特許 7481574 検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】検査システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20240501BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20240501BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502F

H01J37/20 F

H01J37/20 H

H01L21/66 C

H01L21/66 J

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023509887

(86)(22)【出願日】2021-03-29

(86)【国際出願番号】 JP2021013189

(87)【国際公開番号】W WO2022208572

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-07-10

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】中村 洋平

(72)【発明者】

【氏名】武田 直子

(72)【発明者】

【氏名】津野 夏規

(72)【発明者】

【氏名】高田 哲

(72)【発明者】

【氏名】君塚 平太

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３７１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－５３０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０５８９５０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子線装置とコンピュータシステムとを備え、試料の電気特性を検査する検査システムであって、
前記試料には複数の検査領域が設定されており、前記検査領域に含まれる複数の特定の検査パタンのそれぞれに対して検査点が設定されており、
前記荷電粒子線装置は、
パルス荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子光学系と、
前記パルス荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出される二次荷電粒子を検出し、検出した二次荷電粒子量に応じた二次荷電粒子信号を出力する検出系と、
複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を前記試料に照射するよう前記荷電粒子光学系を制御する制御部とを備え、
前記コンピュータシステムは、
前記検査領域に含まれる複数の前記検査点ごとの、前記複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を前記検査パタンに照射して得られた、前記複数のパルス条件に対応する前記検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す測定データに基づき、前記複数のパルス条件に対応する前記検査領域に含まれる前記検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す判定用データを求め、
前記判定用データと基準データとの誤差が所定の閾値以上である場合には、前記制御部に対して前記検査領域の帯電を除去する除電シーケンスの実行を指示し、
前記基準データは、前記複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を基準パタンに照射して得られた、前記複数のパルス条件に対応する前記基準パタンからの前記二次荷電粒子信号を示すデータであり、
前記基準パタンは、前記検査パタンと同じ電気特性を有し、前記試料の放電時定数にしたがって放出されない電荷に起因する初期帯電が無視できるパタンである検査システム。

【請求項2】

請求項１において、
前記複数のパルス条件は、前記荷電粒子光学系が前記パルス荷電粒子線を前記試料に照射していない遮断時間が異なる条件である、または、前記荷電粒子光学系が前記パルス荷電粒子線を前記試料に照射してから前記検出系のサンプリングタイミングまでの充電時間が異なる条件である検査システム。

【請求項3】

請求項１において、
前記荷電粒子線装置は、光を前記試料に照射する光学系を備え、
前記荷電粒子線装置の前記制御部は、前記コンピュータシステムから前記除電シーケンスの実行の指示を受けて、所定の光照射条件にて前記光を前記検査領域の光照射領域に照射するよう前記光学系を制御する検査システム。

【請求項4】

請求項３において、
前記光照射領域は、前記検査パタンまたは前記検査パタンに関連する関連パタンの少なくともいずれかを含んで設定される検査システム。

【請求項5】

請求項１において、
前記荷電粒子線装置の前記制御部は、前記コンピュータシステムから前記除電シーケンスの実行の指示を受けて、所定の荷電粒子線照射条件で前記検査領域の帯電制御領域を荷電粒子線で走査するよう前記荷電粒子光学系を制御し、
前記帯電制御領域は、前記検査領域を含んで設定される検査システム。

【請求項6】

請求項１において、
前記コンピュータシステムは、
前記除電シーケンスを所定の回数実行しても、前記判定用データと前記基準データとの誤差が所定の閾値以上である場合には、当該検査領域の検査結果をエラーとして出力する検査システム。

【請求項7】

請求項１において、
前記コンピュータシステムは、
前記判定用データと前記基準データとの誤差が所定の閾値未満である場合には、前記検査点ごとの前記測定データに基づき、当該検査領域の検査結果として前記検査点における前記検査パタンの電気特性を推定する検査システム。

【請求項8】

請求項７において、
前記コンピュータシステムは、
前記検査領域の検査結果に、前記検査点における前記検査パタンの電気特性を推定するために用いた前記測定データを取得したときの前記判定用データと前記基準データとの誤差を含めて出力する検査システム。

【請求項9】

請求項１において、
前記コンピュータシステムは、
前記判定用データを、前記検査領域における前記検査点ごとの前記測定データの平均値として算出する検査システム。

【請求項10】

荷電粒子線装置とコンピュータシステムとを備え、試料の電気特性を検査する検査システムであって、
前記試料には複数の検査領域が設定されており、前記検査領域に含まれる複数の特定の検査パタンのそれぞれに対して検査点が設定されており、
前記荷電粒子線装置は、
パルス荷電粒子線を前記試料に照射する荷電粒子光学系と、
前記パルス荷電粒子線が前記試料に照射されることにより放出される二次荷電粒子を検出し、検出した二次荷電粒子量に応じた二次荷電粒子信号を出力する検出系と、
複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を前記試料に照射するよう前記荷電粒子光学系を制御する制御部とを備え、
前記コンピュータシステムは、
前記検査パタンと同じ電気特性を有し、前記試料の放電時定数にしたがって放出されない電荷に起因する初期帯電が無視できる基準パタンに、前記複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を照射して得られた、前記複数のパルス条件に対応する前記基準パタンからの二次荷電粒子信号を示す基準データに整合するよう、前記基準パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストの電気特性パラメータを調整して基準モデルを作成し、
前記基準モデルに前記初期帯電を表す素子を追加した帯電モデルについて、初期帯電量を変数として、前記複数のパルス条件に対応する前記基準パタンからの二次荷電粒子信号をシミュレーションして初期帯電データベースとして保存し、
前記検査領域に含まれる複数の前記検査点ごとの、前記複数のパルス条件で前記パルス荷電粒子線を前記検査パタンに照射して得られた、前記複数のパルス条件に対応する前記検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す測定データに基づき、前記複数のパルス条件に対応する前記検査領域に含まれる前記検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す判定用データを求め、
前記判定用データと前記初期帯電データベースとを参照して、前記検査領域の初期帯電量を推定する検査システム。

【請求項11】

請求項１０において、
前記コンピュータシステムは、
前記検査パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストに前記初期帯電量を表す素子を追加した検査モデルについて、前記検査モデルの電気特性パラメータを変数として、前記複数のパルス条件に対応する前記検査パタンからの前記二次荷電粒子信号をシミュレーションし、
前記検査点ごとの前記測定データと前記検査モデルについてのシミュレーション結果とを参照して、前記検査点における前記検査パタンの電気特性を推定する検査システム。

【請求項12】

請求項１０において、
前記基準モデルは、前記基準パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストに対して、前記パルス条件が反映され、前記試料に入射される電荷量を表すパルス荷電粒子線モデルと、前記試料から放出される電荷量を表す二次荷電粒子放出モデルとが接続されたモデルである検査システム。

【請求項13】

請求項１０において、
前記帯電モデルにおいて、前記初期帯電を表す素子は、前記基準パタンの等価容量を示す第１の容量と接続される第２の容量であり、前記第１の容量と前記第２の容量との間に、前記初期帯電量に応じた電荷が保持されている検査システム。

【請求項14】

請求項１０において、
前記帯電モデルにおいて、前記初期帯電を表す素子は、前記初期帯電量に応じたバイアス電圧を発生させる電圧源である検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線を用いて試料の電気特性を推定する検査システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電子顕微鏡を用いた試料解析法の１つに、電子ビームを試料に照射することによって得られる二次電子等の検出に基づいて、電位コントラスト像を形成し、当該電位コントラスト像の解析に基づいて、試料上に形成された素子の電気特性を評価する手法が知られている。

【0003】

特許文献１には、電位コントラストから電気抵抗値を算出し、欠陥を判別する方法が開示されている。特許文献２にはパルス化された電子ビームの照射インターバルに応じた電位コントラストの過渡応答を利用して容量値を算出し、欠陥を判別する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００３－１００８２３号公報

【文献】特開２０１６－１００１５３号公報

【文献】特開平１１－１１１５９９号公報

【文献】特開２０１３－３３７３９号公報

【文献】特開２００３－１５１４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体のインライン検査においては、工程中のプラズマ処理等によりウェハに局所的な帯電が発生することがある。ウェハ表面の絶縁膜や材料界面等にトラップされた電荷は容易に放電されない。特許文献２には電子線照射のインターバル時間に対するデバイスの帯電変化量と帯電によって発生する電位コントラスト像を利用してデバイスの検査を行う手法が開示されているが、ウェハ内に初期帯電が存在するとデバイスの特性による帯電の変化に初期帯電が重畳してしまい、検査精度が劣化または検査が不可能となる。ウェハ上の帯電測定技術として特許文献３に開示されているように表面電位系を用いて測定する手法があるが、特定の領域を測定するには空間分解能が不足する点が課題となる。また、ウェハの帯電制御技術として特許文献４に開示されているような帯電制御電極を用いる手法や、特許文献５に開示されているような紫外光の照射により表面電位を安定化させる技術があるが、ウェハの帯電が適切に除電されていることを評価する手段がないことが課題である。

【0006】

本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは試料の電気特性をウェハの初期帯電状況に関わらず高精度に推定可能な検査システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施の態様である検査システムは、荷電粒子線装置とコンピュータシステムとを備え、試料の電気特性を検査する検査システムであって、試料には複数の検査領域が設定されており、検査領域に含まれる複数の特定の検査パタンのそれぞれに対して検査点が設定されており、
荷電粒子線装置は、パルス荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子光学系と、パルス荷電粒子線が試料に照射されることにより放出される二次荷電粒子を検出し、検出した二次荷電粒子量に応じた二次荷電粒子信号を出力する検出系と、複数のパルス条件でパルス荷電粒子線を試料に照射するよう荷電粒子光学系を制御する制御部とを備え、
コンピュータシステムは、検査領域に含まれる複数の検査点ごとの、複数のパルス条件でパルス荷電粒子線を検査パタンに照射して得られた、複数のパルス条件に対応する検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す測定データに基づき、複数のパルス条件に対応する検査領域に含まれる検査パタンからの二次荷電粒子信号を示す判定用データを求め、判定用データと基準データとの誤差が所定の閾値以上である場合には、制御部に対して検査領域の帯電を除去する除電シーケンスの実行を指示し、
基準データは、複数のパルス条件でパルス荷電粒子線を基準パタンに照射して得られた、複数のパルス条件に対応する基準パタンからの二次荷電粒子信号を示すデータであり、基準パタンは、検査パタンと同じ電気特性を有し、試料の放電時定数にしたがって放出されない電荷に起因する初期帯電が無視できるパタンである。

【発明の効果】

【0008】

試料の電気特性をウェハの初期帯電状況に関わらず高精度に推定可能な検査システムを提供する。

【0009】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】検査システムの一構成例を示す図である。

【図2A】試料帯電の過渡応答について説明するための図である。

【図2B】試料帯電の過渡応答について説明するための図である。

【図3A】電子線の遮断時間（インターバル時間）を変えたときの二次電子信号量の変化を示す図である。

【図3B】電子線の充電時間を変えたときの二次電子信号量の変化を示す図である。

【図4】初期帯電の有無により得られる検査領域の画像の違いを説明する図である。

【図5】実施例１のフローチャートである。

【図6】実施例１のフローにより得られる検査データの一例である。

【図7A】除電シーケンスについて説明するための図である。

【図7B】除電シーケンスについて説明するための図である。

【図7C】除電シーケンスについて説明するための図である。

【図7D】除電シーケンスについて説明するための図である。

【図8】除電シーケンスを設定するためのユーザインターフェースの一例である。

【図9】検査領域の初期帯電状況を確認するためのユーザインターフェースの一例である。

【図10】実施例２のフローチャートである。

【図11A】基準モデルについて説明するための図である。

【図11B】基準モデルについて説明するための図である。

【図12A】帯電モデルについて説明するための図である。

【図12B】帯電モデルについて説明するための図である。

【図12C】帯電モデルについて説明するための図である。

【図13】初期帯電データベースの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１に、検査システムの一構成例を示す。電子顕微鏡本体１００は、その主要な構成として、電子光学系、ステージ機構系、制御系、検出系といった一般的な電子顕微鏡を構成する要素に加え、試料上に光を照射するための光照射系を有する。

【0012】

電子光学系は荷電粒子源となる電子銃１０１、ブランカ１０２、絞り１０３、偏向器１０４、対物レンズ１０５を含む。電子銃１０１から放出された電子はブランカ１０２と絞り１０３によりパルス化され、対物レンズ１０５によって試料１０６上に集束される。パルス電子線は、偏向器１０４によって試料１０６上を２次元的にスキャンされる。

【0013】

ステージ機構系はＸＹＺ軸に移動可能なステージ１０７とステージ１０７上の試料台１０８を有し、試料１０６は試料台１０８上に設置される。図示されていないが、試料１０６に電圧を印加するためのリターディング電源が接続されていてもよい。ステージ１０７には、校正試料台１２１が設けられ、校正試料台１２１上には、校正試料１２０が設置される。

【0014】

光照射系は光源１０９、光路遮断機１１０、光路１１１を含む。光源１０９から射出された連続光またはパルス光は光路遮断機１１０によってゲーティングされることによって、試料１０６への照射が制御される。光源１０９からの光は、光路１１１により試料１０６上に集束される。光路１１１はミラー、レンズ、スプリッタ等の一般的な光学素子や光ファイバ等を含んで構成されていてもよい。

【0015】

制御部１１２は、電子光学系と接続されて、電子線の加速電圧、照射電流の制御や偏向位置の制御を行い、光照射系と接続されて、光の波長、強度の制御や集束位置の制御を行う。また、制御部１１２は、ブランカ１０２、光路遮断機１１０、検出器１１３に接続され、電子線のパルス化タイミング、光のＯＮ／ＯＦＦタイミング及び、二次電子のサンプリングタイミングを同期させる制御を行うよう、構成されている。

【0016】

計算装置１１４は、検出器１１３によって取得された二次電子信号をもとに画像の生成、欠陥の分類、電気特性の測定などを行い、入出力装置１１５へ出力する。入出力装置１１５はディスプレイ、キーボード、マウス、制御パネル状のスイッチ等で実装される。また、計算装置１１４は、制御部１１２に指示することにより、電子顕微鏡本体１００に処理を実行させる。計算装置１１４は単体の情報処理装置であってもよいが、ネットワーク１３０を介して、他の計算装置１３１、データストレージ１３２に接続し、演算負荷を分散させてもよい。後述する実施例１、実施例２における計算装置１１４の処理は、計算装置１１４が実行してもよいし、計算装置１１４に接続される計算装置で実行してもよいし、諸データを計算装置１１４の記憶装置に格納してもよいし、外部のデータストレージ１３２に格納してもよい。ここでは、単体での計算装置、および演算負荷を分散して実行可能な複数の計算装置を総称して、コンピュータシステムと呼ぶ。

【0017】

さらに、試料が半導体ウェハである場合、荷電粒子線装置はウェハ搬送系を含んでもよい。この場合、ウェハを設置するウェハカセット１１６、ウェハを電子顕微鏡内部へ導入するウェハローダ１１７、ウェハを試料室１１９へ導入する前にウェハを設置する準備室１１８などが設けられる。

【0018】

図２Ａ～Ｂを用いて電子線の照射による試料帯電の過渡応答について説明する。電子顕微鏡が試料上に一定の加速電圧を与えて電子線を照射すると、試料から二次電子が放出される。放出された二次電子を検出器によって検出し、電子線のスキャンと同期させることで二次電子像が形成される。ここで、試料に入射する電子線の電流、加速電圧、試料表面の材質、凹凸構造、あるいは表面の帯電等によって、試料から放出される二次電子の量は変化する。加速電圧によっては、試料から放出される二次電子の量が入射電子数より多い正帯電の状態や、逆に放出される二次電子の量が入射電子数より少ない負帯電の状態が発生する。以下の説明では、電子線の照射により正帯電が生じる状態の例で説明するが、負帯電が生じる状態であっても試料の表面電位の変化が異なるだけで、同様である。

【0019】

図２Ａは、試料１０６の一例の断面図である。基板２０１上に絶縁膜２０２が形成され、その上に浮遊導体２０３が形成されている。絶縁膜２０２はたとえばＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などである。このとき、浮遊導体２０３と基板２０１との間には、図に示すような等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃが存在している。

【0020】

図２Ａの試料にパルス電子線を照射したときの浮遊導体２０３の表面電位の変化を図２Ｂに示す。入射電子線が正帯電を生じさせる場合、パルス電子線の照射期間は試料の表面電位が増加する一方、パルス電子線の遮断期間は前述の等価抵抗Ｒと等価容量Ｃとの積から決定される放電時定数に従って、ウェハ基板へ電流が流れることによって、試料の表面電位は低下する。また、試料の表面電位が増加すると試料直上の電界が変化し電位障壁が発生することにより、一旦試料から放出された二次電子のうち、エネルギーの低い二次電子が再び試料に戻される。したがって、表面電位が高い程、検出器で検出される二次電子信号量は低下し、表面電位が低い程、検出器で検出される二次電子信号量は増大する。このような表面電位の変化によって画像に発生するコントラストを電位コントラストと呼ぶ。電位コントラストによって間接的に試料の帯電の変化をとらえることが可能である。

【0021】

図３Ａを用いて、ウェハに初期帯電が存在した場合の検査に与える影響について説明する。図３Ａには電子線の遮断時間（インターバル時間）ＩＴを変えたときの二次電子信号量の変化を示している。試料上に初期帯電が存在しない場合、一次照射電子に対する二次電子信号量の比率は試料形状および、材料特性によって決定される値をとる。これを真の二次電子信号量Ｓ０とする。ここから一次電子線の照射を継続すると、電子線の照射条件が正帯電条件であった場合、電子線の照射時間経過とともに帯電量が増加することにより、二次電子信号は減少する。さらに照射を継続すると一次電子線の照射量と試料からの二次電子放出量が一致したところで、帯電の進行は停止し、二次電子信号量はそれ以降一定（飽和状態）となる。この値を図中ではＳｉｎｆとしている。飽和状態から一定の遮断時間ＩＴを経過した後、再度電子線を照射する。電子線の遮断期間中においては電子線の注入が行われないため、等価抵抗Ｒと等価容量Ｃとの積から決定される放電時定数に従って試料の表面電位は低下している。なお、図３Ａにおいて二次電子放出量を検出するタイミング（サンプリングタイミング）を黒丸で示しており、図３Ａの例では、サンプリングタイミングは、一次電子線の照射開始直後のタイミングに設定されている。

【0022】

ここで、試料の放電時定数に対して十分に短い遮断時間ＩＴ１経過後に再度電子線を照射すると、試料電荷は放電しきらず帯電が残留しているため、二次電子信号量Ｓ（ＩＴ１）は真の二次電子信号量Ｓ０よりも少ない値となる。遮断時間を延ばして二次電子信号量Ｓ（ＩＴ２），Ｓ（ＩＴ３）（ただし、ＩＴ１＜ＩＴ２＜ＩＴ３）を取得すると、遮断時間の増加とともに放電量が増加する。以上の計測により、二次電子信号の遮断時間応答曲線３０１が得られる。遮断時間応答曲線３０１の絶対値および変化率ΔＳは、試料の電気特性である等価抵抗Ｒおよび等価容量Ｃの値を反映するため、この曲線を解析することにより間接的に試料の電気特性を推定することができる。

【0023】

これに対して、試料表面の絶縁膜や材料界面等にトラップされたような電荷は、試料の放電時定数にしたがって放出されない。このように、通常の静置状態では容易に放電されない初期帯電が存在する場合、試料に一次電子線の照射を開始したとき帯電がすでに存在するため、二次電子信号Ｓ０’は真の二次電子信号量Ｓ０よりも小さくなる。また、充分な遮断時間（数十μｓ）を設けた後でも二次電子信号量は真の二次電子信号量Ｓ０まで戻ることはなく、二次電子信号量Ｓ０’にとどまる。この結果、初期帯電がある場合の二次電子信号の遮断時間応答曲線３０２は、初期帯電がない場合の遮断時間応答曲線３０２とは異なる形状を示す。したがって、遮断時間応答曲線を利用して試料の電気特性を推定、または欠陥を判別すると、初期帯電の有無と程度によって、判別結果の値が異なってしまうことが起こる。

【0024】

二次電子信号量の変化は、特定の検査領域に電子線を照射したときの検出器１１３からの信号波形から取得してもよいし、画像の輝度として取得してもよい。二次電子信号量の変化を画像の輝度から取得する場合には、計算装置１１４で実行される画像処理も検出系の処理に含めるものとする。図４には、検査対象ウェハ４００に対して、初期帯電のない領域４０１に含まれる検査領域の画像４１１（模式図）と、初期帯電のある領域４０２に含まれる検査領域の画像４１２（模式図）とを示している。画像４１１、画像４１２に含まれる５×５に配列された丸印が検査パタンの像である。また、画像４１１、画像４１２として、それぞれ遮断時間を同様に変化させて取得した４枚の像を示している。

【0025】

初期帯電なしの場合、遮断時間が長くなるにつれて検査パタンの明度が増加するのに対し、初期帯電ありの場合には、遮断時間が長くなっても検査パタンの明度の増加量が少ない。二次電子信号を検査パタンの明度とし、遮断時間に対応させてプロットすることにより、遮断時間応答曲線４２１（初期帯電なし），４２２（初期帯電あり）を得ることができる。

【0026】

以上では説明を単純化するため、パルス電子線の照射時間を帯電が飽和する程度とし、遮断時間の開始タイミングで試料帯電が飽和状態にある例を示していたが、試料帯電が飽和する前の状態から遮断時間を開始したとしても、遮断時間の開始タイミングで常に試料帯電状態が同程度であれば、同様の議論が成り立つ。また、同じく説明を単純化するため、二次電子信号のサンプリングタイミングを一次電子線の照射開始直後、すなわち遮断時間直後の例を示したが、遮断時間終了からサンプリングタイミングまでに一定の遅延時間を設けたとしても同様の議論が成立する。

【0027】

以下では、図３Ａに示した遮断時間（ＩＴ）を変化させて応答曲線を得る例に基づき、実施例を説明するが、試料の電気特性を推定するための応答曲線は遮断時間応答曲線には限られない。図３Ｂに充電時間（ＣＴ）を変化させて応答曲線を得る例を示す。充電時間は、一次電子線の照射開始から検出系のサンプリングタイミングまでの時間として定義できる。充電時間を変化させることによっても、同様に充電時間応答曲線３１１，３１２が得られる。遮断時間応答曲線は、試料帯電の放電時間を制御して得られる応答曲線であるのに対して、充電時間応答曲線は、試料帯電の充電時間を制御して得られる応答曲線である。いずれの場合であっても、同様に試料の電気特性についての情報が得られる。

【実施例1】

【0028】

図５は、図１に示した検査システムにおいて計算装置１１４が実行する、初期帯電を評価して除去する実施例１のフローチャートである。

【0029】

まず、ウェハ１０６内の基準パタンもしくは校正試料台１２１上の校正試料１２０上の基準パタンについて、複数のパルス条件（例えば、遮断時間ＩＴｉ、ｉは整数）での二次電子信号を取得し、基準データＳ_ｒ（ＩＴｉ）とする（Ｓ５０１）。パルス条件以外の一次電子線照射条件（加速電圧、プローブ電流量など）は、検査パタンの検査に用いる条件と同じとする。ここで、基準パタンは検査パタンと同じ電気特性を有するパタンである。このため、基準パタンは検査パタンと表面構造は同一であるが、電気特性の違いが無視できる範囲であれば、断面構造が異なっていてもよい。後述する除電方法により初期帯電を除去した当該ウェハ上の検査パタンを基準パタンとしてもよいし、別のウェハから切り出され、初期帯電が放電されたチップを校正試料１２０とし、校正試料１２０上の検査パタンを基準パタンとしてもよい。初期帯電が完全に除去されていなくても、無視できる程度にまで小さくなっていればよい。基準データＳ_ｒ（ＩＴｉ）は、複数のパルス条件に対応する基準パタンからの二次電子信号を示すデータである。基準データＳ_ｒ（ＩＴｉ）を遮断時間ＩＴでプロットすると、遮断時間応答曲線３０１が得られる。

【0030】

次にウェハ１０６内の検査領域へ移動し（Ｓ５０２）、検査領域内の各検査点における検査パタンについて、基準パタンと同じ複数のパルス条件での二次電子信号を取得する（Ｓ５０３）。ここで、検査領域内の検査パタンｐ（ただし、ｐは整数であり、検査点を示す）においてパルス照射条件ＩＴｉを用いて取得した二次電子信号を測定データＳ（ｐ，ＩＴｉ）とする。測定データＳ（ｐ，ＩＴｉ）は、複数のパルス条件に対応する、検査点ｐにおける検査パタンからの二次電子信号を示すデータである。検査領域内の検査パタンｐ（ｐ＝１，２…）において取得された二次電子信号Ｓ（１，ＩＴｉ）、Ｓ（２，ＩＴｉ）…の値を平均化して判定用データＳ_ｍ（ＩＴｉ）とする（Ｓ５０４）。なお、判定用データＳ_ｍ（ＩＴｉ）は、検査領域内の検査パタンｐについて取得された測定データの代表値であり、算出方法は平均化に限定されるものではない。

【0031】

次に基準データＳ_ｒ（ＩＴｉ）と検査領域ごとに取得された判定用データＳ_ｍ（ＩＴｉ）との初期帯電誤差Ｅ（以下、誤差と呼ぶ）を計算する（Ｓ５０５）。誤差の計算方法の例として、次に示すような二乗誤差が使用できる。

【0032】

【数1】

【0033】

誤差Ｅの値が小さいほど、遮断時間ＩＴｉに関する遮断時間応答曲線Ｓ_ｒと遮断時間応答曲線Ｓ_ｍの類似性が高いとする。なお、誤差の計算方法は（数１）に限られず、二次電子信号量の最大値と最小値の差を使用した（数２）を用いることも可能である。

【0034】

【数2】

【0035】

ここで、ＩＴ_ｍａｘ、ＩＴ_ｍｉｎはそれぞれ取りうる遮断時間ＩＴｉの値の最大値と最小値である。遮断時間応答曲線は単調増加関数であるので、このような計算方法によっても、同様に誤差Ｅの値が小さいほど基準データＳ_ｒと判定用データＳ_ｍとの類似性が高いと判定することが可能である。

【0036】

ステップＳ５０６では誤差Ｅがあらかじめ定めていた閾値以下であるかを判定し、閾値を超えていた場合には、制御部１１２に除電シーケンスを実行させる。なお、閾値が低すぎると除電シーケンスの実行回数が増加して検査スループットを低下させる要因となるため、閾値は検査で検出したい電気特性不良の程度にしたがって定めておく。

【0037】

除電シーケンスではあらかじめ除電シーケンスの実行回数が規定の最大値を超えていないことを確認し（Ｓ５０７）、規定値以内であった場合には除電シーケンスを実行する（Ｓ５０８）。除電シーケンス後は同じ検査領域の二次電子信号を取得するステップＳ５０３へ移行し、ステップＳ５０６で誤差Ｅが閾値以内になるまで繰り返す。誤差Ｅが閾値以下となった場合または、除電実行回数が規定の最大値を超えた場合、測定結果を記録して、当該検査領域への電子線照射を終了する（Ｓ５０９）。まだ、未検査の検査領域が残っている場合（Ｓ５１０でNo）には次の検査領域へ移動し（Ｓ５０２）、以降のステップを繰り返し実行する。すべての検査領域に対する電子線の照射と二次電子信号の取得が完了した場合（Ｓ５１０でYes）は、各検査点に対して、パルス条件（ここでは遮断時間ＩＴ）に依存した二次電子信号データ（測定データ）に基づき電気特性の推定を行う（Ｓ５１１）。

【0038】

電気特性の推定は、計算装置１１４が、例えば、遮断時間応答特性と対応する電気特性値（等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃなど）、欠陥の分類を対応付けて保存したデータベースを参照することによって行える。遮断時間応答特性は、実測して得た遮断時間応答曲線であってもよいし、シミュレーションによって得た遮断時間応答曲線であってもよい。このとき、誤差Ｅが閾値を超えている検査点については、電気特性の推定エラーを出力する。

【0039】

図６は図５のフローによって得られる検査データの一例である。各検査領域に対して、Ｇ１，Ｇ２などの領域番号が割り振られ、検査領域内の各検査点にはＰ１、Ｐ２などの検査点番号が割り振られている。さらに、各検査点番号において実行された複数のパルス条件（ここでは遮断時間）と、それぞれのパルス条件において測定した二次電子信号が対応付けられて保存されている。検査点ごとの測定データＳから推定された電気特性指標（ここでは、等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃ）が検査点ごとに保存される。また、検査領域ごとに計算された初期帯電誤差、除電実行回数も保存されている。除電シーケンスを規定の最大回数実行しても誤差Ｅが閾値以内に収まらなかった場合は、初期帯電の除去に失敗したことを初期帯電判定として記録し、電気特性指標にはエラーが出力される（検査領域Ｇ２の場合）。

【0040】

図６では、初期帯電の除電終了後の測定データのみを保存している例を示しているが、除電シーケンスの実行前後での測定データをすべて保存してもよい。また、除電実行前の測定データに基づき電気特性指標を推定し、そのときの誤差Ｅの値とともに保存していてもよい。誤差Ｅの値が保存されることによって、推定された電気特性指標の値の妥当性を判断することが可能になる。

【0041】

このように、図５のフローでは、初期帯電のない基準パタンに基づき得られた基準データに基づき、検査領域の帯電状況を評価し、検査領域に無視できない初期帯電が存在すると認められる場合には、初期帯電を除去する除電シーケンスを実行する。初期帯電の有無により、図４に示した遮断時間応答曲線４２１と遮断時間応答曲線４２２のように、乖離が発生する。除電シーケンスでは、試料中の固定電荷を励起することにより、試料表面の帯電を除去する。これにより、遮断時間応答曲線４２１と遮断時間応答曲線４２２との乖離が小さくなる。１回の除電シーケンスによる除電量が不足していた場合には、除電シーケンスを繰り返すことにより、許容範囲の帯電量にまで調整する。

【0042】

図７Ａ～Ｄを用いて、除電シーケンスについて説明する。検査パタン７０１は例えば電極であり、検査領域７０２に含まれる２５の検査パタン７０１のそれぞれに対して、検査点番号が割り振られている。図７Ａは、検査領域７０２を含む光照射領域７０３に紫外光などの除電光を照射する例である。本例は検査領域内の絶縁膜界面や、ＰＮ接合等の界面に捕捉されている初期帯電を除去する場合などに用いる。

【0043】

図７Ｂは検査パタン７０１を含む検査領域７０２とは別の領域にある関連パタン７０４を含む光照射領域７０３に除電光を照射する例である。本例は、例えば図７Ｃのような構造を有するデバイスの検査に有効である。図７Ｃのデバイスは、基板７０６上に形成された拡散層７０７、絶縁膜７０８、ゲート電極７０９を有するＭＯＳ構造であり、検査パタンである電極（検査パタン）７０１は拡散層７０７に、関連電極（関連パタン）７０４はゲート電極７０９に接続されているものとする。ゲート電極７０９に初期帯電があった場合、拡散層７０７からゲート直下を流れる電流量がゲート電極７０９に初期帯電がない場合と違った値となることにより、電極７０１に対して検査によって推定される抵抗値が変動することになる。そこで、関連電極（関連パタン）７０４に対して除電光を照射し、ゲート電極７０９の初期帯電を光照射により一定の状態に初期化することで、ゲート電圧起因による推定誤差を抑制することが可能になる。

【0044】

図７Ｄは検査領域７０２に対し、検査領域７０２を含み、検査領域７０２よりも広い帯電制御領域７１０に対して、電子線を照射する例である。加速電圧や照射電子線量によっては、電子線の照射領域を広げることで、より強い帯電が発生することを利用する。この例では広範囲の領域に電子線を照射することで、強度の帯電を発生させ、それによる電界を用いて検査領域７０２の内側にトラップされた電荷をリセットする。帯電制御領域７１０を走査するときの一次電子線の加速電圧や電流値などは、検査時に検査領域を走査する一次電子線の加速電圧や電流値などとは異なる値を設定してもよい。

【0045】

図８は除電シーケンスを設定するためのユーザインターフェースの一例を示したものである。誤差計算方法入力部８０１では、図５のステップＳ５０５において、基準データと判定用データとの初期帯電誤差Ｅを計算する方法をあらかじめ用意された複数の選択肢から指定する。初期帯電誤差閾値入力部８０２はステップＳ５０６における誤差Ｅに対する閾値を入力する。最大除電実行数入力部８０３はステップＳ５０７における除電シーケンスの最大実行数を入力する。除電シーケンス設定入力部８０４はステップＳ５０８における除電シーケンスにおける１または複数の動作の実行順序を指定する。それぞれの動作における動作条件は動作条件指定部８０５にて指定される。

【0046】

図８には１番目に電子線照射、２番目に光照射を設定した例が表示されている。動作条件指定部８０５ａは電子線照射時の条件を設定する項目が表示されており、モード指定部８０６、加速電圧指定部８０７、プローブ電流指定部８０８、倍率指定部８０９、フレーム数指定部８１０などから構成される。フレーム数とは、電子線で帯電制御領域７１０を走査させる回数を示す。また、図７Ｄのように、除電時に広範囲へ電子線を照射するような場合は、倍率指定部８０９の値を調整することで実現される。動作条件指定部８０５ｂは光照射時の条件を設定する項目が表示されており、モード指定部８０６、波長指定部８１３、強度指定部８１４、照射時間指定部８１５、照射相対座標入力部８１６などから構成される。図７Ａのように検査領域に除電光を照射する場合には、照射相対座標入力部８１６にＸ＝０，Ｙ＝０を入力することで実現され、図７Ｂのように検査領域と除電領域とが異なる場合は、検査領域に対する除電領域の相対座標を照射相対座標入力部８１６へ入力することで実現される。モード指定部８０６にて電子線照射や光照射などを選択することで、除電シーケンス設定入力部８０４で設定される除電動作の組み合わせや実行の有無が決定される。

【0047】

図９は検査領域の初期帯電状況を確認するためのユーザインターフェースの一例である。初期帯電分布表示部９０１はウェハ内や区画内における各検査領域で計算された初期帯電誤差Ｅの値をカラーマップ表示したものであり、ウェハ内、区画内における初期帯電の状況が可視化される。初期帯電状況表示部９０２は初期帯電分布表示部９０１から選択された特定の検査領域において、測定された二次電子信号量（輝度）を表示し、基準値と比較可能に表示する。除電シーケンスが実行前後の輝度値が表示されており、除電シーケンスによってどの程度基準値に近づいたかどうかを確認できる。また、除電シーケンスの繰り返しにおいて想定外の挙動を示した場合の確認にも用いられる。

【実施例2】

【0048】

図１０は、図１に示した検査システムにおいて計算装置１１４が実行する、初期帯電の測定結果を利用して電気特性の検査を行う実施例２のフローチャートである。

【0049】

まず、基準パタンについて、複数のパルス条件での二次電子信号を取得し、基準データとする（Ｓ１００１）。ステップＳ１００１の処理は実施例１のステップＳ５０１の処理と同じである。次に基準パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストを用いたシミュレーション結果と基準データとが整合するように等価回路ネットリストの電気特性パラメータ（抵抗Ｒ・容量Ｃなど）を調整し、等価回路ネットリストと調整された電気特性パラメータセットとを基準モデルとする（Ｓ１００２）。次に、初期帯電を表現する素子として、電圧源または電荷のチャージされた容量素子を基準モデルに追加して帯電モデルを作成する。帯電モデルの初期帯電電圧をパラメータとしてシミュレーションを行い、初期帯電量に対する二次電子信号量の遮断時間応答特性をデータベースとして作成・保存し、これを初期帯電データベースとする（Ｓ１００３）。

【0050】

次にウェハ１０６内の検査領域へ移動し（Ｓ１００４）、検査領域内の検査パタンについて、基準パタンと同じ複数のパルス条件での二次電子信号量を取得する（Ｓ１００５）。検査領域内の検査パタンにおいて取得された二次電子信号量Ｓの値（測定データ）を平均化して判定用データＳ_ｍとする（Ｓ１００６）。ステップＳ１００４～ステップＳ１００６の処理は、実施例１のステップＳ５０２～Ｓ５０４の処理と同じである。

【0051】

次に判定用データＳ_ｍを初期帯電データベースと比較し、初期帯電量を求め、求めた初期帯電量を検査パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストに反映し、検査モデルとする（Ｓ１００７）。次に検査モデルにおける電気特性パラメータ（抵抗Ｒ・容量Ｃなど）を変数としてシミュレーションを行い（Ｓ１００８）、検査点における測定データがシミュレーション結果と最もよく整合する電気特性パラメータを検査点における検査パタンの電気特性値の推定値とする（Ｓ１００９）。これをすべての検査領域に対して繰り返し（Ｓ１０１０）、すべての検査領域に対する二次電子信号量の取得と電気特性の推定が完了した時点で検査を終了する。

【0052】

図１１Ａ～Ｂを用いて基準モデルについて説明する。図１１Ａに示すデバイスでは、基板１１０１上に絶縁膜１１０２を介して電極１１０３が形成されている。このとき電極１１０３が帯電したときのリーク電流を表す抵抗１１０４、容量１１０５が存在するとみなすことができ、図１１Ｂに示すモデルで表現することが可能である。互いに並列接続された抵抗１１０４と容量１１０５に対し、パルス電子線モデル１１０６および二次電子放出モデル１１０７が接続されている。パルス電子線モデル１１０６は、設定された試料に照射するパルス条件（遮断時間を含む一次電子線の照射条件）において一次電子線から試料に入射される電荷量を表す。二次電子放出モデル１１０７は、表面電位に依存して試料から放出される電荷量を表す。ウェハに照射される複数のパルス条件をパルス電子線モデル１１０６に設定し、シミュレーションを行い、等価回路ネットリストにおいて、基準データとシミュレーション結果が整合するような抵抗１１０４の値、容量１１０５の値をそれぞれ、Ｒｐ，Ｃｐとして定めたものが基準モデルである。

【0053】

一方、図１２Ａは、図１１Ａに示したデバイスにおいて、電極１１０３と絶縁膜１１０２との界面に初期帯電電荷１１０８がトラップされた様子を表す。この様子を反映した帯電モデルを図１２Ｂ，Ｃに示す。図１２Ｂは基準モデルの絶縁膜容量１００５と電極１１０３との間に容量Ｃｂを追加し、初期帯電を容量Ｃｂと容量Ｃｐの間には挟まれた電荷Ｑｂとして表現するモデルである。図１２Ｃは基準モデルに電圧源１１１０を追加し、初期帯電を模擬的に基板へバイアス電圧が印加されたとして表現するモデルである。これが帯電モデルであり、ステップＳ１００３では帯電モデル内のＱｂ、またはバイアス電圧Ｖｂを変数として二次電子信号量のシミュレーションを行い、その結果を初期帯電データベースとして保存する。

【0054】

図１３は図１２Ｂの帯電モデルを用いて作成した初期帯電データベースの一例を示すものである。初期帯電量Ｑｂ１，Ｑｂ２…に対し、それぞれパルス条件をＩＴ１，ＩＴ２，ＩＴ３…としたときの二次電子信号（輝度）がＳｂ（Ｑｂ１，ＩＴ１）、Ｓ（Ｑｂ１，ＩＴ２）…のように対応付けられて保存されている。

【0055】

ステップＳ１００７ではこの中から判定用データに最も近い初期帯電量Ｑｂを選択することにより、検査領域の初期帯電量Ｑｂを推定する。検査領域の初期帯電量Ｑｂの値が定められると、検査パタンの帯電を表現する等価回路ネットリストに初期帯電量を表す素子を追加した検査モデルについて、等価抵抗Ｒ、等価容量Ｃを変数としてシミュレーションを行い、各検査点について得られた二次電子信号量と比較したときに、最も近い二次電子信号を与える抵抗Ｒ、容量Ｃを検査点における検査パタンの抵抗・容量として求めることが可能である。

【0056】

以上のようにして、実施例２では複数のパルス条件から初期帯電量を推定し、各検査点における電気特性値を初期帯電の影響を考慮したシミュレーションを行うことで、測定時の初期帯電量によらず電気特性を推定することが可能となる。

【符号の説明】

【0057】

１００：電子顕微鏡本体、１０１：電子銃（荷電粒子源）、１０２：ブランカ、１０３：絞り、１０４：偏向器、１０５：対物レンズ、１０６：試料、１０７：ステージ、１０８：試料台、１０９：光源、１１０：光路遮断機、１１１：光路、１１２：制御部、１１３：検出器、１１４，１３１：計算装置、１１５：入出力装置、１１６：ウェハカセット、１１７：ウェハローダ、１１８：準備室、１１９：試料室、１２０：校正試料、１２１：校正試料台、１３０：ネットワーク、１３２：データストレージ、２０１：基板、２０２：絶縁膜、２０３：浮遊導体、３０１，３０２、４２１，４２２：遮断時間応答曲線、３１１，３１２：充電時間応答曲線、４００：検査対象ウェハ、４０１，４０２：領域、４１１，４１２：画像、７０１：検査パタン、７０２：検査領域、７０３：光照射領域、７０４：関連電極、７０６：基板、７０７：拡散層、７０８：絶縁膜、７０９：ゲート電極、７１０：帯電制御領域、８０１：誤差計算方法入力部、８０２：初期帯電誤差閾値入力部、８０３：最大除電実行数入力部、８０４：除電シーケンス設定入力部、８０５：動作条件指定部、８０６：モード指定部、８０７：加速電圧指定部、８０８：プローブ電流指定部、８０９：倍率指定部、８１０：フレーム数指定部、８１３：波長指定部、８１４：強度指定部、８１５：照射時間指定部、８１６：照射相対座標入力部、９０１：初期帯電分布表示部、９０２：初期帯電状況表示部、１１０１：基板、１１０２：絶縁膜、１１０３：電極、１１０４：抵抗、１１０５：容量、１１０６：パルス電子線モデル、１１０７：二次電子放出モデル、１１０８：初期帯電電荷、１１１０：電圧源。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13】