(57)【要約】  ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度を、定量的に評価し、性能保証する必要がある。偶発的に形成された欠陥では、その大きさ、位置ともにランダムであり、そのような定量的評価は困難であった。  検査装置の欠陥検出感度を評価するための評価用半導体基板１０１は、複数の第１の圧痕１０４を有し、第１の圧痕は、所定の硬度及び形状を有する圧子を評価用半導体基板に第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成する。また、評価用半導体基板の複数の第１の圧痕について、ミラー電子像を取得し、取得したミラー電子像における複数の第１の圧痕の欠陥検出率を算出することにより、検査装置の欠陥検出感度を評価する。
2019087229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度を評価するための評価用半導体基板であって、
前記評価用半導体基板に設けられた複数の第１の圧痕を有し、
前記第１の圧痕は、所定の硬度及び形状を有する圧子を前記評価用半導体基板に第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕である評価用半導体基板。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の押し込み荷重は、前記第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストが前記検査装置の検出限界となるように設定されている評価用半導体基板。
【請求項３】
請求項２において、
前記評価用半導体基板に設けられた複数の第２の圧痕を有し、
前記第２の圧痕は、前記圧子を前記評価用半導体基板に前記第１の押し込み荷重よりも大きな第２の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕である評価用半導体基板。
【請求項４】
請求項３において、
前記評価用半導体基板に前記検査装置の光学顕微鏡モードで観察可能な第３の圧痕またはマークを有し、
前記第３の圧痕は、前記圧子を前記評価用半導体基板に前記第１及び第２の押し込み荷重よりも大きな第３の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕である評価用半導体基板。
【請求項５】
請求項１において、
前記評価用半導体基板の材料は前記半導体基板の材料に等しく、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｇａ２Ｏ３またはダイヤモンドのいずれかである評価用半導体基板。
【請求項６】
請求項５において、
前記評価用半導体基板はバルクウェハである評価用半導体基板。
【請求項７】
ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度を評価するための評価用半導体基板であって、
前記評価用半導体基板の表面に設けられた複数の第１のパターンを有し、
前記第１のパターンの幅は、前記第１のパターンの前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさが、前記評価用半導体基板と同じ材料のウェハに形成された第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさと同じになるように設定され、
前記第１の圧痕は、所定の硬度及び形状を有する圧子を前記ウェハに第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕であり、
前記第１の押し込み荷重は、前記第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストが前記検査装置の検出限界となるように設定されている評価用半導体基板。
【請求項８】
請求項７において、
前記評価用半導体基板の表面に設けられた複数の第２のパターンを有し、
前記第２のパターンの幅は、前記第２のパターンの前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさが、前記ウェハに形成された第２の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさと同じになるように設定され、
前記第２の圧痕は、前記圧子を前記ウェハに前記第１の押し込み荷重よりも大きい第２の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕である評価用半導体基板。
【請求項９】
請求項７において、
前記評価用半導体基板の材料は前記半導体基板の材料に等しく、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｇａ２Ｏ３またはダイヤモンドのいずれかである評価用半導体基板。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第１のパターンは前記評価用半導体基板上に形成された金属層である評価用半導体基板。
【請求項１１】
ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度評価方法であって、
所定の硬度及び形状を有する圧子を第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成された複数の第１の圧痕が形成された評価用半導体基板をウェハホルダに載置し、
前記ミラー電子像において前記第１の圧痕のコントラストが観察できるように、前記ウェハホルダに印加する負電圧の大きさを調整し、
前記評価用半導体基板の前記複数の第１の圧痕について、前記ミラー電子像を取得し、
取得した前記ミラー電子像における前記複数の第１の圧痕の欠陥検出率を算出する欠陥検出感度評価方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第１の押し込み荷重は、前記第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストが前記検査装置の検出限界となるように設定されている欠陥検出感度評価方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記評価用半導体基板に複数の第２の圧痕が形成されており、
前記評価用半導体基板の前記複数の第２の圧痕について、前記ミラー電子像を取得し、
前記複数の第１の圧痕の欠陥検出率が規定未満の場合には、取得した前記ミラー電子像における前記複数の第２の圧痕の欠陥検出率を算出する欠陥検出感度評価方法。
【請求項１４】
ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度評価方法であって、
表面に複数の第１のパターンが形成された評価用半導体基板をウェハホルダに載置し、
前記ミラー電子像において前記第１のパターンのコントラストが観察できるように、前記ウェハホルダに印加する負電圧の大きさを調整し、
前記評価用半導体基板上の前記複数の第１のパターンについて、前記ミラー電子像を取得し、
取得した前記ミラー電子像における前記複数の第１のパターンの検出率を算出し、
前記第１のパターンの幅は、前記第１のパターンの前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさが、前記評価用半導体基板と同じ材料のウェハに形成された第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストの大きさと同じになるように設定され、
前記第１の圧痕は、所定の硬度及び形状を有する圧子を前記ウェハに第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成された圧痕であり、
前記第１の押し込み荷重は、前記第１の圧痕の前記ミラー電子像におけるコントラストが前記検査装置の検出限界となるように設定されている欠陥検出感度評価方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記評価用半導体基板の表面に複数の第２のパターンが形成されており、
前記評価用半導体基板上の前記複数の第２のパターンについて、前記ミラー電子像を取得し、
前記複数の第１のパターンの検出率が規定未満の場合には、取得した前記ミラー電子像における前記複数の第２のパターンの検出率を算出する欠陥検出感度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価用半導体基板およびそれを用いた検査装置の欠陥検出感度評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造では半導体ウェハ上に微細な回路を形成する。ワイドギャップ半導体基板は、従来用いられてきたシリコン半導体基板よりも異物や傷（スクラッチ）、あるいは結晶欠陥や結晶の変質層が多く存在しているのが実情である。例えば、近年パワーデバイス材料としての使用が広がりつつあるＳｉＣ（炭化ケイ素）は、化学的安定性に優れ、かつ、硬いためにウェハ形状への加工、研磨はより難しい材料である。このため、ＳｉＣバルクウェハは機械研磨で鏡面仕上げされた後、さらにＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）を施し、機械研磨で生じた加工変質層を除去して、原子レベルで平坦かつ結晶擾乱の無い表面を作る。しかし、一般的な光学的な検査技術では見つけることのできない変質領域やスクラッチ（「潜傷」と呼ばれる）が研磨面に残存すると、研磨面上に成長されるエピタキシアル層には、これらを起点にして、原子ステップに異常が生じ大きな凹凸構造（「ステップバンチ」と呼ばれる）が形成される。ステップバンチが生じたエピタキシアル層上にデバイスが形成されると、耐圧性が著しく低下し、パワーデバイスとして用いることができない。従って、潜傷や微小なスクラッチが残存しているかどうか、半導体基板の検査を行うことは極めて重要である。【０００３】
ウェハ表面の潜傷や微小なスクラッチにも感度を持つ検査技術として、ミラー電子を結像するミラー電子顕微鏡を応用した検査技術が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、ウェハに紫外線を照射することによって基板内部に電荷を発生させると、この電荷が加工変質領域部分に捕獲されて局所的に帯電し、表面の等電位面を歪ませる。ミラー電子顕微鏡ではわずかな等電位面の歪みでもミラー電子像に濃淡を発生させるため、加工変質領域の検出が高感度で可能となる。また、結像には電子線を用いるため、光学系の分解能は数１０ナノメートルと光学式検査技術に比べはるかに高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／００２００３号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山口桂司、峠陸、渡邉純二、中野貴之、林川翔平「ＳｉＣ単結晶の変形特性と定圧研削および研磨技術」2008年度精密工学会秋季大会各術講演会講演論文集P447
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ミラー電子顕微鏡を応用した検査装置で検出を求められる半導体ウェハまたはウェハ上の形成されたエピタキシアル層の欠陥には、異物や傷（スクラッチ）などの表面に物理的な凹凸などの形状変化を伴うものと、結晶欠陥や変質層などの表面に物理的な形状変化がなく、内部に生じる欠陥とが含まれる。ミラー電子顕微鏡では、ウェハ内部の結晶欠陥に電子をトラップさせることにより、ウェハ表面に物理的凹凸がなくてもウェハ内部の結晶欠陥を画像として形成できる強みがある。しかしながら、検査装置として用いるためには、ミラー電子像による欠陥検出感度が常に一定であることを保証する必要がある。例えば、同じ検査装置である測長ＳＥＭでは、ウェハ上にフォトレジストや金属薄膜で形成されたテストパターンを測定することでその性能を保証している。【０００７】
ミラー電子顕微鏡は、ウェハの欠陥を検出する検査装置であるため、その検出感度は、ミラー電子像で認識できる欠陥に基づいて定められるべきであるが、これらの欠陥は通常、偶発的に形成されるため、その大きさ、位置ともにランダムであり、装置の欠陥検出感度を定量的に評価し、性能保証することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態である、ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度を評価するための評価用半導体基板は、複数の第１の圧痕を有し、第１の圧痕は、所定の硬度及び形状を有する圧子を評価用半導体基板に第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成される。【０００９】
また、本発明の一実施形態である、ミラー電子像により半導体基板の欠陥を検出する検査装置の欠陥検出感度評価方法は、所定の硬度及び形状を有する圧子を第１の押し込み荷重で押し込むことによって形成された複数の第１の圧痕が形成された評価用半導体基板をウェハホルダに載置し、ミラー電子像において第１の圧痕のコントラストが観察できるように、ウェハホルダに印加する負電圧の大きさを調整し、評価用半導体基板の複数の第１の圧痕について、ミラー電子像を取得し、取得したミラー電子像における複数の第１の圧痕の欠陥検出率を算出する。【００１０】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
ミラー電子顕微鏡を用いた検査装置の性能指標として欠陥検出感度を定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ミラー電子顕微鏡の欠陥検出感度評価用ウェハレイアウトの説明図。
【図２】評価用ウェハに欠陥を形成する方法の説明図。
【図３Ａ】評価用ウェハに形成される欠陥の模式図。
【図３Ｂ】評価用ウェハに形成される欠陥の模式図。
【図４】評価用パターン付きウェハの説明図。
【図５】ミラー電子顕微鏡を用いた検査装置のブロック図。
【図６】検査装置の性能評価のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ミラー電子顕微鏡を用いた検査装置の欠陥検出感度評価のための評価用ウェハ１０１を図１に示す。評価用ウェハ１０１は、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ、Ｇａ２Ｏ３、ダイヤモンド等の半導体ウェハであって、ミラー電子顕微鏡で欠陥検査を行う半導体デバイスが形成される半導体ウェハと同じ材料である半導体ウェハとする。半導体ウェハの材料が異なるとミラー電子顕微鏡で観察されるコントラストが異なるため、評価用ウェハの材料は、欠陥検査の対象とする半導体ウェハと同じ材料とすることが望ましいためである。
【００１４】
評価用ウェハ１０１には、評価の基準とされる、人為的に形成される欠陥１０３が配置されたセル１０２が分散配置されている。半導体ウェハ全体の欠陥検出感度が評価できるよう、セル１０２はウェハ全体になるべく均等となるように、図１の例では９箇所に配置されている。セル１０２には複数の欠陥１０３が形成され、セル１０２のそれぞれにおける欠陥１０３の配置は同一のレイアウトとされる。後述するように、欠陥１０３は圧痕形成用圧子を評価用ウェハ１０１に押し込むことにより形成するが、圧子の押し込み荷重を異ならせることで異なる欠陥状態及び欠陥サイズの欠陥を得ることができる。セル１０２には、押し込み荷重を異ならせて形成させた複数の欠陥を配置する。図１の例では、欠陥１０４はセル１０２における最小の押し込み荷重で形成した欠陥であり、また、欠陥検出感度評価の精度を高めるため、同じ最小の押し込み荷重で形成した欠陥が複数形成されている。一方、欠陥１０５はセル１０２における最大の押し込み荷重で形成した欠陥であり、光学顕微鏡で検出できる程度の大きさ、例えば数１０μｍのサイズを有することが望ましい。ミラー電子顕微鏡のミラー観察モードでの観察は視野が狭く、位置合わせが難しいことから、ミラー電子顕微鏡での観察では一般的に、ミラー電子顕微鏡が備える光学系を用いた光学顕微鏡モードにて位置合わせを行う。欠陥１０５はこの位置合わせのために設けられたものである。このため、図１の例のように欠陥１０５をセルごとに設けてもよいが、評価用ウェハ１０１の少なくとも１か所に設けられていればよい。
【００１５】
加えて、図１の例では欠陥１０４と欠陥１０５の間の大きさの押し込み荷重で形成した欠陥１０６を形成している。評価用ウェハにおいて最小の押し込み荷重で形成した欠陥１０４のミラー電子像におけるコントラストが、検査装置の検出限界となるように、欠陥１０４は設定されている。このため、欠陥１０４がミラー電子顕微鏡で観察した際にどの程度の欠陥サイズまでをコントラストとして検出できるかの感度指標となり、ミラー電子顕微鏡の欠陥検出感度評価は基本的に欠陥１０４により行う。これに対して、欠陥１０６は、欠陥１０４による感度評価が規定値以下の場合に、欠陥１０６の検出状況を評価して欠陥検出感度が低下している原因を解析するために設けられる。
【００１６】
セル１０２における欠陥１０３の数、配置、押し込み荷重の種類は図示のものには限定されない。また、欠陥１０５に代えて、光学顕微鏡モードで視認可能な、位置合わせのためのマークを別途付するようにしてもよい。
【００１７】
評価用ウェハ１０１への欠陥形成方法について図２を用いて説明する。ウェハ上の指定座標に移動するために備えられたステージ２００上に評価用ウェハ１０１が載置される。ステージ２００上に載置された評価用ウェハ１０１に鋭角のダイヤモンド圧子２０１が押し込まれることにより欠陥が形成される。制御部２０２はダイヤモンド圧子２０１をウェハに押し込む荷重と圧子の変位を測定し、ウェハ上の指定位置に、指定の押し込み荷重による欠陥を形成する。なお、ウェハがＳｉＣなどの化合物半導体の場合には、一般にシリコンウェハよりも多くの結晶欠陥が含まれている。このため、ウェハが化合物半導体の場合は、ウェハ１０１の結晶欠陥をミラー電子顕微鏡で検査した上でセルを配置する位置を決定することが望ましい。また、ウェハはバルクウェハであっても、バルクウェハ上にエピタキシアル層を形成したウェハであってもよいが、評価用ウェハ用途としては欠陥の少ないバルクウェハを用いることが望ましい。
【００１８】
評価用ウェハ１０１の欠陥は検査装置の欠陥検出感度を評価するものであるから、欠陥状態及び欠陥サイズの等しい微小な欠陥を精度よく形成する必要がある。同一の、具体的には所定の硬度及び形状を有する圧子を用い、押し込み荷重をパラメータとして欠陥を形成することにより、所望の微小な欠陥を再現性高く形成することができる。欠陥を形成するための押し込み荷重値の設定は、複数の欠陥を形成して、その欠陥状態及び欠陥サイズを元に決めるのが望ましいが、非特許文献１に記載の荷重を参考にしてもよい。圧子が押し込まれたウェハ１０１には圧痕が形成され、圧痕は押し込み荷重によって異なる。圧子２０１の押し込み荷重に比例して結晶欠陥が大きくなることがＴＥＭ観察やＡＦＭなどの解析より明らかになっている。
【００１９】
図３Ａに、ウェハ１０１に比較的大きな押し込み荷重で圧痕を形成した場合に形成される欠陥（例えば、図１における欠陥１０５）を模式的に示す。この場合は、ウェハ表面に表れる物理的な凹凸（「物理欠陥」という）１１１及びウェハ内部の結晶欠陥１１０が形成される。これに対して、図３Ｂに、ウェハ１０１に比較的小さな押し込み荷重で圧痕を形成した場合に形成される欠陥（例えば、図１における欠陥１０４）を模式的に示す。この場合、物理欠陥は形成されず、結晶欠陥１２０のみが生じるが、押し込み荷重が小さい分、結晶欠陥１２０も図３Ａの結晶欠陥１１０よりも小さくなっている。図３Ｂの圧痕は、物理欠陥が形成されないため、例えば走査電子顕微鏡のような観察手段では検出することができない。
【００２０】
ミラー電子顕微鏡１台に対し欠陥検出感度評価用の評価用ウェハを１枚必要とする場合、装置台数分の圧痕ウェハが必要となる。評価用ウェハを図２により説明したように圧子を押し込んで作製するとコストがかかるため、１枚の圧痕ウェハ（図２で説明した方法により作成したウェハを「圧痕ウェハ」と呼ぶ）を基準とするパターン付きウェハで代替してもよい。圧痕ウェハを代替するパターン付きウェハについて図４を用いて説明する。
【００２１】
ミラー電子顕微鏡を用いた検査装置の原理は以下の通りである。まず、半導体ウェハに対して紫外線を照射し、半導体材料の結晶欠陥位置にキャリアを発生させる。ミラー電子顕微鏡は、半導体ウェハの直上にほぼ均一で平坦な等電位線を作り出し、このキャリアの発生による局所的な帯電による等電位線の歪みを検出する。この等電位線の歪みを起こさせるものは局所的な帯電に限られず、半導体ウェハの凹凸も同様に等電位線の歪みを生じさせることができる。パターン付きウェハはこのミラー電子顕微鏡の検出原理を利用するものである。
【００２２】
図４に圧痕ウェハのセル１０２に対応するパターン付きウェハのセル３００を示す。パターン付きウェハには、圧痕ウェハの欠陥に対応して、大きさの異なるパターンが形成される。パターンは一般的な半導体プロセスを用いて形成すればよく、例えば、半導体ウェハ表面にアルミニウムを蒸着し、アルミニウム層をエッチングすることで得ることができる。なお、アルミニウム以外の金属であってもよい。また、パターン付きウェハの材料は、ミラー電子顕微鏡による観察において同等のコントラストが得られるよう圧痕ウェハと同じ材料とし、パターンの形状はミラー電子顕微鏡で圧痕ウェハの欠陥を観察したときのコントラストに近い形状とすることが望ましい。
【００２３】
パターン付きウェハの最小幅パターン３０１をミラー電子顕微鏡で観察し、最小幅パターンのミラー電子像３６０を取得する。一方、圧痕ウェハの最小の押し込み荷重で形成した欠陥１０４を同様にミラー電子顕微鏡で観察し、ミラー電子像３５０を取得する。ミラー電子像３５０は検査装置における欠陥の検出限界の像といえ、この検出限界のミラー電子像のコントラスト３５１とパターン付きウェハのミラー電子像のコントラスト３６１とが同じ大きさ３６２となるように最小幅パターンの幅３０２を設定する。これにより、最小幅パターンのミラー電子像のコントラストと圧痕ウェハの検出限界のコントラストとが同じ大きさとなるため、等価的に検出感度を評価することが可能となる。
【００２４】
同様にして、より大きな押し込み荷重で形成した圧痕ウェハの欠陥（図１の欠陥１０６）についても相当するパターンを形成することで、パターン付きウェハを用いて、圧痕ウェハと同等の欠陥検出感度の評価を行うことができる。
【００２５】
ミラー電子顕微鏡を用いた検査装置について図５を用いて説明する。但し、図５には真空排気用のポンプやその制御装置、排気系配管、被検査ウェハの搬送系、先に述べた光学顕微鏡モードでの観察のための光学系などは省略している。また、電子線の軌道は、説明のため実際の軌道より誇張して描いている。
【００２６】
まず、電子光学系について説明する。電子銃４０１から放出された照射電子線４００ａは、コンデンサレンズ４０２によって収束されながら、セパレータ４０３により偏向されて、検査対象となるウェハ４０４に略平行束の電子線となって照射される。電子銃４０１には、光源径が小さく大きな電流値が得られるＺｒ／Ｏ／Ｗ型のショットキー電子源が用いられるが、より高い電流値が得られるＬａＢ６電子源や、より輝度の高い冷陰極電子源等の電子源を用いてもよい。また、電子銃４０１は、電子源近傍に磁界レンズを配する磁界重畳型電子銃であってもよい。電子銃４０１の引出電圧、引き出された電子線の加速電圧、および電子源フィラメントの加熱電流などの、電子銃の運転に必要な電圧と電流は電子銃制御装置４０５により供給、制御されている。電子銃４０１にショットキー電子源や冷陰極電子源が用いられる場合には、電子銃４０１内は、１０−６Ｐａ以下といった超高真空に維持される必要があるため、メンテナンス時等において真空維持のための遮蔽バルブが備えられている。
【００２７】
図５では、コンデンサレンズ４０２は１つのレンズとして描かれているが、より平行度の高い照射電子線が得られる様に、複数のレンズや多極子を組み合わせた電子光学系であってもよい。コンデンサレンズ４０２は、対物レンズ４０６の後焦点面４００ｂに電子線が集束するように調整されている。対物レンズ４０６は、複数の電極からなる静電レンズか、または、磁界レンズである。
【００２８】
セパレータ４０３は、被検査ウェハ４０４に向かう照射電子線と、被検査ウェハ４０４から戻ってくるミラー電子線とを分離するために設置される。例えば、Ｅ×Ｂ偏向器を利用したセパレータを用いることができる。Ｅ×Ｂ偏向器は、上方から来た電子線を偏向し、下方から来た電子線を直進させるように設定できる。この場合、照射電子線４００ａを供給する電子光学鏡筒（照射電子線鏡筒）は傾斜され、反射された電子を結像する電子光学鏡筒（電子線結像鏡筒）は直立する。セパレータとして、磁界のみを用いた偏向器を使用することも可能である。具体的には、電子線の光軸に垂直な方向に磁界を設置し、照射電子線４００ａを被検査ウェハ４０４の方向へ偏向し、被検査ウェハ４０４からの電子は照射電子線４００ａの来る方向とは正反対の方向へ偏向する。この場合は、照射電子線鏡筒の光軸と電子線結像鏡筒の光軸とは、対物レンズの光軸を中心に左右対称の配置となる。セパレータによって照射電子線４００ａが偏向されるとき発生する収差を補正する必要がある場合は、収差補正器を追加配置してもよい。また、セパレータ４０３が磁界偏向器の場合は、補助的なコイルを設けて補正する。
【００２９】
セパレータ４０３によって偏向された照射電子線４００ａは、対物レンズ４０６により、被検査ウェハ４０４表面に対し垂直に入射する平行束の電子線に形成される。前述のように、対物レンズ４０６の後焦点４００ｂに電子線が集束されるように、照射系コンデンサレンズ４０２が調整されるので、平行性の高い電子線を被検査ウェハ４０４に対して照射できる。照射電子線４００ａが照射される被検査ウェハ４０４上の領域は、例えば１００００μｍ２等といった面積を有する。対物レンズ４０６は、被検査ウェハ４０４表面上方にミラー電子を引き上げるための陽極を備えている。
【００３０】
移動ステージ制御装置４０７によって制御される移動ステージ４０８の上に、絶縁部材４０９ａを介してウェハホルダ４０９ｂが設置され、その上に被検査ウェハ４０４が載置される。移動ステージ４０８の駆動方式は、直交する二つの直進運動である。これに加えて、上下方向の直進運動や、傾き方向の運動が追加されてもよい。移動ステージ４０８はこれらの運動により、被検査ウェハ４０４表面上の全面あるいは一部分を、電子線照射位置、すなわち対物レンズ４０６の光軸上に位置させる。
【００３１】
被検査ウェハ４０４表面に負電位を形成するため、電子線の加速電圧とほぼ等しい負電位がウェハホルダ４０９ｂに高圧電源４１０により供給される。照射電子線４００ａが、この負電位によって被検査ウェハ４０４の手前で減速され、被検査ウェハ４０４に衝突する前に反対方向に電子軌道が反転する様に、高圧電源４１０の出力を微調整しておく。ウェハで反射された電子は、ミラー電子４００ｃとなる。
【００３２】
ミラー電子４００ｃは対物レンズ４０６により第１の像を形成する。セパレータ４０３はＥ×Ｂ偏向器であるので、下方から進行した電子線に対しては偏向作用を持たないように制御でき、ミラー電子４００ｃは直立した電子線結像鏡筒方向に直進し、第１の像は中間電子レンズ４１１、投影電子レンズ４１２によって順次結像される。これらの中間レンズ４１１及び投影レンズ４１２は、静電または磁界レンズである。最終的な電子像は画像検出部４１６に拡大投影される。図５では投影電子レンズ４１２は１つの電子レンズとして描かれているが、高い倍率の拡大や像歪みの補正などのために複数の電子レンズや多極子で構成される場合もある。本図には記されていないが、電子線をより詳細に調整するための偏向器や非点補正器などが必要に応じて装備されている。
【００３３】
紫外線光源４１３からの紫外線は分光器４１４により分光され、紫外線光学素子４１５により被検査ウェハ４０４に照射される。被検査ウェハ４０４は真空中に保持されているため、紫外線を透過する材料（例えば石英など）で作成された窓で大気側と真空側とを分け、紫外線光学素子４１５から発せられた紫外線を窓越しに照射する。あるいは、紫外線光源４１３を真空内に設置してもよいが、その場合は試料室内の空間が限られることから、分光器４１４による波長選択ではなく、紫外線光源として特定の発光波長を有した固体素子などを用いることが望ましい。被検査ウェハ４０４に照射する紫外線は、ウェハ材料のバンドギャップより大きく、光電子を発生しない範囲のエネルギーに相当する波長とする（特許文献１参照）。ただし、材料のバンドギャップ内のエネルギー準位の状況によっては、半導体材料内にキャリアを発生させる波長として、バンドギャップエネルギーより小さいエネルギーの波長を選ぶ場合もある。紫外線光源４１３、分光器４１４、紫外線光学素子４１５の間は、光ファイバーなどで繋ぎ、紫外線が伝達される。または、紫外線光源４１３、分光器４１４は一体化した構成でもよい。また、分光器４１４に代えて、紫外線光源４１３に特定の範囲の波長のみを透過するフィルターを用いてもよい。
【００３４】
画像検出部４１６はミラー電子４００ｃの像を電気信号に変換し、欠陥判定部４１７に送る。画像検出部４１６は、電子線を可視光に変換する蛍光板と、蛍光板の電子像を撮像するカメラとにより構成してもよく、別の構成例として、電子を検出するＣＣＤ素子といった２次元検出器から構成してもよい。電子像の強度や蛍光の強度を増倍する機構を備えていてもよい。
【００３５】
被検査ウェハ４０４表面の各場所のミラー電子像は、移動ステージ４０８を駆動しながら、画像検出部４１６から出力される。移動ステージ４０８は各撮像時に停止する場合と、あるいは、停止しないで一定の速度を保って移動を続ける場合とがある。後者は検査時間を短くできる利点がある。この場合、画像検出部４１６は時間遅延積分（ＴＤＩ：Time Delay Integration）型の撮像を行う。移動ステージ４０８の移動速度と画像素子の信号転送速度（ラインレート）とが同期され、移動ステージ４０８の加減速にかかる時間が不要のため、高速の検査動作が可能となる。
【００３６】
ＴＤＩ撮像動作の条件をはじめ、様々な装置各部の動作条件は、検査装置制御部４１８から入出力される。検査装置制御部４１８には、モニタ付入出力装置４２０を介してユーザーから予め電子線発生時の加速電圧、ステージ移動速度、画像検出素子からの画像信号取り込みタイミング、紫外線照射条件等々の諸条件が入力されており、移動ステージ制御装置４０７、各電子光学素子を制御する電子光学系制御装置４１９、紫外線光源４１３や分光器４１４の制御系、などを総括的に制御する。検査装置制御部４１８は、役割を分担し通信回線で結合された複数の計算機から構成される場合もある。
【００３７】
図１で説明した評価用ウェハを使用した検査装置の性能評価フローについて図６を用いて説明する。なお、図４で説明した評価用ウェハを用いた場合も同様である。この場合は、「欠陥」を「パターン」に、「欠陥検出率」を「パターン検出率」に読み替えればよく、紫外線の照射も不要である。
【００３８】
まず、欠陥検出感度評価のための評価用ウェハを検査装置（ミラー電子顕微鏡）のウェハホルダ４０９ｂに導入する（ステップ５０１）。まず、光学顕微鏡モードにて評価用ウェハ上の光学顕微鏡で観察可能な大きな圧痕（図１の欠陥１０５）またはマークを検出し、ミラー電子モードに切り換える。検査装置はセル１０２における欠陥の相対位置座標を記憶しており、検査装置制御部４１８は移動ステージ制御装置４０７を記憶した相対位置座標に基づき制御することにより、欠陥１０４の少なくとも一つが視野に入るように評価用ウェハを移動させる。評価用ウェハに紫外線光学素子４１５から紫外線を照射し、電子銃４０１から電子線を照射するとともに、欠陥１０４のミラー電子像のコントラストが得られるように、高圧電源４１０がウェハホルダ４０９ｂに印加する電圧を調整する（ステップ５０２）。図１に示す欠陥レイアウトにおいてミラー電子顕微鏡の検出感度の限界となる像が得られるように調整された状態で、欠陥の画像を取得する（ステップ５０３）。移動ステージ４０８を移動させて、セル１０２内の全ての欠陥の画像を取得する（ステップ５０４）。１つのセル１０２内の欠陥の画像の撮像が完了すれば、別のセルに移動ステージ４０８を移動させて同様に欠陥の画像を取得する（ステップ５０５）。全てのセルの欠陥の撮像が完了する（ステップ５０６）と、撮像した画像を欠陥判定部４１７に送り、欠陥検出数をカウントする（ステップ５０７）。
【００３９】
例として、図１に示す欠陥レイアウトのように、ミラー電子顕微鏡の検出感度の限界となる像が得られるように調整した最小の圧痕１０４が同一セル内に３個配置され、このセルが９個評価用ウェハ内に配置されている場合、最小荷重により形成された結晶欠陥は、評価用ウェハあたり２７個となる。これに対してミラー電子像における欠陥１０４が形成された座標における検出数が２７個であれば欠陥検出率は２７／２７＝１００％となり、最大の検出感度であると判断できる（ステップ５０８）。欠陥検出率が規定以上であれば、性能評価を完了する（ステップ５０９）。最小荷重により形成された結晶欠陥の検出率が規定未満であった場合は、それよりも大きな荷重で形成した欠陥１０６の欠陥検出率を算出することで、欠陥検出感度が規定値に満たない原因の検討に用いることができる。
【００４０】
なお、ここではセル１０２内の欠陥をすべて撮像するフローを示したが、最小の圧痕１０４のみを撮像して欠陥検出率から感度評価を行い、規定未満の場合にのみより大きな押し込み荷重で形成した欠陥について撮像して欠陥検出率を評価するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…評価用ウェハ、１０２…セル、１０３，１０４，１０５，１０６…欠陥、２００…ステージ、２０１…圧痕形成用圧子、２０２…制御部、４００ａ…照射電子線、４００ｂ…後焦点面、４００ｃ…ミラー電子、４０１…電子銃、４０２…コンデンサレンズ、４０３…セパレータ、４０４…被検査ウェハ、４０５…電子銃制御装置、４０６…対物レンズ、４０７…移動ステージ制御装置、４０８…移動ステージ、４０９ａ…絶縁部材、４０９ｂ…ウェハホルダ、４１０…高圧電源、４１１…中間電子レンズ、４１２…投影電子レンズ、４１３…紫外線光源、４１４…分光器、４１５…紫外線光学素子、４１６…画像検出部、４１７…欠陥判定部、４１８…検査装置制御部、４１９…電子光学系制御装置、４２０…モニタ付入出力装置。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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