荷電粒子線を用いた基板検査装置および基板検査方法
【課題】
コンタクトホール等の半導体製造工程中の高い段差のあるパターンを持つウエハ上の欠陥を検査し、ドライエッチングによる非開口欠陥等の欠陥の位置や欠陥の種類等の情報を高速に取得可能とする。また、得られた欠陥情報から欠陥の発生プロセスや要因の特定を行ない、歩留まりを向上やプロセスの最適化の短期化を実現する。
【解決手段】
半導体製造工程中の高い段差のあるパターンを持つウエハに１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の照射エネルギ−の電子線を走査・照射し、発生した２次電子の画像から高速に欠陥検査を行う。二次電子画像取得前にウエハを移動させながら高速に電子線を照射し、ウエハ表面を所望の帯電電圧に制御する。取得した二次電子画像から欠陥の種類の判定を行ない、ウエハ面内分布を表示する。
コンタクトホール等の半導体製造工程中の高い段差のあるパターンを持つウエハ上の欠陥を検査し、ドライエッチングによる非開口欠陥等の欠陥の位置や欠陥の種類等の情報を高速に取得可能とする。また、得られた欠陥情報から欠陥の発生プロセスや要因の特定を行ない、歩留まりを向上やプロセスの最適化の短期化を実現する。
【解決手段】
半導体製造工程中の高い段差のあるパターンを持つウエハに１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の照射エネルギ−の電子線を走査・照射し、発生した２次電子の画像から高速に欠陥検査を行う。二次電子画像取得前にウエハを移動させながら高速に電子線を照射し、ウエハ表面を所望の帯電電圧に制御する。取得した二次電子画像から欠陥の種類の判定を行ない、ウエハ面内分布を表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いた基板検査技術に係り、特に、電子線等の荷電粒子線を用いた検査技術において、微細な回路パターンを有する半導体ウェハ等の基板上の異物や欠陥を検出する検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を用いた微細回路パターンを有する半導体ウエハの評価方法として、ウェハの大口径化と回路パターンの微細化に対応して高スループットかつ高精度な検査を行う技術が実用化されている。例えば、特開平０６−１３９９８５号公報で開示されているように、表面電位差に起因する二次電子線のコントラストを利用して欠陥検査を行う方法が知られている。
【０００３】
また、電位コントラストから電気的欠陥を評価する方法として、検査前に電子線を照射して、予めウエハ表面を正、あるいは負極性に帯電させてから二次電子画像を取得することによって、電位コントラストを増大させることができる。例えば、特開２０００−２０８０８５号公報で開示されているように、正極性に帯電させる方法として、プラグを埋め込んだコンタクトホール等のパターン検査において、電子線をウエハ表面に照射した後、電位コントラストを得る方法が知られている。
【０００４】
しかし、これらの記述には、プラグを埋め込んだ回路についての検査方法は記載されているが、ドライエッチング後のホールのような非常に段差の大きいパターンの底の検査方法に関する記述は無い。
【０００５】
一方、ホールパターンに電子線を照射した際に放出される二次電子画像から、ホールパターンの底を観察できる技術が知られている。しかしこれらの従来の走査電子顕微鏡は、限られた視野を高倍率で時間をかけて観察するため、ウエハ上全てを観察して、欠陥検査を行なうことは不可能であった。
【０００６】
また、ウエハ表面を負極性に帯電させてコンタクトホールの非開口を検査する手法として、先述の特開平０６−１３９９８５号公報では、二次電子画像取得前に低加速電子線を照射して、ウエハ表面を負極性に帯電させている。この方法では、ホール底に残膜が存在している場合、残膜によって開口部の電位が変化して見かけ上のホール径が小さくなることを利用して、非開口を評価している。
【０００７】
しかし、この方法では、限られた視野を高倍率で時間をかけて観察するため、ウエハ上全てを観察して、欠陥検査を行なうことは不可能であった。また、予め電子線を照射してウエハ表面を負に帯電させた後、二次電子画像を取得するため、さらに、ウエハ表面を負に帯電させるときの照射電子エネルギーと二次電子画像取得時の照射電子エネルギーが大きく異なるため、電子光学系の設定が困難であり、効率的にウエハ全面の検査を行なうことができなかった。また、ウエハ上に必ず２回以上電子線を照射する必要があったため、効率的にウエハ全面の検査を行なうことができなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−１３９９８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０８０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の電子線式検査装置は、以下のような課題を有していた。
【００１０】
従来の電子線検査装置では、回路パターンを持つウエハ上に生じる電位差によるコントラストから欠陥検査を行なっていたが、コンタクトホールの非開口検査等、段差が非常に大きいパターンの底部からの二次電子信号を検出し、パターン底の状態を高感度に検査することは困難であった。特に高アスペクト比を持つホールパターン底からの二次電子は大部分が側壁に遮られて検出できないため、ホールパターンの非開口検査を行なうことは困難であった。
【００１１】
また、従来の走査電子顕微鏡では、ホールパターン底の形状や異物の評価を行なうことは出来たが、非開口不良等の評価を行なうことは困難であった。また、従来の走査電子顕微鏡では高倍率・高空間分解能で観察するため、スキャン速度は遅く、スキャン範囲が狭く、欠陥検査装置に必要とされるウエハの様な大面積を高速に評価することは不可能であった。
【００１２】
また、ウエハ表面を負極性に帯電させてコンタクトホールの非開口を評価する手法では、二次電子画像取得前に低加速電子線を照射して、ウエハ表面を負極性に帯電させている。しかし、この方法では、ウエハ表面を負極性に帯電させるために照射する電子線のエネルギーと二次電子画像を取得するために照射する電子線のエネルギーの差が大きいために、同一の電子源を用いて電子線を照射することは困難であった。さらに、一度電子線を照射してウエハ表面を負に帯電させた後、高倍率・高空間分解能で二次電子電子画像を観察するため、スキャン速度は遅く、スキャン範囲が狭く、欠陥検査装置に必要とされるウエハの様な大面積を高速に評価することは不可能であった。そのため、効率的にウエハ全面の検査を行なうことはできなかった。
【００１３】
さらに、従来の装置では、ウエハ表面を負極性に帯電させて開口部を評価しているため、半導体回路パターンの種類や材料によって、評価可能な半導体装置の種類が限定されていた。また、ウエハ表面の帯電電圧が半導体回路の種類によって限定されるので、非開口の検出感度が回路パターンの種類によって異なるという課題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、半導体製造工程途中のウエハを検査する技術として、ホールパターン等の段差の大きいパターンにおいて、高速、かつ高精度に欠陥検査を行なう基板検査装置および基板検査方法を提供することにある。さらに、孔底の非開口等の得られた欠陥情報から半導体製造プロセスの最適化に寄与する技術を提供することにある。さらにまた、半導体製造プロセスの管理において、プロセス異常を早期に発見して対策することによって、半導体装置の信頼性を高めるのに寄与する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
まず、ウエハ表面を正極性に帯電させて検査する方法について説明する。図２を用いて、孔底で放出された二次電子を検出する本発明の原理を説明する。
【００１６】
従来の電子線を用いた検査装置でホールパターンの画像を取得すると、例えば電子線の照射エネルギーが５００ｅＶ（エレクトロンボルト）、アスペクト比が４以下の場合には、開口ホール底からの二次電子信号34は容易に検出され、開口ホールは白く、非開口ホールは黒く観察される。しかし、アスペクト比が高くなると、図２（ａ）に示す様に、ホール底からの二次電子34は大部分が側壁35によって遮られる。このため、開口ホールも黒く観察されるので非開口ホールを検出することはできなかった。
【００１７】
そこで、検査を行なうための二次電子画像を取得する前に、予め電子線等をウエハ表面に照射してウエハ表面36を所望の電圧に帯電させる手段を設けた。図２（ｂ）に示す様にウエハ表面36を正極性に帯電させると、孔底から放出された二次電子34の一部は上方に加速され、効率良く検出可能となる。さらに、孔底から放出された二次電子34を加速できるので、孔底から放出された二次電子34がホール側壁35に衝突したときに、側壁35から二次電子がさらに放出される。側壁35から放出された二次電子のうちの一部37は、開口部に向かって加速されて検出器で検出できるようになる。この結果、高アスペクトホールの孔底から放出された二次電子35を引き出して検出できるようになり、孔底の開口、非開口等の情報を得ることができるようになった。このとき、表面36の帯電電圧に従って、検査可能なアスペクト比や孔径が決定される。そこで、ウエハ表面36を所望の帯電電圧に制御するための手段を設けた。
【００１８】
高アスペクトホール底部の開口・非開口を検査するときのウエハ表面36の帯電電圧は、アスペクト比、孔径、ホール周囲の絶縁膜の種類や厚さによって決定される。例えば、シリコン酸化膜に形成されたアスペクト比１０のホール底部の開口・非開口を検査するためには、ウエハ表面36を５Ｖ以上に帯電させることが必要である。予め記憶されたデータベースに従って、帯電電圧を決定する手段を設けた。本発明では、段差のあるホールパターンに対しては、基板の帯電電圧は５Ｖ以上５０Ｖ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
ウエハ表面36を所望の正極性の電圧に帯電させるための方法について、次に述べる。ウエハ表面がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、帯電用電子線38として、二次電子放出効率が１以上となる１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の照射エネルギーで電子線を照射する。ウエハ帯電用電子光学系は検査画像を取得する際に照射する電子光学系と兼用することができる。また、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかけることによって、ウエハ上面に電界を生成してウエハ表面36の帯電電圧を制御するための手段を設けた。
【００２０】
ウエハ等の大面積を高速で検査するために、ウエハ帯電用電子線38として、画像取得用の電子線よりも空間分解能を落とした電子線を用いることができる。さらに、ウエハ帯電用電子線38の走査方法として、ウエハをいくつかの検査領域に分割し、ウエハの帯電と二次電子画像取得を交互に繰り返すことにより、ウエハの移動時間中にウエハ表面36を効率的に正極性に帯電させて検査するための手段を設けた。
【００２１】
次に、負極性の帯電を用いてホールを検査する方法について説明する。図３により、負極性の帯電を用いて欠陥を検出する原理を説明する。表面を負極性に帯電させたとき、図３（ａ）に示すように正常ホール部40は周りの酸化膜の部分よりも暗く観察される。このとき、非開口の場合は底部に残存する酸化膜41が負極性に帯電し、正常ホールと非開口ホールでは、図３（ｂ）と図３（ｃ）に示すようにホール部の電位分布が異なる。正常ホールでは、孔底と表面36の負極性の帯電電圧の差が大きいので、孔底から放出される二次電子が孔から放出されにくくなる。一方、非開口ホール底41は負極性に帯電しているので、孔底で放出された二次電子は正常ホールよりも検出されやすくなる。検出される二次電子は孔の外周部ほど信号強度が高いので、非開口ホールの二次電子画像41は、図３（ａ）に示すように正常ホール40よりもホール外周部の信号強度が高くなると同時に、二次電子画像上での孔径は正常ホール40よりも小さく観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合42は、正常ホール40よりも孔径が大きく観察される。
【００２２】
このとき、表面の帯電電圧によって、検査可能なアスペクト比や検出可能な孔底の残膜厚が決定される。そこで、表面を所望の負極性の帯電電圧に制御する手段と二次電子画像中のホールの寸法の相違を検出する手段を設けた。
【００２３】
ウエハ表面を所望の負極性の電圧に帯電させる場合には、ウエハ表面がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、このときの電子線照射エネルギーとして、二次電子放出効率が低くなる１０００ｅＶ以上の電子線を照射する。このとき、画像取得用電子源を用いて、ウエハ表面を負極性に帯電させるのに十分な、大電流を照射する手段を設けた。さらに、効率的にウエハ表面を負極性に帯電させるために、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかけるための手段を設けた。ウエハ上面に生成された電界によって、ウエハ表面から発生した二次電子を効率的にウエハ表面に戻すことが可能となり、画像取得用電子源を用いてウエハ表面を所望の負極性の電圧に帯電させることが可能となった。
【００２４】
上述のように、電子線の照射エネルギーとウエハ36上面に設置された電極32の電圧を調整することで、同一の装置でウエハ表面36を任意の正極性および負極性の帯電電圧に制御できるようになった。この結果、半導体装置の回路パターンや材料によらず、種々な半導体回路の検査を高速にできるようになった。
【００２５】
次に、ウエハ表面の帯電電圧を正極性、あるいは負極性の所望の電圧に制御する方法について述べる。照射条件調整用のチップに移動し、帯電用電子線を走査・照射後、画像取得用電子線を走査・照射し、二次電子画像を取得する。二次電子画像を取得する際に、エネルギーフィルター13を用いて二次電子を検出する。このエネルギーフィルターとして、ある閾値以上、あるいは、ある閾値以下の二次電子を検出するエネルギーフィルターを用いることができる。
【００２６】
ある閾値以上の二次電子を検出するエネルギーフィルターを用いて画像を取得する場合は、エネルギーフィルター13のフィルター電圧を固定させて二次電子画像を取得した後、プリチャージと二次電子画像を取得する場所を移動し、エネルギーフィルターの閾値を２つめの値に固定して二次電子画像を取得することを繰り返すことによって、ウエハ表面の帯電電圧を自動的に計測する手段を設けた。
【００２７】
帯電電圧を計測する別の手法として、エネルギーフィルター13のフィルター電圧をスキャンさせながら二次電子画像を取得し、得られた二次電子画像から帯電電圧を計測することもできる。これらの方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、帯電用電子線のエネルギー、電流値、電極電圧を最適化する手段を設けた。さらに、二次電子画像を取得するときの電子線の照射条件を最適化する手段を設けた。
【００２８】
帯電用電子線と二次電子画像取得用電子線の調整後、実際に検査を行なうが、検査時に二次電子画像を取得する際には、通常はエネルギーフィルター13を用いないで二次電子画像の取得が可能である。しかし、特定の場合について、エネルギーフィルター13を用いて二次電子画像を取得するための手段を設けた。エネルギーフィルターの設定値は、上述した帯電電圧計測時に取得した二次電子画像から、最適化を行なうための手段を設けた。二次電子エネルギーをフィルタリングして画像を取得することによって、高感度に欠陥を検出することが可能となる。
【００２９】
これらの手法を用いて二次電子画像を取得後、ウエハ上の別の領域で取得した同一パターンの二次電子画像とを比較して、欠陥を検出するための機構を設けた。さらに、ホール部のコントラストとホールの寸法を算出する機構を設け、欠陥ホールのコントラストと寸法から、欠陥の種類を自動判定するための機構を設けた。さらに、これらの欠陥の判定結果と欠陥のウエハ面内分布を画面上に表示する手段を設けた。
【００３０】
まず、正極性の帯電をさせたときに取得した二次電子画像から、欠陥を検出する方法について述べる。ウエハ表面を正極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は明るく観察される。非開口の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電するため、正常ホールよりも暗く観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、ホール部は明るく、大きく観察される。コントラストとホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。さらに、底部に残存する酸化膜の厚さが厚いほど、欠陥ホール部は暗く観察される。欠陥ホール部の明るさから、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３１】
一方、ウエハ表面を正極性に帯電させて半導体回路のショート欠陥を検出する手法が提案されている。本発明によって、ウエハ表面を正極性に帯電させてホールの非開口検査が可能となった結果、半導体回路のショート欠陥と非開口欠陥とを同一の装置で検査できるようになった。
【００３２】
次に、ポリＳｉマスクの様にウエハ表面が正極性に帯電しにくい材料の場合、あるいは、孔底の材料が絶縁膜のように電流を流さない材料である場合に、欠陥を検出する方法について述べる。このようなウエハ表面は正極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合、正常ホールと非開口ホールでは、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。ホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３３】
さらに、ウエハ表面を負極性に帯電させた場合に取得した二次電子画像から、欠陥を判定する方法について述べる。ウエハ表面を負極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される。ホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３４】
この結果、ホールパターンの開口・非開口等の欠陥の有無を高速に検査することが可能となる。さらに、検出した欠陥情報から、半導体装置の製造工程における製造条件を微調整する機構を設けた。この機構によって、欠陥の種類とウエハ面内分布から、欠陥発生要因を推定し、半導体装置を製造する条件を微調整することが可能となった。さらに、検出した欠陥情報から、半導体装置の欠陥を減少させる処理を半導体製造工程に追加する機構を設けた。これにより、孔底の非開口等の得られた欠陥情報から半導体製造プロセスの最適化を早期に行なうことができる。また、欠陥の種類や欠陥のウエハ面内分布から、プロセス異常を早期に発見し、欠陥発生要因の推定を早期に行なうことが可能となり、半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ホールパターン等の段差の大きいパターンを有する半導体ウエハ等の基板の欠陥検査を高速、かつ高精度に行うことが可能な基板検査装置および基板検査方法を実現できる。特に、半導体装置製造プロセスにおけるプロセス開発期間および歩留まり向上期間を大幅に短縮できるようになり、半導体装置の信頼性および生産性を高めることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００３７】
（実施例１）
本実施例では、ドライエッチング後のホールパターンの検査方法、及び装置の一例について説明する。本実施例における半導体装置の検査装置の構成を図１に示す。
【００３８】
半導体装置の検査装置1は、電子光学系2、ステージ機構系3、ウエハ搬送系4、真空排気系5、光学顕微鏡6、制御系7、操作部8より構成されている。電子光学系2は、電子銃9、コンデンサレンズ10、対物レンズ11、検出器12、エネルギーフィルター13、偏向器14（例えば、ＥＸＢ偏向器）、ウエハ上面の電極32、ウエハ高さ検出器15より構成されている。ステージ機構系3は、ＸＹステージ16およびウエハを保持し載置するためのホルダ（試料台）17、ホルダ17およびウエハ18に負の電圧を印加するためのリターディング電源19より構成されている。ＸＹステージ16には、レーザ測長による位置検出器が取りつけられている。ウエハ搬送系4はカセット載置部20とウエハローダ21とＸＹステージ16間をウエハ18が行き来するようになっている。制御系7は、信号検出系制御部22、ブランキング制御部23、ビーム偏向補正制御部24、電子光学系制御部25、ウエハ高さセンサ検出系26、ステージ制御部27、電極制御部33より構成されている。操作部8は、操作画面および操作部28、画像処理部29、画像・検査データ保存部（記憶部）30、外部サーバ31より構成されている。
【００３９】
欠陥検出方法について、検査フローに従って説明する。図４に、検査フローを示す。まず、操作画面28上で検査するウエハのカセット内棚番号を指定する（ステップ４３）。そして、被検査ウエハの情報として、アスペクト比、ホール径、パターンを形成する材料等の情報を入力する。さらに、帯電用電子線38の照射条件として、電子ビーム照射エネルギー、ビーム電流、ビーム径等の条件を入力し、ウエハ表面の帯電電圧を指定する。さらに検査条件として、検査領域、二次電子画像を取得するときの電子ビーム照射エネルギー、ビーム電流、走査速度、走査サイズを入力する（ステップ４４）。また、被検査ウエハの情報から、データベース化された検査条件を用いることもできる。これらの被検査ウエハの情報、電子線の照射条件、検査条件は、外部サーバ31から入力することも可能である。
【００４０】
ウエハ表面を正極性に帯電させるときの電子ビーム照射条件として、例えば照射エネルギーは電子線放出効率が１以上となる１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の値に設定することができる。検査時の照射エネルギーは、ウエハ帯電用電子線と同じ値に設定することが望ましい。検査時の照射エネルギーとウエハ帯電用電子線の照射エネルギーを同程度にすることによって、一つの電子源を用いて、ウエハを帯電させるための電子線と二次電子画像取得時の電子線が照射可能となった。また、比較的低エネルギーの電子線を照射することによって、ウエハ表面を正極性に帯電させるだけでなく、半導体装置に与えるダメージを低減させて検査を行なうことが可能となった。
【００４１】
ウエハの帯電電圧の設定値は、主としてホールパターンのアスペクト比から決定される。図５にホール部の二次電子画像の明るさの帯電電圧依存性を示す。アスペクト比４までのホール底からの二次電子は、帯電電圧が５Ｖ以下であっても取得可能であるが、アスペクト比８以上になると、図５に示すように１０Ｖ以上に帯電させる必要がある。予め取得した必要な帯電電圧のアスペクト比依存性のデータベースから、帯電電圧の設定値を決定することもできる。検査条件の設定が完了したら検査を開始する。上記の検査条件の設定は、オフラインのコンピュータを用いて予め設定することもできる。
【００４２】
検査を開始すると、ウエハ18を検査装置に搬送する。ウエハ18はカセットからウエハローダ内に搬送された後、ウエハローダは真空排気される。その後、既に真空排気されている検査室に導入される（ステップ４５）。
【００４３】
ウエハロード終了後、上記入力された検査条件に基づき、電子光学系制御部25より各部に二次電子画像取得時の電子線照射条件が設定される。そして、ウエハホルダ17上にビーム校正用パターンが電子光学系2下に来るようにステージ16が移動する（ステップ４６）。その後、電子線画像を取得し、焦点、非点および検出系の設定を調整して画像のコントラスト等を調整する（ステップ４７）。同時にウエハ18の高さを高さ検出器15より求め、ウエハ高さ検出系26によって高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め、この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを行なうことなく、ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整することができる。
【００４４】
二次電子画像取得時の画像調整が完了したら、帯電用電子線38の照射条件の調整を行なう（ステップ４８）。まず、帯電電圧調整用パターンが電子光学系2下に来る様にステージ16が移動する。帯電用電子線38のビーム径は二次電子画像取得用ビームよりも１００倍から１０００倍程度大きなビームを使用することができる。
【００４５】
図６に、帯電用電子線38と二次電子画像取得ビームのスキャン方式の一例を示す。帯電用電子ビームを第一の領域57に一列照射後、二次電子画像取得用電子ビームを走査させながら第一の領域に含まれる第二の領域58の二次電子画像を取得する。第一の領域57は、第二の領域を含む十分広い領域58である。このとき、二次電子画像は、エネルギーフィルター13を用いて取得する。
【００４６】
一例として、ある閾値以上の二次電子を取得する方式のエネルギーフィルターを用いた。このエネルギーフィルターでは、フィルターにかける電圧以上のエネルギーを持つ電子が検出される。まず、閾値Ｖ0に設定して上記第二の領域58の二次電子画像を取得する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度をメモリ30に記憶する。次に、第一の領域57に含まれ、第二の領域を含まない第三の領域59の二次電子画像を取得する。このとき、エネルギーフィルター13は閾値Ｖ1に設定する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度をメモリ30に記憶する。酸化膜の部分の信号強度が変化するフィルター電圧が求まるまで、第一の領域58に含まれる第ｎの領域60の二次電子画像をフィルター電圧Ｖnで取得する上記の過程を繰り返す。
【００４７】
このときのフィルター電圧Ｖnの設定方法について、図７を用いて説明する。ある電圧に帯電した酸化膜からの信号61は、フィルター電圧によって図７のように変化する。Ｖ0では、全てのエネルギーの二次電子が取得されるので信号強度は最大値Ｉ0である。Ｖ1ではほとんどの二次電子が検出されないので、信号強度は最小値Ｉ1である。Ｖ0とＶ1の値を、例えば５０Ｖから−２０Ｖの範囲で設定する。さらに、Ｖ2からＶiまでの値はＶ0とＶ1の間を、例えば１０Ｖ間隔で設定する。信号強度が（Ｉ0＋Ｉ1）/２以上Ｉ0以下となった場合、例えば５Ｖ間隔でさらに２点設定される。信号強度がＩ1以上（Ｉ0＋Ｉ1）/２以下となった場合、Ｖn+5ＶがＶn+1として設定される。これらの信号強度から、（Ｉ0＋Ｉ1）/２となるＶｍを求めることができる。ウエハの帯電電圧は、予め取得してある基板Ｓiからの信号強度62のフィルター電圧依存性の曲線からのシフト量から計算される。
【００４８】
このようにして帯電電圧を計測しながら、所望の帯電電圧が得られるまで、帯電用電子ビームの調整を行なう（ステップ４９）。このような方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、帯電用電子線38の電流値、電極電圧32、およびビームエネルギーを最適化する手段を設けた。
【００４９】
ここで、実際に検査を行なうときに、エネルギーフィルター13を使用して検査を行なうことも可能である。検査時のフィルター電圧の設定値を帯電電圧測定時に決定することが可能である。フィルター電圧の設定値の決定方法について説明する。帯電電圧測定の際に取得した二次電子画像から、酸化膜からの信号強度ＩＳｉＯ２とホール部からの信号強度ＩＨｏｌｅを算出する。
【００５０】
図８に、酸化膜の信号強度64とホール部からの信号強度63のフィルター電圧による依存性を示す。さらに、コントラストＣ＝（ＩＨｏｌｅ−ＩＳｉＯ２）/ＩＳｉＯ２を算出し、これが最大となるフィルター電圧ＶＭＡＸを検査時の設定値に決定する。決定された設定値は、メモリ30に記憶される。
【００５１】
その後、電子線照射条件39および画像調整が完了したら、ウエハ18上の２点からアライメントを行なう（ステップ５０）。被検査ウエハ18は予め登録された光学顕微鏡6下の、所定の第一の座標に配置され、操作画面28内のモニタに被検査ウエハ18上に形成された回路パターンの光学顕微鏡画像が表示され、位置回転補正用に予め記憶された同じ位置の同等回路パターンの光学顕微鏡画像と比較され、第一の座標の位置補正値が算出される（ステップ５１）。
【００５２】
次に、第一の座標において、光学顕微鏡画像から電子線画像に切り替える。光学顕微鏡6と電子光学系2は所定の距離が離れた位置に配置されており、該距離は既知のパラメータとして装置内に記憶されているため、光学顕微鏡画像と電子線画像は任意に切り替えすることができる。電子線画像についても、光学顕微鏡画像と同様に予め位置回転補正用に回路パターンの画像を記憶してあり、該記憶された電子線画像と取得した電子線画像とを比較することにより、光学顕微鏡より精密な第一の座標の位置補正値が算出される。
【００５３】
次に、第一の座標から一定距離離れ第一の座標と同等の回路パターンが存在する第二の座標に移動し、同様に光学顕微鏡画像が取得され、位置回転補正用に記憶された回路パターン画像と比較され、第二の座標より位置補正値および第一の座標に対する回転ずれ量が算出される。さらに、第二の座標においても同様に電子線画像に切り替え、予め記憶された回路パターンの電子線画像と比較され、精密な第二の座標の位置補正値が算出される。この算出された回転ずれ量および位置ずれ量に基づき、制御部25および電子ビーム偏向信号補正部24において電子ビームの走査偏向位置は回路パターンの座標に対応するように補正される。
【００５４】
このようにして、被検査ウエハ18のアライメントが完了したら、被検査ウエハ18に帯電用電子線38を照射後、電子線画像を取得し、明るさの調整を実施する（ステップ５２）。検査条件ファイルに基づき、電子線画像を取得する際には電子ビーム電流や電子ビーム照射エネルギー、エネルギーフィルター13に印加する電圧や使用する検出器12、検出系のゲインが設定されており、これらのパラメータを設定して電子線画像を取得する。
【００５５】
この明るさ調整が完了したら、検査を実行する（ステップ５３）。検査領域は、検査条件ファイルに予め指定しておく。ウエハ帯電用電子線38を照射する場合、ウエハをいくつかの検査領域に分割し、ウエハの帯電と二次電子画像取得を交互に繰り返すことにより、ウエハの移動時間中にウエハ表面を効率的に正極性に帯電させることができる。
【００５６】
図９に、電子線の走査方法の一例を示す。まず、第一の照射領域66にウエハ帯電用電子線38を設定済みの条件で、図９（ａ）のように照射し走査させる。次に、第一の走査領域67に画像取得用電子線39を、図９（ｂ）で示すように走査させて、二次電子画像を取得する。次に、図９（ｃ）に示す様に、第二の照射領域68にウエハ帯電用電子線38を照射し、第二の走査領域69に画像取得用電子線39を走査する。このとき、ウエハを移動させながら帯電用電子線38を照射することができる。このように、ウエハの移動時間中に帯電用電子線38を照射できるので、ウエハを帯電させるための余分な時間をかけることなく、検査することが可能となった。
【００５７】
図９に示すように、上記の操作を繰り返すことによって、ウエハ全面を検査することができる。検査時には、ＸＹステージ16を連続的に移動しながら電子ビームを被検査ウエハ18の所定の領域に照射し、電子線画像を逐次形成しながら画像信号を記憶部30に記憶された信号と比較しながら、記憶部30に逐次画像を記憶する。かかる検査においては、予め検査条件ファイル204により検出器12は設定されている。検出器12の前方に配置されているエネルギーフィルター13に電圧を印加することもできる。
【００５８】
次に、ホールの欠陥判定方法について説明する。例えば膜材料がシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)の場合、二次電子画像取得後、以下の方法で欠陥判定を行う。
【００５９】
図１０に、コンタクトホールを形成したパターンの二次電子画像（ａ）と欠陥判定フロー（ｂ）の一例を示す。図１０（ａ）に示す非開口ホール71は、開口ホール70よりも暗く観察される。一方、テーパー形状となった欠陥ホール72は、開口ホール70よりも明るく、孔の寸法は大きく観察される。
【００６０】
図１１には、ホール部のコントラストの残膜厚依存性を示す。残膜厚０は、開口ホールのコントラストを示している。非開口ホール71は、開口ホール70よりも暗く観察されることから、非開口ホール71を欠陥と判定することが可能である。このとき、非開口ホール71のコントラストは残膜厚に従って暗くなることから、ホール部のコントラストから、非開口ホールの残膜厚を推定することも可能である。
【００６１】
取得された二次電子画像から欠陥判定は、以下のように行なう。まず、図１０（ｂ）に示すように、二次電子画像の形状を比較し（ステップ73）、参照する二次電子画像と形状が一致しない場合、形状異常と判定される。さらに、ホール部のコントラストを参照する二次電子画像と比較する（ステップ74）。参照画像とコントラストが同程度の場合、正常ホールと判定される。参照画像よりもホール部の明るさが暗い場合、エッチ残り、あるいはホール内異物有りと判定される。ホール部のコントラストが参照画像よりも明るい場合はテーパー形状と判定される。これにより、非開口ホール7１を非開口欠陥、テーパー形状のホール72をテーパー形状と判定される。
【００６２】
さらに、記憶部30、あるいは外部サーバ31に予め記憶してあるデータから、非開口ホールのコントラストから残膜厚を推定(ステップ75)することも可能である。残膜厚によるコントラストの変化のデータベースとして、ホールのアスペクト比、ホール径、帯電電圧、絶縁膜材料等のパラメータに従って、検索可能である。
【００６３】
被検査ウエハ上に、コンタクト底に異なる種類の接合が含まれている場合がある。このとき、開口ホール底の抵抗は接合の種類によって異なるので、ホールの明るさは接合の種類で変化する。このような場合、ウエハ上のパターン配置情報から、同一種類のパターン同士を比較することによって、同一種類の接合を持つホール同士を比較検査する。特に、コンタクト底にｎ拡散層が上層にあるｐｎ接合が形成されている場合、ホールからのコントラストは低くなる。
【００６４】
図１２に、ｐｎ接合を形成した場合のモデル図を示す。図中、76は層間絶縁膜、77はｎ拡散層、78はｐウエル、79はシリコン基板、80は一次電子線である。
【００６５】
ｐｎ接合が無いホール底では、電子線放出効率が１以上の条件で電子線が照射されたとき、基板から電子が供給されるため、孔底の電圧は０Ｖとなる。しかし、ｎ拡散層77上に電子線が照射されると、ｐｎ接合のために基板79側から電子は供給されず、孔底が帯電するため、コントラストは低くなる。このような場合、電子ビームエネルギーを最適化することによって、コントラスト向上が可能となる。
【００６６】
例えば、接合深さがＬ、接合領域に幅Ｗの空乏層領域が形成された場合について説明する。電子の侵入深さＲは，試料の原子量（Ａ）、原子番号（Ｚ）、密度（ρ）が決定されると、電子のエネルギーで決定される。例えば、入射エネルギー５００ｅＶの電子線がＳｉに照射された場合、電子線の侵入深さＲは１０〜２０ｎｍとなる。電子線のエネルギーが高い程電子の侵入深さＲは深くなる。電子線の侵入深さＲが浅く、空乏層領域まで電子が侵入しない場合、ｎ拡散層77上に電子線80が照射されると表面は正に帯電する。ここで、電子線の照射エネルギーと表面の帯電電圧を調整して、空乏層内に電子線が侵入するようになると、空乏層内に電子-正孔対が生成されるので、接合の抵抗が下がる。この結果、基板79から電子が供給されるので、孔底の帯電は抑制されて、ホール部の二次電子コントラストを向上させることができる。
【００６７】
また、被検査ウエハ表面にPoly Ｓｉマスク等の導電性の材料を使用した場合がある。このとき、ウエハ表面を５Ｖ以上に帯電させることは困難である。一方、孔底がＳｉＮのような絶縁膜の場合や接合の抵抗が高く、コンタクト底に電流が供給されにくい場合がある。このとき電子線照射によって孔底は帯電するので、孔底から放出された二次電子を引き上げて検出することは困難である。
【００６８】
このような場合について、非開口の検査方法を説明する。ウエハ表面に電子線を照射すると、ウエハ表面が正極性に帯電した場合でも、図３に示す様に、正常ホール40の二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合は、底部に残存する膜41が正常ホール40の底よりも帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、欠陥ホールの寸法は、底に残存する膜厚が厚くなるに従って小さく観察される（図３中、41）。コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される（図３中、42）。観察された二次電子画像のホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。予め記憶してあるホール寸法と欠陥ホールの関係から、欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００６９】
以上述べたような方法を用いて欠陥と判定された箇所は、欠陥箇所の座標、信号値、欠陥の種類および欠陥のサイズ等が自動的に記録され、図１３に示すように、操作画面28内のウエハマップ上の相当する箇所に欠陥有りのマークが種類別に表示される。該検査条件ファイルで指定された領域の検査を終了したら、欠陥箇所を再度画像取得することができる（図４中、ステップ５４）。
【００７０】
以上述べたように、ウエハ表面を正極性に帯電させてホールの非開口の検査が可能となった。一方、正極性の帯電を用いて半導体回路のショート欠陥を高速に検出する手法が提案されている。これによって、同一の検査装置を用いて、ホールの非開口とショート欠陥を高速・高感度に検出することが可能となった。さらに、本検査装置を用いて、実施例２で後述するように、電子線照射エネルギーとウエハ表面に設置された電極電圧を調整して、所望の負極性の帯電電圧に制御することにより、同一の装置でウエハ表面を所望の正極性と負極性の帯電電圧に制御することが可能となった。これによって、半導体装置の回路パターンの種類や材料によらず、様々な種類の半導体回路の欠陥を検出できるようになった。
【００７１】
図１４に、本発明により検査されるホールパターンを持つ半導体装置の一例として、ＤＲＡＭの断面略図を示す。フィールド酸化物層83によって半導体基板84上に形成された活性領域は分割されている。活性領域の上方にはゲート電極85が形成され、スペーサー86によって覆われている。酸化膜等の第１絶縁層87が表面に形成された後、第１のコンタクトホール88がドライエッチングによって形成される。その後、コンタクトホール88はビット線用のダイレクトコンタクトとして形成される。次に、ビット線を形成した後、第２絶縁層89が形成され、第２のコンタクトホール90が形成される。本発明による検査の一例として、図１４に示したＤＲＡＭ製造プロセス中のダイレクトコンタクトホール88や配線上に形成されたホール89について検査が行なわれる。さらに、他の配線上に形成されたホールについても検査を行なうことができる。あるいは、これらのホールパターンを形成するためのマスクパターンの現像プロセス後に行なうこともできる。なお、図中、91はｐ拡散層、92はｎ拡散層、93はＮウエル、94はＰウエル、95は半導体基板である。
【００７２】
以上示したように、コンタクトホールパターンを含むウエハを検査することが可能となり、欠陥の自動判定が可能となった。さらに、欠陥の種類およびウエハ面内分布から、いくつかの欠陥発生要因については、予め作成してあるデータベースから自動的に欠陥発生プロセスや要因を特定する機構を設けた。さらに、欠陥発生プロセスの加工条件を微調整する機構を設けた。また、検出された欠陥情報から、非検査ウエハに追加処理を行なうことによって、被検査ウエハ上の欠陥を低減させるための機構を設けた。
【００７３】
例えば、検査結果から半導体製造プロセス条件を微調整する機構の一例を述べる。ウエハ上に同心円状、あるいは、全面に非開口欠陥が多発している場合、非開口欠陥の残膜厚によって、ホール加工を行なうドライエッチ時間を微調整することができる。特定パターンに非開口欠陥やテーパー状の欠陥が発生している場合は、リソグラフィー条件の微調整やレチクルの交換を行なう。半導体メモリマットの周囲等、パターンの粗密によって欠陥が多発する場合は、ドライエッチのガス流量の微調整やエッチャーのクリーニング等を行なう。異物が多発している場合は、半導体製造装置のクリーニングやドライエッチ条件の微調整を行なう。
【００７４】
一方、被検査ウエハには欠陥を低減できる処理を追加する機構を設けた。ドライエッチ不足による非開口が多発している場合は、ドライエッチを追加することができる。異物が多発している場合は洗浄の追加を行なうことができる。この結果、発生のプロセスやその要因を早期に特定することができるようになり、ドライエッチングプロセスを始めとする半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことが可能となった。
【００７５】
（実施例２）
本実施例では、ドライエッチング後のホールパターンの検査方法、及び装置の一例として、酸化膜表面を負極性に帯電させて検査する方法について説明する。本実施例では、図１に示した半導体検査装置を用いることができる。
【００７６】
ウエハ表面36を所望の負極性の電圧に帯電させる場合には、ウエハ表面36がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、このとき、ウエハ帯電用電子線照射エネルギーとして、二次電子放出効率が１以下となる１０００ｅＶ以上の電子線を照射する。画像取得用電子線39の照射エネルギーは、ウエハ帯電用電子ビームと同じ値に設定することが望ましい。検査時の照射エネルギーとウエハ帯電用電子ビームの照射エネルギーを同程度にすることによって、一つの電子源を用いて、ウエハを帯電させるための電子線と二次電子画像取得時の電子線が照射可能となった。さらに、効率的にウエハ表面を負極性に帯電させるために、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかける。
【００７７】
これらのビームエネルギー、ビーム電流、電子線照射時間等の電子ビーム照射条件、電極電圧の設定方法について説明する。あるいは、これらの設定値は予め記憶してある検査条件データファイルから読み込むこともできる。まず、ウエハの帯電電圧の設定値は、主としてホールパターンのアスペクト比から決定される。
【００７８】
図４に示した検査フローにおいて、ウエハロード（ステップ45）終了後、所望の負極性の帯電電圧を満たすように、電子線照射条件の設定を行なう方法について説明する。一例として、ある閾値以上の二次電子を取得する方式のエネルギーフィルターを用いて二次電子画像を取得し、帯電電圧を計測する方法を用いた。まず、帯電電圧調整用パターンが電子光学系2下に来る様にステージ16が移動する。そこで、閾値Ｖ0に設定して第一の領域の二次電子画像を取得する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度を記憶部30に記憶する。
【００７９】
次に、エネルギーフィルターは、閾値Ｖ1に設定して第二の領域の二次電子画像を取得する。この第二の領域の二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度を記憶部30に記憶する。酸化膜の部分の信号強度61が変化するフィルター電圧が求まるまで、第一の領域に含まれる第ｎの領域の二次電子画像をフィルター電圧Ｖnで取得する上記の過程を繰り返す。このときのフィルター電圧Ｖnの設定方法は、一例として、実施例１で述べた方法を用いることができる。これらの信号強度から、（Ｉ0＋Ｉ1）/２となるＶｍを求めることができる。
【００８０】
ウエハの帯電電圧は、予め取得してある基板Ｓｉからの信号強度のフィルター電圧依存性の曲線からのシフト量から計算される。電子ビーム照射条件を変えて帯電電圧を繰り返し計測し、所望の帯電電圧が得られるまで、電子ビームの調整を行なう。このような方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、ウエハ帯電用電子線および画像取得用電子線の電流値、照射時間、ビームエネルギー、電極電圧を最適化する手段を設けた。
【００８１】
その後、電子線照射条件および画像調整が完了したら、ウエハのアライメント（ステップ50）、キャリブレーション（ステップ51）、明るさの調整（ステップ52）を行ない、検査を実行する（ステップ53）。検査に使用する二次電子画像取得時には、検出器12の前方に配置されているエネルギーフィルター13に電圧を印加して、検出感度を向上させることもできる。
【００８２】
次に、ホールの欠陥判定方法について説明する。ウエハ表面を負極性に帯電させた場合、図３に示す様に、正常ホール40の二次電子画像は暗く観察される。非開口ホール41の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、非開口ホール41のような欠陥ホールの寸法は、底に残存する膜厚が厚くなるに従って小さく観察される。コンタクトホールがテーパー形状（42）となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される。観察された二次電子画像のホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。予め記憶してあるホール寸法と欠陥ホールの関係から、欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００８３】
被検査ウエハ上に、コンタクト底に異なる種類の接合が含まれている場合がある。このとき、開口ホール底の抵抗は接合の種類によって異なるので、ホールの寸法は接合の種類で変化する。このような場合、ウエハ上のパターン配置情報から、同一種類のパターン同士を比較することによって、同一種類の接合を持つホール同士を比較検査する。
【００８４】
検査によって欠陥と判定された箇所は、その欠陥箇所の座標、信号値、欠陥の種類および欠陥のサイズ等が自動的に記録される。図１３は、上記検査を行った結果を示したものである。本検査では、ウエハ18上に非開口欠陥の分布82と形状異常欠陥の分布83が検出された。操作画面28内のウエハマップ上の相当する箇所に欠陥有りのマークが表示され、分類結果に基づき種類別にマークが表示されている。検査条件ファイルで指定された領域の検査を終了したら、欠陥箇所を再度画像取得することができる（図４中、ステップ54）。
【００８５】
以上示したように、ウエハ上を負極性に帯電させてコンタクトホールパターンを含むウエハを検査することが可能となり、欠陥の自動判定が可能となった。この結果、第一の実施例で示したような正極性の電圧に帯電することが困難な材料や回路パターンを持つ被検査ウエハの検査も可能となった。
【００８６】
このように、これらの実施例による方法を用いることによって、様々な種類のパターンにおいて、ドライエッチング工程後にホールパターンの開口・非開口等の欠陥の有無を非破壊で高速に検査することが可能となった。非破壊で深孔底の開口性の評価が可能となった結果、製造工程途中で抜き取ったウエハの検査終了後、続きの工程にウエハを戻して半導体を製造することが可能となった。また、配線工程の前に開口性の検査が可能となったことによって、ドライエッチングプロセス開発期間を大幅に短縮できるようになった。さらに、欠陥の種類、ウエハ面内分布や欠陥の位置を高速に得られるようになり、プロセス異常を早期に発見し、欠陥発生要因の推定を短期間に容易にできるようになった。
【００８７】
なお、以上の実施例では、電子線による場合について説明してきたが、本発明では、電子線以外の荷電粒子線、例えばイオンビームによっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の半導体検査装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明で用いた孔底から発生した二次電子検出原理の説明図。
【図３】本発明で用いた負極性の帯電による欠陥検出原理の説明図。
【図４】本発明における検査フローの一例を示す図。
【図５】ホール部の二次電子画像の明るさの帯電電圧依存性を示す図。
【図６】ビームスキャン方式の一例を示す説明図。
【図７】フィルター電圧の設定方法の一例を示す図。
【図８】酸化膜の信号強度とホール部の信号強度のフィルター電圧依存性を示す図。
【図９】ビームスキャン方式の一例を示す説明図。
【図１０】コンタクトホールパターンの二次電子画像（ａ）と欠陥判定フロー（ｂ）の一例を示す図。
【図１１】ホールパターンのコントラストの残膜厚依存性を示す図。
【図１２】ｐｎ接合を形成した場合の説明図。
【図１３】ウエハマップ上に表示した欠陥分布の一例を示す図。
【図１４】本発明により検査されるホールパターンを有する半導体装置の一例を示す断面略図。
【符号の説明】
【００８９】
1…検査装置、2…電子光学系、3…ステージ、4…ウエハ搬送系、5…真空排気系、6…光学顕微鏡、7…制御系、8…操作部、9…電子銃、10…コンデンサレンズ、11…対物レンズ、12…検出器、13…エネルギーフィルター、14…偏向器、15…高さセンサ、16…ＸＹステージ、17…ウエハホルダ、18…ウエハ、19…リターディング電源、20…ウエハカセット、21…ウエハローダ、22…信号検出系制御部、23…ブランキング制御部、24…ビーム偏向補正部、25…電子光学系制御部、26…高さ検出系、27…ステージ制御部、28…操作画面、29…画像処理部、30…データ保持部、31…外部サーバ、32…電極、33…電極制御部、34…孔底からの二次電子、35…側壁、36…ウエハ表面、37…側壁から放出された二次電子、38…ウエハ帯電用電子線、39…画像取得用電子線、40…正常ホール、41…非開口ホール、42…テーパー形状のホール、43…ウエハセット、44…検査条件入力、45…ロード、46…ステージ移動、47…ビーム校正、48…帯電用電子ビーム調整、49…ビーム補正、50…アライメント、51…キャリブレーション、52…調整、53…検査、54…画像取得、55…結果出力、56…アンロード、57…第一の領域、58…第二の領域、59…第三の領域、60…第ｎの領域、61…酸化膜からの信号、62…基板Ｓｉからの信号、63…ホール部の信号強度、64…周囲の酸化膜の信号強度、65…コントラスト、66…帯電用電子ビームの第１の照射領域、67…画像取得用ビームの第１の走査領域、68…帯電用電子ビームの第２の照射領域、69…画像取得用ビームの第２の走査領域、70…開口ホール、71…非開口ホール、72…テーパー形状のホール、73…形状比較、74…コントラストの比較、75…残膜厚の推定、76…層間絶縁膜、77…ｎ拡散層、78…ｐウェル、79…シリコン基板、80…一次電子線、81…電子の飛程、82…非開口欠陥の分布、83…形状異常欠陥の分布、84…フィールド酸化物層、85…ゲート電極、86…スペーサー、87…第１絶縁層、88…第１のコンタクトホール、89…第２絶縁層、90…第２のコンタクトホール、91…ｐ拡散層、92…ｎ拡散層、93…Ｎウエル、94…Ｐウエル、95…半導体基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を用いた基板検査技術に係り、特に、電子線等の荷電粒子線を用いた検査技術において、微細な回路パターンを有する半導体ウェハ等の基板上の異物や欠陥を検出する検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線を用いた微細回路パターンを有する半導体ウエハの評価方法として、ウェハの大口径化と回路パターンの微細化に対応して高スループットかつ高精度な検査を行う技術が実用化されている。例えば、特開平０６−１３９９８５号公報で開示されているように、表面電位差に起因する二次電子線のコントラストを利用して欠陥検査を行う方法が知られている。
【０００３】
また、電位コントラストから電気的欠陥を評価する方法として、検査前に電子線を照射して、予めウエハ表面を正、あるいは負極性に帯電させてから二次電子画像を取得することによって、電位コントラストを増大させることができる。例えば、特開２０００−２０８０８５号公報で開示されているように、正極性に帯電させる方法として、プラグを埋め込んだコンタクトホール等のパターン検査において、電子線をウエハ表面に照射した後、電位コントラストを得る方法が知られている。
【０００４】
しかし、これらの記述には、プラグを埋め込んだ回路についての検査方法は記載されているが、ドライエッチング後のホールのような非常に段差の大きいパターンの底の検査方法に関する記述は無い。
【０００５】
一方、ホールパターンに電子線を照射した際に放出される二次電子画像から、ホールパターンの底を観察できる技術が知られている。しかしこれらの従来の走査電子顕微鏡は、限られた視野を高倍率で時間をかけて観察するため、ウエハ上全てを観察して、欠陥検査を行なうことは不可能であった。
【０００６】
また、ウエハ表面を負極性に帯電させてコンタクトホールの非開口を検査する手法として、先述の特開平０６−１３９９８５号公報では、二次電子画像取得前に低加速電子線を照射して、ウエハ表面を負極性に帯電させている。この方法では、ホール底に残膜が存在している場合、残膜によって開口部の電位が変化して見かけ上のホール径が小さくなることを利用して、非開口を評価している。
【０００７】
しかし、この方法では、限られた視野を高倍率で時間をかけて観察するため、ウエハ上全てを観察して、欠陥検査を行なうことは不可能であった。また、予め電子線を照射してウエハ表面を負に帯電させた後、二次電子画像を取得するため、さらに、ウエハ表面を負に帯電させるときの照射電子エネルギーと二次電子画像取得時の照射電子エネルギーが大きく異なるため、電子光学系の設定が困難であり、効率的にウエハ全面の検査を行なうことができなかった。また、ウエハ上に必ず２回以上電子線を照射する必要があったため、効率的にウエハ全面の検査を行なうことができなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−１３９９８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０８０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の電子線式検査装置は、以下のような課題を有していた。
【００１０】
従来の電子線検査装置では、回路パターンを持つウエハ上に生じる電位差によるコントラストから欠陥検査を行なっていたが、コンタクトホールの非開口検査等、段差が非常に大きいパターンの底部からの二次電子信号を検出し、パターン底の状態を高感度に検査することは困難であった。特に高アスペクト比を持つホールパターン底からの二次電子は大部分が側壁に遮られて検出できないため、ホールパターンの非開口検査を行なうことは困難であった。
【００１１】
また、従来の走査電子顕微鏡では、ホールパターン底の形状や異物の評価を行なうことは出来たが、非開口不良等の評価を行なうことは困難であった。また、従来の走査電子顕微鏡では高倍率・高空間分解能で観察するため、スキャン速度は遅く、スキャン範囲が狭く、欠陥検査装置に必要とされるウエハの様な大面積を高速に評価することは不可能であった。
【００１２】
また、ウエハ表面を負極性に帯電させてコンタクトホールの非開口を評価する手法では、二次電子画像取得前に低加速電子線を照射して、ウエハ表面を負極性に帯電させている。しかし、この方法では、ウエハ表面を負極性に帯電させるために照射する電子線のエネルギーと二次電子画像を取得するために照射する電子線のエネルギーの差が大きいために、同一の電子源を用いて電子線を照射することは困難であった。さらに、一度電子線を照射してウエハ表面を負に帯電させた後、高倍率・高空間分解能で二次電子電子画像を観察するため、スキャン速度は遅く、スキャン範囲が狭く、欠陥検査装置に必要とされるウエハの様な大面積を高速に評価することは不可能であった。そのため、効率的にウエハ全面の検査を行なうことはできなかった。
【００１３】
さらに、従来の装置では、ウエハ表面を負極性に帯電させて開口部を評価しているため、半導体回路パターンの種類や材料によって、評価可能な半導体装置の種類が限定されていた。また、ウエハ表面の帯電電圧が半導体回路の種類によって限定されるので、非開口の検出感度が回路パターンの種類によって異なるという課題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、半導体製造工程途中のウエハを検査する技術として、ホールパターン等の段差の大きいパターンにおいて、高速、かつ高精度に欠陥検査を行なう基板検査装置および基板検査方法を提供することにある。さらに、孔底の非開口等の得られた欠陥情報から半導体製造プロセスの最適化に寄与する技術を提供することにある。さらにまた、半導体製造プロセスの管理において、プロセス異常を早期に発見して対策することによって、半導体装置の信頼性を高めるのに寄与する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
まず、ウエハ表面を正極性に帯電させて検査する方法について説明する。図２を用いて、孔底で放出された二次電子を検出する本発明の原理を説明する。
【００１６】
従来の電子線を用いた検査装置でホールパターンの画像を取得すると、例えば電子線の照射エネルギーが５００ｅＶ（エレクトロンボルト）、アスペクト比が４以下の場合には、開口ホール底からの二次電子信号34は容易に検出され、開口ホールは白く、非開口ホールは黒く観察される。しかし、アスペクト比が高くなると、図２（ａ）に示す様に、ホール底からの二次電子34は大部分が側壁35によって遮られる。このため、開口ホールも黒く観察されるので非開口ホールを検出することはできなかった。
【００１７】
そこで、検査を行なうための二次電子画像を取得する前に、予め電子線等をウエハ表面に照射してウエハ表面36を所望の電圧に帯電させる手段を設けた。図２（ｂ）に示す様にウエハ表面36を正極性に帯電させると、孔底から放出された二次電子34の一部は上方に加速され、効率良く検出可能となる。さらに、孔底から放出された二次電子34を加速できるので、孔底から放出された二次電子34がホール側壁35に衝突したときに、側壁35から二次電子がさらに放出される。側壁35から放出された二次電子のうちの一部37は、開口部に向かって加速されて検出器で検出できるようになる。この結果、高アスペクトホールの孔底から放出された二次電子35を引き出して検出できるようになり、孔底の開口、非開口等の情報を得ることができるようになった。このとき、表面36の帯電電圧に従って、検査可能なアスペクト比や孔径が決定される。そこで、ウエハ表面36を所望の帯電電圧に制御するための手段を設けた。
【００１８】
高アスペクトホール底部の開口・非開口を検査するときのウエハ表面36の帯電電圧は、アスペクト比、孔径、ホール周囲の絶縁膜の種類や厚さによって決定される。例えば、シリコン酸化膜に形成されたアスペクト比１０のホール底部の開口・非開口を検査するためには、ウエハ表面36を５Ｖ以上に帯電させることが必要である。予め記憶されたデータベースに従って、帯電電圧を決定する手段を設けた。本発明では、段差のあるホールパターンに対しては、基板の帯電電圧は５Ｖ以上５０Ｖ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
ウエハ表面36を所望の正極性の電圧に帯電させるための方法について、次に述べる。ウエハ表面がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、帯電用電子線38として、二次電子放出効率が１以上となる１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の照射エネルギーで電子線を照射する。ウエハ帯電用電子光学系は検査画像を取得する際に照射する電子光学系と兼用することができる。また、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかけることによって、ウエハ上面に電界を生成してウエハ表面36の帯電電圧を制御するための手段を設けた。
【００２０】
ウエハ等の大面積を高速で検査するために、ウエハ帯電用電子線38として、画像取得用の電子線よりも空間分解能を落とした電子線を用いることができる。さらに、ウエハ帯電用電子線38の走査方法として、ウエハをいくつかの検査領域に分割し、ウエハの帯電と二次電子画像取得を交互に繰り返すことにより、ウエハの移動時間中にウエハ表面36を効率的に正極性に帯電させて検査するための手段を設けた。
【００２１】
次に、負極性の帯電を用いてホールを検査する方法について説明する。図３により、負極性の帯電を用いて欠陥を検出する原理を説明する。表面を負極性に帯電させたとき、図３（ａ）に示すように正常ホール部40は周りの酸化膜の部分よりも暗く観察される。このとき、非開口の場合は底部に残存する酸化膜41が負極性に帯電し、正常ホールと非開口ホールでは、図３（ｂ）と図３（ｃ）に示すようにホール部の電位分布が異なる。正常ホールでは、孔底と表面36の負極性の帯電電圧の差が大きいので、孔底から放出される二次電子が孔から放出されにくくなる。一方、非開口ホール底41は負極性に帯電しているので、孔底で放出された二次電子は正常ホールよりも検出されやすくなる。検出される二次電子は孔の外周部ほど信号強度が高いので、非開口ホールの二次電子画像41は、図３（ａ）に示すように正常ホール40よりもホール外周部の信号強度が高くなると同時に、二次電子画像上での孔径は正常ホール40よりも小さく観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合42は、正常ホール40よりも孔径が大きく観察される。
【００２２】
このとき、表面の帯電電圧によって、検査可能なアスペクト比や検出可能な孔底の残膜厚が決定される。そこで、表面を所望の負極性の帯電電圧に制御する手段と二次電子画像中のホールの寸法の相違を検出する手段を設けた。
【００２３】
ウエハ表面を所望の負極性の電圧に帯電させる場合には、ウエハ表面がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、このときの電子線照射エネルギーとして、二次電子放出効率が低くなる１０００ｅＶ以上の電子線を照射する。このとき、画像取得用電子源を用いて、ウエハ表面を負極性に帯電させるのに十分な、大電流を照射する手段を設けた。さらに、効率的にウエハ表面を負極性に帯電させるために、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかけるための手段を設けた。ウエハ上面に生成された電界によって、ウエハ表面から発生した二次電子を効率的にウエハ表面に戻すことが可能となり、画像取得用電子源を用いてウエハ表面を所望の負極性の電圧に帯電させることが可能となった。
【００２４】
上述のように、電子線の照射エネルギーとウエハ36上面に設置された電極32の電圧を調整することで、同一の装置でウエハ表面36を任意の正極性および負極性の帯電電圧に制御できるようになった。この結果、半導体装置の回路パターンや材料によらず、種々な半導体回路の検査を高速にできるようになった。
【００２５】
次に、ウエハ表面の帯電電圧を正極性、あるいは負極性の所望の電圧に制御する方法について述べる。照射条件調整用のチップに移動し、帯電用電子線を走査・照射後、画像取得用電子線を走査・照射し、二次電子画像を取得する。二次電子画像を取得する際に、エネルギーフィルター13を用いて二次電子を検出する。このエネルギーフィルターとして、ある閾値以上、あるいは、ある閾値以下の二次電子を検出するエネルギーフィルターを用いることができる。
【００２６】
ある閾値以上の二次電子を検出するエネルギーフィルターを用いて画像を取得する場合は、エネルギーフィルター13のフィルター電圧を固定させて二次電子画像を取得した後、プリチャージと二次電子画像を取得する場所を移動し、エネルギーフィルターの閾値を２つめの値に固定して二次電子画像を取得することを繰り返すことによって、ウエハ表面の帯電電圧を自動的に計測する手段を設けた。
【００２７】
帯電電圧を計測する別の手法として、エネルギーフィルター13のフィルター電圧をスキャンさせながら二次電子画像を取得し、得られた二次電子画像から帯電電圧を計測することもできる。これらの方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、帯電用電子線のエネルギー、電流値、電極電圧を最適化する手段を設けた。さらに、二次電子画像を取得するときの電子線の照射条件を最適化する手段を設けた。
【００２８】
帯電用電子線と二次電子画像取得用電子線の調整後、実際に検査を行なうが、検査時に二次電子画像を取得する際には、通常はエネルギーフィルター13を用いないで二次電子画像の取得が可能である。しかし、特定の場合について、エネルギーフィルター13を用いて二次電子画像を取得するための手段を設けた。エネルギーフィルターの設定値は、上述した帯電電圧計測時に取得した二次電子画像から、最適化を行なうための手段を設けた。二次電子エネルギーをフィルタリングして画像を取得することによって、高感度に欠陥を検出することが可能となる。
【００２９】
これらの手法を用いて二次電子画像を取得後、ウエハ上の別の領域で取得した同一パターンの二次電子画像とを比較して、欠陥を検出するための機構を設けた。さらに、ホール部のコントラストとホールの寸法を算出する機構を設け、欠陥ホールのコントラストと寸法から、欠陥の種類を自動判定するための機構を設けた。さらに、これらの欠陥の判定結果と欠陥のウエハ面内分布を画面上に表示する手段を設けた。
【００３０】
まず、正極性の帯電をさせたときに取得した二次電子画像から、欠陥を検出する方法について述べる。ウエハ表面を正極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は明るく観察される。非開口の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電するため、正常ホールよりも暗く観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、ホール部は明るく、大きく観察される。コントラストとホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。さらに、底部に残存する酸化膜の厚さが厚いほど、欠陥ホール部は暗く観察される。欠陥ホール部の明るさから、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３１】
一方、ウエハ表面を正極性に帯電させて半導体回路のショート欠陥を検出する手法が提案されている。本発明によって、ウエハ表面を正極性に帯電させてホールの非開口検査が可能となった結果、半導体回路のショート欠陥と非開口欠陥とを同一の装置で検査できるようになった。
【００３２】
次に、ポリＳｉマスクの様にウエハ表面が正極性に帯電しにくい材料の場合、あるいは、孔底の材料が絶縁膜のように電流を流さない材料である場合に、欠陥を検出する方法について述べる。このようなウエハ表面は正極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合、正常ホールと非開口ホールでは、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。ホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３３】
さらに、ウエハ表面を負極性に帯電させた場合に取得した二次電子画像から、欠陥を判定する方法について述べる。ウエハ表面を負極性に帯電させた場合、正常ホールの二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される。ホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００３４】
この結果、ホールパターンの開口・非開口等の欠陥の有無を高速に検査することが可能となる。さらに、検出した欠陥情報から、半導体装置の製造工程における製造条件を微調整する機構を設けた。この機構によって、欠陥の種類とウエハ面内分布から、欠陥発生要因を推定し、半導体装置を製造する条件を微調整することが可能となった。さらに、検出した欠陥情報から、半導体装置の欠陥を減少させる処理を半導体製造工程に追加する機構を設けた。これにより、孔底の非開口等の得られた欠陥情報から半導体製造プロセスの最適化を早期に行なうことができる。また、欠陥の種類や欠陥のウエハ面内分布から、プロセス異常を早期に発見し、欠陥発生要因の推定を早期に行なうことが可能となり、半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ホールパターン等の段差の大きいパターンを有する半導体ウエハ等の基板の欠陥検査を高速、かつ高精度に行うことが可能な基板検査装置および基板検査方法を実現できる。特に、半導体装置製造プロセスにおけるプロセス開発期間および歩留まり向上期間を大幅に短縮できるようになり、半導体装置の信頼性および生産性を高めることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【００３７】
（実施例１）
本実施例では、ドライエッチング後のホールパターンの検査方法、及び装置の一例について説明する。本実施例における半導体装置の検査装置の構成を図１に示す。
【００３８】
半導体装置の検査装置1は、電子光学系2、ステージ機構系3、ウエハ搬送系4、真空排気系5、光学顕微鏡6、制御系7、操作部8より構成されている。電子光学系2は、電子銃9、コンデンサレンズ10、対物レンズ11、検出器12、エネルギーフィルター13、偏向器14（例えば、ＥＸＢ偏向器）、ウエハ上面の電極32、ウエハ高さ検出器15より構成されている。ステージ機構系3は、ＸＹステージ16およびウエハを保持し載置するためのホルダ（試料台）17、ホルダ17およびウエハ18に負の電圧を印加するためのリターディング電源19より構成されている。ＸＹステージ16には、レーザ測長による位置検出器が取りつけられている。ウエハ搬送系4はカセット載置部20とウエハローダ21とＸＹステージ16間をウエハ18が行き来するようになっている。制御系7は、信号検出系制御部22、ブランキング制御部23、ビーム偏向補正制御部24、電子光学系制御部25、ウエハ高さセンサ検出系26、ステージ制御部27、電極制御部33より構成されている。操作部8は、操作画面および操作部28、画像処理部29、画像・検査データ保存部（記憶部）30、外部サーバ31より構成されている。
【００３９】
欠陥検出方法について、検査フローに従って説明する。図４に、検査フローを示す。まず、操作画面28上で検査するウエハのカセット内棚番号を指定する（ステップ４３）。そして、被検査ウエハの情報として、アスペクト比、ホール径、パターンを形成する材料等の情報を入力する。さらに、帯電用電子線38の照射条件として、電子ビーム照射エネルギー、ビーム電流、ビーム径等の条件を入力し、ウエハ表面の帯電電圧を指定する。さらに検査条件として、検査領域、二次電子画像を取得するときの電子ビーム照射エネルギー、ビーム電流、走査速度、走査サイズを入力する（ステップ４４）。また、被検査ウエハの情報から、データベース化された検査条件を用いることもできる。これらの被検査ウエハの情報、電子線の照射条件、検査条件は、外部サーバ31から入力することも可能である。
【００４０】
ウエハ表面を正極性に帯電させるときの電子ビーム照射条件として、例えば照射エネルギーは電子線放出効率が１以上となる１００ｅＶ以上１０００ｅＶ以下の値に設定することができる。検査時の照射エネルギーは、ウエハ帯電用電子線と同じ値に設定することが望ましい。検査時の照射エネルギーとウエハ帯電用電子線の照射エネルギーを同程度にすることによって、一つの電子源を用いて、ウエハを帯電させるための電子線と二次電子画像取得時の電子線が照射可能となった。また、比較的低エネルギーの電子線を照射することによって、ウエハ表面を正極性に帯電させるだけでなく、半導体装置に与えるダメージを低減させて検査を行なうことが可能となった。
【００４１】
ウエハの帯電電圧の設定値は、主としてホールパターンのアスペクト比から決定される。図５にホール部の二次電子画像の明るさの帯電電圧依存性を示す。アスペクト比４までのホール底からの二次電子は、帯電電圧が５Ｖ以下であっても取得可能であるが、アスペクト比８以上になると、図５に示すように１０Ｖ以上に帯電させる必要がある。予め取得した必要な帯電電圧のアスペクト比依存性のデータベースから、帯電電圧の設定値を決定することもできる。検査条件の設定が完了したら検査を開始する。上記の検査条件の設定は、オフラインのコンピュータを用いて予め設定することもできる。
【００４２】
検査を開始すると、ウエハ18を検査装置に搬送する。ウエハ18はカセットからウエハローダ内に搬送された後、ウエハローダは真空排気される。その後、既に真空排気されている検査室に導入される（ステップ４５）。
【００４３】
ウエハロード終了後、上記入力された検査条件に基づき、電子光学系制御部25より各部に二次電子画像取得時の電子線照射条件が設定される。そして、ウエハホルダ17上にビーム校正用パターンが電子光学系2下に来るようにステージ16が移動する（ステップ４６）。その後、電子線画像を取得し、焦点、非点および検出系の設定を調整して画像のコントラスト等を調整する（ステップ４７）。同時にウエハ18の高さを高さ検出器15より求め、ウエハ高さ検出系26によって高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め、この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを行なうことなく、ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整することができる。
【００４４】
二次電子画像取得時の画像調整が完了したら、帯電用電子線38の照射条件の調整を行なう（ステップ４８）。まず、帯電電圧調整用パターンが電子光学系2下に来る様にステージ16が移動する。帯電用電子線38のビーム径は二次電子画像取得用ビームよりも１００倍から１０００倍程度大きなビームを使用することができる。
【００４５】
図６に、帯電用電子線38と二次電子画像取得ビームのスキャン方式の一例を示す。帯電用電子ビームを第一の領域57に一列照射後、二次電子画像取得用電子ビームを走査させながら第一の領域に含まれる第二の領域58の二次電子画像を取得する。第一の領域57は、第二の領域を含む十分広い領域58である。このとき、二次電子画像は、エネルギーフィルター13を用いて取得する。
【００４６】
一例として、ある閾値以上の二次電子を取得する方式のエネルギーフィルターを用いた。このエネルギーフィルターでは、フィルターにかける電圧以上のエネルギーを持つ電子が検出される。まず、閾値Ｖ0に設定して上記第二の領域58の二次電子画像を取得する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度をメモリ30に記憶する。次に、第一の領域57に含まれ、第二の領域を含まない第三の領域59の二次電子画像を取得する。このとき、エネルギーフィルター13は閾値Ｖ1に設定する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度をメモリ30に記憶する。酸化膜の部分の信号強度が変化するフィルター電圧が求まるまで、第一の領域58に含まれる第ｎの領域60の二次電子画像をフィルター電圧Ｖnで取得する上記の過程を繰り返す。
【００４７】
このときのフィルター電圧Ｖnの設定方法について、図７を用いて説明する。ある電圧に帯電した酸化膜からの信号61は、フィルター電圧によって図７のように変化する。Ｖ0では、全てのエネルギーの二次電子が取得されるので信号強度は最大値Ｉ0である。Ｖ1ではほとんどの二次電子が検出されないので、信号強度は最小値Ｉ1である。Ｖ0とＶ1の値を、例えば５０Ｖから−２０Ｖの範囲で設定する。さらに、Ｖ2からＶiまでの値はＶ0とＶ1の間を、例えば１０Ｖ間隔で設定する。信号強度が（Ｉ0＋Ｉ1）/２以上Ｉ0以下となった場合、例えば５Ｖ間隔でさらに２点設定される。信号強度がＩ1以上（Ｉ0＋Ｉ1）/２以下となった場合、Ｖn+5ＶがＶn+1として設定される。これらの信号強度から、（Ｉ0＋Ｉ1）/２となるＶｍを求めることができる。ウエハの帯電電圧は、予め取得してある基板Ｓiからの信号強度62のフィルター電圧依存性の曲線からのシフト量から計算される。
【００４８】
このようにして帯電電圧を計測しながら、所望の帯電電圧が得られるまで、帯電用電子ビームの調整を行なう（ステップ４９）。このような方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、帯電用電子線38の電流値、電極電圧32、およびビームエネルギーを最適化する手段を設けた。
【００４９】
ここで、実際に検査を行なうときに、エネルギーフィルター13を使用して検査を行なうことも可能である。検査時のフィルター電圧の設定値を帯電電圧測定時に決定することが可能である。フィルター電圧の設定値の決定方法について説明する。帯電電圧測定の際に取得した二次電子画像から、酸化膜からの信号強度ＩＳｉＯ２とホール部からの信号強度ＩＨｏｌｅを算出する。
【００５０】
図８に、酸化膜の信号強度64とホール部からの信号強度63のフィルター電圧による依存性を示す。さらに、コントラストＣ＝（ＩＨｏｌｅ−ＩＳｉＯ２）/ＩＳｉＯ２を算出し、これが最大となるフィルター電圧ＶＭＡＸを検査時の設定値に決定する。決定された設定値は、メモリ30に記憶される。
【００５１】
その後、電子線照射条件39および画像調整が完了したら、ウエハ18上の２点からアライメントを行なう（ステップ５０）。被検査ウエハ18は予め登録された光学顕微鏡6下の、所定の第一の座標に配置され、操作画面28内のモニタに被検査ウエハ18上に形成された回路パターンの光学顕微鏡画像が表示され、位置回転補正用に予め記憶された同じ位置の同等回路パターンの光学顕微鏡画像と比較され、第一の座標の位置補正値が算出される（ステップ５１）。
【００５２】
次に、第一の座標において、光学顕微鏡画像から電子線画像に切り替える。光学顕微鏡6と電子光学系2は所定の距離が離れた位置に配置されており、該距離は既知のパラメータとして装置内に記憶されているため、光学顕微鏡画像と電子線画像は任意に切り替えすることができる。電子線画像についても、光学顕微鏡画像と同様に予め位置回転補正用に回路パターンの画像を記憶してあり、該記憶された電子線画像と取得した電子線画像とを比較することにより、光学顕微鏡より精密な第一の座標の位置補正値が算出される。
【００５３】
次に、第一の座標から一定距離離れ第一の座標と同等の回路パターンが存在する第二の座標に移動し、同様に光学顕微鏡画像が取得され、位置回転補正用に記憶された回路パターン画像と比較され、第二の座標より位置補正値および第一の座標に対する回転ずれ量が算出される。さらに、第二の座標においても同様に電子線画像に切り替え、予め記憶された回路パターンの電子線画像と比較され、精密な第二の座標の位置補正値が算出される。この算出された回転ずれ量および位置ずれ量に基づき、制御部25および電子ビーム偏向信号補正部24において電子ビームの走査偏向位置は回路パターンの座標に対応するように補正される。
【００５４】
このようにして、被検査ウエハ18のアライメントが完了したら、被検査ウエハ18に帯電用電子線38を照射後、電子線画像を取得し、明るさの調整を実施する（ステップ５２）。検査条件ファイルに基づき、電子線画像を取得する際には電子ビーム電流や電子ビーム照射エネルギー、エネルギーフィルター13に印加する電圧や使用する検出器12、検出系のゲインが設定されており、これらのパラメータを設定して電子線画像を取得する。
【００５５】
この明るさ調整が完了したら、検査を実行する（ステップ５３）。検査領域は、検査条件ファイルに予め指定しておく。ウエハ帯電用電子線38を照射する場合、ウエハをいくつかの検査領域に分割し、ウエハの帯電と二次電子画像取得を交互に繰り返すことにより、ウエハの移動時間中にウエハ表面を効率的に正極性に帯電させることができる。
【００５６】
図９に、電子線の走査方法の一例を示す。まず、第一の照射領域66にウエハ帯電用電子線38を設定済みの条件で、図９（ａ）のように照射し走査させる。次に、第一の走査領域67に画像取得用電子線39を、図９（ｂ）で示すように走査させて、二次電子画像を取得する。次に、図９（ｃ）に示す様に、第二の照射領域68にウエハ帯電用電子線38を照射し、第二の走査領域69に画像取得用電子線39を走査する。このとき、ウエハを移動させながら帯電用電子線38を照射することができる。このように、ウエハの移動時間中に帯電用電子線38を照射できるので、ウエハを帯電させるための余分な時間をかけることなく、検査することが可能となった。
【００５７】
図９に示すように、上記の操作を繰り返すことによって、ウエハ全面を検査することができる。検査時には、ＸＹステージ16を連続的に移動しながら電子ビームを被検査ウエハ18の所定の領域に照射し、電子線画像を逐次形成しながら画像信号を記憶部30に記憶された信号と比較しながら、記憶部30に逐次画像を記憶する。かかる検査においては、予め検査条件ファイル204により検出器12は設定されている。検出器12の前方に配置されているエネルギーフィルター13に電圧を印加することもできる。
【００５８】
次に、ホールの欠陥判定方法について説明する。例えば膜材料がシリコン酸化膜(ＳｉＯ２)の場合、二次電子画像取得後、以下の方法で欠陥判定を行う。
【００５９】
図１０に、コンタクトホールを形成したパターンの二次電子画像（ａ）と欠陥判定フロー（ｂ）の一例を示す。図１０（ａ）に示す非開口ホール71は、開口ホール70よりも暗く観察される。一方、テーパー形状となった欠陥ホール72は、開口ホール70よりも明るく、孔の寸法は大きく観察される。
【００６０】
図１１には、ホール部のコントラストの残膜厚依存性を示す。残膜厚０は、開口ホールのコントラストを示している。非開口ホール71は、開口ホール70よりも暗く観察されることから、非開口ホール71を欠陥と判定することが可能である。このとき、非開口ホール71のコントラストは残膜厚に従って暗くなることから、ホール部のコントラストから、非開口ホールの残膜厚を推定することも可能である。
【００６１】
取得された二次電子画像から欠陥判定は、以下のように行なう。まず、図１０（ｂ）に示すように、二次電子画像の形状を比較し（ステップ73）、参照する二次電子画像と形状が一致しない場合、形状異常と判定される。さらに、ホール部のコントラストを参照する二次電子画像と比較する（ステップ74）。参照画像とコントラストが同程度の場合、正常ホールと判定される。参照画像よりもホール部の明るさが暗い場合、エッチ残り、あるいはホール内異物有りと判定される。ホール部のコントラストが参照画像よりも明るい場合はテーパー形状と判定される。これにより、非開口ホール7１を非開口欠陥、テーパー形状のホール72をテーパー形状と判定される。
【００６２】
さらに、記憶部30、あるいは外部サーバ31に予め記憶してあるデータから、非開口ホールのコントラストから残膜厚を推定(ステップ75)することも可能である。残膜厚によるコントラストの変化のデータベースとして、ホールのアスペクト比、ホール径、帯電電圧、絶縁膜材料等のパラメータに従って、検索可能である。
【００６３】
被検査ウエハ上に、コンタクト底に異なる種類の接合が含まれている場合がある。このとき、開口ホール底の抵抗は接合の種類によって異なるので、ホールの明るさは接合の種類で変化する。このような場合、ウエハ上のパターン配置情報から、同一種類のパターン同士を比較することによって、同一種類の接合を持つホール同士を比較検査する。特に、コンタクト底にｎ拡散層が上層にあるｐｎ接合が形成されている場合、ホールからのコントラストは低くなる。
【００６４】
図１２に、ｐｎ接合を形成した場合のモデル図を示す。図中、76は層間絶縁膜、77はｎ拡散層、78はｐウエル、79はシリコン基板、80は一次電子線である。
【００６５】
ｐｎ接合が無いホール底では、電子線放出効率が１以上の条件で電子線が照射されたとき、基板から電子が供給されるため、孔底の電圧は０Ｖとなる。しかし、ｎ拡散層77上に電子線が照射されると、ｐｎ接合のために基板79側から電子は供給されず、孔底が帯電するため、コントラストは低くなる。このような場合、電子ビームエネルギーを最適化することによって、コントラスト向上が可能となる。
【００６６】
例えば、接合深さがＬ、接合領域に幅Ｗの空乏層領域が形成された場合について説明する。電子の侵入深さＲは，試料の原子量（Ａ）、原子番号（Ｚ）、密度（ρ）が決定されると、電子のエネルギーで決定される。例えば、入射エネルギー５００ｅＶの電子線がＳｉに照射された場合、電子線の侵入深さＲは１０〜２０ｎｍとなる。電子線のエネルギーが高い程電子の侵入深さＲは深くなる。電子線の侵入深さＲが浅く、空乏層領域まで電子が侵入しない場合、ｎ拡散層77上に電子線80が照射されると表面は正に帯電する。ここで、電子線の照射エネルギーと表面の帯電電圧を調整して、空乏層内に電子線が侵入するようになると、空乏層内に電子-正孔対が生成されるので、接合の抵抗が下がる。この結果、基板79から電子が供給されるので、孔底の帯電は抑制されて、ホール部の二次電子コントラストを向上させることができる。
【００６７】
また、被検査ウエハ表面にPoly Ｓｉマスク等の導電性の材料を使用した場合がある。このとき、ウエハ表面を５Ｖ以上に帯電させることは困難である。一方、孔底がＳｉＮのような絶縁膜の場合や接合の抵抗が高く、コンタクト底に電流が供給されにくい場合がある。このとき電子線照射によって孔底は帯電するので、孔底から放出された二次電子を引き上げて検出することは困難である。
【００６８】
このような場合について、非開口の検査方法を説明する。ウエハ表面に電子線を照射すると、ウエハ表面が正極性に帯電した場合でも、図３に示す様に、正常ホール40の二次電子画像は暗く観察される。非開口の場合は、底部に残存する膜41が正常ホール40の底よりも帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、欠陥ホールの寸法は、底に残存する膜厚が厚くなるに従って小さく観察される（図３中、41）。コンタクトホールがテーパー形状となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される（図３中、42）。観察された二次電子画像のホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。予め記憶してあるホール寸法と欠陥ホールの関係から、欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００６９】
以上述べたような方法を用いて欠陥と判定された箇所は、欠陥箇所の座標、信号値、欠陥の種類および欠陥のサイズ等が自動的に記録され、図１３に示すように、操作画面28内のウエハマップ上の相当する箇所に欠陥有りのマークが種類別に表示される。該検査条件ファイルで指定された領域の検査を終了したら、欠陥箇所を再度画像取得することができる（図４中、ステップ５４）。
【００７０】
以上述べたように、ウエハ表面を正極性に帯電させてホールの非開口の検査が可能となった。一方、正極性の帯電を用いて半導体回路のショート欠陥を高速に検出する手法が提案されている。これによって、同一の検査装置を用いて、ホールの非開口とショート欠陥を高速・高感度に検出することが可能となった。さらに、本検査装置を用いて、実施例２で後述するように、電子線照射エネルギーとウエハ表面に設置された電極電圧を調整して、所望の負極性の帯電電圧に制御することにより、同一の装置でウエハ表面を所望の正極性と負極性の帯電電圧に制御することが可能となった。これによって、半導体装置の回路パターンの種類や材料によらず、様々な種類の半導体回路の欠陥を検出できるようになった。
【００７１】
図１４に、本発明により検査されるホールパターンを持つ半導体装置の一例として、ＤＲＡＭの断面略図を示す。フィールド酸化物層83によって半導体基板84上に形成された活性領域は分割されている。活性領域の上方にはゲート電極85が形成され、スペーサー86によって覆われている。酸化膜等の第１絶縁層87が表面に形成された後、第１のコンタクトホール88がドライエッチングによって形成される。その後、コンタクトホール88はビット線用のダイレクトコンタクトとして形成される。次に、ビット線を形成した後、第２絶縁層89が形成され、第２のコンタクトホール90が形成される。本発明による検査の一例として、図１４に示したＤＲＡＭ製造プロセス中のダイレクトコンタクトホール88や配線上に形成されたホール89について検査が行なわれる。さらに、他の配線上に形成されたホールについても検査を行なうことができる。あるいは、これらのホールパターンを形成するためのマスクパターンの現像プロセス後に行なうこともできる。なお、図中、91はｐ拡散層、92はｎ拡散層、93はＮウエル、94はＰウエル、95は半導体基板である。
【００７２】
以上示したように、コンタクトホールパターンを含むウエハを検査することが可能となり、欠陥の自動判定が可能となった。さらに、欠陥の種類およびウエハ面内分布から、いくつかの欠陥発生要因については、予め作成してあるデータベースから自動的に欠陥発生プロセスや要因を特定する機構を設けた。さらに、欠陥発生プロセスの加工条件を微調整する機構を設けた。また、検出された欠陥情報から、非検査ウエハに追加処理を行なうことによって、被検査ウエハ上の欠陥を低減させるための機構を設けた。
【００７３】
例えば、検査結果から半導体製造プロセス条件を微調整する機構の一例を述べる。ウエハ上に同心円状、あるいは、全面に非開口欠陥が多発している場合、非開口欠陥の残膜厚によって、ホール加工を行なうドライエッチ時間を微調整することができる。特定パターンに非開口欠陥やテーパー状の欠陥が発生している場合は、リソグラフィー条件の微調整やレチクルの交換を行なう。半導体メモリマットの周囲等、パターンの粗密によって欠陥が多発する場合は、ドライエッチのガス流量の微調整やエッチャーのクリーニング等を行なう。異物が多発している場合は、半導体製造装置のクリーニングやドライエッチ条件の微調整を行なう。
【００７４】
一方、被検査ウエハには欠陥を低減できる処理を追加する機構を設けた。ドライエッチ不足による非開口が多発している場合は、ドライエッチを追加することができる。異物が多発している場合は洗浄の追加を行なうことができる。この結果、発生のプロセスやその要因を早期に特定することができるようになり、ドライエッチングプロセスを始めとする半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことが可能となった。
【００７５】
（実施例２）
本実施例では、ドライエッチング後のホールパターンの検査方法、及び装置の一例として、酸化膜表面を負極性に帯電させて検査する方法について説明する。本実施例では、図１に示した半導体検査装置を用いることができる。
【００７６】
ウエハ表面36を所望の負極性の電圧に帯電させる場合には、ウエハ表面36がシリコン酸化膜や有機系材料を用いた絶縁膜の場合、このとき、ウエハ帯電用電子線照射エネルギーとして、二次電子放出効率が１以下となる１０００ｅＶ以上の電子線を照射する。画像取得用電子線39の照射エネルギーは、ウエハ帯電用電子ビームと同じ値に設定することが望ましい。検査時の照射エネルギーとウエハ帯電用電子ビームの照射エネルギーを同程度にすることによって、一つの電子源を用いて、ウエハを帯電させるための電子線と二次電子画像取得時の電子線が照射可能となった。さらに、効率的にウエハ表面を負極性に帯電させるために、ウエハ上面に設置された電極32に最適な電圧をかける。
【００７７】
これらのビームエネルギー、ビーム電流、電子線照射時間等の電子ビーム照射条件、電極電圧の設定方法について説明する。あるいは、これらの設定値は予め記憶してある検査条件データファイルから読み込むこともできる。まず、ウエハの帯電電圧の設定値は、主としてホールパターンのアスペクト比から決定される。
【００７８】
図４に示した検査フローにおいて、ウエハロード（ステップ45）終了後、所望の負極性の帯電電圧を満たすように、電子線照射条件の設定を行なう方法について説明する。一例として、ある閾値以上の二次電子を取得する方式のエネルギーフィルターを用いて二次電子画像を取得し、帯電電圧を計測する方法を用いた。まず、帯電電圧調整用パターンが電子光学系2下に来る様にステージ16が移動する。そこで、閾値Ｖ0に設定して第一の領域の二次電子画像を取得する。この二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度を記憶部30に記憶する。
【００７９】
次に、エネルギーフィルターは、閾値Ｖ1に設定して第二の領域の二次電子画像を取得する。この第二の領域の二次電子画像のホール部と酸化膜の部分の信号強度を記憶部30に記憶する。酸化膜の部分の信号強度61が変化するフィルター電圧が求まるまで、第一の領域に含まれる第ｎの領域の二次電子画像をフィルター電圧Ｖnで取得する上記の過程を繰り返す。このときのフィルター電圧Ｖnの設定方法は、一例として、実施例１で述べた方法を用いることができる。これらの信号強度から、（Ｉ0＋Ｉ1）/２となるＶｍを求めることができる。
【００８０】
ウエハの帯電電圧は、予め取得してある基板Ｓｉからの信号強度のフィルター電圧依存性の曲線からのシフト量から計算される。電子ビーム照射条件を変えて帯電電圧を繰り返し計測し、所望の帯電電圧が得られるまで、電子ビームの調整を行なう。このような方法を用いて帯電電圧を計測し、ウエハ表面が所望の帯電電圧になるように、ウエハ帯電用電子線および画像取得用電子線の電流値、照射時間、ビームエネルギー、電極電圧を最適化する手段を設けた。
【００８１】
その後、電子線照射条件および画像調整が完了したら、ウエハのアライメント（ステップ50）、キャリブレーション（ステップ51）、明るさの調整（ステップ52）を行ない、検査を実行する（ステップ53）。検査に使用する二次電子画像取得時には、検出器12の前方に配置されているエネルギーフィルター13に電圧を印加して、検出感度を向上させることもできる。
【００８２】
次に、ホールの欠陥判定方法について説明する。ウエハ表面を負極性に帯電させた場合、図３に示す様に、正常ホール40の二次電子画像は暗く観察される。非開口ホール41の場合は、底部に残存する酸化膜が帯電し、開口部の電界が変化することによって、正常ホールよりも小さく観察される。また、非開口ホール41のような欠陥ホールの寸法は、底に残存する膜厚が厚くなるに従って小さく観察される。コンタクトホールがテーパー形状（42）となっている場合は、正常ホールよりも大きく観察される。観察された二次電子画像のホール寸法の相違から、欠陥ホールを判定し、欠陥の種類を自動判定する手段を設けた。予め記憶してあるホール寸法と欠陥ホールの関係から、欠陥ホールの寸法から、底に残存する膜厚を算出するための手段を設けた。
【００８３】
被検査ウエハ上に、コンタクト底に異なる種類の接合が含まれている場合がある。このとき、開口ホール底の抵抗は接合の種類によって異なるので、ホールの寸法は接合の種類で変化する。このような場合、ウエハ上のパターン配置情報から、同一種類のパターン同士を比較することによって、同一種類の接合を持つホール同士を比較検査する。
【００８４】
検査によって欠陥と判定された箇所は、その欠陥箇所の座標、信号値、欠陥の種類および欠陥のサイズ等が自動的に記録される。図１３は、上記検査を行った結果を示したものである。本検査では、ウエハ18上に非開口欠陥の分布82と形状異常欠陥の分布83が検出された。操作画面28内のウエハマップ上の相当する箇所に欠陥有りのマークが表示され、分類結果に基づき種類別にマークが表示されている。検査条件ファイルで指定された領域の検査を終了したら、欠陥箇所を再度画像取得することができる（図４中、ステップ54）。
【００８５】
以上示したように、ウエハ上を負極性に帯電させてコンタクトホールパターンを含むウエハを検査することが可能となり、欠陥の自動判定が可能となった。この結果、第一の実施例で示したような正極性の電圧に帯電することが困難な材料や回路パターンを持つ被検査ウエハの検査も可能となった。
【００８６】
このように、これらの実施例による方法を用いることによって、様々な種類のパターンにおいて、ドライエッチング工程後にホールパターンの開口・非開口等の欠陥の有無を非破壊で高速に検査することが可能となった。非破壊で深孔底の開口性の評価が可能となった結果、製造工程途中で抜き取ったウエハの検査終了後、続きの工程にウエハを戻して半導体を製造することが可能となった。また、配線工程の前に開口性の検査が可能となったことによって、ドライエッチングプロセス開発期間を大幅に短縮できるようになった。さらに、欠陥の種類、ウエハ面内分布や欠陥の位置を高速に得られるようになり、プロセス異常を早期に発見し、欠陥発生要因の推定を短期間に容易にできるようになった。
【００８７】
なお、以上の実施例では、電子線による場合について説明してきたが、本発明では、電子線以外の荷電粒子線、例えばイオンビームによっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の半導体検査装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明で用いた孔底から発生した二次電子検出原理の説明図。
【図３】本発明で用いた負極性の帯電による欠陥検出原理の説明図。
【図４】本発明における検査フローの一例を示す図。
【図５】ホール部の二次電子画像の明るさの帯電電圧依存性を示す図。
【図６】ビームスキャン方式の一例を示す説明図。
【図７】フィルター電圧の設定方法の一例を示す図。
【図８】酸化膜の信号強度とホール部の信号強度のフィルター電圧依存性を示す図。
【図９】ビームスキャン方式の一例を示す説明図。
【図１０】コンタクトホールパターンの二次電子画像（ａ）と欠陥判定フロー（ｂ）の一例を示す図。
【図１１】ホールパターンのコントラストの残膜厚依存性を示す図。
【図１２】ｐｎ接合を形成した場合の説明図。
【図１３】ウエハマップ上に表示した欠陥分布の一例を示す図。
【図１４】本発明により検査されるホールパターンを有する半導体装置の一例を示す断面略図。
【符号の説明】
【００８９】
1…検査装置、2…電子光学系、3…ステージ、4…ウエハ搬送系、5…真空排気系、6…光学顕微鏡、7…制御系、8…操作部、9…電子銃、10…コンデンサレンズ、11…対物レンズ、12…検出器、13…エネルギーフィルター、14…偏向器、15…高さセンサ、16…ＸＹステージ、17…ウエハホルダ、18…ウエハ、19…リターディング電源、20…ウエハカセット、21…ウエハローダ、22…信号検出系制御部、23…ブランキング制御部、24…ビーム偏向補正部、25…電子光学系制御部、26…高さ検出系、27…ステージ制御部、28…操作画面、29…画像処理部、30…データ保持部、31…外部サーバ、32…電極、33…電極制御部、34…孔底からの二次電子、35…側壁、36…ウエハ表面、37…側壁から放出された二次電子、38…ウエハ帯電用電子線、39…画像取得用電子線、40…正常ホール、41…非開口ホール、42…テーパー形状のホール、43…ウエハセット、44…検査条件入力、45…ロード、46…ステージ移動、47…ビーム校正、48…帯電用電子ビーム調整、49…ビーム補正、50…アライメント、51…キャリブレーション、52…調整、53…検査、54…画像取得、55…結果出力、56…アンロード、57…第一の領域、58…第二の領域、59…第三の領域、60…第ｎの領域、61…酸化膜からの信号、62…基板Ｓｉからの信号、63…ホール部の信号強度、64…周囲の酸化膜の信号強度、65…コントラスト、66…帯電用電子ビームの第１の照射領域、67…画像取得用ビームの第１の走査領域、68…帯電用電子ビームの第２の照射領域、69…画像取得用ビームの第２の走査領域、70…開口ホール、71…非開口ホール、72…テーパー形状のホール、73…形状比較、74…コントラストの比較、75…残膜厚の推定、76…層間絶縁膜、77…ｎ拡散層、78…ｐウェル、79…シリコン基板、80…一次電子線、81…電子の飛程、82…非開口欠陥の分布、83…形状異常欠陥の分布、84…フィールド酸化物層、85…ゲート電極、86…スペーサー、87…第１絶縁層、88…第１のコンタクトホール、89…第２絶縁層、90…第２のコンタクトホール、91…ｐ拡散層、92…ｎ拡散層、93…Ｎウエル、94…Ｐウエル、95…半導体基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、
前記電子源から放射された電子線を開口パターンを含むパターンが形成された基板に照射するための対物レンズと、
前記基板を載置する試料台と、
前記電子線を前記基板の所望の領域に走査または照射させる偏向器と、
前記電子線を前記基板に照射して発生する二次電子を検出する検出器とを少なくとも備えた電子線装置において、
前記電子源より放射された第一の電子線を前記基板の第一の領域に走査して前記基板の正極性に帯電させる手段と、
前記正極性に帯電した前記基板の第一の領域内の第二の領域に前記電子源より放射された、前記第一の電子線よりもビーム径の小さい第二の電子線を走査して発生した二次電子を前記検出器で検出し、
該検出した結果から前記基板の開口パターンの欠陥を検査する手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子源と、
前記電子源から放射された電子線を開口パターンを含むパターンが形成された基板に照射するための対物レンズと、
前記基板を載置する試料台と、
前記電子線を前記基板の所望の領域に走査または照射させる偏向器と、
前記電子線を前記基板に照射して発生する二次電子を検出する検出器とを少なくとも備えた電子線装置において、
前記電子源より放射された第一の電子線を前記基板の第一の領域に走査して前記基板の開口部と開口欠陥部の孔底において電位差が発生するように正極性に帯電させる手段と、
前記正極性に帯電した前記基板の第一の領域内の第二の領域に前記電子源より放射された、前記第一の電子線よりもビーム径の小さい第二の電子線を走査して発生した二次電子を前記検出器で検出し、
該検出器からの信号に基づいて電位コントラスト及び前記開口部の寸法を算出する手段と、該電位コントラスト及び前記開口部の寸法から前記基板における欠陥の種類を判定する手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記電子線の照射エネルギーまたはビーム径を少なくとも制御する制御手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記基板表面の帯電電圧を制御する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記検出器で検出された結果を画像化する画像処理手段と、
前記画像化された検出結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記検出された結果を基に前記欠陥の種類を判定し、分類する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記第一及び第二の電子線を走査または照射して発生した二次電子を弁別するエネルギーフィルターを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記検出した欠陥の情報から欠陥発生プロセスを特定する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記開口欠陥部の孔底における膜厚を測定する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の検査方法において、
前記第一の電子線の照射エネルギーは１００エレクトロンボルトから１０００エレクトロンボルトの間であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記基板の帯電電圧は５ボルト以上５０ボルト以下であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の電子線装置において、
前記基板における前記欠陥の面内分布または前記欠陥の種類を判定した結果を表示する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項１】
電子源と、
前記電子源から放射された電子線を開口パターンを含むパターンが形成された基板に照射するための対物レンズと、
前記基板を載置する試料台と、
前記電子線を前記基板の所望の領域に走査または照射させる偏向器と、
前記電子線を前記基板に照射して発生する二次電子を検出する検出器とを少なくとも備えた電子線装置において、
前記電子源より放射された第一の電子線を前記基板の第一の領域に走査して前記基板の正極性に帯電させる手段と、
前記正極性に帯電した前記基板の第一の領域内の第二の領域に前記電子源より放射された、前記第一の電子線よりもビーム径の小さい第二の電子線を走査して発生した二次電子を前記検出器で検出し、
該検出した結果から前記基板の開口パターンの欠陥を検査する手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子源と、
前記電子源から放射された電子線を開口パターンを含むパターンが形成された基板に照射するための対物レンズと、
前記基板を載置する試料台と、
前記電子線を前記基板の所望の領域に走査または照射させる偏向器と、
前記電子線を前記基板に照射して発生する二次電子を検出する検出器とを少なくとも備えた電子線装置において、
前記電子源より放射された第一の電子線を前記基板の第一の領域に走査して前記基板の開口部と開口欠陥部の孔底において電位差が発生するように正極性に帯電させる手段と、
前記正極性に帯電した前記基板の第一の領域内の第二の領域に前記電子源より放射された、前記第一の電子線よりもビーム径の小さい第二の電子線を走査して発生した二次電子を前記検出器で検出し、
該検出器からの信号に基づいて電位コントラスト及び前記開口部の寸法を算出する手段と、該電位コントラスト及び前記開口部の寸法から前記基板における欠陥の種類を判定する手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記電子線の照射エネルギーまたはビーム径を少なくとも制御する制御手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記基板表面の帯電電圧を制御する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記検出器で検出された結果を画像化する画像処理手段と、
前記画像化された検出結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記検出された結果を基に前記欠陥の種類を判定し、分類する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記第一及び第二の電子線を走査または照射して発生した二次電子を弁別するエネルギーフィルターを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記検出した欠陥の情報から欠陥発生プロセスを特定する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記開口欠陥部の孔底における膜厚を測定する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の検査方法において、
前記第一の電子線の照射エネルギーは１００エレクトロンボルトから１０００エレクトロンボルトの間であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、
前記基板の帯電電圧は５ボルト以上５０ボルト以下であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の電子線装置において、
前記基板における前記欠陥の面内分布または前記欠陥の種類を判定した結果を表示する手段を備えることを特徴とする電子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−３３７０（Ｐ２００６−３３７０Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３８３００（Ｐ２００５−２３８３００）
【出願日】平成１７年８月１９日（２００５．８．１９）
【分割の表示】特願２００１−８４２３２（Ｐ２００１−８４２３２）の分割
【原出願日】平成１３年３月２３日（２００１．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１９日（２００５．８．１９）
【分割の表示】特願２００１−８４２３２（Ｐ２００１−８４２３２）の分割
【原出願日】平成１３年３月２３日（２００１．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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