(57)【要約】【課題】  本発明の課題は，様々な種類の欠陥を同時に検出できるミラープロジェクション式検査装置を実現することである 。【解決手段】  同一の被検査領域でフォーカスの異なる画像を複数枚取得する。これは検出器を複数設け，それぞれの高さを相対的に変えることにより実現できる。別の手段は，結像光学系のフォーカスを段階的に変えて画像を取得することにより実現できる。【効果】  検出器を複数設けそれぞれの高さを相対的に変えることで，フォーカスの異なる画像を同時に取得する。別の方法では同一被検査領域の画像を結像光学系のレンズを段階的に変えてフォーカスの異なる画像を取得する。これらの複数のフォーカスの異なる画像を取得することにより，様々な種類の欠陥を検出できる。【選択図】  図1
2005083948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を、試料の被検査領域に向けて順次照射する電子照射部と、
前記電子線を被検査領域付近で引き戻す減速手段と、
前記引き戻した前記電子線を複数の異なる結像条件で結像させる結像部と、
前記結像させた電子線を前記結像条件ごとの画像として取りこむ画像検出部と、
前記結像条件ごとの画像を相互に比較することにより、前記被検査領域の欠陥を検出する画像処理部を有する検査装置。
【請求項２】
前記画像検出部は、前記電子線の進行方向に沿った前記試料の表面からの長さが互いに異なる複数の検出面を有し、
前期結像条件ごとに各々の前記検出面を用いて、前記被検査領域の画像を取り込むことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記結像部は励磁可変のレンズを有し、
前記レンズの励磁を変化させることによって前記結像条件を変化させることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項４】
前記試料は半導体ウェハであり、
前記被検査領域は回路パターンの領域であり、
前記欠陥は前記回路パターンの形状不良または電気的不良であることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項５】
前記電子照射部は前記電子線を作り出す電子銃、及び前記照射する電子線を収束する複数の静電レンズ若しくは電磁レンズを備え、
また、前記試料に照射する電子線と、前記引き戻される電子線を分離させるビーム分離部を有し、
また、前記結像部は前記引き戻された電子線を結像させる複数の静電レンズ、電磁レンズを備えていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項６】
前記電子照射部外の電子線源又は光源を備えており、
前記電子照射部外の電子線源から照射する電子線または前記光源から照射する光によって、前記試料の帯電を制御することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項７】
前記試料に照射する前記電子線の入射軸に対し、垂直方向に移動可能な試料ステージを備え、
前記試料ステージは前記試料を装着できる試料ホルダを有し、
さらに、前記試料ホルダには、前記試料に入射する前記電子線を引き戻すための電圧を印加できることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項８】
前記ステージが、前記画像検出部の画像を取り込む速度に同期した速度で、一次元的、且つ等速に移動可能であることを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項９】
前記試料に照射する前記電子線の入射軸に対し、垂直方向に移動可能な試料ステージをさらに備え、
ステージの移動に伴って前記検出面上の前記画像が移動する方向と同一方向に前記複数の検出面を配列していることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項１０】
前記複数の検出面が、前記検出面と平行な面内で回転することを特徴とした請求項９記載の検査装置。
【請求項１１】
前記複数の検出面は、前記検出面上での画像の移動方向と電荷蓄積方向とが揃ったＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項９記載の検査装置。
【請求項１２】
前記画像処理部は、一の被検査領域に対する前記結像条件が異なる複数の画像の比較から、前記一の被検査領域の合焦点距離を算出することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項１３】
前記画像処理部は、
前記試料の一の領域の合焦点距離を基準電位の合焦点距離として算出し、
前記基準電位の合焦点距離と、前記試料の他の領域の合焦点距離とを比較することによって、前記他の領域の相対電位を算出することを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１４】
前記試料の一の領域は半導体パターンの正常部であり、前記試料の他の領域は半導体パターンの欠陥部であることを特徴とする請求項１３記載の検査装置。
【請求項１５】
画像表示部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記基準電位及び相対電位から算出した前記欠陥部の分布と、前記欠陥部の相対電位とを前記画像表示部に出力することを特徴とする請求項１４記載の検査装置。
【請求項１６】
前記画像処理部が、
前記欠陥部の分布と前記欠陥部の相対電位をデータベースとして記憶し、前記データベースと他の半導体パターンの欠陥部の分布との比較から、前記他の半導体パターンの品質を検査することを特徴とする請求項１４記載の検査装置。
【請求項１７】
画像表示部をさらに備え、前記画像処理部が、前記結像条件の異なる画像をそれぞれ前記画像表示部に出力することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項１８】
前記複数の検出面は、前記電子線の進行方向に沿った前記試料の表面からの長さがそれぞれ調節できることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項１９】
前記結像条件はフォーカスであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の検査装置。
【請求項２０】
試料を保持するステージと、
前記ステージに向けて電子線を照射する電子線源と、
前記電子線を減速可能な減速手段と、
前記電子線を結像可能なレンズと、
前記電子線を検出可能な検出面を有する検出器と、
前記検出器で検出された電子線を画像として取り込む画像取り込み部と、
前記取り込んだ画像を処理する画像処理部を備えた検査装置における検査方法であって、
電子線を試料に向けて照射し、
前記電子線を減速手段によって引き戻し、
前記引き戻された電子線を複数の結像条件で画像検出面に複数の画像として結像し、
前記複数の結像条件で結像された複数の画像を比較し、
前記試料の欠陥を検出することを特徴とする検査方法。
【請求項２１】
試料に向けて照射し、前記試料付近で引き戻された前記電子線の像を用いて前記試料を検査する検査方法であって、
前記試料の一の領域付近から引き戻された前記電子線の合焦点距離を基準電位の合焦点距離と、前記試料の他の領域付近から引き戻された前記電子線の合焦点距離とを比較することによって、前記他の領域の前記基準電位からの相対的な電位を算出することを特徴とする検査方法。
【請求項２２】
前記試料は半導体ウェハであり、前記相対的な電位は前記半導体ウェハ上の回路パターンの形状不良もしくは電気的不良を反映していることを特徴とする請求項２１記載の検査方法。
【請求項２３】
前記相対的な電位、および該相対的な電位の試料面内分布をデータベースとして記憶し、他の試料の前記相対的な電位および該相対的な電位の試料面内分布を前記データベースと比較した結果を用いて、該他の試料の品質を検査することを特徴とする請求項２１または２２記載の検査方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の前記品質の検査の結果を用いて、試料の量産プロセスにおける異常を発見することを特徴とするプロセス管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，試料(半導体装置等)の状態を検査する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造過程において，ウェハ１３上に形成された回路パターンの欠陥を検出する装置として，面状の電子線を半導体ウェハに照射して，ウェハ１３の表面で引き戻された電子（以下，ミラー電子とする）をレンズにより結像し，異なる箇所の同一形状のパターンを画像比較し，欠陥を検出するミラープロジェクション式検査装置がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ここで，ミラープロジェクション式検査装置について図を用いて説明する。図４はミラープロジェクション式検査装置の模式図であり，電子源８・コンデンサレンズ９・ビームセパレータ１０・対物レンズ７・投影レンズ１１・画像検出部１２・帯電制御部１４・ウェハ１３・リターディング電源１８・画像処理部１７・レンズ制御部１５・ステージ制御部１６で構成される。リターディング電源１８は，ウェハ１３に照射される面状の電子線がウェハ１３表面付近で引き戻されるような電圧をウェハ１３に印加する。レンズ制御部１５はウェハ１３表面付近で引き戻された電子線を画像検出部１２で検出するようレンズを制御する。また，ステージ制御部１６は前記面状電子線がウェハ１３内の被検査領域に隈なく照射されるよう，画像検出部１２での画像取りこみに同期して，ウェハ１３を移動させる。画像処理部１７は画像検出部１２で取りこまれた画像を順次，隣接する同一形状のパターン同士を比較し欠陥部を特定する。
【０００４】
この方式は，ＳＥＭ（Scaninng Electron Microscopy）式検査装置と比較して，検査速度の大幅な向上を実現する。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のミラープロジェクション式検査装置でウェハ１３の上に形成されたパターンの電気的な不良（例えば非開口不良）を検出する場合について図を用いて説明する。図２（a）はミラー電子１を結像レンズ２で検出面３に画像化させる場合を模式的に示したもので，欠陥部５で引き戻されたミラー電子１が，検出面３で明瞭なコントラストとして画像化されるよう，ウェハ１３の電位，結像レンズ２が調整されている。図２（b）は検出面３での電子の密度分布を表しており，欠陥部５で引き戻されたミラー電子１は検出面３で収束し，正常部４で引き戻される電子は検出面３で広がる。その結果，検出面３では欠陥部５が明るい部分として画像化される。図３は図２の欠陥部５と異なる電位に帯電した欠陥部５の場合を示したもので，図３の欠陥部５では図２のものとは異なる電界分布６が形成されているため，ミラー電子１は検出面３で収束しない。図３（b）は検出面３での電子の密度を表しており，欠陥部５と正常部４で電子の密度に差がつかないため欠陥を画像化できない。また，これは形状不良についても同様にあてはまり，注目する欠陥部５のミラー電子１を検出面３に収束する条件を作ると，それとは異なる大きさの欠陥部５のミラー電子１は検出面３で収束しないため，検出できない。従って，従来のミラープロジェクション式検査装置を用いて検査を行う場合，注目する欠陥に対して大きさが異なる欠陥，または電位の異なる欠陥は検出できない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため，本発明では２次元的な広がりを有する面状の電子線を，ウェハ１３の複数の領域に順次照射する。ここで，ウェハ１３には負の電圧が印加されており，その電圧は面状の電子線がウェハ１３表面で引き戻されるように調整されている。ウェハ１３表面で引き戻された電子（以下，ミラー電子１とする）を順次結像させ，結像させた画像を画像検出部で順次に取りこみ，前記画像を相互に比較することにより，前記試料に形成されたパターン欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検査装置において，前記画像検出部で取り込まれる同一の被検査領域の画像を，複数の異なるフォーカスで取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上に述べたように，本発明によれば様々な種類の欠陥を検出できるミラープロジェクション式検査装置を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に，本発明の実施例について，図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では，画像検出部が複数の検出器１９で構成され，各々の検出器１９で一の被検査領域のフォーカスの異なる画像を各々取り込む欠陥検査装置について説明する。図１に，本発明の動作原理を説明するための構成要素を示したものである。図１は主に電子照射部３７・画像処理部１７・ステージ制御部１６・システム制御部３６で構成されている。電子照射部３７は電子源８，コンデンサレンズ９，絞り２９で構成されており，電子源８より放出された電子線は，コンデンサレンズ９により収束されビームセパレータ１０の周辺で，かつ対物レンズ７の焦点面に焦点を作る。この焦点面は，対物レンズの励磁と，以下に説明するリターディングによる静電レンズの作用によって決まる。この焦点面で焦点を作ることにより，電子線は試料に垂直入射する。
【００１１】
電子線は，ビームセパレータ１０によりウェハ１３（試料）に垂直な光軸に偏向される。ビームセパレータ１０により偏向された電子線は，対物レンズ７によりウェハ１３の表面に垂直な方向にそろった面状の電子線に形成される。
ウェハ１３には，電子線の加速電圧とほぼ等しいか，わずかに高い負の電位がリターディング電源１８によって印加されており，ウェハ１３の表面には形成された半導体パターン形状や帯電の状態を反映した電界が形成されている。この電界が減速手段として働き，電子線の大部分がウェハ１３に衝突する直前で引き戻され，ウェハ１３のパターン情報を反映した方向や強度を持って上がってくる。
【００１２】
引き戻された電子線（以下，ミラー電子１とする）は，対物レンズ７により収束作用を受け，ビームセパレータ１０で結像部３８の光学系の軸３１に合うよう偏向され，結像レンズ２・投影レンズ１１により検出器１９上にウェハ１３の表面の局部的な電位の変化や凹凸等の情報の拡大象を結像させる。画像の検出は検出器１９で行うが，この検出器１９はウェハ１３との距離が相対に異なる複数枚の検出面３で構成されるため，各々の検出面３で異なるフォーカス条件の画像が取得されることになる。これらの画像は電気信号に変換され画像処理部１７に送られる。
【００１３】
ここで，上記の構成では，電子線が試料（ウェハ１３）に当たらない為，形状不良部は検出可能であるが，電気的不良部は正常部４と比較し帯電に差がないため検出できない。そこで，本発明では検査画像を取得する前にあらかじめ帯電制御専用の電子線または光を照射する帯電制御部１４を備えて，ウェハ１３をあらかじめ所定の電位に帯電させてから検査を実施することとする。
このようにウエハの帯電を制御することにより，パターン表面だけでなく内部の電気的不良（ショート及び導通不良等）をウエハ表面の電位分布に反映させることができ，これらの欠陥を識別することが可能となる。  
上記の構成で，ウェハ１３上のパターン内同一箇所の異なるフォーカスの画像を取得する手段について図５を用いて説明する。ウェハ１３はステージ３３の上のウェハホルダ３４に取りつけられており，ウェハホルダ３４がウェハ１３に照射される電子線の照射方向に対し垂直面内を２次元的に移動することによりウェハ１３面内全域に電子線を照射することができる。検出器１９はミラー電子１の進行方向に沿って，ウェハ１３からの長さが異なる様に配置され，３つの検出面α，β，γはそれぞれ紙面に対して垂直方向に高さが異なる配置をとるよう構成される。ここで，複数の検出器１９の配列はステージ３３の移動に伴って検出器１９上での画像が移動する方向にに配列されていることとする。
このように検出器１９を配置することにより，画像取得の際，以下のような効果がある。
【００１４】
画像取得に際し，ステージ駆動部３２はステージ３３を一次元的にステップ・アンド・リピート方式で移動させることとし，且つ画像取り込み部２１とステージ制御部１６は同期して動作することとする。照射電子線がウェハ１３上の矩形領域２０を照射すると，検出面α，β，γではそれぞれウェハ１３上のＡ，Ｂ，Ｃの領域の画像を取得することになる。そして，ウエハ１３は検出器１９の一辺（t）に相当する距離（Ｔ）だけ移動し，検出面α，β，γでＢ，Ｃ，Ｄの領域の画像を取得する。この繰り返しで，ウェハ１３全面を３種類の異なるフォーカスで画像を取得することができる。
このようにステージ移動と画像取得を同期させることにより，効率的かつ高速にウェハ全面の画像を取得することができる。
【００１５】
図６はミラー電子１の進行方向に沿ってウェハ１３からの長さが異なる５種類の検出器１９で同一箇所の異なるフォーカス条件の画像を取得した場合についてシミュレーションした結果である。（a）はそのシミュレーションのモデルを表しており，（b）はそのシミュレーション結果より得られたフォーカスの異なる画像，（c）は正常部４と欠陥部５について画像の明るさと結像面の位置（つまりフォーカス）の関係を図示した結果である。
（a）のモデルはコンタクト工程によって作成された半導体パターンを表しており，コンタクトホールに金属プラグを埋め込み，その後ＣＭＰ研磨により絶縁膜部が露出される程度に平坦化したパターンである。このパターンは０．１μｍ角の２５個のコンタクト部と絶縁膜部で構成されており，中心のコンタクトのみ＋１Ｖに帯電し，それ以外は０Ｖとした。また絶縁膜部の電位は，全領域で均一に＋２Ｖと仮定した。（b），（c）は（a）のモデルを用いてシミュレーションを行った結果であり，（b）は検出面３の高さを１０ｍｍずつ段階的に変えた場合に得られる画像を，（c）は正常部４と欠陥部５の画像明るさのフォーカス依存特性を示している。ここでは正常部４と欠陥部５で明るさが最大になるときの検出面３の高さが２０ｍｍ異なっている。これは，正常部４と欠陥部５からのミラー電子１による画像の明るさが最大になるためのフォーカス条件が異なっていることを表している。
【００１６】
このようにして得られた試料の一の領域の複数枚のフォーカスが異なる画像から，この一の領域の合焦点距離を算出する。電気的欠陥を対象とする場合は，この合焦点距離を基準電位の合焦点距離として画像処理部１７に記憶し，形状欠陥を対象とする場合は，この合焦点距離を大きさを特徴とした基準形状の合焦点距離として画像処理部１７に記憶する。そして，同様の手段で試料の他の領域の合焦点距離を算出し，基準電位または，基準形状の合焦点距離と比較することによって，この他の領域の相対電位または，形状ムラを算出することができる。
【００１７】
これらの操作をすることで，半導体パターンの電気的不良を対象とする場合は，正常部４を前記の基準電位とし，パターン内の相対電位を算出することにより，パターン内の電気的不良箇所を顕在化することができる。また，この相対電位の情報は電気的不良の程度を示すものであり，半導体ウェハ１３の面内の不良箇所の情報と相対電位の情報をデータベースとすることにより，半導体製造プロセスのプロセスモニタとして用いることができる。また，これは形状不良についても同様のことができる。
【実施例２】
【００１８】
上記の実施例１ではステージ３３をステップ・アンド・リピートで制御し段階的に画像を取得する例を挙げた。本発明は，ステージ３３を連続的に等速度で移動させＴＤＩ（Time Delayed Integration）センサを用いて連続的に画像取得を行う場合についてもあてはまる。
【００１９】
ＴＤＩセンサの動作概念を，図７を参照して説明する。ＴＤＩセンサでは，各受光領域で受光した光の強度に応じて生成された電荷をｘ方向のラインに移動させて行くと同時に，その移動先で受光した光の強度に応じて生成された電荷を順次足し合わせて行くように動作する。そして，受光面の最終ラインに達した時点で電気信号として外部に出力する。従って，ｘ方向の電荷の移動速度と受光面上の画像の移動速度を同一にすることで，画像がセンサ上を移動する間の信号を積分して出力することになる。
【００２０】
このようにステージの移動とＴＤＩセンサの信号積算速度を同期させることにより，ステージを連続的且つ等速で移動させ画像を取り込むことができ，ステップ・アンド・リピートでステージを制御する場合と異なり，ステージの静止時間が短縮できるため，検査速度の大幅な向上が実現できる。
【実施例３】
【００２１】
実施例１・２でミラー電子１の進行方向に沿ってウェハ１３の表面からの長さが異なる検出面３をもつ検出器１９を用いた検査の例を説明した。この画像取得方法を用いて検査を行なう場合ステージ３３の移動に伴って，検出面３で画像が移動する方向に位置の異なる検出面３が配置している必要があり，且つ様々な欠陥検査に適用させるためには，検出器１９自体の高さを任意に調整できることが好ましい。なぜなら実際の検査では，パターンのレイアウトによりステージ移動方向を変えた検査を行う場合があり，前記の（実施例１）（実施例２）では，検出器の配列が一種類に限られるため，ステージ移動方向を変えた場合検査が行えないからである。
本実施例では検出面３での画像移動の方向に位置の異なる検出面３が配置できるよう回転調整の機構を設け，且つ各々の検出器１９の高さを任意に調整できる機構を設けた場合の使用方法について説明する。
図８（a）は検出器１９をミラー電子１の進行方向の軸から見たもので，図８（b）はミラー電子１の進行方向に対し垂直方向から検出器１９をみたものである。画像取り込み部２１で取り込まれた画像は画像処理部１７へ送られる。この画像処理部１７では，取りこまれた画像をもとに適切な検出器１９の回転角度及び相対距離（ミラー電子１の進行方向に沿ったウェハ１３の表面と検出面３との距離，つまり検出器１９の位置）を算出し，検出器制御部２２へその情報を送る。そして，検出器制御部２２は検出器駆動部２３を制御し検出器１９の回転角，相対距離を調整する。ここで，上記の調整を行なうにあたり画像取得は全ての検出面３で行なう必要はなく，任意の一の検出面３を用いるだけで十分である。
【００２２】
次に図９を用いて検出器１９の回転角度及び相対距離の調整をフローチャートで説明する。回転調整を行うにあたりステージ３３の移動に伴う検出面３での画像の移動の方向を調べるため，試料の任意の場所を画像取得する。次にステージ３３を検査方向に微小距離移動させ，再度画像を取得し，これら２枚の画像から補正角度を算出する。この補正角度をもとにステージ３３移動の方向と検出面３の配列方向が一致するよう検出器１９を回転調整する。
検出器１９の相対距離は，装置の使用者が被検査領域の正常部４を任意に指定し，その正常部４のフォーカスが異なる画像を基に算出する。フォーカスが異なる画像を検出面３の位置を段階的に変え取得し，画像処理部１７が適切な相対距離を算出し，各々の検出器１９の位置を調整する。ここで適切な相対距離とは，微細な形状不良，電気的不良を検出したい場合は，フォーカスの異なる複数枚の画像全てにおいて正常部４のコントラストが確認でき，且つフォーカスの違いで正常部４の輝度変化が確認できる条件が適切である。一方，突出した欠陥のみを検出したい場合はフォーカスの違いで正常部４の輝度変化が確認できない場合，つまり正常部４のコントラストが全くない条件が適切である。
このように検出器１９の回転調整を行うことにより，ステージを任意の方向へ一次元的移動させて検査が行うことができ，かつ検出面３の高さを任意に調整できることにより，フォーカスを任意に変えて検査を行うことができる。これらの機能を盛りこむことにより，あらゆる半導体パターンの検査が可能になる。
【実施例４】
【００２３】
本実施例では，試料表面で引き戻された電子ビームを結像する複数レンズの励磁を変え，一の被検査領域のフォーカスが異なる画像を取り込む欠陥検査装置について説明する。
実施例１・２・３は画像取得装置の検出面３の位置を変えた場合の例である。それと同等の効果は結像部３８の光学系のレンズを用いてフォーカスを変えた場合についても同様の効果が達成できる。検出器１９が１つの検出面３で構成されていた場合について図１１を用いて説明する。図１１は本発明の結像部３８の部分で，最終段の投影レンズ１１以降の部分を模式的に示したもので，主に投影レンズ１１，静電レンズで構成された焦点可変レンズ２４，とそれらを制御するレンズ制御部１５，そして検出器１９，画像取り込み部２１，画像処理部１７で構成されている。この場合，１回で取得できる画像は１つのフォーカス条件に限定されるため，異なるフォーカスで画像を取得するためには，再度同一箇所の画像をフォーカスを変えて取得する必要がある。また，図中に示されたミラー電子１の軌道は欠陥部５で引き戻された軌道を表しており，正常部４のミラー電子１の軌道は図中には示されていない。欠陥部５のミラー電子１の軌道a〜c（２６〜２８）は焦点可変レンズ２４でフォーカスを変えた場合の軌道を示しており，焦点可変レンズ２４の励磁を変化させることでフォーカス条件を変えることができ，実施例１〜３と同様の効果が得られる。
【００２４】
図１０は上記構成で半導体パターンの検査を行なう場合の制御のフローチャートを示したものである。まず，任意の欠陥部５のコントラストが最大になるよう，フォーカス条件を投影レンズ１１と焦点可変レンズ２４を用いて調整する。次にステージ３３を移動させ被検査領域を移動させる。そして，ｎ種類の異なるフォーカス画像を取得する場合は焦点可変レンズ２４をｎ段階で可変させ画像取得を行ない，次の被検査領域へステージ３３を移動させ同様の画像取得を行なう。
ここで，上記は焦点可変レンズ２４でフォーカスを変えた場合を例に挙げたが，フォーカスを変える手段は対物レンズ７を含む結像部３８の光学系のどのレンズで行なっても本発明の効果を損なうものではない。
実施例１〜３の場合は，極めて高速な検査装置を実現することができるが，装置構成が複雑にならざるを得ず，高価な設備となってしまう。しかし，本実施例の方法を採用することにより，容易にフォーカスの異なる画像を取得することができるため，より安価に本発明を提供することができる。
【実施例５】
【００２５】
ミラープロジェクション式検査装置においてフォーカス条件の異なる画像を複数枚取得することは検査において非常に重要な役割を果たす。実施例１では異なるフォーカスの画像から被検査領域の焦点位置の違いを算出する手段を示した。本実施例では，図１２を用いて半導体製造プロセスに本発明を適用させた場合の，焦点位置の情報を用いたプロセス管理を説明する。ここで，焦点位置の違いは電気的不良に着目する場合はパターンの抵抗不良の程度に相当し，形状欠陥に着目する場合は形状不良の大小の程度に相当する。
はじめに，正常部４でフォーカスの異なる画像を複数枚取得し，その画像を基に正常部４の輝度とフォーカスの関係を算出する。ここでフォーカスは検出器１９の相対的な焦点位置情報に変換しておく。次に正常部４が最も明るくなる焦点位置を正常部４の代表焦点位置として定義する。そして代表焦点位置を階調のデータに変換し，その階調を記憶する。記憶方法は，例えば階調を８ビットとするなら，０を黒，２５５を白と定義し，使用者がいつでもそのデータベースを確認できるよう，２次元の明るさのマップとして記憶しておく。
【００２６】
検査の段階では，被検査領域のフォーカスが異なる複数の画像を取得し，それらをもとに前記の手順と同様に代表焦点位置を算出し，それらを階調のデータとして記憶する。そして，最初に取得した基準となる正常部４のデータベースと比較し，欠陥部５とその程度を算出する。例えば，階調を２次元の明るさのマップとして記憶する場合は，被検査領域の明るさのマップと正常部４のデータベースで差画像を形成し，それを検査結果として記憶する。つまり，その差画像自体が検査領域の欠陥分布と欠陥の程度を示すことになる。ここで，前記の８ビットのままで，検査結果として記憶すると，データ量が膨大になるため，記憶の際に，階調を落として記録するとデータ量が減らせるためより便利である。
【００２７】
検査結果は前記の記録されたデータを画像表示部４２などの出力装置に出力することで確認でき，ウェハ１３の面内の欠陥分布とその程度（例えば電気的不良については，抵抗不良の程度を示し，形状不良については，大小の程度を表す）を確認することができる。また検査結果を記憶し，日々の変動またはロットごとの変動を記録し続けることによりプロセスの状態を管理することができる。
【００２８】
具体例としてドライエッチング工程のプロセス管理を以下に示す。
一般的にドライエッチングの工程では，開発の段階で何種類かドライエッチングの条件（ガス流量，制御電圧，エッチング時間等）を変えて，プロセスの最適化を行う。
このときそれぞれの条件で作成したウエハを本発明の検査装置で検査し，ドライエッチングの条件とウエハ面内に発生する欠陥の分布，または欠陥の程度の関係を，画像処理部１７でデータベースとして記憶させる。
【００２９】
量産の段階でプロセスの管理として使う場合は，開発段階で作成したデータベースをもとにドライエッチング工程の状態を管理する。例えば，発生した欠陥の面内分布，欠陥部の抵抗不良の程度から，データベースのどの状態に近いか調査することにより，問題の発生箇所を特定することができる。
このようにプロセスの管理として本発明の検査装置を用いることにより，プロセス異常を早期に発見し，欠陥発生要因の推定を早期に行なうことが可能となり，半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態における装置構成図。
【図２】欠陥部で引き戻されたミラー電子の検出面における結像を表す模式図。
【図３】図２と異なる電位の欠陥部で引き戻されたミラー電子の結像を表す模式図。
【図４】ミラープロジェクション式検査装置の基本構成図。
【図５】本発明の画像検出装置を用いた場合の画像取得方法を表す模式図。
【図６】本発明の画像検出装置でフォーカスの異なる画像を取得したときの画像シュミュレーションを説明する模式図。
【図７】ＴＤＩセンサの動作原理を説明する模式図。
【図８】回転調整・相対距離調整を行う検出器の構成図。
【図９】本発明の検出器の回転調整・相対距離調整を行う手順を表すフロー図。
【図１０】本発明の実施例４の操作手順を表すフロー図。
【図１１】本発明の実施例４の基本構成を表すフロー図。
【図１２】本発明の画像処理のフロー図。
【符号の説明】
【００３１】
１…ミラー電子，２…結像レンズ，３…検出面，４…正常部，５…欠陥部，
６…電界分布，７…対物レンズ，８…電子源，９…コンデンサレンズ，
１０…ビームセパレータ，１１…投影レンズ，１２…画像検出部，
１３…ウェハ，１４…帯電制御部装，１５…レンズ制御部装，
１６…ステージ制御部装，１７…画像処理部装，１８…リターディング電源，
１９…検出器，２０…矩形の照射領域，２１…画像取り込み部，
２２…検出器制御部，２３…検出器駆動部，
２４…焦点可変レンズ，
２６…欠陥部のミラー電子の軌道a，２７…欠陥部のミラー電子の軌道b，
２８…欠陥部のミラー電子の軌道c，２９…絞り，
３０…電子照射部の光学系の軸，３１…結像部の光学系の軸，３２…ステージ駆動部，
３３…ステージ，３４…ウェハフォルダ，３５…ステージ位置測定部，
３６…システム制御部，３７…電子照射部，３８…結像部，
４２…画像表示部。
【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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