JP4564728B2

JP4564728B2 - 回路パターンの検査装置

Info

Publication number: JP4564728B2
Application number: JP2003201458A
Authority: JP
Inventors: 安彦奈良; 正明野尻; 功一早川; 高志広井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: US20050043903A1; US7532328B2; JP2005044912A; US7292327B2; US20080174772A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置やフォトマスクの製造工程における回路パターンの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置やフォトマスクに形成された回路パターンの製造工程においては、製造不良や異物付着などの欠陥の発生が避けがたく、検査対象に白色光を照射し光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パターンを比較し欠陥を抽出する光学式パターン検査装置や、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）の技術を応用して、光学画像よりも分解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比較し欠陥を抽出するＳＥＭ式パターン検査装置が実用化されている。
【０００３】
このＳＥＭ式パターン検査装置では、光学式パターン検査装置に比較して検査速度が遅いため、半導体ウェハ上の半導体チップすなわちダイを全て検査するのでなく、検査対象ダイを指定できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、オペレータは検査するダイを領域として指定できるが、指定されたダイの内部での比較検査順を変更可能にすることは記載されていない。また、画像比較検査は隣接するダイ同士を順に比較していく方式であるので、検査したいダイの比較対照となる参照ダイを任意に指定できるようにはなっていない。このことは、半導体ウェハやフォトマスクの一端のダイと他端のダイ同士の比較ができないので、このような比較でしか検出できない欠陥は検出することができない。このような欠陥は、半導体ウェハやフォトマスクのダイの緩やかな製造状態の違いに起因するものであるが、その製造状態の違いを検査時に検出することができないという問題点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６２１４３号公報（図１３，図１４）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、回路パターンの画像比較検査時の画面機能を改良して、使い勝手のよい回路パターンの検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、回路パターンが形成された複数のダイを有する基板表面に光，レーザ光または荷電粒子線を照射する照射手段と、該照射によって前記基板から発生する信号を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された信号を画像化して得られる第１の画像信号と第２の画像信号を記憶する記憶手段と、前記ダイの検査順の設定のための画面を表示する操作部と、前記記憶手段に記憶された前記第１の画像信号と第２の画像信号を比較する比較手段と、該比較手段での比較結果から欠陥を判別する判別手段とを備え、前記操作部には、前記画面に表示された複数のダイがクリックされることにより指定されたダイの順番の番号が表示され、前記比較手段は、前記指定された順番のダイ同士を前記順番通りに比較し、前記指定されたダイの検査順番の指定後に画面上で追加指示のダイの挿入処理が可能である構成を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回路パターンの検査装置の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施例では、レジストパターン，ＣＯＮＴ系開口パターン，エッチング後Fineパターン（拡散系），エッチング後Fineパターン（配線系）などの欠陥を対象としている。
【０００８】
図１は、回路パターン検査装置の概略構成を示す縦断面図である。回路パターン検査装置１６は、室内が真空排気される検査室１７と、検査室１７内に被検査基板２４を搬送するための予備室（図示せず）を備えており、この予備室は検査室１７とは独立して真空排気できるように構成されている。なお、この構成は、電子線を用いるためであって、レーザ光等の場合は真空排気構造にする必要はない。また、回路パターン検査装置１６は上記検査室１７と予備室の他に、制御部２１及び操作部２０から構成されている。
【０００９】
検査室１７は大別して、電子光学系１８，二次電子検出部６２，試料室２３，光学顕微鏡部１９から構成されている。電子光学系１８は、電子銃２５，電子線引き出し電極２６，コンデンサレンズ２７，ブランキング偏向器２８，絞り２９，走査偏向器３０，対物レンズ３１，反射板３２，ＥｘＢ偏向器３３から構成され、照射手段を形成している。
【００１０】
一次電子線３４は、電子銃２５と引き出し電極２６との間に電圧を印加することで、電子銃２５から引き出され、一次電子線３４の加速は、電子銃２５に高電圧の負の電位を印加することでなされる。一次電子線３４はその電位に相当するエネルギーで被検査基板２４の方向に進み、コンデンサレンズ２７で収束され、さらに対物レンズ３１により細く絞られて被検査基板２４に照射される。被検査基板２４は半導体ウェハ，チップあるいは液晶，マスク等微細回路パターンを有する基板等である。なお、ブランキング偏向器２８や走査偏向器３０には、走査信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器５９が接続され、コンデンサレンズ２７および対物レンズ３１には、各々レンズ電源が接続されている。
【００１１】
補正制御回路５８は、位置モニタ測長器４８，被検査基板高さ測定器４９の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、一次電子線３４が常に正しい位置に照射されるように対物レンズ電源７０や走査信号発生器５９に補正信号を送る。
【００１２】
被検査基板２４の画像を取得するためには、細く絞った一次電子線３４を該被検査基板２４に照射し、二次電子７１を発生させ、これらを一次電子線３４の走査およびＸステージ４７，Ｙステージ４６の移動と同期して検出することで被検査基板２４の表面の画像を得る。
【００１３】
二次電子検出部６２のうち、二次電子検出器３５が検査室１７内の対物レンズ３１の上方に配置されている。二次電子検出器３５の出力信号は、検査室１７の外に設置されたプリアンプ３６で増幅され、ＡＤ変換器３７によりデジタルデータとなる。試料室２３は、試料台４５，Ｘステージ４７，Ｙステージ４６，位置モニタ測長器４８，被検査基板高さ測定器４９から構成されている。また、被検査基板２４の回転の微調整のために、Ｘステージ４７の上に回転ステージ（図示せず）を設けてもよい。
【００１４】
光学顕微鏡部１９は光源５０，光学レンズ５１，ＣＣＤカメラ５２により構成され、検査室１７の室内における電子光学系１８の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設置されている。電子光学系１８と光学顕微鏡部１９の間の距離は既知として、両者の間の被検査基板２４上の座標の互換性をもたせている。
【００１５】
Ｘステージ４７またはＹステージ４６によって、被検査基板２４は、電子光学系１８と光学顕微鏡部１９の間の既知の距離を往復移動できるようになっている。また、回転ステージ（図示せず）あるいは被検査基板２４を載置した試料台（図示せず）の任意の側を傾けて、一次電子線３４が被検査基板２４に照射される角度を可変できるように構成してもよい。
【００１６】
制御部２１は、全体制御部８５と以下の装置から構成される。二次電子検出部６２からの信号を記憶する記憶手段８１，記憶されたディジタル信号を処理する画像処理回路８２，画像処理回路８２の処理パラメータを設定する検査条件設定部８３，画像処理回路８２の処理結果である欠陥情報を保持する欠陥データバッファ８４を持つ。
【００１７】
操作部２０には、取得した画像の表示画面，検査における各種指定のためのツールが設けられている。記憶手段８１に記憶された画像を表示させるツールである第一記憶画像表示ボタン５３、および第二記憶画像表示ボタン５４，欠陥抽出のための画像比較の結果を表示させる比較結果表示ボタン５５，欠陥画像を表示させる欠陥表示ボタン５６を有し、これらの指示に応じて画像表示部８８には、選択された電子線画像や欠陥画像などが表示される。また、被検査基板２４上の検査領域の位置の表示や検査領域設定の指示を行うときに用いられるマップ部８７が設けられている。マップ部８７や画像表示部８８の下方には、画像の取得指示を行うための画像取得指示部８９，取得した画像のコントラストなどの画像処理を調整するための画像処理指示部９０，電子光学条件，ステージ制御条件，真空排気条件などの各種条件を設定する処理条件設定部９１が設けられている。
また、図示しないが検査モード，レシピモードなどの操作内容により各モードを切替えるためのモード切替部を設けてもよい。
【００１８】
回路パターン検査装置１６の各部の動作命令や動作条件は、操作部２０から入出力される。操作部２０では、電子線発生時の加速電圧，電子線偏向幅，偏向速度，二次電子検出部の信号取り込みタイミング，ステージ移動速度等々の条件が目的に応じて設定できるように、予め入力されている。
【００１９】
半導体ウェハに半導体装置を形成する製造工程において、半導体ウェハの回路パターンの欠陥を検出する自動検査においては、欠陥を早期に見つけ出しその原因を早期に究明し、早期に対策することが、製造歩留りの向上につながるため、回路パターン検査装置においては検査速度が速いことが必須である。本実施例のような電子線を用いた検査装置では、通常のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査や各々の画像の重ね合せを行うと、検査速度が非常に遅くなってしまう。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にする必要がある。
【００２０】
したがって、本実施例の回路パターン検査装置では、通常のＳＥＭに比べて約１００倍以上、例えば１００ｎＡの大電流電子線を一回のみ走査することにより画像を形成する構成とした。走査幅は１００μｍとし、１画素は０.１μｍ²とし、１回の走査を１μｓで行うようにした。
【００２１】
また、電子銃２５には拡散補給型の熱電界放出電子源を使用する。この電子銃２５を用いることにより、従来のタングステン（Ｗ）フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて、安定した電子線電流を確保することができるため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。また、この電子銃２５により電子線電流を大きく設定できるので、高速検査が実現できる。
【００２２】
被検査基板２４には、リターディング電源７３により負の電圧が印加される。
被検査基板に形成された回路パターンの構造，材料によって、一次電子線３４のエネルギーを変えた方がよい場合があり、リターディング電源７３の電圧を調節することにより、一次電子線３４を減速し、電子銃２５の電位を変えずに被検査基板２４への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。被検査基板２４上に一次電子線３４を照射することによって発生した二次電子７１は、被検査基板２４に印加された負の電圧により加速される。
【００２３】
被検査基板２４の上方に、ＥｘＢ偏向器３３が配置され、これにより加速された二次電子７１は所定の方向へ偏向される。ＥｘＢ偏向器３３にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調整することができる。また、この電磁界は、被検査基板２４に印加した負のリターディング電圧に連動させて可変させることができる。ＥｘＢ偏向器３３により偏向された二次電子７１は、所定の条件で反射板３２に衝突する。この反射板３２は、被検査基板２４に照射する一次電子線３４に対する走査偏向器３０のシールドパイプと円錐とが一体となった形状をしている。この反射板３２に加速された二次電子７１が衝突すると、反射板３２から数ｅＶ〜５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子７２が発生する。
【００２４】
二次電子検出器３５は、一次電子線３４が被検査基板２４に照射されている間に発生した二次電子７１がその後加速されて反射板３２に衝突して発生した第二の二次電子７２を一次電子線３４が走査されるタイミングと連動して検出するように構成されている。
【００２５】
二次電子検出器３５，プリアンプ３６，ＡＤ変換器３７，プリアンプ駆動電源４２，ＡＤ変換器駆動電源４３，逆バイアス電源４４は、高圧電源４１により正の電位にフローティングしている。反射板３２に衝突して発生した第二の二次電子７２は、正の電位により発生する吸引電界によって、二次電子検出器３５へ導かれる。
【００２６】
二次電子検出部６２では、真空排気された検査室１７内の二次電子検出器３５からの検出信号が、検査室１７の外のプリアンプ３６へ送られて増幅され、ＡＤ変換器３７によりデジタルデータとなる。ＡＤ変換器３７は、二次電子検出器３５が検出したアナログ信号をプリアンプ３６によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して、制御部２１に送るように構成されている。検出したアナログ信号を、検出直後にデジタル化してから送信するので、高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。
【００２７】
検査実行時には、Ｘステージ４７，Ｙステージ４６を静止させて被検査基板２４に一次電子線３４を二次元状に走査する。あるいは、Ｘステージ４７、またはＹステージ４６を連続して一定速度で移動させ、一次電子線３４を略直角方向に走査する。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法、比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。
【００２８】
被検査基板２４に一次電子線３４を照射しないようにするには、走査偏向器３０ではなく、ブランキング偏向器２８で偏向させ、絞り２９で遮断するようにしている。これによって、一次電子線３４を走査するときに、往復走査ばかりでなく、片道走査も可能となり、被検査基板２４への電子線照射の程度を制御できるようになる。
【００２９】
Ｘステージ４７，Ｙステージ４６が移動したときの位置の測定は、どこに一次電子線３４が当っているかを知るために重要である。位置モニタ測長器４８として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いている。Ｘステージ４７およびＹステージ４６の位置が実時間でモニタでき、その情報は制御部２１へ送信される。また、位置モニタ測長器４８のみでなく、Ｘステージ４７やＹステージ４６の移動を駆動するモータの回転数等のデータも測定され、モータのドライバから制御部２１に送信されるように構成されている。制御部２１はこれらのデータに基づいて、一次電子線３４が照射されている領域や位置を正確に把握することができる。一次電子線３４の照射位置の位置ずれがあった場合には、位置補正データを制御部２１から補正制御回路５８へ送り、走査信号発生器５９へ補正された偏向信号を送る。これにより、実時間で位置ずれを補正することができる。
【００３０】
被検査基板高さ測定器４９は、電子線以外の測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器を使用する。Ｘステージ４７，Ｙステージ４６に搭載された被検査基板２４の高さを実時間で測定するように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに被検査基板２４に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いている。
【００３１】
この被検査基板高さ測定器４９の測定データに基づいて、一次電子線３４を細く絞るための対物レンズ３１の焦点距離がダイナミックに補正され、常に非検査領域に焦点が合った一次電子線３４を照射できるようになっている。また、被検査基板２４の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定しており、そのデータをもとに対物レンズ３１の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。
【００３２】
二次電子検出器３５で検出された被検査基板２４の画像信号は、プリアンプ３６で増幅され、ＡＤ変換器３７でデジタル化された後に光変換手段３８で光信号に変換され、光伝送手段３９によって伝送される。電気変換手段４０にて再び電気信号に変換された後に、制御部２１の記憶手段８１に記憶される。
【００３３】
欠陥抽出は記憶手段８１に記憶された第一の画像信号と第二の画像信号とを比較し、両者の差を抽出することで行われる。画像処理回路８２で、第一の画像信号と第二の画像信号との位置合わせ、信号レベルの規格化，ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。比較演算された差画像信号の絶対値を画素ごとに所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、その画像信号と位置データなどを欠陥データバッファ８４へ格納する。
【００３４】
次に、検査時の条件設定について説明する。操作部２０の画面には、現在のステージの位置を示すマップ部８７と、光学顕微鏡部１９の光顕像が表示されている画像表示部８８が表示される。このマップ部８７をクリックすることで、Ｘステージ４７，Ｙステージ４６を移動して条件を設定する場所を選定する。また、操作部２０の画像取得指示部８９をクリックすることで、一次電子線３４を被検査基板２４に照射し発生する二次電子７１または第二の二次電子７２を二次電子検出部６２で検出し、ディジタル信号に変換して記憶手段８１に所定領域のディジタル画像を取得する。
【００３５】
操作部２０の処理条件設定部９１で画像処理条件を設定し、画像処理指示部９０をクリックすると、その設定された処理条件で画像処理が実行される。また、制御部２１の検査条件設定部８３で設定された条件に基づき、記憶手段８１に記憶されたディジタル画像を画像処理回路８２で処理して欠陥を抽出し、欠陥の座標データや欠陥の画像を欠陥データバッファ８４に記憶する。
【００３６】
図２は操作部２０の画面構成を示す画面図であり、図１に示した操作部２０を詳しく説明するものである。図２において、マップ部８７には検査条件を設定するために画像を取得した領域が他と区別して表示されており、その領域をクリックし拡大ボタン１０１を押すと、その領域が拡大され、拡大されたマップ部８７に記号化され表示された欠陥をクリックすると、その欠陥が含まれる領域の画像が画像表示部８８に表示される。
【００３７】
これらの作業を繰り返すことで、検査に好適な検査条件を探索する。１箇所での条件確認が終了すると、縮小ボタン１０２を押して再びマップ部８７を縮小表示し、画像表示部８８を光学顕微鏡像に切替えて条件設定場所を再選択し、画像取得から条件設定までを繰り返す。
【００３８】
次に、検査を実行するために必要な各種パラメータについて説明する。パラメータには、被検査基板に固有のパラメータや装置の動作条件を決めるパラメータがある。
【００３９】
被検査基板に固有のパラメータは、大きく２種類に分けられる。一つは、「品種ファイル」と呼ばれるパラメータで、製造プロセス途中の層によって変わらないパラメータである。例えば、被検査基板２４のサイズ，オリエンテーションフラットあるいはノッチの形状，半導体製品の露光ショットサイズ，チップ（またはダイ）サイズ，メモリセル領域，メモリセルの繰り返し単位のサイズ等である。これらは「品種ファイル」としてテーブル化されている。
【００４０】
もう一つは、「工程ファイル」と呼ばれるパラメータで、製造プロセス途中の層により表面の材料や形状の状態が異なるので調整を要するパラメータである。
例えば、電子線照射条件，検出系の各種ゲイン，欠陥を検出するための画像処理の条件等で、これらが「工程ファイル」として登録されている。
【００４１】
検査の際には、この「品種ファイル」と「工程ファイル」を指定することにより、特定の半導体製品，特定の製造工程に対応した検査条件を呼び出すことができる。本実施例では、「品種ファイル」と「工程ファイル」をまとめて「レシピ」と呼ぶ。また、これらの各種パラメータを入力・登録する一連の操作を「レシピ作成」と呼ぶ。
【００４２】
以下、レシピ作成の方法及びそれを実行する操作画面について説明する。図２に示したレシピ作成時の画面は大まかに５つの領域に分割されている。領域103は画面上部に配置され、装置名や装置ＩＤ，レシピ名として品種ファイル名と工程ファイル名などが表示されている。領域１０４には操作や状態の説明をするガイダンスが表示される。画面中央の領域１０５では、操作や進行状態により表示内容が変わる。図２の例では、マップ部８７と画像表示部８８とが表示されている。画面右側の領域１０６には、複数の画面で共通に必要となる操作ボタンが表示され、操作ボタンの例として「開始」，「ウェハロード」，「ウェハアンロード」，「画面印刷」，「ファイル保存」，「画像保存」，「終了」などがある。
例えば、ファイル保存ボタンを押すと、現在作成中のレシピを保存する品種ファイル，工程ファイルの名前を指定する画面が表示される。また、画像保存ボタンを押すと、現在、表示中の画像を画像ファイルとして保存するための名称を指定する画面が表示される。
【００４３】
画面下部の操作領域１０７はモード名が表示される。例えば、検査ボタン108を押すと自動検査を実行する検査モードになり、レシピ作成ボタン１０９を押すと、上述のパラメータを入力する等の検査条件を設定するレシピ作成モードになる。
【００４４】
なお、現在使用している装置と同じ型式の別の装置でも同じレシピを使用できるならば、レシピ作成が一度ですみ便利である。通常、レシピは別の装置へ送信できないが、検査結果はどの装置でも入力でき、検査結果である欠陥情報ファイルには検査条件が含まれている。したがって、欠陥情報ファイルを別の装置へ入力すれば、検査条件を何もないところから新たに作成する必要がなく、便利である。検査条件の中に変更すべき条件がある場合には、以下に述べるレシピ作成モードで変更することができる。
【００４５】
図３は、レシピ作成モードの処理を示すフローチャートである。また、図４は、レシピ作成モードにおける画面図である。図２に示した画面において、レシピ作成ボタン１０９を押すと、図１に示す操作部２０の画面が図４に示すレシピ作成時に表示される画面に切替わる。この画面で開始ボタン４０１を押す（図３のステップ３０１）。次に、被検査基板が収容されたカセットの棚番表示領域402に表示された棚番を指定してレシピファイルの呼び出しを行い(ステップ３０２)、品種条件入力領域４０３で品種条件が新規か変更かの指定，ロットＩＤ入力領域４０４でロットＩＤの入力，ウェハＩＤ入力領域４０５で被検査基板のＩＤの入力を行う（ステップ３０３）。品種条件の変更では、被検査基板を装置へロードする／しないに関わらず、レシピ作成条件が変更できる。通常は、被検査基板をロードしての変更となる。
【００４６】
次に、ウェハロードボタン４０６を押してカセットから被検査基板を検査装置へロードする（ステップ３０４）。検査装置は、被検査基板のオリエンテーションフラットまたはノッチを検出し、試料交換室で被検査基板を試料ホルダに保持させ、試料ホルダを検査室のステージに移載する。また、図４に示す画面には、ウェハをロード中であることを示す表示４０８が、他との色分け等により示される。
【００４７】
次に、検査装置はビームの校正を行う（ステップ３０５）。校正条件は予め保存されたデフォルトレシピファイル条件に基づく校正であり、今回の被検査基板に合せて必要な補正を行い、変更された条件を保存する。条件項目としては、一次電子線の照射条件，偏向補正量，基準座標の補正量，焦点パラメータの補正量等である。
【００４８】
次に、被検査基板上の指定した位置に一次電子線を照射して画像コントラストを確認の上、焦点，非点を再調整する（ステップ３０６）。画像は図２に示したように、画面中央の領域１０５の画像表示部８８に表示される。充分なコントラストが得られない場合は（ステップ３０７）、前のステップに戻って電子線照射条件の変更を行う（ステップ３０５）。ここで、指定された照射条件，焦点，非点の条件はレシピパラメータとして工程ファイルに格納される。
【００４９】
一次電子線の照射条件がきまり、コントラストが確認されたら、ダイ／ショットマトリクス確認を行う（ステップ３０８）。はじめに、当該被検査基板のショットのサイズとマトリクス（配列）、及びショット内のダイ（チップ）のサイズとマトリクス（配列）を入力する。次に、被検査基板周辺部のショット、あるいはダイの有無を指定する。ここで設定されたショット及びダイのマトリクスはレシピファイル内のパラメータとして格納される。
【００５０】
次に、アライメント条件入力しアライメントを実行する（ステップ３０９）。
詳細には、（１）アライメントチップを複数点指定し、（２）１チップ目原点へ移動し、（３）光学顕微鏡モニタへ切替え、（４）１チップ目のアライメントマーク位置へマニュアル移動し、（５）光学画像を登録し、（６）ＳＥＭ像モードに切替え、(７）アライメントマーク位置へマニュアルで微調整し、(８）ＳＥＭ画像を登録し、（９）アライメント座標を登録する。
【００５１】
また、アライメント実行の詳細は、（１）１点目移動、（２）画像入力・探索・マッチング、（３）２点目移動、（４）画像入力・探索・マッチング、（５）残点への移動，探索，マッチング、（６）傾き・位置・チップ間隔補正である。
【００５２】
また、チップ原点のオフセット設定の詳細は、（１）最終点アライメントマークへ移動、（２）アライメントマーク位置指定（ＳＥＭ画像モード）、（３）１点目チップ原点へ移動、(４）チップ原点位置指定（ＳＥＭ画像モード）、(５）チップ原点−アライメントマークのオフセット算出・登録である。チップ原点のオフセットとは、アライメント座標とそのマークが在るチップの原点座標との距離である。
【００５３】
このように、指定したアライメント用パターン座標とチップ原点とのオフセット値を入力して、工程ファイル内のアライメントパラメータとして登録する。レシピ作成においては、ウェハ上の各種処理を実行する座標を指定するパラメータが多いので、最初にアライメント条件を確定，登録して、アライメントまで実行する。
【００５４】
次に、チップ内のメモリセル領域設定を行う（ステップ３１０）。その詳細は、（１）セル領域入力、（２）セルピッチ入力、（３）（１）と（２）の登録である。セル領域の入力は光学式顕微鏡像及び電子線画像を用いて行われる。
【００５５】
次に、ダイ領域設定を行う（ステップ３１１）。その詳細は、（１）ダイ領域入力、（２）ダイ非検査領域入力、（３）（１）と（２）の登録である。ダイ領域の入力も光学式顕微鏡像，電子線画像を用いて行われる。
【００５６】
次に、検査領域を指定する（ステップ３１２）。検査領域の指定では、検査ダイ及びダイ内の検査領域の２種類が指定できる。全ダイを検査する必要のない場合、また、ダイ内の特定領域のみを検査したい場合には任意に指定できる。さらに、指定した領域に対してさらに検査領域または検査しない領域を指定するために検査サンプリング率の指定やとばし方法を指定することもできる。また、Ｘ方向への検査かＹ方向への検査かも指定できる。ダイ領域や検査領域のデータは、工程ファイル内のパラメータとして格納される。
【００５７】
検査領域の指定が完了したら、検査時の明るさを調整するキャリブレーション設定に移る（ステップ３１３）。キャリブレーションは画像を取得し、その明るさの分布より、信号量に応じたハードウェアのゲイン調整や明るさ補正を行うものである。実際には、キャリブレーションを行うダイの指定とダイ内の座標を指定して実施される。キャリブレーションを実施する座標値と、明るさのゲインと、オフセット値は、工程ファイル内のパラメータとして格納される。
【００５８】
次に、これまでに設定された各種条件で実際に画像を取得して、欠陥を検出するための画像処理条件を設定する（ステップ３１４）。まず、画像を取得する際に、検出信号にかけるフィルタの種類を選択する。そして、実際に検査と同条件で１つのチップ内の小領域の画像を取得する。ここで、小領域とは、例えば一次電子線の走査幅を１００μｍとしたとき、その幅で１つのチップ分の長さの領域を指す。画像を取得したら、欠陥と判定するための閾値を入力し、欠陥と判定された箇所の画像を表示させる。これを繰り返して、最適な検査条件を決定する。
この一連の作業を「小領域試し検査」と呼ぶ。ここで設定された閾値やファイル等のパラメータは、工程内ファイルのパラメータとして格納される。以上の各種入力により、検査に必要な各種パラメータを設定することができる。
【００５９】
しかし、被検査基板である半導体ウェハは、ウェハ面内や製造ロット間のプロセスのばらつきが存在するので、小領域試し検査のみでの画像処理条件設定では不十分であり、これらばらつき分を考慮して欠陥判定の閾値を決める必要がある。したがって、作成したレシピによる検査の結果を評価してから、各種パラメータを品種ファイル，工程ファイルへ登録する。
【００６０】
まず、作成したレシピファイルによって最終検査を行う（ステップ３１５）。
すなわち詳細には、(１）ステージ定速連続移動，位置・高さのモニタし、(２）ビーム走査，実時間補正（ステージ，Ｚセンサの追従補正）し、（３）２次電子検出，ＡＤ変換，画像メモリ入力し、（４）画像処理，比較判定し、（５）Ｎストライプ毎にビーム補正し、（６）欠陥数・欠陥位置表示を行う。
【００６１】
次に結果のレビューで、欠陥検出レベルや誤検出レベルを確認し（ステップ３１６）、適切な条件であれば、これまで入力したレシピの各種パラメータを、図４に示す品種ファイル表示領域４０９で示された品種ファイルと、工程ファイル表示領域４１０で示された工程ファイルの中に登録し（ステップ３１７）、ウェハアンロードボタン４０７を押して被検査基板のアンロードを行い（ステップ３１８）。終了ボタン４１１を押してレシピ作成モードを終了する（ステップ３１９）。
【００６２】
ここで、上記レシピ作成モードにより改良された点を説明する。従来の検査装置では、オペレータは検査するダイを領域として指定するだけで、変更可能なものは比較の方向（例えば、Ｘ方向，Ｙ方向）程度であり、指定したダイの内部での比較検査の順番に対しては、全く変更できなかった。
【００６３】
例えば、半導体ウェハ一枚において、Ｘ方向端部のダイ同士やＹ方向の端部同士を比較することにより半導体ウェハ内のばらつきが判ることが可能だとしても、従来の検査装置では、隣接するダイ同士の比較しかできないので、半導体ウェハ内のばらつきが判らないことになる。また、半導体ウェハ一枚内に複数種類の半導体チップを製造する場合、異なる種類同士の比較検査は意味がないにもかかわらず、従来の検査装置では隣接する半導体チップを順番に比較検査してしまうので、得られる検査結果には予め異なることがわかっていて検査結果から除去したい無駄な欠陥情報（虚報）が含まれてしまうことになる。
【００６４】
そこで、本実施例では、オペレータが検査領域を設定する場合に、検査するダイの順番をオペレータが任意に指定できる操作画面を提供し、指定された順番にダイの比較検査を実行するようにした。
【００６５】
図５は、ダイの検査順の設定を示す画面図である。オペレータは、図３に示したフローチャートのステップ３１２で、図２に示した画面を用いて検査ダイの順番を指定する。図２に示す画面内の検査領域指示領域１１０で「ランダム」を指定し、マップ部８７に表示されたダイ５０１を図５に示すように順番にクリックしていく。指定されたダイはその順番の番号が表示される。さらに、指定された順番に図５に示すような矢印が表示されると、検査の順番がわかりやすい。検査はこの順番通りのダイ同士を比較して行われる。また、一連の順番を設定した後に、途中に追加指示のダイがあった場合には挿入処理が可能である。この場合は図５に示す途中追加ボタン５０２を押して挿入する順番の一つ前のダイをクリックし、挿入したいダイをクリックする。追加されたダイ以降のダイ番号は、全体的に番号が一個ずつ変化して再番号が付与される。
【００６６】
また、ダイ指定中または後に間違った場合や、検査不要なダイがあった場合には、途中削除ボタン５０３を押してから削除するダイをクリックすることにより削除処理が行われ、削除されたダイ以降のダイ番号は一個ずつ自動的に小さくなる。
【００６７】
このようにして、半導体ウェハの内部に製造上の分布、例えば外周部のダイ同士で比較すると検査結果が異なるような場合には、外周部のダイ同士のみを一度に設定，比較する検査ができるので、半導体ウェハ内の分布に差があるかどうかのチェックを行うことができ、さらに、検査が不要な外周部以外のダイの検査が実行されないので時間の短縮になり、効率のよい検査が可能となる。
【００６８】
また、検査結果に虚報を含ませないようにするため、比較したくないダイ同士を指定しないようにすることによって、虚報にもかかわらず異常と認識してしまう誤認を防止することができる。
【００６９】
次に、比較するダイを固定にする場合の画面操作について説明する。先に述べたように、従来の検査装置では、オペレータは検査するダイを領域として指定するだけで、指定されたダイの内部での比較検査順に対しては、全くの変更の術がなかった。この場合、検査対象ダイが比較される参照ダイは、隣接したダイか、または、ステージ移動の順に依存するダイとなる。半導体ウェハ内にプロセス上の原因でダイの製造状態に緩やかな分布がある場合、すなわち、隣接したダイの比較では微小な変化のため異常として検知できないが、半導体ウェハの端部同士の比較，周囲と中央付近の比較，検査のはじめの方と終わりの方の比較であれば検知できるような異常を検出したい場合には、本実施例が有効である。
【００７０】
図６は、参照ダイの固定設定を示す画面図である。検査領域指示領域１１０で「参照ダイ固定」を選択し、図２に示したマップ部８７で比較時の参照としたい参照ダイ６０１を指定する。検査は常にこの指定された参照ダイ６０１と比較検査されることになる。
【００７１】
参照ダイ６０１の他に複数の参照ダイ６０２を指定することもできる。例えば、図６に示すように、参照ダイ６０１は検査ダイ列６０３と比較し、参照ダイ６０２は検査ダイ列６０４と比較するようにできる。
【００７２】
このようにすることによって、半導体ウェハに製造上の異常の緩やかな分布を持っている場合には、参照ダイを固定して検査すると半導体ウェハ全体の異常の緩やかな分布を検出することができる。また、半導体ウェハ内部のダイを固定のダイと常に比較するため、ダイの異常の相対的分布ではなく、絶対的分布を検知することが可能となる。
【００７３】
なお、固定ダイの選択方法により、欠陥検出感度を調節することが可能になる。すなわち、欠陥の多いダイを比較参照ダイにすることにより、半導体ウェハ全体の欠陥数にオフセットをはかせることができる。こうすると、非致命欠陥が検出されず検査後の欠陥の観察時の対象欠陥が少なくなるので、観察の効率をあげることが可能となる。
【００７４】
また、一つの半導体ウェハ上に複数種類の半導体チップを設けても、必要なものだけの検査ができるので、効率のよい検査を行うことができる。
【００７５】
このような検査対象の設定は、本実施例のＳＥＭ画像の場合ばかりでなく、光学式顕微鏡の画像やレーザ光を用いて取得した画像についても同じ考え方で適用可能である。
【００７６】
上述したように、本発明によれば、チップ検査，ウェハ抜き取り検査等を画面を見ながら迅速に処理できるので、製品全体に及ぶ欠陥あるいは特定領域における欠陥を迅速に検知することができる。また、プロセス条件の変動を確実に検知し、プロセスにフィードバックすると同時に差工数や払い出し予算の調整にフィードバックすることができる。
【００７７】
本発明の検査装置を基板製品プロセスへ適用することにより、製品装置や条件等の異常を画面を参照することによって早期に且つ高精度に発見することができるため、基板製造プロセスにいち早く異常対策処理を溝ずることができる。その結果、半導体装置その他の基板の不良率を低減し生産性を高めることができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、回路パターンの画像比較検査時の画面機能を改良して、使い勝手のよい回路パターンの検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回路パターン検査装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】操作部の画面構成を示す画面図。
【図３】レシピ作成モードの処理を示すフローチャート。
【図４】レシピ作成モードにおける画面図。
【図５】ダイの検査順の設定を示す画面図。
【図６】参照ダイの固定設定を示す画面図。
【符号の説明】
１６…回路パターン検査装置、１７…検査室、１８…電子光学系、１９…光学顕微鏡部、２０…操作部、２１…制御部、２３…試料室、２４…被検査基板、２５…電子銃、２６…引き出し電極、２７…コンデンサレンズ、２８…ブランキング偏向器、２９…絞り、３０…走査偏向器、３１…対物レンズ、３２…反射板、３３…ＥｘＢ偏向器、３４…一次電子線、３５…二次電子検出器、３６…プリアンプ、３７…ＡＤ変換器、３８…光変換手段、３９…光伝送手段、４０…電気変換手段、４１…高圧電源、４２…プリアンプ駆動電源、４３…ＡＤ変換器駆動電源、４４…逆バイアス電源、４５…試料台、４６…Ｙステージ、４７…Ｘステージ、４８…位置モニタ測長器、４９…被検査基板高さ測定器、５０…光源、５１…光学レンズ、５２…ＣＣＤカメラ、５３…第一記憶画像表示ボタン、５４…第二記憶画像表示ボタン、５５…比較結果表示ボタン、５６…欠陥表示ボタン、５８…補正制御回路、５９…走査信号発生器、６２…二次電子検出部、７０…対物レンズ電源、７１…二次電子、７２…第二の二次電子、７３…リターディング電源、８１…記憶手段、８２…画像処理回路、８３…検査条件設定部、８４…欠陥データバッファ、８５…全体制御部、８７…マップ部、８８…画像表示部、８９…画像取得指示部、９０…画像処理指示部、９１…処理条件設定部。

Claims

回路パターンが形成された複数のダイを有する基板表面に光，レーザ光または荷電粒子線を照射する照射手段と、
該照射によって前記基板から発生する信号を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された信号を画像化して得られる第１の画像信号と第２の画像信号を記憶する記憶手段と、
前記ダイの検査順の設定のための画面を表示する操作部と、
前記記憶手段に記憶された前記第１の画像信号と第２の画像信号を比較する比較手段と、
該比較手段での比較結果から欠陥を判別する判別手段とを備え、
前記操作部には、前記画面に表示された複数のダイがクリックされることにより指定されたダイの順番の番号が表示され、
前記比較手段は、前記指定された順番のダイ同士を前記順番通りに比較し、
前記指定されたダイの検査順番の指定後に画面上で追加指示のダイの挿入処理が可能であることを特徴とする回路パターンの検査装置。