JP2009192345A - 外観検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査試料の特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、スループット低下をきたすことなく、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】被検査試料に電子線ビームを繰り返し往復ライン走査させ、試料から発生する２次電子または反射電子に基づき生成された画像から欠陥部を求めるＳＥＭ式外観検査装置において、電子線ビームの振り戻しを、画像取得、プリチャージ又はディスチャージに用いる機能を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細なパターンを有する半導体装置、基板、ホトマスク（露光マスク）、液晶等を検査する走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法に関する。

コンピュータ等に使用されるメモリやマイクロコンピュータなどの半導体装置は、ホトマスクに形成された回路等のパターンを、露光処理、リソグラフィー処理、エッチング処理等により転写する工程を繰り返すことによって製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理、エッチング処理、その他の処理の結果の良否、異物発生等の欠陥の存在は、半導体装置の製造歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、異常発生や不良発生を、早期に、あるいは、事前に検知するために、各製造工程の終了時に半導体ウェハ上のパターンの検査が実施されている。

ウェハの口径増大と回路パターンの微細化に追随して高スループット且つ高精度な検査を行うためには、非常に高速に、高ＳＮな画像を取得する必要が有る。そのため、通常の走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、以下ＳＥＭと記す）の１０００倍以上（１００ｎＡ以上）の大電流ビームを用いて照射される電子数を確保し、高ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を保持している。さらに、基板から発生する二次電子、反射電子の高速、且つ高効率な検出が必須である。

また、レジスト等の絶縁膜を伴った半導体基板が帯電の影響を受けないように２ｋｅＶ以下の低加速電子線を照射している（例えば、非特許文献１参照）。しかし、大電流で、かつ低加速の電子線では空間電荷効果による収差が生じ、高分解能な観察が困難であった。

この問題を解決する方法として、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する手法が知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。

日本学術振興会第１３２委員会編「電子・イオンビームハンドブック（第２版）」（日刊工業新聞社、１９８６年）６２２頁から６２３頁 特開平０２−１４２０４５号公報 特開平０６−１３９９８５号公報 特開２００５−１７５３３３号公報

以上のようなＳＥＭを利用した検査装置においては、光学式にはない次のような問題がある。

一つはＳＥＭ式の場合、電子線ビームを１ライン毎一筆書きで走査するため、１画素ずつ検出することになり、１ラインを一度に取り込める光学式に比べスループットが低下することが挙げられる。

さらに、一筆書きによる一回の電子線照射では、ウェハの特質により画像のコントラストにむらができたり、対象としている部位のコントラストが十分得られないことがある。このような場合、特許文献４に記載されたように、画像の同一ラインを複数回照射することにより電子線の照射量を上げることが行われる。しかしながらこの方法では、上述したスループット低下がなお一層悪化し、深刻な問題となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、光学画像では検出困難な欠陥を、電子線画像を用いて高精度に検出すると同時に、その際問題となる検査装置及び検査方法としてのスループット低下をできるだけ防止するものである。

また本発明は、ウェハの特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、スループット低下をきたすことなく、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた検査装置及び検査方法を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明では電子線ビームの往路走査と復路（振り戻し）走査の手順や性質を制御するものである。

即ち、本発明による外観検査装置は、試料の欠陥を検出する検査装置であって、試料に電子線ビームを繰り返し往復ライン走査させる走査手段と、試料から発生する２次電子または反射電子に基づき画像を生成する画像取得手段と、画像取得手段により生成された画像から欠陥を検出する欠陥検出手段と、走査手段による電子線ビームの走査を制御する制御手段と、制御手段により制御する前記電子線ビームの走査条件を設定する設定手段と、を備え、この設定手段が、前記電子線ビームの往路走査による動作を、画像取得、プリチャージ又はディスチャージのいずれかに設定する手段を有するものである。また、本発明による外観検査方法は、試料に電子線ビームを繰り返し往復ライン走査させ、試料から発生する２次電子または反射電子に基づき生成された画像から欠陥部を求める方法であって、電子線ビームの往路走査により画像取得を行い、電子線ビームの復路走査により画像取得、プリチャージまたはディスチャージを行うものである。これにより、被検査試料の性質によって走査方法を最適なものに設定することができ、検査試料表面の欠陥を高精度に検出することができるようになる。

また本発明の別形態の外観検査装置では、上記設定手段が、上記走査手段により走査する電子線ビームの往路走査の走査ラインおよび復路走査の走査ラインを設定する手段を有するものである。特に、電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目（ＭはＬより小さい自然数）を走査するように設定する手段を有し、さらに、この復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ＋Ｎ）ライン目（Ｎは自然数）を走査するように設定する手段を有するものである。同様に、本発明の外観検査方法では、電子ビームを繰り返し往復ライン走査するに際し、往路走査と復路走査の走査ラインをそれぞれ制御することを特徴とする。特に、電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目（ＭはＬより小さい自然数）を走査するように制御し、さらに、この復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ＋Ｎ）ライン目（Ｎは自然数）を走査するように制御するものである。これにより、往路走査と復路（振り戻し）走査に時間間隔を空けることができ、より欠陥部分を明瞭にして高精度の欠陥検出を実現することができる。また、復路走査を有効に利用しているため、スループットの低下を来すこともない。

また本発明の別形態の外観検査装置では、上記設定手段が、電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目（Ｍは自然数）を走査ように設定する手段を有し、さらに、この復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ−Ｎ）ライン目（ＮはＬより小さい自然数）を走査するように設定する手段を有するものである。同様に外観検査方法では、電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目（Ｍは自然数）を走査ように制御し、さらに、この復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ−Ｎ）ライン目（ＮはＬより小さい自然数）を走査するように制御するものである。これにより、往路走査と復路走査に時間間隔を空けることができ、より欠陥部分を明瞭として高精度の欠陥検出を実現することができる。また、復路走査を有効に利用しているため、スループットの低下を来すこともない。

さらに本発明の別形態の外観検査装置では、上記設定手段が、電子線ビームで同一ラインを連続して往復走査する回数を設定する手段を有するようにしても良い。同様に外観検査方法では、電子線ビームを繰り返し往復ライン走査するに際し、同一ラインに対して連続して複数回、電子線ビームで往復走査するように制御しても良い。

さらに上記本発明の外観検査装置において、上記設定手段を、ユーザが外部から走査方法・条件を設定することの可能なＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（グラフィカル・ユーザ・インターフェース））としても良い。同様に外観検査方法において、電子線ビームの走査方法に関する指示をＧＵＩにより入力するようにしても良い。これにより、ユーザは、被検査試料の特質により最適な走査方法・条件を視認性、操作性良く簡単に選択することができるようになる。

なお、上記本発明の外観検査装置及び外観検査方法では、上記復路走査を往路走査で構成するようにしても良い。

以下、本発明による実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現する上での一例にすぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は本発明が適用される走査電子顕微鏡を用いた検査装置の一例であるＳＥＭ式外観検査装置１の構成を示す縦断面図である。ＳＥＭ式外観検査装置１は、真空ポンプ（図示せず）により室内が真空排気される検査室２と、検査室２内に試料基板９を搬送するための予備室（図示せず）とを備えている。この予備室は検査室２と独立して真空排気できるように構成されている。また、ＳＥＭ式外観検査装置１は上記検査室２と予備室の他に画像処理部５、制御部６、二次電子検出部７、補正制御回路部４３等から構成されている。

検査室２内は大別して、電子光学系３、試料室８、光学顕微鏡部４から構成されている。電子光学系３は、電子銃１０、電子線の引き出し電極１１、コンデンサレンズ１２、ブランキング偏向器１３、走査偏向器１５、絞り１４、対物レンズ１６、反射板１７、ＥｘＢ偏向器１８から構成されている。二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換機２２によりデジタルデータとなる。

試料室８は、試料台３０、Ｘステージ３１、Ｙステージ３２、位置モニタ用測長器３４、被検査試料高さ測定器３５から構成されている。光学顕微鏡部４は、検査室２の室内における電子光学系３の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の距離は既知である。そして、Ｘステージ３１またはＹステージ３２が電子光学系３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動することができるようになっている。光学顕微鏡部４は光源４０、光学レンズ４１、ＣＣＤカメラ４２により構成されている。

画像処理部５は、第一画像記憶部４６、第二画像記憶部４７、演算部４８、欠陥判定部４９より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ５０に表示される。

装置各部の動作命令および動作条件は、制御部６から入出力される。制御部６には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅、偏向速度、二次電子検出装置の信号取り込みタイミング、試料台移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部６は、補正制御回路４３を介して、位置モニタ用測長器３４、被検査試料高さ測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果により補正信号を生成し、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源４５や走査信号発生器４４に補正信号を送る。なお、上記説明では動作命令や動作条件等を入力する入力手段を制御部６中に含め説明したが、後述するようにモニタ５０の部分に設けても良い。

被検査試料９の画像を取得するためには、細く絞った電子線１９を該被検査試料９に照射し、二次電子５１を発生させ、これらを電子線１９の走査およびＸステージ３１、Ｙステージ３２の移動と同期して検出することで該被検査試料９の画像を得る。

上記ＳＥＭ式外観検査装置では検査速度が速いことが必須となる。従って、通常の従来方式のＳＥＭのようにｐＡオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査および各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にして多数回の走査は行わないようにする必要がある。そこで本実施形態では、従来方式のＳＥＭに比べて約１０００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流の電子線を一回のみ走査することにより、画像を形成する構成とした。

電子銃１０には拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子銃１０を用いることにより、従来の、例えばタングステン・フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて安定した電子線電流を確保することができる。そのため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。また、この電子銃１０により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。電子線１９は、電子銃１０と引き出し電極１１との間に電圧を印加することで、電子銃１０から引き出される。

電子線１９の加速は、電子銃１０に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、電子線１９はその電位に相当するエネルギーで試料台３０の方向に進み、コンデンサレンズ１２で収束され、さらに対物レンズ１６により細く絞られて試料台３０の上のＸステージ３１、Ｙステージ３２の上に搭載された被検査試料９に照射される。被検査試料９としては半導体ウェハ、チップあるいは液晶、マスク等の微細回路パターンを有する基板などである。

ブランキング偏向器１３には、走査信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器４４が接続され、電子線１９をブランキングする必要がある時には、このブランキング偏向器１３により電子線１９を偏向させ、電子線が絞り１４を通過しないように制御できる。また、対物レンズ１６には対物レンズ電源４５が接続され、この対物レンズ電源４５からの信号により電子線１９の絞り量が調整できる。

被検査試料９には、高圧電源３６により負の電圧を印加できるようになっている。この高圧電源３６の電圧を調節することにより、電子線１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査試料９への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。

被検査試料９上に電子線１９を照射することによって発生した二次電子５１は、被検査試料９に印加された負の電圧により加速される。被検査試料９の上方に、電界と磁界の両方によって電子線１９の軌道へは影響を与えずに二次電子の軌道を曲げるためのＥｘＢ偏向器１８が配置され、これにより加速された二次電子５１は所定の方向へ偏向される。ＥｘＢ偏向器１８にかける電界と磁界の強度により、この偏向量を調整することができる。また、この電界と磁界は、被検査試料９に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。

ＥｘＢ偏向器１８により偏向された二次電子５１は、所定の条件で反射板１７に衝突する。この反射板１７は円錐形状をしており、被検査試料９に照射する電子線１９をシールドするシールドパイプの機能も有している。この反射板１７に加速された二次電子５１が衝突すると、反射板１７からは数ｅＶから５０ｅＶのエネルギーを持つ第二の二次電子５２が発生する。

二次電子検出部７には、真空排気された検査室２内に二次電子検出器２０が設けられ、検査室２の外にプリアンプ２１、ＡＤ変換器２２、光変換手段２３、光伝送手段２４、電気変換手段２５、高圧電源２６、プリアンプ駆動電源２７、ＡＤ変換器駆動電源２８、逆バイアス電源２９が設けられ、これらによって構成されている。

二次電子検出部７のうち、二次電子検出器２０が検査室２内の対物レンズ１６の上方に配置されている。二次電子検出器２０、プリアンプ２１、ＡＤ変換器２２、光変換手段２３、プリアンプ駆動電源２７、ＡＤ変換器駆動電源２８は、高圧電源２６により正の電位にフローティングされている。反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２は、この正の電位によってつくられた吸引電界により二次電子検出器２０へ導かれる。

二次電子検出器２０は、二次電子５１が反射板１７に衝突して発生した第二の二次電子５２を、電子線１９の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。二次電子検出器２０の出力信号は、検査室２の外に設置されたプリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２によりデジタルデータとされる。

ＡＤ変換器２２は、二次電子検出器２０が検出したアナログ信号をプリアンプ２１によって増幅した後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部５に伝送するように構成されている。本構成では、検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので、従来よりも高速で且つＳＮ比の高い信号を得ることができる。

Ｘステージ３１、Ｙステージ３２上に搭載された被検査試料９を走査する方法としては、検査実行時にＸステージ３１、Ｙステージ３２を静止させて電子線１９を被検査試料９に対して二次元（例えばｘ、ｙ方向）に走査する方法と、検査実行時にＹステージ３２（Ｘステージ３１とともに）をｙ方向に連続して一定速度で移動させて電子線１９をｘ方向に直線的に走査する方法のいずれかを選択できる。

前者の走査方法の場合、制御部６で入力された往路走査及び復路走査の走査ラインの指示コマンドが補正制御回路４３へ送られると、この指示コマンドに基づき走査信号発生器４４から走査偏向器１５に走査信号が送られ、ｘ方向及びｙ方向の偏向電圧Ｖｘ及びＶｙが制御される。これにより電子線のｘ・ｙ方向の偏向量が調整され、被検査試料９上を走査する電子線の走査ライン（ｘ、ｙ方向の二次元）や走査速度を制御することができる。ある特定の比較的狭い領域を検査する場合には、被検査試料９を静止させて検査する本方法が有利である。

また、後者の走査方法の場合、制御部６で入力された走査ラインの指示コマンドが補正制御回路４３へ送られると、この指示コマンドに基づき走査信号発生器４４から走査偏光器１５に走査信号が送られ、ｘ方向の偏向電圧Ｖｘが制御されるとともに、補正制御回路４３から位置制御器（図示せず）に位置制御信号が送られ、この信号に基づきＹステージ３２の位置が制御される。これにより被検査試料９上を走査する電子線の走査ライン（ｘ、ｙ方向の二次元）や走査速度を制御することができる。比較的広い領域を検査するときは、被検査試料９を連続的に一定速度で移動させて検査する本方法が有効である。

Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置をモニタする位置モニタ用測長器３４として、本実施形態ではレーザ干渉による測長計を用いた。Ｘステージ３１およびＹステージ３２の位置が実時間でモニタでき、その結果が制御部６に転送されるようになっている。また、Ｘステージ３１、Ｙステージ３２のモータの回転数等のデータも同様に、各々のドライバから制御部６に転送されるように構成されており、制御部６はこれらのデータに基いて電子線１９が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっている。したがって、必要に応じて実時間で電子線１９の照射位置の位置ずれを補正制御回路４３で補正できるようになっている。また、被検査試料９毎に、電子線１９を照射した領域を記憶できるようになっている。

被検査試料高さ測定器３５は、光学式測定器、例えば、レーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用され、Ｘステージ上３１、Ｙステージ３２に搭載された被検査試料９の高さを実時間で測定できるように構成されている。本実施形態では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに被検査試料９に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いている。この光学式高さ測定器３５の測定データに基いて、対物レンズ１６の焦点距離がダイナミックに補正され、常に被検査領域に焦点が合った電子線１９を照射できるようになっている。また、被検査試料９の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定しておき、そのデータをもとに対物レンズ１６の被検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。

画像処理部５は第一画像記憶部４６、第二画像記憶部４７、演算部４８、欠陥判定部４９、モニタ５０により構成されている。二次電子検出器２０で検出された被検査試料９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に光変換手段２３で光信号に変換され、光伝送手段２４によって伝送され、電気変換手段２５にて再び電気信号に変換された後に、第一画像記憶部４６あるいは第二画像記憶部４７に記憶される。演算部４８は、第一画像記憶部４６に記憶された画像信号と第二画像記憶部４７に記憶された画像信号との位置合せ、信号レベルの規格化、ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。欠陥判定部４９は、演算部４８にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合に、その画素を欠陥候補と判定し、モニタ５０にその位置や欠陥数等を表示する。

以上、ＳＥＭ式外観検査装置１の全体構成について説明してきたが、以下に本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作について説明する。なお、以下で参照する図２乃至７において、実線の矢印は往路（走査）方向の動作を示し、破線の矢印は復路（ビーム振り戻し）方向の動作を示している。また、以下の実施形態において、電子線ビーム照射による「ディスチャージ」とは、被検査試料が正に帯電している場合に電子線ビーム（電荷：負）照射により正帯電を除電することをいい、逆に電子線ビーム照射による「プリチャージ」とは、被検査試料の帯電がゼロ又は負の場合に電子線ビーム（電荷：負）照射により負帯電状態にする、若しくは負帯電を強めることをいうものとする。

（第１の実施形態）
図２は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第１の実施形態を示す図である。図２（ａ）は検査ストライプ２００をラインピッチ２０５毎に上から順に走査していく様子を示している。図２（ｂ）は走査時の走査偏向器１５の偏向電圧Ｖｘ、Ｖｙを表している（この場合、走査偏向器１５が静電偏向方式であることを想定している）。

本発明では、制御部６、補正制御回路４３、走査信号発生器４４により、電子線ビーム１９を両方向（往路と復路）に走査制御可能である。これは、走査偏向器１５が、図２（ｂ）に示すように主方向（この場合ｘ方向）偏向電圧Ｖxが右上がり、右下がりのランプ波形を高精度で出力できることを意味する。これにより、図２（ａ）に示すように、検査ストライプ２００に対し、各ラインピッチ２０５毎に交互に両方向の走査信号を２０１、２０２、２０３、２０４と割り当てることができる。この場合、シングルビームによる一筆書きの走査方式としては、より無駄の少ない高スループットなビーム走査を実現できる。なお、図２（ｂ）の電圧Ｖｘ、Ｖｙは、試料ステージを動かさない場合に走査偏光器１５にかけるｘ、ｙ方向の偏向電圧の変化を示しているが、Ｖｙを一定として試料ステージをｙ方向に移動させても良い（図３乃至７におけるＶｙについても同様である）。また、本実施形態では電子線ビーム１９をｘ方向に走査している間（Ｖｘが右上がり、右下がりのランプ波形の間）ｙ方向の走査（移動）を行わない（Ｖｙを一定としている）形態を示しているが、この形態に限られない。例えば、試料ステージをｙ方向に移動しつつ電子線ビーム１９を±ｘ方向に走査させる形態としても良い（以下の実施形態においても同様である）。

ここで、２０１、２０３を往路走査として正規の走査方向とすると、２０２、２０４の振り戻し方向（復路走査）においては、画像データが往路走査と逆になってしまう問題がある。これは、画像データが画像処理部５に入る前にバッファ（図示せず）を設け、画像データの順番を逆に並べ直してそのバッファから画像データを読み出すことにより解決可能である。

以上のように、本実施形態の方法では図２のような動作をさせることによって、同方向に常に走査して毎回振り戻す方式よりも検査時間を短くすることができ、スループット性能を向上させることが可能となる。

また、図２では復路走査で次のラインに進んでいるが、加算が必要であれば同じラインを戻すことにより、高スループットな加算走査が実現することも可能である。

（第２の実施形態）
図３は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第２の実施形態を示す図である。図３は、振り戻し（復路走査）に相当する右から左への走査（例えば２１１など）を用いて、検査走査２１２を行う前にライン２０５をプリチャージする例を示している。図中、走査２１１と２１２はずらして描かれているが、これは図を見やすくするためであり、この限りではない。即ち、実際はライン２０５内で全く同じ場所をなぞるように走査してもよい（以下の図も同様）。この場合図２と異なり、２１１、２１３、２１５、２１７（破線）は電子線ビームを照射するのみで検査画像データは取得しない。

このような走査方式にすることにより、第１の実施形態で述べたような復路走査での画像データの順番反転などはする必要はなく、また同じ走査方式（往路走査のみ）で検査画像データを揃えることができ、画質向上も期待できる。

また、検査試料や走査環境によっては欠陥の検出率を高めるために、プリチャージが必須の場合もあるが、このような場合でも本実施形態によれば、スループット低下を最小限に留めることが可能である。

（第３の実施形態）
図４は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第３の実施形態を示す図である。図４は図３と逆に、検査走査２２１の後に同じライン２０５を２２２で振り戻す（復路走査する）ことにより、検査走査によって印加されたチャージアップを復路走査により逃がす（ディスチャージ）する例である。

これも図３同様、復路走査では検査画像データを取得しないため、データ反転の必要はない。また、検査試料、走査環境によっては、検査走査によるチャージアップが次のラインの欠陥検出に悪影響を及ぼす場合があり、このような場合でも本実施形態によれば、スループット低下を最小限に留めながら、ディスチャージを実現することができ、欠陥検出率も高めることが可能となる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第４の実施形態を示す図である。図５は図４のディスチャージ方式の変形例であり、往路走査後の振り戻し（ディスチャージ）を、この往路走査したラインと別のラインを通す形態である。これにより、往路走査したラインを、ある一定のインターバルをおいてからディスチャージすることができる。

本実施形態では、図５（ａ）中の番号（１）、（２）、（３）・・・・の順番で走査が実行される。まず、（１）で検査走査を実行した後、（２）でＮ回前（Ｎは自然数）（図では４回前（４ライン上））に戻って振り戻し（復路走査）（３）を実施し、（４）によりＮ＋１回後（図では５回後（５ライン下））に進んで、次のラインの（５）を検査走査する。以後、（６）、（７）、（８）、（９）・・・・と同じように繰り返して、言わば円を描くように（スパイラル状に）回りながら、図中の−ｙ方向に検査を進めていく。

こうすることにより、検査走査したラインをその検査走査の直後に復路走査（ディスチャージ）するのではなく、ある一定のインターバルをおいてからディスチャージすることができる。従って、検査試料や走査環境によっては帯電制御効率を著しく向上させることが可能となる。同時に、ディスチャージのための走査を検査走査とは逆方向に走査させることにより、無駄時間のより少ない高スループットな走査方式を実現することができる。

なお、上記実施形態は単なる一例であり、検査走査したラインを一定のインターバルをおいてからディスチャージすることができれば良く、往路走査及び復路走査の走査ラインはこれに限定されず、様々な走査ライン制御が適用できる。例えば、図５（ａ）では復路走査（３）、（７）、（１１）・・・した後の往路走査（５）、（９）、（１３）・・・を、それぞれ往路走査したラインのＮ＋１回後（Ｎ＋１ライン下）のラインを走査するように制御しているが、Ｎ＋Ｍ回後（Ｎ＋Ｍライン下（Ｍは自然数））のラインを走査するように制御しても良い。このことは以下説明する第５の実施形態においても同様である。

（第５の実施形態）
図６は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第５の実施形態を示す図である。図６は図３のプリチャージ方式の変形例であり、往路走査後の振り戻し走査（プリチャージ）を、この往路走査したラインと別のラインを通す形態である。これにより、往路走査したラインをある一定のインターバルをおいてからプリチャージすることができる。

本実施形態では、図６（ａ）中の番号（１）、（２）、（３）・・・の順番で走査が実行される。まず、（１）で検査走査を実行した後、（２）でＮ回後（図では４回後（４ライン下））に進んで振り戻し（３）を実施し、（４）によりＮ−１回前（図では５回前（５ライン上））に進んで、次のラインの（５）を検査走査する。以後、（６）、（７）、（８）、（９）・・・と同じように繰り返して、言わば円を描くように（スパイラル状に）回りながら、下方（−ｙ方向）に検査を進めていく。

こうすることにより、検査走査したラインをその直後にプリチャージするのではなく、ある一定のインターバルをおいてからプリチャージすることになり、検査試料、走査環境によっては帯電制御効率を著しく向上させることが可能である。同時に、プリチャージのための走査を検査走査とは逆方向に走査させることにより、無駄時間のより少ない高スループットな走査方式を実現することができる。

本実施形態では、図６（ａ）に示したように、被検査試料の端において往路走査（１）、（５）、（９）、（１３）によって画像を取得しているが、プリチャージは復路走査（３）から始めているため、その取得した画像は捨てている。つまり、走査（１）、（５）、（９）、（１３）の領域は検査領域から除かれている。しかし、このような無駄な領域を無くすため、これらの領域も予めプリチャージするようにしても良い。

ここで、第４及び第５の実施形態ともともスパイラル状に走査を進行させることは共通しており、その回転方向が逆になっているだけである。また、どちらの例でも１回転で１ピッチ進むようになっているが、１回転でｍピッチ進むように構成しても良い。また、加算が必要であれば、ｎ回同じ円（ライン）を回ってから次のラインに進むように構成しても良い。さらに、第４及び第５の実施形態とも振り戻し走査を往路走査で構成しても良い。

（第６の実施形態）
図７は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の動作についての第６の実施形態を示す図である。図７（ａ）は、同じライン２０５を両方向から重ねて走査する加算方式を示している。即ち、２５１、２５２、２５３、２５４と４回加算（４回画像を取得）して次のラインに進む例を示している。これにより振り戻しによる無駄時間を発生させることなく、高スループットな加算走査を実現できる。

ここで、復路走査２５２、２５４などは、前述のように画像データを取得する検査走査とすると、データの順番反転などの処理が必要となり煩雑となる。そこで図７（ｃ）に示したように、水平同期信号（Ｈ−ｖａｌｉｄ信号）を画像データが必要な往路走査２５１、２５３のみＯＮとなるようにすれば、上記反転処理は必要なくなる。即ち、同方向の走査方式で画像データを構成することになり、検査画像の画質向上も期待できる。また、検査試料、検査条件等に応じて復路走査２５２、２５４を画像取得を行わないプリチャージ又はディスチャージとして用いても良い。

図８は、本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の操作画面ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の一例を示す図である。図８に示したように、本発明の走査方式の機能選択手段を表示手段５００の中に設け、ユーザが各種条件を視認性、操作性良く選択可能にした例（モニタ５０の入力画面（ＧＵＩ））を示している。

このＧＵＩを用いて、ユーザは、スキャン方式を入力手段５４０にて選択する。これはプルダウンメニューによる選択としても良い。これにより、一方向のみの走査方式（片振り）、振り戻しを加えた両方向の走査方式（両振り）、第４又は第５の実施形態で説明したスパイラル方式等をユーザが選択可能となる。

次に、各走査方式の詳細機能の選択を、入力手段５１０、５２０、５３０により行う。まず、入力手段５１０では、振り戻しを行うスキャン方式において、振り戻しの役割を決める。すなわち、振り戻しにより、検査画像データを取得するか（検査）、もしくはプリチャージ（Ｐ．Ｃ．）、ディスチャージ（Ｄ．Ｃ．）に用いるかなどをユーザが選択する。入力手段５２０では、上記スパイラル方式の詳細機能、例えば、第４又は第５の実施形態に示したように、スパイラル状の回転方向、Ｎ値、加算回数などを決定する。入力手段５３０では、その他の条件設定（往復走査回数など）を行う。

ここでは、上記４種類の入力手段５４０、５１０、５２０、５３０を示したが、全部装備する必要はなく、またこれに限定するものでもない。また、これらの情報を全部包含したものとして、レシピ作成５５０モードにより各種条件を指定する方法もある。この場合、細かい情報を一々入力する手間が省け、且つ入力ミスを減らす効果もある。これにより、欠陥の種類や工程名などを入力することによって検査条件を自動的に最適化することが可能となり、使い勝手向上の効果がある。

以上述べたように、本発明によれば、光学画像では検出困難な欠陥を電子線画像を用いて高精度に検出すると同時に、その際問題となる検査装置としてのスループット低下を極力防止することができる。さらに、被検査試料の特質により欠陥部位のコントラストが十分に得られない場合であっても、スループット低下をきたすことなく、高感度な欠陥検出性能を実現する優れた検査装置および検査方法を提供することができる。

本発明に適用されるＳＥＭ式外観検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による電子線ビームの走査動作を示す図である。 本発明の第２の実施形態による電子線ビームの走査動作を示す図である。 本発明の第３の実施形態による電子線ビームの走査動作を示す図である。 本発明の第４の実施形態による電子線ビームの走査動作（スパイラル走査）を示す図である。 本発明の第５の実施形態による電子線ビームの走査動作（スパイラル走査）を示す図である。 本発明の第６の実施形態による電子線ビームの走査動作（両振り加算）を示す図である。 本発明のＳＥＭ式外観検査装置１の操作画面の例を示す図である。

符号の説明

１・・・ＳＥＭ式外観検査装置、２・・・検査室、３・・・電子光学系、４・・・光学顕微鏡部、５・・・画像処理部、６・・・制御部、７・・・二次電子検出部、９・・・被検査試料、１０・・・電子銃、１１・・・電子線の引き出し電極、１２・・・コンデンサレンズ、１３・・・ブランキング偏向器、１４・・・絞り、１５・・・走査偏向器、１６・・・対物レンズ、１７・・・反射板、１８・・・ＥｘＢ偏向器、１９・・・電子線、２０・・・二次電子検出器、２１・・・プリアンプ、２２・・・ＡＤ変換器、２３・・・光変換手段、２４・・・光伝送手段、２５・・・電気変換手段、２６・・・高圧電源、２７・・・プリアンプ駆動電源、２８・・・ＡＤ変換器駆動電源、２９・・・逆バイアス電源、３４・・・位置モニタ用測長器、３５・・・測定器、３６・・・高圧電源、４３・・・補正制御回路、４４・・・走査信号発生器、４５・・・対物レンズ電源、４６・・・第一画像記憶部、４７・・・第二画像記憶部、４８・・・演算部、４９・・・欠陥判定部、５０・・・モニタ、５１・・・二次電子、５２・・・第二の二次電子、２００・・・検査ストライプ、２０１、２０３・・・往路走査、２０２、２０４・・・振り戻し走査（復路走査）、２０５・・・ラインピッチ、２１１、２１３、２１５、２１７・・・プリチャージ走査、２２２、２２４、２２６、２２８・・・ディスチャージ走査、５００・・・表示手段、５１０、５２０、５３０，５４０・・・入力手段、５５０・・・レシピ作成モード

Claims (18)

1. 試料に電子線ビームを繰り返し往復ライン走査させ、該試料から発生する２次電子または反射電子に基づき生成された画像から欠陥部を求める外観検査方法において、
   前記電子線ビームの往路走査により画像取得を行い、
   前記電子線ビームの復路走査により画像取得、プリチャージまたはディスチャージを行うことを特徴とする外観検査方法。
2. 前記電子線ビームを繰り返し往復ライン走査するに際し、
   前記往路走査の走査ラインおよび前記復路走査の走査ラインをそれぞれ制御することを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
3. 前記電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目（ＭはＬより小さい自然数）を走査するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査方法。
4. 前記復路走査により前記（Ｌ−Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ＋Ｎ）ライン目（Ｎは自然数）を走査するように制御することを特徴とする請求項３に記載の外観検査方法。
5. 前記電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目（Ｍは自然数）を走査するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査方法。
6. 前記復路走査により前記（Ｌ＋Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ−Ｎ）ライン目（ＮはＬより小さい自然数）を走査するように制御することを特徴とする請求項５に記載の外観検査方法。
7. 前記電子線ビームを繰り返し往復ライン走査するに際し、同一ラインに対して連続して複数回、前記電子線ビームで往復走査するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査方法。
8. 前記復路走査を往路走査で構成することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の外観検査方法。
9. 前記電子線ビームの走査方法に関する指示をＧＵＩにより入力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の外観検査方法。
10. 試料の欠陥を検出する外観検査装置であって、
    前記試料に電子線ビームを繰り返し往復ライン走査させる走査手段と、
    前記試料から発生する２次電子または反射電子に基づき画像を生成する画像取得手段と、
    該画像取得手段により生成された画像から欠陥を検出する欠陥検出手段と、
    前記走査手段による電子線ビームの走査を制御する制御手段と、
    該制御手段により制御する前記電子線ビームの走査条件を設定する設定手段と、を備え、
    前記設定手段が、前記電子線ビームの往路走査による動作を、画像取得、プリチャージ又はディスチャージのいずれかに設定する手段を有する外観検査装置。
11. 前記設定手段が、前記走査手段により走査させる前記電子線ビームの往路走査の走査ラインおよび復路走査の走査ラインを設定する手段を有する請求項１０に記載の外観検査装置。
12. 前記設定手段が、前記電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ−Ｍ）ライン目（ＭはＬより小さい自然数）を走査するよう
    に設定する手段を有する請求項１０又は１１に記載の外観検査装置。
13. 前記設定手段が、前記復路走査により前記（Ｌ−Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ＋Ｎ）ライン目（Ｎは自然数）を走査するように設定する手段を有する請求項１２に記載の外観検査装置。
14. 前記設定手段が、前記電子線ビームの往路走査によりＬライン目（Ｌは自然数）を走査した後、復路走査により（Ｌ＋Ｍ）ライン目（Ｍは自然数）を走査するように設定する手段を有する請求項１０又は１１に記載の外観検査装置。
15. 前記設定手段が、前記復路走査により前記（Ｌ＋Ｍ）ライン目を走査した後、往路走査により（Ｌ−Ｎ）ライン目（ＮはＬより小さい自然数）を走査するように設定する手段を有する請求項１４に記載の外観検査装置。
16. 前記設定手段が、前記電子線ビームで同一ラインを連続して往復走査する回数を設定する手段を有する請求項１０又は１１に記載の外観検査装置。
17. 前記復路走査を往路走査で構成する請求項１２乃至１５のいずれかに記載の外観検査装置。
18. 前記設定手段がＧＵＩである請求項１０乃至１７のいずれかに記載の外観検査装置。

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