JP3906866B2 - 荷電粒子ビーム検査装置 - Google Patents
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二次電子信号と反射電子信号を両方検出し、両者の演算処理により欠陥を検出する技術としては特開昭56−126752号公報がある。
しかし、上記従来技術等は分離した検出素子をビーム光軸周囲に円環状に配置した構成であり、二次電子をリターディング電界で高速に加速する本検査装置では光軸近傍に集中した二次電子が大量に通過して検出不可能となり、高速検査画像取得に十分な個数の電子を捕捉することができない。
はじめに半導体装置の検査と製造工程の関係について述べる。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。パターン形成工程は大まかに、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。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。
これにより、電子線201はその電位に相当するエネルギ、例えば本実施例では12keVで試料台11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(リターディング電圧)を印加できるようになっている。
傾き角について、図4にモデルを示しながら説明する。表面が一次ビーム入射方向に垂直な平面であれば、二次電子は一次ビームと正反対の方向(ここではこれを0度と定義する)を中心としていわゆるcos則にしたがった分布で−90度から90度までの範囲で出射する。試料表面が入射ビームに対して傾いている場合には、傾いた平面に対して垂直な方向への出射電子の密度が高くなる(以下、二次電子または反射電子の最も高密度な出射方向への軌道を主軸の軌道と呼ぶ)。
すなわち、リターディング電圧の変化により一次ビームの照射エネルギ、スポット径、二次電子のエネルギが変わる。さらに、中間電極の電圧によって、図5に示すような試料表面近傍の電位の変化勾配が制御されるので、二次電子の主軸の傾き、拡がり方が変化する。
次に、第2の実施例として、図7に示すように電子ビーム光軸近傍に金属製の反射板15を配置し、分割型の半導体検出器13を反射板15に対向する向きに設置した構成を実施した。その他の構成は第1の実施例と同一であるので説明を省略する。反射板15には同図(b)に示すように、角度の変化を付け、反射板15に衝突した電子の位置に応じて発生する二次電子の方向が大きく分離されるような形状にした。検出素子13は分離された軌道をそれぞれの素子で検出すればよく、第1の実施例で直接取得していた場合に比べて素子間の隙間における二次電子の損失が低減された。その結果、良質な検査画像を取得することができた。
次に第3の実施例として、図8に示すように対物レンズ9を検出器13の上方に設置し、その他の構成を第1の実施例と同様に構成した回路パターン検査装置について述べる。その他の構成は第1の実施例と同一であるので説明を省略する。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に加速されるので角度分布が法線方向近傍に集中しており、検出面での拡がりは数mm径程度と小さく、ほとんど全ての二次電子を捕捉でき、検出効率はほとんど劣化しない。本実施例によれば、第1実施例と比べて同等程度の検出効率で二次電子202が検出できた。本実施例によれば、対物レンズ9の焦点距離が第1の実施例に比べて長く、一次ビーム偏向幅を大きくとることができ、二次電子が収束されないので扱いやすい等の効果がある。
半導体検出器13の分割素子の形状を、図9に示すような中央部13eと周辺部13(a〜d)の分離形状としてもよい。これであれば、中央部のみの信号を取ることでエネルギ分析の機能を高めることも可能になる。二次電子の主軸の到達位置をモニタしてエネルギフィルタとして用いれば、外観の欠陥検査のみでなく、試料基板の電位状態を逆算し、定量評価をすることもできる。その結果、試料の電位状態を定量評価する測定機能を持たせることが可能になる。このとき、異なる形状の検出素子の応答速度を一定に揃えるため、検出素子の面積を一定にする等の設計、および調整が必要である。
Claims (7)
- 試料を載置する試料台と,
一次荷電粒子ビームを発生させるための荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子ビームを前記試料台上の試料の所定の領域に照射するための収束・走
査偏向手段と,
前記一次荷電粒子線を加減速させると共に前記試料から発生する二次電子および反射電
子を加減速する加減速手段と、
当該加減速手段に接続された電源と、
前記二次電子および反射電子を偏向する手段と、
前記一次荷電粒子線の光軸から外れた位置に配置され、前記二次電子および反射電子、またはいずれか一方を検出する複数の検出素子とを有する荷電粒子ビーム検査装置におい
て、
前記加減速の条件に合わせて前記二次電子および反射電子の偏向手段を制御する調整手
段を含み、
前記二次電子および反射電子の偏向を制御する調整手段は、前記複数の検出素子から得
られる信号に基づき、前記二次電子または反射電子が前記複数の検出素子の所望の素子で
検出されるように前記二次電子および反射電子の偏向量を制御することを特徴とする荷電
粒子ビーム検査装置。 - 試料を載置する試料台と,
一次荷電粒子ビームを発生させるための荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子ビームを前記試料台上の試料の所定の領域に照射するための収束・走査偏向手段と,
前記一次荷電粒子線を加減速させると共に前記試料から発生する二次電子および反射電子を加減速する加減速手段と、
当該加減速手段に接続された電源と、
前記二次電子および反射電子を偏向する手段と、収束する手段と、
前記一次荷電粒子線の光軸から外れた位置に配置され、前記二次電子および反射電子、またはいずれか一方を検出する複数の検出素子とを有する荷電粒子ビーム検査装置において、
前記加減速の条件に合わせて前記二次電子および反射電子の偏向および収束手段を制御する調整手段を含み、
前記二次電子および反射電子の偏向および収束手段を制御する調整手段は、
前記複数の検出素子から得られる信号に基づき、
前記二次電子または反射電子が所望の照射位置とスポット径になるように
前記二次電子および反射電子の偏向量と収束状態を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。 - 請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム検査装置において、
前記二次電子および反射電子の偏向手段の調整手段、
および前記二次電子および反射電子の収束手段の調整手段、
あるいはこれらのいずれか一方は、前記二次電子および反射電子の偏向手段および収束手段、あるいはこれらのいずれか一方を制御可能な制御回路によって制御することを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム検査装置において、
前記二次電子および反射電子の偏向手段はExB偏向器であることを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム検査装置において、
前記二次電子および反射電子の偏向調整手段は、前記複数の検出素子の各々の出力信号が均一に分配されるように前記二次電子および反射電子の偏向量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム検査装置において、
前記複数の検出素子は電流測定手段を接続した検出キャップを備えており、
該検出キャップの電流をモニタすることにより、前記二次電子または反射電子が前記検出器に対し所望の照射位置となるように前記二次電子および反射電子の偏向調整手段が該偏向量を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム検査装置において、
前記検出素子と前記一次荷電粒子線の光軸との間に反射板を有し、
前記検出素子が、前記試料からの二次電子または反射電子を前記反射板へ衝突させて新たに発生する二次電子を検出する検出素子であることを特徴とする荷電粒子ビーム検査装置。
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