JP2011077331A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁部及び導電部を含む回路パターンが形成された基板に対して、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の検査を高精度に行うこと。
【解決手段】絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板（ウエハＷ）を真空容器２１内の載置台２２に載置する。次いで前記ウエハＷに対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射し、前記電子線の照射により放出された２次電子を検出する。電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させて、ウエハＷの検査対象領域全体において、放出された２次電子の検出結果と、ウエハＷ上の電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得し、このデータに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査する。
【選択図】図７

Description

本発明は、絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板に対して、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の検査を行う技術に関する。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）上に形成されたパターンの欠陥を検査する手法については、電子線を用いたＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式の検査方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

このＳＥＭ式の検査方法は、図１２に示すように、真空容器１０の上方側に設けられた電子線放出手段１１から載置台１２上のウエハＷに対して電子線（１次電子）を照射し、ウエハＷの表層から放出される２次電子を検出器１３により検出する手法である。電子線の入射により、ウエハＷからは電子線が弾性的に反射した反射電子と、ウエハＷの内部で発熱や遷移などによりエネルギーが電子線よりも小さくなった２次電子とが放出される。この際加速電圧を大きくしすぎると、一次電子（反射電子）が二次電子よりも多くなるので、加速電圧をある値よりも低く設定し、２次電子を利用して欠陥検出を行っている。

ところでウエハＷでは、導電部（導電体よりなる部分）である配線層が、絶縁部（絶縁体よりなる部分）である絶縁層内に埋め込まれた構造において、レジストパターン形成時の現像欠陥や配線の埋め込み不良等により、本来導電部であるべき部位に、孔や下地と電気的に接合していない領域が形成されてしまうことがある。ここで一般的に電子線の照射直後においては、絶縁部の方が導電部よりも２次電子の放出量が多い。電子線は導電部には多く吸収されるため、２次電子の放出量が少なくなるが、絶縁部においては吸収量が少なく、従って２次電子の放出量が多くなるからである。

一方電子線の照射直後に絶縁部から２次電子が多量に放出された後は、電子線を照射したときには導電部の方が絶縁部よりも２次電子の放出量が多くなる。絶縁部では電子線照射直後の２次電子の放出により正電荷がチャージされるため、それ以降は電子線を照射しても２次電子が放出されにくくなるからである。このように導電部と絶縁部とでは２次電子の放出量が異なるため、この２次電子の放出量の違いを利用して、本来導電部であるべき部位に存在する絶縁部を欠陥として検出することができる。実際には電子線を照射したときに放出される２次電子数をカウントして、このカウント数に対応する輝度を求め、ウエハＷにおける電子線照射部位と前記輝度とを対応付けて表示する画像を作成し、当該画像において導電部と絶縁部の輝度の違いに基づいて欠陥の検出を行っている。

しかしながらパターンの微細化が進み、配線層の線幅がより細くなり、欠陥部位がより小さくなっていることから、画像の解像度を高くしても、従来の手法では、画像に基づいて欠陥を精度よく検出することが困難となる懸念がある。

特開２００２−２１６６９８号

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板に対して、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥を高精度に検出することができる技術を提供することにある。

このため本発明の検査装置は、絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板を検査する検査装置において、
前記基板を載置する載置台がその内部に設けられた真空容器と、
前記真空容器内を真空排気する真空排気手段と、
前記載置台上の基板に対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射するための電子線照射手段と、
前記基板の検査対象領域全体に電子線を走査するために、電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させる移動手段と、
前記電子線の照射により基板から放出される２次電子を検出するための電子検出手段と、
この電子検出手段の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得する手段と、
前記データに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査するための手段と、を備えたことを特徴とする。

この際、前記電子線照射手段は、電子線を放出する電子線放出手段と、この電子線放出手段から放出される電子線を基板上に集束させる集束レンズと、を備え、前記電子線の電荷密度は、前記集束レンズの焦点位置を調整することにより設定するようにしてもよい。

また本発明の検査方法は、絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板を検査する検査方法において、
前記基板を真空容器内の載置台に載置して、前記真空容器内を真空排気する工程と、
前記載置台上の基板に対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射する工程と、
前記基板の検査対象領域全体に電子線を走査するために、電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させる工程と、
前記電子線の照射により放出された２次電子を検出する工程と、
この放出された２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得する工程と、
前記データに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を基板に照射しているので、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２よりも大きい電子線を照射する場合に比べて、電子線照射直後に絶縁部から放出される２次電子量が多くなる。このため絶縁部では当該２次電子放出後にチャージされる正電荷量が多くなり、その後に電子線を照射したときに、導電部における絶縁部近傍では、放出される２次電子が絶縁部側に引き寄せられ、見かけ上２次電子の放出量が導電部よりも少なくなる領域が形成される。これにより前記２次電子の放出量の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応させたデータを取得すると、本来導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥が存在する領域においては、欠陥のみならず欠陥周囲においても、導電部に比べて前記検出される２次電子量が少なくなるので、見かけ上欠陥が大きくなり、欠陥部分を高精度に検出できる。

本発明の実施の形態に係る検査装置の一例を示す縦断面図と、当該検査装置に設けられた制御部の構成図である。 基板上に区画された単位領域（フレーム）と単位ピクセルの一例を示す平面図と、検査時に取得される測定マップの一例を示す平面図である。 基板の表層部の一部を示す模式図である。 電子線の電荷密度調整を説明する縦断面図である。 本発明の検査方法の一例を示すフローチャートである。 測定マップの一例を示す平面図である。 基板の表層部の一部を示す縦断面図と測定マップを示す平面図である。 基板の表層部の一部を示す縦断面図と測定マップを示す平面図である。 電荷密度と、二次電子放出量の関係を示す特性図である。 二次電子放出率の時間変化を示す特性図である。 欠陥検査の他の例を示す平面図である。 従来の検査装置の一例を示す縦断面図である。

本発明に係る検査装置の一実施の形態について、図１を参照して説明する。図１中の２１は真空容器であり、この真空容器２１内の下部には、ウエハＷを載置するための載置台２２が設けられている。この載置台２２は、Ｘ−Ｙ駆動機構２３によって水平方向に移動できるように構成されている。載置台２２の表面には、ウエハＷを保持するための静電チャック２４が設けられており、また載置台２２の内部には、図示しない外部の搬送アーム機構との間において、ウエハＷの受け渡しを行うための図示しない昇降ピンが設けられている。この載置台２２の内部には、電子線の照射により昇温するウエハＷの冷却を行うための冷却機構２５が設けられている。この冷却機構２５は、例えば真空容器２１の外部との間において冷媒が循環するように構成されており、載置台２２の上面に開口する図示しないガス供給口からバックサイドガスをウエハＷの裏面側に供給し、当該冷却機構２５とウエハＷとの間における熱交換を速やかに行うようになっている。この載置台２２には、負の電圧をウエハＷに対して印加するための電源２６が接続されており、この電源２６は、ウエハＷ近傍に放出されてきた電子線（ＥＢ（エレクトロビーム）：１次電子）の速度を遅くする役割を果たしている。

また真空容器２１の天井部には、載置台２２に対向するように、ウエハＷに電子線を放出する電子放出手段３が設けられている。この電子放出手段３には負の電圧を印加するための電源３１が接続されており、この電源３１と既述の載置台２２の電源２６とに印加される電圧の差は、ウエハＷに照射される電子線の加速電圧となる。さらに電子放出手段３と載置台２２との間には、電子放出手段３から放出された電子線を集束するための集束レンズ３２と、電子線の通過範囲を規制するアパーチャ３３及び電子線を走査するための複数の走査コイル３４と、が設けられている。さらにまた、載置台２２と走査コイル３４との間には、電子線の照射によってウエハＷから放出される２次電子を検出するための電子検出手段３５が設けられている。

前記集束レンズ３２は、例えば磁石の作用を利用した磁界レンズによりなり、電子線の通過領域を囲むようにコイル状に巻いた電線に直流の電流を流すことにより、回転対象な磁力線を生成し、電子線に対するレンズ作用が生じるように構成されている。このためコイルに流す電流値を変えることにより、レンズの強さ（焦点距離）が調整されるようになっている。当該実施の形態は、集束レンズ３２における焦点位置を調整することにより、後述するように、電子線の電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下に制御している。なお、集束レンズ３２の焦点位置の調整に加え、アパーチャ３３により電子線の通過範囲を調整することで、電子線の電荷密度を制御してもよい。

前記電子線放出手段３と集束レンズ３２とにより、前記載置台２２上のウエハＷに対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射するための電子線照射手段が構成されている。また前記Ｘ−Ｙ駆動機構２３と走査コイル３４とにより、ウエハＷの検査対象領域全体に電子線を走査するために、電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させる移動手段が構成されている。

真空容器２１の底部には排気ポート３６が形成されており、この排気ポート３６には、バルブＶ１を介して真空排気手段をなす真空ポンプ３７が接続されている。真空容器２１の側壁には搬送口３８が形成されており、この搬送口３８を介してウエハＷが真空容器２１内に搬入されることとなる。

この検査装置２は、例えばコンピュータからなる制御部４を備えている。この制御部４はＣＰＵ４１、メモリ４２、プログラム格納部４３、表示部４４等を備えており、前記プログラム格納部４３には、欠陥測定プログラム４５や欠陥情報作成プログラム４６等が格納されている。前記プログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）及びメモリーカード等の記憶媒体である記憶部４７に格納され、記憶部４７から制御部４にインストールされる。

前記欠陥検出プログラム４５は、検査装置２の各部を制御して、ウエハＷに対して欠陥の検査を行うためのプログラムである。ここで欠陥の測定の際には、例えば図２（ａ）に示すように、ウエハＷの表面を略四角形領域よりなる多数個の分割領域（フレーム）Ｆに区画して検査が行われる。つまり一つのフレームＦに電子線を照射して、当該フレームＦにおける２次電子の検出を行った後、電子線を照射するフレームＦの位置を順次ずらしていき、結果としてウエハＷの検査対象領域全面のスキャンを行う。この検査対象領域とは、ウエハＷ表面の回路形成領域に相当する領域である。

このフレームＦは、図２（ａ）に示すように、単位ピクセルａを横に複数個例えばｎ個（ｎは２以上の整数）並べた単位ビーム領域ｂを、縦に複数個例えばｍ個（ｍは２以上の整数）並べて構成されている。この単位ピクセルａとは、電子線のビームスポットを照射する単位領域である。つまり電子線を、ある単位ピクセルａに所定時間照射した後、当該電子線を走査コイル３４によりＸ方向に順次移動させて次の単位ピクセルａに移動する。このときの移動回数は（ｎ−１）回例えば数百回であり、単位ビーム領域ｂには単位ピクセルａがｎ個存在することになる。１つの単位ピクセルａに電子線を照射する時間は例えば１０×１０^−９秒程度であり、１つの単位ビーム領域ｂ内に電子線を照射することを１スキャンとしている。このような単位ビーム領域ｂを、例えば複数の走査コイルから構成されるコイル３４により間欠的にＹ方向に順次ずらしてｍ個形成し、これを１フレームとする。例えば１フレームの大きさは、５００×６０００ピクセル程度である。この際、単位ピクセルａの大きさは、後述するように、集束レンズ３２による焦点位置の調整により変化する。次いで、ウエハＷ側をＸ−Ｙ移動機構２３により順次移動させ、指定した検査範囲（フレーム）を順次検査する。

前記欠陥検出プログラム４５は、前記フレームＦの全てについてデータを得るために、走査コイル３４やＸ−Ｙ移動機構２３を制御すると共に、電子検出手段３５からの２次電子の検出量即ち電子線の照射により放出された２次電子量に基づいてデータを作成するように構成されている。放出された２次電子は電子検出手段３５においてカウントされるので、後述するように単位ピクセルａ毎に２次電子のカウント数が積算され、例えば前記積算値に対応する輝度がデータとして取得される。

この例では２次電子のカウント数の積算値に対応して３種類の輝度が用意されている。つまり前記２次電子の積算値がしきい値Ｘ１より多い場合には最も明るい輝度６１で、２次電子の積算値がしきい値Ｘ２より少ない場合には最も暗い輝度６２、これら以外であれば中間の輝度６３で表示されるように設定されている。

ここで当該検査方法が適用される基板であるウエハＷは、例えば図３（ａ）の断面図及び図３（ｂ）の平面図に示すように、その表層部において、例えば絶縁層（絶縁部）５１内に導電部５２が配線層として埋め込まれた、絶縁部５１及び導電部５２を含む回路パターンが形成されたものである。このようなウエハＷに電子線を照射すると、「背景技術」の項でも記載したように、２次電子の放出量（放出数）は、電子線の照射直後は、絶縁部５１の方が導電部５２よりも多く、それ以降は電子線を照射しても絶縁部５１は正電荷にチャージされるので、導電部５２の方が２次電子の放出量が多くなる。

この際、後述の評価実験からも明らかなように、電子線照射直後に２次電子の放出量は急激に少なくなり、照射後１×１０^−９秒後にはほぼ一定となっていることから、絶縁部５１では電子線照射直後に２次電子が放出されにくい状態になることが理解される。これに対し、導電部５１からは電子線が照射されれば、照射直後のみならずその後も継続して２次電子が放出されるため、単位ピクセルａ毎に電子線を１×１０^−９秒よりも長い時間照射し、これにより放出された２次電子数を積算していくと、結果として導電部５２の方が絶縁部５１よりも２次電子数の積算値が大きくなる。

この際、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射すると、後述の評価実験から明らかなように、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２より大きい場合に比べて電子線の照射直後の２次電子の放出量が多い。ここで電子線の照射直後には絶縁部５１の方が導電部５２よりも２次電子の放出量が多いことを考えると、この２次電子の放出量の多さは、絶縁部５１における２次電子の放出量に因るものと推察される。このように電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射すると、絶縁部５１から多量の２次電子が放出されるので、当該絶縁部５１では正電荷のチャージ量が多くなり、より２次電子が放出されにくい状態となる。

一方導電部５２では、電子線の照射により２次電子を放出し続けるため、絶縁部５１に正電荷がチャージされた後においては、既述のように絶縁部５１に比べて２次電子の放出量が多くなる。しかしながら絶縁部５１における正電荷のチャージ量が多いことから、導電部５２と絶縁部５１の境界近傍においては、導電部５２から放出された２次電子が絶縁部５１の正電荷に引き寄せられ、トラップされる現象が発生すると推察される。

従って導電部５２における絶縁部５１の近傍領域では、２次電子が放出されているにも関わらず電子検出手段３５により検出されず、電子検出手段３５によりカウントされる２次電子数は導電部５２よりも少なくなってしまい、絶縁部５１に近い値になる。このため２次電子のカウント数の積算値を求めると、その積算値は、導電部５２＞導電部５２における見かけ上２次電子の放出量が少ない領域＞絶縁部５１の順で多くなる。従って、２次電子の積算値に基づいて、導電部５２ではしきい値Ｘ１よりも多くなり、絶縁部５１ではしきい値Ｘ２よりも少なくなるようにしきい値Ｘ１、Ｘ２を予め求めておけば、導電部５２と、絶縁部５１と、導電部５２における見かけ上２次電子の放出量が少ない領域について異なる輝度で表示することができることになる。

こうして欠陥検出プログラム４５は、前記単位ピクセルａ毎に得られた、電子線の照射により放出された２次電子の検出量と、電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得するように構成され、さらにこのプログラム４５により、前記データに基づいて、フレームＦ毎に、例えば図２（ｂ）に示すような測定マップＭが作成される。この測定マップＭは、ウエハＷ上のある位置において、対応する単位ピクセルａの輝度を表示したものであり、既述のように２次電子のカウント数の積算値に対応する輝度６１〜６３で表示される。この例では、導電部５２は輝度６１、絶縁部５１は輝度６２、導電部５２において見かけ上２次電子の放出量が少ない領域は輝度６３で表示されることになる。

前記欠陥情報作成プログラム４６は、前記得られた測定マップＭに基づいて欠陥情報を作成するように構成されている。例えば作成された測定マップＭから、欠陥がないウエハＷについて作成された標準マップＭ０を差し引きしたり、この差し引きにより得られた欠陥マップＭ１を拡大して表示部４４に表示する役割を果たしている。この欠陥マップＭ１は、ウエハＷの表面上の位置と欠陥部分とを対応させて表示したものである。当該実施の形態では、この欠陥情報作成プログラム４６が、電子線の照射により放出された２次電子の検出量と、電子線の照射位置とを対応付けたデータに基づいて、導電部５２であるべき部位が絶縁部５１となっている欠陥の有無を検査するための手段に相当する。

またメモリ４２は、前記標準マップＭ０や前記測定マップ、欠陥マップＭ１を記憶する手段であり、これら測定マップＭ等は、例えばフレーム毎に記憶されている。さらに例えばメモリ４２にはウエハＷに照射する電子線の加速電圧や設定電荷密度、検査時の圧力、温度などの検査パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際、これらの検査パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの検査装置の各部位に送られることになる。

次に、上述の検査装置を用いた検査方法について説明する。先ずウエハＷを図示しない搬送機構により検査装置２内に搬送し、載置台２２に上に載置する。然る後、このウエハＷを静電吸着すると共に、必要に応じて所定の温度となるように温度調整し、また真空容器２１内を所定の真空度に設定する。またウエハＷに供給される電子線の加速電圧が２０００ｅＶ以下となるように、既述の電源２６，３１の電圧を調整する。なお加速電圧をあまり大きくすると、１次電子の放出量が２次電子よりも大きくなって、絶縁部が正電荷にチャージされなくなるので、加速電圧は２０００ｅＶ以下に設定することが好ましい。

また電子線の電荷密度が、６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下となるように、集束レンズ３２への供給電流を調整する。ここで電子線は、加速電圧やアパーチャ３３の開口が同じであれば、図４（ａ）に示すように、電子線の焦点位置をウエハＷ表面上に合わせると最も電荷密度が大きくなり、図４（ｂ）に示すように、ウエハＷ表面から焦点位置をずらすと電荷密度が小さくなる。ここで図４（ｂ）では、ウエハＷの上方側に焦点位置を設けた場合を点線により、ウエハＷの下方側に焦点位置を設けた場合を一点鎖線により夫々示している。このように集束レンズ３２への供給電流を調整し、電子線の焦点位置（フォーカスの度合い）を制御することにより、電子線の電荷密度の制御を行うことができる。これにより電荷密度が低いほど、ウエハＷへ照射される電子線のビームスポット領域が大きくなることになる。

そして欠陥測定プログラム４５により、検査対象のフレームＦ１にチャージ用の電子線を照射しながらスキャンし、単位ピクセルａ毎に２次電子の放出量をカウントする（図５中ステップＳ１）。ここで電子線のビームスポット領域は例えば直径１０ｎｍのスポット領域であり、例えば最初に照射する開始点を図２に示すウエハＷのＸ方向の左端側であって、Ｙ方向の上端側の単位ピクセルａとし、当該単位ピクセルａを含むフレームＦ１に電子線が照射されるように、ウエハＷを移動させる。そして当該フレームＦ１内において、開始点の単位ピクセルａから電子線の照射を開始し、走査コイル３４により電子線をＸ方向に移動させて単位ビーム領域ｂ内をスキャンした後、走査コイル３４により電子線をＹ方向に移動させて、次の単位ビーム領域ｂをスキャンする。こうして当該走査コイル３４によりフレームＦ１内の全単位ピクセルａに電子線を順次照射して、この電子線の照射により放出される２次電子数を単位ピクセルａ毎にカウントする。

このようにして当該フレームＦ１全体に電子線を照射した後、再度同じフレームＦ１に電子線を照射しながらスキャンし、単位ピクセルａ毎に放出された２次電子数をカウントする（ステップＳ２）。次いで当該フレームＦ１において、単位ピクセルａ毎に、ステップＳ１及びステップＳ２にて得られた２次電子のカウント数の積算値を求め（ステップＳ３）、この積算値とウエハ上の位置とを対応付けたデータを取得する。

この後、当該フレームＦ１において、前記単位ピクセルａ毎のデータに基づいて、２次電子のカウント値の積算値に対応する輝度と、ウエハＷ上の位置とを対応させた測定マップＭを作成し、メモリ４２に記憶する（ステップＳ４）。例えば図６（ａ）には、本来導電部５２であるべき部位が絶縁部となっている欠陥５３がある場合の測定マップＭを示すが、当該測定マップＭでは、導電部５２は輝度６１、絶縁部５１は輝度６２、導電部５２において見かけ上２次電子の放射量が少ない領域は輝度６３で夫々表示されている。

次いで前記測定マップＭに基づいて、欠陥部分を検出する（ステップＳ５）。例えば欠陥情報作成プログラム４６により、測定マップＭから、予め欠陥がないウエハＷについて同様に作成された対応するフレームの標準マップＭ０（図６（ｂ）参照）を差し引きして欠陥マップＭ１（図６（ｃ）参照）を得、当該欠陥マップＭ１を表示部４４に拡大して表示する。欠陥マップＭ１には、図６（ｃ）に示すように、欠陥５３のある単位ピクセルａと、この欠陥５３により２次電子がトラップされて、見かけ上２次電子の放出量が少なくなった単位ピクセルａがウエハＷ表面上の位置と対応して表示されている。

続いて同様に、載置台２２によりウエハＷを水平方向に順次移動させて、次の検査対象のフレームＦ２に電子線を照射して、放出される２次電子数をカウントして積算していき、当該フレーム２における欠陥マップＭ１を得る。こうしてウエハＷの検査対象領域におけるフレームＦの全ての欠陥マップＭ１を得て、全フレームＦに対して欠陥の検出を行い（ステップＳ６）、例えばウエハＷの各座標位置における欠陥の有無と対応させた検査結果マップを得る。そしてウエハＷは、検査装置３から図示しない搬送機構により搬出される。

本発明は、電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下にすることにより、電子線照射直後の２次電子の放出量が多いことを見出した結果、成されたものである。ここで一般的には、電子線の電荷密度を大きくして、導電部５２からの２次電子の放出量を増大させることにより、導電部５２と絶縁部５１との輝度のコントラストを大きくして、欠陥を発見しやすくすることが行われている。しかしながらこの手法では、欠陥部分の大きさは変わらないため、欠陥を見逃すおそれもある。

そこで本発明者らは、電荷密度を種々変えて評価実験を行った結果、電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下にすることにより、電子線照射直後の２次電子の放出量が極端に多くなり、導電部５２から放出される２次電子の一部が絶縁部５１の正電荷に引き寄せられる現象が発生することを見出した。

ここで図７は、ウエハＷの表層部の一部の縦断面図と、当該表層部の測定マップＭとを対応させて示すものであり、図７中左図は電子線照射直後、右図は電子線照射後所定時間経過した状態を夫々示している。ここで所定時間とは、電子線照射後１０×１０^−９秒間である。図７左図には、電子線照射直後において絶縁部５１からの２次電子の放出量が多いことを示し、同右図には、絶縁部５１でチャージされる正電荷量が多い状態を示している。

このように絶縁部５１にてチャージされる正電荷量が多いと、既述のように導電部５２から放出される２次電子の一部が絶縁部５１の正電荷に引き寄せられ、導電部５２における絶縁部５１の境界近傍では、見かけ上２次電子の放出量が導電部５２よりも少ない領域が発生する。これにより２次電子の放出量と、ウエハＷの電子線の照射位置とを対応させたデータを取得すると、当該欠陥５３のみならず欠陥５３の周囲部分においても２次電子放出量が導電部５２とは異なってくるため、見かけ上欠陥５３が大きくなり、欠陥の検出を高精度かつ容易に行うことができる。

この際、２次電子の放出量に対応する輝度と、ウエハＷの電子線の照射位置とを対応させたデータを取得し、測定マップＭを作成すると、図７右図に示すように、欠陥５３が存在する領域においては、当該欠陥５３のみならず欠陥５３の周囲部分も輝度が異なってくるため、あたかも欠陥５３が大きくなったように表示される。このため、図６（ｃ）のように測定マップＭから標準マップＭ０を差し引いて欠陥マップＭ１を取得すると、欠陥５３を含む周囲部分が欠陥として残るため、欠陥が微細な場合であっても、その検出が高精度かつ容易に行なわれることになる。なお図７左図のウエハＷ表層部の断面図は図示の便宜上ハッチングを省略してあり、また電子線照射直後の測定マップＭは、照射直後では２次電子が導電部５２及び絶縁部５１、欠陥５３いずれの領域からも多く放出されるので、全ての領域において輝度６１で表示される状態を示している。

一方、電子線の電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２より大きい場合には、電子線照射直後の２次電子の放出量が、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の場合よりも少ないため、図８に示すように、電子線照射直後の絶縁部５１からの２次電子の放出量が少なくなる。この２次電子の放出により絶縁部５１は正電荷がチャージされるものの、このチャージ量が少ないため、導電部５２から放出される２次電子を引き寄せることができない。従って、同様に測定マップＭを作成すると、図８右図に示すように、絶縁部５１と導電部５２とは異なる輝度６２，６１で表示されるものの、欠陥５３の周囲について導電部５２とは異なる輝度で表示することができないので、測定マップＭ上において欠陥５３の大きさを変えることはできず、欠陥５３が微細な場合には、見落としてしまうことがある。なお図８左図においても、ウエハＷ表層部の断面図は図示の便宜上ハッチングを省略してあり、また電子線照射直後の測定マップＭでは、全ての領域において同じ輝度６１で表示している。

このように上述の実施の形態によれば、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射しているので、導電部であるべき部位が絶縁部となっているパターン上の欠陥５３を高精度に容易に検出することができる。また前記欠陥５３としては、導電部であるべき部位が下地と電気的に接続されていない部位よりなる欠陥や、導電部中の孔よりなる欠陥等が含まれ、これら欠陥はいずれも導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥であるので、高精度に検出を行うことができる。

次にウエハＷに電子線を照射したときの２次電子の放出量に関する評価実験例について説明する。
（実験例１）
上述の検査装置を用いて、図３と同じように、絶縁層５１内に導電部５２が埋め込まれたパターンが表層部に形成されたウエハＷに対して、電子線の電荷密度を変えて電子線を照射し、そのときの２次電子放出量を計測した。このとき電子線の加速電圧は２０００ｅＶ以下とし、電子線の電荷密度は、集束レンズ３２に供給される電流値を変えて焦点距離を変えることによって調整した。また２次電子放出量は、電子線を照射してから１０×１０^−９秒後までの２次電子のカウント値の総数に対応する輝度の変化により求めた。

この結果を図９に示す。図中横軸は、電子線の電荷密度、縦軸は２次電子放出量をそれぞれ示しているが、既述のように２次電子放出量は輝度の変化により求めたため、任意目盛としている。図９に示すように、電荷密度が小さいほど、電子線を照射してから１０×１０^−９秒後までの２次電子放出量が多くなり、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２よりも大きくなると、２次電子放出量の変化がほとんどないことが認められた。
（実験例２）
さらに、電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下、この例では１×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２程度に設定した場合（実験例）と、電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２より大きい値、この例では１０×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２程度に設定した場合（比較例）とにおいて、ウエハＷに対して電子線を照射し、このときの２次電子放出量を計測した。このとき電子線の加速電圧は２０００ｅＶ以下とし、電子線の電荷密度は、集束レンズ３２による焦点距離を変えることによって調整した。また２次電子放出量は、電子線を照射してから１０×１０^−９秒後までの２次電子のカウント値の総数に対応する輝度の変化により求めた。

この結果を図１０に示す。図中横軸は、電子線を照射してからの時間、縦軸は２次電子放出率を夫々示し、実験例は点線、比較例は実線により夫々測定結果を示している。ここで２次電子放出率とは、ウエハＷに対して照射された１次電子数に対する、ウエハＷ内部からの２次電子の放出数の割合をいう。図１０に示すように、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の実験例では、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２よりも大きい比較例に比べて、電子線照射直後の２次電子放出率が非常に大きいことが認められた。また実験例、比較例いずれも、電子線照射直後の２次電子放出率は大きいものの、その後電子線照射後１×１０^−９秒以下の極めて短い時間内で急激に小さくなり２次電子放出率がほぼ一定に落ち着くことが確認された。

これら実験例１及び実験例２の結果より、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射することにより、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２よりも大きい電子線を照射する場合に比べて、電子線照射直後の２次電子放出量が非常多くなり、絶縁部にチャージされた正電荷による導電部から放出された２次電子のトラップが得られることが理解できる。

またこれらの結果より、本発明では電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射する場合には、電荷密度が０よりは大きい値であって、小さい程電子線照射直後の２次電子放出量がより多くなるため、電荷密度の下限値については、０よりは大きい値であって、絶縁部による導電部から放出された２次電子のトラップが得られる値であればよく、数値を設定する技術的意義はないと思われる。但し下限を敢えて設定するとすれば、２次電子の放出数を精度よく測定できるという見地から、１×１０^−４Ｃ／ｎｍ^２以上である。

以上において上述の実施の形態では、検査対象のフレームに電子線を照射して、これにより放出された２次電子数をカウントする工程を２回行って、放出された２次電子の積算値を求めたが、前記電子線を照射して、放出された２次電子数をカウントする工程は、１回であってもよい。電子線の照射時間は既述のように単位ピクセルａ毎に例えば１０×１０^−９秒であり、この１回の照射によっても絶縁部に正電荷がチャージされ、導電部から放出された２次電子のトラップが得られることは、図１０の実験例から明らかであるからである。但し実施回数が多いほど、絶縁部５１と導電部５２と、導電部であるが見かけ上２次電子の放出量が少ない領域における放出２次電子数の積算値の差異が大きくなるため、検査対象のフレームに電子線を照射して、これにより放出された２次電子数をカウントする工程は２回以上であることが好ましい。

さらに検査対象のフレームに電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下のチャージ用の電子線を照射するときには、電子線の照射により放出された２次電子数をカウントせず、次いで同じフレームに電子線を照射したときに、電子線の照射により放出された２次電子数をカウントする場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

さらにまた検査対象のフレームにチャージ用の電子線を照射するときには、電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射し、同じフレームに再度電子線を照射するときには、電荷密度を６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２より大きい値に変更して照射する場合も、本発明の技術的範囲に含まれる。

さらに本発明では、電子線の照射により基板から放出される２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータは、前記２次電子の放出量に基づく輝度と基板上の電子線の照射位置とを対応付けるデータのみならず、前記２次電子数の積算値と基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータであってもよい。

さらに本発明では、電子線の照射により基板から放出される２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査するための手段としては、表示部４４に表示されるデータや、測定マップＭであってもよく、前記データに基づく前記欠陥の有無の検査はオペレータが前記表示部４４に表示されるデータや測定マップＭに基づいて、目視で行うようにしてもよい。

さらに例えば図１１に示すように、同じ測定マップＭの一部を利用して欠陥部分の有無を検出してもよい。例えば測定マップＭにおいて、単位ビーム領域ｂ毎に、絶縁部５１と導電部５２とが同じパターンで形成されている場合には、例えば前後に設けられた３つ以上の例えば３つの単位ビーム領域ｂ０〜ｂ２を比較し、他の２つの単位ビーム領域と異なる部位を欠陥５３として確認するプログラムを作成してもよい。また同じ測定マップＭにおいて欠陥が存在しない正常なパターンの単位ビーム領域ｂ０を標準ビーム領域として把握しておき、検査対象の単位ビーム領域ｂ１とこの標準ビーム領域ｂ０とを比較して欠陥の有無を検出するプログラムを作成してもよい。これらの場合にはこれらプログラムが電子線の照射により基板から放出される２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査するための手段に相当する。なおこの例においても、側手マップに基づいてオペレータが目視で欠陥の有無を検出するようにしてもよい。

また電子線の照射により基板から放出される２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータは、２次電子のカウント数に導電部のカウント数と、導電部であるが見かけ上２次電子の放出量が少ない領域との間を区別するしきい値を設け、このしきい値を超えているか否かにより、「１」、「０」のデータを取得するものであってもよい。この場合導電部については「１」、絶縁部及び導電部であるが見かけ上２次電子の放出量が少ない領域については「０」となるので、欠陥及び欠陥の周囲領域は「０」となり、あたかも欠陥の領域が大きくなったように捉えることができる。

また集束レンズ３２による電子線の電荷密度の調整は、載置台２２と電子線放出手段３との相対的距離を変えて、集束レンズ３２の焦点位置を調整することにより行うようにしてもよいし、集束レンズ３２への供給電流値の調整と、載置台２２と電子線放出手段３との相対的距離の調整とを組み合わせて行うようにしてもよい。

また本発明は、導電部と絶縁部とが混在する構造であって、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥が電気的に絶縁部となっている欠陥であっても、物理的に絶縁部となっている欠陥であっても適用できる。さらに導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥を検出する際に、同時に絶縁部であるべき部位が導電部となっている欠陥を検出する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

Ｗ ウエハ
２ 検査装置
２１ 真空容器
２２ 載置台
２３ Ｘ，Ｙ駆動機構
３ 電子放出手段
３２ 集束レンズ
３５ 電子検出手段
３７ 真空ポンプ
４ 制御部
４４ 表示部
４５ 欠陥検出プログラム
４６ 欠陥情報作成プログラム
５１ 絶縁部（絶縁層）
５２ 導電部（配線層）
５３ 欠陥

Claims (3)

1. 絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板を検査する検査装置において、
   前記基板を載置する載置台がその内部に設けられた真空容器と、
   前記真空容器内を真空排気する真空排気手段と、
   前記載置台上の基板に対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射するための電子線照射手段と、
   前記基板の検査対象領域全体に電子線を走査するために、電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させる移動手段と、
   前記電子線の照射により基板から放出される２次電子を検出するための電子検出手段と、
   この電子検出手段の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得する手段と、
   前記データに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査するための手段と、を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記電子線照射手段は、電子線を放出する電子線放出手段と、この電子線放出手段から放出される電子線を基板上に集束させる集束レンズと、を備え、
   前記電子線の電荷密度は、前記集束レンズの焦点位置を調整することにより設定されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 絶縁部及び導電部を含む回路パターンがその表層部に形成された基板を検査する検査方法において、
   前記基板を真空容器内の載置台に載置して、前記真空容器内を真空排気する工程と、
   前記載置台上の基板に対して電荷密度が６．７×１０^-３Ｃ／ｎｍ^２以下の電子線を照射する工程と、
   前記基板の検査対象領域全体に電子線を走査するために、電子線の照射位置と載置台とを相対的に移動させる工程と、
   前記電子線の照射により放出された２次電子を検出する工程と、
   この放出された２次電子の検出結果と、基板上の電子線の照射位置とを対応付けたデータを取得する工程と、
   前記データに基づいて、導電部であるべき部位が絶縁部となっている欠陥の有無を検査する工程と、を含むことを特徴とする検査方法。

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