WO2010079657A1

WO2010079657A1 - Ｓｅｍを用いた欠陥観察方法及びその装置

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Publication number: WO2010079657A1
Application number: PCT/JP2009/070364
Authority: WO
Inventors: 剛上瀧; 宮本　敦; 亮中垣; 大博平井
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2010-07-15
Also published as: JP2010161247A; US20110285839A1; US9082585B2; JP5325580B2

Abstract

　欠陥部位を低倍率で撮像した位置からステージ移動なしに低倍率の視野内で撮像できる高倍参照画像の撮像領域を探索し，探索できた場合には該領域を撮像して高倍参照画像を得、探索できなかった場合には欠陥部位の隣接チップから高倍参照画像を取得する方式に切り替えるようにした。

Description

ＳＥＭを用いた欠陥観察方法及びその装置

　本発明は、半導体ウェハの製造工程において発生する各種欠陥を観察しその欠陥を分類する欠陥観察装置に関するもので、特にその欠陥部位およびその欠陥部位の良品状態の画像を高速に自動収集する機能を備えた欠陥観察装置とそれを用いた欠陥観察方法に関するものである。

　半導体ウェハに形成される回路パターンの微細化がますます進んでいる。回路パターンの微細化につれ、その製造工程で発生する欠陥が製品歩留まりに与える影響は大きくなってきており、製造段階においてそのような欠陥が発生しないように管理することはますます重要となっている。
　現在、半導体ウェハの製造現場では、一般的に欠陥検査装置と欠陥観察装置とを用いることで歩留り対策を行っている。欠陥検査装置とは、ウェハ上のどの位置に欠陥が存在するかを高速に調べるものである。光学的な手段もしくは電子線を用いてウェハ表面の状態を画像化しその画像を自動処理することで、欠陥の存在の有無を調べる。欠陥検査装置では、その高速性が重要であるため、可能な限り取得する画像の画素サイズを大きく（つまり低解像度化）することによる画像データ量の削減を行っており、多くの場合、検出した低解像度の画像からは欠陥の存在は確認できても、その欠陥の種類を判別することはできないという課題がある。
　一方、欠陥観察装置とは、欠陥検査装置によって検出された各欠陥について、画素サイズを小さくした状態で（つまり解像度の高い）画像を撮像し、その欠陥を分類するのに用いられる装置である。現在、各メーカより、画像撮像処理や分類処理を人手もしくは計算機による自動処理で行う欠陥観察装置が市場に投入されている。この欠陥観察装置において十分に精度の高い分類を行うために必要となる画像の解像度は、対象の欠陥により決定される。ますます微細化が進む半導体製造プロセスにおいては、その欠陥サイズが数十ナノメートルのオーダに達していることもあり、画素サイズを数ナノメートルにすることが可能な走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた欠陥観察装置が普及しつつある。
　半導体の生産現場で用いられる欠陥観察用走査型電子顕微鏡（以下レビューＳＥＭ）の装置構成や本装置が持つ機能の概略については、特開２００１−３３１７８４号公報（特許文献１）に開示されている。そこでは、欠陥検査装置から得られる各欠陥の座標データと、そのウェハをレビューＳＥＭに与えることで、レビューＳＥＭ上で、各欠陥を視野に含む画像（以下欠陥画像）とその欠陥画像と同一のパターンが形成されている部位で視野に欠陥を含まない良品パターンの画像（以下参照画像）とを自動取得（以下ＡＤＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｒｅｖｉｅｗ）し、それらの画像を用いて欠陥を分類する（以下ＡＤＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術について記載されている。
　ＡＤＲ処理として、前記欠陥部位を低倍率で撮像した欠陥画像（以下低倍欠陥画像）と欠陥部位の良品パターンが形成されている部位を低倍率で撮像した参照画像（以下低倍参照画像）を比較し、これら２枚の画像間の差異を欠陥として検出した後に、それぞれの検出位置を高倍率で撮像した欠陥画像（以下高倍欠陥画像）および参照画像（以下高倍参照画像）を取得する方法が特許第３８９３８２５号公報（特許文献２）に公開されている。通常、半導体ウェハにおいては、同一チップが複数配置されているため、欠陥が存在する座標から１チップ分移動した場所を撮像した画像を参照画像として用いることが一般的である。
　ＡＤＣ処理は、ＡＤＲ処理から得られる高倍欠陥画像および高倍参照画像（それぞれ、２次電子画像や反射電子画像からなる）を用いて、高倍欠陥画像内に存在する欠陥の形状を認識したり、その欠陥の表面の凹凸状態を調べたり、またその欠陥が背景の回路パターンに対しどの位置にあるか（例えば、配線間をまたがっているのか、１本の配線上に存在するか、もしくは配線が無い領域に存在するか等）を調べその致命性を判定するなど、幾つかの基準を用いることで、各欠陥を複数のクラスに分類する処理である。
　レビューＳＥＭにおける技術課題として、欠陥画像および参照画像を自動取得するＡＤＲの高スループット化および撮像した欠陥画像を分類するＡＤＣの高精度化がある。
　ＡＤＲの高スループット化技術に関して、特開２００３−９８１１４号公報（特許文献３）には、欠陥画像から推定した欠陥の背景回路パターンの周期情報を用いて参照画像を推定する技術（以下参照画像合成方式）が記載されている。また、特開２００６−２６９４８９号公報（特許文献４）には、低倍参照画像をデジタルズームにより拡大することで高倍参照画像を取得する技術（以下デジタルズーム方式）が記載されている。これらの手法は、参照画像を撮像せずに参照画像に相当する画像を取得可能であるためＡＤＲの処理時間を大幅に短縮できる。
　ＡＤＣの高精度化に関して、高い画像解像度を持つ高倍参照画像を取得することは重要である。なぜならば、ＡＤＣ処理において高倍参照画像は、高倍欠陥画像との比較による欠陥領域抽出処理および、高倍参照画像から抽出した回路パターン位置と欠陥位置との関係によって欠陥の致命性を判定する欠陥致命性判定処理等に用いられ、これらの処理結果がＡＤＣの分類性能に影響するためである。

　しかしながら、特許文献３および特許文献４に開示された参照画像を撮像しないＡＤＲ処理は、処理の高スループット化を実現できる一方、高い画像解像度を持つ高倍参照画像の取得については考慮されていない。特許文献３に開示されたデジタルズーム方式は、低倍撮像視野が広く高倍撮像視野が狭いほど低倍参照画像から高倍参照画像を作成するために低倍参照画像を拡大する倍率が大きくなり、高倍参照画像がぼけてしまう（つまり、画像解像度が低くなる）という課題がある。
　また、特許文献４に開示された参照画像合成方式は欠陥部位の良品パターンを周辺パターンから推定するため、真の良品パターンと多少乖離した参照画像を合成する可能性があるという課題がある。
　また、特許文献２に開示された高倍欠陥画像の撮像位置を１チップ分移動した位置を撮像し高倍参照画像を取得する方式は、上記の画像解像度の低下および真の良品パターンとの乖離を回避することができるが、一般的にチップ間の視野移動はステージ移動を伴うためスループットが低下するという課題がある。
　本発明の目的は、上記課題を解決すべく、半導体ウェハ等に発生した欠陥を対象として、画像解像度の低下およびステージ移動なしに高倍参照画像の撮像を高速に行うことを可能にする欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）及びそれを用いた欠陥観察方法を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた試料上の欠陥部位および前記欠陥部位の良品パターンが形成されている部位を詳細に観察する方法および装置において、光学的な手段もしくは電子線を用いたウェハ欠陥検査から得られる欠陥の座標もしくは、半導体製造時に欠陥となる可能性が高い危険箇所の座標を入力位置（以下、欠陥概位置とする）とし、前記欠陥概位置を低倍率で撮像して低倍欠陥画像を取得する低倍欠陥画像撮像ステップと、前記低倍欠陥画像から欠陥が存在する高倍欠陥画像撮像領域を特定する高倍欠陥画像撮像領域特定ステップと、前記高倍欠陥画像撮像領域を高倍率で撮像して高倍欠陥画像を取得する高倍欠陥画像撮像ステップと、前記低倍欠陥画像撮像時に視野移動した欠陥概位置からステージ移動なしに撮像可能な範囲内で前記高倍欠陥画像撮像領域の画像の良品パターンが形成されている部位を持つ高倍参照画像撮像領域を探索する高倍参照画像撮像領域探索ステップと、前記高倍参照画像撮像領域の画像（以下、近傍高倍参照画像）を撮像する近傍高倍参照画像撮像ステップと、を有することを特徴とする。すなわち、本発明によってステージの移動なしに高倍参照画像を撮像することが可能であり、高倍参照画像取得の処理時間短縮が可能となる。
　また、高倍欠陥画像撮像領域あるいはその周辺領域は、電子線照射によるコンタミネーション（試料上への汚染物質の付着）が発生している危険性があるため、前記近傍高倍参照画像撮像領域ステップは前記高倍欠陥画像撮像領域あるいは、その周辺領域と重複しないように高倍参照画像撮像領域を探索することを特徴とする。
　また、本発明において前記近傍高倍参照画像撮像領域は、ステージの移動なしに撮像可能な範囲の領域を撮像した探索用欠陥画像を取得し、前記探索用低倍欠陥画像から前記探索テンプレートを用いて前記高倍参照画像撮像領域を探索することを特徴とする。
　また、本発明において、前記近傍高倍参照画像撮像領域ステップはステージの移動なしで、なおかつ歪みの少ない画質が良好な画像を撮像可能な範囲の領域を撮像した探索用欠陥画像を取得し、前記探索用低倍欠陥画像から前記探索テンプレートを用いて高倍参照画像撮像領域を探索することを特徴とする。
　また、本発明は低倍参照画像を撮像しない場合（以下、低倍参照画像撮像レスモード）においても適用可能である。本発明は前記低倍参照画像撮像レスモードでの高倍参照画像撮像領域探索ステップは、低倍欠陥画像の良品パターンが形成されている部位を持った低倍参照画像の推定画像（以下、低倍推定参照画像）を生成する低倍推定参照画像生成ステップと、低倍推定参照画像から高倍参照画像領域を決定する高倍推定参照画像領域決定ステップと、前記高倍推定参照画像領域の画像をテンプレートとして低倍欠陥画像から高倍参照画像撮像領域を探索する近傍高倍参照画像撮像領域探索ステップと、を有することを特徴とする。ここで、低倍推定参照画像は例えば、パターンの繰り返し周期性を利用して低倍欠陥画像から推定することができる。
　本発明は、低倍参照画像撮像モード、低倍参照画像撮像レスモードおよび高倍参照画像推定モードなどの従来のシーケンスに適用可能であり、近傍高倍参照画像撮像領域探索処理の成否を判定する機能を用いて、本発明のシーケンスが失敗した場合は従来シーケンスに切り替えが可能である。また、本発明は上記モードに限定されるものではなく、低倍欠陥画像、低倍参照画像（撮像あるいは推定によって得られた低倍参照画像）および、高倍参照画像撮像時におけるステージ位置を入力として本発明である近傍高倍参照画像撮像領域探索ステップを実行し高倍参照画像を取得することが可能である。

　本発明によれば、他の検査装置で検査して検出した半導体ウェハ上の欠陥を対象とした欠陥観察装置において、高スループットかつ高精度な自動欠陥分類処理の実現を可能にした。したがって、従来と同じ処理時間でより多くの欠陥をより高精度に分類することが可能となる。その結果、本発明によって半導体製造における問題工程の特定精度が向上し、半導体製造における歩留まりの向上が期待できる。

　図１は、本発明に関わる装置の構成図である。
　図２は、本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第１の実施例を示す処理フロー図である。
　図３は、本発明にＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第１の実施例の説明図である。
　図４は、本発明に関わる低倍欠陥画像から高倍参照画像として利用可能な領域を探索する実施例の説明図である。
　図５は、本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第２の実施例を示す処理フロー図である。
　図６は、本発明に関わるＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第２の実施例の説明図である。
　図７は、本発明に関わる近傍高倍参照画像撮像領域の探索範囲の説明図である。
　図８は、本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第３の実施例を示す処理フロー図である。
　図９は、本発明に関わる欠陥画像および参照画像観察用インターフェースの例である。

　１０１　電子源
　１０２　加速電極
　１０３　集束レンズ
　１０４　偏向器
　１０５　対物レンズ
　１０６　試料
　１０７　ステージ
　１０８　１次電子
　１０９　２次電子、
　１１０　２次電子検出器
　１１１　Ａ／Ｄ変換機
　１１２　全体制御
　１１３　画像処理部
　１１６　レシピ部
　１１７　入出力部
　１２０　バス
　１２１　反射電子検出器

　以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を用いて説明する。

　本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の第１の実施例について説明する。本第１の実施例においては、撮像した低倍参照画像を利用して低倍欠陥画像撮像位置からステージ移動なしに高倍参照画像を撮像する。
　先ず、本発明に関わる走査電子顕微鏡を用いた欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）の装置構成に関して図１を用いて説明する。本発明に係るレビューＳＥＭ装置は，ＳＥＭ画像取得部１１８と信号処理部１１９で構成され，その間はバス１２０で繋がれている。ＳＥＭ画像取得部１１８において１０１は１次電子１０８を発生させる電子源，１０２は１次電子を加速する為の加速電極，１０３は１次電子を収束する為の集束レンズ，１０４は１次電子を２次元走査偏向する偏向器，１０５は１次電子を観察対象試料であるウェハ１０６上に収束させるための対物レンズである。１０７は試料を搭載するＸＹ平面内で移動可能なステージである。１１０は試料より発生した２次電子１０９を検出する検出器，１２１は試料面で反射した１次電子を検出する検出器，１１１は検出された信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器である。これらの各部位は，バス１２０を通じて全体制御部１１２に接続されている。
　一方，信号処理部１１９は，全体制御部１１２、画像処理部１１３、記憶部１１６及び入出力部１１７とを備えて構成されている。そして画像処理部１１３は、さらに取得画像に対し画像処理や分類処理を行うプログラムメモリ部１１４，取得した画像および欠陥情報等を記憶する画像メモリ部１１５を備えている。また、記憶部１１６には、前記欠陥検査装置で検査して得た座標情報を含む観察条件情報（レシピ）やバス１２０を介して図示していないデータサーバから取り込んだ検査対象チップの設計情報が格納される。入出力部１１７は、装置に対し指示を与える為のキーボードやマウスなどのデバイス，及び装置からのデータを出力するモニタやプリンタなどを備えて構成されている。そして、全体制御部１１２、画像処理部１１３、記憶部１１６及び入出力部１１７の間はバス１２０により互いに接続されている。
　ＳＥＭによる画像の撮像処理では、電子源１０１より放出された１次電子１０８が、加速電極１０２により加速された後、集束レンズ１０３で収束され、その後さらに対物レンズ１０５で収束され、ウェハ１０６の測定部位に照射される。その際、偏向器１０４は、レシピに登録された倍率で定まる視野範囲を１次電子が２次元走査するように、１次電子ビームを偏向する。電子ビームの照射により試料表面から発生した、２次電子１０９や反射電子１０９１は、２次電子検出器１１０や反射電子検出器１２１により捕獲され、シンチレータ（図示せず）により光信号に変換された後さらに、光電子倍増管（図示せず）により電気信号に変換された後、デジタル化手段１１１で、デジタル信号に変換される。得られたデジタル信号はデジタル画像として、画像メモリ部１１５に格納される。なお、走査型電子顕微鏡においては、その試料から発生する２次電子等のショットノイズが多いため、同一箇所を１度スキャンするだけでは、十分にＳ／Ｎ比の高い画像を得ることができない場合が多い。そのため、通常はレシピに指定されたスキャン回数（フレーム数）だけ、１次電子ビームの走査及びデジタルデータの取得が行われ、後にそれらの平均画像を求めることで画像データを生成する。
　ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の開始前に、ウェハ１０６はステージ１０７に搭載されており、さらにウェハ１０６を欠陥検査装置（図示せず）により検査して得られた各欠陥のウェハ１０６上の位置情報、及びＳＥＭ画像取得部１１８でウェハ１０６を撮像する際の各種の電子光学系条件（例えば、加速電圧、プローブ電流、撮像倍率）等の条件が記憶部１１６のレシピファイルに格納されているものとする。この際、記憶部１１６のレシピファイルに設定する撮像倍率には通常、低倍率（例えば１万倍程度）及び高倍率（欠陥サイズにより倍率は変動するが、例えば最大２０~３０万倍程度）の２種が設定される。これは、半導体製造プロセスにおいて管理すべき微小な欠陥の分類処理を行うには、その撮像倍率を５万倍から最大３０万倍程度に設定する必要があるが、そのような条件下では撮像視野が狭くなり、上記検査装置の検出精度が悪い場合には、欠陥部位が欠陥観察装置（レビューＳＥＭ）の視野に入らなくなる場合が想定されるからである。
　そのため、画像取得処理つまりＡＤＲ処理では、（１）低倍率で視野の広い画像を取得し、その画像視野内からの欠陥位置の抽出、（２）抽出された欠陥位置を高倍率で撮像する、という２ステップの処理を行う。ＳＥＭの操作者は、入出力部１１７を通して、記憶部１１６に登録された複数のレシピから、測定に用いるレシピを例えば入出力部１１７のモニタに表示してモニタ上で選択する。その時、ＳＥＭの操作者は必要に応じて選択したレシピのパラメータを変更することができる。そして、選択したレシピに格納された処理条件に従い、ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を行うように全体制御部１１２が指示を与える。
　上記の手順によりＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理対象となるウェハおよびレシピを設定した後、図２に示すシーケンスに従ってＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を行う。図３はそのシーケンスにより得られる欠陥画像および参照画像の例を模式的に示したものである。同図の欠陥画像および参照画像において、下地パターンを白色の領域、配線パターンをハッチングを施した領域として模式的に示している。
　次に、本発明におけるＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理に関して、以下図２および図３を用いて本発明のシーケンスについて説明する。先ず、ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理に必要な入力情報２０１を入力する。入力情報２０１には、光学的な手段もしくはＳＥＭを用いた欠陥検査装置（図示せず）でウェハを検査して得られた欠陥のウェハ上での座標情報またはウェハ上に多数形成されたチップ内の座標情報、もしくは半導体製造時に欠陥となる可能性が高い危険箇所の座標情報を含む欠陥概位置情報２０２、処理対象となるウェハのチップ配置やチップサイズ、チップ内の回路パターンのレイアウト情報等の設計情報を含んだウェハ情報２０３、およびＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の各種パラメータや低倍または高倍の撮像視野などの情報２０４を含む。
　次に、全体制御部１１２は、ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理対象の欠陥一つ一つについて、記憶部１１６のレシピファイルに記憶されている欠陥の位置情報に基づいて欠陥が存在しない参照パターンが視野に入るようにステージ１０７を移動させ（ステップ２０５）、低倍率で撮像し低倍参照画像３０１を取得する（ステップ２０６）。この参照パターンとは欠陥部位と同一の回路パターンが形成された領域で欠陥が存在しない領域のことであり、同一のチップが多数配列して形成される半導体ウェハにおいては、隣接するチップにおいて欠陥箇所のチップ内の相対座標が同一の領域を撮像し前記参照パターンとして用いることができる。
　続いて、記憶部１１６のレシピファイルに記憶されている欠陥の位置情報に基づいて試料ウェハ１０６上の対象欠陥が撮像視野に入るようにステージ１０７を移動した後（ステップ２０７）、低倍欠陥画像３０２を低倍率で撮像し取得する（ステップ２０８）。次に、プログラムメモリ部１１４の欠陥抽出機能部１１４２に記憶された欠陥抽出処理プログラムに従って低倍欠陥画像３０２及び低倍参照画像３０１との差分比較を行い欠陥位置の抽出を行う（ステップ２０９）。
　次に、前記抽出した欠陥位置を中心とした高倍欠陥画像撮像領域３０３を撮像し、高倍欠陥画像３０８を取得する（ステップ２１０）。低倍参照画像３０１に対して、前記高倍欠陥画像撮像領域３０３とチップ内の座標が同一の領域を、隣接参照画像領域３０４として取得し、隣接参照画像領域３０４の画像を切り出して画像メモリ部１１５に格納する。この切り出した画像を探索テンプレート３０５とし、この探索テンプレート３０５および低倍欠陥画像３０２を入力として、プログラムメモリ部１１４のパターンマッチング部１１４４に格納されたパターンマッチングプログラムを実行し、低倍欠陥画像３０２において探索テンプレート３０５と最もパターンが類似した近傍高倍画像撮像領域３０６を探索する（ステップ２１１）。
　図４は前記パターンマッチング部１１４４に格納されたパターンマッチングプログラム１１４４を用いた探索の様子を模式的に示したものである。
　パターンマッチング部１１４４に格納されたパターンマッチングプログラム１１４４は、たとえば正規化相関マッチングなどの一般的なパターンマッチング法を用いて低倍欠陥画像３０２と探索テンプレート３０５の画像が最も類似する最良マッチング位置４０１及び、その時の類似性を数値化したマッチングスコアを算出する。前記マッチングスコアの算出方法として正規化相関値等の一般的なパターンマッチング手法を用いることができる。このとき、低倍欠陥画像３０２に含まれる高倍欠陥画像撮像領域３０３は、一般的に探索テンプレート３０５と類似したパターンを持つため、この位置を最良マッチング位置として検出する危険性がある。
　しかし、この位置を撮像しても高倍欠陥画像撮像領域３０３と同じ箇所を撮像することになり、所望の欠陥部位を含まない高倍参照画像を取得することができない。さらに、高倍欠陥画像撮像領域３０３あるいは、その周辺領域４０３は電子線照射によるコンタミネーション（試料上への汚染物質の付着）が発生している危険性がある。近傍高倍参照画像慮域内においてコンタミネーションが発生している箇所を近傍高倍参照画像として選択しないため、前記高倍欠陥画像撮像領域３０３あるいは前記周辺領域４０３を探索禁止領域とし、前記探索禁止領域と重複する領域を除外して高倍参照画像撮像領域３０６を探索する。
　また、近傍高倍画像撮像領域３０６の探索は図７に示すように低倍欠陥画像撮像視野７０１に限らず、ステージ移動なしに撮像可能な範囲７０２から取得可能である。この場合、ステージ移動なしに撮像可能な範囲７０２を撮像して探索用欠陥画像を取得しておき、前記探索用欠陥画像から近傍高倍画像撮像領域３０６を探索する。ただし、通常ステージ中心座標７０３から離れるに従って撮像画像に歪みが発生する危険性があるため、このような歪みが発生せずに良好な画質で画像を撮像できる範囲７０４（以下、良好画質撮像可能範囲）で、探索用欠陥画像を取得して近傍高倍参照画像撮像領域３０６を探索するように指定可能である。また、低倍欠陥画像撮像視野７０１内に、前記良好画質撮像可能範囲７０４が含まれる可能性もあるが、この場合は、低倍欠陥画像３０１から前記良好画質撮像可能範囲７０４内で近傍高倍参照画像撮像領域３０６を探索する。
　続いて、画像処理部１１３は条件付隣接参照画像撮像処理２１２を行う。この条件付隣接参照画像撮像処理２１２においては、まず前記最良マッチングスコアに対して所定の閾値を設けて探索テンプレート画像と類似したパターンが低倍欠陥画像内に存在するか否かを判定する（ステップ２１３）。存在すると判定された場合、最良マッチング位置を中心とした近傍高倍参照画像撮像領域３０６を撮像し、近傍高倍参照画像３０７を取得する（ステップ２１４）。逆に、存在しないと判定された場合、従来の高倍参照画像撮像シーケンスと同様の処理を行う。すなわち、低倍参照画像３０２の撮像位置にステージ移動（ステップ２１５）を行い、隣接参照画像領域３０４を撮像し、高倍参照画像を取得する（ステップ２１６）。
　このように、ステップ２１３において、近傍参照画像撮像領域探索（ステップ２１１）における探索テンプレート画像と類似したパターンがステップ２０８で撮像して得た低倍欠陥画像内に存在しないと判断した場合は従来の高倍参照画像撮像シーケンスを実行するよう切り替えが可能であり、安定した高倍参照画像の取得が可能である。
　次に、プログラムメモリ部１１４の欠陥抽出機能部１１４２に格納された欠陥抽出プログラムに従って、ＡＤＣ処理２１７を実施する。このＡＤＣ処理２１７においては、欠陥領域の抽出を行い（ステップ２１８）、次に、欠陥分類機能部１１４３に格納された欠陥分類プログラムに従って、高倍欠陥画像３０８および高倍参照画像（近傍高倍参照画像３０７あるいは隣接高倍参照画像３０９）を入力して先に述べた欠陥分類処理（ＡＤＣ処理）を行い（ステップ２１９）各欠陥を複数のクラスに分類する。本処理により得られた取得画像群２２２（低倍欠陥画像、低倍参照画像、高倍欠陥画像および高倍参照画像それぞれに対する２次電子画像および反射電子画像）および分類欠陥種情報２２１が出力情報２２０として出力される。ここまで述べたＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理のシーケンスは、観察対象となる欠陥のすべてが終了するまで続けられる（ステップ２２３）。

　本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の第２の実施例について説明する。該第２の実施例は、低倍参照画像を撮像せずに、低倍欠陥画像撮像位置からステージ移動なしに高倍参照画像撮像領域を探索し、この領域を撮像するシーケンスを実現した場合である。この場合におけるＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を含めたシーケンスを図５に示す。図６はそのシーケンスにより得られる欠陥画像および参照画像の例を模式的に示したものである。本発明のシーケンスは低倍欠陥画像を最初に撮像するため、後述する欠陥抽出処理もしくは近傍高倍参照画像撮像領域の探索が失敗した場合の高倍参照画像取得のリリーフ処理は、先ず隣接チップにステージを移動し低倍参照画像３０１を撮像し、続けて隣接高倍参照画像３０９を撮像することになる。
　以下、図５および図６を用いて本発明のシーケンスについて説明する。本実施例においても、実施例１で説明したのと同様に、先ず、ウェハ１０６を図示しない欠陥検査装置で検査して得られた各欠陥の位置座標情報およびＳＥＭ画像取得部１１８でウェハ１０６を撮像する際の各種電子光学系条件が記憶部１１６のレシピファイルに記憶されている。このような状態で、実施例１の場合と同様に、ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理に必要な入力情報５２０１を入力する。
　次に、記憶部１１６のレシピファイルに格納されている図示しない欠陥検査装置で検査して得られた各欠陥の位置座標情報を用いて試料ウェハ１０６上の対象欠陥が撮像視野に入るようにステージ１０７を移動した後（ステップ５０１）、低倍欠陥画像３０２を取得する（ステップ５０２）。該取得された低倍欠陥画像３０２が画像メモリ部１１５に格納されると、良品パターン推定機能部１１４１に格納された良品パターン推定プログラムに従って低倍欠陥画像３０２に対して良品パターン推定処理（ステップ５０３）を行い、低倍推定参照画像６０１を画像撮像なしに低倍欠陥画像３０２から合成する。
　ここで、良品パターンの推定処理としては、メモリセル等の回路パターンの繰返し周期性を利用した推定方法を用いることができる。この方法は、特許文献３に記載されているように、低倍欠陥画像から繰り返しパターンの周期を算出した後に、低倍欠陥画像の各画素に対して周期をずらして取得した正常パターンの画素を張り合わせることで、低倍欠陥画像３０２から低倍参照画像を合成する方法である。次に良品パターン推定処理の成否判定５０４を行う。良品パターン推定処理５０３が失敗した場合は、隣接チップとの比較による欠陥検出および高倍欠陥および参照画像の撮像処理（ステップ５０５）を行う。ただしこの場合は、欠陥が存在するチップと隣接するチップ上の低倍参照画像を取得していないため、先ず隣接チップの参照部にステージ移動（ステップ５０６）し、低倍参照画像３０１を撮像する（５０７）。
　次に、低倍欠陥画像と低倍参照画像の差分比較を行い、隣接参照画像領域３０４および高倍欠陥撮像領域３０３を抽出する（ステップ５０８）。この時、ステージ位置は参照部にあるためステージを移動することなく隣接参照画像領域３０４を高倍率で撮像して高倍参照画像を取得することができる（ステップ５０９）。次に、欠陥部にステージ移動（ステップ５１０）した後に高倍の欠陥画像を撮像する（ステップ５１１）。
　次に、低倍参照画像推定処理（ステップ５０３）が成功した場合の処理について述べる。先ず、前記良品パターン推定処理５０３によって得られた低倍推定参照画像６０１と低倍欠陥画像３０２を入力として、プログラムメモリ部１１４の欠陥抽出機能部１１４２の欠陥抽出処理プログラムに従って欠陥位置の抽出を行う（ステップ５１２）。次に、欠陥位置を中心とした高倍欠陥画像撮像領域３０３を撮像し、高倍欠陥画像３０８を取得する（ステップ５１３）。
　次に、高倍参照画像の推定を行うか否か判定する（ステップ５１４）。この判定は、デバイスの品種、製造工程あるいはウェハ毎にレシピで指定された設定を用いるか、高倍欠陥画像内に占める欠陥領域の割合などから判定する。高倍参照画像の推定を行う場合は、プログラムメモリ部１１４の良品パターン推定機能部１１４１に格納された良品パターン推定プログラムに従って高倍参照画像推定処理（ステップ５１５）を実行し高倍推定参照画像を取得する。次に高倍参照画像推定の成否判定を行う（ステップ５１６）。高倍参照画像の推定が成功すれば、ＡＤＣ処理（ステップ５２１７）へと進む。
　高倍参照画像の推定を行わない場合もしくは高倍参照画像推定処理５１５が失敗した場合のリリーフ処理として、近傍参照撮像領域探索ステップ５１７を行う。この近傍参照撮像領域探索ステップ５１７においては、先ず、図６に示すように、低倍推定参照画像６０１に対して、前記高倍欠陥画像撮像領域３０３と画像内の座標が同一の領域を、高倍推定参照画像領域６０２として取得し、この高倍推定参照画像領域６０２の画像を切り出して画像メモリ部１１５に格納する。次に、この切り出した画像を探索テンプレート３０５とし、この探索テンプレート３０５および低倍欠陥画像３０２を入力としてプログラムメモリ部１１４のパターンマッチング部１１４４に格納されたパターンマッチングプログラムを実行し、図６に示すように、低倍欠陥画像３０２において探索テンプレート３０５と最もパターンが類似した近傍参照撮像領域３０６を探索する（ステップ５１７）。
　次に、条件付隣接参照画像撮像処理ステップ５２１２において、先に述べた第１の実施例と同様に近傍参照撮像領域探索の可否判定（ステップ５２１３）を行う。この可否判定ステップにおいて近傍参照撮像領域探索が可能と判定されれば、近傍高倍参照画像撮像領域３０６を撮像し（ステップ５２１４）、近傍高倍参照画像３０７を取得する。探索テンプレートと類似するパターンが低倍欠陥画像内に存在しない等の理由により近傍参照撮像領域探索が失敗した場合は、従来のシーケンスである隣接チップへステージ移動をし（ステップ５２１５）、隣接参照画像領域３０４を高倍率で撮像して高倍参照画像３０９を取得する（ステップ５２１６）。このように、近傍高倍参照画像探索シーケンスが失敗した場合（ステップ５２１３でＮｏと判定された場合）は従来のシーケンス（ステップ５２１５と５２１６）を実行するよう切り替えが可能であり、安定した高倍参照画像の取得が可能である。
　上記の処理によって、低倍欠陥画像３０２、低倍参照画像３０１、近傍高倍参照画像３０６あるいは隣接高倍参照画像３０４あるいは高倍推定参照画像、および高倍欠陥画像３０８を取得した後、先に述べた第１の実施例と同様にＡＤＣ処理（ステップ５２１７）に従って欠陥領域の抽出（ステップ５２１８）および欠陥分類（ステップ５２１９）を行う。取得した画像群および分類結果は出力情報５２２０として出力される。ここまで述べたＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理のシーケンスは、観察対象となる欠陥のすべてが終了するまで続けられる（ステップ５２２３）。

　次に、本発明に係る欠陥観察装置を用いたＡＤＲ処理及びＡＤＣ処理の第３の実施例について説明する。第３の実施例は、低倍参照画像を撮像するか否かによって、第１の実施例および第２の実施例を切り替えるシーケンスを実現したものである。この場合におけるＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を含めたシーケンスを図８に示す。
　以下、図８を用いて本発明のシーケンスについて説明する。先ず、各欠陥に対して低倍参照画像を撮像するか否かを判定する（ステップ８０１）。ここでの判定はメモリ製品もしくはロジック製品等のデバイスの品種や製造工程毎に予めレシピにマニュアルで設定しておくか、設計レイアウト情報が利用可能であれば欠陥概位置の座標と設計レイアウト情報を用いて前記２種のシーケンスを切り替える。
　低倍参照画像を撮像する場合（ステップ８０２）は、先に図２を用いて説明した第１の実施例のシーケンスのステップ２０５からステップ２１７までを実行しＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を行う。低倍参照画像を撮像しない場合（ステップ８０３）は、先に図５を用いて説明した第２の実施例のシーケンスのステップ５０１乃至５０４及び５２１２，５２１７（図２に示したフロー図のステップ２１３および２１７に相当）を実行しＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を行う。これらの処理シーケンスは、観察対象となる欠陥のすべてが終了するまで続けられる（ステップ８０４）。なお、図８に示したフロー図においては図２または図５のフロー図におけるステージ移動のステップ（図２のステップ２０５，２０７，２１５及び図５のステップ５０１、５２１５）も含むが、これらのステップの記載を省略した。
　本シーケンスにおける入力パラメータやシーケンスを含むレシピの設定あるいは結果の表示を行うＧＵＩについての実施例を図９に示す。図９中のウィンドウ９０１に示すように以下に説明する各種情報を一画面中にあるいは分割してモニタ等に表示することができる。また，図９中の符号９０６，９０７，９０８，９１７および９１８に記載した記号＊はシステムに入力された，あるいは出力された任意の数値（あるいは文字列）や数値の範囲，あるいは数値や数値の範囲の配列であることを示す。
　入力情報の設定に関して説明する。ボックス９０８にて処理対象とする欠陥のＩＤを指定する。９０２は画像取得シーケンスを設定する箇所であり、ラジオボタン９０３で各欠陥に対して低倍参照画像を撮像するか否かを設定する。また、ラジオボタン９０４で、近傍高倍参照画像探索処理（ステップ２１１もしくはステップ５１７）が失敗した場合に隣接チップから参照画像を撮像するか否かを設定する。高倍参照画像を撮像しない場合は、低倍参照画像をデジタルズームにより拡大して高倍参照画像を推定する。９０５は近傍高倍参照画像撮像領域３０６の探索で用いられるパターンマッチングの各種設定を行う箇所である。ボックス９０６では、予め用意してあるパターンマッチングのアルゴリズムをプルダウンで選択する。ボックス９０７は、近傍高倍参照画像探索（ステップ２１１もしくはステップ５１７）の成否を判定するマッチングスコアのしきい値を設定する。９０２および９０５の入力情報を入力した後に、ボタン９０９を押すと前記設定したシーケンスおよびパラメータを用いて、ボックス９０８で指定したＩＤの欠陥を対象にＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を実行する。
　ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の出力結果の表示方法に関して説明する。ウィンドウ９０１の画像表示領域９１００には、それぞれ前記ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理で取得した低倍欠陥画像９１０、低倍参照画像９１１、高倍欠陥画像９１２および高倍参照画像９１３が表示される。低倍参照画像９１１および高倍参照画像９１３に関しては、それぞれの画像が実際に撮像して得た画像か、良品パターン推定機能部１１４１に記憶された良品パターン推定プログラムを用いて推定して取得した画像か、という情報９１４を表示する。欠陥抽出機能部１１４２に記憶された欠陥抽出プログラムにより定まった高倍欠陥撮像領域９１９および、隣接参照画像領域９２０はそれぞれ低倍欠陥画像９１０および低倍参照画像９１１にオーバーレイして表示する。
　領域９１５には近傍参照画像探索結果を表示する。具体的には、パターンマッチング部１１４４に記憶されたパターンマッチングプログラムに用いた探索テンプレート画像９１６および、パターンマッチング部１１４４においてパターンマッチングプログラム処理した結果得られる最良マッチング位置９１７の情報および、最良マッチング位置９１７でのマッチングスコア９１８を表示する。また、近傍参照画像撮像探索処理（ステップ２１１もしくはステップ５１７）により求まった近傍参照画像撮像領域３０６（図３参照）の情報は低倍欠陥画像９１０上にオーバーレイして表示する（図９の９２１）。
　図９の画像表示領域９１００に表示した低倍欠陥画像９１０にオーバーレイ表示した領域９１９，９２１及び低倍参照画像９１１にオーバーレイ表示した領域９２０はチェックボックス９２２で表示／非表示を切り替えることができる。また、図１に示したＳＥＭ画像取得部１１８を備えた構成により、本実施例１乃至３で説明したレビューＳＥＭでは画像表示領域９１００に表示する各画像９１０~９１３として左右陰影像および二次電子像等を取得してそれらの何れかを表示することが可能であるが、これらの取得した画像のうちＧＵＩ上にどれを表示するかはラジオボタン９２３で指定することができる。ＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理の出力結果を確認しながらレシピの調整を行い、レシピ調整が完了したならばボタン９２４を押して９０２および９０５の入力情報をレシピに保存する。また、ボタン９２５を押して、ＧＵＩに表示しているレシピ設定内容で全欠陥に対してＡＤＲ処理およびＡＤＣ処理を行い、その結果を確認することでレシピの出来栄えを確認することができる。

Claims

ＳＥＭを用いた欠陥観察装置であって、
他の検査装置で検査して検出した試料上の欠陥の位置情報を取得する欠陥情報取得手段と、
前記試料の表面に収束させた電子線を照射して走査し前記試料の電子線画像を取得する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、
該ＳＥＭで取得した画像を処理する画像処理手段と、
前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と前記画像処理手段とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記欠陥情報取得手段で取得した前記試料上の欠陥の位置情報を用いて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を制御して前記他の検査装置で検査して検出した試料上の欠陥を含む領域を低倍率で撮像し、
前記画像処理手段は、前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により低倍率で撮像して得た前記試料上の欠陥を含む低倍率の画像を低倍率の参照画像と比較して前記欠陥を抽出して該欠陥の位置情報を取得し、
前記制御手段は、更に該取得した欠陥の位置情報を用いて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を制御して前記試料上の欠陥を含む領域を高倍率で撮像して前記欠陥を含む領域の高倍率の画像を得、
前記画像処理手段は、更に前記欠陥を含む領域の高倍率の画像と比較する高倍率の参照画像を、前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記高倍率の参照画像を撮像する領域を探索して該探索に成功した場合には該探索した領域を前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で高倍率で撮像することにより得、前記探索に失敗した場合には前記試料上の参照部へ前記ＳＥＭの視野を移動させて前記参照部を高倍率で撮像することにより得、該得た高倍率の参照画像を前記欠陥を含む領域の高倍率の画像と比較することにより欠陥の高倍率の画像を取得することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察装置。
１記載のＳＥＭを用いた欠陥観察装置であって、
前記画像処理手段は、前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記高倍率の参照画像を撮像する領域を探索することを、前記試料上に複数形成された本来同一形状となるパターンが形成された複数のチップのうち前記欠陥を含む領域の高倍率の画像が撮像されたチップに隣接するチップ内で前記欠陥を含む領域の高倍率の画像と同一の座標領域を前記低倍率で撮像して得た隣接低倍率画像から切り出して探索テンプレートを作成し、該作成した検索テンプレートを用いて前記欠陥を含む低倍率の画像からパターンマッチングの手法で前記高倍率の参照画像を取得する範囲を探索することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察装置。
１記載のＳＥＭを用欠陥観察装置であって、
前記画像処理手段は、前記低倍率の参照画像を前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて前記試料の欠陥を含む領域を前記低倍率で撮像して得た低倍率の欠陥画像から推定可能かを判定し、推定可能と判定した場合には前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記低倍率の参照画像を作成することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察装置。
１記載のＳＥＭを用いた欠陥観察装置であって、
前記画像処理手段は、前記低倍率の参照画像を前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて前記試料の欠陥を含む領域を前記低倍率で撮像して得た低倍率の欠陥画像から前記低倍率の参照画像を推定可能かを判定し、推定不可能と判定した場合には前記制御手段で前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を制御して前記試料上に複数形成された本来同一形状となるパターンが形成された複数のチップのうち前記欠陥を含む領域の画像が撮像されたチップに隣接するチップ内で前記欠陥を含む領域と同一の座標領域を前記低倍率で撮像して前記低倍率の参照画像を取得することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察装置。
他の検査装置で検査して検出した試料上の欠陥の位置情報を得、
該得た前記試料上の欠陥の位置情報に基づいて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により前記欠陥を含む領域を低倍率で撮像し、
該低倍率で撮像して得た前記欠陥を含む低倍率の画像を低倍率の参照画像と比較して前記欠陥を抽出して該欠陥の位置情報を取得し、
該取得した欠陥の位置情報に基づいて前記ＳＥＭにより前記欠陥を含む領域を高倍率で撮像し、
該撮像して得た前記欠陥を含む領域の高倍率の画像を高倍率の参照画像と比較することにより欠陥の高倍率の画像を取得する
ＳＥＭを用いた試料上の欠陥を観察する方法であって、
前記高倍率の参照画像は、前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記高倍率の参照画像を撮像する領域を探索して該探索に成功した場合には該探索した領域を前記高倍率で撮像することにより得、前記探索に失敗した場合には前記試料上の参照部へ前記ＳＥＭの視野を移動させて前記参照部を高倍率で撮像することにより得ることを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察方法。
５記載のＳＥＭを用いた欠陥観察方法であって、
前記試料上には本来同一形状となるパターンが形成されたチップが複数形成されており、前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記高倍率の参照画像を撮像する領域を探索することを、前記撮像して取得した前記欠陥を含む領域の高倍率の画像と前記チップ内の座標が同一の隣接チップ内の領域を前記低倍率で撮像して得た隣接低倍率画像から切り出して探索テンプレートを作成し、該作成した検索テンプレートを用いて前記欠陥を含む低倍率の画像からパターンマッチングの手法で前記高倍率の参照画像を取得する範囲を探索することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察方法。
５記載のＳＥＭを用いた欠陥観察方法であって、
前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて前記試料の欠陥を含む領域を前記低倍率で撮像して得た低倍率の欠陥画像から前記低倍率の参照画像を推定可能かを判定し、推定可能と判定した場合には前記低倍率で撮像した前記欠陥を含む領域の画像から前記低倍率の参照画像を作成することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察方法。
５記載のＳＥＭを用いた欠陥観察方法であって、
前記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて前記試料の欠陥を含む領域を前記低倍率で撮像して得た低倍率の欠陥画像から前記低倍率の参照画像を推定可能かを判定し、推定不可能と判定した場合には前記試料上に複数形成された本来同一形状となるパターンが形成された複数のチップのうち前記欠陥を含む領域の画像が撮像されたチップに隣接するチップ内で前記欠陥を含む領域と同一の座標領域を前記低倍率で撮像して前記低倍率の参照画像を取得することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥観察方法。