JPH0215545A - Ｘ線マスクの欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子ならびにマスクに形成された回路
パターンとくにＸ？ｆＭ蕗元ＶＣ便川され用マスクに形
成された回路パターンの頓丘に好適な走査型Ｊａ過電子
鵡倣説によるパターン検出装置及びその方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より微細な構造を検出する装置とし″′Ｃ走食電子
囮微廓Ｃ５ＥＭ）あるいは走査型透過−子頭倣ｄｃｓＴ
ＥＪｔ）が使用されている。Ｓ　Ｅ　Ｍによるパターン
検出装置は、例えは日本学術振興無荷１゛粒子ビームの
工栗への応用比１６２安只会第１０１回研究会員科第１
６７頁から第１４８頁において論じられている。

またＳＴＥＭには、例えはマイクロビームアナリシス第
１９９頁から第２０６頁において論じられているように
、明視野像、暗視野１尿、２−コントラスト法１元素像
の結像法かある。

明視野像は、検出器の開き角を１Ｑ−’　ｒａｄ程度と
し散乱していない電子を検出するものである。Ｘ蛛マス
クでは基板よりパターンで電子は散乱されやすいためパ
ターンが暗く検出される。

暗視１ｆ塚は、被検査物で散乱した電子のみを検出する
方法である。パターンで散乱した′１子を検出するため
、パターンか明るく検出される。

Ｚ−コントラスト法は散乱した電子と散乱されなかった
′−子をそれぞれ別々に検出してその検出信号の比から
原子番号に依存したコントラストを得るものである。パ
ターンを構成する元素と基板を＆［する元素のそれぞれ
の原子番号の比でコントラストか与えられる。

元素稼は、電子がｉ恢ｆｖｌＪ中で失なったエネルギー
分布を検出するものである。時短のエネルギー損失ｍを
もつ７ｃ索を検出できる。

また、５ＥＩｙｌ、ＳＴＥＭＫ使用される電子祢検出器
は、例えはマイクロビームアナリシス第１４１頁から第
１６２頁に−じられているよ５１Ｃ、シンチレータと九
岨子増ｉｆ管で検出する方法と半導体積上記ＳＥＭによ
るパターン検出器ＩＩＬは、破４英青物が絶縁物である
と帯［（チャージアップ）現象が生じ正確にパターンを
検出できないという問題かあった。

また上記Ｓ　ｉ’　Ｅ　Ｍの結像法（工、厚さか１μｍ
程度以下の薄い被検査物に対しては、板慣査物内で一部
の′電子は散乱され、一部の電子は散乱されないため艮
好なコントラストを得るが、厚さが１μｍ程反以上の厚
い被検査物に対しては、ＷＬ模食物内で大部分の電子か
散乱されるため艮好なコントラストで１氷を得られない
という問題があった。

また従来のＳＴＥＭｍ直は、インレンズ方式の対物レン
ズを使用しているため、被検査物の大きさが限定される
という問題かあった。

またＳＥＭ、ＳＴＥＭに使用されている従来の電子線検
出器はその構出クロックＭＩＩｆＬ数が杖高４ノ防：程
腿であり、検出時間を短縮できないという問題かあった
。

本発明の目的は、被検査物か絶縁物であっても帯電の影
響を受けることな（パターンを正確に検出することかで
きる７＋：食型透過電子顕微鏡によるパターン横比４１
ｉ及びその方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、被検査物か厚く、大部分の電子か
被検査物内で散乱される場合において、被検査物のパタ
ーンを高コントラストに検出し、高速のパターン検査を
可能とする走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出装
置及びその方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、大きさか数十ｍｍ　ある大型の被
検査物に対しても慣出町牝な走査型透過電子顕微鏡によ
るパターン検出装置及びその方法を提供することにある
。

不発明の他の目的は、高速な走査Ｊ！ｉｌ達ｉ４を子顕
微鏡によるパターン検出装置を実現するために、検出速
度の速い電子線検出器を提供することにある。

本発明の他の目的は、走：１１：型逍過電子顧微鏡によ
るパターン検出装置を使用したパターンの筒速横宜表置
を提供することにある。

不発明の他の目的は、走査型透過電子顕微鏡によるパタ
ーン検ｔｋ３装置に好適にＸ謙マスクを提供することに
ある。

本発明の他の目的は、パターン寸法を測定できるように
した走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法を提
供することにある。

本発明の他の目的は、パターン厚みを検出できるように
した走査型ｍｉ！電子団微腕によるパターン検出方法を
提供することにある。

本発明の他の目的は、異物な検出できるようにした走査
型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法を提供するこ
とにある。

電子の加速電圧を十分筒（シ、被検査物に入射した電子
をｉ検査物中で吸収されることなく透過させることで、
絶縁物であっても帯電の影響な受けることなくパターン
を正確に検出できる。

また、被検査物を透過した電子を広範囲１１ＣＪｄＭ出
する即ちパターンで散乱した電子および基板で散乱した
電子を共に検出し、パターンで散乱した電子の散乱角分
布と基板で散乱した電子の散乱角分布の遅いでコントラ
ストを得ることにより島コントラスト検出が達成される
。

また、ＳＴＥＭの対物レンズをアウトレンズ方式とし、
大型の試料ステージに被検査物を載置することにより、
大型の被検査物の検出が可能となる。

また、電子線検出器に、前面に減速材を配置した電子増
倍管と丁れは扁加速電子を幼率艮くかつ高速に検出でき
る。

また、本発明の走査型透過電子顕微鏡に、自動焦点甘せ
慎４？！、自動送り慎栴何試料ステージ、検出した７像
の一律処理部を付加することＫよりパターン検査、パタ
ーン寸法測定、パターン厚み検査、または真物横食が可
能となる。

〔作用〕

被検査物に入射した電子は、？！ｌＸと弾性散乱。

非弾性散乱を繰り返しなから進行方向をかえエネルギー
を失なう。電子の〃口達電圧が低いときは、仮構ｆ物で
全てのエネルギーを失なうまで散乱な蛛返し、電子か被
検査物に吸収され被検査物か帯電する。−万電子の加速
電圧か篩いときは、電子はエネルギーを失なう前に被検
査物から飛出し扱梗食’４４７１　Ｋ電荷が蓄積されず
、帯電の影響かな（安定にパターンを検出できる。

次に被検査物としてＸ餓繕元用マスクを考えたとき、′
ｔｊＬ荷がマスク内に蓄積されない刀口逮′亀圧を示す
。ｘＨマスクの新聞な第３図に示す。Ｘ蝿を透過し易い
物質からなる基板２４上ＫＸ巌を逍通しにくい物質から
なるパターン２５を有し、場合によってはパターン２５
を保護する目的で表面を薄膜２６で覆う。基板が２μｎ
Ｌ厚のＢＮと３μｍ厚のボリイミドの複合膜であり、パ
ターンか１μフル厚のＡＬＬであり、ポリイミドの抹護
課をオーバーコートしたＸ蕨マスクに対し、区子株の散
乱過程をモンテカルＣＩ法でｉ其懺シミュレーションし
た結末を第６図に示す。カロ速電圧５ｏｋＶのときは、
電子はＡｕパターンに吸収されておりマスクの帯電か予
想される。夾除に加速電圧３０　ｋＶのＳＥＮ″″Ｃ検
出したところＸ勝マスクは帯電しパターンを満足に検出
できなかった。加速電圧１００ｋＶのときは、電子は、
４ＬＬバタンで大きく散乱しているか吸収されない。央
沫に〃口達電圧１００ｋＶのＳＴＥＭで検出したところ
帯磁の影簀かなくパターンを女足に検出できた。

さらに７１１１１速′亀圧を２００ｋＶに上げると、保
護課内でのビームの拡かりか少ないため、□パターンを
尚分解能で検出できる。加速電圧が７５　ｋ〆以上であ
れは、Ｘｆｇマスクは帯電せす安定に検出できる。

第５図にパターン及び基板での電子の散乱角分布を示す
。電子は基板よりパターンで大きく散乱される。以下こ
のパターン及び基板における電子の散乱角分布の違いを
オリ用して艮好なコントラストでパターンを検出する方
法を述べる。検出器で散乱角がＵ〜θまでの電子を検出
する（以下、検出角かθと百５）ときその検出信号は散
乱分布曲線なＯからθまで積分した値、即ちパターンの
検出信号は旧称ＯＢ’Ａと直線ＯＡ’と直載ＡＡ’とで
囲まれた面積であり、基板の検出信号は曲線ＯＢＡと＠
＃ＵＡ’と直線ＡＡ’とで囲まれた面積である。

このときのコントラストは、基板の検出洛号とパターン
の検出信号との走即ち曲線ＯＨＡと曲線ＯＢ’Ａとで囲
まれた面積に相当する。次に検出角がφのときを考える
。基板の検出信号は曲線０１Ｊと直載ＯＨ’と直載ＨＢ
“で囲まれた囲瑣、パターンの検出信号は曲線ＯＢ’と
面ｆ＃ＯＢ’と直線Ｂ’Ｂ’で囲まれた面積であり、コ
ントラストはその差即ち凹称ＯＢと曲線ＯＨ’と直線Ｂ
　Ｈ’で囲まれた面積である。

この面積は検出角θのコントラストに相当する面積に比
べ直線Ｂ　Ｂ’と曲線ＢＡと曲線Ｂ’Ａとで囲まれた面
積だけ小さい。即ち検出角φのコントラストは検出角θ
のコントラストより小さいことρ・わかった。同様に検
出角ψのコントラストは曲＃０ＢＡと曲線ＯＢ’Ａで囲
まれた面積から曲ｆｐＪＡｃと曲ｇＡＣ’と＠３Ｈｃｃ
’で囲まれた面積を走引いた面積に相当するため、検出
角θのコントラストより小さい。以上の議論より横出角
θのときコントラストが最大となることかわかった。故
に散乱角かＯ〜θの電子を検出することで良好なコント
ラストでパターンを検出できる。

次に検出角θの具体例を運べる。被検査物としてＸ脈マ
スクを考えたとき、モンテカルロ法による電子散乱シミ
ュレーションより優だパターンと基板の散乱角分布を第
４図に示す。シミュレーションは電子の加速電圧を２ｏ
ａｋＶとして、２棟類のＸ腺マスクについて計算した。

１つは基低か２μ７ｎ厚のＢＮと３μｍ厚のポリイミド
の複合膜でありパターンか１μｍ厚のＡｕであるＸ＆マ
スクであり、他方は基板が２μｍ厚のＳＬＮでありパタ
ーンか０．７５μｍ厚のＴαであるＸ紛マスクである。

それぞれポリイミドの保護膜厚さを２μｍと０．５μｎ
番として計其した。第４図からＸ／１Ｍマスクの構造に
より多少違うが、コントラストか最大となる検出角θ＆
Ｘ　Ｏ・２ｒａｄ程展である。この１直は在米のＳ　Ｔ
　Ｅ　Ｍの検出角に比べ格段に大きい。この横出角θは
′電子の加速電圧に依存し、加速電圧が尚いとθは小さ
くなり、低いとθは大きくなり、およそ５°〜２５°か
適切である。

第２６図に加運′成圧２ｏｏｋＶ時のコントラストと検
出角の関係を表した測定値を示す。第２６図は第４図を
積分したグラフに相当する。丞＆ｓ号とパターン信号の
差であるコントラストは、シミュレーションで予測した
通り測定値でも検出角が約０．２ｒａｄのとき最大とな
った。

コントラストの同上と共に検出信号のＳ／Ｎも収音され
る。第２４図に検出角の違いにょるＳ／Ｈの向上例を示
す。本発明により従米に比奴してＳ／Ｎか１０１斤以上
向上することを偽めた。

Ｓ／Ｈの向上記伴ない侠出込度を速くすることができる
。しかし在米の逼子蛛検出器の検出クロック周１ｆｆｉ
数は４　ＭＨｚ程展であった。嵐子瑠惜官を使用するこ
とで烏速に検出できるが、筒加速電子に対する検出感度
か低りＳ　ＴＥ　Ｍには使用できなかった。そこで、電
子増倍前のＡｕ面に減込材を直き、を子のエネルギーを
減少させ、１攻面のダイオードから発生する２欠゛−子
兄生率を増加させることで、検出／ＭＵを尚めることか
できる。

〔実月例〕

以下、本発明の一実施例を第１図より底切する。

本発明によるパターン検宜装櫨は、電子鏡１と、収束レ
ンズ２と、対物レンズ６と、偏向コイル４と、被検査物
５と、試料ステージ６と、シンチレータ７と、ライトガ
イド８と、光電子瑠倍官９と、増幅器１０と、ＡＤ友換
器１１と、走査信号発生器１２と、偏向コイルドライバ
ー１５と、ステージ市１ｊ御回路１４と、Ｍｅ憶装随１
５と、軌出し回路１６と、Ｎ像信号発生器１７と、比較
回路１８と、欠陥判定回路１９と、焦点検出器２０と、
明度副足器２１と、射出叙り２２と、計Ｊ磯２３とから
構成されている。

電子鏡１で発生し加速された電子＃ｊ１２４は収束レン
ズ２と対物レンズ５によって被検査物５上記スポットに
収束される。このとき電子の力１１連電圧は被検査物を
透過しうΦために十分向く妓疋されている。被検査物が
Ｘ＃ｌｌマスクの場合は、７５　ｋＶ程度以上である。

さらに電子線２４は、走査信号発生器１２からの信号に
従って偏向コイルドライバー１６により駆動される偏向
コイル４で、被イ芙査物５上を走査される。＆検量物５
を透過した電子の内、検出信号コントラストか敲太とな
る破過検出角に設定された射出叔り２２を通過した電子
のみシンチレータ７で検出される。シンチレータ７はＸ
械も検出するため、射出叔り２２の材質は電子線による
励起Ｘ巌菫が少ない例えはカーボンか好適である。また
射出叙り２２を設けずに、シンチレータ７の検出面の大
ささおよび、破［ｆＷ５と７ンチレータ７との距離を調
節することで破過な検出角をへることも可能である。さ
らに、数棟類の被検査物５に対応するため、絞り径の異
なる数独類の射出級り２２を用意し父換可ｎヒた構造に
するかあるいは、射出威り２２を上下方向に移動可能な
構造とするかあるいは、軟り径を可変できる構造とする
とよい。電子線はシンチレータ７で光に父侠され、ライ
トガイド８で元電子壇活管９に導かれ、さらに光電子瑚
倍管９で電気信号に変換される。電子＃検出器はこのシ
ンチレータと電子増幅管で検出する方法に限定されるも
のではなく、例えは半導体検出器を使用することも可能
である。元電子壇活・＃９からの電気信号は増幅器１０
で増幅され、走査信号と同期して、ＡＤ変換器１１で電
子化し走査ｆｉ過電子像ｃＳＴＥＭ像）を帰る。

一方この構出動作と並行し、記憶装＊１５に記憶されて
いる被検査物５のパターン描画する除使用した設訂デー
メを読出回路１６で絖出し、ｌＩ！ｌｌ源信号発生器１
７で、検出位置に対応する基準画像を作成する。そして
ＳＴＥＭ像と同期して比較回路１８に入力する。比較回
路１８では、ｉｓｍ像とＳ　Ｔ　ＥＭ像の位置合せを行
なうと共に、両省の不−玖都を欠陥判定回路１９に出力
する。欠陥判定回路１９では不一を部のうち許容値以上
の不一致鄭のみを欠陥と判定する。

１フイールドの検査が終るとＷｔ美ｅＡ２５からステー
ジ制御回路１４に指令を出し、試料ステージ６をステッ
プ送りして新たなフィールドを検査する。

この動作を株返し、被検査物５の全面を検査する。

試料ステージ６をステップ送りして全面を幀畳するりで
（工なく、試料ステージ６を一定連匿で移動させ、その
移動方向と直角方向に電子Ｉｗ２４を偏向コイル４で走
査する方法で被便査物５の全面を検査してもよい。

第２図に、複数の電子稼検出器を使用して、特定の散乱
角の電子のみを検出する一例を示す。破検丘？ｌＪ　５
　は、試料ステージ６のチャック２５で固定されている
。電子腺検出器柱２７が試料ステージ６に固定され、そ
の配置は第２図（Ａ）に示すように荀子状である。電子
ＮＭ２４は被検査物５円で散乱を受けた佼電子趣検出器
ｌＮ２７で検出される。電子線検出器＃２７には例えは
半導体検出器を使用する。

慣出器杯の信号のうち特定の検出器の信号のみを加昇す
ることで、特定の散乱角の電子のみを検出できる。特に
電子線２４の軸を中心としである距離以内罠ある検出器
の＠号を７１１１１其すると、第１図で底切した射出叙
つと同じ幼果を得る。試料ステ−シロの移動と共に１に
号をカロ昇する検出器を笈えることで常に瑛出角を一定
に抹つことかできる。また、電子＃２４の軸を中心とし
である距離たけ離れている検出器の信号を刀口尊したり
、息み何けをして刀Ｏｕすることで、パターンコントラ
ストを自由に変えられる。

電子蛛快出器群２７を第２図（Ｃ）に示すような同心円
の配置とし、ある一部の検出器の１ｄ勺を加昇し、他の
１＝　９はすてることで符定の散乱角の電子のみをヤ突
出することかできる。

第７図に、直径か２インチあるいは３インチ以上あるＸ
蛛マスクを被模責物とするパターン慎出鉄隨の対物レン
ズおよび試料ステージの栴這を示す。従来のＳＴＥＭは
レンズのポールピース内に試料を１じ直するインレンズ
方式であったため、高々式ｍｍ　０．Ｉ）破検責物しか
検出でざなかった。そこで、板横責物ンレンズの８鮎の
外に配置するアウトレンズ方式とし、大型の試料ステー
ジを対物レンズの下に設けることで、ＸＭマスクの枳出
馨ロゴ吐とした。アウトレンズ方式の対物レンズは、磁
路２９とレンズコイル６０から構成され、磁路２９の内
軸にスティグマ補止コイル２Ｉ１３を１！［１，ｌＥ！
する。板夜食物であるＸ蛛マスク６３は、マスクホルダ
Ｓ４に入れられ、さらに試料ステージ６に保持され、Ｘ
。

Ｙ、Ｚ、θ、ｌ’ｃｌｔ　　方向に移動できる。Ｘ、氷
マスク３５はマスクホルダ６４ごと試料ステージ６から
脱ｍする橘這である。′電子杯２４は応物紋り６１で照
射角αを規定され、Ｘ勝マスク３６上で所定のスポット
径とビーム電流となる。例えば、対物レンズの一極形状
か、−子線照射狽１ｊの一極の孔住、―極の間隔、結像
側の孔径かそれぞれψ５ＣＪｍｙｎ、　１１ｉｚｔｍ。

φ２４ｎｔｍ　のもので、照射角α（半角）　＝　７　
ｍｒａｄのとき、スポット径φ４０７ノＬｍ　　、ビー
ム′Ｉａ流５ｎＡを優る。照射角α馨大きく丁ゐとビー
ム電流か増えるためＳ／Ｎか向上するか悪にレンズの収
ｉのためスポット径か太る。構出時間を辺紬するために
は、高Ｓ／Ｎ検出するため照射角αを大きくする万か有
４ｕであるが、倣動な欠陥を検出するためには、スポッ
ト径を小さ（するため照射角αを小さくする方か有利で
ある。Ｘ嶽マスクの場合は取手検出欠陥が０．０７〜０
．１μｍ程度と考えられるので、スポット径をφ０．１
μｍ以下とする必要かあるか、むやみに小さくしても、
Ｓ／Ｎか低下するはかりではな（、Ｘ解マスクのポリイ
ミド珠護課中での電子の散乱のためパターン上でのビー
ム径か太り分′Ｍ龍は向上しない。このためスボツ）’
４Ａｉ最小検出欠陥寸法と同等あるいは半分程度として
、ビーム電流を稼ぐ方が得策である。

対物レンズの磁路２９の下面は十ｌとし、マスクホルダ
６４に固定した摺動材６２をｄ路２９の下面に押しつけ
ることで試料ステージ６の愼械振動を止めブレのない検
量画像か優られる。摺動材５２を押し上げた状態のまま
試料ステージ６を移動させる、あるいは、試料ステージ
６を移動させるときは摺動材３２を下げ、検出時に押し
上げる方法かあるか。

摺動材３２にはＭ擦の少ない例えはテフロンが好適であ
る。また摺動材６２をマスクホルダに同定するのではな
（、試料ステージ６の上面あるいは対物レンズの山路２
９下面に固定してもよい。

巣８図に′電子線検出器の一部であるシンチレータ７と
ライトガイド８の接増都を示す。（α）はｉＢｒ面図、
（，６）は平面図である。検出速度を上げるために残光
時間の短いシンチレータ、例えはＹｔｔｒＬｕｍ　、４
１ｔｂｍｉｎｉｔＬｍ　ｐｔｒｏｕｚｌｔｔｔ　　（Ｙ
　Ａ　ｐ　）の単結晶が有効であるが、ＹＡｐの屈折率
が１．９６　　と尚いため、シンチレータの底面より９
１１１６から放射される光重が多い。そのため、円柱形
のライトガイドを第８図に示すように刀ロエし、シンチ
レータのＩｔ面と側面とをライトガイドに接着すること
で、シンチレータの放射光を効率よく検出できる。ライ
トガイド８はシンチレータ接７ｆ恢、光電子壇倍官９と
の接触面以外をアルミコートし、シンチレータの帯電と
防止しシンチレータの放射光の東元効率な筒める。

またＹＡＰの放射光は中心波＊５８０ｎｍの紫外光であ
るため、ライトカイト８と元電子増ｉ８１！ｆ９との間
に可視光カット紫外艇透過のＵＶ透過フィルタ３５を挟
入することで、試料ステージ８のステージ位置を測定す
るレーザ測長器の迷光の影響を防止できる。

第９図に、自動焦点合せ方法のブロック図を示す。Ｘ麿
マスク全面に対し焦点合、せをした後、パターン検出し
、ステージを移動する。ｍ」記対物レンズの焦点深度は
６μｍ　、　Ｘ　栂マスクの平坦度は１１ｇＩＬ、であ
るため、理想的な試料ステージかあれは一度焦点合せし
た後はもはや焦点合せを行なう必要かない。しかし実際
には、試料ステージの平行展および、レンズの励磁電流
の安定展を考慮すると一定時間毎に焦点合せをやり直す
必豐かある。

そこで、一定時間内はパターン検出とステージ移動を練
り返し、一定時間毎に自動焦点を合せ直すようにするこ
とで、常に焦点の合った状態でパターンを検出でき、か
つステージ移動母に焦点合せしないため検出速度の低下
を防止できる。

第１０図に自動焦点合せ機構を、粥１１図に自動焦点合
せに適したＸ腺マスクを示す。第１１図（α）は焦点合
せマーク位置を示した平面図、（ｂ）、　ＣＣ）は焦点
合せマークの形を示した平面図である。Ｘ蛛マスクの露
光範囲の平坦度１μｍに対し、構出装置の焦点深度は６
μｍあるので、試料ステージ６のチルト機構でＸＴＭマ
スク３６の平行出しをすると路光範囲全面に対して合焦
点となる。そこでケ所以上焦点合せマークを例えは第１
１図（α）に示すように１己置したＸ、％６１マスク３
５に対し、まず１つの焦点合せマークを検出し、その検
出波形を微分回１２５６で微分し、さらに数ラインの微
分波形を減分値７Ｊ［ｌ　Ｋ回路５７で加算し、焦点合
せマークのエツジ改形の急峻性を測定し、その急峻性が
厳太となるように試料ステージの篩さを山萱り法で制御
する。

試料ステージの筒さを制御する代りに励磁回路３８を制
御し対物レンズの焦点距離な制御してもよい。

次に試料ステージ６を動かし他の焦点合せマークな恢出
し、そのエツジの急峻性が最大となるようＫＫ科ステー
ジ６のチルト慎栴を制御する。このようにしてＸ線マス
ク上の３つの焦点合せマーク罠対し焦点を合せると、透
光範囲全面に焦点か合う。マークエツジ波形の急峻性か
ら焦点を合わすには第１１図Ｃｂ）に示す矩形のマーク
を使用すれはよい。また第１２図（ｃ）に示すようなラ
インアンドスペースのマークを使用し、構出波形の振幅
から焦点合せを行なうことも可能である。

第１２図に検出画像の明るさの時間ドリフトを補正する
方法を示す。検出画像の明るさ変動の原因は、電子＠１
の輝度の時間ドリフトと増幅器１００時間ドリフトであ
る。自動焦点合せの方法と同様に一定時間内はパターン
検出とステージ移動を繰り返し、一定時間＊に明るさ補
正を行なう。

第１３図に明るさ補正機構を示す。元電子増幅営９から
出力される構出信号を増幅しＡＤ変侠器１１でｔ子化し
、ヒストグラム２１で検出ｍ像のヒストグラムを測定す
る。ヒストグラムは第１４図に示すごとく、基板とパタ
ーンの明るさか明確に別れる双峰の分布を示す。分布の
ピークの明るさか一定になるように元電子増活管９に供
給する電圧を制御することで明るさを補正する。制御す
る対象は光電子増倍′Ｗ９に供給する電圧に眠らず、増
幅器１０のゲインあるいは電子ａ１の輝度でもよい。

纂１５図に電子増倍管を使用して電子線を検出する電子
線検出器を示す。加速電圧の高い電子＄２４を−そのま
ま電子増倍′ｆ４１で検出した場合、電子増倍管４１の
１段面のダイオードから発生する２次嵐子の発生効率が
低くため検出感度の面で実用的でなかった。そこで電子
増倍管４１の創面に電子線を減速させるＯｆｃ迷材導材
４０き、加速電圧を低くした電子脚を検出することで、
ダイオードの２次′１子発生効率を扁め検出感度を向上
させた。減速材４０の材質は後方散乱電子の少ない例え
はカーボンが適切である。

ｉ＠１６図に１ダイナミツクフオーカスおよびダイナミ
ックスティグマ補正を行なうＳＴＥＭの構造を示１゜成
子＠　２４は偏向コイル４で破検宜物５上を走査される
が、偏向型が大きくなると、対物レンズ３の収差により
スポット径か拡がる。そこで、走査範囲全域にわたって
分解能な維持するために、非点収差補正コイル２８と動
点焦点補正コイル４２で非点収差と焦点ずれを補正する
。電子線２４の加速電圧か尚いため、非点収差補正コイ
ル２８と動点焦点補正コイル４２は強力であらねばなら
ず、両者のインピーターンスが高（なり、ｆｗＪ速補正
補正輪となる。そこで藁１７図に示すごとく走査フィー
ルドな幾つかのサブフィールドに分割し、サブフィール
ド内の補正量を同一として、サブフィールド毎に電子線
２４を走査する。サブフィールド内の補正室のバラツキ
を無祝しているか、同一点付近の補正量の違いは小さい
ので実用上は十分である。この補正方法を実現するため
には、走査信号兄主器１２で、サブフィールドに対応し
たｍｒｔ　Ｆ＆分を別異したノコキＩＪ　ｆｉを発生さ
せ、動点焦点補正ドライバー４３と非点収走？ｌｌｉ正
コイルドライバ４４でサブフィールドに対応した補正量
を発生させる。

第１８図に本パターン検出装置で得た画像と設計データ
を比較してパターン欠陥を抽出するブロック図を示す。

パターン検出装置で慢たＳＴＥＭ１象の明るさレベルお
よびシューデングを補正した恢２埴化した画像と、設計
データから発生した基準画法となる設計パターンとをプ
リアライメントした結果を用いＳＴＥＭ像の位置を補止
する。このとき、描画時パターンのコーナは丸まる現象
を考慮して設計パターンのコーナを例えは多数決フィル
ターで２とす。ＳＴＥＭｉ奴は画像歪かあるためプリア
ライメントを行なっても設計パターンと正確には一致し
ない。そこで、ＳＴＥＭ像および設計パターンの同一位
置の一部を切出し、切出した画像に対して鞘密にアライ
メントを行なう。ＳＴＥＭＩ象（工画塚歪かあっても、
局所的にはＩ［ｌｌｌ像歪を無祝し優るため、切出した
画像同士のアライメント梢度は艮い。このようにして位
ｉＩｋ袖正したＳＴＥ　ＪＳｉ　隙と設計パターンを例
えば点拡り関数としてガウス分布を与えて得た多値化し
た設計パターンとの訣淡画像パターンマツチングを行な
い不−玖都を欠陥として出力する。鎌淡画１末を比較し
ているため凹凸黒点白点のパターン欠陥だけでなく、パ
ターンの厚みの検査もできる。これは、パターンか厚く
なると模出侶号か少な（なり、薄くなると恢出侶号が多
くなるためである。このときのヒストグラムを第１９図
に示す。

第２０図に広範囲にわたるパターン厚さの変化を検出す
る方法のブロック図を示す。検出した５ＴＥｙ　１１の
ヒストグラムをとり、パターンの明るさヒ１ベルを氷め
る。そのレベルとパターンの４準明るさレベルを比較し
、パターン厚みを横置する。

第２１図に本パターン検出装置を応用して異物検査する
方法のブロック図を示す。画像を切出しアライメントす
るまでは上記第１８図で説明したパターン欠陥検出方法
と同じであるので説明を省（。

切出した−は同士をどん１【に正確にアライメントして
も画素サイズ以下のずれ量が残るので、設計パターンを
−ｌ！ｉＩＩ索拡大して、ＳＴＥＭ像をマスキングする
。マスキングされたＳＴＥＭ像は基ａ都のみであるので
、理想的には全面白い基板レベルの侶号であるが、異物
や黒点かあると黒くなる。

ある閥１直で２値化し、黒い部分を抽出すると、そこか
異物あるいは黒点である。

第２２図に本パターン検出装置を応用してパターンの寸
法を測定する方法の１０ツク図を示１゜まず検出したＳ
ＴＥＭ像から測定したいパターンのエツジ位置を求める
。これはＳＴＥＭｙを（、’　ＲＴに表示し、カーソル
で目視でエツジを抽出する方法波形の傾きからエツジを
抽出する方法かある。測長したい２つのエツジを抽出し
、そのエツジ間の距離を算出することで側長愼能を実現
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれは、ＸＨマスクの回路パターン検査等にお
いて、帯電の影響を受けずに扁コントラストでパターン
を検出でき、かつ構出イ百号のＳ／Ｎを格段（１０倍以
上）に向上することができる。

また、直径２インチ以上の大型の被検査物を検出できる
ため、ＸＩｖｊＩマスクを破壊することなく検食可ｎし
である。史に検出速度が向上したため、パターン検査時
間を短縮する効果かある。

本発明のパターン構出装置によれは、ハターン厚み検査
、異物検査、パターン寸法測定か可ｉＬである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターン欠陥検査装置
の要部断面図、第２図は喝１子醜検出器の説明図、第３
図はＸ腺マスクの断面図、第４図はＸ練マスクの電子線
散乱分布図、第５図は検出コントラストか最大となるＲ
逍検出角の説明図、昆６図はＸ＃マスク内の電子散乱過
程図、第７図はアウトレンズ方式対物レンズの断面図、
比８図はシンチレータとライトガイドの接続の説明図、
第９図は自動焦点合せ方法を説明したブロック図、７Ａ
１０図は自動焦点仕せ機構の説明図、第１１図は自動焦
点合せに好適なＸ＃Ｉｌマスクの説明図、第１２図は明
るさ補正方法を説明したブロック図、蔦１３図は明るさ
補正機構の説明図、第１４図は検出ｌＩ！Ｉｌ像のヒス
トグラムを示す図、第１５図は電子増倍管を使用した電
子源検出器の説明図、第１６図はダイナミックフォーカ
スとダイナミックスティグマ補正を取入れたパターン検
出＃ｃｆｆｔの要部断面図、亮１７図はダイナミックフ
ォーカスとダイナミックスティグマ補正を行なうときの
定食フィールドの説明図、第１８図はパターン検査万１
ｆ：を説明するブロック図、第１９ＬＩ！Ｊはパターン
厚みの検出原理図、第２０図はパターン厚み検査方法を
説明するブロック図、巣２１図は異物検査方法を説明す
るブロック図、第２２因はパターン寸法測定方法を説明
する１０ツク図、比２３崗は検出コントラストが最大と
なる最適検出角の夷側図、！＠２４図は取通検出角によ
るＳ／Ｎ向上の効果を測定した図である。 １・・・電子銃　　　　　　２・・・収束レンズ５・・
・対物レンズ　　　　４・・・偏向コイル５・・・被１
ｊｌｆ物　　　　　６・・・試料ステージ７・・・シン
チレータ　　　８・・・ライトガイド９・・・ｊｔ−子
増倍管　　　１０・・・増幅器１１・・・ＡＤ麦換器　
　　　２４・・・電子源３９・・・検出角 回 コ （α） （こ） 図 Ｂ′ハ０　雷訃裏酊乱邑 ψＯデ 斗 回 （α）　　ＳＮ糸Ｘ楕マスク （４丁・０ソＡ　Ｌ　岬１ＫＲ１２ｐ−＝）（や）ＢＮ
系Ｘ！＋曳マスク （ボり札Ｙ送に線Ｏ科□） （０）ＳｒＮＩＸ４％’？２’７ （才りＡミい仔ｊ護２−） （ｄ）　　ｓｒＮ糸Ｘ、汽マヌク （ヤソスミ自呆ジ配品良０５．） ら 図 （α） ０ｋＶ こＱ） ２００）ｅ、ワ 躬 ワ 回 口 図 届 ］Ｏ 図 七　１）図 回 ！ １斗 図 ＢＰ′Ｉルー １ら 国 ：ｉ　１７７２ あ ）Ｓ 回 宮 図 族ピ１為　θ〔トａｄＪ ス　２十　図 湘艷より○、ｒ）周４良岑女Ｉやｉ〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子を発生し、加速する電子銃と、加速された電子
   線を集束させる収束レンズ群と、電子線を被検査物上で
   走査させる偏向手段と、被検査物で散乱を受け仮検査物
   を透過した電子を検出して電気信号に変換する検出手段
   と、上記偏向手段の偏向信号に同期して上記検出手段か
   らの電気信号を取り込み、被検査物の検出画像を構成す
   る画像構成手段とを備えたことを特徴とする走査型透過
   電子顕微鏡によるパターン検出装置。 ２、上記検出手段は、特定の散乱角の電子のみを選択的
   に検出する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出装置。 ３、上記選択手段は、絞りによって構成したことを特徴
   とする請求項２記載の走査型透過電子顕微鏡によるパタ
   ーン検出装置。 ４、上記選択手段は、被検査物と電子線検出面との距離
   及び電子線検出面の大きさで規定することを特徴とする
   請求項２記載の走査型透過電子顕微鏡によるパターン検
   出装置。 ５、上記検出手段は、２次元に配置した複数の電子線検
   出器を備えたことを特徴とする請求項１記載の走査型透
   過電子顕微鏡によるパターン検出装置。 ６、２次元に配置した複数の電子線検出器からの検出信
   号のうち特定の検出器からの検出信号のみを加算し使用
   することで、特定の散乱角の電子のみを選択的に検出す
   ることを特徴とする請求項５記載の走査型透過電子顕微
   鏡によるパターン検出装置。 ７、２次元に配置した複数の電子線検出器は、その配置
   が格子状であることを特徴とする請求項５記載の走査型
   透過電子顕微鏡によるパターン検出装置。 ８、２次元に配置した値数の電子線検出器はその配置が
   同心円状の検出面を持つ電子線検出器からなることを特
   徴とする請求項５記載の走査型透過電子顕微鏡によるパ
   ターン検出装置。 ９、電子銃は、電子が被検査物中に吸収させず被検査物
   を透過するために必要なエネルギーを持つまで電子を加
   速することを特徴とする請求項１記載の走査透過電子顕
   微鏡によるパターン検出装置。 １０、収束レンズ群の構成要素である対物レンズは、ア
   ウトレンズ方式であることを特徴とする請求項９記載の
   走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出装置。 １１、ステージは、Ｘ線マスクを載置できる大きさを有
   することを特徴とする請求項９記載の走査型透過電子顕
   微鏡によるパターン検出装置。 １２、偏向手段は、走査範囲を分割し、分割した領域毎
   にダイナミックフォーカス及びダイナミツクステイグマ
   補正を行なうことを特徴とする請求項９記載の走査型透
   過電子顕微鏡によるパターン検出装置。 １３、ステージは、収束レンズ群の構成要素である対物
   レンズ下面と摺動材を介して接触していることを特徴と
   する請求項９記載の走査型透過電子顕微鏡によるパター
   ン検出装置。 １４、収束レンズ群は電子線のスポット径を検出すべき
   最小欠陥寸法と同程度に収束させることを特徴とする請
   求項１記載の走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出
   装置。 １５、電子を発生し、加速する電子銃と、加速された電
   子線を集束させる収束レンズ群と、電子線を被検査物上
   で走査させる偏向手段と、被検査物で散乱を受け被検査
   物を透過した電子を検出して電気信号に変換する検出手
   段と、上記偏向手段の偏向信号に同期して上記検出手段
   からの電気信号を取り込み、被検査物の検出画像を構成
   する画像構成手段と、上記被検査物を載置し、２次元的
   に移動できるように構成したステージと、基準パターン
   データを記憶する記憶手段と、上記画像構成手段からの
   検出画像と上記記憶手段から読出した基準パターンデー
   タと比較し、不一致部を出力する比較手段と、上記比較
   手段より出力される不一致部から欠陥部を抽出する判定
   手段とを備えたことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡
   によるパターン検出装置。 １６、露光領域の周辺部に３ケ所以上の自動焦点合せ用
   のパターンを持つことを特徴とするＸ線露光用マスク。 １７、電子線を光に変換するシンチレータと、光を電気
   信号に変換する光電子増倍管と、シンチレータと光電子
   増倍管を接続するライトガイドから構成される電子線検
   出器において、紫外光を発するシンチレータと、紫外光
   のみを透過させるフィルターを光電子増倍管の前に配置
   することを特徴とする電子線検出器。 １８、電子線を光に変換するシンチレータと、光を電気
   信号に変換する光電子増倍管と、シンチレータと光電子
   増倍管を接続するライトガイドから構成される電子線検
   出器において、結晶のシンチレータを用い、シンチレー
   タの側面及び底面とライトガイドを接着した構造を特徴
   とする電子線検出器。 １９、電子増倍管の前面に電子線を減束する減速材を配
   置することを特徴とする電子線検出器。 ２０、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、被検査物を載置したステージを２次元的に移動
   して次々と画像を検出する間に、一定時間毎に被検査物
   にある３ケ所以上の自動焦点合せ用パターンを検出し、
   ステージの高さ及び傾きを補正し、焦点位置を合せ直す
   ことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡によるパターン
   検出方法。 ２１、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、被検査物を載置したステージを２次元的に移動
   して次々と画像を検出する間に、一定時間毎に検出画像
   のヒストグラムを取り、明るさレベルが一定となるよう
   に検出信号の増幅器の利得にフィードバックすることを
   特徴とする走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方
   法。 ２２、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、基準パターンと検出画像とを比較し不一致部を
   出力する比較手段は、検出画像全域と基準パターンを粗
   く位置合せした後、検出画像を分割し分割した検出画像
   と基準パターンを細かく位置合せし、検出画像と基準パ
   ターンを比較することを特徴とする走査型透過電子顕微
   鏡によるパターン検出方法。 ２５、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、被検査物の検出画像からパターンのエッジを抽
   出するし、エッジ間の距離を測定するようにしたことを
   特徴とする走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方
   法。 ２４、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、被検査物の検出画像からパターンの明るさを計
   測し、その明るさ情報よりパターン厚みを算出すること
   を特徴とする走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出
   方法。 ２５、走査型透過電子顕微鏡によるパターン検出方法に
   おいて、被検査物の検出画像を基準パターンデータでマ
   スキングし、異物及びパターン残りを検出するようにし
   たことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡によるパター
   ン検出方法。 ２６、被検査物がＸ線マスクであることを特徴とする請
   求項２０、または２１、または２２、または２３、また
   は２４、または２５記載の走査型透過電子顕微鏡による
   パターン検出方法。