence of black flaws caused by crushing or clogging can be greatly reduced, and thus true defects on the sample wafer can be detected with high accuracy. Further, when the true defect is relatively large, its shape can be detected with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a defect inspection apparatus.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an image data processing unit in the defect inspection apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow executed in the image data processing apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an averaging process that is an example of a calibration process executed in the image data calibration unit shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device by applying the defect inspection apparatus of the present invention.
6 is a flowchart showing a sub-process of the wafer processing process shown in FIG.

Claims (4)

矩形又は楕円状の電子ビームを半導体デバイスの試料ウエハ上に照射し、該試料ウエハから放出される2次電子をマイクロ・チャネル・プレート(MCP)で増倍し、蛍光板に衝突させて光に変換し、該光をCCDカメラにより画像データとして検出し、該画像データから、試料ウエハの欠陥を抽出する欠陥検査装置において、
鏡面研磨面を有しかつ異なる2次電子放出係数を有する2つの黒きず検査用ウエハの画像データを得るよう制御する手段と、
得られた2つの画像データの差分を求める手段と、
差分が最小の画素の位置を黒きず位置として格納する記憶手段と、
試料ウエハの画像データ中の黒きず位置の1又は複数の画素の階調を、該画素に隣接する複数の画素の階調を用いて較正する較正手段であって、試料ウエハの画像データの較正すべき画素を、記憶手段に記憶された黒きず位置により特定するよう構成されている較正手段と
を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
Irradiate a rectangular or elliptical electron beam onto a sample wafer of a semiconductor device, multiply secondary electrons emitted from the sample wafer by a micro channel plate (MCP), and collide with a fluorescent plate to convert it into light. In the defect inspection apparatus for detecting the light as image data by a CCD camera and extracting the defect of the sample wafer from the image data,
Means for controlling to obtain image data of two black defect inspection wafers having a mirror polished surface and having different secondary electron emission coefficients;
Means for obtaining a difference between two obtained image data;
Storage means for storing the position of the pixel with the smallest difference as a black defect position;
Calibration means for calibrating the gradation of one or more pixels at a black flaw position in image data of a sample wafer using the gradations of a plurality of pixels adjacent to the pixel, and calibrating the image data of the sample wafer A defect inspection apparatus comprising: calibration means configured to specify a pixel to be determined by a position of a black defect stored in the storage means .
矩形又は楕円状の電子ビームを半導体デバイスの試料ウエハ上に照射し、該試料ウエハから放出される2次電子をマイクロ・チャネル・プレート(MCP)で増倍し、蛍光板に衝突させて光に変換し、該光をCCDカメラにより画像データとして検出し、該画像データから、試料ウエハの欠陥を抽出する欠陥検査装置において、
鏡面研磨面を有しかつ異なる2次電子放出係数を有する2つの黒きず検査用ウエハの画像データを得るよう制御する手段と、
得られた2つの画像データの差分を求める手段と、
差分がほぼゼロの画素の位置を黒きず位置として格納する記憶手段と、
試料ウエハの画像データ中の黒きず位置の1又は複数の画素の階調を、該画素に隣接する複数の画素の階調を用いて較正する較正手段であって、試料ウエハの画像データの較正すべき画素を、記憶手段に記憶された黒きず位置により特定するよう構成されている較正手段と
を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
A rectangular or elliptical electron beam is irradiated onto the sample wafer of a semiconductor device, secondary electrons emitted from the sample wafer are multiplied by a micro channel plate (MCP), and collide with a fluorescent plate to be converted into light. In the defect inspection apparatus for detecting the light as image data by a CCD camera and extracting the defect of the sample wafer from the image data,
Means for controlling to obtain image data of two black flaw inspection wafers having a mirror polished surface and having different secondary electron emission coefficients;
Means for obtaining a difference between two obtained image data;
Storage means for storing the position of a pixel with substantially zero difference as a black defect position;
Calibration means for calibrating the gradation of one or a plurality of pixels at a black flaw position in image data of a sample wafer using the gradations of a plurality of pixels adjacent to the pixel, and calibrating the image data of the sample wafer Calibration means configured to identify a pixel to be identified by a black defect position stored in the storage means;
A defect inspection apparatus comprising:
請求項1又は2に記載の欠陥検査装置において、較正手段は、黒きずがMxN画素(M及びNは任意の正の整数)サイズである場合、較正に使用する隣接する画素サイズをMxNとすることを特徴とする欠陥検査装置。 3. The defect inspection apparatus according to claim 1 , wherein when the black defect has a size of MxN pixels (M and N are arbitrary positive integers), the adjacent pixel size used for calibration is MxN. A defect inspection apparatus characterized by that. 半導体デバイスの製造方法であって、請求項1〜いずれかに記載の欠陥検査装置を用いて、加工処理中又は加工完了後のウエハを評価するステップを含んでいることを特徴とする半導体デバイス製造方法。A semiconductor device manufacturing method comprising the step of evaluating a wafer during or after processing using the defect inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3. Production method.
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