JP5174844B2

JP5174844B2 - 回路パターン検査装置およびその検査方法

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Publication number: JP5174844B2
Application number: JP2010048560A
Authority: JP
Inventors: 高志広井; 祐介大南; 百代圓山; 夏規津野
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: JP2011187191A; WO2011108045A1

Description

本発明は半導体デバイスの半導体基板や液晶ディスプレイの偏向アレイ基板など、回路パターンが形成された基板を検査試料として、当該基板を荷電粒子線を利用して検査する荷電粒子線装置およびその検査方法に関する。本明細書では、半導体ウェーハの検査に限定して説明するが、半導体装置，液晶基板など他の回路パターンが形成された基板にも同様に適用できることは言うまでもない。

従来の電子線式パターン検査装置の一例は特開平５−２５８７０３号公報に記述されている。電子線式検査装置は検査対象のウェーハに電子線を照射し、発生する二次電子を検出し、ステージ移動に同期して、電子線をスキャンすることで、ウェーハ上の回路パターンの二次電子画像を得、検出した画像を同一のパターンである筈の参照画像と比較し、差が大きい場所を欠陥として判定する。検出した欠陥のウェーハ上の分布を統計的に解析する、又は検出した欠陥の形状，特性を詳細に解析することにより、その欠陥が発生したウェーハの製造時の問題点を分析するものである。

このような電子線式パターン検査装置において、試料を処理する速度、即ち検査速度の向上、及び欠陥検出感度の向上は共に重要な課題であるが、検査の高速化と高感度化は一般的には相反する課題である。これらの課題を克服するため、複数の手法が提案されている。例えば、画像処理を工夫する手法，画像検出の並列度を上げる手法，ウェーハ上のサンプリング方法を工夫する方法である。

画像処理を工夫する手法としては、例えば非特許文献１に記載のように、画像検出速度が画像のＳ／Ｎで決定される点に着目し、見かけ上のＳ／Ｎを向上させることで高速な検査を実現する手法がある。

また並列度を上げる手法としては、ビームの本数を複数にしたマルチビーム型の荷電粒子線応用装置が提案されている。例えば特許文献２には、単一の電子銃から放出される電子線を複数のビームに分割し、アレイ状に並べられたレンズにより個々に集束させることによって形成した複数のビームを、単一の光学素子を用いて試料上に照射，走査するマルチビーム型の電子線検査装置が開示されている。

ウェーハ上のサンプリングを工夫する手法としては、非特許文献２には、ステージ移動座標をサンプリングすることにより、必要な欠陥分布の情報を低いサンプリング率で取得することが記載されている。

特開平５−２５８７０３号公報特開２００７−３１７４６７号公報

Robust Defect Detection System Using Double Reference Image Averaging for High Throughput SEM Inspection Tool In-line e-beam inspection with optimized sampling and newly developed ADC

しかし、上記従来技術よりも高感度で、しかもＲＯＩ（Region of Interest）の欠陥発生頻度や回路パターンの特性尤度といった、従来よりも効率的な欠陥モニタリングの実現が求められている。ここで、ＲＯＩとは、ユーザが興味のある検査領域のみの検査を行う概念であり、検査速度を高速化するための手法の一つである。そこで本発明は、従来よりも高速でかつ効率的な外観検査手法を実現することを目的とする。なお、上記複数の課題のうち、高感度な検査のみ，高速な検査のみ，ＲＯＩの検査のみ，効率的モニタリングのみ、又はこれらのうち複数の項目の複合的な解決であっても意義を失うことは無い。

本発明の上記課題を解決する手段を図１を用いて説明する。図１は検査領域を説明した図で、ステージ移動に伴い、チャンネル１０１ａ〜１０１ｄのチャンネル幅Ｗ_cを分担して、走査領域Ａ１０２ａと走査領域Ｂ１０２ｂのＮ（Ｎ＝２）箇所をマルチビームで走査し、並列で画像を取得する。走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂの画像取得に先立ち、事前照射領域１０３に電子線を照射する。これにより、１０１ａ〜１０１ｄのチャンネル幅Ｗ_cとチャンネル数を乗じたスワス幅１０４Ｗの画像取得ができる。また、ステージ走査方向の検査ピッチ１０５（Ｐライン）に対して、画像取得幅１０６（Ｌライン）の画像を取得，検査をする。Ｐ寸法ステージが進んだときには１０２ａで画像取得した同一の領域を１０２ｂで画像取得するので、これ等Ｎ枚（Ｎ＝２）の画像を加算平均する。１本のビームで全面を走査する従来方法と比べると、本画像取得方法によれば、（Ｐ／Ｌ）×（Ｗ／Ｗ_c）×Ｎの高速化を見込むことができる。高速に取得した画像を処理することで、欠陥を検出、欠陥分布を得ることができる。ここで、Ｐ／Ｌはステージ移動方向の検査サンプリング率、Ｗ／Ｗ_cはマルチビームによる並列度向上率、Ｎは加算平均によるＳ／Ｎ向上率（Ｓ／Ｎが向上した割合に応じて画像検出クロックを高速化できる）である。Ｐ寸法中のＬ寸法の選択は単純な一定ピッチのサンプリングにすることもできる、又は欠陥発生割合の高いＲＯＩ領域を選択することでもできる。

検査サンプリング率を１０、並列度を１０、加算平均を２とすれば、２００倍高速な速度で欠陥分布を得ることができる。

また、検査対象により効果は一定ではないが、検査に先立ち電子線を照射することで回路パターンを帯電させ、欠陥検出を高感度化できる。

また、「発明が解決しようとする課題」で説明したステージ移動座標サンプリング（１０程度）と組み合わせることで更なる高速な欠陥分布取得が期待できる。

また、「発明が解決しようとする課題」で説明した画像処理によるＳ／Ｎ向上手法と組み合わせることで２倍の高速化が期待できる。

また、ここで述べた解決手段の部分的な項目の適用であっても、十分に効果があり、本発明の趣旨を逸脱するものではない。

これらにより、飛躍的に高速に高感度にＲＯＩ領域の欠陥発生頻度や特性尤度の効率的なモニタリングを実現することができる。

本発明によれば、高感度にＲＯＩ領域の欠陥発生頻度や特性尤度の効率的なモニタリングをする検査装置およびその検査方法を提供できる。

課題を解決するための手段を説明する検査領域の説明図。本発明に係る第１の実施例の全体構成図。本発明に係る第１の実施例のマルチビーム配置の説明図。本発明に係る第１の実施例の間引き検査方法の説明図。本発明に係る第１の実施例の加算平均の説明図。本発明に係る第１の実施例のＲＩＡによる欠陥判定方法の説明図。本発明に係る第１の実施例のＧＰ比較法による欠陥判定方法の説明図。本発明に係る第２の実施例の検査領域の説明図。本発明に係る第３の実施例のマルチビーム配置の説明図。本発明に係る第４の実施例の検査領域の説明図。本発明に係る第４の実施例の全体構成図。本発明に係る第５の実施例の全体構成図。本発明に係る第５の実施例のマルチビーム配置の説明図。

（実施例１）
以下、本発明による検査方法、及び検査装置の第１の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。第１の実施例に係わる回路パターン検査装置の全体構成を図２に示す。即ち、電子銃２０１は、仕事関数の低い物質よりなる陰極２０２，陰極２０２に対して高い電位を持つ陽極２０３，陰極と陽極の間に形成される加速電界に磁場を重畳する電磁レンズ２０４からなる。本実施例では、大きな電流が得やすく電子放出も安定したショットキー型の陰極を用いた。電子銃２０１から一次電子ビーム２０５が引出される下流方向には、図２に示すように、コリメーターレンズ２０６，同一基板に複数の開口を配列したアパーチャアレイ２０７，複数の開口を有するレンズアレイ２０８，ビームセパレーター２０９，対物レンズ２１０，走査偏向用偏向器２１１，ステージ２１２，二次電子検出器２１３ａ〜２１３ｄ等を配置して構成している。さらに、電子光学系には、電流制限用絞り、一次ビームの中心軸（光軸）調整用アライナー，収差補正器等も付加されている（図示せず）。ステージ２１２は上にウェーハ２１４を載置して移動する。

ウェーハ２１４には後述するように負の電位（以下、リターディング電位と称する）を印加する。図示していないが、ウェーハ２１４とステージ２１２の間にはウェーハと導通の取れた状態でウェーハホルダが介在し、このウェーハホルダにリターディング電源２１５を接続してウェーハホルダ、およびウェーハ２１４に所望の電圧を印加する構成としている。

ウェーハ２１４から電子銃方向側には、表面電界制御電極２１６を設置している。走査偏向用偏向器２１１には走査信号発生装置２１７，表面電界制御電極２１６には表面電界制御電源２１８を接続している。電子銃２０１，コリメーターレンズ２０６，レンズアレイ２０８，ビームセパレーター２０９，対物レンズ２１０，リターディング電源２１５、及び表面電界制御電源２１８の各部には、光学系制御回路２１９が接続し、さらに光学系制御回路２１９にはシステム制御部２２０を接続している。ステージ２１２にはステージ制御装置２２１が接続し、さらに、二次電子検出器２１３ａ〜２１３ｄ，走査偏向用偏向器２１１も同様にシステム制御部２２０に接続している。システム制御部２２０には記憶装置２２２，演算部２２３，欠陥判定部２２４が配置され、コンソール装置２２５が接続されている。また、図示していないが、制御系，回路系以外の構成要素は真空容器内に配置しており、真空排気して動作させている。また、複数枚のウェーハ２１４を搬送するカセット又はフープをハンドリングする機構、及び真空外からウェーハをステージ上に配置するウェーハ搬送系が具備されている。ステージ上には電子光学条件の調整や調整状態の測定に用いる基準マーク２２６を備えている。

次に、装置を使用したウェーハパターン検査について説明する。

電子源２０２から放出された一次ビーム２０５は、電磁レンズ２０４による集束作用を受けながら陽極２０５の方向に加速され、第一の電子源像２２７（ビーム径が極小になる点）を形成する。図示しないが、一般的な電子銃によく見られるように電子銃２０１には絞りを配置しており、所望の電流範囲の電子ビームが絞りを通過するように構成している。陽極２０３，電磁レンズ２０４の動作条件を変えれば、絞りを通過する一次ビームの電流量を所望の電流量に調節することが可能となっている。また、図示しないが電子銃２０２とコリメーターレンズ２０６の間には一次電子ビームの光軸を補正するアライナーが配置され、電子ビームの中心軸が絞りや電子光学系に対してずれている場合に補正できる構成となっている。第一の電子源像２２７を光源としてコリメーターレンズ２０６は一次ビームを略平行に整える。本実施形態においてコリメーターレンズ２０６は電磁レンズである。本実施例においてアパーチャアレイ２０７は１２個の開口を有し、一次ビームは１２本に分割される。

図２においては、このうち３本のビームが図示されている。分割された一次ビームはレンズアレイ２０８によって個別に集束され、複数の第二の電子源像２２８ａ，２２８ｂ，２２８ｃが形成される。レンズアレイ２０８は、それぞれ複数の開口を有する３枚の電極からなり、このうち中央の電極に電圧を印加することにより、開口部を通過する一次ビームに対してアインツェルレンズとして作用するものである。

レンズアレイ２０８により個別に集束された一次ビーム２０５はビームセパレーター２０９内を通過する。ビームセパレーター２０９は、一次ビーム２０５と二次ビーム２２９を分離する目的で使用され、本実施形態においては、一次ビームの入射方向に対して概略垂直な面内に互いに直交する磁場と電場を発生させ、通過する電子に対してそのエネルギーに対応した偏向角度を与えるウィーンフィルターを採用した。本実施形態においては、一次ビームが直進するように磁場と電場の強さを設定し、さらに、反対方向から入射する二次電子ビームに対しては所望の角度に偏向するように電磁場の強さを調節・制御する。また、ビームセパレーター２０９の位置については、一次ビームに対する収差の影響を考慮して、影響を低減するために一次ビームの第二の電子源像２２８ａ，２２８ｂ，２２８ｃの高さに合わせて配置している。対物レンズ２１０は電磁レンズであり、第二の電子源像２２８ａ，２２８ｂ，２２８ｃを縮小投影する。

走査偏向用の偏向器２１１は、対物レンズ中に静電８極型で構成，設置されている。走査信号発生装置２１７により偏向器２１１に信号が入力されると、中を通過する１２本の一次ビームは、略同一方向に且つ略同一角度だけ偏向作用を受け、試料であるウェーハ２１４をラスタ走査する。このとき、一次ビーム２０５のウェーハ２１４上での配置は既に図１で示した走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ，事前照射領域１０３のチャンネル幅Ｗ_c１０１ａ〜チャンネル幅Ｗ_c１０１ｄの各部を走査するようになっている。

ウェーハ２１４にはリターディング電源２１５により負の電位が印加されており、一次ビームを減速させる電界が形成される。リターディング電源２１５、および表面電界制御電源２１８は他の光学素子、即ち、電子銃２０１，コリメーターレンズ２０６，レンズアレイ２０８，ビームセパレーター２０９，対物レンズ２１０と同様に、光学系制御回路２１９を介してシステム制御部２２０により統一的に制御される。ステージ２１２はステージ制御装置２２１により制御される。システム制御部２２０はウェーハ２１４上の所定の領域を、ステージ進行方向に並んだ１ストライプずつ検査すべく、走査信号発生装置２１７およびステージ制御装置２２１は統一的に制御される。なお、本実施例の検査装置では、検査実行時にはステージが連続に移動していて、走査による偏向とステージ移動の組み合わせにより、一次ビームが帯状の領域を順次走査するように制御される。この帯状領域は所定の検査領域を分割したものであり、複数の帯状領域を走査することによって所定の検査領域全体が走査される。

ウェーハ２１４の表面に到達した１２本の一次ビームは、試料表面付近の物質と相互に作用する。これにより、反射電子，二次電子，オージェ電子等の二次的な電子が試料から発生し、１２個の二次ビーム２２９ａ，２２９ｂ，２２９ｃとなる。図では３本分のみを破線で示している。

表面電界制御電極２１６は、ウェーハ２１４の表面付近の電界強度を調整し、二次ビーム２２９の軌道を制御するための電極である。ウェーハ２１４に対向して設置され、ウェーハ２１４に対して正電位または負電位または同電位が表面電界制御電源２１８により印加される。表面電界制御電源２１８により表面電界制御電極２１６に印加される電圧は、ウェーハ２１４の種類や観察対象に応じて適した値に調整する。例えば、発生した二次ビーム２２９ａ，２２９ｂ，２２９ｃを積極的にウェーハ２１４の表面に戻したい場合には、表面電界制御電源２１８には負電圧を印加する。逆に、二次ビーム２２９ａ，２２９ｂ，２２９ｃがウェーハ２１４の表面に戻らないよう、表面電界制御電源２１８には正電圧を印加することもできる。

表面電界制御電極２１６の通過後、二次ビーム２２９ａ，２２９ｂ，２２９ｃは、対物レンズ２１０の集束作用を受け、さらに二次ビームに対しては偏向作用を持つビームセパレーター２０９により、一次ビームの軌道と分離されて検出される。本実施例では１２本の一次ビームのうち４本は試料の帯電状態を制御する事前照射に使われるため、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂからの二次ビーム２２９ａ，２２９ｂのみを８個の検出器で検出する。図では走査領域Ａ１０２ａよりの二次ビーム２２９ａに対応する４個の検出器のうち２個の検出器２１３ａ，２１３ｂ、及び走査領域Ｂ１０２ｂよりの二次ビーム２２９ｂに対応する４個の検出器のうち２個の検出器２１３ｃ，２１３ｄのみを図示している。検出器２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ，２１３ｄで検出された信号は夫々増幅回路２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄにより増幅され、Ａ／Ｄ変換器２３１によりデジタル化され、システム制御部２２０内の記憶装置２２２に画像データとして一旦格納される。その後、演算部２２３で画像加算平均動作を行い、欠陥判定部２３４で画像の差分を抽出、欠陥判定条件に基づき欠陥の有無を判定する。判定結果はコンソール装置２２５に表示され、システム制御部２２０内に結果を保存する。以上の手順で、ウェーハ２１４内の検査すべき領域を端から順にパターン検査できる。

次に、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ、及び事前照射領域１０３の設定について図３を用いて説明する。図３（ａ）は電子光学系の関連部分を抜き出した説明図、図３（ｂ）はウェーハ２１４上の検査領域（矢印でビーム走査、黒丸で走査領域、白丸で事前照射領域を示している）、図３（ｃ）はアパーチャアレイ２０７、図３（ｄ）は二次電子検出器２１３の配置（図では黒丸で二次ビーム位置、四角で二次電子検出器２１３の外形寸法）を示している。電子光学系はアパーチャアレイ２０７を対応する静電レンズで構成されたレンズアレイ２０８で複数の第二の陰極像２２８を形成し、対物レンズ２１０でウェーハ２１４上に投影する。ウェーハ２１４から発生する複数の二次ビーム２２９を対物レンズ２１０で第二の陰極像位置に結像させ、対応する二次電子検出器２１３で検出する。従って、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂはアパーチャアレイ２０７とレンズアレイ２０８，二次電子検出器２１３、及びウェーハ２１４上の領域と相似関係にある。また、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ、及び事前照射領域１０３はアパーチャアレイ２０７とレンズアレイ２０８、及びウェーハ２１４上の領域と相似関係にある。走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ、及び事前照射領域１０３の領域設定に応じて対物レンズ２１０の倍率を調整する機能により、検査ピッチ１０５を設定する。設定した検査ピッチ１０５に応じて、チャンネル幅Ｗ_c、及びスワス幅Ｗは自動的に決定される。

次に、画像取得動作について図４を用いて説明する。図４は画像取得時のステージ移動とビーム偏向の説明図で、一般的な手法で取得する場合と、本実施例の高速な手法で画像を取得する場合を対比して説明している。一般的な手法は、ステージ２１２を一定速度Ｖ₀（１ラインの画像取得に要する時間でステージ２１２が１ラインの寸法分移動する速度）で駆動し（４０１ａ）、視野寸法Ｍの中心位置に画像取得幅Ｌの端が入った時点で偏向器２１１を走査し、次のラインを検出すべき位置が来た時点で偏向器２１１を走査する以下同様にして、検査ピッチ１０５Ｐ中の画像取得幅１０６Ｌ分のみの画像を取得する。画像取得幅１０６Ｌの終端であっても視野中心（４０１ｂ）で画像を取得することになる。これに対し、高速な手法はステージを一定速度Ｖ（＝Ｖ₀×Ｐ／Ｌ倍）で駆動する。視野の端に画像取得幅１０６Ｌの始点が入った時点でビームを走査（４０２ａ）して１本の画像取得が完了すると次のラインの画像を取得し、これを繰り返すことで画像取得幅１０６Ｌの画像を取得するものである。画像取得幅１０６Ｌの終端では始点とは異なる位置（４０２ｂ）で画像を取得することになる。Ｌ寸法がＰ寸法の０.１倍の場合には一般的な手法に比べて１０倍高速に画像取得できる。

次に、演算部２２３の動作について図５を用いて説明する。図５は横軸に時間ｔ、縦軸にＸ座標をとって、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ、及び事前照射領域１０３を示した図である。特定の座標Ｘ₀に着目すると、事前照射領域１０３，走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂの順でビームを照射し、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂより発生する二次ビーム２２９ｂ，２２９ｃを夫々二次電子検出器２１３ａ，２１３ｃ、（及び別のチャンネルは二次電子検出器２１３ｂ，２１３ｄ）で検出している。二次電子検出器２１３ａ，２１３ｃが同一座標を検出する時間は一定の遅延時間５０１を持っている。また、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂの距離は必ずしも画素寸法の整数倍にはなっていないので、線形，スプライン，ｌanczos関数などで内挿補間して、画素以下の寸法を補正して加算平均する。

次に、欠陥判定部２２４の動作について説明する。欠陥判定は同一であるはずの画像同士を比較する実パターン比較法、繰り返し性を利用して１枚の画像から加算平均画像を生成し、検出画像と加算平均画像を比較するＲＩＡ（Reference Image Averaging）法，予め取得した複数枚の画像からＧＰ（Golden Pattern）を演算，取得画像とＧＰを比較するＧＰ比較法を用いる。実パターン比較法にはダイの画像が同一であることを利用して隣接ダイの画像同士を比較するダイ比較法，メモリセルのパターンが同一であることを利用して隣接セルのパターン同士を比較するセル比較法があるのが良く知られているので説明を省略する。

次に、図６を用いてＲＩＡ法を説明する。ウェーハ２１４にはメモリマット６０１があり、メモリマット６０１のどの領域であるかに応じてＸＹ方向に繰り返しがある場所Ａ（６０２），Ｘ方向のみに繰り返しがある場所Ｂ（６０３），Ｙ方向のみに繰り返しがある場所Ｃ（６０４）、これら以外の繰り返し性のない場所Ｄがあり、夫々ＸＹ方向の繰り返しパターンを加算平均して１個の高ＳＮ画像を生成し、高ＳＮ画像を並べることで正常部のみの高ＳＮ画像である参照画像を作成するＸＹ−ＲＩＡ６０６，Ｙ方向の繰り返しパターンを加算平均して１列の高ＳＮ画像を生成し、高ＳＮ画像を並べることで正常部のみの高ＳＮ画像である参照画像を作成するＹ−ＲＩＡ６０７，Ｘ方向の繰り返しパターンを加算平均して１列の高ＳＮ画像を生成し、高ＳＮ画像を並べることで正常部のみの高ＳＮ画像である参照画像を作成するＸ−ＲＩＡ６０８を選択、いずれかの方法で参照画像を生成，検出画像と生成参照画像を比較する。ＧＰ比較法を図７を用いて説明する。ＧＰ比較は図６に示したメモリマット６０１の角部（Ｄ）のような繰り返し性のない領域６０５の欠陥判定に適用可能である。予め取得した複数枚（ここでは４枚）の画像７０１ａ〜７０１ｄを位置合わせして加算平均してＧＰ画像７０２を作成しておく、検出画像７０３をＧＰ画像と位置合わせ、差分検出し、差画像７０４を演算，差分が一定以上の領域と判定するものである。

本実施例によれば、複数のビームを用いて並列に画像を取得し、ステージ移動方向に間引いて画像取得することの相乗効果できわめて高速な画像取得・検査が実現できる。

また、本実施例によれば、ステージ走査方向と直行する方向に複数のビームを配置しているのでステージ移動方向に間引いて画像を取得する場合の領域設定が効率的である。

また、本実施例によれば、メモリマット部の全面を、ＲＩＡ法、又はＧＰ比較法を用いて欠陥判定できるので、参照画像のＳＮが非常に良いので画像検出クロックを高速にしても高い欠陥判定性能を得ることができ、高速な検査が可能である。

また、本実施例によれば、事前照射領域に電子線を照射した直後に検査を行うことができ、検査開始端、又は検査領域間の隙間の大きい領域の直後での安定な帯電が実現できる。

また、本実施例によれば、対物レンズの倍率を制御することで検査ピッチを制御でき、ステージ走査方向の間引きを効率良く実現できる。

次に、本発明の第２の実施例について図８を用いて説明する。図８は第１の変形の検査領域を説明した図で、ステージ移動に伴い、１チャンネル１０１ａのみでチャンネル幅Ｗ_cを、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂをマルチビームで走査し、並列で画像を取得し、走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂで取得した画像を加算平均する。走査領域Ａ１０２ａと走査領域Ｂ１０２ｂの画像取得に先立ち、事前照射領域１０３に電子線を照射する。これにより、１０１ａのチャンネル幅Ｗ_cと等しいスワス幅１０４Ｗの画像取得ができる。また、ステージ走査方向には全面の画像を取得，検査をする。１本のビームで全面を走査する従来方法に比べて、本画像取得方法によれば、Ｎ（Ｎ＝２）倍の高速化を見込むことができる。また、ステージ移動方向の検査ピッチＰ１０５の設定が不要となる。

本実施例によれば、任意に検査ピッチＰ１０５を変更することができ、容易に条件設定ができる。

次に、第３の実施例について図９を用いて説明する。図９（ａ）は電子光学系の関連部分を抜き出した説明図、図９（ｂ）はウェーハ２１４上の検査領域（矢印でビーム走査、黒丸で走査領域、白丸で事前照射領域を示している）、図９（ｃ）はアパーチャアレイ２０７、図９（ｄ）は二次電子検出器２１３の配置（図では黒丸で二次ビーム位置、四角で二次電子検出器２１３の外形寸法）を示している。事前照射領域１０３は画像取得領域の前である必要がある。ステージ移動方向が一方向のみの場合には片側にあればよいが、ステージを両方向に移動させるために、ビームマスク９０１を追加し、ステージ移動方向に応じて事前照射領域２１３の配置を切り替える。勿論、事前照射領域２１３の位置の切り替えはビーム偏向器の追加など任意の手法で切り替えてもかまわない。

本実施例によれば、ステージ移動方向がＵＰ方向であっても、ＤＯＷＮ方向であっても事前照射領域を切り替えるのみで同一条件にて画像取得・検査することができる。

次に、第４の実施例について図１０，図１１を用いて説明する。図１０は本実施例の検査領域を説明した図で、ステージ移動に伴い、チャンネル１０１ａ〜１０１ｄのチャンネル幅Ｗ_cを分担して、走査領域Ａ１０２ａをマルチビームで走査し、並列で画像を取得する。走査領域Ａ１０２ａの画像取得に先立ち、事前照射領域１０３に電子線を照射する。これにより、１０１ａ〜１０１ｄのチャンネル幅Ｗ_cとチャンネル数を乗じたスワス幅１０４Ｗの画像取得ができる。また、ステージ走査方向の検査ピッチ１０５（Ｐライン）に対して、画像取得幅１０６（Ｌライン）の画像を取得，検査をする。１本のビームで全面を走査する従来方法に比べて、本画像取得方法によれば、（Ｐ／Ｌ）×（Ｗ／Ｗ_c）の高速化を見込むことができる。高速に取得した画像を処理することで、欠陥を検出，欠陥分布を得ることができる。ここで、Ｐ／Ｌはステージ移動方向の検査サンプリング率、Ｗ／Ｗ_cはマルチビームによる並列度向上率である。Ｐ寸法中のＬ寸法の選択は単純な一定ピッチのサンプリングにすることもでき、又は欠陥発生割合の高いＲＯＩ領域を選択することでもできる。図１１は回路パターン検査装置の全体構成である。第１の実施例との差分のみを説明する。図１で示した走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂのうち走査領域Ｂ１０２ｂが不要となるので、対応するアパーチャアレイ２０７とレンズアレイ２０８，二次電子検出器２１３ｃ，二次電子検出器２１３ｄ，増幅回路２３０ｃ，増幅回路２３０ｄが無く、事前照射領域１０３に対応する第二の陰極像２２８ｂの位置を偏向する事前照射位置調整電極１１０１を追加している。これに伴い、画像加算に関する動作が不要となる。また、事前照射位置調整電極１１０１に電圧を印加することで事前照射領域１０３の位置を調整することができる。これにより、ステージ移動方向の検査ピッチＰ１０５変更に伴う対物レンズ２１０の倍率調整は不要となり、事前照射位置調整電極９０１に電圧を印加することによる事前照射領域１０３の位置の調整のみでよい。

本実施例と第１の実施例との差分効果は、同一位置の画像の加算平均をしないので任意に検査ピッチＰ１０５を変更することができ、容易に条件設定ができる特徴がある。

次に、第５の実施例について、図１２、及び図１３を用いて説明する。図１２は本実施例の全体構成図を示したものである。第１の実施例との差分は、アパーチャアレイ２０７とレンズアレイ２０８を切り替えるアパーチャアレイ切替器１２０１を追加し、検出器と増幅器を内蔵した二次電子検出器アレイ１２０２としている点である。走査領域Ａ１０２ａ，走査領域Ｂ１０２ｂ，事前照射領域１０３の位置を調整する場合、アパーチャアレイ切替器１２０１でアパーチャアレイ２０７とレンズアレイ２０８を異なる寸法のものに切り替える。センサ上での二次ビーム位置が変わるので、画像取得に用いる二次電子検出器も切り替える。尚、機械的なアパーチャアレイ切替器１２０１で説明したが、静電シフタなどの印加電圧の変更で等価的に第二の陰極像の位置，数を変更できる手段であれば同様の効果を持つ。

本実施例によると、走査領域Ａ，走査領域Ｂ，事前照射領域の数，位置を自由に変更できるので、異なる種類の検査対象ウェーハ２１４に対して夫々に最適な設定をすることができる特徴がある。

以上、本発明により、高感度にＲＯＩ領域の欠陥発生頻度や特性尤度の効率的なモニタリングをする検査装置およびその検査方法を提供することが可能となる。

１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄチャンネル幅Ｗ_c
１０２ａ走査領域Ａ
１０２ｂ走査領域Ｂ
１０３事前照射領域
１０４スワス幅Ｗ
１０５検査ピッチ（Ｐライン）
１０６画像取得幅（Ｌライン）
２０１電子銃
２０２陰極
２０３陽極
２０４電子銃レンズ
２０５一次ビーム
２０６コリメーターレンズ
２０７アパーチャアレイ
２０８レンズアレイ
２０９ビームセパレーター
２１０対物レンズ
２１１偏向器
２１２ステージ
２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ，２１３ｄ二次電子検出器
２１４ウェーハ
２１５リターディング電源
２１６表面電界制御電極
２１７走査信号発生装置
２１８表面電界制御電源
２１９光学系制御回路
２２０システム制御部
２２１ステージ制御装置
２２２記憶装置
２２３演算部
２２４欠陥判定部
２２５コンソール装置
２２６基準マーク
２２７第一の陰極像
２２８ａ，２２８ｂ，２２８ｃ第二の陰極像
２２９二次ビーム
２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃ，２３０ｄ増幅回路
２３１Ａ／Ｄ変換器
４０１ａ一般方式での始点画像取得位置
４０１ｂ一般方式での終点画像取得位置
４０２ａ高速な手法での始点画像取得位置
４０２ｂ高速な手法での終点画像取得位置
５０１遅延時間
６０１メモリマット部
６０２ＸＹ方向繰り返し領域
６０３Ｙ方向繰り返し領域
６０４Ｘ方向繰り返し領域
６０５繰り返しのない領域
６０６ＸＹ−ＲＩＡ
６０７Ｙ−ＲＩＡ
６０８Ｘ−ＲＩＡ
７０１ａ〜７０１ｄ複数枚の画像
７０２ＧＰ画像
７０３検出画像
７０４差画像
９０１ビームマスク
１１０１事前照射位置調整電極
１２０１アパーチャアレイ切替器
１２０２二次電子検出器アレイ

Claims

複数本の電子線を電子回路に照射する電子線照射系、及び連続移動ステージとその位置をモニタするステージ位置計測手段、及び照射位置を照射すべき位置と計測したステージ位置に基づき制御する偏向系、及びビーム照射により発生する複数箇所の二次電子を分離・並列に検出・ＡＤ変換して移動に沿った複数の部分領域の二次元画像を検出する画像検出系、及び取得した部分領域の二次元部分領域画像の中の設定された領域の画像の欠陥を判定する欠陥判定部、及び判定した欠陥を表示するコンソール画面を有し、
前記複数本の電子線照射はステージ移動方向の同一位置に複数配置され、
当該同一位置の画像同士を加算平均することを特徴とする回路パターン検査装置。
少なくとも同一位置に対して２回以上の異なる電子線を照射する配置とした複数本の電子線を電子回路に照射する電子線照射系、及び連続移動ステージとその位置をモニタするステージ位置計測手段、及び照射位置を照射すべき位置と計測したステージ位置に基づき制御する偏向系、及びビーム照射により発生する複数箇所の二次電子を分離・並列に検出・ＡＤ変換して二次元画像を検出する画像検出系、及び取得した部分領域の二次元部分領域画像の中の設定された領域の画像の欠陥を判定する欠陥判定部、及び判定した欠陥を表示するコンソール画面を有し、
前記複数本の電子線照射はステージ移動方向の同一位置に複数配置され、
当該同一位置の画像同士を加算平均することを特徴とする回路パターン検査装置。
請求項１または請求項２に記載の加算平均は画素以下のずれ量を補正した上で加算平均することを特徴とする回路パターン検査装置。
請求項１または請求項２に記載の回路パターン検査装置において、
ステージ移動方向に同一位置の画像のうちの選択した画像のみを用いて前記加算平均処理を実行することを特徴とする回路パターン検査装置。
請求項１または請求項２に記載の回路パターン検査装置において、
前記複数本の電子線照射をステージ移動方向に応じて切り替えることを特徴とする回路パターン検査装置。
請求項１または請求項２に記載の回路パターン検査装置において、
前記複数本の電子線照射位置がステージ移動方向に垂直な線上に配置されたことを特徴とする回路パターン検査装置。
位置計測をしながらステージを連続移動させ、ステージ位置と画像検出すべき座標に基づきビームの偏向を制御して複数本の電子線をステージ移動方向の同一位置に複数配置された領域に照射し、ビーム照射により発生する複数箇所の二次電子を分離・並列に検出・ＡＤ変換して前記同一位置の画像同士を加算平均することで移動に沿った複数の部分領域の二次元画像を検出し、取得した部分領域の二次元部分領域画像の中の設定された領域の画像の欠陥を判定し、判定した欠陥を表示、又はネットワーク経由で結果をサーバに送信することを特徴とする回路パターン検査方法。
位置計測をしながらステージを連続移動させ、ステージ位置と画像検出すべき座標に基づきビームの偏向を制御して少なくとも同一位置に対して２回以上の異なる電子線を照射する複数本の電子線を電子回路に照射し、ビーム照射により発生する複数箇所の二次電子を分離・並列に検出・ＡＤ変換して同一箇所の画像同士を加算平均することで二次元画像を検出し、取得した部分領域の二次元部分領域画像の中の設定された領域の画像の欠陥を判定し、判定した欠陥を表示、又はネットワーク経由で結果をサーバに送信することを特徴とする回路パターン検査方法。
請求項８に記載の複数の部分領域の面積の合計はステージを移動する領域の５０％以下に間引くことを特徴とする回路パターン検査方法。
請求項８、又は請求項９に記載のステージ連続移動により画像を取得検査をする領域はステージ移動に垂直な方向に隙間を持たせることを特徴とする回路パターン検査方法。