JP4672623B2 - 半導体検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）或いは集束イオンビーム装置の機能を持った、半導体の検査又は不良解析を行う半導体検査方法及び装置に関する。

基本パターンが規則的に繰り返し配置された半導体の不良解析として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と集束イオンビーム（ＦＩＢ）の像より、半導体の不良解析が行われている。

近年、４５／６５ｎｍとステージの停止精度よりも半導体の微細化が進み、高倍率の顕微鏡でも不良位置を特定することが困難になってきた。更に、不良個所においてプローブを当ててデバイス特性を測定して初めて不良が判るようにＳＥＭ像で観察しても外見からは全く判断のつかない不良がある。

その際、全く同じ基本パターンが繰り返し配置してある中で、不良位置を正確にカウントする必要がある。不良位置の隣のセルの電気特性を測定したのでは、全く意味がないからである。

特に、基本パターンを繰り返し配置している不良セルを正確にカウントする方法としては、特許文献１に記載されているように、パターンマッチング法、ステージの絶対距離情報から測定位置に到達する方法、ステージ移動させつつカウントする方法がある。

特開２０００−２５１８２４号公報

上述した従来技術におけるパターンマッチング法は、画像認識を利用するため、目的地までを画像認識できる単位に分けて認識する必要がある。そして、可能なだけステージ移動を停止したくないため、その画像認識できる最大距離は、１画面単位となる。この１画面単位で補正をかけるため、画面内のある特定のセルＡをステージ移動して１画面弱移動したとき、半導体の微細化のためパターンマッチングするための特定の領域に必ずしも入っていない可能性がある。ステージ移動には、初速度、停止速度の不安定なスピードがあるからである。また、1画面単位に停止するため、性能面では遅いという欠点がある。

つまり、半導体の微細化により、１画面のステージ移動に対してステージ停止精度がセル間隔以上の誤差になってセルを誤検知する可能性がある。縦横に並ぶセルの両方向一度にカウントできれば便利ではあるが、両方向一度に移動するため隣のセルを誤認識しても目で確認ができないため、実現困難である。

また、従来技術におけるステージの絶対距離情報から測定位置に到達する方法にあっては、ＣＡＤＮａｖｉシステム等を利用して、設計図から不良位置を計算し、ステージ移動するのであるが、ステージの停止精度がセルの間隔より大きいため、正確に不良位置を示すことができない。勿論、ステージの停止精度が良く、正確に移動できるのであれば良いが、そうではない場合であっても、不良位置を正確に示すことが必要である。

また、従来技術におけるステージ移動させつつカウントする方法にあっては、数十万以上のカウントを単純に行う必要があるため、事実上不可能とされている。

本発明の目的は、迅速かつ、正確に、半導体セルのカウントを行なうことが可能な半導体検査方法及び装置を実現することである。

本発明の半導体検査方法は、移動可能なステージ上の半導体に荷電粒子線を照射して得られた試料信号に基づいて、上記半導体に形成された複数のセルを、表示手段に表示して、特定のセルを判別する。

そして、本発明の半導体検査方法は、上記表示手段に表示された半導体に形成された１つのセル毎にそのセルを包囲する矩形枠を表示し、表示した矩形枠内にそのセルに対応する数値を表示し、上記矩形枠及び上記数値を表示させながら、上記半導体から得られた試料信号に基づいて、上記ステージを移動して半導体を移動させ、上記セルに対応する上記数値を確認しながら、誤差量を補正して、セルをカウントし、特定のセルを判別する。

また、本発明の半導体検査装置は、半導体を支持し、移動可能なステージと、このステージ上の半導体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射手段と、上記荷電粒子線の半導体への照射により得られた試料信号に基づいて、上記半導体に形成された複数のセルを表示する表示手段と、上記ステージ、荷電粒子線照射手段及び表示手段を制御する制御手段とを有する。

そして、本発明の半導体検査装置の上記制御手段は、上記表示手段に表示された半導体に形成された１つのセル毎にそのセルを包囲する矩形枠を表示し、表示した矩形枠内にそのセルに対応する数値を表示し、上記矩形枠及び上記数値を表示させながら、上記半導体から得られた試料信号に基づいて、上記ステージを移動して半導体を移動させる。

本発明によると、迅速かつ、正確に、半導体セルのカウントを行なうことが可能な半導体検査方法、半導体検査装置及び半導体検査装置のコンピュータプログラムを実現することでき、装置ユーザの使い勝手が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態が適用される半導体検査装置の概略構成図である。
図１において、半導体検査装置は、真空チャンバ隔壁１１３内の薄片の試料１０３に対向してＳＥＭ（走査電子顕微鏡：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）あるいはＦＩＢ（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）などの1次電子ビーム１０１を当てる。そして、２次電子ビーム１０２を２次電子検出器１０４で検出して、制御コンピュータ１１６を介して表示装置１１７に半導体の画像を表示する。制御コンピュータ１１６は、半導体検査装置全体の動作制御を行い、後述するセルカウンターの動作もコンピュータプログラムに従って制御する。

電子ビーム照光学系１０５は、電子銃１０６からコンデンサレンズ１０７、１０８、絞り１０９、スキャン偏向器１１０、イメージシフト偏向器１１１、対物レンズ１１２を経由して１次電子ビーム１０１を発生させる。ステージ１１４は、試料台１１５上の試料１０３の検査したい位置に移動するため、Ｘ軸、Ｙ軸の移動手段と、フォーカス調整のために高さ方向Ｚ軸の移動手段を有する。

また、試料１０３を回転するための機構はステージ１１４にはない。試料１０３を回転するためには、スキャン偏向器１１０を利用してラスタローテーションを行うことにより、像回転して行う。

本発明の一実施形態における補正等で利用しているイメージシフトは、イメージシフト偏向器１１１にて、電子ビーム１０１を曲げることによりステージ１１４を移動することなく視野位置を移動することで利用している。本発明の一実施形態におけるアルゴリズムの大半は、制御コンピュータ１１６にて実行しており、一部、ステージ制御等をマイコンで実行している。

図２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で参照したセルに本発明の一実施形態におけるオペレータのためのセルカウンター初期表示操作図である。前提として、全てのセル数分カウントすると時間がかかるので、測定するマットまでは、ＣＡＤＮａｖｉ等によって移動していることとする。

図２において、画面一面にある複数のセル２０１は、外見からは廻りの他のセル２０１と全く判別できないパターンが等間隔で繰り返し配置されている。ユーザ（オペレータ）が指定する単位パターンのベクトル２０４は、始点２０２から終点２０３となっており、このベクトル２０４を対角線とした矩形２０５が示されている。

図３は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で参照したセル２０１に本発明の一実施形態であるセルカウンターを表示した図である。

図３において、ルール（物差し）３０１は、各単位パターン２０１を囲む矩形枠２０５が連続して形成され、連続する単位パターンの数を個数値３０２で表示したものである。

ユーザは、ディスプレイ等に示されたセルカウント開始ボタン（図示せず）をクリックした後、以下の操作を行う。

図２、図３において、セルカウント開始ボタンを押下後、単位パターン２０１のベクトルの始点２０２をマウスクリックし、単位パターン２０１のベクトルの終点２０３でマウスをドラッグすると単位パターンのベクトル２０４と単位パターンの矩形枠２０５が表示される。

正しい矩形サイズで、マウスを離す（ドラッグ完了）と単位パターン２０１のベクトル２０４を消去して、画面に入る個数分の矩形枠２０５と個数に対応した数値３０２を表示する。

矩形枠２０５の延長短縮方向は、マウスの左クリックで横方向、右クリックで縦方向である。数字３０２の方向は、単位パターン２０１のベクトルの枠成分方向と同じになる。また、枠２０５の方向、数字３０２の方向は、別画面上のラジオボタンで選択することによって修正も可能である。

矩形枠２０５の修正は、画面表示された修正ボタンの押下後、枠２０５の内部をマウス選択して枠２０５の全体移動、枠２０５の角をマウス選択して枠２０５のリサイズ、数字３０２をマウスクリックして数値リセットが可能である。この操作は、Ｘ軸右側方向の操作を例としているが、Ｙ軸上下や、Ｘ軸左側もマウスの右クリックやベクトルの始点終点位置によって表現することができる。

従来技術におけるセルカウントは、ＸＹの両軸を同時に動作させ、２次元のカウントを同時に行っているが個々のセルカウントを確認するためには、１軸の方が誤り難いため、本発明の一実施形態では、1次元のカウント方法としている。

本発明において、２次元に対応するためには、Ｘ方向とＹ方向の２回セルカウントすることによって対応することができる。

セル２０１の中心に枠２０５を１度で表示するとセル２０１どうしの間隔と枠間隔とが等しくならないため、正しく枠２０５を表示するために以下の操作を行う。

図２に示すように、ある一つのセル２０１の左端から次のセル２０１の左端までを単位ベクトル２０４を表示させて、次に単位ベクトル２０４の１つの枠内をドラッグする。これにより、枠２０５の中心をセル２０１の中心に移動することによって、セル間隔と枠間隔を正しく合わせてセルを枠の中心に表示することができる。勿論、セル２０１の左端固定ではなく、セル２０１の右端や中心で調整しても良い。

また、複数のセル２０１を１つの枠２０５内に表示すると、１つの枠２０５内に複数個の同一セルパターンが存在することになり、画像パターン認識による補正時に誤認識をする可能性が高くなる。また、矩形枠２０５がマットの端の場合、矩形枠２０５のセルパターンと２つめ以降のセルパターンとが異なることがあるため、１矩形枠内には１セルのみ収めることが重要である。

以上で、表示している画面内のセルカウントの初期表示は完了である。

セルカウントを動作する前にステージの速度について述べる。

図４は、ステージ１１４の移動速度と時間との関係を示すグラフである。図４において、４０１は、バックラッシュ中の速度、４０２は、ステージ１１４の初期移動、４０３は、安定したステージ移動、４０４は、停止するときのステージ移動、４０５は、ステージ１１４が停止したときを示す。

一般に、ステージ移動は、目的地まで早く移動して目的地に近づく程、スピードを遅くして正しい停止位置に止まろうとする。しかし、本発明の一実施形態では、セル枠と同期して動作させたいため、移動中安定したスピードで制御するように変更した。その速度と時間の関係が図４に示すものである。

ステージ１１４は、ボールネジ等で動作させるため、一般的に歯車の遊びがあり、ステージ移動しないバックラッシュ期間４０１がある。次に、一定スピードになるために初期加速期間４０２があり、目的の安定したステージ移動期間４０３となる。そして、停止命令を発行してから実際に停止するまでのステージ移動期間４０４となり、ステージ停止４０５となる。

バックラッシュ期間４０１は、ステージが直前に停止したときの歯車の状態によるため、どの位の時間が必要であるか判らない。また、ステージ１１４の初期移動期間４０２と停止するときのステージ移動期間４０４とについては、画面倍率に対応して安定したステージ移動期間４０３における移動速度と、制御コンピュータ１１６とステージ１１４の動作機構までの通信性能に依存する。この通信性能は、他の通信との競合等により定められる。

ステージ１１４の移動は、上述したように、複雑な動作をするため、１画面単位でこの動作を繰り返すと、多くの移動誤差が発生し、停止精度がセル間隔より、越えることとなるため、誤認識を生む。また、この誤差を含んだステージ移動に対してセルカウント枠を同期させて移動できればよいが、これは実際上困難である。

そこで、本発明の一実施形態は、セルカウントする目的地までステージ１１４を停止させないで、図４に示したステージ移動速度に沿って、できるだけ安定した移動期間４０３を利用してセルカウントを行う。つまり、１画面単位にステージを停止するのではなく、目的地までステージを停止しないで移動中にステージの画像を取得し、本来あるべき画像位置と比較してイメージシフト、セル枠表示で補正してセルカウントを行う。

セルカウントの開始時、まず、ステージ１１４の移動方向を決める。
セルカウントする方向とステージの移動方向を求める。詳細は、後述する図７から図９にて示す。

セル２０１が見た目には真横に移動していても、必ずしもステージ１１４が真横に移動しているとは限らない。移動方向は、Ｘ軸が正、０、負の３つの方向。また、Ｙ軸も同じで正、０、負の３つの方向がある。

次に、バックラッシュ除去処理を行う。求めた移動方向が正、または、負のとき、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれについて、図１０のバックラッシュ除去の処理フローに従って動作する。

つまり、図１０において、制御コンピュータ１１６は、現在の画像全体を取得し、求めた方向にステージを移動要求を行い、ステージが移動開始する（ステップＳ１００、Ｓ１０１）。そして、所定の待ち時間（例えば１００ｍｓ）の経過後、現在に画像全体を取得する（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。このとき、待ち時間での移動量がセル間隔より小さいことがポイントである。

続いて、ステップＳ１０４において、現在の画像と初期の画像とが等しいか否かを判断し、等しければステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０４において、現在の画像と初期の画像とが等しくないと判断したときは、ステージを停止する（ステップＳ１０５）。

次に、待ち時間（例えば２００ｍｓ）の経過後、最大移動しても１／２セル以内の移動ということを利用して移動量を調査し、一番近いセルへの移動をイメージシフトで移動させ、見た目上、移動していないように見せる（ステップＳ１０７）。

なお、図１０に示した待ち時間については、制御コンピュータ１１６のＣＰＵの性能やステージ１１４の移動速度によって数値が変わるものである。

また、画面全体を取得する（ステップＳ１００、Ｓ１０３）理由は、特徴のある画像となることが判らないため、最大の画面全体どうしを比較している。ただし、デメリットとして性能劣化があるため、性能的に問題がある場合はその画像サイズを小さくすることで対応する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸は２度に分けて行うことによって両軸のバックラッシュを除去する。

次に、初期移動時の処理を行う。

初期移動時は、コンピュータ１１６が通信要求してから実際にステージ１１４が移動して画像が移動して見えるまでの間、遅延時間が生じる。この遅延時間分とステージ１１４の初速が遅い分とを待ち時間を設けることによって対応する。

次に、安定したステージ移動時の処理を行う。つまり、表示倍率によって、ステージ速度を決める。

セルカウントの処理フローを図１１に従って動作する。

つまり、図１１において、単位パターンの画像を取得し、ステージ１１４を求めた方向に移動要求し、ステージが移動開始する（ステップＳ２００、Ｓ２０１）。そして、所定の待ち時間（例えば１００ｍｓ）の経過後、１ピクセル移動したセル枠を表示する（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。

続いて、ステップＳ２０４において、補正単位（１セル分）移動したか否かの判断を行ない、移動していなければステップＳ２０２に戻る。ステップＳ２０４で、補正単位（１セル分）移動したと判断すると、単位パターンの面積比１８０％の画像を取得し、現在の画像と初期の画像とを比較して移動補正量を算出する（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。

そして、算出した補正量を用いてイメージシフトして補正し、待ち時間を調整して枠の表示スピードを変える（ステップＳ２０８）。この動作で１セル分カウントされ、カウントした数が、目標セル数か否かを判断する（ステップＳ２０９）。

目標セル数で無ければ、ステップＳ２０２に戻る。

ステップＳ２０９で目標セル数となっていれば、ステージ１１４の移動を停止する。

なお、図１１に示した待ち時間については、制御コンピュータ１１６のＣＰＵ性能やステージ速度によって数値が変わる。また、図１１に示した面積比については、単位パターンの大きさと画像認識によって数値が変わる。また、補正単位については、セル間隔や単位パターンの大きさと画像認識によって数値が変わる。さらに、画面移動量については、セル枠移動速度と画面倍率によって移動ピクセル数は変わる。ステージ速度は変更できないため、セル枠の表示タイミングを変更して速度調整する。

次に、安定したステージ移動時の処理の中で補正処理について説明する。

図５は、約１セル分移動したときの内部的な補正方法の説明図である。図５において、５０１は、ステージ１１４の移動誤差を加味したセル領域、５０２は、計算上、本来あるべきセル位置、５０３は、確認するセル、５０４は、実際に移動したセル位置を示す。

本発明ではセル領域を補正領域としているが、必ずしも同じ領域である必要は無い。異なる場合は、新たに補正確認領域を設定する必要があるが、補正そのものの考え方は同じである。例えば、セル間隔内がユニークとなる最小単位とならない場合やセル領域に対してユニークとなる領域が小さくてヒット率が誤差範囲内にあるとき、セル領域と補正領域が同じであると、同じ画像の判断ができないため、セル領域内に新たに補正領域を設けることで対応できる。

図５において、予め、セルカウント動作前に単位パターンの矩形枠の画像を取得する。右方向に１セル分移動したらステージの移動誤差を加味したセル領域５０１の画像をステージ移動中に取得する。移動誤差を加味したセル領域５０１の中で単位パターンの矩形枠の画像とパターンマッチングを行い、本来あるべきセル位置と実際の位置から補正量を求め、ステージが移動中のためイメージシフトで相対量を補正する。

ステージの移動誤差を加味したセル領域５０１の外側にセルが来ると隣りのセルを誤認識する。また、ステージ動作中のため、取得した画像が正しくない可能性もあり、認識できない場合は、セル枠全体を破線で表示し、ユーザに認識できない旨を知らせる。このことにより、人間の目で見てセルカウントが正しく動作しているか否かを判断することができる。

また、イメージシフトのつまみを設けておき、補正を止めて、セルカウント中に、そのイメージシフトのつまみを人手で補正することにより、正確なセルカウントも実現できる。

次に、ステージ停止処理を行う。

停止処理は、大きく２つのパターンがある。

第１の処理方法は、停止位置まで移動したことを確認して停止し、停止処理分の待ち時間経過後に画像認識をし、現在のセル位置に合わせてセル枠を表示する方法である。この場合、セルカウントの開始位置に比べて終了位置が進み過ぎている欠点がある。

第２の処理方法は、最後の１／２セル分で停止し、イメージシフトを使って停止位置から終点の位置へ移動する方法である。この場合、開始位置と終了位置は合っているが、イメージシフトを利用しているので、イメージシフト量が多くなる。

上述した第１及び第２の停止処理方法を、ユーザが選択できることにより、目的の正しいセルカウントができる。

図６はセルカウント移動中の画面を示す図である。ステージ移動分、カウンター数３０２が大きくなっている。

本来、イメージシフトは、ステージを移動しないで、電子ビームを移動することによって、視野を移動する。例えば、一般的なイメージシフトの利用方法として、プローブ付きのＳＥＭであれば、１本のプローブが試料に当てあるときに離れた位置にプローブを当てるためステージを移動すると、ステージに当てていたプローブが破損するため、ステージを移動できない。

しかし、イメージシフトすることによって、ステージ移動することなく他の位置をＳＥＭで観察でき、他のプローブを試料に当てることが可能となる。

本発明の一実施形態では、イメージシフトをあたかもステージが動作したように何度も微量に移動させて、セルカウンターとオーバーレイ表示することにより、個々のセルを正確にカウントすることができる。この場合、セル枠を一定の移動とし、イメージシフト量をセル枠の中に正しく収束して入れるように学習補正を行うことでスムースにセル枠内にセルを表示することができる。また、セル枠１／２分、セル枠分、及び、セル枠倍数分を一度に移動し、画像認識によって補正を行うことによって高速に移動することもできる。

イメージシフトの場合、ステージ移動と比べて、数１０〜２００μｍ角以内と動作範囲が小さいという欠点はあるが、ステージ停止誤差が無い利点があり、より高品質のセルカウントが実現できる。２００μｍ角もあれば、殆どのケースで目的地まで移動可能と考えられる。イメージシフトのセルカウントのデメリットとして、以下の２点がある。

１点目は、目的地に到達したとき、イメージシフト量が大きいことである。

２点目は、プローブ付きのＳＥＭの場合等で、プローブがイメージシフト原点にあり、目的地まで見えないプローブを移動しなければならないことである。

イメージシフトのセルカウントは２つのデメリットを解消するためにステージとイメージシフトの相殺処理がある。これは、イメージシフト量を原点に戻しつつ、ステージ１１４をイメージシフトと逆方向に移動し、画面上の画像を変更しない処理である。また、同方向に移動し、少ないイメージシフト量で高速に移動することができる。その際、ステージとイメージシフトの移動量を加算して一定の移動量となるように、イメージシフトの移動量を設定することもできる。これにより、イメージシフト量が少なく高速で安定したセルカウントができる。

上述した相殺処理のフローを図１３に示す。図１３において、現在の画像全体（初期画像）を取得し、ステージ１１４を相殺方向に移動要求し、ステージが移動開始する（ステップＳ３００、Ｓ３０１）。そして、所定の待ち時間（例えば１００ｍｓ）の経過後、イメージシフトにより移動する（ステップＳ３０２、Ｓ３０３）。

続いて、ステップＳ３０４において、補正単位（１セル分）移動したか否かの判断を行ない、移動していなければステップＳ３０２に戻る。ステップＳ３０４で、補正単位（１セル分）移動したと判断すると、現在の画像と初期の画像とを比較して移動補正量を算出し、イメージシフトで補正する（ステップＳ３０５、Ｓ３０６）。

そして、待ち時間を調整し、イメージシフトが原点を通過したか否かを判断する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７でイメージシフトが原点を通過していなければ、ステップＳ３０２に戻る。一方、ステップＳ３０７において、イメージシフトが原点を通過した場合は、ステージ１１４の移動を停止する（ステップ３０８）。

なお、相殺処理はステージ１１４が動作するので、当然、バックラッシュ除去、終了処理も必要となるが、上述した動作と同様にして実行されるので、図１３には省略している。

この相殺処理フローは、上述したバックラッシュ除去のフローやセルカウントの処理フローと類似しているため、作成し易い利点がある。イメージシフト範囲外であっても相殺処理とイメージシフトでのセルカウントを複数回実行することで目的地まで辿りつくこともでき、使い勝手が向上する。

図１３に示したステージ停止後、再度、パターン認識を行って最後の補正を行う。これにより、イメージシフト原点から僅かなずれが生じるが、画面は元の位置に正確に戻ることができる。また、ステージ移動を使ったセルカウント直後に上述した相殺処理を実行することで、補正で利用したイメージシフト移動分を原点に戻すこともできるため、使い勝手が向上する。

以上、画像認識による色々な補正を記述したが、コンタミネ−ション等によって画像色が異なるとセルを認識しない場合がある。そこで、画像比較をする前に画像の２値化や輪郭強調処理を施して画像比較を行うことにより、この問題を解決できる。

しかし、一般的な静止画像の編集ではなく、ステージ移動中等の僅かな時間で処理しないと、セル枠の表示の遅れが問題となることもあるので、注意が必要である。できるだけ軽い処理で画像編集することがポイントである。性能を上げるためにはメモリ上で必要最小領域を編集すると良い。また、画像編集にて拡大処理を行って、実際の表示倍率よりも高くみせることで電子ビームが集中しないため、コンタミネ−ションの付き難い環境で実行することも有効である。

次に、ステージ移動をもっと正確にするためにラスタローテーションの設定を行う。

手順としては、光学系のワーキングディスタンス、表示倍率、スティグマ、アパーチャアライメント、ビーム位置を設定し、次に記述するラスタローテーションの設定を行ってステージ移動誤差を少ない状態にした後、上述のセルカウントを行う。

図１２は、ラスタローテーションの設定手順を示すフローチャートである。

図１２において、ユーザが指定したラインに基づき、ステージの傾きを求め、Ｘ軸、Ｙ軸のうちの近い方を求めて、求めた傾きに合わせてラスターローテーションを行なう（ステップＳ４００、Ｓ４０１、Ｓ４０２）。

次に、現在の画面中心の座標値を記憶手段に格納し（退避）、移動元の画像を取得して、合わせた軸に沿って、ステージ１１４を移動する（ステップＳ４０３、Ｓ４０４、Ｓ４０５）。

そして、移動先の画像を取得し、移動元の画像とマッチングを行い、画像のずれによりＳＥＭとステージ１１４の傾きを求める（ステップＳ４０６、Ｓ４０７）。続いて、ステージ１１４を元の座標位置に移動し、ＳＥＭの傾きをステージ１１４に合わせて角度補正を行なう（ステップＳ４０８、Ｓ４０９）。

一般的に試料台に試料を搭載するときに数度のずれが生ずる。このずれを補正するラスタローテーションの機能は、公知の事実である。しかし、測定環境ごとにおける光学系の軸とステージの回転軸ずれを考慮しているものはないので、この方法について以下に記述する。

図７は、ステージ１１４とＳＥＭの回転軸を示した図であり、７０１はステージ１１４全体、７０２はステージ１１４のＸ軸、７０３はＳＥＭのＸ軸、７０４はステージ１１４のＹ軸、７０５はＳＥＭのＹ軸を示す。

この図７は、ステージ１１４とＳＥＭで回転軸が互いにずれているため、ステージ１１４が傾いて見えている。本来、試料とステージ１１４の角度がずれている可能性が高いが、説明が複雑になるだけなので、以下の例では試料とステージ１１４の角度とは互いに等しいものとする。

試料の傾きを合わせるため、図８に示すようにラスタローテーションの処理を行う。図８において、８０１はユーザが試料の傾きを指定したものであり、８０１のベクトルの始点をマウスクリックし、単位パターンのベクトル８０１の矢印点でマウスをドラッグすることにより、試料の傾きを調べることができる。

始点と終点の座標値からｔａｎ^−１を行なうことにより角度を求め、求めた角度分だけ全体を回転することによって試料、または、ステージ１１４の水平、垂直がとれることになる。

図７、図８に示したように、ステージ１１４と光学系の回転軸がずれている場合、ステージ１１４の回転軸もユーザ指定の始点と終点の座標値からｔａｎ^−１でを行なって求めた角度分ずれる。なお、上述したラスタローテーション設定は、公知の処理である。

図９は、見た目上の角度を調整した後、ユーザ指定の傾き８０１の矢印方向へステージ１１４を移動することの説明図であり、９０１は移動元の画像領域、９０２は移動先の画像領域、９０３は移動先の可能性のある画像領域、９０４は実際に移動したステージ移動方向を示す。

移動前に移動元の画像領域９０１を取得してメモリに格納しておき、次にステージ１１４を移動させる。

本来は、ラスタローテーション調整後なので、水平に移動するはずであるが、ステージ１１４の軸が水平になっていないため、ステージ１１４の軸に沿って移動する。移動後、移動先の可能性のある画像領域９０３を取得してメモリに格納する。

移動先の可能性がある画像領域９０３内に移動元の画像領域９０１の画像がどこに入っているかをマッチングすると移動先の画像領域９０２が見つかる。光学系側は水平であるが、ステージ１１４側が水平でないため、このような回転軸ずれが発生する。回転軸ずれ角度は、移動元画像領域９０１と移動先画像領域９０２の中心点から方向を求め、水平との違いから回転軸ずれ角度を求めことができる。

回転軸ずれ角度分、ステージ１１４の軸だけを回転するように光学系の傾きを変更することによって、光学系とステージ１１４の軸を一致させることができる。
このラスタローテーション設定をセルカウントする前に実施することによって、セルカウントする際、ステージ１１４を移動しても光学系とステージ１１４の回転軸の差による誤差がなくなり、セル枠内にセルがより正確に入ることになり、より正確なセルカウントが可能となる。

光学系の回転軸は、電子銃１０６の焦点距離によって変わるため、ステージ１１４との軸のずれは、観察毎に異なる。しかし、従来技術においては、基本となる焦点距離のみで光学系の回転軸の調整をしているだけで電子銃１０６の焦点距離が変わった場合に対応していないため、光学系の回転軸とステージ１１４の軸ずれの誤差が発生していた。

本発明の一実施形態におけるラスタローテーション設定により、観察環境毎に簡単な操作でステージとの軸のずれがなくなるため、操作性を向上することができる。

以上のように、本発明によれば、迅速かつ、正確に、半導体セルのカウントを行なうことが可能な半導体検査方法、半導体検査装置、半導体検査装置における動作プログラムを実現することができる。

なお、ＳＥＭ装置によっては、試料を回転できるものがあり、このタイプは、ステージ１１４と試料を回転してＳＥＭに合わせることが始めからできているのでラスタローテーションの処理は不要である。

また、Ｘ軸、Ｙ軸の１方向の軸を移動させてセルカウントすることが可能なので、精度も良いものとなる。

また、上述した実施形態は、本発明の一例を示すものであって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態が適用される半導体検査装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態におけるセルカウンターの初期表示操作図である。 本発明の一実施形態におけるセルカウンターの操作図である。 ステージの移動速度と時間との関係を示すグラフである。 約１セル分移動したときの内部的な補正方法の説明図である。 セルカウント移動中の画面を示す図である。 ステージとＳＥＭの回転軸の説明図である。 ラスタローテーションの処理説明図である。 ラスタローテーション補正図である。 バックラッシュ除去の処理フローチャートである。 セルカウントの処理フローチャートである。 ラスタローテーションの処理フローチャートである。 相殺処理のフローチャートである。

符号の説明

１０３・・・試料、１０４・・・二次電子検出器、１０５・・・電子ビーム照光学系、１０６・・・電子銃、１０７、１０８・・・コンデンサレンズ、１０９・・・絞り、１１０・・・スキャン偏向器、１１１・・・イメージシフト偏向器、１１２・・・対物レンズ、１１３・・・真空チャンバ、１１４・・・ステージ、１１５・・・試料台、１１６・・・制御コンピュータ、１１７・・・表示装置、２０１・・・セル、２０４・・・ベクトル、３０１・・・ルール（物差し）、３０２・・・単位パターンの個数値

Claims (8)

1. 移動可能なステージ上の半導体に荷電粒子線を照射して得られた試料信号に基づいて、上記半導体に形成された複数のセルを、表示手段に表示して、特定のセルを判別する走査型電子顕微鏡或いは集束イオンビーム装置の機能を有する半導体検査装置を用いた半導体検査方法において、
   上記表示手段に表示された半導体に形成された１つのセル毎にそのセルを包囲する枠及び各セルに対応する数値を表示し、
   上記半導体の移動開始後、上記半導体の移動速度が一定となるまでの時間であって、上記１つのセル分の移動時間より短い待ち時間の経過後、上記半導体の移動中に、上記表示手段に表示されたセルの移動に追従して、上記ステージの移動による初期の画像と現在の画像との誤差量をイメージシフトで補正して、セルを１次元方向にカウントし、上記セルの移動と同期して上記枠及び数値を表示し、特定のセルを判別することを特徴とする半導体検査方法。
2. 請求項１記載の半導体検査方法において、上記ステージを、互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に対して、ステージの移動方向を固定して、加速した後、一定速度とし、その後、減速して移動させることを特徴とする半導体検査方法。
3. 請求項１記載の半導体検査方法において、上記ステージ移動とイメージシフトとの相殺処理及びバックラッシュ除去処理を上記表示手段への表示画面を静止させた状態で行うことを特徴とする半導体検査方法。
4. 請求項３記載の半導体検査方法において、上記表示手段に表示された半導体の画像に対して、輪郭強調処理、２値化処理、及び拡大処理を行った後に、上記相殺処理を行うことを特徴とする半導体検査方法。
5. 請求項１記載の半導体検査方法において、電子顕微鏡を用いて上記荷電粒子線をステージ上の半導体に照射し、上記電子顕微鏡の軸とステージの回転軸とのずれ補正を、検査条件毎に行なうことを特徴とする半導体検査方法。
6. 請求項１記載の半導体検査方法において、上記表示したセルに対応する数値を変更することができることを特徴とする半導体検査方法。
7. 半導体を支持し、移動可能なステージと、このステージ上の半導体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射手段と、上記荷電粒子線の半導体への照射により得られた試料信号に基づいて、上記半導体に形成された複数のセルを表示する表示手段と、上記ステージ、荷電粒子線照射手段及び表示手段を制御する制御手段とを有し、特定のセルを判別する走査型電子顕微鏡或いは集束イオンビーム装置の機能を有する半導体検査装置において、
   上記表示手段に表示されたセルの移動に追従して、上記ステージの移動による初期の画像と現在の画像との誤差量をイメージシフトで補正して、セルを１次元方向にカウントするセルカウント手段を備え、
   上記制御手段は、
   上記半導体の移動開始後、上記半導体の移動速度が一定となるまでの時間であって、上記１つのセル分の移動時間より短い待ち時間の経過後、上記セルカウント手段がカウントしたセルカウント数に基づいて、１つのセル毎にそのセルを包囲する枠及び各セルに対応する数値を上記表示手段に表示させ、特定のセルを判別することを特徴とする半導体検査装置。
8. 半導体を支持し、移動可能なステージと、このステージ上の半導体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射手段と、上記荷電粒子線の半導体への照射により得られた試料信号に基づいて、上記半導体に形成された複数のセルを表示する表示手段と、上記表示手段に表示されたセルの移動に追従して、セルをカウントするセルカウント手段と、上記ステージ、荷電粒子線照射手段、表示手段及びセルカウント手段を制御する制御手段とを有し、特定のセルを判別する走査型電子顕微鏡或いは集束イオンビーム装置の機能を有する半導体検査装置のコンピュータプログラムにおいて、
   上記制御手段により実行され、
   上記半導体の移動開始後、上記半導体の移動速度が一定となるまでの時間であって、上記１つのセル分の移動時間より短い待ち時間の経過後、上記セルカウント手段が上記ステージの移動による初期の画像と現在の画像との誤差量をイメージシフトで補正して、セルを１次元方向にカウントしたセルカウント数に基づいて、１つのセル毎にそのセルを包囲する枠及び各セルに対応する数値を上記表示手段に表示し、特定のセルを判別することを特徴とする半導体検査装置のコンピュータプログラム。

Images