JP2007047060A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、電子線ビームを試料に照射して走査し、反射された反射電子を検出・増幅して当該試料の反射電子像を生成する検査装置および検査方法に関し、従来の２次電子像のような端面強調型の画像ではなく、質量強調型の反射電子像によりパターンの形状や異物などの検査を容易かつ高精度に行うことを目的とする。
【構成】 試料上あるいは試料を固定した試料移動台上の較正パターンの反射電子像をもとに反射電子像のゲインとレベルを調整する手段と、調整した後のゲインとレベルをもとに、試料の検査対象の領域の反射電子像を生成する手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子線ビームを試料に照射して走査し、反射された反射電子を検出・増幅して当該試料の反射電子像を生成する検査装置および検査方法に関するものである。

近年、半導体ＬＳＩ用のマスクのパターンが微細になるにつれ、元パターンであるマスクのパターンにも、ＲＥＴ(Resolution Enhancement Technology)と言われるパターン形成技術が織り込まれるようになってきた。

例えば、位相シフト技術、ＯＰＣ(Optical Proximy Conrrection)技術等である。位相シフト技術では、従来のマスク材料が石英ガラスの上にクロム金属でパターンニングしているのに対し、酸化クロムやモリブデンシリサイド膜などが用いられている。また、下地に、タンタル金属膜でコーティングした後、タンタルシリサイド膜などでパターンが形成されている。こうしたパターン形成状態を的確に検査するには、単なるパターンの端面からの電子信号の取得を重点においた、従来のいわゆる２次電子検出を主体にした画像をもとにパターン検査していたのでは充分でなかった。

上述したように、近年、使用される位相シフト技術で用いられる石英ガラスの上に例えば一面にタンタル金属膜でコーティングした後、タンタルシリサイド膜などでパターンを形成したマスクの検査では、従来の２次電子検出によるパターンの端面からの当該２次電子信号を取得して生成した２次電子像ではその形状を的確に取得できないという問題があった。

そのため、これら位相シフト技術で用いられるマスクなどについて、２次電子像よりもより容易に検出できるいわゆる反射電子像を取得して検査を行うことが望まれている。

本発明は、これらの問題を解決するため、電子線ビームをマスクの基準パターンに照射して走査し、反射した反射電子を検出・増幅して反射電子像を生成および較正を行った後、マスクから取得した反射電子像と設計データ上の画像とを比較して検査することを目的としている。

本発明は、電子線ビームをマスクの基準パターンに照射して走査し、反射した反射電子を検出・増幅して反射電子像を生成および較正を行った後、マスクから取得した反射電子像と設計データ上の画像とを比較して検査することにより、位相シフト膜などであっても従来の２次電子像よりも大幅にパターンの欠陥を容易かつ高精度に検出できると共に、従来の２次電子像のような端面強調型の画像ではなく、質量強調型の反射電子像によりパターンの形状や異物などの検査を容易かつ高精度に行うことが可能となる。

本発明は、電子線ビームをマスクの基準パターンに照射して走査し、反射した反射電子を検出・増幅して反射電子像を生成および較正を行った後、マスクから取得した反射電子像と設計データ上の画像とを比較して検査し、位相シフト膜などであっても従来の２次電子像よりも大幅にパターンの欠陥を容易かつ高精度に検出できると共に、従来の２次電子像のような端面強調型の画像ではなく、質量強調型の反射電子像によりパターンの形状や異物などの検査を容易かつ高精度に行うことを実現した。

図１は、本発明の１実施例構成図を示す。
図１において、ＳＥＭ１は、走査電子顕微鏡であって、図示の構成を持つものある。

電子銃２は、電子線ビームを発生するものである（例えばタングステン線の先端を鋭利かつ所定面を持つように形成し、高電圧をアノード３に印加して電子ビームを引き出すものである）。

アノード３は、高電圧を印加し、電子銃２を構成する陰極の先端を鋭利かつ所定面を持つように形成したタングステンから放出された電子を加速するものである。

アライメントコイル４は、電子銃２から放出される電子線ビームを偏向して軸合せするためのものである。

コンデンサレンズ５は、電子銃２から放出された電子線ビームを集束するものである。
偏向走査コイル６は、対物レンズ９で試料であるマスク１１上に細く絞られた電子線ビームを、Ｘ方向およびＹ方向に走査するためのものである。

反射電子検出器７は、マスク１１に電子線ビームを照射して走査したときに、当該マスク１１から反射した反射電子を検出するものである。反射電子検出器７で検出された信号をもとに、表示装置２７上に反射電子像を表示する。

２次電子検出器８は、マスク１１に電子線ビームを照射して走査したときに、当該マスク１１から放出された２次電子を収集・検出・増幅するものである。２次電子検出器８で検出された信号をもとに、表示装置２７上に２次電子像を表示する。

対物レンズ９は、電子線ビームをマスク１１上に細く絞るものである。
レーザ干渉計１０は、レーザを放射してステージ１２に取り付けた反射鏡で反射させて取り込んで干渉させ、超高精度にステージ１２の位置（位置座標）を計測する公知のものである。

マスク１１は、ステージ１２の上に搭載（固定）された試料の例である。
ステージ１２は、マスク１１を搭載し、任意の座標位置に正確に移動させるものであって、モータ（あるいは超音波モータ）１３で駆動されるものである。

モータ１３は、ステージ１２を駆動（Ｘ方向、Ｙ方向）するものであって、サーボモータあるいは超音波モータなどである。

ＰＣ２１は、パーソナルコンピュータであって、プログラムに従い各種処理を行うものであり、ここでは、表示手段２１、基準値の算出手段２４、比較手段２５、メモリ２５、表示装置２７、および入力装置２８などから構成されるものである。

表示手段２１は、反射電子検出器７あるいは２次電子検出器８からの信号をもとに、表示装置２７に反射電子像あるいは２次電子像を表示するものである。

基準値の算出手段２４は、マスク１１上あるいはステージ１２上に設けた基準パターン（検査対象のパターンを構成する物質（質量（原子番号））のパターンで作成した基準パターン）の反射電子像を取得し、当該反射電子像についてゲインと、レベルとを適切に調整した後の基準値（ゲインと、レベル）を算出するものである（図３を用いて後述する）。

比較手段２５は、マスク１１の検査対象の領域の反射電子像と、設計データ上の画像とを比較し、許容範囲内のときに良品、許容範囲外のときに不良品と判定するものである（図２から図６を用いて後述する）。

メモリ２６は、取得した反射電子像、基準値（ゲイン、レベルなど）などを記憶するものである。

表示装置２７は、反射電子像などを表示するものである。
入力装置２８は、各種指示やデータなどを入力するものであって、マウスやキーボードなどである。

次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図２において、Ｓ１は、マスク１１上の基準パターンで、白黒調整する。これは、図１で、対物レンズ９で細く絞った電子線ビームをマスク１１上の基準パターン（例えばステッパー用のアライメントマーク）（あるいはステージ１２上に固定した基準パターン）に照射した状態で、偏向走査コイル６によって当該マスク１１上で平面走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）し、電子線ビームでマスク１１を照射したことで反射した反射電子を反射電子検出器７で検出し、表示手段２２が表示装置２７に反射電子像を表示する。この表示した基準パターンの反射電子像について、ゲインとレベルを調整し、
・白レベル：０．９０〜１．００の範囲（平均で０．９５）
・灰色レベル：０．２０〜０．８０の範囲（平均で０．５０）
・黒レベル：０．００〜０．１０の範囲（平均で０．０５）
となるようにする（図３で後述する）。この例では、３種類（例えば石英ガラス、石英ガラスの上に全面にタンタルをコーディング、更にその上にタンタルシリサイドを形成の３種類）の物質（基準パターン中に作成した当該各パターンの物質）を黒レベル、灰色レベル、白レベルで識別することが可能となる。尚、２種類の場合には、黒レベル、白レベルとなるようにゲインとレベルで調整すればよい。

以上の処理で調整したゲインとレベルを以降は用いて、マスク１１の検査対象の領域の反射電子像を表示することにより、その濃度（黒ー灰色ー白）が検査対象の領域の材料の質量（原子番号）が大きくなるに従い順次明るく（原子番号が大きいほど明るい、図４参照）（あるいは逆に暗くも可）表示されるように調整されたこととなる。

Ｓ２は、マスク（材料）の反射電子像を表示する。これは、Ｓ１で、基準パターンの反射電子像をもとに適切に調整したゲインとレベルをもとに、マスク１１の検査対象の領域の反射電子像を表示装置２７に表示する。

Ｓ３は、メモリＡに保存する。これは、マスク１１上の検査対象の反射電子像をメモリＡに保存する。

Ｓ４は、ＣＡＤデータを取得する。これは、メモリＡに保存した検査対象の画像に対応する検査用の、ＣＡＤデータ（設計データ）の画像を取得する。設計データの画像は、通常は、例えば図５の（ａ）の表面から見たときの画像、即ち、タンタルシリサイドのパターンは黒であり、他の下地のタンタル膜は白である、２値化された画像である。尚、３種類の物質（原子番号）の膜が見える場合には、黒、灰色、白の３種類の明るさの画像を生成する（図４の原子番号が大きくなるに従い反射電子信号が増大する曲線に従いシュミレーションして３種類の物質の明るさに従い生成する（図３と同様にして生成する））。

Ｓ５は、メモリＢに保存する。Ｓ５で取得した設計データの画像をメモリＢに保存する。

Ｓ６は、メモリＡおよびメモリＢの画像を比較する。これは、メモリＢに保存した設計データ上の画像を基準に、メモリＡに保存したマスク１１上の検査対象の反射電子像をマッチングし、許容範囲内のときは良品、許容範囲外のときは不良品と検査する。例えば、パターンの寸法精度（幅、長さなど）は単純に比較して許容範囲内か、許容範囲外か判別すればよい。また、パターン中に微小な穴があった場合も許容範囲内か許容範囲外か判別したり（図５、図６を用いて後述する）、パターン中に異物が付着した場合にも同様に許容範囲内か、許容範囲外かを判別したりなどする。

以上のように、マスク１１の基準パターンで反射電子像のゲインとレベルを較正し、黒、灰色、白レベル（あるいは黒、白レベル）を調整した後、検査対象の領域の反射電子像を取得し、設計データと比較することで、良品あるいは不良品を精度良好に検査することが可能となる。以下順次詳細に説明する。

図３は、本発明の動作説明図を示す。
図３の（ａ）は、フローチャートを示す。

図３の（ａ）において、Ｓ１１は、測定対象の黒の信号強度の平均値Ｂ１を算出する。これは、基準パターン上で測定対象となるパターンのうち黒となるパターンについて当該パターンの周辺を除いた中央部の領域についてその強度の平均Ｂ１を算出する。

Ｓ１２は、測定対象の白の信号強度の平均値Ｂ２を算出する。同様に、基準パターン上で測定対象となるパターンのうち白となるパターンについて当該パターンの周辺を除いた中央部の領域のＳ１１とほぼ同一の形状（面積）についてその強度の平均Ｂ２を算出する。

Ｓ１３は、灰色の範囲を算出する。例えば右側に記載したように、
灰色の範囲＝（Ｂ２−Ｂ１）×（０．２〜０．８）・・・・（式１）
として算出する。これらを模式的に表示すると、図３の（ｂ）のようになる。

以上の手順によって、測定対象（検査対象）の物質について白、黒となる信号強度の平均Ｂ２，Ｂ１をそれぞれ算出し、更に、灰色となる範囲を（式１）で算出することが可能となる。

図３の（ｂ）は、黒、灰色、白のレベルの例を示す。これは、既述した図３の（ａ）のフローチャートに従い、基準パターン上で測定対象となる物質（黒、白）についてその平均強度Ｂ１，Ｂ２を求めると共に、灰色の範囲を例えば（式１）で求めて模式的に設定したものである。図示の状態となるように、マスク１１の測定対象から取得された反射電子像の信号のゲインとレベルを調整することで、以降は、当該調整した濃淡のもとで反射電子像を表示し、検査することが可能となる。

図４は、本発明の反射電子像の説明図を示す。横軸は原子番号（質量）であり、縦軸は電子線ビームをマスク１１に照射したときに当該マスク１１上の照射された位置の物質の原子番号に対応する反射電子信号（点線は２次電子信号）の強度を模式的に表す。反射電子信号は、照射した物質の原子番号が大きくなると、その反射率が大きくなって図示の実線の曲線のように反射電子信号の強度が大きくなるので、原子番号の違う物質を濃淡として検出することが可能となる。

一方、点線で示す２次電子信号の場合には、原子番号が小さい番号のときは原子番号の増加に従い強度が大きくなるがすぐに飽和してしまうので、原子番号が大きい物質ではその強度がほぼ同じとなり、２次電子線像の濃度でこれら原子番号の大きい物質を区別すること不可である。

図５および図６は、本発明の説明図を示す。
図５の（ａ）は、３層の物質で形成されているパターンの正常な反射電子像の例を示す。この例では、図５の（ａ−２）の断面図に示すように、石英ガラス（第１層）の上に全面にタンタル（第２層）をコーティングし、更にその上にタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘＯｙ）の縦長の矩形パターン（第３層）を形成したものである。

図５の（ａ−１）の反射電子像は、第２層のタンタルは図４の実線の曲線から最も反射電子信号の強度が大きくて白レベルで表示され、縦長の矩形パターンはタンタルシリサイドであってここでは、灰色で表示されている（表示されない石英ガラス（ＳｉＯ２）は図４で最も反射電子信号の強度が小さくて黒レベルである）ので、正常なパターンの反射電子像であり、良品と判定される。

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）のパターンで、タンタルの膜が剥がれて、石英ガラスが露出している状態の反射電子像の例を示す。この例では、図５の（ｂ−２）の断面図に示すように、石英ガラス（第１層）の上に全面にタンタル（第２層）をコーティングし、更にその上にタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘＯｙ）の縦長の矩形パターン（第３層）を形成した状態で、穴と記載した部分のタンタル膜が剥がれているので、当該部分は下の石英ガラス（ＳｉＯ２）から反射した反射電子信号の強度は小さく（黒レベル）であるので、図示のように図５の（ｂ−１）で穴の部分が黒となったものである。

以上のように、石英ガラスの上に全面にコーディングされたタンタル膜の一部が剥がれると、その下の石英ガラス（ＳｉＯ２）の反射電子信号の強度が小さく（黒レベル、図３参照）であるので、図５の（ａ−１）の正常時（設計データ）の反射電子像と比較し、図５の（ｂ−１）の反射電子像中に黒レベルの穴があり、不良品と自動判定することが可能となる。

図６の（ｃ）は、図５の（ａ）のパターンで、タンタルシリサイドのパターン膜の１部が剥がれて、その下のタンタルが露出している状態の反射電子像の例を示す。この例では、図６の（ｃ−２）の断面図に示すように、石英ガラス（第１層）の上に全面にタンタル（第２層）をコーティングし、更にその上にタンタルシリサイド（ＴａＳｉｘＯｙ）の縦長の矩形パターン（第３層）を形成した状態で、ピンホールと記載した部分のタンタルシリサイド膜が剥がれているので、当該部分は下のタンタル（Ｔａ）から反射した反射電子信号の強度は大きく（白レベル）であるので、図示のように図６の（ｂ−１）でヒ゜ンホールの部分が白となったものである。

以上のように、石英ガラスの上に全面にタンタル膜をコーディングし、その上に形成したタンタルシリサイドのパターン膜の一部が剥がれると、その下のタンタル（Ｔａ）の反射電子信号の強度が灰色（灰色レベル、図３参照）であるので、図５の（ａ−１）の正常時（設計データ）の反射電子像と比較し、図６の（ｃ−１）の反射電子像中の灰色レベルの中に白レベルのピンホールがあり、不良品と自動判定することが可能となる。

図７は、本発明の技術世代による位相シフト膜の構造例を示す。図中で、数字は位相シフト膜厚ｎｍの例、（ ）内の％は透過率の例をそれぞれ表す。

図７の（ａ）は、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）の例を示す。図７の（ａ−１）は図示のように、Ｑｚ（石英ガラス、ＳｉＯ２）−Ｃｒ−ＣｒＦｘＯｙの３層から構成されている。図７の（ａ−２）はＱｚ（石英ガラス、ＳｉＯ２）−ＭｏＳｉｘＯｙの２層から構成されている。

図７の（ｂ）は、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）の例を示す。図７の（ｂ−１）は図示のように、Ｑｚ（石英ガラス、ＳｉＯ２）−ＭｏＳｉｘＯｙの２層から構成されている。図７の（ｂ−２）は図示のように、Ｑｚ（石英ガラス、ＳｉＯ２）−Ｔａ−ＴａＳｉｘＯｙの３層から構成されている。

図７の（ｃ）は、Ｆ２（１５７ｎｍ）の例を示す。図７の（ｃ−１）は図示のように、Ｑｚ（石英ガラス、ＳｉＯ２）−Ｔａ−ＴａＳｉｘＯｙの３層から構成されている。

本発明は、位相シフト膜などであっても従来の２次電子像よりも大幅にパターンの欠陥を容易かつ高精度に検出できると共に、従来の２次電子像のような端面強調型の画像ではなく、質量強調型の反射電子像によりパターンの形状や異物などの検査を容易かつ高精度に行う検査装置および検査方法に関するものである。

本発明の１実施例構成図である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明の動作説明図である。 本発明の反射電子像の説明図である。 本発明の説明図（その１）である。 本発明の説明図（その２）である。 本発明の技術世代による位相シフト膜の構造例である。

符号の説明

１：ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
２：電子銃
３：アノード
４：アライメントコイル
５：コンデンサレンズ
６：偏向走査コイル
７：反射電子検出器
８：２次電子検出器
９：対物レンズ
１０：レーザ干渉計
１１：マスク
１２：ステージ
１３：モータ
２１：ＰＣ（パソコン）
２２：表示手段
２４：基準値の算出手段
２５：比較手段
２６：メモリ
２７：表示装置
２８：入力装置

Claims (5)

1. 電子線ビームを試料に照射して走査し、反射された反射電子を検出・増幅して当該試料の反射電子像を生成する検査装置において、
   前記試料上あるいは当該試料を固定した試料移動台上の較正パターンの前記反射電子像をもとに当該反射電子像のゲインとレベルを調整する手段と、
   前記調整した後のゲインとレベルをもとに、前記試料の検査対象の領域の反射電子像を生成する手段と
   を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記較正パターンとして、試料上の測定対象のパターンを形成する素材の全ての素材で較正用パターンを形成したことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記較正パターン中の較正用パターンのうちの質量の最も大きい素材のパターンの反射電子強度を白レベル、質量の最も小さいパターンの素材の反射電子強度を黒レベルとして前記ゲインおよびレベルを調整したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の検査装置。
4. 前記反射電子像と、当該反射電子像に対応する設計データ上の画像とを比較し、許容範囲内のときに良品、許容範囲外のときに不良品と検査する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の検査装置。
5. 電子線ビームを試料に照射して走査し、反射された反射電子を検出・増幅して当該試料の反射電子像を生成する検査方法において、
   前記試料上あるいは当該試料を固定した試料移動台上の較正パターンの前記反射電子像をもとに当該反射電子像のゲインとレベルを調整するステップと、
   前記調整した後のゲインとレベルをもとに、前記試料の検査対象の領域の反射電子像を生成するステップと
   を有する検査方法。

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