JP2003100248A - 荷電粒子線を用いたパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検査中に発生する誤検出や誤動作，故障を低減
し、高精度な検査が可能な荷電粒子線を用いたパターン
検査装置を提供する。 【解決手段】試料が配置される試料室内の真空度が予め
定められた水準以下になったときに荷電粒子線の試料へ
の照射を停止させるものであり、さらに、荷電粒子源の
放出電流を遮断するとともに、荷電粒子源付近の真空度
低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置や液晶や
フォトマスク等の微細な回路パターンを有する試料のパ
ターンの荷電粒子線を用いた検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハの検査を一例として説明す
る。半導体ウエハ上にホ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、半導体装置は製造され
る。このような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た
め、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方
法が従来から実施されている。

【０００３】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、この検
査方式の概要は「月間セミコンダクタワールド」１９９
５年８月号ｐｐ．９６−９９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３−１６７４５
６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
検出する方式や、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開示されている。このような光
学式の検査方式で製造過程における半導体ウエハを検査
した場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性
フォトレジスト材料を表面に有するパターンの残渣や欠
陥は検出できなかった。また、光学系の分解能以下とな
るエッチング残りや微小導通穴の非開口不良は検出でき
なかった。さらに、配線パターンの段差底部に発生した
欠陥は検出できなかった。

【０００４】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
りも分解能の高い荷電粒子線、特に電子線を照射して得
られる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。

【０００５】電子線の照射により得られる画像を用いた
パターンの比較検査装置として、J.Vac. Sci. Tech. B,
Vol.9, No.6, pp.3005−3009(1991)，J. Vac. Sci. Te
ch.B, Vol.10, No.6, pp.2804−2808，特開平５−２５
８７０３号公報，米国特許公報USP5,502,306に、通常の
ＳＥＭの１００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開示されている。

【０００６】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。

【０００７】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、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
偏向器（以下ＥｘＢ偏向器と略す）を用いる方法が従来
技術で提案されている。

【０００８】また、上記従来技術に記載したように、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た検
出手段があるが、従来技術の手段では、逆バイアスされ
た応答速度の速い半導体検出器と、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、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をそな
えており、上記半導体検出器と上記プリアンプは正の高
電位に浮動されている。

【０００９】抽出された欠陥検出部は、モニターに表示
またはその他の手段によって出力される。しかし、表示
される欠陥には、パターン製造過程で発生し欠陥として
認識されるべき真の欠陥の他に、欠陥と認識されなくて
も問題のないものや画像形成過程で欠陥として抽出され
てしまうものが含まれており、これを虚報欠陥と呼んで
いる。虚報欠陥には、例えば、試料に依存したもの（絶
縁物等）、電子光学系及び試料室内の汚れ等によるも
の、外乱（ノイズ，磁場，音波，振動等）によるもの、
高電圧部の放電によるもの等がある。

【００１０】本発明は真空度低下による欠陥検出率の低
下と高電圧部の放電を防止することに関するものであ
る。真空度の低下は、放射電子流の変動を伴いビームの
焦点変動，ビーム中心軸のずれ，高電圧部の汚れを発生
させる。また、ひどい場合は放電を引き起こし、安全上
非常に問題である。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、ｎｓ，ｕｓの鋭い高速の
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，１００
ｎＡのビーム電流を試料に照射する加速電源は、１０ｋ
ｖ，５００ｕＡの出力容量を有する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、検査
中に発生する誤検出や誤動作，故障を低減し、高精度な
検査が可能な荷電粒子線を用いたパターン検査装置を提
供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の実施態様によれ
ば、試料が配置される試料室内の真空度が予め定められ
た水準以下になったときに荷電粒子線の試料への照射を
停止させるものであり、さらに、荷電粒子源の放出電流
を遮断するとともに、荷電粒子源付近の真空度低下を防
止するものである。

【００１３】また、真空度が水準以下になったときに、
荷電粒子源用高電圧電源，減速用高電圧電源、及び検出
器浮動用の高電圧を供給する電源の電圧を低下させるも
のである。

【００１４】また、真空度が水準以下になったときに、
荷電粒子線の試料への照射を一時的に停止させ、復旧後
に一時停止のときの位置における試料のパターンを記憶
し、前記位置より再び荷電粒子線を試料へ照射して検査
を継続するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施態様においては、試
料室内に設けられた真空度を検出する手段，検出された
真空度が水準以下になった時に回路パターンの欠陥検査
を停止させる手段，真空度が水準以下になった時に自動
的に荷電粒子源の放出電流を試料室に届かせないように
遮断すると同時に荷電粒子源付近の真空度低下を防止す
る手段，真空度が水準以下になった時に、荷電粒子源電
源及び減速用高電圧電源及び検出器浮動用高電圧電源の
電圧を自動的に低下させる手段，真空度が水準以上に戻
った時に荷電粒子源電源及び減速用高電圧電源及び検出
器浮動用高電圧電源の電圧を自動的もしくは装置利用者
の特定のワンタッチ操作で元の値まで復帰させる手段，
真空度が水準以上に戻った時に、荷電粒子源の放出電流
を試料室に届かせないように遮断し、荷電粒子源付近の
真空度低下を防止する手段を自動的もしくは装置利用者
の特定の簡便な操作で解除する手段、復旧後、一時停止
させた時間の該当位置を特定し、再び検査を継続させら
れる手段を設けたものである。

【００１６】これらの手段を用いて、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
出や誤動作，故障が低減することから、高精度な検査が
可能となる。

【００１７】以下、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。

【００１８】本発明の実施例の回路パターン検査装置１
の構成を図１に示す。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。

【００１９】検査室２内は大別して、電子光学系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３は、電子銃１０，電子線引き出
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１
６，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，位置モニタ用測長器３
４，被検査基板高さ測定器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。

【００２０】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や走査偏向器４４に補正
信号を送る。

【００２１】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
ステージ３１，３２の移動と同期して検出することで該
被検査基板９表面の画像を得る。本発明の課題で述べた
ように、本発明の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一回あるいは数回程度にする必
要がある。そこで本実施例では、通常ＳＥＭに比べ約１
００倍以上の、例えば１００ｎＡの大電流電子線を一回
のみ走査することにより画像を形成する構成とした。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。

【００２２】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（Ｗ）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上のＸ−Ｙステージ３１，３２の上に搭載された
被検査基板９（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）に照射される。
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信号発生器４４が接続さ
れ、コンデンサレンズ１２および対物レンズ１６には、
各々レンズ電源４５が接続されている。被検査基板９に
は、高電圧電源３６により負の電圧を印加できるように
なっている。この減速用高電圧電源３６の電圧を調節す
ることにより一次電子線を減速し、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、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上方に、Ｅ
ｘＢ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Ｖ〜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内には二次電子検出器２０が、検査室２の外にはプ
リアンプ２１，ＡＤ変換器２２，光変換手段２３，伝送
手段２４，電気変換手段２５，検出器浮動用高電圧電源
２６，プリアンプ駆動電源２７，ＡＤ変換器駆動電源２
８，逆バイアス電源２９から構成されている。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，Ａ
Ｄ変換器駆動電源２８は、高電圧電源２６により正の電
位にフローティングしている。

【００２５】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検出器２０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。

【００２６】Ｘ−Ｙステージ３１，３２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−Ｙステージ
３１，３２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−Ｙステージ３１，３２をＹ方
向に連続して一定速度で移動されるようにして電子線１
９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。

【００２７】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に流れる電流５３，減
速用高電圧電源３６に流れる電流５４及び検出器浮動用
高電圧電源２６に流れる電流５５は、それぞれＡ／Ｄ変
換されて制御部６にとりこまれている。

【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１
９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、被検査基板毎に、電子線を
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−Ｙステージ上３１，３２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
を透明な窓越しに該被検査基板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。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。

【００３０】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，操作画
面５８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２
１で増幅され、ＡＤ変換器２２でデジタル化された後に
光変換器２３で光信号に変換され、光ファイバ２４によ
って伝送され、電気変換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あるいは第二記憶部４７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。

【００３１】上記した電流５３，５４，５５は制御部６
に取り込まれ、その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、その電流が発生し
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。

【００３２】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の作用について説明する。
まず、図１には記載されていないが、被検査基板９の搬
送手段により半導体ウエハ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−Ｙステージ３１，
３２の上に試料ホルダごと載せられ、保持固定される。

【００３３】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−Ｙステージ３１，３２
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
等の回路パターン画像と比較され、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第
一の座標と同等の回路パター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に基づき電
子線の走査偏向位置を補正できる。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。

【００３４】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、被検査基板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。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。

【００３５】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３の下に移動される。被
検査基板９が電子光学系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。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が走査偏向器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５
１が上記の二次電子検出のための各部の構成および作用
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。

【００３６】さて、本発明の一実施例では上記で説明し
た装置に試料室８内の真空度を検出するため、試料室８
内にピラニーゲージやペニングゲージ等の真空センサ５
６を設け、真空度を常時監視できるようにしている。

【００３７】図２から図４は真空センサ５６の値に応じ
た制御を示すフローチャートである。図２において、ス
テップ２０１で真空度が入力されると、ステップ２０２
で、その値とあらかじめ装置にとって危険状態のボーダ
ラインと認識される真空度の値（設定値、例えば６Ｅ−
０３乗パスカル）をコンパレータで比較する。真空セン
サの値が設定値を超えて悪くなったような場合は制御部
６がこの状態を読み取り、ステップ２０３で画像処理部
５，走査偏向器１５，Ｘステージ３１及びＹステージ３
２を停止させるとともに画像処理部５の第一画像記憶部
４６あるいは第二画像記憶部４７に停止した最終状態の
画像を記憶させる。また、ステップ204でそのときまで
続いていた検査の結果を操作画面５８上に出力するよう
にする。

【００３８】これによって、試料室８内の真空度劣化に
より回路パターンの欠陥検査を停止させると同時にその
時まで続いていた検査の結果が破壊されないで守られる
ようにする。また、操作画面５８上に真空度が規定値以
下になったことの表示，欠陥検査を停止したことの表示
を行うようにしてもよい。

【００３９】また、次のような構成にしてもよい。例え
ば、真空センサ５６の値が設定値を超えて悪くなったよ
うな場合、制御部６がこの状態を読み取り、図３におい
て、ステップ３０３で荷電粒子源保護のため放出電流を
試料室に届かせないように遮断すると同時に荷電粒子源
付近の真空度低下を防止するための電子銃１０部と検査
室２部を分断するバルブ（例えばエアロックバルブ）５
７を閉じる信号を与える。また、ステップ３０５で再度
真空度が規定値以上に復帰した場合は、ステップ３０６
で制御部６が該バルブ５７を開ける信号を与える。

【００４０】また、真空度が規定値以上に復帰した場合
は制御部６が該バルブを開くことが可能な状態を作り出
し、この後の装置利用者の特定の簡便な操作（例えばリ
セットスイッチの押下）によって該バルブ５７を開ける
ことができるようにしている。また、ステップ３０４や
ステップ３０７に示されるように、操作画面５８上もし
くはランプ等５９で該バルブ５７の開閉状態の表示を行
うようにしている。

【００４１】また、次のような構成にしてもよい。例え
ば、真空センサ５６の値が設定値を超えて悪くなったよ
うな場合、制御部６がこの状態を読み取り、図４におい
て、ステップ４０３で自動的に荷電粒子源電源６０及び
減速用高電圧電源３６及び検出器浮動用高電圧電源２６
の電圧を低下あるいはＯＦＦするような仕組みをとって
いる。

【００４２】また、ステップ４０５で再度真空度が規定
値以上に復帰した場合は、ステップ４０６で制御部６が
各電源の電圧をＯＮあるいは元の値まで上げるようにし
ている。また、真空度が規定値以上に復帰した場合は、
制御部６が各電源の電圧をＯＮあるいは元の値まで上げ
ることが可能な状態を作り出し、この後の装置利用者の
特定の簡便な操作（例えばリセットスイッチの押下）に
よって各電源の電圧をＯＮあるいは元の電圧値まで上げ
ることができるようにしている。

【００４３】また、ステップ４０４やステップ４０７に
示されるように、操作画面５８上もしくはランプ等で各
電源がＯＮ／ＯＦＦ状態もしくは電圧が規定値に設定さ
れているかどうかの表示を行うようにしている。

【００４４】また、真空センサ５６の値が設定値を超え
て悪くなってから再び規定値内に復帰した場合、制御部
６がこの状態を読み取り、停止する前の位置を特定し、
該当位置より再び検査が継続できるように画像処理部
５，走査偏向器１５，Ｘステージ３１及びＹステージ３
２を制御してもよい。

【００４５】また、画像処理部５の第一画像記憶部４６
あるいは第二画像記憶部４７に記憶された停止した直後
の画像と再スタートした検査画像が比較できるように画
像処理部５の演算部４８，欠陥判定部４９を動作させて
もよい。

【００４６】また、真空度が規定値以上に復帰した場合
は制御部６がこの状態を読み取り、停止する前の位置を
特定し、該当位置より再び検査が継続できるように画像
処理部５，走査偏向器１５，Ｘステージ３１及びＹステ
ージ３２の制御ができるように、さらに画像処理部５の
第一画像記憶部４６あるいは第二画像記憶部４７に記憶
された停止した直後の画像と再スタートした時の検査画
像が比較できるように画像処理部５の演算部４８，欠陥
判定部４９を動作可能な状態にし、この後の装置利用者
の特定の簡便な操作（例えば機械的スイッチの押下，操
作画面５８のソフトキースイッチの押下）によって欠陥
検査が開始できるようにしている。

【００４７】また、操作画面５８上に真空度が規定値以
上になったことの表示，欠陥検査を開始したことの表示
を行うようにしてもよい。

【００４８】また、真空センサ５６の値が設定値を超え
る前に操作画面５８上に警告を出し、装置利用者が任意
に欠陥検査を特定の簡便な操作（例えば機械的スイッチ
の押下，操作画面のソフトキースイッチの押下）で一時
的に停止させることができるようにしてもよい。

【００４９】また、再度欠陥検査を実施する場合は、上
記と同じように装置利用者の特定の簡便な操作（例えば
機械的スイッチの押下，操作画面のソフトキースイッチ
の押下）によって欠陥検査が開始できるようにしてもよ
い。

【００５０】また、真空度低下以外でも地震，電波障
害，磁場妨害等の外乱で装置の状態が乱された場合に上
記と同じ一時的に停止及び再開が簡便な操作（例えば機
械的スイッチの押下，操作画面のソフトキースイッチの
押下）で可能なようにしてもよい。

【００５１】以上の構成によって、パターン検査装置に
おける高電圧部の真空度の低下に起因する放電による虚
報を低減することができる。また、真空度の低下に起因
する放電による装置の誤動作や破損が減少するため、装
置の安全性及び信頼性を向上し、ＭＴＢＲが短くなるこ
とから生産性を高めることができる。また、半導体装置
の製造工程に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、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。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、検
査中に発生する誤検出や誤動作，故障を低減し、高精度
な検査が可能な荷電粒子線を用いたパターン検査装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線を用いたパターン検査
装置の構成を示す縦断面図。

【図２】真空センサの値に応じた制御を示すフローチャ
ート。

【図３】真空センサの値に応じた制御を示すフローチャ
ート。

【図４】真空センサの値に応じた制御を示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

１…回路パターン検査装置、２…検査室、５…画像処理
部、６…制御部、７…二次電子検出部、８…試料室、９
…被検査基板、１０…電子銃、１１…引き出し電極、１
９…電子線、２０…二次電子検出器、２１…プリアン
プ、２６…検出器浮動用高電圧電源、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、３３…接地電極、３６…減速用高電圧電源、４
３…補正制御回路、４５…対物レンズ電源、５１…二次
電子、５２…第２の二次電子、５３…引き出し電流、５
４…減速電流、５５…検出器用高圧電源電流、５６…真
空センサ、５７…バルブ、６０…荷電粒子源電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 拓 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グループ内 (72)発明者 安部 勝信 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グループ内 Ｆターム(参考） 2H095 BD01 BD14 BD19 BD20 4M106 AA01 BA02 CA39 DB04 DB05 DB12 DB18 DB30 DJ02 DJ04 DJ19 DJ21 DJ23 5C033 UU03

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
   荷電粒子源に電圧を与える荷電粒子源用高電圧電源と、
   高電圧で浮動され、前記荷電粒子線の照射により試料か
   ら発生した二次荷電粒子を検出する１つ、又は１つ以上
   の検出器と、前記試料の直前で前記荷電粒子線を減速さ
   せる電圧を供給する減速用高電圧電源と、前記試料が配
   置される試料室内の真空度を検出する真空度検出手段
   と、前記真空度が予め定められた水準以下になったとき
   に前記荷電粒子線の前記試料への照射を停止させる停止
   手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子線を用いたパ
   ターン検査装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記真空度が前記水準
   以下になったときに、前記荷電粒子源の放出電流を遮断
   するとともに、前記荷電粒子源付近の真空度低下を防止
   する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線を用いた
   パターン検査装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記真空度が前記水準
   以下になったときに、前記荷電粒子源用高電圧電源，前
   記減速用高電圧電源、及び前記検出器浮動用の高電圧を
   供給する電源の電圧を低下させる手段を備えたことを特
   徴とする荷電粒子線を用いたパターン検査装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記真空度が前記水準
   以下になったときに、前記荷電粒子線の前記試料への照
   射を一時的に停止させ、復旧後に一時停止のときの位置
   における前記試料のパターンを記憶し、前記位置より再
   び前記荷電粒子線を前記試料へ照射して検査を継続する
   ことを特徴とする荷電粒子線を用いたパターン検査装
   置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記真空度が前記水準
   以下になったときに、操作画面上に警告を表示する手段
   を備えたことを特徴とする荷電粒子線を用いたパターン
   検査装置。
6. 【請求項６】請求項１において、前記真空度が復帰した
   ときに、これを表示することを特徴とする荷電粒子線を
   用いたパターン検査装置。