(57)【要約】【課題】半導体検査装置に係わり、第一に、検査の良否判定、検査画像の画質の設定等を、ユーザが判断、選択等できる手段を実現して、各製造メーカや各世代のプロセスの半導体の検査を有効に効率的に実現できる技術を提供する。【解決手段】本半導体検査装置は、半導体基板６２の検査に係わり、表示装置７１の画面に検査画像と検査画像のＳＮ比などの画質情報と検査条件選択ボタン等を表示し、ユーザの操作に応じて検出回路７３の回路特性を選択制御する。検出回路７３において、検出器６５からの電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換回路６６では、制御回路７２からの制御により特性（Ｉ−Ｖ変換ゲイン）が切り替えられる。ユーザは検査条件選択ボタンの選択操作などにより、検査画像の画質を切り替えて検査ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査試料となる半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う半導体検査装置であって、
光子エネルギー、荷電粒子エネルギーのうち少なくとも一つの第一のエネルギーを前記被検査試料に対し照射する照射手段と、
前記被検査試料から発生する、反射荷光、散乱光、透過光、光電子、ルミネセンス、イオン、フォノン、反射荷電粒子、散乱荷電粒子、透過荷電粒子、吸収荷電粒子、二次荷電粒子、オージェ電子、特性Ｘ線、中性原子、中性分子のうち少なくとも一つの第二のエネルギーを検出する検出手段と、
前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する変換手段と、
前記変換手段の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を生成する処理を含むデータ処理を行うデータ処理手段と、
画像が表示可能な表示手段と、
前記データ処理手段の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を、前記表示手段を用いて表示する処理を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、検査者による操作に従って、前記変換手段の特性を、少なくとも二つの状態から選択するように制御し、当該選択に対応した画質による前記目的の画像及びそれを含む情報を前記表示手段を用いて表示すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記データ処理手段は、前記変換手段の出力信号を前記目的の画像に変換する画像処理と、当該目的の画像の画質の情報を生成する処理と、を含むデータ処理を行い、
前記制御手段は、前記目的の画像の前記画質の情報を、前記表示手段を用いて表示する処理を行うこと、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体検査装置において、
前記画質の情報は、コントラスト比またはＳＮ比のうち少なくとも一つであること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記変換手段は、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換回路手段を含み、
前記電流−電圧変換回路手段は、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換するための少なくとも二つの変換倍率の状態が切り替え可能であり、
前記制御手段により、前記電流−電圧変換回路手段の前記変換倍率の状態を選択するように制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体検査装置において、
前記制御手段の制御では、前記第一のエネルギーが大きい場合の第一の状態の変換倍率に対して、前記第一のエネルギーが小さい場合の第二の状態の変換倍率が大きいこと、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項６】
請求項４記載の半導体検査装置において、
前記電流−電圧変換回路手段は、
第一の抵抗、第二の抵抗、スイッチ手段を備え、
前記第一の抵抗と第二の抵抗が並列に配置され、
前記検出手段の出力端子に前記第一の抵抗の第一の端子および前記第二の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子が前記スイッチ手段の第一の端子に接続され、
前記第一の抵抗の第二の端子および前記スイッチ手段の第二の端子が基準電源手段に接続され、
前記制御手段により前記スイッチ手段の切り替えを制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記電流−電圧変換回路手段は、
第一の抵抗、第二の抵抗、スイッチ手段を備え、
前記第一の抵抗と第二の抵抗が直列に配置され、
前記検出手段の出力端子に前記第一の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第一の抵抗の第二の端子と前記第二の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子が基準電源手段に接続され、
前記第二の抵抗の第一の端子に前記スイッチ手段の第一の端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子に前記スイッチ手段の第二の端子が接続され、
前記制御手段により前記スイッチ手段の切り替えを制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記電流−電圧変換回路手段は、
第一の抵抗、第二の抵抗、出力インピーダンス切替型増幅手段を備え、
前記第一の抵抗と第二の抵抗が並列に配置され、
前記検出手段の出力端子に前記第一の抵抗の第一の端子および前記第二の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子が前記出力インピーダンス切替型増幅手段の出力端子に接続され、
前記第一の抵抗の第二の端子および前記出力インピーダンス切替型増幅手段の入力端子が基準電源手段に接続され、
前記制御手段により前記出力インピーダンス切替型増幅手段の出力インピーダンスを制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体検査装置において、
前記電流−電圧変換回路手段は、
第一の抵抗、第二の抵抗、出力インピーダンス切替型増幅手段を備え、
前記第一の抵抗と第二の抵抗が直列に配置され、
前記検出手段の出力端子に前記第一の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第一の抵抗の第二の端子と前記第二の抵抗の第一の端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子が基準電源手段に接続され、
前記第二の抵抗の第一の端子に前記出力インピーダンス切替型増幅手段の出力端子が接続され、
前記第二の抵抗の第二の端子に前記出力インピーダンス切替型増幅手段の入力端子が接続され、
前記制御手段により前記出力インピーダンス切替型増幅手段の出力インピーダンスを制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項１０】
被検査試料となる半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う半導体検査装置であって、
光子エネルギー、荷電粒子エネルギーのうち少なくとも一つの第一のエネルギーを前記被検査試料に照射する照射手段と、
前記被検査試料から発生する、反射荷光、散乱光、透過光、光電子、ルミネセンス、イオン、フォノン、反射荷電粒子、散乱荷電粒子、透過荷電粒子、吸収荷電粒子、二次荷電粒子、オージェ電子、特性Ｘ線、中性原子、中性分子のうち少なくとも一つの第二のエネルギーを検出する、第一の検出手段および第二の検出手段と、
前記第一の検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する第一の変換手段と、
前記第二の検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する第二の変換手段と、
前記第一と第二の変換手段の出力信号を加算する加算手段と、
前記加算手段の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を生成する処理を含むデータ処理を行うデータ処理手段と、
画像が表示可能な表示手段と、
前記データ処理手段の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を、前記表示手段を用いて表示する処理を行う制御手段と、を備え、
前記第一の変換手段は、前記第一の検出手段の出力信号の経路を遮断可能である第一の遮断手段を備え、
前記第二の変換手段は、前記第二の検出手段の出力信号の経路を遮断可能である第二の遮断手段を備え、
前記制御手段は、前記第一および第二の変換手段の前記第一および第二の遮断手段の遮断の状態を制御することで、前記第一と第二の変換手段における回路特性を少なくとも二つの状態から選択するように制御し、当該選択に対応した画質による前記目的の画像及びそれを含む情報を前記表示手段を用いて表示すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体検査装置において、
前記第一の変換手段は、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する第一の電流−電圧変換回路手段を含み、
前記第二の変換手段は、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する第二の電流−電圧変換回路手段を含み、
前記第一の電流−電圧変換回路手段は、第一の抵抗、前記第一の遮断手段である第一の出力インピーダンス切替型増幅手段を含み、
前記第一の検出手段の出力端子に前記第一の抵抗の第一の端子と前記第一の出力インピーダンス切替型増幅手段の入力端子が接続され、
前記第二の電流−電圧変換回路手段は、第二の抵抗、前記第二の遮断手段である第二の出力インピーダンス切替型増幅手段を含み、
前記第二の検出手段の出力端子に前記第二の抵抗の第一の端子と前記第二の出力インピーダンス切替型増幅手段の入力端子が接続され、
前記第一および第二の抵抗の第二の端子が基準電源手段に接続され、
前記制御手段により前記第一および第二の出力インピーダンス切替型増幅手段の出力インピーダンスを制御すること、を特徴とする半導体検査装置。
【請求項１２】
被検査試料となる半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う半導体検査方法であって、
光子エネルギー、荷電粒子エネルギーのうち少なくとも一つの第一のエネルギーを前記被検査試料に対し照射する照射工程と、
前記被検査試料から発生する、反射荷光、散乱光、透過光、光電子、ルミネセンス、イオン、フォノン、反射荷電粒子、散乱荷電粒子、透過荷電粒子、吸収荷電粒子、二次荷電粒子、オージェ電子、特性Ｘ線、中性原子、中性分子のうち少なくとも一つの第二のエネルギーを検出する検出工程と、
前記検出工程の出力の電流信号を電圧信号に変換する変換工程と、
前記変換工程の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を生成する処理を含むデータ処理を行うデータ処理工程と、
前記データ処理工程の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を表示する工程と、
検査者による操作に従って、前記変換工程における変換の特性を、少なくとも二つの状態から選択するように制御し、当該選択に対応した画質による前記目的の画像及びそれを含む情報を表示する制御工程と、
前記検査者が前記表示された情報を見ながら前記半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う工程と、を有すること、を特徴とする半導体検査方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体検査方法において、
前記データ処理工程は、前記変換工程の出力信号を前記目的の画像に変換する画像処理と、当該目的の画像の画質の情報を生成する処理と、を含むデータ処理を行い、
前記制御工程は、前記目的の画像の前記画質の情報を表示する処理を行うこと、を特徴とする半導体検査方法。
【請求項１４】
被検査試料となる半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う工程を含む半導体製造方法であって、
前記被検査試料となる半導体を形成する工程と、
光子エネルギー、荷電粒子エネルギーのうち少なくとも一つの第一のエネルギーを前記被検査試料に対し照射する照射工程と、
前記被検査試料から発生する、反射荷光、散乱光、透過光、光電子、ルミネセンス、イオン、フォノン、反射荷電粒子、散乱荷電粒子、透過荷電粒子、吸収荷電粒子、二次荷電粒子、オージェ電子、特性Ｘ線、中性原子、中性分子のうち少なくとも一つの第二のエネルギーを検出する検出工程と、
前記検出工程の出力の電流信号を電圧信号に変換する変換工程と、
前記変換工程の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を生成する処理を含むデータ処理を行うデータ処理工程と、
前記データ処理工程の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を表示する工程と、
検査者による操作に従って、前記変換工程における変換の特性を、少なくとも二つの状態から選択するように制御し、当該選択に対応した画質による前記目的の画像及びそれを含む情報を表示する制御工程と、
前記検査者が前記表示された情報を見ながら前記半導体の検査、計測、観察のうち少なくとも一つを目的として行う工程と、を有すること、を特徴とする半導体製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の半導体製造方法において、
前記データ処理工程は、前記変換工程の出力信号を前記目的の画像に変換する画像処理と、当該目的の画像の画質の情報を生成する処理と、を含むデータ処理を行い、
前記制御工程は、前記目的の画像の前記画質の情報を表示する処理を行うこと、を特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、半導体装置（半導体集積回路装置）、ホトマスク（露光マスク）、液晶パネルなどの物（半導体と総称する）の検査、計測、または観察などを行う技術に関し、特に、荷電粒子ビームを用いて半導体上の微細な異物・欠陥や回路パターンなどを検査、計測、または観察などを行う半導体検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリやマイコンをはじめ、種々の半導体製品は、コンピュータや各種電気製品に使用されており、洗浄処理工程、イオン注入工程、拡散工程、露光工程、リソグラフィー工程、エッチング工程、熱処理工程などの各種工程を繰り返し、ホトマスクに形成された回路パターンを転写・形成することにより製造される。半導体装置では、各製造工程における異物混入、パターン形状不良、非導通や短絡といった電気的特性不良などの欠陥により、製造歩留まりが低下する。欠陥とは、異物、パターン形状不良、電気的特性不良など、各製造行程での処理異常となる全ての要因を示す。
【０００３】
近年の半導体プロセスの進化に伴い、パターンの微細化、高密度化と共に、欠陥サイズも微細化し、その種類も多様化してきている。このような微細かつ多種多様な欠陥を、早期あるいは事前に発見するため、各製造工程においてホトマスクや半導体基板（ウェハ）上または液晶パネル上に形成されたパターンの計測、観察、または良否判定などが実施されている。以下、計測、観察、良否判定などについても総称して「検査」と記し、特に断りの無い限り、「検査」とはこれらのいずれかまたは全てを含んでいてもよい。また、「半導体検査方法」とは、上記「検査」を行う方法を示し、「半導体検査装置」とは、上記「検査」を行う機能を備える装置を示す。
【０００４】
次に、この種の半導体検査装置における半導体基板の一般的な検査方法について概要を説明する。なお、検査対象物（試料）が半導体基板である例を用いて説明するが、これに限らず、半導体装置、ホトマスク（露光マスク）、液晶パネル等であっても構わない。
【０００５】
まず、エネルギー照射源（ビーム照射源）より第一のエネルギーを半導体基板に照射する。照射によって半導体基板より発生する第二のエネルギーを検出器（センサ）で検出し、電気信号に変換してデータ処理を行う。データ処理した結果をもとに画像や情報の表示を行う。検査結果については、欠陥の種類や数、計測値などの結果のみの表示ではなく、例えば特開２００５−１７１５９号公報（特許文献１）の図１２，図１４記載のような欠陥マップの表示や、特開２００３−１３３３７９号公報（特許文献２）の図１２記載のような半導体基板の形状や欠陥などを画像化して表示する。尚、このような画像を、本明細書では、「検査画像」と記す。
【０００６】
ここで、第一のエネルギーおよび第二のエネルギーには、複数種の適用が考えられる。これについては、半導体基板のパターン形状、材質、検査対象とする異物や欠陥の種類や大きさなどの物理的な特徴と、欠陥検査や形状観察をしたいのか、パターン幅などの半導体基板上の寸法を計測したいのか、といった検査目的によっても異なる。これを考慮して、製造工程毎に好適な第一エネルギーを照射して第二のエネルギー検出する構成の半導体検査装置を用いる。
【０００７】
例えば、第一のエネルギーにレーザ、赤外線、Ｘ線、またはγ線などの光子ビームを用いた場合、半導体基板より、反射光、散乱光、透過光、光電子、オージェ電子、ルミネセンス、イオン、またはフォノンなどの第二のエネルギーが一つまたは複数放出され、放出された第二のエネルギーが一つまたは複数検出される。
【０００８】
また、第一のエネルギーに電子ビームを用いた場合には、反射電子、散乱電子、透過電子、吸収電子、二次電子、オージェ電子、二次イオン、または特性Ｘ線などの第二のエネルギーが、同様に放出、検出される。また、第一のエネルギーにイオンビームを用いた場合には、散乱イオン、二次イオン、中性原子、中性分子、二次電子、またはオージェ電子などの第二のエネルギーが、同様に放出、検出される。なお、電子とイオンを総称して荷電粒子と呼ぶこともある。
【０００９】
ここで、上記半導体検査装置における半導体基板に照射される第一のエネルギーは、一つに限定されず、複数（複数種）の第一のエネルギーを照射できる構成であっても構わない。同様に、検出される第二のエネルギーについても、一つに限定されるものではなく、複数（複数種）の第二のエネルギーを検出できる構成であっても構わない。
【００１０】
このような半導体検査装置に関する従来技術として、特開平５−２５８９０３号公報（特許文献３）が知られている。特許文献３には、荷電粒子を半導体基板に照射し、発生する二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子、または透過荷電粒子のいずれかを検出し、その検出信号から得られる画像により欠陥を検出する技術が開示されている。さらに、ビーム電流とスポットサイズ（半導体基板に照射されるビーム径）の関係は、０．０５μｍ（＝５０ｎｍ）での３００ｎＡから０．２μｍ（＝２００ｎｍ）での１，０００ｎＡ（ナノアンペア）まで変化すると記載されている。
【００１１】
一般的な半導体検査装置における検査では、欠陥サイズと同等、または欠陥サイズ以下の小さなスポット径となるように第一のエネルギー量を制御（場合によっては設定、調整）して検査する。例えば特許文献３の技術を用いて、スポットサイズ（ビーム径）が３２ｎｍといった最新の半導体プロセスや、２２ｎｍや１６ｎｍといった次世代以降の半導体プロセスにおける欠陥を検査する場合には、３００ｎＡよりも少ないビーム電流量に制御する必要がある。また、欠陥サイズが半導体プロセスの１／１０程度の微細サイズの欠陥が存在し、この微細化した欠陥を例えば特許文献３の技術を用いて検査する場合、本発明者が類推するに、ビーム電流量を数十ｎＡ以下の微小量に制御する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−１７１５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３３７９号公報
【特許文献３】特開平５−２５８９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、最新、次世代以降の半導体プロセス及びその半導体検査装置では、従来よりも微細な検査及び制御が必要とされる。しかし、微細化した欠陥等を検査するために、半導体基板（被検査試料）に照射する第一のエネルギー量を小さくすると、エネルギー保存の法則から明らかなように、半導体基板から発生する第二のエネルギー量も小さくなる。
【００１３】
図１０には、この種の半導体検査装置における、第一のエネルギー量（Ｅ１で表す）と、検出された第二のエネルギーを電気信号に変換した信号量（Ｖで表す）との関係について、本発明者が検討した説明図を示している。横軸は第一のエネルギー量（Ｅ１）であり、縦軸は第二のエネルギーを電気信号に変換した信号量（Ｖ）である。１０１はＥ１−Ｖの関係を表す直線である。前述したように、半導体プロセスや欠陥サイズが小さくなるほど、第一のエネルギー量（Ｅ１）も小さくなる。そして、半導体プロセスや欠陥サイズが微細な場合（Ｅ１が小さくなる場合）、１０１の信号量（Ｖ）も小さくなる。なお、１０１は比例直線で示しているが、これに限定されず、例えば二次、三次などの高次曲線や指数関数的な曲線の場合もある。その場合も、微細なプロセス、サイズになるにつれて信号量（Ｖ）が減少するという特性は変わらない。
【００１４】
この場合、信号量（Ｖ）が小さくなるため、１０１の検出信号をもとにした検査画像のコントラスト（コントラスト比）が低下する。このため、ユーザ（検査者）が表示画面で視認する検査画像は、暗くなり、正常パターンと欠陥との区別がつき難くなる。
【００１５】
更に、検出器や電気信号変換を行う電気回路で発生する雑音が１１０（Ｖｎ）のように存在し、当該雑音（Ｖｎ）との比であるＳＮ比（信号対雑音比）も低下する。即ち、従来の半導体プロセスや欠陥サイズの検査の場合（Ｅ１が大きい場合）では、信号量（Ｖ）の信号成分及びＳＮ比が例えば１０５の大きさであるのに対し、微細な半導体プロセスや欠陥サイズの検査の場合（Ｅ１が小さい場合）には、信号量（Ｖ）の信号成分及びＳＮ比が例えば１０４の大きさに低下する。このため、１０１の信号に対し１１０の雑音の比率が大きいこと（ＳＮ比の低下）により、検査画像におけるパターンや欠陥は、ぼやけた形となり、区別がつき難くなる。
【００１６】
上記のように、微細な半導体プロセスや欠陥サイズの検査（特に最新、次世代以降の検査）では、検査画像の画質（コントラスト比、ＳＮ比）が低下することから、検査精度が従来よりも劣化するという問題がある。
【００１７】
また、前述した最新、次世代以降の半導体プロセスにおける微細な欠陥の検査に関しては、検査画像のコントラストやＳＮ比の低下のみではなく、以下のような問題も考えられる。
【００１８】
従来、半導体製造メーカ側と、各半導体検査装置メーカ側とにおいて、半導体検査装置メーカ側が、各半導体製造メーカ側の半導体の概要（パターンや欠陥のサイズ等）を考慮した上で、所定の半導体検査装置（特に検査画像の表示に係わる設計）を提供している。
【００１９】
しかしながら、半導体製造メーカ側の最新、次世代以降の半導体プロセスに関しては、微細なプロセスであるためパターンの高密度化が容易であり、半導体製造メーカ毎に特有なパターンや欠陥となってきているという傾向がある。
【００２０】
このため、上記半導体製造メーカ毎に特有のパターンや欠陥の半導体を対象とした検査を考えた場合、半導体検査装置メーカ側では、検査の良否判定、あるいは検査画像の表示に係わる適切な設計などが不可能または困難になってくる。言い換えれば、パターンや欠陥のサイズが異なる複数種の半導体の検査に関して、単一の半導体検査装置による検査画像の表示機能（例えば所定の画質）では、すべてに適切に対応した検査は難しくなってくる。
【００２１】
本発明者は、今後の傾向として、上記半導体製造メーカ毎の半導体に係わる検査の良否判定などに関して、半導体検査装置メーカ側ではなく、半導体製造メーカ側や半導体検査装置を使用するその他のユーザ（検査者）側が判断する必要性が高まってくると考える。この判断は、例えば、画面に表示される検査画像に係わりこの画質（コントラストやＳＮ比など）で検査して良いか否か、等の判断である。言い換えれば、今後は、半導体製造メーカ側（ユーザ）が、特有の半導体の検査に対応して、半導体検査装置の検査画像の表示の設定及び判断等を自由に行えること、が有効であると考える。
【００２２】
更に、上記の最新、次世代以降の半導体プロセスに対応した半導体検査装置においては、各世代のプロセスに合わせて製造された半導体を対象とした検査を行うことになる。第一のエネルギー量は一定の調整範囲であり、更に第一のエネルギー量とスポットサイズの関係も固定であるため、例えば６０ｎｍのプロセスで使用していた半導体検査装置を用いて、次世代の例えば２２ｎｍのプロセスでの検査を実施する場合、高精度な検査を行うことができないばかりでなく、欠陥があるという異常を発見することができない場合が多くなる。その結果、製造不良率が高くなる。
【００２３】
このため、半導体製造メーカでは、新しい半導体プロセスを開発や導入する度に、このプロセスに対応する半導体検査装置の導入のための投資が必要となる。また場合によっては、現有の半導体検査装置に対して、高価な第一のエネルギー照射源や、スポットサイズを決める電界、磁界、レンズを利用した光学制御部品の交換などの装置改造を、半導体検査装置メーカに依頼する、または半導体検査装置メーカが前記改造をした装置を購入する、といった半導体検査装置への投資が必要となる。またそればかりではなく、半導体検査装置への投資のために半導体製造コストが低減できないという問題もある。
【００２４】
本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、特に最新、次世代以降の半導体プロセスを用いて製造される半導体製品（半導体基板、半導体装置、ホトマスク、液晶パネルなど）を対象とした微細なパターンや欠陥の検査（半導体検査装置）に係わり、第一に、検査の良否判定、検査画像の画質の設定等を、ユーザ（半導体製造メーカ等）が判断、選択等することができる手段（機能）を実現することで、各製造メーカや各世代のプロセスの半導体（特有のパターンや欠陥）の検査を有効に効率的に実現できる技術を提供することである。また、第二に、検査画像の画質を向上させることで、検査精度を向上できることである。また、第三に、それらを安価な手段によって実現することで、半導体製造メーカ等の投資を抑制し低コスト化できることである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。前記目的を達成するために、本発明の代表的な実施の形態は、半導体プロセスを用いて製造される半導体基板、半導体装置、ホトマスク、液晶パネルなどの物（半導体）を対象（被検査試料）としたパターンや欠陥等の検査に係わる半導体検査装置などの技術であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【００２６】
前述したユーザ（半導体製造メーカ側）の判断の必要性に関して、本形態の半導体検査装置では、従来とは異なり、今後の傾向（微細化、各製造メーカ、各世代の半導体プロセス等）、特に最新、次世代以降の半導体プロセスにも対応して、検査画像及び検査画像に関する情報を表示すると共に、検査の良否判定、検査画像の画質の設定等（当該設定が最適であるか否か等）をユーザ（半導体製造メーカ等）が判断、選択等することができる手段（機能）を設ける。特に、信号検出に係わる回路特性の可変制御手段という安価な手段によって、検査の際の検査画像の画質を向上させると共に、上記手段（機能）を実現する。なお、検査画像に関する情報（光学条件パラメータ等）とは、例えば前記特許文献１に記載されているような画像取得パラメータ（画像取得条件、光学条件）、検査パラメータ（検査条件）などの各種検査条件パラメータである。
【００２７】
本形態の半導体検査装置は、例えば、半導体（被検査試料）の検査、計測、または観察のうち少なくとも一つを目的として行う半導体検査装置であって、光子エネルギーまたは荷電粒子エネルギーのうち少なくとも一つの第一のエネルギーを被検査試料に照射する照射手段と、被検査試料から発生する反射荷光、散乱光、透過光、光電子、ルミネセンス、イオン、フォノン、反射荷電粒子、散乱荷電粒子、透過荷電粒子、吸収荷電粒子、二次荷電粒子、オージェ電子、特性Ｘ線、中性原子、または中性分子などのうち少なくとも一つの第二のエネルギーを検出する検出手段と、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換する変換手段と、前記変換手段の出力信号をもとに目的の画像（検査画像、あるいは計測画像や観察画像）を含む情報を生成する処理を含むデータ処理を行うデータ処理手段と、画像が表示可能な表示手段と、前記データ処理手段の出力信号をもとに、前記目的の画像を含む情報を前記表示手段を用いて表示する処理を行う制御手段と、を備える。
【００２８】
（検査画像の画質切り替え機能：）そして、本半導体検査装置の前記制御手段は、前記目的の画像や基本設定情報などを表示する他に、検査者による操作に従って、前記変換手段の特性を、少なくとも二つの状態から選択するように制御し、当該選択に対応した画質による前記目的の画像及びそれを含む情報を前記表示手段を用いて表示する。
【００２９】
（画質情報表示機能：）更に、本半導体検査装置において、前記データ処理手段は、前記変換手段の出力信号を前記目的の画像に変換する画像処理と、当該目的の画像の画質（コントラストまたはＳＮ比などのうち少なくとも一つ）の情報（検査精度に関する情報）を生成する処理と、を含むデータ処理を行い、前記制御手段は、前記目的の画像の前記画質の情報を前記表示手段を用いて表示する処理を行う。
【００３０】
前記変換手段は、前記検出手段の出力の電流信号を電圧信号に変換するための少なくとも二つの変換倍率を切り替え可能である。本半導体検査装置は、制御のための情報を表示し、ユーザの操作に基づいて、前記変換手段の特性（変換倍率）を選択（切り替え）制御する。これにより表示される検査画像の画質が可変される。
【００３１】
また他の形態の半導体検査装置は、第二のエネルギーを検出する第一の検出手段および第二の検出手段と、第一および第二の検出手段の出力の電流信号をそれぞれ電圧信号に変換する第一の変換手段および第二の変換手段と、第一および第二の変換手段の出力信号を加算する加算手段と、加算手段の出力信号を用いる前記データ処理手段などとを備える。第一および第二の変換手段は、第一および第二の検出手段の出力信号を遮断する遮断手段を備える。本半導体検査装置は、制御のための情報を表示し、ユーザの操作に基づいて、上記遮断手段の遮断の状態を制御することにより、前述同様に、第一と第二の変換手段の回路特性を選択制御する。
【発明の効果】
【００３２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。本発明の代表的な実施の形態によれば、特に、最新、次世代以降の半導体プロセスを用いて製造される半導体基板、半導体装置、ホトマスク、液晶パネルなどを対象とした微細なパターンや欠陥の検査に係わり、第一に、検査の良否判定、検査画像の画質の設定等を、ユーザ（半導体製造メーカ等）が判断、選択等することができる手段を実現することで、各製造メーカや各世代のプロセスの半導体（特有のパターンや欠陥）の検査を有効に効率的に実現できる。また、第二に、検査画像の画質を向上させることで、検査精度を向上できる。また、第三に、それらを安価な手段（特に、回路特性の可変制御手段）によって実現することで、半導体製造メーカ等の投資を抑制し低コスト化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態（半導体検査装置、半導体検査方法、半導体製造方法）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１〜図５を用いて、本発明の実施の形態１の半導体検査装置などについて説明する。実施の形態１では、概要として、図１のような構成に基づき、検査の際、図３のような表示画面１５０に、検査画像１６０、検査条件（１５１，１５２）、光学条件パラメータ等（１５３）、及び検査画像１６０に関する画質情報（１５４）などを表示する。ユーザは当該表示画面１５０を見ながら、検査の良否判定、検査画像１６０の画質の設定等を判断、選択等することができる。ユーザは、検査条件（１５１，１５２）を自由に選択して電流−電圧変換回路６６の特性（電流−電圧変換ゲイン）を切り替えることができる。これにより、図４のように、第一のエネルギー量（Ｅ１）と検出信号量（Ｖ）との関係を切り替えて検査画像１６０の画質を可変することができる。
【００３５】
＜１−１＞
図１において、実施の形態１の半導体検査装置の構成を示している。図１の全体が半導体検査装置（半導体検査システム）である。本実施の形態の半導体検査方法は、ユーザ（検査者）が、本半導体検査装置を用いて、被検査試料である半導体（半導体基板）を検査する検査工程を含む。また、本実施の形態の半導体製造方法は、半導体製造メーカが、半導体を形成する工程と、本半導体検査装置を用いて半導体の検査を行う上記検査工程とを含む。
【００３６】
図１の半導体検査装置（半導体検査システム）は、真空内８０（真空装置）に配設された、エネルギー照射源（ビーム照射源）６０、半導体基板６２（被検査試料）、試料台６３、及び検出器（センサ）６５と、検出回路７３と、画像処理部７４と、ホストコンピュータ７０と、表示装置７１と、制御回路７２とで構成されている。検出回路７３は、電流−電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）６６、増幅回路６７、ＡＤコンバータ（アナログ−デジタル変換回路）６８とで構成されている。
【００３７】
なお、検査対象物（被検査試料）が半導体基板６２である例で説明するが、これに限らず、半導体装置、ホトマスク（露光マスク）、液晶パネルなど、この種の半導体検査装置で検査可能な対象物（半導体）が適用可能である。
【００３８】
本半導体検査方法において、半導体基板６２の検査は以下のように行われる。まず、エネルギー照射源６０より荷電粒子ビーム６１（第一のエネルギー：Ｅ１）が試料台６３上の半導体基板６２に照射される。半導体基板６２では、荷電粒子ビーム６１が照射された位置のパターンや欠陥の形状に応じた反射荷電粒子６４（第二のエネルギー：Ｅ２）が放出され、検出器６５に入射する。検出器６５では、入射した荷電粒子量に応じたアナログ電流信号５２（Ｉｄ）を出力する。
【００３９】
なお、第一のエネルギー（Ｅ１）として荷電粒子（６１）を、第二のエネルギー（Ｅ２）として反射荷電粒子（６４）を用いた例で説明するが、これに限らず、背景技術で説明したいずれかまたは複数を適用した構成が可能である。また、例えば一つの第一のエネルギーに対して複数の第二のエネルギーを検出する構成であってもよく、第一のエネルギーの数と第二のエネルギーの検出する数とが一致しない構成であってもよい。
【００４０】
アナログ電流信号５２（Ｉｄ）は、検出回路７２におけるＩ−Ｖ変換回路６６でアナログ電圧信号（アナログ電圧信号値５１）に変換され、増幅回路６７を介してＡＤコンバータ６８に入力される。ＡＤコンバータ６８では、入力されたアナログ電圧信号をデジタル信号（出力デジタル信号５５）に変換して出力する。
【００４１】
画像処理部７４では、ＡＤコンバータ６８の出力デジタル信号５５をもとに、画像変換処理（検査画像（１６０）を含む情報を生成する処理）を行い、その検査画像に係わる信号５６を、ホストコンピュータ７０へ送る。そして、ホストコンピュータ７０による処理（表示処理、通信処理等）により、ホストコンピュータ７０に接続された表示装置７１に表示データ５７が送られることで、表示装置７１に当該検査画像（１６０）に係わる情報が表示される（図３）。
【００４２】
画像処理部７４やホストコンピュータ７０では、半導体基板６２の観察、計測、欠陥検査、異物検査などの目的に応じたデータ処理を行う。また、画像処理部７４やホストコンピュータ７０では、場合によっては、設計データや過去の検査画像との比較などの処理を行って、表示装置７１に当該情報を表示させることもある。また、画像（検査画像）の表示のみでなく、例えば前記特許文献１の図１２，図１４のような欠陥マップや欠陥の種類や分布など、検査に応じて必要な情報を、表示装置７１に表示する。
【００４３】
また、ホストコンピュータ７０に接続される制御回路７２は、ホストコンピュータ７０からの信号５８に基づき、検出回路７３のＩ−Ｖ変換回路６６に対し制御信号５３を入力することにより、後述する制御が行われる。
【００４４】
検査を行うユーザ（検査者）は、ホストコンピュータ７０を操作し表示装置７１の画面を見ながら検査を行う。なお、検出回路７３、画像処理部７４、制御回路７２等は、それぞれ、専用の装置（ハードウェア及びソフトウェア）で実現されてもよいし、他の部位と一体的に構成されてもよいし、ホストコンピュータ７０等の一部として実現されてもよい。
【００４５】
なお、図１の半導体検査装置の構成は、この種の半導体検査装置に必要な他の構成要素が含まれる構成であっても構わない。例えば、エネルギー照射源６０や検出器６５の配置場所は、真空内８０のどの場所としてもよく、更に、エネルギー照射源６０や検出器６５の数は限定されない。また、Ｉ−Ｖ変換回路６６は、例えば検出器６５や増幅回路６７に対して独立した構成のように示しているが、それらと一体化した構成としても構わない。また、場合によっては、検出回路７３と検出器（第一の検出器）６５とが一体化した構成であっても構わない。また、検出器６５からのアナログ電流信号５２の向きは検出器６５の構成によって変わるものであり、図示する向きと逆方向であっても構わない。
【００４６】
＜１−２＞
図２は、わかりやすいように、図１の構成よりも概略的な構成を示したものである。本半導体検査装置において、照射・検出手段１０では、照射手段１１から第１のエネルギー（Ｅ１）を試料（６２）へ照射し、それに対する第２のエネルギー（Ｅ２）を検出手段１２で検出する。検出した電流信号（Ｉｄ）を、検出回路手段１３に入力し、電流−電圧変換して出力する。出力信号に対しデータ処理手段１４では、画像処理を含むデータ処理を行い、検査画像を含む情報を生成する。制御手段１５は、表示手段１６（表示装置７１）に対して、検査画像を含む情報を表示する。制御手段１５は、ユーザによる操作・設定手段１７からの操作・設定、例えば検査条件の選択の操作に従い、検出回路手段１３を制御し、電流−電圧変換の特性を切り替える。これにより、検査画像の画質が切り替えられる。
【００４７】
＜１−３＞
図３において、本半導体検査装置における、表示装置７１の画面に表示される検査結果等の情報の一例を示す。表示画面１５０には、従来と同様の検査画像１６０や光学条件パラメータ（基本設定情報）１５３などの画像や情報の表示の他に、本構成では新たに、検査画像１６０に関する検査条件（１５１，１５２）の選択ボタンと、検査画像情報（画質情報）１５４とを含む、画像や情報の表示機能を設けている。
【００４８】
検査画像１６０は、二次元のイメージである。光学条件パラメータ（基本設定情報）１５３や検査画像情報（画質情報）１５４は、文字、数値、グラフ等による。光学条件パラメータ１５５は、例えば前記特許文献１記載のような、予め設定された画像取得パラメータ（画像取得条件、光学条件）、検査パラメータ（検査条件）などの情報である。
【００４９】
検査条件（選択ボタン）１５１，１５２は、検出回路７３の回路特性の切り替えを制御するための手段であり、言い換えれば、ユーザにとっては、検査画像１６０の画質を選択する操作のためのユーザインタフェースである。表示画面１５０上の第一の検査条件（選択ボタン）１５１、及び第二の検査条件（選択ボタン）１５２は、ホストコンピュータ７０を通じて、ユーザによるマウスやキーボードの操作により、オン、オフの選択（切り替え）が可能となっている。このオン、オフにより、Ｉ−Ｖ変換回路６６のＩ−Ｖ変換ゲイン（電流から電圧への変換倍率）を制御可能となっている。
【００５０】
検査条件（選択ボタン）１５１，１５２のオン、オフの情報は、ホストコンピュータ７０を経由して制御回路７２に伝達される。制御装置７０は、検査条件１５１，１５２の情報に基づいた制御信号５３を出力する。Ｉ−Ｖ変換回路６６では、制御信号５３によってＩ−Ｖ変換ゲインが切り替えられる。
【００５１】
例えば、ユーザの操作により、第一の検査条件（選択ボタン）１５１がオンにされると、その情報がホストコンピュータ７０から制御回路７２へ伝達され、制御回路７２から、オン状態に制御するための制御信号５３がＩ−Ｖ変換回路６６へ入力される。すると、Ｉ−Ｖ変換回路６６のゲインが、第一の検査条件のオン状態に対応した第１のゲインへと切り替えられる。同様に、第二の検査条件（選択ボタン）１５２のオンにより第２のゲインへと切り替えられる。これら検査条件のオン、オフの結果はリアルタイムで表示画面１５０の情報に反映される。
【００５２】
なお、背景技術で説明した「検査画像」とは、本実施の形態では、表示画面１５０全体の情報に対応しており、目的の検査画像１６０（即ち画像）のみではなく、文字・数値等の各種情報も含んでいる。データ処理により、これらの検査画像１６０を含む情報が生成される。また画像や情報の表示位置などは一例であり簡略化して示している。
【００５３】
なお、図３の表示内容は最低限必要な表示要素のみ記載しており、これに限定されない。例えば、表示要素の配置が異なっていても構わない。また、検査結果として必要な、図示しない要素が表示されても構わない。また、Ｉ−Ｖ変換ゲインは、第一の検査条件（選択ボタン）１５１と第二の検査条件（選択ボタン）１５２との２つの切り替えによる制御としたが、これに限定されず、必要に応じてこのゲイン切り替え数や表示ボタン数などを増減させてもよい。また、検査条件（選択ボタン）１５２，１５３は、ボタン表示としなくとも、表示装置７１での表示に従って、ユーザが１５２，１５３と同様の内容の情報を選択できる構成（Ｉ−Ｖ変換ゲインを切り替え制御できる構成）とすればよい。例えば、図示しないキーボードやマウスなどの外部装置から制御することによって当該情報が選択できる構成などでも構わない。また、表示画面１５０上の検査画像１６０は、イメージを簡略的に図示した一例であり、検査対象物のパターンや欠陥に応じた内容が表示される。
【００５４】
＜１−４＞
図４において、本半導体検査装置における第一のエネルギー量（Ｅ１）と、検出信号を電気信号に変換した信号量（Ｖ）との関係を示している。図３の検査条件（選択ボタン）１５２，１５３により、図１のＩ−Ｖ変換回路６６のゲイン（Ｉ−Ｖ変換ゲイン）を制御したときの、第一のエネルギー量（荷電粒子ビーム６１のエネルギー量）と、Ｉ−Ｖ変換回路６６の後段のポイントの信号量（出力アナログ電圧値５１）との関係を示している。横軸は第一のエネルギー量（Ｅ１で示す）であり、縦軸は出力アナログ電圧値５１（Ｖで示す）である。１００で示す曲線は、Ｅ１とＶの関係を表す。１００のうち、１００ａは、第１の領域１４１に対応する部分、１００ｂは、第２の領域１４２に対応する部分である。１１０の線は雑音成分（Ｖｎ）である。
【００５５】
横軸の第一のエネルギー量（Ｅ１）は、背景技術で説明したように、半導体プロセスや欠陥サイズが小さく微細になるほど、当該Ｅ１も小さくなる。即ち、従来の半導体プロセスや従来の欠陥サイズでは、Ｅ１は相対的に大きいが、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥サイズでは、Ｅ１は相対的に小さくなる。
【００５６】
本実施の形態１では、例えば、図３の第一の検査条件（選択ボタン）１５１（そのオン状態）により、Ｉ−Ｖ変換ゲインを従来の半導体装置（半導体プロセス）の場合に対するＡ倍（Ａ：定数）に制御し、また、第二の検査条件（選択ボタン）１５２（そのオン状態）により、Ｉ−Ｖ変換ゲインを同様に２Ａ倍に制御する構成とする。
【００５７】
上記構成の場合、図４のＥ１に関する第１の領域１４１では、従来の半導体プロセスや欠陥サイズに対応して、サイズ及びＥ１が相対的に大きいため、ユーザが図３の第一の検査条件（選択ボタン）１５１を選択（オン）してＩ−Ｖ変換ゲインをＡ倍に制御する。また、図４のＥ１に関する第２の領域１４２では、最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥サイズに対応して、サイズ及びＥ１が相対的に小さいため、ユーザが図２の第二の検査条件（選択ボタン）１５２を選択（オン）してＩ−Ｖ変換ゲインを２Ａ倍に制御する。
【００５８】
即ち、Ｉ−Ｖ変換回路６６のＩ−Ｖ変換ゲインは、第一の検査条件１５１のオンによりＥ１が大きい第１の領域１４１でＡ倍となり、第二の検査条件１５２のオンによりＥ１が小さい第２の領域１４２では２Ａ倍となる。これらＡ倍のゲインと２Ａ倍のゲインをユーザが自由に切り替えることができる。
【００５９】
上記ゲインの違いのため、Ｅ１に対するＶの関係は、１００（１００ａ，１００ｂ）のような曲線となる。このため、第２の領域１４２での信号量（Ｖ）は、１００ｂのように、従来のプロセス及び半導体検査装置の場合（図１０の１０１）よりも増加する。
【００６０】
なお図１０（従来の場合）での１０１の直線（Ａ倍のゲイン）と、図３での１００ａの部分とが対応している。また、図１０のＥ１−Ｖを表す１０１の直線において、１０４の値は、Ｅ１が小さい場合の信号成分の大きさの例、１０５の値は、Ｅ１が大きい場合の信号成分の大きさの例である。また、１１０の線は、Ｖにおける雑音成分の値（Ｖｎ）である。また、図４の１００の曲線において、１０４，１０５は図１０と同様の値であり、１０６の値は、上記Ｅ１が小さい場合の１００ｂの部分における信号成分の大きさの例である。
【００６１】
上記Ｖの増加のため、上記第２の領域１４２では、検査画像（１６０）のコントラスト比が増加する。更に、ＳＮ比（一定のＶｎに対する信号成分の値）も、図４に示すように、従来の１０４の値に比べて、１０６の値の大きさに増加する。
【００６２】
よって、本構成では、従来の半導体プロセスの場合の検査時における検査精度を、図４の第１の領域１４１（１００ａの部分）のように、従来の場合（図１０の１０１）と同様に保ち、かつ、最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥サイズ（図４の第２の領域１４２）の場合の検査時では、検査精度を、図４の第２の領域１４２（１００ｂの部分）のように、従来の場合（図１０の１０１）よりも向上させることできる。
【００６３】
更に、図３の表示画面１５０では、検査画像１６０におけるコントラスト比やＳＮ比といった検査画像に関する情報（画質情報）を、１５４で示すように所定の部位に表示する。これら検査画像情報（画質情報）１５４は、画像処理部７４やホストコンピュータ７０のデータ処理により得られる。
【００６４】
検査画像情報１５４の表示によって、例えば半導体製造メーカや半導体検査装置を使用するユーザが、当該コントラスト比等の検査画像情報（画質情報）１５４の条件による検査画像１６０によって全ての検査（対象とする検査）を行っても良いか否か等の判断ができるようになる。例えば、表示画面１５０上、検査画像１６０が見やすい状態であれば当該検査をそのまま実行し、検査画像１６０が見え難い状態であれば、検査条件（選択ボタン）１５１，１５２を切り替えて画質を変えることによって見やすくしてから当該検査を行うことができる。
【００６５】
前述のように、例えば最新の半導体プロセスや２２ｎｍや１６ｎｍといった次世代以降の半導体プロセスにおける微細な欠陥の検査の場合では、半導体製造メーカ毎に特有なパターンや欠陥となっており、半導体検査装置メーカ側では検査の良否判定が不可能または困難になってくる傾向がある。よって、当該画質で検査して良いか否か等を半導体製造メーカや半導体検査装置を使用するユーザが判断、選択等する必要性が高まってくる。本特徴の一つである検査条件１５１，１５２や検査画像情報１５４の表示及びその制御によって、上記ユーザが判断、選択等することができる手段を実現している。
【００６６】
本検査画像情報１５４の表示では、光学条件パラメータ１５５や、検査条件１５２，１５３などの設定において検査を行って良いか否か、検査条件として最適なパラメータかどうか等をユーザが判断、選択等できる。なお、検査画像情報１５４としては、コントラスト比、ＳＮ比の両方を表示する必要は必ずしも無く、どちらか一方のみの表示としても構わない。
【００６７】
＜１−５＞
次に、図５以降を用いて、電流−電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）６６等に関する、より詳しい構成例を示す。
【００６８】
図５は、実施の形態１の半導体検査装置における、検出回路７３（７３Ｂ）、Ｉ−Ｖ変換回路６６（６６Ｂ）の構成例を示す。なお、Ｉ−Ｖ変換回路６６（６６Ｂ）を含む検出回路７３（７３Ｂ）付近のみ図示しているが、その他の部位は実施の形態１と同様である。
【００６９】
Ｉ−Ｖ変換回路６６Ｂは、増幅回路２００、第一の抵抗２０１（抵抗値：２Ｒ）、第二の抵抗２０２（抵抗値：２Ｒ）、スイッチ手段（スイッチ回路）２０３で構成される。スイッチ手段２０３及び第一の抵抗２０１に対しては、基準電源７５が接続されている。
【００７０】
増幅回路２００は、検出器６５からのアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流入（または流出）するのを防止するために、入力インピーダンスが高い素子、例えばオペアンプなどを用いる。スイッチ手段２０３は、第二の抵抗２０２をＩｄが流れる５０の経路から遮断制御するための手段であり、例えば機械式リレー、リードリレー、半導体リレー、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどを利用した半導体スイッチ、アナログスイッチなどを用いる。
【００７１】
本Ｉ−Ｖ変換回路６６Ｂの動作は、次のように行われる。なお、検出器６５からのアナログ電流信号５２（Ｉｄ）の向きは前述同様に限定されない。また、Ｉ−Ｖ変換ゲインの切り替えについては、前記図３、図４の構成に合わせて、変換倍率が２つ（Ａ倍，２Ａ倍）の場合としている。また、第一の抵抗２０１および第二の抵抗２０２の抵抗値が共に２Ｒ（Ｒ：定数）である場合としている。また、基準電源７５が０Ｖ（グランド）の場合としている。これらの例には限定されない。
【００７２】
まず、第１の場合：例えば従来の半導体プロセスや欠陥（即ち、欠陥等のサイズが相対的に大きい場合）の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によってスイッチ手段２０３がオンとなるように、前記図３の表示画面１５０（第一の検査条件１５１）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗２０１および第二の抵抗２０２にアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧（Ｖ１とする）は、Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第１の領域１４１に対応）。
【００７３】
また、第２の場合：例えば最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥（即ち、欠陥等のサイズが相対的に小さい、微細である場合）の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によってスイッチ手段２０３がオフとなるように、前記図３の表示画面１５０（第二の検査条件１５２）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗２０１のみにアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧（Ｖ２とする）は、２Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第２の領域１４２に対応）。
【００７４】
よって、前述（図１〜図４）と同様に、実施の形態１では、Ｉ−Ｖ変換ゲインをＲ倍と２Ｒ倍とでユーザが自由に切り替えることができる。従って、例えば最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥サイズの検査では、従来の半導体検査装置よりも検査精度を向上させることができる。
【００７５】
なお、基準電源７５は、装置構成によって何ボルトであってもよく、また基準電源７５の電圧は５０のポイントでの電圧がシフトするのみであり、上述したＩ−Ｖ変換ゲインも基準電源７５の電圧によって変化することはない。また、第一および第二の抵抗値（２Ｒ）を限定するものではなく、半導体検査装置として最適な抵抗値としてもよく、更に、第一と第二の抵抗値を異なる値にしてもよい。また、第二の抵抗２０２とスイッチ手段２０３の位置を入れ換えてもよく、即ち、スイッチ手段２０３の第一の端子を５０のポイントに接続し、第二の抵抗２０２の第二の端子をスイッチ手段２０３の第一の端子に接続し、第二抵抗２０２の第二の端子を基準電源７５と接続する構成としても構わない。
【００７６】
図５の半導体検査装置の構成によれば、エネルギー照射源６０などの、真空内８０に配設される高価な光学系部品（光学制御部品）の変更を必要とせず、Ｉ−Ｖ変換回路６６Ｂという安価な回路部品による回路構成を変更することで、次世代以降のプロセスや微細な欠陥の検査にも対応できる。そのため、この種の従来の半導体検査装置の課題を低コストで解決することができる。更に、Ｉ−Ｖ変換回路６６Ｂの入れ換えによる従来の半導体検査装置への適用が容易であるため、半導体製造メーカの設備投資を抑制することができ、よって半導体製造メーカでは、半導体装置の製造コスト低減につなげることができる。
【００７７】
本実施の形態の半導体製造方法は、上記半導体検査装置及び方法を用いて検査、計測、または観察等を行う工程を含む。即ち、例えば、半導体製造メーカ（ユーザ）において、半導体基板（６２）を公知技術に従って一旦形成する工程と、形成した半導体基板（６２）を上記半導体検査装置及び方法を用いてユーザが検査する工程とを有する。
【００７８】
以上の実施の形態１によれば、（１）検査の良否判定、検査画像（１６０）の画質の設定等を、ユーザ（半導体製造メーカ等）が判断、選択等することができる手段（機能）を実現している。これにより、各製造メーカや各世代のプロセスの半導体（特有のパターンや欠陥）の検査を有効に効率的に実現できる。（２）また、検査画像（１６０）の画質を向上させることで、検査精度を向上できる。（３）また、それらを安価な手段（特に、Ｉ−Ｖ変換回路６６の回路特性の可変制御手段）によって実現している。
【００７９】
（実施の形態２）
次に、図６を用いて、本発明の実施の形態２の半導体検査装置について説明する。実施の形態２は、Ｉ−Ｖ変換回路６６の変形例である。図６において、本半導体検査装置の構成を示しており、前記図５の構成に対して、主にＩ−Ｖ変換回路６６（６６Ｃ）を含む検出回路７３（７３Ｃ）の構成が異なる。
【００８０】
図６のＩ−Ｖ変換回路６６Ｃは、増幅回路２００、第一の抵抗３０１（抵抗値：Ｒ）、第二の抵抗３０２（抵抗値：Ｒ）、スイッチ手段３０３で構成される。図５の構成と大きく異なる点は、図５では第一の抵抗２０１と第二の抵抗２０２が並列の関係にあったのに対し、図６では、第一の抵抗３０１と第二の抵抗３０２が直列の関係に接続されていることである。スイッチ手段３０３は、第二の抵抗３０２の両端に対し接続されているが、第一の抵抗３０１の両端に対し配置されてもよい。
【００８１】
本半導体検査装置におけるＩ−Ｖ変換回路６６Ｃの動作は、次のように行われる。なお、Ｉｄの向き、Ｉ−Ｖ変換ゲインの切り替え（２つの値）、抵抗値（共にＲ）、基準電源７５（０Ｖ）、スイッチ手段３０３の接続位置、等に関しては、前述同様に限定されない。
【００８２】
まず、第１の場合：例えば従来の半導体プロセスや欠陥の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によってスイッチ手段３０３がオンとなるように、前記図３の表示画面１５０（第一の検査条件１５１）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗３０１にアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧は、Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第１の領域１４１に対応）。
【００８３】
また、第２の場合：例えば最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によってスイッチ手段３０３がオフとなるように、前記図３の表示画面１５０（第二の検査条件１５２）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗３０１および第二の抵抗３０２にアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧は、２Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第２の領域１４２に対応）。
【００８４】
よって、前述同様に、本実施の形態２では、Ｉ−Ｖ変換ゲインをＲ倍と２Ｒ倍とで切り替えることができ、最新、次世代の半導体プロセスでの微細な欠陥の検査（第２の場合）では、従来の半導体検査装置よりも検査精度を向上させることできる。
【００８５】
実施の形態２（図６）の構成によれば、第二の抵抗３０２の各端子に有する寄生容量成分や部品を実装するプリント基板における第二の抵抗３０２の実装用部品パッドによる寄生容量成分が、検出器６５と直接接続された構成とはならないので、図５の構成に比べて、アナログ電流信号５２（Ｉｄ）の伝送帯域を広帯域にすることができる。
【００８６】
（実施の形態３）
次に、図７を用いて、本発明の実施の形態３の半導体検査装置について説明する。実施の形態３は、Ｉ−Ｖ変換回路６６の変形例である。図７において、本半導体検査装置の構成を示しており、前述の構成（図５、図６）に対して、主にＩ−Ｖ変換回路６６（６６Ｄ）を含む検出回路７３（７３Ｄ）の構成が異なる。
【００８７】
図７のＩ−Ｖ変換回路６６Ｄは、増幅回路２００、第一の抵抗４０１（抵抗値：２Ｒ）、第二の抵抗４０２（抵抗値：２Ｒ）、アンプ（出力インピーダンス切替型アンプ）４０３で構成される。本構成は、前述の構成（図５、図６）と大きく異なる点は、スイッチ手段の代わりに、アンプ（出力インピーダンス切替型アンプ）４０３を用いたことである。
【００８８】
出力インピーダンス切替型アンプとは、当該アンプの制御端子の制御により当該アンプの出力を高インピーダンスに制御することが可能で、出力を高インピーダンスに制御しないときは、アンプやバッファとして動作するものである。本アンプ４０３としては、例えば出力高インピーダンス制御端子付きのオペアンプや、出力高インピーダンス制御端子付きのドライバ回路などがある。
【００８９】
本半導体検査装置におけるＩ−Ｖ変換回路６６Ｄの動作は、次のように行われる。なお、Ｉｄの向き、Ｉ−Ｖ変換ゲインの切り替え（２つの値）、抵抗値（共に２Ｒ）、基準電源７５（０Ｖ）、スイッチ手段３０３の接続位置、等に関しては、前述同様に限定されない。
【００９０】
まず、第１の場合として、例えば従来の半導体プロセスや欠陥の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によって出力インピーダンス切替型アンプ４０３が通常のバッファとして動作するように、前記図３の表示画面１５０（第一の検査条件１５１）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗４０１および第二の抵抗４０２にアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧は、Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第１の領域１４１に対応）。
【００９１】
また、第２の場合として、例えば最新、次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥の検査では、制御回路７２からの制御信号５３によって出力インピーダンス切替型アンプ４０３の出力が高インピーダンスとなるように、前記図３の表示画面１５０（第二の検査条件１５２）を使用して制御される。このとき、第一の抵抗４０１のみにアナログ電流信号５２（Ｉｄ）が流れ、５０のポイントにおける電圧は、２Ｒ×Ｉｄ［Ｖ］となる（図４の第２の領域１４２に対応）。
【００９２】
よって、前述同様に、本実施の形態３では、Ｉ−Ｖ変換ゲインをＲ倍と２Ｒ倍とで切り替えことができ、最新、次世代の半導体プロセスでの微細な検査（第２の場合）では、従来の半導体検査装置よりも検査精度を向上させることできる。
【００９３】
なお、前記実施の形態２（図６）の構成におけるスイッチ手段３０２の代わりに、出力インピーダンス切替型アンプ４０４を適用した構成とすることも同様に可能である。
【００９４】
本実施の形態３（図７）の構成によれば、前述の構成（図５，図６）で用いたスイッチ手段のように片側がオープンとなることが無いため、外乱雑音に対する耐性が強くなる。
【００９５】
（実施の形態４）
次に、図８，図９を用いて、本発明の実施の形態４の半導体検査装置について説明する。実施の形態４は、二系統のエネルギー検出経路を用いる構成である。実施の形態４の半導体検査方法の説明において、実施の形態１と同様の部分は省略する。
【００９６】
図８，図９に示す半導体検査装置の構成において、実施の形態１（図１）の構成との違いは、主に以下である。即ち、真空内８０に、第一の検出器５０１（前記検出器６５と同様のもの）の他に、第二の検出器５０２が配設されている。そして、これら二つの検出器（５０１，５０２）に対応するために、検出回路７３（７３Ｅ）において、第一の電流−電圧変換回路５１１と、第二の電流−電圧変換回路５１２との２つのＩ−Ｖ変換回路（Ａ），（Ｂ）が並列的に設けられている。更に、第一のＩ−Ｖ変換回路５１１と第二のＩ−Ｖ変換回路５１２の出力電圧（５２１，５２２）を加算する加算回路５１３が設けられている。なお、各アナログ電流信号（Ｉｄ１，Ｉｄ２）の向きは、前述同様に限定されない。
【００９７】
本実施の形態４は、真空内８０の二つの検出器（５０１，５０２）において、二つの種類の第二のエネルギー（Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ）を同時に検出し、それらの両方の使用により検査を行う半導体検査装置である。
【００９８】
例えばエネルギー照射源６０より出力した荷電粒子ビーム６１（第一のエネルギー（Ｅ１））によって半導体基板６２より発生する、第二のエネルギー（Ｅ２）の一つ（Ｅ２Ａとする）である反射荷電粒子８１（実施の形態１の反射荷電粒子６４と同様）と、第二のエネルギー（Ｅ２）の別種の一つ（Ｅ２Ｂとする）である２次荷電粒子８２とを有する。そして、これらの二つの種類の第二のエネルギー（Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ）を、対応する検出器（５０１，５０２）で個別、同時に検出する。そして、第一の検出器５０１の出力の第一のアナログ電流信号９１（Ｉｄ１）を第一のＩ−Ｖ変換回路５１１で出力電圧５２１に変換し、第二の検出器５０２の出力の第二のアナログ電流信号９２（Ｉｄ２）を第二のＩ−Ｖ変換回路５１２で出力電圧５２２に変換する。そして、加算回路５１３では、それら二つの出力電圧（５２１，５２２）を加算することで、反射荷電粒子８１（Ｅ２Ａ）と２次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）に対する両者の信号を加算する。加算された信号は、前述の増幅回路６７、ＡＤコンバータ６８を通じて出力デジタル信号５５として画像処理部７４へ出力される。
【００９９】
反射荷電粒子８１（Ｅ２Ａ）と２次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）とに対して個別の検出器（５０１，５０２）を配設しているのは、反射荷電粒子８１（Ｅ２Ａ）と２次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）とで放出する方向や放出エネルギー量が異なるためである。
【０１００】
実施の形態４では、第一および第二の検出器（５０１，５０２）からの電流量（Ｉｄ１，Ｉｄ２）である信号量の大きさに関わらず、第一のＩ−Ｖ変換回路５１１と第二のＩ−Ｖ変換回路５１２とのそれぞれの回路で雑音が生じ、加算回路５１３で加算されるため、図１の構成に比べて雑音が大きいという点がある。つまり、特に次世代以降の半導体プロセスや微細な欠陥の検査においては、図１の構成に比べ、検査画像１６０のＳＮ比が低く、検査精度が劣化するという点がある。この点に関して、実施の形態４での対処の構成は以下である。
【０１０１】
まず、実施の形態４のような複数（少なくとも二つ）の検出器の検出信号を同時に加算して検査する半導体検査装置及び方法においては、以下のような場合、即ち、微細な半導体プロセスや欠陥の検査における二次エネルギー量が少ない検査であって、例えば反射荷電粒子８１（Ｅ２Ａ）が非常に大きなエネルギー量で、かつ二次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）が微小なエネルギー量であった場合には、二次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）は検査精度に殆ど影響しないことが多い。第二の検出器５０２における出力の電流量（９２）が微小であり信号量としては微小値であるが、第二のＩ−Ｖ変換回路５１２での回路起因の雑音は回路構成が変化しないため大きさは不変であるから、二次荷電粒子８２（Ｅ２Ａ）に対するＳＮ比が非常に小さい。
【０１０２】
本実施の形態４は、上記のような状況の検査においては、前述同様の表示制御によって、第一のＩ−Ｖ変換回路５１１および第二のＩ−Ｖ変換回路５１２で検査として不要な経路を遮断することにより、上記第二のＩ−Ｖ変換回路５１２の雑音を低減するものである。
【０１０３】
図９を用いてより具体的に説明する。以下図９の構成による検査の説明では、上述した場合（Ｅ１に対するＥ２ＡとＥ２Ｂを検出し、Ｅ２Ａが非常に大きく、かつＥ２Ｂが微小の場合、Ｅ２Ｂは検査精度に殆ど影響しない）の検査の例について説明する。しかしながら、Ｅ１およびＥ２（Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ）は、前述同様に限定されない。
【０１０４】
第一のＩ−Ｖ変換回路５１１は、第一の抵抗８０１（抵抗値：Ｒ）と第一の高インピーダンス切替アンプ８１１から構成される。第二のＩ−Ｖ変換回路６１２は、第二の抵抗８０２と第二の高インピーダンス切替アンプ８１２から構成される。第一の検出器５０１、第二の検出器５０２からの出力電流（９１，９２）は、それぞれ個別に、第一の抵抗８０１、第二の抵抗例８０２に流れることによって電圧に変換される。
【０１０５】
上述した場合の検査の例において、二次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）に対応する経路を遮断するため、前述同様の表示画面１５０での選択により、制御回路７２からの制御信号３２を通じて、第二の高インピーダンス切替アンプ８１２の出力インピーダンスを高インピーダンスに制御する。これにより、Ｅ２Ｂに対応する経路が遮断される。これにより、高インピーダンス切替アンプ８１２からの雑音成分も加算回路５１３には入力されないため、図８の半導体検査装置において雑音成分の低減が可能となる。言い換えればＳＮ比が高くなる。そのため、特に次世代以降の半導体プロセスの微細な欠陥の検査に対して、従来よりも検査精度を向上させることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態４での二系統の経路の制御に合わせて、図３の検査条件（１５１，１５２）等の表示内容が変更されて構わない。また、例えば上述した場合の検査の例で、二次荷電粒子８２（Ｅ２Ｂ）のエネルギー量が検査精度に影響しないかどうかの判断については、図３の検査条件（１５１，１５２）の切り替えによって検査画像１６０の結果を見て判断することができる。
【０１０７】
また、実施の形態４の構成に実施の形態１〜３のいずれかの構成を組み合わせても構わない。また、抵抗値（共にＲ）等に関しては、前述同様に限定されない。また、検出器の数は３つ以上であってもよい。また、第一の検出器５０１と第二の検出器５０２とで分けて配置するように図示しているが、検出器の構造として複数が一つの筐体に収められたものでも構わない。また、第二のエネルギー（Ｅ２）として二つの種類（Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ）を検出する検査の例を示したが、一つの第二のエネルギーが分散して、それらを複数の検出器で検出する必要がある半導体検査装置であっても構わない。
【０１０８】
以上、各実施の形態の半導体検査装置及び方法によれば、特に最新の半導体プロセスや２２ｎｍや１６ｎｍといった次世代以降の半導体プロセスにおける微細な欠陥の検査では必須になってくると考えられる、検査画像の表示に係わるユーザによる判断や調整の機能が実現される。即ち、半導体検査装置を使用する半導体製造メーカやユーザが、特定の半導体プロセス及び半導体に対応した検査において、検査の良否判定、検査画像の画質の設定等を判断、選択等できる。例えば各種の検査条件やパラメータが最適な設定であるか否か等が判定できる。そのため、従来の半導体検査装置を用いるよりも、半導体の検査及び製造を有効に効率的に行うことができる。特に次世代以降の半導体プロセスによる検査及び製造に対しても有効である。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、半導体の検査及び製造システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の構成をより概略的な構成として示す図である。
【図３】実施の形態１の半導体検査装置における表示画面での検査結果等の表示例を示す図である。
【図４】実施の形態１の半導体検査装置における第一のエネルギー量と第二のエネルギーの検出信号量との関係を示す図である。
【図５】実施の形態１の半導体検査装置における具体的な検出回路付近の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２である半導体検査装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３である半導体検査装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４である半導体検査装置の構成を示す図である。
【図９】実施の形態４の半導体検査装置における具体的な検出回路付近の構成を示す図である。
【図１０】従来の半導体検査装置における第一のエネルギー量と第二のエネルギーの検出信号量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…照射・検出手段、１１…照射手段、１２…検出手段、１３…検出回路手段、１４…データ処理手段、１５…制御手段、１６…表示手段、１７…操作・設定手段、３１，３２…制御信号、５０…経路（ポイント）、５１…出力デジタル電圧値（信号）、５２…アナログ電流信号（Ｉｄ）、５３…制御信号、５５…出力デジタル信号、５６…信号（データ）、５７…表示データ、５８…信号、６０…エネルギー照射源（ビーム照射源）、６１…荷電粒子ビーム（第一のエネルギー）、６２…半導体基板（被検査試料）、６３…試料台、６４…反射荷電粒子（第二のエネルギー）、６５…検出器（センサ）、６６，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ…電流−電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）、６７…増幅回路、６８…ＡＤコンバータ、７０…ホストコンピュータ、７１…表示装置、７２…制御回路、７３，７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｄ，７３Ｅ…検出回路、７４…画像処理部、７５…基準電源、８０…真空内（真空装置）、１００…曲線、１００ａ，１００ｂ…直線部、１０４，１０５，１０６…信号量、１１０…雑音量（Ｖｎ）、１４１…第１の領域、１４２…第２の領域、１５０…表示画面、１５１…第一の検査条件（選択ボタン）、１５２…第二の検査条件（選択ボタン）、１５３…光学条件パラメータ（基本設定情報）、１５４…検査画像情報（画質情報）、１６０…検査画像、１６１…欠陥、１６２…パターン、２００…増幅回路、２０１，３０１，４０１，８０１…第一の抵抗、２０２，３０２，４０２，８０２…第二の抵抗、２０３，３０３…スイッチ手段、４０３，８１１，８１２…出力（高）インピーダンス切替型アンプ、５０１…第一の検出器、５０２…第二の検出器、５１１…第一の電流−電圧変換回路、５１２…第二の電流−電圧変換回路、５１３…加算回路、５２１，５２２…出力電圧、Ｅ１…第一のエネルギー、Ｅ２，Ｅ２Ａ，Ｅ２Ｂ…第二のエネルギー。
【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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