JPS6197509A - 検査装置 - 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】 〔技術分野］ 本発明は検査技術、特に、半導体装置の製造においてウ
ェハの表面に形成されたパターンの検査に通用して効果
のある技術に関する。

［背景技術］ 近年、半導体装置の製造において、たとえばシリコンな
どからなる半導体基板すなわちウェハ上に形成される集
積回路パターンは、集積回路素子に対する高密度化、高
集積化のなどの要求に伴って、より微細化、複雑化の傾
向を強めている。

このため、半導体装置の製造技術、とりわけ微細パター
ンの加工に直接関係するりソグラフィ技術においては、
微細パターンの寸法やパターン相互の距離および欠陥に
対して、回路素子の製作精度を上回る高い精度で計測す
る必要が生じ、検査装置として、たとえば走査電子顕微
鏡が微細パターンの計測に用いられる場合がある。

すなわち、試料台に固定されたウェハ面に対して垂直な
軸を有する電子ビーム源から放射される所定の強度の電
子ビームで測定対象のウェハ表面を走査し、このときウ
ェハ表面から放出される二次電子をウェハ表面近傍の異
なる位置に置かれたれた複数の二次電子検出器によって
検出し、各々の二次電子検出器で観測される二次電子数
の和を電気的な信号に変換してウェハ上に形成された微
細パターンの寸法などを測定するものである。

しかしながら、上記のような走査電子顕微鏡では、電子
ビーム源がウェハ面に対して垂直に設けられているため
、ウェハ平面内における微細パターンの二次元的な寸法
の計測にはを効であるが、同一のウェハについて形成さ
れた微細パターンの平面的な寸法の計測とともに、ウェ
ハ平面に対して斜め方向からの観察を行うことによって
微細パターンの段差部の形状も検査したい場合には、ウ
ェハが固定される試料台を傾斜させるか、一旦つエバを
装置の外部に取り出して傾斜面が形成された別の試料台
に固定し直す必要があるなどの不都合がある。

すなわち、ウェハが固定される試料台を傾斜させる場合
には、試料台を傾斜させる機構の機械的な誤差によって
測定精度が低下され、またウェハを他の試料台に固定し
直す場合には測定作業が煩雑となってウェハ検査の作業
性を低下させる原因となることを本発明者は見いだした
。

なお、走査電子顕微鏡を用いる検査技術について述べら
れている文献としては、株式会社工業調査会１９８３年
９月１日発行「電子材料」１９８３年９月号、Ｐ５２〜
Ｐ５７がある。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、被検査物を傾動させることなく斜め方
向から高精度で効率よく検査することが可能な検査装置
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を筒車に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、被検査物に垂直な軸を存する電子ビーム源の
他に少なくとも一つの傾斜された電子ビーム源を設ける
ことによって、被検査物を傾動させることなく検査を行
うことを可能にし、被検査物を傾動させることに起因す
る検査の精度や効率の低下を防止した検査装置を提供す
ることにより前記目的を達成するものである。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡（検査
装置）の概略を示す斜視図である。

第１図において、所定の真空度に保たれた試料室（図示
せず）内には互いに直行する方向に移動自在なＸＹテー
ブル１　（試料台）が設けられ、このＸＹテーブル１の
上にはウェハ２（被検査物）が、たとえば接着などの方
法で水平に固定されている。

ＸＹテーブル１の上方には電子ビーム源Ａ（第１の電子
ビームｌ！Ｘ）がその軸がＸＹテーブル１に垂直となる
ように位置されている。

第２図は電子ビーム源への構造を示す斜視図であり、電
場放射型の電子［３から電子ビーム源Ａの軸上に放射さ
れる電子は、第１陽極４１．制御陽極４２．第２陽極４
３から構成される三電極減速レンズ４によって所定に速
度に減速され、平行平板電極からなるビームブランカ５
および平行平板電極からなる偏向器６の間を通過し、電
磁コイルで構成される対物レンズ７によって集束されて
電子ビーム８が形成され、電子ビーム源Ａの外部の軸方
向に位置されるウェハ２の表面に照射される構造とされ
ている。

前記のビームブランカ５には適時に静電場が形成され、
ビームブランカ５の間を通過する電子がビームブランカ
５に吸収されて電子ビーム８が電子ビームＨＡの外部の
ウェハ２に照射されることが阻止される。　　　　− また、前記偏向器６には強度と方向が時間的に変化する
電場が形成され、偏向器６の間を通過する電子を所定の
面内において偏向させることによって、電子ビーム源Ａ
の外部に放射される電子ビーム８がウェハ２の表面で走
査される構造とされている。

さらに、第１図において、ＸＹテーブル１の上方には二
次電子検出器Ｒおよび二次電子検出器りがＸＹテーブル
１に対して傾斜して設けられ、電子ビームＢＡからウェ
ハ２の表面に照射される電子ビーム８によってウェハ２
の表面から発生される二次電子９の量が電気信号に変換
されて検出される構造とされている。

この場合、ウェハ２の表面に形成されたパターン２１の
角部では、電子ビーム８の照射によって発生される二次
電子の空間分布に偏りを生じるため、二次電子検出器Ｒ
および二次電子検出器りによっＸ検出される二次電子９
の量に差異が生じることとなり、この二次電子９の検出
量の差異を信号処理部１０においてたとえば画像信号な
どに変換し表示部１１に送ることによって測定者がパタ
ーン２１の寸法などを認識できるように構成されている
。

第３図（ａ）〜（ｄ）は上記の二次電子検出器Ｒおよび
しによって検出された二次電子９の信号処理の過程を説
明する図およびグラフである。

同図（ａ）はウェハ２とその上に形成されたパターン２
１の拡大断面図であり、電子ビーム８がウェハ２上を走
査されるとき各パターン２１の左側に位置する角部から
発生される二次電子９がピ一りとなって二次電子検出器
しによってより多く検出され、縦軸に二次電子の検出量
をとり横軸に所定の点からの移動距離をとった同図（ｂ
）のグラフで示される波形が得られる。

同様に、二次電子検出器Ｒには、逆に各パターン２１の
右側に位置する角部から発生される二次電子９がより多
く検出され同図（Ｃ）に示される波形が得られる。

同図（ｂ）　ｔ；よび（Ｃ）の結果を合成することによ
って得られる同図（ｄ）に示される波形のピーク間の距
離からパターン２１の幅寸法Ｗが計測される。

さらに、第１図においてＸＹテーブルｌの上方には、Ｘ
Ｙテーブルｌに対して軸が傾斜した状態で電子ビーム１
ｌＤＢ　（第２の電子ビーム）が設けられている。

このように、ＸＹテーブル１に垂直な軸を有する電子ビ
ームａＡの他に軸が傾斜状態にされた電子ビーム源Ｂを
設けることによって、ＸＹテーブル１上に位置されるウ
ェハ２を傾動させることなくウェハ２上に形成されたパ
ターン２１の段差部の形状を前記の電子ビームａＩＡの
場合と同様の原理に基づいて観測することが可能となり
、段差部の形状を精度良く迅速に計測できる。

［実施例２］ 第４図は本発明の他の実施例である走査電子顕微鏡の斜
視図である。

本実施例２においては、ＸＹテーブル１に対して傾斜さ
れた軸を有する電子ビーム源ＣがＸＹテーブル１に対し
て垂直な軸を有する電子ビーム源Ａを対称軸として電子
ビーム［Ｂと対称な位置に追加されているところが前記
実施例１と異なり、他は同様である。

すなわち、傾斜された二つの電子ビーム源Ｂおよび電子
ビームａＣを設けることによって、互いに死角となるパ
ターン２１の段差部を観測することが可能となり、ウェ
ハ２を回転させることなく迅速に段差部を計測できる。

［実施例３］ 第５図は本発明のさらに他の実施例である走査電子顕微
鏡の斜視図である。

本実施例３においては、ウェハ２がＸＹテーブル１の上
に設けられ、ＸＹテーブル１の平面内において回転自在
なターンテーブル１２に固定された状態で計測されると
ころが前記実施例１と異なり他は同様である。

すなわち、ウェハ２をＸＹテーブル１の平面内において
回転自在なターンテーブル上に固定することによって、
ＸＹテーブルｌに対して傾斜されてもうけられた電子ビ
ーム源Ｃによってウェハ２上に形成されたパターン２１
の段差部を観測する際にウェハ２を適宜回転させること
によって電子ビーム＃Ｃの死角をなくし、ウェハ２の何
れの方向からもパターン２１の観測がウェハ２を傾動さ
せることなく迅速に行なうことが可能となる。

［効果］ （１）、試料台に垂直な軸を有する電子ビーム源と共に
試料台に対して傾斜された軸を有する少なくとも一つの
電子ビーム源が設けられているため、被検査物が位置さ
れる試料台を傾動させたり被検査物を他の試料台に移し
替えることなく被検査物に対する斜め方向からの観察が
可能である。

（２）、前記ｆｉ＋の結果、被検査物の傾動に起因する
測定誤差の発生および被検査物の移し替えのために検査
作業を中断することが回避され、被検査物の検査作業を
高精度で作業性良く行うことができる。

（３）、試料台の平面内において回転されるターンテー
ブルに被検査物が位置されることにより、試料台に対し
て傾斜された軸を有する電子ビーム源による被検査物の
検査時における死角が解消され、検査の作業性が向上す
る。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、一つの電子ビーム源から発生される電子ビー
ムを電子光学系によって径路を変えることによって、試
料台に対して傾斜した軸を存する電子ビームとして被検
査物の斜め方向からの検査を行う構造とすることも可能
である。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウェハの測定技術に
用いられる走査電子顕微鏡に適用した場合について説明
したが、それに限定されるものではなり、微小な部分の
寸法を高精度で測定することが必要とされる技術に広く
適用できる。　。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の斜視
図、 第２図は第１図に示される電子ビーム源の構造を説明す
る斜視図、 第３図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示される走査電子顕微
鏡による寸法測定の原理を説明する図および線図、 第４図は本発明の実施例２を示す斜視図、第５図は本発
明の実施例３を示す斜視図である。 Ａ・・・電子ビーム源（第１の電子ビーム＃）、Ｂ、Ｃ
・・・電子ビーム源（第２の電子ビーム源）、Ｒ，Ｌ・
・・二次電子検出器、１・・・ＸＹテーブル、２・・・
ウェハ（被検査物）、３・・・電子源、４・・・三電極
減速レンズ、５・・・ビームブランカ、６・・・偏向器
、７・・・対物レンズ、８・・・電子ビーム、９・・・
二次ｉ１を子、１０・・・信号処理部、１１・・・表示
部、１２・・・ターンテーブル。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査物に照射される電子ビームによって発生され
   る二次電子を検出することによって被検査物の検査を行
   う検査装置であって、被検査物に電子ビームを照射する
   電子ビーム源の軸が被検査物が位置される試料台に垂直
   である第１の電子ビーム源と、試料台に対して傾斜され
   た軸を有する少なくとも一つの第２の電子ビーム源とを
   有することを特徴とする検査装置。 ２、被検査物が、試料台の平面内において回転自在なタ
   ーンテーブル上に位置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の検査装置。 ３、被検査物がウェハであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の検査装置。