KR20200092372A - 결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 결함 관찰 장치 - Google Patents

결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 결함 관찰 장치 Download PDF

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Abstract

콤팩트한 광학계를 이용하여, 복수 종류의 결함을 고감도 또한 고속으로 검출할 수 있는 결함 검출 장치를 제공한다.
피검사물에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치된 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자와, 결함 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성한 복수의 마스크 화상을 기억하는 마스크 화상 기억부와, 상기 촬상 소자로부터 얻어진 화상에, 상기 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하고, 결함 검출 처리를 행하는 연산부를 갖는 결함 검출 장치이다.

Description

결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 결함 관찰 장치
본 발명은, 반도체 패턴 없는 베어 웨이퍼, 반도체 패턴 없는 막부착 웨이퍼 등의 피검사물의 표면의 결함 등을 검사하는 결함 검출 장치, 결함 검출 방법 및 이것을 구비한 결함 관찰 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서의, 반도체 웨이퍼 상의 이물 결함, 패턴 결함 등의 결함 검사는, 외관 검사 장치에 의한 결함 위치 검출과, 결함 관찰 장치에 의한 결함 관찰에 의해 행해지고, 결함의 관찰 결과에 의거하여 대책을 세워야 할 공정을 좁혀 구체화하고 있다. 반도체 패턴의 미세화가 진행되고, 미세한 결함도 수율에 영향을 주기 때문에, 관찰 장치에는 SEM(Scanning Electron Microscope: 주사형 전자 현미경)이 사용된다. 외관 검사 장치와 SEM식의 관찰 장치는 다른 장치이며 스테이지 좌표의 어긋남이 있기 때문에, 외관 검사 장치로 검출한 결함 위치 정보만을 사용하여, SEM식의 관찰 장치의 시야에 결함의 위치 결정을 행하는 것은 어렵다.
특히 패턴 없는 웨이퍼의 검사 장치에서는, 검사의 스루풋을 올리기 위해, 레이저 빔의 스폿 사이즈를 크게 해서 반도체 기판 표면을 조사하고, 그 산란광으로부터 결함 위치를 검출하기 때문에, 결함 위치 좌표에는 큰 오차 성분을 포함한다. 이러한 큰 오차 성분을 포함한 결함의 위치 정보에 의거하여 SEM을 이용하여 결함을 상세하게 관찰하고자 하면, 광학식의 이물 검사 장치보다 훨씬 높은 배율로 관찰하는 SEM의 시야 내에 결함을 들어오게 하는 것은 곤란해진다.
이것을 해결하는 방법으로서 특허문헌 1에는, SEM에 의한 패턴 없는 웨이퍼의 결함 관찰을 행함에 있어서, 관찰 장치에 탑재된, 암시야 광학 현미경으로 결함의 위치 검출을 행하고, 검출한 위치 좌표를 이용하여 SEM의 관찰상의 촬상을 행하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 패턴 없는 웨이퍼 상에 있는 결함을 고감도로 검출하는 방법으로서, 암시야 현미경의 검출 광로 상에 공간 필터를 넣은 다음에 웨이퍼 상의 결함 위치를 검출하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 종류가 서로 다른 결함을 고감도 또한 고속으로 검출하기 위해, 액정 필터나 디지털·미러·디바이스 등의, 전기적 제어 가능한 공간 필터를 이용하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2011-106974호 공보 일본국 특개2015-59776호 공보
SEM에 의한 패턴 없는 웨이퍼의 결함 관찰에서는, 광학 현미경에 의한 결함 위치 결정을 위한 재검출이, 복수 종류의 결함에 대하여 고감도로, 또한 고스루풋으로 실행 가능한 것이 요망되고 있다.
특허문헌 1에는, 공간 필터를 검출 광로의 동면(瞳面)에 가지는 암시야 광학계를 탑재한 결함 관찰용 전자 현미경의 구성이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에는, 결함의 검출은 특정한 공간 필터에서의 검출밖에 개시되어 있지 않고, 복수 종류의 결함을 검출하는 것은 고려되고 있지 않다.
특허문헌 2에는, 복수 종류의 결함에 대응하여, 공간 필터의 전환을 고속으로 행하는 방법으로서, 액정 필터나 디지털·미러·디바이스를 이용하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 액정 필터에서는 광의 투과율의 문제로부터 결함 검출 감도가 저하하고, 또한, 액정 필터나 디지털·미러·디바이스는 대물 렌즈와 결상 렌즈 사이의 광로 중에 넣어 사용하기 때문에, 특히 디지털·미러·디바이스의 도입은 구조가 복잡해져 광학계를 소형화하는 것이 곤란하다. 또한, 필터를 전환하면서 복수의 화상을 촬상할 필요가 있기 때문에, 촬상 횟수를 줄이지 않고, 검출 시간을 단축하는 것은 고려되고 있지 않다.
본 발명은, 콤팩트한 광학계를 이용하여, 복수 종류의 결함을 고감도 또한 고속으로 검출할 수 있는 결함 검출 장치와 결함 검출 방법, 및 그것을 이용한 결함 관찰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 「결함 검출 장치」의 일례를 들면, 피검사물에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치된 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자와, 결함 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성한 복수의 마스크 화상을 기억하는 마스크 화상 기억부와, 상기 촬상 소자로부터 얻어진 화상에, 상기 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하고, 결함 검출 처리를 행하는 연산부를 갖는 결함 검출 장치이다.
또한, 본 발명의 「결함 검출 방법」의 일례를 들면, 피검사물에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치된 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자를 이용하는 결함 검출 방법으로서, 결함 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성된 복수의 마스크 화상을 기억하는 스텝과, 상기 촬상 소자로부터 얻어진 화상에, 상기 복수의 마스크 화상에 의해 마스크 처리를 행하는 스텝과, 마스크 처리를 행한 화상에 의해 결함 검출을 행하는 스텝을 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 「결함 관찰 장치」의 일례를 들면, SEM과 광학 현미경과 화상 처리부를 구비하는 결함 관찰 장치로서, 상기 광학 현미경은, 시료에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치한 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자를 구비하고, 상기 화상 처리부는, 결함의 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성한 복수의 마스크 화상을 기억하는 마스크 화상 기억부와, 상기 촬상 소자로 촬상한 촬상 화상을 기억하는 화상 기억부와, 상기 마스크 화상과 상기 촬상 화상을 이용하여 시료의 결함 위치를 산출하는 연산부를 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 복수 종류의 결함을 고감도 또한 고속으로 검출할 수 있다. 또한, 종래와 같이 대물 렌즈와 결상 렌즈 사이에 동면을 만들어 공간 필터를 배치할 필요가 없으므로, 광학계를 소형화할 수 있다.
본 결함 검출 장치를 SEM 관찰 장치에 탑재함으로써, 광학 검사 장치로 검출되는 다종류의 결함을 SEM의 관찰 시야 내에 확실하게 넣는 것이 가능해져, SEM 관찰 화상의 자동 촬상의 성공률이 향상하고, SEM에서의 결함 자동 촬상의 스루풋도 향상한다.
도 1은 실시예 1의 결함 관찰 장치의 일례를 나타내는 구성도.
도 2는 실시예 1의 화상 처리 회로의 내부 구성도.
도 3은 실시예 1의 광학계에 의한 검출 방법의 설명도.
도 4는 도 3의 광학계의 일부 확대도.
도 5는 웨이퍼 산란광의 동면에 있어서의 광강도 분포도.
도 6은 미소 이물 결함에 의한 산란광의 동면에 있어서의 광강도 분포도.
도 7은 미소 이물 결함 검출을 위한 종래의 공간 필터를 나타내는 도면.
도 8은 미소 이물 결함 검출용의 마스크 화상의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 1매의 마스크 화상에서의 광학 현미경 시야 내에 있어서의 결함 위치의 검출 처리의 플로우도.
도 10은 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 렌즈 번호와 좌표의 예시도.
도 11은 복수매의 마스크 화상에 의한 광학 현미경 시야 내에 있어서의 결함 위치의 검출 처리의 플로우도.
도 12는 광학 현미경에 의한 결함 위치 보정 결과를 이용한 SEM 촬상의 전체 플로우 차트.
도 13은 본 발명의 실시예 2의 결함 관찰 장치의, 전체 플로우 차트.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
도 1에, 본 발명의 실시형태에 있어서의 결함 관찰 장치의 일례를 나타낸다. 본 실시형태의 결함 관찰 장치는, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서 발생하는 웨이퍼 상의 결함을 관찰하는 장치에 적용한 것이다.
101은 피검사물인 웨이퍼이다. 102는 웨이퍼(101)를 상세 관찰하는 전자 현미경(이하, SEM이라고 기술)이다. 103은 웨이퍼(101) 상의 결함을 광학적으로 검출하여, 그 결함 위치 정보를 취득하는 광학 현미경이다. 104는 웨이퍼(101)를 재치(載置) 가능한 스테이지이며, 웨이퍼(101)의 임의의 장소를 SEM(102) 및 광학 현미경(103)의 시야 내로 이동 가능하게 하는 것이다. 105는 진공조이며, SEM(102), 스테이지(104), 광학 현미경(103)의 대물 렌즈(113)는 이 안에 들어가 있다.
광학 현미경(103)의 내부를 설명한다. 110은 조명 광원이다. 조명 광원(110)으로부터 출사(出射)된 레이저광은 진공 봉지창(111)을 지나, 조명 위치를 제어하는 미러(112)에서 반사되고, 웨이퍼(101) 표면 상의 임의의 위치에 조사된다. 113은 시료(101)로부터 반사된 산란광을 채광하기 위한 대물 렌즈이다. 대물 렌즈(113)를 통과한 광은 진공 봉지창(114)을 지나, 결상 렌즈(115)에 의해 마이크로 렌즈 어레이(117) 상에 결상된 후, 촬상 소자(116)에 의해 전기 신호로 변환된다. 마이크로 렌즈 어레이(117)란, 격자 형상으로 미소 렌즈를 배열한 렌즈 유닛이다. 도 1에서는 진공조(105)의 내측에 대물 렌즈(113), 외측에 결상 렌즈(115)를 배치하는 구성을 나타냈지만, 시료(101)로부터의 산란광을 마이크로 렌즈 어레이(117) 상에 결상할 수 있으며, 또한 진공조(105)의 진공을 깨뜨리지 않는 것이면, 일체형의 렌즈로서 진공조(105)의 내측, 혹은 외측, 혹은 내외 양측에 걸치는 것이어도 상관없다.
제어부(106)는, 스테이지 제어 회로(118), SEM 촬상계 제어 회로(119), 화상 처리 회로(120), 외부 입출력 I／F(121), CPU(122), 메모리(123)로 구성되고, 이들은 버스(124)에 접속되고, 상호 정보의 입출력이 가능해지고 있다. 스테이지 제어 회로(118)에 의해 스테이지(104)의 제어가 행해지고, SEM 촬상계 제어 회로(119)에 의해 SEM(102)의 제어 및 검출 화상 신호의 메모리(123)에의 기억을 행한다. 화상 처리 회로(120)는, 광학 현미경(103)의 촬상 소자(116)로부터 얻어지는 화상 데이터를 연산 처리하고, 촬상 화상 내의 결함 위치를 검출한다. 외부 입출력 I／F(121)는, 단말(107)에의 표시 정보 출력 및, 단말(107)로부터의 정보 입력, 기억 장치(108)에의 정보 입출력, 네트워크(109)를 통해 도시하지 않은 결함 검사 장치나 상위 관리 시스템 등과의 정보 입출력을 행한다. 메모리(123)에 기억된 화상 데이터는 CPU(122)에 의해 연산 처리된다.
이상과 같이 구성되는 결함 관찰 장치에 있어서, 특히, 광학 현미경(103)은, 결함 검사 장치(도시 생략)로 검출한 결함의 위치 정보를 이용하여, 웨이퍼(101) 상의 결함의 위치를 재검출(이하, 검출이라고 기술)하는 기능을 갖고, 제어부(106)는 광학 현미경(103)으로 검출된 결함의 위치 정보에 의거하여 결함의 위치 정보를 보정하는 위치 보정 수단으로서의 기능을 갖고, SEM(102)은 제어부(106)에서 보정된 결함 위치 정보에 의거하여, 결함을 관찰하는 기능을 갖는 구성으로 되어 있다. 스테이지(104)는, 광학 현미경(103)으로 검출한 결함이 SEM(102)으로 관찰할 수 있도록 이동할 수 있는 구성으로 되어 있다.
도 2에, 화상 처리 회로(120)의 상세를 나타낸다. 화상 처리 회로(120)는 데이터 I／F(201), 마스크 화상 데이터 기억부(202), 화상 정보 기억부(203), 연산부(204), 결함 분류부(206)로 구성되고, 이들은 내부 버스(205)에 접속해 있다. 광학 현미경(103)으로 얻어진 화상은 화상 정보 기억부(203)에서 기억된다. 마스크 화상 데이터 기억부(202)에는 마스크 화상이 미리 등록되어 있다. 연산부(204)는, 화상 정보 기억부(203)에 기억된 화상 데이터와, 마스크 화상 데이터 기억부(202)에 기억된 마스크 화상을 이용하여 연산 처리를 행하고, 광학 현미경(103)으로 검출한 화상 내의 결함 위치를 특정한다. 결함 분류부(206)는, 도 13의 설명에서 후술하는 바와 같이, 선택된 마스크 화상에 의거하여 결함 종류를 분류한다. 데이터 I／F(201)는, 내부 버스(205)와, 제어부(106) 내의 버스(124)에 접속되고, 화상 처리 회로(120)와, 제어부(106) 내의 다른 처리부 사이에서의 데이터 수수(授受)를 행한다.
도 3 및 도 4를 이용하여 본 광학계에 있어서의 마이크로 렌즈 어레이의 작용을 설명한다. 도 4는, 도 3의 303으로 나타낸 부분의 확대도이다. 도 3은, 웨이퍼(101) 상의 점(300 및 301)으로부터 나온 광선의 촬상 소자(116)까지의 광로를 나타내는 도면이다. 도 3에서는 광학계를 대물 렌즈(113)와 결상 렌즈(115)로 나누고, 대물 렌즈(113)와 결상 렌즈(115) 사이에 만들어지는 동(瞳) 영역에 공간 필터(302)를 나타내고 있지만, 여기에 나타내는 공간 필터(302)는 가상적인 것이며, 본 구성의 마이크로 렌즈 어레이의 작용이 종래의 공간 필터와 동등한 효과를 가지는 것을 설명하기 위해 그린 것이다. 점(300)으로부터 나온 광선은, 공간 필터의 개구부를 통과하는 굵은 실선으로 나타내는 광선(도 4의 400에 대응)과, 공간 필터(302)에 의해 차폐되는 가는 실선으로 나타내는 광선으로 나뉘어진다. 도 3에서는 설명을 위해, 공간 필터(302)에 의해 차폐된 후에도 광로를 가는 실선으로 나타내고 있다(도 4의 401에 대응).
도 4의 마이크로 렌즈(410, 411)는 마이크로 렌즈 어레이(117)를 구성하는 렌즈이며, 웨이퍼의 결상면에 놓여 있다. 도면에서, 마이크로 렌즈(410)는 웨이퍼(101) 상의 점(300)의 위치에 대응하고(400 및 401은, 웨이퍼(101) 상의 점(300)으로부터 출사한 광의 광로임), 마이크로 렌즈(410)를 통과한 광이 입사(入射)하는 촬상 소자의 화소(404, 405, 406)는, 각 광선이 결상 렌즈(115)의 통과한 위치에 대응한다. 대물 렌즈(113)와 결상 렌즈(115) 사이에 만들어지는 동 공간에서는, 광선은 평행하게 되어 있으므로, 화소(404, 405, 406)는 동면의 공간 위치에 대응한다. 즉, 도 3의 공간 필터(302)의 예에서는, 공간 필터의 개구 부분은 화소(404, 405)에 대응하고, 차폐 부분은 화소(406)에 대응한다. 이에 따라 공간 필터(302)를 놓지 않아도 촬상 소자(116)로 수광 후, 종래, 공간 필터(302)에 의해 차폐되어 있었던 광선이 입사하는 화소를 무효화하는 처리를 행하면, 마이크로 렌즈(410)에 대응하는 미소한 영역에 있어서, 공간 필터(302)와 등가(等價)인 효과를 얻을 수 있다. 도 4에서는 유효로 하는 화소(404, 405)를 흰 사각, 무효로 하는 화소(406)를 검은 사각으로 나타내고 있다.
도 3, 도 4에서는 마이크로 렌즈 어레이(117), 촬상 소자(116)를 일차원적으로 나타내고 있지만, 실제로는 마이크로 렌즈 어레이(117)는 마이크로 렌즈가 격자 형상으로 면(面)적인 퍼짐을 가지고, 촬상 소자(116)는 에어리어 센서이다. 도 4의 마이크로 렌즈(410)에 대응하는 1열 3화소로 나타내는 부분은, 결함의 종류마다의 공간 필터 형상을 실용적으로 표현할 수 있는 평면 화소 수로 구성하면 된다. 마찬가지로 웨이퍼(101) 상의 점(301)에는, 마이크로 렌즈(411)와 촬상 소자의 화소(407, 408, 409)가 대응한다. 이와 같이 하여, 예를 들면 N×N개의 마이크로 렌즈로 구성되는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하면, 웨이퍼 상의 시야 전체를 N×N의 해상도로 검출할 수 있고, 또한 공간 필터를 M×M의 해상도로 표현하기 위해서는, 유효 화소 수 N×N×M×M의 에어리어 센서로 촬상하면 된다. 이후, 마이크로 렌즈 어레이는 N×N으로 구성되고, 1개의 마이크로 렌즈의 시야를 M×M화소로 촬상하는 것으로 한다.
특허문헌 1의 도 21의 (a)에는, 산란광 시뮬레이션을 이용하여 산출된 웨이퍼 표면으로부터의 산란광의 레이디얼 편광(P 편광) 성분과, 아지머스 편광(S 편광) 성분의 강도 분포가 개시되어 있다. 도 5는 양자의 강도를 합계한 것으로, 웨이퍼로부터의 산란광에 의해 관찰되는 광강도 분포의 모의도이다. 산란광 강도가 강할수록 하얗게 그리고 있다.
동일하게, 특허문헌 1의 도 21의 (b)에는, 직경 18㎚의 구(球) 형상 이물로부터의 산란광의 레이디얼 편광(P 편광) 성분과, 아지머스 편광(S 편광) 성분의 강도 분포가 개시되어 있다. 도 6은 양자의 강도를 합계한 것으로, 직경 18㎚의 구 형상 이물의 산란광에 의해 관찰되는 광강도 분포의 모의도이다. 도 5와 마찬가지로 산란광 강도가 강할수록 하얗게 그리고 있다.
도 7은 특허문헌 1의 도 34에 개시되어 있는 공간 필터의 차광판 중 하나를 나타내는 것이며, 도 5에 나타낸 웨이퍼로부터의 산란광과, 도 6에 나타낸 구 형상 이물로부터의 산란광을 변별하는 것이다. 검은 부분이 차폐부, 흰 부분이 개구부이다. 도 7의 차폐부, 개구부와, 도 5, 도 6의 광강도 분포를 비교하면, 도 5의 웨이퍼로부터의 산란광의 대부분은 공간 필터에 의해 차폐되고, 도 6의 구 형상 이물로부터의 산란광의 오른쪽 절반은 개구부를 통과한다. 이 결과, 공간 필터 통과 후의 산란광은 구 형상 이물로부터의 것이 대부분이 되고, 웨이퍼 상의 이물로부터의 산란광으로부터, 이물의 산란광을 고감도로 취출할 수 있다.
도 5 및 도 6의 강도 분포는, 도 3에 있어서의 대물 렌즈(113)와 결상 렌즈(115) 사이의 공간의 단면(斷面)에서 관찰되는 것이지만, 도 3의 점(300)에 직경 18㎚의 구 형상 이물이 있다고 하면, 도 4에 나타내는 마이크로 렌즈(410)에 대응하는 촬상 소자 상에서도, 도 5와 도 6의 광의 강도 분포가 생기고, 그 결과로서 대상의 미소 영역에 대응하는 광강도 분포 화상을 얻을 수 있다.
도 8은 도 7의 공간 필터를 M×M의 해상도로 화상화한 것이다. 이것이 마스크 화상이며, 도 2의 마스크 화상 데이터 기억부(202)에 기억되는 것이다. 도 8에 나타내는 화소의 값을 검은색은 0, 흰색을 1로 한다. 대물 렌즈(113)와 결상 렌즈(115) 사이의 공간 단면에서 관찰되는 상(像)은, 촬상 소자 상에서는 상하 좌우 반전하므로, 실제는 도 8의 상하 좌우도 반전한다.
이하, 도 9의 플로우 차트에 따라, 1매의 마스크 화상에서의 광학 현미경 시야 내에 있어서의 결함 위치의 검출 처리를 설명한다. 도 4에 나타내는 마이크로 렌즈(410)를 통해서 얻어진 대상의 미소 영역의 광강도 분포 화상에 대해 마스크 처리를 실시한다. 즉, 미소 영역 광강도 분포 화상(이후, 미소 영역 화상)의 도 8의 검은 화소에 대응하는 화소를 0으로, 흰 화소에 대응하는 화소는 원래의 화소값을 남긴다(S902). 이에 따라, 종래의 공간 필터에 의한 광의 차폐와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 마찬가지의 처리를 N×N개 모든 마이크로 렌즈에 대응하는 미소 영역 화상에 대해 행하고, 처리 후의 N×N매의 미소 영역 화상 중에서, 최대 휘도, 내지 근방 화소를 포함하는 평균에서 최대 휘도를 갖는 미소 영역 화상을 선택한다(S905). 본 광학계의 검출 시야는 N×N의 마이크로 렌즈 어레이로 결정되고 있으므로, 최대 휘도를 갖는 미소 영역 화상에 대응하는 마이크로 렌즈의 위치에 따라, 검출 시야 내의 결함 위치를 특정할 수 있다(S908). 단 S908의 round()는 제산(除算)의 결과의 정수부를 나타내는 것으로 하고 mod()는 잉여 수를 나타내는 것으로 한다.
또한, 도 10에, 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈의 번호와 X, Y 좌표의 할당 방법의 일례를 나타낸다. 예를 들면 도 9에서 MAX_POSITION이 N+2일 경우에는, Y＝2, X＝2가 된다. 시야 내의 위치를 실제의 좌표값으로 변환하기 위해서는, 구한 X, Y에 화소 피치와 결상 배율을 곱하면 된다. 또한 광학 현미경(103)의 시야 중심과, 스테이지(104)의 원점과의 상대 위치 관계를 캘리브레이션으로 정해 놓으면, 광학계 시야 내의 결함 좌표 위치를 스테이지(104)의 좌표로 변환할 수 있고, 광학 현미경(103)으로 검출한 결함 위치로부터, 결함을 SEM(102)의 시야 중심에 위치 결정할 수 있다.
결함의 종류뿐만 아니라, 결함의 방향에 따라서도 산란광의 강도 분포가 변화한다. 그 때문에, 결함의 방향에 대응하여 복수의 마스크 화상을 준비하면, 이것에 대응할 수 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 복수의 종류의 결함이나 복수의 결함의 방향에 대한 마스크 화상을 미리 준비하고, 검출한 미소 영역 광강도 분포 화상에 마스크 처리를 실시함으로써 이것을 실현할 수 있다.
도 11의 플로우 차트에 따라, 복수매의 마스크 화상에 의한 광학 현미경 시야 내에 있어서의 결함 위치의 검출 처리의 내용을 설명한다. 검출하는 결함 종류의 수를 R로 하고, 대응하는 마스크 화상을 준비한다(S1101). 각 마스크 화상을 마스크 화상(r)으로 나타내기로 한다. S1102부터 S1108까지는 마스크 화상(r)에 대한 처리이고, 도 9에서 설명한 내용과 같은 것이다. 최대 휘도값 MAX_VAL(r)과 MAX_POSITION(r)을 기록하면서(S1106), 모든 마스크를 처리할 때까지 반복한다(S1110). 모든 마스크 처리가 종료되면, S1111부터 S1115의 스텝에서, 최대 휘도를 가지는 화상 번호(max_r)를 검출한다(S1113). max_r로부터 검출 시야 내의 결함 위치를 특정한다(S1116). 결함 위치의 특정 방법은 도 9에서 설명한 것과 마찬가지이다.
이상의 설명에서는 최대 휘도값 MAX_VAL(r)을 기록하는 것으로 했지만, 기록하는 최대 휘도값은, 마스크 화상의 1(공간 필터의 개구부에 대응하는 부분)의 면적으로 정규화된 것, 결함 종류마다 미리 정한 계수를 곱한 것, 혹은 마스크 처리 후의 화상의 휘도값을 정규화한 후에 얻어지는 최대 휘도값 등에 의해 MAX_VAL(r)을 구해도 된다.
결함 위치를 검출하는 마스크 화상 번호 max_r에 의해, 그것에 대응하는 결함의 성질, 예를 들면 요철 등의 성질이 SEM의 관찰 화상에 있어서 현재화(顯在化)되도록, SEM 관찰 화상의 생성에 있어서, 예를 들면 SEM으로 검출되는 이차 전자상, 반사 전자상을 이용하여 관찰 화상을 생성할 때에, 각 화상의 혼합비 등의 화상 촬상 조건을 결함마다 변경하는 것이 가능해진다.
도 12에, 본 광학계에 의해 결함 좌표를 보정하고, 도 1에 나타낸 SEM으로 SEM 결함 화상을 수집하는 절차를, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 우선, 관찰 대상인 웨이퍼(101)를 스테이지(104)에 로드한다(S1201). 다음으로 사전에 검사 장치로 검출된 결함의 결함 좌표 데이터를 전체 제어부(106)의 외부 입출력 I／F(121)를 통해 메모리(123)에 읽어들이고(S1202), 그 중에서 관찰 대상으로 하는 M점의 결함을 선택한다(S1203). 결함의 선택은 미리 설정된 프로그램에 의해 CPU(122)가 실행해도 되고, 단말(107)을 통해 오퍼레이터가 선택해도 된다. 다음으로 웨이퍼의 얼라이먼트를 행한다(S1204). 이것은, 웨이퍼 상의 좌표로 기술되어 있는 결함 좌표의 위치에 의거하여 스테이지(104)를 이동했을 때, 목표인 결함 좌표의 위치가 SEM(102)의 시야, 및 광학 현미경(103)의 시야의 중앙 부근에 오도록 하기 위해, 웨이퍼 상의 좌표가 기지(旣知)의 위치 결정 마크(얼라이먼트 마크)를 이용하여, 웨이퍼 좌표와 스테이지 좌표를 관련짓는 것이다. 이 관련지은 결과는 얼라이먼트 정보로서 메모리(123)에 기억된다.
다음으로 관찰 대상으로서 선택된 결함 1부터 M에 대해서, 결함 위치의 보정을 행한다. 우선, 결함m을 광학 현미경(103)의 시야로 이동한다(S1206). 이 이동은, 메모리(123)에 기억되어 있는 결함 좌표 데이터와, 얼라이먼트 정보로부터, CPU(122)에서 결함m에 대응하는 스테이지 좌표를 계산하고, 이에 따라 스테이지 제어 회로(118)를 통해, 스테이지(104)를 구동함으로써 행해진다. 스테이지 이동 종료 후, 도 11에 나타낸 처리로 결함m의 위치를 특정하고(S1100), 특정한 결함의 위치를 보정 결함 위치m로서 기억한다(S1207). S1100 실행 시에는, 광학 현미경(103)에 의해 촬상된 결함m의 화상은 화상 정보 기억부(203)에 기억되고, 이 결함m의 화상과, 마스크 화상 데이터 기억부(202)에 기억되어 있는 마스크 화상이 연산부(204)로 판독되고, 연산부(204)에서 마스크 처리 및 도 11의 S1100으로 나타낸 처리가 실행된다. 이상의 S1206, S1100, S1207의 처리를 결함m(m＝1, …, M)에 대해 행한다. 검사 장치에 따라서는, 검출한 결함 위치 좌표뿐만 아니라, 결함의 특징에 관한 정보도 출력하는 장치도 있다. 예를 들면, 결함의 특징 정보에 의해 결함이 볼록한지 오목한지 등을 사전에 알 수 있으면, 이에 맞춰 사용하는 마스크 화상을 결함마다 변경하여 사용해도 된다.
이것을 실현하기 위해서는, 결함의 특징 정보에 대응하는 사용 마스크 화상을 특정하는 정보를 미리 테이블로 해서 메모리(123)에 기억해 둔다. 그리고, 상술한 검사 장치로 검출된 결함의 결함 좌표 데이터를 메모리(123)에 읽어들일 때에, 결함의 특징 정보도 읽어들여 놓는다. CPU(122)에 의해 결함마다 결함 정보를 판독할 때에, 메모리(123)에 기억되어 있는 테이블 정보를 참조하여 사용하는 마스크 화상 특정 정보를 판독하고, 마스크 화상 데이터 기억부(202)로부터 처리 S1100 실행 시에 사용하는 마스크 화상을 판독하면 된다.
모든 결함m(m＝1, …, M)의 보정 결함 위치m를 취득한 후, 보정 결함 위치m를 메모리(123)로부터 판독하고, 이 위치 정보를 필요에 따라 스테이지 좌표로 변환한 후, 스테이지 제어 회로(118)에 부여함으로써 결함m을 SEM(102)의 시야로 순차 이동하고(S1211), 결함m의 SEM 화상을 촬상한다(S1212, S1213, S1214). 모든 결함의 SEM 화상 촬상 후, 웨이퍼를 언로드(S1215)하고, 처리를 종료한다.
마스크 화상은 결함의 종류나 방향에 따라 결정되는 것이다. 결함 위치의 검출을 위해 사용한 마스크 화상으로부터, 결함의 종류나 방향을 SEM 촬상 전에 알 수 있다. 이에 따라, 결함의 종류나 방향에 따라, 결함이 보기 쉬운, 최적의 촬상 조건을 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 결함 위치의 검출에 사용한 마스크 화상으로부터, 결함의 종류나 방향을 알 수 있으므로, 이것을 결함의 분류 정보에 이용하는 것도 가능해진다.
[실시예 2]
도 13에, 본 발명의 실시예 2의 결함 관찰 장치의 전체 플로우 차트의 일례를 나타낸다. 실시예 2는, 결함 검출에 사용한 마스크 화상의 정보를 이용하여 SEM 촬상 조건의 제어와, SEM으로 촬상한 결함 화상의 분류를 행하는 것이다. 결함 관찰 장치의 구성은, 도 1 및 도 2에 나타내는 것이며, 특히, 도 2의 화상 처리 회로(120) 내에 결함 분류부(206)를 구비하고 있다.
도 12의 처리 스텝과 같은 스텝은, 도 12에서 나타낸 스텝 번호를 각 스텝의 사각 내에 기재했다. 또한, 플로우도를 보기 쉽게 하기 위해 루프의 표기를 변경하고 있다. 우선, 마스크 화상 번호와 SEM 촬상 조건의 대응 관계의 테이블을 단말(107), 혹은 외부의 입력 기기를 사용하여 작성하고(S1301), 메모리(123)에 기억한다. 동일하게, 마스크 화상 번호와 결함 종류의 테이블을 작성하고(S1302), 메모리(123)에 기억한다. S1301 및 S1302는 반드시 웨이퍼마다 행할 필요는 없고, 관찰하는 반도체 디바이스의 제품마다, 혹은 제조 프로세스마다와 같이, 마스크 화상 번호와 SEM 촬상 조건, 혹은 마스크 화상 번호와 결함 종류가 일정한 관계에 있는 조건마다 작성하면 된다.
도 13에 나타내는 S1201 내지 S1204에서 웨이퍼 로드, 결함 좌표 데이터 읽어들임, 관찰 대상 결함 선택, 웨이퍼의 얼라이먼트를 행한 후에, S1206, S1100, S1207에서 결함 위치를 광학 현미경으로 검출하여 좌표의 보정을 행한다. 이때, S1303에서 결함 위치 특정에 사용한 마스크 화상 번호를 마스크 화상 번호m로 하여, 메모리(123)에 기억해 둔다.
결함 위치의 좌표 보정 종료 후, S1211, S1212에서 SEM에 의한 결함 화상의 촬상을 행한다. 각 결함을 촬상할 때, 메모리(123)에 기억되어 있는 마스크 화상 번호와 SEM 촬상 조건의 테이블과, 촬상 결함에 대응하는 마스크 화상 번호m를 참조하여, SEM 촬상 제어 회로(119)를 통해 SEM 촬상 조건을 변경한다(S1304). SEM 촬상 조건의 변경은, 촬상한 복수로부터 관찰 화상을 생성할 때의 화상 혼합비의 변경이어도 상관없다. 또한, 메모리(123)에 기억되어 있는 마스크 화상 번호와 결함 종류의 테이블과, 촬상 결함에 대응하는 마스크 화상 번호m를 참조하여, 결함m의 분류 정보를 메모리(123)에 기억하고, 결함 분류 정보로서 사용한다(S1305). S1305는 광학 현미경에 의한 결함 위치 검출 처리의 S1100 다음에 실행해도 상관없다.
이상 설명한 광학 검출계를 SEM 결함 관찰 장치에 탑재함으로써, 검사 장치로 검출된 복수 종류의 결함에 대해 고감도, 또한 고속으로 결함 위치의 검출이 가능해진다. 종래, 공간 필터를 바꾸어 광학적으로 서로 다른 검출을 행하고 있었지만, 본 발명에서는 이것을 화상 처리로 실현하고 있으므로, 광학 촬상은 결함당 한 번으로 끝나고, 촬상 시간 기인의 스루풋의 저하도 생기지 않는다. 광학 검출에 의한 결함 검출 위치에서 SEM 관찰을 행함으로써, SEM의 관찰 시야 내에 결함을 확실하게 넣는 것이 가능해져, 검사 장치로 검출한 결함의 SEM 관찰 화상의 자동 촬상의 성공률이 향상하고, SEM에서의 결함 자동 촬상의 스루풋도 향상한다. 또한, 본 발명의 광학계에 의하면, 종래 공간 필터를 설치하기 위해 필요로 한 렌즈간의 동 공간이 불필요해지기 때문에, 광학 현미경의 소형화도 실현할 수 있다.
101: 웨이퍼 102: SEM
103: 광학 현미경 104: 스테이지
105: 진공조 106: 제어부
107: 단말 108: 기억 장치
109: 네트워크 110: 조명 광원
111: 진공 봉지창 112: 미러
113: 대물 렌즈 114: 진공 봉지창
115: 결상 렌즈 116: 촬상 소자
117: 마이크로 렌즈 어레이 118: 스테이지 제어 회로
119: SEM 촬상계 제어 회로 120: 화상 처리 회로
121: 외부 입출력 I／F 122: CPU
123: 메모리 124: 버스
201: 데이터 I／F 202: 마스크 화상 데이터 기억부
203: 화상 정보 기억부 204: 연산부
205: 내부 버스 206: 결함 분류부

Claims (13)

  1. 피검사물에 광을 조사하는 조사계와,
    광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와,
    상기 광학계의 결상면에 배치된 마이크로 렌즈 어레이와,
    상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자와,
    결함 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성한 복수의 마스크 화상을 기억하는 마스크 화상 기억부와,
    상기 촬상 소자로부터 얻어진 화상에, 상기 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하고, 결함 검출 처리를 행하는 연산부를 갖는 결함 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 화상은, 반도체 웨이퍼로부터의 산란광과, 결함으로부터의 산란광을 구별하는 것인 결함 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는, 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하여 얻어진 화상 중, 고휘도의 화상으로부터 결함 위치를 검출하는 결함 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    결함 검출 처리에서 선택된 마스크 화상에 의거하여, 결함 종류를 분류하는 결함 분류부를 갖는 결함 검출 장치.
  5. 피검사물에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치된 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자를 이용하는 결함 검출 방법으로서,
    결함 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성된 복수의 마스크 화상을 기억하는 스텝과,
    상기 촬상 소자로부터 얻어진 화상에, 상기 복수의 마스크 화상에 의해 마스크 처리를 행하는 스텝과,
    마스크 처리를 행한 화상에 의해 결함 검출을 행하는 스텝을 갖는 결함 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마스크 화상은, 반도체 웨이퍼로부터의 산란광과, 결함으로부터의 산란광을 구별하는 것인 결함 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 결함 검출을 행하는 스텝은, 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하여 얻어진 화상 중, 고휘도의 화상으로부터 결함 위치를 검출하는 결함 검출 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    결함 검출 처리에서 선택된 마스크 화상에 의거하여 결함 종류를 분류하는 스텝을 더 갖는 결함 검출 방법.
  9. SEM과 광학 현미경과 화상 처리부를 구비하는 결함 관찰 장치로서,
    상기 광학 현미경은, 시료에 광을 조사하는 조사계와, 광의 조사에 의해 발생한 산란광을 결상하는 광학계와, 상기 광학계의 결상면에 배치한 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 광학계의 결상면으로부터 시프트된 위치에 배치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광을 촬상하는 촬상 소자를 구비하고,
    상기 화상 처리부는, 결함의 종류마다, 혹은 결함의 방향마다 생성한 복수의 마스크 화상을 기억하는 마스크 화상 기억부와, 상기 촬상 소자로 촬상한 촬상 화상을 기억하는 화상 기억부와, 상기 마스크 화상과 상기 촬상 화상을 이용하여 시료의 결함 위치를 산출하는 연산부를 구비하는 결함 관찰 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스크 화상은, 반도체 웨이퍼로부터의 산란광과, 결함으로부터의 산란광을 구별하는 것인 결함 관찰 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연산부는, 복수의 마스크 화상으로 마스크 처리를 실행하여 얻어진 화상 중, 고휘도의 화상으로부터 결함 위치를 산출하는 결함 관찰 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    결함 위치를 산출을 위해 사용된 마스크 화상에 의해, SEM으로 얻은 이차 전자상, 반사 전자상 등 성질이 서로 다른 화상의 혼합비를 변경하여 관찰 화상을 생성하는 결함 관찰 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    결함 검출 처리에서 선택된 마스크 화상에 의거하여, 결함 종류를 분류하는 결함 분류부를 더 구비하는 결함 관찰 장치.
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