JP2015170539A - 欠陥観察装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ＳＥＭを用いた欠陥の詳細検査のスループットと分解能を上げる装置及びその方法を提供することにある。【解決手段】試料の観察対象領域に電子線を照射する電子線照射系と照射された前記電子線によって前記観察対象領域で放射される電子の信号を検出する電子検出系を有する電子顕微鏡部と、前記観察対象領域の振動を計測する計測部と、前記試料を前記電子顕微鏡部に対して相対的に移動させる駆動部と、前記駆動部の移動、前記電子顕微鏡部による前記観察対象領域の画像の取得、前記計測部の計測を制御する制御システム部と、を備え、前記制御システム部は、前記計測部により計測した前記観察対象領域の振動に応じて、前記電子顕微鏡部による前記画像の取得の時間または位置を決定することを特徴とする欠陥観察装置及びその方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥観察装置及びその方法に関する。

その背景技術として、例えば特許文献１がある。この公報には、「予備検査された検査部品を特定可能な部品検索情報と、検査部品に存在する欠陥の位置情報およびサイズ情報を有する予備検査情報と、前記検査部品に対する詳細検査用のレビュー装置を用いた詳細検査であるレビューにより得られたレビュー情報とを記憶する検査部品情報データベースと、検査部品保持部材にセットされる検査部品の種類判別情報入力手段および前記種類判別情報入力手段により入力された種類判別情報に対応する検査部品の予備検査情報を前記検査部品情報データベースから読み込む予備検査情報読込手段を有し、読み込まれた予備検査情報に含まれる欠陥の中から選択されたレビューすべき欠陥に関するレビューにより得られたレビュー情報を前記検査部品情報データベースに記憶させるレビュー情報登録手段とを備えた部品検査システム」が記載されている（要約参照）。

特開平１０−１３５２８８号公報

前記特許文献１には、予備検査で得られた部品の欠陥位置、大きさ等の予備検査情報を参考にして、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によりレビュー（詳細検査）を行うシステムが記載されている。従来、前記特許文献１のような部品検査システムでは、予備検査情報による部品の欠陥位置をＳＥＭで観察するために、部品を載せたステージを移動させ、ステージ停止後、一定の時間待機し、ＳＥＭ画像の取得を開始する。この時、ＳＥＭ画像の取得までに一定の時間待機する理由は、ステージ移動直後にＳＥＭ画像を取得した場合、ステージやＳＥＭ本体等の振動により、ＳＥＭ画像の焦点位置を合わせることが難しく、高解像度のＳＥＭ画像を取得できないからである。

しかしながら、ステージが移動した後のステージやＳＥＭ本体等の振動の大きさは、該ステージの移動方向、移動距離、移動速度等により異なる。よって、ステージが移動を終えてから待機する時間を一定とすると、ステージ、ＳＥＭ本体等の振動が十分減衰していてもＳＥＭ画像を取得せずに待機し、効率的にＳＥＭ画像を取得できず、検査時間が長くなる。また、ステージ等の振動がまだ減衰していないにもかかわらず、一定時間待機した後にＳＥＭ画像を取得してしまい、高解像度のＳＥＭ画像が得られないという問題も起こり得る。そこで、本発明は、ＳＥＭを用いた欠陥の詳細検査のスループットと分解能を上げることができる欠陥観察装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、試料の観察対象領域に電子線を照射する電子線照射系と照射された前記電子線によって前記観察対象領域で放射される電子の信号を検出する電子検出系を有する電子顕微鏡部と、前記観察対象領域の振動を計測する計測部と、前記試料を前記電子顕微鏡部に対して相対的に移動させる駆動部と、前記駆動部の移動、前記電子顕微鏡部による前記観察対象領域の画像の取得、前記計測部の計測を制御する制御システム部と、を備え、前記制御システム部は、前記計測部により計測した前記観察対象領域の振動に応じて、前記電子顕微鏡部による前記画像の取得の時間または位置を決定することを特徴とする欠陥観察装置及びその方法を提供する。

本発明によれば、ＳＥＭを用いた欠陥の詳細検査のスループットと分解能を上げることができる。

本発明における欠陥観察装置の構成図である。 レーザ変位計の構成図である。 光学式高さ検出器の構成図である。 実施例１における欠陥観察におけるフロー図の一例である。 実施例２における欠陥観察におけるフロー図の一例である。 実施例２におけるＳＥＭ画像の構成方法を示す図である。 実施例３における欠陥観察におけるフロー図の一例である。 実施例４における欠陥観察におけるフロー図の一例である。 実施例５における欠陥観察におけるフロー図の一例である。

以下に、図を用いて本発明の実施例を説明する。

（欠陥観察装置と欠陥検査装置はべつものの構成にする）
図１は本発明の実施例１における欠陥観察装置の構成図を示す。欠陥観察装置は、レビュー装置１００と、データベース１２２と、ユーザインタフェース１２３と、記憶装置１２４と、制御システム部１２５で概略構成されている。欠陥検査装置１０７は、ネットワーク１２１を介して欠陥観察装置と接続され、試料１０１上に存在する欠陥を検出し、欠陥の位置座標やサイズ等の欠陥情報を取得する。欠陥検査装置１０７は、試料１０１上の欠陥に関する情報が取得できるものであればよい。

取得した欠陥情報は、ネットワーク１２１を介し、記憶装置１２４または制御システム部１２５に出力される。記憶装置１２４は、該出力された欠陥情報を格納する。制御システム部１２５は、欠陥検査装置１０７が出力した欠陥情報、或いは、記憶装置１２４に格納された欠陥情報を読み込み、読み込んだ欠陥情報に基づいてレビュー装置１００を制御する。そして、欠陥検査装置１０７で検出された欠陥のいくつか或いは全ての欠陥を詳細に観察し、欠陥の分類、発生原因の分析等を行う。

次に、図１に示すレビュー装置１００の構成について説明する。レビュー装置１００は、試料ホルダ１０２及びステージ１０３を備える駆動部と、光学式高さ検出器１０４と、光学顕微鏡１０５と、真空漕（図示せず）と、ＳＥＭ１０６（電子顕微鏡部）と、レーザ変位計１０８、を有する。試料１０１は、移動可能なステージ１０３に設置された試料ホルダ１０２上に載置される。ステージ１０３の移動により、試料１０１に存在する観察対象欠陥はＳＥＭ１０６の視野内に移動できる。制御システム部１２５は、ステージ１０３、光学式高さ検出器１０４、光学顕微鏡１０５、ＳＥＭ１０６、レーザ変位計１０８、ユーザインターフェース１２３、データベース１２２、記憶装置１２４と接続されており、ステージ１０３の移動、電子顕微鏡部による画像の取得、光学式高さ検出器１０４及びレーザ変位計１０８を有する計測部での計測等、各構成の動作及び入力を制御する。また、制御システム１２５は、ネットワーク１２１を介して上位のシステム（例えば検査装置１０７）と接続されている。

ＳＥＭ１０６は、電子線源１５１、引き出し電極１５２、偏向電極１５３、対物レンズ１５４を備える電子線照射系と、２次電子検出器１５５および反射電子検出器１５６を備える電子検出系を有する。内部の電子線源１５１から１次電子は放出され、放射された１次電子は、引き出し電極１５２によってビーム状に引き出して加速される。そして、偏向電極１５３によって、加速された１次電子ビームの軌道を制御し、対物レンズ電極１５４は、軌道を制御された１次電子ビームを試料１０１の表面に収束して照射する。試料１０１の表面に照射された１次電子ビームは、試料１０１上を照射した領域から２次電子や反射電子等を発生させる。２次電子検出器１５５は、発生した２次電子を検出し、反射電子検出器１５６は、反射電子などの比較的高エネルギの電子を検出する。ＳＥＭ１０６の光軸上に配置されたシャッター（図示せず）は、電子線源１５１から照射された電子線の試料１０１上への照射開始・停止を選択する。以上で説明したＳＥＭ１０６の構成は、制御システム部１２５により制御され、電子線のフォーカス位置や観察倍率を変更することができる。

光学式高さ検出器１０４とレーザ変位計１０８は、レビュー装置１００の計測部として、試料１０１上の観察対象領域の振動を計測する。ここでいう振動とは、振動の振幅や周波数、周期等の各種振動に係るパラメータを含んでいる。具体的には、光学式高さ検出器１０４は、ステージ１０３上に存在する試料１０１の観察対象領域の高さ位置、および、観察対象領域に対して垂直方向の振動Ｖを計測する。また、レーザ変位計１０８は、ステージ１０３とＳＥＭ１０６間の相対変位を検出し、観察対象領域の水平方向の振動Ｈを計測する。光学式高さ検出器１０４およびレーザ変位計１０８で計測した振動は、信号として制御システム部１２５へ出力される。

制御システム部１２５は、欠陥検査装置１０７で得た欠陥情報を基に光学顕微鏡１０５で再検出し、欠陥検査装置１０７で検出した欠陥の位置情報をレビュー装置上の位置情報に変換する。そして、ＳＥＭ１０６は、制御システム部１２５で検査装置１０７上の位置情報から変換されたレビュー装置上の欠陥位置情報を用い、制御システム部１２５でレビュー装置上の位置情報に変換された欠陥を観察する。

また、制御システム部１２５は、レーザ変位計１０８が検出したステージ１０３とＳＥＭ１０６間の相対変位を用い、試料１０１上の観察対象欠陥がＳＥＭ１０６視野内に配置されるようステージ１０３の移動量を補正する。また、制御システム部１２５は、レーザ変位計１０８で計測した観察対象領域の水平方向の振動Ｈ、及び光学式高さ検出器１０４で計測した試料１０１の観察対象領域の振動Ｖおよびその高さ位置の変化に基づいて、電子線のフォーカス位置あるいはその補正量を導出し、偏向電極１５３及び対物レンズ電極１５４を制御し、試料１０１の観察対象領域上に電子線のフォーカス位置を合わせる。

制御システム部１２５は、２次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６によって取得した信号からＳＥＭ画像を構成する際に、レーザ変位計１０８及び光学式高さ検出器１０４の測定した試料１０１の観察対象領域の水平方向および垂直方向の振動に基づいて、２次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６によって取得した信号の中からＳＥＭ画像を構成する信号を選択し、該ＳＥＭ画像を構成する信号に選択された信号を用いＳＥＭ画像を構成するようにできる。

図２はレーザ変位計１０８の構成例を示す。レーザ変位計１０８は、レーザ光源１４０と、ビームスプリッタ１４１と、ミラー１４２と、ターゲット１４３及び１４４と、検出器１４５を有する。レーザ光源１４０は変位測定光を出射し、出射された変位測定光はビームスプリッタ１４１により２分割される。ミラー１４２は、ＳＥＭ１０６に光線を照射するため光路を折り曲げる。ターゲット１４３及び１４４は、ステージ１０３及びＳＥＭ１０６のそれぞれに配置され、２分割された変位測定光がそれぞれ照射される。検出器１６５は、ターゲット１４３及びターゲット１４４のそれぞれで反射された光の干渉パターンを電気信号に変換し検出する。変換された信号は、制御システム部１２５へ送られ、制御システム部１２５はターゲット１４３とターゲット１４４間の相対変位を導出する。この時、ターゲット１４３とターゲット１４４間の相対変位変化は、ステージ１０３とＳＥＭ１０６間の相対変位変化に準ずるものとみなすことができる。以上のようにすることで、観察対象領域の水平方向の振動Ｈを計測することが可能である。

図３は光学式高さ検出器１０４の構成例を示す。光学式高さ検出器１０４は、光源１６０と、集光レンズ１６１と、スリット１６２と、結像レンズ１６３と、集光レンズ１６４と、検出器１６５を有する。光源１６０は高さ測定光を出射する。光源１６０より出射された高さ測定光は、集光レンズ１６１により集光され、スリット１６２を透過する。スリット１６２を透過した高さ測定光は、結像レンズ１６３により試料１０１の観察対象領域に結像（スリット１６２の像）されて反射する。反射した高さ測定光は、集光レンズ１６４により集光され、検出器１６５が集光レンズ１６４で集光された高さ測定光を検出して電気信号へ変換する。検出器１６５で電気信号へ変換された高さ測定光の信号は、制御システム部１２５へ送られ試料１０１の観察対象領域の振動Ｖおよび高さ位置が導出される。尚、検出器１６５としては、二次元ＣＣＤ又はラインセンサ、２分割又は４分割のポジションセンサ等を用いればよいが、これら以外のセンサを用いても構わない。

次に、欠陥検査装置１０７の検査からレビュー装置１００による欠陥観察までの流れの概要を説明する。まず、欠陥検査装置１０７を用いて試料１０１の欠陥を検出し、欠陥情報を記憶装置１２４或いは制御システム部１２５に出力する。欠陥検査装置１０７が出力する試料１０１の欠陥情報は、欠陥検査装置１０７を用いて検出した欠陥座標、欠陥信号、欠陥形状、欠陥散乱光の偏光、欠陥種、欠陥ラベル、欠陥の特徴量、試料１０１表面の散乱信号等のいずれかもしくはこれらの組み合わせで構成される欠陥検査結果、及び検査装置１０７の照明入射角、照明波長、照明方位角、照明強度、照明偏光、検出器の方位角、検出器の仰角、検出器の検出領域等のいずれかもしくはこれらの組み合わせで構成される欠陥検査条件で構成される。

欠陥検査装置１０７に複数のセンサが存在する場合は、センサ毎に出力された試料１０１の欠陥情報もしくは、複数のセンサ出力を統合した試料１０１の欠陥情報を用いる。そして、欠陥検査装置１０７で検出した欠陥の一部若しくは全部をレビュー装置で観察する。この際、欠陥検査装置１０７で取得した欠陥情報を基に、光学顕微鏡１０５で欠陥の位置情報を再検出し、レビュー装置上の位置情報に変換する。そして、変換された位置情報を用い、ＳＥＭ１０６の観察視野内に観察対象欠陥を位置合わせした後、電子線フォーカスを合焦し、欠陥を観察する。また、必要に応じ、欠陥画像の取得、欠陥分類を適宜実施する。なお、必要であれば、ＳＥＭ１０６による観察を行う前に、ＳＥＭ画像を用いた電子線フォーカスの合焦を実施してもよい。この方法を用いれば、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスにおける合焦の精度を上げる事ができる。

ＳＥＭ画像を用いた電子線のフォーカス合わせでは、まずレビュー装置の視野内に欠陥を位置合わせする。その後、光学式高さ検出器１０４で計測した試料１０１の観察対象領域の高さ位置を中心に電子線のフォーカス高さをシフトさせていき、高さが異なる複数枚の画像を取得する。そして、該取得した複数枚画像のコントラストなどに基づく特徴量のフォーカス変化を導出し、その特徴量の変化量からＳＥＭ画像の焦点が合う位置（以下、ＳＥＭ合焦位置と称す）を導出する。この導出した結果に基づき、電子線のフォーカスがＳＥＭ合焦位置に合うようにＳＥＭ１０６を制御する。以下において、ＳＥＭ画像を用い、電子線フォーカスを合わせるプロセスをＳＥＭ画像オートフォーカスと称す。

半導体プロセスの進展に伴う、高集積化のニーズにより、デバイスにとって致命的となる欠陥サイズが微細化している。そのため、レビュー装置の観察対象欠陥が微細化し、微細な欠陥を高倍率で観察・撮像することが必要である。また、レビュー装置を半導体製造のインライン検査に用いる場合、観察時間の削減はタクトタイム削減となる。また、レビュー装置を半導体製造のオフライン検査に用いる場合、観察時間の削減は迅速なプロセスへのフィードバックを可能にする。そのため、オンライン検査、オフライン検査に関わらず、レビュー装置ユーザには、ＳＥＭ観察による高分解能で高倍率な欠陥の観察・撮像を高速化したいというニーズがある。

しかしながら、高倍率でのＳＥＭ観察において、観察対象欠陥をレビュー装置の視野内に配置するためステージ１０３を移動させ、ステージが目的とする位置に移動して停止した後、電子線のフォーカスを観察対象欠陥に合わせ、ＳＥＭ観察を開始するようにするだけでは、高分解能で高倍率な欠陥の観察・撮像の高速化は難しい。なぜなら、ステージ１０３の移動直後では、ステージ１０３は水平方向及び垂直方向に振動しているので、これらの振動による像ブレ及び像ボケが発生してしまう。また、ステージ１０３の移動に伴い、ステージ１０３だけでなく、ＳＥＭ１０６等のレビュー装置の各構成要素も大きく振動する。

ＳＥＭ画像は、対物レンズ１５４を用い試料１０１上に集光した電子線で、試料１０１上の観察対象領域を走査し、電子線の走査によって試料１０１上から発生する二次電子や反射電子を二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６を用いて検出された信号から構成されている。ＳＥＭ画像オートフォーカスを実施せず、ステージ１０３の移動終了直後に、光学式高さ検出器１０４を用いて、試料１０１の表面におけるＳＥＭ１０６視野内の高さ位置を計測し、該計測した高さに電子線のフォーカス位置を合わせ、高倍率のＳＥＭ画像を取得する場合（以下、ＳＥＭ画像オートフォーカスレスと称す。）は、ＳＥＭ撮像中のステージ１０３の水平方向振動及び垂直方向振動によって、電子線のフォーカス位置の水平方向揺らぎによる像のゆれ、及び電子線のフォーカスがずれて生じる像ボケを引き起こし、実際の表面とは異なるＳＥＭ画像の取得やＳＥＭ画像の画質低下等の問題が起きてしまう。

例えば、観察対象領域の電子線走査中に、観察対象領域の水平方向に対して振動が生じた場合、本当は直線のラインアンドスペースパターンであるところが、該水平方向の振動によって走査する位置がずれ、ＳＥＭ画像では波型のパターンを構成してしまう可能性がある。また、同様に、観察対象領域の電子線走査中に、観察対象領域の垂直方向に対して振動が生じた場合、試料上の電子線スポットサイズが変化し、同一画像内の場所によって空間分解能が異なる場合がある。

さらに、ＳＥＭ式のレビュー装置では、観察対象領域を複数回電子線で走査し、複数回分の信号を積算し、コントラストの良いＳＥＭ像を得るという方法が一般的に行われている。この時、観察対象領域の水平方向の振動、すなわちステージ１０３とＳＥＭ１０６間の相対変位に大きな振動が存在すると、信号が積算されるために振動の影響がより大きく、像ブレ、像ボケによりＳＥＭ画像の解像度が低下しうる。

ＳＥＭ画像撮像時に許容される電子線のフォーカス位置と観察対象位置間の相対位置の変化について説明する。一般的に、ＳＥＭの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ: ＤＯＦ）は光学顕微鏡のＤＯＦに対して長く、ＳＥＭは垂直方向の振動に対して安定である。しかし、高倍率のＳＥＭ観察においては空間分解能を縮小するために、大きな開口数で電子線を絞っており、その結果、電子線のＤＯＦは短くなり、観察対象領域の振動による電子線のフォーカス位置と観察対象位置間の相対位置変化の影響が無視できなくなる。許容される観察対象領域の水平方向の振動Ｈ₀（以下、許容水平振動と称す。図６参照。）は、ＳＥＭの観察倍率によって決まる横分解能と二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６を用いて取得した信号からＳＥＭ画像を構成する際に用いられる信号処理技術によって決まる。また、許容される観察対象領域の水平方向の振動Ｖ₀（以下、許容垂直振動と称す。図６参照。）は、ＳＥＭ１０６の観察倍率やモードに応じた電子線のＤＯＦによって決まる。

従来、ＳＥＭ画像オートフォーカスレスの場合、電子線のフォーカス位置と観察対象間の位置の相対変位が、ＳＥＭが撮像可能な程度に収まり、振動による像ブレ、像ボケの発生を抑制するために、ステージ１０３の移動終了後からＳＥＭ画像撮像開始までに、待機時間を設定している。そして、該待機時間は、観察対象座標やステージ１０３の移動速度・方向等によらず一定値を用いている。一定の待機時間を設定する場合、電子線のフォーカス位置と観察対象領域の位置との間の相対変位変化が十分に収まる時間まで待機するため、ＳＥＭ画像に対する振動の影響は小さくなる。しかしながら、観察対象領域の試料１０１上の位置やステージ１０３の移動速度・方向、加速度等によって、振動の大きさ及び周波数、そして、振動が十分に収まるまでの時間が異なる。そのため、試料全面において一定の待機時間を設定した場合、ステージ１０３移動後の観察対象領域の振動が小さく、ＳＥＭ撮像が可能な振動に収まるまでの時間が短いと、ＳＥＭ撮像開始までに余分な待ち時間が生じ、検査時間が長くなってしまう。また逆に、待機時間設定時に想定していない程、観察対象領域の振動が大きい場合や振動の減衰速度が遅い場合では、振動による像ブレ、像ボケが発生し、低解像度なＳＥＭ画像と成りうる。

また、ステージ１０３の移動終了後にＳＥＭ画像オートフォーカスを用いる場合でも、電子線の合焦位置を導出する際、電子線の合焦位置を垂直方向にシフトして取得した複数枚のＳＥＭ画像に像ブレや像ボケが存在すると、正確な焦点測度が得られず合焦位置の導出に必要な精度が保証できない、もしくは合焦位置を導出できず、電子線フォーカスの自動焦点合わせに失敗する恐れがある。

本実施例では、上記課題を解決するために、制御システム部１２５は、振動に応じて画像の取得の時間または位置を決定する。具体的には、光学式高さ検出器１０４やレーザ変位計１０８等の計測部で取得した観察対象領域の水平方向および垂直方向の振動を用い、一定の待機時間ではなく、観察対象領域毎に適切な待機時間を設定する。そして、該待機時間終了後、速やかにＳＥＭ画像を取得することで、余分な待機時間を減らし、振動起因の像ブレや像ボケの影響を抑制し、高速に高分解能な高倍ＳＥＭ観察を可能とする方法を提案する。

観察対象領域の振動を計測部で計測するために検出する相対変位は、図２と図３で説明したステージ１０３とＳＥＭ１０６間の相対変位及び光学式高さ検出器１０４と試料１０１の観察対象領域間の相対変位に限らず、電子線のフォーカス位置と観察対象領域間の相対変位、または、計測部とステージ１０３間の相対変位、計測部とＳＥＭ１０６間の相対変位、電子線のフォーカス位置と観察対象領域間の相対変位に準ずる場所の相対変位でもよい。なお、電子線のフォーカス位置と観察対象領域の位置との間の相対変位は、他のモードの振動の影響を除去でき、より精度の高い位置合わせが可能となる。電子線のフォーカス位置を計測することが困難な場合は、電子線源１５１やＳＥＭ１０６上のターゲット１４３等、電子線のフォーカス位置とほぼ同様の振動を有する要素を用いることで相対変位を計測する。また、ステージ１０３の相対変位を検出する計測部としては、レーザ変位計（図２）や光学式高さ検出器（図３）の他に、静電容量センサ（図示せず）等を用いてもよい。

ＳＥＭ１０６の撮像倍率に応じて、計測部で計測した水平方向及び垂直方向の振動を用い、像ブレや像ボケのない十分な分解能を持つＳＥＭ画像を取得する上で観察対象領域の振動が十分に減衰するまでに必要な待機時間（図６中のＴ_Ｓ）と、観察対象領域の振動が十分に減衰した時の観察対象領域の高さ位置（以下、減衰位置と称す。図６中の点線３０３。）を、制御システム部１２５で推定する。推定した待機時間内にＳＥＭ１０６のフォーカス電圧を制御し、推定した減衰位置に電子線のフォーカス位置を合わせ、ステージ１０３の移動終了から待機時間経過後に、二次電子検出器や反射電子検出器によって検出された試料１０１上の電子線走査によって発生した電子の信号を用い、ＳＥＭ画像を取得する。

本方式によれば、ステージ１０３の移動方向等の違いによって変わる振動を考慮し、各観察対象領域に合わせた待機時間を設定できるため、高倍率なＳＥＭ観察の高速化を達成でき、また、像ブレや像ボケのない高分解能なＳＥＭ画像を取得可能となる。さらに、観察対象欠陥の座標やステージ１０３の移動速度等に由らず一定の待機時間を設定する場合とは異なり、環境変動や装置不具合等により予期せず待機時間が長くなった場合においても、振動が収まるまでに必要な待機時間を設定し、像ブレ・像ボケのない高精度で高解像度なＳＥＭ観察が可能である。

図４は第１の実施例における欠陥観察までのフロー図を示す。

検査装置１０７が出力した試料１０１の欠陥情報を読み込み、該欠陥情報に基づき、光学顕微鏡１０５で観察対象となる欠陥の位置を再検出し、該位置をレビュー装置上の位置座標に変換する（ＳＴＥＰ４０００）。そして、観察対象欠陥がレビュー装置１００内のＳＥＭ１０６の視野内に入るようにステージ１０３を移動させる（ＳＴＥＰ４００１）。ステージ１０３の移動後、レーザ変位計１０８と光学式高さ検出器１０４を用い、観察対象領域の水平方向に対する振動Ｈと垂直方向に対する振動Ｖを取得する（ＳＴＥＰ４００２）。次に、計測した水平方向および垂直方向の振動ＨおよびＶが、許容水平振動Ｈ₀と許容垂直振動Ｖ₀よりも小さくなる待機時間および減衰位置を推定する（ＳＴＥＰ４００３）。推定した減衰位置に基づき、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスを合わせた後（ＳＴＥP４００４），ステージ１０３の移動後から待機時間が経過するまで待機し（ＳＴＥＰ４００５）、経過後速やかにＳＥＭ画像を取得する（ＳＴＥＰ４００６）。一方、待機時間が経過していない場合、ＳＥＭ撮像を取得せずに待機する。ＳＥＭ画像を取得した後、制御システム部１２５は次に観察する欠陥があるかどうか判断し（ＳＴＥＰ４００７）、ある場合、上述したレビュー装置で欠陥を観察する手順（ＳＴＥＰ４００１）へ戻り、処理を進める。一方、次に観察する欠陥がない場合、レビュー装置１００による観察を終了する。

なお、計測部を用いて観察対象領域の水平方向及び垂直方向の振動ＨおよびＶを取得するタイミングは、ステージ１０３の移動前後に限らず、ステージ１０３の移動中（ＳＴＥＰ４００１）やＳＥＭ撮像前の待機中（ＳＴＥP４００３），ＳＥＭ撮像中（ＳＴＥＰ４００４）に取得し続けても良い。ＳＥＭ撮像開始後引き続き振動を取得し続ける場合、ＳＥＭ撮像開始前に取得した値から推定した減衰位置や待機時間と、導出以降に取得した実際の減衰位置と待機時間との差を導出し、減衰位置及び待機時間の推定値へフィードバックを行うことで、以降の減衰位置及び待機時間の推定精度の向上が可能となる。

また、各観察対象領域での減衰位置及び待機時間を決定するために使用する計測部による振動の計測値は、現在の観察対象領域での計測値に限らず、過去の観察対象領域での振動の計測値、及び振動の計測値から作成された特徴量、の一つ乃至いずれかである。例えば、振動の計測値から作成された特徴量としては、過去のステージ１０３における減衰振動の時間変化を近似した関数等が考えられる。この場合、試料１０１上をマトリックス上に分割したセル毎、ステージ１０３の移動方向・移動距離毎に、近似関数をデータベース１２２に保存する。そして、観察対象欠陥への移動方向、観察対象欠陥の座標から適時参照し、減衰位置及び待機時間を推定する。

この時、減衰位置及び減衰時間の決定に使用するための振動の計測値を取得するタイミングは、例えば、試料１０１に存在する複数個の欠陥の中の最初の観察欠陥へのステージ１０３の動作から、最後の観察欠陥の減衰位置及び減衰時間の決定まで連続的に計測し続けるとよい。或いは、試料１０１上の観察対象欠陥個々でステージ１０３の移動により観察対象領域をＳＥＭ１０６の視野内に入ってから計測値を取得開始し、減衰位置及び待機時間決定後終了してもよい。

試料１０１の表面特性上、電子線による帯電の影響が大きい場合、レーザ変位計１０８や光学式高さ検出器１０４による振動の計測値のみに基づいて推定した観察対象領域の減衰位置に電子線のフォーカス位置を制御すると、帯電によって電子線のフォーカス位置がシフトし、電子線のフォーカス位置を観察対象領域上に合わせることができなくなる恐れがある。

試料１０１上に複数の観察対象欠陥が存在する場合、観察対象欠陥の一部を用いて、帯電による電子線のフォーカス位置のシフト量データ（以下、帯電フォーカスオフセットと称す。）を取得し、帯電フォーカスオフセット取得後は、計測部の計測値と該帯電フォーカスオフセットを用い、観察対象領域に電子線のフォーカス合わせを行う。例えば、検査開始後１〜Ｎ番目の欠陥において、ＳＥＭ画像オートフォーカスを実施し、計測部の計測値から推定した減衰位置と、ＳＥＭ画像オートフォーカスで導出した実際のフォーカス位置の帯電フォーカスオフセット量を導出し、Ｎ+１個目の欠陥以降は、１〜Ｎ番目の欠陥で取得した帯電フォーカスオフセット量と計測部の計測値を用いフォーカス合わせをする。また、Ｎ+１番目以降の欠陥観察においても、任意の個数Ｍ個中に１回ＳＥＭ画像オートフォーカスを実施し、帯電フォーカスオフセット量の補正を行なっても良い。この場合、試料１０１上の帯電による電子線のフォーカスシフト量を考慮したフォーカス合わせが可能であり、試料１０１の表面特性に影響されず、高倍率においてもフォーカスの合った高精度で高解像度なＳＥＭ画像の取得が可能となる。

また、観察対象欠陥の一部を用いて、取得するデータは、帯電フォーカスオフセット量に限らず、計測部の計測値から推定した減衰位置及び待機時間と、推定値導出以降に計測し続けた計測値から検出した実際のステージ１０３の減衰位置と待機時間との差を導出し、減衰位置及び待機時間の推定値へフィードバックを行うことで、以降の減衰位置及び待機時間の推定精度の向上が可能である。また計測部の計測値から減衰時間及び待機位置の推定方法の補正は、観察対象欠陥を対象にＳＥＭ観察中に実施してもよい。例えば、ステージ１０３移動後に計測部の計測値から減衰時間及び待機位置を推定し、推定した減衰位置に基づき電子線のフォーカスを合わせ、推定した待機時間終了後にＳＥＭ画像オートフォーカス用のＳＥＭ画像を取得する。減衰位置及び待機時間の推定後も引き続き計測部を用いステージ１０３の振動を計測し続け、実際の減衰位置と待機時間を計測する。次に、ＳＥＭ画像オートフォーカスで取得した電子線のフォーカス位置と、実際の減衰位置と待機時間と、推定した減衰位置と待機時間から、帯電のフォーカスシフトを含めた減衰位置及び待機時間の推定方法を補正する。

また、計測部の計測値に基づく減衰位置と待機時間の推定方法の補正を行う場合、補正のためのデータの取得は、観察対象欠陥の一部の欠陥に限らず、試料１０１上の観察対象領域以外の領域や観察対象試料１０１以外で行なっても良い。例えば、試料１０１上の観察対象領域以外の領域を用いる場合、ＳＥＭ画像オートフォーカス精度の高いパターンを補正用データ取得領域に選択することで、高精度な補正値を導出可能である。また、補正データの取得領域は、観察対象欠陥と同一の試料１０１上にあるため、試料の表面特性は同一であるり、高精度な帯電フォーカスオフセットが導出できる。ＳＥＭ画像オートフォーカス時に使用する特徴量によるが、例えば、ＳＥＭ画像オートフォーカス精度の高いパターンは、高いコントラストが期待できるエッジ部があり、デフォーカスによるＳＥＭ画像のコントラスト変化が大きいパターン等が考えられる。また、減衰位置及び待機時間の決定に使用する計測値を観察対象領域以外で取得しても良い。

また、補正に使用するための振動の計測値は、一つの領域の計測値に限らず、複数領域で取得した計測値を用いてもよい。例えば、テストサンプルと観察対象の試料１０１で取得した計測部の計測値を用いる場合について説明する。観察対象の試料１０１をＳＥＭ観察する前に、テストサンプルを用い、ステージ１０３の移動に伴う計測部の計測値から、減衰位置及び待機時間を推定し、レビュー装置の装置パラメータをデータベース１２２に保存しておく。保存するパラメータとしては、例えば、試料１０１上をマトリックス上に分割し、該分割されたマトリックスのセル毎に、ステージ１０３の移動方向毎の振動の時間変化を示す減衰曲線等が考えられる。次に、観察対象試料１０１を観察する際、データベース化された減衰位置及び待機時間と、観察対象欠陥上での計測部の計測値に基づき、ＳＥＭ１０６の電子線のフォーカス位置を合焦、及び撮像開始タイミングを制御し、ＳＥＭ画像を取得する。また、観察対象の試料１０１の表面特性上、試料１０１表面の帯電による電子線のフォーカス位置シフトが発生する恐れがある場合は、予め試料１０１上の一つの領域もしくは複数領域において、ＳＥＭ画像オートフォーカスを行い、帯電フォーカスオフセット量を取得し、試料１０１上の観察対象領域をＳＥＭ１０６で撮像する際には、該帯電フォーカスオフセット量と、データベース１２２に保存された減衰位置及び待機時間と、観察対象欠陥上での計測部の計測値に基づき、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカス合わせ、及び撮像開始タイミングを制御し、ＳＥＭ画像を取得する。

次に、減衰位置および待機時間を推定する際に必要な水平方向および垂直方向のステージ１０３の許容振動Ｈ₀及びＶ₀を決めるＳＥＭ１０６の撮像倍率について説明する。前述したように、許容振動Ｈ₀及びＶ₀は、撮像倍率や観察モード等のＳＥＭの光学条件及びＳＥＭ画像に対して実施される画像処理によって規定される。撮像倍率は、ユーザインターフェースに表示される検査レシピにおいて、予めユーザが希望する撮像倍率を設定することができる。または、検査レシピにおいて、ユーザが希望する検査時間を設定しても良い。例えば、検査時間を設定する場合、試料１０１のロード/アンロード等に必要な時間と、試料１０１上の観察対象欠陥をＳＥＭ１０６の視野内に移動させるために必要なステージ移動時間とを、ユーザ希望検査時間から引いた時間を観察対象欠陥数で割り、一つの欠陥を観察するのに許容される時間を導出する。そして、該許容される時間を基に、一つの欠陥の観察に許容され、かつ観察可能となる待機時間を推定し、該待機時間で撮像可能なＳＥＭ観察倍率を決定する方法がある。

次に、本実施例において使用するステージ１０３の許容振動Ｈ₀とＶ₀の決め方に関して説明する。

許容振動は、ユーザの希望する観察倍率から決定する方法と、ユーザが希望する検査時間から決定する方法がある。垂直方向の観察対象領域の振動Ｖの許容振動Ｖ₀は、ＳＥＭの観察倍率のＤＯＦ及び計測部で計測した計測値信号の読み出し時間、読み出した信号値から待機時間を計算する計算時間、ＳＥＭの電子線照射を制御するシャッターの応答時間、等に基づき決定する。また、水平方向の観察対象領域の振動Ｈの許容振動Ｈ₀は、ＳＥＭの観察倍率に必要な分解能に基づき決定する。該必要な分解能は、観察するＳＥＭの倍率及び、レーザ変位計１０８からのフィードバック性能、画像処理性能等に基づき決定する。

待機時間の導出方法は、いくつか考えられる。例えば、複数の振動から振動の標準偏差を導出し、標準偏差が許容振動Ｈ₀とＶ₀以下になる領域を導出する。他には、複数時間のサンプリング点の計測値を積算し、平滑化した計測値から待機時間を推定する。積算時間は、ＳＥＭ撮像に問題のない振動周期を用いる。他に振動値の最大、最小値の差分を用いる。

以上で説明したように、本実施例では、ステージ１０３の移動方向、移動距離、移動速度等の違いによって変わる振動を考慮し、各観察対象領域に合わせた待機時間を設定できるため、高倍率なＳＥＭ観察の高速化を達成でき、さらに像ブレや像ボケのない高分解能なＳＥＭ画像を取得可能となる。

図５と図６を用い本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は、待機時間を推定すること無く、観察対象領域ごとに待機時間を最短に設定することが可能な方法である。図５は、本発明の第２の実施例による欠陥観察のフロー図を示す。ここで、ＳＴＥＰ５０００からＳＴＥＰ５００２までの流れは、実施例１におけるＳＴＥＰ４０００からＳＴＥＰ４００２までと同様なのでここでは説明を省略する。

ＳＥＭ１０６の電子線走査開始時刻をＴ＝０、ＳＥＭ画像を構成するために必要な撮像時間をＴ₀、振動Ｈ及びＶがＨ₀及びＶ₀以下となりＳＥＭ撮像可能な状態になる時間をＴ_Ｓ、実際に撮像終了する時間をＴ_Ｅとする。

ＳＴＥＰ５００２で取得した振動ＨおよびＶを基に、観察対象領域の減衰位置を制御システム部１２５で推定し（ＳＴＥＰ５００３）、推定した減衰位置を用いてＳＥＭ１０６のフォーカスを観察対象領域に合焦する（ＳＴＥＰ５００４）。続いて、ＳＥＭ１０６の電子線での走査を開始し、ＳＥＭ１０６の撮像を開始する（ＳＴＥＰ５００５）。ＳＥＭ１０６の撮像開始後、計測部で観察対象領域の水平方向および垂直方向の振動ＨおよびＶを取得し続け、それぞれの振動がＳＥＭ撮像可能な許容振動Ｈ₀及びＶ₀以下になるまで待機する（ＳＴＥＰ５００５）。この間、ＳＥＭ１０６は撮像し続けている。そして、観察対象領域の振動ＨおよびＶが、許容振動Ｈ₀及びＶ₀以下になった時刻を待機時間Ｔ_Ｓとし、Ｔ_０秒経過するまでＳＥＭ１０６は撮像を続け、時刻Ｔ_ＳからＴ_０秒後までに撮像した信号を用いてＳＥＭ画像を構成する（ＳＴＥＰ５００７）。そして、Ｔ_０秒経過後にＳＥＭ１０６の撮像を終了し（ＳＴＥＰ５００８）、制御システム部１２５は次の観察対象となる欠陥の有無を判断する（ＳＴＥＰ５００９）。

なお、ステージ１０３の移動後からＳＥＭ１０６の電子線走査開始前に限らず、ステージ移動中（ＳＴＥＰ５００１）や電子線走査中（ＳＴＥＰ５００５〜５００８）に取得した水平方向および垂直方向の観察対象領域の振動を用い、待機時間Ｔ_Ｓ以前は電子線のフォーカス位置の補正を行うために使用し、また、減衰時間Ｔ_Ｓ以降は、他の欠陥観察の減衰位置及び待機時間導出のための補正用データとして使用してもよい。このようにすることで、推定される減衰位置及び待機時間の精度が向上し、より効率的に高解像度のＳＥＭ画像を取得できる。

図５に示した本発明の第２の実施例における欠陥観察についての一例を、図６を用いてさらに具体的に説明する。図６は、試料１０１の観察対象領域を５回電子線走査した場合において、電子線走査によって観察対象領域から発生した電子を二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６を用い検出した信号を積算し、１枚のＳＥＭ画像を構成する場合について示している。ここで、観察対象領域の全面を１回電子線で走査することを１フレームと称す。

枠３１０、３１１、３１２は、タイムチャートを表しており、タイムチャート３１０は各フレームに必要な走査時間を、タイムチャート３１１はステージ移動終了後に待機時間無くＳＥＭの撮像を開始し、５フレーム分の電子線走査時間を表している。また、タイムチャート３１２は、本実施例を適用した場合の電子線走査時間を表している。タイムチャート３１０中の数字は、フレーム数である。実線３０１は、光学式高さ検出器１０４及びレーザ変位計１０８等の計測部によって取得された観察対象領域の振動の時間変化を、線３０２はＳＥＭ１０６の電子線走査により試料表面上で発生した二次電子や反射電子を二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６で検出した信号を表している。点線３０３は観察対象領域の振動が十分に収まったときの減衰位置を、矢印３０４はＳＥＭの撮像が許容される許容振動を、それぞれ示している。点線３１３は電子線走査開始時間０を、点線３１４は計測部で計測された変位信号が閾値３０４以下に収まった減衰時間Ｔ_Ｓを、点線３１５は通常の５フレーム撮像の終了時間Ｔ₀を、点線３１６は本発明の第二の実施例を適用した場合の５フレーム撮像の終了時間Ｔ₀+Ｔ_Ｓを、それぞれ示す。

本発明の第２の実施例を適用した場合、ステージ１０３の移動終了後、観察対象領域にＳＥＭ１０６の電子線フォーカス位置を合焦し、電子線走査、すなわちＳＥＭ画像の撮像を開始する。電子線走査中、計測部で観察対象領域の振動を取得し続け、取得した振動３０１が許容振動３０４以下となる待機時間Ｔ_Ｓを検出し、待機時間Ｔ_Ｓ分に応じて電子線の走査時間を延長し、Ｔ_０＋Ｔ_ｓにおいて電子線の走査を終了する。この時、電子線走査中に取得した二次電子検出器１５５及び反射電子検出器１５６の５フレーム分の検出信号を用い、１枚のＳＥＭ画像を構成する。そして、ステージ１０３の移動終了後から待機時間Ｔ_ｓまでに取得した信号は、振動の影響が大きいためＳＥＭ画像の構成には使用せず、待機時間Ｔ_Ｓ以降の時間３０８と時間３０９で取得した５フレーム分の信号を用い、ＳＥＭ画像を構成する。

なお、電子線走査の開始及び終了は、ＳＥＭ１０６の電子線の光軸上に移動可能なシャッターを出し入れすることで、制御することができる。また、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスの位置を合焦するために必要な減衰位置を推定するにあたり、光学式高さ検出器１０４で取得する垂直方向の観察対象領域の振動は、撮像開始時刻前に導出しても良いし、もしくは、観察対象領域の振動が許容振動以下に収まるまでの待機時間Ｔ_Ｓまでに導出してもよい。

以上、本実施例では、待機時間を推定すること無く、観察対象領域ごとに待機時間を最短に設定することができ、ステージ１０３の移動方向や移動量に応じて効率的に一つ以上の欠陥を観察することができる。また、十分に観察対象領域の振動が減衰した後の信号を用いてＳＥＭ画像を構成するので、観察によって取得した欠陥のＳＥＭ画像は高精度かつ高解像度となる。

図７は本発明の第３の実施例における欠陥観察のフロー図を示す。

本実施例は、観察対象となる欠陥に対し、低倍率及び高倍率のＳＥＭ観察を行う場合についての実施例である。ステージ１０３の移動前後の検出部の計測値を用い、低倍率のＳＥＭ撮像時の電子線のフォーカス位置を合焦し、低倍率によるＳＥＭ撮像を開始する。そして、そのＳＥＭ撮像中に取得した計測部の計測値を用い、高倍率のＳＥＭ撮像条件を決定し、低倍率のＳＥＭ撮像終了後から高倍率のＳＥＭ撮像可能となる待機時間の間に、高倍率のＳＥＭ撮像時の電子線のフォーカス位置を合焦し、高倍率のＳＥＭ撮像を開始する。これにより、観察対象欠陥毎に適切な待機時間を設定でき、検査時間を短縮することが可能となる。低倍率のＳＥＭ撮像中に決定する高倍率のＳＥＭ撮像条件は、高倍率のＳＥＭ観察における電子線のフォーカス位置及び撮像開始時間等である。

図７を用い、本実施例における欠陥観察の流れの一例を説明する。ＳＴＥＰ７０００からＳＴＥＰ７００２は実施例１のＳＴＥＰ４０００からＳＴＥＰ４００２と同様であるので説明は省略する。本実施例では、観察対象領域の振動ＨおよびＶを取得し（ＳＴＥＰ７００２）、ステージ１０３の待機時間と減衰位置を推定する間に（ＳＴＥＰ７００３）、計測部により取得した観察対象領域の高さ位置を基に、低倍率（倍率Ａ）で電子線のフォーカス位置を合焦し（ＳＴＥＰ７００４）、ＳＥＭ画像を取得する（ＳＴＥＰ７００５）。この低倍率のＳＥＭ画像の取得は、ステージ１０３が移動した後、待機時間を設けずに行う。低倍率のＳＥＭ撮像終了後、推定した減衰位置を用い高倍率（倍率Ｂ）でＳＥＭの電子線のフォーカスを合焦する（ＳＴＥＰ７００６）。次に、推定した待機時間が経過するまで待機し、待機時間が経過すれば（ＳＴＥＰ７００７）、速やかに高倍率のＳＥＭ画像を取得する（ＳＴＥＰ７００８）。高倍率のＳＥＭ画像を取得した後、制御システム部１２５は、次に観察対象欠陥があるかどうか判断し（ＳＴＥP７００９），ある場合は次の観察対象欠陥の位置にステージ１０３を移動させ、ない場合は観察を終了する。なお、推定した待機時間が、低倍率のＳＥＭ画像の取得時間より短い場合、低倍率のＳＥＭ画像取得後速やかに高倍率でＳＥＭ１０６の電子線のフォーカス位置を合焦し、高倍率のＳＥＭ画像を取得する。

また、ステージ１０３の移動後からＳＥＭ１０６の電子線走査開始前に限らず、ステージ移動中（ＳＴＥＰ７００１）や待機時間が経過するまで待機している間（ＳＴＥＰ７００７）、低倍率のＳＥＭ画像取得中（ＳＴＥＰ７００５）、及び高倍率のＳＥＭ画像取得中（ＳＴＥＰ７００８）に観察対象領域の水平方向および垂直方向の振動ＨおよびＶを計測し、それらを用い、減衰時間を経過する以前は電子線フォーカスの位置を補正するために使用し、減衰時間を経過した以降は、他の欠陥観察の減衰位置及び待機時間の推定のために補正用データとして使用してもよい。

低倍率におけるＳＥＭ観察の倍率Ａの決め方については、ステージ１０３の移動後、移動に伴う振動が存在する中で速やかに撮像が可能な深いＤＯＦや粗い分解能を持つ倍率を、予めユーザがユーザインターフェイスに表示される検査レシピ上で設定してもよい。または、ステージ１０３の移動前後の計測部の計測値を用いて自動で選択、もしくは、予め装置パラメータとして設定してもよい。予め装置パラメータとして低倍率でのＳＥＭ画像取得時の倍率Ａを設定する場合は、観察対象領域の座標やステージ移動方向等に由らず一定値としてもよいし、もしくは、ステージ１０３の平面をマトリックス状に分割し、各マトリックスのセルにおいて、ステージ移動方向毎に異なる値としても良い。観察対象領域の座標やステージ移動方向によって異なる倍率を設定する場合は、予めデータベース１２２に保存しておき、検査レシピ作成後に、各観察対象領域の低倍ＳＥＭ撮像倍率を選択する。

高倍率のＳＥＭ観察の倍率Ｂは、検査レシピにおいて予めユーザが希望する観察倍率を設定することができる。または、検査レシピにおいて、ユーザが希望する検査時間を設定しても良い。例えば、検査時間を設定する場合、試料１０１のロード/アンロード等に必要な時間と、試料１０１上の観察対象欠陥をＳＥＭ１０６の視野内に移動させるために必要なステージ移動時間とを、ユーザ希望検査時間から引いた時間を観察対象欠陥数で割り、一つの欠陥の観察に許容される時間を導出し、該一つの欠陥の観察に許容される検査時間内に低倍率のＳＥＭ観察及び高倍率のＳＥＭ観察が可能となる高倍率のＳＥＭ撮像に許容される待機時間を導出し、該待機時間で撮像可能なＳＥＭ観察倍率を決定する方法がある。

また、低倍率のＳＥＭ画像取得中に計測した計測部の計測値から高倍率のＳＥＭ撮像条件を決定する方法がある。計測部の計測値から、低倍率のＳＥＭ撮像終了時間に計測した振動を用い、該振動の大きさを許容出来る倍率Ｂを高倍率のＳＥＭ撮像倍率に設定し、低倍率のＳＥＭ撮像終了後速やかに高倍率のＳＥＭ撮像を開始する。この時使用する計測部の計測値は、低倍率のＳＥＭ撮像中継続して取得した値、もしくは、低倍率のＳＥＭ撮像開始後で高倍率のＳＥＭ撮像開始前に取得した１点、もしくは複数点の計測値を用いても良い。

また、予め試料１０１の表面高さマップを作成し、その高さ情報を用いてＳＥＭ１０６の電子線フォーカスを合焦点してもよい（ＳＴＥＰ７００４）この時、ステージ移動終了後すぐに低倍率のＳＥＭ撮像を開始することが可能となり、効率的に欠陥を観察することができる。

また、低倍率のＳＥＭ画像を用い、観察対象欠陥の座標を導出し、高倍率のＳＥＭ画像を取得する際の電子線フォーカスの位置合わせの際に、該座標と計測部の計測値を用いることで、高精度な座標アライメントが可能である。このようにすることで、より精度高く欠陥の観察が可能となる。低倍率のＳＥＭ画像を用い欠陥座標のアライメントを行う場合、高倍率のＳＥＭの撮像倍率Ｂの空間分解能や画像処理方法などによって規定される必要アライメント精度が得られる倍率として倍率Ａを決定する方法がある。

以上で説明したように、本実施例では、高倍率のＳＥＭ画像を取得するための待機時間中に、低倍率のＳＥＭ画像を取得することで、観察対象の欠陥の位置の精度を高めつつ、観察対象欠陥毎に適切な待機時間を設定し、検査時間を短縮することが可能となる。

図８は本発明の第４の実施例における欠陥観察のフロー図を示す。

本実施例では、計測部の計測値を用い、ＳＥＭ１０６の電子線フォーカス位置をリアルタイムにフィードバックする事（以下、ビームＦＢと称す。）で振動による影響を抑制する。そして、観察対象領域の振動が、計測部の計測値を用いたビームＦＢでは対応できないほど高周期の振動や大きな振動である場合に、実施例１のように、水平方向および垂直方向の振動ＨおよびＶが許容振動Ｈ₀およびＶ₀以下に減衰してからＳＥＭ画像の取得を開始するために適切な待機時間を設定する。これにより、ビームＦＢで対応できない振動に対して、適切な待機時間を設定でき、効率的に欠陥を観察し、検査時間を短縮できる。

本実施例における欠陥観察の一例の流れについて、図８を用いて説明する。ここで、ＳＴＥＰ８０００からＳＴＥＰ８００４までは実施例１と同様であるので説明を省略する。ＳＥＭ１０６の電子線フォーカスを合焦した後、ＳＴＥＰ８００５では、制御システム部１２５が、計測部で計測する観察対象領域の振動を基に、観察対象領域の振動が、ビームＦＢにより対応可能な周波数の振動かどうかを判断する（ＳＴＥＰ８００５）。ビームＦＢでＳＥＭ１０６の電子線フォーカス位置の補正が可能な振動の場合、ＳＥＭの撮像を開始する（ＳＴＥＰ８００７）。一方、ビームＦＢでＳＥＭ１０６の電子線フォーカス位置の補正が可能な振動でない場合、ステージ１０３が移動してから待機時間を経過したかどうかを判断し（ＳＴＥＰ８００６）、待機時間を経過していれば、同様にＳＥＭの撮像を開始する（ＳＴＥP８００７）。しかし、待機時間を経過していなければ、再びＳＴＥＰ８００５に戻り、ビームＦＢによるＳＥＭの電子線フォーカス補正が可能かどうか判断する。

ＳＥＭ撮像中には、計測部で観察対象領域の振動を計測し続け、ＳＥＭ画像の取得を完了するまでＳＥＭの電子線フォーカスを補正する（ＳＴＥＰ８００８、８００９）。ＳＥＭ画像の取得が完了すれば、次に観察対象欠陥がある場合はステージ１０３を移動させ、次に観察対象欠陥がない場合は観察を終了する。このようにすることで、観察対象領域の振動に応じて適切な待機時間でＳＥＭ撮像を開始することができ、効率的に欠陥の観察が行えるとともに高精度で高解像度なＳＥＭ画像を取得できる。

図９は本発明の第５の実施例における欠陥観察のフロー図を示す。

本実施例は、一つの観察対象の欠陥を複数回ＳＥＭ撮像している間、計測部により振動を計測し続け、その計測値を用い、ＳＥＭ撮像終了後に同一座標領域からの信号を基に、ＳＥＭ画像を構成する方法である。この時に、信号値が欠落している座標領域がある場合は、周囲の座標領域の信号値を用いて補間し、信号値が欠落している座標領域の信号値を推定する。

本実施例における欠陥観察の一例の流れを、図９を用いて説明する。ここで、ＳＴＥＰ９０００からＳＴＥＰ９００４までは、実施例２におけるＳＴＥＰ５０００からＳＴＥＰ５００４と同様なので説明を省略する。ＳＥＭ１０６による電子線のフォーカス位置を合焦した後（ＳＴＥＰ９００４）、ＳＥＭ画像の撮像を開始し，観察対象領域を複数回にわたって電子線で走査して撮像する（ＳＴＥＰ９００５）。この時、ビームＦＢによるＳＥＭの電子線のフォーカス位置を補正してもよい。また、ＳＥＭ撮像中に水平方向の観察対象領域の振動をもとに試料１０１表面の座標を取得する（ＳＴＥＰ９００６）。そして、走査した際に取得したＳＥＭ信号のうち試料１０１表面の同一座標の領域から放射された電子の信号を基に、ＳＥＭ画像を構成する（ＳＴＥＰ９００７）。ＳＥＭ画像の構成方法としては、同座標領域からの信号を積算あるいは平均化するなど、観察対象領域からの信号を用いて画像を構成する方法であれば何でもよい。この時、観察対象領域の振動のために、信号が欠落している領域は、周囲の信号を用いた補間により信号を推定する。ＳＥＭ画像の構成が完了すれば、次に観察対象欠陥がある場合はステージ１０３を移動させ、次に観察対象欠陥がない場合は観察を終了する（ＳＴＥＰ９００８）。

なお、信号の積算あるいは平均化によるＳＥＭ画像の構成は、複数回にわたって電子線を走査して撮像するうち、１回の走査を終えるごとに行ってもよいし、次の観察対象の欠陥の位置に向けてステージ１０３を移動させている時に行ってもよい。すなわち、ＳＥＭ画像を構成するタイミングは、上述した説明に限定されるものではない。

このようにすることで、待機時間を設定することなく、ＳＥＭの撮像を開始することができる。また、効率的にＳＥＭ画像を取得でき、検査時間を短縮することができる。また、観察対象領域の振動を基に、同じ座標からの信号を積算しているので、高精度で高解像度なＳＥＭ画像を取得することができる。

なお、実施例２、３、４、５においては、実施例１と同じ手段で試料表面の帯電によるフォーカス位置シフトの補正を行うことで、より高精度かつ高解像度なＳＥＭ画像を取得することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。減衰位置及び減衰時間の導出は、水平方向及び垂直方向の変位両方において、実施する場合について記載しているが、水平方向のみ、または垂直方向のみに対して適用しても良い。また、ビームＦＢと本発明を組み合わせて用いても良い。

１０１…試料 １０２…試料ホルダ １０３…ステージ １０４…光学式高さ検出器 １０５…光学顕微鏡 １０６…電子顕微鏡 １０７…検査装置 １１１…真空封し窓 １１２…真空槽 １２１…ネットワーク １２２…ライブラリ １２３…ユーザインターフェース １２４…記憶装置 １２５…制御システム

Claims (14)

1. 試料の観察対象領域に電子線を照射する電子線照射系と照射された前記電子線によって前記観察対象領域で放射される電子の信号を検出する電子検出系を有する電子顕微鏡部と、
   前記観察対象領域の振動を計測する計測部と、
   前記試料を前記電子顕微鏡部に対して相対的に移動させる駆動部と、
   前記駆動部の移動、前記電子顕微鏡部による前記観察対象領域の画像の取得、前記計測部の計測を制御する制御システム部と、
   を備え、
   前記制御システム部は、前記計測部により計測した前記観察対象領域の振動に応じて、前記電子顕微鏡部による前記画像の取得の時間または位置を決定することを特徴とする欠陥観察装置。
2. 請求項１に記載の欠陥観察装置であって、
   前記制御システム部は、前記計測部により計測した前記観察対象領域の振動に基づいて、前記観察対象領域の振動が所定の振動以下に減衰するまでの待機時間および観察対象領域の振動が収束する減衰位置を推定することを特徴とする欠陥観察装置。
3. 請求項２に記載の欠陥観察装置であって、
   前記制御システム部は、推定した前記減衰位置に基づいて前記電子線のフォーカス位置を前記観察対象領域の表面に制御し、前記待機時間の経過後に前記観察対象領域の画像を取得することを特徴とする欠陥観察装置。
4. 請求項１に記載の欠陥観察装置であって、
   前記電子線照射系は、前記駆動部の移動後に前記観察対象領域への前記電子線の走査を開始し、前記計測部により計測した前記観察対象領域の振動が所定の振動以下に減衰した後に前記電子検出系において検出した前記信号を用いて前記観察対象領域の画像を構成することを特徴とする欠陥観察装置。
5. 請求項３に記載の欠陥観察装置であって、
   前記電子顕微鏡部は、前記画像を取得する前に、前記画像の倍率より小さい倍率で前記電子顕微鏡部により前記観察対象領域の画像を少なくとも一つは取得することを特徴とする欠陥観察装置。
6. 請求項３に記載の欠陥観察装置であって、
   前記制御システム部は、前記計測部により計測した前記観察対象領域の高さ位置に基づいて前記電子線のフォーカス位置を制御するビームフィードバックで前記電子線のフォーカス位置を制御できない場合に前記観察対象領域の画像の取得を待機することを特徴とする欠陥観察装置。
7. 試料の観察対象領域に電子線を照射する電子線照射系と照射された前記電子線によって前記観察対象領域で放射される電子の信号を検出する電子検出系を有する電子顕微鏡部と、
   前記観察対象領域の振動を計測する計測部と、
   前記試料を前記電子顕微鏡部に対して相対的に移動させる駆動部と、
   前記駆動部の移動、前記電子顕微鏡部による前記観察対象領域の画像の取得、前記計測部の計測を制御する制御システム部と、
   を備え、
   前記電子線照射系は、前記観察対象領域を前記電子線で複数回走査し、
   前記制御システム部は、前記計測部で計測した前記観察対象領域の振動を基に前記観察対象領域の同領域で検出された前記信号あるいは前記同領域の周囲の前記信号を用いた補間により前記画像を構成することを特徴とする欠陥観察装置。
8. 電子線を照射して画像を取得する電子顕微鏡部に対して試料を相対的に移動させ、
   前記試料の観察対象領域の振動を計測し、
   計測した前記観察対象領域の振動に応じて、前記観察対象領域の画像を取得する時間または位置を決定し、
   前記観察対象領域に前記電子線を照射し、照射された前記電子線によって前記観察対象領域から放射される電子を検出して画像を取得する欠陥観察方法。
9. 請求項８に記載の欠陥観察方法であって、
   計測した前記観察対象領域の振動に基づいて、前記観察対象領域の振動が所定の振動以下に減衰するまでの待機時間および観察対象領域の振動が収束する減衰位置を推定することを特徴とする欠陥観察方法。
10. 請求項９に記載の欠陥観察方法であって、
    推定した前記減衰位置に基づいて前記電子線のフォーカス位置を前記観察対象領域の表面に制御し、前記待機時間の経過後に前記観察対象領域の画像を取得することを特徴とする欠陥観察方法。
    
11. 請求項８に記載の欠陥観察方法であって、
    前記試料の移動後に前記観察対象領域への前記電子線の走査を開始し、計測した前記観察対象領域の振動が所定の振動以下に減衰した後に検出した前記信号を用いて前記観察対象領域の画像を構成することを特徴とする欠陥観察方法。
12. 請求項１０に記載の欠陥観察方法であって、
    前記画像を取得する前に、前記画像の倍率より小さい倍率で前記観察対象領域の画像を少なくとも一つは取得することを特徴とする欠陥観察方法。
13. 請求項１０に記載の欠陥観察方法であって、
    計測した前記観察対象領域の高さ位置に基づいて前記電子線のフォーカス位置を制御するビームフィードバックで前記電子線のフォーカス位置を制御できない場合に前記観察対象領域の画像の取得を待機することを特徴とする欠陥観察方法。
14. 電子線を照射して画像を取得する電子顕微鏡部に対して試料を相対的に移動させ、
    前記試料の観察対象領域の振動を計測しながら電子線で前記観察対象領域を複数回走査し、
    照射された前記電子線によって前記観察対象領域で放射される電子の信号を検出し、
    前記観察対象領域の振動を基に前記観察対象領域の同領域で検出された前記信号あるいは前記同領域の周囲の前記信号を用いた補間により前記画像を構成することを特徴とする欠陥観察方法。

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