JP2000314710A

JP2000314710A - 回路パターンの検査方法及び検査装置

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Publication number: JP2000314710A
Application number: JP11122565A
Authority: JP
Inventors: Mari Nozoe; 真理野副; Hiroyuki Shinada; 博之品田; Kenji Watanabe; 健二渡辺; Keiichi Saeki; 圭一佐伯; Aritoshi Sugimoto; 有俊杉本; Hiroshi Morioka; 洋森岡; Maki Tanaka; 麻紀田中; Yasushi Miyai; 裕史宮井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-14
Also published as: US6703850B2; US6583634B1; US20030206027A1

Abstract

(57)【要約】【課題】被検査回路パターンの材料や構造、検出したい
欠陥の種類に応じて電子線の最適照射条件を求め、検査
時間を遅延させることなく最適な条件で検査ができるよ
うにする。【解決手段】試料に電子線１９を試料基板９に照射し
て、発生した二次電子を検出部7にて検出し、取得した
信号を記憶装置に順次記憶し、記憶装置に記憶した同等
のパターンを比較演算部で比較し、欠陥判定部で所定の
しきい値と比較信号を比べて欠陥を抽出する検査装置で
あって、装置内部のデータベースに試料の構造に応じて
照射エネルギーの最適値を予め登録しておき、ユーザが
照射エネルギーを入力あるいは選択するか、被検査物の
構造に関する情報を入力することで検査に適した照射エ
ネルギーの推奨値を検索することができる。上記検査方
法を用いることにより、回路パターンを有する基板を検
査すると同時に欠陥を検出した箇所の画像を自動的に保
存できる。また、保存した画像を用いて、検査と同時に
あるいは検査と別個に欠陥の分類が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置や液晶等
微細な回路パターンを有する基板製造方法及び装置に係
わり、特に半導体装置やフォトマスクのパターン検査技
術に係わり、半導体装置製造過程途中のウエハ上のパタ
ーン検査技術、電子線を使用して比較検査する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの検査を一例として説明す
る。

【０００３】半導体装置は、半導体ウエハ上にホトマス
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転写する工程を繰り返すことにより
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、
異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために
製造過程の半導体ウエハ上のパターンを検査する方法は
従来から実施されている。

【０００４】半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥
を検査する方法としては、半導体ウエハに白色光を照射
し、光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パター
ンを比較する欠陥検査装置が実用化されており、検査方
式の概要は「月間セミコンダクタワールド」1995年8月
号pp96-99に述べられている。また、光学画像を用いた
検査方法では、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
を比較することにより欠陥を検出する方式や、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の比較検査を行う方法が開示され
ている。このような光学式の検査方式で製造過程におけ
る半導体ウエハを検査した場合、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
るパターンの残渣や欠陥は検出できなかった。また、光
学系の分解能以下となるエッチング残りや微小導通穴の
非開口不良は検出できなかった。さらに、配線パターン
の段差底部に発生した欠陥は検出できなかった。

【０００５】上記のように、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
像による欠陥検出が困難になってきたため、光学画像よ
りも分解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比
較検査する方法が提案されてきている。電子線画像によ
り回路パターンを比較検査する場合に、実用的な検査時
間を得るためには走査電子顕微鏡（Scanning Electron
Microscopy、以下SEMと略す）による観察と比べて非常
に高速に画像を取得する必要がある。そして、高速で取
得した画像の分解能と画像のSN比を確保する必要があ
る。

【０００６】電子線を用いたパターンの比較検査装置と
して、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp. 3005
- 3009（1991）、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, No.
6,pp. 2804 - 2808（1992）、および特開平5-258703号
公報とUSP5,502,306に、通常のSEMの100倍以上（10nA以
上）の電子線電流をもった電子線を導電性基板（Ｘ線マ
スク等）に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過
電子のいずれかを検出し、その信号から形成された画像
を比較検査することにより欠陥を自動検出する方法が開
示されている。

【０００７】また、絶縁物を有する回路基板を電子線で
検査あるいは観察する方法としては、特開昭59-155941
号公報および「電子、イオンビームハンドブック」（日
刊工業新聞社）pp622-623に、帯電の影響を少なくする
ために2keV以下の低加速電子線照射により安定な画像を
取得する方法開示されている。さらに、特開平2-15546
号公報には半導体基板の裏からイオンを照射する方法、
特開平6-338280号公報には光を半導体基板の表面に照射
することにより、絶縁物への帯電を打ち消す方法が開示
されている。

【０００８】また、大電流でなおかつ低加速の電子線で
は、空間電荷効果により高分解能な画像を得ることが困
難となるが、これを解決する方法として、特開平5-2587
03号公報に、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方法が開示され
ている。

【０００９】高速に電子線画像を取得する方法として
は、試料台を連続的に移動しながら試料台上の半導体ウ
エハに電子線を連続照射し取得する方法が特開昭59-160
948号および特開平5-258703号公報に開示されている。
また、従来のSEMで用いられてきた二次電子の検出装置
として、シンチレータ（Al蒸着された蛍光体）とライト
ガイドと光電子増倍管による構成が用いられているが、
このタイプの検出装置は、蛍光体による発光を検出する
ため、周波数応答性が悪く、高速に電子線画像形成する
には不適切である。この問題を解決するために、高周波
の二次電子信号を検出する検出装置として、半導体検出
器を用いた検出手段が特開平5-258703号公報に開示され
ている。さらに、試料台を連続的に移動しながら試料台
上の半導体ウエハ上の同一箇所にに電子線を高速に１回
あるいは数回走査して高速に画像を取得し、画像を比較
により欠陥を自動検査する技術が特開平10−294345号公
報に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の光学式
検査方式を用いて、微細構造の半導体装置の製造過程に
おける回路パターンを検査した場合、光学的に透過材質
でかつ検査に用いる光学波長と屈折率に依存した光学距
離が十分小さいシリコン酸化膜や、感光性レジスト材料
等の残渣は検出できず、又、線状で短辺の幅が光学系の
分解能以下となるエッチング残りや、微小導通孔の非開
口不良の検出が困難であった。

【００１１】一方、SEMを利用した観察および検査にお
いては、従来のSEMによる電子線画像の形成方法では極
めて長い時間を要するため、半導体ウエハ全面にわたっ
て回路パターンを検査すると極めて膨大な時間を要す
る。従って、半導体装置の製造工程等において実用的な
スループットを得るために非常に高速に電子線画像を取
得し、且つ高速に取得した電子線画像のS/N比を確保
し、所定の精度を維持する必要があった。また、検査対
象である回路パターンを構成する材料が感光レジストや
シリコン酸化膜等の絶縁性を有する材料によって形成さ
れた場合、および絶縁性を有する材料と導電性を有する
材料が混在して形成された場合には、電子線による検査
で安定した輝度の画像を得ることと、所定の検査精度を
得ることが困難であった。これは、物質に電子線を照射
するとその部分から二次電子が発生するが、照射した電
流値と二次電子電流値は等しくないため、検査対象が絶
縁物の場合は帯電し、その部分からの二次電子発生効率
や発生した後の二次電子の軌道が影響を受け、画像の明
暗が変化してしまうと同時に、画像が実際の回路パター
ンの形状を反映せず歪んでしまうためである。この帯電
状態は、電子線の照射条件に敏感であり、電子線の照射
速度や照射範囲を変えると同一箇所の同一回路パターン
でもまったく異なるコントラストを持った画像となって
しまう。そのため、被検査の材料あるいは形状その他の
組合せによっては、取得画像から欠陥の有無を認識する
のに必要なコントラストが得られない場合があった。

【００１２】上記従来技術に記載したように、光学式検
査方式では検出できない欠陥を検出するために、特開昭
59-160948号および特開平5-258703号公報に電子線を導
電性基板に照射し電子線画像を取得して比較検査する方
法として、細く絞った電子線を高速に試料基板に照射し
て検査する方法が開示されている。しかし、本従来技術
では、絶縁物等の材料や被検査パターンの形状や検出し
たい欠陥に対して検査条件を調整する方法は記載されて
いない。また、別の従来技術である特開昭59-155941号
公報には、絶縁物を有する基板を観察するために、試料
基板に照射する一次電子線を減速して照射エネルギーを
低加速、例えば2keV以下する方法が記載されている。し
かし、この従来技術は、ある局所領域について連続的に
電子線を照射し、該局所領域の帯電が安定してから画像
を取得するという方法であり、電子線画像取得に長時間
を要するため高速に広い領域を検査するには適さない。
また、局所領域内の帯電は安定しても、比較すべき別の
領域を同様な帯電の状態に制御するのは困難であり、例
えば半導体ウエハ等の広い領域を検査することは困難で
あった。別の従来技術である特開平10-294345号公報に
は、大電流電子ビームを1回だけ被検査回路パターンに
照射し、コントラストが変動する前の状態で高速に信号
を検出することにより、広い領域の帯電状態を一様にし
て安定したコントラストの電子線画像を取得する方法が
開示されている。この従来技術では、材料により帯電の
程度が異なるため、試料および試料台に印加した負の電
位を調整することで試料に照射される電子ビームの照射
エネルギーを調整する方法が記載されている。しかしこ
の従来技術では、被検査パターンの形状や材料、検出し
たい欠陥に対して電子線の照射条件を設定するための具
体的な記載がなかった。

【００１３】すなわち、上記のような大電流電子ビーム
を試料に高速に走査して高速に画像を形成して画像処理
により欠陥を検出するという検査方法および検査装置に
おいては、通常のSEMとは画質が異なる。輪郭情報が少
なく、材料や形状によるコントラストでパターンの形状
や欠陥の有無を判別しなければならない。従って、表面
パターン部と下地にコントラストがつかないと、パター
ン部を認識できず、その結果パターンの欠陥を検出する
ことが困難だった。また、穴パターンの導通不良や隣接
する独立したトランジスタ同士のショート不良のような
欠陥は、電子線を照射した際に試料表面の帯電状態の差
により生じる電位コントラストにより正常なパターンと
異なるコントラストとして認識できるが、電子線の照射
条件によっては正常部と不良部のコントラスト差がつか
ず、欠陥部の検出が困難となる場合があった。

【００１４】従って、被検査回路パターンの種類や検査
する工程に応じて、種々材料や形状、段差、検出したい
欠陥の種類が変化し、この材料や形状、段差、欠陥の種
類に対して電子線画像のコントラスト特性が異なるの
で、各々最適な電子線照射条件を検査時の条件として求
めておく必要がある。

【００１５】本発明の第一の目的は、半導体回路パター
ンに対して電子線画像を用いて検査する検査方法および
検査装置において、予めコントラストの傾向を求めて装
置パラメータとして記憶しておくことにより、様々な被
検査回路パターンに対して検査に適した電子線照射条件
を毎回探索する必要がない検査方法および検査装置を提
供することにある。

【００１６】本発明の第二の目的は、上記第一の目的を
達成することにより、被検査回路パターンの検査条件す
なわち検査レシピを設定するたびに最適な電子線照射条
件を探索する時間を減らせることにある。

【００１７】本発明の第三の目的は、上記第一および第
二の目的を達成することにより、すべての被検査回路パ
ターンの検査に迅速に対応する技術を提供することにあ
る。

【００１８】本発明の第四の目的は、上記第一から第三
の目的を達成することにより、種々の回路パターンにお
ける種々の欠陥を検出する感度を高感度に設定すること
にある。

【００１９】本発明の第五の目的は、上記回路パターン
に応じた最適な電子線照射条件を提示し、本条件を検査
条件のパラメータとし、データベース化して任意に条件
設定できるようにする装置を提供し、上記第一から第四
の目的を達成することにある。本発明の第六の目的は、
上記第一から第五の課題を解決し、回路パターンを高精
度且つ被検査回路パターンに応じて高感度に検査する技
術を提供し、その検査を半導体装置その他の微細回路パ
ターンに適用することにより、その検査結果を半導体等
の製造条件に反映し、半導体装置等の信頼性を高めると
ともに不良率を低減するのに寄与する検査方法を提供す
ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】半導体装置をはじめとす
る微細回路パターンを有する基板は、さまざまな導電膜
や絶縁膜を組み合わせて形成されている。また、回路の
機能や仕様に応じて、回路パターンの構造は異なる。ま
た、材料や構造が異なると、この回路パターンを製造す
るプロセスや使用する製造装置が異なってくるので、発
生する不良の内容も異なってくる。さらに、回路パター
ンのサイズが異なると、製造プロセスの裕度が異なるた
め、欠陥発生しやすさが異なってくる。特開平10-29434
5号公報記載のように、微細な回路パターンを有する基
板に大電流の電子線を高速に照射し、瞬時に信号を検出
して電子線画像を取得し，隣接する同等のパターンと比
較する検査方式および検査装置を用いて検査を実施する
場合に、このような種々の回路パターンに応じて各々最
適な検査条件で高感度に欠陥を検出するという上記目的
を達成するため、本発明に係わる回路パターンの検査方
法および検査装置について以下に述べる。

【００２１】高速に回路パターンを検査するためには、
大電流の電子線を1回あるいは数回照射して発生した二
次電子を非常に短い時間で検出することで電子線画像を
形成する必要がある。このような大電流電子線を用いる
と、試料上での電子ビームの径は通常のSEMの3nm〜10nm
という径と比べて50nm〜100nm程度の太い電子線とな
る。発明者の検討によると、上記通常のSEMのように細
く絞った電子線で取得する形状の輪郭情報による電子線
画像よりも、50nm〜100nm程度の太い大電流電子線を高
速に試料に照射し瞬時に画像を取得することにより、試
料の材料の二次電子発生効率によって生ずるコントラス
トの電子線画像の方が欠陥の検出に適していることが判
っている。回路パターンを形成している下地と表面パタ
ーンの材料や膜の厚さによって二次電子の発生効率が異
なるため、この材料によって生じるパターンと下地の明
暗コントラストの大きい電子線画像を取得すれば、パタ
ーンあるいは下地の欠陥を検出することが容易になる。
このような50nm〜100nm程度の太い大電流電子線を用い
て高速に電子線画像を形成した場合に、通常のSEMと比
べて画質が違うことを見出した。この違いを以下に記
す。

【００２２】まず、通常のSEMのように電子線電流の少
ない3nm〜10nmと細く絞った電子線を試料にゆっくり照
射し信号検出も長時間かけて行う場合には、形状の輪郭
情報による電子線画像が取得される。これに対し、上記
特開平10-294345号公報記載の従来技術の記載されてい
る50nm〜100nm程度の太い電子線を高速に試料に照射し
瞬時に画像を取得する場合には、試料の材料の二次電子
発生効率や検出効率によって生ずるコントラストの電子
線画像が取得される。既に述べたように、電子ビーム径
が値以上のSEMと比較して太いので、形状の輪郭の見え
方が通常のSEMとは異なる。また、電子線を高速に広い
領域を走査する、すなわち電子線の走査幅が広いため、
通常のSEMと比較して画像の倍率すなわち画素サイズが
異なる。さらに、電子線を照射した直後に高速に信号を
検出して画像を形成するため、試料表面上の帯電状態が
異なる。さらに、試料および試料台に負の電位を印加し
た構成となっているため、試料表面の電位状態が異な
る。その結果、大電流電子ビームを高速に走査し高速に
信号を検出して画像を形成する場合には、通常のSEMと
異なる画質が得られることを発明者は見出した。

【００２３】被検査回路パターンの最表面材料やパター
ン形状、段差により、電子線画像の明るさが異なる。電
子線の照射条件を同一の状態で電子線画像を取得する
と、パターンと下地の材料の組み合わせによってはコン
トラストがつかず、このような画像から欠陥を検出する
のは困難であることがわかった。また、パターンの段差
や形状によっても同様にコントラストが変化することが
わかった。回路パターンを構成する各材料の二次電子発
生効率は帯電の状態により変化する。そのため、表面パ
ターンと下地の材料による明暗コントラストが大きくな
る帯電条件を材料によって最適化することにより、様々
な材料の組み合わせに対応して各々欠陥を検出するのに
適した電子線画像を形成することが可能となる。コント
ラストを変えるためには、試料の帯電の状態を変えるこ
とが効果的である。しかし、電子線の走査速度や同一箇
所への照射回数等を変えると、例えば同一箇所への照射
回数を8回とした場合には、検査時間が8倍に増大してし
まう。また、電子ビームの走査速度を変える場合にも同
様に検査時間への影響が出る。電子ビームを細く絞るた
めに電子ビーム電流を減らすと、画像のS/N比が小さく
なり、欠陥検出が困難となる。検査時間への影響無しに
帯電の状態を変える方法として、電子線の照射エネルギ
ー条件を被検査回路パターンの材料や形状、段差、検出
すべき欠陥の内容に応じて変えることにより、検査時間
や電子線画像のS/N比に影響を与えずに試料表面の帯電
状態を変化させ、欠陥検出に適切なコントラストを得る
ことができることを見出した。このような検査を実現す
るために検討した内容を以下に述べる。

【００２４】第一の手段は、電子線の照射エネルギーを
制御して変えることにより、材料によって異なる試料帯
電状態を変えることにより、材料の組合せが異なっても
明暗のコントラストがつくようにしたものである。試料
に照射する電子線のエネルギーを制御は、次の手段によ
り可能である。電子源から発生する一次電子線を所望の
加速電圧に設定し、電子線はこの加速電圧で光路を通過
する。電子源から発生する一次電子線の加速電圧を変え
てしまうと、光路途中で設定されている各種レンズら偏
向、その他の電極やコイル電流の条件がすべて大幅に変
更してしまい、変更の都度光軸を調整しなおす必要が出
てくる。被検査回路パターンの形状や材料、検出したい
欠陥に応じて照射エネルギーを変えるとなると、頻繁に
照射エネルギーを変えることになるので、大幅な光軸調
整を頻繁に行なうことは煩雑であり且つ電子線の光学条
件を安定に保つためにも望ましくない。そのため、試料
あるいは試料台に負の電位を印加することにより、この
一次電子線の加速エネルギーを試料直上で減速され、減
速後の照射エネルギーで電子線は試料に照射されるよう
な構成とした。この負の印加電圧を可変制御することに
より減速の程度を可変できるので、試料への照射エネル
ギーを任意に設定できる。電子線は、試料直上までは一
定の加速電圧で進むため、途中経路での大幅な光軸調整
は必要なく、減速による表面電界の影響を微調整するだ
けで良い。

【００２５】第二の手段は、第一の手段で試料あるいは
試料台に負の電位を印加する際に、連動して偏向電極の
電圧や電流、電子ビームを試料上で収束させるためのレ
ンズ等の調整を装置パラメータとしてデータベース化
し、試料あるいは試料台に印加する電位に応じて自動的
にその他の装置パラメータを設定できるようにしたもの
である。これにより、光軸調整を行なうことなく、且つ
ユーザが入力するパラメータを必要最小限とし、適切な
装置条件を自動的に設定できるようになる。

【００２６】第三の手段は、試料あるいは試料台に印加
する電位を、被検査回路パターンの最表面の材料に応じ
て決めることである。電子線が照射される表面に存在す
る材料が複数の場合には、この材料の組合せにより試料
あるいは試料台に印加する電位を決める。詳細な条件は
実施例で述べるが、例えば感光性ホトレジストが導電膜
の上にある場合には、導電物と絶縁物の組合せになるの
で、電位コントラストが顕在化する比較的加速電圧の低
い領域が望ましい。また、ホトレジストは帯電しやすい
ので、2kVから3kVという帯電しやすい電位は望ましくな
い。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜という組合
せの場合には、どちらも絶縁材料なので、帯電状態を変
えないとコントラストが得られない。従って、このよう
な場合には、3kV程度の電位が望ましい。このように、
各々材料に応じて適切な電子線照射エネルギーが存在す
る。これらの電子線照射条件を、材料の組合せや材料の
種類と対応付けてデータベース化し、例えば検査条件設
定時にホトレジストを有する検査モードの推奨条件を提
示することにより、被検査回路パターン毎に毎回詳細な
条件探索をすることなく適切な検査条件を設定すること
ができるようになる。

【００２７】第四の手段は、試料あるいは試料台に印加
する電位を、被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類に応じて決めることである。検出したい欠陥の種類
が複数存在する場合には、この欠陥の組合せにより試料
あるいは試料台に印加する電位を決める。詳細な条件は
実施例で述べるが、例えばトランジスタを形成している
回路パターン上で、基板と容量部をつなぐ導通孔の非導
通欠陥を検出したい場合には電位コントラストを顕在化
させるにの適した比較的低い1kV以下の電位が望まし
い。しかし、被検査パターンの段差が大きく、段差底部
で発生したパターン形状の欠陥を検出したい場合には、
段差底部まで電子線が到達しやすい比較的高い3kV以上
の電位が望ましい。このように、検出したい欠陥の種類
に応じて適切な電子線照射エネルギーが異なる。第三の
手段と同様に、これらの電子線照射条件をデータベース
化し、例えば形状欠陥検出モード等の推奨値を提示する
ことにより、毎回詳細な検査条件を探索することなく適
切な検査条件を簡易に設定することができるようにな
る。

【００２８】第五の手段は、操作画面より検査条件のフ
ァイルを作成する際に、上記被検査回路パターンの情報
より検査条件を探索できるようにしたものである。検査
条件ファイルを作成する際に、従来は回路パターンの配
列やその中のチップ（ダイ）のサイズ、メモリセルや周
辺回路、テストパターン等の配置を入力したり、欠陥を
判定するための画像処理条件等を入力していたが、それ
に加え、例えば「ホトレジストモード」「配線材料（導
電膜材料）モード」「絶縁材料／絶縁材料モード」等の
材料の選択と、「高段差モード」「低段差モード」「段
差無しモード」等の選択と、「電位コントラスト欠陥検
出モード」「形状欠陥検出モード」「電位コントラスト
／形状欠陥複合検出モード」のように、検出したい欠陥
の種類の選択を、画面内のメニューより選択し、これら
の組合せにより試料あるいは試料台に印加する電位の推
奨値が提示され、その推奨値で電子線の照射エネルギー
を最初に決めてから、各種配列や画像の明るさの調整、
画像から求める欠陥判定の条件等を決めることにより、
常に被検査パターンに最適な電子線照射条件で電子線画
像を形成し、その電子線画像を用いて欠陥検査を実施す
ることができるようになる。上記各種パターンに対する
推奨値は、予め装置パラメータとして求めておき、上記
検査モードと対応付けてデータベース化し、検査条件デ
ータベースの項目の一つとして登録しておく。各種最適
な条件の内容については、実施例にて詳細に述べる。

【００２９】以上で述べた各種手段により、被検査回路
パターンに応じて最適な電子線照射エネルギーを設定で
き、安定し且つ画像処理に適したコントラストを得るこ
とができるようになる。電子線画像から回路パターン上
に生じた欠陥を検出する手段については、以下の通りで
ある。試料の第一の領域を第一の電子線で照射して、試
料表面から発生した二次電子を高速高効率に検出して、
被検査基板第一の領域の電子線画像信号を得て第一の記
憶部に記憶する。同様に、試料の第二の領域であり、第
一の領域と同等の回路パターンを有する領域の電子線画
像を得て、第二の記憶部に記憶しながら、第一と第二の
領域の画像について詳細な位置調整を画像処理部にて行
った後に第一と第二の領域の画像を比較し差画像を得
て、差画像の明るさの絶対値がある所定のしきい値以上
となる画素を欠陥候補と判定する等の処理を行う。従来
の同一の電子線照射条件では、材料や欠陥の種類により
コントラストがつくものとつかないものがあった。コン
トラストがつかないものに対しては、欠陥検出の判定を
調整するのが困難であり、明るさの差を抽出しにくかっ
た。従って、電子線照射条件により常に安定してコント
ラストの大きい電子線画像を用いて上記手段で欠陥を抽
出すれば、より高感度に欠陥を検出できるようになる。

【００３０】上記の検査方法を実施することにより、様
々な形状・材料・欠陥を含む基板上回路パターンを電子
線により高速高感度に検査し、回路パターン上に発生し
た欠陥を自動的に検出することができる検査方法と検査
装置を実現することができる。

【００３１】また、以上で述べた各種手段により、被検
査ウエハのパターン詳細形状や材質に応じて照射光の条
件や検出条件、画像比較条件、欠陥判定条件等を各々設
定したり、半導体装置のプロセス条件変更の都度これら
の条件を適切に変更する際に、予め被検査回路パターン
に対応する検査条件の推奨値が検査モードとして登録さ
れており、ユーザは該検査モードの中から被検査回路パ
ターンに対応する条件を選択することにより、最適な電
子線照射条件が自動的に設定されるようになるので、検
査条件ファイルを所定の手順で入力することが簡易にな
り、効率が向上するようになる。

【００３２】さらに、電子線照射エネルギー設定におい
て、試料あるいは試料台に印加する電位とそれにより影
響を受ける各種レンズおよび偏向電極の条件も連動して
装置パラメータとして設定されるので、ユーザが各種煩
雑なパラメータを設定することなく検査条件が設定され
るようになる。また、試料への照射エネルギーを変える
だけですむので、検査時間や画像のS/N比に影響を与え
ることがない。

【００３３】その結果、多様な製品あるいは工程の半導
体装置に対して早期に高精度な検査を適用できるように
なるとともに、入力パラメータの内容や数値等を誤るポ
テンシャルが低減した。そのため、専門に訓練されたオ
ペレータでなくても簡易に最適な検査条件が設定できる
ようになった。従って、これまでに述べてきた検査方法
および装置構成により、回路パターンの画像を取得して
比較検査することにより該パターン上に発生した欠陥を
自動的に検出するための各種装置パラメータが簡易に設
定できる。

【００３４】これらの方法と装置を用いて、回路パター
ンを有する基板、例えば製造過程における半導体装置を
検査することにより、各々の工程の半導体装置につい
て、従来の技術では検知できなかった、プロセス加工に
よって生じたパターンの形状不良や欠陥を早期に検知で
き、その結果、プロセスあるいは製造装置条件等に潜在
している問題を顕在化することができるようになる。こ
れにより、従来と比べて高速且つ高精度な半導体装置を
はじめとする各種基板の製造プロセスにおける不良の原
因を対策することができ、高い歩留まりすなわち良品率
を確保できると同時に問題となっていた検査中に発生す
る誤検出が低減することから、高精度な検査が可能とな
る。また、多種製品および多種工程の半導体装置につい
て、従来の技術では対応に膨大な時間を要していた検査
パラメータ設定が短時間に効率よくできるようになり、
その結果として所望の外観検査を所望の製品・工程に早
期に適用でき、且つ条件設定が条件設定のために用いる
ウエハ等の工完に影響を与えないですむ。その結果、プ
ロセス加工によって生じたパターンの形状不良や微細な
異物等の内容を早期に把握でき、不良発生を検知してか
ら対策までのＴＡＴを短縮することが可能となる。

【００３５】本発明の検査方法においては、被検査回路
パターンに応じて電子線照射条件を設定する工程とし
て、電子線の試料への照射エネルギー、電子線のビーム
電流、同一領域への電子線照射回数のいずれかあるいは
全部を設定する。

【００３６】また、被検査回路パターンに応じて電子線
照射条件を設定する工程として、予め電子線照射条件を
含む各種検査条件をデータベース化して設定し記憶し
て、検査実施の際に該検査条件データベースを読み出す
ことを行う。

【００３７】電子線の試料への照射エネルギーは、試料
および試料台に印加した負の電圧により設定される。

【００３８】電子線のビーム電流は、電子光学系に設け
られた電極の電圧とコイルの電流により設定される。

【００３９】被検査回路パターンの材料に応じて電子線
照射条件を設定し、被検査回路パターンのパターン段差
に応じて検査条件を設定し、被検査回路パターンのパタ
ーン寸法あるいはパターン形状に応じて電子線照射条件
を設定し、被検査回路パターン上で検出したい欠陥の種
類に応じて電子線照射条件を設定することを行う。

【００４０】被検査回路パターンの表面の材料が感光性
ホトレジストの場合には電子線照射エネルギーを300Vか
ら3kVの範囲望ましくはホトレジスト現像後であれば1.5
kVから3kV、エッチング後であれば1.5kVから3kV、導体
材料埋め込み後であれば0.3kVから0.5kVの範囲のいずれ
かに設定する。

【００４１】被検査回路パターンの表面材料が絶縁材料
と導電膜の組合せであった場合には、電子線照射エネル
ギーを300Vから5kVの範囲、望ましくは1kVから3kVのい
ずれかに設定する。

【００４２】被検査回路パターンの表面材料が絶縁材料
と、異なる絶縁材料の組合せであった場合には、電子線
照射エネルギーを1.5kVから5kVの範囲、望ましくは1.5k
Vから3kVの範囲のいずれかに設定する。

【００４３】被検査回路パターンの段差が0.3μｍ以上
ある場合には、電子線照射エネルギーを1.5kVから5kVの
範囲のいずれかに、望ましくは3kV近辺に設定する。

【００４４】被検査回路パターンの段差が0.3μｍ以下
の場合には、電子線照射エネルギーを300Vから3kVの範
囲、望ましくは0.5kVから0.8kVの範囲のいずれかに設定
する。

【００４５】被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類が、導通孔の非導通不良である場合には、電子線照
射エネルギーを300Vから3kVの範囲、望ましくは0.5kVか
ら0.8kVの範囲のいずれかに設定する。

【００４６】被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類がトランジスタや配線のショート欠陥である場合に
は、電子線照射エネルギーを300Vから3kVの範囲、望ま
しくは0.5kVから0.8kVの範囲のいずれかに設定する。

【００４７】被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類がパターンの形状不良である場合には、電子線照射
エネルギー1kVから5kVの範囲、望ましくは1kVから3kVの
範囲のいずれかに設定する。

【００４８】被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類が薄膜残さの場合には、電子線照射エネルギーを30
0Vから3kVの範囲のいずれかに、望ましくは0.5kV近辺に
設定する。

【００４９】被検査回路パターン上で検出したい欠陥の
種類が導通孔不良、トランジスタや配線のショート欠陥
とパターン形状欠陥の全部である場合には、電子線照射
エネルギーを1kVから５kVの範囲、望ましくは1kVから3k
Vの範囲のいずれかに設定する。

【００５０】被検査回路パターンのパターン形状が導通
孔であり、孔内部が導電物で充填されている工程を検査
する場合には、電子線照射エネルギーを300Vから3kVの
範囲のいずれかに設定する。

【００５１】被検査回路パターンのパターン形状が導通
孔であり、孔内部が充填されていない工程を検査する場
合には、電子線照射エネルギーを800Vから5kVの範囲の
いずれかに設定する。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の検査方
法、および装置の一例について、図面を参照しながら詳
細に説明する。

【００５３】１つの実施例における回路パターン検査装
置1の構成を図1に示す。回路パターン検査装置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、回路パターン検査
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
学系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。電子光学系3は、電子銃10、電子線引
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、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。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33、被検査基板高さ測定器34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の間において
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35、光学レンズ36、CCDカメラ37により構成
されている。光源35、CCDカメラ37等は、真空排気され
た検査室2の外部に設置する構成でもよい。画像処理部5
は、第一画像記憶部38、第二画像記憶部39、比較演算部
40、欠陥判定処理部41より構成されている。モニタ42に
より、画像記憶部38および39に取り込まれた電子線画像
と、リアルタイムでワーク用メモリ内に取得された電子
線画像とCCDカメラ37にて撮像された光学画像、そして
比較演算部40で比較処理された後の差画像を任意に選択
して表示することができる。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33、
被検査基板高さ測定器34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
偏向器44に補正信号を送る。

【００５４】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46を発生させ、これらを電子線19の走査およびX-Yス
テージ31、32の移動と同期して検出することで該被検査
基板9表面の電子線画像を得る。本実施例の回路パター
ン検査装置では、通常SEMに比べ約100倍以上の、例えば
100nAの大電流電子線を一回のみ走査する信号を検出す
ることにより電子線画像を形成する構成とした。走査幅
は100μmとし、1画素は0.1μm^□とし、1回の走査を1μs
で行うようにした。

【００５５】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（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
線画像が得られる上、電子線電流を大きく設定すること
ができるため、一回の走査で高S/Nの電子線画像を形成
し高速検査を実現することができる。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。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上のX−Y
ステージ31、32の上に搭載された被検査基板9（半導体
ウエハ、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）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。被検査基板9には、高圧電源48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48の電圧を調
節することにより一次電子線を減速し、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。

【００５６】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46は、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上方に、ExB偏向
器18が配置されており、これにより加速された二次電子
46は所定の方向へ偏向される。ExB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。ExB偏向器18により
偏向された二次電子46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46が衝突する
と、反射板17からは数V〜50eVのエネルギーを持つ第二
の二次電子47が発生する。

【００５７】二次電子検出部7は、真空排気された検査
室2内には二次電子検出器20が、検査室2の外にはプリア
ンプ21、AD変換器22、光変換手段23、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。上記反射板17に衝突して発生した第二
の二次電子47は、この吸引電界により検出器20へ導かれ
る。二次電子検出器20は、電子線19が被検査基板9に照
射されている間に発生した二次電子46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47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2
2によりデジタルデータとなる。AD変換器22は、半導体
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、従来の装置よりも高速で且つS/N比の高い信号を得
ることができる。X−Yステージ31、32上には被検査基板
9が搭載されており、検査実行時にはX−Yステージ31、3
2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−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、ブランキング用偏向器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。これにより、検査に必要でない電子線を試料
に照射しないように制御し、被検査基板9の帯電を抑制
することができる。

【００５８】位置モニタ用測長器33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の各種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いる。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、被検査基板毎
に、電子線を照射した領域を記憶できるようになってい
る。

【００５９】光学式高さ測定器34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に搭載された被検査
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
透明な窓越しに該被検査基板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た。この光学式高さ測定器34
の測定データに基いて、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、常に非
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。

【００６０】画像処理部5は第一画像記憶部38と第二画
像記憶部39、比較演算部40、欠陥判定処理部41、モニタ
42により構成されている。上記二次電子検出器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、制御部
6からの命令により第一画像記憶部38あるいは第二記憶
部39に記憶される。比較演算部40には、制御部6からの
命令によりこれらの二つの記憶装置に記憶された画像信
号が送られ、各々位置合せ、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。欠陥判定処理部41は、比較演算
部40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する。モニ
タ42は、制御部6からの指示により、検査途中に実時間
で欠陥判定処理部41が欠陥と判定した箇所の位置や欠陥
検出総数等を表示したり、第一あるいは第二記憶部38・
39に記憶された画像データを表示したりする。

【００６１】これまで回路パターン検査装置1の全体の
構成について説明してきたが、次に被検査回路パターン
の製造プロセスと、発生する欠陥の内容について説明す
る。本実施例では、半導体ウエハを例に取り説明する。
図2は半導体装置の製造プロセスを示している。図2(ａ)
に示すように、半導体装置は多数のパターン形成を繰返
している。パターン形成工程は、おおまかに、成膜、感
光ホトレジスト塗布、感光、現像、エッチング、レジス
ト除去、洗浄の各ステップにより構成されている。ま
た、図2(ｂ)に示すように、さらに埋め込み成膜、表面
研磨、洗浄という工程が加わる場合もある。図2(b)は、
主に孔形成工程や配線形成工程で採用されているプロセ
スである。この各ステップにおいて、加工のための製造
条件が最適化されていないと、基板ウエハ上に半導体装
置の回路パターンが正常に形成されず、正常に動作しな
い不良品となる。製造工程途中の不良発生を早期に検知
し、異常の内容を把握し、製造条件を最適化するため
に、各工程で高精度に検査を実施しする必要がある。図
2(a)および図2(b)に検査を実施する工程の一例を示す。
図3(a)、(b)および図4(a)、(b)に製造過程における半導
体ウエハ上に形成された回路パターンの概略と発生する
不良の内容を示す。図3(a)は正常に加工された回路パタ
ーンの平面図、図3(b)は不良が発生した回路パターンの
平面図である。例えば図2の成膜工過程で異常が発生す
ると、パーティクルが発生し、表面に付着し図3(b)中の
孤立欠陥等になる。また、感光時の露光条件、例えば焦
点や露光時間が最適でないと、図3(b)中のショートや断
線、パターン細りとなる。感光時のマスクやレチクルに
欠陥が存在すると、感光単位であるショット毎にショッ
ト内の同一箇所に同様のパターン異常が発生する。ま
た、エッチング条件が最適でないと、孔パターンの導通
不良が発生したりパターン寸法が設計値とおりに形成さ
れない。また、エッチング条件が最適でないとパーティ
クルを発生し、このパーティクルによりエッチングされ
ない箇所が発生し、パターンショートや孤立欠陥とな
る。洗浄過程では、洗浄層の液の汚れや剥離した薄膜や
異物の再付着によりパーティクルがウエハ表面に付着し
たり、洗浄あるいは乾燥時の水切れ条件により局所的に
酸化膜を発生したり膜厚のムラを発生しやすい。さら
に、埋め込み研磨過程では、研磨剤が残存したり研磨に
よるキズを発生しやすい。このように、一つの工程で発
生する欠陥について図3に示したが、図4(a)、(b)は半導
体装置を製造していく工程全体で発生し得る不良を断面
図で示したものである。図4(a)は正常に形成された回路
パターンの断面の模式図であり、図4(b)は不良が発生し
た回路パターンの断面模式図である。トランジスタを形
成する上で必要な素子分離工程では、基板とトランジス
タが接触していること、トランジスタは各々分離されて
いて接合部によりゲート電極や配線からの信号で電流が
流れることが必要であるが、トランジスタと基板をつな
ぐ孔パターンが導通不良となったり配線同士がショート
したり、トランジスタ同士がショート欠陥によりつなが
ってしまうと正常に動作しなくなる。

【００６２】このように、半導体装置の各製造工程は、
図2、図3および図4に示したようにさまざまな材料の層
が存在し、且つ段差や形状も様々である。このような被
検査回路パターンに図1で説明した検査装置１で検査し
た場合の作用について説明すると、一次電子線19は、固
体に入射すると内部に進入しながらそれぞれの深さにお
いて殻内電子を励起してエネルギーを失っていく。ま
た、それととにも一次電子線が後方に散乱された反射電
子が、やはり固体内で電子を励起させながら表面へ向か
って進む現象が生ずる。これら複数の過程を経て、殻内
電子は固体表面から表面障壁を超えて二次電子となって
数V〜50eVのエネルギーを持って真空中へ出る。一次電
子線と固体表面のなす角度が浅いほど、一次電子線の進
入距離とその位置から固体表面までの距離との比が小さ
くなり、二次電子が表面から放出されやすくなる。した
がって、二次電子の発生は一次電子線と固体表面の角度
に依存しており、二次電子発生量が試料表面の凹凸や材
料を示す情報となる。また、材料により二次電子発生の
効率が異なるので、コントラストに大きく影響する。

【００６３】電子線画像のコントラストは、試料に照射
した電子線により発生し検出される二次電子の量により
形成される。以下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。図5(a)と図5(b)は、電子線
照射エネルギーがコントラストへの影響を示すグラフで
あり、図5(a)は照射エネルギーが適切な場合を示し図5
(b)は照射条件が不適切な場合を示している。また、縦
軸は画像の明るさと相関が大である帯電の程度、横軸に
は電子線の照射時間である。実線Aは、試料にホトレジ
ストを用いた場合、点線Bは試料に配線材料を用いた場
合である。

【００６４】図5(a)より、照射時間が少ない時間領域C
では各材料の明るさ変動が少なく、照射時間が比較的多
くなってくる時間領域Dだと照射時間による明るさの変
化が大きくなり、最終的に照射時間が多い時間領域Eで
は再び照射時間による明るさ変動が少なくなる。また、
図5(b)より、照射条件が適切でない場合には、照射時間
が少ない時間領域Cにおいても、照射時間に対する明る
さ変動が大きく、安定した画像を得るのが困難である。
従って、この材料で高速に且つ安定した電子線画像を取
得するためには図5(a)の照射条件にて画像を取得する必
要がある。

【００６５】本実施例の検査装置１は、電子線を照射し
た直後に二次電子信号を検出して電子線画像を形成する
ため、上記図5における時間領域Cの信号差が検査時の回
路パターンと下地のコントラストとなる。上記電子線の
試料への照射条件としては、電子線電流値、電子線の走
査速度、試料に照射する電子線の照射エネルギー、同一
箇所に対する電子線の照射回数が挙げられる。これらの
うち、電子線の走査速度および照射回数を増加すると検
査時間が長くなってしまう。また、電子線電流値を所定
のS/Nよりも小さくすると、電子線画像から欠陥の有無
を画像処理で自動検出することが困難となる。そのた
め、本実施例では、これらパラメータのうち試料に照射
する電子線の照射エネルギーを自由に調整制御し帯電の
状態を変えることにより、コントラストを調整する方法
で条件を設定した。試料への電子線照射エネルギーを調
整するために、試料である半導体ウエハ9に高圧電源48
により一次電子を減速するための負の電圧を印加し、こ
の電圧を調整することにより電子線19の照射エネルギー
を適宜調整できるように構成している。これにより、電
子銃10に印加する加速電圧を変化させる場合には電子線
19の軸変化が発生し各種調整が必要になるのに対し、本
実施例ではそのような調整を行わずに同様の効果を得る
ことができる。そのため、発明者は、上記試料である半
導体ウエハ9に印加する負の電圧を調整することによ
り、時間領域Cのコントラストが大きくなるような電子
線の照射エネルギーを、各種半導体回路パターンについ
て評価し、最適な条件を求めた。

【００６６】図6に、被検査回路パターンの材料および
段差による電子線照射エネルギーの条件一覧と、検出し
たい欠陥の種類による電子線照射エネルギーの条件一覧
を示す。本実施例では、検査装置１の電子線の加速電圧
を10kVとした。図６において、被検査半導体ウエハの情
報、すなわちパターン形成工程、段差、検出したい欠陥
の種類について、分類、内容、材料等、適切な照射エネ
ルギー範囲、照射エネルギー最適値を示す。従って、例
えば試料および試料台に印加する負の電圧を-9kVに設定
すると、試料へ照射される電子線のエネルギーは1kVと
いうことになる。例えば、孔形成工程においては、下地
のトランジスタあるいは配線と上層のトランジスタある
いは配線をつなぐために形成するので、例えばシリコン
酸化膜を形成し、所望の箇所に孔パターンをホトレジス
トパターンで形成し、それをマスクにエッチングし、下
層との導通をとり、レジストを除去した後に導電材料を
充填し、表面を研磨して平坦化する製造方法の場合、ホ
トレジスト現像後（図7(1)参照）では最表面はホトレジ
スト、下地はシリコン酸化膜という組み合わせになる。
この場合に、500V以下の照射エネルギーで電子線を照射
すると、両方の材料とも絶縁材料であるために同様の暗
いコントラストとなり、パターン形状が認識できず、欠
陥の検出が困難となる（図7(2)参照）。そのため、帯電
しやすい条件として照射エネルギー3kVとなるように電
子線を照射すると、ホトレジストは明るく、シリコン酸
化膜はそれと比較して暗くなるため、コントラストがつ
き、欠陥の検出が容易となる（図7(3)）。別の例では、
孔形成工程エッチング後の場合（図8(1)参照）には、最
表面がシリコン酸化膜であり、下地に導電物、例えばタ
ングステンやポリシリコン等という組み合わせになる。
しかし、孔径が小さく、孔の深さが深い場合には、500V
以下の照射エネルギーで電子線を照射すると孔底部まで
電子線が到達し二次電子を発生するに至らない（図8
(2)）。このような場合、孔底部まで電子線を到達し二
次電子信号を得るためには1kV以上の照射エネルギー、
望ましくは3kV程度の照射エネルギーに設定する必要が
ある（図8(3)）。さらに別の例では、孔形成工程で、孔
を形成した後に穴内部に導電物を充填し表面を平坦化し
た工程の場合（図9(1)）、充填された導電物と下層のト
ランジスタあるいは配線が導電しているので、材料の組
合せは導電物と絶縁物ということになる。また、表面が
平坦であるので、特に電子線の照射エネルギーを高くし
なくても各々の箇所に電子線を照射することができる。
そのため、電子線の照射条件としては300V以上であれば
問題ない。通常このような工程では、孔に充填された導
電物と下層のトランジスタあるいは配線が導通している
かどうかが問題となる。このような場合には、電位コン
トラストを強調できる低照射エネルギーの条件が望まし
い。3kV以下、望ましくは1kV以下に設定することにより
高感度に導通不良を検出することができる（図9(2)）。
このような試料で例えば5kV以上の照射エネルギーに設
定すると、孔パターンの形状は見えるが導通不良等の欠
陥は正常部とコントラスト差がなくなり、欠陥として検
出できなくなる（図9(3)）。

【００６７】次は、配線を形成する工程のコントラスト
について説明する。図6に示したように、配線の材料は
導電材料、例えばアルミニウムやタングステン等の金属
やポリシリコン等の準金属が用いられ、下地にはシリコ
ン酸化膜等絶縁材料が存在する場合が多い（図10
(1)）。このような場合には、下地が絶縁材料、表面が
導電材料なので、電子線の照射エネルギーは低くても高
くてもコントラストを得ることができる。図10(2)は500
V〜1kVの照射エネルギーで取得した画像の例であり、図
10(3)は3kV〜5kVで取得した画像の例である。しかし、
検出したい欠陥が段差の大きい配線の底部に存在するシ
ョートのような欠陥の場合には、図10(3)に示したよう
に、比較的高い照射条件が望ましい。また、別の配線の
例では、配線材料の表面がシリコン窒化膜やチタン窒化
膜のような絶縁材料に近い材料で覆われている場合に
は、例えば図11(1)の場合には電子線が照射されるのは
シリコン窒化膜とシリコン酸化膜という組み合わせにな
る。このような場合には、電子線の照射エネルギーが低
いとコントラストがつかない。図11(2)に500V〜1kVの照
射エネルギーで電子線を照射した場合の画像を示す。従
って、図11(1)の試料を検査する場合には、1kV以上、望
ましくは3kV以上の照射エネルギーに設定することによ
り、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜のコントラストを
得ることができ、欠陥を検出しやすくなる。図11(3)に
照射エネルギー3kVの場合の電子線画像を示す。さら
に、配線形成過程で、最初に絶縁材料であるシリコン酸
化膜をエッチングで削り、その上に配線材料を充填し表
面を研磨する製造プロセス（図12(1)）においては、段
差が無いので照射エネルギーを高くする必要が無い。こ
のプロセスにおいては、下地の配線との導通がとれてい
るか、配線材料がシリコン酸化膜の段差底部まで充填さ
れているかが問題となるので、孔形成工程の場合と同様
に、比較的照射エネルギーが低いほうが導通不良を検出
しやすい。図12(2)は、照射エネルギーが比較的低い1kV
の場合の電子線画像、図12(3)は照射エネルギーが比較
的高い場合の電子線画像を示す。いずれの画像も欠陥部
は認識可能であるが、下地とのコントラスト差が大きい
方が画像比較で欠陥部を抽出しやすいので、低い照射エ
ネルギーの方が有利であることがわかる。

【００６８】次に、洗浄等による薄膜残りを検出する場
合（図13(1)）について説明する。図13(2)は電子線の照
射エネルギーを500V〜800Vで照射した場合の電子線画
像、図13(3)は照射エネルギーを5kVに設定した場合の電
子線画像を示す。例えば照射エネルギーを5kVに設定す
ると、電子線はほとんど薄膜を突き抜けてしまうので、
薄膜有無の情報が画像として得られない（図13(3)）。
従って、比較的低い照射エネルギーで電子線を照射する
と、薄膜部が他の領域よりも帯電し、コントラストがつ
くようになるので検出しやすくなる（図13(2)）。

【００６９】これまでで述べてきたコントラストの特性
を評価した一例について、以下に記載する。試料および
試料台に印加する負の電圧を変えることにより電子線照
射エネルギーを変えて各試料におけるコントラストの変
化を調べた。ここで、コントラストとは画像の明るさ平
均に対するパターン部の明るさと下地部の明るさの差の
絶対値の割合を示しており、コントラストＣ（％）＝｜
（パターン部の明るさ）−（下地部の明るさ）｜／（画
像の明るさ平均）という式で表される。本評価は、電子
ビーム電流は５０〜１００ｎＡ、電子線照射回数１回
（加算無し）、ビーム偏向器は５０〜１００μｍ、画像
取得時の画素サイズは0.05〜0.1μｍ、信号検出速度は
１００ＭＨｚすなわち１０ｎＡ／画素、電子ビーム径は
0.1〜0.2μｍ、電子線の初期加速電圧は１０kVという条
件で電子線画像を取得して実施した。

【００７０】第一の例として、表面の材質がシリコン窒
化膜で、下地がシリコン酸化膜とシリコンで形成されて
いるライン形状の回路パターンＡについてコントラスト
特性を評価した。本回路パターンＡでは、パターン部の
段差は約0.15μｍであった。回路パターンＡのコントラ
スト特性を図１４に示す。下地がシリコンの部分におい
ては、電子線照射エネルギーが低いほうがパターン部と
下地のコントラストが高くなる。しかし、下地がシリコ
ン酸化膜の部分においては、リターディング電圧が７〜
８kV近辺すなわち照射エネルギーが２〜３kVでコントラ
ストが高くなった。欠陥が発生する箇所は、下地がシリ
コンの箇所かシリコン酸化膜の箇所かを特定できない。
そのため、回路パターンＡを検査する場合には、下地が
シリコンの場合でもシリコン酸化膜の場合でもコントラ
ストが高い条件が適している。従って、シリコン窒化膜
とシリコン酸化膜の組合せを有し、段差が1.5μｍ程度
である回路パターンＡにおいてはリターディング電圧が
７〜８kV近辺すなわち照射エネルギーが２〜３kVの条件
が検査時の最適値となる。

【００７１】第二の例は、穴パターンに導電性材料を埋
め込み、表面を平坦に研磨した回路パターンＢについて
コントラスト特性を評価した例である。穴周囲の材料は
シリコン酸化膜であり、穴内部の導電材料はイオンをド
ープしたポリシリコンの場合とタングステンの場合があ
る。いずれも特性は類似しているが、本例はイオンをド
ープしたポリシリコンを用いた場合である。表面を平坦
に研磨しているので、段差はほとんどない。この回路パ
ターンＢのコントラスト特性を図１５に示す。リターデ
ィング電圧が高いほど、すなわち電子線照射エネルギー
が低いほど穴周辺部のシリコン酸化膜部と穴内部のポリ
シリコン部のコントラストが高くなった。照射エネルギ
ーが高くなると、コントラストはほとんど０％となり、
画像上で穴パターンと周囲を見分けることが困難とな
り、その結果、欠陥検査が困難となる。従って、表面が
平坦で、導電物と絶縁材料の組合せである回路パターン
Ｂにおいては、電子線照射エネルギーが５００V以下の
条件が検査時の最適値となる。電位コントラスト欠陥検
査には低照射エネルギーが有利である。

【００７２】第三の例は、表面が導電性ポリシリコンで
形成された島状に各々独立したトランジスタパターン
と、下地がシリコン酸化膜である回路パターンＣについ
てコントラスト特性を評価した例である。この回路パタ
ーンＣの孤立パターン部は下地に対して段差が１μｍ程
度である。この回路パターンＣのコントラスト特性を図
１６に示す。本回路パターンＣでは、リターディング電
圧が低くなると、すなわち照射エネルギーが高くなると
コントラストが高くなった。照射エネルギー１kV以上で
コントラストは２５％以上となり、さらに照射エネルギ
ーが３kV以上の場合には照射エネルギーは３０％以上と
なった。従って、段差の大きいパターンＣにおいては、
照射エネルギー３kV以上の条件が検査時の最適値とな
る。高段差パターン検査には高照射エネルギーが有利で
ある。

【００７３】以上、一例を述べて説明してきたが、図6
に示すように、段差が大きい場合には照射エネルギーは
高く（1kV以上）、段差が低いあるいは無い場合には照
射エネルギーを低く（3kV以下）設定する。また、導電
材料と絶縁材料の組み合わせでは、照射エネルギーは低
くても高くてもコントラストを得ることができるが、絶
縁材料と絶縁材料の組み合わせでは、1kV以上に設定
し、材料による帯電状態の差によりコントラストを得
る。さらに形状欠陥を検出したい場合には500V以上、望
ましくは1kV以上の照射エネルギーで、電位コントラス
ト欠陥すなわち導通不良やショート等の電気的な欠陥を
検出したい場合には、3kV以下、望ましくは1kV以下の照
射エネルギーに設定する必要がある。これらの条件を、
検査装置1の検査条件データベースに予め入力し、段差
や材料の条件を入力することにより検査に適した照射エ
ネルギーを検索できるようにした。

【００７４】このように、操作画面上で、被検査回路パ
ターンの状態を示す項目を特定してこれに応じた電子線
画像のコントラストを確認して電子線電圧を含む電子線
照射条件を求めて記憶し、被検査回路パターンの状態を
操作画面に表示し、該表示した画面について記憶した電
子線照射条件を使用して電子線照射条件を確定し、以っ
て該電子線照射条件で電子線を前記被検査回路パターン
に１回照射走査して電子線画像を形成し、検査を実施す
ることを特徴とする回路パターンの検査方法および操作
画面上で、被検査回路パターンの状態を示す項目を特定
してこれに応じた電子線画像のコントラストを確認して
電子線電圧を含む電子線照射条件を求めて記憶し、被検
査回路パターンの状態を被検査回路パターンの材料また
は段差、および検出したい欠陥の種類について操作画面
に表示し、該表示した画面について記憶した電子線照射
条件を使用して電子線照射条件を確定実施することを特
徴とする回路パターンの検査方法が提供される。

【００７５】次に、これまで述べてきた電子線照射エネ
ルギーの条件を用いて実際に検査を実行するフローにつ
いて説明する。図17に検査条件設定のフローを示す。操
作画面上で検査条件（以下レシピと称する）を作成する
モードを選択する。そしてウエハを実際に検査装置内に
ロードする。既にレシピを作成している場合に、以前の
レシピを編集修正して新たなレシピとするか、まったく
新規にレシピを作成するかを選択する。そして、電子線
を照射した画像を取得する前に、電子線照射条件を選択
する。詳細は、図17を参照することによって容易に理解
できよう。ここで、図18に示すいくつかの選択項目の中
から電子線照射エネルギーを選択する。選択方法の一つ
は、電子線の照射エネルギーを数段階準備しておき、そ
の段階値を直接選択・入力するものである。例えば図18
(1)の例では、低照射エネルギーモード、中照射エネル
ギーモード、高照射エネルギーモードの3段階から選択
する。図18(2)の例では、設定可能な照射エネルギーの
数値を選択する。図18(3)の例では、照射エネルギーを
数値で入力する。もう一つの選択方法を図19に示す。こ
の方法では、材料や形状のパラメータを選択することに
より、適切な照射エネルギーの範囲を設定するというも
のである。図19(1)に示した例では形状欠陥検査モード
と電位コントラスト欠陥検査モードとその中間すなわち
両方に対応できるモードの３つの中から選択するという
ものである。図19(2)に示した例では、導電材料／絶縁
材料、導電材料／導電材料、絶縁材料／絶縁材料の中か
ら検査モードを選択するというものである。さらに図19
(3)に示した例では、高段差・中段差・低段差（段差な
し）の中から一つを選択することにより電子線照射エネ
ルギーを設定するものである。これらの条件選択は、単
独でも組合せでも検索できるようになっている。例え
ば、孔形成工程で導電物を充填し平坦化した後の半導体
ウエハで、電気的な欠陥を検査したい場合に、はじめに
導電材料／絶縁材料を選択し、次に断差無しの条件を選
択し、電位コントラスト欠陥検査モードを選択すること
により、推奨される電子線の照射エネルギーは300V−1k
Vの範囲であり、もっとも推奨されるのは500Vという結
果が画面に表示され、この推奨値を用いてレシピ作成を
進める。図18あるいは図19に示した方法でこの照射エネ
ルギー条件を設定し、この照射エネルギーに合わせて試
料台に負の電位を印加するとともに連動して各種装置パ
ラメータを自動設定する。その他のレシピ作成のフロー
は図17に示した通りである。照射エネルギーが設定され
た後、試料台に貼り付けてある電子ビーム校正用パター
ンの箇所にステージが自動的に移動し、電子線を該校正
用パターンに照射する。被検査半導体ウエハあるいは校
正用パターンに電子線を照射しつづけると、帯電の影響
によりコントラストが変動したりコンタミネーションが
付着するので、これを抑制するために電子線画像を取得
したり検査を実行する以外には電子線はブランキング電
極により光学系途中に設けられたブランキングプレート
に照射されている。ビーム校正用パターンの画像を用い
て、自動的にあるいは操作卓や画面上のツマミを用いて
焦点や非点等微調整を必要とするパラメータについて実
際に電子線画像を用いて調整する。その後実際に被検査
半導体ウエハ9上に電子線を照射し画像を形成してモニ
タ上でコントラストを確認し、必要に応じて照射エネル
ギーを変更することができる。また、被検査半導体ウエ
ハ9上で再度焦点と非点を調整することができる。これ
らの調整およびコントラストの確認が終了したら、必要
に応じて該半導体ウエハ上の回路パターンに応じてショ
ットおよびチップのサイズと配列を入力する。次に、被
検査半導体ウエハに対する電子線の走査方向や試料台の
移動方向を補正するためのアライメント条件を設定す
る。具体的には、平行に並んだ２つのチップ上で同一の
パターンを選択し、該パターンの画像および座標を予め
メモリに登録し、該パターンの座標とチップ原点のオフ
セット値を入力することにより、アライメントを実行す
るとウエハの回転に対する補正と位置の補正、そして各
チップの原点が確定することになる。その後、チップ内
のメモリセル等繰返しパターンの領域を設定し、該繰返
しパターンの領域については繰り返し単位すなわちピッ
チを設定する。次に、検査領域を指定する。検査領域の
指定では、検査チップの指定と、チップ内検査領域を指
定できる。メモリセル等繰返し以外の領域については、
ここで検査したい領域を光学顕微鏡画像あるいは電子線
画像より設定することができる。検査領域の指定が終了
したら、検査時の明るさを調整するキャリブレーション
設定に移る。キャリブレーションでは、電子線画像を取
得し、その明るさ分布より信号に応じたゲインや明るさ
オフセット補正を行ない、適切な明るさ分布になるよう
に調整するものである。任意のチップを選択し、該チッ
プ内でキャリブレーションを行なうための電子線画像を
取得する座標を指定し、実際にキャリブレーションを実
行し、結果を確認し条件を登録する。従来の検査装置で
は、被検査回路パターンに応じて電子線照射条件を調整
してコントラストを最適化していなかったため、コント
ラストが得られない状態でキャリブレーションを実行し
てしまい、その結果ノイズの影響を受けやすい状態で検
査を実行しなければならず、後述する欠陥検出の条件設
定で誤検出なく欠陥を検出できる条件を設定することが
できなかった。本実施例では、レシピ作成時に電子線画
像を取得する最初の段階で、被検査半導体ウエハに応じ
て適切な電子線照射条件を入力し、以下この条件で電子
線画像を取得しながらレシピを作成し、検査を実行でき
るので、キャリブレーションを実行することにより検査
に適した明るさ分布を得ることができるようになる。

【００７６】キャリブレーション条件の設定およびキャ
リブレーションが完了したら、これまでに設定された各
種条件で実際に検査と同じ方法で画像を取得し、欠陥を
検出するための画像処理条件を設定する。画像を取得す
る際に、検出信号にかけるフィルタの種類を選択し、検
査と同じ状態で画像を１走査幅で1チップ分取得し、欠
陥とそれ以外を判定するための閾値を入力し、取得画像
の中で欠陥と判定された箇所を表示させ、実際に欠陥を
検出しているか、あるいは誤検出が発生しているかを確
認し、閾値を適切な値に調整する。

【００７７】そして、最後にウエハ面内のプロセスばら
つきに対するマージンを考慮するために、上記1チップ
分よりも広い範囲で任意の領域を設定し、それまでに設
定された各種条件により実際に検査を実行し、検出され
た欠陥や誤検出の内容を確認し、最終的に適切な条件で
あれば該被検査半導体ウエハ用の検査レシピファイルと
して登録する。

【００７８】レシピが作成され、登録された後に、自動
検査を実行する。検査のフローを図17に示す。検査の際
は、上記方法で設定・登録した検査条件ファイルを画面
で選択し、検査領域や結果の出力等のオプション条件を
入力し、検査実行を選択することにより、ウエハをロー
ドし、検査条件ファイルに基づき各種パラメータを設定
する。電子光学系については、各種パラメータをレシピ
にて指定された電子線照射条件にあわせて自動設定し、
ビーム校正を実行し、アライメントの実行、キャリブレ
ーションの実行を経て、指定された検査領域をレシピに
て設定された各種条件で検査実行し、必要に応じて欠陥
の内容を確認し、結果を出力してウエハをアンロード
し、検査を終了する。

【００７９】これまでで述べてきた検査方法および検査
装置を用いて検査を実行することにより、被検査半導体
ウエハの製造工程によって異なる表面材料や構造や欠陥
の種類がさまざまであっても、高精度で良質な電子線画
像を取得し比較検査することにより、微細な回路パター
ン上に発生した様々な微小な欠陥あるいは電気的な欠陥
を検出することができるようになる。従来技術では、検
査しやすい工程と検査不可能な工程が存在していたが、
本実施例の検査方法および検査装置により、さまざまな
プロセスや材料の組合せに対応でき安定して検査を実施
することができるようになる。

【００８０】次に、本発明の回路パターン検査装置1お
よび方法を用いて半導体ウエハを検査した適用例につい
て述べる。図2、図3、図4で述べたように、半導体装置
の製造プロセスでは多数のパターン形成工程を繰り返し
ている。また、これらのパターン形成工程において、製
造条件が最適化されていないとさまざまな不良を発生す
る可能性がある。

【００８１】従って、回路パターン検査方法および装置
1を半導体装置の製造プロセスに適用することにより、
異常の発生を高精度且つ早期に検知することができ、当
該工程に異常対策処置を講ずることができ、これらの不
良が発生しないよう加工条件を最適化することができる
ようになる。例えば、現像工程後に回路パターン検査工
程が実施されて、ホトレジストパターンの欠陥や断線が
検出された場合には、感光工程の露光装置の露光条件や
焦点条件が最適でないという事態が推定され、焦点条件
あるいは露光量の調整等によってこれらの条件が即座に
改善される。また、これらの欠陥が各ショット間で共通
して発生しているか否かを欠陥分布から調べる（検出）
ことにより、パターン形成に用いられているホトマスク
・レチクルの欠陥が推定され、ホトマスク・レチクルの
検査や交換がいち早く実施される。導通孔が非導通であ
った場合には、エッチング量の不足あるいはエッチング
時の反応異常が発生しているという自体が推測され、そ
の結果、エッチング量の再設定による最適化およびエッ
チング後の洗浄強化という対策にフィードバックされ
る。その他の工程についても同様であり、本発明の回路
パターンの検査方法および装置を適用し、検査工程を実
施することにより、各種欠陥が検出され、検出された欠
陥の内容によって各製造工程の異常の原因が推定され
る。

【００８２】このように半導体装置の製造過程において
回路パターン検査方法および装置1をインラインで実施
することにより、各種製造条件の変動や異常発生を検査
実時間内に検知することができるため、多量の不良発生
を未然に防ぐことができる。また、回路パターンの検査
方法および装置を適用し、検出された欠陥の程度や発生
頻度等から当該半導体装置全体の良品取得率を予測する
ことができ、半導体装置の生産性を高めることができる
ようになる。

【００８３】次に、各種被検査半導体ウエハに対応して
電子線照射エネルギーを変化させる。図1の装置構成に
おいて、試料台に印加する負の電圧は固定にする。そし
て、電子銃10の加速電圧を変えることにより、試料に照
射する電子線の照射エネルギーを変える。この際に、電
子線を収束させるためのコンデンサレンズ12や対物レン
ズ16等の条件も併せて変える必要がある。また、電子線
の偏向条件等も併せて変える必要がある。このような、
加速電圧に関わる各部のパラメータを、装置のデータベ
ースとして記憶しておき、加速電圧を変更する際に自動
的にこれらのパラメータが設定されるようにする。これ
により、加速電圧を変更した際に生じる光軸調整等を最
小限に抑制することができ、また、試料台に印可する負
の電圧を一定に保つことにより、試料表面の電位分布を
一定に保つことができるようになる。被検査半導体ウエ
ハに対する電子線照射条件については、実施例１と同様
なのでここでは省略する。また、電子線照射条件の方
法、レシピ作成の手順、検査フローについても先に述べ
た例と同様なので省略する。

【００８４】次に、図21に示すように電子光学系3内の
対物レンズ16を二次電子検出器20の上方に設置した。検
査装置の構成は、先の例と同様に構成される。図21にこ
の回路パターン検査装置の構成を示す。電子線19を試料
被検査基板9に照射する。試料被検査基板9には、負の高
電圧が印加されている。本例では、この試料被検査基板
9に印加する一次電子を減速するための負の電圧を-9keV
に設定した。電子線照射により、既に述べた作用で試料
基板9表面から二次電子46が発生する。試料基板9表面で
発生した二次電子46は、試料基板9に印加された負の電
圧により、急激に9keVに加速されるので、基板表面9で
発生した二次電子46の方向はそろっており、反射板17へ
衝突するときの加速された二次電子46の広がりは数mm程
度と小さいため、この二次電子46を対物レンズ16で収束
させなくても検出効率は低下しない。従って、一次電子
線19のみを収束させる位置に対物レンズ16を配置する本
例の構成においても、加速された二次電子46が反射板17
に衝突し発生する第二の二次電子47を高い効率で検出し
信号化することができるので、良質な電子線画像を取得
することができる。本実施例によれば、対物レンズ16の
焦点距離が先の例に比べて長くなるので、その結果、一
次電子線19を先の例に比べて大きく偏向しても、分解能
や精度を維持できる。その他の構成および作用について
は、先の例と同様であるので、ここでは省略する。ま
た、電子線照射条件として被検査半導体ウエハの種類に
対応して電子線照射エネルギーを変化させる方法および
装置の説明は既に述べているので、ここでは省略する。

【００８５】以上、本願の代表的な装置の構成および、
被検査回路パターンの検査方法について、被検査回路パ
ターンの材料や段差、形状や検出したい欠陥の種類に応
じて照射する電子線の条件、特に照射エネルギーを制御
し、適切なコントラストを得ることにより良質な画質の
電子線画像を得る方法、本発明の回路パターン検査を実
施することによる半導体装置その他回路パターンを有す
る基板の製造プロセスの生産性を向上する方法等の一部
の実施例について説明してきたが、本発明の範囲を逸脱
しない範囲で、請求項目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可能である。

【００８６】

【発明の効果】本願によって得られる代表的な効果を以
下に簡単に説明する。

【００８７】本願の回路パターン検査装置を用いて回路
パターンを有する半導体装置等の基板を検査することに
より、従来の光学式パターン検査では検出できなかった
光を透過するシリコン酸化膜やレジスト膜によって形成
された回路パターンの検査を半導体装置等の製造方法に
おいて実用に供することができる検査時間をもって実現
することができた。従来は、被検査半導体の種類や工
程、製造方法や過程により異なる表面の材料や形状によ
り検査ができなかったり欠陥検出能力が低下する場合が
生じていたが、本願の検査方法と検査装置により、この
ような検査が困難な場合にも、電子線照射条件を最適に
設定することにより、検査に適した良好なコントラスト
を得ることができるようになり、その結果、様々な条件
の半導体ウエハに対して高感度な検査を実現することが
できるようになった。しかも、検査時間に影響を与える
ことなく被検査半導体ウエハの表面の帯電状態を変える
ことで上記高感度検査を実現することができた。

【００８８】本検査を基板製造プロセスへ適用すること
により、上記従来技術では検出し得なかった欠陥、すな
わち製造装置や条件等の異常を早期に且つ高精度に発見
することができるため、基板製造プロセスにいち早く異
常対策処理を講ずることができ、その結果半導体装置そ
の他の基板の不良率を低減し生産性を高めることができ
る。また、上記検査を適用することにより、異常発生を
いち早く検知することができるので、多量の不良発生を
未然に防止することができ、さらにその結果、不良の発
生そのものを低減させることができるので、半導体装置
等の信頼性を高めることができ、新製品等の開発効率が
向上し、且つ製造コストが削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路パターン検査装置の装置構成を示す図。

【図２】半導体装置製造プロセスフローを説明する図。

【図３】半導体装置回路パターンと欠陥内容を説明する
平面図。

【図４】半導体装置回路パターンと欠陥内容を説明する
断面図。

【図５】電子線照射条件のコントラストへの影響を説明
する図。

【図６】半導体装置回路パターンに応じた適切な電子線
照射条件を示す図。

【図７】孔形成工程（ホト後）における画像特性を示す
図。

【図８】孔形成工程（エッチング後）における画像特性
を示す図。

【図９】孔形成工程（埋め込み後）における画像特性を
示す図。

【図１０】配線形成工程（エッチング後）における画像
特性を示す図。

【図１１】配線形成工程（別材料）における画像特性を
示す図。

【図１２】配線形成工程（埋め込み）における画像特性
を示す図。

【図１３】洗浄工程における薄膜残り不良の画像特性を
示す図。

【図１４】回路パターンのコントラスト図。

【図１５】回路パターンのコントラスト図。

【図１６】回路パターンのコントラスト図。

【図１７】検査条件設定のフローを説明する図。

【図１８】電子線照射エネルギー設定方法を示す図。

【図１９】電子線照射エネルギー設定方法を示す図。

【図２０】自動検査のフローを示す図。

【図２１】他の例の電子光学系主要部構成を示す図。

【符号の説明】

１…回路パターンの検査装置，２…検査室，３…電子光
学系，４…光学顕微鏡部，５…画像処理部，６…制御
部，７…二次電子検出部，８…試料室，９…被検査半導
体ウエハ，１０…電子銃，１１…電子線引き出し電極，
１２…コンデンサレンズ，１３…ブランキング用偏向
器，１４…絞り，１５…走査偏向器，１６…対物レン
ズ，１７…反射板，１８…ExB偏向器，１９…一次電子
線，２０…二次電子検出部，２１…プリアンプ，２２…
AD変換器，２３…光変換手段，２４…伝送手段，２５…
電気変換手段，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…位置モニタ用測長器，３４…高さ測定器，３
５…光源，３６…光学レンズ，３７…CCDカメラ，３８
…第一画像記憶部，３９…第二画像記憶部，４０…比較
演算部，４１…欠陥判定処理部，４２…モニタ，４３…
補正制御回路，４４…走査偏向器（走査信号発生器），
４５…対物レンズ電源，４６…二次電子，４７…第二の
二次電子，４８…高圧電源，４９…検出器用シールド電
極，５０…リターディング電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）９Ａ００１ (72)発明者渡辺健二東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者佐伯圭一東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者杉本有俊東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者森岡洋東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者田中麻紀神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者宮井裕史茨城県ひたちなか市市毛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 AA54 AA62 BB01 BB04 CC15 EE04 EE10 HH06 JJ05 KK04 QQ02 RR12 RR24 RR30 RR35 2G001 AA03 AA07 AA09 BA07 CA03 CA07 DA09 FA01 FA06 GA01 GA06 GA09 GA11 HA01 HA07 HA13 JA02 JA03 JA11 JA13 JA14 KA03 LA11 MA05 PA11 2G011 AD00 AE03 2G032 AA00 AD08 AE08 AF08 4M106 AA01 AA09 AA20 BA02 BA14 CA15 CA39 CA48 DB04 DB05 DB20 DJ02 DJ04 DJ11 DJ18 DJ21 DJ23 DJ38 9A001 BB01 BB03 BB04 BB05 DD13 EE05 FF03 HH21 HH23 JJ46 JJ49 JJ50 KK16 KK31 KK34 KK35 KK36 KK37 KK42 LL02 LL05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料にパターンが形成された基板表面を電
子線で走査する工程と、試料に電圧を印加する工程と、
上記電子線により上記基板表面から二次的に発生する信
号を検出する工程と、検出された信号から該基板表面の
電子線画像を形成する工程と、該電子線画像を記憶する
工程とを有し、前記記憶した画像より欠陥を判定する工
程を含む検査方法であって、被検査回路パターンに応じ
て前記基板表面へ入射させる電子線照射条件を見い出す
工程を含むことを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項２】回路パターンが形成された基板表面を電子
線で走査する工程と、上記電子線により上記基板表面か
ら二次的に発生する信号を検出する工程と、検出された
信号から該基板表面の電子線画像を形成する工程と、該
電子線画像を記憶する工程と、該基板の隣接する領域に
ついて電子線画像を形成し記憶する工程と、上記二つの
領域の電子線画像を比較する工程と、比較結果から基板
上回路パターンの欠陥を判定する工程を含む検査方法に
おいて、操作画面上で、被検査回路パターンの状態を示す項目を
特定して、これに応じた電子線画像のコントラストを確
認して電子線電圧を含む電子線照射条件を求めて記憶
し、被検査回路パターンの状態を操作画面に表示し、該表示
した画面について記憶した電子線照射条件を使用して電
子線照射条件を確定し、以って該電子線照射条件で電子
線を前記被検査回路パターンに１回照射走査して電子線
画像を形成し、検査を実施することを特徴とする回路パ
ターンの検査方法。
【請求項３】回路パターンが形成された基板表面を電子
線で走査する工程と、上記電子線により上記基板表面か
ら二次的に発生する信号を検出する工程と、検出された
信号から該基板表面の電子線画像を形成する工程と、該
電子線画像を記憶する工程と、該基板の隣接する領域に
ついて電子線画像を形成し記憶する工程と、上記二つの
領域の電子線画像を比較する工程と、比較結果から基板
上回路パターンの欠陥を判定する工程を含む検査方法に
おいて、操作画面上で、被検査回路パターンの状態を示す項目を
特定して、これに応じた電子線画像のコントラストを確
認して電子線電圧を含む電子線照射条件を求めて記憶
し、被検査回路パターンの状態を被検査回路パターンの材料
または段差、および検出したい欠陥の種類について操作
画面に表示し、該表示した画面について記憶した電子線
照射条件を使用して電子線照射条件を確定実施すること
を特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれかにおいて、前記電子線照射条件を見い出す工程として、前記電子線
画像のコントラストから求める工程を有する検査方法。
【請求項５】請求項１から３のいずれかに記載の検査方
法において、被検査回路パターンに応じて電子線照射条
件を設定する工程として、電子線の試料への照射エネル
ギー、電子線のビーム電流、同一領域への電子線照射回
数のいずれかあるいは全部を設定することを特徴とす
る、回路パターンの検査方法。
【請求項６】請求項１から３のいずれかに記載の検査方
法において、被検査回路パターンに応じて電子線照射条
件を設定する工程として、予め電子線照射条件を含む各
種検査条件をデータベース化して設定し記憶して、検査
実施の際に該検査条件データベースを読み出すことを特
徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項７】請求項２または３に記載の検査方法におい
て、電子線の試料への照射エネルギーは試料および試料
台に印加した負の電圧により設定されることを特徴とす
る回路パターンの検査方法。
【請求項８】請求項２または３に記載の検査方法におい
て、電子線のビーム電流は電子光学系に設けられた電極
の電圧とコイルの電流により設定されることを特徴とす
る回路パターンの検査方法。
【請求項９】請求項１から３のいずれかに記載の検査方
法において、被検査回路パターンの材料に応じて電子線
照射条件を設定することを特徴とする回路パターンの検
査方法。
【請求項１０】請求項１から３のいずれかに記載の検査
方法において、被検査回路パターンのパターン段差に応
じて検査条件を設定することを特徴とする回路パターン
の検査方法。
【請求項１１】請求項１から３のいずれかに記載の検査
方法において、被検査回路パターンのパターン寸法ある
いはパターン形状に応じて電子線照射条件を設定するこ
とを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項１２】請求項１から３のいずれかに記載の検査
方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠陥
の種類に応じて電子線照射条件を設定することを特徴と
する回路パターンの検査方法。
【請求項１３】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンの表面の材料が感
光性ホトレジストの場合には電子線照射エネルギーを30
0Vから3kVの範囲のいずれかに設定することを特徴とす
る回路パターンの検査方法。
【請求項１４】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンの表面材料が絶縁
材料と導電膜の組合せであった場合には、電子線照射エ
ネルギーを300Vから5kVの範囲のいずれかに設定するこ
とを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項１５】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンの表面材料が絶縁
材料と、異なる絶縁材料の組合せであった場合には、電
子線照射エネルギーを1500Vから5kVの範囲のいずれかに
設定することを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項１６】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンの段差が0.3μｍ
以上ある場合には、電子線照射エネルギーを1500Vから5
kVの範囲のいずれかに設定することを特徴とする回路パ
ターンの検査方法。
【請求項１７】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンの段差が0.3μｍ
以下の場合には、電子線照射エネルギーを300Vから3kV
の範囲のいずれかに設定することを特徴とする回路パタ
ーンの検査方法。
【請求項１８】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠
陥の種類が、導通孔の非導通不良である場合には、電子
線照射エネルギーを300Vから3kVの範囲のいずれかに設
定することを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項１９】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠
陥の種類がトランジスタや配線のショート欠陥である場
合には、電子線照射エネルギーを300Vから3kVの範囲の
いずれかに設定することを特徴とする回路パターンの検
査方法。
【請求項２０】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠
陥の種類がパターンの形状不良である場合には、電子線
照射エネルギー1kVから5kVの範囲のいずれかに設定する
ことを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項２１】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠
陥の種類が薄膜残さの場合には、電子線照射エネルギー
を300Vから3kVの範囲のいずれかに設定することを特徴
とする回路パターンの検査方法。
【請求項２２】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターン上で検出したい欠
陥の種類が導通孔不良、トランジスタや配線のショート
欠陥とパターン形状欠陥の全部である場合には、電子線
照射エネルギーを1KVから５kVの範囲のいずれかに設定
することを特徴とする回路パターンの検査方法。
【請求項２３】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンのパターン形状が
導通孔であり、孔内部が導電物で充填されている工程を
検査する場合には、電子線照射エネルギーを300Vから3k
Vの範囲のいずれかに設定することを特徴とする回路パ
ターンの検査方法。
【請求項２４】請求項１から１２に記載のいずれかの検
査方法において、被検査回路パターンのパターン形状が
導通孔であり、孔内部が充填されていない工程を検査す
る場合には、電子線照射エネルギーを800Vから5kVの範
囲のいずれかに設定することを特徴とする回路パターン
の検査方法。
【請求項２５】回路パターンが形成された基板表面を電
子線で走査する工程と、上記電子線により上記基板表面
から二次的に発生する信号を検出する工程と、検出され
た信号から該基板表面の電子線画像を形成する工程と、
該電子線画像を記憶する工程と、該基板の隣接する領域
について同様に電子線画像を形成し記憶する工程と、上
記二つの領域の電子線画像を比較する工程と、比較結果
から基板上回路パターンの欠陥を判定する工程を含む検
査方法において、操作画面上で、被検査回路パターンの状態を示す項目を
特定して、これに応じた電子線画像のコントラストを確
認して、電子線電圧を含む電子線照射条件を求めて記憶
し、被検査回路パターンの状態を操作画面に表示し、該表示
した画面について記憶した電子線照射条件を使用して電
子線照射条件を確定し、被検査半導体ウエハに対する電子線の走査方向および試
料台の移動方向を補正するためのアライメント条件を設
定し、被検査半導体ウエハについて検査領域を設定し、
前記電子線照射条件に基づいて検査時の明るさを調整す
るキャリブレーション条件の設定を行い、設定されたこ
れらの条件で電子線画像を形成して画面表示を行い、以
って検査を実行することを特徴とする回路パターンの検
査方法。
【請求項２６】一次電子線を発生させる電子源と、該一
次電子線を集束するレンズ系と、試料を載置する試料台
と、試料台を含む試料室に試料を搬送する搬送手段と、
上記集束した一次電子線を試料上で偏向させる偏向電極
と該偏向電極を駆動するための偏向信号発生器と、該一
次電子線を試料に照射することにより試料から発生する
二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と、検出器
に零または正の電圧を印加するための第一の電源と、前
記検出器からの信号をデジタル信号に変換するためのＡ
Ｄ変換器と、該デジタル信号に基づき検査されるべき画
像を形成して記憶するための画像メモリと、記憶された
当該領域の画像を他の同一回路パターンの画像と比較す
るための比較演算回路と、比較結果から回路パターン上
の欠陥を判別するための演算回路と、前記試料台に負の
電圧を印加するための第二の電源と、該第二の電源によ
り印加される電圧を制御するための制御回路と、被検査
回路パターンに応じた各種検査条件をデータベース化し
て記憶するメモリと、該検査条件を設定し検査を実行す
るための操作画面および操作部と、を備えた回路パター
ンの検査装置。
【請求項２７】請求項２６記載の検査装置において、試
料あるいは試料台あるいは試料近傍に零または負の電位
を印加する手段と、該零または負の電位を制御して被検
査基板に照射する一次電子線のエネルギーを制御する手
段と、試料基板上の回路パターンの材質や形状に応じた
電位の値を予め登録する手段と、検査時に該登録条件を
呼び出し、該負電位を自動設定する手段を有する、回路
パターンの検査装置。
【請求項２８】請求項２６または２７記載の検査装置に
おいて、試料あるいは試料台あるいは試料近傍に零また
は負の電位を印加する手段と、該負の電位設定に連動し
て、偏向電極の信号、電子線を収束させるためのレン
ズ、検出器のゲインを調整する手段を有する、回路パタ
ーンの検査装置。
【請求項２９】一次電子線を発生させる電子源と、該一
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、試料台を含む試料室に試料を搬送する搬送手段
と、上記集束した一次電子線を試料上で走査させる一次
電子線走査手段と、該試料から二次的に発生する二次荷
電粒子を検出する手段と、該検出器からの信号に基づい
て画像を形成して記憶する手段と、該記憶手段に記憶さ
れた当該領域の画像を他の同一の回路パターンが形成さ
れた領域の画像と比較する手段と、比較結果から回路パ
ターン上の欠陥を判別する手段と、から成る回路パター
ンの検査装置であって、試料基板上の回路パターンの材
質または形状におよび検出したい欠陥の種類に応じた電
子ビーム照射量を制御する手段を有する、回路パターン
の検査装置。
【請求項３０】請求項２６から２９記載のいずれかの検
査装置において、操作画面に試料台に印加する負の電圧
あるいは試料に照射する電子線の照射エネルギー、試料
に照射する電子線のビーム電流を入力する画面を有する
ことを特徴とする回路パターンの検査装置。
【請求項３１】請求項２６から３０記載のいずれかの検
査装置において、予め被検査パターンの情報と検査条件
の対応をデータベースとして登録できる記憶部と、操作
画面より被検査パターンの条件を入力する手段、該入力
により検査条件を検索する手段を有し、操作画面上に被
検査パターンに対する検査条件の推奨値を提示する機能
を備えたことを特徴とする回路パターンの検査装置。