半導体デバイスの欠陥レビュー方法及びその装置
【課題】低倍率のＳＥＭ像で欠陥を検出し、高倍率のＳＥＭ画像で欠陥を観察する半導体デバイスの欠陥レビューにおいて、欠陥レビューの効率をあげて短時間に多数に欠陥をレビューできるようにする。
【解決手段】半導体デバイスの欠陥を観察する方法において、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含む画像を取得し、この取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、取得した第１の倍率の欠陥を含む画像とこの第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、検出した欠陥を第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するようにした。
【解決手段】半導体デバイスの欠陥を観察する方法において、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含む画像を取得し、この取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、取得した第１の倍率の欠陥を含む画像とこの第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、検出した欠陥を第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの外観検査およびその欠陥部の観察を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において，高い製品歩留りを確保するために，その製造工程で発生する各種の欠陥を早期に発見し，対策を行うことが必要となっている。これは，通常の場合，以下のステップにより行われる。
【０００３】
検査対象となる半導体ウェハを，ウェハ外観検査装置もしくはウェハ異物検査装置等により検査し，半導体ウェハ上に発生した欠陥や付着した異物の位置を検出する。
【０００４】
次に、この検出された欠陥を観察し(これをレビューと呼ぶ)，その欠陥を発生原因別に分類する。尚，このレビューには、通常欠陥部位を高倍率で観察するために、顕微鏡などを持つレビュー専用装置が用いられる。また，レビュー機能を備えた他の装置，例えば外観検査装置等を用いる場合もある。
【０００５】
検査装置により検出される欠陥数が非常に多い場合には，上記レビューを行うには多大な時間と労力を必要とすることから，欠陥部位の画像を自動で撮像して収集する自動欠陥観察ADR(Automatic Defect Review)の機能を有するレビュー装置の開発が近年盛んである。特開2000-30652号公報（特許文献１）には，画像撮像系に走査型電子顕微鏡を用いた，自動欠陥観察機能を有するレビュー装置について開示されている。
【０００６】
図2は，特許文献１に開示されているADRの処理フローを示している。
【０００７】
レビュー装置は，指定された欠陥の中から一つを選択し，ウェハ内の欠陥部位が存在するチップに隣接したチップの同部位を第1の倍率設定で撮像する。この部位は欠陥部位と同じパターンが形成されている部位であり，この画像を(低倍)参照画像と呼ぶこととする。撮像された参照画像はレビュー装置内の記憶媒体(例えば，磁気ディスク)に記憶される。
【０００８】
次に，ステージを移動させ，概欠陥位置が光学系の視野中央に位置するようにステージを移動させる。その後，参照画像撮像時と同様に第1の倍率設定での画像を撮像する。この画像を(低倍)欠陥画像と呼ぶこととする。
【０００９】
そして，これらの欠陥画像と参照画像から欠陥部位を特定し，第1の倍率設定の撮像に比べ高倍率で欠陥部位の撮像を行う。この画像を高倍欠陥画像と呼ぶ。高倍欠陥画像は，後段の自動欠陥分類ADC(Automatic Defect Classification)で用いることを想定している。高倍欠陥画像は欠陥部位の特定には必須ではないが，欠陥の詳細観察を主目的とするレビュー装置では，本撮像は必要な処理であるといえる。
【００１０】
欠陥部位の特定は，欠陥画像と参照画像を比較し，これらの画像の異なる部分を欠陥として抽出する比較検査が行われてきた。ここで，比較検査は大きく2つの手法に分けることができる。まず同一ウェハ上の異なるチップの同一形状に設計された箇所の外観の画像を参照画像として比較を行うダイ比較がある。また，メモリのセル部のように同じ配線パターン構成が周期的に設計されている場合に，同一チップ内の同一外観を持つと思われる，同一形状に設計されたパターンの外観の画像を参照画像として比較を行うセル比較がある。
【００１１】
近年，半導体ウェハの大口径化により，ウェハ上に存在する，レビューすべき欠陥数は増加しており，また，レビュー装置が検査装置に比べスループットが低いため，欠陥画像，参照画像を撮像し，欠陥部位を特定するADRの高速化が必要となってきている。高速化の手法として，様々な手法が提案されている。
【００１２】
一般に，ADRでは，初期位置から目的位置までのステージ移動および欠陥・参照画像の撮像に多くの時間がかかっている。ADRの高速化において，これらの処理の高速化だけでなく，これらの画像撮像手順のうち，いくつかを省略する方法が有効となる。通常，省略する手順は参照画像の撮像となる。例えば，参照画像を事前に用意する方法や欠陥画像から参照画像を合成し，比較検査する方法が提案されている。前者として，特開2000-67243号公報（特許文献２）に開示されているように，セル比較において，周期的パターンをあらかじめ比較画像として記憶しておき，この画像と欠陥画像を比較することで欠陥領域を抽出する方法がある。後者としては，特開2003-98114号公報（特許文献３）に開示されているように，欠陥画像上の外観の類似した局所領域同士等の比較を行い，正常部であることを確率分布に基づき，その差分領域の欠陥検出に対する信頼度を算出し，信頼度の高い差分領域を欠陥として検出する方法がある。
【００１３】
また、欠陥画像と参照画像との差画像を２値化して欠陥部分を抽出する方法について、特開2001-325595号公報（特許文献４）に記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開2000-30652号公報
【特許文献２】特開2000-67243号公報
【特許文献３】特開2003-98114号公報
【特許文献４】特開2001-325595号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記特許文献２に開示されている方式では，セル比較のみに適用可能な手法であるため，適用範囲が限られている。また，参照画像を事前に用意することは，どのような欠陥画像が撮像されるか，事前にわからないため，膨大な画像を準備しなければならない。加えて，準備した画像の中に対応する参照画像が存在しない場合には欠陥部位の特定は不可能となる。
【００１６】
また，前記特許文献３に開示されている方式では，配線パターンは画像内に同一の外観を持つ局所領域が存在し，一方，欠陥は欠陥画像内に同一の外観を持つものがないと仮定している。しかし，半導体製造における穴工程で発生する電位コントラスト欠陥（配線穴の電位が他の部分と異なるため，2次電子像で観察すると輝度が異なって見える欠陥）では，同一外観を持つ欠陥が画像内に多発することがあり，前記方式では検出信頼度の低下が起こる。検出した欠陥が本当に欠陥であるかどうかを確認する手段が必要であるが，前記方式では提案されていない。また，この方式は画像サイズが大きくなるにしたがって，演算量が大きくなり，実時間で欠陥を検出することが不可能となる。
【００１７】
本発明の目的は，上記従来技術における課題を解決し，高スループットな半導体ウェハの欠陥レビュー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために，本発明では，半導体デバイスの欠陥を観察する方法において、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含む画像を取得し、この取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、取得した第１の倍率の欠陥を含む画像とこの第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、検出した欠陥を第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，参照画像を欠陥画像から合成することにより欠陥を検出する際に低倍率の参照画像の撮像工程を省略できるので、欠陥のレビューをより効率的に行うことができるようになった。また、欠陥画像から合成した参照画像で，欠陥検出が可能かどうか判定することにより，欠陥以外の部分の誤検出を防ぐことができ，より検出率の高い自動欠陥レビューが可能となる。
【００２０】
また，本発明によれば，参照画像の撮像工程を省略できるので、より高スループットで自動欠陥レビューを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図1は、本発明の一実施例による半導体ウェハに発生した欠陥を解析する走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)を用いたレビュー装置の概略の構成図を示している。SEMの電子光学系は真空チャンバ100に格納されており，電子銃101から出た電子は，集束レンズ102で収束された後，偏向・走査コイル103で照射位置へと向けられ，偏向制御部110で制御された対物レンズ106により半導体ウェハ107の上で焦点を結ぶ。照射位置の移動は， XYステージ108により行う。XYステージ108はステージコントローラ109により制御される。照射された電子により，半導体ウェハ107から2次・反射電子が放出され， 2次電子及び／又は反射電子を検出する検出器104・105で検出される。検出された信号情報はA/D変換器111によりアナログ値からデジタル値へと変換され，画像処理用のコンピュータ112へと送られる。このコンピュータは，表示用のディスプレイ113と結ばれ，撮像した画像等を表示する。
【００２３】
前記レビュー装置で半導体ウェハを撮像し，欠陥検出を行うフローを図3に示す。まず，図示しない比較的拡大倍率の低い検査装置で検出された半導体ウェハ上の欠陥を比較的拡大倍率が高いレビュー装置で撮像するために、検査装置で検出された欠陥位置の座標情報を基に欠陥座標位置までステージ移動（300）を行う。ステージ108が目的位置まで移動したら、SEMで半導体ウェハの外観画像を撮像する（301）。このとき，レビュー装置の座標精度と検査装置の座標精度とは必ずしも一致しないので、検査装置から出力された欠陥位置の座標情報に基づいてステージ108を制御してレビュー装置で観察しようとしても、必ずしもSEMの視野内に観察しようとする欠陥があるとは限らない。そこで、検査装置で獲られた欠陥位置の座標情報に基づいてレビュー装置で欠陥を観察する場合には、欠陥がレビュー装置のSEMの画像視野内におさまるよう，低倍率で視野を大きくして見たい欠陥が確実に視野に入るようにして撮像する必要がある。
【００２４】
撮像した欠陥画像から欠陥を検出するには，従来は，半導体ウェハ上で欠陥の無い部分を撮像して得た参照画像との比較検査を行っていたが、，本発明では，撮像およびステージ移動の回数を削減し，スループットを向上させるため，先ず参照画像を用いずに欠陥画像から欠陥を検出するようにした。そのため，本発明では、欠陥の無い部分を撮像して得られる参照画像に相当する画像を、欠陥画像から欠陥部分を除去することにより作成する(302)。今後，この画像を合成参照画像と呼ぶ。合成参照画像を作成するには，例えば，半導体ウェハ上に形成される配線パターンの多くが周期性を持つことから，合成する画素を配線パターンの周期分離れた画素で置き換えることが考えられる。例えば，図4にあるように欠陥画像(400)中にテンプレート(402，404)をそれぞれ横方向，縦方向へとマッチングをとるとマッチングパターン(403，405)をとり，この部分との置き換えを行い，これを画像全体で行う。ただし，単純に画素を置き換えたのでは，欠陥が周期分シフトするだけなので，欠陥の虚像を検出してしまう。そのため，画素の選択には対象となる位置での画素の明度値の存在確率を周囲の画素の明度値から算出して判定を行うことが考えられる。このようにして合成参照画像(401)を得る。また，特許文献３に開示されているように，良品の配線パターンの外観を撮像した基準画像を組み合わせて，合成参照画像（401）を形成することも考えられる。
【００２５】
次に欠陥画像と合成参照画像の差分を求め，差分値を2値化することで欠陥画像中から欠陥と疑わしき領域を抽出する(303)。この一連の手順は，例えば，特許文献４に開示されている方法を用いる。
【００２６】
そして，欠陥画像1枚のみで欠陥が検出できたかどうかを判定(304)し，検出できた場合には欠陥検出を終了する。欠陥を検出できない場合には良品位置（検査対象が繰返しパターンの場合には隣接パターンの位置、非繰返しパターンの場合には隣接するチップ（ダイ）の対応するパターンの位置）までステージ移動(305)を行い，参照画像を撮像する(306)。そして，欠陥画像と参照画像との比較検査(307)により差画像を作成して欠陥検出を行う。このとき，電子光学系の視野は参照画像を撮像した位置にあり，この後，欠陥位置までステージ移動(308)して高倍の欠陥画像を撮像する。欠陥画像１枚で欠陥検出ができた場合には、ステージ移動を行わずに高倍欠陥画像を撮像する(309)。
【００２７】
欠陥候補検出（303）のステップの詳細を図5に示す。前記欠陥候補検出（303）のステップにおいては，まず欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）の差分（5010）を求める。この差分を求めることにより，2つの画像の異なる部分が差分値として表される。この差分値に対して2値化を行い差分画像502を作成する。この差分画像502を欠陥候補5031,5032,5034およびその他の領域504に分けることができる。図５に示した例では、欠陥候補5031,5032,5034は，真の欠陥5033と欠陥ではない配線パターン5031,5033を含んでいる。このように欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）との差分をとって得られる差分画像502には，真の欠陥以外に抽出される領域が存在するため，欠陥候補を真の欠陥かそれ以外かに区別する必要が生じる。この判定は欠陥判定（304）のステップで行う。
【００２８】
図6を用いて，欠陥判定（304）のステップを説明する。欠陥候補5065032を囲む矩形領域600を設定し，これらと対応する，欠陥画像上の矩形領域602に着目する。矩形領域602は，欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）の異なる部分を表しており，欠陥と疑わしい部分を示している。この部分が欠陥であるかどうか判定するには，この矩形領域602の外観の違いを反映した評価が必要となる。この評価は，客観性を保つため，画像から数値(以下，この数値を特徴量と呼ぶ)として抽出可能であることが望ましい。欠陥と配線パターンおよび下地は，外観（光輝度，陰影像，色etc）の違いから，例えば，陰影像から得られる矩形領域内の高さや凹凸等から得られる特徴量により区別する。
【００２９】
本実施例において，実際の使用の際には，本方式での欠陥検出の状態を逐次観察できて，処理モードを変更する手段をレビュー装置のユーザに提供する必要がある。そのため，逐次観察できる手段としては，図7にある参照画像合成の経過を示すGUI表示部700を持つ。このGUI表示部上にある参照画像表示ボタン701を押し下げることで別ウィンドウ702に画像および欠陥ID703が表示される。また，別ウィンドウではなく，欠陥画像と並べて表示しても良い。これにより参照画像を観察し，参照画像合成のパラメータ調整等をユーザが行う。GUI表示部700には，欠陥存在位置を示し，選択が可能なウェハマップ704や欠陥のIDおよびウェハ上の位置座標を格納し，選択が可能な表705や終了処理を行う終了ボタン706を備えていてもよい。処理モードを変更する手段としては，図8に示すGUIに設置されたモード切り替えボタン800が考えられる。これは，前記GUI表示部700に示される参照画像の観察やユーザの対象となる半導体ウェハの先験情報等から，ユーザが判断し，モード切り替えを行う。このとき，切り替えボタン以外に実行モードをユーザに明確に示す表示部分801を設ける。表示部分801は，参照画像を撮像しないモード，つまり，参照画像を合成し，欠陥検出を行うモードを示す。
【実施例２】
【００３０】
前記実施例1と同様のハードウェア構成のレビューシステムについて述べる。
【００３１】
本実施例は，参照画像を合成する部分において，最初の合成参照画像と欠陥画像の比較により抽出した欠陥候補の情報を用いて合成参照画像を改善するプロセスが入っており，再帰的に処理を行うことで前記実施例1に比べ，精度の高い欠陥検出が行える。加えて，合成参照画像の改善プロセスに入る前に欠陥検出判定を行うことで冗長な処理を省くことが可能となる。
【００３２】
図9を用いて，本実施例における処理フローを説明する。まず，検査装置で出力された欠陥座標位置までステージ移動（900）を行う。目的位置で半導体ウェハの外観画像を撮像する（901）。このとき，第１の実施例でも説明したように、欠陥が画像視野内におさまるよう，低倍率で撮像する必要がある。
【００３３】
次に，欠陥画像から良品を撮像した参照画像に相当する画像を作成する（902）。今後，この画像を合成参照画像と呼ぶ。合成参照画像を作成する方法は，実施例1に記載した方法や特許文献３に開示されている方法を使っても良い。
【００３４】
欠陥部分を特定するため，欠陥画像と合成参照画像を比較し，異なる部分を抽出する（903）。抽出した部分は欠陥以外に配線パターン等が含まれている場合があり，これを欠陥候補と呼ぶことにする。
【００３５】
この欠陥候補から欠陥だけを特定するために，欠陥候補それぞれに対して欠陥であるかどうかを判定する（904）。このとき，欠陥が特定された場合にはその位置でより高倍の欠陥画像を撮像する（909）。また，抽出されたすべての欠陥候補に対して，欠陥かどうか明らかに出来ない場合には，欠陥検出不可として参照画像合成（902）へと戻り，より適した合成参照画像を作成する。一方，欠陥候補が抽出できない場合には，欠陥が存在しない，もしくは合成参照画像との比較では欠陥を特定できなかったとみなす。そのため，欠陥部位と同じ配線パターンを持つ良品部へとステージ移動（905）し，そこで良品部を撮像して参照画像を得る（906）。次に、欠陥画像と参照画像の比較を行い（907），異なる部分を欠陥として抽出する。次に良品部から欠陥部へとステージ移動（908）し，高倍の欠陥画像を撮像する（909）。
【００３６】
次に参照画像合成（902），欠陥候補抽出（903），欠陥判定（904）について，図10を用いて説明する。（a）に示したように、欠陥画像(1000)を局所領域に分割し，その局所領域のうちテンプレート(1001，1003)を設定しマッチングをとり，マッチングがとれたマッチングパターン(1002，1004)を（ｂ）に示した参照画像(1005)へと組み込む(1006，1007)。これを繰り返すことで（ｃ）に示したような合成参照画像(1008)が作成されるが，作成不可となる領域(1009)が存在する。特許文献３に開示されている手法では，マッチングが取れない部分を欠陥とみなすため誤検出となってしまう場合が発生する。本発明では，欠陥画像と合成参照画像の比較の際にこの領域(1009)を判定不可領域(1012)として欠陥判定を行わない領域として登録し，それ以外の領域から検出した欠陥(1011)を欠陥候補として抽出する。
【００３７】
前記マッチング処理は時間がかかる。そのため，図９に示した処理フローの欠陥判定(904)で逐一判定を行い，欠陥が検出された場合にはそれ以降のマッチングを行わないようにすることで高速化を図ることができる。また，欠陥らしさを表す統計量や特徴量(凹凸性，高さ)等に基づき，前記撮像した欠陥画像上に前記欠陥画像のみで欠陥検出可能な領域と検出不可能な領域を設定し，前記欠陥検出可能な領域に対して，前記マッチング処理することで高速化を図る手法も考えられる。このとき，前記欠陥検出可能な領域及び検出不可能な領域の情報を保持し，ADRの後段にあるADCにおいてこの情報を利用することも可能である。
【００３８】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を同様に備える。
【実施例３】
【００３９】
実施例３として、実施例1と同様のハードウェア構成を備えたレビューシステムについて説明する。
【００４０】
本実施例では，第1の倍率で撮像した欠陥画像1枚を用いて欠陥検出処理を行っている間に，第1の倍率に比べ高倍率な第2の倍率で欠陥画像を撮像する際に必要なＳＥＭのオートフォーカス AF（Auto Focus）処理を並行して行うことが前記実施例1，2と異なる。これによりAF処理の時間を考慮せずに欠陥検出を行うことができる。
【００４１】
図１１に、ADR処理フローに本実施例を適用した場合の処理フローを示す。
【００４２】
まず，図示しない検査装置で検出された欠陥の欠陥座標位置までステージ移動(1100)を行う。ここで目的位置で半導体ウェハの外観画像(欠陥画像)を撮像する(1101)。撮像した欠陥画像から参照画像を合成する(1103)。その後，欠陥画像と合成参照画像を基に低倍画像を用いた欠陥検出処理(1104)を行う。この低倍参照画像合成(1103)の処理と欠陥検出処理(1104)の処理を行いながら、高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得し、高倍画像取得時の最適なフォーカス位置を求める。
【００４３】
本フローにおける低倍画像を用いた欠陥検出処理は，上記した処理により求めた高倍画像取得時の最適なフォーカス位置に設定するオートフォーカスAF(Auto Focus)処理(1103)と並行して行う。このとき，AF処理は電子光学系のハードウェア処理であるのに対して，欠陥検出はワークステーション等でのソフトウェア処理となるため，一般的にAF処理時間が長くなる傾向にある。そのため，前記処理フローには，ADRの処理時間を見積もる際に，欠陥検出にかかる時間には依存しない利点がある。
【００４４】
その後，前記実施例1と同様に欠陥検出処理可否判定(1105)を行う。このとき，欠陥検出が可能であれば，そのまま高倍欠陥画像を撮像し(1109)，不可である場合には参照画像の撮像位置までステージ移動を行い(1006)，低倍参照画像を撮像し(1107)，欠陥位置までステージ移動(1108)し，高倍欠陥画像を撮像する(1109)。
【００４５】
図１１に示した処理フローでは、低倍欠陥画像を撮像後に高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得しているが、ステージが移動した状態で低倍欠陥画像を撮像する前に高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得するようにしてもよい。この場合、取得したフォーカス位置を振った複数の画像を処理してフォーカス位置を求める処理を、低倍欠陥画像撮像(1101)から欠陥候補抽出(1104)までのステップと平行して処理すればよい。
【００４６】
ここで，例えば，ステップごとの処理時間を以下のように定める。ステージの移動時間を350ms，1フレームの撮像時間を20ms，撮像画像のフレーム積算回数を16回，高倍画像の撮像前のオートフォーカスを350msとする。この処理時間に基づき，欠陥画像のみで欠陥検出が可能な場合の全処理時間は1.34sとなり，一方，欠陥検出が不可能で参照画像を撮像する必要が生じた場合は2.36sとなる。1時間当たりのレビュー可能欠陥数(スループット)は，それぞれ2686DPH(Defect Per Hour：レビュー欠陥数/時間)，1525DPHとなる。参照画像を撮像した場合には1s程度の処理時間の増大が見込まれる。これにより，図12に示すように全欠陥数に対する参照画像撮像不要の欠陥数の割合が減ることで，スループットは低下することとなる。そのため，ユーザはこのスループット指標値を参照することで，前記処理モードの切り替えを行うこともできる。
【００４７】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を同様に備える。
【実施例４】
【００４８】
実施例４として、前記実施例1と同様のハードウェア構成を備えたレビューシステムについて説明する。
【００４９】
本実施例は，前記実施例1，2および3と異なり，第1の倍率での欠陥画像の撮像のみを行う。これにより，参照画像の撮像のみならず，第2の倍率での欠陥画像の撮像をも省くことができ，前記実施例に比べ大幅な処理時間削減が可能となる。
【００５０】
前記実施例2とは別のADR処理フローに本発明を適用する場合を図13に示す。まず，検査装置で出力された欠陥座標位置までステージ移動(1300)を行う。本処理フローでは，高倍欠陥画像を撮像しない。その代わり，図14に示すように，低倍欠陥画像を広視野で，高解像度の画像を撮像し，高倍欠陥画像に相当する画像はその画像から切り出して代用する。そのため，欠陥画像撮像時には焦点の合った画像が必要となる。ゆえに，欠陥画像撮像前にAF処理(1301)が必要となる。次に，欠陥画像を撮像する(1302)。このとき，撮像される画像は，従来撮像されている画像に比べ，画像サイズにおいて3〜4倍となる。欠陥画像のみで欠陥検出が可能である場合には，高倍欠陥画像を撮像不要とすることで，高倍画像の撮像時間が省略でき，参照画像の撮像が必要となる場合でも，前記処理フローに比べ，ステージ移動の回数を1回削減することができる。一方，画像の撮像時間は，撮像面積が増えるため，従来に対し9〜16倍となる。ここで，撮像時間を決める要素は，撮像面積と電子線を走査する速度とフレーム積算数である。本発明の欠陥検出を行う上で，欠陥画像はS/N比の高い画像が必要なため，フレーム積算数を減らすことはできない。そこで，S/N比を保ったまま電子線の走査速度を速くするため，電子線の電流値を従来よりも高く設定する必要が生じる。このとき，従来の電流値に比べ，10倍高く設定することで，単位時間当たりに検出される２次電子量が増えるので，走査速度を倍にすることが可能となる。これにより，撮像時間が1/9程度となり，従来の撮像時間と同等となる。
【００５１】
高倍欠陥画像を撮像しないことで，前記実施例2に比べ，参照画像なしで欠陥検出可能な場合には画像撮像1回分が削減されるだけだが，参照画像撮像する場合には参照位置から欠陥位置へとステージ移動する回数が更に1回減ることとなる。ゆえに，前記実施例2の全欠陥数に対する参照画像不要の欠陥割合とスループットを表す図12のグラフに比べ，スループットの低下が抑えられる。
【００５２】
後の処理は前記実施例1と同様に，欠陥画像と参照画像を基に欠陥検出処理(1304)を行い，欠陥検出処理可否(1305)で欠陥検出可能と判定された場合は欠陥検出処理を終える。不可の場合は，参照画像の撮像位置までステージ移動(1306)を行い，参照画像を撮像する(1307)。
【００５３】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】走査型電子顕微鏡を用いたレビュー装置の構成図
【図２】従来のレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図３】本発明の実施例1によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図４】本発明の実施例1による参照画像の合成を示す図
【図５】本発明の実施例1による欠陥候補の抽出を示す図
【図６】本発明の実施例1による欠陥候補の欠陥判定を示す図
【図７】本発明の参照画像が不要な欠陥検出モードのGUI表示部を示す図
【図８】本発明の参照画像が不要な欠陥検出モードのGUI表示部を示す図
【図９】本発明の実施例2によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１０】本発明の実施例2による参照画像の合成を示す図
【図１１】本発明の実施例3によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１２】本発明の実施例3によるスループットを示す図
【図１３】本発明の実施例4によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１４】本発明の実施例4による欠陥画像からの観察画像の切り出しを示す図
【符号の説明】
【００５５】
100…真空チャンバ 101…電子銃 102…集束レンズ 103…偏向・走査コイル 104…2次電子検出器 105…反射電子検出器 106…対物レンズ 107…半導体ウェハ 108…XYステージ 109…ステージコントローラ 110…偏向制御部 111…A/D変換器 112…画像処理用コンピュータ 113…表示用ディスプレイ 200…異物・欠陥座標データ取得 500…欠陥画像 501…合成参照画像 502…欠陥検出画像 503…欠陥候補 504…正常領域 505…欠陥 506…配線パターン 600…欠陥 601…配線パターン 602…欠陥画像上の600に対応する領域 603…欠陥画像上の601に対応する領域 700…合成参照画像表示ウィンドウ 701…参照画像表示ボタン 702…参照画像表示中の欠陥ID 800…欠陥検出処理モード切替ボタン 801…欠陥検出処理モード表示 1000…欠陥画像 1001…テンプレート 1002…マッチングパターン 1003…テンプレート 1004…マッチングパターン 1005…作成途中の参照画像 1006…マッチングパターンとの置き換え 1007…マッチングパターンとの置き換え 1008…合成参照画像 1009…作成不可領域 1010…欠陥検出画像 1011…欠陥 1012…判定不可領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスの外観検査およびその欠陥部の観察を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において，高い製品歩留りを確保するために，その製造工程で発生する各種の欠陥を早期に発見し，対策を行うことが必要となっている。これは，通常の場合，以下のステップにより行われる。
【０００３】
検査対象となる半導体ウェハを，ウェハ外観検査装置もしくはウェハ異物検査装置等により検査し，半導体ウェハ上に発生した欠陥や付着した異物の位置を検出する。
【０００４】
次に、この検出された欠陥を観察し(これをレビューと呼ぶ)，その欠陥を発生原因別に分類する。尚，このレビューには、通常欠陥部位を高倍率で観察するために、顕微鏡などを持つレビュー専用装置が用いられる。また，レビュー機能を備えた他の装置，例えば外観検査装置等を用いる場合もある。
【０００５】
検査装置により検出される欠陥数が非常に多い場合には，上記レビューを行うには多大な時間と労力を必要とすることから，欠陥部位の画像を自動で撮像して収集する自動欠陥観察ADR(Automatic Defect Review)の機能を有するレビュー装置の開発が近年盛んである。特開2000-30652号公報（特許文献１）には，画像撮像系に走査型電子顕微鏡を用いた，自動欠陥観察機能を有するレビュー装置について開示されている。
【０００６】
図2は，特許文献１に開示されているADRの処理フローを示している。
【０００７】
レビュー装置は，指定された欠陥の中から一つを選択し，ウェハ内の欠陥部位が存在するチップに隣接したチップの同部位を第1の倍率設定で撮像する。この部位は欠陥部位と同じパターンが形成されている部位であり，この画像を(低倍)参照画像と呼ぶこととする。撮像された参照画像はレビュー装置内の記憶媒体(例えば，磁気ディスク)に記憶される。
【０００８】
次に，ステージを移動させ，概欠陥位置が光学系の視野中央に位置するようにステージを移動させる。その後，参照画像撮像時と同様に第1の倍率設定での画像を撮像する。この画像を(低倍)欠陥画像と呼ぶこととする。
【０００９】
そして，これらの欠陥画像と参照画像から欠陥部位を特定し，第1の倍率設定の撮像に比べ高倍率で欠陥部位の撮像を行う。この画像を高倍欠陥画像と呼ぶ。高倍欠陥画像は，後段の自動欠陥分類ADC(Automatic Defect Classification)で用いることを想定している。高倍欠陥画像は欠陥部位の特定には必須ではないが，欠陥の詳細観察を主目的とするレビュー装置では，本撮像は必要な処理であるといえる。
【００１０】
欠陥部位の特定は，欠陥画像と参照画像を比較し，これらの画像の異なる部分を欠陥として抽出する比較検査が行われてきた。ここで，比較検査は大きく2つの手法に分けることができる。まず同一ウェハ上の異なるチップの同一形状に設計された箇所の外観の画像を参照画像として比較を行うダイ比較がある。また，メモリのセル部のように同じ配線パターン構成が周期的に設計されている場合に，同一チップ内の同一外観を持つと思われる，同一形状に設計されたパターンの外観の画像を参照画像として比較を行うセル比較がある。
【００１１】
近年，半導体ウェハの大口径化により，ウェハ上に存在する，レビューすべき欠陥数は増加しており，また，レビュー装置が検査装置に比べスループットが低いため，欠陥画像，参照画像を撮像し，欠陥部位を特定するADRの高速化が必要となってきている。高速化の手法として，様々な手法が提案されている。
【００１２】
一般に，ADRでは，初期位置から目的位置までのステージ移動および欠陥・参照画像の撮像に多くの時間がかかっている。ADRの高速化において，これらの処理の高速化だけでなく，これらの画像撮像手順のうち，いくつかを省略する方法が有効となる。通常，省略する手順は参照画像の撮像となる。例えば，参照画像を事前に用意する方法や欠陥画像から参照画像を合成し，比較検査する方法が提案されている。前者として，特開2000-67243号公報（特許文献２）に開示されているように，セル比較において，周期的パターンをあらかじめ比較画像として記憶しておき，この画像と欠陥画像を比較することで欠陥領域を抽出する方法がある。後者としては，特開2003-98114号公報（特許文献３）に開示されているように，欠陥画像上の外観の類似した局所領域同士等の比較を行い，正常部であることを確率分布に基づき，その差分領域の欠陥検出に対する信頼度を算出し，信頼度の高い差分領域を欠陥として検出する方法がある。
【００１３】
また、欠陥画像と参照画像との差画像を２値化して欠陥部分を抽出する方法について、特開2001-325595号公報（特許文献４）に記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開2000-30652号公報
【特許文献２】特開2000-67243号公報
【特許文献３】特開2003-98114号公報
【特許文献４】特開2001-325595号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記特許文献２に開示されている方式では，セル比較のみに適用可能な手法であるため，適用範囲が限られている。また，参照画像を事前に用意することは，どのような欠陥画像が撮像されるか，事前にわからないため，膨大な画像を準備しなければならない。加えて，準備した画像の中に対応する参照画像が存在しない場合には欠陥部位の特定は不可能となる。
【００１６】
また，前記特許文献３に開示されている方式では，配線パターンは画像内に同一の外観を持つ局所領域が存在し，一方，欠陥は欠陥画像内に同一の外観を持つものがないと仮定している。しかし，半導体製造における穴工程で発生する電位コントラスト欠陥（配線穴の電位が他の部分と異なるため，2次電子像で観察すると輝度が異なって見える欠陥）では，同一外観を持つ欠陥が画像内に多発することがあり，前記方式では検出信頼度の低下が起こる。検出した欠陥が本当に欠陥であるかどうかを確認する手段が必要であるが，前記方式では提案されていない。また，この方式は画像サイズが大きくなるにしたがって，演算量が大きくなり，実時間で欠陥を検出することが不可能となる。
【００１７】
本発明の目的は，上記従来技術における課題を解決し，高スループットな半導体ウェハの欠陥レビュー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために，本発明では，半導体デバイスの欠陥を観察する方法において、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含む画像を取得し、この取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、取得した第１の倍率の欠陥を含む画像とこの第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、検出した欠陥を第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，参照画像を欠陥画像から合成することにより欠陥を検出する際に低倍率の参照画像の撮像工程を省略できるので、欠陥のレビューをより効率的に行うことができるようになった。また、欠陥画像から合成した参照画像で，欠陥検出が可能かどうか判定することにより，欠陥以外の部分の誤検出を防ぐことができ，より検出率の高い自動欠陥レビューが可能となる。
【００２０】
また，本発明によれば，参照画像の撮像工程を省略できるので、より高スループットで自動欠陥レビューを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図1は、本発明の一実施例による半導体ウェハに発生した欠陥を解析する走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)を用いたレビュー装置の概略の構成図を示している。SEMの電子光学系は真空チャンバ100に格納されており，電子銃101から出た電子は，集束レンズ102で収束された後，偏向・走査コイル103で照射位置へと向けられ，偏向制御部110で制御された対物レンズ106により半導体ウェハ107の上で焦点を結ぶ。照射位置の移動は， XYステージ108により行う。XYステージ108はステージコントローラ109により制御される。照射された電子により，半導体ウェハ107から2次・反射電子が放出され， 2次電子及び／又は反射電子を検出する検出器104・105で検出される。検出された信号情報はA/D変換器111によりアナログ値からデジタル値へと変換され，画像処理用のコンピュータ112へと送られる。このコンピュータは，表示用のディスプレイ113と結ばれ，撮像した画像等を表示する。
【００２３】
前記レビュー装置で半導体ウェハを撮像し，欠陥検出を行うフローを図3に示す。まず，図示しない比較的拡大倍率の低い検査装置で検出された半導体ウェハ上の欠陥を比較的拡大倍率が高いレビュー装置で撮像するために、検査装置で検出された欠陥位置の座標情報を基に欠陥座標位置までステージ移動（300）を行う。ステージ108が目的位置まで移動したら、SEMで半導体ウェハの外観画像を撮像する（301）。このとき，レビュー装置の座標精度と検査装置の座標精度とは必ずしも一致しないので、検査装置から出力された欠陥位置の座標情報に基づいてステージ108を制御してレビュー装置で観察しようとしても、必ずしもSEMの視野内に観察しようとする欠陥があるとは限らない。そこで、検査装置で獲られた欠陥位置の座標情報に基づいてレビュー装置で欠陥を観察する場合には、欠陥がレビュー装置のSEMの画像視野内におさまるよう，低倍率で視野を大きくして見たい欠陥が確実に視野に入るようにして撮像する必要がある。
【００２４】
撮像した欠陥画像から欠陥を検出するには，従来は，半導体ウェハ上で欠陥の無い部分を撮像して得た参照画像との比較検査を行っていたが、，本発明では，撮像およびステージ移動の回数を削減し，スループットを向上させるため，先ず参照画像を用いずに欠陥画像から欠陥を検出するようにした。そのため，本発明では、欠陥の無い部分を撮像して得られる参照画像に相当する画像を、欠陥画像から欠陥部分を除去することにより作成する(302)。今後，この画像を合成参照画像と呼ぶ。合成参照画像を作成するには，例えば，半導体ウェハ上に形成される配線パターンの多くが周期性を持つことから，合成する画素を配線パターンの周期分離れた画素で置き換えることが考えられる。例えば，図4にあるように欠陥画像(400)中にテンプレート(402，404)をそれぞれ横方向，縦方向へとマッチングをとるとマッチングパターン(403，405)をとり，この部分との置き換えを行い，これを画像全体で行う。ただし，単純に画素を置き換えたのでは，欠陥が周期分シフトするだけなので，欠陥の虚像を検出してしまう。そのため，画素の選択には対象となる位置での画素の明度値の存在確率を周囲の画素の明度値から算出して判定を行うことが考えられる。このようにして合成参照画像(401)を得る。また，特許文献３に開示されているように，良品の配線パターンの外観を撮像した基準画像を組み合わせて，合成参照画像（401）を形成することも考えられる。
【００２５】
次に欠陥画像と合成参照画像の差分を求め，差分値を2値化することで欠陥画像中から欠陥と疑わしき領域を抽出する(303)。この一連の手順は，例えば，特許文献４に開示されている方法を用いる。
【００２６】
そして，欠陥画像1枚のみで欠陥が検出できたかどうかを判定(304)し，検出できた場合には欠陥検出を終了する。欠陥を検出できない場合には良品位置（検査対象が繰返しパターンの場合には隣接パターンの位置、非繰返しパターンの場合には隣接するチップ（ダイ）の対応するパターンの位置）までステージ移動(305)を行い，参照画像を撮像する(306)。そして，欠陥画像と参照画像との比較検査(307)により差画像を作成して欠陥検出を行う。このとき，電子光学系の視野は参照画像を撮像した位置にあり，この後，欠陥位置までステージ移動(308)して高倍の欠陥画像を撮像する。欠陥画像１枚で欠陥検出ができた場合には、ステージ移動を行わずに高倍欠陥画像を撮像する(309)。
【００２７】
欠陥候補検出（303）のステップの詳細を図5に示す。前記欠陥候補検出（303）のステップにおいては，まず欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）の差分（5010）を求める。この差分を求めることにより，2つの画像の異なる部分が差分値として表される。この差分値に対して2値化を行い差分画像502を作成する。この差分画像502を欠陥候補5031,5032,5034およびその他の領域504に分けることができる。図５に示した例では、欠陥候補5031,5032,5034は，真の欠陥5033と欠陥ではない配線パターン5031,5033を含んでいる。このように欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）との差分をとって得られる差分画像502には，真の欠陥以外に抽出される領域が存在するため，欠陥候補を真の欠陥かそれ以外かに区別する必要が生じる。この判定は欠陥判定（304）のステップで行う。
【００２８】
図6を用いて，欠陥判定（304）のステップを説明する。欠陥候補5065032を囲む矩形領域600を設定し，これらと対応する，欠陥画像上の矩形領域602に着目する。矩形領域602は，欠陥画像500（400）と合成参照画像501（401）の異なる部分を表しており，欠陥と疑わしい部分を示している。この部分が欠陥であるかどうか判定するには，この矩形領域602の外観の違いを反映した評価が必要となる。この評価は，客観性を保つため，画像から数値(以下，この数値を特徴量と呼ぶ)として抽出可能であることが望ましい。欠陥と配線パターンおよび下地は，外観（光輝度，陰影像，色etc）の違いから，例えば，陰影像から得られる矩形領域内の高さや凹凸等から得られる特徴量により区別する。
【００２９】
本実施例において，実際の使用の際には，本方式での欠陥検出の状態を逐次観察できて，処理モードを変更する手段をレビュー装置のユーザに提供する必要がある。そのため，逐次観察できる手段としては，図7にある参照画像合成の経過を示すGUI表示部700を持つ。このGUI表示部上にある参照画像表示ボタン701を押し下げることで別ウィンドウ702に画像および欠陥ID703が表示される。また，別ウィンドウではなく，欠陥画像と並べて表示しても良い。これにより参照画像を観察し，参照画像合成のパラメータ調整等をユーザが行う。GUI表示部700には，欠陥存在位置を示し，選択が可能なウェハマップ704や欠陥のIDおよびウェハ上の位置座標を格納し，選択が可能な表705や終了処理を行う終了ボタン706を備えていてもよい。処理モードを変更する手段としては，図8に示すGUIに設置されたモード切り替えボタン800が考えられる。これは，前記GUI表示部700に示される参照画像の観察やユーザの対象となる半導体ウェハの先験情報等から，ユーザが判断し，モード切り替えを行う。このとき，切り替えボタン以外に実行モードをユーザに明確に示す表示部分801を設ける。表示部分801は，参照画像を撮像しないモード，つまり，参照画像を合成し，欠陥検出を行うモードを示す。
【実施例２】
【００３０】
前記実施例1と同様のハードウェア構成のレビューシステムについて述べる。
【００３１】
本実施例は，参照画像を合成する部分において，最初の合成参照画像と欠陥画像の比較により抽出した欠陥候補の情報を用いて合成参照画像を改善するプロセスが入っており，再帰的に処理を行うことで前記実施例1に比べ，精度の高い欠陥検出が行える。加えて，合成参照画像の改善プロセスに入る前に欠陥検出判定を行うことで冗長な処理を省くことが可能となる。
【００３２】
図9を用いて，本実施例における処理フローを説明する。まず，検査装置で出力された欠陥座標位置までステージ移動（900）を行う。目的位置で半導体ウェハの外観画像を撮像する（901）。このとき，第１の実施例でも説明したように、欠陥が画像視野内におさまるよう，低倍率で撮像する必要がある。
【００３３】
次に，欠陥画像から良品を撮像した参照画像に相当する画像を作成する（902）。今後，この画像を合成参照画像と呼ぶ。合成参照画像を作成する方法は，実施例1に記載した方法や特許文献３に開示されている方法を使っても良い。
【００３４】
欠陥部分を特定するため，欠陥画像と合成参照画像を比較し，異なる部分を抽出する（903）。抽出した部分は欠陥以外に配線パターン等が含まれている場合があり，これを欠陥候補と呼ぶことにする。
【００３５】
この欠陥候補から欠陥だけを特定するために，欠陥候補それぞれに対して欠陥であるかどうかを判定する（904）。このとき，欠陥が特定された場合にはその位置でより高倍の欠陥画像を撮像する（909）。また，抽出されたすべての欠陥候補に対して，欠陥かどうか明らかに出来ない場合には，欠陥検出不可として参照画像合成（902）へと戻り，より適した合成参照画像を作成する。一方，欠陥候補が抽出できない場合には，欠陥が存在しない，もしくは合成参照画像との比較では欠陥を特定できなかったとみなす。そのため，欠陥部位と同じ配線パターンを持つ良品部へとステージ移動（905）し，そこで良品部を撮像して参照画像を得る（906）。次に、欠陥画像と参照画像の比較を行い（907），異なる部分を欠陥として抽出する。次に良品部から欠陥部へとステージ移動（908）し，高倍の欠陥画像を撮像する（909）。
【００３６】
次に参照画像合成（902），欠陥候補抽出（903），欠陥判定（904）について，図10を用いて説明する。（a）に示したように、欠陥画像(1000)を局所領域に分割し，その局所領域のうちテンプレート(1001，1003)を設定しマッチングをとり，マッチングがとれたマッチングパターン(1002，1004)を（ｂ）に示した参照画像(1005)へと組み込む(1006，1007)。これを繰り返すことで（ｃ）に示したような合成参照画像(1008)が作成されるが，作成不可となる領域(1009)が存在する。特許文献３に開示されている手法では，マッチングが取れない部分を欠陥とみなすため誤検出となってしまう場合が発生する。本発明では，欠陥画像と合成参照画像の比較の際にこの領域(1009)を判定不可領域(1012)として欠陥判定を行わない領域として登録し，それ以外の領域から検出した欠陥(1011)を欠陥候補として抽出する。
【００３７】
前記マッチング処理は時間がかかる。そのため，図９に示した処理フローの欠陥判定(904)で逐一判定を行い，欠陥が検出された場合にはそれ以降のマッチングを行わないようにすることで高速化を図ることができる。また，欠陥らしさを表す統計量や特徴量(凹凸性，高さ)等に基づき，前記撮像した欠陥画像上に前記欠陥画像のみで欠陥検出可能な領域と検出不可能な領域を設定し，前記欠陥検出可能な領域に対して，前記マッチング処理することで高速化を図る手法も考えられる。このとき，前記欠陥検出可能な領域及び検出不可能な領域の情報を保持し，ADRの後段にあるADCにおいてこの情報を利用することも可能である。
【００３８】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を同様に備える。
【実施例３】
【００３９】
実施例３として、実施例1と同様のハードウェア構成を備えたレビューシステムについて説明する。
【００４０】
本実施例では，第1の倍率で撮像した欠陥画像1枚を用いて欠陥検出処理を行っている間に，第1の倍率に比べ高倍率な第2の倍率で欠陥画像を撮像する際に必要なＳＥＭのオートフォーカス AF（Auto Focus）処理を並行して行うことが前記実施例1，2と異なる。これによりAF処理の時間を考慮せずに欠陥検出を行うことができる。
【００４１】
図１１に、ADR処理フローに本実施例を適用した場合の処理フローを示す。
【００４２】
まず，図示しない検査装置で検出された欠陥の欠陥座標位置までステージ移動(1100)を行う。ここで目的位置で半導体ウェハの外観画像(欠陥画像)を撮像する(1101)。撮像した欠陥画像から参照画像を合成する(1103)。その後，欠陥画像と合成参照画像を基に低倍画像を用いた欠陥検出処理(1104)を行う。この低倍参照画像合成(1103)の処理と欠陥検出処理(1104)の処理を行いながら、高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得し、高倍画像取得時の最適なフォーカス位置を求める。
【００４３】
本フローにおける低倍画像を用いた欠陥検出処理は，上記した処理により求めた高倍画像取得時の最適なフォーカス位置に設定するオートフォーカスAF(Auto Focus)処理(1103)と並行して行う。このとき，AF処理は電子光学系のハードウェア処理であるのに対して，欠陥検出はワークステーション等でのソフトウェア処理となるため，一般的にAF処理時間が長くなる傾向にある。そのため，前記処理フローには，ADRの処理時間を見積もる際に，欠陥検出にかかる時間には依存しない利点がある。
【００４４】
その後，前記実施例1と同様に欠陥検出処理可否判定(1105)を行う。このとき，欠陥検出が可能であれば，そのまま高倍欠陥画像を撮像し(1109)，不可である場合には参照画像の撮像位置までステージ移動を行い(1006)，低倍参照画像を撮像し(1107)，欠陥位置までステージ移動(1108)し，高倍欠陥画像を撮像する(1109)。
【００４５】
図１１に示した処理フローでは、低倍欠陥画像を撮像後に高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得しているが、ステージが移動した状態で低倍欠陥画像を撮像する前に高倍画像を取得する条件でＳＥＭの電子ビームのフォーカス位置を前後に振って複数の画像を取得するようにしてもよい。この場合、取得したフォーカス位置を振った複数の画像を処理してフォーカス位置を求める処理を、低倍欠陥画像撮像(1101)から欠陥候補抽出(1104)までのステップと平行して処理すればよい。
【００４６】
ここで，例えば，ステップごとの処理時間を以下のように定める。ステージの移動時間を350ms，1フレームの撮像時間を20ms，撮像画像のフレーム積算回数を16回，高倍画像の撮像前のオートフォーカスを350msとする。この処理時間に基づき，欠陥画像のみで欠陥検出が可能な場合の全処理時間は1.34sとなり，一方，欠陥検出が不可能で参照画像を撮像する必要が生じた場合は2.36sとなる。1時間当たりのレビュー可能欠陥数(スループット)は，それぞれ2686DPH(Defect Per Hour：レビュー欠陥数/時間)，1525DPHとなる。参照画像を撮像した場合には1s程度の処理時間の増大が見込まれる。これにより，図12に示すように全欠陥数に対する参照画像撮像不要の欠陥数の割合が減ることで，スループットは低下することとなる。そのため，ユーザはこのスループット指標値を参照することで，前記処理モードの切り替えを行うこともできる。
【００４７】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を同様に備える。
【実施例４】
【００４８】
実施例４として、前記実施例1と同様のハードウェア構成を備えたレビューシステムについて説明する。
【００４９】
本実施例は，前記実施例1，2および3と異なり，第1の倍率での欠陥画像の撮像のみを行う。これにより，参照画像の撮像のみならず，第2の倍率での欠陥画像の撮像をも省くことができ，前記実施例に比べ大幅な処理時間削減が可能となる。
【００５０】
前記実施例2とは別のADR処理フローに本発明を適用する場合を図13に示す。まず，検査装置で出力された欠陥座標位置までステージ移動(1300)を行う。本処理フローでは，高倍欠陥画像を撮像しない。その代わり，図14に示すように，低倍欠陥画像を広視野で，高解像度の画像を撮像し，高倍欠陥画像に相当する画像はその画像から切り出して代用する。そのため，欠陥画像撮像時には焦点の合った画像が必要となる。ゆえに，欠陥画像撮像前にAF処理(1301)が必要となる。次に，欠陥画像を撮像する(1302)。このとき，撮像される画像は，従来撮像されている画像に比べ，画像サイズにおいて3〜4倍となる。欠陥画像のみで欠陥検出が可能である場合には，高倍欠陥画像を撮像不要とすることで，高倍画像の撮像時間が省略でき，参照画像の撮像が必要となる場合でも，前記処理フローに比べ，ステージ移動の回数を1回削減することができる。一方，画像の撮像時間は，撮像面積が増えるため，従来に対し9〜16倍となる。ここで，撮像時間を決める要素は，撮像面積と電子線を走査する速度とフレーム積算数である。本発明の欠陥検出を行う上で，欠陥画像はS/N比の高い画像が必要なため，フレーム積算数を減らすことはできない。そこで，S/N比を保ったまま電子線の走査速度を速くするため，電子線の電流値を従来よりも高く設定する必要が生じる。このとき，従来の電流値に比べ，10倍高く設定することで，単位時間当たりに検出される２次電子量が増えるので，走査速度を倍にすることが可能となる。これにより，撮像時間が1/9程度となり，従来の撮像時間と同等となる。
【００５１】
高倍欠陥画像を撮像しないことで，前記実施例2に比べ，参照画像なしで欠陥検出可能な場合には画像撮像1回分が削減されるだけだが，参照画像撮像する場合には参照位置から欠陥位置へとステージ移動する回数が更に1回減ることとなる。ゆえに，前記実施例2の全欠陥数に対する参照画像不要の欠陥割合とスループットを表す図12のグラフに比べ，スループットの低下が抑えられる。
【００５２】
後の処理は前記実施例1と同様に，欠陥画像と参照画像を基に欠陥検出処理(1304)を行い，欠陥検出処理可否(1305)で欠陥検出可能と判定された場合は欠陥検出処理を終える。不可の場合は，参照画像の撮像位置までステージ移動(1306)を行い，参照画像を撮像する(1307)。
【００５３】
本実施例は前記実施例1で説明した図７及び８と同様のGUI表示部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】走査型電子顕微鏡を用いたレビュー装置の構成図
【図２】従来のレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図３】本発明の実施例1によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図４】本発明の実施例1による参照画像の合成を示す図
【図５】本発明の実施例1による欠陥候補の抽出を示す図
【図６】本発明の実施例1による欠陥候補の欠陥判定を示す図
【図７】本発明の参照画像が不要な欠陥検出モードのGUI表示部を示す図
【図８】本発明の参照画像が不要な欠陥検出モードのGUI表示部を示す図
【図９】本発明の実施例2によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１０】本発明の実施例2による参照画像の合成を示す図
【図１１】本発明の実施例3によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１２】本発明の実施例3によるスループットを示す図
【図１３】本発明の実施例4によるレビュー装置の欠陥検出フロー図
【図１４】本発明の実施例4による欠陥画像からの観察画像の切り出しを示す図
【符号の説明】
【００５５】
100…真空チャンバ 101…電子銃 102…集束レンズ 103…偏向・走査コイル 104…2次電子検出器 105…反射電子検出器 106…対物レンズ 107…半導体ウェハ 108…XYステージ 109…ステージコントローラ 110…偏向制御部 111…A/D変換器 112…画像処理用コンピュータ 113…表示用ディスプレイ 200…異物・欠陥座標データ取得 500…欠陥画像 501…合成参照画像 502…欠陥検出画像 503…欠陥候補 504…正常領域 505…欠陥 506…配線パターン 600…欠陥 601…配線パターン 602…欠陥画像上の600に対応する領域 603…欠陥画像上の601に対応する領域 700…合成参照画像表示ウィンドウ 701…参照画像表示ボタン 702…参照画像表示中の欠陥ID 800…欠陥検出処理モード切替ボタン 801…欠陥検出処理モード表示 1000…欠陥画像 1001…テンプレート 1002…マッチングパターン 1003…テンプレート 1004…マッチングパターン 1005…作成途中の参照画像 1006…マッチングパターンとの置き換え 1007…マッチングパターンとの置き換え 1008…合成参照画像 1009…作成不可領域 1010…欠陥検出画像 1011…欠陥 1012…判定不可領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの欠陥を観察する方法であって、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で前記欠陥を含む画像を取得し、該取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、該検出した欠陥を前記第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像することを特徴とする半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項２】
前記第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像は、欠陥を含まない画像であることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項３】
前記第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像には、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と比較して欠陥を検出するときに欠陥を検出しない非検査領域が設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項４】
前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出できなかった場合には、前記走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率で取得した参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項５】
前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成するステップと、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出するステップとを実行しながら前記第２の倍率で撮像するときの前記走査型電子顕微鏡のフォーカス条件を求めることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項６】
半導体デバイスの欠陥を観察する装置であって、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥の２次電子画像を取得する走査型電子顕微鏡手段と、該走査型電子顕微鏡手段を用いて第１の倍率で取得した前記半導体デバイスの欠陥を含む画像から参照画像を作成する参照画像作成手段と、前記走査型電子顕微鏡手段を用いて第１の倍率で取得した前記半導体デバイスの欠陥の画像と前記参照画像作成手段で作成した参照画像とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出した欠陥を前記第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するように前記走査型電子顕微鏡手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項７】
前記参照画像作成手段は、参照画像として、前記第１の倍率の欠陥を含む画像から欠陥を含まない画像を作成することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項８】
前記参照画像作成手段は、前記参照画像として、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と比較して欠陥を検出するときに欠陥を検出しない非検査領域が設定されている画像を作成することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出できなかった場合には、前記走査型電子顕微鏡を制御して第１の倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率で取得した参照画像とを比較して欠陥を検出するように前記欠陥検出手段を制御することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項１０】
オートフォーカス手段を更に備え、該オートフォーカス手段は、前記参照画像作成手段で参照画像を作成し、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出しているときに前記第２の倍率で撮像するときの前記走査型電子顕微鏡のフォーカス条件を求めることを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項１】
半導体デバイスの欠陥を観察する方法であって、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥を走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で前記欠陥を含む画像を取得し、該取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成し、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出し、該検出した欠陥を前記第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像することを特徴とする半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項２】
前記第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像は、欠陥を含まない画像であることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項３】
前記第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像には、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と比較して欠陥を検出するときに欠陥を検出しない非検査領域が設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項４】
前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出できなかった場合には、前記走査型電子顕微鏡を用いて第１の倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率で取得した参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項５】
前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像から参照画像を作成するステップと、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出するステップとを実行しながら前記第２の倍率で撮像するときの前記走査型電子顕微鏡のフォーカス条件を求めることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの欠陥レビュー方法。
【請求項６】
半導体デバイスの欠陥を観察する装置であって、検査装置で検出した半導体デバイス上の欠陥の２次電子画像を取得する走査型電子顕微鏡手段と、該走査型電子顕微鏡手段を用いて第１の倍率で取得した前記半導体デバイスの欠陥を含む画像から参照画像を作成する参照画像作成手段と、前記走査型電子顕微鏡手段を用いて第１の倍率で取得した前記半導体デバイスの欠陥の画像と前記参照画像作成手段で作成した参照画像とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出した欠陥を前記第１の倍率よりも大きい第２の倍率で撮像するように前記走査型電子顕微鏡手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項７】
前記参照画像作成手段は、参照画像として、前記第１の倍率の欠陥を含む画像から欠陥を含まない画像を作成することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項８】
前記参照画像作成手段は、前記参照画像として、前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と比較して欠陥を検出するときに欠陥を検出しない非検査領域が設定されている画像を作成することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出できなかった場合には、前記走査型電子顕微鏡を制御して第１の倍率で欠陥を含まない参照画像を取得し、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率で取得した参照画像とを比較して欠陥を検出するように前記欠陥検出手段を制御することを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【請求項１０】
オートフォーカス手段を更に備え、該オートフォーカス手段は、前記参照画像作成手段で参照画像を作成し、前記欠陥検出手段で前記取得した第１の倍率の欠陥を含む画像と該第１の倍率の欠陥を含む画像から作成した参照画像とを比較して欠陥を検出しているときに前記第２の倍率で撮像するときの前記走査型電子顕微鏡のフォーカス条件を求めることを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの欠陥レビュー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−４０９１０（Ｐ２００７−４０９１０Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２７３７４（Ｐ２００５−２２７３７４）
【出願日】平成１７年８月５日（２００５．８．５）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月５日（２００５．８．５）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]