(57)【要約】【課題】非破壊で試料内部の情報を高解像度で取得し良／不良の判断を行うことができ、検査時間を短縮する装置の提供。【解決手段】電子線またはＸ線を試料（１０３）に照射し、試料からの蛍光Ｘ線をゾーンプレート（１１０）を用いて集め検出器（１０５）で検出し、検出器（１０５）からの電気信号をＡ／Ｄコンバータ（１０６）でデジタル信号に変換し、不良判断部（１０７）で良／不良を判断し、不良の場合、画像処理部（１０７）で画像処理し、画像表示部（１０９）に表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の試料からのＸ線を受ける第１のＸ線レンズと、
前記第１のＸ線レンズを通したＸ線を検出する検出器と、
前記検出器による検出結果に基づき、良／不良を判別する手段と、
を含む、ことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記検査対象の試料に、励起線を照射する手段を備え、
前記検出器は、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を、前記第１のＸ線レンズを通して検出する、ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記励起線として電子線を用い、
前記検査対象の試料に電子線を面照射する手段を備え、
前記第１のＸ線レンズは、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を、前記検出器に結像させる、ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記検査対象の試料に面照射する電子線を走査し、前記検査対象の試料の像を、１次元、又は、２次元、又は３次元で表示する、ことを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項５】
前記検査対象の試料内の微細構造、又は所定の元素の濃度の分布を、２次元又は３次元画像として、表示する手段を備えている、ことを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項６】
前記検査対象の試料に含まれる透明材料の表面の状態を可視化して検査自在としてなる、ことを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項７】
前記励起線としてＸ線を用い、
Ｘ線源と前記検査対象の試料との間に挿入され、前記Ｘ線源からのＸ線を集める第２のＸ線レンズを備えている、ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項８】
前記第１のＸ線レンズは、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を集光し前記検出器に結像させる、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項９】
前記第１のＸ線レンズと、前記検出器との間にピンホールを備えている、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項１０】
前記第１のＸ線レンズと前記第２のＸ線レンズは、焦点位置が一致する共焦点光学系を構成する、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項１１】
ピンホールを、前記第１のＸ線レンズと前記検出器との間の共焦点上に配置し、焦点のスポット径以外のＸ線を遮断する、ことを特徴とする請求項１０記載の検査装置。
【請求項１２】
焦点位置のＸ線の照射スポットから出力される蛍光Ｘ線発生量と、前記照射スポットから、前記第１のレンズ、及び前記ピンホールを通して前記検出器で検出される蛍光Ｘ線強度との関係が、実質的に一対一対応とされる、ことを特徴とする請求項１１記載の検査装置。
【請求項１３】
前記検査対象の試料へ照射するＸ線を偏向させる偏向器をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１１記載の検査装置。
【請求項１４】
前記検査対象の試料を前記Ｘ線に関して相対的に走査する手段を備え、前記蛍光Ｘ線による、前記試料の断層像を取得する蛍光Ｘ線顕微鏡装置を構成してなる、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項１５】
前記検査対象の試料の回動、又は、前記検査対象の試料の回動と光軸方向の走査、により、前記検出器で検出された蛍光Ｘ線に基づき導出される、前記検査対象の試料の像を、２次元、又は３次元表示する、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【請求項１６】
前記励起線として電子線を用い、電子線を前記検査対象の試料に集める電磁レンズを備えている、ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項１７】
前記第１のＸ線レンズがゾーンプレートよりなる、ことを特徴とする請求項７乃至１６のいずれか一に記載の検査装置。
【請求項１８】
前記第２のＸ線レンズがゾーンプレートよりなる、ことを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか一に記載の検査装置。
【請求項１９】
前記検査対象の試料に電子線を面照射する手段と、
前記検査対象の試料に面照射する電子線を走査する手段と、
を備え、
前記第１のＸ線レンズは、前記電子線が面照射された前記試料からの蛍光Ｘ線を受けるゾーンプレートを備え、
前記検出器は、前記ゾーンプレートを通して前記検出器に結像された像を撮像し、
前記良／不良を判別する手段は、前記検出器で検出された蛍光Ｘ線の強度から良／不良を判断し、
前記検査対象の試料の像を、不良がある場合にはその箇所とともに、画面に表示する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項２０】
前記検査対象の試料が半導体装置よりなり、前記半導体装置の配線構造、絶縁膜内又は絶縁膜の表面の構造を、像として表示する、ことを特徴とする請求項１９記載の検査装置。
【請求項２１】
前記検出器が、前記電子線が面照射された前記試料の領域からの所望の蛍光Ｘ線を線、又は面で検出する多重検出器よりなり、
前記多重検出器からの検出信号をそれぞれ並列に変換する複数のＡ／Ｄコンバータを備えている、ことを特徴とする請求項１９記載の検査装置。
【請求項２２】
励起線の照射を受ける検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を入力する第１のレンズと、
前記励起線を出力する励起線源と、前記検査対象の試料との間に配設された第２のレンズと、
前記第１のレンズと検出器との間に配設されたピンホールと、
を備え、
前記第１のレンズと前記第２のレンズは、焦点位置が一致する共焦点光学系を構成し、
前記ピンホールを共焦点上に配置し、焦点位置の励起線の照射スポットから出力される蛍光Ｘ線発生量と、前記照射スポットから、前記第１のレンズ、及び前記ピンホールを通して前記検出器で検出される蛍光Ｘ線強度との関係が、実質的に一対一対応とされる、ことを特徴とする共焦点型蛍光Ｘ線顕微鏡装置。
【請求項２３】
蛍光Ｘ線を用いた検査方法であって、
検査対象の試料からの蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して検出器で検出する工程と、
前記検出器による検出結果に基づき、良／不良を判別する工程と、
を含む、ことを特徴とする検査方法。
【請求項２４】
前記検査対象の試料に電子線を面照射する工程と、
前記電子線が面照射された前記試料の領域からの所望の蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して前記検出器に結像させ、前記検出器で電気信号に変換する工程と、
前記電気信号から不良を判定する工程と、
前記電子線の面照射領域を走査し、前記電気信号より得られた前記検査対象の試料の像を、不良がある場合にはその箇所とともに、画面に表示する工程と、
を含む、ことを特徴とする請求項２３記載の検査方法。
【請求項２５】
Ｘ線をゾーンプレートを通して集光し前記検査対象の試料に照射する工程と、
前記検査対象の試料からの所望の蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して前記検出器で検出する工程と、
を含む、ことを特徴とする請求項２３記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査技術に関し、特に、半導体装置の非破壊、非接触型の欠陥検査に適用して好適な検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の非破壊、非接触型（Non-destructive and Non-contact Imaging）の検査装置として、例えば特許文献１には、電子線を試料（半導体装置）に照射し、電子線が照射された位置に存在している特定の物質の量に依存する特性Ｘ線の強度を検出する手段と、検出されたＸ線強度をモニターするモニター手段とを備え、さらに、検出されたＸ線強度の値に基づいて不良を判断する判断手段を備え、モニター手段で不良と判断されたとき、不良位置を表示装置に表示するようにした検査装置が開示されている。この特許文献１では、配線材料（Ａｌ）がヴイアホールの形態で適正に充填された配線領域でのＡｌ特性Ｘ線強度と、ボイド、残留酸化膜等による不良ヴイアホールの特性Ｘ線強度との強度が異なることを利用して、各走査位置でのＡｌの特性Ｘ線強度を濃淡等で画像表示することで、ヴイアホールの良／不良を判別可能とした装置、方法が開示されている。そして特許文献１では、電子線の照射幅は１．０μｍ程度とされている。
【０００３】
図２は、特許文献１等に開示されている、従来の検査装置の構成例を示す図である。図２を参照すると、電子銃２から細く絞られた電子線（電子ビーム）１３を被試験デバイス（ＤＵＴ；Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）３に照射し、照射領域からの蛍光Ｘ線１０を検出器５で検出し、検出器５からの電気信号（アナログ信号）をＡ／Ｄコンバータ６でデジタル信号に変換して不良判断部７に送られる。不良判断部７では、良否の判定が行われ、不良と判断されたとき、画像処理部８通して、画像表示部９に、不良位置が表示される。なお、画像処理部８は、Ａ／Ｄコンバータ６からは、各走査位置での特性Ｘ線強度のデジタル値を、不良判断部７からは不良情報、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査顕微鏡）１の試料ステージ４からは、試料（ＤＵＴ）３に対する電子線１３の照射位置情報（ステージ４の駆動信号）をそれぞれ入力し所定の画像処理を行う。
【０００４】
図２の構成の場合、高分解能を得るため、細い電子ビーム１３（強度の弱）を用いており、面、線について検査する場合、順次走査して処理を行うことが必要とされ、検査時間が長大化する。
【０００５】
次に、試料からの２次電子線を測定する手法として、例えば特許文献２には、ウェハ上パターンの欠陥、異物、残渣および段差等を電子ビームにより検査するにあたり、高分解能でかつ検査速度の高速化を実現する欠陥検査装置として、被検査半導体の表面に電子ビームを減速させる電界を形成し、減速電界により被検査半導体の表面に到達し得ないエネルギーの成分を含む、一定の面積を持った電子ビーム(面状の電子ビーム)を被検査半導体表面の極近傍で反射させて結像レンズにより結像し、被検査半導体表面の複数の領域の画像を取得して画像記憶部に記憶させ、記憶された複数の領域の画像同士を比較することによって、上記領域内における欠陥の有無および欠陥の位置を計測するようにした構成が開示されている。
【０００６】
同様に、電子ビームを面照射し２次電子線を測定する手法として、非特許文献１には、比較的広い領域を電子ビームで面照射し、その領域からの２次電子信号を２次元に整列された検出器上に結像させて一括して撮像するようにした検査装置が開示されている。
【０００７】
なお、試料に１次Ｘ線等を照射した場合、該試料から該試料に含まれる元素に固有の波長の２次Ｘ線（蛍光Ｘ線）が発生し、発生した蛍光Ｘ線をスペクトル解析、強度測定することで、定性分析、定量分析がそれぞれ可能であることから、蛍光Ｘ線分析は、従来より、各種分析、検査装置に適用されている。例えば特許文献３には、電子線が試料に照射されると、Ｘ線マイクロビームを照射し試料からの蛍光Ｘ線を分析することで、１ミクロン以下の分解能で観察元素の濃度分布を得ることができるようにした方法が開示されている。
【０００８】
蛍光Ｘ線を高分解能ゾーンプレートレンズで結像してイメージ化することで、試料表面、サブ表面等のイメージを提供する装置として、Xradia社のｎａｎｏＸＦｉＴＭ等も知られている（非特許文献２参照）。このＸ線蛍光イメージャは、８０ｎｍ空間分解能でＣｕ配線のマップ、ボイド、短絡の像が得られる。またXradia社のｎａｎｏＸＣＴＴＭ（非特許文献３参照）では、ソリッドモデル等により、Ｃｕパッド、配線、Ｗヒートシンクを含む配線の３Ｄトモグラフィ像が得られる旨が記載されており、ｍｕｌｔｉ−Ｋｅｖ、及び、より高いエネルギーのＸ線のイメージング／結像の応用に、空間分解能、結像の効率に関して高性能のゾーンプレートレンズの製造が可能とされるに至っている。
【０００９】
さらに、ゾーンプレートによるＸ線の結像技術、及び、Ｘ線マイクロビームを照射し試料表面あるいは内部から放出される蛍光Ｘ線を解析することによって元素分析を行う蛍光Ｘ線分析法の、試料の微小領域の化学状態の２次元、３次元分布を得る方法等への応用として、例えば特許文献４には、１０−１００Ｋｅｖ程度のＸ線を集光する光学部品としてゾーンプレートが埋め込まれたハンダ層と支持台を備え、ハンダ層と支持台の間に接着剤層、ゾーンプレートと支持台の間に接着剤層が設けられた光学部品、Ｘ線顕微鏡、マイクロ蛍光Ｘ線分析装置、マイクロＸ線トモグラフィー装置が開示されている。なお、ゾーンプレート１１１は、透明基板上に複数の輪帯を同心円状に配設し１つ置きに不透明としたものであり、透明体からの光（Ｘ線）は輪帯による回折作用で光軸上で正負の焦点に結像しレンズ機能を有する。
【００１０】
また、特許文献４には、電子線が試料に照射されると、試料内に広がり（１ミクロン程度）、得られる空間分解能は１ミクロン程度であるが、Ｘ線マイクロビームを照射し試料からの蛍光Ｘ線を分析することで、１ミクロン以下の分解能で観察元素の濃度分布を得ることができるようにした方法が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−３１８９４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２９２１５７号公報
【特許文献３】特開２００３−１７５３９号公報
【特許文献４】特開２００４−１４５０６６号公報
【非特許文献１】佐竹  徹、  野路  伸治、「電子線を用いたウェーハ欠陥装置（ＥＢｅｙｅ）の開発（第１報）−開発の背景と装置の原理（コンセプト）−」、エバラ時報、Ｎｏ．２０７  、第１５−第２０頁、２００５−４
【非特許文献２】"nanoXFiTM X-ray Fluorescence Imager ",  Xradia Inc. <URL: http://xradia.com/nanoXFIbrochure.pdf>
【非特許文献３】"A revolutionary X-ray 3D Imaging technology for non-destructive failure analysis"  nanoXCTTM  REV 2005-07-06  Xradia Inc.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の検査装置の場合、高分解能を得る場合、電子線を細く絞りこむことが必要とされ、検査時間が長大化する。
【００１３】
また、非特許文献１の場合（Ｅｂｅｙｅ）、比較的広い領域を、一括して面照射し、その領域からの二次電子線を二次元に整列した検出器上に結像させて一括して撮像することで、ＳＥＭ方式よりも、検査時間を短縮させる（１００ｎｍの分解能で約一桁、５０ｎｍの分解能で約二桁検査速度を大きくしている）ものであるが、チャージアップ等により、二次電子線で絶縁体の表面等の検出を行うことは困難であるものと思料される。
【００１４】
したがって、さらなる高分解能を実現し、高速化を図る、検査装置、特にウェーハ検査装置の実現が課題として残されている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願で開示される発明は、上記課題を解決するため、概略以下の構成とされる。
【００１６】
本発明は、高分解能ゾーンプレートレンズによる、Ｘ線の集光・結像技術を、ウェーハ検査等の検査装置に適用したものである。また、本発明は、高分解能ゾーンプレートレンズを用いた蛍光Ｘ線顕微鏡による２次元又は３次元像の取得技術を提示する。
【００１７】
本発明の１つのアスペクト（側面）に係る検査装置は、検査対象の試料からのＸ線を受ける第１のＸ線レンズと、前記第１のＸ線レンズを通したＸ線を検出する検出器と、前記検出器による検出結果に基づき、良／不良を判別する手段と、を含む、ことを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、前記検査対象の試料に、励起線を照射する手段を備え、前記検出器は、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を、前記第１のＸ線レンズを通して検出する構成としてもよい。
【００１９】
本発明においては、前記励起線として電子線を用い、前記検査対象の試料に電子線を面照射する手段を備え、前記第１のＸ線レンズは、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を前記検出器に結像させる構成としてもよい。
【００２０】
本発明においては、前記検査対象の試料に面照射する電子線を走査し、前記検査対象の試料の像を、１次元、２次元、又は３次元で表示する構成としてもよい。
【００２１】
本発明においては、前記検査対象の試料内の微細構造、又は所定の元素の濃度の分布を、２次元又は３次元画像として、表示する手段を備えた構成としてもよい。
【００２２】
本発明においては、前記検査対象の試料に含まれる透明材料の表面の状態を可視化して検査自在としてもよい。
【００２３】
本発明の別のアスペクトに係る検査装置は、前記励起線としてＸ線を用いる。Ｘ線源と前記検査対象の試料との間に挿入され、前記Ｘ線源からのＸ線を集める第２のＸ線レンズを備えている。
【００２４】
本発明においては、前記第１のＸ線レンズは、前記検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を集光し前記検出器に結像させるようにしてもよい。あるいは、本発明においては、前記第１のＸ線レンズと、前記検出器との間にピンホールを備えた構成としてもよい。
【００２５】
本発明においては、前記第１のレンズと前記第２のレンズは、焦点位置が一致する共焦点光学系を構成するようにしてもよい。この場合、前記第１のＸ線レンズと、前記検出器との間の共焦点上にピンホールを配置し、焦点のスポット径以外のＸ線を遮断するようにしてもよい。これによりＸ線照射スポットと、検出器で検出される蛍光Ｘ線の強度との対応関係を実質的に一対一対応とすることができる。すなわち、本発明によれば、励起線の照射を受ける検査対象の試料からの蛍光Ｘ線を入力する第１のレンズと、前記励起線を出力する励起線源と、前記検査対象の試料との間に配設された第２のレンズと、前記第１のレンズと検出器との間に配設されたピンホールと、を備え、前記第１のレンズと前記第２のレンズは、焦点位置が一致する共焦点光学系を構成し、前記ピンホールを共焦点上に配置し、焦点位置の励起線の照射スポットから出力される蛍光Ｘ線発生量と、前記照射スポットから、前記第１のレンズ、及び前記ピンホールを通して前記検出器で検出される蛍光Ｘ線強度との関係が、実質的に一対一対応とされる共焦点型の蛍光Ｘ線顕微鏡装置（観察装置）が提供される。
【００２６】
本発明においては、前記試料へ照射するＸ線を偏向させる偏向器をさらに備えた構成としてもよい。
【００２７】
本発明においては、前記検査対象の試料を前記Ｘ線に関して相対的に走査する手段を備え、蛍光Ｘ線による試料の断層像を取得する蛍光Ｘ線顕微鏡装置を構成してもよい。本発明においては、前記検査対象の試料の回動、又は、前記検査対象の試料の回動と光軸方向の走査、により、前記検出器で検出された蛍光Ｘ線に基づき導出される、前記検査対象の試料の像を、２次元、又は３次元表示する構成としてもよい。
【００２８】
本発明においては、前記励起線として電子線を用い、電子線を前記検査対象の試料に集める電磁レンズを備えた構成としてもよい。
【００２９】
本発明においては、前記検査対象の試料に電子線を面照射する手段と、前記検査対象の試料に面照射する電子線を走査する手段と、を備え、前記第１のＸ線レンズは、前記電子線が面照射された前記試料からの蛍光Ｘ線を受けるゾーンプレートを備え、前記検出器は、前記ゾーンプレートを通して前記検出器に結像された像を撮像し、前記良／不良を判別する手段は、前記検出器で検出された蛍光Ｘ線の強度から良／不良を判断し、前記検査対象の試料の像を、不良がある場合にはその箇所とともに、画面に表示する手段を備えている。
【００３０】
本発明において、前記検査対象の試料が半導体装置よりなり、前記半導体装置の配線構造、絶縁膜内又は絶縁膜の表面の構造を、像として表示する。
【００３１】
本発明において、前記検出器が、前記電子線が面照射された前記試料の領域からの所望の蛍光Ｘ線を線、又は面で検出する多重検出器よりなり、前記多重検出器からの検出信号をそれ並列に変換する複数のＡ／Ｄコンバータを備えている。本発明において、前記検査対象の試料内の微細構造、又は所定の元素の濃度の分布を、２次元又は３次元画像として、表示するようにしてもよい。
【００３２】
本発明の他のアスペクトに係る方法は、蛍光Ｘ線を用いた検査方法であって、
検査対象の試料からの蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して検出器で検出する工程と、
前記検出器による検出結果に基づき、良／不良を判別する工程と、を含む。
【００３３】
本発明に係る方法においては、
前記検査対象の試料に電子線を面照射する工程と、
前記電子線が面照射された前記試料の領域からの所望の蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して前記検出器に結像させ、前記検出器で電気信号に変換する工程と、
前記電気信号から不良を判定する工程と、
前記電子線の面照射領域を走査し、前記電気信号より得られた前記検査対象の試料の像を、不良がある場合にはその箇所とともに、画面に表示する工程と、を含む。
【００３４】
本発明に係る方法においては、
Ｘ線をゾーンプレートを通して集光し前記検査対象の試料に照射する工程と、
前記検査対象の試料からの所望の蛍光Ｘ線をゾーンプレートを通して前記検出器で検出する工程と、を含む構成としてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、蛍光Ｘ線を検出器上に結像させることで、非破壊で試料内部の情報を、高速且つ高解像度で取得し良／不良の判断を行うことができる。
【００３６】
また、本発明によれば、試料に電子線を面照射することで、電子線のエネルギーレベル、蛍光Ｘ線のレベルを上げることができ、解像度の向上を実現することができる。
【００３７】
本発明によれば、蛍光Ｘ線顕微鏡により高解像度で試料の断層画像等を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
上記した本発明についてさらに詳細に説明すべく添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。図１を参照すると、励起線が面照射された、検査対象の試料（ＤＵＴ）（１０３）からのＸ線（１１０）を、高分解能のＸ線レンズ（ゾーンプレート）（１１１）を通して集光し、検出器（１０５）上に結像させる。検出器（１０５）での検出信号を、Ａ／Ｄコンバータ（１０６）でデジタル信号に変換し、不良判断部（１０７）で良／不良を判断し、不良の場合には、画像処理部（１０８）で画像処理し、画像表示部（１０９）に表示する。本発明では、励起線として、電子線を試料（１０３）に面照射し、試料からのＸ線（１１０）は、前記電子線が面照射された前記試料の領域からの蛍光Ｘ線である。また、本発明は、高分解能ゾーンプレートレンズを用いた蛍光Ｘ線顕微鏡により、２次元又は３次元像を取得し、材料（元素等）の２次元、又は３次元の濃度分布を画像表示する手法を提示する。以下、本発明を、半導体デバイスの絶縁膜の検査に適用した実施例に即して説明する。
【実施例】
【００３９】
図１を参照すると、本実施例において、電子銃１０２は、電子ビーム１１３を面照射する。
【００４０】
本実施例において、電子ビーム１１３は、好ましくは、スポットサイズが４μｍ以上、１００μｍ程度の２次元的に広がりをもった面状のビームとして、被試験デバイス（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）１０３に面照射される。そして、電子ビーム１１３を面照射する箇所が、ステージ１０４の移動により順次、走査される。
【００４１】
本実施例では、被試験デバイス（ＤＵＴ）１０３をなす半導体ウエーハの絶縁膜に面照射された領域からの蛍光Ｘ線の中から注目する絶縁膜上の特性Ｘ線をゾーンプレート１１１を用いて集光し、イメージング用蛍光Ｘ線１１２を、検出器１０５上に結像させる。検出器１０５では、結像した像を、例えば線又は面で撮像する。
【００４２】
被試験デバイス（ＤＵＴ）１０３をなす半導体ウエーハの絶縁膜中にボイドやクラッチがあると、他の正常部分とは、特性Ｘ線の強度が異なり（減少し）、例えば輝度が減る。撮像した画像上で、特性Ｘ線の量の少ない部分に、ボイドやスクラッチが生じている。
【００４３】
検出器１０５からの電気信号（特性Ｘ線強度に対応する電気信号）をＡ／Ｄコンバータ１０６でデジタル信号に変換し、このデジタル信号を基に、不良判断部１０７で良／不良判断が行われる。不良と判断された場合、その情報は、画像処理部１０８で画像処理され、画像表示部１０９に、不良部が表示される。画像処理部１０８は、Ａ／Ｄコンバータ１０６からは、各走査位置での特性Ｘ線強度のデジタル値を、不良判断部１０７からは不良情報、ＳＥＭ１０１の試料ステージ１０４からは、ＤＵＴ１０３に対する電子ビーム１１３の照射位置情報（ステージ１０４の駆動信号）をそれぞれ入力し所定の画像処理を行う。
【００４４】
本実施例では、電子ビームが面照射された領域からの特性Ｘ線をゾーンプレート１１１を介して検出器１０５に結像させているが、検出器１０５は、好ましくは、複数チャネルの多重検出器よりなる。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１０６も、複数チャネルの多重検出器に対応させて、複数並置された多重Ａ／Ｄコンバータで構成される。多重Ａ／Ｄコンバータは、それぞれ、多重検出器からの線又は面状の各領域に対応するチャネルの検出信号（電気信号）を受け、それぞれ並列にデジタル信号に変換処理する。これにより、処理の高速化を実現している。なお、多重検出器、多重Ａ／Ｄコンバータとしては、任意の公知のものを用いることができる。
【００４５】
本実施例によれば、ガラスなどの透明膜を含む材料のイメージを、例えば３０ｎｍ等の高空間分解能で得ることができる。
【００４６】
また、本実施例によれば、絶縁膜表面の観察、傷、穴、欠損、不良検出のみならず、絶縁膜等の元素の密度（濃度）のプロファイルを２次元、３次元的に解析することができる。
【００４７】
さらに、本実施例によれば、Ｃｕ、Ａｌ等の金属配線等の２次元、３次元構造の可視化、不良検出の高速化を可能としている。３次元分析の場合、電子線の試料内での飛程距離等に対応させて、蛍光Ｘ線の強度情報を格納してゆき、深さ方向のプロファイル（深さ方向の分解能は例えば略２μｍ、面内では略３０ｎｍ）を作成するようにしてもよい。
【００４８】
本実施例によれば、図２に示した構成のように、電子ビームの径を細くすることによって、高解像度の材料マップ（あるいは元素プロファイル）を得るのではなく、ゾーンプレート１１１を用いて広い領域からの蛍光Ｘ線を一括して検出器に結像している。解像度は、ゾーンプレートの開口数（ＮＡ）に依存するが、例えばXradia社のゾーンプレートを用いた場合、３０ｎｍの解像度（空間分解能）が得られる。なお、図示されないが、ゾーンプレートと、試料の間の距離を可変制御し、２つの異なった元素の特定Ｘ線をそれぞれ個別に検出器上の結像させるようにしてもよいことは勿論である。
【００４９】
さらにまた、本実施例によれば、太い電子ビーム（例えばスポットサイズ：４μｍ以上、１００μｍ程度）を用いることができるため、電子ビームの強度を強くすることができる。一方、細く絞った電子ビームでは、電子同士の反発力のため電子ビームの強度を強くすることはできない。このため、特性Ｘ線の強度も弱く、測定時間が長大となる。
【００５０】
そして、本実施例においては、照射領域に対応する特性Ｘ線を一括して多重検出器に取り込み、複数スポットの信号を並列処理するため、測定時間を短縮し、図２等の従来例と比較した場合、一桁以上の高速化を実現している。
【００５１】
なお、本発明において、蛍光Ｘ線の励起用の線源としては、電子銃の代わりにＸ線としてもよい。この場合、蛍光Ｘ線のほか、Ｘ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）のように、透過Ｘ線も測定することになる。
【００５２】
透過Ｘ線を検出するＸ線ＣＴ装置について概説しておく。図３は、Ｘ線を用いた断層法（Ｘ線ＣＴ）の典型例を説明するための模式図である。検出器２０２で検出される透過Ｘ線の強度は、Ｘ線透過経路における吸収率μ（I=I0exp(-μd)、ただし、Iは透過光強度、I0は入射光強度、ｄは厚さ）の積算値に対応する。試料２０１に対してＸ線ビームを走査し（試料をｙ軸を中心に回転、ただし、ｚ軸（不図示）は光軸）、検出器２０２で検出した透過Ｘ線の強度から、吸収率のｘ−ｙ面での２次元分布μ（ｘ、ｙ）を算出し、μ（ｘ、ｙ）をグレースケール表示することで画像（ＣＴ像）を取得する。ＣＴ像の解像度は、１００ｎｍ以上とされる。そして、試料２０１を例えばｚ軸（光軸）方向に移動することで、３次元ＣＴ像が得られる。
【００５３】
図４は、マイクロフォーカス型Ｘ線ＣＴ装置の構成を模式的に示す図である。なお、特に制限されないが、以下では、前記第１の実施例で用いたゾーンプレート（３０ｎｍの空間分解能）を、Ｘ線ビーム集光用のレンズとして用いた例に即して説明する。Ｘ線源２００からのＸ線を、ゾーンプレート２０３を用いて、試料２０１の手前に焦点（３０ｎｍ程度）を結ぶ。該焦点の直近のｙ軸を中心に試料２０１を回転させることで、吸収率μの２次元像を高解像度で得ることができる。試料２０１を例えばｚ軸（光軸）方向に移動することで、３次元ＣＴ像が得られる。なお、試料２０１の回転角は３６０度に限定されるものでなく、３６０度よりも小さな角度であってもよいことは勿論である。図３、図４の構成においては、検出器２０２で検出されるＸ線強度は、Ｘ線透過経路における吸収量の積算値に対応する。
【００５４】
図３、図４の構成の場合、試料２０１からの蛍光Ｘ線と透過Ｘ線とが分離されていない。このため、蛍光Ｘ線と比べて桁違いの強度の透過Ｘ線からＸ線の吸収率を計算している。
【００５５】
そこで、本発明は、蛍光Ｘ線を透過Ｘ線から分離して検出する構成を提示する。図５は、本発明の第２の実施例をなす蛍光Ｘ線ＣＴ顕微鏡を説明するための模式図である。なお、図５（図６、図７）では、検出器２０２以降のＡＤコンバータ等の構成要素は省略されている。
【００５６】
図５を参照すると、本実施例においては、Ｘ線源２００と試料２０１との間に、Ｘ線ビームを試料２０１の検査スポットに集めるゾーンプレート（Ｘ線レンズ）２０３を備えている。試料２０１と検出器２０２との間に、試料２０１からの蛍光Ｘ線を集めて、検出器２０２上に結像させるゾーンプレート（Ｘ線レンズ）２０４を備えている。検査対象の材料の選択、したがって検出対象の材料からの蛍光Ｘ線の波長の選択は、ｄ１（ゾーンプレート２０４と検出器２０２間の距離）とｄ２（試料２０１とゾーンプレート２０４の間の距離）で調整される。例えばゾーンプレート２０４の光軸上での位置を調整することで、検出対象の蛍光Ｘ線を変えることができる。この実施例では、ゾーンプレート２０３は、試料２０１の手前（例えば３０ｎｍの分解能）に焦点を結ぶ。検出器２０２で検出される蛍光Ｘ線の強度は、該蛍光Ｘ線発生量の経路に関する積算値に対応する。試料２０１をｙ軸を中心に回転させ、蛍光Ｘ線の強度を測定することで、蛍光Ｘ線の発生率（発生量）のｘ−ｙ面の２次元像が導出される。なお、試料２０１の回転角は３６０度に限定されるものでなく、３６０度よりも小さな角度であってもよいことは勿論である。試料２０１を例えばｚ軸（光軸）方向に移動することで、３次元ＣＴ像が得られる。
【００５７】
なお、図５において、Ｘ線源２００のかわりに電子ビームを用いてもよい。この場合、電磁レンズ（図５の２０３に対応）等で試料２０１の手前に焦点を結ぶ。
【００５８】
また、図５では、Ｘ線源２００と検出器２０２に対して試料２０１を回転移動させる例を示したが、Ｘ線源２００と検出器２０２を試料２０１に対して走査する構成としてもよいことは勿論である。
【００５９】
図６は、図５に示した蛍光Ｘ線ＣＴ顕微鏡の変形例を示す図である。図６を参照すると、この変形例では、図５のゾーンプレート（Ｘ線レンズ）２０４と検出器２０２の間にピンホール２０５を備えている。ピンホール２０５を通過した蛍光Ｘ線（波長選択された蛍光Ｘ線）の投影像が、検出器２０２に形成される。図５の構成では、ゾーンプレート２０４の光軸上での位置を調整して検出器２０２で検出される蛍光Ｘ線を選択していたが、図６の構成では、ピンホール２０５の光軸上での位置を調整することで、検出器２０２で検出される蛍光Ｘ線を選択している。なお、図５、図６の構成において、検出器２０２は、好ましくは、複数のＸ線受光器を備えたエリア検出器が用いられる。
【００６０】
図７は、本発明のさらに別の実施例の構成を示している。図７を参照すると、ゾーンプレート（Ｘ線レンズ）２０３と２０４は、互いの焦点位置が一致する共焦点光学系を構成する。共焦点光学系は、焦点のスポット径以外の光（背景光）を遮断する。すなわち、図７の「共焦点」の位置のピンホール２０５は、図７の焦点以外からのＸ線を遮断し、高解像度を実現する。検査対象の材料の選択（検出対象の蛍光Ｘ線の波長選択）は、ｄ１（ゾーンプレート２０４とスリット２０５間の距離）とｄ２（試料２０１とゾーンプレート２０４の間の距離）で調整される。
【００６１】
図７に示した共焦点光学系の構成の場合、試料２０１におけるＸ線照射スポット（図７の「焦点」で示す位置）の蛍光Ｘ線発生量が、検出器２０２’で検出される。すなわち、検出器２０２’で検出される蛍光Ｘ線の強度は、図５及び図６の場合のような、蛍光Ｘ線発生量の経路に関する積算値ではなく、Ｘ線照射スポット（焦点）での蛍光Ｘ線発生量と一対一対応している。したがって、Ｘ線照射スポットを走査し、共焦点での蛍光Ｘ線を検出器２０２’で検出することで、走査位置に対応した蛍光Ｘ線発生量の２次元、３次元の分布像（あるいは元素の濃度分布）を、直接的に得ることができる。すなわち、図５及び図６の場合のように、蛍光Ｘ線発生量の経路に関する積算値から、各スポットでの蛍光Ｘ線発生率（量）の分布を算出する計算処理は不要とされる。
【００６２】
なお、試料２０１は、ｙ軸を中心に回転させるか、あるいは、ｘ軸、ｙ軸、光軸（ｚ軸）に沿って走査してもよい。また、Ｘ線ビーム側を走査してもよい。あるいは、ポリゴンミラー（不図示）等の偏向器を用いてＸ線ビームを偏向させる構成としてもよい。この場合、Ｘ線源２００と検出器２０２’に対する試料２０１の位置を一定の状態で（すなわち、不図示のステージが位置固定の状態）、Ｘ線ビームの照射スポットを所定の範囲で振り、検出器２０２’で照射スポットに対応した蛍光Ｘ線発生量を検出する。なお、検出器２０２’は、共焦点（ピンホール２０５）の像（又は直近の通過光）を撮像するものであることから、図５、図６で用いられるようなエリア検出器（複数の受光器の集合）でなくてもよい。すなわち、検出器２０２’は１つの受光器（例えばフォトマルチプライヤ）で構成してもよい。
【００６３】
上記した蛍光Ｘ線顕微鏡による像の取得は、例えば試料の一部の微細領域の構造の特定に有効である。すなわち、図１を参照して説明した面照射する第１の実施例と併用することで、検査（解析）の効率化と精度の向上に貢献する。
【００６４】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】従来の検査装置の構成を示す図である。
【図３】Ｘ線ＣＴ装置の構成を示す図である。
【図４】マイクロフォーカス型Ｘ線ＣＴ装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施例の蛍光Ｘ線ＣＴ顕微鏡装置の一構成例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例の蛍光Ｘ線ＣＴ顕微鏡装置の他の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施例の蛍光Ｘ線顕微鏡装置のさらに他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１０１  ＳＥＭ（走査顕微鏡）
２、１０２  電子銃
３、１０３  試料（ＤＵＴ）
４、１０４  ステージ
５、１０５  検出器
６、１０６  Ａ／Ｄコンバータ
７、１０７  不良判断部
８、１０８  画像処理部
９、１０９  画像表示部
１０、１１０  蛍光Ｘ線
１３、１１３  電子ビーム
１１１  ゾーンプレート
１１２  イメージング用蛍光Ｘ線
２００  Ｘ線源（電子線源）
２０１  試料
２０２、２０２’  検出器
２０３、２０４  ゾーンプレート
２０５  ピンホール
【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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