JP7174773B2 - 荷電粒子線装置の調整方法及び荷電粒子線装置システム - Google Patents

Description

本開示は、試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置に係り、特に、荷電粒子線をパルス化して照射する荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置、例えば走査電子顕微鏡は、ナノメートルオーダーの形状パターンが識別可能であり、半導体デバイス等の検査計測に利用されている。主に欠陥検査では、走査電子顕微鏡によるパターンの画像の輝度の差を用いて欠陥部を抽出する。以下では、輝度とは荷電粒子線装置で取得した画像又は画素の明るさの程度のことを表す。特許文献１には、電子線のパルス化により電子の照射量や照射間の待ち時間を制御することで、正常パターンと欠陥パターンの画像の輝度の差を強調する技術が開示されている。また、特許文献２には、試料からので検出した信号強度を用いて画像のコントラストを自動調整する技術が開示されている。

ＷＯ２０１７／１８７５４８ 特開２００１－１４８２３０号公報

荷電粒子線装置には、検出器の出力信号を調整する調整器が備えられている。画像内に含まれる欠陥パターンを顕在化するためには、調整器を適正に設定する必要があるが、視野内に欠陥パターンがないと、欠陥パターンにとって適切な装置条件（例えばゲイン）を設定することは困難である。特許文献１、２共に、視野内に顕在化したいパターンが含まれていない状態で、適正な装置条件を設定する手法についての開示がない。

以下に、試料の状態によらず、適切に装置条件を設定することを目的とする荷電粒子線装置の調整方法及び荷電粒子線装置システムを提案する。

上記目的を達成するための一態様として、以下に荷電粒子ビームを試料に走査したときに得られる画像のコントラストとブライトネスを調整する方法であって、第１の荷電粒子ビームの走査によって得られる画像に含まれるパターンの輝度が所定値となるように、荷電粒子線装置の信号処理装置のオフセット調整を行い、前記第１の荷電粒子ビームとは照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、及び照射点間距離の少なくとも１つが異なるパルス状ビームである第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる画像に含まれるパターンの輝度が、所定値となるように前記信号処理装置のゲイン調整を行う方法を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、試料に対して荷電粒子ビームを走査することによって得られる画像のコントラストとブライトネスを調整する方法であって、前記試料に第１の条件のビームを走査する工程と、前記試料に、前記第１の条件とは異なる第２の条件のビームを走査する工程と、前記第１の条件のビームの走査によって得られる画像の特徴を評価する工程と、前記第２の条件のビームの走査によって得られる画像の特徴を評価する工程と、第１の条件のビーム走査によって得られる画像の特徴が、所定の状態となるように、荷電粒子線装置の信号処理装置を調整する工程と、第２の条件のビーム走査によって得られる画像の特徴が、所定の状態となるように、信号処理装置を調整する工程を備えた方法を提案する。

また、上記目的を達成するための更に他の態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査するように構成された偏向器と、試料に対する前記荷電粒子ビームの走査によって得られる荷電粒子を検出するように構成された検出器を含む荷電粒子線装置と、当該荷電粒子線装置に接続される制御装置を含み、当該制御装置は、異なるビーム条件のビーム走査によって得られる第１の画像と第２の画像の特徴を評価し、当該第１の画像の特徴と第２の画像の特徴が所定の条件を満たすように、前記信号処理装置を制御するように構成されているシステムを提案する。

上記構成によれば、試料の状態によらず、適切な装置条件の設定が可能となる。

走査電子顕微鏡の一例を示す図。 ゲイン調整及びオフセット調整を行う工程を示すフローチャート。 操作インターフェースの一例を示す図。 実施例１の試料の断面構造を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 実施例２の試料の断面構造を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 実施例３の試料の断面構造を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 ゲイン調整及びオフセット調整を行い、断続条件を決定する工程を示すフローチャート。 実施例４の試料の断面構造を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像における検査パターンの輝度と各画像の照射点間遮断時間の関係を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 実施例５の試料の断面構造を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 走査電子顕微鏡画像の一例を示す図。 複数の断続条件で取得した画像を用いた輝度調整を自動で実施する工程を示すフローチャート。 操作インターフェースの一例を示す図。

例えば、走査電子顕微鏡による半導体デバイスパターンの検査を行う場合、正常パターンと欠陥パターンの特徴量（例えば輝度）の違いから、正常パターンと欠陥パターンを判別することが考えられる。正常パターンと欠陥パターンの輝度差が大きくなるほど、欠陥パターンの検出感度が向上する。

一方、電子顕微鏡に搭載されている信号検出系の入出力のゲインや、画像処理系における信号のアナログ-デジタル変換のゲインを大きく設定した場合、信号強度の差が大きくなり、正常パターンと欠陥パターンの画像の輝度差が大きくなるが、ゲインを大きく設定しすぎると、ショットノイズや回路ノイズ等の雑音に対する感度も大きくなってしまうため、虚報率（正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう確率）が増大する。

欠陥パターンの検出感度の向上と虚報率の低減を実現するためには、正常パターンおよび欠陥パターンの信号強度が、検出器の感度の範囲や画像の全階調の輝度の表示範囲となるよう、信号検出系や画像処理系を制御し、画像の輝度を調整することが考えられる。例えば、輝度ヒストグラム上、欠陥パターンの信号強度に対応する第１の輝度と、正常パターンの信号強度に対応する第２の輝度が、それぞれ最小階調と最大階調に近く、且つその中心が全階調の中心に位置づけられるように、信号処理系や画像処理系を調整する。

例えば画像の輝度調整時に、調整領域の画像に正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれていれば、正常パターンと欠陥パターンの信号強度の差に基づいて検出器の信号検出感度や画像の全階調の輝度の表示範囲を決定することができる。

しかし、画像に正常パターンしか含まれない場合、欠陥パターンの信号強度がわからないため、適切に装置条件を設定することは困難である。

以下に、欠陥パターンの高感度検出と虚報率低下の両立を実現する装置条件調整法、及び荷電粒子線装置について説明する。

以下の実施例では、例えば、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査するように構成された偏向器と、試料に対する前記荷電粒子ビームの走査によって得られる荷電粒子を検出するように構成された検出器と、当該検出器の出力信号及び当該出力信号から生成される画像信号の少なくとも一方を調整するように構成された調整器と、当該調整器を制御するように構成された制御装置を備えた荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、異なるビーム条件のビーム走査によって得られる第１の画像と第２の画像から抽出される特徴が、所定の条件を満たすように、前記信号処理装置を制御するように構成されている荷電粒子線装置システムを提案する。

より具体的には例えば、荷電粒子源から放出された荷電粒子線をパルス化する断続照射系を有し、前記パルス化した前記荷電粒子線を走査しながら試料に集束照射する荷電粒子線光学系と、前記試料から放出される二次荷電粒子、或いは当該二次荷電粒子が他部材（例えば二次電子変換電極）に衝突することによって、当該他部材から発生する二次荷電粒子（例えば三次電子）を検出する二次荷電粒子検出系と、前記二次荷電粒子の検出信号の強度に応じた輝度を持つ画像を生成する画像処理系と、前記断続照射系、前記荷電粒子光学系、前記二次荷電粒子検出系、及びと前記画像処理系を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記荷電粒子線の複数の断続条件によって得られる、前記複数の画像の解析値、又は複数の検出信号の解析値が所定の範囲となるよう、二次荷電粒子検出系、又は画像処理系を制御することを特徴とする荷電粒子線装置であって、前記制御装置は、照射時間、照射距離、照射と照射の間の遮断時間、及び照射点間距離の内の少なくとも１つの条件を変えて荷電粒子線走査したときに得られる複数の画像を取得するように、前記荷電粒子線光学系を制御することを特徴とする荷電粒子線装置であって、前記二次荷電粒子検出系は、前記試料に前記荷電粒子線を照射することによって得られる二次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器からの検出信号の強度を調整する信号強度調整回路を備え、前記信号強度調整回路は、信号の入出力のゲインが、前記照射と照射の間の遮断時間の異なる荷電粒子線走査によって得られた画像の輝度差が所定の範囲となるように調整し、さらに、前記ゲインが調整された前記照射と照射の間の遮断時間の異なる荷電粒子線走査によって得られた画像が所定の範囲となるように信号オフセット調整を行う荷電粒子線装置を提供する。

上記構成によれば、画像の検査パターンに正常パターンしか含まれない場合であっても、正常パターンおよび欠陥パターンの信号強度が、検出器の感度の範囲や画像の全階調の輝度の表示範囲となるよう、前記荷電粒子線光学系における検出器の感度の範囲や画像の全階調の輝度の表示範囲を調整することが可能となり、欠陥の検出感度を向上し、虚報率を低減することができる。

以下に、荷電粒子線を照射することによって得られる信号に基づいて、試料の拡大画像を形成する荷電粒子線装置について説明する。荷電粒子線装置のうち、試料に対して電子線を走査する走査電子顕微鏡は、高分解能画像を得られる装置である。走査電子顕微鏡は、電磁場を印加することで電子源から出射される電子線を、試料上で集束かつ走査し、電子線を照射した際に試料から放出される電子を検出器で検出し画像化する装置である。検出される電子の数は試料の情報を反映するので、電子線を走査することでコントラストをもった画像を形成することができる。

また、以下に説明する実施例では、例えば、荷電粒子源から放出される荷電粒子線を集束する手段と、前記荷電粒子線を断続的にパルス照射する手段と、前記荷電粒子線の照射位置を制御する手段と、前記荷電粒子線を連続して照射する時間である照射時間を制御する手段と、前記照射時間に走査する距離である照射距離を制御する手段と、前記荷電粒子線の照射と照射の間の時間である照射点間遮断時間を制御する手段と、前記照射点間遮断時間に走査する照射点間の距離間隔である照射点間距離を制御する手段と、試料に対する荷電粒子線の照射に基づいて得られる荷電粒子を検出する手段と、前記検出手段の入出力のゲインを調整する手段と、前記検出手段の出力信号のオフセットを調整する手段と、前記出力信号の強度を画像の輝度に変換する手段と、前記出力信号の強度を画像の輝度に変換する際の変換のゲイン又は変換輝度値のオフセットを調整する手段と、前記変換輝度値と照射位置情報に基づいて前記画像を表示する手段と、前記画像を表示する手段を含む荷電粒子線装置であって、前記画像内で選択した検査パターンの輝度を決定する手段と、前記照射時間、或いは前記照射距離、或いは前記照射点間遮断時間、或いは前記照射点間距離の条件を変えた複数の条件で荷電粒子線走査したときに得られる複数の画像の輝度及び画像間の輝度差を決定する手段と、前記複数の画像の輝度及び画像間の輝度差が所定値となるように前記検出手段のゲイン調整及び出力のオフセット調整を行う手段を有する荷電粒子線装置について説明する。

前記荷電粒子線装置は、異なる複数の断続条件の荷電粒子線走査によって得られる画像を用いて検出器の信号検出感度の範囲であるダイナミックレンジを決定することで、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率増大が抑制されるよう、画像の輝度を調整することができる。

なお、パルス状ビームとは、照射と非照射を繰り返すことによって、断続状に照射されるビームである。以下、図面を用いてパルス状ビームの照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、照射点間距離の設定法、及び検出器のダイナミックレンジの設定法を実行する荷電粒子線装置について説明する。なお、以下の説明では、荷電粒子線を試料上に照射し、二次荷電粒子を検出して画像を生成する荷電粒子線装置の一例として、電子線を試料上に照射し、二次電子を検出して画像を生成する走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、これに限られることはなく、例えばイオン線を試料上に照射し、二次イオンを検出して画像を生成するイオン線装置への適用も可能である。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、画像の輝度の調整に用いる領域に正常パターンしか含まれない場合であっても、輝度が小さい欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率増大が抑制されるよう、画像の輝度の調整を行う走査電子顕微鏡について述べる。

図１に本実施例における走査電子顕微鏡の一例を示す。走査電子顕微鏡は断続照射系、電子光学系、二次電子検出系、ステージ機構系、画像処理系、制御系、操作系により構成されている。断続照射系は電子線源１、パルス電子生成器４により構成されている。本実施例では、別途パルス電子生成器４を設ける構成としたが、パルス電子を照射可能な電子線源を用いても実施可能である。

電子光学系は加速電圧制御器２、集光レンズ３、絞り５、偏向器６、対物レンズ７、試料電界制御器８により構成されている。偏向器６は、電子線を試料上で一次元的、或いは二次元的に走査するために設けられており、後述するような制御の対象となる。

二次電子検出系は検出器９、出力調整回路１０により構成されている。ステージ機構系は試料ステージ１６、試料１７により構成されている。制御系（制御装置）は加速電圧制御部２１、照射電流制御部２２、パルス照射制御部２３、偏向制御部２４、集束制御部２５、試料電界制御部２６、ゲイン制御部２７、オフセット制御部２８、ステージ位置制御部２９、制御伝令部３０、アナログ-デジタル変換制御部３１により構成されている。制御伝令部３０は、操作インターフェース４１から入力された入力情報に基づいて、各制御部に制御値を書き込み制御する。操作インターフェース４１は、入力装置として用意されるコンピューターシステムの表示装置等に表示され、当該操作インターフェースを介した入力に基づいて、制御装置は、二次電子検出系等を制御する。

制御装置は、１つ以上のプロセッサに後述するステップを実行させるのに適切なプログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを含んでいる。例えば制御装置に含まれる１以上のプロセッサは、制御装置の１以上のプロセッサに後述するような処理を実行させるように構成されたプログラム命令を含む、記憶媒体と通信可能に構成されている。

ここで、パルス照射制御部２３は、複数の異なるビーム条件の生成が可能なように構成され、電子線を連続して照射する時間である照射時間、或いは電子線を連続して照射する距離である照射距離、或いは電子線の照射時間の間の時間である照射点間遮断時間、或いは電子線の照射距離間の距離間隔である照射点間距離を制御する。

画像処理系は、検出信号処理部３２、画像形成部３３、画像表示部３４により構成されている。画像処理系の検出信号処理部３２また画像形成部３３には１つ以上のプロセッサを備え、指定された検査パターンの輝度の演算、或いは複数の検査パターン間の輝度差の演算等を実行する。得られた演算値が所望の輝度設定値となるようにゲイン制御部２７、オフセット制御部２８の制御値を調整する。輝度は、画像の画素に対応する個所から放出された電子量に応じた値であり、試料から放出された電子が多い程、輝度が大きくなる。

また、本実施例では輝度に基づいて、ゲイン調整及びオフセット調整を行う手法（或いは調整回路（調整器））について説明するが、輝度に変えて輝度の解析値、例えば検査パターン内の全画素の輝度のヒストグラム等を用いてゲイン調整及びオフセット調整を行っても良いし、輝度に変えて検出の信号電圧などの検出信号に基づいて、ゲイン調整及びオフセット調整を行う調整器を用いた調整を行っても良い。また、本実施例では検出器９より出力されるアナログ検出信号のＩ／Ｖ変換ゲインおよびアナログオフセットの重畳を行う回路（調整器）によって輝度調整を行う方法について述べるが、例えば、１６ｂｉｔで検出したアナログ信号を８ｂｉｔのデジタル信号に割り当てる際、アナログ－デジタル変換制御部３１を用いて画像の信号レンジとオフセットを調整するデジタル調整用調整器を用いても良い。また、出力信号と画像信号を両方調整するようにしても良い。上述のようなゲイン調整やオフセット調整を行う調整器を含む信号処理装置は、走査電子顕微鏡のモジュールとしてだけではなく、検出器出力の受領が可能であり、且つ走査電子顕微鏡に対する制御信号の供給が可能な１つ以上のコンピューターシステムで構成するようにしても良い。操作系は、操作インターフェース４１により構成されている。

また、制御装置は、走査電子顕微鏡をサブシステムとするシステムの一部と定義することができる。制御装置は、走査電子顕微鏡の少なくとも１つの部分と通信可能に結合されている。更に、制御装置は、検出系によって得られた画像に含まれる輝度情報等に基づいて、走査電子顕微鏡を制御することができる。特に、制御装置は、得られた輝度情報に基づいて、検出系及び画像処理系の少なくとも一方の制御パラメータを調整する。更に制御装置は、当該調整のために所定の位置にビームを照射するようにステージ、或いは視野移動用の偏向器を制御すると共に、後述するような条件のビームが照射されるように、電子光学系を制御する。

図２に本実施例においてゲイン調整及びオフセット調整を行う工程を示すフローチャートを示す。まず、観察場所に移動する（Ｓ１０１）。次に、画像を取得する（Ｓ１０２）。次に、取得した画像から、検査パターンを指定する（Ｓ１０３）。本実施例ではオペレータが検査パターンの領域を指定したが、画像の輝度から、走査電子顕微鏡が自動で検査パターンを抽出してもよい。

次に、光学条件を設定する（Ｓ１０４）。ここで、光学条件は、電子線の照射電圧、電子線の照射電流、試料電界を含む。次に、複数の断続条件を設定する（Ｓ１０５）。Ｓ１０５で設定する複数の断続条件は、照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、及び照射点間距離のうち、少なくとも１つが互いに異なる。本実施例では、複数の断続条件（ビーム条件）を設定することによって、画像の特徴が異なる複数の画像（例えば第１の画像と第２の画像）を生成する。

次に、ゲインとオフセットの初期値を設定する（Ｓ１０６）。なお、Ｓ１０６は省略してもよい。設定したゲイン値とオフセットは、ゲイン制御部２７とオフセット制御部２８を介し検出器９と出力調整回路１０に設定される。次に、複数の断続条件を用いて取得した複数の画像の検査パターンのうち、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を設定する（Ｓ１０７）。次に、第１の断続条件で画像を取得する（Ｓ１０８）。次に、第２の断続条件で画像を取得する（Ｓ１０９）。次に、２つの断続条件で取得した画像の検査パターンの輝度を解析する（Ｓ１１０）。次に、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の解析結果が、収束値であるか判定する（Ｓ１１１）。収束値でない場合、オフセット調整を実施し（Ｓ１１２）、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０８からＳ１１０を繰り返す。収束値である場合、Ｓ１１３に進む。次に第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差が収束値であるか判定する（Ｓ１１３）。収束値でない場合、ゲイン調整を実施し（Ｓ１１４）、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０８からＳ１１０を繰り返す。収束値である場合、Ｓ１１５に進む。次に、ゲイン調整及びオフセット調整を終了する（Ｓ１１５）。図２に例示する処理は手動で行うようにしても良いし、自動的に実行するためのプログラム命令を用意し、制御装置の制御に基づいて自動で行うようにしても良い。

図３に本実施例で用いた操作インターフェースを示す。操作インターフェースは、検査画像を表示し、検査画像から検査パターンを指定するための、検査パターン設定部５１を有している。また、光学条件及び走査条件及び断続条件設定部５２を有しており、照射電圧設定部５３、照射電流設定部５４、試料電界設定部５５、走査速度設定部５６、走査領域設定部５７を有している。さらに光学条件及び走査条件及び断続条件設定部５２は、照射時間或いは照射距離を設定する照射設定部５８と、照射点間遮断時間或いは照射点間距離を設定する照射点間設定部５９を有している。

図２のフローチャートにおいて設定する複数の断続条件は、照射設定部５８或いは照射点間設定部５９のどちらか一方、または両方の設定が互いに異なる。また、図２のフローにおける、ゲインとオフセットの初期値及び輝度と輝度差の収束値を設定する、輝度制御部６０を有している。ここで収束値は一定の範囲値でも構わない。

輝度制御部６０は、手動／自動切り替え部６１、ゲイン入力兼表示部６２、オフセット入力兼表示部６３、輝度設定部６４、輝度差設定部６５を有している。本実施例のゲイン調整及びオフセット調整においては、手動／自動切り替え部６１を自動に設定し、ゲイン入力兼表示部６２でゲインの初期値を設定し、オフセット入力兼表示部６３でオフセットの初期値を設定し、輝度設定部６４で第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値を設定し、輝度差設定部６５で第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を設定した。なお、輝度制御部６０の手動／自動切り替え部６１を手動に設定した場合、ゲイン入力兼表示部６２及びオフセット入力兼表示部６３によってゲイン及びオフセットを手動で制御することができる。

次に本ゲイン調整及びオフセット調整を実施した走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査の概要について説明する。図４に本実施例で用いた試料の一部の断面図を例示する。図４に例示する試料は、シリコン基板７１の上に、底部絶縁膜７２とコンタクトプラグ７３が積層された積層層と、層間絶縁膜７４が積層されている。底部絶縁膜７２及びコンタクトプラグ７３の積層方向の長さが、所定の条件を満たしている検査対象パターンが正常パターンであり、底部絶縁膜７２の積層方向の長さが所定値より長く、コンタクトプラグ７３の積層方向の長さが所定値より短い検査対象パターン（左から２番目コンタクトプラグ）が欠陥パターンである。

図５に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に使用した試料の走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図５に例示する画像に含まれるパターンは、全て正常パターンである。画像の輝度は２５６階調で表示するよう設定した。また、以下に説明する実施例で用いる図面は、明るさの程度を示すべく、明るさに応じた異なるパターンでホールパターンを表現している。図５に例示するゲージは右に行くほど高輝度（左にいくほど低輝度）である状態を示している。図５の例では第１の断続条件において、輝度の調整後のホールパターンの輝度が、輝度の調整前のホールパターンの輝度より低輝度である状態を示している。

第１の断続条件を照射時間０．１μｓ、照射点間遮断時間１μｓに設定し、第２の断続条件を照射時間０．１μｓ、照射点間遮断時間５μｓに設定した。ここで、輝度の照射時間及び照射点間遮断時間は、画像の１画素あたりに電子線を照射する時間を最小単位として設定した。

輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が８０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１００であった。本実施例では、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値（任意の輝度設定値）を５０に、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を２００に設定し、輝度の調整を実施した。ここで設定した収束値の前後１０％以内に収まれば収束したと判断した。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が５０であり、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２５０になるよう、図２のフローチャートに従って、ゲインとオフセットを調整した。

なお、図２のフローチャートでは、オフセット調整を実施した後、ゲイン調整を行っているが、逆であっても良い。また、本実施例では２つの画像を取得した後、オフセット調整とゲイン調整を行っているが、１の画像を取得し、１の調整を行った後、他の画像を取得し、他の調整を行うようにしても良い。オフセット調整は、例えば低い方の値が所定値（上述の例では５０）となるように、検出器の出力を増幅する増幅器のバイアス電圧を調整し、ゲイン調整は、低い側の値と高い側の値との差分が所定値（上述の例では２００）となるように検出器を調整する。

電子ビームは電荷を持っているため、画像生成のために検査対象試料にビームを照射すると電荷が蓄積する。一方、電子ビームの照射を止めると蓄積した電荷が抜ける（緩和する）。即ち、試料にビームを断続的に照射すると、電子ビームが照射されているときの電荷の蓄積（充電）と、電子ビームが照射されていないときの蓄積の緩和（放電）が繰り返されることになる。第１の断続条件のビームは、第２の断続条件と比較すると、照射時間が同じである一方、遮断時間が短いため、相対的に帯電が緩和せず、パターンにより多くの電荷が蓄積する。

一方で、図４に例示するような欠陥パターン（左から２番目のコンタクトプラグ）は、正常パターンと比較すると底部絶縁膜７２が厚い（即ち、静電容量が小さい）ため、電荷の蓄積により試料表面電位が蓄積し易い（即ち、相対的に放電の影響を受けにくい）パターンであると言える。上述の実施例にて第１の断続条件として、相対的に遮断時間の短い（電荷が蓄積し易い）ビームを用いて画像を形成した理由は、正常な検査対象パターンを、欠陥パターンと同様に帯電させるためであり、この試料状態で検査対象パターンの輝度が任意の所定値（上記実施例では５０）となるように、ゲインやオフセットを調整することによって、輝度が２５０となるように設定された正常パターンに対するコントラストを拡大することができる。

図６に本実施例において取得した走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図６は第２の断続条件で取得した検査時の画像である。図６の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンであり、その他は正常パターンである。

まず、正常パターンに着目すると、輝度の調整前は、正常パターンの輝度が１００であったのに対し、輝度の調整後は２５０である。次に、欠陥パターンに着目すると、輝度の調整前は、欠陥パターンの輝度が８５であったのに対し、輝度の調整後は５０である。即ち、輝度の調整前は１５であった正常パターンと欠陥パターンの輝度差が、輝度の調整後は２００に拡大しており、調整によって欠陥パターンの検出感度が向上した。

図７に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図７の画像内のパターン、及び第１の断続条件、及び第２の断続条件は、図５と同じである。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２５０であった。ただし、第２の断続条件で取得した検査パターンには、輝度が０のパターン及び輝度が０より大きく２５０より小さいパターンが複数含まれていた。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値は図５と等しく設定し、輝度の調整を実施した。

図８に本実施例において取得した走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図８は第２の断続条件で取得した検査画像である。図８の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンであり、その他は正常パターンである。

輝度の調整前は、輝度が０のパターンを複数点検出したのに対し、輝度の調整後は、輝度が５０のパターンを１点のみ検出し、その他のパターンの輝度は２５０であった。輝度の調整前において、輝度が０のパターンに正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれるため、輝度が０のパターンを欠陥パターンと判断した場合、正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう、虚報が発生した。一方、輝度の調整後は、輝度が５０のパターンを欠陥パターンと判断することで、虚報が防止できた。即ち、調整によって虚報率を低減できる。

上述のような実施例によれば、異なる複数の断続条件の電子線走査によって得られる画像を取得し、複数の検査パターンの輝度及び検査パターン間の輝度差が所定値になるよう調整することで、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率が低減された。

なお、上述の実施例では、異なるビーム条件のそれぞれで、輝度値という特徴を評価し、当該特徴が設定値（収束値）となるようゲインやオフセットを調整する例について説明したが、輝度値自体ではなく、輝度値に伴って変化する他のパラメータを評価対象となる特徴とするようにしても良い。例えば背景に対する輝度比（コントラスト）やパターンエッジの先鋭度等、他のパラメータを評価対象とし、当該評価対象が所定値となるように、調整器を用いた調整を行うようにしても良い。更に、ビーム条件についても照射点間遮断時間や照射時間だけではなく、正常パターンから欠陥パターンの状態を再現できるような他のビーム条件を適用するようにしても良い。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、画像の輝度の調整に用いる領域に正常パターンしか含まれない場合であっても、輝度が大きい欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率が低減できるよう、画像の輝度の調整を行う走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。本実施例では、図２記載のフローチャートを用い、ゲイン調整及びオフセット調整を行った。本実施例では、図３記載の操作インターフェースを用いた。

本ゲイン調整及びオフセット調整を実施した走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査について述べる。図９に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図９の試料は、ボロンを注入したシリコン基板８１の一部にリンを注入した不純物拡散層８２を形成し、シリコン基板８１の上にコンタクトプラグ８３又は層間絶縁膜８４を積層した構造をしている。本実施例においては、コンタクトプラグ８３の走査電子顕微鏡画像が検査パターンである。このうち、コンタクトプラグ８３がシリコン基板８１に対し垂直に形成されており、コンタクトプラグ８３の底面全体が不純物拡散層８２と接している検査パターンが正常パターンである。一方、コンタクトプラグ８３がシリコン基板８１に対し垂直に形成されておらず、コンタクトプラグ８３の底面の一部又は全体がシリコン基板８１と接している検査パターンが欠陥パターンである。

図１０に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図１０の画像内のパターンは、全て正常パターンである。画像の輝度は２５６階調で表示するよう設定した。第１の断続条件を照射時間２μｓ、照射点間遮断時間０μｓに設定（即ち断続的ではなく連続的にビームが走査される状態）し、第２の断続条件を照射時間２μｓ、照射点間遮断時間１０μｓに設定した。ここで、輝度の照射時間及び照射点間遮断時間は、画像の１画素あたりに電子線を照射する時間を最小単位として制御した。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１４０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１８０であった。

本実施例では、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値を８０に、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を１５０に設定し、輝度の調整を実施した。ここで設定した収束値の前後１０％以内に収まれば収束したと判断した。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が８０であり、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２３０になるよう、図２のフローチャートに従って、ゲインとオフセットを調整した。

図９に例示するような欠陥パターン（左から２番目のコンタクトプラグ８３）は正常パターンと比較すると、シリコン基板８１に直接接続された状態にあるため、電気抵抗が小さい、電荷が放電し易いパターンであると言える。本実施例において、第２の断続条件（照射時間２μｓ、照射点間遮断時間１０μｓ）として、相対的に遮断時間の長い（電荷が放出し易い）ビームを用いて画像を形成した理由は、正常な検査パターンを、欠陥パターンと同様に帯電させるためである。図４に例示した欠陥の場合、欠陥パターンは正常パターンより帯電し易いパターンであるのに対し、図９に例示するような欠陥パターンの場合、欠陥パターンの方が、電気抵抗が小さいので正常パターンより帯電しにくい（電荷を放出し易い）パターンであると言える。

よって、正常パターンに対して、検査ビームより帯電しにくいビーム（第２の断続条件のビーム）を照射することによって、検査ビーム（第１の断続条件のビーム）を照射したときの欠陥パターンの輝度を再現すると共に、欠陥パターンの輝度が所定値（正常パターンの収束値から離れた収束値）となるように、ゲインやオフセットを調整することで、正常パターンとのコントラストを拡大することができる。

図１１に本実施例において走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図１１は第１の断続条件で取得した検査画像である。図１１の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンであり、その他は正常パターンである。

まず、正常パターンに着目すると、輝度の調整前は、正常パターンの輝度が１４０であったのに対し、輝度の調整後は８０である。次に、欠陥パターンに着目すると、輝度の調整前は、欠陥パターンの輝度が１７５であったのに対し、輝度の調整後は２２５である。即ち、輝度の調整前は３５であった正常パターンと欠陥パターンの輝度差が、輝度の調整後は１４５に拡大しており、調整によって欠陥パターンの検出感度が向上した。

図１２に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図１２の画像内のパターン、及び第１の断続条件、及び第２の断続条件は、図１０と同じである。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２５５であった。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値は図１０と等しく設定し、輝度の調整を実施した。

図１３に本実施例において取得した走査電子顕微鏡による検査画像の一例を示す。図１３は第１の断続条件で取得した検査画像である。図１３の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンであり、その他は正常パターンである。

輝度の調整前は、輝度が２５５であるパターンを複数点検出したのに対し、輝度の調整後は、輝度が１７５のパターンを１点のみ検出し、その他のパターンの輝度は５０であった。輝度の調整前において、輝度が２５５であるパターンに正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれるため、輝度が２５５であるパターンを欠陥パターンと判断した場合、正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう、虚報が発生した。一方、輝度の調整後は、輝度が１７５のパターンを欠陥と判断できるため、虚報が防止され虚報率を低減できる。

上述のような実施例によれば、異なる複数の断続条件の電子線走査によって得られる画像を取得し、複数の検査パターンの輝度及び検査パターン間の輝度差が所定値になるよう調整することで、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率増大が抑制された。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、画像の輝度の調整に用いる領域に正常パターンしか含まれない場合であっても、輝度が大きい欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率が低減されるよう、画像の輝度の調整を行う走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。本実施例では、図２記載のフローチャートを用い、ゲイン調整及びオフセット調整を行った。本実施例では、図３記載の操作インターフェースを用いた。

本ゲイン調整及びオフセット調整を実施した走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査について述べる。図１４に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。本実施例で用いた試料は図４と同じく、シリコン基板７１の上に、底部絶縁膜７２とコンタクトプラグ７３、又は層間絶縁膜７４を積層した構造をしている。また、図４と同じく、コンタクトプラグ７３の走査電子顕微鏡画像が検査パターンであり、底部絶縁膜７２及びコンタクトプラグ７３の積層方向の長さが所定値の場合の検査パターンが正常パターンである。一方、図４とは異なり、底部絶縁膜７２の積層方向の長さが所定値より短く、コンタクトプラグ７３の積層方向の長さが所定値より長い場合の検査パターン（右から３番目のコンタクトプラグ）が欠陥パターンである。

図１５に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図１５の画像内のパターンは、全て正常パターンである。画像の輝度は２５６階調で表示するよう設定した。第１の断続条件を照射距離１０ｎｍ、照射点間距離１００ｎｍに設定し、第２の断続条件を照射距離１０ｎｍ、照射点間距離５００ｎｍに設定した。ここで、輝度の照射距離及び照射点間距離は、画像の１画素あたりに電子線を照射する距離を最小単位として制御した。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が９０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１００であった。本実施例では、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値を２０に、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を８０に設定し、輝度の調整を実施した。ここで設定した収束値の前後１０％以内に収まれば収束したと判断した。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２０であり、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１００になるよう、図２のフローチャートに従って、ゲインとオフセットを調整した。

本実施例の場合、実施例１と異なり、照射時間と照射点間遮断時間に換えて、照射距離と照射点間距離を、充電と放電を制御するパラメータとして用いている。ビームの走査速度が固定されていれば、照射時間と照射間遮断時間と同様、照射距離と照射点間距離の適切な設定によって、充電と放電を制御することが可能となる。

図１６に本実施例において取得した走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図１６は第２の断続条件で取得した検査画像である。図１６の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンであり、その他は正常パターンである。

まず、正常パターンに着目すると、輝度の調整前と調整後のいずれにおいても、正常パターンの輝度は１００である。次に、欠陥パターンに着目すると、輝度の調整前は、欠陥パターンの輝度が１１０であったのに対し、輝度の調整後は１８０である。即ち、輝度の調整前は１０であった正常パターンと欠陥パターンの輝度差が、輝度の調整後は８０に拡大しており、調整によって欠陥パターンの検出感度が向上した。

図１７に本実施例においてゲインとオフセットの調整時に取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図１７の画像内のパターン、及び第１の断続条件、及び第２の断続条件は、図１５と同じである。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１３０であった。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値は図１５と等しく設定し、輝度の調整を実施した。

図１８に本実施例において取得した走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図１８は第２の断続条件で取得した検査画像である。図１８の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターン（左から４番目、上から３番目のパターン）であり、その他は正常パターンである。

輝度の調整前は、輝度が２５６のパターンを複数点検出したのに対し、輝度の調整後は、輝度が１８０のパターンを１点のみ検出し、その他のパターンの輝度は１００であった。輝度の調整前において、輝度が２５６のパターンに正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれるため、輝度が２５６のパターンを欠陥パターンと判断した場合、正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう、虚報が発生した。一方、輝度の調整後は、輝度が１８０のパターンを欠陥パターンと判断することで、虚報が防止できた。即ち、調整によって虚報率を低減できた。

上述のような実施例によれば、異なる複数の断続条件の電子線走査によって得られる画像を取得し、複数の検査パターンの輝度及び検査パターン間の輝度差が所定値になるよう調整することで、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率増大が抑制された。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、画像の輝度の調整に用いる領域に正常パターンしか含まれない場合であっても、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率が低減できるよう、画像の輝度の調整及び欠陥検査の断続条件の決定を行う走査電子顕微鏡について述べる。

本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。図１９に本実施例においてゲイン調整及びオフセット調整を行い、断続条件を決定する工程を示すフローチャートを示す。本実施例の基本的なフローは図２のフローと共通している。本実施例のフローは、複数の断続条件を設定する際、３つ以上の断続条件を設定する（Ｓ４０５）。また、ゲイン調整及びオフセット調整を終了した後、設定した３つ以上の全ての断続条件で画像を取得し（Ｓ４１６）、取得した画像の検査パ-タンの輝度を解析する（Ｓ４１７）。次に、検査パターンの輝度から、欠陥検査の断続条件を決定する（Ｓ４１８）。

本実施例で設定した３つ以上の断続条件は、それぞれ断続条件である照射点間遮断時間が異なる。本実施例では、照射点間遮断時間の変化に対する輝度の平均変化率を算出し、設定した各断続条件の照射点間遮断時間のうち輝度の平均変化率が最大の条件に断続条件を決定した。本実施例では、図３記載の操作インターフェースを用いた。

本ゲイン調整及びオフセット調整を実施した走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査について述べる。図２０に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図２０の試料は、リンを注入したシリコン基板９１の一部にボロンを注入した不純物拡散層９２を形成し、シリコン基板９１の上にコンタクトプラグ９３又は層間絶縁膜９４を積層した構造をしている。本実施例においては、コンタクトプラグ９３の走査電子顕微鏡画像が検査パターンである。このうち、コンタクトプラグ９３と接合する不純物拡散層９２の不純物濃度が所定値の場合の検査パターンが正常パターンであり、不純物濃度が所定値より大きいまたは小さい検査パターンが欠陥パターンである。

図２１に本実施例において取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図２１の画像内のパターンは、全て正常パターンである。画像の輝度は２５６階調で表示するよう設定した。第１の断続条件を照射時間２０μｓ、照射点間遮断時間２０μｓに設定し、第２の断続条件を照射時間２０μｓ、照射点間遮断時間１００μｓに設定した。ここで、輝度の照射時間及び照射点間遮断時間は、１ライン走査あたりに電子線を照射する時間を最小単位として制御した。

輝度の調整前は、第１の遮断条件で取得した検査パターンの輝度が１４０、第２の遮断条件で取得した検査パターンの輝度が１５０であった。本実施例では、第１の遮断条件で取得した検査パターンの輝度の収束値を４０に、第１の遮断条件と第２の遮断条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値を１８０に設定し、輝度の調整を実施した。ここで設定した収束値の前後１０％以内に収まれば収束したと判断した。第１の遮断条件で取得した検査パターンの輝度が４０であり、第２の遮断条件で取得した検査パターンの輝度が２２０になるよう、図１９のフローチャートに従って、ゲインとオフセットを調整した。

図２０の左から４番目のコンタクトプラグ９３は、正常パターン（例えば１番左のコンタクトプラグ９３）と比較すると、イオン打ち込み装置による打ち込み濃度が高いパターンである。即ち、電気抵抗が小さく、電荷が放電し易いパターンであると言える。一方、左から２番目のコンタクトプラグ９３は、正常パターンと比較すると、打ち込み濃度が低いパターンである。即ち、電気抵抗が大きく、放電しにくいパターンであると言える。

本実施例において、照射点間遮断時間が大きく異なる２種のビーム（２０μｓと１００μｓ）を用いて画像を形成した理由は、正常パターンに対して帯電し易いパターンから、正常パターンに対して帯電しにくいパターンまでの広い帯電状態を示すパターンの識別を可能とするためである。本実施例では、第１の断続条件のビームと第２の断続条件のビームの遮断時間の間で、複数の断続条件の画像を生成することによって、適正なビーム条件を特定する例について説明する。

図２２は複数の断続条件のビームによって得られた走査電子顕微鏡画像の一例を示す図である。図２２はゲイン調整及びオフセット調整を終了後、Ｓ４０５で設定した５つの全ての断続条件で取得した検査画像である。ここで、第３の断続条件は照射時間２０μｓ、照射点間遮断時間４０μｓであり、第４の断続条件は照射時間２０μｓ、照射点間遮断時間６０μｓであり、第５の断続条件は照射時間２０μｓ、照射点間遮断時間８０μｓである。

図２３に、図２２に示した走査電子顕微鏡画像における検査パターンの輝度と、各画像の照射点間遮断時間との関係を示す。照射点間遮断時間を変化させた２０μｓから１００μｓの範囲において、照射点間遮断時間が６０μｓの際に輝度の平均変化率が最大であることから、欠陥検査の断続条件は、照射点間遮断時間が６０μｓである断続条件、即ち第４の断続条件に決定した。

上述のような検査用画像のビーム条件決定法によれば、適切に設定されたゲインとオフセット条件のもと、適切なビーム条件を選択することが可能となる。なお、本実施例では、遮断時間の変化に対する輝度変化が最大となる照射点間遮断時間である６０μｓを選択する例について説明したが、これに限られることはなく、理想となる輝度変化率がある場合は、当該値を所定値とし、当該所定値となる遮断時間を選択するようにしても良い。また、輝度を固定して検査したい場合は、当該輝度を所定値とし、当該所定値となる遮断時間を選択すると良い。

図２４に本実施例において取得した走査電子顕微鏡の検査画像の一例を示す。図２４は第４の断続条件で取得した検査画像である。図２４の検査画像内の検査パターンのうち、不純物濃度が所定値より大きい欠陥パターンが１点、不純物濃度が所定値より小さい欠陥パターン（上から３番目、左から４番目）が１点あり、その他は正常パターンである。

まず、正常パターンに着目すると、輝度の調整前は、正常パターンの輝度が１４５であったのに対し、輝度の調整後は１４０である。次に、欠陥パターンに着目すると、輝度の調整前は、不純物濃度が所定値より大きい欠陥パターンの輝度及び不純物濃度が所定値より小さい欠陥パターンの輝度が共に１４５であったのに対し、輝度の調整後は、不純物濃度が所定値より大きい欠陥パターンの輝度が１９０、不純物濃度が所定値より小さい欠陥パターンの輝度が９０である。即ち、輝度の調整前は０であった正常パターンと欠陥パターンの輝度差が、輝度の調整後は５０に拡大しており、調整によって欠陥パターンの検出感度が向上した。

図２５に本実施例において取得したゲインとオフセットの調整時の走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図２５の検査画像内の検査パターン、及び第１の断続条件、及び第２の断続条件は、図２１と同じである。輝度の調整前は、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が０、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が２５５であった。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値は図２２と等しく設定し、輝度の調整を実施した。

図２６に本実施例において取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図２６は第４の断続条件で取得した検査画像である。図２６の検査画像内の検査パターンのうち、不純物濃度が所定値より大きい欠陥パターンが１点、不純物濃度が所定値より小さい欠陥パターンが１点あり、その他は正常パターンである。

輝度の調整前は、輝度が１４０より小さいパターンと輝度が１４０より大きいパターンをそれぞれ複数点検出したのに対し、輝度の調整後は、輝度が１４０より小さいパターン（上から３番目、左から４番目）と輝度が１４０より大きいパターン（上から４番目、左から２番目）をそれぞれ１点ずつのみ検出した。なお、輝度の調整前は、正常パターンの輝度の一部が１４０であったのに対し、輝度の調整後は、正常パターンの輝度の全部が１４０であった。

輝度の調整前において、輝度が１４０でないパターンに正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれるため、輝度が１４０でないパターンを欠陥パターンと判断した場合、正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう、虚報が発生した。一方、輝度の調整後は、輝度が１４０でないパターンを欠陥パターンと判断することで、虚報が防止できた。即ち、調整によって虚報率を低減できた。
上述のような実施例によれば、異なる３つ以上の断続条件の電子線走査によって得られる画像を取得し、複数の検査パターンの輝度及び検査パターン間の輝度差が所定値になるよう調整し、かつ照射点間遮断時間を変化させた際の輝度の平均変化率から断続条件を決定することで、欠陥パターンの検出感度が向上し、かつ虚報率が低減された。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、画像の輝度の調整に用いる領域に正常パターンと欠陥パターンの両方が含まれる場合に、欠陥パターンの検出率が向上し、かつ虚報率増大が抑制されるよう、画像の輝度の調整を行う走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。本実施例では、図２記載のフローチャートを用い、ゲイン調整及びオフセット調整を行った。本実施例では、図３記載の操作インターフェースを用いた。

本ゲイン調整及びオフセット調整を実施した走査電子顕微鏡を用いた欠陥検査について述べる。図２７に本実施例で用いた試料の一部の断面図を示す。図２７の試料は、窒素を注入したシリコンカーバイド基板１０１の一部にアルミニウムを注入した不純物拡散層１０２を形成し、シリコンカーバイド基板１０１の上にコンタクトプラグ１０３又は層間絶縁膜１０４を積層した構造をしている。

本実施例においては、コンタクトプラグ１０３の走査電子顕微鏡画像が検査パターンである。このうち、コンタクトプラグ１０３が不純物拡散層１０２で止まり、コンタクトプラグ１０３の底面全体が不純物拡散層１０２と接している検査パターンが正常パターンである。一方、コンタクトプラグ１０３が不純物拡散層１０２を突き抜け、コンタクトプラグ１０３の底面の一部がシリコンカーバイド基板１０１と接している検査パターンが欠陥パターンである。欠陥パターンの中には、コンタクトプラグ１０３の底面とシリコンカーバイド基板１０１との接触面積が大きいパターン（以下、欠陥パターンＡ）と、コンタクトプラグ１０３の底面とシリコンカーバイド基板１０１との接触面積が小さいパターン（以下、欠陥パターンＢ）が混在する。

図２８に本実施例において取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図２８の検査画像内の検査パターンのうち、１点が欠陥パターンＡ（上から２番目、左から２番目）、１点が欠陥パターンＢ（上から２番目、左から３番目）であり、その他は正常パターンである。画像の輝度は２５６階調で表示するよう設定した。第１の断続条件を照射距離０．１μｍ、照射点間距離１μｍに設定し、第２の断続条件を照射距離０．１μｍ、照射点間距離５μｍに設定した。ここで、輝度の照射距離及び照射点間距離は、画像の１画素あたりに電子線を照射する距離を最小単位として制御した。

図２のフローチャートに沿った処理を行うことなく、単数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、第１の断続条件と第２の断続条件でともに、欠陥パターンＡの輝度が２００、欠陥パターンＢと正常パターンの輝度が３０であった。本実施例では、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の平均値の収束値を５０に、第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の平均値と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度の平均値の差分の収束値を１００に設定し、輝度の調整（ゲインとオフセットの調整）を実施した。ここで設定した収束値の前後１０％以内に収まれば収束したと判断した。第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度が５０であり、第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度が１５０になるよう、図２のフローチャートに従い、複数の断続条件で取得した画像を用いてゲイン調整及びオフセット調整を行った。

ゲイン調整及びオフセット調整の後は、第１の断続条件において、欠陥パターンＡの輝度が１５０、欠陥パターンＢの輝度が１００、正常パターンの輝度が５０以上６０以下であった。また、第２の断続条件において、欠陥パターンＡの輝度が２１０、欠陥パターンＢの輝度が２００、正常パターンの輝度が１５０以上１５５以下であった。

単数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、輝度が３０のパターンに欠陥パターンＢと正常パターンの両方が含まれるため、輝度が３０のパターンを正常パターンと判断した場合、欠陥パターンＢを検出できなかった。一方、複数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、第１の断続条件において、輝度が６０以下のパターンを正常パターンと判断し、輝度が１００以上のパターンを欠陥パターンと判断することで、欠陥パターンＢを検出できた。即ち、欠陥パターンの検出率が向上した。

図２９に本実施例において取得した走査電子顕微鏡画像の一例を示す。図２９の検査画像内の検査パターン、及び第１の断続条件、及び第２の断続条件は、図２８と同じである。単数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、第１の断続条件と第２の断続条件でともに、欠陥パターンＡと欠陥パターンＢの輝度が２００、正常パターンの輝度が３０以上２００以下であり、輝度が２００である正常パターンが複数含まれていた。

第１の断続条件で取得した検査パターンの輝度の収束値と、第１の断続条件と第２の断続条件で取得した検査パターンの輝度差の収束値は図２８と等しく設定し、複数の断続条件で取得した画像を用いて輝度の調整を実施した。単数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、輝度が２００のパターンに、欠陥パターンＡと欠陥パターンＢに加えて正常パターンが含まれるため、輝度が２００のパターンを欠陥パターンと判断した場合、正常パターンを誤って欠陥パターンと判断してしまう、虚報が発生した。

一方、複数の断続条件で取得した画像ごとにゲイン調整及びオフセット調整を行った場合は、輝度が１００以上のパターンを欠陥パターンと判断することで、虚報が防止できた。即ち、虚報率増大を抑制できた。

上述のような実施例によれば、異なる複数の断続条件の電子線走査によって得られる画像を取得し、複数の検査パターンの輝度及び検査パターン間の輝度差が所定値になるよう調整することで、欠陥パターンの検出率が向上し、かつ虚報率増大が抑制された。

本実施例では、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、複数の断続条件で取得した画像を用いた輝度調整を自動で行う走査電子顕微鏡について述べる。本実施例では、図１記載の走査電子顕微鏡を用いた。

図３０に複数の断続条件で取得した画像を用いた輝度調整を自動で実施する工程を示すフローチャートを示す。まず、検査レシピを開始する（Ｓ６０１）。検査レシピとは、検査点で画像を撮像する前に行う処理と、検査点における画像の取得を自動で行う、一連のシーケンスを制御する手順のことである。次に、試料を走査電子顕微鏡にロードする（Ｓ６０２）。次に、所定の場所に試料ステージを移動する（Ｓ６０３）。次に、複数の断続条件で画像を取得する（Ｓ６０４）。次に、複数の断続条件で取得した画像を用いて輝度調整を実施する（Ｓ６０５）。

Ｓ６０５における輝度調整のフローは、図２記載のフローチャートの一部に従った。本実施例では、単数の試料ステージ位置において輝度調整を行ったが、複数の試料ステージ位置において輝度調整を行ってもよい。複数の試料ステージ位置における輝度調整の一例として、試料の中心部１点と周辺部１点の各点においてＳ６０３からＳ６０５までのフローチャートを実施し、検査点では中心部又は周辺部のいずれかの輝度調整値を用いてもよい。

複数の試料ステージ位置における輝度調整の一例として、試料の中心部複数点と周辺部複数点の各点においてＳ６０３からＳ６０５までのフローチャートを実施し、検査点では全点の輝度調整値の平均値を用いてもよい。次に、自動断続条件調整の実施有無を決定する（Ｓ６０６）。実施する場合はＳ６０７に進み、実施しない場合はＳ６０９に進む。自動断続条件調整を実施する場合、複数の断続条件で画像を取得する（Ｓ６０７）。次に、欠陥検査の断続条件を決定する（Ｓ６０８）。Ｓ６０８における断続条件の決定のフローは、図１９記載のフローチャートの一部に従った。次に、予め指定した検査点に試料ステージを移動し、予め指定した断続条件又はＳ６０８で決定した断続条件を用いて画像を取得する（Ｓ６０９）。

図３１に本実施例で用いた操作インターフェースを示す。本実施例の操作インターフェースの一部は図３と共通している。本実施例の操作インターフェースは、走査速度設定部５６、走査領域設定部５７、照射時間或いは照射距離を設定する照射設定部５８、照射点間遮断時間或いは照射点間距離を設定する照射点間設定部５９に加え、検査レシピにおける自動輝度調整の実施有無を選択する、自動輝度調整選択部１１１と、検査レシピにおける自動断続条件調整の実施有無を選択する、自動断続条件調整選択部１１２と、検査の進捗状況を表示する、検査ステータス表示部１１３を有している。

上述のような実施例によれば、走査電子顕微鏡画像の輝度の差から欠陥箇所を特定する検査装置に関し、複数の断続条件で取得した画像を用いた輝度調整を自動で行うことができた。

１…電子線源、２…加速電圧制御器、３…集光レンズ、４…パルス電子生成器、５…絞り、６…偏向器、７…対物レンズ、８…試料電界制御器、９…検出器、１０…出力調整回路、１６…試料ステージ、１７…試料、２１…加速電圧制御部、２２…照射電流制御部、２３…パルス照射制御部、２４…偏向制御部、２５…集束制御部、２６…試料電界制御部、２７…ゲイン制御部、２８…オフセット制御部、２９…ステージ位置制御部、３０…制御伝令部、３１…アナログ-デジタル変換制御部、３２…検出信号処理部、３３…画像形成部、３４…画像表示部、４１…操作インターフェース、５１…検査パターン設定部、５２…光学条件及び走査条件及び断続条件設定部、５３…照射電圧設定部、５４…照射電流設定部、５５…試料電界設定部、５６…走査速度設定部、５７…走査領域設定部、５８…照射設定部、５９…照射点間設定部、６０…輝度制御部、６１…手動／自動切り替え部、６２…ゲイン入力兼表示部、６３…オフセット入力兼表示部、６４…輝度設定部、６５…輝度差設定部、７１…シリコン基板、７２…底部絶縁膜、７３…コンタクトプラグ、７４…層間絶縁膜、８１…シリコン基板、８２…不純物拡散層、８３…コンタクトプラグ、８４…層間絶縁膜、９１…シリコン基板、９２…不純物拡散層、９３…コンタクトプラグ、９４…層間絶縁膜、１０１…シリコンカーバイド基板、１０２…不純物拡散層、１０３…コンタクトプラグ、１０４…層間絶縁膜、１１１…自動輝度調整選択部、１１２…自動断続条件調整選択部、１１３…検査ステータス表示部

Claims (18)

1. 荷電粒子ビームを試料に走査したときに得られる画像のコントラストとブライトネスを調整し、画像に含まれるパターンを検査する方法であって、
   第１の荷電粒子ビームの走査によって得られる第１の画像に含まれるパターンの輝度が所定値となるように、荷電粒子線装置の信号処理装置のオフセット調整を行い、
   前記第１の荷電粒子ビームとは照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、及び照射点間距離の少なくとも１つが異なるパルス状ビームである第２の荷電粒子ビームの走査によって得られる第２の画像に含まれるパターンの輝度と、前記第１の画像に含まれるパターンの輝度との輝度差が、所定値となるように前記信号処理装置のゲイン調整を行い、
   前記オフセット調整及び前記ゲイン調整を行うことによって、前記コントラストと前記ブライトネスを調整し、
   前記オフセット調整及び前記ゲイン調整を行った後に、パルス状ビームである第３の荷電粒子ビームの走査によって得られた第３の画像に含まれるパターンを検査する方法。
2. 試料に対して荷電粒子ビームを走査することによって得られる画像のコントラストとブライトネスを調整し、画像に含まれるパターンを検査する方法であって、
   前記試料に第１の条件のビームを走査する工程と、
   前記試料に、前記第１の条件とは異なる第２の条件のビームを走査する工程と、
   前記第１の条件のビームの走査によって得られる第１の画像の特徴を評価する工程と、 前記第２の条件のビームの走査によって得られる第２の画像の特徴を評価する工程と、 前記第１の画像の特徴が、所定の状態となるように、荷電粒子線装置の信号処理装置のオフセットを調整する工程と、
   前記第２の画像の特徴と前記第１の画像の特徴との差異が、所定の状態となるように、前記信号処理装置のゲインを調整する工程を備え、
   前記第１の条件のビーム及び前記第２の条件のビームのうち少なくとも１つはパルス状ビームであり、
   前記信号処理装置を調整することによって、前記コントラストと前記ブライトネスを調整し、
   前記オフセット調整及び前記ゲイン調整を行った後に、パルス状ビームである第３の荷電粒子ビームの走査によって得られた第３の画像に含まれるパターンを検査する方法。
3. 請求項２において、
   前記第１の条件のビームと、前記第２の条件のビームは、前記試料に形成されたパターンに対する帯電条件が異なる方法。
4. 請求項２において、
   前記第１の条件のビーム及び前記第２の条件のビームがパルス状ビームである方法。
5. 請求項４において、
   前記第１の条件のビームと、前記第２の条件のビームは、照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、及び照射点間距離の少なくとも１つが異なる方法。
6. 請求項２において、
   前記第１の画像に含まれるパターンの輝度が、第１の所定値となるようにオフセット調整を行い、前記第２の画像に含まれるパターンの輝度と前記第１の画像に含まれるパターンの輝度との輝度差が第２の所定値となるように、ゲイン調整を行う方法。
7. 荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを走査するように構成された偏向器と、試料に対する前記荷電粒子ビームの走査によって得られる荷電粒子を検出した信号を処理する信号処理装置と、制御装置と、を備えた荷電粒子ビームシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   第１の条件のビーム走査によって得られる第１の画像の特徴と、前記第１の条件とは異なる第２の条件のビーム走査によって得られる第２の画像の特徴を評価し、
   前記第１の画像の特徴が所定の状態になるとともに、前記第１の画像の特徴と前記第２の画像の特徴の差異が所定の状態となるように、前記信号処理装置を制御することによって、前記荷電粒子ビームを前記試料に走査したときに得られる画像のコントラストとブライトネスを調整し、前記オフセット調整及び前記ゲイン調整を行った後に、パルス状ビームである第３の荷電粒子ビームの走査によって得られた第３の画像に含まれるパターンを検査するように構成されており、
   前記第１の条件のビーム及び前記第２の条件のビームのうち少なくとも１つはパルス状ビームである荷電粒子ビームシステム。
8. 請求項７において、
   画像から検査パターンを指定する操作インターフェースを有し、
   前記制御装置は、
   前記第１の条件のビームで前記検査パターンに対応する試料領域を走査し、前記第２の条件のビームで前記検査パターンに対応する試料領域を走査するように構成されている荷電粒子ビームシステム。
9. 請求項８において、
   前記第１の条件のビーム及び前記第２の条件のビームがパルス状ビームである荷電粒子ビームシステム。
10. 請求項９において、
    前記第１の条件のビームと、前記第２の条件のビームは、照射時間、照射距離、照射点間遮断時間、及び照射点間距離の少なくとも１つが異なる荷電粒子ビームシステム。
11. 請求項７において、
    前記制御装置は、前記第１の条件又は前記第２の条件を複数の状態にしたときに得られる前記特徴の変化に基づいて、前記第１の条件又は前記第２の条件を設定する荷電粒子ビームシステム。
12. 請求項１１において、
    前記制御装置は、前記ビームの照射点間時間、及び照射点間距離の少なくとも一方を変化させて、複数の前記特徴を取得し、当該特徴の変化が所定条件となる照射点間時間、及び照射点間距離の少なくとも一方を設定する荷電粒子ビームシステム。
13. 請求項７において、
    前記制御装置は、予め設定されたビーム条件、及び予め設定された画像の特徴、或いは画像の特徴の範囲に基づいて、前記信号処理装置を制御する荷電粒子ビームシステム。
14. 請求項７において、
    前記荷電粒子ビームの照射時間、照射距離、照射点間時間、及び照射点間距離の少なくとも１つを設定する操作インターフェースを有する荷電粒子ビームシステム。
15. 請求項７において、
    前記第１の画像の特徴、及び前記第２の画像の特徴の少なくとも１つを設定する操作インターフェースを有する荷電粒子ビームシステム。
16. 請求項１において、
    前記第１の荷電粒子ビームが、パルス状ビームである方法。
17. 請求項６において、
    前記第１の画像に含まれるパターンの輝度が第１の所定値となるように、前記第１の条件のビーム走査と前記オフセット調整とを繰り返し行い、
    前記第２の画像に含まれるパターンの輝度と前記第１の画像に含まれるパターンの輝度との輝度差が第２の所定値となるように、前記第２の条件のビーム走査と前記ゲイン調整とを繰り返し行う方法。
18. 請求項１において、
    前記パターンは、コンタクトプラグを形成するパターンである方法。

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