JP2970113B2

JP2970113B2 - パターン検査装置

Info

Publication number: JP2970113B2
Application number: JP24154991A
Authority: JP
Inventors: 正樹山部; 一郎本荘; 賢次杉島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH0582607A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン検査装置に関
し、更に詳しくは、半導体基板上に微細回路パターンを
転写する露光技術に用いられるマスク、レチクル等のマ
スクパターン或いはウエハ上に形成された微細回路パタ
ーンを検査するためのパターン検査装置に関する。

【０００２】半導体基板上に微細回路パターンを転写す
る方法として、従来から、例えば紫外光を光源に採用
し、マスクパターンが描かれたマスク等を用いて、ステ
ップアンドレピート方式によって大口径のウエハ上にマ
スクパターンを転写する方法が一般的に採用されてい
る。

【０００３】上記の場合、マスクパターンの疵やマスク
上に付着した異物は、形成される回路パターンの不良の
原因になるため、これら疵或いは異物付着の有無を検査
する必要が有り、また、マスクパターンを介してウエハ
上に形成された回路パターンについてもその良否を検査
する必要があり、これらは一般にパターン検査と呼ばれ
る。

【０００４】上記パターン検査においては、従来光学顕
微鏡等の光学方式が採用されてきたが、パターンの微細
化に伴い光源の波長を短くしてその分解能を向上させる
要請が強くなってきた。このため、近年電子ビームを利
用したパターン検査技術が提案され、その開発が進めら
れている。

【０００５】

【従来の技術】電子ビームを利用したパターン検査で
は、マスク或いはウエハ等の被検査試料上で電子ビーム
を照射しながらこの電子ビームによって被検査試料上を
順次走査し、電子ビームによってその照射部から生ずる
電子流を検出部に入射させる。検出部に入射する電子流
は、パターンに関する形状情報を含んでおり、この電子
流から成る信号からパターン情報が時系列的に得られ
る。

【０００６】上記被検査試料の照射部から検出部に入射
する電子流には、被検査試料の形状の相違によって検出
部に対する入射方向が異なる二次電子や被検査試料の材
質及び形状によってその量が異なる反射電子、或いは、
被検査試料が薄膜マスク、Ｘ線マスク等の場合にはパタ
ーンによって透過する量が変化する透過電子の何れもが
利用され、これら各電子によって、マスクパターンの平
面形状及びウエハの凹凸等の立体形状が認識される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記電子ビームによる
パターン検査においては、マスク或いはウエハ面上にお
ける電子ビームの走査を介して時系列的な形状情報を得
るものであるため、パターンが微細であり、且つ、チッ
プ容量が大きい場合には、検査すべき情報量が膨大であ
ることから、たとえ検出部から得られた信号を処理する
信号処理回路の動作を高速化しても、その検査速度の向
上には限界があり、検査に要する時間が長いことが問題
となっていた。

【０００８】本発明は、前記従来のパターン検査につい
ての問題に鑑み、パターン検査に要する時間をできるだ
け短縮可能なパターン検査装置を提供することを目的と
する。

【０００９】本願出願人は既に、上記検査速度に関する
問題を解決するため、先願として、被検査試料の各照射
領域に対応して二次元的に配列された各電子ビーム発生
部及び各電子ビームに対応して配される電子流検出部を
採用することによって、被検査試料の各照射領域を並列
的に走査して検査速度の向上が可能な改良されたパター
ン検査装置について出願している（出願番号平３−１３
７６９２号）。

【００１０】ところが、上記並列的に走査を行う電子ビ
ームによるパターン検査装置の場合、相互に隣接する各
照射領域から夫々対応する電子流検出部に入射すべき各
電子流が相互に干渉し合い、このため、各照射領域の境
界附近で得られる信号においては良好なＳ／Ｎ比が得ら
れ難いという事情がある。

【００１１】本発明は、前記先願のパターン検査装置に
おける前記事情に鑑み、前記検査時間短縮の目的達成に
際して更に、被検査試料の何れの照射部分においてもＳ
／Ｎ比の良好なパターン信号を得ることができるさらに
改良されたパターン検査装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を達成するための手段】図１は、本発明の原理図
である。同図において、１は電子ビーム供給手段、２は
電子ビーム変調手段、３は電子ビーム走査手段、４は電
子流検出手段、５は信号処理手段、１０は被検査試料で
ある。なお、同図では、電子ビームが二つの場合を例示
し、また、電子ビーム走査手段３は電子ビーム供給手段
１を移動させる機械的走査手段として例示した。

【００１３】前記目的を達成するため、本発明のパター
ン検査装置は、被検査試料（１０）の複数の照射領域に
夫々照射される電子ビームを供給する電子ビーム供給手
段（１）と、前記各電子ビームを相互に異なる信号パタ
ーンを有する各変調信号によって夫々変調する電子ビー
ム変調手段（２）と、前記各電子ビームの照射位置を順
次移動させる電子ビーム走査手段（３）と、前記被検査
試料（１０）の前記各照射領域の構造に関する情報を含
み前記電子ビームにより生ずる前記被検査試料（１０）
からの電子流を検出する電子流検出手段（４）と前記電
子流検出手段（４）の出力信号から前記各照射領域の構
造に関する信号を取り出す信号処理手段（５）とを備え
ることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】電子ビーム供給手段１を介して供給された各電
子ビームは、電子ビーム変調手段２を介して相互にパタ
ーンが異なる変調信号によって夫々変調され、更に走査
手段３を介して被検査試料の各照射領域上で走査される
こととなり、電子ビームの照射を介して各照射領域に生
ずる電子流は、各照射領域に共通の電子流検出手段４に
入射することで纏められた後、信号処理手段５に入力さ
れ、該信号処理手段５によって各照射領域毎の構造に関
する信号として得られる。

【００１５】

【実施例】図面を参照して本発明を更に説明する。図２
は、本発明の一実施例のパターン検査装置の構成を示す
模式図である。同図において、電子ビーム供給手段の一
部を構成する電子ビーム発生部１１は、複数の電子エミ
ッタ111、112を同一平面上に備え、夫々の電子エミッタ
111、112から電子ビーム６１、６２を放出する。この電
子ビーム６１、６２は、信号処理部５から変調信号を夫
々受ける電子ビーム変調手段を構成する変調電極２１、
２１によって変調される。

【００１６】電子ビーム６１、６２は、更に各電子ビー
ムを夫々微小範囲に集束させる共通の集束電極１２並び
に各電子ビーム６１、６２毎に配された偏向電極３１、
３２を通過して被検査試料１０に達する。集束電極１２
は電子ビーム供給手段の一部を構成する。偏向電極３
１、３２は夫々、電子ビーム６１、６２を被検査試料１
０の各照射領域101、102において順次移動させること
で、各照射領域101、102の走査を同時に行う。

【００１７】被検査試料１０は、試料台９上に固定支持
され、試料台９は、Ｘ−Ｙ及びＺステージを介してＸ、
Ｙ及びＺ方向に移動可能である。Ｘ−Ｙ及びＺステージ
は、夫々対応する駆動モータによってボールネジ等を介
して駆動される。偏向電極３１、３２による電子ビーム
の各照射領域101、102における走査が終了すると、被検
査試料１０の別の照射領域の走査を行うためにＸ−Ｙス
テージ用のモータが駆動される。

【００１８】被検査試料１０の上部には、電子ビーム６
１、６２が各照射領域101、102に照射されることによっ
て生ずる反射電子７１、７２をまとめて検出する共通の
電子流検出部４が設けられている。電子流検出部４の出
力は信号処理部５に入力される。

【００１９】信号処理部５は、このパターン検査装置の
全体を制御するＣＰＵ５１、アンプ５７、５８を介して
各変調電極２１、２２に夫々変調信号を与える変調信号
発生部５２、５３、電子流検出部４からアンプ５９を介
してその出力を受け、前記変調信号発生部５２、５３か
ら前記各変調信号を参照信号として各照射領域１０１、
１０２毎の形状信号を弁別する信号弁別部５４、信号弁
別部５４の出力を受けてこれを二値信号の画像信号に変
換処理する画像処理部５５、並びに、この画像信号を記
憶する記憶部５６から構成される。

【００２０】図３は、上記実施例のパターン検査装置に
おける各信号を説明するための信号波形図である。この
実施例の場合、同図（ａ）及び（ｂ）に示した各変調信
号は相互に繰返し周波数が等しく且つそのパルス頂部が
交互に生起するパルス信号である。即ちこの実施例は、
時分割多重化による信号処理が行われる例である。

【００２１】各照射領域から入射し、電子流検出部４に
おいて纏められた電子流における信号は同図（ｃ）に信
号弁別部入力として示されている。即ち、変調信号１の
パルスがＨレベルに在るときは照射領域１０１の形状信
号を、変調信号２のパルスがＨレベルに在るときは照射
領域１０２の形状信号を、夫々有する信号である。

【００２２】信号弁別部５４において、変調信号１を参
照信号として弁別されることにより、照射領域１０１の
形状信号として同図（ｄ）の出力１が得られ、また、変
調信号２を参照信号として弁別されることにより、照射
領域１０２の形状信号として同図（ｅ）の出力２が得ら
れる。この各出力の振幅が各照射領域１０１、１０２毎
のパターンを示すものであり、これらは信号弁別部５４
によって弁別処理され、また画像処理部５５において夫
々並列的にデジタル信号に変換される。

【００２３】画像処理部５５の出力は、記憶部５６にお
いてデジタル画像情報として記憶されると共に、該記憶
部５６に後続して配される図示しない別の信号処理部を
介しての信号処理が従来と同様に行われ、パターン検査
が実行される。

【００２４】使用される信号周波数について例示する。
個々の電子ビームが変調電極による変調を受けている時
間、即ち変調電極における電子の滞在時間が500ｎ秒
（ナノ秒）である場合には、変調信号の繰返し周波数は
約２ＭＨｚが採用される。この場合、本発明に基づいて
並列に照射される照射領域の総数を100とし、前記実施
例の時分割多重方式を採用すると、各変調信号における
パルス幅は500ｎ秒／100＝５ｎ秒となる。従って、かか
る時分割多重方式の場合には、被検査試料のパターン情
報として、毎秒２Ｍ×100点の検査、即ち200Ｍ画素／秒
のパターン検査が可能となる。

【００２５】また、上記時分割多重方式に代えて、変調
信号として、相互に同じ繰返し周期を有し、且つパルス
幅の異なるパルス信号を採用することもできる。この場
合にも、上記実施例と同様に変調信号を参照信号として
信号の弁別処理が行われる。

【００２６】図４は、図２の実施例における電子ビーム
照射部分の構造詳細を示す断面図である。同図におい
て、この実施例では、電子ビーム照射部分には、電子ビ
ーム供給手段を成す電子ビーム発生部１１、三段レンズ
を成す集束電極121〜123、及びこれら双方の間に変調電
極２１、２２が配され、更に集束電極121〜123の電子ビ
ーム進行方向側に偏向電極３１、３２が配されている。

【００２７】上記電子ビーム照射部分の構成において、
電子ビーム発生部１１、変調電極２１、２２、集束電極
121〜123、偏向電極３１、３２は、好適には、シリコン
基板上に微細加工技術を採用して作り込まれる。かかる
構造は、例えば、G.W.Jones,et al."Microstructure fo
r particle beam control" J.Vac.Sci.Technol. p2023-
2027,B6(6),Nov/Dec 1988 に報告されている。

【００２８】図４に示したように、集束電極は、３段の
静電レンズ121、122、123を成して電子ビーム６１、６
２の進行方向に順次配されている。静電レンズの前段電
極121は、電子ビーム発生部１１に対して高電位に設定
され、電子ビーム発生部１１の各電子エミッタ111、112
から電子を引き出す引出電極を兼ねている。

【００２９】静電レンズの後段電極123は、前段電極121
と同電位に維持され、レンズの中央電極122はこれら双
方の電極121、123と異なる電位に維持されており、３段
の静電レンズ全体として、電子エミッタ111、112から放
出され拡散し勝ちな電子を微小範囲の照射に適するよう
に電子ビームとして集束させる。

【００３０】変調電極２１、２２は夫々、対応する各変
調信号を介して電子ビーム６１、６２を変調する。この
場合、各変調信号のパルス頂部において電子ビーム発生
部と同電位となって電子ビームを通過させ、且つ、パル
ス底部においてこれよりも負電位となって静電レンズの
前段電極121を電子ビーム発生部１１から遮蔽して電子
の放出を阻止することで、電子ビーム発生部１１からの
発生電子量を制御する。

【００３１】偏向電極３１、３２には相互に同じ走査信
号が与えられ、夫々のＸ及びＹ方向に対向する辺電極相
互間に走査電圧が印加される。電子ビームがこの走査電
圧に従って同時に同じ方向に偏向することで各照射領域
における走査が同時に進行する。

【００３２】この走査の様子を図８に斜視図として例示
した。同図に示したように、集速電極の作用を介して照
射領域101、102上で集速する電子ビーム６１、６２は、
各対応する偏向電極により被試験試料の各照射領域101、
102の照射面と平行に、矢印によって示した四方向に振
られ、各照射領域101、102の全域を図示の如く走査す
る。

【００３３】図５は、第二の実施例のパターン検査装置
における電子ビーム照射部分の構造を示す断面図であ
る。同図において、電子ビーム発生部は、図４の電子ビ
ーム発生部とは異なり、一様な電子を放出する電子放出
手段１７と、微小なアパーチャー（開口）181、182を各
照射領域101、102に対応して備え該アパーチャー181、182
から夫々電子を導入する遮蔽板１８とから構成される。
遮蔽板１８と静電レンズの前段電極121との間には、導
入された電子を加速するための加速電圧が印加される。
その他の構成は、図４と同様である。

【００３４】図６は、第三の実施例における電子ビーム
照射部分の構造を示す断面図である。同図の実施例で
は、図４に示した如き、電子ビームを進行方向に変調す
る変調電極２１、２２に代えて、電子ビーム６１、６２
を破線Ａによって例示した如く、その進行方向と直交方
向に偏向させる偏向変調電極２３、２４を備え、且つ、
偏向させた電子ビームを阻止壁251、261において阻止す
る通過制御部２５、２６を備えている。その他の構成は
図４と同様である。この実施例における各信号波形は、
図３に示したものと同様であり、その説明を省略する。

【００３５】図７は、電子ビーム走査手段として機械的
走査手段を採用した第四の実施例のパターン検査装置に
おける電子ビーム照射部分の斜視図である。同図の場
合、機械的走査手段として、圧電振動子を介して固定部
に保持されており、圧電振動子の作動を介して矢印で示
したＸ及びＹ方向に移動可能に配された微小ステージ３
３を備える例である。

【００３６】電子ビーム供給部１は、この微小ステージ
３３に固定支持されており、圧電振動子に印加される走
査用信号電圧によって電子ビームの照射位置が制御され
る。なお、電子ビーム供給部１に代えて被検査試料１０
をこの微小ステージ３３に支持する構成も採用できる。
また、機械的走査手段がＸ方向のみの偏向を行い、電子
ビームのＹ方向の偏向が静電偏向電極を介して行われる
構成も可能である。

【００３７】更に、上記実施例では、被検査試料１０か
ら反射する反射電子流を電子流検出手段によって検出す
る例を説明したが、その他に、被検査試料から生ずる二
次電子の検出も可能であり、更には、被検査試料が薄膜
マスク或いはＸ線マスク等の場合には、透過電子が同様
に検出される。電子流検出手段は、例えばＰ−Ｎ接合の
ダイオード構造を有する単一の半導体として構成され
る。

【００３８】本発明における電子ビームは、一の被検査
試料に対して複数の照射領域毎に照射され、例えば先に
例示したように100乃至はそれ以上の照射領域に対して
電子ビームが並列に照射される。この電子ビームの配列
は一次元配列或いは二次元配列の何れでも良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
検査装置によると、複数の照射領域を電子ビームによっ
て同時に走査できるため高速な検査が可能であると共
に、隣接する各照射領域相互間において各電子ビームに
よる信号干渉が生ずることもないので、Ｓ／Ｎ比の良好
な形状信号が得られ、短時間で正確な検査が可能なパタ
ーン検査装置を提供できたという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の第一の実施例のパターン検査装置の模
式図である。

【図３】図２の実施例における信号説明図で、（ａ）〜
（ｅ）は各部の信号波形図である。

【図４】図２の実施例における電子ビーム照射部分の構
造を示す断面図である。

【図５】第二の実施例における図４と同様な図である。

【図６】第三の実施例における図４と同様な図である。

【図７】第四の実施例における電子ビーム照射部分の斜
視図である。

【図８】図２の実施例における作用を説明するための斜
視図である。

【符号の説明】

１：電子ビーム供給手段２：電子ビーム変調手段３：電子ビーム走査手段４：電子流検出手段５：信号処理手段 10：被検査試料 11：電子ビーム発生部 111、112：電子エミッタ 12、121〜123：集束電極 17：電子放出手段 18：遮蔽板 21、22：変調電極 31、32：偏向電極 51：ＣＰＵ 54：信号弁別部 55：画像処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査試料（１０）の複数の照射領域に夫
々照射される電子ビームを供給する電子ビーム供給手段
（１）と、前記各電子ビームを相互に異なる信号パターンを有する
各変調信号によって夫々変調する電子ビーム変調手段
（２）と、前記各電子ビームの照射位置を順次移動させる電子ビー
ム走査手段（３）と、前記被検査試料（１０）の前記各照射領域の構造に関す
る情報を含み前記電子ビームにより生ずる前記被検査試
料（１０）からの電子流を検出する電子流検出手段
（４）と前記電子流検出手段（４）の出力信号から前記
各照射領域の構造に関する信号を取り出す信号処理手段
（５）とを備えることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】前記信号処理手段（５）は、前記電子流検
出手段（４）の出力信号から前記変調信号を参照信号と
して前記各照射領域毎の構造に関する前記情報を弁別す
る信号弁別部（５４）を備えることを特徴とする請求項
１記載のパターン検査装置。
【請求項３】前記電子ビーム走査手段（３）が静電偏向
電極（３１、３２）を備えることを特徴とする請求項１
又は２記載のパターン検査装置。
【請求項４】前記電子ビーム走査手段（３）が、前記電
子ビーム供給手段（１）及び前記被検査試料（１０）の
少なくとも一方を移動させる機械的走査手段を備えるこ
とを特徴とする請求項１乃至３の一に記載のパターン検
査装置。
【請求項５】前記機械的走査手段が、圧電振動子の作動
により少なくとも一方向に移動する微小ステージを備え
ることを特徴とする請求項４記載のパターン検査装置。
【請求項６】前記電子ビーム供給手段（１）が、前記各
照射領域に対応した範囲に夫々電子を放出する電子エミ
ッタ（１１１、１１２）及び該各放出された電子を夫々
集束させる集束電極（１２）を備えることを特徴とする
請求項１乃至５の一に記載のパターン検査装置。
【請求項７】前記電子ビーム供給手段（１）が、所定範
囲に一様に電子を放出する電子放出手段（１７）と、前
記被検査試料の前記各照射領域に対応して配され前記電
子放出手段（１７）からの電子を夫々導入する微小開口
（１８１、１８２）及び該各導入された電子を夫々集束
させる集束電極（１２１〜１２３）とから構成されるこ
とを特徴とする請求項１乃至５の一に記載のパターン検
査装置。
【請求項８】前記各変調信号が、相互に異なるパルス幅
と相互に同じ繰返し周期とを有するパルス信号であるこ
とを特徴とする請求項１乃至７の一に記載のパターン検
査装置。
【請求項９】前記各変調信号が、相互に同じ繰返し周期
を有し異なる時期にパルス頂部を有するパルス信号であ
ることを特徴とする請求項１乃至７の一に記載のパター
ン検査装置。
【請求項１０】前記信号処理手段（５）は、前記各照射
領域のパターン情報を並列に画像処理する画像処理部
（５５）を備えることを特徴とする請求項１〜９の一に
記載のパターン検査装置。