(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、被検査試料を載置する試料台と、前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極とを備えた試料検査装置を用いて、前記被検査試料に対して前記一次電子線を照射し、放出される二次信号電子を検出することにより、前記被検査試料を検査する検査・計測方法において、
前記被検査試料の帯電電位を計測する工程と、
該計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する工程とを備え、
前記帯電電位の計測工程は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが１になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら、該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線を照射して、前記一次電子線の照射により前記被検査試料から放出される二次信号電子の強度を計測し、
該計測された二次信号電子の強度の変化を、標準試料に該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線を照射して得られた二次信号電子強度の変化と比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を判定することを特徴とする試料検査方法。
【請求項２】
電子源と、被検査試料を載置する試料台と、前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極とを備えた試料検査装置を用いて、前記被検査試料に対して前記一次電子線を照射し、放出される二次信号電子を検出することにより、前記被検査試料を検査する試料検査方法において、
前記被検査試料の帯電電位を計測する工程と、
該計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する工程とを備え、
前記帯電電位の計測工程は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが１になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら、該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線の照射により、前記被検査試料から放出される二次信号電子強度の変化からなる第１のＳ字カーブ及び第２のＳ字カーブを取得し、
前記第１のＳ字カーブ及び前記第２のＳ字カーブの二次信号電子の強度が同じ値を取る電位の差から、前記被検査試料の帯電電位を判定することを特徴とする試料検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の試料検査方法において，
前記一次電子線を調整するに際して、前記一次電子線のビーム電流，照射面積，前記試料の電位分布の内，いずれか一つ以上を変化させることにより調整することを特徴とする試料検査方法。
【請求項４】
請求項１に記載の試料検査方法において，
前記被検査試料に対して、前記イールドの一次電子線の照射エネルギーに対する依存性を測定して、前記一次電子線の照射エネルギーを調整することを特徴とする試料検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の試料検査方法において、
前記イールドの一次電子線の照射エネルギーに対する依存性を測定するに際し、
前記イールドが既知の標準試料と前記被検査試料の検査対象領域に対して前記一次電子線を照射し、
前記標準試料の二次信号電子の強度と、該検査対象領域の二次信号電子から、前記検査対象領域の前記イールドを推定することを特徴とする試料検査方法。
【請求項６】
請求項２に記載の試料検査方法において，更に、前記二次信号電子の強度を前記帯電制御電極により測定する試料検査方法であって、
前記被検査試料の表面電位を測定する際，予め電位が既知の導体試料を標準試料とし，前記電極の電位を変化させる度に当該標準試料からの二次信号電子の強度を検出し，前記二次信号電子の強度の前記帯電制御電極の電位による変化を参照データとして記憶手段に格納する工程と、
前記被検査試料から検出された二次信号電子の強度を前記格納された参照データと比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を算出する工程とを備えたことを特徴とする試料検査方法。
【請求項７】
請求項６に記載の試料検査方法において，
前記被検査試料の電位を算出する際、前記二次信号電子の強度を前記電極の電位に対する微分演算を行い，得られた結果を比較し，当該被検査試料の帯電電位を算出することを特徴とする試料検査方法。
【請求項８】
請求項1から７のいずれか１項に記載の試料検査方法において，
既存の検査・計測条件データベースの中から検査・計測ウェハに適切な上記条件を選択し，それを検査条件として用いることを特徴とする試料検査方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の試料検査方法において、
前記帯電電位の制御された被検査試料に対して前記一次電子線を照射して、二次電子線画像または反射電子線画像を取得し、当該画像情報を解析することによって前記被検査試料に存在する欠陥を検出することを特徴とする試料検査方法。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載の試料検査方法において、
前記帯電電位の制御された被検査試料に対して前記一次電子線を照射して、第一の領域及び第二の領域の二次電子線画像または反射電子線画像を取得し、
得られた当該第１の領域の画像と第２の領域の画像を比較して前記被検査試料に存在する欠陥を検出することを特徴とする試料検査方法。
【請求項１１】
請求項１から７のいずれか１項に記載の試料検査方法において、
外観検査装置から得られる欠陥座標をもとに，該座標での画像を取得し，画像の形状，コントラスト，凹凸の情報を得て分類する工程を含んでなることを特徴とする試料検査方法。
【請求項１２】
被検査試料に対して一次電子線を照射して得られる二次電子画像または反射電子画像を解析することにより該被検査試料に存在する欠陥を判定する試料検査装置であって、
電子源と、
前記被検査試料を載置する試料台と、
前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、
前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極と、
前記被検査試料の帯電電位を計測する計測手段と、
前記計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する制御手段と、を有し、
前記帯電電位の計測手段は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが１になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線の照射により、前記被検査試料より発生する二次信号電子の強度を計測し、
前記帯電電位の計測手段は、該計測された二次信号電子の強度の変化を、標準試料に該抽出した加速電圧の一次電子線を照射して得られた二次信号電子の強度と比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を判定する演算部とを備えることを特徴とする試料検査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の試料検査装置において、
前記二次電子画像または反射電子画像を他の同一パターンの画像と比較するための比較演算部と、
該比較演算部での比較結果から前記試料の回路パターン上の欠陥部を判別するための演算部とを具備することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の試料検査装置において、
前記二次電子画像または反射電子画像を欠陥種ごとに分類する計算機部を具備することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の試料検査装置において、
一次電子線を被検査試料に対して照射する電子光学系と、
該電子光学系の制御手段とを備え、
該制御手段は、前記被検査試料の帯電電位分布に基づき前記一次電子線のフォーカスを変えることを特徴とする試料検査装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の試料検査装置において、
前記帯電制御電極の電位の設定指示要求と、前記試料の表面電位を測定する領域の設定要求とを表示するモニタと、該要求に対して対応するための情報入力手段とを含むユーザインタフェースを備えたことを特徴とする試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体装置や液晶等の基板に形成された微細な回路パターン等の製造技術に係り，特に，電子線による半導体装置やフォトマスク等のパターン検査・計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は，フォトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理およびエッチング処理により半導体ウェハ上に転写する工程を繰り返すことにより製造される。その製造過程において，リソグラフィー処理やエッチング処理その他の良否，異物発生等は，半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼすため，半導体製造分野では製造過程における不良の発生を，早期にあるいは事前に検知する技術が重要となっている。
従来この技術には光学式顕微鏡を応用したパターンの検査及び計測装置が用いられていたが，近年の半導体装置の微細化，製造工程の複雑化に対応するため，電子顕微鏡を応用した装置が普及しつつある。
電子顕微鏡を応用した装置の1つに，走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy）を用いた回路パターンの検査装置（以下，SEM式検査装置とする）がある。このＳＥＭ式検査装置が検出する不良は，電気的特性不良，異物の付着，パターンの形状欠陥等多岐にわたり，特に，電気的特性不良は光学式検査装置では検出ができないため，ＳＥＭ式検査装置特有の機能として半導体製造分野で注目を浴びている。
このＳＥＭ式検査装置による半導体装置の電気的特性不良の検出は，ウェハ表面に形成された回路パターンを帯電させ，それにより顕在化されるコントラストを用いて行われる。これは電位コントラスト法といわれ，半導体装置の電気的特性不良を検出するのに有効な手段である。
【０００３】
以下，図２を用いて電位コントラストの形成メカニズムを説明する。図２はSiウェハ上にコンタクトホールを加工し，メタルを埋め込んだ工程のウェハの断面図を模式的に示しており，メタルとSiウェハが導通している正常部４０１と，コンタクトホールの加工不良により生じた残膜のため，メタルとSiウェハが導通していない欠陥部４０２が存在している。この欠陥を検出するためには，ウェハを帯電させ，正常部と欠陥の電気抵抗が異なることにより生ずる帯電電位差を，検出器４１１で検出される二次電子数の差として表される電位コントラスト像を取得し，正常部と欠陥部の電位コントラストの差を計測する必要がある。電位コントラスト像には，検査ウェハの構造及び検査条件によってウェハ表面を，（１）正帯電，および（２）負帯電にさせたものがある。また，パターンのコントラストは，ウェハの帯電電位によって変化する。
【０００４】
上記の電位コントラストを用いた電気的特性不良の検出では，欠陥を高感度に検出するために，ウェハ表面に適切な帯電が必要となる。また，検査結果において高い信頼性と再現性を実現するために，ウェハ表面の帯電を常に一定にすることが必要である。したがって，ウェハ表面の帯電を正確に計測する手段が要求される。
【０００５】
ここでは，従来の電子ビームテスタによる電位測定方法を説明する。図３（a）には，エネルギーフィルタを用いた従来の電位測定方式の構成を示す。図３（a）において，９２は偏向器，８７は第一グリッド，８８は第二グリッド，８６は試料であり，試料８６に電子線８１が照射される。電子線８１は偏向器９２により試料８６上の任意の点に照射することができる。この試料８６の接地に対する電位８２は未知である。この未知の電位８２を二次電子により測定しようとするものである。試料８６から放出された二次電子９３は，+10〜+100Vの電位８４が印加された第一グリッド８７により加速され，そのほとんどは第一グリッド８７を通り抜ける。第二グリッド８８には，例えば，-5Vのような電位８３（エネルギーフィルタ電位）が印加されている。第二グリッド８８を通過した二次電子９５は二次電子検出器８９により検出される。第二グリッド８８に印加する電位８３を，例えば-30〜+30Ｖまで変化させ，これに対応した二次電子検出器８９の出力を，ＸＹ記録形９１に記録すると，図３（b）のAのような曲線が得られる。これを一般にはＳ字カーブと呼んでいる。図３（b）は上記の操作で得られたエネルギーフィルターの分析特性例を示したもので，横軸は第二グリッド８８の電位，縦軸は二次電子検出器出力である。曲線AとBは，二つの異なる試料電位について得られた曲線である。両曲線とも，第二グリッド８８の電位が負になるに従って二次電子検出器出力が減少する。曲線Aは曲線Bに比べると左側にシフトしている。これは曲線Aの試料電位の方がより負電位であることを示している。実際の電位測定は，二次電子検出器８９の出力を例えば矢印Cで示した値に設定し，Ｓ字カーブとの交点VA，VBを得る。この差（VA-VB）が試料電位８２の変化量になる。Aの曲線が試料電位0の時のものと確認されているならば，（VA-VB）はBの測定時の試料電位となる（例えば，非特許文献１参照）。また，一次電子線の照射電流や二次電子放出量の変動による影響を防ぐため，図３（b）に示したS字カーブを第二グリッド電圧で微分し，規格化して曲線のシフト量から試料電位８２の変化量を求める手法もある（例えば，特許文献1参照）。
【０００６】
【非特許文献１】Scanning Electron Microscopy, vol.1 pp.375.
【０００７】
【特許文献１】特開昭61-239554号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の持つ問題点について図３を用いて説明する。試料８６から放出した二次電子のほとんどは，正の電位を印加した第1グリッド８７により引上げされ，第2グリッド８８に印加する電位を変化させ，これに対応した二次電子検出器８９の出力を記録することでS字カーブを取得し，そのS字カーブから試料の帯電電位を算出する。本手法は，半導体装置上配線などの帯電電位の計測に使われている。配線の帯電電位は，ある動作条件で一定な電位であり，前記一次電子線の照射の影響は無視できるため，本手法でより正確な帯電電位を計測することが可能である。しかし，電子線を用いた検査計測の対象となる半導体装置のほとんどは，表面に絶縁膜が存在しており，上記方法で半導体装置の表面帯電電位を計測すると，次の問題が発生する。
（１）一次電子線の照射により絶縁膜の表面領域の電荷が空間的に再配分され，表面の帯電電位が変化してしまい，絶縁膜表面本来の帯電電位が正確に測れない。
【０００９】
また、副次的には次のような問題も発生する。
（２）SEM像の分解能を上げるため，前記一次電子線を予め数ｋeVまで加速させ，その後ウェハホルダにリターディング電圧を印加することにより，数百〜1keV程度まで減速する手法は，荷電粒子を用いた検査・計測装置に広く適用されている。これにより，半導体装置の表面から放出した二次信号も，リターディング電位により数ｋeVまで加速されることになる。しかし，上記エネルギーフィルタによるウェハ表面の帯電電位の測定には，上記二次信号を数eVまで減速させなければならないため，強い静電レンズ効果が発生し，前記一次電子線の分解能を低下させる可能性がある。このような悪影響を避けるため，より多くのグリッドを使い，二次信号のエネルギーを徐々に下げてS字カーブを測定する。エネルギーフィルタの構造が複雑になることで，二次信号の透過率の低下や使用条件の制限が生じてしまう。
（３）グリッド近辺の電位歪みによりエネルギーフィルタの分解能が低下してしまう。
【００１０】
このように，構造の複雑なエネルギーフィルタを用いた割には，ウェハの表面帯電電位を高精度に測れないという問題がある。
【００１１】
そこで，本発明は，従来技術に比べて高い精度で試料の帯電電位を測定することが可能な検査・計測装置、検査・計測方法を提供することを目的とする。また、簡単な構成で帯電電位を測定することが可能な検査・計測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】
【００１２】
上記目的を達成するために，本発明者らは，各検査・計測対象となる半導体装置に対して、S字カーブを観測する際に、照射する一次電子線のエネルギーを最適化することにより、被検査試料表面の帯電電位の変動を抑制できることを見出した。ここで、一次電子線のエネルギーの最適化とは、二次粒子イールドが１あるいは１に近い値になるように、一次電子線の照射エネルギー（ランディングエネルギー：ELand）が制御されているという意味である。ここで、二次粒子イールドとは、一次荷電粒子線が試料に照射された際に、単位一次粒子あたり発生する二次粒子の数のことである。
【００１３】
従って、一次電子線を被検査試料に対して照射して、２種類のS字カーブ、即ち二次粒子（例えば二次電子あるいは反射電子など）信号強度の試料帯電制御電圧に対する依存性を観測し、所定の二次粒子信号強度に相当するS字カーブの帯電制御電圧の差から、被検査試料の表面電位を求めることができる。
【００１４】
また、S字カーブを観測する際、被検査試料の上部に、試料と対向して設置された制御電極を用いると、エネルギーフィルタや複数グリッド等、構造の複雑な装置を用いることなくS字カーブの取得が可能となる。即ち試料表面の帯電電位を測定することが可能となる。
【００１５】
なお、説明の便宜上、ここではS字カーブの測定結果から試料の帯電電位を計算すると説明したが、必ずしもS字カーブを測定しなくとも、試料の表面電位測定は可能である。S字カーブを構成するデータのうち、試料の表面電位を計算するために用いるデータは、原理的には２点だけで済むからである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，半導体装置の表面電位を測定する際，絶縁膜表面本来の帯電電位にほとんど影響を及ぼさずに、従来より正確な電位測定が可能となる。また、エネルギーフィルタ等、ウェハ表面電位測定用の専用装置を搭載せずに表面電位測定が可能であるため、装置のコストダウンに繋がる。
【００１７】
更に、試料の表面電位が精度良く測定可能となるため、取得すべき画像の画質制御のために試料表面の帯電制御を行う必要のある装置において、取得すべき画質の制御が容易となる利点がある。この利点は、測長ＳＥＭや検査ＳＥＭ等、走査電子顕微鏡を応用した検査・計測装置において特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，本発明の実施例の検査方法及び装置について，図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１には，第１の実施例に係る検査装置の構成を示す。本実施例の検査装置は、試料の表面電位計測手段と、帯電制御手段とを備えた走査電子顕微鏡装置であり、検査ＳＥＭ，レビューＳＥＭ，測長ＳＥＭ等への応用が可能である。図１に示される走査電子顕微鏡装置は，室内が真空排気されるチャンバー２と，チャンバー２内に試料としてのウェハ９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）を備えており，この予備室は，チャンバー２とは独立して真空排気できるように構成されている。また，検査装置は上記チャンバー２と予備室の他に制御部６，画像処理部５から構成されている。チャンバー２内は大別して，電子光学系３，帯電制御部，検出部７，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。本実施例において、チャンバー２とは、試料室８を含んだ真空容器全体を意味し、上述した電子光学系３，帯電制御部，検出部７，光学顕微鏡部４は、真空容器内の減圧された状態で動作する。試料室８は、チャンバー２内で試料ステージが駆動する空間を示す概念であり、図１の点線で囲われた領域が試料室に相当する。被検査試料としては、配線パターンや回路パターンが形成された半導体ウェハ、ウェハの一部分を割断して取りだした試料片、或は回路が形成された半導体チップなどがあるが、磁気ヘッドや記録媒体、液晶パネル等、半導体装置以外の試料の電位観察も当然可能である。
【００２０】
電子光学系３は，電子源１０，電子ビーム引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング用偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，Ｅ×Ｂ偏向器１８から構成されている。検出部７のうち，検出器２０がチャンバー２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。検出器２０の出力信号は，チャンバー２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され，ＡＤ変換機２２によりデジタルデータとなる。
【００２１】
帯電制御部は，ステージに対向して設置した帯電制御電極６５，帯電制御電極制御部６６，帯電制御電源６７から構成されている。
【００２２】
検出部７は，真空排気されたチャンバー２内の検出器２０，チャンバー２の外のプリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換器２３，光ファイバ２４，電気変換器２５，高圧電源２６，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８，逆バイアス電源２９から構成されている。検出部７のうち，検出器２０がチャンバー２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。検出器２０，プリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換器２３，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２８は，高圧電源２６により正の電位にフローティングされている。
【００２３】
試料室８は，試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，ウェハホルダ３３，位置モニタ用測長器３４，光学式高さ測定器３５から構成されている。
【００２４】
光学顕微鏡部４は，チャンバー２の室内における電子光学系３の近傍にあって，互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており，電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。そして，Ｘステージ３１またはＹステージ３２が，電子光学系３と光学顕微鏡部４との間の既知の距離を往復移動するようになっている。光学顕微鏡部４は，光源４０，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。
【００２５】
装置各部の動作命令および動作条件は，制御部６から入出力される。制御部６は、装置各部、例えば電子光学系３やＸステージ３１，Ｙステージ３２その他の制御パラメータや動作条件が格納されたデータベースを備えており、電子ビーム発生時の加速電圧，電子ビーム偏向幅，偏向速度，検出装置の信号取り込みタイミング，試料台移動速度等々の条件が目的に応じて選択され、装置各部の制御が実行される。装置各部の動作は、装置ユーザがユーザインタフェースを介してマニュアル操作で実行しても良いし、制御部６に予め動作条件を設定しておき、設定に従って動作させるようにしても良い。制御部６は，補正制御回路４３を用いて，位置モニタ用測長器３４，光学式高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし，その結果より補正信号を生成し，電子ビームが常に正しい位置に照射されるようレンズ電源４５や走査偏向器４４に補正信号を送る。
【００２６】
ウェハ９の画像を取得するためには，細く絞った電子ビーム１９を該ウェハ９に照射し，二次電子又は反射電子或はその両者５１を発生させ，これらを電子ビーム１９の走査，必要がある場合ステージ３１，３２の移動と同期して検出することでウェハ９表面の画像を得る。
【００２７】
電子源１０には，拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子源１０を用いることにより，従来の，例えばタングステン（Ｗ）フィラメント電子源や，冷電界放出型電子源に比べて安定した電子ビーム電流を確保することができるため，明るさ変動の少ない電位コントラスト像が得られる。電子ビーム１９は，電子源１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで電子源１０から引き出される。電子ビーム１９の加速は，電子源１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。
【００２８】
これにより，電子ビーム１９は，その電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み，コンデンサレンズ１２で収束され，さらに対物レンズ１６により細く絞られて試料台３０上のＸ，Ｙステージ３１，３２の上に搭載されたウェハ９に照射される。なお，ブランキング用偏向器１３には，走査信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器４４が接続され，コンデンサレンズ１２および対物レンズ１６には，各々レンズ電源４５が接続されている。ウェハ９には，リターディング電源３６により負の電圧（リターディング電圧）を印加できるようになっている。このリターディング電源３６の電圧を調節することにより一次電子ビームを減速し，電子源１０の電位を変えずにウェハ９への電子ビーム照射エネルギーを最適な値に調節することができる。
【００２９】
ウェハ９上に電子ビーム１９を照射することによって発生した二次電子又は反射電子或はその両者５１は，ウェハ９に印加された負の電圧により加速される。ウェハ９上方に，Ｅ×Ｂ偏向器１８が配置され，これにより加速された二次電子又は反射電子或はその両者５１は所定の方向へ偏向される。Ｅ×Ｂ偏向器１８にかける電圧と磁界の強度により，偏向量を調整することができる。また，この電磁界は，試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。Ｅ×Ｂ偏向器１８により偏向された二次電子又は反射電子或はその両者５１は，所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７に加速された二次電子又は反射電子或はその両者５１が衝突すると，反射板１７からは第二の二次電子又は反射電子或はその両者５２が発生する。
【００３０】
上記反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子および後方散乱電子５２は，この吸引電界により検出器２０に導かれる。検出器２０は，電子ビーム１９がウェハ９に照射されている間に発生した二次電子又は反射電子或はその両者５１がその後加速されて反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子又は反射電子或はその両者５２を，電子ビーム１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。検出器２０の出力信号は，チャンバー２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され，ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとなる。ＡＤ変換器２２は，検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して，画像処理部５に伝送するように構成されている。検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので，高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。なお，ここでの検出器２０として，例えば，半導体検出器を用いてもよい。
【００３１】
Ｘ，Ｙステージ３１，３２上にはウェハ９が搭載されており，検査実行時にはＸ，Ｙステージ３１，３２を静止させて電子ビーム１９を二次元に走査する方法と，検査実行時にＸ，Ｙステージ３１，３２をＹ方向に連続して一定速度で移動されるようにして電子ビーム１９をＸ方向に直線に走査する方法のいずれかを選択できる。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法，比較的広い領域を検査するときは，ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。なお，電子ビーム１９をブランキングする必要がある時には，ブランキング用偏向器１３により電子ビーム１９が偏向されて，電子ビームが絞り１４を通過しないように制御できる。
【００３２】
位置モニタ用測長器３４として，本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき，制御部６に転送されるようになっている。また，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，そしてウェハホルダ３３のモータの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御部６に転送されるように構成されており，制御部６はこれらのデータに基いて電子ビーム１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっており，必要に応じて実時間で電子ビーム１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３より補正するようになっている。また，ウェハ毎に，電子ビームを照射した領域を記憶できるようになっている。
【００３３】
光学式高さ測定器３５は，電子ビーム以外の測定方式である光学式測定器，例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用されており，Ｘ，Ｙステージ上３１，３２に搭載されたウェハ９の高さを実時間で測定するように構成されている。本実施例では，光源３７から照射される白色光をウェハ９に照射し，反射光の位置を位置検出モニタにて検出し，位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。この光学式高さ測定器３５の測定データに基いて，電子ビーム１９を細く絞るための対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され，常に非検査領域に焦点が合った電子ビーム１９を照射できるようになっている。また，ウェハ９の反りや高さ歪みを電子ビーム照射前に予め測定しており，そのデータをもとに対物レンズ１６の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。
【００３４】
画像処理部５は，画像記憶部４６，計算機４８，モニタ５０により構成されている。計算機４８には、検出部７の検出結果を基に被検査試料表面の帯電電位を計算するためのソフトウェア及び、検出部７の検出結果を処理して被検査試料の欠陥検査を行うためのソフトウェアが格納されており、帯電電位検出演算及び欠陥検査のための演算処理が実行される。また、図示されてはいないが、モニタ５０には、装置ユーザが装置の制御系に対して必要な情報を設定入力するための情報入力手段が備えられており、モニタ５０と情報入力手段とにより装置のユーザインタフェースを構成している。上記検出器２０で検出されたウェハ９の画像信号は，プリアンプ２１で増幅され，ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換器２３で光信号に変換され，光ファイバ２４によって伝送され，電気変換器２５にて再び電気信号に変換された後に画像記憶部４６に記憶される。
【００３５】
画像形成における電子ビームの照射条件および，検出系の各種検出条件は，あらかじめ検査条件設定時に設定され，ファイル化されてデータベースに登録されている。
【００３６】
次に、図４（a）に、本実施例の装置で得られるSEM像の一例を示す。図４（a）のSEM像は、ある照射エネルギー（ELand）を持つ一次線視線を半導体装置100の表面に走査し，検出器により検出した半導体装置100から放出した二次信号量からなる半導体装置のSEM像である。白い穴は，ホールであり，それ以外斜線の領域は，層間絶縁膜である。この斜線領域或はその一部から二次信号の平均値を求め，二次信号のイールドを算出する。ウェハホルダ33（図１）に印加する電圧Vr を制御部６８で調整することで上記一次電子線のELandを変化させ，同様な方法で二次信号のイールドを算出し，二次信号の上記一次電子線のELandへの依存性を求める（図４（b））。上記依存性から二次信号が1になる上記一次電子線のELand（E2）を算出し，ウェハ表面の帯電電位測定に用いる上記一次電子線のELandにする。
【００３７】
次に，上記ELandを持つ一次電子線を上記半導体装置100と同様な領域に走査し，電極65（図１）に印加する電位Vccをより正側から変化させ（図５にVccの値を右から左に変化させ），各Vcc値に対応した二次電子検出器20（図１）の出力を記録し，S字カーブ41（図５）を取得する。二次信号のイールドが1又はそれに近いため，電極65による二次信号をウェハ表面に押し戻す電界が発生するまで，放出した二次信号がウェハ表面に戻すことがなく，測定による半導体装置表面の帯電電位への影響を無視できる。同様な測定条件で得られた参照用S 字カーブ40と比較することで，測定対象となる半導体装置の表面帯電電位を算出する（VB-VA）。或は，測定で得られたカーブ40，41に対して微分，規格化など演算を行い，それらの結果であるカーブ42，43のピークのシフト量から，上記帯電電位を算出する（VD-VC）。  
以上説明したように，本実施例の装置においては、半導体装置の本来の表面帯電電位にほとんど影響を与えず，より正確に試料の表面電位を計測することができる。しかし，測定中Vcc条件の変更に伴い，絶縁膜の帯電電位に影響することもある。その場合は，画像取得毎に画像取得場所を変えればよい。また，必要に応じて紫外線或いは他の電子源を照射して帯電を緩和させればよい。
【００３８】
次に，図１で示した検査装置を用いてウェハ表面電位の測定を行った手順を，図６に示すフローを用いて説明する。
【００３９】
まず，ステップ２０１において，ウェハが任意の棚に設置されたウェハカセットを置く。モニタ５０には、検査すべきウェハを指定するための入力要求メッセージが表示され、装置ユーザは、情報入力手段を介して、ウェハがセットされたカセット内棚番号を指定する。同様に、ステップ２０２において，モニタ５０には検査条件入力のための各種入力要求メッセージが表示され、装置ユーザは、情報入力手段を介して各種検査条件を入力する。検査条件入力内容としては，電子ビーム電流，電子ビーム照射エネルギー，一画面の視野サイズ（ＦＯＶ，Field of view），リターディング電源３６の電位，帯電制御電極６５の電位等である。個々のパラメータを入力することも可能であるが，通常は上記各種検査パラメータの組合せが検査条件ファイルとしてデータベース化されており，それら範囲に応じた検査条件ファイルを選択して入力するだけでよい。
【００４０】
ステップ２０３において，自動検査をスタートすると，まず，ステップ２０４で，設定されたウェハ９を試料交換室６２から検査装置内にロードする。ウェハ搬送系においては，ウェハ９の直径が異なる場合にも，ウェハ形状がオリエンテーションフラット型あるいはノッチ型のように異なる場合にも，ウェハ９を載置するためのホルダを，ウェハの大きさや形状にあわせて交換することにより対応できるようになっている。該ウェハ９は，ウェハカセットからアーム，予備真空室等を含むウェハローダによりホルダ上に載置され，保持固定されてホルダとともにウェハローダ内で真空排気され，既に真空排気系で真空になっているチャンバー２に搬送される。
【００４１】
ウェハがロードされたら，ステップ２０５において，上記入力された検査条件に基づき，制御部６より装置各部に電子線照射条件が設定される。装置各部とは、例えば、位置モニタ測長器３４，光学式高さ測定器３５、レンズ電源４５や走査偏向器４４であるが、電子線照射を制御するために必要な全ての制御部品を含む。そして，ウェハホルダ上の第一のビーム校正用パターンが電子光学系下にくるようにステージ３２が移動し，該ビーム校正用パターンの電位コントラスト像を取得し，該電位コントラスト像より焦点・非点を合わせる。そして，被検査ウェハ９上の所定の箇所に移動し，ウェハ９のＳＥＭ像を取得し，明るさやコントラスト等を調整する。ここで，電子線照射条件等を変更する必要が生じた場合には，再度ビーム校正を実施することが可能である。また，光学式高さ測定器３５により高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め，この後の電位コントラスト像取得時には毎回焦点合わせを実行することなく，ウェハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整することも可能である。
【００４２】
ステップ２０６では，セットされたウェハ９は，光学顕微鏡部４でアラインメント用の第一の座標を観察するために，Ｘ，Ｙステージ３１，３２により移動される。モニタ５０によりウェハ９上に形成されたアライメントパターンの光学顕微鏡画像が観察され，予め記憶された同じパターン画像と比較し，第一の座標の位置補正値が算出される。次に第一の座標から一定距離離れ第一の座標と同等の回路パターンが存在する第二の座標に移動し，同様に光学顕微鏡画像が観察され，アライメント用に記憶された回路パターン画像と比較され，第二の座標の位置補正値および第一の座標に対する回転ずれ量が算出される。
【００４３】
以上のようにして，光学顕微鏡部４による所定の補正作業や検査領域設定等の準備作業が完了すると，Ｘ，Ｙステージ３１，３２の移動により，ウェハ９が電子光学系３の下に移動される。ウェハ９が電子光学系３の下に配置されると，上記光学顕微鏡部４により実施されたアライメント作業と同様の作業をＳＥＭ像により実施する。この際のＳＥＭ像の取得は，次の方法でなされる。上記光学顕微鏡画像による位置合せにおいて記憶され補正された座標値に基づき，光学顕微鏡部４で観察されたものと同じ回路パターンに，電子ビーム１９が走査偏向器１５によりＸＹ方向に二次元に走査されて照射される。この電子ビームの二次元走査により，被観察部位から発生する二次電子又は反射電子或はその両者５１が上記の放出電子検出のための各部の構成および作用によって検出されることにより，ＳＥＭ像が取得される。既に光学顕微鏡画像により簡便な検査位置確認や位置合せ，および位置調整が実施され，且つ回転補正も予め実施されているため，光学画像に比べ分解能が高く高倍率で高精度に位置合せや位置補正，回転補正を実施することができる。なお，電子ビーム１９をウェハ９に照射すると，その箇所が帯電する。検査の際にその帯電の影響を避けるために，上記位置回転補正あるいは検査領域設定等の検査前準備作業において電子ビーム１９を照射する回路パターンは予め被検査領域外に存在する回路パターンを選択するか，あるいはウェハ上の被検査領域外のチップないしはダイにおける同等の回路パターンを、制御部６から自動的に選択できるようにしておく。このようにして行ったアライメント結果は，各制御部に転送される。検査の際は，各制御部によって回転や位置座標が補正される。
【００４４】
ステップ２０６が終了すると、Ｘ，Ｙステージが動作し、ウェハの指定領域が一次電子線の照射領域に移動される（ステップ２０７）。ステップ２０７が終了すると、ウェハの指定領域の帯電電位測定ステップ（ステップ２００）が開始される。図７には、ステップ２００で実行される処理の詳細を示した。以下では、図７を用いて、指定領域の帯電電位測定フロー２００（ステップ２０９〜２１７）について説明する。図７では，あるプローブ電流など測定条件において，ホルダ３３の電位Vrを変化する例を説明するが，他の測定条件での測定でも同様である。まず，ステップ２０９では、モニタ５０にVcc電圧の設定要求が表示され、装置ユーザは、モニタ５０に接続された情報入力手段を介してVcc電極に印加する電圧Vccの範囲（最小値Vcc1、最大値Vcc2）と刻み幅δVccとを設定する。ウェハから放出した二次信号をウェハに戻ることなく検出するためには，通常二次信号を引き上げる電界を形成する。ステップ２１０では、モニタ５０にリターディング電圧Vrの設定要求が表示され、装置ユーザは、Vrの最小値Vr１，最大値Vr２，および変化させる刻み幅ΔVrを入力する。ステップ２１１では、Vrの初期条件Vr＝Vr１で，一次電子線の走査が実行されＳＥＭ画像が取得される。その後，VrがVr2まで、ステップサイズでΔVr順次変化させ（ステップ２１２），各Vr条件でSEM像が取得される。ここで、画像取得の際に，信号値の補正（auto brightness and contrast control）は行わない。ステップ２１３で、各画像の明るさ，コントラストを解析し，ステップ２１４で二次信号のイールドが1となるVr（ELand1）が、計算機４８により算出される。ステップ２１５では、計算機４８により算出されたVrが、制御部６経由でリターディング電源制御部へ送信される。また、装置ユーザにより設定されたVcc電圧の初期値（Vcc１またはVcc２）も帯電制御電極制御部６６へ送信され、これらの送信動作により、リターディング電圧と制御電極６５への印加電圧が設定される。その後、ステップ２１６でSEM画像の取得動作が実行され、検出器２０で取得された輝度信号情報が画像処理部４６に格納される。ステップ２１７では、Vr電圧を一定に保ったまま、Vcc電圧を刻み幅δVccだけ変化させてVcc電圧を再設定し、SEM画像を取得する。このルーチンは、Vcc電圧が最終値Vcc2に達するまで制御部６により繰り返される。Vcc2でのSEM画像取得が終了すると、ステップ２１８でＳ字カーブを構築する。ここで，Ｓ字カーブ構築の際には、図４（a）に示したパターン以外の領域の信号の平均値を算出して計算を行う。ステップ２１９では，計算機４８に備えられた演算部により、得られたＳ字カーブを参照データと比較して，指定領域の帯電電位を算出する演算処理が実行される。また，検査する前にウェハ表面の帯電電位を調整する必要がある場合，紫外光或は電子源で帯電/除電処理を行い（ステップ２２０），再びＳＥＭ像を取得し，新たなＳ字カーブを構築し（ステップ２１６〜２１８），帯電・除電処理前のデータと比較することで，処理ごウェハ帯電の変化を定量的に評価する（ステップ２１９）。ここでは，取得したＳ字カーブを微分演算及び規格化して，指定領域の帯電電位を算出しても良い。
【００４５】
以上の説明においては、ステップ２０９と２１０におけるVr,Vccの設定入力は、装置ユーザがモニタ５０を見ながらマニュアル操作で実行するものとして説明したが、予め、Vcc1、Vcc2、δVcc、及びVr１、Vr2、δVrの各設定値を制御部６に備えられたデータベースに格納しておき、制御部６により図７のフローを自動制御させても良い。なお、制御部６には、データベースは必ずしも必要ではなく、制御パラメータやユーザの入力した条件を格納する記憶手段（メモリやストレージ等）を備えていれば動作可能である。
図５（ａ）に、実際にこれらのステップを実行した結果を示す。図５（a）に半導体装置を有するウェハ表面を負の帯電処理前後のS字カーブの測定結果（それぞれ，カーブ４１，４０）を示しており，両者のシフト量（AB）がウェハ帯電電位の変化に相当する。また，カーブ４０，４１を微分，規格化した結果は，カーブ４２，４３となる。両者のピークとなる位置C,Dと相当するVcc値の差が測定領域の帯電電位の変化に相当する。
【００４６】
次に，ステップ２０８で，検査の条件最適化を行う。ここでは，上記ステップ２１５〜２１７で各Vcc条件で得たSEM像のコントラスト解析を行い，パターンのコントラストが最も高いVcc条件を検査条件にする。また，検査に用いる前記一次電子線の照射エネルギーがELand1と異なる場合，新たに検査領域で，各Vcc値でのSEM像を取得しコントラスト解析を行い，最も高いコントラストが得られたVcc条件を検査条件とする。
【００４７】
次に，ステップ２２１でステップ２０５と同様にビーム校正を再び行う。ビーム校正が完了したら，ステップ２２２でキャリブレーションを行う。試料ホルダ上に載置された第二の校正用パターンに移動する。第二の校正用パターンは，信号強度を検査で得られる電位コントラスト像の信号に一致させるものである。校正用パターンとしては，十分低抵抗（１０３Ω以下）なコンタクトホールと十分高抵抗（１０２０Ω以上）なコンタクトホールが形成されたパターン等が用いられる。該パターンの電位コントラスト像を用いて十分な低抵抗部および高抵抗部の信号値を校正する。十分な高抵抗部はパターンの無い絶縁部を用いても良い。この結果をふまえて，ウェハ９上に移動し，ウェハ上のパターン箇所の電位コントラスト像を取得し，キャリブレーションを実施する。
【００４８】
ステップ２２３において，検査を開始する。ステップ２２４において欠陥などＳＥＭ画像を取得し，ステップ２２５にて上記ＳＥＭ画像を保存する。検査が完了したら，ステップ２２６においてウェハをアンロードし，ステップ２２７において終了する。
【００４９】
以上の検査方法により，検査ごとウェハの帯電電位を定量的に管理することが可能となり，従来問題になっていた検査の再現性や，欠陥検出感度の低下の問題を解決することが可能になり，再現性の良い，高感度な検査が可能になった。
【００５０】
表面電位の測定を行う際，Vcc条件を変更する度に画像の取得を行うが，前条件での帯電やコンタミネーションの影響が無視できない場合がある。その場合，これらの影響を除去するために，紫外光照射を行っても良い。もしくは，検査条件を変更する度に，画像取得の場所を変更することを行っても良い。
【００５１】
また，画像にシェーディングある場合，シェーディング補正を行った後に指定領域の帯電電位測定フロー２００を行うと良い。
【実施例２】
【００５２】
ウェハ内に複数種類のパターンがある場合，検査を行う前にウェハ全体に対してプリチャージ処理を行っても，各パターンの帯電電位が異なる。本実施例では，その場合の検査条件決定方法について述べる。
【００５３】
図８のウェハ２５１のダイ２５２には領域２５３，２５４に，それぞれパターン２５５，２５６が加工してある。指定領域の帯電電位測定フロー２００の方法で測定した結果，領域２５３，２５４の帯電電位がそれぞれ-5Vと-10Vとなった。この場合，（１）両領域で見積もった最適検査条件（例えばVcc値）の平均値を用いる，（２）それぞれのパターンで検査条件を変えて複数回実行する，という方法を必要に応じて選択することができる。方法（１）では，検査条件が最適値から少しずれるので若干感度が低下するが，全面を同一条件で検査するので検査時間が短いという利点があった。一方，方法（２）では，それぞれのパターンで検査条件が最適化されているので高感度な検査が可能だが，二回に分けて検査する必要があるので検査時間が長くなった。
【実施例３】
【００５４】
本実施例では，測長ＳＥＭを用いて，パターンの寸法測定をおこなった例について説明する。
【００５５】
図９に，本実施例の測長ＳＥＭの構成の一例を示す。本装置は，電子光学系３０１，ステージ機構系３１５，ウェハ搬送系３２２，真空排気系３０５，光学顕微鏡３２５，制御系３３１，操作部３３２，帯電制御部より構成されている。
【００５６】
電子光学系３０１は，電子源３０２，コンデンサレンズ３０３，対物レンズ３１２，第一の検出器３１０，第二の検出器３０７，偏向器３０８，反射板３０９，ウェハ高さ検出器３１３より構成されている。一次電子線３０４をウェハ３１６に照射して発生する反射電子３１１および二次電子３０６は，それぞれ第一の検出器３１０，第二の検出器３０７で検出される。
【００５７】
ステージ機構系３１５は，ＸＹステージ３１８，および試料としてのウェハを載置するためのホルダ３１７，ホルダ３１７およびウェハ３１６に負の電圧を印加するためのリターディング電源３１９より構成されている。ＸＹステージ３１８には，レーザ測長による位置検出器が取り付けられている。
【００５８】
ウェハ搬送系３２２はカセット載置部３２３とウェハローダ３２４より構成されており，ホルダ３１７はウェハ３１６を載置した状態でウェハローダ３２４とＸＹステージ３１７を行き来するようになっている。
【００５９】
制御系３３１は，信号検出系制御部３３０，ビーム偏向補正制御部３２９，電子光学系制御部３２８，ウェハ高さセンサ検出系３１３，機構およびステージ制御部３２６より構成されている。操作部３３２は，操作画面および操作部３３５，画像処理部３３６，画像・検査データ保存部３４７より構成されている。
【００６０】
帯電制御部は，ステージに対向して設置した電極３１４，帯電制御電極制御部３２０，帯電制御電源３２１から構成されている。
【００６１】
次に，図９の各部の動作について，図１０に示すフローを用いて説明する。
まず，ステップ５０１において，ウェハ３１６が任意の棚に設置されたウェハカセットを，ウェハ搬送系３２２におけるカセット載置部３２３に置く。次に，ステップ５０２において，操作画面３３５より，計測すべきウェハ３１６を指定するために，該ウェハ３１６がセットされたカセット内棚番号を指定する。また，操作画面および操作部３３５より，計測条件ファイル名を入力する。この計測条件ファイルは，計測の内容を決めるための各種パラメータを組み合わせて構成されたものである。計測を実行するために必要な条件の入力を完了し，ステップ５０３において，自動計測のシーケンスをスタートする。
【００６２】
ステップ５０３において，計測をスタートすると，まず，設定されたウェハ３１６を測長装置内に搬送する。ウェハ搬送系３２２においては，被計測ウェハの直径が異なる場合にも，ウェハ形状がオリエンテーションフラット型あるいはノッチ型のように異なる場合にも，ウェハ３１６を載置するホルダ３１７をウェハの大きさや形状にあわせて交換することにより対応できるようになっている。該被計測ウェハは，カセットからアーム，予備真空室等を含むウェハローダ３２４によりホルダ３１７上に載置され，保持固定されてホルダとともに検査室に搬送される。
【００６３】
ステップ５０４において，ウェハ３１６がロードされたら，ステップ５０５では，上記入力された計測条件に基づき，電子線照射条件および焦点・非点調整を行い，電子光学系制御部３２８より各部に電子線照射条件が設定される。ステップ５０６で，紫外線或は電子源を用いたプリチャージ（帯電/除電）を行う。ステップ５０７において，ウェハ上の複数点によりアライメントを実施する。そして，ウェハ３１６の所定箇所の電子線画像を取得し，該画像より焦点・非点を合わせる。また，同時にウェハ３１６高さをウェハ高さ検出器３１３より求め，高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め，この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを実行することなく，ウェハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整する。その次，フロー２００により指定領域の帯電電位測定を行い，計測領域の帯電電位が所定な値に達するまでプリチャージ（帯電/除電）を繰り返す。ステップ５０９において，アライメント結果に基づき回転や座標値を補正し，既に読み込んだウェハの各種情報に基づき，計測すべき位置に移動する。これで高速連続電子線画像取得が可能になった。
【００６４】
ステップ５１０で計測位置に移動したら，ステップ５１１で電子線照射，ステップ５１２で画像取得を行う。ステップ５１２において，取得された高倍率画像は，必要に応じて画像・データ保存部３３７に保存される。必要に応じて，複数の検出器による複数種類の画像を，設定に応じて同時に保存することが可能である。例えば，第二の検出器３０７で検出された二次電子による画像と，第一の検出器３１０で検出された反射電子による画像を同時に保存することが可能である。
【００６５】
ステップ５１２において，画像を保存すると同時に，画像処理部３３６では画像情報よりパターンの寸法データを抽出して，その結果を自動的に保存する（ステップ５１４）。必要に応じて，その結果を操作画面３３５で表示する。１枚のウェハにおいて，計測実施を指定された位置全部について上記一連の動作が完了したら，ステップ５１４で該ウェハの検査結果ファイル（分類結果を書き込まれたファイル）を自動的に保存し，指定された先に該検査結果ファイルを出力する。その後，ステップ５１５において，ウェハをアンロードし，ステップ５１６において計測を終了する。
【００６６】
本方法を用いることにより，常に一定な帯電状態でパターンの寸法を計測することが可能となり，高速尚且つ高精度で微小パターンの寸法測定を実現できる。
【００６７】
本実施例では，画像にシェーディングある場合，シェーディング補正を行った後に計測を行っても良い。
【００６８】
表面電位を計測する際，照射条件を変更する度に画像の取得を行うが，前条件での帯電やコンタミネーションの影響が無視できない場合がある。その場合，これらの影響を除去するために，紫外光照射を行っても良い。もしくは，照射条件を変更する度に，画像取得の場所を変更することを行っても良い。
【実施例４】
【００６９】
実施例１〜３のようにウェハ面内各所の帯電電位測定を行ったデータを用いて，その検査・計測条件をデータベース化することで，検査・計測の高速化を行うことができた。
【００７０】
図１１で，フロー２００で測定したウェハ５５１の面内帯電電位分布である。この分布５５２は，ウェハ面内いくつかの位置に対してフロー２００で表面電位を測定し，得られた結果でウェハ全面の電位分布を予測したものでも良い。電位測定は，検査・計測を行う前に実施し，その結果をデータベース化して，データ保存部３３７に保存して置く。
【００７１】
次に，このデータベースを用いて，ウェハの検査・計測を行う。検査・計測の各位置で，分布５５２からその位置の帯電電位情報を補正制御回路４３或は制御系３３１に読み込んで，一次電子線が検査・計測位置にフォーカス合うように対物レンズの励磁電流を調整してSEM画像を取得する。得られたSEM像から欠陥検出や寸法測定を行う。
【００７２】
本方法を用いることにより，一次電子線が常にウェハ表面にフォーカスが合う状態で検査・計測が可能となり，高感度な欠陥検出や高速尚且つ高精度で微小パターンの寸法測定を実現できる。
【００７３】
上述した実施例では，検査ＳＥＭ，レビューＳＥＭ，ＣＤ−ＳＥＭなど集束荷電粒子ビームを用いた検査・計測装置全般に適用可能である。
【実施例５】
【００７４】
実施例１〜３のようにウェハ面内各所の帯電電位測定を行ったデータを用いて，その検査・計測条件をデータベース化することで，検査・計測の高速化を行うことができた。
【００７５】
図１１で，フロー２００で測定したウェハ５５１の面内帯電電位分布である。この分布５５２は，ウェハ面内いくつかの位置に対してフロー２００で表面電位を測定し，得られた結果でウェハ全面の電位分布を予測したものでも良い。電位測定は，検査・計測を行う前に実施し，その結果をデータベース化して，データ保存部３３７に保存して置く。
【００７６】
次に，このデータベースを用いて，ウェハの検査・計測を行う。ウェハ面内各所の電位差が比較的に小さい場合，検査・計測の各位置で，分布５５２からその位置の帯電電位情報を補正制御回路６及び４３或は制御系３３１に読み込んで，一次電子線が検査・計測位置にフォーカスが合うようにリターディング電圧３６或は３１９を調整してSEM画像を取得する。得られたSEM像から欠陥検出や寸法測定を行う。
【００７７】
本方法を用いることにより，リターディング電圧を変えるだけで一次電子線が常にウェハ表面にフォーカスが合う状態で検査・計測が可能となり，磁界型対物レンズの励磁電流を調整し一次電子線のフォーカスをあわせることに比べ，応答速度が比較的に速いため，リアルタイムでフォーカスにフィードバックすることが可能で，より高速で検査・計測を実現できる。
【００７８】
上述した実施例でも，検査ＳＥＭ，レビューＳＥＭ，ＣＤ−ＳＥＭなど集束荷電粒子ビームを用いた検査・計測装置全般に適用可能である。
【００７９】
以上詳述したように，本発明によれば，回路パターンを有する半導体装置等の部分的に完成したウェハの検査において，常に所要な帯電電位で欠陥検出を行うことが可能となり，欠陥の検出感度や，再現性を飛躍的に向上させることが可能である。また，測長ＳＥＭなど計測装置において，グロバール帯電などウェハ面内の帯電電位分布を事前に計測し，そのデータを光学系の制御系にフィードバックすることで，より高速尚且つ高精度で自動測定が実現でき，これにより高感度，高精度で半導体製品の生産をモニタできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施例に用いる検査ＳＥＭの装置構成を説明する図。
【図２】電位コントラスト像取得原理を説明する図。
【図３】（a）  ＥＢテスタ構成と原理を説明する図。（ｂ）Ｓ字カーブによる試料電位を算出する原理を説明する図。
【図４】（a）半導体装置のＳＥＭ画像を説明する図。（ｂ）二次信号イールドの電子線照射エネルギーによる変化の測定結果を説明する図。
【図５】（a）Ｓ字カーブによる検査領域の帯電電位の算出を説明する図。（ｂ）Ｓ字カーブをVcc電位に対する微分，規格化した結果による検査領域の帯電電位の算出を説明する図。
【図６】本発明の第１の実施例における検査フローの一例を説明する図。
【図７】図６における指定領域の帯電電位の算出するフローの一例を説明する図。
【図８】本発明の第２の実施例おける，検査領域内パターン密度の異なるＳＥＭ像を説明する図。
【図９】本発明の第３の実施例に用いる測長ＳＥＭの装置構成を説明する図。
【図１０】本発明の第３の実施例における，測長フローの一例を説明する図。
【図１１】本発明の第４，５の実施例における，図７のフローによるウェハ面内の帯電電位分布の測定結果の一例を説明する図。
【符号の説明】
【００８１】
２…チャンバー，３…電子光学系，４…光学顕微鏡部，５…画像処理部，６…制御部，７…検出部，８…試料室，９…ウェハ，１０…電子源，１１…引き出し電極，１２…コンデンサレンズ，１３…ブランキング偏向器，１４…絞り，１５…走査偏向器，１６…対物レンズ，１７…反射板，１８…Ｅ×Ｂ偏向器，１９…電子ビーム，２０…検出器，２１…プリアンプ，２２…ＡＤ変換器，２３…光変換器，２４…光ファイバ，２５…電気変換器，２６…高圧電源，２７…プリアンプ駆動電源，２８…ＡＤ変換器駆動電源，２９…逆バイアス電源，３０…試料台，３１…Ｘステージ，３２…Ｙステージ，３３…ウェハホルダ，３４…位置モニタ測長器，３５…光学式高さ測定器，３６…リターディング電源，３７…光源，４０…光源，４１…光学レンズ，４２…ＣＣＤカメラ，４３…補正制御回路，４４…走査信号発生器，４５…レンズ電源，４６…画像記憶部，４８…計算機（演算部と比較演算回路），，５０…モニタ，５１…二次電子および後方散乱電子，５２…第二の二次電子および後方散乱電子，６２…試料交換室，６５…帯電制御電極，６６…帯電制御電極制御部，６７…帯電制御電源，６８…Ｖｒ制御部，８２…試料電位，８３…第二グリッド電位，８４…第一グリッド電位，８５…一次電子線の加速電圧，８６…試料，８７…第一グリッド，８８…第二グリッド，８９…二次信号検出器，９０…信号増幅器，９１…ＸＹ記録器，９２…偏向器，９３，９４，９５…二次信号，１００…半導体装置，２５１…ウェハ，２５２…ダイ，２５３，２５４…検査領域，２５５，２５６…パターン，３０１…電子光学系，３０２…電子源，３０３…コンデンサレンズ，３０４…一次電子ビーム，３０５…真空排気系，３０６…二次電子，３０７…第二の検出器，３０８…偏向器，３０９…反射板，３１０…第一の検出器，３１１…反射電子，３１２…対物レンズ，３１３…ウェハ高さ検出系，３１４…帯電制御電極，３１５…ステージ機構系，３１６…ウェハ，３１７…ホルダ，３１８…ＸＹステージ…３１９…リターディング電源，３２０…帯電制御電極制御部，３２１…帯電制御電源，３２２…ウェハ搬送系，３２３…カセット載置部，３２４…ウェハローダ，３２５…光学顕微鏡，３２６…機構およびステージ制御部，３２７…ウェハ高さセンサ検出系，３２８…電子光学系制御部，３２９…ビーム偏向補正制御部，３３０…信号検出系制御部，３３１…制御系，３３２…操作部，３３３…データ入力部，３３４…データ変換部，３３５…操作画面および操作部，３３６…画像処理部，３３７…データ保存部，４０１…正常部，４０２…導通欠陥，４０４…Ｓｉウェハ，４０５酸化膜，４０８…帯電制御電極電源，４１１…二次信号検出器，５５１…ウェハ，５５２…ウェハの面内電位分布。
【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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