JP2007019270A - 顕微鏡を用いた欠陥観察方法および観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レビュー前に予め詳細条件を設定する手間を省くことで、検出効率を向上させる。
【解決手段】欠陥検査装置から送られてくる欠陥情報及び実際のレビュー中に得られる情報に基づき、種々の条件を自動的に決定することによって、レビュー前に予め詳細条件を設定する手間を省き自動的かつ短時間で適正な条件を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料表面に存在する微細な測定対象物の観察が可能な電子顕微鏡を用いた欠陥観察方法に関し、特に他の欠陥・異物検査装置で測定した試料上の欠陥の座標データを自身の座標系に適合するように変換して欠陥の観察を行う方法に関するものである。

電子顕微鏡は多くの研究開発分野で試料の微細な構造を観察するために用いられている。電子顕微鏡は、観察した観察対象物のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を画面上に表示する。また、この技術は半導体装置の微細構造観察にも応用されている。近年、半導体装置は微細化が進み、現在では半導体装置はパターン幅１５０ｎｍ以下で作製されている。このような半導体装置では、数十ｎｍ程度の大きさの異物・欠陥が半導体パターンを作製するウェーハ上に存在していただけで障害を発生することがある。障害の元となった異物・欠陥を詳しく調べるために、電子顕微鏡でこれらの異物・欠陥を観察する必要がある。以下、異物・欠陥のことを欠陥と総称する。

電子顕微鏡でこのような微小な欠陥を観察する場合は、予め光や電子をプローブとしてウェーハ上の欠陥の位置を特定する光学式ウェーハ外観検査装置やＳＥＭ式ウェーハ外観検査装置のような欠陥検査装置等で欠陥のウェーハ上での位置を測定し、その測定によって得られる座標データを元に欠陥を探し観察するのが普通である。例えば５０ｎｍ程度の欠陥を電子顕微鏡で観察する場合は、最低でも２万倍程度の視野領域（Field Of View：ＦＯＶ）に欠陥を拡大してＳＥＭ像画面に表示する必要がある。ところが、ＳＥＭ像画面サイズの制限により一度に観察できる範囲には限りがあるため、欠陥検査装置から得た欠陥の座標データに誤差が大きく含まれていた場合は、欠陥がＳＥＭ像画面からはみ出してしまうことがある。例えば、ＳＥＭ像表示画面の大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍの電子顕微鏡を使って２万倍の倍率で欠陥を観察する場合、一度に観察できるＳＥＭ像の範囲は７．５μｍ×７．５μｍしかなく、欠陥検査装置からの座標データに±３．２５μｍ以上の誤差が含まれていると、欠陥がＳＥＭ像表示画面から外れてしまい、欠陥を発見することができない。

特に近年、レビューＳＥＭに代表される半導体検査装置では欠陥の検査処理能力が向上し、すべてのウェーハの、すべての欠陥の検査や、それら欠陥の判別、データ処理をすべて自動で行うことが要求されている。そのため、特に欠陥の観察においては、欠陥がＳＥＭ像表示から外れてしまうと処理が中断するか、あるいは周辺に視野を移動して再検出するために処理に膨大な時間を要してしまい、膨大な数のウェーハを効率よく検査することが出来ない。

このため、他の欠陥検査装置から送られてくる欠陥の座標値を装置の座標系の違いや、ウェーハのオフセットずれ、回転ずれ、座標軸の寸法精度誤差などの誤差を加味し、補正する必要がある。これを補正するための方法として、特開平１１−１６７８９３号公報にあるような、各要因を補正するパラメータを取り入れた補正式をレビュー前に予め組み込んでおき、補正に使用する複数の欠陥を選択し、その欠陥の装置から送られてくる座標値と、測定されたウェーハ上の座標値を取得し、その値から補正式のパラメータを決定し、ウェーハ上のすべての欠陥に対し補正をかける方法が取り入れられている。しかし、座標値の補正に使用する欠陥の座標値を取得するために欠陥の場所に移動する際に、検出倍率などの条件が適正に設定されていないと欠陥が顕微鏡の視野から外れることや逆に小さすぎて検出できない場合がある。これらの条件の設定は、それまでの経験に基づき試行錯誤のうちに時間をかけて適正化されていた。

特開平１１−１６７８９３号公報

無人化及びレビュー高速化が求められる中、従来の技術では、適正に検出が行われないと処理が中断あるいは処理に膨大な時間を要することとなり、短時間で効率よく欠陥を検出することが出来なくなるため、レビュー前に時間をかけて欠陥検査装置により取得された欠陥情報基づき詳細条件を設定する必要があった。

これらの問題点を鑑みて、本発明では欠陥検査装置から送られてくる欠陥情報及び実際のレビュー中に得られる情報に基づき、種々の条件を自動的に決定することによって、レビュー前に予め詳細条件を設定する手間を省き自動的かつ短時間で適正な条件を決定する手段を提供する。

上記目的を達成するために本発明においては、欠陥検査装置から得られた欠陥情報に基づいて自動的に欠陥レビュー経路を決定する。これにより、レビュー前に予め欠陥レビュー順序を設定する必要が無くなる。

欠陥検査装置から得られた欠陥座標位置と実際にレビュー中に得られる欠陥座標位置の誤差を有効点数算出し、座標変換の補正項を求めることで、それ以降の位置ずれを自動的に補正する。これにより、レビュー前に数点、或いは全点欠陥を観察し、位置座標の補正を実行する必要が無くなる。

また、欠陥検査装置から得られた欠陥の大きさ情報により装置画面上のＦＯＶを決定する。これにより、欠陥レビューにおいて、予めＦＯＶを設定する必要がなく、各欠陥に応じた最適なＦＯＶで観察することが可能となる。また同様に上記情報に基づき画像サイズを決定する。これにより、すべての欠陥に対し、時間をかけて大きな画像サイズでレビューを実行することなく、各欠陥に対し最適な画像サイズで無駄な時間をかけることなくレビューすることができる。

レビュー中に上記条件により設定したＦＯＶにおいて欠陥を検出することができなかった場合、同ＦＯＶおいて同視野周辺を探索する。また、上記の場合、画像サイズ、検出器、明るさなどの画像処理パラメータを変更する機能を設けた。これらにより、設定した条件で欠陥を捕らえることができなかった場合でも再び欠陥を検出することができる。

本発明によると、検出効率が向上する上、レビュー前に予め詳細条件を設定する手間を省略できる。

本発明の電子顕微鏡は、検出効率を向上し、レビュー前に予め詳細条件を設定する手間を省略すると言う目的を、他の欠陥検査装置からの欠陥データ及びレビュー中の欠陥に関する情報を用いて欠陥の探索条件を欠陥毎に定める条件設定部を有することにより達成した。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では電子顕微鏡を例にとって説明するが、本発明は光学的撮像装置に適用することもできる。この場合、明視野光学系の画像を用いることも、暗視野光学系の画像を用いることも可能である。ま
た、これらを組み合わせて、最初の特定の数点を選択する時は、明視野または暗視野光学系の画像を用い、それ以降はＳＥＭ画像を用いることもできる。この場合、最初の座標系間の大きなオフセットを画像領域の広い光学的撮像装置の画像を用いることで、より効果的に短時間で補正することが可能となる。これらは任意に組み合わせることが可能である。

図１は、本発明による欠陥座標補正及び欠陥レビュー条件決定方法を説明するフローチャートである。まず、始めに、ステップ１０２において欠陥検査装置から得られた欠陥座標位置を読み込み、欠陥レビューにおけるレシピを設定する。ここで、レシピとはウェーハ上の欠陥をレビューする際に設定する条件であり、低／高倍率、検出モード（プローブ電流、検出器等に依存する検出方法）、オートフォーカスのモード（オートフォーカスの振り幅、速度等）、レビューする欠陥数など多様なウェーハに対応するための様々な観察方法の組み合わせである。

図２及び図３は、欠陥レビューを行う際に設定するレシピ条件の選択方法を示した表示画面を示す図である。図２は、レシピを自動設定する場合の画面を示し、図３はレビュー前にレシピを手動設定する場合の画面を示す。図２に示すように、レシピ設定方法の選択部２０２において「レビュー前自動設定＋レビュー中自動更新」を選択すると、欠陥レビューレシピ入力部２０３中のＦＯＶ設定部がグレー表示となり、入力する必要がなくなる。一方、レシピ設定方法の選択画面２０２において「レビュー前手動設定」を選択すると、図３に示すように、欠陥レビューレシピ２０３に観察倍率設定を含む各種条件を入力する。

図１に戻り、ステップ１０３において、レシピ設定によって決定された測定する欠陥を欠陥サイズの大きい順にソートする。但し、例えば１０ｍｍの欠陥などは最低倍率に設定しても視野内に収めることができず、中心をとることができないため、実質的な誤差を求めるのには不適といえる。そのため、ここで大きい順に並べなおす場合、その最大サイズをレシピ設定時に決定することができるようにする。仮に最大サイズを３μｍに設定していると、２．９μｍ，２．８μｍ，１．５μｍ，１．０μｍというように、最大サイズ以下の欠陥がサイズの大きな順にソートされ、設定サイズ以上のものは最後に位置付けされる。

次にステップ１０４においてレビューを開始するが、それぞれの欠陥点毎にレビュー適正条件を設定する。但し、ステップ１１２において補正項が決定されるまでは、倍率は一律８千倍に設定する。倍率が下がると欠陥を検出することが困難になるが、欠陥を大きい順にソートしているため、高確率で欠陥を検出することが可能となる。

次にステップ１０５において、欠陥検査装置より得られた欠陥位置座標に基づき、欠陥に移動する。次にステップ１０６において欠陥検出を行う。次にステップ１０７において、欠陥検出の成功・失敗判定を行う。検出に成功した場合、ステップ１１１に進み、欠陥検査装置から得られた欠陥座標と実際に欠陥が検出された位置の座標との誤差量を記録する。欠陥検出に失敗した場合、ステップ１０８においてＦＯＶを拡大し、再び欠陥の検出を行い、ステップ１０９にて欠陥検出の成功・失敗判定を実行する。図１では、欠陥検出に失敗した場合の対策としてＦＯＶの拡大のみを示しているが、画像サイズの拡大や周辺探索機能であるサーチアラウンドを実行することも可能である。例えば、あるＦＯＶのときの検出可能最小欠陥サイズが１０ｎｍであれば、画像サイズを２倍にしたときの検出可能最小欠陥サイズは５ｎｍとなり、より微細な欠陥を検出することが可能になる。また、サーチアラウンドを実行すれば、現在の視野から上下左右８方向をスキャンし、視野を外していた欠陥を検出することが可能となる。この際、いずれを実行するかはレシピ設定で決定することができる。ステップ１０９の判定で、さらに検出に失敗した場合、この欠陥は未検出となり、ステップ１１０で次の欠陥に移動する。

ステップ１１２では、ステップ１１１で計算した座標誤差量を用いて補正項を決定するが、例えば一点の欠陥の補正量を全欠陥点に適用しても、単なるオフセット量となり、有効な補正とはならないことは明らかである。そのため、統計的に有効な点数の補正量に基づいて補正項を決定する必要がある。ここで、補正項を決定するためにレビューすべき欠陥数をＮとするとき、Ｎ＝全点とすると、欠陥サイズ順に全欠陥レビューを行うことになり、スループットの低下につながらないため、統計的な観点から最適なＮを求めた。一般的に、推定値の最大許容誤差をｅ、要求される確率に対応するｚの値をｚ_０とすれば、Ｎを求める式は(1)となり、式(1)を解くと、式(2)が得られる。

例えば、推定値の最大許容誤差ｅを０．３μｍ、要求される確率を８０％とすると、ｚ＝１．２８となる。ここで、あるウェーハの欠陥座標誤差の標準偏差σを１．３μｍとしたとき、これを式(2)に代入すると、Ｎ＝１７．３となる。つまり、このウェーハに関しては、最低１７点の補正量を用いれば、補正項を決定することが可能となるといえる。具体的な補正方法をとしては、ステップ１１１にて誤差量を求める度に標準偏差σを再計算して式(2)に代入する。このときの計算結果が次式(3)を満たす場合には、補正項を決定するにはＮが足りないことになるため、ステップ１０４に戻り、さらなる欠陥点にて座標誤差のデータを取得する。一方、次式(4)が成立する場合には、補正項を決定する有効な点数の座標誤差量データが得られたことになる。

補正項を決定するための方法として、各要因を補正するパラメータを取り入れた補正式を予め装置に組み込んでおく。欠陥検査装置の座標系で見た異物座標（ｘ_１，ｙ_１）をレビュー装置（例えばレビューＳＥＭ）の座標系で見た異物座標（ｘ，ｙ）に変換するための座標変換式としては、例えば次式(5)を用いることができる。

上式において、（ｃ，ｄ）は座標軸間の原点オフセット、αは検査装置の座標の直交性誤差、βは座標軸間の角度誤差、ｍはＸ軸の寸法精度誤差、ｎはＹ軸の寸法精度誤差である。

欠陥検査装置の座標値とレビュー装置の座標値の誤差量が最小になるように補正項（上式(5)の場合にはパラメータｃ，ｄ，α，β，ｍ，ｎ）が決定されれば、次にステップ１１３において、残りの欠陥点を最短距離アルゴリズムに基づき再ソートする。但し、ここは、すべての点を回るほぼ最短な経路もしくは理論上の最短距離をとらなくとも、ランダムに選択した場合に比べて総移動距離が短くなるような経路を選択することもできる。

次にステップ１１４において、残りの欠陥点のレビューを行う。この際、ステップ１１２にて求めた補正項を用い、欠陥検査装置から得られた欠陥座標位置を補正し、次欠陥点に移動した後、観察ＦＯＶを欠陥サイズに応じて変更する。このとき、補正後の欠陥座標と実欠陥座標との誤差は微小であると考えられるため、より狭いＦＯＶ、つまり、より高い倍率で欠陥を観察することが可能となる。このときの設定倍率は、例えば５０ｎｍの欠陥のときは５０ｋ倍というようにレシピ上で変更可能である。但し、デフォルト設定でも実行可能であるため、実質的には人が介在することなく座標補正、倍率を設定することが可能となり、スループット、自動化率が大きく向上することになる。

次にステップ１１５の判定において、レシピで設定された欠陥数だけレビューが実施した時点で欠陥レビューを終了する。

本発明の原理を示し、欠陥レビュー装置の欠陥座標補正及び欠陥レビュー条件を自動的に決定する方法を説明するフローチャート。 欠陥レビュー条件を決定する指示メニューを表示する画面の図。 欠陥レビュー条件を決定する指示メニューを表示する画面の図。

符号の説明

２０２：レシピ設定方法の選択部
２０３：欠陥レビューレシピ入力部

Claims (10)

1. 他の検査装置で取得した試料上の欠陥座標に顕微鏡の視野を移動して欠陥を観察する方法において、
   他の検査装置で取得した座標情報とサイズ情報を含む欠陥データを読み込む工程と、
   前記欠陥データを欠陥サイズの大きな順にソートする工程と、
   前記ソート結果に従い、サイズの大きな欠陥から順に当該欠陥の欠陥座標で示される試料上の位置に視野移動する工程と、
   視野移動して観察された欠陥の座標と前記他の検査装置で取得した前記欠陥座標の誤差を求める工程と、
   蓄積した前記座標誤差を用いて、他の検査装置で取得した欠陥座標に対する座標変換のための補正項を導出する工程と、
   を有することを特徴とする欠陥観察方法。
2. 請求項１記載の欠陥観察方法において、前記座標変換のための補正項を導出するための欠陥観察数を動的に求め、求められた数の座標誤差を取得した時点で、前記座標変換式を求めることを特徴とする欠陥観察方法。
3. 請求項２記載の欠陥観察方法において、前記座標変換のための補正項を導出した後は、残りの欠陥の観察順序を欠陥のサイズ順からスループット重視の観察順序に切り替えることを特徴とする欠陥観察方法。
4. 請求項３記載の欠陥観察方法において、欠陥のサイズ情報に基づいて、視野領域、画像サイズ、欠陥を検出できなかった場合の周辺探索の有無、画像処理パラメータのうち、少なくとも１つの条件を決定することを特徴とする欠陥観察方法。
5. 試料上の欠陥座標に顕微鏡の視野を移動して欠陥の画像を表示する画面を備えた観察装置において、前記顕微鏡で画像を取得するときのレシピ条件の自動設定と手動設定の選択部を備えたことを特徴とする観察装置。
6. 請求項５記載の観察装置において、前記手動設定が選択されたときは、前記欠陥の大きさで欠陥に関する情報を並べ替えるときの最大の大きさを設定可能であることを特徴とする観察装置。
7. 請求項６記載の観察装置において、前記設定された最大の大きさを超える大きさの欠陥の情報は、前記並べ替えられた欠陥の情報の後に位置づけられることを特徴とする観察装置。
8. 請求項５記載の観察装置において、前記手動設定が選択されたときは、前記欠陥の大きさで欠陥に関する情報を並べ替え、該欠陥の位置座標と実際に検出された位置座標との誤差量を求める演算部と、該誤差量を記憶する記憶部とを備えたことを特徴とする観察装置。
9. 請求項８記載の観察装置において、前記誤差量を求めるための欠陥の数は検出された全欠陥の数よりも少ないことを特徴とする観察装置。
10. 請求項８記載の観察装置において、前記画面は前記誤差量に基づいて変換された座標に基づいて欠陥の画像を表示することを特徴とする観察装置。
    
    

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