JP3713457B2 - 基板検査方法及び基板検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査方法及び基板検査装置に関し、より詳細には、走査型電子顕微鏡装置を用いて基板の検査を行う基板検査方法及び基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路等の微細化、高集積化が進展する傾向にあり、その製造における歩留まり等のプロセス管理がこれまで以上に重要となってきている。このようなプロセス管理においては、半導体基板上に画成されたチップの素子パターン上の欠陥を検出するために、例えばＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scannning Electron Microscope）といった検査装置が使用されている。
【０００３】
かかるＤＲ−ＳＥＭを用いた基板検査方法では、複数の走査ラインに沿って所定の加速電圧で順次電子ビームを照射して半導体基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得し、取得された画像情報に基づいて検査対象領域の欠陥の再検出を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体集積回路等の微細化が益々進展するに伴い、素子パターン間から出射される二次電子が不足し、十分な解像度の画像情報を取得することが難しくなってきている。従って、上記したＤＲ−ＳＥＭを用いた従来の基板検査方法では、欠陥の検出率が低下し、半導体基板の検査精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、十分な解像度の画像情報を取得することにより、基板の検査精度を向上することが可能な基板検査方法及び基板検査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、図９に示すように、基板上に電子ビームを照射したときの二次電子の収率は、電子ビームの照射先の材料に依存することが分かった。図９においては、黒丸はシリコン酸化物についての収率を、黒四角は銅についての収率を示している。また、二次電子の収率は、電子ビームの加速電圧（照射エネルギー）に依存し、１より大きくなったり、また小さくなったりすることが分かった。例えば、図９において、シリコン酸化物では、１０００ｅＶの加速電圧を境に、二次電子の収率が１より大きくなったり、また小さくなったりすることが分かった。
二次電子の収率が１より大きいとき、この加速電圧で電子ビームを照射すると、照射先から二次電子が出射される。また、二次電子の収率が１より小さいとき、この加速電圧で電子ビームを照射すると、照射先に電子が供給される。
【０００７】
従って、基板上に電子ビームを照射して画像情報を取得する前に、所定材料（例えばシリコン酸化物）の二次電子の収率が１より小さくなる加速電圧で基板上に予め電子ビームを照射しておく。これにより、基板上に電子が供給されるため、その後、二次電子の収率が１より大きくなる加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上から二次電子が放出され易くなり、その結果、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になることを発明者は見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る基板検査方法は、走査型電子顕微鏡装置を用い、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得する基板検査方法である。この方法では、電子ビームを照射することにより検査対象領域内の所定材料から出射される二次電子の収率が１より大きくなる第１の加速電圧と、二次電子の収率が１より小さくなる第２の加速電圧とを用いる。そして、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、その一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射しておくことを特徴とする。
【０００９】
この基板検査方法では、第１の加速電圧と第２の加速電圧とを用いている。第１の加速電圧は、所定材料について二次電子の収率が１より大きくなる電圧であるため、この第１の加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上の所定材料からは二次電子が出射される。また、第２の加速電圧は所定材料についての二次電子の収率が１より小さくなる電圧であるため、この第２の加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上の所定材料に電子が供給される。
【００１０】
この検査方法では、かかる第１及び第２の加速電圧を使い分け、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、その一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射している。これにより、一の走査ライン上には走査前に予め電子が供給されるため、その一の走査ライン上を走査するときに二次電子が放出され易くなる。その結果、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。
【００１１】
本発明に係る基板検査方法では、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、第１の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、一の走査ライン上への第２の加速電圧での電子ビームの照射がより確実になされ、電子の供給がより確実になる。
【００１２】
本発明に係る基板検査方法では、第２の加速電圧での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うことを特徴としてもよい。走査型電子顕微鏡装置を用いて基板上の検査対象領域を走査するとき、通常、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときには、電子ビームはビームブランク等と呼ばれる部分に導かれ、基板上には電子ビームが照射されない。これに対し、この方法ではかかる電子ビームの照射位置の移動時にも基板上への電子ビームの照射を継続し、電子ビームのビーム径を拡大して、次に走査する一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射している。このように、電子ビームの照射位置の移動時を利用して電子の供給を行うことで、スループットを阻害するおそれがなくなる。
【００１３】
本発明に係る基板検査方法では、検査対象領域を矩形領域とし、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、走査ラインと交差する矩形領域の一辺の長さよりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、矩形領域である検査対象領域の全体に、電子を供給することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る基板検査方法では、検査対象領域を矩形領域とし、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、矩形領域の対角長よりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、矩形領域である検査対象領域の全体に、均一に電子を供給することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る基板検査装置は、上記した本発明に係る基板検査方法の実施に好適なものである。すなわち、本発明に係る基板検査装置は、走査型電子顕微鏡装置を備え、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得する。この装置は、電子ビームを照射することにより検査対象領域内の所定材料から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる第１の加速電圧と、二次電子の収率が１．０より小さくなる第２の加速電圧とを切り替え制御することにより、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射するように、電子ビームの照射を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る基板検査装置では、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、第１の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００１７】
本発明に係る基板検査方法では、制御装置は、第２の加速電圧での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うように、電子ビームの照射を制御することを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明に係る基板検査方法は、検査対象領域を矩形領域とするとき、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、走査ラインと交差する矩形領域の一辺の長さよりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明に係る基板検査方法で、検査対象領域を矩形領域とするとき、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、矩形領域の対角長よりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る基板検査方法及び基板検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る基板検査装置の構成を概略的に示す図である。この基板検査装置は、いわゆるＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scannning Electron Microscope）と呼ばれる欠陥再検出装置である。図１に示す通り、基板検査装置１０は、走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ装置）１２と、ＳＥＭ装置１２の制御やデータの解析を行う制御ユニット１４と、外部入力装置１６と、外部モニタ１７と、を備えている。
【００２２】
ＳＥＭ装置１２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１８と、半導体基板２０を支持するステージ２２と、ＳＥＭ１８及びステージ２２を収容する真空室２４とを有している。ＳＥＭ１８は、電子ビームを出射する電子銃２６と、電子銃２６から出射された電子ビームの照射位置を制御する走査コイル２８と、電子ビームの焦点を制御することによりビーム径を制御するための対物レンズ２９と、電子ビームの照射により半導体基板２０から出射される二次電子を検出する二次電子検出部３０とを含んでいる。なお、二次電子検出部３０は真空室２４内であってＳＥＭ１８の外部に設けられていてもよい。ステージ２２は、半導体基板２０の位置決めを行うべく、ＸＹ方向に変位可能である。
【００２３】
制御ユニット１４は、制御部（制御装置）３２と画像処理部３４とを有している。制御部３２は、外部入力装置１６と電気的に接続されている。外部入力装置１６は、ＳＥＭ装置１２による撮像の条件を入力したり、半導体基板２０上の検査を行う位置の座標データを入力したりするために使用される。
【００２４】
この制御部３２は、ステージ制御信号生成部３５、サンプリング周波数制御信号生成部３６、走査制御信号生成部３７、加速電圧制御信号生成部３８、及び演算部３９を含んでいる。
【００２５】
ステージ制御信号生成部３５は、ＳＥＭ装置１２のステージ２２と電気的に接続されている。このステージ制御信号生成部３５は、外部入力装置１６から入力された座標データに基づいて、ステージ２２を駆動制御して半導体基板２０の位置決めを行うためのステージ制御信号を生成する。
【００２６】
サンプリング周波数制御信号生成部３６は、ＳＥＭ１８の二次電子検出部３０と電気的に接続されている。このサンプリング周波数制御信号生成部３６は、二次電子検出部３０により二次電子を検出する際のサンプリング周波数制御信号を生成する。ここで、同じ広さの領域を走査するときに、このサンプリング周波数を大きくすればサンプリング間隔が短くなって使用画素数が増大し、またサンプリング周波数を小さくすればサンプリング間隔が長くなって使用画素数が減少する。
【００２７】
走査制御信号生成部３７は、ＳＥＭ１８の走査コイル２８と電気的に接続されている。この走査制御信号生成部３７は、電子ビームにより半導体基板２０上の検査対象領域を走査するための走査制御信号を生成する。この走査制御信号には、Ｘ方向とＹ方向の２方向の制御信号が含まれる。例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２０上の矩形の検査対象領域Ｓを電子ビームにより走査するときを考える。このとき、Ｘ方向の走査制御信号は、図３（ａ）で示すような三角波から構成される。この三角波の振幅Δｘ（＝ｘe−ｘs）を調整することで、図２（ｂ）に示すように、Ｘ方向の走査幅ΔＸを調整することができる。また、Ｙ方向の走査制御信号は、図３（ｂ）で示すようなステップ波から構成される。このステップ波のステップ幅Δｙ（＝ｙn+1−ｙn）を調整することで、Ｙ方向の走査ラインの間隔ΔＹを調整することができる。
【００２８】
加速電圧制御信号生成部３８は、ＳＥＭ１８の電子銃２６と電気的に接続されている。この加速電圧制御信号生成部３８は、電子銃２６の図示しないアノードに印可する加速電圧を制御するための加速電圧制御信号を生成する。この加速電圧制御信号は、図３（ｃ）に示すように、第１の加速電圧Ｖ1（ｖ1に対応）と第２の加速電圧Ｖ2（ｖ2に対応）とを切り替え制御するためのステップ波から構成される。第１の加速電圧Ｖ1は、電子ビームを照射することにより半導体基板２０上の検査対象領域Ｓ内の所定材料、ここではシリコン酸化物から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる電圧（例えば、６００Ｖ）である。また第２の加速電圧Ｖ2は、二次電子の収率が１．０より小さくなる電圧（例えば、１５００Ｖ）である。
【００２９】
ここで、上記した走査制御信号生成部３７は、図１に示すように、加速電圧制御信号生成部３８と電気的に接続されている。そして、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号と、加速電圧制御信号生成部３８において生成される加速電圧制御信号とは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、同期して生成される。
【００３０】
演算部３９は、画像処理部３４から送られてくる半導体基板２０上の検査対象領域Ｓの画像データと、予め取得されている比較用の画像データとに基づいて、検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。具体的には、検査用の画像データと比較用の画像データとの差分を求め、この差分により検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。この演算部３９は外部モニタ１７と接続されており、演算部３９における解析の結果は画面上で確認することができる。
【００３１】
画像処理部３４は、ＳＥＭ１８の二次電子検出部３０と電気的に接続されている。この画像処理部３４は、二次電子検出部３０から受け取った検出データを処理し、サンプリング周波数に応じた画素数の画像データを生成する。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る基板検査装置１０では、制御ユニット１４の制御部３２は、図１に示すように、焦点制御信号生成部４０を有していると好ましい。焦点制御信号生成部４０は、ＳＥＭ１８の対物レンズ２９と電気的に接続される。この焦点制御信号生成部４０は、対物レンズ２９を駆動制御して電子ビームの焦点を制御することにより、ビーム径を制御するための焦点制御信号を生成する。この焦点制御信号は、図３（ｄ）に示すように、電子ビームの焦点位置を第１の位置と第２の位置とで切り替え制御するためのステップ波から構成される。第１の焦点位置では、半導体基板２０上に照射される電子ビームのビーム径は第１のビーム径Ｒ1（ｒ1に対応）となり、第２の焦点位置では第２のビーム径Ｒ2（ｒ2に対応）となる。この場合、焦点制御信号生成部４０は、上記した走査制御信号生成部３７と電気的に接続される。そして、焦点制御信号生成部４０において生成される焦点制御信号と、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号及び加速電圧制御信号生成部３８において生成される加速電圧制御信号とは、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、同期して生成される。
【００３３】
次に、上記した基板検査装置１０を用いた本実施形態に係る基板検査方法について説明する。ここで本実施形態では、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンを有する複数のチップを検査する場合について説明する。
【００３４】
まず、半導体基板２０上の検査を必要とする場所の複数の座標データを外部入力装置１６から入力する。この座標データは、他の光学系計測装置により予め計測され、詳細な検査が必要とされた半導体基板２０上の領域の座標を示すデータである。
【００３５】
次に、外部入力装置１６から入力された半導体基板２０上の複数の座標データのうち一の座標データに基づいて、ステージ制御信号生成部３５においてステージ２２を駆動制御するためのステージ制御信号を生成する。そして、このステージ制御信号に基づいてステージ２２を駆動制御して、半導体基板２０の位置決めを行う。
【００３６】
次に、半導体基板２０上への電子ビームの照射を開始し、複数の走査ラインに沿って電子ビームを照射して検査対象領域Ｓを走査する。そして、サンプリング周波数制御信号生成部３６において生成されたサンプリング周波数制御信号に基づく所定のサンプリング周期で、出射される二次電子を二次電子検出部３０において検出する。なお、検査対象領域Ｓとは、半導体基板２０上にそのような領域が実際に画成されているものではなく、ＳＥＭ装置１２の視野領域（ＦＯＶ）に相当する。また、走査ラインとは仮想のものであって、実際に検査対象領域Ｓにそのようなラインが存在するわけではない。
【００３７】
ここで、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓの走査は、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号に基づいて行われる。すなわち、Ｘ方向への電子ビームの走査は、図３（ａ）に示すような三角波に基づいて行われる。この三角波について、右肩上がりの上昇線はＸ方向の始点（図２（ｂ）のＸs）から終点（図２（ｂ）のＸe）まで電子ビームの照射位置を移動させるための信号であり、また右肩下がりの下降線はＸ方向の終点Ｘeから始点Ｘsまで電子ビームの照射位置を移動させるための信号である。またY方向への電子ビームの走査は、図３（ｂ）に示すようなステップ波に基づいて行われる。このステップ波について、平坦線はＹ方向の電子ビームの照射位置を固定させるための信号であり、また右肩上がりの上昇線はＹ方向の電子ビームの照射位置を移動させるための信号である。
【００３８】
よって、図２（ａ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、時刻Ｔ＝０からＴ＝ｔ1では、Ｙ方向の位置がＹ1のところで固定された状態で、１番目の走査ラインに沿って電子ビームによる走査が行われる。そして、時刻Ｔ＝ｔ1からＴ＝ｔ2では、Ｘ方向の位置がＸeからＸsまで戻されつつＹ方向の位置がＹ1からＹ2まで変更されて、電子ビームの照射位置が２番目の走査ラインの始点まで移動される。また、時刻Ｔ＝ｔ2からＴ＝ｔ3では、Ｙ方向の位置がＹ2のところで固定された状態で、２番目の走査ラインに沿って電子ビームによる走査が行われる。そして、時刻Ｔ＝ｔ3からＴ＝ｔ4では、Ｘ方向の位置がＸeからＸsまで戻されつつＹ方向の位置がＹ2からＹ3まで変更されて、電子ビームの照射位置が３番目の走査ラインの始点まで移動される。これを繰り返すことで、検査対象領域Ｓが全域に渡って走査される。
【００３９】
前述したように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓを走査するときには、電子ビームの加速電圧として第１の加速電圧Ｖ1と第２の加速電圧Ｖ2が用いられる。第１の加速電圧Ｖ1は、電子ビームを照射することにより半導体基板２０上の検査対象領域Ｓ内の所定材料、ここではシリコン酸化物から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる電圧（例えば、６００Ｖ）である。また第２の加速電圧Ｖ2は、二次電子の収率が１．０より小さくなる電圧（例えば、１５００Ｖ）である。シリコン酸化物に基づいて加速電圧を決定したのは、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンにおいて、導電パターンから出射される二次電子の量は特に問題にならないが、微細化が進展するに伴い、導電パターン間にあるシリコン酸化膜から出射される二次電子量が特に不足する傾向にあるからである。本実施形態では、かかるシリコン酸化膜から出射される二次電子量を増加させることで、導電パターン間にある欠陥の検出率を向上させることを特に考えている。
【００４０】
第１の加速電圧Ｖ1と第２の加速電圧Ｖ2の切り替えは、図３（ｃ）に示すようなステップ波で表わされる加速電圧制御信号に基づいて行われる。すなわち、各走査ラインに沿って検査対象領域ＳをＸsからＸeまでＸ方向に走査するときには、電子ビームの加速電圧は第１の加速電圧Ｖ1に固定される。よって、電子ビームが照射された領域からは二次電子が出射され、これが二次電子検出部３０に検出される。
【００４１】
また、各走査ラインの終点から始点まで電子ビームの照射位置を戻すとき（以下、電子ビーム戻し工程ともいう）には、電子ビームの加速電圧は第２の加速電圧Ｖ2に固定される。よって、電子ビーム戻し工程において電子ビームが照射された領域には、電子が供給され蓄積される。
【００４２】
ここで、電子ビームの加速電圧を上昇させると、焦点位置がずれて電子ビームのビーム径は大きくなる。すなわち、図４に示すように、第１の加速電圧Ｖ1のときＲ1であったビーム半径は、第２の加速電圧Ｖ2ではＲ2となる（Ｒ1＜Ｒ2）。これにより、電子ビーム戻し工程において電子ビームが照射される領域内に、次に走査する走査ラインが含まれることとなる。その結果、次に走査する走査ライン上に電子を予め供給することが可能となり、次回の走査時においては二次電子が出射され易くなる。
【００４３】
なお、加速電圧を上昇させるだけでは電子ビームのビーム径が十分に大きくならないときは、対物レンズ２９を駆動制御して電子ビームの焦点を制御することにより、ビーム径を制御すると好ましい。この対物レンズ２９の制御は、図３（ｄ）に示すような焦点制御信号生成部４０において生成されたステップ波で表わされる焦点制御信号に基づいて行われる。すなわち、各走査ラインに沿って検査対象領域ＳをＸsからＸeまでＸ方向に走査するときには、電子ビームのビーム径がＲ1（ｒ1に対応）となるように、対物レンズ２９が制御される。また、各走査ラインの終点から始点まで電子ビームの照射位置を戻すときには、電子ビームのビーム径が、少なくとも次に走査する走査ライン上に電子ビームを照射することが可能なビーム半径Ｒ2（ｒ2に対応）となるように、対物レンズ２９が制御される。このように、ビーム径を拡大することで、次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧でより確実に電子ビームを照射することが可能となる。その結果、次に走査する走査ライン上に電子を予めより確実に供給することが可能となり、次回の走査時においては二次電子がより一層出射され易くなる。
【００４４】
このようにして、各走査ラインに沿って検査対象領域Ｓを走査して検出した二次電子量に関するデータは、逐次画像処理部３４に送出され、ここで画像処理が施されて各走査ライン上の画像情報が取得される。そして、検査対象領域Ｓ全体の検査画像情報が取得されたら、解析部３９においてその検査画像情報に基づいて欠陥の再検出を行う。具体的には、検査画像情報と予め取得された比較画像情報との差分を求め、これにより検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。このようにして検出された欠陥解析の結果や、欠陥の状態は、外部モニタ１７により画面上で確認することができる。
【００４５】
一の検査対象領域Ｓについての欠陥の再検出が終了すると、上記に説明したのと同様にして、次の検査対象領域Ｓについての欠陥の再検出を行う。そして、すべての検査対象領域Ｓについて欠陥の再検出が終了すると、半導体基板２０の検査を終了する。
【００４６】
以上、本実施形態では、第１及び第２の加速電圧Ｖ1，Ｖ2を切り替え制御し、次に走査する走査ラインに沿って第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射し、その走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射して、予め電子を供給している。これにより、その走査ライン上を走査するときに半導体基板２０上から二次電子が放出され易くなり、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が向上され、半導体基板２０の検査精度を向上させることが可能となる。
【００４７】
特に、本実施形態では各走査ラインについて画像情報を取得する前ごとに走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射しているため、より十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。
【００４８】
また本実施形態では、第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2を、第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ1よりも大きくしているため、少なくとも次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2でより確実に電子ビームを照射することが可能となる。これにより、その走査ライン上を走査するときに半導体基板２０上から二次電子がより一層放出され易くなり、より十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が一層向上され、半導体基板２０の検査精度をより一層向上させることが可能となる。
【００４９】
また本実施形態では、第２の加速電圧Ｖ2での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うため、スループットを阻害するおそれがなくなる。すなわち、ＳＥＭ装置１８により半導体基板２０上の検査対象領域Ｓを走査するとき、通常、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときは、電子ビームはビームブランク等と呼ばれる部分に導かれ、半導体基板２０上に電子ビームが照射されない。これに対し、本実施形態ではかかる電子ビームの照射位置の移動時にも半導体基板２０上への電子ビームの照射を継続し、少なくとも次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射している。このように、電子ビームの照射位置の移動時を利用して電子の供給を行うことで、スループットを阻害するおそれがなくなる。
【００５０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、図５に示すように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓが矩形領域であるとき、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、各走査ラインと直交する検査対象領域Ｓの縦の辺の長さＬよりも大きくすると好ましい。このようにすれば、電子ビームの戻し工程を行うときに、検査対象領域Ｓの全体に電子を供給することが可能となり、より解像度の高い画像情報を得ることが可能となる。
【００５２】
また、図６に示すように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓが矩形領域であるとき、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2を、検査対象領域Ｓの対角長Ｍよりも大きくすると好ましい。このようにすれば、電子ビームの戻し工程において、電子ビームの照射領域内に検査対象領域Ｓが常に含まれるため、検査対象領域Ｓの全体に均一に電子を供給することが可能となり、より解像度の高い画像情報を得ることが可能となる。なお、図５及び図６に示すケースでは、１回の電子ビーム戻し工程で検査対象領域Ｓの全体に電子を供給することができるため、毎回の電子ビーム戻し工程において、半導体基板２０上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射することは、必ずしも必要ではない。
【００５３】
また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２０上の矩形の検査対象領域Ｓを走査するとき、図７（ａ）に示す順番で、複数の走査ラインに沿って検査対象領域Ｓをランダムに走査してもよい。複数の走査ラインに沿って検査対象領域Ｓを上から順に走査するとき、検査対象領域Ｓの一部分が不自然にチャージアップすることがある。これに対し、このように検査対象領域Ｓをランダムに走査することで、かかるチャージアップを低減することが可能となる。なお、矩形の検査対象領域Ｓをランダムに走査する場合においても、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、各走査ラインと直交する検査対象領域Ｓの縦の辺の長さＬよりも大きくすると好ましく、或いは、検査対象領域Ｓの対角長Ｍよりも大きくすると好ましい。
【００５４】
また上記した実施形態では、電子ビーム戻し工程において、次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射し、走査ライン上に電子の供給を行っていたが、これに限定されることはない。例えば、図８に示すように、一の走査ラインに沿って始点Ｘsから終点ＸeまでＸ方向に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射し電子を供給した後、その一の走査ラインの始点Ｘsまで電子ビームの照射位置を戻し、その走査ラインに沿って再度始点Ｘsから終点Ｘeまで第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射して、画像情報を取得してもよい。なお、この場合には、電子ビーム戻し工程では従来と同様に電子ビームをビームブランク等に導いて、半導体基板２０の検査対象領域Ｓへは電子ビームが照射されない。このようにしても、走査ラインに沿って第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射して画像情報を取得する前に、その走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームが照射され電子が供給されるため、その走査ラインから出射される二次電子量が増大され、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が向上され、半導体基板２０の検査精度を向上させることが可能となる。なお、この場合においても、第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ1よりも大きくすると好ましい。
【００５５】
また上記した実施形態では、導電パターン間にあるシリコン酸化膜から出射される二次電子量を増加させることを考えていたため、第１及び第２の加速電圧Ｖ1，Ｖ2をシリコン酸化物に基づいて決定していたが、他の材料から出射される二次電子量を増加させたい場合には、当該他の材料についての二次電子の収率に基づいて加速電圧を決定してもよい。
【００５６】
また上記した実施形態では、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンを有する複数のチップを検査する場合について説明したが、これに限定されることなく、半導体基板２０上に形成されたランダムロジックパターンを有する複数のチップを検査する場合等、他のパターンの検査にも本発明を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、十分な解像度の画像情報を取得することにより、基板の検査精度を向上することが可能な基板検査方法及び基板検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る基板検査装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（ａ）は、半導体基板上の検査対象領域を示す図である。図２（ｂ）は、検査対象領域を複数の走査ラインに沿って走査する様子を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は、検査対象領域のＸ方向の走査制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｂ）は、検査対象領域のＹ方向の走査制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｃ）は、電子ビームの加速電圧制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｄ）は、電子ビームの焦点制御信号の一例を示すグラフである。
【図４】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の様子を示す図である。
【図５】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の変形例を示す図である。
【図６】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の変形例を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、検査対象領域をランダムスキャンする様子を説明するための図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すようにランダムスキャンを行うときに、前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の様子を示す図である。
【図８】第２の加速電圧で走査ライン上に電子ビームを照射する方法の変形例を説明するための図である。
【図９】電子ビームの加速電圧（エネルギー）と二次電子の収率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…基板検査装置、１２…走査型電子顕微鏡装置、１４…制御ユニット、１８…走査型電子顕微鏡、２０…半導体基板、２２…ステージ、２４…真空室、２６…電子銃、２８…走査コイル、２９…対物レンズ、３０…二次電子検出部、３２…制御部、３４…画像処理部、３７…走査制御信号生成部、３８…加速電圧制御信号生成部、３９…演算部、４０…焦点制御信号生成部、Ｓ…検査対象領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査方法及び基板検査装置に関し、より詳細には、走査型電子顕微鏡装置を用いて基板の検査を行う基板検査方法及び基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路等の微細化、高集積化が進展する傾向にあり、その製造における歩留まり等のプロセス管理がこれまで以上に重要となってきている。このようなプロセス管理においては、半導体基板上に画成されたチップの素子パターン上の欠陥を検出するために、例えばＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scannning Electron Microscope）といった検査装置が使用されている。
【０００３】
かかるＤＲ−ＳＥＭを用いた基板検査方法では、複数の走査ラインに沿って所定の加速電圧で順次電子ビームを照射して半導体基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得し、取得された画像情報に基づいて検査対象領域の欠陥の再検出を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体集積回路等の微細化が益々進展するに伴い、素子パターン間から出射される二次電子が不足し、十分な解像度の画像情報を取得することが難しくなってきている。従って、上記したＤＲ−ＳＥＭを用いた従来の基板検査方法では、欠陥の検出率が低下し、半導体基板の検査精度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、十分な解像度の画像情報を取得することにより、基板の検査精度を向上することが可能な基板検査方法及び基板検査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、図９に示すように、基板上に電子ビームを照射したときの二次電子の収率は、電子ビームの照射先の材料に依存することが分かった。図９においては、黒丸はシリコン酸化物についての収率を、黒四角は銅についての収率を示している。また、二次電子の収率は、電子ビームの加速電圧（照射エネルギー）に依存し、１より大きくなったり、また小さくなったりすることが分かった。例えば、図９において、シリコン酸化物では、１０００ｅＶの加速電圧を境に、二次電子の収率が１より大きくなったり、また小さくなったりすることが分かった。
二次電子の収率が１より大きいとき、この加速電圧で電子ビームを照射すると、照射先から二次電子が出射される。また、二次電子の収率が１より小さいとき、この加速電圧で電子ビームを照射すると、照射先に電子が供給される。
【０００７】
従って、基板上に電子ビームを照射して画像情報を取得する前に、所定材料（例えばシリコン酸化物）の二次電子の収率が１より小さくなる加速電圧で基板上に予め電子ビームを照射しておく。これにより、基板上に電子が供給されるため、その後、二次電子の収率が１より大きくなる加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上から二次電子が放出され易くなり、その結果、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になることを発明者は見出した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る基板検査方法は、走査型電子顕微鏡装置を用い、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得する基板検査方法である。この方法では、電子ビームを照射することにより検査対象領域内の所定材料から出射される二次電子の収率が１より大きくなる第１の加速電圧と、二次電子の収率が１より小さくなる第２の加速電圧とを用いる。そして、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、その一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射しておくことを特徴とする。
【０００９】
この基板検査方法では、第１の加速電圧と第２の加速電圧とを用いている。第１の加速電圧は、所定材料について二次電子の収率が１より大きくなる電圧であるため、この第１の加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上の所定材料からは二次電子が出射される。また、第２の加速電圧は所定材料についての二次電子の収率が１より小さくなる電圧であるため、この第２の加速電圧で基板上に電子ビームを照射すると、基板上の所定材料に電子が供給される。
【００１０】
この検査方法では、かかる第１及び第２の加速電圧を使い分け、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、その一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射している。これにより、一の走査ライン上には走査前に予め電子が供給されるため、その一の走査ライン上を走査するときに二次電子が放出され易くなる。その結果、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。
【００１１】
本発明に係る基板検査方法では、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、第１の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、一の走査ライン上への第２の加速電圧での電子ビームの照射がより確実になされ、電子の供給がより確実になる。
【００１２】
本発明に係る基板検査方法では、第２の加速電圧での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うことを特徴としてもよい。走査型電子顕微鏡装置を用いて基板上の検査対象領域を走査するとき、通常、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときには、電子ビームはビームブランク等と呼ばれる部分に導かれ、基板上には電子ビームが照射されない。これに対し、この方法ではかかる電子ビームの照射位置の移動時にも基板上への電子ビームの照射を継続し、電子ビームのビーム径を拡大して、次に走査する一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射している。このように、電子ビームの照射位置の移動時を利用して電子の供給を行うことで、スループットを阻害するおそれがなくなる。
【００１３】
本発明に係る基板検査方法では、検査対象領域を矩形領域とし、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、走査ラインと交差する矩形領域の一辺の長さよりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、矩形領域である検査対象領域の全体に、電子を供給することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る基板検査方法では、検査対象領域を矩形領域とし、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径を、矩形領域の対角長よりも大きくすることを特徴としてもよい。このようにすれば、矩形領域である検査対象領域の全体に、均一に電子を供給することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る基板検査装置は、上記した本発明に係る基板検査方法の実施に好適なものである。すなわち、本発明に係る基板検査装置は、走査型電子顕微鏡装置を備え、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得する。この装置は、電子ビームを照射することにより検査対象領域内の所定材料から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる第１の加速電圧と、二次電子の収率が１．０より小さくなる第２の加速電圧とを切り替え制御することにより、一の走査ラインに沿って第１の加速電圧で電子ビームを照射し、一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその一の走査ライン上に第２の加速電圧で電子ビームを照射するように、電子ビームの照射を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る基板検査装置では、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、第１の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００１７】
本発明に係る基板検査方法では、制御装置は、第２の加速電圧での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うように、電子ビームの照射を制御することを特徴としてもよい。
【００１８】
本発明に係る基板検査方法は、検査対象領域を矩形領域とするとき、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、走査ラインと交差する矩形領域の一辺の長さよりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明に係る基板検査方法で、検査対象領域を矩形領域とするとき、制御装置は、第２の加速電圧で電子ビームを照射するときのビーム径が、矩形領域の対角長よりも大きくなるように、ビーム径を制御することを特徴としてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る基板検査方法及び基板検査装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る基板検査装置の構成を概略的に示す図である。この基板検査装置は、いわゆるＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scannning Electron Microscope）と呼ばれる欠陥再検出装置である。図１に示す通り、基板検査装置１０は、走査型電子顕微鏡装置（ＳＥＭ装置）１２と、ＳＥＭ装置１２の制御やデータの解析を行う制御ユニット１４と、外部入力装置１６と、外部モニタ１７と、を備えている。
【００２２】
ＳＥＭ装置１２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）１８と、半導体基板２０を支持するステージ２２と、ＳＥＭ１８及びステージ２２を収容する真空室２４とを有している。ＳＥＭ１８は、電子ビームを出射する電子銃２６と、電子銃２６から出射された電子ビームの照射位置を制御する走査コイル２８と、電子ビームの焦点を制御することによりビーム径を制御するための対物レンズ２９と、電子ビームの照射により半導体基板２０から出射される二次電子を検出する二次電子検出部３０とを含んでいる。なお、二次電子検出部３０は真空室２４内であってＳＥＭ１８の外部に設けられていてもよい。ステージ２２は、半導体基板２０の位置決めを行うべく、ＸＹ方向に変位可能である。
【００２３】
制御ユニット１４は、制御部（制御装置）３２と画像処理部３４とを有している。制御部３２は、外部入力装置１６と電気的に接続されている。外部入力装置１６は、ＳＥＭ装置１２による撮像の条件を入力したり、半導体基板２０上の検査を行う位置の座標データを入力したりするために使用される。
【００２４】
この制御部３２は、ステージ制御信号生成部３５、サンプリング周波数制御信号生成部３６、走査制御信号生成部３７、加速電圧制御信号生成部３８、及び演算部３９を含んでいる。
【００２５】
ステージ制御信号生成部３５は、ＳＥＭ装置１２のステージ２２と電気的に接続されている。このステージ制御信号生成部３５は、外部入力装置１６から入力された座標データに基づいて、ステージ２２を駆動制御して半導体基板２０の位置決めを行うためのステージ制御信号を生成する。
【００２６】
サンプリング周波数制御信号生成部３６は、ＳＥＭ１８の二次電子検出部３０と電気的に接続されている。このサンプリング周波数制御信号生成部３６は、二次電子検出部３０により二次電子を検出する際のサンプリング周波数制御信号を生成する。ここで、同じ広さの領域を走査するときに、このサンプリング周波数を大きくすればサンプリング間隔が短くなって使用画素数が増大し、またサンプリング周波数を小さくすればサンプリング間隔が長くなって使用画素数が減少する。
【００２７】
走査制御信号生成部３７は、ＳＥＭ１８の走査コイル２８と電気的に接続されている。この走査制御信号生成部３７は、電子ビームにより半導体基板２０上の検査対象領域を走査するための走査制御信号を生成する。この走査制御信号には、Ｘ方向とＹ方向の２方向の制御信号が含まれる。例えば、図２（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２０上の矩形の検査対象領域Ｓを電子ビームにより走査するときを考える。このとき、Ｘ方向の走査制御信号は、図３（ａ）で示すような三角波から構成される。この三角波の振幅Δｘ（＝ｘe−ｘs）を調整することで、図２（ｂ）に示すように、Ｘ方向の走査幅ΔＸを調整することができる。また、Ｙ方向の走査制御信号は、図３（ｂ）で示すようなステップ波から構成される。このステップ波のステップ幅Δｙ（＝ｙn+1−ｙn）を調整することで、Ｙ方向の走査ラインの間隔ΔＹを調整することができる。
【００２８】
加速電圧制御信号生成部３８は、ＳＥＭ１８の電子銃２６と電気的に接続されている。この加速電圧制御信号生成部３８は、電子銃２６の図示しないアノードに印可する加速電圧を制御するための加速電圧制御信号を生成する。この加速電圧制御信号は、図３（ｃ）に示すように、第１の加速電圧Ｖ1（ｖ1に対応）と第２の加速電圧Ｖ2（ｖ2に対応）とを切り替え制御するためのステップ波から構成される。第１の加速電圧Ｖ1は、電子ビームを照射することにより半導体基板２０上の検査対象領域Ｓ内の所定材料、ここではシリコン酸化物から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる電圧（例えば、６００Ｖ）である。また第２の加速電圧Ｖ2は、二次電子の収率が１．０より小さくなる電圧（例えば、１５００Ｖ）である。
【００２９】
ここで、上記した走査制御信号生成部３７は、図１に示すように、加速電圧制御信号生成部３８と電気的に接続されている。そして、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号と、加速電圧制御信号生成部３８において生成される加速電圧制御信号とは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、同期して生成される。
【００３０】
演算部３９は、画像処理部３４から送られてくる半導体基板２０上の検査対象領域Ｓの画像データと、予め取得されている比較用の画像データとに基づいて、検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。具体的には、検査用の画像データと比較用の画像データとの差分を求め、この差分により検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。この演算部３９は外部モニタ１７と接続されており、演算部３９における解析の結果は画面上で確認することができる。
【００３１】
画像処理部３４は、ＳＥＭ１８の二次電子検出部３０と電気的に接続されている。この画像処理部３４は、二次電子検出部３０から受け取った検出データを処理し、サンプリング周波数に応じた画素数の画像データを生成する。
【００３２】
ここで、本実施形態に係る基板検査装置１０では、制御ユニット１４の制御部３２は、図１に示すように、焦点制御信号生成部４０を有していると好ましい。焦点制御信号生成部４０は、ＳＥＭ１８の対物レンズ２９と電気的に接続される。この焦点制御信号生成部４０は、対物レンズ２９を駆動制御して電子ビームの焦点を制御することにより、ビーム径を制御するための焦点制御信号を生成する。この焦点制御信号は、図３（ｄ）に示すように、電子ビームの焦点位置を第１の位置と第２の位置とで切り替え制御するためのステップ波から構成される。第１の焦点位置では、半導体基板２０上に照射される電子ビームのビーム径は第１のビーム径Ｒ1（ｒ1に対応）となり、第２の焦点位置では第２のビーム径Ｒ2（ｒ2に対応）となる。この場合、焦点制御信号生成部４０は、上記した走査制御信号生成部３７と電気的に接続される。そして、焦点制御信号生成部４０において生成される焦点制御信号と、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号及び加速電圧制御信号生成部３８において生成される加速電圧制御信号とは、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、同期して生成される。
【００３３】
次に、上記した基板検査装置１０を用いた本実施形態に係る基板検査方法について説明する。ここで本実施形態では、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンを有する複数のチップを検査する場合について説明する。
【００３４】
まず、半導体基板２０上の検査を必要とする場所の複数の座標データを外部入力装置１６から入力する。この座標データは、他の光学系計測装置により予め計測され、詳細な検査が必要とされた半導体基板２０上の領域の座標を示すデータである。
【００３５】
次に、外部入力装置１６から入力された半導体基板２０上の複数の座標データのうち一の座標データに基づいて、ステージ制御信号生成部３５においてステージ２２を駆動制御するためのステージ制御信号を生成する。そして、このステージ制御信号に基づいてステージ２２を駆動制御して、半導体基板２０の位置決めを行う。
【００３６】
次に、半導体基板２０上への電子ビームの照射を開始し、複数の走査ラインに沿って電子ビームを照射して検査対象領域Ｓを走査する。そして、サンプリング周波数制御信号生成部３６において生成されたサンプリング周波数制御信号に基づく所定のサンプリング周期で、出射される二次電子を二次電子検出部３０において検出する。なお、検査対象領域Ｓとは、半導体基板２０上にそのような領域が実際に画成されているものではなく、ＳＥＭ装置１２の視野領域（ＦＯＶ）に相当する。また、走査ラインとは仮想のものであって、実際に検査対象領域Ｓにそのようなラインが存在するわけではない。
【００３７】
ここで、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓの走査は、走査制御信号生成部３７において生成される走査制御信号に基づいて行われる。すなわち、Ｘ方向への電子ビームの走査は、図３（ａ）に示すような三角波に基づいて行われる。この三角波について、右肩上がりの上昇線はＸ方向の始点（図２（ｂ）のＸs）から終点（図２（ｂ）のＸe）まで電子ビームの照射位置を移動させるための信号であり、また右肩下がりの下降線はＸ方向の終点Ｘeから始点Ｘsまで電子ビームの照射位置を移動させるための信号である。またY方向への電子ビームの走査は、図３（ｂ）に示すようなステップ波に基づいて行われる。このステップ波について、平坦線はＹ方向の電子ビームの照射位置を固定させるための信号であり、また右肩上がりの上昇線はＹ方向の電子ビームの照射位置を移動させるための信号である。
【００３８】
よって、図２（ａ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、時刻Ｔ＝０からＴ＝ｔ1では、Ｙ方向の位置がＹ1のところで固定された状態で、１番目の走査ラインに沿って電子ビームによる走査が行われる。そして、時刻Ｔ＝ｔ1からＴ＝ｔ2では、Ｘ方向の位置がＸeからＸsまで戻されつつＹ方向の位置がＹ1からＹ2まで変更されて、電子ビームの照射位置が２番目の走査ラインの始点まで移動される。また、時刻Ｔ＝ｔ2からＴ＝ｔ3では、Ｙ方向の位置がＹ2のところで固定された状態で、２番目の走査ラインに沿って電子ビームによる走査が行われる。そして、時刻Ｔ＝ｔ3からＴ＝ｔ4では、Ｘ方向の位置がＸeからＸsまで戻されつつＹ方向の位置がＹ2からＹ3まで変更されて、電子ビームの照射位置が３番目の走査ラインの始点まで移動される。これを繰り返すことで、検査対象領域Ｓが全域に渡って走査される。
【００３９】
前述したように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓを走査するときには、電子ビームの加速電圧として第１の加速電圧Ｖ1と第２の加速電圧Ｖ2が用いられる。第１の加速電圧Ｖ1は、電子ビームを照射することにより半導体基板２０上の検査対象領域Ｓ内の所定材料、ここではシリコン酸化物から出射される二次電子の収率が１．０より大きくなる電圧（例えば、６００Ｖ）である。また第２の加速電圧Ｖ2は、二次電子の収率が１．０より小さくなる電圧（例えば、１５００Ｖ）である。シリコン酸化物に基づいて加速電圧を決定したのは、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンにおいて、導電パターンから出射される二次電子の量は特に問題にならないが、微細化が進展するに伴い、導電パターン間にあるシリコン酸化膜から出射される二次電子量が特に不足する傾向にあるからである。本実施形態では、かかるシリコン酸化膜から出射される二次電子量を増加させることで、導電パターン間にある欠陥の検出率を向上させることを特に考えている。
【００４０】
第１の加速電圧Ｖ1と第２の加速電圧Ｖ2の切り替えは、図３（ｃ）に示すようなステップ波で表わされる加速電圧制御信号に基づいて行われる。すなわち、各走査ラインに沿って検査対象領域ＳをＸsからＸeまでＸ方向に走査するときには、電子ビームの加速電圧は第１の加速電圧Ｖ1に固定される。よって、電子ビームが照射された領域からは二次電子が出射され、これが二次電子検出部３０に検出される。
【００４１】
また、各走査ラインの終点から始点まで電子ビームの照射位置を戻すとき（以下、電子ビーム戻し工程ともいう）には、電子ビームの加速電圧は第２の加速電圧Ｖ2に固定される。よって、電子ビーム戻し工程において電子ビームが照射された領域には、電子が供給され蓄積される。
【００４２】
ここで、電子ビームの加速電圧を上昇させると、焦点位置がずれて電子ビームのビーム径は大きくなる。すなわち、図４に示すように、第１の加速電圧Ｖ1のときＲ1であったビーム半径は、第２の加速電圧Ｖ2ではＲ2となる（Ｒ1＜Ｒ2）。これにより、電子ビーム戻し工程において電子ビームが照射される領域内に、次に走査する走査ラインが含まれることとなる。その結果、次に走査する走査ライン上に電子を予め供給することが可能となり、次回の走査時においては二次電子が出射され易くなる。
【００４３】
なお、加速電圧を上昇させるだけでは電子ビームのビーム径が十分に大きくならないときは、対物レンズ２９を駆動制御して電子ビームの焦点を制御することにより、ビーム径を制御すると好ましい。この対物レンズ２９の制御は、図３（ｄ）に示すような焦点制御信号生成部４０において生成されたステップ波で表わされる焦点制御信号に基づいて行われる。すなわち、各走査ラインに沿って検査対象領域ＳをＸsからＸeまでＸ方向に走査するときには、電子ビームのビーム径がＲ1（ｒ1に対応）となるように、対物レンズ２９が制御される。また、各走査ラインの終点から始点まで電子ビームの照射位置を戻すときには、電子ビームのビーム径が、少なくとも次に走査する走査ライン上に電子ビームを照射することが可能なビーム半径Ｒ2（ｒ2に対応）となるように、対物レンズ２９が制御される。このように、ビーム径を拡大することで、次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧でより確実に電子ビームを照射することが可能となる。その結果、次に走査する走査ライン上に電子を予めより確実に供給することが可能となり、次回の走査時においては二次電子がより一層出射され易くなる。
【００４４】
このようにして、各走査ラインに沿って検査対象領域Ｓを走査して検出した二次電子量に関するデータは、逐次画像処理部３４に送出され、ここで画像処理が施されて各走査ライン上の画像情報が取得される。そして、検査対象領域Ｓ全体の検査画像情報が取得されたら、解析部３９においてその検査画像情報に基づいて欠陥の再検出を行う。具体的には、検査画像情報と予め取得された比較画像情報との差分を求め、これにより検査対象領域Ｓにおける欠陥を再検出する。このようにして検出された欠陥解析の結果や、欠陥の状態は、外部モニタ１７により画面上で確認することができる。
【００４５】
一の検査対象領域Ｓについての欠陥の再検出が終了すると、上記に説明したのと同様にして、次の検査対象領域Ｓについての欠陥の再検出を行う。そして、すべての検査対象領域Ｓについて欠陥の再検出が終了すると、半導体基板２０の検査を終了する。
【００４６】
以上、本実施形態では、第１及び第２の加速電圧Ｖ1，Ｖ2を切り替え制御し、次に走査する走査ラインに沿って第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射し、その走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくともその走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射して、予め電子を供給している。これにより、その走査ライン上を走査するときに半導体基板２０上から二次電子が放出され易くなり、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が向上され、半導体基板２０の検査精度を向上させることが可能となる。
【００４７】
特に、本実施形態では各走査ラインについて画像情報を取得する前ごとに走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射しているため、より十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。
【００４８】
また本実施形態では、第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2を、第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ1よりも大きくしているため、少なくとも次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2でより確実に電子ビームを照射することが可能となる。これにより、その走査ライン上を走査するときに半導体基板２０上から二次電子がより一層放出され易くなり、より十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が一層向上され、半導体基板２０の検査精度をより一層向上させることが可能となる。
【００４９】
また本実施形態では、第２の加速電圧Ｖ2での電子ビームの照射を、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで、電子ビームの照射位置を移動するときに行うため、スループットを阻害するおそれがなくなる。すなわち、ＳＥＭ装置１８により半導体基板２０上の検査対象領域Ｓを走査するとき、通常、前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときは、電子ビームはビームブランク等と呼ばれる部分に導かれ、半導体基板２０上に電子ビームが照射されない。これに対し、本実施形態ではかかる電子ビームの照射位置の移動時にも半導体基板２０上への電子ビームの照射を継続し、少なくとも次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射している。このように、電子ビームの照射位置の移動時を利用して電子の供給を行うことで、スループットを阻害するおそれがなくなる。
【００５０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、図５に示すように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓが矩形領域であるとき、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、各走査ラインと直交する検査対象領域Ｓの縦の辺の長さＬよりも大きくすると好ましい。このようにすれば、電子ビームの戻し工程を行うときに、検査対象領域Ｓの全体に電子を供給することが可能となり、より解像度の高い画像情報を得ることが可能となる。
【００５２】
また、図６に示すように、半導体基板２０上の検査対象領域Ｓが矩形領域であるとき、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2を、検査対象領域Ｓの対角長Ｍよりも大きくすると好ましい。このようにすれば、電子ビームの戻し工程において、電子ビームの照射領域内に検査対象領域Ｓが常に含まれるため、検査対象領域Ｓの全体に均一に電子を供給することが可能となり、より解像度の高い画像情報を得ることが可能となる。なお、図５及び図６に示すケースでは、１回の電子ビーム戻し工程で検査対象領域Ｓの全体に電子を供給することができるため、毎回の電子ビーム戻し工程において、半導体基板２０上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射することは、必ずしも必要ではない。
【００５３】
また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２０上の矩形の検査対象領域Ｓを走査するとき、図７（ａ）に示す順番で、複数の走査ラインに沿って検査対象領域Ｓをランダムに走査してもよい。複数の走査ラインに沿って検査対象領域Ｓを上から順に走査するとき、検査対象領域Ｓの一部分が不自然にチャージアップすることがある。これに対し、このように検査対象領域Ｓをランダムに走査することで、かかるチャージアップを低減することが可能となる。なお、矩形の検査対象領域Ｓをランダムに走査する場合においても、電子ビームの戻し工程において第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、各走査ラインと直交する検査対象領域Ｓの縦の辺の長さＬよりも大きくすると好ましく、或いは、検査対象領域Ｓの対角長Ｍよりも大きくすると好ましい。
【００５４】
また上記した実施形態では、電子ビーム戻し工程において、次に走査する走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射し、走査ライン上に電子の供給を行っていたが、これに限定されることはない。例えば、図８に示すように、一の走査ラインに沿って始点Ｘsから終点ＸeまでＸ方向に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射し電子を供給した後、その一の走査ラインの始点Ｘsまで電子ビームの照射位置を戻し、その走査ラインに沿って再度始点Ｘsから終点Ｘeまで第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射して、画像情報を取得してもよい。なお、この場合には、電子ビーム戻し工程では従来と同様に電子ビームをビームブランク等に導いて、半導体基板２０の検査対象領域Ｓへは電子ビームが照射されない。このようにしても、走査ラインに沿って第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射して画像情報を取得する前に、その走査ライン上に第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームが照射され電子が供給されるため、その走査ラインから出射される二次電子量が増大され、十分な解像度の画像情報を取得することが可能になる。その結果、欠陥の検出率が向上され、半導体基板２０の検査精度を向上させることが可能となる。なお、この場合においても、第２の加速電圧Ｖ2で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ2は、第１の加速電圧Ｖ1で電子ビームを照射するときのビーム径Ｒ1よりも大きくすると好ましい。
【００５５】
また上記した実施形態では、導電パターン間にあるシリコン酸化膜から出射される二次電子量を増加させることを考えていたため、第１及び第２の加速電圧Ｖ1，Ｖ2をシリコン酸化物に基づいて決定していたが、他の材料から出射される二次電子量を増加させたい場合には、当該他の材料についての二次電子の収率に基づいて加速電圧を決定してもよい。
【００５６】
また上記した実施形態では、半導体基板２０上に形成されたメモリ等の単一のセルパターンを有する複数のチップを検査する場合について説明したが、これに限定されることなく、半導体基板２０上に形成されたランダムロジックパターンを有する複数のチップを検査する場合等、他のパターンの検査にも本発明を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、十分な解像度の画像情報を取得することにより、基板の検査精度を向上することが可能な基板検査方法及び基板検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る基板検査装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２（ａ）は、半導体基板上の検査対象領域を示す図である。図２（ｂ）は、検査対象領域を複数の走査ラインに沿って走査する様子を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は、検査対象領域のＸ方向の走査制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｂ）は、検査対象領域のＹ方向の走査制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｃ）は、電子ビームの加速電圧制御信号の一例を示すグラフである。図３（ｄ）は、電子ビームの焦点制御信号の一例を示すグラフである。
【図４】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の様子を示す図である。
【図５】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の変形例を示す図である。
【図６】前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の変形例を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、検査対象領域をランダムスキャンする様子を説明するための図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すようにランダムスキャンを行うときに、前回走査した走査ラインの終点から、次回走査する走査ラインの始点まで電子ビームの照射位置を移動するときの電子ビームの照射の様子を示す図である。
【図８】第２の加速電圧で走査ライン上に電子ビームを照射する方法の変形例を説明するための図である。
【図９】電子ビームの加速電圧（エネルギー）と二次電子の収率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…基板検査装置、１２…走査型電子顕微鏡装置、１４…制御ユニット、１８…走査型電子顕微鏡、２０…半導体基板、２２…ステージ、２４…真空室、２６…電子銃、２８…走査コイル、２９…対物レンズ、３０…二次電子検出部、３２…制御部、３４…画像処理部、３７…走査制御信号生成部、３８…加速電圧制御信号生成部、３９…演算部、４０…焦点制御信号生成部、Ｓ…検査対象領域。
Claims (6)
- 走査型電子顕微鏡装置を用い、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して該検査対象領域の画像情報を取得する基板検査方法であって、
前記電子ビームを照射することにより前記検査対象領域内の所定材料から出射される前記二次電子の収率が１より大きくなる第１の加速電圧と、該二次電子の収率が１より小さくなる第２の加速電圧とを用い、
前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径を、前記第１の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくして、
前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで前記電子ビームの照射位置を移動するときに、前記第２の加速電圧での前記電子ビームの照射を行うことで、一の走査ラインに沿って前記第１の加速電圧で前記電子ビームを照射し、該一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくとも該一の走査ライン上に前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射しておくことを特徴とする基板検査方法。 - 前記検査対象領域を矩形領域とし、前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径を、前記走査ラインと交差する該矩形領域の一辺の長さよりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
- 前記検査対象領域を矩形領域とし、前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径を、該矩形領域の対角長よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
- 走査型電子顕微鏡装置を備え、複数の走査ラインに沿って順次電子ビームを照射して基板上の検査対象領域を走査し、出射される二次電子を検出して該検査対象領域の画像情報を取得する基板検査装置であって、
前記電子ビームを照射することにより前記検査対象領域内の所定材料から出射される前記二次電子の収率が１より大きくなる第１の加速電圧と、該二次電子の収率が１より小さくなる第２の加速電圧とを切り替え制御すると共に、前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径が、前記第１の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径よりも大きくなるように、該ビーム径を制御して、
前回走査した走査ラインの終点から次回走査する走査ラインの始点まで前記電子ビームの照射位置を移動するときに、前記第２の加速電圧での前記電子ビームの照射を行うことで、一の走査ラインに沿って前記第１の加速電圧で前記電子ビームを照射し、該一の走査ライン上の画像情報を取得する前に、少なくとも該一の走査ライン上に前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するように、前記電子ビームの照射を制御する制御装置を備えることを特徴とする基板検査装置。 - 前記検査対象領域を矩形領域とするとき、前記制御装置は、前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径が、前記走査ラインと交差する該矩形領域の一辺の長さよりも大きくなるように、該ビーム径を制御することを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
- 前記検査対象領域を矩形領域とするとき、前記制御装置は、前記第２の加速電圧で前記電子ビームを照射するときのビーム径が、該矩形領域の対角長よりも大きくなるように、該ビーム径を制御することを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
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