JPS63210606A - 荷電粒子ビームによるパターン欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子の製造に用いるマスクやレチクル
上ｌこ形成されたパターンの欠陥検査に係り、特に荷電
粒子ビームを用いた検査に好適なパターン欠陥検査方法
および装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造は、原版となるマスクを製作し、
マスク上のパターンを光、ｘｉ、″を子ｉ等を用いてウ
ェハ上に転写して行われる。１つのマスクから大量のウ
ェハへ転写が行われるため、マスク上に欠陥があれば大
量の不良ウェハを生じることになる。従って、マスク上
のパターン検査は極めて重要である。

従来、マスクパターンの欠陥検出能力としては特開５’
Ａ３５−８５７６７号に記載のように、マスク上を電子
線で一定速度で走査し、その反射電子または二次電子を
検出し、その検出信号を適当なしきい値で２値化後、所
定のタイピングでサンプリングし、デジタル画像処理に
より欠陥を検出する方法が提案されていた。

またＸ線蕗元用マスクにおいては、篩加速電圧の電子ビ
ームをマスク上で走査し、マスクを透過する隠子を検出
することにより、パターンを検出する方法もある。

第２図に正常なマスクパターンの１例、第６図にマスク
パターン上に生じる欠陥の例を示す。５１は、マスクパ
ターン基材、５２はパターン、５３は牛ショート、５４
は欠け、５５はショート、５６は断線。

５７はピンホール欠陥、５８は孤立欠陥である。ピンホ
ールおよび孤立欠陥を除いて、すべてパターン輪郭線に
沿って欠陥は生じる。検出すべき欠陥の大きさは、一般
に、パターン線幅の１／２〜１／３であるのでｘｓｍ光
に用いるマスクでは０．１μｍ程度である。一方、マス
クパターンの厚さは１μｍ程度である。パターン輪郭線
に沿って生じるパターン欠陥は、主にパターン描画およ
びバターニング時に発生し、しばしば０．１μｍ程度の
微細欠陥は発生する。しかし、ピンホールや孤立欠陥は
、パターン成膜時またはバターニング時に、パターン表
面に付着した異物がパターン転写されて生じるもので異
物の輪郭線は一般にパターンに比べてあいまいであるた
め、転写された場合にはシャープなエツジが形成されに
くい。従って、０．１μｍ程度の微小なピンホールや孤
立欠陥は極めて生じにくい。

しかし従来方式では、第４図に示すようζこ、マスク全
面に対し電子縁を一定のビーム径、一定の速度およびビ
ーム径と等しいピッチのマスク走査により、その検出信
号をビーム径に等しい一定の間隔でサンプリングしてい
る。そのため、パターン輪郭線付近をのぞいた、はとん
ど微小欠陥の生じない部分でも微小欠陥を検出すべく細
かく検号をサンプリングすることとなり、美大な検査時
間が必要となるという問題点を有していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、微小欠陥の発生しや丁い部分も微小欠
陥の発生しにくい部分も、同一のビーム条件でラスタ走
食し、同一条件でパターン検出を行うため、微小欠陥の
ほとんど発生しない部分子こついては不易４！ζこ高い
分解能で検査する結果となり、マスク全面を検査するに
は美大な検査時間を要するという問題があった。

本発明の目的は、欠陥検出能力を低下させることなく、
高速に検査可能なマスクパターン検査方法および装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、電子ビーム径を変更する手段と、電子ビー
ムを理想パターン輪郭線に沿って偏向する電磁型偏向手
段と、隠子ビームを一定の微小偏向幅で電磁型偏向手段
による偏向とは直角の方向ｌこ偏向する靜電型徐小偏向
手段とを有し、２つの偏向手段を組合わせることにより
、理想パターン輪郭線と常に直角に父わるよう電子ビー
ムを走査し、実パターン輪郭線の位置と理想パターン輪
郭線位置とを比較することにより、パターン輪郭線上の
微小欠陥を検出し、パターン輪郭線以外の部分では、太
い電子ビーム径でマスク走査し、従来よりも粗いサンプ
リング間隔でサンプリングすることｌこより、パターン
を高速に検出し、理想パターンと比較することにより欠
陥を検出する。

以上の手段により、前述のパターン検査時間の短縮が達
成される。

〔作用〕

第５図に本発明による電子光学系の一構成例を示す。同
図中、５７は電子銃、５８はコンデンサレンズ、５９は
静電偏向による微小偏向器、６０は電磁主偏向器、６１
は対物レンズ、６２はＸ線マスク、６３は検出視野絞り
、６４はシンチレータ、６５はライトガイド、６７は光
電子増倍管である。

電子ａ５７から放出された電子はコンデンサレンズ５８
および対物レンズ６１により、試料６２上に微小スポッ
トとして収束される。主偏向器６０により、電子ビーム
は理想パターン輪郭＠１こ沿って偏向され、微小偏向器
３は常に主偏向器とは直角方向に一定の走査幅で電子ビ
ームを偏向する。その結果、第６図に示すように電子ビ
ームを偏向する。主偏向器は、数１００μｍ〜数ｍｍの
走査幅を走査する必要があるので、走査幅の大きくとれ
る電磁型偏向器でなければならない。しかし、走査幅の
大きい電磁型偏向器は、ステップ応答速度が遅いため、
走査開始点上終点付近で走査速度むらを生じ、検出パタ
ーンが歪んでしまい、その結果、パターン検出歪を欠陥
と誤判定してしまう。これをさけるには、助走区間を設
けて、走査速度が一定になってからパターン検出を行う
必要がある。ラスタ走査の場合ｌこ比べ、第６図に示し
た走査方法では、パターン走査回数が大幅に増大するた
め助走を行う回数が多く、パターン検査に寄与しない無
駄時間が多くなってしまう。本発明は、第６図に示した
走査を理想パターン輪郭線に沿った成分と、パターンと
直交する成分に分け、パターン輪郭線に沿った成分を主
偏向器が担当し、パターンと直交する成分を静電型偏向
器が担当する。静電型偏向器は大きな走査幅を得ること
ができないが、ステップ応答速度が速いため、電磁型に
必要な助走区間が不要となり、パターン検査に寄与しな
い無駄時間を削減できる。

パターン輪郭線に沿った走査は、微小偏向器が１回走査
するごとｌこ１ステツプだけビーム位置を進めればよい
ので応答速度が遅い電磁型偏向器で十分である。

Ｘ線マスク６２を透過した電子は、シンチレータ６４に
入射し、光子を発生させる。光子はライトガイド６５を
通って光電子増倍管で検出されパターン検出信号を得る
。理想パターン輪郭線に対し、一定の距離りの位置から
パターン内側に向って微小走査を行うとパターン部分で
電子線がさえぎられるので、第１図に実線で示す検出信
号が得られる。

図中、縦軸は信号レベル、横軸は時間である。さらｆこ
、これを一定のしきい値ＴＨｏで２値化すると第８図に
示す信号が得られる。ビームがパターン輪郭線を横切る
と２値化信号は１から０に変化する。ビーム走査速度が
一定であれば、常に走査開始から一定時間ｄ後に信号レ
ベルが変化するはずである。パターンに欠陥５９があれ
ば、パターン輪郭線の位置が理想パターン輪郭線の位置
からずれ、もし、ａ！６図中５９で示したような欠陥が
あると第８図中、破線で示すように信号レベルが変化す
る時刻がずれる。従って、信号レベルが１から０に変化
する時刻のずれａｔがある許容値以上である場合を検出
することＩこより欠陥が検出できる。

パターン輪郭線以外の部分は微小欠陥はほとんど存在し
ないので、ビーム径を太（して、主偏向器のみを使用し
て２スタ走査してパターン検出する。走査ピッチ、サン
プリング間隔もビーム径に合せて大きくする。第９図１
こその例を示す。ビーム径を太くすると分解能が低下す
るが、微小欠陥はほとんど存在しないので欠陥検出性能
は低下しない。−回の走査により、（ビーム径）×（走
査＠）分の領域が検査できるので、ビーム径を太くする
ことにより、同一面積を少ない走査回数で検査できる。

ビーム径はコンデンサレンズの励磁電流を下げることに
より容易に太くすることができる。また読点ビーム径を
太くすると試料照射電流が増加するため、Ｓ／Ｎ比の良
い画像が得られる。

従って、より高速にビーム走査しても、良好なＳ／Ｎ比
が得られる。以上から、ビーム径を太くすることにより
高速に走査可能であり、かつ、少ない走査回数で検査で
きるので検査時間が大幅に短縮される。

ラスタ走査時の欠陥検出は以下のように行う。

従来のマスク検査装置と同様に、マスクパターン設計デ
ータをもとに、ビーム走査と同期して、理想パターン検
出信号を発生させる。ビームがパターン内部を走査して
いるときは、ビームはマスクを透過しないから、本来的
に低いレベルの検出信号が得られるはずである。ピンホ
ール欠陥６ｏ上を走査すると、欠陥部分ではビームが透
過するため、第１０図１こ示すように、欠陥部分で高い
レベルの信号が検出される。従って、あるレベルのしき
い値ＴＴ（１より高いレベルの信号を検出すること着こ
より欠陥が検出される。ビームは、パターン外側を走査
しているときとは逆に、ビームの透過をさまたげるもの
が欠陥６１であるから、パターン外側を走査中に欠陥が
存在すると、第１２図のよう４こ、欠陥部分でレベルの
低い信号が得られる。従って、あるしきい値ＴＨ２より
低いレベルの信号を検出することにより、欠陥が検出で
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する０ 本実施例は、電子銃１．コンデンサレンズ２゜Ｘ方向微
小静電偏向器５．Ｙ方向微小静電偏向器４、Ｘ方向主電
磁偏向器５．Ｙ方向主電磁偏向器６、対物レンズ７、Ｘ
線マスク８．試料台９．ＸＹステージ１０．シンチレー
タ１１．ライトガイド１２゜光電子増倍管（以下ホトマ
ルと略す）１６．ホトマル増幅器１４．偏向アンプ１５
，１６．１７．１８．偏向方法切替器１９．マルチプレ
クサ２０１輪郭疎付近走査信号発生器２２．微小走査ク
ロック発振器２３．Ｘ方向ラスタ走査信号発生器２４．
Ｙ方向ラスタ走査信号発生器２５．２値化回路２６．２
７．２８　、輪郭線位置判定回路２９．マルチプレクサ
３ｏ、インバータ３１．ビーム径変更回路５２．設計デ
ータ３４．制御回路３５から成る。

本実施例では、ｘｍ露光に用いるマスクを検査する。Ｘ
ｉマスクはＸ線を透過する厚さ数μｍの低原子番号、低
密度の物質から成る基材上に厚さ１μｍ程度の高原子番
号、高密度の物質でパターンが形成されている。そのた
め、十分に高い加速電圧の電子ビームをマスクに対照す
れば、マスク基材部では電子はほとんど散乱せずに透過
し、パターン部分では電子は透過しないか、または、犬
きく散乱される。従って、ある散乱角以内のマスク透過
電子を検出すれば、基材部は明るく、パターン部は暗い
透過電子像が得られる。

電子銃１から発生する電子線は、コンデンサレンズ２、
および対物レンズ７によって、Ｘ線マスク８上にスポッ
ト状に収束される。電子の加速電圧は、マスク８の基材
部を透過するのに十分な程高く、スポットの大きさは検
出しようとする欠陥の大きさ程度に小さいとする。電子
線は、微小静電偏向器３，４および生成磁備向器５，６
によりマスク上を２次元に走査される。マスクを透過し
た電子は、マスクの下ζこ設置されている透過電子検出
用シンチレータ１１で光子に変換されたあと、ライトガ
イド１２を通じてホトマル１３に導びかれ、ホトマルに
より光子は電気信号に変換され、Ｘ線マスクのパターン
検出信号を得る。

試料台９はＸＹテーブル１０の上に固定されており、マ
スク８　とＸＹテーブル１０の間に透過電子検出用シン
チレータ１１およびライトガイド１２を配置するスペー
スを確保する。また、試料台９の上面は電子ビームが透
過するように穴があけられている。電子ビームの経路は
電子の通過のさまたげとならないように真空に保たれて
いる。

制御回路５５は、マイクロコンピュータで構成すれ、検
査対象物の設計データ５４８読み込み、電磁偏向器５．
６で走査可能な範囲のパターン輪郭線の方向θと輪郭線
の長さｌ１輪郭線原点（Ｘｏ、Ｙｏ）を計算し、輪郭線
付近走査信号発生器２２にθｌ１ＩＸｏ　ｅ　Ｙｏ　’
Ｅ：与える。第１５図にθ＋　ｌ＊　ＸＯ＊　Ｙｇ　（
／Ｊ定義を示す。さらに、偏向方法切替器１９を輪郭線
付近走査信号発出器２２側に切り換える。

第１４図に示すように、輪郭線付近走査信号発生器２２
はコサイン変換器３６．サイン変換器６７、カウンタ３
８．４５．　Ｄ／Ａ変換器５９，４６．乗算器４１〜４
３゜加算器７１，７２．インバータ７３から成る。

制御回路３５から出力された輪郭線方向θのデータはコ
サイン変換器３６．サイン変換器３７によりそれぞれ■
θ、ａｉｎθの値が求められる。走査開始パルスＣｓが
出力されると、カウンタ６８は０にクリアされ、カウン
タ４５は−ｄ（マイナスｄ）にセットされる。カウンタ
４５は、クロック発振器２３の出力パルスを２ｄ回カウ
ントする。カウント値はＤ／Ａ変換器４６によりアナロ
グ値に変換される。カウント値がｄになると再び−ｄが
セットされ、計数を繰り返す。その結果、Ｄ　／　Ａ変
換器４６の出力は、第１６図に示すような０を中心に士
ｄの振幅をもつ鋸状波となる。Ｄ／Ａ変換器４６の出力
とサイン変換器３７の出力を乗算器４１で乗算し、偏向
アンプ１５を介してＸ方向微小静電偏向器３に加え、コ
サイン変換器３６の出力をインバータ７３で符号反転し
たあと、Ｄ／Ａ変換器４６の出力とインバータ３７の出
力を乗算器４２で乗算した後、偏向アンプ１６を介して
Ｙ方向微小静電偏向器４に加えると、電子ビームは、パ
ターン輪郭線に直角で幅２ｄで繰り返し走査される。ま
た、クロック発振器２３のパルス間隔は、電子ビームが
ビーム径分だけ動くのに要する時間とする。さらに、こ
のときのビーム径は最小検出欠陥サイズより小さく絞る
。

カウンタ４５がｄまでカウントするたびにカウンタ３８
の値は１インクリメントされ、カウンタ３８がｌまで計
数すると、制御回路にパルスＣｅを返えすＯＤ／Ａ変換
器３９の出力は、ｌステップの階段状波形となる。Ｄ／
Ａ変換器５９の出力と、コサイン変換器３６．サイン変
換器３７の出力を乗１！１．器４３．４４でそれぞれ乗
算し、乗算器４３の出力ｌこＸ原点データＸｏを加算器
７１で加えた結果を偏向アンプ１７を介してＸ方向主電
磁偏向器５９乗算器４４の出力にＹ原点Ｙｏを加算器７
２で加えた結果を偏向アンプ１８を介してＹ方向電磁偏
向器６に加えると、第１５図１こ示したθ方向へ！だけ
ビームが偏向される。靜′厄偏向器３４４こよる偏向を
合わせると、第６図に示した走査が行われる。制御回路
６５は、カウンタ３８からのカウント終了パルスＣｅを
受は取ると、次の輪郭線についてθ、　ｌ　、　Ｘｏ、
　Ｙｏを求め、同様に走査を行う。輪郭線沿いの走査を
行っている間は、マルチプレクサ２０により、ホトマル
増幅器１４の出力は２１直化回路２６に与えられる。２
値化回路２６は入力信号をしきい値ＴＨＯで２値化する
。輪郭線位置判定回路２９は、ラッチ回路４７．差分回
路４８．絶対値回路４９．比較回路５０から成る。輪郭
線走！信号発生回路２２内のカウンタ４５の値を、２値
化回路２６の出力が１から０に変化したときラッチして
保持する。差分回路４８は、ラッチ４７の出力ａｄとの
差を求める。さらに、絶対値回路４９でその絶対値を求
める。ここでａｔは最小検出欠陥サイズの長さを走査す
る間ζこ出力される発振器２５のパルス数とする。

比較回路５０は、さらに絶対値回路４９の出力とｄｔを
比較し、絶対値回路出力の値の方が大きいとき、欠陥が
あったと判定する。

電磁偏向器５，６により走査可能な範囲のＴべての輪郭
線の走査が終了したら、走査方法切替器１９をラスタ走
査信号発生器２４．２５側に、マルチプレクサ２０を、
マルチプレクサ５０側に切著える。さらに、ビーム径変
更回路６２により、コンデンサレンズ２の励磁電流を弱
め、ビーム径を輪郭線近く以外の領域で発生しつる欠陥
サイズ程度までに大きくする。

制御回路６５は、ラスタ走査信号発生器２４．２５によ
り、主・電磁偏向ａ５．６により走査可能な範囲を第９
図に示したようにラスタ走査する。ラスタ走査中、静電
偏向器３，４は走査しない。ラスタ走査と同期して、制
御回路３５は、設計データ３４のデータをもとに、電子
ビームが理想パターンの内側にある場合、マルチプレク
サ３０の出力を２値化回路２７に出力し、理想パターン
の外側（基板上）にある場合は、２値化回路２８に出力
し、理想パターンの輪郭線上にあるときはどこにも出力
しない。

２値化回路２７は、しきい値ＴＨ１で入力信号を２値化
することにより、パターン中のピンホール＋検出する。

また、２値化回路２８は、入力信号をしきい値ＴＨ２で
２値化し、さらにインバータ３１で論理を反転すること
により孤立欠陥を検出する。

制御回路５５は、輪郭線上を走査しているときは輪郭線
位置判定回路２９の出力を、輪郭線内側（パターン上）
をラスタ走査しているときは２値化回路２７の出力を、
輪郭線外側を走査しているときはインバータ３１の出力
を、それぞれ欠陥検出信号として採用することｌこより
欠陥を正しく判定する。

主電愚偏向器５，６で走査可能な範囲をすべて検査終了
した後、制御回路５５はＸＹステージ１０を駆動して、
Ｘ線マスク８上の未検査領域を検査する０ 以上の動作を繰り返し行い、Ｘ線マスク８上の全検査範
囲を検査する。

本実施例では、Ｘ線マスクを対象とし、透過電子を検出
することによりパターンを検出したがガラスマスクなど
の電子が透過しない対象物を検査する場合ζこは、透過
電子のかわりに反射電子または、２次電子を検出すれば
よい。その場合、パターンの濃淡が反転するのでインバ
ータによりホトマル増幅器出力を反転させてから同様の
欠陥判定を行えばよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、荷電粒子ビームを透過又は反射させて
検査部分を精査できるので、欠陥検出性能を高精度に保
ちながら検査時間を大幅に短縮する効果がある。

【図面の簡単な説明】

Ｗｃ１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は正常マ
スクパターンの一例を示す図、第５図はマスクパターン
上に生ずる欠陥の例を示す図、第４図は従来技術による
ビーム走査の一例を示す図、第５図は本発明に係る電子
光学系の一構成例を示す図、＠６図は本発明によるビー
ム走査の一例を示す図、第１図はパターン部分で遮られ
た電子線強度を走査距離に対応した時間の関数で表わし
たグラフ、第８図は第１図を２値化して表わしたグラフ
、第９図はビーム径を太くしたときの主偏向器による走
査を示す図、第１０図はピンホール欠陥を走査したとき
の透過電子線の強度信号を示す図、Ｗ、１１図は第１０
図の信号を２値化した信号を示す図、第１２図は残留欠
陥を走査したときの透過電子線の強度信号を示す図、第
１３図は第１２図の信号を２値化した信号を示す図、第
１４図は第１図の輪郭線付近走査信号発生器２２の詳細
を説明するための図、第１５図は走査に関するパラメー
タを示す図、第１６図は本発明に係る電子線の走査を与
える鋸歯状波の一例を示す図、第１７図は第１図の輪郭
線位置判定回路２９の詳細を説明するための図である。 １・・・電子銃、　　　　　　２・・パ１子ビーム。 ３・・・コンデンサレンズ。 ４・・・偏向コイル、　　　５・・・対物レンズ。 ７・・・マスク、　　　　　９・・・透過電子検出器１
１・・・ＣＡＤデータテース １２・・・ＣＡＤデータ読出器 １５・・・フォーマット変換器 １４・・・輪郭線付近信号発生器１ １５・・・ビーム径変調器、１６・・・ビーム偏向器。 １８・・・マルチプレクサ、１９・・・エツジ検出回路
。 ２２・・・輪郭線付近走査信号発生器。 ２９・・・輪郭線位置判定回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査対象物上のパターン輪郭線に沿つて第１のス
   ポット径に集束された荷電粒子線を用いて走査し、第２
   のスポット径に集束された荷電粒子線を用いて、前記被
   検査対象物の前記パターンを走査することを特徴とする
   パターン検査方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載のパターン検査方法にお
   いて、 前記第１のスポット径の荷電粒子線は前記パターン輪郭
   線と交差するよう微細に走査し、前記第２のスポット径
   は前記第１のスポット径より大きく、該スポット径の荷
   電粒子線は前記被検査対象物の前記パターンをラスタ走
   査するパターン検査方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載のパターン検査方法にお
   いて、 前記走査は、被検査対象物上に設けられたパターンの設
   計データから該パターンの輪郭線位置を知る過程と、前
   記交差に伴うパターン検出信号の立上がり又は立下がり
   部分から輪郭線の実際の位置を知る過程を含むパターン
   検査方法。 ４、荷電粒子を発生させる荷電粒子源、当該荷電粒子源
   からの荷電粒子を被検査対象物上に少なくとも２つの異
   なるスポット径で集束する手段、当該スポットを２次元
   的に走査可能な静電型偏向手段、同スポットを２次元的
   に走査可能な電磁型偏向手段、前記被検査対象物を透過
   或は反射した荷電粒子または前記被検査対象物から発生
   した二次荷電粒子を検出して前記パターンを検出する手
   段、前記被検査対象物の設計データを読み取つてパター
   ン輪郭線位置、方向及び長さを算出する手段、当該設計
   データと前記パターンの検出信号から欠陥を検出する手
   段を有するパターン検査装置。