JPH10213422A - パタ−ン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】致命につながる欠陥を正確、迅速に判定し、分
類し得るようにすること。 【解決手段】ウェハはプリアライメントされ、ウェハ番
号が読取られ（２）、このウェハに対応するレシピが読
出される（３）。ウェハはＸＹ−ステ−ジに搬送され
（４）、アライメントされる（５）。このウェハに対応
したウェハマップ（検査点マップ）が読出され、表示さ
れる（６）。操作者はウェハマップ上検査したい箇所指
定し（７）、それが電子ビ−ム直下に来るようにステ−
ジ移動される（８）。走査電子ビ−ムが照射され、位置
決め用画像が形成される。その画像は参照用ＳＥＭ画像
（位置決め用参照画像）と比較され、検査点の精密な位
置決めが行われる（９）。その後、検査用画像が形成さ
れ（１０）、検査用参照画像と比較され、両画像の差異
部が検出される（１１）。差異部はパタ−ン欠陥は、少
なくとも短絡、断線、凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立
の欠陥に分けて類型分類される（１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造を始めと
し、種々の産業分野で用いられているパタ−ン形成に不
可欠な要素技術の一つであるパタ−ン検査装置、特に、
走査型電子顕微鏡(外観観察ＳＥＭ)、レ−ザ走査顕微
鏡、ｉ線顕微鏡、走査型原子間力顕微鏡のような、画像
を形成し、その形成された画像を観測することによって
パタ−ンを検査するパタ−ン検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の代表的な応用分野として半導体
製造が挙げられる。半導体製造においては、パタ−ンの
形状検査に、外観観察ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）が広
く用いられている。外観観察ＳＥＭを用いてパタ−ン形
状を検査するときは、例えば、次のような手順でこれを
行う。

【０００３】ウェハカセットから取り出された被検査ウ
ェハの一枚は、ウェハのオリエンテ−ションフラットあ
るいはノッチを基準として、プリアライメントされる。
プリアライメントは、ウエハの結晶方向をＸＹ−ステ−
ジの移動方向に合わせるものである。プリアライメント
後、ウェハは真空に保持された試料室内のＸＹ−ステ−
ジ１２上に搬送され、搭載される。ＸＹ−ステ−ジ上に
装填されたウェハは試料室の上面に装着された光学顕微
鏡を用いてアライメントされる。アライメントは、ウエ
ハ上に形成されたパタ−ンの座標系と、ステ−ジ座標系
との補正を行うものである。具体的には、ウェハ上に形
成されたアライメントパタ−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、参照用画像と丁度重なる
ようにステ−ジ位置座標を補正することによって行われ
る。アライメント後、ウェハを所望の検査点にステ−ジ
移動する。検査点を走査電子ビ−ム照射位置に移動し、
ＳＥＭ像を形成する。操作者は、自分の持っている知
識、情報と照らし合わせながら形成されたＳＥＭ像を観
測し、パタ−ン欠陥の有無判定と欠陥分類を行う。

【０００４】

【発明が解決使用とする課題】欠陥分類の最大の目的
は、デバイス不良の原因となる欠陥(致命欠陥)を正確に
判定し、分離することである。致命欠陥を知ることによ
り、歩留まりに影響する欠陥を効果的に低減し、歩留ま
りを短期間で向上させることが可能となる。

【０００５】従来は、一般的に、欠陥を丸、四角、長方
形、三角形などのように幾何学的形状で表したり、欠陥
サイズを絶対寸法で記述して、分類している。このよう
な分類方法は、致命欠陥と非致命欠陥を分離するため
に、必ずしも適したやり方ではない。

【０００６】本発明の目的は致命につながる欠陥を正
確、迅速に判定し、分類するのに適したパタ−ン検査装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料の画像を
生成し、その試料上に形成されたパタ−ンを検査するパ
タ−ン検査装置において、前記試料の画像に対応した参
照用画像を格納し、その格納された参照用画像を読み出
し、その読出された参照用画像と前記試料の画像とを比
較して、その両画像の差異部を検出し、そしてその差異
部を少なくとも短絡、断線、凸、欠け、ピンホ−ルおよ
び孤立の欠陥に分類するように構成したことを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】配線パタ−ンの凸欠陥を例とする
ならば、欠陥の致命率は、経験的に、欠陥ａ、ｂ、ｃの
ように幾何学的形状との相関は低く、ｄ、ｅのように絶
対寸法よりもパタ−ンスペ−スとの相対的比率に強く依
存する。

【０００９】また、図２(ｂ)に示すように、欠陥部分の
形状、大きさに拘らず、配線の短絡や断線は必ず致命と
なる。一方、短絡、断線に対応するその他の欠陥として
は、凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立の欠陥が挙げられ
る。凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立の欠陥が不良を直
接引き起こすことは稀である。しかし、以降の工程にお
けるプロセス不良やデバイスの特性不良、信頼度不良に
つながる恐れがある。凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立
の欠陥が不良となる確率は、欠陥存在個所のパタ−ンサ
イズおよび隣接パタ−ンまでの距離に依存している。同
じ欠陥でも、存在個所のパタ−ンサイズが大きいほどあ
るいは隣接パタ−ンまでの距離が長いほど、不良を誘起
する致命確率は小さくなる。

【００１０】上記の経験に基づく考察から、検査方法と
しては、欠陥を少なくとも短絡、断線、凸、欠け、ピン
ホ−ルおよび孤立の陥に分けるとともに、凸、欠け、ピ
ンホ−ルおよび孤立の欠陥については、パタ−ン幅ある
いはスペ−スを単位としたサイズに小分類する。検査装
置には、検査用画像を予め登録された検査用参照画像と
比較し、両者の差異部を欠陥として検出するための機能
と、欠陥を少なくとも短絡、断線、凸、欠け、ピンホ−
ルおよび孤立の欠陥に分けて類型分類し、凸、欠け、ピ
ンホ−ルおよび孤立の欠陥については、パタ−ン幅ある
いはスペ−スを単位としてサイズ分類可能な機能をもた
せる。

【００１１】これにより、致命につながる欠陥を、より
正確かつ迅速に判定し、分類することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に基づくパタ−ン検査装置とし
ての外観観察ＳＥＭの一実施例の基本構成を示す。電子
銃１から放出された電子ビ−ム２は収束レンズ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、該ウェハ面上を二次元走査す
る。

【００１３】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。その二次電子は二次
電子検出器８によって検出され、電気信号に変換された
後、増幅などの処理を受ける。処理後の電気信号はディ
スプレィ９を輝度変調するために使われる。ディスプレ
ィ９は電子ビ−ム２のウェハ面上走査と同期して走査さ
れるので、ディスプレイ上には試料像(ＳＥＭ像)が形成
される。

【００１４】本発明による検査手順の一例を図３に示
す。ウェハカセット１０から取り出された（１）被検査
ウェハの一枚５はプリアライメントされると同時に、こ
のウェハ上に形成されたウェハ番号が図示されていない
ウェハ番号読取り器によって読取られる（２）。ウェハ
番号は各ウェハに固有のものである。読取られたウェハ
番号をキ−にして、予め登録されていた、このウェハに
対応するレシピが読出される（３）。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。

【００１５】以降の操作は、読出したレシピに従って、
自動的あるいは半自動的に行われる。ウェハ番号が読込
まれた後、ウェハ５は真空に保持された試料室１１内の
ＸＹ−ステ−ジ１２上に搬送され、搭載される（４）。
ＸＹ−ステ−ジ１２上に装填されたウェハ５は試料室１
１の上面に装着された光学顕微鏡１３を用い、アライメ
ントされる（５）。アライメントは、ウェハ５上に形成
されたアライメントパタ−ンの数百倍程度に拡大された
光学顕微鏡像を、レシピに付随して、予め登録されてい
るアライメント用参照画像と比較し、参照画像と丁度重
なるように、ステ−ジ位置座標を補正することによって
行われる。アライメント後、このウェハに対応したウェ
ハマップ（検査点マップ）が読出され、ディスプレイ上
に表示される（６）。ウェハマップには、このウェハの
所要検査点と来歴が示されている。

【００１６】ウェハマップ表示後、操作者はウェハマッ
プ上に示された検査点の中から、検査したい箇所の対応
点を指定する（７）。検査点が指定されると、被測定ウ
ェハ５は指定の検査点が電子ビ−ム直下に来るようにス
テ−ジ移動により移動される（８）。その移動後、走査
電子ビ−ムが指定された検査点上に照射され、比較的低
倍率でのＳＥＭ像（位置決め用画像）が形成される。形
成された低倍率ＳＥＭ像は、アライメント操作と同様
に、予め登録されていた、指定の検査点に対応する参照
用ＳＥＭ画像（位置決め用参照画像）と比較され、参照
用ＳＥＭ画像と丁度重なり合うように、検査点の精密な
位置決めが行われる（９）。位置決めは、例えば、電子
ビ−ムの走査領域を微調整することによって行われる。

【００１７】位置決めされたウェハは、被検査領域がほ
ぼ画面中央、すなわち、電子ビ−ム直下に位置する。こ
の状態で、被検査領域の高倍率検査ＳＥＭ像（検査用画
像）が形成される（１０）。検査ＳＥＭ像は、レシピに
付随して登録されている、この被検査領域に対応した参
照用ＳＥＭ像（検査用参照画像）と比較され、両画像の
差異部が検出される（１１）。差異部はパタ−ン欠陥と
見做される。パタ−ン欠陥は、少なくとも短絡、断線、
凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立の欠陥に分けて類型分
類される（１２）。

【００１８】次いで、凸および孤立欠陥は、隣接パタ−
ンとの距離を最小スペ−スを単位とし、対向長（欠陥を
パタ−ンに投影したときのその影の長さ）を最小パタ−
ン幅を単位として、サイズ分類される。一方、ピンホ−
ルおよび欠け欠陥は、それらが存在するパタ−ンの幅を
幅方向の単位とし、最小パタ−ン幅を長手方向の単位と
して、サイズ分類される（１３）。なお、最小パタ−ン
幅および最小スペ−スは検査デバイスのパタ−ン設計ル
−ルに係る値であり、検査に先立ち、予め登録されてい
る。

【００１９】ここで、欠陥の類型分類に用いられる手段
は、例えば、図１のＡ部に示すようなハ−ド構成を成
す。像信号は、Ａ／Ｄコンバ−タ２１によってデジタル
信号に変換され、プロセッサ２２によってノイズ除去等
の画像処理を受けた後、画像メモリ２３に格納される。
画像メモリ２３に貯えられた像は、プロセッサを介して
デイスプレイ上に読出されるとともに、欠陥分類が行わ
れる。欠陥分類のため、プロセッサ２２には像情報抽出
のためのソフトウエア、すなわち、パタ−ンの輪郭検
出、参照像との差異部検出、差異部と輪郭の接続性判定
および差異部サイズ算出等のソフトウエア機能が組み込
まれている。もちろん、参照画像はプロセッサ内のメモ
リに格納されている。

【００２０】指定の検査点の欠陥判定、分類が終了した
後、分類結果はウェハマップの指定検査点上に上書きさ
れるとともに、検査デ−タベ−スに格納される。上述の
ようにして、一箇所の検査が終了する。

【００２１】さらに検査箇所が残っていれば、ウェハマ
ップ上で次の検査点を指定し、図３中、検査点指定後の
操作を繰返して行う。該ウェハの全検査が終了すると、
チップ単位、ウエハ単位での全欠陥／類型別欠陥／サイ
ズ別欠陥の密度や歩留まりが計算される（１４）。歩留
まり計算は、予め登録されている、欠陥類型別の欠陥サ
イズ−致命率表を用いて行われる。欠陥サイズ−致命率
表は、サイズ分類された凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤
立の各欠陥を、固有の致命率に対応付けるものである。
これ等の計算結果は、検査結果とともに、検査デ−タベ
−スに格納され（１４）、必要に応じて随時出力され、
使用される（１５）。

【００２２】ウェハカセットの中に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３の手順に従って検査を行う。複数ウエハ
の密度および歩留まりも、上記一ウエハの場合に準じ
て、計算される。

【００２３】ここでは、操作者のウェハマップ上検査点
指定によって、欠陥判定・分類が始動する方法を示し
た。代わりに、レシピの指示に従い、機械的に検査点に
移動し、機械的に欠陥判定、分類を行う、自動検査の方
法を採ってもよい。

【００２４】ここでは、ステ−ジをステップ＆リピ−ト
しながら、所定の検査点のみを検査する方法を示した。
代わりに、ステ−ジを連続移動しながら、ウエハ内を全
面検査あるいは領域検査することも可能である。

【００２５】ウエハの全面検査を行う場合、必ずしも、
作業前に予め参照用画像を登録しておく必要はない。検
査作業中に、隣のチップあるいは隣のセルの同一部分の
像を取り込み、参照用画像として順次登録し使用して行
くことも可能である。

【００２６】このように、検査作業中に参照用画像を追
加登録したり、再登録できる機能は、予め登録されてい
た参照用画像の輝度やコントラストが検査画像のそれら
とは余りにもかけ離れており、参照用画像を変更したい
場合にも適用できる。

【００２７】予め登録されていた参照用画像の輝度やコ
ントラストが 検査画像のそれらとは余りにもかけ離れ
ている場合に備えて、検査画像および参照用画像の輝
度、彩度およびコントラストなどの画像パラメ−タを、
検査画像および参照用画像についてそれぞれ独立して変
更できるようにしておくとよい。

【００２８】試料に依っては、画像の質が良い場合ばか
りとは限らない。差異部を欠陥として検出できても、自
動分類のできない場合がある。オペレ−タアシストのア
ラ−ムを自動的に発生するための機能をもつとよい。

【００２９】電子ビ−ムやイオンビ−ムなどの荷電粒子
線を用いたとき、試料チャ−ジアップ時間の長い場合が
ある。位置決めのための像や検査画像を、荷電粒子線を
所定時間照射した後に、取り込む。

【００３０】検査ＳＥＭ像と参照用ＳＥＭ像との同時表
示が可能である。これにより、分類結果の妥当性確認が
容易に行える。

【００３１】ここでは、低倍率像でアライメントした
後、高倍率像で位置決めする方法を示した。アライメン
トなしで、直接指定検査点を位置決めにいき、検査点を
見つけるまで、周辺を高倍率像でサ−チするための機能
をもたせてもよい。

【００３２】ここでは、ＸＹ−ステ−ジを用いた。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形状検査
ができる。

【００３３】ここでは、検査画像の欠陥判定・分類だけ
を記述した。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れば、欠陥部の組成など、検査点
の分析デ−タを合わせて取得できる。

【００３４】ここでは、像形成に電子ビ−ムをプロ−ブ
として用いた。代りに、イオンビ−ム・光ビ−ムあるい
はメカニカルプロ−ブなどをプロ−ブとして用いてもよ
い。

【００３５】ここでは、一プロ−ブ・一画素の場合を示
した。マルチプロ−ブやマルチ画素で画像を形成する方
式を用いてもよい。

【００３６】ここでは、走査画像を用いた。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。

【００３７】ここでは、半導体ウェハを検査する場合に
ついて示した。検査対象は、撮像デバイスや表示デバイ
ス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。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、致命につながる欠陥を
正確、迅速に判定し、分類するのに適したパタ−ン検査
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくパタ−ン検査装置としての外観
観察ＳＥＭの一実施例の基本構成を示す図。

【図２】本発明における欠陥分類の説明図。

【図３】本発明における検査手順を説明するフロ−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：ディスプレイ、１０：ウ
ェハカセット、１１：試料室、１２：ＸＹ−ステ−ジ、
１３：光学顕微鏡、２１：Ａ／Ｄ変換器、２２：プロセ
ッサ、２３：画像メモリ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料の画像を生成し、その試料上に形成さ
   れたパタ−ンを検査するパタ−ン検査装置において、前
   記試料の画像に対応した参照用画像を格納し、その格納
   された参照用画像を読み出し、その読出された参照用画
   像と前記試料の画像とを比較して、その両画像の差異部
   を検出し、そしてその差異部を少なくとも短絡、断線、
   凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立の欠陥に分類するよう
   に構成したことを特徴とするパタ−ン検査装置。
2. 【請求項２】少なくとも前記凸、欠け、ピンホ−ルおよ
   び孤立の欠陥については、パタ−ン幅およびスペ−スを
   単位としてサイズ分類するように構成したことを特徴と
   する請求項１に記載されたパタ−ン検査装置。
3. 【請求項３】前記凸および孤立に分類された欠陥につい
   ては、隣接パタ−ンとの距離を最小スペ−スを単位と
   し、対向長を最小パタ−ン幅を単位としてサイズ分類
   し、前記ピンホ−ルおよび欠けに分類された欠陥につい
   ては、それらが存在するパタ−ンの幅を幅方向の単位と
   し、最小パタ−ン幅を長手方向の単位としてサイズ分類
   するように構成したことを特徴とする請求項２に記載さ
   れたパタ−ン検査装置。
4. 【請求項４】試料の画像を生成し、その試料上に形成さ
   れたパタ−ンを検査するパタ−ン検査装置において、次
   の（１）〜（２５）の機能のうちの、（１４）〜（１
   ７）の機能とそれ以外の少なくとも１つの機能とを有す
   るパタ−ン検査装置。 （１）前記試料をプリアライメントする機能、（２）そ
   の試料の検査遂行のためのレシピを予め登録する機能、
   （３）前記試料上に形成された試料番号を読取る機能、
   （４）その読込んだ試料番号から該試料に対応するレシ
   ピを読出す機能、（５）その読出したレシピに基づく検
   査を遂行する機能、（６）アライメント用参照画像を予
   め登録する機能、（７）そのアライメント用参照画像を
   形成し、その参照画像と前記試料のアライメントパタ−
   ンの画像とを照合することによって前記試料のアライメ
   ントを行う機能、（８）前記試料の検査点マップを予め
   登録する機能、（９）その登録された検査点マップを読
   出し、表示する機能、（１０）その検査点マップ上での
   指定あるいは前記レシピの指示に基づいて前記試料を移
   動してその指定または指示された検査点を所望位置に位
   置づける機能、（１１）その指定または指示された検査
   点の参照用画像を予め登録するための機能、（１２）そ
   の指定または指示された検査点の参照画像を形成し、そ
   の指定または指示された検査点の位置決め用画像とその
   検査点の位置決め用参照画像とを照合することにより前
   記検査点の位置決めを行う機能、（１３）その位置決め
   された検査点の検査用画像を形成する機能、（１４）前
   記位置決めされた検査点の検査用参照用画像を格納する
   機能、（１５）前記検査用画像と前記検査用参照画像を
   表示する機能、（１６）その両画像を比較して、差異部
   を検出する機能、（１７）その両画像間の差異部を少な
   くとも短絡、断線、凸、欠け、ピンホ−ルおよび孤立の
   欠陥に分類する機能、（１８）前記少なくとも凸、欠
   け、ピンホ−ルおよび孤立の欠陥についてサイズ分類す
   るの機能、（１９）前記試料の差異部にプロ−ブを照射
   し物理分析する機能、（２０）前記指定または指示され
   た検査点の差異部の分類結果を前記検査点マップに上書
   きする機能、（２１）前記試料がウヘハである場合は、
   チップ単位、ウエハ単位および指定ウエハ単位での全欠
   陥、類型別欠陥およびサイズ別欠陥の密度を計算する機
   能、（２２）前記欠陥類型別の欠陥サイズ−致命率表を
   予め登録する機能、（２３）前記欠陥類型別の欠陥サイ
   ズ−致命率表を用いて、チップ単位、ウエハ単位および
   指定ウエハ単位での歩留まりを計算する機能、（２４）
   前記指定された検査点の差異部検出結果、差異部の分類
   結果および各欠陥密度および歩留まり計算結果を登録す
   る機能、（２５）その登録された各検査結果、計算結果
   を出力するための機能。
5. 【請求項５】前記検査用画像および検査用参照画像の輝
   度、彩度およびコントラストを含む画像パラメ−タを、
   前記検査用画像および検査用参照画像それぞれについて
   独立して変更し得るようにした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−ン検査装置。
6. 【請求項６】前記差異部を分類するに際し、分類ができ
   なかった場合にオペレ−タアシストのアラ−ムを自動的
   に発生するように構成したことを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載されたパタ−ン検査装置。
7. 【請求項７】検査作業中に検査用参照用画像を登録し得
   るようになしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   かに記載されたパタ−ン検査装置。
8. 【請求項８】前記検査用画像と参前記検査用参照画像と
   を同時または突合せ表示するようにしたことを特徴とす
   る請求項１〜７のいずれかに記載されたパタ−ン検査装
   置。
9. 【請求項９】予め指定された時間プロ−ブを前記試料に
   照射した後画像を形成することを特徴とする、そのプロ
   −ブとして荷電粒子ビ−ムを用いた請求項１〜８のいず
   れかに記載されたパタ−ン検査装置。