JP2008076070A - 荷電粒子ビーム検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板内部に生じる局所的帯電の定量的で詳細な大きさを把握でき、チャージングを低減することができる荷電粒子ビーム検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 荷電粒子ビーム検査方法及び装置において、荷電粒子ビーム光学鏡筒の下面と試料との間に、導電性を有し、かつ、荷電粒子光学系の光路に沿って開口を有し、かつ、試料の表面上のＥＢ照射点から見て、鏡筒の下部の一部を覆う板を設ける。複数枚のスキャン画像の各々、あるいは複数枚のスキャン画像を積算した積算画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求め、当該倍率の変動または変動の傾向から、荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じてランディングエネルギーを変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイスの検査技術に関し、特にウェハ、電極回路などの微細パターンを検査するための走査型電子顕微鏡やウェハ表面検査装置等の荷電粒子ビーム検査方法及び装置に関する。

従来から、ウェハ等の半導体の検査において、測定した画像データと設計データとを比較し、欠陥を検査することは周知である（例えば特許文献１参照）。

一方、近年では、ウェハ等のパターン寸法の微細化に伴い、ウェハ等の半導体の検査において、走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム検査装置が用いられることから、絶縁物である半導体の試料であるウェハ等では、例えば電子ビーム等の照射により絶縁物の帯電（チャージング、チャージアップ等ともいう）が時間的に変動し、走査像の劣化が発生してしまう。

そのため、例えば特許文献２の段落００２９〜００４２に記載されているように、試料の最適化の目標物指定、具体的には、観察倍率、加速電圧、電流量、及び帯電の安定化を図る寸法の種類（例えば、ラインパターンの幅、コンタクトホールの穴底寸法など）を決定し（ステップ１０１）、電子線の照射時間ｔ１及び取得画像の積算フレーム数ｎｆ１及び画像の取得回数ｎ１を設定し（ステップ１０２）、積算フレーム数の画像を取得し（ステップ１０３）、取得した画像から目標とする寸法を取得し（ステップ１０４）、ｔ１秒の間、電子線を照射し（ステップ１０５）、ステップ１０３からステップ１０５までの手順を複数回繰り返す。ステップ１０５で取得した目標寸法の変動量を帯電安定化部に保存する。

そして、表面電界制御部で、ブースタ電極に印加するブースタ電圧、若しくは、試料に印加するリターディング電圧、若しくはその両方を変更し、ステップ１０８で、光学条件補正部で最適な倍率補正、フォーカス補正、最適偏向視点の算出を行い、走査偏向器に送る電流と対物レンズの励磁電極を制御する。ステップ１１０で新しい同様なパターンに移動し、ステップ１０３からステップ１１０までを複数回繰り返す等の方法が用いられている。

また、例えば特許文献３の段落００１０〜００３２には、減速電界型カラムを搭載し、かつ試料の表面電位を測定する表面電位測定部と、表面電位測定部を用いて検出された表面電位に基づいて減速電界型カラムにフィードバックをかけるフィードバック制御部とを具備してなることを特徴とする走査型電子顕微鏡が記載されている。さらに、所定の加速電圧で電子ビームを放出する電子銃と、この電子銃から放出される電子ビームの加速電圧を設定する加速電圧制御用電源と、電子銃から放出された電子ビームを収束及び偏向する電子光学系と、試料表面近傍にリターディング電界をかけるリターディング回路と、試料の表面電位を測定する表面電位測定部と、この表面電位測定部により測定された表面電位があらかじめ設定された加速電圧制御用電源又はリターディング回路の少なくともいずれか一方にフィードバックをかけるフィードバック制御部とを具備する走査型電子顕微鏡が記載されている。特許文献３の００５６は、図５の測定点を囲むようにして設置された少なくとも３個以上の静電電位計プローブにて各ポイントでの表面電位を同時に測定する旨記載されている。

また、例えば特許文献４の段落０００５には、ウェハを載置して移動可能なステージと、ステージの移動方向に沿って同一ライン上に配置される参照用電子銃及び検査用電子銃であって、ウェハの検査領域に１次電子ビームを照射する参照用電子銃及び検査用電子銃と、参照用電子銃及び検査用電子銃の間に配置され、参照用電子銃からの１次電子ビームが照射されたウェハ部分の基板電位を測定する基板電位測定器と、ウェハの材質に依存する、基板電位とウェハへのランディング電位との相関を表した関数テーブルを用いて、基板電位測定器によって測定された基板電位に基づき、検査用電子銃への加速電圧あるいはウェハへのランディング電圧を変化させることにより、ウェハからの２次電子放出効率を制御して、ウェハの帯電による影響を低減又は相殺させる加速電圧コントローラとを備えているウェハの欠陥検査装置が記載されている。
特許３６４１２２９号公報 特開２００５−３４５２７２号公報 特開２００１−５２６４２号公報 特許３７１１２４４号公報

従来の検査装置や欠陥検査装置では、基板上の表面電流もしくは基板電位を検出していた。そして、複数の画像データを取得し、設計データとの比較照合を行っていた。しかし、基板表面に生じる局所的帯電の定量的で詳細な大きさ、局所領域における倍率との相関量を把握することができなかった。

そこで、本発明は、複数枚の検査画像を取得し、設計データとの比較照合を行い、しかも、倍率を求めて、ランディングエネルギーを変化させ、基板内部に生じる局所的帯電の定量的で詳細な大きさ、局所領域における倍率との相関量を把握できる荷電粒子ビーム検査方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば電子ビーム等の照射による絶縁物の帯電の時間的な変動、材質による傾向を捉え、チャージングを低減することができる荷電粒子ビーム検査方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の解決手段を例示すると、請求項１〜２０に記載の荷電粒子ビーム検査方法および装置である。

発明の実施の形態

本発明は、荷電粒子ビーム検査方法および装置を改良したものである。例えば、荷電粒子ビームによる多数のスキャン画像を得る荷電粒子ビーム検査方法および装置を改良したものである。

本発明の1つの形態においては、スキャン画像の各々、若しくは２枚またはそれ以上のスキャン画像を積算した複数の積算画像の各々と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める。そのあと、倍率の変動又は変動の傾向から、荷電粒子光学系によるランディングエネルギーを変化させる。あるいは、求められた倍率に基づいて荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じてランディングエネルギーを変化させる。

また、好ましくは、倍率が大きくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より大きくし、または、倍率が小さくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より小さくする。

また、前記ランディングエネルギーを現状値より大きくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を上げるか（例えば２ｋＶ→２．５ｋＶ）、若しくは、試料電位を下げ（例えば−５００Ｖ→−１００Ｖ）、又は、前記ランディングエネルギーを現状値より小さくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を下げるか、若しくは、試料電位を上げる（例えば−５００Ｖ→−６００Ｖ）。

また、本発明の別の実施形態においては、荷電粒子ビームにより得たスキャン画像の複数枚を積算して、積算画像を得る。そして、荷電粒子ビーム光学鏡筒の下面と試料との間に、導電性を有し、かつ、荷電粒子光学系の光路にそって開口を有し、かつ、試料面上のＥＢ照射点から見て、鏡筒の下部の一部を覆う板が設けられており、スキャン画像の各々、あるいはそれらのスキャン画像を積算した複数の積算画像の各々と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求めるステップを有する。さらに、上記倍率の変動又は変動の傾向から、上記板に印加する電圧を変化させるステップ、又は求められた倍率に基づいて荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じてランディングエネルギーを変化させるステップを有する。

倍率が大きくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりプラスにし、または、倍率が小さくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりマイナスにするのが好ましい。

また、前述の荷電粒子ビーム検査方法において、試料の検査領域によって、ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を、変化させる。

また、試料の材質、パターン密度、パターン形状に対応した前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧に関するデータベースにもとづいて、前記設計データの選択した検査領域に応じて、ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を選択する。

また、前述の荷電粒子ビーム検査方法において、同じ試料に対して、複数回撮影して得られたスキャン画像の枚数をａとし、それらのスキャン画像のうち積算に用いるスキャン画像の枚数をｂとするとき、検査画像は、複数枚（例えばａ＝８）のスキャン画像の積算から構成され、ａ＞ｂ を満たす複数枚（例えばｂ＝２）のスキャン画像の積算画像毎に、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める。

また、前述の荷電粒子ビーム検査方法において、好ましくは、画像の枚数と倍率との関係で表わされる傾き量と、ランディングエネルギーとの相関関係をとり、その相関関係に基づいてランディングエネルギーを制御する。

積算画像には、中間の積算画像、例えば、スキャン画像２枚ずつの積算画像と、全体の積算画像、例えば所定時間毎のスキャン画像全体枚数の積算画像がある。

また、本発明の別の実施形態においては、荷電粒子ビーム検査装置が、荷電粒子ビームによるスキャン画像から検査画像を得る荷電粒子ビーム検査装置が複数のスキャン画像の各々、または、それらのスキャン画像を積算した積算画像（中間又は全体の積算画像）と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段と、上記倍率の変動又は変動の傾向から、荷電粒子光学系によるランディングエネルギーを変化させる手段を含む。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、倍率が大きくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より大きくし、または、倍率が小さくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より小さくする。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、前記ランディングエネルギーを現状値より大きくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を上げるか、若しくは、試料電位を下げ、又は、前記ランディングエネルギーを現状値より小さくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を下げるか、若しくは、試料電位を上げる。

また、本発明の更に別の実施形態においては、荷電粒子ビームによるスキャン画像の複数枚を積算して積算画像を得る荷電粒子ビーム検査装置において、複数のスキャン画像の各々、あるいはそれらのスキャン画像を積算した積算画像（中間又は全体の積算画像）と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段と、荷電粒子ビーム光学鏡筒の下面と試料との間に、導電性を有し、かつ、荷電粒子光学系の光路に沿って開口を有し、かつ、試料面上のＥＢ照射点から見て、鏡筒の下部の一部を覆う板を有し、上記倍率の変動又は変動の傾向から、上記板に印加する電圧を変化させる手段を設ける。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、倍率が大きくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりプラスにし、または、倍率が小さくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりマイナスにすることを特徴とする。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、試料の検査領域によって、ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を、変化させる。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、試料の材質、パターン密度、パターン形状に対応した前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧に関するデータベースにもとづいて、前記設計データの選択した検査領域に応じて、前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を選択する。

また、前述の荷電粒子ビーム検査装置において、積算画像は、複数枚のスキャン画像が積算されたものであり、同じ試料に対して、複数回撮影した得られたスキャン画像の枚数をａとし、それらのスキャン画像のうち積算に用いるスキャン画像の枚数をｂとするとき、ａ＞ｂ を満たす、複数枚のスキャン画像からなる積算画像（中間又は全体の積算画像）の各々に対して、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段を含む。

本発明によれば、複数の検査画像（中間又は全体の積算画像）を取得し、設計データとの比較照合を行い、しかも、倍率を求め、求められた倍率に基づいて荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じて、または、倍率の変動や変動の傾向から、ランディングエネルギーを変化させるので、基板内部に生じる局所的帯電の定量的で詳細な大きさを把握することができ、さらに、例えば電子ビーム等の照射により絶縁物の帯電の時間的な変動や、材質による傾向、倍率との相関量を捉え、チャージングを低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る荷電粒子ビーム装置の好適な実施例について説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係る荷電粒子ビーム装置の構造を示す概略断面図、図２は、ＭｏＳｉの密度が大きいマスクである場合における取得画像枚数に対する倍率の変化を示すグラフ、図３は、ＳｉＯ_２の密度が大きいマスクである場合における取得画像枚数に対する倍率の変化を示すグラフ、図４は、倍率とチャージング（帯電）の様子を材質ごとに示した図、図５は、倍率変動と２次電子の試料上における占有率の関係を示す図、図６は、スキャン画像又はそれらの積算画像と、基準画像（設計データ）との対比方法を示す図、図７は、スキャン画像又はそれらの積算画像と、基準画像（設計データ）との別の対比方法を示す。

図１において、荷電粒子ビーム装置として荷電粒子光学系を鏡筒１０内に配置した走査電子顕微鏡が一つの好ましい例として示されている。

この走査電子顕微鏡において、鏡筒１０の上部には電子ビーム源１１（電子銃）が配置されている。この電子ビーム源１１から発生した電子ビーム４１は、順にアライメントコイル１２（第1偏向手段）、スティグコイル１３（第２偏向手段）で偏向され、対物レンズ１４（倍率調整手段）で倍率調整され、試料２１上を走査する。

試料２１から発生する荷電粒子４２（２次電子、反射電子など）は、検出器３０で検出される。そして、図示しないモニター等の画像表示手段で試料像が表示される。

図示例の走査電子顕微鏡の荷電粒子光学系には、図２に示すように、板状部材の形で、帯電を防止すると共に、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス、または酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）などのガスを導入する帯電防止部材１１０を設ける。この帯電防止部材１１０は、ＣＰＰ（Ｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｐｌａｔｅ）と称されている。帯電防止部材１１０は、試料の荷電粒子照射個所に向けてガスを放出する他、負の電圧が印加されるものとして構成される。

なお、後述するように、鏡筒１０は、試料２１と共に、接地（アース）することもできる。また、荷電粒子光学系２０を配置した鏡筒１０全体を正電圧に印加することもできる。

図示例では、荷電粒子光学系の下部に対物レンズ１４が配置されている。対物レンズ１４はコイルと磁極と静電偏向器１４３とから構成されている。

電子ビーム源１１から発光された電子ビーム４１は、偏向器１４３で偏向され、コイルで磁化された磁極で集束され、試料２１に照射される。

偏向器１４３は、例えば８極静電偏向器である。試料２１は、試料ホルダ１２２に保持されている。

図示例では、対物レンズ１４と試料２１の間に、帯電防止部材１１０が配置されている。帯電防止部材１１０は、絶縁体で形成された固定部１２１を介して磁極１４２に取り付けられている。帯電防止部材１１０の厚さは、数ｍｍ程度である。帯電防止部材１１０は、対物レンズ１４、試料２１に接触することなく、対物レンズ１４と試料２１との間の極めて狭い間隙に配置されている。

帯電防止部材１１０は電圧Ｖｃに印加されている。試料２１は試料ホルダ１２２を介して電圧Ｖｓに印加されている。ここで、各電圧ＶｃおよびＶｓは負電圧である。また対物レンズ１４は接地（アース）されている。

さらに、帯電防止部材ＣＰＰ、試料表面の各々の電圧を計測するための電位計を設け、各々の電圧を計測してもよい。

電子銃１１（電子ビーム源）、２次電子検出器３０、帯電防止部材１１０、試料印加電圧部材は、演算制御部１１１に接続され、試料印加電圧（ランディングエネルギー）の制御が行われる。なお、その他のアライメントコイル１２（第１偏向手段）、スティグコイル１３（第２偏向手段）、対物レンズ１４、静電偏向器１４３等も演算制御部１１１に接続され、制御されるようにしてもよい。

また、上記実施例の変形例として、帯電防止部材１１０を、鏡筒下部に配置された対物レンズ１４の下側磁極部材として構成することもできる。この場合、対物レンズ１４の上側磁極と下側磁極が電気的に絶縁されていなければならない。上側磁極と下側磁極の間にスペーサ（絶縁部材）を配置することによって、上側磁極と下側磁極とを電気的に絶縁することができ、下側磁極内にガス導入のための流路を下側磁極の形状に沿って穿孔し（くり抜き）、配置することによっても、前述の実施例と同様の効果を奏する。

図示例では、試料２１面上の電子ビーム照射点へ向けてガスの流路が傾斜して形成されているので、所定の状態で窒素等のガスを放出すると、窒素ガスが試料面の電子ビーム照射点に向け放出される。この放出されたガスは電子ビームの１次電子、もしくは２次電子や反射電子と反応してイオン化し、当該イオンが試料２１表面の電子と反応して試料２１の負電荷を取り除き帯電を防止する。この際、ガスＧは荷電ビームの照射点に向け放出されるから、効率よく試料の荷電ビームの照射点近傍に配置でき、ガスの量を少ないものとすることができる。

なお、このガス放出口には、自動的に傾動可能なノズルを配置することができ、ガス放出の角度を変えることができる。

また、上記実施例では、帯電防止部材１１０の開口部１１３周縁に４つの放出口を設けているが、放出口の数及び配置状態はこれに限定されず、開口部１１３周縁にスリットを設けて、そこからガスを放出できるようにしたり、ガス放出口を６つ、８つ・・・に増やしたりすることもできる。

このような帯電防止部材ＣＰＰを設けることにより、試料上のチャージアップ（帯電）を軽減できるが、下記に示す帯電量の定量化を行い、試料における電子ビームのランディングエネルギーを制御することにより、さらなる帯電防止を行うことができる。

例えば、同一の試料画像を複数取得し、それらの画像を積算した中間又は全体の画像を求め、予め記憶された設計データと対比し、倍率を求め、求められた倍率に基づいて荷電粒子ビームが照射される局所的な領域における帯電量を把握し、その値に応じてランディングエネルギーを変動させ、チャージアップを低減させる。

＜検査画像（パターン像）と基準画像（パターン像）（設計データ）との対比＞
検査した画像（パターン像）と、設計データである基準画像（パターン像）との比較方法として、下記にあげる方法がある。

ここで、スキャン画像とは、試料をスキャンして取得した試料の画像をいい、積算画像とは、複数のスキャン画像を所定枚数（例えば２枚毎）又は所定時間内の全枚数を積算して取得した試料の画像をいう。すべてスキャン画像を積算した試料の画像、またはすべての積算画像を積算した試料の画像を、検査画像という。

（１）図６に示すように、試料（パターン）を荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いてスキャンし、発生する二次電子あるいは反射電子等の荷電粒子により、１枚目のスキャン画像１を取得する。同じ試料を繰り返しスキャンし、２枚目、３枚目、・・・、ｎ枚目のスキャン画像２〜ｎを取得する。取得したスキャン画像の各々と、予め記憶手段に記憶された基準となる基準画像（設計データ）とをパターンマッティングし、それぞれのスキャン像と基準画像（設計データ）との画像変化を調べることにより、電子ビームが照射されている試料の局所的な領域における倍率の変化を検査する。この場合、倍率は、２次電子検出器３０に接続された演算制御部１１１に各々の画像が記憶され、記憶された画像を対比して演算により求められる。

また、１枚目と２枚目のスキャン画像２、３の積算をとり、中間積算画像１とし、（ｎ−１）枚目とｎ枚目の中間積算画像ｍ（＝ｎ／２）を取得し、それらの中間積算画像１、中間積算画像２、・・・、中間積算画像ｍの積算をとり、平均した中間積算画像と、予め記憶手段に記憶された基準となる基準画像（設計データ）とをパターンマッティングし、それぞれの中間積算画像と基準画像（設計データ）との画像変化を調べることにより、電子ビームが照射されている試料の局所的な領域における倍率の変化を検査する。この場合、倍率は、２次電子検出器３０に接続された演算制御部１１１に各々の画像が記憶され、記憶された画像を対比して演算により求められる。

ただし、ｎは８、１６、２４、３２等の偶数とすることが好ましい。これにより、試料へのチャージングによる試料像の瞬間変化をとらえることができる。

（２）また、図７に示すように、１枚目のスキャン画像１、２枚目のスキャン画像２、３枚目のスキャン画像３、・・・、ｎ枚目のスキャン画像ｎを取得し、これらのスキャン画像の全体を所定時間（例えば数時間）毎に積算し、その全体の積算画像（１−ｉｍａｇｅ）と、予め記憶手段に記憶された基準となる基準像（設計データ）とをパターンマッティングし、試料の倍率の変化を検査する。

さらに、ある程度の荷電粒子ビームを試料に照射しつづけている時間間隔（例えば数時間程度）をあけて、再び１枚目のスキャン画像、２枚目のスキャン画像、３枚目のスキャン画像、・・・、ｎ枚目のスキャン画像を取得し、それらを積算した積算画像（２−ｉｍａｇｅ）を取得し、同様の操作を繰り返し、積算画像（３−ｉｍａｇｅ）、・・・、積算画像（Ｋ−ｉｍａｇｅ）を取得し、予め記憶手段に記憶された基準となる基準像とをパターンマッティングし、試料の倍率の変化を検査する。同様に、倍率は、２次電子検出器３０に接続された演算制御部１１１に各々の画像が記憶され、記憶された画像を対比して演算により求められる。

この場合、スキャン画像を取得し、それらを積算した積算画像を取得し、基準像とのパターンマッティングを行い、試料の倍率の変化を検査するスキャン検査時間を所定時間とってから、例えば２〜３時間経過し、同様のスキャン検査時間を所定時間とり、検査を行ってもよいし、１枚ごとのスキャン画像取得を、所定時間間隔をあけて行い、倍率の変化を検査してもよい。

これにより、試料へのチャージングの長時間の変化をとらえることができる。

（３）また、試料のＸ、Ｙの方向において、Ｘ方向の倍率、Ｙ方向の倍率ＭａｇＸ、ＭａｇＹ、電子ビームのＸ方向の平行移動、Ｙ方向の平行移動ＳｈｉｆｔＸ、ＳｈｉｆｔＹ、電子ビームのＸ方向の回転移動、Ｙ方向の回転移動ＲｏｔＸ、ＲｏｔＹの各々を変化させ、スキャン画像Ｍ１（ＭａｇＸ，ＭａｇＹ，ＳｈｉｆｔＸ，ＳｈｉｆｔＹ，ＲｏｔＸ，ＲｏｔＹ）、スキャン画像Ｍ２（ＭａｇＸ’，ＭａｇＹ’，ＳｈｉｆｔＸ’，ＳｈｉｆｔＹ’，ＲｏｔＸ’，ＲｏｔＹ’）、スキャン画像Ｍ３（ＭａｇＸ’’，ＭａｇＹ’’，ＳｈｉｆｔＸ’’，ＳｈｉｆｔＹ’’，ＲｏｔＸ’’，ＲｏｔＹ’’）、・・・、スキャン画像Ｍｎ（ＭａｇＸ^（ｎ），ＭａｇＹ^(ｎ），ＳｈｉｆｔＸ^（ｎ），ＳｈｉｆｔＹ^（ｎ），ＲｏｔＸ^（ｎ），ＲｏｔＹ^（ｎ））を取得する。

上述の（１）、（２）と同じように、１枚目のスキャン画像と予め記憶手段に記憶された基準となる基準像（設計データ）とをパターンマッティングし、試料の倍率の変化を検査してもよいし、１枚目と２枚目のスキャン画像を積算し、中間積算画像１とし、（ｎ−１）枚目とｎ枚目の中間積算画像ｍ（＝ｎ／２）を取得し、それらの中間積算画像１、中間積算画像２、・・・、中間積算画像ｍを積算し、積算した検査画像と、予め記憶手段に記憶された基準となる基準像（設計データ）とをパターンマッティングし、試料の倍率の変化を検査してもよい。ただし、ｎは８、１６、２４、３２等の偶数とする。これにより、試料へのチャージングによる試料像の瞬間変化をとらえることができる。

あるいは、１枚目のスキャン画像、２枚目のスキャン画像、３枚目のスキャン画像、・・・、ｎ枚目のスキャン画像を取得し、これらのスキャン画像を積算し、その積算画像（１−ｉｍａｇｅ）と、予め記憶手段に記憶された基準となる基準像（設計データ）とをパターンマッティングし、試料の倍率の検査を行う。

さらに、ある程度の荷電粒子ビームを試料に照射しつづけている時間間隔（例えば数時間程度）をあけて、再び１枚目のスキャン画像、２枚目のスキャン画像、３枚目のスキャン画像、・・・、ｎ枚目のスキャン画像を取得し、これらを積算した検査画像（２−ｉｍａｇｅ）を取得し、同様の操作を繰り返し、積算画像（３−ｉｍａｇｅ）、・・・、積算画像（Ｋ−ｉｍａｇｅ）を取得し、予め記憶手段に記憶された基準となる基準像（設計データ）とをパターンマッティングし、試料の倍率の変化の検査を行う。ここでも上述と同様に、１枚ごとのスキャン画像取得を、所定時間間隔をあけて行い、倍率の変化を検査してもよい。

上述と同様に、倍率は、２次電子検出器３０に接続された演算制御部１１１に各々の画像が記憶され、記憶された画像を対比して演算により求められる。

これにより、試料へのチャージングの長時間の変化をとらえることができる。

なお、検査に用いる試料は、ＳｉＯ_２（石英ガラス）基板上にＭｏＳｉパターンが形成されているようなマスクの様に導電性試料や、レチクル等の様に石英基板（絶縁性）上にクロム（導電性）膜がパターニングされているようなＣＯＧ（例えば特許文献３（特開２００１−５２６４２号公報）の段落０００６、０００７を参照）である。

また、電子ビームの照射条件は、例えば加速電圧Ｖａｃｃを１８００Ｖ、試料印加電圧（Ｌａｎｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ）を１２００Ｖ、取得する画像の枚数を３２枚とする。

その結果を図２、図３に示す。

図２では、マスクのうちＭｏＳｉの密度が大きい試料（ＭｏＳｉ Ｒｉｃｈ Ｐａｔｔｅｒｎ）を用い、図３では、マスクのうちＳｉＯ_２の密度が大きい試料（Ｇｌａｓｓ Ｒｉｃｈ Ｐａｔｔｅｒｎ）に対して、画像枚数に対する倍率の変化を示している。

図２、図３において、横軸に２枚ずつ積算した積算画像の各々（１番目のスキャン画像と２番目のスキャン画像を積算した１番目の積算画像、同様に２番目の積算画像、・・・、１６番目の積算画像の番号）、縦軸に倍率を示す。角印の折れ線グラフは電子ビームの走査方向がＹ方向である場合を示し、丸印の折れ線グラフは電子ビームの走査方向がＸ方向である場合を示す。

図２に示すように、試料がＭｏＳｉの密度が大きいマスクである場合、画像の枚数が増えるに従い、電子ビームの走査方向がＸ方向およびＹ方向のいずれの方向においても、倍率が線形に増加していることが分かり、長時間電子ビームが試料に照射されるにつれて、試料上に電子が蓄積され、プラスの電荷が増加している。すなわち、プラスに帯電していることがわかる。

一方、図３に示すように、試料がＳｉＯ_２の密度が大きいマスクである場合、電子ビームがＸ方向に走査される場合に、取得される画像の枚数が増えると、倍率が急激に落ちており、ある枚数以上になると、倍率の変化が横ばいになることがわかる。すなわち、試料上に蓄積される電子の量が一定の飽和状態に達し、チャージアップを発生させていることがわかる。電子ビームがＹ方向に走査される場合では、取得される画像の枚数が増えても、倍率の変化は少なく、試料上に蓄積される電子の量がほぼ一定であることがわかる。

これは、ＳｉＯ_２基板上にパターンがＸ方向では間隔を設けて形成される場合が多く、照射される電子ビームが基板のほうに溜まりやすく、一方Ｙ方向ではパターン間隔が密に形成される場合が多いため、一定の飽和状態に達した後、その後変化があまりないものと考えられる。

この図２及び図３から明らかなように、図４に示すように、試料がＭｏＳｉの密度が大きいマスクの場合には、試料の表面にプラスの電荷（帯電）がより溜まる方向へ変化し、試料がＳｉＯ_２の密度が大きいマスクの場合には、試料の表面にマイナスの電荷（帯電）がより溜まる方向へ変化することがわかり、実際に上述の通り確かめられたことになる。すなわち、倍率との相関量を的確に把握できたことが確かめられたのである。この倍率との相関量は、いわば試料の帯電量と表現してもよい。

そこで、倍率の変動に対する試料上での２次電子の放出率を示すと、図５に示すようになり、例えばＭｏＳｉの密度が大きいマスクの場合には、試料の表面プラスの電荷（帯電）がより溜まる方向へ変化するため（ＭｏＳｉの、２次電子放出率１よりも上側の曲線）、２次電子の放出率を抑えるには、ＭｏＳｉの密度が大きいマスクについて試料電位（ランディングエネルギー）を大きくすることで試料表面に帯電する電子と、基板内部を流れる電流との平衡状態を保つことができるので、チャージングを低減することができる。

ランディングエネルギー（試料印加電圧）を変化させる方法としては、次の方法がある。

（１）加速電圧Ｖａｃｃを上げる方法、
（２）加速電圧から試料表面電圧を引いて求める方法、
本例では、加速電圧Ｖａｃｃを１８００Ｖ、試料表面電圧を−１００Ｖとすることで、ランディングエネルギーは、１７００Ｖの負電圧である。

同様に、ＳｉＯ_２の密度が大きいマスクについては、図５から明らかなように、ＭｏＳｉの密度が大きいマスクに対して、倍率の変化の大きさが小さいので、ランディングエネルギーを小さくすることで、試料表面に帯電する電子と、基板内部を流れる電流との平衡状態を保つことができるので、チャージングを低減することができる。

以上のことから、試料表面に帯電する電子と、基板内部を流れる電流との平衡状態を保つように、ランディングエネルギーを制御することにより、チャージングを低減することができる。

なお、前述の実施例では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いているが、本発明は、これに限定されず、陽子線、中性子線、エックス線等の荷電粒子ビームであってもよい。また、マスクについて倍率の変動を検査したが、ウェハについても同様のランディングエネルギーを制御することにより、チャージングを低減することができる。さらに、電子顕微鏡などに限定されず、ウェハ表面検査装置、半導体製造装置等にも設置することができる。

本発明の好適な１つの実施例に係る荷電粒子ビーム装置の構造を示す断面図、 ＭｏＳｉの密度が大きいマスクである場合における取得画像枚数に対する倍率の変化を示すグラフ、 ＳｉＯ_２の密度が大きいマスクである場合における取得画像枚数に対する倍率の変化を示すグラフ、 倍率とチャージング（帯電）の様子を材質ごとに示した図、 倍率変動と２次電子の試料上における占有率の関係を示す図、 スキャン画像又は積算画像と、基準像（設計データ）との対比方法を示す図、 スキャン画像又は積算画像と、基準像（設計データ）との別の対比方法を示す図である。

符号の説明

１０ 鏡筒
１１ 電子ビーム源
１２ アライメントコイル
１３ スティグコイル
１４ 対物レンズ
２１ 試料
３０ 検出器
４１ 電子ビーム
４２ 荷電粒子
１１０ 帯電防止部材
１１３ 帯電防止部材の開口部
１２２ 試料ホルダ
１４３ 偏向器

Claims (20)

1. 荷電粒子ビームにより試料を検査する方法において、
   複数枚のスキャン画像の各々、または、複数枚のスキャン画像を積算して得た積算画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求めるステップと、
   当該倍率の変動または変動の傾向から、荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じて荷電粒子ビームのランディングエネルギーを変化させるステップ
   を含むことを特徴とする検査方法。
2. 荷電粒子ビームにより試料を検査する方法において、
   複数枚のスキャン画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求めるステップと、
   当該倍率の変動または変動の傾向から、荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じて荷電粒子ビームのランディングエネルギーを変化させるステップを含むことを特徴とする検査方法。
3. 請求項１または２記載の荷電粒子ビーム検査方法において、
   倍率が大きくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より大きくし、または、倍率が小さくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より小さくすることを特徴とする検査方法。
4. 請求項３記載の検査方法において、
   前記ランディングエネルギーを現状値より大きくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を上げるか、若しくは、試料電位を下げ、
   前記ランディングエネルギーを現状値より小さくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を下げるか、若しくは、試料電位を上げることを特徴とする検査方法。
5. 荷電粒子ビームによる複数枚のスキャン画像を積算して、積算画像を得る、試料の検査方法において、
   荷電粒子ビーム光学鏡筒の下面と試料との間に、導電性を有し、かつ、荷電粒子光学系の光路に沿って開口を有し、かつ、試料の表面上のＥＢ照射点から見て、鏡筒の下部の一部を覆う板を有し、
   複数枚のスキャン画像の各々、あるいは複数枚のスキャン画像を積算して得た積算画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求めるステップと、
   上記倍率の変動または変動の傾向から、上記板に印加する電圧を変化させるステップを有することを特徴とする検査方法。
6. 請求項５記載の検査方法において、
   倍率が大きくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりプラスにし、または、倍率が小さくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値よりマイナスにすることを特徴とする検査方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の検査方法において、
   試料の検査領域によって、ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、または、前記板に印加する電圧を、変化させることを特徴とする検査方法。
8. 請求項７記載の検査方法において、
   試料の材質、パターン密度、パターン形状に対応した前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、または、前記板に印加する電圧に関するデータベースにもとづいて、前記設計データの選択した検査領域に応じて、前記ランディングエネルギー、
   加速電圧、試料電位、または、前記板に印加する電圧を選択することを特徴とする検査方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の検査方法において、
   同じ試料に対して、複数回撮影して得られたスキャン画像の枚数をａとし、それらのスキャン画像のうち積算に用いられるスキャン画像の枚数をｂとするとき、ａ＞ｂ を満たす、複数枚のスキャン画像からなる複数の積算画像の各々に対して、設計データとの比較照合を行い、倍率を求めることを特徴とする検査方法。
10. 請求項１〜９の荷電粒子ビーム検査方法において、
    スキャン画像の枚数と倍率との関係で表わされる傾き量と、ランディングエネルギーとの相関関係をとり、その相関関係に基づいてランディングエネルギーを制御することを特徴とする検査方法。
11. 荷電粒子ビームにより試料を検査する検査装置において、
    複数のスキャン画像の各々、または、複数のスキャン画像を積算した積算画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段と、
    当該倍率の変動または変動の傾向から荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じてランディングエネルギーを変化させる手段を含むことを特徴とする検査装置。
12. 荷電粒子ビームにより試料を検査する検査装置において、
    複数のスキャン画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段と、
    当該倍率の変動または変動の傾向から荷電粒子ビームが照射されている局所領域における倍率との相関量を求め、その値に応じてランディングエネルギーを変化させる手段を含むことを特徴とする検査装置。
13. 請求項１１または１２記載の検査装置において、
    倍率が大きくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より大きくし、または、倍率が小さくなる場合には、荷電粒子ビームのランディングエネルギーを現状値より小さくすることを特徴とする検査装置。
14. 請求項１１または１２記載の検査装置において、
    前記ランディングエネルギーを現状値より大きくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を上げるか、若しくは、試料電位を下げ、
    又は、前記ランディングエネルギーを現状値より小さくするために、荷電粒子ビーム光学系の加速電圧を下げるか、若しくは、試料電位を上げることを特徴とする検査装置。
15. 荷電粒子ビームによるスキャン画像の複数枚を積算して、積算画像を得て、試料を検査する装置において、
    複数のスキャン画像の各々、あるいはそれらのスキャン画像を積算した積算画像と、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段と、
    荷電粒子ビーム光学鏡筒の下面と試料との間に、導電性を有し、かつ、荷電粒子光学系の光路に沿って開口を有し、かつ、試料面上のＥＢ照射点から見て、鏡筒の下部の一部を覆う板と、
    上記倍率の変動または変動の傾向から、上記板に印加する電圧を変化させる手段
    を有することを特徴とする検査装置。
16. 請求項１５記載の検査装置において、
    倍率が大きくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値より試料電位よりプラスにし、または、倍率が小さくなる場合には、前記板への印加電圧を現状値より試料電位よりマイナスにすることを特徴とする検査装置。
17. 請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の検査装置において、
    試料の検査領域によって、前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を、変化させることを特徴とする検査装置。
18. 請求項１７記載の検査装置において、
    試料の材質、パターン密度、パターン形状に対応した前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧に関するデータベースにもとづいて、前記設計データの選択した検査領域に応じて、前記ランディングエネルギー、加速電圧、試料電位、若しくは、前記板に印加する電圧を選択することを特徴とする検査装置。
19. 請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の検査装置において、
    同じ試料に対して、複数回撮影した得られたスキャン画像の枚数をａとし、それらのスキャン画像のうち積算に用いられるスキャン画像の枚数をｂとするとき、ａ＞ｂ を満たす、複数枚のスキャン画像からなる複数の積算画像の各々に対して、設計データとの比較照合を行い、倍率を求める手段を含むことを特徴とする検査装置。
20. 請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の検査装置において、
    スキャン画像の枚数と倍率との関係で表わされる傾き量と、ランディングエネルギーとの相関関係をとり、その相関関係に基づいてランディングエネルギーを制御する手段を有することを特徴とする検査装置。

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