JPH11260306A - 電子ビーム検査装置およびその方法ならびに荷電粒子線応用装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板からの二次電子および／または反射電子
を高効率に、且つ高速に検出する電子ビーム検査装置を
提供する。 【解決手段】 基板表面から発生する第１の二次電子２
０２、反射電子２０４を加速、偏向し板部材７に照射し
て第２の二次電子２０３を発生させ、検出器１３と吸引
電極１４および板部材７で形成する加速・収束する電界
で小面積の検出器１３へ検出するようにし、第１の二次
電子２０２および／または反射電子２０４を小角度の偏
向によって損失なく高効率に、高速に検出することがで
き、絶縁物も含めて高速、高精度な半導体ウェハ検査が
できる電子ビーム検査装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路パターン検査
装置およびその方法ならびに荷電粒子線応用装置および
その方法に係り、特に、低加速電子を照射し、高速に画
像を取得する半導体ウェハ上のパターン検査に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの回路パターンの微細化に
伴い、電子線を用いた回路パターンの検査装置が実用化
されてきている。例えば、特開昭５９−１９２９４３号
公報に、一次電子線を減速して試料に照射し試料からの
二次荷電粒子を高速で検出しパータンの欠陥を検査する
ことが開示されている。また、特開平０９−１７１９１
公報には、直接電子を検出器へ吸引せず、一度反射板に
当てて反射板から発生した二次電子を吸引・捕捉する二
次電子検出技術について開示されている。

【０００３】さらに、また特開平５−２５８７０３号公
報および特開平６−１３９９８５号公報記載の如く、試
料の直前で高加速電子線を減速し、当該試料上で実質的
に低加速電子線として照射する手法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術に
は、以下に記述する問題点がある。 （ａ）試料基板から発生した二次電子および反射電子に
対し、リターディング電界は加速電界となる。したがっ
て、二次電子および反射電子は、高加速電子となり、検
出器の吸引電界のみで捕捉できず、ＥＸＢ偏向器で検出
器へ向け、大きな角度に偏向させる必要がある。そのた
めには、ＥＸＢ偏向器に強電磁界を印加することが必要
である。しかし、ＥＸＢ偏向器内では、偏向板の間隔以
上に電子を偏向することはできないという制限がある。
偏向板間隔は、偏向電磁界の強度に反比例するため、こ
れを大きくすると偏向電磁界が弱まることになる。偏向
器の耐圧や電源の関係から、印加電圧やコイル電流にも
限界がある。すなわち、これらのＥＸＢ偏向器自体の構
成と検出器との位置関係により、大きな角度で偏向させ
て検出器へ、高加速二次電子および反射電子を導くのは
困難であり、この傾向は、高リターディング電圧の場合
ほど顕著になる。 （ｂ）一方、少ない偏向量で検出器へ二次電子を集める
ためには、検出器を一次ビームの中心軸に近づけて設置
する必要があり、実際の構成上、当該検出器を試料から
距離を離隔して設置する必要が生じる。しかし、この場
合には、鏡体が長くなり、振動の影響などを受けて観察
精度が低下するという問題点があった。 （ｃ）また、ＥＸＢ偏向器の偏向を強力にすると、一次
電子線に収差が生じ、対物レンズで細く収束させること
が困難になるという問題もあった。この１次電子線の収
差を防ぐためには、上記の方法の他にＥＸＢ偏向器をも
う１個設置し、互いの偏向器で生じる収差を打ち消し合
う構成にする技術が知られている。しかし、このように
構成することは複雑であり、現実に高精度の観察画像を
得るためには、理想的な軸調整等が必要となるため実現
が困難である。 （ｄ）さらに、半導体検出器で高速に信号を検出するた
めには、半導体検出素子の応答速度を高める必要があ
る。前記応答速度は、素子面積に比例することが知られ
ており、必要な応答速度が決まっている場合には、逆算
して許容される素子面積を決定することができる。しか
し、高速に一次電子線を走査し試料からの二次荷電粒子
を高速検出器、いわゆる検出面積の小さい検出器で検出
する点については具体的な開示がなんら触れられていな
かった。さらに、従来の二次電子検出技術で反射板を用
いた場合でも、検出器への電子の吸引課程においても検
出領域の中心近傍へ電子を集めて捕捉することについて
は考慮されていなかった。従って、検出面積が小さい場
合には、二次電子の多数が検出領域外へ到達してしま
う。そのため、電子ビーム検査装置において、小面積の
検出領域出で高効率に二次電子を捕捉することが困難で
あった。また、試料に対する法線方向に出射される二次
電子に対し加速電界が働くため二次荷電粒子が、対物レ
ンズを通過し、電子源側方向に逃げてしまい、多数失わ
れるという問題もあった。

【０００５】本発明は、かかる従来の上記各問題を解決
するためになされたものであり、精度を落とすことな
く、高加速二次電子および反射電子を少ない偏向量で効
率よく且つ高速に検出して、絶縁物あるいは絶縁物と導
電性物質が、混在する半導体装置の製造過程における回
路パターンを、電子線により高速で安定、且つ明暗のコ
ントラストの大きい良質・高精度の画像として取得する
ことにより、その画像を自動的に比較検査して、欠陥を
誤りなく検出することができ、さらにその結果を半導体
装置の製造条件に反映し、該半導体装置の信頼性を高め
ると共に、不良率を低減させることができる電子ビーム
検査装置およびその方法ならびに荷電粒子線応用装置お
よびその方法を提供することをその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、代表的な解決手段を説明する。本発明に係る電子ビ
ーム検査装置の構成は、電子源と、前記電子源からの電
子ビームを収束して試料上を走査し照射する電子光学系
と、前記試料を保持する試料台と、前記試料からの二次
荷電粒子及び／または反射電子を偏向させる偏向器と、
前記偏向器より前記試料台側に前記二次荷電粒子及び／
または反射電子を減速させる電界を発生させる電極と、
前記試料からの二次荷電粒子／または反射電子の方向を
変える板部材と、前記板部材からの第２の荷電粒子及び
／または反射粒子を検出する当該板部材より小なる開口
部を有する検出器を具備したことを特徴とするものであ
る。

【０００７】上記構成の電子ビーム検査方法および電子
ビーム検査装置を機能的に説明する。前記基板からの二
次電子および反射電子の偏向量は、一次電子線と検出器
の間に設けられた板部材を照射させるための偏向量でよ
いので、従来より小さな角度の偏向で照射させればよ
く、そこから生じる第２の二次電子および／または反射
電子を捕捉する構成とすることができる。

【０００８】その結果、ＥＸＢ偏向器の偏向電磁界は、
従来と比べて弱い電磁界でよいことになり、ＥＸＢ偏向
器の偏向板の間隔を大きい構成とすることができる。し
たがって、一次電子線の収差量および偏向板への衝突に
よる二次電子および反射電子の損失が低減される。さら
に、板部材で発生する電子の内、特に二次電子は、０〜
５０ｅＶ程度の低エネルギーであるので、数ｋＶの電圧
が印加された検出器の吸引電圧により高い収率で捕捉す
ることができる。

【０００９】さらに、この板部材を二次電子発生効率が
高い材質で構成することにより、基板からの二次電子よ
りもさらに多くの第２の二次電子を発生させることがで
きるので、検出器に捕捉される二次電子の個数は多くな
り、さらなる二次電子検出効率向上を図ることができ
る。

【００１０】さらにまた、検出器と板部材が形成する電
界を板部材からの発生電子を収束させる所望の電界とな
るように、板部材の位置、形状と検出器周辺構造の位
置、形状等を最適化させることにより、板部材より小面
積な検出器の検出領域に、電子を高効率に捕捉すること
ができ、応答速度の速い検出を行うことができる。すな
わち、検出器の設置位置や印加電圧等の諸条件を現状と
同程度にしたまま検出速度と検出効率を向上させること
ができる。

【００１１】これらの機能を備えた構成により、検出速
度および二次電子の検出効率が高く、高コントラストで
且つ高精度の信号を得て絶縁物を含む半導体基板の鮮明
で安定な画像を取得でき、高速で正確な半導体パターン
の欠陥検査が可能な電子ビーム検査装置とその方法を構
成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子ビーム検
査装置の実施の形態を図１ないし図５により説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム検査装置
の説明図、図２は、一般的な半導体素子の製造プロセス
フローの説明図、図３は、図１の電子ビーム検査装置の
部分拡大構成図、図４は、図１の電子ビーム検査装置の
部分拡大図、図５は、本発明の他の一実施形態に係る電
子ビーム検査装置の説明図である。

【００１３】まず、初めに、半導体装置の検査と製造工
程の関係について説明する。半導体装置の製造プロセス
は、図２に示すように、多数のパターン形成工程を繰り
返している。前記パターン形成工程は、概略、成膜・感
光レジスト塗布・感光・現像・エッチング・レジスト除
去・洗浄の各ステップにより構成されている。この各ス
テップにおいて、製造条件が最適化されていないと、半
導体装置の回路パターンが正常に形成されない。

【００１４】例えば、図２の成膜工程で異常が発生する
とパーテイクルが発生し、ウェハ表面に付着し、孤立欠
陥等が生じる。また、レジスト塗布後感光時に、焦点や
露光時間等の条件が最適でないと、レジストに照射する
光の量や強さが多すぎる箇所や足りない箇所が発生し、
ショートや断線、いわゆるパターン細りを伴うことにな
る。露光時のマスク・レチクル上に欠陥があると、同様
のパターンの形状異常が発生しやすい。また、エッチン
グ量が最適化されていない場合およびエッチングの途中
で生成された薄膜やパーテイクルにより、ショートや突
起、孤立欠陥を始めとし、開口不良等も発生する。洗浄
時における乾燥時の水切れ条件により、パターン角部そ
の他の箇所に異常酸化を発生しやすい。

【００１５】したがって、ウェハ製造プロセスでは、こ
れらの不良が発生しないよう加工条件を最適化する必要
があると共に、異常発生を早期に検出し、当該各工程に
フィードバックし、不良原因を除去する必要がある。そ
こで、本実施形態では、図２に示したｎ番目のパターン
形成工程におけるレジスト感光・現像後に検査を適用す
る例について記載する。以下、上記の不良を検出するた
めの検査方法および検査装置の概要について述べる。

【００１６】本発明に係る電子ビーム検査装置の基本構
成は、回路パターンの形成された基板から発生する二次
電子および反射電子を高速且つ効率よく検出し、画像信
号化して高精度の回路パターン検査を実行することを目
的とするようにしたものであり、前記二次電子および反
射電子を検出器以外の板部材に照射し、そこから生じる
第２の二次電子または反射電子を収束させて吸引し、検
出器で捕捉するようにしたものである。これにより、上
記（ｂ）に述べた如く、検出器を試料から離隔する必要
がなく、試料表面で発生した二次電子および反射電子を
高速、且つ小さい角度の偏向で損失なく有効に検出する
ことができ、コントラストの大きい電子線による比較検
査画像を取得することができる。

【００１７】〔実施の形態 １〕図１を参照して、本発
明の一実施形態を説明する。電子ビーム検査装置（以
下、検査装置という）は、大別して電子光学系１０１、
試料室１０２、制御部１０３、画像処理部１０４より構
成されている。前記電子光学系１０１は、電子銃１、電
子線引き出し電極２、コンデンサレンズ３、ブランキン
ク゛用偏向器４、走査偏向器５、絞り６、シールドパイ
プ７、ＥＸＢ偏向器８、対物レンズ９より構成されてい
る。

【００１８】前記試料室１０２は、Ｘ−Ｙステージ１
１、回転ステージ１２、光学式高さ測定器２６、位置モ
ニタ用測長器２７より構成されており、また２次電子検
出器１３が対物レンズ９の上方にあり、二次電子検出器
１３の出力信号は、プリアンプ２１で増幅され、ＡＤ変
換器２２によりデジタルデータとなる。

【００１９】前記画像処理部１０４は、遅延回路３１
と、画像記憶部３０ａ、ｂ、演算部３３、欠陥判定部３
４より構成されており、前記ＡＤ変換器２２からのデジ
タルデータを取り込んで電子線画像及び光学画像はモニ
タ３２に表示される。

【００２０】前記制御部１０３は、予め、電子線発生時
の加速電圧・電子線偏向幅・偏向速度・試料台移動速度
・検出器の信号取り込みタイミング等の条件が入力され
ており、該入力値にしたがい、検査装置各部への動作命
令およびその動作条件を制御する。また、該制御部１０
３は、光学式高さ測定器２６、位置モニタ用測長器２７
の信号から電子線位置の補正信号を生成し、該電子線が
常に正しい位置に照射されるように対物レンズ電源２５
や、走査信号発生器２４に補正制御回路２８から前記補
正信号を発信する。

【００２１】電子銃１には、拡散補給型の熱電界放出電
子源を用い、これにより明るさの変動の少ない比較検査
画像が得られ、かつ電子線電流を大きくすることができ
るので高速な検査が可能となる。電子線２０１は、引出
電極２に電圧を印加することで電子銃１から引き出され
る。電子線２０１の加速は、前記電子銃１に高圧の負の
電位を印加することでなされる。

【００２２】これにより、電子線２０１は、当該電子線
の電位に相当するエネルギー、例えば、本実施形態で
は、１２ＫｅＶで試料台１１の方向に進み、コンデンサ
レンズ３で収束され、さらに対物レンズ９により、細く
絞られＸ−Ｙステージ１１の上に搭載された被検査基板
１０（ウェハあるいはチップ等）に照射される。被検査
基板１０には高圧電源２３により負の電圧（以下、リタ
ーディング電圧という）を印加できるようになってい
る。

【００２３】被検査基板１０とＥＸＢ偏向器８の間には
接地電極２９を配設し、該接地電極２９と基板１０との
間にリターディング電界を形成させる。前記基板１０に
接続した高圧電源２３を調節することにより、被検査基
板１０への電子線照射エネルギーを最適値に容易に調節
することができる。

【００２４】本実施形態では、リターディング電圧とし
て、基板１０には、−１１．５ｋＶ〜−３ｋＶの電位を
印加する。画像形成には、ＸＹステージ１１を静止させ
電子線２０１を二次元に走査する方法と、電子線２０１
は一次元のみ走査し、走査方向と略直交する方向にＸＹ
ステージ１１を連続的に移動する方法のいずれかを選択
できる。ある特定の場所のみを検査する場合には、ステ
ージ１１を静止させて検査し、被検査基板１０の広い範
囲を検査するときは、ステージ１１を連続移動して検査
すると効率よく検査をすることができる。

【００２５】被検査基板１０の画像を取得するために
は、細く絞った電子線２０１を該被検査基板１０に照射
し、二次電子２０２および反射電子２０４を発生させ、
これらを電子線２０１の走査およびステージ１１の移動
と同期して、検出することにより被検査基板表面の画像
が得られる。

【００２６】本実施形態で述べるような自動検査では一
般的に検査速度が速いことが必須となり、したがって、
通常のＳＥＭのようにｐＡオーダのビーム電流を低速で
走査したり、複数回の走査は行わないようにする。そこ
で、通常のＳＥＭに比べ、約１００倍以上の、例えば１
００ｎＡの大電流電子線を一回のみの走査により、画像
を形成する構成とした。

【００２７】このようにして、一枚の画像は、１０００
×１０００画素で、１０ｍｓｅｃで取得するようにし
た。画像信号には、前記遅延回路３１で一画像分の遅延
をかけて保持し、次の画像の取り込みと同期させて前記
遅延画像との比較評価を行い、回路基板１０上の欠陥探
索を行うようにした。

【００２８】上記被検査基板１０の画像を取得するため
の二次電子の発生過程について一般的な説明をする。一
次電子線２０１は、固体に入射すると内部に進入しなが
ら、それぞれの深さにおいて殻内電子を励起してエネル
ギーが失われていく。また、それと共に、一次電子線
で、該一次電子線の後方に散乱された反射電子が、やは
り固体内で電子を励起させながら、表面へ向かって進む
現象が生じることになる。

【００２９】これらの複数の過程を経て、殻内電子は、
固体表面から表面障壁を越えて二次電子となって０〜５
０ｅＶのエネルギーを持って真空中へ出る。一次電子線
と固体表面のなす角が浅い場合ほど、一次電子線の進入
距離とその進入位置から固体表面までの距離との比が小
さくなり、二次電子が表面から放出されやすくなる。し
たがって、二次電子の発生は、一次電子線と固体表面の
角度に依存しており、二次電子発生量が試料表面の凹凸
を示す情報となる。

【００３０】前記反射電子は、一次電子線が最表面の原
子に衝突してほとんどエネルギー損失なしに反射してく
る電子であり、試料表面の凹凸および試料を構成する元
素の平均原子番号の違いにより発生量が異なる。これら
の二次電子２０２と反射電子２０４をＥＸＢ偏向器８で
偏向し、反射板３００に衝突させる。

【００３１】図３には、反射板３００、検出器１３およ
び電子光学系の一部分の拡大した状態が示されている。
一次電子線２０１は、試料基板１０へ照射され、まず第
１の二次電子２０２を発生させる。第１の二次電子２０
２は、基板１０に印加されたリターディング電圧により
１１．５ｋＶ〜３．５ｋｅＶに加速される。それと共
に、対物レンズ９、ＥＸＢ偏向器８により収束、偏向さ
れ、反射板３００へ衝突する。この反射板３００は接地
されている。該ＥＸＢ偏向器８は、前記一次電子線２０
１に対しては電界と磁界による偏向量が互いに打ち消し
合い、前記二次電子２０２に対しては、両者の重ね合わ
せで電子を偏向させる偏向器である。

【００３２】ここで、図４を参照して、前記反射板３０
０を説明する。図示する如く、該反射板３００は、一次
電子線２０１への周囲電界からの影響を遮蔽するための
シールドパイプ７と一体的な板部材とし、該板部材の紙
面に平行な断面の二次電子検出器１３への対向面を楕円
球の曲面形状となるように構成した。

【００３３】基板１０（図４では図示せず）からの二次
電子２０２、反射電子２０４を損失なく照射させるため
に一次ビームの中心軸の周囲のビーム通過孔は、０．５
ｍｍφとした。さらに、ＥＸＢ偏向器８の中央の点から
中心軸に対して上方への見込み角０．５度〜１５度の偏
向範囲で該上方に出射する二次電子２０２または反射電
子２０４をカバーできるように、該反射板３００の位置
と面形状を構成した。

【００３４】前記反射板３００の材質は、ＣｕＢｅＯ
で、照射電子数の約５倍の二次電子を放出させる構成と
した。該反射板３００からは、０〜５０ｅＶのエネルギ
ーを持つ第２の二次電子２０３および反射電子が発生す
る。この第２の二次電子２０３は、検出器１３と該検出
器１３の前面に配設した吸引電極１４により生成される
吸引電界によって検出器１３の受光面へ吸引される。

【００３５】本実施形態では、前記検出器１３としてＳ
ｉの半導体検出器を用い、検出器１３および検出回路系
全体を＋９ｋＶにフローティングし、前記吸引電極１４
は０Ｖ、前記検出器１３の有効検出面積は４ｍｍ²とし
て構成した。該吸引電極１４は、検出器１３の正面に径
７ｍｍφの開孔を有し、第２の二次電子の吸引電界を検
出器１３の前面で集中させて形成する構成としたもので
ある。前記吸引電界の等電位線Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３・・・
が図４に示されている。

【００３６】本実施形態では、例えばビーム２０１の初
期加速を１２ｋＶ、リターディング電圧を−１１．５ｋ
Ｖとして動作させた場合、発生する二次電子２０２と反
射電子２０４は、エネルギーにおいて５００ｅＶ程度の
違いがあり、ＥＸＢ偏向器８においてそれぞれのエネル
ギーに応じて、概略１．０３：１の角度比で偏向され
る。したがって、この場合には前記二次電子２０２と前
記反射電子２０４を、同時に反射板３００へ当てる偏向
が可能である。

【００３７】一方、リターディング電圧が−３ｋＶであ
る場合には、二次電子２０２と反射電子２０４のエネル
ギーは、９ｋＶ程度の差がありおよそ３：１の偏向角度
比が生じる。しかし、この場合にも例えば二次電子２０
２を５度、反射電子２０４を１．７度程度に偏向すれ
ば、両者を反射板に当てることができる。もちろん、ど
ちらの場合にも、反射板３００両端部近傍を利用して反
射電子２０４または二次電子２０２のみを当てる偏向も
可能である。すなわち、ＥＸＢ偏向器８の偏向量の簡単
な調節によって、基板１０表面の組成情報と凹凸情報、
あるいはこれらの重ね合わせられた画像を取得すること
ができる。

【００３８】本実施形態では、第１の二次電子２０２を
ＥＸＢ偏向器８で検出器１３の設置側へ約５度偏向させ
る構成としたのでＥＸＢ偏向器８に印加させる電圧およ
び磁界ならびに電極の間隔は、リターディング電圧１
１．５ｋＶのとき、それぞれ３５Ｖ、１．０Ｅ−６Ｔ、
１０ｍｍであった。この電磁界は、リターディング電圧
に連動して変化させることができる。

【００３９】以上のように、小角度偏向とリターディン
グ電圧による加速、レンズ９による収束により第１の二
次電子２０２が、該ＥＸＢ偏向器８を通過する際に、Ｅ
ＸＢ偏向器の偏向板の内壁に衝突して失われる確率は、
最大でも５％以下とすることができた。

【００４０】次に電子の検出工程について説明する。試
料基板１０からの二次電子２０２、反射電子２０４が反
射板３００に衝突しそれぞれの位置から第２の二次電子
２０３および反射電子が発生する。本例では反射板３０
０からの二次電子２０３を主に捕捉するよう反射板３０
０と検出器１３の位置および形状を最適化した。

【００４１】第２の二次電子２０３は、二次電子２０２
および２０４の反射板３００の照射位置上で法線方向を
中心として−９０度〜９０度に角度分布を持って発生
し、反射板３００近傍の電界により加速される。当該反
射板３００の二次電子２０２および２０４の反射面の形
状は、楕円球状であり、どの位置からも前記反射面の法
線が、楕円の中心近傍へ集まるように構成してあるので
この中心近傍に前記検出器１３の検出領域の中心を配置
した。その結果、面積４ｍｍ²と小さい検出素子であっ
ても二次電子２０３の９０％以上を捕捉することができ
た。

【００４２】なお、第１の二次電子２０２が、反射板３
００に当たる角度が当該反射板に対して浅い角度となる
ように動作させ、二次電子発生個数をさらに増加させる
ことも容易にできる。第二の二次電子２０３は、半導体
検出器に入射して表面層で一定のエネルギーを消失した
のち、電子正孔対を生成し、電流となって電気信号へ変
換される。

【００４３】Ｓｉ半導体では１つの電子正孔対を作るの
に約３．５ｅＶのエネルギーを要する。表面層でのエネ
ルギー損失を考慮すると９ＫｅＶに加速されて入射した
二次電子２０３は約１０００倍に増幅されて出力信号と
なる。この電流信号は、プリアンプ２１でさらに増幅さ
れて画像輝度信号として取り込まれる。以上のような構
成にすれば、従来の二次電子２０２を直接、検出器１３
へ導いていた構成に比べ、二次電子２０２の損失が大幅
に低減され一次電子線２０１への収差も小さくでき、さ
らに二次電子増倍の効果もある。

【００４４】前記検出器１３の検出領域も従来の１／４
倍程度に縮小でき、応答速度が約４倍早くなった。その
結果、高速な信号取り出しに追随することが可能とな
り、高速な検査が実現した。さらに、試料基板１０の一
点から発生した二次電子を高効率に捕捉できることか
ら、検出信号のコントラストは平均で約１０倍になり、
容易に回路パターンの欠陥を見いだせる良質の画像を高
精度に得られるようになった。すなわち、絶縁物を含む
被検査基板１０を検査する場合においても、パターンの
コントラストが高速に、鮮明かつ安定に得られ、誤検出
の少ない比較検査ができる電子ビーム検査装置が得られ
た。

【００４５】また、本構成は、検出器へ直接二次電子を
吸引する構成に比べ、検出器前面での吸引電界により二
次電子が曲げられる効果が、リターディング電圧によら
ず、一定となる。したがって、リターディング電圧の変
化によらず反射板に二次電子が当たるようにすれば、安
定な二次電子捕捉が実現できる。二次電子の偏向角が小
さいため、リターディング電圧の変化に応じて同じ偏向
角を得るために必要となる二次電子偏向電磁界の変化量
も小さくてすむ。

【００４６】したがって、ＥＸＢ偏向器で従来より幅広
いリターディング電圧に対応できる二次電子偏向が可能
となった。したがって、リターディング電圧を従来技術
よりも高くすることができ、一次電子線２０１の電子源
における加速エネルギーを高くすることが可能になっ
た。その結果、基板１０上で実質的に同エネルギーで照
射する場合にも、従来より高精度、高分解能な画像取得
が可能になった。

【００４７】〔実施の形態 ２〕次に、本発明に係る電
子ビーム検査装置の他の実施形態について図５を参照し
て説明する。図５に示すように、対物レンズ９を検出器
１３の上方に設置し、その他の構成を図１の〔実施の形
態 １〕と同様に構成した電子ビーム検査装置について
説明する。本実施形態について特徴的な部分を説明し、
図１の〔実施の形態 １〕と共通部分については、煩瑣
となるので再度の説明を省略する。

【００４８】図示する如く、第１の二次電子２０２は、
基板１０と接地電極２９との間でリターディング電界に
より、急激に３．５ｋＶ〜１１．５ｋＶに加速されるの
で当該第１の二次電子２０２の角度分布が、当該基板１
０の一次電子線２０１の照射点の法線方向近傍に集中し
ており、反射板３００に衝突するとき、第１の二次電子
２０２の拡がりは、数ｍｍ径程度と小さい。したがっ
て、ほとんど全ての第１の二次電子が反射板に衝突させ
られるため、検出効率はほとんど劣化しない。

【００４９】該〔実施の形態 ２〕によれば、〔実施の
形態 １〕と比べて、同等程度の検出効率で第２の二次
電子２０３が検出でき、さらに、対物レンズ９の焦点距
離が〔実施の形態 １〕に比べて長く、一次電子線のビ
ーム偏向を大きくとることができ、二次電子が収束され
ないので操作がしやすい等の効果がある。

【００５０】以上、本発明の各実施形態について、説明
をしたが要は基板１０上で発生した第一の二次電子２０
２および反射電子２０４が、従来の如く、直接検出器１
３に導かれるのではなく、少なくとも、一度、検出器１
３以外の反射板３００に照射され、該反射板３００から
生じる第２の二次電子２０３を該反射板３００より小面
積の当該検出器１３の検出領域へ導く構成の電子ビーム
検査装置または方法であって、結果的に該基板１０上で
発生した前記二次電子２０２および前記反射電子２０４
が少ない偏向量で損失なく高速且つ高効率に検出され、
有効に画像信号に寄与し、検出信号がコントラストのよ
い信号となるものであればよい。

【００５１】そのために、反射板３００には、基板１０
からの第２の二次電子２０２や反射電子２０４を高効率
に衝突させ、かつ検出器１３方向へ第２の二次電子２０
４や反射電子を発生させ、該検出器１３との間に電界を
形成して所望の電子を検出領域の一点の近傍に集めて捕
捉させうるものであればよい。

【００５２】したがって、上記実施形態の説明において
記載された数値は、ほんの一例である。該検出器１３お
よび吸引電極１４は、所望の電子を集めるよう位置と印
加電圧、検出領域の大きさ、吸引電極１４の開口径の大
きさ等が適宜に選定されたものであればよく、さらに検
出器１３は、所望の電子が集まる一点近傍に検出面の検
出領域中心を合わせて設置したものであれば差し支えな
い。

【００５３】また、前記反射板３００の形状は、反射面
の断面が球面状でもよいし、先端部でテーパー角６０
度、上端部で４５度の円錐形または平面として、簡単な
加工で実現できる構成にしても差し支えない。角度変化
のない平板で反射板を構成してもよい。さらに、材質も
上記実施形態に記載したものに限定されるものでない。
捕捉される電子も反射板３００からの反射電子であって
も差し支えなく、この反射電子を捕捉できるように、反
射板３００および検出器１３等の位置関係、構成を適宜
選定してもよい。

【００５４】吸引電極１４の形状も上記の実施形態の形
状に限るものではなく、開口の中心が、吸引電極の中心
軸から偏心していてもよい。また、電子を引き出して約
束させる電子銃、電子光学系の構成、配置も本実施形態
に限らない。電子銃は、電極のみにより収束させるもの
であってもよい。コンデンサレンズの位置も本実施形態
に限られるものではない。また、図示する接地した電極
の電位も本実施形態の目的を実現できる範囲でプラス、
またはマイナス電位であってもよい。実施形態に記載し
た数値はすべて例示列挙であり、異なる数値仕様での実
施ももちろん可能であることはいうまでもない。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳細にした如く、本発明の構成に
より、小面積の検出領域による高効率で、且つ高速応答
な二次電子または反射電子検出が可能となり、半導体装
置の製造過程にあるウェハ上の半導体装置の同一設計パ
ターンの欠陥、異物、残渣等を電子線による検査におい
て、レジストパターンや酸化膜等の非導電性の表面を持
った半導体ウェハの高精度な検査が可能な電子ビーム検
査装置およびその方法を提供することができる。この検
査装置により、製造過程で発生した従来装置で検出でき
ない欠陥を発見可能にし、半導体プロセスにフィードバ
ックすることにより半導体装置の不良率を低減し、信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電子ビーム検査装置
の説明図である。

【図２】一般的な半導体素子の製造プロセスフローの説
明図である。

【図３】図１の電子ビーム検査装置の部分拡大構成図で
ある。

【図４】図１の電子ビーム検査装置の部分拡大図であ
る。

【図５】本発明の他の一実施形態に係る電子ビーム検査
装置の説明図である。

【符号の説明】

１…電子銃 ２…引き出し電極 ３…コンデンサレンズ ４…ブランキング用偏向器 ５…走査偏向器 ６…絞り ７…シールドパイプ ８…ＥＸＢ偏向器 ９…対物レンズ １０…被検査基板 １１…Ｘ−Ｙステージ １２…回転ステージ １３…二次電子検出器 １４…吸引電極 ２１…プリアンプ ２２…ＡＤ変換器 ２３…高圧電源 ２４…走査信号発生器 ２５…対物レンズ電源 ２６…光学式試料高さ測定器 ２７…位置モニタ用測長器 ２８…補正制御回路 ２９…接地電極 ３０ａ，ｂ…画像記憶部 ３１…遅延回路 ３２…モニタ ３３…演算部 ３４…欠陥判定部 １０１…電子光学系 １０２…試料室 １０３…制御部 １０４…画像処理系 ２０１…一次電子線 ２０２…第１の二次電子 ２０３…第２の二次電子 ２０４…反射電子 ３００…反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村越 久弥 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 矢島 裕介 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 長谷川 正樹 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 金子 豊 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宇佐見 康継 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子源と、前記電子源からの電子ビーム
   を収束して試料上を走査し照射する電子光学系と、前記
   試料を保持する試料台と、前記試料からの二次荷電粒子
   及び／または反射電子を偏向させる偏向器と、前記偏向
   器より前記試料台側に、前記試料からの二次荷電粒子及
   び／または反射電子を減速させる電界を発生させる電極
   と、前記試料からの二次荷電粒子／または反射電子の方
   向を変える板部材と、前記板部材からの第２の荷電粒子
   及び／または反射粒子を検出する当該板部材より小なる
   開口部を有する検出器を具備したことを特徴とする電子
   ビーム検査装置。
2. 【請求項２】 電子源と、前記電子源からの電子ビーム
   を収束して試料上を走査し照射する対物レンズを含む電
   子光学系と、前記試料を保持する試料台と、前記試料か
   らの二次荷電粒子及び／または反射電子を偏向させる偏
   向器と、前記偏向器より前記試料台側に前記二次荷電粒
   子及び／または反射電子を減速させる電界を発生させる
   電極と、前記偏向器と前記電子光学系の対物レンズとの
   間に試料からの二次荷電粒子及び／または反射電子の方
   向を変える板部材と、前記板部材からの第２の荷電粒子
   及び／または反射電子を検出する当該板部材より小なる
   開口部を有する検出器を具備したことを特徴とする電子
   ビーム検査装置。
3. 【請求項３】 電子源と、前記電子源からの電子ビーム
   を収束して試料上を走査し照射する対物レンズを含む電
   子光学系と、前記試料を保持する試料台と、前記試料か
   らの二次荷電粒子及び／または反射電子を偏向させる偏
   向器と、前記偏向器より前記試料台側に前記二次荷電粒
   子及び／または反射電子を減速させる電界を発生させる
   電極と、前記対物レンズより前記電子源側に試料からの
   二次荷電粒子及び／または反射電子の方向を変える板部
   材と、前記板部材からの第２の荷電粒子及び／または反
   射電子を検出する前記板部材より小なる開口部を有する
   検出器を具備したことを特徴とする電子ビーム検査装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３記載の電子ビーム検査
   装置において、上記検出器が半導体検出器であることを
   特徴とする電子ビーム検査装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の電子ビーム検査装置にお
   いて、上記半導体検出器はＰＩＮ型であることを特徴と
   する電子ビーム検査装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の電子ビーム検査装置にお
   いて、上記半導体検出器はショットキ型であることを特
   徴とする電子ビーム検査装置。
7. 【請求項７】 請求項４記載の電子ビーム検査装置にお
   いて、上記半導体検出器はアバランシェ型であることを
   特徴とする電子ビーム検査装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７記載の電子ビーム検査
   装置において、上記半導体検出器の検出領域面積が、２
   ５ｍｍ²以内であることを特徴とする電子ビーム検査装
   置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８記載の電子ビーム検査
   装置において、 上記検出器の検出領域の前面に、開口を有する端面を備
   えた中空の固体部材を当該検出器が内包されるように設
   け、当該中空の固体部材に上記検出器と異なる電位を与
   えて上記第２の二次荷電粒子および／または反射粒子を
   加速・収束させる電界を制御することを特徴とする電子
   ビーム検査装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９記載の電子ビーム検
    査装置において、 上記板部材として、上記電子ビームの被照射体から発生
    する上記二次荷電粒子および／または反射粒子が照射さ
    れ、当該照射される粒子数より多数の上記第２の二次荷
    電粒子および反射粒子を発生させる材質を用いることを
    特徴とする電子ビーム検査装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０記載の電子ビーム
    検査装置において、 上記板部材が、上記基板からの二次荷電粒子または反射
    粒子との衝突面として、上記検出器と上記基板の電子ビ
    ーム照射位置の略中央に対向する面を有することを特徴
    とする電子ビーム検査装置。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１記載の電子ビーム
    検査装置において、上記板部材の代わりに、上記電子ビ
    ームの中心軸と同軸の回転体で形成することをを特徴と
    する電子ビーム検査装置。
13. 【請求項１３】 請求項１ないし１１記載の電子ビーム
    検査装置において、上記板部材は、上記基板からの二次
    荷電粒子または反射粒子との衝突面が曲面で構成されて
    いることを特徴とする電子ビーム検査装置。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３記載の電子ビーム
    検査装置において、上記衝突面は、当該衝突面の各法線
    が上記検出器の検出領域中心の近傍へ集まるような形状
    であることを特徴とする電子ビーム検査装置。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし１４記載の電子ビーム
    検査装置において、上記衝突面は、当該検出器の検出領
    域の中心近傍に球心を有するほぼ球面状であることを特
    徴とする電子ビーム検査装置。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし１１記載の電子ビーム
    検査装置において、上記板部材は、上記基板からの二次
    荷電粒子または反射粒子との衝突面が平面で構成されて
    いることを特徴とする電子ビーム検査装置。
17. 【請求項１７】 請求項１ないし１６記載の電子ビーム
    検査装置において、上記二次荷電粒子は、二次電子であ
    ることを特徴とする電子ビーム検査装置。
18. 【請求項１８】 荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの
    荷電粒子線を収束して試料上を走査し照射する照射光学
    系と、前記試料を保持する保持台と、前記試料からの二
    次荷電粒子及び／または反射粒子を偏向させる偏向器
    と、前記二次荷電粒子及び／または反射粒子を減速させ
    る電界を発生させる電極と、前記試料からの二次荷電粒
    子及び／または反射粒子の方向を変える板部材と、前記
    板部材からの第２の荷電粒子及び／または反射粒子を検
    出する前記板部材より小なる開口部を有する検出器を具
    備したことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
19. 【請求項１９】 回路パターンを有する基板の第１、第
    ２の領域へ一次荷電粒子線を照射する工程と、上記一次
    荷電粒子線と、当該一次荷電粒子線の照射で上記基板の
    第１、第２の領域から発生する二次荷電粒子および／ま
    たは反射粒子の減速工程と、上記二次荷電粒子および／
    または反射粒子を偏向させる偏向工程と、上記偏向後の
    二次荷電粒子および／または反射粒子を板部材に衝突さ
    せ、当該板部材から第２の二次荷電粒子および／または
    反射粒子を発生させる工程と、上記板部材と電圧を印加
    した荷電粒子検出器で形成する電界で、前記第２の二次
    荷電粒子および／または反射粒子を加速・収束させる加
    速・収束工程と、当該加速・収束させた第２の二次荷電
    粒子および／または反射粒子を上記板部材より開口の小
    なる検出器で検出する検出工程と、上記検出信号から上
    記基板上の第１、第２の領域での画像を形成する画像形
    成工程と、上記形成させた第１、第２の領域での画像を
    比較する比較工程とを具備することを特徴とする電子ビ
    ーム検査方法。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の電子ビーム検査方法
    において、上記板部材として、上記電子ビームによる被
    照射体から発生する上記二次荷電粒子および／または反
    射粒子が、当該照射される粒子数より多数の上記第２の
    二次荷電粒子および反射粒子を発生させる材質を用いる
    ことを特徴とする電子ビーム検査方法。
21. 【請求項２１】 一次荷電粒子線を被照射体へ照射する
    工程と、上記一次荷電粒子線と当該一次荷電粒子線の照
    射で上記被照射体の当該領域から発生する二次荷電粒子
    および反射粒子とを減速する減速工程と、上記二次荷電
    粒子および／または反射粒子を偏向させる偏向工程と、
    上記偏向後の二次荷電粒子および／または反射粒子を固
    体部材に衝突させ、当該固体部材から第２の二次荷電粒
    子および／または反射粒子を発生させる工程と、上記固
    体部材と電圧を印加した検出器で形成した電界で前記第
    ２の二次荷電粒子および／または反射粒子を加速・収束
    させる加速・収束工程と、当該加速・収束させた上記第
    ２の二次荷電粒子および／または反射粒子を、当該固体
    部材より小なる開口を有する検出器で、検出する検出工
    程と、上記検出信号から被照射体の当該領域での画像を
    形成する画像形成工程とを具備することを特徴とする荷
    電粒子線応用方法。