JP2010206013A

JP2010206013A - 半導体基板の検査方法および検査装置

Info

Publication number: JP2010206013A
Application number: JP2009051046A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hayashi; 宏幸林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16
Also published as: TW201036083A; US20100225905A1

Abstract

【課題】半導体基板上の配線の良否を高精度で検査することが可能な半導体基板の検査方法および検査装置を提供すること。
【解決手段】半導体基板１４に電子ビーム１３を照射し二次電子１６を検出する。信号処理装置１８は、二次電子１６の信号強度に応じて半導体基板１４の被検査面の状態を示す電位コントラスト画像を作成する。制御用計算機１９は、欠陥検査においてノイズ源となる非検査対象の配線の画像を自己生成画像で置き換え、置換処理後のコントラスト画像に基づいて検査対象の配線の欠陥を検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板の検査方法および検査装置に関し、特に、半導体基板における配線の電気的ショート・オープンの検査方法および検査装置に関するものである。

半導体装置製造途中のホール形成工程での欠陥検査において、ウェハ面内の特定の１チップに存在する配線表面の電位コントラスト画像を取得し、隣接するセル間または隣接するダイ間で同一配線表面の電位コントラスト画像を比較することで、配線の欠陥を検出する欠陥検査方法が用いられている（例えば、非特許文献１を参照）。

一般に、このような欠陥検査方式は、画像比較がセル間で行われるかまたはダイ間で行われるかに応じて、セル・トゥ・セル画像比較検査方式またはダイ・トゥ・ダイ画像比較検査方式と呼ばれている。例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社の製品に代表される電子ビームを用いた欠陥検査装置もこの方式を用いている（電子ビームを用いた半導体デバイスの検査装置に関しては、例えば特許文献１を参照）。なお、セル・トゥ・セル画像比較検査方式は、メモリデバイスのように繰り返し配線が存在するダイを検査する場合に用いられ、ダイ・トゥ・ダイ画像比較検査方式は、ロジックデバイスのように繰り返し配線が存在しないダイを検査する場合に用いられている。

ところで、半導体基板の表面へ電子ビームを照射し、配線表面の電位コントラスト画像を作成し、その差画像から配線下層に存在する致命欠陥（断線（オープン）および配線短絡（ショート）)を検出する検査方法においては、デバイスに多様な配線があったときに、配線ごとにコントラストにばらつきが生じ、その結果、検査精度の低下を招くおそれがあった。

特開２００２−８３８４９号公報

日本学術振興会第１３２委員会第２４回ＬＳＩテスティングシンポジウム／２００４"電位コントラスト欠陥検出によるラインモニタリング手法Ｐ７７−８３"，Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥＶｏｌ．５７５２（２００４）ｐｐ．９９７−１００８／Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ３００ｍｍＵＬＳＩｈｐ９０ｌｏｇｉｃｃｏｎｔａｃｔｌａｙｅｒ"

本発明は、半導体基板上の配線の良否を高精度で検査することが可能な半導体基板の検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、半導体基板に形成された配線に検査用ビームを走査しながら照射する工程と、前記検査用ビームの照射に起因して前記半導体基板から放出された二次ビームを検出する工程と、前記二次ビームの信号強度に応じた階調レベルにより、前記半導体基板の被検査面の状態を示すコントラスト画像を生成する工程と、前記コントラスト画像における階調レベルの変化に基づき、検査対象の配線および非検査対象の配線を特定して、前記非検査対象の配線の位置および寸法、ならびに配線非形成領域に応じた階調レベルを取得する工程と、前記非検査対象の配線の位置および寸法に基づき、前記コントラスト画像における前記非検査対象の配線の画像を、前記配線非形成領域に応じて決定された階調レベルからなる画像で置換する工程と、置換処理後のコントラスト画像に基づいて前記検査対象の配線の欠陥を検査する工程と、を含むことを特徴とする半導体基板の検査方法が提供される。

また、本願発明の別の一態様によれば、半導体基板に形成された配線に検査用ビームを走査しながら照射する照射部と、前記検査用ビームの照射に起因して前記半導体基板から放出された二次ビームを検出する二次ビーム検出部と、前記二次ビームの信号強度に応じた階調レベルにより、前記半導体基板の被検査面の状態を示すコントラスト画像を生成する信号処理部と、前記コントラスト画像における階調レベルの変化に基づき、検査対象の配線および非検査対象の配線を特定して、前記非検査対象の配線の位置および寸法、ならびに配線非形成領域に応じた階調レベルを取得し、前記非検査対象の配線の位置および寸法に基づき、前記コントラスト画像における前記非検査対象の配線の画像を、前記配線非形成領域に応じて決定された階調レベルからなる画像で置換し、置換処理後のコントラスト画像に基づいて前記検査対象の配線の欠陥を検査する制御処理部と、を備えることを特徴とする半導体基板の検査装置が提供される。

本発明によれば、欠陥検査においてノイズ源となる非検査対象の配線が存在する場合でも検査対象の配線に欠陥が存在するか否かを高精度で検査することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる半導体基板の検査装置の構成を示すブロック図である。図２は、検査対象となる半導体基板の一例を示す平面図である。図３は、電位コントラスト画像から取得した階調レベルの波形の一例を示す図である。図４は、トレンチ配線の画像が自己生成画像により置き換えられた電位コントラスト画像を示す図である。図５は、第１の実施の形態の基板検査方法で用いられる二次元ヒストグラムの一例を示す図である。図６は、良品画像（ａ）と不良品画像（ｂ）とを対比させた場合のコントラストの差を示す図である。図７は、第１の実施の形態における画像比較方式を説明するための図である。図８は、第１の実施の形態における欠陥検査のフローチャートである。図９は、検査対象となる半導体基板の別の一例を示す平面図である。図１０は、コントラスト画像から取得した階調レベルの波形の一例を示す図である。図１１は、セル部端配線の画像が自己生成画像により置き換えられたコントラスト画像（光学顕微鏡像）を示す図である。図１２は、第２の実施の形態における欠陥検査のフローチャートである。図１３は、第２の実施の形態にかかる半導体基板の検査装置の構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる半導体基板の検査方法および検査装置を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかる半導体基板の検査装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の検査装置は、フィラメント（Filament）電極１、サプレッサ（Suppressor）電極２、引き出し（Extractor）電極３、コンデンサーレンズ４、ウィーンフィルタ（Wien filter）（上部）５、アパーチャ６、ビーム走査用偏向器７、ウィーンフィルタ（下部）８、対物レンズ９、頂部電極（Top electrode）（ＧＮＤ電位）１０、中間電極（Intermediate electrode）１１、フォーカス制御用電極１２、基板ステージ１５、二次電子検出器１７、信号処理装置１８、制御用計算機１９、表示装置２０、および直流電源２１を備えて構成されている。また、基板ステージ１５上には半導体基板１４が搭置され、基板ステージ１５には直流電源２２により負電圧が印加されている。

フィラメント電極１は、電子ビームを生成する電子源である。サプレッサ電極２、引き出し電極３、コンデンサーレンズ４、ウィーンフィルタ（上部）５、アパーチャ６、ビーム走査用偏向器７、ウィーンフィルタ（下部）８、対物レンズ９、頂部電極（ＧＮＤ電位）１０、中間電極１１、およびフォーカス制御用電極１２は電子光学系を構成し、半導体基板１４に照射する一次電子ビーム１３のビーム束の大きさ、軌道、および焦点位置等を制御する。一次電子ビーム１３は、この電子光学系により半導体基板１４の表面にて結像するよう集束される。また、集束された一次電子ビーム１３は、ビーム走査用偏向器７により半導体基板１４上で走査される。フィラメント電極１および上記電子光学系は、照射部５０を構成する。

直流電源２１は、フォーカス制御用電極１２へ直流電圧を印加して一次電子ビーム１３のフォーカスを制御する。一次電子ビーム１３の照射により、半導体基板１４の配線表面から二次ビームとしての二次電子１６が放出される。この二次電子１６は、半導体基板１４と対物レンズ９との間に形成された電界によって加速されてウィーンフィルタ８に入射し、このウィーンフィルタ８により偏向されて二次電子検出器１７に引き込まれる。

二次電子検出器１７は二次電子１６を検出し、その信号強度（検出量）に応じた信号を出力する。信号処理装置１８は、二次電子検出器１７の出力を画像信号に変換する。この画像信号は、半導体基板１４の被検査面の電位分布に応じたコントラストを有することから、電位コントラスト画像と呼ばれる。画像信号は、階調レベル（ＧｒａｙＬｅｖｅｌ(グレイレベル)）によって表される。このようなコントラストは、半導体基板１４における構成要素の構造、材質等の相違により生ずる。

信号処理装置１８の生成する画像信号は、制御処理部である制御用計算機１９に出力される。制御用計算機１８は、後述するようにこの画像信号に対して検査のノイズ源となる配線の画像を自己生成画像に置換し、この置換処理後の画像信号に基づいて検査対象の配線の良否を判定する。また、表示装置２０（例えば、ＣＲＴ）は、電位コントラスト画像などの画像とともに検査結果を表示する。

次に、信号処理装置１８、制御用計算機１９による処理の詳細、および処理後の電位コントラスト画像に基づく半導体基板１４の検査方法について説明する。

図２は、検査対象となる半導体基板１４の一例を示す平面図である。図２に示すように、半導体基板１４上では、トレンチ配線２４およびコンタクト配線２６の延伸方向に直交する方向において、トレンチ配線２４、酸化膜２５、コンタクト配線２６、酸化膜２５の順に同一のレイアウトパターンが繰り返し形成されている（なお、図２ではその一部のみを示している。）。なお、図２は、具体的には、ＮＡＮＤメモリのメモリセル領域およびその配線の一部を示しており、コンタクト配線２６はビット側のコンタクトであり、トレンチ配線２４はソース側のコンタクトである。

また、図２では、コンタクト配線２６の欠陥候補２７が示されている。コンタクト配線２６の他の箇所との比較からわかるように、欠陥候補２７内では良品であれば本来暗いコントラストであるべきところ明るいコントラストが発生している。図６は、これを拡大して示した図であり、不良品画像（ｂ）には明るいコントラストが現われているのに対して、良品画像（ａ）の対応箇所には暗いコントラストが現れている。以下では、コンタクト配線２６を検査対象とし（検査対象の配線）、トレンチ配線２４を検査対象ではない配線（非検査対象の配線）とする。また、酸化膜２５は、配線の形成されていない領域（配線非形成領域）を構成する。

半導体基板１４は基板ステージ１５上に設置され、その表面に電子ビーム（例えば、入射電圧＝１０００ｅＶ、プローブ電流＝７５ｎＡ、チャージ制御電圧＝−１０Ｖ）を照射すると、信号処理装置１８から、半導体基板１４の電位分布に依存したコントラストを有する画像である電位コントラスト画像が出力される。

制御用計算機１９は、信号処理装置１８から電位コントラスト画像を取得すると、電位コントラスト画像から例えば図２に示す直線Ｌ１に沿った階調レベル（グレイレベル）の波形を取得する。図３は、電位コントラスト画像から取得した階調レベルの波形の一例を示す図であり、具体的には直線Ｌ１に沿った波形を示す図である。図３では、直線Ｌ１に沿った配線位置座標である位置座標（ピクセル単位で表示）を横軸とし、階調レベル（グレイレベル）を縦軸としている。階調レベルはディジタル化され、例えば２５６階調で示されている。また、トレンチ配線２４の階調レベルＣ１、コンタクト配線の階調レベルＣ２、酸化膜２５の階調レベルＣ３の順に値が大きくなり、より明るいコントラストになっている。

制御用計算機１９は、図３の波形から、トレンチ配線２４の位置座標３１−１、３１−２、およびトレンチ配線２４の寸法２９を求め、電位コントラスト画像におけるトレンチ配線２４の画像領域を特定する。さらに、制御用計算機１９は、図３の波形から、酸化膜２５の階調レベルＣ３を求める。この際、例えば酸化膜２５上の平均値を求めてもよいし、あるいは特定の一点における値を求めてもよい。なお、図３におけるトレンチ配線２４の寸法２９は具体的には幅であるが、トレンチ配線２４の長さ情報が必要な場合には電位コントラスト画像から取得する。

次に、制御用計算機１９は、トレンチ配線２４の画像を置換するための自己生成画像を作成する。ここで自己生成画像は、その階調レベルを酸化膜２５の階調レベルＣ３とする画像である。本実施の形態では、電位コントラスト画像においてノイズ源となるトレンチ配線２４の画像を自己生成画像により置換し、ノイズを除去した後に欠陥検査を行う。

図４は、トレンチ配線２４の画像が自己生成画像２８に置き換えられた電位コントラスト画像を示す図である。図４では、ノイズ源となる配線（トレンチ配線２４）が自己生成画像２８に置き換えられている。なお、自己生成画像２８は、トレンチ配線２４の画像領域に幾分マージンを付加した大きさで生成されているが、トレンチ配線２４の画像領域を含みかつコンタクト配線２６の画像領域に重複しなければその大きさは任意に設定できる。

上述のように、電位コントラスト画像中の対応箇所間において良品と不良品とでは階調レベル（信号強度）に差が生ずるので、図４のようにノイズ源を除去した後に、セル・トゥ・セル画像比較またはダイ・トゥ・ダイ画像比較を実施し、階調レベルの差の値に基づいて欠陥の存在の有無を判定することができる。

図５は、本実施の形態の基板検査方法で用いられる二次元ヒストグラムの一例を示す図である。図５において、横軸は参照画像の輝度（階調）を表し、縦軸はこの参照画像と比較される比較画像の輝度（階調）を表している。一例としてセルＡ（参照画像）とセルＢ（比較画像）の画像比較を行う場合について説明すると（セル・トゥ・セル画像比較方式）、まず、セルＡ，Ｂのそれぞれについて図４のような電位コントラスト画像を作成する。そして、これらのセルに対して、図５の二次元ヒストグラムを作成する。具体的には、セルＡ内の任意の一画素の階調レベルαを横軸の値とし、この画素と対応する位置にあるセルＢ内の画素の階調レベルβを縦軸の値としてプロットし、これをセルＡ，Ｂ内のすべての画素についてプロットしたものが図５の点の集合である。

セルＡ，Ｂともに良品である場合にはαとβはほぼ同じ階調となるが、いずれか一方に不良品が含まれる場合にはαとβとの偏差が大きくなる。そこで、図５の点集合の分布に基づき、欠陥と判断する基準値（しきい値）を設定し、（α，β）をこのしきい値と比較することにより良否を判定することができる。図示例では、しきい値を例えば０階調を原点とする直線Ｔ１，Ｔ２により設定しており、直線Ｔ１，Ｔ２間に位置する点については良品（正常）、それ以外は不良品（欠陥）と判定する。例えば点Ｐ１については、α＝３０、β＝１２０であり、これは、図６（ａ）の良品画像における暗いコントラスト（階調３０）、図６（ｂ）の不良品画像における明るいコントラスト（階調１２０）にそれぞれ対応し、セルＢにおけるコンタクト配線２６に欠陥が存在することを示している。

図７は、本実施の形態における画像比較方式を説明するための図である。図７では、半導体基板１４上の隣接するセルＡ，Ｂについての画像比較の例を示している。また、セルＡは良品、セルＢは不良品であり、セルＢにおける欠陥箇所のウェハステージ座標は例えば（Ｘ，Ｙ）＝（＋１００ｍｍ，＋２００ｍｍ）である。ここで、欠陥箇所のウェハステージ座標、あるいは図７で欠陥位置座標と記載されている座標は、セルの配置位置を示す座標であり、例えばセルの中心の位置座標などである。なお、ウェハステージ座標はウェハ上に設定されたＸ−Ｙ座標であり、図示例ではＸ，Ｙはそれぞれ０〜３００ｍｍの範囲に設定されている。

本実施の形態では、セルＡ，Ｂのそれぞれについて図４のようなノイズ源の除去された電位コントラスト画像を作成し、図５のようにしてセルＡの画像とセルＢの画像とを比較することでセルＢにおける欠陥の存在を判別することができる。なお、ダイ・トゥ・ダイ画像比較方式についても同様であり、異なるダイ中の同じパターンの領域同士を比較することで欠陥検査を行う。

次に、検査方法の全体の流れについて説明する。図８は、本実施の形態における欠陥検査のフローチャートである。

まず、基板ステージ１５に検査対象となる半導体基板１４を設置する（Ｓ１）。次に、半導体基板１４の構造に対応した電子ビーム条件を設定する（Ｓ２）。半導体基板１４は、例えば図２の配線構造を備えており、この場合の電子ビーム条件としては前述のように、例えば入射電圧＝１０００ｅＶ、プローブ電流＝７５ｎＡ、チャージ制御電圧＝−１０Ｖである。検査対象領域の指定は、任意のチップにおいて同一周期の配線が一定期間続く場所を選択し、半導体基板１４上のトレンチ配線２４、酸化膜２５、およびコンタクト配線２６を含む領域を制御用計算機１９へ記憶させることで行う。

続いて、制御用計算機１９にて欠陥検査に必要な情報を含んだレシピを選択した後、ウェハアライメントを実施する。ウェハアライメント終了後、検査が開始される。まず、基板ステージ１５を動作しつつ検査対象となる半導体基板１４へ一次電子ビーム１３を走査し（Ｓ３）、半導体基板１４の配線表面の電位コントラスト画像を取得する（Ｓ４）。

次に、取得した電位コントラスト画像からトレンチ配線２４と酸化膜２５とコンタクト配線２６の波形を取得する（Ｓ５，図３）。続いて、取得した波形からトレンチ配線２４の寸法２９とトレンチ配線２４の位置座標３１−１、３１−２と酸化膜２５の信号強度（階調レベルＣ３）とを求め（Ｓ６）、さらに、これらの情報から図４の自己生成画像２８を作成する（Ｓ７）。そして、ノイズ源となるトレンチ配線２４の画像を自己生成画像２８で置き換える（Ｓ８）。このように、ノイズ源となるトレンチ配線２４の画像を自己生成画像２８で置き換えることによりノイズを除去する。

次に、例えば隣接するセル画像である参照画像と比較画像の２枚の画像の信号強度に関する二次元ヒストグラムを作成する（Ｓ９，図５）。そして、二次元ヒストグラムにおいて、欠陥を判断する基準値（しきい値）を設定することで（Ｓ１０）、コンタクト配線２６に電気的ショートまたはオープンの欠陥が存在するか否かについて判定することができる。欠陥が存在すると判断された場合には、欠陥が存在するコンタクト配線２６の位置座標を抽出する（Ｓ１１）。位置座標は、前述したように、セルのウェハステージ座標で与える。

本実施の形態によれば、欠陥検査においてノイズ源となる非検査対象の配線（例えば、トレンチ配線２４）が存在する場合でも、この非検査対象の配線の画像を自己生成画像２８で置き換え、ノイズ源を除去するようにしたので、検査対象の配線（例えば、コンタクト配線２６）に欠陥が存在するか否かを高精度に検査することができる、という効果を奏する。

また、図３のような階調レベルの波形を取得することで、階調レベルの変化からトレンチ配線２４、酸化膜２５、およびコンタクト配線２６を特定して、トレンチ配線２４の位置および寸法、ならびに酸化膜２５の階調レベルＣ３を取得することができ、自己生成画像２８の作成を簡便に行うことができる。

また、図５のように参照画像と比較画像の輝度（階調）に関する二次元ヒストグラムを作成し、欠陥と判断する基準値（しきい値）を設定することにより欠陥の有無を判定するようにしたので、容易かつ高精度に欠陥の検査を実施することができる。

また、本実施の形態は、検査対象の配線と非検査対象の配線とが規則的（周期的）に配置されている場合に好適に適用することができる。なお、画像比較はセル・トゥ・セルまたはダイ・トゥ・ダイで行うことが一般的であるが、これに限定されず、同一の配線パターンがそれぞれ形成された半導体基板１４上の一対の領域の画像に対して行うことができる。また、半導体基板１４に照射するビームとして、電子ビーム以外の荷電粒子のビームを用いることもできる。

また、本実施の形態における検査対象の配線、非検査対象の配線、および配線非形成領域は一例であって、本実施の形態は他の例に対しても同様に適用することができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では、検査用ビームとして、例えば光学系レーザーまたは光学系ランプから発せられる光ビームを用いる。すなわち、半導体基板に光ビームを走査しながら照射し、半導体基板から反射した反射光の信号強度に応じてコントラスト画像を作成し、このコントラスト画像においてノイズ源となる配線画像を自己生成画像で置き換えた後に、置換処理後のコントラスト画像を用いて検査対象の配線の欠陥を検査する。

図１３は、本実施の形態にかかる半導体基板の検査装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施の形態における照射部６０は、光ビームの発生源としての例えばレーザー光源６１、このレーザー光源６１の発するレーザー光６５を偏向させ走査させる偏向装置６２、およびレーザー光６５を半導体基板１４上に収束させる対物レンズ６３などを含んで構成される。また、光検出器６４は、半導体基板１４にからの二次ビームである反射光６６を検出して、その光強度に応じた信号を出力する。なお、図１３では、照射部６０の最小限の構成要素のみを記載し、他の構成要素については記載を省略している。また、図１３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

次に、信号処理装置１８、制御用計算機１９による処理の詳細、および処理後のコントラスト画像に基づく半導体基板１４の検査方法について説明する。

図９は、検査対象となる半導体基板１４の別の一例を示す平面図である。図９に示すように、半導体基板１４上では、セル部４５とセル部端配線３５とが交互に繰り返して形成されている。また、セル部４５には、セル内配線およびセル内酸化膜がそれぞれ所定の箇所に形成されている。なお、図９は、具体的には、ＮＡＮＤメモリのメモリセル領域およびその配線の一部を示しており、セル部端配線３５は選択ゲート形成領域を示している。

また、図９では、セル内配線の欠陥候補５０が示されている。セル部４５内の他の箇所との比較からわかるように、欠陥候補５０内では周囲に比べて暗いコントラストを有する欠陥箇所が存在する。以下では、セル内配線を検査対象（検査対象の配線）、セル部端配線３５を検査対象ではない配線（非検査対象の配線）、セル内酸化膜を配線の形成されていない領域（配線非形成領域）とする。

半導体基板１４にレーザー光６５を照射すると、入射光の一部は半導体基板１４により反射される。光検出器６４は、半導体基板の被検査面の状態（例えば、配線の膜厚、材質等）に依存した光強度を有する反射光６６を検出する。信号処理装置１８は、光検出器６４の検出信号に基づき、半導体基板１４からの反射光強度に依存したコントラストを有する画像であるコントラスト画像（光学顕微鏡像）を出力する。

制御用計算機１９は、信号処理装置１８からコントラスト画像を取得すると、このコントラスト画像から例えば図９に示す直線Ｌ４に沿った階調レベル（グレイレベル）の波形を取得する。図１０は、コントラスト画像から取得した階調レベルの波形の一例を示す図であり、具体的には直線Ｌ４に沿った波形を示す図である。図１０では、直線Ｌ４に沿った配線位置座標である位置座標（ピクセル単位で表示）を横軸とし、階調レベル（グレイレベル）を縦軸としている。階調レベルはディジタル化され、例えば２５６階調で示されている。

セル部４５におけるセル内配線およびセル内酸化膜の階調レベルはＣ４である。一方、セル部端配線３５の階調レベルはＣ５（＞Ｃ４）である。また、セル部端配線３５の延伸方向の両側にはその階調レベルＣ６がＣ４よりも低い領域がある。

制御用計算機１９は、図１０の波形から、セル部端配線３５の位置座標４３−１、４３−２、４３−３およびセル部端配線３５の寸法３９を求め、コントラスト画像におけるセル部端配線３５の画像領域を特定する。さらに、制御用計算機１９は、図１０の波形から、階調レベルＣ４を求める。ここでＣ４は、少なくともセル内酸化膜の階調レベルをもとに決定される階調レベルであり、例えばセル部４５の階調レベルの平均値（セル内酸化膜とセル内配線についての平均値）である。なお、寸法３９は具体的には幅であるが、セル部端配線３５の長さ情報が必要な場合にはコントラスト画像から取得する。また、寸法３９は、セル部端配線３５の延伸方向の両側に存在する低コントラスト領域（階調Ｃ６）まで含む。

次に、制御用計算機１９は、セル部端配線３５の画像を置換するための自己生成画像を作成する。ここで自己生成画像は、その階調レベルをセル部４５の階調レベルＣ４とする画像である。本実施の形態では、コントラスト画像においてノイズ源となるセル部端配線３５の画像を自己生成画像により置換し、ノイズを除去した後に欠陥検査を行う。

図１１は、セル部端配線３５の画像が自己生成画像３６に置き換えられたコントラスト画像（光学顕微鏡像）を示す図である。図１１では、ノイズ源となる配線（セル部端配線３５）が自己生成画像３６に置き換えられている。

コントラスト画像中の対応箇所間において良品と不良品とでは階調レベル（信号強度）に差が生ずるので、図１１のようにノイズ源を除去した後に、セル・トゥ・セル画像比較またはダイ・トゥ・ダイ画像比較を実施し、階調レベルの差の値に基づいて欠陥の存在の有無を判定することができる。なお、二次元ヒストグラムを用いた検査方法については、第１の実施の形態（図５、図７）と同様であるので説明を省略する。

次に、検査方法の全体の流れについて説明する。図１２は、本実施の形態における欠陥検査のフローチャートである。

まず、基板ステージ１５に検査対象となる半導体基板１４を設置する（Ｓ２１）。次に、半導体基板１４の構造に対応した光学条件を設定する（Ｓ２２）。検査対象領域の指定は、任意のチップにおいて同一周期の配線が一定期間続く場所を選択し、半導体基板１４上のセル部４５（セル内配線およびセル内酸化膜）とセル部端配線３５とを含む領域を制御用計算機１９へ記憶させることで行う。

続いて、制御用計算機１９にて欠陥検査に必要な情報を含んだレシピを選択した後、ウェハアライメントを実施する。ウェハアライメント終了後、検査が開始される。まず、基板ステージ１５を動作しつつ検査対象となる半導体基板１４へ光ビーム（レーザー光６５）を走査し（Ｓ２３）、半導体基板１４上の配線の膜厚、材質等に依存したコントラストを有するコントラスト画像（光学顕微鏡像）を取得する（Ｓ２４）。

次に、取得したコントラスト画像（光学顕微鏡像）からセル部端配線３５とセル内配線とセル内酸化膜の波形を取得する（Ｓ２５，図１０）。続いて、取得した波形からセル部端配線３５の寸法３９とセル部端配線３５の位置座標４３−１、４３−２，４３−３とセル内配線およびセル内酸化膜の信号強度（階調レベルＣ４）とを求め（Ｓ２６）、さらに、これらの情報から図１１の自己生成画像３６を作成する（Ｓ２７）。そして、ノイズ源となるセル部端配線３５の画像を自己生成画像３６で置き換える（Ｓ２８）。このように、ノイズ源となるセル部端配線３５の画像を自己生成画像３６で置き換えることによりノイズを除去する。

次に、例えば隣接するセル画像である参照画像と比較画像の２枚の画像の信号強度に関する二次元ヒストグラムを作成する（Ｓ２９，図５）。そして、二次元ヒストグラムにおいて、欠陥を判断する基準値（しきい値）を設定することで（Ｓ３０）、セル内配線に電気的ショートまたはオープンの欠陥が存在するか否かについて判定することができる。欠陥が存在すると判断された場合には、欠陥が存在するセル内配線の位置座標を抽出する（Ｓ３１）。

本実施の形態によれば、欠陥検査においてノイズ源となる非検査対象の配線（例えば、セル部端配線３５）が存在する場合でも、この非検査対象の配線の画像を自己生成画像３６で置き換え、ノイズ源を除去するようにしたので、検査対象の配線（例えば、セル内配線）に欠陥が存在するか否かを高精度に検査することができる、という効果を奏する。また、本実施の形態は、検査対象の配線と非検査対象の配線とが規則的に配置されている場合に好適に適用することができる。なお、本実施の形態のその他の効果は第１の実施の形態と同様である。

１フィラメント（Filament）電極、２サプレッサ（Suppressor）電極
３引き出し（Extractor）電極、４コンデンサーレンズ
５ウィーンフィルタ（Wien filter）(上部)、６アパーチャ
７ビーム走査用偏向器、８ウィーンフィルタ（Wien filter）(下部)
９対物レンズ、１０頂部電極（Top electrode）
１１中間電極（Intermediate electrode）、１２フォーカス制御用電極
１３一次電子ビーム、１４半導体基板、１５基板ステージ
１６二次電子、１７二次電子検出器、１８信号処理装置１９制御用計算機
２０表示装置、２１，２２直流電源
２４トレンチ配線、２５酸化膜、２６コンタクト配線、２７，５０欠陥候補
２８自己生成画像
２９トレンチ配線の寸法、３１−１，３１−２トレンチ配線の位置座標
３５セル部端配線、３６自己生成画像、３９セル部端配線の寸法
４３−１〜４３−３セル部端配線の位置座標、４５セル部

Claims

半導体基板に形成された配線に検査用ビームを走査しながら照射する工程と、
前記検査用ビームの照射に起因して前記半導体基板から放出された二次ビームを検出する工程と、
前記二次ビームの信号強度に応じた階調レベルにより、前記半導体基板の被検査面の状態を示すコントラスト画像を生成する工程と、
前記コントラスト画像における階調レベルの変化に基づき、検査対象の配線および非検査対象の配線を特定して、前記非検査対象の配線の位置および寸法、ならびに配線非形成領域に応じた階調レベルを取得する工程と、
前記非検査対象の配線の位置および寸法に基づき、前記コントラスト画像における前記非検査対象の配線の画像を、前記配線非形成領域に応じて決定された階調レベルからなる画像で置換する工程と、
置換処理後のコントラスト画像に基づいて前記検査対象の配線の欠陥を検査する工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の検査方法。
同一の配線パターンがそれぞれ形成された前記半導体基板上の一対の領域に対してそれぞれ前記置換処理後のコントラスト画像を取得し、一方の置換処理後のコントラスト画像における各画素の階調レベルと他方の置換処理後のコントラスト画像における各画素の階調レベルとに関する二次元ヒストグラムを作成し、このヒストグラムに良品または不良品を判別するしきい値を適用することで、前記検査対象の配線の欠陥を検査することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の検査方法。
前記コントラスト画像から前記検査対象の配線、前記非検査対象の配線、および前記配線非形成領域の各階調レベルを含む一方向に沿った階調レベルの波形を取得し、この波形から前記非検査対象の配線の位置および寸法、ならびに前記配線非形成領域に応じた階調レベルを取得することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の検査方法。
前記検査対象の配線と前記非検査対象の配線とが規則的に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板の検査方法。
半導体基板に形成された配線に検査用ビームを走査しながら照射する照射部と、
前記検査用ビームの照射に起因して前記半導体基板から放出された二次ビームを検出する二次ビーム検出部と、
前記二次ビームの信号強度に応じた階調レベルにより、前記半導体基板の被検査面の状態を示すコントラスト画像を生成する信号処理部と、
前記コントラスト画像における階調レベルの変化に基づき、検査対象の配線および非検査対象の配線を特定して、前記非検査対象の配線の位置および寸法、ならびに配線非形成領域に応じた階調レベルを取得し、
前記非検査対象の配線の位置および寸法に基づき、前記コントラスト画像における前記非検査対象の配線の画像を、前記配線非形成領域に応じて決定された階調レベルからなる画像で置換し、置換処理後のコントラスト画像に基づいて前記検査対象の配線の欠陥を検査する制御処理部と、
を備えることを特徴とする半導体基板の検査装置。