JP2006313680A - 電子線式観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
走査式電子顕微鏡を用いた観察において、観察試料に対して鉛直下向きに撮像する落射画像と、傾斜観察画像とを高速に収集すること。
【解決手段】
本発明は、観察試料上の欠陥に対してほぼ垂直方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第１の電子検出手段により検出して落射観察による欠陥画像信号を出力する第１の電子光学系２０ａと、前記観察試料上の欠陥に対して傾斜方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記観察試料上の欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第２の電子検出手段により検出して傾斜観察による欠陥画像信号を出力する第２の電子光学系２０ｂとを備え、前記第１の電子光学系から落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記第２の電子光学系から傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成した電子線式観察装置である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体電子回路基板や液晶表示基板等の表面に生じた欠陥をレビューするための走査型電子顕微鏡における観察方法ならびにその装置に関する。

半導体電子回路基板や液晶表示基板などの大規模集積回路の製造プロセスにおいて、歩留まりの早期立ち上げ、及び、製造プロセスの安定稼働を実現するためには、インラインウエハ検査による欠陥の発生状況把握ならびに解析装置による詳細欠陥分析を行い、これらから得られた欠陥発生原因に関する知見より、製造プロセスに対して迅速かつ適切な対策を行うことが重要である。インラインウエハ検査装置からは欠陥座標が出力され、解析装置では欠陥座標をもとに欠陥画像を収集する。技術者は欠陥画像をもとに欠陥の発生原因を特定する。上記解析装置には、走査式電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で高精細画像を収集するレビューＳＥＭ装置がある。レビューＳＥＭの特徴は、欠陥座標を用いて欠陥画像を収集する自動欠陥レビュー機能（ＡＤＲ：Automatic Defect Review）と、収集した画像を欠陥種類別に分類する自動欠陥分類機能（ＡＤＣ：Automatic Defect Classification）を有している点である。近年、半導体プロセスの微細化に伴いインラインウエハで検出される欠陥は増大する傾向にあり、ＡＤＲの高速化が重要となっていきている。

一方、欠陥をより詳細に解析するためには、観察対象の真上からの画像（以下、落射画像と略す）に加え、傾斜観察を行うことも有効である。傾斜観察には、ステージを傾斜させることで斜め方向の観察を行うステージチルトが特開２０００−２１３４５号公報（特許文献１）及び特開２００４−２１９３４３号公報（特許文献２）で知られている。

さらに、傾斜観察方法としては落射画像を撮像する専用の電子光学系と傾斜観察を行う専用の電子光学系の２つの電子光学系を併せ持つ構成が米国特許ＵＳ６８１２４６２Ｂ１（特許文献３）にて知られている。

特開２０００−２１３４５号公報 特開２００４−２１９３４３号公報 ＵＳ６８１２４６２Ｂ１

上記特許文献１、２に記載されたステージチルトはステージのハードウエアを傾斜させる必要があるため、欠陥ごとに落射画像と傾斜画像の画像を収集しようとすると、欠陥ごとにハードウエアを傾斜させる必要がある。従って、上記傾斜観察方法は大量の画像を高速に収集する必要があるＡＤＲには適しておらず、従来、ＡＤＲ中に落射画像と同時に傾斜画像を高速に収集することに対して、十分な配慮が為されていなかった。

一方、上記特許文献３に記載された２つの電子光学系を併せ持つ構成に関しては、任意方向に傾斜した撮像ができないという課題があり、任意の方向からの傾斜画像の撮像が重要である欠陥レビューに適用させるには課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ＡＤＲ中に落射画像と傾斜画像を高速に収集できるようにした電子線式観察装置（レビューＳＥＭ装置）及びその方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、欠陥を有する観察試料を載置し、少なくともＸＹ方向に移動するステージと、前記観察試料上の欠陥に対してほぼ垂直方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第１の電子検出手段により検出して落射観察による欠陥画像信号を出力する第１の電子光学系と、前記観察試料上の欠陥に対して傾斜方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記観察試料上の欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第２の電子検出手段により検出して傾斜観察による欠陥画像信号を出力する第２の電子光学系とを備え、前記第１の電子光学系から落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記第２の電子光学系から傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成した電子線式観察装置（レビューＳＥＭ装置）である。

また、本発明は、前記第１の検出手段は、主に２次電子を捕捉する２次電子検出手段と反射電子を捕捉する反射電子検出手段とを有し、前記第１の電子光学系から収集される前記落射観察による欠陥画像信号として２次電子像と陰影像（反射電子像）とであることを特徴とする。

また、本発明は、前記第２の検出手段は、主に２次電子を捕捉する２次電子検出手段と反射電子を捕捉する反射電子検出手段とを有し、前記第２の電子光学系から収集される前記傾斜観察による欠陥画像信号として２次電子像と陰影像（反射電子像）とであることを特徴とする。

また、本発明は、前記第１の電子光学系又は前記第２の電子光学系にビームチルト機能を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記ステージは更に水平面内の回転機能を有し、該回転機能を用いて前記観察試料上に形成された回路パターンの向きを少なくとも前記第２の電子光学系による傾斜観察方向に合わせることを特徴とする。

また、本発明は、前記回転機能を用いたとき、欠陥部位が前記第２の電子光学系の撮像視野内に位置決めできるように前記ステージと前記撮像視野とを相対的に補正するように構成することを特徴とする。

また、本発明は、更に、前記第１の電子光学系から収集された落射観察による欠陥画像信号と、前記第２の電子光学系から収集された傾斜観察による欠陥画像信号とを表示する表示装置を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記第１の電子光学系は前記第１の電子検出手段により低倍参照画像及び低倍欠陥画像を検出するように構成し、該検出された低倍参照画像と低倍欠陥画像とを比較することによって正確な欠陥位置を検出する画像処理手段を備え、該画像処理手段によって検出された正確な欠陥位置を前記第１の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第１の電子光学系により高倍の落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記検出された正確な欠陥位置を前記第２の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第２の電子光学系により高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＤＲ中に落射画像のみならず傾斜画像も高速に収集することが可能となり、製造プロセスにおける不良原因特定のために手掛かりとなる情報が増えることができ、ひいては、不良原因特定に要する時間を短縮することができる。

本発明に係るレビューシステム及びレビューＳＥＭ装置の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
本発明に係る第１の実施の形態は、外観検査装置で検出された欠陥部の観察画像を収集（レビュー）するレビューＳＥＭ装置に関するものであって、レビューにおいて落射画像とともに傾斜画像を高速に収集することを特徴とする。

以下、本発明に係るレビューシステム及びレビューＳＥＭ装置の第１の実施例である構成、ＡＤＲ中の撮像シーケンス、ＧＵＩの順に説明する。

まず、本発明に係るレビューシステム構成ならびに役割の第１の実施例について図１を用いて説明する。外観検査装置２で検出した検査結果（観察試料上の欠陥の位置座標情報等）１０は、ＬＡＮ５を通じて検査結果用サーバ３に蓄積される。レビューサンプリング用計算機４では、検査結果用サーバ３に蓄積されている検査結果１０を取得し、欠陥をランダム、クラスタ、線状などその分布状況を解析し、特定の分布カテゴリの欠陥に偏ることなく各分布カテゴリの欠陥を含むようなレビュー欠陥候補１２を算出し（サンプリングし）、検査結果用サーバ３に送信する。レビューＳＥＭ装置１では、検査結果とレビュー欠陥候補１４をもとに欠陥部の位置決めを行い、欠陥部の画像を収集し（自動欠陥レビュー（ＡＤＲ））、レビュー画像及び欠陥分類結果（ＡＤＣ結果）１４を検査結果用サーバ３に送信する。技術者が詳細に解析すべきであると判断した欠陥については、検査結果及びレビュー欠陥ＩＤ１５をもとに欠陥部の位置決めを行い、解析装置６でより詳細な解析を行う。

次に、本発明に係るレビューＳＥＭ装置１の第１の実施例の構成について図２を用いて説明する。レビューＳＥＭ装置１は、欠陥画像収集用ユニット３０と欠陥分類用ユニット４０とによって構成される。そして、レビューＳＥＭ装置１の特徴とする構成は、まず、欠陥画像収集用ユニット３０において、ステージ系２６上に載置された観察試料２５の表面に対してほぼ鉛直下向き方向の第１の電子光学系カラム（垂直カラム）２０ａと、該観察試料２５の表面に対して斜め方向の第２の電子光学系カラム（傾斜カラム）２０ｂとの２つを備え、それぞれが観察試料２５上の同一位置に電子ビームを照射できるように配置する点である。即ち、垂直カラム２０ａの照射光軸と傾斜カラム２０ｂの照射光軸を観察試料２５の表面上で交差させて配置することになる。この場合、垂直カラム２０ａおよび傾斜カラム２０ｂの各々が高倍率で撮像するとき、対物レンズ５５を制御してフォーカス調整する垂直カラム２０ａの合焦点位置および傾斜カラム２０ｂの合焦点位置は、上記交差する点（観察試料の表面の高さ位置）となる。

ステージ系２６は、θステージ（回転ステージ）、Ｘステージ及びＹステージから構成される。勿論、ステージ系２６はＺステージを有しても良い。

制御システム２２は、各電子光学系カラム２０ａ、２０ｂの各々から出射される電子ビームのビーム電流、ＸＹ偏向量及びビームチルト量等を制御すると共に、ステージコントローラ２４を介してステージ系２６のθステージ、Ｘステージ及びＹステージを制御することが可能である。

電子光学系カラム２０ａ、２０ｂの各々で検出した電子画像信号の各々は画像処理システム２１に入力され、画像処理システム２１においてＡ／Ｄ変換されて画像信号（落射画像（２次電子像）、落射画像（右陰影像）、落射画像（左陰影像）：傾斜画像（２次電子像）、傾斜画像（右陰影像）、傾斜画像（左陰影像））が生成される。更に、画像処理システム２１は、該生成された画像信号を基にレビュー欠陥画像信号を抽出し、該抽出されたレビュー欠陥画像信号について制御システム２２を介してディスプレイ２３のＧＵＩ画面に出力すると共に上記抽出されたレビュー欠陥画像信号に対して画像処理を行ってレビュー欠陥ＩＤの位置座標及び欠陥サイズやを算出し、該算出されたレビュー欠陥ＩＤの位置座標及び欠陥サイズを上記レビュー欠陥画像信号と共に制御システム２２に提供して欠陥画像収集用ユニット３０として記憶装置２８に格納する。なお、２７は制御システム２２に接続されたキーボードやマウス等で構成された入力手段である。

以上説明したように、欠陥画像収集用ユニット３０は、電子光学系カラム２０ａ、２０ｂの各々で検出した電子画像信号の各々を画像処理して得られるレビュー欠陥ＩＤの位置座標及び欠陥サイズ並びにレビュー欠陥画像信号を収集することを目的として記憶装置２８に格納される。そして、欠陥画像収集用ユニット３０は、収集されたレビュー欠陥ＩＤの位置座標及び欠陥サイズ並びにレビュー欠陥画像信号等のレビュー欠陥情報を記憶装置２８から読み出して欠陥分類用ユニット４０に送信して提供される。

一方、欠陥分類用ユニット４０は、欠陥画像収集用ユニット３０から提供されたレビュー欠陥情報（特にレビュー欠陥画像信号から得られるレビュー欠陥の特徴量（面積、ＸＹ投影長、濃淡値（諧調値）の最大若しくは平均値））を基に例えば該特徴量空間を用いてレビュー欠陥を種類別に分類し、該分類結果をディスプレイ４２に表示すると共に記憶装置４３又は欠陥画像収集用ユニット３０の記憶装置２８に格納する。なお、４４はキーボードやマウス等から構成される入力手段である。

以上により、本発明に係るレビューＳＥＭ装置１は、レビュー欠陥部の画像を収集し（自動欠陥レビュー（ＡＤＲ））、レビュー画像及び欠陥分類結果（ＡＤＣ結果）１４を検査結果用サーバ３に送信することが可能となる。

次に、電子光学系カラム（垂直カラム）２０ａおよび電子光学系カラム（傾斜カラム）２０ｂの各々の具体的な構成について図３を用いて説明する。垂直カラム２０ａおよび傾斜カラム２０ｂの各々において、各電子線照射手段５０より照射された電子線は、各コンデンサレンズ５１により電子線の軌道の広がりを縮小するとともに観察試料方向に電子線を移送する。各偏向器５６を通過した電子線は、各対物レンズ５５により観察試料上で収束し、観察試料２５に照射される。各偏向器５６では、観察試料上のビーム照射位置を制御（ビーム走査）することができる。ステージ系２６の移動（走行）と該ステージ移動と各カラム２０ａ、２０ｂでの直交する方向へのビーム走査とにより、各電子線を観察試料２５の表面に対し２次元的に照射する。このように各電子線の照射により試料表面からは２次電子と反射電子とが発生する。観察試料２５から各カラム２０ａ、２０ｂの照射光軸方向に出力される２次電子を、各照射光軸に設けられた各ＥｘＢ偏向器５７で軌道を変え、各２次電子検出手段５２に入力される。従って、各２次電子検出手段５２は、試料表面から各照射光軸方向に出力される落射照射及び傾斜照射の各々による２次電子を検出することができることになる。一方、観察試料２５から落射照射及び傾斜照射の各々によって出力される各一対の反射電子を、各照射光軸に対してある傾き角度を持った方向に設置された各一対の反射電子検出手段５３、５４で検出する。各照射光軸に対してある傾き角度を持った各一対の反射電子は、観察試料表面の陰影（落射照射による右陰影、左陰影：傾斜照射による右陰影、左陰影）を現すことができるため、これを検出している。各２次電子検出手段５２及び各一対の反射電子検出手段５３、５４の各々から出力される検出信号（落射画像（２次電子像）、落射画像（右陰影像）、落射画像（左陰影像）：傾斜画像（２次電子像）、傾斜画像（右陰影像）、傾斜画像（左陰影像））は、Ａ／Ｄ変換部６０でデジタル画像へ変換され、画像メモリ６１に格納される。画像処理手段６２では、蓄積された画像を基に画像処理を行う。２次電子検出手段５２の各々で検出された信号からは落射画像及び傾斜画像の各々の２次電子像が生成され、反射電子検出手段５３、５４の各々からは、落射画像の右陰影像と左陰影像：傾斜画像による右陰影像と左陰影像が生成される。

一方、制御システム２２では、各コラム２０ａ、２０ｂにおける電子線照射手段５０、コンデンサレンズ５１、偏向器５６、対物レンズ５５など電子光学系の各種条件（電流値、電圧値）を制御するとともに、ステージコントローラ２４を介してステージ２６の動きを制御する。

なお、各コラム２０ａ、２０ｂにおいて、カラム内のコンデンサレンズ５１、又は偏向器５６、又は対物レンズ５５内の磁界を制御することで、ビームを照射光軸に対して斜め方向から観察試料２５の表面に照射するビームチルトを行うことが可能である。

次に、傾斜カラム２０ｂ及び垂直カラム２０ａを用いた試料観察について図４を用いて説明する。図４（ａ）には、傾斜カラム２０ｂ及び垂直カラム２０ａから照射される電子ビームの照射方向を示す。垂直カラム２０ａから照射される電子ビーム２９ａと傾斜カラム２０ｂから照射される電子ビーム２９ｂはともにカラム内の磁界を制御することでビーム軌道を傾けるビームチルト機能を備える。このようにカラム内でのビームチルトではビーム軌道を大きく曲げることは困難であるが、垂直カラム２０ａと傾斜カラム２０ｂとを組み合わせた構成をとり、さらにカラム内でのビームチルト機能を備えることで、観察試料２５の表面に対し任意の傾斜角度でビームを照射するチルト機能を実現することが可能となる。図４（ａ）の構成では、垂直カラム２０ａから照射される電子ビーム２９ａのチルト角の最大をτ１（１０度程度）、傾斜カラム２０ｂから照射される電子ビーム２９ｂのチルト角の最大をτ２（１０度程度）とすると、垂直カラム２０ａと傾斜カラム２０ｂとの間のなす狭い角度をτ１＋τ２（または（τ１＋τ２）以下）にすることで、（９０−（τ１＋２×τ２））度〜９０度における任意の傾斜角度で観察可能となる。例えば半導体デバイスを観察する場合、高アスペクト比の穴を観察する場合には、電子ビームを大きな角度で傾斜させると穴断面は観察できないため小さな傾斜角度で観察することが望ましい。一方、配線部の断面を観察する場合は、大きな角度で観察するほうが望ましい。従って、傾斜観察は垂直カラム２０ａを用いたビームチルトで行ってもよいし、傾斜カラム２０ｂを用いてもよい。どちらを用いるかは、アスペクト比など観察対象の形状に応じて適切な観察角度を選択することができる。従来の単一の電子光学系カラムでのビームチルト機能では、ビームチルトで観察できる角度幅が小さくアスペクト比が大きく変わる様々な対象を観察することが困難であったが、本発明の傾斜観察方法では、小さな傾斜角度から大きな傾斜角度まで傾斜観察することが可能となり、アスペクト比が大きく変わる様々な対象を観察することが可能となる。

上記カラム構成の第１の実施例における第１の変形例は、垂直カラム２０ａから照射される電子ビーム２９ａのみビームチルトを行い、傾斜カラム２０ｂから照射される電子ビーム２９ｂはビームチルトを行わないようにすることにある。例えば半導体デバイスを観察する場合、高アスペクト比の穴を観察する場合には、大きな角度をビーム傾斜させると穴断面は観察できないため小さな傾斜角度で観察することが望ましく、配線部の断面を観察する場合は、大きな角度で観察するほうが望ましい。そのため、第１の変形例によれば、高アスペクト比の穴を観察する場合には、垂直カラム２０ａから照射される電子ビーム２９ａをビームチルトさせることで観察することが可能となり、配線断面を観察する場合には、傾斜カラム２０ｂから照射される電子ビーム２９ｂを予め観察試料の表面に対して固定角度（大きな角度）（例えばτ１＋τ２）で観察することが可能となる。なお、垂直カラム２０ａの照射光軸に対して傾斜カラム２０ｂの照射光軸が傾いている関係で、落射画像のサイズと傾斜画像のサイズとを合わせるためには、垂直カラム２０ａの偏向器５６に与える制御信号に対して傾斜カラム２０ｂの偏向器５６に与える制御信号を補正することが必要となる。

上記カラム構成の第１の実施例における第２の変形例は、傾斜カラム２０ｂから照射される電子ビーム２９ｂのみビームチルトを行い、垂直カラム２０ａから照射される電子ビーム２９ｂはビームチルトを行わないようにすることにある。第２の変形例によれば、例えば半導体デバイスを観察する場合、高アスペクト比の穴を観察する場合には、鉛直下向きに固定の角度で観察をおこない、配線部断面や異物などを観察する場合は、任意の角度（例えばτ１〜（τ１＋２×τ２）の範囲）から観察することが可能となる。

一方、ステージ系２６はＸＹ方向だけでなくθ方向に回転機能を有している。制御システム２２は、垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂに対するビームチルト機能とθ方向回転ステージ（θステージ）への回転制御とを組み合わせて制御することで、垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂから検出される画像信号を基に画像処理システム２１は観察試料２５に対し任意方向から観察することが可能となる。但し、θステージをθ方向に回転させ、画像取得した場合、観察対象（例：欠陥）とθステージの回転中心が一致している場合以外は、観察対象が視野から外れてしまう課題がある。そこでθステージを回転させたとき観察対象の位置が常に撮像視野の中心となるように、制御システム２２は、ステージコントローラ２４を介してのステージＸＹ方向移動又は垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂに対するビームシフト（イメージ（撮像視野）シフト）によって補正する。該補正方法について図５を用いて説明する。θステージの回転中心Ｏを原点とし、観察位置の座標を極座標（ｒ、φ）（ただし距離ｒ、角度φ）とした場合、θステージを角度θ回転したときの位置ずれ量は、直交座標系により次の（１）及び（２）式で表わすことができる。

ｘ＝ｒ・{cos(θ+φ)−cos(φ)} （１）
ｙ＝ｒ・{sin(θ+φ)−sin(φ)} （２）
制御システム２２は、入力手段２７を用いて指定された回転方向に、ステージコントローラ２４を介して、θステージを回転させるのに同期して、ＸＹ方向に式（１）（２）で計算される値を逐次補正することにより、垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂは視野ずれをおこさずにリアルタイムに観察対象部位の任意方向の観察を行うことができる。

次に、本発明に係るレビューＳＥＭ１を用いた自動欠陥画像収集（ＡＤＲ）シーケンスの第１の実施例について図６を用いて説明する。尚、本ＡＤＲシーケンスは、観察試料２５のレビューＳＥＭ装置１への搬入（ローディング）、電子光学系条件の設定などを完了後に、検査結果（欠陥位置情報）をもとにレビュー欠陥部の画像を自動で収集する処理に関するものである。ＡＤＲにおいては検査結果（欠陥座標）を利用として欠陥撮像位置決めを行うが、外観検査装置２やレビューＳＥＭ装置１のステージ精度などに起因する位置ずれが存在するため、高倍率で欠陥を撮像視野内に収めるためには欠陥座標の補正が必要である。

以下、欠陥座標の補正を行いながら、垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂを用いて落射画像と傾斜画像とを高速に撮像する処理シーケンスについて説明する。ＡＤＲがスタートすると、制御システム２２は、観察試料の設計データ等を基に、レビュー欠陥部（外観検査装置２で検査された検査結果（観察試料上の欠陥の位置座標情報等）とレビューサンプリング用計算機４でサンプリングされたレビュー欠陥候補１４をもとに決定される。）と同一パターンだと考えられる参照位置へステージ系２６を移動するようにステージコントローラ２４を制御する（Ｓ１０１）。次に、制御システム２２は、上記参照位置において、例えば垂直カラム２０ａに対して偏向器５６を制御して観察倍率（１０万程度の倍率）より低倍率（１万〜２万程度の倍率）の低倍参照画像を２次電子検出器５２又は反射電子検出器５３、５４により検出して画像処理システム２１の画像メモリ６１に取得する（Ｓ１０２）。次に、制御システム２２は、ステージ系２６を上記レビュー欠陥の位置へ移動するようにステージコントローラ２４を制御し（Ｓ１０３）、レビュー欠陥の低倍欠陥画像を上記低倍参照画像と同様に画像処理システム２１の画像メモリ６１に取得する（Ｓ１０４）。次に、画像処理システム２１の画像処理手段６２において画像メモリ６１に取得された低倍欠陥画像と低倍参照画像とを比較することによって差異が大きな領域を欠陥として検出し、該検出された欠陥の正確な位置（例えば欠陥の重心位置）を算出し、該算出された欠陥の正確な位置を制御システム２２に提供する（Ｓ１０５）。次に、画像処理システム２１の画像処理手段６２は、上記算出した正確な欠陥位置でのパターン方向より、観察方向（ステージθ方向）の演算を行って観察方向の情報を制御システム２２に提供する（Ｓ１０６）（詳細処理内容は後述する）。なお、Ｓ１０６の処理は、制御システム２２で実行してもよい。

一方、観察用に高倍率で撮像すると焦点深度が浅くなるため、欠陥検出処理（Ｓ１０５）、観察方向演算処理（Ｓ１０６）と平行して、制御システム２２は、少なくとも垂直カラム２０ａに対してオートフォーカス処理（Ｓ１０７）を行って例えば対物レンズ５５を制御して電子ビームの観察試料に対するフォーカス調整を行う。この際、高倍率で撮像するとき、観察試料上において垂直カラム２０ａで照射する位置と傾斜カラム２０ｂで照射する位置とが同じ場合には、垂直カラム２０ａの照射光軸と傾斜カラム２０ｂの照射光軸との交点（観察試料２５の表面が配置される点）にフォーカス調整をする必要がある。傾斜カラム２０ｂは、基本的に高倍率で撮像するだけで、しかも垂直カラム２０ａとの相対的位置関係は決まっているので、予め垂直カラム２０ａとの位置関係で合焦点位置を求めておくことにより、制御システム２２は垂直カラム２０ａと同様に傾斜カラム２０ｂについて例えば対物レンズ５５を制御してフォーカス調整を行うことが可能である。なお、Ｚステージがない場合には、観察試料２５の表面の高さ位置は一定となる。

続いて、制御システム２２は、ステージコントローラ２４を介して、観察方向演算処理（Ｓ１０６）で求めた観察方向にθステージを回転制御し（Ｓ１０８）、ＸＹステージを誤差分微動制御して上記算出された正確な欠陥位置を垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂの高倍率視野内に位置決めする。このようにθステージを観察方向に回転制御するのは、特に傾斜カラム２０ｂで撮像される高倍レビュー欠陥画像に現れる陰影を観察方向（例えば図７に示すように配線パターン（回路パターン）の向き）に合わせるためである。

次に、垂直カラム２０ａは、正確な欠陥位置においてビーム走査及び画像取得を行い高倍（観察倍率）のレビュー欠陥画像（落射画像）を取得して画像処理システム２１の画像メモリ６１に記憶し（Ｓ１０９）、制御システム２２に提供して記憶装置２８に記憶させることが可能となる。また、傾斜カラム２０ｂは、同様に、正確な欠陥位置においてビーム走査及び画像取得を行い高倍（観察倍率）のレビュー欠陥画像（傾斜画像）を取得して画像処理システム２１の画像メモリ６１に記憶し（Ｓ１１０）、制御システム２２に提供して記憶装置２８に記憶させることが可能となる。

次に、制御システム２２は、レビューすべき欠陥候補が残っているかを判定し（Ｓ１１１）、残っている場合は上記処理を繰返し実行する。レビューすべき欠陥候補の全ての処理が完了するとＡＤＲは終了する。以上より、ＡＤＲシーケンス中に高速な落射画像と傾斜画像との同時収集が例えば記憶装置２８に可能となる。

特に、傾斜カラム２０ｂを用いた傾斜観察ではレビュー欠陥に応じて観察方向を変更することが望ましい。例えば、配線パターン（回路パターン）の埋め込み不良を傾斜観察する場合では、配線パターンに直交する方向が傾斜観察に適している。このようにレビュー欠陥の種類に応じて観察方向を変更するためには観察方向を求めることが必要となる。

そこで、レビュー欠陥に応じた観察方向演算処理（Ｓ１０６）の処理内容について図７を用いて説明する。本処理は、例えば画像修理手段６２が欠陥検出処理（Ｓ１０５）に続いて行う。まず、低倍欠陥画像と低倍参照画像との欠陥を示す差画像を基に低倍参照画像における欠陥存在位置を算出する（Ｓ１０６１）。次に、該算出された欠陥存在位置において方向性微分演算処理を行い、ＸＹ方向それぞれｆｘ、ｆｙの微分値を得る（Ｓ１０６２）。次に、例えば画像修理手段６２は、次に示す（３）式により配線パターンのエッジ方向（観察方向）θを演算し（Ｓ１０６３）、制御システム２２に提供することが可能となる。

θ＝ｔａｎ^−１（ｆｙ／ｆｘ） （３）
次に、制御システム２２又は制御システム２２から提供を受ける画像処理システム４１において、高倍率（１０万倍程度）の取得画像をディスプレイ２３若しくは４２に表示するＧＵＩ（Graphical User Interface）の第１の実施例について図８を用いて説明する。図８（ａ）に示すＧＵＩ７０ａにはウエハ上のチップ配置を示すウエハマップ７１があり、レビュー欠陥が存在する位置に印が表示される。印をクリックすると該当するレビュー欠陥の欠陥座標、欠陥サイズを含む情報が欠陥情報表示部７８に表示されるとともに、該当するレビュー欠陥の垂直カラム２０ａで高倍率で撮像された落射画像（２次電子像）７２、落射画像（右陰影像）７４、落射画像（左陰影像）７６と、傾斜カラム２０ｂで高倍率で撮像された傾斜画像（２次電子像）７３、傾斜画像（右陰影像）７５、傾斜画像（左陰影像）７７の合計６種類の画像を同時表示することができる。このように高倍率の落射画像７２、７４、７６と高倍率の傾斜画像７３、７５、７７とを同時に観察することで、例えば欠陥分類用ユニット４０において欠陥解析（欠陥分類）を効率的に行うことができる。

尚、上記ＧＵＩの変形例７０ｂ、７０ｃ、７０ｄを図８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。ＧＵＩでは上記６種類全てを表示せず、当該レビュー欠陥の落射画像（２次電子像）７２、落射画像（右陰影像）７４、落射画像（左陰影像）７６と、傾斜画像（２次電子像）７３を表示してもよい（図８（ｂ））。また、当該レビュー欠陥の落射画像（２次電子像）７２、傾斜画像（２次電子像）７３、落射画像（右陰影像）７４を表示してもよい（図８（ｃ））。尚、この場合、落射画像（右陰影像）７４の代わりに落射画像（左陰影像）７５を表示してもよい。また、当該レビュー欠陥の落射画像（２次電子像）７２、傾斜画像（２次電子像）７３を表示してもよい（図８（ｄ））。

次に、上記カラム構成の第１の実施例における第３の変形例について図９を用いて説明する。第３の変形例は、図９に示すように、電子光学系カラム（垂直カラム）２０ａには２次電子検出手段５２及び反射電子検出手段５３、５４を備え、一方、垂直電子光学系カラム（傾斜カラム）２０ｂ’には反射電子検出手段を備えておらず、２次電子像を検出する２次電子検出手段５２だけを備えて構成される。従って、第３の変形例によれば、傾斜カラム２０ｂ’に反射電子検出手段を無くすことで傾斜カラムのサイズを小さくすることができ、垂直カラム２０ａと傾斜カラム２０ｂ’とによる観察試料２５上へのビーム照射位置を同一に調整することが容易となる。

次に、上記ＡＤＲシーケンスの第１の実施例における第１の変形例について図１０を用いて説明する。第１の変形例において、図６に示す第１の実施例との相違点は、垂直カラム２０ａによる高倍欠陥画像取得を各レビュー欠陥に対して水平面内で同一方向（θステージ回転無し）で行い（Ｓ１０９）、その後各レビュー欠陥に応じて適切にθステージを回転させ（Ｓ１０８）、傾斜カラム２０ｂによる高倍欠陥画像取得を行う（Ｓ１１１０）点である。即ち、第１の変形例においては、垂直カラム２０ａによる高倍撮像時（Ｓ１０９）ではθステージを回転させないが、傾斜カラム２０ｂによる高倍撮像時（Ｓ１１０）には予め観察方向演算処理（Ｓ１０６）で求めたステージ回転方向（θ方向）にステージ回転させる（Ｓ１０８）。従って、次のレビュー欠陥についての低倍参照画像取得前のステージ移動（Ｓ１０１'）においては、θステージの回転方向を初期状態に戻す必要が生じる。このように第１の変形例によれば、垂直カラム２０ａからは方向性を持たない異物や穴内の欠陥等について落射観察によって高倍欠陥画像を取得することができ、傾斜カラム２０ｂからは例えば配線パターンの埋め込み不良について配線パターンに直交する観察方向から陰影が現れる傾斜観察によって高倍欠陥画像を取得することができ、その結果、欠陥分類用ユニット４０において様々なレビュー欠陥についての詳細なプロセス不良原因解析が可能となる。

次に、上記ＡＤＲシーケンスの第１の実施例における第２の変形例について図１１を用いて説明する。第２の変形例において、図１０に示す第１の変形例との相違点は、観察方向演算（Ｓ１０６’）を垂直コラム２０ａにより取得された高倍欠陥画像及び高倍参照画像（同一パターンだと考えられる参照位置へステージ系２６を移動して取得する。）を用いて行う点である。これにより、特に傾斜カラム２０ｂによって陰影を有する高倍欠陥画像を配線パターンの向きに合わせて取得することが可能となり、その結果、欠陥分類用ユニット４０において配線パターンに埋め込み不良欠陥についての詳細なプロセス不良原因解析が可能となる。

次に、上記ＡＤＲシーケンスの第１の実施例における第３の変形例について図１２を用いて説明する。第３の変形例において、図６に示す第１の実施例との相違点は、最初のレビュー欠陥についてその欠陥の正確な位置を検出し（Ｓ１０１”、Ｓ１０２’〜Ｓ１０５’）、該レビュー欠陥の正確な位置情報並びに低倍欠陥画像及び低倍参照画像を用いて観察方向演算を行い（Ｓ１０６）、該観察方向を基にθステージの回転をする（Ｓ１０８）と、その後はθステージの回転をさせることなく、撮像を行う（Ｓ１０９’、Ｓ１１０’、Ｓ１０１〜Ｓ１１１）シーケンスである。なお、Ｓ１０１”、Ｓ１０２’〜Ｓ１０５’、Ｓ１０７’は、最初のレビュー欠陥についての、図６に示すＳ１０１、Ｓ１０２〜Ｓ１０５、Ｓ１０７が対応する。例えば半導体のメモリセル部などでは、観察試料２５のパターンは一様であり、レビュー欠陥毎に観察方向演算及びステージ回転を行う必要はない。このように、最初のレビュー欠陥で観察方向を決定することで、画像処理手段６２等がレビュー欠陥ごとに計算する場合に比べ高速に処理することができ、しかも特に傾斜カラム２０ｂによって陰影を有する高倍欠陥画像を配線パターンの向きに合わせて取得することが可能となり、その結果、欠陥分類用ユニット４０において配線パターンに埋め込み不良欠陥についての詳細なプロセス不良原因解析が可能となる。

次に、上記ＡＤＲシーケンスの第１の実施例における第４の変形例について図１３を用いて説明する。第４の変形例は図１２に示す第３の変形例と類似の処理であり、例えばＣＡＤシステム（図示せず）から入力されて記憶装置２８に記憶されたＣＡＤデータに基づいて制御システム２２は観察方向（ステージ回転方向）を演算し（Ｓ１０６’）、θステージ回転させると（Ｓ１０８）、その後はステージ回転させることなく、撮像を行う（Ｓ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０９〜Ｓ１１１）シーケンスである。このように、第４の変形例によれば、第３の変形例と同様な作用効果を奏する。

［第２の実施の形態］
本発明に係る第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、外観検査装置で検出された欠陥部の観察画像を収集（レビュー）するレビューＳＥＭ装置に関するものであって、レビューにおいて落射画像とともに傾斜画像を高速に収集することを特徴とする。

次に、本発明に係るレビューＳＥＭ装置の第２の実施例の構成について図１４を用いて説明する。電子光学系カラムの設計によりカラムが大きくなる場合がある。従って、レビューＳＥＭ装置１の第２の実施例は、電子光学系カラム（垂直カラム）２０ａと電子光学系カラム（傾斜カラム）２０ｂとが同一位置にビーム照射しない点（ずらした点にビームを照射する点）で、図２及び図３に示す第１の実施例の装置構成と異なる。

次に、該レビューＳＥＭ装置の第２の実施例を用いた自動欠陥画像収集（ＡＤＲ）シーケンスの第２の実施例について図１５を用いて説明する。尚、このシーケンスの第２の実施例は、観察試料２５の装置への搬入（ローディング）、電子光学系条件の設定などは完了後に、外観検査装置２で検査して検査結果用サーバ３に記憶された検査結果（欠陥位置情報）及びレビューサンプリング用計算機４でサンプリングされたレビュー欠陥候補をもとにレビュー欠陥部の画像を自動で収集する処理に関するものである。本シーケンスの第２の実施例は、図６に示すシーケンスの第１の実施例と類似の処理である。第２の実施例において、第１の実施例と相違する点は、ビーム照射位置が異なるため、垂直カラム２０ａによる垂直撮像位置でレビュー欠陥の高倍レビュー欠陥画像を取得し（Ｓ１０９）、その後、傾斜コラム２０ｂでの傾斜撮像位置へ後述するように求まったオフセット値に基づいてステージを移動し（Ｓ１２０）、高倍レビュー欠陥画像を取得する（Ｓ１１０）点である。また、高倍率で撮像するとき、観察試料上において垂直カラム２０ａで照射する位置と傾斜カラム２０ｂで照射する位置とをずらすため、オートフォーカス調整ステップ（Ｓ１０７）において、該ずれ量（オフセット値）を算出する観察試料２５の表面の高さ位置（Ｚ方向位置）で垂直カラム２０ａ及び傾斜カラム２０ｂの各々において例えば対物レンズ５５を制御してフォーカス調整をすればよい。なお、Ｚステージがない場合には、観察試料２５の表面の高さ位置は一定となる。

次に、上記オフセット値の算出方法について図１６を用いて説明する。制御システム２２は、ＧＵＩの画面上においてウエハマップにおいて例えばあるレビュー欠陥位置（ステップＳ１０５において、垂直カラム２０ａによる低倍欠陥画像と低倍参照画像との比較に基づいて検出されたあるレビュー欠陥位置）を指定し（Ｓ８０１）、該指定されたあるレビュー欠陥位置へステージを移動させるように制御してあるレビュー欠陥を垂直カラム２０ａの高倍率視野内に位置決めする（Ｓ８０２）。次に、垂直カラム２０ａはあるレビュー欠陥をフォーカス調整された状態で高倍率で撮像し（Ｓ８０３）、画像処理手段６２は該高倍率落射画像を基に、あるレビュー欠陥の重心位置など第１の特徴点を算出して記憶装置２８に記憶する（Ｓ８０４）。予め、垂直カラム２０ａによるビーム照射位置と傾斜カラム２０ｂによるビーム照射位置との概略ずれ量を測定して記憶装置２８に記憶しておく。次に、制御システム２２は、既知のシフト値である概略ずれ量ステージを移動するように制御してあるレビュー欠陥を傾斜カラム２０ｂの高倍率視野内に位置決めする。次に、傾斜カラム２０ｂは上記あるレビュー欠陥をフォーカス調整された状態で高倍率で撮像し（Ｓ８０４）、画像処理手段６２は該高倍率傾斜画像を基に、あるレビュー欠陥の重心位置など第２の特徴点を算出して記憶装置２８に記憶する（Ｓ８０４）。次に、制御システム２２は、記憶装置２８に記憶された上記既知のシフト値及び第１の特徴点と第２の特徴点との間のずれ量を基に高倍撮像時のオフセット値を演算して記憶装置２８に格納する（Ｓ８０７）。

以上により、垂直カラム２０ａによってフォーカス調整された状態で取得される高倍レビュー欠陥画像と傾斜カラム２０ｂによってフォーカス調整された状態で取得される高倍レビュー欠陥画像とのオフセット値が求まることになる。

尚、本オフセット値の算出は、観察試料２５をレビューＳＥＭ装置１内に搬入する度毎に行ってもよく、またレビュー欠陥毎に行ってもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＡＤＲ中に落射画像と同時に傾斜画像を高速に収集することを可能にし、その結果欠陥解析を効率的に行うことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、落射画像と傾斜画像とを用いて詳細なプロセス不良原因解析が早期に可能となり、歩留り向上に寄与することが可能となる。

本発明によれば、レビューＳＥＭ装置を用いて詳細なプロセス不良原因解析が可能となる。

本発明に係るレビューシステム構成ならびに役割を示す図である。 本発明に係るレビューＳＥＭ装置の第１の実施例の構成を示す図である。 本発明に係る電子光学系カラムの第１の実施例における具体的な構成を示す図である。 本発明に係る傾斜カラム及び垂直カラムから照射される電子ビーム照射方向を示す図である。 本発明に係るθステージを回転させたときの視野ずれ補正方法を説明するための図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第１の実施例を示す図である。 本発明に係る観察方向演算処理内容の一実施例を示す図である。 本発明に係るＧＵＩの実施例を示す図である。 本発明に係る電子光学系カラム構成の第３の変形例を示す図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第１の変形例を示す図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第２の変形例を示す図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第３の変形例を示す図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第４の変形例を示す図である。 本発明に係るレビューＳＥＭ装置の第２の実施例の構成を示す図である。 本発明に係る自動欠陥画像収集シーケンスの第２の実施例を示す図である。 本発明に係る第２の実施例におけるオフセット値算出方法を説明するための図である。

符号の説明

１‥レビューＳＥＭ装置、２‥外観検査装置、３‥検査結果用サーバ、４‥レビューサンプリング用計算機、５‥ＬＡＮ（Local Area Network）、６‥解析装置、１０‥検査結果、１２‥レビュー欠陥候補、１３‥検査結果及びレビュー欠陥候補、１４‥レビュー画像、レビュー欠陥座標及び欠陥分類結果、１５‥検査結果及びレビュー欠陥ＩＤ、２０ａ‥第１の電子光学系カラム（垂直カラム）、２０ｂ‥第２の電子光学系カラム（傾斜カラム）、２１‥画像処理システム、２２‥制御システム、２３‥ディスプレイ、２４‥ステージコントローラ、２５‥観察試料、２６‥ステージ系、２７‥入力手段、２８‥記憶装置、２９ａ、２９ｂ‥電子ビーム、３０‥欠陥画像収集用ユニット、４０‥欠陥分類用ユニット、５０‥電子線照射手段、５１‥コンデンサレンズ、５２‥２次電子検出手段、５３‥反射電子検出手段、５４‥反射電子検出手段、５５‥対物レンズ、５６‥偏向器、５７‥ＥｘＢ偏向器、６０‥Ａ／Ｄ変換部、６１‥画像メモリ、６２‥画像処理手段、７０ａ〜７０ｄ‥ＧＵＩ（Graphical User Interface）、７１‥ウエハマップ、７２‥落射画像（２次電子像）、７３‥傾斜画像（２次電子像）、７４‥落射画像（右陰影像）、７５‥傾斜画像（右陰影像）、７６‥落射画像（左陰影像）、７７‥傾斜画像（左陰影像）、７８‥欠陥情報表示部、７９‥操作ボタン。

Claims (10)

1. 欠陥を有する観察試料を載置し、少なくともＸＹ方向に移動するステージと、
   前記観察試料上の欠陥に対してほぼ垂直方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第１の電子検出手段により検出して落射観察による欠陥画像信号を出力する第１の電子光学系と、
   前記観察試料上の欠陥に対して傾斜方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記観察試料上の欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第２の電子検出手段により検出して傾斜観察による欠陥画像信号を出力する第２の電子光学系とを備え、
   前記第１の電子光学系から落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記第２の電子光学系から傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成したことを特徴とする電子線式観察装置。
2. 前記第１の検出手段は、主に２次電子を捕捉する２次電子検出手段と反射電子を捕捉する反射電子検出手段とを有し、前記第１の電子光学系から収集される前記落射観察による欠陥画像信号として２次電子像と陰影像（反射電子像）とであることを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
3. 前記第２の検出手段は、主に２次電子を捕捉する２次電子検出手段と反射電子を捕捉する反射電子検出手段とを有し、前記第２の電子光学系から収集される前記傾斜観察による欠陥画像信号として２次電子像と陰影像（反射電子像）とであることを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
4. 前記第１の電子光学系又は前記第２の電子光学系にビームチルト機能を有することを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
5. 前記ステージは更に水平面内の回転機能を有し、該回転機能を用いて前記観察試料上に形成された回路パターンの向きを少なくとも前記第２の電子光学系による傾斜観察方向に合わせることを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
6. 前記回転機能を用いたとき、欠陥部位が前記第２の電子光学系の撮像視野内に位置決めできるように前記ステージと前記撮像視野とを相対的に補正するように構成することを特徴とする請求項５記載の電子線式観察装置。
7. 更に、前記第１の電子光学系から収集された落射観察による欠陥画像信号と、前記第２の電子光学系から収集された傾斜観察による欠陥画像信号とを表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
8. 前記第１の電子光学系は前記第１の電子検出手段により低倍参照画像及び低倍欠陥画像を検出するように構成し、
   該検出された低倍参照画像と低倍欠陥画像とを比較することによって正確な欠陥位置を検出する画像処理手段を備え、
   該画像処理手段によって検出された正確な欠陥位置を前記第１の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第１の電子光学系により高倍の落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記検出された正確な欠陥位置を前記第２の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第２の電子光学系により高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成したことを特徴とする請求項１記載の電子線式観察装置。
9. 欠陥を有する観察試料を載置し、少なくともＸＹ方向に移動するステージと、
   前記観察試料上の欠陥に対してほぼ垂直方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第１の電子検出手段により検出して高倍の落射観察による欠陥画像信号を出力する第１の電子光学系と、
   前記観察試料上の欠陥に対して傾斜方向から収束された電子ビームを走査して照射し、前記観察試料上の欠陥からの２次電子像又は反射電子像を第２の電子検出手段により検出して高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を出力する第２の電子光学系とを備え、
   前記第１の電子光学系から高倍の落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記第２の電子光学系から高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を収集する欠陥画像収集用ユニットと、
   該欠陥画像収集ユニットで収集された高倍の落射観察による欠陥画像信号及び高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を基に欠陥の種類を分類する欠陥分類用ユニットとを備えたことを特徴とする電子線式観察装置。
10. 前記欠陥画像収集用ユニットにおいて、
    前記第１の電子光学系は前記第１の電子検出手段により低倍参照画像及び低倍欠陥画像を検出するように構成し、
    該検出された低倍参照画像と低倍欠陥画像とを比較することによって正確な欠陥位置を検出する画像処理手段を備え、
    該画像処理手段によって検出された正確な欠陥位置を前記第１の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第１の電子光学系により高倍の落射観察による欠陥画像信号を収集し、前記検出された正確な欠陥位置を前記第２の電子光学系の撮像視野内に位置決めして前記第２の電子光学系により高倍の傾斜観察による欠陥画像信号を収集するように構成したことを特徴とする請求項９記載の電子線式観察装置。
    

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