JP2000232140A

JP2000232140A - 基板検査装置およびこれを備えた基板検査システム並びに基板検査方法

Info

Publication number: JP2000232140A
Application number: JP11033125A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yamazaki; 崎裕一郎山; Motosuke Miyoshi; 好元介三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-22
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: JP3851740B2

Abstract

(57)【要約】【課題】分解能に優れ、かつ検査効率の高い基板検査
装置およびこれを備えた基板検査システム並びに基板検
査方法を提供する。【解決手段】試料である基板１１に電子ビームを一次
電子ビーム３１ａ，３１ｂとして照射する一次電子ビー
ム照射手段と、一次電子ビーム３１ａ，３１ｂの照射を
受けて、基板１１から発生する二次電子、反射電子およ
び後方散乱電子を導いて二次電子ビーム３２ａ，３２ｂ
として拡大投影する写像投影手段と、二次電子ビーム３
２ａ，３２ｂを検出し、画像信号として出力する電子ビ
ーム検出手段と、この電子ビーム検出手段から供給され
る画像信号を受けて電子ビーム画像を表示する表示器３
０と、上記画像信号を処理して画像データを出力する信
号処理手段６２と、上記画像データを格納する記憶手段
６３と、制御手段２９とを備えた基板検査システムにお
いて、二次電子ビーム３２ａ，３２ｂを直接画像信号に
変換する薄型の裏面照射型ＣＣＤ素子を上記電子ビーム
検出手段に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
た基板検査装置および基板検査システム並びに基板検査
方法に関し、特に、半導体ウェーハやフォトマスクの欠
陥の検査に好適な検査装置および検査システム並びに検
査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積度化に伴い、半導体
ウェーハやフォトマスク上の欠陥、異物の検出に要求さ
れる感度がますます高くなっている。一般に、製品の品
質上重大な不良を発生させるパターン欠陥および異物を
検査するには、パターン配線幅の１／２以下の検出感度
が必要となるため、１／４μｍ以下のデザインルールの
半導体ウェーハの欠陥検査において、近年は、光学式に
よるパターン欠陥検査の限界に近づいてきている。そこ
で、光学式に替わり、電子ビームを用いたパターン欠陥
検査装置が開発されており、特開平５−２５８７０３号
公報、特開平７−２４９３９３号公報などに提案されて
いる。

【０００３】電子ビームによる半導体ウェーハのパター
ン欠陥検査の高速処理を達成させるためには、特開平７
−２４９３９３号公報に提案の電子光学系の構成が最も
有力な手段と予想される。その実現のために、特願平９
−３００２７５では光学系の提案もなされている。ここ
では、特願平９−３００２７５記載の電子ビーム検査装
置を図６に示す。

【０００４】同図に示す検査装置は、その概略構成とし
て、一次電子ビーム照射部とその制御部、試料搭載用の
ステージ１２とその制御部、二次電子、反射電子および
後方散乱電子ビーム写像投影光学部（以下、単に写像投
影光学部という）とその制御部、電子ビーム検出部とそ
の制御部、さらに、電子ビーム偏向部とその制御部を備
えている。

【０００５】一次電子ビーム照射部は、ステージ１２に
搭載された半導体ウェーハ又はフォトマスク等の試料１
１の表面に垂直な方向に対し、一定の角度θ（例えば３
０〜４０度）を有するように斜め上方向に配置されてい
る。

【０００６】この一次電子ビーム照射部は、電子銃と、
２段構成の四極子レンズとを備えている。より具体的な
構成として、電子銃は、１００μｍ×１０μｍの矩形の
電子放出面を有するランタンヘキサボライド（以下、Ｌ
ａＢ₆という）陰極１と、矩形開口を有するウェーネル
ト（Wehnelt）電極２と、矩形開口部を有する陽極３
と、光軸調整用の偏向器４とを備えている。ここで、陰
極１は矩形の電子放出面を有しているので、一次電子ビ
ームの断面形状は矩形となる。矩形の他に、例えば線
状、長楕円等の細長形状の断面を有する電子ビームを用
いると、電流密度が高くなるので、検出信号のＳ／Ｎ比
を高くすることができる。しかし、細長形状に限らず様
々な断面形状の電子ビームを用いてもよい。

【０００７】ＬａＢ₆陰極１、ウェーネルト電極２、陽
極３、偏向器４の動作は、制御部７〜１０により制御さ
れ、一次電子ビーム３１ａおよび３１ｂの加速電圧、エ
ミッション電流、光軸が調整される。

【０００８】また、２段構成の静電型四極子レンズ５お
よび６と、このレンズ５および６の動作を制御する制御
部１０とが設けられている。陰極１から放出された一次
電子ビーム３１ａおよび３１ｂが、試料１１面上で約１
００μｍ×２５μｍの矩形ビームを形成するように、レ
ンズ５および６によって集束される。集束された一次電
子ビームは、電子ビーム偏向部２７に入射する。このよ
うに、一次電子ビーム照射部から照射された一次電子ビ
ームは、試料１１面に対して斜めの角度θ方向から電子
ビーム偏向部２７に入射される。ここで、四極子レンズ
に限らず、１つのレンズ、あるいは２つ以上の多極子レ
ンズで電子光学レンズ系が構成されていてもよい。

【０００９】一次電子ビーム３１ａ、３２ｂが電子ビー
ム偏向部２７に入射すると、試料１１の表面に対してほ
ぼ垂直になるように偏向された後、電子ビーム偏向部２
７を出射する。出射した一次電子ビームは、電源１５に
より所定の電圧を印加された回転対称静電レンズ１４に
よって縮小されて、試料１１表面上に垂直に照射され
る。後述するように、試料１１表面から発生する二次電
子、反射電子および後方散乱電子（以下、単に二次／反
射／後方散乱電子という）が写像投影光学系に取り込ま
れる角度は、試料１１表面に対して垂直である。よっ
て、試料１１への一次電子ビームの入射角と、試料１１
表面から発生する二次／反射／後方散乱電子が写像投影
光学系に取り込まれる角度とは、共に試料１１表面に対
して垂直である。しかし、この二つの角度は必ずしも完
全に一致している必要はなく、−５度から＋５度の範囲
内に納まっていればよい。

【００１０】試料１１には、電源１３により所定の電圧
が印加されている。ステージ１２は、制御部４５によっ
てＸ−Ｙ平面上の移動が制御される。ここで、試料１１
に印加すべき電圧値は、後述する写像投影光学部の解像
性能に基づいて決定する必要がある。例えば、０．１μ
ｍ以下の解像度を得るためには、二次／反射／後方散乱
電子ビーム（二次電子ビーム）は５ｋＶ程度の電圧を有
することが要求されるので、試料に印加する電圧として
約５ｋＶが望ましい。しかし、一方で二次電子ビームの
エネルギーは試料１１に印加する電圧と、試料１１へ入
射される一次電子ビームが有する電圧との差によって決
定される。試料１１として半導体ウェーハを検査する場
合には、電子ビームの照射ダメージの低減および帯電防
止の観点から、半導体ウェーハへの印加電圧は８００Ｖ
程度が一般に用いられている。従って、一次電子ビーム
の電圧は５．８ｋＶ程度が望ましいことになる。

【００１１】一次電子ビーム３１ａおよび３１ｂが試料
１１の表面上に照射されると、試料１１の表面からウェ
ーハ表面の形状／材料／電位情報をもった二次／反射／
後方散乱電子３２ａおよび３２ｂが放出される。この電
子は、上述したように電源１３により試料１１に印加さ
れた電圧により試料１１と静電レンズ１４との間に発生
している加速電界によって加速され、さらに静電レンズ
１４によって無限遠に焦点をもつ軌道を描きながら二次
電子ビームとして電子ビーム偏向部２７に入る。

【００１２】ここで、電子ビーム偏向部２７は、制御部
４３ａおよび４３ｂ、４４ａおよび４４ｂの制御によっ
て、試料１１側から入射された二次電子ビーム３２ａお
よび３２ｂが直進するように動作する。この結果、二次
電子ビーム３２ａおよび３２ｂは、電子ビーム偏向部２
７の中を直進して写像投影光学部に入射される。

【００１３】この写像投影光学部は、その光軸が試料１
１の表面に対して垂直方向になるように配置されてお
り、３段構成の回転対称静電レンズ１６、１８および２
０を備えている。二次電子ビーム３２ａおよび３２ｂ
は、静電レンズ１６、１８および２０によって拡大され
る。ここで、静電レンズ１６、１８および２０の電圧
は、それぞれ制御部１７、１９および２１により制御さ
れる。

【００１４】拡大された二次電子ビーム３２ａおよび３
２ｂは、電子ビーム検出部により検出される。電子ビー
ム検出部は、ＭＣＰ（Micro-Channel Plate)検出器２
２、蛍光面２３、ライトガイド２４およびＣＣＤ（Char
ge Coupled Device）カメラ２５を備えている。ＭＣＰ
検出器２２に入射された二次電子ビーム３２ａおよび３
２ｂは、入射時の電子量の１０⁴倍から１０⁶倍に増幅さ
れて蛍光面２３を照射する。蛍光面２３に二次電子ビー
ムが照射されると蛍光像が発生し、ライトガイド２４を
介してＣＣＤカメラ２５がこの蛍光像を検出する。さら
にＣＣＤカメラ２５は、制御部２７の制御に従い、検出
した蛍光像を画像データとして信号制御部２８を介して
ホストコンピュータ２９に転送する。ホストコンピュー
タ２９は、表示器３０上への画像表示と、画像データ保
存および画像処理等の処理を行う。ここで、ＣＣＤエリ
アセンサによる画像取り込みを例に挙げているが、基板
ステージ１２の移動と同期させて蛍光像をＴＤＩＣＣＤ
センサ（Time Delay Integration Charge Coupled Devi
ce Sensor）に取込むことも可能である。この手法は、
より高速で検査する場合に非常に有効な手段である。

【００１５】ここで、電子ビーム偏向部２７の詳細な構
造について、図７の横断面図、および図７のＡ−Ａ線に
沿う縦断面を示した図８を用いて説明する。図７に示す
ように、電子ビーム偏向部２７の場は、上記写像投影光
学部の光軸に垂直な平面内において、電界と磁界とを直
交させた構造、即ちＥ×Ｂ構造とする。電界は平行平板
電極４０ａおよび４０ｂにより発生させる。平行平板電
極４０ａおよび４０ｂが発生する電界は、それぞれ制御
部４３ａおよび４３ｂにより制御される。一方、電界発
生用の平行平板電極４０ａおよび４０ｂと直交するよう
に、電磁コイル４１ａおよび４１ｂを配置させることに
より、磁界を発生させている。

【００１６】図７のＡ−Ａ線に沿う縦断面における電子
ビームの挙動は、図８に示されるようである。照射され
た一次電子ビーム３１ａおよび３１ｂは、平行平板電極
４０ａおよび４０ｂが発生する電界と、電磁コイル４１
ａおよび４１ｂが発生する磁界とによって偏向された
後、静電レンズ１４を通過して試料１１面上に対して垂
直方向に入射する。一方、試料１１面で発生した二次／
反射／後方散乱電子は、試料１１と静電レンズ１４との
間において発生した加速電界で加速されて試料１１面に
対して垂直な方向に進み、二次電子ビーム３２ａおよび
３２ｂとして静電レンズ１４を通過した後に電子ビーム
偏向部２７に入射する。

【００１７】一次電子ビーム３１ａおよび３１ｂの電子
ビーム偏向部２７への入射位置および角度は、電子のエ
ネルギーが決定されると一義的に決定される。さらに、
二次電子ビーム３２ａおよび３２ｂが直進するように、
電界および磁界の条件、即ちｖＢ＝ｅＥとなるように平
行平板電極４０ａおよび４０ｂが発生する電界と、電磁
コイル４１ａおよび４１ｂが発生する磁界とを、それぞ
れの制御部４３ａおよび４３ｂ、４４ａおよび４４ｂが
制御することで、二次電子ビームは電子ビーム偏向部２
７を直進して、写像投影光学部に入射する。ここで、ｖ
は電子３２の速度（ｍ／ｓ）、Ｂは磁場（Ｔ）、ｅは電
荷量（Ｃ）、Ｅは電界（Ｖ／ｍ）である。

【００１８】以上の構成により、特願平９−３００２７
５記載の電子ビーム検査装置は、試料表面に照射する矩
形ビームのアスペクト比を適当に設定し、かつ電子ビー
ム検出手段において並列に信号処理することで高速にウ
ェーハパターンの欠陥検査を出来ることを特徴としてい
る。

【００１９】基板検査装置の写像投影光学系に設定され
る拡大率は、電子ビーム検出系の分解能、即ち、２点ま
たは２線を見分ける能力によって決定される。上述した
特願平９−３００２７５に記載の写像投影光学部におい
ては、２次電子ビーム３２ａ，３２ｂにより形成される
電子像３４をＭＣＰ２２の入射面に結像させる。

【００２０】図９に既知の電子ビーム検査装置に備えら
れた電子ビーム検出器の一例のより詳細な構成を示す。
同図に示す電子ビーム検出器は、ＭＣＰ５０２，５０
３、蛍光板５０４、ライトガイド５０５、レンズ５０
６、ＣＣＤカメラ５０７を備えている。この電子ビーム
検出器は、ＭＣＰの増倍率（ｇａｉｎ）を得るために、
ＭＣＰを２段（５０２，５０３）に組み合わせた構成に
なっている。ＭＣＰ５０２，５０３は、いずれも内径１
０μｍ、長さ６００μｍの空芯のガラスチューブを接着
して形成したものであり、チューブの内面には２次電子
放出効率の高い材質が塗布されている。ＭＣＰ５０２の
電子入射面は接地されて０電位となっており、各ＭＣＰ
の電子出射面は、それぞれ接続される電源５０９，５１
０によってＭＣＰ５０２の電子入射面に対して段階的に
増大する正の電位に保たれており、これにより、チュー
ブ内には入射面から出射面に向けた加速電界が形成され
る。

【００２１】入射された電子５０１は一段目のＭＣＰ５
０２の各チューブ内で散乱を繰り返しながら、増倍され
てＭＣＰ５０２の出射面から出射され、二段目のＭＣＰ
５０３に入射されて増倍される。二段目のＭＣＰ５０３
の出射面から放出された電子は、さらに接続される電源
５１１で形成された加速電解により蛍光板５０４の蛍光
面に向けて加速されて、この蛍光面を照射して発光させ
る。このようにして、ＭＣＰの入射面に結像された電子
像をＭＣＰで増倍させながら、蛍光面を発光させること
で光学像に変換させることができる。ＭＣＰは分解能を
維持したまま、電子増倍できることから、電子像のＳ／
Ｎ向上には非常に有効な手段である。この蛍光面で発生
した光学像は、光学レンズ５０６もしくは縮小型ＦＯＰ
（taperdfiber optical plate）によって縮小し、その
光学像をラインセンサ、ＴＤＩセンサ、エリアセンサ等
を備えたＣＣＤカメラ５０７にて検出する。

【００２２】このように従来の技術においては、電子像
の検出に当っては、電子ビームをエリアセンサ等に直接
照射するのでなく、一旦光学像に変換した後にＣＣＤカ
メラで光電変換することにより電子ビーム画像を取得す
る方法を採用している。これは、ＣＣＤ素子の表面に多
数のポリシリコン電極を形成するために、この電極に電
子ビームを直接照射してもその大部分が転送電極に吸収
されてしまい、光電変換部に十分な電子ビームが到達せ
ず、良好な電子ビーム画像を取得するために十分な信号
電荷を発生させることができない、というきわめて感度
の低い構成となるからである。

【００２３】図１０に、一般的なＣＣＤ素子の電極構造
の一具体例を示す。同図に示すＣＣＤ素子は、３相駆動
方式のＣＣＤ素子であり、表面部に不純物拡散層が形成
されたシリコン基板１００上に酸化膜１０１を介してゲ
ート／転送電極１０２がポリシリコンで形成されてい
る。被写体から照射された光は、ポリシリコンのゲート
電極を通過して不純物拡散層で電子−正孔対を発生さ
せ、このうちの電子が信号電荷として酸化膜１０１と不
純物拡散層との界面に蓄積され、各転送電極に３相のク
ロックパルスＰ１〜Ｐ３をそれぞれ印加することにより
信号電荷を順次転送していく構造になっている。

【００２４】電子ビームを高速で走査させるためには、
この走査速度に同期するように信号電荷を効率良く転送
させることが不可欠の条件となり、転送電極１０２を相
互に接近させて多数配列することとしている。この結
果、ＣＣＤ素子の表面領域の大部分はポリシリコン電極
に被覆される。従って、ＣＣＤ素子の表面に電子ビーム
を照射してもその大部分はポリシリコン電極で吸収さ
れ、電子−正孔対が十分に形成されないので、電子画像
の形成に必要な量の信号電荷が発生しない。さらに、電
子ビームをＣＣＤ素子に照射させた場合には、素子表面
の絶縁膜やＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）
構造の酸化膜でチャージアップ等の問題が発生する。以
上の理由から従来は電子ビームから信号電荷を直接取得
することなく、光画像に変換した後ＣＣＤ素子で画像信
号を取得していた。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子ビーム検出器では、ＭＣＰの分解能が４０μｍ程度
しかないために、写像投影光学系において、ウェーハ上
のパターンからの電子像を大幅に拡大してＭＣＰ上に結
像させる必要がある。例えば、ウェーハ上のパターン像
で０．１μｍの分解能を得るためには、写像投影光学系
にて４００倍以上に拡大させてＭＣＰ入射面で結像させ
なくては、分解能の劣化を発生させてしまう。ＭＣＰの
分解能は、（１）ＭＣＰの段間での電子の漏れ、（２）
ＭＣＰ出射面から蛍光面までの間に電子ビームが拡がる
ことによる電子像のぼけの２つの要因によって決定され
る。これらのぼけは電子の増倍率にも影響され、この増
倍率が大きいほど分解能は劣化する。

【００２６】この一方、写像投影光学系は、その拡大率
が大きいほど軸外収差および像面湾曲を増大させる特徴
を有している。そのため、ＭＣＰの分解能に対応して電
子像を拡大する光学系では、光学系自身の分解能の低下
および電子像の歪を発生させるという問題点があった。

【００２７】このような問題点に対し、ＭＣＰの分解能
を向上させる研究が進められており、将来的には２５μ
ｍ程度の高分解能化が可能であるといわれている。

【００２８】しかし、図９に示すように、ＭＣＰを用い
た電子ビーム検出器では、写像投影光学系で拡大させた
電子像を光学像に一旦変換した後、再度光学レンズまた
はＦＯＰなどにより縮小させるという構造を採用するた
め、構成が複雑になり、検出器全体のサイズが大きくな
る上、蛍光面で残像現象が発生し、ＣＣＤカメラで画像
を取込んだ直後も所定時間だけ蛍光像が残存するので、
高速での画像取込みが困難であり、装置の処理速度の向
上を妨げるという問題があった。

【００２９】さらに、写像投影光学系で電子像を拡大し
たにもかかわらず、ＣＣＤカメラ上で結像させるため、
レンズまたはＦＯＰなどより光学像を縮小させる必要が
あり、効率が悪い上、レンズ等により透過率が低下す
る、という問題点があり、従来のＭＣＰを用いた電子ビ
ーム検出器では限界が見えてきている。

【００３０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、分解能に優れ、かつ検査効率の高い
基板検査装置およびこれを備えた基板検査システム並び
に基板検査方法を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。

【００３２】即ち、本発明（請求項１）によれば、試料
である基板に電子ビームを一次電子ビームとして照射す
る一次電子ビーム照射手段と、上記一次電子ビームの照
射を受けて、上記基板から発生する二次電子および反射
電子を導いて二次電子ビームとして電子像を拡大投影す
る写像投影手段と、この写像投影手段により拡大投影さ
れた上記二次電子ビームを直接画像信号に変換する電子
ビーム検出手段と、この電子ビーム検出手段から供給さ
れる上記画像信号を受けて電子ビーム画像を表示する表
示手段とを備えた基板検査装置が提供される。

【００３３】上記構成により本発明に係る基板検査装置
が備える電子ビーム検出器には上記二次電子ビームが直
接入射するため、検出器における透過率の問題は解消さ
れる。また、受光面の面積を拡大することができるの
で、分解能に優れたＣＣＤ素子を用いることができる。
これにより、電子ビーム検出手段の分解能を大幅に向上
させることができる上、上記写像投影手段の拡大率を低
減させることができるので、写像投影手段による軸外収
差および歪みは大幅に低減され、さらに、装置全体が小
型・軽量化される。

【００３４】上記電子ビーム検出手段は、上記二次電子
ビームが入射する入射面と反対側の表面部に信号電荷を
発生させる信号電荷発生部と、上記信号電荷を転送する
電荷転送部とを含む薄型イメージセンサを備えることが
好ましい。

【００３５】これにより、きわめて単純な構成でＳ／Ｎ
比の高い電子ビーム画像が取得される。

【００３６】上記信号電荷発生部は、厚さが上記イメー
ジセンサの分解能と略同一以下である半導体領域に形成
されると良い。これにより、電子ビームが必要以上に拡
大されてその画像が劣化することは防止される。

【００３７】さらに、上記イメージセンサの分解能は、
２０μｍ以下であるとより好ましい。これにより、電子
ビーム検出手段の分解能が向上する他、その視野サイズ
を拡大することができるため、検査領域が拡大する。こ
の結果、基板検査のスループットが大幅に向上する。

【００３８】また、本発明（請求項５）によれば、試料
である基板に電子ビームを一次電子ビームとして照射す
る第１の過程と、この一次電子ビームを受けて上記基板
から発生する二次電子および反射電子を導いて二次電子
ビームとして電子像を拡大投影する第２の過程と、上記
第２の過程により拡大投影された上記二次電子ビームを
イメージセンサにより直接画像信号に変換する第３の過
程と、上記画像信号を受けて電子ビーム画像を表示する
第４の過程とを備えた基板検査方法が提供される。

【００３９】さらに、本発明（請求項６）によれば、上
述の本発明に係る基板検査装置と、上記画像信号を処理
して画像データを出力する信号処理手段と、上記画像デ
ータを格納する記憶手段と、上述の本発明に係る基板検
査方法に基づいて上記基板検査装置と上記信号処理手段
と上記記憶手段とを制御する制御手段とを備えた基板検
査システムが提供される。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図に
おいて同一の部分には同一の参照番号を付してその説明
を適宜省略する。

【００４１】図１は、本発明に係る基板検査システムの
実施の一形態のブロック図である。同図に示す基板検査
システムは、その概略構成として、電子ビーム照射部と
その制御部、電子ビーム偏向部とその制御部、ステージ
１２とその制御部、写像投影光学部とその制御部、本実
施形態において特徴的な電子ビーム検出部とその制御
部、およびホストコンピュータ２９と表示器３０とメモ
リ６３とを備えている。

【００４２】以上の構成のうち、電子ビーム照射部とそ
の制御部、電子ビーム偏向部とその制御部、ステージ１
２とその制御部、写像投影光学部とその制御部、およ
び、ホストコンピュータ２９と表示器３０は、図６に示
す基板検査装置と同様であるためこれらの説明は省略
し、以下では電子ビーム検出部とその制御部に関して詳
細に説明する。

【００４３】本実施形態の基板検査システムは、写像投
影光学部により拡大投影された電子像を電子ビームに感
度の高い裏面照射型のＣＣＤ素子を備えたＣＣＤカメラ
６０に直接照射させて画像信号を取得する構造を採用し
ている。ＣＣＤカメラ６０は、ＣＣＤカメラ制御部６１
により制御され、取得した画像信号を画像処理部６２に
供給する。画像処理部６２は、画像信号に対して補正等
の各種画像処理を行い、画像データとしてホストコンピ
ュータ２９に転送する。ホストコンピュータ２９は、表
示器３０上への画像表示と、画像データ処理およびメモ
リ６３への画像データ格納等の欠陥検査処理を行う。

【００４４】裏面照射型ＣＣＤ素子とは、微少な強度の
Ｘ線やＵＶ光を検出するため開発されたものであり、基
板側の裏面をエッチング処理により薄くし、この裏面へ
Ｘ線等を照射させることにより感度を向上させたもので
ある（M.Lemonier et.al.,"Thinned Backside-Bombard
ed RGS-CCD for Electron Imaging",Advanced in Elect
ronics and Electron Physics, vol.64A,pp257-265,198
5）。

【００４５】裏面照射型ＣＣＤの構造および動作を図３
の模式図（J.Janesick,"CCD chargecollection efficie
ncy and the photon transfer technique",SPIE vol.57
0,pp7-19）を用いて説明する。

【００４６】同図に示すＣＣＤ素子は、転送電極１１０
が形成される側を表面側とし、これと反対の裏面側をＸ
線等の光検出領域としたものである。このＣＣＤ素子の
形成方法の一具体例は次のとおりである。

【００４７】まず、既知のＣＣＤ素子と同様に、ｐ型シ
リコン基板１２０の表面部にｎ型のチャネル不純物層１
２１を形成し、表面に酸化膜１１１を形成した後、転送
電極１１０を形成する。次に、基板１２０の裏面側を化
学エッチング（chemical etching）によりエッチング
処理してＣＣＤ素子の分解能と略同等の厚さにまで薄く
する。次に、ｐ型不純物イオン、例えば、Ｂ（ホウ素）
をイオン注入し、アニール処理により、裏面の近傍に高
濃度の不純物拡散層（accumulation layer）１２４を形
成させ、基板内に電位勾配を発生させる。その後、裏面
の自然酸化膜を除去した後、Ａｌ等の金属薄膜１１２を
形成する。

【００４８】このＣＣＤ素子の動作は、次のとおりであ
る。即ち、素子の裏面にＸ線やＵＶ光が照射されると、
基板１２０内の裏面近傍の無電界領域１２３で電子−正
孔対が発生する。この電子−正孔対のうちの電子は、基
板１２０内に形成された電位勾配によって空乏領域１２
２内を移動し、素子表面側のチャネル不純物層１２１の
ｐｎ接合部で信号電荷として蓄積される。その後の電荷
転送は、通常のＣＣＤ素子と同様の原理で行われ、画像
データが形成される。なお、電子−正孔対のうちの正孔
は、裏面近傍の高濃度不純物拡散層１２４内で蓄積され
る。

【００４９】本実施形態の基板検査システムは、このよ
うな構成の裏面照射型ＣＣＤが有する高い感度に着目
し、電子ビーム画像の検出に利用したものである。

【００５０】図２は、図１に示すＣＣＤカメラ６０の拡
大図である。ＣＣＤカメラ６０が備える裏面照射型ＣＣ
Ｄ素子５８は、画素のサイズが約１０μｍ×約１０μｍ
で２，０８４ｐｉｘｅｌ以上の大領域画像の取り込みが
可能となっている。ＣＣＤ素子５８の厚さも約１０μｍ
であり、その裏面には、Ａｌ薄膜が数百オングストロー
ム以下の厚さで形成されている。

【００５１】写像投影光学部により拡大投影された二次
電子ビームは、ＣＣＤ素子５８の裏面に入射し、このＡ
ｌ薄膜を通過して基板内で電子−正孔対を発生させる。
ＣＣＤ素子５８の厚さが素子自身の分解能と略同一なの
で、電子ビーム像が必要以上に拡大されて劣化すること
が防止される。基板内で発生した電子−正孔対のうち、
電子は、基板内に形成された電位勾配によって、表面側
のチャネル不純物層に移動して蓄積した後、転送電極に
より信号電荷として順次転送されて取出される。

【００５２】図４は、本実施形態の電子ビーム検出部の
分解能と、２００μｍ視野でのウェーハ上での写像投影
光学系の分解能との関係を示す特性図である。同図か
ら、検出器の分解能が向上するに従い、写像投影光学系
の分解能も比例して向上させることができることがわか
る。例えば、既知のＭＣＰの分解能である４０μｍ程度
では、ウェーハ上での画像の分解能は０．１５μｍ程度
まで劣化してしまうが、本実施形態により検出器の分解
能を１０μｍ程度まで向上させることで、写像投影光学
系の分解能は０．０７μｍ以下となり、高分解能化が可
能となる。

【００５３】図５は、電子ビーム検出部の分解能と、写
像投影光学系において０．１μｍの分解能を維持できる
視野サイズとの関係を示す特性図である。同図から、電
子ビーム検出部の分解能の向上に比例して視野サイズが
増大することが分かる。

【００５４】このように、電子ビーム検出部の分解能を
向上させることにより視野サイズが大きくとれるため、
一度に取り込むことができる検査領域を大幅に拡大する
ことができる。この結果、検査のスループットを向上さ
せることができる。本実施形態においては、電子ビーム
検出部の分解能を約１０μｍに上げることができるた
め、従来のＭＣＰの分解能では実現出来なかった、０．
１μｍ分解能を維持したままで４００μｍ以上の検査領
域を確保することができる。検査のスループットは検査
領域に比例するため、大幅なスループット向上が期待で
きる。

【００５５】また、電子ビーム検出部の分解能が向上す
ることにより、写像投影光学系で電子ビームを拡大投影
する倍率を大幅に低下させることが可能になる。本実施
形態では、電子ビーム検出部の分解能が約１０μｍにま
で向上するため、拡大倍率が約半分にまで低下させるこ
とができる。これにより、写像投影光学部の筐体である
コラムの長さを約半分にすることができ、装置全体のサ
イズを大幅に縮小することができ、同時に装置全体の重
量も約半分に軽減することができる。

【００５６】さらに、ＣＣＤ素子５８をＴＤＩ（Time D
elay Integration）モードで動作させ、ステージの走査
と同期させて画像取り込みを行うこととすれば、検査速
度の向上と画像信号のＳ／Ｎ向上を同時に達成すること
ができる。

【００５７】以上、本発明の実施の一形態について説明
したが、本発明は上記形態に限るものでなく、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変形して適用することができ
る。電子ビーム検出部の裏面照射型ＣＣＤ素子も、画素
のサイズが約１０μｍ×約１０μｍで半導体領域の厚さ
が約１０μｍのものについて説明したが、画素サイズが
２０μｍ×約２０μｍ、画像領域約１０００ｐｉｘｅｌ
で半導体領域の厚さが２０μｍ程度のものであっても、
図４および図５の特性図から明らかなように、ＭＣＰを
用いた場合と比較して十分に高い分解能と広い検査領域
を有する基板検査システムが提供される。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。

【００５９】即ち、本発明に係る基板検査装置によれ
ば、写像投影手段により拡大投影された二次電子ビーム
を直接画像信号に変換する電子ビーム検出手段を備えて
いるので、電子ビーム画像を直接ＣＣＤ素子で検出する
ことができる。これにより検出器における透過率の低減
を防止することができ、電子ビーム画像を効率よく取得
できる。また、従来の技術のように蛍光板を用いて一旦
蛍光像に変換することがないので、残像現象を考慮する
必要がない。これにより画像取込みの速度を向上させる
ことができる。さらに、電子ビーム入射面の面積を拡大
することができるので、分解能に優れたＣＣＤ素子を用
いることができ、電子ビーム検出手段の分解能を大幅に
向上させることができる。この結果、写像投影手段の拡
大率を低減させることができるので、装置全体のサイズ
を縮小し、軽量化できる上、写像投影手段による軸外収
差および歪みが大幅に低減され、高い感度で鮮明な電子
ビーム画像を取得することができる基板検査装置が提供
される。

【００６０】上記電子ビーム検出手段として、上記二次
電子ビームが入射する入射面と反対側の表面部に信号電
荷を発生させる信号電荷発生部と、この信号電荷を転送
する電荷転送部とを含む薄型イメージセンサを備える場
合は、きわめて単純な構成で、分解能に優れ、鮮明な電
子ビーム画像を取得できる基板検査装置が提供される。

【００６１】厚さが上記イメージセンサの分解能と略同
一以下である導体領域に上記信号電荷発生部が形成され
る場合は、二次電子ビームが必要以上に拡大されてビー
ム画像が劣化することを防止することができる。

【００６２】また、上記イメージセンサの分解能が２０
μｍ以下である場合は、電子ビーム検出手段の分解能が
向上する他、その視野サイズを拡大することができるの
で、検査領域が拡大する。これにより、基板検査のスル
ープットが大幅に向上した基板検査装置が提供される。

【００６３】また、本発明に係る基板検査方法によれ
ば、二次電子ビームをイメージセンサにより直接画像信
号に変換する第３の過程を備えているので、高い分解能
と広い視野サイズで電子ビーム画像を検出できるので、
残像現象を考慮する必要もなく鮮明な電子ビーム画像を
優れた効率で取得することができ、高速での画像取込み
ができる基板検査方法が提供される。

【００６４】さらに、本発明に係る基板検査システムに
よれば、上述の効果を奏する基板検査装置と、上記効果
を奏する基板検査方法に基づいて上記基板検査装置と信
号処理手段と記憶手段とを制御する制御手段とを備えて
いるので、鮮明な電子ビーム画像に基づく画像データを
高い効率で取得することができる基板検索システムが提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板検査システムの実施の一形態
のブロック図である。

【図２】図１に示す基板検索システムが備えるＣＣＤカ
メラの拡大図である。

【図３】裏面照射型ＣＣＤの構造および動作を示す模式
図である。

【図４】図１に示す基板検索システムが備える電子ビー
ム検出部の分解能と、２００μｍ視野でのウェーハ上で
の写像投影光学部の分解能との関係を示す特性図であ
る。

【図５】図１に示す基板検索システムが備える電子ビー
ム検出部の分解能と、写像投影光学部において０．１μ
ｍの分解能を維持できる視野サイズの関係を示す特性図
である。

【図６】特願平９−３００２７５記載の電子ビーム検査
装置の概略構成を示すブロック図である。

【図７】図６に示す基板検索システムが備える電子ビー
ム偏向部の詳細な構成を示す横断面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。

【図９】従来の電子ビーム検査装置に備えられた電子ビ
ーム検出器の一例のより詳細な構成を示すブロック図で
ある。

【図１０】一般的なＣＣＤ素子の電極構造の一具体例を
示す略示断面図である。

【符号の説明】

１（ＬａＢ₆）陰極２ウェーネルト電極３陽極４偏向器５、６静電型四極子レンズ７〜１０、１７、１９、２１、２６、２７、４３ａ、４
３ｂ、４４ａ、４４ｂ制御部１１試料１２ステージ１３、１５電源１４回転対称静電レンズ１６、１８、２０静電レンズ２２ＭＣＰ検出器２３蛍光面２４ライトガイド２５，６０ＣＣＤカメラ２９画像データホストコンピュータ３０表示器４０ａ、４０ｂ平行平板電極４１ａ、４１ｂ電磁コイル５８裏面照射型ＣＣＤ素子６２画像処理部６３メモリ

フロントページの続きＦターム(参考） 2F067 AA45 BB04 CC16 CC17 EE03 EE04 HH06 JJ05 KK04 LL16 QQ01 RR35 SS02 4M106 AA01 AA09 BA02 CA39 DB04 DB05 DB11 DJ11 DJ23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料である基板に電子ビームを一次電子ビ
ームとして照射する一次電子ビーム照射手段と、前記一次電子ビームの照射を受けて、前記基板から発生
する二次電子および反射電子を導いて二次電子ビームと
して電子像を拡大投影する写像投影手段と、前記写像投影手段により拡大投影された前記二次電子ビ
ームを直接画像信号に変換する電子ビーム検出手段と、前記電子ビーム検出手段から供給される前記画像信号を
受けて電子ビーム画像を表示する表示手段とを備えた基
板検査装置。
【請求項２】前記電子ビーム検出手段は、前記二次電子
ビームが入射する入射面と反対側の表面部に信号電荷を
発生させる信号電荷発生部と、前記信号電荷を転送する
電荷転送部とを含む薄型イメージセンサを備えたことを
特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】前記信号電荷発生部は、厚さが前記イメー
ジセンサの分解能と略同一以下である半導体領域に形成
されることを特徴とする請求項２に記載の基板検査装
置。
【請求項４】前記イメージセンサの分解能は、２０μｍ
以下であることを特徴とする請求項３に記載の基板検査
装置。
【請求項５】試料である基板に電子ビームを一次電子ビ
ームとして照射する第１の過程と、この一次電子ビームを受けて前記基板から発生する二次
電子および反射電子を導いて二次電子ビームとして電子
像を拡大投影する第２の過程と、前記第２の過程により拡大投影された前記二次電子ビー
ムをイメージセンサにより直接画像信号に変換する第３
の過程と、前記画像信号を受けて電子ビーム画像を表示する第４の
過程とを備えた基板検査方法。
【請求項６】請求項１ないし４のいずれかに記載の基板
検査装置と、前記画像信号を処理して画像データを出力する信号処理
手段と、前記画像データを格納する記憶手段と、請求項５に記載の基板検査方法に基づいて前記基板検査
装置と前記信号処理手段と前記記憶手段とを制御する制
御手段とを備えた基板検査システム。