JP4914604B2 - 電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法及びそのシステム、並びに写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象物に面状電子ビームを照射してミラー電子を検出する写像投影型（ミラープロジェクション（ＭＰＪ：Mirror Electron Projection）型（２次電子プロジェクション（ＳＥＰＪ:Secondary Electron Projection）型も含む））又はマルチビーム型電子線検査装置並びにこれら電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法及びそのシステムに関する。

半導体ウエハの電子線式検査装置において、スループット向上の切り札として、点状の電子ビームを照射する走査型に代わり、面状の電子ビームを照射する写像投影型の電子線式検査装置が、特開２００３−２０２２１７号公報（特許文献１）、「長谷川ら、“ミラー電子を用いたＢＥ式ウエハ検査技術の開発”,ＬＳＩテスティングシンポジウム, 2004」（非特許文献１）、「村上ら，“写像投影型電子線欠陥検査装置の開発”，ＬＳＩテスティングシンポジウム, pp.85-87, 2004」（非特許文献２）、「Nagahama et al, 的nspection performances of the electron beam inspection system based on projection electron microscopy pp.921-928, SPIE Vol.5375, 2004」（非特許文献３）、「Satake et al, 摘lectron beam inspection system for semiconductor wafer based on projection electron microscopy pp.1125-1134, SPIE Vo.5375, 2004」（非特許文献４）、及び特開２００４−３６３０８５号公報（特許文献２）において知られている。

特許文献１には、被検査対象物の表面に電子ビームを減速させる電界を形成し、該減速電界により被検査対象物の表面に到達し得ないエネルギーの成分を含む、一定の面積を持った面状の電子ビームを被検査対象物の表面の極近傍で反射させて結像レンズにより結像し、被検査対象物の表面の複数の領域の画像を取得して画像記憶部に記憶し、該記憶させた複数の領域の画像同士を比較して領域内の欠陥の有無および欠陥の位置を検出する欠陥検査装置が記載されている。

また、特許文献２には、電子を発生させて所望の倍率で結像してクロスオーバーを作り、所望の断面形状で前記基板に照射する電子照射手段と、前記基板に照射される電子と前記基板を保持するステージとのうちの少なくとも一方を移動させて基板上の被荷電粒子照射領域を相対移動させる手段と、前記基板の表面の情報を得た電子を検出する検出器と、該検出器で検出された基板表面の情報に基づいて被検査ダイの検出画像を取得する手段と、該被検査ダイの検出画像の比較基準となる参照用ダイの画像を取得する手段と、前記被検査ダイの画像と前記参照用ダイの画像とを比較する比較手段とを備えた検査装置が記載されている。

特開２００３−２０２２１７号公報 特開２００４−３６３０８５号公報 「長谷川ら、"ミラー電子を用いたＢＥ式ウエハ検査技術の開発",ＬＳＩテスティングシンポジウム, 2004」 「村上ら，"写像投影型電子線欠陥検査装置の開発"，ＬＳＩテスティングシンポジウム, pp.85-87, 2004」 「Nagahama et al, 的nspection performances of the electron beam inspection system based on projection electron microscopy pp.921-928, SPIE Vol.5375, 2004」 「Satake et al, 摘lectron beam inspection system for semiconductor wafer based on projection electron microscopy pp.1125-1134, SPIE Vo.5375, 2004」

しかしながら、上記特許文献１、２並びに非特許文献１〜４の何れにも、面状の電子ビームを照射し、ミラー電子を検出するミラープロジェクション（ＭＰＪ（Mirror Projection））型電子線式検査技術において、条件出し技術については十分考慮されていなかった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、条件出しができるようにした写像投影型（ＭＰＪ型（ＳＥＰＪ）型も含む））又はマルチビーム型電子線検査装置並びにこれら電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法及びそのシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、条件出し用電子線検査装置を用いて、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し過程と、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、前記条件出し過程において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおいて変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査過程とを有するパターン欠陥検査方法であって、前記条件出し過程は、帯電電子ビームを、正常な回路パターンを有する条件出し用試料上の条件出し用領域に照射して帯電させて条件出し用領域近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップで電位分布が形成された条件出し用領域に条件出し用電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出する検出ステップと、その後前記条件出し用領域を除電する除電ステップとを、前記帯電ステップにおける前記帯電電子ビームの照射条件を変えながら複数回繰り返し、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像に基づき前記ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査過程における少なくとも前記プリチャージ条件を決め、前記欠陥検出ステップは、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法とした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、条件出し用電子線検査装置を用いて、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し過程と、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、前記条件出し過程において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおいて変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査過程とを有するパターン欠陥検査方法であって、前記条件出し過程は、帯電電子ビームを、電気的欠陥部を有する条件出し用試料上の欠陥部に照射して帯電させて欠陥部近傍に前記電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させて電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップで前記電位分布が形成された欠陥部に条件出し用電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出する検出ステップと、その後前記条件出し用領域を除電する除電ステップとを前記帯電ステップにおける前記帯電電子ビームの照射条件を変えながら複数回繰り返し、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像の欠陥部の検出性能を基に前記ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査過程における少なくとも前記プリチャージ条件を決め、前記欠陥検出ステップは、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法とした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、試料上の検査領域を位置決めするアライメントステップと、該アライメントステップで位置決めされた試料上の検査領域に帯電用電子ビームを照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された前記検査領域に前記検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器の検出面を前記試料の表面に対してデフォーカスした状態で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおいて変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法であって、前記アライメントステップは、前記試料上に形成された粗位置決め用パターンの画像を光学式顕微鏡により低倍で検出し、該検出された粗位置決め用パターンの画像を基に粗位置決め用パターンの位置を測定する測定ステップと、該測定ステップで測定された粗位置決め用パターンの位置を基に精位置決め用パターンの位置を算出する算出ステップと、該算出ステップで算出された精位置決め用パターンの位置に前記帯電電子ビームを照射して前記精位置決め用パターン近傍を帯電させて該精位置決め用パターン近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより前記電位分布が形成された精位置決め用パターンに前記写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器の検出面を前記試料の表面に合わせた状態で検出して高倍の精位置決め用パターンのミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップで変換された高倍の精位置決め用パターンのミラー画像に対応する予め登録しておいた基準位置座標を持った辞書パターンとを照合することにより精位置決め用パターンの位置座標を取得する取得ステップと、該取得ステップで取得された精位置決め用パターンの位置座標に基づいて前記検査領域の位置座標を補正して該検査領域を位置決めする補正ステップとを含む電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法とした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、回路パターンが形成された試料上において設定された欠陥検査用検査領域内の欠陥を検査する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法であって、
前記欠陥検査用検査領域の設定は、前記試料上に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより試料の表面から放出される２次電子又は反射電子を検出器で検出して第一のミラー画像を形成して操作画面に表示し、該表示された操作画面上で検査領域を予備検査領域として設定して記憶し、さらに前記検査領域に除電ビームを照射して除電する予備検査領域設定ステップと、その後、前記検査領域に帯電電子ビームを照射して前記検査領域を帯電させて電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射して試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出して第二のミラー画像を形成して該第二のミラー画像を前記操作画面に前記予備検査領域と共に表示して該第二のミラー画像において検出光量の低い領域が除外されるように検査領域の修正を行い、該修正した検査領域を欠陥検査用検査領域として設定して記憶する欠陥検出用検査領域設定ステップとを有する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法とした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、回路パターンが形成された試料上の検査領域に帯電用電子ビームを照射して帯電させて前記検査領域近傍に電位分布を生じせしめる帯電発生手段と、前記近傍に電位分布が形成された検出領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出する検出手段と、該検出手段で検出したミラー画像を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたパターン欠陥検査装置であって、予め、前記帯電発生手段によって帯電電子ビームの照射条件を変えながら前記検査領域に照射して帯電させて前記検査領域の近傍に前記検査領域内の電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電界分布を形成し、さらに該電界分布が形成された検査領域に前記電子ビーム照射手段によって写像投影又はマルチの電子ビームを照射した際、前記検出手段によって検出された前記検査領域のミラー画像のコントラストに基づき欠陥検査時における帯電電子ビームの照射条件を最適化する照射条件最適化手段を備え、前記検出手段は、合焦点位置が異なる複数の検出器を備え、該複数の検出器によって表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出するパターン欠陥検査装置とした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し用電子線検査装置と、 該条件出し用電子線検査装置において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部とを有する欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置とを備え、前記条件出し用電子線検査装置は、帯電装置において照射条件を変えながら帯電電子ビームを逐次条件出し用領域に照射して逐次該条件出し用領域内の電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該逐次電位分布が形成された条件出し用領域に、条件出し用電子ビームを前記電子線照射及び検出光学系により照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出することを繰り返し、該逐次変換されたミラー画像に基づき該ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における少なくとも前記プリチャージ条件を決める手段を備え、
前記電子線照射及び検出光学系は、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システムとした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し用電子線検査装置と、 該条件出し用電子線検査装置において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部とを有する欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置とを備え、前記条件出し用電子線検査装置は、帯電装置において照射条件を変えながら帯電電子ビームを逐次電気的な欠陥部を含む領域に照射して逐次該領域内の前記電気的欠陥部を前記領域内の電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該逐次電位分布が形成された欠陥部に、条件出し用電子ビームを電子線照射及び検出光学系により照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記帯電電子ビームを照射した領域のミラー画像のコントラストを算出することを繰り返し、該逐次変換されたミラー画像のコントラストによる欠陥部の検出性能を基に最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における少なくとも前記プリチャージ条件を決める手段を備え、前記電子線照射及び検出光学系は、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の合焦点位置による複数の信号を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システムとした。

また、上記目的を達成するために、本発明は、試料を載置して移動するステージと、帯電用電子ビームを試料上に照射して検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成するための面状に広がった電子放出面を有する電子源と該電子源から発射された電子のエネルギを制御する制御電極とを備えた帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の合焦点位置ごとの信号を検出器で検出して複数のミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換された複数のミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部と、除電ビームを試料上に照射して除電する除電装置とを備えたことを特徴する写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置とした。

本発明によれば、写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における最適なプリチャージ条件やその他ミラー画像としての検出条件を設定でき、半導体ウエハ（試料）上に存在する欠陥をミラー画像に基づいて高速に検査することが可能となる。

本発明に係る検査条件出しを含めた電子線式パターン欠陥検査方法及びそのシステムの実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
本発明に係る条件出しを含めた写像投影型又はマルチビーム型電子線式パターン欠陥検査方法及びそのシステム構成の第１の実施の形態について図１を用いて説明する。

第１の実施の形態は、図１（ａ）に示すように、欠陥位置情報を取得するＳＥＭ１０２０と、条件出しする条件出し用写像投影型（ミラープロジェクション（ＭＰＪ：Mirror Electron Projection）型（２次電子プロジェクション（ＳＥＰＪ:Secondary Electron Projection）型も含む））又はマルチビーム型検査機１０１０と、複数のインラインの写像投影型（ＭＰＪ型（ＳＥＰＪ型も含む））又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃと、これらを接続するネットワーク１０３０とで構成される。なお、複数のインラインの検査機１０００ａ〜１０００ｃは半導体製造ラインの中に組み込まれて設置させることになる。また、条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０としては、複数のインラインの検査機１０００ａ〜１０００ｃの何れかを用いても良い。その結果、図１（ｂ）に示すように、欠陥位置情報はＳＥＭ１０２０によって取得され（Ｓ１００）、条件出しは写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０で行われ（Ｓ２００）、該条件出しに基づいて各写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃで欠陥検査が実行される（Ｓ３００）。これらＳＥＭ１０２０、及び各種検査機１０１０、１０００ａ〜１０００ｃについては詳しく後述する。また、欠陥位置情報取得処理Ｓ１００、条件出し処理Ｓ２００、及び欠陥検査処理Ｓ３００についても詳しく後述する。

［第２の実施の形態］
本発明に係る条件出しを含めた写像投影型又はマルチビーム型の電子線式パターン欠陥検査方法及びそのシステム構成の第２の実施の形態について図２を用いて説明する。

第２の実施の形態は、図２（ａ）に示すように、欠陥位置情報を取得し、条件出しするＭＳＥＭ兼用のＳＥＭ１０２０と、複数のインラインの写像投影型（ＭＰＪ型（ＳＥＰＪ型も含む））又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃと、これらを接続するネットワーク１０３０とで構成される。なお、複数のインラインの写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃは半導体製造ラインの中に組み込まれて設置させることになる。また、条件出し検査機１０２０としては、ＳＥＭ１０２０におけるＭＳＥＭ機能が使用される。その結果、図２（ｂ）に示すように、欠陥位置情報はＳＥＭ１０２０によって取得され（Ｓ１００）、条件出しはＳＥＭ１０２０におけるＭＳＥＭ機能で行われ（Ｓ４００）、該条件出しに基づいて各インラインの写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃで欠陥検査が実行される（Ｓ３００）。これらＭＳＥＭ兼用のＳＥＭ１０２０、及び各写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００ａ〜１０００ｃについては詳しく後述する。また、欠陥位置情報取得処理Ｓ１００、条件出し処理Ｓ４００、及び欠陥検査処理Ｓ３００についても詳しく後述する。

［第１の実施例］
次に、本発明に係る欠陥検査及び条件出しに用いる電子線式検査装置（検査機）１０００、１０１０の第１の実施例である写像投影型（ＭＰＪ型（ＳＥＰＪ型も含む））検査機（電子線式検査装置）１０ａについて図３及び図４を用いて説明する。ＭＰＪ型電子線式検査装置は面状電子線（面状の電子ビーム）を照射する写像投影によるミラー電子を検出する方式であり、ＳＥＰＪ型電子線式検査装置は面状電子線（面状の電子ビーム）を照射する写像投影による２次電子を検出する方式である。図３は、本発明に係る電子線式検査装置の第１の実施例の構成を示す。第１の実施例は、大別して電子照射光学系１１と、試料室１２と、電子結像光学系１３と、画像処理部１４と、各種制御部（照射系偏向器１０５と結像系偏向器１１０とを制御する走査制御部１５１、対物レンズ１０６と焦点補正コイル１（１１９）と焦点補正コイル２（１２０）とを制御する焦点位置制御部１５２、ステージ１０８を制御するステージ制御部１５３、及び電源（電界発生手段）１０９を制御する電位制御部１５４を有する。）１５と、各種制御部１５及び画像処理部１４等の全体を制御する全体制御部１６とから構成される。

電子照射光学系１１は、電子源１０１と、コンデンサレンズ１０２、１２１と、絞り１０３と、ビームセパレータ１０４と、照射系偏向器１０５と、焦点補正コイル１（１１９）と、対物レンズ１０６とを備え、試料の検出領域に写像投影（面状）電子ビーム３１０を照射するように構成される。

電子結像光学系１３は、結像系偏向器１１０と、焦点補正コイル２（１２０）と、結像レンズ１１１と、コントラストアパーチャ１１２と、拡大レンズ１１３と、試料１０７の検出領域の表面乃至近傍からの２次電子又は反射電子による電子線像を検出する検出器（蛍光板１１４、光ファイバー束１１５及びＴＤＩ等の１次元又は２次元のＣＣＤ等のラインセンサ部１１６から構成される。）２００とを備えて構成される。

試料室１２内には、試料１０７を載置し、ステージ制御部１５３によって少なくともＸ軸方向及びＹ軸方向に制御される移動ステージ１０８と、電子ビームを試料（検査対象物）１０７の表面付近から引き戻すような電界を発生させる電界発生手段であり、電位制御部１５４によって負の電位が制御される電源１０９と、試料１０７の表面高さを光学的に検出する光学式高さ検出センサ１１７が設けられて構成される。

更に、試料室１２には、試料１０７の検出領域に主電子ビームを照射して試料の表面乃至近傍から２次電子又は反射電子を検出して、欠陥検査用の画像及びプリチャージの最適性の評価指標を算出するための画像を検出する前に、試料１０７に帯電用電子ビーム（面状の電子ビーム）を照射して検出領域を正又は負に帯電させて該検出領域近傍に電位分布を形成し、上記検査用のミラー画像及び上記最適性の評価指標を算出するためのミラー画像を検出した後、試料１０７の検出領域に除電用イオンシャワー又は電子シャワーを照射することによって上記検出領域を除電する帯電・除電制御装置１３１を設ける。帯電・除電制御装置１３１は、図４（ａ）に示すように、帯電用電子ビームを試料１０７の表面に照射して正又は負に帯電させる帯電装置１３１０と、除電用荷電粒子ビームシャワーを照射して除電させる除電装置１３２０とを備えて構成される。帯電装置１３１０は、電源１３１２が接続されることによって、大電流の電子ビームを、ある程度の広さを持った面状の電子源（カーボンナノチューブを束ねたもの、又はタングステンフィラメント熱電子線源など）１３１１から放出し、電源１３１３が接続された引き出し電極１３１４により電子を引き出し、電源１０９が接続された制御電極１０９１を制御することにより、図４（ｂ）に示すように、試料表面に入射する電子のエネルギーにおいて、２次電子放出効率が１．０より大きくなるｅ１に設定することで試料の表面を正に帯電するように構成され、２次電子放出効率が１．０より小さくなるｅ０に設定することで試料の表面を負に帯電するように構成される。除電装置１３２０は、例えば、高圧電源１３２２が接続された電極針１３２１と接地されたグランド板１３２３とを備えて構成され、個々の電流値を制御することにより、プラス及びマイナスのイオンの生成量を個別に調整できるように構成される。また、除電装置としては、帯電装置１３１０を兼用して制御電極１０９１を制御して２次電子放出効率を帯電の場合と逆にすることにより除電をすることも可能である。

このように帯電装置１３１０により検出領域に帯電用電子ビームを照射し、検出領域における電気的欠陥部を正常部に対して相対的に正又は負に帯電させ、該電気的欠陥部近傍での試料表面上の等電位面の形状を正常部と異ならしめることが可能となる。この結果、ミラー電子像中で、電気的欠陥部が顕在化される。また、除電装置１３２０により帯電した領域にイオンシャワーを照射することによって除電することが可能となる。また、帯電装置１３１０により帯電した領域に電子シャワーを照射して除電をすることも可能である。このように荷電粒子ビームシャワーを照射することにより、除電することが可能である。

画像処理部１４は、フォーカスマップ作成時および検査実行時において、光学式高さ検出センサ１１７で検出された試料表面の高さを基準にして合焦用のセンサ部（２００内に設置される。）で検出される電子像信号に基づいて合焦測度を測定する合焦測度算出部１４１と、該測定された合焦測度に基づいて結像光学系（電子結像光学系）１３に関し対物レンズ等による面状電子ビームの収束面と共役な共焦点面（合焦点面）の高さを算出し、該算出された共焦点面の高さを基に、検査対象物の検査領域の合焦検査画像をセンサ部２００で検出するように対物レンズの焦点位置を算出して全体制御部１６に出力する焦点位置算出部１４２と、センサ部２００によって検査対象物から検出される検査画像信号（検査ミラー画像信号）を記憶する画像メモリ１４３と、該検査画像信号と比較される例えば試料上で繰返される異なるダイから得られる参照画像信号を記憶する画像メモリ１４４と、検査画像信号と欠陥が存在しない参照画像信号（しきい値画像信号でもよい。）と比較して欠陥又は欠陥候補を検出する欠陥判定部１４５とを備えて構成される。

全体制御部１６は、ＧＵＩ等を表示するデイスプレイ１６２、及びフォーカスマップや検査対象のレイアウト等のデータを記憶する記憶装置１６３を接続し、ＧＵＩ等による条件出し用領域設定部１６５、ＧＵＩ等を用いた帯電用電子ビーム照射条件設定部１６６、ＣＰＵ等による最適性評価部１６７、電子照射光学系１１及び電子結像光学系１３による条件出し時の電子ビームの照射・検出条件をレシピ調整用条件として設定し、欠陥検査時の電子ビームの照射・検出条件を検査用条件として設定するレシピ調整用条件及び検査用条件の設定部１６８、並びにＧＵＩ等による検査領域設定部１６９を有して構成される。なお、条件出しについてＭＳＥＭを用いて行う場合及び条件出し用以外の検査機においては、条件出し用領域設定部１６５、帯電用電子ビーム照射条件設定部１６６、最適性評価部１６７、及びレシピ調整用条件の設定部は、必ずしも必要としない。本発明の特徴とするＭＰＪ型電子線式検査装置における条件出しについての具体的な説明は後述する。

まず、電子照射光学系１１について具体的に説明する。加速電源（図示せず）により負の高電位が与えられている電子源１０１から放出された加速電子ビームは、コンデンサレンズ１０２、１２１によって収束されると共に、矩形開口を有する絞り１０３によって絞られる。電子源１には、Ｚｒ／Ｏ／Ｗ型のショットキー電子源を用いた。該電子源を用いると、大電流ビーム（例えば、１．５μＡ）で、かつエネルギー幅が１．５ｅＶの均一な写像投影である面状電子ビームを安定にできる。そして、ビームセパレータ１０４は、電子源１０１からの入射電子ビームと試料（検査対象物）１０７からのミラー電子ビームの光路を分離するためのものである。コンデンサレンズ１０２、１２１は、クロスオーバを対物レンズ１０６の前焦点面に形成する。また、対物レンズ１０６によって試料１０７の表面上に絞り１０３の像を形成するように絞りやレンズの配置を最適化してある。

これにより、試料１０７の表面に垂直な方向を向き、各電子同士の軌道がほぼ平行に揃ったビームで、かつ絞り１０３の開口形状に整形された面状の電子ビーム３１０が試料１０７の表面に向って形成されることになる。絞り１０３上での矩形絞り開口の大きさは、例えば１００μｍ角であり、対物レンズ１０６によってこれを例えば１／２程度に縮小し、試料１０７の表面上では例えば５０μｍ角程度の面状電子ビーム３１０が得られるように構成した。この面状電子ビーム３１０は、走査制御部１５１によって制御される照射系偏向器１０５によって試料１０７の表面上の任意の位置に移動（または走査）され得る。

対物レンズ１０６の前焦点面とクロスオーバ位置を完全に一致できなくてもある許容範囲内であれば問題はない。また、クロスオーバの大きさも理想的にはゼロであるが、実際には電子銃やコンデンサレンズの収差により有限の大きさを持っている。この大きさもある許容範囲であれば問題はない。このクロスオーバの位置を正確に制御し、しかも電子銃１０１やコンデンサレンズ１０２、１２１の収差を十分に低減させた電子照射光学系１１では、試料入射角の拡がりはミラー電子による試料表面の拡大像の分解能を決める要因の一つであり、次の（１）式で表される。

ｒ0＝β^２・Ｚm （１）
ここで、ｒ0は入射角の拡がりで決まる分解能、βは最大入射半角、Ｚmは電子を引き戻す電界が生じている距離である。

本実施例では、βは０．２５mrad、Ｚmは５ｍｍである。これを（１）式に代入すると、ｒ0は０．３ｎｍとなり、本実施例では分解能に影響を与えないことがわかる。従って、ビーム電流は必要に応じてもっと増やすことが可能である。なお、分解能が３０ｎｍ程度でも半導体ウエハの欠陥検出には十分と考えられるので、Ｚmが５ｍｍとすれば、βは２．４mradまで許容できることになる。この場合は、対物レンズ１０６の前焦点面クロスオーバとの位置ずれやクロスオーバの大きさにはかなり余裕が生じる。

前焦点面でのビーム開き半角をαとし、対物レンズ１０６の焦点距離をｆ、クロスオーバの位置ずれをΔｆ、面状電子ビーム３１０の半径をＸとすれば、次の（２）式及び（３）式が成り立つ。

Δｆ＝ｆ・β／α （２）
α＝Ｘ／（２ｆ） （３）
（２）式及び（３）式から、例えば対物レンズ１０６の焦点距離ｆが１０ｍｍで面状ビーム３１０の大きさＸを４０μｍとしたときは、クロスオーバの位置ずれΔｆが１０ｍｍ程度ずれても問題ない。これを前焦点面でのビーム直径に換算すると約４０μｍとなる。いずれにしろ、写像投影電子ビームのクロスオーバを対物レンズ１０６の前焦点面の近傍に配置させることで十分な分解能が得られることが分かる。

次に、ビームセパレータ１０４について説明する。ビームセパラレータ１０４は、電子源１０１から放出された写像投影電子ビームを試料１００７の方向に偏向し、一方、試料１０７から引き戻された２次電子又はミラー電子は電子源１０１の方向ではなく結像レンズ１１１の方向に偏向する。このような作用の偏向器には磁場による偏向器が最適である。磁場による偏向作用は電子の入射方向によって偏向作用の方向が異なるからである。また、結像レンズ１１１の光軸と対物レンズ１０６の光軸を一直線上に配置した光学系の場合は電場と磁場を直交させて、下からの２次電子又はミラー電子を直進させ、上からの１次電子ビームのみに偏向作用を持たせるＥｘＢ偏向器を用いる。

試料１０７及び試料移動ステージ１０８には、写像投影電子ビームを試料（検査対象物）１０７の表面付近から引き戻すような電界を発生させる電界発生手段である電源１０９により、電子源１０１よりも僅かに高い（絶対値の大きい）負電位を印加する。なお、電源１０９は、電位制御部１５４によって負電位が制御されるように構成される。具体的には、電源１０９により試料１０７を０．５〜５Ｖだけ負電位にするのが良い。あまり高い負電位にすると画像の分解能が劣化する。また、あまりに小さい負電位では表面の凹凸や電位等の僅かな変化を極端に強いコントラストとして画像化してしまい、真に必要な欠陥のみを検出することが困難となる。即ち、試料１０７及び移動ステージ１０８に印加する電源１０９は、電子結像光学系１３で試料表面から２次電子を検出する場合には試料表面からたたき出された２次電子を効率よく収集できるように電界をかけて上方に２次電子を吸い上げるためである。また、上記電源１０９は、電子結像光学系１３で試料表面から反射するミラー電子を検出する場合には、試料表面ぎりぎりで照射ビームの電子が戻ってくる程度の電界をかけるためである。

以上説明したように、ビームセパレータ１０４により偏向された写像投影電子ビームは、対物レンズ１０６により試料（検査対象物）１０７の表面に垂直な方向に揃った面状の写像投影電子ビーム３１０が形成される。そして、試料１０７には、写像投影電子ビームの加速電圧とほぼ等しいか、僅かに高い負の電位が電源（電界発生手段）１０９によって印加され、試料１０７の表面に形成された回路パターン形状や帯電の状態を反映した電界が形成されている。

従って、試料（検査対象物）１０７の表面に垂直に向けられた面状の写像投影電子ビーム３１０の大部分は、上記負電位によって試料１０７の手前で減速されて試料１０７の表面の電界によって上方に引き戻され、試料１０７の回路パターン情報を反映した方向や強度を持って上昇していくことになる。このように引き戻された２次電子又はミラー電子は、対物レンズ１０６により焦点を結び、ビームセパレータ１０４により結像系偏向器１１０及び結像レンズ１１１の方向に偏向される。そして結像レンズ１１１により試料１０７の表面の状態を２次電子線像またはミラー電子線像として結像面１１２に結像させる。

このように結像させた電子線像を拡大レンズ１１３によって蛍光板１１４上に拡大投影させることによって、試料（検査対象物）１０７の表面の回路パターンや帯電状態を反映した蛍光像（顕微鏡像）を得ることができる。

そして、上記電子線像のコントラストと分解能を向上させるために、クロスオーバ面にコントラストアパーチャ１１２を挿入して構成される。このコントラストアパーチャ１１２は、試料１０７の表面電場で引き戻されたときに結像されない電子を取り除くため、蛍光板１１４は高解像度で、高コントラストの欠陥の顕微鏡像が得られることになる。

一方、半導体の微細化の進展に伴って、微細パターンにおいて１Ｖ程度の帯電電位の違いを欠陥として検出することが必要となってくる。そのため、本発明において用いる電子ビームのエネルギー幅は２ｅＶ以下であることが望ましい。なお、上述したように、電子源１０１としてＺｒ／Ｏ／Ｗ型のショットキー電子源を用いた場合には、エネルギー幅が１．５ｅＶであるので問題はない。もっとエネルギー幅の大きい電子源を用いた場合には、電子ビームの光路上にエネルギーフィルタを設け、電子源から電子が放出されてから最終的に画像が形成されるまでの間に電子のエネルギー幅を２ｅＶ以下にする必要がある。エネルギーフィルタは電子源１０１から試料１０７の間に設けることが望ましいが、試料１０７からの２次電子又はミラー電子に対してエネルギーフィルタリングを実施しても同様な効果が得られる。

ミラー電子を検出する場合は、写像投影電子ビームが試料１０７に衝突することはない。従って、原則的には試料１０７の表面に絶縁膜が存在していても表面に帯電することはない。このように帯電させない状態で検査を実施すれば、検出できる欠陥は立体形状欠陥（形状が正常部と異なっているもの）となる。また、ショートや短絡などの電気的欠陥をミラー像として顕在化させるために、検査用の画像を検出する前に、帯電・除電制御装置１３１の帯電装置１３１０により、検査対象に帯電用電子ビーム（帯電用電子線シャワー）を照射し、図５に示すように、検出領域の電気的欠陥部を正常部に対して相対的に正または負に帯電させ、電気的欠陥部近傍での試料表面上の等電位面３２０の形状は正常部と異ならしめる。この結果、ミラー電子像中で、電気的欠陥部が顕在化される。その後、帯電・除電制御装置１３１の除電装置１３２０により除電用荷電粒子シャワーを照射することにより除電されて検査が終了することになる。

即ち、図５は、試料１０７の最表面付近の等電位面３２０に垂直入射した面状の写像投影電子ビーム３１０が電界によって引き戻される様子を模式的に示したものである。試料１０７の表面に存在する欠陥３３１、３３２により等電位面３２０は欠陥の存在する場所で不均一な形状となる。そのため、垂直入射した電子ビームは垂直方向には引き戻されず、図示のように角度を持って引き戻されて対物レンズ１０６及び結像レンズ１１１から構成されるレンズに入射し、結像面１１２、即ちセンサ部２００の蛍光板１１４上に欠陥３３１、３３２の像が集中して明るく結像されることになる。

そこで、欠陥が負帯電欠陥（凸状欠陥）３３１の場合には、フォーカス位置（合焦点位置）３４１は試料１０７の表面の下方に位置し（負方向にシフトし）、このフォーカス位置３４１から恰もミラー電子が発生するようにある角度を持って引き戻されて結像面１１２上に結像して凸状欠陥の像が検出されることになる。他方、欠陥が正帯電欠陥（凹状欠陥）３３２の場合には、フォーカス位置（合焦点位置）３４２は試料１０７の表面の上方に位置し（負方向にシフトし）、このフォーカス位置（合焦点位置）３４２から恰もミラー電子が発生するようにある角度を持って引き戻されて結像面１１２上に結像して凹状欠陥の像が検出されることになる。このように、負帯電欠陥３３１にセンサ部２００の合焦点位置を合わせた場合、正帯電欠陥３３２から引き戻されるミラー電子は結像面１１２に結像されることなく、正常面よりも暗部の像として検出されることになる。逆に、正帯電欠陥３３２にセンサ部２００の合焦点位置を合わせた場合、負帯電欠陥３３１から引き戻されるミラー電子は結像面に結像されることなく、正常面よりも暗部の像として検出されることになる。また、凸状欠陥や凹状欠陥の大きさに応じて合焦点位置（合焦点面）が変動することになる。

また、センサ部２００として、合焦位置が異なる複数のセンサ部を並べて構成することによって、面状電子ビーム３１０を照射領域に照射した際、試料１０７の最表面付近の等電位面３２０から反射するミラー電子による像を、各センサ部１、２、３からほぼ同時に合焦点位置を異ならしめた検査画像１、２、３として検出することができる。検査画像１は、負帯電欠陥（凸状欠陥）３３１に対して焦点合わせされた画像である。検査画像２は、試料１０７の表面に対して焦点合わせされた画像である。検査画像３は、正帯電欠陥（凹状欠陥）３３２に対して焦点合わせされた画像である。このように合焦点位置を異ならしめた検査画像１、２、３が検出されることによって、画像処理部１４内の欠陥判定部１４５においてそれぞれを欠陥のない参照画像と比較することによって、負帯電欠陥３３１、正帯電欠陥３３２、及びその他の欠陥を感度よく判定することが可能となる。

次に、焦点位置の算出原理について説明する。試料上の測定点又は合焦位置において、まず光学式高さ検出センサ１１７で測定して基準高さを求める。そして、全体制御部１６は、焦点位置制御部１５２に対して、該基準高さを基準にして対物レンズ１０６の焦点位置を互いに異なる複数の高さ（焦点オフセット）に逐次設定する。なお、移動ステージ１０８にＺステージを有する場合には、試料表面を上記基準高さに合わせることも可能である。次に、焦点位置制御部１５２は、逐次設定された互いに異なる複数の高さに焦点位置を変えて電子照射光学系１１により面状の電子ビーム３１０を上記測定点又は合焦位置に照射し、その時の測定点又は合焦位置から得られる２次電子線像又はミラー電子線像をセンサ部２００で検出する。合焦測度算出部（合焦測度測定部）１４１は、該検出された電子線像信号に基づいて合焦測度を測定し、焦点位置算出部１４２は、上記測定された合焦測度に基づいてピーク位置で示される結像光学系１３に関し、面状電子ビームの収束面と共役な共焦点面の高さ（合焦位置）を算出し、該算出された共焦点面の高さ（合焦位置）に基づいて、試料表面の検査領域の合焦検査画像を上記センサ部２００で検出するように焦点補正コイル１１９及び１２０を含めて対物レンズ１０６のフォーカス位置を算出することが可能となる。

［第２の実施例］
次に、本発明に係る欠陥検査及び条件出しに用いる電子線式検査装置（検査機）１０００、１０１０の第２の実施例であるマルチビーム型電子線式検査装置１０ｂについて図６を用いて説明する。マルチビーム型電子線式検査装置はマルチ電子ビーム（複数の点状の電子ビーム）を照射する写像投影による２次電子又は反射電子を検出する方式である。該第２の実施例において、上記第１の実施例と相違する点は、マルチビームを形成する光学系と、マルチビーム１２５の照射によって試料の表面乃至近傍からの２次電子又は反射電子を検出する検出光学系及び検出器とにある。マルチピームを形成する光学系としては、アパーチャアレイ１２２とレンズアレイ１２３とを備えた点である。検出器としては、マルチ検出器１２６によって構成した点である。なお、図６においては、マルチ検出器１２６が２次電子を検出する構成を示す。

［第３の実施例］
本発明に係る欠陥位置情報を取得し、条件出しするＭＳＥＭ兼用のＳＥＭ１０２０についての第３の実施例について図７を用いて説明する。該第３の実施例において、即ち、図３及び図６に示すものと同一の符号のものは同じものとする。なお、絞り１０３'は、条件出し用電子線ビームスポット１２８を照射するため、スポット状開口を有して構成される。さらに、試料１０７からの２次電子又は反射電子を検出器１２１で検出するように構成される。

ＭＳＥＭは、ＳＥＭにおいて、試料直上で入射ビームの電子の運動エネルギーがほぼ０になるように、試料１０７上の電極の電位を調節して構成される。

［第４の実施例］
次に、図１（ｂ）に示す本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０による条件出し処理（Ｓ２００）、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００による欠陥検査の処理（Ｓ３００）である第４の実施例について図８を用いて具体的に説明する。

図８（ａ）には写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０によりオフラインで条件出しが行われる処理フローを示す。まず、回路パターンが形成された条件出し用の半導体ウエハ１０７ａが写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０に投入される（Ｓ２０１）。投入された半導体ウエハ１０７ａはステージ１０８上で例えばアライメント用マーク（図示せず）をアライメント光学顕微鏡（図示せず）及び電子線顕微鏡により検出してアライメントが行われる（Ｓ２０２）。次に、全体制御部１６の条件出し用領域設定部１６５において例えばＣＡＤ情報に基づいて設定された半導体ウエハ１０７ａ上の正常の回路パターン部を有する条件出し用領域にステージを移動する（Ｓ２０３）。次に、全体制御部１６の帯電用電子ビーム照射条件設定部１６６で上記条件出し用領域に対する帯電用電子ビームの照射条件（プリチャージ条件）について表示装置１６２に表示されるＧＵＩ画面等を用いて設定する。この際、記憶装置１６３に記憶された同じ製造プロセスの半導体ウエハの過去に設定された帯電用電子ビームの照射条件を用いても良い。次に、帯電・除電制御装置１３１の帯電装置１３１０により、上記設定された照射条件（プリチャージ条件）で帯電用電子ビーム（電子シャワー）を上記条件出し領域に照射して帯電（プリチャージ）させる（Ｓ２０５）。次に、レシピ調整用条件の設定部１６８で条件出しのために設定された写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件（写像投影又はマルチの電子ビーム等の倍率／電流量／サンプリングレート／視野（検査領域）等）で電子照射光学系１１から写像投影（面状）電子ビーム３１０又はマルチ電子ビーム１２５を上記条件出し領域に照射し（Ｓ２０６）、レシピ調整用条件の設定部１６８で条件出しのために設定された検出条件（結像位置（フォーカス条件）等）で電子結像光学系１３の検出器２００から回路パターン部のミラー画像を検出し（Ｓ２０７）、画像処理部１４において検出されてＡ／Ｄ変換された回路パターン部のミラー画像信号を基に例えば回路パターン部の特性であるコントラストを算出する。次に、全体制御部１６の最適性評価部１６７において、画像処理部１４から得られる回路パターン部の特性であるコントラストの最適性を評価する（Ｓ２０８）。次に、帯電・除電制御装置１３１の除電装置１３２０から除電用荷電粒子ビームシャワーを条件出し領域に照射して除電する（Ｓ２０９）。最適性評価Ｓ２１０において回路パターン部の特性であるコントラストの最適性を評価して最適でない場合には、ステップＳ２０４に戻り、新たな帯電用電子ビームの照射条件（プリチャージ条件）が設定されて、Ｓ２０４からＳ２１０が繰返されることになる。

Ｓ２１０において最適になった場合には、帯電用電子ビームの照射条件が確定し、条件出し用の写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０の記憶装置１６３に格納される。なお、この際、回路パターン部の特性であるコントラストに関係するミラー像の検出条件（写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件（写像投影又はマルチの電子ビーム等の倍率／電流量／サンプリングレート／視野（検査領域）等）や２次電子又は反射電子の検出条件（結像位置（フォーカス条件）等））も最適性の評価がなされ、決められて記憶装置１６３に格納されることになる。そして、該条件出し用の写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０の記憶装置１６３から、レシピ調整用条件の設定部１６８で条件出しのために設定されて決められた回路パターン部の特性であるコントラストに関係するミラー像の検出条件（写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件及び２次電子又は反射電子の検出条件の情報）、条件出し用領域の情報、並びに確定した帯電用電子ビームの照射条件（プリチャージ条件）の情報等がネットワーク１０３０を介してインラインの検査機１０００ａ〜１０００ｃに送信して記憶装置１６３に格納され、回路パターン部の特性であるコントラストに関係する帯電用電子ビームの照射条件及びミラー像の検出条件（写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件や２次電子又は反射電子の検出条件等）が設定されることになる。

なお、写像投影又はマルチの電子ビーム等の照射・検出条件において、条件出しする際のレシピ調整用条件は欠陥検査する際の欠陥検査用条件に対して高解像度が得られる条件となる。即ち、レシピ調整用条件は、欠陥検査用条件よりも高解像度（画素サイズを微細に小さくする）が得られるように、写像投影又はマルチの電子ビーム等の倍率／電流量／サンプリングレート／視野等が調整されることになる。また、電子結像光学系１３における焦点位置（フォーカス条件）／ミラー位置は、標準試料片でのキャリブレーションによって決定することも可能である。以上により、条件出し用のＭＰＪ検査機１０１０において、条件出し用の半導体ウエハの種類（製造プロセス単位、ロット単位も含む）に応じた回路パターン部のミラー画像に基づいて、帯電用電子ビームの照射条件及びミラー像の検出条件が設定されたことになる。

図８（ｂ）には、写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００による欠陥検査の処理フローを示す。まず、回路パターンが形成された欠陥検査用の半導体ウエハ１０７が写像投影型検査機１０００に投入される（Ｓ３０１）。該投入された半導体ウエハ１０７の種類に応じて条件出しされた帯電用電子ビームの照射条件が設定部１６６において設定される（Ｓ３０２）。次に、ステージ１０８上で例えばアライメント用マーク（図示せず）をアライメント光学顕微鏡（図示せず）及び電子線顕微鏡により検出してアライメントが行われる（Ｓ３０３）。次に、全体制御部１６の検査領域設定部１６９において後述するように半導体ウエハ１０７上の検査領域が設定される（Ｓ３０４）。次に、該設定された半導体ウエハ１０７上の検査領域の先頭位置にステージを移動し（Ｓ３０５）、検査領域のステージスキャンが開始される（Ｓ３０６）。次に、帯電・除電制御装置１３１の帯電装置１３１０により、上記設定された照射条件（プリチャージ条件）で帯電用電子ビーム（電子シャワー）を上記検査領域に照射して帯電（プリチャージ）させる（Ｓ３０７）。次に、検査用条件の設定部１６８で検査用のために設定された写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件（例えば、条件出しより低解像度である。）で電子照射光学系１１から写像投影電子ビーム３１０等を上記検査領域に照射し（Ｓ３０８）、検査用条件の設定部１６８で検査用のために設定された検出条件で電子結像光学系１３の検出器２００から検査画像を検出する（Ｓ３０９）。なお、検査用条件の設定部１６８は、条件出しで、レシピ調整用条件として決められたミラー像の検出条件（写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件や２次電子又は反射電子の検出条件等）を基に設定することも可能である。

この際、全体制御部１６は、記憶装置１６３に記憶された対応する試料のフォーカスマップを読み出して上記検査領域に対応する測定点の推定フォーカス位置Ｆ（ｉ，ｊ；ｘ，ｙ）を、光学式高さ検出センサ１１７で測定される基準高さｓ（ｉ，ｊ；ｘ，ｙ）を基準にして、合焦点探索する焦点オフセットの初期値として焦点位置制御部１５２に対して設定し、該設定された対物レンズ１０６の焦点オフセットで電子照射光学系１１により面状ビーム３１０を検査領域の先頭位置に照射し、該検査領域の先頭位置からの２次電子線像又はミラー電子線像をセンサ部２００で検出して検査領域の先頭位置でのフォーカス位置（合焦位置）ｆ（ｉ，ｊ；ｘ，ｙ）を測定する。次に、全体制御部１６は、ステージ制御部１５３を介して移動ステージ１０８を走査方向に移動して写像投影電子ビーム３１０による検査領域の走査を開始する。全体制御部１６は、更に、上記フォーカス位置ｆのリアルタイム測定に基づいて焦点位置制御部１５２を介して例えば焦点補正コイル１１９、１２０を制御してフォーカス位置の補正を行う。

そして、検査領域の画像が検出されたならば、帯電・除電制御装置１３１の例えば除電装置１３２０から除電用荷電粒子ビームシャワーを上記検査領域に照射して除電する（Ｓ３１０）。次いで、画像処理部１４において検出されてＡ／Ｄ変換されて画像メモリ１４３に記憶された検査画像信号と画像メモリ１４４に記憶された参照画像信号とを欠陥判定部１４５において比較し、所定のしきい値以上の違いにより欠陥を判定して欠陥を検出し（Ｓ３１１）、これら検査結果の情報が記憶装置１６３に格納して出力することが可能となる。なお、半導体ウエハ１０７に対して検査実行中、移動ステージ１０８を移動させて、試料（ウエハ）１０７上における検出幅（ＴＤＩセンサの長手方向の幅）での検査領域（ダイに対応する領域）毎に、ステップＳ３０７〜Ｓ３１１が繰返されることになると共にフォーカス位置の補正が繰り返して実行される。

［第５の実施例］
次に、図１（ｂ）に示す本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０による条件出しの処理（Ｓ２００）、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００による欠陥検査の処理（Ｓ３００）である第５の実施例について図９を用いて具体的に説明する。図９（ａ）に示すように、該第５の実施例の条件出しにおいて、第４の実施例の条件出しと相違する点は、投入される条件出し用の半導体ウエハ１０７ａとして、ＳＥＭ１０２０において検出されて位置情報が取得された欠陥部を有するものを用い、しかもステップＳ２１２において欠陥部の位置情報をＳＥＭ１０２０から取得し、画像検出Ｓ２０７’において欠陥部のミラー画像を検出し、最適性評価Ｓ２０８’において欠陥部の検出性能、例えば顕在化できる濃淡差（差画像）としての欠陥部を検出できる最適性を評価する点にある。第５の実施例によれば、最適性の評価において、欠陥部の検出性能に影響を及ぼす、少なくとも帯電用電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件の最適性について評価して決定することが可能である。また、第５の実施例によれば、最適性の評価において、欠陥部の検出性能に影響を及ぼす、他の検出条件（結像位置（フォーカス条件）、写像投影又はマルチの電子ビーム等の倍率／電流量／サンプリングレート／視野等）および画像処理条件（例えば欠陥判定しきい値）の最適性も評価することが可能であるため、例えばＳＥＭ１０２０においてＳＥＭ画像を基に事前に検出した欠陥が、写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００で検出できるように、検査用条件の設定部１６８において上記検出条件及び画像処理条件を設定することが可能となる。なお、条件出しの際、最適性の評価をするために、欠陥検査をするときに比べて解像度を高めることが必要である。そのため、解像度の点で上記検出条件は異なることになる。

また、図９（ｂ）に示す第５の実施例の欠陥検査は、図８（ｂ）に示す第４の実施例と同様に行われる。

［第６の実施例］
次に、本発明に係る図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す前処理Ｓ１００としてのＳＥＭ１０２０による欠陥位置情報取得のための処理フローである第６の実施例を図１０を用いて説明する。即ち、ＳＥＭ１０２０としては、図７に示す構成のＳＥＭを用いるものとする。まず、回路パターンが形成され、欠陥を有する条件出し用の半導体ウエハ１０７ａがＳＥＭ１０２０に投入される（Ｓ１０１）。次に、全体制御部１６の帯電用電子ビーム照射条件設定部１６６で帯電用電子ビームの照射条件が設定される（Ｓ１０２）。次に、上記半導体ウエハに形成されたアライメント用マークを用いてＳＥＭに設けられたアライメント光学顕微鏡（図示せず）によりアライメントを実行する（Ｓ１０３）。次に、検査領域設定部１６９で上記半導体ウエハのＣＡＤ情報や概略欠陥位置情報を基に検査領域を設定する（Ｓ１０４）。次に、全体制御部１６は、該設定された検査領域の先頭位置にステージ１０８を移動し（Ｓ１０５）、試し検査領域のスキャンを開始する（Ｓ１０６）。そして、帯電・除電制御装置１３１の帯電装置１３１０により、帯電用電子ビームを試し検査領域に照射して帯電させる（Ｓ１０７）。次に、焦点合せ制御しながら、上記試し検査領域に電子照射光学系１１により電子ビーム１２８を照射し（Ｓ１０８）、検出器１２１から例えば２次電子を検出して検査画像を検出して画像処理部１４の画像メモリ１４３に入力する（Ｓ１０９）。次に、欠陥判定部１４５は、上記画像メモリ１４３に記憶された検査画像信号と画像メモリ１４４に記憶された参照画像信号とを比較して濃淡差（差画像）を基に欠陥を検出して主制御部１６に送信する（Ｓ１１０）。主制御部１６は、該欠陥検出信号を基に位置情報を抽出して記憶装置１６３に記憶する（Ｓ１１１、Ｓ１１２）と共に条件出しを写像投影による検査機１０１０で行う場合には該検査機１０１０に送信することになる（Ｓ１１２）。以上により、条件出し半導体ウエハ１０７ａにおける多数の欠陥部が存在する情報及び該多数の欠陥部の位置情報がＳＥＭ１０２０を用いて取得されることになる。

従って、前述したように、条件出し検査機１０１０、１０２０において、ＳＥＭ１０２０で事前に取得された多数の欠陥部が検出できるように、写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００における検出条件（プリチャージ条件、フォーカス条件、倍率／電流値／サンプリングレート／視野（検査領域）等）や画像処理条件（例えば欠陥判定しきい値等）を決めて設定することが可能となる。

［第７の実施例］
次に、図２（ｂ）に示す本発明に係るＭＳＥＭ１０２０による条件出し処理（Ｓ４００）、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００による欠陥検査の処理（Ｓ３００）である第７の実施例について図１１を用いて具体的に説明する。

図１１（ａ）に示すように、該第７の実施例の条件出しにおいて、第５の実施例と相違する点は図７に示すＭＳＥＭ（ＳＥＭにおいて、試料直上で入射ビームの電子の運動エネルギーがほぼ０になるように、条件出し試料１０７ａ上の電極の電位を調節して構成される。）を用いる点である。Ｓ４０１〜Ｓ４０５、Ｓ４０９〜Ｓ４１１、Ｓ４１２は、Ｓ２０１〜Ｓ２０５、Ｓ２０９〜Ｓ２１１、Ｓ２１２と同様になり、Ｓ４０６においては電子ビームが欠陥部に照射され、Ｓ４０７において検出器１２１から欠陥部の画像を検出して画像処理部１４に入力し、Ｓ４０８において最適性評価部１６７が画像処理部１４から得られる欠陥部の画像信号に基づいて、欠陥検出性能、即ち顕在化できる濃淡差（差画像）としての欠陥を検出できる最適性を評価し、最適なチャージアップ条件（帯電用電子ビームの照射条件）が決定されてインラインの写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００にネットワーク１０３０を介して提供されることになる。

図１１（ｂ）に示すインラインの写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００での欠陥検査については、図８（ｂ）及び図９（ｂ）と同様に実行される。

[第８の実施例]
本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機（特にＭＰＪ型（ＳＥＰＪ型も含む）検査機）におけるアライメントについての第８の実施例について図１２を用いて説明する。即ち、ミラー像の視野は０．１ｍｍオーダであり、光学顕微鏡による低倍プリアライメントとの組合せが必須である。そのため、試料１０７のアライメントは、光学顕微鏡（図示せず）による低倍プリアライメントとミラー画像による高倍アライメントの２段階で行う。回路パターンと検出画像との位置関係を正確に設定するために、レシピ設定と同じくミラー画像をジャストフォーカス（試料１０７の表面を合焦点にする。）で検出して用いる。

そこで、まず、アライメントマークを、条件出しと同様に、予め、写像投影型検査機１０１０、またはＭＳＥＭ１０２０で帯電させた状態でジャストフォーカス（試料の表面を合焦点にする。）にしてミラー画像として観察して基準位置座標を持った辞書パターンとして登録する（Ｓ５０１）。このとき、次に、写像投影型検査機１０００において、ステージ１０８を移動し（Ｓ５０２）、粗位置決め用パターン像を視野の広い光学式顕微鏡（図示せず）で低倍で検出し（Ｓ５０３）、粗位置決め用パターンの位置を算出して粗アライメントを行う（Ｓ５０４）。次に、予め既知の粗位置決め用パターンと精位置決め用パターンとの位置関係に基づいて上記算出された粗位置決め用パターンの位置から精位置決め用パターンの位置を算出し（Ｓ５０５）、ステージを移動し（Ｓ５０６）、帯電装置１３１０から帯電用電子ビームを精位置決め用パターンに照射して電位を形成する（Ｓ５０７）。次に、写像投影電子ビームの検出面をジャストフォーカスにするために試料表面に設定する（Ｓ５０８）。次に、写像投影電子ビーム３１０を電子照射光学系１１により精位置決め用パターンに照射し（Ｓ５０９）、精位置決め用パターンの画像を電子結像光学系１３によりジャストフォーカス状態で高倍で検出する（Ｓ５１０）。そして、該検出された高倍の精位置決め用パターンの画像と上記基準位置座標を持った辞書パターンと照合し（Ｓ５１１）、該辞書パターンが持っている基準位置座標系に上記検査領域の位置座標系を補正して精アライメントを行う（Ｓ５１２）。以上により、精アライメントが終了する。

ところで、欠陥検査は、補正された位置座標系において、図５に示すように、ジャストフォーカスからオフセットされたデフォーカス位置のミラー画像に基づいて欠陥検査が行われることになる。

［第９の実施例］
本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機における検査領域設定部１６９での検査領域設定の第９の実施例について図１３及び図１４を用いて説明する。

ミラー像では、チップ内のマット部の端では検出光量が低い（等電位面の傾斜によりミラー電子が斜めに反射される）ため、帯電させてないＳＥＭ像を用いて予備検査領域をＧＵＩ画面上で設定する。即ち、写像投影型検査機ではマット端で検出光量が低下するため、検査領域設定時に、検出光量低下領域の幅を算出し、ＳＥＭ像等を用いて設定した予備検査領域から光量低下領域を除外して本検査領域を設定する。

即ち、まず、検査領域設定部１６９は、指令を出して、半導体ウエハ１０７の検査領域にステージ１０８を移動させる（Ｓ６０１）。次に、検査領域設定部１６９は、指令を出して、写像投影電子ビーム３１０を検査領域に照射させ（Ｓ６０２）、該検査領域の第一の画像１４０１を検出し（Ｓ６０３）、デイスプレイ１６２のＧＵＩの設定画面に検出された第一の画像１４０１を表示し（Ｓ６０４）、図１４（ａ）に示すように、画面上において入力手段（カーソル１４０５）１６１を用いて予備検査領域１４０２を設定する（Ｓ６０５）。次に、検査領域設定部１６９は、指令を出して、除電装置１３２０から除電用ビームを照射して除電させ（Ｓ６０６）、次に、帯電装置１３１０から帯電用電子ビームを照射して予備検査領域１４０２または検査領域を帯電させる（Ｓ６０７）。次に、検査領域設定部１６９は、指令を出して、写像投影電子ビーム３１０を予備検査領域１４０２または検査領域に照射させ（Ｓ６０８）、該予備検査領域または検査領域の第二の画像１４０３を検出し（Ｓ６０９）、デイスプレイ１６２のＧＵＩの設定画面に検出された第二の画像１４０３を表示し（Ｓ６１０）、図１４（ｂ）に示すように、画面上において入力手段（カーソル１４０５）１６１を用いて予備検査領域１４０２が修正されて本検査領域１４０４が決定されて設定される（Ｓ６１１）。以上により、検査領域設定部１６９は、半導体ウエハ上のミラー像において検出光量の低い領域が除外された欠陥検査が可能な本検査領域１４０４を設定することが可能となる。

［第１０の実施例］
本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機の第１０の実施例について図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、写像投影型検査機１０００、１０１０の第１０の実施例を示したものである。第１６（ａ）、（ｂ）はステージを高速で１スキャンによってプリチャージ、ミラー像検出、ディスチャージを行う説明図である。第１０の実施例において、図３に示す第１の実施例及び図６に示す第２の実施例との相違点は、写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００、１０１０において照射ビーム３１０、１２５の両側に帯電装置１３１０及び除電装置１３２０を有する帯電・除電制御装置１３１に設け、ステージ１０８を高速で一方向に１スキャンする間に帯電、ミラー像検出（観察）、除電を行うように構成した点である。このように構成することによって、図１６に示すように、条件出し用半導体ウエハを含めて半導体ウエハ１０７を高速で連続的に一方向に移動させることによって、検査領域に、帯電電子ビームの照射による帯電、写像投影又はマルチの電子ビームの照射によるミラー像検出、除電ビーム照射による除電とを行うことが可能となる。

［第１１の実施例］
本発明に係る条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機の動作フロー（ステージ走査型）の第１１の実施例について図１７を用いて説明する。欠陥部を有する条件出し用ウエハ１０７ａを条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機１０１０に投入する。そして、ステージ１０８を移動させながら、帯電させていない状態で写像投影又はマルチの電子ビームを照射してＳＥＭ像を検出し、該検出されたＳＥＭ像に基づいて複数の欠陥部を検出する（Ｓ２２０）。該ＳＥＭ像に基づいて欠陥部を検出することは予めＳＥＭ１０２０を用いて行っても良い。以上が準備段階である。

次に、設定部１６６においてプリチャージ条件候補を設定し（Ｓ２２１（Ｓ２０４））、ステージ１０８を連続的に移動させながら、該設定されたプリチャージ条件候補に従って帯電装置１３１０から帯電電子ビームを照射してプリチャージを行い（Ｓ２２２（Ｓ２０５））、引き続いて現れる多数の欠陥部に写像投影又はマルチの電子ビームを照射して試し検査を行い（Ｓ２２３）、多数の欠陥部のミラー画像を検出し（Ｓ２２４（Ｓ２０７’））、画像メモリ１４３，１４４に記憶する（Ｓ２２５）。次に、レシピ調整用条件の設定部１６８において画像処理条件（例えば欠陥判定しきい値等）を設定し（Ｓ２２６）、該設定された画像処理条件に基づいて欠陥判定部１４５において欠陥判定処理（Ｓ２２７）を行う。次に新たな画像処理条件に変えて欠陥判定処理を繰り返し、ステップＳ２２８においてそれらの中から最適な画像処理条件を選び記憶装置１６３に記憶する。次にディスチャージを行い（Ｓ２２８）、ステップＳ２２１からＳ２２９まで繰り返し、ステップＳ２３０（Ｓ２１０）において最適となったら多数の欠陥部に亘る最適のプリチャージ条件及びそのときの最適な画像処理条件が決定し（Ｓ２３１）、写像投影型又はマルチビーム型検査機１０００に提供できることになる。なお、ＳＥＭ像に基づいて欠陥部を複数の種類に分類することができるので、分類毎の最適なプリチャージ条件及び画像処理条件を求めることができる。同時に、最適なミラー像の検出条件を求めることも可能である。

［第１２の実施例］
本発明に係る条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機の動作フロー（ステップ&リピート型）の第１２の実施例について図１８を用いて説明する。該第１２の実施例において、第１１の実施例と相違する点は、ステージ１０８をステップ＆リピートさせるために、そのステージ移動ステップ（Ｓ２３２）と（Ｓ２３４）とが入り、欠陥を指定するためにステップＳ２３３は指定欠陥の検査となり、ステップＳ２３４（Ｓ２０７’）は欠陥指定のミラー画像検出となり、ステップＳ２３６は次の欠陥へとなる。

第１２の実施例によれば、第１１の実施例と同様な作用効果が得られる。

本発明によれば、写像投影型又はマルチビーム型電子線式検査装置において適用可能である。

本発明に係る条件出しを含めた写像投影型又はマルチビーム型電子線式パターン欠陥検査システム構成の第１の実施の形態を示す図である。 本発明に係る条件出しを含めた写像投影型又はマルチビーム型の電子線式パターン欠陥検査システム構成の第２の実施の形態を示す図である。 本発明に係る電子線式検査装置の第１の実施例である写像投影型電子線式検査装置の構成を示す図である。 本発明に係る帯電・除電制御装置の一実施例の構成を示す図と帯電装置での正に帯電させる場合と負に帯電させる説明図とである。 本発明に係る試料の最表面付近の等電位面に垂直入射した面状の写像投影電子ビームが電界によって引き戻される様子を模式的に示した図である。 本発明に係る電子線式検査装置の第２の実施例であるマルチビーム型電子線式検査装置の構成を示す図である。 本発明に係るＭＳＥＭ兼用のＳＥＭについての第３の実施例の構成を示す図である。 本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機による条件出し処理、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機による欠陥検査の処理である第４の実施例を示すフロー図である。 本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機による条件出しの処理、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機による欠陥検査の処理である第５の実施例を示すフロー図である。 本発明に係る前処理としてのＳＥＭによる欠陥位置情報取得のための処理である第６の実施例を示すフロー図である。 本発明に係るＭＳＥＭによる条件出し処理、及び写像投影型又はマルチビーム型検査機による欠陥検査の処理である第７の実施例を示すフロー図である。 本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機（特にＭＰＪ型（ＳＥＰＪ型も含む）検査機）におけるアライメントについての第８の実施例を示すフロー図である。 本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機における検査領域設定部での検査領域設定の第９の実施例を示すフロー図である。 本発明に係る第一の画像に基づく予備検査対象領域の設定と第二の画像に基づく本検査対象領域の修正とを示すＧＵＩ画面上での設定画面を示す図である。 本発明に係る写像投影型又はマルチビーム型検査機の第１０の実施例を示す構成図である。 本発明に係る、ステージを高速で１スキャンによってプリチャージ、ミラー像検出、ディスチャージを行う説明図である。 本発明に係る条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機の動作フロー（ステージ走査型）の第１１の実施例を示す図である。 本発明に係る条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機の動作フロー（ステップ&リピート型）の第１２の実施例を示す図である。

符号の説明

１０ａ…写像投影型検査機（電子線式検査装置）、１０ｂ…マルチビーム型検査機（電子線式検査装置）、
１１…電子照射光学系、１２…試料室、１３…電子結像光学系、１４…画像処理部、１５…各種制御部、１６…全体制御部、１０１…電子源、１０２、１２１…コンデンサレンズ、１０３…絞り、１０３'… 絞り、１０４…ビームセパレータ、１０５…照射系偏向器、１０６…対物レンズ、１０７…試料（半導体ウエハ）、１０７ａ…条件出し用試料（半導体ウエハ）、１０８…ステージ、１０９…電源（電界発生手段）、１１０…結像系偏向器、１１１…結像レンズ、１１２…コントラストアパーチャ、１１３…拡大レンズ、１１４…蛍光板、１１５…光ファイバ束、１１６…ＴＤＩ等のラインセンサ部、１１７…光学式高さ検出センサ、１１９…焦点補正コイル１、１２０…焦点補正コイル２、１２２…アパーチャアレイ、１２３…レンズアレイ、１２６…マルチ検出器、１２８…条件出し用電子線ビームスポット、
１３１…帯電・除電制御装置、１４１…合焦測度算出部、１４２…焦点位置算出部、１４３…画像メモリ、１４４…画像メモリ、１４５…欠陥判定部、１５１…走査制御部、１５２…焦点位置制御部、１５３…ステージ制御部、１５４…電位制御部、１６１…入力手段、１６２…表示装置（デイスプレイ）、１６３…記憶装置、１６５…条件出し用領域設定部、１６６…帯電用電子ビーム照射条件設定部、１６７…最適性評価部、１６８…レシピ調整用条件及び検査用条件の設定部、１６９…検査領域設定部、２００…検出器、
３１０…写像投影（面状）電子ビーム、３２０…等電位面、３３１…負帯電欠陥（凸状欠陥）、３３２…正帯電欠陥（凹状欠陥）、３４１…フォーカス位置、３４２…フォーカス位置、
１０２０…条件出し用ＭＳＥＭ兼用ＳＥＭ装置又は単なるＳＥＭ装置、１０１０…条件出し用写像投影型又はマルチビーム型検査機、１０００、１０００ａ〜１０００ｃ…複数のインラインの写像投影型又はマルチビーム型検査機、１０３０…ネットワーク、
１０９１…制御電極、１３１０…帯電装置、１３１２…電源、１３１１…面状の電子源、１３１３…電源、１３１４…引き出し電極、１３２０…除電装置、１３２２…高圧電源、１３２１…電極針、１３２３…グランド板。

Claims (25)

1. 条件出し用電子線検査装置を用いて、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し過程と、
   欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、前記条件出し過程において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおい変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査過程とを有するパターン欠陥検査方法であって、
   前記条件出し過程は、帯電電子ビームを、正常な回路パターンを有する条件出し用試料上の条件出し用領域に照射して帯電させて条件出し用領域近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップで電位分布が形成された条件出し用領域に条件出し用電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出する検出ステップと、その後前記条件出し用領域を除電する除電ステップとを、前記帯電ステップにおける前記帯電電子ビームの照射条件を変えながら複数回繰り返し、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像に基づき前記ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査過程における少なくとも前記プリチャージ条件を決め、
   前記欠陥検出ステップは、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出することを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
2. 前記条件出し過程において、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像に基づき最適性を評価して、前記欠陥検査過程における前記検査領域への前記写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件を含むミラー画像としての検出条件又は欠陥を検出する画像処理条件を決定することを特徴とする請求項１記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
3. 条件出し用電子線検査装置を用いて、欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し過程と、
   欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、前記条件出し過程において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおいて変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する欠陥検査過程とを有するパターン欠陥検査方法であって、
   前記条件出し過程は、帯電電子ビームを、電気的欠陥部を有する条件出し用試料上の欠陥部に照射して帯電させて欠陥部近傍に前記電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させて電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップで前記電位分布が形成された欠陥部に条件出し用電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出する検出ステップと、その後前記条件出し用領域を除電する除電ステップとを前記帯電ステップにおける前記帯電電子ビームの照射条件を変えながら複数回繰り返し、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像の欠陥部の検出性能を基に前記ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査過程における少なくとも前記プリチャージ条件を決め、
   前記欠陥検出ステップは、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出することを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
4. 前記条件出し過程において、前記検出ステップから逐次変換されたミラー画像の欠陥部の検出性能を基に最適性を評価して、前記欠陥検査過程における前記検査領域への前記写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件を含むミラー画像としての検出条件又は欠陥を検出する画像処理条件を決定することを特徴とする請求項３記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
5. 前記条件出し過程に用いられる電子線検査装置は、写像投影型電子線検査装置又はマルチビーム型電子線検査装置又はＳＥＭ装置で構成されることを特徴とする請求項１または３記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
6. 前記条件出し過程において、前記欠陥部の位置情報を、帯電させた状態で電子ビームを照射して２次電子又は反射電子を検出器で検出して得られるミラー画像を基に取得することを特徴とする請求項３または４記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
7. 前記欠陥検査過程に用いられる欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置は、半導体製造ラインの中に組み込まれたインラインの複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置で構成され、前記条件出し過程で決められた少なくとも前記プリチャージ条件がインラインの複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置に提供されることを特徴とする請求項１または３記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
8. 前記欠陥検査過程に用いられる欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置は、半導体製造ラインの中に組み込まれたインラインの複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置で構成され、前記条件出し過程で決められた前記ミラー画像の検出条件又は前記画像処理条件がインラインの複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置に提供されることを特徴とする請求項２または５記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
9. 前記欠陥検査過程の前記検出ステップにおいて、前記写像投影又はマルチの電子ビームによる照射条件を含むミラー画像としての検出条件を検査用条件として設定する検査用条件設定ステップを含むことを特徴とする請求項１または３記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
10. 前記条件出し過程の前記検出ステップにおいて、前記条件出し用電子ビームによる照射条件を含むミラー画像としての検出条件をレシピ調整用条件として設定するレシピ調整用条件設定ステップを含むことを特徴とする請求項１または３記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
11. 欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、試料上の検査領域を位置決めするアライメントステップと、該アライメントステップで位置決めされた試料上の検査領域に帯電用電子ビームを照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより電位分布が形成された前記検査領域に前記検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器の検出面を前記試料の表面に対してデフォーカスした状態で検出してミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップにおいて変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法であって、
    前記アライメントステップは、前記試料上に形成された粗位置決め用パターンの画像を光学式顕微鏡により低倍で検出し、該検出された粗位置決め用パターンの画像を基に粗位置決め用パターンの位置を測定する測定ステップと、該測定ステップで測定された粗位置決め用パターンの位置を基に精位置決め用パターンの位置を算出する算出ステップと、該算出ステップで算出された精位置決め用パターンの位置に前記帯電電子ビームを照射して前記精位置決め用パターン近傍を帯電させて該精位置決め用パターン近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成する帯電ステップと、該帯電ステップにより前記電位分布が形成された精位置決め用パターンに前記写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器の検出面を前記試料の表面に合わせた状態で検出して高倍の精位置決め用パターンのミラー画像に変換する検出ステップと、該検出ステップで変換された高倍の精位置決め用パターンのミラー画像に対応する予め登録しておいた基準位置座標を持った辞書パターンとを照合することにより精位置決め用パターンの位置座標を取得する取得ステップと、該取得ステップで取得された精位置決め用パターンの位置座標に基づいて前記検査領域の位置座標を補正して該検査領域を位置決めする補正ステップとを含むことを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
12. 前記アライメントステップの前記取得ステップにおいて、前記照合する前記精位置決め用パターンのミラー画像に対応する画像信号及び前記予め登録しておいた基準位置座標を持った辞書パターンは、試料を帯電させた状態で電子ビームを照射して試料の表面を合焦点状態にして得られるミラー画像であることを特徴とする請求項１１記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
13. 欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置を用いて、回路パターンが形成された試料上において設定された欠陥検査用検査領域内の欠陥を検査する電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法であって、
    前記欠陥検査用検査領域の設定は、
    前記試料上に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより試料の表面から放出される２次電子又は反射電子を検出器で検出して第一のミラー画像を形成して操作画面に表示し、該表示された操作画面上で検査領域を予備検査領域として設定して記憶し、さらに前記検査領域に除電ビームを照射して除電する予備検査領域設定ステップと、
    その後、前記検査領域に帯電電子ビームを照射して前記検査領域を帯電させて電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射して試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出して第二のミラー画像を形成して該第二のミラー画像を前記操作画面に前記予備検査領域と共に表示して該第二のミラー画像において検出光量の低い領域が除外されるように検査領域の修正を行い、該修正した検査領域を欠陥検査用検査領域として設定して記憶する欠陥検出用検査領域設定ステップとを有することを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査方法。
14. 回路パターンが形成された試料上の検査領域に帯電用電子ビームを照射して帯電させて前記検査領域近傍に電位分布を生じせしめる帯電発生手段と、前記近傍に電位分布が形成された検出領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出する検出手段と、該検出手段で検出したミラー画像を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたパターン欠陥検査装置であって、
    予め、前記帯電発生手段によって帯電電子ビームの照射条件を変えながら前記検査領域に照射して帯電させて前記検査領域の近傍に前記検査領域内の電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電界分布を形成し、さらに該電界分布が形成された検査領域に前記電子ビーム照射手段によって写像投影又はマルチの電子ビームを照射した際、前記検出手段によって検出された前記検査領域のミラー画像のコントラストに基づき欠陥検査時における帯電電子ビームの照射条件を最適化する照射条件最適化手段を備え、
    前記検出手段は、合焦点位置が異なる複数の検出器を備え、該複数の検出器によって表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する
    ることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
15. 欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し用電子線検査装置と、
    該条件出し用電子線検査装置において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部とを有する欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置とを備え、
    前記条件出し用電子線検査装置は、帯電装置において照射条件を変えながら帯電電子ビームを逐次条件出し用領域に照射して逐次該条件出し用領域内の電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該逐次電位分布が形成された条件出し用領域に、条件出し用電子ビームを前記電子線照射及び検出光学系により照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の検出器で検出してミラー画像に変換して前記条件出し用領域のミラー画像のコントラストを算出することを繰り返し、該逐次変換されたミラー画像に基づき該ミラー画像のコントラストの最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における少なくとも前記プリチャージ条件を決める手段を備え、
    前記電子線照射及び検出光学系は、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する
    ことを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
16. 前記条件出し用電子線検査装置において、前記逐次変換されたミラー画像における回路パターンの特性を基に最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における前記検査領域への前記写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件を含むミラー画像としての検出条件又は欠陥を検出する画像処理条件を決定する手段を有することを特徴とする請求項１５記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
17. 欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における回路パターンが形成された欠陥検査用試料に対する少なくとも帯電電子ビームの照射条件であるプリチャージ条件を決める条件出し用電子線検査装置と、
    該条件出し用電子線検査装置において決められたプリチャージ条件で帯電用電子ビームを前記欠陥検査用試料上の検査領域に照射して該検査領域を帯電させて該検査領域近傍に電位分布を形成する帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換されたミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部とを有する欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置とを備え、
    前記条件出し用電子線検査装置は、帯電装置において照射条件を変えながら帯電電子ビームを逐次電気的な欠陥部を含む領域に照射して逐次該領域内の前記電気的欠陥部を前記領域内の電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成し、該逐次電位分布が形成された欠陥部に、条件出し用電子ビームを電子線照射及び検出光学系により照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を検出器で検出してミラー画像に変換して前記帯電電子ビームを照射した領域のミラー画像のコントラストを算出することを繰り返し、該逐次変換されたミラー画像のコントラストによる欠陥部の検出性能を基に最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における少なくとも前記プリチャージ条件を決める手段を備え、
    前記電子線照射及び検出光学系は、合焦点位置が異なる前記複数の検出器によって表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の合焦点位置による複数の信号を検出し、該検出した複数の信号を合焦点位置が異なる複数のミラー画像に変換し、該変換した合焦点位置が異なる複数のミラー画像を用いて前記欠陥を検出する
    ことを特徴とする電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
18. 前記条件出し用電子線検査装置において、前記逐次変換されたミラー画像の欠陥部の検出性能を基に最適性を評価して、前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置における前記検査領域への前記写像投影又はマルチの電子ビームの照射条件を含むミラー画像としての検出条件又は欠陥を検出する画像処理条件を決定する手段を有することを特徴とする請求項１７記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
19. 前記条件出し用電子線検査装置は、写像投影型電子線検査装置又はマルチビーム型電子線検査装置又はＳＥＭ装置で構成されることを特徴とする請求項１５または１７記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
20. さらに、前記欠陥部の位置情報を、帯電させた状態で電子ビームを照射して２次電子又は反射電子を検出器で検出して得られるミラー画像を基に取得する装置を有することを特徴とする請求項１７または１８記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
21. 前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置の複数は、半導体製造ラインの中にインラインとして組み込まれて構成され、前記条件出し用電子線検査装置で決められた少なくとも前記プリチャージ条件が前記複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置に提供されることを特徴とする請求項１５または１７記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
22. 前記欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置の複数は、半導体製造ラインの中にインラインとして組み込まれて構成され、前記条件出し用電子線検査装置で決められた前記ミラー画像の検出条件又は前記画像処理条件が前記複数の欠陥検査用写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置に提供されることを特徴とする請求項１５または１７記載の電子線検査装置を用いたパターン欠陥検査システム。
23. 試料を載置して移動するステージと、帯電用電子ビームを試料上に照射して検査領域を
    帯電させて該検査領域近傍に電気的欠陥部を電気的正常部に対して相対的に正又は負に帯電させるような電位分布を形成するための面状に広がった電子放出面を有する電子源と該電子源から発射された電子のエネルギを制御する制御電極とを備えた帯電装置と、該帯電装置により電位分布が形成された検査領域に写像投影又はマルチの電子ビームを照射することにより前記試料の表面乃至近傍から発生した２次電子又は反射電子を複数の合焦点位置ごとの信号を検出器で検出して複数のミラー画像に変換する電子線照射及び検出光学系と、該電子線照射及び検出光学系において変換された複数のミラー画像を処理することにより欠陥を検出する画像処理部と、除電ビームを試料上に照射して除電する除電装置とを備えたことを特徴する写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置。
24. さらに、前記試料上に形成された粗位置決め用パターンの画像を低倍で検出する光学式顕微鏡を備えたことを特徴とする請求項２３記載の写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置。
25. 前記写像投影又はマルチの電子ビームを照射する照射領域に対して、前記ステージの進行方向の前及び後に前記帯電装置及び前記除電装置を設けたことを特徴とする請求項２３記載の写像投影型又はマルチビーム型電子線検査装置。

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