JP4825530B2

JP4825530B2 - パターン欠陥検査方法および装置

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Publication number: JP4825530B2
Application number: JP2006027861A
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Inventors: 長谷川正樹; 村越久弥; 牧野浩士
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Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2011-11-30
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Description

本発明は，半導体ウェハ上に作成された微細な回路の電気的欠陥を検査する方法および装置に関する。

半導体デバイスの製造過程において，ウェハ上に形成された回路パターンの欠陥を画像の比較検査により検出する方法として，点状に絞った電子線を走査するＳＥＭ方式によるパターンの比較検査方法が，例えば、特許文献１に記載されている。ＳＥＭ式検査装置は，光学式検査装置より分解能が高い上，導通不良などの電気的欠陥を検出できるという特長を有している。しかし，ＳＥＭ式検査装置は、電子線を試料表面上に２次元的に走査して像を得る手法であるため，走査時間が長いという欠点がある。この欠点は、今後の検査の高速化には根本的な障害となる。

高速化を図った新たな電子線検査方法として，例えば、特許文献２には，矩形状の電子線を半導体ウェハに照射し，発生する反射電子や二次電子を電子レンズにより結像する写像型の検査装置が記載されている。写像型検査装置は，ＳＥＭ方式よりも大電流の電子線を一度に照射でき，かつ一括で画像を取得できるため、ＳＥＭ方式即ち走査電子方式と比較して高速に画像を形成できることが期待できる。

一方、二次電子写像型の検査装置は，対物レンズの収差により解像力が得られず十分な欠陥検出感度が得られない危険性があることが、特許文献３で指摘されている。当該文献には，高感度な欠陥検出と高速検出との両立する手法として，ウェハ直上の逆電界によって試料に衝突する前に引き戻される電子（ミラー電子またはミラー反射電子と以下に称する）を，結像電子として用いたミラー電子結像式ウェハ検査装置が開示されている。

ここで，ミラー電子結像式ウェハ検査装置について説明する。ミラー電子結像式ウェハ検査装置は、検査に使用する画像をミラー電子顕微鏡を用いて取得する検査装置である。検査画像は被検査試料に電子線を照射し、反射電子線を結像することにより得られる。この際に、試料表面に負の電位を印加しておき、照射された電子線が試料表面に到達せずに試料表面近傍の特定の等電位面で反射されるようにする。このような試料表面近傍の等電位面で反射された電子を「ミラー電子」と称される。試料表面の等電位面には、試料表面の凹凸や電位変化の情報が反映されるため、ミラー電子を結像すれば、試料表面の凹凸や電位変化の情報が反映された画像を取得することができる。従って、ミラー電子画像を参照画像と比較することにより、試料表面の形状欠陥や電気欠陥の検査を行うことができる。

特開平０５−２５８７０３号

特開平０７−２４９３９３号特開平１１−１０８８６４号

上述のごとく，ミラー電子を使って検査像を取得するミラー電子結像式ウェハ検査装置は，従来のSEM式検査装置と像形成原理が全く異なる。従って、ミラー電子結像式ウェハ検査装置を実用化するためには、ミラー電子結像式ウェハ検査装置に合った最適な検査条件の設定方法を考案する必要がある。本発明は、ミラー電子結像式ウェハ検査装置に適した検査条件設定方法を実現し、ミラー電子結像式ウェハ検査装置の使い勝手を向上させることを目的とする。

ミラー電子結像式ウェハ検査装置に合った最適な検査条件の設定方法を考案するに当たって、本願発明の発明者は、下記の状況を検討した。

半導体デバイス製造ラインにおいて、ミラー電子結像式ウェハ検査装置は，製造ラインを流れる全ウェハの全面または特定の部分に対する欠陥検査に使用される場合が多い。半導体プロセスのどの工程間に検査工程を挿入し，検査工程にどの程度の時間を割り振るかは，半導体製造ラインの生産性を勘案して慎重に決めなければならない。すなわち，歩留まりを上げるため検査工程を精密化しようとすると，検査に時間がかかる分生産量が低下する一方，検査時間を短くしても検査精度が下がり歩留まりを悪化させ，やはり生産性が下がるからである。このように，不良発生率や，不良発生工程，生産量が異なる様々な製造ラインにおいて，それぞれに最も生産性を上げることのできる最適な検査時間が存在し，かつその時間はまちまちとなる。この様に，様々な半導体デバイス製造ラインの固有の事情を考慮して最も効率的な検査を行うよう，ミラー電子結像式ウェハ検査装置には，検査速度に対する柔軟な条件設定が必要である。

ミラー電子結像式ウェハ検査装置の検査速度とは，単位時間当たりに検査できるウェハの面積である。図2に検査画像を構成する画素の並びを示す。図の升目一つが画素２０１であり，通常は正方形でこの辺の長さのウェハ上の換算値をDと表す。ミラー電子結像式ウェハ検査装置の検査像は時間遅延積分方式（TDI方式）で取得している。TDI方式では，ウェハの移動（図2中白抜き矢印で示した）に同期して，図中縦方向に画像信号を送りつつ積算して行く。縦方向に1画素分信号を送る周期をPとしている。また，画像領域のウェハの移動方向と垂直な方向（図2では横方向）の長さをLである。検査速度Sは結局，長さL、幅Dの面積の像（図中灰色で示した領域）を周期Pで画像処理装置に送っていることになるので，これらD，P，Lを用いて
S=D×L×P
で表すことができる。

従って，ユーザーは，最適な検査速度で装置を稼動するためには，D，L，Pを上式の関係を満たし，かつ検査感度を劣化しないように調整することが必要となる。特に、ミラー電子結像式ウェハ検査装置においては、検査に最適な画素サイズがミラー反射電子の結像光学系拡大率と連動して変化する。この変化は、被検査試料の材料、構造などの特性に起因して変化する。このような特性は、SEMや二次電子写像型の電子光学系では発生し得ない、ミラー光学系固有の特性である。従って、装置ユーザは、光学系の拡大率を勘案してD，L，Pの調整を行うことが必要となる。

従来は、上記のＤ，Ｐ，Ｌ等の設定は、装置管理者や装置開発者が、ミラー電子結像式ウェハ検査装置や被検査対象物の特性を考慮して試行錯誤しながら行っており、きわめて煩雑である。また、装置の稼働条件を設定する上で、通常、装置ユーザの興味は、検査速度だけである。従って、この様な条件設定が必要なこと自体，装置ユーザーにとっては煩雑な印象を与え、装置の使い勝手が悪いという印象を装置ユーザに与えてしまう虞がある。

上記の課題を解決するため，上記S，D，L，Pの関係を操作画面に表示して，ユーザーが直感的に検査速度と検査感度などの諸条件を検討できるようにした。また，ユーザーが決定した条件を元に，電子光学系，時間遅延積算型撮像装置，ウェハ移動ステージにおける動作条件に変換する工程を新たに設置することにより，ユーザーが検査装置の詳細を理解する必要なく，様々な半導体製造ラインの状況に合わせて，検査動作をさせる事ができるようにした。

本発明によれば，半導体デバイス製造ラインに遅延をもたらさないような検査速度を実現するための，最適の画素サイズ，照射領域の大きさなど条件設定が容易に遂行でき，ユーザーが効率よく最適な条件下で半導体パターンの欠陥検査を行うことができる。また、検査条件の設定が容易になるため、条件設定から検査終了までのトータルの検査時間が短縮される。更に、装置の使い勝手が良くなるため、販売政策上も非常に有利な装置が実現可能となる。

本発明の一実施例の構成について以下に図面を参照して詳述する。

図１に、本実施例を実現する装置のハードウェア構成の一例を示す。但し，本図には真空排気用のポンプやその制御装置，排気系配管などは略されている。

まず，本装置の電子光学系の主な要素を説明する。電子銃１０１から放出された照射電子線１００ａは，コンデンサレンズ１０２によって収束されながら，Ｅ×Ｂ偏向器１０３により偏向されて，クロスオーバー１００ｂを形成した後，試料ウェハ１０４上に略平行束となって照射される。図中ではコンデンサレンズ１０２は１つに描かれているが，より光学条件を最適化するために複数のレンズを組み合わせたシステムであっても良い。電子銃１０１には通常Zr/O/W型のショットキー電子源が用いられている。電子銃１０１への引出電圧，引き出された電子線への加速電圧，および電子源フィラメントの加熱電流などの，運転に必要な電圧電流は電子銃制御装置１０５により供給，制御されている。

Ｅ×Ｂ偏向器１０３は，結像電子線１００ｃの結像面１００ｄ近傍に設置されている。このとき照射電子線１００ａに対してＥ×Ｂ偏向器１０３により収差が発生する。この収差を補正する必要がある場合は，照射系コンデンサレンズ１０２とＥ×Ｂ偏向器１０３の間にもう一つ収差補正用のＥ×Ｂ偏向器１０６が配置される。Ｅ×Ｂ偏向器１０３によってウェハ１０４に垂直な軸に沿うように偏向された照射電子線１００ａは，対物レンズ１０７により試料ウェハ１０４表面に対し垂直な方向に入射する面状の電子線に形成される。対物レンズ１０７の焦点面上には，照射系コンデンサレンズ１０２により微細なクロスオーバーが形成されるので，平行性の良い電子線を試料ウェハ１０４に照射できる。照射電子線１００ａが照射する試料ウェハ１０４上の領域は，例えば２５００μｍ２，１００００μｍ２等といった大きな面積である。

ウェハステージ１０８に搭載された試料ウェハ１０４には，電子線の加速電圧とほぼ等しいか，僅かに強い（電圧値の絶対値の大きい）負電位が印加されている。照射電子線１００ａは，この負電位によってウェハ１０４に殆ど衝突することなくウェハ１０４の手前で減速，反射されてミラー電子として上方に引き戻される。ウェハ１０４に印加される電圧の供給と制御は，ウェハ電圧制御装置１０９が行う。ウェハの極近傍で照射電子を反射させるため，照射電子線１００ａの加速電圧との差を精度良く調整する必要があり，電子銃制御装置１０５と連動制御されている。

ウェハ側から飛来したミラー電子はウェハ１０４上の回路パターンの電気的欠陥に関する情報を反映しており，電子結像光学系を用いた像形成により，欠陥判定のための画像として装置に取り込まれる。ミラー電子は対物レンズ１０７により収束作用を受け，Ｅ×Ｂ偏向器１０３は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ているので，そのまま垂直に上昇し，中間レンズ１１０，投影レンズ１１１によって画像検出部１１２に拡大投影される。本図では投影レンズ１１１は１つとして描かれているが，高い倍率や像歪の補正などのために複数の電子レンズで構成される場合もある。画像検出部１１２は像を電気信号に変換しウェハ１０４表面の局部的な帯電電位の分布すなわち欠陥像を，画像処理部１１２に送る。電子光学系の制御は，電子光学系制御装置１１３が行っている。

次に，画像検出部１１２について説明する。画像検出には，ミラー電子像を光学像に変換するための蛍光板１１２aと光学画像検出装置１１２ｂとを光学像伝達系１１２ｃにより光学結合させる。光学像伝達系１１２ｃとして，光ファイバー束が用いられている。光ファイバー束は，細い光ファイバーを画素数と同じ本数束ねたもので，光学像を効率よく伝達できる。また，十分な光量をもった蛍光像が得られる場合は光学伝達効率を低くしても良く，上記光ファイバー束の代わりに光学レンズを用い，光学レンズによって蛍光板１１２a上の光学像を光学画像検出素子１１２ｂの受光面上に結像させる場合もある。また，光学像伝達系に増幅装置を挿入し，光学画像検出装置１１２ｂに十分な光量の光学像を伝達することもできる。光学画像検出装置１１２ｂは，その受光面上に結像された光学像を電気的な画像信号に変換して出力する。光学画像検出装置１１２ｂには，時間遅延積分（TDI）型のＣＣＤを用いたTDIセンサが用いられている。

画像処理部１１６は，画像信号記憶部１１６ａ，欠陥判定部１１６ｂより構成されている。画像記憶部１１６ａは，電子光学条件，画像データ，およびステージ位置データを，電子光学系制御装置１１３，画像検出部１１２，およびステージ制御装置１１５からそれぞれ取得し，画像データを試料ウェハ上の座標系に関係付けて記憶する。欠陥判定部１１６ｂは，ウェハ上の座標付けがされた画像データを用い，あらかじめ設定された値との比較，あるいは隣接パターン像との比較，または隣接ダイにおける同一パターン箇所の像との比較，などの様々な欠陥判定法により欠陥を判定する。欠陥の座標および，対応するピクセルの信号強度は検査装置制御部１１７に転送，記憶される。これらの欠陥判定の方法は，ユーザーが設定するかまたは，あらかじめウェハの種類に対応付けられた方法を検査装置制御部１１７が選択する。

装置各部の動作条件は，検査装置制御部１１７から入出力される。検査装置制御部１１７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，ウェハステージ移動速度，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，各要素の制御装置を総括的に制御し，ユーザーとのインターフェースとなる。検査装置制御部１１７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１１８が設置されている。

ミラー電子結像式ウェハ検査装置は，電子線がウェハに殆ど衝突することがないので，試料ウェハが十分帯電しない場合がある。しかし，電気的欠陥を検出するためには正常部との差が生じるための十分な帯電をさせる必要がある。そこで，予備帯電装置１１９ａ，１１９ｂを備えている。これらはいずれも予備帯電制御装置１２０により制御されている。予備帯電装置１１９ａおよび１１９ｂによって形成されたウェハ上の帯電電位は，照射電子線がウェハ表面極近傍で反射する状態を乱さないようにするため，予備帯電制御装置１２０はウェハ電圧制御装置１０９及び電子銃制御装置１０５と連動制御を行っている。

図３にユーザーが検査装置を操作する画面の1実施例を示す。この画面３０１は、ユーザーが検査速度と検査感度とを選ぶときに用いる画面「検査条件設定画面」または，その一部であり、モニタ付入出力装置１１８に表示される。画面中のグラフ３０２は，横軸が画素サイズD，縦軸が検査速度Sで表示されている。グラフ３０２では，検査速度Sは単位時間当たりに検査できるウェハ面上の面積であり，１時間当たり検査面積（cm²/h）で表現される。この単位は，ユーザーが理解しやすい単位を選択すればよく，たとえば，１時間あたりの処理ウェハの枚数でもよいし，あるいは逆数にして，1枚のウェハにかかる処理時間や単位面積の検査にかかる時間（たとえばh/cm²など）という定義の方法もある。グラフ３０２では0 cm²/hから600 cm²/hまでの範囲が図示されている。画素サイズDは，ウェハ上での実際のサイズに対応する値で表現されており，0nmから250nmの範囲となっている。グラフ３０２には特性直線３０３が複数引かれている。これは，TDIセンサの周期Pの値が異なったときの直線群である。グラフ３０２ではPの値として，100-700kHzの各値が選ばれている。また，検査画像の横幅Lは，画面中上部の検査画像幅表示部３０４に表示されており，この例では60μmとなっている。この値は，たとえば選択用矢印３０５をクリックすることで複数の条件がプルダウン表示され，それらのいずれかを選択することにより変更が可能であり，別の値を選ぶと図４のように新たに計算された直線が表示される。図4では例としてLの値として120μmを選んだとしている。Ｌの値は，対物レンズの収差によって上限があり，200μmを越えると視野周辺のひずみや分解能劣化が著しくなる。よって、検査画像として使用できる視野サイズの上限は、200μm×200μm程度である。

ユーザーは，グラフ３０２上で白い矢印のポインタ３０６をマウスで動かすことにより，検査速度と画素サイズの条件を探すことができる。グラフ３０２上のポインタ３０６の位置から計算される検査速度，画素サイズ，TDI周期は下欄の表示欄３０７に値が表示されるので，具体的な数値を見ながら条件を選ぶことができる。ただし，グラフの直線上の値だけが許されるわけではなく，グラフ３０２内の直線の間の領域でもポインタの位置から計算されて表示される。

グラフ３０２上で条件が決まったら，マウス（図示せず）のクリックやキーボード（図示せず）のキーの押下で値を固定し，画面の決定ボタン３０８でこれらの条件が検査装置制御部に送られ，装置の詳細な動作条件に変換される。ただし，装置の仕様上上限値は決まっているので，たとえばP=700kHzがTDIカメラの仕様上の上限値である場合，700kHzを越えるような領域で条件を設定しても，装置の条件には反映されない。

この図を見ることにより，必要な検査速度を得るための，画素サイズ，検査画像の幅，TDIセンサの動作周期の値の組を決定することができる。

本実施例の条件設定方式により、ミラー電子結像式ウェハ検査装置の検査速度を設定することが、試行錯誤を経ることなく可能となる。

実施例１においては，ユーザーは主として検査速度と画素サイズの数値を見て検査装置の動作条件を決定したが，欠陥検出感度と画素サイズとの関係が明白ではない。そこで，本実施例では，Sの設定画面に表示するグラフの横軸を欠陥感度で表示することにより、欠陥検出感度と画素サイズとの関係が装置ユーザにとって直感的に把握できるようにした。横軸ではなく縦軸を欠陥感度で表示しても良い。

図５に、ミラー電子結像式ウェハ検査装置のモニタ付入出力装置１１８に表示されるSの設定画面の概略を示す。図５に示すユーザ操作画面は、ミラー電子結像式ウェハ検査装置あるいはミラー電子結像式試料検査システムのモニタに表示される画面である。図３とは異なり、グラフ５０１の横軸の表示が欠陥感度になっている。図中のポインタや特性曲線など、図３で示される構成要素と同じ要素については、簡単のため説明は省略する。

画素サイズと欠陥検出感度との関係は，ミラー電子結像式検査装置特有の欠陥像の拡大作用を利用する。ミラー電子結像式検査装置の検査画像は，欠陥の存在による等電位面の歪を画像化したものである。図６はミラー電子結像の原理を説明した図である。図６(a)は，異物などの突起状欠陥６０１とスクラッチのような凹状欠陥６０２とがウェハ表面にあった場合の，それぞれの等電位面６０３の様子と，照射された電子が等電位面６０３で反射される軌道６０４の様子を示している。図６(b)と(c)は，酸化膜に埋め込まれた下層の配線への導通をとるためのビア６０５に非導通欠陥６０５a，６０５ｂが生じている場合の等電位面６０６のひずみの様子と照射電子の軌道６０７とを示した図であり，（b）は非導通ビア６０５aが負に帯電した場合，（c）は非導通ビア６０５bが正に帯電した場合を，それぞれ示している。ウェハ表面の形状の凹凸にせよ，電気的な電位の凹凸にせよ，いずれにしても等電位面がひずむ範囲は欠陥の実際の大きさに比べて広く，また，より上方の等電位面の方が歪みの程度が小さくなるものより広い範囲で歪む。従って，ミラー電子結像光学系を調整することにより実際の欠陥の大きさにくらべ大きな像として得ることができる。このことは，欠陥サイズより大きな画素で画像を取得しても，十分検出が可能であることを示している。

図７はミラー電子結像方式によって取得された検査像の例である。図７(a)に回路パターンの概略を示した。このパターンは酸化膜７０１中に埋め込まれたビア７０２であり，一辺の長さが200nmの正方形パターンが５行５列等間隔にピッチ800nmで並んでいる。良品ビアは下層の配線７０３と導通している。図７(b)がミラー電子結像方式における検査像，すなわちミラー電子像である。このミラー電子像におけるビアパターンの大きさは，中心のパターンを除き，もとのパターンの大きさのおよそ３倍の600nmに及んでいる。この拡大は，ビアの電圧と周りの絶縁膜との電圧に差があったため，等電位面が歪んでいるためである。図７(b)のミラー電子像においては，中心のビア７０４に非導通欠陥があり正常ビアに比べ+1.5V程度電圧が異なっている。この欠陥ビア７０４のミラー電子像の大きさは，正常ビアの像のおよそ２倍の1200nmであり，実際のビアパターンの大きさからすると６倍に大きくなっている。

これらのデータから，ビアの電圧によってパターンの実際の大きさにくらべ，ミラー電子像の大きさは３倍から６倍に大きくなると結論できる。この結果を元に，本実施例では画素サイズの１／３のパターンまでの欠陥を検出できる場合を想定し，検査速度のグラフ５０１の横軸を画素サイズの１／３を検出感度として表示した。図５に示されるグラフ５０１の横軸は、上記の検出感度情報を基に図３のグラフ５０１の横軸を変換したものである。このような横軸あるいは縦軸の変換演算は、検査装置制御部１１７あるいはモニタ付入出力装置１１８に内蔵される演算装置により実行される。同様に、検出感度情報と画素の関係は、ないしは上記１／３という変換情報は、検査装置制御部１１７あるいはモニタ付入出力装置１１８に内蔵される記憶手段に格納されている。記憶手段としては、例えば、メモリやハードディスクなどが使用できる。

次に、ユーザーが指定した検査速度などの条件を，電子光学系やウェハステージ伝達する方法について説明する。

図８に、本実施例で使用するミラー電子結像式ウェハ検査装置のハードウェア構成の概略図を示す。図１の構成図と同じ参照番号が付与されている構成要素については、図１に示される構成要素と機能・動作は同一である。図８に示すミラー電子結像式ウェハ検査装置においては、検査装置制御部１１７に変換部８０１が備えられている。入出力装置１１８を通してユーザーが入力した検査動作の条件は，検査装置制御部１１７に送られる。本実施例では検査装置制御部１１７に，条件変換部８０１を装備した。モニタ付入出力装置１１８から入力される条件は，画素サイズDの値，検査速度Sの値，TDIカメラの画像取り込み周期P，視野のサイズLである。まずこれらの値から，ウェハステージ１０８の移動速度Vsが計算される。VsはTDIカメラの画像取り込み周期P，と画素サイズDとから，
Vs=P×D
の関係式より決定される。この値はステージ制御装置１１５に送られる。ステージ制御装置１１５は、位置検出器１１４からのステージ位置情報をモニタしながら，ステージの運動中は速度Vsを維持する様，ステージ駆動機構を制御する。TDIカメラの画像取り込み周期Pは，そのまま画像検出装置制御装置８０１に送られる。画像検出装置制御装置８０１は、画像取り込みがステージの運動と同期を取って行われるように，TDIカメラの画像出力周期を制御する。画素サイズDの値からは，予め仕様として決まっているTDIカメラの受光面での画素サイズDｐとから，結像電子光学系の倍率Dp/Dが計算される。結像電子光学系の倍率は電子光学系制御装置１１３に送られて，対物レンズ１０７，中間レンズ１１０，投影レンズ１１１への電圧および電磁石電流を制御する。結像光学系の倍率に対する，結像光学系の各電子光学素子の電圧電流条件は，予め数値テーブルとして電子光学系制御装置１１３または条件変換部８０１が記憶しており，その値を参照して電圧電流条件が決められる。このテーブルに無い倍率値が参照されたときは，最も近い値の倍率値に対する電流電圧値から補完して決定される。

また，条件変換部８０１または電子光学系制御装置１１３は，視野のサイズLの値に対するコンデンサレンズ１０２および対物レンズ１０７の条件を記録した数値テーブルを記憶しており，ユーザーの決定した視野のサイズLに対し，照射電子光学系の電圧電流値を数値テーブルから参照し制御する。以上の構成により、ユーザーが選択した検査動作条件が，検査装置に正しく反映される。
以上、本実施例により，ユーザーは，検査速度と欠陥検出感度とをパラメータとして検査条件を設定できる。これにより，より容易な操作が可能となった。

実施例２では欠陥の拡大倍率を３倍としたユーザー操作画面について説明した。本実施例では，欠陥拡大率をユーザーが変更できるようにした場合の実施例について説明する。

本実施例におけるユーザー操作画面を図９に示す。図９に示すユーザ操作画面は、ミラー電子結像式ウェハ検査装置あるいはミラー電子結像式試料検査システムのモニタに表示される画面である。図５と共通な構成要素については説明を省略する。図５と異なる点は，欠陥倍率選択欄９０１が設置されていることである。ユーザーは欠陥倍率選択欄９０１の矢印をクリックして複数ある欠陥倍率の中から倍率を選択できる。選択された欠陥倍率に従ってグラフ９０２の横軸の値は修正され，特性直線も修正され表示される。

欠陥の拡大倍率は，ミラー電子結像における対物レンズのフォーカス条件，ミラー電子を反射させる等電位面の高さなどによって変化させることができる。ミラー電子結像での像形成は，欠陥の種類が表面の凹凸であっても，電気的欠陥に起因する電圧の変動であっても，等電位面の歪であるので変わりは無い。したがって，ある等電位面の歪に関して，ミラー反射を生じさせる等電位面の高さと対物レンズのフォーカス条件をパラメータにして，欠陥像の拡大率を予め予測することが可能である。

この予測には，例えば，予め大きさのわかった凸あるいは凹の形状欠陥が加工されたＳｉウェハを用いて，対物レンズの異なる焦点位置および，ウェハの異なる負電位の値に対してミラー電子像を取得し，元の欠陥の大きさからの拡大率を測定しておけばよい。形状の凸凹ではなく電位の変動に対しては，計算機シミュレーションにより形状の凸凹によって受ける歪と同じ程度に等電位面がひずむ電圧を算出し，形状欠陥における電子光学条件と拡大率との関係を援用すればよい。ある電圧に対する等電位面の歪の程度を求める計算は，単なる電界計算であるので容易に行うことができる。あるいは，上記のような標準試料を用いるのではなくて，計算機シミュレーションによって電子の軌道を解析し，対物レンズの条件を変化させて，得られる像を計算で求めることによって，拡大率との関係を求めてもよい。

以上のような準備によって求められた，対物レンズの条件および，ミラー反射する等電位面を変化させるためのウェハにかける負電位の値と，欠陥の拡大率とのテーブルを保持する，検査条件評価装置１００１を検査装置に新たに搭載した。図１０に検査条件評価装置１００１を加えたシステムの概略を示した。

本検査装置を用いて，欠陥の拡大率を与えて検査を行う場合，ミラー電子が反射する等電位面を常に同じにしておく必要があるので，被検査ウェハの表面電位を一定に保つことが重要である。そこで，予備帯電装置１１９ａ，１１９ｂを用いる。これらはいずれも予備帯電制御装置１２０により制御されている。被検査ウェハが予備帯電装置１１９ａの下を通過して対物レンズ直下を通り，予備帯電装置１１９ｂの直下へ移動する場合を例にとる。この場合，検査直前に予備帯電装置１１９ａによって，被検査ウェハの表面電位は設定した電位に設定される。この電位は，所望の欠陥拡大率が得られる電位であり，検査条件評価装置１００１の数値テーブルから与えられて，予備帯電制御装置１２０が制御する。予備帯電装置１１９aについては，例えば、フラッドガン等の電子線照射装置を使用することができる。ウェハが対物レンズ直下を通り過ぎた後，ミラー電子観察時に生じるわずかな帯電による電位の乱れを，再び予備帯電装置１１９ｂを動作させることにより，必要な表面電位に戻しておく。

本実施例によれば，ユーザーが指定した欠陥の拡大率を含め，検査時間の最適化を図ることができ，効率よい半導体製造ラインの管理ができる。

以上，本発明が適用される実施形態について述べた。実施例１から３の実施例の組み合わせもまた本発明に含まれる。

ミラー電子結像式検査装置の基本構成を説明する図。 TDI方式による検査画像取得方法を説明する図。検査条件設定画面の例を説明する図。検査条件設定画面の例を説明する図。検査条件設定画面の例を説明する図。ミラー電子結像による欠陥検出の原理を説明する図。ミラー電子結増方式の検査画像における拡大の例を説明する図。ミラー電子結像式検査装置への本発明の適用例を説明する図。検査条件設定画面の例を説明する図。ミラー電子結像式検査装置への本発明の適用例を説明する図。

符号の説明

１０１：電子銃，１０２：コンデンサレンズ，１０３：Ｅ×Ｂ偏向器，１０４：試料ウェハ，１０５：電子銃制御装置，１０６：Ｅ×Ｂ偏向器，１０７：対物レンズ，１０８：ウェハステージ，１０９：ウェハ電圧制御装置，１１０：中間レンズ，１１１：投影レンズ，１１２：画像検出部，１１２ａ：蛍光板，１１２ｂ：光学画像検出装置１１２ｃ：光学像伝達系，１１３：電子光学系制御装置，１１４：位置検出器，１１５：ステージ制御装置，１１６：画像処理部，１１６ａ：画像信号記憶部，１１６ｂ：欠陥判定部，１１７：検査装置制御部，１１８：モニタ付入出力装置，１１９ａ：予備帯電装置，１１９ｂ：予備帯電装置，１２０：予備帯電制御装置，２０１：画素，３０１：画面，３０２：グラフ，３０３：特性直線，３０４：検査画像幅表示部，３０５：選択用矢印，３０６：ポインタ，３０７：表示欄，３０８：決定ボタン，５０１：グラフ，６０１：突起状欠陥，６０２：凹状欠陥，６０３：等電位面，６０４：電子軌道，６０５：ビア，６０６：等電位面，６０７：電子軌道，７０１：酸化膜，７０２：ビア，７０３：下層配線，７０４：欠陥ビア，８０１：条件変換部，８０２：画像検出装置制御装置，９０１：欠陥倍率選択欄，９０２：グラフ，１００１：検査条件評価装置，１００ａ：照射電子線，１００ｂクロスオーバー，１００ｃ：結像電子線，１００ｄ：結像面。

Claims

電子線をウェハの一定の面積を有した範囲に照射する工程と，ウェハに負の電圧を印加することによって照射された電子をウェハ表面に到達する直前に反射する工程と，反射された電子を結像する工程と，前記ウェハを照射電子ビームに対して一定の速度で移動させる工程と，前記ウェハの移動速度に同期してデジタル画像を時間遅延積分方式によって取得する工程と，取得された画像を用いて前記ウェハの欠陥を抽出しその位置や像を表示する工程と，を有する欠陥検査方法において，
前記電子線照射領域の中で検査画像となる範囲の，画像取得中のウェハの運動方向と垂直な方向の大きさをＬとし，単位時間当たりに検査するウェハ上の面積をＳとし，取得デジタル画像の単位画素が対応するウェハ上の大きさをＤとし，時間遅延積分方式での画像信号取り込み周波数をＰとしたとき，これらの相関関係を操作画面に表示する工程と，ユーザーが前記操作画面で選択した前記Ｓ，Ｄ，Ｌ，Ｐの内の１つの変数の値に基づき計算した他の３つの変数の相関関係のグラフを前記操作画面上に表示する工程と，ユーザーが選択した前記グラフ上の任意の点での前記３つの変数の値を前記操作画面上の表示欄に表示する工程と，前記表示欄を見ながらユーザーが決定した前記Ｓ，Ｄ，Ｌ，Ｐの値を制御部に送る工程と，前記Ｓ，Ｄ，Ｌ，Ｐの値を元に電子光学系およびウェハ移動速度を調整する工程を有することを特徴とする，ウェハ欠陥検査方法。
請求項１に記載のウェハ欠陥検査方法において，前記操作画面上にＳ＝Ｄ×Ｌ×Ｐの関係を表すグラフを，横軸をＤ，縦軸をＳとし複数のＬおよびＰの値に対して表示することを特徴とする，ウェハ欠陥検査方法。
請求項２に記載のウェハ欠陥検査方法において，ＤおよびＬの各値に対応する，電子レンズの動作条件をあらかじめ数値テーブルとして保持し，このテーブルを参照することにより，ユーザーの決定したＤおよびＬの値を実現するための電子レンズ動作条件を決定することを特徴とする，ウェハ欠陥検査方法。
請求項２に記載のウェハ欠陥検査方法において，グラフの横軸をＤの値に１より小さい定数を乗じて，欠陥感度として表示していることを特徴とする，ウェハ欠陥検査方法。
請求項４に記載の定数をユーザーが選択した際，凹凸パターンを刻印したＳｉウェハを用いて，該Ｓｉウェハの電位および対物レンズの焦点位置と，該刻印パターンの大きさとミラー電子像の大きさとの比を予め測定して数値テーブルとした結果を元に，該定数に対する，ウェハの表面電位と対物レンズのフォーカス条件とを関係付けることを特徴とする，ウェハ欠陥検査方法。
電子線をウェハの一定の面積を有した範囲に照射する手段と，ウェハに負の電圧を印加することによって照射された電子をウェハ表面に到達する直前に反射する手段と，反射された電子を結像する手段と，前記ウェハを照射電子ビームに対して一定の速度で移動させる手段と，前記ウェハの移動速度に同期してデジタル画像を時間遅延積分方式によって取得する手段と，取得された画像を用いて前記ウェハの欠陥を抽出しその位置や像を表示する手段と，を有する欠陥検査装置において，
前記電子線照射領域の中で検査画像となる範囲の，画像取得中のウェハの運動方向と垂直な方向の大きさをＬとし，単位時間当たりに検査するウェハ上の面積をＳとし，取得デジタル画像の単位画素が対応するウェハ上の大きさをＤとし，時間遅延積分方式での画像信号取り込み周波数をＰとしたとき，これらの相関関係を操作画面に表示する手段と，ユーザーが前記操作画面で選択した前記Ｓ，Ｄ，Ｌ，Ｐの内の１つの変数の値を基に計算した前記相関関係のグラフを表示し，前記グラフ上の任意の点での他の３つの変数の値を表示および決定する手段と，ユーザーが決定した前記変数の値を制御部に送る手段と前記Ｓ，Ｄ，Ｌ，Ｐの値を元に電子光学系およびウェハ移動速度を調整する手段とを備えることを特徴とする，ウェハ欠陥検査装置。
請求項６に記載のウェハ欠陥検査装置において，操作画面上にＳ＝Ｄ×Ｌ×Ｐのグラフを，横軸をＤ，縦軸をＳとし複数のＬおよびＰの値に対して表示する手段を備えたことを特徴とする，ウェハ欠陥検査装置。
請求項７に記載のウェハ欠陥検査装置において，ＤおよびＬの各値に対応する，電子レンズの動作条件をあらかじめ数値テーブルとして保持する手段と，このテーブルを参照することにより，ユーザーの決定したＤおよびＬの値を実現するための電子レンズ動作条件を決定する手段とを備えたことを特徴とする，ウェハ欠陥検査装置。
請求項７に記載のウェハ欠陥検査装置において，グラフの横軸をＤの値に１より小さい定数を乗じて，欠陥感度として表示する手段を有することを特徴とする，ウェハ欠陥検査装置。