JP2012084287A - Ｓｅｍ式外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定パターンが繰り返し配列された試料の検査に適用される検査装置において、電子線のドリフト等の理由により、電子線を照射すべき位置と実際に照射された位置とに誤差が生じる。前記検査装置においてはこの誤差を小さくする必要がある。本発明の目的は、電子線の走査位置をリアルタイムに正確に制御することができる検査装置を提供することにある。
【解決手段】所定パターンが所定周期で配列された試料の検査に適用される検査装置において、検出信号から得られるパターンの位置と、既知の前記パターンの位置を含む前記パターンの位置情報とから、一次電子線が照射された位置と当該照射の目標位置とのずれ量を求めることを特徴とする。さらに、前記ずれ量を用いて前記一次電子線の照射位置の補正値を出力することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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），液晶等を検査する走査電子顕微鏡を用いた検査装置に関する。

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，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。

上記のような工程で用いられる検査装置は、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ことが求められている。このため、非常に高速に、Ｓ／Ｎの高い画像を取得する必要がある。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた検査装置では通常の走査型電子顕微鏡の１０００倍以上となる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、高速検査、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，高効率な検出も求められている。

上記のように検査の高精度化と検査の高速化の両立という要求に応じて、ＲＯＩ（Region Of Interest）のみのサンプリングにより検査を高速に行う特開２０１０−６７５３３号公報（特許文献１）がある。

また、試料によっては、レジスト等の絶縁膜を伴った試料等、大電流の電子線の照射によって帯電しやすい。試料の帯電が発生すると、照射する電子線が偏向してしまうので、照射していると考えている位置と実際の画像を検出している位置が異なることがある。このような電子線のドリフトの影響を低減する技術として、基準画像との位置ずれ量を求めて欠陥位置を補正する発明である特開２００３−３１６２９号公報（特許文献２）がある。

以上のようなＳＥＭを利用した検査装置においては、一次電子線の走査位置を正確に制御することが重要である。

特開２０１０−６７５３３号公報 特開２００３−３１６２９号公報

試料の帯電等の理由により電子線のドリフトが起こると、電子線を照射すべき位置と実際に照射された位置との間にずれが生じる。特許文献１に記載されたような検査では検査領域が離散的に設定されるため、このようなずれが生じると検査対象とするパターンが検査領域に含まれないことがある。したがって検査対象とするパターンが確実に入るようにする必要がある。一方で、検査対象とするパターンが検査領域に確実に入るように、検査領域を大きく設定すると、全体としてスループットが低下してしまう。

以上の理由から電子線を照射すべき位置と、実際に照射された位置との誤差を小さくする必要がある。したがって、本発明の目的は、電子線の走査位置を正確に制御することができる検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、所定パターンが所定周期で配列された試料の検査に適用される検査装置において、検出信号から得られるパターンの位置と、既知の前記パターンの位置を含む前記パターンの位置情報とから、一次電子線が照射された位置と当該照射の目標位置とのずれ量を求めることを特徴とする。

本発明によれば、電子線走査の目標位置と実際の走査位置とのずれを小さくすることができるので、検査領域または比較領域を適切に決めることができる。

本発明のＳＥＭ式外観検査装置の装置構成を示す縦断面図。 本発明の検出信号処理部の構成を説明した図。 従来の検査における電子線走査領域を説明した図。 ＲＯＩ検査の走査領域を説明した図。 ＲＯＩ検査の走査領域設定に関する課題を説明した図。 第１の実施例におけるずれ量検出を示した図。 第１の実施例におけるずれ量検出を示した図。 第１の実施例における走査領域の設定を示した図。 位置ずれ補正条件の設定画面を示した図。 従来の検査におけるセル比較の領域設定を説明した図。 従来の検査におけるセル比較の領域設定に関する課題を説明した図。 第２の実施例を示した図。 第３の実施例を示した図。 第４の実施例を示した図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

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９を搬送するための予備室（本実施例では図示せず）とを備えており、この予備室は検査室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、ＳＥＭ式外観検査装置１は上記検査室２と予備室の他に画像処理部５，制御部６，二次荷電粒子検出部７，補正制御回路４３，走査信号発生器４４，対物レンズ電源４５等から構成されている。

検査室２内は大別して、電子光学カラム３，試料室８，光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学カラム３は、電子銃１０，電子線の引出電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング偏向器１３，走査偏向器１５，絞り１４，対物レンズ１６，反射板１７，Ｅ×Ｂ偏向器１８から構成されている。

試料室８は、試料台３０，Ｘステージ３１，Ｙステージ３２，位置モニタ用測長器３４，被検査基板の高さ測定器３５から構成されている。光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学カラム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備されており、電子光学カラム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が電子光学カラム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，光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されている。

二次荷電粒子検出部７のうち、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。検出器２０では二次電子または反射電子等、一次電子線の照射によって得られる二次荷電粒子を検出する。検出器２０から出力される信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、検出信号処理部２２で画像データとなり、当該画像データは光変換手段２３を通して画像処理部５へ伝送される。検出信号処理部２２については図２で後述する。

画像処理部５は、第一画像記憶部４６，第二画像記憶部４７，演算部４８，欠陥判定部４９より構成されている。なお、以下では欠陥とは製造工程の処理の結果の良否，異物発生等を含むものとする。画像処理部５に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，二次荷電粒子検出部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入力されている。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，被検査基板の高さ測定器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に補正制御回路４３を通して対物レンズ電源４５や走査信号発生器４４等に補正信号を送る。

細く絞った電子線１９を試料９に照射し、当該照射によって得られる二次電子５１または反射電子を検出器２０で検出し、検出器２０で検出された信号を電子線１９の走査およびＸステージ３１，Ｙステージ３２の移動から得られる試料上の位置と対応付けて検出することで、試料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要求される。通常の従来方式のＳＥＭではｐＡオーダーの電流の電子線を低速で走査するが、ＳＥＭ式外観検査装置ではより大きな電流の電子線走査が必要である。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する必要がある。そこで本実施例では、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一回のみ走査することにより、画像を形成する構成としている。

図２に本実施例の検出信号処理部２２の細部について示す。検出信号処理部２２はＡＤ変換器２０２，デジタル信号処理部２０３，位置ずれ量検出部２０５，位置ずれ量補正部２０９より構成される。位置ずれ量検出部２０５と位置ずれ量補正部２０９は一体として構成されていてもよい。プリアンプ２１からのアナログ信号２０１は、ＡＤ変換器２０２によって量子化され、デジタル信号２０７に変換される。デジタル信号２０７はデジタル信号処理部２０３により走査信号に同期した画像データ２０４に変換される。画像データ２０４は、光変換手段２３へ入り、光信号に変換され、光伝送手段２４で光伝送され、電気変換手段２５で画像データに戻し、最終的には画像処理部５へ入力される。以下、アナログ信号２０１とデジタル信号２０７を合わせて検出信号とよぶ。

本実施例では、１走査ラインごとの検出信号から求める１次元的なプロファイルから位置ずれ量を検出する。この方法では、２次元的な広がりを持つ画像データ２０４を形成してから画像演算により位置ずれ量を検出する方法と比較して、データ量が格段に少なく、処理時間を短くすることができる。

位置ずれ量検出部２０５と位置ずれ量補正部２０９がＡＤ変換器２０２と画像処理部５の間に配置されることで、検出信号をリアルタイムで処理することができ、画像データに変換後に位置ずれ量検出する場合より、早く電子線の走査にフィードバックすることができる。

本実施例では、検出信号処理部２２の中に、一次電子線の目標照射位置と実際の照射位置とのずれ量を検出する位置ずれ量検出部２０５、および前記ずれ量を用いて電子線走査信号の補正データを生成する位置ずれ量補正部２０９が備えられている。ここでいう目標照射位置とは、補正制御回路４３を通して制御部６から指示された一次電子線を照射すべき位置を指し、実際の照射位置とは実際に電子線が照射された位置を指す。実際の照射位置は電子光学系の制御誤差や帯電によるドリフトの影響により、目標照射位置に比べてずれることがありうる。位置ずれ量検出部２０５は、デジタル画像信号処理部２０３を通してデジタル信号２０７が入力され、制御部６から制御信号２０６とともにパターンの目標照射位置の情報を含むパターン位置情報２０８が入力されるので、後述する処理によりずれ量を求めることができる。なお、パターン位置情報２０８には他に当該パターンの配列の繰り返し周期や、パターン配列の始まりに対応するエッジ位置や、ドットパターンや配線パターンなどの重心位置や、ずれ量に基づく位置補正の方式を指定する位置補正タイプや前述の位置を検出するための判定方法や判定しきい値を含む位置補正検出条件などの情報が含まれていてもよい。

パターンの目標照射位置の情報として、検査装置にネットワークを介して接続されたＣＡＤサーバ５３から電子線の照射目標とするパターンの座標を取得して使用してもよい。ただし、ＣＡＤデータを利用する場合には、目標照射位置の座標をリアルタイムに位置ずれ量検出部２０５に入力する必要があるので、検査前に予めずれ量検出のために用いるパターンを決め、当該パターンの座標を設定しておくとよい。

位置ずれ量補正回路２０９は、位置ずれ量検出部２０５で求められたずれ量を用いて電子線の走査位置を補正するための補正データ２２ａを、走査信号発生器４４に対して出力する。走査信号発生器４４は補正データ２２ａに基づいて走査信号を走査偏向器１５に出力するので、ずれ量が補正された状態で電子線１９を走査することができる。なお、ここでは走査信号への迅速なフィードバックのため、走査信号発生器４４に対して直接補正データ２２ａを出力する構成としたが、補正データ２２ａは制御部６または補正制御回路４３に出力されもよい。この場合には制御部６または補正制御回路４３において補正データ２２ａに基づいてずれ量を補正し、当該ずれ量が補正された状態の走査信号が出力される。

さて、本実施例ではＲＯＩ検査における電子線走査の位置ずれ量計測及び補正について説明する。

図３，図４を用いてＲＯＩ検査について説明する。

前述したようにＲＯＩ検査では、図４のように検査領域が離散的に設定される。すなわち、通常は図３のように電子線の複数の走査ライン３０１からなる走査領域３０４がストライプ状に検査対象のパターンを含むように設定されるのに対し、ＲＯＩ検査では図４のように検査対象とする領域であるＲＯＩ検査領域４０１の周辺のみを走査するように走査領域４０２がとびとびに設定される。図３のような走査の場合にはステージ移動速度と走査ライン３０１の幅方向（ストライプの長さ方向）の検査速度が同期して検査されるが、図４の場合には一次電子線による走査を行わない非走査領域が存在するので、ステージ移動速度と走査ライン３０１の幅方向（ストライプの長さ方向）の検査速度は非同期にすることができる。すなわち、平均のステージ移動速度を走査ライン３０１の幅方向の検査速度より高速にすることができる。ステージ移動は、ステージの加減速によって走査領域４０２のみステージ移動速度を走査ライン３０１の幅方向の検査速度に同期させてもよいし、ステージ移動速度を走査ライン３０１の幅方向の検査速度より高速な一定速度として、一次電子線のステージ移動方向の偏向振り幅によってステージ移動速度の高速化に伴い不足する走査時間を補償してもよい。いずれにしても図４に示すＲＯＩ検査の場合には、図３の場合の検査速度より高速に検査することができる。

ＲＯＩ検査では、走査領域が離散しているので、検査対象とするパターンがＲＯＩ検査領域４０１に確実に入るようにする必要がある。電子線のドリフト等の影響から実際の照射位置が目標照射位置からずれてしまう問題を考慮すると走査領域４０２は大きく設定しておかなくてはならない。しかしながら一方で、スループットを上げるには電子線の走査領域の幅（Ｌ）、すなわち走査領域４０２を小さくする必要がある。ＲＯＩ検査では検査領域のピッチ（Ｐ）に比べて電子線の走査領域の幅（Ｌ）が小さいほど全体としてのスループットが上がり、検査領域のピッチ（Ｐ）は検査対象のパターンで決まっているため、検査装置側の設定でスループットを上げるには電子線の走査領域の幅（Ｌ）を調整するしかない。

図５を用いてＲＯＩ検査での走査領域設定における課題を説明する。

図５に示すように、電子線の走査領域の幅（Ｌ）が小さすぎる場合には、走査領域の位置ずれによって検査対象のパターンが走査領域４０２の外となってしまうことがある。また、電子線の走査領域の幅（Ｌ）が大きすぎる場合には、ＲＯＩ検査領域４０１以外の領域に対して無駄に電子線を走査することになり、スループットが低下し、図３のような通常の全面検査と検査速度が大差なくなってしまう。

そこで本実施例では、所定のパターンの検出信号から一次電子線の目標照射位置と実際の照射位置とのずれ量を求め、このずれ量を走査信号発生器４４に対してフィードバックする。これによって、目標照射位置と実際に照射された位置とのずれ量を小さくできるので、以降のＲＯＩ検査領域に対する走査領域をＲＯＩ検査領域４０１の近傍のみに適切に設定することができる。

図６を用いて、パターンの検出信号から実際の照射位置を求める処理内容について説明する。以下の処理は位置ずれ量検出部２０５で行われ、位置ずれ量検出部２０５の動作は、制御信号２０６により制御部６から制御する。

位置ずれ量検出部２０５では、電子線の走査周期程度の精度で目標パターンに対して実際に電子線が照射された位置を検出し（検出位置６０２）、予め設定するパターンの位置、すなわち電子線の照射目標とする目標位置６０３とのずれ量６０４を出力する。

試料上のパターン３０２を通過する電子線の走査ライン３０１を矢印で示している。電子線の走査は、例えば、左から順番に行う。電子線の走査に同期して得られる検出信号の強度変化（信号プロファイル６０１）をグラフに示す。グラフの横軸は一次電子線の照射開始からの時間または一次電子線の照射位置を表している。また、縦軸は検出信号の信号強度を表している。パターン３０２を通過するときの信号強度はパターンに応じて変化する（信号プロファイル６０１，６０１ａ）。図６では特にパターン３０２上を走査するときの信号プロファイルを拡大して示した。拡大図の例では黒丸のパターン上を通るときは信号強度が下がり、それ以外を通るときは信号強度が上がる。網掛けの期間は前後の走査ラインとの移動のために電子線を試料上に当てないようにブランキングしている状態であり、この期間は信号強度が下がる。予め決められた検出期間６０５の中で、信号プロファイル６０１の変動からパターンに対して実際に電子線の照射がされた位置を検出する（検出位置６０２）。パターンを認識するための期間を検出期間６０５に限定することで、照射目標のパターン近傍で信号プロファイルを解析することができ、別のパターンを誤認識する可能性を減らすことができる。

このように信号プロファイルの変動から目標のパターンに電子線が照射されたことを検知することで、画像を用いてパターン認識する必要がなく、リアルタイムな処理が可能になる。

図６の例ではＡＤ変換器２０２から出力されたデジタル信号２０７がそのまま信号プロファイルとして解析されているので、コンタクトホール一つ一つの走査に対して信号レベルが増減する。したがってパターンのエッジ位置または中心位置を正確に求めるためには信号プロファイル６０１に対する演算が必要となる。また、図示は省略したが、パターン以外の位置を走査している場合にも信号ノイズや走査ライン移動のためのブランキングによって信号強度は絶えず増減しているので、これらのノイズがパターンと誤認識されないように除去する必要がある。

次に位置ずれ量検出部２０５は、制御部６から送信されたパターン位置情報２０８に含まれる当該パターンが本来あるべき位置の情報を用いて、目標位置６０３とする。ここで、パターンが本来あるべき位置の情報とは、ウェハ上でパターンの位置を特定する情報のことで、具体的には当該パターンのエッジの位置情報でもよいし、当該パターン配列の始まりに対応するエッジの位置情報でもよいし、ドットパターンや配線パターンなどの重心位置情報でもよい。また、パターンの繰り返し周期なども含まれる。

その後、位置ずれ量検出部２０５は位置ずれ量補正部２０９に対して、目標位置６０３と検出位置６０２の差であるずれ量６０４を出力する。位置ずれ量補正部２０９において、ずれ量６０４は補正データ２２ａに変換され、走査信号発生器４４に出力される。補正データ２２ａについては後述する。

図７では、実際の照射位置を検出する別の例を示す。図６で説明した例ではＡＤ変換素子２０２から出力されたデジタル信号２０７をそのまま信号プロファイルとして用いているため、前述のようにノイズ等の影響を考慮する必要があった。そこで、走査ライン３０１ごとに検出信号を所定の時間間隔で時間平均して平均信号強度の信号プロファイルを求める。これを平均信号プロファイル７０１とよぶことにする。平均信号プロファイル７０１において、予め設定されたしきい値７０２を越えたら電子線がパターンに照射されたと判定する。しきい値７０２は予め固定値として定められていてもよいし、後述するような画面でユーザが設定できるようにしてもよい。しきい値を設定することで、ノイズ等がパターン検出に与える影響を低減することができる。

上記のように、平均信号プロファイル７０１を用いることで、走査ラインに平行なパターンを平均化して解析することができるので、当該パターンのエッジ位置または重心位置などパターンの特徴的な位置を電子線の走査ライン幅程度の精度で求めることが容易になる。また、検出信号のノイズやパターン誤差の影響を避けて安定した処理ができる。

また、別の方法として、平均信号レベルの変化点を検出するために、平均信号強度の変動のプロファイルを用いることも有効である。平均信号強度の変動プロファイル７０３がしきい値７０４を越えたらパターンに電子線が照射されたと検知する。平均信号変動プロファイル７０３は、平均信号プロファイル７０１の差分値または微分値をとって生成する。具体的には、以下の処理をする。はじめに差分値の生成について示す。前記平均信号プロファイル７０１を所定の時間Ａで平均し、平均信号Ａを得る。前記平均信号プロファイル７０１から前記平均信号Ａを引算して平均信号変動プロファイル７０３を得る。前述の処理は、平均信号プロファイル７０１から検出の対象となるパターンの情報を抽出することが目的なので前述の処理に限らず背景の変動を除く処理で良い。また、平均信号Ａは、所定の時間Ａごとに演算する方法もあるが、所定の時間Ａの移動平均が望ましい。つぎに微分値の生成について示す。前記平均信号プロファイル７０１を所定の時間Ｂで平均し、平均信号Ｂを得る。平均信号Ｂを微分して平均信号変動プロファイル７０３を得る。ここで、平均信号Ｂは、所定の時間Ｂごとに演算する方法もあるが、所定の時間Ｂの移動平均が望ましい。また、平均信号Ｂは、パターン位置の誤検出を防止することが目的であり、ローパスフィルタの演算でも良い。なお、図７ではデジタル信号２０７を走査ラインごとに平均化した例で図示されているが、必ずしも平均は走査ラインごとに行われなくてもよい。すなわち検出信号は複数の走査ラインごとに平均化されてもよいし、所定の時間ごとに平均化されてもよい。

図８では求められたずれ量から一次電子線を照射する領域を設定する方法について説明する。以下で説明する位置ずれ量の補正は、位置ずれ量補正部２０９で行われる。図８の（Ａ）の領域では図６，図７で説明したような処理によって電子線の実際の照射位置と、目標位置とのずれ量を求める。すなわち（Ａ）に含まれるパターンを電子線のずれ量を測定するための調整用パターンとして利用する。ずれ量を求める処理を行うに際してはパターン３０２を確実に走査領域に含める必要があるので、電子線のドリフトを考慮して走査領域は広めに設定する。このときの走査領域の幅をＬ２とする。上記した処理により、ずれ量６０４が求まると、位置ずれ量補正部２０９はずれ量６０４を用いて図８（Ｂ）の走査領域を設定する。具体的には、ずれが起こった方向に対して逆方向にずれ量６０４と同じ大きさのオフセットをつけて走査するような補正データ２２ａに変換し、走査信号発生器４４に対して出力する。走査信号発生器４４は制御部６からの偏向信号と補正データ２２ａとを用いて、走査信号を走査偏向器１５に対して出力する。ここで、パターン位置情報２０８には、パターンの繰り返し周期が含まれていて、位置ずれ検出部２０５は当該周期とずれ量６０４とを用いて演算することでパターン周期に同期して補正データ２２ａを出力することができる。また別の方法として、位置ずれ補正部２０５はずれ量６０４をそのまま補正データ２２ａとして出力し、走査信号発生器４４において制御部６から出力される電子線の目標照射位置に対してずれ量６０４をオフセットとして加算または減算してもよい。この場合、制御部６がパターンの繰り返し周期を用いて電子線の目標照射位置を決めるので、パターン位置情報２０８にはパターン周期に関する情報が含まれなくてもよい。また、走査信号発生器４４によるずれ補正を検査領域内で行う場合、補正量に制限を設けることで検査画像に現れる歪の発生を防ぐ必要がある。補正量の制限は、位置ずれ補正部２０５または制御部６のいずれで行っても良い。

図８（Ｂ）の領域では、走査信号は（Ａ）の領域で検出されたずれ量分の補正がなされているので、実質的にドリフトは起こっていないとみなすことができ、目標位置に対して確実に電子線を照射することができる。したがって、走査領域の設定はＲＯＩ検査領域４０１の近傍のみでよく、走査領域の幅Ｌ１はＬ２より小さく設定することができる。これによって電子線のドリフトを考慮して走査領域を広く設定しなくてよいので、従来よりもスループットを上げることができる。

なお、図８の例では（Ｂ）に含まれるＲＯＩ検査領域４０１に対しては（Ａ）で求められた同じずれ量を用いて走査領域４０２を決定しているが、パターンの周期の変わり目等で適宜（Ａ）の領域を設けてずれ量を再測定してもよい。電子線のドリフトによるずれ量はウェハ面内で均一とは限らないので、適宜ずれ量を再測定することは有効である。ただし、（Ｂ）に含まれる走査領域に対して（Ａ）の走査領域が多すぎると、スループットが落ちるので、（Ａ）の領域の適切な配置が必要である。また、（Ｂ）の領域においても適時ずれ量を測定し、補正データ２２ａを更新しても良い。

図９を用いてモニタ５０に表示されるＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の例について説明する。ＧＵＩ画面９００の大まかな構成は、画面上部に装置名，装置ＩＤ，レシピ名，日付，時刻などを表示するメッセージエリア９０１と、操作の状態説明やガイダンスなどを表示する入力促進用メッセージエリア９０２と、ウエハマップ，ダイマップ，ショットマップなどを表示するマップ表示エリア９０３と、画面下部に、検査，欠陥確認，レシピ作成，ユーティリティ，メンテナンス，システム終了などのモードを選択したり状態を表示するメニュー選択エリア９０４と、画面右側に、開始，終了，レシピ保存，画像保存などの操作を指定する共通ボタンエリア９０５と、各種情報に加えて光学像とＳＥＭ像を切り替えて表示する情報表示エリア９０６と、各種詳細な情報を表示する情報表示エリア９０７で構成する。位置ずれ量検出部２０５の動作条件の設定は、情報表示エリア９０７や共通ボタンエリア９０５に備えたボタンで起動する設定画面９０８で行う。設定する内容は、パターン位置の検出を行う動作モードの指定や、パターン位置の検出に必要なしきい値などのパラメータである。図９では位置補正タイプ，判定しきい値の欄に数値を入力することで、動作モード，しきい値を指定している。ここで、パターン位置の検出を行う動作モードの指定とは、どのパターンでずれ量測定を行うか、どれくらいの頻度でずれ量測定を行うか、走査ラインごとに検出信号の平均化を行うか否か等によって、予め決められたモードを選択することである。図９では動作モードを位置補正タイプ欄に番号を入力することによって選択する例を示しているが、ユーザがずれ量測定を行うパターン位置等を直接指定できるようにしてもよい。

また別のＧＵＩとして、ユーザが通常の全面検査モードとＲＯＩの検査モードを選択することができる選択画面が提供されてもよく、さらに、ＲＯＩ検査モードが選ばれたときには自動的に上記の位置ずれ量検出，位置ずれ量補正を行うように構成することもできる。

なお、図９に示した表示画面は一例であってこれに限られるものではない。

実施例２では通常の検査においてセル比較領域に対してずれ量測定および、電子線照射位置の補正が行われる例について説明する。

まず、図１０と図１１を用いて本発明の課題について説明する。図１０は、従来の検査装置における試料上のパターン１００１と、予め設定する検査領域１００２と、電子線の走査領域１００３と、画像処理部５でのセル比較領域１００４と、の関係を示している。本実施例では走査領域は連続的につながっており、実施例１で説明したような、走査領域の設定に関する問題は特に生じない。しかしながら、一次電子線のドリフトが発生すると、実際の照射位置と目標照射位置がずれるため、検査領域以外の領域がセル比較領域１００４に入ってくることがあり、画像処理部５に入る検査画像が、比較画像として不適切になるという問題が生じる。セル比較を行う場合には、検査対象のパターンを対応するパターンと比較してその差画像によって欠陥抽出するので、セル比較対象領域内のパターンは必ず繰り返し性が要求される。したがって、検出信号が間違った位置と対応付けられると、本来比較対象でないパターンが含まれた領域と比較してしまい、擬似欠陥が発生する。

理想的には図１０に示すようにセル比較領域１００４が検査対象のパターン１００１をちょうど覆うように設定されるのがよい。しかし、上記のような問題のため、従来は検査領域１００２よりマージンを取って、小さくセル比較領域を設定し、電子線のドリフトがあったとしても検査領域の内部では繰り返し性を確保するようにしている。

しかし、マージンが小さすぎる場合には図１１上図に示すように電子線のドリフトによってセル比較領域１１０１の中に、繰り返し性のない領域（点線部）が存在する。よって、繰り返し性のない領域との比較による擬似欠陥が発生する。

またマージンが大きすぎる場合には図１１下図に示すように、検査対象のパターンの一部がセル比較領域１１０２の中に含まれないことになる（点線部）。セル比較領域に含まれないパターンは検査することができず、検査領域が少なくなるため、検査効率が下がる。

以上のような課題から、本実施例では、セル比較領域の設定に、電子線の照射目標位置と実際の照射位置のずれ量を用いる構成としている。

図１２を用いて第２の実施例について説明する。図１２の例はずれ量を用いて走査位置を補正し、それに合わせてセル比較領域を設定する例である。実施例１と同様に、ずれ量の測定については位置ずれ量検出部２０５で行い、求められたずれ量は位置ずれ量補正部２０９を通して、走査信号発生器４４に出力される。

電子線の走査のはじめはずれ量が未知のため、最初のセル比較領域（Ａ）ではセル比較領域を従来どおりマージンを取って検査領域より小さく設定する。（Ａ）の領域ではセル比較検査をするとともに、実際の検出位置１２０１と目標位置１２０２との差分（ずれ量１２０３）を求める。目標位置１２０２の情報はパターン位置情報として制御部６から入力される。ずれ量１２０３の求め方については実施例１と同様なので、説明を省略する。走査信号発生器４４は、求められたずれ量１２０３に基づいて位置ずれ量補正部２０９で生成される補正データを、走査信号のオフセットとし、走査偏向器１５に対して走査信号を出力する。この処理によって次のセル比較領域以降は、電子線の照射位置と、照射目標位置が正しく対応付けられるので、電子線のドリフトは実質的にないものとみなすことができる。したがって、（Ｂ）の領域に含まれるセル比較領域１００４では電子線照射の目標位置と実際の照射位置がほぼ等しいので、繰り返し性を確保するためのマージンを小さくすることができ、セル比較領域１００４を検査領域１００２とほぼ同じ大きさにすることができる。これによって検査面積の拡大を図ることができる。

また本実施例では、領域（Ａ）（Ｂ）でセル比較領域の大きさが異なるので、ユーザがセル比較モードを選択した場合には、ずれ量測定するパターン位置に応じて、制御部６が自動的にセル比較領域１００４の大きさ調整を行うようにするとよい。

実施例２の場合にも図９と同様の設定画面が表示されるようにしてもよい。ただし、ユーザがセル比較モードを選択したら自動的に位置ずれ量計測，セル領域の大きさ調整を行う場合には、設定画面の表示は必要ではない。

実施例２のセル比較領域の設定において別の方法として、電子線の走査位置を補正する代わりに、デジタル信号処理部２０３において画像データ２０４を生成する際に、検出信号と目標位置との対応関係を補正してもよい。実施例２では電子線照射はストライプ全面に対して行っており、セル比較領域の設定は検出信号取得後の演算処理に関連する設定なので、直接電子線の走査位置を補正する必要はない。

以下、図１３を用いて実施例３について説明する。

まず、所定のパターンにおいて位置ずれ量検出部２０５は電子線照射の目標位置（第一の目標位置１３０２）と実際に照射された位置（第一の検出位置１３０１）の差を求め、ずれ量１３０３とする。電子線照射の目標位置と実際に照射された位置とのずれ量１３０３を求めるまでは、実施例１と同様の処理で行う。位置ずれ量補正部２０９は、ずれ量を求めた後、走査信号発生器４４に補正データを出力するのではなく、デジタル信号処理部２０３に対してずれ量を出力する。または位置ずれ量検出部２０５がずれ量を直接デジタル信号処理部２０３に出力する。したがって、図１３上図に示すように、最初のパターン位置においてずれ量１３０３を求めた後であっても、電子線の走査位置は補正されず、次のパターンを走査するときに第二の照射位置１３０４と第二の検出位置１３０５との間に、ずれ量１３０３とほぼ同じ大きさのずれ量１３０６が生じる。

デジタル信号処理部２０３はＡＤ変換器２０２から出力されるデジタル信号２０７を画像の輝度信号として画像データ２０４に変換している。画像データ２０４をウェハ上の座標位置と関連付けて画像処理部５に出力し、画像処理部５で比較などの演算をする。本実施例において、デジタル信号処理部５はずれ量がわかっているので、ずれ量１３０３と同じ大きさの補正量１３０７分だけウェハ上の座標位置をずらして画像データ２０４と対応付ける。対応付けられた画像の局所平均輝度を図１３下図に示す。なお、ここでいう局所平均輝度とは近傍の画素の輝度を平均して得られる平均輝度を指す。図１３下図では、第一の目標位置１３０２と画像の輝度の変化が対応しており、あたかも第一の目標位置１３０２に電子線が照射されたかのように、座標と画像が対応付けられている。

このようにして適切な座標と対応付けられた画像データ２０４は、光伝送手段２４等を通して画像処理部５に伝送される。デジタル信号処理部２０３で、電子線照射目標の座標位置と画像とを正しく対応付けることができるので、画像処理部５において正しく対応付けられた座標位置を用いてセル比較を行えば、セル比較領域には繰り返し性を確保するためのマージンを縮小でき、検査領域とほぼ同じ大きさとすることができる。

以上の構成によると、電子線走査は電子線照射の目標位置からずれた位置で行われたとしても、ずれ量がわかっているので、検出された信号の強度を、ずれ量をオフセットとした正しい座標位置に、画像形成のときに対応付けることができる。したがって、セル比較領域を適切なサイズで決めることができ、検査面積の拡大を図ることができる。

なお、本実施例ではデジタル信号処理部２０３で画像と座標位置を対応付けて出力するとしたが、デジタル信号処理部２０３からは画像だけが画像処理部５に対して出力され、画像処理部５で座標位置と対応付けられて、画像比較が行われてもよい。この場合には位置ずれ量検出部２０５または位置ずれ量補正部２０９はずれ量１３０３を画像処理部５に対して出力する。

実施例３の場合にも図９と同様の設定画面が表示されるようにしてもよい。ただし、ユーザがセル比較モードを選択したら自動的に位置ずれ量計測，セル領域の大きさ調整を行う場合には、設定画面の表示は必要ではない。

実施例４では、上記の位置ずれ量検出，位置ずれ量補正をダイ比較検査に適用した例を示す。

図１４を用いてダイ比較の実施例について説明する。図１４の例はずれ量を用いて走査位置を補正し、それに合わせてダイ比較領域を設定する例である。実施例１と同様に、ずれ量の測定については位置ずれ量検出部２０５で行い、求められたずれ量は位置ずれ量補正部２０９を通して、走査信号発生器４４に出力される。

電子線の走査のはじめはずれ量が未知のため、最初のダイ比較領域（Ａ）ではダイ比較領域を従来どおりマージンを取って検査領域より小さく設定する。（Ａ）の領域ではダイ比較検査をするとともに、実際の検出位置１４０１と目標位置１４０２との差分（ずれ量１４０３）を求める。目標位置１４０２の情報はパターン位置情報として制御部６から入力される。ずれ量１４０３の求め方については実施例１と同様なので、説明を省略する。走査信号発生器４４は、求められたずれ量１４０３に基づいて位置ずれ量補正部２０９で生成される補正データを、走査信号のオフセットとし、走査偏向器１５に対して走査信号を出力する。この処理によって次のダイ比較領域以降は、電子線の照射位置と、照射目標位置が正しく対応付けられるので、電子線のドリフトは実質的にないものとみなすことができる。したがって、（Ｂ）の領域に含まれるダイ比較領域１４０４では電子線照射の目標位置と実際の照射位置がほぼ等しいので、繰り返し性を確保するためのマージンを小さくすることができ、ダイ比較領域１４０４を検査領域１４０２とほぼ同じ大きさにすることができる。これによって検査面積の拡大を図ることができる。

また本実施例では、領域（Ａ）（Ｂ）でダイ比較領域の大きさが異なるので、ユーザがダイ比較モードを選択した場合には、ずれ量測定するパターン位置に応じて、制御部６が自動的にダイ比較領域１４０４の大きさ調整を行うようにするとよい。

実施例４の場合にも図９と同様の設定画面が表示されるようにしてもよい。ただし、ユーザがダイ比較モードを選択したら自動的に位置ずれ量計測，ダイ領域の大きさ調整を行う場合には、設定画面の表示は必要ではない。

これまで、ＲＯＩ検査とセル比較とダイ比較について本発明が適用できることを説明した。これらの類似の検査や、これらの類似の検査を含めた組合わせの混合検査についても同様に適用することができることは言うまでもない。

１０ 電子銃
１１ 引出電極
１２ コンデンサレンズ
１３ ブランキング偏向器
１４ 絞り
１５ 走査偏向器
１６ 対物レンズ
１７ 反射板
１８ Ｅ×Ｂ偏向器
１９ 電子線
２０ 検出器
２１ プリアンプ
２２ 検出信号処理部
２３ 光変換手段
２４ 光伝送手段
２５ 電気変換手段
２６，３６ 高圧電源
２７ プリアンプ駆動電源
２８ 検出信号処理部駆動電源
２９ 逆バイアス電源
３０ 試料台
３１ Ｘステージ
３２ Ｙステージ
３４ 位置モニタ用測長器
３５ 高さ測定器
４０ 光源
４１ 光学レンズ
４２ ＣＣＤカメラ
４３ 補正制御回路
４４ 走査信号発生器
４５ 対物レンズ電源
４６ 第一画像記憶部
４７ 第二画像記憶部
４８ 演算部
４９ 欠陥判定部
５０ モニタ
５１ 二次電子
５２ 第二の二次電子

Claims (15)

1. 所定パターンが所定周期で配列された試料の検査に適用される検査装置において、
   一次電子線を発生する電子源と、
   前記一次電子線を偏向し、前記パターン上を走査させる走査偏向器と、
   前記試料上に前記一次電子線を集束する対物レンズと、
   前記一次電子線の照射によって得られる二次荷電粒子を検出し検出信号を出力する検出器と、
   前記検出信号に基づいて生成される画像データを用いて演算処理することにより前記パターンの欠陥候補位置を検出する画像処理部と、
   前記検出信号から得られる前記パターンの位置と、既知の前記パターンの位置を含む前記パターンの位置情報とから、前記一次電子線が照射された位置と当該照射の目標位置とのずれ量を求める位置ずれ量検出部と、
   前記ずれ量を用いて、前記パターンの位置より一周期以上離れたパターンに対する前記一次電子線の照射位置の補正値を出力する位置ずれ量補正部とを備える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、
   前記走査偏向器は、前記補正値に基づいて前記一次電子線の走査位置を補正することを特徴とする検査装置。
3. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記位置ずれ量検出部は、前記検出信号の出力時刻に対する、前記パターンの検出信号のプロファイルを用いて、前記パターンの位置を検知することを特徴とする検査装置。
4. 請求項１に記載の検査装置において、さらに、
   前記試料を前記一次電子線の走査方向とは交差する方向に移動させる試料ステージを備え、
   前記位置ずれ量検出部は、前記検出信号の出力時刻に代えて、前記試料ステージの移動方向の位置に対する、前記パターンの検出信号のプロファイルを用いて、前記パターンの位置を検知することを特徴とする検査装置。
5. 請求項３に記載の検査装置において、
   前記プロファイルは、１走査ラインごとの検出信号を１走査ラインの部分または全体を平均化することで得られる平均プロファイルであることを特徴とする検査装置。
6. 請求項１に記載の検査装置において、さらに、
   前記検出器から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を有し、
   前記位置ずれ量検出部は、前記ＡＤ変換器と前記画像処理部の間に配置されることを特徴とする検査装置。
7. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記試料を前記一次電子線の走査方向とは交差する方向に移動させる試料ステージを備え、
   前記試料ステージの移動速度が前記一次電子線の走査偏向周期と非同期であることを特徴とする検査装置。
8. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記試料を所定の方向に移動させる試料ステージと、
   当該試料ステージの移動方向と移動速度を制御するステージ制御部と、
   前記試料ステージの移動速度が前記一次電子線の走査偏向周期と同期する検査モードと、非同期である検査モードのいずれかを選択するための選択画面が表示されることを特徴とする検査装置。
9. 請求項１に記載の検査装置において、さらに、
   前記位置ずれ量検出部の動作条件を設定する画面が表示される表示部を備えることを特徴とする検査装置。
10. 所定パターンが所定周期で配列された試料の検査に適用される検査装置において、
    一次電子線を前記試料上に走査し、当該走査により得られる二次電子ないし反射電子を検出して信号出力する電子光学カラムと、
    前記走査の制御を含む電子光学カラムの動作を制御する制御部と、
    前記電子光学カラムの出力信号からデジタル信号を形成する二次荷電粒子検出部とを備え、
    当該二次荷電粒子検出部は、
    位置が既知の前記パターンに対するデジタル信号から、前記一次電子線の目標照射位置と実際の照射位置とのずれ量を求め、
    前記ずれ量を用いて、前記一次電子線の照射位置の補正量を出力することを特徴とする検査装置。
11. 請求項１０の検査装置において、
    前記制御部は、前記補正量を用いて前記一次電子線の照射位置を補正することを特徴とする検査装置。
12. 請求項１０に記載の検査装置において、
    前記二次荷電粒子検出部は、前記検出信号の出力時刻に対する、前記デジタル信号のプロファイルを用いて、前記パターンの位置を検知することを特徴とする検査装置。
13. 請求項１２に記載の検査装置において、
    前記プロファイルは、１走査ラインごとの検出信号を１走査ラインの部分または全体を平均化することで得られる平均プロファイルであることを特徴とする検査装置。
14. 請求項１０に記載の検査装置において、
    前記試料を前記一次電子線の走査方向とは交差する方向に移動させる試料ステージを備え、
    前記試料ステージの移動速度が前記一次電子線の走査偏向周期と非同期であることを特徴とする検査装置。
15. 電子線を照射することで試料の画像を取得し前記画像を用いて前記試料を検査する検査装置において、
    前記電子線を発生する電子源と、
    前記電子線を偏向し、前記試料のパターン上を走査させる走査偏向器と、
    前記試料上に前記一次電子線を集束する対物レンズと、
    前記電子線の照射によって得られる二次荷電粒子を検出し検出信号を出力する検出器と、
    前記試料を所定の方向に移動させる試料ステージと、
    前記検出信号に基づいて生成される画像データを用いて演算処理することにより前記パターンの欠陥候補位置を検出する画像処理部と、
    前記検出信号の出力時刻または前記試料ステージの移動方向の位置に対する前記パターンの検出信号のプロファイルに基づいて得られる前記パターンの位置と、既知の前記パターンの位置を含む前記パターンの位置情報とを比較し、前記一次電子線が照射された位置と当該照射の目標位置とのずれ量を求める位置ずれ量検出部とを備えることを特徴とする検査装置。

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