(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ形状のパターンを有するダイが複数形成された試料を載置して平面内で移動可能な
テーブルを備えた走査型電子顕微鏡手段と、
該走査型電子顕微鏡手段で前記テーブルに載置された試料を撮像して得た該試料のＳＥ
Ｍ画像を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶した前記試料のＳＥＭ画像を処理して前記試料上の欠陥を検出する画
像処理手段と、
該画像処理手段で前記試料のＳＥＭ画像を処理する条件を入力するとともに処理した結
果を出力する入出力手段と、
前記走査型電子顕微鏡手段と前記記憶手段と前記画像処理手段と前記出力手段とを制御
する制御手段と
を備えた装置であって、
前記制御手段は、前記走査型電子顕微鏡手段を制御して前記試料上に形成された複数の
ダイについて予め設定された領域を順次撮像して該複数のダイの予め設定された領域のＳ
ＥＭ画像を順次取得し、該順次取得した前記複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画
像を前記記憶手段に記憶させることを複数の試料について順次行い、
前記画像処理手段は、該記憶手段に記憶させた順次取得した予め設定された領域のＳＥ
Ｍ画像のうち最初の試料の予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像の画像特徴量のうち特定の画像特徴量を指標値とし、該指標値が所定の範囲にある画像を選択して参照画像を作成し、該作成した参照画像を記記憶手段に記憶させた複数の試料の順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、該抽出した欠陥を分類することを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥検査装置。
【請求項２】
前記走査型電子顕微鏡手段で前記試料を撮像して前記ＳＥＭ画像を取得することと前記
画像処理手段で前記記憶手段に記憶した前記試料のＳＥＭ画像を処理して前記試料上の欠
陥を検出することとを非同期で実行することを特徴とする請求項１記載のＳＥＭを用いた
欠陥検査装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、前記記憶手段に記憶させた最初の試料の予め設定された領域の複
数のＳＥＭ画像の平均画像を作成し、該平均画像を参照画像とすることを特徴とする請求
項１又は２に記載のＳＥＭを用いた欠陥検査装置。
【請求項４】
前記指標値の所定の範囲を前記入出力手段上で設定することを特徴とする請求項１記載
のＳＥＭを用いた欠陥検査装置。
【請求項５】
走査型電子顕微鏡手段を用いて複数の試料のうちの１番目の試料上に形成された同じ形
状のパターンを有する複数のダイについて予め設定された領域を順次撮像して該複数のダ
イの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し、
該順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させ、
該記憶手段に記憶させた複数の試料のうちの１番目の試料の予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像の画像特徴量のうち指定した画像特徴量を指標値とし、該指標値が所定の範囲にある画像を選択して参照画像を作成し、
該作成した参照画像を前記記憶手段に記憶させた順次取得した予め設定された領域のＳ
ＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、
該抽出した欠陥を分類し、
前記複数の試料のうちの前記１番目の試料を除いた試料について複数のダイの予め設定
された領域を順次撮像して該複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し
て前記記憶手段に記憶させ、
該記憶手段に記憶させた前記複数の試料のうちの前記１番目の試料を除いた試料の前記
複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を前記参照画像と比較して欠陥を抽出し、
該抽出した欠陥を分類する
ことを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥検査方法。
【請求項６】
前記走査型電子顕微鏡手段で前記試料を撮像して前記ＳＥＭ画像を取得することと前記
記憶手段に記憶した前記試料のＳＥＭ画像を処理して前記試料上の欠陥を検出することと
を非同期で実行することを特徴とする請求項５記載のＳＥＭを用いた欠陥検査方法。
【請求項７】
前記参照画像を、前記記憶手段に記憶させた複数の試料のうちの１番目の試料の予め設
定された領域の複数のＳＥＭ画像の平均画像を作成し、該平均画像を参照画像とすること
を特徴とする請求項５又は６に記載のＳＥＭを用いた欠陥検査方法。
【請求項８】
前記指標値を前記入出力手段から入力することを特徴とする請求項５記載のＳＥＭを
用いた欠陥検査方法。
【請求項９】
走査型電子顕微鏡手段を用いて複数の試料のうちの１番目の試料上に形成された同じ形
状のパターンを有する複数のダイについて予め設定された領域を順次撮像して該複数のダ
イの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し、
該順次取得した予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させ、
該記憶手段に記憶させた複数のＳＥＭ画像を処理して該複数のＳＥＭ画像の特徴量のヒ
ストグラムを作成して画面に表示し、
該ＳＥＭ画像特徴量のヒストグラムが表示された画面上で該ＳＥＭ画像特徴量の範囲を
設定し、
該設定された範囲内の特徴量を有するＳＥＭ画像を前記記憶手段に記憶させた複数のＳ
ＥＭ画像の中から選択し、
該選択したＳＥＭ画像を用いて参照画像を作成し、
該作成した参照画像を前記記憶手段に記憶させた順次取得した予め設定された領域のＳ
ＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、
該抽出した欠陥を分類し、
前記複数の試料のうちの前記１番目の試料を除いた試料について複数のダイの予め設定
された領域を順次撮像して該複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し
て前記記憶手段に記憶させ、
該記憶手段に記憶させた前記複数の試料のうちの前記１番目の試料を除いた試料の前記
複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を前記参照画像と比較して欠陥を抽出し、
該抽出した欠陥を分類する
ことを特徴とするＳＥＭを用いた欠陥検査方法。
【請求項１０】
前記ヒストグラムを作成する前記ＳＥＭ画像の特徴量が、前記複数のダイについて予め
設定された領域のパターンの寸法であることを特徴とする請求項９記載のＳＥＭを用い
た欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの検査技術に関し、特に走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)を用いて半導体ウェハ上に形成されたパターンの欠陥を検査するのに適したＳＥＭを用いた欠陥検査方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハに形成される回路パターンの微細化が進むにつれ、その製造工程で発生する欠陥が製品歩留まりに与える影響は大きくなってきており、製造段階においてそのような欠陥が発生しないように管理することはますます重要となっている。現在、半導体ウェハの製造現場では、一般的に、欠陥検査装置と欠陥観察装置とを用いて歩留り対策を行っている。欠陥検査装置とは、光学的な手段もしくは電子線を用いてウェハ表面の状態を画像化しその画像を自動処理することで、ウェハ上のどの位置に欠陥が存在するかを高速に調べるものである。このような欠陥検査装置では、その高速性が重要であるため、可能な限り取得する画像の画素サイズを大きく（つまり低解像度化）することによる画像データ量の削減を行っており、多くの場合、検出した低解像度の画像からは欠陥の存在は確認できても、その欠陥の種類を詳細に判別することはできない。
【０００３】
一方、欠陥観察装置（レビュー装置）とは、欠陥検査装置によって検出された各欠陥について、画素サイズを小さくした状態で（つまり解像度の高い）画像を取得し観察するために用いられる装置である。このような欠陥観察装置は、現在、複数のメーカより市場に投入されている。それらの装置には、欠陥発生原因を特定するのに役立てる為、撮像した画像を自動で分類する機能を搭載するものもある。
【０００４】
益々微細化が進む半導体製造プロセスにおいては、その欠陥サイズが数十ナノメートルのオーダに達していることもあり、欠陥の観察や分類のためには、ナノメートルオーダの分解能が必要になる。そのため、近年は、走査型電子顕微鏡を用いた欠陥観察装置が広く使われだしてきている。また、半導体デバイスの量産ラインでは欠陥の観察作業（レビュー作業）の効率化が望まれており、欠陥観察装置には、欠陥検査装置で検出された欠陥位置の画像を自動で撮像する機能（ＡＤＲ：Automatic Defect Review）や得られた画像を分類する機能（ＡＤＣ：Automatic Defect Classification）が搭載されるようになってきた。
【０００５】
半導体製造の量産ラインにおいては、製造プロセスにおける欠陥発生状態を正しくモニタリングする必要がある。そのため、可能な限り多くのウェハについて、欠陥検査装置による検査と欠陥観察装置であるレビューＳＥＭによる欠陥の観察・分類を行う必要があり、欠陥検査装置及びレビューＳＥＭにおいては、処理速度つまりスループットの向上が特に重要となっている。レビューＳＥＭにおけるスループットとは、単位時間内で、画像撮像及び分類を行うことのできる欠陥の数を意味する。現在市場に投入されているレビューＳＥＭのスループットは１０００〜２０００［欠陥／時間］である。スループット性能は、飛躍的に向上しており今後もさらに高性能化する可能性が高い。このようなレビューＳＥＭの機能等についての従来技術については特開２００１−３３１７８４号公報（特許文
献１）に開示されている。この特許文献１には、レビューＳＥＭの構成、ＡＤＲ及びＡＤＣの機能並びに動作シーケンス、さらに、取得した画像や分類結果の表示方法等について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３１７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回路パターンの微細化が進むにつれ、検査・観察すべき欠陥のサイズも微細化が進んでいる。回路パターンの設計ルールが数１０ｎｍ以下になると隣接するパターンを露光する光の間で近接効果が発生して所望の形状のパターンを露光できなくなってしまう。この対策として光近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：  ＯＰＣ）を行ったマスクパターンを用いて露光することが行われている。しかし、このようなマスクパターンを用いて露光しウェハ上にパターンを形成する場合、パターンの形状はプロセスの変動を受けやすく、パターンの形状不良や微細な欠陥の発生を引き起こしやすくなる。
【０００８】
このようなパターンの生産を歩留まりよく行うためには、ＯＰＣ補正を行ったプロセスの変動に敏感な特定のパターンを観察して（定点観察）形状の不良や微細な欠陥の検出を行い、プロセスの安定性を監視する必要がある。このようなパターンの観察・検査を従来の光学式検査装置で行おうとする解像度が十分でなく、微細な欠陥を検査することは低解像度の欠陥検査装置では困難となってきている。
【０００９】
一方、高解像度の画像を取得できる手段として、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いた測長ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉ−ｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ＳＥＭ：ＣＤ−ＳＥＭ）やレビューＳＥＭ（Ｒｅｖｉｅｗ    ＳＥＭ）などが実用化されている。測長ＳＥＭは取得したＳＥＭの画像からパターンの寸法やパターンの間隔を測定する用途で用いられるものであり、パターンの形状観察や欠陥の検出を行うには適していない。一方、レビューＳＥＭは他の検査装置で検出した欠陥の位置情報を用いて欠陥のＳＥＭ画像を取得し、欠陥の観察・分類を行う装置であり、本発明で対象とする微細なパターンの形状観察や欠陥の検出に適している。
【００１０】
従来レビューＳＥＭ装置を用いて欠陥を観察する場合、観察対象の欠陥を含む領域を撮像して得たＳＥＭ画像と欠陥を含まない領域を撮像して得たＳＥＭ画像とを比較して差のある部分を欠陥として抽出しその画像を観察することを、観察対象の欠陥ごとに行っていた。しかし、半導体デバイスの高集積化に伴い、プロセスの変動に敏感な箇所の数が大幅に増えてきており、レビューＳＥＭを用いた従来の方法では、取得するＳＥＭ画像の数、及び、処理する画像データ量の増大を招き画像処理する時間も大幅に増えてしまうため、パターン観察及び欠陥検査のスループットは使用に耐えないほどの低下を余儀なくされてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、微細なパターンの観察及び欠陥の検査を、スループットを低下させることなく実行することを可能とする欠陥検査・観察方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
半導体ウェハ上に形成された回路パターンの検査として、ウェハを走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)で撮像し、得られた画像を処理して回路パターンの欠陥を検出することが一般に行われている。ＳＥＭにおける撮像は，電子ビームを偏向させて半導体ウェハを走査し、ウェハから発生する2次電子、反射電子を検出器で取得して画像化する。ウェハ上には複数のダイが格子状に繰り返し配列されており、各ダイには同じ回路パターンが形成されるので、検査を行うために、各ダイの対応する部分の一つを検査画像とし、別の一つを参照画像として比較して欠陥を検出することが行われる。また、ダイの中のメモリマット部は複数のメモリセルが格子状に繰り返し配列されており、各メモリセルには同じ回路パターンが形成されるので、メモリセル同士で同様に比較検査が行われる。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の検査方法及び検査装置では、各ダイにおいて予め定めた注目領域(Region Of Interest：ＲＯＩ)を順次ＳＥＭで撮像して得た複数のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させておき、この記憶させたＳＥＭ画像から参照画像を作成し、この参照画像と記憶させておいたＳＥＭ画像とを順次比較して欠陥を検出する定点検査、あるいはＲＯＩ検査を行うようにした。
【００１４】
即ち、上記目的を達成するために、本発明では、同じ形状のパターンを有するダイが複
数形成された試料を載置して平面内で移動可能なテーブルを備えた走査型電子顕微鏡手段
と、走査型電子顕微鏡手段でテーブルに載置された試料を撮像して得た試料のＳＥＭ画像
を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶した試料のＳＥＭ画像を処理して試料上の欠陥を
検出する画像処理手段と、画像処理手段で試料のＳＥＭ画像を処理する条件を入力すると
ともに処理した結果を出力する入出力手段と、走査型電子顕微鏡手段と記憶手段と画像処
理手段と入出力手段とを制御する制御手段とを備えたＳＥＭを用いた欠陥検査装置におい
て、制御手段は、走査型電子顕微鏡手段を制御して試料上に形成された複数のダイについ
て予め設定された領域を順次撮像して複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順
次取得し、順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させることを
複数の試料について順次行い、画像処理手段は、記憶手段に記憶させた順次取得した予め
設定された領域のＳＥＭ画像のうち最初の試料の予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像の画像特徴量のうち特定の画像特徴量を指標値とし、指標値が所定の範囲にある画像を選択して参照画像を作成し、作成した参照画像を記憶手段に記憶させた複数の試料の順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、抽出した欠陥を分類するようにした。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明では、ＳＥＭを用いた欠陥検査方法において
、走査型電子顕微鏡手段を用いて複数の試料のうちの１番目の試料上に形成された同じ形
状のパターンを有する複数のダイについて予め設定された領域を順次撮像して複数のダイ
の予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し、順次取得した予め設定された領域のＳ
ＥＭ画像を記憶手段に記憶させ、記憶手段に記憶させた複数の試料のうちの１番目の試料の予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像の画像特徴量のうち指定した画像特徴量を指標値とし、指標値が所定の範囲にある画像を選択して参照画像を作成し、作成した参照画像を記憶手段に記憶させた順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、抽出した欠陥を分類し、複数の試料のうちの１番目の試料を除いた試料について複数のダイの予め設定された領域を順次撮像して複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得して記憶手段に記憶させ、  この記憶手段に記憶させた複数の試料のうちの１番目の試料を除いた試料の複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を参照画像と比較して欠陥を抽出し、抽出した欠陥を分類するようにした。
【００１６】
更に、上記目的を達成するために、本発明では、ＳＥＭを用いた欠陥検査方法において
、走査型電子顕微鏡手段を用いて複数の試料のうちの１番目の試料上に形成された同じ形状のパターンを有する複数のダイについて予め設定された領域を順次撮像して複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得し、この順次取得した予め設定された領域の複数のＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させ、記憶手段に記憶させた複数のＳＥＭ画像を処理して複数のＳＥＭ画像の特徴量のヒストグラムを作成して画面に表示し、ＳＥＭ画像特徴量のヒストグラムが表示された画面上でＳＥＭ画像特徴量の範囲を設定し、設定された範囲内の特徴量を有するＳＥＭ画像を記憶手段に記憶させた複数のＳＥＭ画像の中から選択し、選択したＳＥＭ画像を用いて参照画像を作成し、作成した参照画像を記憶手段に記憶させた順次取得した予め設定された領域のＳＥＭ画像と比較して欠陥を抽出し、抽出した欠陥を分類し、
複数の試料のうちの１番目の試料を除いた試料について複数のダイの予め設定された領域を順次撮像して複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を順次取得して記憶手段に記憶させ、この記憶手段に記憶させた複数の試料のうちの１番目の試料を除いた試料の複数のダイの予め設定された領域のＳＥＭ画像を参照画像と比較して欠陥を抽出し、抽出した欠陥を分類するようにした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、
ウェハ上の定点観察による微細なパターンの観察及び欠陥の検査を、スループットを低下させることなく実行することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態において、欠陥観察装置の例を表す図である。
【図２】実施例１における定点検査を行う方法の手順を表すフロー図である。
【図３】実施例１における平均画像を用いた欠陥検出の処理手順を示す図である。
【図４】実施例２におけるＧＰ画像作成方法の処理手順を示す図である。
【図５】実施例２における差分の総和を指標値としたＧＰ画像作成方法の処理手順を示す図である。
【図６】実施例２における参照画像取得箇所の概念を説明する図である。
【図７】実施例２におけるＧＰ画像作成方法の処理手順の別の例を示す図である。
【図８】実施例２における画素毎の外れ値除去の処理手順を説明する図である。
【図９】実施例２における参照画像の平均化の処理手順を説明する図である。
【図１０】実施例２における範囲を入力するためのＧＵＩを表す図である。
【図１１】実施例２において検査領域を予め設定するためのＧＵＩを表す図である。
【図１２】実施例２において検査領域を設定するためのＧＵＩを表す図である。
【図１３】実施例２において検査領域を設定するためのＧＵＩを表す図である。
【図１４】実施例２において比較検査を行う方法の手順を表すフロー図である。
【図１５】実施例３におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置の概略の構成を示す図である。
【図１６】実施例３におけるＧＰ画像作成方法の処理手順を説明する図である。
【図１７】実施例４における検査装置の概略の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明をＳＥＭを用いた欠陥観察装置（以下、レビューＳＥＭを記載する）に適用した第一の実施例を以下に説明する。図１に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置(欠陥レビューＳＥＭ装置)の構成の例を示す。欠陥観察装置は、電子線式顕微鏡１００と、Ａ／Ｄ変換器１１０、処理手段１１１、ユーザインターフェース部１１２、記憶手段１１３、全体制御部１１４を備えて構成される。
【００２１】
電子線式顕微鏡１００は、筐体１０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１０２と、電子線１０５を発射する電子線源１０４、電子線源１０４から発射された電子線１０５を偏向させる偏向器１０６、電子線１０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１０７、電子レンズ１０７でフォーカス位置を調整された電子線１０５が走査して照射された半導体ウェハ１０３から発生する二次電子１０８を偏向器１０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１０９を備えている。検出器１０９で検出された二次電子は、電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１１１に入力されて画像処理される。
【００２２】
上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め記憶手段１１３に記憶された半導体ウェハ１０３上の検査領域の位置情報に基づいて全体制御部１１４はテーブル１０２を駆動して半導体ウェハ１０３上の検査領域が電子線式顕微鏡１００の検出器１０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１１４は電子線式顕微鏡１００を制御してこの観察視野の内部で位置合わせパターン画像を取得し、予め登録した位置合わせパターン登録画像と比較して検査領域の位置を算出する。次にこの算出した検査領域の位置を電子線式顕微鏡１００で撮像して検査領域画像を取得し、予め登録したＧＰと比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。抽出した欠陥の画像や欠陥を分類した結果は、ユーザインターフェース部１１２の画面１１２１に表示される。
【００２３】
上記した装置を用いて半導体ウェハ上に形成された各ダイにおいて予め定めた注目領域
（又はパターン）を検査画像とし、参照画像（ＧＰ（Ｇｏｌｄｅｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）画
像）と比較して欠陥を検出する定点検査、あるいはＲＯＩ検査(Region Of Interest)を行
う方法の手順の例を図２に示す。
【００２４】
まず、最初のウェハであるかを判断し(Ｓ２０１)、ＹＥＳの場合にはユーザインタフェース部１１２から検査対象ウェハのダイパターンのうちでＤＯＩ（Ｄｅｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：関心欠陥）を含む領域、又はＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ        Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：関心領域）を指定する（Ｓ２０２）。次に、検査対象ウェハの各ダイについて、指定されたＤＯＩと同一形状のパターンを含む領域又はＲＯＩと同一の領域をＳＥＭを用いて順次撮像して複数のＳＥＭ画像を取得して位置情報とともに記憶手段１１３に記憶する（Ｓ２０３）。
【００２５】
次に、再度最初のウェハであるかを判断し(Ｓ２０４)、ＹＥＳの場合にはＳ２０３で取得されて記憶手段１１３に記憶された複数のＳＥＭ画像を用いて処理手段１１１において平均化処理をしてＧＰ画像を作成する（Ｓ２０５）。次に処理手段１１１においてＧＰ画像と記憶手段１１３に記憶されている複数の画像を順次比較検査して欠陥候補を検出し（Ｓ２０６）、この検出した欠陥候補から欠陥を抽出する（Ｓ２０７）。
【００２６】
次に、抽出した欠陥を種類毎に分類し（Ｓ２０８）、その結果を出力する（Ｓ２０９）。Ｓ２０３でＳＥＭ画像の取得が終わったウェハは、処理手段１１１と記憶手段１１３とでＳ２０３からＳ２０９までのステップの処理を実行している間にレビューＳＥＭから搬出され、次の検査対象ウェハが搬入される。この搬入された検査対象ウェハはＳ２０１で最初のウェハではないと判断されてＳ２０３のＳＥＭ画像取得のステップが直ちに実行され、最初のウェハのときにＳ２０２で設定された検査領域の情報を用いてＳＥＭ画像が取得されて記憶手段１１３に記憶される。
【００２７】
さらに、Ｓ２０４でも最初のウェハではないと判断されてＳ２０６のＧＰ比較検査のステップに進み、最初のウェハを用いて作成されたＧＰが像を用いてＧＰ比較検査が実行され、その後Ｓ２０７からＳ２０９までが順次実行される。
【００２８】
本実施例では、Ｓ２０１で指定されたＤＯＩを含む領域又はＲＯＩのＳＥＭ画像をＳ２０２のステップにおいてウェハの全領域に亘って順次取得して記憶手段１１３に取得した全てのＳＥＭ画像を一旦記憶し、その記憶した画像を用いてＳ２０３からＳ２０７までの一連の処理をＳＥＭ画像の取得とは非同期で実行することが可能であるために、レビューＳＥＭはウェハ上の検査対象領域の画像を取得後直ちに次のウェハと入れ替えて同じ動作を繰り返すことができ、スループットを低減させることなくＤＯＩを含む領域又はＲＯＩの観察及び欠陥の抽出を行うことができる。
【００２９】
図２において、２枚目以降のウェハについてはＳ２０２とＳ２０５のステップをスキップする処理フローを説明したが、Ｓ２０５以降の処理はＳ２０３とは非同期で処理されるので、Ｓ２０４の判定ステップを削除して、２枚目以降のウェハについてもそれぞれのウェハのＳＥＭ画像を用いて、それぞれのウェハごとにＳ２０５でＧＰ画像を作成しても良い。この場合にも、スループットを低減させることなくＤＯＩを含む領域又はＲＯＩの観察及び欠陥の抽出を行うことができる。
【００３０】
Ｓ２０２のＳＥＭ画像を取得するステップにおいてウェハの全領域に亘って順次取得したＳＥＭ画像には、電子光工学系の回路に発生する回路ノイズ等によって、画像ノイズ（以降、単にノイズと記す）が生じる。検査画像と参照画像とではノイズ状態が異なるため、検査・参照画像の比較の際に、ノイズの差異を虚報として検出してしまう。虚報を抑えるためには欠陥検出感度を下げることを余儀なくされ，実欠陥見逃しが発生してしまう場合がある。虚報を抑制し実欠陥見逃しを防ぐためには画像に生じるノイズを低減することが必要である。半導体のプロセスノードの微細化に伴い，より微小な欠陥を検出することが要求され、画像に生じるノイズの低減の必要性が高まる方向にある。
【００３１】
本発明では、画像に生じるノイズを低減するため、複数のダイの画像を用いて、平均を算出して平均画像を作成し、これを参照画像として用いることで参照画像に生じるノイズを低減する。
【００３２】
平均画像の概念を図３に示す。ウェハ２０９上には複数のダイ２１０が格子状に繰り返し配列されており、各ダイの対応する部分をSEM式ウェハ検査装置で撮像して得られた参照画像（ＳＥＭ画像）(1)２０１、参照画像（ＳＥＭ画像）(2)２０２、参照画像（ＳＥＭ画像）(3)２０３、参照画像（ＳＥＭ画像）(4)２０４がある。参照画像(1)２０１は回路パターンの線幅が細く、参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３は線幅が中ぐらい、参照画像(4)２０４は線幅が太い。対応するＡ−Ａ’部の輝度波形はそれぞれ、参照波形(1)２１１、参照波形(2)２１２、参照波形(3)２１３、参照波形(4)２１４である。
【００３３】
それらの平均を算出して得られたのが平均画像206である（図３では判りやすくするために４枚の参照画像（１）〜（4）を用いて平均画像２０６を作成する場合について説明したが、実際にはウェハ２０９の全部のダイのＳＥＭ画像を用いて平均画像２０６を作成する）。ここで、平均処理は各参照画像の対応する画素値の平均値を求めて平均画像２０６にすることで行う。Ｂ−Ｂ’部の輝度波形は平均波形２１６である。検査ダイの対応する部分を撮像して得られた検査画像２０５、B-B’部の輝度波形は検査波形２１５である。検査画像２０５と平均画像２０６との比較検査で得られるのは差分画像２０７、Ｂ−Ｂ’部の輝度波形は差分波形２１７となる。この差分波形２１７をしきい値２２０と比較してしきい値以上の差分波形を欠陥として抽出する。
【００３４】
上記実施例では、ウェハ２０９の全部のダイのＳＥＭ画像を用いて平均画像２０６を作成することで説明したが、一般にウェハ周辺部と中央部とではそれぞれのダイに形成されるパターンの形状に多少違いが生ずる場合がある。このような場合には、ウェハ周辺部と中央部とでそれぞれ異なる平均画像、即ち、ウェハ周辺部のダイのパターンだけを用いて周辺部のダイ検査用の平均画像と、ウェハ中央部付近のダイのパターンだけを用いて中央部のダイ検査用の平均画像との二種類の平均画像を作成してもよく、更にウェハの中央部と周辺部の間に中間部を設けて３つの領域ごとの平均画像を作成して検査を実行してもよい。
【００３５】
また、参照画像(1)２０１、参照画像(4)２０４を異常値とみなして除いたものから平均を算出するようにしても良い。した場合が異常除去平均画像２０８である。対応するＣ−Ｃ’部の輝度波形は、異常除去平均波形２１８である。異常を除去した平均画像２０８は回路パターンのエッジが急峻な状態となりエッジ断面形状のばらつきにより平均画像が理想画像からずれてしまうのを防止できる。
【００３６】
上記に説明した実施例においては、取得した複数のＳＥＭ画像から平均画像を作成して参照画像としていたが、取得した複数のＳＥＭ画像から一つの画像を抽出し、この抽出した画像を参照画像としても良い。例えば、取得した複数の画像についてパターンエッジ信号の急峻さ（ｅｄｇｅ  ｓｈａｒｐｎｅｓｓ：エッジシャープネス）やパターン幅を評価し、理想パターン（設計パターン）に最も近い画像を選択して、参照画像とすることができる。
【００３７】
本実施例によれば、記憶しておいたＳＥＭ画像から比較的容易に平均画像を作成することができるので、あまり複雑は処理を行わずに比較的簡単にＧＰ比較検査を実施することができる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１においては、全てのＳＥＭ画像または異常値を除いた画像を用いて作成した平均画像をＧＰ画像としているが、回路パターンのエッジは急峻な状態が理想であるため、平均画像２０６は必ずしも理想画像とはならない場合がある。即ち、全てのＳＥＭ画像から作成した平均画像でパターンのエッジ部分の信号が丸まってしまった場合、検査画像が正常なパターンの画像でパターンのエッジが急峻な場合にはこの正常なパターンが欠陥として検出されてしまう可能性がある。
【００３９】
また、回路パターンのばらつきの中で理想画像が偏ったものであった場合、例えば参照画像(4)２０４が理想的な画像であっても異常除去平均画像２０８は線幅が異なるため、やはり理想画像にはならない場合がある。
【００４０】
そこで、本実施例においては、画像に生じるノイズを低減するため、複数のダイの画像の履歴を用いて、各画素毎にこれら各画像についての平均を算出して理想画像を作成し、これを参照画像として用いることで参照画像に生じるノイズを低減する。また、各画素毎に画素値が外れ値となっているものや中央値からかけ離れているもの等を異常値とみなして、異常値を除いた平均を算出して理想画像を作成する。
【００４１】
本実施例における処理の全体のフローは実施定１で説明した図２に示した処理フローと同じであるが、Ｓ２０３のＧＰ画像作成のステップの詳細な処理の内容が異なる。
【００４２】
本実施例によるＧＰ画像作成方法の概念を図４に示す。ウェハ上の複数のダイの対応する部分を図１に示したレビューＳＥＭで撮像して複数の参照画像、図４では、実施例１と同様に参照画像(1)２０１、参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３、参照画像(4)２０４を取得し記憶手段１１３に記憶しておく。
【００４３】
記憶手段１１３に記憶された画像を処理手段１１１に呼び出して、処理手段１１１で各参照画像について指標値を演算する。この指標値は、各ＳＥＭ画像に含まれる回路パターンの像の画像特徴量、例えば回路パターンの線幅等でも良い。図４では、各参照画像に対応する線幅はそれぞれ、線幅(1)３０１、線幅(2)３０２、線幅(3)３０３、線幅(4)３０４である。算出した指標値からヒストグラム３０７を算出してユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示する。図では参照画像、参照波形、線幅はそれぞれ４個しか図示していないが、もっと多くのダイについて参照画像を取得しても良く、図４のヒストグラム３０７はもっと多くのダイについて算出した指標値のヒストグラムを表している。
【００４４】
次に、ヒストグラム３０７上で適切な範囲３０８をユーザが入力する。適切な範囲３０８とは、ＧＰ画像を作成するために使用するのに適した参照画像に対応した指標値の範囲である。これは、複数の参照画像の中から理想状態に近いとユーザが判断した参照画像、図４の例では、参照画像(2)２０２に対応する指標値(2)３１２が適切な範囲３０８に含まれるように、範囲下限３０９を設定し、同様に、参照画像(3)２０３に対応する指標値(3)３１３が適切な範囲３０８に含まれるように、範囲上限３１０を設定した場合を示している。
【００４５】
次に入力された適切な範囲308に対応する参照画像のみ、図では参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３、を選択平均化したＧＰ画像３０５を作成しＧＵＩ上に表示する。対応するＣ−Ｃ’部の輝度波形は、ＧＰ波形３１５である。ユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上に表示されることでＧＰ画像３０５の妥当性をユーザが確認することができる。
【００４６】
検査画像２０５と作成されたＧＰ画像３０５との比較検査で得られるのはＧＰ差分画像３０６、Ｃ−Ｃ’部の輝度波形はＧＰ検査波形３１６となる。ＧＰ差分画像３０６上の輝度差分は従来方法の差分画像２０６より低減し、虚報は抑制される。また、この指標値は、例えば各参照画像と正常画像との画素値の差分の総和でも良い。
【００４７】
差分の総和を指標値としたＧＰ画像作成方法の概念を図５に示す。参照画像(2)が正常画像であるとすると、各参照画像と正常画像との差分の波形はそれぞれ、差分波形(1)５０１、差分波形(2)５０２、差分波形(3)５０３、差分波形(4)５０４となる。各参照画像の指標値として差分の総和が算出される。算出した指標値からヒストグラム307を算出してＧＵＩに表示される。
【００４８】
次にヒストグラム307上で適切な範囲３０８をユーザが入力する。図５では例えば、参照画像(3)２０３に対応する指標値(3)５１３が適切な範囲３０８に含まれるように、範囲上限３１０をユーザが調整する。次に入力された適切な範囲３０８に対応する参照画像のみを選択平均化したＧＰ画像３０５を作成しＧＵＩ上に表示する。検査画像２０５と作成されたＧＰ画像３０５との比較検査で得られるのはＧＰ差分画像３０６、Ｃ−Ｃ’部の輝度波形はＧＰ検査波形３１６となる。
【００４９】
また、参照画像は１ダイ内の複数個所から取得しても良い。参照画像取得箇所の概念の例を図６に示す。ウェハ２０９上の各ダイ２１０には同一のパターン６０１が複数配置されている場合がある。この場合は同一のパターン６０１の対応する部分をレビューＳＥＭで撮像して得られた参照画像(1)２０１、参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３、参照画像(4)２０４となる。対応するＡ−Ａ’部の輝度波形はそれぞれ、参照波形(1)２１１、参照波形(2)２１２、参照波形(3)２１３、参照波形(4)２１４である。同一パターンの位置は設計情報から求めても良く、ユーザが取得画像を見て指定しても良く、取得画像を画像処理して同一パターンを探索しても良い。
【００５０】
本実施例によるＧＰ画像作成方法の概念の別の例として、半導体プロセスのリソグラフィ工程で焦点距離と露出度を振って作成したＦＥＭ(Focus Exposure Matrix)ウェハを対象とした場合を図７に示す。ＦＥＭウェハ上の複数のダイの対応する部分をレビューＳＥＭで撮像して複数の参照画像、図７では、参照画像(1)７０１、参照画像(2)７０２、参照画像(3)７０３、参照画像(4)７０４を取得する。
【００５１】
各参照画像について指標値を演算する。この指標値は、例えば、各参照画像の回路パターンの形状と設計形状７０９とで乖離が大きい箇所の乖離量等でも良い。図では、各参照画像の乖離量はそれぞれ、乖離量(1)７１１、乖離量(2)７１２、乖離量(3)７１３、乖離量(4)７１４である。算出した指標値からヒストグラム７０７を算出してＧＵＩに表示される。
【００５２】
次にヒストグラム７０７上で適切な範囲７０８をユーザが入力する。図では例えば、参照画像(3)７０３に対応する乖離量(3)７１３が適切な範囲７０８に含まれるように、範囲上限７１０をユーザがユーザインターフェース部１１２のＧＵＩ画面１１２１上で調整する。次に入力された適切な範囲７０８に対応する参照画像のみを選択平均化したＧＰ画像７０６を作成しＧＵＩ上に表示する。検査画像７０５と作成されたＧＰ画像７０６との形状比較で乖離が大きい箇所の乖離量７１５が得られる。
【００５３】
また、選択された参照画像の画素毎のばらつき、あるいは最大値と最小値の差、を検査時の欠陥検出しきい値に上乗せしても良い。これによって、選択された参照画像間でもばらつきが大きい箇所は欠陥検出しきい値が高目となり、その箇所での虚報発生が抑制される。
【００５４】
また、検査時に各ダイの検査画像毎に上述の指標値を算出し、指標値に比例した補正値を検査時の欠陥検出しきい値に上乗せしても良い。これによって、各ダイの検査画像がＧＰ画像から乖離している度合いを欠陥検出しきい値に反映させることができ、ウェハ面内でのダイ間の虚報の発生偏りを調整することができる。
【００５５】
また、適切な範囲３０８に対応する参照画像のみを選択平均化する際に、画素毎に外れ値を除去しても良い。画素毎の外れ値除去の概念の例を図８に示す。参照画像(1)２０１、参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３、参照画像(4)２０４の画素毎に輝度値のヒストグラムを算出する。このとき参照画像(1)２０１、参照画像(2)２０２、参照画像(3)２０３は欠陥がなく、参照画像(4)２０４は欠陥８０１があるため、欠陥箇所に対応する画素のヒストグラム２０６は正常部８０２と欠陥部８０３に分かれてプロットされる。平均輝度値をaとし，a−Δからa＋Δの範囲の値を用いることによって、欠陥部を外れ値として除去して選択平均化して欠陥の無いＧＰ画像３０５を作成しても良い。検査画像２０５と作成されたＧＰ画像３０５との比較検査で得られるのはＧＰ差分画像３０６となる。
【００５６】
次に、参照画像の平均化の概念の例を図９に示す。ここで説明を簡単化するため１次元波形を用いて説明する。参照波形(1)２１１、参照波形(2)２１２、参照波形(3)２１３、参照波形(4)２１４は基本的に同一である。各波形は画素サイズ毎にサンプリングしてデジタル画像化されるが、各波形の位相は互いにずれがあるため、波形間のサンプリング位置にはずれがある。そこで参照画像の平均化の際には、位相のずれを考慮して一つのGP波形に合成する。例えば、各参照画像の左端に、サンプリング点(1)９０１、サンプリング点(2)９０２、サンプリング点(3)９０３、サンプリング点(4)９０４があり、一つのＧＰ波形９０５に合成する際には、位相のずれを考慮して合成位置(1)９１１、合成位置(2)９１２、合成位置(3)９１３、合成位置(4)９１４に位置づけて平均画像を合成するのが望ましい。
【００５７】
ユーザがヒストグラム上で適切な範囲を入力するためのＧＵＩの例を図１０に示す。ＧＵＩ画面１１２１上のＧＰ作成タブ１００２をユーザがクリックすると、本画面が表示される。ウェハマップ１００３にはウェハ上にダイ１００４が格子状に配列されたチップレイアウト１００５が表示される。ウェハマップ１００３上でＧＰ作成に使うダイ１００６をユーザがクリックすると、それらのＧＰ作成に使うダイ１００６は別の色で表示される。各ダイには予め設定した検査領域１００７が表示される。画像取得ボタン１００８をユーザがクリックすると、ＧＰ作成に使うダイ４０６上の検査領域１００７の画像が取得される。または、既に取得済みの画像がある場合はロードボタン１０２０をユーザがクリックすると、ＧＰ作成に使うダイ１００６上の検査領域１００７の画像がロードされる。
【００５８】
これらの画像は前述の参照画像に相当する。取得した各参照画像について指標値、例えば線幅を算出する。それらの指標値から算出したヒストグラム３０７を表示する。
【００５９】
次にウェハマップ１００３上のある検査領域１００８をユーザがクリックして指定すると、その検査領域１００８が点滅して表示される。また、指定箇所での取得画像１００９が表示され、ヒストグラム上でその画像の指標値に対応する箇所１０１０が点滅する。取得画像１００９をユーザが確認しＧＰ作成に使用するのに適切か否かを判断する。適切と判断した場合は適切ボタン１０１１をクリックし、不適切と判断した場合は不適ボタン１０１２をクリックする。不適切と判断した場合は対応する箇所１０１０が適切な範囲３０８に入らないように範囲下限３０９が調節される。逆に、適切と判断した場合は対応する箇所が適切な範囲３０８に入るように調節される。ユーザの箇所指定と適切/不適判断を繰り返すことによって、範囲上限３１０も調節し適切な範囲３０８を定める。図１０の例では、参照画像(1)２０１に対応する指標値(1)３１１が不適で参照画像(1)２０２に対応する指標値(2)３１２が適切であり、その間に範囲下限３０９が調節される。また、参照画像(3)２０３に対応する指標値(3)３１３が適切で参照画像(4)２０４に対応する指標値(4)３１４が不適であり、その間に範囲上限３１０が調節される。  
また、適切な範囲３０８を微調整したい場合は、範囲下限３０９と範囲上限３１０をユーザがドラッグして調節しても良い。
【００６０】
適切な範囲３０８の調整に応じてウェハマップ１００３上では、適切な範囲３０８に入っている参照画像に対応する適切検査領域１０１３は黒色で表示される。適切な範囲３０８に入っていない参照画像に対応する不適検査領域１０１４は白色で表示される。
【００６１】
次に、ＧＵＩ画面１１２１上の確認ボタン１０１５をユーザがクリックすると、上述の手順で定められた適切な範囲３０８参照画像のみを選択平均化したＧＰ画像３０５が表示される。ユーザはＧＰ画像３０５を見て妥当であれば保存ボタン１０１６をクリックし、ＧＰ画像３０５が保存される。ＧＰ画像３０５を見て妥当でなければキャンセルボタン１０１７をクリックし、ＧＰ画像３０５はキャンセルされる。以上の手順でＧＰ画像作成が完了したら、ユーザが終了ボタン１０１８をクリックし、ＧＰ画像作成は終了される。
【００６２】
ＧＵＩ画面１１２１上の検査タブ１０１９をユーザがクリックすると、検査処理に遷移する。
【００６３】
前述のＧＰ作成の前に検査領域１００７を予め設定する手順の例を図6１１に示す。ＧＵＩ画面１１２１上で、検査領域の設定に使用するダイ１００６をユーザがダブルクリックするとダイマップ１１０１に遷移する。ダイマップ１１０１上で検査したい位置をユーザがクリックすると検査位置１１０２が表示される。画像取得ボタン１００８をユーザがクリックすると検査位置１１０２の周辺の画像が取得され、取得画像１１０３が表示される。取得画像１１０３上でユーザがドラッグした領域が矩形領域１１０４として表示される。ユーザが登録ボタン１１０５をクリックすると矩形領域１１０４の座標が検査領域１１０７として設定される。
【００６４】
検査領域1107を設定する手順の別の例を図１２に示す。半導体ウェハのロジック部では回路パターンに繰り返し性が無い。そのため取得画像上で検査領域をピンポイントで指定する必要がある。例えば、取得画像１１０３上に矩形領域C１２０３のように小さい領域をユーザがドラッグして指定する。
【００６５】
ここで、取得画像上に検査領域が複数存在しても良い。取得画像１１０３上に矩形領域１２０４が設定された状態で、ユーザが検索ボタン１２０１をクリックすると、矩形領域１２０４をテンプレートとして、取得画像１１０３上で同様の回路パターンが探索され、同様の回路パターンが検出された箇所に矩形領域B１２０２が表示される。ここでパターンの探索は例えば一般的パターンマッチングなどの手法を用いると良い。
【００６６】
また、図６に示したようにダイ内の複数個所から参照画像を取得する場合に検査領域を設定する手順の別の例を図１３に示す。このケースには例えば、半導体ウェハのメモリ領域のコーナ部から参照画像を取得する場合がある。ダイマップ１１０１上にはメモリ領域(1)１３０１、メモリ領域(2)１３０２、メモリ領域(3)１３０３、メモリ領域(4)１３０４が存在するため同一パターンであるメモリ領域のコーナ部が複数存在する。例えば、メモリ領域(1)１３０１の左上コーナを検査したい位置としてユーザがクリックすると検査位置(1)１３１１が表示される。
【００６７】
次にユーザが検査位置複製ボタン１３０５をクリックすると、各メモリ領域の左上コーナに検査位置(2)１３１２、検査位置(3)１３１３、検査位置(4)１３１４が表示される。メモリ領域の位置は例えば設計情報から求めれば良い。
【００６８】
次に画像取得ボタン１００８をユーザがクリックすると検査位置(1)１３１１、検査位置(2)１３１２、検査位置(3)１３１３、検査位置(4)１３１４の周辺の画像が取得され、検査位置(1)１３１１に対応する取得画像(1)１３２１が表示される。ここで、検査位置(2)１３１２、検査位置(3)１３１３、検査位置(4)１３１４をユーザがクリックすると取得画像(2)、取得画像(3)、取得画像(4)が表示される。
【００６９】
次に、取得画像(1)１３２１上でユーザがドラッグするとその領域が矩形領域１３０６として表示される。ユーザが登録ボタン１１０５をクリックすると矩形領域１３０６の座標が検査領域として設定される。
【００７０】
メモリ領域のコーナは左上、右上、左下、右下の４箇所あるのでそれぞれ同様に検査領域を設定する。
以上はＧＵＩ表示の一例であり他の表示形態でも良い。
【００７１】
以上をまとめて、図２で説明した検査フローのうちのＧＰ画像作成ステップＳ２０４の詳細ステップとして適切に設定したＧＰ画像を用いた比較検査を行う方法の手順の例を、図１４に示す。
【００７２】
まず図２のＳ２０２のＳＥＭ画像取得ステップで取得して記憶手段１１３に記憶しておいた検査画像と同一パターンの各参照画像の指標値(例：パターン寸法)を演算してそのヒストグラムを算出し(Ｓ１４０１)、ヒストグラムを表示画面１１２１上に表示する (Ｓ１４０２)。次に、ヒストグラム上で図３の３０８または図７の７０８に対応する適切な範囲を入力する (Ｓ１４０３)。次に、入力範囲に対応する参照画像のみ選択平均化した平均画像(ＧＰ画像)を作成し(Ｓ１４０４)、作成したＧＰ画像を表示画面１１２１上に表示する (Ｓ１４０５)。これでＧＰ画像作成ステップＳ２０３が終了し、次に、図２のＳ２０４のＧＰ比較検査ステップを実行する。
【００７３】
本実施例によれば、回路パターンばらつきが大きい場合でも、適切に設定した平均画像を用いた比較検査により、虚報を抑えた検査が可能となる。
【実施例３】
【００７４】
図１５に、本実施例におけるＳＥＭを用いた欠陥観察装置(欠陥レビューＳＥＭ装置)の構成の別の実施例を示す。図１５の欠陥観察装置は、図１の欠陥観察装置の構成に、１対の反射電子検出器１５０１を加えたものである。１対の反射電子検出器１５０１は互いに異なる方向に設置されており、好ましくはビームの照射位置に対して点対称の関係で設置する（以下、これを左側反射電子検出器（反射電子検出器Ｌ），右側反射電子検出器(反射電子検出器Ｒ）と記す)。図では、反射電子検出器を２つ備えた例を示したが、これは数を減らすことも、あるいは増やすことも可能である。
【００７５】
電子線式顕微鏡１００は、筐体１０１の内部に平面内で移動可能なテーブル１０２と、電子線１０５を発射する電子線源１０４、電子線源１０４から発射された電子線１０５を偏向させる偏向器１０６、電子線１０５のフォーカス位置を調整する電子レンズ１０７、電子レンズ１０７でフォーカス位置を調整された電子線１０５が走査して照射された半導体ウェハ１０３から発生する二次電子１０８を偏向器１０６による偏向の信号と同期させて検出する検出器１０９を備えている。検出器１０９で検出された二次電子と、反射電子検出器１５０１Ｌ及び１５０１Ｒで検出された反射電子１５０２は、それぞれ電気信号に変換された後、更にＡ／Ｄ変換器１１０によりデジタル画像信号に変換され、処理手段１１１に入力されて画像処理される。
【００７６】
上記した構成を備えた欠陥観察装置において、予め記憶手段１１３に記憶された半導体ウェハ１０３上の検査領域の位置情報に基づいて全体制御部１１４はテーブル１０２を駆動して半導体ウェハ１０３上の検査領域が電子線式顕微鏡１００の検出器１０９による観察視野の中に入るように設定する。次に、全体制御部１１４は電子線式顕微鏡１００を制御してこの観察視野の内部で位置合わせパターン画像を取得し、予め登録した位置合わせパターン登録画像と比較して検査領域の位置を算出する。次にこの算出した検査領域の位置を電子線式顕微鏡１００で撮像して検査領域の２次電子画像と反射電子画像を取得し、予め登録したＧＰと比較して欠陥を抽出する。最後に、この抽出した欠陥の画像上の特徴量を抽出して予め設定されたルールに基づいて欠陥を分類する。
【００７７】
反射電子画像においては、検出強度の強弱は、検出器の反射電子を検出する方向と、電子が照射された対象表面の法線方向との関係に依存して反射電子の検出される強度が決定されるため、反射電子強度の分布をもとに対象物表面の勾配の推定が可能であるため、容易に形状を推定できる。そのため、画像から算出する指標値を対象物の形状、例えば回路パターンの高さにしても良い。
【００７８】
本構成によるＧＰ画像作成方法の処理手順を図１６に示す。ウェハ上の複数のダイの対応する部分をレビューＳＥＭで撮像して反射電子検出器１５０１Ｌ及び１５０１Ｒで検出された２枚の反射電子画像からなる参照画像、図では、反射電子検出器１５０１Ｌで検出された反射電子による参照画像Ｌ(1)１６０１、参照画像Ｌ(2)１６０２、参照画像Ｌ(3)１６０３、参照画像Ｌ(4)１６０４、反射電子検出器１５０１Ｌで検出された反射電子による参照画像Ｒ(1)１６１１、参照画像Ｒ(2)１６１２、参照画像Ｒ(3)１６１３、参照画像Ｒ(4)１６１４を取得する。取得した画像は、記憶手段１１３に記憶される。
【００７９】
記憶手段１１３に記憶された各参照画像について指標値を演算する。この指標値は、例えば回路パターンの推定形状から求めた高さ等でも良い。図では、各参照画像に対応する高さはそれぞれ、高さ(1)
１６２１、高さ(2)１６２２、高さ(3)１６２３、高さ(4)１６２４である。算出した指標値からヒストグラム３０７を算出してＧＵＩに表示する。図では参照画像、参照波形、線幅はそれぞれ４個しか図示していないが、もっと多くのダイについて参照画像を取得しても良く、図のヒストグラム３０７はもっと多くのダイについて算出した指標値のヒストグラムを表している。
【００８０】
次にヒストグラム３０７上で適切な範囲３０８をユーザが入力する。適切な範囲３０８とは、ＧＰ画像を作成するために使用するのに適した参照画像に対応した指標値の範囲である。これは、複数の参照画像の中から理想状態に近いとユーザが判断した参照画像、図では例えば、参照画像Ｌ(2)１６０２、参照画像Ｒ(2)１６１２に対応する指標値(2)３１２が適切な範囲３０８に含まれるように、範囲下限３０９をユーザが調整する。同様に、参照画像Ｌ(3)１６０３、参照画像Ｒ(3)１６１３に対応する指標値(3)３１３が適切な範囲３０８に含まれるように、範囲上限３１０をユーザが調整する。
【００８１】
次に入力された適切な範囲３０８に対応する参照画像のみ、図では参照画像Ｌ(2)１６０２、参照画像Ｒ(2)１６１２と、参照画像Ｌ(3)１６０３、参照画像Ｒ(3)１６１３とを選択平均化したＧＰ画像L１６０６、ＧＰ画像R１６１６、を作成しＧＵＩ上に表示する。ＧＵＩ上に表示されることでＧＰ画像L１６０６、ＧＰ画像R１６１６の妥当性をユーザが確認可能である。
【００８２】
検査画像L１６０５、検査画像R１６１５と作成されたＧＰ画像Ｌ１６０６、ＧＰ画像Ｒ１６１６との比較検査で得られるのはＧＰ差分画像Ｌ１６０７、ＧＰ差分画像Ｒ１６１７となる。この差分画像に画像処理を行い欠陥を検出する。
【実施例４】
【００８３】
本発明をＳＥＭを用いた検査装置に適用した例を説明する。本実施例による検査装置の構成の例を図１７に示す。この検査装置は、操作型電子顕微鏡で半導体ウェハを撮像して得た画像を画像処理回路で処理して欠陥の判定を行うものである。
【００８４】
装置の主な構成は、電子線１７０２を発生させる電子線源１７０１、及び電子線源１７０１からの電子線１７０２をＸ方向に偏向させる偏向器１７０３、及び電子線１７０２を半導体ウェハ１７０５に収束させる対物レンズ１７０４、及び電子線１７０２の偏向と同期して半導体ウェハ１７０５をＹ方向に連続的に移動させるステージ１７０６、及び半導体ウェハ１７０５からの二次電子等１７０７を検出する検出器１７０８、及び検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像とするＡ／Ｄ変換器１７０９、及び検出したデジタル画像を本来同一である事が期待できる場所のデジタル画像とを処理して両者を比較して差がある場所を欠陥候補と判定する複数のプロセッサとＦＰＧＡ等の電気回路で構成された画像処理回路１７１０、及び電子線源１７０１と偏向器１７０２と対物レンズ１７０４と検出器１７０８とステージ１７０６等の画像を形成することに関与する部分を制御する検出条件制御部１７１１、及び画像処理回路を制御する画像処理制御部１７１２、及び全体を制御する全体制御部１７１３、および検査条件と検査画像とを記憶しておくデータ記憶部１７１４と、検査画像をＧＵＩの画面４０１上に表示するユーザインターフェース部１７１５とから構成される。必要に応じてデータのやり取りが行えるように接続されている。
【００８５】
上記した構成を備えたＳＥＭ式の半導体ウェハ検査装置を用いて試料である半導体ウェハ１７０５を撮像する際は，電子線源１７０１から発射された電子ビーム１７０２を偏向器１７０３でＸ方向に一定の周期で繰り返し偏向させ対物レンズで収束させて、ステージ１７０６によりＹ方向に一定の速度で移動している半導体ウェハ１７０５の表面に焦点を合わせて、ステージ１７０６によるＹ方向への移動と同期させて走査する。このようにして電子ビーム１７０２が照射され走査された半導体ウェハ１７０５から発生した二次電子（反射電子も含む）子１７０７を検出器１７０８で検出しＡ/Ｄ変換器１７０９でデジタル信号に変換して検査画像を得、画像処理回路１７１０でこの検査画像を記憶しておいた参照画像と比較して差異を抽出する画像処理を行い、欠陥を検出する。
【符号の説明】
【００８６】
１００・・・電子線式顕微鏡    １０１・・・筐体    １０２・・・テーブル        １０３・・・半導体ウェハ    １０４・・・電子線源    １０５・・・電子線          １０６・・・偏向器    １０７・・・電子レンズ    １１０・・・Ａ／Ｄ変換器        １１１・・・処理手段    １１２・・・ユーザインターフェース部    １１３・・・記憶手段、１１４・・・全体制御部    １１２１・・・GUI画面    １７０１・・・電子線源    １３０２・・・電子線    １３０３・・・偏向器    １３０４・・・対物レンズ        １３０５・・・半導体ウェハ    １３０６・・・ステージ    １３０８・・・検出器    １３０９・・・Ａ／Ｄ変換器    １３１０・・・画像処理回路    １３１１・・・検出条件制御部    １３１２・・・画像処理制御部    １３１３・・・全体制御部            １３１４・・・データ記憶部    １３１５・・・ユーザインターフェース部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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