JP6937254B2 - 検査システム、画像処理装置、および検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試料を検査する検査システム、画像処理装置、および検査方法に関する。
半導体デバイスの導通検査を非破壊で行う方法として、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて電位コントラスト観察を行う手法がある。たとえば、絶縁物表面に正の帯電を与える観察条件でＳＥＭ観察を行い、試料への電子線照射により試料から放出される二次電子のうち、閾値エネルギー以上の二次電子を検出するエネルギーフィルタリングを行うことで、表面電位の違いを信号量の違いとして計測することができる。
この信号量の違いが電位コントラストである。前記の条件で導通の取れていない半導体パタンを観察すると、パタンが正帯電するために二次電子が減速され、エネルギーフィルタリングされる二次電子の割合が増加し、ＳＥＭ画像における明度が減少する。この明度の減少から、導通不良を検出できる（特許文献１）。さらに、所定の間隔をあけて電子線を複数回照射することで、照射間隔のあいだに進行する帯電緩和を評価し、半導体パタンのリーク特性、すなわち緩和時間を計測する手法もある（特許文献２）。
国際公開０１／０７５９２９号公報 特開２００７−１２３９１６号公報
半導体デバイスの導通検査は、コンタクト抵抗と寄生容量が定量的に計測できることが望ましい。コンタクト抵抗が計測できれば、単なる良／不良の判定だけでなく、導通は取れているものの抵抗が大きい場合などを検出でき、より精度の高い検査が可能となる。また、寄生容量が計測できれば、寄生容量の大きさから半導体回路のどの部分で導通不良が発生しているか推定できる場合がある。
しかしながら、電位コントラストを用いた従来の導通検査は、導通の有無の判定のみにとどまり、コンタクト抵抗や寄生容量の計測はできない。また、半導体デバイスの微細化やデバイス構造の変化に伴い、導通不良時の寄生容量が小さくなっている。帯電の緩和時間は、コンタクト抵抗と寄生容量の積であるため、微細化に伴い緩和時間も小さくなる。所定の間隔をあけて電子線を複数回照射することで帯電緩和時間を計測する従来手法では、照射間隔より短い緩和時間は評価できない。たとえば、最先端のナノワイヤ型の半導体デバイスでは緩和時間はナノ秒オーダとなる場合がある。一方で、数ナノ秒の間隔で電子線を高速にオンオフすることはできず、緩和時間を計測できない。
本発明は、導通検査の高精度化を図ることを目的とする。
本願において開示される発明の一側面となる検査システムは、試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡と、前記顕微鏡を制御する制御装置と、を有する検査システムであって、前記制御装置は、単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、前記複数の画像取得条件において前記走査速度が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件における走査速度とに基づく走査速度依存特性の変化点となる前記ビームの特定の走査速度と、前記ビームが前記ビームの走査方向で前記試料を通過した距離と、に基づいて、導通特性として緩和時間を算出する出力処理と、を実行することを特徴とする。
本願において開示される発明の他の側面となる検査システムは、試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡と、前記顕微鏡を制御する制御装置と、を有する検査システムであって、前記制御装置は、単位長さあたりの前記ビームの照射量が異なる複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、前記試料の構造情報を用いて前記試料における電子線散乱のシミュレーションを実行することにより、前記複数の画像取得条件と、コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数のモデルプロファイルを生成する第２生成処理と、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルと前記第２生成処理によって生成された複数のモデルプロファイルとを表示可能に出力する出力処理と、を実行することを特徴とする。
本願において開示される発明の一側面となる画像処理装置は、試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡によって得られた画像を処理する画像処理装置であって、単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、前記複数の画像取得条件において前記走査速度が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件における走査速度とに基づく走査速度依存特性の変化点となる前記ビームの特定の走査速度と、前記ビームが前記ビームの走査方向で前記試料を通過した距離と、に基づいて、導通特性として緩和時間を算出する出力処理と、を実行することを特徴とする。
本発明の代表的な実施の形態によれば、導通検査の高精度化を図ることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
図１は、検査システムの概略構成図である。 図２は、エネルギーフィルタの基本構造例を示す説明図である。 図３は、制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図４は、ＳＥＭ観察時の電子線と試料の一例を示す説明図である。 図５は、図４に示したナノワイヤパタンのＳＥＭ観察例の部分拡大図である。 図６は、ＳＥＭ画像の一例を示す説明図である。 図７は、微細パタンのＳＥＭ観察の他の例の部分拡大図である。 図８は、制御装置によるパタンの導通特性算出処理手順例を示すフローチャートである。 図９は、実測プロファイル例１を示すグラフである。 図１０は、実測プロファイル例２を示すグラフである。 図１１は、ＳＥＭ画像における輝度のスキャン速度依存性例を示すグラフである。 図１２は、ＳＥＭ画像における輝度のプローブ電流依存性例を示すグラフである。 図１３は、信号電子のスペクトル特性例を示すグラフである。 図１４は、信号電子検出率の表面電位依存性例を示すグラフである。 図１５は、制御装置によるパタンの導通特性算出処理手順例を示すフローチャートである。 図１６は、モデルプロファイル例を示す説明図である。 図１７は、制御装置によるモデルプロファイル算出処理手順例を示すフローチャートである。 図１８は、試料に実効的に流入する電流量のスキャン位置依存性を示すグラフである。 図１９は、流入電流量の時間的変化を示すグラフである。 図２０は、パタンの表面電位Ｖの時間的変化を示すグラフである。 図２１は、ナノワイヤ形状の微細パタンを表現する等価回路の一例を示す回路図である。 図２２は、信号電子検出率の時間的変化を示すグラフである。 図２３は、信号電子検出率のスキャン位置依存性を示すグラフである。 図２４は、計測したコンタクト抵抗の値のウエハ面内分布を示した表示例１を示す説明図である。 図２５は、計測したコンタクト抵抗の値のウエハ面内分布を示した表示例２を示す説明図である。 図２６は、コンタクト抵抗と寸法の計測値の相関プロット例を示す声明図である。
＜走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の概略構成例＞
図１は、検査システムの概略構成図である。実施例１は、ＳＥＭに限らず、荷電粒子顕微鏡を用いても実施可能であるが、ここでは、入射電子線を走査しながら照射する走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明する。荷電粒子顕微鏡を用いる場合は、電子を荷電粒子に置き換えればよい。なお、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および荷電粒子顕微鏡を総称して「顕微鏡」とする。入射電子線は、荷電粒子に含まれるビームである。
検査システム１は、走査型電子顕微鏡１００と、画像処理装置としても機能する制御装置１１５と、により構成される。走査型電子顕微鏡１００の電子銃１０１から発生した電子線１０２は、加速電極１０３によって加速され、コンデンサレンズ１０４により収束、偏向器１０５により偏向された後、試料１０７側に印加された負の電圧（リターディング電圧）により減速され、かつ対物レンズ１０６で最終的に径数ｎｍ（ナノメートル）の電子線１０２に収束されて、観察対象である試料１０７の表面に入射する。なお、電子線１０２の照射方向は、試料ステージ１０９の表面に対し垂直方向Ｚとする。
電子線１０２として入射した一次電子の一部は、後方反射して反射電子（後方散乱電子）１１１となり、また一部は、試料１０７内を散乱しながら二次電子１１２を生成する。ここでリターディング電圧とは、試料１０７上の回路パタンを損傷させることなく電子線１０２を収束させるために、試料１０７（試料ホルダー１０８または試料ステージ１０９）側に印加される負の電圧である。リターディング電圧によって電子線１０２の照射エネルギーが制御される。
生成した反射電子１１１および二次電子１１２は、反射板１１３と衝突して新たな電子を発生し、当該新たな電子は検出器１１４にて検出される。検出器１１４には光電子増倍管（不図示）が内蔵されており、電子の検出量に応じて電圧を発生させる。当該電圧を制御装置１１５で処理した後、画像表示部１１６が画像として表示する。制御装置１１５は、試料１０７から放出される二次電子１１２等に基づいて、縦軸を信号量、横軸を電子線の走査位置とするプロファイル波形を形成する。そして当該プロファイル波形のピーク間の距離を求めることによって、パタン寸法を測定するように動作する。
つぎに、二次電子１１２および反射電子１１１について信号検出を行う際の光学条件について説明する。二次電子１１２は、約５０［ｅＶ］未満の低エネルギーの信号電子であり、反射電子１１１は約５０［ｅＶ］以上の高エネルギーの信号電子である。したがって、ＳＥＭ１００を構成する各々の電極に与える電圧その他の光学パラメータを制御することによってこれらの信号電子検出を選択、及び両者の切り替えが可能である。上記の条件は、主に（１）電子光学系、または／及び（２）電子検出系において設定される。
なお、反射電子１１１および二次電子１１２を試料１０７からの放出電子と称す。また、放出電子のうち検出器１１４によって信号として検出された電子を、信号電子と称す。
（１）では、たとえば、対面電極１１９や対物レンズ１０６上方に配置されたブースター電極１１０に対し、試料１０７側が持つ電圧よりも大きい負の電圧（ブースター電圧）を印加することで、エネルギーの低い二次電子１１２を試料１０７側へ引き戻し、高エネルギーの反射電子１１１のみを選択的に検出することも可能である。この場合、変換電極１１７に正の電圧を印加することにより、対物レンズ１０６よりも電子銃１０１側へ移動した反射電子１１１を更に引き上げて検出器１１４へ導入する。なお、負の電圧を印加する電極は実施例１における例には限られない。
上記の方法により反射電子１１１を信号電子として検出する場合、試料１０７から浅い角度で発生したローアングル成分と、高い角度で発生したハイアングル成分のいずれをも検出することができるため、全体の収量が高くなる。
（２）では、試料１０７側からの放出電子を、エネルギーの大きさに応じて分離するエネルギーフィルタを用いた方法が適用される。
図２は、エネルギーフィルタの基本構造例を示す説明図である。エネルギーフィルタ２００は、２枚のシールドメッシュ２０１ａとフィルタメッシュ２０１ｂから構成される。また、これらのメッシュには電子線１０２を通過させるための開口２０２が設けられている。フィルタメッシュ２０１ｂは１枚であっても、複数枚あってもよく、フィルタ電圧を印加するための電源２０３が接続される。エネルギーの大きさに応じて分離された反射電子１１１、二次電子１１２は、反射電子検出器２０４ａ、二次電子検出器２０４ｂにそれぞれ検出される。
上記の方法では、ほぼ光軸方向に向かって試料１０７から高い角度で反射されるハイアングル成分の反射電子１１１のみを精度良く検出することができる。上記（１）、（２）の方法を目的や用途に応じて適宜組み合わせることも可能である。
また、実施例１は上記（１）、（２）に限られるものではなく、これ以外にも、ＳＥＭを構成するその他の電極やコイルに印加または供給する電圧、電流等の光学パラメータを制御して反射電子１１１、二次電子１１２の信号検出光学条件を設定することが可能である。なお、ＳＥＭ１００を構成する各々の電極やコイルは、制御装置１１５によって、電圧または電流が、印加または供給される。
＜制御装置１１５のハードウェア構成例＞
図３は、制御装置１１５のハードウェア構成例を示すブロック図である。制御装置１１５は、プロセッサ３０１と、記憶デバイス３０２と、入力デバイス３０３と、出力デバイス３０４と、通信インターフェース（ＩＦ）３０５と、を有する。プロセッサ３０１、記憶デバイス３０２、入力デバイス３０３、出力デバイス３０４、および通信ＩＦ３０５は、バス３０６により接続される。プロセッサ３０１は、制御装置１１５を制御する。記憶デバイス３０２は、プロセッサ３０１の作業エリアとなる。また、記憶デバイス３０２は、各種プログラムやデータを記憶する非一時的なまたは一時的な記録媒体である。記憶デバイス３０２としては、たとえば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリがある。入力デバイス３０３は、データを入力する。入力デバイス３０３としては、たとえば、キーボード、マウス、タッチパネル、テンキー、スキャナがある。出力デバイス３０４は、データを出力する。出力デバイス３０４としては、たとえば、ディスプレイ、プリンタがある。通信ＩＦ３０５は、走査型電子顕微鏡１００と接続し、データを送受信する。
＜ＳＥＭ観察時の電子線と試料の一例＞
図４は、ＳＥＭ観察時の電子線と試料の一例を示す説明図である。走査型電子顕微鏡１００が入射電子線１０２を試料１０７に照射することで試料１０７からの放出電子（反射電子１１１または二次電子１１２）を検出する。信号電子４００の量は試料１０７の表面の形状に依存する。
したがって、走査型電子顕微鏡１００は、視野４０１の範囲内で入射電子線１０２の照射位置４０２をスキャンし、照射位置４０２ごとの信号電子量を輝度として画像表示部１１６に表示する。これにより、視野４０１内の試料１０７の形状を反映したＳＥＭ画像６００（図６を参照）が得られる。
図４では入射電子線１０２のスキャン方向Ｓが１方向（図４中、右方向への矢印）で，視野４０１の左端から順に連続的に走査する例を示したが、視野４０１内をくまなく電子線１０２が通過するようなスキャン方法であれば、スキャン方向Ｓを途中で変更したり、視野４０１内を不連続にスキャンしたりしてもよい。
図５は、図４に示したナノワイヤパタンのＳＥＭ観察例の部分拡大図である。試料１０７には凹部５００が形成され、凹部５００の対向する両側面にナノワイヤ形状の微細パタン（単に、「パタン」と称する場合もある）５０１が渡されている。走査型電子顕微鏡１００は、微細パタン５０１を横切るように電子線１０２をスキャンする。なお、ナノワイヤ形状の微細パタン５０１に限らず、任意の形状の微細パタン５０１でもよい。
図６は、ＳＥＭ画像の一例を示す説明図である。図６に示したＳＥＭ画像６００は、電子線１０２の照射方向からみた画像である。ＳＥＭ画像６００は、図５に示した試料１０７におけるナノワイヤ形状の微細パタン５０１に入射電子線１０２をスキャン照射して得られた画像である。このＳＥＭ画像６００は、試料１０７の画像６０１と微細パタン５０１の画像６０２とを含む。ｗは、微細パタン５０１の画像６０２のスキャン方向Ｓの幅（パタン幅）である。
図７は、微細パタン５０１のＳＥＭ観察の他の例の部分拡大図である。図７は、入射電子線１０２を斜め上方から照射した例である。図７に示した試料１０７は、垂直方向Ｚに配列された２本以上（図７では２本）の微細パタン７０１、５０１を有する。入射電子線１０２を垂直方向Ｚに入射させた場合には，最上段のパタン７０１しか観察できないが、垂直方向Ｚに対し入射角θで入射電子線１０２を試料１０７に入射させることで下段のパタン５０１に照射され、下段のパタン５０１が観察可能となる。
＜パタンの導通特性算出処理手順例＞
図８は、制御装置１１５によるパタンの導通特性算出処理手順例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに示す処理は、具体的には、たとえば、図３に示した記憶デバイス３０２に記憶されたプログラムをプロセッサ３０１に実行させることにより実現される。
制御装置１１５は、たとえば、操作者の操作により、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の異なる画像取得条件を設定する（ステップＳ８０１）。画像取得条件とは、電子線１０２のスキャン速度（走査速度）およびプローブ電流の組み合わせである。スキャン速度とは、電子線１０２の照射位置４０２を移動させる速度である。プローブ電流とは、入射電子線１０２の電流である。
ここでは、Ｎ個の画像取得条件は、スキャン速度およびプローブ電流のうち少なくとも一方が異なる条件の組み合わせであればよい。具体的には、たとえば、Ｎ個の画像取得条件において、スキャン速度がどの画像取得条件でも同一スキャン速度で、プローブ電流が各画像取得条件で異なるように設定されてもよい。
また、Ｎ個の画像取得条件において、プローブ電流がどの画像取得条件でも同一プローブ電流で、スキャン速度が各画像取得条件で異なるように設定されてもよい。さらに、Ｎ個のどの画像取得条件においても、スキャン速度およびプローブ電流が異なるように設定されてもよい。すなわち、Ｎ個の画像取得条件の間において、スキャン速度およびプローブ電流の少なくとも一方が異なるように設定されていればよい。
スキャン速度またはプローブ電流を変更することは、単位長さあたりの電荷照射密度を変更することである。視野４０１の大きさ（倍率）を変えればスキャン速度も変わる。たとえば、視野４０１を拡大すれば倍率は小さくなり、入射電子線１０２のスキャン時間が一定であれば、スキャン速度は速くなる。一方、視野４０１を縮小すれば倍率は大きくなり、入射電子線１０２のスキャン時間が一定であれば、スキャン速度は遅くなる。したがって、画像取得条件を単位長さあたりの電荷照射密度や倍率という形式で指定することも可能である。
設定する画像取得条件については、あらかじめ設定されていた標準の画像取得条件が利用されてもよいし、ＳＥＭ１００の操作者が入力または選択することにより設定されてもよい。設定する画像取得条件は、単位長さあたりの電荷照射密度を広い範囲にわたって変化させるように選択されることが望ましい。
制御装置１１５は、ステップＳ８０１で設定したＮ個の画像取得条件で、走査型電子顕微鏡１００から電子線１０２を試料１０７に照射させることにより、Ｎ枚のＳＥＭ画像６００を取得する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０１で指定した以外のＳＥＭ画像取得時の画像取得条件は任意であるが、画像輝度が試料１０７の表面の帯電に敏感に応答するような画像取得条件であることが望ましい。たとえば、図２に示したエネルギーフィルタ２００を用いて、信号電子４００のうち閾値電圧より低加速の電子を除去することで、試料１０７の表面の帯電に対応するコントラスト、いわゆる電位コントラストを強調する方法がある。
制御装置１１５は、ステップＳ８０２で得られたＮ枚のＳＥＭ画像６００からＮ個の実測プロファイルを生成する（ステップＳ８０３）。実測プロファイルとは、ＳＥＭ画像６００から取得された輝度プロファイルである。具体的には、たとえば、図６のＳＥＭ画像６００において、入射電子線１０２の照射対象パタンの画像６０２を横切るプロファイル抽出ライン６０３上の輝度データ列が輝度プロファイルである。プロファイル抽出ライン６０３はスキャン方向Ｓに対応する。輝度データ列は、スキャン方向Ｓに入射電子線１０２を走査したときの信号電子４００の検出量に対応する輝度を示すデータ列である。また、ＳＥＭ画像６００から取得した輝度プロファイルが実測プロファイルである。ここで、実測プロファイルの具体例について説明する。
図９は、実測プロファイル例１を示すグラフであり、図１０は、実測プロファイル例２を示すグラフである。図９は、１枚のＳＥＭ画像６００から得られた１個の実測プロファイル９００の例を示し、図１０は、Ｎ枚（図１０では例としてＮ＝３）のＳＥＭ画像６００から得られたＮ個の実測プロファイル（９００，１００１，１００２）の例を示す。図９および図１０において、横軸はプロファイル抽出ライン６０３上における入射電子線１０２の照射位置４０２であり、縦軸は当該照射位置４０２における照射対象パタンの輝度である。
図９は、照射対象パタンが図５のパタン５０１のように１次元的な形状である場合の実測プロファイル９００である。実測プロファイル９００では、照射対象パタンの存在位置で輝度が高くなっている。この場合、図６のＳＥＭ画像６００のように照射対象パタンがライン形状として観察される。
制御装置１１５は、操作者の操作により、プロファイル抽出ライン６０３の抽出範囲となるプロファイル抽出領域６０４をライン方向Ｌに拡大設定することができる。プロファイル抽出領域６０４が拡大すると、プロファイル抽出ライン６０３をより多く設定することができ、平均的な輝度プロファイルが得られる。したがって、実測プロファイル９００のＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
また、照射対象パタンが、たとえば、穴であるホールパタンのような２次元形状の場合には、プロファイル抽出領域６０４内でホールパタンの幅が大きく変わらない程度にプロファイル抽出領域６０４の大きさを設定することが望ましい。
また、プロファイル抽出領域６０４は、照射対象パタンとの位置関係が計測毎にばらつかないように設定することが望ましい。たとえば、あらかじめプロファイル抽出領域６０４の大きさを設定しておき、視野４０１内のパタン位置を画像認識し、画像認識結果によりプロファイル抽出領域６０４を配置する方法が望ましい。
また、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、制御装置１１５が、輝度プロファイルの抽出位置が大きく変化しない範囲で、プロファイル抽出領域６０４を自動で、または、ＳＥＭ１００の操作者が手動で拡大するようにしてもよい。さらに、得られた実測プロファイルのＳ／Ｎ比が十分でないと操作者または評価者が判断したときには、制御装置１１５は、任意のスムージング手法により実測プロファイル９００を平滑化してもよい。
また、ステップＳ８０２ではＮ枚のＳＥＭ画像６００が取得されるため、ステップＳ８０３では、図１０に示したように、Ｎ個の実測プロファイル（９００，１００１，１００２）が得られる。なお、ＳＥＭ画像６００毎に画像輝度調整などが適用されてしまうとＮ個の実測プロファイルの相対的な比較が困難となる。したがって、制御装置１１５は、ＳＥＭ画像６００の取得時の輝度調整条件を同一とするか、または、輝度調整を相殺するように、得られた実測プロファイルを補正することが望ましい。
図８に戻り、制御装置１１５は、ステップＳ８０３で得られたＮ個の実測プロファイルからパタンの導通特性を算出し、一連の処理を終了する（ステップＳ８０４）。導通特性とは、試料１０７のコンタクト抵抗Ｒ、寄生容量Ｃ、および、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの少なくとも一方に関連するパラメータ、のうち少なくとも１つである。コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの少なくとも一方に関連するパラメータは、たとえば、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの少なくとも一方の算出元となるパラメータや、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの少なくとも一方が内在するパラメータを含む。
具体的には、たとえば、パタン５０１からの電荷リークの緩和時間Ｔがある。緩和時間Ｔとは、定常状態となるまでの時間、すなわち、時定数ＲＣであるため、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃが内在する。たとえば、ステップＳ８０４でコンタクト抵抗Ｒと緩和時間Ｔが算出された場合、寄生容量Ｃは、Ｃ＝Ｔ／Ｒで求められる。また、ＲおよびＣの少なくとも一方に関連するパラメータには、コンタクト抵抗Ｒや寄生容量Ｃの算出元となる電圧値や電流値がある。
導通特性の算出について具体的に説明する。たとえば、ステップＳ８０１においてスキャン速度の異なる５つの画像取得条件（Ｎ＝５）が設定された場合、制御装置１１５は、実測プロファイルごとに輝度の最大値を抽出してプロットすることでスキャン速度依存性を生成する。輝度の最大値をプロットしたグラフを図１１に示す。
図１１は、ＳＥＭ画像６００における輝度のスキャン速度依存性例を示すグラフである。図１１の横軸はスキャン速度であり、縦軸は当該スキャン速度における照射対象パタンの輝度である。プロットされた５つの点ｐ１〜ｐ５は、５つの異なるスキャン速度ｓｒ１〜ｓｒ５の画像取得条件（プローブ電流は同一とする）での５個の実測プロファイルから抽出された輝度の最大値ｌｍｘ１〜ｌｍｘ５を示す。輝度のスキャン速度依存性１１００は、点ｐ１〜ｐ５を通る曲線であり、図１１のような単調増加関数または単調減少関数（不図示）となる。
輝度のスキャン速度依存性１１００では、点ｐ３が変化点となる。変化点は、たとえば、輝度のスキャン速度依存性１１００の傾きが最大となる点である。この変化点のスキャン速度を「特定のスキャン速度」と称す。図１１の例では、点ｐ３のスキャン速度ｓｒ３が特定のスキャン速度となる。輝度のスキャン速度依存性１１００および特定のスキャン速度もまた、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの少なくとも一方に関連するパラメータであるため、導通特性である。
したがって、上述した緩和時間Ｔを特定のスキャン速度を用いて定義すると、パタン５０１からの電荷リークの緩和時間Ｔは、特定のスキャン速度で入射電子線１０２がパタン５０１を通過するために必要な時間、すなわち、パタン幅ｗ（入射電子線１０２がその走査方向Ｓでパタン５０１を通過した距離）を特定のスキャン速度で除した時間である。
なお、図１１の縦軸に輝度の最大値を用いたが、その代わりに照射対象パタンの輝度の平均値や照射対象パタン中央の輝度を用いてもよいし、制御装置１１５が、照射対象パタンの輝度の指標となる他の値を、実測プロファイルの統計処理により求めて用いてもよい。
プロットから特定のスキャン速度を求める方法としては、ステップ関数やエラー関数などのフィッティングを利用する方法が効果的であるが、低値から高値へ遷移するスキャン速度における変化点を決定する任意の方法を用いてもよい。この際、画像取得条件数Ｎが大きいほど変化点の決定精度が向上するため、計測時間が問題とならない範囲でＮを大きくすることが望ましい。
一方、図１１のような変化点が観察されない場合は、電荷リークの緩和時間Ｔが極めて長いか極めて短いかのいずれかであり、少なくとも計測可能な範囲に緩和時間Ｔが無いことが分かる。
特定のスキャン速度から電荷リークの緩和時間Ｔを算出する際に用いるパタン幅ｗは、ステップＳ８０２で得られたＮ枚のＳＥＭ画像６００のうち、最も輝度が高いＳＥＭ画像６００から計測してもよい。また、Ｎ枚のすべてのＳＥＭ画像６００から得られた計測値の平均を用いてもよい。また、ステップＳ８０２とは別に寸法計測に適した画像取得条件で取得したＳＥＭ画像６００から計測してもよい。ＳＥＭ画像６００から寸法を計測する手法は、任意の既存の手法を用いればよい。また、ＳＥＭ画像６００から計測するかわりに、設計値など一定の値をあらかじめ入力しておいて、その値を利用してもよい。
また、図１１の横軸にはスキャン速度を用いたが、入射電子線１０２がパタン５０１を通過するために必要な時間としてもよい。これにより、その変化点での輝度の最大値が特定のスキャン速度に対応するため、その変化点での時間が、電荷リークの緩和時間Ｔとなる。
試料１０７である半導体回路での電荷リークの緩和時間Ｔは、一般的にコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃの積である。したがって、制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃのいずれか一方を仮定するか、別の手法で計測または推定することで、他方を算出することができる。
図１２は、ＳＥＭ画像６００における輝度のプローブ電流依存性例を示すグラフである。図１２は、横軸を、図１１のスキャン速度からプローブ電流にした例である。プローブ電流は、入射電子線１０２の電流量である。プロットされた５つの点ｐ１１〜ｐ１５は、５つの異なるプローブ電流Ｉｐ１〜Ｉｐ５の画像取得条件（スキャン速度は同一とする）での５個の実測プロファイルから抽出された輝度の最大値ｌｍｘ１１〜ｌｍｘ１５を示す。
制御装置１１５は、実測プロファイルごとに輝度の最大値を抽出して点ｐ１１〜ｐ１５をプロットすることでプローブ電流依存性１２００を生成する。プローブ電流依存性１２００も導通特性である。これにより、図１１と同様、点ｐ１３を変化点として、特定のスキャン速度と同じように、プローブ電流Ｉｐ３が特定のプローブ電流に特定される。輝度のプローブ電流依存性１２００は、点ｐ１１〜ｐ１５を通る曲線であり、図１２のような単調減少関数または単調増加関数（不図示）となる。
ここで、特定のプローブ電流からパタン５０１の導通特性を算出する方法について説明する前に、信号電子４００のスペクトルについて説明する。
図１３は、信号電子４００のスペクトル特性例を示すグラフである。図１３の横軸は、信号電子４００の加速電圧、すなわち、試料１０７に入射電子線１０２を照射した場合に試料１０７からの放出電子の電圧である。縦軸は検出器１１４で検出された信号電子数である。図１３のスペクトル特性１３００は信号電子数のヒストグラムである。一般に、信号電子４００は、図１３に示したようなスペクトル特性１３００を持っており、加速電圧が５０［Ｖ］以下である低加速の電子が多い。試料１０７の表面が正帯電すると、試料１０７の電位より加速電圧が小さい電子は試料１０７から脱出できず、信号電子４００として検出器１１４で検出されない。
図１４は、信号電子検出率の表面電位依存性例を示すグラフである。図１４の横軸は試料１０７の表面電位であり、試料１０７のコンタクト抵抗Ｒとプローブ電流Ｉｐとの積である。縦軸は信号電子検出率である。信号電子検出率は、理想状態（試料１０７が帯電していない状態）において試料１０７からの放出電子（反射電子１１１（後方散乱電子）および二次電子１１２）に対して、検出器１１４で検出された信号電子４００の数の割合である。
信号電子検出率＝検出信号電子数／理想状態における試料１０７からの放出電子数
その結果、図１４の表面電位依存性１４００に示したように、試料１０７の表面電位の上昇とともに信号電子検出率が低下する。図１３のスペクトル特性１３００の低加速側のピーク電圧は２０［Ｖ］程度であるので、図１４では２０［Ｖ］程度を境に信号電子検出率が急激に低下する。表面電位依存性１４００も導通特性である。
また、エネルギーフィルタ２００などを用いて放出電子のうち閾値電圧より低加速の電子を除去した場合には、信号電子４００が検出されるには帯電によって減速した後でも閾値電圧より高加速である必要がある。したがって、この場合、図１４の横軸は、表面電位から表面電位と閾値電圧との和に置き換えられる。すなわち、信号電子検出率の急激な低下は、２０［Ｖ］からエネルギーフィルタ２００の閾値電圧を差し引いた電圧近傍で生じる。
一方、スキャン速度が十分遅い場合には、試料１０７の表面電位はコンタクト抵抗Ｒと試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０の積で近似できる。実効的に流入する電流量Ｉ０とは、試料１０７からの放出電子の電流量Ｉｅと入射電子の電流量、すなわちプローブ電流Ｉｐとの差である。放出電子の電流量Ｉｅは、試料１０７の形状や入射電子線１０２の加速電圧に依存するものの、１［ｋＶ］程度の加速電圧であればおおよそプローブ電流Ｉｐの２倍程度である。すなわち、試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０はプローブ電流Ｉｐと同程度である。したがって、表面電位はコンタクト抵抗Ｒとプローブ電流Ｉｐの積で近似できる。
図１２から求められる特定のプローブ電流Ｉｐ（図１２のプローブ電流Ｉｐ３）は、信号電子検出率が急激に減少する電圧に対応する。したがって、エネルギーフィルタ２００を用いない場合には電圧２０［Ｖ］を特定のプローブ電流Ｉｐで除した値がおおよそのコンタクト抵抗Ｒとなる。エネルギーフィルタ２００を用いる場合には、２０［Ｖ］のかわりに、２０［Ｖ］から閾値電圧を差し引いた電圧を用いて特定のプローブ電流Ｉｐで除算すればよい。すなわち、制御装置１１５は、特定のプローブ電流Ｉｐまたはコンタクト抵抗Ｒをパタンの導通特性として算出することができる。
信号電子検出率が低下する電圧を２０［Ｖ］と近似したが制御装置１１５は、図１３のスペクトル特性１３００を実験やシミュレーションを用いてより正確に取得し、そこから信号電子検出率の低下電圧を決定してもよい。また、上記の方法では試料１０７から実効的に放出される電流量Ｉｅがプローブ電流Ｉｐと同じであると近似したが、実験やシミュレーションを用いてより正確に流量Ｉｅを決定してもよい。
また、制御装置１１５は、ステップＳ８０１にてスキャン速度とプローブ電流の両方を変化させるようＮ個の画像取得条件を設定し、ステップＳ８０４で輝度のスキャン速度依存性１１００から電荷リークの緩和時間Ｔすなわちコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃの積ＲＣを求め、また、輝度のプローブ電流依存性１２００からコンタクト抵抗Ｒを求めることで、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃの両方を求めることが可能となる。
なお、実施例１では画像取得条件数Ｎをあらかじめ定めて実施する方法について説明したが、実施方法は上記に限られない。たとえば、制御装置１１５は、１画像取得条件ごとにステップＳ８０２からＳ８０４を繰り返すことで図１１または図１２にデータ（スキャン速度およびプローブ電流）を追加する。その後、制御装置１１５は、ステップＳ８０４における導通特性の評価に十分なデータが得られた時点、すなわち、図１１や図１２のプロットで特定のスキャン速度や特定のプローブ電流を確認できた時点で、ステップＳ８０２からＳ８０４の繰り返しを中止する。これにより、効率的な検査を実行することができる。
また、Ｎ個の画像取得条件で得られたデータではステップＳ８０４における導通特定の評価が十分に達成できない場合には、さらに別の画像取得条件を追加して、制御装置１１５は、再度ステップＳ８０２およびＳ８０３を繰り返してもよい。また別の方法として、制御装置１１５は、まず画像取得条件を粗く変化させてステップＳ８０４で特定のスキャン速度や特定のプローブ電流をおおまかに見積もり、その条件に近い範囲で画像取得条件を細かく変化させて実施例１を繰り返し、特定のスキャン速度や特定のプローブ電流を高精度に決定することも有効である。
なお、検査対象となる試料１０７が図７に示したような試料１０７である場合、図８のステップＳ８０３において、制御装置１１５は、下段のパタン５０１に対応する領域のみの実測プロファイルを抽出すればよい。これにより、図５に示した試料１０７と同様に、導通特性を算出することができる。
このように、実施例１によれば、パタン５０１の導通特性として緩和時間Ｔを算出することができる。したがって、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃのいずれか一方を仮定するか、別の手法で計測または推定することで、他方の値を求めることができる。これにより、たとえば、半導体デバイスの導通検査において、単なる良／不良の判定だけでなく、導通は取れているもののコンタクト抵抗Ｒが大きい場合などを検出することができ、より精度の高い検査が可能となる。また、寄生容量Ｃの大きさから半導体回路のどの部分で導通不良が発生しているか推定することができる。
実施例２について説明する。実施例１の制御装置１１５は、パタン５０１の導通特性として緩和時間Ｔを求め、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃのいずれか一方を仮定するか、別の手法で計測または推定することで、他方の値を求める例について説明した。これに対し、実施例２の制御装置１１５は、シミュレーションを適用することにより、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃを算出する。以下、詳細に説明する。なお、ここでは実施例２の内容を中心に説明するため、実施例１と同一内容については、同一符号、同一ステップ番号を付し、その説明を省略する。
＜パタン５０１の導通特性算出処理手順例＞
図１５は、制御装置１１５によるパタンの導通特性算出処理手順例を示すフローチャートである。図１５のフローチャートに示す処理は、具体的には、たとえば、図３に示した記憶デバイス３０２に記憶されたプログラムをプロセッサ３０１に実行させることにより実現される。制御装置１１５は、ステップＳ８０１、Ｓ８０２を実行した後、ステップＳ８０３およびＳ１５０４を並列実行する。
ステップＳ１５０４では、制御装置１１５は、シミュレーションによりモデルプロファイルを生成する（ステップＳ１５０４）。ここで、モデルプロファイルとは、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとをパラメータとして仮定して、ステップＳ８０１にて設定したＮ個の画像取得条件で得られる実測プロファイルを再現するように計算したプロファイルである。制御装置１１５は、様々なコンタクト抵抗Ｒや寄生容量Ｃを仮定した場合について計算を実行することになる。
図１６は、モデルプロファイル例を示す説明図である。図９は、取得条件数ＮがＮ＝３個、コンタクト抵抗Ｒが４通り（１００［ＧΩ］、２００［ＧΩ］、４００［ＧΩ］、８００［ＧΩ］）、寄生容量Ｃが４通り（１〜４［ａＦ］）とした画像のモデルプロファイルである。
図１５に戻り、制御装置１１５は、Ｓ８０３で取得した実測プロファイルとステップＳ１５０４で計算した複数のモデルプロファイルとを比較し、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃを算出する。たとえば、制御装置１１５は、実測プロファイルが図１０のような形状をしていた場合、図１６のモデルプロファイル群の中で、コンタクト抵抗Ｒ＝２００［ＧΩ］、寄生容量Ｃ＝２［ａＦ］のモデルプロファイルが最も近い形状をしていると判断する。したがって、制御装置１１５は、パタン５０１の導通特性として、コンタクト抵抗Ｒ＝２００［ＧΩ］、寄生容量Ｃ＝２［ａＦ］と決定することができる。
実測プロファイルと形状が最も良く一致するモデルプロファイルを決定する方法は、図１０および図１６のようにプロット表示して、ＳＥＭ１００の操作者に選択させるようにしてもよい。
また、Ｎ個の実測プロファイルをＮ行の行列とし、同様にＮ個のモデルプロファイルをＮ行の行列として、制御装置１１５は、これらの行列間の類似度を評価する指標値を算出し、最も類似しているモデルプロファイルを選ぶ方法でもよい。具体的には、たとえば、制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせごとに、Ｎ個の実測プロファイル（スキャン位置を示す横軸でプロットしたデータ数をＭとする）についてＮ行Ｍ列の行列（以下、実測行列）を作成し、同様に、Ｎ個のモデルプロファイルについてもＮ行Ｍ列の行列（以下、モデル行列）を作成する。
制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせごとに、実測行列とモデル行列との間の類似度を算出する。具体的には、たとえば、制御装置１１５は、実測行列とモデル行列との間で、同一要素の差分の二乗和を、そのコンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせにおける類似度として算出する。この場合、二乗和が小さいほど、その実測プロファイルとモデルプロファイルとは類似する。制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせごとに、実測行列とモデル行列との間の類似度を算出した結果、最も類似度（二乗和）が低いコンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせを、パタン５０１の導通特性に決定する。
なお、検査対象となる試料１０７が図７に示したような試料１０７である場合、制御装置１１５は、図１５のステップＳ８０３において、下段のパタン５０１に対応する領域のみの実測プロファイルを抽出し、ステップＳ１５０４において、複数のパタンを仮定してシミュレーションを行い、ステップＳ８０３でプロファイルを抽出した領域と同一領域のモデルプロファイルを抽出すればよい。これにより、図５に示した試料１０７と同様に、導通特性を算出することができる。
また、図１５の処理により、図７の最上段のパタン７０１のコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃをあらかじめ制御装置１１５で求めておき、その後、下段のパタン５０１に関して図１５の処理を適用する際に、制御装置１１５は、ステップＳ１５０４において、最上段のパタン７０１のコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃを固定値とし、下段のパタン５０１のコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃをパラメータとして、図１６のような複数のモデルプロファイルを計算してもよい。これにより、下段のパタン５０１のコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃを求めることができる。
このように、実施例２によれば、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとを推定することができる。したがって、たとえば、半導体デバイスの導通検査において、単なる良／不良の判定だけでなく、導通は取れているもののコンタクト抵抗Ｒが大きい場合などを検出することができ、より精度の高い検査が可能となる。また、寄生容量Ｃの大きさから半導体回路のどの部分で導通不良が発生しているか推定することができる。
つぎに、実施例３について説明する。実施例２の制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせを複数通り設定し、その中から最適なコンタクト抵抗Ｒおよび寄生容量Ｃの組み合わせを推定することとした。これに対し、実施例３の制御装置１１５は、実施例２の図１５のステップＳ１５０４において、電子線散乱のモンテカルロシミュレーションを実行してモデルプロファイルを生成する。
＜モデルプロファイル算出処理手順例＞
図１７は、制御装置１１５によるモデルプロファイル算出処理手順例を示すフローチャートである。図１７のフローチャートに示す処理は、具体的には、たとえば、図３に示した記憶デバイス３０２に記憶されたプログラムをプロセッサ３０１に実行させることにより実現される。
まず、制御装置１１５は、パタン５０１の構造情報の入力を受け付ける（ステップＳ１７０１）。パタン５０１の構造情報は、パタン５０１の３次元形状、寸法、および材料となる原子の識別情報を含む。ここで、形状は、設計値などのあらかじめ設定した固定値でもよい。また、定性的な形状のみ設定しておき、詳細な寸法は実際の計測値を入力してもよい。
制御装置１１５は、パタン５０１の寸法を、ステップＳ８０２で得られたＮ枚のＳＥＭ画像６００のうち、最もパタン５０１の輝度が高いＳＥＭ画像６００から計測してもよいし、Ｎ枚のＳＥＭ画像６００から得られた計測値の平均を用いて計測してもよいし、ステップＳ８０２とは別に寸法計測に適した画像取得条件で取得したＳＥＭ画像６００から計測してもよい。制御装置１１５は、原子ごとに、原子量やその原子に存在する電子の数など、電子線散乱のモンテカルロシミュレーションに必要な原子に関する情報を記憶しており、原子の識別情報が入力されると、その原子に関する情報を特定することができる。
つぎに、制御装置１１５は、試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０を算出する（ステップＳ１７０２）。具体的には、たとえば、制御装置１１５は、ステップＳ１７０１で設定したパタン５０１の構造情報を用いて、電子線散乱のモンテカルロシミュレーションを行い、試料１０７からの放出電子の電流量Ｉｅのスキャン位置依存性を求める。試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０は、試料１０７からの放出電子の電流量Ｉｅと入射電子線１０２の電流量すなわちプローブ電流（量）Ｉｐとの差として求められる。
図１８は、試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０のスキャン位置依存性を示すグラフである。図１８において、横軸が入射電子線１０２のスキャン位置、縦軸が試料１０７に実効的に流入する電流量（流入電流量）Ｉ０である。スキャン位置依存性１８００によれば、パタン５０１の存在位置で試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０が増加することがわかる。図１８では表現しなかったが、試料１０７から放出される信号電子４００の電流量が小さい場合には実効的に流入する電流量Ｉ０は負になる場合がある。なお、図７のように入射角θで入射電子線１０２を入射したり、複数のパタン５０１が存在する場合には、制御装置１１５は、それらを考慮してモンテカルロシミュレーションを実行すればよい。
図１７に戻り、制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃをパラメータとし、ステップＳ１７０２で求めた流入電流量Ｉ０のスキャン位置依存性１８００から、パタン５０１の表面電位Ｖの時間的変化を算出する（ステップＳ１７０２）。
図１９は、流入電流量Ｉ０の時間的変化を示すグラフである。図１９において、横軸が入射電子線１０２のスキャン時間、縦軸が試料１０７に実効的に流入する電流量（流入電流量）Ｉ０である。流入電流量Ｉ０の時間的変化１９００によれば、パタン５０１をスキャンした時間帯で試料１０７に実効的に流入する電流量Ｉ０が増加することがわかる。制御装置１１５は、具体的には、たとえば、流入電流量Ｉ０のスキャン位置依存性１８００の横軸を入射電子線１０２のスキャン速度で除することで、流入電流量Ｉ０の時間的変化１９００に変換する。そして、制御装置１１５は、図１９で求めた流入電流量Ｉ０の時間的変化１９００から、パタン５０１の表面電位Ｖの時間的変化を算出する。
図２０は、パタン５０１の表面電位Ｖの時間的変化を示すグラフである。図２０において、横軸が入射電子線１０２のスキャン時間、縦軸がパタン５０１の表面電位Ｖである。パタン５０１の表面電位Ｖの時間的変化２０００によれば、パタン５０１をスキャンした時間帯で試料１０７の表面への帯電が増加することがわかる。パタン５０１の表面電位Ｖの時間的変化２０００は、下記式（１）で求められる。
図２１は、ナノワイヤ形状の微細パタン５０１を表現する等価回路の一例を示す回路図である。パタン５０１において、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとが並列接続されて接地されている。パタン５０１の表面電位はＶであり、流入電流量Ｉ０の電流が流れる。表面電位Ｖの時間微分ｄＶ／ｄｔは下記式（１）で求めることができる。なお、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃは、たとえば、図１６に示したような任意の組み合わせが適用される。
ｄＶ／ｄｔ＝（Ｉ０Ｒ−Ｖ）／（ＣＲ）・・・（１）
上記式（１）を積分することで表面電位Ｖの時間的変化２０００が得られる。具体的には、たとえば、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとの組み合わせごとに、表面電位Ｖの時間的変化２０００が得られる。
図１７に戻り、制御装置１１５は、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとの組み合わせごとに、信号電子検出率に基づいてモデルプロファイルを生成して（ステップＳ１７０４）、ステップＳ１５０５に移行する。具体的には、たとえば、制御装置１１５は、ステップＳ１７０３で求めた表面電位Ｖの時間的変化２０００から、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとの組み合わせごとに、モデルプロファイルを求める。モデルプロファイルを求めるに際し、制御装置１１５は、図１４の表面電位依存性１４００を用いて、信号電子検出率の時間的変化を得ることができる。
図２２は、信号電子検出率の時間的変化を示すグラフである。図２２において、横軸が入射電子線１０２のスキャン時間、縦軸が信号電子検出率である。信号電子検出率の時間的変化２２００によれば、パタン５０１をスキャンした時間帯で信号電子検出率が増加することがわかる。
制御装置１１５は、さらに、図２２の横軸の時間にスキャン速度を乗じることで、信号検出率の時間的変化２２００を、信号電子検出率のスキャン位置依存性に変換する。
図２３は、信号電子検出率のスキャン位置依存性を示すグラフである。図２３において、横軸が入射電子線１０２のスキャン位置、縦軸が信号電子検出率である。信号電子検出率のスキャン位置依存性２３００によれば、パタン５０１をスキャンした位置で信号電子検出率が増加することがわかる。信号電子検出率と輝度は、近似的に比例関係にあるとみなしてよい。したがって、図２３に示した信号電子検出率のスキャン位置依存性２３００は輝度プロファイルと見なすことができる。
このようにして、制御装置１１５は、計算により求めた輝度プロファイル、すなわちモデルプロファイルを、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとの組み合わせごとに得ることができる。さらにより高精度に輝度プロファイルを算出するためには、制御装置１１５は、信号電子検出率と輝度との関係についての較正曲線を別途取得しておき、計算した信号電子数からＳＥＭ画像６００における輝度を算出することが望ましい。
図１７で用いる表面電位と信号検出率との関係については、制御装置１１５がシミュレーションで計算してもよい。また、試料１０７の電位を変化させる実験を行って実測されてもよい。また、制御装置１１５が、エネルギーフィルタ２００を用いて閾値電圧以下の加速電子をフィルタリングすることで閾値電圧と同じ表面電位となっている状態を模擬し、閾値電圧を変化させたときの輝度の変化を用いて算出してもよい。
実施例３は、制御装置１１５が電子線散乱のモンテカルロシミュレーションを用いてモデルプロファイルを１個ずつ算出する方法を記述したが、パタン５０１の寸法の変動が小さい場合などには、あらかじめいくつかの代表的な寸法でモンテカルロシミュレーションを行ってモデルプロファイルを求めてライブラリとして保持しておけばよい。この場合、個々のモデルプロファイルを求める際には、制御装置１１５は、寸法値を元に当該ライブラリのデータを内挿して推定することで、計算時間を短縮させてもよい。
このように、実施例３によれば、コンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃとを、実施例２よりも高精度に推定することができる。したがって、たとえば、半導体デバイスの導通検査において、単なる良／不良の判定だけでなく、導通は取れているもののコンタクト抵抗Ｒが大きい場合などを検出することができ、より精度の高い検査が可能となる。また、寄生容量Ｃの大きさから半導体回路のどの部分で導通不良が発生しているか推定することができる。
つぎに、実施例４について説明する。実施例４では、上述した実施例１〜３で得られた結果の表示方法の例を示す。
図２４は、計測したコンタクト抵抗Ｒの値のウエハ面内分布を示した表示例１を示す説明図である。このような表示を行うことで、ＳＥＭ１００の操作者はコンタクト抵抗Ｒの面内分布傾向を直感的に把握でき、コンタクト不良の原因推定に役立てることができる。
図２５は、計測したコンタクト抵抗Ｒの値のウエハ面内分布を示した表示例２を示す説明図である。図２５は、ＳＥＭ１００の操作者に閾値抵抗を入力させて、閾値抵抗よりもコンタクト抵抗Ｒが大きいパタン５０１のみ不良として判断して示した例である。これにより、従来よりも正確な今多特不良の検査が可能となる。
図２６は、コンタクト抵抗Ｒと寸法の計測値の相関プロット例を示す声明図である。制御装置１１５によってこのような表示をすることにより、操作者は、コンタクト不良が寸法依存するのかどうか、寸法依存する場合、どの程度の寸法から不良が発生刷るのか、などを簡便に判定することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、パタン５０１の導通特性を求めることができるため、パタン５０１のコンタクト抵抗Ｒと寄生容量Ｃを定量的に計測することが可能となる。また、パタン５０１のリークの緩和時間Ｔが短い場合にも適用可能である。したがって、本実施例の検査システム１および制御装置１１５は、半導体装置の製造工程途中段階において、半導体ウエハに形成された微細パタン５０１の導通を、非破壊かつ非接触に評価することが可能となる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、または置換をしてもよい。
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）カード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
１００ 走査型電子顕微鏡
１０７ 試料
１１１ 反射電子
１１２ 二次電子
１１４ 検出器
１１５ 制御装置
２００ エネルギーフィルタ
４００ 信号電子
５０１ パタン
６００ ＳＥＭ画像
９００ 実測プロファイル
１１００ スキャン速度依存性
１２００ プローブ電流依存性
１３００ スペクトル特性
１４００ 表面電位依存性
Ｃ 寄生容量
Ｒ コンタクト抵抗
Ｔ 緩和時間
Ｖ 表面電位
ｗ パタン幅

Claims (15)

  1. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡と、前記顕微鏡を制御する制御装置と、を有する検査システムであって、
    前記制御装置は、
    単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記複数の画像取得条件において前記走査速度が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件における走査速度とに基づく走査速度依存特性の変化点となる前記ビームの特定の走査速度と、前記ビームが前記ビームの走査方向で前記試料を通過した距離と、に基づいて、導通特性として緩和時間を算出する出力処理と、
    を実行することを特徴とする検査システム。
  2. 請求項１に記載の検査システムであって、
    前記出力処理では、前記制御装置は、前記試料のコンタクト抵抗と前記導通特性として算出された緩和時間とに基づいて、寄生容量を算出することを特徴とする検査システム。
  3. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡と、前記顕微鏡を制御する制御装置と、を有する検査システムであって、
    前記制御装置は、
    単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記複数の画像取得条件において前記プローブ電流が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件におけるプローブ電流とに基づくプローブ電流依存特性の変化点となる前記ビームの特定のプローブ電流と、前記試料に前記ビームが照射された結果前記試料から放出される電子の加速電圧と、に基づいて、導通特性として前記試料のコンタクト抵抗を算出する出力処理と、
    を実行することを特徴とする検査システム。
  4. 請求項１または３に記載の検査システムであって、
    前記制御装置は、
    前記複数の画像取得条件と、コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数のモデルプロファイルを生成する第２生成処理を実行し、
    前記出力処理では、前記制御装置は、前記第１生成処理によって生成された実測プロファイルと前記第２生成処理によって生成された複数のモデルプロファイルとを表示可能に出力することを特徴とする検査システム。
  5. 請求項４に記載の検査システムであって、
    前記出力処理では、前記制御装置は、前記複数の実測プロファイルと前記複数のモデルプロファイルとを比較して、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせから前記導通特性となるコンタクト抵抗および寄生容量を出力することを特徴とする検査システム。
  6. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡と、前記顕微鏡を制御する制御装置と、を有する検査システムであって、
    前記制御装置は、
    単位長さあたりの前記ビームの照射量が異なる複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記試料の構造情報を用いて前記試料における電子線散乱のシミュレーションを実行することにより、前記複数の画像取得条件と、コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数のモデルプロファイルを生成する第２生成処理と、
    前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルと前記第２生成処理によって生成された複数のモデルプロファイルとを表示可能に出力する出力処理と、
    を実行することを特徴とする検査システム。
  7. 請求項６に記載の検査システムであって、
    前記第２生成処理では、前記制御装置は、前記電子線散乱のシミュレーションを実行することにより、前記試料に実効的に流れる電流量を算出し、前記実効的に流れる電流量と、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせごとに前記試料の表面電位の時間的変化を算出し、前記試料の表面電位の時間的変化に基づいて、前記複数のモデルプロファイルを生成することを特徴とする検査システム。
  8. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡によって得られた画像を処理する画像処理装置であって、
    単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記複数の画像取得条件において前記走査速度が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件における走査速度とに基づく走査速度依存特性の変化点となる前記ビームの特定の走査速度と、前記ビームが前記ビームの走査方向で前記試料を通過した距離と、に基づいて、導通特性として緩和時間を算出する出力処理と、
    を実行することを特徴とする画像処理装置。
  9. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡を制御する検査方法であって、
    単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記複数の画像取得条件において前記走査速度が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件における走査速度とに基づく走査速度依存特性の変化点となる前記ビームの特定の走査速度と、前記ビームが前記ビームの走査方向で前記試料を通過した距離と、に基づいて、導通特性として緩和時間を算出する出力処理と、
    を実行することを特徴とする検査方法。
  10. 請求項９に記載の検査方法であって、
    前記出力処理では、前記試料のコンタクト抵抗と前記導通特性として算出された緩和時間とに基づいて、寄生容量を算出することを特徴とする検査方法。
  11. 試料へ荷電粒子であるビームを走査する顕微鏡を制御する検査方法であって、
    単位長さあたりの前記ビームの走査速度と前記ビームの電流であるプローブ電流との複数通りの組み合わせである複数の画像取得条件により前記顕微鏡を制御して、前記試料に前記ビームが照射された結果、前記試料からの信号電子の検出量に基づく輝度に関する複数の画像を取得する取得処理と、
    前記取得処理によって取得された複数の画像に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数の実測プロファイルを生成する第１生成処理と、
    前記複数の画像取得条件において前記プローブ電流が異なる場合、前記第１生成処理によって生成された複数の実測プロファイルの輝度と前記複数の画像取得条件におけるプローブ電流とに基づくプローブ電流依存特性の変化点となる前記ビームの特定のプローブ電流と、前記試料に前記ビームが照射された結果前記試料から放出される電子の加速電圧と、に基づいて、導通特性として前記試料のコンタクト抵抗を算出する出力処理と、
    を実行することを特徴とする検査方法。
  12. 請求項９または１１に記載の検査方法であって、
    前記複数の画像取得条件と、コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記試料における前記ビームの照射位置と前記試料の輝度との関係を示す複数のモデルプロファイルを生成する第２生成処理を実行し、
    前記出力処理では、前記第１生成処理によって生成された実測プロファイルと前記第２生成処理によって生成された複数のモデルプロファイルとを表示可能に出力することを特徴とする検査方法。
  13. 請求項１２に記載の検査方法であって、
    前記出力処理では、前記複数の実測プロファイルと前記複数のモデルプロファイルとを比較して、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせから前記導通特性となるコンタクト抵抗および寄生容量を出力することを特徴とする検査方法。
  14. 請求項１２に記載の検査方法であって、
    前記第２生成処理では、前記試料の構造情報を用いて前記試料における電子線散乱のシミュレーションを実行することにより、前記複数のモデルプロファイルを生成することを特徴とする検査方法。
  15. 請求項１４に記載の検査方法であって、
    前記第２生成処理では、前記電子線散乱のシミュレーションを実行することにより、前記試料に実効的に流れる電流量を算出し、前記実効的に流れる電流量と、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせと、に基づいて、前記コンタクト抵抗および寄生容量の複数通りの組み合わせごとに前記試料の表面電位の時間的変化を算出し、前記試料の表面電位の時間的変化に基づいて、前記複数のモデルプロファイルを生成することを特徴とする検査方法。
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