JPH09184715A - パターン形状検査装置 - Google Patents

パターン形状検査装置

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JPH09184715A
JPH09184715A JP7343083A JP34308395A JPH09184715A JP H09184715 A JPH09184715 A JP H09184715A JP 7343083 A JP7343083 A JP 7343083A JP 34308395 A JP34308395 A JP 34308395A JP H09184715 A JPH09184715 A JP H09184715A
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image
inspection
pattern shape
sample
wafer
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JP7343083A
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Fumio Mizuno
文夫 水野
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】パターン形状の異常を迅速かつ確実に検知でき
るようにする。 【解決手段】試料７の像を形成して表示装置３７に表示
し、試料上に形成されたパターン形状を検査する。観察
領域に対応した参照用画像をディスク３５に記憶し、観
察時に参照用画像を読み出して試料像とともに表示装置
３７に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査プローブを用
いる走査型電子顕微鏡など、画像を形成し、その画像を
観測することによってパターンの検査を行うパターン検
査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、ウエハ上に加工さ
れたパターンの形状を走査型電子顕微鏡（外観観察ＳＥ
Ｍ）を用いて検査することが行われている。
【０００３】従来の外観観察ＳＥＭによるパターン形状
検査においては、ウエハ上の検査点のＳＥＭ像を形成
し、そのＳＥＭ像を観察した検査員が各自の持っている
知識や情報と照らし合わせて異常の有無を判定してい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のパターン形状検
査は、検査員の判断に頼っているため、判定基準が曖昧
であるうえ判定精度が検査員の力量に依存し、検査に長
時間を要するとともに判定結果に確実性がなかった。
【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するためになされたもので、パターン形状の異常を
迅速かつ確実に検知できるようにすることを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明においては、予め
記憶しておいた参照用画像を試料像と同時に表示するよ
うにすることで、判定基準を同時に表示し、確実かつ迅
速に異常判定ができるようにする。
【０００７】すなわち、本発明は、試料像を形成して表
示装置に表示し、試料上に形成されたパターン形状を検
査するためのパターン形状検査装置において、観察領域
に対応した参照用画像を記憶する手段と、観察時に参照
用画像を試料像とともに表示装置に表示する手段とを備
えることを特徴とする。試料像と参照用画像は、その差
画像を表示するなど、両者を照合して表示してもよい。
【０００８】また、本発明は、試料像を形成して表示装
置に表示し、試料上に形成されたパターン形状を検査す
るためのパターン形状検査装置において、検査作業遂行
のための情報を記述したレシピを記憶する手段と、レシ
ピに記述された情報を用いて作業を自動的又は半自動的
に遂行するための手段と、レシピに記述された検査点マ
ップを読み出して表示装置に表示するための手段と、検
査点マップの検査点を選択する手段と、試料観察位置を
選択された検査点に移動するための手段と、各検査点に
対応する参照用画像を記憶する手段と、選択された検査
点の試料像と検査点に対応す参照用画像を表示手段に表
示するための手段と、検査結果を検査点マップに上書き
するための手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】試料像及び参照用画像は、試料の処理条件
等に差異がある場合でも製品としての許容範囲の中で高
精度な比較を可能にするために、輝度、彩度、コントラ
スト等の画像パラメータをそれぞれ独立して変更できる
のが好ましい。
【００１０】試料像と参照用画像を照合するための手段
と、パターン形状の異常有無判定基準を記憶するための
手段と、異常有無判定基準に基づいて試料像中のパター
ンの異常の有無判定を行う手段と、異常が検出されたと
きそれを報知するための手段とを備えると、パターン形
状検査を自動的に行うことが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。ここでは、外観観察ＳＥＭを用い
てウエハ上に形成されたパターン形状を検査する場合を
例にとって説明するが、これによって本発明が限定され
るものではない。
【００１２】図１に、本発明によるパターン形状検査装
置の一例の概略構成図を示す。
【００１３】検査すべきウエハはウエハカセット２１に
収納されており、ウエハ搬送手段２２はウエハカセット
２１から１枚のウエハ７を取り出して、試料室１５内の
ＸＹステージ６上に搭載する。このとき、ウエハ７はオ
リエンテーションフラットやノッチなどを基準としてプ
リアライメントされると同時に、ウエハ上に書き込まれ
たウエハ番号がウエハ番号読み取り器２３によって読み
取られる。試料室１５内のＸＹステージ６は、駆動モー
タ５によって二次元方向に移動可能である。試料室１５
には、ウエハ７上のアライメントパターンを検出するた
めの光学顕微鏡２５及び撮像装置２６が取り付けられて
いる。
【００１４】電子銃１から放出された電子ビーム２は、
収束レンズ３及び対物レンズ４によって細く絞られ、駆
動モータ５によって二次元方向に移動可能なＸＹステー
ジ６上に搭載されたウエハ７の面上に焦点を結ぶ。同時
に、電子ビーム２は、偏向器８によって軌道を曲げら
れ、ウエハ面上を二次元走査する。電子ビーム２で照射
されたウエハ部分からは二次電子９が放出される。二次
電子９は、二次電子検出器１０によって検出される。二
次電子検出器１０の出力信号は、ＡＤ変換された後、Ｉ
／Ｏインタフェイス３０を介してＣＰＵ等の演算制御装
置３１に入力される。この二次電子信号は、偏向器８へ
の走査信号と同期してＣＲＴ等のディスプレイ３７に輝
度変調信号として出力することで、ディスプレイ３７上
に試料像（ＳＥＭ像）が表示される。
【００１５】Ｉ／Ｏインタフェイス３０には、プログラ
ムや固定データを記憶したＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３等の
メモリ、後述する参照画像を記憶した画像ファイル３
４、磁気ディスクや光磁気ディスク等の記憶装置３５、
ＣＰＵ３１の制御下にある画像プロセッサ３６、ＣＲＴ
等のディスプレイ３７、キーボードやマウス等の入力手
段３８が接続されている。ウエハ番号読み取り記２３に
よって取得されたデータや撮像装置２６の画像データ
も、Ａ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｏインタフェイスを介し
てＣＰＵ３１に取り込まれて利用される。また、ＳＥＭ
の偏向器８や、ステージ駆動モータ５、ウエハ搬送手段
２２等もＣＰＵ３１によって制御される。
【００１６】次に、図２により操作手順の例を説明す
る。
【００１７】ウエハカセット２１から取り出された被測
定ウエハ７は、ウエハ搬送手段２２によって試料室１５
内のＸＹステージ６上に搭載される。このとき、ウエハ
７はオリエンテーションフラットやノッチなどを基準と
してプリアライメントされると同時に、ウエハ上に書き
込まれたウエハ番号がウエハ番号読み取り器２３によっ
て読み取られる（Ｓ１）。ウエハ番号は各ウエハに固有
のものであり、読み取られたウエハ番号をキーにして、
予め記憶装置３５等に記憶されているレシピが読み出さ
れる。レシピは個々のウエハ毎に記憶されており、例え
ばＳＥＭの電圧、電流、倍率等の運転条件、ウエハ上の
検査点やアライメントパターンの座標、画像ファイル３
４等に記憶されている参照画像のアドレス、異常判定の
基準（閾値）、判定結果の表示方法など、検査遂行に必
要とされる検査手順や検査条件等のデータを定めたもの
であり、以後の操作はこのレシピに従って半自動的に行
われる。
【００１８】ウエハ番号が読み込まれた後、ウエハ７は
真空に保持された試料室１５内のＸＹステージ６上に搬
送され、搭載される（Ｓ２）。
【００１９】ＸＹステージ６上に搭載されたウエハ７
は、試料室１５の上面に装着された光学顕微鏡２５及び
撮像装置２６を用いてアライメントされる（Ｓ３）。ア
ライメントにあたっては、まず、レシピに記述されたア
ライメントパターンの座標データをもとに、駆動モータ
５でＸＹステージ６を駆動してウエハ７上に形成された
アライメントパターンを光学顕微鏡２５の直下に位置づ
け、数百倍程度に拡大されたアライメントパターンの光
学顕微鏡像を撮像装置２６で撮像して画像プロセッサ２
６に取り込む。画像プロセッサ２６では、輪郭検出処理
等の画像処理を行ってアライメントパターンを検出す
る。
【００２０】次に、レシピに付属して予め登録されてい
るアライメントパターンの参照用画像を画像ファイル３
４等から読み込み、２つの画像を照合して比較する。そ
して、２つの画像が丁度重なるように、駆動モータ５に
よってＸＹステージ６の位置を補正することによってア
ライメントが行われる。２つの画像の照合は画像プロセ
ッサ２６中で自動的に行われるが、必要があれば処理の
過程をディスプレイ３７に表示することもできる。
【００２１】アライメントの後、このウエハに対応する
ウエハマップが読み出され、ディスプレイ３７上に表示
される（Ｓ４）。図３は、ディスプレイ３７の表示画面
４０に表示されたウエハマップの例を示す。ウエハマッ
プはウエハの形状を表す外形線４２の中に所要検査点４
３〜４７の位置を表示したものである。ウエハマップの
横には、ウエハのロット番号、ウエハ番号、現在の処理
工程、あるいはこれまでに行われた検査結果等の来歴が
文字や記号で示されている。各検査点は検査の重要度に
応じて色分け等のランク付けをして表示することも可能
である。また、検査済みの点は、検査点４５に示すよう
に、例えば四角い枠で囲ったりして他と区別して表示さ
れる。
【００２２】ウエハマップ表示後、検査員はウエハマッ
プに示された検査点の中から検査したい箇所を選択し、
入力手段３８、例えばマウスによってクリックすること
で指定する（Ｓ５）。指定された検査点４６には、ウエ
ハマップ上では図４に示すように、点滅や色づけ等の識
別表示５１が施される。
【００２３】検査点が指定されると、ウエハ５は指定の
検査点が電子ビームの直下に来るようにステージ移動さ
れる（Ｓ６）。このステージ移動は、レシピに記述され
た指定検査点の座標に基づいて駆動モータ５を駆動する
ことによって行われる。
【００２４】ステージが指定検査点に移動した後、走査
電子ビームが指定検査点上に照射され、比較的低倍率で
のＳＥＭ像が形成される。この低倍率ＳＥＭ像を用いて
アライメントが行われる（Ｓ７）。ステップ７のアライ
メント操作は、ステップ３のアライメント操作と同様
に、予め登録されている指定検査点に対応する参照用Ｓ
ＥＭ画像を画像ファイル３４から読み出し、低倍率ＳＥ
Ｍ像と参照用ＳＥＭ画像が丁度重なり合うように、すな
わち両者の視野が一致するように行われる。ここでのア
ライメント操作は、倍率を順次高めながら何段階かに分
けて行うこともできる。参照用ＳＥＭ画像は、各段階の
倍率にあったものを画像ファイル３４から読み出して使
用する。こうして最終的に検査点の精密な位置決めが行
われる。高倍率時の位置決めは、ステージ移動で行うよ
りも電子ビームの走査領域を微調整することによって行
うのが好ましい。
【００２５】位置決めされたウエハは、検査領域がほぼ
画面中央すなわち電子ビームの直下に位置する。この状
態で、検査領域の高倍率ＳＥＭ像が形成される（Ｓ
８）。続いてレシピの記述に従って（Ｓ９）、選択され
た検査領域が画像照合すべき領域である場合には、図５
に示すように検査領域の観察ＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ像
の差画像５３を表示し（Ｓ１０）、そうでない場合に
は、図６に示すように検査領域４６の高倍率ＳＥＭ像５
５とレシピに付属して登録されている検査領域４６に対
応した高倍率の参照用ＳＥＭ画像５７を並べて表示する
（Ｓ１１）。
【００２６】どの検査領域に対してステップ１０に進ん
で検査領域のＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ画像の差画像５３
を表示（図５）し、どの検査領域に対してステップ１１
に進んで検査領域の高倍率ＳＥＭ像５５と参照用ＳＥＭ
画像５７を並べて表示（図６）すべきかは、予めレシピ
に記述されている。
【００２７】画像のコントラストが明瞭であり、自動検
査ですぐに異常の発見が可能なパターンに対してはステ
ップ１０を選択するのが好ましい。照合に際しては、Ｓ
ＥＭ像に対して画像プロセッサ３６で輪郭検出等の画像
処理を行ってもよい。また、二枚の画像の比較、差異判
別を容易にするため、例えば、両者の輝度やコントラス
トを独立に変更することや、両画像の差異部分５４を赤
色で表すように色別表示することも可能である。
【００２８】しかし、グレーレベルが多く輪郭検出が困
難なパターンなどの場合、図５のように検査領域の高倍
率ＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ画像の差画像を形成すると、
製品としては許容される膜厚のわずかな差異等によって
も２つの画像に一致しない部分が現れる。従って、検査
領域のＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ画像の間に差異があった
としても、それが本当にパターンの異常によるのか、単
に処理条件等の差異による試料の相違を反映するだけで
あってパターンの異常ではないのかを直ちに判断するこ
とはできない。このような場合には、ステップ９でステ
ップ１１を選択する。ステップ１１では、レシピに付属
して検査領域に対応する光学顕微鏡像や集束イオンビー
ム像などがファイルされている場合には、これ等の画像
を参考用として画像ファイル３４から読み出し、合わせ
て表示するようにしてもよい。ＳＥＭ像以外の情報を同
時に参照することで、より正確な判断を下すことができ
るからである。
【００２９】観察者は、ステップ１０あるいはステップ
１１において、２つの画像の照合画像あるいは同時表示
された画像を観察して、検査領域のパターン形状の異常
の有無を判定する（Ｓ１２）。
【００３０】指定された検査点の異常判定が終った後、
ウエハマップを再度ディスプレイ上に表示する。そし
て、ウエハマップの指定検査点上に、異常有無の判定結
果を表示する。判定結果の表示は、ウエハマップ上の検
査点を指示する表示の色を正常の場合と異常の場合とで
変えること等によって行うことができる。また、必要に
応じて観察ＳＥＭ像のファイリング及び記憶を行う（Ｓ
１３）。ここで画像ファイル３４に記憶された観察ＳＥ
Ｍ像は、続く検査工程で参照用ＳＥＭ画像として用いる
ことができる。
【００３１】このようにして一つの検査点でのパターン
形状検査が終了する。さらに検査をすべき箇所が残って
いれば（Ｓ１４）、ステップ４に戻ってウエハマップ上
で新しい検査点を指定し、前述の操作を繰り返す。検査
すべき検査点の検査がすべて終了すると、一枚のウエハ
の検査が終わる。ウエハカセットの中にまだ検査の終わ
っていないウエハが残っている場合には（Ｓ１５）、次
のウエハをウエハカセットから取り出し（Ｓ１６）、ス
テップ１からの操作手順を繰り返して必要な検査を行
う。
【００３２】ここでは、ウエハマップに表示された検査
点を指定しながら作業を進める方法を示したが、検査を
行うべき検査点の座標を予めレシピ中に記述しておき、
一つの検査点でのパターン形状検査が終了するとレシピ
によって指定された次の検査点にステージを移動させ、
順次自動的に検査を行うこともできる。ステップ１０を
選択した場合には、ステップ１２の判定をレシピに記述
された判定条件に基づいて照合画像から自動的に行い、
異常検出時にのみ検査員へアラームで報知するようにし
てもよい。
【００３３】参照用ＳＥＭ画像は、ステップ１３の説明
で触れたように、検査作業の中で新規に登録したり、登
録し直すこともできる。ここでは、参照用画像として作
業前に予め登録されていた像を用いたが、例えば予め登
録されていた参照用ＳＥＭ像の輝度やコントラストが、
ウエハ処理条件の違いを反映して観察ＳＥＭ像のものと
大きく異なるような場合には、検査中のウエハ内の隣の
チップあるいは隣のセルの同一パターン部の像などを参
照用ＳＥＭ像として検査作業中に登録し直すこともでき
る。
【００３４】絶縁物の上に形成されたパターンなど、電
子ビームやイオンビームなどの荷電粒子線を用いた場合
で、荷電粒子線の照射による試料のチャージアップが飽
和するまでに時間がかかるような場合には、荷電粒子線
を所定の時間照射した後、観察画像を取り込むようにす
るとよい。観察画像を取り込むまでの荷電粒子線照射時
間は、レシピに記述しておくことができる。
【００３５】観察ＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ像との同時表
示は、１つのディスプレイの画面を分割して表示する代
わりに、それぞれ別のディスプレイに表示しても構わな
い。ステップ７における検査点のアライメントは、指定
された検査点を高倍率ＳＥＭ像で直接探しにいき、検査
点を見つけられない時には周辺をサーチすることで検査
点を見出すようにしてもよい。ＸＹステージの代りに、
ＸＹＴ−ステージを用いれば試料を傾斜した状態でのパ
ターン形状検査ができる。
【００３６】ここでは、観察対象が加工パターンなど形
状が予め分かっているものの場合について説明したが、
ウエハ付着異物など不特定形状の物を観察対象とし、複
数の参照用画像を同時表示して、参照用画像との形状の
類似性から異物の同定などを行うことも可能である。ま
た、パターン形状に異常が認められた場合、その点の分
析データを取得して組成や構造の違いを把握できるよう
に、特性Ｘ線分析器やオージェ電子分析器などの分析機
器を付属させることも可能である。
【００３７】また、ここでは像形成に電子ビームを用い
る例を用いて説明したが、本発明はイオンビームや光ビ
ーム、あるいはメカニカルプローブなどを用いる場合に
も適用可能であり、マルチプローブやマルチ画素で画像
を形成する方式にも適用可能である。走査画像の代りに
結像光学系によって形成された画像を対象とすることも
可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明によると、確実かつ迅速にパター
ン形状検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターン検査の手順を説明する図。
【図２】本発明における検査フローを説明する図。
【図３】表示の一例を示す図。
【図４】表示の他の例を示す図。
【図５】表示の他の例を示す図。
【図６】表示の他の例を示す図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…電子ビーム、３…収束レンズ、４…対
物レンズ、５…駆動モータ、６…ＸＹステージ、７…ウ
エハ、８…偏向器、９…二次電子、１０…二次電子検出
器、１５…試料室、２１…ウエハカセット、２２…ウエ
ハ搬送手段、２３…ウエハ番号読み取り器、２５…光学
顕微鏡、２６…撮像装置、３０…Ｉ／Ｏインタフェイ
ス、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＯＭ、３３…ＲＡＭ、３４
…画像ファイル、３５…記憶装置、３６…画像プロセッ
サ、３７…表示装置、３８…入力手段、４０…表示画
面、４３〜４７…検査点、５３…差画像、５４…差異部
分、５５…検査領域のＳＥＭ像、５７…参照用ＳＥＭ画
像

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料像を形成して表示装置に表示し、試
    料上に形成されたパターン形状を検査するためのパター
    ン形状検査装置において、 観察領域に対応した参照用画像を記憶する手段と、観察
    時に前記参照用画像を前記試料像とともに前記表示装置
    に表示する手段とを備えることを特徴とするパターン形
    状検査装置。
  2. 【請求項２】 試料像を形成して表示装置に表示し、試
    料上に形成されたパターン形状を検査するためのパター
    ン形状検査装置において、 観察領域に対応した参照用画像を記憶する手段と、観察
    時に前記参照用画像を前記試料像と照合して表示する手
    段とを備えることを特徴とするパターン形状検査装置。
  3. 【請求項３】 試料像を形成して表示装置に表示し、試
    料上に形成されたパターン形状を検査するためのパター
    ン形状検査装置において、 検査作業遂行のための情報を記述したレシピを記憶する
    手段と、前記レシピに記述された情報を用いて作業を自
    動的又は半自動的に遂行するための手段と、前記レシピ
    に記述された検査点マップを読み出して前記表示装置に
    表示するための手段と、前記検査点マップの検査点を選
    択する手段と、試料観察位置を選択された検査点に移動
    するための手段と、各検査点に対応する参照用画像を記
    憶する手段と、前記選択された検査点の試料像と前記検
    査点に対応する前記参照用画像を前記表示手段に表示す
    るための手段と、検査結果を前記検査点マップに上書き
    するための手段とを備えることを特徴とするパターン形
    状検査装置。
  4. 【請求項４】 試料像及び参照用画像の画像パラメータ
    をそれぞれ独立して変更するための手段を備えることを
    特徴とする請求項１、２又は３記載のパターン形状検査
    装置。
  5. 【請求項５】 前記試料像と前記参照用画像を照合する
    ための手段と、パターン形状の異常有無判定基準を記憶
    するための手段と、前記異常有無判定基準に基づいて試
    料像中のパターンの異常の有無判定を行う手段と、パタ
    ーン形状の異常が検出されたときそれを報知するための
    手段とを備えることを特徴とする請求項３又は４記載の
    パターン形状検査装置。
  6. 【請求項６】 前記試料像を参照用画像として記憶する
    手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
    １項記載のパターン形状検査装置。
  7. 【請求項７】 予め指定された時間プローブを照射した
    後、前記プローブによる試料像を形成する手段を備える
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のパ
    ターン形状検査装置。
JP7343083A 1995-12-28 1995-12-28 パターン形状検査装置 Pending JPH09184715A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7343083A JPH09184715A (ja) 1995-12-28 1995-12-28 パターン形状検査装置
US08/771,748 US5777327A (en) 1995-12-28 1996-12-20 Pattern shape inspection apparatus for forming specimen image on display apparatus
EP96120651A EP0781977A3 (en) 1995-12-28 1996-12-20 Pattern shape inspection apparatus for forming specimen image on display apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7343083A JPH09184715A (ja) 1995-12-28 1995-12-28 パターン形状検査装置

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