JP4982125B2 - 欠陥検査方法及びパターン抽出方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路の製造等に使用される半導体ウエハやフォトマスクのための欠陥検査方法及びパターン抽出方法に関する。

近年、半導体記憶装置の製造においては、回路を構成する素子や配線などの高集積化、またパターンの微細化が進められている。従来、フォトマスクもしくはウエハの検査は、隣接する同一パターン同士を比較するダイトゥダイ（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ）比較検査、セルトゥセル（Ｃｅｌｌ−ｔｏ−Ｃｅｌｌ）比較検査、またはパターンと設計パターンデータとを比較するダイトゥデータベース（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ）比較検査により行っている。

Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ及びＣｅｌｌ−ｔｏ−Ｃｅｌｌ比較検査は、検査エリア内の所望の箇所にレーザービームもしくは電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ：ＥＢ）を照射し、検査イメージを取得し、比較対象のＤｉｅもしくはＣｅｌｌの両検査イメージを比較する。そして、比較された検査イメージの強度分布に対して、あるしきい値を定義し、このしきい値を超える箇所を欠陥として認識し、認識された欠陥の座標データ（及び欠陥サイズ、欠陥イメージを含む）を蓄積し、欠陥データとして検査装置内に記録する。

一方、Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ比較検査は、設計データから検査イメージを予測し、比較検査に用いられる参照（検査）データとして検査装置内に蓄積する。そして、蓄積された参照データと実際の検査イメージとを比較することにより、検査を行う。

従来では、光学式検査の場合には、はじめに半導体ウエハの横方向の領域上の各アライメントマークを用いてＸ方向に対するアライメントを行い、次に縦方向の領域上の各アライメントマークを用いてＹ方向に対するアライメントを行うことで、検査領域全体のアライメントを行う。続いて検査時には、取得した検査イメージに対してＸ，Ｙ方向の局所的な領域のアライメントを行いながら、フォトマスクもしくはウエハの検査を行っていた。

しかしながら、パターンサイズに対して取得した検査イメージの画素サイズが大きいためにパターンのエッジが検出しづらいこと、及び微細化に伴うパターンからの信号の減少により、アライメントエラーによる検査エラーが生じ、検査の中止もしくはノイズ（擬似欠陥）の発生を引き起こす問題がある。

また、電子ビーム式検査の場合には、まず光学式検査の場合と同様に、検査領域全体のアライメントを行い、続いて検査時に、取得した検査イメージに対して局所的な領域のアライメントを行いながら、フォトマスクもしくはウエハの検査を行っていた。

しかしながら、試料上のパターンに電子ビーム式検査に特有な電荷が蓄積され（帯電）、この帯電量が経時的に変化し入射電子ビームが曲げられることにより、検査イメージのドリフト現象が起こる。これによりアライメントエラーによる検査エラーが生じ、検査の中止もしくはノイズ（擬似欠陥）の発生を引き起こす問題がある。

なお、特許文献１には、フォトマスク、レティクル、ウェハ等に描画された回路パターンを撮像して光学像を入力することにより、回路パターンの欠陥検査等に役立てる回路パターンの検査装置および寸法測定装置のアライメント方法が開示されている。
特開平１１−９７５１０号公報

本発明の目的は、アライメントエラーによる検査エラーを引き起こすことなく欠陥検査を行うことができる欠陥検査方法、欠陥検査装置、及びパターン抽出方法を提供することにある。

本発明の一形態の欠陥検査方法は、パターニングがされた検査対象の欠陥検査を行う欠陥検査方法であり、前記検査対象のパターンデータを分割して複数の分割データを生成し、前記複数の分割データのそれぞれについて、前記分割データまたはそれに対応する画像からアライメントを行うことが可能な形状を有するパターン（以下、アライメント可能パターンという）が存在するか否かを判断し、アライメント可能パターンが存在する判断された分割データについては該分割データまたはそれに対応する画像から前記アライメント可能パターンを抽出し、前記複数の分割データに対応する前記検査対象の複数の局所領域のアライメントを行う際に、前記アライメント可能パターンが存在する分割データに対応する局所領域については前記アライメント可能パターンを用いてアライメントを行い、前記アライメント可能パターンが存在しない分割データに対応する局所領域については該局所領域の近傍に存在する別の局所領域内のアライメント可能パターンを用いてアライメントを行い、前記アライメント可能パターンを用いてアライメントを行う前に、前記検査対象の外に設けられたアライメントマークを用いて、前記検査対象のアライメントを行う。

本発明によれば、アライメントエラーによる検査エラーを引き起こすことなく欠陥検査を行うことができる欠陥検査方法及びパターン抽出方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係るダイトゥデータベース（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ）欠陥検査装置の構成を示す図である。図１において、制御計算機１には、ステージ制御部２、比較論理回路３、アライメントポイント発生回路４、及びデータベース７が接続されている。データベース７には設計データが記憶されている。比較論理回路３には、パターン発生回路５と画像センサ６が接続されている。アライメントポイント発生回路４とパターン発生回路５には、データベース７が接続されている。また、光源８の光軸上には、レンズ９、フォトマスクＭを載置するＸ−Ｙステージ１０、対物レンズ１１、及び画像センサ６が配置されている。

図１において、予めデータベース７内の所望の検査マスクデータに対して、アライメントポイント発生回路４で、所望のアルゴリズムを用いて検査においてアライメントすべきエリアを発生させる。次に、アライメントポイント発生回路４から、アライメント座標情報を制御計算機１に転送する。

続いて、データベース７内の所望の検査マスクデータに対して、パターン発生回路５で、所望の検査マスクからの検査イメージを想定し、発生させる。次に、所望のタイミングで、比較論理回路３で比較すべき検査エリアを検査するために、制御計算機１からステージ制御部２に情報を伝達し、制御計算機１に転送されたアライメント座標情報をステージ制御部２に伝達する。

続いて、所望のタイミングで、ステージ制御部２でアライメント座標情報に基づきアライメントを行う。さらに所望の検査エリアにおいて、比較論理回路３で、データベース７からのパターン発生回路５において発生された参照データと、検査イメージから取得された検査データとを比較し、制御計算機１で、所望のしきい値を設定し、異なる箇所がある場合に欠陥と判断し、欠陥座標情報として出力する。

図２〜図７は、本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ比較検査（データベースパターン比較検査）方法を説明するための図である。

まず図２に示すように、パターニングがされた検査対象の半導体ウエハ（Ｓｉウエハ基板）３０を準備する。次に、制御計算機１は、データベース７に記憶されている検査エリア３１と同一領域の設計パターンデータを、アライメント（局所的なエリアのアライメント）を行うための特徴が有るパターン５０と特徴が無いパターン５１とに分離する。ここでの検査エリアの分割領域の大きさは、１０×１０μｍ^２である。

なお、アライメントを行うための特徴が有るパターンとは、アライメントを行うことが可能な形状を有するパターンであり、設計パターンデータから、パターンエッジに対して平行にパターンエッジ情報もしくは座標を探索し、この探索情報を用いて抽出される。

次に図３に示すように、制御計算機１は、検査エリア３１内の設計パターンデータを分割し、各分割データ５５に対して検査順番を決め、設計パターンデータ全体の中のアドレスを付加する。この場合、矢印５６で示すように、検査エリア３１の左上から右へ、各分割データ５５に対して１，２，３，…，とアドレスを付加し、右上（２５）に到達したら、下へ進み左へ、各分割データに対して２６，２７，…，と検査順番を考慮してアドレスを付加していく。

次に図４に示すように、制御計算機１は、各分割データ５５にアライメント（局所的なエリアのアライメント）ができる特徴的なパターンが存在するか否かを判断し、特徴的なパターンの有無を区別する情報（０：無し、１：有り）を各分割データ５５のアドレスに付加する。

次に図５に示すように、制御計算機１は、アライメントができる特徴的なパターン（アライメントパターン）が存在する分割データ５５のアドレスに対して、さらに特徴的なパターンの座標（アライメント座標）及びそのパターンデータを付加する。

次に、ウエハ基板３０を検査装置内に搬送し、従来と同様にアライメントマークを用いて検査領域全体のアライメントを行う。具体的には、図６に示すように、半導体ウエハ３０の横方向の領域３３，３４上の各アライメントマーク３２を用いてＸ方向に対するアライメントを行い、次に縦方向の領域３３〜３５上の各アライメントマーク３２を用いてＹ方向に対するアライメントを行うことで、検査領域全体のアライメントを行う。続いて制御計算機１は、Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ比較検査工程を開始する。

本実施の形態では、図７に示すような順番で分割データ５５を参照して検査を行う。図７では、検査エリア３１内の分割データａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを拡大して示しており、…→ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→…の順番で欠陥検査を行う。

検査時にアライメントができる特徴的なパターンが存在しない分割データ５５（例えばｂ）に達した場合に、その分割データ５５（ｂ）のアドレスの近傍にあるアライメントができる特徴的なパターンが存在する分割データ５５（ｃ）のアドレスを求める。そして、そのアドレスを基に、アライメントができる特徴的なパターンが存在する最近傍の分割データ５５（ｃ）を得る。続いて、その分割データ５５（ｃ）を参照し、その分割データ５５（ｃ）に含まれるアライメントができるパターンに光源８の光軸が合うように、ステージ制御部２によりステージ１０を移動させることにより、アライメント（局所的なエリアのアライメント）を行う。その後、制御計算機１は、検査中の分割データ５５（ｂ）のアドレスに戻り、Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ比較検査を続行していく。

すなわち、図７での検査工程は、…→ａ検査→ｃアライメント→ｂ検査→ｃアライメント→ｃ検査→ｄ検査→ｆアライメント→ｅ検査→ｆアライメント→ｆ検査→…となる。

本実施の形態は、設計データ内の検査エリアのパターンデータから、局所的なエリアのアライメントを行うことが可能なアライメントパターンを抽出し、抽出されたアライメントパターンを用いて、局所的なエリアのアライメントを行っている。しかし、検査エリア以外のパターンデータも含む全設計データから、局所的なエリアのアライメントを行うことが可能なアライメントパターンを抽出し、該アライメントパターンを用いてアライメントを行うことも可能である。また、検査時にアライメントを行うタイミングを時間で定義することもできる。

また本実施の形態は、半導体ウエハの欠陥検査に限定されるものではなく、フォトマスクの欠陥検査などパターンデータを用いる全てのパターン検査に適用可能である。

なお、本実施の形態は、局所的なエリアのアライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、該パターンを含む分割データを抽出し、抽出された分割データに対してアライメント座標を抽出し定義しているが、アライメントパターンの定義方法は、他の如何なる方法を用いてもよい。

また、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、パターンエッジ情報のエッジ長により定義し、抽出することもできる。

また、光学式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、設計パターンデータから、検査時の光学的な像のコントラストが大きくなるパターンと定義し、抽出することもできる。

また、電子ビーム式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、設計パターンデータから、検査時の像ドリフトを引き起こさないようなパターンと定義し、抽出することもできる。

また、光学式欠陥検査もしくは電子ビーム式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、設計パターンデータから、コーナー部を多く含むパターンと定義し、抽出することもできる。

図８は、本実施の形態に係るダイトゥダイ（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ）欠陥検査装置の構成を示す図である。図８において、制御計算機１には、ステージ制御部２、比較論理回路３、及びアライメントポイント発生回路４が接続されている。比較論理回路３には画像センサ６１，６２が接続されている。また、光源８の光軸上にはミラー１２１,１２２が配置されており、ミラー１２１,１２２の各反射光軸上には、それぞれレンズ９１，９２、フォトマスクＭを載置するＸ−Ｙステージ１０、対物レンズ１１１，１１２、及び画像センサ６１，６２が配置されている。

図８において、所望の検査エリアにおいて、２箇所の同一パターンの検査イメージを取得し、比較論理回路３で、この２箇所の検査イメージの比較を行い、制御計算機１で、所望のしきい値を設定し、異なる箇所がある場合に欠陥と判断し、欠陥座標情報として出力する。

さらに、上記の検査イメージの比較と同時に、アライメントポイント発生回路４で、検査イメージからアライメントを行うことが可能な特徴的なパターン及びパターン情報を発生し、アライメントポイントとして記録する。検査時にアライメントを行う必要のあるエリアに達し、そのエリアでアライメントが困難である場合、制御計算機１は、記録されたアライメントポイントの特徴的な最近傍のパターン及びそのパターンの座標を認識し、この座標のパターンを用いてアライメントを行い、欠陥検査を継続する。

本実施の形態は、Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ比較検査に限定されるものではなく、図８に示す装置を用いたＤｉｅ−ｔｏ−ＤｉｅまたはＣｅｌｌ−ｔｏ−Ｃｅｌｌ比較検査（パターン比較検査）にも適用できる。この場合、検査工程中に、制御計算機１は撮像したフォトマスクＭの画像からアライメントを行うことが可能な特徴的なパターン及びそのパターンの座標を取得し、記録する。そして、検査時にアライメントを行う必要のあるエリアに達し、そのエリアでアライメントが困難な場合に、アライメントを行うことが可能な特徴的な最近傍のパターン及びそのパターンの座標を認識し、該座標のパターンを用いてアライメントを行い、欠陥検査を継続する。

また、光学式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、検査時に取得した光学的な像から像のコントラストが大きくなるパターンと定義し、抽出することもできる。

また、電子ビーム式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、検査時に取得した電子ビーム像から像ドリフトを引き起こさないようなパターンと定義し、抽出することもできる。

また、電子ビーム式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行うことが可能なアライメントパターンを、検査時に取得した電子ビーム像から像のコントラストが大きくなるパターンと定義し、抽出することもできる。

また、光学式欠陥検査もしくは電子ビーム式欠陥検査を行う場合に、アライメントを行なうことが可能なアライメントパターンを、検査時に取得した像から、コーナー部を多く含むパターンと定義し、抽出することもできる。

以上のように本実施の形態によれば、局所的なエリアのアライメントを行うことが可能なアライメントパターンを抽出し、抽出されたアライメントパターンを用いて、局所的なエリアのアライメントを行った後に検査を行うので、アライメントエラーに起因する検査エラーを引き起こすことなく欠陥検査を行うことができる
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。

本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ欠陥検査装置の構成を示す図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図であり、検査エリア内の任意の箇所を示す。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図であり、分割データのアドレスと特徴パターンの有無の記号化を示す図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図であり、特徴パターンの記号化を示す図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図であり、検査領域全体のアライメントを示す図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ検査方法を説明するための図であり、局所的なエリアのアライメントと検査の順番を示す図。 本実施の形態に係るＤｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ欠陥検査装置の構成を示す図。

符号の説明

１…制御計算機 ２…ステージ制御部 ３…比較論理回路 ４…アライメントポイント発生回路 ５…パターン発生回路 ６，６１，６２…画像センサ ７…データベース ８…光源 ９，９１，９２…レンズ １０…Ｘ−Ｙステージ １１，１１１，１１２…対物レンズ

Claims (4)

1. パターニングがされた検査対象の欠陥検査を行う欠陥検査方法であり、
   前記検査対象のパターンデータを分割して複数の分割データを生成し、
   前記複数の分割データのそれぞれについて、前記分割データまたはそれに対応する画像からアライメントを行うことが可能な形状を有するパターン（以下、アライメント可能パターンという）が存在するか否かを判断し、アライメント可能パターンが存在する判断された分割データについては該分割データまたはそれに対応する画像から前記アライメント可能パターンを抽出し、
   前記複数の分割データに対応する前記検査対象の複数の局所領域のアライメントを行う際に、前記アライメント可能パターンが存在する分割データに対応する局所領域については前記アライメント可能パターンを用いてアライメントを行い、前記アライメント可能パターンが存在しない分割データに対応する局所領域については該局所領域の近傍に存在する別の局所領域内のアライメント可能パターンを用いてアライメントを行い、
   前記アライメント可能パターンを用いてアライメントを行う前に、前記検査対象の外に設けられたアライメントマークを用いて、前記検査対象のアライメントを行うことを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記アライメント可能パターンを用いたアライメントの後、データベースパターン比較検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
3. 前記アライメント可能パターンを用いたアライメントの後、パターン比較検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査方法における前記アライメント可能パターンは、パターンエッジに対して平行にパターンエッジ情報もしくは座標を探索し、該探索情報を用いて抽出することを特徴とするパターン抽出方法。

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