回路パターン検査装置、および回路パターンの検査方法
【課題】
半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を提供する。
【解決手段】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、取得した検出画像について、繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部、検出された欠陥の画像を表示する表示装置を備える。
半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を提供する。
【解決手段】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、取得した検出画像について、繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部、検出された欠陥の画像を表示する表示装置を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や液晶などの回路パターンを有する基板装置を光又は電子線を利用して検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶などの回路パターンの検査装置は、光又は電子線を照射して得られた画像と基準画像または隣接画像を参照画像として比較し、差がある画素を抽出して欠陥と判断し、その座標を出力する機能を有している。
【０００３】
検査装置の対象とする回路パターンは、３年間に４倍の勢いで単位面積当たりのパターン密度を増やしている。これは、パターンを微細化することで実現しており、欠陥と正常部との間の差異は非常に小さいものとなってきている。そこで、欠陥の信号値と正常部の信号値の間にしきい値を設定し、欠陥を正常部から弁別することで、小さい欠陥を検出する。特に、メモリデバイスのメモリマット部は、メモリ１ビットに１個のメモリセルを割り当てる必要があるが、１個のメモリセルに欠陥があっても冗長回路技術がありデバイス全体としては正常に動作するため、微細化にさらに拍車がかかっている。一方、メモリマット部以外の周辺回路は、１か所でも不良があるとデバイスとして不良品になるため、パターン寸法はメモリマット部ほど微細化がすすんでいない。一方、パターン欠陥の発生個所の分布をみると、半導体装置１個あたりメモリマット部の欠陥発生の割合が高くなっている。特にメモリマット部の最周辺では、パターン密度が急激に変化することから、フォトリソグラフィ工程における製造が極めて難しく、欠陥の発生率が極めて高くなっている。
【０００４】
メモリマット部のような周期パターン部と繰り返し性のない領域とを区別して検査する技術が知られている（特許文献１参照）。しかし両方を一度に高精度で欠陥検出可能な技術は知られていない。
【０００５】
半導体装置が形成される半導体ウェーハの検査では、半導体装置、すなわちダイ同士を比較するダイ比較方式と、ひとつのダイの中のパターンの繰り返し性のあるセル領域について隣接セルの画像同士を比較するセル比較方式とがある。セル比較は、繰り返し性を利用しているために、繰り返し性の無い周辺回路や、繰り返し領域の端の部分が検査できない。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２３２２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、取得した検出画像について、繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明する。図１は、回路パターン検査装置の全体構成図であり、主要部は縦断面図として記載している。本実施例では、試料に電子線を照射して画像を得る走査型電子顕微鏡を応用した検査装置を説明する。本発明の主要部は、電子線のかわりに光を用いても同様であるので、ここでは光学式検査装置の実施例の説明は省略する。
【００１１】
図１において、電子源１から発生した電子２は、試料である半導体ウェーハ６に照射される。電子２は、対物レンズ４などで細く絞られているため、偏向器３で偏向されて、半導体ウェーハ６の表面を走査する。半導体ウェーハ６は、電子２に照射されると、材料特性や構造の違いで電子が帯電する現象のため、得られる画像が白くなったり、逆に黒くなったりする場合があり、この帯電を制御するための帯電制御電極５が設けられている。
【００１２】
半導体ウェーハ６は、試料台９を介してＸＹステージ７に置かれ、Ｘ方向およびＹ方向へ移動される。ＸＹステージ７の位置が測定され、全体制御部１８へ送られ、半導体ウェーハ６の所望の位置に電子２が照射されるように、偏向器３，対物レンズ４，ＸＹステージ７が制御される。半導体ウェーハ６の表面の高さは、Ｚセンサ８で計測され、全体制御部１８へ高さデータが送られ、電子２の焦点が半導体ウェーハ６に結ぶように制御される。
【００１３】
電子２の照射により発生した二次電子や反射電子の二次信号１０は、様々なエネルギーと方向を持っているので、検出器１３で検出できるように収束させなければならない。本実施例では、反射板１１と収束光学系１２で、できるだけ多くの二次信号が検出できるようにしている。
【００１４】
検出器１３で検出されたアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換され、欠陥判定部１７で画像処理され、欠陥情報１６が抽出され、全体制御部１８へ送られて、コンソール１９のディスプレイに画像が表示される。コンソール１９は、欠陥の画像や座標等の付帯情報を表示するとともに、ユーザの指示を全体制御部１８に伝える機能を有する。
【００１５】
試料台９の上方には光学顕微鏡２０が設けられ、半導体ウェーハ６の光学像を撮像し、検査前の位置合せが行われる。ＸＹステージ７には、電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片２１が設けられ、その高さは半導体ウェーハ６と同じ高さになるように設定されている。
【００１６】
図２は、欠陥判定部１７の構成図である。欠陥判定部１７は、ディジタル信号１４を二次元のディジタル画像と考えて画像処理するユニットであり、ディジタル信号１４を記憶する画像メモリ３０、画像メモリ３０に記憶されたディジタル画像を、画像に関する領域の情報に従って分配する画像分配部３１、分配された部分領域の画像について、部分領域に存在する欠陥を抽出する複数のＰＥ３２、複数のＰＥ３２で処理された部分欠陥情報３３を統合して欠陥情報１６とする情報統合部３４で構成される。ここで、ＰＥとは、Processor Elementの略である。情報統合部３４は、全部のＰＥ３２からの部分欠陥情報３３を集計し、ＦＲ−ＲＩＡ(Full region reference image averaging)法、又はダイ比較のいずれかで欠陥と判定された欠陥の情報を欠陥情報１６として出力する。
【００１７】
図３は、半導体ウェーハの平面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はダイの拡大図、（ｃ）はダイの中のセルの配置を示す図、（ｄ）はセルの拡大図である。半導体ウェーハ６は、図３（ａ）に示すように、直径２００mmから３００mm、厚さ１mm程度の円盤形状であり、その表面に数百〜数千個の回路パターンが形成される。半導体装置はダイとよばれ、回路パターンが形成された後に切断され、１個ずつパッケージングされる。一般的なメモリデバイスの場合、ダイ４０は、図３（ｂ）に示すように、メモリマット群４１が４個で構成されている。１個のメモリマット群４１は、図３（ｃ）に示すように、縦１００個，横１００個程度の数のメモリマット４２で構成されている。メモリマット４２は、図３（ｄ）に示すように、二次元方向に繰り返し性を持った数１００万個のメモリセル４３で構成されている。
【００１８】
図４は、レシピ作成手順および検査手順を示すフローチャートである。検査に先立って、検査条件を決め、装置へ登録する必要があるため、検査のレシピ作成が行われ、作成されたレシピに従って検査が行われる。
【００１９】
図１に示したコンソール１９を用いて、ユーザはレシピを作成する。標準的な条件の標準レシピが予め記憶されているので、ユーザは標準レシピを全体制御部１８へ読込ませ、次に実際に半導体ウェーハに電子を照射してレシピの内容を補正するために、半導体ウェーハを装置へロードする（ステップ４０１）。
【００２０】
次に光学系条件を設定するが、標準レシピの設定値を確認するだけでもよい（ステップ４０２）。光学条件は、電子源１から電子２を引き出すためのパラメータ、対物レンズ４の強度を設定するパラメータ、偏向器３の制御パラメータ、帯電制御電極５へ印加される電圧などである。標準試料片２１に電子２を照射して、その画像を生成し、ユーザは画像を見ながら光学条件の設定値に補正を加えて適正値に書き換え、新たなレシピを全体制御部１８へ読込ませる。
【００２１】
次に、ロードした半導体ウェーハ６のアライメント用のパターンとその座標を登録して、アライメント条件を設定する（ステップ４０３）。アライメント用のパターンは、ダイの４つの角などに予め形成されている。
【００２２】
次に、検査対象とする検査領域情報を設定する（ステップ４０４）。予め読込まれた半導体ウェーハ６のパターンレイアウトをコンソール１９のディスプレイへ表示させる。
【００２３】
セル比較検査の場合は、メモリマット４２を比較単位である繰り返し領域として指定する。ディスプレイで、例えば、メモリマット４２を長方形で囲み、繰り返し領域であることを指定するボタンを押す等で、指定できるようにしておく。また、メモリマット４２の比較検査をどこからどこまで行うかの領域指定も必要であり、例えば、図３（ｂ）に示すような図で、メモリマット群４１のひとつを指定する。
【００２４】
ダイ比較の場合は、図３（ａ）に示すウェーハ全体の図で、任意のひとつのダイ４０を比較単位である繰り返し領域として指定する。全てのダイを比較検査対象にする場合は、全ダイ比較検査というボタンを準備しておくと簡便である。特定の位置のダイのみを定点観察する場合には、その検査対象のダイを選択できるようにしておく。例えば、画面上でダイを直接クリックしたり、長方形で囲んで領域を指定したりするように、画面レイアウトを準備しておくとよい。
【００２５】
次に、キャリブレーション条件を設定する（ステップ４０５）。半導体ウェーハ６ごとの検出光量のばらつきを防止するため、一定の条件で検査するように光量のキャリブレーションを行う。半導体ウェーハ６の任意の座標点を指定し、検出器１３の初期ゲインを設定する。次に、画像処理の条件、例えば、画素寸法，フレーム加算回数を選択あるいは指定する。これらの設定された検査条件は、全体制御部１８に設定される（ステップ４０６）。
【００２６】
次に、設定された検査条件が適性かどうかを確認するために、実際に電子を照射して画像を取得する試し検査を行う（ステップ４０７）。試し検査の詳細は、図５で説明する。試し検査の結果に基づき、ユーザは検査条件が適性かどうかを判断する（ステップ４０９）。適正でなければステップ４０６へ戻り、適正であれば検査条件を新しいレシピとして、全体制御部１８へ格納し、半導体ウェーハ６を装置からアンロードする（ステップ４１０）。
【００２７】
図５は、試し検査における画像処理の内容を示す模式図である。図５（ａ）において、ダイの画像５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのうち、ひとつのダイの画像５０Ｂに、試し検査を行う試し検査座標５４を指定する。そうして試し検査を実行すると、指定されたダイの画像５０Ｂの前後１個のダイずつ、合計３個のダイ分の移動長さと電子の走査幅とを有する細長い長方形のストライプ領域５１に電子が照射され、発生する二次信号１０を検出器１３で検出する。この時、Ｚセンサ８で検出した半導体ウェーハ６の高さに基づいて、対物レンズ４の励磁電流値が制御されて、電子の焦点位置が補正される。検出器１３で検出されたアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換され、画像化される。
【００２８】
図５（ｂ）は、欠陥判定部１７の図示しないメモリ領域５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃにストライプ領域５１の各ダイの端から距離Ｘ０のところのチャンネル２に、領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが格納された状態を示している。欠陥判定部１７は、画像データ５３Ａと画像データの５３Ｂ比較、画像データ５３Ｂと画像データ５３Ｃの比較を行い、どの画像データに欠陥が存在しているかを判定し、欠陥を含む画像データを全体制御部１８へ送る。次に、領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの隣りの領域について、同様に比較検査が行われる。このようにして、３個のダイのひとつのストライプ領域について比較検査が実行され、検査条件が適切かどうかが判断される。
【００２９】
図２を用いて、画像データの処理を説明する。欠陥判定部１７は、以下の手順で動作する。即ち、電子が照射されたストライプ領域５１のディジタル信号１４を画像メモリ３０に格納する。格納されたディジタル信号１４のデータは、幅が１２８画素の複数のチャンネルに分割されている。画像分配部３１はチャンネル内のダイ内の座標が一定値（Ｘ0）から１２８ライン分の各画像データを同一のＰＥ３２に分配し、メモリマット４２内のメモリセル４３の繰り返し性を利用したセル比較処理と、ダイ比較処理とを行って欠陥判定し、何れかで欠陥と判定された座標点を欠陥と判断するものである。
【００３０】
図４（ａ）に示した試し検査により、レシピが作成されたら、次に、図４（ｂ）に示すように、実際の検査を実行させる。ユーザは、検査対象の半導体ウェーハ６に適切なレシピを、コンソール１９で選択する。全体制御部１８は、選択されたレシピを読み込み（ステップ４１１）、半導体ウェーハ６をロードし（ステップ４１２）、試料台９に搭載する。光学系条件を設定し（ステップ４１３）、半導体ウェーハ６のアライメントを行う（ステップ４１４）。主な光学系条件は、電子源１の引き出し電圧、偏向器３の偏向電流、対物レンズ４の励磁電圧、帯電制御電極５へ印加する電圧、反射板１１へ印加する電圧などである。次に、標準試料片２１の画像を取得し、適正な画像になるように条件を補正する。アライメントの後で、キャリブレーション用の画像を取得し、光量不足や光量過多などの発生しない適切な光量になるように、検出器１３のゲインなどの画像取得条件を設定する（ステップ４１５）。次に、予め設定された検査領域について画像を検出し、欠陥を判定する（ステップ４１６）。焦点補正は、Ｚセンサ８で検出した半導体ウェーハ６の高さに基づいて、対物レンズ４の励磁電流値を制御する。検出器１３で検出された二次信号であるアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換される。取得した画像に基づいて、レシピ作成時と同様な手順で欠陥判定する。欠陥判定結果の欠陥情報１６と検査条件などを含む結果を格納し（ステップ４１７）、半導体ウェーハ６をアンロードして（ステップ４１８）、検査が終了する。
【００３１】
図６は、セル比較検査の内容を示すメモリマット部の平面図である。セル比較検査では、ＦＲ−ＲＩＡ法で欠陥判定している。図６（ａ）において、メモリマット４２を定義する長方形領域に対してＬ寸法６１だけ拡張した領域６２、領域６２からＭ寸法６３だけ縮小した領域を考える。Ｌ寸法６１は設定した領域がずれる可能性のある上限をしめし、Ｍ寸法６３はＬ寸法６１の２倍とする。６２の領域は３つの領域に分割できる。即ち、領域６２の角からＭ寸法６３内にある角領域６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ、上下の辺からＭ寸法内にある上下端領域６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｂ、それ以外の領域６６である。角領域６４は領域のずれを考慮するとメモリマット内の角が領域内の任意の場所に移動する可能性があり、繰り返し性が期待できない領域であり、上下端領域６５は少なくともＸ方向には繰り返し性が期待できる領域、その他の領域６６はＹ方向には繰り返し性が期待できる領域である。
【００３２】
ＰＥ３２に分配された１２８画素×１２８ラインの検出画像６８が、領域Ａ６７の場合には、分配された画像の全ての画素はＹ方向に繰り返し性を持っている。そこで、Ｙ方向に繰り返しピッチ分の画像を加算平均した画像を一旦作成し、加算平均した画像を再配置することで、加算平均画像６９を生成するＹ−ＲＩＡ７０を行う。同様に、ＰＥに分配された１２８画素×１２８ラインの検出画像６８が、領域Ｂ７２の場合には、分配された画像の全ての画素はＸ方向に繰り返し性を持っている。そこで、Ｘ方向に繰り返しピッチ分の画像を加算平均した画像を一旦作成し、加算平均した画像を再配置することで加算平均画像６９を生成するＸ−ＲＩＡ７２を行う。検出画像６８と加算平均画像６９の差分として差画像７３を演算する。差画像７３の差分値が設定された欠陥判定しきい値より大きい領域を欠陥７４として判定する。
【００３３】
ここで、差分の演算を、図７を用いて捕捉説明する。図７は、画像の一例を示す画面図で、図７（ａ）は画像、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ１からＸ２の間の線分で示された個所の画素毎の階調値の、基準画像と比較したときの差分を示すグラフである。図７（ａ）に示すように、一般的に、差画像７３には欠陥７４ａと、欠陥ではないが画素の階調値の差の大きい領域７４ｂとが含まれている。領域７４ｂの原因としては、画像のノイズ成分による階調値のばらつきや、半導体ウェーハが帯電した場合の階調値の増加などがある。欠陥とそれ以外とを区別するために、図７（ｂ）に示すように、差分にはしきい値７５が設けられ、これより差分が大きい領域が欠陥と判定される。この差分値７６と、対応する欠陥７４ａの座標とが、図２に示した部分欠陥情報３３である。このようにして、図６（ａ）に示した角領域６４以外の領域は、欠陥判定可能である。
【００３４】
次に、ダイ比較検査を、図８を用いて説明する。図８は、画像処理の内容を示す模式図である。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが、図２に示した同一のＰＥ３２に分配されている。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、それぞれがひとつの隣接しているダイであるとする。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、１２８画素×１２８ラインである。ダイ比較では、中央のダイの画像データ５３Ｂに欠陥があるかどうかを判定することが目的であるので、混乱を避けるために画像名称を再度定義する。画像データ５３Ｂを検出画像８０Ａとし、画像データ５３Ａを参照画像Ｆ８０Ｃとし、画像データ５３Ｃを参照画像Ｒ８０Ｂと呼ぶ。
【００３５】
画像の撮像範囲、あるいは切り出しのときに、画像データ同士の座標は、機械的誤差などでずれることが多い。したがって、検出画像８０Ａに対して、参照画像Ｆ８０Ｃ、参照画像Ｒ８０Ｂのパターンは、位置がずれている可能性があり、そのまま比較することはできない。そこで、ずれ量演算部８１Ｂ，８１Ｃで相互相関又は差の絶対値等のずれ量を演算する手法を用いてずれ量を演算し、演算したずれ量に応じて画像ずらし部８２Ｂ，８２Ｃで参照画像Ｒ８０Ｂ、参照画像Ｆ８０Ｃをずらして、位置合せ参照画像８３Ｂ，８３Ｃを作成する。位置合せ参照画像８３Ｂ，８３Ｃは、検出画像８０Ａに対して同一の位置にパターンがあるようにしたので、画像合成部８４でこれら画像を加算平均することで、ノイズの少ない合成参照画像８５を得ることができる。次に、差画像演算部８６で検出画像８０Ａと合成参照画像８５の差分を演算して差画像８７を得る。
【００３６】
図９は、コンソール１９のディスプレイに表示される画面図であり、欠陥情報の表示の一例を示す。検査装置は、前述のように、画素の階調値の差分値がしきい値を超えた画素の領域を欠陥と判定しているので、差分値が大きくても真の欠陥であるとは限らない。そこで、欠陥の画像を画像表示領域９１に表示させて、ユーザが欠陥であるかどうかを判断できるような機能を検査装置に持たせている。また、図７（ｂ）に示したしきい値７５を固定値でなく可変値とした表示しきい値で、欠陥の検出の様子を画像で確認することができる。
【００３７】
画面の左側には、ストライプ領域上の欠陥７４を模式的に記号等で表示するストライプマップ９０が配置され、右側には、欠陥の実際の画像を表示する画像表示領域９１が配置されている。ストライプマップ９０と画像表示領域９１は、ひとつの画面上に並べて表示されているが、別々のディスプレイに表示されるようにしてもよい。さらに、画面には、欠陥情報表示領域９２と表示しきい値調整ツールバー９３が表示されている。欠陥情報表示領域９２は、欠陥情報中の欠陥座標，投影長，差分値，濃淡差，背景光量等の情報、ユーザが入力する分類コード等を表示する。表示しきい値調整ツールバー９３は、表示しきい値を調整するために使用される。
【００３８】
ユーザは、ストライプマップ９０上に表示された欠陥７４を、マウスポインタなどの入力手段で指定することで、その欠陥７４の画像情報を画像表示領域９１に、座標情報などを欠陥情報表示領域９２に表示することができる。欠陥７４のより高精細な画像を再取得したり、画像メモリ３０に格納されている画像データを、画像表示領域９１に表示させることができるように、画面に指示ボタンを追加してもよい。
【００３９】
欠陥情報表示領域９２の分類コードとは、欠陥の画像をユーザが見て、欠陥の種類分けを行うために設けられたものである。分類には、異物，スクラッチ，配線パターンの断線やショート等があり、ユーザは分類情報を分類ボックスに記入する。ストライプマップ９０上に表示された欠陥７４を、分類ごとに色分け表示させることが可能である。分類を変更するとストライプマップ９０上の欠陥７４の表示形態が変化する。
【００４０】
前述の表示しきい値が高いほど、ストライプマップ９０上に表示される欠陥７４の数が減り、欠陥の分類分け等の解析が容易になるが、真の欠陥であるにもかかわらず欠陥と判定されないものが増える可能性がある。一方、表示しきい値が低いほど、欠陥７４の数は増え、見落としが少なくなるが、真の欠陥でないものが増える可能性がある。ストライプマップ９０上には、表示しきい値以上の差分値を持った欠陥のみが表示されるので、表示しきい値を表示しきい調整値ツールバー９３で変更することで、欠陥の画像と見比べながら、適切な表示しきい値を設定することができる。
【００４１】
欠陥情報表示領域９２には、図９（ｂ）に示すメモリ繰り返し領域画像合成条件設定ダイアログ９４や、図９（ｃ）に示す全領域画像合成条件設定ダイアログ９５を表示させることもでき、これらのダイアログで画像合成条件を設定することができる。
【００４２】
これらの作業により検査条件を確認し、満足できるものであれば確認作業を終了し、満足できない場合には検査条件を再度設定して試し検査を行う。満足した場合にはレシピを保存し、半導体ウェーハをアンロードする。
【００４３】
図１０は、画像処理の内容を示す模式図である。図８に示した画像データ中の欠陥の抽出では、検査対象のダイの他に、その前後のダイを参照画像として３個の画像データを使用する。本実施例は、５個の画像データを使用する例である。画像データが多いほど、画像中のノイズを低減することができる。
【００４４】
図１０（ａ）に示す検出ダイの画像１０１Ａの前後の画像１０１Ｂから画像１０１Ｅまでの４個のダイ分の画像データを用いて、参照画像を演算し、差画像１０１Ｓを演算する。検出ダイの画像１０１Ａについての処理が完了したら、検出ダイの画像１０２Ａの前後の画像１０２Ｂから画像１０２Ｅまでの４個のダイ分の画像データを用いて、参照画像を演算し、差画像１０２Ｓを演算する。これが検出ダイの画像について、順繰りに実施される。
【００４５】
図１０（ｂ）は、各画像がどのように使用されるかを示しており、記号Ｒはずれ補正後の画像、記号Ａは合成された参照画像、記号Ｓは検出ダイの画像と参照画像とを比較演算された差画像を示す。はじめに、画像１０１Ｂから画像１０１Ｅまでの４個の画像について、互いのずれ補正を行う。次にこの４個の画像を加算平均して合成参照画像を生成し、検出ダイの画像１０１Ａと比較して、差画像１０１Ｓを得る。検出画像１０２Ａについても、同様の方法で実行し、差画像１０２Ｓを得る。
【００４６】
図１１は、図１０と同じく画像処理の内容を示す模式図である。図１０の例では、検出ダイの画像１０１Ａを使用しないで合成参照画像を生成し、生成した合成参照画像と検出ダイの画像１０１Ａとを比較し、１個の差画像１０１Ｓを得ており、検出ダイの画像１０１Ａに隣接する次の検出ダイの画像１０２Ａに関する差画像１０２Ｓを生成するために、画像１０１Ｃを画像１０２Ｂとして、画像１０１Ａを画像１０２Ｃとして、画像１０１Ｅを画像１０２Ｄとして再度使用して、差画像１０２Ｓを１個生成する。したがって、１個の検出ダイの画像につき１回の演算により１個の差画像が生成される。これに対して、本実施例は、複数個の画像につき１回の演算により複数個の差画像が生成でき、演算の時間が短縮できる大きな効果を得ることができる。
【００４７】
図１１（ａ）に示すように、例えば７個のダイ全ての画像１１１Ａから１１１Ｇについて比較を行い、差画像を生成する例を考える。図１１（ｂ）に示すように、画像１１１Ａに対してずれ補正を行って、記号Ｒの画像を生成し、加算平均して記号Ａの合成参照画像を得る。次に記号Ａの合成画像と画像１１１Ａから画像１１１Ｇまでの７個の画像との差をそれぞれ演算し、７個の記号Ｓの差画像を得る。
【００４８】
図１２は、図１０と同じく、画像処理の内容を示す模式図である。図１２（ａ）に示すように、７個の画像１２１Ａから画像１２１Ｇについて、図１２（ｂ）に示すように、画像１２１Ａに対するずれ量補正を行う。次に、図１１のように、７個分の画像を単純に加算平均するのではなく、加算前の画像をまとめたシーケンス画像Ｉｓ１２２を作成し、画像１２１Ａから１２１Ｇとシーケンス画像Ｉｓ１２２を比較することで、差分を演算するものである。単なる平均画像ではないので、平均値の代わりにメディアン、はずれ値を除去した平均、最大最小の平均等を用いることもできる。更に、平均値と分散を演算し、分散の３倍以上大きい差分をもつものを欠陥と判定する等の演算が可能である。また、画像シーケンスで求めると説明したが、合成参照画像に加えてこれらの値を演算するように構成することもできる。本変形によれば、高機能な演算により高感度な欠陥判定が可能である特徴がある。
【００４９】
図１３は、図１０と同じく、画像処理の内容を示す模式図である。半導体ウェーハの中心部と端部では、画像データの階調値が異なる場合がある。例えば図１３（ａ）に示す７個のダイの左端の画像１２１Ａを含むダイが、半導体ウェーハの中心部を含み、右端の画像１２１Ｇを含むダイが、半導体ウェーハの端部を含むように画像を取得し、画像１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２１Ｇについて比較検査を行う。ダイの絶縁膜の領域は、半導体ウェーハの中央部と端部とで厚さが異なるため、各画像の階調値分布は一様ではない。例えば、画像１２１Ｄの画像の階調値のヒストグラムは、図１３（ｂ）に示すヒストグラム１３１Ｄに、画像１２１Ｇの画像の階調値のヒストグラムは、図１３（ｃ）に示すヒストグラム１３１Ｇになる。
【００５０】
階調値が異なる場合には、平均値をとっても画像同士の差が大きく、欠陥検出ができない。この対策として、入力に対してバンドパスフィルタをかけて所望の周波数成分だけにし、階調値変化の影響を除外するようにする。または、２０画素角程度の平均階調値を一致させる補正処理を行う。または、図１３（ｄ）に示すように、半導体ウェーハの端部の画像１２１Ｇのヒストグラムが、他と異なる場合には、画像１２１Ｇを除外し、残りの画像で内挿補間又は外挿補間により、検出画像の階調値を推定する。
【００５１】
以上により、ＦＲ−ＲＩＡ法によれば、メモリマット部の欠陥を高感度に検出でき、メモリマット内，メモリマット最周辺部，周辺回路を含むダイ全面を高感度に欠陥判定できる回路パターン検査装置、および回路パターン検査方法を提供することができる。なお、上記実施例では、試料に電子線を照射して画像を生成する回路パターンの検査装置を用いて説明したが、試料に光を照射して画像を生成する回路パターンの検査装置でも、実施例に記載した発明を実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】回路パターン検査装置の全体構成図。
【図２】欠陥判定部の構成図。
【図３】半導体ウェーハの平面図。
【図４】レシピ作成手順および検査手順を示すフローチャート。
【図５】試し検査における画像処理の内容を示す模式図。
【図６】セル比較検査の内容を示すメモリマット部の平面図。
【図７】画像の一例を示す画面図。
【図８】画像処理の内容を示す模式図。
【図９】コンソールのディスプレイに表示される画面図。
【図１０】画像処理の内容を示す模式図。
【図１１】画像処理の内容を示す模式図。
【図１２】画像処理の内容を示す模式図。
【図１３】画像処理の内容を示す模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子源
２ 電子
３ 偏向器
４ 対物レンズ
５ 帯電制御電極
６ 半導体ウェーハ
７ ＸＹステージ
８ Ｚセンサ
９ 試料台
１０ 二次信号
１１ 反射板
１２ 収束光学系
１３ 検出器
１４ ディジタル信号
１５ ＡＤ変換器
１６ 欠陥情報
１７ 欠陥判定部
１８ 全体制御部
１９ コンソール
２０ 光学顕微鏡
２１ 標準試料片
３０ 画像メモリ
３１ 画像分配部
３２ ＰＥ
３３ 部分欠陥情報
３４ 情報統合部
４０ ダイ
４１ メモリマット群
４２ メモリマット
４３ メモリセル
５１ ストライプ領域
５４ 試し検査座標
５５ メモリ領域
９０ ストライプマップ
９１ 画像表示領域
９２ 欠陥情報表示領域
９３ 表示しきい値調整ツールバー
９４ 繰り返しパターン合成条件設定ダイアログ
９５ 全領域画像合成条件設定ダイアログ
１０１，１０２ 画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や液晶などの回路パターンを有する基板装置を光又は電子線を利用して検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶などの回路パターンの検査装置は、光又は電子線を照射して得られた画像と基準画像または隣接画像を参照画像として比較し、差がある画素を抽出して欠陥と判断し、その座標を出力する機能を有している。
【０００３】
検査装置の対象とする回路パターンは、３年間に４倍の勢いで単位面積当たりのパターン密度を増やしている。これは、パターンを微細化することで実現しており、欠陥と正常部との間の差異は非常に小さいものとなってきている。そこで、欠陥の信号値と正常部の信号値の間にしきい値を設定し、欠陥を正常部から弁別することで、小さい欠陥を検出する。特に、メモリデバイスのメモリマット部は、メモリ１ビットに１個のメモリセルを割り当てる必要があるが、１個のメモリセルに欠陥があっても冗長回路技術がありデバイス全体としては正常に動作するため、微細化にさらに拍車がかかっている。一方、メモリマット部以外の周辺回路は、１か所でも不良があるとデバイスとして不良品になるため、パターン寸法はメモリマット部ほど微細化がすすんでいない。一方、パターン欠陥の発生個所の分布をみると、半導体装置１個あたりメモリマット部の欠陥発生の割合が高くなっている。特にメモリマット部の最周辺では、パターン密度が急激に変化することから、フォトリソグラフィ工程における製造が極めて難しく、欠陥の発生率が極めて高くなっている。
【０００４】
メモリマット部のような周期パターン部と繰り返し性のない領域とを区別して検査する技術が知られている（特許文献１参照）。しかし両方を一度に高精度で欠陥検出可能な技術は知られていない。
【０００５】
半導体装置が形成される半導体ウェーハの検査では、半導体装置、すなわちダイ同士を比較するダイ比較方式と、ひとつのダイの中のパターンの繰り返し性のあるセル領域について隣接セルの画像同士を比較するセル比較方式とがある。セル比較は、繰り返し性を利用しているために、繰り返し性の無い周辺回路や、繰り返し領域の端の部分が検査できない。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２３２２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、取得した検出画像について、繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体装置のメモリマット部の最周辺部や、繰り返し性の無い周辺回路まで高感度に欠陥判定できる検査技術を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明する。図１は、回路パターン検査装置の全体構成図であり、主要部は縦断面図として記載している。本実施例では、試料に電子線を照射して画像を得る走査型電子顕微鏡を応用した検査装置を説明する。本発明の主要部は、電子線のかわりに光を用いても同様であるので、ここでは光学式検査装置の実施例の説明は省略する。
【００１１】
図１において、電子源１から発生した電子２は、試料である半導体ウェーハ６に照射される。電子２は、対物レンズ４などで細く絞られているため、偏向器３で偏向されて、半導体ウェーハ６の表面を走査する。半導体ウェーハ６は、電子２に照射されると、材料特性や構造の違いで電子が帯電する現象のため、得られる画像が白くなったり、逆に黒くなったりする場合があり、この帯電を制御するための帯電制御電極５が設けられている。
【００１２】
半導体ウェーハ６は、試料台９を介してＸＹステージ７に置かれ、Ｘ方向およびＹ方向へ移動される。ＸＹステージ７の位置が測定され、全体制御部１８へ送られ、半導体ウェーハ６の所望の位置に電子２が照射されるように、偏向器３，対物レンズ４，ＸＹステージ７が制御される。半導体ウェーハ６の表面の高さは、Ｚセンサ８で計測され、全体制御部１８へ高さデータが送られ、電子２の焦点が半導体ウェーハ６に結ぶように制御される。
【００１３】
電子２の照射により発生した二次電子や反射電子の二次信号１０は、様々なエネルギーと方向を持っているので、検出器１３で検出できるように収束させなければならない。本実施例では、反射板１１と収束光学系１２で、できるだけ多くの二次信号が検出できるようにしている。
【００１４】
検出器１３で検出されたアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換され、欠陥判定部１７で画像処理され、欠陥情報１６が抽出され、全体制御部１８へ送られて、コンソール１９のディスプレイに画像が表示される。コンソール１９は、欠陥の画像や座標等の付帯情報を表示するとともに、ユーザの指示を全体制御部１８に伝える機能を有する。
【００１５】
試料台９の上方には光学顕微鏡２０が設けられ、半導体ウェーハ６の光学像を撮像し、検査前の位置合せが行われる。ＸＹステージ７には、電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片２１が設けられ、その高さは半導体ウェーハ６と同じ高さになるように設定されている。
【００１６】
図２は、欠陥判定部１７の構成図である。欠陥判定部１７は、ディジタル信号１４を二次元のディジタル画像と考えて画像処理するユニットであり、ディジタル信号１４を記憶する画像メモリ３０、画像メモリ３０に記憶されたディジタル画像を、画像に関する領域の情報に従って分配する画像分配部３１、分配された部分領域の画像について、部分領域に存在する欠陥を抽出する複数のＰＥ３２、複数のＰＥ３２で処理された部分欠陥情報３３を統合して欠陥情報１６とする情報統合部３４で構成される。ここで、ＰＥとは、Processor Elementの略である。情報統合部３４は、全部のＰＥ３２からの部分欠陥情報３３を集計し、ＦＲ−ＲＩＡ(Full region reference image averaging)法、又はダイ比較のいずれかで欠陥と判定された欠陥の情報を欠陥情報１６として出力する。
【００１７】
図３は、半導体ウェーハの平面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はダイの拡大図、（ｃ）はダイの中のセルの配置を示す図、（ｄ）はセルの拡大図である。半導体ウェーハ６は、図３（ａ）に示すように、直径２００mmから３００mm、厚さ１mm程度の円盤形状であり、その表面に数百〜数千個の回路パターンが形成される。半導体装置はダイとよばれ、回路パターンが形成された後に切断され、１個ずつパッケージングされる。一般的なメモリデバイスの場合、ダイ４０は、図３（ｂ）に示すように、メモリマット群４１が４個で構成されている。１個のメモリマット群４１は、図３（ｃ）に示すように、縦１００個，横１００個程度の数のメモリマット４２で構成されている。メモリマット４２は、図３（ｄ）に示すように、二次元方向に繰り返し性を持った数１００万個のメモリセル４３で構成されている。
【００１８】
図４は、レシピ作成手順および検査手順を示すフローチャートである。検査に先立って、検査条件を決め、装置へ登録する必要があるため、検査のレシピ作成が行われ、作成されたレシピに従って検査が行われる。
【００１９】
図１に示したコンソール１９を用いて、ユーザはレシピを作成する。標準的な条件の標準レシピが予め記憶されているので、ユーザは標準レシピを全体制御部１８へ読込ませ、次に実際に半導体ウェーハに電子を照射してレシピの内容を補正するために、半導体ウェーハを装置へロードする（ステップ４０１）。
【００２０】
次に光学系条件を設定するが、標準レシピの設定値を確認するだけでもよい（ステップ４０２）。光学条件は、電子源１から電子２を引き出すためのパラメータ、対物レンズ４の強度を設定するパラメータ、偏向器３の制御パラメータ、帯電制御電極５へ印加される電圧などである。標準試料片２１に電子２を照射して、その画像を生成し、ユーザは画像を見ながら光学条件の設定値に補正を加えて適正値に書き換え、新たなレシピを全体制御部１８へ読込ませる。
【００２１】
次に、ロードした半導体ウェーハ６のアライメント用のパターンとその座標を登録して、アライメント条件を設定する（ステップ４０３）。アライメント用のパターンは、ダイの４つの角などに予め形成されている。
【００２２】
次に、検査対象とする検査領域情報を設定する（ステップ４０４）。予め読込まれた半導体ウェーハ６のパターンレイアウトをコンソール１９のディスプレイへ表示させる。
【００２３】
セル比較検査の場合は、メモリマット４２を比較単位である繰り返し領域として指定する。ディスプレイで、例えば、メモリマット４２を長方形で囲み、繰り返し領域であることを指定するボタンを押す等で、指定できるようにしておく。また、メモリマット４２の比較検査をどこからどこまで行うかの領域指定も必要であり、例えば、図３（ｂ）に示すような図で、メモリマット群４１のひとつを指定する。
【００２４】
ダイ比較の場合は、図３（ａ）に示すウェーハ全体の図で、任意のひとつのダイ４０を比較単位である繰り返し領域として指定する。全てのダイを比較検査対象にする場合は、全ダイ比較検査というボタンを準備しておくと簡便である。特定の位置のダイのみを定点観察する場合には、その検査対象のダイを選択できるようにしておく。例えば、画面上でダイを直接クリックしたり、長方形で囲んで領域を指定したりするように、画面レイアウトを準備しておくとよい。
【００２５】
次に、キャリブレーション条件を設定する（ステップ４０５）。半導体ウェーハ６ごとの検出光量のばらつきを防止するため、一定の条件で検査するように光量のキャリブレーションを行う。半導体ウェーハ６の任意の座標点を指定し、検出器１３の初期ゲインを設定する。次に、画像処理の条件、例えば、画素寸法，フレーム加算回数を選択あるいは指定する。これらの設定された検査条件は、全体制御部１８に設定される（ステップ４０６）。
【００２６】
次に、設定された検査条件が適性かどうかを確認するために、実際に電子を照射して画像を取得する試し検査を行う（ステップ４０７）。試し検査の詳細は、図５で説明する。試し検査の結果に基づき、ユーザは検査条件が適性かどうかを判断する（ステップ４０９）。適正でなければステップ４０６へ戻り、適正であれば検査条件を新しいレシピとして、全体制御部１８へ格納し、半導体ウェーハ６を装置からアンロードする（ステップ４１０）。
【００２７】
図５は、試し検査における画像処理の内容を示す模式図である。図５（ａ）において、ダイの画像５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのうち、ひとつのダイの画像５０Ｂに、試し検査を行う試し検査座標５４を指定する。そうして試し検査を実行すると、指定されたダイの画像５０Ｂの前後１個のダイずつ、合計３個のダイ分の移動長さと電子の走査幅とを有する細長い長方形のストライプ領域５１に電子が照射され、発生する二次信号１０を検出器１３で検出する。この時、Ｚセンサ８で検出した半導体ウェーハ６の高さに基づいて、対物レンズ４の励磁電流値が制御されて、電子の焦点位置が補正される。検出器１３で検出されたアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換され、画像化される。
【００２８】
図５（ｂ）は、欠陥判定部１７の図示しないメモリ領域５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃにストライプ領域５１の各ダイの端から距離Ｘ０のところのチャンネル２に、領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが格納された状態を示している。欠陥判定部１７は、画像データ５３Ａと画像データの５３Ｂ比較、画像データ５３Ｂと画像データ５３Ｃの比較を行い、どの画像データに欠陥が存在しているかを判定し、欠陥を含む画像データを全体制御部１８へ送る。次に、領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの隣りの領域について、同様に比較検査が行われる。このようにして、３個のダイのひとつのストライプ領域について比較検査が実行され、検査条件が適切かどうかが判断される。
【００２９】
図２を用いて、画像データの処理を説明する。欠陥判定部１７は、以下の手順で動作する。即ち、電子が照射されたストライプ領域５１のディジタル信号１４を画像メモリ３０に格納する。格納されたディジタル信号１４のデータは、幅が１２８画素の複数のチャンネルに分割されている。画像分配部３１はチャンネル内のダイ内の座標が一定値（Ｘ0）から１２８ライン分の各画像データを同一のＰＥ３２に分配し、メモリマット４２内のメモリセル４３の繰り返し性を利用したセル比較処理と、ダイ比較処理とを行って欠陥判定し、何れかで欠陥と判定された座標点を欠陥と判断するものである。
【００３０】
図４（ａ）に示した試し検査により、レシピが作成されたら、次に、図４（ｂ）に示すように、実際の検査を実行させる。ユーザは、検査対象の半導体ウェーハ６に適切なレシピを、コンソール１９で選択する。全体制御部１８は、選択されたレシピを読み込み（ステップ４１１）、半導体ウェーハ６をロードし（ステップ４１２）、試料台９に搭載する。光学系条件を設定し（ステップ４１３）、半導体ウェーハ６のアライメントを行う（ステップ４１４）。主な光学系条件は、電子源１の引き出し電圧、偏向器３の偏向電流、対物レンズ４の励磁電圧、帯電制御電極５へ印加する電圧、反射板１１へ印加する電圧などである。次に、標準試料片２１の画像を取得し、適正な画像になるように条件を補正する。アライメントの後で、キャリブレーション用の画像を取得し、光量不足や光量過多などの発生しない適切な光量になるように、検出器１３のゲインなどの画像取得条件を設定する（ステップ４１５）。次に、予め設定された検査領域について画像を検出し、欠陥を判定する（ステップ４１６）。焦点補正は、Ｚセンサ８で検出した半導体ウェーハ６の高さに基づいて、対物レンズ４の励磁電流値を制御する。検出器１３で検出された二次信号であるアナログ信号は、ＡＤ変換器１５でディジタル信号１４に変換される。取得した画像に基づいて、レシピ作成時と同様な手順で欠陥判定する。欠陥判定結果の欠陥情報１６と検査条件などを含む結果を格納し（ステップ４１７）、半導体ウェーハ６をアンロードして（ステップ４１８）、検査が終了する。
【００３１】
図６は、セル比較検査の内容を示すメモリマット部の平面図である。セル比較検査では、ＦＲ−ＲＩＡ法で欠陥判定している。図６（ａ）において、メモリマット４２を定義する長方形領域に対してＬ寸法６１だけ拡張した領域６２、領域６２からＭ寸法６３だけ縮小した領域を考える。Ｌ寸法６１は設定した領域がずれる可能性のある上限をしめし、Ｍ寸法６３はＬ寸法６１の２倍とする。６２の領域は３つの領域に分割できる。即ち、領域６２の角からＭ寸法６３内にある角領域６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ、上下の辺からＭ寸法内にある上下端領域６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｂ、それ以外の領域６６である。角領域６４は領域のずれを考慮するとメモリマット内の角が領域内の任意の場所に移動する可能性があり、繰り返し性が期待できない領域であり、上下端領域６５は少なくともＸ方向には繰り返し性が期待できる領域、その他の領域６６はＹ方向には繰り返し性が期待できる領域である。
【００３２】
ＰＥ３２に分配された１２８画素×１２８ラインの検出画像６８が、領域Ａ６７の場合には、分配された画像の全ての画素はＹ方向に繰り返し性を持っている。そこで、Ｙ方向に繰り返しピッチ分の画像を加算平均した画像を一旦作成し、加算平均した画像を再配置することで、加算平均画像６９を生成するＹ−ＲＩＡ７０を行う。同様に、ＰＥに分配された１２８画素×１２８ラインの検出画像６８が、領域Ｂ７２の場合には、分配された画像の全ての画素はＸ方向に繰り返し性を持っている。そこで、Ｘ方向に繰り返しピッチ分の画像を加算平均した画像を一旦作成し、加算平均した画像を再配置することで加算平均画像６９を生成するＸ−ＲＩＡ７２を行う。検出画像６８と加算平均画像６９の差分として差画像７３を演算する。差画像７３の差分値が設定された欠陥判定しきい値より大きい領域を欠陥７４として判定する。
【００３３】
ここで、差分の演算を、図７を用いて捕捉説明する。図７は、画像の一例を示す画面図で、図７（ａ）は画像、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ１からＸ２の間の線分で示された個所の画素毎の階調値の、基準画像と比較したときの差分を示すグラフである。図７（ａ）に示すように、一般的に、差画像７３には欠陥７４ａと、欠陥ではないが画素の階調値の差の大きい領域７４ｂとが含まれている。領域７４ｂの原因としては、画像のノイズ成分による階調値のばらつきや、半導体ウェーハが帯電した場合の階調値の増加などがある。欠陥とそれ以外とを区別するために、図７（ｂ）に示すように、差分にはしきい値７５が設けられ、これより差分が大きい領域が欠陥と判定される。この差分値７６と、対応する欠陥７４ａの座標とが、図２に示した部分欠陥情報３３である。このようにして、図６（ａ）に示した角領域６４以外の領域は、欠陥判定可能である。
【００３４】
次に、ダイ比較検査を、図８を用いて説明する。図８は、画像処理の内容を示す模式図である。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが、図２に示した同一のＰＥ３２に分配されている。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、それぞれがひとつの隣接しているダイであるとする。画像データ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、１２８画素×１２８ラインである。ダイ比較では、中央のダイの画像データ５３Ｂに欠陥があるかどうかを判定することが目的であるので、混乱を避けるために画像名称を再度定義する。画像データ５３Ｂを検出画像８０Ａとし、画像データ５３Ａを参照画像Ｆ８０Ｃとし、画像データ５３Ｃを参照画像Ｒ８０Ｂと呼ぶ。
【００３５】
画像の撮像範囲、あるいは切り出しのときに、画像データ同士の座標は、機械的誤差などでずれることが多い。したがって、検出画像８０Ａに対して、参照画像Ｆ８０Ｃ、参照画像Ｒ８０Ｂのパターンは、位置がずれている可能性があり、そのまま比較することはできない。そこで、ずれ量演算部８１Ｂ，８１Ｃで相互相関又は差の絶対値等のずれ量を演算する手法を用いてずれ量を演算し、演算したずれ量に応じて画像ずらし部８２Ｂ，８２Ｃで参照画像Ｒ８０Ｂ、参照画像Ｆ８０Ｃをずらして、位置合せ参照画像８３Ｂ，８３Ｃを作成する。位置合せ参照画像８３Ｂ，８３Ｃは、検出画像８０Ａに対して同一の位置にパターンがあるようにしたので、画像合成部８４でこれら画像を加算平均することで、ノイズの少ない合成参照画像８５を得ることができる。次に、差画像演算部８６で検出画像８０Ａと合成参照画像８５の差分を演算して差画像８７を得る。
【００３６】
図９は、コンソール１９のディスプレイに表示される画面図であり、欠陥情報の表示の一例を示す。検査装置は、前述のように、画素の階調値の差分値がしきい値を超えた画素の領域を欠陥と判定しているので、差分値が大きくても真の欠陥であるとは限らない。そこで、欠陥の画像を画像表示領域９１に表示させて、ユーザが欠陥であるかどうかを判断できるような機能を検査装置に持たせている。また、図７（ｂ）に示したしきい値７５を固定値でなく可変値とした表示しきい値で、欠陥の検出の様子を画像で確認することができる。
【００３７】
画面の左側には、ストライプ領域上の欠陥７４を模式的に記号等で表示するストライプマップ９０が配置され、右側には、欠陥の実際の画像を表示する画像表示領域９１が配置されている。ストライプマップ９０と画像表示領域９１は、ひとつの画面上に並べて表示されているが、別々のディスプレイに表示されるようにしてもよい。さらに、画面には、欠陥情報表示領域９２と表示しきい値調整ツールバー９３が表示されている。欠陥情報表示領域９２は、欠陥情報中の欠陥座標，投影長，差分値，濃淡差，背景光量等の情報、ユーザが入力する分類コード等を表示する。表示しきい値調整ツールバー９３は、表示しきい値を調整するために使用される。
【００３８】
ユーザは、ストライプマップ９０上に表示された欠陥７４を、マウスポインタなどの入力手段で指定することで、その欠陥７４の画像情報を画像表示領域９１に、座標情報などを欠陥情報表示領域９２に表示することができる。欠陥７４のより高精細な画像を再取得したり、画像メモリ３０に格納されている画像データを、画像表示領域９１に表示させることができるように、画面に指示ボタンを追加してもよい。
【００３９】
欠陥情報表示領域９２の分類コードとは、欠陥の画像をユーザが見て、欠陥の種類分けを行うために設けられたものである。分類には、異物，スクラッチ，配線パターンの断線やショート等があり、ユーザは分類情報を分類ボックスに記入する。ストライプマップ９０上に表示された欠陥７４を、分類ごとに色分け表示させることが可能である。分類を変更するとストライプマップ９０上の欠陥７４の表示形態が変化する。
【００４０】
前述の表示しきい値が高いほど、ストライプマップ９０上に表示される欠陥７４の数が減り、欠陥の分類分け等の解析が容易になるが、真の欠陥であるにもかかわらず欠陥と判定されないものが増える可能性がある。一方、表示しきい値が低いほど、欠陥７４の数は増え、見落としが少なくなるが、真の欠陥でないものが増える可能性がある。ストライプマップ９０上には、表示しきい値以上の差分値を持った欠陥のみが表示されるので、表示しきい値を表示しきい調整値ツールバー９３で変更することで、欠陥の画像と見比べながら、適切な表示しきい値を設定することができる。
【００４１】
欠陥情報表示領域９２には、図９（ｂ）に示すメモリ繰り返し領域画像合成条件設定ダイアログ９４や、図９（ｃ）に示す全領域画像合成条件設定ダイアログ９５を表示させることもでき、これらのダイアログで画像合成条件を設定することができる。
【００４２】
これらの作業により検査条件を確認し、満足できるものであれば確認作業を終了し、満足できない場合には検査条件を再度設定して試し検査を行う。満足した場合にはレシピを保存し、半導体ウェーハをアンロードする。
【００４３】
図１０は、画像処理の内容を示す模式図である。図８に示した画像データ中の欠陥の抽出では、検査対象のダイの他に、その前後のダイを参照画像として３個の画像データを使用する。本実施例は、５個の画像データを使用する例である。画像データが多いほど、画像中のノイズを低減することができる。
【００４４】
図１０（ａ）に示す検出ダイの画像１０１Ａの前後の画像１０１Ｂから画像１０１Ｅまでの４個のダイ分の画像データを用いて、参照画像を演算し、差画像１０１Ｓを演算する。検出ダイの画像１０１Ａについての処理が完了したら、検出ダイの画像１０２Ａの前後の画像１０２Ｂから画像１０２Ｅまでの４個のダイ分の画像データを用いて、参照画像を演算し、差画像１０２Ｓを演算する。これが検出ダイの画像について、順繰りに実施される。
【００４５】
図１０（ｂ）は、各画像がどのように使用されるかを示しており、記号Ｒはずれ補正後の画像、記号Ａは合成された参照画像、記号Ｓは検出ダイの画像と参照画像とを比較演算された差画像を示す。はじめに、画像１０１Ｂから画像１０１Ｅまでの４個の画像について、互いのずれ補正を行う。次にこの４個の画像を加算平均して合成参照画像を生成し、検出ダイの画像１０１Ａと比較して、差画像１０１Ｓを得る。検出画像１０２Ａについても、同様の方法で実行し、差画像１０２Ｓを得る。
【００４６】
図１１は、図１０と同じく画像処理の内容を示す模式図である。図１０の例では、検出ダイの画像１０１Ａを使用しないで合成参照画像を生成し、生成した合成参照画像と検出ダイの画像１０１Ａとを比較し、１個の差画像１０１Ｓを得ており、検出ダイの画像１０１Ａに隣接する次の検出ダイの画像１０２Ａに関する差画像１０２Ｓを生成するために、画像１０１Ｃを画像１０２Ｂとして、画像１０１Ａを画像１０２Ｃとして、画像１０１Ｅを画像１０２Ｄとして再度使用して、差画像１０２Ｓを１個生成する。したがって、１個の検出ダイの画像につき１回の演算により１個の差画像が生成される。これに対して、本実施例は、複数個の画像につき１回の演算により複数個の差画像が生成でき、演算の時間が短縮できる大きな効果を得ることができる。
【００４７】
図１１（ａ）に示すように、例えば７個のダイ全ての画像１１１Ａから１１１Ｇについて比較を行い、差画像を生成する例を考える。図１１（ｂ）に示すように、画像１１１Ａに対してずれ補正を行って、記号Ｒの画像を生成し、加算平均して記号Ａの合成参照画像を得る。次に記号Ａの合成画像と画像１１１Ａから画像１１１Ｇまでの７個の画像との差をそれぞれ演算し、７個の記号Ｓの差画像を得る。
【００４８】
図１２は、図１０と同じく、画像処理の内容を示す模式図である。図１２（ａ）に示すように、７個の画像１２１Ａから画像１２１Ｇについて、図１２（ｂ）に示すように、画像１２１Ａに対するずれ量補正を行う。次に、図１１のように、７個分の画像を単純に加算平均するのではなく、加算前の画像をまとめたシーケンス画像Ｉｓ１２２を作成し、画像１２１Ａから１２１Ｇとシーケンス画像Ｉｓ１２２を比較することで、差分を演算するものである。単なる平均画像ではないので、平均値の代わりにメディアン、はずれ値を除去した平均、最大最小の平均等を用いることもできる。更に、平均値と分散を演算し、分散の３倍以上大きい差分をもつものを欠陥と判定する等の演算が可能である。また、画像シーケンスで求めると説明したが、合成参照画像に加えてこれらの値を演算するように構成することもできる。本変形によれば、高機能な演算により高感度な欠陥判定が可能である特徴がある。
【００４９】
図１３は、図１０と同じく、画像処理の内容を示す模式図である。半導体ウェーハの中心部と端部では、画像データの階調値が異なる場合がある。例えば図１３（ａ）に示す７個のダイの左端の画像１２１Ａを含むダイが、半導体ウェーハの中心部を含み、右端の画像１２１Ｇを含むダイが、半導体ウェーハの端部を含むように画像を取得し、画像１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２１Ｇについて比較検査を行う。ダイの絶縁膜の領域は、半導体ウェーハの中央部と端部とで厚さが異なるため、各画像の階調値分布は一様ではない。例えば、画像１２１Ｄの画像の階調値のヒストグラムは、図１３（ｂ）に示すヒストグラム１３１Ｄに、画像１２１Ｇの画像の階調値のヒストグラムは、図１３（ｃ）に示すヒストグラム１３１Ｇになる。
【００５０】
階調値が異なる場合には、平均値をとっても画像同士の差が大きく、欠陥検出ができない。この対策として、入力に対してバンドパスフィルタをかけて所望の周波数成分だけにし、階調値変化の影響を除外するようにする。または、２０画素角程度の平均階調値を一致させる補正処理を行う。または、図１３（ｄ）に示すように、半導体ウェーハの端部の画像１２１Ｇのヒストグラムが、他と異なる場合には、画像１２１Ｇを除外し、残りの画像で内挿補間又は外挿補間により、検出画像の階調値を推定する。
【００５１】
以上により、ＦＲ−ＲＩＡ法によれば、メモリマット部の欠陥を高感度に検出でき、メモリマット内，メモリマット最周辺部，周辺回路を含むダイ全面を高感度に欠陥判定できる回路パターン検査装置、および回路パターン検査方法を提供することができる。なお、上記実施例では、試料に電子線を照射して画像を生成する回路パターンの検査装置を用いて説明したが、試料に光を照射して画像を生成する回路パターンの検査装置でも、実施例に記載した発明を実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】回路パターン検査装置の全体構成図。
【図２】欠陥判定部の構成図。
【図３】半導体ウェーハの平面図。
【図４】レシピ作成手順および検査手順を示すフローチャート。
【図５】試し検査における画像処理の内容を示す模式図。
【図６】セル比較検査の内容を示すメモリマット部の平面図。
【図７】画像の一例を示す画面図。
【図８】画像処理の内容を示す模式図。
【図９】コンソールのディスプレイに表示される画面図。
【図１０】画像処理の内容を示す模式図。
【図１１】画像処理の内容を示す模式図。
【図１２】画像処理の内容を示す模式図。
【図１３】画像処理の内容を示す模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電子源
２ 電子
３ 偏向器
４ 対物レンズ
５ 帯電制御電極
６ 半導体ウェーハ
７ ＸＹステージ
８ Ｚセンサ
９ 試料台
１０ 二次信号
１１ 反射板
１２ 収束光学系
１３ 検出器
１４ ディジタル信号
１５ ＡＤ変換器
１６ 欠陥情報
１７ 欠陥判定部
１８ 全体制御部
１９ コンソール
２０ 光学顕微鏡
２１ 標準試料片
３０ 画像メモリ
３１ 画像分配部
３２ ＰＥ
３３ 部分欠陥情報
３４ 情報統合部
４０ ダイ
４１ メモリマット群
４２ メモリマット
４３ メモリセル
５１ ストライプ領域
５４ 試し検査座標
５５ メモリ領域
９０ ストライプマップ
９１ 画像表示領域
９２ 欠陥情報表示領域
９３ 表示しきい値調整ツールバー
９４ 繰り返しパターン合成条件設定ダイアログ
９５ 全領域画像合成条件設定ダイアログ
１０１，１０２ 画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、該取得した検出画像について、前記繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部を備えたことを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記検出された欠陥の画像を表示する表示装置を備えたことを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含まない複数のダイの画像であることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含む複数のダイの全部又は一部の画像であることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、複数の前記検出画像の加算，平均，メディアン、又は、はずれ値を除外した平均値、最大と最小の平均値などの任意の統計量演算手法で生成されることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項６】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、前記検出画像との位置関係に着目し、合成対象である前記複数ダイの画像の内挿、又は外挿法により生成されることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項７】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、前記複数のダイの画像を位置合せした画像を対象とすることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項８】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得し、該取得した検出画像について、前記繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出することを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項９】
請求項８の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含まない複数のダイの画像であることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１０】
請求項８の記載において、前記加算対象は検出画像を含む１回のステージ走査により得られた複数のダイの全部、又は、一部の画像であることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１１】
請求項８の記載において、前記加算対象は繰り返しパターン、又は複数のダイのパターンを含むことを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１２】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、複数の前記検査画像の加算，平均，メディアン、又ははずれ値を除外した平均値、最大と最小の平均値などの任意の統計量演算手法で生成されることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１３】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、前記検出画像との位置関係に着目し、合成対象の複数ダイの画像の内挿、又は外挿法により合成画像を生成することを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１４】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、前記複数のダイの画像を位置合せした画像を対象とすることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得する画像検出部、該取得した検出画像について、前記繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出する欠陥判定部を備えたことを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記検出された欠陥の画像を表示する表示装置を備えたことを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含まない複数のダイの画像であることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含む複数のダイの全部又は一部の画像であることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項５】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、複数の前記検出画像の加算，平均，メディアン、又は、はずれ値を除外した平均値、最大と最小の平均値などの任意の統計量演算手法で生成されることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項６】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、前記検出画像との位置関係に着目し、合成対象である前記複数ダイの画像の内挿、又は外挿法により生成されることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項７】
請求項１の記載において、前記合成された参照画像は、前記複数のダイの画像を位置合せした画像を対象とすることを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項８】
繰り返しパターンを有する複数のダイで構成された回路パターンの画像を取得し、該取得した検出画像について、前記繰り返しパターンの領域とそれ以外の領域とに応じて加算対象を切り替えて参照画像を合成し、検出画像と比較して欠陥を検出することを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項９】
請求項８の記載において、前記加算対象は前記検出画像を含まない複数のダイの画像であることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１０】
請求項８の記載において、前記加算対象は検出画像を含む１回のステージ走査により得られた複数のダイの全部、又は、一部の画像であることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１１】
請求項８の記載において、前記加算対象は繰り返しパターン、又は複数のダイのパターンを含むことを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１２】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、複数の前記検査画像の加算，平均，メディアン、又ははずれ値を除外した平均値、最大と最小の平均値などの任意の統計量演算手法で生成されることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１３】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、前記検出画像との位置関係に着目し、合成対象の複数ダイの画像の内挿、又は外挿法により合成画像を生成することを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１４】
請求項８の記載において、前記合成された参照画像は、前記複数のダイの画像を位置合せした画像を対象とすることを特徴とする回路パターン検査方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−３２４０３（Ｐ２０１０−３２４０３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９５６０６（Ｐ２００８−１９５６０６）
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【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２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３０日（２００８．７．３０）
【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）】
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