JP4021084B2 - Electron microscope and inspection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LSIウェーハや、TFT、マスクなどの微細パターン上でパターン欠陥、異物の検査もしくは観察情報の保存を行う電子顕微鏡及び検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体製造技術の進歩に伴い、半導体装置の製造検査では、検査が必要な欠陥や異物等(以下、欠陥や異物等を総称して単に欠陥という)が微小化し、光学式顕微鏡を用いての欠陥の検出あるいは観察は困難になっている。そこで従来、欠陥の高分解能観察においては、予め欠陥検査装置(あるいは異物検査装置)を用いて欠陥の発生箇所を特定し、欠陥検査装置の提供する座標原点、欠陥座標等の情報を基に、座標機能付き電子顕微鏡等を用いて、欠陥を高分解能観察することが行われている。これらのシステム化を考慮した特許に特開平9−139406号公報がある。この電子顕微鏡システムにおいては、検査装置の提供する欠陥の情報を基に、電子顕微鏡の視野を移動し、得られた検査用2次電子画像と、隣接チップの同等チップ内座標より得られた参照用2次電子画像2枚との計3枚の画像間でパターンマッチング、差分処理等を行い、欠陥を自動的に特異点として検出する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の電子顕微鏡システムで欠陥を高分解能観察するためには、欠陥検査装置を用いて予め欠陥位置を特定しておく必要がある。また、半導体装置の製造過程で、光学式の欠陥検査装置では検出不可能な微小欠陥を検査する場合、もしくは半導体装置の基板上のある位置のみを検査する必要があるような場合には、予め欠陥の発生箇所を特定することができず、人間が検査したい特定領域に電子顕微鏡の観察視野を移動させ、目視で欠陥を検出、観察している。このような場合には、欠陥検査装置による欠陥の特定が行われていないために、上述のシステムのような自動観察を行えないという問題があった。
【0004】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、予め検査装置を用いて欠陥位置を特定する必要なく、欠陥の検出及び高分解能観察を自動的に行うことのできる電子顕微鏡、及び検査方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、試料上の被検査領域以外の参照領域に不要の電子線を照射して損傷を与えることなく、被検査領域内の欠陥検出及び高分解能観察を可能にする電子顕微鏡、及び検査方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、半導体ウェーハに形成される半導体メモリ等、微細な同一のパターンの繰り返しで構成されるパターンの欠陥やパターンに付着した異物等は、その周期的なパターンの乱れとして捉えることができることに着目し、本発明に至った。
【0006】
すなわち、本発明の電子顕微鏡は、被検査試料の検査位置を電子顕微鏡上に登録する検査点登録手段と、登録された検査位置で撮像された検査画像の異常部を特異点として自動的に検出する特異点自動検出手段と、特異点自動検出手段によって検出された特異点についての情報を得る観察処理手段とを備えることを特徴とする。検査画像は、電子線照射によって試料から放出された2次電子、反射電子、あるいは2次電子と反射電子を用いて撮像される。この電子顕微鏡は、異常部に関する事前情報に基づいて顕微鏡視野領域を自動的に設定する視野自動設定手段を備えてもよい。ここで異常部に関する事前情報とは、検査座標、発生欠陥サイズ、最小欠陥検出サイズ、欠陥のカテゴリ、クラスタ、発生工程名などである。これらの事前情報のうち検査座標は、電子顕微鏡の視野位置を設定するために利用される。また、発生欠陥サイズ、最小欠陥検出サイズ、カテゴリ、クラスタ等は電子顕微鏡の視野領域を設定するのに利用され、任意の発生工程、サイズ、クラスタ等のみを選択して特異点自動検出を行うためにも利用される。
【0007】
観察処理手段は、検出された特異点についての観察情報及び付帯情報を保存する機能を有するものとすることができる。ここで観察情報とは画像情報を指し、付帯情報には欠陥や異物の大きさ、面積、X方向の投影長、Y方向の投影長、カテゴリなどが含まれる。
観察処理手段は、また、特異点自動検出手段による検出結果により電子顕微鏡の観察条件を変更する機能を有するものとすることができる。この機能により、例えば検出された特異点の大きさや分布、広がりに応じて、その全体を観察できるように電子顕微鏡の観察倍率を変更することができる。例えば、検出された特異点が広く分布しているような場合には観察倍率を下げて全体が視野に入るようにする。
【0008】
特異点自動検出手段は、被検査試料上に形成されているパターンの周期情報を利用して特異点の検出を行うことができる。また、特異点自動検出手段は、被検査試料上に形成されている周期パターンの乱れを検出して特異点の検出を行うことができる。
より具体的には、特異点自動検出手段は、被検査試料上に形成されているパターンの周期情報を利用して検査画像をパターンの1周期又は複数周期で区切った複数の部分画像を作成し、複数の部分画像間の対応する小領域間の差分処理を行って特異点の検出を行うことができる。
【0009】
あるいは、特異点自動検出手段は、検査画像を同じ大きさの複数の部分画像に分割し、各部分画像内において、被検査試料上に形成されているパターンの1周期又は複数周期だけ離れた小領域間の差分処理を行って差分の総和を求め、該差分の総和が最大となった部分画像内に特異点が存在するものとして特異点を検出することができる。
【0010】
前記電子顕微鏡において、小領域は、1つのピクセルから構成されていてもよいし、複数のピクセルから構成されていてもよい。電子顕微鏡は、走査型電子顕微鏡とすることができるが、透過型、走査透過型等、他のタイプの電子顕微鏡であってもよい。
また、本発明の検査方法は、周期パターンが形成されている被検査試料の特異点を検出する検査方法において、パターンの周期情報を利用してパターンの乱れを検出し、パターンに乱れが存在する位置を特異点として検出することを特徴とする。
【0011】
本発明の検査方法は、また、周期パターンが形成されている被検査試料を電子顕微鏡で撮像して得られた検査画像上の特異点を検出する検査方法において、検査画像をパターンの1周期又は複数周期で区切った複数の部分画像を作成し、複数の部分画像間の対応する小領域間の差分処理を行って特異点を検出することを特徴とする。
【0012】
本発明の検査方法は、また、周期パターンが形成されている被検査試料を電子顕微鏡で撮像して得られた検査画像上の特異点を検出する検査方法において、検査画像を同じ大きさの複数の部分画像に分割し、各部分画像内において、被検査試料上に形成されているパターンの1周期又は複数周期だけ離れた小領域間の差分処理を行って差分の総和を求め、該差分の総和が最大となった部分画像内に特異点が存在するものとすることを特徴とする。
【0013】
前記検査方法において、小領域は1つのピクセルから構成されていてもよいし、複数のピクセルから構成されていてもよい。
本発明では、欠陥検査装置や異物検査装置による欠陥や異物の発生箇所の情報を必要とせず、試料上の被検査領域の電子顕微鏡像(検査画像)における周期パターンの乱れを検出することで欠陥や異物の位置を特定する。このように、被検査領域の電子顕微鏡像のみから、そのパターンの異常部を特異点として検出するものであるため、被検査領域の電子顕微鏡像と比較すべき参照画像を必要としない。従って、参照画像を取得するために被検査領域以外の試料上の領域に電子線を照射することがなくなるので、電子線照射による試料の損傷を最小限に抑えることができる。
【0014】
本発明の一態様では、例えば半導体ウェーハ上に存在する欠陥を、ウェーハ上の任意領域の2次電子像を最適検査、観察倍率で電子計算機上に取り込み、取り込んだ2次電子像から、設計ルールなどのウェーハ上に構成されているパターン周期情報を用いた検出方法により欠陥の存在箇所を自動的に特異点として検出し、その特異点を最適倍率で自動的に観察し、観察画像や付帯情報を電子情報として保存する。これにより、被検査試料上の任意領域の欠陥検出(異物検出も含む)あるいは観察から画像保存までを自動で行うことが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、半導体ウェーハに形成されるメモリパターンの欠陥検査を例にとって説明する。しかし、本発明は、半導体ウェーハ上のパターンの欠陥に限らず、周期的なパターンを有する任意の被検査試料上の欠陥や異物等の検査に適用できるのは勿論である。
【0016】
図1は、本発明による電子顕微鏡の構成を示すブロック図である。この電子顕微鏡4は、検査点登録手段1、特異点自動検出手段2、特異点の情報処理・観察処理手段3を備える。電子顕微鏡4は、典型的には走査型電子顕微鏡とすることができるが、透過型、走査透過型等、他のタイプの電子顕微鏡であってもよい。電子顕微鏡のオペレータは、検査点設定手段1により、検査したい半導体ウェーハ上の検査点を電子顕微鏡上に登録する。電子顕微鏡4は、登録された検査点に自動的に視野移動する。そして、特異点自動検出手段2により特異点(欠陥や異物)の自動検出を行い、検出された特異点の画像情報を情報処理・観察処理手段3により処理する。
【0017】
情報処理・観察処理手段3は、検出された特異点の電子顕微鏡画像を取得して保存する処理、取得した画像情報から特異点の大きさ、面積、X方向の投影長、Y方向の投影長、カテゴリなどの付帯情報を取得して保存する処理等を行う。情報処理・観察処理手段3は、また、特異点自動検出手段2により検出された特異点の大きさや分布、広がりに応じて、その全体を観察できるように電子顕微鏡4の観察倍率等の観察条件を変更する。なお、電子顕微鏡に登録する検査点は、異常部検査装置を用いて得られた欠陥異物座標の情報を用いて決定してもよい。
【0018】
図2は、本発明の第1実施例による欠陥検出、高分解能観察処理の一例の処理手順を説明するフローチャートである。まず、設計データもしくは異常部検査装置より提供される座標情報をもとに電子顕微鏡試料台に対する試料のアライメントを行う(S11)。次に、電子顕微鏡上に検査点の登録を行う(S12)。検査点の登録は、電子顕微鏡上に半導体ウェーハのマップを作成し、オペレータが検査点の座標データを登録することで、もしくは異常部検査装置より得られた座標を登録することで行われる。
【0019】
図3は、検査点登録画面の一例を示す図である。この図3を用いて検査点を登録、設定する方法について説明する。電子顕微鏡の検査点設定ウィンドウ37で検査する半導体ウェーハのウェーハマップ32を作成し、マップ32上の検査チップ33を指定する。図では、検査チップ33を網掛けで、非検査チップ34を白色で表示している。さらに、検査チップ33内の検査座標(X,Y)をチップ内座標値入力エリア35に入力し、検査点設定ボタン36で電子顕微鏡に検査点を登録する。検査チップ33内の検査座標は、電子顕微鏡のチップの画像を見ながら画像上でマウスカーソル等を用いて設定してもよく、この場合は検査チップ内座標が自動で設定される。また、検査点の登録方法は図3に示した方法に限定されるものではなく、座標設定が可能な手段であれば、その手法は問わない。
【0020】
図2に戻り、製造途中工程の半導体ウェーハなどのように、電子顕微鏡で被検査基板上にパターンが観察される場合、検査点が含まれるチップに隣接するチップの同等チップ内座標もしくは隣接セル内の同等セル内座標を参照点としてその参照点に電子顕微鏡の視野を移動し(S13)、参照画像として2次電子像を電子計算機上に取り込む(S14)。電子顕微鏡の観察倍率は、最小検出可能欠陥サイズが電子顕微鏡の観察倍率に依存することから、オペレータが希望する最小欠陥サイズが検出可能な観察倍率を自動設定する。また、検査点が異常部検査装置より得られた座標であれば、検査装置の座標誤差、電子顕微鏡の座標誤差と、検査装置と電子顕微鏡の間の座標誤差を許容する最大倍率に設定するが、例えば、サイズの大きい欠陥の場合、画像内に欠陥が納まるように最大倍率を変更する。あるいは、傷、はがれ、異物など欠陥の種類を示すカテゴリが、傷などのように密集して分布するカテゴリの場合、任意に設定可能な周辺領域に同じカテゴリが存在すれば、その欠陥存在領域を含めた倍率に変更することが可能である。
【0021】
次に、電子顕微鏡の視野を電子顕微鏡上に登録された検査点に移動する(S15)。その後、検査点の2次電子像を参照画像取得時と同じ観察倍率で検査画像として取り込み(S16)、2枚の画像間でパターンマッチング法等による画像比較を行い、パターン上における特異点(欠陥)の位置を特定する(S17)。続くステップ18の判定では、特異点が検出されていれば、その検出点を観察中心に設定し、観察可能な最大倍率に設定し画像保存、測長など特異点の情報処理・観察処理を行う(S19)。この時の観察倍率は、予め設定した観察倍率とすることも可能である。その後、最適倍率での観察画像を電子情報として電子計算機上に保存する。また、画像のみでなく、検出された特異点(欠陥)のサイズ、投影長(横方向、縦方向)などの付帯情報を同時に保存することも可能である。
【0022】
ステップ17の処理で特異点の存在が確認できなかった場合には、ステップ18からステップ20に進み、その検査点についての再検査を実行するかどうか決定する。再検査を実行するかどうかは、オペレータがその都度決定するようにしてもよいし、常時再検査を実行するようにしてもよい。いずれのモードとするかは事前に設定することができる。再検査をする場合には、ステップ20からステップ13に戻り、再度参照画像と検査画像を取得して特異点の自動検出を行う。このとき、参照画像を取得するチップを他のチップに変更してもよい。また、再検査を行わない場合、ステップ20からそのままステップ21に進む。ステップ20からステップ21に進む前に、あとで再チェックが可能なように、特異点が認められなかった検査画像を保存するようにしてもよい。オペレータの希望によっては、検査画像と共に参照画像も保存する。
【0023】
次にステップ21に進んで、いま特異点検出を行った検査点がステップ12で登録した最後の検査点であるかどうかを判定し、全ての検査点について検査が終了するまでステップ13からの処理を繰り返す。ここで、参照画像や検査画像は必ずしも2次電子像である必要はなく、反射電子像であってもよいし、反射電子と2次電子の混合画像であってもよい。ステップ17で実行される特異点の自動検出処理も、2枚の画像間のパターンマッチング処理に限定される訳ではなく、パターン特異点の自動検出が可能であればその手法は問わない。
【0024】
次に、図4及び図5を用いて、本発明の第2実施例について説明する。図4は本実施例による特異点の自動検出処理を説明する図、図5は処理の流れを示すフローチャートである。この第2実施例は、参照画像を用いず、検査画像のみからパターンの周期性が乱れている異常部を特異点として自動的に検出するものである。検査点の登録は、先に図3を用いて説明したようにして行われる。
【0025】
半導体ウェーハ上に形成された半導体メモリは、図4(a)に模式的に示すように、同一のパターンの繰り返しで構成されている。本実施例の特異点自動検出に当たっては、前述のようにして予め設定された検査点の位置情報を読み込み(図5、S31)、そのうちの一つの検査点に電子顕微鏡の視野を移動し(S32)、その検査点の検査画像(2次電子像)17を電子計算機上に取り込む(S33)。いま、検査画像17中には、図4(a)に模式的に図示するように、欠陥18が存在するものとする。次に、図4(b)に示すように、検査画像を多数の小領域19に分割する(S34)。小領域19は1個のピクセルで構成されていてもよいし、複数のピクセルによって1つの小領域19を構成するようにしてもよい。複数のピクセルで1つの小領域を構成する場合、例えばm×mピクセルで1つの小領域を構成することができるが、小領域の形状は必ずしも正方形である必要はない。また、小領域19の大きさや形状を半導体メモリのパターン周期と特に関連付けて決める必要もない。各小領域19は、その小領域の画像濃度(2次電子強度)を任意の階調に分割したグレイレベル値で数量化される(S35)。
【0026】
次に、図4(c)に示すように、検査画像17を適当な数の小領域19を含む同じ形状のウィンドウ20に分割する(S36)。そして、設計ルールなど、半導体ウェーハ上に形成されているパターンの繰り返し情報(周期情報)をもとに、図4(d)に示すように、ウィンドウ内で1周期離れた2つの小領域間19のグレイレベル値の差を計算する。この時、ウィンドウ20内には2周期以上の繰り返しパターンが含まれていることが好ましい。こうして各ウィンドウ20において、そのウィンドウ内で互いに1周期離れた小領域間のグレイレベル値の差分の総和を計算する(S37)。ステップ37の処理は、ステップ38の判定で全てのウィンドウについて処理が終了したと判定されるまで行われる。
【0027】
もし検査画像17中に欠陥が存在しなければ、ウィンドウ20内には1周期ごとに同じ画像、すなわちグレイレベルが同じ値の小領域19が現れるので、小領域間のグレイレベル値の差分は理想的には0となる。一方、検査画像17中に欠陥が存在すれば、ウィンドウ20内で1周期離れた小領域19のグレイレベルが異なるために、小領域19間のグレイレベル値の差が増加する。そこで、小領域間のグレイレベル値の差の総和が最も大きいという特徴を示したウィンドウを欠陥のあるウィンドウとみなし、その特異ウィンドウの中心に電子顕微鏡視野中心を移動し(S39)、そのウィンドウ全体を撮像できる最適倍率に変更した後、図4(e)に示すように観察処理を行い、画像を保存する(S40)。このとき、特異点の大きさ、面積、X方向の投影長、Y方向の投影長、カテゴリなど特異点についての付帯情報を取得するための情報処理を行い、その結果を画像と共に保存するようにしてもよい。その後、その検査点がステップ31で読み込まれた最後の検査点かどうかを判定し(S41)、検査が終了していない検査点が残っている場合にはステップ32に戻って次の検査点に視野移動し、同様の処理を行う。
【0028】
なお、ウィンドウ20内でグレイレベル値の差分を取る小領域19間の距離は必ずしも1周期に限定される訳ではなく、ウィンドウ20のサイズを超えない範囲で2周期、3周期など任意の周期に設定可能である。
本実施例の特異点自動検出方法は、周期を任意に設定することで、未加工の半導体ウェーハの自動検査にも同様に適用可能である。また、検査画像17は必ずしも2次電子像である必要はなく、反射電子像、反射電子と2次電子の混合画像等であってもよい。
【0029】
次に、図6を用いて本発明の第3実施例を説明する。この第3実施例は、設計ルールなど半導体ウェーハ上に構成されているパターンの周期情報をもとに検査画像から複数のウィンドウを作成し、自動的に特異点を検出する実施例である。半導体ウェーハの検査すべき検査点は、例えば図3で説明したようにして電子顕微鏡上に設定される。
【0030】
前記実施例と同様に、ウェーハ上に形成された半導体メモリパターンの検査点での2次電子像を検査画像17として電子計算機上に取り込み、その検査画像を1個のピクセルあるいは一定数のピクセルからなる多数の小領域19に分割した後、各小領域19の2次電子強度を任意の階調に分割したグレイレベル値で数量化する。次に、検査画像17から任意の周期単位で区切ったウィンドウ31a,31bを複数枚作成する。ウィンドウ31a,31bは同一の周期をもとに作成しているので、各ウィンドウの対応する位置には同じパターンが存在し、差分処理の前にパターンマッチング等位置あわせを行う必要がない。そこで、これらのウィンドウ31a,31bの対応する小領域19間でグレイレベル値の差分処理を行い、差分の最も大きい小領域を特異点として検出する。その後、検出した特異点に電子顕微鏡視野中心を移動し、観察倍率を最適倍率に変更したのち電子顕微鏡像を取得し、取得した観察画像を電子情報として電子計算機上に保存する。このとき、特異点の大きさ、面積、X方向の投影長、Y方向の投影長、カテゴリなど特異点についての付帯情報を取得するための情報処理を行い、その結果を画像と共に保存するようにしてもよい。
【0031】
第3実施例では、2枚のウィンドウ31a,31bの差分処理を行った場合、差分の大きな小領域の箇所を特定することはできるが、特異点(欠陥)がどちらのウィンドウに存在するかを特定することはできない。しかし、1つのウィンドウ内で1周期あるいは数周期離れた対応する小領域間のグレイレベル値の差分の総和を取ることでウィンドウ内の特異点の有無を検出する第2実施例と組み合わせると、小領域間のグレイレベル値の差分の総和が最も大きいという特徴を示しているウィンドウ側に特異点が存在すると判定することができる。このように第3実施例と第2実施例を組み合わせると、特異点(欠陥)の特定のために必要とされるウィンドウ数は最低2枚ですむ。これにより、第2実施例単独の場合よりも高精度に欠陥を画面中心にした画像を取得することが可能である。
【0032】
第3実施例の検出方法は、周期を任意に設定することで、未加工の半導体ウェーハの自動観察、自動検査にも同様に有効である。また、検査画像は2次電子像である必要はなく、反射電子像、反射電子と2次電子像の混合画像等であってもかまわない。
【0033】
【発明の効果】
本発明によると、任意領域の異物や欠陥等の検出あるいは観察から画像保存までを自動で行うことができる。
また、参照画像を用いることなく1枚の検査画像から特異点を検出することにより、試料への電子線の照射、ステージ移動回数の増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子顕微鏡の構成を示すブロック図。
【図2】本発明の第1実施例による欠陥検出、高分解能観察処理の一例のフローチャート。
【図3】検査点の登録画面の一例を示す図。
【図4】本発明の第2実施例による特異点の自動検出方法を説明する図。
【図5】第2実施例の処理の流れを示すフローチャート。
【図6】本発明の第3実施例による特異点の自動検出方法を説明する図。
【符号の説明】
1…検査点設定手段、2…特異点自動検出手段、3…特異点の情報処理・観察処理手段、4…電子顕微鏡、17…検査画像、18…欠陥、19…小領域、20…ウィンドウ、31a,31b…ウィンドウ、32…ウェーハマップ、33…検査チップ、34…非検査チップ、35…チップ内座標入力エリア、36…検査点設定歩端、37…検査点設定ウィンドウ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron microscope and an inspection method for inspecting pattern defects and foreign matter or storing observation information on a fine pattern such as an LSI wafer, TFT, or mask.
[0002]
[Prior art]
With the recent progress of semiconductor manufacturing technology, in semiconductor device manufacturing inspection, defects and foreign substances that need to be inspected (hereinafter, defects and foreign substances are collectively referred to simply as defects) are miniaturized, and an optical microscope is used. It is difficult to detect or observe defects. Therefore, conventionally, in high-resolution observation of defects, the defect occurrence location is specified in advance using a defect inspection device (or foreign matter inspection device), and based on information such as the coordinate origin and defect coordinates provided by the defect inspection device, High-resolution observation of defects is performed using an electron microscope with a coordinate function. Japanese Patent Laid-Open No. 9-139406 is a patent that takes these systemizations into consideration. In this electron microscope system, the field of view of the electron microscope is moved based on the defect information provided by the inspection apparatus, and the obtained secondary electron image for inspection and the reference obtained from the equivalent in-chip coordinates of the adjacent chip. Pattern matching, difference processing, and the like are performed between a total of three images including two secondary electron images, and defects are automatically detected as singular points.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to observe defects with high resolution using the electron microscope system described above, it is necessary to specify a defect position in advance using a defect inspection apparatus. Also, when inspecting a minute defect that cannot be detected by an optical defect inspection apparatus in the manufacturing process of a semiconductor device, or when it is necessary to inspect only a certain position on a substrate of a semiconductor device, The defect occurrence location cannot be specified, and the observation field of the electron microscope is moved to a specific area to be inspected by a human, and the defect is visually detected and observed. In such a case, there is a problem that automatic observation as in the above-described system cannot be performed because the defect is not identified by the defect inspection apparatus.
[0004]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and is capable of automatically performing defect detection and high-resolution observation without the need to specify a defect position using an inspection apparatus in advance. It is an object to provide a microscope and an inspection method.
The present invention also provides an electron microscope that enables defect detection and high-resolution observation in an inspection region without irradiating a reference region other than the inspection region on the sample with an unnecessary electron beam and damaging it, and The purpose is to provide an inspection method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors can regard a defect of a pattern constituted by repeating the same fine pattern, such as a semiconductor memory formed on a semiconductor wafer, or a foreign substance attached to the pattern as a periodic pattern disturbance. Focusing on what can be done, the present invention has been achieved.
[0006]
That is, the electron microscope of the present invention automatically detects an inspection point registration means for registering the inspection position of the sample to be inspected on the electron microscope and an abnormal part of the inspection image captured at the registered inspection position as a singular point. Singular point automatic detection means, and observation processing means for obtaining information about the singular points detected by the singular point automatic detection means. The inspection image is captured using secondary electrons, reflected electrons, or secondary electrons and reflected electrons emitted from the sample by electron beam irradiation. The electron microscope may include visual field automatic setting means for automatically setting a microscope visual field region based on prior information regarding the abnormal part. Here, the prior information regarding the abnormal part includes inspection coordinates, a generated defect size, a minimum defect detection size, a defect category, a cluster, a generated process name, and the like. Of these pieces of prior information, the inspection coordinates are used to set the field of view of the electron microscope. In addition, the generated defect size, minimum defect detection size, category, cluster, etc. are used to set the field of view of the electron microscope, so that singularity automatic detection can be performed by selecting only an arbitrary generation process, size, cluster, etc. Also used for.
[0007]
The observation processing means may have a function of storing observation information and incidental information about the detected singular point. Here, the observation information refers to image information, and the incidental information includes the size and area of defects and foreign matter, the projection length in the X direction, the projection length in the Y direction, and the category.
The observation processing means can also have a function of changing the observation conditions of the electron microscope based on the detection result by the singular point automatic detection means. With this function, for example, the observation magnification of the electron microscope can be changed so that the whole can be observed according to the size, distribution, and spread of the detected singular points. For example, when the detected singular points are widely distributed, the observation magnification is lowered so that the whole is in the visual field.
[0008]
The singularity automatic detection means can detect the singularity using the period information of the pattern formed on the sample to be inspected. Further, the singularity automatic detection means can detect the singularity by detecting the disturbance of the periodic pattern formed on the sample to be inspected.
More specifically, the singularity automatic detection means creates a plurality of partial images obtained by dividing the inspection image by one or more periods of the pattern using the period information of the pattern formed on the inspection sample. It is possible to detect a singular point by performing a difference process between corresponding small regions between a plurality of partial images.
[0009]
Alternatively, the singularity automatic detection means divides the inspection image into a plurality of partial images of the same size, and within each partial image, a small pattern separated by one or more periods of the pattern formed on the sample to be inspected. Difference processing between regions is performed to obtain a sum of differences, and a singular point can be detected as a singular point existing in a partial image in which the sum of the differences is maximized.
[0010]
In the electron microscope, the small region may be composed of one pixel or a plurality of pixels. The electron microscope may be a scanning electron microscope, but may be other types of electron microscopes such as a transmission type and a scanning transmission type.
Further, the inspection method of the present invention is an inspection method for detecting a singular point of a sample to be inspected in which a periodic pattern is formed. By using pattern periodic information, pattern disturbance is detected, and the pattern is disturbed. The position is detected as a singular point.
[0011]
The inspection method of the present invention is also an inspection method for detecting a singular point on an inspection image obtained by imaging an inspection sample on which a periodic pattern is formed with an electron microscope. A plurality of partial images divided by a plurality of periods are created, and a singular point is detected by performing a difference process between corresponding small regions between the plurality of partial images.
[0012]
The inspection method of the present invention is also an inspection method for detecting singular points on an inspection image obtained by imaging an inspection sample on which a periodic pattern is formed with an electron microscope. In each partial image, a difference process between small regions separated by one cycle or a plurality of cycles of the pattern formed on the sample to be inspected is performed to obtain the sum of the differences. A singular point exists in the partial image having the maximum sum.
[0013]
In the inspection method, the small area may be composed of one pixel or a plurality of pixels.
The present invention does not require information on the occurrence of defects or foreign matter by the defect inspection apparatus or foreign substance inspection apparatus, and detects defects in the periodic pattern in the electron microscope image (inspection image) of the inspection area on the sample. And the location of foreign objects. As described above, since the abnormal portion of the pattern is detected as a singular point only from the electron microscope image of the inspection region, a reference image to be compared with the electron microscope image of the inspection region is not required. Accordingly, since it is not necessary to irradiate the region on the sample other than the region to be inspected with the electron beam in order to acquire the reference image, it is possible to minimize damage to the sample due to the electron beam irradiation.
[0014]
In one embodiment of the present invention, for example, a defect existing on a semiconductor wafer is taken into a computer with an optimal inspection and observation magnification of a secondary electron image in an arbitrary area on the wafer, and a design rule is obtained from the taken secondary electron image. By using the detection method using pattern period information configured on the wafer, etc., the location of the defect is automatically detected as a singular point, and the singular point is automatically observed at the optimum magnification. Is stored as electronic information. Thereby, it becomes possible to automatically perform defect detection (including foreign matter detection) or observation from observation to image storage in an arbitrary region on the sample to be inspected.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Hereinafter, a defect inspection of a memory pattern formed on a semiconductor wafer will be described as an example. However, the present invention is not limited to the pattern defect on the semiconductor wafer, but can of course be applied to the inspection of a defect or a foreign substance on an arbitrary sample to be inspected having a periodic pattern.
[0016]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electron microscope according to the present invention. The
[0017]
The information processing / observation processing means 3 acquires and stores an electron microscope image of the detected singular point, the size, area, X-direction projection length, and Y-direction projection length of the singular point from the acquired image information. Processing for acquiring and storing incidental information such as a category is performed. The information processing / observation processing means 3 also observes observation conditions such as the observation magnification of the
[0018]
FIG. 2 is a flowchart for explaining a processing procedure of an example of defect detection and high-resolution observation processing according to the first embodiment of the present invention. First, the sample is aligned with the electron microscope sample stage based on the design data or the coordinate information provided by the abnormal part inspection apparatus (S11). Next, inspection points are registered on the electron microscope (S12). Inspection points are registered by creating a map of a semiconductor wafer on an electron microscope and registering coordinate data of inspection points by an operator, or by registering coordinates obtained from an abnormal part inspection apparatus.
[0019]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an inspection point registration screen. A method for registering and setting inspection points will be described with reference to FIG. A
[0020]
Returning to FIG. 2, when a pattern is observed on a substrate to be inspected with an electron microscope, such as a semiconductor wafer in the course of manufacturing, the equivalent in-chip coordinates of the chip adjacent to the chip including the inspection point or in the adjacent cell The field of view of the electron microscope is moved to the reference point with the coordinates in the equivalent cell of (2) as the reference point (S13), and the secondary electron image is taken in the electronic computer as the reference image (S14). The observation magnification of the electron microscope automatically sets the observation magnification at which the minimum defect size desired by the operator can be detected because the minimum detectable defect size depends on the observation magnification of the electron microscope. Also, if the inspection point is a coordinate obtained from the abnormal part inspection device, the coordinate error of the inspection device, the coordinate error of the electron microscope, and the maximum magnification that allows the coordinate error between the inspection device and the electron microscope are set. For example, in the case of a large-size defect, the maximum magnification is changed so that the defect fits in the image. Alternatively, if the category indicating the type of defect, such as a scratch, peel, or foreign object, is a densely distributed category such as a scratch, if the same category exists in an arbitrarily set peripheral area, the defect existing area is It is possible to change to the included magnification.
[0021]
Next, the field of view of the electron microscope is moved to the inspection point registered on the electron microscope (S15). Thereafter, a secondary electron image of the inspection point is captured as an inspection image at the same observation magnification as that at the time of acquiring the reference image (S16), and image comparison is performed between the two images by a pattern matching method or the like, and a singular point (defect ) Is specified (S17). In the subsequent determination of
[0022]
If the presence of a singular point cannot be confirmed in the process of
[0023]
Next, proceeding to step 21, it is determined whether or not the inspection point where the singular point detection has just been performed is the last inspection point registered in
[0024]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining an automatic detection process for a singular point according to this embodiment, and FIG. 5 is a flowchart showing a process flow. In the second embodiment, an abnormal part in which the periodicity of a pattern is disturbed is detected automatically as a singular point from only an inspection image without using a reference image. Registration of inspection points is performed as described above with reference to FIG.
[0025]
The semiconductor memory formed on the semiconductor wafer is configured by repeating the same pattern as schematically shown in FIG. In the automatic detection of singular points of the present embodiment, the position information of the inspection points set in advance as described above is read (FIG. 5, S31), and the field of view of the electron microscope is moved to one of the inspection points (S32). ), An inspection image (secondary electron image) 17 of the inspection point is captured on the electronic computer (S33). Now, it is assumed that the
[0026]
Next, as shown in FIG. 4C, the
[0027]
If there is no defect in the
[0028]
Note that the distance between the
The singularity automatic detection method of the present embodiment can be similarly applied to automatic inspection of unprocessed semiconductor wafers by arbitrarily setting the period. Further, the
[0029]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is an embodiment in which a plurality of windows are created from an inspection image based on periodic information of a pattern formed on a semiconductor wafer such as a design rule, and a singular point is automatically detected. The inspection points to be inspected of the semiconductor wafer are set on the electron microscope, for example, as described in FIG.
[0030]
As in the previous embodiment, the secondary electron image at the inspection point of the semiconductor memory pattern formed on the wafer is captured as an
[0031]
In the third embodiment, when the difference processing between the two
[0032]
The detection method of the third embodiment is also effective for automatic observation and automatic inspection of an unprocessed semiconductor wafer by arbitrarily setting the period. Further, the inspection image does not need to be a secondary electron image, and may be a reflected electron image, a mixed image of a reflected electron and a secondary electron image, or the like.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to automatically perform processing from detection or observation of foreign matter and defects in an arbitrary region to image storage.
Further, by detecting a singular point from a single inspection image without using a reference image, it is possible to prevent the sample from being irradiated with an electron beam and the number of stage movements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electron microscope according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of an example of defect detection and high-resolution observation processing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an inspection point registration screen.
FIG. 4 is a diagram for explaining a method for automatically detecting a singular point according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a process flow of a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for automatically detecting a singular point according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記特異点自動検出手段は、前記検査画像を同じ大きさの複数の部分画像に分割し、各部分画像内において、前記被検査試料上に形成されているパターンの1周期又は複数周期だけ離れた小領域間の差分処理を行って差分の総和を求め、該差分の総和が最大となった部分画像内に特異点が存在するものとして特異点の検出を行うことを特徴とする電子顕微鏡。Inspection point setting means for registering the electron microscope field of view at the inspection position on the specimen to be inspected, and automatically moving the visual field to the registered inspection position and automatically detecting the abnormal part of the inspection image captured at the inspection position as a singular point Singular point automatic detection means for automatically detecting, and observation processing means for obtaining information about the singular points detected by the singular point automatic detection means ,
The singular point automatic detection means divides the inspection image into a plurality of partial images of the same size, and is separated by one period or a plurality of periods of a pattern formed on the sample to be inspected in each partial image. An electron microscope characterized by performing a difference process between small regions to obtain a sum of differences, and detecting a singular point as a singular point existing in a partial image in which the sum of the differences is maximized .
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