(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子ビームを発生させる電子源と、該一次電子ビームを集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、前記集束された一次電子ビームを前記試料上で走査させる一次電子ビーム走査手段と、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第一の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記第一の領域の画像を前記試料上の前記第一の領域と同じパターンが形成された第二の領域の画像と比較する画像比較手段と、該比較手段の比較結果から前記試料上の欠陥を判別する欠陥判別手段とを備えた走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とを検出する制御部と、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像が正立像になるように、前記制御部で検出された前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とに基づいて画像を表示する表示手段を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項２】
一次電子ビームを試料に照射して走査し、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出して前記試料上の第一の領域の画像信号を記憶し、該記憶手段に記憶された前記第一の領域の画像を前記試料上の前記第一の領域と同じパターンが形成された第二の領域の画像と比較し、該比較結果から前記試料上の欠陥を判別する走査電子顕微鏡を用いた検査方法において、前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とを検出し、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像が正立像になるように前記検出された前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とに基づいて画像を表示することを特徴とする走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項３】
一次電子ビームを発生させる電子源と、該一次電子ビームを集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、前記集束された一次電子ビームを前記試料上で走査させる一次電子ビーム走査手段と、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第一の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記第一の領域の画像を前記試料上の前記第一の領域と同じパターンが形成された第二の領域の画像と比較する画像比較手段と、該比較手段の比較結果から前記試料上の欠陥を判別する欠陥判別手段とを備えた走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、前記一次電子ビームの走査の方向によらず、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像を常時所定の座標系に基づいて表示する表示手段と、前記試料台を空間的に移動させるステージ機構とを備え、前記第一の領域、及び前記第二の領域の画像のデータの取得が前記ステージ機構による前記試料台の移動に基づいて、同じ一組みの電子光学装置により遂行され、前記表示手段が、前記画像を構成するラインの繰り返し方向を検出する検出手段と、画像を表示する表示器とを備え、前記検出手段で得られた方向に基づいて前記表示器へ送る画像のデータの順序を入れ換えるとともに、前記表示器が画面の左上から右方向に高速走査しながら下方向に低速走査するラスタ走査方式によるものであり、前記ラインの繰り返し方向の反転を前記ステージの移動方向により検出し、前記表示器へ送るデータの画像を構成するラインの順序を反転させることを特徴とする走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項４】
一次電子ビームを発生させる電子源と、該一次電子ビームを集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、前記集束された一次電子ビームを前記試料上で走査させる一次電子ビーム走査手段と、前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第一の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記第一の領域の画像を前記試料上の前記第一の領域と同じパターンが形成された第二の領域の画像と比較する画像比較手段と、該比較手段の比較結果から前記試料上の欠陥を判別する欠陥判別手段とを備えた走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、前記一次電子ビームの走査の方向によらず、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像を常時所定の座標系に基づいて表示する表示手段と、前記試料台を空間的に移動させるステージ機構とを備え、前記第一の領域、及び前記第二の領域の画像のデータの取得が前記ステージ機構による前記試料台の移動に基づいて、同じ一組みの電子光学装置により遂行されるとともに、前記第１の領域と前記第２の領域の画像のデータを取得するに際して、前記ステージの移動方向を反転させることを特徴とする走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なパターンを有する半導体装置，基板，ホトマスク（露光マスク），液晶等を検査する走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等に使用されるメモリやマイクロコンピュータなどの半導体装置は、ホトマスクに形成された回路等のパターンを、露光処理，リソグラフィー処理，エッチング処理等により転写する工程を繰り返すことによって製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理，エッチング処理、その他の処理の結果の良否、異物発生等の欠陥の存在は、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、異常発生や不良発生を、早期に、あるいは、事前に検知するために、各製造工程の終了時に半導体ウエハ上のパターンの検査が実施されている。
【０００３】
この半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法の一例として、半導体ウエハに光を照射して得られる光学画像を用いてパターンを比較する光学式外観検査装置が実用化されている。光学画像を用いた検査方法の例としては、特開平３−１６７４５６  号公報に記載されているように、基板上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計特性とを比較することにより欠陥を検出する方法や、特公平６−５８２２０号公報に記載されているように、画像取得時の画像劣化をモニタし、それを画像検出時に補正することにより安定した光学画像で比較検査を行う方法がある。
【０００４】
このように、光学画像を用いた欠陥検査の方法は光学式外観検査装置として既に実用化されているが、以下のような問題点があった。すなわち、製造過程における半導体ウエハの検査の場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパターンの検査の場合の異物や欠陥は検出することができない。また、光学系の分解能により検出限界以下となるエッチング残りや微小導通穴の非開口不良等は検出することができない。また、配線パターンの段差の底部に発生した欠陥も検出できない。
【０００５】
上述のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化，材料の多様化に伴い、光学画像ではこのような欠陥の検出が困難であるため、光学画像よりも分解能の高い電子ビーム画像を用いて、パターン等の欠陥の検査方法およびその検査用の装置が実用化されてきている。
【０００６】
例えば、特開昭５９−１９２９４３号公報，特開平５−２５８７０３号公報，文献Ｓａｎｄｌａｎｄ，  ｅｔ  ａｌ．，  ＊Ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｘ−ｒａｙ  ｍａｓｋ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ＊，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ．  Ｂ，  Ｖｏｌ．９，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．３００５−３００９  （１９９１）、文献Ｍｅｉｓｂｕｒｇｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．，  ＊Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ  ｃｏｌｕｍｎ        ｄｅｓｉｇｎｅｄ  ｆｏｒ  ｘ−ｒａｙ  ｍａｓｋ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ＊，  Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ．  Ｂ，  Ｖｏｌ．９，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．３０１０−３０１４  （１９９１）、文献Ｍｅｉｓｂｕｒｇｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．，  ＊Ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−      ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ＊，  Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈ．  Ｂ，  Ｖｏｌ．１０，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．２８０４−２８０８  （１９９２）、文献Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓ，  ｅｔ    ａｌ．，  ＊Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｎｅｗ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ  Ｗａｆｅｒ  ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ＊，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ２４３９，  ｐｐ．１７４−１８３  （２０−２２  Ｆｅｂｒｕａｒｙ，  １９９５））等に記載された技術が知られている。
【０００７】
ウエハの口径増大と回路パターンの微細化に追随して高スループット且つ高精度な検査を行うためには、非常に高速に、高ＳＮ比（信号に対してノイズの割合が小さい）の画像を取得する必要がある。そのため、通常の走査型電子顕微鏡  （以下、ＳＥＭと呼ぶ）の１００倍以上、例えば１０ｎＡ以上の大電流電子ビームを用いて照射される電子数を確保し、高ＳＮ比を保持している。さらに、基板から発生する二次電子，反射電子の高速、且つ高効率な検出が必須である。
【０００８】
また、レジスト等の絶縁膜を伴った半導体基板が帯電の影響を受けないように２ＫｅＶ以下の低加速電子ビームを照射している。この技術については、日本学術振興会第１３２委員会編「電子・イオンビームハンドブック（第２版）」（日刊工業新聞社、１９８６年）６２２頁から６２３頁に記載がある。しかし、大電流で、かつ低加速の電子ビームでは空間電荷効果による収差が生じ、高分解能な観察が困難であった。
【０００９】
この問題を解決する方法として、試料直前で高加速電子ビームを減速し、試料上で実質的に低加速電子ビームとして照射する手法が知られている。例えば、特開平２−１４２０４５号公報，特開平６−１３９９８５号公報に記載された技術がある。
【００１０】
以上のようなＳＥＭを応用した検査装置においては、以下に述べる二つの問題点がある。
【００１１】
一つは、従来方式のＳＥＭによる電子ビーム画像の形成方法では、極めて長い時間を要するため、半導体ウエハのほぼ全面にわたって回路パターンを検査するには極めて膨大な時間を要する。従って、半導体装置の製造工程等において実用的なスループットを得るためには、非常に高速に電子ビーム画像を取得する必要がある。この高速性のためには、前述した特開平５−２５８７０３  号公報に記載されたように、試料台を連続移動させながら電子ビームで試料を走査して画像を取得する方法が考えられる。また、高速に取得した電子ビーム画像のＳＮ比を確保し、且つ所定の精度を維持する必要がある。
【００１２】
もう一つの問題点は、光学式とは異なり、画像を構成する画素情報を一つずつ順番に検出してゆくため、取得する方向によってはディスプレイに表示される画像が反転してしまうことである。この問題は一般的なＳＥＭにおいては、試料を固定し、常に決まった方向に電子ビームを走査するため、その方向とディスプレイ画面の走査方向の対応をとっておくことにより発生しない。しかしながら、検査装置の場合、一番目の問題の高速性を追求すると、試料台を連続移動させながら画像を取得する必要があるが、その移動方向によっては上記画像の反転が生じる可能性がある。このためユーザは、欠陥の位置や形，方向性などを誤って認識する恐れがあった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、光学画像では検出困難な欠陥を電子ビーム画像を用いて高精度に検出すると同時に、その際問題となる検査の高速性及び検査画面の視認性や正確性に優れた走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、試料に電子ビームを走査し、発生する二次荷電粒子の検出信号に基づいて生成される第一の画像と第二の画像とを比較し、試料のパターンの欠陥を検出する走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とを検出する制御部と、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像が正立像になるように、前記制御部で検出された前記一次電子ビームの走査の方向とラインピッチの方向とに基づいて画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記一次電子ビームの走査の方向によらず、前記検出器からの信号に基づいて形成された画像を常時所定の座標系に基づいて表示する表示手段と、前記試料台を空間的に移動させるステージ機構とを備え、前記第一の領域、及び前記第二の領域の画像のデータの取得が前記ステージ機構による前記試料台の移動に基づいて、同じ一組みの電子光学装置により遂行されるとともに、前記第１の領域と前記第２の領域の画像のデータを取得するに際して、前記ステージの移動方向を反転させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１から図２に本発明の第一の実施例を示す。
【００１９】
図１は本発明が適用される走査電子顕微鏡を用いた検査装置の一例であるＳＥＭ式外観検査装置１の構成を示す縦断面図である。ＳＥＭ式外観検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に試料基板９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）とを備えており、この予備室は検査室２とは独立して真空排気できるように構成されている。また、ＳＥＭ式外観検査装置１は上記検査室２と予備室の他に画像処理部５，制御部６，二次電子検出部７から構成されている。
【００２０】
検査室２内は大別して、電子光学系機構３，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系機構３は、電子銃１０，電子ビームの引き出し電極
１１，コンデンサレンズ１２、ブランキング偏向器１３，絞り１４、走査偏向器１５，対物レンズ１６、反射板１７、ＥクロスＢ偏向器１８から構成されている。二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。
【００２１】
電子ビーム１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、電子ビーム１９はその電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み、コンデンサレンズ１２で収束され、さらに対物レンズ１６により細く絞られて、試料台３０の上のＸステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３の上に搭載された試料基板９に照射される。試料基板９は半導体ウエハ，チップ、あるいは液晶，マスク等の微細回路パターンを有する基板である。ブランキング偏向器１３には、走査信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器４４が接続され、対物レンズ１６には対物レンズ電源４５が接続されている。
【００２２】
二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりアナログ信号がデジタル信号に変換され、デジタルのデータが作成される。
【００２３】
試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ
３３，位置モニタ用測長器３４，試料基板高さ測定器３５から構成されている。光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学系機構３の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系機構３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。そして、Ｘステージ３１またはＹステージ３２が電子光学系機構３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動するようになっている。光学顕微鏡部４は光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。
【００２４】
画像処理部５は、第一画像記憶部４６，第二画像記憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９より構成されている。取り込まれた電子ビーム画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。
【００２５】
装置各部の動作命令および動作条件は、制御部６から入出力される。制御部６には、あらかじめ電子ビーム発生時の加速電圧，電子ビーム偏向幅，偏向速度，二次電子検出部７の信号取り込みタイミング，試料台３０の移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部６は、補正制御回路４３を用いて、位置モニタ用測長器３４、試料基板高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果により補正信号を生成し、電子ビームが常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源４５や走査信号発生器４４に補正信号を送る。
【００２６】
試料基板９の画像を取得するためには、細く絞った電子ビーム１９を試料基板９に照射し、二次電子５１を発生させ、これらを電子ビーム１９の走査およびＸステージ３１，Ｙステージ３２の移動と同期して検出することで、試料基板９の画像を得る。
【００２７】
上記ＳＥＭ式外観検査装置１では検査速度が速いことが必須となる。従って、通常の従来方式のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電流の電子ビームを低速で走査したり、多数回の走査および各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子ビーム走査は高速で一回あるいは数回程度にして多数回の走査は行わないようにする必要がある。そこで本実施例では、従来方式のＳＥＭに比べて約１００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流の電子ビームを一回のみ走査することにより、画像を形成する構成とした。
【００２８】
電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出型電子源が使用されている。この電子銃１０を用いることにより、従来の例えばタングステン・フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて安定した電子ビーム電流を確保することができる。そのため、明るさ変動の少ない画像が得られる。また、この電子銃１０により電子ビーム電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。
【００２９】
試料基板９には、高圧電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。この高圧電源３６の電圧を調節することにより、電子ビーム１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに、試料基板９への電子ビーム照射エネルギーを最適な値に調節することができる。
【００３０】
試料基板９上に電子ビーム１９を照射することによって発生した二次電子５１は、試料基板９に印加された負の電圧により加速される。試料基板９の上方に、電界と磁界の両方によって電子ビーム１９の軌道へは影響を与えずに二次電子の軌道を曲げるためのＥクロスＢ偏向器１８が配置され、これにより加速された二次電子５１は所定の方向へ偏向される。ＥクロスＢ偏向器１８にかける電界と磁界の強度により、この偏向量を調整することができる。また、この電界と磁界は、試料基板９に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。
【００３１】
ＥクロスＢ偏向器１８により偏向された二次電子５１は、所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７は円錐形状をしており、その内側を通過し試料基板９に照射される電子ビーム１９をシールドするシールドパイプの機能も有している。この反射板１７に加速された二次電子５１が衝突すると、反射板１７からは数ｅＶから５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。
【００３２】
二次電子検出部７には、真空排気された検査室２内に二次電子検出器２０が設けられ、検査室２の外にプリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，光伝送手段２４，電気変換手段２５，高圧電源２６，プリアンプ駆動電源２７，
ＡＤ変換器駆動電源２８，逆バイアス電源２９が設けられている。
【００３３】
二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０，プリアンプ２１，ＡＤ変換器
２２，光変換手段２３，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８は、高圧電源２６により正の電位にフローティングしている。反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２は、この正の電位によってつくられた吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。
【００３４】
二次電子検出器２０は、二次電子５１が反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２を、電子ビーム１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。
【００３５】
ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅した後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部５に伝送するように構成されている。検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。
【００３６】
Ｘステージ３１，Ｙステージ３２上には試料基板９が搭載されており、検査実行時にＸステージ３１，Ｙステージ３２を静止させて電子ビーム１９を二次元に走査する方法と、検査実行時にＸステージ３１，Ｙステージ３２のいずれかを一方向に連続して一定速度で移動させて、電子ビーム１９をその方向に対して直角方向に直線的に走査する方法とのいずれかを選択できる。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者の試料基板９を静止させて検査する方法が、比較的広い領域を検査するときは、試料基板９を連続的に一定速度で移動させて検査する方法が有効である。なお、電子ビーム１９をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器１３により電子ビーム１９が偏向されて、電子ビームが絞り１４を通過しないように制御できる。
【００３７】
Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置をモニタする位置モニタ用測長器３４として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき、その結果が制御部６に転送されるようになっている。また、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３のモータの回転数等のデータも同様に、各々のドライバから制御部６に転送されるように構成されており、制御部６はこれらのデータに基づいて電子ビーム１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっている。したがって、必要に応じて実時間で電子ビーム１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３で補正できるようになっている。また、試料基板９毎に、電子ビーム１９を照射した領域を記憶できるようになっている。
【００３８】
試料基板高さ測定器３５は、光学式測定器、例えば、レーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用され、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２に搭載された試料基板９の高さを実時間で測定できるように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに試料基板９に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いている。この試料基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され、常に被検査領域に焦点が合った電子ビーム１９を照射できるようになっている。また、試料基板９の反りや高さ歪みを電子ビーム照射前に予め測定しておき、そのデータをもとに対物レンズ１６の被検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。
【００３９】
画像処理部５は第一画像記憶部４６，第二画像記憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９、モニタ５０により構成されている。二次電子検出器２０で検出された試料基板９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に、第一画像記憶部４６あるいは第二画像記憶部４７に記憶される。演算部４８は、第一画像記憶部４６に記憶された画像信号と第二画像記憶部４７に記憶された画像信号との位置合せ、信号レベルの規格化，ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。欠陥判定部４９は、演算部４８にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合に、その画素を欠陥候補と判定し、モニタ５０にその位置や欠陥数等を表示する。
【００４０】
以上、ＳＥＭ式外観検査装置１の全体の構成について説明してきたが、以下に本発明の第一の実施例について述べる。
【００４１】
図２は、本発明の画像データ転送方式の第一の実施例を示し、試料基板９の上面図とモニタ５０に表示された画像の図である。図２には、試料基板９上の検査セル２００を走査する方法の一例を示し、図では説明の簡便化のために、実際の回路パターンにかえて数字の“５”を用いている。
【００４２】
図２において、従来方式のＳＥＭと同様に、試料基板９が静止した状態で電子ビーム１９を二次元に走査し、検査セル２００の画像を形成する。そして、隣接した検査セル２００の取得画像を図１に示した第一画像記憶部４６または第二画像記憶部４７に記憶し、演算部４８で画像を比較し、欠陥判定部４９で欠陥を判別している。
【００４３】
図２中の紙面に対して上側の画像と下側の画像では、検査セル２００の拡大図からわかるように、ラインピッチの方向が異なっている。すなわち、上側の画像は検査セル２００の領域の紙面に対して左上から右方向への電子ビーム１９の走査方向（Ｘ方向）で示されるように、まず１ライン走査され（画素ピッチが正とする）、次ラインはラインピッチ分だけ下側へ進めて（ラインピッチが負とする）、これを同様に繰り返す。この走査方法は、モニタ表示の走査方向２０１と同じ（これをラスタ走査方式と呼ぶ）であるため、電子ビーム１９の走査方向で取得された画素データを順番にモニタ５０へ送れば、図２の上側のモニタの画像５０１に示すように“５”の正立像を得ることができる。
【００４４】
ここで、破線は、電子ビーム１９の振り戻しの間を示し、実際は破線のように電子ビーム１９が照射するのではなく、この期間は試料基板９に電子ビーム１９が照射されないようにブランキングされている。これにより、試料基板９上に空間的，時間的に均一に電子ビームを照射することができる。ブランキングは、ブランキング偏向器１３により電子ビーム１９を偏向して、絞り１４を通過しないようにする。
【００４５】
一方、図２の下側の画像は、上述したラインピッチの方向が正であり、紙面に対して下方から上方へ電子ビーム１９が走査される。このため、画素データを順番にモニタ５０へ送ると、モニタの画像５０２に示すように、“５”の上下反転像が表示されてしまう。この時、図１の制御部６ではラインピッチが負から正に変わったことを検出できるため、ラインデータの転送順序を反転させることにより、モニタの画像５０３に示すように、“５”の正立像を得ることができる。
【００４６】
すなわち、ライン数が１０と仮定すると、図１に示した第一画像記憶部４６または第二画像記憶部４７の（１０）（９）（８）（７）…の順に相当するポインタをあらかじめ用意しておき、そのポインタを先頭に（１０）（９）（８）（７）…の順で走査データをモニタ５０に転送すればよい。これにより、ユーザは欠陥の位置や形，方向性などを正しくかつ容易に把握することができるようになり、検査作業の能率を著しく向上させることができる。
【００４７】
（実施例２）
本発明の第二の実施例を図３に示す。図３は図２と同様の図であり、本発明の画像データ転送方式の第二の実施例を示し、試料基板９の上面図とモニタ５０に表示された画像の図である。試料基板９が静止した状態で電子ビーム１９を二次元的に走査し、検査セル２００の画像を形成している。
【００４８】
図３中の上側のモニタの画像５０４は、図２に示したモニタの画像５０１と同様に、正立像が得られる状態を示し、下側のモニタの画像５０５は画素ピッチが反転して、左右反転したものとなっている。この場合においても、図１に示した制御部６で画素ピッチが正から負に変わったことを検出できるため、１ラインを構成する画素データの転送順序を反転させることにより、図２中のモニタの画像５０６では、“５”の正立像を得ることができる。
【００４９】
すなわち、例えば１０画素の場合と仮定すると、図１に示した第一画像記憶部４６または第二画像記憶部４７の各ラインの最後の画素データから逆に（１０）  （９）（８）（７）…の順で走査データをモニタ５０に送信すればよい。モニタの画像５０６の上下左右が画像５０４と同じように表示されるので、ユーザは欠陥の位置や形，方向性などを正しくかつ容易に把握することができるようになり、検査作業の能率を著しく向上させることができる。
【００５０】
（実施例３）
図４から図５に本発明の第三の実施例を示す。図４は、本発明の画像データ転送方式の第三の実施例を示し、試料基板９の上面図とモニタ５０に表示された画像の図である。図５は、検査セルを電子ビームで走査する方向を示す上面図である。
【００５１】
上述した第一の実施例及び第二の実施例に示したような試料基板９が静止した状態における電子ビーム１９の二次元走査では、広領域をくまなく検査する場合には、画像取得領域毎に静止して電子ビームを走査する時間と、試料基板９の加速，減速，位置整定を加算した移動時間がかかり、検査時間全体では長時間を要してしまう。そこでより高速に検査を行うために、試料基板９を一方向に連続的に定速で移動しながら、電子ビーム１９を試料基板９の移動方向と直交または交叉する向きに高速に一方向に走査することにより被検査領域の画像を取得する検査方法を用いるとよい。これにより、所定距離の一走査幅分の電子ビーム１９の取得時間は、所定距離をステージが移動する時間のみとすることができる。
【００５２】
図５は、検査セル２００を電子ビーム１９で走査する方向を示し、図５（ａ）において、図１に示したＹステージ３２がＹ方向に連続して定速移動している間、電子ビーム１９はＸ方向に走査される。実線で示した一方向のみ電子ビーム１９は走査され、破線で示した電子ビーム１９の振り戻しの間は、試料基板９に電子ビーム１９が照射されないようにブランキングする。これによって、試料基板９上に空間的，時間的に均一に電子ビーム１９を照射することができる。ブランキングは、ブランキング偏向器１３により電子ビーム１９を偏向して、絞り１４を通過しないようにする。
【００５３】
また、Ｙステージ３２のＹ方向への連続定速移動を考慮して、電子ビーム１９はＸ方向でなく、Ｙ方向にわずかに斜めに走査される。これによって、試料基板９の上での走査方向をＸ方向にすることができる。
【００５４】
図５（ｂ）には（ａ）と異なる走査の方法を示し、電子ビーム１９が等速度で往復走査する場合である。試料基板９はＹ方向に連続して定速移動し、電子ビーム
１９がＸ方向に一端から他端まで等速度で走査されると、試料基板９が電子ビームの走査幅の１ピッチ分だけＹ方向に送られ、次に電子ビーム１９がＸ方向と反対方向に元の端まで等速度で走査される。この方法の場合には、電子ビーム１９の振り戻し時間を省略することができる。
【００５５】
また、この場合も、電子ビーム１９はＸ方向でなく、Ｙ方向への連続移動速度を考慮して、わずかに斜めに走査される。
【００５６】
なお、電子ビーム１９が照射されている領域または位置は、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２に設置された位置モニタ用測長器３４による測定データが時々刻々と制御部６に送信されることにより、詳細に把握される。本実施例では、レーザ干渉計を採用している。同様に、電子ビーム１９が照射されている領域あるいは位置の高さの変動は、試料基板高さ測定器３５による測定データが時々刻々と制御部６に転送されることにより、詳細に把握される。これらのデータに基づき、電子ビーム１９の照射位置や焦点位置のずれを演算し、補正制御回路４３によりこれらのずれを自動的に補正する。
【００５７】
図４は、図５に示した試料基板９をＹ方向に連続的に定速で移動しながら、電子ビーム１９を移動方向と直交または交叉する向きに高速にＸ方向に走査する場合の例である。試料基板９が移動することに伴う電子ビーム１９の電子ビームの中心の移動方向２１０は図４に示すようになり、移動方向とは反対向きとなる。検査の高速化のため、試料基板９はできるだけ無駄な移動がなくなるようにジグザグ状に移動することになる。従って、図４中の上側の検査セル２００のモニタの画像５０７は、試料基板９がＹ軸の正方向移動、電子ビーム１９がその逆方向へ走査する場合（ラインピッチが負の状態）を示しており、下側のモニタの画像５０８，画像５０９は、試料基板９および電子ビーム１９とも全く反対の方向に移動，走査する場合を示している。この結果は、図２に示した第一の実施例の、ラインピッチが反転した場合と全く同じであるが、本実施例の場合は、ラインピッチの反転を試料基板９の移動方向からも検出できる。すなわち、図１に示した制御部６は試料基板９の移動方向も管理しており、その情報も加味すれば、より正確な判断が下せることになる。これにより、ユーザは検査を高速化できるばかりでなく、欠陥の位置や形，方向性などを正しくかつ容易に把握することができるようになり、検査作業の能率を著しく向上させることができる。
【００５８】
なお、第一の実施例，第二の実施例，第三の実施例とも、比較される２個の検査セルは、画素ピッチ，ラインピッチともにそれぞれ同じ方向であったが、本発明はこの条件に限定されるものではない。例えば、第三の実施例に示した試料基板９がジグザグ状に移動する場合、上端にある検査セルは上に、下端にある検査セルは下に隣り合う検査セルがないため、これらの検査セルの欠陥が判別できないことになる。したがって、上端にある検査セルは左右に隣接した上端同士，下端にある検査セルは左右に隣接した下端同士で、横方向で比較することによって欠陥が判別可能になるが、試料基板９の移動方向は他の検査セルの場合と異なることになる。このような場合にも本発明を適用して、モニタの画像の上下左右を変化させないようにするので、効率良く検査作業を進めることができる。
【００５９】
また、試料基板９の移動方向が異なる検査セル同士の比較では、得られる像の質に差がある場合がある。このことを利用して、試料基板９の移動方向情報を図１に示した画像処理部５に送り、欠陥の比較，判別に役立てることもできる。
【００６０】
なお、図１に示したＳＥＭ式外観検査装置１では、試料基板９のほぼ全面の検査の画像情報をすべて記憶することは、記憶容量が膨大に必要になるためあまり行われない。通常は、検査中に欠陥と認識された場所の画像のみを記憶しておき、検査終了後にその記憶された欠陥の位置を指定して、再度、試料基板９を電子ビーム１９で走査して画像を取得し、再確認する場合が多い。この場合は、場所が特定されており、検査時間が長くないため、試料基板９をその場所に移動させ、静止させた状態で、電子ビーム１９を二次元走査して画像を得る。このような場合には、本発明の第一の実施例および第二の実施例に示した方法でモニタの画像を表示させる。
【００６１】
試料基板９のほぼ全面の検査に先立ち、検査条件を指定するための試し検査が行われる。この場合には、本発明の第三の実施例に示した方法でモニタの画像を表示させる。試し検査は、数ストライプまたは１チップ分の画像を第一画像記憶部４６に一旦取り込み、取り込んだ画像に対して種々の検査パラメータを繰り返し変えて、画像をモニタしながら最適な検査パラメータを割り出す作業である。この試し検査はオフライン作業となるため、高速性はそれ程要求されないが、次の本検査と同じ検査方法を実施しなければならないため、第三の実施例と同じく試料基板９を往復移動させて検査する。試し検査の重要性は、例えば、試料基板９を上昇させる場合と降下させる場合とでＸステージ３１，Ｙステージ３２の移動機構の機械的特性が微妙に異なって速度差が発生し、検査結果に影響を与える可能性の排除にある。試料基板９の移動方向は重要な評価ファクタと言える。
【００６２】
また、検査パラメータとして、上記した試料基板９の移動の他、画素の横ずれ、画像の明るさ、画像フィルタの強弱などが挙げられる。これらの検査パラメータを適宜調整しながら、試料基板９の移動方向を変えて、取得画像を目視しながら、迅速に評価する。この場合に、試料基板９の移動方向によって表示画像が反転した場合、その補正が行われないと、ユーザは試し検査結果を誤認識する可能性がある。その結果、不適当な検査パラメータで長時間の本検査を行ってしまうことも考えられ、この誤認識による被害は甚大となる。本発明によれば、画像取得方向が変わっても、常に正立像を得ることができるので、上述のような被害を未然に防ぐことができるという大きな効果がある。
【００６３】
（実施例４）
図６に本発明の第四の実施例を示す。図６は、本発明の画像データ転送方式の第四の実施例を示し、試料基板９の上面図とモニタ５０に表示された画像の図である。試料基板９をＸ方向と逆方向に移動させながらＹ方向に電子ビーム１９を走査し、試料基板９の端部では試料基板９をＹ方向に１ストライプ移動させて、次のストライプを、先程とは逆のＸ方向に試料基板９を移動させながらＹ方向に電子ビーム１９を走査する。この方法は、前述の実施例とは９０度走査方向が回転しており、試料基板９の内部構造や特性により、Ｙ方向に電子ビームをあてた方が欠陥が検出し易い場合に実施する。
【００６４】
図６の上側のモニタの画像５１０は、ラインピッチ方向がＸの正方向であり、紙面に対して左側から右側へ電子ビーム１９による走査ラインが送られる場合を示している。しかし、画素データを順番にモニタ５０へ送ると、画像５１１に示すように、“５”の右回り９０度回転像が表示されてしまう。この場合は、図１に示した制御部６では、この画素ピッチ，ラインピッチの状況を把握しているため、画素ピッチ降順毎にラインピッチ昇順でデータを送信させることにより、モニタの画像５１０では“５”の正立像を得ることができる。
【００６５】
図６の下側の画像は、ラインピッチがＸの負方向の場合であり、画素データを順番にモニタ５０へ送ると、モニタの画像５１２に示すような上下左右の反転像になってしまう。これも画素ピッチ降順毎にラインピッチ降順でデータを転送させることにより、モニタの画像５１３では“５”の正立像を得ることができる。このように、本発明によれば、試料基板９の移動方向、電子ビーム１９の走査の方向にかかわらず、モニタ５０に正立像を常に表示させることができるので、ユーザは欠陥の位置や形，方向性などを正しくかつ容易に把握することができるようになり、検査作業の能率を著しく向上させることができる。
【００６６】
また本実施例の内容は、第一または第二の実施例のように、試料基板９が静止した状態における電子ビーム１９の二次元走査にもあてはめることができる。すなわち、第三の実施例にも記述したように、欠陥と認識された場所を二次元走査で再確認する場合、Ｙ方向に高速走査しながらＸ方向に低速走査する時など、本実施例を実施すれば見易い正立像を得ることができる。なお、この際は、試料基板９をＸ方向に連続的に移動させて検査した場合でも、欠陥確認時には、本実施例ではなく第一または第二の実施例のように、Ｘ方向に高速走査，Ｙ方向に低速走査の二次元走査を用いてもよい。
【００６７】
本発明によって得られる効果を以下に示す。
【００６８】
（１）光学画像とは異なり画素情報を一つずつ順番に検出してゆく電子ビーム画像は、取得する方向によってはモニタに反転して表示される可能性があり、ユーザは、欠陥の位置や形，方向性などを誤認識する恐れがあった。本発明によれば、如何なる条件においても常に正立像を表示することができ、視認性，正確性に優れた検査装置，検査方法を提供することができる。
【００６９】
（２）本発明による検査装置を半導体製造プロセスへ適用することにより、異常発生を迅速に且つ正確に検知することができるので、多量の不良発生を未然に防止することができる。さらにその結果、不良の発生そのものを低減させることができるので、半導体装置等の信頼性を高めることができ、新製品等の開発効率が向上し、且つ製造コストが削減できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学画像では検出困難な欠陥を電子ビーム画像を用いて高精度に検出できると同時に、その際問題となる検査の高速性及び検査画面の視認性や正確性に優れた走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＥＭ式外観検査装置の装置構成を示す縦断面図。
【図２】本発明の画像データ転送方式の第一の実施例を示し、試料基板の上面図とモニタに表示された画像の図。
【図３】本発明の画像データ転送方式の第二の実施例を示し、試料基板の上面図とモニタに表示された画像の図。
【図４】本発明の画像データ転送方式の第三の実施例を示し、試料基板の上面図とモニタに表示された画像の図。
【図５】検査セルを電子ビームで走査する方向を示す上面図。
【図６】本発明の画像データ転送方式の第四の実施例を示し、試料基板の上面図とモニタに表示された画像の図。
【符号の説明】
１…ＳＥＭ式外観検査装置、３…電子光学系機構、５…画像処理部、６…制御部、７…二次電子検出部、９…試料基板、１９…電子ビーム、２０…二次電子検出器、４３…補正制御回路、４６…第一画像記憶部、４７…第二画像記憶部、
４９…欠陥判定部、５０…モニタ、５１…二次電子、５２…第二の二次電子、
２００…検査セル。
【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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