(57)【要約】【課題】電子線画像の表示の倍率によって、ウエハの帯電電圧が増減し、画像表示の再現性が低減するのを防止する。【解決手段】低倍レビューを行った場所の一部を高倍レビューする時、高倍レビューの電子線走査領域を低倍レビューの走査領域とを実質的に同じにする。そして、検出器で検出した二次荷電粒子の信号の中から、高倍レビューしたい場所の二次荷電粒子の信号だけを選出する回路を設ける。【選択図】  図１
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【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走査された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領域の第１倍率の画像と第２倍率の画像とを比較する画像比較手段と、該画像比較手段からの情報を表示するモニタとを備え、該第１倍率の走査領域と第２倍率の走査領域が実質的に同じであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載において、前記拡大倍率を変更された時も前記レビユー時の一次電子ビームによる走査領域は実質的に同一とすることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１記載において、更に前記第二領域の画像の解像度を変更する手段を備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１記載の走査電子顕微鏡を用いたことを特徴とする検査・観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路パターンの検査・観察装置および検査・観察方法に用いられる走査電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング等の処理結果の良否、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。従って、不良発生を早期に検知するために、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】
走査電子顕微鏡を用いた検査装置は、電位コントラストを利用して、ウエハの電気的な欠陥を検査する。ここで、電位コントラストについて、簡単に説明する。図２のようなウエハの構造の場合、二次電子１９の放出率が１以上である一次電子の照射条件で、ウエハを走査する時、酸化膜１６（ＳｉＯ２）は絶縁物である（抵抗値が高い）ので、酸化膜１６が正帯電する。
【０００４】
この時、酸化膜１６の表面上では、二次電子１９を引き戻す電界バリアが形成されるので、検出器まで届く二次電子が少なくなる。しかし、タングステン１８（プラグ）は導電体で、シリコン基板１７から電子が流れ出るので、タングステン１８は帯電しなくなる。従って、電子線画像で、酸化膜１６は暗く、プラグが明るく見える。もし、酸化膜１６のエッチング不良によって、プラグの下に酸化膜１６が残っている場合、シリコン基板１７から電子が流出できないので、タングステン１８が正帯電する。その結果、二次電子１９を引き戻す電界バリアが形成されるので、暗く見える。
【０００５】
しかし、電子線の走査回数、高倍と低倍レビューの切り替え（電子線の走査領域の変更）、走査速度などによって、ウエハの帯電電圧が増減し、画像表示の再現性が低減する。特に、ウエハの欠陥の検査結果を表示する時、高倍と低倍レビューの切り替えによって、画像の見え方が変化することがよく見られる。
【０００６】
特開２０００−１６２１４３号公報には、画像を低倍または高倍レビューすることについて記載されているが、低倍と高倍レビューすることによるウエハの帯電電圧の変化について、一切記載されていない。
【０００７】
特開平８−２２２１７０号公報には、検出した信号のデータをフレームメモリに保存し、そのデータを使用して低倍と高倍レビューをする方法を記載している。この従来例においては低倍レビユーと高倍レビユーの走査は１回行うだけである。
また、特開平１１−１２０９５１号公報では低倍レビユーで走査し、その領域の中から選定した領域を高倍で走査する技術が開示されている。この技術は前述のような帯電電位のバラツキに伴う問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−１６２１４３号公報（要約）
【特許文献２】特開平８−２２２１７０号公報（要約）
【特許文献３】特開平１１−１２０９５１号公報（要約）
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術を使用して、画像の低倍／高倍レビューの切り替えを行うと、ウエハの帯電電圧が変化し、画像表示の再現性が低減する。特に、ウエハの欠陥の検査結果を表示する時、低倍／高倍レビューの切り替えをすることによって、ウエハ帯電電圧が増減し、欠陥部と正常部の明るさの差が少なくなる。従って、欠陥部と正常部の区別が困難になる。
【０００８】
また、観察ＳＥＭ（測長ＳＥＭなど）を使用して、パターンサイズを測定する時、低倍／高倍レビューの切り替えによって、帯電電圧が変化すると、明るさムラを引き起こす可能性がある。従って、パターンの正確なサイズを測定することが難しくなる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決し、低倍／高倍レビューを行っても、帯電電圧の変化がなく、再現性が低減しない低倍／高倍レビューが可能な走査電子顕微鏡を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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信号を使用して、試料のパターンを観察、または欠陥を検出又は観察する走査電子顕微鏡に関する。また、高倍レビューの電子線走査領域を低倍レビューの電子線走査領域と実質的に同じにし、走査領域の中から高倍レビューしたい所だけを表示する表示手段を具備した検査・観察装置に関する。
【００１１】
上記した構成によれば、画像の倍率を変更した時、高倍率の電子線走査領域を低倍率走査領域と同じくすることによって、電子線走査領域による帯電電圧の変化を無くし又は少なくして、画像表示の再現性を向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態をより具体的に示す。本発明の走査電子顕微鏡は、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走査された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領域の第１倍率の画像と第２倍率の画像とを比較する画像比較手段と、該画像比較手段からの情報を表示するモニタとを備え、該第１倍率の走査領域と第２倍率の走査領域が実質的に同じとしたものである。
【００１３】
これにより本発明の走査電子顕微鏡は、前記モニタにレビュー状態が表示されるように構成したものである。
本発明において重要なことは、低倍率による走査領域と高倍率の走査領域を実質的に同じくすることにより、試料の特定領域のみを走査する（特に高倍率レビユー時）ことによる帯電電位のバラツキをなくし、又は実質的に減少させ、走査信号の画質の低下を防止する。
本発明において、低倍レビユー時の試料上の走査範囲と、高倍レビユー時の試料の走査範囲は９０％以上一致することが望ましく、特に好ましくはほぼ１００％一致することである。
更に、上記構成において、前記拡大倍率が変更されたとき、前記レビユー時の一次電子ビームによる走査領域は実質的に一定であるようにしたものである。
更にまた、前記構成において、前記第二の領域は画像の解像度を変更することができるようにしたものである。
【００１４】
電子線画像の表示の倍率によって、ウエハの帯電電圧が増減し、画像表示の再現性が低減するが、本発明によればウエハの観察および欠陥検査の結果表示において、画像の倍率を変更する時にウエハの帯電電圧の増減を抑制し、表示の再現性が高い低倍レビユーと高倍レビュー方法および条件を設定することができる。
【００１５】
また、低倍レビューを行った場所の中の一部を高倍レビューする時、高倍レビューの電子線走査領域を低倍レビューの走査領域内から選択することにより、検出器で検出した二次荷電粒子の信号の中から、高倍レビューしたい場所の二次荷電粒子の信号だけを選出することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施例１）
本発明の走査電子顕微鏡の一般的構成を図１により説明する。図中１は電子銃、２は電子線、３は電子線２を収束するコンデンサーレンズ、４は電子線２をＸ方向とＹ方向に偏向する偏向コイル、５は対物レンズ、６は試料である。７は二次電子や反射電子等の検出器、８と９は二次電子や反射電子などの信号を増幅するプリアンプと信号増幅器、１０は検出された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、１１はディジタル信号が保存されるフレームメモリである。フレームメモリ１１より、検出された信号を用いて、モニタ１２に画像を表示する。
【００１８】
図１に、本発明における検査結果／画像の表示手段の構成を示す。電子線走査の電子線走査制御部１４は、低倍レビューの走査領域を制御すると同時に、その走査領域の情報をサンプリング選出のための制御回路１５に送る。
【００１９】
試料から出た二次荷電粒子１３の信号を検出器７で検出し、プリアンプ８や信号増幅器９などでその信号を増幅する。それにより、サンプリング選出の制御回路１５で高倍レビューしたい場所からの検出信号だけをＡ／Ｄコンバータ１０でディジタル信号に変化して、フレームメモリ１１に保存する。そのフレームメモリより、保存した画像をモニタ１２などに表示する。また、低倍レビューの走査領域は、電子線走査制御部１４で設定することができる。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に、本発明の低倍レビューと高倍レビューする方法の概念を示す。図３（ａ）に示すように、低倍レビュー領域２０の中から、高倍レビューしたい場所２１がある時、再度電子線２２を一回または複数回、低倍レビューと実質的に同じ電子線走査領域で走査する（図３（ｂ））。そして、高倍レビューしたい場所からの二次荷電粒子の信号だけを使用して、図３（ｃ）に示すように高倍レビュー画像２３を作る。また、高倍レビュー画像の解像度が低下しないように、低倍レビューの解像度より高い解像度で電子線を走査する。また、分解能を高くするために、電子ビーム電流を１ｎＡ以下にすることが望ましいが、スループットや信号とノイズとの比などを良くするために、電子ビーム電流を１ｎＡ以上にしてもかまわない。
【００２１】
図４に、低倍レビューと高倍レビューの解像度の設定例を示す。低倍レビュー画像の解像度が５１２×５１２である場合（ステップ２４）、倍率２倍で高倍レビューをする時（ステップ２５）は、低倍レビューと同じ走査領域で、解像度１０２４×１０２４で電子線を走査し（ステップ２６）、走査線５１２本の信号で高倍レビュー画像を作る。
【００２２】
倍率４倍（ステップ２７）及び８倍（ステップ２９）で高倍レビューする時は、低倍レビューと同じ走査領域で、解像度２０４８×２０４８（ステップ２８）と４０９６×４０９６（ステップ３０）のそれぞれで電子線を走査し、走査線５１２本の信号で高倍レビュー画像を作る。また、解像度２０４８×２０４８及び４０９６×４０９６で電子線を走査する時でも、走査線１０２４本及び２０４８本のそれぞれの信号を使用することによって、倍率２倍の高倍レビュー画像を作ることができる。
【００２３】
低倍レビュー画像の解像度が１０２４×１０２４の場合（ステップ３１）、倍率２倍で高倍レビューをする時（ステップ３２）は、低倍レビューと同じ走査領域で、解像度２０４８×２０４８で電子線を走査し（ステップ３３）、走査線１０２４本の信号で高倍レビュー画像を作る。倍率４倍で高倍レビューする時（ステップ３４）は、低倍レビューと同じ走査領域で、解像度４０９６×４０９６で電子線を走査し（ステップ３５）、走査線１０２４本の信号で高倍レビュー画像を作る。
【００２４】
また、解像度４０９６×４０９６等で電子線を走査する時でも、走査線２０４８本の信号を使用することによって、倍率２倍の高倍レビュー画像を作ることができる。すなわち、高倍レビューする時、高い解像度で電子線を走査すれば、表示する高倍レビュー画像の解像度を選択することができる。
【００２５】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、解像度の設定具体例（ホールパターンまたはプラグ３６）を示す。図５（ａ）に示すように、解像度５１２×５１２、視野１００μｍの低倍レビュー画像３７を倍率４倍で画像中心を高倍レビューする時、高倍レビューの視野３８が２５μｍになり、従来の技術では、２５μｍだけ電子線を走査する。しかし、本発明では、帯電電圧の変化がないように、低倍レビューの視野と同じ、１００μｍ電子線を走査する（ステップ３９）。
【００２６】
また、倍率４倍で高倍レビューする時、画像の解像度が低下せず、解像度が５１２×５１２になるように、電子線を走査する時の解像度を４倍に増加させ、図５（ｂ）に示すように、２０４８×２０４８にする。電子線は２０４８本走査するが、倍率４倍で高倍レビューするので、５１２本だけの信号４０を使用して、図５（ｃ）に示すように、高倍レビュー画像４１を作る。また、高倍レビュー画像の解像度を上げたい時は、解像度４０９６×４０９６で電子線を走査して、走査線１０２４本の信号を使用する。
【００２７】
図６に、本発明による画像の高倍レビューの手順を示す。まず低倍レビューの画像の中から（ステップ４２）、高倍レビューしたい場所、倍率および解像度を設定する（ステップ４３）。次に、低倍レビューの電子線走査領域と同じく、電子線を走査し、試料からの二次荷電粒子を検出する（ステップ４４）。高倍レビューしたい場所からの二次荷電粒子の信号だけを選出して（ステップ４５）、高倍レビュー画像を作る（ステップ４６）。
【００２８】
もし、高倍レビューの条件を変更したい場合（ステップ４７）、再度高倍レビューしたい場所、倍率および解像度を設定し、再び試料を電子線走査する。高倍レビューの条件の変更がなかったら、高倍レビュー画像の保存などを行う（ステップ４８）。
【００２９】
（実施例２）
本発明の他の実施例を図７に基づき述べる。電子線走査の制御部は、低倍レビューの走査領域を制御すると同時に、その走査領域の情報をサンプリング選出の制御回路１５に送る。試料から出て来た二次荷電粒子１３の信号を検出器７で検出して、プリアンプ８や信号増幅器９などでその信号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１０でディジタル信号に変化する。
【００３０】
サンプリング選出の制御回路１５を用いて、Ａ／Ｄ変換された検出信号の中から、高倍レビューしたい場所のＡ／Ｄ信号だけを選出し、フレームメモリ１１に保存する。そのフレームメモリ１１より、保存した画像をモニタ１２などに表示する。この実施例により、データを保存するフレームメモリの容量を減らすことができる。
【００３１】
（実施例３）
本発明の他のもう一つの実施例を図８に基づき述べる。電子線走査の制御部は、低倍レビューの走査領域を制御すると同時に、その走査領域の情報をサンプリング選出の制御回路１５に送る。試料から出て来た二次荷電粒子１３の信号を検出器７で検出して、プリアンプ８でその信号を増幅し、サンプリング選出の制御回路１５で高倍レビューしたい場所からの検出信号だけを選出し、信号増幅器９で信号を増幅する。増幅された信号をＡ／Ｄコンバータ１０でディジタル信号に変換して、フレームメモリ１１に保存する。
【００３２】
そのフレームメモリ１１より、保存した画像をモニタ１２などに表示する。この実施例では、二次荷電粒子１３の信号を選出してから、信号増幅器で増幅するので、信号の処理時間が短くなり、また高倍レビュー領域以外からの信号を除去することによって、ノイズを低減することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ウエハの観察および欠陥検査の結果表示において、倍率を変更しても、ウエハ帯電電圧の変化の影響を受けず、表示の再現性が高い低倍と高倍レビュー方法および条件を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る低倍レビュー機構と高倍レビュー機構を備えた走査電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】電位コントラストの説明図。
【図３】本発明に係る低倍レビューと高倍レビュー方法を示す説明図。
【図４】本発明による低倍レビューと高倍レビューの設定方法の説明図。
【図５】本発明の低倍レビューと高倍レビュー方法の具体例の説明図。
【図６】本発明による低倍レビューから高倍レビューおよび画像の保存までの手順を示すフローチャート。
【図７】本発明に係る低倍レビュー機構と高倍レビュー機構を備えた走査電子顕微鏡の第２実施例の構成図。
【図８】本発明に係る低倍レビュー機構と高倍レビュー機構を備えた走査電子顕微鏡の第３実施例の構成図。
【符号の説明】
１…電子銃、２…電子線、３…コンデンサーレンズ、４…偏向コイル、５…対物レンズ、６…試料、７…検出器、８…プリアンプ、９…信号増幅器、１０…Ａ／Ｄコンバータ、１１…フレームメモリ、１２…モニタ、１３…二次荷電粒子、１４…電子線走査制御部、１５…サンプリング選出の制御回路、１６…酸化膜（ＳｉＯ２）、１７…シリコン基板、１８…タンクステン（プラグ）、１９…二次電子、２０…低倍レビュー領域、２１…高倍レビューしたい場所、２２…電子線、２３…高倍レビュー画像、３６…ホールパターンまたはプラグ、３７…視野１００μｍの低倍レビュー画像、３８…高倍レビューの視野、４１…高倍レビュー画像。
【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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