JP3687243B2

JP3687243B2 - パターン検査装置

Info

Publication number: JP3687243B2
Application number: JP00118197A
Authority: JP
Inventors: 禎晃小濱
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: JPH10197463A

Description

【０００１】
【従来の技術】
最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ますますウエハ、マスクなどの試料面上の欠陥検出感度が高くなってきている。例えば、２５６ＭＤＲＡＭのパターン寸法０．２５μｍウエハパターン上の検出すべき欠陥の寸法に対して０．１μｍの検出感度が必要とされている。また、高検出感度化とともに検査速度の高速化をも満足させた検査装置の要求が高まってきている。これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いた表面検査装置が開発されている。
【０００２】
従来、電子ビームを用いたパターン検査装置として、例えば、特開平５−２５８７０３号公報や特開平７−２４９３９３号公報などがある。
従来技術の代表例として、特開平７−２４９３９３号公報について簡単に説明する。図１０は、従来のパターン検査装置の全体構成図である。矩形電子ビームを発生させる電子銃と四極子レンズ系とからなる１次コラム８１と試料からの二次電子もしくは反射電子を検出する投影型二次電子検出コラム８４とから構成されている。矩形陰極と四極子レンズ系とをからなる電子光学系を用いたことにより、容易に試料面８２に照射されるビーム形状を任意に形成することができる。本装置は、適正なアスペクト比をもつ矩形ビームにより、高検出感度で、試料全面を走査するための検査時間は大幅に短縮できることを特徴としている。
【０００３】
次に、試料からの二次電子を検出する二次電子検出系としては様々な検出系が提案されている。その一例としてＭＣＰ／蛍光面／リニアイメージセンサを用いた二次電子検出器について説明する。図１１は、従来の二次電子検出器の断面図である。試料からの放出された二次電子は、二次電子検出コラムを通過してＭＣＰ検出面に結像される。その後段に蛍光面７２を塗布したファイバプレート７３を配置し、倍増された電子群の信号を光信号に変換され、ＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４で電気信号に再変換される構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、ウエハを連続的に検査する処理速度を考えると、ステージの折り返し時間を最小にする為に、ＴＤＩアレイＣＣＤに双方向の撮像機能のあるカメラを採用する必要が出てくる。ところが、双方向のＴＤＩカメラでは、ＴＤＩの積算ライン数を可変に設定することができず、積算ライン数は固定に設定しなければならない。これでは、装置が安定に稼働できる条件を最優先としてＴＤＩカメラを選択しなくてはならず、積算ライン数を、試料の電子ビーム照射によるダメージ特性に合わせて最適に設定したり、装置の設置環境の善し悪し(床振動の大小、変動磁場の大小、等)に合わせて最適化したりする条件設定の自由度がなくなるという問題が生じる。
【０００５】
双方向の撮像が可能なＴＤＩカメラで、かつ積算ライン数を可変にできるものを開発するには、膨大な開発コストが発生し、ＣＣＤの内部構成も複雑になり、ＣＣＤの開口率も低下し、ひいてはライン積算の効果が低くなるという問題が生じる。
本発明の目的は、高感度な欠陥検出性能を維持しつつ、ＭＣＰの寿命を向上させ、低コストで高速処理を可能とするパターン検査装置を提供することにある。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記問題点の解決の為に本発明では、まず、請求項１では、試料面上に電子ビームを照射する照射手段と、前記試料を前記電子ビーム照射面に移動するX−Yステージと、該X−Yステージの位置を検出する位置検出手段と、前記電子ビームにより照射された試料面からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち少なくとも１つを試料画像ビームとして検出する単方向のＴＤＩカメラと、前記試料画像ビームを前記単方向のＴＤＩカメラ上に試料像として結像させる投影型電子光学系とを有する試料のパターンを検出するパターン検出装置であって、前記ステージの移動方向変化に応じて前記投影型電子光学系を制御することにより前記単方向のＴＤＩカメラ上に結像された試料像を反転させて、試料面上のパターンを連続検査することとした。
【０００７】
本発明の請求項２では、請求項１に付け加え、前記単方向のＴＤＩカメラは積算ライン可変型であり、前記積算ライン数は検査対象試料の状態に応じて設定を可変とした。
【０００８】
本発明の請求項３では、請求項１に付け加え、前記照射手段は１次前記電子ビームの電流量を検査対象試料の状態に応じて設定を可変とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の全体構成図である。図にステージ６の位置ずれ方向を示す座標としてＸ軸、紙面に垂直方向にＹ軸、θはＺ軸回りの角度を示した。
矩形電子ビームを形成する電子銃１と四極子レンズ系２とからなる電子ビーム照射手段としての一次コラム３から照射される一次照射ビーム１００により、試料６から二次電子１１０が発生する。試料６の表面上から発生する二次電子１１０は、投影型二次電子検出コラム４により捕獲され、電子検出手段としてのＭＣＰアセンブリ検出器５に拡大投影される。
【００１０】
ＭＣＰアセンブリ検出器５は積算ライン可変型９６段ＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ駆動制御手段８により制御され、試料画像信号が取り出される。
試料６はステージ７上に載置され、ステージは駆動手段によりＸ及びＹ方向に移動可能となっており、その実際の位置Ｘ、Ｙ及び角度θは、位置検出手段としてのレーザー干渉計ユニット９により読み取り可能となっている。
【００１１】
ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆動手段がＸ−Ｙステージ７を駆動する。そのステージの位置情報が、レーザー干渉計ユニット９からＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ駆動制御手段８へ伝達されて、順次試料画像がＣＰＵ１０へ供給され、ディスプレイ１２上に画像表示されるようになっている。
上述の如く構成された電子ビームによる欠陥検査装置の動作について以下順を追って説明する。
【００１２】
まず始めに、積算ライン可変型ＴＤＩアレイＣＣＤについて簡単に説明する。第2図は、積算ライン可変型９６段ＴＤＩ(Time-Delay-Integration)アレイＣＣＤのブロック図である。
Ｃ1〜Ｃ2048の２０４８個のＣＣＤ画素が水平方向に並んでいるライン状のＣＣＤステージが、Row1〜Row96の９６個だけ垂直方向に並べられている。
各ＣＣＤステージ上の蓄積電荷は、外部から供給される１垂直クロック信号により、一度に垂直方向へ１ステージ分だけ転送されるしくみになっている。
【００１３】
積算ライン数が外部からの信号により最大の９６ラインに設定されている場合、
例えばある時点でRow96に撮像された２０４８画素の画像が、垂直方向に１ステージ分だけ移動し、それと同期して垂直クロック信号が与えられると、Row96に撮像されたライン画像はRow95に転送される。そこで同じ画像を撮像し続けるので、蓄積される画像の電荷は２倍になる。続けて画像が垂直方向にさらに１ステージ分移動し、同期クロック信号が与えられると、蓄積画像はRow94に転送され、そこで３倍の画像電荷を蓄積する。
【００１４】
以下順々に、画像の移動に追随してRow1まで電荷の転送と撮像を繰り返し終わると、９６倍の画像電荷を蓄積した結果が水平出力レジスタからシリアルに画像データとして取り出される。
以上のような動作が、各ステージRow1〜Row96で同時に行われ、２次元の画像(2048画素×96画素)を垂直方向に送りながら、９６倍の画像電荷を蓄積した画像を、１ラインずつ同期して取り出していくことが可能となる。
【００１５】
外部制御により、積算ライン数を可変にする場合は、以下のようになる。
このカメラの場合、積算ラインは、96、48、24、12、6段の５通りが選択可能になっている。
例えば、４８段に設定された場合は、CSS48で図示されているライン状の箇所で、転送電荷はカットされる構造になっている。つまり４８段設定の場合、実際に撮像に寄与するのはRow1〜Row48までに限定される。他の段数設定の場合は、その段数に応じて、CSS24、CSS12、CSS6、の箇所で転送電荷がカットされるようになる。
【００１６】
次にＭＣＰアセンブリ検出器について説明する。図３はＭＣＰアセンブリ検出器の構成説明図である。
前記投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビーム３６は、第１のＭＣＰ３１に入射する。第１のＭＣＰ３１に入射した試料画像ビーム３６はその電流量をＭＣＰ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ３２を経由して蛍光面３３に衝突する。
【００１７】
その際、第１のＭＣＰ３１の入口の電位は、投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビーム３６の加速電圧を、ＭＣＰの検出効率の最も良い値に調整する為に設定される。例えば、投影試料画像ビーム３６の加速電圧が＋５ｋＶであった場合、第１のＭＣＰ３１の入口の電位は−４.５ｋＶに設定して減速させ、その電子エネルギーが０．５ｋｅＶ程度になるようにする。
【００１８】
試料画像ビーム電流量の増幅率は、第１のＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２の間に印可される電圧で規定される。例えば１ｋＶ印可で１×１０⁴の増幅率となる。
また、第２のＭＣＰ３２から出力される画像ビームの拡がりをできるだけ抑制する為に、第２のＭＣＰ３２と蛍光面３３との間には、４ｋＶ程度の電圧を印可する。
【００１９】
蛍光面３３では電子が光子に変換され、その出力画像はＦＯＰ(ファイバーオプティックプレート)３４を通過して、前記ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ３５に照射される。蛍光面３３での画像サイズとＴＤＩアレイＣＣＤの撮像サイズを合わせる為、ＦＯＰ３４では約３：１に画像が縮小されて投影されるように、設計されている。
【００２０】
以上のような機能を持つ構成要素を用いて、実際にどのようにして試料画像がＣＰＵに取り込まれていくかを、以下に説明する。
図４おいて、試料(ウエハ)４４の中の斜線で示された検査対象領域４３を検査する場合を想定する。前記ＣＰＵの指示により、試料４４は一定の速度で垂直方向に連続的に移動しているものとする。また、一次照射ビーム１００により照射された試料領域からのライン状画像ビーム４０は、前記ＭＣＰアセンブリ検出器に適正に拡大投影されているとする。
【００２１】
今、図４で示されている位置から検査を開始すると、検査対象領域４３の座標(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ2048,Ｙ1)までの試料画像が、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのRow96に撮像、蓄積される。試料４４の垂直移動により、一次ビーム照射位置が移動方向４２に一画素分移動すると、前記レーザー干渉計ユニット８は前記ＴＤＩカメラコントロールユニット９に垂直クロック信号を１つ送出する。
【００２２】
すると、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのRow96に撮像された画像はRow95に転送され、次のクロックが来るまで、(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ2048,Ｙ1)までの試料画像は前記ＴＤＩアレイＣＣＤのRow95に、(Ｘ1,Ｙ2)から(Ｘ2048,Ｙ2)までの試料画像はRow96に撮像される様になる。
以下同様にして、一次照射ビーム４１のRow96が、(Ｘ1,Ｙ96)から(Ｘ2048,Ｙ96)までの試料座標位置まで来てその撮像を終えると、前記(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ2048,Ｙ1)までの試料画像が、ＴＤＩカメラコントロールユニット９を経由して、はじめてＣＰＵ１０に出力され始める。次の垂直クロック信号からは、(Ｘ1,Ｙ2)から(Ｘ2048,Ｙ2)までの試料画像がＣＰＵ１０に出力され、以下順々に画像がＣＰＵに取得され、検査が遂行されていく。
【００２３】
図５は、検査対象ウエハ全体から見た、検査の流れを図示している。
図中、Ｘ−Ｙステージ移動による照射ビーム位置の軌跡５０に示した。この図のように、１方向のステージ連続移動による検査を終えると、次の検査ではステージの移動方向は正反対にするのが最も処理速度が早くなる。
そこで、本実施例ではＴＤＩアレイＣＣＤの積算方向は変えられないので、投影型二次電子検出コラム２の内部において、写像を倒立させる手段を用いる。
【００２４】
図６は、写像の正立、倒立を切り替える、結像モードの光線模式図である。
写像を倒立させるには、静電レンズによる結像の回数を１回多くするか、少なくすれば良くい。その際に生じる倍率差は、十分吸収できるようにレンズ構成をあらかじめ設計しておく。
図６Ａは、試料面上の試料像がＭＣＰ検出器面上に正立結像するモードを概念的に説明している。カソードレンズ６１およびトランスファーレンズ６２により、試料像はある倍率でフィールドアパーチャー６５面に結像される。
さらに後段の第一投影レンズ６３および第二投影レンズ６４により、試料像はＭＣＰ面上に結像される。
【００２５】
図６Ｂは、第一投影レンズ６３および第二投影レンズ６４の印可電圧を変えて、結像回数を１回少なくしている。従って、図６Ｂの結像は図６Ａの倒立した像となる。倍率調整は、各レンズの印可電圧を調整することにより行う。
以上のような方法により、双方向に画像積算のできるＴＤＩカメラを用いなくとも、図５のような流れの検査が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＤＩカメラでの積算ライン数を選択可能とできるので、１次ビーム電流量をある程度、試料の表面状態や表面材質に合わせて最適化することが可能となる。従って、試料の１次ビーム照射によるチャージアップや、汚染などのダメージを、最小限に抑えることが可能となる。
【００２７】
さらに、装置に最適な画素構成、積算ライン数の構成を選択できるように、ＴＤＩアレイＣＣＤおよびカメラコントロールユニットを特別に開発しても、単方向のＴＤＩ方式で良いので、その開発コストを大幅に削減することができる。
例えば、ＴＤＩ積算ライン数の最大可能値は５１２ラインにできるように設計し、その選択を、512、256、128、64、32、16、8、とできるようにすることも容易にでき、安定かつ高速な検査を可能とする装置を安価に開発することが可能となる。
【００２８】
本発明においては、写像の倒立手段に静電レンズの印可電圧による像倒立を用いているが、偏向器による像回転や電磁レンズによる像回転など、他の回転手段を用いても良いことは言うまでも無い。
本発明においては、試料ステージの折り返し時に写像を１８０度回転させることが出来るので、単方向のＴＤＩカメラを使用しても、双方向ＴＤＩカメラを採用した場合と同じ処理速度が得られる。
また、積算ライン数を可変に設定出来るＴＤＩカメラを採用できるので、ＴＤＩカメラでの積算ライン数と、１次電子ビーム量をケースに応じて最適化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成概念図。
【図２】ＴＤＩ方式アレイＣＣＤのブロック図
【図３】電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器）の構成図
【図４】パターン検査時におけるＴＤＩ方式アレイＣＣＤの動作説明図。
【図５】パターン検査時における試料ステージ動作説明図。
【図６】写像結像モード概念説明図。
【符号の説明】
１電子銃
２四極子レンズ系
３電子ビーム照射手段（電子銃と四極子レンズ系とからなる１次電子コラム）
４二次電子検出コラム
５電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器）
６試料
７Ｘ−Ｙステージ
８ＴＤＩアレイＣＣＤカメラ駆動制御手段
９干渉計ユニット（Ｘ−Ｙステージ位置検出手段）
１０ＣＰＵ
１１メモリ
１２ディスプレイ
１３遮蔽手段
１４電子ビーム照射手段移動機構
３１、３２ＭＣＰ受像部
３３蛍光部
３４ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ）
３５ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したカメラ
１００一次照射ビーム
１１０試料からの放射される電子ビーム

Claims

試料面上に電子ビームを照射する照射手段と、前記試料を前記電子ビーム照射面に移動するX−Yステージと、該X−Yステージの位置を検出する位置検出手段と、前記電子ビームにより照射された試料面からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち少なくとも１つを試料画像ビームとして検出する単方向のＴＤＩカメラと、前記試料画像ビームを前記単方向のＴＤＩカメラ上に試料像として結像させる投影型電子光学系とを有する試料のパターンを検出するパターン検出装置であって、
前記ステージの移動方向変化に応じて前記投影型電子光学系を制御することにより前記単方向のＴＤＩカメラ上に結像された試料像を反転させて、試料面上のパターンを連続検査させることを特徴とするパターン検査装置。
前記単方向のＴＤＩカメラは積算ライン可変型であり、前記積算ライン数は検査対象試料の状態に応じて設定を可変としたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
前記照射手段は前記電子ビームの電流量を検査対象試料の状態に応じて設定を可変としたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。