(57)【要約】【課題】少なくとも２種類以上の電気的欠陥を１回の検査で従来よりも高い確率で捕捉可能な検査条件で検査を実行可能な荷電粒子線装置ないし荷電粒子線による検査方法を実現する。【解決手段】被検査試料上の同一箇所を複数回走査し、一次荷電粒子ビーム走査時の光学条件あるいは出力される画像信号から画像を形成する際の画像形成条件を上記２種類以上の電気的欠陥を捕捉可能な画像を可能な条件に調整する。【選択図】  図６
2011154918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された光学条件に従って一次荷電粒子ビームを被検査試料上に走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像信号を出力する荷電粒子光学カラムと、
前記被検査試料上の同一箇所に複数回の走査が実行された場合に、当該複数回の走査に基づき出力される各々の画像信号に対して重み付き平均処理を実行するデータ処理部とを有し、
当該重み付き平均処理が実行された画像信号を用いて前記被検査試料を検査することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記被検査試料を載置する試料台と、
当該試料台を所定方向に移動させる試料ステージとを有し、
当該試料ステージの連続的な移動と、該試料ステージの移動方向と交差する方向への一次荷電粒子ビームの走査とにより形成される走査ストライプを前記被検査試料上に配置し、当該走査ストライプから前記画像信号を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記被検査試料を載置する試料台と、
当該試料台を所定方向に移動させる試料ステージとを有し、
当該試料ステージを移動させることにより前記荷電粒子光学カラムの視野を前記被検査試料上の検査位置に移動させ、
前記試料ステージが静止した状態で前記画像信号を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料ステージの移動方向とは逆向きのビーム偏向を前記走査中に行うことにより、同一箇所への複数回の走査を前記走査ストライプ内で実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記一次荷電粒子ビームの走査およびビーム偏向を制御する制御部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学条件を設定するための操作画面が表示される画面表示手段を有し、
前記同一箇所に対する一次荷電粒子ビームの走査回数と、当該一次荷電粒子ビームの各走査に対する重み付き平均処理の重み係数を設定するための設定手段が、前記操作画面上に表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記データ処理部は、
前記複数回の走査のうち１回の走査に対応して出力される画像信号に所定の重み係数を積算する処理を前記複数回の走査に対応して出力される画像信号について繰り返し、更に当該重み係数の積算された画像信号を加算する処理を実行する重み付け平均化処理部を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
所定の光学条件に従って一次荷電粒子ビームを被検査試料上に走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像信号を出力する荷電粒子光学カラムと、
前記一次荷電粒子ビームの走査ライン１本あたりかつ単位時間あたり前記被検査試料に与えるドーズ量が所望の値になるように前記光学条件を制御する荷電粒子光学カラムの制御手段と、
当該制御された光学条件での走査の結果出力される前記画像信号を用いて前記被検査試料の検査を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学条件を設定するための操作画面が表示される画面表示手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学条件の制御が、前記一次荷電粒子ビームの走査速度の制御であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記光学条件の制御が、同一の走査ラインに対するＮ回目の一次荷電粒子ビーム走査と、Ｎ＋１回目の一次荷電粒子ビーム走査との時間間隔の制御であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
設定された光学条件に従って一次荷電粒子ビームを被検査試料上に走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像信号を出力する荷電粒子光学カラムと、
前記画像信号に基づき前記被検査試料上に存在する欠陥または異物を検出する欠陥判定部とを有する荷電粒子線装置において、
複数の前記光学条件あるいは前記画像信号の検出条件により検出された前記画像信号に基づき、前記欠陥または異物の数と前記検査条件との関係を少なくとも２種類以上の前記欠陥または異物に対して抽出する欠陥判定部を更に有することにより、
前記少なくとも２種類以上の欠陥または異物を１回の検査シーケンスで検出可能な検出条件を提示する機能を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子線装置において、
前記欠陥または異物の検査条件を設定するためのレシピ設定画面が表示される画面表示手段を有し、
前記少なくとも２種類以上の前記欠陥または異物に対する前記欠陥または異物の数と前記検査条件との関係が前記レシピ設定画面に表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
設定された光学条件に従って一次荷電粒子ビームを被検査試料上に走査し、検出される二次荷電粒子に基づく画像信号を用いた試料検査方法において、
前記一次荷電粒子ビームを前記被検査試料上の同一箇所に複数回走査させ、
当該複数回走査のうち１の走査に対応して検出される画像信号に対して所定の重み係数を積算する処理を前記複数回走査に対応して得られる画像信号に対して繰り返し、
前記重み係数が積算された前記複数回走査に対応して得られる画像信号を加算し、
前記加算処理が行われた画像信号を用いて前記被検査試料を検査することを特徴とする試料検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置の検査手法を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、通常、基板表面に形成されたトランジスタ上に、縦方向の導通を確保するプラグやビアなどを含む相間絶縁層と配線層とが交互に形成された構造を有している。基板表面には接合（ＰＮ接合など）が形成されており、所定の電位以外の条件においてはトランジスタに蓄積された電荷がリークしないようになっている。半導体デバイスにおいてリフレッシュ不良等の電気的欠陥が発生すると、例えば、メモリ製品の場合には書き込んだデータが消えるなどの不具合が発生する。このような電気的欠陥を評価する方法として、完成した製品に電気テストを施し、電気特性を直接評価する方法が知られている。しかし、電気テストは完成品に対するテストであり、製造初期の段階、すなわち接合形成のためのイオン打ち込みや熱処理の段階で発生する電気的欠陥に対してはテストを行うことはできない。従って、何らかの方法で製造工程途中の電気的欠陥を検出できる検査方法あるいは検査装置が切望されている。
【０００３】
このような製造工程途中の電気的欠陥を検出可能な検査装置として、走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭ）を応用した検査装置が盛んに用いられている。例えば、特許文献１には、照射エネルギーとビーム電流量とがプラグが飽和しない程度に制御された一次荷電粒子線を試料表面に照射し、得られる二次電子画像の電位コントラストの経時変化から試料表面電位の経時変化を計測し、表面電位の経時変化情報から半導体回路上のプラグのリフレッシュ不良を検査する方法が記載されている。
【０００４】
ＳＥＭを応用した検査装置における欠陥検出原理は、取得画像を何らかの参照画像と比較して取得画像と参照画像のブライトネス差あるいはコントラスト差を検出することにある。従って、欠陥検出感度は、画像取得時の光学条件（一次荷電粒子ビームの照射条件）あるいは画像検出条件に大きく左右される。特許文献２には、ＳＥＭの電子線照射条件を被検査試料の構造（回路パターン形状の種類）に応じて予め登録しておき、設定する方法が開示されている。また、特許文献３には、被検査試料上の同一箇所に電子ビームを複数回走査し、そのうち１部の走査をプリドーズのために使用して走査ラインの帯電状態を安定化させ、残りの走査により検出される画像信号のみを検査画像の形成に使用する発明が開示されている。
【０００５】
一方、近年の研究により、ＳＥＭにおける取得画像の画質は、一次荷電粒子ビームの走査条件にも大きく左右されることが分かってきた。特許文献４には、被計測試料からの二次電子あるいは反射電子をエネルギーフィルタで弁別検出し、検出電子の信号強度と電子線照射時間の関係から計測試料の持つ時定数を決定し、ＳＥＭ画像の視野領域内（＝二次元的なビーム走査領域）における電子ビームの走査順序を決定された時定数に従って定めることにより、被計測試料の帯電電位を安定化させ、取得画像の画質を向上させる発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−００９１２１号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４７１０号公報
【特許文献３】特開２００６−３３１８２５号公報
【特許文献４】特開２００８−１２３７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気的欠陥の検査対象となる被検査試料上の検査箇所の電気特性は、理論的には等価回路で表現され、電気的欠陥は、いずれも等価回路上の容量Ｃあるいは抵抗Ｒの相違として表現される。ＳＥＭを用いた電気的欠陥の検査とは、要約すれば上記容量Ｃあるいは抵抗Ｒの相違を検出画像と参照画像の差に基づき検出することに相当する。従って、特許文献１に開示される発明は、上記容量Ｃあるいは抵抗Ｒの相違によって変わる正常部と欠陥部の時定数の差を、検出画像と参照画像の電位コントラストの経時変化から検出する検出方法であると言える。しかし実際には、半導体デバイスには複数種類の電気的欠陥が存在し、実際の検査では、それら複数の欠陥を検出することが要求される。特許文献１に開示される発明は、欠陥と判定される画像と正常部と判断される画像において、時定数の差がどの程度あった場合に欠陥と判断するか、また、複数種類の電気的欠陥を上手く検出するための時間及び階調の閾値変更をどのように行うかの開示がない。したがって、特許文献１に開示される発明では複数種類の欠陥取得は非常に困難である。
【０００８】
一方、特許文献２に記載のように回路パターンに応じた電子ビーム照射条件を予め定めておいても、上記複数の電気的欠陥を上手く検出可能な電子ビーム照射条件となるとは限らない。検査装置に搬入されてくる被検査試料は各々帯電状態が異なっており、帯電状態が異なっていれば、回路パターンが同一であっても最適な電子ビーム照射条件は異なるからである。
【０００９】
同様に、特許文献３に開示された発明は、画像形成用ビームと同じ照射条件のビームを使ってプリドーズを行うという着想の発明である。しかし、同一走査ラインへの複数回のビーム照射は全て同一の照射条件で行っており、複数回のビーム照射の照射間隔をどのように制御するか、また、照射間隔を可変することによって、複数種の欠陥をどのように識別するのかの点についても開示がない。従って、複数種類の電気的欠陥を検出可能な帯電状態を上手く形成することは困難である。
【００１０】
その点、特許文献４に開示された発明は、試料上の視野領域内での実効的な時定数に基づき走査順序を定めており、従来よりも高い画質の画像を検出可能であるが、特許文献４の開示内容は視野領域内に配置する走査ラインの配置順序を制御することにとどまり、複数種類の電気的欠陥を検出するために最適な画像の取得条件を実現する手法を開示するまでには至っていない。
【００１１】
仮に、上記従来技術で、ＳＥＭ画像の取得条件をある特定種類の電気的欠陥を検出可能な条件に最適化できたとしても、複数種類の欠陥を検出するためには、画像取得条件を変えた検査を検出しようとする欠陥の種類に応じた回数分繰り返さなければいけないことになり、検査時間の長大化が問題となる。
【００１２】
そこで、本発明は、少なくとも２種類以上の電気的欠陥を１回の検査で従来よりも高い確率で捕捉可能な検査条件で検査を実行可能な荷電粒子線装置ないし荷電粒子線による検査方法を実現することを目的とする。また、そのような検査条件を従来よりも容易に設定可能な荷電粒子線装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、被検査試料上の同一箇所を複数回走査して検査に用いる画像を取得する検査装置あるいは検査方法において、一次荷電粒子ビーム走査時の光学条件あるいは出力される画像信号から画像を形成する際の画像形成条件を上記２種類以上の電気的欠陥を捕捉可能な画像を可能な条件に調整することにより、上記目的を達成する。前者の場合、被検査試料に与える単位時間あたりのドーズ量を走査ライン毎に調整する。後者の場合は、検出画像信号に対し走査１ライン毎に重み付け加算処理を行うことにより、画像形成条件を調整する。
【００１４】
被検査試料上の同一箇所を複数回走査する場合、当然、試料上の帯電条件が走査回数毎に変わる。上記の通り、画像による電気的欠陥の検査とは、容量Ｃあるいは抵抗Ｒの正常部との相違を検出するものであるので、発生する二次荷電粒子（後方散乱電子あるいは２次電子）に含まれる欠陥情報の種類は、二次荷電粒子が発生した時点での被検査試料の帯電状態により変化する。
【００１５】
一次荷電粒子ビームの光学条件を調整する場合、ビームの照射条件を変えることにより、上記２種類以上の電気的欠陥を捕捉しやすい帯電状態を意図的に形成していることになる。また、検出される画像信号を重み付け加算処理する場合、画像信号に含まれる欠陥情報の多寡に応じて画像信号を重み付けして検査画像を形成していることに相当する。
【００１６】
本発明は、以上の構成により、上記２種類以上の電気的欠陥を捕捉可能な画像を取得する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、少なくとも２種類以上の電気的欠陥を従来よりも高確率で捕捉可能な荷電粒子線検査装置または検査方法を実現することができる。また、少なくとも２種類以上の欠陥を一回の検査で見つけるための最適な条件を迅速に見つけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】被検査対象のプラグ部における正常部及び欠陥部を説明した図である。
【図２】絶縁部と正常部５３と欠陥部の等価回路を説明した図である。
【図３】電子線を照射した時の、試料表面電位と時間との関係を示した図である。
【図４】ドーズ量と試料表面電位との関係を示す図である。
【図５】電子線を照射時の、試料表面電位と時間との関係を示した図である。
【図６】実施例１のＳＥＭ式外観検査装置の構成を説明する図である。
【図７】実施例１の多重走査の走査順序を示す模式図である。
【図８】図７に示すビーム走査を行うためのＸ走査信号およびＹ走査信号のアナログ出力波形を説明する図である。
【図９】重み付き平均処理を行うためのデータ処理部の説明図である。
【図１０】実施例１の検査装置を走査する際の検査フローを示す図である。
【図１１】種類の異なる２つの欠陥部と正常部を検査した際に得られる画像プロファイルの例である。
【図１２】ドーズ量と欠陥数との関係を示す一例である。
【図１３】ドーズ量と欠陥数との関係を示す一例である。
【図１４】多重走査とスプリット走査を組み合わせた実施例２のビーム走査を示す模式図である。
【図１５】図１４に示すビーム走査をステップアンドリピート方式またはステージ連続移動方式で実現するためのＸＹ走査信号の例である。
【図１６】実施例３の検査フローを示す図である。
【図１７】ダイ内に２つの走査ストライプを配置し、走査ストライプ１と２とで検査条件を変えて検査を行うことを説明した図である。
【図１８】検査条件の異なる複数の走査ストライプをウェハサイズの単位で配置し、検査を行うことを説明した図である。
【図１９】検査条件の異なる複数の走査ストライプをメモリマットサイズの単位で配置し、検査を行うことを説明した図である。
【図２０】実施例４の検査フローを示す図である。
【図２１】実施例１〜４に記載のＳＥＭ式検査装置のレシピ設定画面の構成例を示す図である。
【図２２】実施例１〜４に記載のＳＥＭ式検査装置のレシピ設定画面の構成例を示す図である。
【図２３】実施例１〜４に記載のＳＥＭ式検査装置のレシピ設定画面の構成例を示す図である。
【図２４】実施例１〜４に記載のＳＥＭ式検査装置のレシピ設定画面の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、ＳＥＭを用いたＳＥＭ式検査装置を例にして、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、ＳＥＭ式検査装置のみならず、ＳＥＭ式欠陥レビュー装置やイオン顕微鏡など、荷電粒子線装置一般に適用することが可能である。
【００２０】
（原理説明）
まず、各実施形態に共通して用いられる本発明の計測原理について以下に説明する。なお、以下の説明では、複数種類の欠陥を有する被検査試料の例として、正常部と２種類の欠陥部が存在する場合を想定して説明を行う。
【００２１】
ここでは説明を簡単にするために、観察試料を縦型の配線（以下プラグ）だけを持つデバイス試料とする。また、本プラグの底が基板５１につながっているプラグであることを想定する。これを以下では正常部５３とよぶ。実際は基板側にＰＮ接合などがあるが、ここでは考慮しない。断面の概略図を図１に示す。尚、プラグには配線の役割があり、その周辺は抵抗値が大きい絶縁部があるとする。
【００２２】
それに対し、欠陥部は以下２種類とする。なお、以下の説明において、カッコ内の数値は図面での参照番号を表すものとする。
【００２３】
欠陥部１（５４）では、プラグの下底に絶縁膜があるとする。
【００２４】
欠陥部２（５５）では、隣り合ったプラグと導通しているとする。図１ではデバイス内部に導通部５７があるが、下底であっても表層であってもかまわない。
【００２５】
以下で、前記部位の等価回路について述べる。等価回路を図２に示す。
【００２６】
絶縁部の抵抗をＲ0、キャパシタンス（容量）成分をＣ0とする。
【００２７】
正常部５３のプラグ配線抵抗をＲ1、プラグ内キャパシタンス（容量）成分をＣ1をとする。一般的にＲ0はＲ1より十分大きい。
【００２８】
欠陥部１（５４）の絶縁膜の厚みがプラグの高さと比較してある程度薄いと考えると、プラグ部の配線抵抗をＲ1、プラグ内（容量）成分をＣ1とすることができ、絶縁膜の抵抗値をＲ２とすると、欠陥部１（５４）の等価回路は図２で示したようになる。Ｒ2はＲ1と比べて大きいとする。
【００２９】
欠陥部２（５５）では、ここでは説明を簡単にするために、導通部５７の抵抗を０とする。その結果、図２の通り、プラグ配線抵抗をＲ1とＣ1が並列に並ぶことになる。
【００３０】
以下で、電子線をある一定時間正常部５３，欠陥部１（５４），欠陥部２（５５）に照射することを考える。ドーズ量、すなわち一次電子ビームにより試料表面に供給される電荷量をＱとする。ドーズ量Ｑが試料に供給された瞬間（図３中Ａ点）の試料表面電圧はそれぞれ以下の式で表すことができる。
【００３１】
【数１】
2011154918.tif 000003
【００３２】
【数２】
2011154918.tif 000004
【００３３】
【数３】
2011154918.tif 000005
【００３４】
【数４】
2011154918.tif 000006
【００３５】
検出される信号量は試料表面電位によって決まるため、画像階調差も試料表面電位によって決まる。
【００３６】
絶縁部は少しの電荷量でも大きな試料表面電位が形成される。あまりに大きな試料表面電位が形成されると、試料から放出される二次電子はすべて前記帯電した絶縁部に引き寄せられ中和されるため、実際はある一定電圧からは上がらなくなる。ここでは、絶縁膜部の試料表面電位をＶ0＝Ｖmaxとおく。
【００３７】
ドーズ量Ｑを照射した瞬間の絶縁部−正常部５３または欠陥部１（５４）との試料表面電位差ΔＶ1は（式６）で決まる。
【００３８】
【数５】
2011154918.tif 000007
【００３９】
この結果から、Ｑが小さいほど電位差ΔＶ1が大きくなるため、絶縁部と正常部５３または欠陥部１（５４）との識別をよりよく行うためにはドーズ量Ｑは小さくすべきであることがわかる。
【００４０】
次に、正常部５３または欠陥部１（５４）との試料表面電位差について考える。式（３）と式（４）は等しいので、ドーズ量Ｑを照射しただけでは、試料表面電位差がつかない。そこで、試料上の同一部位に時間差Ｔ2をおいて一次電子ビームを複数回照射することにより、欠陥部１（５４）の絶縁膜部抵抗Ｒ2の特性を利用して、正常部５３または欠陥部１（５４）間に電位差を作りだすことができる（その様子は、図２を用いて後述する）。図３にある瞬間にドーズ量Ｑを照射して形成された試料の時間変移を示すグラフで、正常部，欠陥部１，欠陥部２に対する試料表面電位の時間変移（減衰曲線）が示されている。ある時刻でドーズ量Ｑが供給されると、正常部，欠陥部１，欠陥部２の電位は、式（３）〜（５）に従って、初期状態Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3まで持ち上げられ、その後、図２の等価回路により定まる時定数に従って減衰する。図３中の減衰曲線のカーブは、以下の式（７）によりフィッティングすることが可能である。
【００４１】
【数６】
2011154918.tif 000008
【００４２】
ここで、ｔは時間、τは時定数である。正常部５３の時定数τはＲ1Ｃ1に等しく欠陥部１（５４）の時定数τは（Ｒ1＋Ｒ2）Ｃ1に等しい。この時定数に違いがある分だけ欠陥の識別が可能になる。
【００４３】
次に、正常部５３と欠陥部２（５５）について考える。欠陥部２（５５）の容量は２×Ｃ1と正常部５３の半分となっているので、正常部５３と欠陥部２（５５）との試料表面電位差ΔＶ2は（式６）で決まる
【００４４】
【数７】
2011154918.tif 000009
【００４５】
つまり、Ｑが大きいほど電位差が大きくなるため、正常部５３と欠陥部２（５５）との識別をよりよく行うためにはドーズ量Ｑは大きくすべきである。尚、欠陥部２（５５）では、一回のドーズ量Ｑの照射で正常部５３と欠陥部２（５５）との試料表面電圧との差があるので、欠陥部１（５４）と違いある一定時間を待つ必要はない。
【００４６】
以上をまとめると、ドーズ量と試料表面電位の関係は図４のようになる。
【００４７】
図３と図４から、欠陥部１（５４）を識別するには、ドーズ量Ｑを小さくしライン加算処理を行って且つ時間差を設ける検査条件が必要であり、欠陥部２（５５）を識別するには、ドーズ量Ｑの大きい検査条件が必要であることがわかる。
【００４８】
以上の説明では、ドーズ量Ｑ、すなわち一次荷電粒子ビーム照射の光学条件によって検出可能な欠陥がどのように変わるかについて説明した。次に以下では、画像信号から画像を形成する際の画像形成条件、つまり、ライン加算処理時における重み付き平均処理の物理的な意味について図５を用いて説明する。
【００４９】
図５には、図３に示されるような減衰カーブを持つ欠陥部，正常部に対してビーム照射を４回行った時の試料表面電位の時間変化を照射回数毎に示す（１回のビーム照射で試料に与えるドーズ量はＱであるとする）。
【００５０】
通常、信号Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、取得した信号をそれぞれ加算したのち加算回数Ｎで割り算する単純平均処理を行う。しかし、図５のような時間特性の場合、１回目のビーム照射により形成される試料表面電位には正常部５３と欠陥部１（５４）との間で大きな差がない（図中Ｃ部）のと比較して、４回目のビーム照射後に形成される試料表面電位には正常部５３と欠陥部１（５４）との間で大きな差がある（図中Ｂ部）。電子ビーム照射により検出される二次荷電粒子の量は試料の表面電位を反映するから、図５の結果は、１回目のビーム照射後よりも４回目のビーム照射後の方が正常部と欠陥部の検出信号量の差が大きいことを示している。換言すれば、検出される二次荷電粒子に含まれる欠陥情報はビーム照射回数に応じて変わることになる。よって、ビーム照射回数に応じた重み（本質的には、検出したい種類の欠陥情報を最もよく反映する帯電電位に対する重み）を検出される画像信号に積算して平均する重み付き平均化処理を行うことにより、形成画像に含まれる欠陥情報を調整することが可能となる。本実施例で言えば図２に示した欠陥部１（５４）のような種類の欠陥検査には、上述の重み付き平均化処理が適しているといえる。
【実施例１】
【００５１】
本実施例では、多重走査で走査ライン毎にドーズ量を可変にする機能、または重み付き平均処理機能を備えたＳＥＭ式検査装置の基本構成例について説明する。
【００５２】
（装置構成）
図６には、本実施例のＳＥＭ式検査装置の全体構成を示す。本実施例のＳＥＭ式検査装置は、大まかには、一次電子ビームを試料に照射し、二次電子や後方散乱電子などの二次荷電粒子を検出して、画像信号として信号出力する電子光学カラム，試料ステージを格納する試料室，試料ステージや上記電子光学カラムなど、電子光学カラムや試料ステージといった撮像手段の個別構成要素を制御する制御部３０、得られた画像信号を用いて欠陥検査を行う画像処理部２２，ＳＥＭ式検査装置の検査条件や動作条件を設定入力するための操作画面が表示される画面表示手段３１，制御部３０や画像処理部２２を含めたシステム全体を制御する上位制御部４２などにより構成される。上記の制御部３０，画像処理部２２および画面表示手段３１は、ＬＡＮケーブルなどの通信ケーブルにより相互に接続されている。なお図示してはいないが、本実施例のＳＥＭ式検査装置は、試料室内に被検査試料を搬入・搬出するための搬送系も備えている。
【００５３】
電子光学カラムは、電子ビームが放出する電子源０を有する電子銃２と、電子源０から試料までに到達する電流量を制御することが可能な光学レンズ１と、前記電子ビームを偏向するための偏向器５と、電子線の焦点位置を変えるための対物レンズ３と、試料からの放出電子を検出するための検出器６などにより構成される。
【００５４】
試料室内には、被検査試料７を載置する試料台（図示せず）と、試料台を所望の方向に移動させるための試料ステージ４などが設けられる。
【００５５】
制御部３０は、偏向器５に供給する走査偏向信号を生成する信号生成部１０，信号生成部１０が生成するデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ９，アンプ８などにより構成される走査系制御部，アンプ１４により増幅された検出器６のアナログ検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１５，データ処理部１６などにより構成される検出系制御部，試料ステージ４の動作を制御する試料ステージ制御部などを含んで構成される。
【００５６】
さて、本実施例のＳＥＭ式検査装置は、前述の通り、被検査試料に与える単位時間あたりのドーズ量を走査ライン毎、つまり同一走査ラインに複数回ビーム照射を行う場合に、走査回数毎にドーズ量を調整する機能を有しており、この機能は、光学条件を変えるまたは画像形成条件を変えることにより実現される。光学条件の制御により試料上への単位時間当たりのドーズ量を制御するためには、以下の３通りの方法がある。
（１）制御部３０により電子源０からの放出電流量を走査毎に直接可変する方法、
（２）電子銃２に備えられた光学レンズ１を用いて試料に到達する電流量を制御する方法、
（３）前記偏向器５のアナログ信号周期を早くすることで、走査速度を早くする方法
【００５７】
上記（１）の方法でドーズ量を調整する場合には、電子源０への印加電圧を同一箇所への走査回数に応じて変える。このため、制御部３０に走査回数あるいは走査順序に応じた電子源電圧値を格納したテーブルを設けておき、走査時には、テーブルに記載された電圧値に従って、電子源電圧値を調整する。
【００５８】
上記（２）の方法でドーズ量を調整する場合には、同じく電子銃光学レンズ１の制御電流値を走査回数あるいは走査順序に対応させてテーブル化し、制御部３０に格納しておく。走査時には、テーブルに従って、電子銃光学レンズ１への制御電流値を調整する。
【００５９】
上記（３）の方法によりドーズ量を調整する場合には、ドーズ量の調整は走査系制御部により実行される。以下、図７，図８を用いて詳細に説明する。
【００６０】
図７には、同一走査ラインに複数回一次電子ビームを走査する際の電子ビームの軌跡を模式的に示した。図７に示す例では、同一走査ラインに３回ビームを走査させており、上側の走査ライン７０１上に丸数字の順序でＸ方向に順次走査させ、走査ライン７０１を３回走査し終わると、Ｙ方向に走査位置を移動し、次の走査ライン７０２上でＸ方向のビーム走査を３回繰り返す。すなわち、走査ライン７０１上では、実線１，点線２，点線３で示される順序で電子ビームを走査させ、走査ライン７０２上では、実線４，点線５，点線６の順序で走査を繰り返す。この際、各走査ライン上で、走査速度などの光学条件を、検出したい欠陥が最もよく検出できるように調整する。
【００６１】
図７の走査を実行するために図６の信号生成部１０が生成するＸＹ走査信号の偏向電圧波形を図８に示す。図７に示す走査の場合、３回のビーム走査が終了するまではＹ方向のビーム照射位置は不変であるので、Ｘ走査信号はノコギリ波、Ｙ走査信号はノコギリ波３周期分の周期を持つ階段関数状の信号波形となる。なお、簡単のため、図８においてはノコギリ波を構成する刃の部分の幅（図中の長さＴ1）は全て同じように記載しているが、実際には同一走査ラインの走査順序（走査回数）に応じて走査速度を変えるビーム走査制御を行う場合もあり、その場合、ノコギリ波の刃の部分の幅は、走査順序に応じて異なることになる。言い換えれば、本実施例のＸ走査信号は、走査順序に応じて周期の異なる波形成分を持つノコギリ波により構成される場合もある。
【００６２】
走査系制御部に設けられる信号生成部１０は、アナログ信号の幅，その間隔、及び最大値を設定する部位である信号幅設定部１１と、信号間隔設定部１２と、信号量設定部１３を備える。一次電子ビームの走査速度は、信号生成部１０により生成される走査偏向信号の周期を変えることにより制御される。例えば、前記アンプ８から出力される走査信号が図８に示すＸ走査信号であった場合、走査信号の周期すなわち走査速度は、図８のノコギリ波の長さＴ1を変えることにより制御される。また、走査と走査の時間間隔は、期間Ｔ2（ノコギリ波のピッチ）を変えることにより制御される。
【００６３】
信号幅設定部１１では、図中ノコギリ部の幅Ｔ1を、信号間隔設定部１２では図中Ｔ2を、信号量設定部１３では信号ピーク値Ｖ1やノコギリ波の高さＶ2の値を制御する。走査信号は、走査順序とノコギリ波の長さＴ1（走査速度）を対応して記述したテーブルを信号生成部１０内のレジスタあるいはメモリ（図示せず）に格納しておき、走査時には、上記のテーブルを参照することによって制御する。
【００６４】
また、画面表示手段３１上に表示される操作画面上には、走査速度や走査幅を設定するための入力手段が表示される。信号幅設定部１１および信号量設定部１３は、入力された走査速度や走査ラインの値に従ってＴ1、Ｖ1あるいはＶ2を制御する。
【００６５】
尚、Ｔ1は画素辺りのサンプリング速度ｆ［１／sec］と画素数ｎから計算できる（Ｔ1＝ｎ／ｆ）ので、Ｔ1ではなくて、ｆ及びｎの入力に代換えることが可能である。また、Ｖ1はＳＥＭ画像の視野の大きさに対応し、Ｖ2は偏向開始位置であるので、Ｖ1やＶ2を直接設定するのではなく、ＧＵＩ上で偏向する幅や偏向開始位置を指定することで代換えることが可能である。但し、Ｔ2については、直接時間入力するか、上記テーブルに従って制御する。
【００６６】
Ａ／Ｄコンバータ１５は一次電子ビームの走査速度に同期したサンプリングレートでアナログ信号をデジタル信号に変換し、通常、走査速度を変えた場合には、それに合わせてサンプリングレートも変える。
【００６７】
画像処理部２２は、画像メモリ１７，１８，比較演算部１９，欠陥判定部２０，画像表示保存部２１などより構成される。本実施例のＳＥＭ式検査装置の場合、画像メモリ１７には、正常パターンに対応する参照パターンが格納され、画像メモリ１８にはウェーハ上の検査領域について逐次取得される検出画像が格納される。ここでの参照パターンには、例えば試料から実際に撮像された検出画像のうち欠陥を有していないものとして判定されたパターン，設計データから発生されたパターン等を使用する。比較演算部１９は、参照パターンと検出画像とを比較して差分画像を生成する処理ユニットである。欠陥判定部２０は、生成された差分画像に基づいて欠陥を判定する処理ユニットである。画像表示保存部２１は、判定結果をオペレータに提示すると共に取得された検出画像を不図示の記憶手段に保存する処理ユニットである。欠陥数は欠陥数保存部４１にて保存される。
【００６８】
次に、図９を用いて、重み付き平均処理機能を実現するための装置構成について説明する。一般に、二次荷電粒子画像のＳＮ向上を目的として、電子線を同一部位にＮ回照射するライン加算処理が行われている。ライン加算処理を行うときは、Ｎ回照射した時のデータは全て前記データ処理部１６にて保管し、Ｎ回分の検出データを全て足し合わせて、最後にＮで割り算することによって、平均化する。その結果、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。以下では、これを単純平均処理とよぶ。
【００６９】
一方、本実施例のＳＥＭ式検査装置は、重み付き平均処理を行う重み付き平均処理部２９を備えている。重み付き平均処理部２９は、図６のＡ／Ｄコンバータ１５の出力信号、すなわちＡ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換された画像信号を処理するデータ処理部１６の内部に設けられており、詳細は図９に示す通りである。重み付き平均処理部２９は、データを蓄えるメモリ部２８と、前記デジタル信号によって表現される画素値に重みに対応する係数を積算する重み付け部２３と、加算部２５と、同一部位にビームを照射したライン加算回数Ｎ（Ｎは１以上の整数）で割り算する割り算部２７と、信号の出力先を切り替えるための数個のセレクタ２４，２６などを含んで構成される。
【００７０】
この重み付き平均処理部２９は、以下の式（１）を実行する回路要素を備えている。式（１）は、複数回のビーム照射により得られる画像信号の重み付き平均処理を数式で表現したものであり、Ｘnはｎ回目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の走査で検出される画像信号の信号強度、Ａｎが重みに対応する重み係数、Ｙは最終的に得られる信号強度（画素値）である。式（１ａ）で示されるように、大文字のＮは重み係数の総和である。
【００７１】
【数８】
2011154918.tif 000010
【００７２】
【数９】
2011154918.tif 000011
【００７３】
信号Ｘnに重み付け部２３にて重み係数Ａｎをかけた結果ＡnＸnをセレクタ２４を経由させ、メモリ部２８に格納する。ｎ＋１回目に取得した信号Ｘn+1に重み係数Ａｎ+1をかけた結果Ａn+1Ｘn+1を加算部２５に送り、メモリ部２８から前記ＡnＸnを出力し、前記Ａn+1Ｘn+1とＡnＸnを加算部２５にて加算し、加算されたデータをセレクタ２６を経由しメモリ部２８に再格納し、これを繰り返す。これにより、式（１）の分子に相当する加算処理が順次実行される。最終項（Ｎ−１回目の加算に相当）のＡN-1ＸN-1とＡNＸNを加算した後は、セレクタ２６を制御し、加算部２５の演算結果をメモリ２８ではなく割り算部２７へ出力させる。これにより、割り算部２７にてＮを除数とする割り算を行う。
【００７４】
積算すべき重みは、同一走査ラインの走査順序に応じて決まるため、上記の重み付き平均処理を行うためには、一次電子ビームの偏向情報が必要となる。また、走査順序に応じた走査速度を調整する手法と重み付き平均処理を併用する場合もある。そこで、図９に示すデータ処理部１６は、重み付き平均処理部２９に偏向情報を供給するための手段を備えている。まず、データ処理部１６は偏向情報伝送路３５を介して信号生成部１０と接続されており、一次電子ビームの偏向情報、すなわち、図８に示したＴ1，Ｔ2，Ｖ1あるいはＶ2の各情報は、信号生成部１０から時々刻々データ処理部１６内の偏向情報命令部３６へ伝送される。これにより、データ処理部１６は、現在検出されている画像信号が、どの走査ラインを走査して検出された画像信号か、あるいは何番目の走査で検出された画像信号かという情報を判断するための同期情報を得ることができる。
【００７５】
偏向情報命令部３６にて受信された偏向情報は、ルックアップテーブル３７に送られる。ルックアップテーブル３７には検出信号を処理する方法，順番などが予め登録されており、重み付き量調整部３８，メモリ制御部３９，セレクタ制御部４０は、それぞれルックアップテーブル３７を参照して、重み付き部２３，メモリ部２８，セレクタ２４，２７に対して命令を送る。例えば、重み付き量調整部３８は、次に入力される画像信号に対して適用すべき重み係数の値を重み付き部２３に送る。メモリ制御部３９は、セレクタ２４から次に加算部２５に出力される信号に対してはメモリ内のどのアドレスの加算結果を出力すべきかという情報をメモリ２８に送る。セレクタ制御部４０は、式（１）の演算の進行具合に応じて、信号をどこへスイッチさせるべきかという情報をセレクタ２４，２７に送る。
【００７６】
以上の方法で、複数回被検査対象に電子線を照射するライン加算処理を行った時の検出信号を重み付き平均処理することが可能である。なお、図９に示す構成はあくまで一例に過ぎず、本発明の技術思想に含まれる範疇で他の構成も取りうることは言うまでもない。
【００７７】
（装置の動作フロー）
以下に、検出したい欠陥が２種類ある場合の検査条件決定フローについて説明する。図１０にそのフローを示す。
【００７８】
第１のステップでは、被検査対象ウェーハの装置へのロード，被検査対象試料の位置アライメント、ビーム校正などの検査準備を行う。本ステップは自動化も可能であるが、基本的には装置のオペレータにより実行される。
【００７９】
第２のステップで、重み付き平均処理を行うかを決定する。重み付き平均処理を行う場合は、加算回数ＮとＮごとの重みＡNも設定する。この判断は装置オペレータにより行われ、判断結果あるいは加算回数Ｎおよび重みＡNの情報がＧＵＩを介して装置に入力される。
【００８０】
第３のステップで、試験的な検査を行う場所の設定を行う。この設定も装置オペレータにより行われる。
【００８１】
第４のステップで、画像取得の終了を確認した後、検査閾値の設定を行う。ここでは、欠陥の種類を２種類としているので、検査閾値は２通り設定する。以下では、欠陥部１（５４）を識別するための閾値を検査閾値１とし、欠陥部２（５５）を識別するための閾値を検査閾値２とする。前記取得した画像の概略と、前記正常部５３と、前記欠陥部１（５４）と、欠陥部２（５５）のコントラストを示す信号プロファイルを図１１に示す。
【００８２】
以上説明した第１のステップから第４のステップは、基本的には装置オペレータのマニュアル操作により実行される。
【００８３】
第５のステップで、各種パラメータを自動変更する自動シーケンス処理５８を行うかどうかの判定を行う。この判定は、例えば、レシピ設定画面上でオペレータが「自動シーケンス処理を実行」というモードを設定し、設定されたモードの情報に従って行われる。自動変更パラメータとしては、例えば単位時間当たりのドーズ量Ｑ，照射する間隔Ｔ2などが対象となる。自動シーケンス処理５８を行うと、ドーズ量と欠陥数の関係、例えば、図１２のような横軸ドーズ量、縦軸が欠陥数といったグラフの自動取得が可能である。ドーズ量と欠陥数の関係の表現としては、表やデータの羅列でもかまわない。取得されたグラフは画面表示手段３１上に表示され、装置オペレータが最適な検査条件（例えば図中のＤ点）を見つけることが可能となる。
【００８４】
自動シーケンス処理を行わない場合は第６のステップに進み、自動シーケンス処理を行わない場合は第６ａのステップに進む。
【００８５】
第６のステップでは、検査画素サイズｐ，単位時間当たりのドーズ量Ｑまたは電子線の走査速度ｖまたはサンプリング速度ｆ，偏向振り幅（画素数または偏向幅）を装置に入力する。上位制御部４２は、入力された情報に基づき前記Ｔ1を決定する。また、第７のステップでは、電子線を照射する間隔Ｔ2（またはＴ1＋Ｔ2）を入力する。以上の第６のステップおよび第７のステップは、第１のステップから第４のステップと同様、装置オペレータのマニュアル操作により実行される。
【００８６】
第８のステップでは、第６のステップで入力されたパラメータを使用して検査の総時間が見積もられる。画面表示手段３１に備えられたコンピュータあるいは上位制御部４２は、前記設定した検査画素サイズｐ，ドーズ量Ｑ（または電子線の走査速度ｖまたはサンプリング速度ｆ），電子線を照射する間隔Ｔ2（またはＴ1＋Ｔ2），重みＡN，試験的な検査を行う場所の面積のパラメータを使って、本検査にかかる総時間（検査の所要時間）を計算する。計算された総時間は画面表示手段３１上に表示される。装置オペレータは、検査時間に満足できない場合は、第２のステップまで戻り、条件の設定をしなおす。
【００８７】
第９のステップで、試験的な検査を実行する。すなわち、電子線照射を開始し、試験検査の画像を実際に取得する。この動作は制御部３０により実行される。
【００８８】
第１０のステップでは、画像処理部２２は、第９のステップで取得された画像と第４のステップで設定された検査閾値１，２とを用いて、欠陥部の数及び欠陥座標を算出する。
【００８９】
第１１のステップで、検査条件を変更するかの判定を行う。この判定は、装置オペレータのマニュアル操作により実行される。検査条件を変更しない場合は、第１２ステップとして、本検査を実行する。
【００９０】
第５のステップで自動シーケンス処理５８を行う場合は、ステップ６ａと７ａで、自動シーケンス処理に用いるパラメータの範囲と刻み幅を設定する。この設定もオペレータのマニュアル操作により行われる。第６ａのステップでは、ドーズ量Ｑの自動可変量ΔＱ、可変範囲Ｑmin，Ｑmaxを設定する。第７ａのステップでは、照射する間隔Ｔ2の自動可変量ΔＴ，可変範囲Ｔmin，Ｔmaxを設定する。設定されたパラメータは上位制御部４２にて保存される。
【００９１】
第８ａのステップでは、上位制御部４２は、前記設定したパラメータを使用して、自動シーケンスにかかる時間を算出し、画面表示手段３１上に表示する。装置オペレータが検査時間に満足できない場合は、条件の設定をしなおす。
【００９２】
第９ａのステップでは自動シーケンス処理５８が実行される。自動シーケンス処理５８は、被検査試料の所定箇所にビームを照射し、得られた画像から欠陥数を求める処理を、ドーズ量を設定範囲内で少しずつ変えながら行うシーケンスであって、設定されたドーズ量に対応する光学条件でビームを照射し、画像を取得する画像取得ステップ、得られた画像から欠陥を検出し、欠陥数を求めて保存する欠陥数の取得・保存ステップ，自動シーケンス処理５８が終了したかどうかを判定するシーケンス終了処理判定ステップ，ドーズ量の刻み幅ΔＱ分だけ光学条件を調整する条件調整ステップなどにより構成される。自動シーケンス処理５８の全体的な制御は上位制御部４２により実行されるが、欠陥数の取得・保存ステップは画像処理部２２にて実行され、欠陥数の保存は欠陥数保存部４１により実行される。
【００９３】
自動シーケンス処理５８が終了すると、上位制御部４２は、例えば図１２に示すような欠陥数と各パラメータとの関係を画面表示手段３１上に表示する（第１０ａのステップ）。
【００９４】
第１１ａのステップでは、装置オペレータが前記表示結果を用いて最適パラメータの決定及び設定を行う。
【００９５】
以上のフローにより、２種類以上の欠陥を検出するための最適条件で検査することが可能となる。なお、図１２に示した例では最適条件に対応するドーズ量を各々のグラフが交わるＤ点としたが、この最適条件は検査される対象によって変えてもよい。例えば、被検査対象には欠陥部１のような非導通欠陥が多く、欠陥部２であるショート欠陥は簡単な分布程度の取得できない、と判断できる場合には、図１２中の左方向の位置を最適条件としてもよい。また、ドーズ量と欠陥数の関係が図１３のようであれば、つまり、欠陥部２が存在しないような被検査対象物ではＤ点ではなくＥ点での検査条件の方が望ましいことが判断できる。
【００９６】
以上、本実施例で説明したＳＥＭ式検査装置により、複数の種類の欠陥を従来よりも精度よく検出可能な欠陥検査装置ないし欠陥検査方法が実現可能となる。
【実施例２】
【００９７】
実施例１では、同一走査ラインを光学条件を変えて複数回走査する、または同一走査ラインを複数回走査し検出される画像信号を重み付け平均化処理することにより、複数種類の欠陥の検出効率を向上させたＳＥＭ式検査装置の構成例について説明した。本実施例では、上記走査方法とスプリット走査を併用することにより、更に欠陥検出効率を高めた構成のＳＥＭ式検査装置またはＳＥＭ式欠陥レビュー装置の構成例について説明する。なお、装置のハードウェア構成は、図６および図９に示す構成とほぼ同一であるので、以下では、装置構成については、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００９８】
はじめに、図１４を用いてスプリット走査の概念を説明する。図１４は、同一走査ラインへの複数回走査とスプリット走査を併用した場合の走査順序を示した模式図である。簡単のため、図１４ではＳＥＭ画像の視野が４本の走査線で構成される場合を考えており、所定視野内に４本の走査ライン１４０１，１４０２，１４０３および１４０４が配置されている。なお、簡単のため、図１４においては、ＸＹ方向の走査原点は視野の左上隅、Ｘ方向の走査軸は右向き正、Ｙ方向の走査軸は下向き正であるとする。
【００９９】
通常のラスター走査の場合、各走査ラインは、１４０１→１４０３→１４０２→１４０４と上から順次走査され、１本の走査ラインを複数回照射する場合であっても、例えば、走査ライン１４０１を所定回数走査した後に、次走査ライン１４０３の走査が開始される。
【０１００】
一方、スプリット走査の場合は、最初の走査ライン１４０１の走査の終了後は、隣接走査ライン１４０３の走査は行わずに、所定間隔離れた走査ライン１４０２の走査を行い、その後、最初の走査ライン１４０１の隣接走査ライン１４０３に戻って走査を行う。初回走査ライン１４０１と次回走査ライン１４０２との距離、すなわち離間時間は、被検査試料の材質，回路パターンあるいは帯電しやすさ，帯電の抜けやすさ（時定数）といった要因に応じて自由に定めることができる。この離間時間は実施例１で記述したＴ2に対応する。つまり、１４０１→１４０３→１４０２→１４０４→１４０１までの走査方法を制御することによって、図５で示したＴ2を変えることができる。
【０１０１】
次に、本発明の複数回走査とスプリット走査を組み合わせた場合における一次電子ビームの走査順序について説明する。同一走査ラインの走査回数は、図７の場合と同様、３回とする。この場合の一次電子ビームの走査順序は、図１４のカッコ付き数字で示す通りとなる。すなわち、走査ライン１４０１上でＸ方向の走査（１）を行い、次にＹの正の方向に所定距離偏向して走査ライン１４０２に移り（移動７０３）、走査（２）の終了後、Ｙの負の方向に所定距離偏向して走査ライン１４０３に移り（移動７０４）、走査（３）の終了後、Ｙの正の方向に所定距離偏向して走査ライン１４０４に移り（移動７０５）、走査（４）の終了後、最初の走査ライン１４０１に戻って（移動７０６）、走査（５）を行う。走査（５）の終了後は、移動７０３と同様のＹ方向の偏向を行い（移動７０７）、走査（６）を行う。以上の要領で、走査を走査（１）から走査（１２）まで繰り返すことにより、各走査ラインについて３回の走査を実行する。なお、移動７０８は、最終回の走査（１２）直前のＹ方向への偏向を示す。
【０１０２】
図１５（Ａ），（Ｂ）には、図１４に示したスプリット走査型のビーム走査を行うために偏向器５に供給されるＸＹ走査信号の波形を、ステップアンドリピート方式と、ステージ連続移動方式の両者について模式的に示す。ここで、ステップアンドリピート方式とは、検査画像の取得時には試料ステージを静止させ、ある領域の検査画像取得後、次の検査領域に試料ステージを移動することにより視野移動を行う方式の検査方式である。また、ステージ連続移動方式とは、撮像中に試料ステージを移動しながら試料ステージ移動方向とは交差または直交する方向にビームを１次元走査して検査画像を取得する方式の検査方法である。この場合、ステージ移動とビーム走査により試料上の被検査領域上に「走査ストライプ」と称される帯状のビーム軌跡が描かれ、画像信号は、走査ストライプに応じて連続的に出力される。
【０１０３】
ステップアンドリピート方式の検査装置は、試料上の検査面積が比較的少なくかつ試料上の決められた位置の検査を行う定点観測式検査装置あるいは欠陥レビュー装置に適している。一方、ステージ連続移動方式の検査装置は、半導体ウェーハなどの大きな被検査試料上で大面積の検査を行う必要のあるＳＥＭ式外観検査装置に適している。
【０１０４】
図１５（Ａ），（Ｂ）の説明に戻ると、Ｘ走査信号については、ステップアンドリピート方式およびステージ連続移動方式で共通であり、いわゆるノコギリ波信号が偏向器５に供給される。ここで、ノコギリ波信号のノコギリ刃の部分に付されたカッコ付き数字は、図１４中にカッコ付き数字で示された各走査に対応しており、各走査ラインでのＸ走査に対応したノコギリ波信号が偏向器５に供給される。
【０１０５】
一方、Ｙ走査信号については、ステップアンドリピート方式およびステージ連続移動方式で異なる波形の信号が偏向器５に供給される。
【０１０６】
ステップアンドリピート方式の検査の場合、Ｙ走査信号は、図８に示す階段関数が図１４に示したＹ方向の移動７０３〜７０８に応じて連続する、高さの異なる矩形信号となる。すなわち、図１５（Ａ）に示すＹ走査信号において、矩形波形の立ち上がり７０３では図１４の移動７０３に相当する距離だけＹの正方向にビームが偏向され、次の立下り７０４では、Ｙの負方向に移動７０４に相当する距離だけビームが戻される。以上のビーム偏向制御が移動７０３から７０８まで繰り返され、所定視野の撮像が終了すると、ステージ移動により次の検査位置への視野移動が行われる。
【０１０７】
上記のＹ方向走査も、図６に示した信号生成部１０により制御される。図１５（Ａ）に示すＹ走査信号の矩形の幅は、基本的にはＸ走査信号のノコギリ波の長さＴ1とノコギリ波のピッチＴ2との和に等しく、信号幅設定部１１により制御される。なお、Ｔ1は同一走査ラインの走査順序に応じて異なるため、実施例１同様、信号幅設定部１１は、信号生成部１０内に設けられたテーブルを参照し、走査順序毎にＴ1を調整している。
【０１０８】
また、本実施例の場合、本発明の走査にスプリット走査を組み合わせているため、Ｙ走査信号の矩形の高さも走査順序に応じて異なることになる。従って、Ｙ方向への偏向距離を各走査ラインの走査順序と対応させたテーブルを信号生成部１０に格納しておき、走査時には、信号量設定部１３は、当該テーブルを参照し走査順序毎に矩形信号の高さを調整する。図１５（Ａ）の場合には、矩形信号のベースライン電圧Ｖ0や、１回目の移動時のＹ偏向電圧Ｖ1（第１Ｙ偏向電圧），２回目の移動時のＹ偏向電圧Ｖ2（第２Ｙ偏向電圧），３回目の移動時のＹ偏向電圧Ｖ2（第３Ｙ偏向電圧）が、それぞれテーブルに格納される。
【０１０９】
以上のＸＹ走査信号制御により、本実施例での走査方式がステップアンドリピート方式で実現される。
【０１１０】
ステージ連続移動方式の場合、Ｙ走査信号の制御はもう少し複雑になる。上述の通り、ステージ連続移動方式では、撮像中、試料ステージが１方向（図１４の場合にはＹ方向）に連続移動している。従って、ある走査ラインのＸ走査が終了して次走査ラインの走査に移る場合、視野内での次走査ラインとの距離分だけＹ偏向を行うだけでは足りず、試料ステージの移動距離分を加算してビームを偏向する必要がある。すなわちステージ連続移動方式のＹ走査信号は、図１５（Ａ）のＹ走査信号のベースライン電圧がステージ移動距離に同期したＹ偏向電圧分だけ変動するような波形の信号となる。図１５（Ｂ）においては、ベースライン電圧が、ステージ移動制御との同期するＹ偏向電圧分だけ傾いた点線で示されており、走査順序に応じた正負のＹ偏向がこの傾いたベースライン上に重畳されている。
【０１１１】
更に、Ｘ方向への電子ビーム走査の間もステージは移動するため、矩形波の山の部分（例えば、図中の領域１５００）の長さもベースライン電圧の傾きと同じ傾きで変化させる。このためステージ連続移動方式の場合、信号量設定部１３は、ステージの移動距離と同期したベースライン電圧を算出し、ステップアンドリピート方式のＹ走査信号に重畳させる機能をもつ。
【０１１２】
ステージの移動距離がＹ方向へのビーム偏向では追随できなくなるほど大きくなった場合は、Ｙ方向のビーム偏向を走査原点に振り戻す（図中の偏向電圧の立下り１５０１）。Ｙ方向のビーム偏向開始から走査原点への振り戻しまでの周期１５０２は、軸外収差が無視でき均質な画像を取得できると見なせるＹ方向への走査限界（電子光学カラムの光学性能）によって定まり、電子光学カラムの光学性能によって走査偏向制御を変える必要がある。
【０１１３】
以上説明したステージ移動方向と同じ方向あるいは逆方向へのビーム偏向は振り戻し偏向と呼ばれる場合もある。本実施例の走査をステージ連続移動方式で実現する場合、ビーム走査順序に応じた複雑な振り戻し偏向が走査ストライプ内で行われることになる。
【０１１４】
以上のＸＹ走査信号制御により、本実施例の走査方式がステージ連続移動方式で実現される。
【０１１５】
以上説明した走査偏向制御により一次電子ビームを試料上に走査し、得られた検査画像を用いて欠陥検査を行う。取得された画像信号に重み付き平均処理を行う場合の信号処理方法は、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【０１１６】
本実施例で説明したスプリット走査は、隣接する走査ライン同士では、各走査ラインへの一次ビーム照射が時間をおいて間欠的に行われるため、隣接走査ラインの帯電の影響が、現在走査している走査ラインに及びにくいという効果がある。従って、本発明の多重走査とスプリット走査を組み合わせることにより、目的とする欠陥を検出するために必要な帯電状態が、実施例１の走査方式よりも作りやすくなるという効果を奏することができる。これにより、従来よりも欠陥捕捉率の格段に高いＳＥＭ式検査装置あるいは欠陥レビューＳＥＭを実現できる。
【実施例３】
【０１１７】
本実施例では、被検査対象の領域によって検査条件を設定する検査フローに関して説明する。つまり、検査対象ウェーハの端は非導通欠陥が多く、中心はどちらの欠陥が検出されるかわからない、といったように一回に２領域を検査する場合である。こういった場合の検査フローを図１６に示す。なお、実施例２と同様、装置のハードウェア構成は、図６および図９に示す構成とほぼ同一であるものとする。
【０１１８】
第１のステップで、検査を行う領域を少なくとも２か所以上設定する。その領域に、前記欠陥の呼称または種類を設定する。つまり、場所Ａでは欠陥部１（５４）のみを選択的に取得し、場所Ｂでは欠陥部２（５５）を選択的に取得するといった設定である。
【０１１９】
第２のステップで、前記２か所の領域での検査条件（単位時間当たりのドーズ量，加算回数，重み，照射する間隔，検査閾値等）を設定する。どちらの欠陥が検出されるかわからない場合はこのステップ中に図１０中の自動シーケンス処理５８を行ってもよい。
第３のステップで、実際の検査を開始する。
【実施例４】
【０１２０】
異なる欠陥種を両方取得するための最適ドーズ量を図１２ではＤ点やＥ点としたが、検出したい欠陥の種類が多くなると、実際には１つの欠陥検出条件だけでは、目的とする全ての欠陥を捕捉するのが困難な状況もありうる。そこで、被検査試料上に検査条件の異なる領域を設定し、一回の検査動作の中で、設定領域ごとに別検査条件で検査することも可能である。以下では、半導体デバイスの回路パターンが形成されたウェーハを被検査試料とし、回路パターンを構成する所定の回路領域を単位として検査条件を変える検査の例について説明する。なお、以下の説明は、ステージ連続移動方式で欠陥検査を行うことを前提とし、装置のハードウェア構成も、図６および図９に示す構成とほぼ同一であるものとする。
【０１２１】
図１７には、その第一の例を示す。第一の例では、メモリセルが周期的に並んだメモリマットの列を単位として検査条件を変えている。ダイ内のメモリマット領域に、ビーム走査を行う複数の走査ストライプ４０１，４０２を配置し、走査ストライプ４０１，４０２が配置されたメモリマット列４０３，４０４を検査条件を変更する単位とする。走査ストライプ４０１では欠陥部１を識別する検査条件１を設定し、検査を行う走査ストライプ４０２では欠陥部２を識別する検査条件２を設定する。例えば、走査ストライプ４０１ではショート欠陥を重点的に検査し、走査ストライプ４０２では非導通欠陥を取得するといった検査を行うことが可能となる。このような検査方法でウェーハ全面検査を行うと、ショート欠陥と非導通欠陥を同時に取得された被検査対象試料の欠陥分布を取得することが可能となる。
【０１２２】
また、走査ストライプ４０１，４０２に設定する検査条件を、実施例１〜３で説明した複数の検査条件を検出可能な検査条件に各々設定すれば、それだけ多数の種類の欠陥を検出することが可能となる。
【０１２３】
図１７ではメモリセルの横一列を同一条件で検査しているが、図１８のように被検査対象のウェーハ全面のマクロ的な領域を複数の検査条件で検査してもよいし（図中右側が検査条件１にて検査する検査領域１で、図中右側が検査条件２にて検査する検査領域２）、図１９のようにメモリセル一つずつを複数の検査条件で検査してもよい。
【０１２４】
本実施例の検査フローを図２０に示す。
【０１２５】
第１のステップで、欠陥部１を識別する検査条件１の決定と、欠陥部２を識別する検査条件２の決定を行う。
【０１２６】
第２のステップで、検査条件１を行う検査領域１の設定と、検査条件２を行う検査領域２の設定を行う。
【０１２７】
第３のステップで、ステージ駆動させ、検査を開始する。検査領域１を検査条件１にて検査を開始する。例えば、ここでは重点的にショート欠陥が取得される。
【０１２８】
第４のステップで、検査領域２を検査する前に、検査条件１から検査条件２に切り替えた後、検査条件２にて検査領域２を検査する。検査条件を切り替える時は、ステージ駆動を止めても良いし、止めなくても良い。例えば、ここでは重点的に非導通欠陥が取得される。
【０１２９】
なお、以上の説明は、ステージ連続移動方式の検査装置を前提として説明したが、ステップアンドリピート方式の検査装置でも同様の機能は実現可能である。ただし、図１７や図１９に示すようなメモリマットの検査画像を取得するためには、メモリマットのサイズ単位で試料ステージの移動を制御する必要があり、ステージ移動の制御精度の制約上、ステージ連続移動方式の方が有利である。
【実施例５】
【０１３０】
本実施例では、実施例１〜４で説明した各検査装置を操作するために必要となる入力画面の例について説明する。なお、以下に説明する操作画面は、全て図６の画面表示手段３１に表示されるものとする。
【０１３１】
図２１は、検査条件を設定するためのレシピ設定画面の例を示す図である。子ウィンドウ２００には、ウェーハ上の検査領域を決めるための試料マップ２０１および、検査を行う領域２２３を設定するための領域設定ボタン２０２や設定した領域を解除する領域解除ボタン２０３を備える。
【０１３２】
子ウィンドウ２０４には、検査画素サイズｐを設定する画素サイズ設定部２０５と、単位時間当たりのドーズ量Ｑを設定するドーズ量設定部２０６と、加算回数Ｎを設定する加算回数設定部２０７と、サンプリング速度を設定するサンプリング速度設定部２０８と、照射間隔を設定する照射間隔設定部２０９と、重み付き平均処理の実行可否を選択する重み付き平均処理選択部２１０と、自動処理シーケンス処理用パラメータを変更するための子ウィンドウ３１０を表示するためのボタン３０８と、自動処理シーケンス処理５８を行うかを判定するチェックボックス３０９と、重み付き平均処理の詳細設定画面をポップアップ表示させるための詳細設定ボタン２１１と、画像取得を開始させる画像取得開始ボタン２１２を含んで構成される。
【０１３３】
詳細設定ボタン２１１を押すと、例えば、図２２に示すような子ウィンドウ３００が画面上に表示される。子ウィンドウ３００は、設定されたライン加算回数のうちｎ番目の走査による画像信号に対して重み付け係数を設定するための画面であり、ｎ番目の画素データを決める設定回数表示部３０１と、重み付け係数設定部３０２とを含んで構成される。ボタン３０８を押すと、例えば、図２４に示すような子ウィンドウ３１０が画面上に表示される。子ウィンドウ３１０には、ドーズ量Ｑの自動可変量ΔＱの設定部３１１と、初期値Ｑmin設定部３１２と、最終値Ｑmax設定部３１３と、照射する間隔Ｔ2の自動可変量ΔＴ設定部３１４と、初期値Ｔmin設定部３１５、最終値Ｔmax設定部３１６を有する。
【０１３４】
子ウィンドウ２１３は、第１の検査条件に対する欠陥判定の閾値を設定する第１検査閾値設定部２１４と、第２の検査条件に対する欠陥判定の閾値を設定する第２検査閾値設定部２１５と、検査開始ボタン２１６と、検査停止ボタン２１７とを含んで構成される。
【０１３５】
画像取得開始ボタン２１２と検査開始ボタン２１６が表示されているが、画像取得動作と検査は同時に行うことも可能であるので、ひとつのボタンに統一してもよい。
【０１３６】
子ウィンドウ２１８には、検査時間にかかる予想時間を表示させる検査予想時間表示部２１９と、実際の検査時間を表示させる実検査時間表示部２２０と、欠陥の数を表示する欠陥数表示部２２１，２２２を備える。
【０１３７】
尚、上記例では、同一画面上に二つの欠陥部を検出するための検査条件を設定する部位などを示したが、別ウィンドウにしてもよいし、別タブ画面にしてもよい。
【０１３８】
次に、被検査対象の領域によって検査条件を設定する際の操作画面について説明する。例えば、図２３のような操作画面にて可能である。子ウィンドウ３００には、欠陥部１（５４）を検出するための条件１にて検査する領域３０１を設定する領域１設定部３０４と、欠陥部２（５５）を検出するための条件２にて検査する領域３０２を設定する領域２設定部３０５と、前記設定された領域を解除する領域１設定解除部３０５，領域２設定解除部３０６で構成される。
【０１３９】
図２３の子ウィンドウ３００には、被検査対象ウェーハ全面を表示してあるが、図１７や図１９のようなメモリセルのマップでもよい。
【０１４０】
検査条件１または検査条件２の二つの条件設定は、子ウィンドウ２０４が二つ表示されることで設定可能である。つまり、領域１の検査条件を設定する部位３０６と、領域２の検査条件を設定する部位３０７からなる。
【０１４１】
以上説明した各設定部位で入力された情報は、制御部３０に直接あるいは画面表示手段３１に備えられた演算装置により適当な前処理を施された後に、通信ケーブル３３を介して伝送される。また、制御部３０は、上記伝送された情報を元に、実施例１や実施例２で説明した各種の走査偏向制御あるいは画像信号の処理を行う。
【０１４２】
以上、各実施例で説明した装置の操作画面について説明したが、本発明の範囲は上述の操作画面には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
０  電子源
１  電子銃光学レンズ
２  電子銃
３  対物レンズ
４  試料ステージ
５  偏向器
６  検出器
７  被検査試料
８，１４  アンプ
９  Ｄ／Ａコンバータ
１０  信号生成部
１１  信号幅設定部
１２  信号間隔設定部
１３  信号量設定部
１５  Ａ／Ｄコンバータ
１６  データ処理部
１７，１８  画像メモリ
１９  比較演算部
２０  欠陥判定部
２１  画像表示保存部
２２  画像処理部
２３  重み付け部
２４，２６  セレクタ
２５  加算部
２７  割り算部
２８  メモリ
２９  重み付き平均処理部
３０  制御部
３１  画面表示手段
３２，３３，３４，４３  通信ケーブル
３５  偏向情報伝送路
３６  偏向情報命令部
３７  ルックアップテーブル
３８  重み付き量調整部
３９  メモリ制御部
４０  セレクタ制御部
４１  欠陥数保存部
４２  上位制御部
５１  基板
５２  絶縁部
５３  正常部
５４  欠陥部１
５５  欠陥部２
５６  絶縁膜
５７  導通部
５８  自動シーケンス処理
５９  繰り返し処理
２００  検査領域設定子ウィンドウ
２０１  試料マップ
２０２  検査領域設定ボタン
２０３  検査領域解除ボタン
２０４  画像取得条件設定子ウィンドウ
２０５  検査画素サイズを設定する部位
２０６  ドーズ量設定部
２０７  加算回数設定部
２０８  サンプリング速度設定部
２０９  照射間隔設定部
２１０  重み付き平均処理選択部
２１１  詳細設定ボタン
２１２  画像取得開始ボタン
２１３，２１８，３００，３１０  子ウィンドウ
２１４  第１検査閾値設定部
２１５  第２検査閾値設定部
２１６  検査開始ボタン
２１７  検査停止ボタン
２１９  検査予想時間表示部
２２０  実検査時間表示部
２２１，２２２  欠陥数表示部
３０１  設定回数表示部
３０２  重み付け係数設定部
３０４  領域１設定部
３０５  領域２設定部
３０６  領域１設定解除部
３０７  領域２設定解除部
３０８  ボタン
３０９  チェックボックス
３１１  ドーズ量Ｑの自動可変量ΔＱの設定部
３１２  初期値Ｑmin設定部
３１３  最終値Ｑmax設定部
３１４  Ｔ2の自動可変量ΔＴ設定部
３１５  初期値Ｔmin設定部
３１６  最終値Ｔmax設定部
４００  メモリマット
４０１，４０２  走査ストライプ
４０３  メモリマット列１
４０４  メモリマット列２
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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