JPH026705A - 電子線検査装置及び電子線検査方法 - 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】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するだめの手段 作用 実施例 第１の発明の一実施例 第１の発明の他の実施例 第２の発明の一実施例 発明の効果 （第１〜３図） （第４図） （第５及び第６図） 〔概要〕 電子線検査装置及び電子線検査方法に関し、短時間でか
つ安定にパターン検査を行うことができ、信頼性を向上
させることができる電子線検査装置及び電子線検査方法
を提供することを目的とし、 電子を放出する電子放出体と、少なくとも１つ以上の該
電子放出体から電子を放出させるための光源と、電子を
加速するための電場印加手段と、電子を集束するための
磁場印加手段と、検査試料を載せるステージと、反射電
子を検出する反射電子検出器と、前記検査試料を前記ス
テージ上に設置後、少なくとも１つ以上の前記光源を前
記電子放出体に照射することにより電子を放出させ、該
電子によりパターン形成領域を比較検査する比較検査手
段とを有するように構成し、又はパターン形成領域を比
較検査する電子線検査方法であって、処理を行った複数
個の試料のパターン形成領域に電子線を照射し、各々の
反射電子を測定することで前記複数個の試料のパターン
形成領域のパターンの比較を行うことによりパターン検
査を行う。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、露光またはエンチングされたＩＣパターンの
検査を行う電子検査装置及び検査方法に係り、詳しくは
、複数個の試料のパターン形成領域（ＩＣパターン領域
）を比較することによりＩＣバクーン検査を行うことが
でき、特に短時間でかつ確実にパターン検査を行うこと
ができる電子線検査装置及び電子線検査方法に関するも
のである。

近年、半導体装置は大集積化、高性能化が著しく行われ
、あらゆる産業で使用されるようになってきており、そ
の信頼性が厳しく問われるようになってきた。例えばリ
ソグラフィーにおいては、サブミクロンのパターニング
が実際に行われ、まもなくクォーターミクロンの時代に
なると予想されている。パターンルールが小さくなって
いる現在、高信頼性を維持しようとすると、いままでに
なかった問題が発生してくる。その問題の１つにはパタ
ーン欠陥、ゴミ等を検査する検査の問題がある。具体的
には集積化に伴いパターンルールが小さくなり過ぎて、
光学顕微鏡等の従来の検査方法では検査が出来な（なっ
てきているという問題である。

したがって、パターンルールの微細化に伴い問題になっ
てきたパターン検査を信頼性を低下させることなく行え
る電子線検査装置及び電子線検査方法が要求されている
。

〔従来の技術〕

ＩＣパターン露光において、パターンの正確さを保証す
ることは必須条件である（例えばレチクルのようなもの
はパターン保証が必ず必要である）。露光を行うマスク
におけるパターン検査では寸法が十分に制御され、パタ
ーンの正確さが保証されたマスクを使わなければならな
い。パターンが微細化されていくうえでどのように検査
を行い、パターンの正確さの保証をどのように行うかが
問題となり始めている。また、これらよりも厄介な問題
としてゴミによるパターン不良が挙げられる。

従来、パターニング方法としては紫外線露光方法が主流
である。この紫外線露光方法ではマスク上にペリクルと
呼ばれる透明樹脂を付けておくことにより、マスク上に
イ」いたゴミ等の“°影パを試料上に結像させないよう
にし、また、マスクを通した光を１１５または１／１０
に縮小することにより、高信鎖性を保証している。しが
しこの紫外線露光方法では、パターンの微細化は光の波
長で４０００人程度が限界であることが判っている。そ
の他の技術としては、光源にエキシマレーザを用いた露
光方法や電子ビーム露光方法、Ｘ線露光方法、光電子転
写露光法等が検討されているが種々の問題を残している
。

具体的にはエキシマレーザ露光では、マスクは通常使用
されている構造のものを使用でき、信頼性は保たれるが
、やはりその微細化の限度は光の波長で０．３μｒｎ程
度である。電子ビーム露光方法では、いわばデータを試
料上に並べており、マスりを使用するのではないのでゴ
ミが写ることはない。この点では露光した試料には信頼
性があると言えるが、スループットが低い等の問題があ
る。

そして、Ｘ線露光方法では、マスク上に不純物が付いた
としても透過してしまうのでゴミには強いといわれてい
るが、実際には金属のゴミ等は透過せず、その露光した
試料はそのままでは信頼性があるとは言えない。光電子
転写露光法についても同様である。しかもこれら２つの
Ｘ線及び光電子転写露光によるステッパーでは、マスク
上に１つでもゴミが付いていた場合、露光した全てのパ
ターンに写ってしまうことになる。これらの露光の場合
、信頼性を保証するためには厳しいパターン検査が必要
である。ここでのパターン検査は具体的には、転写を行
うマスク上のパターン検査及び露光、エツチングされた
試料のパターン検査である。しかし、実際には露光パタ
ーンが非常に小さくなってきており、光顕微鏡ではもは
や検査をすることができなくなってきている。このため
、０．１　μｍ程度幅のパターンを検査するのは非常に
困難であり、６４Ｍのパターンルールになると小さ過ぎ
て検査できない範囲になってきている。そこで、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いてパターン検査を行って
いる。これはチップのある範囲を部分的に細く検査する
という点では優れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のパターン検査にあっては、転写を
行うマスク上のパターン検査及び露光・エツチングされ
た試料のパターン検査は重要であり、ＳＥＭによるパタ
ーン検査は微細なところまで良くみえて非常に有効であ
るが、これは多くの時間がかかってしまうという問題点
があった。具体的には、セント時間がかかるうえ、肉眼
で見ることで寸法を測り、ゴミ等がないことを１つずつ
判断して検査するという手間がかかるものだった。

また、ＳＥＭを用いても露光した部分全てを検査するこ
とは困難であるので、特定用途、特定部分の検査に使用
するなど検査する箇所が限られてしまうという問題点も
あった。これは全体的に正否を判断しているのではない
ので、他の部分がどうなっているか判らず（部分的にし
か判らない）信頼性に欠けるのである。具体的には、最
近、露光パターンの設計データを検査装置が持っていて
、そのデータと突き合わせることで検査を行う方法が提
案されているが、−船釣に設計データ数が限られている
ものの、実際のパターンレベルの露光データは膨大（数
メガパターン以上）であり、また、今後も高集積化によ
り１チツプ当たりのパターン数がもっと多くなることは
確実であり、製造過程で使用していくには非常に困難で
ある。

そこで本発明は、短時間でかつ安定にパターン検査を行
うことができ、信頼性を向上させることができる電子線
検査装置及び電子線検査方法を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明による電子線検査装置は上記目的達成のため
、電子を放出する電子放出体と、少なくとも１つ以上の
該電子放出体から電子を放出させるだめの光源と、電子
を加速するための電場印加手段と、電子を集束するため
の磁場印加手段と、検査試料を載せるステージと、反射
電子を検出する反射電子検出器と、前記検査試料を前記
ステージ上に設置後、少なくとも１つ以上の前記光源を
前記電子放出体に照射することにより電子を放出させ、
該電子によりパターン形成領域を比較検査する比較検査
手段とを有するものである。

第２の発明による電子線検査方法は上記目的達成のため
、パターン形成領域を比較検査する電子線検査方法であ
って、処理を行った複数個の試料のパターン形成領域に
電子線を照射し、各々の反射電子を測定することで複数
個の試料のパターン形成領域のパターンの比較を行うも
のである。

〔作用〕

第１の発明は、電子を放出する電子放出体と、少なくと
も１つ以上の該電子放出体から電子を放出させる光源と
、電子を加速するための電場印加手段と、電子を集束す
るための磁場印加手段と、検査試料を載せるステージと
、反則電子を検出する反射電子検出器と、前記検査試料
を前記ステージ上に設置後、少なくとも１つ以上の前記
光源を前記電子放出体に照射することにより電子を放出
させ、該電子によりパターン形成領域を比較検査する検
査手段とが設けられる。

第２の発明は処理を行った複数個の試料のパターン形成
領域に電子線が照射され、各々の反射電子が測定される
ことで複数個の試料のパターン形成領域のパターンの比
較が行われることによりパターン検査が行われる。

したがって、第１、第２の発明によれば、いままで困難
といわれていたパターン寸法レベルでの検査を簡単に、
かつ早く正確に行うことができるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は第１の発明に係る電子線検査装置の一実施例の
構成を示す概略図、第２図は一実施例の構成を示すブロ
ック図である。

これらの図において、１は例えばＡｒレーザの第２高調
波の光源で、第１の発明に係る光源に該当する。２は例
えばヘルム示ルッコイルからなり、電子を集束するだめ
の集束コイルで、第１の発明に係る磁場印加手段に該当
する。３は電子を放出する電子放出体で、第１の発明に
係る電子放出体に該当する。４ａ、４ｂは電子を加速す
るための電源で、第１の発明に係る電場印加手段に該当
する。５は電極板、６はステージで、第１の発明に係る
ステージに該当する。７は例えばウェハ等の検査試料で
、第１の発明に係る検査試料に該当する。８は電子、９
は例えばＰＩＮグイオートからなる反射電子検出器で、
第１の発明に係る反射電子検出器に該当する。１０ａ、
１０ｂは増幅器、ｌｌａ、１１ｂはＡＤコンバータ、１
２は比較検査手段で、第１の発明に係る比較検査手段に
該当する。１３は磁気ディスク、１４はＣＰＵ、１５は
透明な石英板からなる透明基板、托は例えばＣｒ等から
なる紫外線吸収体、１７は例えばＰＬ等からなる光電子
放出材料で、紫外線により電子となり易い物質からなっ
ている。

なお、ここでは電子放出体３は透明基板１５、紫外線吸
収体１６及び光電子放出材料１７から構成されている。

光源１は少なくとも１つ以上の電子放出体３から電子を
励起、放出させるために必要な光源として機能するもの
であり、電極板５は電子放出体３−検査試料７間に形成
される等電位面を規定するための電極として機能すると
ともに、検査試料７からの反射電子を検出する反射電子
検出器９を載せる台として機能するものである。比較検
査手段１２は検査試料７をステージ６上に設置後、少な
（とも１つ以上の光源１を電子放出体３に照射すること
により電子を放出させ、この電子によりパターン形成領
域を比較検査する機能を有する。

次に、この電子線検査装置について第１図〜第３図を用
いて具体的に説明する。

この電子線検査装置は、第１図〜第３図に示すように光
を照射することで光電子を放出する光電子放出材料７を
透明基板１５に被着した電子放出体３と、少なくとも１
つ以上の電子放出体３がら電子を放出させる例えばスポ
ット状の形状をもつ光源１と、電子を加速するための電
源４ａ、４ｂ（電場印加手段）と、電子を集束するだめ
の集束コイル２（磁場印加手段）と、検査試料７を載せ
るステージ６と、反射電子を検出する反射電子検出器９
と、パターン形成領域を比較検査する比較検査手段１２
とから構成されている。

まず、集束コイル２の作る平行磁場（同図で上下方向）
の中に、この平行磁場と直角に電子放出体３と検査試料
７とを配置するとともに、電子放出体３と検査試料７と
を平行に向かい合わせて配置し、次いで電子放出体３が
負、検査試料７が正になるような電位を電源４ａ、４ｂ
に印加する。

そして、電子放出体３上に光源１から光を照射すると、
照射されたところから電子８が矢印のように出る。電子
放出体３から出た電子８は、加速電圧と平行磁場によっ
て螺旋を描いて検査試料７の方向へ進み、検査試料７上
で焦点を結ぶ。

すなわち、上記実施例では同一メチ−シロ上に異なる複
数の電子放出部分が存在するため、ステジ移動について
は精密な制御が必要でなく、磁気ディスク１３によるデ
ータ保持や、保持されたデータと比較検査する等の特別
な場合を除き、単純な比較だけでパターン検査を行うこ
とができる。

また、同一メチ−シロ上に複数の試料を搭載できるよう
な構造にしておくと、異なる露光試料上のパターン形成
領域（チップ）を比較検査することができるようになる
。この場合、片方には検査が終了したものを搭載し、基
準のパターン形成領域として置けば上記のようなデータ
ー時保持機構（磁気ディスク１３）がなくても素速く自
動的にパターン形成領域の良否の判定を行うことができ
る。

次にパターン形成領域（ＩＣパターン）を検査する電子
線検査方法について具体的に説明する。

なお、この電子線検査方法は上記第１の発明に係る電子
線検査装置を用いることにより具体化することができる
。

第５図（ａ）、（ｂ）は第２の発明に係る電子線検査方
法の一実施例を説明する図、第６図は一実施例の検査試
料上のパターン形成領域を示す図である。

これら図において、第１図〜第４図と同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

次に、その検査方法について説明する。

まず、第５図（ａ）に示すようにステップＰ２でステー
ジに検査試料をセットし、アラメントを行う。次いて、
ステップＰ３に進み、電子ビームを走査して検査してい
くうえで必要なデータをインプットする。この時、イン
プットするデータは、例えばチップ寸法、検査個数、各
チップの整合マクの位置、検査するチップの位置を示し
た７トリソクス情報等である。そして、ステップＰ４に
進み、比較検査を行うパターン形成領域Ａ、とパターン
形成領域Ｂに電子ビームを照射する。この時、同期さゼ
ておくことが重要である。パターン形成領域Ａとパター
ン形成領域Ｂにビームを照射して反射した各々の反射電
子を第１図に示すような反射電子検出器９により検出す
る。そして、反射電子検出器の照射位置に対する角度を
適宜設定しておくことにより、パターン形成領域Ａとパ
ターン形成領域Ｂが近い場合でも各々の検出強度を第２
図に示すような比較検査手段１２により比較することに
より検出を行うことができる。パターン形成領域Ａとパ
ターン形成領域Ｂが同じであった場合ステップＰ５に進
み、検査結果は合格とする。もし、パターン形成領域Ａ
とパターン形成領域Ｂが異なった場合、ステップＰ６に
進み、どちらか−方のみを交換してもう一度比較を行う
。この場合、パターン形成領域Ａとパターン形成領域Ｃ
の比較検査を行う。もし、パターン形成領域Ａとパター
ン形成領域Ｃの検出強度の比較結果が同じであったらス
テップＰ７に進み、パターン形成領域Ｂは不合格となる
。ここでもパターン形成領域Ａとパターン形成領域Ｃの
検出強度の比較結果が異なった場合、今度はパターン形
成領域Ｂとパターン形成領域Ｃで検査を行う。もし、こ
の２つのパターン形成領域Ｂとパターン形成領域Ｃの検
出強度の比較結果が同じであった場合、ステップＰ９に
進みパターン形成領域Ａは不合格となる。ここでもパタ
ーン形成領域Ｂとパターン形成領域Ｃの検出強度の比較
の比較結果が異なった場合はステップＰ、。に進み、い
ずれか一方をかえて再度繰り返すことにより検査を行っ
ていく。あまり異なるようであれば、その検査試料その
物の信頼性は低いと判断できる。そして、検査を続ける
場合も、第５図（ｂ）に示すように、求めた合格のパタ
ーン形成領域と他のパターン形成領域を比較することに
より、効果的に検査を行うこ七ができるようになる（ス
テップＰ、、）。パターン形成領域Ａとパターン形成領
域Ｂが実際は不合格であったのに、同じ部分に欠陥があ
ったため合格になってしまっていてもこのようにして判
定したパターン形成領域と最後にもう一度比較検査をス
テップＰ　１１で行うことにより不合格であることを検
出できる。

なお、電子線検査装置としては、上述した第２図に示す
ようなデーター時保持機構を備えている装置であれば好
ましく、この場合、２つのパターン形成領域を比較して
異なった結果の時などに保持されているデータと比較す
ればすく判定が付けられる。しかも保持されているデー
タは設計データとは異なり、−度検査した結果のデータ
であるので膨大なデータを展開するなどの手間はない。

また、検出された信号は一度ハッファ等で受は同期させ
た方がよい場合がある。これは電子線の走査が完全に同
期しない場合があるからである。

すなわち、第１、第２の発明に係る上記実施例によれば
、検査が困難（従来、特に、Ｘ線露光用マスク、光電子
転写用マスクの場合、紫外線用マスクで使用されていた
ようなゴミ対策がとれなかった）といわれていたパター
ン寸法レベルでの検査が半自動的に、かつ早く正確に行
うことができ信頼性を向上させることができる。また、
露光エツチングされた半導体基板のみならず、従来より
使用されている紫外線用マスクや更に微細なパターンの
転写に使用されるＸ線露光用マスク、光電子転写用マス
クの検査にも使用できる。

なお、第１の発明に係る上記実施例では、集束コイル２
（磁場印加手段）をヘルムホルツコイルで構成する場合
について説明したが、第１の発明はこれに限定されるも
のではなく、例えは永久磁石で構成する場合であっても
よい。

第１の発明に係る上記実施例は、光＃ｌをＡｒレーザの
第２高調波で構成する場合について説明したが、第２の
発明はこれに限定されるものではなく、例えばキセノン
−水銀ランプで構成する場合であってもよい。

第１の発明に係る上記実施例は、第３図に示すように、
予めパターン化させて形成した構造の電子放出体３を用
い、ビーム形状による不安定さがなくなる（これは紫外
線吸収体ＩＧａのない光電子放出材料１７に照射された
部分のみからしか電子が放出されないからである）とい
う好ましい態様の場合について説明したが、第１の発明
はこれに限定されるものではなく、構造型を用いてもよ
く、具体的には第４図（ａ）に示すように、ｐ型半導体
層２１、ｒＩ型型半体体層２２び金属なとの物質層２３
から構成されるＰＮジャンクション構造の電子放出体で
あってもよく、第４図（ｂ）に示すように、半導体層２
４、絶縁膜２５、物質層２６及び金属などの電圧印加層
２７から構成されるＭＩＳＩ造の電子放出体であっても
よい。第４図（ａ）に示す電子放出体はｐ型半導体層２
１とｎ型半導体層２２の間に電圧を印加することにより
電子を放出させることができ、第４図（ｂ）に示す電子
放出体は半導体層２４と電圧印加層２７間に電圧を印加
することにより電子を放出させることができる。また、
電子放出体としては予めパターン化させないで、励起さ
せる光源のザイズで適宜法める場合であってもよい。

第２の発明に係る上記実施例では、２つのパターン形成
領域を比較検査する場合について説明したが、第２の発
明はこれに限定されるものではな（、複数個のパターン
形成領域のパターンの比較検査をする場合であればよく
、例えば、４つのパターン形成領域を同時に比較検査す
る場合であってもよく、この場合、同じデータの個数が
多いか少ないかで比較検査することができる。見分けが
付かない場合は、良品となった一次保持されているデー
タと再度比較すれば確実に比較検査することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、困難といわていたパターン寸法レベル
での検査を短時間で、かつ安定に行うことができ、信頼
性を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１の発明に係る電子線検査装置の一
実施例を説明する図であり、 第１図は第１の発明の一実施例の構成を示す概略図、 第２図は第１の発明の一実施例の構成を示すブロック図
、 第３図は第１の発明の一実施例の電子線放出体の構成を
示す概略図、 第４図は第１の発明の他の実施例の電子放出体の構成を
示す概略図、 第５図及び第６図は第２の発明に係る電子線検査方法の
一実施例を説明する図であり、第５図は第２の発明の一
実施例の検査方法を説明する図、 第６図は第２の発明の一実施例の検査試料上のパターン
形成領域を示す図である。 １・・・・・・光源、 ２・・・・・・集束コイル、 ３・・・・・・電子放出体、 ４ａ、４ｂ・・・・・・電源、 ５・１・・・・電極板、 ６・・・・・・ステージ、 ７・・・・・・検査試料、 ８・・・・・・電子、 ９・・・・・・反射電子検出器、 １０ａ、１０ｂ・・・・・・増幅器、 １１ａ１１１ｂ・・・・・・ＡＤコンバータ、１２・・
・・・・比較検査手段、 １３・・・・・・磁気ディスク、 １４・・・・・・ＣＰＵ。 特 許出願人 富士通株式会社 ｅ ぺ 仁区 拡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子を放出する電子放出体と、少なくとも１つ以
   上の該電子放出体から電子を放出させるための光源と、
   電子を加速するための電場印加手段と、電子を集束する
   ための磁場印加手段と、検査試料を載せるステージと、
   反射電子を検出する反射電子検出器と、前記検査試料を
   前記ステージ上に設置後、少なくとも１つ以上の前記光
   源を前記電子放出体に照射することにより電子を放出さ
   せ、該電子によりパターン形成領域を比較検査する比較
   検査手段とを有することを特徴とする電子線検査装置。
2. （２）パターン形成領域を比較検査する電子線検査方法
   であって、処理を行った複数個の試料のパターン形成領
   域に電子線を照射し、各々の反射電子を測定することで
   前記複数個の試料のパターン形成領域のパターンの比較
   を行うことによりパターン検査を行うことを特徴とする
   電子線検査方法。