JPS638419B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパターン検査方法にかかり、とくに集
積回路のマスク等の被検査試料をレーザビームも
しくは電子ビーム等を検査プローブとして用い
て、パターンの欠陥や寸法の検査を行うパターン
検査方法に関するものである。

最近の集積回路の高密度化にともなつて集積回
路のマスクのパターンはますます微細化高集積化
してきている。このためマスクの検査は、集積回
路の歩留りを上げるために不可欠の工程となる。
しかし、このような微細パターンの検査は、分解
能が不足している理由から、従来から用いられて
いる光学技術を使つた装置では行えない。従来の
光に代る装置としてレーザビームや電子ビームを
検査プローブとする装置が最近いくつか提案され
た。しかし、これらの装置は検査時間が著しく長
い、全自動による検査が行えない等の制約のため
まだ実用化されていない。

レーザビームや電子ビームを検査プローブとす
るこれらの装置では、パターンから得られる信号
が微弱なため、微小信号の増巾と、信号処理の高
速化が検査時間を短縮するための一つの重要な問
題となつている。このような微小信号の増巾を行
う増巾器では、Ｓ／Ｎを下げないで周波数特性を
良くするために低域しや断周波数を数＋Hz程度以
上にとるのが普通である。このため、信号の直流
成分が増巾器でしや断され、信号の零レベルは第
１図に示すように信号の波形により著しく変化す
る。たとえば黒パターン中の小さな白パターン１
１を見ている時には、第１図ａのように零レベル
１２は黒パターンのレベルの少し上になるが、逆
に白パターン１３中の小さな黒パターンを見てい
る時の零レベル１４は、第１図ｂのように白パタ
ーンのレベルの少し下になる。一方白パターンと
黒パターンとが短い時間の間にほぼ同等の割合で
現われると第１図ｃの波形１５のように零レベル
１６は白レベルと黒レベルとのちようど中間とな
る。

従つてパターンの白黒を判定するための白黒判
定レベルの設定を白レベルと黒レベルの間の或る
固定されたレベルに設定できなかつた。たとえ
ば、白パターン中の小さな黒パターンと黒パター
ン中の小さな白パターンが交互に現われるとする
と、出力信号の波形は第１図ｄの波形１７のよう
になる。この波形の零レベル１８を白黒判定レベ
ルとして白黒の判定を行うとすると、白黒判定レ
ベルがパターン位置によつて変化し、Ｓ／Ｎが第
１図ｃの場合に比して低下する。又このように判
定レベルが変化することは、パターン巾の測定を
行う時の測定誤差を大きくする。

第２図に示すように検査プローブでパターンを
走査して得られる信号２１は、パターンの端の部
分で傾斜を有するのが普通である。これは検査プ
ローブで照射する部分が有限の面積を有すること
と、パターン自体がこのような傾斜を有している
ことによる。このように端部で傾いている波形を
異つた白黒判定レベル２２，２３，２４で白黒判
定し、パターン巾を測定すると、その判定値はそ
れぞれl₁、l₂、l₃と測定される。図から明らかな
ように、l₁≠l₂≠l₃となり測定値に最大l₃−l₁だけ
の誤差が少なくとも常に生じることになり測定精
度をl₃−l₁以上に上げることができなかつた。

本発明の第１の目的は、白黒判定レベルが被検
査試料のパターンによつても変化しないように
し、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぎ、信号処理速度を速く
してマスクの検査時間を短縮することにある。

本発明の第２の目的は、白黒判定レベルを黒も
しくは白パターンのレベルからある一定のレベル
に固定し、パターン巾測定誤差を小さくし測定精
度を向上させることにある。

本発明によるパターン検査方法は、検査プロー
ブ発生源から放出される検査プローブを制御して
被検査試料上を走査し、前記検査プローブが前記
被検査試料上を走査することにより生ずる信号を
検出するパターン検査方法において、前記信号検
出手段が、前記の検査プローブをブランキングし
てしや断した時の検出信号レベルをパターン検査
を行う規準レベルとして保持し、この規準レベル
から或る値だけずらしたレベルを白黒判定レベル
として設定することを特徴とするパターン検査方
法である。

より具体的には、検査プローブとしてのレーザ
ビームもしくは電子ビームをしや断し、その時の
出力信号のレベルを規準レベルとして保持し、こ
の規準レベルから或る値だけずらしたレベルを白
黒判定レベルとすることにより、被検査パターン
によつて白黒判定レベルが変動せず、Ｓ／Ｎが低
下しない検査方法を得ることができる。

以下図面により本発明の実施例を説明する。第
３図は本発明によるパターン検査方法を用いた装
置の実施例をブロツク図で示したものである。本
発明の方法を実施した装置例は、検査プローブ発
生源３０と、ブランキング手段３１と、走査手段
３２と、被検査試料から得られるパターン信号を
検出する検出器３４と、増幅器３５と、レベル推
移回路３６とアナログデイジタル変換回路３７
と、装置制御及び信号処理部３８とから構成され
ている。この実施装置例では検出器３４と増幅器
３５と、レベル推移回路３６とアナログデイジタ
ル変換回路３７とにより本発明の規準レベルの保
持と、白黒判定レベルの設定が行なわれる。

レーザビーム又は電子ビーム等の検査プローブ
は検査プローブ発生源３０で発生され、検査プロ
ーブをしや断するブランキング手段３１、検査プ
ローブが試料上を走査するように制御する走査手
段３２を通り、被検査試料３３を照射する。被検
査試料を検査プローブで照射することにより得ら
れるパターンの情報は、パターン信号として検出
器３４で検出され、さらに増巾器３５で増巾され
る。増巾器３５の出力信号４１は、直流再生回路
等のレベル推移回路３６で、検査プローブをしや
断した時のレベルを基準レベルとして固定され
る。レベル推移回路３６の出力信号４２は、振巾
比較回路等のアナログデイジタル変換回路（Ａ／
Ｄ変換回路）３７で検査パターンの白黒に対応す
る２値の信号４３に変換され装置制御及び信号処
理部３８へ入力される。装置制御及び信号処理部
３８は、得られたパターンの白黒に対応する２値
信号４３を処理し、被検査試料の欠陥の検出及び
パターン幅寸法の測定を行い、その結果を検査デ
ータとして出力する。

装置制御及び信号処理部３８がら出力されるブ
ランキング信号４４は、検査プローブをしや断す
るタイミングをブランキング手段３１に、基準レ
ベルを設定するタイミングをレベル推移回路３６
にそれぞれ与える。ブランキング手段３１は、タ
イミング信号が入力された時刻に、検査プローブ
としてレーザビームを用いている場合には光路中
に挿入された鏡を機械的に回転させてレーザビー
ムを偏向させる方法、もしくは、検査プローブと
して電子ビームを用いている場合には電界等によ
つて電子ビームを偏向させる方法等により、レー
ザビームもしくは電子ビーム等から成る検査プロ
ーブをプローブの軸からずらし、試料に検査プロ
ーブが照射されないように制御する。さらに、レ
ーザビームを偏向させる方法として、光路中に挿
入した鏡を一方向に平行に機械的に移動させる手
法もある。ブランキング信号４４は、第１図ｄに
示す検出器３４と、増幅器３５と、レベル推移回
路３７のレベル変動の時定数に比して十分小さい
時間間隔で、たとえば十分の一以下の時間間隔、
装置制御及び信号処理部３８において発生されて
いる。このブランキング信号４４が発生されてい
る期間中はパターンの検出は休止される。従つて
より好ましくは、試料上を走査する検査プローブ
か一走査の終点から次走査の始点へ移る期間内
に、ブランキング期間が設定され、ブランキング
信号４４が発生される。このように、検査プロー
ブを一走査の終点から次走査の始点に位置づける
期間内にブランキング信号４４を発生させレベル
保持を行うと、検査時間の増大をともなわずに本
発明が実施される。なお、前述の期間以外にもレ
ーザビームもしくは電子ビームをしや断する必要
がある場合には、一走査の途中にビームをしや断
する期間が設けられる。

レーザビームもしくは電子ビームをしや断する
時刻は、原理的には、前述した検出器３４と、増
幅器３５と、レベル推移回路３７等から成る信号
検出手段内における検出信号の零レベルの変動の
時定数に比して十分小さい時間間隔で設定され
る。ビームをしや断する時間間隔内の検出信号の
零レベルの変動分は、検出信号の振幅変動の雑音
として検出される。従つて、検出信号を誤まつて
認識し、パターンの白黒を誤判定しない範囲内
で、検出信号の零レベルの変動量が許容され、こ
の許容量に基づいてレーザビームもしくは電子ビ
ームをしや断する時間間隔が設定される。

なお、第３図では検査プローブのスポツトサイ
ズ等を制御する光学系もしくは電子光学系の部分
は省略した。これはこれら光学系の配置及び構成
はパターン検査装置の装置構成により種々に異な
り、かつ、本発明の実施において、これらの構成
は何らの重要な役割を持たないためである。

第４図は本発明の方法を実施した装置例の動作
を説明するための各部の動作波形を示したもので
ある。第４図ａは第３図のブランキング信号４４
の波形でブランキング手段３１と、レベル推移回
路３６とを制御するタイミングを表わしている。
増巾器３５の出力信号４１には、パターン信号に
検査プローブをしや断されたことによる信号が重
畳される。たとえば、検査プローブのしや断を行
わない時、第１図ｄのパターン信号が得られたと
する。次に、第４図ａのタイミングで検査プロー
ブをしや断する。するとパターン信号の波形は、
検査プローブをしや断した時検出信号は零となる
ので、第４図ｂのパターン信号となる。この信号
はレベル推移回路３６に入り、検査プローブをし
や断した時の信号レベルが規準レベルとして一定
のレベルに固定される。よつてこの回路の出力信
号４２として第４図ｃの波形が得られる。次に
Ａ／Ｄ変換回路３７で規準レベル５１から或る値
だけ異なる所に白黒判定レベル５２が設定され
る。レベル推移回路の出力４２とＡ／Ｄ変換器の
出力との比較により第４図ｄの２値信号が出力さ
れる。従つて検査パターンが変化しても白黒判定
レベルは変化しない。これは第４図ｃを同図ｂも
しくは第１図ｄとくらべることによつても容易に
分る。よつて白黒判定レベルが、白レベルと黒レ
ベるを或る一定の割合で分割したレベル、第２図
のたとえばレベル２３に固定されるので白黒判定
レベルの変動によるパターン巾の測定誤差をなく
することができる。

次に信号のＳ／Ｎをみる。ここで白パターンの
信号と黒パターンの信号との差をS₀と定義する。
S₀に対する雑音Ｎの比S₀／Ｎは主に検出器３４と
増巾器３５とできまり、レベル推移回路を通つて
も変化しない。一方Ａ／Ｄ変換回路で２値信号に
変換する時の信号の大きさＳは、白黒判定レベル
と白パターン又は黒パターンとの差によつて決ま
る。第１図ｃの理想的な場合にはＳ＝１／２S₀とな り最大のＳ／Ｎが得られる。しかし第１図ｄの波
形では最小のＳはＳ＝１／４S₀程度となり、Ｓ／Ｎ が約半分に低下している。このＳ／Ｎの低下は、
白パターンと黒パターンとのパターン巾の比が増
大すればさらに大きくなる。100％白パターン又
は100％黒パターンでは、Ｓ／Ｎ＝０となり白黒
判定ができなくなる。しかし本発明の方法では、
どのようなパターンに対しても第４図ｄのような
波形となり、Ｓ＝１／２S₀程度を得ることができ、 どのようなパターンを検査してもＳ／Ｎを低下さ
せないでＡ／Ｄ変換を行うことができる。

以上本発明の方法を実施した装置例では電子ビ
ーム又はレーザビームを検査プローブとして用い
たパターン検査方法について説明を行つたが、検
査プローブは、プローブがしや断できるものであ
れば他の光を用いて本発明は実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至第１図ｄはそれぞれ従来の検査方
法のパターン信号の波形と零レベルとの関係を示
す図であり、第２図はパターンの端の傾斜による
パターン巾測定誤差を示す図である。第３図は本
発明の実施例として本方法を実施したパターン検
査装置を示すブロツク図であり、ブランキング手
段と、レベル推移回路とがブランキング信号によ
つて制御されている。第４図ａ乃至第４図ｄは本
発明の方法の原理を説明するための図である。 図において、１２，１４，１６，１８……零レ
ベル、１１，１３，１５，１７……波形、２１…
…パターンを走査して得られる信号、２２，２
３，２４……判定レベル、３０……検査プローブ
発生源、３１……ブランキング手段、３２……走
査手段、３３……被検査試料、３４……検出器、
３５……増巾器、３６……推移回路、３７……
Ａ／Ｄ変換回路、３８……信号処理部、４１，４
２……出力信号、４３……２値の信号、４４……
ブランキング信号、５１……規準レベル、５２…
…白黒判定レベルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検査プローブ発生源から放出される検査プロ
   ーブを制御して被検査試料上を走査し、前記検査
   プローブが前記被検査試料上を走査することによ
   り生ずる信号を検出するパターン検査方法におい
   て、前記信号検出手段が、前記の検査プローブを
   ブランキングしてしや断した時の検出信号レベル
   をパターン検査を行う規準レベルとして保持し、
   この規準レベルから或る値だけずらしたレベルを
   白黒判定レベルとして設定することを特徴とする
   パターン検査方法。