JP3986260B2

JP3986260B2 - 欠陥検査装置及びそれを用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP3986260B2
Application number: JP2001011852A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎山崎; 篤志大西; 護中筋; 徹佐竹; 雅規畠山; 利文金馬
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP2002216694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子線を試料に照射し、試料の照射点から発生する２次荷電粒子を検出してデバイスの欠陥検査を行う欠陥検査装置及びそれを用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造用のマスクパターン、あるいは半導体ウエハに形成されたパターンの欠陥検査は、１次電子線で試料表面を照射したときにその試料から放出される２次電子を検出して試料のパターン画像を得、基準パターン、他試料のパターン画像、同一試料の他の部分のパターン画像のどれかと比較することにより行っている。２次電子による画像を得る方法としては、１次電子線で試料表面に走査して画像パターンを得るもの（以下、単に「走査型欠陥検査装置」という。）、２次電子の一次元像又は二次元像を写像投影光学系で検出部に結像させるもの（以下、単に「写像投影型欠陥検査装置」という。）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの方法による場合も、２次電子による高精度の画像を得るためには、１次電子線の照射量を大きくする必要があるが、照射量を大きくすると、試料表面が帯電し、２次電子による画像が歪むという問題があった。画像の歪みが十分小さくなるように照射量を小さくし、複数回照射して平均化処理を行う方法は、欠陥検査のスループットが低下するという問題があった。
【０００４】
本発明は、スループットを大きくするため、１次荷電粒子線の照射量を大きくして試料表面が帯電しても、信頼性の高い欠陥検査ができる欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の欠陥検査装置は、荷電粒子線を試料に照射したときに照射点から発生する２次荷電粒子を検出して、試料の被検査領域を分割した小領域単位に、試料の欠陥検査を行うものであって、前記２次荷電粒子に基づく前記小領域の画像データを作成する手段と、前記測定画像データに含まれるパターンにおける２辺の交点の座標を演算してコーナー座標とし、該コーナー座標を特定点として取得する手段と、前記作成した画像データと基準画像データとの間の、複数の特定点における誤差に基づいて、前記荷電粒子照射に伴う試料表面の帯電による歪み補正データを求め、この歪み補正データに基づいて、前記作成した画像データ全体を補正して補正画像データを作成する画像補正手段と、前記補正画像データと、他の小領域の補正画像データ、他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する画像比較手段とを有し、前記画像比較手段の出力に基づいて試料の欠陥を検出するようにしたものである。
また、前記画像比較手段が、前記補正画像データと、前記他の小領域の補正画像データ、前記他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する際に、前記測定画像データに含まれるパターンにおけるコーナー部の不一致を欠陥と判断しないものを含む。
【０００６】
また、複数の１次荷電粒子線を試料に照射して欠陥検査を行なう装置に適用したものである。
【０００７】
また、上記した欠陥検査装置を用いて、デバイスの欠陥検査を行うようにしたものである。
【０００８】
本発明の欠陥検査方法は、荷電粒子線を試料に照射したときに照射点から発生する２次荷電粒子を検出して、試料の被検査領域を分割した小領域単位に、試料の欠陥検査を行う欠陥検査方法であって、前記２次荷電粒子に基づく前記小領域の測定画像データを作成し、前記測定画像データに含まれるパターンにおける２辺の交点の座標を演算してコーナー座標とし、該コーナー座標を特定点として取得し、前記測定画像データと基準画像データとの間の、複数の前記特定点における誤差に基づいて、前記荷電粒子照射に伴う試料表面の帯電による歪み補正データを求め、この歪み補正データに基づいて、前記測定画像データ全体を補正して補正画像データを作成し、前記補正画像データと、他の小領域の補正画像データ、他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較し、前記画像比較に基づいて試料の欠陥を検出するものである。
また、前記画像比較が、前記補正画像データと、前記他の小領域の補正画像データ、前記他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する際に、前記測定画像データに含まれるパターンにおけるコーナー部の不一致を欠陥と判断しないものを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１０】
まず、試料表面の帯電による画像の歪みについて走査型欠陥検査装置を例に説明する。図３は、試料表面の帯電による影響を説明する図である。試料の被検査領域１は、複数の小領域２に分割され、小領域毎に検査が実施される。１次電子線を偏向して電気的な走査にのみにより、１次電子線照射及び２次電子検出を行うものとする。
【００１１】
絶縁物に電子線を照射したときの２次電子の放出効率ηは、図４のように表され、ηが１より大きいビームエネルギーでは入射した電子よりも多くの電子が放出されるため、絶縁物表面は正に帯電される。このため、図３の小領域２の始点５から走査を開始すると、走査済みの領域は正に帯電して電子線が正電荷に引き戻されるため、本来の６の位置に照射するためには、７の位置まで走査する必要がある。したがって、小領域２を走査するためには、領域３の走査を指示する必要がある。また、逆に矩形領域の走査指示をした時の２次電子による画像は、歪むことになる。
【００１２】
したがって、小領域２を検査するためには、領域３をカバーする程度の大きさの領域４の走査を指示し、そのときの２次電子を検出して画像を作成する必要がある。この点は、写像投影型欠陥検査装置の場合も同様で、１次電子の照射領域及び画像結像領域を帯電による歪みの影響を考慮して大きく設定する必要がある。
【００１３】
図１に、本発明の欠陥検査処理の概略フローを示す。ステップ１１では、小領域２に１次電子線を照射したときに試料表面から放出される２次電子の強度を検出する。走査型欠陥検査装置では、シンチレータ等を用い、写像投影型欠陥検査装置では、１次元又は２次元のＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いる。
【００１４】
ステッ４１２では、検出した２次電子の強度、及び１次電子線の照射位置、試料を保持し移動させるするステージの位置情報に基づき、測定画像データを作成する。この測定画像は、図２（２）に示すようなものとなる。また、対応する小領域の基準画像は図２（１）に示すようなものである。
【００１５】
次いで、ステップ１３で、帯電によって歪んだ画像を補正するための歪み補正データを作成する。歪み補正データの作成に際して、まず、基準画像及び測定画像に含まれるパターンの複数のコーナーの座標を比較する。測定画像は、コーナー部が正確に得られないので、２辺（例えばＸ方向及びＹ方向の辺）の交点を演算し、コーナーの座標とする。図２の例では、（１）の基準画像の座標（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₁）、…（ｘ_i，ｙ₁）、（ｘ₁，ｙ₂）、…（ｘ_i，ｙ₂）、…（ｘ_i，ｙ_i）が、測定画像の座標（Ｘ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ₁）、…（Ｘ_i，Ｙ₁）、（Ｘ₁，Ｙ₂）、…（Ｘ_i，Ｙ₂）、…（Ｘ_i，Ｙ_i）と比較される。これらの誤差に基づいて、図２（２）の測定画像を図２（１）の基準画像に対応させるための歪み補正データを作成する。歪み補正データの作成方法は、特開昭６２−５８６２１号公報に記載されるような手法を採用することができる。
【００１６】
続いて、ステップ１４で、測定画像データ全体を歪み補正データに基づいて補正し、補正画像データを作成する。この補正画像データは、試料表面の帯電の影響が除去されたものとなる。
【００１７】
最後に、ステップ１５で、基準画像データ、同一試料の他の小領域の補正画像、他の試料の同一小領域の補正画像のいずれか１つと画像比較を行い、不一致の場合、不一致点を欠陥位置として出力する。なお、先に述べたように、測定画像のコーナーは丸くなって正確に得られないので、この部分の不一致は、欠陥と判断しない。なお、ステップ１２〜１５の処理は、１又は複数のプロセッサを用いて実現することができる。
【００１８】
以上述べた本発明の実施の形態は、複数の１次荷電粒子線の走査によって試料に照射する欠陥検査装置に適用するとさらに効果的である。図６は、複数の１次電子線を利用する欠陥検査装置の一例を概略的に示す図である。同図において、電子銃４１から放出された電子線はコンデンサ・レンズ４２によって収束されて点ＣＯにおいてクロスオーバを形成する。このクロスオーバ点ＣＯに、ＮＡを決める開口を有する絞り４４が配置される。
【００１９】
コンデンサ・レンズ４２の下方には、複数の開口を有する第１のマルチ開口板４３が配置され、これによって複数の一次電子線が形成される。第1のマルチ開口板４３によって形成された一次電子線のそれぞれは、縮小レンズ４５によって縮小されてＥＸＢ分離器４６の偏向主面に投影される。即ち、点５５で合焦した後、対物レンズ４７によって試料４８に合焦される。第１のマルチ開口板４３から出た複数の一次電子線は縮小レンズ４５と対物レンズ４７との間には位置された偏向器により、同時に試料４８の面上を走査するよう偏向される。
【００２０】
縮小レンズ４５及び対物レンズ４７の像面湾曲収差が発生しない様にするため、図６に示すように、マルチ開口板４３は、中央から周囲へ向かうにつれてコンデンサレンズ４２からの距離が大きくなるように段がつけられた構造となっている。
【００２１】
合焦された複数の一次電子線によって、試料４８の複数の点が照射され、照射されたこれらの複数の点から放出された二次電子線は、対物レンズ４７の電界に引かれて細く集束され、ＥＸＢ分離器４６の手前の点５６、即ち、ＥＸＢ分離器４６の偏向主面に関して試料４８側の点５６に焦点を結ぶ。これは、各一次電子線は試料面上で５００ｅＶにエネルギを持っているのに対して、二次電子線は数ｅｖのエネルギしか持っていないためである。試料４８から放出された複数の二次電子線はＥＸＢ分離器４６により、電子銃４１と試料４８とを結ぶ軸の下方へ偏向されて一次電子線から分離され、二次光学系へ入射する。
【００２２】
二次光学系は拡大レンズ４９、５０を有しており、これらの拡大レンズ４９、５０を通過した二次電子線は、第２のマルチ開口板５１の複数の開口を通って複数の検出器５２に結像する。なお、検出器５２の前に配置された第２のマルチ開口板５１に形成された複数の開口と、第１のマルチ開口板３に形成された複数の開口とは一対一に対応している。
【００２３】
それぞれの検出器５２は、検出した２次電子線を、その強度を表す電気信号へ変換する。こうして各検出器５２から出力された電気信号は増幅器５３によってそれぞれ増幅された後、画像処理部５４によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部５４には、一次電子線を偏向させるための走査信号がさらに供給されるので、画像処理部５４は試料４８の面を表す画像を表示する。この画像を標準パターンと比較することにより、試料４８の欠陥を検出することができ、また、レジストレーションにより試料４８を一次光学系の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜に校正することにより、試料４８上のパターンの線幅を測定することができる。
【００２４】
ここで、第１のマルチ開口板４３の開口を通過した一次電子線を試料４８の面上に合焦させ、試料４８から放出された２次電子線を検出器５２に結像させる際、一次光学系及び二次光学系で生じる歪み、像面湾曲及び視野非点という３つの収差による影響を最小にするよう特に配慮する必要がある。複数の一次電子線の照射位置間隔と、２次光学系との関係については、一次電子線の間隔を、２次光学系の収差よりも大きい距離だけ離せば複数のビーム間のクロストークを無くすことができる。
【００２５】
図６に示したような複数の電子線を照射する欠陥検査装置は、電子線の照射量が大きくなるため、帯電による影響が大きくなる。したがって、上記実施の形態で説明したような補正を行なって、帯電の影響を除去するメリットが大きい。
【００２６】
このように構成した欠陥検査装置は、半導体デバイスの欠陥検査に利用することができる。
【００２７】
図５は、半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。この例におけるチップ検査工程において、本発明の欠陥検査装置を利用すると、スループットよく検査ができ、全数検査も可能となり、製品の歩留向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、試料の帯電によって測定画像に歪みが生じても、歪みを補正した画像を欠陥検査ができるので、１次電子線の照射量を大きくして２次電子の放出効率を高めることができるので、Ｓ／Ｎ比のよい検出信号が得られ、欠陥検査の信頼性が向上する。
【００２９】
また、測定画像のコーナー座標としてパターン辺の交点を用いるとともに、コーナー部の不一致を欠陥と判断しないため、測定画像が本質的に有するコーナー部のＲの影響による誤欠陥を検出する確率が低くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の欠陥検査処理の概略フロー図
【図２】小領域の基準画像と測定画像の一例を示す図
【図３】試料表面の帯電による影響を説明する図
【図４】電子線の照射エネルギーと２次電子の放出効率ηの関係を示す図
【図５】半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート
【図６】複数の１次電子線を利用する欠陥検査装置の一例を概略的に示す図
【符号の説明】
１・・・被検査領域
２・・・小領域
３・・・小領域に対応する走査領域
４・・・走査指示領域

Claims

荷電粒子線を試料に照射したときに照射点から発生する２次荷電粒子を検出して、試料の被検査領域を分割した小領域単位に、試料の欠陥検査を行う欠陥検査装置であって、
前記２次荷電粒子に基づく前記小領域の測定画像データを作成する手段と、
前記測定画像データに含まれるパターンにおける２辺の交点の座標を演算してコーナー座標とし、該コーナー座標を特定点として取得する手段と、
前記測定画像データと基準画像データとの間の、複数の前記特定点における誤差に基づいて、前記荷電粒子照射に伴う試料表面の帯電による歪み補正データを求め、この歪み補正データに基づいて、前記測定画像データ全体を補正して補正画像データを作成する画像補正手段と、
前記補正画像データと、他の小領域の補正画像データ、他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する画像比較手段とを有し、
前記画像比較手段の出力に基づいて試料の欠陥を検出する欠陥検査装置。
請求項１記載の欠陥検査装置であって、
前記画像比較手段は、前記補正画像データと、前記他の小領域の補正画像データ、前記他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する際に、前記測定画像データに含まれるパターンにおけるコーナー部の不一致を欠陥と判断しないものである欠陥検出装置。
請求項1又は２記載の欠陥検査装置であって、
複数の１次荷電粒子線を試料に照射する少なくとも１以上の１次光学系と、
前記２次荷電粒子を少なくとも１以上の検出器に導く少なくとも１以上の２次光学系とを有し、
前記複数の１次荷電粒子線は、互いに前記２次光学系の距離分解能より離れた位置に照射されるものである欠陥検査装置。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の欠陥検査装置を用いて、デバイスの欠陥検査を行うデバイス製造方法。
荷電粒子線を試料に照射したときに照射点から発生する２次荷電粒子を検出して、試料の被検査領域を分割した小領域単位に、試料の欠陥検査を行う欠陥検査方法であって、
前記２次荷電粒子に基づく前記小領域の測定画像データを作成し、
前記測定画像データに含まれるパターンにおける２辺の交点の座標を演算してコーナー座標とし、該コーナー座標を特定点として取得し、
前記測定画像データと基準画像データとの間の、複数の前記特定点における誤差に基づいて、前記荷電粒子照射に伴う試料表面の帯電による歪み補正データを求め、この歪み補正データに基づいて、前記測定画像データ全体を補正して補正画像データを作成し、
前記補正画像データと、他の小領域の補正画像データ、他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較し、
前記画像比較に基づいて試料の欠陥を検出する欠陥検査方法。
請求項５記載の欠陥検査方法であって、
前記画像比較は、前記補正画像データと、前記他の小領域の補正画像データ、前記他の試料の補正画像データ、前記基準画像データの少なくとも１つの画像データとを画像全体について比較する際に、前記測定画像データに含まれるパターンにおけるコーナー部の不一致を欠陥と判断しないものである欠陥検出方法。