JPS63266754A - パターン検査方法およびその装置 - 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どの製造のさいに使用されるマス
クに形成さｎた回路パターンとくにＸ線リソグラフィに
使用されるマスクに形成された回路パターンの検査に好
適な走査透過電子顕微鏡によるパターン検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来より微細な構造を検出する装置として走査透過電子
顕微り、　ｔ　ＳＴＥＭ　）が使用されている。

ＳＴＥＭには、例えばマイクロビームアナリシス第１９
９頁から第２０６頁において論じられているように、明
視野像、暗視野像、２−コントラスト法、元素像の結像
法がある。

明視野像は、検出器の開き角を１０”’　ｒａｄ程度と
し散乱していない電子を検出するものである。基板より
、パターンで電子は散乱さｎやすいため、パターンが暗
く検出される。

暗視野像は、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電子を検出するため、パ
ターンが明るく検出される。

２−コントラスト法は、散乱した電子と散乱さｎなかっ
た電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構成する元素のそｎぞｎ
の原子番号の比でコントラストが与えられる。

元素像は、電子が被検査物中で失なったエネルギーの分
布を検出するものである。特定のエネルギー損失値をも
つ元素を検出できる。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記のＳＴＥＭの結像法は、厚さが１μｍ程度以下の薄
い被検査物に対しては、被検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ので良好なコントラス
トを得るが、厚さが１μｍ程度以上の厚い被検査物に対
しては、被検査物内で大部分の電子が散乱されるため良
好なコントラストで像を得られないという問題があった
。

本発明の目的は、被検査物が厚く、大部分の電子が被検
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、高速の外観検査を可能とす
る走査透過電子顕微鏡によるパターン検出装置を提供す
ることにある。

Ｃ問題点上解決するための手段】 上記目的は、被検査物を透過した電子を広範囲に検出す
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違いでコントラス
トを得ることにより達成される。

〔作用］ 第５図にパターン及び基板における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ｎる。以
下このパターンおよび基板における電子の散乱角分布の
違いを利用してパターンを良好なコントラストで検出す
る方法を述べる。検出器で散乱角がＯ〜θまでの電子線
を検出する（以下、検出角がθと言う）ときその検出信
号は散乱分布曲線を０からθまで積分した値、即ちパタ
ーンの検出信号は曲線ＯＢ’　Ａと直線ＯＡ’と直線Ａ
Ａ’とで囲まれた面積となり、基板の検出信号は曲線Ｏ
ＢＡと直線ＯＡ’と直線ＡＡ’とで囲まれた面積となる
。このときのコントラストは、基板の検出信号とパター
ンの検出信号との差即ち曲線ＯＢＡと曲線ＯＢ’　Ａと
で囲まれた面積に相当する。

以上の結果から検出角がθのときコントラストが最大と
なることがわかった０故に散乱角がＯ〜θの電子を検出
することでパターンを良好なコントラストで検出できる
。

次に検出角θの具体例を述べる。被検査物としてＸ線露
光用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得たパターンと基板の散乱角分
布を第図４に示す。シミュレーションは、入射電子の加
速電圧ｔ−２００ＫＶとして、Ｘ線露光用マスクは２種
について計算した。

Ｘ線露光用マスクの断面を第３図に示す。Ｘ、１！を透
過しやすい物質から成る基板２４上に、Ｘ、ｗを透過し
にくい物質から成るパターン２５ｔ−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ボリイミドの
薄膜２６で覆っている。第４図のシミュレーションは基
板が２μｍ厚のＢＮと３μｍ厚のポリイミドの複合膜で
あり、パターンが１μｍ厚のＡｕであるＸ線露光用マス
ク（以下ＢＮ系Ｘ線マスクと略ス）および基板が２μｍ
厚０８ＩＮでありパターンが０．７５μｎ厚のＴａであ
るＸ線露光用マスク（以下ＳＩＮ系Ｘ線マスクと略す）
について、それぞれポリイミド保護膜厚さ２膓と０．５
μｍとしたときについて行なった。第４図から明らかな
ようにコントラストが最大となる検出角θは０．２　ｒ
ａｄ程度であり、これは従来のＳＴＥＭの検出角に比べ
格段に大きい。

この検出角θは電子の加速電圧に依存し、加速電圧が高
いとθは小さくなり、低いとθは大きくなる。

また、検出信号０８ＩＮはコントラストの向上にともな
い改善され、本発明により従来に比較して１０乃至１０
０倍程度向上することを確かめた。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を示す第１図および第２図につ
いて説明する。

第１図に示すように本発明によるパターン欠陥検査装置
は電子銃１と、コンデンサレンズ群２と、対物レンズ３
と、ビーム偏向コイル群４と、被検査マスク５と、試料
台７と、射出絞り６と、電子線検出部８と、ＸＹステー
ジ９と、試料室１ｏと、偏向制御装置１１と、増幅部１
２と、設計データ読出装置１３と、パターン発生器１４
と、比較回路１５と、欠陥判定回路１６と、ＸＹステー
ジ制御装置１７と、タイミング制御装置１８とから構成
さｎている。

前記電子銃１から発生する電子線１９はコンデンサ群２
および対物レンズ３によって被検査マスク５上にスポッ
ト状に収束さｎる。この場合の電子の加速電圧は被検査
マスク５ｔ−透過しつるのに十分な程高く、かつスポッ
ト径は検出しようとする欠陥の大きさと同等かそれに下
になるように設定されている。

また前記電子線１９は偏向制御装置１１により駆動され
る偏向コイル群４により前記被検査マスク５上を２次元
に走査され、前記被検査マスク５を透過した電子は、検
出信号のコントラストが最大となるような最適検出角を
得るために前記射出絞り１乙 ６で制−限さｎこれを前痙電子融検出器８で検出すると
ともに検出信号を得る〇 前記試料台７は、前記ＸＹステージ９上に固定さｎ１上
面に保持する前記被検査マスク５と、前記ＸＹステージ
９との間に前記射出絞り６および電子線検出部８を配置
し、前記被検査マスク５を通過した電子が通過しうるよ
うに穴７＊ｔ−形成している。

前記射出絞り６は通過する電子の散乱角ｔ−５°乃至２
５°以下に制限するため、射出絞り径を可変にするか、
絞り径の異なる数種類を用意して交換可能にするかある
いは、上下方向に移動可能に形成さｎている。なお、前
記射出絞り６ｔ−設けずに前記電子線検出器８の検出面
の大きさあるいは検出面と、前記被検査マスク５との距
離をコントロールして最適の検出角を得るようにするこ
とも可能である。

前記電子線検出器８は、第２図に示すように、シンチレ
ータ加と、ライドガイド２１と、光電子増幅管（図示せ
ず）とを有し、前記電子線１９が前記被検査マスク５に
入射して散乱し、前記射出絞り６で規定される検出角田
以下に制限さｎた散乱角ηでシンチレータ加に達したと
き、電子を光に変換し、ライドガイド２１ヲ伝わって前
記光電子増幅管で電気信号に変換されるように形成され
ているが、これに限定されるものでなく、たとえば放射
線を検出する半導体検出器などを使用するも可能である
。

また前記検出角田は、電子の加速電圧、被検査マスク５
の構成により検出コントラストが最大になる最大値は異
なるが、５°乃至２５°程度が最適である。

前記増幅器１２は前記電子線検出器８からの電子信号を
適当なレベルに増幅して前記比較回路１５に出力するよ
うに形成されている。

前記比較回路１５は、記憶手段１３から基準パターンデ
ータが読み出すと共にパターン発生器１４から発生する
基準パターン信号のデータ取得時の位置合せ誤差を前記
増幅器１２からの認識信号と位置合せ行なうとともに両
者の画像の不一致部分を出力するように形成さｎている
。この場合、前記増幅器１２からの認識信号と前記パタ
ーン発生器１４がらの基準パターンデータとを比較する
方法は、２値画像比較および濃淡画像比較などが使用さ
れる。

前記欠陥判定回路１６は、前記比較回路１５からの不一
致信号のうち、不一致部分が許容値以上の大きさのもの
のみを検出して欠陥と判定するように形成されている。

前記タイばング制御装置１８はＸＹステージ制御装置１
７を作動させて前記ＸＹステージ９をある間隔移動させ
て停止させる毎にタイミング信号を発生し、偏向制御装
ｆｔ１ｌｆ作動させて前記射出絞り６から前記被検査マ
スク５に入射する電子線の非常に狭い範囲に亘っての走
査と、前記記憶手段１３からの基準パターンデータの読
出及び前記パターン発生器１４からの基準パターン信号
の発生とを同期させ、常に実際に検出しているマスクパ
ターンと、これに対応する欠陥のないマスクパターンと
の位置合せおよび画像の不一致部分の検出を行いうるよ
うに形成されている。

前記ＸＹステージ制御装置１７は、前記電子線が前記被
検査マスク５上の偏向可能な領域（約０．１〜０．２■
程度）の検査を終了したとき、前記タイミング制御装＃
１８の指令により前記ＸＹステージ９を駆動して前記被
検査マスク５をその偏向領域に隣接し穴位置まで所定の
間隔（約０．１〜０．２　ｍ８Ｋ　）で移行させて停止
させる。このように偏向領域毎比較手段で認識信号と基
準パターンデータとを比較し、ＸＹテーブルのステップ
アンドリピートを繰返し、前記被検査マスク５の全面を
検査する。

本発明によるパターン欠陥検査装置は、前記の如く構成
されているから、つぎにその動作について説明する。

電子銃１からの電子線１９は、コンデンサ群２および対
物レンズ３によって被検査マスク５上にスポット状に収
束されるが、このとき、偏向制御装置ｔ１１により駆動
される偏向コイル群４１Ｃより電子線１９が被検査マス
ク５上に走査されながら入射して散乱し、射出絞り６に
より最適検出角田に制限されて電子線検出器８のシンチ
レータ田土に達すると、電子が光に変換し、ライドガイ
ド２１　ｔ−伝わって光電子増幅管で光が２電気信号に
変換さｎる。

この場合、前記被検査マスク５から前記電子線検出器８
のシンチレータ田土に散乱する散乱角ｎおよび前記シン
チレータ頷で検出する検出角２３ヲ同一し、かつその角
度を電子の加速電圧および被検査マスク５の構成に最適
なｒ乃至２５６程度になるように前記射出絞り６によっ
て制限されているので、前記電子線検出器８で電子を検
出するさい、検出コントラストを最大にすることができ
、かつ前記シンチレータ加の最適検出角２３′ｔ−従来
の最適検出角１０　’　ｒａｄ程度に比較して桁違いに
大きい５゜乃至２５°程度すなわち１０　”　ｒａｄ程
度にすることができるので、前記シンチレータ加に照射
した電子のうち、検出する電子の割合を増加することが
できる。

したがって、前記電子線検出器８からの電気信号のＳ／
Ｎ　比を従来に比較して１０乃至１００倍程度まで改善
することができ、これによって前記電子線検出器８の検
出速度を高速化することができる〇このように検出速度
を高速化された前記電子線検出器８からの電気信号は、
増幅器鴛で適当なレベルに増幅されて比較回路１５に出
力さｎる〇一方、タイミング制御装置１８からの指令に
より設計データ読出装置１３から読出したマスク設計デ
ータをもとにパターン発生器１４から欠陥のないパター
ン信号を前記増幅器１２からの電気信号と同期して前記
比較回路１５に出力する。比較回路１５は、前記の両信
号の位置合せを行なうとともに両者の画像の不一致部分
の信号を欠陥判定回路１６に出力すると、欠陥判定回路
１６は前記比較回路からの不一致信号のうち許容値以上
の不一致信号のみを検出して欠陥と判定する。

しかるのち、前記電子線が前記被検査マスク５上を走査
しうる領域のパターンの検査を終了すると、前記タイミ
ング制御装置１８の指令によりＸＹステージ制御装置１
７が駆動し、前記ＸＹステージ９が前記被検査マスク５
を七の未検査領域まで走査し、以下前記の動作を繰返し
て前記被検査マスり５の全面を検査する。

〔発明の効果〕

本発明によｎば、Ｘ線露光用マスクの回路パターン検査
等において高コントラストでパターンの検出を行なうこ
とができ、かつ検出信号のＳ／Ｎ比を格段（１０乃至１
００倍程度）に向上することができるので、パターン検
査を高速化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターン欠陥検査装置
の要部断面図、第２図は第１図に示す電子線検出器の拡
大断面図、第３図はＸ線露出用マスクの断面図、第４図
（ａ）乃至（ｄ）はＸ線露光用マスクの電子線散乱分布
図、第５図は検出コントラストが最大となる最大検出角
の説明図である。 １・・・電子銃、２・・・コンデンサレンズ群、３・・
・対物レンズ、４・・・ビーム偏向コイル群、５・・・
被検査マスク、６・・・射出絞り、７・・・試料台、８
・・・電子線検出器、９・・・ＸＹステージ、１０・・
・試料室、１１・・・偏向制御装置、１２・・・増幅器
、１３・・・設計データ読出装置、１４・・・パターン
発生器、１５・・・比較回路、１６・・・欠陥判定回路
、１７・・・ＸＹステージ制御装置、１８・・・タイミ
ング制御装置、１９川電子線。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 旧　　　　１３ 第２図 ２３・−検出角 第５図 第４ （０ン　８Ｎ禾Ｘｔマスク （ポリイミド保護１２．、．５） （ｃ　）ＳｉＮ　氷Ｘ　！ｌ１ｗｘｙ （ホ゛リイミｐ春１１第１２メｚｍ） 電３婢Ｊ区令り角（ｒｏｄ） （ｂ）ＢＮ系Ｘ腺マスク （ポリイミド青、Ｉｌ塵０．５　ＡｔＭ）（ｄ）　　Ｓ
ｉＮ禾Ｘｔ−ｒスフ （ホ・）４ｔド鵠Ｎ０．５μ） ｔｒａｙｓしＦｌ（ｒａｄ）

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、被検査物を透過した電子線の内
   、被検査物のパターンで散乱した電子及び被検査物の基
   板で散乱した電子を検出して映像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
   からの上記映像信号を取り込み、被検査物のパターンを
   認識する認識手段とを備えたことを特徴とする走査透過
   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特許請求
   の範囲第１項記載の走査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、絞りによつて構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の走査透過
   電子顕微鏡によるパターン検出装置。 ４、電子を発生し、加速する電子絞と、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、被検査物を透過した電子線内、
   被検査物のパターンで散乱した電子及び被検査物の基板
   で散乱した電子を検出して映像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
   らの上記映像信号を取り込み、被検査物のパターンを認
   識する認識手段と、上記被検査物を載置し、２次元的に
   ステップ・アンド・レピートして移動できるように構成
   したＸＹステージと、基準パターンデータを記憶した記
   憶手段と、上記ＸＹステージをステップ・アンド・レピ
   ートして移動させて停止させる毎に、上記認識手段で得
   られる偏向領域の基準パターンデータを上記記憶手段か
   ら読出して上記認識手段から得られる認識信号と比較し
   て欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする
   走査透過電子顕微鏡によるパターン検出装置。