JP4922962B2 - 回路パターンの検査方法及び検査装置 - 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被検査試料のパターン検査技術に関し、特に半導体装置製造過程途中のウエハ上のパターン検査方法及び検査装置に関する。

被検査試料には微細パターンを有する半導体装置、基板、フォトマスク（露光マスク）、液晶等様々あるが、ここでは半導体ウエハの検査を一例として説明する。半導体装置は、半導体ウエ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。したがって、このような製造過程における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、製造過程における半導体ウエハ上のパターンを検査する各種装置が用いられている。

半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する装置としては、ウエハ上に形成された同一形状の複数の回路パターンに白色光を照射し、得られた光学画像を比較することで欠陥を検査する欠陥検査装置が実用化されている（例えば非特許文献１）。ところが、このような装置では光学系の分解能以下となる欠陥は検出できず、近年の微細化・複雑化した回路パターンの欠陥を検出するのは困難となってきている。

そこで、光学画像よりも分解能の高い電子画像を用いて回路パターンを検査すべく、半導体ウエハに電子線等の荷電粒子線を照射することで発生する二次電子や反射電子を検出し、この検出された信号に基づく電子線画像により欠陥を検出する方法・装置が提案されている。しかし荷電粒子線を用いた場合には、半導体ウエハのパターンの構造や材質によって帯電する現象が発生する場合がある。そして、この帯電現象が画像のコントラストを低下させたり、欠陥の検出性能を低下させるといった問題を生じてしまう。近年の半導体の微細化に伴う構造、材質の多様化により、欠陥の検出性能はウエハの帯電状態に大きく左右される。そこで、半導体ウエハの帯電状態を荷電粒子線のエネルギー、電流量、照射回数等の照射条件を変更制御したり、半導体ウエハから発生する二次電子の信号取り込みタイミングを変更制御したりすることが行われている（例えば特許文献２参照）。

また、回路パターンの微細化に対応すべく欠陥検査の精度を高めるため、検査時の画素サイズを小さくして画像分解能を向上させることが行われている。さらに、欠陥と疑わしき部分のみの画素サイズを小さくして、検査時間の増大を招くことなく検査精度を向上させる技術が開示されている（例えば特許文献３参照）。

「月間セミコンダクタワールド」１９９５年８月号、第９６−９９頁 特開２００５−１７５３３３号公報 特開２００６−２００９４４号公報

しかしながら、回路パターンの微細化に対応して、単純に検査時の画素サイズを小さくすると、大幅なスループットの低下を引き起こしてしまう。例えば、現在、荷電粒子線を走査する方向とステージを移動する方向で検査画素サイズは同じ値を採用しているが、この画素サイズを半分にすると検査スループットは１／４となってしまう。また、上述の如く、欠陥と疑わしき部分のみ画素サイズを小さくする場合には、先ず欠陥と疑わしき部分を探索する工程が必要であり、依然として検査時間の増大を招いてしまう。

本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたもので、ウエハの構造や材質に応じて、分解能を必要とする方向のみ画素サイズを小さくして、つまり、走査方向とステージ移動方向の画素サイズを個別に設定することにより、検査スループットが低下することのない検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では被検査試料に対して荷電粒子線を走査する方向（Ｘ方向）とステージ移動方向（Ｙ方向）のそれぞれの検査画素サイズ（信号検出間隔）を別個に設定する構成とし、検査精度が必要な方向は画素サイズを小さくして欠陥の検出漏れを防止する一方、それほど検査精度の必要でない方向は画素サイズを大きくすることでスループットの低下を抑制するようにしている。

即ち、本発明における回路パターンの検査装置は、回路パターンが形成された被検査試料に荷電粒子線を照射する照射手段と、この荷電粒子線をＸ方向に任意の速度で走査させる走査手段と、被検査試料を載置し、Ｘ方向と異なるＹ方向にこの被検査試料を任意の速度で移動させるステージ移動手段と、荷電粒子線の照射により前記被検査試料から発生する信号を検出する検出手段と、この検出手段により検出された信号を画像化して記憶する記憶手段と、この記憶された画像を、他の対応する回路パターンから得られた画像と比較する比較手段と、この比較手段による比較結果から回路パターン上の欠陥を判別する判別手段と、を備えた構成を採る。この構成ではＸ方向の走査速度とＹ方向の移動速度を別個に制御できるため、回路パターンの構造や材質に応じて適切な速度に調整できる。このため、配線パターンなど特定方向に微細な欠陥が生じるような場合には、欠陥検出精度を低下させることなくスループットの低下を抑制することができる。

また、本発明の別態様の検査装置は、回路パターンが形成された被検査試料に荷電粒子線を照射する照射手段と、この荷電粒子線をＸ方向に走査させる走査手段と、被検査試料を載置し、Ｘ方向と異なるＹ方向にこの被検査試料を移動させるステージ移動手段と、荷電粒子線の照射により被検査試料から発生する信号を検出する検出手段と、この検出手段により検出された信号を画像にして記憶する記憶手段と、この記憶された画像を、他の対応する回路パターンから得られた画像と比較する比較手段と、この比較手段による比較結果から回路パターン上の欠陥を判別する判別手段と、を備え、前記ステージ移動手段により前記被検査試料をＹ方向に移動させるとともに、前記走査手段により前記荷電粒子線をＸ方向に走査させるに当たって、前記被検査試料における前記信号を検出する位置のＸ方向の間隔に対応するＸ方向画素サイズと、前記被検査試料における前記信号を検出する位置のＹ方向の間隔に対応するＹ方向画素サイズとを、それぞれ別々に、かつ、互いに独立に設定する設定手段を有する。このように、Ｘ方向とＹ方向とで異なる画素サイズに設定できることで、回路パターンの構造や材質に応じて適切に画素サイズを調整することができ、欠陥検出精度を低下させることなくスループットの低下を抑制することができる。

さらに、本発明の別態様の検査装置では、走査手段の走査により検査するＸ方向の画素数も設定できるように構成しても良い。これにより欠陥の検出感度を向上させることができ、また、適切な画素数にすることでスループットの低下を抑制することもできる。

また、本発明における回路パターンの検査方法は、回路パターンが形成された被検査試料に、荷電粒子線をＸ方向に走査しながら照射することで被検査試料から発生する信号を画像化して得られた画像を、他の対応する回路パターンから得られた画像と比較し、この比較結果から回路パターン上の欠陥を判別するものであって、前記被検査試料を前記Ｘ方向と異なるＹ方向に移動させるとともに、荷電粒子線をＸ方向に走査させるに当たって、前記被検査試料における信号を検出する位置のＸ方向の間隔に対応するＸ方向画素サイズと、前記被検査試料における信号を検出する位置のＹ方向の間隔に対応するＹ方向画素サイズとを、それぞれ別々に、かつ、互いに独立に設定して検査するものである。また、この際、被検査試料の回路パターンの構造に応じて、または回路パターンの構造及び材質に応じて、Ｘ方向の画素サイズとＹ方向の画素サイズをそれぞれ任意に設定すると良い。さらに、Ｘ方向の画素数も設定して検査すると良い。これにより、回路パターンの構造や材質に応じてＸ、Ｙ方向の画素サイズを適切に調整することができ、欠陥検出精度を低下させることなくスループットの低下を抑制することができる。

以下、本発明による実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される回路パターン検査装置１の構成例を示す概略図である。この回路パターン検査装置１はポンプ（図示せず）により真空排気することのできる検査室２と、送られてきた画像データを処理する画像処理部５と、装置各部の動作を制御する全体制御部４９と、装置各部の動作命令や検査条件等を入力する入力部６と、信号を検出、増幅、変換等する二次電子検出部７と、を備えている。

検査室２は大別して、電子光学系３、光学顕微鏡部４、試料室８から構成され、さらにこの検査室２の内部には、被検査試料９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）が備えられている。この予備室は検査室２と独立に真空排気できるように構成されている。

電子光学系３は、電子線を発生する電子銃１０と、電子線引き出し電極１１、電子線を集束するコンデンサレンズ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を備えている。ブランキング変更器１３および走査偏向器１５は走査信号発生器４３に接続され、それぞれ走査信号発生器４３からのブランキング信号および走査信号により電子線を偏向制御することができる。また、コンデンサレンズ１２および対物レンズ１６はレンズ電源４４に接続され、それぞれレンズ電源４４からの信号により電子線の絞り量を調節することができる。

光学顕微鏡部４は、光源４０、光学レンズ４１、ＣＣＤカメラ４２を備えている。この光学顕微鏡部４は、検査室２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配置されている。電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知であり、Ｘステージ３１又はＹステージ３２により被検査試料９を電子光学系３と光学顕微鏡部４の間で往復移動可能である。このため、電子顕微鏡像を観察する場合には被検査試料９を電子光学系３の光軸に配置し、光学顕微鏡像を観察する場合には被検査試料９を光学顕微鏡４の光軸に配置する。

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、位置測定・位置制御器３４、被検査試料高さ測定器３５を備えている。試料台３０上に配置された被検査試料９は、Ｘステージ３１およびＹステージ３２によりそれぞれＸ方向およびＹ方向に移動可能であり、回転ステージ３３によりＺ軸（ＸＹ平面と垂直な方向）を中心に回転可能である。

また、二次電子検出部７は、被検査試料９から発生した二次電子５１を検出する二次電子検出器２０、信号を増幅させるプリアンプ２１、ＡＤ変換器２２、光変換手段２３、光ファイバ等の光伝送手段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を備えている。このうち二次電子検出器２０は検査室２の内部に設けられ、対物レンズ１６の上方に配置されている。また、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および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され、この正の電位によって生じた吸引電界により被検査試料９から発生した二次電子５１が二次電子検出器２０へ導かれるように構成されている。

画像処理部５は、光伝送手段２４等を介して送られてくる画像信号を記憶する記憶部４５と、この記憶部４５に記録された少なくとも２つの画像を比較する比較部４６と、この比較部４６による画像の比較結果から欠陥を判別する判別部４７と、を少なくとも備えている。

さらに、入力部６は、上記画像処理部５における結果に基づき被検査試料上の欠陥位置等をマッピング表示するマップ表示部５５、二次電子検出部７で取り込まれた信号に基づく電子線画像や電子顕微鏡４による光学画像を表示する画像表示部５６、およびユーザにより装置各部の動作条件や検査条件等を設定指示する各種コマンド部（検査開始・終了・保存等の各コマンド６２乃至６５、画像取得指示５７、画像処理指示５８、処理条件設定５９およびモード切替６０等）を備えている。

被検査試料９に照射される電子線（以下、一次電子線１９と記す）は、電子銃１０と引き出し電極１１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。この一次電子線１９は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することで加速することができる。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試料９（半導体ウエハ，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）に照射される。この一次電子線１９は走査偏向器１５によって被検査試料９上を走査するように制御される。また、被検査試料９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。そして、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させることができ、電子銃１０の電位を変えずに被検査試料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。

被検査試料９上に一次電子線１９を照射することによって発生させた二次電子５１は、被検査試料９に印加された負の電圧により加速される。被検査試料９上方には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が所定の方向へ偏向される。このＥｘＢ偏向器１８は、二次電子５１にかける電界と磁界の強度調整により、二次電子５１の偏向量を変えることができる。また、この電磁界は被検査試料９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は円錐形状をしており、被検査試料９に照射する電子線１９をシールドするシールドパイプの機能も有している。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。

この発生した第二の二次電子５２は二次電子検出器２０へ導かれる。この際、二次電子検出器２０は、この第二の二次電子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する。二次電子検出器２０により検出された出力信号は、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にされる。このデジタルデータは、光変換手段２３から光ファイバ等の光伝送手段２４によって、電気変換手段２５を介して画像処理部５へ送られる。この場合、検出された出力信号はデジタル化されてから伝送されるので、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を画像処理部５へ送ることができる。

画像処理部５へ送られた信号（画像信号）は、記憶部４５に記憶されるとともに、入力部６へ送られ画像表示部５６に画像表示される。また、比較部４６では、この記憶された画像信号を、ある特定位置離れた他の同一パターンから得られた画像信号と比較演算する。即ち、両画像同士の位置合わせ、信号レベルの規格化、ノイズ信号の除去のための各種画像処理を施し、両画像信号を比較演算する。そして判別部４７では、この比較演算された差画像信号の絶対値を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、この結果を全体制御部４９を介して入力部６に送る。入力部６ではこの欠陥位置や欠陥数等をマップ表示部５５に表示する。

装置各部の動作命令及び動作条件は、入力部６から入力される。入力部６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、予め目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるように入力されている。全体制御部４９は、入力部６で設定された各条件に基づき、補正制御回路６１を介して、位置測定・位置制御器３４や高さ測定器３５からの信号に基づき位置や高さのずれをモニタし、その結果に応じて補正制御回路６１に補正信号を送る。補正制御回路６１はこの補正信号に基づき走査信号発生器４３およびレンズ電源４４によって走査偏向器１５および対物レンズ電源１６を制御し、電子線が被検査試料９に対し常に正しい位置に照射されるように調整される。なお、一次電子線１９をブランキングする必要がある場合に、入力部６からのその旨の指示をすると、全体制御部４９は補正制御回路６１を介して走査信号発生器４３からブランキング信号をブランキング偏向器１３に送り、これにより一次電子線１９が偏向され、電子線が絞り１４を通過しないように制御される。

本実施形態では、位置測定・位置制御器３４における位置測定をレーザ干渉による測長計を用いた。この位置測定器により、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され、その位置情報が入力部６に転送されるよう構成されている。また、Ｘステージ３１、Ｙステージ３２および回転ステージ３３のモータ回転数等のデータも同様に各々のドライバから入力部６に転送されるように構成されている。入力部６で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６１によって補正できるようになっている。

また、高さ測定器３５には、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、Ｘ−Ｙステージ上３１，３２に搭載された被検査試料９の高さを実時間で測定することができる。本実施形態では、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試料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、常に被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、被検査試料９の反り、高さ、歪みを電子線照射前に予め測定しておき、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入力部６で設定するように構成することも可能である。

本発明における被検査試料９に対する一次電子線１９の照射位置の制御方法としては、一次電子線１９をＸ方向に偏向制御することでＸ方向の走査位置を制御し、Ｙステージ３２をＹ方向に移動制御することでＹ方向の位置を制御する方法を採用する。具体的には、入力部６において設定された条件、例えば画素サイズや画素数に基づき全体制御部４９から制御信号が送られ、これに応じて走査信号発生器４３から走査偏光器１５に走査信号が送られる。走査偏向器１５では送られてきた走査信号に基づき一次電子線１９のＸ方向の偏向量、即ちＸ方向の走査位置が制御される（走査偏光器１５のＸ方向の偏向電圧Ｖｘを増減させ、Ｙ方向の偏向電圧Ｖｙを一定に制御する）。同様に、全体制御部４９からの制御信号に基づき、位置測定・位置制御器３４がＸ−Ｙステージ３１，３２をＹ方向に移動制御させ、被検査試料９に対する一次電子線１９のＹ方向の照射位置を制御する。本発明ではＸ方向の走査位置制御とＹ方向のステージ移動制御をそれぞれ別々に制御することができる。つまり、Ｘ方向の画素サイズおよび画素数並びにＹ方向の画素サイズおよび画素数をそれぞれ任意の値に設定できる。

なお、一次電子線１９の照射位置の制御方法としては、上記方法に限られず、検査実行時に被検査試料９が搭載されたＸ−Ｙステージ３１，３２を静止させて一次電子線１９を二次元（Ｘ・Ｙ方向）に走査する方法や、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せながら一次電子線１９をＸ方向に走査する方法なども採用することができる。これらの方法では、前者の場合、ある特定の比較的狭い領域を検査する場合に有効であり、後者の場合、比較的広い領域を走査する場合に有効である。

本発明の検査装置および検査方法では検査速度が速いことが必須である。従って、本実施形態では通常のＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）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、多数回走査させて各々の画像を重ね合せたりすることは行わない。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一回あるいは数回程度にする必要がある。そこで本実施形態では、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０.１μｍ□とし、１回の走査を１μｓで行うようにした。

また、本実施形態では電子銃１０に拡散補給型の熱電界放出電子源を使用するのが好ましい。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、高速検査を実現できる。

図２は本発明の入力部６（ＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インターフェース））の画面図である。本実施形態における入力部６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。ユーザはこのガイダンスを確認することでスムーズに操作を進めることができる。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（図１の各コマンド６２乃至６５に対応）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、ここで指定したファイル名でレシピが保存される。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、ここで指定した名称でこの画像が保存される。画面下部の操作領域（５）には、「検査」「欠陥確認」「レシピ作成」「ユーティリティ」の各モード名（図１中のモード切替６０に相当する）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」を押すと検査パラメータを設定するレシピ作成モードになる。このように、情報の表示にグラフィックを用いたＧＵＩを用いることで、ユーザは視認性、操作性良く検査条件の設定等を行うことができる。なお、ここに示した入力部６の構成は単なる一例であって、様々に変更、改良したインターフェースが本発明に適用可能である。

次に、上記レシピ作成モードにおけるレシピ作成の方法について図３を用いて説明する。図３はレシピ作成モードにおけるレシピ作成の手順を示すフローチャートである。上述のように図２に示したＧＵＩ画面において、領域（５）の「レシピ作成」のモードを選択すると、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、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、新規か変更かの入力、ロットID、ウエハID等の初期入力を行う（Ｓ２）。次に、ウエ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（オブフラ）又はノッチを検出し、（２）試料ホルダ（試料交換室）にウエハを保持し、（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）試料にビームを照射し、（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、検査条件（電子線の加速電圧、電子線電流、信号取得の際の信号加算数、画素サイズ、画素数など）の変更を行う。図４はこの検査条件を設定する画面の一例を示した図であり、図４（ａ）は従来の設定画面、図４（ｂ）は本発明の設定画面を示している。従来方式では、スキャン方向（Ｘ方向）とステージ移動方向（Ｙ方向）で同一画素サイズを採用しているため、従来方式の設定画面（図４（ａ））では、検査画素サイズとして１つの入力部のみ有する。一方、本発明の設定画面（図４（ｂ））では、検査画素サイズをスキャン方向とステージ移動方向で個別に指定できる構成を採用している。また、本発明では図４（ｂ）に示したように、スキャン方向の検査幅も指定すべく、スキャン方向の画素数の設定もできるように構成すると良い。このように構成することで、Ｘ方向とＹ方向で異なる画素サイズで検査することが可能となり、例えば配線パターンなどＸ、Ｙ方向で欠陥構造の大きさや複雑さの異なる回路パターンを検査する場合、スループットの低下を抑制して検査を行うことが可能となる。また、画素数の設定をすることもできれば、欠陥検出感度の向上を図ることや、検査幅を適切にすることでスループット低下の抑制をすることもできる。

次に、電子線照射条件がきまり、コントラストが確認されたら、このウエハのショット、及びダイ（チップ）のサイズと配列を入力する（Ｓ６）。具体的には、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、ウエハ周辺部のショット、あるいはダイの有無を指定する。

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チップ目の原点へ移動し、（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し、（２）アライメントマークの位置を指定し（ＳＥＭ画像モード）、（３）１点目チップ原点へ移動し、（４）チップ原点位置を指定し（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。

次に、チップ内のメモリセル領域設定を行う（Ｓ８）。メモリセル領域とは図１の記憶部４５に記憶される画像の大きさの単位であって、このセル毎に比較部４６にて比較検査が行われる。従って、一つのセル内の回路パターンと他のセル内の回路パターンとが対応している必要がある。この具体的設定方法としては、（１）セル領域を入力し、（２）セルピッチを入力し、（３）これらの登録を行う。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。また、ダイ領域設定、つまりダイ領域内の検査、非検査領域の設定を行う（Ｓ９）。具体的には、（１）ダイ領域入力、（２）ダイ被検査領域入力、（３）これらの登録がある。この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。さらに、検査領域を指定する（Ｓ１０）。ここでは、ウエハマップ上のダイのうち検査対象とするダイの指定、ダイ内の検査領域の指定、指定した領域に対する検査サンプリング率の指定、画像取得方向の指定等の設定を行う。

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行う。

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、実際の検査と同条件で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。なお、この一連の作業を「小領域試し検査」と呼ぶ。

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、実際の半導体ウエハにおいては、ウエ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、適切であるか否かを判断する（Ｓ１４）。ここで条件が適切で有れば、これまで入力した各種パラメータを登録し（Ｓ１５）、最後に、ウエハのアンロードを行う（Ｓ１６）。一方、条件が適切でないと判断されればステップ５（Ｓ５）に戻り、上述の検査条件設定等を再度行う。

なお、上述のレシピ作成モードでは新たに全ての項目を設定する場合を説明したが、既に作成したレシピを用いて必要がある部分のみ設定する形式（更新する形式）や、項目によっては自動で設定される等、様々な変形や改良を行うことができる。また、上述のＸ、Ｙ方向の画素サイズ、画素数の設定をレシピ作成モードで行うのではなく、ＧＵＩ画面上にプルダウンメニュー等の形で設けた入力部から設定する形式としても良い。

次に、本発明における荷電粒子線の走査手段、ステージ移動手段および信号検出について説明する。

図５は被検査ウエハ（被検査試料９）に対する荷電粒子線（一次電子線１９）の走査方向、ステージ移動手段の移動方向、および信号検出位置を示す図である。図５（ａ）は被検査ウエハ（被検査試料９）の全体模式図であり、図中矢印はステージ移動手段によるステージの移動方向（Ｙ方向）を示している。図５（ｂ）はチップＡの拡大模式図である。図５（ｃ）はセルＢの拡大模式図であり、図中○印は信号取得位置を示している。信号の検出は、走査手段による荷電粒子線の走査およびステージ移動手段の移動と同期させて検出する。走査手段による走査方向は図５（ｃ）に示すようにＸ方向に走査させ、図中ライン（１）、（２）、（３）・・・の順に走査されるように、ステージ移動手段により被検査ウエハがＹ方向に順に位置制御される。通常、画素サイズをＡｎｍとして検査すると、走査方向およびステージ移動方向共にＡｎｍの画素サイズ（信号検出間隔）で信号を検出しながら検査が実行される。このため、回路パターンが微細化されるのに対応して画素サイズを小さくすると、例えば画素サイズを半分（Ａ／２ｎｍ）にすると、信号検出位置の数は４倍となりスループットが著しく低下する。

そこで、本発明では走査方向の画素サイズとステージ移動方向の画素サイズをそれぞれ個別に設定できる構成とした。図６は走査方向の画素サイズとステージ移動方向の画素サイズを異なるサイズに設定した場合の信号取得位置を示した図である。即ち、図６（ａ）は、走査方向画素サイズＡｎｍ、ステージ移動方向画素サイズをＢｎｍ（Ａ＜Ｂ）で検査した場合の信号取得位置を示している。図６（ｂ）は、走査方向の画素サイズＢｎｍ、ステージ移動方向の画素サイズＡｎｍ（Ａ＜Ｂ）で検査した場合の信号取得位置を示している。図６（ａ）では、ステージ移動方向の画素サイズをＡｎｍとして検査した場合と比較して、Ｂ／Ａ倍検査スループットが向上する。また同様に図６（ｂ）では走査方向の画素サイズをＡｎｍとして検査した場合と比較して（走査幅が同じであれば）Ｂ／Ａ倍検査スループットが向上する。このように、分解能を必要とする方向のみ画素サイズを小さくして検査することで、スループットの低下を抑制することができる。

図７は配線パターンの間にできた微小ブリッジ欠陥を検出する場合の走査方向およびステージ移動方向の画素サイズの調整について説明する図である。図７に示したように、配線間の微小ブリッジは、配線と直行する方向には長く、配線と平行する方向ではとても細い欠陥となる。そこで、配線と平行するステージ移動方向はＣｎｍの画素サイズとして精度を上げる一方、配線と直行する方向はＤｎｍ（Ｃ＜Ｄ）の画素サイズに設定して検査を実行する。これにより、配線に直行する（ステージ移動方向に直行する）細い欠陥の検出漏れを抑え、検出感度の低下を抑制できる。また同時に、走査方向はある程度大きな画素サイズに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。このように配線パターンなどにできる欠陥は、配線と直行する方向に微細な欠陥が形成される場合が多く、本発明のようにＸ方向とＹ方向とで別々に画素サイズを設定して検査できる構成とすることが有効となる。

図８（ａ）はＰｌｕｇ構造の正常欠陥(Normal Plug)と非開口欠陥(Failure Plug)を示した模式図である。これら正常欠陥と非開口欠陥に荷電粒子線を照射した場合、この照射により生じる二次電子、即ち、信号量は欠陥構造や材質により異なる。一般に、この正常欠陥と非開口欠陥各々のスキャン時間に対する信号量の関係は、図８（ｂ）に示したようになる。ここで、スキャン時間とは、スキャンを実行してから次のスキャンを実行するまでの時間と定義する。この図８（ｂ）に示したように、正常欠陥と非開口欠陥の信号量の差が最大になる（つまり、欠陥が明瞭になる）ようにするには、スキャン時間を適切に設定することが必要となる。即ち、被検査試料の構造および材質にあったスキャン時間を選択することで欠陥の検出感度を向上させることができる。

スキャン時間は、以下説明するように、検査画素サイズと画素数を調整することで変更することができる。図９は検査画素サイズ（検査ピクセルサイズ）と検査画素数に対するスキャン時間とスキャン幅の関係を説明する図である。検査画素サイズをＢｎｍ、検査画素数をＣとした場合のスキャン時間とスキャン幅の関係を図９（ａ）に示したように定義すると、検査画素数および検査画素サイズを変更した場合は図９（ｂ）から（ｄ）に示したようになる。図９（ｂ）は、検査画素数を変えずに（画素数Ｃ）、検査画素サイズを２倍（Ｂ×２ｎｍ）にした場合で、この場合、スキャン時間およびスキャン幅共に２倍になる。図９（ｃ）は、検査画素数を１／２（画素数Ｃ／２）にして、検査画素サイズを２倍（Ｂ×２ｎｍ）にした場合で、この場合、スキャン時間およびスキャン幅共にかわらない。図９（ｄ）は、検査画素数を１／２（画素数Ｃ／２）にして、検査画素サイズを変えない（Ｂｎｍ）場合で、この場合、スキャン時間およびスキャン幅ともに１／２倍になる。このように、検査画素サイズと画素数を調整することでスキャン時間を調整することができる。このため、被検査試料の構造および材質に対応する検査画素サイズおよび画素数を調整することで、欠陥の検出感度を向上させることができる。なお、上記図９（ａ）乃至（ｄ）における説明は走査手段の走査速度を一定とした場合を前提としており、この走査手段の走査速度を変更することでもスキャン時間を調整することができる。

以上、本発明によれば、被検査試料の回路パターンの構造または構造および材質に応じて走査方向とステージ移動方向で異なる画素サイズで検査することが可能となり、検査スループットの低下を抑制する回路パターンの検査方法および検査装置を提供することができる。

本発明の回路パターン検査装置の構成を示す概略図である。 本発明の入力部の構成を示す画面図である。 レシピ作成の手順を示すフローチャートである。 検査条件の設定画面を示す図である。 被検査ウエハに対する荷電粒子線の照射手段と信号検出位置を説明する図である。 走査方向の画素サイズとステージ移動方向の画素サイズを異なるサイズに設定した場合の信号取得位置を示した図である。 配線パターンの間にできた微小ブリッジ欠陥を検出する場合の走査方向およびステージ移動方向の信号取得位置を示した図である。 （ａ）正常欠陥と非開口欠陥のＰｌｕｇ構造模式図であり、（ｂ）正常欠陥と非開口欠陥のスキャン時間と信号量の関係を示す図である。 検査画素サイズと検査画素数に対するスキャン時間とスキャン幅の関係を説明する図である。

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、５・・・画像処理部、６・・・入力部、７・・・二次電子検出部、８・・・試料室、９・・・被検査試料、１０・・・電子銃、１１・・・電子線引き出し電極、１２・・・コンデンサレンズ、１３・・・ブランキング偏光器、１４・・・絞り、１５・・・走査偏光器、１６・・・対物レンズ、１７・・・反射板、１８・・・ＥｘＢ偏光器、２０・・・二次電子検出器、２１・・・プリアンプ、２２・・・ＡＤ変換器、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・・・位置測定・位置制御器、３５・・・高さ測定器、４０・・・光源、４１・・・光学レンズ、４２・・・ＣＣＤカメラ、４３・・・走査信号発生器、４４・・・レンズ電源、４５・・・記憶部、４６・・・比較部、４７・・・判別部、４９・・・全体制御部、５５・・・マップ表示部、５６・・・画像表示部、５７・・・画像取得指示、５８・・・画像処理指示、５９・・・処理条件設定、６０・・・モード切替、６１・・・補正制御回路

Claims (5)

1. 回路パターンが形成された被検査試料に荷電粒子線を照射する照射手段と、
   該照射する荷電粒子線をＸ方向に走査させる走査手段と、
   前記被検査試料を載置し、前記Ｘ方向と異なるＹ方向に該被検査試料を移動させるステージ移動手段と、
   前記荷電粒子線の照射により前記被検査試料から発生する信号を検出する検出手段と、
   該検出手段により検出された信号を画像にして記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記画像を、前記回路パターンに対応する他の回路パターンから得られた画像と比較する比較手段と、
   該比較手段による比較結果から回路パターン上の欠陥を判別する判別手段と、を備えた回路パターンの検査装置において、
   前記ステージ移動手段により前記被検査試料を前記Ｙ方向に移動させるとともに、前記走査手段により前記荷電粒子線を前記Ｘ方向に走査させるに当たって、前記被検査試料における前記信号を検出する位置の前記Ｘ方向の間隔に対応するＸ方向画素サイズと、前記被検査試料における前記信号を検出する位置の前記Ｙ方向の間隔に対応するＹ方向画素サイズとを、それぞれ別々に、かつ、互いに独立に設定する設定手段を有する回路パターンの検査装置。
2. 前記設定手段が、前記走査手段の走査により検査するＸ方向の画素数を設定する手段をさらに有する請求項１に記載の回路パターン検査装置。
3. 回路パターンが形成された被検査試料に、荷電粒子線をＸ方向に走査しながら照射することで該被検査試料から発生する信号を画像化して得られる画像を、前記回路パターンに対応する他の回路パターンから得られた画像と比較し、該比較結果から前記回路パターン上の欠陥を判別する回路パターンの検査方法において、
   前記被検査試料を前記Ｘ方向と異なるＹ方向に移動させるとともに、前記荷電粒子線をＸ方向に走査させるに当たって、前記被検査試料における前記信号を検出する位置の前記Ｘ方向の間隔に対応するＸ方向画素サイズと、前記被検査試料における前記信号を検出する位置の前記Ｙ方向の間隔に対応するＹ方向画素サイズとを、それぞれ別々に、かつ、互いに独立に設定して検査する回路パターンの検査方法。
4. 前記回路パターンの構造に応じて、または前記回路パターンの構造及び材質に応じて、前記Ｘ方向画素サイズ及び前記Ｙ方向画素サイズをそれぞれ任意に設定して検査する請求項３に記載の回路パターンの検査方法。
5. 前記Ｘ方向の画素数をさらに設定して検査する請求項４に記載の回路パターンの検査方法。

Images