JP2009004114A - 検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
反射電子結像による検査装置において、絶縁物からなる試料においても電子線照射による負帯電を解消し、極微小の異物や欠陥の高感度検出を高速に行うことが可能となる検査技術を提供する。
【解決手段】
上記の課題を解決するため、電子光学系の動作モードに紫外線照射発生による光電子結像モードを付加した上、紫外線の照射領域を光電子像として表示し、光電子像と反射電子像とをモニタ上に重ねて表示することにより、相互の位置関係と大きさの差を容易に把握できるようにした。すなわち、電子線の照射領域と紫外線の照射領域の形状を表示画面上で一致させ、電子線の照射領域における紫外線の強度を、反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整するよう構成した。また、紫外線照射時の反射電子像を観察しながら紫外線の光量調整ができるように、モニタから紫外線の光量調整機構を制御できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハやディスク媒体等の試料上の異物や欠陥の有無を検査する技術に関する。

電子デバイスの高密度化により、大規模集積回路におけるパターン形状の最小線幅や、磁気ディスクの記録単位の大きさは、１００ｎｍ以下の極めて微細なサイズにまで縮小しており、今後も微細化、高密度化は続いていく。このような高密度パターンの形成過程においては、これまでは問題とならなかった様な１０ｎｍ程度の小さな異物（粒子や、傷など）やパターン形成不良などの欠陥の存在が大きな不良の原因となる。たとえば、２０ｎｍの精度が要求されるパターンを形成する際、最初から１０ｎｍ程度の異物が存在していれば、これが原因となって発生するパターン形成不良は、製品の品質に重大な影響を及ぼすレベルとなる。従って、生産の歩留まりを向上し維持するためには、パターン形成前にこのような極微小の異物や欠陥の有無を検査し、パターン形成工程前に選別する必要がある。

このような極微小異物や欠陥を検出できる方法としては、収束した電子線を走査する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いる方法がある。例えば、取得したＳＥＭ像を比較する画像処理装置を搭載した、ＳＥＭ式外観検査装置である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ＳＥＭ式外観検査装置は電子線を試料表面上に２次元的に走査して像を得るため、検査時間が長いという課題を有していた。この検査時間の長さにより、ＳＥＭ式外観検査装置の、半導体チップや磁気ディスクを大量に生産する工場ラインへの導入は困難となっている。

検査時間の問題以外に電子線を用いた検査装置の普及の妨げになっているのは、電子線という荷電粒子を用いることによって生じる帯電の問題である。ＳＥＭでは電子線（１次電子線）により発生す２次電子を用いて像を形成する。２次電子の発生効率は１次電子のエネルギーや材料によって異なっており、また、効率が１を上回る場合も下回る場合もあるので、１次電子によって被検査物に投入される電荷と２次電子によって運び去られる電子の過不足もまちまちになる。被検査物が導電性であれば大きな問題とはならないが、絶縁物の場合は被検査物への電荷の過不足は表面を正あるいは負の帯電を生じさせる。表面の帯電は２次電子像の明るさの変動や歪を引き起こすのである。

このように、電子デバイスの微細化に対応するために電子線を応用した検査装置を適用するためには、検査速度の向上と帯電の制御が大きな技術課題であった。そこで近年、検査速度の高速化を図った新たな電子線応用検査方法が開発された（例えば、特許文献２、３参照）。これらの検査技術は、試料に照射する電子線の加速電圧に近い負電位を与えた上で、試料に検査視野全体に照射し、試料で反射される電子を結像することによって検査用の電子像を得る。ただし、反射電子と言っても、特許文献２に開示された技術は、照射電子線の加速電圧より負の電位を試料に与え、照射電子線が試料に衝突する前に、負の電位によって反射された電子を結像する、ミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ：Mirror Electron Microscope）を応用した検査技術であり、一方、特許文献３に開示された技術は、照射電子線の加速電圧より例えば２０Ｖ以下の正の電位を試料に与え、照射電子線が試料表面に低エネルギーで衝突し反射した電子を結像する、低エネルギー放出電子顕微鏡（ＬＥＥＭ：Low Energy Emission Microscope）を応用した検査技術である。

なお、本明細書中で使用の反射電子には、ミラー電子と低エネルギー放出電子の両者を含むものとする。

一方、電子線による帯電の制御技術としては、ＳＥＭの絶縁体試料観察で生じる帯電除去技術が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。これらの従来技術では、紫外線の照射により絶縁物表面に導電性を発生させ帯電した電荷を逃がす、あるいは紫外線によって光電子を発生させて表面を正帯電方向に変化させ、負に帯電した絶縁膜を中和することにより、絶縁物表面の帯電を除去する。

特開平０５−２５８７０３号公報 特開平１１−１０８８６４号公報 特開２００５−２２８７４３号公報 特開平１０−３１２７６５号公報 特開２００２−２３１１７２号公報

これらの検査技術では、照射電子線が試料近傍に低エネルギーで接近または衝突するため、検査試料が絶縁物の場合試料表面の負帯電を引き起こす。ミラー電子顕微鏡における電子線の反射においても、照射電子線のエネルギーは単一ではなく、幾分高いエネルギーの電子も含まれており、これらの電子は試料表面に衝突する。試料表面が負に帯電すると、反射電子像が劣化し、欠陥や異物の検出感度が劣化してしまうという課題があった。

そこで、絶縁体表面の帯電を除去または軽減しなければならないが、従来の紫外線を用いた帯電除去方法は、下記の理由で適用できないことがわかった。

第１に、従来の方法では、紫外線の照射領域すなわち正帯電が発生する範囲を観察する手段が無く、電子線照射領域、すなわち、負帯電が発生する範囲と精度よく一致させることができない。この二つの照射領域が過不足なく重なっていないと、帯電は除去されず正または負の帯電が残る。

第２に、従来の方法では、電子線反射時に生じる負帯電量と、紫外線の照射によって生じる正帯電量とを釣合わせる手段がない。両帯電量が釣合っていなければ、正または負の帯電が進行することとなり、やはり帯電は除去されず正または負の帯電が残る。

上記の理由により、従来技術では、反射電子結像による検査装置において、帯電除去ができない、という課題があった。

そこで、本発明は、反射電子結像による検査装置において、絶縁物からなる試料においても電子線照射による負帯電を解消し、極微小の異物や欠陥の高感度検出を高速に行うことが可能となる検査技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、紫外線照射によって発生した光電子を結像する動作モードを付加することにより、紫外線の照射領域を光電子像として表示可能にし、かつ、光電子像と反射電子像とをモニタ上に重ねて表示することにより、相互の位置関係と大きさの差を容易に把握できるようにした。すなわち、電子線の照射領域と紫外線の照射領域の形状を表示画面上で一致させ、電子線の照射領域における紫外線の強度を、反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整するよう構成した。

さらに、紫外光光源の位置及び大きさを、両者の照射領域が重なるようにモニタ上で視認しながら調整できるようにした。また、紫外光照射時の反射電子像を観察しながら紫外光の光量調整ができるように、モニタから紫外線の光量調整機構を制御できるようにした。

以下、本発明の特徴的な構成例を列挙する。

本発明の検査装置は、
（１）電子源から放出された電子線を、試料上の視野を含む範囲に照射する電子光学系と、前記試料に電圧を印加する手段と、前記照射電子線により前記試料から反射された電子を結像し反射電子像を取得する電子線結像手段と、前記試料を搭載し前記照射電子線に対して移動させる手段と、前記反射電子像を用いて前記試料の異物や欠陥を抽出しその位置や像を記録する手段と、前記試料に紫外線を照射する紫外線照射系とを有し、前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる手段と、前記電子線の照射領域における前記紫外線の強度を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する手段とを備えたことを特徴とする。

（２）前記紫外線の照射によって試料から発生する光電子を、前記電子線結像手段を用いて結像せしめ、光電子像を取得して、前記紫外線の照射領域を表示する手段を有することを特徴とする。

（３）前記光電子像の外縁輪郭と、前記反射電子像の外縁輪郭とが一致するように、前記紫外線の照射領域の位置および大きさを調整する手段を有することを特徴とする。

（４）前記紫外線と前記電子線を同時に照射し、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら前記紫外線の強度を調整して、前記電子線の照射領域における前記照射電子線によって生じた負帯電を中和するようようにしたことを特徴とする。

（５）前記紫外線照射系は、紫外線光源と、前記紫外線を前記試料へ照射するため、前記紫外線の進行方向を変える反射面とを有することを特徴とする。

（６）前記反射面は、前記電子光学系の途中に設置され、前記電子線が前記試料を照射する方向と、前記紫外線が前記試料を照射する方向とを一致させるために、前記電子線が通過する開口部を有することを特徴とする。

（７）前記紫外線照射系は、前記紫外線光源と前記反射面との間に、紫外線の光量調整を行う手段と、ピンホールとを有することを特徴とする。

（８）前記電子光学系の光路上に視野制限のための絞りを設置し、前記絞りと前記ピンホールとにより、前記紫外線の照射領域と、前記電子線照射領域の形状および大きさを一致させるようにしたことを特徴とする。

（９）電子源から放出された電子線を面状の電子線に形成し、試料上の視野を含む範囲に照射する電子光学系と、前記試料に負電圧を印加する手段と、前記照射電子線により前記試料から反射された電子を結像し反射電子像を取得する電子線結像手段と、前記試料を搭載し前記照射電子線に対して移動させる手段と、前記反射電子像を用いて前記試料の異物や欠陥を抽出しその位置や像を記録する手段と、前記試料に紫外線を照射する紫外線照射系とを有し、前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる手段と、前記電子線の照射領域における前記紫外線の強度を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する手段とを設けて、前記電子線の照射領域における前記照射電子線によって生じた負帯電を中和するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の検査方法は、
（１０）電子光学系により電子線を、電圧を印加された試料上の視野を含む範囲に照射する工程と、前記電子線照射により前記試料からの反射電子を結像し、反射電子像を取得する工程と、前記反射電子像を用いて前記試料上の異物および欠陥を抽出しその位置や像を記録し表示する工程と、前記電子線照射によって生じた前記試料上の負帯電を紫外線の照射によって軽減する工程とを有し、前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる工程と、前記電子線の照射領域における前記紫外線の光量を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、紫外線照射による正帯電と、反射電子結像時に生じる負帯電とを、精度よく釣り合わせることができ、絶縁物からなる試料においても電子線照射による負帯電を解消し、極微小の異物や欠陥の高感度検出を高速に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施例の構成について、図面を参照して詳述する。
（実施例１）
図１に、本発明を実現する反射電子結像式の検査装置のハードウェア構成の一実施例を示す。ただし、本図には、真空排気用のポンプやその制御装置、排気系配管などは略されている。また、図示上の都合により、寸法の割合は適宜変更してある。

まず、本装置の電子光学系の主な要素を説明する。電子銃１０１から放出された照射電子線１００ａは、コンデンサレンズ１０２によって収束されながら、Ｅ×Ｂ偏向器１０３により偏向されて、クロスオーバー１００ｄを形成した後、試料１０４上に略平行束となって照射される。図中ではコンデンサレンズ１０２は１つに描かれているが、より光学条件を最適化するために複数の電子レンズを組み合わせたシステムであっても良い。電子銃１０１には通常Ｚｒ/Ｏ/Ｗ型のショットキー電子源が用いられるが、大電流用にＬａＢ_６などの電子源を用いても良い。電子銃１０１への引出電圧、引き出された電子線への加速電圧、および電子源フィラメントの加熱電流などの、運転に必要な電圧と電流は電子銃制御装置１０５により供給、制御されている。

Ｅ×Ｂ偏向器１０３は、結像電子線１００ｃの結像面１００ｂ近傍に設置されている。このとき照射電子線１００ａに対してＥ×Ｂ偏向器１０３により収差が発生する。この収差を補正する必要がある場合は、照射系コンデンサレンズ１０２とＥ×Ｂ偏向器１０３の間にもう一つ収差補正用のＥ×Ｂ偏向器１０６が配置される。Ｅ×Ｂ偏向器１０３によって試料１０４に垂直な軸に沿うように偏向された照射電子線１００ａは、対物レンズ１０７により試料１０４表面に対し垂直な方向に入射する面状の電子線に形成される。対物レンズ１０７の焦点面上には、照射系コンデンサレンズ１０２により微細なクロスオーバーが形成されるので、平行性の良い電子線を試料１０４に照射できる。照射電子線１００ａが照射する試料１０４上の領域は、例えば１００００μｍ^２等といった大きな面積である。

試料ステージ１０８に搭載された被検査試料１０４には、電子線の加速電圧に近い負電位が印加されている。照射電子線１００ａは、試料１０４表面近傍で反射し、この負電位によって上方に引き戻される。試料１０４に印加される電圧の供給と制御は、試料電圧制御装置１０９が行う。試料の極近傍で照射電子を反射させるため、照射電子線１００ａの加速電圧との差を精度良く調整する必要があり、電子銃制御装置１０５と連動制御されている。

試料近傍で反射した電子は、対物レンズ１０７により収束作用を受け、Ｅ×Ｂ偏向器１０３は下方から進行した電子線に対しては偏向作用を持たないように制御されているので、そのまま垂直に上昇し、中間レンズ１１０、投影レンズ１１１によって画像検出部１１２に拡大投影される。本図では、投影レンズ１１１は１個のレンズとして描かれているが、高倍率や像歪補正などの目的のために複数の電子レンズで構成される場合もある。画像検出部１１２は、像を電気信号に変換し試料１０４表面の反射電子像を、画像処理部１１６に送る。電子光学系の制御は、電子光学系制御装置１１３が行っている。

次に、画像検出部１１２について説明する。画像検出には、反射電子像を光学像に変換するための蛍光板１１２ａと光学画像検出装置１１２ｂとを光学像伝達系１１２ｃにより光学結合させる。光学像伝達系１１２ｃとして、光ファイバー束が用いられている。光ファイバー束は、細い光ファイバーを画素数と同じ本数束ねたもので、光学像を効率よく伝達できる。また、十分な光量をもった蛍光像が得られ光学伝達効率が低くても良い場合は、上記光ファイバー束の代わりに光学レンズを用い、光学レンズによって蛍光板１１２ａ上の光学像を光学画像検出装置１１２ｂの受光面上に結像させる場合もある。また、光学像伝達系１１２ｃに光量増幅装置を挿入し、光学画像検出装置１１２ｂに十分な光量の光学像を伝達することもできる。光学画像検出装置１１２ｂは、その受光面上に結像された光学像を電気的な画像信号に変換して出力する。光学画像検出装置１１２ｂには、通常の静止した被写体に対する画像取得するモードと、移動する被写体に対する時間遅延積分（ＴＤＩ）型の画像取得を行うモードとを備えた画像デバイスが用いられている。

画像処理部１１６は、画像信号記憶部１１６ａ、欠陥判定部１１６ｂより構成されている。画像記憶部１１６ａは、電子光学条件、画像データ、およびステージ位置データを、電子光学系制御装置１１３、画像検出部１１２、およびステージ制御装置１１５からそれぞれ取得し、画像データを試料上の座標系に関係付けて記憶する。欠陥判定部１１６ｂは、試料上の座標付けがされた画像データを用い、あらかじめ設定された値との比較、あるいは隣接パターン像との比較、または他の同一パターン箇所の像との比較、などの様々な欠陥判定法により異物や欠陥を判定する。欠陥の座標は検査装置制御部１１７に転送、記憶される。これらの欠陥判定の方法は、ユーザーが設定するかまたは、あらかじめ試料の種類に対応付けられた方法を検査装置制御部１１７が選択する。

装置各部の動作条件は、検査装置制御部１１７から入出力される。検査装置制御部１１７には、予め電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅・偏向速度、試料ステージ移動速度、画像検出素子からの画像信号取り込みタイミング等々の諸条件が入力されており、各要素の制御装置を総括的に制御し、ユーザーとのインターフェースとなる。検査装置制御部１１７は、役割を分担し通信回線で結合された複数の計算機から構成される場合もある。また、モニタ付入出力装置１１８が設置されている。

本発明においては、試料の表面電圧と加速電圧との差を一定に保つことが、安定な検出感度を得るためには必須である。例えば、絶縁膜試料に対して検査動作を実行するとき、絶縁膜表面がある一定の電圧である必要がある。検査中に絶縁膜表面の電位が変化する場合は、検査像取得前に表面の帯電電圧をある電圧で均一に揃える必要がある。そこで、予備帯電装置１１９を備えた。これらはいずれも予備帯電制御装置１２０により制御されている。本予備帯電装置の動作については、公知の技術による（参照文献：特開２００４−１４４８５号公報）。

次に、照射電子ビームによる負帯電を中和（もしくは除電）するために設置した紫外線照射系について説明する。紫外線照射系は、紫外線光源１２１、紫外線輸送系１２２、ピンホール１２３、反射ミラー（反射鏡）１２４から構成される。紫外線光源１２１は、試料に光電効果を起こさせるエネルギーを持った紫外線を発生させる。紫外光源１２１は、エキシマーレーザーの様に単一のエネルギー（波長）を発生させる光源を用いても良いし、必要なエネルギーを含むある範囲のエネルギーの光を発生させる光源でも良い。分光器を備え、あるエネルギー範囲から特定のエネルギーを選ぶ機構がある場合も光源に含まれるとする。紫外光源１２１はピンホール１２３を照明し、ピンホール１２３の縮小像を反射ミラー１２４が試料上に形成する。反射ミラー１２４の縮小率は一定のため、電子線照射領域と紫外線照射領域を一致させるためには、照射領域設定光源の大きさを調整する必要がある。したがって、ピンホール１２３は、複数の直径を持ったピンホールを有する遮光板や、アイリス絞りなどピンホールの径が可変な機構を有した装置で構成されている。また、電子線の照射領域との位置関係を調整するために、ピンホール１２３は紫外線光軸に垂直な面内で２次元的に可動である。

紫外線輸送系１２２は、紫外線強度が紫外線光源１２１で調整できない場合に設置される。照射電子線１００ａが試料に供給する負電荷（電子）の量は、ビーム電流量が一定ならば一定である。照射電子線１００ａによって余分に供給される負電荷に対して、紫外線照射による同量の光電子発生となるように調整する必要がある。光電子の発生効率は材料によって異なるので、試料によって最適な紫外線光量はまちまちである。従って、紫外線光量を調整する機能は必須である。紫外線光源１２１に強度変調機能があればよいが、無い場合は、紫外線輸送系１２２を用いて光量調整を行う。最も簡単には、紫外線輸送系１２２は、伸縮可能なパイプである。紫外線輸送系系１２２の長さを長くすると、紫外線光源１２１とピンホール１２３との距離が長くなるので、ピンホールを通過する紫外線の光量は減少する。逆に紫外線輸送系１２２の長さを短くすると光量は増大する。あるいは、装置の構成上紫外線光学系の全長を変更できないときなどは、紫外線輸送系１２２は開口絞りとレンズを備えたケーラー照明光学系とする。

ここで、紫外線光源１２１のＯＮ−ＯＦＦや強度変調、紫外線輸送系１２２を用いた紫外線強度調整、ピンホール１２３の大きさや位置の調整は、紫外線照射制御装置１２５により制御されており、紫外線照射制御装置１２５は検査装置制御装置１１７の指令によって、紫外線照射に関する全ての動作を行う。

図２に、反射ミラーの一構成例を示す。図２は、電子光学系の光軸と紫外光光学系の光軸とを含む面で切った断面を示している。反射ミラー１２４は、ピンホール１２３の像を試料面上に縮小投影するように、２次曲面やトロイダル面、あるいはこれらの組み合わせなどの非球面形状の反射面２０１を有している。材質は電子線の軌道に影響を及ぼさないように、リン青銅などの非磁性の導体材料が選ばれる。反射面２０１は、紫外線に対して反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）などがコーティングされている。反射ミラー１２４に貫通している、電子線が通過する孔（開口部）の内径は、反射面２０１上ではなるべく小さく、一方、それ以外はコンタミネーションを避けるため電子線から離すように大きくしてある。

次に、本発明における紫外線の照射条件の調整法を説明する。図３は、メインメニューから検査条件設定を選択し、紫外線照射の調整を行う際の、モニタ付入出力装置１１８の表示画面の一例を示している。図３（ａ）は、電子線照射領域と紫外光照射領域との一致動作（以下、「一致動作」と呼ぶ。）を行うための画面であり、図３（ｂ）は、紫外線の強度を調整（以下、「強度調整」と呼ぶ。）するための画面である。

図３（ａ）の表示領域３０１は、電子線照射領域および紫外線照射領域を表示する。一致動作を行うにおいては、帯電による像の歪の影響を排除するために、導電性の調整用試料を用いるか、あるいは後述するような試料ステージ１０８上に常設された、試料表面と高さが一致している調整用導電部を用いる。一致動作がユーザーにより選択されたか、検査システムの起動時など検査装置制御部１１７が一致動作を必要と判断して、図３（ａ）の画面が呼び出された際には、試料を調整用試料と交換するようユーザーに知らせるダイアログが表示されるか、あるいは、試料ステージ１０８上に搭載されている調整用試料が対物レンズ１０７の直下に来るよう移動する。または、いずれかをユーザーが選択できるようにしてもよい。

「電子線照射領域表示」のボタン３０４が押されると、検査装置制御部１１７は電子光学制御装置１１３を動作して電子光学系を反射電子結像モードに設定し、反射電子像を取得し、その反射電子像（もしくはその外縁輪郭）を表示領域３０１に表示する。この領域が電子線照射領域３０２と定義される。このとき、光学画像検出装置１１２ｂの動作モードは、静止体の画像を取り込む通常の撮影モードが選択されている。

電子光学条件が調整済みであれば、電子線照射領域３０２は、図３（ａ）の表示エリアの中心に表示される。電子線照射領域３０２が表示領域３０１の中心に無いときは、電子光学調整画面（図示せず）に戻って、電子光学制御装置１１３を介し、電子線照射領域３０２が中心に表示されるように調整する。この電子線照射領域３０２は、再び「電子線照射領域表示」のボタン３０４を押下して電子線の試料への照射を停止しても画面上に残るか、あるいは、領域の輪郭のみ表示されるように設定されている。

「紫外線照射領域表示」のボタン３０５が押されると、検査装置制御部１１７は、電子光学系の途中に設置されているバルブや、ブランカー（いずれも図示せず）等を駆動して電子線の試料への照射を停止し、紫外線によって発生する光電子の結像モードに電子光学系を変更する。このときの電子光学条件は、予め電子光学制御装置１１７に記憶されている。反射電子結像と光電子結像の各電子光学条件は、同じ倍率の像が表示されるように予め調整されている。

次に、紫外線照射制御装置１２５は、紫外光源１２１および紫外線輸送系１２２を介して、試料に照射される紫外光の強度が十分な明るさの光電子像が得られるように紫外線強度を増加する。十分な強度の紫外線に照射され、試料から発生した光電子の像は、反射電子像と同様に画像検出部１１２によって取得され、表示領域３０１内に、その光電子像３０３（もしくはその外縁輪郭）が表示される。電子線照射領域３０２と、光電子像３０３とは、倍率を保つように設定された光学条件により取得されているので、この二つが重なるようにすれば、電子線と紫外線とを同じ領域に照射することができる。

電子線照射領域３０２に対し光電子像３０３を一致させるには、それぞれの中心が一致するように、ピンホール１２３を紫外線光軸に垂直な面内で移動する。本実施例の場合では、図３（ａ）の「位置Ｘ」および「位置Ｙ」の欄に値を入力するか、または、三角マークをクリックすると、紫外線照射制御装置を介してピンホール１２３の駆動軸が連動し、光電子像３０３は表示領域３０１内で移動する。あるいは、光電子像の明るさの中心を画像から計算し、その中心の座標からピンホール１２３の移動量に換算して、一度に一致させるような構成にしてもよい。

次に、光電子像３０３の大きさが電子線照射領域３０２に一致するように、ピンホールの大きさを変更する。本例では、図３（ａ）の光源径の欄に値を入力するか、三角マークをクリックすると、紫外線照射制御装置を介してピンホール１２３の大きさが変化し、光電子像３０３の大きさは表示領域３０１内で変化する。紫外光照射領域の大きさの調整のみで一致させることができないときは、電子光学系制御装置１１３を介してコンデンサレンズ１０２の条件を微調整することにより、一致を図る。わずかな照射領域の大きさの変更を行うのみであるので、検査時における感度には影響は及ぼさない。

「電子線領域再調整」ボタン３０６を押下すると、電子線照射領域３０２に最も近い光源径が選択されたときの光電子像３０３の外縁輪郭を画面に表示したまま、紫外線の照射が停止され、電子線を再照射して反射電子像を表示領域３０２に再表示する。同時に電子光学系調整の小ウインドウが表示され（図示せず）、ユーザーは表示領域３０１を見ながら、電子線照射領域の大きさを調整できる。

以上の動作で、電子線及び紫外線の照射領域の空間的な一致ができた。次に、電子反射において生じる負帯電を光電子発生に伴う正帯電とを釣合わせるための、紫外線強度の調整に移る。図３（ａ）の「紫外線強度調整」ボタン３０６を押下すると、図３（ｂ）の紫外線強度調整画面に遷移する。紫外線の強度調整においては、紫外線照射領域の調整で用いた導電性の試料では帯電が生じないので使えないため、本画面に遷移した際は、本調整用に試料ステージ１０８の別の箇所に設置されている調整用絶縁物試料を用いるか、あらたに絶縁物試料を検査装置に投入するかの選択を、ユーザーに求めるダイアログが表示され、ユーザーは被検査試料の状況に合わせて紫外線強度調整用試料を選択する。

図３（ｂ）の紫外線強度調整画面が選択されると、まず調整用絶縁物試料に対して反射電子像を取得する。電子光学系制御装置１１３は電子光学条件を反射電子結像条件に設定し、画像検出部１１２で検出された反射電子像を表示領域３０１に改めて表示する。この際、電子線に含まれる若干高いエネルギーを持った電子により、調整用試料表面は負に帯電している。

次に、ユーザーは、図３（ｂ）の「紫外線強度」表示のある調整用バーをスライドさせるか、あるいは強度入力欄に強度値を入力するかをして、強度を徐々に上げながら紫外線を照射する。紫外線照射制御装置１２５は、この入力に従って、紫外線を照射し、紫外線輸送系１２２などを制御することによって、紫外線強度を調整するように構成されている。紫外線の照射により、負帯電によって試料表面から遠ざかっていた反射電子の反射面は、紫外線の強度を増加させるに伴って試料表面に近づくため、試料表面の様子が徐々に鮮明に、すなわち高い分解能で観察されるようになってくる。所望のコントラストの反射電子像が得られた時点で、紫外線強度の増加を停止し、紫外線強度を決定する。本実施例では、反射電子像の像質を定量的に把握するため、図３（ｂ）の画面に、画像のフーリエ変換で得られる、空間周波数のスペクトルを示すようにした。ユーザーはこのスペクトルを見ながら、なるべく高周波数成分のスペクトル強度が大きくなるように調整すればよく、容易に最適の紫外線強度を探すことができる。

ここで、本発明における、調整用試料の試料ステージ１０８への搭載例を、図４に示す。図４は、試料ステージ１０８を対物レンズ側から見た場合を示している。試料ステージ１０８にはウェハなどの試料１０４が搭載されるが、この検査に支障の無いステージ上の領域に、一致動作用の導電性調整用試料４０１および、紫外線強度調整用試料４０２が搭載されている。これらの試料の表面は、試料１０４の表面と同じ高さになるように設置されており、また、表面の等電位面が試料表面に対して十分平行になるように、試料端面の位置が視野の中心から少なくとも略５ｍｍ以上離れているような大きさである。

導電性調整用試料４０１は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウェハや、Ｓｉウェハに金属膜を形成したもの、などであり、その表面は試料ステージ１０８の部材と電気的に接続されているように設置されている。紫外線強度調整用試料４０２としての絶縁膜は、例えばＳｉウェハ上に形成した酸化膜などであるが、電子の反射時に生じる負帯電の大きさは、照射電流量が同じであっても絶縁膜の誘電率によって異なるので、被検査試料になるべく近い材料や膜厚で作成する。被検査試料に複数種の絶縁膜が使われていたり、膜厚が様々であったり、製膜プロセスによって誘電率が変化したり、と同一の絶縁膜での調整が困難である場合は、紫外線強度調整用絶縁膜試料４０２を複数種用意したり、本調整試料で粗合わせを行い、その後検査レシピ作成時に微調整する、といった手段をとる。

以上の調整により、電子線照射領域と紫外線照射領域との空間的な一致と、電子線の反射時の負帯電除去に適当な紫外線強度の決定が終了すると、被検査試料の検査動作に入る。

以下に、検査の手順について、本発明の検査装置の上面簡略図を示した図５と、検査フローチャートを示す図６とを用いて説明する。図５では、試料チャンバ５０１、ロードロックチャンバ５０２、帯電除去チャンバ５０３が図示されている。真空ポンプや電源ラックなど、以下の説明では言及しない装置類は略されている。

まず始めに、ウェハやディスク媒体など被検査試料は、まず帯電除去チャンバ５０３に導入され、試料が予め有する帯電を除去する（図６フローチャート中、ステップ１、２）。

ここで想定している帯電は、本発明の課題である電子反射時に生じる数Ｖ程度の帯電ではなく、製膜工程やエッチング工程などの他の処理により生じる、場合によっては１００Ｖ程度にもなり得る不均一な帯電である。このような大きな帯電が残っていると、電子反射条件は全く調整できないので、被検査試料表面をまず一様な所定の電位（多くの場合は接地電位）に均一化する。全体的に帯電除去あるいは電位を均一化する方法としては、例えば、試料全面に対する紫外線照射や、電子線照射などがある。図５では、帯電除去チャンバでの紫外線全面照射による帯電除去の場合を示している。この場合、試料は大気中に保持したままで行うので、ロードロックチャンバ５０２への搬送は、帯電除去作業が終わってからとなる。帯電除去方法として紫外線照射ではなく電子線照射を用いる場合には、帯電除去チャンバ５０３は真空にしておく必要があり、そのときはロードロックチャンバ５０２に先に搬送し、真空を維持して帯電除去チャンバ５０３に搬送する構造としなければならない。ただし、試料の帯電が予め除去されている場合は、帯電除去チャンバ５０３は省略できる。

帯電除去チャンバ５０３で試料全体の帯電を除去した後、試料はロードロックチャンバ５０２に搬送されチャンバは真空排気される（図６フローチャート中、ステップ３）。

真空圧力が試料チャンバ５０１の圧力と同程度になると試料チャンバ５０１へと搬送される（図６フローチャート中、４）。

試料チャンバ５０１内では、試料搬送位置（図中、ホームポジションＨＰと表示）に試料ステージ１０８が移動しており、試料１０４がロードロックチャンバ５０２から試料チャンバ５０１に移動すると、試料チャンバ５０１とロードロックチャンバ５０２とはゲートバルブなどで分離される。

本実施例では、試料ステージ１０８は、試料を回転させながら一方向（図５中直線矢印方向）に移動することにより、試料の全面を検査する。検査は試料の外周部から中心に向かって検査される。試料ステージ１０８はＨＰで試料を受け取ると、検査の開始位置に移動する（図６フローチャート中、ステップ５）。

試料ステージが回転し、予め調整された条件に従って紫外線及び電子線が照射される。反射電子画像を取得する。この際画像取得部１１２は、試料の運動に同調し、試料を停止することなく画像を取得できるＴＤＩモードが選択されている。画像評価を行い紫外線の照射条件が許容範囲の反射電子像を満足するかが判断され、紫外線の光量や位置が再調整される（図６フローチャート中、ステップ６）。

紫外線照射条件の微調整後、検査動作に入る（図６フローチャート中、ステップ７）。

検査中に取得された反射電子画像は、欠陥判定部１１６ｂにより異物の有無を判定され、異物が検出されたときの試料の位置座標が順次記憶される。試料全体、あるいはユーザーが指定した検査範囲の検査が終了すると、電子線及び紫外線の照射は停止され（図６フローチャート中、ステップ８）、試料は、ＨＰに移動する（図６フローチャート中、ステップ９）。

電子線及び紫外線の照射停止は、電子源及び紫外光源の停止ではなく、遮蔽物の挿入による遮断によって行われる。これは電子線および紫外線の安定的な照射を維持するためである。検査装置は欠陥検査結果を表示、または、ライン生産管理のサーバー（図示せず）などに送信する（図６フローチャート中、ステップ１０）。

再検査の必要が無ければ、試料を排出し（図６フローチャート中、ステップ１１）、次の試料の検査動作を開始する。

このように、本実施例によれば、被検査試料が絶縁膜ウェハであっても、電子の反射時に生じる負帯電の影響によって検出感度の劣化をもたらさずに、安定な検査が実行可能となる。

（実施例２）
本実施例においては、図１で示した紫外線輸送系１２２の紫外線の強度変調を、簡単にフィルターを挿入することによって行う。本実施例では、紫外線光源１２１は、光電子像を取得するために十分な光量の紫外線を供給できる光源である。

図７に示した紫外線輸送系１２２では、紫外線光軸への抜き差し動作とその軸を中心とする回転動作が可能なロッド７０１に、紫外線に対して有限の透過率を有するフィルター７０２が装着されている。フィルター７０２は複数装備（図７では２個）されてもよい。フィルター７０２は、適当な保持構造にフィルター材が取り付けられた構成でも良い。

光電子像を取得する際には、各フィルター７０２は移動機構によって紫外線光路から退避され、最大の光量となる。紫外線光量調節時は各フィルター７０２を光路上に挿入する。紫外線光量の微調整を行うためには、フィルター７０２をロッド７０１の軸に関して回転させることにより行う。フィルター７０２を回転することにより、紫外線がフィルター内を通過する実効的な距離が長くなり、透過率を連続的に減少させることができる。

本実施例によれば、簡便な構造により紫外線の光量調節を行うことができる。

（実施例３）
これまでの実施例では、紫外線照射領域と電子線照射領域との一致動作を、主に紫外線光路上のピンホールで行っていた。しかし、本実施例では、電子線の光路上にも視野制限のための絞りを設置し、紫外線照射領域と電子線照射領域の一致精度を向上した。

図８に、電子光学光路上に絞り８０１を装着した本検査装置の構成を示す。図８では、図１と同じ部分は同一符号で示し、説明を省略する。絞り８０１は、結像光学系に影響を及ぼさないよう、照射光学系に設置されている。本構成では、電子線の照射領域の形状と大きさは、絞り８０１が決定する。絞り８０１の形状に合わせてピンホール１２３の形状を設計することにより、紫外線照射領域と、電子線照射領域の形状及び大きさを一致させることができる。

本実施例における、一致動作中のモニタ表示の例を、図９に示す。モニタの表示領域３０１に、電子線照射領域９０１が示されている。本例では、絞り８０１の形状は正方形としている。ここで示されている電子線照射領域９０１は、必ずしも実際の電子線の照射領域である必要は無く、絞り８０１の形状からモニタ上に換算した領域を示したものでもよい。紫外線を導入し、光電子像９０２を表示すると、電子線照射領域と紫外線照射領域との位置関係が明示される。この両照射領域が一致するように、紫外線照射領域のピンホール１２３の位置を移動すれば、一致操作は完了する。

本実施例によれば、紫外線照射領域の大きさを調整することなく、照射位置の調整だけで紫外線照射領域と電子線照射領域との一致を図ることができる。

（実施例４）
これまでの実施例における、紫外線調整用の試料は、パターンの無い一様な試料が想定されていた。本実施例で、より紫外線照射条件の調整が容易になる調整用試料の例を示す。

図１０（ａ）は、紫外線照射位置調整用の試料である。本試料は、導電性の基板の上に、この基板材料と異なる光電子放出効率を持った導電性材料で矩形パターン１００１を配列してある。また、この矩形パターンは、基板面から２００ミクロン程度の厚みを有している。反射電子像を取得すると、この矩形パターン配列の凹凸を反映して矩形の配列を観察することができる。一方、紫外線を照射して光電子像を取得する際には、材料の違いによってコントラストが生じ、やはり矩形の配列を観測することができる。

この矩形の配列を座標目盛として用いることにより、試料のどの領域に電子線及び紫外線が照射されているか、光学系の厳密な校正をすることなく、また、光学系の条件の変動に左右することなく、ユーザーは把握することができる。

図１０（ｂ）は、紫外線強度調整用の試料の一例である。この試料は絶縁膜に、様々な幅の溝が形成されている。図に示されているように、太い溝から徐々に細い溝へと並んだ一組が、繰り返し並んでいる。本試料を用いたとき、試料が負に帯電していて電子の反射面が、試料表面から遠ざかっていると、表面の形状に対する感度が落ち、太い溝の線しか観察されない。そこに紫外線を照射して負帯電を除去していくと、電子の反射面が試料表面に近づくにつれて、より細い溝が観察されるようになる。ユーザーは所望の幅の溝が見えるまで紫外線を照射すればよい。溝のほかにも、表面に凸上の同様の線パターンを形成しても良い。また、溝の幅や線の幅ではなく、同一の幅で、溝の深さや、線の高さを変えたパターンを形成しても同じような調整が可能である。

本実施例を用いれば、容易に紫外線照射領域と電子線照射領域の一致の調整や、最適な紫外線強度調整を行うことができる。

以上、本発明が適用される実施形態について述べた。実施例１から４の実施例の組み合わせもまた本発明に含まれる。
本発明によれば、紫外線照射による正帯電と、反射電子結像時に生じる負帯電とを、精度よく釣り合わせることができ、絶縁物からなる試料においても電子線照射による負帯電を解消し、極微小の異物や欠陥の高感度検出を高速に行うことが可能となる。

本発明の一実施例になる検査装置の基本構成を説明する図。 紫外線反射ミラーの構成例を説明する図。 紫外線照射領域と電子線照射領域との一致動作過程のモニタ表示の例を示す図。 本発明の試料ステージの例を示す図。 本発明の検査装置の基本構成を説明する上面図。 本発明による検査の手順を説明するフローチャート図。 本発明の実施例２における紫外線の照射強度調整装置の別の構成例を説明する図。 本発明の実施例３における電子光学系光路上に絞りを設けた構成例を説明する図 実施例３おける紫外線照射領域と電子線照射領域の一致動作過程のモニタ表示の一例を示す図。 本発明の実施例４おける調整用試料の例を説明する図。

符号の説明

１０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…Ｅ×Ｂ偏向器、１０４…試料、１０５…電子銃制御装置、１０６…Ｅ×Ｂ偏向器、１０７…対物レンズ、１０８…試料ステージ、１０９…試料電圧制御装置、１１０…中間レンズ、１１１…投影レンズ、１１２…画像検出部、１１２ａ…蛍光板、１１２ｂ…光学画像検出装置、１１２ｃ…光学像伝達系、１１３…電子光学系制御装置、１１４…位置検出器、１１５…ステージ制御装置、１１６…画像処理部、１１６ａ…画像信号記憶部、１１６ｂ…欠陥判定部、１１７…検査装置制御部、１１８…モニタ付入出力装置、１１９…予備帯電装置、１２０…予備帯電制御装置、１２１…紫外線光源、１２２…紫外線輸送系、１２３…ピンホール、１２４…反射ミラー、１２５…紫外線照射制御装置、２０１…反射面、３０１…表示領域、３０２…電子線照射領域、３０３…光電子像、３０４…ボタン、３０５…ボタン、３０６…ボタン、４０１…一致動作用導電性調整用試料、４０２…紫外線強度調整用絶縁膜試料、５０１…試料チャンバ、５０２…ロードロックチャンバ、５０３…帯電除去チャンバ、７０１…ロッド、７０２…フィルター、８０１…絞り、９０１…電子線照射領域、９０２…光電子像、１００１…矩形パターン。

Claims (13)

1. 電子源から放出された電子線を、試料上の視野を含む範囲に照射する電子光学系と、前記試料に電圧を印加する手段と、前記照射電子線により前記試料から反射された電子を結像し反射電子像を取得する電子線結像手段と、前記試料を搭載し前記照射電子線に対して移動させる手段と、前記反射電子像を用いて前記試料の異物や欠陥を抽出しその位置や像を記録する手段と、前記試料に紫外線を照射する紫外線照射系とを有し、
   前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる手段と、
   前記電子線の照射領域における前記紫外線の強度を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する手段とを備えたことを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、前記紫外線の照射によって試料から発生する光電子を、前記電子線結像手段を用いて結像せしめ、光電子像を取得して、前記紫外線の照射領域を表示する手段を有することを特徴とする検査装置。
3. 請求項２に記載の検査装置において、前記光電子像の外縁輪郭と、前記反射電子像の外縁輪郭とが一致するように、前記紫外線の照射領域の位置および大きさを調整する手段を有することを特徴とする検査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検査装置において、前記紫外線と前記電子線を同時に照射し、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら前記紫外線の強度を調整して、前記電子線の照射領域における前記照射電子線によって生じた負帯電を中和するようようにしたことを特徴とする検査装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検査装置において、前記紫外線照射系は、紫外線光源と、前記紫外線を前記試料へ照射するため、前記紫外線の進行方向を変える反射面とを有することを特徴とする検査装置。
6. 請求項５に記載の検査装置において、前記反射面は、前記電子光学系の途中に設置され、前記電子線が前記試料を照射する方向と、前記紫外線が前記試料を照射する方向とを一致させるために、前記電子線が通過する開口部を有することを特徴とする検査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の検査装置において、前記紫外線照射系は、前記紫外線光源と前記反射面との間に、紫外線の光量調整を行う手段と、ピンホールとを有することを特徴とする検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置において、前記電子光学系の光路上に視野制限のための絞りを設置し、前記絞りと前記ピンホールとにより、前記紫外線の照射領域と、前記電子線照射領域の形状および大きさを一致させるようにしたことを特徴とする検査装置。
9. 電子源から放出された電子線を面状の電子線に形成し、試料上の視野を含む範囲に照射する電子光学系と、前記試料に負電圧を印加する手段と、前記照射電子線により前記試料から反射された電子を結像し反射電子像を取得する電子線結像手段と、前記試料を搭載し前記照射電子線に対して移動させる手段と、前記反射電子像を用いて前記試料の異物や欠陥を抽出しその位置や像を記録する手段と、前記試料に紫外線を照射する紫外線照射系とを有し、
   前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる手段と、
   前記電子線の照射領域における前記紫外線の強度を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する手段とを設けて、前記電子線の照射領域における前記照射電子線によって生じた負帯電を中和するようにしたことを特徴とする検査装置。
10. 電子光学系により電子線を、電圧を印加された試料上の視野を含む範囲に照射する工程と、前記電子線照射により前記試料からの反射電子を結像し、反射電子像を取得する工程と、前記反射電子像を用いて前記試料上の異物および欠陥を抽出しその位置や像を記録し表示する工程と、前記電子線照射によって生じた前記試料上の負帯電を紫外線の照射によって軽減する工程とを有し、
    前記電子線の照射領域と前記紫外線の照射領域の形状を一致させる工程と、
    前記電子線の照射領域における前記紫外線の光量を、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら調整する工程とを含むことを特徴とする検査方法。
11. 請求項１０に記載の検査方法において、前記紫外線照射によって前記試料から発生する光電子を結像し、光電子像を取得する工程を含むことを特徴とする検査方法。
12. 請求項１１に記載の検査方法において、前記光電子像の外縁輪郭と、前記反射電子像の外縁輪郭とが一致するように、前記紫外線の照射領域の位置および大きさを調整することを特徴とする検査方法。
13. 請求項１０乃至１２に記載の検査方法において、前記紫外線と前記電子線を同時に照射し、前記反射電子像の反射電子結像条件を保持しながら前記紫外線の強度を調整し、前記電子線の照射領域における前記照射電子線によって生じた前記試料面の負帯電を中和することを特徴とする検査方法。

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