JP2020170792A - 電子ビーム検査方法 - Google Patents

Abstract

【目的】基板上に除電ムラが生じてしまう場合でも、図形パターンを認識することが可能な方法を提供する。【構成】本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、図形パターンが形成された基板上を電子ビームでスキャンして、基板から放出される２次電子を用いて、図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、２次電子画像から図形パターンの認識が困難な第１の領域を特定する工程と、特定された第１の領域を含む第２の領域について、スキャン速度を速めて、電子ビームでスキャンして、基板から放出される２次電子を用いて、再度、図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、再度、取得された２次電子画像を用いて、図形パターンの検査を行い、結果を出力する工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、電子ビーム検査方法に関する。例えば、電子ビームを用いて取得された図形パターンの画像を用いて基板に形成された図形パターンを検査する検査装置に関する。

多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査手法としては、拡大光学系を用いて半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

上述したパターン検査装置では、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像することにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。

電子ビーム検査では、電子ビームの照射によって基板表面が帯電することがある。かかる帯電の対策として、帯電防止膜を基板面上に形成する手法がある。また、紫外線を基板表面に照射して帯電を中和するといった手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、実際の検査装置では、限られた容積の中に形成された光学系の対物レンズと試料となる基板面との間の空間が限定される。電子光学系の収差や電子の相互作用に伴うぼけを小さくするには光学系の対物レンズと試料面との間の距離は短い方が好ましく、電子ビームを使った検査装置では対物レンズと基板面との間の空間は狭くなってしまう。このような限定された狭い空間に形成される、スキャンフィールド内の基板表面に電子がトラップされて形成された負帯電を紫外線等の照射によりイオン化されたガスを使って除電する場合、紫外線などの照射が十分でかつ残留ガスが十分にある除電が十分な領域と構造的な制約により紫外線などの照射が不十分でかつ残留ガスが少ない除電が不十分な領域とが存在してしまう場合がある。言い換えれば、基板上に除電ムラが生じてしまう場合がある。除電ムラが生じると、除電が不十分な領域では表面に電子がチャージアップして負に帯電しており、試料面から検出器に戻る２次電子に対する一様な加速を生じる電場となってしまい、２次電子画像のバックグランドのレベルを上げてしまう。このため、パターンのエッジ信号のコントラストが十分に得られずに、２次電子画像から図形パターンを認識することが困難となる場合が生じるといった問題があった。

特開２００５−１７４５９１号公報

そこで、本発明の一態様は、基板上に除電ムラが生じてしまう場合でも、図形パターンを認識することが可能な方法を提供する。

本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、
図形パターンが形成された基板上を電子ビームでスキャンして、基板から放出される２次電子を用いて、図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
２次電子画像から図形パターンの認識が困難な第１の領域を特定する工程と、
特定された第１の領域を含む第２の領域について、スキャン速度を速めて、電子ビームでスキャンして、基板から放出される２次電子を用いて、再度、図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
再度、取得された２次電子画像を用いて、図形パターンの検査を行い、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、２次電子画像を取得する場合と、再度、図形パターンの２次電子画像を取得する場合との少なくとも一方において、基板表面を除電しながら２次電子画像を取得すると好適である。

また、第２の領域のうち、第１の領域と第１の領域以外の第３の領域とについて、スキャン速度を変えるようにしても好適である。

２次電子画像から図形パターンの輪郭線の抽出が困難な領域が、図形パターンの認識が困難な第１の領域として特定されると好適である。

再度、取得された２次電子画像から図形パターンの輪郭線を抽出する工程をさらに備え、
図形パターンの検査として、参照輪郭線を用いて、抽出された図形パターンの輪郭線と参照輪郭線とを比較すると好適である。

本発明の一態様によれば、基板上に除電ムラが生じてしまう場合でも、図形パターンを認識できる。よって、基板の検査ができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。 実施の形態１における輪郭線抽出可能領域と輪郭線抽出不可領域とを説明するための図である。 実施の形態１における図形パターンの一部が認識できない画像の一例を説明するための図である。 実施の形態１におけるスキャン速度を変調する場合の効果を説明するための図である。 実施の形態１における図形パターンの一部が認識できない領域を再スキャンして得られた画像の一例を説明するための図である。 実施の形態１における参照輪郭線と対象図形パターンの輪郭線との一例を示す図である。

以下、実施の形態において、被検査基板上に形成されたパターンを撮像する（測定画像を取得する）手法の一例として、１本の電子ビームによるシングルビームを被検査基板に照射して２次電子像を撮像する場合について説明する。但し、これに限るものではない。被検査基板上に形成されたパターンを撮像する手法として、例えば、個別ビームの光学系と個別ビームを偏向可能な偏向器とをそれぞれ備えたマルチカラムからそれぞれビームを被検査基板に照射して２次電子像を撮像する（測定画像を取得する）場合であってもよい。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、測定画像取得機構１５０、除電機構２３２、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。測定画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１４、対物レンズ２０７、偏向器２０８、及び検出器２２２が配置されている。

検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１が配置される。基板１０１上には、図形パターンが形成される。基板１０１には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１が半導体基板である場合には、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されている。基板１０１が露光用マスク基板である場合には、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。検出器２２２は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。

また、検査室１０３上面には、除電機構２３２（ＶＵＶ光源）が配置される。検査室１０３内には、除電機構２３２から照射された真空紫外光（ＶＵＶ）２３０を反射し、基板１０１上へと誘導するミラー２３４が配置される。

また、電子ビームカラム１０２内および検査室１０３は、図示しない真空ポンプで真空引きされ、大気圧よりも低い所定の圧力に制御される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照輪郭線作成回路１１２、除電制御回路１１３、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。

また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。

電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（ウェネルト）の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって放出される。照明レンズ２０２、及び対物レンズ２０７は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。ブランキング偏向器２１２は、少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング用のＤＡＣアンプ或いはパルスジェネレータが配置されるブランキング制御回路１２６によって制御される。偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるデジタル・アナログ変換（ＤＡＣ）アンプ１４４を介して偏向制御回路１２８によって制御される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図２において、基板１０１が半導体基板（ウェハ）である場合、基板１０１の検査領域３３０には、複数のチップ（ウェハダイ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各チップ３３２には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置（ステッパ）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。各チップ３３２内は、偏向器２０８の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域３２に仮想分割される。また、各ストライプ領域３２は、複数のフレーム領域３０（小領域）に仮想分割される。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング制御回路１２６からの偏向信号によって制御されるブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、制限アパーチャ基板２１４に設けられた例えば矩形或いは円形の穴を通過するように制御される。逆に、ビームＯＦＦの状態では、電子ビーム２００全体が制限アパーチャ基板２１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＮの状態で、電子ビーム２００全体が制限アパーチャ基板２１４の穴を通過するように構成してもよいし、電子ビーム２００の一部が制限アパーチャ基板２１４の穴によって成形されて通過しても良い。

制限アパーチャ基板２１４を通過した電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、偏向器２０８によって、電子ビーム２００が偏向され、基板１０１上の所望の照射位置に照射される。例えば、フレーム領域３０毎に、偏向器２０８により電子ビーム２００でフレーム領域３０内を走査（スキャン）する。具体的には、図２に示すように、フレーム領域３０内をｙ方向に電子ビーム２００でスキャンし、ｙ方向に１列のスキャンが終了すると、隣接する次の列をｙ方向にスキャンする。かかる動作を繰り返し、１つのフレーム領域３０のスキャン動作が終了したら、ｘ方向に次のフレーム領域３０のスキャン動作を行う。フレーム領域３０毎にＸＹステージ１０５を停止した状態でスキャンするステップアンドリピート動作が行われる。但し、これに限るものではない。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合にはさらにＸＹステージ１０５の移動に追従するように、偏向器２０８は、トラッキング偏向を行う。

以上のようにして、基板１０１の所望する位置に電子ビーム２００が照射されたことに起因して基板１０１から反射電子を含む２次電子の束（２次電子３００）（図１の点線）が放出される。基板１０１から放出された２次電子３００は、検出器２２２に投影される。その際、反射電子は、投影されずに発散しても構わない。検出器２２２は、投影された２次電子３００を検出する。

電子ビーム２００の照射によって、基板１０１上は帯電する場合がある。例えば、レジストパターンの検査を行う場合等、基板１０１表面のパターンが形成された部分以外の大部分が絶縁層である場合に帯電が顕著に生じる。そのため、電子ビーム２００を基板１０１に照射する場合には、一緒に、除電機構２３２から真空紫外光２３０を照射し、ミラー２３４で反射することにより、真空紫外光２３０を基板１０１上へと誘導する。電子ビーム２００の照射位置は、真空紫外光２３０によって照射される。真空紫外光２３０が基板１０１上の空間に存在する残留分子をイオン化して、基板１０１上に帯電する負電荷を正イオンにより中和させることによって除電できる。しかしながら、上述したように、実際の検査装置では、光学系の対物レンズ２０７と基板１０１面との間の空間が限定される。さらに、光学的な性能を得るために、対物レンズ２０７と基板１０１面との間の距離は狭くなっている。このような限定された狭い空間に形成される、スキャンフィールド内の基板１０１表面に電子がトラップされて形成された負帯電を紫外線等の照射によりイオン化されたガスを使って除電する場合、紫外線が十分に照射されてかつ残留ガスが十分にある除電が十分な領域と紫外線の照射が不十分でかつ残留ガスが不十分な除電が不十分な領域とが存在してしまう場合がある。言い換えれば、基板上に除電ムラが生じてしまう場合がある。除電ムラが生じると、除電が不十分な領域では２次電子画像から図形パターンを認識することが困難となる場合が生じるといった問題があった。そこで、実施の形態１では、除電が不十分な領域についてスキャン速度を変えることでチャージアップを抑えることで、２次電子画像のコントラストを平準化する。

図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における検査方法は、画像取得（スキャン１）工程（Ｓ１０２）と、参照輪郭線作成工程（Ｓ１０３）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）と、輪郭線抽出工程（Ｓ１０６）と、輪郭線抽出不可領域特定工程（Ｓ１０８）と、スキャン速度変調工程（Ｓ１１０）と、画像取得（スキャン２）工程（Ｓ１２０）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１２２）と、輪郭線抽出工程（Ｓ１２４）と、位置合わせ工程（Ｓ１４０）と、比較工程（Ｓ１４２）と、いう一連の工程を実施する。

画像取得（スキャン１）工程（Ｓ１０２）として、測定画像取得機構１５０は、図形パターンが形成された基板１０１上を、基板１０１表面を除電しながら電子ビーム２００でスキャンして、基板１０１から放出される２次電子３００を用いて、図形パターンの２次電子画像を取得する。上述したように、測定画像取得機構１５０は、電子ビーム２００を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、電子ビーム２００が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、２次電子３００を検出する。検出器２２２によって検出された各画素からの２次電子の検出データ（２次電子画像）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、例えば、１つのストライプ３２分の検出データが蓄積された段階で、ストライプデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

参照輪郭線作成工程（Ｓ１０３）として、参照輪郭線作成回路１１２は、基板１０１に形成された図形パターンの基となる設計パターンのパターンデータを用いて、基準となる図形パターンの輪郭線を作成する。参照輪郭線作成工程（Ｓ１０３）は、画像取得（スキャン１）工程（Ｓ１０２）と並行して実施されると好適である。具体的には以下のように動作する。

まず、基板１０１に形成される図形パターンの基となる設計パターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納されている。設計パターンデータは、画像データ（階調値データ）ではなく、例えば、ベクトルデータとして定義される。例えば、図形種、基準位置の座標、及び図形サイズ等のデータとして定義される。設計パターンデータ上の図形パターンは、角（コーナー）が例えば直角な矩形で定義される。しかし、基板１０１上に形成される図形パターンは、角が例えば直角な矩形には形成されない。そこで、参照輪郭線作成回路１１２は、フレーム領域３０毎に、フレーム領域３０内の図形パターンに対応する設計パターンデータ上の図形パターンに対して、角（コーナー）を丸くした輪郭線を持った図形パターンを生成する。角（コーナー）を丸くする場合の曲率半径は例えばプロセスパラメータ等によって設定すればよい。かかる角（コーナー）を丸くした輪郭線を持った図形パターンが参照図形パターンとなる。言い換えれば、参照輪郭線作成回路１１２は、フレーム領域３０内の図形パターン毎に、基準図形パターンの輪郭線を作成する。作成された参照図形パターンの参照輪郭線データは、比較回路１０８に出力される。

図４は、実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図４において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５６，５８、フレーム画像作成部５４、輪郭線抽出部６２、抽出不可領域特定部６４、スキャン速度変調指示部６９、位置合わせ部６８、及び比較処理部７０といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。フレーム画像作成部５４、輪郭線抽出部６２、抽出不可領域特定部６４、スキャン速度変調指示部６９、位置合わせ部６８、及び比較処理部７０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

比較回路１０８内に入力されたストライプデータは、記憶装置５０に格納される。また、比較回路１０８内に入力された各フレーム領域３０の参照輪郭線データは、記憶装置５２に格納される。

フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）として、フレーム画像作成部５４は、ストライプ領域３２毎に、ストライプデータを用いて、図２に示したフレーム領域３０毎のフレーム画像を作成する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像を作成する。複数のフレーム画像は、隣接するフレーム画像同士間が所定のマージン幅でオーバーラップするように作成される。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、記憶装置５６に格納される。以上により、検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。

輪郭線抽出工程（Ｓ１０６）として、輪郭線抽出部６２は、参照輪郭線上の複数の点を基点としてフレーム画像（測定画像）からフレーム画像（測定画像）内の図形パターンの輪郭線を抽出する。具体的には以下のように動作する。

輪郭線抽出部６２は、検査対象となるフレーム画像（測定画像）を記憶装置５６から読み出す。また、輪郭線抽出部６２は、記憶装置５２から検査対象となるフレーム画像内の図形パターンに対応する参照図形パターンの参照輪郭線データを読み出す。フレーム画像内の図形パターンは画素毎の階調値データとして定義されるので、輪郭線抽出部６２は、例えば１画素分のサイズ毎に、各図形パターンの参照輪郭線上の点の座標を特定する。そして、輪郭線抽出部６２は、フレーム画像における参照輪郭線上の複数の点の各座標位置から参照輪郭線の法線方向に向かってフレーム画像内の図形パターンの端部（エッジ）を抽出する。輪郭線抽出部６２は、かかるフレーム画像内の図形パターンの端部（エッジ）を繋げることで、フレーム画像内の各図形パターンの輪郭線を抽出する。

フレーム領域３０内の抽出された輪郭線のデータ（抽出輪郭線データ）は、記憶装置５８に格納される。

輪郭線抽出不可領域特定工程（Ｓ１０８）として、抽出不可領域特定部６４は、フレーム画像（２次電子画像）から図形パターンの認識が困難な領域（第１の領域）を特定する。フレーム画像（２次電子画像）から図形パターンの輪郭線の抽出が困難な領域が、図形パターンの認識が困難な領域（第１の領域）として特定される。

図５は、実施の形態１における輪郭線抽出可能領域と輪郭線抽出不可領域とを説明するための図である。図５の例では、フレーム領域３０の測定画像を一例として示している。例えば、除電機構２３２により十分に除電された領域（輪郭線抽出可能領域）では、図５に示すように、各図形パターンを認識できる。具体的には各図形パターンの輪郭線を認識できる。これに対して、十分に除電されていない帯電領域（輪郭線抽出不可領域）では、図５に示すように、各図形パターンを認識することが困難となる。具体的には各図形パターンの輪郭線を認識できない。図５では、認識できていない図形パターンを点線で示している。抽出不可領域特定部６４は、図５で示した帯電領域（輪郭線抽出不可領域）を特定する。

図６は、実施の形態１における図形パターンの一部が認識できない画像の一例を説明するための図である。図６の例では、フレーム領域３０内の一部の領域１２に配置される図形パターン１０の一部（Ａ部）が認識できない場合を示している。抽出不可領域特定部６４は、一部（Ａ部）が認識できない領域１２についても、図形パターンの認識が困難な領域（第１の領域）として特定する。

以上のようにして、各フレーム領域３０のフレーム画像内の各図形パターンの輪郭線を抽出する。しかし、上述したように、除電が不十分で輪郭線を抽出できなかった図形パターンが存在する。そこで、実施の形態１では、輪郭線を抽出できなかったフレーム領域３０については、スキャン速度を変えて再度スキャンする。

スキャン速度変調工程（Ｓ１１０）として、スキャン速度変調指示部６９は、画像取得（スキャン１）工程（Ｓ１０２）において実施したスキャン速度を変調する。ここでは、スキャン速度を速める。例えば、１０％程度変調する。例えば、偏向周波数を９０ＭＨｚから１００ＭＨｚに変調する。

図７は、実施の形態１におけるスキャン速度を変調する場合の効果を説明するための図である。基板１０１表面が負に帯電している状態では、２次電子を押し出す力が大きくなる。そのため、検出器２２２で検出される信号強度が大きくなる。その結果、得られる像のバックグランド信号が上がってしまい、検出器のダイナミックレンジ内でコントラストが小さくなってしまい、図形パターンの輪郭を認識することが困難となる。これに対して、実施の形態１では、フレーム領域３０内のスキャン速度を速める。スキャン速度を速めることで、単位領域あたりの入射１次電子の数は減少する。よって、帯電がしにくくなる。一方で、１次電子の数が減るので放出される２次電子の数も減少する。これにより検出される信号強度は小さくなるが、バックグランド信号が上がることが無くなり、検出器のダイナミックレンジ内で検出される画像のコントラストを向上することができる。図形パターンの輪郭を認識するためには、信号強度の大きさよりも検出器のダイナミックレンジ内でのコントラストが大きいことが求められる。よって、スキャン速度を速めることでバックグランドレベルを抑えることで、結果的に図７の例に示すように取得される画像のコントラストを大きくできる。

画像取得（スキャン２）工程（Ｓ１２０）として、測定画像取得機構１５０は、特定された帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）を含むストライプ領域３２（第２の領域）について、スキャン速度を速めて、基板１０１表面を除電しながら電子ビーム２００でスキャンして、基板１０１から放出される２次電子を用いて、再度、図形パターンの２次電子画像を取得する。ここでは、図形パターンの認識ができなかった領域について改めて画像を取得し直す。上述したように、測定画像取得機構１５０は、電子ビーム２００を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、電子ビーム２００が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、２次電子３００を検出する。検出器２２２によって検出された各画素からの２次電子の検出データ（２次電子画像）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、例えば、１つのストライプ３２分の検出データが蓄積された段階で、ストライプデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

ここで、再スキャンするストライプ領域３２全体についてスキャン速度を速めた状態でスキャンする場合を説明したがこれに限るものではない。例えば、ストライプ領域３２（第２の領域）のうち、帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）と帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）以外の領域（輪郭線抽出可能領域）（第３の領域）とについて、スキャン速度を変えるようにしても好適である。例えば、帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）ではスキャン速度を速くし、それ以外の領域では遅くする。

また、再スキャンする領域は、ストライプ領域３２単位ではなくフレーム領域３０単位であっても構わない。

フレーム画像作成工程（Ｓ１２２）として、フレーム画像作成部５４は、特定された帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）を含むストライプ領域３２のストライプデータを用いて、特定された帯電領域（輪郭線抽出不可領域）（第１の領域）を含むフレーム領域３０のフレーム画像を作成する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像を作成する。得られたフレーム画像は、記憶装置５６に格納される。以上により、不足していた画像（測定された画像）データが生成される。

輪郭線抽出工程（Ｓ１２４）として、輪郭線抽出部６２は、再度、取得されたフレーム画像（測定画像）から図形パターンの輪郭線を抽出する。言い換えれば、輪郭線の抽出が困難であったフレーム領域３０のフレーム画像について、フレーム画像（測定画像）内の図形パターンの輪郭線を抽出する。抽出の仕方は上述した通りである。

図８は、実施の形態１における図形パターンの一部が認識できない領域を再スキャンして得られた画像の一例を説明するための図である。図８の例では、図６の例で示した図形パターン１０の一部（Ａ部）が認識できない領域１２を再スキャンした場合の画像を示している。図８に示すように、スキャン速度を速めることで、フレーム領域３０内の一部の領域１２に配置される図形パターン１０全体が認識できる。

位置合わせ工程（Ｓ１４０）として、位置合わせ部６８は、参照輪郭線と抽出された対象図形パターンの輪郭線との位置合わせ（アライメント）を行う。その際、参照輪郭線を最小二乗法等のモデルを用いて補正しても好適である。

比較工程（Ｓ１４２）として、比較処理部７０は、取得されたフレーム画像（２次電子画像）を用いて、図形パターンの検査を行い、結果を出力する。ここでは、例えば、取得されたフレーム画像から抽出された輪郭線を用いて、図形パターンの検査を行い、結果を出力する。図形パターンの検査として、参照輪郭線を用いて、抽出された図形パターンの輪郭線と参照輪郭線とを比較する。ここでは、位置合わせが行われた参照輪郭線と図形パターンの輪郭線とを比較する。具体的には以下のように動作する。

図９は、実施の形態１における参照輪郭線と対象図形パターンの輪郭線との一例を示す図である。比較処理部７０は、位置合わせが行われた参照輪郭線１１上の複数の点１５から参照輪郭線１１の法線方向に比較対象となる図形パターンの輪郭線１３までの距離Δを測定する。距離Δはサブ画素単位で測定すると好適である。そして、参照輪郭線１１上の複数の点１５から参照輪郭線１１の法線方向に測定された図形パターンの輪郭線１３までの距離Δが、判定閾値Ｔｈを超える個所については欠陥が存在すると判定する。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８に出力されればよい。或いはプリンタ１１９から出力されればよい。

上述した例では、ダイ−データベース検査を行う場合を説明したが、これに限るものではない。ダイ−ダイ検査を行う場合であっても構わない。かかる場合には、同じパターンが形成された２つのフレーム画像の一方を参照画像とし、参照画像内の各図形パターンの輪郭線を抽出する。かかる場合、基準となる参照輪郭線データが無いので、画素データから輪郭線をまずは演算により求める。例えば、階調値分布で立ち上がり後のピーク値を示す複数の位置を繋ぐことで輪郭線を作成する。そして、求めた輪郭線を参照輪郭線とする。そして、他方の画像を被検査画像として、被検査画像内の各図形パターンの輪郭線を抽出する。そして、両画像の輪郭線同士をダイ−データベース検査の場合と同様に比較すればよい。なお、かかる場合に抽出できない輪郭線が存在すれば、除電が不十分の領域として、上述したようにスキャン速度を変調して再スキャンする。参照輪郭線の作成に使用したフレーム画像側に抽出できない輪郭線が存在することもあり得る。よって、両フレーム画像を逆にして、同様の動作を行って、抽出できない輪郭線が存在する領域の特定を行うと好適である。

以上のように、実施の形態１によれば、基板上に除電ムラが生じてしまう場合でも、図形パターンを認識できる。よって、基板の検査ができる。

以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、及び参照輪郭線作成回路１１２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した例では、１回目のスキャン動作と、２回目の再スキャン動作の両方において、除電しながら実施する場合を説明したが、これに限るものではない。除電した後に実施してもよいし、１回目のスキャン動作と、２回目の再スキャン動作との少なくとも一方について除電しながら実施する場合であっても適用できる。或いは、特別な除電処理をしない状態で１回目のスキャン動作と、２回目の再スキャン動作とを行う場合にも適用しても構わない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 図形パターン
１１，１３ 輪郭線
１２ 領域
１５ 点
３０ フレーム領域
３２ ストライプ領域
５０，５２，５６，５８ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
６２ 輪郭線抽出部
６４ 抽出不可領域特定部
６８ 位置合わせ部
６９ スキャン速度変調指示部
７０ 比較処理部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照輪郭線作成回路
１１３ 除電制御回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ 駆動機構
１４４ ＤＡＣアンプ
１５０ 測定画像取得機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１２ ブランキング偏向器
２１４ 制限アパーチャ基板
２１６ ミラー
２２２ 検出器
２３０ 真空紫外光
２３２ 除電機構
２３４ ミラー
３００ ２次電子
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (5)

1. 図形パターンが形成された基板上を電子ビームでスキャンして、前記基板から放出される２次電子を用いて、前記図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
   前記２次電子画像から前記図形パターンの認識が困難な第１の領域を特定する工程と、
   特定された第１の領域を含む第２の領域について、スキャン速度を速めて、電子ビームでスキャンして、前記基板から放出される２次電子を用いて、再度、前記図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
   再度、取得された２次電子画像を用いて、前記図形パターンの検査を行い、結果を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム検査方法。
2. 前記２次電子画像を取得する場合と、前記再度、前記図形パターンの２次電子画像を取得する場合との少なくとも一方において、前記基板表面を除電しながら前記２次電子画像を取得することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検査方法。
3. 前記第２の領域のうち、前記第１の領域と前記第１の領域以外の第３の領域とについて、スキャン速度を変えることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム検査方法。
4. 前記２次電子画像から前記図形パターンの輪郭線の抽出が困難な領域が、前記図形パターンの認識が困難な前記第１の領域として特定されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子ビーム検査方法。
5. 再度、取得された２次電子画像から前記図形パターンの輪郭線を抽出する工程をさらに備え、
   前記図形パターンの検査として、参照輪郭線を用いて、抽出された前記図形パターンの輪郭線と前記参照輪郭線とを比較することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電子ビーム検査方法。