JP2000164657A - 回路パターンの検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回路パターンの検査装置及び検査方法におい
て、高電圧部の放電に起因する虚報を低減する。 【解決手段】高電圧部の放電電流が予め定められた基準
を満たさない場合、検出された欠陥を他の欠陥と区別し
て表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はメモリやＬＳＩ等の
半導体装置、フォトマスクや液晶等の微細な回路パター
ンを有する基板の回路パターンの検査装置及び検査方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路パターンが形成された半導体ウエハ
の検査を一例として説明する。

【０００３】半導体装置は、半導体ウエハ上にフォトマ
スクに形成されたパターンをリソグラフィー処理および
エッチング処理により転写する工程を繰り返すことによ
り製造される。半導体装置の製造過程において、リソグ
ラフィー処理やエッチング処理その他の良否、異物発生
等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼす。異
常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために、
製造過程の半導体ウエハ上のパターンを検査する必要が
ある。

【０００４】半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥
を検査する方法としては、半導体ウエハに白色光を照射
し、光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パター
ンを比較する欠陥検査装置が実用化されており、検査方
式の概要は「月間セミコンダクタワールド」１９９５年
８月号９６から９９頁に述べられている。また、光学画
像を用いた検査方法では、特開平3−167456 号公報に記
載されているように、基板上の光学照明された領域を時
間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されて
いる設計特性を比較することにより欠陥を検出する方法
や、特公平6−58220 号公報に記載されているように、
画像取得時の画像劣化をモニタしそれを画像検出時に補
正することにより安定した光学画像での比較検査を行う
方法が記載されている。

【０００５】上記のように、回路パターンの微細化や回
路パターン形状の複雑化，材料の多様化に伴い、光学画
像による欠陥検出が困難になってきたため、光学画像よ
りも分解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比
較検査する方法が提案されてきている。電子線画像によ
り回路パターンを比較検査する場合に、実用的な検査時
間を得るためには走査電子顕微鏡（Scanning Electron
Microscopy、以下SEMと略す）による観察と比べて非常
に高速に画像を取得する必要がある。そして、高速で取
得した画像の分解能と画像のＳＮ比を確保する必要があ
る。

【０００６】電子線を用いたパターンの比較検査装置と
して、特開平5−258703 号公報に、通常のＳＥＭの１０
０倍以上（１０ｎＡ以上）の電子線電流をもった電子線
を導電性基板（Ｘ線マスク等）に照射し、発生する二次
電子，反射電子，透過電子のいずれかを検出し、その信
号から形成された画像を比較検査することにより欠陥を
自動検出する方法が記載されている。

【０００７】ＳＥＭを利用した観察および検査において
は、以下に述べる問題点がある。従来のＳＥＭによる電
子線画像の形成方法では極めて長い時間を要するため、
半導体ウエハ全面にわたって回路パターンを検査すると
極めて膨大な時間を要する。従って、半導体装置の製造
工程等において実用的なスループットを得るために非常
に高速に電子線画像を取得する必要があった。また、高
速に取得した電子線画像のＳＮ比を確保し、且つ所定の
精度を維持する必要があった。

【０００８】このように、高速に電子線を照射し、高速
に信号を検出し、且つ電子線画像のＳＮ比や分解能を確
保するためには、上記従来技術に記載したように、通常
のＳＥＭよりも電子線電流の大きい電子線を被検査基板
に照射する必要がある。上記従来技術に記載したよう
に、大電流でなおかつ低加速の電子線では、空間電荷効
果により高分解能な画像を得ることが困難となるが、こ
れ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方法
がある。この一次電子線の減速を実施するためには、試
料基板あるいは試料台等に減速のための負の電圧を印加
する必要がある。負の電圧によって減速された一次電子
線が試料基板に照射されると、基板表面から数十ｍＶ程
度のエネルギーをもった二次電子が発生する。この二次
電子に、減速のための負の電圧によって生じた電界が作
用し、二次電子は数ｋＶのエネルギーに加速されるた
め、高速の二次電子を検出器へ集めるのが困難となる。
検出器に二次電子を集めるための方法として、特公平5
−7819 号公報には、一次電子線に対しては電界と磁界
による偏向量が打ち消しあい、二次電子に対しては両者
の重ね合せで電子を偏向させるＥｘＢ偏向器を用いる方
法が提案されている。

【０００９】また、上記特開平5−258703 号公報には、
高速に電子線画像を形成するために、高周波の二次電子
信号を検出する検出装置として、半導体検出器を用いる
ことが記載されている。そして、逆バイアスされた応答
速度の速い半導体検出器と、この半導体検出器が検出し
たアナログ信号を増幅するプリアンプと、このプリアン
プにより増幅されたアナログ信号を光伝送する手段とを
備えており、上記半導体検出器と上記プリアンプとは正
の高電位に浮動されている。そして、この欠陥検出信号
は、画像としてモニタに表示され、またはその他の手段
によって出力される。

【００１０】しかし、正確な報告の他に欠陥でないのに
欠陥と報告される虚報が含まれている可能性がある。例
えば、（１）試料に依存した欠陥でないもの（絶縁物の
残留等）、（２）電子光学系及び試料室内の汚れ等の欠
陥でないもの、（３）外乱（ノイズ，磁場，音波，振動
等）による欠陥検出信号の異常値、（４）高電圧部の放
電等の電子ビームの制御異常による欠陥検出信号の異常
値等がある。

【００１１】これらのうち、高電圧部の放電は、照射エ
ネルギーの変動を伴い、電子線の焦点変動，電子線の中
心軸のずれを発生し、このとき検出された信号が有する
情報はまったくでたらめな虚報になる。放電の発生要因
は、主に高電圧部の汚れに起因する。電子工学系及び試
料室内は真空引きされており、真空中の放電は鋭い、ナ
ノ秒（ns），マイクロ秒（μｓ）程度の高速の放電が多
い。放電のエネルギーは、高電圧電源の供給電力に依存
するが本発明の実施例の如く１０ｋＶ，１００ｎＡのビ
ーム電流を試料に照射する加速電源は、１０ｋＶ，５０
０μＡの出力容量を有する。大きな放電に対しては高電
圧電源そのものの破損、又は、誤動作防止の目的で例え
ば５５０μＡ以上の過電流に対しては、それを検出、動
作させるインタロック機能を有するが、それ以下の微少
放電に対しては高電圧を出し続ける。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したような高電圧部の放電に起因する虚報を低減できる
回路パターンの検査装置及び検査方法を得ることであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本発明は、荷電粒子線を発生させる荷電粒子源、荷電
粒子源に高電圧を供給する第一の高電圧電源、回路パタ
ーンを有する試料の直前で荷電粒子線を減速させる第二
の高電圧電源、試料より発生した二次荷電粒子を検出す
る第三の高電圧電源から供給される高電圧で浮動された
検出器とを有し、試料の回路パターンに荷電粒子線を照
射中に第一の高電圧電源，第二の高電圧電源，第三の高
電圧電源の少なくともひとつの放電電流が予め定められ
た基準を満たさない場合、放電電流の発生した時刻にお
ける荷電粒子線が照射された前記回路パターンの位置を
表示するようにした回路パターンの検査装置および検査
方法としたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
参照しながら説明する。

【００１５】本発明が適用される一例として、図１に回
路パターン検査装置１の構成を縦断面図で示す。回路パ
ターン検査装置１は、室内が真空排気される検査室２
と、検査室２内に試料である被検査基板９を搬送するた
めの予備室（本実施例では図示せず）を備えており、こ
の予備室は検査室２とは独立して真空排気できるように
構成されている。また、回路パターン検査装置１は上記
検査室２と予備室の他に制御部６，画像処理部５から構
成されている。

【００１６】検査室２内は大別して、電子光学系装置
３，二次電子検出部７，試料室８，光学顕微鏡部４から
構成されている。電子光学系装置３は、電子銃１０，引
き出し電極１１，コンデンサレンズ１２，ブランキング
用偏向器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変換器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，回転ステージ３３，位置
モニタ用測長器３４，被検査基板高さ測定器３５から構
成されている。

【００１７】光学顕微鏡部４は、検査室２の室内におけ
る電子光学系装置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、電子光学系装
置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
装置３と光学顕微鏡部４の間の既知の距離を往復移動す
るようになっている。光学顕微鏡部４は白色光源４０，
光学レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２により構成されてい
る。

【００１８】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。

【００１９】制御部６には、あらかじめ電子線１９の発
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４
３を用いて、位置モニタ用測長器３４，被検査基板高さ
測定器３５の信号から位置や高さのずれをモニタし、そ
の結果より補正信号を生成し、電子線１９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。

【００２０】被検査基板９の画像を取得するためには、
細く絞った電子線１９を該被検査基板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、該被検査基板９の表面の画像を得る。自動
検査では検査速度が速いことが必須となる。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
１回あるいは数回程度にする必要がある。そこで、通常
のＳＥＭに比べ約１００倍以上の、例えば100ｎＡの大
電流の電子線１９を１回のみ走査することにより画像を
形成する構成とした。走査幅は１００μｍとし、１画素
は０.１μｍ とし、１回の走査を１μｓで行うようにし
た。

【００２１】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１
０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３
０上のＸステージ３１，Ｙステージ３２の上に搭載され
た被検査基板９に照射される。被検査基板９は半導体ウ
エハ，チップあるいは液晶，マスク等微細回路パターン
を有する基板である。

【００２２】なお、ブランキング用偏向器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、対物レンズ１６には、対物レンズ電
源４５が接続されている。被検査基板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一次の電子
線１９を減速し、電子銃１０の電位を変えずに被検査基
板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。

【００２３】被検査基板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、被検査基板９に印
加された負の電圧により加速される。被検査基板９の上
方に、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にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調
整することができる。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。

【００２４】二次電子検出部７は、真空排気された検査
室２内の二次電子検出器２０，検査室２の外のプリアン
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から構成されている。

【００２５】既に記述したように、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１
６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している。

【００２６】上記反射板１７に衝突して発生した第二の
二次電子５２は、この吸引電界により二次電子検出器２
０へ導かれる。二次電子検出器２０は、電子線１９が被
検査基板９に照射されている間に発生した二次電子５１
がその後加速されて反射板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
タとなる。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によって増幅され
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。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。

【００２７】Ｘステージ３１，Ｙステージ３２上には被
検査基板９が搭載されており、検査実行時にはＸステー
ジ３１，Ｙステージ３２を静止させて電子線１９を二次
元に走査する方法と、検査実行時にＸステージ３１，Ｙ
ステージ３２をＹ方向に一定速度で移動されるようにし
て、電子線１９をＸ方向に直線に走査する方法のいずれ
かを選択できる。ある特定の比較的小さい領域を検査す
る場合には前者のステージを静止させて検査する方法、
比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続的に
一定速度で移動して検査する方法が有効である。なお、
電子線１９をブランキングする必要がある時には、ブラ
ンキング用偏向器１３により電子線１９が偏向されて、
電子線が絞り１４を通過しないように制御できる。引き
出し電極１１に流れる引き出し電流５３，高圧電源３６
にながれる減速電流５４及び検出器用の高圧電源２６に
流れる高圧電源電流５５は、それぞれＡＤ変換されて制
御部６に取り込まれている。

【００２８】位置モニタ用測長器３４として、本実施例
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、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、そして回転ステージ３３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づいて電子線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おり、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より補正するようになっている。また、
被検査基板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。

【００２９】光学式高さ測定器３５は、電子ビーム以外
の測定方式である光学式測定器、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
使用されており、Ｘステージ３１およびＹステージ３２
上に搭載された被検査基板９の高さを実時間で測るよう
に構成されている。本実施例では、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基板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た。この光学式
の被検査基板高さ測定器３５の測定データに基づいて、
電子線１９を細く絞るための対物レンズ１６の焦点距離
がダイナミックに補正され、常に非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。

【００３０】また、被検査基板９の反りや高さ歪みを電
子線照射前に予め測定しており、そのデータをもとに対
物レンズ１６の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。

【００３１】画像処理部５は第一画像記憶部４６と第二
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。上記二次電子検出器２０で
検出された被検査基板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。

【００３２】演算部４８は、この記憶された画像信号を
もう一方の記憶部の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。

【００３３】上記した引き出し電流５３，減速電流５
４，高圧電源電流５５は制御部６に取り込まれ、その放
電電流が虚報となるレベルかどうかを判定して、それが
虚報レベルの場合は、その放電が発生した時間の試料上
のＸ，Ｙ軸の位置を上記したレーザ測長計のデータから
特定し、その位置での虚報を表示する。

【００３４】次に、前記回路パターン検査装置１により
被検査基板９として、製造過程のパターン加工が施され
た半導体ウエハを検査した場合について説明する。

【００３５】まず、図１には記載されていないが、搬送
手段により被検査基板９は試料交換室へロードされる。
そこでこの被検査基板９は試料ホルダに搭載され、保持
固定された後に試料交換室が真空排気され、試料交換室
がある程度の真空度に達したら、検査のための検査室２
に移載される。検査室２では、試料台３０，Ｘステージ
３１，Ｙステージ３２，回転ステージ３３の上に被検査
基板９が試料ホルダごと載せられ、保持固定される。

【００３６】セットされた被検査基板９は、予め登録さ
れた所定の検査条件に基づきＸステージ３１，Ｙステー
ジ３２のＸおよびＹ方向の移動により光学顕微鏡部４の
下の所定の第一の座標に配置され、モニタ５０により被
検査基板９上に形成された回路パターンの光学顕微鏡画
像が観察され、位置回転補正用に予め記憶された同じ位
置の同等の回路パタ−ン画像と比較され、第一の座標の
位置補正値が算出される。次に第一の座標から一定距離
離れた第一の座標と同等の回路パタ−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観察され、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、第二の座標の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。この算出された回転ずれ量分
だけ回転ステージ３３は回転し、その回転量が補正され
る。

【００３７】なお、本実施例では回転ステージ３３の回
転により回転ずれ量を補正しているが、回転ステージ３
３がなくとも、算出された回転ずれの量に基づいて電子
線１９の走査偏向位置を補正する方法でも補正できる。
この光学顕微鏡画像観察においては、光学顕微鏡画像の
みならず電子線画像でも観察可能な回路パターンが選定
され、また、今後の位置補正のために、第一の座標，光
学顕微鏡画像観察による第一の回路パターンの位置ずれ
量、第二の座標，光学顕微鏡画像観察による第二の回路
パターンの位置ずれ量が記憶され、制御部６に転送され
る。

【００３８】さらに、光学顕微鏡による画像が用いられ
て、被検査基板９上に形成された回路パターンが観察さ
れ、被検査基板９上の回路パターンのチップの位置やチ
ップ間の距離、あるいはメモリセルのような繰り返しパ
ターンの繰り返しピッチ等が予め測定され、制御部６に
測定値が入力される。また、被検査半導体ウエハ９上に
おける被検査チップおよびチップ内の被検査領域が光学
顕微鏡の画像から設定され、上記と同様に制御部６に入
力される。

【００３９】光学顕微鏡の画像は、比較的低い倍率によ
って観察が可能であり、また、被検査基板９の表面が例
えばシリコン酸化膜等により覆われている場合には、下
地まで透過して観察可能であるので、チップの配列やチ
ップ内の回路パターンのレイアウトを簡便に観察するこ
とができ、検査領域の設定を容易にできる。

【００４０】以上のようにして光学顕微鏡部４による所
定の補正作業や検査領域設定等の準備作業が完了する
と、Ｘステージ３１およびＹステージ３２の移動によ
り、被検査基板９が電子光学系装置３の下に移動され
る。被検査基板９が電子光学系装置３の下に配置される
と、上記光学顕微鏡部４により実施された補正作業や検
査領域の設定と同様の作業を電子線画像により実施す
る。

【００４１】この際の電子線画像の取得は、次の方法で
なされる。上記光学顕微鏡画像による位置合せにおいて
記憶され補正された座標値に基づき、光学顕微鏡部４で
観察されたものと同じ回路パターンに、電子線１９が走
査信号発生器４４によりＸ，Ｙ方向に二次元に走査され
て照射される。この電子線の二次元走査により、被観察
部位から発生する二次電子５１が、上記の二次電子検出
のための装置によって検出されることにより、電子線画
像が取得される。既に光学顕微鏡画像により簡便な検査
位置確認や位置合せ、および位置調整が実施され、且つ
回転補正も予め実施されているため、光学画像に比べ分
解能が高く高倍率で高精度に位置合せや位置補正，回転
補正を実施することができる。

【００４２】次に、本発明の検査を行うための電子線画
像を形成する電子線１９の走査方法について述べる。図
２は被検査基板９の対象領域９ａの平面図であり、電子
線１９の走査の軌跡を示している。

【００４３】通常のＳＥＭでは、ステージが静止した状
態で電子線を二次元に走査し、ある領域の画像を形成す
る。この方法によると、広領域をくまなく検査する場合
には、画像取得領域毎に、静止して電子線を走査する時
間の他に、移動時間としてステージの加速，減速，位置
整定を加算した時間がかかる。そのため、検査時間全体
では長時間を要してしまう。そのため、本発明では、ス
テージを一方向に連続的に定速で移動しながら、電子線
をステージ移動方向と直交または交叉する向きに高速に
一方向に走査することにより、被検査領域の画像を取得
する検査方法を用いた。これにより、所定距離の一走査
幅分の電子線取得時間は、所定距離をステージが移動す
る時間のみとなる。

【００４４】図２（ａ）には、上記方法によりＹステー
ジ３２がＹ方向に連続して定速移動している際に、電子
線１９が走査する方法の一例を示している。電子線１９
を図１に示した走査信号発生器４４により走査する際
に、実線で示した一方向のみ電子線を試料である被検査
基板９に照射し、破線で示した電子線の振り戻しの間は
被検査基板９に電子線１９が照射されないようにブラン
キングすることにより、被検査基板９上に空間的，時間
的に均一に電子線を照射することができる。ブランキン
グは、図１に示したブランキング用偏向器１３により電
子線１９を偏向して、絞り１４を通過しないようにする
ことにより実施される。

【００４５】図２（ｂ）には、別の走査方法の一例とし
て、電子線１９が等速度で往復走査する方法を示してい
る。電子線１９が一端か他端まで等速度で走査される
と、Ｘステージ３１，Ｙステージ３２が一ピッチ送ら
れ、電子線が反対の向きに元の端まで等速度で走査され
る。この方法の場合には、電子線の振り戻し時間を省略
することができる。

【００４６】なお、電子線が照射されている領域または
位置は、図１に示したＸステージ３１，Ｙステージ３２
に設置された位置モニタ用測長器３４の測定データが時
々刻々と制御部６に転送されることにより、詳細に把握
される。本実施例ではレーザ干渉計を採用している。同
様に、電子線１９が照射されている領域あるいは位置の
高さの変動は、被検査基板高さ測定器３５の測定データ
が時々刻々と制御部６に転送されることにより詳細に把
握される。これらのデータに基づき、電子線１９の照射
位置や焦点位置のずれを演算し、補正制御回路４３によ
りこれらの位置ずれを自動的に補正する。従って、高精
度で精密な電子線の操作方法が確保される。

【００４７】そして、図１において、電子線１９が走査
信号発生器４４によりＸ，Ｙ方向に二次元に走査されて
照射され、被観察部位から発生する二次電子５１、ある
いは第二の二次電子５２が二次電子検出器２０によって
検出され、電子線画像が取得される。

【００４８】上記二次電子検出器２０で検出された被検
査基板９の画像信号は、プリアンプ２１で増幅され、Ａ
Ｄ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、画像処
理部５へ画像信号が送られる。

【００４９】画像処理部５へ画像信号が送られると、第
一の領域の電子線画像が第一画像記憶部４６に記憶され
る。演算部４８は、この記憶された画像信号をもう一方
の記憶部の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す。
続いて、第一の領域の電子線画像の場合と同様にして、
第二の領域の電子線画像が第二画像記憶部４７に記憶さ
れ、演算処理を施されながら、第二の領域の電子線画像
と第一の電子線画像の同一の回路パターンおよび場所の
画像信号を比較演算する。欠陥判定部４９は、演算部４
８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５
０にその位置や欠陥数等を表示する。次いで、第三に領
域の電子線画像が第一画像記憶部４６に記憶され、同様
の演算を施されながら、先に第二画像記憶部４７に記憶
された第二の領域の電子線画像と比較演算され、欠陥判
定される。以降、この動作が繰り返されることにより、
すべての検査領域について画像処理が実行されていく。

【００５０】前述の検査方法により、高精度で良質な電
子線画像を取得し比較検査することにより、微細な回路
パターン上に発生した微小な欠陥を、実用性に則した検
査時間で検出することができる。また、電子線を用いて
画像を取得することにより、光学式パターン検査方法で
は光が透過してしまい検査できなかったシリコン酸化膜
やレジスト膜で形成されたパターンやこれらの材料の異
物，欠陥が検査できるようになる。

【００５１】図３は図１に示した回路パターン検査装置
１の電子光学系装置３の構成を示す縦断面図であり、高
電圧電源部の構成を示すものである。図３の電子銃部
は、熱電子源であるフィラメント５７と、電子の発散を
押さえるサプレッサ電極５８と、電子を引き出す引き出
し電極５９と、静電レンズとして作用する第一アノード
電極６０と、第二アノード電極６１とで構成され、各電
極にフィラメント電流Ｉｆ，サプレッサ電圧Ｖｓ（例え
ば−１ｋＶ），引き出し電圧Ｖ１（例えば５ｋＶ），第
一アノード電圧Ｖ２（例えば３ｋＶ）が、加速電圧Ｖ０
（例えば１０ｋＶ）の上にフローティングされて供給さ
れている。

【００５２】これらの電圧の１つ、または１つ以上が放
電すると、電位差の不平衡により電子線１９の軸ずれが
発生し、虚報の原因となる。放電電流は、電流検出器６
２で検出され制御部６に伝送される。

【００５３】電子銃部からの電子線１９は、本図では省
略したが電子光学系の静電偏向器，レンズ等を経て、被
検査基板９に照射される前に試料台３０に印加されてい
るリターディング電圧ＶＲＤ（例えば−９.５ｋＶ ）で
減速される。この電圧が放電すると、試料への照射エネ
ルギーの変化となってフォーカス位置の変化（像のボ
ケ）により虚報の原因となる。放電電流は、電流検出器
６３で検出され、制御部６に伝送される。電子線１９が
被検査基板９に照射されると、二次電子５１が発生し、
二次電子検出器２０で検出された信号はプリアンプ２
１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３を経て制御部６に
伝送される。

【００５４】この検出部は、検出感度をよくする為、高
電圧Ｖｄ（例えば１０ｋＶ）でフローティングされてい
るが、この電圧が放電すると二次電子の吸引電界が乱れ
るので、検出感度の差（明暗の差）となり、虚報の原因
となる。放電電流は、電流検出器６４で検出され、制御
部６に伝送される。

【００５５】図４にモニタ５０に表示される欠陥表示画
面の一例を示す。欠陥数１１個のうち虚報の可能性のあ
る欠陥が６個の場合を示し、ウエハを示す画像上ではそ
れらはＸ印で表示されて、通常の欠陥と区別されてい
る。このように通常の欠陥と、放電電流等に異常がある
場合に得られた欠陥とを区別して表示することにより、
その後の対策が容易に行える。また、虚報の可能性のあ
る欠陥の検出が検査途中で発生した場合、そこで検査を
停止し、それまでの検査情報を自動的に保存させておく
ことによって、虚報の欠陥表示の原因を取り除いた後、
引き続き途中から残りの検査を実行することができ、そ
れまでの検査情報を有効に活用することができる。ま
た、通常の欠陥は表示するが、放電電流等に異常がある
場合に得られた欠陥は表示しないようにすることによ
り、虚報の可能性のある欠陥を真の欠陥とみなしてしま
う過ちを防止することができる。

【００５６】以上、本発明の代表的な装置の構成およ
び、回路パターンの検査方法について、電子線を照射し
て高速に電子線画像を取得し比較検査する方法、被検査
基板から発生した二次電子を効率良く検出し、良質な画
質の電子線画像を得る方法、等の一部の実施例について
説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、請
求項目に掲げた複数の特徴を組み合わせた検査方法およ
び検査装置についても可能である。

【００５７】以上述べたように、回路パターンを有する
基板、例えば製造過程における半導体装置を検査するこ
とにより、各々の工程の半導体装置について、従来の技
術では検知できなかった、プロセス加工によって生じた
パターンの形状不良や欠陥を早期に検知でき、その結
果、プロセスあるいは製造装置条件等に潜在している問
題を顕在化することができるようになる。これにより、
従来よりも高速且つ高精度な半導体装置をはじめとする
各種基板の製造プロセスにおける不良の原因を対策する
ことができ、高い歩留まりすなわち良品率を確保できる
と同時に問題となっていた検査中に発生する誤検出が低
減することから、高精度な検査が可能となる。

【００５８】以上述べたように、本発明の実施例によっ
て得られる代表的な効果を以下に示す。

【００５９】（１）本発明の回路パターン検査装置を用
いて回路パターンを有する半導体装置等の基板を検査す
ることにより、高電圧部の放電による虚報を低減するこ
とができる。

【００６０】（２）連続して長時間の検査を行うことに
よって真空室内の汚れの状態が、放電の発生頻度を把握
することによって判断できるので、内部の洗浄時期を知
ることが出来るから装置の稼動管理が出来、稼働率が向
上する。

【００６１】（３）本検査を基板製造プロセスへ適用す
ることにより、従来技術では検出し得なかった欠陥、す
なわち製造装置や条件等の異常を早期に且つ高精度に発
見することができるため、基板製造プロセスにいち早く
異常対策処理を講ずることができ、その結果半導体装置
その他の基板の不良率を低減し生産性を高めることがで
きる。

【００６２】（４）上記検査を適用することにより、異
常発生をいち早く検知することができるので、多量の不
良発生を未然に防止することができ、さらに、その結
果、不良の発生そのものを低減させることができるの
で、半導体装置等の信頼性を高めることができ、新製品
等の開発効率が向上し、且つ製造コストが削減できる。

【００６３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
電圧部の放電に起因する虚報を低減できる回路パターン
の検査装置及び検査方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路パターン検査装置の構成を示す縦断面図。

【図２】被検査基板の対象領域の平面図。

【図３】電子光学系装置の構成を示す縦断面図。

【図４】モニタに表示される欠陥表示画面図。

【符号の説明】

１…回路パターン検査装置、３…電子光学系装置、５…
画像処理部、６…制御部、７…二次電子検出部、９…被
検査基板、１９…電子線、２０…二次電子検出器、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、３１…Ｘステー
ジ、３２…Ｙステージ、３６…高圧電源、５０…モニ
タ、５１…二次電子、５２…第二の二次電子、５３…引
き出し電流、５４…減速電流、５５…高圧電源電流、５
６…接地電極、６０…第一アノード電極、６１…第二ア
ノード電極、６２，６３，６４…電流検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 雅之 茨城県ひたちなか市大字市毛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 AA01 AA09 AA10 AD08 AE06 AE08 AE09 AE10 AE11 AE14 AF08 AK03 AK04 4M106 AA02 AA09 BA02 BA10 CA39 CA41 DB04 DB05 DB07 DB20 DB21 DB30 DJ01 DJ04 DJ06 DJ23 5C033 UU01 UU04 UU05 UU08 9A001 BZ05 JJ45 KZ53

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、該
   荷電粒子源に高電圧を供給する第一の高電圧電源と、回
   路パターンを有する試料の直前で前記荷電粒子線を減速
   させる第二の高電圧電源と、前記試料より発生した二次
   荷電粒子を検出する第三の高電圧電源から供給される高
   電圧で浮動された検出器とを有する回路パターンの検査
   装置において、前記試料の回路パターンに前記荷電粒子
   線を照射中に前記第一の高電圧電源、前記第二の高電圧
   電源、前記第三の高電圧電源の少なくともひとつの放電
   電流が予め定められた基準を満たさない場合、前記放電
   電流の発生した時刻における前記荷電粒子線が照射され
   た前記回路パターンの位置を表示する表示手段を有する
   ことを特徴とする回路パターンの検査装置。
2. 【請求項２】請求項１の記載において、前記表示手段
   は、前記放電電流の発生した時刻における前記荷電粒子
   線が照射された前記回路パターンの位置を、他の位置と
   区別して表示することを特徴とする回路パターンの検査
   装置。
3. 【請求項３】荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、該
   荷電粒子源に高電圧を供給する第一の高電圧電源と、回
   路パターンを有する試料の直前で前記荷電粒子線を減速
   させる第二の高電圧電源と、前記試料より発生した二次
   荷電粒子を検出する第三の高電圧電源から供給される高
   電圧で浮動された検出器とを有する回路パターンの検査
   装置において、前記荷電粒子線が照射された前記回路パ
   ターンの位置を表示するとともに、前記試料の回路パタ
   ーンに前記荷電粒子線を照射中に前記第一の高電圧電
   源、前記第二の高電圧電源、前記第三の高電圧電源の少
   なくともひとつの放電電流が予め定められた基準を満た
   さない場合、前記放電電流の発生した時刻における前記
   荷電粒子線が照射された前記回路パターンの位置を除い
   て表示する表示手段を有することを特徴とする回路パタ
   ーンの検査装置。
4. 【請求項４】荷電粒子線を発生させる荷電粒子源に高電
   圧を供給する第一の高電圧電源と、回路パターンを有す
   る試料の直前で前記荷電粒子線を減速させる第二の高電
   圧電源と、前記試料より発生した二次荷電粒子を検出す
   る第三の高電圧電源から供給される高電圧で浮動された
   検出器とを有する検査装置であって、前記荷電粒子線を
   前記回路パターンを有する試料に照射し、前記試料より
   発生した二次荷電粒子を検出して欠陥信号を生成し、前
   記回路パターンの欠陥を検出する回路パターンの検査方
   法において、前記試料の回路パターンに前記荷電粒子線
   を照射中に前記第一の高電圧電源、前記第二の高電圧電
   源、前記第三の高電圧電源の少なくともひとつの放電電
   流が予め定められた基準を満たさない場合、前記放電電
   流の発生した時刻における前記荷電粒子線が照射された
   前記回路パターンの位置を表示することを特徴とする回
   路パターンの検査方法。
5. 【請求項５】荷電粒子線を発生させる荷電粒子源に高電
   圧を供給する第一の高電圧電源と、回路パターンを有す
   る試料の直前で前記荷電粒子線を減速させる第二の高電
   圧電源と、前記試料より発生した二次荷電粒子を検出す
   る第三の高電圧電源から供給される高電圧で浮動された
   検出器とを有する検査装置であって、前記荷電粒子線を
   前記回路パターンを有する試料に照射し、前記試料より
   発生した二次荷電粒子を検出して欠陥信号を生成し、前
   記回路パターンの欠陥を検出する回路パターンの検査方
   法において、前記荷電粒子線が照射された前記回路パタ
   ーンの位置を表示するとともに、前記試料の回路パター
   ンに前記荷電粒子線を照射中に前記第一の高電圧電源、
   前記第二の高電圧電源、前記第三の高電圧電源の少なく
   ともひとつの放電電流が予め定められた基準を満たさな
   い場合、前記放電電流の発生した時刻における前記荷電
   粒子線が照射された前記回路パターンの位置を除いて表
   示することを特徴とする回路パターンの検査方法。
6. 【請求項６】荷電粒子線を回路パターンを有する試料に
   照射し、前記試料より発生した二次荷電粒子を検出して
   欠陥信号を生成し、前記回路パターンの欠陥を検出する
   回路パターンの検査方法において、前記生成された欠陥
   信号が前記検査装置に基づく原因によって偽りの欠陥を
   表す信号であると判断された場合、該欠陥信号を他の欠
   陥信号と区別して表示することを特徴とする回路パター
   ンの検査方法。