JP2016131177A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥検出感度を維持できるミラー電子顕微鏡を提供する。
【解決手段】ウェハホルダに与えている負電圧を、正方向に変化させながら、ミラー電子像を複数枚撮像する。これらのミラー電子像の中で検査画像として最適の画像の第１計測値Ｍ１Ａ、第２計測値Ｍ２Ａを算出する。最適画像を与えるウェハホルダの電圧より正方向の電圧に対するミラー電子像の中から、許容できる限界のミラー電子像を決定し、この画像に対する第１計測値Ｍ１Ｂを算出し、最適画像の第１計測値に対する許容減少率α＝Ｍ１Ｂ／Ｍ１Ａを算出し記憶する。最適画像を与えるウェハホルダの電圧より負方向の電圧に対するミラー電子像の中から、許容できる限界のミラー電子像を決定し、第２計測値Ｍ２Ｂを算出し、最適画像の第２計測値に対する許容減少率β＝Ｍ２Ｂ／Ｍ２Ａを算出し記憶する。これらに基づいてウェハホルダの電圧を自動制御する。
【選択図】図３

Description

本開示は検査装置に関し、例えばミラー電子顕微鏡を用いた欠陥検査装置に適用可能である。

半導体デバイス製造では、鏡面状に研磨されたＳｉやＳｉＣなどを材料とするウェハ上に微細な回路を形成する。このようなウェハ上に異物や傷、あるいは結晶欠陥などが存在すると、回路パターンの形成過程において欠陥や材質劣化が生じ、製造されたデバイスが正常に動作しなくなったり、所望の電気特性が得られなかったり、動作の信頼性が劣化したりし，製品として完成しない。

これまで回路パターン製造工程に先立つウェハの検査には、可視から紫外のある波長を持つ光（以下、単に光と記す。）をウェハ表面に照射して表面で散乱された光を検知する技術（光学散乱式検査技術）や、微分干渉など光学顕微鏡技術を応用した検査装置が用いられてきた。しかし、半導体素子の微細化の進展により、検出に十分な散乱強度が得られないほど微細な異物を管理する必要が生じており、また、光学顕微鏡技術では像として現れない基板の結晶欠陥が半導体デバイスの信頼性特性に影響を及ぼすなど、従来の光を用いた検査技術ではウェハの品質管理に支障が出るようになってきている。

このような光を用いて検出できない異物や欠陥を検出できる技術としては、電子線を用いた電子顕微鏡技術がある。電子顕微鏡は極めて高い空間分解能を有しており、光の散乱強度が著しく低くなる２０ナノメートル以下の大きさの異物の像を得ることは容易である。また、電子線は荷電粒子であることから、結晶欠陥の電気的な特性を利用して、光では検出できない欠陥を検出できる。しかしながら、電子顕微鏡はミクロンサイズの小さい視野での観察には実用的な時間で像を得ることができるが、半導体基板となるウェハの前面を検査のために隈なく観察するためには、膨大な観察時間を要する。例えば、直径１００ミリのＳｉウェハ表面全てを１０ナノメートル程度の分解能で検査する場合、標準的な条件で試算すると走査電子顕微鏡ではおよそ６日の時間が必要となる。

一方、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、特開平１１−１０８８６４号（特許文献１）に開示されている。この検査技術は、照射する電子線の加速電圧に近い負電位をウェハ表面に与えることで、ウェハ表面上の検査視野全体に照射した電子線をウェハ表面近傍で反転させ、反転した電子を電子レンズで結像し検査用の電子像を得る。この反転した電子を以下ミラー電子と称する。特許文献1に開示されている技術は、このミラー電子を結像するミラー電子顕微鏡を応用した検査技術である。

特開平１１−１０８８６４号

ミラー電子顕微鏡を用いた欠陥検査において欠陥検出感度を維持するには、電子線をウェハ表面に近いところで反射させ、これを維持する必要がある。しかし、ウェハの表面電位はウェハ自体の材質や表面近傍の材質、または、ウェハに負電圧を与えている電源の変動、等によって変化し、また電子線のエネルギーは加速電圧を与える電源の変動により変化することがあるため、時間的、空間的に変動する。したがって、検査動作中に、反射高さを自動的に制御する必要がある。
その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、検査装置は、電子源から放出される電子線を、ウェハ上の視野を含む範囲に照射する照射光学系と、前記ウェハまたは前記ウェハが設置されるウェハホルダに対し設定される負電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧の印加によって前記ウェハから反射される電子を結像してミラー電子像を取得するミラー電子結像光学系と、前記ミラー電子像を位置座標に関して周波数変換し、周波数平面での原点または原点近傍の値を第１計測値とする演算と、前記原点の値または原点近傍の値にて規格化され、前記周波数変換される画像強度の値を一定の領域内において合計し第２計測値とする演算と、を実行する演算部と、前記第１計測値および前記第２計測値に基づき、前記電圧印加部に対して前記印加される電圧を制御する信号を出力する制御部と、前記制御部によって制御される電圧にて取得される前記ミラー電子像を用いて前記ウェハの欠陥を検出する欠陥検出部と、を有する。

上記検査装置によれば、ウェハの検査をミラー電子顕微鏡で実施する際に、検査途中において、電子線が反射するウェハ表面からの高さを自動調整することが可能となる。

ミラー電子顕微鏡像のコントラスト形成を説明する図である。 実施例１に係る検査装置を説明するための図である。 実施例１に係る検査装置を説明するための図である。 実施例１に係る検査装置を説明するための図である。 変形例１に係る検査装置を説明するための図である。 変形例３に係る検査装置を説明するための図である。 変形例４に係る検査装置を説明するための図である。 実施例２に係る検査装置を説明するための図である。 実施例２に係る検査装置を説明するための図である。

以下、実施形態および実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。

ミラー電子顕微鏡における欠陥検出感度は、電子が反射するウェハ表面からの高さに大きく依存する。その理由を、図１を用いて説明する。図１は被検査ウェハの表面近傍の断面を示し、ウェハ上に突起がある場合に形成されている等電位面および電子軌道の様子を模式的に示している。図１（Ａ）は、反射している等電位面が表面に近い場合、図１（Ｂ）は、少し離れた場合をそれぞれ示している。
ミラー電子顕微鏡においては、電子線（電子軌道ＥＯ）は表面に対し垂直にかつ平行な軌道をもって表面に照射され、ウェハ１０４が戴置されているウェハホルダに与えられた電圧の値で決定される、ある表面電位を持った等電位面ＥＳで反射される。ここで、ウェハ表面から反射される等電位面までの距離を反射高さ（Ｈ）という。図１（Ａ）に示すように、表面に近い等電位面ＥＳの勾配は大きいため、電子線（電子軌道ＥＯ）は反射時に大きく偏向される。しかし、図１（Ｂ）に示すように、表面から離れた等電位面ＥＳで反射する場合、等電位面ＥＳの勾配は小さくなるため、電子線（電子軌道ＥＯ）の偏向量は小さくなる。図中のフォーカス面ＦＳは、ミラー電子顕微鏡の対物レンズがフォーカスしている面であり、この面における電子密度の差は、反射時に大きく偏向されている図１（Ａ）の方が大きくなる。このため、異物等の突起が作るミラー電子像のコントラストは大きく、すなわち、突起の検出感度が高くなっていることを意味する。しかし、図１（Ｂ）に示すように、ウェハ表面から離れた高さで反射すると、コントラストは小さくなり、検出感度が落ちる。したがって、ミラー電子顕微鏡による欠陥検出においては、できるだけ表面に近い高さで電子線を反射させるように、ウェハ表面の電位と照射電子線のエネルギーとを制御する必要がある。
電子線の反射高さ（Ｈ）を直接計測することは極めて困難なので、反射高さ（Ｈ）の判断はミラー電子像の解像性や明るさから判断する。

＜実施形態＞
実施形態に係る検査装置は、ミラー電子像を位置座標に関して周波数変換し、周波数平面での原点または原点近傍の値を第１計測値とする演算と、原点の値または原点近傍の値にて規格化される周波数変換される画像強度の値を一定の領域内において合計し第２計測値とする演算とを行い、これら第１および第２計測値に基づいてウェハホルダの電圧を自動制御する。
検査動作中に照射する電子線がウェハ表面の負電位によって反射する際、ウェハ表面からの適切な高さで反射するためのウェハ印加電圧の自動制御が可能となるため、欠陥検査における必要な感度を決定し、かつ維持することができ、ウェハの欠陥をプロセス前に発見し、不良デバイスを生産してしまうリスクを減少させることができる。

実施形態の第１の実施例（実施例１）に係る検査装置について図２から４を用いて説明する。図２は実施例に係る検査装置の構成を示す図である。図３は第１計測値および第２計測値の変化の様子を示す図である。図４は検査実行中の反射面高さの自動制御を示すフローチャートである。但し、図２には真空排気用のポンプやその制御装置、排気系配管、被検査ウェハの搬送系などは略されている。また、電子線の軌道は、説明のため実際の軌道より誇張されている。

＜電子照射＞
まず、実施例１に係る検査装置１０の電子線照射に係わる部分について説明する。電子銃１０１から放出される照射電子線１００ａは、コンデンサレンズ１０２によって収束されながら、セパレータ１０３により偏向されて、検査対象となるウェハ１０４（ウェハ上の視野を含む範囲）に略平行束の電子線となって照射される。

電子銃１０１には、光源径が小さく大きな電流値が得られる、Ｚｒ／Ｏ／Ｗ型のショットキー電子源が用いられるが、より高い電流値が得られるＬａＢ_６電子源やより輝度の高い冷陰極電子源等の電子源を用いてもよい。また、電子銃１０１は、電子源近傍に磁界レンズを配する磁界重畳型電子銃であってもよい。電子銃１０１の引出電圧、引き出される電子線の加速電圧、および電子源フィラメントの加熱電流などの、電子銃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。

コンデンサレンズ１０２は、図では１つに描かれているがより平行度の高い照射電子線が得られる様、複数のレンズや多極子を組み合わせたシステムであっても良い。コンデンサレンズ１０２は、対物レンズ１０６の後焦点面に電子線が集束するように調整される。対物レンズ１０６は、複数の電極からなる静電レンズか、または、磁界レンズである。

セパレータ１０３は、被検査ウェハ１０４に向かう照射電子線と、被検査ウェハ１０４から戻ってくるミラー電子線とを分離するために設置される。本実施例のセパレータ１０３では、Ｅ×Ｂ偏向器を利用している。Ｅ×Ｂ偏向器は、上方から来た電子線を偏向し、下方から来た電子線を直進させるように設定できる。この場合、図のように照射電子線を供給する電子光学鏡筒は傾斜され、被検査ウェハ１０４で反射される電子を結像する電子光学鏡筒は直立する。セパレータとして、磁界のみを用いた偏向器を使用することも可能である。電子線の光軸に垂直な方向に磁界を設置し、照射電子線を被検査ウェハ１０４の方向へ偏向し、被検査ウェハ１０４からの電子は照射電子線の来る方向とは正反対の方向へ偏向する。この場合は、照射電子線鏡筒の光軸と電子線結像鏡筒の光軸とは、対物レンズの光軸を中心に左右対称の配置となる。

セパレータ１０３によって照射電子線１００ａが偏向されるとき発生する収差を補正する必要がある場合は、収差補正器を追加配置してもよい。また、セパレータ１０３が磁界偏向器の場合は、補助的なコイルを設けて補正する。

セパレータ１０３によって偏向された照射電子線１００ａは、対物レンズ１０６により、被検査ウェハ１０４表面に対し垂直に入射する平行束の電子線に形成される。前述のように、対物レンズ１０６の後焦点１００ｂに電子線が集束されるように、照射系コンデンサレンズ１０２が調整されるので、平行性の高い電子線を被検査ウェハ１０４に対して照射することができる。照射電子線１００ａが照射する被検査ウェハ１０４上の領域は、例えば１００００μｍ^２等といった面積を有する。

被検査ウェハ１０４は、移動ステージ制御装置１０７によって制御されている移動ステージ１０８の上に絶縁部材１２２を介して設置されているウェハホルダ１０９上に戴置されている。移動ステージ１０８の駆動方式は、被検査ウェハ１０４の中心を回転中心とした回転運動およびウェハの半径方向への直進運動、または、直交する二つの直進運動の組合せである。またこれらに加えて、上下方向の直進運動や、傾き方向の運動が追加される場合がある。移動ステージ１０８はこれらの運動により、被検査ウェハ１０４表面上の全面または一部分を、電子線照射位置すなわち対物レンズ１０６の光軸上に位置させる。照射系コンデンサレンズ１０２、セパレータ１０３および対物レンズ１０６等により照射光学系を構成する。

＜ミラー電子像の検出＞
次に、検査装置１０のミラー電子像の検出に係わる部分について説明する。
被検査ウェハ１０４表面に負電位を形成するため、電子線の加速電圧とほぼ等しい負電位がウェハホルダ１０９に高圧電源１１０により供給されている。照射電子線１００ａが、この負電位によって被検査ウェハ１０４の手前で減速され、被検査ウェハ１０４に衝突する前に反対方向に電子軌道が反転する様に、高圧電源１１０の出力を微調整しておく。被検査ウェハ１０４で反射される電子は、ミラー電子１００ｃとなる。

ミラー電子１００ｃは対物レンズ１０６により第１の像を形成する。セパレータ１０３はＥ×Ｂ偏向器であるので、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、ミラー電子１００ｃは偏向を受けずに進行し、第１の像は中間電子レンズ１１１、投影電子レンズ１１２によって順次結像される。これらの中間レンズ１１１および投影レンズ１１２は、静電または磁界レンズである。最終的な電子像は画像検出部１１３に拡大投影される。図２では投影電子レンズ１１２は１つの電子レンズとして描かれているが、高い倍率の拡大や像歪みの補正などのために複数の電子レンズや多極子で構成される場合もある。本図には記されていないが、電子線をより詳細に調整するための偏向器や非点補正器などが必要に応じて装備されている。対物レンズ１０６、セパレータ１０３、中間電子レンズ１１１および投影電子レンズ１１２等によりミラー電子結像光学系を構成する。

画像検出部１１３はミラー電子１００ｃの像を電気信号に変換し欠陥判定部１１４に送る。画像検出部１１３は、一例として、電子線を可視光に変換する蛍光板、蛍光板の電子像を撮像するカメラから構成される場合、また別の一例として、電子を検出するＣＣＤ素子など２次元検出器から構成される場合、などがある。電子像の強度や蛍光の強度を増倍する機構を備えていてもよい。

被検査ウェハ１０４表面の各場所のミラー電子像は、移動ステージ１０８を駆動しながら、画像検出部１１３から出力される。移動ステージ１０８は各撮像時に停止する場合と、停止しないで一定の速度を保って移動を続ける場合と、がある。後者の場合は、画像検出部１１３はＣＣＤ素子を備え、時間遅延積分（ＴＤＩ；Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）型の撮像を行う。移動ステージ１０８の静定時間が不要のため高速の検査動作が可能となるが、移動ステージ１０８の移動速度と、ＣＣＤ素子の画像信号の転送速度（ラインレート）とを同期させる必要がある。

上記のＴＤＩ撮像動作の条件をはじめ、様々な装置各部の動作条件は、検査装置制御部１１５から入出力される。検査装置制御部１１５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、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、移動ステージ制御装置１０７、コンデンサレンズ１０２や対物レンズ１０６等の各電子光学素子を制御する電子光学系制御装置１１６、などの制御装置を総括的に制御する。検査装置制御部１１５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１１７が設置されており、ユーザーによる検査装置の調整、動作条件の入力、検査の実行、などが行える。

＜欠陥検査＞
モニタ付入出力装置１１７から、検査の実行の命令がユーザーから入力されると、移動ステージ１０８が駆動し、被検査ウェハ１０４上に指定された検査開始位置を対物レンズ１０６の中心直下に移動する。ミラー電子像を画像検出部１１３が取得した後、設定値分だけ移動ステージ１０８を移動し次のミラー電子像を撮像し、以下、検査終了位置に設定された撮影位置に至るまで繰り返す。被検査ウェハ１０４のほぼ全面の撮影が終了するまで、本動作を繰り返す場合もあるが、被検査ウェハ１０４の一定の面積を検査した後、別の場所に移動し、再度一定の面積の検査を開始する場合もある。被検査ウェハ１０４のほぼ全面を検査する場合により好まれるのは、前述したミラー電子像のＴＤＩ撮像である。
欠陥判定部１１４は、画像検出部１１３からの画像データから異物や欠陥の有無を判定し、これらがあった場合、画像データ、および移動ステージ制御装置１０７からのステージ位置に関するデータを取得し、異物や欠陥が存在するウェハ上の座標を算出する。また、異物や欠陥の画像の強度プロファイルからその大きさや種類の推定など、分類作業を行う。この分類作業は好ましくは検査動作中に行われるが、検査が終了した後に、保存されている検査画像に対して行われてもよい。

＜反射高さの自動制御＞
検査装置１０には、照射電子線１００ａが被検査ウェハ１０４の表面上で反射する反射高さをモニタするため、反射面判定部１１８が設置されている。反射面判定部１１８は、まず、画像検出部１１３からのミラー電子像を位置座標に関して周波数変換（例えば、高速フーリエ変換）などの処理を行うことにより、空間周波数分布画像を生成する。
反射面自動制御の指標として、まず、空間周波数分布の原点における値、すなわち処理前の画像の積分値、を第１計測値（Ｍ１）として算出する。但し原点近傍の値をこの代替として用いることも可能である。次に、空間周波数分布画像を、算出した第１計測値で規格化した上で、空間周波数分布の一定の領域内を積分した値を、第２計測値（Ｍ２）として算出する。第１計測値で規格化する理由は、空間周波数分布強度が元の画像の明るさに比例するため、元の明るさの変動の影響を除去するためである。反射面判定部１１８によるミラー電子像の周波数変換は、試料の欠陥に起因する周波数以外の周波数領域も含めて、原点の値または原点近傍の値にて規格化される強度の値を合計する演算をする。

反射面の自動制御を行う際に利用する、ミラー電子像の特性に基づく第１計測値および第２計測値の振る舞いを、図３を用いて説明する。図３において、反射高さに対する第１計測値の変化の様子は実線の曲線で、第２計測値の変化の様子は破線の曲線で示している。図３の横軸は、反射高さ（Ｈ）であるが、この反射高さはウェハホルダ１０９の負電圧の大きさによって変わるので、ウェハホルダ１０９の電圧（Ｖｓ）としてもよい。すなわち、ウェハホルダ１０９の電圧がより負に（絶対値が大きく）なれば、ミラー反射の反射高さは高くなり、より正に（絶対値が小さく）なれば、反射高さは低くなる。

ウェハホルダ１０９の電圧を正方向に変化させると、反射高さは低くなり、電子線の一部がウェハに衝突し始めて、ミラー電子として反射されなくなるために、第１計測値はウェハに衝突し始める電圧を境に減少し始める（図３実線）。第２計測は、反射高さが低くなるにつれ表面等電位面の細かい歪がミラー電子像に現れるために、高い空間周波数成分が現れ増加していく。このグラフでは、第２計測値として、空間周波数分布の全積分値を用いて算出している。しかし、照射電子線がウェハに衝突し始めると、ミラー反射ではなくなりウェハ表面との相互作用の結果の電子の結像となるため、結像条件は異なり像がボケ始めることを反映して、第２計測値は減少を始める。

一方、ウェハホルダ１０９の電圧を負方向に変化させると、反射高さは高くなるため、ミラー電子像の解像性が劣化、すなわち、高い空間周波数成分が消えていくために、第２計測値は減少する。第１計測値は、反射高さがいくら高くなろうとも、照射した電子線は全て反射することには変わりは無いので、ほぼ一定の値で維持される。

図３に示した、第１計測値、第２計測値の性質を用いることで、反射高さの自動制御を行う。ユーザーは検査開始前に、第１計測値、第２計測値の維持範囲を決定する。そのためには、検査前の検査条件設定時に、以下のような動作を行う。本動作は被検査ウェハを用いて行ってもよいし、標準試料を用意しこれを用いてもよい。ウェハホルダ１０９に与えている負電圧を、例えば反射面の高い状態から０．１Ｖなどの刻みで正方向に変化させながら、ミラー電子像を複数枚撮像する。これらのミラー電子像の中で検査画像として最適の画像の第１計測値（Ｍ１Ａ）、第２計測値（Ｍ２Ａ）を算出する。最適画像を与えるウェハホルダの電圧より正方向の電圧に対するミラー電子像の中から、許容できる限界のミラー電子像を決定し、この画像に対する第１計測値（Ｍ１Ｂとする）を算出し、最適画像の第１計測値に対する許容減少率（α＝Ｍ１Ｂ／Ｍ１Ａ）を算出し記憶する。一方、最適画像を与えるウェハホルダの電圧より負方向の電圧に対するミラー電子像の中から、許容できる限界のミラー電子像を決定し、この画像に対する第２計測値（Ｍ２Ｂとする）を算出し、最適画像の第２計測値に対する許容減少率（β＝Ｍ２Ｂ／Ｍ２Ａ）を算出し記憶する。Ｍ１Ａ，Ｍ２Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ２Ｂの関係を図３に合わせて示した。

検査実行中の反射高さの自動制御は、図４に示したフローチャートに従って行う。本フローチャートでは、ミラー電子像からの空間周波数分布の生成は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて行っている。

まず、反射面判定部１１８は、画像検出部１１３から出力された検査画像を取り込み（ステップＳ１）、ＦＦＴ変換像を生成して第１計測値（Ｍ１）と第２計測値（Ｍ２）とを算出する（ステップＳ２）。次に最適画像に対する第１計測値（Ｍ１Ａ）に対する比を計算し、許容減少率（α）に比べて小さいかどうかを判断する（ステップＳ３）。許容減少率αを超えて第１計測値が減少した場合、反射高さが近すぎると判定し、ウェハホルダ１０９の電圧（Ｖｓ）をΔＶｓだけ負に変化させる（絶対値を大きくする）（ステップＳ４）。ウェハホルダ１０９の電圧をステージ電圧ともいう。ウェハホルダ１０９の電圧を変化させた後、次の検査画像を、画像検出部から取り込む（ステップＳ５）。

第１計測値において減少量が許容減少率（α）の範囲内の場合、最適画像に対する第２計測値（Ｍ２Ａ）に対する比を計算し、許容減少率（β）に比べて小さいかどうかを判断する（ステップＳ６）。許容減少率（β）を超えて第２計測値が減少した場合、反射高さが遠すぎると判定し、ウェハホルダ１０９の電圧（Ｖｓ）をΔＶｓだけ正に変化させ（絶対値を小さくし）（ステップＳ７）、次の検査画像を取り込む（ステップＳ５）。第２計測値の減少率が許容減少率（β）以下の場合は、そのまま次の検査画像の取り込む（ステップＳ５）。反射面判定部１１８の判定結果に基づいて検査装置制御部１１５が高圧電源１１０を制御してウェハホルダ１０９の電圧を変化させる。ステップＳ４，Ｓ７は
図４に示したフローにおいて，ウェハホルダ１０９の電圧の変化量（ΔＶｓ）はユーザーが予め決めておくが、許容減少率を決定するプロセスで、最適画像を与える電圧と、許容される限界の画像を与える電圧との差を元に、一定の割合、例えば５０％、を乗じた値を用いればよい。この乗じる一定の割合は、検査結果の良否を元に適宜変更してよい。また、ウェハホルダ１０９の電圧を調整した後の次の検査画像として、再度同じ場所の画像を撮像するか、または、次の場所のミラー電子像を取得するかは、予めユーザーが選択しておく。

また、第１計測値、第２計測値が許容減少率を大きく超えて、例えば２倍以上、減少した場合は、検査動作を停止してユーザーに警告を出す。ユーザーに警告を出す第１計測値、第２計測値の減少率は、査結果の良否を元に適宜変更してよい。

上記においては、第１および第２計測値の許容減少率の決定において、最適ミラー電子像の決定は、検査開始前に実施している。ウェハ上の検査箇所が、検査の途中で大きく離れた箇所に移動する場合は、検査開始時と同様のプロセスにより最適ミラー電子像の再決定を行ってもよい。

実施例１において、ウェハホルダ１０９に与える電圧を上記の様なシステムで制御することにより、照射電子線がウェハ上で反射する高さを適切な高さに維持することができる。

＜変形例１＞
実施例１の第１の変形例（変形例１）に係る検査装置について図５を用いて説明する。図５は変形例１に係る検査装置の構成を示す図である。
例えば、エピタキシアル成長用に加工されたＳｉＣウェハの検査では、研磨によって生じた傷が残っている場合がある。反射高さのモニタリング時には、当然このような傷がミラー電子像の中に現れる。ミラー電子像に傷が現れた場合、この様な傷のコントラストが生成する高周波成分が発生し、第２計測値の算出に影響を及ぼす。その際、反射高さの調整を正しく行うことができない。
変形例１に係る検査装置１０Ａでは、このような場合においても、検査装置が正しく照射電子線の反射高さを制御できるようにしている。検査装置１０Ａでは、図５に示すように、欠陥判定部１１４Ａからの欠陥の存在の有無を示す信号（欠陥有無信号）１２３を、反射面判定部１１６Ａに送信する構成とした。欠陥判定部１１４Ａから、傷のような大きな欠陥の存在を示す信号が出されたとき、反射面判定部１１８Ａは、高圧電源１１０への電圧変更信号を検査装置制御部１１５に出さないように設定されており、反射面高さの調整を実施しない。検査装置１０Ａの欠陥判定部１１４Ａおよび反射面判定部１１８Ａ以外の構成は検査装置１０と同様である。
欠陥判定部１１４Ａからの出力の他に、または欠陥判定部１１４Ａからの出力に代えて予め実施した光学式装置による検査結果による欠陥位置情報を元に、大きな欠陥が存在する場所を予め記憶しておき、その位置での撮像時においては、反射面高さの調整を実施しないようにすることも可能である。
このようにすることで、検査画像に大きな欠陥が撮影されることによる、反射高さの誤判断を防ぐことができる。

＜変形例２＞
実施例１の第２の変形例（変形例２）に係る検査装置について説明する。
これまでの実施例１および変形例１においては、画像検出部１１３から出力される全ての検査画像に対し、反射面判定部１１８，１１８Ａによる反射高さのモニタリングが実行されている。しかし、反射高さの変動要因が例えば高圧電源の出力電圧揺らぎなどである場合、長時間にわたるゆっくりとした変動となる。その様な場合では，全ての検査画像に対して反射高さの判定を行う必要は無く、ユーザーが設定したタイミングで反射高さのモニタリングを行う。変形例２に係る反射面判定部は、ユーザーの設定した時間間隔、または、ユーザーの設定した検査画像の枚数ごとに、図４に示したフローを実施する。変形例２に係る検査装置の反射面判定部以外の構成は検査装置１０または検査装置１０Ａと同様である。
変形例２によれば、反射面判定部の負荷を少なくして、適切な反射高さを維持しつつ検査を実行できる。

＜変形例３＞
第３の変形例（変形例３）に係る検査装置について図６を用いて説明する。図６は実施例３に係る検査装置の構成を示す図である。
変形例３に係る検査装置１０Ｃでは、図６に示したように照射光学系にビームモニタ１２０が設置されている。ビームモニタ１２０は、例えば、視野を制限するピンホールを利用し、ピンホールで遮蔽される電子の電流量を測定する構成となっている。ミラー電子像を作る電子線の電流量は、ビームモニタ１２０で検出され測定器１２１により測定される電流値によって評価される。検査装置１０Ｃにおいて反射面判定部１１８Ｃに用いられるミラー電子像の第１計測値は、測定器１２１からの出力（電流値）で規格化される。検査装置１０Ｃのビームモニタ１２０、測定器１２１および反射面判定部１１８Ｃ以外の構成は実施例１、変形例１または変形例２に係る検査装置と同様である。
変形例３によれば、例えば例陰極電子銃を用いた場合のように、照射される電子線の電流量自体が減少するなど、照射電子の電流値が変化する場合においても、反射面高さの判定を誤ることなく、反射面を自動制御できる。

＜変形例４＞
実施例１の第４の変形例（変形例４）に係る検査装置について図７を用いて説明する。図７は変形例４に係る検査装置の構成を示す図である。
変形例４に係る検査装置１０Ｄは、反射面高さの自動調整システムを利用した、簡易的な欠陥検査装置を提供する。これまでの実施例１、変形例１から３では、検査画像は欠陥判定部によってリアルタイムで画像処理され、欠陥の有無と種類とが判定されている。そのため欠陥判定部は高速で複雑な画像処理を行うため、システムは高価なものとなる。そこで、検査装置１０Ｄでは欠陥判定部を削除した。
検査装置１０Ｄでは、欠陥の有無の判定を反射面判定部１１８Ｄが行う。反射面高さの自動制御では、前述したように、反射面判定部１１８Ｄはミラー電子像の空間周波数強度分布を生成する。この空間周波数強度分布の、一定領域の積分値、あるいは全積分値である、第２計測値が減少することをモニタして、反射面がウェハ表面から離れたことを検出している。
検査画像に欠陥があった場合、欠陥の作るコントラストにより、新たな空間周波数成分が生成され、第２計測値が増加することになる。したがって、反射面判定部１１８Ｄは検査装置制御部１１５に、第２計測値が増加したときに欠陥有の信号を出力するようにした。検査装置１０Ｄの反射面判定部１１８Ｄ以外の構成は実施例１に係る検査装置と同様である。

この様な構成にすることにより、欠陥の種類の弁別はできないが、欠陥が存在する画像はどれかをデータベースとして残すことができる。この情報を元に、欠陥が撮像されているミラー電子像を、オフラインで画像処理し欠陥種類の弁別を行う、あるいは、欠陥の存在する位置を、本装置とは別の観察装置、例えば走査電子顕微鏡、などに転送し再観察する。ウェハ内の欠陥の総数が少ないウェハを検査する場合は、検査画像の殆どに欠陥は無いため全ての検査画像に対して画像処理をする必要はなく、検査装置１０Ｄの構成でウェハの管理は可能である。
変形例４によれば、膨大な画像処理システムを有することなく、欠陥の位置のみを検出する、低価格の欠陥検査装置を提供できる。
検査装置１０Ｄの反射面判定部１１８Ｄ以外の構成を変形例２または変形例３の構成に変更することができる。

実施形態の第２の実施例（実施例２）に係る検査装置について図８および図９を用いて説明する。図８は実施例２に係る検査装置の構成を示す図である。図９は第１計測値および第２計測値の変化の様子を示す図である。
実施例２に係る検査装置１０Ｅでは、図８に示すように、吸収電流計測器１１９が装備されており、ウェハからの吸収電流を随時測定し、反射面判定部１１８Ｅに吸収電流値を出力している。反射面判定部１１８Ｅは、実施例１に於ける、第１計測値に対応する値として、吸収電流計測器１１９からの出力値を用いる。第１計測値で規格化されるミラー電子像の全体または部分を位置座標に関し周波数変換する。検査装置１０Ｅの反射面判定部１１８Ｅ以外の構成は検査装置１０と同様である。
この場合、第１計測値のウェハホルダ１０９の電圧に対する振る舞いは、図９に示したようになる。ウェハホルダ１０９の電圧がより負である場合、電子線はウェハ表面から高いところで反射するため、ウェハから流れる吸収電流値はきわめて小さい値にとどまる。しかし、ウェハホルダ１０９の電圧がより正になり、照射電子線の一部がウェハに衝突する様になると、吸収電流が流れ始め、第１計測値は増加する。

反射高さの制御においては、検査に最適なミラー電子像を与える際の吸収電流値をＭ１Ａ、ウェハホルダ１０９の電圧を正に変化させたとき、許容される限界のミラー電子像を与える際の吸収電流値をＭ１Ｂとし、許容増加率（α＝Ｍ１Ｂ／Ｍ１Ａ）を計算しておく。検査画像を取り込んだ際の第１計測値が許容増加率（α）を超えて増加した際は、反射高さが近すぎるとして、ウェハホルダ１０９の電圧をΔＶｓだけ負に変化させる。第２計測値に関する制御は実施例１と同様である。
実施例２によれば、ミラー電子像の空間周波数変換した原点値を用いなくても、反射面の高さを常時モニタリングし、適切な高さに維持することができる。
検査装置１０Ｅを変形例１から４の構成に変更することができる。

実施形態の第３の実施例（実施例３）に係る検査装置について説明する。
実施例３に係る検査装置では、実施例１に於ける第１計測値に、空間周波数変換された原点の値ではなく、ミラー電子像そのものの強度の総和を採用する。空間周波数分布に検査画像を変換する手段としてＦＦＴを用いた場合、元となるミラー電子像の縦横のピクセル数は、２のべき乗である必要がある。画像検出部１１３の撮像画素数が２のべき乗でない場合、取得されたミラー電子像の、２のべき乗を満たす一部の画像に対してＦＦＴを実行する必要がある。その際のＦＦＴ処理後の原点の値は、ＦＦＴ処理した画像範囲のみの元画像の明るさであり、検査画像全体の明るさではない。検査画像全体に及ぶ欠陥が検査画像に現れることが想定される場合、検査画像全体の明るさを第１計測値として採用しておけば、このような場合でも第１計測値の減少を引き起こさず、反射高さの自動制御の誤動作を避けることができる。実施例３に係る検査装置の反射面判定部以外の構成は検査装置１０と同様である。
実施例３によれば、任意のピクセル数を持った画像素子を用いても、欠陥の撮像による誤動作の無い、反射面高さの自動制御が実施できる。
実施例３に係る検査装置を変形例１から４の構成に変更することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態、実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

１００a…照射電子線、１００ｂ…後焦点、１００ｃ…ミラー電子線、１０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…セパレータ、１０４…被検査ウェハ、１０５…電子銃制御装置、１０６…対物レンズ、１０７…移動ステージ制御装置、１０８…移動ステージ、１０９…ウェハホルダ、１１０…高圧電源、１１１…中間電子レンズ、１１２…投影電子レンズ、１１３…画像検出部、１１４…欠陥判定部、１１５…検査装置制御部、１１６…電子光学系制御装置、１１７…モニタ付入出力装置、１１８…反射面判定部、１１９…吸収電流計測器、１２０…ビームモニタ、１２１…測定器

Claims (15)

1. 電子源から放出される電子線を、ウェハ上の視野を含む範囲に照射する照射光学系と、
   前記ウェハまたは前記ウェハが設置されるウェハホルダに対し設定される負電圧を印加する電圧印加部と、
   前記電圧の印加によって前記ウェハから反射される電子を結像してミラー電子像を取得するミラー電子結像光学系と、
   前記ミラー電子像を位置座標に関して周波数変換し、周波数平面での原点または原点近傍の値を第１計測値とする演算と、前記原点の値または原点近傍の値にて規格化され、前記周波数変換される画像強度の値を一定の領域内において合計し第２計測値とする演算と、を実行する演算部と、
   前記第１計測値および前記第２計測値に基づき、前記電圧印加部に対して前記印加される電圧を制御する信号を出力する制御部と、
   前記制御部によって制御される電圧にて取得される前記ミラー電子像を用いて前記ウェハの欠陥を検出する欠陥検出部と、を有する検査装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第２計測値が予め定めた第２設定値に対し所定の範囲内を超えて減少し、かつ前記第１計測値が予め定める第１設定値に対して所定の範囲内にある場合、前記電圧印加部に対して前記電圧の絶対値を小さくする信号を出力する検査装置。
3. 請求項２において、
   前記制御部は、前記第１計測値が予め定める第１設定値に対して所定の範囲内を超えて減少する場合、前記電圧印加部に対して前記電圧の絶対値を大きくする信号を出力する検査装置。
4. 請求項３において、
   前記演算部による前記ミラー電子像の周波数変換は、前記ウェハの欠陥に起因する周波数以外の周波数領域も含めて、前記原点または前記原点近傍の値にて規格化される強度の値を合計する演算をする検査装置。
5. 請求項１において、
   前記周波数変換のアルゴリズムは高速フーリエ変換のアルゴリズムである検査装置。
6. 電子源から放出される電子線を、ウェハ上の視野を含む範囲に照射する照射光学系と、
   前記ウェハまたは前記ウェハが設置されるウェハホルダに対し設定される電圧を印加する電圧印加部と、
   前記電圧の印加によって前記ウェハから反射される電子を結像してミラー電子像を取得するミラー電子結像光学系と、
   前記ウェハからの吸収電流値、または、前記ミラー電子像全体の画像強度値の総和を第１計測値とする演算部と、
   前記第１計測値で規格化される前記ミラー電子像の全体または部分を位置座標に関し周波数変換し、前記変換される画像強度の値を一定の領域内において合計した第２計測値とする演算をする演算部と、
   前記第１計測値および前記第２計測値に基づき、前記電圧印加部に対して前記印加される電圧を制御する信号を出力する制御部と、
   前記制御部によって制御される電圧にて取得される前記ミラー電子像を用いて前記試料の欠陥を検出する検出部と、を有する検査装置。
7. 請求項６において、
   前記制御部は、前記第２計測値が予め定める第２設定値に対し所定の範囲内を超えて減少し、かつ前記第１計測値が予め定める第１設定値に対して所定の範囲内にある場合、前記電圧印加部に対して前記電圧の絶対値を小さくする信号を出力する検査装置。
8. 請求項７において、
   前記制御部は、前記第１計測値が予め定める第１設定値に対して所定の範囲内を超えて減少する場合、前記電圧印加部に対して前記電圧の絶対値を大きくする信号を出力する検査装置。
9. 請求項８において、
   前記演算部による前記ミラー電子像の周波数変換は、前記試料の欠陥に起因する周波数以外の周波数領域も含めて、前記原点または前記原点近傍の値にて規格化される強度の値を合計する演算をする検査装置。
10. 請求項６において、
    前記周波数変換のアルゴリズムは高速フーリエ変換のアルゴリズムである検査装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１つにおいて、
    検査動作中において前記欠陥検出部から欠陥の存在が示される場合、または、あらかじめ指定される場所を撮像している場合、前記電圧印加部の電圧を変化させない検査装置。
12. 請求項１から１０のいずれか１つにおいて、
    任意のウェハ毎または任意の時間毎に、前記印加される電圧の制御を行う設定値として、ウェハの数または時間をユーザーが前記検査装置に対して入力する入力部を有する検査装置。
13. 請求項１から１０のいずれか１つにおいて、
    照射する電子ビームの電流値をモニタリングする装置手段を備え、
    前記第１計測値を、前記モニタリングされた電子ビーム電流値で規格化する検査装置。
14. 請求項１から１０のいずれか１つにおいて、
    前記制御部は、前記第２計測値が予め定める第２設定値に対して所定の範囲内を超えて増加する場合、前記検出部または前記ウェハにおける前記欠陥の有無を表示する表示部に対し、前記ウェハに欠陥がある判定を出力する検査装置。
15. 請求項１４において、
    前記ウェハに欠陥がある判定が出力される座標値のミラー電子像に対し、欠陥の種類を判別する検査装置。

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