(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
欠陥検出装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いて前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査し、
該電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を第１の検出条件で検出して前記欠陥を含む領域の第１の検査画像を取得し、  
前記電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を第２の検出条件で検出して前記欠陥を含む領域の第２の検査画像を取得し、
前記第１の検査画像を第１の参照画像と比較してボルテージコントラストによる第１の２値化画像を得、
前記第２の検査画像を第２の参照画像と比較してボルテージコントラストによる第２の２値化画像を得、
前記第１の２値化画像から前記欠陥がオープン欠陥かショート欠陥かを判別し、
該判別の結果オープン欠陥と判定した場合には前記第１の２値画像を処理してオープン欠陥の発生位置を特定し、
前記判別の結果ショート欠陥と判定した場合には前記第２の２値化画像を処理してショート欠陥の発生位置を特定する
ことを特徴とする欠陥レビュー方法。
【請求項２】
前記第１の検出条件は前記試料から発生した２次荷電粒子をエネルギの低い２次荷電粒子をカットせずに検出する条件であり、前記第２の検出条件は前記試料から発生した２次荷電粒子のうちエネルギの低い２次荷電粒子をカットして検出する条件であることを特徴とする請求項１記載の欠陥レビュー方法。
【請求項３】
前記第１の２値化画像から前記欠陥がオープン欠陥かショート欠陥かを判別することを、前記エネルギの低い２次荷電粒子をカットせずに検出して得た画像を参照画像と比較して得た２値化画像において、前記参照画像との差が負の場合にはオープン欠陥と判定し、前記参照画像との差が正の場合にはショ−ト欠陥と判定することを特徴とする請求項２記載の欠陥レビュー方法。
【請求項４】
前記第１の参照画像は、前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を前記第１の検出条件で検出して得た画像であり、前記第２の参照画像は、前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を前記第２の検出条件で検出して得た画像であることを特徴とする請求項１記載の欠陥レビュー方法。
【請求項５】
前記第１の参照画像は前記第１の検査画像を前記第１の検査画像に含まれるパターンの導電方向と直交する方向のパターンの周期の整数倍ずらして作成した画像であり、前記第２の参照画像は前記第２の検査画像を前記第２の検査画像に含まれるパターンの導電方向と直交する方向のパターンの周期の整数倍ずらして作成した画像であることを特徴とする請求項１記載の欠陥レビュー方法。
【請求項６】
前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することを２回行い、１回目に前記電子線を照射して走査することことにより前記第１の検査画像を取得し、２回目に前記電子線を照射して走査することことにより前記第２の検査画像を取得することを特徴とする請求項１記載の欠陥レビュー方法。
【請求項７】
前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することにより前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを同時に取得することを特徴とする請求項１記載の欠陥レビュー方法。
【請求項８】
欠陥検出装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を入力する欠陥位置情報入力手段と、該欠陥位置情報入力手段に入力された前記試料上の欠陥の位置情報を用いて該欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査する電子線照射走査手段と、
該電子線照射走査手段で電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を、第１の検出条件で検出して前記欠陥を含む領域の第１の検査画像を取得し第２の検出条件で検出して前記欠陥を含む領域の第２の検査画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得した前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを処理してオープン欠陥またはショート欠陥の発生位置を特定する画像処理手段と、
該画像処理手段で処理した結果を出力する出力手段と
を備えた欠陥レビュー装置であって、前記画像処理手段は、
前記第１の検査画像を第１の参照画像と比較してボルテージコントラストによる第１の２値化画像を得、
前記第２の検査画像を第２の参照画像と比較してボルテージコントラストによる第２の２値化画像を得、
前記第１の２値化画像から前記欠陥がオープン欠陥かショート欠陥かを判別し、
該判別の結果オープン欠陥と判定した場合には前記第１の２値画像を処理してオープン欠陥の発生位置を特定し、
前記判別の結果ショート欠陥と判定した場合には前記第２の２値化画像を処理してショート欠陥の発生位置を特定する
ことを特徴とする欠陥レビュー装置。
【請求項９】
前記画像取得手段は電位の切り替えが可能なエネルギフィルタと検出器を有し、前記第１の検出条件で検出する場合には前記エネルギーフィルタの電位に電位を与えない状態に維持して前記試料から発生する２次荷電粒子をエネルギの低い２次荷電粒子をカットせずに前記検出器で検出し、前記第２の検出条件で検出する場合には前記エネルギーフィルタに電位を与えてた状態に維持して前記試料から発生する２次荷電粒子をエネルギの低い２次荷電粒子をカットして前記検出器で検出することを特徴とする請求項８記載の欠陥レビュー装置。
【請求項１０】
前記画像取得手段は、前記試料から発生する２次荷電粒子をエネルギの低い２次荷電粒子と共に検出する第１の検出器と、前記試料から発生する比較的エネルギの高い２次荷電粒子を入射させて２次電子を放出する反射板と該反射板から放出された２次電子を検出する第２の検出器とを有することを特徴とする請求項８記載の欠陥レビュー装置。
【請求項１１】
前記画像処理手段で前記第１の２値化画像から前記欠陥がオープン欠陥かショート欠陥かを判別することを、前記画像取得手段で試料から発生した２次荷電粒子をエネルギの低い２次荷電粒子をカットせずに検出取得した画像を参照画像と比較して得た２値化画像において、前記参照画像との差が負の場合にはオープン欠陥と判定し、前記参照画像との差が正の場合にはショ−ト欠陥と判定することを特徴とする請求項９または１０に記載の欠陥レビュー装置。
【請求項１２】
前記画像処理手段で第１の検査画像と比較する前記第１の参照画像は、前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を前記第１の検出条件で検出して得た画像であり、前記画像処理手段で第２の検査画像と比較する前記第２の参照画像は、前記試料上の前記欠陥を含む領域に集束させた電子線を照射して走査することにより前記試料から発生する２次荷電粒子を前記第２の検出条件で検出して得た画像であることを特徴とする請求項８記載の欠陥レビュー装置。
【請求項１３】
前記画像処理手段で第１の検査画像と比較する前記第１の参照画像は前記第１の検査画像を前記第１の検査画像に含まれるパターンの導電方向と直交する方向のパターンの周期の整数倍ずらして作成した画像であり、前記画像処理手段で第２の検査画像と比較する前記第２の参照画像は前記第２の検査画像を前記第２の検査画像に含まれるパターンの導電方向と直交する方向のパターンの周期の整数倍ずらして作成した画像であることを特徴とする請求項８記載の欠陥レビュー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工業製品、特に半導体前工程における製造途中の半導体に対し、収束電子ビームを照射しその照射位置から放出される電子を検出して観察対象の画像を撮像する走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭ: Scanning Electron Microscope）に関し、特に高倍率の画像を撮像することが必要なＳＥＭ式半導体ウェーハ検査装置や半導体ウェーハで検出された欠陥をより詳細に観察するためのレビューＳＥＭ、さらにこれを検出した検査装置において電位コントラストを伴う欠陥を高倍率でレビューする方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の微細化に伴い、半導体の前工程製造プロセスの制御はますます困難になってきており、回路形成後の検査およびレビューが重要になっている。一般的な検査およびレビューに関する公知例としては，特許文献１に開示されているものが知られており，この方法では主に光学式の顕微鏡を用いた検査装置で検出された欠陥の座標をレビュー装置で入力し，その座標にＳＥＭ式のレビュー装置の視野を移動させた後低倍画像を撮像し，その撮像画像より欠陥位置を求めた後その欠陥位置で高倍画像を撮像するシーケンスが開示されている。しかし，本公知例にも示されている光学式の顕微鏡を用いた検査後のレビューでは半導体パターンの多層化に伴い，パターン間のトレンチ構造をした底で発生した欠陥はパターンの微細化によるアスペクト比の増大もあり，光学式の顕微鏡による観察は困難になってきている。
【０００３】
高アスペクト比の課題は，ホールの底で発生した欠陥に関してはより深刻であり，光学式の検査装置ではほぼ検出ができない。そこで，これらの欠陥を検出するため、ＳＥＭによる画像撮像をベースにした検査が行われるようになってきているが，ＳＥＭによる撮像は一般に光学顕微鏡よりも撮像に必要な時間が長く，高いスループットでの検査ができない課題がある。これを解決するため，近年，半導体の実回路とは別にテストパターンを形成し，このテストパターンのみを検査する方法が行われるようになっている。
【０００４】
この方法の公知例としてはたとえば特許文献２に開示されているような半導体に電気的な欠陥が発生するとボルテージコントラスト（電位コントラスト）の変化を引き起こしやすいテストパターンを形成しておき，ボルテージコントラストを発生させたパターンをまず検出した後に，そのボルテージコントラストを発生させたパターンのみを検査する検査方法が知られており，ＳＥＭ式の検査装置でも比較的高速に検査を行なうことが可能である。
【０００５】
また，ボルテージコントラストを発生させた欠陥と形状欠陥とを識別する方法としては、特許文献３に開示されているように、欠陥サイズが大きく，かつ検出された領域の矩形領域の短辺と長辺の比が大きい場合にボルテージコントラスト現象を発生させた欠陥であると判別し，その欠陥位置はオープン欠陥ではパターン明度が変化した位置であり，ショート欠陥では欠陥領域がパターン間を接続しているものであると判定する方法が有る。
【０００６】
また，欠陥の位置を見つける手法としては，ボルテージコントラストの変化については記述をしていないが，たとえば特許文献４に記載されているように，欠陥が撮像される画像に対して，異なる位置で同じパターンが撮像される箇所を小領域毎に探索し，探索されたパターンをもとに参照画像を合成して，欠陥画像と合成した比較画像の比較より欠陥位置を見つけることで参照画像を撮像せずに欠陥位置を算出する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１３５２８８号公報
【特許文献２】米国特許公開公報２００４/０２０７４１４ 号公報
【特許文献３】米国特許第 ６６４２７２６号公報
【特許文献４】特開２００３−０９８１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の技術ではまず特許文献１に開示されているレビュー方法では、欠陥の高倍画像を撮像するのが難しいという課題があった。一般にテストパターン上で発生した致命的な欠陥は，その欠陥により発生した電気的な特性の変化によりボルテージコントラストの変化が発生する。前記公知例では，欠陥像と参照像を比較し，その差分を欠陥として検出し，高倍画像を撮像しているため，比較的大きく撮像されるボルテージコントラスト変化部の中心部を欠陥位置として撮像してしまう。しかし，欠陥のレビューにおいては，ボルテージコントラストの変化が発生していることの確認ではなく，一般にはそのボルテージコントラストを発生させた欠陥自体をレビューすることが要求されるため，この方式ではユーザの要求を満足させることができない。また，検査装置から出力された欠陥座標のみをもとに高倍撮像を行った場合は，検査装置とレビュー装置ではウェーハを移動させるステージが基本的に異なるため，座標が十分には対応がとれないため，高い倍率で欠陥を観察しようとした場合に不可欠となる小さい視野内には欠陥が入らず，欠陥画像を撮像することが困難になってしまう。
【０００９】
また，特許文献３にはＳＥＭ式検査装置におけるテストパターン上の欠陥の検出を行なう方法として、ＳＥＭでボルテージコントラストを伴う欠陥より欠陥位置を見つける方法が述べられているが、ボルテージコントラスト欠陥と，物理的な欠陥に分ける方法，およびボルテージコントラストを発生させる欠陥における欠陥位置を特定する方法が述べられているが，この方式では安定してショート欠陥を検出できないという課題がある。ボルテージコントラストを伴う欠陥をレビューするにはＳＥＭ式のレビュー装置が必要であるが，ＳＥＭ式の検査装置とレビュー装置とのアライメント誤差によらず，ＳＥＭ式の検査装置で検出した欠陥をレビュー装置で観察するには，レビュー装置の撮像視野を大きくする必要がある。一方，前記公知例ではショート欠陥を引き起こした欠陥を欠陥像とその比較像との間でボルテージコントラスト差分があるパターンと，それと隣接したパターンとを接続する欠陥として抽出するとしているが，広い視野で撮像した場合，パターン間の距離は極めて狭く撮像されてしまう。ボルテージコントラストが発生する状況では，欠陥もパターンと同じ明るさで撮像されるのが一般的であり，特にパターン間にある微細欠陥では位置を検出することが困難である。
【００１０】
また，第２の課題としてはボルテージコントラストの差分が発生した場合，特許文献４に開示されている方法を用いて参照画像を合成する場合，ボルテージコントラストによる差分が比較的大きく撮像されることから参照画像に欠陥により発生したボルテージコントラストによる明度変化が残ってしまう現象が発生してしまい，ボルテージコントラスト異常部すべてを検出することができなくなってしまうものがあげられる。これは特にオープン欠陥で発生するボルテージコントラストにおいて，欠陥位置を見つけるうえでの課題となってしまう。オープン欠陥においては特許文献３に記載されているように，ボルテージコントラストの差分が発生した始点位置を見つけることが重要であるが，参照画像の合成不良が発生するとその差分領域は本来１領域となるものが分離して検出されてしまい，ボルテージコントラストの始点位置を安定して見つけることができなくなってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決して、他の検査装置で検出したボルテージコントラストを伴うショート欠陥やオープン欠陥などの欠陥を安定してレビューする方法及びその装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明では、検査対象を検査して得た欠陥位置を入力し，他の検査装置（例えばＳＥＭ式の欠陥検査装置）で検出したボルテージコントラストを伴う欠陥が視野に入るようにＳＥＭ撮像を行い，撮像した画像を正常部の画像と比較し，欠陥または欠陥起因のボルテージコントラスト変化のいずれか，あるいはその両方により発生する差分より欠陥位置を特定して，求めた欠陥位置においてより高倍の画像を撮像することにより達成される。さらにこの画像としてボルテージコントラストが顕在化しやすい画像としにくい画像の両方を撮像することにより，その欠陥位置精度を安定させることにより解決される。
【００１３】
さらに，本発明では，その差分を算出する際に用いる正常部の画像を，入力した欠陥位置の画像をボルテージコントラスト変化の発生するパターンをこれと平行して形成されたパターンの明度により合成ようにした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パターン間に発生した微細欠陥によるショート欠陥を含めてボルテージコントラストを発生させた欠陥自体をレビューすることが可能になった。また、オープン欠陥により発生するボルテージコントラスト異常部の始点位置を安定して見つけることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１から１２を用いて本発明の実施例を説明する。
半導体ウェーハは多数の工程により多層構造的にパターンが形成されていく。この多層構造を製造していく過程においてその製造プロセスをモニタリングするためにレイヤー毎に形成されたパターンの寸法測定、外観検査や、その外観検査で検出された欠陥のレビューが行われている。
【００１６】
最近の半導体プロセスはますます微細化してきているため、これらをおこなうための画像撮像には光学式の顕微鏡よりも高い解像度での画像撮像が可能なＳＥＭが適用されるようになってきている。このような目的で用いられるＳＥＭとしてレビューＳＥＭが広く使われるようになってきている。レビューＳＥＭは、外観検査で検出した欠陥座標をもとに欠陥位置に視野を移動させＳＥＭでこの欠陥を撮像するのが主要な機能である。図１には本発明をレビューＳＥＭに適用した場合の基本構成を示す。
【００１７】
１０１は電子線源であり、電子ビームを照射する。照射された電子ビームは１０２、１０３のコンデンサーレンズを通過した後、１０４の電子線軸調整器により非点収差やアライメントずれを補正される。１０５と１０６の走査ユニットにより電子ビームを偏向し、電子ビームを照射する位置を制御された後。電子ビームは１０７の対物レンズにより収束されてウェーハ１０８の撮像対象１０９に対して照射される。撮像対象１０９からはこの結果、２次電子と反射電子が放出され、２次電子および反射電子は１２１の一次電子線通過穴を有した反射板に衝突し，そこで発生した二次電子が1１０のEｘBにより偏向され、1１１の電子検出器により検出する。１１１で検出された２次電子および反射電子はＡ/Ｄコンバータ１１２でデジタル信号に変換され、メモリ１１３に格納される。１１４はＸＹステージであり、１０８を移動させ、ウェーハの任意の位置の画像撮像を可能にしている。
【００１８】
１１５は画像処理ユニットであり、メモリ１１３で格納された画像より欠陥位置を検出する。この検出方法としては、欠陥位置の画像と、それと同一のパターンが形成されていると期待されている参照位置の画像の比較により、差分がある位置を欠陥として検出する方法が用いられる。１１６は二次記憶装置であり、１１３に格納された画像を記憶することが可能である。１１７はコンピュータ端末であり、１１６、あるいは１１３に格納された画像を表示することができる。また、ユーザは１１７の端末に入力することにより、装置の様々な動作の設定を行うことができる。１１８は全体制御系であり、電子ビームの軸調整、走査ユニットによる電子ビームの偏向、ＸＹステージの移動による視野移動を制御する。１１９は電界発生用電極であり，１１８の全体制御系により１０８のウェーハ表面電界を制御することができる。
【００１９】
１２０はレシピサーバであり，ウェーハを検査した検査装置が出力する欠陥座標が記述されているデータファイルが格納されており，このデータファイルは１１８の全体制御系に転送され，全体制御系により欠陥画像の撮像シーケンスが制御される。また，１１６に格納された画像や，その画像を処理した結果を転送し，１２０のレシピサーバに格納することもできるようになっている。１２２はエネルギーフィルタであり，局所的に電界を発生させ，１０８のウェーハから放出される電子のエネルギーが低い場合に通過できないようにすることができる。
【００２０】
図1の構成による装置において、欠陥画像を撮像するシーケンスを図２に示す。まず２０１でレビューする欠陥の座標データを入力し，２０２のステップでレビューする欠陥を選択する。 ２０３のステップでＸＹステージ１１４を移動させ、２０３のステップで選択した欠陥に対応する参照位置をＳＥＭの視野に入れる。２０４のステップで参照画像を撮像し、２０５のステップでXYステージ１１４を移動させ、２０６のステップで選択した欠陥をＳＥＭの視野に入るようにする。２０７のステップで画像を撮像し、２０８のステップで２０４で撮像した画像と２０７で撮像した画像の比較より欠陥位置を特定する。ステップ２０８でAFを行い、ステップ２０９で２０７で特定された欠陥位置に視野を移動させて高倍画像を撮像し、この画像を１１６に格納する。１１６で画像を格納したのち，他にレビューすべき欠陥がある場合は再度２０２のステップを実効する。
【００２１】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）に本レビュー方法が対象とする欠陥を示す。図３（ａ）は欠陥３０２が発生したテストパターン領域３００の例を示す。ここで欠陥３０２は電気不良を引き起こす欠陥であり，たとえばテストパターンのように静電容量の大きなパターンが形成されている領域３００に形成されたパターン３０１上でオープン３０２が発生した場合，この領域に電子線を照射した場合，一般的なＳＥＭの撮像条件では照射する電子に対し放出される二次電子数の方が多いため，電子線が照射された領域は正に帯電する。ここで，３０３の領域では静電容量の大きな領域とパターンが接続されているため，電子線が照射された領域が正に帯電しても，静電容量の大きなパターンより電子が供給されるため，その帯電の度合いは少ない。
【００２２】
一方，３０４の領域では二次電子が供給されないため，正の帯電度合いは弱い。正の帯電が大きな領域に電子線を照射した場合，そこから放出される二次電子はパターンに引き戻されてしまうため，暗く検出され,一方帯電の少ない領域では二次電子がパターンに引き戻されず明るく撮像される。すなわち、図３（ａ）に示した試料をＳＥＭで撮像すると、図３（ｂ）のような明度コントラストを有するボルテージコントラスト像３０５が得られる。このようにオープンが発生した場合には，その欠陥が境界となり，パターンの明度が異なる。ここで図２のフローで説明したステップ２０６で撮像した欠陥画像（図３（ｂ）のボルテージコントラスト像３０５に相当）とステップ２０４で撮像した参照画像を比較すると図３（ｃ）に示すようなボルテージコントラストの差分画像３０６が算出される。
【００２３】
従来のレビューＳＥＭの場合，差分画像３０６の差分領域を中心に高倍像を撮像していたため，欠陥が引き起こすボルテージコントラストの変化部は撮像できるものの，欠陥自体を撮像することはできなかった。本実施例は，この欠陥位置を中心にした高倍像を撮像可能にするものである。テストパターンにおけるオープン欠陥の発生位置を求めるためには、テストパターンが接続される方向性を求めておき，ボルテージコントラストの差分領域の発生した始点を求めて欠陥位置を特定することが不可欠である。ここでテストパターンの方向は設計データを基に決定することも可能であるが，実際の量産ラインにおけるレビューにおいては容易に設計データを入手できるとは限らないため，ＳＥＭで欠陥をレビューする場合には，ボルテージコントラストの差分領域のアスペクトなど，低倍の欠陥画像を基にして画像よりパターンの方向性を求めることが極めて重要である。
【００２４】
たとえば，図３（ａ）のようなコンタクトチェーンの場合では，図３（ｄ）に示すようなボルテージコントラストの差分画像３０６上で差分領域をグルーピングし，そのグルーピング領域３０８の投影長をＸ，Ｙ方向に算出してＬｘ，Ｌｙを求め，その長い方向（図３（ｄ）の場合はＹ）をパターンの方向とすることができる。次いで，このパターンの方向、即ちＹ方向と直交するＸ方向で視野中心に近い差分領域３０８をこのパターンの方向即ちＹ方向にトレースし，差分領域３０８における差画像３０６上での信号の変化から差分がある領域の境界を求めることによりオープン欠陥の発生位置を特定することができる。このように広範にわたりボルテージコントラスト変化が欠陥画像と参照画像とで発生している場合も欠陥位置を特定することができる。ここでは画像をもとに，ボルテージコントラスト変化が発生する方向を求めたが，もちろん，ＣＡＤデータを用いる，あるいは，検査データの中にボルテージコントラスト変化が発生する方向の情報を与えておいても構わない。
【００２５】
図４（ａ）にショート欠陥の検出に適したテストパターンの構造を示す。４０１，４０２は導電性のパターンであり，静電容量の大きなパターンに接続されている。一方，４０３，４０４はフローティングしているパターンである。４０１，４０２では電子線の照射に伴う二次電子の放出があったとしても静電容量の大きな領域から電子が供給されるため，明るく撮像されるが，４０３では電子が供給されないため，暗く撮像される。４０５はこの２種類のパターンを跨ぐ領域に発生した欠陥である。この欠陥４０５によりパターン４０４は電子が供給されているため，本来フローティングして暗く撮像されるべきパターンが明るく撮像される。この図４（ａ）を欠陥画像として参照画像（図示せず）との差分を取った差分画像４０６は、図４（ｂ）に示すようになってしまい、この画像をもとにした場合，欠陥位置を安定して求めることができない。
【００２６】
これを検討した結果，この場合にはボルテージコントラストの差分が顕在化しないようにして画像を撮像しなければ欠陥位置が安定して検出できないことがわかった。大きな理由は，静電容量の大きなパターンに隣接した下地部分が含まれるような視野で低倍率のＳＥＭ画像を撮像すると、静電容量の大きなパターンと同様の明るさで検出されるためにパターン間のショートをこの画像より見つけることが困難になってしまうためである。これを解決する１つの方法として，観察対象から放出される二次電子および反射電子のうち，エネルギーの高い二次電子および反射電子を検出して画像を撮像する方法が挙げられる。これはたとえば図１に示した構成においてエネルギーフィルタ１２１を用いて低いエネルギーの二次電子をカットすることにより実現できる。
【００２７】
一般にボルテージコントラストの差分領域が発生するメカニズムは，１次電子ビームを照射することにより観察対象の帯電電位が上がり，観察対象で発生した低いエネルギーをもつ二次電子が観察対象に再び戻ってしまうことにより発生する。一般に帯電電位は２０Ｖ以下であることが多いため（但し、この値は撮像視野の大きさに依存する），２０Ｖ以上の二次電子は観察対象に戻ることがなく，欠陥に起因したボルテージコントラスト変化はほとんど起こらない。そこで，エネルギーフィルタ１２１の電位を制御して観察対象で２０Ｖ以上のエネルギを持った電子のみを検出するように設定すれば，ボルテージコントラストのない像を撮像することができるため，ボルテージコントラストに影響を受けずに欠陥位置を求めることができる。
【００２８】
しかし，ボルテージコントラスト変化の発生しない画像ではオープン欠陥を検出できない場合があるため，エネルギーフィルタでエネルギーカットを行う／行わないの２通りの画像を撮像しておき，たとえばオープン欠陥はエネルギーカットを行わない状態，ショート欠陥はエネルギーカットを行う状態で撮像した画像で欠陥位置を求めれば安定した欠陥位置の算出を行うことができる。ここで，オープン欠陥とショート欠陥は，エネルギーカットを行わない画像の差画像より，ボルテージコントラスト変化が明るくなったか，暗くなったかを判断することにより，暗くなった場合はオープン，明るくなった場合はショートと判断できる。
【００２９】
なお，エネルギーフィルタで発生させる電界は，観察対象から，エネルギーフィルタとの電位差を考慮して設定することが必要である。たとえば，観察対象の電位が-１２００Ｖ，エネルギーフィルタ位置における電位が０Ｖであれば，観察対象から放出される時点で２０ｅＶのエネルギーをもつ電子はエネルギーフィルタにおいては１２２０ｅＶのエネルギーをもつことになるため，エネルギーフィルタにおいて１２２０Ｖの電位がエネルギーフィルタ内部で発生させれば対象から放出される時点で２０Ｖ以下のエネルギーの電子はカットされる。
【００３０】
このときのフローは図２で説明したものとほぼ同じであるが，２０４および２０６のステップで撮像する画像をそれぞれ，エネルギーフィルタ１２１に電位を与えた場合のものと与えない場合のものの２通りを撮像するようにすれば良い。アルゴリズムフローを図５に示す。欠陥撮像ステップ５０１でエネルギーフィルタ１２１を作動させた状態（ＯＮ）と作動させない状態（ＯＦＦ）とでそれぞれ欠陥を撮像して欠陥のＳＥＭ像（欠陥画像）を取得し、次に参照パターン撮像ステップ５０２でエネルギーフィルタ１２１を作動させた状態（ＯＮ）と作動させない状態（ＯＦＦ）とでそれぞれ参照パターンを撮像して参照パターンのＳＥＭ像（参照画像）を取得する。次に、欠陥・参照差分算出ステップ５０３でエネルギーフィルタ１２１を作動させない状態（ＯＦＦ）で取得した欠陥画像と参照画像の差分画像を算出し，差分２値化ステップ５０４で，その差分が大きい領域を抽出して２値化し，オープンショート判定ステップ５０５でその抽出した領域が正か負かを判定して負の場合にオープン，正の場合にショートと判定する。
【００３１】
パターン方向性判定ステップ５０６はオープンであった場合の処理であり，パターンの方向性を図３（ｄ）で説明したような方法で差分領域の投影長をもとに判断する。始点算出・欠陥位置特定ステップ５０７は差分２値化ステップ５０４で２値化した画像をもとに，パターン方向性判定ステップ５０６で判断したパターン方向に２値化画像の始点をサーチし，この始点をオープン欠陥位置とする。
【００３２】
次に、オープンショート判定ステップ５０５でショートと判定された場合は差分算出ステップ５０８へ進み、ステップ５０１と５０２とでそれぞれエネルギーフィルタ１２１に電位を与えてエネルギーフィルタ１２１を作動させた（ＯＮ）状態で取得した欠陥画像と参照画像の差分画像を算出し，２値化処理・欠陥位置特定ステップ５０９で，差分２値化ステップ５０４で差分があった領域を広げた領域を欠陥抽出領域として，その領域において差分算出ステップ５０８で算出した差分画像を２値化処理してショート欠陥位置を特定する。
【００３３】
エネルギーフィルタ１２１で低エネルギー電子をカットする場合とカットしない場合の２とおりの画像を撮像する方法の欠点は，撮像数を２倍にすることによるスループットの低下である。これを回避する方法として，エネルギーの検出範囲の異なる２つ以上の検出器による画像を同時に撮像する方式が挙げられる。図６はこのときのハードウェアの基本構成を示したものである。図１で説明した構成との主な相違点は、エネルギーの低い二次電子と，観察対象のウェーハの法線方向に放出されるエネルギーの高い電子を検出する検出器と，エネルギーの高い低仰角方向に放出される電子を検出する２つの検出器を備えている。
【００３４】
１０１から１２１は図1のそれと同じ機能を持っている。６０１は反射板であり，中央に観察対象から放出された電子が通過するための穴が設けられている。６０２と６０３は電子検出器である。６０２，６０３が出力する電子信号はそれぞれ６０４，６０５のＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号化され，１１３のメモリに格納される。電子線の照射により，電子線があたった位置のウェーハ表面の法線方向に電子は放出されるが，観察対象表面には，一般に電子を引き上げるための電界が形成されているため，電子は上方の検出器の方向に次第に偏向されていく。
【００３５】
上方に働く電界による力は一定であるのに対し，観察対象から放出される際の電子の放出速度は異なっており，エネルギーの高い電子，すなわち，対象から放出される際のスピードの速い電子は，初速が大きいため，電界による偏向の度合いは小さい。一方，エネルギーの低い電子，すなわち対象から放出される際のスピードの遅い電子は，初速が小さいため，電界による偏向の度合いが大きい。たとえば，電子線を対象に照射した際の加速電圧が１ＫＶ程度であった場合，二次電子が対象から放出される際のエネルギーのピークは２〜５ｅＶであるのに対し，後方散乱電子のエネルギーは1KeV程度である。初速の小さな低いエネルギーの電子は，電子線の照射された位置の法線方向によらず，６０１の反射板の穴を通過するのに対し，初速の大きな高いエネルギーの電子は６０１の穴を通過できずに反射板６０１に衝突するか，あるいは６０２または６０３の電子検出器により直接検出される。反射板６０１に衝突した電子は，反射板で二次電子を再び放出し，これが６０２または６０３に検出される。
【００３６】
このようにして，電子検出器６０２または６０３に検出される電子は，皆，高いエネルギーをもつ電子となる。このため，電子検出器１１１で検出した電子をもとにボルテージコントラスト変化を起こす画像，電子検出器６０２または６０３で検出した電子をもとに，ボルテージコントラストを引き起こさない画像を形成させることが可能となる。
【００３７】
さて，ここまでは参照画像を撮像して欠陥位置を検出する方式について述べてきたが，レビュー装置において高スループット化を実現するためには参照画像を撮像しないで欠陥位置を特定する必要がある。特にテストパターン上の欠陥をレビューする場合には，テストパターンに周期性があることから参照画像を撮像することなく，欠陥位置を検出しやすい。しかし，ボルテージコントラストを発生させた欠陥に対してこの周期性を利用した欠陥検出を行うとボルテージコントラスト部全体を検出できない場合がある。この例を図７を用いて説明する。
【００３８】
図７（ａ）において、欠陥画像７０１はテストパターン上の欠陥を含む画像であり，７０２のオープン欠陥により電位コントラスト現象が縦方向に発生している。一般に検査装置においては，セル比較方式と呼ばれる検査方式があり，これは，おもに半導体のメモリセル部において，セル部の周期の整数倍離れたセル同士を比較して欠陥を検出する方式であり，比較的近距離のセル同士を比較する方式であるため，微細な欠陥を高い感度で検出することができることが知られている。しかし，７０２のようなオープン欠陥を本方式を用いて  図７（ｂ）の参照画像７０３のように周期（λ）の整数倍ずらした画像を合成し，欠陥画像７０１をこの参照画像７０３と比較検査すると，  図７（ｃ）の差画像７０４に示されるような差分画像となり，オープン欠陥である７０２においてはボルテージコントラスト全体を検出することができない。
【００３９】
テストパターンにおけるボルテージコントラストの判断の主要な基準は，ボルテージコントラスト差分位置におけるパターンに沿ったアスペクト比の大きな差分であるため，この差分像では，ボルテージコントラストで発生した差分か，あるいは実欠陥の差分であるかの判定ができない。欠陥画像７０１中に示したショート欠陥７０５においてはより深刻で，まったく欠陥部が差分像にあらわれていない。このような課題を解決するにはボルテージコントラストの差分が発生する方向と直交する方向，すなわちパターンの導電方向と直交する方向のパターンの周期性をもとに欠陥を比較する必要がある。
【００４０】
図７（ｄ）の差画像７０６はこの方法により図７（ａ）の欠陥画像７０１から作成した参照画像（図示せず）と欠陥画像７０１とから算出した差分像であり，オープン欠陥，ショート欠陥とも欠陥全体を検出することができている。図７（ｄ）のパターン７０７はオープン欠陥部分，パターン７０８はその欠陥部分が参照となったため，欠陥と逆の極性で発生したゴースト部であるが，これはパターン７０７とパターン７０８の位置関係をもとに欠陥とゴースト部との弁別を行うことができる。パターン７０９はショートの欠陥部分，パターン７１０はパターン７０９のゴースト部である。
【００４１】
欠陥は必ずしも小さいもののみではなく，複数のパターンに跨る場合もある。たとえば図８(ａ)に示すようなオープン欠陥８０１を，欠陥サイズに対して小さい量λ１だけ位置をずらした画像と比較した場合には，その差画像は図８（ｂ）の差画像８０２のようになり，差画像部分が２つに分かれてしまい，正確な欠陥位置を検出できない場合がある。この場合でも欠陥全体を検出できるようにするためには，差画像を算出するための参照画像を切り出す位置をできるだけ離して（λ２）設定することにより回避できる。しかし，このようにして設定すると，図８（ａ）の太枠で囲った領域８０３のような画像の周辺部で比較するために切り出す画像がない領域では欠陥が検出できなくなってしまう。これを回避する一つの方法は，図８（ａ）の太枠で囲った領域８０３のような対応する比較部がない領域のみ，極性を逆にして欠陥を検出する方法である。たとえば，図８（ａ）の欠陥画像８０１を通常部では位置をλ２ずらして作成したた参照画像（図示せず）と比較したとすると，図８（ａ）の太枠で囲った領域８０３のような画像の周辺箇所は-nλ２ずらした図８（ａ）の太い点線の枠で囲った領域８０４の箇所と比較することにより，比較的，λが大きい場合においても画像全体で欠陥の検出が可能になる。
【００４２】
以上のようにして欠陥位置を見つけることができるが，欠陥は必ずしもウェーハ表面にあるとは限らない。図９はコンタクトチェーンのテストパターンの断面図であるが，欠陥９０１のように欠陥が半導体ウェハ９００の表面９０２より下に存在した場合，一般にＳＥＭではこれを撮像することができない。逆に言えば，光学式の検査装置で検出した欠陥をＳＥＭでレビューするために撮像した画像より欠陥位置を検出した場合に、電位コントラストの差分しか得られなかった場合には欠陥は表面下にあると判断できる。
【００４３】
欠陥を観察するにあたっては，その欠陥がどのプロセスで発生したかが極めて重要であるため，欠陥画像を撮像する際に，自動的にこれを判定することが望ましい。このときのアルゴリズムフローを図１０に示す。図１０のフローは図５のフローと欠陥位置を検出するまでは同じであるが，差分算出ステップ１００１でボルテージコントラストによる差分が発生しない画像で再度欠陥像と参照像との差分を算出している。差分有無より表面露出判定ステップ１００２でボルテージコントラストによる差分が発生しない画像で差分が発生していた場合には，欠陥の観察が可能であると判定し，ここで差分が抽出されなければ欠陥は表面に露出していないと判定する。差分有無より表面露出判定ステップ１００２での判定結果は結果格納ステップ１００３で二次記憶装置１１６に格納される。
【００４４】
差分有無より表面露出判定ステップ１００２で表面に露出していない欠陥の原因を調査するためには，ウェーハに対し欠陥が露出するように断面加工すれば良い。これを行う装置はＦＩＢによって実現できる。ここで課題となるのが，ＦＩＢで断面加工するための位置決めである。ＦＩＢ加工を行うための電子光学系とＳＥＭ撮像するための光学系は同軸におかれることは困難であり，ＳＥＭでレビューした後，異なる装置にウェーハを移動させ，ＦＩＢで断面加工するか，あるいは，同じ装置の異なった位置にＳＥＭ光学系とＦＩＢ光学系をともに備え，ＳＥＭ光学系で観察した後，ＦＩＢで断面加工が可能な位置にウェーハを移動させて断面加工をすることになる。
【００４５】
ウェーハをレビューする装置から断面加工する装置に移動させた場合にはアライメントを行った後でも，±１μｍ，同一ステージ上にＳＥＭ光学系とＦＩＢ光学系があった場合においてもステージ誤差により±０．５μｍ程度の誤差が発生する。一方，配線のサイズはたとえば０．１３μｍ以下のものが多く，ステージを移動させた後に再度，欠陥の位置を特定しなければ断面加工する位置精度が不足してしまい，断面加工ができない。そこで，ＦＩＢ用光学系で再度イオンビームを照射し，対象からでてきた二次電子を検出して形成するSIM像をもとに再度欠陥位置を求め，断面加工を行う位置を求める。なお，ＦＩＢではイオンビームを照射するため，この照射するイオンによる汚染が懸念される。
【００４６】
そこで，前述した参照画像を撮像せず，欠陥画像の周期性をもとに欠陥位置を求めることにより，汚染される領域が欠陥付近のみに限定されるようにするのが望ましい。このときの装置構成を図１１に示す。１０１から１２１，および６０１から６０３は図６に示したものと同じである。１１０１はFIB光学系であり，イオンビームの走査しながら照射する照射系とイオンビームの照射により対象から放出される二次電子の検出系を併せ持っている。ウェーハ１０８上の撮像対象１０９はＳＥＭ観察系でレビューされた後，断面加工がされるよう１１４が移動し，１１０１の撮像可能範囲に位置決めされる。１１０２はＡ/Ｄ変換器，１１０３は画像メモリであり， ＦＩＢ光学系で検出された二次電子像を格納する。１１０３に格納された画像は画像処理手段１１５に転送され，欠陥位置が検出される。
【００４７】
欠陥位置の検出に用いられる手法は，前述したＳＥＭによって検出した画像より欠陥位置を検出する手法を用いる。欠陥位置が求められた後，その欠陥部が露出する，あるいはその断面が露出するよう断面加工を行う位置が決定される。次いで，全体制御系１１８が１１０１に断面加工をするよう制御信号を出力し，断面加工を行う。図１１では欠陥を観察するＳＥＭ光学系とＦＩＢ光学系が同じ装置に実装される実施例を示しているが，これは必ずしも同一装置に実装される必要はなく，異なる装置に実装されていてもかまわない。
【００４８】
さて，ここまでは欠陥によるボルテージコントラストの変化が発生することを前提とした欠陥の高倍撮像方法について述べてきたが，欠陥座標を出力する装置はかならずしもＳＥＭ式の検査装置ではなく，光学式の検査装置である場合もある。この場合にＳＥＭ式のレビュー装置で観察した際，ボルテージコントラスト変化が発生していることを観察した場合，光学式の検査装置で検出した不良が電気的不良であることが確認でき，ボルテージコントラスト変化が無ければ伝記的には不良でないことが確認できる。
【００４９】
一般的な半導体回路は電気的な不良が発生していても必ずしもボルテージコントラストの変化が発生しないため，このような判定は信頼性が低いが，ボルテージコントラスト変化が発生しやすいテストパターンを形成した場合には，高い信頼性でこの判定を行うことができる。
【００５０】
このときの概念図を図１２に示す。１２０１は光学式検査装置であり，パターンの形成中に１回から複数回の検査を行い，欠陥の座標が出力される。１２０２は製造装置群である。欠陥の座標は各検査結果をマージしたものが用いられる。エッチ完などのパターンが形成された段階で，このマージされた欠陥の座標をもとに１２０３で欠陥のレビューを行い，欠陥がボルテージコントラスト変化を伴うかどうかが判断される。ボルテージコントラスト変化を伴ったものは，電気的欠陥と判断できる。各検査装置が出力した欠陥の電気的欠陥か否かの判定をもとに，どの製造装置で電気的な欠陥を多く検出したかを１２０４の歩留まり診断システムで判断し，歩留まりにインパクトを与える製造装置を見出すことができる。このように光学式の検査装置でＳＥＭ式に比較して高速な検査と，ＳＥＭ式のレビュー装置によるボルテージコントラスト変化の観察による歩留まりインパクト評価の両方を本レビューにより実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の基本構成の１実施例である。
【図２】欠陥画像を自動撮像する場合の本発明のシーケンスである。
【図３】ボルテージコントラスト（オープン）の説明図である。
【図４】ボルテージコントラスト（ショート）の説明図である。
【図５】本発明の欠陥検出フローの一例である。
【図６】本発明の基本構成の１実施例である。
【図７】本発明による欠陥抽出方法の説明図である。
【図８】本発明による欠陥抽出方法の説明図である。
【図９】ＳＥＭにより観察できない欠陥の説明図である。
【図１０】ＳＥＭにより観察できない欠陥とできる欠陥を識別するためのフローである。
【図１１】本発明の基本構成の１実施例である。
【図１２】本発明による欠陥原因特定システムの一例である。
【符号の説明】
【００５２】
１０１：電子源，１０２：コンデンサーレンズ，１０３：コンデンサーレンズ，１０４：電子線軸調整器，１０５：走査ユニット，１０６：走査ユニット，１０７：対物レンズ，１０８：ウェーハ，１０９：撮像対象，１１０：ＥｘＢ
１１１：電子検出器，１１２：A/Dコンバータ，１１３：メモリ，１１４：ＸＹステージ，１１５：画像処理ユニット，１１６：二次記憶装置，１１７：コンピュータ端末，１１８：全体制御系，１１９：電界発生用電極，１２０：レシピサーバ，１２１：反射板
【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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