(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を発生させる電子源と、前記電子源で発生した前記一次電子線を集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、該試料台を含む試料室に前記試料を搬送する搬送手段と、上記集束した一次電子線を前記試料上で走査させる一次電子線走査手段と、前記試料から二次的に発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第１の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された領域の画像を前記試料上の第２の領域の画像と比較する比較手段と、該比較手段における比較結果から前記試料上の欠陥を抽出する欠陥抽出手段とを備え、前記試料を検査する電子線を用いた外観検査装置において、
前記画像を構成する画素の電子線走査方向のピッチであるディジタルスキャンの画素ピッチを０.１μｍから０.２μｍに決定する画素ピッチ決定手段を有し、前記画素ピッチ決定手段により決定された画素ピッチに基づいて前記検査する速度を検出周期が１０ｎｓから５ｎｓに決定する検査速度決定手段と、前記試料上に照射する前記一次電子線の一次電子線量を決定する一次電子線量決定手段とを有し、前記検査速度と前記一次電子線量のいずれか一方を決定すると、他方がその結果に応じて自動調整されるとともに、前記検出器による前記二次荷電粒子の検出周期を変化させる検出周期可変手段を有し、前記検査速度決定手段により決定された検査速度を高速化すると、前記ディジタルスキャンの画素ピッチに連動して前記検出器の検出周期が高速化するように、前記検出周期可変手段により前記検出器の検出周期を変化させることを特徴とする電子線を用いた外観検査装置。
【請求項２】
一次電子線を発生させる電子源と、前記電子源で発生した前記一次電子線を集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、該試料台を含む試料室に前記試料を搬送する搬送手段と、上記集束した一次電子線を前記試料上で走査させる一次電子線走査手段と、前記試料から二次的に発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第１の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された領域の画像を前記試料上の第２の領域の画像と比較する比較手段と、該比較手段における比較結果から前記試料上の欠陥を抽出する欠陥抽出手段とを備え、前記試料を検査する電子線を用いた外観検査装置において、
前記画像を構成する画素の電子線送り方向の周期であるライン周期を決定するライン周期決定手段を有し、
該ライン周期決定手段で決定されるライン周期は、前記一次電子線走査手段により走査し検査するラインを含む領域に対して、走査前に前記試料に電荷を付加してチャージアップさせるプリチャージ手段により付加される電荷量に基づいて決定されるものであり、前記ライン周期決定手段により決定されたライン周期に基づいて前記検査する速度を決定する検査速度決定手段と、
前記試料上に照射する前記一次電子線の一次電子線量を決定する一次電子線量決定手段とを有し、前記検査速度と前記一次電子線量のいずれか一方を決定すると、他方がその結果に応じて自動調整されるとともに、前記検出器による前記二次荷電粒子の検出周期を変化させる検出周期可変手段を有し、前記検査速度決定手段により決定された検査速度を高速化すると、前記検出器の検出周期が高速化するように、前記検出周期可変手段により前記検出器の検出周期を変化させることを特徴とする電子線を用いた外観検査装置。
【請求項３】
一次電子線を発生させる電子源と、前記電子源で発生した前記一次電子線を集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、該試料台を含む試料室に前記試料を搬送する搬送手段と、上記集束した一次電子線を前記試料上で走査させる一次電子線走査手段と、前記試料から二次的に発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器からの信号に基づいて前記試料上の第１の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された領域の画像を前記試料上の第２の領域の画像と比較する比較手段と、該比較手段における比較結果から前記試料上の欠陥を抽出する欠陥抽出手段とを備え、前記試料を検査する電子線を用いた外観検査装置において、
前記画像を構成する画素の電子線送り方向の周期であるライン周期を決定するライン周期決定手段を有するとともに、該ライン周期決定手段で決定されるライン周期は、前記一次電子線走査手段により走査し検査するラインを含む領域に対して、走査前に前記試料に電荷を付加してチャージアップさせるプリチャージ手段により付加される電荷量に基づいて決定されるものであり、前記ライン周期決定手段により決定されたライン周期に基づいて前記検査する速度を決定する検査速度決定手段と、前記試料上に照射する前記一次電子線の一次電子線量を決定する一次電子線量決定手段とを有し、前記検査速度と前記一次電子線量のいずれか一方を決定すると、他方がその結果に応じて自動調整されることを特徴とする電子線を用いた外観検査装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記プリチャージ手段による電荷の付加が前記一次電子線走査手段による前記一次電子線の走査によりなされることを特徴とする電子線を用いた外観検査装置。
【請求項５】
一次電子線を試料へ照射して発生する二次荷電粒子を検出し、検出された信号に基づいて生成された画像を用いて試料上の欠陥を抽出し試料を検査する電子線を用いた外観検査装置において、
前記画像を構成する画素の電子線送り方向の周期であるライン周期を決定するライン周期決定手段を有し、
該ライン周期決定手段で決定されるライン周期は、前記一次電子線走査手段により走査し検査するラインを含む領域に対して、走査前に前記試料に電荷を付加してチャージアップさせるプリチャージ手段により付加される電荷量に基づいて決定されるものであり、前記ライン周期決定手段により決定されたライン周期に基づいて検査速度を決定する検査速度決定手段と、前記試料上に照射する一次電子線量を決定する手段とを備え、前記検査速度と前記一次電子線量のいずれか一方を決定すると、他方がその結果に応じて自動調整されるとともに、前記検出器による前記二次荷電粒子の検出周期を変化させる検出周期可変手段を有し、前記検査速度決定手段により決定された検査速度を高速化すると、前記検出器の検出周期が高速化するように、前記検出周期可変手段により前記検出器の検出周期を変化させることを特徴とする電子線を用いた外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なパターンを有する半導体装置，基板，ホトマスク（露光マスク），液晶等を検査する電子線を用いた外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等に使用されるメモリやマイクロコンピュータなどの半導体装置は、ホトマスクに形成された回路等のパターンを、露光処理，リソグラフィー処理，エッチング処理等により転写する工程を繰り返すことによって製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理，エッチング処理，その他の処理の結果の良否，異物発生等の欠陥の存在は、半導体装置の製造歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、異常発生や不良発生を、早期に、あるいは、事前に検知するために、各製造工程の終了時に半導体ウエハ上のパターンの検査が実施されている。
【０００３】
この半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法の一例として、半導体ウエハに光を照射して得られる光学画像を用いてパターンを比較する光学式外観検査装置が実用化されている。光学画像を用いた検査方法の例として、特開平３−１６７４５６号公報に記載されているように、基板上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計特性とを比較することにより欠陥を検出する方法や、特公平６−５８２２０号公報に記載されているように、画像取得時の画像劣化をモニタし、それを画像検出時に補正することにより安定した光学画像で比較検査を行う方法がある。
【０００４】
このように、光学画像を用いた欠陥検査方法または装置は既に実用化されているが、以下のような問題点があった。すなわち、製造過程における半導体ウエハの検査の場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパターンの検査の場合の異物や欠陥は検出することができない。また、光学系の分解能により検出限界以下となるエッチング残りや微小導通穴の非開口不良等は検出することができない。また、配線パターンの段差の底部に発生した欠陥も検出できない。
【０００５】
上述のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化，材料の多様化に伴い、光学画像ではこのような欠陥の検出が困難であるため、光学画像よりも分解能の高い電子線画像を用いて、パターンを検査する方法および装置が実用化されてきている。
【０００６】
例えば、日本特許公開昭５９−１９２９４３号公報、日本特許公開平５−２５８７０３号公報、文献Sandland, et al., “An electron-beam inspection system for x-ray mask production”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3005-3009 (1991)、文献Meisburger, et al.,“Requirements and performance of an electron-beam column designed for x-ray mask inspection”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3010-3014 (1991)、文献Meisburger, et al.,“Low-voltage electron-optical system for the high-speed inspection of integrated circuits”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.10,No.6, pp.2804-2808 (1992)、文献Hendricks, et al.,“Characterization of aNew Automated Electron-Beam Wafer Inspection System”, SPIE Vol. 2439, pp.174-183 (20-22 February, 1995）等に記載された技術が知られている。
【０００７】
ウエハの口径増大と回路パターンの微細化に追随して高スループット且つ高精度な検査を行うためには、非常に高速に、高ＳＮな画像を取得する必要が有る。そのため、通常の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy、以下、
ＳＥＭという）の１００倍以上（具体的には１０ｎＡ以上）の大電流ビームを用いて照射される電子数を確保し、高ＳＮ比を保持している。さらに、基板から発生する二次電子，反射電子の高速、且つ高効率な検出が必須である。
【０００８】
また、レジスト等の絶縁膜を伴った半導体基板が帯電の影響を受けないように２ｋｅＶ以下の低加速電子線を照射している。この技術については、日本学術振興会第１３２委員会編「電子・イオンビームハンドブック（第２版）」（日刊工業新聞社、１９８６年）６２２頁から６２３頁に記載がある。しかし、大電流で、かつ低加速の電子線では空間電荷効果による収差が生じ、高分解能な観察が困難であった。
【０００９】
この問題を解決する方法として、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する手法が知られている。例えば、日本特許公開平２−１４２０４５号公報，日本特許公開平６−１３９９８５号公報に記載された技術がある。
【００１０】
以上のようなＳＥＭを利用した検査装置においては、光学式にはない次のような問題がある。
【００１１】
一つはＳＥＭ式の場合、電子ビームを長時間ウエハに照射することになり、ウエハ表面に汚れ（コンタミネーション）が蓄積することが挙げられる。これにより、次工程の膜形成やエッチングなどの表面処理が妨げられるおそれがある。さらに同一個所に対して、複数の工程にまたがって荷電粒子ビームを照射すると、照射量の総和としてその部分に過大な量の荷電粒子ビームを照射することとなり、素子機能の破壊につながることが次第に明らかになってきた。
【００１２】
この問題を解決する方法として、例えば、日本特許公開平１０−１４４７４３号公報に開示されているように、ウエハ上の各チップ内を任意の大きさにブロック分けし、そのブロック単位で積分照射量（ドーズ量）を管理する方法がある。
【００１３】
しかしながら、以下の理由でＳＥＭ式検査装置ではさらに綿密な制御・管理が必要となる。
（１）前述した大電流ビームを用いたＳＥＭ式の検査装置では、検査装置単体でその限度量を超えるポテンシャルを有している。
（２）検査したい欠陥の種類によっても電子銃のビーム電流量を調整する要求がある。
（３）ウエハパターンの微細化に伴う欠陥サイズの微小化により、今後は微小な画素サイズでより低速に検査する場合も多々あり、ドーズ量は増加し易い。
（４）（３）とは反対に高スループット化の要求もあり、検査条件が多岐にわたり操作が複雑化しており、単純な操作ミスによっても大電流を同一個所に印加してしまう可能性がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、光学画像では検出困難な欠陥を電子線画像を用いて高精度に検出すると同時に、その際問題となる検査装置単体としてのドーズ量や検査速度管理を簡易的な操作で高精度に実現することができる電子線を用いた外観検査装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施態様は、一次電子線を試料へ照射して発生する二次荷電粒子を検出し、検出された信号に基づいて生成された画像を用いて試料上の欠陥を抽出し試料を検査する電子線を用いた外観検査装置において、検査速度を決定する手段と前記試料上に照射する一次電子線量を決定する手段とを備え、前記検査速度と前記一次電子線量のいずれか一方を決定すると、他方がその結果に応じて自動調整されるものである。
【００１６】
また、前記試料上に照射する面積当りの一次電子線量すなわちドーズ量を決定する手段を有し、前記一次電子線量がドーズ量決定手段により決定されたドーズ量になるように調整されるものである。
【００１７】
また、ドーズ量を入力する手段，検査する欠陥の種類を入力する手段，検査する試料の工程名を入力する手段の少なくとも一つを有し、前記ドーズ量が、ドーズ量入力手段，検査欠陥種類入力手段または工程名入力手段の内、少なくとも一つの入力内容に基づいて決定されるものである。
【００１８】
さらに、検査画像を構成する画素の電子線スキャン方向のピッチである画素ピッチを決定する手段、または前記画素の電子線送り方向のピッチであるラインピッチを決定する手段を有し、前記検査速度が、画素ピッチ決定手段またはラインピッチ決定手段により決定された画素ピッチまたはラインピッチに基づいて決定されるものである。
【００１９】
また、検査画像を構成する画素の電子線スキャン方向の周期である画素周期を決定する手段、または画素の電子線送り方向の周期であるライン周期を決定する手段を有し、前記検査速度が、画素周期決定手段またはライン周期決定手段により決定された画素周期またはライン周期に基づいて決定されるものである。
【００２０】
また、一次電子線を走査する手段により走査し検査するラインを含む領域に対して、走査前に電荷を付加しチャージアップさせるプリチャージ手段を有し、前記ライン周期が、プリチャージ手段により付加される電荷量に基づいて決定されるものである。なお、プリチャージが一次電子線を走査することによりなされてもよい。
【００２１】
また、二次荷電粒子を検出する検出器の検出周期を変化させる手段を有し、検査速度決定手段により決定された検査速度に応じて検出周期を変化させるものである。なお、検出周期が前記画素周期を整数で除した周期に変化させてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１から図２に本発明の第一の実施例を示す。図１は本発明が適用される走査電子顕微鏡を用いた外観検査装置の一例であるＳＥＭ式外観検査装置１の構成を示す縦断面図である。ＳＥＭ式外観検査装置１は、室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に被検査基板９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）とを備えており、この予備室は検査室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、ＳＥＭ式外観検査装置１は上記検査室２と予備室の他に画像処理部５，制御部６，二次電子検出部７から構成されている。
【００２４】
検査室２内は大別して、電子光学系３，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系３は、電子銃１０，電子線１９の引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，ＥｘＢ偏向器１８から構成されている。二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室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。
【００２５】
試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，位置モニタ用測長器３４，被検査基板高さ測定器３５から構成されている。光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学系３の近傍であって、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。
【００２６】
画像処理部５は、第一画像記憶部４６，第二画像記憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。
【００２７】
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には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧，電子線偏向幅，偏向速度，二次電子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、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。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、被検査基板高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果により補正信号を生成し、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源４５や走査信号発生器４４に補正信号を送る。
【００２８】
被検査基板９の画像を取得するためには、細く絞った電子線１９を該被検査基板９に照射し、二次電子５１を発生させ、これらを電子線１９の走査およびＸステージ３１，Ｙステージ３２の移動と同期して検出することで該被検査基板９の画像を得る。
【００２９】
上記ＳＥＭ式外観検査装置では検査速度が速いことが必須となる。従って、通常の従来方式のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査および各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にして多数回の走査は行わないようにする必要がある。そこで本実施例では、従来方式のＳＥＭに比べて約１０００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流の電子線を一回のみ走査することにより、画像を形成する構成とした。
【００３０】
電子銃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。この電子銃１０を用いることにより、従来の、例えばタングステン・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線電流を確保することができる。そのため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。また、この電子銃１０により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。電子線１９は、電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで、電子銃１０から引き出される。
【００３１】
電子線１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、電子線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の上のＸステージ３１，Ｙステージ３２の上に搭載された被検査基板９に照射される。被検査基板９は半導体ウエハ，チップあるいは液晶，マスク等の微細回路パターンを有する基板である。ブランキング偏向器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、対物レンズ１６には対物レンズ電源４５が接続されている。
【００３２】
被検査基板９には、高圧電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。この高圧電源３６の電圧を調節することにより、電子線１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査基板９への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。
【００３３】
被検査基板９上に電子線１９を照射することによって発生した二次電子５１は、被検査基板９に印加された負の電圧により加速される。被検査基板９の上方に、電界と磁界の両方によって電子線１９の軌道へは影響を与えずに二次電子の軌道を曲げるためのＥｘＢ偏向器１８が配置され、これにより加速された二次電子５１は所定の方向へ偏向される。ＥｘＢ偏向器１８にかける電界と磁界の強度により、この偏向量を調整することができる。また、この電界と磁界は、被検査基板９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。
【００３４】
ＥｘＢ偏向器１８により偏向された二次電子５１は、所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７は円錐形状をしており、被検査基板９に照射する電子線１９をシールドするシールドパイプの機能も有している。この反射板１７に加速された二次電子５１が衝突すると、反射板１７からは数ｅＶから５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。
【００３５】
二次電子検出部７には、真空排気された検査室２内に二次電子検出器２０が設けられ、検査室２の外にプリアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，光伝送手段２４，電気変換手段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が設けられ、これらによって構成されている。
【００３６】
二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０，プリアンプ２１，ＡＤ変換器
２２，光変換手段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している。反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２は、この正の電位によってつくられた吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。
【００３７】
二次電子検出器２０は、二次電子５１が反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２を、電子線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。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室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。
【００３８】
ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器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、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。
【００３９】
Ｘステージ３１，Ｙステージ３２上には被検査基板９が搭載されており、検査実行時にＸステージ３１，Ｙステージ３２を静止させて電子線１９を二次元に走査する方法と、検査実行時にＸステージ３１，Ｙステージ３２をＹ方向に連続して一定速度で移動させて電子線１９をＸ方向に直線的に走査する方法と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被検査基板９を静止させて検査する方法が、比較的広い領域を検査するときは、被検査基板９を連続的に一定速度で移動させて検査する方法が有効である。なお、電子線１９をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器１３により電子線１９が偏向されて、電子線が絞り１４を通過しないように制御できる。
【００４０】
Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置をモニタする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、その結果が制御部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線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いる。したがって、必要に応じて実時間で電子線１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３で補正できるようになっている。また、被検査基板９毎に、電子線１９を照射した領域を記憶できるようになっている。
【００４１】
被検査基板高さ測定器３５は、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、Ｘステージ上３１，Ｙステージ３２に搭載された被検査基板９の高さを実時間で測定できるように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに被検査基板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ている。この光学式高さ測定器３５の測定データに基いて、対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され、常に被検査領域に焦点が合った電子線１９を照射できるようになっている。また、被検査基板９の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定しておき、そのデータをもとに対物レンズ１６の被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。
【００４２】
画像処理部５は第一画像記憶部４６，第二画像記憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９，モニタ５０により構成されている。二次電子検出器２０で検出された被検査基板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手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に、第一画像記憶部４６あるいは第二画像記憶部４７に記憶される。演算部４８は、第一画像記憶部４６に記憶された画像信号と第二画像記憶部４７に記憶された画像信号との位置合せ，信号レベルの規格化，ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。欠陥判定部４９は、演算部４８にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合に、その画素を欠陥候補と判定し、モニタ５０にその位置や欠陥数等を表示する。
【００４３】
図２は本発明の機能ブロック図である。本発明の検査装置１には、制御部６に検査速度２２０を決定する手段２１０と、電子銃１０からの一次電子線量２４０を決定する手段２３０を備えている。図２の（ａ）と（ｂ）はその両者の内一方を決定すると他方がその結果に応じて自動調整されることをブロック図で表している。（ａ）は検査速度が先に決定する場合、（ｂ）は一次電子線量が先に決定する場合である。いずれの場合も両者の関係を予め制御部６に定式化及びプログラム化しておき、一方の結果を基に他方の値を算出することにより容易に実現できる。図２は両者の関係式の一例として、面積当たりの電子線照射量であるドーズ量を一定に保つように構成している。すなわち、（ａ）の場合、ドーズ量決定手段２５０で決定されたドーズ量２６０は一次電子線量決定手段２３０に入力され、そのドーズ量に保つように、例えば検査速度２２０が２倍に高速化された場合は、実際照射されるドーズ量は半分になってしまうため、一次電子線量決定手段２３０から出力される一次電子線量２４０も２倍に自動調整される。（ｂ）の場合も上記同様に自動調整機能が構成できる。ここで、一次電子線量２４０は電子銃１０からの照射量としているが、実際に被検査基板９に照射される電子線量であるプローブ電流量であってもよい。
【００４４】
図２のような構成をとることによって、被検査基板９に照射されるビーム電流量は、いかなる検査速度においても所望の値に自動調整されることになり、試料保護がより確実に実現できるとともに、入力パラメータの削減により使い勝手の向上も同時に実現できる。
【００４５】
（実施例２）
次に本発明の第二の実施例を示す。図３は機能ブロック図であり、図２中のドーズ量決定手段２５０部分を詳細に示したものである。ドーズ量を決定するための条件として、まずドーズ量そのものをユーザが入力する場合は、ドーズ量入力手段３１０により所望のドーズ量３１５がドーズ量決定手段２５０に入力され、そのままドーズ量２６０として出力される。
【００４６】
次に検査する欠陥の種類が予め予想できる場合、その種類を検査欠陥種類入力手段３２０に入力し、その欠陥種類３２５に基づいてドーズ量を決定する。この場合、例えば電位コントラスト系の欠陥であればドーズ量を増加させたり、また微小な異物を検査したい場合は、一次電子線量を絞ってドーズ量を減少させたりすることになる。
【００４７】
また、ウエハの製造工程名を入力する工程名入力手段３３０を装備し、これによる工程名３３５に依存してドーズ量を決定する。例えば、薄膜を削るＣＭＰ工程であれば微小異物の欠陥が多く、上記のようにドーズ量を調整して最適な検査条件に自動的に整えることが可能となる。
【００４８】
図４は、モニタ５０の画面表示例を示し、表示画面３００に上記３種類の入力手段３１０，３２０，３３０を表したものである。ここで上記３種類の入力手段は、全部装備する必要はなく、またこれに限定するものでもない。
【００４９】
本実施例特有の効果として、欠陥の種類や工程名などを入力することによって検査条件を自動的に最適化することが可能となり、使い勝手向上の効果がある。
【００５０】
（実施例３）
次に、本発明の第三の実施例を示す。図５は機能ブロック図であり、図５(ａ)，(ｂ)は、各々図２中の一次電子線量決定手段２３０，検査速度決定手段２１０の詳細を示したものである。
【００５１】
図５（ａ）は一次電子線量２４０そのものを入力する場合である。ここで上述したように、プローブ電流を代わりに入力してもよい。
【００５２】
図５（ｂ）は、上記同様に検査速度２２０そのものを入力する検査速度入力手段４０２を装備しており、ユーザの所望の検査速度を直接入力できる場合である。
【００５３】
また、検査速度を規定する条件として、電子ビームを高速で走査する方向のピッチである画素ピッチ，高速走査で形成したラインの送り方向のピッチであるラインピッチ，各々同方向の周期を表す画素周期，ライン周期の４種類が考えられる。各々の決定手段４１０，４３０，４５０，４７０と、それらに入力する入力手段４０５，４２５，４４５，４６５を装備した構成をとることにより、ユーザの所望の速度が自由に設定可能となる。ただし、これらは全て装備する必要はなく、いくつか固定値にしてユーザの入力する手間を削減するようにしてもよい。
【００５４】
本実施例における入力画面の一例を図６に示す。ここで、画面６００では一次電子線量入力手段４００と検査速度入力手段４０２を並列して入力できるようにしているが、本発明のように一方を決めれば他方が自動調整される場合は、一方を入力完了した時点で他方が入力不可になるようにソフト的にプロテクトをかけてもよい。また自動調整された値を表示してもよい。
【００５５】
（実施例４）
次に、本発明の第四の実施例を示す。図７は、機能ブロック図で、図５(ｂ)中のライン周期決定手段４７０の詳細を示したものである。電子ビームを高速走査して形成するラインの時間間隔である周期は、図示したプリチャージ手段５１０で必要とするプリチャージ量５２０に依存する。これは検査する欠陥の種類により、検査ビームを照射する前に予め電荷を付加（プリチャージ）しておいた方が検出率が高まる場合があり、このような場合に本実施例を適用できる。
【００５６】
図８は、被検査基板９の上面図と部分拡大図であり、被検査基板９の一例として半導体ウエハのプリチャージの方法を示す。図８（ａ）に示した被検査基板９の表面上を電子線１９で走査しながら矢印で示した方向の検査ストライプ５００の領域を検査する。図８（ｂ）で、検査ストライプ５００を拡大して詳細を説明する。まず、（１）において矢印５５０で示すように検査ストライプ５００を横切る形で大きめに電子線を走査し、プリチャージする。(２)において矢印５６０で示したように、矢印５５０と同じラインを今度は検査したい検査ストライプ５００の幅分のみ走査する。その後、（３）において、上述したラインピッチ分だけ図８（ａ）の矢印で示した方向に被検査基板９が移動した後、次のラインを矢印５７０で示すように大きめに走査してプリチャージし、（４）において、矢印５８０で示したように、検査ストライプ５００の幅分のみ走査する。
【００５７】
この例では検査スキャン前に１回だけプリチャージしているが、検査対象によっては複数回プリチャージしなければならない場合もある。これにより検査スキャンの時間間隔すなわち周期は大きく影響を受けるので、図７に示したライン周期決定手段４７０によりライン周期を決定する必要がある。ただし、この場合、ライン周期の増減が直接検査スキャンの増減につながる訳ではなく、この分を加味して図５（ｂ）に示した検査速度決定手段２１０で実質の検査速度を決定する必要がある。
【００５８】
（実施例５）
次に、本発明の第五の実施例を示す。図９は機能ブロック図で、検査速度決定手段２１０で決定された検査速度２２０に連動して検出周期６２０を変化させる検出周期可変手段６１０の実施例を示したものである。
【００５９】
図１０は画素毎の信号の検出タイミングを示すタイムチャートであり、検査スキャン５６０の１ライン所要時間を上側の１０.２４μｓから下側の５.１２μｓに２倍高速化した場合を示している。これは、ディジタルスキャンの画素ピッチを０.１μｍから０.２μｍにすることによって実現している。このとき、例えば検出周期を上と同じ１０ｎｓ（検出クロック１００ＭＨｚ）にすると、分解能が粗くなってしまい、欠陥の検出率低下を引き起こす可能性がある。そこでこの場合、検出クロックのみ２００ＭＨｚにして検出周期を５ｎｓにすることにより、図示したように上と同じ分解能を維持することができる。
【００６０】
このように、検査速度が変化することに連動して検出周期を自動的に変化させる構成により、常時優れた検査性能を維持することが可能になると同時に、従来のような検出周期の調整が不要になるので、使い勝手の向上が期待できる。
【００６１】
このように、半導体ウエハ等のパターンの微細化に伴う欠陥サイズの微小化による低速検査も、高スループット化に対応した高速検査も等価な検査条件になるよう電子線の電流量を自動調整することができ、検査性能の安定化，被検査基板の保護及び使い勝手向上の面で優れた走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法を提供することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学画像では検出困難な欠陥を電子線画像を用いて高精度に検出すると同時に、その際問題となる検査装置単体としてのドーズ量や検査速度管理を簡易的な操作で高精度に実現することができる電子線を用いた外観検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＥＭ式外観検査装置の装置構成を示す縦断面図。
【図２】機能ブロック図。
【図３】機能ブロック図。
【図４】画面の表示例を示す画面図。
【図５】機能ブロック図。
【図６】入力画面の一例を示す画面図。
【図７】機能ブロック図。
【図８】被検査基板の上面図と部分拡大図。
【図９】機能ブロック図。
【図１０】画素毎の信号の検出タイミングを示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…ＳＥＭ式外観検査装置、３…電子光学系、５…画像処理部、６…制御部、７…二次電子検出部、９…被検査基板、１９…電子線、２０…二次電子検出器、４３…補正制御回路、４６…第一画像記憶部、４７…第二画像記憶部、４９…欠陥判定部、５０…モニタ、５１…二次電子、５２…第二の二次電子、２１０…検査速度決定手段、２２０…検査速度、２３０…一次電子線量決定手段、２４０…一次電子線量、２５０…ドーズ量決定手段、２６０…ドーズ量、３１０…ドーズ量入力手段、３２０…検査欠陥種類入力手段、３３０…工程名入力手段、４００…一次電子線量入力手段、４１０…画素ピッチ決定手段、４３０…ラインピッチ決定手段、４５０…画素周期決定手段、４７０…ライン周期決定手段、５１０…プリチャージ手段、６１０…検出周期可変手段。
【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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