(57)【要約】【課題】最小歪み、最大Ｓ／Ｎおよび最大コントラストの検出画像を取得する。【解決手段】放出エネルギーが一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子を結像に用い、かつ、検査目的に適合した重み係数ｋｄ，ｋｓ，ｋｃを設定した上で、歪み、Ｓ／Ｎおよびコントラストの評価特性をそれぞれ数値化した評価値である画像歪み評価値Ｍｄ、画像Ｓ／Ｎ評価値Ｍｓ、画像材質コントラストＭｃに基づいて画像総合評価値Ｍ（ｎ）＝ｋｄＭｄ＋ｋｓＭｓ＋ｋｃＭｃを算出することにより、最適の基板表面画像が得られる検査条件を取得する。【選択図】  図８
2004354091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
前記一次ビームの照射により前記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが前記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子のみを検出する電子検出手段と、
前記反射電子のみを二次ビームとして投影し、一次元または二次元の検査画像として前記電子検出手段に結像させる写像投影光学手段と、
を備える基板検査装置。
【請求項２】
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
前記一次ビームの照射により前記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが前記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子を検出する電子検出手段と、
前記反射電子を二次ビームとして投影し、一次元像または二次元像の検査画像として前記電子検出手段に結像させる写像投影光学手段と、
前記検査画像の歪みの程度を表わす第１の評価値と、前記電子検出手段から出力された信号のＳ／Ｎを表わす第２の評価値と、前記基板の検査領域が互いに異なる複数の材質で構成されている場合に前記検査画像における前記材質間のコントラストの程度を表わす第３の評価値のうち、少なくとも一つの評価値に基づいて前記電子ビーム照射手段、前記写像投影光学手段および前記電子検出手段の少なくともいずれかを制御する制御手段と、
を備える基板検査装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１乃至第３の評価値のうちの少なくとも一つに基づいて前記一次ビームの入射エネルギーを制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記反射電子以外のノイズ電子を偏向して前記電子検出手段への入射を妨げるノイズ電子偏向手段をさらに備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記ノイズ電子偏向手段は電界磁界重畳型分離器を含む、請求項４に記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記反射電子以外のノイズ電子を遮蔽して前記電子検出手段への入射を妨げるノイズ電子遮蔽手段をさらに備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項７】
前記ノイズ電子遮蔽手段は、前記ノイズ電子の通過を遮断する負の電場を形成する第１の電極を含む、請求項６に記載の基板検査装置。
【請求項８】
前記第１の電極は、円孔形状またはメッシュ形状を有する、請求項７に記載の基板検査装置。
【請求項９】
前記偏向したノイズ電子または前記遮断されたノイズ電子を捕獲するノイズ電子捕獲手段をさらに備える、請求項３乃至８のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１０】
前記ノイズ電子捕獲手段は、正の電圧が印加された第２の電極を含む、請求項９に記載の基板検査装置。
【請求項１１】
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる工程と、
前記一次ビームの照射により前記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが前記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子のみを二次ビームとして投影して一次元または二次元の検査画像として結像させる工程と、
前記結像した二次ビームの反射電子を検出して前記検査画像を形成する画像信号を出力する工程と、
を備える基板検査方法。
【請求項１２】
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる工程と、
前記一次ビームの照射により前記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが前記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子を二次ビームとして投影して一次元または二次元の検査画像として結像させる工程と、
前記結像した二次ビームの反射電子を検出して前記検査画像を形成する画像信号を出力する工程と、
前記検査画像の歪みの程度を表わす第１の評価値と、前記画像信号のＳ／Ｎを表わす第２の評価値と、前記基板の検査領域が互いに異なる複数の材質で構成されている場合に前記検査画像における前記材質間のコントラストの程度を表わす第３の評価値のうち、少なくとも一つの評価値に基づいて前記一次ビームの照射、前記二次ビームの軌道および前記電子の検出のうち少なくともいずれかを制御する工程と、
を備える基板検査方法。
【請求項１３】
前記一次ビームの入射エネルギーは、前記第１乃至第３の評価値のうちの少なくとも一つに基づいて制御される、請求項１２に記載の基板検査方法。
【請求項１４】
前記反射電子以外のノイズ電子を偏向して前記ノイズ電子の検出を妨げるノイズ電子偏向工程をさらに備える請求項１１乃至１３のいずれかに記載の基板検査方法。
【請求項１５】
前記ノイズ電子は、重畳するように形成された電界および磁界により偏向される、請求項１４に記載の基板検査方法。
【請求項１６】
前記反射電子以外のノイズ電子を遮蔽して前記ノイズ電子の検出を妨げるノイズ電子遮蔽工程をさらに備える、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の基板検査方法。
【請求項１７】
前記ノイズ電子遮蔽工程は、負の電場を形成して前記ノイズ電子の通過を遮断する工程を含む、請求項１６に記載の基板検査方法。
【請求項１８】
前記偏向したノイズ電子または前記遮断されたノイズ電子を捕獲するノイズ電子捕獲工程をさらに備える、請求項１４乃至１７のいずれかに記載の基板検査方法。
【請求項１９】
前記ノイズ電子捕獲工程は、導体に正の電圧を印加して前記導体により前記ノイズ電子を捕獲する工程を含む、請求項１８に記載の基板検査方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至１９のいずれかに記載の基板検査方法を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査装置、基板検査方法および半導体装置の製造方法に関し、例えば電子ビームを用いた半導体パターンの観察や検査を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームを用いて半導体パターンの欠陥を検査する手法が近年開発され利用されている。このような手法として、矩形状の電子ビームを電子照射手段にて生成して一次ビームとして試料に照射し、その試料表面の形状／材質／電位の変化に応じて発生した二次電子および後方散乱電子を二次ビームとして写像投影光学手段にてＭＣＰ検出器等の電子検出手段に拡大投影し、試料表面画像を得る手法がある（例えば特許文献１）。また、この手法に加えて一次ビームをウィーンフィルタ（Ｗｉｅｎ  ｆｉｌｔｅｒ）にて偏向させ、試料表面に対して垂直に入射させ、なおかつ二次ビームを同一のウィーンフィルタ内を直進させて写像光学投影手段に導入する方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２４９３９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３２９７５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に開示された検査工程において、試料に一次ビームを照射すると、試料の表面または表面近傍層の形状や材質に依存して、試料表面に局所的な電位差が発生する。例えば、図１６に示すように金属配線部２１２と配線間絶縁体部２１４とを備える集積回路ウェーハ試料Ｓに、絶縁体部２１４の全二次電子放出比σが１以上になる入射エネルギー（試料Ｓへの入射直前に電子が有するエネルギー）にて一次ビームを照射すると、絶縁体部２１４表面が正に帯電する。例えば、絶縁体部２１４の材質がＳｉＯ２であれば、一次ビームの入射エネルギーは約５０〜約１ｋｅＶである。このとき、金属配線部２１２と絶縁体部２１４との境界２１６の付近に、試料Ｓの表面に対して平行でない局所的な電位勾配が発生する。この電位勾配は、金属配線部２１２内の境界２１６付近の点Ｐ２および絶縁体部２１４内の境界２１６付近の点Ｐ４から数ｅＶ以下の低い放出エネルギーでそれぞれ放出した二次電子に対し、二次光学系内でＭＣＰ検出器に結像するまでに不適切な偏向作用を及ぼし、これにより、各二次電子は、正確な写像投影を行うための理想的な電子ビーム軌道ＴＪＩＰ２，ＴＪＩＰ４から外れて、軌道ＴＪＲＰ６，ＴＪＲＰ８のような曲がった電子ビーム軌道を通過することになる。その結果、二次ビームの正確な結像が妨げられ、検出画像の歪やコントラスト低下の原因となり、欠陥検出における精度が低下するという問題が生じていた。
【０００５】
一般的に、電子ビームを用いた欠陥検査の性能を向上するためには、二次ビームの検出画像に対して主に以下の３つの特性を向上することが求められる。
【０００６】
１）歪みが小さいこと
２）Ｓ／Ｎ（試料表面上のある材質から検出器にまで到達する二次ビーム信号のうち、結像に寄与する電子と結像に寄与しないノイズ電子との比）が大きいこと
３）異種材質間でのコントラストが大きいこと
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、最小歪み、最大Ｓ／Ｎおよび最大コントラストの検出画像を実現する基板検査装置、基板検査方法および、この基板検査方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【０００８】
即ち、本発明によれば、
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
上記一次ビームの照射により上記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが上記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子のみを検出する電子検出手段と、
上記反射電子のみを二次ビームとして投影し、一次元または二次元の検査画像として上記電子検出手段に結像させる写像投影光学手段と、
を備える基板検査装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
上記一次ビームの照射により上記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが上記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子を検出する電子検出手段と、
上記反射電子を二次ビームとして投影し、一次元像または二次元像の検査画像として上記電子検出手段に結像させる写像投影光学手段と、
上記検査画像の歪みの程度を表わす第１の評価値と、上記電子検出手段から出力された信号のＳ／Ｎを表わす第２の評価値と、上記基板の検査領域が互いに異なる複数の材質で構成されている場合に上記検査画像における上記材質間のコントラストの程度を表わす第３の評価値のうち、少なくとも一つの評価値に基づいて上記電子ビーム照射手段、上記写像投影光学手段および上記電子検出手段の少なくともいずれかを制御する制御手段と、
を備える基板検査装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる工程と、
上記一次ビームの照射により上記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが上記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子のみを二次ビームとして投影して一次元または二次元の検査画像として結像させる工程と、
上記結像した二次ビームの反射電子を検出して上記検査画像を形成する画像信号を出力する工程と、
を備える基板検査方法が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成して検査対象である基板に一次ビームとして照射させる工程と、
上記一次ビームの照射により上記基板から放出する電子のうち、放出直後のエネルギーが上記一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子を二次ビームとして投影して一次元または二次元の検査画像として結像させる工程と、
上記結像した二次ビームの反射電子を検出して上記検査画像を形成する画像信号を出力する工程と、
上記検査画像の歪みの程度を表わす第１の評価値と、上記画像信号のＳ／Ｎを表わす第２の評価値と、上記基板の検査領域が互いに異なる複数の材質で構成されている場合に上記検査画像における上記材質間のコントラストの程度を表わす第３の評価値のうち、少なくとも一つの評価値に基づいて上記一次ビームの照射、上記二次ビームの軌道および上記電子の検出のうち少なくともいずれかを制御する工程と、
を備える基板検査方法が提供される。
【００１２】
さらに、本発明によれば、上述した基板検査方法を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明が依拠する検査原理について説明する。
【００１４】
試料表面の電位勾配の影響を回避して高精度の欠陥検出を実行するためには、二次電子よりも放出エネルギーが高い反射電子（弾性散乱電子とも呼ばれる）を結像に用いると良い。図１は、一次ビームの入射により基板から放出する電子のエネルギー分布を示す図である。同図に示すように、電子の放出エネルギー分布は、数ｅＶ以下の領域で最大ピークを示す。従来の検査装置では、検出信号の量を増やすために、この数ｅＶ以下の放出エネルギーを持つ二次電子が検出器の検出面に結像するように二次光学系を制御していた。これとは対照的に、後方散乱電子のうちの反射電子は、一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等のエネルギーを有するため、この反射電子を用いて像結像させることにより、前述した電位勾配からの影響を受け難くなり、例えば図１６に示す軌道ＴＪＩＰ２，ＴＪＩＰ４のように正確な写像投影を行うための理想的な電子ビーム軌道を通るようになる。これにより、二次ビーム検出画像の歪やコントラスト低下の問題を回避することができる。なお、図１は、一次ビームの入射エネルギーが５００ｅＶの場合と１０００ｅＶの場合について放出電子のエネルギー分布を示したが、本発明はこのような高い入射エネルギーの場合に限ることなく、一次ビームの入射エネルギーが低い場合であっても、二次電子よりも高い放出エネルギーを有する反射電子を像結像に用いることにより、検出画像の歪やコントラストの低下を回避する効果を得ることができる。
【００１５】
また、このような反射電子の結像を用いた欠陥検査においても、検査性能を向上するために、上述した３つの特性が最良になるように検査装置の光学条件を設定すれば良い。
【００１６】
しかしながら、従来、上記３つの特性を全て最良にできる条件、例えば一次ビームの最適な入射エネルギーを実現することは困難であった。図２に、ある集積回路ウェーハの表面を反射電子の結像を用いて観察した時の、一次ビーム入射エネルギーと検出画像の歪みおよびＳ／Ｎとの関係を模式的に示す。歪みに関しては、入射エネルギーを高くすればするほど反射電子の放出エネルギーが高くなるため、試料表面の局所的な電位差による影響を受けにくくなり、ある程度まで歪みは減少する。
【００１７】
しかし、Ｓ／Ｎに関しては、入射エネルギーが高い領域では、試料の深い箇所にまで入射電子が進入するため、放出される反射電子の量が減少し、その分だけ試料表面画像の結像に寄与する信号量（Ｓ／ＮのＳに当たる）が減少する。このため、検出画像のＳ／Ｎが減少してしまう。なお、入射エネルギーが低い領域では、試料から放出される反射電子および後方散乱電子の量自体は増加するが、検出器の検出面に到達してしまう結像に寄与しない電子（反射電子よりも数十〜数百ｅＶだけ低いエネルギーを有する電子）の信号量（Ｓ／ＮのＮに当たる）も増加し、Ｎ（Ｎｏｉｓｅ）の増加率はＳ（Ｓｉｇｎａｌ）の増加率よりも大きいために、結果的にＳ／Ｎが減少する。
【００１８】
以上のような理由により、従来の検査装置では、歪みが最小でＳ／Ｎが最大になるような一次ビーム入射エネルギ―を実現することはほとんど不可能であった。さらに、材質コントラストが最大になる特性をも考慮することとなると、そのような一次ビーム入射エネルギーはなおさら実現不可能であった。
【００１９】
本発明の実施の形態では、上記３つの特性を評価する評価値を用いて最適画像を取得するための条件を定量的に探索する。以下、これらの実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（１）第１の実施の形態
図３は、本発明にかかる基板検査装置の第１の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置１は、一次光学系１０、ウィーンフイルタ４１、二次光学系２０、電子検出部３０、画像信号処理部５８、本実施形態において特徴的なホストコンピュータ６０、記憶装置ＭＲ２、表示部５９、ステージ４３、ステージ駆動装置４７、各種制御部１６，１７、および５１〜５７を備える。
【００２１】
一次光学系１０は、電子銃部１１と複数段の四極子レンズ系１５とを含む。電子銃部１１は、長軸１００〜７００μｍ、短軸１５μｍの矩形の電子放出面をもつＬａＢ６線状陰極１１２、ウェーネルト電極１１４、放出された電子を一次ビームＢｐとして引き出す陽極１１６、光軸調整用の偏向器１１８を有する。一次ビームＢｐの加速電圧、出射電流および光軸は、電子銃制御部１６により制御される。電子銃制御部１６は、ホストコンピュータ６０に接続されてその制御信号の供給を受ける。複数段の四極子レンズ１５は、複数段四極子レンズ制御部１７により制御され、電子銃部１１から出射した一次ビームＢｐを収束し、ウィーンフィルタ４１に対して斜めから入射するようにその軌道を制御する。複数段四極子レンズ制御部１７もホストコンピュータ６０に接続されてその制御信号の供給を受ける。
【００２２】
ウィーンフイルタ４１は、ウィーンフイルタ制御部５３を介してホストコンピュータ一６０からの制御信号を受け、一次光学系１０から入射した一次ビームＢｐを偏向し、試料Ｓの表面に対してほぼ垂直に入射させる。ウィーンフイルタ４１を通過した一次ビームＢｐは、回転対称静電レンズであるカソードレンズ２１によるレンズ作用を受け、試料Ｓの表面に垂直に照射する。
【００２３】
試料Ｓは、ステージ４３に設置され、このステージ４３を介してステージ電圧制御部５１により負電圧が印加できるようになっている。この機構は、一次ビームＢｐによる試料Ｓへの入射ダメージを低減し、一次ビームＢｐの照射によって、試料Ｓ表面の形状／材質／電位の変化に応じて発生した反射電子で構成される二次ビームＢｓのエネルギー向上を目的としたものである。ステージ４３は、ステージ駆動装置４７から制御信号の供給を受け、本実施形態において例えば図３の矢印に示す方向Ｄｓｓに移動し、これにより試料Ｓの表面が一次ビームＢｐで走査される。
【００２４】
図４にウィーンフィルタ４１のより具体的な構成を示し、その作動原理を図５におよび図６に示す。図４に示すように、ウィーンフィルタ４１の場は、二次光学系の光軸Ａｓ（Ｚ軸）に垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内で電界Ｅと磁界Ｂとを直交させた構造になっており、入射した電子ビームＢｐに対して、ウィーン条件ｑＥ＝ｖＢ（ｑは粒子電荷、ｖは直進する電子の速度）を満たす電子のみを直進させる働きをする。基板検査装置１では、図５に示すように、一次ビームＢｐに対して磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥが同一方向に作用して、一次ビームＢｐが試料Ｓに対して垂直に入射するように偏向される。この一方、二次ビームＢｓに対しては、図６に示すように、ＦＢとＦＥが逆方向に作用し、なおかつウィーン条件ＦＢ＝ＦＥが成立しているため、二次ビームＢｓは偏向されることなく直進して２次光学系２０内に入射する。
【００２５】
図３に戻り、二次光学系２０は、回転対称静電レンズであるカソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２３、第四レンズ２４と、ウィーンフィルタ４１とカソードレンズ２１との間の二次光学系の光軸Ａｓに垂直な平面９内に配置された開き角絞り２５、第二レンズ２２と第三レンズ２３間に設置された視野絞り２６とを含む。カソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２３および第四レンズ２４は、カソードレンズ制御部５２、第二レンズ制御部５４、第三レンズ制御部５５、第四レンズ制御部５６によってそれぞれ制御され、二次ビームＢｓの投影結像を行う。これらのカソードレンズ制御部５２、第二レンズ制御部５４、第三レンズ制御部５５および第四レンズ制御部５６は、それぞれホストコンピュータ６０に接続されて各種の制御信号の供給を受ける。図３に示す装置構成では、二次ビームＢｓの倍率色収差を抑えるために水平面９の位置に開き角絞り２５を配置し、これにより、二次ビームＢｓをカソードレンズ２１と第二レンズ２２との組み合わせで１回の結像を行うようにしている。また、この構成では、一次ビームＢｓの試料Ｓ上への照射領域が開き角絞り２５によって制限されてしまうため、その解決策として、開き角絞り２５から試料Ｓまでの空間において一次ビームＢｐが開き角絞り２５上に焦点を持つように一次ビームＢｐの軌道を制御し、カソードレンズ２１によってレンズ作用を与えた上で試料Ｓに対してほぼ垂直に照射させるというケーラー照明系を採用している。なお、本実施形態においては、写像投影光学系として、上述した二次光学系２０のみならず、ステージ４３およびステージ電圧制御部５１を含む。これは、上述したとおり、ステージ４３を介してステージ電圧制御部５１により試料Ｓに負電圧を印加でき、負電圧が印加されると、試料Ｓ自体が電極として機能するからである。
【００２６】
電子検出部３０は、ＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ）検出器３１、蛍光板３２、ライトガイド３３、および、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子３４を含む。ＭＣＰ検出器３１に入射した二次ビームＢｓは、ＭＣＰによって増幅されて蛍光板３２に照射する。撮像素子３４は、蛍光板３２で発生した蛍光像をライトガイド３３を介して検出し、検出信号を画像信号処理部５８へ送る。画像信号処理部５８は、検出信号を処理して一次元または二次元の検査画像を構成する画像データとしてホストコンピュータ６０に供給する。
【００２７】
記憶装置ＭＲ２は、ホストコンピュータ６０により処理された画像データを格納する他、ホストコンピュータ６０により算出された画像総合評価値Ｍ（ｎ）をステージ印加電圧Ｖｒに対応付けて格納する。これらの画像総合評価値Ｍ（ｎ）およびステージ印加電圧Ｖｒについては、後に詳述する。
【００２８】
表示部５９は、ホストコンピュータにより処理された画像データを受けてディスプレイ等の表示装置により画像表示する。
【００２９】
基板検査装置１のホストコンピュータ６０のより具体的な構成を図７のブロック図を参照しながら説明する。同図に示すように、ホストコンピュータ６０は、画像最適条件調査用条件入力部６４、画像最適条件調査指令部６２、画像総合評価値算出部６６、および画像表示処理部６８を含む。
【００３０】
ホストコンピュータ６０は、検出画像の歪み、Ｓ／Ｎおよびコントラストを総合的に評価するための値である画像総合評価値Ｍ（ｎ）を定義し、このＭ（ｎ）が最大になる条件を探索することにより、検査に最適の試料表面画像を得るための一次ビーム入射エネルギー条件を算出する。このようなホストコンピュータ６０の動作について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、最適な入射エネルギー条件の調査に当たり、ステージ印加電圧を変えることにより入射エネルギーを変化させている。
【００３１】
図８に示すように、まず、ステージ印加電圧の調査範囲Ｖ０〜Ｖｅの下限値Ｖ０および上限値Ｖｅ、この調査範囲の分割数Ｎ、さらに、３つの各画像評価項目、即ち、歪み、Ｓ／Ｎおよび材質コントラストに対する重み係数ｋｄ，ｋｓ，ｋｃを画像最適条件入力部６４に入力する（ステップＳ１）。これら３つの重み係数ｋｄ，ｋｓ，ｋｃは、各検査において最適と思われる検出画像になるように設定する。次に、画像最適条件調査指令部６４は、ｎ＝０と設定し、ステージ印加電圧最適条件調査分解能Ｖｄ＝（Ｖｅ−Ｖ０）／Ｎを算出し（ステップＳ２）、ステージ印加電圧Ｖｒ＝Ｖ０＋ｎＶｄ（ここではｎ＝０によりＶｒ＝Ｖ０）がステージ４３に印加されるように、ステージ印加電圧制御部５１に制御信号を出力する（ステップＳ３）。また、上記ステージ印加電圧Ｖｒに対応した各種写像光学系制御電圧または電流が与えられるように、各種写像投影光学系制御部５２〜５７に制御信号を供給し（ステップＳ４）、試料Ｓ表面の画像を取得し、その画像データを記憶装置ＭＲ２に格納させる（ステップＳ５）。試料表面画像を取得した後、画像最適条件調査指令部６４は、画像総合評価値算出部６６に試料表面画像が取得されたことを表わす制御信号を出力し、画像総合評価値算出部６６はこの制御信号を受けて記憶装置ＭＲ２から試料表面画像を引き出し、この画像に基づいて、画像歪み評価値Ｍｄ、画像Ｓ／Ｎ評価値Ｍｓ、画像材質コントラストＭｃを算出し、さらに、画像総合評価値Ｍ（ｎ）＝ｋｄＭｄ＋ｋｓＭｓ＋ｋｃＭｃを算出して記憶装置ＭＲ２に格納する（ステップＳ６）。この評価値算出方法は、画像歪み評価値Ｍｄ、画像Ｓ／Ｎ評価値Ｍｓ、画像材質コントラストＭｃの値が大きいほど検査に適した画像になるように、予め設定される。画像最適条件調査指令部６４は、画像総合評価値Ｍ（ｎ）を算出すると、ｎとＮを比較することにより調査が終了したか否かを判定する（ステップＳ７）。ｎ＜Ｎであるために調査が終了していないと判定した場合、画像最適条件調査指令部６４は、ｎにｎ＋１を代入して（ステップＳ８）、ステップＳ３〜Ｓ７の手順を繰り返す。ｎ＝Ｎとなり、調査が終了したと判定した場合（ステップＳ７）、画像最適条件調査指令部６４は、記憶装置ＭＲ２から総合画像評価値Ｍ（０）〜Ｍ（Ｎ）のうち最大の評価値を抽出し、この最大画像評価値が得られたときのステージ印加電圧値Ｖｒをステージ印加電圧最適条件と決定し、さらに、このステージ印加電圧最適条件での検出画像を最適条件画像と決定し、それぞれを記憶装置ＭＲ２に格納し（ステップＳ９）、一連の一次ビーム入射エネルギー最適条件調査手順が終了する。
【００３２】
さらに、ホストコンピュータ６０は、以上の手順により決定した最適条件画像に対して既知の各種画像処理を用いて試料Ｓの欠陥の有無を検出し、欠陥が検出された場合にその大きさ、材質等を判断してそれらの情報を出力する。
【００３３】
このように本実施形態によれば、歪み、Ｓ／Ｎおよびコントラストの評価特性をそれぞれ数値化した評価値である画像歪み評価値Ｍｄ、画像Ｓ／Ｎ評価値Ｍｓ、画像材質コントラストＭｃを算出し、かつ、検査目的に適合した重み係数ｋｄ，ｋｓ，ｋｃを設定して画像総合評価値Ｍ（ｎ）＝ｋｄＭｄ＋ｋｓＭｓ＋ｋｃＭｃを算出するので、最適の基板表面画像が得られる一次ビーム入射エネルギー条件を取得することができる。これにより、高い感度で基板表面画像を検出することができる。
【００３４】
（２）第２の実施の形態
図９は、本発明にかかる基板検査装置の第２の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置２は、図３に示す構成に加え、一次ビームＢｐと二次ビームＢｓとを分離するためのウィーンフィルタ４１とは別個のウィーンフィルタ８１と、その制御部８３と、ノイズ電子トラップ電極７２，８４と、これらのノイズ電子トラップ電極の制御部７３、８５とをさらに備える。ウィーンフィルタ８１は、二次光学系内の第四レンズ２４とＭＣＰ検出器３１との間に配置される。ウィーンフィルタ４１，８１は、二次電子と比較して放出エネルギーの高く検出画像の歪やコントラスト低下が回避できる反射電子が二次ビームＢｓとして二次光学系２０を通過してＭＣＰ検出器３１で結像できるようにウイーンフィルタ制御部５３および８３よりそれぞれ制御される。また、ノイズ電子トラップ電極７２は、ウィーンフィルタ４１と第二レンズ２２の間に配置され、さらに、ノイズ電子トラップ電極８４は、ウィーンフィルタ８１とＭＣＰ検出器３１の間に設置される。基板検査装置２のその他の構成は、図３に示す基板検査装置１と実質的に同一である。
【００３５】
反射電子を試料表面画像の結像に用いる場合、図１にも示したように、この反射電子は、二次電子と比較して放出量が少なく、また、エネルギーの広がりが大きい。このため、本来結像に用いる電子の数量に対して、ＭＣＰ検出器３１にまで到達してしまうノイズ電子の数量の割合が大きいため、検出画像のＳ／Ｎを大きく低下させるという問題がある。
【００３６】
このような問題を解決するため、本実施形態では、ウィーンフィルタ４１がノイズ成分電子を除去するためのフィルタとしても機能する。さらに、ウィーンフィルタ８１が、第四レンズ２４とＭＣＰ検出器３１との間に配置される。これらのウィーンフィルタ４１，８１が、ノイズ成分電子ｅＮ２，ｅＮ４をそれぞれ偏向させてＭＣＰ検出器３１に到達できないようにする。ただし、偏向されたノイズ成分電子ｅＮ２，ｅＮ４は、最終的に二次光学系内の電極等に照射し、二次光学系内を汚染してその内部の電場に悪影響を及ぼすため、そのまま放置すると望ましくない結果を招く。本実施形態では、ノイズ電子トラップ電極７２，８４にノイズ電子トラップ電極制御部７３、８５より正電圧がそれぞれ印加され、これにより、偏向されたノイズ成分電子がノイズ電子トラップ電極７２，８４に捕獲され、二次光学系内の汚染が防止される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、ノイズ成分電子ｅＮ２，ｅＮ４を偏向するウィーンフィルタ４１，８１と、偏向したノイズ成分電子ｅＮ２，ｅＮ４を捕獲するノイズ電子トラップ電極７２，８４を備え、二次電子と比較して放出エネルギーの高い反射電子を二次ビームＢｓとして二次光学系２０を通過してＭＣＰ検出器３１で結像させ、この反射電子以外のノイズ電子をＭＣＰ検出器３１に到達させることなく除去できるので、二次電子ビーム検出画像の歪やコントラスト低下を回避することができる。なお、ウィーンフィルタ４１以外のウィーンフィルタとノイズ電子トラップ電極の設置場所および個数は、本実施形態に必ずしも準じる必要はない。例えば、ウィーンフィルタ４１のみでも、一次ビームＢｐと二次ビームＢｓとの分離と、結像に寄与する反射電子とその他のノイズ電子との分離が可能であれば、追加のウィーンフィルタを設ける必要は無い。
【００３８】
（３）第３の実施の形態
図１０は、本発明にかかる基板検査装置の第３の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置３は、図３に示す構成に加え、ノイズ電子遮蔽電極８８、ノイズ電子遮蔽電極制御部８９、ノイズ電子トラップ電極８６およびノイズ電子トラップ電極制御部８７を備える。ノイズ電子遮蔽電極８８は、図１１の斜視図並びに図１２の平面図および断面図に示すように、二次ビームＢｓの通過を許容する円孔が中央に設けられ、二次光学系２０内の、第四レンズ２４とＭＣＰ検出器３１の間に配置され、ノイズ電子遮蔽電極制御部８９に接続されて負電圧が印加される。この負電圧の値は、二次ビームＢｓ内の結像に使用する電子のエネルギーを下回るエネルギーで試料Ｓから放出したノイズ成分電子ｅＮ６によるノイズ電子遮蔽電極８８の円孔の通過を防止する遮蔽電場をノイズ電子遮蔽電極８８が励起できる値に設定される。ノイズ電子トラップ電極８６は、第四レンズ２４とノイズ電子遮蔽電極８８との間に配置され、ノイズ電子トラップ電極制御部８７に接続されて正電圧が印加される。これにより、ノイズ電子遮蔽電極８８により励起された遮蔽電場で偏向されたノイズ成分電子ｅＮ６がノイズ電子トラップ電極８６に捕獲され、二次光学系２０内の汚染が防止される。本実施形態は、一次ビームＢｓの試料Ｓへの入射エネルギーとほぼ同じエネルギーを有する放出電子、即ち、反射電子を結像に使用する場合に好適である。なお、前述した第２の実施の形態と同様に、ノイズ電子遮蔽電極８８とノイズ電子トラップ電極８６の設置場所および個数は、図１０に示す形態に必ずしも準じる必要はない。また、本実施形態では、円孔形状のノイズ電子遮蔽電極８８を備える場合について説明したが、ノイズ電子遮蔽電極の形状はこれに限ることなく、例えば図１３の斜視図並びに図１４の平面図および断面図に示す電極９８のように、格子パターンが形成されたグリッド（メッシュ）形状であってもよい。
【００３９】
（４）第４の実施の形態
図１５は、本発明にかかる基板検査装置の第４の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置４は、図３に示す構成に加え、ノイズ電子遮蔽電極１０８およびノイズ電子遮蔽電極制御部１０９を備える。ノイズ電子遮蔽電極１０８は、試料Ｓと二次光学系２０との間に配置された円孔形状の電極（図１１，１２参照）であり、ノイズ電子遮蔽電極制御部１０９に接続されて負電圧が印加される。この負電圧の値は、前述した第３の実施の形態と同様に、二次ビームＢｓ内の結像に使用する反射電子の放出エネルギーを下回るエネルギーで試料Ｓから放出したノイズ成分電子ｅＮ８によるノイズ電子遮蔽電極１０８の円孔の通過を防止する遮蔽電場をノイズ電子遮蔽電極１０８が励起できる値に設定される。これにより、ノイズ成分電子ｅＮ８は、ＭＣＰ検出器３１へ到達することができないので、ＭＣＰ検出器３１でのノイズ成分を低減することができる。
【００４０】
このように、ノイズ電子遮蔽電極１０８を試料Ｓと二次光学系２０との間に配置することにより、以下の２つの利点がさらに生じる。
【００４１】
１）上述した第２および第３の実施の形態のようにノイズ成分電子トラップ電極を設けることなくノイズ成分電子による二次光学系の汚染を防止することができる。
２）ノイズ電子遮蔽電極１０８によって追い戻されたノイズ成分電子は、試料Ｓの表面の正帯電した箇所、例えば絶縁体の領域に配分されることにより、試料表面の局所的なチャージアップが低減する。これにより、試料表面の局所的電位差が低減し、検出画像の歪みやコントラスト低下を抑制することができる。なお、ノイズ電子遮蔽電極１０８の形状は円孔形状に限ることなく、例えば図１３および１４に示すグリッド（メッシュ）形状でも良い点は上述した第３の実施の形態と同様である。
【００４２】
（５）半導体装置の製造方法
上述した基板検査方法を半導体装置の製造工程に用いることにより、高い精度で半導体装置の欠陥を検査できるので、半導体装置の製造において高歩留まりと高スループットを実現することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００４４】
即ち、本発明によれば、放出直後のエネルギーが一次ビームの入射エネルギーとほぼ同等である反射電子のみを検出するので、試料表面の局所的な電位差の影響を回避することができる。これにより、歪みが小さく、かつ、コントラストが大きい検査画像を取得することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、検査画像の歪み、検出信号のＳ／Ｎおよび材質間のコントラストの特性をそれぞれ評価する第１乃至第３の評価値のうち少なくとも一つを用いて最適画像を取得するための条件を定量的に探索するので、試料表面の局所的な電位差による歪み、Ｓ／Ｎ低下およびコントラスト低下を抑制した検査画像を取得することができる。これにより、欠陥検査の感度を向上させることが可能となる。
【００４６】
さらに、本発明によれば、上記効果を奏する基板検査方法を用いるので、高い歩留まりおよびスループットで半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放出電子のエネルギー分布を示す図である。
【図２】一次ビームの入射エネルギーと電子画像の歪みおよびＳ／Ｎとの関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる基板検査装置の第１の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図５に示す基板検査装置が備えるウィーンフィルタの具体的構成を示す斜視図である。
【図５】図６に示すウィーンフィルタの作動原理の説明図である。
【図６】図６に示すウィーンフィルタの作動原理の説明図である。
【図７】図５に示す基板検査装置が備えるホストコンピュータのより具体的な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明にかかる基板検査方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明にかかる基板検査装置の第２の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明にかかる基板検査装置の第３の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す基板検査装置のノイズ電子遮蔽電極の斜視図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示すノイズ電子遮蔽電極の平面図であり、（ｂ）は、図１１に示すノイズ電子遮蔽電極の断面図である。
【図１３】グリッド（メッシュ）形状のノイズ電子遮蔽電極の一例の斜視図である。
【図１４】（ａ）は、図１３に示すノイズ電子遮蔽電極の平面図であり、（ｂ）は、図１３に示すノイズ電子遮蔽電極の断面図である。
【図１５】本発明にかかる基板検査装置の第４の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】従来の技術による基板検査方法の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１〜４  基板検査装置
９  絞り位置面
１０  一次光学系
１１  電子銃部
１５  複数段四極子レンズ
１６  電子銃制御部
１７  複数段四極子レンズ制御部
２０  二次光学系
２１  カソードレンズ
２２  第二レンズ
２３  第三レンズ
２４  第四レンズ
２５  開き角絞り
２６  視野絞り
３０  電子検出部
３１  ＭＣＰ検出器
３２  蛍光版
３３  ライトガイド
３４  撮像素子
４１，８１  ウィーンフィルタ
４１ａ，４１ｂ  電極
４１ｃ，４１ｄ  磁極
４３  ステージ
４７  ステージ駆動装置
５１  ステージ電圧制御部
５２  カソードレンズ制御部
５３  ウィーンフィルタ制御部
５４  第二レンズ制御部
５５  第三レンズ制御部
５６  第四レンズ制御部
５７  ＭＣＰ検出系制御部
５８  画像信号処理部
５９  表示部
６０  ホストコンピュータ
６２  画像最適条件調査指令部
６４  画像最適条件調査用条件入力部
６６  画像総合評価値算出部
６８  画像表示処理部
７２，８４，８６  ノイズ電子トラップ電極
７３，８５，８７  ノイズ電子トラップ電極制御部
８８，９８，１０８  ノイズ電子遮蔽電極
８９，１０９  ノイズ電子遮蔽電極制御部
１１２  線状陰極
１１４  ウェーネルト電極
１１６  陽極
１１８  偏向器
２１２  金属配線部
２１４  絶縁体部
２１６  境界
Ａｓ  二次光学系光軸
Ｂｐ  一次ビーム
Ｂｓ  二次ビーム
ＩＬ４  等電位線
ＭＲ２  記憶装置
Ｓ  試料
ＴＪＩＰ２，ＴＪＩＰ４  理想的な電子ビーム軌道
【図１】
2004354091.tif 000003
【図２】
2004354091.tif 000004
【図３】
2004354091.tif 000005
【図４】
2004354091.tif 000006
【図５】
2004354091.tif 000007
【図６】
2004354091.tif 000008
【図７】
2004354091.tif 000009
【図８】
2004354091.tif 000010
【図９】
2004354091.tif 000011
【図１０】
2004354091.tif 000012
【図１１】
2004354091.tif 000013
【図１２】
2004354091.tif 000014
【図１３】
2004354091.tif 000015
【図１４】
2004354091.tif 000016
【図１５】
2004354091.tif 000017
【図１６】
2004354091.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月7日(2004.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004354091.tif 000019
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2004354091.tif 000020