JPH09312318A - パタ−ン欠陥検査装置 - Google Patents

パタ−ン欠陥検査装置

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JPH09312318A
JPH09312318A JP8125591A JP12559196A JPH09312318A JP H09312318 A JPH09312318 A JP H09312318A JP 8125591 A JP8125591 A JP 8125591A JP 12559196 A JP12559196 A JP 12559196A JP H09312318 A JPH09312318 A JP H09312318A
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defect
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JP8125591A
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Fumio Mizuno
文夫 水野
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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    • G06T2207/30148—Semiconductor; IC; Wafer

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は高感度のパタ−ン欠陥検査を高
速でかつ誤検出割合を増大させることなしに行うのに適
したパタ−ン欠陥検査装置を提供することにある。 【課題解決手段】ウエハ５は電子ビ−ム２で走査され、
それによって生じる二次電子信号は画像メモリ１０に記
憶され、その記憶された信号はディスプレイ１２を輝度
変調する。これによって、ディスプレイ１２にはウエハ
のパタ−ン画像が表示される。画像メモリ１２には参照
パタ−ン画像が予め記憶されており、この画像と検出さ
れウエハパタ−ン画像は比較され、その差がウエハパタ
−ンの欠陥として検出される。前記の電子ビ−ムによる
ウエハの走査は任意の特定された部分だけが走査とさ
れ、これによって前記目的を達成するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパタ−ン欠陥検査装
置、特に半導体素子、撮像素子、表示素子などの製造に
おいてパタ−ンの欠陥を検査するのに適したパタ−ン欠
陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明で対象としているパタ−ン欠陥検
査装置の主なものとしては、走査型電子顕微鏡(ＳＥ
Ｍ)、レ−ザ走査顕微鏡、走査型原子間力顕微鏡、レ−
ザフォ−カス顕微鏡などがある。代表的な応用分野とし
て、半導体製造に例を採って説明する。パタ−ンの欠陥
検査にはＳＥＭが広く用いられている。以下、ＳＥＭの
例を説明する。
【０００３】図１はＳＥＭの基本的な原理と構成を示
す。これはプロ−ブとして電子ビ−ムを用い、視野全面
をラスタ走査する方式のものである。
【０００４】電子銃１から放出された電子ビ−ム２は加
速された後、収束レンズ３および対物レンズ４によって
細く絞られ、試料であるウェハ５の面上に焦点を結ぶ。
同時に、電子ビ−ム２は偏向器６によって軌道を曲げら
れ、ウェハ面上を二次元あるいは一次元走査する。一
方、電子ビ−ム２で照射されたウェハ部分からは二次電
子７が放出される。二次電子は二次電子検出器８によっ
て検出されて電気信号に変換され、該電気信号はＡ／Ｄ
変換器９によってＡ／Ｄ変換されて画像メモリ１０に記
憶され、この記憶された信号は画像処理装置１１による
処理を受けてディスプレイ１２を輝度変調あるいはＹ変
調するのに用いられる。ディスプレイ１２は電子ビ−ム
２のウェハ面上走査と同期して走査されており、したが
ってディスプレイ１２上には試料像が形成される。二次
元走査し、輝度変調をかければ画像が表示され、一次元
走査し、Ｙ変調をかければラインプロファイルが描かれ
る。
【０００５】ＳＥＭを用いてパタ−ン欠陥を検査すると
きの手順は、例えば、次のようなものである。
【０００６】被測定ウェハの一枚５はウェハカセット１
３から取り出された後、プリアライメントされる。プリ
アライメントはウェハに形成されたオリエンテ−ション
フラットやノッチなどを基準として、ウエハの方向を合
わせるための操作である。プリアライメント後、ウェハ
５は真空に保持された試料室１４内のＸＹステ−ジ１５
上に搬送され、搭載される。ＸＹステ−ジ１５上に装填
されたウェハ５は試料室１４の上部に装着された光学顕
微鏡１６を用いてアライメントされる。アライメントは
ＸＹステ−ジ１５の位置座標系とウェハ内のパタ−ン位
置座標系との補正を行うものであり、ウェハ上に形成さ
れたアライメントパタ−ンを用いる。具体的には、光学
顕微鏡１６による像信号はＡ／Ｄ変換器１７によってＡ
／Ｄ変換されて画像メモリ１０に記憶され、この記憶さ
れた信号は画像処理装置１１を介してディスプレイ１２
に導かれ、これにより光学顕微鏡像はディスプレイ１２
に表示される。アライメントパタ−ンの数百倍程度に拡
大された光学顕微鏡像を、予め登録されているアライメ
ントパタ−ンの参照用画像と比較し、その視野が参照用
画像の視野と丁度重なるようにステ−ジ位置座標を補正
する。アライメント後、電子ビ−ム走査とステ−ジ移動
を組み合わせながらウェハ上の所要検査領域全面をラス
タ走査し、ＳＥＭ画像を形成する。形成されたＳＥＭ画
像は参照ＳＥＭ画像と比較され、両画像の差異部がパタ
−ン欠陥として検出される。参照ＳＥＭ画像としては、
一般的に、直前に検査したチップあるいはセルの同一部
分のＳＥＭ画像が用いられる。
【０００７】なお、画像信号の記憶／読み出し、画像信
号処理等の制御はコンピュ−タ及び制御装置１８によっ
て行われる。
【０００８】
【発明が解決使用する課題】パタ−ン欠陥の検出感度と
検査速度とは相反関係にある。どちらも画素サイズ(視
野内の画素数)に依存している。画素サイズを小さく(視
野内の画素数を多く)すれば、パタ−ン欠陥検出感度を
高くすることができるが、検査速度は低下する。すなわ
ち、高感度でパタ−ン欠陥を検出しようとすれば、所要
検査時間は増大することになる。
【０００９】パタ−ン欠陥検出感度と誤検出頻度にも相
関がある。欠陥検出感度はＳＥＭ分解能に比例する。欠
陥検出感度を上げるためにＳＥＭ分解能を高くすると、
パタ−ンエッジ以外の微細構造も鮮明になる。鮮明な微
細構造はパタ−ンエッジと混同され、パタ−ン欠陥に対
するノイズ(誤検出要因)となる。すなわち、高感度でパ
タ−ン欠陥を検出しようとすると、誤検出割合が増大す
ることになる。
【００１０】したがって、本発明の目的は高感度のパタ
−ン欠陥検査を高速でかつ誤検出割合を増大させること
なしに行うのに適したパタ−ン欠陥検査装置を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決する手段】本発明は、プロ−ブで試料面上
を走査し、それによって得られる前記試料面上に形成さ
れたパタ−ンの情報にもとづいてそのパタ−ンの欠陥を
検査するパタ−ン欠陥検査装置において、前記プロ−ブ
による前記試料面上の走査を、その面上の任意に特定さ
れた部分について行うようにしたことを特徴とする。
【００１２】本発明による走査はいわゆるベクタ走査で
ある。このため、画素サイズを小くしても走査領域が狭
いため、画素数が多くはならない。すなわち、画素サイ
ズを小さくし、高感度でパタ−ン欠陥を検出しても、検
査時間が短くて済む。また、特定された部分以外からの
情報は得られないことになるので、その部分以外の微細
構造がパタ−ンエッジ検出のノイズとなることもない。
すなわち、分解能を高くし、高感度でパタ−ン欠陥を検
出しても、誤検出割合が増大することがない。
【００１３】ちなみに、本発明によれば、特定された部
分外のピンホ−ル欠陥あるいは島状欠陥は検査されない
ことになるい。しかし、これ等の欠陥が素子の致命的欠
陥になる確率は小さく，検査抜けがあっても大きな不都
合は生じない。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明にもとづくパタ−ン欠陥検
査装置のハ−ドウエアに関しては、これは図１のそれと
同じであるので、ここで繰り返し説明することは避け
る。
【００１５】指定パタ−ン領域をベクタ走査する方法は
としては、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に模式的に示す
ような方法がある。すなわち、 （１）図２（ａ）に示すように、被検査パタ−ン領域の
外を電子ビ−ム走査する。この方法は，ラインパタ−ン
を対象とする場合や，レジスト残渣やエッチング残りの
ような凸型欠陥を検査する場合に有効である。
【００１６】（２）図２（b）に示すように、被検査パ
タ−ン領域内を電子ビ−ム走査する。この方法は、ホ−
ルパタ−ンを対象とする場合及びレジスト細りやエッチ
ング欠けのような凹型欠陥を検査する場合に有効であ
る。
【００１７】（３）図２（c）に示すように、被検査パ
タ−ンのパタ−ンエッジ領域を電子ビ−ム走査する。こ
の方法は凸型、凹型どちらの欠陥検査にも適用できる。
図２（a）〜（c）に示す方法法を、検査すべきパタ−ン
の加工上の弱点に合わせて併用すると効果的である。
【００１８】パタ−ン欠陥の判定には、例えば、図２〜
４に模式的に示すような方法を用いる。
【００１９】（１）ＳＥＭ画像（図３（ａ））を予め登
録した参照画像（図３（ｂ））と比較し、両画像の差異
部をパタ−ン欠陥として検出する（図３（ｃ））。参照
画像との比較には、パタ−ン形状を照合しても良いし、
パタ−ンエッジを突き合わせても良い。
【００２０】（２）ＳＥＭ画像（図４（ａ））内のパタ
−ン像が規格範囲（図４（ｂ））から外れた個所を欠陥
として検出する（図４（ｃ））。
【００２１】（３）試料ラインプロファイル（図５
（ａ））を予め登録した参照ラインプロファイル（図５
（ｂ））と比較し、両プロファイルの差異部をパタ−ン
欠陥として検出する。
【００２２】（４）試料ラインプロファイル（図５
（ａ））が参照ラインプロファイル（図５（ｂ））の規
格範囲から外れた個所を欠陥として検出する（図５
（ｃ））。
【００２３】（３）、（４）は、パタ−ンエッジ部を電
子ビ−ムで一筆書きする図２（ｃ）の手法と併用する
ば、より効果的である。いずれの場合も、例えば、上限
規格と下限規格のように、複数の参照画像あるいは規格
範囲を設定しても良い。
【００２４】図３〜５の判定操作のなかで、欠陥サイズ
および欠陥モ−ドについての情報を得ることができる。
欠陥判定の内容に、欠陥サイズおよび欠陥モ−ド分類の
操作を加えることも可能である。
【００２５】試料像および参照像の明度、採度、コント
ラストなどの画像パラメ−タをそれぞれ独立に変更し得
るようにしたり、あるいは試料ラインプロファイルおよ
び参照ライプロファイルの振幅やコントラストなどのプ
ロファイルパラメ−タをそれぞれ独立に変更し得るよう
にすれば、比較精度向上を図ることができる。
【００２６】本発明による操作手順の例を図６に示す。
【００２７】被測定ウェハ５は、ウェハカセット１３か
ら取り出された後、プリアライメントされる（Ｓ１）。
プリアライメント後、ウェハ５上に形成されたウェハ番
号が、図示されていないウェハ番号読み取り器によって
読み取られる（Ｓ２）。ウェハ番号は各ウェハに固有の
ものである。読み取られたウェハ番号をキ−にして、コ
ンピュ−タおよび制御装置１８に予め登録されていた、
このウェハに対応するレシピが読み出される（Ｓ２）。
レシピは、このウェハの検査手順や検査条件を定めたも
のである。以降の操作は、このレシピにしたがって、自
動的あるいは半自動的に行われる。レシピ読み出し後、
ウェハ５は真空に保持された試料室１４内のＸＹステ−
ジ１５上に搬送され、搭載される（Ｓ３）。ステ−ジ上
に装填されたウェハ５は、試料室１４の上部に装着され
た光学顕微鏡１６とウェハ５上に形成されたアライメン
トパタ−ンを用いてアライメントされる（Ｓ４）。アラ
イメントパタ−ンの光学顕微鏡像は、画像メモリ１０に
予め登録されていたアライメントパタ−ン参照用画像と
比較され、その視野が参照用画像の視野と重なるように
ステ−ジ位置座標を補正する。アライメント後、ウェハ
５上に形成された位置決めパタ−ンを用いて、ウェハ５
上に形成された被検査パタ−ンの精密な位置決めが行わ
れる（Ｓ５）。位置決めパタ−ンは、電子ビ−ム直下に
ステ−ジ移動された後、電子ビ−ム照射され、画像形成
される。位置決めパタ−ン画像は、アライメント操作と
同様に、画像メモリ１０に予め登録されていた位置決め
パタ−ン参照用画像と比較され、両画像が丁度重なり合
うように電子ビ−ムの走査領域を微調整する。位置決め
されたウェハ５は、予め指定された検査領域にわたり、
パタ−ン欠陥の有無を検査される（Ｓ６）。パタ−ン欠
陥検査には、前述のベクタ走査法とパタ−ン欠陥検出手
段が用いられる。
【００２８】パタ−ン欠陥部分の座標位置などの検査デ
−タや像はコンピュ−タおよび制御装置１８のデ−タベ
−スに登録される。さらに、この参照像を併せて登録す
れば、検査後のレビュ−作業が容易となる。
【００２９】このようにして一枚のウェハの検査が終わ
る。ウェハカセットの中に複数の被測定ウェハが残って
いる場合には、次のウェハをウェハカセットから取り出
した後、図６の操作手順にしたがって繰返し検査を行
う。
【００３０】参照像は、検査作業前に予め登録すること
も、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。例えば、直前に検査したチップあるいはセル
の同一パタ−ン部の像を参照像として、検査作業中に繰
返し登録し直すことである。また、参照像として、試料
像の代りにパタ−ン設計情報を用いることも可能であ
る。
【００３１】電子ビ−ムやイオンビ−ムなどの荷電粒子
線を用いた場合で、チャ−ジアップが飽和するまでに時
間がかかるような試料については、荷電粒子線を所定の
時間照射した後、試料像を取り込むようにすると良い。
【００３２】ここでは、ＸＹステ−ジを用いたが、ＸＹ
ステ−ジの代りに、ＸＹＴ（Ｔは傾斜を意味する）ステ
−ジを用いれば、試料を傾斜した状態でのパタ−ン欠陥
検査ができる。
【００３３】ここでは、パタ−ン欠陥の検査だけを記述
したが、検査結果に異常が認められた場合、欠陥個所の
分析デ−タを合わせて取得できるように、特性Ｘ線分析
器やオ−ジェ電子分析器などの分析機能を付属させるこ
とも可能である。
【００３４】ここでは、像形成に電子ビ−ムを用いた
が、代りに、イオンビ−ムや光ビ−ムあるいはメカニカ
ルプロ−ブなどを用いても良い。
【００３５】ここでは、一プロ−ブ一画素の場合を示し
たが、マルチプロ−ブやマルチ画素で像形成を行う方式
であっても構わない。
【００３６】ここでは、半導体ウェハを観察する場合に
ついて示したが、代りに、撮像素子や表示素子用のウェ
ハであってもよいし，ウェハ以外の試料形状であっても
構わない。
【００３７】以上の記載から、高感度でのパタ−ン欠陥
検査と高速かつ誤報の少ない検査との両立が図られるこ
とが理解される。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、高感度のパタ−ン欠陥
検査を高速でかつ誤検出割合を増大させることなしに行
うのに適したパタ−ン欠陥検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来例を説明するためのＳＥＭの
概念図。
【図２】本発明におけるベクタ方式プロ−ブ走査を説明
するための図。
【図３】本発明におけるパタ−ン欠陥の判定の仕方の一
例を説明するための図。
【図４】本発明におけるパタ−ン欠陥の判定の仕方のも
う一つの例を説明するための図。
【図５】本発明におけるパタ−ン欠陥の判定の仕方のさ
らにもう一つの例を説明するための図。
【図６】本発明におけるパタ−ン欠陥の検査フロ−の一
例を示す図。
【符号の説明】
１：電子銃、２：電子ビ−ム、３：収束レンズ、４：対
物レンズ、５：ウェハ、６：偏向コイル、７：二次電
子、８：二次電子検出器、９、１７：Ａ／Ｄ変換器、１
０：画像メモリ、１１：画像ショリ装置、１２：ディス
プレイ、１３：ウェハカセット、１４：試料室、１５：
ＸＹステ−ジ、１６：光学顕微鏡、１８：コンピュ−タ
および制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 7/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４０５Ａ 15/70 ４５５Ａ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プロ−ブで試料面上を走査し、それによっ
    て得られる前記試料面上に形成されたパタ−ンの情報に
    もとづいてそのパタ−ンの欠陥を検査するパタ−ン欠陥
    検査装置において、前記プロ−ブによる前記試料面上の
    走査を、その面上の任意に特定された部分について行う
    ようにしたことを特徴とするパタ−ン欠陥検査装置。
  2. 【請求項２】前記特定された部分は前記試料面上の前記
    パタ−ン以外の領域であることを特徴とする請求項１に
    記載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  3. 【請求項３】前記特定された部分は前記試料面上の前記
    パタ−ン内の領域であることを特徴とする請求項１に記
    載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  4. 【請求項４】前記特定された部分は前記試料面上の前記
    パタ−ンのパタ−ンエッジ領域であることを特徴とする
    請求項１に記載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  5. 【請求項５】前記パタ−ンを含む前記試料の試料画像を
    形成すると共に、該試料画像に対応する参照画像を予め
    登録しておき、前記試料画像と前記登録された参照画像
    を比較し、その両画像の差を前記パタ−ンの欠陥として
    検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
    載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  6. 【請求項６】前記試料画像内の前記パタ−ンの部分が予
    め定められた規定範囲から外れた個所を前記パタ−ンの
    欠陥として検出することを特徴とする請求項５に記載さ
    れたパタ−ン欠陥検査装置。
  7. 【請求項７】前記試料をプリアライメントし、さらに前
    記試料のアライメント用参照画像を予め登録しておき、
    前記試料の、前記アライメント用参照画像に対応するア
    ライメント画像を形成し、該アライメント画像を前記ア
    ライメント参照画像と照合して前記試料のアライメント
    を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載されたパ
    タ−ン欠陥検査装置。
  8. 【請求項８】検査作業を遂行するための作業指示情報を
    予め登録しておき、前記試料上に形成された試料番号を
    読み取り、該読み取られた試料番号をキ−として前記作
    業指示情報を読み出し、該読み出された作業指示情報に
    もとづいて前記検査作業を遂行するようにしたことを特
    徴とする請求項５〜７のいずれかに記載されたパタ−ン
    欠陥検査装置。
  9. 【請求項９】位置決めパタ−ン参照用画像を予め登録し
    ておき、該位置決めパタ−ン参照用画像に対応する、前
    記試料上の位置決めパタ−ンの画像を形成し、該画像と
    前記位置決めパタ−ン参照用画像を照合して前記試料の
    位置決めを行うことを特徴とする請求項５〜８のいずれ
    かに記載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  10. 【請求項１０】前記試料画像および参照画像の画像パラ
    メ−タをそれぞれ独立に変更し得るようにしたことを特
    徴とする請求項５〜９のいずれかに記載されたパタ−ン
    欠陥検査装置。
  11. 【請求項１１】前記パタ−ンのラインプロファイルを形
    成すると共に、該ラインプロファイルに対応する参照ラ
    インプロファイルを予め登録しておき、前記ラインプロ
    ファイルと前記登録された参照ラインプロファイルを比
    較し、その両プロファイルの差を前記パタ−ンの欠陥と
    して検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
    に記載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  12. 【請求項１２】前記ラインプロファイルおよび前記参照
    ラインプロファイルのプロファイルパラメ−タをそれぞ
    れ独立に変更し得るようにしたことを特徴とする請求項
    １１に記載されたパタ−ン欠陥検査装置。
  13. 【請求項１３】前記試料画像は前記プロ−ブを前記試料
    に予め指定された時間照射した後の画像であることを特
    徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載されたパタ−
    ン欠陥検査装置。
  14. 【請求項１４】前記ラインプロファイルは前記プロ−ブ
    を前記試料に予め指定された時間照射した後のものであ
    ることを特徴とする請求項１１又は１２に記載されたパ
    タ−ン欠陥検査装置。
JP8125591A 1996-05-21 1996-05-21 パタ−ン欠陥検査装置 Pending JPH09312318A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8125591A JPH09312318A (ja) 1996-05-21 1996-05-21 パタ−ン欠陥検査装置
US08/855,824 US6067153A (en) 1996-05-21 1997-05-12 Pattern defect inspecting apparatus
DE19720708A DE19720708A1 (de) 1996-05-21 1997-05-16 Vorrichtung zum Untersuchen von Musterdefekten
KR1019970019419A KR970075840A (ko) 1996-05-21 1997-05-20 패턴 결함 검사 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8125591A JPH09312318A (ja) 1996-05-21 1996-05-21 パタ−ン欠陥検査装置

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