JPH09304040A - 電子ビームによるパターン検査方法とその装置 - Google Patents

電子ビームによるパターン検査方法とその装置

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JPH09304040A
JPH09304040A JP8117305A JP11730596A JPH09304040A JP H09304040 A JPH09304040 A JP H09304040A JP 8117305 A JP8117305 A JP 8117305A JP 11730596 A JP11730596 A JP 11730596A JP H09304040 A JPH09304040 A JP H09304040A
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JP
Japan
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electron beam
substrate
detector
vacuum
inspected
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JP8117305A
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Hiroya Koshishiba
洋哉 越柴
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電子ビームによるパターン検査では、被検査物
が絶縁物であると、電子ビームの照射により被検査物が
帯電するという問題があった。被検査物が帯電すると、
パターンを安定かつ正確に検出することができないた
め、検査が不可能になる。 【解決手段】電子光学鏡筒と被検査物の空隙は非常に狭
くして、オリフィ二次電子検出器は、電子光学鏡筒の内
部に設け、被検査物からの二次電子信号を検出する。電
子ビームの走査とXYステージの移動による被検査物全
面のパターンを検出する。検出した画像信号をA/D変
換し、デジタル画像信号とする。デジタル画像信号に画
像処理を施しパターン欠陥を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ビームによるパ
ターン検査方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】微細な回路パターンを検査する技術とし
て、走査電子顕微鏡を使用した検査技術が知られてい
る。例えば、特開昭56−83939号公報には、電子
ビームを走査し、被検査物からの反射電子を検出し、パ
ターン欠陥を検出する検査方法が記載されている。ま
た、特開平3−278553号公報には、電子ビームを
走査し、被検査物からの二次電子を検出し、パターン欠
陥を検出する検査装置が記載されている。また、特開平
5−258703号公報には、電子ビームを走査し、被
検査物からの二次電子、反射電子、あるいは、透過電子
を検出し、パターン欠陥を検出する検査装置が記載され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の電子ビームによ
るパターン検査では、被検査物であるウエハ、ガラスマ
スク、X線露光用マスク、セラミック基板が絶縁材料で
構成されているため、電子ビームの照射により被検査物
が帯電するという問題があった。被検査物が帯電する
と、もはや、パターンを安定かつ正確に検出することが
できない。このため、特開平5−258703号公報で
は、被検査物を導電基板としている。
【0004】例えば、走査電子顕微鏡による観察では、
試料が絶縁物であるとき、表面を金蒸着して観察するこ
とが行われている。しかし、被検査物の表面に金蒸着等
の導電性物質を施すことは、破壊検査となるため、好ま
しくない。
【0005】また、電子ビームの加速電圧を1kV程度
の低い電圧にして、試料の帯電を抑える手法がある。し
かし、低加速電子ビームを使用しても、長時間あるい
は、大電流を試料に照射すると帯電するため、帯電に対
する完全な対策とは言えない。
【0006】
【課題を解決するための手段】通常の走査電子顕微鏡で
は、試料を入れる真空容器である試料室の真空度を10
~3Pa以下の高真空に保っている。このため、試料が一
旦帯電すると、そのまま帯電状態が続き、試料を大気に
曝すまで中和されない。
【0007】試料室の真空度を低くすると(0.1〜1
2Pa程度)、絶縁物に対しても、帯電することがな
い。本発明は、電子ビームを走査して、被検査物のパタ
ーンを検出する際に、被検査物を低真空の試料室に置
き、被検査物の帯電を防止しようとする。電子銃で発生
させた電子ビームを電子レンズで集束させ、被検査物に
照射する。被検査物は、XYステージに搭載され、試料
室に格納する。試料室は、低真空に制御する。電子銃や
電子レンズ等の電子光学鏡筒は、高真空に保持する。電
子光学鏡筒と被検査物の空隙は非常に狭くして、オリフ
ィスの効果を得る。二次電子検出器は、電子光学鏡筒の
内部に設け、被検査物からの二次電子信号を検出する。
電子ビームの走査とXYステージの移動による被検査物
全面のパターンを検出する。検出した画像信号をA/D
変換し、デジタル画像信号とする。デジタル画像信号に
画像処理を施し、パターン欠陥を抽出する。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明によるパターン検査
装置のブロック図である。電子銃1で発生した電子ビー
ム2を電子レンズ3で集束し、偏向コイル4で走査し
て、被検査物5に照射する。被検査物5から放出される
反射電子あるいは二次電子を検出器6で検出する。検出
器6で得た走査電子像信号をA/Dコンバータ7でデジ
タル画像信号に変換する。この検出画像と予めメモリ8
に記憶しておいた良品画像とを、画像処理装置9で比較
して不一致部分を欠陥として検出する。被検査物5は、
XYステージ10に搭載され、XYステージの移動と電
子ビーム2の走査により、被検査物5のパターン全面を
検出する。電子銃1を含んだ電子光学鏡筒11は、真空
ポンプ12により高真空に保たれている。試料室13
は、真空ポンプ14で排気する。真空計15の指示によ
り、コントローラ16がリークバルブ17を制御して、
一定の低真空度に保つ。被検査物5の雰囲気は低真空で
あるため、電子ビーム2の照射でも帯電することが無
い。
【0009】図2はパターン検査装置のパターン検出部
のブロック図である。高真空室21は、ターボ分子ポン
プ22と油回転ポンプ23により高真空(例えば、10
~3Pa以下)に保たれている。高真空室21の中には、
陰極24がある。陰極は、例えば、タングステンフィラ
メントあるいはランタンヘキサボライトフィラメントで
ある。陰極24から放出された電子ビーム2は、収束レ
ンズ25と対物レンズ26により、細く集束し、被検査
物5に照射する。解像度を上げるためには、小さなビー
ム径が必要である。ビーム径を小さくするには、収束レ
ンズ25を複数個使用すると良い。また、電子ビーム2
は、偏向走査コイル群27により、被検査物5上に走査
する。電子ビーム2の照射により被検査物5から放出さ
れた二次電子や反射電子28は、中間室33内の電子線
検出器29で検出する。電子線検出器は、例えば、シン
チレータと光電子増倍管で構成する。電子線検出器29
の前面近くに、電極30を配置して、正電位を印加する
と、二次電子が収集されて、二次電子像が得られる。電
位の印加をやめると、反射電子像が得られる。
【0010】一方、試料室13は、油回転ポンプ31で
真空引きされている。真空計15で、試料室13の真空
度を監視し、目標真空度より真空度が高ければ、リーク
バルブ17を開き、低ければ、閉じることで、試料室の
真空度を所定の値(例えば、0.1〜102Pa)に制
御する。試料室13と高真空室21との間には、オリフ
ィス群32を置き、差動排気を行う。さらに、対物レン
ズ26の下面と被検査物5との空隙を最小とすること
で、オリフィスの効果を持たせ、中間室33も高真空に
保つ。中間室33を高真空にすることで、電極30に高
電位を印加することができ、二次電子の検出が可能とな
った。もし、中間室の真空度が低いと、放電のため、電
極に高電位を印加できない。
【0011】偏向走査コイル群27による電子ビームの
走査では、大面積の被検査物のパターンを全面検出でき
ないため、XYステージ10の移動と併用して、パター
ン全面を検出する。
【0012】図3はパターン検査装置のパターン検出部
の他のブロック図である。図2との違いは、対物レンズ
26であり、それのみを説明する。中間室33と試料室
13との差動排気を行うため、対物レンズの下磁路にオ
リフィス34を設けた。
【0013】図4はパターン検査装置の欠陥判定処理部
のブロック図である。電子ビーム2の照射により被検査
物5から放出された二次電子あるいは、反射電子を検出
器6で検出する。検出器6からの検出画像信号をADコ
ンバータ7でデジタル画像信号に変換する。XYステー
ジ10はドライバー43で駆動され、被検査物の任意の
場所のパターンを検出できる。
【0014】被検査物が例えば、半導体ウエハである
と、一つのチップエリアを単位とした繰返しパターンで
ある。そこで、まず、一つの単位の繰返しパターンを検
出し、その領域のデジタル画像信号をメモリ8に格納し
ておく。次に、残りの領域を検出し、そのデジタル画像
信号をメモリ8に格納しておいた画像信号と、位置合せ
回路41で位置合せをし、比較回路42で濃淡画像比較
し、不一致部を欠陥と判定する。
【0015】図5はパターン検査装置の欠陥判定処理部
の他のブロック図である。電子ビーム2の照射により被
検査物5から放出された二次電子あるいは、反射電子を
検出器6で検出する。検出器6からの検出画像信号をA
Dコンバータ7でデジタル画像信号に変換する。XYス
テージ10はドライバー43で駆動され、被検査物の任
意の場所のパターンを検出できる。
【0016】被検査物が例えば、ガラスマスクあるい
は、X線露光用マスクであると、検出画像を二値化する
ことで、容易にパターンを顕在化できる。そこで、AD
コンバータ7の出力信号を二値化回路51で二値化し、
二値画像信号とする。一方、マスクパターンを作成する
設計データ52をもとに、理想二値パターンを作成し、
メモリ8に格納しておく。二値化回路51の出力である
検出二値画像信号とメモリ8から読みだした良品二値パ
ターン信号を位置合せ回路41で位置合せし、比較回路
42で二値画像比較し、不一致部を欠陥と判定する。
【0017】
【発明の効果】被検査物周囲の雰囲気を低真空とするこ
とで、電子ビームの照射による被検査物の帯電が発生し
ないため、半導体上ウエハやガラスマスクやX線露光用
マスクやセラミック回路基板等の絶縁物を対象としたパ
ターン検査が可能となる。
【0018】電子ビームを使用しているため、光学式の
検査に比べ、解像度が高く、微細なパターンの検査が可
能となる。
【0019】電子線検出器の雰囲気を高真空に排気する
ため、二次電子収集用の電極に高電位を印加でき、二次
電子を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による検査装置のブロック図。
【図2】本発明による検査装置のパターン検出部の一実
施例のブロック図。
【図3】本発明による検査装置のパターン検出部の第二
実施例のブロック図。
【図4】本発明による検査装置の欠陥判定処理部の一実
施例のブロック図。
【図5】本発明による検査装置の欠陥判定処理部の第二
実施例のブロック図。
【符号の説明】
1…電子銃、 2…電子ビーム、 3…電子レンズ、 4…偏向コイル、 5…被検査物、 6…電子線検出器、 7…ADコンバータ、 8…メモリ、 9…画像処理装置、 10…XYステージ、 11…電子光学鏡筒、 12,14…真空ポンプ、 13…試料室、 15…真空計、 16…コントローラ、 17…リークバルブ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の表面に電子ビームを照射し走査する
    電子ビーム照射手段と、前記基板から発生する二次電
    子、あるいは、反射電子の検出器と、前記検出器からの
    パターン信号から欠陥を判定する欠陥判定手段と、前記
    基板を納めた試料室と、前記試料室の真空度を設定圧力
    に制御する制御手段とを具備することを特徴とする電子
    ビームによるパターン検査装置。
  2. 【請求項2】基板の表面に電子ビームを照射し走査する
    電子ビーム照射手段と、前記基板から発生する二次電
    子、あるいは、反射電子の検出器と、前記検出器からの
    パターン信号から欠陥を判定する欠陥判定手段と、前記
    基板を納めた試料室と前記電子ビーム照射手段を納めた
    電子光学鏡筒との間にオリフィスを具備することを特徴
    とする電子ビームによるパターン検査装置。
  3. 【請求項3】基板の表面に電子ビームを照射し走査する
    電子ビーム照射手段と、前記基板から発生する二次電
    子、あるいは、反射電子の検出器と、前記検出器からの
    パターン信号から欠陥を判定する欠陥判定手段と、前記
    基板を納めた試料室と前記検出器を納めた真空室との間
    にオリフィスを具備することを特徴とする電子ビームに
    よるパターン検査装置。
  4. 【請求項4】基板の表面に電子ビームを照射し走査する
    電子ビーム照射手段と、前記基板の周囲を低真空に保つ
    試料室と、前記基板から発生する二次電子、あるいは、
    反射電子の検出器と、前記検出器からのパターン信号よ
    り欠陥を判定する欠陥判定手段とを具備することを特徴
    とする電子ビームによるパターン検査装置。
  5. 【請求項5】基板の表面に電子ビームを照射し走査する
    電子ビーム照射手段と、前記基板の周囲を低真空に保つ
    試料室と、前記基板から発生する二次電子、あるいは、
    反射電子の検出器と、前記検出器の周囲を高真空に保つ
    真空室と、前記検出器からのパターン信号より欠陥を判
    定する欠陥判定手段とを具備することを特徴とする電子
    ビームによるパターン検査装置。
  6. 【請求項6】低真空雰囲気内の基板の表面に電子ビーム
    を走査し、前記基板から発生する二次電子あるいは、反
    射電子を検出して得られるパターン信号から欠陥を検出
    することを特徴とする電子ビームによるパターン検査方
    法。
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