JP4647974B2 - 欠陥レビュー装置、データ管理装置、欠陥観察システム及び欠陥レビュー方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体回路基板や液晶表示基板等の薄膜デバイスの欠陥を拡大してレビューするための欠陥レビュー装置及び方法に関する。

半導体回路装置、液晶ディスプレイ、磁気ヘッド等の薄膜デバイスは、多数の工程を経て製造され、例えば、数百工程に及ぶ場合がある。従って、これらの薄膜デバイスは、多数の加工装置によって加工されて完成する。加工装置の異常や製造条件の不備があると、最終製品の不良の発生率を上げ、歩留りを下げることになる。そのため、検査装置を使用して被処理基板の検査が実施される。検査を、加工プロセスごとに全ての被処理基板に対して実施するのは、時間と手間の制約から不可能であるため、通常はいくつかの一連の工程ごとに、ロット単位、あるいは被処理基板単位、あるいはその組み合わせによりサンプリングされた被処理基板に対して実施される。ここで、被処理基板とは製品加工を行う最小単位を意味し、半導体回路装置の場合には、半導体ウェハ１枚を指す。

被処理基板の検査には、異物の有無を調べる異物検査とパタン異常等を調べる外観検査がある。例えば、半導体ウェハの異物検査では、半導体ウェハ表面をレーザでスキャンし、散乱光の有無を検出することで、異物の位置、数の情報を得る。また、異物検査と外観検査を併せて行う欠陥検査では、例えば光学式の拡大撮像装置により半導体ウェハの回路パタンの画像を取り込み、隣接する他の同一パタン領域の画像と比較することにより、パタンの異常を検出する。異物と外観異常とを合わせ、以降、「欠陥」と表記する。外観異常には、異物の付着、汚れ、配線の短絡及び断線、等がある。

加工装置が異常であるか否かの判定は、検査装置により検出される欠陥の個数や密度を管理指標として行われることが多い。欠陥の個数が予め設定された基準値を越えると加工装置に異常が発生していると判定し、光学顕微鏡、又は走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下ＳＥＭ）などのレビュー装置によって、欠陥を拡大撮像し、大きさ、形状、テクスチャ等の詳細情報を取得し、元素分析、断面観察等の詳細検査を行う。それにより、欠陥を発生させた加工装置と不具合内容を特定する。そして、その結果に基づき、加工装置やプロセスの対策を行い、歩留りの低下を防ぐ。

このようなレビュー作業を自動化、効率化するために、近年、異物検査装置や外観検査装置からの検査データを基に、自動的に異物及び欠陥の拡大画像を取得する機能（Automatic Defect Review、以下ＡＤＲ）を有するレビュー装置が開発されている。

特許文献１には、このようなレビュー装置の例が開示されている。また、特許文献２には、取得した画像を特定のルールに従って自動分類（Automatic Defect Classification、以下ＡＤＣ）する手法が開示されている。

検査装置によって半導体ウェハの欠陥を検出し、レビュー装置によって欠陥の拡大像を撮像する場合、半導体ウェハアライメントが行われる。半導体ウェハアライメントとは、検査装置及びレビュー装置のステージ座標系と半導体ウェハ座標系の間のアライメントである。ステージ座標系とは装置のステージの移動する軸に応じて定められる、装置固有の座標系である。半導体ウェハ座標系とは、半導体ウェハ個々に定められる座標系であり、パタンが形成された半導体ウェハの場合、一般には、パタンのダイに沿って定められる。また、パタンのない半導体ウェハの場合、半導体ウェハの外形とVノッチあるいはオリエンテーションフラットとの位置関係から定められる。検査装置とレビュー装置のステージ座標系と半導体ウェハ座標系のアライメントを、半導体ウェハ上の同様の位置にてそれぞれ実施すれば、検査装置による検査とレビュー装置によるレビューにおける座標系は一致する。

しかし、実際には、検査装置から出力される欠陥座標データには、検査時の半導体ウェハアライメント誤差や欠陥検出位置の誤差が含まれている。そのため、レビュー装置において半導体ウェハアライメントを実施しても、必ずしも所望の欠陥が視野に入らない場合があった。

ADRを実行する場合には一般的に、このような誤差を考慮する。即ち、検査装置から出力される欠陥座標データに誤差が含まれている場合でも、欠陥がレビュー装置における欠陥探索用画像の観察視野に入るように、その観察視野サイズを選定する。欠陥探索用画像内にて、欠陥の位置を探索し、探索位置を画像中心として拡大撮像することで欠陥画像を取得する。

しかしながら、検査装置から出力される欠陥座標データの誤差が大きい場合、欠陥探索用画像の視野サイズを、より大きく設定する必要があるため、欠陥部分が画面内に占める面積の割合が小さくなる。そのため、欠陥部分の認識に失敗する可能性が増加し、探索の信頼性が低下する。従って、レビュー装置における、探索用画像の視野サイズは可能な限り小さいほうが望ましい。従来、レビュー装置における、探索用画像の視野サイズは、ユーザの試行錯誤により定められていた。具体的には、複数の欠陥座標位置の画像を観察し、視野サイズを変更しながら画面内に実際に欠陥が含まれる視野サイズを定めていた。

また、検査装置から出力された欠陥座標と、実際にレビュー装置にて観察される欠陥の座標をつき合わせ、欠陥座標の誤差の微修正を行う場合がある。これを以下、ファインアライメントと呼ぶこととする。ファインアライメントは、具体的には次のようにして行われる。まず、検査装置から出力された欠陥座標の位置に、レビュー装置の観察視野の中心を移動し、観察視野の領域近傍に存在する欠陥を探索し、検出された欠陥の位置を指定する。このような動作を１回あるいは複数回繰り返す。そして、指定された実際の欠陥位置座標と検査装置から出力された欠陥座標の誤差が最小となるよう座標変換を施す。このファインアライメントを効率的に行う手法が特許文献３に開示されている。

更に、特許文献４、５、６には、校正用ウエハを用いて欠陥座標の誤差を補正する方法が記載されている。

特開２０００−３０６５２号広報 特開平７−２０１９４６号公報 特開２００１−３３８６０１号公報 特開平８−２２０００５号公報 特開２０００−２１５８３９号公報 特開２０００−２２２５７５号公報 特開２００４−１６３１７４号公報

上述のように検査装置から出力された欠陥座標に誤差があると、欠陥レビュー装置における欠陥探索用の視野サイズの選定を効率的に行うことができなかった。また、ファインアライメントを効率的に実行することができなかった。そのため、ユーザの負担が大きかった。また、ユーザの判断が伴うため、作業者によって補正の信頼性が異なることがあった。

本発明の目的は、検査装置から出力された欠陥座標の誤差を補正し、欠陥レビュー装置における欠陥探索用の視野サイズ及びファインアライメント用の欠陥を容易に選定することができる方法及び装置を提供することにある。

本発明によると、欠陥が既知の校正用基板を用意し、この校正用基板の欠陥を検査装置によって検出する。校正用基板の欠陥の位置座標を絶対座標と呼び、検査装置によって検出した校正用基板の欠陥の位置座標を検査座標と呼ぶ。絶対座標に対する検査座標の偏差が検査座標に含まれる誤差である。検査座標より、補正が可能な誤差、即ち、「傾向を持つ誤差」を除去すると、検査座標には、補正が不可能な誤差、即ち、「傾向を持たない誤差」が残る。傾向を持たない誤差に基づいて、欠陥レビュー装置における欠陥探索用の視野サイズを設定する。

本発明によると更に、予め測定した校正用基板の欠陥サイズと検査装置によって検出した校正用基板の欠陥サイズの検出値の相関関係を調べ、相関関係が高い欠陥をファインアライメント用の欠陥として選定する。更に、絶対座標に対する検査座標の偏差が、校正用基板の欠陥サイズの検出値に拘らず一定であるような欠陥をファインアライメント用の欠陥として選定する。

本発明によると、検査装置から出力された欠陥座標の誤差を補正し、欠陥レビュー装置における欠陥探索用の視野サイズ及びファインアライメント用の欠陥を容易に選定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず図１を用いて、半導体ウェハの製造ラインにて設けられる装置の接続構成の一具体例について説明する。半導体ウェハの製造ラインは、データ管理サーバ１、半導体ウェハの製造装置２、検査装置３、レビュー装置４、解析装置５、及び、レビュー・解析装置６を有し、これらの装置はネットワーク７によって互いに接続されている。

データ管理サーバ１は、検査装置３、レビュー装置４、解析装置５、及び、レビュー・解析装置６によって得られたデータを管理する。

製造装置２は、露光装置、エッチング装置等の半導体ウェハの製造に用いられる各種の装置を含む。検査装置３は、半導体ウェハを検査し、欠陥の位置、欠陥サイズ等を検出する。例えば、半導体ウェハ上に光のビームスポットをスキャンさせ、その乱反射の度合いから欠陥位置を特定する。又は、検査画像を参照画像と比較し、検査画像のうち参照画像と相違する部分を欠陥と認定し、その欠陥位置を検出する。欠陥の検出方法は既知であり、ここでは詳細に説明しない。検査装置３は、欠陥位置の座標データを、データ管理サーバ１を介して、又は、直接、レビュー装置４、解析装置５、及び、レビュー・解析装置６に送る。

レビュー装置４は、検査装置３によって得られた欠陥位置に基づいて欠陥を表示し、観察する。例えば、半導体ウェハを搭載したステージを移動させ、欠陥位置の座標データに基づいてこの半導体ウェハ上の対象とする欠陥の位置決めをし、欠陥の観察を行う。

レビュー装置４は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、可視光を用いた光学顕微鏡、紫外光を用いた顕微鏡等であってよく、使用するエネルギの種類、エネルギの強さ、可視化する方式によらず、拡大して撮像できる機能を有する装置であればどのようなものであってもよい。解析装置５は、欠陥位置の座標データに基づいて、例えば、ＥＤＸやオージェ電子分光法を用いて元素分析を行う。オージェ電子分光法は、電子線を対象に照射したときに対象から放出されるオージェ電子を検出し、解析する方法であり、一般によく知られた方法である。レビュー・解析装置６は、欠陥位置の座標データに基づいて、欠陥の観察と元素分析とを行う。

なお、これらの検査、観察、分析のための各装置は、必ずしも分離している必要はなく、例えば、検査とレビュー（観察）とを同一装置内で行えるようにするなど、組み合わせるようにしてもよい。ここでは半導体ウェハの製造ラインの接続の一例を示したが、装置間でデータの装置利用が可能であればどのような接続構成であってもよい。

図２を参照して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたレビュー装置４の例を説明する。本例のレビュー装置４は撮像装置８を有する。撮像装置８は、電子源９、電子光学系１０〜１４、ＸＹステージ１５及び検出器２５を有し、これらは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を構成している。光学系１０〜１４は、コンデンサレンズ１０、１１、偏向走査用コイル１２、及び対物レンズ１３、１４を含む。レビュー装置４は、更に、記憶装置１６、モニタ１７、入力装置１８、制御部１９、画像演算部２０、A/D変換部２１、電子光学系制御部２２、ステージ制御部２３、及び、高電圧安定化電源２４を有する。制御部１９は欠陥の誤差解析を行う欠陥データ解析演算部２６を有する。

欠陥データ解析演算部２６による欠陥の誤差解析については後に説明する。欠陥データ解析演算部２６は、例えばデータ管理サーバ１の機能として有していてもよく、また、各検査装置３に含まれていてもよい。

電子源９から発射された電子ビームEBは、コンデンサレンズ１０、１１、対物レンズ１３、１４によって収束され、偏向走査用コイル１２によってスキャンされる。スキャンされた電子ビームEBは、ＸＹステージ１５に搭載された半導体ウェハWFに照射される。この照射によって半導体ウェハWFから二次電子や反射電子が放出され、それが検出器２５によって検出される。検出器２５からの出力は、A/D変換部２１で処理され、画像演算部２０によって、画像処理が行われる。画像演算部２０からの出力は、制御部１９を経て、モニタ１７に送られ、半導体ウェハWFの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像が表示される。

ユーザは入力装置１８を介して欠陥観察条件等の入力項目を入力する。入力パラメータは、制御部１９に送られる。制御部１９は、電子光学系制御部２２及び高電圧安定化電源２４に制御信号を送り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の撮像条件を設定する。検査装置３からの欠陥座標データは、図示しないネットワークを介して制御部１９に送られる。制御部１９は、検査装置３からの欠陥座標データに基づいて、ステージ制御部２３の制御を行う。ＸＹステージ１５は、ステージ制御部２３の制御によりＸ、Ｙ方向に移動される。

レビュー装置４では、検査装置３からの欠陥座標データに基づいて、欠陥が観察視野内の所定の位置、例えば、中心位置に配置されるように、欠陥探索用画像の視野サイズを設定する。しかしながら、検査装置３からの欠陥座標データには、前述したように検査装置３自身によって生じた検出誤差が含まれる。欠陥座標データに誤差が含まれると、欠陥が観察視野の中心位置よりずれて表示され、特に、誤差が大きい場合には、観察視野の範囲外となる。

ADRにおける欠陥探索用の視野サイズは、前述したように、欠陥座標データに誤差が含まれても、必ず欠陥が視野内に入るように設定される。例えば、欠陥座標データの誤差が大きいほど、欠陥が視野に入るように、探索用の観察視野のサイズを大きくする必要がある。視野サイズが大きいと、探索用画像内における欠陥の観察像の寸法は相対的に小さくなり、欠陥の探索の信頼性は低下する。一方、欠陥座標データの誤差が小さい場合は、欠陥探索用画像の観察視野のサイズを小さくすることができ、欠陥の観察像の寸法は相対的に大きくなるため、探索の信頼性は向上する。すなわち、欠陥座標データの誤差は小さいほど欠陥の探索に有利となる。

検査装置３によって生じる誤差の大きさは、検査装置３の欠陥検出方式により異なり、また、検査装置毎の機差に依存する。検査装置３によって生じる誤差は、回転・並進といった「傾向を持つ誤差」とランダムに生じる「傾向を持たない誤差」に分けることができる。「傾向を持つ誤差」は、以下に詳細に説明するように、補正が可能である。しかしながら、「傾向を持たない誤差」は補正が不可能であり、欠陥が観察視野内に配置されるように、欠陥探索用の低倍視野サイズを調整することで対処する。以下に、検査装置３によって生じる「傾向を持つ誤差」に対する対処法について説明する。

本発明によると、検査装置による誤差を解析するために、校正用の半導体ウェハを用いる。校正用半導体ウェハでは、（１）欠陥の座標、（２）欠陥寸法、及び、（３）欠陥種類、が既知である。欠陥の座標は、精度が高い、又は、誤差が既知の検査装置やレビュー装置によって検出する。このように予め得た校正用半導体ウェハの欠陥の座標を、以下「絶対座標」と記述する。欠陥寸法は、欠陥の投影面積又は最大径であるが、凸状の欠陥の場合には、欠陥の高さ、凹状の欠陥の場合には、欠陥の深さをあわせて用いてもよい。

欠陥の生成方法は、どのようなものであってもよい。例えば、エッチング等によりパタンを作りこんでもよく、又は、標準粒子等を用いてもよい。欠陥を、マスクを用いてエッチングで作り込んだ場合、欠陥の座標は、露光装置の入力値によって得られる。この場合、欠陥の位置の精度は露光装置の精度に依存する。露光装置の精度は、検査装置やレビュー装置の位置決め精度に比べて一桁以上高い。従って、露光装置によって得られた欠陥の座標は、基準の座標として用いるに十分な精度を有する。また、標準粒子を用いる場合は、このような、検査装置やレビュー装置に比べて高精度なステージを有する装置にて欠陥の座標をあらかじめ測定しておく。

図３を参照して、校正用半導体ウェハ用いて誤差を解析する手順を説明する。まず、STEP１００にて、解析対象である検査装置を用いて校正用半導体ウェハの検査を行う。ここで得られた欠陥の座標を以下「検査座標」と記述する。次に、STEP１０１にて、レビュー装置である走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（以下レビュー走査型電子顕微鏡と言う。）は、欠陥の「検査座標」を含む検査データを検査装置から読み込む。次に、STEP１０２にて、レビュー走査型電子顕微鏡にて、ＸＹステージ１５を移動させて、半導体ウェハのアライメントを行う。次に、STEP１０３にて、レビュー走査型電子顕微鏡により、「検査座標」の周辺にて、欠陥の探索を行う。これは前述のADRを実行することで行う。

次に、STEP１０４にて、探索により検出された欠陥が、あらかじめ作り込んだ欠陥であるか否かを判定する。これは、前述のADCの手法を用いてもよく、また、あらかじめ作り込んだ欠陥の外観情報を記録しておき、検出された欠陥の外観情報と比較することにより判断してもよい。STEP１０４における判定手法は、作り込み欠陥であるか否かを判定できればどのような方法であってもよい。STEP１０４によって、校正用半導体ウェハに後から付着した異物や、後から発生した欠陥、および誤検出された欠陥を解析に用いないようにフィルタリングを行うことができる。

ここで、検出された欠陥が、作り込み欠陥であると判断された場合は、STEP１０５にて、検出した欠陥の欠陥番号、および、レビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で算出した欠陥座標を記録する。レビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって得られた欠陥の座標を以下「ＳＥＭ座標」と記述する。

作り込み欠陥でないと判断された場合、あるいは欠陥が探索されなかった場合は、STEP１０５を行わず、STEP１０６に移行する。

STEP１０６にて、次のデータが存在するか否かを判定する、即ち、次の欠陥の「検査座標」が存在するか否かを判定する。次のデータが存在する場合はSTEP１０７にて次のデータを読み出し、STEP１０３からSTEP１０６までを同様に繰り返す。次のデータが存在しない場合は、STEP１０８に移行する。STEP１０８では、STEP１０５にて記録された欠陥の誤差解析を行い、その結果を記録する。誤差解析は誤差の推定及び補正を含む。欠陥の誤差解析は、欠陥データ解析演算部２６にて実行される。

次に、STEP１０９にて、ファインアライメントに好適な欠陥の条件解析を行う。STEP１０８の誤差解析とSTEP１０９のファインアライメントに好適な欠陥の条件解析は、後に、詳細に説明する。

STEP１０８の誤差解析を説明する。誤差には、「傾向を持つ誤差」と「傾向を持たない誤差」がある。先ず、検査座標に含まれる「傾向を持つ誤差」を推定し、除去する。こうして、検査座標には、「傾向を持たない誤差」が残る。「傾向を持たない誤差」は除去することができない。従って、「傾向を持たない誤差」に基づいて、欠陥探索用画像の視野サイズを決定する。

「傾向を持つ誤差」として、回転誤差、直交性誤差、伸縮誤差、及び、並進誤差を例として、その誤差の大きさの推定手法について以下に説明する。

図４を参照して、回転誤差及び直交性誤差とその推定方法を説明する。回転誤差とは、絶対座標に対して検査座標が回転方向にずれて出力される誤差を指す。Ｘ軸の値を、欠陥の絶対座標のＸ座標とし、Ｙ軸の値を、欠陥座標のＹ方向のずれ量Δｙ＝［欠陥の検査座標のＹ座標］−［欠陥の絶対座標のＹ座標］とし、二次元平面内にプロットする。検査座標が回転誤差を含まない場合は、このプロットはＸ軸と平行に分布するが、検査座標が回転誤差を含む場合は、このプロットはＸ軸と回転誤差の角度と同一の角度を持って傾いて分布することになる。そこで、プロットの分布を直線によって近似し、この直線とＸ軸との傾きを回転誤差量とする。直線の近似には、例えば最小自乗近似を用いることができる。回転誤差を補正するには、回転誤差量を相殺するよう、検査座標の回転変換を行えばよい。

直交性誤差とは、Ｘ軸の回転誤差とＹ軸の回転誤差の偏差を指す。直交性誤差を推定するには、Ｙ軸についても同様の回転誤差量の推定を行い、２つの軸に対する回転誤差の差を求める。直交性誤差を補正するには、Ｘ軸及びＹ軸の回転誤差を、それぞれ補正すればよい。尚、Ｘ軸及びＹ軸の回転誤差の平均値を回転誤差とし、この回転誤差と直交性誤差を組み合わせて補正してもよい。どの補正を行うかは、後述する「傾向を持たない誤差」の算出値を評価値として、この評価値が小さくなる手法を選択すればよい。

図５を参照して、伸縮誤差とその推定方法を説明する。伸縮誤差とは、座標のスケールのずれを指す。伸縮誤差の推定及び補正は、図４にて説明した回転誤差の補正後に行う。従って、ここで使用する検査座標データは、既に、回転誤差が除去されている。図５において、Ｘ軸の値を、検査装置原点から欠陥の絶対座標点までのベクトルのＸ成分とする。以降、このベクトルを欠陥ベクトルと呼ぶこととする。ここで、検査装置原点は、半導体ウェハの中心であったり、あるいはチップマトリクスの左下であったり、検査装置の種類により異なる場合がある。従って、検査装置原点は、検査装置の種類に依存して定めるものとする。

一方、Ｙ軸の値を、欠陥座標のＸ方向のずれ量Δｘ＝［欠陥の検査座標のＸ座標］−［欠陥の絶対座標のＸ座標］とし、二次元平面内にプロットする。伸縮誤差が含まれない場合は、このプロットはＸ軸と平行に分布することになるが、伸縮誤差が含まれる場合はＸ軸と平行とはならない。そこで、このプロット群に図４での説明と同様、直線を当てはめ、Ｘ座標の補正関数とする。

さらに、Ｙ成分についても同様に、Ｘ軸の値を、欠陥ベクトルのＹ成分、Ｙ軸の値を、欠陥座標のＹ方向のずれ量Δｙ＝［欠陥の検査座標のＹ座標］−［欠陥の絶対座標のＹ座標］とし、二次元平面内にプロットする。同様にプロットを直線によって近似し、補正関数を算出し、同様に、検査座標のＹ座標値を補正する。尚、検査装置の特性によっては、プロットが直線状にならない場合がある。そこで、プロット群を、所定の次数の関数曲線によって近似し、それを、補正関数としてもよい。そして、この補正関数に基づいて伸縮誤差を相殺するように検査座標の座標値を補正する。

次に、図６を参照して並進誤差、「傾向を持たない誤差」及びその推定方法を説明する。並進誤差とは、絶対座標に対して検査座標がＸ方向及びＹ方向にずれて出力される誤差を指す。並進誤差の推定及び補正は、図４の回転誤差及び図５の伸縮誤差の補正後に行う。従って、ここで使用する検査座標データは、既に、回転誤差及び伸縮誤差が除去されている。図６において、Ｘ軸の値を、欠陥座標のＸ方向のずれ量Δｘ＝［補正後の検査座標のＸ座標］−［絶対座標のＸ座標］、Ｙ軸の値を欠陥座標のＹ方向のずれ量Δｙ＝［補正後の検査座標のＹ座標］−［絶対座標のＹ座標］とし、二次元平面内にプロットする。

次に、このプロットのＸ軸、Ｙ軸の投影密度分布をそれぞれ計算する。そして、Δｘ、Δｙの分布を、傾向を持たないランダムなばらつきと仮定し、正規分布に従って分布をすると仮定する。それぞれの軸投影分布を正規分布曲線であると仮定し、この正規分布曲線の中心を並進誤差量とする。並進誤差を相殺するように、検査座標のＸ座標値及びＹ座標値を補正する。こうして、「傾向を持つ誤差」である回転誤差、伸縮誤差、及び、並進誤差が除去され、「傾向を持たない誤差」のみが残る。それぞれの軸投影分布は、「傾向を持たない誤差」を表す。

ここでは、正規分布曲線の標準偏差σの定数ｋ倍を、「傾向を持たない誤差」の量として定義する。例えばｋを３とした場合、「傾向を持たない誤差」の量の範囲に、統計的に９９.７％の欠陥が含まれることになる。

正規分布の代わりに平均値、最頻値等を使用してもよい。それぞれの軸投影分布の平均値をＸ方向、Ｙ方向の並進誤差とし、この投影分布から算出した標準偏差σの定数ｋ倍を「傾向を持たない誤差」の量として定義してもよい。または、それぞれの軸投影分布の最頻値をＸ方向、Ｙ方向の並進誤差とし、この投影分布から算出した標準偏差σの定数ｋ倍を「傾向を持たない誤差」の量として定義してもよい。

図４から図６に示した誤差の推定及び補正を行って得られた検査座標に未だ「傾向を持つ誤差」が含まれる場合には、更に追加の補正を行ってもよい。また、該処理を、算出される補正量が収束するまで繰り返すようにしてもよい。このようにして算出した検査座標の「傾向を持つ誤差」および「傾向を持たない誤差」は、検査装置ごとの固有のデータとして、検査装置の固有番号など検査装置を一意に特定できるデータと共に保存する。

検査座標の誤差解析が終了すると、次に、SEM座標の誤差解析を同様に実行する。同様に、SEM座標の「傾向を持つ誤差」および「傾向を持たない誤差」は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）ごとに固有のデータとして、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の固有番号など走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を一意に特定できるデータと共に保存する。こうして、検査座標及びＳＥＭ座標の誤差解析が終了すると、再度、図６にて説明した方法によって「傾向を持たない誤差」を算出する。この「傾向を持たない誤差」を、欠陥探索用画像の視野サイズとして保存する。すなわち、最終的に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に保存する欠陥探索用画像の視野サイズは、検査装置の「傾向を持たない誤差」とレビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の「傾向を持たない誤差」を組み合わせた誤差として算出される。

本例では、レビュー装置の欠陥探索用画像の視野サイズの決定方法として、検査装置の「傾向を持たない誤差」を正規分布近似したデータと、レビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の「傾向を持たない誤差」を正規分布近似したデータとを用い、そのコンボリューション演算を行って算出する。そのため、最適な欠陥探索用画像の視野サイズを決定することができる。

次に、STEP１０９のファインアライメント好適欠陥条件の解析方法について説明する。レビュー装置４では、検査装置３からの欠陥座標データに基づいて、欠陥が観察視野内の所定の位置、例えば、中心位置に配置されるように、欠陥探索用画像を設定する。しかしながら、欠陥座標データに誤差が含まれると、欠陥が観察視野の中心位置よりずれて表示される。ファインアライメントとは、レビュー装置４において、欠陥が観察視野内の所定の位置、例えば、中心位置に配置されるように、位置調整を行う作業を言う。

ファインアライメントに用いる欠陥は、誤差の小さいものを用いることが望ましい。ファインアライメント好適欠陥条件とは、ファインアライメントに使用するのに好適は欠陥の選択条件をいう。検査装置３からの欠陥座標に誤差が生ずる要因として、欠陥サイズがある。例えば、暗視野光学系の検査装置では、斜方照明の乱反射光を検出するが、欠陥サイズが大きいと、乱反射光が強くなり、検出器が飽和状態となり検出位置の算出誤差を生じる場合がある。そこで、欠陥サイズに着目した場合を例に取り、欠陥の選択条件を限定する方法について説明する。

近年の検査装置では、欠陥の座標データに加え、欠陥サイズや欠陥の種類を合わせて出力することが多い。しかし、このような欠陥サイズ情報は、例えば暗視野光学系の検査装置では乱反射成分の強度を欠陥サイズに換算したものであり、必ずしも実際とは同一ではない場合がある。そして、その欠陥サイズの信頼性は、欠陥の種類ごとに異なることが考えられる。そこで、検査装置によって出力される欠陥の種類ごとに、欠陥サイズの信頼性の評価を行う。評価は、例えば次のようにして行う。

まず、図７に示すように、校正用半導体ウェハに作り込んだ欠陥サイズを横軸、検査装置によって測定された欠陥の面積値を縦軸として、検査装置により分類された欠陥の種類ごとに二次元平面にグラフ化する。そして、欠陥の種類ごとに、縦軸の作り込んだ欠陥と横軸の欠陥の面積の測定値の間の相関係数を算出する。図示の例では、曲線７０１は、欠陥の種類Ａのグラフであり、相関係数をａとする。曲線７０２は、欠陥の種類Ｂのグラフであり、相関係数をｂとする。欠陥の種類Ａの相関係数ａは、欠陥の種類Ｂの相関係数ｂより大きいとする。即ちａ＞ｂとする。相関係数の大きい欠陥種類Ａの場合、欠陥サイズの測定値の信頼性が高く、相関係数の小さい欠陥の種類Ｂの場合、欠陥サイズの測定値の信頼性が低い、と判断することができる。

図８は、相関係数があらかじめ定めたしきい値以上の欠陥の種類のみを選択し、横軸を検査装置によって得られた欠陥面積の測定値、縦軸を絶対座標からのずれ量として、二次元平面にグラフ化したものである。ここで、絶対座標からのずれ量は、例えば、ある欠陥の検査座標と絶対座標間の距離と定義する。図示のように、欠陥サイズの測定値が、所定の値より小さい範囲では、ずれ量は一定であるが、所定の値より大きい範囲では、欠陥サイズの測定値が大きくなるほど、ずれ量が大きくなる傾向がある場合、所定の値を閾値に設定する。ずれ量が、閾値未満となる欠陥サイズの欠陥を、ファインアライメントに使用する欠陥として選択する。こうして本例では、検査装置から出力される欠陥の種類、欠陥サイズの測定値から、検出位置の誤差の小さい、ファインアライメントに好適な欠陥を選別することができる。

尚、ずれ量が増加しても、欠陥サイズの測定値に変化がない場合、欠陥サイズの測定値に拘らず、ファインアライメント用の欠陥を選択してもよい。ただし、補正すべきずれ量と欠陥サイズの測定値のオーダが近い場合には、検査装置が欠陥領域のどの部分を欠陥位置として出力したか特定することが困難となり、ファインアライメント用の欠陥の位置を正確に指定することができない。従って、欠陥サイズの測定値が補正すべきずれ量と同等のオーダとなるような欠陥は、ファインアライメント用に選択しないようがよい。

ここで、ファインアライメントを行う点の数について、あらかじめ信頼区間としてあるしきい値を設定しておき、「傾向を持たない誤差」の大きさに応じて、必要な数を統計的に算出するようにしてもよい。

図３を参照して説明した検査装置の欠陥座標の誤差解析の例では、STEP１０３にて、レビュー走査型電子顕微鏡により、検査装置によって得られた「検査座標」の周辺にて、欠陥の探索を行う。検査装置の欠陥座標の誤差解析を簡易的に行う方法として、このようなレビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による欠陥の探索を省略し、その代わり、検査装置によって得られた「検査座標」を「絶対座標」と比較する座標解析のみを行ってもよい。それにより、処理手順を低減することができる。この場合、校正用半導体ウェハに後から付着した異物、後から発生した欠陥、および誤検出された欠陥があると、誤差推定を不確実にする要因となる。そこで、図４から図６において説明した解析において、プロットの分布から外れる点を異常点として演算に含めないことにより、このような要因の影響を低減することができる。

また、図３で説明した欠陥の誤差解析を、同一の検査装置にて複数回行い、その再現性を評価してもよい。この場合、再現性の悪い誤差項目が適正に補正できるようにファインアライメントを行う欠陥の座標位置を自動的に算出し、それをユーザに提示するように構成してもよい。例えば、並進誤差以外の誤差の再現性が高い場合には、半導体ウェハ上のどの位置でファインアライメントを行っても構わないことになる。また、回転誤差の再現性が低い場合には、中央付近のみならず、半導体ウェハの周辺で少なくとも２点以上のファインアライメントを行うことが望ましい。あるいは、伸縮誤差の再現性が低い場合には、検査装置原点を中心として、同心円状に少なくとも２点以上のファインアライメントを行うことが望ましい。このように、再現性の評価結果に応じて半導体ウェハアライメント位置を自動的に変更するようにしてもよい。

また、「傾向を持つ誤差」の誤差推定量や、「傾向を持たない誤差」の誤差推定量に再現性が高い場合、半導体ウェハを交換するごとに行うファインアライメントは不要であるということになる。このように、再現性の評価結果に応じて、ファインアライメントの要否を判定し、ファインアライメントを行うか又は行わない、というシーケンスを自動的に切り替えるようにしてもよい。

図９から図１２を参照して、誤差解析結果を表示した画面の例を説明する。図９は、検査装置の欠陥座標データの誤差の推定結果を示す画面例である。解析対象としている検査装置の名称あるいはＩＤ番号と、前述した直交性、伸縮、並進誤差のうち一つ以上を視覚的にわかりやすいように二次元グラフにより表示する。また、算出された補正パラメータをあわせて表示するようにしてもよい。そして、このパラメータによる補正結果がわかるように表示するようにしてもよい。「登録」ボタンを押すことにより、これらの誤差データがデータベースに登録される。

図１０は図９の検査装置の欠陥座標データの誤差の補正結果を示す画面例である。図９のプレビューボタンを押すと、図１０の画面に移行する。図１０では、前述した各誤差を補正した結果を二次元グラフに示している。「並進」の項目が付されたグラフのプロット１００１は、全ての「傾向を持つ誤差」が除去された検査座標データを示す。このプロット１００１のばらつきは、「傾向を持たない誤差」を表し、これを除去することはできない。従って、このプロットのばらつきに基づいて、レビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の欠陥探索用の視野サイズが決定される。本画面では、視野サイズとして、推定したばらつきの標準偏差σの何倍を用いるか、ユーザが入力できる。その入力値をｋとすると、ｋに応じて、ばらつき範囲を示す半径ｋσとする円がグラフに描かれ、この円内に含まれる欠陥数の割合が表示される。ユーザはこの割合によって、入力する定数ｋを調整する。そして、この円の直径が欠陥探索用画像の視野サイズとなる。そして、「登録」ボタンを押すことにより、これらの補正データがデータベースに登録される。

図１１は登録されたデータを呼び出す画面の例である。この画面には、少なくとも、検査装置名あるいは検査装置ＩＤ番号、登録日を含む。また、それらの情報と同図の備考欄に示したような、任意の情報をリンクして表示するようにしてもよい。この画面から、「詳細」ボタンを押すことにより、図９、及び図１０に示した情報を呼び出せるようにしてもよい。また、「履歴」ボタンを押すことにより、図１２に示すように、該当する検査装置名と補正データを登録した日時、およびそれらの情報にリンクした任意の文章をあわせて表示するようにしてもよい。本画面において、「戻る」ボタンにて図１１画面に戻るようにしてもよく、リスト上のある情報を選択した後、「詳細」ボタンにて、リストにて指定した時点での、図９、及び図１０に示した情報を呼び出せるようにしてもよい。

本画面表示例は、検査装置を対象にした場合を説明したが、レビュー装置自身の補正情報を表示するようにしてもよい。

また、ここで、ファインアライメント好適欠陥の条件検討に用いた方法にて解析した結果、欠陥サイズに応じて座標のずれ量が大きくなる傾向がある場合、欠陥探索用画像の視野サイズを、該ずれ量に応じて可変にしてもよい。すなわち、検査装置の出力データにおいて、ずれ量が大きくなる条件を満たす欠陥については、解析結果に応じて欠陥探索用画像の視野を大きくし、画像の中に確実に欠陥が入るようにしてもよい。

また、レビュー走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）において校正用半導体ウェハを定期的にADRし、各種誤差の補正量を更新するようにしてもよい。また、誤差の経時的な推移を監視し、誤差が設計上の仕様よりも大きくなった場合に警告を発し、メンテナンスを促すようにしてもよい。

また、あらかじめ登録した最小検出欠陥サイズと、本手法により算出された「傾向を持たない誤差」の大きさに応じて、欠陥探索に用いる画像のサイズ、即ち、画像を構成するピクセル（画素）数を変更するようにしてもよい。画像処理的な観点では、検出できる欠陥サイズは、画像を構成する最小単位であるピクセルで表される。一方、「傾向を持たない誤差」の大きさに応じて、欠陥探索に用いる画像の視野範囲は定まる。視野範囲を、どの程度の画像サイズで画像を取得するかにより、検出できる欠陥サイズは異なる。例えば、画像処理的に、検出できる最小欠陥のピクセル数が１０ピクセルであったとする。画像サイズが小さく、登録された最小検出欠陥サイズが５ピクセルに相当する場合は、登録された欠陥を検出できないことになる。そこで、画像サイズを大きくし、登録された最小検出欠陥サイズが１０ピクセルを超えるように画像サイズ設定すれば、登録された、検出すべき最小欠陥を検出できることになる。

以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。

本発明のレビュー装置を含む半導体ウェハの製造ラインの例を示す図である。 本発明のレビュー装置の構成を示す図である。 本発明の誤差解析の処理の流れを説明する図である。 本発明の誤差解析手法における回転誤差及び直交性誤差の推定方法を説明する図である。 本発明の誤差解析手法における伸縮誤差の推定方法を説明する図である。 本発明の誤差解析手法における並進誤差、及び「傾向を持たない誤差」の推定方法を説明する図である。 校正用半導体ウェハの欠陥サイズと検査装置によって測定された欠陥の面積値の関係を説明する図である。 検査装置によって得られた欠陥面積の測定値と絶対座標からのずれ量の関係を説明する図である。 本発明において、検査装置の欠陥座標データの誤差の推定結果を示す画面の例を示す図である。 本発明において、検査装置の欠陥座標データの誤差の補正結果を示す画面の例を示す図である。 本発明において、登録されたデータを呼び出す画面の例を示す図である。 本発明の登録されたデータの履歴を示す画面の例を示す図である。

符号の説明

１…データ管理サーバ、２…半導体の製造装置、３…検査装置、４…レビュー装置、５…解析装置、６…レビュー・解析装置、７…ネットワーク、８…撮像装置、９…電子源、１０…コンデンサレンズ、１１…コンデンサレンズ、１２…偏向走査用コイル、１３…対物レンズ、１４…対物レンズ、１５…ＸＹＺステージ、１６…記憶装置、１７…モニタ、１８…入力装置、１９…制御部、２０…画像演算部、２１…A/D変換部、２２…電子光学系制御部、２３…ステージ制御部、２４…高電圧安定化電源、２５…信号検出器、２６…欠陥データ解析演算部

Claims (10)

1. 欠陥検査装置の出力結果に基づいて欠陥を探索し当該欠陥を観察する欠陥レビュー装置であって、
   前記欠陥レビュー装置は欠陥データ解析演算部を有し、
   前記欠陥データ解析演算部は、位置座標が既知である欠陥をもつ基板を前記欠陥レビュー装置で観察した結果から前記位置座標が既知である欠陥であるかを判定し、
   前記位置座標が既知である欠陥である場合に、
   前記観察によって得られた座標または前記欠陥検査装置から出力された座標と、既知の前記位置座標との差を誤差とし、
   前記誤差の分布の傾向に基づき前記傾向を補正し、
   前記傾向が補正された誤差の分布に基づいて前記探索に適した視野サイズを算出する
   ことを特徴とする欠陥レビュー装置。
2. ウエハを検査する欠陥検査装置と、前記欠陥検査装置の出力結果に基づいて欠陥を探索し当該欠陥を観察する欠陥レビュー装置とが接続されたデータ管理装置であって、
   前記データ管理装置は欠陥データ解析演算部を有し、
   前記欠陥データ解析演算部は、位置座標が既知である欠陥をもつ基板を前記欠陥レビュー装置で観察した結果から前記位置座標が既知である欠陥であるかを判定し、
   前記位置座標が既知である欠陥である場合に、
   前記観察によって得られた座標または前記欠陥検査装置から出力された座標と、既知の前記位置座標との差を誤差とし、
   前記誤差の分布の傾向に基づき前記傾向を補正し、
   前記傾向が補正された誤差の分布に基づいて前記探索に適した視野サイズを算出する
   ことを特徴とするデータ管理装置。
3. 請求項１記載の欠陥レビュー装置において、前記欠陥データ解析演算部は、前記傾向を回転誤差、伸縮誤差、及び、並進誤差の順で補正する
   ことを特徴とする欠陥レビュー装置。
4. 請求項１記載の欠陥レビュー装置において、既知のサイズの欠陥を持つ基板の欠陥サイズの検出値が前記欠陥検査装置から前記欠陥データ解析演算部に出力され、前記欠陥データ解析演算部は、前記欠陥サイズの検出値と前記既知のサイズの間の相関関係を調べ、該相関関係が所定の閾値より大きい欠陥をファインアライメントに好適な欠陥として選定する
   ことを特徴とする欠陥レビュー装置。
5. 請求項４記載の欠陥レビュー装置において、前記欠陥データ解析演算部は、前記位置座標に対する、実際に前記欠陥レビュー装置または前記欠陥検査装置で検出された座標の差が、ある閾値未満となるようなサイズの欠陥をファインアライメントに好適な欠陥として選定する
   ことを特徴とする欠陥レビュー装置。
6. 検査装置によって得られた欠陥の位置座標を入力して欠陥レビュー装置によって欠陥の
   拡大像を表示する欠陥レビュー方法において、
   前記検査装置または前記欠陥レビュー装置によって欠陥の位置座標が既知である基板を検査し、検出された座標を出力するステップと、
   前記検出された座標について前記レビュー装置が探索した結果から前記位置座標が既知である欠陥であるかを判定するステップと、
   前記位置座標が既知である欠陥である場合に、
   前記検出された座標を既知の前記位置座標と比較し両者の差を前記検査装置による誤差であると判定するステップと、
   前記誤差の分布より、前記誤差の傾向を抽出し、前記傾向を補正するステップと、
   前記傾向が補正された後に残った誤差の分布に基づいて、前記欠陥レビュー装置における視野サイズを算出するステップと、
   を含む欠陥レビュー方法。
7. 請求項６記載の欠陥レビュー方法において、前記傾向を補正するステップで、前記誤差に含まれる回転誤差、伸縮誤差、及び、並進誤差の順で補正する
   ことを特徴とする欠陥レビュー方法。
8. 請求項６記載の欠陥レビュー方法において、欠陥サイズが既知である基板の欠陥サイズを、前記検査装置によって検出し、欠陥サイズの検出値として出力するステップと、
   前記欠陥サイズの検出値と既知の前記欠陥サイズの間の相関関係を調べるステップと、
   前記相関関係が所定の閾値より大きい欠陥を、ファインアライメントに好適な欠陥とし
   て選定するステップと、
   を含むことを特徴とする欠陥レビュー方法。
9. 請求項８記載の欠陥レビュー方法において、
   前記検査装置から出力された前記座標と前記位置座標の差がある閾値未満となるようなサイズの欠陥をファインアライメントに好適な欠陥として選定するステップと、
   を有する欠陥レビュー方法。
10. 検査装置と、前記検査装置の出力結果に基づいて欠陥を探索し、当該欠陥を観察する欠陥レビュー装置とを有する欠陥観察システムであって、
    前記検査装置または前記欠陥レビュー装置は欠陥データ解析演算部を有し、
    前記欠陥データ解析演算部は、位置座標が既知である欠陥をもつ基板を前記欠陥レビュー装置で観察した結果から前記位置座標が既知である欠陥であるかを判定し、
    前記位置座標が既知である欠陥である場合に、
    前記観察によって得られた座標または前記欠陥検査装置から出力された座標と、既知の前記位置座標との差を誤差とし、
    前記誤差の分布がもつ傾向を補正し、前記補正の後に残った傾向を持たない誤差に基づいて前記探索に適した視野サイズを算出する
    ことを特徴とする欠陥観察システム。

Images