JP3405338B2 - パターン欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents
パターン欠陥検査方法およびその装置Info
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Description
などの立体的な微細パターンの欠陥を検査するパターン
欠陥検査方法およびその装置に関する。
号公報に記載のようにパターンをセンサで検出してデジ
タル画像に変換するする手段と同一であるはずのパター
ン同士をデジタル画像上で比較する手段によってパター
ンの欠陥を検出するようになっていた。
メモリー用LSIなどの半導体ウエハのパターンや、T
FT(Thin Film Transister)のパターンや、プリント
配線板のパターンや、セラミック基板のパターンや、そ
れらを製造する工程で用いるマスクやレチクルなどのパ
ターンである。ここでは一例として半導体ウエハのパタ
ーンについて説明するが、他のパターンに対しても同じ
事が成り立つ。半導体ウエハのパターンは最終的に切り
離されて個別製品となるチップが数十個一枚のウエハに
載ってい、それらは互いに同じパターンを持っているチ
ップ内はメモリセル部分などのように一定の周期で繰り
返し性を持った部分と周辺回路などのように周期性の乏
しい部分がある。また、パターンの微細化にともなって
パターンは立体的になり、対物レンズなど検出光学系の
焦点深度を越えるようになってきた。
を図1を用いて説明する。図1(a)は検出して記憶し
ているパターン、(b)は検出したパターン、(c)は
(a)と(b)の差を示している。各チップが全く同一
のパターンを持っている、または各セルが一定の周期で
繰り返し性を持っている事に着目し、パターンを検出し
て記憶しておき、それと同一であるはずの別のチップの
パターンを次に検出して比較する。いずれのパターンに
も欠陥が存在しない場合にはパターンの差は生じない
が、いずれかのパターンに欠陥が存在する場合には欠陥
部分でパターンに差を生じるため、パターンの比較によ
り差を生ずる場所を検出することによりパターン欠陥を
検出することができる。
出する対物レンズなどの検出光学系には一定の焦点深度
があり、この焦点深度を越えるパターンは正確に検出す
る事は出来ない。対象物が立体的になった場合、従来は
正確なパターンの検出は出来ないが、比較して同じなら
正常部としているため、焦点深度外であっても正常部で
は同一パターンが検出されるため、立体形状であること
は無視して検査していた。
度外では正確なパターンが検出されず、解像度が低下し
たり、像の反転が生じたりする。この影響で、欠陥部で
あっても正常部との検出パターン差が小さく欠陥として
判定できない場合があった。このため、微細欠陥の検出
ができないか、または微細欠陥を検出できるが正常部を
欠陥と誤検出するかのいずれかであった。
的になったパターン上の真の欠陥を高速度で、しかも高
信頼度で検査できるようにしたパターン欠陥検査方法お
よびその装置を提供することにある。
的を達成するために、本来同じ形状となるべきパターン
が多数形成された基板のパターンの欠陥を検査するパタ
ーン欠陥検査方法において、基板を少なくとも1方向に
移動させながら第1の撮像手段で基板上に形成された多
数のパターンを順次撮像して画像信号を得、この順次撮
像して得たパターンの画像信号を順次記憶し、順次撮像
して得た画像信号と記憶した画像信号とを比較して欠陥
候補を抽出し、この抽出した欠陥候補の中から詳細に検
査する欠陥候補をこの欠陥候補の座標 、 寸法 、 面積などの
欠陥情報を用いて抽出し、この抽出した詳細に検査する
欠陥候補を第2の撮像手段で撮像して詳細に検査する欠
陥候補の3次元の情報を有する画像を得、この得た3次
元の情報を有する画像に基づいてパターンの欠陥を検出
するようにした。
に、本来同じ形状となるべきパターンが多数形成された
基板のパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置
を、基板を載置して少なくとも1方向に移動させるテー
ブル手段と、このテーブル手段により基板を少なくとも
1方向に移動させながら基板を撮像して基板上に形成さ
れた多数のパターンの画像信号を順次得る第1の撮像手
段と、第1の撮像手段で順次撮像して得たパターンの画
像信号を順次記憶する記憶手段と、第1の撮像手段で順
次撮像して得た画像信号と記憶手段に記憶した画像信号
とを比較して欠陥候補を抽出する欠陥候補抽出手段と、
この欠陥候補抽出手段で抽出した欠陥候補の中から詳細
に検査する欠陥候補を該欠陥候補の座標 、 寸法 、 面積など
の欠陥情報を用いて抽出する詳細検査欠陥候補抽出手段
と、この詳細検査欠陥候補抽出手段で抽出した詳細に検
査する欠陥候補の3次元の情報を有する画像を得る第2
の撮像手段と、この第2の撮像手段で得た3次元の情報
を有する画像に基づいてパターンの欠陥を検出する欠陥
検出手段とを備えて構成した。
の検出光学系には検出波長λとNAで決まる解像度Δx
と焦点深度Δzがある。より微細なパターンを検出する
には解像度Δxを小さくする必要がある。例えば中心波
長λ=500nmで0.3μmのパターンを検出するに
はNAは(数1)式より0.8以上とする必要がある。
鏡では中心波長λ=500nmとすると焦点深度Δzは
(数2)式よりΔz=0.4μmとなる。
示すように配線パターンの段差は最高1μmを越えて立
体的になり、この焦点深度を越えるパターンは正確に検
出することはできない。
正確なパターンの検出は出来ないが、比較して同じなら
正常部としているため、焦点深度外であっても正常部で
は同一パターンが検出されるため、立体形状であること
は無視して検査していた。
度外では正確なパターンが検出されず、解像度が低下し
たり、像の反転が生じたりする。この影響で、欠陥部で
あっても正常部との検出パターン差が小さく欠陥として
判定できない場合があった。また、逆に小さいパターン
差を欠陥として検出すると正常な部分に存在するわずか
なパターン差を欠陥としてしまう。このため、微細欠陥
の検出ができないか、または微細欠陥を検出できるが正
常部を欠陥と誤検出するかのいずれかであった。
手段として共焦点顕微鏡画像を元に長焦点深度画像、ま
たは立体形状画像を構成する方法、焦点深度の深いSE
M画像を用いる方法がある。しかし、いずれの方法も低
速であり、立体的なパターン全面を検査することは実質
的に不可能である。
ものである。即ち、本発明によれば、微細化にともなっ
て立体的になったパターン上の真の欠陥を高速度で、し
かも高信頼度で検査することができる。
る。
て説明する。本発明は、メモリー用LSIなどの半導体
ウエハのパターンや、TFT(Thin Film Transister)
のパターンや、プリント配線板のパターンや、セラミッ
ク基板のパターンや、それらを製造する工程で用いるマ
スクやレチクルなどの立体的な微細パターンを光学画像
として検出して欠陥を検査して欠陥候補を抽出する焦点
深度の浅い光学顕微鏡である平面パターン検査装置2
と、該平面パターン検査装置2よりの欠陥候補の座標と
寸法などの欠陥情報3を伝達する伝達手段4と、該伝達
手段4により伝達された欠陥情報を元に欠陥情報のみか
ら明らかに欠陥とわかる物を除去する選択手段5と、該
選択手段で選択された欠陥情報の座標部位の立体形状ま
たは、焦点深度の深いパターンを検出し、真の欠陥を判
定する共焦点顕微鏡または集束されたエネルギービーム
を用いた走査型顕微鏡によって構成した3次元顕微鏡で
ある詳細検査装置6とによって構成される。
像として微細欠陥は検出できるが、正常部を欠陥として
指摘する誤検出も出しておいて、微細欠陥と誤検出を合
わせて欠陥候補とし、立体的な微細パターン全面の検査
終了後、欠陥候補の欠陥情報3を伝達手段4で伝達し、
選択手段5は欠陥候補の欠陥情報より例えば欠陥寸法の
大きい物は明らかに真の欠陥であるとして除去して詳細
検査装置6に情報を送る。該3次元の顕微鏡で構成され
た詳細検査装置6は、この選択された欠陥候補の場所の
みを立体形状を検出して、立体形状を元に真の欠陥を検
出する。または、焦点深度の深い画像を検出して、この
画像を元に真の欠陥を検出する。これにより、ウエハ全
面を高速に検査して欠陥候補を抽出し、欠陥候補部分の
立体形状画像または長焦点深度画像を検出することで立
体的な欠陥を信頼性高く検査することができる。
説明する。本実施例ではLSIウエハのパターンを例に
説明するが、TFTなどのパターンにも適用できること
は言うまでもない。図4はLSIウエハ等の立体的な微
細パターンを検査する検査装置(以下の説明では検査装
置と略す)の全体構成図である。検査装置は照明光源9
と光源の光をステージ8上の立体的な微細パターンを有
する被検査対象物であるウェハ10に照明して反射光を
検出する検出光学系11と反射光を検出するセンサ12
とセンサよりの画像パターンを記憶する記憶部13とセ
ンサ12で検出した画像パターンと記憶部よりの画像パ
ターンを比較する比較部14と比較部よりの画像を元に
欠陥を抽出する欠陥抽出部15よりなる平面パターンを
検出して欠陥候補を抽出する平面パターン検査装置2、
及び平面パターン検査装置で検査した欠陥候補の座標と
寸法などの欠陥情報3を伝達する伝達手段4、及び伝達
された欠陥情報を元に欠陥情報のみから明らかに欠陥と
わかる物を除去する選択手段5、及び選択された欠陥情
報の座標部位の立体形状を検出して真の欠陥を抽出する
共焦点顕微鏡を用いた立体形状を検査する詳細検査装置
6を組み合わせる。
ターン検査装置2はステージ8を走査してウエハ10の
画像パターンを順次センサ12で検出し、記憶部13に
記憶し、検出した画像パターンと記憶している同一であ
るはずの画像パターンを比較部14で比較して差が一定
以上ある部分を欠陥抽出部15で欠陥候補16として抽
出する。
してLANよりなる伝達手段4で選択手段5に送る。選
択手段5では欠陥情報の欠陥面積Sより(数3)式の基
準で明らかに欠陥と判定できる物を除去する。
手段5で選択された欠陥情報を詳細検査装置6に送る。
検査装置では欠陥情報の座標位置のみの立体形状を検出
し、検出した立体形状を同一のパターンであるはずの立
体形状と比較し、差が有れば真の欠陥と判定する。
6を図5で説明する。詳細検査装置6は共焦点顕微鏡1
7と、試料台の高さ0.1μm以下の精度で上下の高さ
を変えることの出来るzステージ18と、該zステージ
の各高さの共焦点顕微鏡の画像を検出するTVカメラ2
0と、TVカメラ20で検出した各高さでのパターン
(2次元の画像信号)とzステージ18から出力される
各高さ(z変位)信号とを元に、立体形状を構成する立
体形状構成部21と、該立体形状構成部21で構成した
立体形状を記憶しておく記憶部22と、該記憶部22で
記憶しておいた隣接するチップの立体形状と検出した立
体形状を比較して欠陥を検出する欠陥判定部23よりな
る。
を判定するものである。zステージ18を徐々に上げな
がらパターンをTVカメラ20で検出し、立体形状構成
部21はTVカメラの各画素について一番検出光量の大
きい高さをその点の高さとすることで立体形状を構成す
る。構成した立体形状と記憶部22で記憶しておいた隣
接するチップの立体形状を欠陥判定部23で差を取り、
差が一定以上の場所を欠陥と判定する。
の原理を図6で説明する。光源24よりの光を移動する
ピンホール19を介して対象物の1点のみに照射し、そ
の点のみを同一のピンホール19を介して反射光をTV
カメラ20で検出する。対象物が焦点位置にある場合は
反射光はピンホール位置に戻るためTVカメラ20では
明るく検出できる。一方、対象物が焦点位置をはずれた
場合、反射光は反射光戻り位置に集光し、ピンホールを
ほとんど光が通過しない。
テージ18を徐々に上げて被検査対象物の高さを徐々に
変えながらピンホール19を介してTVカメラ20で検
出される複数枚の画像の内、焦点のあった場所、つまり
zステージ18から検出されるzステージの高さが被検
査対象物の高さと一致した場所では検出光量が高く、そ
れ以外の場所では低くなる。このため、最も検出光量の
高いステージ高さ(zステージ18から出力される高さ
(z変位)信号)が被検査対象物の高さ26となる。こ
の構成には以下の特徴がある。 (1)焦点深度が極めて浅く、焦点位置をはずれると急
激に検出光量が低下する。 (2)解像度が約2倍向上する。
鏡で立体形状を求めているため、真の欠陥を正確に求め
る事が出来る効果がある。
細検査装置6を平面パターン検査装置2に組み込む。こ
れにより、装置がコンパクトになると共に、座標合わせ
などの初期化が省略できる効果がある。
る。図7は横軸にステージ高さ、縦軸に検出光量を取っ
て、1点の検出光量変化を調べたグラフである。グラフ
からわかるように、検出光量の最も高いステージ高さの
近辺では検出光量がほとんど同じで高さ精度が出ない。
そこで、立体形状構成部21では最大の検出光量の1/
2以上の検出光量を持つ部分の重心位置のステージ高さ
を対象物の高さとする。これにより、TVカメラでパタ
ーンを検出するステージの高さピッチより小さい精度で
対象物の高さを検出できる効果がある。
分布などの関数で近似してピーク位置を求める方法もあ
り、同様な効果がある。
体形状の構成手段としては、光切断法、モアレが良く知
られている。これらの方式を用いて立体形状を検出す
る。
手段4としてはフロッピー(登録商標)ディスク、テー
プ等の磁気記憶媒体、プリンタ出力、等の間接的伝達手
段、または通信ケーブル等の直接伝達手段のいずれを用
いることが出来る。これらは同様な効果がある。
説明する。図8は検査装置の全体構成図である。検査装
置は平面パターンを検出して欠陥候補を抽出する平面パ
ターン検査装置2と欠陥候補の座標を基に欠陥候補位置
のみの長焦点パターンを共焦点顕微鏡により検査して真
の欠陥を判定する詳細検査装置6よりなる。
6を図9で説明する。詳細検査装置6は、共焦点顕微鏡
17と、試料台の高さ0.1μm以下の精度で上下の高
さを変えることができると共に試料台の高さ(変位)信
号を0.1μm以下の精度で出力するzステージ18
と、zステージ18の各高さにおける共焦点顕微鏡の画
像を検出するTVカメラ20と、該TVカメラ20で検
出した各高さでのパターン(2次元の画像信号)と上記
zステージ18から出力される0.1μm以下の精度で
得られるz変位信号を基に、2次元の各画素について検
出光量の最大値を示すその画素の点のz変位とすること
で焦点深度の深いパターン(3次元の画像信号)を構成
する長焦点パターン構成部27と、該長焦点パターン構
成部27で立体形状を構成する3次元形状信号を記憶し
ておく記憶部22と、該記憶部22で記憶しておいた隣
接するチップの長焦点パターン(基準の3次元形状信
号)と検出した長焦点パターン(3次元の形状信号)と
を比較して真の欠陥を検出する欠陥判定部23とにより
構成される。
欠陥を判定するものである。zステージ18を徐々に上
げながらその都度平面断面のパターンを2次元の画像信
号としてTVカメラ20で検出し、長焦点パターン構成
部27はTVカメラ20からその都度検出される多数の
2次元画像信号の各画素について検出光量の最大値を示
すその画素の点のz変位とすることで長焦点パターンを
構成する。構成した長焦点パターンと記憶部22で記憶
しておいた隣接するチップの長焦点パターンを欠陥判定
部23で差を取り、差が一定以上の場所を欠陥と判定す
る。
る。zステージ18を徐々に上げて被検査対象物の高さ
を徐々に変えながらピンホールを通してTVカメラ20
から検出される複数枚の画像の内焦点のあった場所、つ
まりzステージ18から検出されるzステージ高さが、
被検査対象物の高さと一致した場所では検出光量が高
く、それ以外の場所では低くなる。このため、最も検出
光量の高いステージ高さが被検査対象物の高さであり、
そのときの検出光量が焦点があったときの検出光量とな
る。
鏡により焦点の全て合った画像を求めているため、真の
欠陥を正確に求めることができる効果がある。
平03−63507号公報に記載されて合焦点顕微鏡を
用いることもできる。
査装置5の検出器としてSEM、走査トンネリング顕微
鏡、近接光ビーム走査顕微鏡等の集束されたエネルギー
ビームを用いた走査型顕微鏡を用いれば、焦点深度の極
めて深い画像を検出することができる。これらの検出器
から検出される画像信号を用いて詳細検査を行なうこと
ができる。
切断法、モアレ法を用いた立体形状検出装置によって構
成することもできる。
ン上の真の欠陥を高速で、しかも高信頼度で検査するこ
とができる効果を奏する。
像信号である記憶パターンを示し、(b)は検出される検
出画像信号である検出パターンを示し、(c)は不一致画
像信号であるパターン差を示す図である。
ターンを有するLSIウエハの断面図である。
である。
を示す概略構成図である。
示す構成図である。
で、(a)は被検査対象物の検出点が焦点位置にある場合
を示す図、(b)は被検査対象物の検出点が焦点位置にな
い場合を示す図である。
ら検出されるステージ高さzとTVカメラから検出され
る検出光量との関係を示す図である。
を示す概略構成図である。
示す構成図である。
段、5…選択手段 6…詳細検査装置、8…ステージ、9…照明光源、10
…ウエハ 11…検出光学系、12…センサ、13…記憶部、14
…比較部 15…欠陥抽出部、16…欠陥候補、17…共焦点顕微
鏡、18…zステージ19…ピンホール、20…TVカ
メラ、21…立体形状構成部 22…記憶部、23…欠陥判定部、24…光源、27…
長焦点パターン構成部
Claims (11)
- 【請求項1】本来同じ形状となるべきパターンが多数形
成された基板の前記パターンの欠陥を検査する方法であ
って、前記基板を少なくとも1方向に移動させながら第
1の撮像手段で前記基板上に形成された多数のパターン
を順次撮像して画像信号を得、該順次撮像して得た前記
パターンの画像信号を順次記憶し、前記順次撮像して得
た画像信号と前記記憶した画像信号とを比較して欠陥候
補を抽出し、該抽出した欠陥候補の中から詳細に検査す
る欠陥候補を該欠陥候補の座標 、 寸法 、 面積などの欠陥情
報を用いて抽出し、該抽出した詳細に検査する欠陥候補
を第2の撮像手段で撮像して該詳細に検査する欠陥候補
の3次元の情報を有する画像を得、該得た3次元の情報
を有する画像に基づいて前記パターンの欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン欠陥検査方法。 - 【請求項2】前記抽出した詳細に検査する欠陥候補の3
次元の情報を有する画像を、共焦点顕微鏡を用いて取得
することを特徴とする請求項1記載のパターン欠陥検査
方法。 - 【請求項3】前記抽出した詳細に検査する欠陥候補の3
次元の情報を有する画像を、走査型電子顕微鏡を用いて
取得することを特徴とする請求項1記載のパターン欠陥
検査方法。 - 【請求項4】本来同じ形状となるべきパターンが多数形
成された基板の前記パターンの欠陥を検査する装置であ
って、前記基板を載置して少なくとも1方向に移動させ
るテーブル手段と、該テーブル手段により前記基板を少
なくとも1方向に移動させながら前記基板を撮像して前
記基板上に形成された多数のパターンの画像信号を順次
得る第1の撮像手段と、該第1の撮像手段で順次撮像し
て得た前記パターンの画像信号を順次記憶する記憶手段
と、前記第1の撮像手段で順次撮像して得た画像信号と
前記記憶手段に記憶した前記画像信号とを比較して欠陥
候補を抽出する欠陥候補抽出手段と、該欠陥候補抽出手
段で抽出した欠陥候補の中から詳細に検査する欠陥候補
を該欠陥候補の座標 、 寸法 、 面積などの欠陥情報を用いて
抽出する詳細検査欠陥候補抽出手段と、該詳細検査欠陥
候補抽出手段で抽出した詳細に検査する欠陥候補の3次
元の情報を有する画像を得る第2の撮像手段と、該第2
の撮像手段で得た3次元の情報を有する画像に基づいて
前記パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた
ことを特徴とするパターン欠陥検査装置。 - 【請求項5】前記第2の撮像手段を、共焦点顕微鏡を用
いて構成したことを特徴とする請求項4記載のパターン
欠陥検査装置。 - 【請求項6】前記第2の撮像手段を、走査型電子顕微鏡
を用いて構成したことを特徴とする請求項4記載のパタ
ーン欠陥検査装置。 - 【請求項7】前記欠陥候補抽出手段と、前記詳細検査欠
陥候補抽出手段とを通信回線で接続する接続手段を更に
備え、前記欠陥候補抽出手段で抽出した欠陥候補の情報
を前記接続手段を介して前記詳細検査欠陥候補抽出手段
へ送信することを特徴とする請求項4記載のパターン欠
陥検査装置。 - 【請求項8】本来同じ形状となるべきパターンが多数形
成された基板の前記パターンの欠陥 を検査する方法であ
って、前記基板を検査して検出した欠陥候補の中から該
欠陥候補の座標、寸法、面積などの欠陥情報を用いて明ら
かに欠陥と判定できる物を除いて詳細に検査する欠陥候
補を抽出し、該抽出した詳細に検査する欠陥候補を撮像
して該詳細に検査する欠陥候補の3次元の情報を有する
画像を得、該得た3次元の情報を有する画像に基づいて
前記欠陥候補を詳細に検査することを特徴とするパター
ン欠陥検査方法。 - 【請求項9】前記抽出した詳細に検査する欠陥候補の3
次元の情報を有する画像を、走査型電子顕微鏡を用いて
取得することを特徴とする請求項8記載のパターン欠陥
検査方法 。 - 【請求項10】 本来同じ形状となるべきパターンが多数
形成された基板の前記パターンの欠陥を検査する装置で
あって 、 前記基板を検査して検出した欠陥候補の中から
該欠陥候補の座標 、 寸法 、 面積などの欠陥情報を用いて明
らかに欠陥と判定できる物を除いて詳細に検査する欠陥
候補を抽出する欠陥候補抽出手段と、該欠陥候補抽出手
段で抽出した詳細に検査する欠陥候補の3次元の情報を
有する画像を得る画像取得手段と、該画像取得手段で得
た3次元の情報を有する画像に基づいて前記欠陥候補を
詳細に検査する詳細検査手段とを備えたことを特徴とす
るパターン欠陥検査装置 。 - 【請求項11】前記画像取得手段を、走査型電子顕微鏡
を用いて構成したことを特徴とする請求項10記載のパ
ターン欠陥検査装置 。
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JP3186174B2 (ja) | 1992-02-26 | 2001-07-11 | 株式会社日立製作所 | パターン欠陥検査方法および装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10727025B2 (en) | 2018-07-10 | 2020-07-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | System and method of analyzing a crystal defect |
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