(57)【要約】【課題】広い領域を短時間で検査できることができるパターン検査方法及びパターン検査装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係るパターン検査方法は、検査対象のパターンに電子線を照射して、第１の条件によって第１の画像を取得する工程と、前記パターンに前記電子線を照射して、前記第１の条件とは異なる第２の条件によって第２の画像を取得する工程と、前記第１の画像と、前記第２の画像と、を比較することにより、前記パターンの欠陥の有無を判定する工程と、を備える。【選択図】図１
2014232082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象のパターンに電子線を照射して、第１の条件によって第１の画像を取得する工程と、
前記パターンに前記電子線を照射して、前記第１の条件とは異なる第２の条件によって第２の画像を取得する工程と、
前記第１の画像と、前記第２の画像と、を比較することにより、前記パターンの欠陥の有無を判定する工程と、
を備え、
前記第１の条件は、前記電子線に加える第１の収差を含み、
前記第２の条件は、前記電子線に加える第２の収差を含み、
前記第１の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含み、
前記第２の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含むパターン検査方法。
【請求項２】
検査対象のパターンに電子線を照射して、第１の条件によって第１の画像を取得する工程と、
前記パターンに前記電子線を照射して、前記第１の条件とは異なる第２の条件によって第２の画像を取得する工程と、
前記第１の画像と、前記第２の画像と、を比較することにより、前記パターンの欠陥の有無を判定する工程と、
を備えたパターン検査方法。
【請求項３】
前記第１の条件は、前記電子線に加える第１の収差を含み、
前記第２の条件は、前記電子線に加える第２の収差を含む請求項２記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記第１の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含み、
前記第２の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含む請求項３記載のパターン検査方法。
【請求項５】
電子を放出する電子源と、
前記電子による電子線を収束させる収束部と、
検査対象のパターンが設けられた試料を載置するステージと、
前記パターンに照射された前記電子線に基づく信号を取得する画像取得部と、
前記電子源、前記収束部及び前記ステージを制御する制御部と、
前記画像取得部で取得した前記信号に基づく画像から前記パターンの欠陥の有無を判定する判定部と、
を備え、
前記制御部は、
第１の条件によって第１の画像を取得する制御、及び前記第１の条件とは異なる第２の条件によって第２の画像を取得する制御を行い、
前記判定部は、
前記第１の画像と、前記第２の画像と、を比較することにより、前記パターンの欠陥の有無を判定するパターン検査装置。
【請求項６】
前記第１の条件は、前記電子線に加える第１の収差を含み、
前記第２の条件は、前記電子線に加える第２の収差を含む請求項５記載のパターン検査装置。
【請求項７】
前記第１の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含み、
前記第２の収差は、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差及び色収差の少なくとも１つを含む請求項６記載のパターン検査装置。
【請求項８】
前記第１の条件は、前記電子線の第１の焦点距離を含み、
前記第２の条件は、前記電子線の第２の焦点距離を含む請求項５〜７のいずれか１つに記載のパターン検査装置。
【請求項９】
前記第１の条件は、前記電子線の前記パターン上での第１のスポット径を含み、
前記第２の条件は、前記電子線の前記パターン上での第２のスポット径を含む請求項５〜７のいずれか１つに記載のパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン検査方法及びパターン検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ等に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン検査方法には、紫外線光や遠紫外線光を用いた方法が挙げられる。このパターン検査方法では、検査対象のパターンに紫外線光や遠紫外線光を照射し、その反射光を取り込んで得た画像から欠陥を判定する。パターンの微細化に伴い、走査型電子顕微鏡など電子線を用いたパターン検査方法も考えられる。しかし、電子線を用いたパターン検査方法において広い範囲で検査を行うには多くの時間が必要になる。パターン検査方法及びパターン検査装置においては、広い領域を短時間で検査できることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、広い領域を短時間で検査できることができるパターン検査方法及びパターン検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るパターン検査方法は、検査対象のパターンに電子線を照射して、第１の条件によって第１の画像を取得する工程と、前記パターンに前記電子線を照射して、前記第１の条件とは異なる第２の条件によって第２の画像を取得する工程と、前記第１の画像と、前記第２の画像と、を比較することにより、前記パターンの欠陥の有無を判定する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るパターン検査方法を例示するフローチャートである。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、検査対象のパターンの一例を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の画像の具体例を示す模式的平面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の一部を拡大した模式的平面図である。
【図５】図５は、画像の信号を例示する図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の画像の具体例を示す模式的平面図である。
【図７】図７は、２値画像の具体例を示す模式的平面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、画像の例を示す模式図である。
【図９】図９は、電子の運動を例示する模式図である。
【図１０】図１０は、球面収差について例示する模式図である。
【図１１】図１１は、コマ収差について例示する模式図である。
【図１２】図１２は、非点収差について例示する模式図である。
【図１３】図１３は、像面湾曲収差について例示する模式図である。
【図１４】図１４は、歪曲収差について例示する模式図である。
【図１５】図１５は、色収差について例示する模式図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態に係るパターン検査装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパターン検査方法を例示するフローチャートである。
図１に表したように、本実施形態に係るパターン検査方法は、第１の画像の取得（ステップＳ１０１）と、第２の画像の取得（ステップＳ１０２）と、欠陥の有無の判定（ステップＳ１０３）と、を備える。
【０００９】
本実施形態に係るパターン検査方法は、検査対象のパターンに電子線を照射して得られた画像に基づきパターンの欠陥の有無を判定する方法である。具体的には、本実施形態に係るパターン検査方法は、例えば走査型電子顕微鏡を用いてパターンの画像を取得し、取得した画像からパターンの欠陥の有無を判定する。
【００１０】
ステップＳ１０１に表した第１の画像の取得では、検査対象のパターンに電子線を照射して、第１の条件によって第１の画像を取得する。走査型電子顕微鏡を用いる場合、第１の画像は、検査対象のパターンから放出される２次電子に基づく画像を含む。
【００１１】
第１の条件は、電子線の第１の焦点距離、電子線のパターン上での第１のスポット径及び電子線に加える第１の収差の少なくともいずれかを含む。
【００１２】
ステップＳ１０２に表した第２の画像の取得では、検査対象のパターンに電子線を照射して、第２の条件によって第２の画像を取得する。走査型電子顕微鏡を用いる場合、第２の画像は、検査対象のパターンから放出される２次電子に基づく画像を含む。
【００１３】
第２の条件は、電子線の第２の焦点距離、電子線のパターン上での第２のスポット径及び電子線に加える第２の収差の少なくともいずれかを含む。第２の条件は、第１の条件とは異なる。すなわち、第２の画像は、第１の画像を取得した第１の条件とは異なる条件（第２の条件）によって取得した画像である。
【００１４】
ステップＳ１０３に表した欠陥の有無の判定では、ステップＳ１０１で取得した第１の画像と、ステップＳ１０２で取得した第２の画像とを比較することにより、パターンの欠陥の有無を判定する。例えば、第１の画像の信号と第２の画像の信号との差分を演算し、その演算結果に基づきパターンの欠陥の有無及び欠陥の箇所を求める。
【００１５】
走査型電子顕微鏡によって取得した画像からパターンの欠陥の有無を判定する場合、最も精細な画像を取得するように電子線の照射条件などの撮像のための条件を設定する。電子線を用いることで、十数ナノメートル程度の微細なパターンの画像が得られる。その一方、広範囲を検査対象とした場合には画像の取り込み及び判定に多くの時間を要する。
【００１６】
本実施形態では、第１の条件で取得した第１の画像と、第２の条件で取得した第２の画像とを比較することで、欠陥の判定にかかる時間を短縮する。これにより、本実施形態では、短時間で広範囲のパターン検査が行われる。
【００１７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、検査対象のパターンの一例を示す模式図である。
図２（ａ）には、検査対象のパターンの模式的平面図が表される。図２（ｂ）には、検査対象のパターンの模式的断面図が表される。図２（ｂ）では、図２（ａ）に示すパターンの一部を拡大した模式的な断面図が表される。
【００１８】
図２（ａ）及び（ｂ）に表したように、検査対象のパターンは、例えば、凹部ｈを覆う膜ｆのパターンである。凹部ｈは、基板Ｓに設けられる。凹部ｈの内径は、例えば２５ナノメートル（ｎｍ）である。膜ｆの材料は、例えば樹脂である。膜ｆは、基板Ｓの表面及び凹部ｈの内面を覆うように形成される。
【００１９】
図２（ａ）に表したように、例えば、凹部ｈは基板Ｓに複数設けられる。複数の凹部ｈは、例えば縦横にレイアウトされる。図２（ｂ）に表したように、膜ｆは、凹部ｈの内面に沿って形成される。
【００２０】
ここで、図２（ｂ）に表した２つの凹部ｈのうちの１つである凹部ｈ１においては、膜ｆが凹部ｈ１の内面に沿って形成される。一方、図２（ｂ）に表した２つの凹部ｈのうちの他の１つである凹部ｈ２においては、凹部ｈ１に比べて膜ｆの厚さが厚くなっている。凹部ｈの内面を覆う膜ｆの厚さにはばらつきが発生する。この膜ｆの厚さが規定の範囲内であれば良、規定内でなければ不良となる。
【００２１】
図２（ｂ）に表したパターンの良、不良の状態は一例である。本実施形態では、このような膜ｆの厚さのほか、凹部ｈの径、凹部ｈの有無など、各種のパターンの状態が検査対象になる。
【００２２】
次に、本実施形態に係るパターン検査方法の第１の具体例について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の画像の具体例を示す模式的平面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の一部を拡大した模式的平面図である。
図３（ａ）〜図４（ｂ）には、図２（ａ）及び（ｂ）に表したパターンの画像の例が表される。
【００２３】
先ず、第１の条件によって図３（ａ）に表したような第１の画像Ｇ１を取得する。第１の条件は、例えば精細に画像を取得できる条件（加速電圧、ビームスポット、ビーム形状、焦点距離など）である。図３（ａ）に表した第１の画像Ｇ１では、凹部ｈの内面に設けられた膜ｆの部分が他の部分に比べて白く映し出されている。また、凹部ｈの底の部分は、膜ｆの部分に比べて黒く映し出される。すなわち、第１の画像Ｇ１において、膜ｆはリング状に現れる。
【００２４】
次に、第２の条件によって図３（ｂ）に表したような第２の画像Ｇ２を取得する。第２の条件は、第１の条件に含まれる第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を含む。したがって、図３（ｂ）に表した第２の画像Ｇ２では、膜ｆのリング状の像の鮮明度が、第１の画像Ｇ１に比べて低くなっている。
【００２５】
ここで、図３（ａ）に表したＡ１部分及び図３（ｂ）に表したＡ２部分に示す凹部ｈ１１の画像に着目する。図４（ａ）には、凹部ｈ１１を含む第１の画像Ｇ１の拡大画像が表される。図４（ａ）に表したように、第１の画像Ｇ１においては、凹部ｈ１１の膜ｆの画像がリング状に現れる。また、凹部ｈ１１の周辺の凹部ｈ１０及びｈ１２の膜ｆの画像もリング状に現れる。
【００２６】
図４（ｂ）には、凹部ｈ１１を含む第２の画像Ｇ２の拡大画像が表される。図４（ｂ）に表した第２の画像Ｇ２では、図４（ａ）に表した第１の画像Ｇ１に比べて凹部ｈ１０、ｈ１１及びｈ１２の中心部分の明るさが明るくなっている。一方、膜ｆの画像は暗くなる。
【００２７】
ここで、図４（ｂ）に表したように、第２の画像Ｇ２においては、凹部ｈ１１の膜ｆの画像がリング状ではなく円形状に現れる。一方、凹部ｈ１１の周辺の凹部ｈ１０及びｈ１２の膜ｆの画像はリング状に現れる。すなわち、第１の焦点距離によって取得した第１の画像Ｇ１と、第２の焦点距離によって取得した第２の画像Ｇ２とでは、凹部ｈ１１の画像に明確な差が現れる。
【００２８】
本実施形態では、第１の画像Ｇ１と第２の画像Ｇ２とを比較することによって、画像に明確な差が現れた部分を欠陥であると判定する。
【００２９】
図５は、画像の信号を例示する図である。
図５には、第１の信号波形Ｓ１及び第２の信号波形Ｓ２が表される。第１の信号波形Ｓ１は、図４（ａ）に示すＬ１−Ｌ１線での第１の画像Ｇ１の信号レベルを表している。第２の信号波形Ｓ２は、図４（ｂ）に示すＬ２−Ｌ２線での第２の画像Ｇ２の信号レベルを表している。図５に示す横軸は位置、縦軸は信号レベル（グレースケール強度の相対値）を表す。
【００３０】
第１の信号波形Ｓ１では、信号レベルの高低差が第２の信号波形Ｓ２よりも大きい。本実施形態では、例えば第１の信号波形Ｓ１の変化から、凹部ｈ１０、ｈ１１及びｈ１２の位置を検出する。そして、第１の信号波形Ｓ１と第２の信号波形Ｓ２との信号レベルや信号レベルの変化からパターンの欠陥の有無を判定する。
【００３１】
具体的には、先ず、第１の信号波形Ｓ１から凹部ｈ１０、ｈ１１及びｈ１２の位置と、各凹部ｈ１０、ｈ１１及びｈ１２の信号ボトムの位置ｂ１０、ｂ１１及びｂ１２を検出する。次に、信号ボトムの位置ｂ１０、ｂ１１及びｂ１２における第２の信号波形Ｓ２の信号レベル及び第１の信号波形Ｓ１と第２の信号波形Ｓ２との差を求める。
【００３２】
そして、信号ボトムの位置ｂ１０、ｂ１１及びｂ１２における第２の信号波形Ｓ２の信号レベルや第１の信号波形Ｓ１と第２の信号波形Ｓ２との差が予め設定された閾値を超えているか否かを判断する。この判断に基づき、パターンに欠陥があるか否かを判定する。
【００３３】
例えば、図５に表した例では、信号ボトムの位置ｂ１０、ｂ１１及びｂ１２における第２の信号波形Ｓ２の信号レベルが予め設定された閾値（例えば、１００）を超えているか否かを判断する。信号ボトムの位置ｂ１０、ｂ１１及びｂ１２においては、位置ｂ１１での信号レベルが閾値を超えている。位置ｂ１０及びｂ１２では、信号レベルが閾値を超えていない。したがって、位置ｂ１１に対応した凹部ｈ１１のパターンが欠陥であると判定する。
【００３４】
上記のような信号レベルでの欠陥の判定は一例のみならず、第１の信号波形Ｓ１の信号レベルと第２の信号波形Ｓ２の信号レベルとの差など、他の判定方法を用いてもよい。
【００３５】
本実施形態に係るパターン検査方法では、条件の異なる２つの画像を比較してパターンの欠陥の有無を判定するため、第１の画像Ｇ１のみからパターンの欠陥を判定する場合に比べてパターンの欠陥の判定が容易になる。したがって、短時間でパターンの欠陥を判定できるようになる。
【００３６】
本実施形態に係るパターン検査方法において、第２の画像Ｇ２の情報量は第１の画像Ｇ１の情報量よりも少ないことが望ましい。第２の画像Ｇ２の情報量を第１の画像Ｇ１の情報量よりも少なくすることで、画像の信号からパターンの欠陥を判定する処理が容易になる。
【００３７】
次に、本実施形態に係るパターン検査方法の第２の具体例について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）は、第１の画像及び第２の画像の具体例を示す模式的平面図である。
図６（ａ）及び（ｂ）には、図２（ａ）及び（ｂ）に表したパターンの画像の例が表される。
【００３８】
先ず、第１の条件によって図６（ａ）に表したような第１の画像Ｇ１１を取得する。第１の条件は、例えば精細に画像を取得できる条件（加速電圧、ビームスポット、ビーム形状、焦点距離など）である。図３（ａ）に表した第１の画像Ｇ１では、凹部ｈの内面に設けられた膜ｆの部分が他の部分に比べて白く映し出されている。また、凹部ｈの底の部分は、膜ｆの部分に比べて黒く映し出される。すなわち、第１の画像Ｇ１において、膜ｆはリング状に現れる。ここで、第１の画像Ｇ１１には、凹部ｈが形成されていない部分ｎｐの画像も映し出されている。
【００３９】
次に、第２の条件によって図６（ｂ）に表したような第２の画像Ｇ２１を取得する。第２の条件は、第１の画像Ｇ１の画像に比べて凹部ｈの画像が一方向に延びる条件を含む。例えば、第２の条件は、第１の条件に比べて電子線に非点収差を強く加えた条件を含む。これにより、第２の画像Ｇ２１では、一方向に並ぶ複数の凹部ｈの画像が一方向にライン状になって現れる。つまり、画像が一方向に延びるような非点収差を加えることで、一方向に隣り合う複数の凹部ｈの画像が連結してライン状に現れる。
【００４０】
ここで、第２の画像Ｇ２１において、凹部ｈが形成されていない部分ｎｐの画像は、一方向に延びる凹部ｈの画像とは連結しない。本実施形態に係るパターン検査方法では、このような第２の画像Ｇ２１に基づき、ライン状の画像が途切れている部分をパターンの欠陥がある箇所であると判定する。
【００４１】
第２の画像Ｇ２１からパターンの欠陥の有無を判定するには、例えば、第２の画像Ｇ２１のライン状の画像が延びる方向（第１方向Ｄ１）と直交する方向の検出ラインＳＬ上の信号レベルを検出する。そして、検出ラインＳＬを第１方向Ｄ１に走査して、検出した信号レベルの低下する箇所があれば、その箇所がパターンの欠陥のある箇所であると判定する。
【００４２】
図７は、２値画像の具体例を示す模式的平面図である。
第２の具体例では、図７に表したように、第２の画像Ｇ２１を所定の閾値によって２値化された画像Ｇ２２を用いてもよい。パターンの欠陥の有無を判定するには、２値化された画像Ｇ２２の検出ラインＳＬ上の信号レベルを検出する。そして、検出ラインＳＬを第１方向Ｄ１に走査して、信号レベルの変化を読み取る。２値化された画像Ｇ２２を用いることで、画像Ｇ２１を用いる場合に比べて信号レベルの変化が大きくなる。したがって、欠陥の有無が容易に判定される。
【００４３】
次に、本実施形態に係るパターン検査方法の第３の具体例について説明する。
図８（ａ）〜（ｃ）は、画像の例を示す模式図である。
図８（ａ）には、ホールパターンの画像Ｇ３１が表される。図８（ｂ）には、ホールパターンの画像Ｇ３２ａが表される。図８（ｃ）には、ホールパターンの画像Ｇ３２ｂが表される。
【００４４】
図８（ａ）に表した画像Ｇ３１は、第１の条件によって取得した第１の画像である。画像Ｇ３１には、複数のホールパターンｈｐの画像が現れている。複数のホールパターンｈｐは、縦横に配置される。複数のホールパターンｈｐのうちの１つであるホールパターンｈｐ１は欠陥を含む。
【００４５】
図８（ｂ）に表した画像Ｇ３２ａは、第２の条件（その１）によって取得した第２の画像である。第２の条件（その１）は、第１の条件に比べて電子線に非点収差を強く加えた条件を含む。図８（ｂ）に表した例では、第２の条件（その１）として、ホールパターンｈｐの画像が一方向に延びるような非点収差を加えている。
【００４６】
図８（ｃ）に表した画像Ｇ３２ｂは、第２の条件（その２）によって取得した第２の画像である。第２の条件（その２）は、第１の条件に比べて電子線に球面収差を加えた条件を含む。図８（ｃ）に表した例では、第２の条件（その２）として、ホールパターンｈｐの画像が斜め方向に膨らむように延びるような球面収差を加えている。
【００４７】
第３の具体例では、画像Ｇ３１、Ｇ３２ａ及びＧ３２ｂの少なくとも２つを用いてパターンの欠陥の有無を判定する。例えば、画像Ｇ３１だけでは欠陥の有無を判定しにくい場合、画像Ｇ３２ａや画像Ｇ３２ｂを用いることで欠陥の箇所が強調されて、容易に判定できるようになる。
【００４８】
本実施形態に係るパターン検査方法では、第１の条件及び第２の条件として、電子線に加える収差、電子線の焦点距離、照射する電子の放出エネルギー（加速電圧等）、電子線の収束位置と試料（検査対象のパターン）との位置関係などの調整により、画像を取得する条件を変更する。電子線に加える収差、電子線の焦点距離は、電子線を収束させる電磁レンズの調整によって行われる。そして、異なる条件で取得した画像に基づき、パターンの欠陥の有無を短時間で判定する。
【００４９】
ここで、検査対象のパターンに照射する電子の動きについて説明する。
図９は、電子の運動を例示する模式図である。
図９には、物面ＯＳから像面ＩＳに向かう電子ｅ−の動きが模式的に表される。真空中の電子ｅ−の動きは、数１に表した運動方程式によって求められる。
【００５０】
【数１】
2014232082.tif 000003
【００５１】
数１において、ｍは電子ｅ−の質量、ｅは素電荷、Ｅは電界、Ｂは磁界、ｒは電子ｅ−の座標、ｖは電子ｅ−の速度を表す。
【００５２】
電磁レンズの光軸ｃを中心とした物面ＯＳでの電子ｅ−の位置Ｕｏは、Ｕｏ＝Ｘｏ＋ｊＹｏ、像面ＩＳでの電子ｅ−の位置は、Ｕｉは、Ｕｉ＝Ｘｉ＋ｊＹｉである。ここで、電子ｅ−の動きは、電磁レンズの光軸ｃを中心とした回転対称系であるとする。光軸ｃに直交する面に沿った２軸をＸ及びＹとする。Ｘｏは、物面ＯＳに沿ったＸ軸上の位置、Ｙｏは物面ＯＳに沿ったＹ軸上の位置である。Ｘｉは、像面ＩＳに沿ったＸ軸上の位置、Ｙｉは、像面ＩＳに沿ったＹ軸上の位置である。また、電磁レンズにより発生する磁界の時間変動はないものとする。この場合、物面ＯＳから像面ＩＳまでの電子ｅ−の軌道は、冪展開多項式で表される。この冪展開多項式では、１次項によって完全結像軌道（近軸起動）が表され、３次項によって幾何収差が表される（数２参照）。
【００５３】
【数２】
2014232082.tif 000004
【００５４】
図１０は、球面収差について例示する模式図である。
図１０に表した球面収差は、数２に表した係数Ａによって表される。球面収差は、図９に表した物面ＯＳの電子ｅ−の位置Ｕｏに依存しない（原点から放出された）成分である。
【００５５】
図１１は、コマ収差について例示する模式図である。
図１１に表したコマ収差は、数２に表した係数Ｂ及びＣによって表される。コマ収差は、図９に表した物面ＯＳの電子ｅ−の位置Ｕｏの１次成分に依存する成分である。
【００５６】
図１２は、非点収差について例示する模式図である。
図１２に表した非点収差は、数２に表した係数Ｄ及びＥによって表される。非点収差は、図９に表した物面ＯＳの電子ｅ−の位置Ｕｏの２次成分に依存する成分である。非点収差では、電子ｅ−の放出方向によって焦点位置が異なる（非点隔離ｄｆ）。
【００５７】
図１３は、像面湾曲収差について例示する模式図である。
図１３に表した像面湾曲収差は、数２に表した係数Ｄ及びＥによって表される。像面湾曲収差は、図９に表した物面ＯＳの電子ｅ−の位置Ｕｏの２次成分に依存する成分である。像面湾曲収差では、電子ｅ−の焦点面が湾曲する。
【００５８】
図１４は、歪曲収差について例示する模式図である。
図１４に表した歪曲収差は、数２に表した係数Ｆによって表される。歪曲収差は、図９に表した像面ＩＳの電子ｅ−の位置Ｕｉに依存しない成分である。歪曲収差では、像面ＩＳでの電子ｅ−の像に歪みが発生する。
【００５９】
図１５は、色収差について例示する模式図である。
図１５に表した色収差では、電子ｅ−の電磁レンズへの入射エネルギーの違いによって焦点位置がずれる。図１５に表した例では、電子ｅ−（Ｅ１）の入射エネルギーは、電子ｅ−（Ｅ２）の入射エネルギーよりも高い。電子ｅ−（Ｅ２）の入射エネルギーは、電子ｅ−（Ｅ３）の入射エネルギーよりも高い。焦点位置は、入射エネルギーが高いほど物面ＯＳから離れた位置になる。
【００６０】
本実施形態に係るパターン検査方法では、数２に表した３次項の係数に基づく幾何収差を電磁レンズの調整によって意図的に発生させる。また、本実施形態に係るパターン検査方法では、電子の電磁レンズへの入射エネルギーを調整することで、意図的に色収差を発生させる。これにより、第１の条件での第１の画像と、第２の条件での第２の画像とを取得し、第１の画像と第２の画像との比較に基づきパターンの欠陥の有無を判定する。
【００６１】
本実施形態によれば、電磁レンズの調整や電子のエネルギーの調整によってパターンの欠陥を見つけやすい画像を取得して、短時間でパターンの欠陥の有無を判定できるようになる。また、条件の異なる２つの画像を取得して、両画像の比較によってパターンの欠陥を判定するため、画像に対する複雑な信号処理を必要としない。本実施形態では、微細なパターンについても広い領域で短時間で欠陥検査を行うことができるようになる。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図１６は、第２の実施形態に係るパターン検査装置を例示する模式図である。
図１６に表したように、パターン検査装置１１０は、電子源である電子銃１０と、収束部２０と、ステージ３０と、画像取得部である検出器４０と、制御部６０と、判定部７０と、を備える。
【００６３】
電子銃１０は、電子を放出する。収束部２０は、電子による電子線を収束させる。収束部２０は、電磁レンズを含む。電磁レンズは、例えばコンデンサレンズ２１と、対物レンズ２２とを含む。コンデンサレンズ２１は、電子銃１０から放出された電子による電子線を絞る電磁レンズである。対物レンズ２２は、コンデンサレンズ２１によって絞られた電子線を所定の位置に結像させる電磁レンズである。
【００６４】
ステージ３０は、検査対象のパターンが設けられた試料（例えば、基板Ｓ）を載置する台である。ステージ３０は、試料の載置面に沿って２軸方向に移動可能である。また、ステージ３０は、試料の載置面と直交する方向に移動可能である。
【００６５】
検出器４０は、パターンに照射された電子線に基づく信号を取得する。例えば、検出器４０は、パターンに照射された電子線によってパターンから放出される２次電子ｅ２を検出する。
【００６６】
制御部６０は、電子銃１０、収束部２０及びステージ３０を制御する。例えば、制御部６０は、電子銃１０に印加する加速電圧を制御して、電子の加速を制御する。また、制御部６０は、収束部２０の電磁レンズに印加する電圧を制御して、収差や電子線の焦点距離を制御する。また、制御部６０は、ステージ３０の位置を制御する。
【００６７】
判定部７０は、検出器４０で検出した信号に基づく画像からパターンの欠陥の有無を判定する。
【００６８】
パターン検査装置１１０は、走査コイル２３を備える。対物レンズ２２を通過した電子線は、走査コイル２３によって試料の上に走査させる。電子線を試料の面上に走査することで、２次元の画像が得られる。
【００６９】
パターン検査装置１１０は、表示部５０を備えていてもよい。表示部５０は、検出器４０で検出した信号に基づく画像を表示する。また、表示部５０は、判定部７０が判定したパターンの欠陥の有無の結果を表示してもよい。
【００７０】
本実施形態に係るパターン検査装置１１０では、制御部６０の制御によって、第１の条件によって第１の画像を取得し、第２の条件によって第２の画像を取得する。すなわち、制御部６０は、電子銃１０、収束部２０、ステージ３０などを制御して、ステージ３０上のパターンに電子線を照射し、第１の条件によって第１の画像を取得する。第１の条件は、電子線の第１の焦点距離、電子線のパターン上での第１のスポット径及び電子線に加える第１の収差の少なくともいずれかを含む。
【００７１】
また、制御部６０は、電子銃１０、収束部２０、ステージ３０などを制御して、ステージ３０上のパターンに電子線を照射し、第２の条件によって第２の画像を取得する。第２の条件は、第１の条件とは異なる。第２の条件は、電子線の第２の焦点距離、電子線のパターン上での第２のスポット径及び電子線に加える第２の収差の少なくともいずれかを含む。
【００７２】
判定部７０は、第１の画像と、第２の画像とを比較することにより、パターンの欠陥の有無を判定する。すなわち、制御部６０の制御によって取得した第１の画像と、第２の画像とを比較して、パターンの欠陥の有無を判定する。例えば、第１の画像の信号と第２の画像の信号との差分を演算し、その演算結果に基づきパターンの欠陥の有無及び欠陥の箇所を求める。
【００７３】
パターン検査装置１１０は、先に説明したパターン検査方法を実行する。例えば、第１の条件及び第２の条件として、電子線に加える収差、電子線の焦点距離、照射する電子の放出エネルギー（加速電圧等）、電子線の収束位置と試料（検査対象のパターン）との位置関係などの調整により、画像を取得する条件を変更する。
【００７４】
制御部６０は、電子線に収差を与える場合、収束部２０を制御する。例えば、球面収差を与える場合、制御部６０は、コンデンサレンズ２１及び対物レンズ２２の少なくともいずれかに与える電圧を制御する。
【００７５】
コマ収差を与える場合、制御部６０は、例えば、対物レンズ２２に与える電圧を制御する。非点収差を与える場合、制御部６０は、例えば、対物レンズ２２に与える電圧を制御する。像面湾曲収差を与える場合、制御部６０は、例えば、対物レンズ２２に与える電圧を制御する。歪曲収差を与える場合、制御部６０は、例えば、対物レンズ２２に与える電圧を制御する。色収差を与える場合、制御部６０は、例えば、コンデンサレンズ２１に与える電圧を制御する。
【００７６】
パターン検査装置１１０では、第１の条件で取得した第１の画像と、第２の条件で取得した第２の画像とを比較することで、欠陥の判定にかかる時間を短縮する。これにより、本実施形態では、短時間で広範囲のパターン検査が行われる。また、パターン検査装置１１０では、収束部２０の電磁レンズに与える電圧によって収差を調整するため、所望の収差を容易に得ることができる。
【００７７】
以上説明したように、実施形態に係るパターン検査方法及びパターン検査装置によれば、広い領域を短時間で検査できることができる。
【００７８】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、第１の画像と、第２の画像とを取得して、両画像の比較によってパターンの欠陥の有無を判定したが、３つ以上の画像を取得して、これらの画像のうち少なくとも２つを比較することでパターンの欠陥の有無を判定してもよい。また、条件の異なる複数の画像を所定の時間間隔で連続的に取得し、これらの画像のうち少なくとも２つを比較することでパターンの欠陥の有無を判定してもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００７９】
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。
【符号の説明】
【００８０】
１０…電子銃、２０…収束部、２１…コンデンサレンズ、２２…対物レンズ、２３…走査コイル、３０…ステージ、４０…検出器、５０…表示部、６０…制御部、７０…判定部、１１０…パターン検査装置、Ｓ…基板、Ｓ１…第１の信号波形、Ｓ２…第２の信号波形、ｆ…膜、ｈ，ｈ１，ｈ２，ｈ１０，ｈ１１，ｈ１２…凹部、ｈｐ，ｈｐ１…ホールパターン
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１６】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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