(57)【要約】  【課題】  半導体デバイスを製造する一連の工程において、高感度かつ短時間に欠陥を検出する欠陥検査技術を提供する。  【解決手段】  試料面内を複数の検査単位の領域に分割し、前記試料を負に帯電させる工程と、前記試料を負に帯電した後に、電子源から放出された電子線を前記検査単位の領域に照射する工程と、前記電子線の照射により得られる走査型電子顕微鏡画像を取得する工程と、前記走査型電子顕微鏡画像に基づいて前記試料の欠陥を検査する工程とを有し、前記試料の検査をする直前に前記電子線を照射して前記試料面を負に帯電させる直前照射の領域７１を、前記検査単位の領域２１より狭くするようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料面内を複数の検査単位の領域に分割し、前記試料を負に帯電させる工程と、前記試料を負に帯電した後に、電子源から放出された電子線を前記検査単位の領域に照射する工程と、前記電子線の照射により得られる走査型電子顕微鏡画像を取得する工程と、前記走査型電子顕微鏡画像に基づいて前記試料の欠陥を検査する工程とを有し、
前記試料の検査をする直前に前記電子線を照射して前記試料面を負に帯電させる直前照射の領域を、前記検査単位の領域より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記試料面内を複数の矩形状の検査単位の領域に分割し、前記直前照射の領域の幅を前記検査単位の矩形状領域の幅より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載の欠陥検査方法において、前記直前照射の領域の幅が、前記検査単位の領域の幅の６割乃至８割であることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記直前照射の領域が、前記検査単位の領域にあって間欠的もしくは島状に複数個配置するようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記試料面に前記電子線をラスタ走査する場合に、前記試料を、前記試料の検査時と同方向もしくは逆方向に移動させながら事前照射するようにしたとを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記試料の検査をする直前に前記電子線を２回照射して、前記試料の検査を行うようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項７】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記検査時に照射する電子線の照射エネルギーが、前記試料面から１次電子より多くの２次電子を発生させる範囲に入るものであり、前記試料をラスタ走査で検査する際に、ラスタ走査と次のラスタ走査との間に前記検査単位の領域の一部に前記電子線を１回以上照射するようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検査方法において、前記試料上の電界を、１００Ｖ/ｍｍ以下の電界となるようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の欠陥検査方法において、前記ラスタ走査間の電子線の照射領域の幅が、前記検査単位の領域の幅の６割〜８割であることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の欠陥検査方法において、前記検査時に生じた前記試料の帯電を、前記検査後に前記電子線を照射して解消するようにしたことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
電子源と、前記電子源から放出された電子線により、偏向手段および対物レンズを通して試料面を照射し走査して走査型電子顕微鏡画像を取得する手段と、前記電子線により前記試料を帯電させる手段と、前記走査型電子顕微鏡画像に基づいて前記試料の欠陥を検査する手段とを具備し、
複数の検査単位の領域に分割された前記試料面にあって、前記試料の検査をする直前に前記帯電手段により前記試料面を負に帯電させる直前照射の領域を、前記検査単位の領域より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、前記試料上の電界を、１００Ｖ/ｍｍ以下とし、前記検査時に照射する電子線の照射エネルギーが、前記試料面から１次電子より多くの２次電子を発生させるようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、前記偏向手段を構成する偏向信号発生器の原始偏向信号を前記検査時よりも小さくすることにより、前記直前照射の領域を、前記検査単位の領域より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、前記偏向手段を構成する偏向信号増幅器の増幅率を前記検査時よりも小さくすることにより、前記直前照射の領域を、前記検査単位の領域より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、前記対物レンズの励磁電流を前記検査時よりも強くすることにより、前記直前照射の領域を、前記検査単位の領域より狭くするようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査技術に係り、特に、半導体デバイス等の試料の欠陥を検査する欠陥検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、成膜とエッチングを繰り返すことにより、製造される。この一連の工程において、孔の非開口、プラグの非導通、配線の短絡と断線などの欠陥が発生する。これらの欠陥は、走査型電子顕微鏡画像を取得することにより、検出できる。このようにして欠陥を検出する方法、すなわち、ウエハ欠陥検査方法の一つとして、ウエハを正または負に帯電させ、欠陥の有無により表面の電位が異なり走査型電子顕微鏡像が変化することを利用したウエハ欠陥検査方法がある。
【０００３】
以下、ウエハの電位の違いを利用した検査方法の概要、ウエハの表面を正に帯電させる検査方法、ウエハの表面を負に帯電させる検査方法（これらについては、特開平１１-１２１５６１号公報の表１に簡潔にまとめられている。）について述べ、その後、検査の直前に電子線を照射することにより検査感度を向上させる方法について述べる（これについては、特開２００５−１７５３３３号公報でも述べられている。）。
【０００４】
走査型電子顕微鏡を利用した検査方法では、電子線をウエハに照射し、ウエハ上で２次電子を発生させ、この２次電子のうちの一部を直接的または間接的に検出し、走査型電子顕微鏡画像を取得する。ここで、ウエハ上で発生した２次電子のうち、一部はウエハに戻り、残りの電子は検出器により検出される。言い換えると、検出される２次電子（以下、検出２次電子と表記する。）は、ウエハ上で発生した２次電子からウエハに戻った２次電子を除いたものとなる。そのため、ウエハの電位が異なると、発生する２次電子の数が同じでも、ウエハに戻る２次電子の数が異なるため、検出２次電子の数が異なる。そして、欠陥のある部分とない部分では、ウエハ表面の電位が異なるので、検出２次電子の数も異なる。この違いを利用して欠陥の有無が判定できる。なお、以下では、検出２次電子が多いことを明るいと表記し、反対に、検出２次電子が少ないことを暗いと表記する。これは、検出２次電子の多少を明暗で表す通常の走査型電子顕微鏡画像の習慣にならったものである。
【０００５】
まず、ウエハ表面を正に帯電させた非開口検査の原理を述べる。図１は、シリコン基板上の絶縁膜の孔の断面図である。ウエハ表面を正に帯電させてこの孔に電子線を照射した場合、正常部の穴底のシリコン基板は導体で帯電しないので、表面と孔底に電位差が生じる。そのため、図１（ａ）に示すように、穴底で発生した２次電子はウエハ表面の正電荷に引き上げられ、多くの２次電子が検出される。つまり、正常部は明るくなる。それに対して、欠陥部の孔底は絶縁体なので穴底も表面も正に帯電する。そのため、図１（ｂ）に示すように、孔底で発生した２次電子は孔底に戻されてしまう。その結果、欠陥部に電子を照射した場合には、検出される２次電子は少ない。つまり、欠陥部は暗い。このような明るさの違いを利用して、欠陥が検出できる。
【０００６】
次に、ウエハ表面を負に帯電させた非開口検査の原理を説明する。ウエハ表面を負に帯電させた場合、図２（ａ）に示すように、正常部の穴底で発生した２次電子はウエハ表面の負電荷に邪魔されて孔から出難いので、暗くなる。それに対して、欠陥部では、図２（ｂ）に示すように、孔底も表面も負に帯電しており孔底で発生した２次電子は表面の負帯電に邪魔されることなく孔から脱出できるので、明るくなる。このような明るさの違いを利用して、欠陥が検出できる。
【０００７】
ウエハ表面を負に帯電させて検査する際に、検査に用いる電子源で検査の直前に電子線をウエハに照射（以下、直前照射と表記）することにより、より多くの欠陥を検出できる（以下、検査感度向上と表記する）。この理由は、直前照射によりウエハがより強く負帯電するからである。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１-１２１５６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１７５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の直前照射により、検査の感度は上昇するが、直前照射の分だけ検査時間が長くなる。一方、直前照射の際のウエハの移動速度を単純に速くすると、直前照射の時間は短くなるが、検査の感度が上昇しにくいという課題を有する。
【００１０】
そこで、本発明は、半導体デバイス等を製造する一連の工程において、高感度かつ短時間に試料の欠陥を検出する欠陥検査技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、照射エネルギーは、照射する電子（以下では、１次電子と表記する。）より多くの２次電子が発生するように選び、２次電子をウエハから引き離す方向の弱い電界をウエハ表面に印加し、直前照射領域の幅は検査領域の幅より狭くする。ここで、前記電界の強さは、１００Ｖ/ｍｍ以下、特に、５０Ｖ/ｍｍ以下が望ましい。また、直前照射領域の幅は検査領域の幅の６〜８割が、特に望ましい。
【００１２】
このように、電子線を照射するエネルギーとウエハ表面の電界と走査方法を適切に選べば、検査領域の一部に直前照射するだけで検査領域全体を負帯電させることができる。このようにすれば、短時間に検査領域を負帯電させることができ、検査感度を下げることなくウエハの検査に要する時間を短縮できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体デバイス等を製造する一連の工程において、高感度かつ短時間に試料の欠陥を検出する欠陥検査技術を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００１５】
はじめに、本発明を実施するための装置の構成と動作を説明する。次に、本発明の原理を説明する。その後、直前照射と検査に伴うステージの移動方法、直前照射の幅を狭くする方法、ラスタ間照射について、順に述べる。ここで、ステージの移動方法と直前照射の幅を狭くする方法の組み合わせは任意である。最後に、本発明を実施する装置の入力画面について説明する。
【００１６】
図３は、本発明を実施する装置の構成を示す。以下、１次電子と２次電子に分けて述べる。
【００１７】
まず、図３に示す本発明の装置構成のうち、１次電子に関わる部分を説明する。
【００１８】
引き出し電極１０３により電子源１０１から放出された電子線は、アノード電極１０４により加速され、電子源レンズ１０２でその広がりが調整された後、電流制限絞り１０５を通過する。さらに、電子線は、ブランキング装置１０６、非点補正器１０７、偏向器１０８、対物レンズ１０９を通過して、最終的に、電子線はグラウンド電極１１０とウエハ１１の電位差により減速されてウエハ１１に照射される。
【００１９】
この装置では、電子源レンズ１０２の強さを変えることにより電子線の電流を調整することができる。以下では、この理由を説明する。電子線が電流制限絞り１０５を通る際には、電子線の広がりと電流制限絞り１０５の大きさの比に応じて１部の電子だけが電流制限絞り１０５を通過できる。ここで、電子源レンズ１０２の強さを変えると、電子線の広がりが変わり、電子線の広がりと電流制限絞り１０５の大きさの比が変わり、ひいては、電子線の電流も変わる。
【００２０】
偏向器１０８は、電子線の進路を調整するもので、電子線がウエハ１１の面内の所望の位置に照射されるように制御される。電子線の照射位置を面内（つまり、２次元）で制御するので、偏向器１０８は独立した２つの系統からなり、それぞれに独立した偏向信号を印加する。この偏向信号は、図４に示すように、マイクロコンピュータ２０２とデジタル−アナログ変換器２０３からなる原始偏向信号発生器２０１が発生した原始偏向信号を偏向信号増幅器２０４で増幅することにより得られる。
【００２１】
その他の機構について説明する。ブランキング装置１０６は必要に応じて電子線をウエハ１１に当たらなくするものである。非点補正器１０７は電子線の断面形状を調整するものであり、電子線の形状を縦長や横長にすることができる。対物レンズ１０９は電子線を収束させるもので、ウエハ１１の表面で電子線が焦点を結ぶように調整される。
【００２２】
次に、装置構成のうち、２次電子に関わる部分を説明する。ウエハ１１で発生した２次電子の一部はウエハ１１に戻る。そして、残りの２次電子、すなわち、検出２次電子は、グラウンド電極１１０により加速される。ここでウエハ１１に戻る２次電子の量は帯電制御電極１５１の電位により調節される。検出２次電子は、グラウンド電極１１０により加速され、反射板１５２に衝突し、３次電子を発生させる。そして、この３次電子は検出器１５３にいたる。そのため、検出器１５３に到達した３次電子の数を計測することにより、間接的に、検出２次電子の数を計測することができる。最終的に、電子線を照射した位置に応じて、検出２次電子が多い部分を明るく、検出２次電子が少ない部分を暗く表示することにより、走査型電子顕微鏡画像が得られる。
【００２３】
次に、本発明の装置の動作について説明する。
【００２４】
まず、画像の取得とその際の電子線の走査について説明する。この装置では、図５に示すように、ウエハ１１の面内を複数の検査単位２１に分けて検査する。図５では、分かり易さのために、検査単位２１の幅を実際より大きく描いている、実際の検査単位２１の幅は３００μｍ以下である。
【００２５】
そして、各検査単位２１の中では、図６に示すように、電子線は縦方向と横方向に同時に走査される（縦と横は、図の方向に対応している。）。詳細に述べると、電子線は、ラスタの始点３１からラスタの終点３２に向かって走査され、その後、次のラスタの始点３３に走査される。なお、この例では電子線の走査をラスタ走査としているが、図７に示す双方向走査でも本発明の直前照射やラスタ間照射の効果はある。それから、この図の、実線部分は電子線が照射される部分を表し、点線部分は電子線が当たらない部分を示しており、この理由は次の偏向信号とあわせて説明する。
【００２６】
電子線を横方向に走査するための偏向信号とブランキング信号について説明する。図６のラスタの始点３１からラスタの終点３２への電子線照射位置の移動（以下では、ラスタと表記する。）は、偏向器１０８に偏向信号を印加することによりなされる。具体的には、原始偏向信号発生器２０１が発生する原始偏向信号を偏向信号増幅器２０４で増幅して、図８（ａ）に示す原始偏向信号を発生させ、この原始偏向信号を偏向信号増幅器で増幅した偏向信号を偏向器１０８に印加して、図６に示した電子線走査を行う。
【００２７】
ここで、ラスタとラスタの間、つまり、図６のラスタの終点３２から次のラスタの始点３３に電子線を移動させる際に、ウエハ１１の上の予期しない場所に電子線が照射されることがある。これを防ぐために、図８（ｂ）に示すブランキング信号をブランキング装置１０６に印加することにより、ラスタとラスタの間、つまり、ラスタの終点３２から次のラスタの始点３３の部分には、電子線が当たらないようにする。なお、原始偏向信号とブランキング信号は、図８に示すとおりで、これらは同期している。より詳しく述べると、この図において原始偏向信号が下に向かって変化している時間が、図６の点線部分に相当し、この間はブランキング信号が立ち上がり、ブランキング装置１０６が電子線をさえぎっている。
【００２８】
縦方向の走査、つまり、電子線照射位置の縦方向の移動は、広い面積の画像を高速に取得するために、ウエハ１１を移動させることによりなされる。このようにして画像を取得するとウエハ１１の移動方向に細長い領域の画像が得られる。つまり、検査単位２１は細長い領域となる。ここで、縦方向に相当する偏向信号は、ウエハ１１の移動速度の不均一を補正するように制御される。なお、この例では、ウエハ１１を移動させながら画像を取得しているが、通常の走査型電子顕微鏡のように、ウエハ１１を固定して画像を取得してもよい。
【００２９】
本発明の検査方法では、検査以外に、帯電を強化する目的で電子線を照射する（具体的には、後に述べる直前照射とラスタ間照射）。そして、帯電を強化する目的で電子線を照射する際の電子線照射の条件を検査の時のものと異なるものとすると、より効果が上がることも多い。そこで、本発明の装置では、電子線照射の条件、つまり、帯電制御電極１５１の電位、電子線の照射エネルギー、電子線の電流、電子線の形状と大きさを一時的に変更できる。具体的には、ウエハ１１の電位を変えれば照射エネルギーが変わり、電子源レンズ１０２の強さを変えれば電子線の電流が変わり、非点補正器１０７の設定を変えれば電子線の形状が変わり、対物レンズ１０９もしくはその他のレンズの強さを変えれば電子線の大きさが変わる。なお、レンズの強度は、電磁レンズであれば励磁電流変更により、静電レンズであれば印加電圧変更により、変更できる。さらになお、帯電制御電極１５１やウエハ１１の電位は電源で変更できる。
【００３０】
以下では、本発明の原理について説明する。
【００３１】
本発明は、ウエハ１１を検査する際に検査の前に予めウエハ１１に電子線を照射して、ウエハ１１を負に帯電させる方法の一つである。そして、照射エネルギーによりウエハ１１の帯電は大きく異なる。そこで、本発明の原理を説明するに当たり、予め、照射エネルギーと帯電の関係を説明する。ウエハに電子線を照射する場合、ウエハに照射する１次電子の個数とウエハ上で発生する２次電子の個数の比率、つまり、２次電子放出効率は、ウエハの材質と１次電子の照射エネルギーできまり、図９に示すような特性を示す。そして、この２次電子放出効率が１、つまり、１次電子の個数と２次電子の個数が一致する照射エネルギーを境界として、照射エネルギーは３つの照射エネルギー範囲、つまり、照射エネルギー範囲５１、照射エネルギー範囲５２、照射エネルギー範囲５３に区分される。ここで、照射エネルギー範囲５１と照射エネルギー範囲５３では２次電子が１次電子より少なく、容易にウエハは負帯電する。それに対して、照射エネルギー範囲５２では２次電子が１次電子より多い。しかし、この照射エネルギー範囲５２でも２次電子の一部がウエハに戻ればウエハを負帯電させることができる。
【００３２】
１次電子より２次電子が多い照射エネルギー（すなわち、照射エネルギー範囲５２）で電子線を照射する場合、照射の領域や帯電制御電極の電位を調節することにより、電子線を照射した領域の外部も負に帯電させることができる。つまり、検査する領域より狭い範囲に直前照射しても、負帯電検査が可能であり、事前照射の時間を節約できる。ここで、帯電制御電極の電位により生じるウエハの表面近傍の電界によりウエハの帯電は大きく異なる。以下では、ウエハの表面に２次電子を加速する強い電界がある場合（〜１ｋＶ/ｍｍ）、ウエハの表面における２次電子を加速する電界が弱い場合（〜５０Ｖ/ｍｍ）、ウエハ表面に２次電子を減速する電界がある場合に分けて説明した後、本発明における直前照射領域について述べる。
【００３３】
まず、ウエハ上に２次電子を加速する強い電界がある場合、図１０（ａ）に示すようにウエハ１１で発生した２次電子の多くは、加速されるので、ウエハ１１に戻ることはない。そして、１次電子より２次電子が多いので、ウエハ１１は正に帯電してしまう。この時のウエハ１１の表面電位は、図１０（ｂ）に示すように、照射範囲の一端６１と照射範囲の他端６２の間（以下では、図中には照射範囲の一端６１と照射範囲の他端６２を示し、文中では照射範囲６３と表記する）が正になる。
【００３４】
次に、ウエハ上に２次電子を減速する電界がある場合、図１１（１ａ）に示すようにウエハ１１で発生した２次電子の多くはウエハ１１に戻されるので、図１１（１ｂ）に示すように電子線を照射範囲６３が負に帯電する。照射する１次電子が少なければ、２次電子の大部分は照射範囲６３に戻るので、照射範囲６３だけが負帯電する。しかし、照射する１次電子が多い場合、最初は照射範囲６３に２次電子が戻るが、照射範囲６３の負帯電が進むにつれ、図１１（２ａ）に示すように、２次電子は照射範囲６３の周辺の広い領域（長さで表すと照射範囲６３の約３倍の大きさ）に戻るようになり、図１１（２ｂ）に示すように広い範囲を負帯電させることになる。そのため、強い負帯電を作ろうとすると効率が悪くなる。
【００３５】
最後に、ウエハ表面における２次電子を加速する電界が弱い（〜５０Ｖ/ｍｍ）場合を説明する。初めは、図１２（１ａ）と図１２（１ｂ）に示すように照射範囲６３は正に帯電する。これはウエハ１１の上に２次電子を加速する強い電界がある場合と同様である。しかし、照射範囲６３が少し正に帯電すると（２Ｖ程度）、図１２（２ａ）に示すように、照射範囲６３の正電荷により２次電子がウエハ１１に戻るようになる。照射領域６３の内外に電位差がある限り、２次電子はウエハ１１に戻り続ける。そのため、図１２（２ｂ）に示すように２次電子が戻る範囲全体が負帯電する。ここで、図１２（２ｂ）の負帯電の範囲は、図１１（２ｂ）のものより狭い点に注意されたい。つまり、この方法では、狭い範囲（照射範囲の１〜１.５倍）に２次電子が戻るので、ウエハ１１に戻る２次電子が少なくてもウエハ１１を負帯電させることができる。
【００３６】
以上の理由から、１次電子より多くの２次電子が発生する照射エネルギー（照射エネルギー５２）の電子線を用いて、ウエハ１１の表面における２次電子を加速する電界を弱くし（〜１００Ｖ/ｍｍ）、図１３に示すように、検査単位２１を検査する直前に、検査単位２１より狭い直前照射領域７１に電子線を照射すれば、効率よく負帯電が形成でき、直前照射の時間を節約できる。また、図１４に示すように検査単位２１内の直前照射領域７１を間欠的にしても、図１５のように直前照射領域７１を検査単位２１内に島状に配置しても直前照射の時間を節約できる。
【００３７】
上記の直前照射の原理を逆に利用すれば、検査時にウエハ上に生じた帯電を検査後に解消することもできる。電子線を照射してウエハを検査するとウエハに電荷が残留する。この電荷が蓄積すると焦点や検査感度が変化するので、ウエハの広い領域を検査する際に障害が発生することがある。このような場合には、検査後に検査単位に再度電子線を照射することにより、帯電を解消すればよい。以下ではその方法について触れておく。
【００３８】
ウエハを負に帯電させて検査する場合、検査後に検査単位２１より広い範囲に電子線を照射すれば（以下、事後照射と表記する）、残留した負電荷を効率よく解消できる。これは、前記の発明の原理、つまり、検査単位２１より狭い範囲に電子線を照射して効率よく負帯電させることを逆に利用して、検査単位２１より広い範囲に電子線を照射して効率よく正帯電させる方法である、言い換えると、負帯電を解消する方法である。もちろん、ウエハ１１を正に帯電させる検査の後には、検査単位２１の幅より狭い範囲に事後照射して、正帯電を解消することもできる。
【００３９】
前述の原理に基づいて検査単位２１より狭い範囲の直前照射を伴う検査におけるウエハの移動方法について図１６〜１８に示す３つの例を挙げる。これらの図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、時間の順序となっており、分かり易さのために各図の右側にウエハの移動方向が矢印で表示されている。
【００４０】
いずれの場合も、直前照射の時にウエハの移動を速くすれば、直前照射の時間を短縮できる。この際にラスタとラスタの距離が長くなり、ウエハの一部に電子線が照射されないこともある。これを防ぐには、横方向の偏向信号の周波数を上げてもよいし、直前照射のときに電子線を細長くしたり太くしたりすればよい。より具体的には、マイクロコンピュータ２０２が発生させるデジタル信号をプログラムで調整して、図１９（ｂ）に示すように原始偏向信号の周波数をあげれば、偏向信号の周波数も上げることができる（図１９（ａ）は分かり易さのために、検査時の原始偏向信号を示したもので、図８の（ａ）と（ｂ）をあわせたものである。）。また、非点補正器１０７により電子線を細長くすることができ、対物レンズ１０９の強さを変えて電子線を太くすることが出来る。
【００４１】
第１に、検査時と同方向にウエハを移動させながら事前照射する方法について、図１６を用いて説明する。初めに（ａ）に示すように直前照射領域７１に電子線を照射し、次に（ｂ）に示すようにウエハを逆方向に移動し元の位置に戻す。そして、最後に（ｃ）に示すように初めと同じ方向にステージを移動させながら検査単位２１を検査する。この方法では、ステージを元の位置に戻す時間（（ｂ）の過程）が生じる。しかし、検査と逆方向に直前照射する場合（次に説明する）には直前照射と検査の間の時間はウエハの場所によって大きく異なるのに対し、この方法では直前照射と検査の間の時間は比較的均一である。
【００４２】
第２に、検査時と逆方向にウエハを移動させながら事前照射する方法について、図１７を用いて説明する。初めに（ａ）に示すように直前照射領域７１に電子線を照射し、次に（ｂ）に示すようにウエハを逆方向に移動しながら検査単位２１を検査する。この方法では、直前照射と検査の間にウエハを元に戻す必要がないので、直前照射と検査の間の時間が短くなり、検査感度が向上する。この図に示すウエハ移動方法では、検査後に次の検査単位の端まで移動させる時間が必要（図１７の（ｃ）の過程）である。しかし、この時間を事後照射に使えば時間を無駄にすることはない。
【００４３】
図１７に示すウエハ移動方法で、事後照射をしない場合、前記の検査後に次の検査単位の端まで移動させる時間が無駄になる。これを防ぐウエハ移動方法について、図２０を用いて説明する。この図も図１６〜１８と同様に時間の順序に（ａ）〜（ｃ）が並んでいる。（ａ）に示すように直前照射領域７１内の直前照射を行い、（ｂ）に示すように検査単位２１内の検査を行ったのち、直前照射または検査時のウエハ移動方向に対して垂直な方向にウエハを移動させて、（ｃ）に示すように、次の検査単位２２内の次の直前照射領域７２に直前照射するようにする。この後に、次の検査単位２２の検査をする。このようにすれば、検査単位２１の検査と次の検査単位２２の検査の間の無駄な時間が消失する。
【００４４】
第３に２回の直前照射の後に検査する方法について、図１８を用いて説明する。初めに（ａ）に示すように、検査と同方向にウエハを移動させながら直前照射領域７１に１回目の直前照射をする。次に（ｂ）に示すように、ウエハの移動方向を反転させて検査と逆方向にウエハを移動させながら、直前照射領域７１の２回目の直前照射をする。そののち（ｃ）に示すように、ウエハの移動方向を再び反転して検査単位２１を検査する。この方法では２回の直前照射を行うので、検査の感度は非常に高くなる。
【００４５】
直前照射領域の幅を狭くする方法を３つ挙げる。第１の方法は原始偏向信号を小さくすることで、第２の方法は偏向信号増幅器の増幅率を小さくすることで、第３の方法は対物レンズを強くすることである。以下に詳細を示す。
【００４６】
直前照射の範囲を狭くする第１の方法では、偏向信号発生器が発生する原始偏向信号を小さくする。この方法では、原始偏向信号発生器２０１の信号を小さくするのに応じて、偏向信号増幅器２０４の出力も小さくなり、偏向器１０８にかかる電圧も小さくなり、偏向幅が小さくなる。従って、直前照射領域７１の幅を狭くすることができる。なお、この例の装置では、原始偏向信号発生器２０１をマイクロコンピュータ２０２とデジタル−アナログ変換機２０３で構成しているので、マイクロコンピュータ２０２の発生させるデジタル信号をプログラムで変更すれば、原始偏向信号を容易に変更できる。さらに、原始偏向信号の出力を小さくするとともに、その周波数を上げることも容易である。この結果として、直前照射の時間を短縮し、直前照射時のウエハ移動速度を上げることができる。
【００４７】
直前照射領域を狭くする第２の方法では、偏向信号増幅器の増幅率を小さくする。この方法では、原始偏向信号発生器２０１の出力信号、すなわち、原始偏向信号は変わらず、偏向信号増幅器２０４の出力だけが小さくなる。その結果、直前照射領域７１の幅は狭くなる。この場合、直前照射時の偏向信号の周波数は変わらない。そのため、直前照射時のウエハ移動速度を上げるとラスタとラスタの間隔が広がり、直前照射領域７１の一部に電子が当たらない可能性がある。この対策としては、対物レンズ１０９や非点補正器１０７を用いて、直前照射時の電子線の形状を太くしたり、細長くしたりすればよい。
【００４８】
直前照射の範囲を狭くする第３の方法では、偏向信号発生器や偏向信号増幅器を調節するのではなく、対物レンズの励磁電流を強くする。より具体的には、対物レンズ１０９の励磁電流を大きくすると、偏向器１０８にかかる偏向信号は変わらないが対物レンズ１０９の磁場が強くなるので、偏向幅は小さくなり、直前照射領域７１の幅は狭くなる。この場合においても、ラスタの間隔が広がる可能性があり、その対策として、電子線の形状を太くしたり、細長くしたりする方法が有効である。
【００４９】
次に、直前照射領域を間欠または島状にする方法を述べる。
【００５０】
ここで、図１４と図１５に示した方法、つまり、直前照射領域を間歇的または島状にする方法を述べる。このような直前照射のためには、ウエハ移動方向の偏向信号をウエハ移動より遅くすればよい。図２１を用いて、このような移動を説明する。
【００５１】
この図２１の（１ａ）〜（１ｄ）は、図１４または図１５に示す検査単位２１の断面図である。そして、これらは時間の順序に並んでおり、ウエハは右から左に移動している。ここで、（１ａ）から（１ｂ）、（１ｂ）から（１ｃ）の間では時間が経過（１ｍｓ以上）しているが、（１ｃ）から（１ｄ）への時間は一瞬（１０μｓ以下）である。初めは（１ａ）に示すように直前照射領域７１の左端に電子線が照射される。ここで、ウエハ１１も電子線照位置も左に移動するが、ウエハ１１の移動のほうが速いので、（１ｂ）に示すように電子線照射位置は直前照射領域７１の中央となり、最終的には（１ｃ）に示すように前照射領域７１の右端となる。その直後に、（１ｄ）に示すように電子線照射位置を次の直前照射領域７２の左端にする。次の直前照射領域７２の領域への電子線照射も同様で、電子線照射位置ははじめ左端で徐々に右に移動して最終的には右端となる。そして、右端に照射した直後に次の照射領域の右端に照射する。これを繰り返すことにより図１４に示した間欠的な直前照射ができる。さらに、直前照射領域を狭くする第１〜３の方法と組み合わせることにより、図１５に示したような島状の直前照射することができる。なお、この方法ではウエハ移動方向の走査信号の波形は図２１（２）に示すようになる。
【００５２】
本発明の検査方法、すなわち、直前照射を伴う欠陥検査の場合、直前照射から検査までの時間を短くすれば、直前照射による負帯電の消失が防止でき、より強い負帯電状態で検査ができより多くの欠陥を検出できる（以下、高感度と記述する。）。そのため、図２２に示すように、検査単位２１をより細かくし各検査単位に対して順に事前照射と検査を繰り返すほう高感度である。このように、ウエハ１１上の面を複数の方向（この場合、縦と横）に分割する検査単位２１を用いれば、図５に示すような単にウエハ１１の面を短冊状に分割した検査単位２１より、事前照射から検査までの時間が短縮でき、ウエハ１１の帯電の消失が速くても直前照射を伴う検査が可能となる。なお、図５の場合と同様に分かり易さのために、検査単位２１の横幅は、実際の寸法より大きく描いており、実際の検査単位２１の横幅は、３００μｍ以下である。
【００５３】
次に、ラスタ間照射について説明する。
【００５４】
ここでは、ラスタ走査で検査する場合にラスタとラスタの間に電子線を照射する方法（以下では、ラスタ間照射と表記する。）について２つの例を挙げる。図６に示すように、ラスタ走査では、各ラスタの走査が終わると電子線照射位置がラスタの終点３２から次のラスタの始点３３へ移動する。通常、この間の電子線は、図８（ｂ）に示すブランキング信号によりさえぎられる。この時の偏向信号とブランキング信号をまとめて、図２３（ａ）に示した。実線は偏向信号で、点線はブランキング信号である。ここで、図２３（ａ）のブランキングの間の電子線を使って検査領域より狭い範囲に電子線を照射すれば、ウエハ１１の移動の反転とそれにともなうウエハ１１の加速・減速の過程を節約できるので、直前照射と検査の時間を大幅に節約できる。
【００５５】
ブランキング信号を、図２３（ｂ）に示すようにすれば、図２９に示すようにラスタとラスタの間に検査単位２１の一部に電子線を照射することができる。各ラスタ間に電子線が照射されるのは、ラスタ間照射の一端３４からラスタ間照射の他端３５の間である。また、偏向信号とブランキング信号を、図２３（ｃ）に示すようにすれば、図３０に示すようにラスタ間照射の一端３４から他端３５の間に電子線３度照射することもできる。このような照射では、直前に３度照射するのでより強い負帯電を形成できる。
【００５６】
図２３（ｂ）、（ｃ）のどちらの場合のラスタ間照射も、図３１に示すように、検査単位２１の一部であるラスタ間照射領域８１により多くの電子線が照射されるので、図１３に示す直前照射と同じ効果が得られる。つまり、ラスタ間照射により、効率よく負帯電が形成でき、検査時間が短縮できる。
【００５７】
なお、ラスタ間照射と検査は、ほぼ同時なので、厳密に事前になっている必要はなく、既に検査したラスタに照射してもほぼ同様の結果が得られる。２次電子が戻る領域はラスタ間照射の範囲より大きく、ラスタの間隔は２次電子が戻る領域や事前照射の範囲より遥かに小さいためである。なお、直前照射の場合と同様に、ラスタ間照射の幅を狭くすることにより、効率よく負帯電を形成することができる。
【００５８】
ここまで述べた事前照射またはラスタ間照射を実施する装置の入力方法について、図２４〜２７を用いて説明する。
【００５９】
以下の例では、入力範囲の推奨範囲を示しているものがある。これらの推奨範囲の表示は全て、推奨範囲しか入力できない、推奨範囲外の値が入力されると警告を発生させる、推奨範囲外の値が入力されるとエラーを発生させて使用者の指示を拒否する、といった方法で代替できる。例えば、図２５では直前照射領域の幅の推奨範囲３０１を示しているが、前記の代替方法が可能である。さらに、直前照射時のウエハ移動速度の推奨範囲３０２、直前照射領域の長さの推奨範囲３０３、直前照射しない長さの推奨範囲３０４、ラスタ間照射の幅の推奨範囲３０５のついても同様である。なお、ここで推奨範囲を示しているのは、本発明を実施する場合には、直前照射領域７１の幅や長さなどを適切な値に設定することが重要だからである。
【００６０】
図２４は、直前照射とラスタ間照射を指定する画面で、これら２つを同時に選ぶことはありえないので、どちらもしない、事前照射、ラスタ間照射の３つのうちどれか一つを選択する。
【００６１】
図２５は、直前照射の条件を指定する画面であり、直前照射の方向と幅を入力する。直前照射の方向は、同方向（図１６）、逆方向（図１７）、２回事前照射（図１８）から１つだけを選択することができる。直前照射の幅は、図２５に示すようなスライダにより入力する。これは、図１３に示す直前照射領域７１の幅（ｄ）に相当するものである。使用者にとっては、寸法のほかに検査単位２１の幅（ｗ）に対する倍率のほうが分かり易いことも多いので、両者が併記されている。ここで、直前照射領域７１の幅の推奨範囲３０１は、検査単位２１の幅の６割〜８割であり、その範囲が表示されている。これは、検査単位２１の幅より広い範囲に直前照射しても効率的な負帯電は期待できないからである。また、直前照射領域２１の幅が狭すぎると、直前照射領域７１内外の電位が大きく異なるため、検査の障害となるからである。以上の理由から、直前照射領域７１の最適な幅は検査単位２１の幅の６割〜８割となることが多い。
【００６２】
直前照射のウエハの移動速度は、図２５に示すようなスライダにより入力する。使用者にとっては、実際のウエハ移動速度ではなく、検査時のウエハ移動速度に対する倍率の方がわかりやすいことも多い。そこで、両者が併記されている。ここで、直前照射の時間を短くするためには、直前照射時のウエハ１１の移動速度が検査時のウエハ１１の移動速度と同じかそれより速いことが望ましい。そこで、直前照射のウエハ１１の移動の推奨範囲３０１は検査時のウエハ１１の移動速度より大きい範囲で、この範囲が表示されている。
【００６３】
間欠（図１４）または島状（図１５）に事前照射する際の事前照射する長さ（ｌ）と事前照射しない長さ（ｔ）は、図２６に示すようなスライダにより入力する。使用者にとっては、両者の長さではなく、検査単位２１の幅（ｗ）に対する倍率のほうがわかりやすいことも多い。そこで、これらが併記されている。ここでも、直前照射の長さの推奨範囲３０３と直前照射の推奨範囲３０４が示されている。それぞれについて説明すると、直前照射領域７１の長さの推奨範囲３０３は、検査単位２１の幅の６割〜８割であり、この理由は効率よく負帯電させるためである。また、直前照射しない長さの推奨範囲３０４は、直前照射領域７１の長さの半分以下である。これは、直前照射しない長さが長すぎると帯電の足りない部分が生じ、検査の障害となるからである。なお、検査単位より狭い直前照射（図１３）、間欠的な直前照射（図１４）、島状の直前照射（図１５）の区別は、図２５の直前照射領域の幅（ｄ）の入力により可能なので、これらを区別するための専用の入力はない。具体的には、図２６の直前照射しない長さをゼロに設定すれば、図１３の検査単位より狭い直前照射となる。また、図２５の直前照射の幅を検査単位の幅と一致させ、直前照射しない長さをゼロより大きく設定すれば、図１４に示す間欠的な直前照射となる。さらに、図２５の直前照射の幅を検査単位の幅より狭くし、直前照射しない長さをゼロより大きく設定すれば、図１５に示す島状の直前照射となる。
【００６４】
以上で、直前照射の入力方法の説明を終わり、以下ではラスタ間照射の入力方法について述べる。図２７に示すように、ラスタ間に１回照射するか３回照射するかのどちらかを選択し、ラスタ間照射の幅（ｒ）とステージ移動速度を入力する。事前照射の時と同様に、ラスタ間照射の幅を入力するスライダには寸法と検査幅に対する倍率が併記されている。事前照射の領域と同様に、このラスタ間照射の幅の推奨範囲３０５は、６〜８割である。
【００６５】
ここでは、自動最適化機能について説明する。ここまでで説明した直前照射またはラスタ間照射を伴う検査では、直前照射領域７１の幅、直前照射の際のウエハ１１の移動速度、ラスタ間照射の幅の最適化が重要となる。そこで、多数の直前照射領域７１の幅、直前照射の際のウエハ１１の移動速度、ラスタ間照射の幅で画像を取得し、各画像について、コントラストから明るさ斑を減算または除算した値を評価し、これが最大となる直前照射領域７１またはラスタ間照射の幅、直前照射のステージ速度の組み合わせを自動的に選ぶようになっている。ここで、コントラストとは正常部と欠陥部の明るさの違いであり、明るさ斑とは直前照射やラスタ間照射した部分としなかった部分の明るさの違いをいう。
【００６６】
最適化が重要なのは、直前照射やラスタ間照射が強すぎると、直前照射またはラスタ間照射した部分としなかった部分の明るさが大きく異なり、欠陥検出を阻害するからである。逆に、直前照射が弱すぎると、コントラストが低く、欠陥が検出しにくいからである。例えば、直前照射領域７１の幅を変える場合、直前照射領域７１の幅を狭くするほど、直前照射の効果は大きい。この関係、つまり、直前照射領域７１の幅とコントラスト、明るさ斑の関係を図２８に示す。この図に示すように、直前照射領域７１の幅には最適値がある。直前照射領域７１の幅をこの最適値より狭くすると、コントラストが増加するが、明るさ斑も増加し、明るさ斑と欠陥が区別できなくなり、欠陥の検出が困難となる。一方、直前照射領域７１の幅を最適値より広くすると、明るさ斑は減少するが、コントラストも減少し、この場合も欠陥の検出が困難となる。
【００６７】
以上のように、直前照射領域７１の幅、直前照射の際のウエハ１１の移動速度、ラスタ間照射の幅の最適化が重要なので、本実施例の装置はこれらの自動最適化の機能を有している。
【００６８】
以上詳述したように、本発明によれば、直前照射の領域を検査単位より狭くすることにより、効率よくウエハを負帯電させることができる。その結果、直前照射の時間を節約でき、ひいては、検査の時間を短縮することになる。さらに、直前照射領域の推奨範囲を示すことにより、本装置の使用者は、短時間に最適な直前照射条件を見つけることができる。さらに、コントラストと明るさ斑に基づいて、直前照射条件の良し悪しを評価することにより、直前照射条件の自動最適化が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、特に、半導体デバイスを製造する産業において有用性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】正帯電検査の原理を説明する図。
【図２】負帯電検査の原理を説明する図。
【図３】本発明を実施する装置の構成の一例を説明する図。
【図４】偏向信号発生の方法を説明する図。
【図５】ウエハと検査単位を説明する図。
【図６】検査単位内の走査（ラスタ走査）を説明する図。
【図７】検査単位内の走査（双方向走査を説明する図）。
【図８】原始偏向信号とブランキング信号を説明する図。
【図９】照射エネルギーと２次電子放出効率の関係を説明する図。
【図１０】２次電子を加速する電界が強いときの２次電子軌道とウエハ表面電位を説明する図。
【図１１】２次電子を減速する電界があるときの２次電子軌道とウエハ表面電位を説明する図。
【図１２】２次電子を加速する電界が弱いときの２次電子軌道とウエハ表面電位を説明する図。
【図１３】検査単位より狭い直前照射領域を説明する図。
【図１４】間欠的な直前照射領域を説明する図。
【図１５】島状の直前照射領域を説明する図。
【図１６】検査と同方向の直前照射を説明する図。
【図１７】検査と逆方向の直前照射を説明する図。
【図１８】２回の直前照射を説明する図。
【図１９】検査時と直前照射時の原始偏向信号を示す図。
【図２０】検査と逆方向の効率的な直前照射を説明する図。
【図２１】間欠・島状照射時のウエハ移動と偏向信号を説明する図。
【図２２】細かい検査単位を説明する図。
【図２３】ラスタ間照射の偏向信号とブランキング信号を示す図。
【図２４】直前照射・ラスタ間照射の選択画面を示す図。
【図２５】直前照射方法の入力画面を示す図。
【図２６】間欠・島状の直前照射の入力画面を示す図。
【図２７】ラスタ間照射の入力画面を示す図。
【図２８】コントラストと明るさ斑の関係を説明する図。
【図２９】検査単位内の走査（ラスタ間照射１回）を説明する図。
【図３０】検査単位内の走査（ラスタ間照射３回）を説明する図。
【図３１】検査単位より狭いラスタ間照射領域を説明する図。
【符号の説明】
【００７１】
１１・・・ウエハ、２１・・・検査単位、２２・・・次の検査単位、３１・・・ラスタの始点、３２・・・ラスタの終点、３３・・・次のラスタの始点、３４・・・ラスタ間照射の一端、３５・・・ラスタ間照射の他端、５１・・・照射エネルギー範囲１、５２・・・照射エネルギー範囲２、５３・・・照射エネルギー範囲３、６１・・・照射範囲の一端、６２・・・照射範囲の他端、７１・・・直前照射領域、７２・・・次の直前照射領域、８１・・・ラスタ間照射領域、１０１・・・電子源、１０２・・・電子源レンズ、１０３・・・引き出し電極、１０４・・・アノード電極、１０５・・・電流制限絞り、１０６・・・ブランキング装置、１０７・・・非点補正器、１０８・・・偏向器、１０９・・・対物レンズ、１１０・・・グラウンド電極、１５１・・・帯電制御電極、１５２・・・反射板、１５３・・・検出器、２０１・・・原始偏向信号発生器、２０２・・・マイクロコンピュータ、２０３・・・デジタル-アナログ変換器、２０４・・・偏向信号増幅器、３０１・・・直前照射領域の幅の推奨範囲、３０２・・・直前照射時のウエハ移動速度の推奨範囲、３０３・・・直前照射領域の長さの推奨範囲、３０４・・・直前照射しない長さの推奨範囲、３０５・・・ラスタ間照射の幅の推奨範囲。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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