JPH0868772A - 電子ビーム・マイクロスコピーを用いた自動マスク検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、位相シフトマスク或いは他の光学マ
スク特性に於て必要な項目を自動的に検査する事が出来
るような検査システム及び検査方法を提供することを目
的にする。 【構成】本発明の自動光学マスク検査システムは、電導
性マスク層を形成する為の薄膜形成装置と、その電導性
薄膜電位を電気的に接地する為の接地結線手段と、電界
放射に依る電子ビーム源と、その電子ビームを掃引走査
する事を可能にする為の荷電粒子線制御筒と、後方散乱
電子波形を検出し出力する散乱電子検出器と、２次電子
を検出し２次電子波形を出力する２次電子検出器をもっ
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超微細半導体集積回路の
製造に使用される様々な種類のマスク基板、特にその中
でも電子ビームを用いる位相シフトマスクの自動検査技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】超微細半
導体集積回路を適正な歩留りで生産するには、製造プロ
セスで使用するマスクやウェーハに欠陥が有ってはなら
ない。過去１２年にわたって光学マスクやウェーハの自
動検査用に多くのシステムが開発され、特許されてきた
（例えば、米国特許第4,247,203 号、米国特許第4,8 0
5,123号、米国特許第4,618,938号、米国特許第4,845,55
8 号参照）。これらのシステムでは、フォトマスク又は
レチクル又はウェーハ上の二つの隣接するダイを相互に
比較している。同様に、ダイをCAD （コンピュータ援用
設計(Computer Aided Design) のデータベースと比較し
て検査する技術が開発されている（米国特許第4,926,48
7 号参照）。

【０００３】しかしながら、X 線マスクの欠陥は可視あ
るいは紫外スペクトルでは検出できないので、以上に例
示した、いずれの光学システムも用途は光学マスクに限
定されている。また、光学検査は本来的に生じる光の回
折や干渉のために解像度に限界があるので、単純な光学
リソグラフィー技術では0.35ミクロン未満の線幅は達成
できない。0.35ミクロン未満の線幅はX 線リソグラフィ
ー技術により達成できるものと期待されている。

【０００４】集積回路製造に於ける光学リソグラフィー
の進歩に依り、その微細化は益々進展しつつある。例え
ば、256 メガビットDRAMのウェーハの線幅の半導体デバ
イスの製造では、ウェーハの線幅は0.25から0.35ミクロ
ンである。この線幅の半導体デバイス製造では、位相シ
フトマスク技術が使用される。

【０００５】典型的に、これらのマスクは石英基板上に
パターンが形成されたクロム層を有し、露光の光線に位
相のずれ即ちシフトを与える井戸が基板上に選択されて
エッチングされて形成されている。石英基板或いは位相
シフトマスクのクロム層の上に形成された光学的に透明
な材料パターンによっても又、位相のシフトは発生す
る。

【０００６】上に参照したマスクのタイプのように、微
細パターンが基板表面に形成されたマスクの検査には、
必要があろうが無かろうが、石英基板に作られたトレン
チあるいは井戸の深度の測定と同様に、クロム層パター
ンの欠陥も検出探索する事が要求される。その上に、位
相シフト素材の技術に関連して、石英上の欠陥の有無を
知ることが必要である。その理由は石英そのものが位相
シフト素材の技術に於て重要な役割を担うようになって
いるからである。

【０００７】先の技術で典型的には、位相シフトマスク
は光を透過するので、設計上光学技術を用いて検査する
ものとされてきた。こういった光学検査技術は、今まで
の光学検査装置に限界があったので、最新の微細パター
ンが形成されたマスクの検査には、不十分である事がし
ばしば証明されている。

【０００８】上記で明らかにしたように、本発明は、主
にX 線マスク、位相シフトマスク及びウェーハを検査す
る装置一式の構造と使用法に関するものである。過去に
このような装置で電子ビームを走査をする場合の唯一の
欠陥は、マスクあるいはウェーハの既知の素材上の井戸
あるいはトレンチの深度に伴う光学的位相のずれ即ちシ
フト量を測定出来なかった点である。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明の好ましい実施例と
して荷電粒子を走査して基板を自動検査する方法及び装
置を以下に述べる。特に位相シフトマスクを検査する目
的で電子光学的ビーム生成制御塔、即ちカラムにて発生
させた電子ビームに依る手段を用いる。第一の実施例
は、基板の自動検査の為の装置及び方法であり、基板表
面に荷電粒子ビームを放射して走査する荷電粒子ビーム
生成部と、基板の上面或いは底面から生じる２次電子と
後方散乱電子を検出しそれ等の電気信号波形を得て、信
号波形に種々の解析処理を行ないマスク上のパターン要
素が「何デアルカ？」を同定する。そしてダイ・ツー・
ダイもしくはダイ・ツー・データベース法に依って欠陥
の有無を調べる。

【００１０】更に本発明の好ましい実施例として、位相
シフトマスクの井戸の深さを測定する方法及び装置を述
べる。上述したように、位相シフトマスクでは、露光の
光線に位相のずれ即ちシフトを与える井戸が重要な役割
を果す。当然ながら、井戸の深さを測定するに際しても
し欠陥があれば深度測定に支障を来たし、従ってこの課
程でも欠陥が探索され得ることは言う迄もない。

【００１１】その上、本発明は、位相シフト材料の有無
の検知のみならず、その厚さ情報をも知る事を可能にす
る。

【００１２】

【作用及び発明の効果】本発明により、荷電粒子ビーム
を用いてウェーハやX 線マスクや基板などを製造現場で
自動的に検査する検査装置を経済的に実現する事ができ
る。以下では電子ビームを用いて本発明を説明するが、
別の種類の荷電粒子ビームを用いる事もできるので、本
発明の範囲は電子ビームに限定されるものではない。

【００１３】本発明は、ウェーハ、光学マスク、X 線マ
スク、電子ビーム近接マスク、ステンシル・マスクなど
の検査に主に使用されるが、任意の物質の高速電子ビー
ム撮像に使用することができる他に、マスクやウェーハ
の製造でフォトレジストを露光するための電子ビーム書
込みにも使用することができる。

【００１４】電子ビームには、基板が絶縁体か導電体か
に応じて２つの基本的な動作モードがある。導電性であ
るか導電体で被覆されているX 線マスク、電子ビーム近
接マスク、ウェーハ・プリントの検査には主に「高電圧
モード」が用いられる。この場合、高電圧走査ビームを
使用しても基板は帯電しない。

【００１５】一方、非導電性材料層を有する製造中のウ
ェーハや光学マスクの検査には主に「低電圧モード」が
用いられる。低電圧走査ビームを使用することにより帯
電や損傷を最小にすることができる。以上の相違を除け
ば、両モードはいずれも欠陥の検出及び分類を高速で達
成する。

【００１６】現在の走査型電子顕微鏡は走査速度が非常
に遅く、その上通常の域を越えた高度の技能を有するオ
ペレータを必要とするので、経済的な観点から判断する
と、現在の走査型電子顕微鏡を使用することはできな
い。

【００１７】本発明の新規な特徴は、様々な種類の欠陥
を検出できるだけでなく、欠陥の種類を識別できること
にある。本発明では「高電圧モード」で後方散乱電子、
透過電子、２次電子の検出及び識別を同時に実行できる
ので、欠陥を即座に分類できる。例えば、X 線マスク上
の透過検出器のみにより検出される欠陥は、恐らく吸収
材料の裂け目であり、２次電子検出器では検出されるが
後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は有機粒子で
ある可能性が高く、後方散乱電子検出器により検出され
る欠陥は原子量の大きい汚染物質の可能性がある。X 線
マスク上の有機汚染物質のようなある種の欠陥はウェー
ハ上にプリントされないが、様々な種類の欠陥を識別で
きる能力は本発明の重要な利点である。

【００１８】このように本発明は、欠陥を検出すること
ができるだけでなく、それらの欠陥を識別することがで
きる。本発明ではシステムを半導体の製造に適したもの
にするために多くの技術を使用している。例えば、真空
排気速度と真空から常圧に戻す加圧速度の両者を共に制
限して気体の流れを層流の状態に保つことにより、汚染
物質の撹乱を防止している。また、これらの動作を他の
サンプルの走査と同時に実行することにより、時間を節
約している。

【００１９】この他に、タレットに6 個の電界放出源を
設けて無駄な時間を更に少なくしている。最後に、通常
オペレータの走査により実行される電子ビームの主な調
整はコンピュータにより実行されるので、比較的技能の
低い者でも本発明のシステムを使用することができる。

【００２０】

【実施例】図１には本発明の検査システム１０の全体の
ブロック図が示されている。検査システム１０はX 線マ
スク、ウェーハ、その他の基板の自動検査装置であり、
センサとして走査型電子顕微鏡を使用している。

【００２１】この検査システム１０は２種類の動作モー
ド、即ち、ダイとダイとの比較モード及びダイとデータ
ベースとの比較モードを有している。いずれのモードで
も欠陥の検出は、基板の走査により得られる電子ビーム
像を基準と比較することにより行なわれる。即ち、ダイ
とダイとの（ダイ・ツー・ダイ）比較では、同じ基板の
２つのダイからの信号を互いに比較する。ダイとデータ
ベースとの（ダイ・ツー・データベース）比較検査で
は、電子顕微鏡から得られるひとつのダイからの信号
を、そのダイの作成に使用したデータベースからの信号
と比較する。

【００２２】検査対象である基板５７はホールダに保持
され、ホールダは電子ビーム生成部２０の下方のX-Y ス
テージ２４に基板ハンドラー３４により自動的に載置さ
れる。この動作は次のようにして達成される。システム
・コンピュータ３６から基板ハンドラー３４に命令が送
られる。基板ハンドラー３４は検査対象である基板５７
をカセットからとりだし、基板５７に形成されている平
らな部分又はノッチ５９（図２ないし図３a を参照）を
自動的に検出して基板５７を適切に方向付けてから電子
ビーム生成部２０の下に装填する。

【００２３】次に、オペレータが位置合わせ用光学系２
２を介して基板５７を目視により観察しながら、基板の
位置合わせ点を決め（基板の要素パターンを任意に選択
して位置合わせ点とする）、ステージのX 軸方向への移
動が基板のパターンの検査領域のX 軸と実質的に平行に
なるようにする。これで粗い位置合わせ作業が終わる。

【００２４】粗い位置合わせ作業に引き続いて、精密な
位置合わせ作業を行なう。精密な位置合わせ作業は、オ
ペレータが電子ビームで基板を走査し、画像ディスプレ
イ４６に現われる画像を観察しながら行なう。位置合わ
せに関連するデータは総てが位置合わせコンピュータ２
１に保存される。この位置合わせコンピュータ２１は、
システム・コンピュータ３６と協調して作動し、ダイを
X,Y の両軸に添って走査するのに必要な実際の複合X,Y
動作を計算する。従って、以後同一種類の基板に関して
はオペレータが自ら位置合わせ作業をする必要はない。
基板の精密な位置合わせ作業が終了すると、検査工程が
開始される。

【００２５】電子ビーム生成部２０、位置合わせ用光学
系２２、アナログ偏向回路３０、検出器３２により、以
下に詳述するように、電子ビームの基板５７への入射、
及び２次電子や後方散乱電子や基板５７を透過する電子
の検出が行なわれる。この検出動作とデータの収集は、
電子ビーム生成部制御コンピュータ４２、ビデオ・フレ
ーム・バッファ４４、画像収集プリ・プロセッサ４８、
偏向コントローラ５０、メモリ・ブロック５２により行
なわれる。VME バス、即ち、符号２９で示すVEM1はサブ
・システム間の通信リンクとして機能する。

【００２６】基板５７の検査中のX-Y ステージ２４の位
置と移動は、偏向コントローラ５０と、メモリ・ブロッ
ク５２と、位置合わせコンピュータ２１との制御の下
で、ステージ・サーボ２６及び干渉計２８によって制御
される。

【００２７】ダイ・ツー・データベース比較モードの場
合には、意図するダイ・フォーマットを表す信号の源と
して、メモリ・ブロック５２と通信しているデータベー
ス・アダプタ５４を使用する。

【００２８】実際の欠陥検出処理は、ポスト・プロセッ
５８及び欠陥プロセッサ５６によって、メモリ・ブロッ
ク５２のデータについてなされる。ポスト・プロセッサ
５８と欠陥プロセッサ５６との間の通信は、符号３１で
示すバスVME ２を介してなされる。

【００２９】全体のシステムの走査は、イーサネット・
バス（Ethernet bus）に類似しているデータバス２３を
介して他のブロックと通信を行ないながら、システム・
コンピュータ３６、ユーザ・キーボード４０、コンピュ
ータ・ディスプレイ３８によって実行する。イーサネッ
トはゼロックス社の商標である。

【００３０】図２にはダイ・ツー・データベース比較モ
ードで検査を行なう場合の本発明の走査の軌跡が示され
ている。図２には基板５７上にダイ６４が一個だけ示さ
れている。このダイ６４には検査すべき検査領域６５が
存在する。この検査領域６５は基板５７上に重要な情報
が記録されている領域である。ダイ６４の検査に当たっ
て、X 軸方向の有効走査移動は移動するX-Y ステージ２
４によりなされ、Y 軸方向の有効走査移動は偏向により
電子ビームを図中符号６０で示した走査領域の幅と同じ
振り幅で振ることによりなされる。電子ビームがダイ６
４の右側に達すると、X-Y ステージ２４は電子ビームの
振り幅未満の距離だけY 軸方向に移動する。基板５７の
X-Y 座標系はX-Y ステージ２４及び電子ビーム生成部２
０のそれぞれのX-Y 座標系と正確に一致しないので、X-
Y ステージ２４の実際の移動と電子ビーム生成部２０の
実際のビーム偏向は、それぞれがダイ６４の走査中にX
とY の分力を有している。

【００３１】検査領域６５内を十分に検査するために、
検査は図示したように折れ曲がった軌跡６２を描いて実
行される。折れ曲がった軌跡６２のうちのX 軸方向の各
軌道は、符号６０で示した走査領域と同じ幅を有する走
査領域であり、いずれも隣接する走査領域と僅かに重な
り合っている。

【００３２】ダイ・ツー・データベース比較モードで
は、各走査領域に対応する信号が、完璧なダイの対応す
る走査領域に関するデータベース・アダプタ５４からの
シミュレーションされた信号と比較される。この処理
は、次のダイの検査に移行する前に、現在検査中のダイ
の検査領域６５の各走査領域に対して繰り返される。

【００３３】図３はダイ・ツー・ダイ比較モードで検査
する際の走査の軌跡を示すもので、基板５７としては左
から右にダイ６８、７０、６６を有しているものを例示
している。この検査モードでも、図２の例と同様に、折
れ曲がった軌跡６３を描いて検査が実行される。しか
し、この検査モードはダイ・ツー・ダイ比較モードであ
るので、X-Y ステージ２４は、走査領域毎に３個のダイ
を横切るまでX 軸方向に移動し続け、３個のダイを横切
ってから初めてY 軸方向に移動する。この比較モードで
は、ダイ６８の第１の走査工程で得られるデータはメモ
リ・ブロック５２に記憶され、この記憶データがダイ７
０の第１の走査工程中に得られるデータと比較される。
ダイ６８とダイ７０とを比較している時に、ダイ７０の
データは、ダイ６６の第１の走査工程で得られるデータ
と比較するためにメモリ・ブロック５２に記憶させてお
く。

【００３４】次に、第２の走査工程に移行する。第２の
走査工程は、戻り走査工程なので、ダイを通過する順序
は逆になり、ダイ６６の第２の走査工程により得られる
データはダイ７０から得られるデータとの比較のために
記憶され、ダイ７０から得られるデータはダイ６８の第
２の走査工程から得られるデータとの比較のために記憶
される。この走査と比較の一連の動作を繰り返して基板
５７の検査領域全体を検査する。

【００３５】多重走査統合技術により画像を得ることが
必要なこともある。この場合、各ピクセルを長い時間間
隔で露光しなければならない。従来の走査顕微鏡ではビ
ームが次のピクセルに移行する前のピクセル滞留時間が
長いゆっくりとした走査技術が通常利用されている。と
ころが、基板の検査システムでは、基板の加熱及び帯電
は好ましくないので、ピクセルの記録速度が遅いことは
望ましくない。

【００３６】多重走査を統合して十分なコントラストを
有する画像を得たり、画像の信号対雑音比を改善したり
することが必要な場合もある。信号対雑音比を改善する
には、基板の同一位置を何回か走査して得られる信号値
を各ピクセル毎に平均化する必要がある。「低電圧モー
ド」（このモードについては後出の「電子光学」の項で
詳述する。）での画像のコントラストは、電子ビームが
基板の特定のピクセルの位置に戻ってくる戻り期間にも
基板を走査することにより改善することができる。非導
電性の基板の低電圧検査でのコントラストの改善は、
「電子光学」の項で説明するように、ビームが戻ってく
る間に、特定のピクセル位置の電子を近くの領域が走査
されたときに生じる２次電子に置き換えることによって
も達成することができる。更に、熱に弱い基板材料の場
合には、ピクセル位置をビーム走査する時間に間隔を設
けてビームにより蓄積される熱を発散させるようにす
る。

【００３７】図４は本発明が採用している走査方法の例
を図式的に表したものである。この図には５１２列カケ
ルｍ（ｍは４の倍数数）行個のピクセルから成る一連の
長方形をビームの偏向により４回走査して信号を平均化
させる方法が示されている。一連の長方形の各々の中心
がステージの移動方向に沿ってm/２ピクセル個だけ移動
する。

【００３８】図４には本発明が信号の平均化、コントラ
ストの改善、熱の発散のために採用している重複フレー
ム走査技術の例が示されている。図示の例では、各ピク
セルが４回走査される。各走査ラインはY 軸方向にピク
セル数で５１２個の長さを有している。重複フレーム走
査のために、m 個の横に並んだ一連のライン１.......m
が基板上で走査される。ライン間のX 軸方向の間隔はピ
クセルの大きさに等しく設定されていて、各ラインは連
続的にX 座標が増大していく。

【００３９】図５は図４に示した走査中におけるビーム
のX 軸方向の公称偏向値を時間の関数として図式的に表
したものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向は
X 軸上の位置である。図５にはビームの偏向に使用して
いるX 軸方向の偏向システムの階段上の出力が示されて
いる。m 個のラインの走査後に、図５に示されているよ
うに、走査はX 軸方向に後退する。この偏向システムの
下で基板を移動させるステージは、ビームがX 軸方向に
後退した時に、次の走査ラインの位置が最初のｍ個のラ
インの数（ｍ/4+ １）に一致するように、X 軸方向の速
度が調整される。この例では４回繰り返して走査するの
で、ビームが５１２カケルm 個のピクセルから成る長方
形を４回走査すると、ステージは基板をX 軸方向にm 個
のピクセル幅の距離だけ移動させる。

【００４０】図６は、図４に示した走査中における基板
上のビームのX 座標を時間の関数として図式的に表した
ものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向はビー
ムのX 軸上の位置である。図６には基板上の一連の走査
ラインの各々のX 座標が時間の関数として示す。ここに
は、偏向システムの下で基板を移動させるステージと、
走査ラインを偏向領域内のX 軸方向に沿って前後に移動
させる偏向システムとの組み合わせにより、ビームが基
板上の各ラインの位置を４回走査することが示されてい
る。画像データをメモリ・ブロック５２に記録し、適切
なメモリ・アドレスからのデータを平均化することによ
り、平均化されたデータを欠陥プロセッサ５６及び位置
合わせコンピュータ２１に供給することができる。この
例では平均化の数として４を用いているが、実際に結合
する走査回数とフレーム毎のライン数ｍは、雑音の減
少、コントラストの強化、検査効率の最良の組み合わせ
を生成するように選択する。

【００４１】ステージの移動方向に垂直なY 軸方向の走
査は１回の通過により撮像に用いる走査と同じである。
ここでは走査は露出間隔t 毎にピクセル１個分D だけ進
む。５１２個のピクセルは場の走査領域を１回の通過で
撮像するには、ステージの速度を(D/ ５１２/t) に設定
して、１回走査する毎にステージがピクセル１個分だけ
進むようにする。通過を数回繰り返して撮像する場合に
は、基板からみた走査ビームも(D/ ５１２/t) ミクロン
毎秒の速度で進まなければ平方ピクセルを記録すること
ができない。１回通過する毎にn 個のピクセルを露出し
て画像を記録するには、ステージを(D/ ５１２/t) 未満
の速度でゆっくりと移動させなければならず、しかも走
査時間( ５１２*t) の間に( １- １/n)*D ミクロンだけ
余計にビームを進めて、ステージの移動方向に階段状に
走査するようにしなければならない。

【００４２】可変数m 段後に、X 軸方向の走査が後退す
る。このようにして、走査軌道は５１２* ( １- １/n)*
m の形状フレームになる。基板表面からみると、図４に
示す重複フレームのパターンになる。各画像ピクセルの
多重露出時間の間隔は( ５１２*m*t) である。m をn よ
り大きく設定しているかぎり、ピクセルの再走査の回数
及び繰り返し速度の両者を自由に変更することができ
る。画像データをメモリ・ブロック５２に記録し、適切
なアドレスからのデータを平均化することにより、平均
化されたデータをあたかも一回のゆっくりとした通過で
記録しているかのように、欠陥プロセッサ５６に供給す
ることができる。この技術の長所は、パラメータを調整
してピクセル相互の露出時間を最適にすることができる
ことである。

【００４３】図３に戻ってダイ・ツー・ダイ比較モード
をより詳細に説明する。電子ビームがダイ６８とダイ７
０の走査領域を走査すると、図１に示す３種類の検出器
３２からの信号３３が画像収集プリ・プロセッサ４８に
送られ、ここでデジタル信号に変換されてからメモリ・
ブロック５２に記憶される。ダイ６８、ダイ７０からの
両データが同時に欠陥プロセッサ５６に送られ、ここで
両データ間の重要な不一致が欠陥として指定される。次
に、欠陥プロセッサ５６からの欠陥データを蓄積して、
これがポスト・プロセッサ５８に送られ統合される。ポ
スト・プロセッサ５８は、欠陥のサイズや種々の特性を
決定し、その情報をシステム・コンピュータ３６がバス
２３を介して利用可能な状態にする。

【００４４】ダイ・ツー・データベース比較検査モード
では、システム１０は上記と同様に動作するが、メモリ
・ブロック５２が一つのダイからのデータを受信する
点、欠陥プロセッサ５６での比較のための参照データが
データベース・アダプタ５４によって提供される点が異
なっている。

【００４５】基板全体が検査されると、欠陥のリストが
欠陥の位置情報と共にコンピュータ・ディスプレイ３８
に表示される。オペレータはユーザ・キーボード４０に
よって欠陥の調査を開始できる。この命令に応答して、
システム１０は各欠陥の周囲を走査し、その像をディス
プレイ４６上に表示する。

【００４６】走査光学 主要な幾つかの素子と電子ビーム生成部２０の特別な設
計との組み合わせて、画像形成速度を約１００倍以上に
早めることができる。信号対雑音比の関係で走査速度に
は基本的制約があるので、画像形成速度を早めるにはビ
ームの電流値（beam current）を高めることが必須不可
欠である。本発明では高輝度高温放射源を用いて、広角
にわたるビームの強度を高めてビーム電流値を大きくし
ている。しかし、電子の密度が高くなるとクーロン相互
に斥力が生じてしまうので、カソードの近傍に高電界を
掛けて、ビームの径を急激に拡大させている。電子ビー
ム生成部では電荷密度を上昇させる電子の交差が生じな
いようにし、開口数を大きくしてクーロンの斥力の問題
を少なくしている。

【００４７】基板を例えば、毎秒１００メガピクセルの
高速度で走査しなければ、検出器は連続して走査した２
個のピクセルから生じる２次（リターン）電子の一時的
な識別をすることができない。これは、各ピクセルの滞
留時間に比べて到着時間にばらつきのないことが必要で
あることを意味している。

【００４８】電子がターゲットを離れたら、直ちに電子
を加速することにより、各ピクセルの到着時間のばらつ
きを少なくすることができる。このような対策により検
出器での到着時間のばらつきを約１ナノ秒以内に維持す
ることができる。逆バイアスされた高周波ショットキー
・バリア検出器を検出対象である電子の種類毎に用いれ
ば、到着時間のばらつきを更に少なくすることができ
る。ショットキー検出器は単に例として示したのであっ
て、他の種類の半導体検出器を使用してもよい。

【００４９】電子光学 電子光学サブ・システムは、機能的には走査型電子顕微
鏡に似ており、走査電子ビーム・プローブと、２次電
子、透過電子、後方散乱電子の検出素子とを基板表面の
撮像用に有している。検査中は、電子ビームが一方向に
走査され、ステージが電子ビームの走査方向に垂直な方
向に移動される。低電圧の２次電子か、高エネルギーの
透過電子あるいは後方散乱電子のいずれかがビデオ信号
の生成に使用される。生成されたビデオ信号はデジタル
化されて細長い走査領域像の形で記憶される。この電子
光学サブ・システムは、高解像度で自動的に欠陥を検出
することができるだけでなく、新旧両技術を組み合わせ
て検査に必要な解像度で雑音の少ない画像を高速に得る
ことができる。

【００５０】ビームは、典型的には、非常に高速な５マ
イクロ秒周期の鋸波掃引を使用して、５１２個のピクセ
ルからなるフィールド（１８- １００μm 幅）を走査す
る。偏向は歪みを発生することがなく、表面にほぼ垂直
なので、撮像特性は走査フィールドで一様である。

【００５１】検出効率が高いので、プローブからの電子
により生じる２次電子のほぼ総てを画像形成に使用する
ことができる。検出システムの帯域幅は、走行時間が短
いのでピクセル速度に匹敵している。２次電子は共軸で
抽出されるので、観察物体のエッジが基板上でどのよう
な方向を向いていようとも、エッジ形状の正確な画像が
得られる。

【００５２】図７は、光学システムの要素と、その機能
を理解するために必要な関連する電源を示している。電
子銃は、熱的電界放出カソード８１と、放出制御電極８
３と、アノード・アパーチャ８７を有するアノード８５
とから成る。カソード８１は、電源８９によって２０Ke
V のビーム電圧に保持されている。カソード８１の表面
の電界強度に依存する放出量は、バイアス供給源９１に
接続されている電極８３の電圧によって制御されてい
る。電極８３の電圧はカソード８１の電圧に対して負で
ある。カソード８１は電流源９３によって加熱される。
カソード８１の近くの磁気コンデンサ・レンズ９５は電
子ビームを平行にするために使用する。上部偏向器９７
は、位置合わせ（位置整合）、スチグメーション（無非
点収差）、帰線消去のために使用する。この光学系には
数個のホールからなるビーム制限アパーチャ９９が更に
設けられている。ビーム１００は対物レンズ１０４の前
に配置されている一対の静電気偏向器１０１、１０３に
より偏向されて、対物レンズ１０４の上方の一点の辺り
で揺動する。対物レンズ１０４は下部レンズ極片１０
６、中間電極１０７、上部レンズ極片１０５で構成され
ている。高電圧動作モードでは、対物レンズ１０４の上
部レンズ極片１０５及び下部レンズ極片１０６だけを用
いてプローブの焦点合わせが行なわれる。結局ビーム１
００は、はるか遠方で集束する状態で基板５７上を走査
される。従って、殆ど平行な対物レンズ１０４により再
度収束されて、１X 倍、即ち等倍に拡大されたビーム発
生源の像が形成され、これが基板５７を照射する。

【００５３】高電圧２次電子撮像モードでは、対物レン
ズ１０４により２次電子が抽出される。X-Y ステージ２
４、基板５７、下部レンズ極片１０６は電源１１１によ
って数百ボルトの負の電位にフローティングされてい
る。その結果、２次電子はこのエネルギー状態に加速さ
れて偏向器１１２、１１３を通過する。中間電極１０７
は、電源１１５によってX-Y ステージ２４に対して正に
バイアスされている。この中間電極１０７は、基板５７
を離れた電子を直ちに加速すること、及び基板の欠陥領
域から発生される２次電子を効率良く収集することに使
用される。X-Y ステージ２４と中間電極１０７との組み
合わせにより、２次電子が２次電子検出器１１７に到達
する時間のムラを実質的に除去する。２次電子はレンズ
１０４を通って再び後方に戻るので、帰還２次電子はウ
ィーン・フィルタとして機能する偏向器１１３、１１２
によって２次電子検出器１１７の方に偏向される。ここ
で、帰還ビームは２次電子検出器１１７のアノード１１
８に接続された電源１１９により高エネルギー状態に再
加速され、２次電子を増幅に充分なエネルギー・レベル
でショットキー・バリア固体検出器である２次電子検出
器１１７に衝突させる。検出器ダイオード（２次電子検
出器）１１７のアノード１１８は、電源１２１により逆
バイアスを加える。検出器ダイオード１１７からの増幅
信号は前置増幅器１２２に送られ、そこから図１の信号
３３の２次電子コンポーネントである高電圧絶縁ファイ
バ光学リンク１２６を介して画像収集プリ・プロセッサ
４８及び関連電子回路に送られる。この信号は図１で信
号３３の内２次電子に依る部分となっている。

【００５４】部分的に透明な基板を検査できるように、
透過電子検出器１２９をX-Y ステージ２４の下に設け
る。透過電子は基板５７を高エネルギーで透過するの
で、透過電子の再加速は不要である。上部電極素子１２
３、中央部電極素子１２４、下部電極素子１２７からな
る透過性電レンズにより透過電子ビームはショットキー
・バリア固体検出器である透過電子検出器１２９による
検出に適した径に広がる。上部電極素子１２３は、X-Y
ステージ２４と同じ電位に保持され、中央部電極素子１
２４は電源１１４により０ないし- ３KVに保持する。透
過電子検出器１２９からの信号は増幅器１３３により増
幅され、図１の信号３３の透過電子コンポーネントであ
るファイバ光学リンク１３５により伝送される。

【００５５】この光学システムは、１次電子とほぼ同じ
エネルギー・レベルで基板表面を離れる後方散乱電子の
収集もできるように設計されている。後方散乱電子検出
器１６０は、ビーム軸の脇に位置している検出器１１７
に類似したショットキー・バリア・ダイオード検出器で
ある。ウィーン・フィルタ偏向器として機能する両偏向
器１１２、１１３の静電気及び磁気の設定を少し偏向す
ることにより、ビームは図の左に偏向して固体検出器で
ある後方散乱電子検出器１６０に入射する。後方散乱信
号は前置増幅器１６２により増幅され、画像収集プリ・
プロセッサ４８に送られる（図１参照）。

【００５６】５００- １, ５００eVの範囲の低い電圧ビ
ームで撮像するには、対物レンズ系の素子にかなり異な
ったバイアスをかけ、別の新しい素子を２個使用しなけ
ればならない。１次ビーム電子は電源１１１で基板５
７、下部レンズ極片１０６、中間電極１０７を約- １９
Kvにフローティングすることにより対物レンズ内で減速
される。この技術により、電子ビームは経路端の近傍で
のみ減速されるので、ビームの経路全体を低ビーム・エ
ネルギーで作動させた場合に画像を劣化させる収差や電
子ビーム生成部での相互作用効果を防止することができ
る。このような構成により、上部レンズ極片１０５及び
下部レンズ極片１０６との間の減速領域で優れた集束効
果が得られる。基板の下には作動極片を一つだけ有して
いるシュノーケル・レンズ１２５を更に設けて、基板付
近に磁気集束領域を形成する。このレンズの帰還束は下
部レンズ極片１０６を通過してシュノーケル・レンズの
外殻に至る。基板の近傍では磁界が強いので、集束効果
のほかに、低エネルギーの２次電子を深部の要素パター
ンから抽出する際の助けになり、２次電子が再加速され
て対物レンズ１０４の口径内を上昇する際に２次電子が
互いに平行になる。

【００５７】低電圧撮像モードでは、約５eVで基板を離
れる２次電子は対物レンズ内で約１９KeV に加速され
る。帯電を最小に止めるには、２次電子が場のない基板
付近の短い領域を通過することが望ましい。低電圧モー
ドでは、対物レンズが中間電極１０７の電圧水準にない
と、対物レンズから漏れる磁界により基板５７の表面付
近に加速領域が形成されてしまう。低電圧モードでは、
中間電極１０７は下部レンズ極片１０６に対して負にバ
イアスされていて、電源１１５により最適な低電圧撮像
に調整することのできる無磁界領域が形成される。再加
速後に、２次電子はウィーン・フィルタ偏向器１１２及
び１１３を通過し、ここで２次電子は左側に偏向されて
高電圧モードで後方散乱撮像に使用した後方散乱電子検
出器１６０に入射する。このようにして検出された信号
は前置増幅器１６２で増幅されてウェーハの低電圧検査
用の最も重要な画像信号となる。検出器１１７及び１２
９は、いずれもこのモードでのウェーハ検査には使用し
ない。

【００５８】図８は、電子ビーム生成部２０内部及び器
板５７直下の種々の電子ビーム経路の概略図である。電
子は熱的電界放出カソード８１から半径方向に放射さ
れ、非常に小さな輝点源から発生したように見える。加
速場とコンデンサ・レンズの磁場との結合した作用によ
りビームはコリメートされて平行ビームになる。使用で
きない角度で放射された電子は電子銃のアノード・アパ
ーチャ８７により遮蔽され、使用できる角度で放射され
た電子のみがビームとしてビーム制限アパーチャ９９に
入射する。図７の上部偏向器９７でスチグメーション及
び位置合わせをすることにより、ビームは断面形状が最
終的に丸くなり、図７の素子１０５、１０６、１０７か
らなる対物レンズの中心を通過する。図７の磁気コンデ
ンサ・レンズ９５は中心が熱的電界放出カソード８１と
ビーム制限アパーチャ９９により規定される軸に一致す
るように機械的に位置づけされる。偏向により電子は図
示の経路を辿って対物レンズ１０４から放出され、走査
収束されて一点で基板に衝突する。

【００５９】走査されるビーム１００の径と電流値は、
幾つかのファクターにより決まる。ビームの流れは、放
射源からの角放射（１. ０Ma/ ステラジアン）と、ビー
ム制限アパーチャ９９により規定されるアパーチャ角と
により決まる。ビームの径は、球面収差と色収差を最小
にするために高励起（視野幅/ 焦点距離）に設計されて
いる両レンズの収差により決まる。基板５７上に投影さ
れるビームのサイズは、ほぼ半分がビームの相互作用効
果（ビームを構成している個々の電子間の反発による統
計的ぼけ）により決まるので、このような高強度ビーム
・システムではビームの相互作用が重要である。ビーム
経路を４０cmと短くし、電子源及び基板５７のそれぞれ
に比較的大きな半角のレンズを使用して、電子源と基板
５７との間で電子の交差（crossover ）が生じないよう
にすることにより、ビームの相互作用の影響を最小に抑
えることができる。前述の諸影響の均衡を保ちながらビ
ーム流をできるかぎり最大に維持できるアパーチャ径を
選択することにより、所定のビーム・スポットが得られ
る。レンズの強度を変化させてビーム源からのビームを
拡大したり縮小したりすることによってもビームのスポ
ット・サイズを変更することができるが、このようなシ
ステムでは、先ずアパーチャを使用して調整する。

【００６０】高電圧モードでは、ウィーン・フィルタ偏
向器として機能する図７の両偏向器１１２及び１１３
は、高エネルギーの走査ビーム１００に殆ど影響を与え
ないで、約１００eVの２次電子ビーム１６７を偏向す
る。ウィーン・フィルタ偏向器は（互いに直角に）電場
と磁場が交差するように配置されている静電的８極偏向
器１１２と４極磁気偏向器１１３とで構成する。帰還２
次電子は両方の場によって側方に偏向される。しかしな
がら、１次走査電子のビーム１００は反対方向に移動し
ているので、両方の場の強度を適切に選択して、ウィー
ン・フィルタ偏向器が２次電子ビーム１６７を広角に偏
向しても、１次走査ビーム１００には何等の影響も及ぼ
さないようにしなければならない。いわゆる「ウィーン
・フィルタ」は共軸抽出に効果的に使用される。２次電
子検出器１１７のアノード１１８は、再加速の間に２次
電子ビーム１６７が固体検出器である２次電子検出器１
１７のコレクタに集められ収束されるような形状をして
いる。

【００６１】図８には、透過電子と後方散乱電子の検出
経路も示されている。後方散乱電子を高電圧動作で検出
し、２次電子を低電圧動作で検出するために、両ウィー
ン・フィルタ偏向器１１２、１１３に別の動作をさせ、
これにより後方散乱電子や２次電子がシステムを上昇す
るように示されている経路を通って後方散乱検出器１６
０へ至るようにする。一部透明な基板を撮像した場合に
は、電子の中にはエネルギーを一切失わずに基板５７を
透過するものがある。このような透過電子は図７の上部
電極素子１２３及び中央部電極素子１２４を通過して、
透過電子検出器１２９に入射するが、両電極素子はレン
ズとして機能して通過電子１０８を広げるので、透過電
子は広がってから透過電子検出器１２９に入射する。高
電圧モードで透過信号を得る場合には、シュノーケル・
レンズ１２５は低電圧２次撮像に必要なレンズの場に実
質的な影響を与えずに透過電子がシュノーケル・レンズ
１２５の孔を通過できるようにする。

【００６２】基板５７、下部レンズ極片１０６、中間電
極１０７を高電圧にフロートさせる低電圧モード動作で
は、ビームの経路は類似しているが対物レンズの動作が
かなり相違している。シュノーケル・レンズ１２５が基
板５７を貫通して下部レンズ極片１０６の内部に迄達す
る磁界を発生する。電子が上部レンズ極片１０５、中間
電極１０７、下部レンズ極片１０６の辺りの磁界により
減速すると、屈折率が大きくなるので有効焦点距離が比
較的短くなる。この種の減速液浸レンズは、収差の削減
に顕著な効果を有している。液浸レンズは、今迄の放射
顕微鏡技術で使われているカソードレンズと異なりその
電極１０７を負にバイアスして基板５７の近傍に短かい
「無電界領域」を形成する。基板にバイアスをかけても
低エネルギーの２次電子が中間電極１０７の作用により
基板に戻るので、好ましくない帯電効果は中和される。

【００６３】「無電界領域」から離れた２次電子は、中
間電極１０７と上部レンズ極片１０５との間の領域で再
加速される。２次電子は電子銃から放出される２０KeV
の１次ビーム・エネルギーから基板に衝突したエネルギ
ーを引いた量にほぼ等しいエネルギーで上部レンズ極片
１０５から出てくる。対物レンズ領域では以後の経路は
１次ビームに類似しているが、２次電子は広く分散して
放出されてその角度は非常に広がっている。この２次電
子ビームは低電圧２次電子検出器１６０に向かう。この
２次電子は低電圧２次電子検出器１６０に向かう。この
検出器は、後方散乱電子検出器１６０と同じものを共有
する事が出来る。帰還２次電子ビーム１０４のエネルギ
ーは１次ビーム・エネルギーに匹敵するので、非常に強
力なウィーン・フィルタ偏向器１１２及び１１３により
偏向する必要があるが、この時１次ビーム１００の経路
に殆ど影響しないようにする事ができる。

【００６４】低電圧モードは部分的に絶縁されている基
板の検査にしばしば用いられるので、帯電を最小限に抑
える技術が重要である。２次電子（低エネルギーの２次
電子や後方散乱電子）の数と基板に入射する１次ビーム
電子の数とが等しくない場合に、絶縁領域が帯電する。
撮像対象である表面はどのような物でも微細構成及び材
料により電荷の均衡が変化する。２次電子の散乱による
エネルギー放射量は入射ビームのエネルギーに応じて変
化するが、多くの材料では２００ないし１, ５００eVの
範囲より大きく、その他の材料ではこの範囲より小さ
い。２次電子の散乱によるエネルギー放射量が２００な
いし１, ５００eVの範囲より大きい場合には、表面は正
に帯電している。

【００６５】２次電子は０から凡そ２０eVのエネルギー
範囲で基板５７の表面を離れるが、最も可能性の高いエ
ネルギー値は２. ５eVである。基板５７の表面付近の電
界を例えば中間電極１０７の電位により制御できるので
あれば、適用する電界や２次電子が基板を離れるエネル
ギーに応じて２次電子を基板から放出させたり、基板に
戻したりすることができる。例えば、約１０eVの抑制電
位壁が形成されている場合、基板５７の一点から放出さ
れる２次電子はほんの僅かだけが電位壁を越えて検出器
に入射する。

【００６６】磁界から離れる２次電子や後方散乱電子の
放出量が１次ビームの電子の量よりも多い場合には、基
板５７は正に帯電し、中間電極１０７により形成される
抑制電位壁のサイズが増大する。従って、エネルギーの
低い２次電子はほとんどが留ってしまう。表面電位は均
衡するまで正の値になっている。２次電子や後方散乱電
子の放出量が１次電子の量よりも少ない場合には、表面
は負に帯電し、中間電極１０７により形成される抑制電
位壁が低くなる。従って、低エネルギーの２次電子が大
量に放出される。表面電位は均衡するまで正の値になっ
ている。このような状況の下である期間が過ぎると表面
電位が安定する。基板の領域内に大きな電位差が生じる
ことを防止するためには、中間電極１０７を適切に調節
して平衡状態（１次電子ビームの強さが２次電子の強さ
と等しい状態）が平均して得られるようにすることが重
要である。

【００６７】微細構成及び材料の相違が２次電子のエネ
ルギー放射量に影響するので、基板の別の領域では平衡
電圧は変化する。しかしながら、平衡であれば、２次電
子の発生量は全領域で同一になる。即ち、平衡状態で撮
像した基板像にはコントラストは生じない。この問題を
回避するために、ピクセル毎の照射量を低く抑え、必要
があれば、先に述べた「多重フレーム走査」技術を用い
て再走査して、好ましい画像統計を得るようにする。

【００６８】走査の軌道間の時間を制御することによ
り、走査と走査との間に隣接領域で発生する電子により
基板を中和することができる。この技法の重要な要素
は、電界を制御する中間電極１０７と重複フレーム走査
軌道である。カソードの寿命が短くても電子銃の信頼性
を高めることができるように、電子銃は、図９に示すよ
うに、高電圧にフロートされた六角形の回転タレット１
３７上に設けられた６個のカソード制御電極アセンブリ
を有した構成にしてある。各アセンブリは回転してアノ
ード・アパーチャ８７の真上に移動して固定し、図７の
適当な電源９１と９３と電気的に接続する。

【００６９】図７でレンズの前に配置されている静電気
偏向器１０１、１０３から成る静電気偏向システムに於
て、高速度の鋸歯状波偏向電圧が発生する電界は、その
均一性を高く保つ必要がある。その構造は、モノリシッ
クなセラミックと金属の一体型の構成であり、エッチン
グに依る２０個の偏向プレートを形成している。X-Yス
テージ２４の座標系と基板５７の座標系とを一致させて
走査をするには、両ステージの各々に４個の駆動装置が
必要である。

【００７０】操作容易性の観点からシステムは、自動調
整機構とスタート時の自動調整手順を導入した。レンズ
と偏向/ スチグメーション（非点収差補正）素子と全高
電圧供給源とは、いずれも図１に示した電子ビーム生成
部制御コンピュータ４２にインターフェースされている
データ収集制御システムの制御下に置く。個別動作に必
要なそれぞれ特別な値の偏向比及び静電板電圧を調整す
るプログラムは電子ビーム生成部制御コンピュータ４２
に内蔵させた。電子銃の制御及び調整はアナログ・デジ
タル・フィードバックを使用して放射量、アパーチャ通
過量、電源供給量を設定する調整ルーチンにより修正さ
れた定格値に基づいている。

【００７１】ビームの位置合わせは、レンズの透過電流
が変化したときに偏向を除去する公知の手法を使ってい
る。この走査には２軸フレーム走査機能によって撮像さ
れる特定のテスト・サンプルを用い、位置合わせ及び検
査に必要な画像分析能力も加えた。基板の高さの変化を
補償するために自動焦点機構があり、スチグメーション
と称する収差補正を検査の前に実施するようにした。こ
れらの調整手順は、画像収集プリ・プロセッサ４８及び
関連電子回路による画像のコントラストと調和内容の解
析を行なう事に基づく。

【００７２】高電圧モードで光学系が定格状態で作動し
ている場合、本発明では２０KeV のビーム・エネルギー
でビームのスポット・サイズは３００nAで０. ０５μm
から１, ０００nAで０. ２μm まで変化する。走査速度
は、１００メガ・ピクセル/秒で撮像される５１２個の
ピクセル走査フィールドを使用して５マイクロ秒であ
る。２次電子検出器１１７のダイオード電流増幅率は、
５KeV で約１０００倍から２０KeV で５０００倍であ
る。０. ０５ミクロンのスポットを使用して１００メガ
ピクセル/ 秒で約１４％を越えるエッジ・コントラスト
のサンプルの場合には、この範囲の作動状態を越えてシ
ステム全体を作動させることができる。収集電子回路に
より複数本の走査ラインの集積化が可能なので、低コン
トラスト又は高解像度の画像を低帯域幅で記録すること
ができる。

【００７３】低電圧モードでは、上部レンズ極片１０５
までのビーム・エネルギーは２０KeV で、基板でのビー
ム・エネルギーは８００eVである。ビームの強さとスポ
ット・サイズとの関係は２５nAで０. ０５μm 及び１５
０nAで０. １μm である。走査期間と場のサイズは高電
圧モードの時と同じである。後方散乱電子検出器１６０
の増幅率は５０００倍である。０. ０５ミクロンのスポ
ットを使用して１００メガピクセル/ 秒で約２０％を越
えるエッジ・コントラストのサンプルの場合には、この
範囲の作動範囲を越えてこのシステムを作動させること
ができる。

【００７４】欠陥プロセッサ 欠陥プロセッサ５６は、ダイ・ツー・ダイ比較検査の場
合には、ダイ６８から得られる画像データをダイ７０か
ら得られる画像データと比較し、ダイ・ツー・データベ
ース比較検査の場合には、ダイ６４から得られる画像デ
ータをデータベース・アダプタ５４から得られるデータ
と比較する。欠陥プロセッサ５６のルーチン及び基本的
構成は、米国特許第4,644,172 号に開示されている欠陥
プロセッサのルーチン及び基本的構成とほぼ同じであ
る。米国特許第4,644,172 号は１９８７年２月１７日に
発行されて、本出願の出願人に壌渡されたもので、発明
者はサンドランド（Sandland）その他であり、発明の名
称は「自動ウェーハ検査システムの電子制御」である。
この米国特許では欠陥を決定するのに３つのパラメータ
を使用しているが、本発明では４つのパラメータを使用
している。

【００７５】ダイ・ツー・ダイ検査、或いはダイ・ツー
・データベース検査のどちらも、データはメモリ・ブロ
ック５２から得ているか、（位置合わせの補正をどのよ
うにして実行するかに応じて）或いは位置合わせ後に位
置合わせコンピュータ２１から得ている。データの形式
は検出器の種類毎にピクセル当たり６ビットである。欠
陥プロセッサ５６では、両データが入力される各検出器
のピクセル毎に下記の４つのパラメータが決定される。

【００７６】 a. I は、ピクセルのグレイスケール値 b. G は、グレイスケール・ピクセルの傾きの大き
さ c. P は、グレイスケール値の傾きの位相、又は向
きの角度 d. C は、局所的な傾きの輪郭の曲率 グレイスケール値は特定のピクセルに対するメモリ・ブ
ロック５２の単なる値である。傾きの大きさと傾きの方
向は次のようにして得られる。まず、ソーベル演算子の
X とY の成分を計算する。

【００７７】

【数１】 従って、傾きの大きさは

【数２】 でありその方向角度P は、P=arctan(Sy/Sx) である。

【００７８】曲率は以下のように定義される。

【００７９】

【数３】 ここで、係数aij 波状況に依存して選択されるパラメー
タの組であり、Rij は以下のように定義される。

【００８０】

【数４】 ここで、Iij は、画像のi 番目の列とj 番目の列の行に
おけるピクセルのグレイスケール値であり、aij とbkl
は経験的に得られるパラメータである。

【００８１】好ましい実施例における代表値は以下の通
りである。

【００８２】

【数５】 上述した方法で、両画像についてピクセル毎にI 、G 、
P 、C の値を求める。ダイ６８のピクセルA に関するこ
れらのパラメータがダイ７０の対応するピクセルB のパ
ラメータと比較し、更にピクセルB に隣接する８個のピ
クセルのパラメータと比較する。ピクセルA の対応する
パラメータと所定の許容誤差を越える値だけ相違してい
る場合には、両ダイの欠陥を示すフラッグがピクセルB
に付けられる。

【００８３】同様にして、ダイ７０の各ピクセルのパラ
メータがダイ６８の対応する隣接ピクセルのパラメータ
と比較され、所定の許容誤差を越えて相違しているピク
セルに欠陥を示すフラッグが付けられる。

【００８４】このアルゴリズムは、上述の米国特許第4,
644,172 号に開示されているパイプライン・ロジックで
実行することができる。行列演算は、１００メガピクセ
ル/秒の速度で欠陥データを計算できるパイプライン計
算システムに接続された応用指向の集積回路ASIC（Appl
ication Specific Integrated Circuit (ASIC)）で実行
する。

【００８５】偏向コントローラ 偏向コントローラ５０は、ダイ・ツー・ダイ比較モード
では、ダイ６８の各走査領域６０内の等距離グリッド点
に電子ビーム１００を位置付ける。このようにして得ら
れる検出器１２９、１６０、１１７の出力がダイ７０の
対応する位置における同じ検出器１２９、１６０、１１
７の出力と比較される。同様に、ダイ・ツー・データベ
ース比較モードでは、データベース・アダプタ５４から
得られるシミュレートされた画像と、ダイから得られる
２次電子検出器１１７の出力とが比較される。偏向コン
トローラ５０は、図１０を参照して以下に説明するよう
に、X-Y ステージ２４及び電子ビーム１００の位置を制
御して電子ビームの位置付けをする。

【００８６】走査領域内の第１のダイを走査する場合に
は、位置合わせコンピュータ２１の出力はゼロに設定さ
れる。第１のダイの第１の走査領域の走査中には、不整
合は生じないからである。従って、第１のダイの第１の
走査領域の走査中には、偏向コントローラ５０は電子ビ
ーム生成部制御コンピュータ４２のみから命令を受け
る。偏向コントローラ５０は、電子ビーム生成部制御コ
ンピュータ４２の命令と、X 軸及びY 軸の両干渉計２８
から得られる位置データとに基づいて、X-Y ステージ２
４の望ましい移動量を計算し、この移動量に対応する信
号をステージ・サーボ２６に送ってX-Y ステージ２４を
移動させる。

【００８７】偏向コントローラ５０は、同様にしてビー
ム１００の所望の偏向量を計算し、偏向量のデータをア
ナログ偏向回路３０に送る。X-Y ステージ２４が移動す
ると、その位置はX 軸及びY 軸の両干渉計により定常的
に監視される。所望のX-Y ステージ位置との不一致が見
つかると、この不一致に基づいて誤差信号が生成され
る。この誤差信号は偏向コントローラ５０によりステー
ジ・サーボ２６に帰還される。X-Y ステージ２４には慣
性力が作用するので、誤差が頻繁に生じると誤差信号で
はX-Y ステージの位置を修正することができない。X 軸
及びY 軸の両方向に頻繁に生じる誤差は電子ビーム１０
０の偏向により修正される。この場合、偏向コントロー
ラ５０は電子ビーム１００の偏向量を計算し、偏向量に
対応する信号をデジタル形式でアナログ偏向回路３０に
送る。

【００８８】ビーム１００がダイ６８を走査すると、グ
レイスケール値がメモリ・ブロック５２に記憶される。
電子ビーム１００がダイ７０を走査しはじめると、ダイ
７０のグレイスケール値がすぐにメモリ・ブロック５２
に記憶され、欠陥プロセッサ５６及び位置合わせコンピ
ュータ２１に送られる。位置合わせコンピュータ２１で
は、ダイ６８及びダイ７０のそれぞれからのデータを位
置合わせ（位置整合）のために比較する。位置が整合し
ていない場合には、位置整合修正信号を発生して偏向コ
ントローラ５０に送る。この位置整合信号はビーム１０
０を基板５７の正確な位置に位置付ける微調整に使用す
る。

【００８９】ダイ・ツー・データベース比較モードで
は、偏向コントローラ５０は、ダイ・ツー・ダイ比較モ
ードの場合とほぼ同様に働くが、走査領域の第１のダイ
から得られる入力画像の代わりにデータベース・アダプ
タ５４の出力が用いられる点が相違している。

【００９０】偏向コントローラ５０は、このモードでも
X-Y ステージ２４の移動量、速度、方向、電子ビームの
偏向に関するパラメータを計算し規定する。

【００９１】位置合わせコンピュータ 位置合わせコンピュータは、グレイスケール値の形式で
両デジタル画像を受信して、画像間の位置整合のずれを
ピクセルの僅かなずれとして判定する。位置合わせのた
めの計算の好ましい実施例は、米国特許第4,805,123 号
に開示されている。この特許は１９８９年２月に発行さ
れ、名称は「改良された欠陥検出機構及び位置合わせサ
ブ・システムを有するフォトマスク及びレチクルの自動
検査装置及び方法」（Automatic Photomask and Reticl
e Inspection Method and Apparatus Including Improv
ed Defect Detector and Sub-System ）である。

【００９２】この好ましい実施例では、位置整合修正信
号５１は検査領域全体に亘って連続的に計算される。こ
のようにして算出された位置整合修正信号は位置合わせ
コンピュータによりメモリ・ブロック５２からの画像の
移動又は移動及び補間（サブ・ピクセルの移動）に用い
る。あるいは、位置整合のずれが走査中に急激に生じる
ことはないものと仮定して、基板５７上の少数の特定特
徴点を選択し、選択した特徴点のみについて位置整合の
ずれを計算しても良い。この場合には、位置整合の計算
にフォース・コンピュータ社（Force Computer, Inc.）
のモデルCPU30ZBEのような単一ボード・コンピュータを
使用することができる。位置整合修正信号は位置の不整
合を減少させるために以後のデータ収集位置を逆にずら
すことにも使用できれば、メモリ・ブロック５２から欠
陥プロセッサ５６に送られる画像間のずれの判定にも使
用できる。

【００９３】アナログ偏向 アナログ偏向回路３０は、２０極プレートで構成されて
いる図７の静電偏向器１０１及び１０３用のアナログ勾
配関数を発生する。アナログ偏向回路３０の動作は図１
２に示されている。偏向コントローラ５０からのデジタ
ル信号は、勾配DAC ２３０によりアナログ電圧に変換さ
れてから勾配発生器２３２に導かれる。勾配の大きさは
DAC ２３６により制御される。サンプル及びホールド回
路２３８は勾配の開始の規定に使用され、サンプル及び
ホールド回路２４０は勾配の終了の規定に使用される。
高電圧で低ノイズのドライバが波形を増幅してダイナミ
ック・レンジが±１８０V の勾配を発生し、この勾配が
静電偏向器１０１、１０３に印加される。

【００９４】メモリ・ブロック メモリ・ブロック５２は３個の同一なモジュールから成
り、各モジュールは２次電子検出器１１７、透過電子検
出器129 後方散乱電子検出器１６０のいずれか一つに対
応している。

【００９５】図１３に概念的に示すように、メモリ・ブ
ロック５２の各モジュールは２個の先入れ先出し方式
（First In -First Out ）メモリから成る。第１の先入
れ先出し方式メモリは各検出器によりダイ６８から得ら
れる全走査領域のグレイスケール値を記憶し、第２の先
入れ先出し方式メモリは短くて、ダイ７０の数回の走査
のみに対応して各検出器により得られるグレイスケール
値を記憶する。両先入れ先出し方式メモリからの出力
は、欠陥プロセッサ５６と位置合わせコンピュータ２１
に送られる。各先入れ先出し方式メモリは１００Mhz の
速度で動作し、検出器当たり８ビットの精度で各ピクセ
ルのグレイスケール値を記憶する。

【００９６】メモリは、検出器毎に画像収集プリ・プロ
セッサ４８から並列に送られてくる８バイトを入力レジ
スタ３０２で受け取る。入力レジスタ３０２はシフト・
レジスタのように働くもので、８バイトを右に移してか
ら他の８バイトを受け取る動作を入力レジスタ３０２の
８個のセクションが一杯になるまで繰り返す。入力レジ
スタ３０２の８個のセクションが一杯になると、６４バ
イトがメモリ３０３にクロックで送られる。メモリ・ブ
ロックにはDRAM３０３を使用することができ、通常は１
２８メガバイトで賄う。

【００９７】画像捕獲の為の前置・プロセッサ 画像捕獲の為の前置・プロセッサ４８は（プリ・プロセ
ッサ）、各検出器１１７、１６０、１２９からのアナロ
グ信号を１００Mhz の速度で８ビット値にデジタル変換
し、メモリ・ブロック５２に記憶するために出力信号を
再フォーマットする。プリ・プロセッサ４８は、３個の
同一のモジュールから成り、その内の一つを図１１に示
した。各モジュールは対応する検出器からの出力を受け
取り、受け取った出力を８ビットにデジタル化し、（AD
変換器９）、多重走査積算器１１に送る。多重走査積算
器１１の目的は、同じピクセルからのグレイスケール値
を平均化してノイズを減少させることにある。ある場合
には、同一ピクセルを数回にわたって走査して得られた
結果、即ち、サンプル化して得られた結果が、そのピク
セルの平均値になる。この値をシフト・レジスタ１３に
送る。シフト・レジスタ１３は８バイトをシリアルに受
け取り、受け取った８バイトをメモリ・ブロック５２に
パラレルに送る。

【００９８】干渉計 X-Y ステージ２４はX 軸及びY 軸の位置がテレトラック
TIPS V （Teletrac TIPS V ）のようなX-Y 干渉計２８
により監視する。X-Y ステージ２４の位置は、最下位ビ
ットが約２. ５ナノメートルに対応している２８ビット
の精度で規定する。

【００９９】システム・コンピュータ 検査システム１０の全体の制御はシステム・コンピュー
タ３６によって実施する。システム・コンピュータ３６
は他の段取りタスクを含めて種々様々な一連の工程を順
序だてて実行する。ひとつながりになっている各工程は
いずれもプログラムに従って所定の時間に達成される。
数種類の一連の工程が相互に矛盾しない場合には、シス
テム・コンピュータ３６の処理能力が最大になって相互
に矛盾しない数種類の一連の工程を同時に実行する事が
できる。

【０１００】システム・コンピュータ３６が実行する作
業は、マウスやトラックボール・ポインターを備えたユ
ーザ・キーボード４０を介してか、さもなくば、遠方の
コンピュータとのデータ通信に依って実施する。局所的
な対話の場合には、コンピュータ・ディスプレイ３８に
システム・コンピュータ３６からのグラフィックやテキ
ストを表示する。

【０１０１】システム・コンピュータ３６のルーチン
は、以下の４つの通信タスクに組織化されている。

【０１０２】１）電子ビーム生成部制御コンピュータ４
２、ポスト・プロセッサ５８、基板ハンドラー３４との
通信をするマスター・タスク。

【０１０３】このタスクは、レンズの設定や、真空圧
や、ビーム流等の装置動作パラメータを記録しているフ
ァイルをシステム・コンピュータに保管する。

【０１０４】２）コンピュータ・ディスプレイ３８上の
表示を管理し、ユーザ・キーボード４０及びマウスから
の入力を扱うユーザ・インターフェース・タスク。

【０１０５】このタスクは、ユーザ・キーボード４０や
マウスからの入力に応答してデータ・ファイルを変更し
たりメッセージをシステムの他の部分に伝送して処理を
開始させたりする。

【０１０６】３）画像収集用検査領域の特徴をマスター
・タスクを介して電子ビーム生成部制御コンピュータ４
２に伝送する検査タスク。

【０１０７】４）ユーザ・キーボード４０からのコマン
ド入力を可能にするコマンド言語解釈タスク。

【０１０８】このタスクは繰り返し動作の自動スケジュ
ールを可能とするタイマーの管理もする。更に、このタ
スクは、装置の動作や動作の生じる時間が総て記載され
ているテキスト・ログファイルの生成及び更新の処理を
する。このタスクは通常サービス・エンジニアが装置を
制御する際にのみ使用する。

【０１０９】システム・コンピュータの例として、ユニ
ックス・オペレーティング・システム（UNIX operating
system ）の下で作動するサン・マイクロシステムズ社
のスパーク・プロセッサ（Sun Microsystems SPARC pro
cessor）がある。ユニックス（UNIX）はAT&T社の登録商
標である。

【０１１０】電子ビーム生成部制御コンピュータ 電子ビーム生成部制御コンピュータ、即ちカラム・コン
ピュータ４２は、自動焦点コンピュータ、真空制御コン
ピュータ、偏向指令コンピュータから成る。自動焦点コ
ンピュータについては「自動焦点システム」の項で機能
と具体例を説明し、真空制御コンピュータについては
「真空システム」の項で機能と具体例を説明する。

【０１１１】カラム・コンピュータ４２は、システム・
コンピュータ３６から指令を受ける。カラム・コンピュ
ータ４２には、フォース・コンピュータ社（Force Comp
uter, Inc.）が製造しているCPU 30ZBE のような68030
ベースの単一ボードのコンピュータを使用することがで
きる。

【０１１２】ポスト・プロセッサ ポスト・プロセッサ５８は、欠陥プロセッサ５６から、
総ての欠陥ピクセルを示すマップを検出器毎に受信す
る。ポスト・プロセッサ５８はこれらのマップを結び付
けて、欠陥毎にサイズと位置を決定し、欠陥の種類に応
じて分類する。このようにしてシステム・コンピュータ
３６にとって利用可能なデータが得られる。ポスト・プ
ロセッサ５８には、フォース・コンピュータ社が製造し
ているCPU30ZBE のような68030 ベースの単一ボードの
コンピュータを使用することができる。

【０１１３】ビデオ・フレーム・バッファ ビデオ・フレーム・バッファ４４は、ピクセル１個当た
り１２ビットで、４８０ｘ５１２個のピクセルを記憶で
きる記憶容量を有している商業的に入手可能なビデオ・
フレーム・メモリである。適切なフレーム・バッファと
してはイメージ・テクノロジー社（Image Technology I
nc。）のモデルFG100Vを挙げることができる。ビデオ・
フレーム・バッファは画像ディスプレイを１秒間に３０
回リフレッシュする。

【０１１４】画像ディスプレイ 画像ディスプレイ４６は、ソニー社のモデルPVM 1342Q
のような、商業的に入手可能なカラー・モニタである。
疑似カラー技術を用いてオペレータが画像を容易に評価
できるようにしている。疑似カラー技術は白黒画像の灰
色の濃淡値に異なる色を割り当てるものである。

【０１１５】データベース・アダプタ データベース・アダプタ５４は、ダイに形成するパター
ンの設計に使用した計算機援用設計データに基づいて各
ピクセルに対応するグレイスケールを生成する画像シミ
ュレータである。データベース・アダプタの入力装置の
典型は、集積回路のパターン形成に使用するフォーマッ
トのデジタル磁気テープである。デジタル・データは、
画像収集プリ・プロセッサ４８の出力と同じフォーマッ
トで走査領域を表す一連のピクセル・データに変換され
る。このようなデータベース・アダプタは米国特許第4,
926,489 号に既に開示されている。この特許は、１９９
０年５月発行、その名称は「レチクル検査システム」、
（Reticle Inspection System ）である。

【０１１６】基板ハンドラー 基板ハンドラー３４は、カセットから基板５７を自動的
に取り出して、取り出した基板を適切な方向に向けて基
板ホールダに載置する機能を有するものであり、半導体
産業でウェーハの搬送や取り扱いに通常使用されている
ウェーハ・ハンドラーに類似したロボット装置である。
基板ハンドラー３４は、図２及び図３に示されている平
らなノッチ５９を先ず検知する。基板ハンドラー３４
は、基板５７の回転の中心から半径方向に延びるリニア
CDD センサで光学的に、フラット５９とその方向を検知
する。基板が回転すると、リニアCDD センサの出力がデ
ジタル値に変換されて、フォース・コンピュータ社のCP
U 30ZBE のような単一ボード・コンピュータに記憶され
る。このコンピュータはフラット５９とその方向と位置
を判定する。基板５７は適切な方向を向くまで回転し、
その後、基板ホールダに自動的に載置される。基板５７
を保持した基板ホールダは、図１１の負荷エレベータ２
１０に乗る。基板ハンドラーの動作は総てシステム・コ
ンピュータ３６が制御する。

【０１１７】X-Y ステージ X-Y ステージ２４の機能とは、電子ビーム１００及び位
置合わせ用光学系２２の下で基板５７を移動させるもの
である。システムの複雑さを最小にするために、X-Y ス
テージ２４は自由度がX 軸方向及びY 軸方向の２自由度
に設定されている。即ち、X-Y ステージ２４は回転する
こともできなければ、基板５７のX-Y 面に垂直な方向に
移動することもできない。X-Y ステージはX 軸方向、Y
軸方向、斜め方向に移動できるだけである。電子ビーム
・ラスターの回転は、走査をビームの２種類の静電偏向
成分に分解し、X-Y ステージを機械的サーボによりX 軸
方向、Y 軸方向、斜め方向に移動させることにより、電
子的に達成される。対物レンズが基板の高さ方向の変化
の補償に充分な範囲の可変焦点を有しているので、Z 軸
方向の移動は不要である。

【０１１８】X-Y ステージ２４は、直線移動、直角移
動、繰り返しを非常に精密に制御できる装置である。交
差して配置されたローラ・ベアリングを使用する。勿論
X-Y ステージは真空状態でも使用でき、電子ビーム１０
０と干渉しないように非磁性体で構成する。透過電子ビ
ーム１０８がX-Y ステージ２４の下の透過電子検出器１
２９に到達できるように、X-Y ステージはオープン・フ
レームを有している。オープン・フレームは、載置プロ
セスにおいて基板５７を下からオープン・フレーム上に
載置するためにも有効である。

【０１１９】図示していない三相ブラシレス・リニアモ
ータを軸当たり２個使用してX-Y ステージ２４を駆動す
ることにより、最良のシステム機能を達成するようにし
ている。適切なリニアモータとしては、アノラッド社
（Anorad Inc。）が製造しているアノライン・モデルL1
及びL2（Anoline mod el L1 nd L2 ）を挙げることがで
きる。

【０１２０】真空システム 真空システム全体は電子ビーム生成部制御コンピュータ
４２の制御下にある。図示していないがシステムの種々
の場所には通常の圧力センサが配置されていて、圧力を
測定し、測定結果を電子ビーム生成部制御コンピュータ
４２に通知している。この電子ビーム生成部制御コンピ
ュータ４２が、検査開始時あるいは基板の載置又は取り
出し中に、必要に応じて種々の弁を順次制御する。弁の
順次制御ルーチンは、「載置動作」の項で詳しく説明す
る。真空状態が不十分で電子ビームの動作に不適切であ
る場合には、高電圧を自動的に遮断して、熱電界放射カ
ソード８１が損傷を受けるのを防止している。この動作
は、電子ビーム生成部制御コンピュータ４２、システム
・コンピュータ３６、圧力センサの組み合わせにより実
行される。同時に空気仕切弁１４５（図９と図１１）が
作動して、電子ビーム生成部２０の超高真空領域１４０
の汚染を防止する。真空システムの動作を以下に説明す
る。

【０１２１】電子銃を包含する真空は、２段式差動ポン
プを用いて達成する。充分ベーキングを行なえば、それ
以外は保守無しで永く使用に耐える。約１０のマイナス
９乗（１０**-9）トールの超高真空領域１４０は、電子
銃のアノード・アパーチャ８７により仕切り、イオン・
ポンプ１４９により排気されている。中間真空域は、約
１０のマイナス８乗トールでありイオンポンプ１４９に
て排気し主真空域１４３とアパーチャ・アッセンブリ９
９とからは、ニューマティック・バルブ（電子銃と絶縁
する為）に依って隔離する。以上の真空関連の諸要素
は、電子線の熱電界放射に最適な環境を提供する。

【０１２２】主真空域１４３はターボ・ポンプ２０４に
より真空状態に維持され、検査チャンバ２０６はターボ
・ポンプ２０８により真空状態に維持される。検査チャ
ンバ２０６は、プレートにより主要真空領域１４３から
仕切られている。このプレートには電子ビームが通過す
る小さな開孔がある。このように検査チャンバ２０６と
主要真空領域１４３とが仕切られているので、喩え検査
対象である基板が相当の蒸気圧を有するフォトレジスト
で被覆されていても、高真空状態を維持することができ
る。

【０１２３】真空システムは２個のエアロック２２４及
び２２６を有している。一方は基板５７を検査チャンバ
２０６に載置するために使用され、他方は検査終了後に
基板５７を取り出すために使用される。両エアロックは
いずれも並列に配置されている弁２１２及び２１４を介
して真空ポンプ２２０に連通している。弁２１２はエア
ロック２２４を低速で排気するためのもので、弁２１４
は大きな開口を有していて大容量を排気することができ
る。同様の機構がエアロック２２６にも設けられてい
る。この排気機構は構成が同じなので同一の参照符号で
図示してある。同じ構成の排気機構を二重に設けた目的
は、荷電粒子が排気処理により撹乱されるのを防止し、
しかもチャンバの排気や加圧に必要な時間を短くするた
めである。

【０１２４】以下に詳細に説明するように、基板５７が
エアロック２２４に載置されると、先ず低速排気の弁２
１２だけが開く。これによりチャンバ内の流速はエアロ
ック２２４の領域の荷電粒子を撹乱しないように充分に
低く維持する。チャンバ内の圧力が低下して空気流が自
由分子流領域の水準、即ち、荷電粒子がもはや撹乱され
ない領域の水準に達すると、大容積排気の弁２１４を開
いて、エアロック内に残っている空気を急速に排気す
る。同様の２段階動作が加圧処理にも使用されている。
但し、加圧処理では両エアロック２２４、２２６のそれ
ぞれについて高速及び低速の両通気用に更に別の一組の
弁２２８及び２３０を設けた。

【０１２５】載置動作 以前に説明したように、基板５７は基板ハンドラー３４
の基板ホールダに保持されて、載置エレベーター２１０
に搭載される。この時、エアロック２２４は大気圧状態
にある。エアロック２２４を低速で排気する弁212 が開
く。エアロック２２４の圧力が分子流の圧力に達する
と、大容積排気の弁214 が開き、残りの空気が排気され
る。ここでゲート弁216 が開いて、載置エレベーター２
１０はゲート弁216 を通って基板５７及び基板ホールダ
を検査チャンバ２０６にまで押し上げて、ステージ２４
に載置する。基板５７の検査が終了すると、逆の順序で
基板５７は基板収納用カセットに再び収められる。

【０１２６】或いは、基板のカセットを同様の方法でチ
ャンバに載置することもできる。チャンバに載置したカ
セットに収納されている基板の総てについて検査が終了
すると、カセットをチャンバから取出して、別のカセッ
トと交換する。

【０１２７】更に、本発明は二重エアロック構成なの
で、一方のチャンバ内である基板を検査しながら、同時
に他方のチャンバを使用して、別の基板の装着及び加圧
をしたり、減圧及びカセットを取出したりすることがで
きる。

【０１２８】自動焦点システム 電子ビーム１００は、図７に示したシステムの対物レン
ズ１０４の電流を変化させることにより収束される。基
板は必ずしも平坦ではなく、X-Y ステージ２４の表面は
電子ビーム生成部２０の軸に完璧に垂直ではないかもし
れないので、最適な焦点電流は検査領域全体にわたって
変化する。しかしこの変化はX 及びY の両軸方向の距離
の関数としては遅いので、基板５７上の数個の指定点で
最適なフォーカス電流を決定することができる。

【０１２９】検査処理の準備及び開始手続きの一工程と
して、指定点での最適なフォーカス電流の測定が行なわ
れる。このフォーカス処理は、ビームを指定点に位置付
けする工程と、基板５７の特徴のエッジに垂直な直線に
沿ってグレイスケール値を測定する工程とから成る。例
えば、フォーカス電流の１０個の異なる値に対して、デ
ジタル化されたグレイスケール値は、図示していない高
域フィルタで畳み込まれる。最良のフォーカス電流は、
高域フィルタの出力の内で最大の値に対応した電流であ
る。好ましい実施例では、以下の畳み込み係数と共に２
次微分フィルタを使用している。

【０１３０】 −４ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ −４ 最良の効果を得るには高域フィルタの出力を平滑化しな
ければならない。フォーカス・コンピュータは電子ビー
ム生成部制御コンピュータ４２の一部である。焦点の計
算は、畳み込み集積回路と数個のDSP 素子とから成る特
別な目的のハードウェアで実行される。

【０１３１】位置合わせ用光学系 位置合わせ用光学系２２は、ダイが検査チャンバに入っ
た後に、ダイの粗い位置合わせを視覚的に実行するため
に、オペレータによって使用される。サブ・システム
は、真空チャンバに面するウィンドウと、ディスプレイ
４６に表示するためのCCD カメラに画像パターンを投影
するレンズとから成る。オペレータは２個のレンズの内
の一つを選択できる。本発明では、経験により一方のレ
ンズの倍率を０. ４６に、他方のレンズの倍率を５. ８
に設定してある。基板からの汚れが光学面に付着するの
を防止するために、レンズは真空領域の外部に置かれて
いる。

【０１３２】SEM プラズマ・クリーナ 本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用
（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が蒸発して
高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏
向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表
面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビーム
の形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁
体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的
な除去は、その堆積する領域の近傍に酸化プラズマを形
成することにより達成する。酸化プラズマの形成には、
洗浄プラズマの形成のための主要なガスとして酸素を用
いる。

【０１３３】上述の洗浄機能を実行する為に、プラズマ
が必要になるので、以下では酸素を主体としたプラズマ
源を使う。図１１に依れば、弁１９３とマスフロー制御
器１９５を通して酸素供給器１９９をチャンバーの上
部、或いは下部に結合する。この時、静電容量式圧力計
１９７が圧力センサーとして働き圧力調整を実施する。
酸素はRFエネルギーと結合し易いようにその圧力を調整
しプラズマを閉込める。閉込める場所に依って対応する
励起電極を選んで酸素ガスの平均自由行程の違いを勘案
した圧力調整をするようにする。放電中のプラズマ空間
密度を厳密に制御して、その密度を電極面の持つスパッ
タ電位のすぐ下の水準に維持することにより、有機物質
のみを選択して酸化させることができる。これは高周波
で電極が自己バイアスされるのを抑え、RF電力水準と印
加電圧をを正確に制御することにより達成する。

【０１３４】さて図１５に移り、堆積物を除去する必要
のある電極等はリレー１９１を通じてRF特性を有するマ
ルチプレックス・リレー１７９に接続する。高周波電力
１７３を発振させそれを電力検波器１７５と電圧検波器
１７８を通過させて平滑化する。１７７は自動整合網で
あり（商標例はオートマッチ）平滑化出力はその電圧、
電流、位相の値を各々適当に変換して充分ななだれ電圧
を作り出す。それに依ってプラズマ放電は開始しインピ
ーダンスの整合を図ってプラズマ放電を維持させる。

【０１３５】同様に、プラズマにより符号１７１にて示
したような別の表面や電極をも洗浄することができる。
以上、数種の動作モード及び典型的なルーチンについ
て、実施例の装置に沿って説明したが、当業者であれば
以上の説明及び図面に示されている内容から種々の変更
例を施して本発明を実施できることは言うまでもない。

【０１３６】位相シフトマスクの検査 図１６に、透明石英基板５０４上に不透明なクローム層
を有する代表的な位相シフトマスク５００の断面を示
す。クローム層は、蒸着等にて石英基板に堆積する事が
できて、典型的には０. １ミクロン厚位であり、ここで
は四角のパッド形状をしていて５０６、５０８、５１０
の各番号がついている。半導体のウエーハ製造工程では
位相シフトマスク５００を使うのが望まれる。位相のず
れをシフトと称して以下に説明を続ける。位相のシフト
は、適当な大きさに作られた井戸、別名トレンチ５０２
（典型的には２５ミクロンの深さを有する）で発生す
る。トレンチは、石英基板５０４の必要な場所をエッチ
ングして形成する。

【０１３７】歴史的に言って位相シフトマスク５００
は、光学的な方法で検査を受けて来た。しかしながら、
光学手法は、半導体表面のパターン加工寸法が細かくな
ってその結果マスクのパターンのサイズが一層小さくな
る事情にある現在全く困難になった。本発明は、エレク
トロン・ビームに於て後方散乱電子と２次電子を検査時
に上手に使うので種々の位相シフトマスク及びその変形
版であっても、そのパターンの特徴を把握して検査する
事が可能である。図１６に於て位相シフトマスク５００
を電子ビームにて検査する為の準備として、アルミか金
など薄い金属の電導性の層５１２、或いは、Nagase Lt
d. 製の素材TQV501をマスク５００の全構造（上述の井
戸も勿論含む）の上に、真空蒸着法等にて堆積させる。

【０１３８】次に、電導性の層５１２を電気的にアース
（５０１）する事で電子回路が循環して閉じるようにす
る。と言うのは、後方散乱電子や２次電子は、それだけ
ではこのような役割を果たせないからである。かくして
検査時に、基板の検査点が電子ビームに依って帯電する
可能性を最小にする。位相シフトマスク５００は、当然
ながら種々の欠陥を持ち得る。例としては、無かるべき
所の余分なクローム、不必要なエッチング痕跡が石英基
板上に発生する、等々である。石英の柱状の屑が井戸に
はまる事もあるし、或いは石英表面５４４の上に広がる
場合もある。しかしながら、有ってはならないエッチン
グ痕跡は、石英基板５４０の表面の何処でも発生して不
思議でなく、クローム・パッドの下に潜って存在しても
おかしくない。

【０１３９】今、図１７を参照する。ここでは簡単化さ
れた位相シフトマスクが示されており、電子ビームが当
たっている電導層５１２の下に存在する「モノは何か
？」をユーザーが決定する事は、後方散乱電子と２次電
子に依って可能となる。図１７のモデルに於ては、本発
明の内容を簡単化して理解し易くする為、基板５００は
１本のビームが時間の経過と共に１００から１００' に
移動しそれぞれ５１６と５１６' の点を、唯一の電子ビ
ームに依って照射しているものとする。この点を明確に
する為に更に述べると、本発明の電子ビームシステム
は、カラムが一つ、従って電子ビームも一本と言う事に
なる。図の中での二本のビームが描かれているのは、唯
一の電子ビームを時間が経過する中で、基板表面の２ケ
所５１６と５１６' に夫々移動してほぼ直角に照射する
状況を示している。唯一の電子ビーム１００及び１０
０' は勿論同じであって、通常２０kVと高エネルギー状
態なので電導層５１２も、クローム層５１０も石英基板
５０４も、又剛体など何でも貫通する。クロームの分子
量は石英のそれよりも断然大きいので図でビーム１０
０'は、ビーム１００が石英５０４に貫通する程は、ク
ローム層５１０内部に深く貫通出来ない。勿論この場合
ビームのエネルギーは、各々の場合にて互いに同じとし
た場合である。図１７ではこの間の事情を各５１６と５
１６' 点にて、代表的に二つのサイズに分けてその涙滴
５２４と５２６として示し、上記理論的なビームの飛程
の差を涙滴のサイズで示している。該二点でビーム１０
０或いは１００' が電導層５１２に衝突すると通常「SE
I 電子」と称する２次電子５２８を発生する。

【０１４０】電子ビーム１００及び１００' がそれぞれ
クローム層５１０か石英層５０４に打ち込まれると一部
の衝突にあずかる電子は、散乱して後方散乱電子５３８
及び５３６になる。後方散乱電子５３６並びに５３８は
電導層５１２を後にして各々２次電子５４０及び５４２
をそれぞれ産出するので一般名称として「SE II 電子」
と呼ぶ事にする。カラムが参照されている図８では、上
に述べたように、２次電子検出器１１７が検出する各２
次電子に対応して電気信号を出力すると同様に、後方散
乱検出器１６０も電気信号を出力する。

【０１４１】高エネルギー電子ビーム１００に依る光学
マスク５００に与える打ち込み効果を示す為に、図１８
では図１６のマスク断面を図の上方に配置し、対応する
波形５４５と５４６をそれぞれ２次電子と後方散乱電子
に依るものとして示した。更に図１８で、２次電子と後
方散乱電子に依る波形５４５と５４６をそれぞれ資料５
００の断面と共に描き、各信号の波形とマスクの表面特
性間の物理関係を表現するようにした。図１８で描いた
二つの信号は、電子ビームが資料を走査する場合、それ
ぞれ２次電子と後方散乱電子の検出器１１７と１６０か
ら得られる信号の代表例である。２次電子波形５４５を
調べるとマスク５００の種々の物理特性が解かる。図に
於て、２次電子からの電気信号に以下四つの結果が現わ
れた。

【０１４２】その１の信号レベルは、５４４として示さ
れるマスク５００の平坦な領域である。その２の信号レ
ベルは、その１の信号レベルより大きくて、５０４等
（５０６、５０８及び５１２）として示されるマスク５
００がクローム層構造を有する領域である。その３の信
号レベルは、その１の信号レベルより小さくて、５０２
として示されるマスク５００上の最大幅の井戸の領域で
ある。その４の信号レベルは、その３の信号レベルより
小さくて、５１４として示されるマスク５００上の小さ
な径の井戸の領域である。

【０１４３】図で例証されてはいないが、他にも信号レ
ベルの変形は考えられる。例としては、クローム・パッ
ドの種々の厚さの薄膜、色々な径、幅、そして深さを有
する井戸群、石英表面上の柱、或いは井戸の中で上に伸
びる石英の柱等々である。２次電子波形５４５で他の特
徴は、マスク５００上でその高さが遷移する領域に対応
するパルス波５５０と５５２である。最も顕著にこれが
起こるのは、井戸５０２と５１４の縁である。２次電子
波形に見られる大きなピークは、エッチングで作られた
井戸５０２と５１４の縦壁から発生する増加する２次電
子の結果である。同様に小さなピークの信号は、クロー
ム・パッド５０６、５０８及び５１０の側壁からの２次
電子発生に依る。

【０１４４】同じく、後方散乱電子の波形５４６には、
以下の四つの結果が現われる。その１の信号レベルは、
５４４として示されるクローム構造を持たない、マスク
５００の平坦な領域である。その２の信号レベルは、そ
の１の信号レベルより大きくて、５０４等（５０６、５
０８及び５１２）として示されるマスク５００がクロー
ム層構造を有する領域である。その３の信号レベルは、
その１の信号レベルより小さくて、５０２として示され
るマスク５００上の最大幅の井戸の領域である。その４
の信号レベルは、その３の信号レベルより小さくて、５
１４として示されるマスク５００上の小さな径の井戸の
領域である。

【０１４５】更に、２次電子の例で判明したようにマス
ク５００の他に物理的な変形があればそれに応じた電気
信号のレベルを形成するであろう事が解かる。それ等の
例としては、クローム・パッドの種々の厚さの薄膜、色
々な径、幅、そして深さを有する井戸群、石英表面上の
柱、或いは井戸の中で上に伸びる石英の柱等々である。

【０１４６】その上に解かった事は、後方散乱電子の波
形がピークを示すのは井戸と平坦部間に見られる遷移領
域に於てのみである。その様な井戸の遷移領域は、井戸
５０２と５１４の端では、後方散乱の場合２次電子と比
べてそのピークは相当小さいことが解かった。更に解か
った事はクローム・パッド（５０６、５０８と５１０）
と平坦石英表面５４４との間の遷移領域では、目に見え
るピークは見られない。従って各々２次電子と後方散乱
波形をそれぞれを比較して、井戸の位置、サイズそして
形状が全て間違い無く判定可能になる。

【０１４７】井戸から散乱して発せられる後方散乱電子
の数は、井戸の深さと幅で決まるので波形５４６を使え
ば逆に井戸の深さと幅を知る事が出来る。正確にそうす
るためには、井戸の深さと後方散乱電子波形を互いに較
正する事が必要で、それには予めその深さと幅が知られ
ている井戸のサンプルを使う。さて、予めその深さと幅
が知られている井戸のサンプルに関しLambertian放射を
仮定して後方散乱電子の数を理論計算する事が出来る。
同様に、２次電子波形５４５は顕著なピークを走査の種
々な遷移点で発するのに対して、後方散乱電子の場合は
５４６は井戸の端部でのみしかピークを出さないので、
先ず後方散乱電子のピークで最初に井戸の端部を探し、
次いで２次電子波形５４５の沢山あるピークのどれが井
戸の端部に相当するかを知る。そして２次電子波形５４
５の他のピークの情報も入れて井戸の端部を高い信頼度
で決める事が出来る。その上２次電子波形５４５のレベ
ルに関して、石英基板平坦部５４４を表す第１のレベル
と井戸底の５０２に対応する第３のレベルを比べれば同
じ石英どうしであっても、第１の信号レベルの方が大い
事に着目する。そのような差異は、２次電子が井戸から
散乱する時に平坦部と比べてその比率が小さいと言う事
実から来る事は明解である。井戸からの２次電子散乱に
ついて前と同様に較正して井戸の深さを知り、同じ所で
後方散乱電子の波形信号も加えて用い二つのデータを加
重平均して各井戸の深さを決定する事が出来る。

【０１４８】上記で解かったように、マスク５００の表
面でクローム構造の方が、石英表面よりも後方散乱と２
次電子で共にその信号レベルが大きい事が結論付けられ
る。前に述べた様に分子量は、石英よりクロームの方が
大であるので当然に後方に散乱する電子の量が多いの
で、石英表面よりもっと多くのSE II 電子を発生させる
と考えて良い。その上、２次電子波形５４５、後方散乱
電子波形５４６共にエッチングされた井戸の所で上に凸
な曲線（５４８を見よ）を表す。これ等波形の特徴は、
５４４表面とエッチングで作られた井戸底の平面との違
いを識別するのに使える。かくして、欠陥を発見する為
には、検査基板の物理特性が反映さるので領域毎に２次
電子と後方散乱電子の信号波形を調査して比較をするだ
けで良い。この比較作業とは一枚のマスク基板の中で二
つ以上の同じパターンを互いに比べても良いし、同じ設
計の他のマスクで同じ所をそれぞれ比べても良い。

【０１４９】一方上に述べたように、領域毎に２次電子
と後方散乱電子の信号波形を調査して後に比較をする対
象は、マスクが作られたCADSデータベースのデータから
得られる画像であっても良い。上述のプロセスを実行す
るには、先ず２次電子と後方散乱電子の信号波形５４５
と５４６をそれぞれデジタル処理して先に述べた例と同
様にデジタル的に種々の関数処置を実行する。更には、
検査が終わった後、電導層５１２が光波長或いは他のリ
ソグラフ媒体にとって不透明の時は、生産等に不適なの
で５１２層は取除くべきである。例えばそうする場合
に、具体的に５１２の電導層が銅やアルミの時は０. ３
４ノルマルのKOH 液で、金ならKOH+I 液（ヨウ化カリに
ヨウ素を加えた液）を水３００対１に薄めた液で、又ポ
リマーなら典型的な有機溶剤で溶解して石英基板上から
それを傷めずに取り除く事が可能である。

【０１５０】検査マスクに於て、２次電子と後方散乱電
子の信号波形を出力する際に信号対雑音比を最大にする
為、電子ビーム１００のエネルギーを調整して最適化す
る事が出来る。上で見たように、図１７の包絡即ち涙滴
５２４は、クローム層５１０の中で散乱し、結果として
涙滴の深さは、クローム層５１０の厚さと近似的に一致
する。又、図１８に見られる様に、２次電子と後方散乱
電子の信号波形のレベルをクローム層と石英表面に関し
観察すると、ずっと小信号レベルにある２次電子信号の
変動と比べて、後方散乱電子波形の方がその変動は随分
と大きい。

【０１５１】マスク検査時の初期パラメーターを設定す
る際、電子ビームのエネルギー・レベルを最適化する事
が望ましい。その訳は、位相シフトマスクの正確な特性
は前もって知り得ず予想がつかないからである。同様
に、クロームの位置測定ではそんなに敏感でないが、井
戸の深さについては、ビームの異なるエネルギー・レベ
ルでその測定値の正確さが変わる為その事を考慮に入れ
る必要がある。

【０１５２】後方散乱電子を捕獲して検出する効率を上
げる為の検出器は種々ある。例えば、半導体検出器、シ
ンチレータとフォト・マルチプライアーの組み合わせ或
いは、マイクロチャンネル板では、主ビームとその後尾
が一線になるように配備する事が重要である。これらの
タイプの検出器については、Ludwig Reimer に依る文
献、"Scanning Electron Microscopy"、「走査型電子顕
微鏡」Springer-Verlag刊の181-182 と189-190 頁に詳
しい。

【０１５３】図１９は、先に図７で示した電子ビーム・
カラムに備わる対物レンズ部分であって、検査基板５０
０から発生する後方散乱電子を捕獲して検出する環状の
後方散乱検出器５６０の設置状態を本発明に於ける一例
として示す。図７との関連を上に述べたが、図１９には
低位置ポール１０６と中位置電極１０７を描き同時に後
方散乱電子が、これ等ポール１０６と電極１０７と中央
の環状開放部を通過して環状型後方散乱検出器５６０と
の具体的な位置関係を一例として示す。

【０１５４】図２０と図２１は或種の位相シフトマスク
に見られる他の構造的特徴を各々例示する。図２０の上
の部分には石英基板５０４' を有するマスク５００' の
断面が描かれ、井戸５０２' にはその開口部で各々反対
側から突き出す一対のクロームパッド５６２を表現して
いる。「突き出す」と表現したが言い方を変えれば、一
対のクロームパッド５６２はその下を「掘り込まれてい
る」のである。以下「掘り込み」をアンダーカットと称
する事とする。更に議論を進めると、石英基板５０４'
と共に、２次電子と後方散乱電子の期待される波形５４
５' と５４６' を下の方に描いてマスク断面との関連で
見せてその波形とマスク上のパターンの関係を表してい
る。勿論であるが、先に示した図１８で２次電子と後方
散乱電子の波形は、マスクの表面を含め他の種々のパタ
ーンの主なもの、例えば井戸５０２' 、との対応で既に
表示してある。この図に於て前の例と比べた相違は、２
次電子と後方散乱電子の波形５４６' と、そこに見られ
る負の方向に進むパルス５６６と５６８であって、それ
は先のアンダーカットの存在を示す。描かれていないが
一部の電子がクローム・パッド５６２を貫通し井戸５０
２' に突入して、その為そうでない場合即ちアンダーカ
ットが無い場合と比べて少ない数の２次電子と後方散乱
電子が発生する事実に基づいてこの小さな負のパルスが
発生するのである。勿論そうでない場合即ちアンダーカ
ットが無い場合とはクローム・パッドの下に石英基板が
直接接触している状態を言う。かくして、上で述べた比
較法を使えば、ここに付加された特徴的な負の波形に依
ってこの検査マスクでは、井戸の上に展びるクロームパ
ッドがあってそこにアンダーカットがあると推論する事
が出来る。

【０１５５】同じように図２１の上部に石英基板５０
４''を有するマスク５００''を表現しその表面には一対
の石英パッド５７０を置いて別の位相シフト材料の例を
提供する。前と同様に議論を進めると、マスク５００''
に於て、２次電子と後方散乱電子の期待される波形５４
５''と５４６''を下方に描いてマスク断面との関連で見
せてその波形とマスク上のパターンの関係を表してい
る。２次電子と後方散乱電子の期待される波形５４５''
と５４６''の形状は、マスク５００''の組合わせに於
て、幾つかの興味あるパルス波形を提示してくれる。全
般的には予想された事だが、石英パッド５７０付近で
は、５４４として表示した他の場所と比べより多くの２
次電子と後方散乱電子が発生する事が解かっている。上
で説明した基本的な特徴は、当然の事であるが、その場
所に於ける石英の余分な厚さの結果である。

【０１５６】２次電子と後方散乱電子の波形に関わる他
の基本的な特徴としては、５４４域に比べて石英パッド
５７０上の信号レベルがどちらの方向からそこに接近し
ても漸減する事である。同様に２次電子の波形５４５''
に関しては、石英パッド５７０上の信号レベルはその外
端部で最大になって中央に近ずくと漸減する。同様に後
方散乱電子の波形５４６''に関しては、石英パッド５７
０上の信号レベルはそのコーナー部で小さいピークを有
するが、この事を除けば、凡そ全般的には比較的に平坦
である。追加をすれば石英パッド５７０の場合、２次電
子の波形５４５''は狭くて高いパルスを作る事は無く、
井戸やクローム・パッドと異なる。それ故に図１８を用
いて先に述べた比較技術は、更に発展させて位相シフト
材料がクロームパッドか井戸かそしてアンダーカットの
有無迄自動的に判断出来る。勿論必要な位相シフト材料
の有無そのサイズと場所等々に関して全ての場合に、２
次電子と後方散乱電子の波形に依って知る事が出来る。

【０１５７】前にも述べたが欠陥の探索は単に信号即ち
波形の比較をすれば良く比較の対象は他の同じデザイン
のマスクから得られる同様な波形か或いはさもなくば、
データベースを使って予め計算した波形を使う。これ等
の比較作業では、電子信号の発生源がクローム層か石英
か井戸か或いは他の素材か異物か等に依って全て異なる
許容値を適用する。従って、例えば図１８で描写された
波形をエレクトロニクス系で判断し種々条件や状況をイ
ンプットしてやればマスク表面の構造と特徴を上述の観
察波形のみから決定する事が出来る。波形を以て欠陥等
の識別に際し考慮するのは、５５０、５５２に示したス
パイクの高さの他に５４８のような曲率であってそれは
５０２や５１４のようなトレンチを認識する。

【０１５８】上に述べたような位相シフトマスクの自動
的解析に当たっては、類似の内容であり過去に大量の研
究が成された自動波形記録計の文献が参考になる。例え
ば、ストックマン著G. C. Stockman:"A Problem-Reduct
ion Approach to LinguisticAnalysis of Waveforms"
「波形解析に於ける言語発声学的問題解決手法」,Univ.
of Maryland, Department of Computer Science, May
1977がある。このタイプのパターン認識は、ピークとか
谷のような特徴に依って見本の分析を行なう統語論的パ
ターン認識に関する文献に実例が多く見られる。さて上
記を位相シフトマスクに応用するに当たって、井戸の底
即ちトレンチ等はその波形的特徴から識別する事が可能
である。その具体的手法は、２次電子及び後方散乱電子
の低信号値域での波形に於て上に凸な曲率を観察する
事、更にトレンチの両端で見られる２次電子信号波形の
スパイクが発生する等の特徴を掴む事に依る。「パター
ン認識と画像処理ハンドブック」に収録されたLarry S.
Davis氏の著作「２次元形状表現」（"Two-Dimensional
Shape Representation"Handbook of Pattern Recognit
ion and Image Processing, Academic Press, Inc., Sa
n Diego, CA, 1986 ）の２３３から２４５頁には井戸底
の例、或いは他のパターン形状、例えば石英上の石英
（図２１）の例も上記第１０章に書かれてある方法で探
索出来る。

【０１５９】付け加えると、上記２つの文献の方法を比
較手法に使う時、違うマスクの条件に見合った許容値を
適用し、又探索された種々のパターンの組み合わせに依
存するが、被検査マスクの構造を高い信頼度で決定する
事が出来る。

【０１６０】以上本発明の色々な動作モードを典型的な
ルーチンとその装置との関連で紹介した。発明の真の意
図はもし本技術に精通している人物が、この明細書を図
面を参照しつつ精読すれば、発明の範疇内である変形例
であってここに書かれていない実施例を思い付くと思わ
れる。この事の故に、本発明の趣旨に照らして喩え特許
請求の範囲に書かれていない応用例でも本発明の真の核
心に抵触するものはこの請求範囲に含まれるものと解釈
すべきである。

【０１６１】要約すると本発明の趣旨の一は、マスク表
面を電導性にすることであり、その上に解析時にマスク
表面のトポロジーと構造素材の分子量の差異に依って形
成される２次電子及び後方散乱電子の低信号値域での波
形を解析に用いる点にその特徴がある。上記に図を用い
て種々解説をしたがマスク表面を電導性にする方法は終
了したマスクにコーティングをかける以外にも方法はあ
る。

【０１６２】他のテクニックとしては例えば、ITO （イ
ンジュームと錫の酸化物）のような電導性の透明膜をク
ローム層のパターン形成以前に塗布する方法もある。も
し上のテクニックが使われるなら、クローム・パッド形
成後パッド相互間の電導性透明膜を取り去る必要が無い
のは勿論である。この膜は電導性を有して発明の趣旨に
沿う上透明なので露光時に邪魔にならない。

【０１６３】一方、石英基板にイオン打込に依って電導
性を持たせる事は可能である。石英基板を半永久的に電
導性を持たせるメリットは、イオンビームに依るマスク
の修繕を容易にする上に、更に静電気に依る構造破壊の
ダメージを防ぐ事が出来る点にある。

【０１６４】その上で、本発明の検査技術は位相シフト
マスクのみに限定されない。本発明の説明に位相シフト
マスクの例を使い２次電子及び後方散乱電子の低信号値
域での波形を用いる手法の詳細を述べたのには確かな理
由がある。位相シフトマスクは便宜上種々の議論を提供
し易い上、バラエティーに富む表面要素を有し、検査の
完結性が高い事が知られている。位相シフトマスクは最
も複雑で種々の表面要素を含む上、普遍的な検査技術の
駆使が可能であり、これ等全て他のマスク検査に応用が
出来ると言っても過言ではない。本発明のテクニックが
多くの光学マスクの検査に適用出来るのは自明である。
或種の層が重畳されている構造、例えばスピンオン・グ
ラスと呼ぶ水性のガラスを基板上で固化して成膜させた
ガラス膜は、本発明の手法で基板やクローム膜から識別
が可能である。即わち、２次電子及び後方散乱電子を発
生してそれ等の信号波形を用いる手法が同様に使える。
更にその上、光減衰性のマスク素材の例は、電導性を有
するクロームの極薄層等があるがこれについても上記手
法で検査且つ解析が可能な事を付記する。同様に本発明
が光学マスクの一種であるプロクシミティー・マスクを
検査する上でも有効である事を付け加える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステム全体のブロック図。

【図２】ダイ・ツー・データベース比較検査に使用する
走査パターンの概略図。

【図３】ダイ・ツー・ダイ比較検査に使用する走査パタ
ーンの概略図。

【図４】幾つかの走査領域にわたって平均化された画像
を得る為の多層フレーム走査統合技術をグラフにて説明
する図。

【図５】図４に示した走査中に、電子ビームの正規のX
方向の偏向値を時間の関数としてグラフ化した図。

【図６】図４に示した走査における基板上の電子ビーム
のX 座標を時間の関数としてグラフ化した図。

【図７】電子光学的ビーム生成制御塔（カラム）及びそ
の内部の収集システムの機能素子を示す概略図。

【図８】図７に示した電子光学的ビーム生成制御塔（カ
ラム）内部、特にその収集システムと通過する１次電
子、２次電子、後方散乱電子、透過電子の経路を示す概
略図。

【図９】マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。

【図１０】本発明の位置決め制御システムのブロック
図。

【図１１】本発明の真空システムの概略図。

【図１２】本発明のアナログ偏向システムのブロック
図。

【図１３】図１に示した本発明のメモリのブロック図。

【図１４】本発明の画像捕獲の為の前置プロセッサのブ
ロック図。

【図１５】プラズマ酸化サブ・システムの電気的構成要
素を示す為に図７の電子光学的制御塔を修正して示す概
略図。

【図１６】石英基板に位相シフト発生の為の井戸をエッ
チングし且つクローム層をパターン化してその上に形成
した位相シフトマスクの断面図である。

【図１７】石英及びクロム層にて電子ビームが位相シフ
トマスク上の代表的な２ケ所を貫通し、且つ散乱する様
子を涙滴に依って示した図である。

【図１８】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と２次
及び後方散乱電子波形を共に図１６のマスク断面図と位
置合わせをして示した合成図である。

【図１９】位相シフトマスクから発する後方散乱電子を
捕獲する為に図７の電子ビーム制御塔内にて環状後方散
乱電子検出器の配置状況を図解する為に、その対物レン
ズ部分を表した略図である。

【図２０】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と２次
及び後方散乱電子波形を共にマスク断面図と位置合わせ
をして示した合成図である。ここでは特に物理的構造
は、井戸が広がってその上のクローム層にアンダーカッ
トが出来ている場合である。

【図２１】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と２次
及び後方散乱電子波形を共にマスク断面図と位置合わせ
をして示した合成図である。ここでは特に物理的構造
は、パターン化された石英層の場合である。

【符号の説明】

１０…検査システム、 ２０…電子ビームカラム、 ２１…位置合わせコンピュータ、 ２２…位置合わせ用光学系、 ２３…データバス、 ２４…X-Y ステージ、 ２６…ステージ・サーボ、 ２７…干渉計、 ２９…VME １、 ３０…アナログ偏向回路、 ３１…VME ２、 ３２…検出器、 ３３…信号、 ３４…基板ハンドラー、 ３６…システム・コンピュータ、 ３８…コンピュータ・ディスプレイ、 ４０…キーボード、 ４２…カラム制御コンピュータ、 ４４…ビデオ・フレーム・バッファ、 ４６…画像ディスプレイ、 ４６…画像捕獲前置プロセッサ、 ５０…偏向コンとローラ、 ５２…メモリ・ブロック、 ５４…データベース・アダプタ、 ５６…欠陥プロセッサ、 ５７…基板、 ５８…ポスト・プロセッサ、 ７０…ダイ、 １００…ビーム、 ５００…位相シフトマスク、 ５０１…アース、 ５０２…井戸、 ５０６…クローム・パッド、 ５１２…電導層、 ５４５…２次電子波形、 ５４６…後方散乱電子波形、 ５６２…アンダーカット付きクローム・パッド、 ５７０…石英パッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7514−4Ｍ (72)発明者 ダン・マイスバーガー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95120、サン・ホセ、モンタルバン・ドラ イブ 1507 (72)発明者 アラン・ディー・ブローディー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94303、パロ・アルト、バン・オーケン・ サークル 998 (72)発明者 ツオン − ウエイ・チェン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95129、サン・ホセ、ブラネブ・アベニュ ー 1561 (72)発明者 ジャック・ワイ・ジョー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94536、フレモント、バーリントン・テラ ス 2721 (72)発明者 ブライアン・ジェイ・グレノン アメリカ合衆国、バーモント州 05446、 コルチェスター、ダンロップ・ウエイ ３

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学マスクの表面を電導性薄膜にて被覆
   することに依り電導性マスク層を形成する為の薄膜形成
   装置と；その電導性薄膜電位を電気的に接地する為の接
   地結線手段と；電子ビームを発生させる為の電子ビーム
   源と；その電子ビームを電導性マスクの表面上に送って
   そこでビームを掃引走査する事を可能にする為の荷電粒
   子線制御筒と；電導性マスクの表面から後方散乱される
   電子を検出し、且つ電子ビームが電導表面を走査する
   間、後方散乱電子波形を出力する散乱電子検出器と；電
   導性マスク表面から２次放出される２次電子を検出し、
   且つ２次電子が電導表面を走査する間、２次電子波形を
   出力する２次電子検出器とを；具備する自動光学マスク
   検査システム。
2. 【請求項２】 請求項１に於て、該光学マスクが位相シ
   フトマスクであるシステム。
3. 【請求項３】 請求項１に於て、該薄膜形成装置が蒸着
   装置であるシステム。
4. 【請求項４】 請求項１に於て、該薄膜形成装置がスパ
   ッタ装置であるシステム。
5. 【請求項５】 請求項１に於て、メモリーを導入して該
   後方散乱電子検出器と該２次電子検出器にそれぞれ結線
   し、各々後方散乱波形と２次電子波形をメモリーに記憶
   させるように配備して成るシステム。
6. 【請求項６】 請求項１に於て、プロセッサーを導入し
   て、各々後方散乱波形と２次電子波形を査定せしめ、依
   って該マスク薄膜の特性を査定させるように配備して成
   るシステム。
7. 【請求項７】 (a) 光学マスクの表面を電導性薄膜にて
   被覆し、 (b) その電導性薄膜を電気的にアースに接地し、 (c) 次に手順(b) で述べた電導性マスク表面で電子ビー
   ムが走査するようにこれを掃引し、 (d) 手順(c) で述べた電導性マスクから発生する後方散
   乱電子波形を得る為に後方散乱電子を検出し、 (e) 手順(c) で述べた電導性マスクから発生する２次電
   子波形を得る為に２次電子を検出する手順を含む自動マ
   スク検査方法。
8. 【請求項８】 請求項７に於て、該電導性マスクを、位
   相シフトマスクとした自動マスク検査方法。
9. 【請求項９】 請求項７に於て、手順(a) は、(f) 該被
   覆薄膜を蒸着法にて製造する手順をふむ自動マスク検査
   方法。
10. 【請求項１０】 請求項７に於て、手順(a) は、(g) 該
    被覆薄膜をスパッタ法にて製造する手順を含む自動マス
    ク検査方法。
11. 【請求項１１】 請求項７に於て、更に(h) それぞれ手
    順(d) と(e) で得られた後方散乱電子波形と２次放射電
    子波形をメモリーに保管させるようにした自動マスク検
    査方法。
12. 【請求項１２】 請求項７に於て、(i) それぞれ手順
    (d) と(e) で得られた該後方散乱電子波形と該２次電子
    波形をそれぞれ査定し、更に(j) 被覆薄膜特性を査定さ
    せる手順を加える自動マスク検査方法。