JPH10197463A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度な欠陥検出性能を維持しつつ、ＭＣＰ
の寿命を向上させ、低コストで高速処理を可能とするパ
ターン検査装置を提供する。 【解決手段】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
段３と、前記試料を前記電子ビーム照射面に移動するＸ
−Ｙステージ７と、該Ｘ−Ｙステージの位置を検出する
位置検出手段９と、前記電子ビームにより照射された試
料面からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち
少なくとも１つを試料画像ビームとして検出する電子検
出器５と、前記試料画像ビームを前記電子検出器上に試
料像として結像させる投影型電子光学系４とを有する試
料のパターンを検査するパターン検査装置であって、前
記ステージの移動方向変化に応じて前記投影型電子光学
系を制御することにより前記電子検出器上に結像された
試料像を反転させて、試料面上のパターンを連続検査す
る構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ますま
すウエハ、マスクなどの試料面上の欠陥検出感度が高く
なってきている。例えば、２５６ＭＤＲＡＭのパターン
寸法０．２５μｍウエハパターン上の検出すべき欠陥の
寸法に対して０．１μｍの検出感度が必要とされてい
る。また、高検出感度化とともに検査速度の高速化をも
満足させた検査装置の要求が高まってきている。これら
の要求に応えるべく、電子ビームを用いた表面検査装置
が開発されている。

【０００２】従来、電子ビームを用いたパターン検査装
置として、例えば、特開平５−２５８７０３号公報や特
開平７−２４９３９３号公報などがある。従来技術の代
表例として、特開平７−２４９３９３号公報について簡
単に説明する。図１０は、従来のパターン検査装置の全
体構成図である。矩形電子ビームを発生させる電子銃と
四極子レンズ系とからなる１次コラム８１と試料からの
二次電子もしくは反射電子を検出する投影型二次電子検
出コラム８４とから構成されている。矩形陰極と四極子
レンズ系とをからなる電子光学系を用いたことにより、
容易に試料面８２に照射されるビーム形状を任意に形成
することができる。本装置は、適正なアスペクト比をも
つ矩形ビームにより、高検出感度で、試料全面を走査す
るための検査時間は大幅に短縮できることを特徴として
いる。

【０００３】次に、試料からの二次電子を検出する二次
電子検出系としては様々な検出系が提案されている。そ
の一例としてＭＣＰ／蛍光面／リニアイメージセンサを
用いた二次電子検出器について説明する。図１１は、従
来の二次電子検出器の断面図である。試料からの放出さ
れた二次電子は、二次電子検出コラムを通過してＭＣＰ
検出面に結像される。その後段に蛍光面７２を塗布した
ファイバプレート７３を配置し、倍増された電子群の信
号を光信号に変換され、ＭＯＳ型リニアイメージセンサ
７４で電気信号に再変換される構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、ウエハを連続的に検査する処理速度
を考えると、ステージの折り返し時間を最小にする為
に、ＴＤＩアレイＣＣＤに双方向の撮像機能のあるカメ
ラを採用する必要が出てくる。ところが、双方向のＴＤ
Ｉカメラでは、ＴＤＩの積算ライン数を可変に設定する
ことができず、積算ライン数は固定に設定しなければな
らない。これでは、装置が安定に稼働できる条件を最優
先としてＴＤＩカメラを選択しなくてはならず、積算ラ
イン数を、試料の電子ビーム照射によるダメージ特性に合
わせて最適に設定したり、装置の設置環境の善し悪し
(床振動の大小、変動磁場の大小、等)に合わせて最適化
したりする条件設定の自由度がなくなるという問題が生
じる。

【０００５】双方向の撮像が可能なＴＤＩカメラで、か
つ積算ライン数を可変にできるものを開発するには、膨
大な開発コストが発生し、ＣＣＤの内部構成も複雑にな
り、ＣＣＤの開口率も低下し、ひいてはライン積算の効
果が低くなるという問題が生じる。本発明の目的は、高
感度な欠陥検出性能を維持しつつ、ＭＣＰの寿命を向上
させ、低コストで高速処理を可能とするパターン検査装
置を提供することにある。

【０００６】

【問題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では、まず、請求項１では、試料面上に電子ビー
ムを照射する照射手段と、前記試料を前記電子ビーム照
射面に移動するＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージの
位置を検出する位置検出手段と、前記電子ビームにより
照射された試料面からの二次電子、反射電子及び後方散
乱電子のうち少なくとも１つを試料画像ビームとして検
出する電子検出器と、前記試料画像ビームを前記電子検
出器上に試料像として結像させる投影型電子光学系とを
有する試料のパターンを検査するパターン検査装置であ
って、 前記ステージの移動方向変化に応じて前記投影
型電子光学系を制御することにより前記電子検出器上に
結像された試料像を反転させて、試料面上のパターンを
連続検査することとした。

【０００７】本発明の請求項２は、請求項１に付け加
え、前記電子検出器は、ＴＤＩアレイＣＣＤとした。本
発明の請求項３では、請求項２に付け加え、前記ＴＤＩ
アレイＣＣＤは積算ライン可変型であり、前記積算ライ
ン数は検査対象試料の状態に応じて設定を可変とした。

【０００８】本発明の請求項４では、請求項１に付け加
え、前記照射手段は１次電子ビームの電流量を検査対象
試料の状態に応じて設定を可変とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の全
体構成図である。図にステージ６の位置ずれ方向を示す
座標としてＸ軸、紙面に垂直方向にＹ軸、θはＺ軸回り
の角度を示した。矩形電子ビームを形成する電子銃１と
四極子レンズ系２とからなる電子ビーム照射手段として
の一次コラム３から照射される一次照射ビーム１００に
より、試料６から二次電子１１０が発生する。試料６の
表面上から発生する二次電子１１０は、投影型二次電子
検出コラム４により捕獲され、電子検出手段としてのＭ
ＣＰアセンブリ検出器５に拡大投影される。

【００１０】ＭＣＰアセンブリ検出器５は積算ライン可
変型９６段ＴＤＩ方式ＣＣＤカメラ駆動制御手段８によ
り制御され、試料画像信号が取り出される。試料６はス
テージ７上に載置され、ステージは駆動手段によりＸ及
びＹ方向に移動可能となっており、その実際の位置Ｘ、
Ｙ及び角度θは、位置検出手段としてのレーザー干渉計ユ
ニット９により読み取り可能となっている。

【００１１】ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆
動手段がＸ−Ｙステージ７を駆動する。そのステージの
位置情報が、レーザー干渉計ユニット９からＴＤＩ方式Ｃ
ＣＤカメラ駆動制御手段８へ伝達されて、順次試料画像
がＣＰＵ１０へ供給され、ディスプレイ１２上に画像表
示されるようになっている。上述の如く構成された電子
ビームによる欠陥検査装置の動作について以下順を追っ
て説明する。

【００１２】まず始めに、積算ライン可変型ＴＤＩアレ
イＣＣＤについて簡単に説明する。第2図は、積算ライ
ン可変型９６段ＴＤＩ(Time-Delay-Integration)アレイ
ＣＣＤのブロック図である。Ｃ1〜Ｃ2048の２０４８個
のＣＣＤ画素が水平方向に並んでいるライン状のＣＣＤ
ステージが、Row1〜Row96の９６個だけ垂直方向に並べら
れている。各ＣＣＤステージ上の蓄積電荷は、外部から
供給される１垂直クロック信号により、一度に垂直方向
へ１ステージ分だけ転送されるしくみになっている。

【００１３】積算ライン数が外部からの信号により最大
の９６ラインに設定されている場合、例えばある時点で
Row96に撮像された２０４８画素の画像が、垂直方向に
１ステージ分だけ移動し、それと同期して垂直クロック
信号が与えられると、Row96に撮像されたライン画像はR
ow95に転送される。そこで同じ画像を撮像し続けるの
で、蓄積される画像の電荷は２倍になる。続けて画像が
垂直方向にさらに１ステージ分移動し、同期クロック信
号が与えられると、蓄積画像はRow94に転送され、そこ
で３倍の画像電荷を蓄積する。

【００１４】以下順々に、画像の移動に追随してRow1ま
で電荷の転送と撮像を繰り返し終わると、９６倍の画像
電荷を蓄積した結果が水平出力レジスタからシリアルに
画像データとして取り出される。以上のような動作が、
各ステージRow1〜Row96で同時に行われ、２次元の画像(2
048画素×96画素)を垂直方向に送りながら、９６倍の画
像電荷を蓄積した画像を、１ラインずつ同期して取り出
していくことが可能となる。

【００１５】外部制御により、積算ライン数を可変にす
る場合は、以下のようになる。このカメラの場合、積算
ラインは、96、48、24、12、6段の５通りが選択可能に
なっている。例えば、４８段に設定された場合は、CSS4
8で図示されているライン状の箇所で、転送電荷はカッ
トされる構造になっている。つまり４８段設定の場合、
実際に撮像に寄与するのはRow1〜Row48までに限定され
る。他の段数設定の場合は、その段数に応じて、CSS2
4、CSS12、CSS6、の箇所で転送電荷がカットされるよう
になる。

【００１６】次にＭＣＰアセンブリ検出器について説明
する。図３はＭＣＰアセンブリ検出器の構成説明図であ
る。前記投影型二次電子コラムから投影される試料画像
ビーム３６は、第１のＭＣＰ３１に入射する。第１のＭ
ＣＰ３１に入射した試料画像ビーム３６はその電流量を
ＭＣＰ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ３２を経由して
蛍光面３３に衝突する。

【００１７】その際、第１のＭＣＰ３１の入口の電位
は、投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビー
ム３６の加速電圧を、ＭＣＰの検出効率の最も良い値に
調整する為に設定される。例えば、投影試料画像ビーム
３６の加速電圧が＋５ｋＶであった場合、第１のＭＣＰ
３１の入口の電位は−４.５ｋＶに設定して減速させ、
その電子エネルギーが０．５ｋｅＶ程度になるようにす
る。

【００１８】試料画像ビーム電流量の増幅率は、第１の
ＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２の間に印可される電圧で
規定される。例えば１ｋＶ印可で１×１０⁴の増幅率と
なる。また、第２のＭＣＰ３２から出力される画像ビー
ムの拡がりをできるだけ抑制する為に、第２のＭＣＰ３
２と蛍光面３３との間には、４ｋＶ程度の電圧を印可す
る。

【００１９】蛍光面３３では電子が光子に変換され、そ
の出力画像はＦＯＰ(ファイバーオプティックプレート)３
４を通過して、前記ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したＴＤ
Ｉ方式ＣＣＤカメラ３５に照射される。蛍光面３３での
画像サイズとＴＤＩアレイＣＣＤの撮像サイズを合わせ
る為、ＦＯＰ３４では約３：１に画像が縮小されて投影
されるように、設計されている。

【００２０】以上のような機能を持つ構成要素を用い
て、実際にどのようにして試料画像がＣＰＵに取り込ま
れていくかを、以下に説明する。図４おいて、試料(ウ
エハ)４４の中の斜線で示された検査対象領域４３を検
査する場合を想定する。前記ＣＰＵの指示により、試料
４４は一定の速度で垂直方向に連続的に移動しているも
のとする。また、一次照射ビーム１００により照射され
た試料領域からのライン状画像ビーム４０は、前記ＭＣ
Ｐアセンブリ検出器に適正に拡大投影されているとす
る。

【００２１】今、図４で示されている位置から検査を開
始すると、検査対象領域４３の座標(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ20
48,Ｙ1)までの試料画像が、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのR
ow96に撮像、蓄積される。試料４４の垂直移動により、
一次ビーム照射位置が移動方向４２に一画素分移動する
と、前記レーザー干渉計ユニット８は前記ＴＤＩカメラコ
ントロールユニット９に垂直クロック信号を１つ送出す
る。

【００２２】すると、前記ＴＤＩアレイＣＣＤのRow96
に撮像された画像はRow95に転送され、次のクロックが
来るまで、(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ2048,Ｙ1)までの試料画像
は前記ＴＤＩアレイＣＣＤのRow95に、(Ｘ1,Ｙ2)から
(Ｘ2048,Ｙ2)までの試料画像はRow96に撮像される様に
なる。以下同様にして、一次照射ビーム４１のRow96が、
(Ｘ1,Ｙ96)から(Ｘ2048,Ｙ96)までの試料座標位置まで
来てその撮像を終えると、前記(Ｘ1,Ｙ1)から(Ｘ2048,
Ｙ1)までの試料画像が、ＴＤＩカメラコントロールユニ
ット９を経由して、はじめてＣＰＵ１０に出力され始め
る。次の垂直クロック信号からは、(Ｘ1,Ｙ2)から(Ｘ20
48,Ｙ2)までの試料画像がＣＰＵ１０に出力され、以下
順々に画像がＣＰＵに取得され、検査が遂行されてい
く。

【００２３】図５は、検査対象ウエハ全体から見た、検
査の流れを図示している。図中、Ｘ−Ｙステージ移動に
よる照射ビーム位置の軌跡５０に示した。この図のよう
に、１方向のステージ連続移動による検査を終えると、
次の検査ではステージの移動方向は正反対にするのが最
も処理速度が早くなる。そこで、本実施例ではＴＤＩア
レイＣＣＤの積算方向は変えられないので、投影型二次
電子検出コラム２の内部において、写像を倒立させる手
段を用いる。

【００２４】図６は、写像の正立、倒立を切り替える、
結像モードの光線模式図である。写像を倒立させるに
は、静電レンズによる結像の回数を１回多くするか、少
なくすれば良くい。その際に生じる倍率差は、十分吸収
できるようにレンズ構成をあらかじめ設計しておく。図
６Ａは、試料面上の試料像がＭＣＰ検出器面上に正立結
像するモードを概念的に説明している。カソードレンズ６
１およびトランスファーレンズ６２により、試料像はあ
る倍率でフィールドアパーチャー６５面に結像される。さ
らに後段の第一投影レンズ６３および第二投影レンズ６
４により、試料像はＭＣＰ面上に結像される。

【００２５】図６Ｂは、第一投影レンズ６３および第二
投影レンズ６４の印可電圧を変えて、結像回数を１回少
なくしている。従って、図６Ｂの結像は図６Ａの倒立し
た像となる。倍率調整は、各レンズの印可電圧を調整す
ることにより行う。以上のような方法により、双方向に
画像積算のできるＴＤＩカメラを用いなくとも、図５の
ような流れの検査が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ＴＤＩカメラでの積算
ライン数を選択可能とできるので、１次ビーム電流量を
ある程度、試料の表面状態や表面材質に合わせて最適化
することが可能となる。従って、試料の１次ビーム照射
によるチャージアップや、汚染などのダメージを、最小限
に抑えることが可能となる。

【００２７】さらに、装置に最適な画素構成、積算ライ
ン数の構成を選択できるように、ＴＤＩアレイＣＣＤお
よびカメラコントロールユニットを特別に開発しても、
単方向のＴＤＩ方式で良いので、その開発コストを大幅
に削減することができる。例えば、ＴＤＩ積算ライン数
の最大可能値は５１２ラインにできるように設計し、そ
の選択を、512、256、128、64、32、16、8、とできるよ
うにすることも容易にでき、安定かつ高速な検査を可能
とする装置を安価に開発することが可能となる。

【００２８】本発明においては、写像の倒立手段に静電
レンズの印可電圧による像倒立を用いているが、偏向器
による像回転や電磁レンズによる像回転など、他の回転
手段を用いても良いことは言うまでも無い。本発明にお
いては、試料ステージの折り返し時に写像を１８０度回
転させることが出来るので、単方向のＴＤＩカメラを使
用しても、双方向ＴＤＩカメラを採用した場合と同じ処
理速度が得られる。また、積算ライン数を可変に設定出
来るＴＤＩカメラを採用できるので、ＴＤＩカメラでの
積算ライン数と、１次電子ビーム量をケースに応じて最適
化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成概念図。

【図２】ＴＤＩ方式アレイＣＣＤのブロック図

【図３】電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器）の
構成図

【図４】パターン検査時におけるＴＤＩ方式アレイＣＣ
Ｄの動作説明図。

【図５】パターン検査時における試料ステージ動作説明
図。

【図６】写像結像モード概念説明図。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 四極子レンズ系 ３ 電子ビーム照射手段（電子銃と四極子レンズ系と
からなる１次電子コラム） ４ 二次電子検出コラム ５ 電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器） ６ 試料 ７ Ｘ−Ｙステージ ８ ＴＤＩアレイＣＣＤカメラ駆動制御手段 ９ 干渉計ユニット（Ｘ−Ｙステージ位置検出手段） １０ ＣＰＵ １１ メモリ １２ ディスプレイ １３ 遮蔽手段 １４ 電子ビーム照射手段移動機構 ３１、３２ ＭＣＰ受像部 ３３ 蛍光部 ３４ ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ） ３５ ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したカメラ １００ 一次照射ビーム １１０ 試料からの放射される電子ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料面上に電子ビームを照射する照射手
   段と、前記試料を前記電子ビーム照射面に移動するＸ−
   Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージの位置を検出する位置
   検出手段と、前記電子ビームにより照射された試料面か
   らの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち少なく
   とも１つを試料画像ビームとして検出する電子検出器
   と、前記試料画像ビームを前記電子検出器上に試料像と
   して結像させる投影型電子光学系とを有する試料のパタ
   ーンを検査するパターン検査装置であって、 前記ステージの移動方向変化に応じて前記投影型電子光
   学系を制御することにより前記電子検出器上に結像され
   た試料像を反転させて、試料面上のパターンを連続検査
   することを特徴とするパターン検査装置。
2. 【請求項２】 前記電子検出器は、ＴＤＩアレイＣＣＤ
   であることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装
   置。
3. 【請求項３】 前記ＴＤＩアレイＣＣＤは積算ライン可
   変型であり、前記積算ライン数は検査対象試料の状態に
   応じて設定を可変としたことを特徴とする請求項２記載
   のパターン検査装置。
4. 【請求項４】 前記照射手段は１次電子ビームの電流量
   を検査対象試料の状態に応じて設定を可変としたことを
   特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。