JPH09139406A - 電子顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 欠陥・異物の高分解能観察の自動化。 【解決手段】 異物存在座標に顕微鏡視野を移動し、観
察倍率を、検査装置及び顕微鏡の座標誤差を許容し得る
最大値に設定して、最適画像を表示し(ST-1)、計算機上
に取込む。１は試料表示領域、２は異物或いは欠陥であ
る。その後２次電子像を任意行列のピクセル３に分割し
(ST-2)、各ピクセルの２次電子強度を任意階調に分割し
たグレイレベル値（Ｇ値）に数量化する(ST-3)。ｎは正
常Ｇ値、ｘは異物存在Ｇ値である。そして特異点を顕微
鏡視野中心に移動し、任意行列を観察可能な倍率に変更
する(ST-4)。４は更に分割したピクセルを示す。以降可
及的な最大倍率での表示となるまで同様処理を繰返し、
観察画像を計算機に保存する。 【効果】 該欠陥・異物の高分解能観察の自動化が可能
となり、走査型電子顕微鏡のランニングコスト大幅削減
が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造過
程において、半導体基板上に発生したパターン欠陥、も
しくは付着した異物を観察する走査型電子顕微鏡システ
ムに関するもので、特に、欠陥あるいは異物の観察の自
動化に使用されるものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体装置製造
技術の進歩に伴い、半導体装置の不良の発生原因となる
欠陥、あるいは異物は微小化し、光学顕微鏡を用いて
の、欠陥あるいは異物の発生箇所の特定、および該不良
箇所の観察は困難になっている。そこで、パターン比較
方式、あるいはレーザ光散乱方式等による、欠陥検査装
置あるいは異物検査装置を用いて、欠陥あるいは異物の
発生箇所を特定し、該検査装置の提供する座標原点、欠
陥・異物座標等の情報を基に、座標機能付走査型電子顕
微鏡等を用いて、欠陥あるいは異物の観察を行うことが
一般的である。

【０００３】しかしながら、従来技術を用いた欠陥・異
物の観察においては、試料となる半導体基板の電子顕微
鏡試料台上へのアラインメントを行い、観察目的の欠陥
ないし異物の座標に電子顕微鏡の視野を移動した後、電
子顕微鏡の２次電子像を人間の目で観察しながら欠陥な
いしは異物を探索する必要があった。このため、電子顕
微鏡の操作には人手が不可欠なだけでなく、微小欠陥や
微小異物を見逃すことがあり、かつ、観察に長時間を要
するという問題点があった。

【０００４】本発明は、従来技術の問題点である、欠陥
ないしは異物の探索、及び該欠陥ないしは異物の高分解
能観察を自動的に行うものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に存在する欠陥ないしは異物を、欠陥検査装置ないしは
異物検査装置等の提供する情報をもとに、電子顕微鏡の
２次電子像を電子計算機上に取込み、取込んだ画像を用
いたパターンマッチング法、２次電子像の２次電子強度
の比較を用いる方法、もしくは電子ビームの照射によっ
て発生する特性Ｘ線のＸ線強度の比較を用いる方法等を
用い、欠陥ないしは異物の存在箇所を自動的に特異点と
して検出し、該特異点を最適倍率で自動的に観察し、観
察結果を電子情報として保存するものである。

【０００６】すなわち、本発明は電子顕微鏡システム
は、ウェーハの異常部の有無を検査する異常検査装置
と、その検査結果に基づいて電子顕微鏡の視野を前記ウ
ェーハの異常部存在領域に設定する顕微鏡視野設定手段
と、前記電子顕微鏡においてその異常部存在領域の像か
ら、異常部を特異点として自動的に検出し、その特異点
についての情報を得る観察処理手段とを備えることを特
徴とする。

【０００７】観察処理手段は、電子顕微鏡の２次電子像
の２次電子強度を用いて特異点の検出を行うものとして
構成することができる。

【０００８】また観察処理手段を、電子顕微鏡の２次電
子像によるパターンマッチング法により特異点の検出を
行うものとして構成することができる。

【０００９】さらに観察処理手段は、電子ビームを照射
した際にウェーハから発生する特性Ｘ線のＸ線強度を用
いて特異点の検出を行うものとして構成できる。

【００１０】次に、本発明の電子顕微鏡システムを用い
た観察方法は、検査装置においてウェーハの異常部の有
無を検査する異常検査段階と、その検査結果に基づいて
電子顕微鏡の視野を前記ウェーハの異常部存在領域に設
定する顕微鏡視野設定段階と、前記電子顕微鏡において
その異常部存在領域の像から、異常部を特異点として自
動的に検出し、その特異点についての情報を得る観察処
理を行う観察段階とを備えることを特徴とする。

【００１１】この場合、観察段階を、電子顕微鏡の２次
電子像の２次電子強度を用いて特異点の検出を行うもの
とすることができる。

【００１２】また、この観察段階は、電子顕微鏡の２次
電子像によるパターンマッチング法により特異点の検出
を行うものとして構成することができる。

【００１３】さらに観察段階は、電子ビームを照射した
際にウェーハから発生する特性Ｘ線のＸ線強度を用いて
特異点の検出を行うものとして構成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１実施例に
係るシステムの処理の流れを説明するためのもので、未
加工の半導体基板上に付着した異物を、半導体基板異物
検査装置で検査し、該検査結果をもとにして、走査型電
子顕微鏡の２次電子像の２次電子強度の比較を用いて自
動的に特定し、観察する場合について示している。

【００１５】まず、異物検査装置より提供される座標情
報を基に電子顕微鏡試料台に対する試料のアラインメン
トを自動的に行う。続いて、異物の存在する座標に電子
顕微鏡の視野を移動し、電子顕微鏡の観察倍率を、異物
検査装置及び電子顕微鏡の座標誤差を許容しうる最大値
に設定し、図１（ＳＴ−１）に示すような最適画像を自
動的に表示し、電子計算機上に取込む。同図中、１は試
料の表示領域、２は異物あるいは欠陥（以下、異物で代
表する。）である。

【００１６】その後、図１（ＳＴ−２）に示すように電
子計算機上に取込んだ２次電子像を任意の行列のピクセ
ル３，３，…に分割した後、図１（ＳＴ−３）に示すよ
うに各ピクセルの２次電子強度を任意の階調に分割した
グレイレベル値で数量化する。この際、異物の存在する
ピクセルは他のピクセルとは異なるグレイレベルで数量
化される。ｎは異物の存在しない正常ピクセルのグレイ
レベル値、ｘは異物の存在するグレイレベル値である。

【００１７】グレイレベル値を３次元分布させると、異
物の中心と分布の中心を一致させることができ、分布の
中心を特異点として検出することが可能となる。そして
次に、図１（ＳＴ−４）に示すようにその検出した特異
点を電子顕微鏡視野中心に移動し、あらかじめ設定し
た、特異点を中心とする任意の行列を観察可能な最大倍
率に変更する。４はピクセル３を更に細かく分割したと
きのピクセルを示す。

【００１８】以降、可及的に最大の倍率で異物が表示さ
れるようになるまで同様な処理を繰返す。本処理の繰返
し回数は任意に設定可能であるが、例えば、最適倍率で
の観察のために、各ピクセルのグレイレベル値を３次元
分布させた際、バックグラウンドとなるピクセル数と、
分布を形成するピクセル数との比を計算し、この算出値
が任意に設定可能な範囲の値に達した倍率を観察最適倍
率とし、処理の繰返しを中断することが可能である。そ
の後、あらかじめ設定した回数分の処理を繰返した時点
での観察画像、もしくは最適倍率での観察画像を電子情
報として電子計算機上に保存する。

【００１９】また、本手法は、特異点検出に２次電子像
のコントラストを用いる代りに、２次電子像観察時にお
いて同時に発生する特性Ｘ線の強度を用いても、同様な
効果が得られる。さらに、本手法は、未加工の半導体基
板上の異物の自動観察に限らず、半導体装置製造途中工
程の半導体基板上の欠陥の自動観察においても、同様な
効果を得ることができる。

【００２０】さらに、製造途中工程の半導体装置上の欠
陥を、半導体基板上欠陥検査装置で検査し、該検査結果
をもとに、欠陥をパターンマッチング法で自動的に特定
し、観察することも可能である。以下、この方式を第２
実施例として説明する。

【００２１】すなわち、上記第１実施例と同様に、半導
体基板を検査装置から提供される情報で自動的にアライ
ンメントした後、異物の存在座標に電子顕微鏡の視野を
移動し、検査装置及び電子顕微鏡の座標誤差を許容する
最大倍率での最適画像を自動的に電子計算機上に取込
む。その後、電子計算機上に取込んだ２次電子像を用い
て、パターンマッチング法による画像比較を行い、特異
点を検出する。この際、欠陥の存在位置が、例えば図２
に示す半導体記憶装置部等のような単純繰返しパターン
の場合は、取込んだ画像を任意の行列のピクセルに分割
し、ピクセル毎のパターンマッチングを行い、欠陥位置
を特定する。あるいは、欠陥の存在位置が、図２に示す
半導体論理回路部等のようなランダムパターンの場合
は、更に、隣接する２つ以上のチップの、チップ内の同
等座標の２次電子像を電子計算機上に取込み、任意の行
列のピクセルに分割した後、３枚以上の２次電子像の、
各々のピクセルのパターンマッチングにより、欠陥位置
を特定する。このような処理を上記第１実施例と同様に
任意の回数繰返し、最終観察画像を電子計算機上に保存
する。もしくは、第１実施例と同様、欠陥ピクセルの存
在率が予め設定した範囲の値になった倍率を最適倍率と
し、最適倍率での観察結果を保存する。

【００２２】また、本手法は、半導体装置製造途中工程
の半導体基板上の欠陥の自動観察に限らず、未加工の半
導体基板上の異物の自動観察にも転用可能である。

【００２３】なお、本発明は、上記実施例の走査型電子
顕微鏡に限定されるものではなく、例えば、光学顕微
鏡、例えば、レーザ顕微鏡、例えば、集束イオンビーム
装置等の、電子計算機上での画像処理が可能な異物観察
装置での自動観察に転用可能である。さらに、異常部存
在箇所を特異点として自動的に検出する手法も、上記実
施例に限定されるものでなく、自動検出が可能な手段で
あれば、その手法は問わない。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、半導体基板上に存在する欠陥
ないしは異物を、欠陥検査装置ないしは異物検査装置等
の提供する情報をもとに、電子顕微鏡の２次電子像を電
子計算機上に取込み、取込んだ画像を用いたパターンマ
ッチング法、２次電子像の２次電子強度の比較を用いる
方法、もしくは電子ビームの照射によって発生する特性
Ｘ線のＸ線強度の比較を用いる方法等を用い、欠陥ない
しは異物の存在箇所を自動的に特異点として検出し、該
特異点を最適倍率で自動的に観察し、観察結果を電子情
報として保存するものである。これにより、欠陥ないし
は異物の探索、及び該欠陥ないしは異物の高分解能観察
を自動的に行うことができる。ここで、本発明の効果
を、自動欠陥観察機能付走査型電子顕微鏡が、半導体基
板上欠陥検査装置のレビューステションとして使用され
た際のコストで示す。図４に示すように、本発明による
装置を使用することにより、走査型電子顕微鏡のランニ
ングコストの大幅削減が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電子顕微鏡システムの
動作内容を示す説明図。

【図２】本発明の観察対象となるウェーハの一例を示す
説明図。

【図３】本発明の観察対象となるウェーハの他の例を示
す説明図。

【図４】本発明の効果を示す説明図。

【符号の説明】

１ 試料の表示領域 ２ 異物あるいは欠陥 ３ ピクセル ｎ 異物の存在しない正常ピクセルのグレイレベル値 ｘ 異物の存在するグレイレベル値 ４ ピクセル３を更に細かく分割したときのピクセル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハの異常部の有無を検査する異常検
   査装置と、 その検査結果に基づいて電子顕微鏡の視野を前記ウェー
   ハの異常部存在領域に設定する顕微鏡視野設定手段と、 前記電子顕微鏡においてその異常部存在領域の像から、
   異常部を特異点として自動的に検出し、その特異点につ
   いての情報を得る観察処理手段とを備えることを特徴と
   する電子顕微鏡システム。
2. 【請求項２】観察処理手段が、電子顕微鏡の２次電子像
   の二次電子強度を用いて特異点の検出を行うことを特徴
   とする請求項１記載の電子顕微鏡システム。
3. 【請求項３】観察処理手段が、電子顕微鏡の２次電子像
   によるパターンマッチング法により特異点の検出を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡システム。
4. 【請求項４】観察処理手段が、電子ビームを照射した際
   にウェーハから発生する特性Ｘ線のＸ線強度を用いて特
   異点の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の電子
   顕微鏡システム。
5. 【請求項５】検査装置においてウェーハの異常部の有無
   を検査する異常検査段階と、 その検査結果に基づいて電子顕微鏡の視野を前記ウェー
   ハの異常部存在領域に設定する顕微鏡視野設定段階と、 前記電子顕微鏡においてその異常部存在領域の像から、
   異常部を特異点として自動的に検出し、その特異点につ
   いての情報を得る観察処理を行う観察段階とを備えるこ
   とを特徴とする電子顕微鏡システムを用いた観察方法。
6. 【請求項６】観察段階が、電子顕微鏡の２次電子像の２
   次電子強度を用いて特異点の検出を行うことを特徴とす
   る請求項５記載の電子顕微鏡システムを用いた観察方
   法。
7. 【請求項７】観察段階が、電子顕微鏡の２次電子像によ
   るパターンマッチング法により特異点の検出を行うこと
   を特徴とする請求項５記載の電子顕微鏡システムを用い
   た観察方法。
8. 【請求項８】観察段階が、電子ビームを照射した際にウ
   ェーハから発生する特性Ｘ線のＸ線強度を用いて特異点
   の検出を行うことを特徴とする請求項５記載の電子顕微
   鏡システムを用いた観察方法。