JP2004087483A - 基板の自動検査システムと方法 - Google Patents
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Abstract
【目的】Ｘ線マスクや同等の導電基板を荷電粒子を使用して安価に且つ自動的に検査する方法を提供すること。
【構成】基板の位置を測定することにより、荷電粒子ビームを前記基板上に正確に位置付ける。測定された前記基板の所望位置に前記荷電粒子ビームを偏向させる。基板表面の前記所望位置を前記荷電粒子ビームでスキャンする。その結果として、基板の上面と底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する。以上のステップにより、荷電粒子を用いて基板を自動検査する。
【選択図】 図４
【構成】基板の位置を測定することにより、荷電粒子ビームを前記基板上に正確に位置付ける。測定された前記基板の所望位置に前記荷電粒子ビームを偏向させる。基板表面の前記所望位置を前記荷電粒子ビームでスキャンする。その結果として、基板の上面と底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する。以上のステップにより、荷電粒子を用いて基板を自動検査する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超小型電子回路の作成に使用される種々の記述基板の自動検査に関し、特にＸ線リソグラフィーに使用されるマスクの検査に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
適正な歩留りを有する超小型電子回路の生産に必要な条件は、製造プロセスで使用されるマスクに欠陥がないことである。過去１２年間に多くのシステムが、光学マスクの自動検査に対して開発され、特許されてきた。例えばＵ．Ｓ．Ｐ．４，２４７，２０３ 号及び４，８０５，１２３ 号を参照して下さい。これらのシステムでは、フォトマスク或いはレチクル上の二つの隣接するダイ間を比較している。同様に、技術の進展によってレティクル上のダイを検査するのにＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）のデータベースとダイとを比較することによって達成する方法がもたらされた。Ｕ．Ｓ．Ｐ．４，９２６，４８７ を参照。しかしながら、Ｘ線マスクの欠陥は可視或いは紫外スペクトルでは見えないので、この様な光学システムは光学マスクに限定されている。更に光学検査は、基本的な回折限界によりその解像度に限界があり、その回折限界によりもちろん光学リソグラフィーも制限されている。位相シフトマスク技術を用いても、光学リソグラフィー技術では０．３５ミクロン以下の線幅は達成できず、Ｘ線リソグラフィーを用いるとそれよりも小さな線幅を達成できることが予想されている。
【０００３】
Ｘ線マスクの検査として、走査型電子顕微鏡技術が使用されることが期待されている。最近各会社は従来の電子顕微鏡をＸ線マスク検査に使用することを実験している。これらの実験において欠陥を検出することに成功しているが、従来の電子顕微鏡を用いると検査に時間がかかり、かつ非常に高度の熟練したオペレータを必要とする。このような２つの観点からその様なシステムを半導体製造に使用することは実際的でない。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記基板の第１の部分を前記基板の第２の部分と比較するコンピュータと、を具備する。
【０００６】
本発明の別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子光学コラムを使用して、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、コンピュータを使用して、前記基板の第１の部分を前記基板の第２の部分と比較するステップとを具備する。
【０００７】
本発明の更に別の実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記ステージの位置を決定する干渉計とを具備する。
【０００８】
前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御する偏向コントローラを更に具備していてもよい。
【０００９】
前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することができる。
【００１０】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、干渉計を使用して、前記ステージが連続移動している間に、前記ステージの位置を決定するステップとを具備する。
【００１１】
偏向コントローラを使用して、前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御するステップを更に具備していてもよい。
【００１２】
また、前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することもできる。
【００１３】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記基板の第１の部分をデータベースから選られる画像データと比較するコンピュータとを具備する。
【００１４】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子光学コラムを使用して、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、コンピュータを使用して、前記基板の第１の部分をデータベースから得られる画像データと比較するステップとを具備する。
【００１５】
【作用及び発明の効果】
本発明は、製造現場のＸ線マスクや同様な導電基板を自動的に検査する荷電粒子ビームを用いた経済的に実現できる検査システムを提供する。以下の説明では電子ビームが使用されるが、同様の技術が他のタイプの荷電粒子ビームに適用でき、したがって以下に示される電子ビームだけに限定されるものではない。本発明は、Ｘ線マスク、電子ビーム近接マスクやステンシルマスクの検査に対して有用に使用されるが、ここに開示される技術は任意の導電物質の高速電子ビームイメージングに適用可能であり、更にマスクやウェハーの製造でフォトレジストを露光するための電子ビーム書込みに対しても有用である。
【００１６】
現在の走査型電子顕微鏡は、非常に遅いスキャンスピードを有し且つ通常の技能を越えたオペレーターの技能を必要とするので、経済的に実行可能な要求を満たすことはできない。
【００１７】
本発明の新規な特徴は、種々のタイプの欠陥を検出できるとともに、それらの欠陥を区別できる能力である。散乱電子、透過電子や二次電子を同時に検出でき且つそれらを区別できる本発明によれば、欠陥を即座に分類できる。例えば、Ｘ線マスク上の伝達検出器のみにより検出される欠陥は、たぶん吸収物質によって存在しないものとなる。二次電子検出器によっては検出されるが後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は大部分有機粒子であり、後方散乱電子検出器により検出される欠陥は大きい原子量を有する汚染物質である。Ｘ線マスク上の有機汚染物質のようなある種の欠陥はウェハー上にプリントされないので、種々のタイプの欠陥を区別できる能力は本発明の重要な利点である。この様に本発明によれば、欠陥を検出できるだけでなく、それらの欠陥を区別できる。
【００１８】
このシステムは、半導体製造に適した多くの技術を使用する。汚染物質が掻き回されるのを防止するために、真空排気スピードと真空から常圧に戻す加圧スピードが制限され、気体の流れが層流の状態に保たれる。時間を節約するために、これらの動作は他のサンプルのスキャンと同時になされる。生産的でない時間を更に減じるために、６個の場発生源がタレット上に設けてある。最後に、通常オペレーターにより操作される電子ビームの主な調整は、コンピュータによりなされ、比較的技能の低い者でもシステムを使用できる。
【００１９】
【実施例】
図１には本発明の検査システム１０の全体のブロック図が示されている。システム１０では、Ｘ線マスクや他の導電基板の自動検査装置が示されていて、そのセンサーとして走査型電子顕微鏡が使用されている。
【００２０】
この検査システムは２つの動作モード、即ちダイ・ダイとダイ・データベースとを有している。両方のモードにおいて、欠陥は、マスクをスキャンすることにより導かれる電子ビーム像を基準と比較することにより検出される。ダイ・ダイ検査では、同じマスクの２つのダイからの信号が互いに比較され、一方ダイ・データベース検査では、電子顕微鏡から導かれる一つのダイからの信号が、ダイを作るのに使用されたデータベースからの信号と比較される。
【００２１】
検査されるマスク５７はホルダーに保持され、そのホルダーはマスクハンドラー３４によってｘ−ｙステージ２４上の電子ビームコラム２０の下に自動的に位置付けられる。これはシステムコンピュータ３６によってマスクハンドラー３４に命令を送ることによって達成され、マスク５７上のフラットやノッチ５９（図２及び３を参照）を自動的に検出してハンドラー３４でマスク５７を適切に方向付けながら対象マスク５７をカセットから取り出す。マスクはそれからコラム２０にロード（装填）される。次に、オペレーターは光学アライメント系２２を通してマスクを直接観察しつつ、マスク上の位置合わせ点を探し且つ確認（オペレータはマスク上のある特徴あるパターンを使用してこの作業をして良い。）する。これによって、ステージのｘ方向への移動がマスク上の検査領域のｘ軸と実質的に平行になっているのを見届ける。即ちマスク上ではこの様にして求められた領域が検査対象領域になる。これで粗いアライメント（位置合わせ作業）が終わる。
【００２２】
オペレータは続けて最終のアライメントを行う。オペレーターは電子ビームにてマスクをスキャン（走査）し、画像ディスプレイ４６に現れる像を観察する。それからすべての位置合わせ関連データをアライメントコンピュータ２１に保存する。このコンピュータは、システムコンピュータ３６と協調して作動し、ｘ軸とｙ軸に沿った実際の総合的なあるべきｘ、ｙ動作を計算する。これによってこの先オペレーターの位置合わせ作業は同一マスクに関しては一切不要になる。マスクの位置整合が正しくとれた時点で検査工程の初期条件は整ったことになる。
【００２３】
コラム２０とその光学アライメントシステム２２、アナログ偏向回路３０と検出器３２は、以下に詳細に説明されるように、電子ビームをマスク５７に入射させ、二次電子、後方散乱電子及びマスク５７を透過する電子を検出する。上記作業の展開とデータの収集は、勿論コラム制御コンピュータ４２、ビデオフレームバッファ４４、画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ４８、偏向コントローラ５０、メモリブロック５２の支援があって初めてなされるのである。ＶＭＥバス、即ちＶＭＥ１，２９はサブシステム間の通信リンクとして機能する。
【００２４】
マスク５７の検査期間におけるステージ２４の位置と移動は、偏向コントローラ５０、メモリブロック５２とアライメントコンピュータ２１の制御のもとで、ステージサーボ２６と干渉計２８とによって制御される。
【００２５】
比較モードがダイ・データベースである場合には、メモリブロック５２と通信しているデータベースアダプター５４は、期待されたダイフォーマットと等価である信号源として使用される。
【００２６】
実際の欠陥処理は、ポストプロセッサ５８と結合している欠陥プロセッサ５６によって、メモリブロック５２のデータに基づきなされる。ポストプロセッサ５８と欠陥プロセッサ５６間の通信は、バスＶＭＥ２ ３１を介してなされる。
【００２７】
全体のシステムの動作は、イーサネットバス（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｂｕｓ）に類似しているデータバス２３を介して他のブロックと通信を行いながら、システムコンピュータ３６、ユーザキーボード４０とコンピュータディスプレイ３８によってなされる。エザーネットはゼロックス会社の商標である。
【００２８】
次に、図２にはダイ・データベースモードでの検査を行う本発明のスキャンパターンが示されている。ここではマスク５７上に一つのダイ６４が示されている。ダイ６４内には検査すべき関心領域６５或いは重要領域が存在する。この領域はマスク５７上に重要な情報が記録されている領域である。ダイ６４の検査をしているときに、ｘ軸方向のスキャン移動は移動ステージ２４によりなされ、ｙ軸方向の移動は図示されたスオーシュ（刈り幅）６０と同じ広さを有する各スオーシュ内に電子ビームを偏向することによりなされる。検査スオーシュがダイ６４の右側に達すると、ステージ２４は全体のスオーシュ幅以下でｙ方向に移動される。マスク５７のｘ−ｙ座標系はステージ２４とコラム２０のｘ−ｙ座標系に正確に一致しないので、ステージ２４の実際の移動とコラム２０のビーム偏向は、それぞれ、ダイ６４のスキャンの間にｘとｙ成分をもつ。
【００２９】
関心領域６５を十分に検査するために、検査はパターン６２を前後に移動して行われる。パターン６２によって示される各軌道は、図示されたスオーシュ６０の幅を有する隣接スオーシュとわずかに重なるスオーシュである。
【００３０】
ダイ・データベースモードでは、各スオーシュに対応する信号が、完璧ダイの対応するスオーシュに対するデータベースアダプター５４からのシミュレーションされた信号と比較される。この処理は、次のダイが検査される前に検査すべき関心領域６５の各スオーシュに対して繰り返される。
【００３１】
図３はダイ・ダイ検査のスキャンパターンを示していて、マスク５７は左から右にダイ６８、７０、６６を有している。この検査モードでは、図２に示されたものと同様に、前後に移動されるスキャンパターン６３が使用されている。しかし、検査モードはダイ・ダイモードであるので、ステージ２４は、３個のダイが各スオーシュに沿ってｘ軸方向に移動されるまでｙ方向には進行されない。
【００３２】
このモードでは、ダイ６８の第１パス（行程）のデータはダイ７０の第１パスのデータと比較するためにメモリブロック５２にストアされる。ダイ６８とダイ７０とが比較されている同じときに、ダイ７０のデータは、ダイ６６の第１パスからのデータと比較するためにメモリブロック５２にストアされる。次に第２のパスへ進む、即ちリターンすると、パスの順序は逆になり、ダイ６６の第２のパスからのデータはダイ７０からのデータと比較するためにストアされ、ダイ７０からのデータはダイ６８の第２のパスからのデータと比較するためにストアされる。この検査と比較のパターンは、マスク５７の関心領域の全てを検査するに必要な回数ほど繰り返される。
【００３３】
より詳細には、ダイ・ダイモードを使用して、電子ビームがダイ６８と７０のスオーシュをスキャンすると、３種類の検出器からの信号３３が取得前置プロセッサ４８に送られ、メモリブロック５２にストアするためにデジタル信号に変換される。ダイ６８、７０からのデータが欠陥プロセッサ５６に同時に送られると、２つのデータ間の重要な不一致が欠陥として指定される。次に欠陥プロセッサ５６からの欠陥データを蓄積してポストプロセッサ５３に送られ統合される。ポストプロセッサは、欠陥のサイズや種々の特性を決定し、その情報をシステムコンピュータ３６がバス２３を介して利用可能な状態にする。
【００３４】
ダイ・データベース検査モードでは、システム１０は上記と同様に動作するが、メモリブロック５２が一つのダイからのデータを受信する点、欠陥プロセッサ５６での比較のための参照データがデータベースアダプター５４によって提供される点が異なっている。
【００３５】
全てのマスクが検査されると、欠陥のリストと共にその位置がコンピュータディスプレイ３８に表示され、オペレーターはキーボード４０によって欠陥見直しを開始できる。この命令に応答して、システム１０は各欠陥の周囲をスキャンし、オペレーター用にその像をディスプレイ４６上に表示する。
【００３６】
スキャン光学
あるキー要素とコラム２０の特別な設計によって、殆ど１００倍以上の画像形成スピードが達成される。高速の画像形成スピードを達成する際にまず真っ先に必要な条件は、より高いビーム電流である。というのはＳ／Ｎ比を考慮することが画像形成スピードにおける基本的制限であるからである。本発明では、高輝度の熱放射場源が、鋭角の非常に高いビーム強度と非常に高いビーム電流を生成するのに使用されている。しかし、電子電流が高いとクーロン相互反発作用が発生する。このことを解決するために、高電場はカソードの近傍に形成され、ビーム系がまた急速に拡大される。コラムの設計には、その領域における電荷密度を上昇させる電子のクロスオーバーがないようにし、クーロン反発作用問題を少なくするために大きな開口数が使用されている。
【００３７】
マスクを高速度、例えば１００メガピクセルでスキャンするための要求に対して、検出器は、二つの連続するスキャンピクセルからの二次（リターン）電子を一時的に分離することができる。このことは、各ピクセルのドウェル時間に比較して、到着時間があまり広がっていないことが要求されていることを意味する。各ピクセルでの到着時間の広がりを少なくするために、電子はターゲットを離れた後にすぐに加速される。検出器での到着時間の広がりは結果として約１ナノ秒に維持される。到着時間の広がりを更に少なくするために、逆バイアスされた高周波ショットキーバリア検出器が、検出されるべき各タイプの電子に対して用いられる。このショットキー検出器は単に例として示されたのであって、使用可能な他のタイプの半導体検出器を使用してもよい。
【００３８】
電子光学
電子光学サブシステムは、走査型電子顕微鏡に機能的には似ている。それには、スキャン電子ビームプローブと、マスク表面の像形成に必要な二次電子、透過電子と後方散乱電子検出素子が設けられている。検査の間、電子ビームはある方向にスキャンされ、一方ステージはそれに直角な方向に移動される。低電圧の二次電子、高エネルギーの透過電子或いは後方散乱電子のいずれかがビデオ信号を生成するために使用され、その信号はデジタル化されて長短スオーシュ像の形でストアされる。高解像度の自動化された欠陥検出への応用がユニークであるばかりでなく、この光学システムの新規な点は、検査に必要な解像度で高速かつ低ノイズの像を得るのに使用されている新規な技術と従来の技術とを組み合わせている点である。
【００３９】
ビームは、典型的には、非常に高速な５マイクロ秒周期ののこぎり波掃引を使用して、５１２ピクセル（１８−１００μｍ幅）のフィールドをスキャンする。偏向は歪みを発生することはなく、表面にほぼ垂直であり、従って画像特性はスキャンフィールドで一様である。
【００４０】
検出は効果的に行われ、プローブ中の各電子により発生される二次電子の大部分が像形成に使用される。検出システムのバンド幅は、短い走行時間効果によりピクセルレイトに匹敵している。二次電子は共軸で抽出されるので、エッジがマスク上でどのような方向を向いていようとも、エッジ形状の正確な画像が得られる。
【００４１】
図４は、光学システムの要素と、その機能を理解するために必要な関連するある電源を示している。電子銃は、熱放射場カソード８１、放射制御電極８３とアノードアパーチャを有するアノード８５とからなる。カソード８１は、電源９９によって−２０ＫｅＶのビーム電圧に保持されている。カソード８１の表面の電界強度に依存するエミッション電流は、カソード８１の電圧に関して負であるバイアス供給源９１に接続された電極８３の電圧によってコントロールされている。カソード８１は電流源９３によって加熱される。カソード８１の近くの磁気コンデンサレンズ９５は電子ビームをコリメートするために使用される。上部の偏向システム９７は、アラインメント（位置整合）、スチグメーション（無非点収差）及びブランキングのために使用される。この光学系には更に、数個のホールからなるビーム制限アパーチャ９９が設けられている。ビーム１００は一対の静電気プレレンズ偏向器１０１、１０３によって偏向され、ビームは対物レンズ１０４上の点の回りに収束される。対物レンズ１０４は下部極片１０６、中間電極１０７と上部極片１０５とからなる。ビームは結局、マスク５７上を中心に遠隔操作されてスキャンされる。殆ど平行なビームが対物レンズ１０４によって再度収束され、マスク５７を照らす１ｘ倍に拡大された像を形成する。
【００４２】
二次電子イメージモードでは、二次電子が対物レンズ１０４を通って上の方に取り出される。ステージ２４、マスク５７と下部のレンズ極片１０６は電源１１１によって数百ボルトの負の電位にフローティングされていて、その結果二次電子は偏向器１１２と１１３を通る前にこのエネルギーに加速される。中間電極１０７は、電源１１５によってステージに関して正にバイアスされていて、マスクを離れるとすぐ電子を加速し、基板の欠陥領域から発生する二次電子を効率よく集める目的で使用される。フローティングステージ２４と中間電極１０７の組み合わせにより、二次電子検出器１１７への電子走行時間のムラが実質的に除去される。二次電子はレンズ１０４を通って再び後方に戻るので、帰還二次電子はウイーンフィルタとして機能する偏向器１１３、１１２によって検出器１１７の方に偏向される。ここで、リターンビームは検出器１１７のアノード１１８に接続された電源１１９により高エネルギー状態に再加速され、二次電子を増幅に充分なエネルギーレベルでショットキーバリア固体検出器１１７に衝突させる。検出器ダイオード１１７は電源１２１により逆バイアスされている。検出器ダイオード１１７からの増幅信号は前置増幅器１２２に送られ、そこからビデオ取得前置プロセッサ４８と関連する電子回路とに、図１の信号３３の二次電子コンポーネントである高電圧絶縁ファイバ光学リンク１２５を介して送られる。
【００４３】
部分的に透明な基板の検査を可能とするために、透過電子検出器１２９がステージ２４の下に設けられている。透過電子はマスク５７を高エネルギーで通過し、再加速を必要としない。上部素子１２３、中央素子１２４と下部素子１２７とからなる透過静電レンズが、透過電子ビームをショットキーバリア固体検出器１２９による検出に適した径に広げるために使用される。電極１２３はステージ２４と同じ電位に保持され、一方電極１２４は電源１１４により０から−３ＫＶに保持される。透過電子検出器１２９からの信号は増幅器１３３により増幅され、図１の信号３３の透過電子コンポネントであるファイバ光学リンク１３５により伝送される。
【００４４】
光学システムはまた、一次電子とほぼ同じエネルギーレベルで基板表面を離れる後方散乱電子の収集を可能とするように設計されている。後方散乱電子検出器１６０は、一次電子がそれを通過できるホールを有している点を除いて検出器１１７に類似したショットキーバリアダイオード検出器である。後方散乱信号は前置増幅器１６２により増幅され、また前置プロセッサ４８に送られる。
【００４５】
図５は、コラム２０内及びマスク５７の下の種々の電子ビーム通路（パス）の概略図である。電子はフィールドエミッションカソード８１から径方向に放射され、非常に小さな輝点源から発生したように見える。加速場とコンデンサレンズの磁場との結合した作用の基で、ビームは平行ビームにコリメートされる。ガンアノードアパーチャ８７は使用できない角度で放射された電子を阻止し、一方残りのビームはビーム制限アパーチャ９９に入射する。図４の上部偏向器９７は最終のビームが丸くなり、図４の素子１０５、１０６、１０７からなる対物レンズの中心を通ることを保証するためにスチグメーションとアライメント用に使用される。図４のコンデンサレンズ９５の中心は、カソード８１と制限アパーチャ９９により規定された軸に機械的に一致している。偏向作用により、電子は示されたパスを通り、その結果スキャンされ収束されたプローブ、即ち基板の衝突点のビームは対物レンズ１０４から出てくる。
【００４６】
スキャンビーム１００の径とその電流は、数個のファクターにより決定される。放射源からの角エミッション（１．０ｍＡ／ステラジアン）と、最終アパーチャ９９により規定されるアパーチャ角は、ビーム電流を決定する。プローブ径は両レンズの収差によって決定され、両レンズは球面収差と色収差を小さくするために高励起（フィールド幅／焦点距離）に対して設計されている。ビームの相互作用効果（個々のビーム電子間の反発による統計的ぼけ）は、マスク５７上のプローブサイズの半分を占めるこのような高電流システムにおいて重要である。これらの効果は、中間的クロスオーバーを避け、４０ｃｍの短いビームパスを使用し、電子源及びマスク５７において比較的大きな半角のレンズを使用することにより小さくできる。所定のビームスポットを得るために、アパーチャ径は、最大可能電流を供給しながらこれらの効果をバランスさせるように選択される。ビーム源からのビームを拡大したり或いは縮小したりするためにレンズ強度を変化させることは可能であるが、この様なシステムでは、スポットサイズがアパーチャを使用してまず調整される。
【００４７】
図４のウイーンフィルタ偏向器１１３は、高エネルギーのスキャンビーム１００に殆ど影響を与えないで、約１００ｅＶの二次電子ビーム１６７を偏向する。ウイーンフィルタは、静電的８極偏向器１１２と４極磁気偏向器１１３からなり、互いに直角に電場と磁場をクロスするように配置されている。帰還二次電子は両方の場によって側方に偏向される。しかしながら、一次スキャン電子１００は反対方向に移動しているので、ウイーンフィルタが二次ビーム１６７を広角に偏向しても、ウイーンフィルタが一次スキャンビーム１００に力を及ぼさないようにこれらの場の強度を選択しなければならない。ウイーンフィルタと呼ばれているものは共軸抽出に対して効果的に使用される。二次電子偏向器１１７のアノード１１８は、再加速の間にビーム１６７が固体検出器１１７のコレクタに集められ収束されるような形状をしている。
【００４８】
図５には、検出される透過電子と後方散乱電子のパスが示されている。後方散乱電子を検出するために、ウイーンフィルタ１１２、１１３のみがオフされ、従って、これらの電子は同じパスを通ってシステムの上方に進み、環状の後方散乱検出器１６０へ至る。透過電子は、マスク５７と図４の電極システム１２３、１２４を通過し、透過電子検出器１２９の表面を満たすように広がった後、高エネルギーで検出器１２９に衝突する。
【００４９】
図６に示すように、制限されたカソード寿命に対する電子銃の寄与を少なくするために、電子銃構造は高電圧に浮いている６角形の回転タレット１３７上に設けられた６個のカソード／制御電極構成を含んでいる。各構成はアノード８７上の位置に回転され、図４の適当な電源９１、９３と電気的接触を保ちながらその位置にロックされる。
【００５０】
図４の前置レンズ偏向器１０１、１０３からなる静電的偏向システムは、高スピードの鋸波偏向電圧によって駆動される非常に均一な場を必要とする。その構造は、モノリシックなセラミック／メタル構成であり、エッチングされて２０個の偏向プレートを形成している。４個のドライバが各２つのステージに対して必要であって、ステージ２４とマスク５７の座標システムとマッチするように回転されるスキャンを達成する。
【００５１】
自動チューニングとセットアップが、オペレーターの操作を簡略化するために設けられている。レンズと偏向／スチグメーション素子と全ての高電圧制御源はＤＡＣ制御の下にあり、図１のようにコラム制御コンピュータ４２にインターフェースされている。種々の場合に、特定の機能に対する偏向比と静電プレート電圧を調整するルーチンは、コラム制御コンピュータ４２に内在していて、ガン制御とセットアップは、定格値に基づいていて、エミッション電流、アパーチャ電流と電源設定にたいするＡ／Ｄフィードバックを使用して適用可能なルーチンによって変更される。
【００５２】
ビームをセンターに位置付けるには、レンズ電流が変化したときに偏向を除去する他の公知のルーチンに基づいてなされる。これらの操作は、２軸フレームスキャン機能によってイメージされる特定のテストサンプルを使用していて、それらはアラインメントと検査に必要な画像分析能力を利用する。焦点はマスクの高さの変化を補償するために自動的に維持され、一方スチグメイションが検査の前になされる。これらのルーチンは、取得前置プロセッサ４８とそれに関連した電子回路を使用した、画像のコントラストと調和内容の解析に基づいている。
【００５３】
本発明では、光学系の定格動作状態は２０ＫｅＶのビームエネルギーを使用し、ビーム電流とスポットサイズの関係は、０．０５μｍでの３００ｎＡ から０．２ μｍでの１，０００ｎＡ まで変化する。スキャンスピードは、１００ メガピクセル／秒で画像形成される５１２ピクセルスキャンフィールドを使用して５マイクロ秒である。検出器１１７のダイオード電流増幅率は、５ＫｅＶでの約１０００から２０ＫｅＶでの５０００である。全体のシステムは、０．０５μｍスポットを使用する１００ メガピクセル／秒で約１４％のエッジコントラスト以上のサンプルに対してこの動作状態領域以上を達成する。取得電子回路は、１以上のスキャンラインを集積化するために設けられ、低バンドで記録されるべき低コントラストの像と高解像度の像が得られる。
【００５４】
欠陥プロセッサ
ダイ・ダイ検査の場合には、欠陥プロセッサ５６の機能は、ダイ６８から導出された画像データをダイ７０から導出された画像データと比較することであり、ダイ・データベース検査の場合には、ダイ６４から導出された画像データをデータベースアダプター５４から得られるデータと比較することである。欠陥プロセッサ５６のルーチンと基本的構成は、米国特許第４，６４４，１７２ 号に開示された欠陥プロセッサと略同じである。米国特許第４，６４４，１７２ 号は、１９８７年２月１７日に発行され、本出願の出願人に譲渡された、サンドランド等による”自動ウェファ検査システムの電子制御”であり、欠陥を決定するのに３つのパラメータを使用している。一方、本発明の４つのパラメータを使用している。
【００５５】
ダイ・ダイ検査或いはダイ・データベース検査のどちらも、メモリブロック５２から全てのデータを得ていて、そのデータは各検出器に対してピクセル当たり６ビットの形式を使用している。欠陥プロセッサ５６では、下記の４つのパラメータが２入力の各検出器の各ピクセルに対して決定される。
【００５６】
ａ． Ｉ：ピクセルのグレイスケール値
ｂ． Ｇ：グレイスケールピクセルの傾きの絶対値
ｃ． Ｐ：グレイスケール値の傾きの位相又は向き
ｄ． Ｃ：局所的傾き関数の輪郭の曲率
グレイスケール値は、特定のピクセルに対するメモリブロック５２の単なる値である。傾きの大きさと傾きの方向は、まずｘとｙの通常の演算子成分を計算して得られる。
【００５７】
【数１】
従って傾きの大きさは［（Ｓｘ ）２ ＋（Ｓｙ ）２ ］１／２ であり、方向は ｔａｎ−１（Ｓｘ ／Ｓｙ ）である。
【００５８】
曲率は以下のように定義される。
【００５９】
【数２】
ここで、係数ａｉｊは状況に依存して選択されるパラメータの組であり、Ｒｉｊは以下のように定義される
【数３】
ここで、Ｉｉｊは、画像のｉ番目の列とｊ番目の行におけるピクセルのグレイスケール値であり、ａｉｊとｂｋｌは経験的に得られるパラメータである。
【００６０】
好ましい実施例における代表値は以下の通りである。
【００６１】
【数４】
上述した方法で、量Ｉ，Ｇ，Ｐ，Ｃは画像の各ピクセルに対して定められる。ダイ６８の所定のピクセルＡに対して、これらのパラメータはダイ７０の対応するピクセルＢのパラメータと比較され、更にピクセルＢに隣接する８個のピクセルのパラメータと比較される。もしもピクセルＢに隣接する各ピクセルに対して、少なくとも一つのパラメータがピクセルＡの同じパラメータと所定の許容誤差以上の値だけ相違していると、ピクセルＢは２つのダイの欠陥と見做される。
【００６２】
同様にして、ダイ７０の各ピクセルのパラメータはダイ６８の対応する隣接ピクセルのパラメータと比較され、その結果適当なピクセルが欠陥を有していると見做される。
【００６３】
このアルゴリズムの物理的実行は、上述の米国特許第４，６４４，１７２ 号に開示されたパイプラインロジックでなされる。行列演算は、１００ メガピクセル／秒の速度で欠陥データを計算できるパイプライン計算システムに接続されたＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ （ＡＳＩＣ）で実行される。
【００６４】
偏向器コントローラ
ダイ・ダイモードでは、偏向器コントローラ５０の機能は、ダイ６８の各スオーシュ６０内の等距離グリッド点に電子ビーム１００を位置付けることである。この結果、検出器１２９、１６０、１１７の出力は、ダイ７０の対応する位置における同じ検出器の出力と比較される。同様に、ダイ・データベースモードでは、データベースアダプター５４から得られるシミュレートされた画像は、ダイからの検出器１１７の出力と比較される。偏向器コントローラ５０は、図７と以下の説明に示されるように、ステージ２４と電子ビーム１００の位置を制御してこれを実行する。
【００６５】
スオーシュにおける第１のダイ１をスキャンする場合には、アライメントコンピュータ２１の出力はゼロに設定される。というのは、第１のダイの第１のスオーシュをスキャンする期間には、ミスアライメントは存在しないからである。従って、この期間に、偏向器コントローラ５０はコラムコンピュータ４２からのみ命令を受ける。これらの命令と、ｘ，ｙ干渉計２８から得る位置データに基づいて、偏向器コントローラ５０は、ステージ２４の望ましい移動を計算し、その対応する信号をステージサーボ２６に送ってステージ２４を移動させる。偏向器コントローラ５０は、同様にしてビーム１００の所望の偏向を計算し、これらのデータをアナログ偏向器回路３０に送る。ステージ２４が移動すると、その位置はｘ−ｙ干渉計２８によって定常的にモニタされ、所望のステージ位置からの不一致が決定され、偏向器コントローラ５０によりステージサーボドライブ２６に帰還される誤差信号を生成するのに使用される。ステージ２４の高慣性のため、これらの誤差信号はステージ位置の高周波誤差を修正することはできない。ｘ，ｙ方向の高周波誤差は、偏向器コントローラ５０により計算される電子ビーム１００の偏向によって修正される。偏向器コントローラ５０はこれらの信号をデジタル形式でアナログ偏向回路３０に送る。
【００６６】
ビーム１００がダイ６８をスキャンするとき、グレイスケール値はメモリブロック５２にストアされている。電子ビーム１００がダイ７０をスキャンし始めるとすぐに、これらの値はまたメモリブロック５２にストアされ、すぐにまた欠陥プロセッサ５６とアライメントコンピュータ２１に送られる。アライメントコンピュータ２１では、ダイ６８とダイ７０からの２つのデータは、アライメント（位置整合）のために比較される。もしも位置整合していない場合には、位置整合修正信号が発生され偏向器コントローラ５０に送られる。この位置整合信号はバーニア調整（微調整）として使用され、マスク５７の調整位置にビーム１００を位置付ける。
【００６７】
ダイ・データベースモードでは、偏向器コントローラ５０は、ダイ・ダイモードでの機能とほぼ同様に働くが、データベースアダプター５４の出力がスオーシュの第１のダイから得られる入力画像に置き代わる点が相違している。
【００６８】
偏向器コントローラ５０はまた、ステージ２４の動き、スピードと方向と共に電子ビーム偏向のパラメータを計算し規定する。
【００６９】
アライメントコンピュータ
アライメントコンピュータの機能は、グレイスケール値の形式で２つのデジタル画像を受けて、ピクセル距離のずれの形式で、画像間の位置整合からのずれを決定することである。これらのアライメント計算の好ましい実施例は、米国特許第４，８０５，１２３ 号に開示されている。この米国特許は１９８９年２月１４日に発行され、本願と同じ譲受人に譲渡されていて、Ｓｐｅｃｈｔ等による”Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ ａｎｄ Ｒｅｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｓｕｂ−Ｓｙｓｔｅｍ”である。この好ましい実施例では、位置整合修正信号５１は全体の関心領域に亘って連続的に計算される。または、マスク５７上の少数の特定特徴点を選択し、これらの特徴点でのみ位置整合のずれを計算してもよい。この場合、スキャンプロセスでアライメントは急速には変化しないと仮定している。後者の場合には、フォースコンピュータ会社（Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．）のモデルＣＰＵ ３０ＺＢＥ のような単一ボードコンピュータが位置整合（アライメント）計算を実行するために使用される。
【００７０】
アナログ偏向
アナログ偏向回路３０は、図４の２０極プレート１０１、１０３に対してアナログランプ機能を発生する。このサブシステムの動作は図９に示されている。偏向コントローラ５０からのデジタル信号はスロープＤＡＣ２３０によりアナログ電圧に変換され、その出力はランプ発生器２３２に導かれる。ランプの振幅はＤＡＣ２３４を使用して可変にでき、一方オフセットはＤＡＣ２３６によりコントロールされる。サンプルホールド回路２３８、２４０は、それぞれ、ランプのスターととエンドを規定するために使用される。高電圧で低ノイズのドライバが波形を増幅し、ダイナミックレンジが±１８０Ｖのランプを発生する。このランプは偏向器プレート１０１、１０３に印加される。
【００７１】
メモリブロック
メモリブロック５２は３個の同一なモジュールからなり、各モジュールは偏向器１１７、１２９、１６０の各タイプの異なる一つに対応している。図１０に示すように、概念的にメモリブロック５２の各モジュールは２つの先入れ先出方式（ファイフォ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ − Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ） メモリからなる。第１のファイフォはダイ６８から得られる全体のスオーシュの各検出器に対応したグレイスケール値をストアし、一方、第２のファイフォはより短くて、ダイ７０の数スキャンにのみ対応した各検出器に対するグレイスケール値をストアする。これら２つのファイフォからの出力は欠陥プロセッサ５６とアライメントコンピュータ２１に送られる。各ファイフォは１００ＭＨｚ の速度で動作し、検出器当り８ビットで各ピクセルのグレイスケール値をストアする。
【００７２】
メモリは、その入力レジスタ３０２に、各種検出器に対する取得プリプロセッサ４８から並列に送られてくる８バイトを受け取る。シフトレジスタのように働く入力レジスタ３０２は、入力レジスタの８セクションが一杯になるまで、８バイトを右にシフトし、そして他の８バイトを受けとる。入力レジスタの８セクションが一杯になると、６４バイトがメモリ３０３にクロックで送られる。
【００７３】
これを実行するのはＤＲＡＭ３０３である。通常１２８メガバイトがシステムに使用される。
【００７４】
画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ
画像捕獲前置プリプロセッサ４８は、各検出器１１７、１６０、１２９からのアナログ信号を変換し、これらを１００ＭＨｚ の速度で８ビット値にデジタル化し、メモリブロック５２に蓄積するために出力信号をリフォーマットする。
【００７５】
画像捕獲前置プロセッサ４８は３個の同一のモジュールからなり、その内の一つが図１１に示されている。各モジュールは対応する検出器からの出力を受けとり、その出力をＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）９により８ビットにデジタル化し、それを多重スキャンインテグレーター１１に送る。多重スキャンインテグレータ１１の目的は、ノイズを減少させるために同じピクセルからのグレイスケール値を平均化することである。この様な状況下において、ピクセルは再びスキャンされ、例えば数回再びサンプル化される。その得られた結果はそのピクセルの平均値である。この値はシフトレジスタ１３に送られる。そのシフトレジスタ１３は、メモリブロック５２に８バイトを並列に送る前にその８バイトをシリーズに受けとる。
【００７６】
干渉計
ステージ２４のｘとｙの位置は、Ｔｅｌｅｔｒａｃ ＴＩＰＳ Ｖ のようなｘ−ｙ干渉計２８によってモニタされる。その位置は２８ビットに規定され、最下位ビットは約２．５ ナノメータに対応する。
【００７７】
システムコンピュータ
システム１０の全体の制御はシステムコンピュータ３６によってなされ、システムコンピュータ３６によりハウスキーピングタスクを含めて種々のステップシーケンスが順序だってなされる。シーケンスの各イベントはプログラムされた時間に達成され、コンピュータ３６のスループットを最大にするために多数のコンフリクトしないシーケンスが同時になされる。
【００７８】
コンピュータ３６により達成されるルーチンは、システムとユーザとの相互通信が、関連したマウスやトラックボールポインティング装置を有するキーボード４０か或いはリモートコンピュータでのデータ通信によりなされるように設計されている。ローカル通信に対しては、コンピュータディスプレイ３８がシステムコンピュータ３６からのグラフィックやテキストを表示する。
【００７９】
システムコンピュータ３６のルーチンは、４つの通信タスクに組織化されている。
【００８０】
１．コラムコントロールコンピュータ４２、ポストプロセッサ５８、マスクハンドラー３４との全ての通信がなされるマスタータスク。このタスクはまた、レンズセッティング、真空圧、ビーム電流等のマシーン動作パラメータを記録しているシステムコンピュータ上のファイルを保持している。
【００８１】
２．コンピュータディスプレイ３８上のディスプレイを管理し、キーボード４０とマウス入力を扱うユーザインターフェースタスク。このタスクは、データファイルを変更したり、アクションを開始するためにメッセージをシステムの他の部分に送ることによって、ユーザキーボード４０とマウス入力に応答する。
【００８２】
３．マスタタスクを介してコラムコントロールコンピュータ４２へ画像取得スオーシュの記述を送る検査タスク。
【００８３】
４．キーボード４０からのコマンド入力を受入れ可能なコマンド言語解釈タスク。このタスクはまた、繰返し動作の自動スケジュールを可能とするタイマーを管理する。更に、このタスクは、全てのマシーン動作とその動作が生じる時間とを記述しているテキストログファイルを生成しかつ更新する。このタスクは通常サービスエンジニアによるマシーン制御にのみ使用される。
【００８４】
システムコンピュータの例として、ＵＮＩＸ オペレーティングシステムのもとでランする Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＳＰＡＲＣ プロセッサがある。ＵＮＩＸは、ＡＴ＆Ｔの登録商標である。
【００８５】
コラムコントロールコンピュータ
コラムコントロールコンピュータ４２は、オートフォーカスコンピュータ、真空コントロールコンピュータと偏向指令コンピュータからなる。オートフォーカスコンピュータの機能と実行は、本願の標題“オートフォーカスシステム”の節で説明され、真空システムについては、標題“真空システム”の節でなされる。
【００８６】
コラムコントロールコンピュータ４２は、システムコンピュータ３６から指令を受ける。
【００８７】
コラムコンピュータ４２は、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．によって作られている ＣＰＵ３０ＺＢＥのような ６８０３０ベースの単一ボードコンピュータで実行される。
【００８８】
ポストプロセッサ
ポストプロセッサ５８は、欠陥プロセッサ５６から、各タイプの検出器に対するあらゆる欠陥ピクセルを示すマップを受信する。ポストプロセッサ５８はこれらのマップを結び付け、各欠陥のサイズと位置を決定し、これらを欠陥のタイプに分類する。これらのデータはシステムコンピュータ３６に利用可能である。実際には、ポストプロセッサは、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．によって作られている ＣＰＵ３０ＺＢＥのような ６８０３０ベースの単一ボードコンピュータとして実行される。
【００８９】
ビデオフレームバッファ
ビデオフレームバッファ４４は、商業的に入手可能なビデオフレームメモリであり、ピクセル当たり１２ビットで、４８０ｘ５１２ ピクセルの記憶容量を有している。適切なフレームバッファは Ｉｍａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．のモデル ＦＧ１００Ｖ である。ビデオフレームバッファは１秒間に３０回、画像ディスプレイをリフレッシュする。
【００９０】
画像ディスプレイ
画像ディスプレイ４６は、ＳＯＮＹモデル ＰＶＭ １３４２Ｑのような、商業的に入手可能なカラーモニタである。擬似色カラー技術が、オペレータによる画像の評価のために使用されている。そのような技術は白黒画像の異なるグレイシェイド（白に近い灰色か黒に近い灰色かの尺度）値に異なる色を割り当てる。
【００９１】
データベースアダプター
データベースアダプター５４は、ダイにパターンを形成するために使用されるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ） データを基にして、各ピクセルに対応するグレイスケールとを生成する画像シミュレーターである。代表的には、データベースアダプターへの入力は、集積回路のパターン形成に使用されるフォーマットのデジタル磁気テープである。これらのデジタルデータは、画像捕獲前置プロセッサ４８の出力と同じフォーマットで、スオーシュに組織されたピクセルデータの流れに変換される。そのようなデータベースアダプターは、米国特許第４，９２６，４８９号に既に開示されている。米国特許第４，９２６，４８９ 号は、１９９０年５月１５日に発行され、本出願と同じ譲受人に譲渡されたＤａｎｉｅｌｓｏｎ 等による”Ｒｅｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ” である。
【００９２】
マスクハンドラー
マスクハンドラー３４の機能は、カセットからマスク５７を自動的に取出して、それをマスクホルダーに適切な方向に向けて置くことである。これは、半導体産業においてウェファを輸送し操作するのに通常使用されているウェファハンドラーに類似のロボット装置である。マスクハンドラーの第１の機能は、図２と図３のフラット５９の方向を決定することである。マスクハンドラー３４は、マスクの回転中心に関して径方向に向いたリニアＣＤＤセンサーで光学的にフラットを検知する。マスクが回転すると、イメージセンサの出力はデジタル形式に変換され、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｃ． の ＣＰＵ ３０ＺＢＥのような単一ボードコンピュータにストアされる。コンピュータはフラット５９の位置を決定する。そしてマスクは適切な方向に回転され、自動的にマスクハンドラーに位置決めされる。マスクを有するマスクホルダーは、図８の負荷エレベータ２１０に載せられる。ハンドラーの全ての動作はシステムコンピュータ３６により制御される。
【００９３】
ステージ
ステージ２４の機能は、電子ビーム１００と光学アライメントシステム２２のもとでマスク５７を移動させることである。システムの複雑さを最小にするために、ステージ２４は２自由度、つまりｘとｙ方向の自由度のみを有するように選ばれていた。即ち、ステージ２４は、マスク５７のｘ−ｙ面に垂直な方向に回転も移動もできない。言い換えれば、ステージは、ｘ、ｙ或いは斜め方向へ平行移動だけできる。この代わりに、電子ビームラスターの回転は、任意のスキャンをビームの静電的偏向の２成分に分解し、ステージを機械的サーボにより同様な方法で移動することにより、電子的に達成される。対物レンズはマスクの高さ方向の変化を補償するために充分な範囲の可変焦点を有しているので、ｚ軸方向の移動は必要ない。
【００９４】
ステージ２４は、直線性、直角性及び繰り返し性において非常に精密に制御できる装置である。交差したローラベアリングが使用されている。ステージは真空状態でも使用でき、電子ビーム１００と干渉しないように非磁性体である。ステージはオープンフレームを有しているので、透過電子ビーム１０８がその下の検出器１２９に到達できる。オープンフレームはまた、載置プロセスにおいて下からマスク５７をオープンフレーム上に置くために使用される。
【００９５】
図示しない３位相ブラシュレスリニアモータが軸当り２個使用されて、最良のシステム機能を達成るるようにステージ２４を駆動していた。適切なリニアモータは、Ａｎｏｒａｄ Ｉｎｃ． によって作られたＡｎｏｌｉｎｅ モデル Ｌ１ と Ｌ２ である。
【００９６】
真空システム
真空システム全体はコラムコントロールコンピュータ４２の制御下にある。システムの種々の場所に配置された図示しない従来の圧力センサが圧力を測定し、その結果をコラムコントロールコンピュータ４２に報告する。このコンピュータが、スタート時、或いはマスクのローディング及び非ローディング期間に、必要に応じて種々のバルブを時間制御する。後者のルーチンは、標題”ローディング動作”においてより詳しく説明する。真空状態が電子ビーム動作に対して不適切であると、高電圧は自動的にカットオフされ、電子源８１がダメージを受けるのを防止している。この動作は、コンピュータ４２、３６と圧力センサとを組み合わせて実行されている。同時に空気離隔弁１４５（図６と図８）が、コラムの超高真空領域１４０の汚染を防止するために動作する。真空システムの動作を以下に説明する。
【００９７】
電子銃の真空システムは、前もってべーキングされその後は何の操作もなく只維持されるように設計された２段階の差動的に動作するポンプシステムである。約１０−９トールの超高真空領域１４０はイオンポンプ１３９によって排気されて、ガンアノード開口８７から離隔されている。約１０−８トールの中間の真空領域１４１は、イオンポンプ１４９によって排気され、空気ガン離隔弁１４５とアパーチャ機構９９によりメイン真空領域１４３から離隔されている。これらの真空素子は、電子生成おいてフィールドエミッションに適した環境を提供する。
【００９８】
下部コラム領域１４３の真空状態は、ターボポンプ２０４によって維持され、と同時に検査チャンバー２０６の真空状態はターボポンプ２０８により提供される。検査チャンバー２０６は、プレートによって下部コラム領域１４３から離隔されており、このプレートには電子ビームが通れるような小さな孔が開けられている。この様に真空領域２０６と１４３を離隔することによって、検査すべき基板がかなりの蒸気圧を有するフォトレジスト物質でコートされた場合にも、高真空状態を維持することができる。
【００９９】
真空システムは２つのエアロック２２４、２２６を有している。一方はマスク５７を検査チャンバ２０６に載置するために使用され、他方は検査終了後にマスク５７を取り出すために使用される。両方のチャンバは各々、並列に配置されたバルブ２１２と２１４を介して真空ポンプに接続されている。バルブ２１２はロックチャンバ２２４を低速で排気するために設けられ、一方バルブ２１４は大きなオリフィスを有し大容積を排気することができる。同様の構成がチャンバ２２６に対しても設けられている。この２つの構成を設けた目的は、荷電粒子が排気プロセスにおいて攪乱されるのを防止し、かつチャンバを排気たり加圧するのに必要な時間を少なくするためである。
【０１００】
以下に詳細に説明されるように、最初、マスクがエアロック２２４に置かれると、低速バルブ２１２だけが開かれ、チャンバ内の流速は、エアロック領域２２４の荷電粒子が攪乱されないように充分に低く維持される。チャンバ内の圧力が低下して空気流が分子領域、即ち荷電粒子がもはや攪乱されない領域に達すると、大きなバルブ２１４が開けられ、エアロック内に残っている空気が急速に排気される。同様の２ステップ動作が加圧プロセスでも使用される。
【０１０１】
ロード（装填）動作
以前に説明したように、マスク５７はマスクハンドラー３４のアダプターとともに移動し、載置エレベーター２１０に搭載される。この時、エアロック２２４は大気圧状態にある。エアロック２２４を低速で排気できるバルブ２１２が開けられる。ロック２２４の圧力が分子流の圧力に達すると、高容量のバルブ２１４が開けられ、残りの空気が排気される。そしてゲートバルブ２１６が開けられ、エレベーター２１０はバルブ２１６を通ってマスク５７を検査チャンバ２０６に押上げ、それをステージ２４に載置する。マスク５７の検査が終了すると、逆プロセスが行われて、マスク５７はマスクを収納するのに使用されているカセットに再び収められる。
【０１０２】
この代わりに、マスクのカセットを同様の方法でチャンバに載置することもできる。マスクの集合の各々が検査されると、マスクのカセットが除去されて、マスクの次のカセットに交換される。
【０１０３】
更に、本発明のダブルロック配置によると、１つのチャンバー内であるマスクを検査しながら、同時に第２のチャンバを使用して、第２のマスクを挿入して加圧したり、或いは降圧して除去したりできる。
【０１０４】
オートフォーカスシステム
電子ビーム１００は、図４に示されたシステムの対物レンズ１０４の電流を変化させて収束される。マスク５７や他の基板は平坦ではなく、またステージ２４の表面はコラム２０の軸に完璧に垂直ではないので、最適な焦点電流は関心領域を越えて変化する。この変化はｘ軸とｙ軸方向の距離の関数として見た場合に小さいので、マスク５７上の数個の指定点で最適なフォーカス電流を決定することは可能であり、これらの間の任意の点に対して所望のフォーカス電流を補間することができる。
【０１０５】
検査プロセスを準備し開始する際に、システムは指定点で最適なフォーカス電流を測定する。このフォーカス・キャリブレーション・プロセスは、ビームを指定点に位置付けし、それからマスク５７の特徴エッジに垂直な直線に沿ってグレイスケール値を測定するステップからなる。例えばフォーカス電流の１０個の異なる値に対して、デジタル化されたグレイスケール値は、図示しないハイパスフィルタで畳み込まれる。最良のフォーカス電流は、ハイパスフィルタからの出力のうちで最大の値に対応した電流である。好ましい実施例では、二次微分フィルタが使用され、この実施例では以下のような畳こみ係数を有している。
【０１０６】
−４ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ −４
最良の結果に対して、ハイパスフィルタの出力は平滑化されるべきである。
【０１０７】
フォーカスコンピュータはコラムコントロールコンピュータ４２の一部である。フォーカス計算は、畳み込み集積回路と数個のＤＳＰ素子からなる特別な目的のハードウエアで実行される。
【０１０８】
光学アライメントシステム
光学アライメントシステム２２は、ダイが検査チャンバに入った後に、ダイの粗いアライメントを視覚的に実行するために、オペレーターによって使用される。サブシステムは、真空チャンバへのウインドウと、ディスプレイ４６上にイメージを表示するために、ＣＣＤカメラ上にマスクを投影するレンズとからなる。オペレーターは２つのレンズのうちの一つを選択できる。本発明では、これらは経験的に決定される。この二つのレンズのうち一方は、マスクを見る倍率が０．４６であり、他方はその倍率が５．８ である。マスクからのフィルムでレンズの光学面がコーティングされるのを防止するために、全てのレンズは真空の外に置かれている。
【０１０９】
本発明は、数種の動作モード及び典型的なルーチンと装置に沿って説明されたが、当業者なら、上記記述と図面に示された内容から種々の変更して実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムの全体ブロック図。
【図２】ダイ・データベース検査に対して本発明で使用されているスキャンパターン図。
【図３】ダイ・ダイ検査に対して本発明で使用されているスキャンパターンのグラフ図。
【図４】電子光学コラムと収集システムの機能要素を示す概略図。
【図５】図４に示された電子光学コラムと収集システムを通る一次電子、二次電子、後方散乱電子と透過電子の行程を示す概略図。
【図６】マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。
【図７】本発明の位置決め制御システムのブロック図。
【図８】本発明の真空システムの概略図。
【図９】本発明のアナログ偏向システムのブロック図。
【図１０】図１に示された本発明のメモリのブロック図。
【図１１】本発明の画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサーのブロック図。
【符号の説明】
１０…検査システム
２０…電子ビームコラム
２１…アライメントコンピュータ
２２…光学アライメントシステム
２３…データバス
２４…ｘ−ｙステージ
２６…ステージサーボ
２８…干渉計
２９…ＶＭＥ１
３０…アナログ偏向回路
３１…ＶＭＥ２
３２…検出器
３３…信号
３４…マスクハンドラー
３６…システムコンピュータ
３８…コンピュータディスプレイ
４０…ユーザキーボード
４２…コラム制御コンピュータ
４４…ビデオフレームバッファ
４６…画像ディスプレイ
４８…画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ
５０…偏向コントローラ
５２…メモリブロック
５４…データベースアダプター
５６…欠陥プロセッサ
５７…マスク
５８…ポストプロセッサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、超小型電子回路の作成に使用される種々の記述基板の自動検査に関し、特にＸ線リソグラフィーに使用されるマスクの検査に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
適正な歩留りを有する超小型電子回路の生産に必要な条件は、製造プロセスで使用されるマスクに欠陥がないことである。過去１２年間に多くのシステムが、光学マスクの自動検査に対して開発され、特許されてきた。例えばＵ．Ｓ．Ｐ．４，２４７，２０３ 号及び４，８０５，１２３ 号を参照して下さい。これらのシステムでは、フォトマスク或いはレチクル上の二つの隣接するダイ間を比較している。同様に、技術の進展によってレティクル上のダイを検査するのにＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）のデータベースとダイとを比較することによって達成する方法がもたらされた。Ｕ．Ｓ．Ｐ．４，９２６，４８７ を参照。しかしながら、Ｘ線マスクの欠陥は可視或いは紫外スペクトルでは見えないので、この様な光学システムは光学マスクに限定されている。更に光学検査は、基本的な回折限界によりその解像度に限界があり、その回折限界によりもちろん光学リソグラフィーも制限されている。位相シフトマスク技術を用いても、光学リソグラフィー技術では０．３５ミクロン以下の線幅は達成できず、Ｘ線リソグラフィーを用いるとそれよりも小さな線幅を達成できることが予想されている。
【０００３】
Ｘ線マスクの検査として、走査型電子顕微鏡技術が使用されることが期待されている。最近各会社は従来の電子顕微鏡をＸ線マスク検査に使用することを実験している。これらの実験において欠陥を検出することに成功しているが、従来の電子顕微鏡を用いると検査に時間がかかり、かつ非常に高度の熟練したオペレータを必要とする。このような２つの観点からその様なシステムを半導体製造に使用することは実際的でない。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記基板の第１の部分を前記基板の第２の部分と比較するコンピュータと、を具備する。
【０００６】
本発明の別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子光学コラムを使用して、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、コンピュータを使用して、前記基板の第１の部分を前記基板の第２の部分と比較するステップとを具備する。
【０００７】
本発明の更に別の実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記ステージの位置を決定する干渉計とを具備する。
【０００８】
前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御する偏向コントローラを更に具備していてもよい。
【０００９】
前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することができる。
【００１０】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、干渉計を使用して、前記ステージが連続移動している間に、前記ステージの位置を決定するステップとを具備する。
【００１１】
偏向コントローラを使用して、前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御するステップを更に具備していてもよい。
【００１２】
また、前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することもできる。
【００１３】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行うシステムが開示されていて、そのシステムは、荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、前記基板の第１の部分をデータベースから選られる画像データと比較するコンピュータとを具備する。
【００１４】
本発明の更に別の好ましい実施例には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法が開示されていて、その方法は、荷電粒子光学コラムを使用して、荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、コンピュータを使用して、前記基板の第１の部分をデータベースから得られる画像データと比較するステップとを具備する。
【００１５】
【作用及び発明の効果】
本発明は、製造現場のＸ線マスクや同様な導電基板を自動的に検査する荷電粒子ビームを用いた経済的に実現できる検査システムを提供する。以下の説明では電子ビームが使用されるが、同様の技術が他のタイプの荷電粒子ビームに適用でき、したがって以下に示される電子ビームだけに限定されるものではない。本発明は、Ｘ線マスク、電子ビーム近接マスクやステンシルマスクの検査に対して有用に使用されるが、ここに開示される技術は任意の導電物質の高速電子ビームイメージングに適用可能であり、更にマスクやウェハーの製造でフォトレジストを露光するための電子ビーム書込みに対しても有用である。
【００１６】
現在の走査型電子顕微鏡は、非常に遅いスキャンスピードを有し且つ通常の技能を越えたオペレーターの技能を必要とするので、経済的に実行可能な要求を満たすことはできない。
【００１７】
本発明の新規な特徴は、種々のタイプの欠陥を検出できるとともに、それらの欠陥を区別できる能力である。散乱電子、透過電子や二次電子を同時に検出でき且つそれらを区別できる本発明によれば、欠陥を即座に分類できる。例えば、Ｘ線マスク上の伝達検出器のみにより検出される欠陥は、たぶん吸収物質によって存在しないものとなる。二次電子検出器によっては検出されるが後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は大部分有機粒子であり、後方散乱電子検出器により検出される欠陥は大きい原子量を有する汚染物質である。Ｘ線マスク上の有機汚染物質のようなある種の欠陥はウェハー上にプリントされないので、種々のタイプの欠陥を区別できる能力は本発明の重要な利点である。この様に本発明によれば、欠陥を検出できるだけでなく、それらの欠陥を区別できる。
【００１８】
このシステムは、半導体製造に適した多くの技術を使用する。汚染物質が掻き回されるのを防止するために、真空排気スピードと真空から常圧に戻す加圧スピードが制限され、気体の流れが層流の状態に保たれる。時間を節約するために、これらの動作は他のサンプルのスキャンと同時になされる。生産的でない時間を更に減じるために、６個の場発生源がタレット上に設けてある。最後に、通常オペレーターにより操作される電子ビームの主な調整は、コンピュータによりなされ、比較的技能の低い者でもシステムを使用できる。
【００１９】
【実施例】
図１には本発明の検査システム１０の全体のブロック図が示されている。システム１０では、Ｘ線マスクや他の導電基板の自動検査装置が示されていて、そのセンサーとして走査型電子顕微鏡が使用されている。
【００２０】
この検査システムは２つの動作モード、即ちダイ・ダイとダイ・データベースとを有している。両方のモードにおいて、欠陥は、マスクをスキャンすることにより導かれる電子ビーム像を基準と比較することにより検出される。ダイ・ダイ検査では、同じマスクの２つのダイからの信号が互いに比較され、一方ダイ・データベース検査では、電子顕微鏡から導かれる一つのダイからの信号が、ダイを作るのに使用されたデータベースからの信号と比較される。
【００２１】
検査されるマスク５７はホルダーに保持され、そのホルダーはマスクハンドラー３４によってｘ−ｙステージ２４上の電子ビームコラム２０の下に自動的に位置付けられる。これはシステムコンピュータ３６によってマスクハンドラー３４に命令を送ることによって達成され、マスク５７上のフラットやノッチ５９（図２及び３を参照）を自動的に検出してハンドラー３４でマスク５７を適切に方向付けながら対象マスク５７をカセットから取り出す。マスクはそれからコラム２０にロード（装填）される。次に、オペレーターは光学アライメント系２２を通してマスクを直接観察しつつ、マスク上の位置合わせ点を探し且つ確認（オペレータはマスク上のある特徴あるパターンを使用してこの作業をして良い。）する。これによって、ステージのｘ方向への移動がマスク上の検査領域のｘ軸と実質的に平行になっているのを見届ける。即ちマスク上ではこの様にして求められた領域が検査対象領域になる。これで粗いアライメント（位置合わせ作業）が終わる。
【００２２】
オペレータは続けて最終のアライメントを行う。オペレーターは電子ビームにてマスクをスキャン（走査）し、画像ディスプレイ４６に現れる像を観察する。それからすべての位置合わせ関連データをアライメントコンピュータ２１に保存する。このコンピュータは、システムコンピュータ３６と協調して作動し、ｘ軸とｙ軸に沿った実際の総合的なあるべきｘ、ｙ動作を計算する。これによってこの先オペレーターの位置合わせ作業は同一マスクに関しては一切不要になる。マスクの位置整合が正しくとれた時点で検査工程の初期条件は整ったことになる。
【００２３】
コラム２０とその光学アライメントシステム２２、アナログ偏向回路３０と検出器３２は、以下に詳細に説明されるように、電子ビームをマスク５７に入射させ、二次電子、後方散乱電子及びマスク５７を透過する電子を検出する。上記作業の展開とデータの収集は、勿論コラム制御コンピュータ４２、ビデオフレームバッファ４４、画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ４８、偏向コントローラ５０、メモリブロック５２の支援があって初めてなされるのである。ＶＭＥバス、即ちＶＭＥ１，２９はサブシステム間の通信リンクとして機能する。
【００２４】
マスク５７の検査期間におけるステージ２４の位置と移動は、偏向コントローラ５０、メモリブロック５２とアライメントコンピュータ２１の制御のもとで、ステージサーボ２６と干渉計２８とによって制御される。
【００２５】
比較モードがダイ・データベースである場合には、メモリブロック５２と通信しているデータベースアダプター５４は、期待されたダイフォーマットと等価である信号源として使用される。
【００２６】
実際の欠陥処理は、ポストプロセッサ５８と結合している欠陥プロセッサ５６によって、メモリブロック５２のデータに基づきなされる。ポストプロセッサ５８と欠陥プロセッサ５６間の通信は、バスＶＭＥ２ ３１を介してなされる。
【００２７】
全体のシステムの動作は、イーサネットバス（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｂｕｓ）に類似しているデータバス２３を介して他のブロックと通信を行いながら、システムコンピュータ３６、ユーザキーボード４０とコンピュータディスプレイ３８によってなされる。エザーネットはゼロックス会社の商標である。
【００２８】
次に、図２にはダイ・データベースモードでの検査を行う本発明のスキャンパターンが示されている。ここではマスク５７上に一つのダイ６４が示されている。ダイ６４内には検査すべき関心領域６５或いは重要領域が存在する。この領域はマスク５７上に重要な情報が記録されている領域である。ダイ６４の検査をしているときに、ｘ軸方向のスキャン移動は移動ステージ２４によりなされ、ｙ軸方向の移動は図示されたスオーシュ（刈り幅）６０と同じ広さを有する各スオーシュ内に電子ビームを偏向することによりなされる。検査スオーシュがダイ６４の右側に達すると、ステージ２４は全体のスオーシュ幅以下でｙ方向に移動される。マスク５７のｘ−ｙ座標系はステージ２４とコラム２０のｘ−ｙ座標系に正確に一致しないので、ステージ２４の実際の移動とコラム２０のビーム偏向は、それぞれ、ダイ６４のスキャンの間にｘとｙ成分をもつ。
【００２９】
関心領域６５を十分に検査するために、検査はパターン６２を前後に移動して行われる。パターン６２によって示される各軌道は、図示されたスオーシュ６０の幅を有する隣接スオーシュとわずかに重なるスオーシュである。
【００３０】
ダイ・データベースモードでは、各スオーシュに対応する信号が、完璧ダイの対応するスオーシュに対するデータベースアダプター５４からのシミュレーションされた信号と比較される。この処理は、次のダイが検査される前に検査すべき関心領域６５の各スオーシュに対して繰り返される。
【００３１】
図３はダイ・ダイ検査のスキャンパターンを示していて、マスク５７は左から右にダイ６８、７０、６６を有している。この検査モードでは、図２に示されたものと同様に、前後に移動されるスキャンパターン６３が使用されている。しかし、検査モードはダイ・ダイモードであるので、ステージ２４は、３個のダイが各スオーシュに沿ってｘ軸方向に移動されるまでｙ方向には進行されない。
【００３２】
このモードでは、ダイ６８の第１パス（行程）のデータはダイ７０の第１パスのデータと比較するためにメモリブロック５２にストアされる。ダイ６８とダイ７０とが比較されている同じときに、ダイ７０のデータは、ダイ６６の第１パスからのデータと比較するためにメモリブロック５２にストアされる。次に第２のパスへ進む、即ちリターンすると、パスの順序は逆になり、ダイ６６の第２のパスからのデータはダイ７０からのデータと比較するためにストアされ、ダイ７０からのデータはダイ６８の第２のパスからのデータと比較するためにストアされる。この検査と比較のパターンは、マスク５７の関心領域の全てを検査するに必要な回数ほど繰り返される。
【００３３】
より詳細には、ダイ・ダイモードを使用して、電子ビームがダイ６８と７０のスオーシュをスキャンすると、３種類の検出器からの信号３３が取得前置プロセッサ４８に送られ、メモリブロック５２にストアするためにデジタル信号に変換される。ダイ６８、７０からのデータが欠陥プロセッサ５６に同時に送られると、２つのデータ間の重要な不一致が欠陥として指定される。次に欠陥プロセッサ５６からの欠陥データを蓄積してポストプロセッサ５３に送られ統合される。ポストプロセッサは、欠陥のサイズや種々の特性を決定し、その情報をシステムコンピュータ３６がバス２３を介して利用可能な状態にする。
【００３４】
ダイ・データベース検査モードでは、システム１０は上記と同様に動作するが、メモリブロック５２が一つのダイからのデータを受信する点、欠陥プロセッサ５６での比較のための参照データがデータベースアダプター５４によって提供される点が異なっている。
【００３５】
全てのマスクが検査されると、欠陥のリストと共にその位置がコンピュータディスプレイ３８に表示され、オペレーターはキーボード４０によって欠陥見直しを開始できる。この命令に応答して、システム１０は各欠陥の周囲をスキャンし、オペレーター用にその像をディスプレイ４６上に表示する。
【００３６】
スキャン光学
あるキー要素とコラム２０の特別な設計によって、殆ど１００倍以上の画像形成スピードが達成される。高速の画像形成スピードを達成する際にまず真っ先に必要な条件は、より高いビーム電流である。というのはＳ／Ｎ比を考慮することが画像形成スピードにおける基本的制限であるからである。本発明では、高輝度の熱放射場源が、鋭角の非常に高いビーム強度と非常に高いビーム電流を生成するのに使用されている。しかし、電子電流が高いとクーロン相互反発作用が発生する。このことを解決するために、高電場はカソードの近傍に形成され、ビーム系がまた急速に拡大される。コラムの設計には、その領域における電荷密度を上昇させる電子のクロスオーバーがないようにし、クーロン反発作用問題を少なくするために大きな開口数が使用されている。
【００３７】
マスクを高速度、例えば１００メガピクセルでスキャンするための要求に対して、検出器は、二つの連続するスキャンピクセルからの二次（リターン）電子を一時的に分離することができる。このことは、各ピクセルのドウェル時間に比較して、到着時間があまり広がっていないことが要求されていることを意味する。各ピクセルでの到着時間の広がりを少なくするために、電子はターゲットを離れた後にすぐに加速される。検出器での到着時間の広がりは結果として約１ナノ秒に維持される。到着時間の広がりを更に少なくするために、逆バイアスされた高周波ショットキーバリア検出器が、検出されるべき各タイプの電子に対して用いられる。このショットキー検出器は単に例として示されたのであって、使用可能な他のタイプの半導体検出器を使用してもよい。
【００３８】
電子光学
電子光学サブシステムは、走査型電子顕微鏡に機能的には似ている。それには、スキャン電子ビームプローブと、マスク表面の像形成に必要な二次電子、透過電子と後方散乱電子検出素子が設けられている。検査の間、電子ビームはある方向にスキャンされ、一方ステージはそれに直角な方向に移動される。低電圧の二次電子、高エネルギーの透過電子或いは後方散乱電子のいずれかがビデオ信号を生成するために使用され、その信号はデジタル化されて長短スオーシュ像の形でストアされる。高解像度の自動化された欠陥検出への応用がユニークであるばかりでなく、この光学システムの新規な点は、検査に必要な解像度で高速かつ低ノイズの像を得るのに使用されている新規な技術と従来の技術とを組み合わせている点である。
【００３９】
ビームは、典型的には、非常に高速な５マイクロ秒周期ののこぎり波掃引を使用して、５１２ピクセル（１８−１００μｍ幅）のフィールドをスキャンする。偏向は歪みを発生することはなく、表面にほぼ垂直であり、従って画像特性はスキャンフィールドで一様である。
【００４０】
検出は効果的に行われ、プローブ中の各電子により発生される二次電子の大部分が像形成に使用される。検出システムのバンド幅は、短い走行時間効果によりピクセルレイトに匹敵している。二次電子は共軸で抽出されるので、エッジがマスク上でどのような方向を向いていようとも、エッジ形状の正確な画像が得られる。
【００４１】
図４は、光学システムの要素と、その機能を理解するために必要な関連するある電源を示している。電子銃は、熱放射場カソード８１、放射制御電極８３とアノードアパーチャを有するアノード８５とからなる。カソード８１は、電源９９によって−２０ＫｅＶのビーム電圧に保持されている。カソード８１の表面の電界強度に依存するエミッション電流は、カソード８１の電圧に関して負であるバイアス供給源９１に接続された電極８３の電圧によってコントロールされている。カソード８１は電流源９３によって加熱される。カソード８１の近くの磁気コンデンサレンズ９５は電子ビームをコリメートするために使用される。上部の偏向システム９７は、アラインメント（位置整合）、スチグメーション（無非点収差）及びブランキングのために使用される。この光学系には更に、数個のホールからなるビーム制限アパーチャ９９が設けられている。ビーム１００は一対の静電気プレレンズ偏向器１０１、１０３によって偏向され、ビームは対物レンズ１０４上の点の回りに収束される。対物レンズ１０４は下部極片１０６、中間電極１０７と上部極片１０５とからなる。ビームは結局、マスク５７上を中心に遠隔操作されてスキャンされる。殆ど平行なビームが対物レンズ１０４によって再度収束され、マスク５７を照らす１ｘ倍に拡大された像を形成する。
【００４２】
二次電子イメージモードでは、二次電子が対物レンズ１０４を通って上の方に取り出される。ステージ２４、マスク５７と下部のレンズ極片１０６は電源１１１によって数百ボルトの負の電位にフローティングされていて、その結果二次電子は偏向器１１２と１１３を通る前にこのエネルギーに加速される。中間電極１０７は、電源１１５によってステージに関して正にバイアスされていて、マスクを離れるとすぐ電子を加速し、基板の欠陥領域から発生する二次電子を効率よく集める目的で使用される。フローティングステージ２４と中間電極１０７の組み合わせにより、二次電子検出器１１７への電子走行時間のムラが実質的に除去される。二次電子はレンズ１０４を通って再び後方に戻るので、帰還二次電子はウイーンフィルタとして機能する偏向器１１３、１１２によって検出器１１７の方に偏向される。ここで、リターンビームは検出器１１７のアノード１１８に接続された電源１１９により高エネルギー状態に再加速され、二次電子を増幅に充分なエネルギーレベルでショットキーバリア固体検出器１１７に衝突させる。検出器ダイオード１１７は電源１２１により逆バイアスされている。検出器ダイオード１１７からの増幅信号は前置増幅器１２２に送られ、そこからビデオ取得前置プロセッサ４８と関連する電子回路とに、図１の信号３３の二次電子コンポーネントである高電圧絶縁ファイバ光学リンク１２５を介して送られる。
【００４３】
部分的に透明な基板の検査を可能とするために、透過電子検出器１２９がステージ２４の下に設けられている。透過電子はマスク５７を高エネルギーで通過し、再加速を必要としない。上部素子１２３、中央素子１２４と下部素子１２７とからなる透過静電レンズが、透過電子ビームをショットキーバリア固体検出器１２９による検出に適した径に広げるために使用される。電極１２３はステージ２４と同じ電位に保持され、一方電極１２４は電源１１４により０から−３ＫＶに保持される。透過電子検出器１２９からの信号は増幅器１３３により増幅され、図１の信号３３の透過電子コンポネントであるファイバ光学リンク１３５により伝送される。
【００４４】
光学システムはまた、一次電子とほぼ同じエネルギーレベルで基板表面を離れる後方散乱電子の収集を可能とするように設計されている。後方散乱電子検出器１６０は、一次電子がそれを通過できるホールを有している点を除いて検出器１１７に類似したショットキーバリアダイオード検出器である。後方散乱信号は前置増幅器１６２により増幅され、また前置プロセッサ４８に送られる。
【００４５】
図５は、コラム２０内及びマスク５７の下の種々の電子ビーム通路（パス）の概略図である。電子はフィールドエミッションカソード８１から径方向に放射され、非常に小さな輝点源から発生したように見える。加速場とコンデンサレンズの磁場との結合した作用の基で、ビームは平行ビームにコリメートされる。ガンアノードアパーチャ８７は使用できない角度で放射された電子を阻止し、一方残りのビームはビーム制限アパーチャ９９に入射する。図４の上部偏向器９７は最終のビームが丸くなり、図４の素子１０５、１０６、１０７からなる対物レンズの中心を通ることを保証するためにスチグメーションとアライメント用に使用される。図４のコンデンサレンズ９５の中心は、カソード８１と制限アパーチャ９９により規定された軸に機械的に一致している。偏向作用により、電子は示されたパスを通り、その結果スキャンされ収束されたプローブ、即ち基板の衝突点のビームは対物レンズ１０４から出てくる。
【００４６】
スキャンビーム１００の径とその電流は、数個のファクターにより決定される。放射源からの角エミッション（１．０ｍＡ／ステラジアン）と、最終アパーチャ９９により規定されるアパーチャ角は、ビーム電流を決定する。プローブ径は両レンズの収差によって決定され、両レンズは球面収差と色収差を小さくするために高励起（フィールド幅／焦点距離）に対して設計されている。ビームの相互作用効果（個々のビーム電子間の反発による統計的ぼけ）は、マスク５７上のプローブサイズの半分を占めるこのような高電流システムにおいて重要である。これらの効果は、中間的クロスオーバーを避け、４０ｃｍの短いビームパスを使用し、電子源及びマスク５７において比較的大きな半角のレンズを使用することにより小さくできる。所定のビームスポットを得るために、アパーチャ径は、最大可能電流を供給しながらこれらの効果をバランスさせるように選択される。ビーム源からのビームを拡大したり或いは縮小したりするためにレンズ強度を変化させることは可能であるが、この様なシステムでは、スポットサイズがアパーチャを使用してまず調整される。
【００４７】
図４のウイーンフィルタ偏向器１１３は、高エネルギーのスキャンビーム１００に殆ど影響を与えないで、約１００ｅＶの二次電子ビーム１６７を偏向する。ウイーンフィルタは、静電的８極偏向器１１２と４極磁気偏向器１１３からなり、互いに直角に電場と磁場をクロスするように配置されている。帰還二次電子は両方の場によって側方に偏向される。しかしながら、一次スキャン電子１００は反対方向に移動しているので、ウイーンフィルタが二次ビーム１６７を広角に偏向しても、ウイーンフィルタが一次スキャンビーム１００に力を及ぼさないようにこれらの場の強度を選択しなければならない。ウイーンフィルタと呼ばれているものは共軸抽出に対して効果的に使用される。二次電子偏向器１１７のアノード１１８は、再加速の間にビーム１６７が固体検出器１１７のコレクタに集められ収束されるような形状をしている。
【００４８】
図５には、検出される透過電子と後方散乱電子のパスが示されている。後方散乱電子を検出するために、ウイーンフィルタ１１２、１１３のみがオフされ、従って、これらの電子は同じパスを通ってシステムの上方に進み、環状の後方散乱検出器１６０へ至る。透過電子は、マスク５７と図４の電極システム１２３、１２４を通過し、透過電子検出器１２９の表面を満たすように広がった後、高エネルギーで検出器１２９に衝突する。
【００４９】
図６に示すように、制限されたカソード寿命に対する電子銃の寄与を少なくするために、電子銃構造は高電圧に浮いている６角形の回転タレット１３７上に設けられた６個のカソード／制御電極構成を含んでいる。各構成はアノード８７上の位置に回転され、図４の適当な電源９１、９３と電気的接触を保ちながらその位置にロックされる。
【００５０】
図４の前置レンズ偏向器１０１、１０３からなる静電的偏向システムは、高スピードの鋸波偏向電圧によって駆動される非常に均一な場を必要とする。その構造は、モノリシックなセラミック／メタル構成であり、エッチングされて２０個の偏向プレートを形成している。４個のドライバが各２つのステージに対して必要であって、ステージ２４とマスク５７の座標システムとマッチするように回転されるスキャンを達成する。
【００５１】
自動チューニングとセットアップが、オペレーターの操作を簡略化するために設けられている。レンズと偏向／スチグメーション素子と全ての高電圧制御源はＤＡＣ制御の下にあり、図１のようにコラム制御コンピュータ４２にインターフェースされている。種々の場合に、特定の機能に対する偏向比と静電プレート電圧を調整するルーチンは、コラム制御コンピュータ４２に内在していて、ガン制御とセットアップは、定格値に基づいていて、エミッション電流、アパーチャ電流と電源設定にたいするＡ／Ｄフィードバックを使用して適用可能なルーチンによって変更される。
【００５２】
ビームをセンターに位置付けるには、レンズ電流が変化したときに偏向を除去する他の公知のルーチンに基づいてなされる。これらの操作は、２軸フレームスキャン機能によってイメージされる特定のテストサンプルを使用していて、それらはアラインメントと検査に必要な画像分析能力を利用する。焦点はマスクの高さの変化を補償するために自動的に維持され、一方スチグメイションが検査の前になされる。これらのルーチンは、取得前置プロセッサ４８とそれに関連した電子回路を使用した、画像のコントラストと調和内容の解析に基づいている。
【００５３】
本発明では、光学系の定格動作状態は２０ＫｅＶのビームエネルギーを使用し、ビーム電流とスポットサイズの関係は、０．０５μｍでの３００ｎＡ から０．２ μｍでの１，０００ｎＡ まで変化する。スキャンスピードは、１００ メガピクセル／秒で画像形成される５１２ピクセルスキャンフィールドを使用して５マイクロ秒である。検出器１１７のダイオード電流増幅率は、５ＫｅＶでの約１０００から２０ＫｅＶでの５０００である。全体のシステムは、０．０５μｍスポットを使用する１００ メガピクセル／秒で約１４％のエッジコントラスト以上のサンプルに対してこの動作状態領域以上を達成する。取得電子回路は、１以上のスキャンラインを集積化するために設けられ、低バンドで記録されるべき低コントラストの像と高解像度の像が得られる。
【００５４】
欠陥プロセッサ
ダイ・ダイ検査の場合には、欠陥プロセッサ５６の機能は、ダイ６８から導出された画像データをダイ７０から導出された画像データと比較することであり、ダイ・データベース検査の場合には、ダイ６４から導出された画像データをデータベースアダプター５４から得られるデータと比較することである。欠陥プロセッサ５６のルーチンと基本的構成は、米国特許第４，６４４，１７２ 号に開示された欠陥プロセッサと略同じである。米国特許第４，６４４，１７２ 号は、１９８７年２月１７日に発行され、本出願の出願人に譲渡された、サンドランド等による”自動ウェファ検査システムの電子制御”であり、欠陥を決定するのに３つのパラメータを使用している。一方、本発明の４つのパラメータを使用している。
【００５５】
ダイ・ダイ検査或いはダイ・データベース検査のどちらも、メモリブロック５２から全てのデータを得ていて、そのデータは各検出器に対してピクセル当たり６ビットの形式を使用している。欠陥プロセッサ５６では、下記の４つのパラメータが２入力の各検出器の各ピクセルに対して決定される。
【００５６】
ａ． Ｉ：ピクセルのグレイスケール値
ｂ． Ｇ：グレイスケールピクセルの傾きの絶対値
ｃ． Ｐ：グレイスケール値の傾きの位相又は向き
ｄ． Ｃ：局所的傾き関数の輪郭の曲率
グレイスケール値は、特定のピクセルに対するメモリブロック５２の単なる値である。傾きの大きさと傾きの方向は、まずｘとｙの通常の演算子成分を計算して得られる。
【００５７】
【数１】
【００５８】
曲率は以下のように定義される。
【００５９】
【数２】
【数３】
【００６０】
好ましい実施例における代表値は以下の通りである。
【００６１】
【数４】
【００６２】
同様にして、ダイ７０の各ピクセルのパラメータはダイ６８の対応する隣接ピクセルのパラメータと比較され、その結果適当なピクセルが欠陥を有していると見做される。
【００６３】
このアルゴリズムの物理的実行は、上述の米国特許第４，６４４，１７２ 号に開示されたパイプラインロジックでなされる。行列演算は、１００ メガピクセル／秒の速度で欠陥データを計算できるパイプライン計算システムに接続されたＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ （ＡＳＩＣ）で実行される。
【００６４】
偏向器コントローラ
ダイ・ダイモードでは、偏向器コントローラ５０の機能は、ダイ６８の各スオーシュ６０内の等距離グリッド点に電子ビーム１００を位置付けることである。この結果、検出器１２９、１６０、１１７の出力は、ダイ７０の対応する位置における同じ検出器の出力と比較される。同様に、ダイ・データベースモードでは、データベースアダプター５４から得られるシミュレートされた画像は、ダイからの検出器１１７の出力と比較される。偏向器コントローラ５０は、図７と以下の説明に示されるように、ステージ２４と電子ビーム１００の位置を制御してこれを実行する。
【００６５】
スオーシュにおける第１のダイ１をスキャンする場合には、アライメントコンピュータ２１の出力はゼロに設定される。というのは、第１のダイの第１のスオーシュをスキャンする期間には、ミスアライメントは存在しないからである。従って、この期間に、偏向器コントローラ５０はコラムコンピュータ４２からのみ命令を受ける。これらの命令と、ｘ，ｙ干渉計２８から得る位置データに基づいて、偏向器コントローラ５０は、ステージ２４の望ましい移動を計算し、その対応する信号をステージサーボ２６に送ってステージ２４を移動させる。偏向器コントローラ５０は、同様にしてビーム１００の所望の偏向を計算し、これらのデータをアナログ偏向器回路３０に送る。ステージ２４が移動すると、その位置はｘ−ｙ干渉計２８によって定常的にモニタされ、所望のステージ位置からの不一致が決定され、偏向器コントローラ５０によりステージサーボドライブ２６に帰還される誤差信号を生成するのに使用される。ステージ２４の高慣性のため、これらの誤差信号はステージ位置の高周波誤差を修正することはできない。ｘ，ｙ方向の高周波誤差は、偏向器コントローラ５０により計算される電子ビーム１００の偏向によって修正される。偏向器コントローラ５０はこれらの信号をデジタル形式でアナログ偏向回路３０に送る。
【００６６】
ビーム１００がダイ６８をスキャンするとき、グレイスケール値はメモリブロック５２にストアされている。電子ビーム１００がダイ７０をスキャンし始めるとすぐに、これらの値はまたメモリブロック５２にストアされ、すぐにまた欠陥プロセッサ５６とアライメントコンピュータ２１に送られる。アライメントコンピュータ２１では、ダイ６８とダイ７０からの２つのデータは、アライメント（位置整合）のために比較される。もしも位置整合していない場合には、位置整合修正信号が発生され偏向器コントローラ５０に送られる。この位置整合信号はバーニア調整（微調整）として使用され、マスク５７の調整位置にビーム１００を位置付ける。
【００６７】
ダイ・データベースモードでは、偏向器コントローラ５０は、ダイ・ダイモードでの機能とほぼ同様に働くが、データベースアダプター５４の出力がスオーシュの第１のダイから得られる入力画像に置き代わる点が相違している。
【００６８】
偏向器コントローラ５０はまた、ステージ２４の動き、スピードと方向と共に電子ビーム偏向のパラメータを計算し規定する。
【００６９】
アライメントコンピュータ
アライメントコンピュータの機能は、グレイスケール値の形式で２つのデジタル画像を受けて、ピクセル距離のずれの形式で、画像間の位置整合からのずれを決定することである。これらのアライメント計算の好ましい実施例は、米国特許第４，８０５，１２３ 号に開示されている。この米国特許は１９８９年２月１４日に発行され、本願と同じ譲受人に譲渡されていて、Ｓｐｅｃｈｔ等による”Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ ａｎｄ Ｒｅｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｓｕｂ−Ｓｙｓｔｅｍ”である。この好ましい実施例では、位置整合修正信号５１は全体の関心領域に亘って連続的に計算される。または、マスク５７上の少数の特定特徴点を選択し、これらの特徴点でのみ位置整合のずれを計算してもよい。この場合、スキャンプロセスでアライメントは急速には変化しないと仮定している。後者の場合には、フォースコンピュータ会社（Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．）のモデルＣＰＵ ３０ＺＢＥ のような単一ボードコンピュータが位置整合（アライメント）計算を実行するために使用される。
【００７０】
アナログ偏向
アナログ偏向回路３０は、図４の２０極プレート１０１、１０３に対してアナログランプ機能を発生する。このサブシステムの動作は図９に示されている。偏向コントローラ５０からのデジタル信号はスロープＤＡＣ２３０によりアナログ電圧に変換され、その出力はランプ発生器２３２に導かれる。ランプの振幅はＤＡＣ２３４を使用して可変にでき、一方オフセットはＤＡＣ２３６によりコントロールされる。サンプルホールド回路２３８、２４０は、それぞれ、ランプのスターととエンドを規定するために使用される。高電圧で低ノイズのドライバが波形を増幅し、ダイナミックレンジが±１８０Ｖのランプを発生する。このランプは偏向器プレート１０１、１０３に印加される。
【００７１】
メモリブロック
メモリブロック５２は３個の同一なモジュールからなり、各モジュールは偏向器１１７、１２９、１６０の各タイプの異なる一つに対応している。図１０に示すように、概念的にメモリブロック５２の各モジュールは２つの先入れ先出方式（ファイフォ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ − Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ） メモリからなる。第１のファイフォはダイ６８から得られる全体のスオーシュの各検出器に対応したグレイスケール値をストアし、一方、第２のファイフォはより短くて、ダイ７０の数スキャンにのみ対応した各検出器に対するグレイスケール値をストアする。これら２つのファイフォからの出力は欠陥プロセッサ５６とアライメントコンピュータ２１に送られる。各ファイフォは１００ＭＨｚ の速度で動作し、検出器当り８ビットで各ピクセルのグレイスケール値をストアする。
【００７２】
メモリは、その入力レジスタ３０２に、各種検出器に対する取得プリプロセッサ４８から並列に送られてくる８バイトを受け取る。シフトレジスタのように働く入力レジスタ３０２は、入力レジスタの８セクションが一杯になるまで、８バイトを右にシフトし、そして他の８バイトを受けとる。入力レジスタの８セクションが一杯になると、６４バイトがメモリ３０３にクロックで送られる。
【００７３】
これを実行するのはＤＲＡＭ３０３である。通常１２８メガバイトがシステムに使用される。
【００７４】
画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ
画像捕獲前置プリプロセッサ４８は、各検出器１１７、１６０、１２９からのアナログ信号を変換し、これらを１００ＭＨｚ の速度で８ビット値にデジタル化し、メモリブロック５２に蓄積するために出力信号をリフォーマットする。
【００７５】
画像捕獲前置プロセッサ４８は３個の同一のモジュールからなり、その内の一つが図１１に示されている。各モジュールは対応する検出器からの出力を受けとり、その出力をＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）９により８ビットにデジタル化し、それを多重スキャンインテグレーター１１に送る。多重スキャンインテグレータ１１の目的は、ノイズを減少させるために同じピクセルからのグレイスケール値を平均化することである。この様な状況下において、ピクセルは再びスキャンされ、例えば数回再びサンプル化される。その得られた結果はそのピクセルの平均値である。この値はシフトレジスタ１３に送られる。そのシフトレジスタ１３は、メモリブロック５２に８バイトを並列に送る前にその８バイトをシリーズに受けとる。
【００７６】
干渉計
ステージ２４のｘとｙの位置は、Ｔｅｌｅｔｒａｃ ＴＩＰＳ Ｖ のようなｘ−ｙ干渉計２８によってモニタされる。その位置は２８ビットに規定され、最下位ビットは約２．５ ナノメータに対応する。
【００７７】
システムコンピュータ
システム１０の全体の制御はシステムコンピュータ３６によってなされ、システムコンピュータ３６によりハウスキーピングタスクを含めて種々のステップシーケンスが順序だってなされる。シーケンスの各イベントはプログラムされた時間に達成され、コンピュータ３６のスループットを最大にするために多数のコンフリクトしないシーケンスが同時になされる。
【００７８】
コンピュータ３６により達成されるルーチンは、システムとユーザとの相互通信が、関連したマウスやトラックボールポインティング装置を有するキーボード４０か或いはリモートコンピュータでのデータ通信によりなされるように設計されている。ローカル通信に対しては、コンピュータディスプレイ３８がシステムコンピュータ３６からのグラフィックやテキストを表示する。
【００７９】
システムコンピュータ３６のルーチンは、４つの通信タスクに組織化されている。
【００８０】
１．コラムコントロールコンピュータ４２、ポストプロセッサ５８、マスクハンドラー３４との全ての通信がなされるマスタータスク。このタスクはまた、レンズセッティング、真空圧、ビーム電流等のマシーン動作パラメータを記録しているシステムコンピュータ上のファイルを保持している。
【００８１】
２．コンピュータディスプレイ３８上のディスプレイを管理し、キーボード４０とマウス入力を扱うユーザインターフェースタスク。このタスクは、データファイルを変更したり、アクションを開始するためにメッセージをシステムの他の部分に送ることによって、ユーザキーボード４０とマウス入力に応答する。
【００８２】
３．マスタタスクを介してコラムコントロールコンピュータ４２へ画像取得スオーシュの記述を送る検査タスク。
【００８３】
４．キーボード４０からのコマンド入力を受入れ可能なコマンド言語解釈タスク。このタスクはまた、繰返し動作の自動スケジュールを可能とするタイマーを管理する。更に、このタスクは、全てのマシーン動作とその動作が生じる時間とを記述しているテキストログファイルを生成しかつ更新する。このタスクは通常サービスエンジニアによるマシーン制御にのみ使用される。
【００８４】
システムコンピュータの例として、ＵＮＩＸ オペレーティングシステムのもとでランする Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＳＰＡＲＣ プロセッサがある。ＵＮＩＸは、ＡＴ＆Ｔの登録商標である。
【００８５】
コラムコントロールコンピュータ
コラムコントロールコンピュータ４２は、オートフォーカスコンピュータ、真空コントロールコンピュータと偏向指令コンピュータからなる。オートフォーカスコンピュータの機能と実行は、本願の標題“オートフォーカスシステム”の節で説明され、真空システムについては、標題“真空システム”の節でなされる。
【００８６】
コラムコントロールコンピュータ４２は、システムコンピュータ３６から指令を受ける。
【００８７】
コラムコンピュータ４２は、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．によって作られている ＣＰＵ３０ＺＢＥのような ６８０３０ベースの単一ボードコンピュータで実行される。
【００８８】
ポストプロセッサ
ポストプロセッサ５８は、欠陥プロセッサ５６から、各タイプの検出器に対するあらゆる欠陥ピクセルを示すマップを受信する。ポストプロセッサ５８はこれらのマップを結び付け、各欠陥のサイズと位置を決定し、これらを欠陥のタイプに分類する。これらのデータはシステムコンピュータ３６に利用可能である。実際には、ポストプロセッサは、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｉｎｃ．によって作られている ＣＰＵ３０ＺＢＥのような ６８０３０ベースの単一ボードコンピュータとして実行される。
【００８９】
ビデオフレームバッファ
ビデオフレームバッファ４４は、商業的に入手可能なビデオフレームメモリであり、ピクセル当たり１２ビットで、４８０ｘ５１２ ピクセルの記憶容量を有している。適切なフレームバッファは Ｉｍａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．のモデル ＦＧ１００Ｖ である。ビデオフレームバッファは１秒間に３０回、画像ディスプレイをリフレッシュする。
【００９０】
画像ディスプレイ
画像ディスプレイ４６は、ＳＯＮＹモデル ＰＶＭ １３４２Ｑのような、商業的に入手可能なカラーモニタである。擬似色カラー技術が、オペレータによる画像の評価のために使用されている。そのような技術は白黒画像の異なるグレイシェイド（白に近い灰色か黒に近い灰色かの尺度）値に異なる色を割り当てる。
【００９１】
データベースアダプター
データベースアダプター５４は、ダイにパターンを形成するために使用されるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ） データを基にして、各ピクセルに対応するグレイスケールとを生成する画像シミュレーターである。代表的には、データベースアダプターへの入力は、集積回路のパターン形成に使用されるフォーマットのデジタル磁気テープである。これらのデジタルデータは、画像捕獲前置プロセッサ４８の出力と同じフォーマットで、スオーシュに組織されたピクセルデータの流れに変換される。そのようなデータベースアダプターは、米国特許第４，９２６，４８９号に既に開示されている。米国特許第４，９２６，４８９ 号は、１９９０年５月１５日に発行され、本出願と同じ譲受人に譲渡されたＤａｎｉｅｌｓｏｎ 等による”Ｒｅｔｉｃｌｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ” である。
【００９２】
マスクハンドラー
マスクハンドラー３４の機能は、カセットからマスク５７を自動的に取出して、それをマスクホルダーに適切な方向に向けて置くことである。これは、半導体産業においてウェファを輸送し操作するのに通常使用されているウェファハンドラーに類似のロボット装置である。マスクハンドラーの第１の機能は、図２と図３のフラット５９の方向を決定することである。マスクハンドラー３４は、マスクの回転中心に関して径方向に向いたリニアＣＤＤセンサーで光学的にフラットを検知する。マスクが回転すると、イメージセンサの出力はデジタル形式に変換され、Ｆｏｒｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｃ． の ＣＰＵ ３０ＺＢＥのような単一ボードコンピュータにストアされる。コンピュータはフラット５９の位置を決定する。そしてマスクは適切な方向に回転され、自動的にマスクハンドラーに位置決めされる。マスクを有するマスクホルダーは、図８の負荷エレベータ２１０に載せられる。ハンドラーの全ての動作はシステムコンピュータ３６により制御される。
【００９３】
ステージ
ステージ２４の機能は、電子ビーム１００と光学アライメントシステム２２のもとでマスク５７を移動させることである。システムの複雑さを最小にするために、ステージ２４は２自由度、つまりｘとｙ方向の自由度のみを有するように選ばれていた。即ち、ステージ２４は、マスク５７のｘ−ｙ面に垂直な方向に回転も移動もできない。言い換えれば、ステージは、ｘ、ｙ或いは斜め方向へ平行移動だけできる。この代わりに、電子ビームラスターの回転は、任意のスキャンをビームの静電的偏向の２成分に分解し、ステージを機械的サーボにより同様な方法で移動することにより、電子的に達成される。対物レンズはマスクの高さ方向の変化を補償するために充分な範囲の可変焦点を有しているので、ｚ軸方向の移動は必要ない。
【００９４】
ステージ２４は、直線性、直角性及び繰り返し性において非常に精密に制御できる装置である。交差したローラベアリングが使用されている。ステージは真空状態でも使用でき、電子ビーム１００と干渉しないように非磁性体である。ステージはオープンフレームを有しているので、透過電子ビーム１０８がその下の検出器１２９に到達できる。オープンフレームはまた、載置プロセスにおいて下からマスク５７をオープンフレーム上に置くために使用される。
【００９５】
図示しない３位相ブラシュレスリニアモータが軸当り２個使用されて、最良のシステム機能を達成るるようにステージ２４を駆動していた。適切なリニアモータは、Ａｎｏｒａｄ Ｉｎｃ． によって作られたＡｎｏｌｉｎｅ モデル Ｌ１ と Ｌ２ である。
【００９６】
真空システム
真空システム全体はコラムコントロールコンピュータ４２の制御下にある。システムの種々の場所に配置された図示しない従来の圧力センサが圧力を測定し、その結果をコラムコントロールコンピュータ４２に報告する。このコンピュータが、スタート時、或いはマスクのローディング及び非ローディング期間に、必要に応じて種々のバルブを時間制御する。後者のルーチンは、標題”ローディング動作”においてより詳しく説明する。真空状態が電子ビーム動作に対して不適切であると、高電圧は自動的にカットオフされ、電子源８１がダメージを受けるのを防止している。この動作は、コンピュータ４２、３６と圧力センサとを組み合わせて実行されている。同時に空気離隔弁１４５（図６と図８）が、コラムの超高真空領域１４０の汚染を防止するために動作する。真空システムの動作を以下に説明する。
【００９７】
電子銃の真空システムは、前もってべーキングされその後は何の操作もなく只維持されるように設計された２段階の差動的に動作するポンプシステムである。約１０−９トールの超高真空領域１４０はイオンポンプ１３９によって排気されて、ガンアノード開口８７から離隔されている。約１０−８トールの中間の真空領域１４１は、イオンポンプ１４９によって排気され、空気ガン離隔弁１４５とアパーチャ機構９９によりメイン真空領域１４３から離隔されている。これらの真空素子は、電子生成おいてフィールドエミッションに適した環境を提供する。
【００９８】
下部コラム領域１４３の真空状態は、ターボポンプ２０４によって維持され、と同時に検査チャンバー２０６の真空状態はターボポンプ２０８により提供される。検査チャンバー２０６は、プレートによって下部コラム領域１４３から離隔されており、このプレートには電子ビームが通れるような小さな孔が開けられている。この様に真空領域２０６と１４３を離隔することによって、検査すべき基板がかなりの蒸気圧を有するフォトレジスト物質でコートされた場合にも、高真空状態を維持することができる。
【００９９】
真空システムは２つのエアロック２２４、２２６を有している。一方はマスク５７を検査チャンバ２０６に載置するために使用され、他方は検査終了後にマスク５７を取り出すために使用される。両方のチャンバは各々、並列に配置されたバルブ２１２と２１４を介して真空ポンプに接続されている。バルブ２１２はロックチャンバ２２４を低速で排気するために設けられ、一方バルブ２１４は大きなオリフィスを有し大容積を排気することができる。同様の構成がチャンバ２２６に対しても設けられている。この２つの構成を設けた目的は、荷電粒子が排気プロセスにおいて攪乱されるのを防止し、かつチャンバを排気たり加圧するのに必要な時間を少なくするためである。
【０１００】
以下に詳細に説明されるように、最初、マスクがエアロック２２４に置かれると、低速バルブ２１２だけが開かれ、チャンバ内の流速は、エアロック領域２２４の荷電粒子が攪乱されないように充分に低く維持される。チャンバ内の圧力が低下して空気流が分子領域、即ち荷電粒子がもはや攪乱されない領域に達すると、大きなバルブ２１４が開けられ、エアロック内に残っている空気が急速に排気される。同様の２ステップ動作が加圧プロセスでも使用される。
【０１０１】
ロード（装填）動作
以前に説明したように、マスク５７はマスクハンドラー３４のアダプターとともに移動し、載置エレベーター２１０に搭載される。この時、エアロック２２４は大気圧状態にある。エアロック２２４を低速で排気できるバルブ２１２が開けられる。ロック２２４の圧力が分子流の圧力に達すると、高容量のバルブ２１４が開けられ、残りの空気が排気される。そしてゲートバルブ２１６が開けられ、エレベーター２１０はバルブ２１６を通ってマスク５７を検査チャンバ２０６に押上げ、それをステージ２４に載置する。マスク５７の検査が終了すると、逆プロセスが行われて、マスク５７はマスクを収納するのに使用されているカセットに再び収められる。
【０１０２】
この代わりに、マスクのカセットを同様の方法でチャンバに載置することもできる。マスクの集合の各々が検査されると、マスクのカセットが除去されて、マスクの次のカセットに交換される。
【０１０３】
更に、本発明のダブルロック配置によると、１つのチャンバー内であるマスクを検査しながら、同時に第２のチャンバを使用して、第２のマスクを挿入して加圧したり、或いは降圧して除去したりできる。
【０１０４】
オートフォーカスシステム
電子ビーム１００は、図４に示されたシステムの対物レンズ１０４の電流を変化させて収束される。マスク５７や他の基板は平坦ではなく、またステージ２４の表面はコラム２０の軸に完璧に垂直ではないので、最適な焦点電流は関心領域を越えて変化する。この変化はｘ軸とｙ軸方向の距離の関数として見た場合に小さいので、マスク５７上の数個の指定点で最適なフォーカス電流を決定することは可能であり、これらの間の任意の点に対して所望のフォーカス電流を補間することができる。
【０１０５】
検査プロセスを準備し開始する際に、システムは指定点で最適なフォーカス電流を測定する。このフォーカス・キャリブレーション・プロセスは、ビームを指定点に位置付けし、それからマスク５７の特徴エッジに垂直な直線に沿ってグレイスケール値を測定するステップからなる。例えばフォーカス電流の１０個の異なる値に対して、デジタル化されたグレイスケール値は、図示しないハイパスフィルタで畳み込まれる。最良のフォーカス電流は、ハイパスフィルタからの出力のうちで最大の値に対応した電流である。好ましい実施例では、二次微分フィルタが使用され、この実施例では以下のような畳こみ係数を有している。
【０１０６】
−４ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ −４
最良の結果に対して、ハイパスフィルタの出力は平滑化されるべきである。
【０１０７】
フォーカスコンピュータはコラムコントロールコンピュータ４２の一部である。フォーカス計算は、畳み込み集積回路と数個のＤＳＰ素子からなる特別な目的のハードウエアで実行される。
【０１０８】
光学アライメントシステム
光学アライメントシステム２２は、ダイが検査チャンバに入った後に、ダイの粗いアライメントを視覚的に実行するために、オペレーターによって使用される。サブシステムは、真空チャンバへのウインドウと、ディスプレイ４６上にイメージを表示するために、ＣＣＤカメラ上にマスクを投影するレンズとからなる。オペレーターは２つのレンズのうちの一つを選択できる。本発明では、これらは経験的に決定される。この二つのレンズのうち一方は、マスクを見る倍率が０．４６であり、他方はその倍率が５．８ である。マスクからのフィルムでレンズの光学面がコーティングされるのを防止するために、全てのレンズは真空の外に置かれている。
【０１０９】
本発明は、数種の動作モード及び典型的なルーチンと装置に沿って説明されたが、当業者なら、上記記述と図面に示された内容から種々の変更して実施できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムの全体ブロック図。
【図２】ダイ・データベース検査に対して本発明で使用されているスキャンパターン図。
【図３】ダイ・ダイ検査に対して本発明で使用されているスキャンパターンのグラフ図。
【図４】電子光学コラムと収集システムの機能要素を示す概略図。
【図５】図４に示された電子光学コラムと収集システムを通る一次電子、二次電子、後方散乱電子と透過電子の行程を示す概略図。
【図６】マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。
【図７】本発明の位置決め制御システムのブロック図。
【図８】本発明の真空システムの概略図。
【図９】本発明のアナログ偏向システムのブロック図。
【図１０】図１に示された本発明のメモリのブロック図。
【図１１】本発明の画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサーのブロック図。
【符号の説明】
１０…検査システム
２０…電子ビームコラム
２１…アライメントコンピュータ
２２…光学アライメントシステム
２３…データバス
２４…ｘ−ｙステージ
２６…ステージサーボ
２８…干渉計
２９…ＶＭＥ１
３０…アナログ偏向回路
３１…ＶＭＥ２
３２…検出器
３３…信号
３４…マスクハンドラー
３６…システムコンピュータ
３８…コンピュータディスプレイ
４０…ユーザキーボード
４２…コラム制御コンピュータ
４４…ビデオフレームバッファ
４６…画像ディスプレイ
４８…画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ
５０…偏向コントローラ
５２…メモリブロック
５４…データベースアダプター
５６…欠陥プロセッサ
５７…マスク
５８…ポストプロセッサ
Claims (6)
- 荷電粒子ビームを基板表面に向ける荷電粒子光学コラムと、
前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出する検出器と、
前記基板を保持し、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステージと、
前記ステージの位置を決定する干渉計と、
を具備することを特徴とする基板の自動検査システム。 - 前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御する偏向コントローラを更に具備することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
- 荷電粒子ビームを基板表面に向けるステップと、
前記基板の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、
前記基板を保持するステージを連続的に移動して、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされている間に、前記基板に少なくとも一自由度の連続移動を行わせるステップと、
干渉計を使用して、前記ステージが連続移動している間に、前記ステージの位置を決定するステップと、
を具備することを特徴とする基板の自動検査方法。 - 偏向コントローラを使用して、前記基板上の荷電粒子ビームの位置を制御するステップを更に具備することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記偏向コントローラは、前記干渉計から取り出された情報を使用して前記荷電粒子ビームの位置を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。
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