JP4685599B2 - 回路パターンの検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置や液晶等微細な回路パターンを有する基板のパターン検査技術に係わり、特に半導体装置に係わる製造過程途中のウエハ上のパターン検査技術に関する。

半導体ウエハの検査を一例として説明する。半導体装置は、半導体のウエハ上にフォトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理及びエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング処理その他の良否、異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼす。このため、異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために製造過程で半導体ウエハ上のパターンを検査する方法は従来から実施されている。

半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウエハに白色光を照射し、光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パターンを比較する欠陥検査装置が実用化されている。検査方式の概要は「月間セミコンダクタワールド」１９９５年８月号第９６−９９頁（非特許文献１）に述べられている。また、光学画像を用いた検査方法では、特開平３−１６７４５６号公報（特許文献１）に記載されているように、基板上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計特性を比較することにより欠陥を検出する方式や、特公平６−５８２２０号公報（特許文献２）に記載されているように、画像取得時の画像劣化をモニタしそれを画像検出時に補正することにより安定した光学画像での比較検査を行う方法が開示されている。このような光学式の検査方式で製造過程における半導体ウエハを検査した場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパターンの残渣や欠陥は検出できなかった。また、光学系の分解能以下となるエッチング残りや微小導通穴の非開口不良は検出できなかった。さらに、配線パターンの段差底部に発生した欠陥は検出できなかった。

上記のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化、材料の多様化に伴い、光学画像による欠陥検出が困難になってきた。このため、光学画像よりも分解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比較検査する方法が提案されてきている。

電子線画像により回路パターンを比較検査する場合に、実用的な検査時間を得るためには走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、以下ＳＥＭと略す）による観察と比べて非常に高速に画像を取得する必要がある。そして、高速で取得した画像の分解能と画像のＳＮ比を確保する必要がある。電子線を用いたパターンの比較検査装置として、Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ．Ｂ， Ｖｏｌ．９，
Ｎｏ．６， ｐｐ．３００５−３００９ （１９９１）（非特許文献２）、Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ． Ｂ， Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．６，ｐｐ．２５１１−２５１５ （１９９２）（非特許文献３）、及び特開平５−２５８７０３号公報（特許文献３）と米国特許第５，５０２，３０６号特許明細書（特許文献４）に、通常のＳＥＭの１００倍以上（１０ｎＡ以上）の電子線電流をもった電子線を導電性基板（Ｘ線マスク等）に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過電子のいずれかを検出し、その信号から形成された画像を比較検査することにより欠陥を自動検出する方法が開示されている。

また、絶縁物を有する回路基板を電子線で検査あるいは観察する方法としては、特開昭５９−１５５９４１号公報（特許文献５）及び「電子、イオンビームハンドブック」（日刊工業新聞社）第６２２−６２３頁（非特許文献４）に、帯電の影響を少なくするために、２ｋｅＶ以下の低加速電子線照射により安定な画像を取得する方法が開示されている。

さらに、特開平２−１５５４６号公報（特許文献６）には半導体基板の裏からイオンを照射する方法、特開平６−３３８２８０号公報には光を半導体基板の表面に照射することにより、絶縁物への帯電を打ち消す方法が開示されている。また、大電流でなおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果により高分解能な画像を得ることが困難となるが、これを解決する方法として、特開平５−２５８７０３号公報（特許文献３）に、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する方法が開示されている。

高速に電子線画像を取得する方法としては、試料台を連続的に移動しながら試料台上の半導体ウエハに電子線を連続照射し取得する方法が特開昭５９−１６０９４８号公報（特許文献８）及び特開平５−２５８７０３号公報（特許文献３）に開示されている。また、従来のＳＥＭで用いられてきた二次電子の検出装置として、シンチレータ（Ａｌ蒸着された蛍光体）とライトガイドと光電子増倍管による構成が用いられている。このタイプの検出装置は、蛍光体による発光を検出するため、周波数応答性が悪く、高速に電子線画像を形成するには不適切である。この問題を解決するために、高周波の二次電子信号を検出する検出装置として、半導体検出器を用いた検出手段が特開平５−２５８７０３号公報（特許文献３）に開示されている。

特開平３−１６７４５６号公報 特公平６−５８２２０号公報 特開平５−２５８７０３号公報 米国特許第５，５０２，３０６号特許明細書 特開昭５９−１５５９４１号公報 特開平２−１５５４６号公報 特開平６−３３８２８０号公報 特開昭５９−１６０９４８号公報 特開２００２−２６０９３号公報 「月間セミコンダクタワールド」１９９５年８月号第９６−９９頁 Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ． Ｂ， Ｖｏｌ．９，Ｎｏ ．６， ｐｐ．３００５−３００９（１９９１） Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ． Ｂ， Ｖｏｌ．１０， Ｎｏ．６， ｐｐ．２５１１−２５１５（１９９２） 「電子、イオンビームハンドブック」（日刊工業新聞社）第６２２ −６２３

従来の検査においては、半導体ウエハの被検査領域全面に対して荷電粒子線を照射し、検査を実施する必要があった。このため、多大な検査時間を必要とし、非常に低効率な作業となっていた。

また、半導体ウエハ１枚あたりの検査時間を要することから、生産ラインで異常を検知するための検査率が低下し、異常が発生している半導体ウエハを被検査ウエハとして抽出できなかった。このために、その低い統計的ランダム抽出による検査のため生産品の不良流出を未然に防ぐことができなかった。

一方、特開２００２−２６０９３号公報（特許文献９）に示すように検査時間を短縮しつつ検出精度の高い検査を狙うため、被検査領域全面に対する走査線数を１／ｎで間引き走査して検査を実施する方法が開示されている。

しかし、ランダム欠陥に対しては一定の効果が得られるものの、発明者らの検討結果によれば、高い検出精度を保つための間引き検査の走査線数を一意に決定困難であること、およびシステム欠陥に対して間引きした領域内に致命欠陥が存在し続けている場合に半導体ウエハの検査枚数を増加しても全く無意味な検査となってしまうことなど、様々な欠点が存在していることが明らかとなった。

以上で明らかなように、従来例のいずれも主要欠陥である、バリアメタル残渣による配線間ショート、あるいは、コンタクトプラグ／ビアプラグ形成過程のエッチング不足やエッチングガス反応生成物による非導通、およびエッチング時の発生異物によるプラグ開口阻害物起因の非開口によるビアチェーン導通不良を精度良く短時間で効率的に検出する技術を提供するには至っておらず、最適な電気的欠陥の検査を実現するものではなかった。

本発明の目的は、半導体ウエハの主面上の欠陥を、本明細書で提示した欠陥試験構造と電子線式欠陥装置あるいはそれに準じた検査・解析装置を用いた電位コントラスト法の性質を活かして高速に欠陥検出し、致命的な電気的欠陥の捕捉効率および欠陥箇所の探索効率を向上する技術を提供することを目的とする。

本発明は、ウエハの回路パターンが形成された基板の表面に光，レーザ光あるいは荷電粒子線を含む照射線を照射する照射手段と、ウエハを載置し、任意の方向に移動させるステージと、ステージの移動制御を行なうステージ制御手段と、照射によって基板から発生する信号を検出する検出手段と、検出手段によって検出された信号を画像化して記憶する記憶手段と、記憶された画像を他の同一の回路パターンから形成された画像と比較する比較手段と、比較結果から回路パターン上の欠陥を判別する判別手段とを備えた回路パターン検査装置において、照射線を照射走査する一次検査と、一次検査で判別された欠陥が存在する検査領域のストライプの長手方向に沿って照射線を照射走査する二次検査によりストライプ中の欠陥を判別する判別機能を有することを特徴とする。

本発明によれば、一次検査で、欠陥が存在する検査領域のストライプを判別し、二次検査でストライプの欠陥位置を検知できるので、ウエハの全面を照射走査する従来のものに比べ、迅速に検査が行なわれる。

また、一次検査と二次検査は、照射走査の方向を変更するだけで行なわれる。ウエハの方向を回転させることが不要なので、一次検査と二次検査は連続して行なわれるため迅速な検査ができる。これにより、回路パターン検査方法のスループットを高めることができる。

以下、本発明の実施例の検査方法、及び装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、荷電粒子線を用いた本発明の回路パターン検査装置１の構成例を示す図である。この回路パターン検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に被検査基板９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）を備える。

この予備室は検査室２とは独立して真空排気できるように構成されている。また、回路パターン検査装置１は上記検査室２と予備室の他に制御部５，画像操作部６から構成されている。

検査室２内は大別して、照明手段の電子光学系３，検出手段の二次電子検出部７，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系３は、照射線である電子線を発する電子銃１０，電子線引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，ＥｘＢ偏向器１８から構成されている。

二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。

試料室８は、試料台３０と、ステージのＸステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３と、位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５から構成されている。ステージは、ステージ制御手段で移動制御される。

光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学系３の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。

そして、Ｘステージ３１又はＹステージ３２が電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動するようになっている。光学顕微鏡部４は白色光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。

制御部５は、記憶部４５と画像処理回路４６，欠陥データバッファ４７，演算部４８より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。装置各部の動作命令及び動作条件は、制御部５から入力される。

また、制御部５は全体制御部４９を有する。補正制御６１は、全体制御部４９により制御される。

画像操作部６は、マップ表示部５５、画像表示部５６、画像取得指示５７、画像処理指示５８、処理条件設定５９、検査５１、印刷５２、ファイル保存５３、画像保存５４、モード切替手段６０を有する。

制御部５には、予め電子線発生時の加速電圧，電子線偏向幅，偏向速度，二次電子検出装置の信号取り込みタイミング，試料台移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。

電子線である照射線は、照射走査方向に対して左右に振幅する。この振幅による偏向領域幅は制御部５により任意に変更できる。

この照射線の振幅は、後述する一次検査および／または二次検査で行なわれ、振幅幅である偏向領域幅も一次検査および／または二次検査で変えることができる。

制御部５は、補正制御回路４３を用いて、位置モニタ測長器３４，被検査基板高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源４４や走査偏向器１５に補正信号を送る。

被検査基板９の画像を取得するためには、細く絞った一次電子線１９を該被検査基板９に照射し、二次電子１００１を発生させ、これらを一次電子線１９の走査及びステージ３１、３２の移動と同期して検出することで該被検査基板９表面の画像を得る。自動検査装置では検査速度が速いことが必須となる。

従って、通常のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査及び各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にする必要がある。

そこで、本実施例では、通常のＳＥＭに比べ約１００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流電子線を一回のみ走査することにより画像を形成する構成とした。走査幅は１００μｍとし、１画素は１辺が０．１μｍの正方形とし、１回の走査を１μｓで行うようにした。

電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子銃１０を用いることにより、従来の例えばタングステン（Ｗ）フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて安定した電子線電流を確保することができる。このため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。

また、この電子銃１０により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。一次電子線１９は、電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで電子銃１０から引き出される。

一次電子線１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、一次電子線１９はその電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み、コンデンサレンズ１２で収束され、さらに対物レンズ１６により細く絞られて試料台３０上のＸ−Ｙステージ３１、３２の上に搭載された被検査基板９（半導体ウエハ，チップあるいは液晶、マスク等微細回路パターンを有する基板）に照射される。

なお、ブランキング偏向器１３には、走査信号及びブランキング信号を発生する走査信号発生器４３が接続され、コンデンサレンズ１２及び対物レンズ１６には、各々レンズ電源４４が接続されている。

被検査基板９には、リターディング電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。このリターディング電源３６の電圧を調節することにより一次電子線を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査基板９への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。

被検査基板９上に一次電子線１９を照射することによって発生した二次電子１００１は、被検査基板９に印加された負の電圧により加速される。被検査基板９上方に、ＥｘＢ偏向器１８が配置され、これにより加速された二次電子１００１は所定の方向へ偏向される。

ＥｘＢ偏向器１８にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調整することができる。また、この電磁界は、試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。ＥｘＢ偏向器１８により偏向された二次電子１００１は、所定の条件で反射板１７に衝突する。

この反射板１７は、試料に照射する電子線（以下一次電子線と呼ぶ）の偏向器のシールドパイプと一体で円錐形状をしている。この反射板１７に加速された二次電子１００１が衝突すると、反射板１７からは数Ｖ〜５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子１００２が発生する。

二次電子検出部７は、真空排気された検査室２内には二次電子検出器２０が、検査室２の外にはプリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，光伝送手段２４，電気変換手段２５，高圧電源２６，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８，逆バイアス電源２９から構成されている。

既に記述したように、二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０，プリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８は、高圧電源２６により正の電位にフローティングしている。

上記反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子１００２は、この吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。二次電子検出器２０は、一次電子線１９が被検査基板９に照射されている間に発生した二次電子１００１がその後加速されて反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子１００２を、一次電子線１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。

二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部５に伝送するように構成されている。

検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。

Ｘ−Ｙステージ３１，３２上には被検査基板９が搭載されており、検査実行時にはＸ−Ｙステージ３１，３２を静止させて一次電子線１９を二次元に走査する方法と、検査実行時にＸ−Ｙステージ３１，３２をＹ方向に連続して一定速度で移動されるようにして一次電子線１９をＸ方向に直線に走査する方法のいずれかを選択できる。

ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法、比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。

なお、一次電子線１９をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器１３により一次電子線１９が偏向されて、電子線が絞り１４を通過しないように制御できる。位置モニタ測長器３４として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。

Ｘステージ３１及びＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき、制御部５に転送されるようになっている。また、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２、そして回転ステージ３３のモータの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御部５に転送されるように構成されている。

制御部５はこれらのデータに基づいて一次電子線１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて実時間で一次電子線１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３より補正するようになっている。また、被検査基板毎に、電子線を照射した領域を記憶できるようになっている。

被検査基板高さ測定器３５は、電子ビーム以外の測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用されており、Ｘ−Ｙステージ上３１，３２に搭載された被検査基板９の高さを実時間で測定するように構成されている。

本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに該被検査基板９に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。

この被検査基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、一次電子線１９を細く絞るための対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され、常に非検査領域に焦点が合った一次電子線１９を照射できるようになっている。

また、被検査基板９の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定しており、そのデータをもとに対物レンズ１６の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。制御部５は記憶手段の記憶部４５と画像処理回路４６、欠陥データバッファ４７、演算部４８により構成されている。

上記二次電子検出器２０で検出された被検査基板９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に記憶手段４５に記憶される。

画像処理回路４６は、この記憶された画像信号を用いてある特定位置はなれた画像同士の位置合わせ、信号レベルの規格化、ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、画像信号を比較演算する。

比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較（比較手段）し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判別（判別手段）し、モニタ５０にその位置や欠陥数等を表示する。

また後述するが、画像処理回路４６や制御部５に設けられた判別手段は、照射線を検査ウエハ１０４に照射走査する一次検査と、一次検査で判別された欠陥が存在する検査領域のストライプの長手方向に沿ってストライプ中の欠陥を判別する機能を有する。

次に、光源に光、レーザ光を用いた場合のウエハ外観検査装置の全体構成について説明する。図４は、本発明の一実施形態によるウエハ外観検査装置の全体構成を示すブロック図である。検査ウエハ１０４は、Ｘ−Ｙステージ１０１の上に載置される。

検査ウエハ１０４の上には、格子状にチップが規則的に配列形成されている。制御部１０３は、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチの整数倍の距離を動かす。光源１０６からの光が検査ウエハ１０４に照射される。

検査ウエハ１０４から反射された光は、対物レンズ１０５を通し、ハーフミラー１０９により光路分割され、ＣＣＤカメラ１０２により２次元画像として検出される。

制御部１０３によって、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチ動かし、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの画像を得ることができる。

制御部１０３は、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの濃淡差に基づいて、所定のしきい値より大きいときは、検査チップ１０７の検査したポイントに欠陥があると判断する。

図２はモニタ部の構成例を示す図である。モニタの画面は大まかに５つの領域に分割されている。領域（１）は画面上部に配置され、装置名や装置ＩＤ、レシピ名として品種ファイル名と工程ファイル名などが表示されている。

領域（２）には、操作や状態の説明をするガイダンスが表示される。画面中央の領域（３）にはマップ表示部５５及び画像表示部５６が含まれ、操作や進行状態により表示内容が変わる。

画面右側の領域（４）には複数の画面で共通に必要となる操作ボタンが表示され、「印刷」、「ファイル保存」、「開始」、「終了」、「画像保存」などがある。例えば、「ファイル保存」を押すと、現在作成中のレシピを保存する品種ファイル、工程ファイルの名前を指定する画面が表示される。

また、「画像保存」を押すと、現在、表示中の画像を画像ファイルとして保存するための名称を指定する画面が表示される。画面下部の操作領域（５）にはモード名が表示され、例えば「検査」を押すと自動検査を実行するモードになり、「レシピ作成」を押すとパラメータを入力するモードになる。

次に、レシピ作成の方法について説明する。図３に、レシピ作成モードの処理フローを示す。図２の初期画面において、「レシピ作成」のモードを選択すると、モード切替手段６０が機能し、図３に示すレシピ作成のための画面（Ｓ０）に切り替わる。

この画面で開始ボタンを押し、カセットの棚番が表示されているので、まず棚番を指定する（Ｓ１）。次に、レシピファイルの呼び出しを行い、新規か変更かの品種条件の入力、ロットＩＤ、ウエハＩＤの入力を行う（Ｓ２）。この変更とは、ロードする／しないに関わらず、レシピ作成条件の変更で、主としてロードしての変更となる。

なお、後述する他装置のレシピは直接入力できないので、検査結果のファイル（欠陥情報ファイル：このファイル内容は使用者に公開されている）を入力し、それを変換して、自装置用のレシピを生成し、その不足データを補うためにこのステップで変更する。

ここでは、新規作成とし、次に、ウエハカセットを検査装置のローダに設置する（Ｓ３）。その処理項目としては、（１）ＯＦ又はノッチを検出し、（２）試料ホルダ（試料交換室）に保持し、（３）試料ホルダを検査室ステージに移載する。

次に、ステージ基準マークへ移動し、ビームの絶対校正を行う（Ｓ４）。ここでは、デフォルトレシピファイル条件に基づく校正とし、（１）ビーム照射、（２）偏向補正，基準座標補正、（３）焦点パラメータ補正を行う。

次に、試料上の指定した位置に電子線を照射し、試料上の画像コントラストを確認の上で焦点、非点を再調整する（Ｓ５）。この際、充分なコントラストが得られない場合は、電子線照射条件の変更を行う。ここで、指定された照射条件、焦点、非点の条件はレシピパラメータとして工程ファイルに格納される。

電子線照射条件がきまり、コントラストが確認されたら、当該ウエハのショット、及びダイ（チップ）のサイズと配列を入力する（Ｓ６）。

ショットサイズとショットマトリクスを入力し、ショット内ダイの配列が入力されたら、ウエハ周辺部のショット、あるいはダイの有無を指定する。ここで設定されたショット及びダイ配列はレシピファイル内のパラメータとして格納される。

次に、アライメント条件入力とアライメントを実行する（Ｓ７）。具体的には、（１）アライメントチップを指定（複数点）し、（２）１チップ目原点へ移動し、（３）光学顕微鏡モニタ切り替え、（４）１チップ目のアライメントマーク位置へマニュアル移動する。

（５）光学画像を登録し、（６）ＳＥＭ像モードに切り替え、（７）アライメントマーク位置へマニュアルで微調整し、（８）ＳＥＭ画像登録、（９）アライメント座標登録を行う。また、アライメント実行の項目として、（１）１点目移動、（２）画像入力・探索・マッチング、（３）２点目移動、（４）画像入力・探索・マッチング、（５）残点への移動、探索、マッチング、（６）傾き・位置・チップ間隔補正を行う。

また、チップ原点のオフセット設定として、（１）最終点アライメントマークへ移動、（２）アライメントマーク位置指定（ＳＥＭ画像モード）、（３）１点目チップ原点へ移動、（４）チップ原点位置指定（ＳＥＭ画像モード）、（５）チップ原点−アライメントマークのオフセット算出・登録を行う。チップ原点のオフセットとは、アライメント座標とそのマークが在るチップの原点座標との距離である。

このように、指定したアライメント用パターン座標とチップ原点とのオフセット値を入力して、工程ファイル内のアライメントパラメータとして登録する。レシピ作成においては、ウエハ上の各種処理を実行する座標を指定するパラメータが多いので、最初にアライメント条件を確定、登録して、アライメントまで実行する。

次に、チップ内のメモリセル領域設定を行う（Ｓ８）。その項目として、（１）セル領域入力、（２）セルピッチ入力、（３）（１）、（２）の登録がある。セル領域の入力は光学顕微鏡像及び電子線画像を用いて行われる。

次に、ダイ領域設定を行う（Ｓ９）。その項目として、（１）ダイ領域入力、（２）ダイ非検査領域入力、（３）（１）、（２）の登録がある。ダイ領域の入力も光学顕微鏡像、電子線画像を用いて行われる。

次に、検査領域を指定する（Ｓ１０）。検査領域の指定では、検査ダイ及びダイ内の検査領域の２種類が指定できる。全ダイを検査する必要のない場合、また、ダイ内の特定領域のみを検査したい場合には、後述するように任意に指定できる。

さらに、指定した領域に対して検査サンプリング率を指定できる。また、検査方向も指定できる。ダイ領域や検査領域のデータは、工程ファイル内のパラメータとして格納される。

検査領域の指定が完了したら、検査時の明るさを調整するキャリブレーション設定に移る（Ｓ１１）。キャリブレーションは画像を取得し、その明るさの分布より信号量に応じたハードウェアのゲイン調整や明るさ補正を行うものである。

実際には、キャリブレーションを行うダイの指定とダイ内の座標を指定して実施される。キャリブレーションを実施する座標値と、明るさのゲインと、オフセット値は、工程ファイル内のパラメータとして格納される。

次に、これまでに設定された各種条件で実際に画像を取得して、欠陥を検出するための画像処理条件を設定する（Ｓ１２）。まず、画像を取得する際に、検出信号にかけるフィルタの種類を選択する。

そして、実際に検査と同条件で１チップ内の小領域の画像を取得する。ここで、小領域とは、例えば電子線の走査幅である１００μｍの幅で１チップ分の長さの領域を指す。画像を取得したら、欠陥と判定するための閾値を入力し、欠陥と判定された箇所の画像を表示させる。

これを繰り返して、最適な検査条件を決定する。この一連の作業を「小領域試し検査」と呼ぶ。ここで設定された閾値やファイル等のパラメータは、工程内ファイルのパラメータとして格納される。

以上の各種入力により、検査に必要な各種パラメータを設定することができる。しかし、実際の半導体ウエハにおいては、ウエハ面内や製造ロット間のプロセスのばらつきがあるので、小領域試し検査での画像処理条件設定では不十分であり、これらばらつき分を考慮して欠陥判定の閾値を決める必要がある。

そこで、作成したレシピファイルで最終検査を行う（Ｓ１３）。すなわち、（１）ステージ定速連続移動、位置・高さをモニタし、（２）ビーム走査、実時間補正（ステージ・Ｚセンサ追従）し、（３）二次電子検出、ＡＤ変換、画像メモリ入力し、（４）画像処理、比較判定し、（５）Ｎストライプ毎にビーム補正し、（６）欠陥数・欠陥位置表示を行う。

モニタの結果により、欠陥検出レベルや誤検出レベルを確認し（Ｓ１４）、最終的に適切な条件であれば、これまで入力した各種パラメータを、品種ファイルと工程ファイルの中に登録する（Ｓ１５）。最後に、ウエハのアンロードを行う（Ｓ１６）。

図５により検査全体のフローを説明する。まず検査モードを選択して検査条件の設定を開始する。検査するウエハを指定後、検査レシピを選択する。検査結果データ転送先などのオプションを指定後、検査開始を指示する。検査開始指示後は、ウエハロードを開始して電子線の校正処理、アライメント、明るさキャリブレーションを自動で実施して、検査を実行する。

検査終了すると、欠陥画像による分類処理に移行する。分類処理終了後、検査結果を出力してウエハアンロードして検査を終了する。

次に、図６を用いて本発明である検査に関する詳細なフローを説明する。

検査を実行するために、一次電子線走査方向及び、検査ストライプ位置を決定して、決定された検査ストライプ位置を検査する。この最初に行うブレークポイント検査を一次検査と称する。

次に、そのブレークポイント検査で得られた欠陥情報により一次電子線走査方向及び、検査ストライプ位置を決定する。その後、決定した検査ストライプ位置とユーザが指定する最短検査モードの情報により、検査ストライプ位置を再決定する。その決定した検査ストライプ位置により検査を実行する。この二度目に行うデフェクトポイント検査を二次検査と称する。

従来技術では、デフェクトポイント検査を実行するためには、一度、ウエハアンロードを実施してウエハを回転させ、再度、ウエハをロードする。一度ウエハをアンロードしたことにより、もう一度、電子線の校正処理、アライメント、明るさキャリブレーションを実施する必要があり、多大な時間を要していた。本発明の実施例においては、ウエハの出し入れ無しに一次電子線走査方向及び、ステージ移動方向を変更して連続して検査を実施できることから効率よい検査が実現可能となった。

図７以降の図により、エッチング不足やエッチングガス反応生成物による非導通、およびエッチング時の発生異物によるプラグ開口阻害物起因の非開口によるビアチェーン導通不良に対する検査例を具体的に説明する。

図７にビアチェーン構造の平面図を示す。１層メタル配線Ｍ１と２層メタル配線Ｍ２とそれらと結合させるビアＶ１により構成され、その両端にはＰＡＤが設けられている。

図８に非導通箇所の概要を示す。

上図を断面した下左側の図が正常に連結されている状態を示しており、それに対して下右側は丸で囲まれたところが連結されず非導通の状態を示している。このような非導通欠陥をもつビアチェーンにおいては、荷電粒子線を照射すると非導通箇所から前後する配線の容量に違いにより配線部の明るさが異なる。図９には非導通発生時のビアチェーン構造の平面図を示している。

図１０に示すようにブレークポイント検査により、この配線の明るさの違いを検出して非導通欠陥が存在する配線を特定する。

その後、図１１に示すように、その特定された配線に対して直交する方向に荷電粒子線を照射して検査を実施して非導通位置を特定する。このように、検査領域全てを検査することなく、欠陥の存在する配線を特定して、その配線に対してさらに検査することで効率良い検査が実施可能となる。

すなわち、検査ウエハ１０４に照射線を照射走査する一次検査（ブレークポイント検査）では、画像処理回路４６や制御部５に備わる比較手段や判別手段により、欠陥が存在する検査領域のストライプを判別し、二次検査（デフェクトポイント検査）では、判別されたストライプの長手方向に沿って照射線を照射走査し、比較手段や判別手段の判別機能によりストライプ中の欠陥を判定する。

このため、検査ウエハ１０４の全域に亘って照射線を照射走査する従来の検査に比べ、迅速に検査が行なわれる。

図１２−１〜図１２−３により、検査ストライプ位置の決定方法を説明する。最初のブレークポイント検査の結果、５つのダイで欠陥が検出された場合は、その５つのダイを検査ダイとする。方式１は全検査領域方式と称して、ブレークポイント検査の欠陥位置に関係なくダイ内の検査領域全てを検査領域として検査を実施する（図１２−１）。

方式２は全欠陥位置方式と称して、各ダイで検出された欠陥位置全てを検査する検査ストライプで検査を実施する（図１２−１）。方式３はダイ単位方式と称して、各ダイ毎の欠陥位置を検査する検査ストライプで各ダイ毎に検査する（図１２−２）。方式４はストライプ単位方式と称して、ステージ移動方向のダイに存在する欠陥位置を検査するようにストライプを決定する（図１２−３）。

［１］ダイでは２箇所に欠陥が存在して、［２］ダイでは１箇所に欠陥が存在する場合、［１］ダイの２箇所の欠陥位置を検査するように２つの検査ストライプになる。このとき［２］ダイでは１箇所しか欠陥が無いのに２つのストライプで検査することになる。

方式５は混合方式と称して、ストライプ単位方式とダイ単位方式の混合で検査ストライプを決定する（図１２−３）。［１］及び［２］の１箇所の欠陥は１つの検査ストライプで検査して、［１］ダイの残りの欠陥は単独検査ストライプで検査して、［２］ダイは検査しない。

図１３−１〜図１３−４により、上記のように決定された検査ストライプの走査順序方式を説明する。

方式１は標準ソート方式と称して、以下に示すダイの並び順に沿って順次検査する（図１３−１）。

（Ｘ方向検査時）
ダイＹ番号が０に近いストライプから順に検査する。

ダイＹ番号が同一の場合はダイＸ番号が０に近い方を優先する。

（Ｙ方向検査時）
ダイＸ番号が０に近いストライプから順に検査する。

ダイＸ番号が同一の場合はダイＹ番号が０に近い方を優先する。

方式２は目先ソート方式と称して、ウエハ下部の検査ストライプの終了位置からその他の検査ストライプの開始位置までの移動距離を算出してその距離が最も短いストライプを次のストライプとする（図１３−２）。

方式３は追加ソート方式と称して、検査ストライプをどのストライプ間に追加すれば、ストライプ間の移動距離の延長が短くて済むかを確認し、もっとも延長が短くて済む位置に順次追加する。（図１３−３、図１３−４）
さらに、配線サイズが１次電子線の偏向幅より、小さい場合は、自動で偏向幅を縮小して更なる検査の高速化を実現できる。偏向幅の例としては、画素サイズに応じて３１．４ｎｍから１５０．０ｎｍまでの範囲を挙げることができる。（図１４−１）
また、図１４−２に示す操作によりユーザ検査時間が規定されている場合は、以下３つの方法により検査ストライプの間引きを実行して規定内の検査時間になるように検査ストライプを変更する。

方法１ ： フィルタ／クラスタリング
欠陥形状／欠陥面積等によりフィルタリングして残った欠陥で、検査ストライプを
決定する。

方式２ ： ＡＤＣ分類
着目する欠陥（特定の分類コード）のみで検査ストライプを決定する。

方式３ ： サンプリング
決定された検査ストライプ数を１００％として、ストライプの間引きを実施する。

以上、本実施例によれば、提示した欠陥試験構造と電子線式欠陥装置あるいはそれに準じた検査・解析装置を用いた電位コントラスト法の性質を活かして高速に欠陥検出し、致命的な電気的欠陥の捕捉効率および欠陥箇所の探索効率を向上する回路パターンの検査方法とその装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る荷電粒子を用いた回路パターン検査装置の構成図。 本発明の実施例に係る回路パターン検査装置のモニタ部の構成図。 本発明の実施例に係る回路パターン検査装置のレシピ作成処理を示すフロー図。 本発明の実施例に係る光、レーザ光を用いた回路パターン検査装置の構成図。 本発明の実施例に係る検査全体フローを示す説明図。 本発明の実施例に係る検査詳細フローを示す説明図。 本発明の実施例に係るビアチェーン構造（平面図）を示す図。 本発明の実施例に係る非導通箇所を示す図。 本発明の実施例に係るビアチェーン構造（非導通発生時）を示す図。 本発明の実施例に係るブレークポイント検査を示す図。 本発明の実施例に係るデフェクトポイント検査を示す図。 本発明の実施例に係る検査ストライプ位置決定方法を示す図（方式１、２）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ位置決定方法を示す図（方式３）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ位置決定方法を示す図（方式４、５）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ走査順序決定方法を示す図（方式１）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ走査順序決定方法を示す図（方式２）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ走査順序決定方法を示す図（方式３）。 本発明の実施例に係る検査ストライプ走査順序決定方法を示す図（方式３の追加についての説明）。 本発明の実施例に係る検査ストライプの偏向幅縮小方法を示す図。 本発明の実施例に係る検査ストライプの検査時間を規定するための方法を示す図。

符号の説明

１…回路パターン検査装置、２…検査室、３…電子光学系、４…光学顕微鏡部、５…制御部、６…画像操作部、７…二次電子検出部、８…試料室、９…被検査基板、１０…電子銃、１１…引き出し電極、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング偏向器、１４…絞り、１５…走査偏向器、１６…対物レンズ、１７…反射板、１８…ＥｘＢ偏向器、１９…一次電子線、２０…二次電子検出器、２１…プリアンプ、２２…ＡＤ変換器、２３…光変換手段、２４…光伝送手段、２５…電気変換手段、２６…高圧電源、２７…プリアンプ駆動電源、２８…ＡＤ変換器駆動電源、２９…逆バイアス電源、３０…試料台、３１…Ｘステージ、３２…Ｙステージ、３３…回転ステージ、３４…位置モニタ測長器、３５…被検査基板高さ測定器、３６…リターディング電源、４０…白色光源、４１…光学レンズ、４２…ＣＣＤカメラ、４３…走査信号発生器、４４…対物レンズ電源、４５…記憶手段、４６…画像処理回路、４７…欠陥データバッファ、４９…全体制御部、５５…マップ表示部、５６…画像表示部、６０…モード切替部、６１…補正制御回路、Ｓ０…「レシピ作成モード」、（Ｓ１）…カセットの棚番指定、（Ｓ２）…新規か変更かの品種条件の入力、
（Ｓ３）…ウエハカセットを検査装置のローダに設置、（Ｓ４）…ビームの絶対校正、（Ｓ５）…試料上の画像コントラストを確認の上で焦点、非点を再調整、（Ｓ６）…ダイ（チップ）のサイズとショットマトリクスの確認、（Ｓ７）…アライメント条件入力とアライメントを実行、（Ｓ８）…チップ内のメモリセル領域設定、（Ｓ９）…ダイ領域設定、（Ｓ１０）…検査領域を指定、（Ｓ１１）…キャリブレーション設定、（Ｓ１２）…小領域試し検査」、画像取得、画像処理条件設定、（Ｓ１３）…作成したレシピファイルで最終検査、（Ｓ１４）…欠陥検出レベルや誤検出レベルの確認、（Ｓ１５）…各種パラメータを品種ファイルと工程ファイルの中に登録、（Ｓ１６）…ウエハのアンロード、（Ｓ１６）…検査終了、１０１…Ｘ−Ｙステージ、１０２…ＣＣＤカメラ、１０３…制御部、１０４…検査ウエハ、１０５…対物レンズ、１０６…光源、１０７…検査チップ、１０８…比較チップ、ハーフミラー１０９、１００１…第１の二次電子、１００２…第１の二次電子。

Claims (10)

1. 複数のコンタクトプラグあるいはビアプラグおよびこれらを接続する配線により構成されるビアチェーンを含むウエハの回路パターンが形成された基板の表面に光，レーザ光あるいは荷電粒子線を含む照射線を照射する照射手段と、
   前記ウエハを載置し、任意の方向に移動させるステージと、
   前記ステージの移動制御を行なうステージ制御手段と、
   前記照射によって前記基板から発生する信号を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された信号を画像化して記憶する記憶手段と、
   前記記憶された画像を他の同一の回路パターンから形成された画像と比較する比較手段と、
   比較結果から前記回路パターン上の欠陥を判別する判別手段とを備えた回路パターン検査装置において、
   前記照射線を照射走査する一次検査と、前記一次検査で判別された欠陥が存在する検査領域のストライプの長手方向に沿って前記照射線を照射走査する二次検査により前記ビアチェーンの非導通欠陥を判別する判別機能を有することを特徴とする回路パターン検査装置。
2. 請求項１記載の回路パターン検査装置において、
   前記一次検査の照射走査方向は、前記ストライプの長手方向と交差することを特徴とする回路パターン検査装置。
3. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査で検出される欠陥情報により、次に検査される前記ストライプを自動的に算出することを特徴とする回路パターンの検査装置。
4. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査で検出される欠陥情報により、前記二次検査の検査時間が最短になるようにステージ移動方法を自動的に変更することを特徴とする回路パターンの検査装置。
5. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査または前記二次検査、あるいは前記一次検査および前記二次検査での前記照射線は照射走査方向に対して左右に振幅する偏向領域を有することを特徴とする回路パターンの検査装置。
6. 請求項５記載の回路パターンの検査装置において、
   前記照射線は前記一次検査で検出される欠陥情報により、前記二次検査の前記照射線の偏向領域幅を自動的に変更することを特徴とする回路パターンの検査装置。
7. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査で検出される欠陥情報から不要な欠陥情報を排除し、残りの欠陥情報により前記二次検査の検査領域を自動的に算出することを特徴とする回路パターンの検査装置。
8. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査で検出される欠陥情報から不要な欠陥情報を排除し、残りの欠陥情報により前記二次検査の検査時間が最短になるようにステージ移動方法を自動的で変更することを特徴とする回路パターンの検査装置。
9. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
   前記一次検査で検出される欠陥情報から不要な欠陥情報を排除し、残りの欠陥情報により前記照射線の偏向領域を自動的に算出して検査することを特徴とする回路パターンの検査装置。
10. 請求項１記載の回路パターンの検査装置において、
    前記一次検査で検出される欠陥情報から、前記二次検査の検査領域及び、前記照射線の偏向領域を自動的に算出する際に検査時間の上限値により検査領域及び、偏向領域を決定することを特徴とする回路パターンの検査装置。

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