JP5227902B2 - 荷電粒子顕微鏡装置及び荷電粒子ビーム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子顕微鏡装置を用いて、試料の帯電状態及び観察状態を制御する技術に関する。

コンピュータ等に使用されるメモリやマイクロコンピュータ等の半導体装置は、ホトマスクに形成された回路等のパターンを、露光処理、リソグラフィー処理、エッチング処理等により転写する工程を繰り返すことによって製造される。

半導体装置の製造過程においては、リソグラフィー処理、エッチング処理、その他の処理の結果の良否、異物発生等の欠陥の存在は、半導体装置の製造歩留まりに大きく影響を及ぼす。そこで、異常発生や不良発生を、早期にあるいは事前に検知するため、各製造工程の終了時に、半導体ウェーハ上のパターンの検査が走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭとも称す）式外観検査装置を用いて実施される。以下、このようなＳＥＭを利用した検査方法を電子線式検査方法と称する。

電子線式検査方法では、光学式外観検査あるいはレーザ式検査よりも高分解能な観察画像が得られることから、微細な回路パターン上の微小異物や欠陥の検出が可能である。加えて、電子線照射による帯電の影響で表面の電位の差が二次電子放出効率に反映する電位コントラストを形成できるため、半導体ウェーハの表面や下層で発生した回路パターンの導通・非導通、配線やトランジスタのショート等の電気的欠陥を、その観察画像により検出することも可能である。

一方、電子線式検査方法では、帯電による影響が検査結果に強く影響を与えるために、通常の走査型電子顕微鏡のように単純に電子ビーム（電子線）を走査し、観察試料から発生する二次電子あるいは反射電子を検出して信号化した結果だけでは、観察画像の取得時における観察試料の帯電量が不十分である問題点があった。

そこで、このような問題点を解決するために、積極的に観察試料の帯電状態を制御する方法が考えられている。

例えば、特許文献１には、電子顕微鏡用電子銃以外に別途設けられた帯電促進用の電子銃を用いて、観察試料の帯電を促進させる方法が記載されている。

しかしながら、実際には、このような観察試料の帯電状態のみを促進するだけの方法では、観察試料の帯電状態の制御は不十分である。何故なら、観察のための最適な電位分布又は帯電状態を形成するための時間が、観察試料又は欠陥部の状態毎に応じて異なるからである。そのため、電子線の照射による観察試料又は欠陥部に対しての帯電促進開始から最適な電位分布又は帯電状態を形成するための時間の経過を待って観察を行う必要が多々あった。

具体的には、観察試料又は検出したい欠陥部を等価回路的に容量成分（キャパシタンス成分）と置き換えたとすると、観察試料又は検出したい欠陥部の表面電位状態はその容量成分によって決定され、上述の待ち時間は、この容量成分に電荷が蓄積し始めてから電荷蓄積が最大になるまでの時間によって決定される。つまり、観察試料又は検出したい欠陥部に電荷が蓄積した瞬間から観察を行う瞬間までの時間が、上述した最適な電位分布又は帯電状態を決定するための重要な要素となる。

そこで、特許文献２及び特許文献３には、ｐｎ接合を有するプラグを含む観察試料に対し、正常なｐｎ接合のプラグの帯電緩和時間よりも短い照射間隔で電子ビーム（電子線）を複数回照射し続けて正常なｐｎ接合を有するプラグの帯電を飽和状態にすることにより、正常な箇所とリーク発生箇所とで帯電レベルに差をつけ、これを電位コントラストとして明暗の差として観察することによって区別する検査方法が記載されている。また、この複数回の電子線の照射間隔については、電子ビーム電流、電子ビーム照射時間、電子ビーム照射のインターバル時間を可変にし、独立して制御することが記載されている。さらに、その設定については、個々の検査パラメータを入力したり、予め検査条件ファイルとしてデータベース化されている各種検査パラメータの組み合わせの中から所望の検査条件ファイルを選択したりして行うことが記載されている。

特開平１０−２９４３４５号公報 特許公開２００２−００９１２１号公報 特許公開２００４−０３１３７９号公報

上述したような電子線式検査方法では、観察試料又は検出したい欠陥部の検査は、電子線を含めた荷電粒子ビームの照射によって観察試料又は検出したい欠陥部に最適な電荷蓄積が行われるまで待って行う必要性がある。その一方で、検査装置としては、観察試料に照射する電子線の走査や観察試料から発生する二次電子等の信号検出は高速に行い、検査スループットを極力高めなければならない。

しかしながら、この観察試料の帯電状態が最適になるまで待つことは、検査スループットを上げることとは相反関係であるため、観察試料の帯電状態が最適になり、かつスループットも最大になるような帯電制御技術及びその方法が必要となる。

この点に係り、特許文献２及び特許文献３に記載の検査方法では、電子ビーム電流、電子ビーム照射時間、電子ビーム照射のインターバル時間の設定が可変であるものの、その中の電子ビーム照射のインターバル時間の設定は、正常なｐｎ接合有するプラグ（観察試料に相当）の帯電を複数回の電子ビーム照射に分けて飽和状態にするために行われるものであるに過ぎなかった。すなわち、特許文献２及び特許文献３に記載の検査方法では、電子ビーム照射のインターバル時間の設定も、観察試料の帯電を複数回の電子ビーム照射に分けて飽和状態にするために行われるものであって、観察試料又は検出したい欠陥部に電荷が蓄積した瞬間から観察を行う瞬間までの時間を設定するためのものではなかった。

さらに、特許文献２及び特許文献３に記載の検査方法では、インターバル時間等といった個々の検査パラメータの入力や、所定の検査パラメータの組み合わせからなる検査条件ファイルの選択も、前述したとおり、観察のための最適な電位分布又は帯電状態を形成するための時間が観察試料又は欠陥部の状態の僅かな相違によって異なるため、その設定は依然として手間を要するものとなっていた。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、観察試料又は欠陥部の帯電状態が最適になった時点で信号検出をできる帯電制御及び電子線制御技術を備えた荷電粒子顕微鏡装置及び荷電粒子ビーム制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る荷電粒子顕微鏡装置及び荷電粒子ビーム制御方法は、観察試料の任意の検査領域に対して少なくとも２回以上荷電粒子ビームを照射するための機能を有し、始め（ｎ-１回目（ただし、ｎ≧２））の帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次（ｎ回目）の試料観察用（又は画像取得用）の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を、観察試料又は欠陥部の状態に応じて的確かつ迅速に設定する機能を有することを特徴とする。

そして、この始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射から次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射までにかかる時間差の調整は、荷電粒子ビームを少なくとも２回以上照射するための制御システムにより、観察試料の任意の観察領域内のさらに領域を制限した検査部位についての、それぞれ調整した時間差による検査結果に基づいて、容易に設定可能になっている。

また、始めの帯電促進用の電粒子ビーム照射から次の試料観察用の照射までにかかる時間差の調整は、二つ以上の荷電粒子ビーム発生器を備えることでも可能である。

本発明によれば、始めの帯電促進用の荷電粒子ビームの照射から次の試料観察用の荷電粒子ビームが照射されるまでの最適な帯電待ち時間を、的確、かつ迅速・容易に設定できることによって、観察試料の帯電状態が最適になった時点で観察試料から発生する二次電子等の信号の検出を行うことができ、検査結果の精度向上をはかるとともに、検査スループットも高めることができる。

観察試料の一例としての、正常部と欠陥部を備えた半導体ウェーハの断面図である。 荷電粒子ビームがそれぞれ照射された際における、ビアの正常部及び欠陥部それぞれの等価回路の回路図である。 正常部及び欠陥部それぞれに電流パルス幅１０[nsec]のパルス電流を入力した場合の、時間経過と電圧との関係を示した図である。 本発明の一実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置の構成図である。 電子ビームの１走査線方向に並んでいる任意の数の照射部位を順次照射した電子ビームが、当初の照射部位に戻ってくる様子の説明図である。 電子ビームの１走査線に含まれるライン最大画素数の照射部位を、複数の走査線それぞれについて順次照射した電子ビームが、当初の走査線の照射開始部位に戻ってくる様子の説明図である。 ＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査パラメータ入力画面の一実施例を示した図である。 ＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査開始画面の一実施例を示した図である。 ＳＥＭ式外観検査装置が実検査を実施するに当たって行う検査条件設定処理のフローチャートである。 記憶部に蓄積保存された、検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果の記憶データを説明する図である。 検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、帯電待ち時間Ｔと欠陥数との関係に基づいて検査結果表示ウィンドウグラフ表示した例である。 検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、サンプリング周波数ｆと欠陥数との関係に基づいて検査結果表示ウィンドウにグラフ表示した例である。 本発明の別の実施の形態に係る、電子線を照射する電子銃を少なくとも２つ以上備えたＳＥＭ式外観検査装置の一実施例の構成図である。 電子線を照射する電子銃を少なくとも２つ以上備えたＳＥＭ式外観検査装置の別の実施例の構成図である。 電子銃を少なくとも２つ以上備えたＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査パラメータ入力画面の一実施例を示した図である。 図１５に示した検査パラメータ入力画面の変形例を示したものである。

以下、本発明の荷電粒子顕微鏡装置及び荷電粒子ビーム制御方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、一般の電子顕微鏡装置やイオン顕微鏡等の荷電粒子顕微鏡装置にも適用可能であるが、以下の説明では、半導体ウェーハ製造工程に配置される外観検査装置に適用した場合を例に、その実施の形態について具体的に説明する。また、実施の形態の外観検査装置では、画像を観察するための荷電粒子顕微鏡装置としてＳＥＭを想定しているが、後述する帯電待ち時間の制御は、面照射を行う放射電子顕微鏡（ＥＥＭ, electron emission microscopy）を備えた外観検査装置にも適用可能である。

＜原理＞
ここで、本実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置による、半導体ウェーハの欠陥認識のための基本的な原理に関して、まず説明する。

本実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置では、観察試料の電気的特性の違いを浮き出たせるため、荷電粒子ビーム照射時間や、始め（例えば１回目）に荷電粒子ビームを照射してから次（例えば２回目）に荷電粒子ビームを照射するまでの間の時間を、制御又は設定する機能を有する。

以下、説明簡便のため、観察試料として、縦型の配線（以下、ビアと称する）が複数形成された半導体ウェーハを例に、本実施の形態のＳＥＭ式外観検査装置による欠陥認識のための基本的な原理について説明する。

図１は、観察試料の一例としての、正常部と欠陥部を備えた半導体ウェーハの断面図である。

図示の観察試料としての半導体ウェーハ１００は、基板１０１表面の金属膜１０２上に形成された絶縁膜層１０３に、複数のビア１１０が相互に間隔を置いて形成された構成になっている。各ビア１１０は、一端側がウェーハ表面に露出し、他端側が金属膜１０２と当接するように絶縁膜層１０３の膜厚方向に沿って延びる縦型の配線である。そして、この複数のビア１１０の中には、ビア・ホールが絶縁膜層１０３を貫通しビア１１０の底部（他端）が金属膜１０２に当接している正常部１１１と、ビア・ホールが絶縁膜層１０３を貫通せずに金属膜１０２との間に絶縁膜部（欠陥箇所）１０４が介在し、ビア１１０の底部（他端）が金属膜１０２に当接していない欠陥部１１２とが含まれている。このようなビア１１０の正常部１１１及び欠陥部１１２に対し、荷電粒子ビームとしての電子ビーム（電子線）をそれぞれ照射した場合の等価回路を、図２に示す。

図２は、荷電粒子ビームがそれぞれ照射された際における、ビアの正常部及び欠陥部それぞれの等価回路である。図２（ａ）は、ビアの正常部の等価回路を、図２（ｂ）は、ビアの欠陥部の等価回路をそれぞれ示す。

正常部１１１は、ビア１１０と金属膜１０２とが繋がっているので、ビア配線抵抗Ｒ１，金属膜抵抗Ｒ２とで、正常部１１１におけるビア−金属膜間の等価回路部分を表すことができる。

これに対し、欠陥部１１２は、金属膜１０２とビア１１０とが繋がっていないので、ビア配線抵抗Ｒ１，金属膜抵抗Ｒ２の他に、絶縁膜部（欠陥箇所）１０４のキャパシタンス（容量）成分Ｃ２と抵抗成分Ｒ４とを加えて、欠陥部１１２におけるビア−金属膜間の等価回路部分を表すことができる。

なお、ここでは、正常部１１１における、ビア１１０と金属膜１０２との当接部分における金属−金属界面抵抗や、欠陥部１１２における、ビア１１０若しくは金属膜１０２と絶縁膜部１０４とのそれぞれ当接部分における金属−絶縁膜界面抵抗については、理解容易のため、上述の等価回路の説明では便宜的に無視した。また、ビア１１０の欠陥部１１２と正常部１１１とでは、それぞれのビア配線抵抗Ｒ１が、絶縁膜部１０４の膜厚の有無分に対応した抵抗長さ相違分だけ抵抗値は異なるが、その相違分は絶縁膜部（欠陥箇所）１０４の抵抗成分Ｒ４の値と比べて僅かに過ぎないので、正常部１１１及び欠陥部１１２とも、ビア１１０の配線抵抗Ｒ１の値は便宜的に等しいものとして表している。

その上で、正常部１１１又は欠陥部１１２いずれのビア１１０でも、これらビア１１０が形成されている半導体ウェーハ１００は、電子ビームの照射を受ける際、後述のＳＥＭ式外観検査装置１の試料ステージ７に保持された状態になる。そのため、試料ステージ７に保持された半導体ウェーハ１００の金属膜１０２は、この試料ステージ７に対して、電気的に基板１０１を介在させて接触していることになる。これにより、半導体ウェーハ１００の金属膜１０２と試料ステージ７との間は、基板１０１の抵抗成分Ｒ３及びキャパシタンス（容量）成分Ｃ１とを含む構成の等価回路で表すことができる。この結果、荷電粒子ビームがそれぞれ照射された際における、ビア１１０の正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれの等価回路１２１，１２２は、図２（ａ），図２（ｂ）に示すように表せる。

そこで、ビア配線抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ_１，金属膜抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ_２，ウェーハ−ステージ間の基板１０１の抵抗成分Ｒ３の抵抗値をＲ_３，欠陥箇所である絶縁膜部１０４の抵抗成分Ｒ４の抵抗値をＲ_４，ウェーハ−ステージ間の基板１０１のキャパシタンス（容量）成分Ｃ１の値をＣ _１ ，欠陥箇所である絶縁膜部１０４のキャパシタンス成分Ｃ２の値をＣ _２ とし、電子ビームの照射による入力電流をＩとすると、半導体ウェーハ１００のビア１１０の正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面に相当する電位Ｖは、式(１)，式(２)の回路式によって表すことができる。

なお、上記各式において、ｊは虚数であり、ωは入力電流Ｉの角周波数である。

ここで、両式を対比すると、式(２)で表した欠陥部１１２のウェーハ表面に相当する電位Ｖは、式(１)で表した正常部１１１のウェーハ表面に相当する電位Ｖにはない、第４項の欠陥箇所のインピーダンス成分（Ｒ_４／(１＋ｊωＣ_２Ｒ_４)）があるため、ウェーハ表面各所の電位Ｖを比較することによって、正常部１１１と欠陥部１１２とを識別することが可能となる。

一方、ＳＥＭでは、電子ビームが連続的に走査されるので、半導体ウェーハ１００の正常部１１１又は欠陥部１１２では、入力電流Ｉが急激に入力される状態になるといえる。
この結果、正常部１１１又は欠陥部１１２は、この入力電流Ｉに対応した電流パルスが印加された状態となる。

ここで、例えば、１０[nsec]間だけ、上記正常部１１１及び欠陥部１１２に５０[nＡ]の電流が投入された場合について考える。

その際、前述したＲ_１を１００[Ω]、Ｒ_２を１００[Ω]、Ｒ_３を１０００[MΩ]、Ｒ_４を１０[GΩ]とし、Ｃ１を１[pＦ]、Ｃ２を１[fＦ]（＝１/１０００[pＦ]）とすると、正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面の電位Ｖは、電子ビームの走査によって図３に示すような応答性を示す。

図３は、正常部及び欠陥部それぞれに電流パルス幅１０[nsec]のパルス電流を入力した場合の、時間経過と電圧との関係を示した図である。

正常部１１１では、電流投入時間、すなわち電流パルス幅に対応した約１０[nsec]の間だけ、正常部１１１のウェーハ表面はほぼ０.１[mＶ]の電圧を保っているのに対し、欠陥部１１２では、電流投入開始時点から電流投入時間に対応する初めの１０[nsec]の間で、欠陥部１１２のウェーハ表面の電位Ｖは最大値であるほぼ１[Ｖ]まで立ち上がり、その後、約１０[usec]かけて、電流投入前の値である０[Ｖ]付近まで下がり続ける。

このような場合、仮に、電子ビームを照射した瞬間だけに着目して、正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面の電圧信号を検出するのであれば、図中に示したＡ点で信号を検出することになる。しかしながら、Ａ点は、正常部１１１及び欠陥部１１２とも、電圧信号の時間変化が急激な立ち上がり時であるため、僅かな時間的なずれで、欠陥部１１２のウェーハ表面電位が、正常部１１１のウェーハ表面電位に対して、比較識別できる程、十分上がり切っていない可能性もある。

また、図中に示したＣ点では、欠陥部１１２の容量成分Ｃ１，Ｃ２に溜まっていた電荷が放出されてしまうので、欠陥部１１２のウェーハ表面電位Ｖも０[Ｖ]付近になり、正常部１１１のウェーハ表面電位Ｖと識別することが困難である。

そこで、正常部１１１と欠陥部１１２との識別のためには、正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面の電位差ΔＶの検出が重要なので、正常部１１１と欠陥部１１２との表面電位差ΔＶが最も大きい、図中に示したＢ点近傍で正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面の電位を信号検出することが望ましい。

このような簡単なシミュレーション結果からも、正常部１１１と欠陥部１１２の識別するためには、電子ビームの始め（例えば１回目）の帯電促進用の照射から次（例えば２回目）の試料観察用の照射までの時間（以下、帯電待ち時間Ｔと称す）が非常に重要であることが理解できる。

図２で示した、正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれの等価回路１２１，１２２の回路成分の値は、ウェーハ状態，欠陥状態，測定条件等により実際の値が異なるため、例えば対応する回路成分の抵抗値や容量値が異なると、正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれのウェーハ表面電位Ｖの立ち上がり時間や立ち下がり時間が変わる。しかしながら、このように正常部１１１及び欠陥部１１２それぞれの等価回路１２１，１２２の回路成分の値がウェーハ状態，欠陥状態，測定条件等により実際の値に変動があるにしても、最適な表面電位Ｖで正常部１１１又は欠陥部１１２を観察するためには、この帯電待ち時間Ｔが重要なパラメータであることには変わりない。

＜実施の形態＞
次に、上記説明した、半導体ウェーハ野欠陥認識のための基本的な原理に基づいた、本実施の形態のＳＥＭ式外観検査装置及びその荷電粒子ビーム制御方法について説明する。

<第１の実施の形態>
［構成］
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置の構成図である。
本実施の形態によるＳＥＭ式外観検査装置１は、電子源２を有する電子銃３，偏向器４，ブランキング電極５，対物レンズ６，試料ステージ７，検出器８，検出制御部９，画像処理部１０，レンズ制御部１１，偏向器制御部１２，コンピュータ１３，モニタ１４，及び入力操作器１５を有する。

電子銃３は、電子源２で生成された電子（荷電粒子）を加速し、観察試料１００の半導体ウェーハ１００に照射する電子ビーム２１（１次電子ビーム２１）を発生する。

偏向器４は、偏向器制御部１２から供給される偏向信号に基づいて電子ビーム２１を偏向し、観察試料１００上で電子ビーム２１を２次元走査する。

ブランキング電極５は、レンズ制御部１１から供給されるブランキング信号により電子ビーム２１を観察試料１００に照射しないように偏向し、観察試料１００に対する電子ビーム２１の照射をＯＮ／ＯＦＦする。

対物レンズ６は、レンズ制御部１１から供給される集束信号により、偏向器４によって偏向された電子ビーム２１を、試料ステージ７に載置されている観察試料１００に微小スポットとして集束させる。

試料ステージ７には、観察試料としての半導体ウェーハ１００が載置される。

検出器８は、電子ビーム２１の照射によって半導体ウェーハ１００から発生する２次電子又は反射電子といった放出電子２２を検出する。

検出制御部９は、検出器８の検出信号を信号増幅した後、サンプリングクロックに基づいて検出信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル信号化する。

画像処理部１０は、コンピュータ１３と協働して、検出制御部９から供給されるデジタル検出データに基づいて観察試料１００の画像データを生成したり、取得した観察試料１００の画像データから欠陥部１１２の有無を判定したり、等といった処理を行う。そのために、画像処理部１０は、デジタル検出データを基づく画像データを生成する画像生成部、画像データを記憶するための画像記憶部、画像データを比較・演算処理する演算部、画像データの比較・演算処理結果を基に欠陥部１１２の欠陥判定処理等を行う欠陥判定部を含む。

レンズ制御部１１は、コンピュータ１０から供給される検査条件を反映した観察条件に基づいて、電子銃３や、偏向器４，ブランキング電極５，対物レンズ６といった各部を作動制御する。

偏向器制御部１２は、このレンズ制御部１１から供給される、検査条件を反映した観察条件に基づく偏向制御指示にしたがって、偏向器４を作動制御する。

コンピュータ１３は、画像処理部１０，レンズ制御部１１，モニタ１４，及び入力操作器１５等と接続され、これら接続された各部を制御する。その際、コンピュータ１３は、検査条件としての各種データを設定入力するための入力画面をモニタ１４にＯＳＤ（On Screen Display）表示し、この入力画面を用いて入力操作器１５の操作によって設定入力された検査パラメータに基づく検査条件にしたがって、画像処理部１０やレンズ制御部１１にこの検査条件に基づく画像取得処理や欠陥判定処理を行わせ、その処理結果を取得する。そして、この取得した処理結果を、モニタ１４にＯＳＤ表示されている入力画面に表示反映する。

モニタ１４は、欠陥部１１２の位置、欠陥部１１２の種類、欠陥数等といった検査結果を表示するとともに、検査条件の検査パラメータを設定入力するための入力画面をＯＳＤ表示する。

入力操作器１５は、モニタ１４にＯＳＤ表示された入力画面のＧＵＩ（Graphical User Interface）等を操作したり、検査パラメータを設定入力したりするもので、例えばキーボードやポインティングデバイスといった入力デバイスを有する。

このような構成を備えたＳＥＭ式外観検査装置１では、観察試料としての半導体ウェーハ１００の検査を、設定入力された検査パラメータに基づく検査条件にしたがって、概略、次のようにして行う構成になっている。

電子銃３から放出された電子ビーム２１は、偏向器４により偏向され、対物レンズ６によって集束されて、試料ステージ７上に配置された半導体ウェーハ（観察試料）１００上を走査しながら照射される。この半導体ウェーハ１００への電子ビーム２１の照射において、ブランキング電極５にブランキング信号が供給されると、電子ビーム２１のビーム軌道はブランキング電極５によって屈曲され、電子ビーム２１は、半導体ウェーハ１００に照射されなくなる。

一方、この電子ビーム２１の照射によって半導体ウェーハ１００から放出された放出電子２２は、検出器８に到達するとこの検出器８によって検出される。検出器８からの検出信号は、検出制御部９によって信号増幅された後、偏向器４による電子ビーム２１の走査に同期したサンプリングクロックに基づいてＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。そして、このデジタル検出データは画像処理部１０に送られ、電子ビーム２１の走査範囲に対応した半導体ウェーハ１００上の観察領域の画像データが、画像処理部１０によって生成される。その上で、画像処理部１０は、半導体ウェーハ１００の電子ビーム２１を照射した観察領域の電位コントラストを明暗の差に反映した、この生成した画像データを基に、回路パターンの欠陥部１１２の有無、及び欠陥部１１２の種類を判定する。

［電子ビームの照射方法］
次に、上述したＳＥＭ式外観検査装置１による半導体ウェーハ１００の検査における、電子ビーム２１の具体的な照射構成及び照射方法について詳述する。

本実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置１は、半導体ウェーハ１００の正常部１１１と欠陥部１１２との、図２及び式(１)，式(２)に示した電気的特性の違いを浮き出たせるため、電子ビーム２１の照射時間や、始め（例えば１回目）に帯電促進用の荷電粒子ビームを照射してから次（例えば２回目）に試料観察用の荷電粒子ビームを照射するまでの間の“帯電待ち時間Ｔ”を、電子ビーム２１の照射方法によって制御可能な構成になっている。

まず、半導体ウェーハ１００の回路パターンの正常部１１１又は欠陥部１１２を最適な表面電位Ｖで観察するためのパラメータになる、電子ビーム２１の帯電促進用照射からその後の観察用照射までの間の“帯電待ち時間Ｔ”に係り、電子ビーム２１の照射方法に基づくその生成の仕方について説明する。

検査では、始め（例えば１回目）の帯電促進用の電子線照射からその後（例えば２回目）の試料観察用の電子線照射までの時間Ｔ、すなわち“帯電待ち時間Ｔ”を制御するために、少なくとも２回以上、観察試料１００に電子ビーム２１を照射する必要がある。

ここでは、１回目の帯電促進用の電子線照射と２回目の観察用の電子線照射との２回、電子ビーム２１を観察試料１００に照射する場合を例に、その帯電待ち時間Ｔの生成の仕方について説明する。

[第１の方法]
第１の方法は、観察領域の順次並んでいる幾つかの画素ｐ１，ｐ２，ｐ３，・・・，ｐｉに対応した、観察試料１００における電子ビーム２１の走査線方向に順次並んでいる幾つかの照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対して、電子ビーム２１を順次照射して１回目の帯電促進用の電子線照射を行った後、この照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対して２回目の試料観察用の電子線照射を開始するために電子ビーム２１が当初の照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに戻ってくることによって、“帯電待ち時間Ｔ”を生成する方法である。

図５は、電子ビームの１走査線方向に並んでいる任意の数の照射部位を順次照射した電子ビームが、当初の照射部位に戻ってくる様子の説明図である。

図５において、１３０は、観察試料１００における観察領域を示している。破線の矢印６１は、この観察領域１３０で、電子ビーム２１の１走査線方向（水平走査線方向）に順次並んでいる任意の数ｉの照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対し、電子ビーム２１を走査しながら照射している様子を表している。これに対し、実線の矢印６２は、この任意の数ｉの照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対しての電子ビーム２１の１回目の走査後に、１回目の走査終了位置である照射部位Ｐｉから２回目の走査開始位置である照射部位Ｐ１への、電子ビーム２１の帰線（水平帰線）を表している。

図示の例において、電子ビーム２１の１画素（照射部位）当たりのビーム照射時間をＴ_ｄとし、同一画素（同一照射部位）について、１回目の帯電促進用の電子ビーム２１の照射が開始されてから２回目の観察用の照射のために電子ビーム２１が戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する画素数（照射部位数）をＮ_ｉとすると、各画素（各照射部位）の帯電待ち時間Ｔは、式(３)によって表せる。

つまり、１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間をＴ_ｄと、同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉとは、偏向器制御部１２によって決定できるので、例えば、１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄ及び電子ビーム２１を照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉが設定されたならば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔを求めることができる。

また、一般的な電子顕微鏡においては、電子ビーム２１を走査できる幅、又は画素数は予め決まっている。そのため、電子ビーム２１の１走査線のライン最大画素数をＮ_Ｌとすると、同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉと電子ビーム２１の１走査線のライン最大画素数Ｎ_Ｌとの間には、式(４)に示す関係がある。

このように、本方法では、電子ビーム２１の１走査線の範囲内での１次元走査では、１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄと、電子ビーム２１の１走査線の範囲内で電子ビーム２１が照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉとを適宜設定しさえすれば、走査開始画素ｐ１（照射開始部位Ｐ１）と走査終了画素ｐｉ（照射終了部位Ｐｉ）との間で、電子ビーム２１の行き・戻りを繰り返し行うことによって、所望の必要な帯電待ち時間Ｔを生成することができる。

[第２の方法]
第２の方法は、電子ビーム２１の１走査線の範囲に含まれるライン最大画素数Ｎ_Ｌの各画素に対する電子ビーム２１の走査を、観察領域１４０の垂直走査方向に順次並んでいる走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｉの順で行って、１回目の帯電促進用の電子線照射を行った後に、２回目の試料観察用の電子線照射を開始するために、電子ビーム２１の照射が最後の順番の走査線Ｓｉの照射終了部位Ｐ_Ｓ×Ｌから最初の順番の走査線Ｓ１の照射開始部位Ｐ１に戻ってくることによって、“帯電待ち時間Ｔ”を生成する方法である。

図６は、電子ビームの１走査線に含まれるライン最大画素数の照射部位を、複数の走査線それぞれについて順次照射した電子ビームが、当初の走査線の照射開始部位に戻ってくる様子の説明図である。

図６において、１４０は、観察試料１００における観察領域を示している。その上で、破線の矢印６３は、この観察領域１４０で、走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｉの順で並んでいる走査線Ｓ毎に、電子ビーム２１を走査しながら順次照射している様子を表している。

これに対し、実線の矢印６４は、複数の走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｉに対しての電子ビーム２１の１回目の走査後に、この１回目の順番最後の走査線Ｓｉの走査終了画素ｐ_Ｓ×Ｌ（照射終了部位Ｐ_Ｓ×Ｌ）から２回目の順番最初の走査線Ｓ１の走査開始画素ｐ１（照射開始部位Ｐ１）への、電子ビーム２１の帰線（垂直帰線）を表している。

図示の例において、電子ビーム２１の１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間をＴｄとし、１走査線Ｓの画素数（照射部位数）をＮ_Ｌとし、同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数をＮ_Ｓとすると、各画素（各照射部位）の帯電待ち時間Ｔは、式(５)によって表せる。

このように、本方法では、電子ビーム２１の複数本の走査線Ｓについての２次元走査において、１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄと、電子ビーム２１の１走査線Ｓで照射する画素数（照射部位数）Ｎ_Ｌと、同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数をＮ_Ｓとを適宜設定しさえすれば、走査順が最初の走査線Ｓ１の走査開始画素ｐ1（照射開始部位Ｐ１）と走査順が最後の走査線Ｓｉの走査終了画素ｐ_Ｓ×Ｌ（照射終了部位Ｐ_Ｓ×Ｌ）との間で、電子ビーム２１の行き・戻りを繰り返し行うことによって、所望の必要な帯電待ち時間Ｔを生成することができる。

[第３の方法]
第３の方法は、前述した電子ビーム２１の１走査線の走査範囲内での１次元走査による第１の方法において、観察試料１００における電子ビーム２１の走査方向に順次並んでいる幾つかの照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対して、電子ビーム２１を走査しながら順次照射して１回目の帯電促進用の電子線照射を行った後、この照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対して２回目の試料観察用の電子線照射を開始するため、当初の照射部位Ｐ１に戻って２回目の試料観察用の電子線照射を開始するまでの間に、電子ビーム２１を観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂを設けて、“帯電待ち時間Ｔ”を生成する方法である。

この一次電子ビーム２１を観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂは、ブランキング電極５を用いて観察試料１００に対する電子ビーム２１の照射をＯＦＦすることにより設けることができる。

図示の例において、電子ビーム２１の１走査線の走査範囲内の順次並んだ任意の数ｉの照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対しての電子ビーム２１の１回目の走査後、この照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｉに対しての２回目の走査を開始する前に、ブランキング電極５により時間Ｔ_ｂだけ電子ビーム２１をブランキングすると、式(３)が変形され、帯電待ち時間Ｔは、式(６)のように表せる。

なお、上記式(６)において、電子ビーム２１の１走査線の走査範囲内で電子ビーム２１を照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉを‘０’として扱うことも可能である。この場合は、１画素ｐに対応した照射部位Ｐにだけ１回目の電子ビーム２１の照射を行った後、一旦、時間Ｔ_ｂの電子ビーム２１のブランキングを行ってから、同一画素ｐの照射部位Ｐに対して２回目の電子ビーム２１の照射を行うことに相当する。

このように、本方法では、電子ビーム２１の１走査線の走査範囲内での１次元走査において、電子ビーム２１の行き・戻りを繰り返し行うことによる第１の方法の帯電待ち時間Ｔ_（１）に加えて、ビーム照射時間Ｔ_ｄや電子ビーム２１を照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉに依存しない、電子ビーム２１の１回目の走査と２回目の走査との間のブランキング時間Ｔ_ｂをさらに追加することで、所望の必要な帯電待ち時間Ｔを生成することができる。

[第４の方法]
第４の方法は、前述した電子ビーム２１の複数本の走査線Ｓについての２次元走査による第２の方法において、１走査線についてライン最大画素数Ｎ_Ｌの各画素に対する電子ビーム２１の１次元走査が終了する毎に、次の１走査線についての電子ビーム２１の１次元走査を開始する前に、電子ビーム２１を観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂを設けたものである。

より具体的には、電子ビーム２１による複数本の走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｉの１回目の順次走査において、１走査線（例えば走査線Ｓ１）についての電子ビーム２１の照射を終了してから、次の１走査線（例えば走査線Ｓ２）について電子ビーム２１の照射を開始するまでの間に、電子ビーム２１を観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂを設けたものである。

この場合の電子ビーム２１を観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂも、ブランキング電極５を用いて観察試料１００に対する電子ビーム２１の照射をＯＦＦすることにより設けることができる。

複数本の走査線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｉに該当する照射部位Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐ_Ｓ×Ｌに対する１回目の走査途中において、１つの走査線Ｓについての電子ビーム２１の照射を終了する毎に、観察試料１００に照射しない時間Ｔ_ｂを設けることにより、帯電待ち時間Ｔは、式(７)のように表せる。

このように、本方法では、電子ビーム２１の複数本の走査線Ｓについての２次元走査において、電子ビーム２１の行き・戻りを繰り返し行うことによる第２の方法の帯電待ち時間Ｔ_（２）に加えて、ビーム照射時間Ｔ_ｄや電子ビーム２１を照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉに依存しない、１走査線Ｓについて電子ビーム２１の照射を終了する毎のブランキング時間Ｔ_ｂをさらに追加することで、所望の必要な帯電待ち時間Ｔを生成することができる。

本実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置１では、始め（１回目）に帯電促進用の電子ビームを照射してから次（２回目）に試料観察用の電子ビーム２１を照射するまでの間の“帯電待ち時間Ｔ”を、上述した方法によって生成して、半導体ウェーハ１００の正常部１１１と欠陥部１１２との電気的特性の違いを浮き出たせる構成になっている。

なお、この第１〜第４の帯電待ち時間Ｔの生成方法において、第１の方法による式(３)で表される帯電待ち時間Ｔ_（１）は、第３の方法による式(６)で表される帯電待ち時間Ｔ_（３）の、観察試料１００に電子ビーム２１を照射しないブランキング時間Ｔ_ｂが‘０’の場合に相当する。同様に、第２の方法による式(５)で表される帯電待ち時間Ｔ_（２）は、第４の方法による式(７)で表される帯電待ち時間Ｔ _（４） の時間Ｔ_ｂが‘０’の場合に相当する。

そのため、帯電待ち時間Ｔの生成の仕方は、式(３)及び式(５)で表される、電子ビーム２１の１画素（１画素対応箇所）当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄに基づく方法と、式(６)及び式(７)で表される、観察試料１００に電子ビーム２１を照射しないブランキング時間Ｔ_ｂに基づく方法との選択により行われることになる。

また、電子ビーム２１の１走査線の最大画素数をＮ_Ｌと、電子ビーム２１を照射する画素数（画素対応箇所数）Ｎ_ｉとの間の式(４)で表される関係式と、電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数Ｎ_Ｓは１以上の整数であることとから、第３の方法による式(６)で表される帯電待ち時間Ｔ _（３） と第４の方法による式(７)で表される帯電待ち時間Ｔ _（４） との関係は、式(８)に示す関係になる。

［帯電待ち時間Ｔの設定手順］
次に、半導体ウェーハ１００の正常部１１１と欠陥部１１２との電気的特性の違いを浮き出たせるための帯電待ち時間Ｔを含む、検査パラメータの設定について説明する。

ＳＥＭ式外観検査装置１では、検査の実施に際して、帯電待ち時間Ｔ，１画素（１照射部位）当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄ，ブランキング時間Ｔ_ｂ，１走査線の範囲内で電子ビーム２１を照射する画素数（照射部位数）Ｎ_ｉ，１走査線についてライン最大画素数Ｎ_Ｌ，同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数Ｎ_Ｓといった、所望の必要な帯電待ち時間Ｔを生成するための第３の方法又は第４の方法それぞれのパラメータを、検査パラメータとして設定可能な構成になっている。

図７は、ＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査パラメータ入力画面の一実施例を示した図である。

検査パラメータ入力画面（図７では、「画像取得条件設定画面」と表示されている）２００は、入力操作器１５の所定操作に基づき、コンピュータ１３によってモニタ１４の画面上にウィンドウ表示される。検査パラメータ入力画面２００は、図示の例では、第３の方法及び第４の方法に共通な、帯電待ち時間Ｔ（Ｔ _（３） 又はＴ _（４） ）を入力するための帯電待ち時間入力欄２０１と、１画素当たりの電子ビーム２１の照射時間Ｔ_ｄを入力するための照射時間入力欄２０２と、ブランキング時間Ｔ_ｂを入力するためのブランキング時間入力欄２０３とを備える。

さらに、検査パラメータ入力画面２００には、第３の方法を用いて電子ビーム２１を照射するための、電子ビーム２１の１走査線の走査範囲内でのビーム照射画素数Ｎ_ｉを入力するビーム照射画素数入力欄２０４を備えるとともに、第４の方法を用いて電子ビーム２１を照射するための、１走査線当たりの検査画素数Ｎ_Ｌを入力する検査画素数入力欄２０５と、同一部位を走査するまでに電子ビーム２１を照射するライン数Ｎ_Ｓを入力するライン数入力欄２０６とを備え、これらパラメータそれぞれの入力値を検査条件の検査パラメータとして設定するための設定ボタン（ＯＫボタン）２０７を有する。

操作者は、モニタ１４に表示した検査パラメータ入力画面２００に基づき、入力操作器１５を操作して、各パラメータの値を入力するようになっている。

本実施例の場合では、操作者は、この検査パラメータ入力画面２００において、帯電待ち時間Ｔ又は電子ビーム２１の１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの中のいずれか一方の値をまず設定入力する。ここでは、仮に、操作者が、まず帯電待ち時間Ｔの値を入力したものとする。

次に、操作者は、帯電待ち時間Ｔ又は電子ビーム２１の１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの中の、残りのパラメータの値を入力する。この場合は、電子ビーム２１の１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの値が入力されることになる。なお、この１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの値の入力は、図示のように、その時間を直接入力するのに代えて、この照射時間Ｔ_ｄを規定する、電子ビーム２１の１画素当たりのサンプリング周波数ｆ（ただし、ｆ＝１/ Ｔ_ｄ）を入力する構成にすることも可能である。

操作者は、このようにして、帯電待ち時間Ｔ及び電子ビーム２１の１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄを設定したならば、次にブランキング時間Ｔ_ｂを入力する。

そして、操作者は、第３の方法及び第４の方法に共通な、帯電待ち時間Ｔ，１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ，及びブランキング時間Ｔ_ｂのパラメータ入力を終えたならば、第３の方法の式(６)で表される帯電待ち時間Ｔ _（３） を選択する場合は、電子ビーム２１の１走査線の照射範囲内で、同一部位に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射するビーム照射画素数Ｎ_ｉを、ビーム照射画素数入力欄２０４で入力する。

また、操作者は、第４の方法の式(７)で表される帯電待ち時間Ｔ _（４） を選択する場合は、１走査線Ｓの画素数Ｎ_Ｌ、並びに同一画素（同一照射部位）に戻ってくるまでに電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数Ｎ_Ｓを、検査画素数入力欄２０５、並びにライン数入力欄２０６で入力する。

このように、帯電待ち時間Ｔを生成するための第３の方法又は第４の方法については、操作者がビーム照射画素数Ｎ_ｉを入力するか、操作者が１走査線Ｓの画素数Ｎ_Ｌ及び走査線Ｓの数Ｎ_Ｓを入力するかに応じて選択可能であるが、帯電待ち時間入力欄２０１に帯電待ち時間Ｔが入力された時点で、自動的に求めるようにすることも可能である。この場合、その一例として、第３の方法による式(６)で表される帯電待ち時間Ｔ _（３） と第４の方法による式(７)で表される帯電待ち時間Ｔ _（４） とは、式(８)に示す関係があるので、予め定められている所定値よりも大きな帯電待ち時間Ｔが設定された場合には式(７)で示された第４の方法を、この所定値以下の帯電待ち時間Ｔが設定された場合には式(６)で示された第３の方法を決定する構成にすることで対応可能である。

なお、これらパラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓの入力においては、前述した説明の場合は、帯電待ち時間Ｔの入力が最初に行われるようになっているので、この入力された帯電待ち時間Ｔの値に応じて、パラメータＴ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓそれぞれの値の選択範囲が絞られてくるようになり、その選択肢が少なくなり、設定し易くなるようになっている。

具体的に、式(７)で示された第４の方法による場合を例に説明すれば、帯電待ち時間Ｔとして１００[usec]を、同一画素へのビーム照射時間Ｔｄとして１０[nsec]を、ブランキング時間Ｔ_ｂとして１０[usec]を、それぞれ設定入力した時点で、式(７)に基づいて、式(９)に示す関係式が決まるようになる。

これにより、残りのパラメータＮ_Ｌ，Ｎ_Ｓそれぞれの入力値は限定されることになる。

さらにまた、帯電待ち時間Ｔを含むパラメータＴ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓそれぞれの入力値が有限個であると仮定すると、これら入力値の選択肢をさらに限定することができる。

このようにして、操作者は、検査パラメータ入力画面２００で、パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓの適宜入力を行ったならば、設定ボタン（ＯＫボタン）２０７を操作して、操作入力された各パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓを、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３に、検査条件の検査パラメータとして記憶する。

この結果、検査パラメータＮ_ｉ又は検査パラメータＮ_Ｌ，Ｎ_Ｓによって、後述する試し検査領域が決定され、各検査パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ又は検査パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓによって、１画素（１照射部位）に対する電子ビーム２１の照射条件がひとまず決定されることになる。

そして、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、設定ボタン２０７の操作により検査パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓが決定されると、検査パラメータ入力画面２００に代えて、各検査パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓに基づく、図８に示すような検査開始画面（図８では、「検査画面」と表示されている）３００を、モニタ１４の画面上にウィンドウ表示する。

図８は、ＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査開始画面の一実施例を示した図である。

図示の例では、検査開始画面３００は、検査領域選択ウィンドウ３１０，試し検査結果表示ウィンドウ３２０，検査条件設定ウィンドウ３３０，予想／検査結果表示ウィンドウ３４０を有する構成になっている。

検査領域選択ウィンドウ（図８では、「ウェーハマップ」と表示されている）３１０は、ウェーハマップ表示部３１１を備え、ウェーハマップ表示部３１１には、予め選択した検査レシピに基づいて、観察試料である半導体ウェーハ１００の検査領域を決めるためのウェーハマップ３１２が表示される。操作者は、このウェーハマップ３１２上で、入力操作器１５の入力デバイスを操作して、検査領域３１３を設定できるようになっている。

また、この検査領域選択ウィンドウ３１０には、検査領域選択ウィンドウ３１０のウェーハマップ３１２上で設定された検査領域３１３を、観察試料である半導体ウェーハ１００の実際の検査領域として登録設定するための領域選択キー３１４と、この領域選択キー３１４の操作によって実際の検査領域として登録設定されている検査領域３１３を、設定解除するための解除キー３１５とが、さらに設けられている。

これにより、操作者は、観察試料である半導体ウェーハ１００に対して、この検査領域選択ウィンドウ３１０に表示されたウェーハマップ３１２上で、検査領域を任意に設定したり、設定し直したりすることができるようになっている。

試し検査結果表示ウィンドウ（図８では、「試し検査結果表示部」と表示されている）３２０には、観察試料である半導体ウェーハ１００に対しての検査領域選択ウィンドウ３１０で設定した検査領域３１３について「実際の検査」（以下、「本検査」と称す。）を実施する前に、後述する試し検査開始ボタン３３４の操作によって実施された「試し検査」の検査結果が、対比可能に一覧表示される。

ここでいう「試し検査」とは、観察試料である半導体ウェーハ１００に対して、実際にこれから電子線式検査を行う予定の検査領域３１３よりも、さらに領域の大きさを制限した試し検査領域に対して、設定した検査条件に基づき行われる試験的な検査を指す。本実施例の場合は、この試し検査領域は、検査パラメータ入力画面２００を用いた検査パラメータＮ_ｉ又は検査パラメータＮ_Ｌ，Ｎ_Ｓの設定入力時に、帯電待ち時間Ｔと併せて決定される。

図示の例では、試し検査結果表示ウィンドウ３２０には、試し検査毎の、１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ及び帯電待ち時間Ｔからなる検査パラメータの組み合わせと、この検査パラメータを用いた試し検査領域の試し検査で検出した検出欠陥数とが対応付けられて一覧表示され、試し検査毎に検出欠陥数を対比可能な仕様になっている。

検査条件設定ウィンドウ（図８では、「検査条件設定部」と図示されている）３３０は、「本検査」又は「試し検査」において、帯電待ち時間Ｔを設定するための帯電待ち時間設定欄３３１と、１画素当たりのビーム照射時間Ｔ_ｄを設定する照射時間設定欄３３２と、検査しきい値を設定する検査しきい値設定欄３３３と、試し検査を開始するための試し検査開始ボタン３３４と、現在実施中の試し検査を停止するための試し検査停止ボタン３３５と、本検査を開始するための本検査開始ボタン３３６と、現在実施中の本検査を停止するための本検査停止ボタン３３７とを備えている。

この検査条件設定ウィンドウ３３０の帯電待ち時間設定欄３３１及び照射時間設定欄３３２には、検査開始画面３００の表示当初においては、前述の検査パラメータ入力画面２００の帯電待ち時間入力欄２０１及び照射時間入力欄２０２でそれぞれ入力された帯電待ち時間Ｔ及び１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの値が設定表示される。検査条件設定ウィンドウ３３０では、このようにして帯電待ち時間設定欄３３１及び照射時間設定欄３３２に設定表示されている値を、操作者が入力操作器１５の入力デバイスを操作して、設定変更可能な構成になっている。

そして、操作者が、この検査開始画面３００の検査条件設定ウィンドウ３３０で、帯電待ち時間Ｔ及び１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの中の少なくともいずれかの値を設定し直した場合、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、先の検査パラメータ入力画面２００で設定した帯電待ち時間Ｔ又は１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの値を、検査開始画面３００の検査条件設定ウィンドウ３３０で設定し直した値に変更し、この値変更に合わせて他の調整必要な検査パラメータの値、例えばブランキング時間Ｔ_ｂの値を設定し直して、この設定変更に対応した検査パラメータに基づく検査条件を自動設定するようになっている。

また、検査しきい値設定欄３３３は、観察試料である半導体ウェーハ１００の取得した観察画像から正常部１１１と欠陥部１１２とを判別するための検査しきい値として、操作者が観察画像の輝度の階調レベルを設定入力する。

このような検査条件設定ウィンドウ３３０で、帯電待ち時間Ｔ，１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ，検査しきい値がそれぞれ設定された状態で、操作者が試し検査開始ボタン３３４を操作した場合は、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、その接続された各部を制御して、この設定された検査条件で、検査領域３１３に対して大きさを制限した試し検査領域の試し検査を実施制御する一方、操作者が本検査開始ボタン３３６を操作した場合には、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、その接続された各部を制御して、この設定された検査条件で、検査領域３１３の本検査を実施制御する構成になっている。

予想／結果表示ウィンドウ（図８では、「検査結果」と表示されている）３４０は、予想検査時間表示欄３４１と、実検査時間表示欄３４２と、欠陥数表示欄３４３とを有する構成になっている。予想検査時間表示欄３４１には、検査条件設定ウィンドウ３３０の帯電待ち時間設定欄３３１に表示されている帯電待ち時間Ｔ、及び照射時間設定欄３３２に表示されている１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄに基づいて試し検査又は本検査を実施する場合の試し検査又は本検査の予想検査時間が、コンピュータ１３によって演算されて表示される。実検査時間表示欄３４２には、実際に実施した試し検査又は本検査の実検査時間が表示される。欠陥数表示欄３４３には、この試し検査又は本検査の実施によって画像処理部１０により検出された欠陥部１１２の数が表示される。

次に、上述した検査開始画面３００に基づいて、操作者が検査領域３１３の本検査を行うまでに、ＳＥＭ式外観検査装置１が行う、試し検査の実施を含む検査条件の設定処理について、図９に基づき説明する。

図９は、ＳＥＭ式外観検査装置が実検査を実施するに当たって行う検査条件設定処理のフローチャートである。

ＳＥＭ式外観検査装置１は、例えば、操作者が検査パラメータ入力画面２００で、検査パラメータＴ，Ｔ_ｄ，Ｔ_ｂ，Ｎ_ｉ，Ｎ_Ｌ，Ｎ_Ｓの適宜入力を完了したならば、そのコンピュータ１３は、検査開始画面３００をモニタ１４にＯＳＤ表示して、図９に示す検査条件設定処理を行う。その際には、操作者は、予想／結果表示ウィンドウ３００の予想検査時間表示欄３４１に表示されている予想検査時間を参照しながら、検査条件設定ウィンドウ３３０で帯電待ち時間Ｔや１画素当たりの照射時間Ｔを調整することができる。

操作者が、入力操作器１５の操作によって、検査開始画面３００の検査条件設定ウィンドウ３３０を用い、１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄの決定（ステップＳ０１），帯電待ち時間Ｔの決定（ステップＳ０２），検査しきい値の決定（ステップＳ０３）を行い、試し検査開始ボタン３３４を操作したのを検出すると、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、この設定された検査条件で各部を制御し、実際の検査領域３１３に対して大きさを制限した試し検査領域の試し検査を実施する（ステップＳ０４）。

この試し検査は、検査開始画面３００の検査条件設定ウィンドウ３３０で決定された１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ，帯電待ち時間Ｔに応じて、操作者が先に検査パラメータ入力画面２００で入力した検査パラメータＴ_ｄ，Ｔ，Ｔ_ｂの値を調整して、式(６)の帯電待ち時間Ｔ _（３） による第３の方法、又は式(７)の帯電待ち時間Ｔ _（４） による第４の方法の中のいずれか選択された電子ビーム２１の照射方法により、ビーム照射画素数Ｎ_ｉ、又は１走査線Ｓの画素数Ｎ_Ｌや電子ビーム２１が照射する走査線Ｓの数Ｎ_Ｓによって規定された、観察試料である半導体ウェーハ１００の試し検査領域について実施する。

この試し検査の実施によって、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、その画像処理部１０が検査しきい値を基に検出した欠陥数を含む検査結果を、検査条件としての検査パラメータと対応付けて、図示せぬ記憶部に保存するとともに、検査開始画面３００の試し検査結果表示ウィンドウ３２０や、予想／結果表示ウィンドウ３４０の実検査時間表示欄３４２並びに欠陥数表示欄３４３に表示する（ステップＳ０５）。

操作者は、検査開始画面３００の試し検査結果表示ウィンドウ３２０に表示された試し検査それぞれの検査結果の対比や、予想／結果表示ウィンドウ３４０に表示されている今回の試し検査の予想検査時間と実検査時間との対比等に基づいて、帯電待ち時間Ｔ等の検査パラメータの値を設定し直して検査条件を変更する必要があれば（ステップＳ０６）、ステップＳ０１に戻り、検査条件を変更して、再度、試し検査を行う（ステップＳ０１〜Ｓ０５）。

このように、ステップＳ０１からステップＳ０５までの試し検査処理が、操作者により検査条件を変更されて適宜回数だけ行われると、コンピュータ１３は、その試し検査の検査結果を取得する毎に、コンピュータ１３の図示せぬ記憶部に、例えば、図１０に示すように、試し検査毎に、１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ（サンプリング周波数ｆ、ｆ＝１/ Ｔ_ｄ），帯電待ち時間Ｔ等の検査パラメータとその試し検査で検出した検出欠陥数とを対応付けて蓄積保存する。

図１０は、記憶部に蓄積保存された、検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果の記憶データを説明する図である。

そして、コンピュータ１３は、ステップＳ０５において、今回の試し検査結果を含む、これら検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、検査開始画面３００の試し検査結果表示ウィンドウ３２０に図８に示すように表示し、試し検査毎に、１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ，帯電待ち時間Ｔ，検出欠陥数を比較し、操作者が最適検査条件を導出することができるようにする。また、コンピュータ１３は、今回の試し検査結果及びその実際にかかった検査時間を、予想／結果表示ウィンドウ３４０の実検査時間表示欄３４２や欠陥数表示欄３４３に表示し、操作者がその予想と対比できるようにする。

なお、図８に示した検査結果表示ウィンドウ３２０では、今回の試し検査結果を含む、これら検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、試し検査毎に、１画素当たりの照射時間Ｔ_ｄ，帯電待ち時間Ｔ，検出欠陥数を対応させて、一覧表示する構成としたが、図１１や図１２に示すようにグラフ表示し、操作者が最適検査条件を導出することができるようにすることも可能である。

図１１は、検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、帯電待ち時間Ｔ若しくはビーム照射時間Ｔ_ｄと欠陥数との関係に基づいて、検査結果表示ウィンドウにグラフ表示した例である。

図１２は、検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を、サンプリング周波数ｆと欠陥数との関係に基づいて、検査結果表示ウィンドウにグラフ表示した例である。

図１１に示す、帯電待ち時間Ｔ若しくはビーム照射時間Ｔ_ｄと欠陥数との関係に基づいたグラフ表示によれば、各帯電待ち時間Ｔ若しくは各ビーム照射時間Ｔ_ｄに応じた欠陥数を視覚的に容易に対比することができるので、操作者は、最適検査条件としての帯電待ち時間Ｔ及びビーム照射時間Ｔ_ｄの導出が容易に行える。

また、図１２に示す、サンプリング周波数ｆと欠陥数との関係に基づいたグラフ表示によれば、帯電待ち時間Ｔの違い毎に、サンプリング周波数ｆ（ｆ＝１/ Ｔ_ｄ、ビーム照射時間Ｔ_ｄ）に応じた欠陥数を視覚的に容易に対比することができるので、操作者は、最適検査条件としての帯電待ち時間Ｔ及びビーム照射時間Ｔ_ｄの導出が容易に行える。

操作者は、帯電待ち時間Ｔ等の検査パラメータの値を設定し直して試し検査を行う必要がなければ（ステップＳ０６）、上述したように、検査結果表示ウィンドウ３２０に表示された、検査条件を変更して幾つか繰り返された試し検査の結果を参照して、最適検査条件を導出する（ステップＳ０７）。図８及び図１０に示した例では、操作者は、他の試し検査の結果に対して、ビーム照射時間Ｔ_ｄ及び帯電待ち時間Ｔ、特に帯電待ち時間Ｔがそれ程長くなるわけでもなく、他の検査条件に比べて多く（６００個）の欠陥部１１２を検出できた、ビーム照射時間Ｔ_ｄが１０[usec]，帯電待ち時間Ｔが１０[nsec]の組み合わせを最適検査条件として容易に導出することができる（ステップＳ０７）。

操作者は、この導出したビーム照射時間Ｔ_ｄ及び帯電待ち時間Ｔを、入力操作器１５を操作して、検査開始画面３００の検査条件設定ウィンドウ３３０における照射時間設定欄３３２や帯電待ち時間設定欄３３１に検査条件として設定する（ステップＳ０８）。具体的な設定の仕方としては、検査条件設定ウィンドウ３３０における照射時間設定欄３３２や帯電待ち時間設定欄３３１で直接設定せずとも、検査結果表示ウィンドウ３２０で最適検査条件の試し検査結果を指定することにより、コンピュータ１３が該当するビーム照射時間Ｔ_ｄ及び帯電待ち時間Ｔを、検査条件設定ウィンドウ３３０における照射時間設定欄３３２や帯電待ち時間設定欄３３１に自動的に設定できる。

なお、上記ステップＳ０１からステップＳ０８までの処理は、予めレシピ等によって変更する検査パラメータが決められている場合等は、コンピュータ１３が、この変更する検査パラメータの値をそのデフォルト値を基に変更しながら、幾つかの試し検査を実施制御し、その際における各試し検査の結果に基づいて最適検査条件を判断して、検査条件として設定する自動シーケンスも可能である。

そして、操作者は、このようにして求めた最適検査条件を設定すると、検査領域選択ウィンドウ３１０のウェーハマップ表示部３１１に表示されているウェーハマップ３１２上で、入力操作器１５の入力デバイスを操作して検査領域３１３を指定し、領域選択キー３１４の操作によってこの指定した検査領域３１３を、本検査の検査領域３１３として設定する（ステップＳ０９）。

コンピュータ１３は、ウェーハマップ表示部３１１に表示したウェーハマップ３１２上で本検査の検査領域３１３が設定されると、この検査領域３１３についての本検査でかかる予想検査時間を演算し、予想／結果表示ウィンドウ３４０の予想検査時間表示欄３４１に、試し検査の予想検査時間に代えて表示する。その際、ウェーハマップ表示部３１１の実検査時間表示欄３４２や欠陥数表示欄３４３の表示は、この本検査の開始に備えてリセットされる（ステップＳ１０）。

すなわち、ステップＳ０９で、本検査の検査領域３１３が設定されることによって、ステップＳ１０で、この設定した検査領域３１３についての本検査でかかる予想検査時間、つまり、本検査の検査スループットＴ_ｔｈを演算する。

コンピュータ１３は、この本検査の検査スループットＴ_ｔｈを、例えば、次に述べるようにして演算する。

本検査の検査スループット、すなわち検査領域３１３の本検査にかかる時間Ｔ_ｔｈは、設定された本検査の検査領域３１３の面積をＳ [nm²]，電子ビーム２１の１走査線分（１ライン分）の照射にかかる正味の時間をＴ_Ｌ[sec]_，検査画素サイズをｐ[nm]，１走査線幅（１ライン幅）の長さをＬ[nm] とすると、式(１０)に示す関係式になる。

ここで、電子ビーム２１の１走査線分（１ライン分）の照射にかかる正味の時間Ｔ_Ｌ[sec]は、帯電待ち時間Ｔに関係する。例えば、帯電待ち時間Ｔを待つ回数をＮ回とすると、同一部位には(Ｎ＋１)回の電子ビーム２１を照射することになるので、電子ビーム２１の１ライン分にかかる正味の時間Ｔ_Ｌ[sec]は、式(１１)で表すことができる。

ところで、式(１１)において、帯電待ち時間Ｔは、式(３)〜式(８)の方程式の条件で設定した値によって決定される。

この結果、式(１０)と式(１１)とより、帯電待ち時間Ｔと検査時間Ｔ_ｔｈとが、比例の関係を持つことを示している。つまり、帯電待ち時間Ｔを単純に大きくすると、本検査における検査領域３１３の検査時間Ｔ_ｔｈが遅くなる。

そこで、ステップＳ１０において、操作者は、予想／結果表示ウィンドウ３４０の予想検査時間表示欄３４１に表示された本検査でかかる予想検査時間を確認した後、もしスループットをもっと向上させたい場合は、ステップＳ０８で決定した最適検査条件を変更する（ステップＳ１１）。

つまり、操作者は、試し検査を基に最適検査条件として設定した帯電待ち時間Ｔ，ビーム照射時間Ｔ_ｄ，並びにその試し検査によって検出された欠陥数と、この最適検査条件による本検査でかかる予想検査時間とのいずれもが、最適になる条件であることを確認できるまで、ステップＳ０８からステップＳ１１までの処理を繰り返し行い、最適検査条件として設定した帯電待ち時間Ｔやビーム照射時間Ｔ_ｄや、設定した本検査の検査領域３１３の大きさ（面積）を調整することになる。

その結果、操作者は、本検査のための最適検査条件であることを、検査開始画面の各ウィンドウ３１０，３２０，３３０，３４０のそれぞれ表示内容を総合して確認すると、検査条件設定ウィンドウ３３０の本検査開始ボタン３３６を操作して、検査領域３１３の本検査を開始する（ステップＳ１２）。

なお、上記ステップＳ０８からステップＳ１１までの処理は、予めレシピ等によって、許容できる最大検査時間と検査領域の大きさとが決められている場合等は、コンピュータ１３が、この変更する検査パラメータの値をそのデフォルト値を基に変更しながら、最適検査条件を判断して、検査条件として設定する自動シーケンスも可能である。

すなわち、予めレシピ等によって、変更する検査パラメータが決められ、許容できる最大検査時間と検査領域の大きさとが決められている場合等は、図９に示した検査条件設定処理全てを、コンピュータ１３が装置各部と協働して自動で行うことも可能である。

なお、本実施の形態によるＳＥＭ式外観検査装置１では、その検査条件設定処理を、図７に示した検査パラメータ入力画面２００、及び図８に示した検査開始画面３００を基に説明したが、その図９に示した検査条件設定処理は、上述の検査パラメータ入力画面２００や検査開始画面３００に基づく方法に限定されるものではなく、試し検査の結果に基づき、本検査の最適検査条件を設定するものであれば、様々な変更が可能である。

<第２の実施の形態>
［構成］
図１３，図１４は、本実施の形態に係る、電子線を照射する電子銃を少なくとも２つ以上備えたＳＥＭ式外観検査装置の実施例の構成図である。

なお、その構成の説明に当たっては、図４に示したＳＥＭ式外観検査装置１と同一又は同様な構成部分については、同一符号を付して、その説明は省略する。

図１３，図１４において、いずれの実施例のＳＥＭ式外観検査装置１'，１"とも、観察試料１００の帯電状態を制御するための、電子源５２からの電子線（電子ビーム）５１を観察試料１００に照射する第１の電子銃５３を少なくとも１つ以上備えるとともに、観察試料１００からの放出電子２２によって顕微鏡画像を形成するための、電子源２からの電子線（電子ビーム）２１を観察試料１００に照射する第２の電子銃３を備えた構成になっている。

その上で、図１３に示したＳＥＭ式外観検査装置１'では、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と、第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが異なるようになっている。そのため、試料ステージ７に載置された観察試料１００は、試料ステージ７の駆動によって、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置との間を移動できる構成になっている。これにより、観察試料１００には、その試料ステージ７の駆動位置に応じて、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１又は第２の電子銃３からの電子ビーム２１が照射可能な構成になっている。

これに対し、図１４に示したＳＥＭ式外観検査装置１"では、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが一致する構成になっている。そのため、第２の電子銃３と同様に、第１の電子銃５３にも、電子ビーム５１が観察試料１００に照射されないようにするためのブランキング電極５５が備えられている。これにより、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが一致していても、観察試料１００には、電子ビーム５１又は電子ビーム２１を、時間をずらせて択一的に照射することができる構成になっている。

なお、図１４に示したＳＥＭ式外観検査装置１"では、第１の電子銃５３は、電子ビーム５１が観察試料１００に照射されないようにするためのブランキング電極５５を備えた構成としたが、このブランキング電極５５を備える代わりに、第１の電子銃５３に、電子源５２からの電子線放出を停止させ、電子ビーム５１を観察試料１００に到達させない機能を備えた電子銃を適用してもよい。

そして、いずれの実施例のＳＥＭ式外観検査装置１'，１"とも、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射の仕方は、観察試料１００上を走査する構成でもよいし、比較的大きめなビーム径で観察試料１００上を面照射する構成でもかまわない。

［電子ビームの照射方法］
次に、上述したＳＥＭ式外観検査装置１'，１"による半導体ウェーハ１００の検査における、第１，第２の電子銃５３，３による電子ビーム５１，２１の具体的な照射構成及び照射方法について詳述する。

本実施の形態に係るＳＥＭ式外観検査装置１'，１"も、半導体ウェーハ１００の正常部１１１と欠陥部１１２との、図２及び式(１)，式(２)に示した電気的特性の違いを浮き出たせるため、始め（例えば１回目）に荷電粒子ビームを照射してから次（例えば２回目）に荷電粒子ビームを照射するまでの間の“帯電待ち時間Ｔ”を、第１，第２の電子銃５３，３を用いて制御可能な構成になっている。

そのために、ＳＥＭ式外観検査装置１'，１"の場合は、観察試料１００に第１の電子銃５３により電子ビーム５１を照射してから、第２の電子銃３により電子ビーム２１を照射するまでの間の時間を制御し、“帯電待ち時間Ｔ”を制御する構成になっている。この“帯電待ち時間Ｔ”を生成するための、第１，第２の電子銃５３，３を用いた電子ビーム５１，２１の照射方法について説明する。

[第１の方法]
図１３に示した、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが異なる構成のＳＥＭ式外観検査装置１'では、試料ステージ７に設けられたステージ駆動制御系５６が、試料ステージ７を駆動制御して、電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置との間で観察試料１００を移動可能な構成になっている。この場合、試料ステージ７の駆動構成は連続的に駆動されて移動する構成でもよいし、駆動及び停止を繰り返すステップ＆リピートで駆動されて移動する構成でもよい。コンピュータ１３は、その際におけるステージ駆動制御系５６による試料ステージ７のステージ移動速度を、“帯電待ち時間Ｔ”に応じて次のように制御する。

第１の電子銃５３の照射位置における電子ビーム５１の光軸と、第２の電子銃３の照射位置における電子ビーム２１の光軸との間の距離をＬとすると、試料ステージ７が例えば一定のステージ移動速度ｖで連続的に駆動されている場合、観察試料１００に対する第１の電子銃５３による始め（例えば１回目）の帯電促進用の電子線照射から第２の電子銃３によるその後（例えば２回目）の観察用の電子線照射までの帯電待ち時間Ｔは、式(１２)によって表せる。

これに対し、試料ステージ７がステップ＆リピートで駆動され、駆動されていたときの試料ステージ７のステージ移動速度をｖとし、停止していたときの合計の停止時間をＴ_ｓとすると、帯電待ち時間Ｔは、式(１３)によって表せる。

すなわち、第１，第２の電子銃５３，３を有し、第１の電子銃５３による始めの帯電促進用の電子ビーム５１の照射位置と、第２の電子銃３によるその後の観察用の電子ビーム２１の照射位置とが異なる場合にあっては、第１の電子銃５３の照射位置における電子ビーム５１の光軸と、第２の電子銃３の照射位置における電子ビーム２１の光軸との間の距離Ｌは一定であり、試料ステージ７のステージ移動速度ｖや、そのステップ＆リピートにおける合計の停止時間Ｔ_ｓが決定できれば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔを求めることができる。

[第２の方法]
図１４に示した、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが一致する構成のＳＥＭ式外観検査装置１"では、第１の電子銃５３から始め（例えば１回目）の帯電促進用の電子ビーム５１を照射した後に、この電子ビーム５１の照射を停止し、第２の電子銃３からその次（例えば２回目）の観察用の電子ビーム２１を照射する構成になっている。これにより、ＳＥＭ式外観検査装置１"では、第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射を行う際に、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射を停止することによって、検出器８が、第１の電子銃５３からの帯電促進用の電子ビーム５１の照射による放出電子を検出することがなく、第２の電子銃３からの観察用の電子ビーム２１の照射による放出電子のみを検出して、電子顕微鏡画像を取得できる構成になっている。その際における、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射停止、及び第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射停止は、例えば、レンズ制御部１１によるそれぞれのブランキング電極５５，５の作動制御により行うようになっている。

そこで、第１の電子銃５３から帯電促進用の電子ビーム５１を観察試料１００に照射して、次に、この第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射を停止し、第２の電子銃３から観察用の電子ビーム２１を観察試料１００に照射するまでの時間をＴ_ｂｂとすると、観察試料１００に対する第１の電子銃５３による始め（例えば１回目）の帯電促進用の電子線照射から第２の電子銃３によるその後（例えば２回目）の観察用の電子線照射までの帯電待ち時間Ｔは、式(１４)によって表せる。

すなわち、第１，第２の電子銃５３，３を有し、第１の電子銃５３による始めの帯電促進用の電子ビーム５１の照射位置と、第２の電子銃３によるその後（例えば２回目）の観察用の電子ビーム２１の照射位置とが一致する場合にあっては、第１の電子銃５３から帯電促進用の電子ビーム５１を観察試料１００に照射して、次に、この第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射を停止し、第２の電子銃３から観察用の電子ビーム２１を観察試料１００に照射するまでの時間Ｔ_ｂｂが決定できれば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔを求めることができる。

［帯電待ち時間Ｔの設定手順］
本実施の形態では、半導体ウェーハ１００の正常部１１１と欠陥部１１２との電気的特性の違いを浮き出たせるための帯電待ち時間Ｔを含む、検査パラメータの設定は、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射位置と第２の電子銃３からの電子ビーム２１の照射位置とが異なるか、一致しているかの、ＳＥＭ式外観検査装置１'，１"の装置構成に相違に対応して、次のように設定される。

図１３に示した、電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置とが異なるＳＥＭ式外観検査装置１'では、それぞれ照射位置における電子ビーム５１の光軸と電子ビーム２１の光軸との間の距離Ｌは固定であるので、試料ステージ７が連続駆動される場合は、検査パラメータとして、ステージ速度ｖが設定されれば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔが設定されることになる。

また、試料ステージ７がステップ＆リピートで駆動される場合は、検査パラメータとして、ステージ速度ｖが設定されることに加え、さらに、合計の時間Ｔ_ｓが設定されれば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔが設定されることになる。

図１４に示した、電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置とが一致するＳＥＭ式外観検査装置１"では、検査パラメータとして、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射を停止し、第２の電子銃３から観察用の電子ビーム２１を観察試料１００に照射するまでの時間Ｔ_ｂｂが設定されれば、一意的に必要な帯電待ち時間Ｔが設定されることになる。

図１５は、本実施の形態のＳＥＭ式外観検査装置におけるモニタ入力画面の一種としての検査パラメータ入力画面の一実施例を示した図である。

検査パラメータ入力画面（図１５では、「画像取得条件設定画面」と図示されている）２００'は、図７に示した第１の実施の形態による検査パラメータ入力画面２００と同様に、入力操作器１５の所定操作により、モニタ１４の画面上にウィンドウ表示される。検査パラメータ入力画面２００'は、図示の例では、帯電待ち時間Ｔを入力するための帯電待ち時間入力欄２０１を有し、電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置とが異なるＳＥＭ式外観検査装置１'に係り、試料ステージ７が駆動される場合におけるステージ速度ｖを入力するためのステージ速度入力欄２２１と、さらにその試料ステージ７の駆動がステップ＆リピートで行われる場合に、その際における停止していたときの合計の停止時間Ｔ_ｓを入力するためのステージ停止時間入力欄２２２とを有する一方、電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置とが一致するＳＥＭ式外観検査装置１"に係り、第１の電子銃５３からの電子ビーム５１の照射を停止し、第２の電子銃３から観察用の電子ビーム２１を観察試料１００に照射するまでの時間Ｔ_ｂｂを入力するためのブランキング時間入力欄２２３を有する。

さらに、検査パラメータ入力画面２００'には、これらパラメータそれぞれの入力値を検査条件の検査パラメータとして設定するための設定ボタン（ＯＫボタン）２０７を有する。

そして、操作者は、ＳＥＭ式外観検査装置１'，１"のハード構成に相違に応じて、さらに電子ビーム５１の照射位置と電子ビーム２１の照射位置とが異なるＳＥＭ式外観検査装置１'である場合は試料ステージ７の駆動の相違に応じて、これら検査パラメータＴ，ｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂを適宜入力することになる。

その際も、帯電待ち時間Ｔの入力が最初に行われるようになっているので、この入力された帯電待ち時間Ｔの値に応じて、検査パラメータｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂそれぞれの値の選択範囲が絞られてくるようになり、その選択肢が少なくなるようになっている。

このようにして、操作者は、検査パラメータ入力画面２００'で、検査パラメータＴ，ｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂの適宜入力を行ったならば、設定ボタン（ＯＫボタン）２０７を操作して、操作入力された各検査パラメータＴ，ｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂを、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３に、取りあえず検査条件として記憶する。

そして、ＳＥＭ式外観検査装置１のコンピュータ１３は、この検査パラメータ入力画面２００'によって設定された各検査パラメータＴ，ｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂに基づく、図８に示した第１の実施の形態による検査開始画面３００と同様な検査開始画面を、検査パラメータ入力画面２００'に代えて、モニタ１４の画面上にウィンドウ表示する。

操作者は、この検査開始画面に基づいて、図９に示した第１の実施の形態による検査条件設定処理と同様な、試し検査の実施を含む検査条件の設定処理を行い、その試し検査の検査結果に基づいて、本検査の最適検査条件を設定する。

<他の実施の形態>
以上、本発明の荷電粒子顕微鏡装置及び荷電粒子ビーム制御方法に係る実施の形態として、ＳＥＭ式外観検査装置１，１'，１"について説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能である。すなわち、ＳＥＭ式外観検査装置１以外でも、例えば一般の電子顕微鏡装置やイオン顕微鏡のように、荷電粒子線の照射によって観察試料から放出される放出電子を検出することにより、観察画像を取得する構成の荷電粒子顕微鏡装置であれば、適用可能である。

さらに、その具体的な構成についても、種々の変形例が可能である。
例えば、上述した第１，２の実施の形態では、図７，図１５に示した検査パラメータ入力画面２００，２００'に基づく検査パラメータの設定についての説明では、操作者が、帯電待ち時間Ｔを設定した後で、各種パラメータを設定する方法を例に説明しているが、まず、各種パラメータを設定することにより、帯電待ち時間Ｔを決定することも可能である。

また、この帯電待ち時間Ｔの設定については、始めの帯電促進用の１画素当たりの電子ビームの照射時間Ｔ_ｄを含めた、始めの帯電促進用の電子ビームの照射開始時からの時間であっても、始めの帯電促進用の１画素当たりの電子ビームの照射時間Ｔ_ｄを除いた、始めの帯電促進用の電子ビームの照射終了時からの時間であっても、いずれでもよい。

図１６は、図１５に示した検査パラメータ入力画面の変形例を示したものである。

図１６に示した検査パラメータ入力画面２００"（図１６では、「画像取得条件設定画面」と図示されている）では、まず各種パラメータｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂの入力を操作者に促すようになっており、各種パラメータｖ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｂｂを設定することにより、帯電待ち時間Ｔが自動表示される。

このように、これら検査パラメータ入力画面や検査開始画面といった操作画面に限ってみても種々の変形例が可能であることから明らかなように、本発明の実施の形態は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲において様々な変更が可能である。

１，１'，１" ＳＥＭ式外観検査装置、 ２ 電子源、 ３ 電子銃、 ４ 偏向器、
５ ブランキング電極、 ６ 対物レンズ、 ７ 試料ステージ、 ８ 検出器、
９ 検出制御部、 １０ 画像処理部、 １１ レンズ制御部、 １２ 偏向制御部、
１３ コンピュータ、 １４ モニタ、 １５ 入力操作器、 ２１ １次電子ビーム、
２２…放出電子、 ５１ 電子ビーム、 ５２ 電子源、 ５３ 第１の電子銃、
５５ ブランキング電極、 ５６ ステージ駆動制御系、 ６２ 水平帰線、
６４ 垂直帰線、 １００ 半導体ウェーハ（観察試料）、 １０１ 基板、
１０２ 金属膜、 １０３ 絶縁膜層、 １０４ 絶縁膜部、 １１０ ビア、
１１１ 正常部、 １１２ 欠陥部、 １２１ 正常部等価回路、
１２２ 欠陥部等価回路、 ２００ 検査パラメータ入力画面、
２０１ 帯電待ち時間入力欄、 ２０２ 照射時間入力欄、
２０３ ブランキング時間入力欄、 ２０４ ビーム照射画素数入力欄、
２０５ 検査画素数入力欄、 ２０６ ライン数入力欄、 ２０７ 設定ボタン、
２２１ ステージ速度入力欄、 ２２２ ステージ停止時間入力欄、
２２３ ブランキング時間入力欄、 ３００ 検査開始画面、 ３００ 検査開始画面、
３１０ 検査領域選択ウィンドウ、 ３１１ ウェーハマップ表示部、
３１２ ウェーハマップ、 ３１３ 検査領域、 ３１４ 領域選択キー、
３１５ 解除キー、 ３２０ 試し検査結果表示ウィンドウ、
３３０ 検査条件設定ウィンドウ、 ３３１ 帯電待ち時間設定欄、
３３２ 照射時間設定欄、 ３３３ 検査しきい値設定欄、
３３４ 試し検査開始ボタン、 ３３５ 試し検査停止ボタン、
３３６ 本検査開始ボタン、 ３３７ 本検査停止ボタン、
３４０ 予想／結果表示ウィンドウ、 ３４１ 予想検査時間表示欄、
３４２ 実検査時間表示欄、 ３４３ 欠陥数表示欄

Claims (13)

1. 荷電粒子ビームを用いた荷電粒子顕微鏡装置において、
   ステージに保持された観察試料の任意の検査領域に対して少なくとも２回以上荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子ビーム照射部と、
   該荷電粒子ビーム照射部による、観察試料に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を、観察試料又は観察試料に発生する欠陥部の状態に応じて設定する設定部と
   を備えることを特徴とする荷電粒子顕微鏡装置。
2. 前記荷電粒子ビーム照射部は、
   前記観察試料の検査領域の一の照射部位に対する前記荷電粒子ビームの照射間隔が前記設定部によって設定された時間差となるように前記荷電粒子ビームを偏向制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
3. 前記荷電粒子ビーム照射部は、
   前記観察試料上で前記荷電粒子ビームを走査するための偏向器と、
   前記一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行っていた前記荷電粒子ビームを、前記時間差の間、前記検査領域の他の照射部位に対する始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行わせるように前記偏向器を作動制御する制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子顕微鏡装置。
4. 前記荷電粒子ビーム照射部は、
   前記荷電粒子ビームが観察試料に照射されないように荷電粒子ビーム軌道を変えるためのブランキング電極と、
   前記一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行っていた前記荷電粒子ビームを、前記時間差の間、前記荷電粒子ビームが前記観察試料に照射されないように前記ブランキング電極を作動制御する制御回路と
   を備えることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子顕微鏡装置。
5. 前記設定部は、モニタを含み、観察試料に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を設定又は表示する操作画面を当該モニタ画面上に表示する
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
6. 前記荷電粒子ビーム照射部は、少なくとも二つ以上の荷電粒子ビーム発生器を有し、
   前記観察試料の検査領域の一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射とを、それぞれ異なる前記荷電粒子ビーム発生器を用いて行う
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子顕微鏡装置。
7. 前記ステージには、それぞれ異なる前記荷電粒子ビーム発生器の照射位置間で観察試料を移動させるステージ駆動制御系が備えられ、
   前記設定部は、観察試料に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を、前記ステージ駆動制御系のステージ速度により設定する
   ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置。
8. 前記それぞれ異なる前記荷電粒子ビーム発生器が、
   始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射用の第１の荷電粒子ビーム発生器と、
   次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射用の第２の荷電粒子ビーム発生器と
   であり、
   前記荷電粒子ビーム照射部は、さらに
   前記第１の荷電粒子ビーム発生器による荷電粒子ビームの照射と前記第２の荷電粒子ビーム発生器による荷電粒子ビームの照射との間の時間が、前記設定部によって設定された時間差となるように制御する制御回路
   を備えることを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置。
9. 前記設定部は、モニタを含み、観察試料に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を設定又は表示する操作画面を当該モニタ画面上に表示する
   ことを特徴とする請求項６記載の荷電粒子顕微鏡装置。
10. 観察試料に対して照射する荷電粒子ビームを制御する荷電粒子ビーム制御方法であって、
    観察試料に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射との間の時間差を、観察試料又は観察試料に発生する欠陥部の状態に応じて設定する設定ステップ、
    観察試料の検査領域の一の照射部位に対し、該設定ステップによって設定された時間差に基づいて、始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射とを行う照射ステップ
    を有することを特徴とする荷電粒子ビーム制御方法。
11. 前記照射ステップは、前記設定ステップによって設定された時間差に基づいて、前記観察試料の検査領域の一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行い、前記検査領域の他の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行ってから、当該一の照射部位に対しての次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射を行う
    ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子ビーム制御方法。
12. 前記照射ステップは、前記設定ステップによって設定された時間差に基づいて、前記観察試料の検査領域の一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射を行い、荷電粒子ビーム軌道を変えて荷電粒子ビームが観察試料に照射されないようにしてから、当該一の照射部位に対しての次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射を行う
    ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子ビーム制御方法。
13. 前記照射ステップは、前記観察試料の検査領域の一の照射部位に対しての始めの帯電促進用の荷電粒子ビーム照射と次の試料観察用の荷電粒子ビーム照射とを、それぞれ異なる前記荷電粒子ビーム発生器を用いて行う
    ことを特徴とする請求項１０記載の荷電粒子ビーム制御方法。

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