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JP6513982B2 - 欠陥検査装置並びに欠陥検査装置の管理方法及び管理装置 - Google Patents
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JP6513982B2 - 欠陥検査装置並びに欠陥検査装置の管理方法及び管理装置 - Google Patents

欠陥検査装置並びに欠陥検査装置の管理方法及び管理装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、欠陥検査装置並びに欠陥検査装置の管理方法及び管理装置に関する。
半導体装置(半導体集積回路装置)のパターンの微細化に伴い、フォトマスクや半導体ウェハの欠陥検査において検出すべき欠陥のサイズも小さくなってきている。そのため、高感度の欠陥検査が重要になってきている。
ところが、検出すべき欠陥のサイズが小さくなってくると、検出すべき欠陥から得られる信号とノイズ成分(疑似欠陥)との弁別が難しくなってくる。特に、欠陥検出装置の特性が変動すると、検出すべき欠陥から得られる信号とノイズ成分との弁別がより一層難しくなる。
したがって、検出すべき欠陥から得られる信号とノイズ成分との弁別を確実に行うことが可能な欠陥検査装置の管理方法及び管理装置が望まれている。
特開平7−120404号公報
検出すべき欠陥から得られる信号とノイズ成分との弁別を確実に行うことが可能な欠陥検査装置並びに欠陥検査装置の管理方法及び管理装置を提供する。
実施形態に係る欠陥検査装置の管理方法は、測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成することと、前記差分値の度数分布を生成することと、前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、を備える。
実施形態に係る欠陥検査装置の構成を模式的に示した図である。 実施形態に係り、検査対象ダイ及び参照ダイについて示した図である。 実施形態に係り、欠陥サイズと欠陥検出信号との関係を示した図である。 実施形態に係る欠陥検査装置の管理方法を示したフローチャートである。 実施形態に係り、測定対象ダイ及び参照ダイについて示した図である。 実施形態に係り、画像取得領域について示した図である。 実施形態に係り、差分値の度数分布を示した図である。 実施形態に係り、差分値の度数分布及び欠陥信号を示した図である。 実施形態に係り、差分値の度数分布及び欠陥信号を示した図である。 実施形態に係る欠陥検査装置の変更例の構成を模式的に示した図である。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
図1は、実施形態に係る欠陥検査装置の構成を模式的に示した図である。
図1に示すように、欠陥検査装置は、大きく分けて、画像取得部10と欠陥判定部20とを備えている。
画像取得部10は、電子線照明源11と、照明光学系12と、ビーム分離ユニット13と、結像光学系(陰極レンズ14及び対物レンズ15)と、撮像センサ16とを備えている。
欠陥判定部20は、CPU21と、画像メモリ22と、画像処理部23と、差分値生成部24と、信号処理部25と、度数分布生成部26とを備えている。
図1の欠陥検査装置では、以下のようにして欠陥検査が行われる。
電子線照明源11から発生した電子線は、照明光学系12及びビーム分離ユニット13を介して、ステージ(図示せず)上に載置されたリソグラフィ用マスク(フォトマスク等)17の表面に照射される。本実施形態では、マスク17に電子線を照射することにより、マスク17の表面からは2次電子が発生する。すなわち、マスク17の表面に形成された回路パターンに応じた2次電子像が発生する。2次電子像は、ビーム分離ユニット13及び結像光学系(陰極レンズ14及び対物レンズ15)を介して撮像センサ16上に結像される。
マスク17上に形成されたパターンをダイトゥダイ(die-to-die)方式によって検査する場合、CPU21からの指示に基づきマスク17をY方向にスキャンするとともにX方向にステップ移動させることで、マスク17の全面の画像が取得される。
図2に示すように、マスク17には検査対象ダイ17a及び参照ダイ17bが含まれている。検査対象ダイ17aに含まれている回路パターンと参照ダイ17bに含まれている回路パターンとは同一である。検査対象ダイ17aの画像データ及び参照ダイ17bの画像データは、画像メモリ22に記憶される。
検査対象ダイ17aの画像データ及び参照ダイ17bの画像データは、画像処理部23により所定の処理(欠陥信号の強調処理及びノイズ信号の低減処理)が施される。所定の処理が施された画像データは差分値生成部24に送られ、検査対象ダイ17aの画像データと参照ダイ17bの画像データとの差分データが生成される。差分データは、信号処理部25に送られる。信号処理部25では、差分データに含まれる差分信号の値(差分値)が所定の閾値よりも大きいか否かが判断される。差分値が所定の閾値よりも大きいと判断された場合には、CPU21により、差分値が所定の閾値よりも大きいと判断された箇所に欠陥が存在すると判断される。
図3は、欠陥サイズと欠陥検出信号との関係を示した図である。欠陥検出信号は、上述した差分値に対応する。図3に示すように、欠陥サイズが減少するにしたがって、欠陥検出信号の値も減少する。したがって、検出されるべき欠陥サイズに応じた欠陥検出信号の値(差分値)を予め規定することができる。
ところが、検出すべき欠陥のサイズが小さくなってくると、欠陥検出信号とノイズ成分(疑似欠陥)との弁別が難しくなってくる。特に、欠陥検出装置の特性が変動すると、欠陥検出信号とノイズ成分(疑似欠陥)との弁別がより一層難しくなる。例えば、欠陥検出感度校正用の標準基板を用いて欠陥検出装置の特性を校正することにより、必要な欠陥検出感度を得ることは可能である。しかしながら、この場合には、標準基板を用いる必要があるため、校正作業が容易ではない。
そこで、本実施形態では、以下のような方法を採用している。
図4は、本実施形態に係る欠陥検査装置の管理方法を示したフローチャートである。
まず、図1に示した画像取得部10により、リソグラフィ用マスク17の画像を取得する(S11)。
図5に示すように、マスク17には測定対象ダイ17c及び参照ダイ17dが含まれている。測定対象ダイ17cに含まれている回路パターンと参照ダイ17dに含まれている回路パターンとは同一である。測定対象ダイ17cには画像取得領域17c1が含まれており、参照ダイ17dには画像取得領域17d1が含まれている。画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1は、測定対象ダイ17c及び参照ダイ17dの互いに対応する位置に配置されており、画像取得領域17c1に含まれている回路パターンと画像取得領域17d1に含まれている回路パターンとは同一である。また、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1には、検出可能な欠陥が存在しない。
図6に示すように、画像データを取得する際には、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1をいずれもメッシュ状に分割し、各分割ポイントを測定ポイントとして画像信号(強度信号)を取得する。画像取得領域17c1の分割ポイントと画像取得領域17d1の分割ポイントとは互いに対応している。
画像取得領域17c1から得られた画像データ及び画像取得領域17d1から得られた画像データは、画像メモリ22に記憶される(S12)。
画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1から得られた画像データは、画像処理部23により所定の処理(欠陥信号の強調処理及びノイズ信号の低減処理)が施される(S13)。
所定の処理が施された画像データは、差分値生成部24に送られる。差分値生成部24では、複数の分割ポイント(測定ポイント)について、測定対象ダイ17cの画像から得られた信号と参照画像から得られた信号との差分値を生成する(S14)。すなわち、画像取得領域17c1の各分割ポイントの信号強度と、画像取得領域17d1の各分割ポイントの信号強度との差分値が生成される。
すでに述べたことからわかるように、参照ダイ17dの画像取得領域17d1から得られる参照画像は、測定対象ダイ17cの画像取得領域17c1のパターンに対応するパターンの画像である。また、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1には、検出可能な欠陥が存在しない。すなわち、複数の測定ポイント(分割ポイント)が含まれる領域には、検出可能な欠陥が存在しない。したがって、差分値生成部24で生成された差分値には、欠陥に起因する差分は含まれておらず、ノイズ成分に起因する差分が含まれているだけである。ノイズ成分には、画像取得部10に起因する誤差成分や、マスクパターンのエッジラフネス等が含まれる。
差分値生成部24で生成された複数の測定ポイントの差分値は、度数分布生成部26に送られる。度数分布生成部26では、差分値の度数分布が生成される(S15)。すなわち、図6に示した複数の分割点(測定点)それぞれについて、画像取得領域17c1の画像信号と画像取得領域17d1の画像信号との差分値が得られるため、生成された複数の差分値の度数分布が生成される。
図7は、度数分布生成部26で生成される差分値の度数分布を示した図である。図7に示されるように、度数は、差分値が増加するにしたがって増加し、最大値に達した後に減少し、最終的にはゼロになる。差分値は、図7の領域(a)には含まれておらず領域(b)に全て含まれている。図7の(c)は、差分値の最大値が含まれる領域を拡大したものである。
次に、CPU21により、差分値の度数分布が所定の条件を満たしているか否かが判断される(S16)。
具体的には、差分値の度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得る。基準度数分布は、例えば画像取得部10に起因する誤差成分がゼロであるとした場合の理想的な度数分布に対応する。さらに、得られた比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することで、差分値の度数分布が所定の条件を満たしているか否かが判断される。
より具体的には、度数分布の平均値及び標準偏差が所定の条件を満たしているか否かが判断される。図7に示されるように、差分値の度数分布はガウス分布で近似することが可能である。そこで、差分値の度数分布の平均値及び標準偏差を算出し、算出された平均値及び標準偏差を基準度数分布の平均値及び標準偏差と比較し、比較結果が所定の条件を満たしているか否かが判断される。
差分値の度数分布が所定の条件を満たしていると判断された場合には、欠陥検査装置の調整はしない(S17)。すなわち、所定の条件を満たしている場合には、マスクの検出可能な欠陥に基づく差分値は、S14のステップで得られた差分値の最大値よりも大きいと考えられる。言い換えると、所定の条件を満たしている場合には、マスクの検出可能な欠陥に基づく差分値は、S15のステップで得られた度数分布の領域(a)に含まれていると考えられる。図8は、このような場合について示した図であり、欠陥信号の差分値(d)は領域(a)に含まれている。したがって、欠陥検査装置の調整を行わなくても、欠陥の検出は可能である。この場合には、引き続き、欠陥検査装置によってマスク17の欠陥検査を行うようにしてもよい(S18)。
差分値の度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、度数分布が所定の条件を満たすように欠陥検査装置を調整する(S19)。具体的には、測定対象ダイ17cの画像から得られる信号と参照ダイ17dの参照画像から得られる信号との差分値の最大値が、検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さくなるように、欠陥検査装置を調整する。以下、このような場合について具体的に説明する。
欠陥検査装置の画像取得部10の誤差成分に起因して、図9の(a)に示すような度数分布が得られる場合がある。この場合、マスクの欠陥に基づく差分値(b)は、度数分布の最大差分値(c)よりも小さい。そのため、マスクの欠陥を欠陥検査装置の誤差成分(ノイズ成分)から弁別することができない。
欠陥検査装置の代表的な誤差成分としては、照明領域の輝度分布があげられる。測定対象ダイ17cの照明領域の輝度分布と参照ダイ17dの照明領域の輝度分布とが異なっていると、輝度分布の違いに起因して誤差成分(ノイズ成分)が生じる。通常、照明領域の輝度分布は緩やかに変化しており、例えば多項式によって輝度分布を精度よく近似することが可能である。輝度分布の近似式を用いて画像信号を補正すると、図9の(d)のような分布特性が得られる。このような分布特性であれば、欠陥信号の差分値(b)は、度数分布の最大差分値(e)よりも大きくなる。
そこで、輝度分布の近似式に基づく調整指針がCPU21によって生成され、調整指針に基づくCPU21からの指令によって欠陥検査装置を調整する。このような調整を行った後、再度S11のステップに戻ってS11〜S16のステップを実行する。これにより、度数分布の最大差分値を欠陥信号の差分値よりも小さくすることができ、マスクの欠陥をノイズ成分から弁別することができる。
以上のように、本実施形態では、測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値の度数分布を生成し、度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する。そして、度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、度数分布が所定の条件を満たすように欠陥検査装置を調整する。これにより、検出すべき欠陥から得られる信号とノイズ成分との弁別を確実に行うことが可能となる。
また、本実施形態では、測定対象は実際に欠陥検査が行われるリソグラフィ用マスクに含まれている。そのため、欠陥検出感度校正用の標準基板等を用いる必要がない。したがって、欠陥検査装置の校正作業(調整作業)を迅速かつ容易に行うことが可能である。
なお、上述した実施形態では、ダイトゥダイ(die-to-die)方式に基づいて差分値を生成するようにしたが、ダイトゥデータベース(die-to-database)方式に基づいて差分値を生成するようにしてもよい。
図10は、ダイトゥデータベース方式に基づいて差分値を生成する場合の欠陥検査装置の変更例の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な事項は、上述した実施形態と同様であるため、それらの説明は省略する。
本変更例では、図1の構成に加えて、設計データ記憶部27が設けられている。この設計データ記憶部27に記憶されている設計データに基づいて参照ダイの画像データが生成され、生成された参照ダイの画像データが画像メモリ22に記憶される。その他の基本的な動作は上述した実施形態と同様である。
本変更例においても、測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値の度数分布を生成し、度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する。そして、度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、度数分布が所定の条件を満たすように欠陥検査装置を調整する。したがって、本変更例においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した実施形態では、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1には検出可能な欠陥が存在しないものとしたが、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1に検出可能な欠陥が存在していてもよい。画像取得領域に検出可能な欠陥が存在していても、検出可能な欠陥が少なければ、差分値の度数分布は検出可能な欠陥が存在しない場合と比べて大きくは変わらない。したがって、このような場合であっても、差分値の度数分布を基準度数分布と比較することで、上述した実施形態と同様の方法を適用することが可能である。
また、上述した実施形態では、画像取得領域17c1及び画像取得領域17d1の全ての分割ポイントを測定ポイントとし、全ての分割ポイントについて差分値を生成するようにしたが、全ての分割ポイントを測定ポイントとしなくてもよい。このような場合であっても、そのような測定ポイントについて、差分値の度数分布を基準度数分布と比較することで、上述した実施形態と同様の方法を適用することが可能である。
また、上述した実施形態では、測定対象はリソグラフィ用マスクに含まれていたが、測定対象は半導体基板(半導体ウェハ)に含まれていてもよい。半導体基板上に形成された欠陥を検査する場合にも、上述した方法を用いることが可能である。
また、上述した実施形態では、測定対象の表面に電子線を照射することによって測定対象の画像を取得するようにしたが、電子線の代わりにDUV(deep ultraviolet)光等の光を用いてもよい。
以下、上述した実施形態の内容を付記する。
[付記1]
測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成することと、
前記差分値の度数分布を生成することと、
前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置の管理方法。
[付記2]
前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することは、
前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
を含む
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記3]
前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することは、
前記度数分布の平均値及び標準偏差が所定の条件を満たしているか否かを判断することを含む
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記4]
前記度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、前記欠陥検査装置を調整する
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記5]
前記欠陥検査装置を調整することは、
前記差分値の最大値が検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さい値に前記欠陥検査装置を調整することを含む
ことを特徴とする付記4に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記6]
前記複数の測定ポイントが含まれる領域には、検出可能な欠陥が存在しない
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記7]
前記測定対象は、実際に欠陥検査が行われるリソグラフィ用マスク又は半導体基板に含まれる
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記8]
前記参照画像は、前記測定対象のパターンに対応するパターンに基づく画像である
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記9]
前記差分値を生成することは、ダイトゥダイ検査に基づく
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記10]
前記差分値を生成することは、ダイトゥデータベース検査に基づく
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記11]
前記測定対象の画像は、前記測定対象の表面に電子線又は光を照射することによって得られる
ことを特徴とする付記1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
[付記12]
測定対象の画像を取得する画像取得部と、欠陥判定部とを備え、
前記欠陥判定部が、
前記測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成する差分値生成部と、
前記差分値の度数分布を生成する度数分布生成部と、
前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
[付記13]
前記判断部は、
前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
を行う
ことを特徴とする付記12に記載の欠陥検査装置。
[付記14]
前記判断部は、
前記度数分布の平均値及び標準偏差が所定の条件を満たしているか否かを判断することを行う
ことを特徴とする付記12に記載の欠陥検査装置。
[付記15]
前記度数分布が所定の条件を満たしていないと前記判断部が判断した場合には、度数分布が所定の条件を満たす調整指針を生成する
ことを特徴とする付記12に記載の欠陥検査装置。
[付記16]
前記生成された調整指針は、前記差分値の最大値が検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さい値である
ことを特徴とする付記15に記載の欠陥検査装置。
[付記17]
前記測定対象は、実際に欠陥検査が行われるリソグラフィ用マスク又は半導体基板に含まれる
ことを特徴とする付記12に記載の欠陥検査装置。
[付記18]
前記参照画像は、前記測定対象のパターンに対応するパターンに基づく画像である
ことを特徴とする付記12に記載の欠陥検査装置。
[付記19]
測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成する差分値生成部と、
前記差分値の度数分布を生成する度数分布生成部と、
前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断部と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置の管理装置。
[付記20]
前記判断部は、
前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
を行う
ことを特徴とする付記19に記載の欠陥検査装置の管理装置。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…画像取得部 11…電子線照明源 12…照明光学系
13…ビーム分離ユニット 14…陰極レンズ
15…対物レンズ 16…撮像センサ 17…マスク
17a…検査対象ダイ 17b…参照ダイ
17c…測定対象ダイ 17d…参照ダイ
17c1…画像取得領域 17d1…画像取得領域
20…欠陥判定部 21…CPU 22…画像メモリ
23…画像処理部 24…差分値生成部 25…信号処理部
26…度数分布生成部 27…設計データ記憶部

Claims (6)

  1. 測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成することと、
    前記差分値の度数分布を生成することと、
    前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
    を備えた欠陥検査装置の管理方法であって、
    前記度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、前記差分値の最大値が検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さい値となる度数分布特性が得られるように前記欠陥検査装置を調整する
    ことを特徴とする欠陥検査装置の管理方法。
  2. 前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することは、
    前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
    前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
    を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の欠陥検査装置の管理方法。
  3. 測定対象の画像を取得する画像取得部と、
    前記測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成する差分値生成部と、
    前記差分値の度数分布を生成する度数分布生成部と、
    前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断部と、
    を備えた欠陥検査装置であって、
    前記判断部によって前記度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、前記差分値の最大値が検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さい値となる度数分布特性が得られるように前記欠陥検査装置を調整する調整部を備える
    ことを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 前記判断部によって前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することは、
    前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
    前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
    を含む
    ことを特徴とする請求項3に記載の欠陥検査装置。
  5. 測定対象の複数の測定ポイントについて、前記測定対象の画像から得られる信号と参照画像から得られる信号との差分値を生成する差分値生成部と、
    前記差分値の度数分布を生成する度数分布生成部と、
    前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断する判断部と、
    を備えた欠陥検査装置の管理装置であって、
    前記判断部によって前記度数分布が所定の条件を満たしていないと判断された場合には、前記差分値の最大値が検出すべき欠陥に基づく所定値よりも小さい値となる度数分布特性が得られるように前記欠陥検査装置を調整する調整部を備える
    ことを特徴とする欠陥検査装置の管理装置。
  6. 前記判断部によって前記度数分布が所定の条件を満たしているか否かを判断することは、
    前記度数分布を基準度数分布と比較して比較結果を得ることと、
    前記比較結果が所定の条件を満たしているか否かを判断することと、
    を含む
    ことを特徴とする請求項5に記載の欠陥検査装置の管理装置。
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