JP3713864B2 - パターン検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを用いたウエハ、マスク等のパターンを検査する装置に関するものであり、特に二次電子、反射電子及び後方散乱電子の少なくとも１つを検出する検出器の構成に関するものである。
【０００２】
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き従来の検出器では、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を使用しているが、試料面から発生する二次電子画像信号も、試料面を照射する電子ビーム形状と同じＸ軸方向に長い高アスペクト比になる為、ＭＣＰに投影される試料画像の面積が、ごく小さいものになってしまう。
【０００６】
一般に、ＭＣＰは、単位面積当たりの総出力電荷が、０．１Ｃ／ｃｍ2に達すると、相対利得が約６０％にまで低下するとされている。ＭＣＰの使用面積が小さいということは、ＭＣＰの寿命が短くなるという問題を発生させる。
本発明の目的は、高速で、高感度な欠陥検出性能を維持しながら、ＭＣＰの寿命を飛躍的に向上させた検出器を用いたパターン検査装置を提供することにある。
【０００７】
【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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記位置検出手段からの前記電子ビーム照射面の位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを有し、前記電子ビーム照射手段からの照射ビーム面を前記Ｘ−Ｙステージ上に載置された試料面上の所定の位置に静止させた状態で、前記位置検出手段からの出力信号に基づいて前記Ｘ−Ｙステージを連続的に移動させることにより、前記ＴＤＩアレイ上の二次元画像を、前記垂直クロック信号により垂直方向に送りながら画像電荷蓄積し、前記蓄積した画像データに基づいて試料面上のパターンを検査することを特徴とするパターン検査装置。
【０００８】
本発明の請求項２では、請求項１に付け加え、前記電子ビーム照射面の形状が長方形形状とした。
本発明の請求項３では、請求項１に付け加え、前記電子ビーム照射面の形状が楕円形状であるとした。
本発明の請求項４では、請求項１に付け加え、前記パターン検査装置は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに一定時間撮像画像を撮像した後、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮蔽するための遮蔽手段と、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全て順番に取り込むメモリと、前記二次元画像を表示するディスプレイを更に備えたこととした。
【０００９】
本発明の請求項５では、試料面上に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記試料が載置されているＸ−Ｙステージと、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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記電子ビームの照射面位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの電子ビームの位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを備え、前記電子ビーム照射手段には、前記Ｘ−Ｙステージを所定の位置に静止させた状態で、前記試料上の検査対象位置に電子ビーム照射面を水平移動させる移動機構を備える構成とした。
【００１０】
本発明の請求項６では、電子ビームを用いて試料のパターンを検査するパターン検査方法において、
試料上の検査対象位置を電子ビーム照射面に移動するステップと、前記試料にＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形の電子ビームを照射するステップと、前記電子ビーム照射面を所定の位置に静止させた状態で、該電子ビーム照射面に前記試料上の検査対象位置を連続的に移動させるステップと、前記試料からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のいずれか一つを、ライン状の画素列を垂直方向に並べたＴＤＩアレイＣＣＤに二次元の画像を撮像するステップと、前記試料上の検査対象位置の連続的移動に伴い、前記撮像した画像の電荷を、垂直方向に１画素列分づつ移動させるステップと、前記画像の蓄積電荷を画像データとして取り出すステップとを備えている。
本発明の請求項７では、請求項６に付け加え、前記試料上の検査対象を連続的に移動させながらパターン検査を行っている最中に、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮断して、ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全てメモリに格納し、ディスプレイ画面に表示するステップを更に備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例の全体構成図である。
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。
【００１２】
ＭＣＰアセンブリ検出器５は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、その位置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。
【００１３】
ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆動手段によりＸ−Ｙステージ７が駆動され、その位置情報が、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パターン検査装置の動作について以下順を追って説明する。
【００１４】
まず始めに、ＴＤＩ方式アレイＣＣＤについて簡単に説明する。図２は、ＴＤＩ（Time-Delay-Integration；時間遅延積分型）アレイＣＣＤのブロック図である。
ＴＤＩアレイＣＣＤは、水平方向にＣ１〜Ｃ１０２４の１０２４個が並んでいるライン状のＣＣＤ画素列が、垂直方向にＲＯＷ１〜ＲＯＷ２５６の２５６個並べられている。各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるようになっている。
【００１５】
ある時点でＲｏｗ１に撮像された１０２４画素の画像が、垂直方向に１画素列分だけ移動し、それと同期して垂直クロック信号が与えられると、Ｒｏｗ１に撮像されたライン画像はＲｏｗ２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画素分移動し、同期クロック信号が与えられると、蓄積画像はＲｏｗ３に転送され、そこで３倍の画像電荷を蓄積する。以下順々に、画像の移動に追随してＲｏｗ２５６まで電荷の転送と撮像を繰り返し終わると、２５６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。
【００１６】
以上説明した動作が、各画素列Ｒｏｗ１〜Ｒｏｗ２５６で同時に行われ、２次元の画像（１０２４画素×２５６画素）を垂直方向に送りながら、２５６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。
次に、電子検出手段としてのＭＣＰアセンブリ検出器５の構成について、図３を用いて詳細に説明する。
【００１７】
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。
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のＭＣＰアッセンブリ検出器の動作を説明する。
図４は、パターン検査時におけるＴＤＩ方式アレイＣＣＤの動作説明図である。
図４において、試料(ウエハ)６の中の斜線で示された検査対象領域４１を検査する場合を想定する。その際、電子ビーム照射手段３から試料上の所定の位置に照射される照射ビーム領域４０は固定した状態であり、ＣＰＵ１０の指示により、ステージ上に載置された試料６は一定の速度で垂直方向に連続的に移動している。また、一次照射ビーム１００により照射された試料上の照射領域４０の画像は、前記ＭＣＰアセンブリ検出器に適正に拡大投影されている。
【００２１】
今、図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４１の座標（Ｘ1，Ｙ1）から（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像が、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ１に撮像、蓄積される。試料６の垂直移動により、一次ビーム照射位置が移動方向４２にＣＣＤ一画素分移動すると、前記レーザー干渉計ユニット９は前記ＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ駆動制御手段８に垂直クロック信号を１つ送出する。
すると、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ１に撮像された画像は、Ｒｏｗ２に転送され、次のクロック信号が来るまで、（Ｘ1，Ｙ1）から（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像は前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ２に、（Ｘ1，Ｙ2）から（Ｘ1024，Ｙ2）までの試料画像はＲｏｗ１に撮像される様になる。
【００２２】
以下同様にして、一次照射ビームによる照射領域４０のＲｏｗ１が、（Ｘ1，Ｙ256）から（Ｘ1024，Ｙ256）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（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像が、カメラ駆動制御手段８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（Ｘ1024，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】
以上説明したように、本発明では、ＭＣＰに照射された電子ビーム形状は、面積の広い長方形形状(水平１０２４、垂直２５６画素相当)とすることができるので、ＭＣＰの寿命を飛躍的に高めることができる。
表１に、本発明の１実施例と従来例との性能比較した例を示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
上記例のように、本発明によりＭＣＰの寿命を、原理的には約２５６倍に高めることが可能となる。ただし、ＴＤＩ方式ＣＣＤは通常のラインＣＣＤと比較して、ＣＣＤの入射光に対する開口率が低下するので、ＭＣＰ総出力電流を若干増やす必要は出てくる。その分を考慮に入れても、２００倍程度の寿命の向上は見込むことが出来る。
【００２６】
次に、第２の実施例について説明する。
また本発明で採用しているＴＤＩアレイＣＣＤを、フレームモードで使用すれば、試料を移動させなくても試料画像を観察することが可能となる。これをフレームモード観察という。 ここでフレームモードとは、ＴＤＩアレイＣＣＤに一定時間画像を撮像した後、メカニカルシャッターまたは電子ビームブランカなどの遮蔽手段１３によって、ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮蔽して、ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全てＲｏｗ２５６から順番にＣＰＵに取り込むモードのことである。すると、ＴＤＩアレイＣＣＤを通常の二次元ＣＣＤと同様の画像センサーとして使用することが可能となる。このように画像情報としてＣＰＵのメモリ１１に格納し、ディスプレイ画面１２に表示することは、自動的にかつ連続的に試料検査を行っている最中に、一時検査を停止させて、同じ領域の試料画像をオペレータが目視観察したい場合などに非常に有効な手段となる。
【００２７】
また本発明によれば、検査速度を劣化させる事なく、試料に照射する電子ビームの電流密度を約２５６分の１に減らすことができるので、電子ビーム照射による試料のチャージアップや汚染などのダメージをかなり低減できるという効果も期待できる。
さらに、 本発明第１の実施例においては、試料面を照射する電子ビーム形状を、面積の広い長方形形状(水平１０２４、垂直２５６画素相当)としているが、ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形であれば、楕円形状など、どんな形状であっても良いことは言うまでも無い。従って、電子銃チップの先端形状を極端にアスペクトの高い形状にする必要もなく、従来技術と比較して試料面を照射するのに必要な電子ビーム形状を容易に得ることができるので、装置の安定性向上や低コスト化が期待できる。
【００２８】
また、第１の実施例に示したような試料ステージを移動する例ばかりでなく、試料が載置されたＸ−Ｙステージ７は固定で、１次コラム側である電子ビーム照射手段３を機械的に検査面に対して水平移動するような移動機構１４を設けられたシステムにも、本発明を適用して何の問題もない。その際、１次コラム偏向制御により照射ビームを制御しても良い。
【００２９】
また、本実施例では検出する電子を二次電子としたが、反射電子や後方散乱電子であっても構わない。
本発明で記載されているような用途で使用する電子ビームコラムは、静電偏向器や静電レンズで構成できる為、電子ビームコラム本体を非常に小さくすることが可能となる。近年顕著に見られるウエハの大型化に伴い、その検査装置の大型化も余儀なくされて来ているが、ウエハを移動するのではなく、電子ビーム照射手段を機械的に移動可能とする移動機構を設け、小さな電子ビームコラム側を移動させるシステム構成とすれば、電子ビームを用いたパターン検査装置の外形寸法を小型化することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下に述べる効果が期待できる。
本発明においては、前記従来技術と比較して、ＭＣＰの使用面積を２５６倍に広げることが可能となるので、ＭＣＰ出力電流が同じ条件の下で、ＭＣＰの寿命を２５６倍に延ばすことが可能となる。
【００３１】
ＭＣＰ出力電流が同じで使用面積が２５６倍になれば、電流密度は２５６分の１になるが、ＴＤＩ方式のＣＣＤを使用する為、同じ画像を２５６回撮像できる。その為、結果として得られる試料画像のＳ／Ｎ比を、前記従来技術と同等にすることができ、高感度検出性能を維持できる。
さらに、前記従来技術に記載のあるリニアイメージセンサ（ラインＣＣＤ）と同程度のデータ速度が可能なＴＤＩアレイＣＣＤを採用できる為、高速処理性能においてもその特徴を継承できる。
【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】従来の電子ビーム法による欠陥検査装置の概念構成図。
【図６】従来のＭＣＰ構成図。
【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
７ Ｘ−Ｙステージ
８ ＴＤＩ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）
１０ ＣＰＵ
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、３２ ＭＣＰ受像部
３３ 蛍光部
３４ ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ）
３５ ＴＤＩ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
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを用いたウエハ、マスク等のパターンを検査する装置に関するものであり、特に二次電子、反射電子及び後方散乱電子の少なくとも１つを検出する検出器の構成に関するものである。
【０００２】
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き従来の検出器では、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を使用しているが、試料面から発生する二次電子画像信号も、試料面を照射する電子ビーム形状と同じＸ軸方向に長い高アスペクト比になる為、ＭＣＰに投影される試料画像の面積が、ごく小さいものになってしまう。
【０００６】
一般に、ＭＣＰは、単位面積当たりの総出力電荷が、０．１Ｃ／ｃｍ2に達すると、相対利得が約６０％にまで低下するとされている。ＭＣＰの使用面積が小さいということは、ＭＣＰの寿命が短くなるという問題を発生させる。
本発明の目的は、高速で、高感度な欠陥検出性能を維持しながら、ＭＣＰの寿命を飛躍的に向上させた検出器を用いたパターン検査装置を提供することにある。
【０００７】
【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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記位置検出手段からの前記電子ビーム照射面の位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを有し、前記電子ビーム照射手段からの照射ビーム面を前記Ｘ−Ｙステージ上に載置された試料面上の所定の位置に静止させた状態で、前記位置検出手段からの出力信号に基づいて前記Ｘ−Ｙステージを連続的に移動させることにより、前記ＴＤＩアレイ上の二次元画像を、前記垂直クロック信号により垂直方向に送りながら画像電荷蓄積し、前記蓄積した画像データに基づいて試料面上のパターンを検査することを特徴とするパターン検査装置。
【０００８】
本発明の請求項２では、請求項１に付け加え、前記電子ビーム照射面の形状が長方形形状とした。
本発明の請求項３では、請求項１に付け加え、前記電子ビーム照射面の形状が楕円形状であるとした。
本発明の請求項４では、請求項１に付け加え、前記パターン検査装置は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに一定時間撮像画像を撮像した後、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮蔽するための遮蔽手段と、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全て順番に取り込むメモリと、前記二次元画像を表示するディスプレイを更に備えたこととした。
【０００９】
本発明の請求項５では、試料面上に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記試料が載置されているＸ−Ｙステージと、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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記電子ビームの照射面位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの電子ビームの位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを備え、前記電子ビーム照射手段には、前記Ｘ−Ｙステージを所定の位置に静止させた状態で、前記試料上の検査対象位置に電子ビーム照射面を水平移動させる移動機構を備える構成とした。
【００１０】
本発明の請求項６では、電子ビームを用いて試料のパターンを検査するパターン検査方法において、
試料上の検査対象位置を電子ビーム照射面に移動するステップと、前記試料にＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形の電子ビームを照射するステップと、前記電子ビーム照射面を所定の位置に静止させた状態で、該電子ビーム照射面に前記試料上の検査対象位置を連続的に移動させるステップと、前記試料からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のいずれか一つを、ライン状の画素列を垂直方向に並べたＴＤＩアレイＣＣＤに二次元の画像を撮像するステップと、前記試料上の検査対象位置の連続的移動に伴い、前記撮像した画像の電荷を、垂直方向に１画素列分づつ移動させるステップと、前記画像の蓄積電荷を画像データとして取り出すステップとを備えている。
本発明の請求項７では、請求項６に付け加え、前記試料上の検査対象を連続的に移動させながらパターン検査を行っている最中に、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮断して、ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全てメモリに格納し、ディスプレイ画面に表示するステップを更に備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例の全体構成図である。
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。
【００１２】
ＭＣＰアセンブリ検出器５は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、その位置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。
【００１３】
ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆動手段によりＸ−Ｙステージ７が駆動され、その位置情報が、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パターン検査装置の動作について以下順を追って説明する。
【００１４】
まず始めに、ＴＤＩ方式アレイＣＣＤについて簡単に説明する。図２は、ＴＤＩ（Time-Delay-Integration；時間遅延積分型）アレイＣＣＤのブロック図である。
ＴＤＩアレイＣＣＤは、水平方向にＣ１〜Ｃ１０２４の１０２４個が並んでいるライン状のＣＣＤ画素列が、垂直方向にＲＯＷ１〜ＲＯＷ２５６の２５６個並べられている。各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるようになっている。
【００１５】
ある時点でＲｏｗ１に撮像された１０２４画素の画像が、垂直方向に１画素列分だけ移動し、それと同期して垂直クロック信号が与えられると、Ｒｏｗ１に撮像されたライン画像はＲｏｗ２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画素分移動し、同期クロック信号が与えられると、蓄積画像はＲｏｗ３に転送され、そこで３倍の画像電荷を蓄積する。以下順々に、画像の移動に追随してＲｏｗ２５６まで電荷の転送と撮像を繰り返し終わると、２５６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。
【００１６】
以上説明した動作が、各画素列Ｒｏｗ１〜Ｒｏｗ２５６で同時に行われ、２次元の画像（１０２４画素×２５６画素）を垂直方向に送りながら、２５６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。
次に、電子検出手段としてのＭＣＰアセンブリ検出器５の構成について、図３を用いて詳細に説明する。
【００１７】
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。
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のＭＣＰアッセンブリ検出器の動作を説明する。
図４は、パターン検査時におけるＴＤＩ方式アレイＣＣＤの動作説明図である。
図４において、試料(ウエハ)６の中の斜線で示された検査対象領域４１を検査する場合を想定する。その際、電子ビーム照射手段３から試料上の所定の位置に照射される照射ビーム領域４０は固定した状態であり、ＣＰＵ１０の指示により、ステージ上に載置された試料６は一定の速度で垂直方向に連続的に移動している。また、一次照射ビーム１００により照射された試料上の照射領域４０の画像は、前記ＭＣＰアセンブリ検出器に適正に拡大投影されている。
【００２１】
今、図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４１の座標（Ｘ1，Ｙ1）から（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像が、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ１に撮像、蓄積される。試料６の垂直移動により、一次ビーム照射位置が移動方向４２にＣＣＤ一画素分移動すると、前記レーザー干渉計ユニット９は前記ＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ駆動制御手段８に垂直クロック信号を１つ送出する。
すると、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ１に撮像された画像は、Ｒｏｗ２に転送され、次のクロック信号が来るまで、（Ｘ1，Ｙ1）から（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像は前記ＴＤＩアレイＣＣＤのＲｏｗ２に、（Ｘ1，Ｙ2）から（Ｘ1024，Ｙ2）までの試料画像はＲｏｗ１に撮像される様になる。
【００２２】
以下同様にして、一次照射ビームによる照射領域４０のＲｏｗ１が、（Ｘ1，Ｙ256）から（Ｘ1024，Ｙ256）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（Ｘ1024，Ｙ1）までの試料画像が、カメラ駆動制御手段８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（Ｘ1024，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】
以上説明したように、本発明では、ＭＣＰに照射された電子ビーム形状は、面積の広い長方形形状(水平１０２４、垂直２５６画素相当)とすることができるので、ＭＣＰの寿命を飛躍的に高めることができる。
表１に、本発明の１実施例と従来例との性能比較した例を示した。
【００２４】
【表１】
上記例のように、本発明によりＭＣＰの寿命を、原理的には約２５６倍に高めることが可能となる。ただし、ＴＤＩ方式ＣＣＤは通常のラインＣＣＤと比較して、ＣＣＤの入射光に対する開口率が低下するので、ＭＣＰ総出力電流を若干増やす必要は出てくる。その分を考慮に入れても、２００倍程度の寿命の向上は見込むことが出来る。
【００２６】
次に、第２の実施例について説明する。
また本発明で採用しているＴＤＩアレイＣＣＤを、フレームモードで使用すれば、試料を移動させなくても試料画像を観察することが可能となる。これをフレームモード観察という。 ここでフレームモードとは、ＴＤＩアレイＣＣＤに一定時間画像を撮像した後、メカニカルシャッターまたは電子ビームブランカなどの遮蔽手段１３によって、ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮蔽して、ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全てＲｏｗ２５６から順番にＣＰＵに取り込むモードのことである。すると、ＴＤＩアレイＣＣＤを通常の二次元ＣＣＤと同様の画像センサーとして使用することが可能となる。このように画像情報としてＣＰＵのメモリ１１に格納し、ディスプレイ画面１２に表示することは、自動的にかつ連続的に試料検査を行っている最中に、一時検査を停止させて、同じ領域の試料画像をオペレータが目視観察したい場合などに非常に有効な手段となる。
【００２７】
また本発明によれば、検査速度を劣化させる事なく、試料に照射する電子ビームの電流密度を約２５６分の１に減らすことができるので、電子ビーム照射による試料のチャージアップや汚染などのダメージをかなり低減できるという効果も期待できる。
さらに、 本発明第１の実施例においては、試料面を照射する電子ビーム形状を、面積の広い長方形形状(水平１０２４、垂直２５６画素相当)としているが、ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形であれば、楕円形状など、どんな形状であっても良いことは言うまでも無い。従って、電子銃チップの先端形状を極端にアスペクトの高い形状にする必要もなく、従来技術と比較して試料面を照射するのに必要な電子ビーム形状を容易に得ることができるので、装置の安定性向上や低コスト化が期待できる。
【００２８】
また、第１の実施例に示したような試料ステージを移動する例ばかりでなく、試料が載置されたＸ−Ｙステージ７は固定で、１次コラム側である電子ビーム照射手段３を機械的に検査面に対して水平移動するような移動機構１４を設けられたシステムにも、本発明を適用して何の問題もない。その際、１次コラム偏向制御により照射ビームを制御しても良い。
【００２９】
また、本実施例では検出する電子を二次電子としたが、反射電子や後方散乱電子であっても構わない。
本発明で記載されているような用途で使用する電子ビームコラムは、静電偏向器や静電レンズで構成できる為、電子ビームコラム本体を非常に小さくすることが可能となる。近年顕著に見られるウエハの大型化に伴い、その検査装置の大型化も余儀なくされて来ているが、ウエハを移動するのではなく、電子ビーム照射手段を機械的に移動可能とする移動機構を設け、小さな電子ビームコラム側を移動させるシステム構成とすれば、電子ビームを用いたパターン検査装置の外形寸法を小型化することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、以下に述べる効果が期待できる。
本発明においては、前記従来技術と比較して、ＭＣＰの使用面積を２５６倍に広げることが可能となるので、ＭＣＰ出力電流が同じ条件の下で、ＭＣＰの寿命を２５６倍に延ばすことが可能となる。
【００３１】
ＭＣＰ出力電流が同じで使用面積が２５６倍になれば、電流密度は２５６分の１になるが、ＴＤＩ方式のＣＣＤを使用する為、同じ画像を２５６回撮像できる。その為、結果として得られる試料画像のＳ／Ｎ比を、前記従来技術と同等にすることができ、高感度検出性能を維持できる。
さらに、前記従来技術に記載のあるリニアイメージセンサ（ラインＣＣＤ）と同程度のデータ速度が可能なＴＤＩアレイＣＣＤを採用できる為、高速処理性能においてもその特徴を継承できる。
【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】従来の電子ビーム法による欠陥検査装置の概念構成図。
【図６】従来のＭＣＰ構成図。
【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
７ Ｘ−Ｙステージ
８ ＴＤＩ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）
１０ ＣＰＵ
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、３２ ＭＣＰ受像部
３３ 蛍光部
３４ ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ）
３５ ＴＤＩ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 (7)
- 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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、
前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記位置検出手段からの前記電子ビーム照射面の位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを有し、前記電子ビーム照射手段からの照射ビーム面を前記Ｘ−Ｙステージ上に載置された試料面上の所定の位置に静止させた状態で、前記位置検出手段からの出力信号に基づいて前記Ｘ−Ｙステージを連続的に移動させることにより、前記ＴＤＩアレイ上の二次元画像を、前記垂直クロック信号により垂直方向に送りながら画像電荷蓄積し、前記蓄積した画像データに基づいて試料面上のパターンを検査することを特徴とするパターン検査装置。 - 前記電子ビーム照射面の形状が長方形形状であることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
- 前記電子ビーム照射面の形状が楕円形状であることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
- 前記パターン検査装置は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに一定時間撮像画像を撮像した後、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮蔽するための遮蔽手段と、前記ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全て順番に取り込むメモリと、前記二次元画像を表示するディスプレイを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のパターン検査装置。
- 試料面上に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記試料が載置されているＸ−Ｙステージと、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つを検出する電子検出手段とを有する試料面上のパターンを検査するパターン検査装置であって、
前記電子検出手段は、ライン状のＣＣＤ画素列が垂直方向に並べられ、各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、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ＣＣＤ１画素分だけ転送されるＴＤＩアレイＣＣＤであり、前記電子ビーム照射手段は前記ＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形状の電子ビームを形成するものであり、前記電子ビームの照射面位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段からの電子ビームの位置信号に応じて前記ＴＤＩアレイＣＣＤを駆動制御する制御手段とを備え、
前記電子ビーム照射手段には、前記Ｘ−Ｙステージを所定の位置に静止させた状態で、前記試料上の検査対象位置に電子ビーム照射面を水平移動させる移動機構を備えたことを特徴とするパターン検査装置。 - 電子ビームを用いて試料のパターンを検査するパターン検査方法において、
試料上の検査対象位置を電子ビーム照射面に移動するステップと、
前記試料にＴＤＩアレイＣＣＤに撮像される長方形領域を含む形の電子ビームを照射するステップと、
前記電子ビーム照射面を所定の位置に静止させた状態で、該電子ビーム照射面に前記試料上の検査対象位置を連続的に移動させるステップと、
前記試料からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のいずれか一つを、ライン状の画素列を垂直方向に並べたＴＤＩアレイＣＣＤに二次元の画像を撮像するステップと、
前記試料上の検査対象位置の連続的移動に伴い、前記撮像した画像の電荷を、垂直方向に１画素列分づつ移動させるステップと、
前記画像の蓄積電荷を画像データとして取り出すステップと、を備えたことを特徴とするパターン検査方法。 - 前記試料上の検査対象を連続的に移動させながらパターン検査を行っている最中に、前記ＴＤＩアレイＣＣＤへの画像照射を一時遮断して、ＴＤＩアレイＣＣＤに蓄積された二次元画像を全てメモリに格納し、ディスプレイ画面に表示するステップを更に備えたことを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
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