(57)【要約】【課題】  微細なパターンの検査において、電子ビームの照射によって生じる試料表面の帯電現象による電子ビームの焦点ずれや照射位置のずれを抑制し、欠陥の誤検出を防止するとともに、検査時間を短縮できる検査装置，検査方法を提供する。【解決手段】  ダイに設けられたアライメント用マークの画像を複数個取得し、アライメント用マークの画像の中心座標と該マークの座標との間のずれを、座標の補正値として記憶装置へ保存するとともに、試料の表面の複数の座標における高さを計測し、該計測された複数の座標の画像を撮像して焦点を調整し、該調整値と前記高さセンサで計測された高さとの関係を高さの補正値として記憶装置へ保存し、記憶装置に保存された画像の座標の補正値と高さの補正値とを含む検査条件を用いて、試料の画像の座標と高さとを補正する。【選択図】図１
2010073703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたダイを複数個有する試料に電子線を照射し、該試料から発生する二次信号を検出し画像化して前記試料の欠陥候補を検出するパターンの検査装置であって、
前記ダイに設けられたアライメント用マークの画像を複数個取得する画像処理装置と、
前記試料の表面の複数の座標における高さを計測する高さセンサと、
前記アライメント用マークの画像の中心座標と、該マークの座標との間のずれを演算し、画像の座標の補正値として記憶装置へ保存するとともに、前記高さセンサで計測された複数の座標の画像を撮像し、焦点を調整し、該調整値と前記高さセンサで計測された高さとの関係を演算し、画像の高さの補正値として前記記憶装置へ保存して検査条件を作成し、前記記憶装置へ保存された前記検査条件を用いて、前記試料の画像の座標と高さとを補正する制御ユニットと
を有することを特徴とするパターンの検査装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記制御ユニットは、前記記憶装置へ保存された前記検査条件を用いて、前記試料と同じパターンの画像の座標と高さとを補正することを特徴とするパターンの検査装置。
【請求項３】
パターンが形成されたダイを複数個有する試料に電子線を照射し、該試料から発生する二次信号を検出し画像化して前記試料の欠陥候補を検出するパターンの検査方法であって、
前記ダイに設けられたアライメント用マークの画像を複数個取得し、
前記アライメント用マークの画像の中心座標と、該マークの座標との間のずれを演算して画像の座標の補正値として記憶装置へ保存し、
前記試料の表面の複数の座標における高さを計測し、
前記高さセンサで計測された複数の座標の画像を撮像し、焦点を調整し、該調整値と前記高さセンサで計測された高さとの関係を演算し、画像の高さの補正値として前記記憶装置へ保存し、
前記記憶装置に保存された前記画像の座標の補正値と前記高さの補正値とを含む検査条件を用いて、前記試料の画像の座標と高さを補正する
ことを特徴とするパターンの検査方法。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記記憶装置へ保存された前記検査条件を用いて、前記試料と同じパターンの画像の座標と高さとを補正することを特徴とするパターンの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置，リソグラフィマスク，液晶画面等の微細なパターンを有する基板の製造プロセスにおける検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細なパターンの検査装置および検査方法の説明にあたって、ここでは、一例として、半導体装置の製造プロセスにおける微細なパターンの検査について説明する。リソグラフィマスク，液晶画面等についても、原理が同じであることから、本例で述べた発明の適用に支障はない。
【０００３】
半導体装置は、半導体ウエハ上に、リソグラフィによる回路パターンの転写や、所望の３次元形状に加工するエッチング等を繰り返すことにより製造される。このような製造プロセスにおいて、加工処理結果の良否や異物の発生は、半導体装置の製造歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、このような不良発生や異常を、検査によって早期に、あるいは事前に検知し、不良や異常が生じないように、製造プロセスへ検査結果をフィードバックすることが重要である。
【０００４】
半導体ウエハ上の微細なパターンに存在する欠陥の検査装置として、光を照射して反射光を検出する検査装置が従来から知られている。しかし、検査装置の分解能は光の波長に依存するため、パターンの微細化に対応できなくなり、用途が限定されてきている。パターンの微細化に対応するために、光のかわりに電子ビームを照射する検査装置が開発され、実用化されている。これは電子顕微鏡の技術を応用したもので、半導体ウエハ等の試料に電子ビームを照射すると、二次信号が発生するので、これを検出して画像化するものである。二次信号として、エネルギーの比較的低い二次電子と、それよりもエネルギーが高い反射電子があり、それぞれを分別して検出する方法も実用化されている。
【０００５】
電子ビームは電子レンズにより細く絞られて半導体ウエハに照射される。したがって、所望の大きさの領域を画像化するためには、偏向器により電子ビームを偏向させ、半導体ウエハの表面を走査させ、偏向信号と二次信号の検出器のサンプリング周波数を同期させることで画像化し、電子ビームの照射位置の時間的変化を特定することができる。
【０００６】
検査は、対象を画像化する他に、半導体装置、すなわちダイ同士が同じパターンであることや、ひとつのダイの中に、メモリマットのように、同じパターンの繰り返しであるセルがあることを利用して、同じパターンの２つの画像の差をとって、違いがある画素を欠陥候補として抽出する比較検査が行われている。
【０００７】
半導体ウエハの直径が３００ミリメートル程度であるのに対して、画像化する微細なパターンの幅は、０.１マイクロメートルから２ナノメートル程度であるので、検査にあたっては、半導体ウエハのどこに電子ビームが照射されているか、すなわち座標精度が重要である。電子ビームを用いた検査装置では、検査の前に、校正用の半導体ウエハに予め設けられているアライメントマークによって、座標の原点を決め、回転量や高さの補正値を求める。そして、製品である半導体ウエハの検査時には、ステージの位置の測定値，電子ビームの偏向信号，二次信号を検出するサンプリング周波数から、画像化された対象の座標が特定できるようにしている。ステージの位置に変動がある場合には、電子ビームの偏向量を補正することによって、所望の位置に電子ビームが照射されるように調整される。
【０００８】
しかし、実際の半導体ウエハでは、パターンレイアウトが製品毎に異なるため、アライメントマークの位置がまちまちで、回転量の補正値にずれが生じてしまう。また、製造工程の各段階で材料や段差，半導体ウエハ面内での均一性，半導体ウエハの反り状態が異なるため、高さの補正値にもずれが生じてしまう。特に、半導体ウエハの外周付近では、製造プロセスにおける出来具合が不均一になりやすく、反りが発生して高さが変化してしまう。その結果、校正用の半導体ウエハで設定された補正値だけでは、電子ビームの焦点がずれてしまう。
【０００９】
また、半導体ウエハの材料によっては、電子ビームの照射による帯電現象が発生するため、半導体ウエハの表面に生じる電界分布の不均一によって、電子ビームの焦点がずれたり、偏向時の照射位置がずれたりしてしまう。例えば、表面がシリコン酸化膜の材料で覆われている場合には、このずれ量が多くなる傾向にある。電子ビームの照射位置や焦点がずれてしまうと、同じパターン同士を比較する比較検査において、パターン位置のずれを欠陥と誤認識してしまうことがある。また、焦点状態の異なる画像同士を比較した場合には、パターンが同じであるにもかかわらず画像化された対象の画素の信号量が異なるため、この異なる画素の部分を欠陥と誤認識してしまうことがある。さらに、焦点がずれてしまうと、画像のコントラストが低下してしまうため、欠陥を検出する感度が低下してしまう。
【００１０】
焦点ずれの対策として、画像から得られた実際の焦点と基準値とから焦点を補正する技術や（例えば、特許文献１参照）、特定の領域の焦点ずれを求め補正値を決める技術（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３３２２９６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、検査レシピは、表面高さや帯電状態の測定結果を検査条件に反映させて作成されるが、従来は、表面高さの測定，帯電状態の測定と、その測定結果を反映させた検査レシピの作成を、半導体ウエハの１枚ごとに行っていたので、検査レシピが作成されるまでの時間がかかり、結果として検査時間全体が長くなってしまっていた。
【００１３】
本発明は、微細なパターンの検査において、電子ビームの照射によって生じる試料表面の帯電現象による電子ビームの焦点ずれや照射位置のずれを抑制し、欠陥の誤検出を防止するとともに、検査時間を短縮できる検査装置，検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、ダイに設けられたアライメント用マークの画像を複数個取得し、アライメント用マークの画像の中心座標と、該マークの座標との間のずれを演算して画像の座標の補正値として記憶装置へ保存し、試料の表面の複数の座標における高さを計測し、高さセンサで計測された複数の座標の画像を撮像し、焦点を調整し、該調整値と前記高さセンサで計測された高さとの関係を演算し、画像の高さの補正値として前記記憶装置へ保存し、前記記憶装置に保存された前記画像の座標の補正値と前記高さの補正値とを含む検査条件を用いて、前記試料の画像の座標と高さとを補正する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、微細なパターンの検査において、電子ビームの照射によって生じる試料表面の帯電現象による電子ビームの焦点ずれや照射位置のずれを抑制して、欠陥の誤検出を防止することができる。また、検査時間を短縮できる検査装置，検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、半導体ウエハの電子ビームを用いた検査装置の主要部の構成を示す縦断面図であり、真空容器は省略している。電子銃１０で発生した電子ビーム１１が半導体ウエハ等の試料１２３へ照射され、発生する二次信号１２が検出器１１３により検出され、画像処理ユニット１３で画像化され、ディスプレイ１２１のスクリーンに試料１２３の拡大された画像が表示される。
【００１８】
電子銃１０では、電子源１０１で発生した電子ビーム１１が引き出し電極１０２により引き出され加速される。電子ビーム１１はコンデンサレンズ１０３で細く絞られる。ブランキング電極１０４は、電子ビーム１１が試料１２３へ照射されないようにするために電子ビーム１１を偏向する。ブランキング電極１０４で偏向された電子ビーム１１は、絞り板１０５で試料１２３への照射が遮断される。電子ビーム１１は、対物レンズ１１０で試料１２３へ細く絞られて到達する。ある程度の広さの領域を画像化するために、電子ビーム１１は偏向器１０６および偏向器１０８で偏向されて、試料１２３上を走査される。電子ビーム１１の照射によって発生する二次信号１２は、二次信号偏向器１０９で検出器１１３の方向へ偏向され、検出器１１３で検出される。電子ビーム１１の偏向信号の位置と時間の情報と、検出器１１３のサンプリング周波数とを同期させることで、画像上の画素の座標が決定される。
【００１９】
二次信号１２は、検出器１１３で検出されると、アンプ１１４で増幅され、ＡＤ変換器１１５でアナログ信号からディジタル信号へ変換され、画像処理ユニット１３へ送られる。ひとつの領域の画像データが画像メモリ１１７へ記憶され、次に送られた領域の画像データが画像メモリ１１８へ記憶され、比較演算ユニット１１９で画像メモリ１１７と画像メモリ１１８に記憶された画像データが比較され、差の画像データが欠陥判定ユニット１２０へ送られ、差の画像データのうち、予め設定された閾値以上の信号量を有する画素が欠陥候補として抽出され、その差の画像データがディスプレイ１２１のスクリーンに表示される。また、欠陥候補の画素のうち、例えば重心で代表される画素の座標が、欠陥判定部１２０のメモリへ記憶される。
【００２０】
試料１２３は、試料ホルダ１２２に載置され固定される。試料ホルダ１２２は、ベース１２６上のＸステージ１２４とＹステージ１２５により、Ｘ方向またはＹ方向に移動させることができる。試料１２３の表面の高さは、高さセンサ１２７によって測定される。試料ホルダ１２２には、リターディング電源１２８によって、電子ビーム１１を減速させるリターディング電圧が印加される。プリチャージユニット１１６から電子を照射して、試料１２３の表面の電位を制御する場合がある。試料１２３と対物レンズ１１０との間に電極１１１、および電極１１２が設けられ、試料１２３の表面の電子ビーム１１が照射される領域の電界が均一になるように制御される。以上の各機器の制御にあたっては、制御ユニット１４のプロセッサで制御データが演算され、制御信号が発生され、各機器へ制御データが送信される。
【００２１】
図２は、検査条件の設定から検査までの手順を示すフローチャートである。検査装置では、検査に先立って、電子ビームの照射エネルギーを決め、画像の拡大率すなわち走査の大きさを決め、試料の表面に焦点を合わせる検査レシピの設定作業が必要である。標準的な検査条件は、デフォールト値として記憶されているが、オペレータによって条件を変更することが可能である。
【００２２】
オペレータは、試料の情報やレシピ等の検査条件の初期値を、インターフェースユニット１５から制御ユニット１４のメモリへ入力し（ステップ２０１）、試料である半導体ウエハをロードし（ステップ２０２）、必要に応じて試料表面に電子を照射するプリチャージを行う（ステップ２０３）。次に、後述する方法で、試料表面の電位分布を測定し、電子ビームへの影響が許容範囲内であると判定されれば（ステップ２０４）、電子ビームの校正を行う（ステップ２０５）。また、試料の座標原点を決めるアライメントを行い（ステップ２０６）、実際に電子ビームを照射して画像を取得し、画像の明るさ、コントラストのキャリブレーションを行う（ステップ２０７）。画像の明るさ、コントラストが許容範囲内であると判定されると、実際の検査が実行され（ステップ２０９）、検査結果を保存したり出力したりして、検査を終了する（ステップ２１０）。
【００２３】
ステップ２０４で、電位分布が許容範囲をはずれている場合、２回目の確認まではプリチャージのステップをやり直すが、３回目の確認で許容範囲をはずれている場合には、試料が検査を行えない状態であると思われるため、検査を行わずに終了する。同様の構造の半導体ウエハの検査の場合には、上記により登録された検査条件を呼び出して検査することにより、半導体ウエハ毎に新たな検査条件を作成する必要がなくなり、検査時間を短縮することができる。
【００２４】
図３は、試料ホルダの平面図，図４は、試料ホルダの断面図である。また、図５は、高さセンサの計測値と合焦点となる対物レンズの値の関係を示すグラフである。図３，図４に示すように、試料ホルダ３０１に試料３０２を載置したときに、試料３０２と同じ高さとなるピースＡ３０３と、ピースＡ３０３より２００マイクロメートル高いピースＢ３０４と、ピースＡ３０３より２００マイクロメートル低いピースＣ３０５とを、試料ホルダ３０１に設けておく。そして、図１に示した高さセンサ１２７により、ピースＡ３０３，ピースＢ３０４，ピースＣ３０５の高さを計測する。次に、光学条件Ａについて、対物レンズの励磁条件を変えながらこれらのピースへ電子ビームを照射して、焦点が合うときの励磁条件の印加電圧値と、高さセンサ１２７による計測値とを図５に示すグラフへプロットする。これを、光学条件Ｂ，光学条件Ｃについても行い、図５に示すような関係のグラフを作成することができる。以上は、制御ユニット１４のプロセッサで実行させ、グラフをディスプレイ１２１のスクリーンへ表示させることで、対物レンズと高さセンサとの関係を明らかにすることができる。また、図５により、対物レンズの励磁条件をどのくらい変更すると、焦点がどのくらい変化するかがわかるので、逆に、制御ユニット１４のプロセッサは、焦点の補正量に基づいて対物レンズの励磁量を求めることができる。
【００２５】
図６は、半導体ウエハの平面図である。拡大画像６０１に示すように、半導体ウエハ６０２のダイコーナー６０３がアライメントマークとして用いられる。本例では、例えば、６個所のダイコーナーに設けられた、アライメント用の点１，点２，点３，点４，点５，点６を撮像し、これらの点の座標を基準にして、座標原点を決定する。そして、半導体ウエハ６０２の回転量，縦横の直交度，Ｘ方向の倍率，Ｙ方向の倍率を求める。
【００２６】
図７および図８は、ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図である。右側に取得した位置焦点補正用の画像７０１が表示され、隣接して位置シフト補正のメニュー領域７０２と、焦点シフト補正のメニュー領域７０３とが表示される。左側には、図７の場合、半導体ウエハの平面図の摸式図７０４が、タブ７０５をクリックすることで表示され、図８の場合、ダイの平面図の摸式図８０４が、タブ８０５をクリックすることで表示される。
【００２７】
位置シフト補正と焦点シフト補正には、位置や焦点のずれを認識しやすい個所として、図６に示したようなダイコーナーが適切なので、例えば、図８に示したダイの平面図の摸式図８０４の上で、画像取得位置を示すマーク８０６を付け、画像取得ボタン８０７を押して画像を取得すると、画像７０１のようなダイコーナーの像を得ることができる。
【００２８】
全部のダイを示す全ダイ選択ボタン７０８，８０８を押すと、全部のダイのマーク８０６に対応する個所の画像を取得する。全部のダイでなく任意のダイを選択することもできる。この場合は、図７に示す半導体ウエハの平面図の摸式図７０４に表示された任意の複数のダイをクリックして指定する。隣接したダイを指定する場合、マウスの左ボタンを押したままで、マウスを移動させることで、指定したい複数のダイを一度に領域で指定することができる。
【００２９】
図９は、図７および図８の画面で７個所のダイコーナーを取得した例を示す画面図であり、図７の左側に示す半導体ウエハの平面図の摸式図７０４の上に重ねて７個の画像が表示される。半導体ウエハ９０１の中央に近いダイのダイコーナーの画像９０２を基準とすると、他の画像９０３，９０４，９０５，９０６，９０７，９０８は、位置ずれがあることがわかる。図７に示す、位置シフト補正のメニュー領域７０２の補正計算ボタン７０９を押すと、半導体ウエハ９０１の中央に近いダイのダイコーナーの画像９０２を基準として、残りの６個の画像のダイコーナーの位置ずれ量が計算される。位置ずれ量は、画像取得時の画素サイズとずれの画素の数とから算出できる。
【００３０】
図７の画面で、画像確認ボタン７１０を押して、半導体ウエハの平面図の摸式図７０４の上の画像９０２，９０３，９０４，９０５，９０６，９０７，９０８のいずれかをクリックすると、その拡大画像が、画像７０１の領域に表示される。さらに、図示していないが、位置ずれ量も表示される。このようにして、オペレータは目視で位置ずれ量の計算結果が妥当であることを確認し、位置シフト補正の終了ボタン７１１を押すと、計算結果が位置シフト補正値として制御ユニット１４のメモリへ登録される。
【００３１】
焦点のずれの確認の場合は、オペレータが図７の位置シフト補正のメニュー領域７０２の画像確認ボタン７１０を押して画像を見ることで、焦点のずれを確認することができる。前述のように、半導体ウエハの周囲の領域が焦点ずれを発生しやすいので、オペレータは、周囲のダイの画像で焦点ずれの有無を確認し、焦点ずれが発生している画像がある場合には、そのダイを選択した状態で、焦点シフト補正のメニュー領域７０３の焦点確認ボタン７１２を押す。これにより、図示しない制御装置は、選択されたダイに電子ビームが照射されるように、Ｘステージ１２４やＹステージ１２５を移動させ、焦点調整モードが起動し、選択されたダイの画像を撮像する。オペレータは、図示しない焦点調整装置で画像を見ながら焦点を調整することで、このときの合焦点条件が保存される。このような焦点調整を複数の画像について繰り返し行い、最後に、補正計算ボタン７１３を押すと、半導体ウエハ面内の各部の合焦点条件を補間して焦点シフト補正量が求められる。最後に終了ボタン７１４を押すことで、制御ユニット１４のメモリへ焦点シフト補正量が登録される。
【００３２】
図１０および図１１は、検査対象の一例であるコンタクトホールが形成された試料の縦断面図である。図１０は、半導体ウエハのシリコン基板１００１の上に絶縁材料膜１００２が形成され、エッチング等でコンタクトホール１００３が形成された様子を示している。製造プロセスの何らかの原因により、コンタクトホール１００３の穴底がシリコン基板１００１に達していない不良個所１００４が生じることがある。
【００３３】
図１１は、半導体ウエハのシリコン基板１１０１の上に、図１０に示したプロセスにより絶縁材料膜１１０２が形成され、コンタクトホール内に導電材料プラグ１１０３が形成され、さらにその上に、絶縁材料膜１１０４が形成され、エッチング等でコンタクトホール１１０５が形成された様子を示している。製造プロセスの何らかの原因により、コンタクトホール１１０５の穴底が導電材料プラグ１１０３に達していない不良個所１１０６が生じることがある。
【００３４】
図１２，図１３，図１４は、ディスプレイのスクリーンへ表示されるテスト検査時の画像の一例を示す画面図である。図７と同様に、左側に半導体ウエハの平面図の摸式図１２０１，１３０１，１４０１が、タブ１２０２，１３０２，１４０２をクリックすることで表示されている。図１２の右側には、検査情報表示領域１２０３があり、図１３の右側には、欠陥画像表示領域１３０３があり、図１４の右側には、位置焦点補正用の画像表示領域１４０３がある。これらは、検査情報ボタン１２０４，欠陥画像ボタン１３０４，画像モニターボタン１２０７，１３０６を押すことで、表示内容が切り替わる。
【００３５】
図７で説明した位置シフト補正量および焦点シフト補正量を用いて、テスト検査が実行される。テスト検査中は、欠陥候補と判定された位置が、半導体ウエハの平面図の摸式図１２０１，１３０１の上に点１２０５，１３０５として表示される。図１２では、半導体ウエハの平面図の摸式図１２０１に点１２０５が３つ表示され、検査情報表示領域１２０３に、検出された欠陥候補の数３と、検査の残り時間とが表示されている。半導体ウエハの平面図の摸式図１２０１の上に表示された点１２０５にポインタを合わせて欠陥画像ボタン１２０６を押すと、図１３に示すように、欠陥画像表示領域１３０３に欠陥候補の画像が表示される。欠陥画像ボタン１２０６，１３０４が押された状態で、点１３０５に合わせたポインタを別の点に合わせる、あるいはクリックすると、その点に対応する画像が表示される。ポインタを点に合わせていないときは、検出した欠陥候補の画像が順に表示される。
【００３６】
図１４は、画像モニターボタン１４０４が押されたときの表示を示し、位置焦点補正用の画像表示領域１４０３には、図７あるいは図８で取得した画像７０１が表示される。このように、検査中に、欠陥候補の有無と関係なく、各ダイで同一の座標の画像を表示させることができるので、位置シフト補正の演算や、焦点シフト補正の演算の効果をオペレータが確認することができ、設定した条件の良否を確認することができる。欠陥候補が検出されていない場合でも、焦点のずれや位置ずれを検査中でも確認することができる。
【００３７】
図１５は、図９と同じく、７個所のダイコーナーを取得した例を示す画面図であり、図１４の全ダイ選択ボタンを押すと、左側に示す半導体ウエハの平面図の摸式図１４０１の上に重ねて７個の画像が表示される。半導体ウエハ９０１の中央に近いダイのダイコーナーの画像１５０２を基準とすると、他の画像１５０３，１５０４，１５０５，１５０６，１５０７，１５０８は、図９の場合と較べて位置ずれがなくなっていることがわかる。
【００３８】
図１６は、電子ビームが帯電の影響を受けにくい半導体ウエハの構造の一例を示す断面図である。シリコン基板１６０１に「ＳｉＯ2」部１６０２が埋め込まれ、さらに「ＳｉＯ2」部の上に「ＰｏｌｙＳｉ，Ｗ，Ｗｓｉ」部１６０３と「Ｓｉ3Ｎ4」部１６０４とが配置された配線工程の構造を示している。このような構造について、焦点ずれの程度を評価した結果を以下に述べる。
【００３９】
図１７，図１８は、高さセンサで測定した半導体ウエハの表面高さ測定値と焦点条件との関係を示すグラフである。図１７は、図１０，図１１に示したコンタクトホール工程の半導体ウエハの場合、図１８は、図１６に示した配線工程の半導体ウエハの場合である。縦軸の焦点条件として、合焦点条件における対物レンズの電流を示している。半導体ウエハの構造が帯電の影響を受け易い場合、図１７は、半導体ウエハの表面高さによって、対物レンズの励磁強度を変えないと焦点がずれてしまうことを示している。一方、半導体ウエハの構造が帯電の影響を受け難い場合、図１８は、半導体ウエハの表面高さが変わっても、対物レンズの励磁強度を変える必要がないことを示している。
【００４０】
このように、半導体ウエハの構造によって帯電の影響の傾向が異なるため、プリチャージ条件や電子ビームの光学条件により帯電状態が異なることがわかる。この対策として、半導体ウエハの構造毎に焦点に関して、半導体ウエハの表面高さと対物レンズの励磁強度との関係を、検査レシピ設定時に求めて、補正値を登録することにより、同じ工程であれば別の半導体ウエハに対しても同じ検査条件で不具合なく検査することができる。その結果、検査レシピを半導体ウエハの１枚毎に作成する必要がなくなるので、検査時間を短縮することができる。
【００４１】
焦点ずれは、特に半導体ウエハの外周に近い部分で発生し易いので、外周の部分の複数のダイを指定し、図１７に示した相関のグラフを求めて、検査レシピ設定時に補正値を登録することで、半導体ウエハの外周における焦点ずれの補正を行うことができる。位置ずれに関しても同様の考え方で、検査レシピ設定時に補正値を登録しておくことで、同じ工程であれば別の半導体ウエハに対しても同じ検査条件で不具合なく検査することができる。
【００４２】
装置によっては、焦点の制御は、対物レンズだけでなく、コンデンサレンズの励磁強度も変える場合があるが、図１７に示した相関のグラフを求める考え方を用いることで、同じ効果を得ることができる。
【００４３】
上記のように、本実施例によれば、半導体ウエハの検査において、位置ずれと焦点ずれのない画像を取得できるような検査レシピを、検査前に設定できるので、欠陥の発生を早期に検知でき、且つ対策を実施するために必要な欠陥位置やサイズの情報を検査と同時に取得できることから、対策までの時間を短縮でき、結果として半導体装置の製造歩留まり向上や生産性を高めることができる。
【００４４】
図１９は、ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図である。図１９（ａ）に示す画面の左側には、半導体ウエハの平面図の摸式図１９０１が、右側には、位置シフト補正のメニュー領域１９０２と、焦点シフト補正のメニュー領域１９０３とが表示される。図１９（ｂ）に示す画面には、図７に示した画面から画像を抜き出して表示される。この画像は、位置焦点補正時に取得し保存されている画像１９０４と、テスト検査時、あるいは検査時に再度取得した画像１９０５であり、片方のみを表示させたり、両方を並べて表示させたりすることができる。ひとつのスクリーンに画像のみを表示させるようにすることで、画像を大きく表示できるので、オペレータにとって見易く、使い勝手が向上する。
【００４５】
図２０は、ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図である。左側に、半導体ウエハの平面図の摸式図２００１が、右側に、取得した位置焦点補正用の画像表示領域２００２に画像が表示され、隣接して位置シフト補正のメニュー領域２００３と、焦点シフト補正のメニュー領域２００４とが表示される。図７に示した実施例と異なるのは、位置シフト補正のメニュー領域２００３に相関探索ボタン２００５を、焦点シフト補正のメニュー領域２００４に相関探索ボタン２００６を設けたことである。
【００４６】
上述の実施例では、オペレータが選択したダイコーナー等の数が限られた位置における位置ずれと焦点ずれの補正法を説明した。半導体ウエハは中央部が外周部より高いことがあるので、高さセンサで半導体ウエハの全面の高さ分布を測定し、測定結果を制御ユニット１４へ送信して、位置ずれと焦点ずれの補正に反映させる補正法が考えられる。図２０に示す位置シフト補正のメニュー領域２００３の相関探索ボタン２００５を押すことで、半導体ウエハの全面の高さ分布が位置ずれの補正値へ反映される。また、焦点シフト補正のメニュー領域２００４の相関探索ボタン２００６を押すことで、半導体ウエハの全面の高さ分布が焦点ずれの補正値へ反映される。
【００４７】
以上、述べたように、本発明の実施例によれば、同じ仕様の製品，同じ工程の半導体ウエハについて、同じ検査条件で検査する場合に、本発明により半導体ウエハの種類や検査条件毎に異なる帯電状態を補正し検査レシピに登録することで、検査毎に時間をかけて補正することなく、半導体ウエハ面内で位置ずれや焦点ずれのない状態で検査を実施できるようになる。また、帯電の影響を受けやすい半導体ウエハ等の試料について、半導体ウエハ面内のどこでも同じ感度で検査を実施できるようになるので、半導体ウエハ外周での欠陥候補の誤検出や、検査感度の低下を低減でき、安定した検査を実現することが可能になり、検査の信頼性が向上する。このように、半導体装置の製造プロセスにおいて、高感度，高精度に検査する技術を提供することにより、製造プロセスにおいて重要な工程の不良の内容を早期に検知でき、対策を実施するために必要な欠陥位置やサイズの情報を検査と同時に取得できるため、対策までの時間が短縮でき、結果として半導体装置の製造歩留まりが向上し、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】半導体ウエハの電子ビームを用いた検査装置の主要部の構成を示す縦断面図。
【図２】検査条件の設定から検査までの手順を示すフローチャート。
【図３】試料ホルダの平面図。
【図４】試料ホルダの断面図。
【図５】高さセンサの計測値と合焦点となる対物レンズの値の関係を示すグラフ。
【図６】半導体ウエハの平面図。
【図７】ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図。
【図８】ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図。
【図９】７個所のダイコーナーを取得した例を示す画面図。
【図１０】検査対象の一例であるコンタクトホールが形成された試料の縦断面図。
【図１１】検査対象の一例であるコンタクトホールが形成された試料の縦断面図。
【図１２】ディスプレイのスクリーンへ表示されるテスト検査時の画像の一例を示す画面図。
【図１３】ディスプレイのスクリーンへ表示されるテスト検査時の画像の一例を示す画面図。
【図１４】ディスプレイのスクリーンへ表示されるテスト検査時の画像の一例を示す画面図。
【図１５】７個所のダイコーナーを取得した例を示す画面図。
【図１６】電子ビームが帯電の影響を受けにくい半導体ウエハの構造を示す断面図。
【図１７】高さセンサで測定した半導体ウエハの表面高さ測定値と焦点条件との関係を示すグラフ。
【図１８】高さセンサで測定した半導体ウエハの表面高さ測定値と焦点条件との関係を示すグラフ。
【図１９】ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図。
【図２０】ディスプレイのスクリーンへ表示される位置焦点補正時の画像の一例を示す画面図。
【符号の説明】
【００４９】
１１  電子ビーム
１２  二次信号
１３  画像処理ユニット
１４  制御ユニット
１５  インターフェースユニット
１１０  対物レンズ
１１１，１１２  電極
１１３  検出器
１１４  アンプ
１１５  ＡＤ変換器
１１６  プリチャージユニット
１１７，１１８  画像メモリ
１１９  比較演算ユニット
１２０  欠陥判定ユニット
１２１  ディスプレイ
１２３，３０２  試料
１２４  Ｘステージ
１２５  Ｙステージ
１２７  高さセンサ
１２８  リターディング電源
３０３  ピースＡ
３０４  ピースＢ
３０５  ピースＣ
６０１  拡大画像
６０２，９０１  半導体ウエハ
６０３  ダイコーナー
７０１  画像
７０２，１９０２，２００３  位置シフト補正のメニュー領域
７０３，１９０３，２００４  焦点シフト補正のメニュー領域
１４０３，２００２  位置焦点補正用の画像表示領域
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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