JP2008071988A - 半導体装置の欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体回路パターンにおける欠陥検出において、最適な差分画像フィルタを容易に設定できるようにして欠陥の検出精度を向上させること。
【解決手段】検査対象の検出画像と比較用の参照画像から得られる差分画像にフィルタ処理を行い半導体ウエハの欠陥検査方法において、フィルタ処理を行う際に、フィルタ処理前後の差分画像それぞれについて、グレイレベルに関する情報を表示してこれを参照してフィルタ処理を行う。グレイレベルに関する情報として、ファイル処理前後の差分画像に対するグレイレベルと画素数に関するヒストグラムが含まれる。欠陥検出装置としては、検出画像、参照画像、差分画像、フィルタ処理後差分画像、フィルタ処理前後の差分画像それぞれについてのヒストグラムが表示される。フィルタを設定する毎にヒストグラムは、更新表示される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関し、特に、半導体ウエハの表面を光学的に又は電子光学的に検査して欠陥を検出する欠陥検査装置及び方法に関する。

半導体装置の欠陥検査装置では、半導体回路パターンが形成された基板に光線または荷電粒子線を走査して、発生する信号を検出し、この信号を多値のデジタル画像に変換し、他の同一であるべき半導体回路パターンから形成されたデジタル画像と比較して差分画像を生成し、そのグレイレベルが所定の欠陥閾値より大きい箇所を欠陥箇所と判定する（例えば、特許文献１）。

この技術に、画像フィルタ処理を施すと欠陥画素をより判別しやすくなる。そのような半導体欠陥検査装置における画像処理の流れの一例を図１４を参照して説明する。まず、入力された検出画像301と参照画像302に対し、源画像フィルタ303による近傍処理を施す。次に、源画像フィルタ303による近傍処理を施されたフィルタ処理後検出画像304とフィルタ処理後参照画像305を比較減算して、その差分画像306を生成する。さらに、差分画像306に対し、差分画像フィルタ307による近傍処理を施す。次に、差分画像フィルタ307による近傍処理を施されたフィルタ処理後差分画像308の各画素のグレイレベルが、所定の欠陥閾値より大きい箇所を欠陥箇所と判定する。

画像フィルタの近傍処理として、例えば、図１５に示すような画像フィルタ処理を行う。画像フィルタの近傍処理は、着目画素に対して縦ｎ×横mの近傍領域のグレイレベルにフィルタ係数をかけて加算した値を、着目画素の新しいグレイレベルとする。図１５は、ｍ=ｎ=3とし、着目画素の上下左右近傍画素値の重みが1/8の場合で、着目画素の値は次式となる。

F(x, y) = B * 1/8 + D * 1/8 + F * 1/8 + H * 1/8 + E * 1/2

上記画像処理の流れにおいて、より高感度で着目欠陥を検出するためには、着目欠陥存在箇所とその他の箇所とのグレイレベルの差が、より大きいフィルタ処理後差分画像を得ることが必要である。したがって、画像フィルタのサイズ及びフィルタ係数は、フィルタ処理後差分画像において、着目欠陥存在箇所とその他の箇所とのグレイレベルの差が、より大きくなるように最適に設定したものを使用するべきである。しかし、どのように設定すれば、着目欠陥存在箇所とその他の箇所とのグレイレベルの差が、より大きいフィルタ処理後差分画像を得ることができるかは、被検査半導体回路パターン及び着目欠陥種及び検査装置の照明条件及び検査装置の信号検出条件に大きく依存する。

従来、被検査半導体回路パターン及び着目欠陥種及び検査装置の照明条件及び検査装置の信号検出条件が与えられた場合の、差分画像に対する差分画像フィルタの最適化作業は、次の手順で行われる。まず、作業者が適切と推測する差分画像フィルタを複数設定する。次に、設定した複数の差分画像フィルタの各々について、順次、擬似欠陥の検出数が所定の数より小さくなるよう欠陥閾値を調整した上で、半導体回路パターンを検査し、各検査における着目欠陥の検出数を得る。それらの検査結果、着目欠陥の検出数がより多い検査に使用した差分画像フィルタを、最適な差分画像フィルタと判定する。上述の差分画像フィルタの最適化作業において、試行使用される差分画像フィルタの候補の主なものは、バックグラウンドノイズ成分の平滑低減を目的とした、中央の値が大きく周辺の値が小さいフィルタ係数を等方配置した差分画像フィルタである。

明確に着目欠陥を検出する方法として、バックグラウンドノイズ成分の平滑低減とは異なる目的で、着目欠陥箇所の差分画像のグレイレベル空間分布に着目して、差分画像フィルタを設定する方法がある。

この方法は、同一被検査半導体装置内に複数存在する着目欠陥の差分画像のグレイレベル空間分布が互いに類似していて、かつそれら複数の着目欠陥の差分画像を上下及び左右に平行移動させると互いによく重なり合う場合は、差分画像フィルタのフィルタ係数の空間分布パターンを、着目欠陥存在箇所のグレイレベル空間分布パターンと類似させることにより、着目欠陥箇所のグレイレベルがより大きいフィルタ処理後差分画像を得うることが予想されるという考え方を基にしている。他方、差分画像フィルタに0以外の値を持つフィルタ係数要素が多い程差分画像のグレイレベルのバックグラウンド成分ばらつきが伝播して、フィルタ処理後差分画像のバックグラウンド成分ばらつきが増大してしまう。

これらの現象を考慮した上で最適な差分画像フィルタを判定するべきであるが、従来の差分画像フィルタの最適化作業においては、差分画像フィルタを変更して着目欠陥存在箇所のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルが変化しても、その変化が欠陥閾値を跨いで起こっている場合のみ着目欠陥の検出数の変化として検知することができ、欠陥閾値を跨いで起こらない微小なグレイレベルの変化は検知することができないという問題があった。

また、作業者が着目欠陥存在箇所の差分画像を観察せずに適切と推測される画像フィルタを設定するため、必ずしも着目欠陥箇所の差分画像のグレイレベル空間分布に幾何学的規則性を見出すことができず、欠陥存在箇所のグレイレベル空間分布パターンに類似した画像フィルタを設定することができないという問題があった。

特開２０００−１７１４０４号公報

したがって、本発明の目的は、差分画像フィルタを変更して、着目欠陥存在箇所のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルが、欠陥閾値を跨がない微小な程度変化した場合に、その変化を検知することができ、適切な差分画像フィルタを判定することができる半導体装置の欠陥検査装置および方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、作業者が、着目欠陥箇所の差分画像のグレイレベル空間分布に着目して、より適切な差分画像フィルタを設定することができる半導体装置の欠陥検査装置および方法を提供することにある。

本発明によれば、所定の規則で配列されるべきパターンの欠陥を検査する半導体装置の欠陥検査方法であって、検査部分の検出画像にフィルタ処理をしたフィルタ処理後検出画像と比較用の参照画像にフィルタ処理をしたフィルタ処理後参照画像との差分画像を生成するステップと、前記差分画像にフィルタ処理を施してフィルタ処理後差分画像を生成するステップとを有し、
（ａ）前記差分画像のグレイレベルに対する画素数を表す差分画像ヒストグラム及び前記フィルタ処理後差分画像のグレイレベルに対する画素数を表すフィルタ処理後差分画像ヒストグラムを参照して前記差分画像に対するフィルタ処理のフィルタ係数の設定を行うことを特徴とする半導体装置の欠陥検出方法が得られる。

望ましくは、前記差分画像に対するフィルタ係数として正負の符号付データを設定する。

望ましくは、前記差分画像に対するフィルタ係数は、前記差分画像のもっとも明るいグレイレベルを表す画素と最も暗いグレイレベルを表す画素の位置においてそれぞれ正の数字及びマイナスの数字に設定する。

また、望ましくは、前記差分画像に対するフィルタ係数は、フィルタ処理後差分画像ヒストグラムにおいて最も明るいグレイレベルが前記差分画像ヒストグラムの最も明るいグレイレベルより大きくなるように設定される。

前記フィルタ係数の設定は、前記前記フィルタ処理を施す前の差分画像に関する欠陥画素の数字情報と前記フィルタ処理後差分画像に関する欠陥画素の数字情報を参照して行う。

前記欠陥画素の数字情報は、望ましくは、
（ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
（ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
（ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
（ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
（ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
（ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
（ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
を含む。

本発明によれば、また、半導体回路パターンが形成された基板に光線または荷電粒子線を走査して発生する信号を画像化して検出画像として記憶する手段と、検出画像を他の同一の半導体回路パターンから形成された画像である参照画像と比較して得られる差分画像を記憶する手段と、 記憶された差分画像に画像フィルタによる近傍処理を施して得られるフィルタ処理後差分画像を記憶する手段とを備えた半導体装置の欠陥検査装置であって、
前記欠陥検査装置は、ＧＵＩ操作画面を含み、前記ＧＵＩ操作画面で差分画像に対する画像フィルタを設定する際に任意の被検査座標を指定すると、差分画像及びフィルタ処理後差分画像の表示とともに差分画像及びフィルタ処理後差分画像の両者について、
（ａ）グレイレベルと画素数のヒストグラムが
表示されることを特徴とする半導体装置の欠陥検査装置が得られる。

望ましくは、前記差分画像及びフィルタ処理後差分画像の両者について、前記（ａ）のグレイレベルと画素数のヒストグラムのほかに、
（ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
（ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
（ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
（ｅ）正側欠陥閾値と欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
（ｆ）負側欠陥閾値と欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
（ｇ）正側欠陥閾値と正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｈ）負側欠陥閾値と負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｉ）正側欠陥閾値と正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
（ｊ）負側欠陥閾値と負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
の情報が表示される。

前記差分画像は、前記検出画像を源画像フィルタで処理したフィルタ処理後検出画像と前記参照画像を前記源画像フィルタで処理したフィルタ処理後参照画像との差分である。

前記フィルタ処理後検出画像と前記フィルタ処理後参照画像が表示される。

前記原画像フィルタ、前記差分画像フィルタ、累積確率とオフセットの少なくとも１つを再設定することによって、前記フィルタ処理後検出画像、前記フィルタ処理後参照画像、前記差分画像、前記フィルタ処理後差分画像、前記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）及び（ｊ）の情報が更新表示される。

前記差分画像フィルタのフィルタ係数として正負の符号付データを設定できる。

また、本発明によれば、基板に形成された半導体回路パターンの検出画像と、他の同一の半導体回路パターンの画像である参照画像と比較して得られる差分画像にフィルタ処理を施して半導体回路の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、フィルタ処理前後の差分画像それぞれについてグレイレベルに関する情報が数値化されて表示されることを特徴とする欠陥検査装置が得られる。

前記グレイレベルに関する情報は、
（ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
（ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
（ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
（ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
（ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
（ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
（ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
の情報を含む。

さらに、本発明によれば、画像フィルタを任意に設定した上で、差分画像にその画像フィルタによる近傍処理を施して欠陥を検出する半導体装置の欠陥検査装置であって、
前記欠陥検査装置は、ＧＵＩ操作画面を含み、前記ＧＵＩ操作画面で差分画像に対する画像フィルタを設定する際に任意の被検査座標を指定すると、差分画像及びフィルタ処理後差分画像両者について、
（ａ）グレイレベルと画素数のヒストグラム、
（ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
（ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
（ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
（ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
（ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
（ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
（ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
の情報が表示されることを特徴とする欠陥検査装置が得られる。

前記原画像フィルタ、前記差分画像フィルタの少なくとも１つを再設定することによって、前記フィルタ処理後検出画像、前記フィルタ処理後参照画像、前記差分画像、前記フィルタ処理後差分画像、前記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）及び（ｊ）の情報が更新表示される。

本発明によれば、差分画像フィルタを変更して、着目欠陥存在箇所のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルが、欠陥閾値を跨がない微小な程度変化した場合にも、フィルタ処理前後の差分画像，フィルタ処理前後の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラムを比較参照することで、欠陥を検出するかどうかの変化を，視覚的に明確に検知することができる。

また、本発明の実施形態によれば、フィルタ処理前後の差分画像各々に対する欠陥検出指数一覧を参照することで、欠陥を検出するかどうかの変化を，定量的に検知することができる。

また、本発明の実施形態によれば、着目欠陥存在箇所の差分画像を参照した上で差分画像フィルタを設定することで、着目欠陥存在箇所の差分画像のグレイレベル空間分布に着目した、より適切な差分画像フィルタを推測して設定することができる。

また、本発明の実施形態によれば、着目欠陥存在箇所の差分画像のグレイレベルが正負混在して分布する場合にも、着目欠陥存在箇所の差分画像を参照した上で、値の大小だけでなく正負の符号をも含めて、差分画像のグレイレベル空間分布パターンと類似した空間分布パターンを持つ差分画像フィルタを設定することで、着目欠陥存在箇所のグレイレベルがより大きいフィルタ処理後差分画像を得ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、差分画像フィルタに0以外の値を持つフィルタ係数要素が多い程、差分画像のグレイレベルのバックグラウンド成分ばらつきが伝播して、フィルタ処理後差分画像のバックグラウンド成分ばらつきが増大してしまうが、フィルタ処理前後の差分画像，フィルタ処理前後の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラムを比較参照することで、バックグラウンド成分ばらつきの程度変化を，視覚的に明確に検知することができる。また、フィルタ処理前後の差分画像各々に対する欠陥検出指数一覧を参照することで、バックグラウンド成分ばらつきの程度が変化した上で、欠陥を検出するかどうかの変化を，定量的に検知することができる。

図を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図４は、本発明が適用される検査対象を示すもので、メモリセルアレイがマトリクス上に配置されたDRAMの製造プロセスにおける、ゲート配線上にSAC（ Self-Aligned Contact） ポリプラグが形成された状態を示す概略平面図である。

図４において、点線５０１で囲われた内部は活性領域を表す。活性領域が規則的に多数配列されている。点線５０１の内部で、中央の円形５０５は、ビットコンタクトホールでその内部にはポリシリコンのプラグで埋められている。また、中央の円形の両側に配置された円形５０４は、ストレージコンタクトホールで内部はプラグで埋められている。５０３はワード線で、多数平行に配置されている。また、５０２は素子分離領域である。図５は、図４のラインAに沿った概略断面図で、基板５００上、層間絶縁膜５０７のビットコンタクトホール５０５、ストレージノードコンタクトホール５０４に、それぞれ、ビットコンタクト用プラグ、ストレージノード用プラグが形成されている。

図６の（ａ）は、同じ半導体装置のポリプラグを形成するポリシリコン成長工程において、ゲート配線上の層間膜中に異常発生した空洞、いわゆるボイドの内部にポリシリコンが侵入し、隣接ポリプラグ間がショートした、いわゆるパイピング欠陥が発生した場合の、ラインA上の概略断面図である。また、図６の（ｂ）は、その場合における、図４のラインＡに垂直なラインＢに沿っての概略断面図である。

そして、図７は、このような半導体装置の隣接ポリプラグのパイピング欠陥存在箇所をSEM式欠陥検査装置で検査した検出画像である。また、図８は、検出画像と同一のパターンを有するように設計された半導体装置（例えば隣接するチップ）について、先の欠陥存在箇所と同一の領域におけるＳＥＭ画像でこれを参照画像として使用する。図９は、図７の検査画像と図８の参照画像の差分画像である。なお、参照画像は、先に検出画像として用いたものを利用することができる。

図９を参照すると、欠陥存在箇所のグレイレベルは検査条件に大きく依存するが、この例では、ショートした2つの隣接したポリプラグ中、一方のポリプラグ１００１が正常部より明るく、もう一方のポリプラグ１００２が正常部より暗いグレイレベルとなっている。

図９の１００１と１００２は、図６でショートしている２つのコンタクトホール、すなわち、ビットコンタクトホール５０５と、その右隣のストレージノードコンタクトホールに対応している。この２つのコンタクホール内に充填された導電性のポリプラグが、ショート箇所５０６を介して、電気的に接触している。明暗のレベルは、検査時のポリプラグのチャージアップ状態によって決まるが、この２つのコンタクトホールでは、周りのパターンの影響も有り、一方が明るく、もう一方が暗い表示となって検出されている。

また、この層間絶縁膜中のボイドは常にゲート配線に平行な方向のみに発生するため、パイピングに起因する明暗一対のポリプラグ１００１とポリプラグ１００２が隣接して並ぶ方向は、常にゲート配線方向に平行である。

図１０は、図９の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム図である。図１０における破線１１０１は、図９における差分画像の欠陥画像１００１に対応する部分のグレイレベルを示し、破線１１０２は、図９における差分画像の欠陥画像１００２に対応する部分のグレイレベルを示す。したがって、１１０１及び１１０２は、それぞれ、図９における正常部より明るいポリプラグ１００１及び正常部より暗いポリプラグ１００２にそれぞれ対応している。図１０のヒストグラムに示すように、欠陥画素１００１に対応するグレイレベル１１０１は正側欠陥閾値１１０３より大きいため、また欠陥画素１００２に対応するグレイレベル１１０２は負側欠陥閾値１１０４より小さいため、それぞれ欠陥画素と判定される。

次に、本発明の実施形態で使用する差分画像に対する差分画像フィルタについて説明する。図９の差分画像及び図１０の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラムを参照して、パイピング欠陥箇所の差分画像のグレイレベル空間分布に着目すると、差分画像フィルタの係数要素「１」と「−１」を、ポリプラグ１００１とポリプラグ１００２間の距離と同じ距離だけ離して、ゲート配線方向と平行に並べて配置させた、図１１に示す差分画像フィルタを設定することができる。

図９の差分画像に図１１の差分画像フィルタによる近傍処理を施すと、図１２に示すフィルタ処理後差分画像、及び図１３に示すフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラムが得られる。図１３のフィルタ処理後差分画像のヒストグラム中に、より明るいグレイレベル１４０１が得られ、これは、図１２中のパイピング欠陥箇所中央の画素１３０１に対応している。すなわち、図１２の欠陥箇所中央１３０１は、図６の５０６の部分に対応している。図９の１００１と１００２は、コンタクトホール内に充填されたポリプラグの位置に対応している。図６のショート箇所５０６は、表面が層間絶縁膜で覆われた内部でのショートのため、通常の表面からの検査（本発明のような画像のフィルタ処理を行わない場合の意味）では、位置が判明しない。図９のように異常のある２つのコンタクトホールが並んで存在するような欠陥の場合には、そのコンタクトホールの位置については、図１１のようなフィルタ処理を行わなくてもわかるので、その２つのコンタクトホールを結ぶラインに沿って、ショート箇所が存在していることは分かるが、図１１のフィルタ処理を行うことによって、コントラストが向上するので、異常個所の特定が、より容易になる。図１２の他の明暗レベルの違う場所は、フィルタ処理に伴って発生した擬似欠陥で、通常はコントラストが低くなっている。従って、コントラストの強い１３０１のような場所のみをピックアップすれば、真の欠陥のみを特定することが可能となる。

正側の欠陥閾値１４０２と欠陥画素１３０１のグレイレベル１４０１との差は、図１０のヒストグラムに示すフィルタ処理前の正側の欠陥閾値１１０３と欠陥画素１００１のグレイレベル１１０１との差、またフィルタ処理前の負側の欠陥閾値１１０４と欠陥画素１００２のグレイレベル１１０２との差よりも大きくなっており、図１１のフィルタ処理によって、パイピング欠陥が、より明確に欠陥として検出されることがわかる。閾値は、正負ともに大きな値とすることにより、擬似欠陥をピックアップしてしまう可能性を減らして、真の欠陥のみを抽出することが可能となる。従って、閾値はできるだけ大きな値を適用したいが、通常は真の欠陥と擬似欠陥のグレイレベルが混在している領域があるので、あまり大きすぎる閾値に設定してしまうと、真の欠陥で検出できないものが出てきてしまう。そこで、本発明のように、真の欠陥のグレイレベルを向上するフィルタ処理を行えば、図１３の１４０２のように、図１０で設定していた閾値よりも大きな値に設定できるので、擬似欠陥の数を減らして、真の欠陥のみピックアップできる可能性がより高くなる。

図２は本発明の実施の形態である欠陥検査装置において、着目欠陥の差分画像に対する、差分画像フィルタを最適化する作業手順を示すフローチャートであり、図１は、図２に示す最適化作業実施のために使用されるGUI操作画面を示す図である。

図１を参照すると、ＧＵＩ操作画面には、どの被検査箇所の画像を表示させるか座標を指定入力するための別画面を表示させる座標指定ボタン１０１を有する。図示はしないが、座標指定ボタン１０１をクリックすると、どの被検査箇所の画像を表示させるか座標を指定入力するための別画面が表示され、作業者はキーボードやマウスなどの入力部を用いて、座標を指定入力することができる。指定入力することによって、被検査箇所の検出画像１０４の枠内に検出画像が表示される。

また、ＧＵＩ操作画面には、どの被検査箇所の画像を表示させるか、既に終了した保存済みの検査結果欠陥マップを呼び出し表示して、欠陥マップ上の任意の欠陥を指定するための別画面を表示させる呼び出しボタン１０２を有する。図示はしないが、呼び出しボタン１０２をクリックすると、既に終了した保存済みの検査結果一覧が表示され、作業者はキーボードやマウスなどの入力部を用いて、その検査結果一覧から所望の検査結果を呼び出し、欠陥マップを表示して、さらに欠陥マップ上の任意の欠陥を指定することができる。欠陥マップ上の位置を指定入力することによって、参照画像１０５の枠内に参照画像が表示される。

さらに、ＧＵＩ操作画面には、源画像フィルタ１０８及び差分画像フィルタ１１０の設定入力部がある。作業者はキーボードやマウスなどの入力部を用いて、フィルタ係数を指定入力することができる。源画像フィルタ１０６及び差分画像フィルタ１１０のフィルタ係数には、正負の符号付きデータを指定入力することができる。

また、ＧＵＩ操作画面には、実行ボタン１０３があり、実行ボタン１０３をクリックすると、検出画像１０４及び参照画像１０５に対し、源画像フィルタ１０６の近傍処理が施され、フィルタ処理後検出画像１０７、フィルタ処理後参照画像１０８、その両者を比較減算して得られる差分画像１０９及び、差分画像のヒストグラム１１２が更新表示される。さらに、既に差分画像フィルタ１１０が設定されている場合は、差分画像１０９に対し、差分画像フィルタ１１０の近傍処理が施され、フィルタ処理後差分画像１１１及びフィルタ処理後差分画像のヒストグラム１１３が更新表示される。

さらに、ＧＵＩ操作画面には、フィルタ処理前後の差分画像各々のヒストグラム分布から欠陥閾値を自動決定するための閾値パラメータである累積確率１１４及びオフセット値１１５の入力部が備えられており、作業者はキーボードやマウスなどの入力部を用いて、累積確率１１４及びオフセット値１１５を指定入力することができる。フィルタ処理前後の差分画像各々に対する正側欠陥閾値は、フィルタ処理前後の差分画像各々のヒストグラムの上側累積確率１１４に対応するグレイレベルに、オフセット値１１５を加えた値に自動決定される。フィルタ処理前後の差分画像各々に対する負側欠陥閾値は、フィルタ処理前後の差分画像各々のヒストグラムの下側累積確率１１４に対応するグレイレベルに、オフセット値１１５を減じた値に自動決定される。

また、ＧＵＩ操作画面は、計算ボタン１１６を有しており、計算ボタン１１６をクリックすると、フィルタ処理前後の差分画像各々のヒストグラム分布から欠陥閾値計算が実行される。さらに、その結果得られた欠陥閾値をフィルタ処理前後の差分画像に適用した場合に、欠陥を明確に検出するかどうかを示すための、欠陥検出指数一覧１１７が表示される。

この欠陥検出指数一覧１１７には、フィルタ処理前後の差分画像各々に対する各種のデータが表示される。これらデータには次のものが含まれる。

（ａ）正側及び負側の欠陥閾値、
（ｂ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
（ｃ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
（ｄ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
（ｅ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
（ｆ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｇ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
（ｈ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
（ｉ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和。

なお、これら欠陥検出指数一覧のすべての項目が同時に表示されることは必ずしも必要なく、適宜選択して表示できれば良い。

次に、図１及び図２を参照して、本発明の実施例である欠陥検査装置を用いて、着目欠陥の差分画像に対する、差分画像フィルタを最適化する作業手順を説明する。

まず、作業者が座標指定ボタン１０１をクリックして、着目欠陥存在箇所の座標を入力する）。また、呼び出しボタン１０２をクリックして、検査結果一覧を表示し、その検査結果一覧から所望の検査結果を呼び出し、欠陥マップを表示して、さらに欠陥マップ上の着目欠陥存在箇所を指定してもよい。すると着目欠陥箇所の検出画像１０４及び参照画像１０５が表示される(S201)。

次に、表示された検出画像１０４及び参照画像１０５を参照した上で、作業者が適切と考える、検出画像及び参照画像に対する源画像フィルタ１０６を設定する(S202)。

次に実行ボタン１０３をクリックする。するとフィルタ処理後検出画像１０７、フィルタ処理後参照画像１０８、差分画像１０９及び、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２が表示される(S203)。

S203試行後、作業者は、表示されたフィルタ処理後検出画像１０７、フィルタ処理後参照画像１０８、差分画像１０９及び、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２を参照した上で、より適切と考える、別の源画像フィルタ１０６を再設定し、別のフィルタ処理後検出画像１０７、別のフィルタ処理後参照画像１０８、別の差分画像１０９及び、別の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２を試行表示させてもよい(S202〜S203の再試行)。

次に、表示された差分画像１０９及び、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２を参照した上で、作業者が適切と考える、差分画像に対する差分画像フィルタ１１０を設定する(S204)。

次に実行ボタン１０３をクリックする。するとフィルタ処理後差分画像１１１及び、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３が表示される(S205)。

S205試行後、作業者は、表示された差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１及び、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３を参照した上で、より適切と考える、別の差分画像フィルタ１１０を再設定し、別のフィルタ処理後差分画像１１１及び、別のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３を試行表示させてもよい(S204〜S205の再試行)。

S205試行後、作業者は、表示されたフィルタ処理後検出画像１０７、フィルタ処理後参照画像０８、差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１及び、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３を参照した上で、より適切と考える、別の源画像フィルタ１０６及び、別の差分画像フィルタ１１０を再設定し、別のフィルタ処理後検出画像１０７、別のフィルタ処理後参照画像１０８、別の差分画像１０９、別の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、別のフィルタ処理後差分画像１１１及び、別のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３を試行表示させてもよい(S202〜S205の再試行)。

次に、表示された差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１及び、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３を参照した上で、作業者が適切と考える、閾値パラメータである累積確率１１４及びオフセット値１１５を設定する(S206)。

次に、計算ボタン１１６をクリックする。するとフィルタ処理前後の差分画像各々に対する欠陥検出指数一覧１１７が表示される(S207)。

S207試行後、作業者は、表示された差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３及び、フィルタ処理前後の差分画像各々に対する欠陥検出指数一覧１１７を参照した上で、より適切と考える、別の累積確率１１４及び別のオフセット値１１５を再設定し、別の欠陥検出指数一覧１１７を試行表示させてもよい(S206〜S207の再試行)。

S207試行後、作業者は、表示された差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３及び、欠陥検出指数一覧１１７を参照した上で、より適切と考える、差分画像に対する別の差分画像フィルタ１１０、別の累積確率１１４及び別のオフセット値１１５を再設定し、別のフィルタ処理後差分画像１１１、別のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３及び、別の欠陥検出指数一覧１１７を試行表示させてもよい(S204〜S207の再試行)。

S207試行後、作業者は、表示されたフィルタ処理後検出画像１０７、フィルタ処理後参照画像１０８、差分画像１０９、差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、フィルタ処理後差分画像１１１、フィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３及び、欠陥検出指数一覧１１７を参照した上で、より適切と考える、別の源画像フィルタ１０６、別の差分画像フィルタ１１０、別の累積確率１１４及び別のオフセット値１１５を再設定し、別のフィルタ処理後検出画像１０７、別のフィルタ処理後参照画像１０８、別の差分画像１０９、別の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１２、別のフィルタ処理後差分画像１１１、別のフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム１１３3及び、別の欠陥検出指数一覧１１７を試行表示させてもよい(S202〜S207の再試行)。

図３は、本発明の実施形態を示す半導体装置の欠陥検査装置の全体ブロックである。２は検査対象、３は撮像装置、４はＧＵＩ、５は検査指示などの入力部、６は検査結果などの出力部、７は全体の制御部、８は画像処理部、そして９は、記憶部である。検査対象は先に図４で示したような半導体装置の回路パターンを有する。制御部は、入力部から検査対象に関する指示を受け、各部の制御を行うとともに、検査結果を出力部に出力する。撮像手段は検査対象の画像を捉え、その信号を画像処理部８に供給する。画像処理部８は、デジタル信号化された検査画像９を記憶部の検出画像領域に格納する。欠陥検査のために必要な参照画像も同様に、撮像手段で画像を捉えた後に、デジタル信号化されて記憶部に格納される。記憶部９は、検出画像領域のほかに、参照画像領域、差分画像領域フィルタ処理後検出画像、フィルタ処理後参照画像、フィルタ処理後差分画像領域を有している。制御部７の制御の下に画像処理部８は、検出画像及び参照画像に対して源画像フィルタ処理を行い、その結果をフィルタ処理後検出画像、フィルタ処理後参照画像を記憶部に格納する。また、検出画像と参照画像とを演算して又はフィルタ処理後検出画像とフィルタ処理後参照画像を演算して差分画像を記憶部に格納する。画像処理部８は、また、差分画像に差分画像フィルタ処理を行いフィルタ処理後差分画像を格納する。制御部は、記憶部に格納された種々の情報に基づき、差分画像及びフィルタ処理後差分画像に対するヒストグラムデータを作成し記憶部に格納する。また、制御部は、記憶部に格納されたデータから、欠陥情報に関するリストとして欠陥検出指数一覧データを作成し、記憶部に格納する。作業者が行う図２のフローにしたがって、ＧＵＩ４は入出力部を提供し、図１の操作表示画面に各種の情報が表示される。

本発明の実施の形態で使用するＧＵＩ操作画面を示す図である。 本発明の実施の形態における差分画像最適化のための作業手順を示す流れ図である。 本発明の実施の形態である欠陥検査装置のブロック図である。 本発明が適用される検査対象の一例で、メモリセルアレイがマトリクス上に配置されたDRAMの製造プロセスにおける、ゲート配線上にポリプラグが形成された状態を示す概略平面図である。 図４における線Ａに沿った概略断面図である。 図４において、パイピング欠陥が存在する場合を示し，（ａ）は、図４の線Ａに沿った概略断面図、（ｂ）は線Ｂに沿っての概略断面図である。 本発明の実施の形態における隣接ポリプラグのパイピング欠陥存在箇所をSEM式欠陥検査装置で検査した検出画像である。 検出画像と同一のパターンを有するように設計された半導体装置の参照画像である。 図７の検査画像と図８の参照画像の差分画像である。 図９の差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム図である。 本発明の実施の形態に使用する差分画像フィルタのサイズと係数要素を示す図である。 本発明の実施の形態で得られるフィルタ処理後差分画像の１例である。 本発明の実施の形態で得られるフィルタ処理後差分画像のグレイレベルと画素数のヒストグラム図である。 従来の半導体欠陥検査装置における画像処理の流れの一例を示す図である。 従来技術の源画像フィルタの近傍処理の１例を示す図である。

符号の説明

１０ 欠陥検査装置
２ 検査対象
３ 撮像手段
４ ＧＵＩ
５ 入力部
６ 出力部
７ 制御部
８ 画像処理部
９ 記憶部
５０１ 活性領域
５０２ 素子分離領域
５０３ ワード線
５０４ ストレージノードコンタクトホール
５０５ ビットコンタクトホール
５０６ パイピング欠陥
５０７ 絶縁膜
１００１ ショートした明るいポリプラグ
１００２ ショートした暗いポリプラグ
１１０１ 欠陥画素のグレイレベル
１１０２ 欠陥画素のグレイレベル
１３０１ パイピング欠陥箇所中央
１４０１ 欠陥画素のグレイレベル

Claims (19)

1. 所定の規則で配列されるべきパターンの欠陥を検査する半導体装置の欠陥検査方法であって、検査部分の検出画像にフィルタ処理をしたフィルタ処理後検出画像と比較用の参照画像にフィルタ処理をしたフィルタ処理後参照画像との差分画像を生成するステップと、前記差分画像にフィルタ処理を施してフィルタ処理後差分画像を生成するステップとを有し、
   （ａ）前記差分画像のグレイレベルに対する画素数を表す差分画像ヒストグラム及び前記フィルタ処理後差分画像のグレイレベルに対する画素数を表すフィルタ処理後差分画像ヒストグラムを参照して前記差分画像に対するフィルタ処理のフィルタ係数の設定を行うことを特徴とする半導体装置の欠陥検査方法。
2. 前記差分画像に対するフィルタ係数として正負の符号付データを設定することとを特徴とする請求項１記載の半導体装置の欠陥検査方法。
3. 前記差分画像に対するフィルタ係数は、前記差分画像のもっとも明るいグレイレベルを表す画素と最も暗いグレイレベルを表す画素の位置においてそれぞれ正の数字及びマイナスの数字に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の欠陥検査方法。
4. 前記正の数字及び負の数字は、＋１及び−１に設定することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の欠陥検査方法。
5. 前記差分画像に対するフィルタ係数は、フィルタ処理後差分画像ヒストグラムにおいて最も明るいグレイレベルが前記差分画像ヒストグラムの最も明るいグレイレベルより大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査方法。
6. 前記フィルタ係数の設定は、前記前記フィルタ処理を施す前の差分画像に関する欠陥画素の数字情報と前記フィルタ処理後差分画像に関する欠陥画素の数字情報を参照して行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査方法。
7. 前記欠陥画素の数字情報は、
   （ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
   （ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
   （ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
   （ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
   （ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
   （ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
   （ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
   （ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
   （ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
   を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査方法。
8. 半導体回路パターンが形成された基板に光線または荷電粒子線を走査して発生する信号を画像化して検出画像として記憶する手段と、 検出画像を他の同一の半導体回路パターンから形成された画像である参照画像と比較して得られる差分画像を記憶する手段と、 記憶された差分画像に画像フィルタによる近傍処理を施して得られるフィルタ処理後差分画像を記憶する手段とを備えた半導体装置の欠陥検査装置であって、
   前記欠陥検査装置は、ＧＵＩ操作画面を含み、前記ＧＵＩ操作画面で差分画像に対する画像フィルタを設定する際に任意の被検査座標を指定すると、差分画像及びフィルタ処理後差分画像の表示とともに差分画像及びフィルタ処理後差分画像の両者について、
   （ａ）グレイレベルと画素数のヒストグラムが表示されることを特徴とする半導体装置の欠陥検査装置。
9. 前記差分画像及びフィルタ処理後差分画像の両者について、前記（ａ）グレイレベルと画素数のヒストグラムのほかに、
   （ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
   （ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
   （ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
   （ｅ）正側欠陥閾値と欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
   （ｆ）負側欠陥閾値と欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
   （ｇ）正側欠陥閾値と正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
   （ｈ）負側欠陥閾値と負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
   （ｉ）正側欠陥閾値と正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
   （ｊ）負側欠陥閾値と負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
   の情報が表示されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の欠陥検査装置。
10. 前記差分画像は、前記検出画像を源画像フィルタで処理したフィルタ処理後検出画像と前記参照画像を前記源画像フィルタで処理したフィルタ処理後参照画像との差分であることを特徴とする請求項８又は９記載の半導体装置の欠陥検査装置。
11. 前記フィルタ処理後検出画像と前記フィルタ処理後参照画像が表示されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査装置。
12. 前記原画像フィルタ、前記差分画像フィルタ、累積確率とオフセットの少なくとも１つを再設定することによって、前記フィルタ処理後検出画像、前記フィルタ処理後参照画像、前記差分画像、前記フィルタ処理後差分画像、前記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）及び（ｊ）の情報が更新表示されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査装置。
13. 前記差分画像フィルタのフィルタ係数として正負の符号付データを設定できることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査装置。
14. 基板に形成された半導体回路パターンの検出画像と、他の同一の半導体回路パターンの画像である参照画像と比較して得られる差分画像にフィルタ処理を施して半導体回路の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、フィルタ処理前後の差分画像それぞれについてグレイレベルに関する情報が数値化されて表示されることを特徴とする欠陥検査装置。
15. 前記グレイレベルに関する情報は、グレイレベルと画素数のヒストグラムであることを特徴とする請求項１４記載の欠陥検査装置。
16. 前記グレイレベルに関する情報は、
    （ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
    （ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
    （ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
    （ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
    （ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
    （ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
    （ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
    （ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
    （ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
    の情報を含むことを特徴とする請求項１５記載の欠陥検査装置。
17. 前記フィルタのフィルタ係数が正負両方の符号付データである請求項１４乃至１６のいずれか１に記載の欠陥検査装置。
18. 画像フィルタを任意に設定した上で、差分画像にその画像フィルタによる近傍処理を施して欠陥を検出する半導体装置の欠陥検査装置であって、
    前記欠陥検査装置は、ＧＵＩ操作画面を含み、前記ＧＵＩ操作画面で差分画像に対する画像フィルタを設定する際に任意の被検査座標を指定すると、差分画像及びフィルタ処理後差分画像両者について、
    （ａ）グレイレベルと画素数のヒストグラム、
    （ｂ）正側及び負側の欠陥閾値、
    （ｃ）欠陥画素の正側画素数及び負側画素数、
    （ｄ）欠陥画素の正側グレイレベル最大値及び負側グレイレベル最小値、
    （ｅ）正側欠陥閾値と、欠陥画素の正側グレイレベル最大値との差の大きさ、
    （ｆ）負側欠陥閾値と、欠陥画素の負側グレイレベル最小値との差の大きさ、
    （ｇ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
    （ｈ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの平均、
    （ｉ）正側欠陥閾値と、正側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和、及び
    （ｊ）負側欠陥閾値と、負側各欠陥画素のグレイレベルとの差の大きさの総和
    の情報が表示されることを特徴とする欠陥検査装置。
19. 前記原画像フィルタ、前記差分画像フィルタの少なくとも１つを再設定することによって、前記フィルタ処理後検出画像、前記フィルタ処理後参照画像、前記差分画像、前記フィルタ処理後差分画像、前記（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ）及び（ｊ）の情報が更新表示されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の半導体装置の欠陥検査装置。