JP2001093950A - 半導体パターン検査装置および半導体パターン検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料の半導体回路パターン領域の検査を行う際
に、欠陥部と下地で明確なコントラストが得られ、幅広
い種類のパターンの欠陥，空隙，各種材質の異物を検出
でき、その検査された欠陥検出結果を用いて欠陥を分類
することができる半導体パターン検査装置及び半導体パ
ターン検査方法を提供する。 【解決手段】少なくとも荷電粒子源と照射光学手段にお
ける電子光学条件によって決定される検査条件が複数の
異なる検査条件であって、該複数の検査条件で試料を照
射し得られた複数の欠陥情報を用いて、試料の欠陥を分
類する欠陥分類手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハに
形成された回路パターンの欠陥や、空隙、異物等の欠陥
を検査する半導体パターン検査装置および半導体パター
ン検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの回路パターンの微細化
に伴い、従来の光にかえて電子線を用いた回路パターン
の検査装置が実用化されてきている。

【０００３】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Ｓａｎｄｌ
ａｎｄ， ｅｔ ａｌ．，“An electron-beam inspect
ion system for x-ray maskproduction”，J. Vac. Sc
i. Tech. B, Vol.９, No.６, pp.３００５−３００９
(１９９１)、文献Meisburger, et al.,“Requirements
and performance of anelectron-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-optic
al system for the high-speed inspection of integra
ted circuits”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.１０, N
o.６, pp.２８０４−２８０８（１９９２）、文献Hendr
icks, et al., “Characterization of a New
Automated Electron-Beam Wafer InspectionSystem”,
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。

【０００４】ウェーハの口径増大と半導体回路パターン
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比の画像を取得す
る必要がある。そのため、通常の走査型電子顕微鏡(Sca
nning Electron Microscope)の１００倍以上（例えば１
０ｎＡ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。

【０００５】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）６
２２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、高分解能での観察は困難であった。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、被
検査基板のある任意の領域を単一の電子光学条件のみで
電子線照射し画像を得ている。この画像による欠陥の検
出は、比較対象との形状差，輝度差を利用するために、
黒の下地に白の欠陥，白の下地に黒の欠陥などの欠陥部
と下地とのコントラストの有無が重要である。しかし、
従来のような単一の電子光学条件のみで電子線照射し得
た画像による欠陥検出では、必ずしも欠陥部と下地で明
確なコントラストが得られず、幅広い種類のパターンの
欠陥，各種材質の異物が検出できないという問題があっ
た。したがって、原因の異なる欠陥であるにもかかわら
ず同じ種類の欠陥であると分類されてしまうと、正しい
原因の究明の支障になってしまう。また、欠陥があって
も画像に捉えられず、欠陥を見落としてしまうという問
題も考えられる。

【０００８】このように、ある任意の被検査領域には、
各種材質の欠陥およびその下地が同時に存在しうるの
で、これらの欠陥部を高コントラストで検出するために
は、電子光学装置の複数の照射条件にて、繰り返して検
出することが有効であり、その結果、従来以上の多くの
種類の欠陥を検出することが可能となる。欠陥には各種
材質のパターンの欠損や太り細り等の欠陥，ボイド等の
空隙，エッチング不良による残さや外部からの異物の付
着等があり、これらによって電気導通不良や短絡が生
じ、設計通りの電気的特性を得ることができない。

【０００９】従来は、ひとつの検査条件のみで欠陥検査
を行っていたので、検出できずに見逃してしまう欠陥が
あったり、たとえ検出できてもその欠陥がどのような種
類のものであるか、真の原因は何かといったことが間違
ってしまっていた。その結果、製造工程が終了した後の
半導体チップの電気的特性試験のときにはじめて不良と
して抽出され、それから不良の種類とその原因究明にと
りかかるという、極めて時間の無駄な半導体プロセスを
行っていた。

【００１０】本発明の目的は、試料の半導体回路パター
ン領域の検査を行う際に、欠陥部と下地で明確なコント
ラストが得られ、幅広い種類のパターンの欠陥，空隙，
各種材質の異物を検出でき、その検査された欠陥検出結
果を用いて欠陥を分類することができる半導体パターン
検査装置及び半導体パターン検査方法を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本発明は、一次荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子線を収束し半導体パターンを有する試
料を走査する照射光学手段と、前記試料から発生する荷
電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から
前記試料の欠陥情報を得る欠陥情報手段とを有する半導
体パターン検査装置において、少なくとも前記荷電粒子
源と前記照射光学手段における電子光学条件によって決
定される検査条件が複数の異なる検査条件であって、該
複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数の欠陥
情報を用いて、前記試料の欠陥を分類する欠陥分類手段
を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
参照しながら詳細に説明する。

【００１３】（実施例）本発明の第１の実施例の半導体
パターン検査装置１の構成を示す縦断面図を図１に示
す。半導体パターン検査装置１は、室内が真空排気され
る検査室２と、検査室２内に試料基板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、半導体パターン検査装置１は上記
検査室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。検査室２内は大別して、電子光学装置
３，二次電子検出部７，試料室８，光学顕微鏡部４から
構成されている。電子光学装置３は、電子銃１０，電子
線の引き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，偏向器
１３，絞り１４，走査偏向器１５，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。

【００１４】試料基板９として、半導体ウェーハ，チッ
プあるいは液晶，マスク等微細回路パターンを有する基
板が用いられ、検査される。

【００１５】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２
２によりデジタルデータとなる。試料室８は、試料台３
０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３
３，位置モニタ測長器３４，試料基板高さ測定器３５か
ら構成されている。

【００１６】光学顕微鏡部４は、検査室２の室内におけ
る電子光学装置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、電子光学装置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が電子光学装置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は白色光源４０，光学レン
ズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。

【００１７】画像処理部５は、第一記憶部４６，第二記
憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９，モニタ５０，
欠陥分類部５３，検査条件入力部５４，検査条件記憶部
５５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。

【００１８】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。検査条件入力部５４から入力
された検査条件は検査条件記憶部５５に記憶されるとと
もに、制御部６に送られる。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、位置モニタ測長器３４，試料基板
高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタリ
ングし、その結果から補正信号を生成し、電子線が常に
正しい位置に照射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。試料基板９の画像を取
得するためには、細く絞った電子線１９を試料基板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、試料基板９の表面の画像を得
る。

【００１９】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
るため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。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。電子
銃１０に高電圧の負の電位を印加することで電子線１９
が加速される。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上に搭載された試料基板９に照
射される。

【００２０】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。

【００２１】試料基板９には、リターディング電源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
の電子線１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに試
料基板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。

【００２２】試料基板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、試料基板９に印加さ
れた負の電圧により加速される。試料基板９の上方に、
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５１は所定の方向へ偏向される。Ｅ×Ｂ偏向器１
８にかける電圧と磁場の強度により、偏向量を調整する
ことができる。また、この電界と磁界は、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５１は、所定の
条件で反射板１７に衝突する。

【００２３】この反射板１７は、試料基板９に照射する
一次の電子線１９の偏向器のシールドパイプと一体で円
錐形状をしている。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〜５０ｅ
Ｖのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。

【００２４】二次電子検出部７は、真空排気された検査
室２内の二次電子検出器２０，検査室２外のプリアンプ
２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，伝送手段２
４，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２
９から構成されている。既に記述したように、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２
３，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５
２は、この吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれ
る。二次電子検出器２０は、電子線１９が試料基板９に
照射されている間に発生した二次電子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５
２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。Ａ
Ｄ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。

【００２５】Ｘステージ３１，Ｙステージ３２上には試
料基板９が搭載されており、検査実行時には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れるよ
うにして電子線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、電子線１９をブランキングする必要がある時には、
偏向器１３により電子線１９が偏向されて、電子線１９
が絞り１４を通過しないように制御できる。

【００２６】位置モニタ測長器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に送信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、そして回転ステージ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、制御部６はこれらの
データに基づいて電子線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おり、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より補正するようになっている。また、試料基板
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。

【００２７】試料基板高さ測定器３５は、電子線以外の
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ステージ３１，Ｙステージ３２に搭載さ
れた試料基板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、スリットを通過した細長い白
色光を透明な窓越しに試料基板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た。この試料基板高さ測定
器３５の測定データに基づいて、電子線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、試料基板９の反りや高
さ歪みを電子線１９の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。

【００２８】画像処理部５は第一記憶部４６と第二記憶
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で検出された試
料基板９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、Ａ
Ｄ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、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
記憶部４６あるいは第二記憶部４７に記憶される。演算
部４８は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部
の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。また、欠陥判定部４９
からの複数の欠陥情報をその種類や原因等に応じて分類
する欠陥分類部５３を備え、この結果をモニタ５０に表
示する機能も備えている。

【００２９】モニタ５０には上記半導体パターンの画像
や欠陥情報の他、検査条件記憶部５５に記憶された検査
条件が表示されるようになっている。

【００３０】次に、前記半導体パターン検査装置１によ
り試料基板９として製造過程のパターン加工が施された
半導体ウェーハを検査した場合の動作について説明す
る。まず、図１には記載されていないが、試料基板９は
搬送手段により試料交換室へロードされる。そこで試料
基板９は試料ホルダに搭載され、保持固定された後に真
空排気され、試料交換室がある程度の真空度に達したら
検査のための検査室２に移載される。

【００３１】検査室２では、試料台３０，Ｘステージ３
１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３の上に試料ホル
ダごと載せられ、保持固定される。セットされた試料基
板９は、予め登録された所定の検査条件に基づきＸステ
ージ３１，Ｙステージ３２のＸおよびＹ方向の移動によ
り、光学顕微鏡部４の下の所定の第一の座標に配置さ
れ、モニタ５０により試料基板９の上に形成された半導
体回路パターンの光学顕微鏡画像が観察され、位置回転
補正用に予め記憶された同じ位置の同等の回路パタ−ン
画像と比較され、第一の座標の位置補正値が算出され
る。

【００３２】次に第一の座標から一定距離離れた第一の
座標と同等の回路パタ−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、位置回転補正用
に記憶された半導体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。この算出された回転ずれ量だけ回転ス
テージ３３が回転し、その回転量を補正する。なお、本
実施例では回転ステージ３３の回転により回転ずれ量を
補正しているが、回転ステージ３３を設けず、算出され
た回転ずれの量に基づき電子線１９の走査偏向位置を補
正する方法でも補正できる。

【００３３】また、この光学顕微鏡画像観察において
は、光学顕微鏡画像のみならず電子線画像でも観察可能
な半導体回路パターンが選定される。また、今後の位置
補正のために、第一の座標，光学顕微鏡画像観察による
第一の半導体回路パターンの位置ずれ量，第二の座標，
光学顕微鏡画像観察による第二の半導体回路パターンの
位置ずれ量が記憶され、制御部６に転送される。

【００３４】さらに、光学顕微鏡による画像が用いられ
て、試料基板９の上に形成された半導体回路パターンが
観察され、試料基板９の上の半導体回路パターンのチッ
プの位置やチップ間の距離、あるいはメモリセルのよう
な繰り返しパターンの繰り返しピッチ等が予め測定さ
れ、制御部６に測定値が入力される。

【００３５】また、試料基板９の上における被検査チッ
プおよびチップ内の被検査領域が光学顕微鏡の画像から
設定され、上記と同様に制御部６に入力される。

【００３６】光学顕微鏡の画像は、比較的低い倍率によ
って観察が可能であり、また、試料基板９の表面が例え
ばシリコン酸化膜等により覆われている場合には、その
下地まで透過して観察可能であるので、チップの配列や
チップ内の半導体回路パターンのレイアウトを簡便に観
察することができ、検査領域の設定を容易にできる。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ステージ３
１およびＹステージ３２の移動により、試料基板９が電
子光学装置３の下に移動される。

【００３７】試料基板９が電子光学装置３の下に配置さ
れると、光学顕微鏡部４により実施された補正作業や検
査領域の設定と同様の作業を電子線画像により実施す
る。この際の電子線画像の取得は、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
れたものと同じ半導体回路パターンに、電子線１９が偏
向器１３によりＸおよびＹ方向に二次元に走査されて照
射される。この電子線１９の二次元走査により、被観察
部位から発生する二次電子５１が上記の二次電子検出の
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、電子線画像が取得される。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。

【００３８】なお、電子線１９を試料基板９に照射する
と、その照射された箇所が帯電する。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被
検査領域設定等の検査前準備作業において電子線１９を
照射する半導体回路パターンは予め被検査領域外に存在
する半導体回路パターンを選択するか、あるいは被検査
チップ以外のチップにおける同等の半導体回路パターン
を制御部６から自動的に選択できるようにしておく。こ
れにより、検査時に上記検査前準備作業により電子線１
９を照射した影響が検査画像に及ぶことはない。

【００３９】次に、本発明の検査を行うための電子線画
像を形成する電子線１９の走査方法について述べる。通
常のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）では、ステージが静止し
た状態で電子線を二次元に走査し、ある領域の画像を形
成する。この方法によると、広領域をくまなく検査する
場合には、画像取得領域毎に、静止して電子線を走査す
る時間の他に、移動時間としてステージの加速・減速・
位置整定を加算した時間がかかる。そのため、検査時間
全体では長時間を要してしまう。そのため、本発明で
は、ステージを一方向に連続的に定速で移動しながら、
電子線をステージ移動方向と直交または交叉する向きに
高速に一方向に走査することにより、被検査領域の画像
を取得する検査方法を用いた。これにより、所定距離の
一走査幅分の電子線取得時間は、所定距離をステージが
移動する時間のみとなる。

【００４０】図２は、一次電子線の走査方法を示す試料
基板の一部分の平面図である。上記方法によりＹステー
ジ３２がＹ方向に連続して定速移動している際に、電子
線１９が走査する方法の一例を示している。電子線１９
を走査偏向器４４により走査する際に、実線で示したよ
うに一方向のみ電子線１９を試料基板９に照射し、破線
で示した電子線１９の振り戻しの間は試料基板９に電子
線１９が照射されないようにブランキングすることによ
り、試料基板９上に空間的，時間的に均一に電子線１９
を照射することができる。ブランキングは、偏向器１３
により電子線１９を偏向して、絞り１４の開口部を通過
しないようにすることにより実施される。

【００４１】次に、電子線画像のコントラストに影響す
る照射条件について述べる。電子線画像のコントラスト
は、試料基板９に照射した電子線１９により発生し、検
出される二次電子５１の量により形成され、例えば、試
料基板９の材料等の相違により二次電子５１の発生量が
異なることにより明るさの差となってモニタ５０に表示
される。二次電子５１の発生量は、試料基板９の帯電の
程度と相関があり、試料基板９の上の半導体回路パター
ンの材質，形状，密度に応じて異なる。かつ、照射時間
に対する帯電量の安定性も、試料基板９の上の半導体回
路パターンの材質，形状，密度および一次電子線の照射
条件により変わる。以上より、比較検査するための最適
なコントラストを持つ電子線画像を得るためには、試料
基板９の上の半導体回路パターンの下地と欠陥部の材
質，形状，密度に応じて一次電子線の照射条件を変更す
ることが必要となる。

【００４２】例えば、ある任意の被検査領域には、各種
の材質，形状，密度の欠陥およびその下地があるので、
これらの欠陥部を高コントラストにて検出するために
は、電子光学装置３の複数の照射条件にて、繰り返して
検出することが必要となる。

【００４３】図３は、試料基板上の半導体回路パターン
の一例を示す平面図である。このパターンは、素子分離
パターン上に形成されたゲートパターンの一例である。
図４は、図３のＡ−Ａ断面を示す縦断面図である。シリ
コンＳｉの上に酸化膜ＳiＯ₂が存在し、それらの上にPo
ly−ＳｉおよびＷＳｉのゲート配線が形成されている。

【００４４】図５は、図３に示したパターンを照射エネ
ルギー３.０ＫｅＶ の電子光学条件で取得した画像の
例、図６は、図３に示したパターンを照射エネルギー
０.５KeVの電子光学条件で取得した画像の例を示す図で
ある。以下説明するように、検査条件をパラメータとす
ると画像で捉えられる欠陥とそうでない欠陥があること
がわかる。

【００４５】図５では、照射エネルギーが３.０ＫｅＶ
の場合、エッジ効果によって、Poly−ＳｉとＷＳｉにて
構成されたゲートパターンのエッジのみが明るくひかる
状態になる。このような画像では、ゲートパターンの間
に位置しているPoly−Ｓｉの異物などのコントラストが
高い画像を得ることができる。図６では、照射エネルギ
ーが０.５ＫｅＶ の場合、導通性のあるパターンが強く
ひかる。この場合、ゲートパターンの下にある非導通性
の異物などのコントラストが高い画像を得ることができ
る。また、図５に示したゲートパターンの間に位置して
いるPoly−Ｓｉの異物は照射エネルギーが０.５ＫｅＶ
では、導電性であるため強く光り、下地も光るためにコ
ントラストを得ることができず、検出できない。また、
図６に示したゲートパターンの下にある非導通性の異物
は、照射エネルギーが３.０ＫeＶでは、非導通性のため
暗く、この場合下地も暗いためにコントラストを得るこ
とができず、検出できない。

【００４６】このように、ある任意の被検査領域には、
各種材質の欠陥およびその下地が同時に存在しうるの
で、これらの欠陥部を高コントラストで検出するために
は、電子光学装置の複数の照射条件にて、繰り返して検
出することが有効であり、その結果、従来以上の多くの
種類の欠陥を検出することが可能となる。

【００４７】また、各々の電子光学装置の照射条件での
検出の可否を整理することにより、ある条件で検出され
た欠陥の電気的特性などを知り、分類することができ
る。図１に示した半導体パターン検査装置は、この整理
と分類を自動的に行う欠陥分類部５３を備えている。

【００４８】図７は、図３に示したパターンの電子光学
条件をかえたときの画像の例を示す図である。照射エネ
ルギーは３.０ＫｅＶと０.５ＫｅＶの２種類である。

【００４９】作業工程は、はじめに第一回目の検出を照
射エネルギー０.５ＫｅＶ で行い、図７の第一列目に示
すように検査領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の３個所の異物など
の欠陥を検出できたとする。それぞれの画像の名札とし
て検出ＩＤ１０１，検出ＩＤ１０２，検出ＩＤ１０３を
それぞれ付す。これらの検出ＩＤにはその位置情報を付
与すると、欠陥個所の特定や、画像同士の比較の際に便
利である。本実施例では３桁の数字の最後の第一桁が、
検査領域の番号と対応するようにしてある。なお、これ
らの画像は同一輝度であったとする。同一輝度である場
合には異なる欠陥同士は異なって、共通する原因による
欠陥同士は同じように画像で捉えることができる。

【００５０】第二回目の検出は、照射エネルギー３.０
ＫｅＶ で行い、図７の第四列目に示すように第一回目
の検出と同じ３個所のそれぞれの異物などの欠陥の画像
を取得し、それぞれに検出ＩＤ２０１，検出ＩＤ２０
２，検出ＩＤ２０３を付す。なお、これらの画像は同一
輝度であった。

【００５１】第一回目の検出の検出ＩＤ１０１と第二回
目の検出の検出ＩＤ２０１とは、同一個所Ｐ１の画像で
あり、図７の第二列目と第三列目に示すように、異なる
照射エネルギーで捉えた異物とおぼしきものの形状がほ
ぼ同じであるので、単一の異物または欠陥であると判断
できる。

【００５２】一方、検査領域Ｐ２の照射エネルギー０.
５ＫｅＶ での第一回目の検出の検出ＩＤ１０２の画像
に捉えられた異物とおぼしきものは、照射エネルギー
３.０KeVでの第二回目の検出の検出ＩＤ２０２の画像に
捉えられていない。また、検査領域Ｐ３の照射エネルギ
ー０.５ＫｅＶ での第一回目の検出の検出ＩＤ１０３の
画像には捉えられていないが、照射エネルギー３.０Ｋ
ｅＶ での第二回目の検出の検出ＩＤ３０３の画像には
異物とおぼしきものが捉えられている。

【００５３】以上のことから次のようなことが分かっ
た。

【００５４】（１）検査領域Ｐ１の検出ＩＤ１０１と検
出ＩＤ２０１の画像に捉えられた欠陥は、材質、発生要
因が同じである単一の欠陥である可能性が大きい。

【００５５】（２）検査領域Ｐ１の検出ＩＤ１０１と検
出ＩＤ２０１の画像に捉えられた欠陥は、検査領域Ｐ２
の検出ＩＤ１０２の画像に捉えられた欠陥、及び、検査
領域Ｐ３の検出ＩＤ２０３の画像に捉えられた欠陥と
は、材質，発生要因が異なる可能性が大きい。

【００５６】（３）検査領域Ｐ２の検出ＩＤ１０２の画
像に捉えられた欠陥は、検査領域Ｐ３の検出ＩＤ２０３
の画像に捉えられた欠陥とは、材質，発生要因が異なる
可能性が大きい。

【００５７】従来の検査法では、一つの検査条件のみで
異物などの欠陥を検出していたため、得られた複数個の
欠陥の大きさがほぼ同じで、形状の特徴が類似し、同一
輝度の場合は、これらの欠陥は、その材質，発生要因が
同一の可能性が大きいと判断されていた。

【００５８】本発明によれば、複数の検査条件で同一個
所を検査し、検出された欠陥の画像を、位置情報を伴う
ＩＤにて管理することで、異なる検査条件にて検出され
た同一位置の欠陥画像は、同一欠陥であると判定でき
る。その結果、従来、単一照射条件では大きさ，形状が
類似していて同じ分類に判定されていた欠陥も、本発明
によれば、異なる種類の欠陥であると異なる分類に判定
されるので、欠陥分類の精度が著しく向上した。

【００５９】上述の実施例では、検査条件のパラメータ
として試料に照射する一次電子線の照射エネルギーを変
更した場合を示したが、照射エネルギーの他に単位時間
あたりの照射量等の電子光学条件，一次電子線の走査回
数，走査速度等もパラメータにできる。

【００６０】試料に照射する照射エネルギーを変更する
ためには、試料，試料台、あるいは試料の近傍に、零ま
たは負の電位を印加し、印加電圧を調整することによ
り、同一基板上の一連の検査動作の中で一次電子線の基
板への照射エネルギーを高速で変更することができる。

【００６１】一次電子線の走査回数を変更する場合は、
Ｘステージ３１，Ｙステージ３２をＹ方向に連続移動す
る際、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２を低速もしくは
高速にすることで、試料上のある点に対する平均照射時
間を変化させることができる。または、Ｘステージ３
１，Ｙステージ３２を間欠的に動作させ、停止している
間にｎ回の走査を行い、その後Ｘステージ３１，Ｙステ
ージ３２が次ポイントに移動する、というようにステー
ジ移動と電子線走査を交互に行うようにしても良い。

【００６２】また、一次電子線の走査速度を変更する場
合は、走査偏向器１５に与えるクロック周波数を変更す
ることにより実現している。

【００６３】また、一次電子線の単位時間あたりの照射
量を変更する場合は、電子光学装置３の絞り１４に大小
複数の開口部を設けて、所望の開口部を電子線１９が通
過するようにアクチュエータを用いて、絞り１４を出し
入れする。または、絞り１４は動かさずに偏向器１３に
て所望の開口部を選択することにより、実現できる。あ
るいは、電子源１０のサプレッサ電極の電圧を変更した
り、引き出し電極１１の電圧を変更して単位時間あたり
の照射量を変更することができる。

【００６４】本発明による半導体パターン検査装置で
は、以上述べたような検査条件、すなわち、ある任意の
被検査領域における半導体の回路パターンの欠陥，空
隙，推定される異物等の材質，形状，密度等に応じて変
更される複数の検査条件を事前に図１に示す検査条件記
憶部５５に登録し、検査条件入力部５４で検査時に登録
された検査条件を呼び出して自動設定することができる
ように構成されている。例えば、検査に先立ち、モニタ
５０に表示された検査条件を検査条件入力部５４で変
え、実際の検査は行わずに検査を模擬する試し検査を行
って検査条件を決め、この決められた検査条件が検査条
件記憶部５５に登録できるようになっている。以上、電
子線を照射して電子線画像を取得し比較検査する場合
に、検査対象の欠陥や異物の材質，形状，密度に応じて
比較検査するための最適な画像が得られるように、一次
電子線で試料を照射する条件を変更する実施例について
説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、請求項
に掲げた複数の特徴を組み合わせた検査方法および検査
装置についても、本発明は実現可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
数の異なる検査条件で試料の半導体回路パターン領域の
検査を行うので、欠陥部と下地で明確なコントラストが
得られ、幅広い種類のパターンの欠陥，空隙，各種材質
の異物を検出でき、その検査された欠陥検出結果を用い
て欠陥を分類することができるという、従来の検査装置
にはない優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体パターン検査装置の構成を示す縦断面
図。

【図２】一次電子線の走査方法を示す試料基板の一部分
の平面図。

【図３】試料基板上の半導体回路パターンの一例を示す
平面図。

【図４】図３の縦断面図。

【図５】図３に示したパターンを照射エネルギー３Ｋｅ
Ｖの電子光学条件で取得した画像の例を示す図。

【図６】図３に示したパターンを照射エネルギー０．５
ＫｅＶの電子光学条件で取得した画像の例を示す図。

【図７】図３に示したパターンの電子光学条件をかえた
ときの画像の例を示す図。

【符号の説明】

１…半導体パターン検査装置、２…検査室、３…電子光
学装置、５…画像処理部、６…制御部、７…二次電子検
出部、８…試料室、９…試料基板、１９…電子線、２０
…二次電子検出器、３０…試料台、３１…Ｘステージ、
３２…Ｙステージ、４６…第一記憶部、４７…第二記憶
部、４８…演算部、４９…欠陥判定部、５１…二次電
子、５２…第二の二次電子、５３…欠陥分類部、５４…
検査条件入力部、５５…検査条件記憶部。

フロントページの続き (72)発明者 宮井 裕史 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2F067 AA45 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE03 HH06 JJ05 KK04 PP12 QQ02 QQ03 RR12 RR35 SS02 SS13 UU32 2G001 AA03 AA09 BA07 CA03 FA06 FA16 GA01 GA06 GA09 HA13 JA02 JA03 JA08 JA11 JA14 KA03 LA11 MA05 PA07 PA11 PA12 SA02 SA03 2G011 AA01 AC06 AE01 AE03 AF06 2G032 AD08 AE04 AE08 AE09 AE11 AF08 AK04 4M106 AA01 BA02 CA39 CA41 DB05 DB20 DB21 DH33 DJ01 DJ04 DJ27 DJ28

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
   前記一次荷電粒子線を収束し半導体パターンを有する試
   料を走査する照射光学手段と、前記試料から発生する荷
   電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から
   前記試料の欠陥情報を得る欠陥情報手段とを有する半導
   体パターン検査装置において、少なくとも前記荷電粒子
   源と前記照射光学手段における電子光学条件によって決
   定される検査条件が複数の異なる検査条件であって、該
   複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数の欠陥
   情報を用いて、前記試料の欠陥を分類する欠陥分類手段
   を備えたことを特徴とする半導体パターン検査装置。
2. 【請求項２】請求項１の記載において、前記欠陥分類手
   段は、前記複数の異なる検査条件において共通に検出さ
   れた欠陥と、何れかの検査条件では検出されなかった欠
   陥とを分類することを特徴とする半導体パターン検査装
   置。
3. 【請求項３】請求項１の記載において、前記電子光学条
   件は、前記一次荷電粒子の前記試料上の照射エネルギー
   または前記一次荷電粒子の単位時間あたりの照射量であ
   ることを特徴とする半導体パターン検査装置。
4. 【請求項４】請求項１の記載において、前記複数の異な
   る検査条件のうち少なくともひとつは、前記試料上の一
   次荷電粒子線の走査回数または前記試料上の一次荷電粒
   子線の走査速度であることを特徴とする半導体パターン
   検査装置。
5. 【請求項５】請求項１の記載において、少なくとも前記
   試料に電圧を印加することによって、前記一次荷電粒子
   線を減速すると共に、その照射により前記試料から発生
   する荷電粒子を加速する加減速手段を有し、前記電子光
   学条件のうち少なくともひとつは、前記印加された電圧
   値であることを特徴とする半導体パターン検査装置。
6. 【請求項６】請求項１の記載において、前記試料の欠陥
   情報には、少なくとも試料上の位置情報を伴う識別番号
   もしくは記号が付加されることを特徴とする半導体パタ
   ーン検査装置。
7. 【請求項７】予め定められた検査条件のもとで、一次荷
   電粒子線を半導体パターンを有する試料へ照射し、発生
   する荷電粒子を検出し、該荷電粒子から得られた前記試
   料の欠陥情報に基づいて前記試料の検査を行う半導体パ
   ターン検査方法において、前記検査条件は複数であっ
   て、前記試料上の同一個所を前記検査条件を変えて検査
   することを特徴とする半導体パターン検査方法。
8. 【請求項８】荷電粒子源で発生した一次荷電粒子線を電
   子光学条件に基づいて収束し半導体パターンを有する試
   料を走査し、前記試料から発生する荷電粒子を検出し前
   記試料の欠陥情報を得る半導体パターン検査方法におい
   て、少なくとも前記荷電粒子源と前記電子光学条件によ
   って決定される検査条件が複数の異なる検査条件であっ
   て、該複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数
   の欠陥情報を用いて、前記試料の欠陥を分類することを
   特徴とする半導体パターン検査方法。