欠陥検査方法および欠陥検査装置
【課題】パターン中の信号の小さい欠陥の視認性を向上する一方で、レビュー領域全体の情報を可能な限り失わない欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】実施形態の欠陥検査方法は、被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、を持つ。
【解決手段】実施形態の欠陥検査方法は、被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、を持つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの三次元構造化に伴い、パターンの内部などに発生した欠陥の検査およびレビューが非常に重要になってきている。従来から、微細パターンの欠陥を高精度に観察・解析するためにＳＥＭ（Ｓｃａｎ−ｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）レビューが用いられている。
【０００３】
しかしながら、深い溝や深い穴構造の内部の欠陥については、欠陥からの信号が殆ど検出できず、このため、ＳＥＭレビュー装置の検出結果からは、パターンの深い箇所における欠陥の確認および解析が困難であった。
【０００４】
そこで、ＳＥＭレビューにおいて視認性の低いパターン内部の欠陥を強調するために、レビュー装置で検出した信号を増幅したり、撮像した画像に対して画像処理を行ったりすることが一般に行われている。より具体的には、例えば自動コントラスト・ブライトネス調整機構を用いて、検出器で検出した信号を撮像時に増幅する手法などが挙げられる。
【０００５】
しかしながら、このような場合、基板から電子が多く発生する領域、例えば最表層などは画像にした際に、その領域が最大階調値で飽和してしまい、最表層にある欠陥の情報が却って失われてしまうという可能性がある。
【０００６】
そこで、検出器からの電気信号を増幅するときに、検出器の電気信号を非線形に画像に変換するγ補正を加えることで、最表層などの基板から電子が多く発生する領域の情報の損失を防ぐという方法が存在する。
【０００７】
しかしながら、γ補正は撮像前に決定した一つの非線形変換方法で画像を生成するため、ローカル帯電等の影響で局所的に見え方が変わる場合、適切な輝度で撮像ができないという問題がある。
【０００８】
また、視認性の低いパターン内部の欠陥を画像処理により強調する手法も存在するが、その場合、検出した信号を量子化する際に、信号の小さい欠陥の情報が失われないように高階調画像を生成し、処理を行なわなければならない。高階調の画像はデータ容量が大きく、画像の生成・処理に時間が掛かるため、コンピュータ資源の有効活用を妨げる上、スループットの低下、画像保存コストの増大などを招き、画像処理による信号増幅方法でのデメリットとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３２９０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、パターン中の信号の小さい欠陥の視認性を向上する一方で、レビュー領域全体の情報を可能な限り失わない欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の欠陥検査方法は、
被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、
決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の一形態によるレビューＳＥＭの概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャート。
【図３】配線パターンの深い溝内部にある欠陥の一例の模式図。
【図４】図３のパターンをレビューＳＥＭで撮像した際の画像の一例を示す図。
【図５Ａ】レビューＳＥＭが検出した信号の強度−ピクセル数の分布の一例を示す図。
【図５Ｂ】図５Ａの分布図における信号を２５６階調の画像にした際に、信号の一部が失われる可能性があることを示した図。
【図６】第１の実施の形態における検出電子プロファイルを生成するための、電子ビームの照射方法の一例を示す図。
【図７】第１の実施の形態により求められた検出電子プロファイルの一例を示す図。
【図８】図７に示す検出電子プロファイルの逆数を求めることにより得られたプロファイルの一例の図。
【図９Ａ】第１の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果をＳＥＭ像の態様で模式的に表した図。
【図９Ｂ】第１の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果を２５６階調のピクセル分布の態様で説明する図。
【図１０】第２の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャート。
【図１１Ａ】第２の実施の形態のパターン検査方法に用いられる被検査パターンの一例をＳＥＭで撮像した際の画像を示す図。
【図１１Ｂ】図１１ＡのパターンをレビューＳＥＭで検出した信号の強度−ピクセル数の分布図における信号を２５６階調の画像にした際に、信号の一部が失われる可能性があることを示した図。
【図１２】第２の実施の形態における検出電子プロファイルを生成するための、電子ビームの照射方法の一例を示す図。
【図１３】第２の実施の形態により求められた検出電子プロファイルの一例を示す図。
【図１４】図１３に示す検出電子プロファイルの逆数を求めることにより得られたプロファイルの一例の図。
【図１５Ａ】第２の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果の説明図。
【図１５Ｂ】第２の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果の説明図。
【図１６】図１のレビューＳＥＭの部分拡大図であって、第３の実施の形態によるパターン検査方法の説明図。
【図１７】図１のレビューＳＥＭの部分拡大図であって、第４の実施の形態によるパターン検査方法の説明図。
【図１８】第６の実施の形態によるパターン検査方法における検出信号プロファイルをその最大値、最小値とともに示す図。
【図１９】図１８に示す検出信号プロファイルから得られた画像変換関数の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態のいくつかについて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の各図において、同一の部分には同一の参照符号を付し、その重複説明は必要な場合に限り行う。
【００１４】
（Ａ）欠陥検査装置
図１は、実施の一形態によるレビューＳＥＭの概略構成を示すブロック図であり、後に詳述する第１乃至第６の実施の形態による欠陥検査方法に適用されるものである。
【００１５】
図１に示すレビューＳＥＭは、電子光学系１０と、各種制御部１９，２０，３３と、処理制御部２１と、ＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋ Ｓｔａｔｉｏｎ）２５とを備える。
【００１６】
処理制御部２１は、画像生成部２２と、撮像方法決定部２３と、メモリ２４とを含み、ＥＷＳ２５、電子銃制御部３３、走査制御部２０、ステージ制御部１９の他、外部メモリ２６に接続される。外部メモリ２６には、後述する本実施形態の欠陥検査方法の具体的処理手順を記述したレシピファイルが格納される。
【００１７】
処理制御部２１は、外部メモリ２６からレシピファイルを読み込み、そのファイルに記述された処理手順に従ってレビューＳＥＭの各構成要素を制御することにより、欠陥を検査する。
【００１８】
電子光学系１０は、高真空の状態に保持された鏡筒内に設けられ、電子銃１２と、コンデンサレンズ１１と、走査偏向器１３と、対物レンズ１４と、反射板２８と、ステージ１８と、検出器１５，１６とを含む。ステージ１８は、被検査パターンが表面に形成された試料であるウェーハＷを載置するとともに、ステージ制御部１９を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って所望の検査箇所が視野内に入るようにウェーハＷを移動させる。
【００１９】
電子銃１２は、電子銃制御部３３を介して処理制御部２１から制御信号が送られて電子ビームＥＢを生成し、ウェーハＷに向けて照射する。本実施形態において電子ビームＥＢは、例えば荷電粒子線に対応する。
【００２０】
コンデンサレンズ１１は、図示しないコンデンサレンズ制御部を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って磁界又は電界を生成し、適切なビーム径となるように電子ビームＥＢを集束させる。
【００２１】
対物レンズ１４は、図示しない対物レンズ制御部を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って磁界又は電界を生成し、電子ビームＥＢがウェーハＷ上にジャストフォーカスで照射するように電子ビームＥＢを再度集束させる。
【００２２】
走査偏向器１３は、走査制御部２０を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従い、電子ビームＥＢを偏向するための電界または磁界を生成し、これにより、ウェーハＷを電子ビームＥＢで二次元的に走査する。
【００２３】
検出器１５，１６は、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷの表面から発生する荷電粒子ＣＰを検出する。
【００２４】
検出器１５は、荷電粒子ＣＰのうち、相対的にエネルギーが高い反射電子を検出する。反射電子は、電子ビームＥＢの照射でウェーハＷへ入射した電子の一部がウェーハＷの内部で弾性散乱により反射されて再び真空中へ放出された電子であり、後方散乱電子と呼ばれる場合もある。
【００２５】
検出器１６は、ウェーハＷから見て検出器１５よりも高い位置に配置され、荷電粒子ＣＰのうち、相対的にエネルギーが低い二次電子を検出する。二次電子は、電子ビームＥＢの照射でウェーハＷへ入射した電子がウェーハＷ内の電子を真空中へ叩き出すことにより発生する電子である。
【００２６】
検出器１５，１６の出力信号は検出信号処理部３１に送られて所定の処理を経た後に処理制御部２１に送られる。検出信号処理部３１は、検出器１５，１６からの信号を増幅するアンプ（図示せず）を含む。
【００２７】
反射板２８は、検出器１６の上方（偏向器１３の側）に設けられてウェーハＷからの荷電粒子ＣＰが検出器１６に検出されるように荷電粒子ＣＰを反射させる。
【００２８】
ＥＷＳ２５は、図示しない入力部を介してユーザの指令を受けて処理制御部２１に供給するほか、処理制御部２１を介して検出信号処理部３１から送られる検出信号に対して画像処理を行い、後述するように、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）や検出信号プロファイルＨ（ｔ）を生成して撮像方法決定部２３へ送る。
【００２９】
ＥＷＳ２５はさらに、撮像方法決定部２３により決定された撮像方法で読み込まれて画像生成部２２により生成されたＳＥＭ像のデータが送られ、該ＳＥＭ像に対して欠陥検出またはその結果を踏まえた総合判定を行う。なお、各種ＳＥＭ像および画像処理結果はＥＷＳ２５のモニタ画面で視認可能である。本実施形態において、ＥＷＳ２５は、例えばプロファイル生成手段および検査手段に対応する。
【００３０】
画像生成部２２は、検出信号処理部３１の出力信号からＳＥＭ像を生成し、メモリ２４に格納する。画像生成部２２は、本実施形態において例えば荷電粒子像生成手段に対応する。
【００３１】
撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）や検出信号プロファイルＨ（ｔ）のデータが送られてこれらを処理することにより、撮像方法を決定する。
【００３２】
（Ｂ）欠陥検査方法
（１）第１の実施の形態
図１のレビューＳＥＭを用いた欠陥検出の具体的方法について図面を参照しながら説明する。図２は、第１の実施の形態による欠陥検出方法の概略手順を示すフローチャートである。
【００３３】
先ず、欠陥検査に先立って、ステージ１８を移動させながら電子銃１２等により被検査パターンへ電子ビームＥＢのプレスキャンを行う。プレスキャンによりウェーハＷから発生した荷電粒子ＣＰを検出器１５，１６が検出し、その検出信号を検出信号処理部３１が処理して処理制御部２１を介してＥＷＳ２５に送り、該検出信号をＥＷＳ２５が処理することにより検出電子の暫定プロファイルが取得される（ステップＳ１０１）。
【００３４】
次に、撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から暫定プロファイルのデータが送られてこれに所定の演算処理を行うことにより、検出電子のプロファイルにおいて信号強度の高低差が縮められたＳＥＭ像を得るための撮像方法を決定する（ステップＳ１０２）。このとき、撮像方法決定部２３は、被検査パターンの溝の底面に対応するウェーハＷの箇所からの荷電粒子ＣＰにより得られた信号の強度が高められる一方で、被検査パターンの頂面に対応するウェーハＷの箇所からの荷電粒子ＣＰにより得られた信号の強度がさらに高まることが抑制されることで信号強度の高低差が縮小される撮像方法を決定する。
【００３５】
続いて、処理制御部２１は、撮像方法決定部２３により決定された撮像方法を用いて各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を駆動して被検査パターンへのスキャンを行い、被検査パターンから発生する荷電粒子ＣＰの検出信号を画像生成部２２が処理することにより、ＳＥＭ像を読み込み（ステップＳ１０３）、得られたＳＥＭ像に対してＥＷＳ２５が欠陥検出を行う（ステップＳ１０４）。
【００３６】
最後に、検出した欠陥の座標から、電子光学系１０およびステージ１８により、欠陥形状の解析に必要な所望の解像度でパターン中の信号の小さな欠陥の信号を強調した高倍率のＳＥＭ像を改めて撮像し、ＥＷＳ２５によりレビューを行う（ステップＳ１０５）。
【００３７】
図３は、本実施形態における被検査パターンの一例を示す平面図および断面図である。図３に示すパターンは、ウェーハＷの表面層に形成された、アスペクト比が１０を上回るライン・アンド・スペース（以下、単に「Ｌ／Ｓ」という）パターンである。深い溝をなすスペースパターンの１つの底部には微小欠陥ＤＦ１が形成されている。このように、配線パターンの深い溝内部にある欠陥は、図４のＳＥＭ像Ｉｍｇ１中の点線に示すように、輝度が小さいために視認性が非常に低いものとなる。
【００３８】
図５Ａは、図３に示すパターンについてレビューＳＥＭにより検出された信号の強度−ピクセル数の分布を示す図である。図５Ａにおいて、符号Ｓｔは溝（スペースパターン）ＴＲ１からの検出信号に対応し、符号Ｓｕｓはパターンの最表層ＵＳからの検出信号に対応し、そして、符号Ｓｄは溝（スペースパターン）内の欠陥ＤＦ１からの検出信号に対応する。
【００３９】
図５Ｂは、図５Ａの分布図における信号を２５６階調の画像にした場合の階調値−ピクセル数の分布を示す。図５Ａに示すように、溝（スペースパターン）ＴＲ１の底部とパターンの最表層ＵＳ１との間で輝度の差が大きく、溝ＴＲ１の輝度Ｓｔと欠陥ＤＦ１の輝度Ｓｄとの差と、溝ＴＲ１の輝度Ｓｔとパターン最表層ＵＳ１の輝度Ｓｕｓの差との比が２５６よりも小さくなる場合（（Ｓｄ−Ｓｔ）／（Ｓｕｓ−Ｓｔ）＜２５６）、検出信号を２５６階調値に量子化した際に、図５Ｂの点線で示す領域において欠陥ＤＦ１と溝（スペースパターン）ＴＲ１の差が一階調内に収まってしまい、欠陥ＤＦ１からの検出信号に対応する部分が検出できず、レビューＳＥＭ等により擬似欠陥と見なされて削除され、その結果、溝（スペースパターン）ＴＲ１内の信号の一部が失われてしまうという現象が発生することも考えられる。この場合は、欠陥の視認性のより一層の低下をもたらす。
【００４０】
そこで、本実施形態では、パターン中の信号の小さい欠陥の視認性を上げ、かつレビュー領域の情報を可能な限り失わないような撮像方法を撮像方法決定部２３が決定する。
【００４１】
以上の各手順のうち、ステップＳ１０１とＳ１０２について、図６乃至図９Ｂを参照しながらより詳細に説明する。
【００４２】
（ｉ）ステップＳ１０１
プレスキャンでは、例えば図６に示すように、Ｌ／Ｓの被検査パターンに対してパターンの長手方向に直交する方向ＳＣ１〜ＳＣ３に沿って複数箇所で電子ビームＥＢをスキャンし、それぞれの場所でウェーハＷから生成された荷電粒子ＣＰの検出信号のプロファイルを取得する。
【００４３】
（ｉｉ）ステップＳ１０２
得られた複数箇所のプロファイルに対し、ＥＷＳ２５が相互相関関数ｆｉｊ（τ）
【数１】
を計算する。ここで、ｇｉ（ｘ）は縦方向のスキャン位置ｘに関する場所ｉにおけるプロファイルである。本実施形態において、上述した式１は、例えば第２の関数に対応する。
【００４４】
次いで、ＥＷＳ２５は、全てのｉｊ組み合わせの中で、ｆｉｊ（τ）の最大値が一番大きくなる２つのプロファイルの組み合わせを求め、これを構成する２つプロファイルを正常なプロファイルと判別し、この一方、その他の組み合せのプロファイルを正常でないプロファイルと判別して排除する。図６に示す例では、スキャン方向ＳＣ１，ＳＣ３に対応するプロファイルの組合せが正常なプロファイルであり、その他の組合せ、例えばスキャン方向ＳＣ１，ＳＣ２の組合せやスキャン方向ＳＣ２，ＳＣ３の組合せに対応するプロファイルは正常でないプロファイルと判別する。
【００４５】
続いて、ＥＷＳ２５は、求めた２つの正常なプロファイルのデータから平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）
【数２】
を求め、撮像方法決定部２３に送る。本実施形態において、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）は、例えば暫定プロファイルの平均値に対応する。
【００４６】
図７は図６のパターンで求めた平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）のグラフである。
【００４７】
次に、撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から与えられた平均Ｌ／ＳプロファイルよりＳＥＭの撮像方法を決定する。本実施形態において、撮像方法決定部２３は、検出器１５，１６が検出した電気信号の増幅率を変える方法を採用する。より具体的には、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）の逆数Ｐ−１（ｘ）を用いて検出器１５，１６にかけるアンプの時間依存性Ｇ（ｔ）を
【数３】
と決定する。ここで、ｔはスキャン時間、Ｔは１スキャンにかかる時間、ｖはスキャン速度、Δｔは１Ｐｉｘｅｌ分のスキャンに必要な時間、さらに、αは比例定数である。本実施形態において、上述した式３は、例えば第１の関数に対応する。
【００４８】
そして、処理制御部２１は、検出信号処理部３１内に設けられた、検出器１５，１６からの信号にかけるアンプ（図示せず）を、求めた時間依存性Ｇ（ｔ）で動作させながら、各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を動作させることによりＳＥＭ像を撮像する（ステップＳ１０３）。これにより、図９ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ１１に示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、検出した電子の信号を増幅できる。その結果、図９Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を少なくしたＳＥＭ像が得られる。
【００４９】
（２）第２の実施の形態
図１０は、第２の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャートである。
【００５０】
本実施形態では、図１１ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ２に示すように、疎密の程度が不規則な被検査パターンに好適な形態である。図１１Ｂは、図１１Ａの被検査パターンからの検出信号を２５６階調の画像にした場合の階調値−ピクセル数の分布を示す図である。図５Ｂに示す場合と同様に、図１１Ｂにおいても、検出信号を２５６階調値に量子化した際に、図５Ｂの点線で示す領域において欠陥ＤＦ２からの検出信号に対応する部分がレビューＳＥＭ等により擬似欠陥と見なされて削除され、その結果、溝（スペースパターン）ＴＲ２内の信号の一部が失われてしまうという現象が発生することも考えられ、欠陥の視認性が低下する可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、被検査パターンに対するプレスキャンとして、図１２に示すように撮像領域ＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）全体を一回スキャンする。これにより、ＥＷＳ２５は、検出信号処理部３１を介して送られる検出器１５，１６からの荷電粒子ＣＰの検出信号を処理し、図１３に示すようなスキャン時間に対する検出信号プロファイルＨ（ｔ）を生成して撮像方法決定部２３へ送る（図１０、ステップＳ２０１）。
【００５２】
そして、撮像方法決定部２３は、送られたプロファイルＨ（ｔ）の逆数Ｈ−１（ｔ） を求め、検出信号処理部３１内に設けられた、検出器１５，１６からの信号へのアンプ（図示せず）の時間依存性Ｇ（ｔ）を
【数４】
と決定する（図１０、ステップＳ２０２）。ここで、ｔはスキャン時間、αは比例定数である。図１４は、このようにして得られたプロファイルの一例を示す。本実施形態において、上述した式４は、例えば第１の関数に対応する。
【００５３】
そして、前述した第１の実施の形態と同様に、検出信号処理部３１が、検出器１５，１６からの信号へのアンプ（図示せず）を、式４で求めた時間依存性Ｇ（ｔ）で動作させながら、各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を駆動させることによりＳＥＭ像を撮像する（図１０、ステップＳ２０３）。これにより、図１５ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ１２に示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、検出した電子の信号を増幅できる。その結果、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を小さくしたＳＥＭ像が得られる。
【００５４】
その後は前述した第１の実施の形態と同様に、図１０のステップＳ２０３により得られた、パターン中の小さな欠陥からの信号を強調したＳＥＭ像を用いてＥＷＳ２５が欠陥を検出する（ステップＳ２０４）。さらに、検出した欠陥の座標から、処理制御部２１が電子光学系１０およびステージ１８を駆動することにより、欠陥形状の解析に必要な所望の解像度でパターン中の信号の小さな欠陥の信号を強調した高倍率のＳＥＭ像を改めて撮像し、ＥＷＳ２５によりレビューを行う（ステップＳ２０５）。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を、検出器１５，１６に印加する電圧に適用することにより撮像方法を決定する。ここでは、検出器１６を取り挙げて説明するが、検出器１５を用いる場合も、検出器１５と１６の双方を用いる場合も同様である。
【００５６】
図１６に示すように、検出器１６の上方（偏向器１３の側）に設けられた反射板２８と検出器１６との間に可変電源ＰＳ１により電圧Ｖｄを印加する。可変電源ＰＳ１は処理制御部２１に接続されて制御信号が送られる。処理制御部２１は、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いて可変電源ＰＳ１の電圧Ｖｄを、
【数５】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、αおよびＣは定数で、特にα＜０とする。
【００５７】
これにより、プレスキャン時に検出信号の強度が高い明るい領域に対応する電圧Ｖｄの値が、プレスキャン時に検出信号の強度が低い暗い領域に対応する電圧Ｖｄの値に比較して小さくなる。その結果、反射板２８から検出器１６に入って来る荷電粒子ＣＰの数は、元々明るい領域で抑えられ、元々暗い領域で多く取り込まれることとなる。
【００５８】
前述した第２の実施の形態と同様に、本実施形態の撮像方法を用いることにより、図１５Ａに示すように、元々暗い所は明るく、明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を反射板２８に印加する電圧に適用することにより撮像方法を決定する。
【００６０】
反射板２８に印加する電圧Ｖｒは、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷから生成された荷電粒子ＣＰが反射板２８に入射するときの運動エネルギーを調整し、反射板２８から生成される荷電粒子ＣＰの放出量（本実施形態では反射板の二次電子放出係数）を変える作用がある。
【００６１】
図１７は本実施形態のパターン検査方法を説明するためのレビューＳＥＭの部分拡大図である。図１７に示すように、可変電源ＰＳ２により反射板２８にはウェーハＷとの間で電圧Ｖｒが印加される。可変電源ＰＳ２は処理制御部２１に接続されて制御信号が送られる。処理制御部２１は、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いて可変電源ＰＳ２の電圧Ｖｒを、
【数６】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、βおよびＣは定数であり、検出信号プロファイルＨ（ｔ）の最小値Ｈｍｉｎで、反射板２８の二次電子放出係数が最大になるようにβ、Ｃを決定する。
【００６２】
このように反射板２８への印加電圧Ｖｒを時間に依存して変化させることにより、プレスキャン時に検出信号強度が高い明るい領域は、プレスキャン時に検出信号強度が低い暗い領域に比べ、反射板２８で生成される二次電子の数が少なくなる。
【００６３】
前述した第２の実施の形態と同様に、本実施形態の撮像方法を用いることにより、図１５Ａに示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、２５６階調に量子化した際には、図１５Ｂに示すように、溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００６４】
（５）第５の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）をプローブ電流量Ｉｐに適用することにより撮像方法を決定する。
【００６５】
即ち、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いてプローブ電流Ｉｐを、
【数７】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、αおよびＣは定数であり、特にα＜０とする。これにより、プレスキャン時に検出信号の強度が高い明るい領域は低いプローブＩｐで、プレスキャン時に検出信号の強度が低い暗い領域は高いプローブＩｐで電子ビームＥＢのスキャンを行うことができる。
【００６６】
このような撮像方法を用いることで、明るい領域の信号強度は低くなり、暗い部分の信号強度は高くなるため、図１５Ａに示すように元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００６７】
（６）第６の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を、画像変換関数Ｉ（ｈ）に適用することにより撮像方法を決定する。
【００６８】
ここでは、検出器の信号ｈを画像に変換する際に使用する関数として画像変換関数Ｉ（ｈ）を規定し、検出信号の増幅時、または画像処理時に適用する。図１８に示すように、検出信号プロファイルＨ（ｔ）の最大値をＨＭａｘとし、その最小値をＨｍｉｎとする。さらに、画像変換関数Ｉ（ｈ）を、
【数８】
【数９】
と定義する。ここで、ＧＭａｘとは画像に変換する際に最大階調値となる値である。この検出信号プロファイルから得られた画像変換関数Ｉ（ｈ）のグラフの一例を図１９に示す。これにより、プレスキャン時に検出信号強度が高い明るい領域は、プレスキャン時の検出信号強度に対する増幅率変化が小さいため低コントラストに、プレスキャン時に検出信号強度が低い暗い領域は、プレスキャン時の検出信号強度に対する増幅率変化が大きいため高コントラストになった画像が画像生成部２２によって生成される。
【００６９】
プレスキャンで暗い部分の信号量が増加するので、図１５Ａに示すように、元々暗いところは明るくなる一方で、元々明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を小さくしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００７０】
本実施形態の手法には、既存のγ補正では対応できなかったローカル帯電等で局所的に見え方が変わる場合にも適切に増幅率を決定できるというメリットがある。
【符号の説明】
【００７１】
１０：電子光学系
１２：電子銃
１５，１６：検出器
２１：処理制御部
２２：画像生成部
２３：撮像方法決定部
２５：計算機
２６：外部メモリ
２８：反射板
３１：検出信号処理部
３３：電子銃制御部
ＣＰ：荷電粒子
ＥＢ：電子ビーム
Ｉｍｇ１，Ｉｍｇ２，Ｉｍｇ１１，Ｉｍｇ１２：ＳＥＭ画像
ＰＳ１，ＰＳ２：可変電源
Ｖｄ：反射板−検出器間電圧
Ｖｒ：反射板電圧
Ｗ：ウェーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの三次元構造化に伴い、パターンの内部などに発生した欠陥の検査およびレビューが非常に重要になってきている。従来から、微細パターンの欠陥を高精度に観察・解析するためにＳＥＭ（Ｓｃａｎ−ｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）レビューが用いられている。
【０００３】
しかしながら、深い溝や深い穴構造の内部の欠陥については、欠陥からの信号が殆ど検出できず、このため、ＳＥＭレビュー装置の検出結果からは、パターンの深い箇所における欠陥の確認および解析が困難であった。
【０００４】
そこで、ＳＥＭレビューにおいて視認性の低いパターン内部の欠陥を強調するために、レビュー装置で検出した信号を増幅したり、撮像した画像に対して画像処理を行ったりすることが一般に行われている。より具体的には、例えば自動コントラスト・ブライトネス調整機構を用いて、検出器で検出した信号を撮像時に増幅する手法などが挙げられる。
【０００５】
しかしながら、このような場合、基板から電子が多く発生する領域、例えば最表層などは画像にした際に、その領域が最大階調値で飽和してしまい、最表層にある欠陥の情報が却って失われてしまうという可能性がある。
【０００６】
そこで、検出器からの電気信号を増幅するときに、検出器の電気信号を非線形に画像に変換するγ補正を加えることで、最表層などの基板から電子が多く発生する領域の情報の損失を防ぐという方法が存在する。
【０００７】
しかしながら、γ補正は撮像前に決定した一つの非線形変換方法で画像を生成するため、ローカル帯電等の影響で局所的に見え方が変わる場合、適切な輝度で撮像ができないという問題がある。
【０００８】
また、視認性の低いパターン内部の欠陥を画像処理により強調する手法も存在するが、その場合、検出した信号を量子化する際に、信号の小さい欠陥の情報が失われないように高階調画像を生成し、処理を行なわなければならない。高階調の画像はデータ容量が大きく、画像の生成・処理に時間が掛かるため、コンピュータ資源の有効活用を妨げる上、スループットの低下、画像保存コストの増大などを招き、画像処理による信号増幅方法でのデメリットとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３２９０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、パターン中の信号の小さい欠陥の視認性を向上する一方で、レビュー領域全体の情報を可能な限り失わない欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の欠陥検査方法は、
被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、
決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の一形態によるレビューＳＥＭの概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャート。
【図３】配線パターンの深い溝内部にある欠陥の一例の模式図。
【図４】図３のパターンをレビューＳＥＭで撮像した際の画像の一例を示す図。
【図５Ａ】レビューＳＥＭが検出した信号の強度−ピクセル数の分布の一例を示す図。
【図５Ｂ】図５Ａの分布図における信号を２５６階調の画像にした際に、信号の一部が失われる可能性があることを示した図。
【図６】第１の実施の形態における検出電子プロファイルを生成するための、電子ビームの照射方法の一例を示す図。
【図７】第１の実施の形態により求められた検出電子プロファイルの一例を示す図。
【図８】図７に示す検出電子プロファイルの逆数を求めることにより得られたプロファイルの一例の図。
【図９Ａ】第１の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果をＳＥＭ像の態様で模式的に表した図。
【図９Ｂ】第１の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果を２５６階調のピクセル分布の態様で説明する図。
【図１０】第２の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャート。
【図１１Ａ】第２の実施の形態のパターン検査方法に用いられる被検査パターンの一例をＳＥＭで撮像した際の画像を示す図。
【図１１Ｂ】図１１ＡのパターンをレビューＳＥＭで検出した信号の強度−ピクセル数の分布図における信号を２５６階調の画像にした際に、信号の一部が失われる可能性があることを示した図。
【図１２】第２の実施の形態における検出電子プロファイルを生成するための、電子ビームの照射方法の一例を示す図。
【図１３】第２の実施の形態により求められた検出電子プロファイルの一例を示す図。
【図１４】図１３に示す検出電子プロファイルの逆数を求めることにより得られたプロファイルの一例の図。
【図１５Ａ】第２の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果の説明図。
【図１５Ｂ】第２の実施の形態のパターン検査方法により得られる効果の説明図。
【図１６】図１のレビューＳＥＭの部分拡大図であって、第３の実施の形態によるパターン検査方法の説明図。
【図１７】図１のレビューＳＥＭの部分拡大図であって、第４の実施の形態によるパターン検査方法の説明図。
【図１８】第６の実施の形態によるパターン検査方法における検出信号プロファイルをその最大値、最小値とともに示す図。
【図１９】図１８に示す検出信号プロファイルから得られた画像変換関数の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態のいくつかについて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の各図において、同一の部分には同一の参照符号を付し、その重複説明は必要な場合に限り行う。
【００１４】
（Ａ）欠陥検査装置
図１は、実施の一形態によるレビューＳＥＭの概略構成を示すブロック図であり、後に詳述する第１乃至第６の実施の形態による欠陥検査方法に適用されるものである。
【００１５】
図１に示すレビューＳＥＭは、電子光学系１０と、各種制御部１９，２０，３３と、処理制御部２１と、ＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋ Ｓｔａｔｉｏｎ）２５とを備える。
【００１６】
処理制御部２１は、画像生成部２２と、撮像方法決定部２３と、メモリ２４とを含み、ＥＷＳ２５、電子銃制御部３３、走査制御部２０、ステージ制御部１９の他、外部メモリ２６に接続される。外部メモリ２６には、後述する本実施形態の欠陥検査方法の具体的処理手順を記述したレシピファイルが格納される。
【００１７】
処理制御部２１は、外部メモリ２６からレシピファイルを読み込み、そのファイルに記述された処理手順に従ってレビューＳＥＭの各構成要素を制御することにより、欠陥を検査する。
【００１８】
電子光学系１０は、高真空の状態に保持された鏡筒内に設けられ、電子銃１２と、コンデンサレンズ１１と、走査偏向器１３と、対物レンズ１４と、反射板２８と、ステージ１８と、検出器１５，１６とを含む。ステージ１８は、被検査パターンが表面に形成された試料であるウェーハＷを載置するとともに、ステージ制御部１９を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って所望の検査箇所が視野内に入るようにウェーハＷを移動させる。
【００１９】
電子銃１２は、電子銃制御部３３を介して処理制御部２１から制御信号が送られて電子ビームＥＢを生成し、ウェーハＷに向けて照射する。本実施形態において電子ビームＥＢは、例えば荷電粒子線に対応する。
【００２０】
コンデンサレンズ１１は、図示しないコンデンサレンズ制御部を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って磁界又は電界を生成し、適切なビーム径となるように電子ビームＥＢを集束させる。
【００２１】
対物レンズ１４は、図示しない対物レンズ制御部を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従って磁界又は電界を生成し、電子ビームＥＢがウェーハＷ上にジャストフォーカスで照射するように電子ビームＥＢを再度集束させる。
【００２２】
走査偏向器１３は、走査制御部２０を介して処理制御部２１から送られる制御信号に従い、電子ビームＥＢを偏向するための電界または磁界を生成し、これにより、ウェーハＷを電子ビームＥＢで二次元的に走査する。
【００２３】
検出器１５，１６は、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷの表面から発生する荷電粒子ＣＰを検出する。
【００２４】
検出器１５は、荷電粒子ＣＰのうち、相対的にエネルギーが高い反射電子を検出する。反射電子は、電子ビームＥＢの照射でウェーハＷへ入射した電子の一部がウェーハＷの内部で弾性散乱により反射されて再び真空中へ放出された電子であり、後方散乱電子と呼ばれる場合もある。
【００２５】
検出器１６は、ウェーハＷから見て検出器１５よりも高い位置に配置され、荷電粒子ＣＰのうち、相対的にエネルギーが低い二次電子を検出する。二次電子は、電子ビームＥＢの照射でウェーハＷへ入射した電子がウェーハＷ内の電子を真空中へ叩き出すことにより発生する電子である。
【００２６】
検出器１５，１６の出力信号は検出信号処理部３１に送られて所定の処理を経た後に処理制御部２１に送られる。検出信号処理部３１は、検出器１５，１６からの信号を増幅するアンプ（図示せず）を含む。
【００２７】
反射板２８は、検出器１６の上方（偏向器１３の側）に設けられてウェーハＷからの荷電粒子ＣＰが検出器１６に検出されるように荷電粒子ＣＰを反射させる。
【００２８】
ＥＷＳ２５は、図示しない入力部を介してユーザの指令を受けて処理制御部２１に供給するほか、処理制御部２１を介して検出信号処理部３１から送られる検出信号に対して画像処理を行い、後述するように、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）や検出信号プロファイルＨ（ｔ）を生成して撮像方法決定部２３へ送る。
【００２９】
ＥＷＳ２５はさらに、撮像方法決定部２３により決定された撮像方法で読み込まれて画像生成部２２により生成されたＳＥＭ像のデータが送られ、該ＳＥＭ像に対して欠陥検出またはその結果を踏まえた総合判定を行う。なお、各種ＳＥＭ像および画像処理結果はＥＷＳ２５のモニタ画面で視認可能である。本実施形態において、ＥＷＳ２５は、例えばプロファイル生成手段および検査手段に対応する。
【００３０】
画像生成部２２は、検出信号処理部３１の出力信号からＳＥＭ像を生成し、メモリ２４に格納する。画像生成部２２は、本実施形態において例えば荷電粒子像生成手段に対応する。
【００３１】
撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）や検出信号プロファイルＨ（ｔ）のデータが送られてこれらを処理することにより、撮像方法を決定する。
【００３２】
（Ｂ）欠陥検査方法
（１）第１の実施の形態
図１のレビューＳＥＭを用いた欠陥検出の具体的方法について図面を参照しながら説明する。図２は、第１の実施の形態による欠陥検出方法の概略手順を示すフローチャートである。
【００３３】
先ず、欠陥検査に先立って、ステージ１８を移動させながら電子銃１２等により被検査パターンへ電子ビームＥＢのプレスキャンを行う。プレスキャンによりウェーハＷから発生した荷電粒子ＣＰを検出器１５，１６が検出し、その検出信号を検出信号処理部３１が処理して処理制御部２１を介してＥＷＳ２５に送り、該検出信号をＥＷＳ２５が処理することにより検出電子の暫定プロファイルが取得される（ステップＳ１０１）。
【００３４】
次に、撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から暫定プロファイルのデータが送られてこれに所定の演算処理を行うことにより、検出電子のプロファイルにおいて信号強度の高低差が縮められたＳＥＭ像を得るための撮像方法を決定する（ステップＳ１０２）。このとき、撮像方法決定部２３は、被検査パターンの溝の底面に対応するウェーハＷの箇所からの荷電粒子ＣＰにより得られた信号の強度が高められる一方で、被検査パターンの頂面に対応するウェーハＷの箇所からの荷電粒子ＣＰにより得られた信号の強度がさらに高まることが抑制されることで信号強度の高低差が縮小される撮像方法を決定する。
【００３５】
続いて、処理制御部２１は、撮像方法決定部２３により決定された撮像方法を用いて各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を駆動して被検査パターンへのスキャンを行い、被検査パターンから発生する荷電粒子ＣＰの検出信号を画像生成部２２が処理することにより、ＳＥＭ像を読み込み（ステップＳ１０３）、得られたＳＥＭ像に対してＥＷＳ２５が欠陥検出を行う（ステップＳ１０４）。
【００３６】
最後に、検出した欠陥の座標から、電子光学系１０およびステージ１８により、欠陥形状の解析に必要な所望の解像度でパターン中の信号の小さな欠陥の信号を強調した高倍率のＳＥＭ像を改めて撮像し、ＥＷＳ２５によりレビューを行う（ステップＳ１０５）。
【００３７】
図３は、本実施形態における被検査パターンの一例を示す平面図および断面図である。図３に示すパターンは、ウェーハＷの表面層に形成された、アスペクト比が１０を上回るライン・アンド・スペース（以下、単に「Ｌ／Ｓ」という）パターンである。深い溝をなすスペースパターンの１つの底部には微小欠陥ＤＦ１が形成されている。このように、配線パターンの深い溝内部にある欠陥は、図４のＳＥＭ像Ｉｍｇ１中の点線に示すように、輝度が小さいために視認性が非常に低いものとなる。
【００３８】
図５Ａは、図３に示すパターンについてレビューＳＥＭにより検出された信号の強度−ピクセル数の分布を示す図である。図５Ａにおいて、符号Ｓｔは溝（スペースパターン）ＴＲ１からの検出信号に対応し、符号Ｓｕｓはパターンの最表層ＵＳからの検出信号に対応し、そして、符号Ｓｄは溝（スペースパターン）内の欠陥ＤＦ１からの検出信号に対応する。
【００３９】
図５Ｂは、図５Ａの分布図における信号を２５６階調の画像にした場合の階調値−ピクセル数の分布を示す。図５Ａに示すように、溝（スペースパターン）ＴＲ１の底部とパターンの最表層ＵＳ１との間で輝度の差が大きく、溝ＴＲ１の輝度Ｓｔと欠陥ＤＦ１の輝度Ｓｄとの差と、溝ＴＲ１の輝度Ｓｔとパターン最表層ＵＳ１の輝度Ｓｕｓの差との比が２５６よりも小さくなる場合（（Ｓｄ−Ｓｔ）／（Ｓｕｓ−Ｓｔ）＜２５６）、検出信号を２５６階調値に量子化した際に、図５Ｂの点線で示す領域において欠陥ＤＦ１と溝（スペースパターン）ＴＲ１の差が一階調内に収まってしまい、欠陥ＤＦ１からの検出信号に対応する部分が検出できず、レビューＳＥＭ等により擬似欠陥と見なされて削除され、その結果、溝（スペースパターン）ＴＲ１内の信号の一部が失われてしまうという現象が発生することも考えられる。この場合は、欠陥の視認性のより一層の低下をもたらす。
【００４０】
そこで、本実施形態では、パターン中の信号の小さい欠陥の視認性を上げ、かつレビュー領域の情報を可能な限り失わないような撮像方法を撮像方法決定部２３が決定する。
【００４１】
以上の各手順のうち、ステップＳ１０１とＳ１０２について、図６乃至図９Ｂを参照しながらより詳細に説明する。
【００４２】
（ｉ）ステップＳ１０１
プレスキャンでは、例えば図６に示すように、Ｌ／Ｓの被検査パターンに対してパターンの長手方向に直交する方向ＳＣ１〜ＳＣ３に沿って複数箇所で電子ビームＥＢをスキャンし、それぞれの場所でウェーハＷから生成された荷電粒子ＣＰの検出信号のプロファイルを取得する。
【００４３】
（ｉｉ）ステップＳ１０２
得られた複数箇所のプロファイルに対し、ＥＷＳ２５が相互相関関数ｆｉｊ（τ）
【数１】
を計算する。ここで、ｇｉ（ｘ）は縦方向のスキャン位置ｘに関する場所ｉにおけるプロファイルである。本実施形態において、上述した式１は、例えば第２の関数に対応する。
【００４４】
次いで、ＥＷＳ２５は、全てのｉｊ組み合わせの中で、ｆｉｊ（τ）の最大値が一番大きくなる２つのプロファイルの組み合わせを求め、これを構成する２つプロファイルを正常なプロファイルと判別し、この一方、その他の組み合せのプロファイルを正常でないプロファイルと判別して排除する。図６に示す例では、スキャン方向ＳＣ１，ＳＣ３に対応するプロファイルの組合せが正常なプロファイルであり、その他の組合せ、例えばスキャン方向ＳＣ１，ＳＣ２の組合せやスキャン方向ＳＣ２，ＳＣ３の組合せに対応するプロファイルは正常でないプロファイルと判別する。
【００４５】
続いて、ＥＷＳ２５は、求めた２つの正常なプロファイルのデータから平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）
【数２】
を求め、撮像方法決定部２３に送る。本実施形態において、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）は、例えば暫定プロファイルの平均値に対応する。
【００４６】
図７は図６のパターンで求めた平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）のグラフである。
【００４７】
次に、撮像方法決定部２３は、ＥＷＳ２５から与えられた平均Ｌ／ＳプロファイルよりＳＥＭの撮像方法を決定する。本実施形態において、撮像方法決定部２３は、検出器１５，１６が検出した電気信号の増幅率を変える方法を採用する。より具体的には、平均Ｌ／ＳプロファイルＰ（ｘ）の逆数Ｐ−１（ｘ）を用いて検出器１５，１６にかけるアンプの時間依存性Ｇ（ｔ）を
【数３】
と決定する。ここで、ｔはスキャン時間、Ｔは１スキャンにかかる時間、ｖはスキャン速度、Δｔは１Ｐｉｘｅｌ分のスキャンに必要な時間、さらに、αは比例定数である。本実施形態において、上述した式３は、例えば第１の関数に対応する。
【００４８】
そして、処理制御部２１は、検出信号処理部３１内に設けられた、検出器１５，１６からの信号にかけるアンプ（図示せず）を、求めた時間依存性Ｇ（ｔ）で動作させながら、各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を動作させることによりＳＥＭ像を撮像する（ステップＳ１０３）。これにより、図９ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ１１に示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、検出した電子の信号を増幅できる。その結果、図９Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を少なくしたＳＥＭ像が得られる。
【００４９】
（２）第２の実施の形態
図１０は、第２の実施の形態によるパターン検査方法の概略手順を示すフローチャートである。
【００５０】
本実施形態では、図１１ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ２に示すように、疎密の程度が不規則な被検査パターンに好適な形態である。図１１Ｂは、図１１Ａの被検査パターンからの検出信号を２５６階調の画像にした場合の階調値−ピクセル数の分布を示す図である。図５Ｂに示す場合と同様に、図１１Ｂにおいても、検出信号を２５６階調値に量子化した際に、図５Ｂの点線で示す領域において欠陥ＤＦ２からの検出信号に対応する部分がレビューＳＥＭ等により擬似欠陥と見なされて削除され、その結果、溝（スペースパターン）ＴＲ２内の信号の一部が失われてしまうという現象が発生することも考えられ、欠陥の視認性が低下する可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施形態では、被検査パターンに対するプレスキャンとして、図１２に示すように撮像領域ＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）全体を一回スキャンする。これにより、ＥＷＳ２５は、検出信号処理部３１を介して送られる検出器１５，１６からの荷電粒子ＣＰの検出信号を処理し、図１３に示すようなスキャン時間に対する検出信号プロファイルＨ（ｔ）を生成して撮像方法決定部２３へ送る（図１０、ステップＳ２０１）。
【００５２】
そして、撮像方法決定部２３は、送られたプロファイルＨ（ｔ）の逆数Ｈ−１（ｔ） を求め、検出信号処理部３１内に設けられた、検出器１５，１６からの信号へのアンプ（図示せず）の時間依存性Ｇ（ｔ）を
【数４】
と決定する（図１０、ステップＳ２０２）。ここで、ｔはスキャン時間、αは比例定数である。図１４は、このようにして得られたプロファイルの一例を示す。本実施形態において、上述した式４は、例えば第１の関数に対応する。
【００５３】
そして、前述した第１の実施の形態と同様に、検出信号処理部３１が、検出器１５，１６からの信号へのアンプ（図示せず）を、式４で求めた時間依存性Ｇ（ｔ）で動作させながら、各種制御部１９，２０，３３を介して電子光学系１０およびステージ１８を駆動させることによりＳＥＭ像を撮像する（図１０、ステップＳ２０３）。これにより、図１５ＡのＳＥＭ像Ｉｍｇ１２に示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、検出した電子の信号を増幅できる。その結果、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を小さくしたＳＥＭ像が得られる。
【００５４】
その後は前述した第１の実施の形態と同様に、図１０のステップＳ２０３により得られた、パターン中の小さな欠陥からの信号を強調したＳＥＭ像を用いてＥＷＳ２５が欠陥を検出する（ステップＳ２０４）。さらに、検出した欠陥の座標から、処理制御部２１が電子光学系１０およびステージ１８を駆動することにより、欠陥形状の解析に必要な所望の解像度でパターン中の信号の小さな欠陥の信号を強調した高倍率のＳＥＭ像を改めて撮像し、ＥＷＳ２５によりレビューを行う（ステップＳ２０５）。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を、検出器１５，１６に印加する電圧に適用することにより撮像方法を決定する。ここでは、検出器１６を取り挙げて説明するが、検出器１５を用いる場合も、検出器１５と１６の双方を用いる場合も同様である。
【００５６】
図１６に示すように、検出器１６の上方（偏向器１３の側）に設けられた反射板２８と検出器１６との間に可変電源ＰＳ１により電圧Ｖｄを印加する。可変電源ＰＳ１は処理制御部２１に接続されて制御信号が送られる。処理制御部２１は、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いて可変電源ＰＳ１の電圧Ｖｄを、
【数５】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、αおよびＣは定数で、特にα＜０とする。
【００５７】
これにより、プレスキャン時に検出信号の強度が高い明るい領域に対応する電圧Ｖｄの値が、プレスキャン時に検出信号の強度が低い暗い領域に対応する電圧Ｖｄの値に比較して小さくなる。その結果、反射板２８から検出器１６に入って来る荷電粒子ＣＰの数は、元々明るい領域で抑えられ、元々暗い領域で多く取り込まれることとなる。
【００５８】
前述した第２の実施の形態と同様に、本実施形態の撮像方法を用いることにより、図１５Ａに示すように、元々暗い所は明るく、明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を反射板２８に印加する電圧に適用することにより撮像方法を決定する。
【００６０】
反射板２８に印加する電圧Ｖｒは、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＷから生成された荷電粒子ＣＰが反射板２８に入射するときの運動エネルギーを調整し、反射板２８から生成される荷電粒子ＣＰの放出量（本実施形態では反射板の二次電子放出係数）を変える作用がある。
【００６１】
図１７は本実施形態のパターン検査方法を説明するためのレビューＳＥＭの部分拡大図である。図１７に示すように、可変電源ＰＳ２により反射板２８にはウェーハＷとの間で電圧Ｖｒが印加される。可変電源ＰＳ２は処理制御部２１に接続されて制御信号が送られる。処理制御部２１は、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いて可変電源ＰＳ２の電圧Ｖｒを、
【数６】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、βおよびＣは定数であり、検出信号プロファイルＨ（ｔ）の最小値Ｈｍｉｎで、反射板２８の二次電子放出係数が最大になるようにβ、Ｃを決定する。
【００６２】
このように反射板２８への印加電圧Ｖｒを時間に依存して変化させることにより、プレスキャン時に検出信号強度が高い明るい領域は、プレスキャン時に検出信号強度が低い暗い領域に比べ、反射板２８で生成される二次電子の数が少なくなる。
【００６３】
前述した第２の実施の形態と同様に、本実施形態の撮像方法を用いることにより、図１５Ａに示すように、元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、２５６階調に量子化した際には、図１５Ｂに示すように、溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００６４】
（５）第５の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）をプローブ電流量Ｉｐに適用することにより撮像方法を決定する。
【００６５】
即ち、検出信号プロファイルＨ（ｔ）を用いてプローブ電流Ｉｐを、
【数７】
に規定するように時間に依存して変化させながら撮像を行う。ここで、αおよびＣは定数であり、特にα＜０とする。これにより、プレスキャン時に検出信号の強度が高い明るい領域は低いプローブＩｐで、プレスキャン時に検出信号の強度が低い暗い領域は高いプローブＩｐで電子ビームＥＢのスキャンを行うことができる。
【００６６】
このような撮像方法を用いることで、明るい領域の信号強度は低くなり、暗い部分の信号強度は高くなるため、図１５Ａに示すように元々暗い所は明るく、元々明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を低くしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００６７】
（６）第６の実施の形態
本実施形態では、撮像方法決定部２３が、第２の実施の形態において式４を求める過程で得られる検出信号プロファイルＨ（ｔ）を、画像変換関数Ｉ（ｈ）に適用することにより撮像方法を決定する。
【００６８】
ここでは、検出器の信号ｈを画像に変換する際に使用する関数として画像変換関数Ｉ（ｈ）を規定し、検出信号の増幅時、または画像処理時に適用する。図１８に示すように、検出信号プロファイルＨ（ｔ）の最大値をＨＭａｘとし、その最小値をＨｍｉｎとする。さらに、画像変換関数Ｉ（ｈ）を、
【数８】
【数９】
と定義する。ここで、ＧＭａｘとは画像に変換する際に最大階調値となる値である。この検出信号プロファイルから得られた画像変換関数Ｉ（ｈ）のグラフの一例を図１９に示す。これにより、プレスキャン時に検出信号強度が高い明るい領域は、プレスキャン時の検出信号強度に対する増幅率変化が小さいため低コントラストに、プレスキャン時に検出信号強度が低い暗い領域は、プレスキャン時の検出信号強度に対する増幅率変化が大きいため高コントラストになった画像が画像生成部２２によって生成される。
【００６９】
プレスキャンで暗い部分の信号量が増加するので、図１５Ａに示すように、元々暗いところは明るくなる一方で、元々明るいところは明るくなり過ぎず、図１５Ｂに示すように、２５６階調に量子化した際に溝（スペースパターン）内の信号が失われる可能性を小さくしたＳＥＭ像を得ることができる。
【００７０】
本実施形態の手法には、既存のγ補正では対応できなかったローカル帯電等で局所的に見え方が変わる場合にも適切に増幅率を決定できるというメリットがある。
【符号の説明】
【００７１】
１０：電子光学系
１２：電子銃
１５，１６：検出器
２１：処理制御部
２２：画像生成部
２３：撮像方法決定部
２５：計算機
２６：外部メモリ
２８：反射板
３１：検出信号処理部
３３：電子銃制御部
ＣＰ：荷電粒子
ＥＢ：電子ビーム
Ｉｍｇ１，Ｉｍｇ２，Ｉｍｇ１１，Ｉｍｇ１２：ＳＥＭ画像
ＰＳ１，ＰＳ２：可変電源
Ｖｄ：反射板−検出器間電圧
Ｖｒ：反射板電圧
Ｗ：ウェーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、
決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、
を備える欠陥検査方法。
【請求項２】
前記撮像方法は、前記プロファイルの逆数に任意の変数変換処理を行った第１の関数を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記プロファイルを生成する工程は、
前記試料表面の複数の箇所で荷電粒子線を走査して複数の暫定プロファイルを取得する工程と、
相互相関関数である第２の関数を用いて各暫定プロファイルが正常なパターンのプロファイルかどうかを判別する工程と、
を含み、
前記プロファイルは、正常なパターンの暫定プロファイルが複数ある場合に、これら複数の暫定プロファイルの平均値を求めることにより生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記プロファイルは、撮像領域全体を走査して得られる信号の走査時間に対するプロファイルを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記荷電粒子により得られた信号の電流値を、前記プロファイルに基づいて変化する増幅率で増幅する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記荷電粒子を検出する検出器に、前記プロファイルに基づいて変化する電圧を印加する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記荷電粒子の一部は、反射板に反射して検出器に検出され、
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記反射板に、前記プロファイルに基づいて変化する電圧を印加する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記プロファイルに基づいて変化するドーズ量で前記荷電粒子線を生成する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記プロファイルから画像変換関数を求め、該画像変換関数に基づいて前記荷電粒子から得られる信号を前記荷電粒子像に変換する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
荷電粒子線を生成し、被検査パターンが形成された試料に照射する荷電粒子線照射手段と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から生成される荷電粒子を検出する検出手段と、
前記検出手段から得られる信号から前記被検査パターンの荷電粒子像を生成する荷電粒子像生成手段と、
前記検出手段から得られる信号の時間に対するプロファイルを生成するプロファイル生成手段と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する撮像方法決定手段と、
前記撮像方法決定手段により決定された撮像方法で前記荷電粒子線照射手段、前記検出手段および前記荷電粒子像生成手段を制御して前記荷電粒子像を取得する制御手段と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する検査手段と、
を備える欠陥検査装置。
【請求項１】
被検査パターンが形成された試料に荷電粒子線を照射し、前記試料から生成される荷電粒子を検出し、得られる信号の時間に対するプロファイルを生成する工程と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する工程と、
決定した撮像方法で前記被検査パターンの荷電粒子像を取得する工程と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する工程と、
を備える欠陥検査方法。
【請求項２】
前記撮像方法は、前記プロファイルの逆数に任意の変数変換処理を行った第１の関数を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記プロファイルを生成する工程は、
前記試料表面の複数の箇所で荷電粒子線を走査して複数の暫定プロファイルを取得する工程と、
相互相関関数である第２の関数を用いて各暫定プロファイルが正常なパターンのプロファイルかどうかを判別する工程と、
を含み、
前記プロファイルは、正常なパターンの暫定プロファイルが複数ある場合に、これら複数の暫定プロファイルの平均値を求めることにより生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記プロファイルは、撮像領域全体を走査して得られる信号の走査時間に対するプロファイルを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記荷電粒子により得られた信号の電流値を、前記プロファイルに基づいて変化する増幅率で増幅する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記荷電粒子を検出する検出器に、前記プロファイルに基づいて変化する電圧を印加する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記荷電粒子の一部は、反射板に反射して検出器に検出され、
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記反射板に、前記プロファイルに基づいて変化する電圧を印加する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記プロファイルに基づいて変化するドーズ量で前記荷電粒子線を生成する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記荷電粒子像を取得する工程は、前記プロファイルから画像変換関数を求め、該画像変換関数に基づいて前記荷電粒子から得られる信号を前記荷電粒子像に変換する工程を含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
荷電粒子線を生成し、被検査パターンが形成された試料に照射する荷電粒子線照射手段と、
前記荷電粒子線の照射により前記試料から生成される荷電粒子を検出する検出手段と、
前記検出手段から得られる信号から前記被検査パターンの荷電粒子像を生成する荷電粒子像生成手段と、
前記検出手段から得られる信号の時間に対するプロファイルを生成するプロファイル生成手段と、
前記被検査パターンの頂面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度がさらに高まることを抑制しつつ前記被検査パターンの底面に対応する試料の箇所からの荷電粒子により得られた信号の強度を高めることにより、信号強度の高低差が縮められた荷電粒子像の撮像方法を、前記プロファイルを用いて決定する撮像方法決定手段と、
前記撮像方法決定手段により決定された撮像方法で前記荷電粒子線照射手段、前記検出手段および前記荷電粒子像生成手段を制御して前記荷電粒子像を取得する制御手段と、
取得した荷電粒子像から前記被検査パターンの欠陥を検査する検査手段と、
を備える欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１１２８９９（Ｐ２０１２−１１２８９９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４１５１（Ｐ２０１０−２６４１５１）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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