JP5357725B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は，半導体ウェハ等の製造工程において発生する各種の欠陥を検査するための欠陥検査方法及び検査装置に関するものである。

半導体ウェハの製造では、その製造プロセスを迅速に立ち上げ、高歩留りの量産体制に早期に移行させることが、収益確保のため重要である。

この目的のため、製造ラインには、各種の検査・計測装置が導入されている。プロセス立ち上げ段階では、所望の回路パターンが形成することができるプロセス条件を早期に決定することを目的に、例えば、プロセス条件を意図的に変更させて複数のウェハ或いはチップを作成し、それに対して検査を行い、そして、その検査結果に基づいてプロセス条件を決定する、といったことが行われる。一方、量産段階のウェハ検査は、プロセスモニタリングの目的で行われる。即ち、ウェハ製造の途中段階において、ウェハを抜き取り検査し、ウェハ表面に欠陥が発生していないか、或いは、ウェハ表面に形成された回路パターンに異常が無いか等を調べる。検査の結果、欠陥や回路パターンの異常が検出された場合には、その原因が調査され、必要な対策が行われる。

このような、プロセス立ち上げあるいは量産段階にて用いられる代表的な検査装置としては、光学式のウェハ検査装置がある。例えば、特許文献１（特開２０００−９７８６９号公報）には、明視野照明により、ウェハ表面の光学画像を撮像し、良品部位の画像〔例えば隣接チップの画像〕との比較により欠陥を検査する技術が開示されている。ただし、このような光学検査装置は、その照明波長の影響を受け、取得画像の分解能限界は数百ナノメートル程度となる。よって、ウェハ上における数十ナノメートルオーダの欠陥に関しては、その有無は検出できるのみであり、詳細な欠陥解析を行う場合は、別途、より撮像分解能の高い、欠陥観察装置などが必要になる。

光学式以外のウェハ検査装置として、SEM(SEM: Scanning Electron Microscope：走査電子顕微鏡)式の検査装置も知られている。この装置は、電子ビームをウェハ上の検査部位に照射し、そこから発生する2次電子等を検出して得られた画像を、良品部位の画像と比較することによって検査を行う。SEM式検査装置は、光学式検査装置と異なり、画像分解能をナノメートルオーダまで高めることが可能であり、また、ウェハ表面の電位として顕在化されるコンタクトホールの導通不良等のような、光学像では顕在化できない欠陥モードの検査を行うことも可能である。特許文献２（特開２００３−１０６８２９号公報）には、このようなSEM式ウェハ検査装置によるウェハ検査方法について述べられている。

上述した2例は、ウェハ表面の光学像或いはSEM像を取得し、これを良品部位と比較することで検査を行う装置であるが、この他に、パターン計測装置も、ウェハ検査に用いられている。この例として、SEM式のパターン計測装置であるCDSEMが知られている。CDSEMは、特に半導体の露光プロセスの管理に用いられる装置であり、ウェハ上の回路パターンの線幅をサブナノメートルの測定精度で計測可能である。予め、レシピという条件設定ファイルに、測定すべき場所と測定すべき回路パターンのテンプレート形状（ラインパターン、穴パターン等）と計測項目（線幅、配線ピッチ、穴パターンの直径等）等を登録しておく。測定時には、各測定箇所に対し電子ビームを照射し、そこから発生する2次電子等を検出して測定対象の回路パターンの画像を取得する。そして、このパターン画像に対し、測定すべきパターンをパターンマッチングで探索し、探索されたパターンに対し、設定された計測項目を算出するための処理アルゴリズムを適用することで、パターン計測を行う。特許文献３（特開２００３−５９４４１号公報）には、このCDSEMにおけるパターン計測方法について述べられている。

特開２０００−９７８６９号公報 特開２００３−１０６８２９号公報 特開２００３−５９４４１号公報

半導体プロセスの微細化に対する取組みは継続的に進められており、その結果として、プロセスの複雑化や材料の多様化が進んでいる。また、微細化に付随して、ウェハ表面の付着異物や表面研磨時のスクラッチなどのようなランダム欠陥ではなく、設計時の回路パターンの形状・配列状態などに起因して発生するシステマティック欠陥も増加しており、結果として、デバイス製造における検査項目が多様化している。検査項目とは、例えば、パターン形状不良、材料成長不良、パターン寸法不良、電気的導通不良、異物やスクラッチなどのランダム欠陥、パターンずれといった各種の不良・欠陥の検出や定量化である。

図3、4、5はウェハ表面に発生する欠陥種及び検査項目の例を模式的に示したものである。図3(a)は、ライン状の回路パターン３０１（良品状態）を模式的に示している。図3(b)は、パターン３０2,３０３上において材料不良により生じた黒いしみ状の欠陥３１１の例であり、図3(c)は、隣接パターン同志３０４と３０５とが欠陥３１２で連結された形状不良の例である。一方、図3(d)は、パターン３０６形状は正常であるが、そのパターン３０６の明るさが異常となっている例である。画像がSEMによって撮像される場合では、電気的な導通不良は、このような画像上の明度の違いとして顕在化される。これらは電位コントラスト欠陥とも呼ばれる。図3(e)は、パターン３０７が細った例である。これらの欠陥に対する検査項目としては、欠陥判定（欠陥有無の判定）や、各欠陥の程度（例えば、(b)欠陥の数、(d)電位コントラスト欠陥の画像明度、(e)パターン幅Wなど）の定量化などである。

また、図4は、穴パターンの例である。図4(a)が良品パターン４０１であるが、図4(b)は、穴内部に材料成長不良による黒点欠陥４１１が生じている例、図4(c)は、穴部の導通不良４１２のために穴部の明度が電位コントラストとして顕在化されている例、図4(d)は、穴の形成におけるプロセス異常により、穴が形成されていない４１３或いは所定の形状より小さい穴４１４が形成されている例である。図4(e)は、穴の寸法（ここでは縦方向の穴径：W）の寸法が良品と比べて変化する形状不良４１５を示している。

また、図5は、図3，図4と異なり、複数のレイヤが観察される工程における、欠陥の例である。図5(a)の良品パターンでは、下層パターン５０１の上に上層パターン５０２が２つ形成されている例であるが、図5(b)は、上層パターン５０３上の材料成長不良による黒欠陥５１１、図5(c)は、下層パターン５０４形成時のパターン形成不良５１２、図5(d)は、上層パターン(右側)５１３の形状異常５１３、図5(e)は、上層パターン５０６と下層パターン５０７と間のずれ（Wと表記））の例である。これら図4、図5に示した欠陥についても、欠陥判定や定量化が検査項目となる。ここで説明した事例は一例であり、実際の製造プロセスでは、様々な欠陥が発生する。また、今後、例えばＦｉｎＦＥＴと呼ばれるような3次元デバイスの開発も本格化することが予想され、従来では存在しない新たな欠陥の発生や、それに伴う検査項目の追加がされている可能性もある。

このような状況では、特に、製造プロセスの立ち上げ時期における検査業務の負荷が大きくなる。プロセス立ち上げ時期では、どのような欠陥が発生するか予想がつかない場合が多い。よって、プロセス条件を変更したウェハ作成と、検査及び対策を繰り返すことが必要になり、着目欠陥つまり検査項目が、プロセス開発が進むにつれ、時間と共に頻繁に変化することも起こりうる。さらに、多くの製造工程（素子分離工程・ゲート形成工程・銅配線工程等）から構成される半導体ウェハの製造では、検査項目が製造工程で異なるのが普通である。よって、プロセス立ち上げ段階においては、どのような欠陥が発生しているか不明な状態でも効率よく検査解析を行う技術が必要な上、さらに検査項目の変更・変化・追加に対し、容易に対応できる技術が益々重要となる。

パターン微細化により、デバイスに致命となる欠陥サイズが数十ナノメートル以下になることを合わせて考えると、今後は、今まで以上にSEM式の検査装置・技術に対する期待が高まることが予想される。しかし、現在のSEM式ウェハ検査装置やCDSEMは、それぞれ欠陥検査及びパターン計測を行う機能しか有しておらず、しかもその手段としては、欠陥検査には、検査画像と良品画像との比較検査、パターン計測としては、予め登録しておいた回路パターン（ラインパターンや穴パターン）と同一形状のパターンに対する計測機能のみが提供されている。さらに、これらの従来装置では、取得した画像に対し、欠陥検査あるいはパターンの寸法計測といった１つの検査項目を実行することを想定しており、１画像に対し例えば、欠陥検査とパターンずれ計測を同時に実行するといったことは実現できない。このように、従来の検査技術では、どのような欠陥が発生しているか不明な状態での効率的な欠陥解析や、検査項目の変更・変化・追加などへの容易な対応ができなかった。

上記した課題を解決するため，本発明では、被検査対象である半導体ウェハ上の検査箇所のSEM画像を取得し、この画像に対して処理を行うことで被検査対象の検査を行う方法において、被検査対象を撮像して検査画像を収集し、収集された画像からテンプレートを作成し、このテンプレートに対して複数個の部分領域を設定し、この複数個の部分領域毎に検査手法及び出力指標値を関連付けて記憶し、被検査対象上の検査箇所を撮像した検査画像を取得し、取得した検査画像におけるテンプレート上に設定された部分領域の位置を検出し、検出された各部分領域においてその部分領域に関連付けて記憶された検査手法を実行して出力指標を算出するようにした。

また、上で述べた課題を解決するため，本発明では、被検査対象である半導体ウェハ上の検査箇所のSEM画像を取得し、この画像に対して処理を行うことで被検査対象の検査を行う方法において、検査箇所と対応付けられたテンプレートに対して複数個の部分領域を設定し、設定した複数個の部分領域毎に検査手法及び出力指標値を関連付けて記憶し、被検査対象上の検査箇所を撮像した検査画像を取得し、取得した検査画像におけるテンプレート上に設定された部分領域の位置を検出し、検出された各部分領域においてその部分領域に関連付けて記憶された比較検査法、パターンマッチング法、セグメンテーション法の何れかの検査手法を実行して出力指標を算出するようにした。

また、上で述べた課題を解決するため、本発明では、半導体ウェハ上の検査箇所SEMで撮像して得た画像を用いて検査する欠陥検査装置を、被検査対象の検査個所のSEM画像を取得する画像取得手段と、検査箇所に対応付けられたテンプレートをそのテンプレート上に定義された複数個の部分領域の位置情報と各部分領域に設定された検査手法及び出力指標値の情報と関連付けて記憶する記憶手段と、被検査対象の検査画像においてテンプレート上の複数部分領域の位置を検出する手段と、検出された部分領域毎にその部分領域と対応付けられて記憶されている検査手法を実行して出力指標を算出する検査処理手段と、検査処理手段における処理結果を表示する表示手段を設けて構成した。

本発明によれば，検査項目や発生している欠陥種が不明の場合や、またその検査項目が時間と共に頻繁に変化する場合でも適用可能なウェハ検査技術を提供することが可能となる。

第一の実施例に係る欠陥検査処理の流れを示すフロー図である。 第一の実施例にかかる欠陥検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 欠陥の例を示すラインパターンの平面図である。 欠陥の例を示す穴パターンの平面図である。 欠陥の例を示す多層パターンの平面図である。 ラインパターンの画像から欠陥を抽出する処理の流れを示す説明図である。 穴パターンの検査画像からパターン形状特徴量を抽出するための処理の流れを説明する図である。 多層パターンのテンプレート画像と基準パターンの拡大図である。 多層パターンの検査画像からエッジ位置を抽出する処理の流れを示す図である。 検査画像の中の基準パターン信号波形とエッジ位置との関係を説明する図である。 セグメンテーション法により多層パターンの画像から上層レイヤのパターン幅Ｗを求める手順を説明する図である。 パターンマッチング法により多層パターンの画像から上層レイヤのパターン幅Ｗを求める手順を説明する図である。 画像比較法により穴パターンの画像から形状不良を抽出する手順を説明する図である。 パターンマッチング法によりパターン形状解析を行う手順を説明する図である。 テンプレート画像に対して検査領域を設定するための表示画面の正面図である。 画像比較手法における検査条件設定のための表示画面の正面図である。 セグメンテーション手法における検査条件設定のための表示画面の正面図である。 パターンマッチング手法における検査条件設定のための表示画面の正面図である。 検査手法ごとの検査条件データを表形式に表した図である。 （ａ）実施例1におけるテンプレート画像，（ｂ）実施例1にいて下層パターン上に検査領域を設定した状態を示すテンプレート画像の図，（ｃ）実施例1において上層パターンが下層パターンと重なる領域に検査領域を設定した状態を示すテンプレート画像の図，（ｄ）実施例1において上層パターンの下端部とその周辺の下層パターンを含む領域に検査領域を設定した状態を示すテンプレート画像の図である。 （ａ）実施例1における検査画像，（ｂ）実施例1にいて下層パターン上に検査領域を設定した状態を示す検査画像の図，（ｃ）実施例1において上層パターンが下層パターンと重なる領域に検査領域を設定した状態を示す検査画像の図，（ｄ）実施例1において上層パターンの下端部とその周辺の下層パターンを含む領域に検査領域を設定した状態を示す検査画像の図である。 実施例1にかかる検査結果を表示した画面の正面図である。 実施例1にかかる検査結果をウェハマップ形式で表示した画面の正面図である。 実施例2に係る欠陥検査におけるテンプレート画像作成の処理の流れを示すフロー図である。 実施例2に係る欠陥検査における検査処理の流れを示すフロー図である。 実施例3に係るテンプレート画像である。 （ａ）実施例3に係る検査画像におけるアライメント用パターンとその周辺の画像，（ｂ）実施例3に係る検査画像における検査領域（１）の画像，（ｃ）実施例3に係る検査画像における検査領域（２）の画像である。 光学式ウェハ検査装置の検査結果を利用して欠陥が発生している部位あるいは欠陥が発生しやすい部位を推定する処理の流れを示すフロー図である。

本発明では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像して得た資料のＳＥＭ画像を用いて試料上の欠陥を検査・計測又は観察する方法及びその装置において、試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像し、取得した試料のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶されているテンプレート画像と位置を合わせ、テンプレート画像に関連付けて記憶されている検査領域情報を用いて位置を合わせたＳＥＭ画像上に検査領域を設定し、複数の検査手法の中からテンプレート画像の検査領域情報に対応付けて選択された検査手法と検査領域情報に対応付けて設定された検査項目に基づいてＳＥＭ画像を処理して設定した検査領域を検査・計測又は観察するようにしたものである。
以下に、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。

以下，本発明にかかる欠陥検査方法及び欠陥検査装置の具体的な実現形態について説明をする。図２は、本発明にかかる欠陥検査装置の構成図を示している。装置は、SEM 201、検査ユニット214が、通信手段2１3を介して接続される構成となっている。

SEM201は、電子光学系カラム202、記憶部203、SEM制御部204、入出力I/F 205、入出力端末206から構成される。更に電子光学系カラム202は、試料ウェハ209を搭載する可動ステージ210、電子を発生させる電子源207、電子源207で発生させた電子をビーム状に収束させて試料ウェハ209の所望の領域に照射して走査させる電子光学系2071、試料ウェハから発生した2次電子などを検出する検出器208の他、電子ビームを試料ウェハ上で走査するための偏向器（図示せず）や、検出電子の強度をデジタル変換してデジタル画像を生成する画像生成部（図示せず）等から構成される。

記憶部203は、SEM撮像条件である、加速電圧やプローブ電流、撮像視野サイズなどを記憶するレシピ211と取得された画像データを保存する画像メモリ212からなる。

SEM制御部204は、SEM201における画像取得などの処理を制御する部位である。SEM制御部204からの指示により、試料ウェハ209上の所定の検査部位を撮像視野に入れるための可動ステージ210の移動、試料ウェハ209への電子ビームの照射と検出器208での発生電子の検出、検出データの画像化及び画像メモリ212への保存、等が行われる。操作者からの各種の指示や撮像条件の指定などは、キーボード、マウスやディスプレなどから構成される入出力端末206を通して行われる。

一方、検査ユニット214は、SEM画像に対して検査処理を行う部位である。検査ユニット214全体を制御する、ユニット制御部220、画像に対し各種の画像処理を行う演算処理部219、検査処理に必要な様々な種情報を記憶する検査情報記憶部215、SEM本体側とのデータ授受のインターフェース機能を持つ入出力I/F 221、検査ユニット214で行われる各種処理の条件入力や検査結果などの表示などを行うための入出力端末222から構成される。検査情報記憶部２１５には、さらに、検査処理において必要となるテンプレート画像とそれに対応付けられた検査領域や検査手法の情報を記憶する検査条件記憶部216と、検査画像を記憶する検査画像記憶部217、検査結果を記憶する部位218を備えて構成される。次に、この図2に示す欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法について次に説明する。

図１は、本発明にかかる欠陥検査方法の処理フローを示している。処理の流れは、先ず、検査対象となるウェハにおける検査対象チップ及びチップ内の検査部位を指定し(S101）、当該検査チップの検査部位の画像を取得し（Ｓ102）、取得した画像からテンプレートを作成する(S103)。次に、テンプレートに対する検査領域を設定し(S104）、各検査領域に対する検査手法の設定を行う(S105)。次に、全ての取得画像の中から検査画像を1つ選択し（S106）、選択した検査画像に対応するテンプレート情報一式を取得する(S107)。
次に、検査画像とテンプレート画像との位置合わせを行い、検査画像における検査領域を特定し(S108)、特定された検査領域において、テンプレートの登録された検査手法を実行する(S109)。そしてS106からS109までを検査が終了するまで繰り返し、検査が終了したときには検査結果を記憶して（S111）処理を終了する。
次に、各ステップの詳細について説明する。
半導体パターンは、チップと呼ばれる単位で回路設計がされ、ウェハ上にはこのチップが多数整列されて形成される。このステップS101の第一の目的は、ウェハ上の多数のチップの中から検査すべきチップを選択することである。例えば、欠陥発生状況のウェハ面内傾向を把握することが目的ならば、ウェハ内から一定間隔で検査チップ選択すればよいし、また、ＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェハなどのように、チップ毎にプロセス条件を変化させたウェハであれば、検査の目的に応じて任意に検査用チップを選択し指定する。さらに、ステップS101の第二の目的は検査部位の指定である。この検査部位とは、チップレイアウト内において検査を行う箇所（即ちチップ内の位置情報）を意味する。

通常の場合、一つのチップ内には、形状・パターン幅、パターン密度などが異なる複数のパターンレイアウトが含まれる。各パターンレイアウトによって、欠陥の発生しやすさは異なる（例：パターン幅の狭い部分がより、形状不良を起こしやすい等）ため、欠陥が発生しやすい部位がわかれば、その部位を検査部位として指定することで、より効率的に検査が行えることになる。

欠陥が発生しやすい箇所を予測する方法としては、例えば、製造プロセスを模擬するプロセスシミュレータを活用する方法がある。プロセスシミュレータにより、設計データからウェハ上に形成されるパターンの形状を予測し、その予測結果から検査部位を指定する。

また、その他の方法として、光学式ウェハ検査装置の検査結果を利用することも可能である（図２６）。光学式のウェハ検査装置は、照明波長が数百ナノメートルのオーダであり、数十ナノメールの欠陥を検査するために検査感度を高めた条件にて検査すると、パターンの製造交差などの擬似欠陥が、真の欠陥と混在して検出される。

そこで、図２６のフローチャートに示すように、この検査結果から欠陥が発生している部位あるいは欠陥が発生しやすい部位を推定する。具体的には、複数個のチップを光学式ウェハ検査装置で検査を行い(Ｓ２６０１)、得られた検査結果から重ね合わせ欠陥マップを作成する(Ｓ２６０２)。欠陥マップとは、１つのチップについての検査結果をチップ内の位置にマッピングしたものであり、重ねあわせ欠陥マップとは、複数の検査の各検査結果の欠陥マップを、１つのマップとして重ね合わせたものである。

チップ内で欠陥が発生しやすい場所では、複数の検査結果において多く欠陥が発生することが予想されるため、そのような部位は、この重ね合わせ欠陥マップ上で、欠陥が密集することになる。一方、擬似欠陥は、検査結果毎に、検出/未検出が変化する可能性が高く、重ね合わせマップ上において欠陥が密集しないことが期待される。そこで、この欠陥が密集している部位を、検査部位として指定する(Ｓ２６０３)。

また、回路パターンの設計データが活用できる場合においては、さらにこのようにして指定された欠陥部位と設計上の回路パターンの形状が類似する部位を、設計データを解析することで探索し(Ｓ２６０４)、その部位を新たな検査部位として指定して登録する（Ｓ２６０５）。この際、設計データの解析において、検査対象レイヤのデータのみならず、その下層の複数レイヤの設計データを用いることとすれば、この類似部位の検索精度をより高めることが期待される。

また検査部位の指定方法としては、上述した方法の他にも、例えば、予めウェハ上に検査用のテストパターン領域を作りこんでおき、その部位を検査部位として指定することも考えられる。

これら、検査チップや検査部位の指定は、入出力端末222を経由して入力され、その情報がＳＥＭ201側に伝達され、レシピ211内に格納される。なお、以下の実施例では、この検査部位として、チップ内から1箇所のみ指定された場合を説明するが、パターレイアウトの異なる複数箇所を選択することも勿論可能である。

次に、対象となるウェハをSEM201の可動ステージ210に搭載し、検査部位と検査チップを指定し（S101）、指定された検査チップにおける検査部位の画像を取得する（S102）。検査部位は、チップ内座標として指定されるため、このステップS102により、検査対象チップ毎に、同一のチップ内座標位置におけるSEM像が取得されることになる。ＳＥＭ制御部204は、この画像取得のための一連の処理、例えば、撮像位置や画像撮像時の条件（例えば加速電圧、プローブ電流、視野サイズ等）などの情報のレシピ211からの読み出し、ステージ210の移動,電子ビームの照射・走査及び像取得等を行い、画像を取得する。ウェハステージ移動及び撮像を繰り返すことで、ウェハ上に指定された全検査画像が収集され、取得された画像は、一旦画像メモリ212に記憶され、通信手段213を介して、検査画像記憶部2１７に記憶される。

次に、取得画像からテンプレートを作成する（S103）。テンプレートとは、検査部位の代表画像（例：良品画像）である。即ち、テンプレートは、画像視野内の、どこにどのようなパターンが形成されてしかるべきであるかを示す画像を意味する。このテンプレートは、取得された画像群の中からユーザが指定した１画像を登録することで形成する。収集した画像群には、設計上は同一箇所ではありながら、プロセス条件の違いなどの影響を受け、含まれる欠陥の数や程度が異なるものが混在するため、それらの画像を目視し、最も良品に近い画像をテンプレートとして登録することが可能である。なお、この他のテンプレート作成方法としては、ユーザが複数の画像を指定し、それらの画像の平均画像を形成する方法などが考えられる。図18(a)は多層パターン工程におけるテンプレートの例である。このテンプレートは、水平方向の横配線の下層パターン1802とその上に形成された上層パターン1801とから構成されている場合を模式的に示したものである。

次に、テンプレートに対して、検査領域を指定し（S104）さらに各領域に対して、検査手法を設定する（S105）。具体的には、図18(a)のテンプレートに対して、複数の検査領域を設定し、さらに各検査領域において３つの検査手法のいずれかを設定する。

図18(b)(c)(d)は、図18(a)に示した、テンプレートに対し、複数の検査領域を設定した例である。説明上、設定された領域を、図18(b)(c)(d)の3つに分離表示している。この３図の分離基準は、それぞれの検査目的（検査項目）の違いであり、以下の通りである。図18(ｂ)における検査領域は、下層4パターンのそれぞれについて設定された４つの矩形領域1811〜1814(点線矩形として表示)である。以後の説明では、この検査領域における検査項目を、そのパターン幅（Ｗx）の計測であるとする。図18(ｃ)における検査領域は、下層4パターンの上に定義された４つの矩形領域1821〜1824 (点線矩形で表示)とする。この領域における検査項目は、下層パターン上の欠陥判定であるとする。図18(ｄ)における検査領域は、上層パターンの下端部とそこに重なる下層パターンを囲む７つの矩形領域1831〜1837（点線矩形領域として表示）である。この検査領域での検査項目は、上層パターンと下層パターンとのパターンずれ量（Sx）の計測であるとする。

次に、設定された各検査領域について、検査手法を設定する（S105）。本実施例では、検査手法として、欠陥画像と参照画像との比較（以下画像比較）、回路パターンのセグメンテーション処理（以下、セグメンテーション）、基準パターン探索方式（以下、パターンマッチング）3つのいずれかを用いるものとする。これらの処理アルゴリズムはモジュール化されて検査ユニット214の演算処理部219に搭載される構成とするため、演算処理部219の内容を変更することで、この３つに限られない処理が実現できる。

以下、上記3つの検査手法について説明を行う。
図6は、画像比較手法の内容を示している。本手法は、検査画像と参照画像（良品画像）との間で差計算を行い、その結果から欠陥情報を取得する検査手法である。図6では、検査画像602と参照画像（良品画像）601との差画像演算に対し所定のしきい値で2値化603を行い、欠陥画像と良品画像との間で階調値差が大きい部分を白色・そうでない部分を黒色として表現した結果画像604を示している。この結果画像上では、回路パターン上にある黒欠陥が、結果画像上で3つの白部として検出されている。この画像から、例えば白部の数やその面積などを計算することで欠陥情報605を得る。

次に図7は、セグメンテーション手法の内容を示している。セグメンテーション処理は、検査対象画像の各画像を、ある基準に従い、幾つかのグループに分類する（セグメント化する）処理である。例えば、検査画像を回路パターン部とそれ以外（例えば下地）に分離する（セグメンテーションする）処理は、入力画像の各画素を、パターンとそれ以外のどちらであるかを判定する処理のことである。図7では、穴パターン701の検査画像702を例として、この画像を下地とパターン部で分離し（セグメンテーション：S703）、穴部を白、それ以外を黒として、結果画像704上に表現してある。そして、結果画像における白部の個数や、各城部の形状特徴、例えば、面積、縦・横寸法、周囲長などを計算することで欠陥情報705を得る。なお、本例では、穴部が下地部より明るい場合を模式的に示しており、このようなセグメンテーションは、画素の明度値を用いて簡単に行える。しかし、パターンの見え方によっては、画像明度の情報のみでのセグメンテーションは困難で、より複雑な処理アルゴリズムを必要とする場合もある。

図8Ａ乃至図8Ｃは、パターンマッチング手法の内容を示している。ここでは、上層パターン801と下層パターン802との２層回路パターンが観察される検査画像800（図中テンプレート）に対して、上層パターン801の配線幅（Ｗ）を計測する旨を定義し、その内容に従って検査を行う例を説明する。図8Aは検査に先立って行う事前設定処理で登録される基準パターンを示している。本例は、テンプレート800上の計測対象領域810内から、上層パターン801の左右の端部を含む2つの矩形領域811と812とを基準パターンとして選択したことを表現している。

図8Ｂは、検査画像に対しパターンマッチング手法により欠陥情報を抽出するまでの処理フローである。先ず、検査画像820と、テンプレート800との位置合わせを行い、検査画像上における計測処理領域810の位置が検出され、その後、検査画像820の計測処理領域825内部にて、登録された基準パターンの検索821が行われる。検索には、例えば、画像マッチング手法として一般的な正規化相互相関法を用いる。図中の探索結果位置826は、探索された２つの基準パターン811と812との位置を示している。そして、探索された領域の画像からエッジ位置検出822を行い、得られた２つのエッジ位置827,828の距離として、Ｗを算出823する。

エッジ位置検出方法は図８Ｃに示すように、例えば、基準パターン830を、そのパターン方向にそって、左：領域[1]831、中：領域[2] 832、右：領域[3] 833と３領域に分割しておく。そして、基準パターン830が探索された領域の画素値を、回路パターン方向834に沿って、加算平均処理した信号波形840を計算し、領域[1][3]それぞれの平均強度841及び842を求める。そしてその平均強度841と842との差に対する比率（例えば５０％）を定義し、領域[2]におけるプロファイルの強度値が、その比率となる位置843をエッジ位置とする。本方式によるエッジ位置検出を２つの基準パターン811及び812の検索位置において実行すれば、パターンの左右のエッジ位置850が特定されるため、その距離を求めることで、目的とする上層パターン幅Ｗが計算できる。

以上、比較検査・セグメンテーション・パターンマッチングの3手法についてその概要を述べた。上記の説明では、3手法（比較検査、セグメンテーション、パターンマッチング）により、それぞれ、3つの検査項目（欠陥判定、パターン形状解析、パターン計測）が実現できる旨、説明したが、手法と検査項目とはそれぞれが１対１に対応するとは限らないことに注意が必要である。

例えば、図9は、検査項目が、上層パターンのパターン計測である場合に、これをパターンマッチングではなく、セグメンテーションを用いて実現する処理のフローを示している。セグメンテーション処理とは、検査画像の各画素を複数に分離する処理である旨述べたが、本例のような多層パターンでは、各画素を、下地、下層パターン、上層パターンの３つに分類することと等価になる。図9には、上層パターン9001と下層パターン9002からなる領域の検査画像900をパターン明度を利用したセグメンテーション処理910により、上層レイヤセグメント像901と下層レイヤセグメント像902をそれぞれ抽出した例を示しており、それぞれのセグメント像において、白部9011,9021及び9022が分離された回路パターンを意味する。この図において上層レイヤセグメント像901に着目し、認識されたセグメント（白部）9011の幅〔平均的な幅〕をＷとして算出920すれば、検査項目であるパターン計測を実現できる。

さらに図10は、同一検査項目（パターン計測）を、画像比較の手法を利用して行う例である。本例の結果画像1003は、検査画像1001と良品画像1002から差画像を計算し、その結果に対し2値化1010を行った結果を示している。この結果画像1003における、白部10031と10032とが両画像の間で差がある部分である。この画像上において、2つの白領域10031と10032との距離（平均的距離）を計算すれば、検査項目である上層レイヤのパターン幅Ｗを算出1020することができる。
別例として、パターン形状解析を、セグメンテーション手法ではなく画像比較の手法を利用して行う例を示したのが図11である。検査画像1101を良品画像1102と比較し、その差画像演算及び2値化処理1110を行うと、検査画像内のパターンにおいて、形状不良が発生している箇所が抽出できる(結果画像1103上の白部11031〜11033)。結果画像1103における、白領域11031〜11033の数や各白部の面積・幅などの形状特徴についての指標値を計算1120することで、パターン形状の解析を行うことができる。

さらに、図12は、パターン形状解析をパターンマッチング法の手法を利用して行う例を示している。事前に、テンプレート1201から切り出した基準パターン1202（ここでは楕円の穴パターン）を登録し、さらに、この画像に対しエッジ抽出処理1210を実行し、その結果画像1203を用いて、穴の高さＨや幅Ｗの指標値を登録しておく。そして、検査画像1204から、パターンマッチングにより基準パターン1202と一致または類似するパターンの探索1220を行い、探索領域12051,12052・・・1205nを設定した検査画像1205上で、設定した各探索領域におけるエッジ抽出結果から登録してあった指標値（Ｈ，Ｗ）を算出1230する。次に、この検査画像における探索結果数や各探索位置での指標値（Ｈ、Ｗ値など）用いて、パターン形状解析1240が行われる。

ここまで示した幾つかの事例より、必要な検査項目に対して、適用しうる検査手法は必ずしも１つとは限らず、幾つかの手法を適用することが可能な場合があることがわかる。
図1の処理フローの説明に戻る。次の処理ステップは、テンプレート上に定義した各領域（図18(b)(c)(d)）について、適用する検査手法を選択する（S105）ことである。各検査領域については、それぞれ検査項目が定められている（本例では図18(b)の領域1811〜1814はパターン計測、(c)の領域1821〜1824は欠陥判定、(d)の領域1831〜1834はパターンずれ計測）が、何れの検査項目に対して何れの検査手法を適用するかについては、実際に撮像されるＳＥＭ像及び処理結果をみて判定する。

ここまでの説明で用いたSEM像の模式図では、回路パターンが一様な階調値を持つものとしているが、実際のSEM像では、回路パターンの材質などに依存して様々な回路パターンの見え方がする。下地・パターンのいずれが明るいかは、その材料に依存して変化しうるものであるし、また、パターンの多くは、そのパターンの境界のみ明るく検出される（いわゆるエッジ効果）だけで、パターン内外で明度が同一となる場合もある。よって、いずれの手法が目的とする検査項目に対して有効となるかについては、幾つかの処理を試行し、その結果を見て判断する。

ここまで述べた、テンプレートに対する検査領域の設定（S104）と検査手法の設定（S105）は、入出力端末222を通じて行われる。その表示画面例と操作手順の例を、図13〜図16を用いて説明する。

図13は、テンプレートに対し検査領域を設定する作業を行う際の表示画面1300の例である。表示画面1300は、検査画像記憶部217から読み出された、収集画像群の一覧が表示される画像一覧表示部1302，テンプレート1305の表示とテンプレート1305上の検査領域設定を行うテンプレート表示部1301、検査手法を選択する検査手法設定部1303、をその主要な構成要素としている。画像一覧表示部1302から、任意の画像をテンプレート1305として選択すると、その画像がテンプレート表示部1301に表示される。このテンプレート1305が表示された画面上で、マウスなどの入力デバイスを用いて、ポインタ1307をテンプレート1305上で、検査領域1306を例えば矩形として描画する。そしてその領域1306に対し、検査手法設定部1303に表示されたメニューから検査手法を選択する。テンプレート表示部1301での検査領域1306の定義と、検査手法設定部1303での検査手法の選択を繰り返すことで、任意の数だけ検査領域を定義できる。検査領域1306とその検査手法1303との設定を終了すると、画面1300上で登録ボタン1308をクリックすることにより設定された情報が検査条件記憶部216に記憶される。

各検査手法に対する処理パラメタや出力特徴量〔定量化指標〕を設定する画面が、図14〜図16である。これらの画面は、図13上の詳細設定ボタン1304をクリックすることで呼び出されるである。

図14は、画像比較手法に関する詳細設定画面1400の例である。詳細設定画面1400は、収集された画像群を一覧表示する画像一覧表示部1401、比較処理の中間結果の表示やパラメタ調整を行う処理結果表示部、1402及び、出力する定量指標値を定義する指標定義部1403を主要な構成要素としている。

画像比較における詳細設定では、図13の画面1300上で登録されたテンプレートの比較対照となる検査画像を、画像一覧表示部1401に表示された画像の中から選択する。そして、処理結果表示部1402にて、テンプレート画像1404と検査画像1405及びこれら２画像の比較処理結果1406を表示する。その際、例えば、差画像に対する２値化しきい値といったパラメタをパラメタ設定部1407で変化させながら試行し、処理に適したパラメタを決定して実行ボタン1408をクリックすることにより設定したパラメタでテンプレート画像1404と検査画像1405とを比較してその差画像を処理結果の画像1406として取得することが可能である。

定量指標定義部1403では、画像比較の結果得られた差領域（結果画像1406に白い楕円の領域14061及び14062として表示されているもの）からどのような定量指標を算出するかを定義する機能を持つ。この指標定義部1403では、事前登録された特徴量14031（差領域の数、差領域の総面積等）が一覧表示され、そこから出力に用いる指標を選択しマークを付与する。その際、各特徴量に対し名称14032を付与でき、この名称14032が処理結果の表示などに用いられる。図14では、特徴量14031の欄の差領域の数という特徴量に対し、名称14032の欄にＣ１という名称を与えた例を示している。

図15、図16は、セグメンテーション手法及びパターンマッチング手法についての同様な詳細設定画面である。図13に示した画面1300上の検査手法領域1303でセグメンテーションを選択して詳細設定ボタン1304をクリックすると、または、図14の詳細設定画面1400上でセグメンテーションのタブをクリックすると図15のセグメンテーション手法に関する詳細設定画面1500が表示される。また、図13に示した画面1300上の検査手法領域1303でパターンマッチングを選択して詳細設定ボタン1304をクリックすると、または、図14の詳細設定画面1400上でパターンマッチングのタブをクリックすると図16のパターンマッチング手法に関する詳細設定画面1500が表示される。
まず、図15を用いて、セグメンテーション手法を選択した場合について説明する。図15のセグメンテーション手法に関する詳細設定画面1500は、収集された画像群を一覧表示する画像一覧表示部1501、比較処理の結果を表示する処理結果表示部1502、及び、定量指標値を定義する指標定義部1503を主要な構成要素としている。画像一覧表示部1501に表示された複数の画像の中から選択された画像について、パラメタを調整しながらセグメンテーション処理を実行し、その結果を処理結果表示部1502に表示して確認することが可能である。処理結果表示部1502には、検査画像15021と、検査画像15021からセグメンテーション処理により抽出した第一レイヤの画像15022及び第二レイヤの画像15023、及びセグメンテーション処理のパラメタ15024が表示される。指標定義部1503には定量化指標として特徴量15031のリストを表示し、その中で選択した特徴量について名称15032を設定することができる。ここでは、図18(c)に対応する特徴量として、上下層のセグメンテーションパターンの下端同士の距離をパターンずれ量として特徴量15031を定義し、Ｓ１という名称を名称欄15032に付与した例を示している。

一方、パターンマッチング手法を選択した場合には、図16のパターンマッチング手法の設定画面1600が表示される。図16のパターンマッチング手法の設定画面1600は、基準パターン登録部1601と基準パターン拡大表示部1602と定量指標値を定義する指標定義部1603を主要な構成要素としている。
パターンマッチング手法の設定画面1600の基準パターン登録部1601には、図13の画面上で設定したテンプレート1305が表示され、テンプレート1305上で部分領域16011を選択して、これを基準パターン16021,16022とし登録する。登録された基準パターン16021,16022は、基準パターン表示部1602にて確認できる。出力される特徴量を、指標定義部1603において設定する。本例では、エッジパターン間距離をＰ１という名称で登録した例を示している。

図13〜図16に例示した画面から、図18(b)(c)(d)に示した各検査領域についての検査手法及び処理パラメタ・出力定量指標などの情報が設定されると、それらの情報（つまり、テンプレート・検査領域・検査手法の情報）は、検査情報記憶部215内の、検査条件記憶部216に記憶される。図18に示した検査項目に関して記憶される検査条件データを表形式に示したのが図17である。図17は、検査手法毎に検査条件を整理した表示1700の例である。画像比較法1710における検査条件を整理した例では、テンプレート画像1711と、検査領域のサイズとテンプレートにおける位置（座標）、出力特徴量（指標）の種類や名称などの付帯情報を示す欄1712を表示する。セグメンテーション法1720における検査条件を整理した例では、テンプレート画像1721、セグメンテーション結果像1722及び1723、及び検査領域のサイズとテンプレートにおける位置（座標）、出力特徴量（指標）の種類や名称などの付帯情報を示す欄1724を表示する。更に、パターンマッチング法1730における検査条件を整理した例では、テンプレート画像1731、基準パターン画像1732,1733、及び検査領域のサイズとテンプレートにおける位置（座標）、出力特徴量（指標）の種類や名称などの付帯情報を示す欄1734を表示する。（図17には示していないが、各処理手法における処理パラメタなど、検査実行に必要となる各種条件データの全てがこの情報に含まれる）。これらの情報は、必要に応じて入出力端末222を通じて、表示・修正などが行える。

ここまで述べた、図１の処理フローにおけるS101からS105までの処理ステップが、検査のための事前処理である。

次に、検査処理を実行する。既に、S102において対象ウェハからの検査用のSEM画像は取得され検査画像記憶部217に記憶されていることから、検査処理では、検査画像記憶部217に記憶されている検査用の画像群から１つずつ画像を選択し、実行することを繰り返す。先ず、検査画像が、検査画像記憶部217に記憶されている画像群の中からから選択される（S106）。次に検査条件記憶部216に記憶してある情報の中から、S106で選択した検査画像に対応するテンプレート情報などが取得される(S107)。

具体的には、現在選択されている検査画像と、この検査画像に対するテンプレート画像等の検査条件の情報が、それぞれ検査画像記憶部217と検査条件記憶部216から読み出され、演算処理部219に転送される。なお、本実施例では、１チップ内の検査部位が１箇所であることを仮定しているが、1チップ内の検査部位が複数存在する場合や、複数工程ウェハに対し検査情報を設定した場合には、検査条件記憶部216には、複数の検査情報が格納されているため、この場合は、検査条件の読み出しにおいて、現在の検査対象についての検査情報が選択的に読み出されることになる。選択読み出しは、対象ウェハに付与されるＩＤ番号や、チップ内の検査座標をキーにして行うことが可能である。

本説明では、図19(a)が検査画像1900、図18(a)が対応するテンプレート画像1800であるとする。図19(a)に示した検査画像1900は、図18(a)のテンプレート画像1800に対してやや撮像位置がずれているおり、かつ配線上に3つの欠陥1903,1904,1905と下層パターン1902のほそりと上層パターン1901と下層パターン1902との間の位置ずれが生じているケースを模式的に示している。なお、テンプレート画像1800に対して検査画像1900の撮像位置がずれているのは、撮像時の可動ステージ210の停止精度の影響により、異なるチップにおける同一箇所を撮像した画像の間で、撮像位置がずれる（通常の場合数マイクロメートルオーダ）ことがあることを意味している。

次に、検査画像1900とテンプレート画像1800との位置合わせを行い、検査画像1900における検査領域を特定する（S108）。これは、検査画像1900とテンプレート画像1800の撮像位置のずれ量を計算するために位置合わせ処理を行い、算出されたずれ量を、テンプレート画像1800に設定された部分領域（図18（ｂ）の1811〜1814、図18（ｃ）の1821〜1824、図18（ｄ）の1831〜1837）の位置情報に加えることで、検査画像1900上における検査領域（図19（ｂ）の1911〜1914、図19（ｃ）の1921〜1924、図19（ｄ）の1931〜937）の位置を特定する処理である。位置合わせ処理は、正規化相互相関法など画像マッチングの手法を用いることで実現できる。図19(b)(c)(d)は、検査画像1900上において特定された検査領域（図19（ｂ）の1911〜1914、図19（ｃ）の1921〜1924、図19（ｄ）の1931〜937）を、パターンマッチング・画像比較・セグメンテーション処理毎に、分離して表示したものである。 そしてその後、各検査領域において、設定された検査手法により検査処理が行われる（S109）。この処理が、検査画像記憶部217に記憶されている全ての取得画像に対し繰り返され（S110）、全てが終了するとその検査結果は検査結果記憶部218に記憶される(S111)。

図20及び図21は、検査結果記憶部218に記憶された検査結果を、入出力端末222上に表示した際の画面例である。図20は、1つの検査画像についての検査結果を表示した画面2000の例である。画面2000は、画像一覧表示部2001、画像表示エリア2002、定量化指標表示部2003を備えて構成される。画像一覧表示部2001は、検査画像群2011〜2015がサムネイル表示されており、ここから任意に選択した１つの検査画像2021がそのテンプレート画像2020と共に画像表示エリア2002に表示される。定量化指標表示部2003においては、このテンプレート画像2020について定義された全特徴量（C1-C4、S1-S7、P1-P4）についての、算出値が一覧表示される。また、図20には図示していないが、処理手法（本例では、比較検査・セグメンテーション・パターンマッチング）毎に、その処理結果を表示すれば、最終的な特徴量のみならず中間処理結果を確認することもできる。

図21は、取得された検査画像群全体について、検査結果を表示した画面2100の例である。ウェハマップ表示部2101、条件設定部2102がその構成要素である。検査画像は、事前に設定されたウェハ上のチップから取得されているため、各検査画像から得られた特徴量を統計処理しウェハマップ2110にマッピング表示することで、欠陥の位置的な傾向をみることができる。条件設定部2102では、算出された特徴量から、ウェハマップ表示に用いる特徴量を複数選択可能であり、さらに、その複数特徴量の演算処理手法（平均、標準偏差など）を選択することができる。各検査画像については、特徴量と演算手法の選択結果から１つの定量指標が算出されるため、例えばこの値の大小を表示時の明度の違いで表現すれば、ウェハマップ2110に示すように、チップ毎の明度の違いから欠陥発生のウェハ分布傾向を直感的に把握することが可能となる。

以上本実施例では、ウェハから収集した画像群から、テンプレートを作成し、そのテンプレート上に検査領域と手法を設定し、その内容に従って画像群の各画像に対し処理を行う検査手法及びそのための検査装置について述べた。

本発明にかかる第二の実施例である欠陥検査方法の処理フローを図22、図23を用いて説明する。先に述べた第一の実施例では、試料ウェハから検査用画像を収集した後に、その画像を用いてテンプレートの作成・検査情報の設定を行い、その結果を用いて、既に取得された画像群に対して検査処理を実行する例を述べた。ここで述べる第２の実施例では、テンプレート作成用の試料ウェハと検査ウェハが異なる場合を想定した処理フローを述べる。第一の実施例と第二の実施例は処理の流れが差異であり、この第二の実施例における個々の処理ステップの多くは、第一の実施例における処理ステップと同一である。そこで、以後の説明において特別の記載がない限りは、第一の実施例と実質的に同一の処理が行われる第二の実施例における処理ステップについては、詳細な説明は省略する。

本第二の実施例では、検査に先立って行う事前処理と検査処理の2つの処理フローが存在する。図22は、事前処理のフローを示している。先ず、チップ内の検査部位を設定する（S2201）。これはチップレイアウトの中から検査すべき領域をユーザが設定するものであり、図1で説明した実施例１におけるS101の検査部位の設定と同様の処理が行われる。次に、この検査部位におけるテンプレート画像を作成する（S2202）。具体的には、パターンが形成されているウェハを用意し、このウェハの所定の検査部位をSEM201により撮像しテンプレート画像とする。この際、ウェハには同一チップが複数形成されているため、いずれのチップの検査部位を画像取得するかを指定する必要がある。このために、例えばある１チップ（例えば、ウェハ中心部に近いチップ）を指定しても良い。また、このほか、ウェハ上から複数チップを指定しておき、撮像された複数毎の画像から例えば画像平均処理等を用いて、1枚の画像を作成してもよい。

次に、作成したテンプレート画像に対して、検査領域と、各領域に対して検査手法を設定する（S2203）。そして、テンプレート画像とそこに設定された検査領域の位置、処理結果から抽出する特徴量の名称が対応付けられて検査条件記憶部216に保存される(S2204)。以上のテンプレートに関する情報登録についての手順・欠陥検査装置の各部の動きや画面表示例は、実施例１のものと同一である。以上が、事前段階処理のフローである。

次に、設定された検査情報を用いて検査処理を行うフローを図23に示す。先ず、検査用ウェハを用意し、SEM201の可動ステージ210に搭載した後、このウェハに関する検査情報及び検査チップの指定を行う（S2301）。検査情報とは、図22のフローにて示した前段階処理で作成されたテンプレート画像とそれに付随する検査領域・検査手法などの情報を意味する。この検査情報の指定は、操作者が、入出力端末222を通じて、検査条件記憶部216に記憶されている情報を読み出すことで実現される。検査を行うチップ位置については、操作者が入出力端末222を通じて、ウェハ上のチップの中から、任意数のチップを検査チップとして指定する。指定されたチップ位置の情報は、レシピ211に記憶される。

次に、この指定された検査チップにおける、検査情報内に記された検査部位の位置情報に基づいてSEM制御部204で可動ステージ210と電子光学系2071とを制御して、検査チップについて順次SEM画像を撮像する（S2302）。取得された画像は画像メモリ212に一旦記憶され、通信手段213を介して検査ユニット214内の検査画像記憶部217に記憶される。その後、各検査画像に対する検査処理が演算処理部219にて実行される。具体的には、まず、検査画像と検査情報に含まれるテンプレートとの位置あわせが行われ、検査画像における各検査領域の位置が特定される（S2303）。そして、特定された検査領域において、テンプレートに関連付けて登録されている検査手法を用いた処理が行われる（S2304）。

S2302で撮像されて検査画像記憶部217に記憶されているS2301のステップで指定された検査チップ全てに対してS2303とS2304の処理が繰り返して行われ（S2305）、処理結果は、検査結果記憶部218に記憶される（S2305）。S2302からS2304までの一連の処理は、演算処理部219にて行われる。S2303とS2304の処理の内容は、第一の実施例で説明した図1の処理フローのS108及びS109と同じである。

この図23に示す検査処理シーケンスでは、検査対象チップから検査画像を全て撮像した後に、各検査画像に対し検査処理を実行することとしているが、この形態には限られない。例えば、１つの対象チップの画像の撮像が終わるたびにその処理を行うものとすれば、画像撮像と検査処理が並列的に行われる処理フローも実現される。

以下、本発明にかかる第三の実施例について述べる。第二の実施例においては、検査時に撮像する視野サイズと同一の視野サイズであるテンプレート画像を作成し、その内部に複数の検査領域を設定する検査方法について説明した。つまり、この検査方法では、検査時に取得した検査画像の視野内の一部領域のみが処理対象となっていた。この場合において、検査領域の面積が、テンプレート画像の面積に対し小さい場合、取得した検査画像の内ほとんどの画像データが検査に使われないことになる。検査領域の占める割合が少なくなればなるほど、撮像画像において処理されない領域が増加し、特に取得した画像のピクセル数が多い場合（つまり高精細な画像の場合）この処理がされない領域についての画像撮像や画像転送の時間、記憶時の容量などに無駄が生じることになる。第三の実施例は、この無駄を排除することを目的とする。

この目的のため、本実施例では、図22に示したテンプレート画像作成の処理フローにおける検査部位のテンプレート画像を作成するステップ（S2202）において、テンプレートの視野サイズと検査画像の視野サイズを別個に設定できるようにする。具体的には、テンプレートを比較的広い視野サイズ（数マイクロメートル）とし、その中に、複数の検査領域が含まれるようにする。このとき、各検査領域の位置出しを可能とするため、アライメント用のパターンが視野内に含まれるようにテンプレートを作成するものとする。アライメント用のパターンは、画像のＸ，Ｙ方向の位置あわせを可能とするため、Ｘ，Ｙ方向にユニークなパターンであることが必要である。

図24は、そのようなテンプレートの例である。図24では、テンプレート画像2400の視野内で、アライメント用パターン2401、欠陥判定を行う検査領域(1)2402、パターン形状解析を行う検査領域(2)2403が存在する例を示している。検査領域(1)2402は、縦方向のラインパターン2411を含む長方領域、検査領域(2)2403は、9つの正方パターン2412を含む長方領域である。この2つの検査領域については、その領域のＸ及びＹ方向のサイズに加え、アライメント用パターン2401からの相対位置関係の情報が検査条件とした付加される。また、アライメント用パターン2401の画像も検査条件に付加される。そして、各検査領域に対し、第一及び第二の実施例同様に、それぞれ検査手法が定義される。これらの全ての情報が、テンプレート画像2400に対応付けられて検査条件記憶部219に登録される。

次に、図23で説明した処理フローに対応する検査実行時には、検査画像の取得において、第二の実施例で説明した様に、テンプレート画像と同一視野サイズの画像を取得するのではなく、検査領域についてのみ画像撮像が行われ、その検査領域画像に対し、検査条件記憶部219に、テンプレート画像と対応付けられて記憶されている検査手法を用いて検査処理が実行される。なお、検査画像の取得においては、可動ステージ210の停止精度の影響から生じる、各検査領域の撮像位置の位置ずれを考慮する必要がある。そこで、検査領域の画像撮像に先立って、先ずアライメント用パターン2501の周辺領域のみを撮像して画像2500を得、この画像2500からアライメント用パターン2501の位置を検出する。撮像されたアライメント用パターン2501周辺の画像2500の例が図25(a)であるが、この画像2500と、検査条件記憶部219に記憶されたアライメントマーク画像2401との間で画像マッチング処理が行われアライメントパターンの位置が検出される。そして検出された位置を基準に、既に登録されているアライメント用パターン2501から各検査領域の相対位置分だけずれた位置を画像撮像することで、各検査領域の画像を位置ずれが生じることなく撮像することが可能となる。

図25(b)の画像2510及び図25(c) の画像2520は、それぞれ検査領域（1）及び（2）の画像を示している(それぞれ欠陥が存在する)。これらの検査領域の画像2510及び2520に対し、図22のS2203で設定された検査手法により検査処理が行われることで、それぞれ欠陥判定及びパターン形状解析が実行され、図25(b)の場合は検査領域（１）の画像2510から欠陥2511,2512,2513が抽出され、図25(c)の場合は検査領域（２）の画像2520から寸法が異常パターン2521,2522,2523が抽出される。

検査した結果の出力・表示の方法は第1の実施例で説明した方法と同じであるので説明を省略する。

以上本発明にかかる欠陥検査方法、欠陥検査装置の具体的実施形態を説明した。本発明は、テンプレート上に複数の検査領域を設定し、その領域毎に検査手法と出力指標を関連付けて設定する。検査時は、テンプレートに設定された情報に基づき検査を行う。
本発明ではテンプレートに設定された情報を変更することで、検査条件を簡易に変更可能である。そのため、収集した検査画像に対し、ある条件にて検査を行って結果を確認した結果、所望の欠陥が検出されていなかったことが明らかとなった場合や、また、新たに検査項目を追加して検査を行う必要が発生した場合であっても、容易に検査項目の追加・変更が可能である。

本発明によれば、どのような欠陥モードが発生しているか不明な場合が多いプロセス開発段階において、検査処理とその結果の確認、更にその結果を受けた検査条件・項目の変更などの検査処理ステップの運用が効率化されることが期待される。

201…SEM 202…電子光学系カラム 203…記憶部 204…SEM制御部 205…入出力I/F 206…入出力端末 207…電子源 208…検出器 209…試料ウェハ 210…可動ステージ 211…レシピ 212…画像メモリ 213…通信手段 214…検査ユニット 215…検査情報記憶部 216…検査条件記憶部 217…検査画像記憶部 218…検査結果記憶部 219…演算処理部 220…ユニット制御部 221…入出力I/F 222…入出力端末 1301…テンプレート表示部 1302…画像一覧表示部 1303…検査手法設定部 1304…詳細設定ボタン 1305…検査領域 1401…画像一覧表示部 1402…処理結果表示部 1403…指標定義部 1501…画像一覧表示部 1502…処理結果表示部 1503…指標定義部 1601…基準パターン登録部 1602…基準パターン表示部 1603…指標定義部 2001…画像一覧表示部 2002…画像表示エリア 2003…定量化指標表示部 2101…ウェハマップ 2102…条件設定部。

Claims (14)

1. 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、
   該ＳＥＭ手段で試料上の予め設定された複数の領域を順次撮像して得た複数のＳＥＭ画
   像を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶したＳＥＭ画像を用いてテンプレート画像を作成するテンプレート画
   像作成手段と、
   該テンプレート画像作成手段で作成したテンプレート画像上で検査領域と該検査領域に
   対応する検査手法並びに検査項目を設定して記憶する検査条件設定手段と、
   前記記憶手段に記憶した複数のＳＥＭ画像のうちの１枚のＳＥＭ画像を選択して前記テ
   ンプレート画像作成手段で作成したテンプレート画像と位置を合わせる画像位置合わせ手
   段と、
   該画像位置合わせ手段で前記テンプレート画像と位置を合わせたＳＥＭ画像上に前記検
   査条件設定手段に記憶された検査領域の情報を用いて検査領域を設定する検査領域設定手
   段と、
   該検査領域設定手段で設定した検査領域のＳＥＭ画像を前記検査条件設定手段に記憶さ
   れた検査手法で画像処理して前記記憶された検査項目に基づいて検査する検査手段と
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、
   該ＳＥＭ手段で第一の試料を撮像して取得した該第一の試料のＳＥＭ画像からテンプレ
   ート画像を作成するテンプレート画像作成手段と、
   該テンプレート画像作成手段で作成したテンプレート画像上で検査領域と該検査領域の
   検査手法及び検査項目を設定して記憶する検査条件設定手段と、
   前記ＳＥＭ手段で第二の試料を撮像して取得した該第二の試料のＳＥＭ画像と前記テン
   プレート画像作成手段で作成したテンプレート画像との位置を合わせる画像位置合わせ手
   段と、
   該画像位置合わせ手段で前記テンプレート画像と位置を合わせたＳＥＭ画像上に前記
   検査条件設定手段に記憶された検査領域の情報を用いて検査領域を設定する検査領域設定
   手段と、
   該検査領域設定手段で設定した検査領域のＳＥＭ画像に対して前記検査条件設定手段に
   記憶された検査手法で画像処理して前記記憶された検査項目に基づいて検査する検査手段と
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
3. 前記検査条件設定手段は、前記検査項目として前記検査手段で処理する前記検査領域のＳＥＭ画像の画像特徴量に関する項目を設定することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
4. 前記テンプレート画像作成手段は、前記テンプレート画像を前記ＳＥＭ手段で取得した
   複数のＳＥＭ画像を用いて作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検査装
   置。
5. 前記検査条件設定手段で設定する検査領域に対応する検査手法が、画像検査手法、パタ
   ーンマッチング法、セグメンテーション法の何れかを含むことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の欠陥検査装置。
6. 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）手段と、
   該走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で試料を撮像して取得した前記試料のＳＥＭ画像を記憶
   するＳＥＭ画像記憶手段と、
   テンプレート画像を該テンプレート画像の検査領域の情報、該検査領域の検査手法及び
   検査項目と関連付けて記憶するテンプレート画像記憶手段と、
   該ＳＥＭ画像記憶手段に記憶されたＳＥＭ画像と前記テンプレート画像記憶手段に記憶
   されているテンプレート画像との位置を合わせる画像位置合わせ手段と、
   前記テンプレート画像記憶手段に前記テンプレート画像に関連付けて記憶されている検
   査領域情報を用いて前記画像位置合わせ手段で前記テンプレート画像と位置を合わせたＳ
   ＥＭ画像上に検査領域を設定する検査領域設定手段と、
   該検査領域設定手段で設定した検査領域のＳＥＭ画像に対して前記テンプレート画像記
   憶手段に記憶された検査手法で画像処理して前記記憶された検査項目を検査する検査手段と
   を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
7. 試料上の予め設定された複数の領域を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で順次撮像して複
   数のＳＥＭ画像を取得して記憶し、
   該記憶したＳＥＭ画像を用いてテンプレート画像を作成し、
   該作成したテンプレート画像上で検査領域と該検査領域に対応する検査手法並びに検査
   項目を設定して記憶し、
   前記記憶した複数のＳＥＭ画像のうちの１枚のＳＥＭ画像を選択して前記作成したテン
   プレート画像と位置を合わせ、
   前記テンプレート画像上で設定した検査領域を前記テンプレート画像と位置を合わせた
   ＳＥＭ画像上に設定し、
   該ＳＥＭ画像上に設定した検査領域に対して前記記憶した検査手法で画像処理して前記
   検査項目に基づいて検査する
   ことを特徴とする欠陥検査方法。
8. 前記テンプレート画像を前記記憶した複数のＳＥＭ画像を用いて作成することを特徴と
   する請求項７記載の欠陥検査方法。
9. 第一の試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像して前記第一の試料のＳＥＭ画像を取
   得し、
   該取得したＳＥＭ画像からテンプレート画像を作成し、
   該作成したテンプレート画像上で検査領域と該検査領域の検査手法及び検査項目を設定
   して記憶し、
   第二の試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像して前記第二の試料のＳＥＭ画像を取
   得し、
   該取得した第二のＳＥＭ画像と前記作成したテンプレート画像との位置を合わせ、
   該位置を合わせた第二のＳＥＭ画像上で前記テンプレート画像に基づいて検査領域を設
   定し、
   該設定した検査領域のＳＥＭ画像を前記記憶しておいた検査手法で画像処理して前記検
   査項目に基づいて検査する
   ことを特徴とする欠陥検査方法。
10. 前記テンプレート画像を前記取得した第一の試料の複数のＳＥＭ画像を用いて作成する
    ことを特徴とする請求項９記載の欠陥検査方法。
11. 前記検査領域の検査手法及び検査項目を設定して記憶するステップにおいて、前記設定す
    る検査手法が、画像比較法、パターンマッチング法、セグメンテーション法のいずれかを
    含むことを特徴とする請求項７又は９に記載の欠陥検査方法。
12. 試料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像して取得した前記試料のＳＥＭ画像を記憶手
    段に記憶されているテンプレート画像と位置を合わせ、
    該テンプレート画像に関連付けて記憶されている検査領域情報を用いて前記位置を合わ
    せたＳＥＭ画像上に検査領域を設定し、
    複数の検査手法の中から前記テンプレート画像の検査領域情報に対応付けて選択された
    検査手法と前記検査領域情報に対応付けて設定された検査項目に基づいて前記ＳＥＭ画
    像を処理して前記設定した検査領域を検査する
    ことを特徴とする欠陥検査方法。
13. 前記テンプレート画像が前記試料をＳＥＭで撮像して得た前記試料のＳＥＭ画像を用い
    て作成した画像であることを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査方法。
14. 前記テンプレート画像が予め別の試料をＳＥＭで撮像して得た前記別の試料のＳＥＭ画
    像を用いて作成した画像であることを特徴とする請求項１２記載の欠陥検査方法。

Images