WO2022070258A1 - 半導体検査装置および半導体試料の検査方法 - Google Patents

半導体検査装置および半導体試料の検査方法 Download PDF

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WO2022070258A1
WO2022070258A1 PCT/JP2020/036927 JP2020036927W WO2022070258A1 WO 2022070258 A1 WO2022070258 A1 WO 2022070258A1 JP 2020036927 W JP2020036927 W JP 2020036927W WO 2022070258 A1 WO2022070258 A1 WO 2022070258A1
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electron beam
optical system
light
electron
measurement
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PCT/JP2020/036927
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保宏 白崎
夏規 津野
美南 庄子
慎 榊原
哲 高田
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株式会社日立ハイテク
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    • G01R31/265—Contactless testing
    • G01R31/2653—Contactless testing using electron beams
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams
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    • G—PHYSICS
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    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855—Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/286—External aspects, e.g. related to chambers, contacting devices or handlers
    • G01R31/2868—Complete testing stations; systems; procedures; software aspects

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor inspection device and a method for inspecting a semiconductor sample using the semiconductor inspection device.
  • Patent Document 1 discloses a pattern evaluation method and a pattern evaluation system that can detect dimensional fluctuations of an abnormal pattern on the entire surface of a wafer.
  • the entire surface of the wafer is first scanned by an optical inspection device, and the coordinates on the wafer having an abnormality in the pattern dimension are specified by the detection light whose light amount correlates with the pattern.
  • the wafer is transferred to a length measuring SEM (Scanning Electron Microscope), and the pattern dimensions are measured by the length measuring SEM for the pattern on the wafer whose coordinates are specified by the optical inspection.
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • the abnormality detected by the optical inspection device is an abnormality in the pattern size.
  • device defects include not only those caused by defective pattern dimensions, but also those caused by the electrical characteristics of the device or the materials constituting the device.
  • anomalies caused by electrical characteristics of devices and materials are subjected to high-speed optical inspection (first measurement mode), and measurement is performed on a region where anomalies are detected using an electron beam (second measurement mode). Measurement mode) is possible for semiconductor inspection equipment.
  • the semiconductor inspection device is a semiconductor inspection device having first and second measurement modes, and includes an electronic optical system that irradiates a sample with an electron beam and an optical system that irradiates a sample with light.
  • An electron detector that detects signal electrons generated when an electron beam from an electron optical system irradiates a sample, and photodetector that detects signal light generated when light from an optical system irradiates a sample.
  • the device and the electron optical system and the optical system are controlled so that the electron beam and light are irradiated under the first irradiation condition in the first measurement mode, and the electron beam and light are irradiated under the second irradiation condition in the second measurement mode.
  • It has an electronic optical system and a control unit that controls the optical system so that it is irradiated with light, and a computer that processes a detection signal from an electronic detector or a photodetector.
  • the detection signal is input to the computer, and in the second measurement mode, the detection signal from the electronic detector is input to the computer.
  • the method for inspecting a semiconductor sample is a method for inspecting a semiconductor sample using a semiconductor inspection apparatus having first and second measurement modes, and the semiconductor inspection apparatus puts an electron beam on the semiconductor sample. From the electron optical system to irradiate, the optical system to irradiate the semiconductor sample with light, the electron detector to detect the signal electrons generated by irradiating the semiconductor sample with the electron beam from the electron optical system, and the optical system. It is equipped with a photodetector that detects signal light generated when light is applied to a semiconductor sample.
  • a switching step of switching the electron optical system and the optical system from the first irradiation condition to the second irradiation condition has a second measurement step of irradiating the semiconductor sample with an electron beam from the electron optical system and light from the optical system under the second irradiation condition and forming an image of the semiconductor sample based on the detection signal from the electron detector. ..
  • the electrical characteristics of the device or the material constituting the device are evaluated by optical inspection. Therefore, it has a mechanism for changing the electric state of the sample by controlling the electric charge in the sample to be inspected. Since the optical characteristics of a sample change when the electrical state of the sample changes, it is possible to detect abnormalities in the electrical characteristics of devices and materials by grasping the changes in the optical characteristics when the electrical state of the sample changes. become. Specifically, the sample is irradiated with an electron beam in order to change the electrical state of the sample.
  • the term electrical state is used to broadly refer to a state brought about by fluctuations in the charge in the sample due to irradiation of the sample with an electron beam, such as the potential, charge, or electronic state of the sample.
  • an electron beam such as the potential, charge, or electronic state of the sample.
  • the electronic state of the semiconductor film changes. Since the optical characteristics of a semiconductor whose electronic state has changed also change, it is possible to estimate the change in the electronic state of the semiconductor based on, for example, the change in light reflectance.
  • the visual field to be optically inspected does not have to be made of a uniform material, and may include a device structure made of different materials. For example, when the plug (conductor) arranged in the insulating film is irradiated with an electron beam, the plug is charged and the potential generates an electric field around the plug (nm to ⁇ m). It is also possible to inspect the properties.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the semiconductor inspection device 1 of this embodiment.
  • the semiconductor inspection device 1 includes an input / output device 40 including an electron beam device 10, a computer 30, a display, a keyboard, operation buttons, and the like.
  • the electron beam apparatus 10 is provided with a lens barrel 10A having an electron optical system for generating an electron beam to irradiate the sample 23 in the sample chamber 10B in which the sample 23 to be inspected is housed.
  • the control unit 11 is arranged on the outside.
  • an electron source 12 In the lens barrel 10A, an electron source 12, a blanker 15 for pulsing the electron beam, a throttle 13 for adjusting the irradiation current amount of the electron beam, a deflector 14 for controlling the trajectory of the electron beam, and an electron beam are placed on the sample surface.
  • An objective lens 16 or the like for focusing is housed.
  • the lens barrel 10A houses an electron detector 25 that detects secondary electrons emitted from the sample 23 by irradiation with an electron beam and outputs a detection signal based on the secondary electrons.
  • the detection signal from the electron detector 25 is used for generating an SEM (Scanning Electron Microscopy) image, measuring the size of the sample 23, measuring the electrical characteristics, and the like.
  • the electron detector 25 for detecting secondary electrons is shown here, it may be an electron detector for detecting backscattered electrons (BSE: backscattered electrons), or both of them may be provided. ..
  • the stage 21, sample 23, etc. are housed in the sample chamber 10B.
  • the sample 23 is placed on the stage 21.
  • the sample 23 is, for example, a semiconductor wafer including a plurality of semiconductor devices, an individual semiconductor device, or the like.
  • the stage 21 is provided with a stage drive mechanism (not shown), and the stage position is controlled by the control unit 11 according to the observation field of view.
  • a light source 26, a light regulator 27, and a photodetector 29 are arranged in the sample chamber 10B.
  • the light source 26 supplies light to irradiate the sample 23, and has, for example, a solid-state laser, a semiconductor element such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode), or a white lamp.
  • the light source 26 may be composed of a plurality of types of light sources having different wavelengths.
  • the light adjuster 27 is a functional block that adjusts the optical path of the light so that the light emitted from the light source 26 is applied to a predetermined region of the sample 23. It is desirable that the light regulator 27 further has a function of modulating the intensity, polarization, etc.
  • the signal light generated by the light applied to the sample 23 is detected by the photodetector 29.
  • the signal light to be detected includes reflected light, scattered light, diffracted light, and light emission.
  • a photodetector 29 suitable for the detection can be used.
  • the detection signal from the photodetector 29 is used to evaluate the electrical characteristics of the sample 23.
  • the light source 26 and the optical regulator 27 constitute an optical system that irradiates the sample 23 with light for optical inspection.
  • the optical elements constituting the optical system and all or part of the photodetector are arranged outside the sample chamber 10B, and the sample 23 is irradiated with light through the port provided in the sample chamber 10B, or the sample chamber is used.
  • the signal light may be detected by a photodetector 29 arranged outside the 10B.
  • the control unit 11 controls the components of the electron beam device 10.
  • the control unit 11 controls the operation of the electron source 12, the blanker 15, the diaphragm 13, the deflector 14, the objective lens 16, and the like based on the observation conditions input from the computer 30, for example.
  • the control unit 11 is realized by a program executed by a processor such as a CPU. Further, for example, it may be configured by FPGA (Field-Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like.
  • the computer 30 executes the inspection and measurement condition setting by the semiconductor inspection device 1 and the processing of the detection signal obtained by the electron detector 25 and the photodetector 29 of the electron beam device 10.
  • the computer 30 has a computer unit 31 and a storage unit 32.
  • the storage unit 32 stores various databases necessary for condition setting and processing, and the calculation unit 31 stores the control unit 11 while referring to the user's input data and the database input from the input / output unit 40.
  • the electron beam device 10 is controlled via the device, the detection signal is processed, and the result is displayed on the input / output device 40.
  • FIG. 2 shows a wafer (semiconductor sample) 50 as an example of a sample to be inspected.
  • the wafer 50 is divided into mesh-shaped chip compartments 51 of the same size so that a large number of chips can be produced at one time, and the same pattern is formed in each chip compartment.
  • the chips are separated into chip sections. Patterns of various materials constituting the semiconductor device are formed on the wafer 50.
  • FIG. 2 illustrates a pattern of one memory array 52 when the chip is a DRAM memory chip.
  • the memory array 52 has an area 53 in which capacitors are integrated, an area 54 in which word lines are integrated, and an area 55 in which bit lines are integrated. In each region, a pattern is formed by the material (insulator, semiconductor, conductor, etc.) of each region.
  • the semiconductor inspection device 1 optically inspects the pattern formed in the region and the electrical characteristics of the semiconductor film for each region (first measurement mode).
  • FIG. 2 illustrates a wafer on which a memory chip is formed as a sample to be inspected, but the present invention is not limited to this.
  • the chip may be, for example, a sensor chip or a test pattern for inspection (TestElementGroup).
  • it may be a wafer (or a part of the wafer) on which a uniform film without a pattern is formed.
  • a semiconductor device is usually composed of a laminated film of a plurality of different materials, when inspecting a wafer in-line, the material of the region may be different even in the same chip section depending on the extraction process.
  • the area itself may be different. Depending on the inspection purpose, the area and the inspection specifications for each area will be determined.
  • FIG. 3 shows how the region 55 is irradiated with the electron beam 61 and the light 62 for the optical inspection (first measurement mode).
  • the spot diameter is increased so that it is substantially equal to the spot diameter (1 ⁇ m to 1 mm) of the irradiated light 62.
  • the generated signal light 63 is detected by the photodetector 29.
  • the signal light includes reflected light, scattered light, diffracted light, light emission, and the like, and is selected according to the electric state to be detected.
  • the scattered light may be generated at a wavelength different from the wavelength of the light of the light source, such as Raman scattered light. Further, the wavelength of the light of the light source is not limited.
  • the detection signal from the photodetector when not irradiating the electron beam with the detection signal from the photodetector when irradiating the electron beam, abnormalities in the electrical characteristics of the pattern contained in the visual field are abnormal. Judge the presence or absence of. Electrical properties are typically, but are not limited to, resistance, capacitance, defects and carrier densities.
  • the intensity of signal light of a specific wavelength can be detected (Fig. 4, first stage (top stage)).
  • a signal light with an intensity of 010 mW is detected without electron beam irradiation
  • a signal light with an intensity of 003 mW is detected with an electron beam irradiation
  • the intensity is 009 mW.
  • the region constitutes a capacitor and the charge charged by electron beam irradiation disappears due to a shape defect
  • the signal light intensity and electron beam irradiation without electron beam irradiation The signal intensity in the presence state is almost the same, and when there is no defect, the signal light intensity in the state without electron beam irradiation and the signal intensity in the state with electron beam irradiation differ depending on the charge charge. .. Therefore, it is possible to detect anomalies based on the signal light intensity.
  • the abnormality determination method based on the parameters is different.
  • the spectrum of the signal light can be detected (FIG. 4, 2nd to 3rd stages).
  • the second stage shows an example of detecting an abnormality by changing the peak intensity of the spectrum.
  • the presence or absence of an abnormality can be detected by comparing the peak intensity of the spectrum 71a without electron beam irradiation with the peak intensity of the spectrum 71b (71c) with electron beam irradiation.
  • the third stage shows an example of detecting an abnormality based on the amount of shift in the spectrum.
  • the presence or absence of an abnormality can be detected by the shift amount between the spectrum 72a without electron beam irradiation and the spectrum 72b (72c) with electron beam irradiation.
  • the intensity distribution of the signal light can be detected (FIG. 4, 4th stage (bottom stage)).
  • the fourth stage shows an example of detecting an abnormality based on the intensity distribution of the signal light.
  • the intensity distribution of the signal light in which diffracted light appears on both sides of the 0th-order light in the x direction is observed.
  • the presence or absence of an abnormality can be detected based on the characteristics of the two-dimensional pattern of the signal light intensity distribution such as the magnitude of the diffracted light or the distance between the 0th-order light and the diffracted light.
  • the intensity distribution of the signal light to be detected may be an optical microscope image of the sample. In this case, the sample surface may be projected onto the multi-pixel optical sensor with an optical lens.
  • the detection signal from the photodetector when not irradiating the electron beam is compared with the detection signal from the photodetector when irradiating the electron beam.
  • the detection signal is not compared. The difference from the time may be detected and the presence or absence of an abnormality may be determined from the magnitude of the difference.
  • FIG. 5 shows a time chart of electron beam irradiation, light irradiation, and signal light detection in optical inspection.
  • the electron beam irradiation trigger 81 is a control signal from the control unit 11 to the blanker 15, and indicates an irradiation period of the electron beam to the sample 23.
  • the period of the electron beam irradiation trigger 81 is on the order of Hz to MHz.
  • the light irradiation trigger 82 is a control signal from the control unit 11 to the light source 26 or the light regulator 27, and indicates the irradiation period of the light to the sample 23.
  • the irradiation light is continuous light.
  • the signal light measurement trigger 83 is a control signal from the control unit 11 to the photodetector 29, and indicates a detection period of the signal light.
  • the signal light measurement trigger 83 and the electron beam irradiation trigger 81 are synchronized with each other, and the signal light measurement trigger 83a, which is turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 81 is turned on, measures the measurement with electron beam irradiation.
  • the signal light measurement trigger 83b which is turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 81 is turned off, enables measurement without electron beam irradiation. In order to improve the SN ratio of the measurement, it is effective to measure the measured value a plurality of times and take the average value. Further, when the difference between the state where the electron beam is not irradiated and the state where the electron beam is irradiated is taken, the accuracy can be improved by performing the lock-in detection using the lock-in amplifier.
  • FIG. 6 shows an example of displaying the result of the optical inspection.
  • the optical inspection is performed on the user-designated area of the user-designated chip compartment 51 on the wafer 50.
  • Optical inspection may be performed on all chip compartments on the wafer 50.
  • the electrical characteristics or optical characteristics of the pattern in the area where the optical inspection is performed are out of the allowable range set by the user, it is determined that there is an abnormality, and the coordinates of the chip section determined to be abnormal and the chip section concerned. It is displayed as a wafer heat map 90 based on the degree of deviation from the permissible range (degree of abnormality).
  • the chip section 92 is displayed in the wafer 91, and the chip section determined to have an abnormality is colored according to the degree of abnormality and displayed, so that the chip section determined to have an abnormality is displayed. And its anomaly are displayed so that they can be visually recognized by the user.
  • the user executes SEM measurement (second measurement mode) by electron beam for the chip section determined to have an abnormality.
  • SEM measurement the user sets the specifications of SEM measurement by electron beam based on the degree of abnormality.
  • FIG. 7 shows how the region 55 is irradiated with the electron beam 101 and the light 102 for SEM measurement (second measurement mode). Irradiation with light 102 is not necessary if only the dimensional measurement and shape evaluation of the pattern in the region 55 are performed, but when the SEM measurement is performed in a state where the electrical state such as the charging status in the pattern in the region 55 is controlled, the SEM measurement is performed. , Light 102 is applied to the observation field as shown in FIG. 7. In the SEM measurement, the spot diameter of the electron beam 101 is narrowed down to a small size, and the observation field of view is scanned two-dimensionally. The spot diameter of the light 102 is set to a size including an observation field of view two-dimensionally scanned by the electron beam 101.
  • the signal electron 103 generated by the irradiation of the electron beam 101 is detected by the electron detector 25, and an SEM image is formed based on the detection signal of the electron detector 25.
  • the electron beam conditions probe size, acceleration voltage, probe current, etc.
  • optical conditions wavelength, polarization, intensity, etc.
  • the SEM measurement are determined according to the degree of abnormality detected by the optical inspection. For example, if the electrical characteristic detected by the optical inspection is resistance, and if a high resistance abnormality is detected, it is possible to optimize the SEM image obtained by reducing the probe current and suppressing charging. can.
  • the semiconductor inspection device switches to each condition for measurement.
  • the electron source 12 is shared as an electron source for optical inspection and an electron source for SEM measurement, but an electron source for optical inspection or a lens barrel provided with the electron source is used. It may be provided separately.
  • the semiconductor inspection device 1 detects an abnormality in the electrical characteristics of the sample by optical inspection (first measurement mode), and SEM measurement (second measurement mode) is performed on the region where the abnormality is detected.
  • the measurement flow to be performed is shown.
  • FIG. 9 shows an example of the inspection / measurement calibration screen 210, which is a GUI (Graphical User Interface) for setting the calibration.
  • the inspection / measurement calibration screen 210 is provided with a setting file selection unit 211, and can recall the calibration data stored in the storage unit 32 in the past measurement. For example, by utilizing past calibration data, such as when inspecting the same wafer with different electrical characteristics to be detected, or when inspecting the same wafer in different inspection areas. The workload of the user can be reduced.
  • the user selects some chip sections on the wafer to be calibrated. It may be directly specified in the calibration coordinate list 212, or the chip section to be calibrated may be specified on the wafer map 213 displayed on the screen.
  • the calibration execution button 220 By pressing the calibration execution button 220 to perform the alignment of the wafer, it becomes possible to irradiate an arbitrary position on the wafer with light and an electron beam.
  • the user sets the area to be inspected in the chip section to be inspected.
  • the SEM image of the chip section is displayed on the electron beam irradiation position image 214, and the user adjusts the observation field of view so that the inspection area 215 becomes the center of the SEM image.
  • FIG. 9 shows an example in which the method of irradiating the sample with the electron beam shown in FIG. 3 at a fixed point is selected, but a scanning method or the like as described in a modification described later can be selected.
  • the irradiation position is fixed and the coordinates are registered.
  • the user can register a plurality of electron beam irradiation positions by displaying another area on the electron beam irradiation position image 214.
  • the light irradiation position image 217 which is an SEM image of the chip section is displayed, the coordinate name for the inspection area 215b is input to the input frame 222, and then the selection button 218 is pressed. Register the light irradiation position.
  • the light and the electron beam are set to the same irradiation position, but it is also possible to inspect the electrical characteristics of the device by irradiating the light and the electron beam to different positions as in the modification described later. Therefore, the electron beam irradiation position and the light irradiation position can be set independently.
  • the method of setting the irradiation position shown in FIG. 9 is an example. For example, a low-magnification SEM image or an optical microscope image is displayed on the electron beam irradiation position image 214 or the light irradiation position image 217, and the irradiation position is set as an SEM image. One or more may be specified on the above or on the optical microscope image.
  • the save button 219 is pressed to save the set contents in the storage unit 32.
  • FIG. 10A shows an example of the inspection / measurement setting screen 230, which is a GUI for setting conditions. Similar to the inspection / measurement calibration screen 210, the setting file selection unit 231 is provided, and the inspection / measurement condition data stored in the storage unit 32 in the past measurement can be recalled. The user sets irradiation conditions (first irradiation conditions) in the light condition parameter column 233 and the electron beam condition parameter column 234 of the inspection parameter column 232.
  • FIG. 10B shows an example of an operation screen (inspection / measurement screen) 240 for executing an optical inspection.
  • the inspection / measurement screen 240a shown in FIG. 10B shows a state in which the first tab 241 including the operation screen and the result display screen of the optical inspection is opened.
  • the upper half of the first tab 241 is an operation screen, and the user designates a chip section to be inspected in the inspection chip section designation unit 242. It is also possible to specify all the chip sections of the wafer. After that, by pressing the inspection execution button 243, the optical inspection for the designated chip section is executed.
  • the presence or absence of an abnormality in the designated chip compartment is determined, and the degree of the abnormality is calculated at least for the coordinates (chip compartment) determined to be abnormal (S04).
  • the relationship between the optical characteristics measured in the storage unit 32 and the electrical characteristics in the measurement area can be stored as a database and used for abnormality determination.
  • the presence or absence of abnormality may be directly determined from the measured optical characteristics of the semiconductor material such as the band gap and the refractive index.
  • the lower half of the first tab 241 of the inspection / measurement screen 240a shown in FIG. 10B is the result display screen.
  • the inspection result display unit 244 displays the inspection result of the chip section designated by the inspection chip section designation section 242. In this example, an example is shown in which the electrical characteristic value is calculated and displayed regardless of whether the chip section is normal or abnormal.
  • the wafer heat map 245 shown in FIG. 6 is also displayed. After confirming the result of the optical inspection, the user presses the save button 246 to save the optical inspection result in the storage unit 32.
  • the user sets the electron beam condition and the optical condition for the second measurement based on the degree of abnormality (S05).
  • the condition setting the user sets the irradiation condition (second irradiation condition) in the electron beam condition parameter column 236 and the optical condition parameter column 237 of the measurement parameter column 235 on the inspection / measurement setting screen 230 (FIG. 10A).
  • the semiconductor inspection device 1 stores in advance the default values of measurement parameters set according to the degree of abnormality detected by the optical inspection or the electrical characteristics in the storage unit 32 as a database. An example of the database is shown in FIG.
  • the amount of electron beam current (probe current amount) used in the second measurement is stored according to the electrical characteristics (resistance value, etc.) of the region calculated in the first measurement under the material of the region and the acceleration voltage to be irradiated. Has been done.
  • the database may include the light conditions used for the second measurement condition. By referring to such a database, the user can easily set appropriate parameters.
  • the computer 30 switches the device conditions of the electron beam device 10 to the electron beam conditions and the optical conditions of the SEM measurement (second measurement mode) set by the user (S06), and the chip section determined to have an abnormality by the optical inspection.
  • SEM measurement is executed for (S07).
  • the user performs a detailed analysis of the abnormality detected by the optical inspection based on the SEM image.
  • FIG. 10C shows an example of an operation screen (inspection / measurement screen) 240 for executing SEM measurement.
  • the inspection / measurement screen 240b shown in FIG. 10C shows a state in which the second tab 251 including the SEM measurement operation screen and the result display screen is opened.
  • the upper half of the second tab 251 is an operation screen, and the user calls the optical inspection result data stored in the storage unit 32 from the result file selection unit 252.
  • the inspection result display unit 244 in the first tab 241 (FIG. 10B)
  • the inspection result display unit 253 corresponding to the wafer heat map 245, and the wafer heat map 254 are displayed.
  • SEM measurement is executed for the chip section determined to have an abnormality
  • the SEM measurement result is displayed in the lower half of the second tab 251 of the inspection / measurement screen 240b.
  • the result display screen includes the measurement result display unit 256, and the measurement result display unit 256 displays the optical inspection result of the same chip section as the inspection result display unit 253.
  • the SEM image 257 acquired by the SEM measurement is displayed.
  • the SEM image 257 exemplified in FIG. 10C is an image of the region where the capacitors of the DRAM memory array shown in FIG. 2 are integrated.
  • the dimensions of the pattern are measured from the SEM image of the chip section determined to be abnormal by the optical inspection, it is determined that the abnormality is due to the shape, and the SEM image and the measured dimensions are saved as the measurement result.
  • the SEM image is acquired by irradiating with light, it is determined from the brightness value of the SEM image that the abnormality is caused by some electrical characteristic, and the value of the electrical characteristic is saved as the measurement result.
  • the SEM measurement result is saved in the storage unit 32 by pressing the save button 258.
  • FIG. 12A shows a circuit example of the device to be inspected.
  • the circuit A132, the circuit B134, and the circuit C136 are provided with an external terminal 131, an external terminal 133, and an external terminal 135, respectively. Since the circuit A132 is connected to the circuit B134 and the circuit B134 is connected to the circuit C136, there is an interdependence between the circuits.
  • FIG. 12B shows the layout of the device on which the circuit of FIG. 12A is mounted. In FIG.
  • the circuits A to C are formed in a layer located below the layer shown in FIG. 12B.
  • such a device In an optical inspection (first measurement mode), such a device is generated by irradiating the region 131a with an electron beam 137 and irradiating the region 133a with light 138 as shown in FIG. 12B.
  • the signal light 139 is detected.
  • the plug (group) of the region 131a By charging the plug (group) of the region 131a in this way, the electrical state of the circuit B134 is indirectly changed, and the electrical characteristics of the circuit B134 are measured in this state. This makes it possible to grasp the dependence of the electrical characteristics of the circuit B134 on the circuit A132.
  • the electron beam irradiation position and the light irradiation position are set to different positions. Further, in FIG. 13, a plurality of electron beam irradiation positions are set (note that the electron beam and light irradiation position coordinates in each chip set in the electron beam condition / light condition setting step (S02) of the first measurement are set. (Indicated in parentheses), specifically, an example of measuring the electrical characteristics by directly or indirectly changing the electrical state of the circuit B134 by irradiating the regions A to C with an electron beam is shown. ing.
  • a plurality of electron beam irradiation positions on the inspection / measurement calibration screen 210 of FIG. 9 a plurality of types of inspections can be performed on each chip.
  • a plurality of light irradiation positions can be registered, and a plurality of inspections in which the light irradiation positions are changed can be performed on each chip.
  • Modification 2 In the time chart shown in FIG. 5, the timing of electron beam irradiation and signal light detection is set to a predetermined fixed cycle, and in the optical inspection (first measurement mode), the magnitude of the electrical characteristics detected at the timing is measured.
  • the response characteristics of the electrical characteristics of the device can be measured by making the timings of electron beam irradiation and signal light detection variable.
  • the time chart of FIG. 14A is the same as the time chart of FIG. 5, and the signal light measurement trigger 143a and the electron beam irradiation trigger 141 that are turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 141 and the electron beam irradiation trigger 141 are turned on are turned off.
  • the period of the signal light measurement trigger 143b that is turned on during the period is set to T.
  • the difference between the detection signals in the state with electron beam irradiation and the state without electron beam irradiation is detected while modulating the period T.
  • FIG. 14B shows a change in the detection signal difference depending on the period T.
  • the period T 1 in which the detection signal difference changes significantly it can be determined that the charge charged in the device (capacitor) has disappeared due to the electron beam irradiation in the above example.
  • the electrical characteristics measured in the optical inspection (first measurement) can include the response characteristics.
  • FIG. 15A is another time chart of the modified example 2.
  • the light source 26 is pulsed light
  • the light irradiation trigger 152 and the signal light measurement trigger 153 that control the light emission of the light source 26 are synchronized with the electron beam irradiation trigger 151, and the electron beam irradiation trigger 151 is turned on.
  • the light irradiation trigger 152a and the signal light measurement trigger 152a that are turned on during the period measure the measurement with electron beam irradiation, and the light irradiation trigger 152b and the signal light measurement that are turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 151 is turned off.
  • the trigger 153b enables measurement without electron beam irradiation.
  • FIG. 15B shows a change in the detection signal difference depending on the delay time T. Similar to FIG. 14B, the response characteristics of the electrical characteristics can be measured.
  • Modification 3 In the flowchart of FIG. 8, an example in which the user directly inputs a value on the inspection / measurement setting screen 230 to set the electron beam condition / optical condition for the optical inspection (first measurement mode) has been described.
  • Optimal conditions for optical inspection depend on the structure and material of the sample. Therefore, in Modification 3, in order to set the electron beam conditions and optical conditions for the optical inspection, preliminary measurement is performed for the area where the optical inspection is performed, and the electron beam conditions and optical conditions for the optical inspection are based on the results of the preliminary measurement. Set the light conditions.
  • the preliminary measurement is SEM measurement as in the second measurement in this embodiment, and may or may not be irradiated with light at the same time.
  • the dimensions of the device can be calculated by preliminary measurement, the amount of charge required to charge the device can be calculated, and the amount of electron beam current in the first measurement can be calculated.
  • the electron beam irradiation cycle in the first measurement can be calculated from the time constant of the device calculated from the result of the preliminary measurement.
  • the positive or negative of the charge required for charging can be determined from the charging status of the device calculated from the result of the preliminary measurement, and the acceleration voltage of the electron beam in the first measurement can be calculated.
  • the method of irradiating the electron beam and light in the optical inspection in the modification 4 will be described with reference to FIG.
  • the irradiation method in this modification is executed by selecting the scanning method in the selection frame 223 for selecting the electron beam irradiation method on the inspection / measurement calibration screen 210 shown in FIG.
  • FIG. 16 shows, as an example, a state in which the device shown in FIGS. 12A and 12B is irradiated with an electron beam 137 and light 138 to the region 133a and an optical inspection is performed on the region 133a (circuit B134).
  • the scanning method for the electron beam irradiation By selecting the scanning method for the electron beam irradiation, the spot diameter on the sample of the electron beam 137 is made smaller than the spot diameter of the light 138, and the electron beam 137 is the region set in the electron beam irradiation position image 214. Is scanned two-dimensionally by the deflector 14.
  • the irradiation region of the electron beam 137 can be set regardless of the spot diameter of the electron beam 137.
  • a region to be irradiated with the electron beam 61 is arbitrarily set, and an arbitrary region scanning method for scanning the electron beam 61 with respect to the set region is selected from the selection frame 223. It may be selectable.
  • the feature of the arbitrary area scanning method is that the area irradiated by the electron beam 61 can be formed into an arbitrary shape specified by the user.
  • the scanning of the electron beam 61 is performed during the period when the electron beam irradiation trigger 81 of FIG. 5 is ON.
  • the electron beam irradiation region in the optical inspection (first measurement mode) can be arbitrarily set.
  • a scanning method may be applied for irradiating an electron beam to an electron beam irradiation region different from the light irradiation region.
  • the optical inspection (first measurement mode) in the embodiment inspects the entire irradiation region of light.
  • the electrical characteristics examined in the first measurement mode of the embodiment are average characteristics over the entire irradiation region of light.
  • the optical inspection having excellent spatial resolution is realized by detecting the distribution of the electrical characteristics in the light irradiation region.
  • the scanning method or arbitrary region scanning method described in Modification 4 is applied to the electron beam irradiation method in this modification.
  • the optical inspection of the modified example 5 will be described with reference to the example of FIG. It is assumed that the light 138 is applied to the region 133a, the spot diameter of the electron beam 137 is made smaller than the spot diameter of the light 138, and the region 133a is scanned.
  • the time chart of the modification 5 is shown in FIG.
  • the time chart of FIG. 17 is the same as the time chart of FIG. 5, but an electron beam scanning signal 172 in the X direction and an electron beam scanning signal 173 in the Y direction are added.
  • the electron beam scanning signals 172 and 173 are control signals from the control unit 11 to the deflector 14, and cause the electron beam 137 to be scanned two-dimensionally on the sample.
  • the electron beam scanning signal 172 in the X direction scans the electron beam 137 in the X direction, and the electron beam scanning signal 173 in the Y direction moves the scanning position of the electron beam in the Y direction orthogonal to the X direction.
  • the scan in the Y direction is continuously performed, the scan in the X direction is performed during the period when the electron beam irradiation trigger 171 is turned on, and the electron beam 137 is X in the period.
  • the region 133a is scanned in a line extending in the direction.
  • the signal light measurement trigger 175 and the electron beam irradiation trigger 171 are synchronized with each other, and the signal light measurement trigger 175a, which is turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 171 is turned on, measures the measurement with electron beam irradiation. Can be measured without electron beam irradiation by the signal light measurement trigger 175b that is turned on during the period when the electron beam irradiation trigger 171 is turned off. Since the electron beam scanning signal 172 in the X direction and the electron beam scanning signal 173 in the Y direction indicate the position of the electron beam 137 irradiated on the sample, the detection signal from the photodetector is the electron beam scanning signal 1722.
  • the detection signal is the intensity of the signal light
  • the value of each pixel is the intensity of the signal light when the electron beam 137 is irradiated to the scanning position of the electron beam at the timing of the signal light measurement trigger 175a. .. Since the signal light intensity detected at the timing of the signal light measurement trigger 175b is the intensity in the state without electron beam irradiation, it is detected by the signal light measurement trigger 175b from the signal intensity detected by the signal light measurement trigger 175a. By subtracting the signal strength as the background, the influence of electron beam irradiation can be more easily detected.
  • the image (schematic diagram) of the region 133a of FIG. 16 obtained in this way is shown in FIG. It is assumed that a region 183 having a signal light intensity significantly higher than that of the surrounding region 182 is observed in a part of the image 181 of the region 133a. In this case, it can be determined that there is an abnormality in the shape or electrical characteristics of the inspected device or the semiconductor film in the region 183. Therefore, the coordinates of the abnormal region 183 are stored in the storage unit 32 as a defective unit. For the stored coordinates (region 183), SEM measurement, which is the second measurement mode, is performed, and detailed measurement is performed for the electrical characteristics or the device shape.
  • the pixel value of the image is not limited to the intensity of the signal light, and may be a numerical value of the spectrum shift amount and the intensity distribution shown in FIG. Alternatively, it may be a numerical value of optical characteristics such as band gap and refractive index, and electrical characteristics such as resistance and defect density. In this way, the spatial resolution in optical inspection can be improved.

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Abstract

電気的特性の検査と、電気的特性の異常が検出された場合の詳細検査とが実施可能な半導体検査装置を実現する。第１及び第２の測定モードを有する半導体検査装置１であって、試料に電子線を照射する電子光学系と、試料に光を照射する光学系と、信号電子を検出する電子検出器２５と、信号光を検出する光検出器２９と、第１の測定モードにおいて第１の照射条件で電子線及び光が照射されるよう電子光学系及び光学系を制御し、第２の測定モードにおいて第２の照射条件で電子線及び光が照射されるよう電子光学系及び光学系を制御する制御部１１と、電子検出器または光検出器からの検出信号を処理する計算機３０とを有し、第１の測定モードにおいては光検出器からの検出信号が計算機に入力され、第２の測定モードにおいては電子検出器からの検出信号が計算機に入力される。

Description

半導体検査装置および半導体試料の検査方法
　本開示は、半導体検査装置およびそれを用いた半導体試料の検査方法に関する。
　特許文献１には、ウエハ全面に対して、異常なパターンの寸法変動を検出できるパターン評価方法、パターン評価システムが開示されている。特許文献１によれば、まず光学検査装置によりウエハの全面をスキャンし、その光量がパターンと相関関係を有する検出光によりパターン寸法に異常があるウエハ上の座標を特定する。その後、当該ウエハは測長ＳＥＭ（走査電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）に移送され、光学検査によって座標が特定されたウエハ上のパターンに対して、測長ＳＥＭによるパターン寸法の測長を実施する。
特開２０１３－１４００７１号公報
　特許文献１において、光学検査装置により検出する異常はパターン寸法の異常である。しかしながら、デバイス不良にはパターン寸法の不良に起因するもののみではなく、デバイスあるいはデバイスを構成する材料の電気的特性に起因するものもある。
　本開示は、デバイスや材料の電気的特性に起因するような異常について高速に光学検査を行い（第１の測定モード）、電子線を用いて異常の検出された領域に対する計測を行う（第２の測定モード）ことが可能な半導体検査装置に関する。
　本発明の一態様である半導体検査装置は、第１及び第２の測定モードを有する半導体検査装置であって、試料に電子線を照射する電子光学系と、試料に光を照射する光学系と、電子光学系からの電子線が試料に照射されることにより発生する信号電子を検出する電子検出器と、光学系からの光が試料に照射されることにより発生する信号光を検出する光検出器と、第１の測定モードにおいて第１の照射条件で電子線及び光が照射されるよう電子光学系及び光学系を制御し、第２の測定モードにおいて第２の照射条件で電子線及び光が照射されるよう電子光学系及び光学系を制御する制御部と、電子検出器または光検出器からの検出信号を処理する計算機とを有し、第１の測定モードにおいては光検出器からの検出信号が計算機に入力され、第２の測定モードにおいては電子検出器からの検出信号が計算機に入力される。
　本発明の一態様である半導体試料の検査方法は、第１及び第２の測定モードを有する半導体検査装置を用いた半導体試料の検査方法であって、半導体検査装置は、半導体試料に電子線を照射する電子光学系と、半導体試料に光を照射する光学系と、電子光学系からの電子線が半導体試料に照射されることにより発生する信号電子を検出する電子検出器と、光学系からの光が半導体試料に照射されることにより発生する信号光を検出する光検出器とを備えており、
　第１の照射条件で電子光学系からの電子線及び光学系からの光を半導体試料に照射し、光検出器からの検出信号に基づき半導体試料の電気的特性を評価する第１の測定ステップと、
　第１の測定ステップにおいて異常が検出された場合には、電子光学系及び光学系を第１の照射条件から第２の照射条件に切り替える切り替えステップと、
　第２の照射条件で電子光学系からの電子線及び光学系からの光を半導体試料に照射し、電子検出器からの検出信号に基づき半導体試料の像を形成する第２の測定ステップとを有する。
　電気的特性の検査と、電気的特性の異常が検出された場合の詳細検査とが実施可能な半導体検査装置を実現する。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
半導体検査装置の概略構成図である。 検査対象とする試料の例である。 光学検査（第１の測定モード）において、検査領域に電子線と光を照射している様子を示す図である。 光学検査の検査仕様の例である。 光学検査における電子線照射、光照射及び信号光検出のタイムチャートである。 光学検査の結果の表示例である。 ＳＥＭ計測（第２の測定モード）において、検査領域に電子線と光を照射している様子を示す図である。 半導体検査装置における測定のフローチャートである。 検査・計測キャリブレーション画面の例である。 検査・計測設定画面の例である。 検査・計測画面の例である。 検査・計測画面の例である。 データベースの例である。 検査対象とするデバイスの回路例である。 図１２Ａの回路が実装されたデバイスのレイアウトを示す図である。 変形例１における電子線照射位置と光照射位置の設定例である。 変形例２の光学検査における電子線照射、光照射及び信号光検出のタイムチャートである。 周期Ｔに依存した検出信号差分の変化を示す図である。 変形例２の光学検査における電子線照射、光照射及び信号光検出のタイムチャートである。 遅延時間Ｔに依存した検出信号差分の変化を示す図である。 変形例４，５の光学検査（第１の測定モード）において、検査領域に電子線と光を照射している様子を示す図である。 変形例５の光学検査における電子線照射、電子線走査、光照射及び信号光検出のタイムチャートである。 変形例５の光学検査で得られる画像（模式図）である。
　以下、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例で示す図面は本発明の具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
　本実施例の半導体検査装置では、デバイスあるいはデバイスを構成する材料の電気的特性を光学検査によって評価する。このため、検査対象試料における電荷を制御して、試料の電気状態を変化させる機構を有する。試料の電気状態が変化するとその光学特性も変化するため、試料の電気状態を変化させたときの光学特性の変化を把握することで、デバイスや材料の電気的特性の異常を検出することが可能になる。具体的には、試料の電気状態を変化させるために、電子線を試料に照射する。
　ここで、電気状態という用語は、試料の電位、帯電、あるいは電子状態など、試料に電子線を照射することによって試料内の電荷が変動することによりもたらされる状態を広く指すものとして使用する。例えば、Ｓｉなどの半導体膜に電子線を照射すると半導体膜の電子状態が変化する。電子状態が変わった半導体は光学特性も変化するため、例えば光反射率の変化をもとに半導体の電子状態の変化を推定できる。なお、光学検査する視野は一様な材料で構成されている必要はなく、異なる材料によって構成されるデバイス構造を含んだものであってもよい。例えば、絶縁膜中に配置されるプラグ（導体）に電子線を照射するとプラグが帯電し、その電位がプラグ周囲（ｎｍ～μｍ）に電界を生じるので、この範囲の試料の光学特性から電気的特性を検査することも可能である。
　図１に本実施例の半導体検査装置１の概略構成を示す。半導体検査装置１は、電子線装置１０、計算機３０、ディスプレイ、キーボード、操作ボタン等を含む入出力器４０を備えている。
　電子線装置１０は、検査対象の試料２３が収容される試料室１０Ｂに試料２３に照射する電子線を発生させる電子光学系を内蔵する鏡筒１０Ａが設けられ、鏡筒１０Ａ及び試料室１０Ｂの外側に制御部１１が配置されている。鏡筒１０Ａには、電子源１２、電子線のパルス化を行うブランカ１５、電子線の照射電流量の調整を行う絞り１３、電子線の軌道を制御する偏向器１４、電子線を試料表面に集束させる対物レンズ１６などが収容される。なお、これらは電子光学系を構成する光学要素の一例であって、電子光学系には、コンデンサレンズやビームセパレータなども含まれている。
　また、鏡筒１０Ａには、電子線の照射により試料２３から放出される二次電子を検出し、二次電子に基づく検出信号を出力する電子検出器２５が収容されている。電子検出器２５からの検出信号は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）像の生成、試料２３のサイズの測定、電気的特性の計測等に利用される。なお、ここでは二次電子を検出する電子検出器２５を示しているが、反射電子（後方散乱電子（ＢＳＥ：backscattered electron））を検出する電子検出器でもよく、それら双方を備えていてもよい。
　試料室１０Ｂには、ステージ２１、試料２３等が収容される。試料２３は、ステージ２１上に載置される。試料２３は、例えば複数の半導体デバイスを含む半導体ウエハや、個別の半導体デバイスなどである。ステージ２１には、図示しないステージ駆動機構が設けられ、観察視野に応じて制御部１１によりステージ位置が制御される。
　また、試料室１０Ｂには、光源２６、光調整器２７、光検出器２９が配置される。光源２６は、試料２３に照射する光を供給し、例えば、固体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などの半導体素子や白色ランプを有する。光源２６は、波長が異なる複数種類の光源から構成されてもよい。光調整器２７は、光源２６から照射される光が試料２３の所定の領域に照射されるよう光の光路を調整する機能ブロックである。光調整器２７は、さらに光源２６から照射される光の強度や偏光等を変調する機能を備えていることが望ましい。試料２３に照射された光によって発生する信号光は光検出器２９により検出される。検出対象とする信号光には、反射光、散乱光、回折光、発光を含む。検出する信号光に応じて、その検出に適した光検出器２９を用いることができる。光検出器２９からの検出信号は試料２３の電気的特性の評価に利用される。
　光源２６及び光調整器２７は、光学検査のために光を試料２３に照射する光学系を構成する。なお、光学系を構成する光学要素、及び光検出器の全部または一部を試料室１０Ｂの外部に配置し、試料室１０Ｂに設けたポートを介して光を試料２３に照射する、あるいは試料室１０Ｂの外部に配置した光検出器２９で信号光を検出するようにしてもよい。
　制御部１１は、電子線装置１０の構成要素の制御を行う。制御部１１は、例えば、計算機３０から入力される観察条件に基づき、電子源１２、ブランカ１５、絞り１３、偏向器１４、対物レンズ１６等の動作制御を行う。制御部１１は、例えばＣＰＵ等のプロセッサで実行されるプロクラムにより実現される。また、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されてもよい。
　半導体検査装置１による検査、計測の条件設定や電子線装置１０の電子検出器２５や光検出器２９で得られた検出信号の処理は計算機３０によって実行される。計算機３０は計算部３１、記憶部３２を有している。記憶部３２には、条件設定や処理に必要な種々のデータベースを記憶しており、計算部３１は、入出力器４０から入力されるユーザの入力データ及びデータベースを参照しながら、制御部１１を介して電子線装置１０の制御を行うとともに、検出信号の処理を行い、その結果を入出力器４０に表示する。
　図２に検査対象とする試料の例としてウエハ（半導体試料）５０を示す。ウエハ５０は一度に大量のチップを生産できるよう、同じ大きさのメッシュ状のチップ区画５１に区分され、各チップ区画には同一のパターンが形成されている。ウエハ５０上にトランジスタなどの素子や配線などを作り込む前工程が終了した後、チップ区画ごとに切り離されることによってチップとなる。ウエハ５０上には、半導体デバイスを構成する種々の材料のパターンが形成されている。図２に、チップがＤＲＡＭメモリチップであった場合の、１つのメモリアレイ５２のパターンを例示する。メモリアレイ５２には、キャパシタが集積される領域５３、ワード線が集積される領域５４、ビット線が集積される領域５５が存在する。それぞれの領域には、領域ごとの材料（絶縁体、半導体、導体など）によりパターンが形成されている。半導体検査装置１は、領域ごとに、当該領域に形成されたパターンや半導体膜における電気的特性を光学的に検査する（第１の測定モード）。
　なお、図２では検査対象試料としてメモリチップが形成されたウエハを例示したが、これに限るものではない。同じ材料によるパターンが形成された領域を有するチップであれば、例えばセンサチップや検査用のテストパターン（Test Element Group）であってもよい。あるいは、パターンの形成されていない一様な膜が形成されたウエハ（またはウエハの一部）であってもよい。また、通常、半導体デバイスは複数の異なる材料の積層膜で構成されるため、インラインでウエハを検査する場合には、取り出す工程によって同じチップ区画であっても、領域の材料が異なる場合があるし、さらには領域そのものが異なる場合もある。検査目的によって、領域と、領域ごとの検査仕様を定めることになる。
　図３に、光学検査（第１の測定モード）のため、領域５５に対して電子線６１と光６２を照射している様子を示す。光学検査においては、電子線６１は試料の電気状態を変化させるために照射されるためスポット径を大きくし、照射される光６２のスポット径（１μｍ～１ｍｍ）とほぼ同等となるようにする。発生した信号光６３は光検出器２９によって検出される。
　図４を用いて光学検査の検査仕様の例について説明する。上述のように、信号光には、反射光、散乱光、回折光、発光などがあり、検出する電気状態に応じて選択する。散乱光は、ラマン散乱光のように光源の光の波長とは異なる波長となって発生するものであってもよい。また、光源の光の波長についても限定しない。光学検査では、電子線を照射しない場合の光検出器からの検出信号と電子線を照射したときの光検出器からの検出信号を比較することにより、視野に含まれるパターンの電気的特性の異常の有無を判定する。電気的特性は、代表的には抵抗、容量、欠陥やキャリア密度であるが、これらに限られるものではない。
　光検出器２９としてフォトダイオードやモノクロメータを用いる場合には、特定波長の信号光の強度を検出することができる（図４第１段（最上段））。ここでは、電子線照射なしの状態で強度010mWの信号光が検出される場合において、電子線照射ありの状態で強度003mWの信号光が検出された場合には異常なしと判定し、強度009mWの信号光が検出された場合には異常ありと判定する例を示している。例えば、領域がキャパシタを構成しており、形状欠陥によって電子線照射によりチャージされた電荷が消失してしまう場合、欠陥がある場合には電子線照射なしの状態での信号光強度と電子線照射ありの状態での信号強度はほぼ同様となり、欠陥がない場合には電子線照射なしの状態での信号光強度と電子線照射ありの状態での信号強度は電荷のチャージにより異なったものとなる。したがって、信号光強度に基づく異常検出が可能である。
　検査対象領域の材料、検出する電気的特性に応じて定められる検査仕様によって、測定に使用する信号光、光検出器により検出するパラメータ（強度の他、以下で例示するスペクトル、強度分布など）、パラメータに基づく異常判定方法は異なる。
　光検出器２９としてスペクトロメータを用いる場合には、信号光のスペクトルを検出することができる（図４第２～３段）。第２段には、スペクトルのピーク強度の変化により異常を検出する例を示す。電子線照射なしの状態でのスペクトル７１ａのピーク強度と、電子線照射ありの状態でのスペクトル７１ｂ（７１ｃ）のピーク強度とを比較することにより、異常の有無を検出することができる。第３段には、スペクトルのシフト量により異常を検出する例を示す。電子線照射なしの状態でのスペクトル７２ａと電子線照射ありの状態でのスペクトル７２ｂ（７２ｃ）のシフト量により、異常の有無を検出することができる。
　光検出器２９としてＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどの多ピクセル光センサを用いる場合には、信号光の強度分布を検出することができる（図４第４段（最下段））。第４段には、信号光の強度分布により異常を検出する例を示す。この例では、０次光のｘ方向の両脇に回折光があらわれた信号光の強度分布が観察されている。回折光の大きさ、あるいは０次光と回折光との距離など信号光強度分布の２次元パターンの特徴に基づき、異常の有無を検出することができる。また、検出する信号光の強度分布は試料の光学顕微鏡像であってもよい。この場合は、光学レンズで試料面を多ピクセル光センサに投影すればよい。
　なお、電子線を照射しない場合の光検出器からの検出信号と電子線を照射したときの光検出器からの検出信号を比較するのではなく、電子線を照射しないときと電子線を照射したときとの差分を検出し、差分の大きさから異常の有無を判定するようにしてもよい。
　図５に光学検査における電子線照射、光照射及び信号光検出のタイムチャートを示す。電子線照射トリガー８１は、制御部１１からブランカ１５への制御信号であり、電子線の試料２３への照射期間を示す。電子線照射トリガー８１の周期はＨｚ～ＭＨｚオーダーである。光照射トリガー８２は、制御部１１から光源２６または光調整器２７への制御信号であり、光の試料２３への照射期間を示す。この例では照射光は連続光としている。信号光測定トリガー８３は、制御部１１から光検出器２９への制御信号であり、信号光の検出期間を示す。信号光測定トリガー８３と電子線照射トリガー８１とは同期しており、電子線照射トリガー８１がＯＮとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー８３ａにより電子線照射ありの状態での測定を、電子線照射トリガー８１がＯＦＦとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー８３ｂにより電子線照射なしの状態での測定を行うことができる。なお、測定のＳＮ比を向上させるため、測定値は複数回測定してその平均値をとることが有効である。また、電子線を照射しない状態と電子線を照射した状態での差分をとる場合には、ロックインアンプを用いたロックイン検出を行うことにより精度を高めることができる。
　図６に、光学検査の結果の表示例を示す。光学検査は、ウエハ５０上のユーザが指定したチップ区画５１の、ユーザが指定した領域に対して行われる。ウエハ５０上の全チップ区画に対して光学検査を行ってもよい。光学検査を実施した領域におけるパターンの電気的特性、または光学特性が、ユーザが設定する許容範囲から外れている場合に異常ありと判定し、異常ありと判定されたチップ区画の座標及び当該チップ区画の許容範囲から外れた程度（異常度）に基づき、ウエハヒートマップ９０として表示する。ウエハヒートマップ９０では、ウエハ９１中にチップ区画９２を表示し、異常ありと判定されたチップ区画について、異常度に応じた色を付して表示することにより、異常ありと判定されたチップ区画とその異常度をユーザに視認可能となるように表示する。ユーザは異常ありと判定されたチップ区画に対して、電子線によるＳＥＭ計測（第２の測定モード）を実行する。ＳＥＭ計測にあたっては、ユーザは、その異常度に基づき電子線によるＳＥＭ計測の仕様を設定する。
　図７に、ＳＥＭ計測（第２の測定モード）のため、領域５５に対して電子線１０１と光１０２を照射している様子を示す。領域５５におけるパターンの寸法計測や形状評価を実施するのみであれば光１０２の照射は不要であるが、領域５５のパターンにおける帯電状況など、電気状態を制御した状態でＳＥＭ計測を行う場合には、図７に示すように観察視野に対して光１０２を照射する。ＳＥＭ計測においては、電子線１０１のスポット径を小さく絞り、観察視野を２次元に走査する。光１０２のスポット径は電子線１０１により２次元に走査される観察視野を含む大きさに設定される。電子線１０１の照射によって発生する信号電子１０３は電子検出器２５により検出され、電子検出器２５の検出信号に基づきＳＥＭ像が形成される。ＳＥＭ計測における電子線条件（プローブサイズ、加速電圧、プローブ電流など）や光条件（波長、偏光、強度など）は光学検査で検出された異常度に応じて決定する。例えば、光学検査で検出した電気的特性が抵抗であった場合、高抵抗異常が検出されている場合は、プローブ電流を小さくして帯電を抑制することで得られるＳＥＭ像を適正化することができる。
　このように、第１の測定モードと第２の測定モードとでは、使用する電子線条件、光条件は異なるため、半導体検査装置はそれぞれの条件に切り替えて計測を行う。また、図１の構成では電子源１２を、光学検査のための電子源及びＳＥＭ計測のための電子源として共用しているが、光学検査のための電子源、または電子源を備える鏡筒を別に設けてもよい。
　図８に、半導体検査装置１によって光学検査（第１の測定モード）によって試料における電気的特性の異常を検出し、異常の検出された領域に対してＳＥＭ計測（第２の測定モード）を実施する測定フローを示す。
　最初にキャリブレーション設定を行う（Ｓ０１）。図３に示したように、光学検査（第１の測定モード）においては、光と電子線との照射位置を調整する必要がある。このため、ウエハ上の任意の位置で光と電子線が正しい位置関係で照射されるよう、キャリブレーションを行う。キャリブレーション設定を行うためのＧＵＩ（Graphical User Interface）である検査・計測キャリブレーション画面２１０の例を図９に示す。検査・計測キャリブレーション画面２１０には、設定ファイル選択部２１１が設けられており、過去の計測において記憶部３２に保存されたキャリブレーションデータを呼び出すことができる。例えば、同じウエハに対して検出する電気的特性を異ならせて検査を実施する場合、あるいは同じウエハに対して検査領域を変えて検査を実施する場合など、過去のキャリブレーションデータを活用することでユーザの作業負荷を低減することができる。
　ユーザはキャリブレーションを行うウエハ上のチップ区画を何点か選択する。キャリブレーション座標リスト２１２に直接指定してもよいし、画面に表示されたウエハマップ２１３上でキャリブレーションを行うチップ区画を指定してもよい。キャリブレーション実行ボタン２２０を押下してウエハのアライメントを実行することによって、ウエハ上の任意の位置に光と電子線を照射することができるようになる。
　続いて、ユーザは検査対象のチップ区画において検査の対象とする領域を設定する。電子線照射位置画像２１４にはチップ区画のＳＥＭ像が表示され、ユーザは検査領域２１５がＳＥＭ像の中心になるように観察視野を調整する。電子線の照射方式は複数あり、方式選択を選択枠２２３から選択する。図９では、図３に示した電子線を試料に定点照射する方式を選択した例を示しているが、後述する変形例で説明するような走査方式などが選択できる。入力枠２２１に検査領域２１５ａについての座標名を入力し、選択ボタン２１６を押下することにより、照射位置が確定し、その座標が登録される。ユーザは、別の領域を電子線照射位置画像２１４に表示させることにより、複数の電子線照射位置を登録することができる。同様に、光照射位置の設定についてもチップ区画のＳＥＭ像である光照射位置画像２１７が表示され、入力枠２２２に検査領域２１５ｂについての座標名を入力した後、選択ボタン２１８を押下することにより光照射位置を登録する。図３では、光と電子線を同じ照射位置としているが、後述する変形例のように光と電子線とを異なる位置に照射してデバイスの電気的特性を検査することも可能である。このため、電子線照射位置と光照射位置とは独立して設定可能にしている。なお、図９に示した照射位置の設定方法は一例であり、例えば電子線照射位置画像２１４または光照射位置画像２１７に低倍率のＳＥＭ像または光学顕微鏡像を表示して、照射位置をＳＥＭ像上または光学顕微鏡像上で、１または複数指定するようにしてもよい。以上の設定が終了すると、保存ボタン２１９を押下して、設定した内容を記憶部３２に保存する。
　続いて、光学検査（第１の測定モード）の電子線条件・光条件を設定する（Ｓ０２）。条件設定を行うためのＧＵＩである検査・計測設定画面２３０の例を図１０Ａに示す。検査・計測キャリブレーション画面２１０と同様に、設定ファイル選択部２３１が設けられており、過去の計測において記憶部３２に保存された検査計測条件データを呼び出すことができる。ユーザは、検査パラメータ欄２３２の光条件パラメータ欄２３３及び電子線条件パラメータ欄２３４に照射条件（第１の照射条件）を設定する。
　ステップＳ０１、Ｓ０２により光学検査の条件設定が終了し、設定された条件により光学検査（第１の測定）を実施する（Ｓ０３）。図１０Ｂに光学検査を実行するための操作画面（検査・計測画面）２４０の例を示す。図１０Ｂに示す検査・計測画面２４０ａは、光学検査の操作画面と結果表示画面を含む第１のタブ２４１が開かれた状態を示している。第１のタブ２４１の上半分が操作画面であり、ユーザは検査チップ区画指定部２４２に検査対象とするチップ区画を指定する。なお、ウエハの全チップ区画を指定することも可能である。その後、検査実行ボタン２４３を押下することにより、指定されたチップ区画に対する光学検査が実行される。
　光学検査では、指定されたチップ区画における異常の有無を判定し、少なくとも異常と判定された座標（チップ区画）については、その異常の程度を算出する（Ｓ０４）。例えば、記憶部３２に測定される光学特性と測定領域の電気的特性との関係をデータベースとして保存しておき、異常判定に用いることができる。例えば、スペクトルシフト量と抵抗値の大きさあるいは欠陥密度の大きさなどをデータベース化しておき、測定されたスペクトルシフト量から抵抗値や欠陥などの電気的特性を求め、異常の有無を判定することができる。または、測定されたバンドギャップや屈折率等の半導体材料の光学特性から異常の有無を直接判定してもよい。図１０Ｂに示す検査・計測画面２４０ａの第１のタブ２４１の下半分が結果表示画面である。検査結果表示部２４４に、検査チップ区画指定部２４２において指定されたチップ区画の検査結果が表示される。この例では、チップ区画の正常、異常にかかわらず、電気的特性値を算出して表示する例を示している。また、図６に示したウエハヒートマップ２４５もあわせて表示している。ユーザは光学検査の結果を確認した後、保存ボタン２４６を押下して、光学検査結果を記憶部３２に保存する。
　ユーザは、異常の程度に基づいて第２の測定の電子線条件、光条件を設定する（Ｓ０５）。条件設定は、ユーザが検査・計測設定画面２３０（図１０Ａ）における計測パラメータ欄２３５の電子線条件パラメータ欄２３６及び光条件パラメータ欄２３７に照射条件（第２の照射条件）を設定する。半導体検査装置１は、光学検査で検出された異常度、あるいは電気的特性に応じて設定する計測パラメータのデフォルト値をあらかじめデータベースとして記憶部３２に格納しておく。データベースの例を図１１に示す。領域の材料、照射する加速電圧の下、第１の測定で算出された領域の電気的特性（抵抗値など）に応じて第２の測定で使用する電子線電流量（プローブ電流量）が格納されている。データベースは、第２の測定条件に用いられる光条件を含んでもよい。ユーザはこのようなデータベースを参照することにより、容易に適切なパラメータを設定することができるようになる。
　計算機３０は、ユーザが設定したＳＥＭ計測（第２の測定モード）の電子線条件及び光条件に電子線装置１０の装置条件を切り替え（Ｓ０６）、光学検査にて異常ありと判定されたチップ区画に対してＳＥＭ計測を実行する（Ｓ０７）。ユーザはＳＥＭ像に基づき、光学検査で検出された異常についての詳細分析を行う。図１０ＣにＳＥＭ計測を実行するための操作画面（検査・計測画面）２４０の例を示す。図１０Ｃに示す検査・計測画面２４０ｂは、ＳＥＭ計測の操作画面と結果表示画面を含む第２のタブ２５１が開かれた状態を示している。第２のタブ２５１の上半分が操作画面であり、ユーザは結果ファイル選択部２５２から記憶部３２に保存されている光学検査結果データを呼び出す。これにより、第１のタブ２４１（図１０Ｂ）における検査結果表示部２４４、ウエハヒートマップ２４５に相当する検査結果表示部２５３、ウエハヒートマップ２５４が表示される。計測実行ボタン２５５を押下することにより、異常ありと判定されたチップ区画に対してＳＥＭ計測が実行され、検査・計測画面２４０ｂの第２のタブ２５１の下半分にＳＥＭ計測結果が表示される。結果表示画面は、計測結果表示部２５６を含み、計測結果表示部２５６には検査結果表示部２５３と同じチップ区画の光学検査結果が表示されている。光学検査で異常が検出されたレコードをポインタで指示することにより、ＳＥＭ計測で取得したＳＥＭ像２５７が表示される。図１０Ｃに例示したＳＥＭ像２５７は、図２に示したＤＲＡＭメモリアレイのキャパシタが集積される領域の像である。光学検査で異常判定されたチップ区画のＳＥＭ像からパターンの寸法を計測し、異常が形状起因であると判定し、ＳＥＭ像及び計測した寸法を計測結果として保存する。あるいは、光を照射してＳＥＭ像を取得し、ＳＥＭ像の輝度値から、異常が何らかの電気的特性起因であると判定し、電気的特性の値を計測結果として保存する。ＳＥＭ計測結果は、保存ボタン２５８が押下されることにより、記憶部３２に保存される。
　以上、本実施例の半導体検査装置による半導体デバイスや材料の電気的特性の検査と、電気的特性の異常が検出された場合の詳細検査について説明したが、実行可能な検査・計測は上述の説明に限られない。以下では、その変形例について説明する。
　（変形例１）
　図３の例では、電子線と光とを同じ照射位置としていた。変形例１では電子線と光とを異なる照射位置とする例について説明する。図１２Ａに検査対象とするデバイスの回路例を示す。回路Ａ１３２、回路Ｂ１３４、回路Ｃ１３６はそれぞれ外部端子１３１、外部端子１３３、外部端子１３５を備えている。回路Ａ１３２は回路Ｂ１３４と接続されており、回路Ｂ１３４は回路Ｃ１３６と接続されていることにより、回路間には相互依存関係がある。図１２Ｂに図１２Ａの回路が実装されたデバイスのレイアウトを示す。図１２Ｂでは外部端子１３１に対応するプラグ（群）が形成された領域Ａ１３１ａ、外部端子１３３に対応するプラグ（群）が形成された領域Ｂ１３３ａ、外部端子１３５に対応するプラグ（群）が形成された領域Ｃ１３５ａが表れている。回路Ａ～Ｃは、図１２Ｂに示された層よりも下に位置する層に形成されている。
　このようなデバイスに対して、光学検査（第１の測定モード）において、図１２Ｂに示すように、領域１３１ａに対して電子線１３７を照射し、領域１３３ａに対して光１３８を照射し、発生した信号光１３９を検出する。このように領域１３１ａのプラグ（群）を帯電させることにより間接的に回路Ｂ１３４の電気状態を変え、この状態で回路Ｂ１３４の電気的特性を測定する。これにより、回路Ｂ１３４の電気的特性の回路Ａ１３２に対する依存性を把握することができる。
　この場合、キャリブレーション設定ステップ（Ｓ０１、図８参照）では、図１３に示すように、電子線照射位置と光照射位置とを異なる位置に設定する。また、図１３においては複数の電子線照射位置を設定し（なお、第１の測定の電子線条件・光条件設定ステップ（Ｓ０２）で設定した電子線、光の各チップ内の照射位置座標を括弧内に表示している）、具体的には電子線を領域Ａ～Ｃに照射することによって、直接的または間接的に回路Ｂ１３４の電気状態を変えて、電気的特性を測定する例を示している。このように、図９の検査・計測キャリブレーション画面２１０において、電子線照射位置を複数登録することにより各チップで複数種類の検査を実施できる。同様に、複数の光照射位置を登録し、各チップで光照射位置を変えた複数の検査を実施できる。
　（変形例２）
　図５に示したタイムチャートでは、電子線照射と信号光検出のタイミングを所定の一定周期とし、光学検査（第１の測定モード）では当該タイミングで検出される電気的特性の大きさを測定する例を説明した。しかしながら、あるタイミングでの電気的特性の大きさだけではなく、キャパシタにおける電荷の保持能力のように、デバイスの電気的特性の応答特性を検査したい場合もある。このような場合には、電子線照射と信号光検出のタイミングを可変にすることで、デバイスの電気的特性の応答特性を測定することができる。
　図１４Ａのタイムチャートは図５のタイムチャートと同様であり、電子線照射トリガー１４１、電子線照射トリガー１４１がＯＮとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー１４３ａ、電子線照射トリガー１４１がＯＦＦとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー１４３ｂの周期はそれぞれＴとされている。光学検査（第１の測定）では周期Ｔを変調させながら、電子線照射ありの状態と電子線照射なしの状態での検出信号の差分を検出する。
　図１４Ｂは、周期Ｔに依存した検出信号差分の変化を示す。例えば、検出信号差分が大きく変化した周期Ｔ１において、上述の例であれば電子線照射によってデバイス（キャパシタ）にチャージされた電荷が消失したと判断できる。このように、光学検査（第１の測定）において測定する電気的特性には、その応答特性を含めることができる。
　図１５Ａは変形例２の別のタイムチャートである。この例では光源２６をパルス光とし、光源２６の発光を制御する光照射トリガー１５２及び信号光測定トリガー１５３と電子線照射トリガー１５１とは同期しており、電子線照射トリガー１５１がＯＮとされる期間にＯＮとなる光照射トリガー１５２ａ及び信号光測定トリガー１５３ａにより電子線照射ありの状態での測定を、電子線照射トリガー１５１がＯＦＦとされる期間にＯＮとなる光照射トリガー１５２ｂ及び信号光測定トリガー１５３ｂにより電子線照射なしの状態での測定を行うことができる。この例では、電子線照射トリガー１５１がＯＮからＯＦＦに変化するタイミングと信号光測定トリガー１５３ｂがＯＮからＯＦＦに変化するタイミングとの遅延時間Ｔを変調させながら、電子線照射ありの状態と電子線照射なしの状態での検出信号の差分を検出する。図１５Ｂは、遅延時間Ｔに依存した検出信号差分の変化を示す。図１４Ｂと同様に、電気的特性の応答特性を測定することができる。
　（変形例３）
　図８のフローチャートでは、ユーザが検査・計測設定画面２３０に直接値を入力することにより、光学検査（第１の測定モード）の電子線条件・光条件を設定する例を説明した。光学検査に最適な条件は、試料の構造や材料によって異なる。そこで、変形例３では、光学検査の電子線条件・光条件を設定するため、光学検査を実施する領域に対して予備計測を実施し、予備計測の結果に基づいて光学検査の電子線条件・光条件を設定する。
　予備計測は、本実施例における第２の測定と同様にＳＥＭ計測とし、同時に光照射を行っても行わなくてもよい。例えば、予備計測によりデバイスの寸法を算出し、デバイスを帯電させるのに必要な電荷量を算出し、第１の測定における電子線電流量を算出することができる。あるいは、予備計測の結果から算出されるデバイスの時定数から、第１の測定における電子線照射の周期を算出することができる。あるいは、予備計測の結果から算出されるデバイスの帯電状況から、帯電に必要な電荷の正負を判定し、第１の測定における電子線の加速電圧を算出することができる。
　（変形例４）
　図３に示した光学検査（第１の測定モード）における電子線と光の試料への照射では、電子線６１の試料での照射スポット径を照射される光６２のスポット径とほぼ同等となるようにしている。しかし、この場合、電子線６１を照射する領域を任意に決められない。例えば、図３の領域５５に絞って電子線を照射したい場合、領域５５に合わせた形状の電子線６１の照射スポットを作ることは困難である。変形例４では、電子線６１をスポット径に制約されることなく、試料上の任意の領域に照射する方法を説明する。変形例４における光学検査における電子線と光の照射方法について図１６を用いて説明する。本変形例での照射方法は、図９に示した検査・計測キャリブレーション画面２１０において、電子線照射方式を選択する選択枠２２３において、走査方式を選択することで実行される。
　図１６は、図１２Ａ，Ｂに示したデバイスについて、電子線１３７と光１３８とを領域１３３ａに照射して、領域１３３ａ（回路Ｂ１３４）について光学検査する様子を例として示している。電子線の照射について走査方式を選択することにより、電子線１３７の試料上のスポット径は、光１３８のスポット径よりも小さくされ、電子線１３７は、電子線照射位置画像２１４で設定された領域を偏向器１４によって２次元に走査される。電子線照射位置を領域１３３ａに設定し、電子線はその領域を走査することによって、電子線１３７のスポット径とは無関係に電子線１３７の照射領域を設定することができる。
　さらに、検査・計測キャリブレーション画面２１０の電子線照射位置画像２１４において電子線６１を照射する領域を任意に設定し、設定された領域について電子線６１を走査する任意領域走査方式を選択枠２２３から選択可能にしてもよい。任意領域走査方式の特徴は、電子線６１の照射する領域をユーザの指定する任意の形状とできるところにある。なお、電子線６１の走査は、図５の電子線照射トリガー８１がＯＮである期間に行われる。以上により、光学検査（第１の測定モード）における電子線照射領域を任意に設定できる。変形例１と組み合わせ、光照射領域と異なる電子線照射領域への電子線照射のために走査方式を適用してもよい。
　（変形例５）
　実施例における光学検査（第１の測定モード）は、光の照射領域全体の検査を行うものである。言い換えれば、実施例の第１の測定モードで検査される電気的特性は、光の照射領域全体における平均的特性となっている。これに対して、変形例５では、光の照射領域における電気的特性の分布を検出することにより、空間分解能に優れた光学検査を実現する。本変形例での電子線照射方式には、変形例４にて説明した走査方式または任意領域走査方式を適用する。
　変形例５の光学検査について図１６の例を用いて説明する。光１３８は領域１３３ａに対して照射され、電子線１３７は、そのスポット径が光１３８のスポット径よりも小さくされ、かつ領域１３３ａを走査されるものとする。変形例５のタイムチャートを図１７に示す。図１７のタイムチャートは図５のタイムチャートと同様であるが、Ｘ方向の電子線走査信号１７２、Ｙ方向の電子線走査信号１７３が加えられている。電子線走査信号１７２，１７３は、制御部１１から偏向器１４への制御信号であり、電子線１３７を試料上で２次元に走査させる。Ｘ方向の電子線走査信号１７２は、電子線１３７をＸ方向に走査させ、Ｙ方向の電子線走査信号１７３は、Ｘ方向に直交するＹ方向に電子線の走査位置を移動させる。図１７のタイムチャートでは、Ｙ方向への走査は連続的になされる一方、Ｘ方向への走査は電子線照射トリガー１７１がＯＮとされる期間においてなされ、当該期間内に電子線１３７は、Ｘ方向に延びるライン状に領域１３３ａを走査する。
　また、信号光測定トリガー１７５と電子線照射トリガー１７１とは同期しており、電子線照射トリガー１７１がＯＮとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー１７５ａにより電子線照射ありの状態での測定を、電子線照射トリガー１７１がＯＦＦとされる期間にＯＮとなる信号光測定トリガー１７５ｂにより電子線照射なしの状態での測定を行うことができる。Ｘ方向の電子線走査信号１７２とＹ方向の電子線走査信号１７３は、試料上に照射される電子線１３７の位置を示しているため、光検出器からの検出信号を電子線走査信号１７２，１７３に合わせて２次元的に配列することで画像化できる。例えば、検出信号が信号光の強度であれば、各ピクセルの値は、信号光測定トリガー１７５ａのタイミングでの電子線の走査位置に電子線１３７が照射された状態での信号光の強度である。なお、信号光測定トリガー１７５ｂのタイミングで検出される信号光強度は電子線照射がない状態の強度であるため、信号光測定トリガー１７５ａにより検出される信号強度から信号光測定トリガー１７５ｂにより検出される信号強度をバックグラウンドとして差し引くことにより、電子線照射の影響をより検出しやすくすることができる。
　このようにして得られる、図１６の領域１３３ａの画像（模式図）を図１８に示す。領域１３３ａの画像１８１の一部に信号光強度が周囲の領域１８２よりも著しく高い領域１８３が観察されたとする。この場合、領域１８３において、検査したデバイスあるいは半導体膜の形状または電気的特性に異常があると判定できる。そこで、この異常領域１８３の座標を記憶部３２に欠陥部として記憶する。記憶された座標（領域１８３）について、第２の測定モードであるＳＥＭ計測を実施し、電気的特性あるいはデバイス形状について詳細な計測を行う。画像のピクセル値は、信号光の強度に限らず、図４に示すスペクトルシフト量や強度分布を数値化した値としてもよい。あるいは、バンドギャップや屈折率等の光学特性、抵抗や欠陥密度等の電気的特性を数値化した値としてもよい。このように、光学検査における空間分解能を向上させることができる。
　以上、本発明について実施例、変形例を挙げて説明した。上記した実施例、変形例は発明の要旨を変更しない範囲で種々変形が可能であり、また、これらを組み合わせて使用することも可能である。
１：半導体検査装置、１０：電子線装置、１０Ａ：鏡筒、１０Ｂ：試料室、１１：制御部、１２：電子源、１３：絞り、１４：偏向器、１５：ブランカ、１６：対物レンズ、２１：ステージ、２３：試料、２５：電子検出器、２６：光源、２７：光調整器、２９：光検出器、３０：計算機、３１：計算部、３２：記憶部、４０：入出力器、５０：ウエハ、５１：チップ区画、５２：メモリアレイ、５３～５５：領域、６１：電子線、６２：光、６３：信号光、７１，７２：スペクトル、８１，１４１，１５１，１７１：電子線照射トリガー、８２，１４２，１５２，１７４：光照射トリガー、８３，１４３，１５３，１７５：信号光測定トリガー、９０：ウエハヒートマップ、９１：ウエハ、９２：チップ区画、１０１：電子線、１０２：光、１０３：信号電子、１３１，１３３，１３５：外部端子、１３２，１３４，１３６：回路、１３７：電子線、１３８：光、１３９：信号光、１７２：Ｘ方向の電子線走査信号、１７３：Ｙ方向の電子線走査信号、１８１：画像、１８２，１８３：領域、２１０：検査・計測キャリブレーション画面、２１１，１２１：設定ファイル選択部、２１２：キャリブレーション座標リスト、２１３：ウエハマップ、２１４：電子線照射位置画像、２１５：検査領域、２１６，２１８：選択ボタン、２１７：光照射位置画像、２１９，２３８，２４６，２５８：保存ボタン、２２０：キャリブレーション実行ボタン、２２１，２２２：入力枠、２２３：選択枠、２３０：検査・計測設定画面、２３２：検査パラメータ欄、２３３，２３７：光条件パラメータ欄、２３４，２３６：電子線条件パラメータ欄、２３５：計測パラメータ欄、２４０：検査・計測画面、２４１：第１のタブ、２４２：検査チップ区画指定部、２４３：検査実行ボタン、２４４，２５３：検査結果表示部、２４５，２５４：ウエハヒートマップ、２５１：第２のタブ、２５２：結果ファイル選択部、２５５：計測実行ボタン、２５６：計測結果表示部、２５７：ＳＥＭ像。

Claims (19)

  1. 　第１及び第２の測定モードを有する半導体検査装置であって、
    　試料に電子線を照射する電子光学系と、
    　前記試料に光を照射する光学系と、
    　前記電子光学系からの電子線が前記試料に照射されることにより発生する信号電子を検出する電子検出器と、
    　前記光学系からの光が前記試料に照射されることにより発生する信号光を検出する光検出器と、
    　前記第１の測定モードにおいて第１の照射条件で電子線及び光が照射されるよう前記電子光学系及び前記光学系を制御し、前記第２の測定モードにおいて第２の照射条件で電子線及び光が照射されるよう前記電子光学系及び前記光学系を制御する制御部と、
    　前記電子検出器または前記光検出器からの検出信号を処理する計算機とを有し、
    　前記第１の測定モードにおいては前記光検出器からの検出信号が前記計算機に入力され、前記第２の測定モードにおいては前記電子検出器からの検出信号が前記計算機に入力される半導体検査装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記光学系からの光を前記試料の第１の領域に照射し、前記計算機は、前記電子光学系からの電子線照射ありの状態での前記光検出器からの検出信号と前記電子光学系からの電子線照射なしの状態での前記光検出器からの検出信号とに基づき、前記第１の領域の電気的特性を評価する半導体検査装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系からの電子線を前記第１の領域に照射し、前記電子光学系からの電子線のスポット径は、前記光学系からの光のスポット径に応じた大きさとされる半導体検査装置。
  4. 　請求項２において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系からの電子線を前記第１の領域に照射し、前記電子光学系は、前記光学系からの光のスポット径よりも小さいスポット径の電子線を前記第１の領域上で走査する半導体検査装置。
  5. 　請求項２において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系からの電子線を前記第１の領域とは異なる領域に照射する半導体検査装置。
  6. 　請求項５において、前記電子光学系は、前記光学系からの光のスポット径よりも小さいスポット径の電子線を前記第１の領域とは異なる領域上で走査する半導体検査装置。
  7. 　請求項２において、
    　前記第２の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系からの電子線を前記第１の測定モードでの測定結果に基づき定められた第２の領域において走査させ、前記計算機は、前記電子検出器からの検出信号に基づき、前記第２の領域の像を形成する半導体検査装置。
  8. 　請求項７において、
    　前記計算機は、電気的特性と前記第２の照射条件との対応を示すデータベースを備え、前記第２の照射条件は、前記計算機によって求められた前記電気的特性に基づき、前記データベースを参照して決定される半導体検査装置。
  9. 　請求項２において、
    　前記光学系が照射する光は連続光であり、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系に周期的に電子線を照射させる電子線照射トリガーと、前記光検出器に信号光を周期的に検出させる信号光測定トリガーとを出力し、
    　前記電子線照射トリガーと前記信号光測定トリガーとは同期しており、前記信号光測定トリガーは、前記電子線照射トリガーがＯＮのときにＯＮとなる第１のトリガーと、前記電子線照射トリガーがＯＦＦのときにＯＮとなる第２のトリガーとを含む半導体検査装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記制御部は、前記電子線照射トリガー及び前記信号光測定トリガーの周期を変化させる半導体検査装置。
  11. 　請求項２において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系に周期的に電子線を照射させる電子線照射トリガーと、前記光学系に周期的に光を照射させる光照射トリガーと、前記光検出器に信号光を周期的に検出させる信号光測定トリガーとを出力し、
    　前記電子線照射トリガーと前記光照射トリガー及び前記信号光測定トリガーとは同期しており、前記光照射トリガー及び前記信号光測定トリガーはそれぞれ、前記電子線照射トリガーがＯＮのときにＯＮとなる第１のトリガーと、前記電子線照射トリガーがＯＦＦのときにＯＮとなる第２のトリガーとを含む半導体検査装置。
  12. 　請求項１１において、
    　前記制御部は、前記電子線照射トリガーから前記光照射トリガー及び前記信号光測定トリガーの前記第２のトリガーまでの遅延時間を変化させる半導体検査装置。
  13. 　請求項９において、
    　前記第１の測定モードにおいて、前記制御部は、前記電子光学系に第１方向に電子線を走査させる第１走査信号と、電子線の走査位置を前記第１方向と直交する第２方向に移動させる第２走査信号とを出力し、
    　前記電子線照射トリガーと前記第１走査信号とは同期しており、前記電子線照射トリガーがＯＮである期間に、前記電子光学系は電子線の照射領域を前記第１方向に走査し、
    　前記計算機は、前記電子光学系からの電子線照射ありの状態での前記光検出器からの検出信号に基づき、画像を形成する半導体検査装置。
  14. 　請求項１３において、
    　前記計算機は、前記電子光学系からの電子線照射ありの状態での前記光検出器からの検出信号から、前記電子光学系からの電子線照射なしの状態での前記光検出器からの検出信号をバックグラウンドとして差し引くことにより、前記画像のピクセル値を決定する半導体検査装置。
  15. 　半導体検査装置を用いた半導体試料の検査方法であって、
    　前記半導体検査装置は、前記半導体試料に電子線を照射する電子光学系と、前記半導体試料に光を照射する光学系と、前記電子光学系からの電子線が前記半導体試料に照射されることにより発生する信号電子を検出する電子検出器と、前記光学系からの光が前記半導体試料に照射されることにより発生する信号光を検出する光検出器とを備えており、
    　第１の照射条件で前記電子光学系からの電子線及び前記光学系からの光を前記半導体試料に照射し、前記光検出器からの検出信号に基づき前記半導体試料の電気的特性を評価する第１の測定ステップと、
    　前記第１の測定ステップにおいて異常が検出された場合には、前記電子光学系及び前記光学系を前記第１の照射条件から第２の照射条件に切り替える切り替えステップと、
    　前記第２の照射条件で前記電子光学系からの電子線及び前記光学系からの光を前記半導体試料に照射し、前記電子検出器からの検出信号に基づき前記半導体試料の像を形成する第２の測定ステップとを有する半導体試料の検査方法。
  16. 　請求項１５において、
    　前記半導体検査装置は、電気的特性と前記第２の照射条件との対応を示すデータベースを備え、
    　前記第２の照射条件は、前記第１の測定ステップにおいて求められた前記半導体試料の電気的特性に基づき、前記データベースを参照して決定される半導体試料の検査方法。
  17. 　請求項１５において、
    　前記半導体試料は複数のチップ区画を含み、
    　前記第１の測定ステップに先立ち、前記電子光学系からの電子線の照射位置と前記光学系からの光の照射位置とを設定するキャリブレーションステップを有し、
    　前記キャリブレーションステップにおいて、前記半導体試料においてキャリブレーションを実行する複数の前記チップ区画の選択、及び前記チップ区画における電子線照射位置及び光照射位置の指定を受けて、選択された前記チップ区画のそれぞれにおいて、指定された電子線照射位置及び光照射位置にそれぞれ電子線及び光が照射されるよう、前記電子光学系及び前記光学系のキャリブレーションを実行する半導体試料の検査方法。
  18. 　請求項１５において、
    　前記第１の測定ステップにおいて、前記光学系からの光を前記半導体試料の第１の領域に照射し、前記電子光学系からの電子線照射ありの状態での前記光検出器からの検出信号と前記電子光学系からの電子線照射なしの状態での前記光検出器からの検出信号とに基づき、前記第１の領域の電気的特性を評価する半導体試料の検査方法。
  19. 　請求項１５において、
    　前記第１の測定ステップに先立ち、前記半導体試料の像を形成する予備計測ステップを有し、
    　前記予備計測ステップにおいて、第３の照射条件で電子線及び光が照射されるよう前記電子光学系及び前記光学系を制御し、前記電子光学系からの電子線を所定の領域において走査させ、前記電子検出器からの検出信号に基づき、前記所定の領域の像を形成し、
    　前記予備計測ステップによる測定結果に基づき、前記第１の照射条件が決定される半導体試料の検査方法。
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