JP4603448B2 - 回路パターンの検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置や液晶等微細な回路パターンを有する基板のパターン検査技術に係わり、特に半導体装置製造過程途中のウェハ上のパターン検査技術に関する。

半導体ウェハの検査を一例として説明する。半導体装置は、半導体ウェハ上にフォトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理及びエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング処理その他の良否，異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼすため、異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために製造過程の半導体ウェハ上のパターンを検査する方法は従来から実施されている。

半導体ウェハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウェハに白色光を照射し、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する欠陥検査装置が実用化されており、検査方式の概要は「月間セミコンダクタワールド」1995年8月号第96-99頁に述べられている。また、光学画像を用いた検査方法では、特開平3-167456号公報に記載されているように、基板上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計特性を比較することにより欠陥を検出する方式や、特公平6-58220号公報に記載されているように、画像取得時の画像劣化をモニタしそれを画像検出時に補正することにより安定した光学画像での比較検査を行う方法が開示されている。このような光学式の検査方式で製造過程における半導体ウェハを検査した場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパターンの残渣や欠陥は検出できなかった。また、光学系の分解能以下となるエッチング残りや微小導通穴の非開口不良は検出できなかった。さらに、配線パターンの段差底部に発生した欠陥は検出できなかった。

上記のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化，材料の多様化に伴い、光学画像による欠陥検出が困難になってきたため、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検査する方法が提案されてきている。電子線画像により回路パターンを比較解査する場合に、実用的な検査時間を得るためには走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy、以下ＳＥＭと略す）による観察と比べて非常に高速に画像を取得する必要がある。そして、高速で取得した画像の分解能と画像のＳＮ比を確保する必要がある。

電子線を用いたパターンの比較検査装置として、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3005-3009 (1991)、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.10，No.6, pp.2511-2515 (1992)、及び特開平5-258703号公報と米国特許第5,502,306号に、通常のＳＥＭの１００倍以上（１０ｎＡ以上）の電子線電流をもった電子線を導電性基板（Ｘ線マスク等）に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過電子のいずれかを検出し、その信号から形成された画像を比較検査することにより欠陥を自動検出する方法が開示されている。

また、絶縁物を有する回路基板を電子線で検査あるいは観察する方法としては、特開昭59-155941号公報及び「電子，イオンビームハンドブック」（日刊工業新聞社）第622-623頁に、帯電の影響を少なくするために、２ｋｅＶ以下の低加速電子線照射により安定な画像を取得する方法が開示されている。さらに、特開平2-15546号公報には半導体基板の裏からイオンを照射する方法、特開平6-338280号公報には光を半導体基板の表面に照射することにより、絶縁物への帯電を打ち消す方法が開示されている。

また、大電流でなおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果により高分解能な画像を得ることが困難となるが、これを解決する方法として、特開平5-258703号公報に、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する方法が開示されている。

高速に電子線画像を取得する方法としては、試料台を連続的に移動しながら試料台上の半導体ウェハに電子線を連続照射し取得する方法が特開昭59-160948号及び特開平5-258703号公報に開示されている。また、従来のＳＥＭで用いられてきた二次電子の検出装置として、シンチレータ（Ａｌ蒸着された蛍光体）とライトガイドと光電子増倍管による構成が用いられているが、このタイプの検出装置は、蛍光体による発光を検出するため、周波数応答性が悪く、高速に電子線画像を形成するには不適切である。この問題を解決するために、高周波の二次電子信号を検出する検出装置として、半導体検出器を用いた検出手段が特開平5-258703号公報に開示されている。

特開平3-167456号公報 特公平6-58220号公報 特開平5-258703号公報 米国特許第5,502,306号 特開昭59-155941号公報 特開平2-15546号公報 特開平6-338280号公報 特開昭59-160948号 「月間セミコンダクタワールド」1995年8月号第96-99頁 J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9，No.6, pp.3005-3009(1991) J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.10, No.6, pp.2511-2515(1992) 「電子，イオンビームハンドブック」（日刊工業新聞社）第622-623

半導体の高機能化に伴い、１つのチップ上にデザインルールが異なる複数のメモリセル領域が存在するウェハが出現している。さらに、少量多品種に伴いレシピ作成時間及び、検査時間の短縮が望まれている。デザインルールが異なると、メモリセルパターンの粗密が異なることから検出される画像の明るさが異なり、メモリセル領域毎に検査閾値を変更する必要がある。従来の検査装置にあっては、メモリセル領域ごとに検査閾値を変更して検査を繰り返し実行して、その後、それら得られるメモリセル領域ごとの検査結果を１つの検査結果として統合する処理を実行している。複数の検査を繰り返すことから検査時間が長くなってしまうという欠点があった。さらに、１回の検査に複数のレシピを必要とすることから検査レシピの管理／レシピ作成共に使い勝手が悪かった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、ウェハ外観検査装置のレシピ作成機能を改良し、使い勝手の向上及び、検査機能を改良して検査時間を短縮した回路パターンの検査装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明によるパターン検査装置は、パターンが形成された基板表面に光，レーザ光あるいは荷電粒子線を照射する照射手段と、照射によって基板から発生する信号を検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号を画像化して記憶する画像データ記憶手段と、基板上の検査領域の情報と欠陥判別条件である検査閾値の情報とを関連付けて設定する検査条件設定手段と、検査条件設定手段によって設定された検査領域の情報と検査閾値の情報に従って、画像データ記憶手段に記憶された画像データを、対応する他の画像データと比較する比較手段と、比較手段による比較結果からパターン上の欠陥を判別する判別手段とを備える。

本発明によると、複数の検査領域を各々異なる検査閾値で一度に検査することができるため、スループットの向上を図ることができる。

以下、本発明による検査方法、及び装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、荷電粒子線を用いた本発明の回路パターン検査装置の構成例を示す図である。この回路パターン検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に被検査基板９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）を備えており、この予備室は検査室２とは独立して真空排気できるように構成されている。また、回路パターン検査装置１は上記検査室２と予備室の他に制御部６，画像処理部５から構成されている。検査室２内は大別して、電子光学系３，二次電子検出部７，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系３は、電子銃１０，電子線引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，ＥｘＢ偏向器１８から構成されている。二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。

試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３，位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５から構成されている。光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学系３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備されており、電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。そして、Ｘステージ３１又はＹステージ３２が電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動するようになっている。光学顕微鏡部４は光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。画像処理部５は、記憶手段４５と画像処理回路４６，欠陥データバッファ４７，演算部４８より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。装置各部の動作命令及び動作条件は、制御部６から入力される。制御部６には、予め電子線発生時の加速電圧，電子線偏向幅，偏向速度，二次電子検出装置の信号取り込みタイミング，試料台移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部６は、補正制御回路６１を用いて、位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５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、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源１６や走査偏向器１５に補正信号を送る。

被検査基板９の画像を取得するためには、細く絞った一次電子線１９を該被検査基板９に照射し、二次電子５１を発生させ、これらを一次電子線１９の走査及びステージ３１，３２の移動と同期して検出することで該被検査基板９表面の画像を得る。自動検査装置では検査速度が速いことが必須となる。従って、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、多数回の走査及び各々の画像の重ね合せは行わない。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１回あるいは数回程度にする必要がある。そこで本実施例では、通常のＳＥＭに比べ約１００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流電子線を１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０．１μｍ^□とし、１回の走査を１μｓで行うようにした。

電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子銃１０を用いることにより、従来の例えばタングステン（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１０により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。一次電子線１９は、電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで電子銃１０から引き出される。一次電子線１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、一次電子線１９はその電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み、コンデンサレンズ１２で収束され、さらに対物レンズ１６により細く絞られて試料台３０上のＸ−Ｙステージ３１，３２の上に搭載された被検査基板９（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）に照射される。なお、ブランキング偏向器１３には、走査信号及びブランキング信号を発生する走査信号発生器４３が接続され、コンデンサレンズ１２及び対物レンズ１６には、各々レンズ電源４４が接続されている。被検査基板９には、リターディング電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。このリターディング電源３６の電圧を調節することにより一次電子線を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査基板９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９上に一次電子線１９を照射することによって発生した二次電子５１は、被検査基板９に印加された負の電圧により加速される。被検査基板９上方に、ＥｘＢ偏向器１８が配置され、これにより加速された二次電子５１は所定の方向へ偏向される。ＥｘＢ偏向器１８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、試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。ＥｘＢ偏向器１８により偏向された二次電子５１は、所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７は、試料に照射する電子線（以下一次電子線と呼ぶ）の偏向器のシールドパイプと一体で円錐形状をしている。この反射板１７に加速された二次電子５１が衝突すると、反射板１７からは数Ｖ〜５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。

二次電子検出部７は、真空排気された検査室２内には二次電子検出器２０が、検査室２の外にはプリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，光伝送手段２４，電気変換手段２５，高圧電源２６，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８，逆バイアス電源２９から構成されている。既に記述したように、二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０，プリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８は、高圧電源２６により正の電位にフローティングしている。上記反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２は、この吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。二次電子検出器２０は、一次電子線１９が被検査基板９に照射されている間に発生した二次電子５１がその後加速されて反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２を、一次電子線１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅した後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部５に伝送す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伝送するので、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。

Ｘ−Ｙステージ３１，３２上には被検査基板９が搭載されており、検査実行時にはＸ−Ｙステージ３１，３２を静止させて一次電子線１９を２次元に走査する方法と、検査実行時にＸ−Ｙステージ３１，３２をＹ方向に連続して一定速度で移動されるようにして一次電子線１９をＸ方向に直線に走査する方法のいずれかを選択できる。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。なお、一次電子線１９をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器１３により一次電子線１９が偏向されて、電子線が絞り１４を通過しないように制御できる。位置モニタ測長器３４として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。Ｘステージ３１及びＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき、制御部６に転送されるようになっている。また、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２、そして回転ステージ３３のモータの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御部６に転送されるように構成されており、制御部６はこれらのデータに基づいて一次電子線１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて実時間で一次電子線１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３より補正するようになっている。また、被検査基板毎に、電子線を照射した領域を記憶できるようになっている。

被検査基板高さ測定器３５は、電子ビーム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が使用されており、Ｘ−Ｙステージ上３１，３２に搭載された被検査基板９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該被検査基板９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た。この被検査基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、一次電子線１９を細く絞るための対物レンズ１６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１９を照射できるようになっている。また、被検査基板９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１６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。

画像処理部５は記憶手段４５と画像処理回路４６，欠陥データバッファ４７，演算部４８により構成されている。上記二次電子検出器２０で検出された被検査基板９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に記憶手段４５に記憶される。画像処理回路４６は、この記憶された画像信号を用いてある特定位置離れた画像同士の位置合わせ，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、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所定の閾値と比較し、所定の閾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、モニタ５０にその位置や欠陥数等を表示する。

次に、光源に光、レーザ光を用いた場合のウェハ外観検査装置の全体構成について説明する。図４は、本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置の全体構成を示すブロック図である。検査ウェハ１０４は、Ｘ−Ｙステージ１０１の上に載置される。検査ウェハ１０４の上には、格子状にチップが規則的に配列形成されている。制御部１０３は、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチの整数倍の距離を動かす。光源１０６からの光が検査ウェハ１０４に照射される。検査ウェハ１０４から反射された光は、対物レンズ１０５を通し、ハーフミラー１０９により光路分割され、ＣＣＤカメラ１０２により２次元画像として検出される。

制御部１０３によって、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチ動かし、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの画像を得ることができる。制御部１０３は、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの濃淡差に基づいて、所定の閾値より大きいときは、検査チップ１０７の検査したポイントに欠陥があると判断する。

図２はモニタ部の構成例を示す図である。モニタの画面は大まかに５つの領域に分割されている。領域（１）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（２）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（３）にはマップ表示部５５及び画像表示部５６が含まれ、操作や進行状態により表示内容が変わる。画面右側の領域（４）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、「印刷」、「ファイル保存」、「開始」、「終了」、「画像保存」などがある。例えば、「ファイル保存」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」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。画面下部の操作領域（５）にはモード名が表示され、例えば「検査」を押すと自動検査を実行するモードになり、「レシピ作成」を押すと上記パラメータを入力するモードになる。

次に、レシピ作成の方法について説明する。図３に、レシピ作成モードの処理フローを示す。図２の初期画面において、「レシピ作成」のモードを選択すると、モード切替手段６０が機能し、図３に示すレシピ作成のための画面に切り替わる。この画面で開始ボタンを押し、カセットの棚番が表示されているので、まず棚番を指定する（Ｓ１）。次に、レシピファイルの呼び出しを行い、新規か変更かの品種条件の入力、ロットＩＤ、ウェハＩＤの入力を行う（Ｓ２）。この変更とは、ロードする／しないに関わらず、レシピ作成条件の変更で、主としてロードしての変更となる。なお、後述する他装置のレシピは直接入力できないので、検査結果のファイル（欠陥情報ファイル：このファイル内容は使用者に公開されている）を入力し、それを変換して、自装置用のレシピを生成し、その不足データを補うためにこのステップで変更する。

ここでは、新規作成とし、次に、ウェーハカセットを検査装置のローダに設置する（Ｓ３）。その処理項目としては、（１）ＯＦ又はノッチを検出し、（２）試料ホルダ（試料交換室）に保持し、（３）試料ホルダを検査室ステージに移載する。次に、ステージ基準マークへ移動し、ビームの絶対校正を行う（Ｓ４）。ここでは、デフォルトレシピファイル条件に基づく校正とし、（１）ビーム照射、（２）偏向補正，基準座標補正、（３）焦点パラメータ補正を行う。次に、試料上の指定した位置に電子線を照射し、試料上の画像コントラストを確認の上で焦点、非点を再調整する（Ｓ５）。この際、充分なコントラストが得られない場合は、電子線照射条件の変更を行う。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。

電子線照射条件がきまり、コントラストが確認されたら、当該ウェハのショット、及びダイ（チップ）のサイズと配列を入力する（Ｓ６）。ショットサイズとショットマトリクスを入力し、ショット内ダイの配列が入力されたら、ウェハ周辺部のショット、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配列はレシピファイル内のパラメータとして格納される。

次に、アライメント条件入力とアライメントを実行する（Ｓ７）。具体的には、（１）アライメントチップを指定（複数点）し、（２）１チップ目原点へ移動し、（３）光学顕微鏡モニタ切り替え、（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する。（５）光学画像を登録し、（６）ＳＥＭ像モードに切り替え、（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画像登録、（９）アライメント座標登録を行う。また、アライメント実行の項目として、（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・チップ間隔補正を行う。

また、チップ原点のオフセット設定として、（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・登録を行う。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。

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。

次に、チップ内のメモリセル領域設定を行う（Ｓ８）。その項目として、（１）セル領域入力、（２）セルピッチ入力、（３）（１）、（２）の登録がある。セル領域の入力は光学顕微鏡像及び電子線画像を用いて行われる。次に、ダイ領域設定を行う（Ｓ９）。その項目として、（１）ダイ領域入力、（２）ダイ非検査領域入力、（３）（１）、（２）の登録がある。ダイ領域の入力も光学顕微鏡像、電子線画像を用いて行われる。

次に、検査領域を指定する（Ｓ１０）。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、後述するように任意に指定できる。さらに、指定した領域に対して検査サンプリング率を指定できる。また、検査方向も指定できる。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。

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（Ｓ１１）。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。

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（Ｓ１２）。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、例えば電子線の走査幅である１００μｍの幅で１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。しかし、実際の半導体ウェハにおいては、ウェハ面内や製造ロット間のプロセスのばらつきがあるので、小領域試し検査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。

そこで、作成したレシピファイルで最終検査を行う（Ｓ１３）。すなわち、（１）ステージ定速連続移動，位置・高さをモニタし、（２）ビーム走査，実時間補正（ステージ・Ｚセンサ追従）し、（３）二次電子検出，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。モニタの結果により、欠陥検出レベルや誤検出レベルを確認し（Ｓ１４）、最終的に適切な条件であれば、これまで入力した各種パラメータを、品種ファイルと工程ファイルの中に登録する（Ｓ１５）。最後に、ウェハのアンロードを行う（Ｓ１６）。

本発明では、上記レシピ作成のチップ内のメモリセル領域設定を行う工程（Ｓ８）を改良して、複数の異なるセルピッチを有するセル領域の設定、セルピッチの設定、及び検査閾値の設定を可能とする。

図５により、メモリセル領域を例にとり検査閾値に関する説明をする。図５に示すように、チップ内のメモリセル領域においては、同一パターンが周期的に繰り返される。この繰り返し周期に合わせて画像比較して、画像の明るさや大きさ等がユーザ指定などで決定される特定な値以上のパターンを欠陥と判定する。この比較条件である特定な値を、検査閾値と呼ぶ。チップ内にはセルピッチの異なる複数のメモリセル領域を有する場合がある。この場合、各々のメモリセル領域で明るさが異なるので、メモリセル領域Ａでは検査閾値１という値で比較検査をして、メモリセル領域Ｂでは検査閾値２という値で比較検査を実施すると欠陥検出感度が向上する。

図６を用いて、小領域試し検査による検査閾値の設定方法を説明する。まず、検査位置を指定して１チップ分の電子線画像を取得する。次に、メモリセル領域Ａに対する検査閾値を決定する。検査閾値を指定して欠陥抽出処理を実施して、得られた欠陥をレビューして所望の欠陥が得られていることを確認する。所望の結果が得られないときは、検査閾値を変更して欠陥抽出処理を実施して、再レビューを実施する。この動作を所望の結果が得られるまで繰り返し実施する。同様な動作をセル領域Ｂに対して実行する。

この結果、以下のレシピ情報が作成され、保存される。
メモリセル領域Ａ：検査閾値１
メモリセル領域Ｂ：検査閾値２

その他、検査に必要な検査領域情報及び、セル比較ピッチはメモリセル（図３のＳ８）及び、検査領域設定（図３−Ｓ１０）において決定される。

次に、図７を用いて、セル比較検査動作を説明する。図７（ａ）は被検査ウェハの全体模式図、図７（ｂ）はチップＡの拡大模式図、図７（ｃ）はメモリセルＢの拡大模式図である。

図７に示すように、チップ内のメモリセル領域に着目する。図７（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向にステージ移動しながらＸ方向に電子線を照射して、Ｘ方向の１次元画像を取得する。連続的に取得される画像１、画像２を先に求めたセル比較ピッチ間隔で画像比較することで欠陥座標を特定する。欠陥座標は、欠陥データバッファ４７から全体制御部４９に送られる。

具体的な画像比較動作に関して、図８を用いて説明する。まずは、本発明を実現するための画像処理を説明する。演算部４８は、全体制御部４９から設定されるレシピ情報を画像処理回路用の検査情報に変換して画像処理回路４６（位置ずれ検出部、欠陥判定部及び、欠陥解析部）に設定する。ステージを移動しながら連続的に取得される１次元画像データは、記憶手段４５を介しての画像処理回路に転送される。画像処理回路４６は、検査情報に従って記憶手段４５から画像データを取得しながらセル比較処理を実施して欠陥座標及び、欠陥データを決定する。決定された欠陥データは、欠陥データバッファに蓄積される。

ここで検査領域の情報は、各メモリセル検査領域の開始／終了座標、セル比較ピッチ、検査閾値であり、図５に示すようにメモリセル領域が２つ存在する場合には、メモリセル領域Ａ、メモリセル領域Ｂ毎の各メモリセル検査領域の開始／終了座標、セル比較ピッチ、検査閾値が全体制御部４９から演算部４８に送られる。さらに、画像処理回路用に、検査領域情報に変換され、位置ずれ検出部、欠陥判定部に送られ、記憶手段４５から送られる画像データの比較検査を実行する。

図９を用いて、複数のメモリセル領域がオーバーラップする場合のセル比較検査動作の説明をする。図９に示すようにチップ内でストライプ検査を実施する場合、以下に示すように領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎にセル比較検査領域の組み合わせが異なってくる。

領域Ａ：セル比較検査領域I／II／III／IV
領域Ｂ：セル比較検査領域I／II／III／IV／V／VI／VII
領域Ｃ：セル比較検査領域V／VI／VII

領域Ｂにおいてセル比較ピッチ及び検査閾値の異なるセル比較検査領域が、混在することになり、レシピに以下のような検査領域情報を登録し、保存する。
検査領域情報
領域I（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ２、検査閾値２）
領域II（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ２、検査閾値２）
領域III（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ２、検査閾値２）
領域IV（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ２、検査閾値２）
領域V（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ１、検査閾値１）
領域VI（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ１、検査閾値１）
領域VII（検査開始／終了座標、セル比較ピッチ１、検査閾値１）

演算部４８は、全体制御部４９から設定されるレシピ情報を画像処理回路用の検査情報に変換して画像処理回路４６（位置ずれ検出部、欠陥判定部及び、欠陥解析部）に設定する。従って、画像処理回路４６は、検査開始座標の違いを判断して、ストライプ途中でセル比較ピッチ及び、検査閾値を変更し、各セル比較検査領域毎に該当するセル比較ピッチで比較検査を実行することが可能となる。

図１０を用いて、ウェハ上の位置に依存して検査閾値を変更して検査する場合の検査動作を説明する。

一般的にウェハの外周は、中央部と比較して欠陥が多発する傾向にある。ウェハ外周に欠陥が多発することにより、ウェハ中央に存在する注目する欠陥を検出できない可能性が高くなる。そこで、図１０に示すように、ウェハの最外周に存在するチップを含む領域を検査領域Ａ、その内側を検査領域Ｂ、ウェハ中心部を検査領域Ｃとして各々の領域に対して異なる検査閾値を設定することで、欠陥検出精度が向上する。

上記を実現するために、図８に示される全体制御部４９から演算部４８に送られるレシピ情報に以下の情報を含ませる。演算部４８から画像処理回路４６への検査情報に変更は発生しない。
検査領域Ａ ：検査領域Ａに属するチップ番号、検査閾値１
検査領域Ｂ ：検査領域Ｂに属するチップ番号、検査閾値２
検査領域Ｃ ：検査領域Ｃに属するチップ番号、検査閾値３

以上、本発明によれば、複数の検査領域に対して欠陥判別条件である検査閾値を複数設定する手段を有し、異なる検査閾値で複数の検査領域を検査する機能を有することで、欠陥検出精度が高く、時間効率の良い回路パターンの検査方法とその装置を提供することができる。

本発明に係る荷電粒子を用いた回路パターン検査装置の構成図。 本発明に係る回路パターン検査装置のモニタ部の構成図。 本発明に係る回路パターン検査装置のレシピ作成処理を示すフロー図。 本発明に係る光、レーザ光を用いた回路パターン検査装置の構成図。 本発明に係る検査閾値を示す説明図。 本発明に係る検査閾値設定処理を示す説明図。 本発明に係るセル比較検査動作を示す図。 本発明に係る画像比較処理動作を示す図。 本発明に係る複数領域検査動作を示す図。 本発明に係るウェハ上の位置に依存した検査閾値による検査動作を示す図。

符号の説明

１…回路パターン検査装置、２…検査室、３…電子光学系、４…光学顕微鏡部、６…制御部、５…画像処理部、７…二次電子検出部、８…試料室、９…被検査基板、１０…電子銃、１１…引き出し電極、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング偏向器、１４…絞り、１５…走査偏向器、１６…対物レンズ、１７…反射板、１８…ＥｘＢ偏向器、１９…一次電子線、２０…二次電子検出器、２１…プリアンプ、２２…ＡＤ変換機、２３…光変換手段、２４…光伝送手段、２５…電気変換手段、２６…高圧電源、２７…プリアンプ駆動電源、２８…ＡＤ変換器駆動電源、２９…逆バイアス電源、３０…試料台、３１…Ｘステージ、３２…Ｙステージ、３３…回転ステージ、３４…位置モニタ測長器、３５…被検査基板高さ測定器、３６…リターディング電源、４０…白色光源、４１…光学レンズ、４２…ＣＣＤカメラ、４３…走査信号発生器、４４…対物レンズ電源、４５…記憶手段、４６…画像処理回路、４７…欠陥データバッファ、４９…全体制御部、５５…マップ表示部、５６…画像表示部、６０…モード切替部、６１…補正制御回路。

Claims (1)

1. 試料上に設定される検査ストライプに沿って前記試料に形成されたパターンの検査を行うパターン検査装置において、
   当該パターン検査装置は、セルピッチの異なる第１および第２のメモリセル領域が形成された半導体ウェハを検査することが可能であって、
   前記パターンに光，レーザ光あるいは荷電粒子線を照射する照射手段と、
   前記照射によって前記パターンから発生する信号を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された信号を画像化して記憶する画像データ記憶手段と、
   前記第１および第２のメモリセル領域毎に、検査領域情報である検査開始座標および検査終了座標、メモリセルの間隔に基づいて決定したセル比較ピッチ、並びに検査閾値の情報を関連付け、前記検査ストライプ上に存在する前記第１および第２のメモリセル領域の組み合わせを以下の要領に従って、前記試料上の領域に応じて保存する検査条件設定手段と、
   領域Ａ：検査ストライプ上に第１のメモリセル領域のみが存在
   領域Ｂ：検査ストライプ上に第１および第２のメモリセル領域が混在
   領域Ｃ：検査ストライプ上に第２のメモリセル領域のみが存在
   前記領域Ｂに存在する検査ストライプの検査を行なう場合には、当該検査条件設定手段に保存された前記メモリセル領域の情報に従って、前記検査ストライプの途中で前記セル比較ピッチおよび検査閾値を変更し、前記メモリセル領域毎に該当するセル比較ピッチおよび検査閾値で隣接セル同士を画像比較する画像処理手段と
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。

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