(57)【要約】【課題】  半導体ウェハを観察する装置であって、ウェハ外周部の画像を撮像すると画像視野内においてウェハ内領域と背景領域の位置関係が一定とならず、欠陥検出や画像分類処理における演算量の増大や頑健性の低下を引き起こし、効率的な欠陥観察・解析が困難となる。【解決手段】  半導体ウェハの欠陥観察システムであって、半導体ウェハを搭載するための、ＸＹ方向に移動可能なステージと、半導体ウェハのエッジを含んだ部位を撮像するための撮像手段と、撮像して得られた複数の画像に対し、ウェハのエッジが複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力するための画像出力手段と、を備える、欠陥観察システムとする。【選択図】  図５
2020043266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの欠陥観察システムであって、
前記半導体ウェハを搭載するための、ＸＹ方向に移動可能なステージと、
前記半導体ウェハのエッジを含んだ部位を撮像するための撮像手段と、
撮像して得られた複数の画像に対し、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力するための画像出力手段と、
を備える、欠陥観察システム。
【請求項２】
前記複数の画像に対し、前記画像を回転することによって、前記ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行になるようにするための画像変形手段をさらに備える、請求項１に記載の欠陥観察システム。
【請求項３】
前記複数の画像に対し、前記ウェハのエッジがほぼ平行になるように前記画像を回転し、さらに前記ウェハのエッジがほぼ同じ位置になるように前記画像を平行移動することによって、前記ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ同じ位置になるようにするための画像変形手段をさらに備える、請求項１に記載の欠陥観察システム。
【請求項４】
前記撮像手段が荷電粒子顕微鏡を備え、
前記欠陥観察システムが、
電子ビームを照射するための電子源と、
前記ウェハのエッジが前記複数の画像内でほぼ平行になるように、偏向器を制御することによって電子ビームのスキャン方向を回転させる、電子ビームスキャン制御部と、をさらに備える、請求項１に記載の欠陥観察システム。
【請求項５】
前記撮像手段が荷電粒子顕微鏡を備え、
前記欠陥観察システムが、
電子ビームを照射するための電子源と、
前記ウェハのエッジが前記複数の画像内でほぼ平行になるように、前記電子ビームのスキャン方向を調節するための電子ビームスキャン制御部と、
前記ウェハのエッジがほぼ平行である前記複数の画像に対し、前記画像を平行移動することによって、前記ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ同じ位置になるようにするための画像変形手段をさらに備える、請求項４に記載の欠陥観察システム。
【請求項６】
前記撮像手段が荷電粒子顕微鏡を備え、
前記欠陥観察システムが、
電子ビームを照射するための電子源と、
前記ウェハのエッジが前記複数の画像内でほぼ同じ位置になるように、前記電子ビームの偏向角度を制御することによってスキャン方向を調整する、電子ビームスキャン制御部と、をさらに備える、請求項４に記載の欠陥観察システム。
【請求項７】
前記画像出力手段が、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行である画像、またはほぼ同じ位置にある画像を出力する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の欠陥観察システム。
【請求項８】
出力された前記画像において、前記半導体ウェハの欠陥を検出するための欠陥検出手段と、
出力された前記画像を分類する欠陥画像分類手段と、
を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の欠陥観察システム。
【請求項９】
出力された前記画像において、前記半導体ウェハの欠陥を検出するための欠陥検出手段と、
出力された前記画像を分類する欠陥画像分類手段と、
を備え、
前記欠陥画像分類手段は、出力された画像の付帯情報として記憶された前記画像の回転角度を特徴量として画像分類に用いる、請求項２に記載の欠陥観察システム。
【請求項１０】
出力された前記画像において、前記半導体ウェハの欠陥を検出するための欠陥検出手段と、
出力された前記画像を分類する欠陥画像分類手段と、
を備え、
前記欠陥画像分類手段は、出力された画像の付帯情報として記憶された前記電子ビームの偏向角度を特徴量として画像分類に用いる、請求項４に記載の欠陥観察システム。
【請求項１１】
半導体ウェハの欠陥観察方法であって、
前記半導体ウェハを、平面上でＸＹ方向に移動させながら、前記半導体ウェハのエッジを含んだ複数の部位を撮像する撮像工程と、
撮像して得られた複数の各画像について、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力する出力工程と、
前記出力した画像において、前記半導体ウェハの欠陥を検出する欠陥検出工程と、
を含む欠陥観察方法。
【請求項１２】
前記画像出力工程において、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ同じ位置にある画像を出力する、請求項１１に記載の欠陥観察方法。
【請求項１３】
出力された前記画像を分類する分類工程をさらに含む、請求項１１に記載の欠陥観察方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の欠陥観察方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを、コンピュータによって読み取り可能に格納した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハの欠陥観察システム及び欠陥観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの製造では、製造プロセスを迅速に立ち上げ、高歩留まりの量産体制に早期に移行させることが収益確保のため重要である。この目的のため、製造ラインには各種の検査装置、観察装置、計測装置が導入されている。
【０００３】
検査装置は、試料上の欠陥の位置を示した座標情報である欠陥位置座標を出力する。その欠陥位置座標をもとに、欠陥観察装置が、ウェハ上の欠陥位置を高解像度に撮像し、画像を出力する。この欠陥観察装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた観察装置（以下、レビューＳＥＭと記載する）が広く使われている。半導体の量産ラインでは観察作業の自動化が望まれており、レビューＳＥＭを用いれば、試料内の欠陥位置における画像を自動収集する欠陥画像自動収集処理（ＡＤＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｅｆｅｃｔ Ｒｅｖｉｅｗ）と、収集した欠陥画像を自動で分類する欠陥画像自動分類処理（ＡＤＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｄｅｆｅｃｔ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が可能である。
【０００４】
なお、検査装置が出力した欠陥位置座標には誤差が含まれているため、ＡＤＲは、検査装置が出力した欠陥位置座標を中心に視野広く撮像した画像から欠陥を再検出し、再検出した欠陥位置を高倍率で撮像し、観察用画像を得る機能を備えている。ＳＥＭ画像からの欠陥検出方法として、欠陥部位と同一の回路パターンが形成されている領域を撮像した画像を参照画像とし、欠陥部位を撮像した画像と参照画像を比較することで欠陥を検出する方法が開発された（例えば、特許文献１参照）。また、欠陥部位を撮像した画像１枚から欠陥を検出する方法が開発されている（例えば、特開２００７−４０９１０号公報参照）。
【０００５】
半導体製造においては、ウェハ外周部（ベベル部ともいう。）の状態を把握することがプロセス管理において重要となっている。外周部の欠陥検査を行う装置として、荷電粒子顕微鏡と回転ステージ（θステージ）を備えた装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。また、他の検査装置の出力をもとに欠陥部位の観察および解析を行う装置として、荷電粒子顕微鏡と回転ステージを備えた装置が開示されている（例えば、特許文献４参照）。この装置では、回転ステージの回転角度に応じて、画像撮像時の荷電粒子ビームの走査方向を動的に変更することができる。
【０００６】
半導体ウェハ上に形成される回路パターンの構造の種類は多数あり、発生する欠陥の種類や発生位置なども様々である。そのような様々な構造の回路パターンや各種欠陥の視認性を高めるためには、試料から放出された放出角度や放出エネルギーが異なる電子を複数の検出器で検出することが有効である。例えば、試料から生じた電子について放出された仰角および方位角で弁別して検出することで、対象の凹凸情報を把握可能なことが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
さらに、欠陥画像の分類を行う方法として、撮像した画像から配線領域を認識し、欠陥の致命性を定量化し、欠陥の凹凸状態の認識を行う手段を備えた方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８９３５８号公報
【特許文献２】特開２００７−４０９１０号公報
【特許文献３】ＵＳ７９１９７６０
【特許文献４】特開２０１３−７００８３号公報
【特許文献５】特開２０１２−１８６１７７号公報
【特許文献６】特開２００６−２６９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
並進ステージを備えた欠陥観察装置においてウェハ外周部の画像を撮像すると、ウェハは円形なので、撮像位置に応じて撮像画像内におけるウェハ内領域とウェハ外領域の位置関係が異なる。例えば、ウェハの右側を撮像した場合には撮像画像においてウェハ外領域は画像右側に映るのに対し、ウェハ左側を撮像した場合にはウェハ外領域は画像左側に映る。この場合、並進方向の位置合わせのみでは対応がとれないため、欠陥検出処理や分類処理などにおいて演算量の高い処理を行う必要が生じる。このことは、検出速度の低下を引き起こす要因となるばかりでなく、処理複雑化に伴って欠陥検出率の低下を引き起こす要因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施態様は、半導体ウェハの欠陥観察システムであって、前記半導体ウェハを搭載するための、ＸＹ方向に移動可能なステージと、前記半導体ウェハのエッジを含んだ部位を撮像するための撮像手段と、撮像して得られた複数の画像に対し、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力するための画像出力手段と、を備える、欠陥観察システムである。
【００１１】
本発明の他の実施態様は、半導体ウェハの欠陥観察方法であって、前記半導体ウェハを、平面上でＸＹ方向に移動させながら、前記半導体ウェハのエッジを含んだ複数の部位を撮像する撮像工程と、撮像して得られた複数の各画像について、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行にある画像を出力する出力工程と、前記出力した画像において、前記半導体ウェハの欠陥を検出する欠陥検出工程と、を含む欠陥観察方法である。
【００１２】
本発明のさらなる実施態様は、上記いずれかの欠陥観察方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムである。また、このプログラムを、コンピュータによって読み取り可能に格納した記憶媒体も本発明の技術的範囲に属する。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、並進ステージを備えた観察装置を用いてウェハ外周部を撮像した場合においても、画像視野内においてウェハ内領域と背景領域の位置関係を一定にすることが可能となる。これにより、欠陥検出処理や分類処理などにおいてウェハ内領域と背景領域を切り分けるのが不要もしくは容易となり、処理高速化や欠陥検出率向上、分類正解率向上が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施態様における半導体ウェハの欠陥観察システムの構成の模式図である。
【図２】本発明の一実施態様における欠陥観察システムを構成する制御部、記憶部、演算部の構成の模式図である。
【図３Ａ】本発明の一実施態様における検出器の構成の模式図を示した図（投影図）である。
【図３Ｂ】本発明の一実施態様における検出器の構成の模式図を示した図（ｚ軸から見た）図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施態様における検出器の構成の模式図を示した図（ｙ軸から見た図）である。
【図４Ａ】本発明の一実施態様におけるスキャンローテーションによる画像撮像方法（ローテーション前の図）を示した図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施態様におけるスキャンローテーションによる画像撮像方法を示した図（ローテーション後の図）である。
【図５】本発明の一実施態様における試料の観察処理の際のメインフローを示す図である。
【図６】本発明の一実施態様における観察位置座標と観察位置方位角の関係を示した図である。
【図７】本発明の一実施態様におけるスキャンローテーション角度調整前後の画像を模式的に表した図である。
【図８】本発明の一実施態様における各検出器における凹凸欠陥の見え方の違いを示した図である。
【図９】本発明の一実施態様における凹凸欠陥の見え方とスキャンローテーション角度の関係を示した図である。
【図１０】本発明の一実施態様における観察処理の結果を確認するためのＧＵＩである。
【図１１】本発明の一実施態様における撮像位置に関する付帯情報を画像上にオーバーレイ表示した図である。
【図１２】本発明の一実施態様に係る試料の観察処理の際のメインフローを示す図である。
【図１３】本発明の一実施態様における画像変形により背景領域とウェハ内領域を一定にする方法を示した図である。
【図１４】本発明の一実施態様に係る試料の観察処理の際のメインフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、説明の明確のために、適宜、説明の省略又は簡略化がなされる場合があるが、それでも本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。従って、本発明は他の種々の形態でであっても実施可能である。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【００１７】
また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理を説明する場合があるが、プログラムは、プロセッサ（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ）によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源（例えばメモリ）および／またはインターフェースデバイス（例えば通信ポート）等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路（例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣ）を含んで
いてもよい。
【００１８】
プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。
【００１９】
＝＝半導体ウェハの欠陥観察システム＝＝
まず、本発明の一実施形態である半導体ウェハの欠陥観察システムについて説明する。
【００２０】
本発明の一実施形態である欠陥観察システムは、半導体ウェハを搭載するための、ＸＹ方向に移動可能なステージと、半導体ウェハのエッジを含んだ部位を撮像するための撮像手段と、撮像して得られた複数の画像に対し、ウェハのエッジが前記複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力するための画像出力手段と、を備える。また、出力された画像において、半導体ウェハの欠陥を検出するための欠陥検出手段と、出力された画像を分類する欠陥画像分類手段と、を備えてもよい。
【００２１】
なお、本明細書で「ほぼ同じ」とは完全に同じである態様は含むが、完全に同じである必要はない。比較対象物で基準となる長さ（例えば、画像の縁の長さや画像中の半導体ウェハのエッジの長さ）の１０％以下の誤差を含んでもよいが、５％以下の誤差が好ましく、１％以下の誤差がより好ましく、０．５％以下の誤差がさらに好ましく、０．１％以下の誤差がさらに好ましい。
【００２２】
同様に、本明細書で「ほぼ平行」とは完全に平行である態様は含むが、完全に平行である必要はない。互いになす最大角が１０°以下の誤差を含んでもよいが、５°以下の誤差が好ましく、１°以下の誤差がより好ましく、０．５°以下の誤差がさらに好ましく、０．１°以下の誤差がさらに好ましい。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態にかかる欠陥観察システムの構成を表しており、ウェハの撮像を行う観察装置１０１と、全体の制御を行う制御部１０２、磁気ディスクや半導体メモリなどに情報を記憶する記憶部１０３、プログラムに従い演算を行う演算部１０４、装置に接続された外部の記憶媒体との情報の入出力を行う外部記憶媒体入出力部１０５、ユーザとの情報の入出力を制御するユーザインターフェース部１０６、ネットワークを介して欠陥画像分類装置と通信を行うネットワークインターフェース部１０７からなる。また、ユーザインターフェース部１０６には、キーボードやマウス、ディスプレイなどから構成される入出力端末１１３が接続されている。観察装置１０１は、試料ウェハ１０８を搭載するためのＸＹ方向に移動可能な可動ステージ１０９や、撮像手段として、試料ウェハ１０８に電子ビームを照射するための電子源１１０、試料ウェハから発生した二次電子や反射電子を検出する検出装置１１１、電子ビームを試料上に収束させる電子レンズ（図示せず）、及び電子ビームを試料ウェハ上で走査するための偏向器（１１２）を備えてもよい。観察装置１０１は特に限定されないが、荷電粒子顕微鏡であることが好ましく、具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）であることが好ましい。
【００２４】
図２は制御部１０２、記憶部１０３、演算部１０４について本発明の一実施形態の構成を示したものである。制御部１０２に含まれるステージ制御部２０１は、ステージの移動や停止の制御を行う。電子ビームスキャン制御部２０２は、所定の視野内において電子ビ
ームが照射されるように偏向器１１２を制御する。検出器制御部２０３は、電子ビームのスキャンに同期して検出装置１１１からの信号をサンプリングし、ゲインやオフセットなどを調整しデジタル画像を生成する。記憶部１０３には生成されたデジタル画像を付帯情報とともに記憶する画像記憶部２０４、撮像条件や欠陥検出処理パラメータ、分類処理パラメータなどを記憶する処理パラメータ記憶部２０５、入力された観察対象の欠陥検査座標を記憶する観察座標記憶部２０６を備える。また、演算部１０４は、ウェハ中心からみた観察座標の方位角を導出する観察座標方位角導出部２０７、画像から欠陥部位を検出する欠陥検出部２０８、欠陥の種類もしくはユーザが指定した分類基準に従って画像を分類する欠陥画像分類部２０９、平滑化やコントラスト調整などの画像前処理や画像の移動や回転などの変形を行う画像変形手段や、画像記憶部２０４や欠陥検出部２０８やユーザインターフェース制御部１０６に画像処理後の画像を出力するための画像出力手段を有する画像処理部２１０を備える。
【００２５】
試料ウェハから発生した二次電子や反射電子を検出する検出装置の構成や配置は特に限定されず、検出装置が含む電子検出器の構成や数も特に限定されないが、以下では、図３に示す検出装置１１１の一実施形態について詳細に説明する。図３は検出器３０１〜３０５と試料１０８の位置関係を模式的に表した図であり、（Ａ）は投影図、（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれｚ軸、ｙ軸から見た図である（検出器３０５は図示せず）。ここで３０１〜３０４は特定の放出角度（仰角および方位角）をもつ電子を選択的に検出するように構成された複数の検出器を表しており、例えば試料１０８からｙ方向に放出された電子は主に検出器３０１により検出される。これにより、あたかも検出器方向から光を当てたかのようなコントラストがついた画像を取得することが可能である。また、検出器３０５は主に試料から放出された二次電子を検出する検出器を表している。
【００２６】
＝＝半導体ウェハの欠陥観察方法  Ｉ＝＝
本発明の一実施形態は、半導体ウェハの欠陥観察方法であって、半導体ウェハを、平面上でＸＹ方向に移動させながら、半導体ウェハのエッジを含んだ複数の部位を撮像する撮像工程と、撮像して得られた複数の各画像について、ウェハのエッジが複数の画像内で、ほぼ平行である画像を出力する出力工程と、出力した画像において、半導体ウェハの欠陥を検出する欠陥検出工程と、を含む。
【００２７】
まず、画像を撮像する原理の一実施形態について、図４を用いて説明する。電子ビームスキャン制御部２０２は、所定の撮像視野内に電子ビームが照射されるように偏向器１１２を制御する。具体的には撮像視野内で一定方向にスキャンしたのち、直行する方向にずらして再度スキャンすることを繰り返し、撮像視野全体に電子ビームを照射する。このとき電子ビームのスキャンと同期して検出装置１１１で検出した信号をデジタル変換することにより、画像を得ることができる。図４Ａは試料４０１内の撮像視野４０２について電子ビームをスキャンする様子と、得られた画像４０３を模式的に示したものである。図４Ｂは電子ビームのスキャン方向を制御することで試料４０１の座標系（ｘ、ｙ）において撮像領域に角度をつけた例であり、試料４０１に対し、角度Ｒがついた領域４０４をスキャンする様子と、得られる画像４０５を模式的に示している。得られる画像４０５は画像４０３に対して回転したものとなる。以降、角度をつけて画像を撮像することをスキャンローテーションと記載し、その際の角度Ｒをスキャンローテーション角度と記載することとする。また、試料の座標系を（ｘ、ｙ）、画像の座標系を（ｕ、ｖ）と記載する。
【００２８】
次に、半導体ウェハを、平面上でＸＹ方向に移動させながら、半導体ウェハのエッジを含んだ複数の部位を撮像する撮像工程の一実施形態に関して、具体的な形態を図５を用いて説明する。
【００２９】
ここでは、まず、観察対象となる半導体ウェハをステージ上に設置し（Ｓ５０１）、対
象ウェハに対応した処理パラメータを記憶部２０５から読み込む（Ｓ５０２）。なお、半導体は多数の製造工程により製造されており、各工程において外観が大きく異なる場合がある他、帯電のしやすさなど試料の特性も異なる場合がある。そのため、工程やデバイスごとに撮像条件や処理パラメータを調整し、記憶させるのが一般的である。処理パラメータ読み込み後もしくは並列して観察を行う位置の座標リストを記憶した観察座標を記憶部２０６から読み込む（Ｓ５０３）。観察座標は他の欠陥検査装置が出力した欠陥座標でも良いしユーザが観察したい座標を入力したものでも良い。次に、ウェハ位置のアライメントを行う（Ｓ５０４）。ウェハはロボットアームなどを用いてステージ上に設置されるが、その際に数百ミクロン程度の位置ずれや回転ずれが生じる。そこで、ウェハのエッジ部や位置が既知のユニークパターンを撮像した上で、画像処理により位置ずれ量を算出する。これにより観察座標の補正が行えるほか、ウェハの中心座標を正しく算出することが可能となる。
【００３０】
次に、ｉ番目の観察座標について欠陥部位の画像を取得し、欠陥の種類もしくはユーザが指定した分類基準に従って画像を分類する手順の一実施形態について説明する。まず、対象の観察座標について観察装置の視野内に入るようにステージ制御部２０１を用いてステージを移動する。この時、ステージの移動誤差を吸収するため、ステージ位置の計測が行われ、画像撮像時には移動誤差を打ち消す様にビーム照射位置の調整が行われる。
【００３１】
次に、ウェハのエッジが複数の画像内で平行になるように、偏向器１１２を制御することによって電子ビームのスキャン方向を回転させる。以下に、その具体的な方法の一例を述べる。例えば、ウェハ中心から見た観察座標の方位角θｉを導出する。図６は観察座標６０１とウェハ中心座標６０２を結ぶ直線６０３と、方位角θ６０４を示した図である。６０６は領域６０５の拡大図である。この定義によれば、ウェハ中心を原点とした観察座標（ｄｘｉ、ｄｙｉ）における方位角θｉは数式１により求まる。
【００３２】
［数１］
θｉ＝  ａｔａｎ（ｄｙｉ、ｄｘｉ）
【００３３】
なお、関数ａｔａｎ（ｙ、ｘ）はｙ／ｘの逆正接を［−π、π］ラジアンの範囲で返す関数であって、象限は引数（ｙ、ｘ）から適切に求められるものとする。本実施形態では、方位角θを直線６０３とｘ軸の間の角度と定義するが、スキャン方向の回転を規定できるのであれば、他の定義でもかまわない。
【００３４】
方位角θｉを導出後、画像撮像時のスキャンローテーション角度Ｒｉを下記の数式２により決定し、撮像パラメータとして設定する（Ｓ５０７）。
【００３５】
［数２］
Ｒｉ＝θｉ＋α
【００３６】
αは事前に決めるパラメータであり、ウェハのエッジが複数の画像内でほぼ平行になるように決めておく。例えば、−π／２ラジアン（−９０度）に設定すれば背景領域が画像上において上側に位置するように調整できる。画像撮像（Ｓ５０８）では設定されたスキャンローテーション角度Ｒｉで撮像視野をスキャンし、画像を取得する。図６の領域６０７は観察座標６０１を撮像する視野領域であって、スキャンローテーション角度Ｒ６０８が設定されている様子を示したものである。
【００３７】
なお、方位角θおよびスキャンローテーション角度Ｒの導出においては、数式１および数式２による計算を行わずに、観察座標ごとに方位角θもしくはスキャンローテーション角度Ｒを記憶したデータベースを参照するようにしても良い。
【００３８】
画像撮像（Ｓ５０８）の後、撮像した画像から欠陥部位を検出する（Ｓ５０９）方法について説明する。図７は５つの観察座標に対して撮像した画像の模式図を示したものであり、７０１乃至７０５はスキャンローテーションを行わずに撮像した画像、７０６乃至７１０はスキャンローテーション角度を設定した上で撮像した画像であり、各画像において黒い領域がウェハ外領域（背景領域）、白い領域がウェハ内領域を表すものとする。７０１乃至７０５の画像はウェハ内領域と背景領域の位置関係が各画像で異なっており、例えば画像７０１と７０２について（ｕ、ｖ）方向の位置合わせを行っても領域境界の傾きが異なるため適切な解が存在しない。そのため、比較検査による欠陥検出が困難である。一方、７０６乃至７１０の画像は背景領域が画像の上側に来るようにスキャンローテーション角度が調整され撮像されている。そのため、領域境界についてｖ方向に位置合わせを行えば画像間での比較検査が容易になる。例えば、方位角を少しずらした位置で画像を撮像すれば欠陥が存在しない参照画像を撮像できる。もしくは欠陥画像一枚から、ｕ方向に画素を積算して平均的な値をもとめることで、参照画像を合成することもできる。比較検査については例えば特許文献１に記載の方法を用いればよい。
このように、スキャンローテーションにより、ウェハのエッジが複数の画像内で平行になるようにした後、撮像した画像を出力し、画像変形手段が画像を平行移動すると、ウェハのエッジが画像内でほぼ同じ位置になる。こうすることにより、画像間での比較検査が容易になる。
【００３９】
また、欠陥検出後、検出位置について倍率を上げて再度画像を撮像するように撮像処理を追加しても良い（図示せず）。これにより、欠陥部位を中心に捉えた高解像度な画像を取得することができる。また、このときのスキャンローテーション角度は算出したＲｉとしても良いし、予め設定した固定値を用いても良い。
【００４０】
さらに別の実施形態として、ウェハのエッジが出力される複数の画像内でほぼ同じ位置になるように、電子ビームスキャン制御部が、電子ビームを調整することによってスキャン方向を調整することができる。こうすることによって、画像変形手段が必要なくなり、装置構成が単純化できる。
【００４１】
＝＝欠陥画像分類処理＝＝
本実施の形態では、撮像した画像を分類する処理（Ｓ５１０）について述べる。半導体製造において生じる欠陥を分類するにあたっては、凹凸を基準に分類することが有効である場合が多い。例えば、異物とスクラッチ欠陥を分類する際、異物は凸形状であり、スクラッチは凹形状であるため、凹凸を特徴量として定量化することで容易に分類可能である。以下に、図８を用いて凸形状の欠陥と凹形状の欠陥を撮像した場合の見え方の違いについて説明する。
【００４２】
８０１は凸形状の欠陥断面を表した図であり、画像８０２は検出器３０３を用いて生成された画像、画像８０３は検出器３０４を用いて生成された画像を模式的に表したものである。前述のように各検出器の画像は、あたかも検出器位置から光を当てたかのようなコントラストがついた画像が取得される。そのため、画像８０２は検出器３０３がある左側上方から光を当てたような画像、つまり凸部の左側は光が当たって明るく、右側は影がつき暗くなったかの様な画像が取得される。画像８０３においても同様であり、画像８０２とは明暗の付き方が逆転する。８０４は凹形状の欠陥断面を表した図であり、画像８０５は検出器３０３を用いて生成された画像、画像８０６は検出器３０４を用いて生成された画像を模式的に表したものである。画像８０５は検出器３０３がある左側上方から光を当てたような画像、つまり凹部の右側は光が当たって明るく、左側は影がつき暗くなったかの様な画像が取得される。画像８０６においても同様であり、画像８０５とは明暗の付き方が逆転する。なお、検出器３０３および検出器３０４の画像を例に説明したが、検出器
３０１および検出器３０２についても同様である。以上のような見え方の違いに基づき、画像から凹凸を判定する一方法として陰影の斜面が存在する方向に着目した手法はすでに開示されている（特許文献５参照）。
【００４３】
本発明の一実施形態によって撮像される画像は観察位置によってスキャンローテーション角度が異なる。スキャンローテーション角度を変えても試料と検出器の物理的な位置関係は変化しない。一方で撮像した画像の座標系（（ｕ、ｖ）座標系）からみた検出器の方向が変化する。この結果、画像の見た目からは凹凸の判定が困難になる。図９は凸形状の欠陥と凹形状の欠陥について、それぞれスキャンローテーションを０度と１８０度にして撮像した画像の模式図と、画像座標系から見た検出器の方向を示した図である。１８０度のスキャンローテーションを行うと、画像が回転するため明暗の付き方が反転し、凸形状と凹形状の見え方が入れ替わることがわかる。そのため、画像の見た目のみからでは凹凸の判定が困難となる。ただし、スキャンローテーションに合わせて画像座標系からみた検出器の方向も回転するため、検出器の方向を考慮すれば凹凸の判定が可能になる。よって、画像撮像に合わせて画像の付帯情報としてスキャンローテーション角度を記憶しておき、陰影の斜面が存在する方向と合わせて判定することにより、正しい凹凸判定が可能になる。もしくはサポートベクターマシンや深層学習などの機械学習技術を用いて画像分類器を学習する際に、凹凸を特徴量として定量化する代わりに、電子ビームの偏向角度であるスキャンローテーション角度を特徴量としても良い。これにより、画像の見た目とスキャンローテーション角度を考慮した上で識別面を構成することが可能になる。
【００４４】
あるいは、本発明の他の実施形態によって撮像される画像は、観察位置によって画像変形手段による回転角度が異なる。そこで、この画像の回転角度を特徴量としてもよい。それによって、画像の観察位置を特定するのが容易になる。
【００４５】
本発明の一実施形態にかかる、観察処理の確認をするためのＧＵＩを図１０に示す。本画面では観察座標をウェハマップとして表示する領域、観察座標の一覧をリスト形式で表示する領域、画像の一覧を表示する領域を備える。ウェハマップを表示する領域においてマウスなどのインターフェースにより観察座標を選択可能であり、選択された観察座標の画像や付帯情報を、画像表示部に連動して表示するようにしても良い。また、観察座標をリスト表示する際には、座標情報の他、ウェハ中心からの距離や方位角θ、スキャンローテーション角度Ｒを表示するようにしてもよい。また、画像を一覧表示する際には、欠陥分類結果などの付帯情報を表示するようにしてもよい。なお、本発明により撮像された画像はウェハ内領域と背景領域の位置関係が一定であるため、画像の見た目からはウェハ上でどの位置を撮像したのか直感的に把握するのが困難である。そこで、撮像位置に関する情報を画像上にオーバーレイ表示しても良い。図１１にオーバーレイ表示する情報の例を示す。１１０１はスキャンローテーション角度を０にした場合の画像を表しており、１１０２乃至１１０４はスキャンローテーション角度を調整したうえで撮像した画像を表している。１１０２はウェハ座標系の向きをオーバーレイ表示した結果、１１０３は検出器３０１乃至３０４の方向をオーバーレイ表示した結果、１１０４はウェハマップ上の撮像位置をオーバーレイ表示した結果である。このような情報を画像と合わせて提示することにより、ユーザは表示されている画像がウェハ上のどの位置で撮像されたものなのか、より直感的に把握することが可能となる。
【００４６】
以上説明した手段を備えることで、並進ステージを備えた観察装置を用いてウェハ外周部の欠陥部位を撮像した場合においても、画像視野内においてウェハ内領域と背景領域の位置関係を一定にすることが可能となる。これにより、欠陥検出処理や分類処理などにおいてウェハ内領域と背景領域を切り分けるのが不要もしくは容易となり、処理高速化や欠陥検出率向上、分類正解率向上が容易となる。さらに、撮像位置に関する情報を画像上にオーバーレイ表示することにより、ユーザは表示されている画像がウェハ上のどの位置で
撮像されたものなのか、より直感的に把握することが可能となる。
【００４７】
＝＝半導体ウェハの欠陥観察方法  ＩＩ＝＝
上記実施の形態（「半導体ウェハの欠陥観察方法  Ｉ」）では並進ステージを備えた観察装置を用いてウェハ外周部の欠陥部位を撮像する際に、スキャンローテーション角度を調整することで、複数の画像において、ウェハのエッジを平行にし、その後、画像変形手段が、それら画像内でウェハのエッジがほぼ同じ位置になるようにする方法について述べた。本実施の形態では、スキャンローテーション角度を一定にした上で、画像を変形させることにより、画像内でウェハのエッジがほぼ同じ位置になるようにする方法について述べる。
【００４８】
本実施形態にかかる装置構成は図１および図２と同様である。また、ＧＵＩとして図１０〜図１１で示したものと同等のインターフェースを備える。
【００４９】
観察処理のフローを図１２に示す。Ｓ１２０１乃至Ｓ１２０５の処理は処理Ｓ５０１乃至Ｓ５０５と同様である。ステージ移動後に画像を撮像する処理（Ｓ１２０６）において、本実施の形態では予め設定された固定値（例えば０度）を用いて画像を撮像する。次に、数式１に従い、ウェハ中心から見た観察座標の方位角θｉを算出する。次に画像に対し、画像処理部２１０を用いて画像変形処理を行う（Ｓ１２０８）。図１３を用いて画像撮像（Ｓ１２０６）と方位角算出（Ｓ１２０７），画像変形（Ｓ１２０８）の具体例を説明する。観察座標１３０２に対して撮像視野１３０３の画像を取得する。画像変形部では方位角θiから画像回転角度Ｔｉを数式３により求め、画像を時計回りに回転させる。なお
、βは事前に決めるパラメータであり、例えば撮像時のローテーション角度が０度の場合、−π／２ラジアン（−９０度）に設定すれば背景領域が画像上において上側に位置するように調整できる。画像１３０４は画像１３０５をＴｉ度回転させた結果の模式図である。回転させた画像１３０４から所定の領域画像１３０６を切り出すことにより変形画像として出力する。なお、図からわかるとおり画像処理により画像を回転させた場合、画素値が不定となる領域が生じ（１３０４の網掛け部）、切り出せる領域が制限される。これを解決するには予め撮像視野１３０３を所望の観察領域よりも広く設定すればよい。具体的には視野サイズを１．５倍程度にしておけばよい。
【００５０】
［数３］
Ｔｉ＝θｉ＋β
【００５１】
画像撮像後の欠陥検出処理（Ｓ１２０９）および欠陥分類処理（Ｓ１２１０）に関しては上述の「欠陥画像分類処理」の記載に準ずる。
【００５２】
以上説明したような画像変形手段を備えることで、並進ステージを備えた観察装置を用いてウェハ外周部の欠陥部位を撮像した場合においても、画像視野内においてウェハ内領域と背景領域の位置関係を一定にすることが可能となる。これにより、欠陥検出処理や分類処理などにおいてウェハ内領域と背景領域を切り分けるのが不要もしくは容易となり、処理高速化や欠陥検出率向上、分類正解率向上が容易となる。さらに、撮像位置に関する情報を画像上に重ねて表示することにより、ユーザは表示されている画像がウェハ上のどの位置で撮像されたものなのか、より直感的に把握することが可能となる。
【００５３】
＝＝半導体ウェハの欠陥観察方法  ＩＩＩ＝＝
ここまではウェハ外周部に位置する欠陥の観察方法について述べた。本実施の形態ではウェハ外周部に位置する欠陥と、外周部より内側に位置する欠陥の観察を一連の動作で実施する方法について述べる。ここで、ウェハ外周部よりも内側に位置する欠陥は、回路パターンが形成された領域に位置する欠陥である。
【００５４】
本実施の形態にかかる装置構成は図１および図２と同様である。また、また、ＧＵＩとして図１０、図１１で示したものと同等のインターフェースを備える。
【００５５】
図１４に本実施形態にかかる処理フローを示す。処理Ｓ１４０１〜Ｓ１４０５は処理Ｓ５０１〜Ｓ５０５に準ずる。本実施の形態では、観察座標とウェハ中心間の距離ｄｉを算出し（Ｓ１４０６）、予め設定したしきい値と比較する（Ｓ１４０７）ことで、ウェハ外周部より内側に位置する欠陥か、ウェハ外周部に位置する欠陥かの判定を行う。なお、ウェハ外周部のみを重点的に検査する他の検査装置が出力した欠陥座標と、ウェハ全面を検査する他の検査装置が出力した欠陥座標に対して両者が区別可能なように座標情報に対してフラグをつけておき、該フラグに応じて判別するようにしても良い。
【００５６】
ウェハ外周部よりも内側と判定された観察座標については、スキャンローテーション角度を予め決められた固定値に設定する（Ｓ１４０８）。これは内側に位置する欠陥、つまり回路パターンが形成された領域に位置する欠陥に対しては、スキャンローテーションを入れると画像における回路パターンの方向が変化し、比較検査が困難になるためである。ウェハ外周部に位置すると判定された欠陥座標については上述したように、ウェハ内領域と背景領域の位置関係が一定になるように画像を撮像する。図１４では上述の方位角θｉを算出し（Ｓ１４０９）、スキャンローテーション角度を調整する（Ｓ１４１０）ように記載しているが、画像変形手段によって画像を変形するように構成しても良い。以降の画像撮像（Ｓ１４１１）、欠陥検出処理（Ｓ１４１２）、欠陥分類処理（Ｓ１４１３）は上述の処理Ｓ５０８乃至Ｓ５１０と同様であり、それらに準ずる。
【００５７】
以上説明した手段を備えることで、並進ステージを備えた観察装置を用いてウェハ外周部に位置する欠陥および、外周部よりも内側に位置する欠陥の観察を一連の動作で行うことが可能になる。
【００５８】
＝＝プログラム＝＝
本発明の一実施態様は、コンピュータに、上記の欠陥観察方法を行わせるためのプログラムである。また、このプログラムをコンピュータによって読み取り可能に格納する記録媒体も、本発明の実施形態の一つである。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  観察装置
１０２  制御部
１０３  記憶部
１０４  演算部
１０５  外部記憶媒体入出力部
１０６  ユーザインターフェース部
１０７  ネットワークインターフェース部
１０８  試料ウェハ
１０９  可動ステージ
１１０  電子源
１１１  検出装置
１１２  偏向器
１１３  入出力端末
２０１  ステージ制御部
２０２  電子ビームスキャン制御部
２０３  検出器制御部
２０４  画像記憶部
２０５  処理パラメータ記憶部
２０６  観察座標記憶部
２０７  観察座標方位角導出部
２０８  欠陥検出部
２０９  欠陥画像分類部
２１０  画像処理部
３０１〜３０５  検出器
４０１  試料
４０２  撮像視野
４０３  画像
４０４  角度Ｒがついた領域
４０５  画像
６０１  観察座標
６０２  ウェハ中心座標
６０３  直線
６０４  方位角
６０８  スキャンローテーション角度
７０１〜７０５  スキャンローテーションを行わずに撮像した画像
７０６〜７１０  スキャンローテーション角度を設定した上で撮像した画像
１３０１  全体の視野
１３０２  欠陥
１３０３  撮像視野
１３０４  撮像画像を回転させた画像
１３０５  撮像画像
１３０６  撮像画像を変形させた画像
【図１】
2020043266.tif 000003
【図２】
2020043266.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2020043266.tif 000008
【図４Ｂ】
2020043266.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020043266.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2020043266.tif 000015
【図１１】
2020043266.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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