JP2008270632A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電パターンの欠陥を高精度で検出する。
【解決手段】導電パターン１０を有する試料に、電子ビーム２０を照射する際、その照射位置を一定の振幅で振動させながら走査し、その照射によってその導電パターン１０に発生する吸収電流やその吸収電流によって生じる電圧等の電気信号を、プローブ３１，３２およびアンプを用いて検出する。そして、電子ビーム２０走査時の各振動の間に検出される電気信号の変化量を求め、その振動領域内に高抵抗のビア１２ａのような欠陥が存在しているときといないときのその変化量の違いから、その導電パターン１０の欠陥を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関し、特に、半導体装置に形成される配線等の欠陥検査に用いる検査装置および検査方法に関する。

ＬＳＩ（Large Scale Integration）をはじめとする各種半導体装置の開発・製造に当たっては、性能や歩留りの向上のために、不良解析という手法が一般的に採用されている。これは、半導体装置の製造プロセスで予期せず発生した欠陥の位置を特定し、そこを分析して、その欠陥の発生原因を解明することにより、その製造プロセスを改善する手法である。このような手法は、高性能・高品質の半導体装置を製造するプロセスを開発していく上で、非常に重要な技術と位置づけられている。

ところで、半導体装置の微細化・高集積化に伴い、トランジスタのほか、配線やビア等の導電パターンも微細になり、その高密度化が進んでいる。そのため、そのような導電パターンの欠陥検査、特にその欠陥箇所の特定は、難しくなってきている。例えば、ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ（Infra Red - Optical Beam Induced Resistance CHange）解析のように、光学的に欠陥箇所を特定する手法は、特別な工夫をしない限り、１μｍ程度の空間分解能以下の高密度パターンへの適用に限界がある。

そこで、近年では、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope，ＳＥＭ）を用い、配線等の導電パターンを形成した試料に電子ビーム等の荷電ビームを走査しながら照射して、その導電パターンに発生した吸収電流を検出することにより、その導電パターンの欠陥箇所を特定する方法が提案されてきている（例えば、特許文献１，２参照。）。さらに、照射する電子ビームに強度変調やパルス変調を加え、その変調に同期した吸収電流を検出することにより、その検出感度（Ｓ／Ｎ比）を向上させる試みもなされている（例えば、特許文献３，４参照。）。また、吸収電流に起因して導電パターンに生じる電圧を検出することにより、その導電パターンの欠陥箇所を特定する方法も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
特開２００２−３４３８４３号公報 特開２００２−３６８０４９号公報 特開２００４−２９６７７１号公報 特開２００５−７１７７５号公報 特開２００６−１０５９６０号公報

試料に電子ビームを走査しながら照射し、その導電パターンに発生した吸収電流あるいはそれに起因して生じる電圧等の電気信号を検出することによって、その導電パターンの欠陥箇所を特定する手法の場合、その走査時に電子ビームが欠陥のない正常な導電パターンに照射されていくと、その照射位置の移動に伴い、検出される電気信号が徐々に変化していくようになる。

ここで、例えば、その導電パターンの途中に抵抗性の欠陥が存在している場合、電子ビームを走査しながら照射していったときには、その欠陥箇所に電子ビームが照射されたときに検出される電気信号が、その導電パターンの正常な部分に電子ビームが照射されていたときとは違った変化を示すようになる。これまでは、そのような電気信号の変化を基に、その導電パターンの欠陥箇所を特定していた。

しかし、その欠陥の抵抗があまり大きくない場合には、そのような欠陥箇所に電子ビームが照射されたときに検出される電気信号が、正常な部分に電子ビームが照射されていたときの電気信号の変化に埋もれてしまい、欠陥箇所の特定が難しい。

したがって、より高い精度で欠陥を検出することのできる手法が要望されている。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高精度で欠陥検査を行うことのできる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、試料の検査を行う検査装置において、前記試料に荷電ビームを照射する手段と、照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させる手段と、前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出する手段と、を有することを特徴とする検査装置が提供される。

このような検査装置によれば、荷電ビームがその照射位置を一定の振幅で振動させながら試料上を走査され、その照射によってその試料に生じる電気信号が検出される。それにより、荷電ビームの照射位置が一定の振幅で振動する間の電気信号を検出することが可能になる。

したがって、例えば、荷電ビーム走査時の各振動の間に検出される電気信号の変化量を求め、その振動領域内に欠陥が存在しているときといないときのその変化量の違いに基づき、その試料の欠陥を検出することができるようになる。

また、本発明では、上記課題を解決するために、試料の検査を行う検査方法において、前記試料に荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査して照射し、前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出することを特徴とする検査方法が提供される。

このような検査方法によれば、荷電ビームがその照射位置を一定の振幅で振動させながら試料上を走査され、その照射によってその試料に生じる電気信号が検出される。それにより、荷電ビームの照射位置が一定の振幅で振動する間の電気信号を検出することが可能になる。

本発明では、試料に荷電ビームを照射する際、その照射位置を一定の振幅で振動させながら走査し、その照射によってその試料に生じる電気信号を検出するようにした。これにより、試料の異常箇所を高精度で検出することが可能になり、その試料の検査の高精度化を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、検査原理について説明する。
図１は検査原理の説明図であって、（Ａ）は導電パターンへの電子ビーム照射の様子を模式的に示す図、（Ｂ）は導電パターンの電子ビーム照射位置とアンプ出力変化量との関係を模式的に示す図である。

ここでは、検査対象の試料として、図１（Ａ）に示すように、上下層の配線１１がビア１２によって交互に接続された導電パターン１０を有するものを用い、そのような試料に電子ビーム２０を照射する場合を例にして説明する。なお、図１（Ａ）では、配線１１やビア１２の周囲の層間絶縁膜等については、その図示を省略している。

電子ビーム２０を照射したときには、その照射位置から２次電子が発生すると共に、その領域内の導電パターン１０には、電子ビーム２０のうち２次電子とならなかった一部の電子が吸収され、導電パターン１０内に電流すなわち吸収電流が流れるようになる。

導電パターン１０には、その２箇所にプローブ３１，３２が接続される。例えば、電子ビーム２０が照射されたときに導電パターン１０に発生する吸収電流を検出する場合には、２つのプローブ３１，３２はそれぞれ、電流アンプに接続される。導電パターン１０の電子ビーム２０の照射位置に発生した吸収電流は、導電パターン１０内（配線１１およびビア１２）を流れ、プローブ３１，３２で検出される。吸収電流は、導電パターン１０内の流れやすさ（例えば後述のような抵抗性の欠陥の有無）に応じ、プローブ３１，３２のいずれか一方から、あるいは分流されてプローブ３１，３２の双方から、検出される。

また、電子ビーム２０が照射されたときに発生する吸収電流に起因して導電パターン１０に生じる電圧を検出する場合には、２つのプローブ３１，３２のうち、一方のプローブ３１は接地され、他方のプローブ３２は電圧アンプに接続される。電子ビーム２０が照射され、導電パターン１０に吸収電流が発生すると、吸収電流は、主に接地された一方のプローブ３１側へ流れ、接地点から電子ビーム２０の照射位置までの導電パターン１０の長さに応じた大きさの電圧降下が生じる。その電圧を他方のプローブ３２で検出する。また、検出された電圧と電子ビーム２０の照射位置とから、そのときの導電パターン１０の吸収電流を求めることが可能である。

なお、電子ビーム照射によって発生する導電パターンの吸収電流はｎＡオーダであり、吸収電流やそれに起因した電圧を検出する際には、通常、このように電流アンプや電圧アンプによる増幅が行われる。その場合は、プローブ３１，３２によって検出された吸収電流検出値（検出電流または検出電圧）を増幅した信号（アンプ出力）が、吸収電流の検出値（検出電流または検出電圧）となる。

ここで、導電パターン１０のビア１２のうち、ある箇所のビア１２ａが、不純物の混入、ボイドの発生、配線１１との接続不良等、何らかの原因で、その他のビア１２よりも高抵抗になっていると仮定する。このような導電パターン１０を有する試料に電子ビーム２０を照射することにより、そのビア１２ａのような抵抗性の欠陥を検出する。

その際は、導電パターン１０の一方のプローブ３１側から他方のプローブ３２側へ電子ビーム２０を一方向に走査していく動作に加え、その走査方向と平行に電子ビーム２０の照射位置を一定の振幅で振動（位置変調）させる。すなわち、電子ビーム２０を、その照射位置を一定の振幅で振動させながら、導電パターン１０の一方のプローブ３１側から他方のプローブ３２側へ走査していく。そして、その走査時の各振動の間に得られる、吸収電流や電圧のアンプ出力変化量を検出していく。

ここで、図２は電子ビームを振動させずに走査する場合の説明図であって、（Ａ）は導電パターンへの電子ビーム照射の様子を模式的に示す図、（Ｂ）は導電パターンの電子ビーム照射位置とアンプ出力との関係を模式的に示す図である。

例えば、電子ビーム２０が照射されたときに導電パターン１０に発生する吸収電流を検出する場合に、図２（Ａ）に示すように、電子ビーム２０を、振動させることなく、導電パターン１０の一方のプローブ３１側から他方のプローブ３２側へ一方向に走査する。このとき、導電パターン１０の吸収電流のアンプ出力は、図２（Ｂ）に示すように、走査が進むにつれて増加していくが、高抵抗のビア１２ａの箇所で階段状に変化する。

また、例えば、電子ビーム２０が照射されたときに発生する吸収電流に起因した導電パターン１０の電圧を検出する場合に、図２（Ａ）に示すように、電子ビーム２０を、振動させることなく、導電パターン１０の一方のプローブ３１側から他方のプローブ３２側へ一方向に走査する。このとき、プローブ３２側の電圧のアンプ出力は、上記吸収電流のアンプ出力同様、図２（Ｂ）に示したように、走査が進むにつれて増加していくが、高抵抗のビア１２ａの箇所で階段状に変化する。

これに対し、図１（Ａ）に示したように、電子ビーム２０を、振動させながら、導電パターン１０の一方のプローブ３１側から他方のプローブ３２側へ走査していくと、吸収電流や電圧のアンプ出力は、その電子ビーム２０の照射位置の振動に応じて振動するように変化していく。その各振動におけるアンプ出力変化量を、電子ビーム２０の照射位置の関数として表すと、図１（Ｂ）に示すようになる。

すなわち、配線１１と通常の抵抗を示すビア１２で構成される、導電パターン１０の正常な部分では、電子ビーム２０の照射位置を振動させると、その振動の間に得られるアンプ出力は、一定の差になる。したがって、導電パターン１０の正常な部分におけるアンプ出力変化量は、図１（Ｂ）に示したように、電子ビーム２０の照射位置に対し、一定の値を示すようになる。

一方、電子ビーム２０の照射位置を振動させたとき、その振動領域に高抵抗のビア１２ａが含まれている場合には、その振動の間に得られるアンプ出力は、導電パターン１０の正常な部分に電子ビーム２０が照射されたときに比べ、より大きな差になる。

したがって、照射する電子ビーム２０を振動させながら走査したときのアンプ出力変化量は、図１（Ｂ）に示したように、電子ビーム２０の照射位置に対し、高抵抗のビア１２ａの箇所で上に凸となり、他の箇所では一定の値を示すようになる。なお、振動１回の電子ビーム２０の照射領域が、高抵抗を示すビア１２ａの形成領域内である場合には、その振動の間のアンプ出力変化量は一定の値を示すようになる。

電子ビーム２０の照射位置に対して図１（Ｂ）のような関係を有するアンプ出力変化量を明暗の画像として表示したときには、例えば、高抵抗のビア１２ａに対応する箇所に明るい部分（輝点）が存在していて、それ以外の領域がより暗くなった画像を得ることができる。この輝点は、画像を表示する際の輝度のオフセットやダイナミックレンジ等を適宜調整することにより、容易に視認することが可能になる。なお、明暗の関係を逆にしても構わない。すなわち、高抵抗のビア１２ａに対応する箇所に暗い部分（暗点）が存在していて、それ以外の領域がより明るくなった画像を得ても、同じ効果を得ることが可能である。

前述のように、電子ビーム２０の照射位置を振動させない場合には、アンプ出力は、電子ビーム２０の照射位置に対し、図２（Ｂ）のような関係を有する。このようなアンプ出力を、そのまま明暗の画像として表示したときには、例えば、電子ビーム２０の走査方向（電子ビーム２０の照射位置の増加方向）に対応して徐々に明るさあるいは暗さを増していく画像が得られる。アンプ出力のうち、高抵抗のビア１２ａの箇所で階段状に変化する部分の像は、そのように徐々に明るさ等が変化する領域の中に存在することになる。しかし、そのように徐々に明るさ等が変化する領域の中から、高抵抗のビア１２ａの箇所に対応する階段状の輝度変化を抽出することは非常に難しい。

電子ビーム２０を、その照射位置を振動させながら走査していき、各振動の間に得られるアンプ出力変化量を検出し、それを画像化して、ビア１２ａのような欠陥箇所を輝点あるいは暗点として表示することにより、その画像の輝点等の位置から、欠陥箇所を容易にかつ精度良く特定することが可能になる。

このようにして欠陥検査を行う場合には、電子ビーム２０の照射位置を振動させる際の振幅を小さくすればするほど、欠陥箇所の検出分解能を高めることができる。しかし、その一方で、振幅を小さくすればするほど、欠陥箇所のアンプ出力変化量が小さくなるため、そのようなアンプ出力変化量の検出は難しくなる。振幅の設定に当たっては、導電パターン１０の配線１１やビア１２，１２ａのサイズ、欠陥箇所の検出分解能、アンプ出力変化量の検出限界、形成すべきデバイスの要求特性等を考慮し、適宜その大きさを設定する。

ところで、吸収電流は、ｎＡオーダと非常に微小であるため、そのような吸収電流やそれに起因した電圧を測定する際には、その測定系に存在し得るノイズがアンプ出力およびアンプ出力変化量に及ぼす影響を極力抑えることが望ましい。

そのようなノイズの影響を抑えるためには、次のような手法を用いることができる。すなわち、電子ビーム２０をその照射位置を振動させながら走査する際、その照射位置を一定の振幅、振動数、位相で変化させ、それと同じ振動数および位相のアンプ出力をロックインアンプ等の位相同期アンプを用いて検出する。さらに、そのような位相同期アンプを用い、電子ビーム２０の照射位置を一定の振幅、振動数、位相で変化させたときに検出されるアンプ出力の振幅からアンプ出力変化量を検出する。これにより、ノイズの影響が抑えられたアンプ出力およびアンプ出力変化量を検出することができ、欠陥検査の精度を向上させることが可能になる。

なお、以上の説明では、ビア１２に欠陥が存在する場合を例に、その検査原理について述べたが、勿論、配線１１に欠陥が存在する場合にも、それを同様の原理で検査することが可能である。

次に、上記のような原理を適用した実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図３は第１の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。

図３に示す第１の実施形態の検査装置６０は、導電パターン４０ａが形成されたウェハ等の試料４０が所定のステージ６１ｅにセットされる試料室６１と、試料室６１にセットされた試料４０に対して電子ビーム５０を照射するための電子ビーム照射ユニット６２を備える。このような構成は、例えば、ＳＥＭを用いて実現される。

この検査装置６０の試料室６１には、プローブ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄが設けられていて、一対のプローブ６１ａ，６１ｂまたはプローブ６１ｃ，６１ｄがそれぞれ、一の導電パターン４０ａに接続される。そして、図３に示したように、一対のプローブ６１ａ，６１ｂのうち、一方のプローブ６１ａは接地され、他方のプローブ６１ｂは電圧アンプ６３に接続される。なお、ここでは図示を省略するが、もう一対のプローブ６１ｃ，６１ｄについても同様に、一方は接地され、他方は電圧アンプ６３に接続されるようになっている。

電子ビーム照射ユニット６２には、電子ビーム５０を所定の方向に偏向させて照射するための偏向電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄが設けられると共に、レンズ６２ｅ，６２ｆが設けられている。

一対の偏向電極６２ａ，６２ｂ側には、電子ビーム５０を試料４０に対してＸ方向に走査するための走査信号（Ｘ方向走査信号）が、例えばアンプ等（図示せず）で増幅された後、入力されるようになっている。もう一対の偏向電極６２ｃ，６２ｄ側には、電子ビーム５０を試料４０に対してＹ方向に走査するための走査信号（Ｙ方向走査信号）が、例えばアンプ等（図示せず）で増幅された後、入力されるようになっている。

その際、Ｘ方向走査信号には、所定の振幅、振動数、位相に制御された発振信号が重ね合わせられ、そのような重ね合わせ後のＸ方向走査信号が例えばアンプ等で増幅されて偏向電極６２ａ，６２ｂに入力されるようになっている。それにより、電子ビーム５０は、所定の振幅、振動数、位相で振動しながら、試料４０上をＸ方向に走査される。

このような電子ビーム５０の走査に用いられるＸ，Ｙ方向の各走査信号および発振信号は、検査装置６０に対し、例えば、コンピュータ６５により自動で、あるいはコンピュータ６５を用いてオペレータにより手動で、設定される。それらの信号に関するデータは、例えば、コンピュータ６５が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置に記憶される。

なお、これらの走査信号や発振信号を用いた電子ビーム５０の走査の詳細については後述する。
また、発振信号は、その一部が位相同期アンプであるロックインアンプ６４にも入力されるようになっている。電子ビーム５０が発振信号に応じて振動しながら走査されると、その電子ビーム５０の照射位置の振動に応じて振動するように変化する電圧信号が、プローブ６１ａ，６１ｂを用いて検出される。ロックインアンプ６４には、電圧アンプ６３で増幅された電圧信号（アンプ出力）が入力される。

ロックインアンプ６４は、入力されている発振信号を用い、その電圧アンプ６３のアンプ出力のうち、発振信号の振動数および位相に同期したアンプ出力を検出する機能を有している。さらに、このロックインアンプ６４は、電子ビーム５０の走査時の各振動の間に得られたアンプ出力を用い、その振幅の大きさから、その走査時の各振動の間のアンプ出力変化量を検出する機能を有している。

ロックインアンプ６４で検出されたアンプ出力およびアンプ出力変化量は、所定の画像処理機能を有するコンピュータ６５に入力されるようになっている。そのロックインアンプ６４からの出力は、コンピュータ６５が備えるＨＤＤ等の記憶装置に記憶される。コンピュータ６５は、そのロックインアンプ６４からの出力を、Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号を用いて配列し、画像化して、ディスプレイ等の表示装置６６に表示することができるようになっている。

なお、コンピュータ６５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤのほか、画像処理部、入力Ｉ／Ｆ（Interface）等によって構成され、これらはバスを介して接続される。ＣＰＵは、ＨＤＤに記憶されているプログラムや、走査信号に関するデータ、アンプ出力およびアンプ出力変化量等のデータを用いて処理を実行する。ＲＯＭは、ＣＰＵが実行する基本的なプログラムやデータを格納する。ＲＡＭは、ＣＰＵが実行途中のプログラムやデータを格納する。ＨＤＤには、ＣＰＵが実行するＯＳ（Operation System）やアプリケーションプログラム、データが記憶される。画像処理部には表示装置６６が接続され、画像処理部は、ＣＰＵからの描画命令に従って表示装置６６の画面上に画像を表示させる。入力Ｉ／Ｆには、マウスやキーボードが接続され、これらによってオペレータが入力した情報を受信し、バスを介してＣＰＵに送信する。

このような検査装置６０において、電子ビーム５０が試料４０上を所定の方向に所定の振幅、振動数、位相で振動しながら走査されて照射されると、その導電パターン４０ａには吸収電流が発生する。そして、その導電パターン４０ａに接続されているプローブ６１ｂからは、電子ビーム５０の照射位置の振動に応じて振動するように変化する、吸収電流に起因した電圧信号が検出される。その電圧信号が電圧アンプ６３で増幅され、増幅された電圧信号（アンプ出力）がロックインアンプ６４に入力される。

ロックインアンプ６４では、入力されたアンプ出力から、発振信号と同じ振動数および位相のアンプ出力が検出される。さらに、ロックインアンプ６４では、電子ビーム５０の走査時の各振動の間に得られたアンプ出力を用い、その振幅の大きさから、その走査時の各振動の間のアンプ出力変化量が検出される。ロックインアンプ６４で検出されたアンプ出力およびアンプ出力変化量は、コンピュータ６５に出力される。コンピュータ６５は、そのアンプ出力変化量を電子ビーム５０の走査信号を用いて配列し、オフセットやダイナミックレンジ等を適宜調整して、画像として表示装置６６に表示する。

試料４０の導電パターン４０ａに欠陥が存在する場合、電子ビーム５０の照射位置とアンプ出力変化量との間には、図１（Ｂ）の例に従い、電子ビーム５０が欠陥箇所に照射された所でアンプ出力変化量が突出するように変化するような関係が得られる。表示装置６６の画像には、そのような欠陥箇所に対応する位置に、輝点あるいは暗点が表示されるようになる。したがって、検査装置６０のオペレータは、その表示装置６６の画像から、そのような輝点等の有無を調べて欠陥の有無を把握することが可能になり、また、そのような輝点等がある場合にはその位置に基づいてその導電パターン４０ａの欠陥箇所を特定することが可能になる。

なお、このようにして試料４０の欠陥検査を行い、それによって欠陥が検出されかつその箇所が特定された場合には、さらに、その欠陥箇所を含む断面を収束イオンビーム（Focused Ion Beam，ＦＩＢ）等を用いて形成し、その断面をＳＥＭや透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope，ＴＥＭ）等で観察して、その像からその欠陥箇所の様子を把握するようにしてもよい。

続いて、このような検査装置６０における電子ビーム５０の走査方法について、より詳細に説明する。
上記のように電子ビーム５０を振動させながら走査するためには、検査装置６０に、例えば、次の図４に示すような走査信号生成機構を採用することができる。

図４は走査信号生成機構の構成例を示す図である。
偏向電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、電子ビーム５０の照射方向に見た場合、例えば図４に示すように、電子ビーム５０の照射経路を取り囲むように配置される。このとき、電子ビーム５０のＸ方向の走査を制御する一対の偏向電極６２ａ，６２ｂは、電子ビーム５０の照射経路を挟んで対向配置され、同様に、電子ビーム５０のＹ方向の走査を制御するもう一対の偏向電極６２ｃ，６２ｄも、電子ビーム５０の照射経路を挟んで対向配置される。

この図４の例では、一対の偏向電極６２ａ，６２ｂのうち、一方の偏向電極６２ａには、Ｘ方向走査信号を生成するＸ方向走査信号生成部７１の出力（電圧信号）が電圧アンプ７２を介して入力され、他方の偏向電極６２ｂが接地されている。同様に、もう一対の偏向電極６２ｃ，６２ｄうち、一方の偏向電極６２ｃには、Ｙ方向走査信号を生成するＹ方向走査信号生成部７３の出力（電圧信号）が電圧アンプ７４を介して入力され、他方の偏向電極６２ｄが接地されている。

Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号をそれぞれ生成するＸ方向走査信号生成部７１およびＹ方向走査信号生成部７３は、コンピュータ６５がその内部に備える構成とすることができる。また、Ｘ方向走査信号生成部７１およびＹ方向走査信号生成部７３は、コンピュータ６５の外部に、生成する走査信号の内容をそのコンピュータ６５を用いて設定可能な信号発生器等を設けることによって構成することもできる。

また、Ｘ方向走査信号生成部７１と電圧アンプ７２の間（Ｐ点）には、発振信号を生成する発振信号生成部７５の出力が入力可能になっていて、Ｘ方向走査信号生成部７１の出力は、発振信号生成部７５の出力が重ね合わせられた後、電圧アンプ７２で増幅され、偏向電極６２ａに入力されるようになっている。

発振信号を生成する発振信号生成部７５は、コンピュータ６５がその内部に備える構成としてもよく、また、コンピュータ６５の外部に発振信号の内容をそのコンピュータ６５を用いて設定可能な発振器等を設ける構成としてもよい。

ここで、Ｘ方向走査信号生成部７１、Ｙ方向走査信号生成部７３および発振信号生成部７５の出力例について述べる。
図５はＸ方向走査信号生成部の出力例を示す図、図６はＹ方向走査信号生成部の出力例を示す図である。また、図７はＸ方向走査信号生成部と発振信号生成部の出力例を併せて示す図であって、（Ａ）はＸ方向走査信号生成部の出力例、（Ｂ）は発振信号生成部の出力例である。

Ｘ方向走査信号生成部７１の出力は、例えば、図５に示すように、ある時間ｔ１〜ｔ２の間で出力値Ｑ１（例えば電圧０Ｖ）から一定の割合で出力値Ｑ２まで単調に増加し、時間ｔ２で再び出力値Ｑ１まで低下するように変化する。図５の例では、以降の時間ｔ２〜ｔ３，ｔ３〜ｔ４，ｔ４〜ｔ５の間についても、Ｘ方向走査信号生成部７１の出力を時間ｔ１〜ｔ２の間と同じように変化させている。

Ｙ方向走査信号生成部７３の出力は、例えば、図６に示すように、ある時間ｔ１〜ｔ２の間では出力値Ｒ１（例えば電圧０Ｖ）で一定とする。図６の例では、以降の時間ｔ２〜ｔ３，ｔ３〜ｔ４，ｔ４〜ｔ５の間でそれぞれ、出力値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４で一定とし、全体としてＹ方向走査信号生成部７３の出力を階段状に変化させている。

図５および図６に示したようなＸ方向走査信号生成部７１およびＹ方向走査信号生成部７３の出力のみを用いた場合、電子ビーム５０は、次のように走査される。
すなわち、まず時間ｔ１〜ｔ２では、Ｙ方向走査信号生成部７３の出力を出力値Ｒ１で一定としたまま、Ｘ方向走査信号生成部７１の出力を出力値Ｑ１からＱ２まで変化させる。それにより、図３に示したような試料４０の、ある領域から別の領域まで電子ビーム５０が走査される。続く時間ｔ２〜ｔ３では、Ｙ方向走査信号生成部７３の出力を出力値Ｒ１からＲ２に変化させて電子ビーム５０の照射領域をＹ方向に移動させ、出力値Ｒ２で一定のまま、Ｘ方向走査信号生成部７１の出力を出力値Ｑ１からＱ２まで変化させる。それにより、そのＹ方向への移動後の照射領域からさらに別の領域まで電子ビーム５０が走査される。時間ｔ３〜ｔ４，ｔ４〜ｔ５についてもこれと同様である。

一方、第１の実施形態では、このようなＸ方向走査信号生成部７１の出力に、発振信号生成部７５の出力を重ね合わせる。このとき、発振信号生成部７５の出力は、欠陥箇所の特定精度や、電子ビーム５０の照射によって試料４０の導電パターン４０ａから出力される信号変化量の検出限界等を考慮し、所定の振幅、振動数、位相に設定される。

図４のＰ点の出力は、例えば、図７（Ａ）に示したようなＸ方向走査信号生成部７１の出力に、図７（Ｂ）に示したような発振信号生成部７５の出力を重ね合わせた値となり、その値が電圧アンプ７２で増幅され、偏向電極６２ａに入力される。それにより、電子ビーム５０は、発振信号生成部７５の出力で規定される所定の振幅、振動数、位相でＸ方向に振動しながら、試料４０上を走査される。そして、走査される電子ビーム５０の照射領域に存在する導電パターン４０ａに発生する吸収電流に起因した電圧が検出される。

第１の実施形態の検査装置６０に、このような電子ビーム５０の走査方法を用いることにより、導電パターン４０ａの欠陥の有無を把握したり、欠陥箇所を特定したりすることが可能になる。このような検査装置６０によれば、導電パターン４０ａの欠陥を容易にかつ高精度で検出することが可能になる。この第１の実施形態の検査装置６０によれば、ＬＳＩ等の半導体装置の開発・製造段階で、欠陥を高感度で検出し、その発生原因を解明し、その製造プロセスの最適化を図り、高性能・高品質の半導体装置を製造することが可能になる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図８は第２の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。なお、図８では、図３に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。

図８に示す第２の実施形態の検査装置８０は、試料４０への電子ビーム５０の照射によって導電パターン４０ａに発生する吸収電流を差動電流アンプ８１で増幅する点で、上記第１の実施形態の検査装置６０と相違する。差動電流アンプ８１は、一対のプローブ６１ａ，６１ｂ（またはプローブ６１ｃ，６１ｄ）に電気的に接続される。

この第２の実施形態の検査装置８０において、電子ビーム５０の走査は、上記第１の実施形態の検査装置６０の場合と同様にして行うことができる。すなわち、図４に示したような走査信号生成機構を用い、図７に示したようなＸ方向走査信号（図７（Ａ））に発振信号（図７（Ｂ））を重ね合わせた信号を偏向電極６２ａに入力し、図６に示したようなＹ方向走査信号を偏向電極６２ｃに入力して、電子ビーム５０を振動させながら走査する。

そのように走査されて電子ビーム５０が試料４０に照射されると、電子ビーム５０の照射位置に応じた大きさの吸収電流が発生する。そして、例えば一対のプローブ６１ａ，６１ｂから、電子ビーム５０の照射位置の振動に応じて振動するように変化する吸収電流の信号が検出され、その電流信号が差動電流アンプ８１で増幅され、増幅された電流信号（アンプ出力）がロックインアンプ６４に入力される。ロックインアンプ６４では、入力されたアンプ出力から、発振信号と同じ振動数および位相のアンプ出力が検出され、さらに、電子ビーム５０の走査時の各振動の間のアンプ出力変化量が検出される。ロックインアンプ６４で検出されたアンプ出力およびアンプ出力変化量は、コンピュータ６５に出力され、コンピュータ６５は、そのアンプ出力変化量を電子ビーム５０の走査信号を用いて配列し、その画像を表示装置６６に表示する。

試料４０の導電パターン４０ａに欠陥が存在する場合には、図１（Ｂ）の例に従い、電子ビーム５０が欠陥箇所に照射された所でアンプ出力変化量が突出するようになる。表示装置６６の画像には、そのような欠陥箇所に対応する位置に輝点等が表示されるため、検査装置８０のオペレータは、そのような輝点等の有無から欠陥の有無を把握することが可能になり、また、そのような輝点等がある場合にはその位置から欠陥箇所を特定することが可能になる。したがって、導電パターン４０ａの欠陥を容易にかつ高精度で検出することができる。

この第２の実施形態の検査装置８０によれば、半導体装置の開発・製造段階で、欠陥を高精度で検出し、その発生原因を解明し、その製造プロセスの最適化を図り、高性能・高品質の半導体装置を製造することが可能になる。

次に、第３の実施形態について説明する。
図９は第３の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。なお、図９では、図３に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。

図９に示す第３の実施形態の検査装置９０は、Ｘ方向走査のための偏向電極６２ａ，６２ｂ、およびＹ方向走査のための偏向電極６２ｃ，６２ｄのほかに、電子ビーム５０の照射位置をＸ方向に振動させるための偏向電極９１ａ，９１ｂを有している点で、上記第１の実施形態の検査装置６０と相違する。この検査装置９０の偏向電極９１ａ，９１ｂのうち、一方の偏向電極９１ａには、所定の振幅、振動数、位相に設定された発振信号（電圧信号）が、例えばアンプ等（図示せず）を介して入力され、他方の偏向電極９１ｂは接地される。また、発振信号の一部は、ロックインアンプ６４にも入力される。

この第３の実施形態の検査装置９０においては、図５や図７（Ａ）に示したようなＸ方向走査信号を偏向電極６２ａに入力し、図６に示したようなＹ方向走査信号を偏向電極６２ｃに入力し、図７（Ｂ）に示したような発振信号を偏向電極９１ａに入力することにより、電子ビーム５０を所定の振幅、振動数、位相で振動させながら走査する。

そのような走査により、上記第１の実施形態と同様、例えば一対のプローブ６１ａ，６１ｂから、電子ビーム５０の照射位置の振動に応じて振動するように変化する、吸収電流に起因した電圧信号が検出され、その電圧信号が電圧アンプ６３で増幅され、増幅された電圧信号（アンプ出力）がロックインアンプ６４に入力される。ロックインアンプ６４では、入力されたアンプ出力から、発振信号と同じ振動数および位相のアンプ出力が検出され、さらに、電子ビーム５０の走査時の各振動の間のアンプ出力変化量が検出される。ロックインアンプ６４で検出されたアンプ出力およびアンプ出力変化量は、コンピュータ６５に出力され、コンピュータ６５は、そのアンプ出力変化量を電子ビーム５０の走査信号を用いて配列し、その画像を表示装置６６に表示する。したがって、導電パターン４０ａの欠陥を容易にかつ高精度で検出することができる。

このような第３の実施形態の検査装置９０によっても、半導体装置の開発・製造段階で、欠陥を高精度で検出し、その発生原因を解明し、その製造プロセスの最適化を図り、高性能・高品質の半導体装置を製造することが可能になる。

なお、この第３の実施形態のように、Ｘ方向走査およびＹ方向走査のための偏向電極６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄのほかに、電子ビーム５０の照射位置をＸ方向に振動させるための偏向電極９１ａ，９１ｂを設ける構成は、差動電流アンプ８１を用いた上記第２の実施形態の検査装置８０に適用することも可能である。

なお、以上の第１〜第３の実施形態では、電子ビーム５０の走査を制御するＸ方向走査信号、Ｙ方向走査信号および発振信号が、いずれも電圧信号である場合を例にして説明したが、それらを電流信号とすることも可能である。その場合、増幅手段としては電流アンプが用いられる。

また、以上の第１〜第３の実施形態では、電子ビーム５０を振動させながら走査したときの、各振動の間の電圧アンプ６３または差動電流アンプ８１のアンプ出力の変化量をロックインアンプ６４で検出するようにした。このほか、そのようなアンプ出力変化量を、ロックインアンプ６４によらず、コンピュータ６５を用いて検出するようにすることもできる。その場合は、例えば、ロックインアンプ６４が、電圧アンプ６３または差動電流アンプ８１のアンプ出力のうち、発振信号の振動数および位相に同期したアンプ出力を検出し、それをコンピュータ６５に出力する。そして、コンピュータ６５が、その受信したアンプ出力を用い、その振幅の大きさから、電子ビーム５０の走査時の各振動の間のアンプ出力変化量を検出する処理を実行する構成とする。このような構成としても、導電パターン４０ａの欠陥を容易にかつ高精度で検出することが可能になる。

また、以上の第１〜第３の実施形態では、電子ビーム５０の照射によって発生する吸収電流やそれに起因した電圧を検出する際のノイズを考慮した構成について述べたが、そのようなノイズを考慮しない構成とすることもできる。その場合は、例えば、ロックインアンプ６４を用いず、電圧アンプ６３のアンプ出力がロックインアンプ６４を介さずにコンピュータ６５に入力される構成とし、そのアンプ出力変化量をコンピュータ６５を用いて検出するようにすればよい。あるいは、ロックインアンプ６４は用いるが、ロックインアンプ６４では、電子ビーム５０の走査時の振動数および位相は考慮せず、アンプ出力変化量のみを検出し、それをコンピュータ６５に出力するようにしてもよい。

また、以上の第１〜第３の実施形態の検査装置６０，８０，９０は、ＳＥＭを用いて構成することが可能である。その場合、各検査装置６０，８０，９０は、上記のような欠陥検査に用いる明暗像を取得して表示する機能のほか、電子ビーム５０の照射によって試料４０から発生する２次電子を検出してその表面像を取得して表示する機能も有する。各検査装置６０，８０，９０では、例えば、電子ビーム５０の走査に従い、試料４０の表面像と欠陥検査用の明暗像を適宜切り替えて表示装置６６に表示したり、それらの像を同時に並べて表示装置６６に表示したり、あるいはそれらの像を重ね合わせて表示装置６６に表示したりすることも可能である。

また、以上の第１〜第３の実施形態では、表示装置６６に表示された画像から、オペレータが試料４０の欠陥箇所を見つける場合を例にして述べたが、そのような処理は、コンピュータ６５で自動的に行うようにすることもできる。その場合、例えば、コンピュータ６５は、電圧アンプ６３や差動電流アンプ８１のアンプ出力変化量から得られる画像に対して所定の輝度調整を行い、その画像内に所定の輝度差を示す部分が存在するか否かを判定し、その画像内の輝点等の有無から、その画像が得られた試料４０上の電子ビーム５０の照射領域の欠陥の有無を判定する。また、欠陥箇所が存在すると判定された場合、コンピュータ６５は、その画像が得られた試料４０上の電子ビーム５０の照射領域の座標や、その画像内の輝点等に対応する試料４０上の座標から、試料４０上の欠陥箇所の座標を取得する。あるいは、電圧アンプ６３や差動電流アンプ８１のアンプ出力変化量の画像化を行わず、コンピュータ６５に、そのアンプ出力変化量に対して直接上記の輝度調整に相当する処理を実行させ、その処理データを用いて上記のような欠陥検査処理を実行させるようにすることも可能である。

また、以上例示したような欠陥検査に用いる検査装置が有する処理機能は、コンピュータを用いて実現可能である。その場合、そのような検査装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、所定の処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。

（付記１） 試料の検査を行う検査装置において、
前記試料に荷電ビームを照射する手段と、
照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させる手段と、
前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出する手段と、
を有することを特徴とする検査装置。

（付記２） 照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させたときの各振動の間に検出される前記電気信号の変化量を検出する手段を有することを特徴とする付記１記載の検査装置。

（付記３） 検出された前記電気信号の変化量を画像化する手段を有することを特徴とする付記２記載の検査装置。
（付記４） 照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させる手段は、
前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査させることを特徴とする付記１記載の検査装置。

（付記５） 前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査させたときに検出される前記電気信号のうち、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号を検出する手段を有することを特徴とする付記４記載の検査装置。

（付記６） 前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査させたときの各振動の間に検出される、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号の変化量を検出する手段を有することを特徴とする付記５記載の検査装置。

（付記７） 検出された、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号の変化量を画像化する手段を有することを特徴とする付記６記載の検査装置。
（付記８） 前記試料は、導電パターンを有し、
前記電気信号は、前記荷電ビームの照射によって前記導電パターンに発生した吸収電流により前記導電パターンに生じた電圧であることを特徴とする付記１記載の検査装置。

（付記９） 前記試料は、導電パターンを有し、
前記電気信号は、前記荷電ビームの照射によって前記導電パターンに発生した吸収電流であることを特徴とする付記１記載の検査装置。

（付記１０） 試料の検査を行う検査方法において、
前記試料に荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査して照射し、前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出することを特徴とする検査方法。

（付記１１） 照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査したときの各振動の間に検出される前記電気信号の変化量を検出することを特徴とする付記１０記載の検査方法。

（付記１２） 検出された前記電気信号の変化量を画像化することを特徴とする付記１１記載の検査方法。
（付記１３） 前記試料に前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査して照射する際には、前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査することを特徴とする付記１０記載の検査方法。

（付記１４） 前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査したときに検出される前記電気信号のうち、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号を検出することを特徴とする付記１３記載の検査方法。

（付記１５） 前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅、振動数および位相で振動させながら走査したときの各振動の間に検出される、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号の変化量を検出することを特徴とする付記１４記載の検査方法。

（付記１６） 検出した、前記荷電ビームの照射位置の振動と同じ振動数および位相の電気信号の変化量を画像化することを特徴とする付記１５記載の検査方法。
（付記１７） 前記電気信号は、前記荷電ビームの照射によって前記試料が有する導電パターンに発生した吸収電流により前記導電パターンに生じた電圧であることを特徴とする付記１０記載の検査方法。

（付記１８） 前記電気信号は、前記荷電ビームの照射によって前記試料が有する導電パターンに発生した吸収電流であることを特徴とする付記１０記載の検査方法。

検査原理の説明図であって、（Ａ）は導電パターンへの電子ビーム照射の様子を模式的に示す図、（Ｂ）は導電パターンの電子ビーム照射位置とアンプ出力変化量との関係を模式的に示す図である。 電子ビームを振動させずに走査する場合の説明図であって、（Ａ）は導電パターンへの電子ビーム照射の様子を模式的に示す図、（Ｂ）は導電パターンの電子ビーム照射位置とアンプ出力との関係を模式的に示す図である。 第１の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。 走査信号生成機構の構成例を示す図である。 Ｘ方向走査信号生成部の出力例を示す図である。 Ｙ方向走査信号生成部の出力例を示す図である。 Ｘ方向走査信号生成部と発振信号生成部の出力例を併せて示す図であって、（Ａ）はＸ方向走査信号生成部の出力例、（Ｂ）は発振信号生成部の出力例である。 第２の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態の検査装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１０，４０ａ 導電パターン
１１ 配線
１２，１２ａ ビア
２０，５０ 電子ビーム
３１，３２，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ プローブ
４０ 試料
６０，８０，９０ 検査装置
６１ 試料室
６１ｅ ステージ
６２ 電子ビーム照射ユニット
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，９１ａ，９１ｂ 偏向電極
６２ｅ，６２ｆ レンズ
６３，７２，７４ 電圧アンプ
６４ ロックインアンプ
６５ コンピュータ
６６ 表示装置
７１ Ｘ方向走査信号生成部
７３ Ｙ方向走査信号生成部
７５ 発振信号生成部
８１ 差動電流アンプ

Claims (6)

1. 試料の検査を行う検査装置において、
   前記試料に荷電ビームを照射する手段と、
   照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させる手段と、
   前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出する手段と、
   を有することを特徴とする検査装置。
2. 照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査させたときの各振動の間に検出される前記電気信号の変化量を検出する手段を有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 検出された前記電気信号の変化量を画像化する手段を有することを特徴とする請求項２記載の検査装置。
4. 試料の検査を行う検査方法において、
   前記試料に荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査して照射し、前記荷電ビームの照射によって前記試料に生じる電気信号を検出することを特徴とする検査方法。
5. 照射する前記荷電ビームをその照射位置を一定の振幅で振動させながら走査したときの各振動の間に検出される前記電気信号の変化量を検出することを特徴とする請求項４記載の検査方法。
6. 検出された前記電気信号の変化量を画像化することを特徴とする請求項５記載の検査方法。

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