JP2000030648A

JP2000030648A - 電子線装置およびその使用方法

Info

Publication number: JP2000030648A
Application number: JP10199225A
Authority: JP
Inventors: 敦子 ▲高▼藤; Atsuko Takato; Hiroyuki Shinada; 博之品田; Hiroko Iwabuchi; 裕子岩淵; Yasutsugu Usami; 康継宇佐見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の同一設計パターンの欠陥，異物，
残渣等を電子線走査画像比較により検査する方法におい
て、ビームを必要に応じてブランキングしながら、低ド
リフトで高精度に長時間安定な自動検査を行う。【解決手段】ビームブランキングと同期させてビーム径
を大きくし、ブランキング偏向より上流の絞りで電流量
を制限し、小電流化された電子線をブランキング用に偏
向しブランキング絞りに当てて、試料基板への照射を阻
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子線応用装置とそ
の使用方法に係わり、特に低加速大電流電子を照射し高
速に画像を取得する半導体ウェハ上のパターン観察技
術、及びこれを含めた電子線応用装置及びその使用方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの回路パターンの微細化に
伴い、電子線を用いた回路パターンの検査装置が実用化
されてきている。それについては、例えば特開昭59-192
943号公報，ジャーナルオブバキューウムサイエンス
テクノロジイ（Journal of Vacuum Science Technolog
y,以下 J. Vac．Sci．Tech．と略す） B, Vol. 9, No.
6, pp. 3005 - 3009（1991），Ｊ．Vac. Sci. Tech. B,
Vol. 10, No.6, pp. 2511 - 2515（1992），ザインタ
−ナショナルソサイティフォオプティカルエンジニ
アリング(The International Society for Optical Eng
ineering、以下 SPIEと略す) 会議録 Vol.2439, pp. 17
4-183、および特開平5-258703号号公報等に記載の技術
が知られている。

【０００３】ウェハの口径増大と回路パターンの微細化
に追随して、高スループットかつ高精度な検査を行うた
めには、非常に高速に、かつ高いSN比の画像を取得する
必要が有る。そのため、通常の走査型電子顕微鏡(SEM)
に比し100倍以上(10nA以上）の大電流ビームを用いて照
射電子数を確保し高SN比を保っている。さらに、基板か
ら発生する二次電子、反射電子の高速かつ高効率な検出
が必須である。

【０００４】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（「電子，イオンビームハンドブ
ック」（日刊工業新聞社）pp．622-623）。大電流で、
なおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果による収差
が生じ高分解能の観察が困難である。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
では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：特開平5-258703号公報、特開平06-139985号
公報など)。

【０００５】以下、従来技術の電子光学系の一例の概略
を図6により簡単に説明する。引き出し電極2の電圧によ
り電子銃1(陰極)から出た一次電子線201はコンデンサレ
ンズ3、走査偏向器8、絞り4, 7、対物レンズ11等を通過
して収束、偏向されて試料ステージ13上の半導体装置基
板12に照射される。

【０００６】この基板12には、一次電子線を減速するた
めの減速電圧(以下、リターディング電圧と称する)が高
圧電源23により印加されている。基板12からは一次電子
線201の照射により二次電子202が発生する。二次電子20
2はリターディング電圧により数KeVのエネルギーに加速
される。

【０００７】対物レンズ11の電子銃側に隣接してEXB偏
向器10が設けてある。このEXB偏向器10は一次電子線201
に対しては電界と磁界による偏向量が互いに打ち消し合
い、二次電子202に対しては両者の重ね合わせで電子を
偏向させる偏向器である。加速された二次電子202はこ
のEXB偏向器10により偏向され、反射板300に当たり、検
出器14の前面に配置された開孔を有する吸引電極15と検
出器14との間の吸引電圧によって形成される電界に引き
寄せられて検出器14に入射する。検出器14は半導体検出
器で構成されている。二次電子202は半導体検出器に入
射して電子正孔対を作り、これが電流として取り出され
電気信号に変換される。この出力信号はさらにプリアン
プ21で増幅されて画像信号用輝度変調入力となる。

【０００８】以上の電子光学系の動作で基板上の一領域
の画像を得てから画像出力信号に一画面分の遅延をかけ
るとともに、第二の領域の画像を同様にして取得する。
これら二つの画像を画像比較評価回路で比較し、回路パ
ターンの欠陥部の検出を行う。

【０００９】本検査装置では、絶縁物を含む回路パター
ンを検査するため、検査の待ち時間においては電子ビー
ムの試料への照射を阻止するビームブランキング(beam
blanking、以下単にブランキングと称す)を行う必要が
ある。図6にブランキング用偏向器５とブランキング用
絞り７を示した。一次ビーム２０１は、所望のタイミン
グでブランキング用偏向器５により偏向されると、ブラ
ンキング用絞り７のビーム通過孔以外の部分に当たって
試料への照射を阻止される。なお、９はシールドパイ
プ、２２はAD変換機、２６は光学式試料高さ測定器、２
９は接地電極、１０１は電子光学系、１０２は試料室を
示す。

【００１０】ブランキングは、回路パターン試料に連続
照射を行う電子線応用装置では特に必要となる従来公知
の技術である。しかし、ブランキングにより、ブランキ
ング絞りに残留ガスなどによる有機物堆積などの汚染が
生じ、この汚染物質が帯電することによって電子線が不
規則に偏向されビーム照射位置ずれ、および不規則な収
差の変動が生じる現象が知られている(以下、このビー
ムの変動をドリフトと称する)。

【００１１】ブランキングが原因で生じるドリフトを解
決する従来技術としては、特開平5-144404号公報、同8-
241689号公報等に提案されているものが挙げられる。例
えば、前者の公報記載技術では、ブランキング用偏向電
極と、開孔の周りに凹溝を形成したブランキング用絞り
を用い、ビーム加速電圧に応じたブランキング電圧でビ
ームを偏向し効果的にビームをブランキングすることに
より、ブランキング起因のドリフトを最小にしようとし
ている。また、特開平6-243809号公報には、ブランキン
グ絞りに起因したドリフトを実質的に低減させるため
に、電子光学系を縮小光学系として構成する技術が記載
されている。

【００１２】さらに、電子ビームのドリフト量をモニタ
してドリフトを補正する手法が、特開平9-115475号公報
等に開示されている。本公報記載技術では、ブランキン
グ用絞り上にテストパターン基板を設置し、テストパタ
ーンからの反射電子、二次電子を検出するための第二の
検出器を設置している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の回路パ
ターン検査装置、およびビームブランキング技術には以
下の問題点がある。

【００１４】まず、回路パターンを有するウェハ基板に
対する数時間以上の連続自動検査を行っても、同一基板
上で隣り合う領域に対応する画像同士の比較で欠陥を検
出して欠陥の位置を正確な情報として出力するために、
回路パターン検査装置には長時間のビーム照射位置安定
性が必須要件となる。しかし、一方でウェハ検査装置に
は、前述のようにブランキングが必要なことと,大電流
ビーム照射,及びリターディング電圧による試料直前で
のビームの減速が要求される。さらに、高精度な欠陥検
査のために、試料照射時の電子ビームを実質的にサブミ
クロンオーダーのスポット径に絞る必要がある。

【００１５】ところが、大電流の電子ビームをブランキ
ングするので、ブランキング用絞りにはブランキング時
のビーム照射による非軸対称な汚染物質が高濃度で付着
する。この汚染物質にさらに電子ビームを照射すると、
汚染部分が帯電する。帯電した非軸対称な汚染部分は、
電子ビームに対し偏向作用を及ぼし、予期しないビーム
偏向を生じる。そのため、従来のブランキング手法を用
いた電子線式回路パターン検査装置では、ドリフトへの
影響を取り切れず、長時間のビーム照射位置安定性およ
び収差低減の安定性を得ることが困難であった。

【００１６】この汚染物付着は、ビームのスポット径が
小さい場合ほど狭い領域に高濃度に付着し、汚染位置に
よっては帯電の影響が増大する危険がある。ブランキン
グ用偏向の角度を大きくすると汚染物質の帯電の影響を
低減させることが出来るが、そのためにはブランキング
on時とoff時の偏向電磁界の差が大きくなり、ビーム光
路の復元精度が低下する。また、ブランキング用偏向器
の印加電圧または励磁電流が大きくなり、装置規模、電
源等が大掛かりになるとともにビームへのノイズ，ビー
ム揺らぎの要因となる。したがって、欠陥検査の精度が
低下する要因となる。

【００１７】さらに、上述の縮小光学系で構成する従来
技術においては、電子銃から引き出しうる電流量と試料
照射時のビーム開き角の関係から、検査装置に必要とす
る大電流ビームが得られないという問題がある。また、
上記ドリフト補正手法には、第2の検出器を必要とする
ため装置構成上現実的に実現困難であり、かつ、第二検
出器の存在による一次ビームへ歪みの影響が検査精度低
下につながる可能性がある。また、ドリフトの原因が、
絞りを含めた種々の構成要素の予期しない汚染及びその
帯電による不規則な偏向である場合、効果的な補正を行
うことは困難である。

【００１８】さらに、ビームがリターディング電界へ入
射する手前においては、ビームは電子銃から出たままの
高加速状態である。大電流かつ高加速な電子ビームが、
絞りや電磁レンズ等の電子光学系において、ブランキン
グ目的で偏向され、絞りや電磁レンズ等に照射される
と、多数かつ高エネルギーな反射電子が発生する。この
反射電子が電子光学系内部をランダムに迷走すると、電
子ビームおよび電子光学系に対し予想できない静電偏向
および帯電を生じさせ、電子ビーム照射位置の安定度に
悪影響を及ぼす。

【００１９】以上の問題点は、検査対象である基板ウェ
ハの口径増大，欠陥および回路のパターンルールが微小
化するにつれて、連続検査時間の増大，スポット径の縮
小，電流量の増大およびビームの高エネルギー化が図ら
れるうえでさらに顕著になる。

【００２０】本発明の課題は、上記の問題を解決し、検
査精度を落とすことなく大電流高加速電子ビームを適切
なタイミングでブランキングしながらビーム照射位置ず
れおよび収差の変動を低減させ、長時間の連続検査にお
いて正確な欠陥検査を行うことである。その結果とし
て、絶縁物、あるいは絶縁物と導電性物質が混在する半
導体装置の製造過程における回路パターンを電子線によ
り高速，安定に良質，高精度の画像として取得しその画
像を自動比較検査し欠陥を誤りなく検出することであ
る。さらにその結果を半導体装置の製造条件に反映し，
半導体装置の信頼性を高めるとともに不良率を低減する
ことにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の一実施例によれば、電子線発生手段と，こ
の電子線発生手段からの電子線を試料台上の試料を走査
させるための偏向手段と，任意時間、電子線を偏向する
ブランキング偏向器と，このブランキング偏向器により
偏向された電子線を遮り、電子線が試料を照射するのを
阻止するブランキング部材と，ブランキング偏向器より
少なくとも一部分が上流に配置された電子線に収束力を
働かすための収束手段と，この収束手段とブランキング
偏向器との間に配設されて、電子線の通過量を制限する
ための開孔を有する絞りとを備えた電子線装置におい
て、電子線が前記試料を照射するのを任意時間阻止する
に際しては、ブランキング偏向器により電子線を偏向す
ると共に、電子線に対する収束手段による収束力を弱め
るものである。

【００２２】以上のような構成をとることにより、ブラ
ンキング時には電子ビームの収束条件を変えてビーム径
を大きくし、電子線を絞りに軸対称に広範囲に照射させ
ることが出来る。その結果、電子ビームの電流量が絞り
通過にともない制限される。このとき絞りには電子ビー
ムが照射されるが、照射領域が広範囲であり汚染の付着
の濃度は低減できる。また、汚染は絞りに対して軸対称
に付着し、一次電子線を不規則に偏向させる効果は発生
しない。さらに、絞りに対向する位置に反射手段を設け
れば、絞りで発生した反射電子もビーム光軸から飛散す
る方向へ除去できる。この構成で得られた電流量の制限
された電子線は、下流に設けたブランキング用偏向器に
より偏向され、ブランキング部材に照射される。電流量
が小さく、しかもビームスポットが大きいため、ブラン
キング部材に付着する軸非対称な汚染の量は少なく、濃
度も低い。さらに、このブランキング部材にも加熱機
構、反射電子除去用反射手段を設ければ、汚染そのもの
の低減と、反射電子の迷走も防止できる。しかも、電流
量が制限してあるため、反射電子の発生個数事態が低減
されており、迷走電子によるビーム偏向、光学系帯電を
低減させることが出来る。

【００２３】これらの効果があるので、本発明を検査装
置に適用すれば、検査精度を落とすことなく大電流，高
加速電子ビームを適切なタイミングでブランキングしな
がらビーム照射位置ずれおよび収差変動を低減させ、長
時間の連続検査において正確な欠陥検査を行うことで
き、絶縁物を含む半導体基板の鮮明で安定な画像を取得
でき、高精度な半導体パターンの欠陥検査が可能な欠陥
検査装置と方法を得ることができた。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下，本発明の実施例の検査方
法，および装置の一例について，図面を参照しながら詳
細に説明する。

【００２５】（実施例１）本発明の第１の実施例を図１
〜図４により説明する。本実施例の装置の基本構成を図
1に示す。

【００２６】はじめに半導体装置の検査と製造工程の関
係について述べる。半導体装置の製造プロセスは図２に
示すように，多数のパターン形成工程を繰り返してい
る。パターン形成工程は大まかに、成膜，感光レジスト
塗布，感光，現像，エッチング，レジスト除去，洗浄の
各ステップにより構成されている。この各ステップにお
いて製造条件が最適化されていないと半導体装置の回路
パターンが正常に形成されない。

【００２７】例えば、図２の成膜工程で異常が発生する
とパーテイクル(粒状物)が発生し，ウェハ表面に付着
し，孤立欠陥等が生じる。また，レジスト塗布後，感光
時に、焦点や露光時間等の条件が最適でないと、レジス
トに照射する光の量や強さが多すぎる箇所，足りない箇
所が発生し、ショートや断線，パターン細りを伴う。露
光時のマスク・レチクル上に欠陥があると，同様のパタ
ーンの形状異常が発生しやすい。また、エッチング量が
最適化されていない場合およびエッチング途中に生成さ
れた薄膜やパーテイクルにより、ショートや突起，孤立
欠陥を始め、開口不良等も発生する。洗浄時には、乾燥
時の水切れ条件により、パターン角部その他の箇所に異
常酸化を発生しやすい。

【００２８】従って，ウェハ製造プロセスでは、これら
の不良が発生しないよう加工条件を最適化する必要があ
るとともに、異常発生を早期に検出し、当該工程にフィ
ードバックする必要がある。そこで、本実施例では図２
に示したｎ番目のパターン形成工程におけるレジスト感
光・現像後に検査を適用する例について記載する。

【００２９】以下，上記の不良を検出するための検査方
法および検査装置の概要について述べる。

【００３０】本発明の基本概念は，回路パターンの形成
された基板に対し不要なビーム照射を最大限カットしな
がら、長時間高安定なビーム照射位置及び所望のビ−ム
スポット径を持続させることである。そのために、本発
明ではビームブランキング時には、前段階でビーム電流
量を制限し、次いでその制限された小電流ビームを偏向
してブランキングするよう構成した。これにより、ブラ
ンキングで生じるビーム照射位置ずれ及び収差変動(ド
リフト)を低減でき、高精度な検査画像比較が可能とな
る。

【００３１】次に，実施例を詳細に説明する。

【００３２】図1に、第１の実施例の検査装置の構成図
を示す。検査装置は大別して電子光学系101，試料室10
２，制御部103，画像処理部104より構成されている。

【００３３】電子光学系101は、電子銃1，電子線引き出
し電極2，コンデンサレンズ3，対物絞り4、ブランキン
グ用偏向器5，散乱電子反射手段6a, 6b、ブランキング
絞り７、走査偏向器８，シールドパイプ9、EXB偏向器1
0、対物レンズ11により構成されている。

【００３４】試料室102は、ステージ13，光学式高さ測
定器26，位置モニタ用測長器27より構成されており，ま
た２次電子検出器14が対物レンズ11の上方にあり，二次
電子検出器14の出力信号はプリアンプ21で増幅されＡＤ
変換器22によりデジタルデータとなる。

【００３５】画像処理部104は、画像記憶部30a, 30b，
演算部33，欠陥判定部34より構成されている。取り込ま
れた電子線画像及び光学画像は，モニタ32に表示され
る。

【００３６】検査装置各部の動作命令および動作条件
は，制御部103から入出力される。制御部103には、電子
線発生時の加速電圧, 電子線の偏向幅, 偏向速度, 試料
台移動速度, 検出器の信号取り込みタイミング等々の条
件が予め入力されている。

【００３７】また、補正制御回路28は、光学式試料高さ
測定器26，位置モニタ用測長器27の信号から補正信号を
生成し、電子線201が常に正しい位置に照射されるよう
対物レンズ電源25や走査信号発生器24に補正信号を送
る。

【００３８】さらに、被検査基板１２に対する一次電子
線201の照射待ち時間においては、一次電子線201による
被検査基板１２の照射を阻止するために、ブランキング
用偏向器5をブランキング用偏向器電源１７およびブラ
ンキング／ビーム収束制御回路18を介して所望のタイミ
ングで駆動し、ブランキング絞り7の開孔以外の部分を
電子線201が照射するようにする。

【００３９】電子銃1には拡散補給型の熱電界放出電子
源を用いた。これにより明るさ変動の少ない比較検査画
像が得られ，かつ電子線電流を大きくすることが可能な
ことから，高速な検査が可能になる。

【００４０】電子線201は、引出電極2に電圧を印加する
ことで電子銃（陰極）1から引き出される。電子線201の
加速は電子銃（陰極）1に高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201はその電位に相
当するエネルギー、例えば本実施例では12keVで試料台
１３方向に進み、その際、コンデンサレンズ3で収束さ
れ，さらに対物レンズ11により細く絞られステージ13の
上に搭載された被検査基板12（ウェハあるいはチップ
等）に照射される。

【００４１】被検査基板12には高圧電源23により負の電
圧(リターディング電圧)を印加できるようになってい
る。被検査基板12とEXB偏向器10の間には接地電極29を
設け、基板12との間にリターディング電界を形成させ
た。基板12に接続した高圧電源23を調節することによ
り、被検査基板12への電子線照射エネルギーを最適な値
に調節することが容易となる。本実施例ではリターディ
ング電圧として基板12に−11.5kV〜−3kVの電位を印加
する。

【００４２】画像形成にあたっては、ステージ13を静止
させ電子線201を二次元に走査する方法と、電子線201は
一次元でのみ走査し、走査方向と直交する方向にステー
ジ13を連続的に移動する方法のいずれかを選択できる。

【００４３】ある特定の場所のみを検査する場合にはス
テージ13を静止させて検査し，被検査基板12の広い範囲
を検査するときはステージ13を連続移動して検査すると
効率の良い検査が行える。

【００４４】被検査基板12の画像を取得するために、細
く絞った電子線201を該被検査基板12 に照射し二次電子
202を発生させ，これらを電子線201の走査およびステー
ジ13の移動と同期して検出することで被検査基板12表面
の画像を得る。本発明が係わるような自動検査では検査
速度が速いことが必須となる。したがって通常のSEMの
ようにpAオーダのビーム電流を低速で走査したり，複数
回走査することは一般には行わない。

【００４５】そこで、本実施例においては、通常のSEM
に比べ約100倍以上の、例えば、100nAの大電流電子線を
一回のみ走査し画像を形成する構成とした。一枚の画像
は1000ｘ1000画素で10 msecで取得するようにした。画
像記憶部３０ａ, ３０ｂ、遅延回路３１及び演算部３３
の構成を用い、ある画像の信号に一画像分の遅延をかけ
るか、或いは該画像を記憶しておいて、次いで、次の画
像の取り込みと同期させて、モニタ３２及び欠陥判定部
３４において、この画像と前画像との比較評価を行い、
回路基板12上の欠陥探索を行った。

【００４６】二次電子202はEXB偏向器10にて偏向され、
反射板300に当たり二次電子検出器14へ捕捉される。二
次電子202は基板12に印加されたリターディング電圧に
より11.5kV〜3.5keVに加速されるとともに対物レンズ1
1、EXB偏向器10により収束、偏向され、反射板300へ衝
突する。

【００４７】この反射板300はシールドパイプ9と一体と
して構成し、基板からの二次電子202を損失なく照射さ
せるために一次ビーム中心軸周囲のビーム通過孔を0.5m
mφとした。さらに、EXB偏向器10の中央の点から中心軸
に対して見込み角0.5度〜15度の偏向範囲で出射する二
次電子202をカバーできる構成とした。材質はCuBeOで、
照射電子数の約５倍の二次電子を放出させる構成とし
た。

【００４８】反射板300からは０〜50eVのエネルギーを
持つ新たな二次電子が発生する。この新たな二次電子は
検出器14と検出器14前面の吸引電極15により生成される
吸引電界によって検出器14の受光面へ吸引される。本実
施例では検出器14としてSiの半導体検出器を用い、検出
器14および検出回路系全体を＋9kVにフローティング
し、吸引電極15は0V、検出器14の有効検出面積は16ｍｍ
²として構成した。

【００４９】吸引電極15は検出器14の正面に径12 mmφ
の開孔を有し、二次電子吸引電界を検出器14の前面で集
中させる構成とした。

【００５０】本実施例で、高精度な自動検査を行うため
にビーム校正やウエハーのアライメント調整を行ってい
る。その都度、ステージを移動し校正用基準パターンや
アライメントマークを検出するモードに入る必要があ
る。したがって、その間、被検査基板１２への電子線20
1の照射を阻止する必要がある。さらに、ステージ13の
移動との同期を取るための照射待ち時間、またさらには
ビーム走査の帰線時間等にも電子線201の照射を阻止す
る。また、ウェハのロード、アンロードの際にも電子線
201を出し続け、これを途中で阻止して動作させてい
る。以上の動作を行うため、被検査基板12に対して、時
間の長さにしてμsec, msec, sec, 数十secの各オーダ
ーで高精度に電子線201のブランキングを行う必要があ
る。

【００５１】通常のブランキングでは、大電流の電子線
201が照射される場所には汚染物質が高濃度に付着す
る。この汚染物質が電子線201により帯電し、電子線201
を不規則に偏向し、ビームの照射位置ずれ及び収差変動
(ドリフト)の要因となる。

【００５２】そこで本実施例におけるブランキング絞り
7では、図3に拡大して示すように、その開孔７ａの周囲
に傾斜面７ｂを設け円錐台形を形成し、ブランキングモ
ード時にはブランキング用偏向器5により一次電子線201
を電子光学系101の光軸から逸れるよう偏向してブラン
キング絞り7の傾斜面７ｂに射突させることにより一次
電子線201が被検査基板12を照射することを阻止する。
従って、ブランキングモード時に発生する汚染物質500
はブランキング絞り7の傾斜面７ｂに堆積する。

【００５３】一方、一次電子線201を被検査基板12に照
射して検査する検査モード時においては、ブランキング
絞り7の開孔7aを通過中の一次電子線201からは、傾斜面
７bに付着している汚染物質500は見えず、たとえこの汚
染物質500が帯電してもこれが検査モード時の一次電子
線201に影響を及ぼすことはない。

【００５４】さらに、図4(a)は検査モード時の一次電子
線201の断面を示すものであるが、次いでブランキング
モード時の一次電子線201の断面を図4（ｂ）に示す。ブ
ランキングモード時にはブランキングのタイミングに合
わせて制御回路18(図1参照)によりコンデンサレンズ3の
励磁条件を変化させ、電子線201をデフォーカス(defocu
s)し、ほぼ平行なビームを形成する。そのときのビーム
径は、図4(a)の場合に比し大幅に増加するため、この電
子線201は対物絞り4でその通過量を大幅に制限され、小
電流ビームとなって通過する。対物絞り4は可動絞りで
あり、絞り径は数100μm以下の4種類の大きさに変化で
きる構成とした。

【００５５】したがって、通過前後のビーム径の差から
30〜60%程度の電流量カットが可能となる。この対物絞
り4には電子線201が照射されるが、軸対称でありビーム
径も大きく、高濃度の非軸対称な汚染が発生することは
ない。

【００５６】さらに、図1に示すようにブランキング絞
り7に、電熱ヒータによる加熱機構16ｂを設けて汚染の
付着を低減させることもできる。

【００５７】また、図1に示すように、対物絞り4に電熱
ヒータによる加熱機構16ａを設けて汚染の付着を低減さ
せることもできる。さらに、対物絞り4に対向する位置
には散乱電子反射手段6aを設け、対物絞り4への電子線2
01照射により発生する反射電子等を電子光学系の光軸か
ら逸脱する方向へ飛散させた。これにより、散乱電子が
迷走することにより電子光学系の光軸近傍部分が不規則
に帯電することを防ぐことが出来る。

【００５８】ブランキングモード時には、対物絞り4を
通過することにより小電流化された電子線が、ブランキ
ング゛用偏向器5により偏向されてブランキング絞り7の
開孔の外側を照射することになり被検査基板12を照射す
ることが阻止される。このとき、電子線201の電流量が
小さく、電子線の径も大きいことから、ブランキング絞
り7に付着する汚染は低濃度になる。次に、検査モー
ド時には、ブランキングを解除すると同時にコンデンサ
レンズ3の励磁条件を変化させ、基板12へ照射される電
子線２０１が所望のビーム径を得るように動作させる。
このように動作することにより、ブランキング絞り7の
汚染物質が帯電することによるビームドリフトを十分小
さく抑えることが出来る。例えば1/10程度に低減させる
ことが出来た。

【００５９】また、このブランキング絞り7にも、それ
に対向する位置に散乱電子反射手段6bを設置した。この
結果、ブランキング絞り７で発生する高エネルギーの反
射電子を光軸から逸脱し発散する方向へ排除することが
出来た。

【００６０】ただし、レンズ３の励磁条件はヒステリシ
ス曲線を考慮した条件を与えることが必要である。そこ
で、ブランキング時間のオーダーにより適切な励磁条件
をあらかじめ調べ、制御回路系によって容易に制御でき
るように記憶させておく。

【００６１】なお、上記実施例においては、図３に示し
たような、開孔７ａの周囲に傾斜面７ｂを設けた円錐台
形を形成したブランキング絞り７を用いるとともに、ブ
ランキングモ−ド時には一次電子線２０１をデフォ−カ
スしているが、検査装置の最適化あるいはその動作条件
によっては、開孔７ａの周囲に傾斜面７ｂを設けた円錐
台形を形成したブランキング絞り７を用いるだけで、ブ
ランキングモ−ド時でも一次電子線２０１をデフォ−カ
スせずに上記実施例とほぼ同等の効果を得られる。

【００６２】以上のような構成にすれば、ビームドリフ
トの影響が低減され、容易に回路パターンの欠陥を見い
だせる画像比較を高精度に得られるようになった。ま
た、欠陥位置の情報を高精度に出力できるようになっ
た。すなわち、絶縁物を含む被検査基板12を検査する場
合においてもパターンのコントラストが高速に鮮明かつ
安定に得られ、誤検出の少ない比較検査ができる検査装
置が得られた。

【００６３】（実施例２）本実施例は、第１の実施例と
は逆に、図５に示すように対物レンズ11を検出器14の上
方に設置し、その他の構成を第一の実施例と同様に構成
したものである。本実施例においても、第1の実施例と
同様のビームブランキングを行うことが出来、高精度の
画像比較と欠陥位置出力を得ることができた。本実施例
によれば、対物レンズ11の焦点距離が第１の実施例に比
べて長く、一次ビーム201の偏向を大きくとることがで
き、二次電子２０２が収束されないので扱いやすい等の
効果がある。なお、図5において、図1に示された構成要
素と同じ構成要素については同じ符号を付している。

【００６４】（実施例３）上記実施例１，２においては
ブランキング用偏向器５とブランキング絞り７とが別体
に形成されていたが、本実施例においては、図７に示す
ように、光軸方向に十分長くした一対の静電偏向用偏向
板からなるブランキング用偏向器５ａを用い、ブランキ
ング絞りを省いたものである。

【００６５】図７(a)は検査モード時の一次電子線201の
断面を示し、図７（ｂ）はブランキングモード時の一次
電子線201の断面を示す。ブランキングモード時にはブ
ランキングのタイミングに合わせて制御回路18(図1参
照)によりコンデンサレンズ３の励磁条件を変化させ、
電子線201をデフォーカス(defocus)し、ほぼ平行なビー
ムを形成する。そのときのビーム径は、図７(a)の場合
に比し大幅に増加するため、この電子線201は対物絞り4
でその通過量を大幅に制限され、小電流ビームとなって
通過する。

【００６６】ブランキングモード時には、対物絞り４を
通過することにより小電流化された電子線201が、ブラ
ンキング゛用偏向器５ａにより偏向され、かつ、このブ
ランキング゛用偏向器５ａに射突し、これに遮られて被
検査基板12(図１参照)を照射することが阻止される。こ
のとき、電子線201の電流量は小さく、電子線の径も大
きいことから、ブランキング゛用偏向器５ａに付着する
汚染は低濃度になる。次に、検査モード時には、ブラン
キングを解除すると同時にコンデンサレンズ３の励磁条
件を変化させ、基板12へ照射される電子線201が所望の
ビーム径を得るように動作させる。このように動作する
ことにより、ブランキング用偏向器５ａの汚染物質が帯
電することによるビームドリフトを十分小さく抑えるこ
とが出来る。

【００６７】以上、本発明の実施例について説明をした
が、要は基板12への電子線照射を阻止する所望のタイミ
ングに合わせて一次電子線201の収束条件を変えてビー
ム径を大きくし、ブランキング絞り７(またはブランキ
ング゛用偏向器５ａ)より上流の絞りによって電流量を制
限し、小電流化された電子線をブランキング偏向器5(ま
たは5a)で偏向し、ブランキング絞り7(またはブランキ
ング用偏向器5a)により阻止する構成であればよい。収
束条件を変えるために、コンデンサレンズ3を複数のレ
ンズ系で構成し、その一部分の動作条件を変えることで
収束条件を変える構成でもよい。レンズ手段も磁界レン
ズには限らない。また、上記実施例では、二次電子を反
射板を介して捕捉する二次電子検出系を用いたが、もち
ろん直接捕捉する検出系であっても同様である。また、
絞りに設置した加熱機構は、汚染の程度によっては不要
である。散乱電子反射手段も、図示した形状に限定する
ものではない。また、反射手段の代りに、上に凸の窪み
のある板で散乱電子を吸収する手段を形成してもよい。
さらに、ブランキング゛偏向器と絞りを一体で形成して
もよい。実施例中に記載した数値はすべてほんの一例で
あり、異なる仕様での実施ももちろん可能である。

【００６８】さらに、以上の実施例においては、何れも
検査装置を例にとって説明しているが、本発明は、ビー
ムブランキングを必要とするその他の電子装置一般に適
用できることは勿論である。

【００６９】

【発明の効果】本発明により，一次電子線のブランキン
グを行っても許容限度以内の少量のビームドリフトしか
生じない自動検査装置を得ることが出来、高精度な画像
比較、欠陥位置出力を得られるようになった。その結
果、半導体装置の製造過程にあるウェハ上の半導体装置
の同一設計パターンの欠陥，異物，残渣等を電子線によ
り検査する方法において、レジストパターンや酸化膜等
の非導電性の表面を持った半導体ウェハの高精度な検査
が可能となった。これにより、従来装置で検出できな
い製造過程で発生した欠陥を発見可能にし、半導体プロ
セスにフィードバックすることにより半導体装置の不良
率を低減し、信頼性を向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の装置構成の説明図。

【図２】半導体装置製造プロセスフローの説明図。

【図３】実施例１の装置の部分構成の拡大説明図。

【図４】実施例１の装置の部分構成の拡大説明図。

【図５】実施例２の部分構成説明図。

【図６】従来技術の説明図。

【図７】実施例３の部分構成説明図。

【符号の説明】

1:電子銃、2:引き出し電極、3:コンデンサレンズ、4:対
物絞り、5, 5a:ブランキング用偏向器、6a, ６b:散乱電
子反射手段、7:ブランキング絞り、8:走査偏向器、9:シ
ールドパイプ、10:EXB偏向器、11:対物レンズ、12:被検
査基板、13:ステージ、14:二次電子検出器、15:吸引電
極、16a, 16b:加熱機構、17:ブランキング用偏向器電
源、18:ブランキングビーム収束制御回路、19:コンデン
サレンズ電流電源、21:プリアンプ、22:AD変換器、23:
高圧電源、24:走査信号発生器、25:対物レンズ電源、2
6:光学式試料高さ測定器、27:位置モニタ用測長器、28:
補正制御回路、29:接地電極、30a, 30b:画像記憶部、3
1:遅延回路、32:モニタ、33:演算部、34:欠陥判定部、1
01:電子光学系、102:試料室、103:制御部、104:画像処
理系、201:一次電子線、202:二次電子、300:反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｂ (72)発明者岩淵裕子茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者宇佐見康継茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内Ｆターム(参考） 2G032 AL01 4M106 BA02 CA38 CA39 CA41 DE01 DE03 DE04 DE06 DE10 DE20 DH44 DJ02 DJ17 DJ18 5C030 BB17 BC06 5C033 BB03 FF09 5F056 BA10 BB01 CB02 CB05 CB11 CB31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線発生手段と、上記電子線発生手段からの電子線を試料台上の試料を走
査させるための偏向手段と、任意時間、前記電子線を偏向するブランキング偏向器
と、該ブランキング偏向器により偏向された前記電子線を遮
り、該電子線が前記試料を照射するのを阻止するブラン
キング部材と少なくとも一部分が前記ブランキング偏向
器より上流に配置された、前記電子線に収束力を働かす
ための収束手段と、該収束手段と前記ブランキング偏向器との間に配設され
て、前記電子線の通過量を制限するための開孔を有する
絞りとを備えた電子線装置の使用方法において、前記電子線が前記試料を照射するのを任意時間阻止する
に際しては、前記ブランキング偏向器により前記電子線
を偏向すると共に、該電子線に対する前記収束手段によ
る収束力を弱めることを特徴とする電子線装置の使用方
法。
【請求項２】前記ブランキング部材が、前記電子線発生
手段と同軸に配設された円錐台形状の頂点に開孔を有す
る絞りであることを特徴とする請求項１記載の電子線装
置の使用方法。
【請求項３】前記ブランキング部材が、加熱する手段を
含んでいることを特徴とする請求項１記載の電子線装置
の使用方法。
【請求項４】電子線発生手段と、上記電子線発生手段からの電子線を試料台上の試料を走
査させるための偏向手段と、前記電子線を偏向するブランキング偏向器と、該ブランキング偏向器により偏向された前記電子線を遮
り、該電子線が前記試料を照射するのを阻止するブラン
キング部材と、少なくとも一部分が前記ブランキング偏向器より上流に
配置された、前記電子線に収束力を働かすための収束手
段と、該収束手段と前記ブランキング偏向器との間に配設され
て、前記電子線の通過量を制限するための開孔を有する
絞りと、任意時間、前記ブランキング偏向器により前記電子線を
偏向すると共に、該電子線に対する前記収束手段による
収束力が弱まるよう制御する制御手段とを備えた電子線
装置。
【請求項５】前記ブランキング部材が、前記電子線発生
手段と同軸に配設された円錐台形状の頂点に開孔を有す
る絞りであることを特徴とする請求項４記載の電子線装
置。
【請求項６】前記ブランキング部材が、加熱する手段を
含んでいることを特徴とする請求項４記載の電子線装
置。
【請求項７】一次電子線発生手段と、上記一次電子線発生手段からの一次電子線を収束する収
束手段と、該収束手段を制御する収束制御手段と、上記収束手段の一部又は全体の下流に配設され上記一次
電子線の通過量を制限する第1の電子線制限手段と、上記第１の電子線制限手段の下流に配設されて上記一次
電子線をブランキングするブランキング偏向器と、該ブランキング偏向器の下流に配設され上記一次電子線
の通過量を制限する第２の電子線制限手段と、上記一次電子線を回路パターンを有する基板上を走査さ
せる走査偏向手段と、上記一次電子線を加減速させると共に，上記基板から発
生する二次電子および／または反射電子を加減速する加
減速手段と、上記二次電子および／または反射電子を偏向する手段
と、上記偏向された二次電子および／または反射電子を検出
する検出器と、上記検出器で検出した信号から画像を形成する手段と、上記走査偏向手段によって前記一次電子線を前記基板上
の二つの領域を走査させることにより得られた二つの画
像を比較するための手段とを備え、上記ブランキング偏向器が上記一次電子線を偏向して上
記第2の電子線制限手段の電子線通過用開口以外の位置
へ照射させて該一次電子線をブランキングする際には、
上記第1の電子線制限手段を通過する上記一次電子線の
電流量が減少するよう上記収束制御手段が上記収束手段
を制御することを特徴とする回路パターン検査装置。
【請求項８】上記収束手段が複数の電磁レンズで構成さ
れていることを特徴とする請求項７記載の回路パターン
検査装置。
【請求項９】上記第１及び第２の電子線制限手段は上記
一次電子線発生手段の中心軸と同軸状の絞りであること
を特徴とする請求項７または８の何れかに記載の回路パ
ターン検査装置。
【請求項１０】上記第2の電子線制限手段は上記一次電
子線発生手段の中心軸と同軸状の絞りであり、さらにそ
の開孔周囲が円錐台形状であることを特徴とする請求項
７から９の何れかに記載の回路パターン検査装置。
【請求項１１】上記第１及び第２の電子線制限手段の少
なくとも一方に加熱装置を具備したことを特徴とする請
求項７から１０の何れかに記載の回路パターン検査装
置。
【請求項１２】上記第１及び第２の電子線制限手段の少
なくとも一方に対向する位置に反射電子除去用反射手段
をさらに具備したことを特徴とする請求項７から１１の
何れかに記載の回路パターン検査装置。
【請求項１３】上記ブランキング偏向器と上記第二の電
子線制限手段が一体であることを特徴とする請求項７か
ら８の何れかに記載の回路パターン検査装置。
【請求項１４】一次電子線発生手段と、上記一次電子線発生手段からの一次電子線を収束する収
束手段と、該収束手段を制御する収束制御手段と、上記収束手段の一部又は全体の下流に配設され上記一次
電子線の通過量を制限するための第1の電子線制限手段
と、該第１の電子線制限手段の下流に配設されて上記一次電
子線をブランキングするブランキング偏向器と、該ブランキング偏向器の下流に配設され上記一次電子線
の通過量を制限する第２の電子線制限手段と、上記一次電子線が照射される試料を設置する試料台と、上記一次電子線の照射により上記試料から発生する電子
を検出する検出器と、上記検出器で検出した信号から画像を形成する手段とを
有する電子線応用装置において、上記ブランキング偏向器は所望のタイミングで上記一次
電子線を偏向して上記第2の電子線制限手段の電子線通
過孔以外の位置へ上記一次電子線を照射して該一次電子
線をブランキングするとともに、上記収束制御手段は上
記ブランキング偏向器と連動して上記第１の収束手段を
制御し上記第1の電子線制限手段を通過する上記一次電
子線の電流量を減少させることを特徴とした電子線応用
装置。
【請求項１５】一次電子線を発生させる工程と、上記一次電子線を収束させる収束工程と、上記収束工程後、上記一次電子線を回路パターンを有す
る基板の第１及び第２の領域上を走査させる走査工程
と、上記一次電子線を加減速させると共に上記走査工程によ
って上記基板から発生する二次電子および／または反射
電子を加減速する加減速工程と、上記加減速された二次電子および／または反射電子を偏
向する工程と、上記偏向された二次電子および／または反射電子を検出
する検出工程と、上記検出工程で検出された信号から画像を形成する画像
形成工程と、上記第１，第２の領域に対応して得られた二つの画像を
比較する工程とを含む回路パターン検査方法において、上記一次電子線が上記基板を照射しないよう該一次電子
線をブランキングする際には、上記収束工程における上
記一次電子線の収束度合を弱めるとともに第１のビーム
制限部材を用い，その開孔を通過する一次電子線の量を
減じた後に、この減量された後の一次電子線を電子光学
系の光軸から逸脱する様偏向するとともに第２のビ−ム
制限部材を用い，その開口外を照射させブランキングす
ることを特徴とする回路パターン検査方法。
【請求項１６】上記電子線収束工程が複数の電磁レンズ
によることを特徴とする請求項第１５項記載の回路パタ
ーン検査方法。
【請求項１７】上記第１及び第２のビ−ム制限部材が、
上記一次電子線を発生させる工程における上記一次電子
線の中心軸と同軸状の絞りであることを特徴とする請求
項１５から１６の何れかに記載の回路パターン検査方
法。
【請求項１８】前記減量された後の一次電子線を電子光
学系の光軸から逸脱する様偏向するために使われる手段
と前記第２のビ−ム制限部材とが一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１５から１６の何れかに記載の
回路パターン検査方法。
【請求項１９】一次電子線を発生させる工程と、上記一次電子線を収束させる収束工程と、上記一次電子線を試料に照射することにより、該試料か
ら発生する電子を検出する検出工程と、上記検出器で
検出した信号から画像を形成する工程と、上記一次電子線を所望のタイミングでブランキングする
ブランキング偏向工程とを含む電子線応用方法におい
て、上記収束工程における上記一次電子線の収束度合を弱め
るとともに開孔を有する第１のビーム制限部材を用い，
その開孔を通過する一次電子線の量を減じた後に、この
減量された後の一次電子線を電子光学系の光軸から逸脱
する様偏向するとともに開孔を有する第２のビ−ム制限
部材を用い，その開孔の外側に照射させ該一次電子線を
ブランキングすることを特徴とする電子線応用方法。
【請求項２０】一次電子線発生手段と、上記一次電子線発生手段からの一次電子線を収束する収
束手段と、上記収束手段の一部又は全体の下流に配設され上記一次
電子線の通過量を制限する第1の電子線制限手段と、上記第１の電子線制限手段の下流に配設されて上記一次
電子線をブランキングするブランキング偏向器と、該ブランキング偏向器の下流に配設され、上記一次電子
線発生手段の中心軸と同軸状の絞りであり、さらにその
開孔周囲が円錐形台状の、上記一次電子線の通過量を制
限する第２の電子線制限手段と、上記一次電子線を回路パターンを有する基板上を走査さ
せる走査偏向手段と、上記一次電子線を加減速させると共に，上記基板から発
生する二次電子および／または反射電子を加減速する加
減速手段と、上記二次電子および／または反射電子を偏向する手段
と、上記偏向された二次電子および／または反射電子を検出
する検出器と、上記検出器で検出した信号から画像を形成する手段と、上記走査偏向手段によって前記一次電子線を前記基板上
の二つの領域を走査させることにより得られた二つの画
像を比較するための手段とを備え、上記ブランキング偏向器が上記一次電子線を偏向して上
記第２の電子線制限手段の電子線通過用開孔以外の位置
へ照射させて該一次電子線をブランキングすることを特
徴とする回路パターン検査装置。