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技術 半導体装置の検査方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 西尾直治菊池浩昌
出願日 1999年2月9日 (21年10ヶ月経過) 出願番号 1999-031178
公開日 2000年8月22日 (20年4ヶ月経過) 公開番号 2000-232137
状態 特許登録済
技術分野 半導体等の試験・測定 電子顕微鏡2
主要キーワード 偏光コイル 周期移動 非点収差補正レンズ オフセット電流値 走査型電子顕微鏡画像 走査電子像 正焦点位置 画像比較検査
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年8月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

得られる欠陥情報を少なくした半導体装置検査方法を提供する。

解決手段

電子銃1から出た電子線2をコンデンサレンズ3にて収束するステップと、絞り4にて発散角を制限したのち偏向コイル5を通過し、走査偏向器6によって走査するステップと、走査された電子を対物レンズ7によって試料9上に収束するステップと、試料9上に照射された電子によって発生した2次電子を2次電子検出器8によって検出し増幅するステップと、走査偏向器6に与えられた走査信号と同期させて2次電子検出器8からの信号をコンピュータ11に取り込むことにより走査像を得るステップとを含み、不規則性を有する微細構造像質劣化させて検査する。

概要

背景

現在市販されているSEM走査型電子顕微鏡)画像を用いた画像比較方式の欠陥検査装置において、SEMで解像できる程度(〜30nm程度)の不規則凹凸を持った数百nm程度の周期をもったパターン検査する場合には、意図的に作り込んだ周期構造に不規則な構造が乗ってしまう。このため、周期ごとにずらした画像を得ても、周期的に作られた構造の中に存在するランダム微細構造欠陥として認識してしまう。このような場合には、画像処理系に異常に負担がかかるため欠陥検査にかかる時間が長くなったり、得られる欠陥情報が膨大になったりする。また、記憶容量を増加させたとしても、検出された欠陥がデバイス特性に影響しない欠陥なのか実際にごみなどのデバイス特性に影響する検出したい欠陥なのかを判別する手段はない。

概要

得られる欠陥情報を少なくした半導体装置検査方法を提供する。

電子銃1から出た電子線2をコンデンサレンズ3にて収束するステップと、絞り4にて発散角を制限したのち偏向コイル5を通過し、走査偏向器6によって走査するステップと、走査された電子を対物レンズ7によって試料9上に収束するステップと、試料9上に照射された電子によって発生した2次電子を2次電子検出器8によって検出し増幅するステップと、走査偏向器6に与えられた走査信号と同期させて2次電子検出器8からの信号をコンピュータ11に取り込むことにより走査像を得るステップとを含み、不規則性を有する微細構造の像質劣化させて検査する。

目的

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決すべく、欠陥検査に係る時間を短くし、得られる欠陥情報を少なくした半導体装置の検査方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、デバイス特性に影響するかしないかを判別することができる半導体装置の検査方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

走査型電子顕微鏡画像を用いて周期構造不規則性を有する微細構造欠陥検査する画像比較方式による半導体装置検査方法において、走査型電子顕微鏡による2次電子像を用いて試料を検査する場合に、対物レンズ電流値オフセットをかけ、前記不規則性を有する微細構造の像質劣化させて検査することを特徴とする半導体装置の検査方法。

請求項2

電子銃から出た電子線をコンデンサレンズにて収束するステップと、前記電子線の飛散角を絞りにて制限したのち偏向コイルを通過させ、走査偏向器によって走査するステップと、前記走査された電子を前記対物レンズによって前記試料上に収束するステップと、前記試料上に照射された電子によって発生した2次電子を2次電子検出器によって検出し増幅するステップと、前記走査偏向器に与えられた走査信号と同期させて前記2次電子検出器からの信号をコンピュータに取り込むことにより走査像を得るステップと、を含むことを特徴とする、請求項1に半導体装置の検査方法。

請求項3

前記周期構造の周期の10分の1以下の不規則な微細構造が検査に影響しないように、分解能を劣化することを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置の検査方法。

請求項4

前記対物レンズの電流値と、正焦点が得られる対物レンズの電流値との差を持たせた状態で、前記試料を載置するステージパターン繰り返し周期分ごとにずらして画像を取り込み比較検査することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。

請求項5

前記試料が一方向に結晶粒界に起因する形状を有する場合、非点収差補正レンズを用いて一方向のみの解像度を落とすことによって微細構造を検出できないようにすることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。

請求項6

前記試料が特定の領域のみに微細構造を有する場合、電子線走査時にオフセットをかける領域を新たに指定し、微細構造の存在する領域のみを事前登録しておき、意図した領域にのみオフセットをかけることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体装置検査方法に関し、特に、欠陥情報を少なくした半導体装置の検査方法に関する。

背景技術

0002

現在市販されているSEM走査型電子顕微鏡)画像を用いた画像比較方式の欠陥検査装置において、SEMで解像できる程度(〜30nm程度)の不規則凹凸を持った数百nm程度の周期をもったパターン検査する場合には、意図的に作り込んだ周期構造に不規則な構造が乗ってしまう。このため、周期ごとにずらした画像を得ても、周期的に作られた構造の中に存在するランダム微細構造欠陥として認識してしまう。このような場合には、画像処理系に異常に負担がかかるため欠陥検査にかかる時間が長くなったり、得られる欠陥情報が膨大になったりする。また、記憶容量を増加させたとしても、検出された欠陥がデバイス特性に影響しない欠陥なのか実際にごみなどのデバイス特性に影響する検出したい欠陥なのかを判別する手段はない。

発明が解決しようとする課題

0003

上述したように、従来の半導体装置の検査方法では、欠陥検査に係る時間が長くなったり、得られる欠陥情報が膨大になるという問題があった。

0004

また、デバイス特性に影響する欠陥なのか影響しない欠陥なのかを判別する手段がないという問題があった。

0005

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決すべく、欠陥検査に係る時間を短くし、得られる欠陥情報を少なくした半導体装置の検査方法を提供することにある。

0006

また、本発明の他の目的は、デバイス特性に影響するかしないかを判別することができる半導体装置の検査方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の検査方法は、走査型電子顕微鏡(SEM)画像を用いて周期構造に不規則性を有する微細構造の欠陥を検査する画像比較方式による半導体装置の検査方法において、走査型電子顕微鏡による2次電子像を用いて試料を検査する場合に、対物レンズ電流値オフセットをかけ、不規則性を有する微細構造の像質劣化させて検査することを特徴とする。

0008

また、電子銃から出た電子線をコンデンサレンズにて収束するステップと、電子線の飛散角を絞りにて制限したのち偏向コイルを通過させ、走査偏向器によって走査するステップと、走査された電子を対物レンズによって試料上に収束するステップと、試料上に照射された電子によって発生した2次電子を2次電子検出器によって検出し増幅するステップと、走査偏向器に与えられた走査信号と同期させて2次電子検出器からの信号をコンピュータに取り込むことにより走査像を得るステップとを含むのが好ましい。

0009

さらに、周期構造の周期の10分の1以下の不規則な微細構造が検査に影響しないように、分解能を劣化するのが好ましい。

0010

またさらに、対物レンズの電流値と、正焦点が得られる対物レンズの電流値との差を持たせた状態で、試料を載置するステージをパターンの繰り返し周期分ごとにずらして画像を取り込み比較検査するのが好ましい。

0011

また、試料が一方向に結晶粒界に起因する形状を有する場合、非点収差補正レンズを用いて一方向のみの解像度を落とすことによって微細構造を検出できないようにするのが好ましい。

0012

さらに、試料が特定の領域のみに微細構造を有する場合、電子線走査時にオフセットをかける領域を新たに指定し、微細構造の存在する領域のみを事前登録しておき、意図した領域にのみオフセットをかけるのが好ましい。

発明を実施するための最良の形態

0013

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

0014

図1は、本発明の半導体装置の検査方法の実施の形態における走査型電子顕微鏡の構成を示す概略図である。この方法では、電子銃1を出た電子線2は、コンデンサレンズ3にて収束され、絞り4にて発散角を制限されたのち、偏光コイル5を通過し、走査偏向器6によって走査される。走査された電子は、対物レンズ7によって試料9上に収束される。試料9上に照射された電子によって発生した2次電子は、2次電子検出器9によって検出し増幅される。このとき走査偏向器6に与えられた走査信号と同期させて、2次電子検出器8からの信号をコンピュータ11に取り込むことにより走査像を得る。

0015

図2は、本発明における走査像の処理系を示すブロック図である。一般に、半導体装置のパターンは周期構造をもっている。まず、走査電子顕微鏡26による走査電子像画像蓄積部21に記録する。次に、ステージ10を1周期移動し、次の周期の走査電子像を得、画像蓄積部22に記録する。これらの画像を制御処理部23にて処理し、両者の差像を得、差像蓄積部24に蓄積する。得られた欠陥のウエハ上での位置は、ステージの位置とSEM像とから計算できるようになっている。

0016

次に、図3図5を参照して、本発明の実施の形態の動作について説明する。

0017

図3は、本発明の半導体装置の検査方法を説明するフローチャートであり、図4は、本発明が対象としている微細構造を有する画像の一例を示す概略図であり、図5は、正焦点からずれた画像の一例を示す概略図である。一般的に2つあるいはそれ以上の画像を用いて欠陥検査を行う場合、2枚の画像間での差画像を得、差画像中の画素のうちある一定の値以上の値を持った画素に対応した部分を欠陥として認識させるフローが用いられている。ここに示した一連の動作の前にSEMの光軸調整や正焦点の画像が得られるように調整されている。まず、欠陥として認識するレベル閾値)Tおよび対物レンズの変化率(ステップ)Sを与える。これを閾値T,ステップS入力とする。これらの値は経験的に得られたものを用い、後に問題があれば最適化すればよい(ステップA1)。次に、画像蓄積部21および画像蓄積部22により隣接する周期の画像を得る。このときのSEM画像は、検査時に検出すべき異常部分が含まれていないことを人為的に確認した画像を用いる。本発明が対象としているような微細構造を有する画像の例として、図4に示すように、0.5μmの構造内にさらにその十分の一程度のランダムな構造を有するものがあげられる。次に、制御処理部23にて差画像を演算する(ステップA2,A3)。ここで得られた差画像中の画素の値のうちすでに設定した閾値Tと比較し、閾値T以上の値をもつ画素数をnに設定する(ステップA4)。しかるに、このプロセスにおいて用いた画像は異常が含まれていないことを人為的に確認した画像であるので、本来ならばnはゼロでなくてはならない。そこで、次に、nが0かどうかを判断する(ステップA5)。このときnが0でなければ、異常ではないと人為的には判断されるが装置としては欠陥と認識していることになる。これは、SEM画像を用いているため異常ではないにもかかわらず、検出しなくてもよい微細構造の差異を検出しているためである。そこで、nが0になるように対物レンズ電流値をSだけ変化させる(ステップA6)。変化させた対物レンズ電流値を用いて画像を取得し、n=0となるまでステップA2からA6まで行う。n=0となったときの画像は、図5に示すように、正焦点位置からずれている。この時の対物レンズ電流値と、正焦点が得られる対物レンズ電流値との差をオフセット電流値と呼ぶことにする。画像比較検査時にこの一連の動作で得られたオフセット電流値だけ正焦点が得られる電流値からずらした状態でステージ10をパターンの繰り返し周期分ごとにずらして画像を取り込み比較検査することにより微細構造を欠陥として認識することなく画像比較検査が可能になる。さらに、周期パターン以外の部分(図4の41)に現れる異常については、閾値Tを調節することで検出感度の劣化を抑えることができる。

0018

上述した実施の形態では、対物レンズ電流値を一方向のみに変化させたが、正負交互に変化させるなどの手段でも可能である。

0019

次に、図6を参照して、本発明の他の実施例について説明する。

0020

図6は、本発明の半導体装置の検査方法の他の実施例におけるAl配線パターンを示す概略図である。本実施例では、非点収差補正レンズを用いて一方向のみ解像度を落とすことによって微細な構造を検出できないようにする。この手法は、図6に示すように、Al配線パターンなど一方向に結晶粒界に起因する形状を有する場合に特に有効である。また、コンデンサレンズ電流値を変化させビーム径を大きくすることによっても同様の効果を得ることができるが、この場合には電子光学系の軸がずれる場合があるので新たに軸を調整するか、各々のコンデンサレンズ電流値における各レンズ最適値制御系に記憶させておき、再現させるなどの機能を付加する必要がある。

0021

次に、本発明の半導体装置の検査方法のまた他の実施例について説明する。図4に示すように、特定の領域のみに微細構造を有する場合には、新たに電子線走査時にオフセットをかける領域を指定するための機能を付加する必要が生じるが、微細構造の存在する領域のみを事前に登録しておき、意図した領域にのみオフセットをかける方法もある。

発明の効果

0022

以上説明したように、本発明では、検査時の対物レンズ電流値にオフセットをかけている以外は、なんら通常の検査と同様のデータ処理過程で事足りる。従って、検査前にオフセットを得てしまえば、検査中に画素間での平均化処理などのデータ処理のためにデータ処理系に負担をかけることがないという効果を奏する。

0023

また、正焦点の得られる電流値にオフセットをかけることにより解像度の最適化を行っていることになる。従って、不必要な解像度で検査することによる、構造的な欠陥とはいえない形状の差を欠陥として認識してしまう頻度を激減させることができる。これにより検出したい形状異常のみを検出できるようになるという効果を奏する。

0024

さらに、上記効果により、むだに検出する欠陥がなくなるため、これらのデータを処理するのにかかっていた時間分だけ全体の時間を短縮できる。従って、検査速度を向上することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明の実施の形態における走査型電子顕微鏡を説明する概略図である。
図2本発明の実施の形態における走査像の処理系を示すブロック図である。
図3本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
図4正焦点で撮影したSEM画像を示す概略図である。
図5オフセットをかけて撮影したSEM画像を示す概略図である。
図6Al配線パターンを示す概略図である。

--

0026

1電子銃
2電子線
3コンデンサレンズ
4絞り
5偏向コイル
6走査偏向器
7対物レンズ
82次電子検出器
9試料
10ステージ
11コンピュータ
21画像蓄積部
22画像蓄積部
23制御処理部
24差像蓄積部
25電子光学系調整部
26走査電子顕微鏡

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