(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパターンが形成された基板に荷電ビームを走査して前記基板の表面から発生する荷電粒子を検出して前記パターンの画像を取得する工程と、
前記パターンのＣＡＤデータと前記パターンの画像とを比較することにより前記パターンを検査する工程と、
を備え、
取得された前記画像を用いて前記パターンのうち任意のパターンの寸法を測定する工程と、
測定により得られた前記任意のパターンの寸法値に対し、走査領域毎に統計処理を行って寸法変化のトレンドを表す統計量を算出する工程と、
算出された前記統計量を閾値と比較することにより補正の要否を判定する判定工程と、
補正が必要と判定された場合に、測定により得られた前記任意のパターンの寸法値と前記任意のパターンのＣＡＤデータとの差分の平均値に基づいて、前記走査領域を分割して得られる複数の補正量算出領域毎に補正処理を行う工程と、
をさらに備えるパターン検査方法。
【請求項２】
前記補正処理を行う工程は、測定誤差を含む前記任意のパターンの寸法値を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
【請求項３】
前記補正処理を行う工程は、前記荷電ビームの焦点および非点収差の少なくともいずれかを補正する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記パターンはサイズの異なる複数種類のパターンを含み、前記寸法を測定する工程は、前記複数種類のパターンのうち最小のパターンについて行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン検査方法。
【請求項５】
複数のパターンが形成された基板に荷電ビームを走査して前記基板の表面から発生する荷電粒子を検出し、前記パターンの画像を取得するパターン画像取得手段と、
前記パターンのＣＡＤデータを取得して前記パターンの画像との比較により前記パターンを検査する検査手段と、
を備え、
取得された前記画像を用いて前記パターンのうち任意のパターンの寸法を測定する測定手段と、
測定により得られた前記任意のパターンの寸法値に対し、走査領域毎に統計処理を行って寸法変化のトレンドを表す統計量を算出する演算手段と、
算出された前記統計量を閾値と比較することにより補正の要否を判定する判定手段と、
補正が必要と判定された場合に、測定により得られた前記任意のパターンの寸法値と前記任意のパターンのＣＡＤデータとの差分の平均値に基づいて、前記走査領域を分割して得られる複数の補正量算出領域毎に補正処理を行う補正手段と、
をさらに備えるパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査方法およびパターン検査装置に関し、例えば荷電粒子ビームを用いたパターン検査を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の回路パターンの検査に際しては、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）を用いた、いわゆるダイ・ツー・データベース（Die to Database）検査が近年広く用いられている。ダイ・ツー・データベース検査とは、ウェーハを電子ビームでスキャンしてウェーハ表面から発生する二次電子、反射電子および後方散乱電子を検出することによって回路パターンのＳＥＭ像を取得し、このＳＥＭ像に対して、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データを参照しながらパターン寸法を測長し、ＣＡＤデータと比較して良否の検査を行うものである。
【０００３】
電子ビームによる検査は長時間を要するために検査の高速化が特に求められ、電子ビームの走査領域を広げて広範囲のＳＥＭ像を一括して取得する方法が用いられるほか、プローブ電流を大電流化して電子ビームを高速でスキャンし、積算枚数が少なくても良好なＳ／Ｎを得る方法が用いられている。
【０００４】
しかし、走査領域を広範囲にすると、電子ビームの偏向収差により走査領域の中心部と端部とでビーム径が変わってしまい、ＳＥＭ像から得られるパターン寸法が走査領域の中心部と端部とで大きく異なることになってしまう。このようなＳＥＭ像を用いると測長誤差が大きくなるばかりか、ＣＡＤデータとの比較検査においてＣＡＤデータとの乖離量が大きい箇所で擬似欠陥を多発させてしまう。
【０００５】
上記問題を解決するために、ウェーハ上で寸法が同じでかつ均一な密度のパターンのある領域で画像を取得し、走査領域内の位置に依存する寸法の変動量を予め求めておき、その変動量を用いてパターン寸法を補正する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００６】
しかしながら、電子ビームのビーム径は、走査領域の大きさと検査時間の長さに応じてその経時変化が大きくなるため、例えば大電流のプローブ電流を用いて長時間に亘る検査または測長を行うと、チャージアップ等を主要因とする装置ドリフト（焦点ボケや非点収差等）が発生し、これによってビーム径が経時変化し、走査領域内の位置に依存する寸法の変動量が検査中に変動するばかりでなく、検査領域内においてもパターン寸法が変動して充分な補正ができず、測長誤差や擬似欠陥を発生させるという問題があった。
【０００７】
特許文献１では、上述したビーム径の経時変化分を補正するために、検査領域内で２回検査される領域を一部に作り１回目と２回目とで測定された寸法を用いて補正をかける方法も提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された方法では走査領域内の位置に依存する寸法変動の経時変化が補正できないばかりか、２回目の検査中においても寸法変動は依然として経時変化しており、このため充分な補正精度が得られなかった。
【０００９】
焦点ボケ、非点収差に関しては、検査過程でリアルタイムに補正をかける方法と、検査領域内において予め決めておいた一定の間隔で補正をかける方法が提案されているが、リアルタイムに補正をかける方法は検査時間が長くなってしまい、一定間隔で補正をかける方法では、予測できない突発で発生する焦点ボケ、非点収差に対しては十分には補正できなかった。
【００１０】
また、走査領域が大きくなると、ウェーハ上の実パターンにおいて同一走査領域内に寸法が大きく異なるパターンが含まれる可能性が高くなる。その場合、寸法が大きく異なるパターンから得られた測定値を使用して走査領域内の誤差を含む測定寸法の補正を行うと、パターンの寸法に依存してＳＥＭ像のエッジの見え方に依存して生じる寸法バイアス、および設計上のパターンの大きさに依存して生じるウェーハ上のパターン寸法変化分を含んでしまい、このために補正精度が上がらないという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−２７７３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、高速かつ高精度のパターン検査方法およびパターン検査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】
本発明の第１の態様によれば、
複数のパターンが形成された基板に荷電ビームを走査して前記基板の表面から発生する荷電粒子を検出して前記パターンの画像を取得する工程と、
前記パターンのＣＡＤデータと前記パターンの画像とを比較することにより前記パターンを検査する工程と、
前記画像を用いて前記パターンのうち任意のパターンの寸法を測定する工程と、
測定により得られた前記任意のパターンの寸法値の統計量を算出する工程と、
算出された前記統計量に基づいて補正の要否を判定する判定工程と、
補正が必要と判定された場合に補正処理を行う工程と、
を備えるパターン検査方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の第２の態様によれば、
複数のパターンが形成された基板に荷電ビームを走査して前記基板の表面から発生する荷電粒子を検出し、前記パターンの画像を取得するパターン画像取得手段と、
前記パターンのＣＡＤデータを取得して前記パターンの画像との比較により前記パターンを検査する検査手段と、
前記画像を用いて前記パターンのうち任意のパターンの寸法を測定する測定手段と、
測定により得られた前記任意のパターンの寸法値の統計量を算出する演算手段と、
算出された前記統計量に基づいて補正の要否を判定する判定手段と、
補正が必要と判定された場合に補正処理を行う補正手段と、
を備えるパターン検査装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高速かつ高精度でパターンを検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下では、荷電ビームとして電子ビームを用いてパターンの画像であるＳＥＭ画像を取得し、得られたＳＥＭ画像とＣＡＤデータとを比較して良否の検査を行うダイ・ツー・データベース（Die to Database）検査を取り上げて説明する。なお、図面においては、同一の部分には同一の参照番号を付し、重複説明を適宜省略する。
【００１６】
（１）パターン検査装置の実施の一形態
図１は、本発明に係るパターン検査装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示すパターン検査装置１は、走査型電子顕微鏡１０と、コンピュータ５０と、モニタ７０とを備える。
【００１７】
走査型電子顕微鏡１０は、鏡筒２０の上部に設けられて電子ビームＥＢを放出する電子銃２２と、コンデンサレンズ２４と、偏向器２６と、スキャン制御回路３２と、対物レンズ２８と、試料室４０内に設けられて試料である基板Ｓを載置し、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なステージ４２と、アクチュエータ４４と、アクチュエータ制御回路４６と、検出器３４とを含む。スキャン制御回路３２は、偏向器２６およびコンピュータ５０に接続される。基板Ｓの表面には検査対象のパターンが形成されている。アクチュエータ制御回路４６は、アクチュエータ４４およびコンピュータ５０に接続される。検出器３４は、後述するコンピュータ５０の画像作成部５２に接続される。
【００１８】
コンピュータ５０は、画像作成部５２と、測長部５６と、演算部５８と、補正要否判定部６２と、補正部６４と、検査部５４とを含む。補正要否判定部６２は、本実施形態において例えば判定手段に対応する。コンピュータ５０には、メモリＭＲ２，ＭＲ４が接続される。メモリＭＲ２は、後述する第１および第２の実施の形態のパターン検査方法をコンピュータ５０に実行させるプログラムを記述したレシピファイルが格納される。また、メモリＭＲ４は、検査対象のパターンのＣＡＤデータが格納される。モニタ７０は、コンピュータ５０に接続されてＳＥＭ画像等の検査に必要な情報を表示する。
【００１９】
電子銃２２から放出された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２４と対物レンズ２８を通って基板Ｓに照射される。また、電子ビームＥＢは、コンピュータ５０で制御されるスキャン制御回路３２から供給される制御信号により偏向器２６でＸ方向およびＹ方向に適宜偏向される。電子ビームＥＢの照射により基板Ｓの表面で発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、単に「二次電子等」という。）ＳＥは検出器３４により検出され、その検出信号はコンピュータ５０の画像作成部５２に入力され、画像作成部５２は、与えられた検出信号を画像処理してＳＥＭ画像を作成する。走査電子顕微鏡１０およびコンピュータ５０は、本実施形態において例えばパターン画像取得手段に対応する。画像作成部５２により作成されたＳＥＭ像は、モニタ７０に供給されて表示される。アクチュエータ４４にはコンピュータ５０で制御されるアクチュエータ制御回路４６から制御信号が入力され、Ｘ方向とＹ方向にステージ４２を移動させる。二次電子等ＳＥは、本実施形態において例えば荷電粒子に対応する。
【００２０】
基板Ｓ上に形成されたパターンの検査に際しては、まず、図２で示されるように、基板Ｓ上において所望の検査領域ＲＥが指定される。検査領域ＲＥは、Ｎ×Ｍ（Ｎ，Ｍは２以上の自然数）個の走査領域ＲＳに分割され、走査領域ＲＳのＳＥＭ像の取得とステージ４２の移動とを繰り返しながら検査走査方向ＳＤ１からＳＤ２へと順次にＳＤＭまで電子ビームＥＢを走査することにより検査が行われる。ここで、走査領域ＲＳは、電子ビームＥＢの走査によりＳＥＭ像を一括して所得できる範囲の領域をいう。本実施形態において、走査領域ＲＳには、パターンＰ１〜３のように様々な寸法のパターンが含まれる。
【００２１】
ここで、例えば大電流の電子ビームＥＢで長時間の検査を行うと、図３に示されるように、例えば検査領域ＲＥ内で各パターンに寸法バラツキが無い場合であっても、電子ビームＥＢのビーム径の経時変化に起因して、走査領域ＲＳの範囲では寸法分布がＷ１〜Ｗ４まで変化し、検査領域ＲＥ内においても寸法がＷ５〜Ｗ８まで経時変化してしまう。図１に示すパターン検査装置１によれば、このような電子ビームＥＢのビーム径の経時変化に起因する寸法測定値の変動または装置ドリフトが補正される。以下、パターン検査装置１による具体的な補正方法について、本発明に係るパターン検査方法の第１および第２の実施の形態として説明する。
【００２２】
（２）パターン検査方法の第１の実施の形態
図４は、本発明に係るパターン検査方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフロー図である。同図に示すように、まず、コンピュータ５０により走査電子顕微鏡１０を作動させて、検出器３４により走査領域ＲＳから二次電子等を検出し、画像作成部５２の処理を経て走査領域ＲＳのＳＥＭ画像を取得する（ステップＳ１）。
【００２３】
次に、得られたＳＥＭ画像から、走査領域ＲＳに含まれるパターンのうち、任意のパターン、例えばパターンＰ１（図２参照）を、測長部５６が抽出してその寸法を測定する（ステップＳ２）。本実施形態では、ＣＡＤデータを参照することによりパターンＰ１の全数を抽出する。上記任意のパターンは、予めＣＡＤ上で指定していても良いし、モニタ７０に表示されたＳＥＭ画像をオペレータが観察して選択し図示しない入力部から測長部５６に指示することとしてもよい。本実施形態では予めＣＡＤ上で指定している場合について説明する。
【００２４】
次いで、得られたパターンＰ１の全寸法値に対して、演算部５８が走査領域ＲＳの単位で統計量を算出する（ステップＳ３）。統計量としては、例えば平均値、分散、範囲等がある。
【００２５】
続いて、算出された統計量が予め準備した閾値以下であるかどうかを補正要否判定部６２が判定する（ステップＳ４）。統計量が閾値を超える場合は、パターンＰ１の測定値に誤差が含まれていたものと補正要否判定部６２が判定し、この判定結果を受けて補正部６４が寸法測定値を補正する（ステップＳ５）。測定値の補正方法の一具体例について図５を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、指定した寸法のパターン、例えばパターンＰ１を抽出した後、走査領域ＲＳを複数の補正量算出領域に分割する。図５（ｂ）に示す例では１６の領域に分割する。なお、図５（ａ）は、比較のため、図２の紙面右側部分を再掲したものである。
【００２７】
次いで、補正量算出領域毎にパターンＰ１の寸法測定結果とＣＡＤデータとの差分の平均値を演算部５８により算出し、その正負の符号を逆転させた値を図５（ｃ）に示すように、補正量ΔＬ１〜ΔＬ１６として算出する。
【００２８】
続いて、ステップＳ２により得られた寸法測定結果に対して補正量算出領域毎に各補正量ΔＬ１〜ΔＬ１６を演算部５８により加算し、その結果を補正後の値（検査に使用する値）として補正部６４が出力する。なお、このようにして得られた補正量は、例えばメモリＭＲ４に格納され、ビーム径の経時変化が無視できる程度に少ないと判断される場合は、その後に検査が実行される走査領域に対してもこの補正量を適用することができる。
【００２９】
図４に戻り、検査部５４は、補正後の寸法値とＣＡＤデータとを比較することにより、指定されたパターンが要求仕様を満たすかどうかを検査する（ステップＳ６）。
【００３０】
未だ検査していない走査領域がある場合（ステップＳ７）は、アクチュエータ制御回路４６およびアクチュエータ４４によりステージ４２を移動させて次の走査領域へ移る（ステップＳ８）。以上の手順を検査領域の全てについて繰り返す。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ＣＡＤデータの参照によりＳＥＭ画像から任意のパターンを抽出してその寸法測定値の統計量を算出し、各走査領域で寸法変化のトレンドを把握し、測定値に対して逆トレンドの加算をするので、高精度のパターン検査を短い検査時間で実現することができる。
【００３２】
（３）パターン検査方法の第２の実施の形態
例えば図２の紙面右側に示すパターンＰ１について、走査領域の中央部のパターンＰ１について測定された寸法値（図４、ステップＳ２参照）と走査領域の端部で測定された寸法値との間で例えば１０％を超える相違が見られた場合には、電子ビームＥＢのビーム径の経時変化が原因というよりは、走査型電子顕微鏡１０の異常に起因するものと判断すべきである。このような場合は、走査型電子顕微鏡１０の焦点および非点収差の少なくともいずれかを補正した後に検査を行うと検査の精度を向上させることができる。このような焦点および非点収差等の装置ドリフトの補正工程を含める場合を、本発明に係るパターン検査方法の第２の実施の形態として説明する。
【００３３】
図６は、本実施形態のパターン検査方法の概略手順を示すフロー図である。図４との対比により明らかなように、ステップＳ１１乃至Ｓ１３は、図４に示すステップＳ１乃至Ｓ３と実質的に同一であり、単にステップ番号に１０を加えただけである。本実施形態の特徴は、閾値として第１および第２の２つの閾値を予め設定しておき、補正要否判定部６２が第１の閾値で走査型電子顕微鏡１０の異常の有無を判定し（ステップＳ１４）、統計量が第１の閾値を上回る場合には、走査型電子顕微鏡１０に異常があるものと判断して焦点および／または非点収差を補正する（ステップＳ１５）点にある。ここで、第２の閾値は、図４のステップ４における閾値と同様の値であり、第１の閾値よりも厳しい。
【００３４】
走査型電子顕微鏡１０の装置ドリフトを補正した後は、補正された走査型電子顕微鏡１０を用いて基板Ｓについて、検査画像の取得（ステップＳ１１）、指定パターンの抽出と寸法測定（ステップＳ１２）、統計量の算出（ステップＳ１３）の各工程を改めて実行し、算出された統計量を補正要否判定部６２により再び第１の閾値と比較し、第１の閾値以下であれば、第２の閾値と統計量とを比較する（ステップＳ１６）。その後は、第１の実施の形態と同様に、算出された統計量が第２の閾値を上回る場合に走査領域内のパターンＰ１について測定誤差があったものと判断して寸法測定値を補正し（ステップＳ１７）、その上でＣＡＤデータとの比較によりパターンＰ１の検査を行う（ステップＳ１８）。算出された統計量が第２の閾値以下であれば、そのままパターンＰ１の検査に進む。以上の手順を検査領域の全てについて繰り返す（ステップＳ１９〜Ｓ１８）。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、寸法補正のみならず焦点および非点収差等の装置ドリフトの補正をも併せて行うので、検査の精度をさらに高めることができる。
【００３６】
（４）半導体装置の製造方法
上述したパターン検査方法を半導体装置の製造工程中で用いることにより、高速かつ高精度でパターンを検査することができるので、より高いスループットおよび歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【００３７】
より具体的には、製造ロット単位で基板を抜き出し、抜き出された基板に形成されたパターンを上述した検査方法により検査する。検査の結果、良品と判定された場合、検査された基板が属する製造ロット全体について、引き続き残余の製造プロセスを実行する。この一方、検査の結果不良品と判定された場合でリワーク処理が可能な場合には、不良品と判定された基板が属する製造ロットに対してリワーク処理を実行する。リワーク処理が終了すると、その製造ロットから基板を抜き取って再度検査する。抜き取られた基板が再検査により良品と判定されると、リワーク処理を終えたその製造ロットに対し残余の製造プロセスを実行する。また、リワーク処理が不可能な場合には、不良品と判定された基板が属する製造ロットは廃棄し、不良発生原因を解析して設計担当や上流のプロセス担当等へフィードバックする。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限るものでは決してなく、その技術的範囲内で種々変形して適応可能であることは勿論である。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、補正の要否を判定した上で測定値に誤差があると判断した場合に、測定値を補正し、その上で検査を実行することとしたが、本発明は上記形態に限るものでは決して無く、統計量の算出および、閾値との比較による補正要否の判定の工程と切り離してパイプライン処理にて検査を実行することとしてもよい。この場合は検査工程と並行してリアルタイムで補正の要否を判定するので、測定値に対して補正を行うタイミングを適切に知ることができる。
【００４０】
また、上述した実施形態では、基板Ｓ内のＳＥＭ画像から指定されたパターンを抽出して統計量を算出したが、これに限ることなく、例えばステージ上に基準パターンを予め配置しておき、そのＳＥＭ画像を取得して統計量を算出することとしてもよい。また、測定値の補正は、Ｘ方向とＹ方向とで互いに独立して行うとより検査精度を向上させることができる。さらに、より微細なパターンの方が太いパターンよりも寸法に対する変動率が大きいため、パターンの指定に際しても、検査領域内で最小のパターンを選択することが望ましい。Ｘ方向とＹ方向とで互いに独立に補正する場合には、Ｘ方向にはＸ方向の最小寸法を使用し、Ｙ方向にはＹ方向の最小寸法を用いるとよい。
【００４１】
走査領域に依存して、補正用に指定したパターン（上述した例では、パターンＰ１）の数が大きく変動する場合は、数が少ない走査領域では統計量の信頼性が落ちてしまうので、予め指定した数以上のパターンが走査領域内に含まれている場合にのみ補正を行うと良い。検査装置の仕様に余裕がある場合は、複数のパターン寸法に対して各々別々に統計量を算出し、その各々のパターン寸法に対して独立して補正をかけると、さらに高精度な検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るパターン検査装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】基板と検査領域と走査領域との関係を説明する図である。
【図３】電子ビームのビーム径が経時変化により発生する寸法誤差の分布状況を説明する図である。
【図４】本発明に係るパターン検査方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフロー図である。
【図５】誤差を含む寸法測定結果を補正する方法の一例を説明する図である。
【図６】本発明に係るパターン検査方法の第２の実施の形態の概略手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：パターン検査装置
１０：走査型電子顕微鏡
２０：電子ビーム鏡筒
２２：電子銃
２４：コンデンサレンズ
２６：偏向器
２８：対物レンズ
３２：スキャン制御回路
３４：検出器
４０：試料室
４２：ステージ
４４：アクチュエータ
４６：アクチュエータ制御回路
５０：コンピュータ
５２：画像作成部
５４：検査部
５６：測長部
５８：演算部
６２：補正要否判定部
６４：補正部
７０：モニタ
ＥＢ：電子ビーム
ＳＥ：二次電子等
ＭＲ２，ＭＲ４：メモリ
ＲＳ：走査領域
ＲＥ：検査領域
【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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