JP2009301812A - 試料検査装置、及び試料検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、フォーカス精度劣化をきたすことなく、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた試料検査装置及び方法を提供する。
【解決手段】試料を移動可能なステージ上にロード後、試料の高さ計測を行った後、試料に電子線ビームを走査させ、得られた画像から欠陥部を求めるＳＥＭ式外観検査方法及び装置において、高さ計測がステージ移動による補正処理機能を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料検査装置、及び試料検査方法に関し、例えば、微細なパターンを有する半導体装置、基板、ホトマスク（露光マスク）、及び液晶等を検査する走査電子顕微鏡を備える検査装置、及びそれを用いた検査方法に関する。

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、或いは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ェハ上のパターンの検査が実施されている。

ウェ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（ＳＥＭ）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。

また、非特許文献１に記載されているように、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２ｋｅＶ以下の低加速電子線を照射している。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る。

この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１及び２に示されるように、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。

「電子・イオンビームハンドブック第２版（特に、６２２頁から６２３頁）」（日本学術振興会第１３２委員会編、日刊工業新聞社、１９８６年） 特開平２−１４２０４５号公報 特開平６−１３９９８５号公報

特許文献１及び２において開示されているＳＥＭを利用した検査装置においては、光学式とは異なり、ウェハ上の欠陥を照射ビーム及び周囲電界により帯電させることにより電位コントラストをつけ、欠陥検出させることができる。

しかしながら、この場合、ビーム照射近傍においては、帯電を制御する目的で帯電制御電極等が配置されるため、ワーキングディスタンスの確保が困難になり、例えば、ビーム照射時（検査時）にリアルタイムでの高さ計測などができなくなるという問題が発生する。このことは、移動可能なステージ上に搭載されたウェハにおいては、検査時と異なるステージ位置で高さ計測をしなければならなくなることを意味している。これでは高さ計測方法の種類に依らず、検査画像のフォーカス精度劣化を引き起こし、ひいては欠陥検出性能の悪化につながる恐れがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、光学画像では検出困難な欠陥を、電子線画像を用いて高精度に検出するとともに、欠陥検出の際に問題となる検査画像のフォーカス精度劣化を防止することのできる検査装置及び検査方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、試料に電子線を照射し、試料から発生する２次電子又は反射電子に基づいて生成される画像から試料の欠陥を検査する試料検査装置を提供する。より具体的に、当該試料検査装置は、試料を移動可能なステージ上にロード後、試料における電子線照射位置の高さを計測する高さ計測部と、測定された高さを補正する高さ補正処理部と、高さ補正処理部によって補正された高さに応じて、電子線のフォーカスを調整する制御部と、を備える。ここで、試料上の位置は同じでも、高さ計測部による高さ計測時のステージ位置（ステージ上の座標）と電子線照射時のステージ位置（ステージ上の座標）とが異なっている。そして、高さ補正処理部は、高さ測定時のステージ位置から電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれを補正するものである。なお、高さ測定時のステージ位置から電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれは、ステージの傾きによって生じるものである。また、高さ計測部は、反射光式測定器、又はレーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計の組み合わせによって構成されている。

また、試料の欠陥検査は、ステージを連続移動することによって実行され、高さ補正処理部は、ステージの移動の度に、高さ補正を実行する。

当該試料検査装置は、さらに、電子線照射時の試料位置近傍に、試料の帯電を制御する帯電制御電極を備える。この帯電制御電極があるため、高さ測定の位置（ステージ上の位置）と電子線ビームの光軸位置（ステージ上の位置）とが異なってしまうのである。

高さ補正処理部は、試料の欠陥検査時又は試料の画像取得時にオンライン処理として高さ補正を実行するか、試料の欠陥検査時や試料の画像取得時とは別のタイミングでオフライン処理として高さ補正を実行する。なお、オフライン処理の場合には、当該試料検査装置は、さらに、高さ測定時のステージ位置から電子線照射時のステージ位置へのステージ移動に伴う補正データを記憶する補正データ記憶部を備える。このとき高さ補正処理部は、補正データ記憶部に記憶された補正データに基づいて、計測された高さを補正する。この補正データは、当が補正データ作成時或いは使用時に画面上に表示可能になっており、これによって補正データの確認ができる。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、ウェハの特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた試料検査が実現できる。

最近の走査電子顕微鏡（例えば、ＳＥＭ）においては、高精度の観察が可能となるように電子光学系の構成が複雑化している。そのため、ステージにおける試料の高さ計測位置とステージ上での電子線の照射位置（光軸）とはずれる場合がある。ステージは如何に平坦に作製されようとも微小（μｍ単位）ながら傾きを持ってしまう。とすると、ステージ上での高さ測定位置と電子線照射位置が異なれば、測定された高さを用いてフォーカスを合わせても高精度にフォーカスを合わせることができない。

本発明は、特に、このように高さ測定位置と電子線照射位置がステージ座標上で異なる場合であっても高精度のフォーカス制御ができるようにするためのものである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

（１）第１の実施形態
＜検査装置の構成＞
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の概略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（本実施形態では図示せず）と、画像処理部５と、制御部６と、二次電子検出部７と、を備えている。なお、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、検査室２内には大別して、電子光学系３と、試料室８と、光学顕微鏡部４とが設けられている。

電子光学系３は、電子銃１０と、電子線の引き出し電極１１と、コンデンサレンズ１２と、ブランキング偏向器１３と、走査偏向器１５と、絞り１４と、対物レンズ１６と、反射板１７と、ＥｘＢ偏向器１８とによって構成されている。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。

試料室８は、試料台３０と、Ｘステージ３１と、Ｙステージ３２と、位置モニタ用測長器３４と、被検査基板高さ測定器３５とによって構成されている。

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置されており、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と、光学レンズ４１と、ＣＣＤカメラ４２とを含んでいる。

画像処理部５は、第一画像記憶部４６と、第二画像記憶部４７と、演算部４８と、欠陥判定部４９と、を含んでいる。なお、取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。

装置各部の動作命令および動作条件は、制御部（ワークステーションのようなコンピュータでも良い）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に、格納されている。そして、制御部６は、補正制御回路４３を用いて、位置モニタ用測長器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。

被検査基板（試料）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。

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せは行わないようにしても良い。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、本実施形態では、一回走査の場合には、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用いて画像を形成する構成とする。

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る。この電子銃１０を用いることにより、従来の電子源、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と引き出し電極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。

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は半導体ウェハ、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。なお、図１には示されていないが、対物レンズ１６の下であって、試料の電子線照射位置近傍には、図３等で示されるように、帯電制御電極２１２が設けられている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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有効である。一方、比較的広い領域を検査する場合には、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。

Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置をモニタする位置モニタ用測長器３４として、本実施形態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。

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。本実施形態では、スリット５３及び５４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が用いられている。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。

画像処理部５は、第一画像記憶部４６と、第二画像記憶部４７と、演算部４８と、欠陥判定部４９と、モニタ５０と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５０にその位置や欠陥数等を表示する。

＜高さ補正処理の概要＞
図２は、本発明の第１の実施形態で実行される測定された高さ情報を補正する処理の概要を示す機能ブロック図である。まず、ウェハロード部２０１は、表面に回路パターンを形成した試料（ウェハ）９を移動可能なステージ（図３の３１及び３２参照）上にロードする。その後、高さ計測部２０２がロードされたウェハ９の高さを計測した後、検査部２０３は、ウェハ９に電子線ビームを繰り返し走査させ、ウェハ９から発生する２次電子または反射電子に基づき生成された画像から欠陥部を検出する。本発明の特徴は、この高さ計測部２０２がステージ３１及び３２で移動することによる補正処理部２０４を含むことにある。ここで、検査部２０３は、ステージ３１及び３２による連続移動しながらの検査であってもよい。また、高さ計測部２０２は、上述の被検査基板高さ測定器３５で構成される。

ここで、ステージ移動による補正処理部２０４による高さ補正の必要性について述べる。図３は、ウェハ９にビームを照射した状態を示している。ＳＥＭ式検査装置の場合、ウェハ９上の欠陥を照射ビームや周囲電界により帯電させることにより電位コントラストをつけ、欠陥検出させることができる。この場合、ビーム照射近傍においては、ウェハ９上の帯電を制御する目的で帯電制御電極２１２が配置される。このため、ワーキングディスタンスの確保が困難になり、例えば、ビーム照射時（検査時）にリアルタイムでの高さ計測などができなくなるという問題が発生する。すなわち、図３のように、ビーム光軸より距離Ｌだけずらした位置（ウェハ上の位置は同一だが、ステージ上ではＬだけオフセットした位置）を高さ計測しなければならなくなる。この状態ではステージガイドの傾きθ２１１分だけ高さ計測に誤差が発生することになる。これにより、高さ計測方法の種類に依らず、検査画像のフォーカス精度劣化を引き起こし、ひいては欠陥検出性能の悪化につながる恐れがある。この問題を解決すためには、ステージ移動による補正処理が必要となる。

続いて、図４を用いて、補正処理部２０４によって行われるステージ移動による高さの補正処理について説明する。図４は、ステージ座標がｘの時の今求めたい実際のウェハ高さＺon(ｘ)２２１と、図３のように、ビーム光軸から距離Ｌだけずれた位置に高さセンサが設置してある場合の計測値Ｚoff(ｘ-Ｌ)２２２の関係を図示したものである。この関係は式で表すと、次の式（１）のようになる。
Ｚon(ｘ)＝Ｚoff(ｘ-Ｌ)＋ＤＺ(ｘ) ・・・（１）

ここで、ガイド傾き補正曲線ＤＺ(ｘ)は、ＤＺ(ｘ)＝Ｚon_opt(ｘ)−Ｚoff(ｘ-Ｌ)であり、Ｚon_opt(ｘ)は標準ウェハ等を用いて画像処理で求めた光学的焦点位置による高さを表している。

すなわち、求めたいＺon(ｘ)２２１は、計測されるＺoff(ｘ-Ｌ)２２２にガイド傾き補正値ＤＺ(ｘ)２２３を足したものとなる。そのガイド傾き補正値ＤＺ(ｘ)２２３は、差分値であるため、リアルタイムに実ウェハで計測する必要はなく、標準ウェハ等を用いて予めオフラインで、光学的焦点位置による高さＺon_opt(ｘ)と計測値Ｚoff(ｘ-Ｌ)２２２との差で求めておくことができる。図４（ａ）のＤＺ(ｘ)２２３がその分布を表している。このＤＺ(ｘ)２２３が、結局図３で示したステージガイドの傾きθ２１１により発生する高さ計測の誤差を補正する成分であり、例えば、テーブルに格納しておき、読み出して来て高さ補正処理に用いられる。なお、テーブル値ＤＺ(ｘ)を定期的に校正することにより、より正確な高さ測定が実現でき、よってより高精度なフォーカス制御が実現できる。

図４（ｂ）は、高さ計測位置（Ｚ計測位置）とビーム光軸とがステージ上で距離Ｌだけ離れた２つの状態の遷移状況を表す図である。まず、ビーム光軸のある位置が検査位置であり、その位置を表す座標がステージ座標（この場合ｘ座標）となる。図４（ｂ）の上の図は、ステージ座標はｘ-Ｌであり、そこを検査している状態である。その時、ウェハ上をＬだけ進んだウェハ座標ｘではｚを計測している状態２２５である。そこから検査が進みステージがＬだけ動いた状態が図４（ｂ）の下の図である。従って、このときのステージ座標はｘであり、そこを検査している状態２２６である。

すなわち、ウェハ座標ｘだけに注目すれば、上側のステージ座標ｘ-Ｌでは、ウェハ座標ｘ位置をｚ計測し、Ｚoff(ｘ-Ｌ)２２２として記憶する。そしてＬだけ進んでウェハ座標ｘ位置を検査する際、Ｚon(ｘ)が必要になり、先程記憶したＺoff(ｘ-Ｌ)２２２に予め計測し記憶してあるＤＺ(ｘ)２２３を足すことでＺon(ｘ)を求め、それに基づいてウェハ座標ｘ位置をオートフォーカスし、ボケの無い鮮明な検査画像を得ることが可能となる。このｚ計測と検査を連続的に繰り返していくことで良好な検査を進めることができる。

図５は、上述したＤＺ(ｘ)２２３を事前に準備しておく方法を示している。上述したように、事前に標準ウェハ等を用意し、検査で動作させるステージ方向（本実施形態ではｘ軸）に端から端まで動かしながら、光学的焦点位置による高さＺon_opt(ｘ)と計測値Ｚoff(ｘ-Ｌ)２２２を計測し、その差から各ステージ座標でのＤＺ(ｘ)２２３（曲線）を求めていく。図５で示される例では、３２点測定している。そして、その各点間を領域に分割し、各領域内を線形近似することで、図中の式２３１に示すような比例係数Ａxiとオフセット係数Ｂxi２３２という各３２個のデータでＤＺ(ｘ)２２３を離散化して記憶することが可能となる。これを使う場合には、求めたいｘ座標Ｘtと、そのＸtに該当する領域の係数を式２３１に代入してＤＺ(ｘ)２２３を求めることになる。

なお、本実施形態では、ｘ軸方向に距離Ｌだけオフセットした位置を用いているので、ｘ軸方向の傾きが支配的であるとして処理している。そのため、ｘ軸方向の検査の例を取り上げたが、勿論その限りではない。また、本実施形態では、ｙ方向にｘ方向ガイド傾きが変化しないことを前提にしているが、その限りでもない。ｙ方向に変化する場合は、設定係数２３２がｙ方向にも２次元的に拡張されるだけである。また、この係数２３２は、ステージ状態やその他の環境条件により変化することも考えられるため、定期的に計測更新してもよい。

また、以上のようなステージ移動による補正処理が必要になる高さ測定器は、本実施形態で取り上げているような反射光式測定器３５だけではない。高さ測定器の種類の問題ではなく、むしろその使い方にある。すなわち、図３や図４で示した高さの計測点をビーム光軸（検査点）から距離Ｌだけずらした使い方、換言すると、高さ計測が検査に対し実時間処理ではなくなっているところにある。逆に言うと、実時間処理でさえあれば、どんな高さ計測器であってもステージ連続移動による検査の場合、検査時のステージ位置がそのまま高さ計測位置となることから、ステージ移動による高さ検出誤差は入りようがない。

＜ＧＵＩの例＞
図６は、本発明のＧＵＩを第３の実施形態として示す。図５に示した補正データＤＺ(ｘ)２２３を作成するため、もしくはそのデータを使用している最中のデータの確認手段として図６に示したＧＵＩ画面２４１を用いる。画面中、２４２が取得した補正データを線形近似した際の設定係数を表し、２４３がその係数によるグラフ表示を表している。このグラフ表示には、過去のデータとの重ね書き表示機能を持っており、データの正常／異常もわかり易くなっている。また、この補正データを定期的に取得更新していくことにより、装置状態、特にステージガイド周辺の変化も把握できるようになり、メンテナンス時期も決め易くなるというメリットもある。

（２）第２の実施形態
第２の実施形態では、高さ計測器が第１の実施形態とは別方式のもの、例えばレーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計を用いた場合について説明する。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

図７は、レーザ干渉計式形状測定器（フィゾー干渉計）２５０の概略構成を示す図であり、これを用いて高さ計測の原理について説明する。レーザ干渉計式形状測定器２５０では、レーザーヘッド２５１からのレーザービームは発散レンズ２５２、ビームスプリッター２５３、コリメーターレンズ２５４を透過後に平行光となり、基準板２５５と呼ばれる高精度に研磨された平面ガラス板に到達する。一部の光は参照面２５９で反射し、残りの光は基準板を透過後サンプル（ウェハ）２５６の被検面２６０に到達して反射する。参照面２５９からの反射光と被検面２６０からの反射光は元の光路を逆戻りし、干渉してビームスプリッター２５３により撮像素子（ＣＣＤカメラ）２５７へと導かれ、干渉縞画像２５８が得られる。参照面は非常に高精度に研磨されており、波長の１／２０以下（３０ｎｍ以下）の凹凸しかない。フィゾー干渉計では、参照面と被検面の間には空気間隔があるだけで、参照面以前の光路は共通であり、参照面と被検面の差が干渉縞となって捉えられる（参照面は高精度な平面であり、この差は事実上被検面であるウェハ表面の形状となっている）。

上述のように、ウェハのような平滑面に対し、レーザ光のようなコヒーレントな光を照射すると、平滑面の微妙な起伏に伴って干渉縞が発生するため、それを読み取ることにより平滑面の相対的な起伏情報を得ることができる。この方式は、ウェハ全面を一度に計測できる長所がある反面、あくまで相対的な高さしか得られないという短所もある。従って、高さ計測を行うためには、図８に示す静電容量型変位計２７０のような計測範囲は部分的であるが、絶対位置が計測できるセンサと組み合わせる必要がある。

静電容量型変位計２７０は、２枚の平行平板間の静電容量が２極間の距離に反比例することを測定原理としており、平板はそれぞれ片側を被測定物（ウェハ）２５６、もう一方をセンサ（プローブ）２７１として構成される。センサはｍｍオーダの大きさになることから、一回で計測できる範囲は局所的になるが、前述のレーザ干渉計式２５０とは異なり絶対位置（今の場合は高さ）が計測できるという特長を持っている。

これらの２方式（レーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計）とも一長一短があり、それぞれ単独で本発明の対象としている高さセンサに適用することは困難である。そこで、これら２方式を組み合わせて高さセンサを構成することを考える。

図９は、レーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計を組み合せて構成される高さセンサの概略構成を示す図である。測定の順番はどちらが先でもよいが、例えば、レーザ干渉計式形状測定器２５０によりウェハ全体の相対的な高さ情報を計測し、続いてその一部の絶対的な高さを静電容量型変位計２７０により測定することでウェハ全体の絶対的な高さを求める。

以上のような形でウェハ高さを計測する方法は、必然的にステージ移動を伴う検査動作にリンクした形での実時間処理は困難である。静電容量型プローブセンサの大きさからしても、レーザ干渉計の測定原理からしても、ビーム照射される部分の高さを逐一計測することは不可能である。従って、電子ビーム照射前に静止したウェハ面にレーザを照射し、また静電容量型センサで一部の絶対的高さを計測することになる。このようにして予め測定したウェハ全面もしくは一部の高さデータを離散的なテーブルデータとして記憶しておき、検査の際、ステージ位置座標からそのテーブルデータを参照する形で高さ情報を求めることになる。

前述したように、この場合も高さデータを測定した時と、参照する時（ウェハ検査時）のステージ位置が異なることから、その位置のずれ分に対応したステージガイドの傾き誤差が高さデータに発生することになる。この位置のずれが、第１の実施形態で示した方式の場合、距離Ｌと常に一定であったが、第２の実施形態の場合は、図９に示すように、高さデータを測定する時のステージ位置が一箇所となるため、Ｌ（ｘ）とｘ座標の関数となる。従って、第１の実施形態で示した関係式は式（２）のようになる。
Ｚon(ｘ)＝Ｚoff(ｘ-Ｌ(ｘ))＋ＤＺ(ｘ) ・・・（２）

ここで、ガイド傾き補正曲線ＤＺ(ｘ)は、ＤＺ(ｘ)＝Ｚon_opt(ｘ)−Ｚoff(ｘ-Ｌ(ｘ))と表せ、Ｚon_opt(ｘ)は第１の実施形態と同様に表せる。
また、ここで、Ｌ(ｘ)は式（３）のように表せる。
Ｌ（ｘ）＝Ｌ＋ｘ−ｗ／２ ・・・（３）
なお、ここでｗは、ウェハ直径（例えば３００ｍｍ）を示している。

すなわち、検査ポイントがウェハ中心（ｘ＝ｗ／２）のとき、Ｌ（ｘ）＝Ｌとなる（図９の状態）。また、検査ポイントがそれより小さければ（ｘ＜ｗ／２）、Ｌ（ｘ）はＬより小さくなり、逆に大きければ（ｘ＞ｗ／２）、Ｌより大きくなる。平均的にはＬとなり（図９状態）、第１の実施形態に比較すればかなり大きなステージ位置のずれということになる。この位置ずれに対応したガイド傾き誤差は全く無視できない量と考えられ、本発明の補正方式なしでは、対物レンズの良好な焦点精度を実現することは困難と言える。

従って、本発明によるフォーカス精度の向上やそれによる欠陥検出性能の向上は、本実施例においても期待できる。

また、第１の実施形態における図４及び図５に相当するものは、第２の実施形態においては、Ｌ→Ｌ(ｘ)となることを加味して考えれば全く同様の図となり、実際の補正式の適用も全く同じになる。よって、ここではそれらの説明は省略する。

（３）まとめ
本発明によれば、光学画像では検出困難な欠陥を、電子線画像を用いて検出するため、高精度に検出することができる。

また、帯電の影響を抑えるため帯電制御電極を試料の電子線照射位置近傍に設けているため、対物レンズと試料との距離（高さ）を測定する測定位置（高さセンサの設置位置）を、ステージ座標上で電子線光軸の位置と同じにすることができない。そこで、本発明では、電子線光軸とはオフセットした位置において試料の高さを測定し、欠陥検査時にステージを移動させた場合には、その移動による高さのずれを補正する。そして、その補正値をフォーカス制御のために用いることとしているため、検査画像のフォーカス精度劣化を極力防止することができる。

さらに、ウェハの特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた検査を実現することができる。

ＳＥＭ式外観検査装置の装置構成を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態である高さ計測における補正処理を加えた機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の電子線ビームをウェハに照射した状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態のステージ移動による補正処理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の補正データを事前に準備しておく方法を説明するための図である。 補正データ作成、参照のために使うＧＵＩを説明するための図である。 本発明の第２の実施形態で用いるレーザ干渉計式形状測定器の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態で用いる静電容量型変位計の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態による高さセンサであって、レーザ干渉計式形状測定器と静電容量型変位計を組み合せた構成を説明する図である。

符号の説明

１…ＳＥＭ式外観検査装置、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、３１，３２…ステージ、３５…被検査基板高さ測定器、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、５１…二次電子、５２…第二の二次電子、２０２…高さ計測、２０４…ステージ移動による補正処理、２１１…ガイド傾き、２１２…帯電制御電極、２２１…実際のウェハ高さ、２２２…Ｚoff計測値、２２３…ガイド傾き補正値、２４１…ＧＵＩ画面

Claims (18)

1. 試料に電子線を照射し、前記試料から発生する２次電子又は反射電子に基づいて生成される画像から前記試料の欠陥を検査する試料検査装置であって、
   前記試料を移動可能なステージ上にロード後、前記試料における前記電子線照射位置の高さを計測する高さ計測部と、
   前記測定された高さを補正する高さ補正処理部と、
   前記高さ補正処理部によって補正された高さに応じて、前記電子線のフォーカスを調整する制御部と、を備え、
   前記高さ計測部による高さ計測時のステージ位置と前記電子線照射時のステージ位置とが異なり、
   前記高さ補正処理部は、前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれを補正することを特徴とする試料検査装置。
2. さらに、前記電子線照射時の前記試料位置近傍に、前記試料の帯電を制御する帯電制御電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
3. 前記高さ補正処理部は、前記試料の欠陥検査時又は前記試料の画像取得時にオンライン処理として高さ補正を実行することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
4. 前記高さ補正処理部は、前記試料の欠陥検査時や前記試料の画像取得時とは別のタイミングでオフライン処理として前記高さ補正を実行することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
5. さらに、前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置へのステージ移動に伴う補正データを記憶する補正データ記憶部を備え、
   前記高さ補正処理部は、前記補正データ記憶部に記憶された前記補正データに基づいて、前記計測された高さを補正することを特徴とする請求項４に記載の試料検査装置。
6. 前記試料の欠陥検査は、前記ステージを連続移動することによって実行され、
   前記高さ補正処理部は、前記ステージの移動の度に、高さ補正を実行することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
7. 前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれは、前記ステージの傾きによって生じることを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
8. 前記高さ計測部は、反射光式測定器、又はレーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計の組み合わせを用いて前記試料の高さを計測することを特徴とする請求項１に記載の試料検査装置。
9. さらに、前記補正データを画面上に表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の試料検査装置。
10. 試料検査装置を用いて、試料に電子線を照射し、前記試料から発生する２次電子又は反射電子に基づいて生成される画像から前記試料の欠陥を検査する試料検査方法であって、
    高さ計測部が、前記試料を移動可能なステージ上にロード後、前記試料における前記電子線照射位置の高さを計測する高さ計測工程と、
    高さ補正処理部が、前記測定された高さを補正する高さ補正処理工程と、
    制御部が、前記高さ補正処理部によって補正された高さに応じて、前記電子線のフォーカスを調整するフォーカス調整工程と、を備え、
    前記高さ計測部による高さ計測時のステージ位置と前記電子線照射時のステージ位置とが異なり、
    前記高さ補正処理部は、前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれを補正することを特徴とする試料検査方法。
11. 前記試料検査装置が、前記電子線照射時の前記試料位置近傍に、前記試料の帯電を制御する帯電制御電極を有することを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
12. 前記高さ補正工程において、前記高さ補正処理部は、前記試料の欠陥検査時又は前記試料の画像取得時にオンライン処理として高さ補正を実行することを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
13. 前記高さ補正工程において、前記高さ補正処理部は、前記試料の欠陥検査時や前記試料の画像取得時とは別のタイミングでオフライン処理として前記高さ補正を実行することを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
14. 前記試料検査装置は、さらに、前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置へのステージ移動に伴う補正データを記憶する補正データ記憶部を備え、
    前記高さ補正工程において、前記高さ補正処理部は、前記補正データ記憶部に記憶された前記補正データに基づいて、前記計測された高さを補正することを特徴とする請求項１３に記載の試料検査方法。
15. 前記試料の欠陥検査は、前記ステージを連続移動することによって実行され、
    前記高さ補正工程において、前記高さ補正処理部は、前記ステージの移動の度に、高さ補正を実行することを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
16. 前記高さ測定時のステージ位置から前記電子線照射時のステージ位置への移動によって生じる高さのずれは、前記ステージの傾きによって生じることを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
17. 高さ計測工程において、前記高さ計測部は、反射光式測定器、又はレーザ干渉計式形状測定器及び静電容量型変位計の組み合わせを用いて前記試料の高さを計測することを特徴とする請求項１０に記載の試料検査方法。
18. さらに、表示手段が、前記補正データを画面上に表示する補正データ表示工程を備えることを特徴とする請求項１４に記載の試料検査方法。

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