JP2004031379A

JP2004031379A - 電子線を用いた検査方法及び検査装置

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Publication number: JP2004031379A
Application number: JP2002180735A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Gunji; 郡司　康弘; Hiroshi Ninomiya; 二宮　　拓; Ryuichi Funatsu; 船津　隆一; Yoshikazu Inada; 稲田　賀一; Kenjiro Yamamoto; 山本　健次郎; Mari Nozoe; 野副　真理
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: US20050040331A1; US20040026633A1; JP3823073B2; US7271385B2; US20060076490A1

Abstract

【課題】より詳細で定量的な評価を高スループットで実現できる電子線を用いた検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】予め用意された試料面上の欠陥位置情報に基づいて、欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、電子線により試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、電子線画像の情報より試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備える。
【選択図】　図１

Description

【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（基板にパターンを露光するときに用いられるパターンが形成されたマスク），液晶板等の試料を検査する電子線を用いた検査方法および検査装置に関する。
【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。しかし、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。
【０００４】
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　ａ　Ｎｅｗ　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。
【０００５】
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（以下ＳＥＭという）の１０００倍以上
（１００ｎＡ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。
【０００６】
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するためには、２ｋｅＶ以下の低加速電子線を照射する必要がある。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。
【０００７】
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。
【０００８】
以上のようなＳＥＭを利用した検査装置においては、まだ以下のような問題が残されている。
【０００９】
一つは、欠陥かどうかの判定が０／１のディジタル的な判定となっており、その間のアナログ的な判定ができず、より詳細な評価ができないことが挙げられる。これは、プラグ穴底の非開口不良などを例にとれば、導通／非導通の従来の判定結果に対し、中間的な半導通状態が存在することに相当する。しかし、プラグの本来の条件である、配線のレベル間をより低抵抗でオーミックに接続できる、ということからすると、これらの評価は抵抗値でアナログ的に詳細に評価すべきと言える。
【００１０】
また、同じく電気特性不良の中でも、ＤＲＡＭのリフレッシュ不良や、フラッシュメモリのトランジスタリーク不良などのｐｎ接合の微小リーク電流に起因した不良は、ＳＥＭ式検査装置でも検出することが困難である。特開２００２−
９１２１号公報には、接合部を逆バイアス状態に帯電させた状態で電子線を間欠照射し、接合リーク電流に応じて帯電が緩和することを利用し電位コントラスト像として検出することによって、上記不良の検出を試みていることが記載されている。
【００１１】
しかしながら、この方式では、電子線を同じ場所に何度も繰り返し照射するため、ウエハはステップアンドリピートで移動させる必要がある。したがって、ステージ機構の静定時間やステージ制御のロス時間などを考慮すると、半導体基板１枚当たりの所要時間であるスループットが低下するという問題がある。
【００１２】
【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電気特性不良の検査技術としてＳＥＭ式検査装置を用いて、導通／非導通などの判定だけでなく、抵抗値やｐｎ接合におけるリーク電流量の測定なども可能として、より詳細で定量的な評価を高スループットで実現できる電子線を用いた検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施態様は、電子線を走査して発生する二次荷電粒子の検出信号に基づいて試料のパターン上の欠陥を検出する電子顕微鏡を用いた検査装置において、まず粗い検査を実施して欠陥候補を絞り込んだ後、欠陥レビューを実施後、欠陥部の抵抗値またはリーク量を測定するものである。
【００１４】
より具体的には、予め用意された試料面上の欠陥位置情報に基づいて、欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、電子線により試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、電子線画像の情報より試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備えたものである。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明が適用される走査電子顕微鏡を用いた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）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。
【００１７】
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，電子線の引出電極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。
【００１８】
試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，位置モニター用測長器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。
【００１９】
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ー５０に表示される。
【００２０】
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、位置モニター用測長器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ーし、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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わせは行わない。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。
【００２３】
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と引出電極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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置をモニターする位置モニター用測長器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ーでき、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。
【００３４】
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ーにて検出し、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の測定データに基づいて、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。
【００３５】
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，モニター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わせ、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、モニター５０にその位置や欠陥数等を表示する。
【００３６】
次に図１で示した検査装置の各部の動作について、図３の検査手順に従い説明する。図３は検査手順を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、ウエハが任意の棚に設置されたウエハカセットを、ウエハ搬送系のカセット載置部に置く（図３のステップ３１０）。
【００３８】
次に、操作画面より、検査すべきウエハを指定するために、該ウエハがセットされたカセット内棚番号を指定する。そして、操作画面より、各種検査条件を入力する（図３のステップ３２０）。検査条件入力内容としては、電子ビーム電流，電子ビーム照射エネルギー，走査速度および信号検出サンプリングクロック，検査領域，被検査ウエハに関する各種情報，複数毎のウエハを自動的に続けて検査するかどうか、同じウエハを異なる検査条件で続けて検査するかどうか等の内容を入力する。個々のパラメータを入力することも可能であるが、通常は上記各種検査パラメータの組み合わせが検査条件ファイルとしてデータベース化されており、検査条件ファイルを選択して入力するだけでよい。これらの条件入力が完了（図３のステップ３２０）したら、ステップ３３０として、検査をスタートする（図３のステップ３３０）。
【００３９】
自動検査をスタートすると、まず、設定されたウエハを検査装置内に搬送する。ウエハ搬送系においては、被検査ウエハの直径が異なる場合にも、ウエハ形状がオリエンテーションフラット型あるいはノッチ型のように異なる場合にも、ウエハを載置するためのホルダを、ウエハの大きさや形状にあわせて交換することにより対応できるようになっている。該被検査ウエハは、カセットからアーム，予備真空室等を含むウエハローダによりホルダ上に載置され、保持固定されてホルダとともにウエハローダ内で真空排気され、既に真空排気系で真空になっている検査室に搬送される（図３のステップ３４０）。ウエハがロードされたら、上記入力された検査条件に基づき、電子光学系制御部より各部に電子線照射条件が設定される。
【００４０】
図６はウエハ７６０が載置されたウエハホルダ７５０の平面図である。図６に示すような、ウエハホルダ７５０上に載置されたビーム校正用パターン７７０が電子光学系の下にくるようにステージが移動し（図３のステップ３５０）、ビーム校正用パターン７７０の電子線画像を取得し、該画像より焦点及び非点収差の調整を行う。そして、被検査対象であるウエハ上の所定の箇所に移動し、ウエハの電子線画像を取得し、コントラスト等を調整する。ここで、電子線照射条件等を変更する必要が生じた場合にはパラメータを変更し、再度ビーム校正を実施することが可能である。同時にウエハの高さを高さ検出器より求め、ウエハ高さ検出系により高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め、この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを実行することなく、ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整する。これにより、高速連続電子線画像取得が可能になった（図３のステップ３６０）。
【００４１】
電子線照射条件および焦点及び非点収差調整が完了したら、ウエハ上の２点によりアライメントを実施する（図３のステップ３７０）。
【００４２】
アライメントが完了したら、アライメント結果に基づき回転や座標値を補正し、図６に示すウエハホルダ７５０上に載置された第二の校正用パターン７８０に移動する（図３のステップ３８０）。第二の校正用パターン７８０は、予め正常に接合が形成されたトランジスタまたは、トランジスタに相当するパターンであり、該パターンを用いて正常部の明るさを校正する。この結果をふまえて、ウエハ上に移動し、ウエハ上のパターン箇所の画像を取得し、明るさ調整すなわちキャリブレーションを実施する（図３のステップ３９０）。
【００４３】
キャリブレーションが完了したら、検査を実施する（図３のステップ４００）。検査方法については、ステージを連続移動させ指定された領域の検査を実施しながら、リアルタイムで画像処理を実施し、欠陥発生箇所については自動的に画像を保存する（図３のステップ４１０）。そして、検査結果をモニター５０に表示し、且つデータをデータ変換部を介して外部に出力する（図３のステップ４２０）。
【００４４】
検査条件の入力（図３のステップ３２０）において、同一箇所を複数回異なる条件で検査する設定をした場合には、一度検査された領域に帯電除去処理を施す（図３のステップ４４０）。帯電除去部については図１では図示していないが、例えば、紫外光を照射することにより帯電除去処理を施す。
【００４５】
そして、再び異なる電子ビーム照射条件により検査を実行する（図３のステップ４００）。このようにして、検査を完了したら、ウエハをアンロードして検査を終了する（図３のステップ４３０）。
【００４６】
図２は本発明の実施例の機能ブロック図である。上述した検査手順により実施された検査を粗い検査と呼び、この粗い検査の結果により欠陥候補を絞り込み、その後、以下に示す詳細検査を実施する。
【００４７】
すなわち、図３のステップ４００，４１０，４２０で実施された検査及び結果出力は、図２（ａ），（ｂ）においては画像処理部５からの欠陥情報２２０出力として表現されている。この欠陥情報２２０に基づいて、欠陥位置情報生成部
２３０において欠陥位置情報２４０が生成される。この欠陥位置情報２４０が示す欠陥位置を電子光学系下にステージ移動によって移動させ、抵抗値・リーク量測定部２５０によって抵抗値・リーク量２６０が測定される（詳細検査）。
【００４８】
これにより、ウエハ全面をステージ連続移動により高速に粗い検査を行い、欠陥候補を絞り込んだ後、時間のかかる詳細検査を実施するため、全体としての検査効率を大幅に向上させることができる。
【００４９】
図２（ｂ）においては、欠陥位置情報２４０に基づいてステージを移動させ、欠陥レビュー処理部２７０において欠陥をレビューした後、抵抗値・リーク量を測定している。これにより、欠陥レビューによっても欠陥候補をさらに絞り込むことができ、より検査効率をアップさせることが可能となる。
【００５０】
図４は検査手順を示すフローチャートである。図４により、図２（ｂ）に示した検査手順の詳細を説明する。
【００５１】
まず、ウエハが任意の棚に設置されたウエハカセットを、ウエハ搬送系のカセット載置部に置く（図４のステップ５１０）。
【００５２】
次に、操作画面より、検査すべきウエハを指定するために、該ウエハがセットされたカセット内棚番号を指定する。そして、操作画面より、事前に実施された粗検査の結果を入力する（図４のステップ５２０）。入力内容としては、検査結果を格納しているファイル名等である。
【００５３】
入力を完了すると、ステップ５３０として、欠陥レビューをスタートする。
自動欠陥レビューをスタートすると、まず、設定されたウエハを検査装置内に搬送した後、既に真空排気系で真空になっている検査室に搬送される（図４のステップ５４０）。
【００５４】
ウエハがロードされたら、上記入力された粗検査の結果である欠陥位置情報に基づいて、ある欠陥の位置へステージを移動させ（ステップ５５０）、欠陥をモニター５０に表示させレビューする（ステップ５６０）。
【００５５】
その後、抵抗値測定モード（ステップ６００）に処理は移行する。
【００５６】
次に、ステップ６１０の電子ビーム照射条件仮設定に移り、前述の特開２００２−９１２１号公報に開示された原理を用いて測定するため、ビーム電流量，ＸＹ走査サイズ，照射間隔，照射回数等を仮に設定する。ステップ６２０において、その条件での画像を表示させ、ステップ６３０でその条件が測定に適しているかを判断し、適していなければ、ステップ６１０に戻って条件を調整し直す。適した条件を決定した後、ステップ６４０において欠陥部の抵抗値を測定する。
【００５７】
その後、抵抗値測定モードを終了し、ステップ５７０において、レビュー結果もしくは抵抗値測定結果等を出力する。次の欠陥についても同様な処理が繰り返され、全欠陥が終了した後、ステップ５９０のウエハアンロードに進み、処理を終了する。
【００５８】
図５は欠陥部の抵抗値を測定する原理を説明する関係図である。横軸は時間、縦軸は電子ビーム照射の量と帯電電圧またはＳＥＭ像明るさである。欠陥部の抵抗値の測定方法の詳細な原理は、特開２００２−９１２１号公報に記載されているとおりである。図５には、電子ビーム照射間隔Ｔｉｎｔが正常なｐｎ接合を有するプラグの帯電緩和時間よりも短い場合の例を示してある。この場合、電子ビームを複数回照射した後は、図示したように正常なプラグ７００とリーク不良プラグ７１０の間で、ＳＥＭ像明るさに差が発生する。この差を定量的に分類すれば、リークの程度、すなわち抵抗成分を見積もることができ、例えば、その差が大きい程、より小さな抵抗値であると見積もることができる。
【００５９】
図６は、前述したようにウエハホルダの平面図であるが、ウエハホルダ７５０に設けられた第二の校正用パターン７８０の中に、正常なｐｎ接合から数種類の程度のリークサンプルを用意しておき、それと各欠陥部のＳＥＭ像の明るさとを比較する。このことにより、より正確な定量評価が可能となる。このようにすると、絶対的な抵抗値の見積もりが実現できる。
【００６０】
図７はモニターへの表示例を示す画面の図である。図７の例は、欠陥の抵抗値の測定結果を表示した例である。画面８００の左側にはウエハマップ８１０が表示され、その上に欠陥が丸印で示され、リーク不良が発生した箇所が分布パターンで示されている。領域８２０には、ウエハマップ８１０に示されたリーク不良箇所の分布パターンの凡例が示されており、この例では３種類の抵抗値に分類されている。各種類を色分けするなどにより、目視で容易に識別できるようにするとよい。図中のＸＸやＹＹは実際には具体的な抵抗値が表示される。この値は任意に設定できる。また、この例における抵抗値測定時の条件は領域８３０に表示される。領域８３０の中の領域８３２には電子ビームの電流量が、領域８３４にはＸＹ各方向への走査寸法が、領域８３６には電子ビームの照射の間隔が、領域８３８には同一領域における電子ビームの照射の回数が表示される。
【００６１】
リーク不良等の欠陥は、プロセスの条件に大きく影響を受けるため、例えばウエハ周辺で発生しやすかったりする場合があり、本実施例により、このような分布の特徴がより的確に把握することが可能となる。
【００６２】
なお、リーク不良等の欠陥を本実施例ではウエハ上の分布で示したが、ウエハ内の各チップ上の分布として表示してもよい。この場合、図７に示したウエハマップ８１０はチップ１個または複数個を表示する。
【００６３】
以上の本発明の実施態様をまとめると、以下のとうりである。
【００６４】
予め用意された試料面上の欠陥位置情報に基づいて、欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、電子線により試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、電子線画像の情報より試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備えたものである。
【００６５】
また、前記画像化工程で得られた画像情報を表示する工程を有してもよい。
【００６６】
また、予め用意された前記欠陥位置情報が、ウエハを載置する試料台を連続移動させることによる欠陥検査に基づいて作成され、欠陥位置情報に基づく各欠陥位置毎に試料台を順次移動させ静止した状態で、電子線照射工程，電子信号検出工程及び抵抗値・リーク量測定工程を繰り返すものである。
【００６７】
また、前記抵抗値・リーク量測定工程で取得された各欠陥部の抵抗値もしくはリーク量を、ウエハの模式図上に欠陥の種類別にマップ表示するものである。
【００６８】
また、ウエハを載置する試料台を連続移動させながら電子線をウエハ上に走査させる工程と、電子線によりウエハ面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、電子信号を画像化する工程と、同パターンの電子線画像同士を比較することにより欠陥部を特定する工程と、欠陥部の属性情報の内、少なくとも位置情報を含む欠陥位置情報を生成する工程と、欠陥位置情報に基づいて、欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、電子線によりウエハ面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、電子線画像の情報よりウエハ面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いによりウエハ面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備えたものである。
【００６９】
また、ウエハを載置する試料台と、試料台を連続移動させるステージ機構部と、電子源と、電子源からの電子線をウエハ上に照射及び走査させる電子光学系と、電子線によりウエハ面から二次的に発生する電子信号を検出する検出器と、電子信号を画像化し、同パターンの電子線画像同士を比較することにより欠陥部を特定する画像処理部と、欠陥部の属性情報の内少なくとも位置情報を含む欠陥位置情報を生成する欠陥位置情報生成部とを備え、前記電子光学系は、欠陥位置情報に基づいて、欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する機能を備え、前記検出器は、電子線によりウエハ面から二次的に発生する電子信号を検出し、前記画像処理部は、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する機能を備え、さらに、電子線画像の情報よりウエハ面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いによりウエハ面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する抵抗値・リーク量測定部を備えたものである。
【００７０】
以上述べたように、光学画像では検出困難な電気特性不良の検査技術として
ＳＥＭ式検査装置を用いて、導通／非導通などの判定だけでなく、抵抗値やｐｎ接合におけるリーク電流量の測定なども可能となり、より詳細で定量的な評価を高スループットで実現できる検査方法および検査装置を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、より詳細で定量的な評価を高スループットで実現できる電子線を用いた検査方法および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】本発明の実施例の機能ブロック図。
【図３】検査手順を示すフローチャート。
【図４】検査手順を示すフローチャート。
【図５】欠陥部の抵抗値を測定する原理を説明する関係図。
【図６】ウエハホルダの平面図。
【図７】モニターへの表示例を示す画面図。
【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…モニター、２２０…欠陥情報、２３０…欠陥位置情報生成部、２４０…欠陥位置情報、２５０…抵抗値・リーク量測定部、２６０…抵抗値・リーク量、２７０…欠陥レビュー処理部、７８０…第二の校正用パターン。

Claims

予め用意された試料面上の欠陥位置情報に基づいて、前記欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、前記電子線により前記試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、前記電子線画像の情報より前記試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより前記試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備えたことを特徴とする電子線を用いた検査方法。
請求項１の記載において、
前記画像化工程で得られた画像情報を表示する工程を備えたことを特徴とする電子線を用いた検査方法。
請求項１の記載において、
予め用意された前記欠陥位置情報が、前記試料を載置する試料台を連続移動させることによる欠陥検査に基づいて作成され、前記欠陥位置情報に基づく各欠陥位置毎に、前記試料台を順次移動させ静止した状態で、前記電子線照射工程，前記電子信号検出工程及び前記抵抗値・リーク量測定工程を繰り返すことを特徴とする電子線を用いた検査方法。
請求項１の記載において、
前記抵抗値・リーク量測定工程で取得された各欠陥部の抵抗値もしくはリーク量を、前記試料の模式図上に、欠陥の種類別にマップ表示されることを特徴とする電子線を用いた検査方法。
試料を載置する試料台を連続移動させながら電子線を前記試料上に走査させる工程と、前記電子線により前記試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、前記電子信号を画像化する工程と、同パターンの前記電子線画像同士を比較することにより欠陥部を特定する工程と、前記欠陥部の属性情報の内少なくとも位置情報を含む欠陥位置情報を生成する工程と、前記欠陥位置情報に基づいて前記欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する工程と、前記電子線により前記試料面から二次的に発生する電子信号を検出する工程と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する工程と、前記電子線画像の情報より前記試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより前記試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する工程とを備えたことを特徴とする電子線を用いた検査方法。
試料を載置する試料台と、前記試料台を連続移動させるステージ機構部と、電子源と、前記電子源からの電子線を前記試料上に照射及び走査させる電子光学系と、前記電子線により前記試料面から二次的に発生する電子信号を検出する検出器と、前記電子信号を画像化し、略同パターンの前記電子線画像同士を比較することにより欠陥部を特定する画像処理部と、前記欠陥部の属性情報の内、少なくとも位置情報を含む欠陥位置情報を生成する欠陥位置情報生成部と、
前記欠陥位置情報に基づいて、前記欠陥及びその周辺に対し電子線を所定の間隔で複数回照射する機能ももつ前記電子光学系と、前記電子線により前記試料面から二次的に発生する電子信号を検出する前記検出器と、予め指定したｎ回目以降の電子線照射により検出される電子信号を画像化する機能ももつ前記画像処理部と、前記電子線画像の情報より前記試料面の帯電緩和状態をモニターし、帯電緩和の度合いにより前記試料面上の欠陥部分の抵抗値またはリーク量を測定する抵抗値・リーク量測定部とを備えたことを特徴とする電子線を用いた検査装置。