(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子発生装置と、パターンが形成された試料が設置可能なステージと、前記荷電粒子発生装置からの第１の荷電粒子線を前記試料上に収束する収束装置と、前記第１の荷電粒子線を偏向する補助偏向装置と、前記補助偏向装置を通過した第１の荷電粒子線を一方向に偏向する主偏向装置と、前記ステージをステージ面内で前記一方向と交叉する方向に移動させるステージ駆動装置と、前記試料への前記第１の荷電粒子線照射によって試料から発生する第２の荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器からの信号を基に、前記第１の荷電粒子線により走査された前記試料の領域に対応した画像を取得する画像生成装置と、前記一方向に対する、前記試料の設置ずれ角度α°を算出する装置とを備え、さらに、前記補助偏向装置は、前記試料の設置ずれ角度α°に基因して発生する、前記ステージの前記移動に伴い増加あるいは減少する、前記主偏向装置による走査領域と前記試料における意図された被検査領域との位置ずれを相殺するよう、ステージの移動に同期して、前記第１の荷電粒子線を偏向することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
請求項１記載のパターン検査装置において、前記一方向は、前記ステージの移動方向と（９０°−α°）の角度で交叉することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項３】
請求項１記載のパターン検査装置において、前記補助偏向装置は、低速偏向かつ広い範囲の偏向を行う装置であり、前記主偏向装置は、高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う装置であることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項４】
請求項１記載のパターン検査装置において、前記ステージ駆動装置が、前記ステージを前記一方向にも移動させる手段を含むことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項５】
請求項１記載のパターン検査装置において、前記検出装置には、半導体検出装置を含むことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項６】
荷電粒子発生装置より発生した第１の荷電粒子線を収束装置によって収束する工程と、補助偏向装置によって前記第１の荷電粒子線を偏向する工程と、主偏向装置によって前記第１の荷電粒子線を一方向に偏向する工程と、ステージ駆動手段によって試料ステージをステージ面内で前記一方向と交叉する方向に移動させる工程と、前記試料への前記第１の荷電粒子線照射により試料から発生する第２の荷電粒子を検出する工程と、検出装置からの信号を基に、前記第１の荷電粒子線により走査された前記試料の領域に対応した画像を生成する工程と、前記一方向に対する、前記試料の設置ずれ角度α゜を算出する工程とを有し、さらに、補助偏向装置によって荷電粒子線を偏向する工程には、試料の設置ずれ角度に基因して発生する、前記試料ステージの前記移動に伴い増加あるいは減少する、前記主偏向装置による走査領域と前記試料における意図された被検査領域の位置ずれを相殺するよう、ステージの移動に同期して前記第１の荷電粒子線を前記補助偏向装置によって偏向することを含むことを特徴とするパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、収束した荷電粒子ビームを試料に照射し、試料から得られる信号をビーム照射位置と対応させて検出し画像化することで試料上に形成されたパターンの検査を行うパターン検査技術に関するものであり、特に、上記収束ビームを一方向に偏向しながら、この走査方向と交叉する方向に試料ステージを連続的に移動させ、試料から得られる信号をビーム照射位置と対応させて検出することで得られる走査像によってパターンの検査を行うパターン検査技術において、ステージの連続移動に伴う被検査領域の位置ズレを補正し、検査を精度良く行うのに有効なパターン検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、試料表面に形成されたパターンの検査は、このパターンを検出することが可能な粒子線，光束などを収束して試料に照射し、これに起因して試料から得られる信号を検出することにより行われる。そのもっとも典型的な例に、走査型電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称する）により得られる二次電子の走査像（以下ＳＥＭ像と称する）を利用したＳＥＭ式パターン検査がある。
【０００３】
ＳＥＭ像は、試料の表面形状を高分解能で画像化できるので、近年、半導体ウエハ上の回路パターンの検査に用いる試みが盛んである。半導体集積回路装置の製造においては、導電性材料や難導電性材料の堆積処理，リソグラフィ処理，エッチング処理などにより半導体ウエハ上に回路パターンを形成する。半導体ウエハ上に形成された回路パターンの良否は、半導体集積回路装置の製造歩留りなどの生産性に大きな影響を及ぼすため、半導体集積回路装置の製造工程においては、このような半導体ウエハ上の回路パターンの検査が重要である。
【０００４】
今日、半導体集積回路装置の高集積化に伴い、半導体ウエハ上に形成される回路パターンは急速に微細化している。このため、回路パターンの検査手段として、従来から用いられている光学式の検査装置よりも高い分解能を有するＳＥＭを用いる方法が着目されてきている。
【０００５】
これに関連する技術としては、例えば、特開平５−２５８７０３号公報には、エックス線マスクやこれと同等の導電性基板に形成されたパターンをＳＥＭを使用して検査する方法とそのシステムが開示されている。
【０００６】
また、特開昭５９−１６０９４８号公報には、電子線を一方向に偏向し、半導体ウエハを設置したステージをこれとは垂直な方向に連続的に移動させてＳＥＭ像を生成し、これを用いて高速に回路パターンの検査を行う手段が開示されている。
【０００７】
さらに、特開昭６３−２１８８０３号公報には、像取得時の半導体ウエハへの電子線照射時間を精密に制御して、半導体ウエハのチャージアップや階調ドリフトが像質に与える影響を低減し、検査に用いるＳＥＭ像の信頼性および感度を向上させる手段が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
今日の半導体集積回路装置の製造技術分野に於いては、上述したような回路パターンの微細化と歩調を合わせて半導体ウエハの大型化が進展している。したがって、回路パターンの検査には、より高い分解能で、より広い領域を検査することが要求されている。このためには、検査の高速化が必須である。
【０００９】
電子線走査とステージ連続移動を併用させたパターン検査においては、ウエハをステージに載せる際の回転角度（方位角）誤差からくる被検査領域の位置ずれを補正しなければならない。この補正はウエハ上の２個所のアライメントマークからウエハの回転角度誤差を求め、回転角度誤差を補正する制御を偏向装置に対して行なうことにより被検査領域の位置補正が行われる。
【００１０】
電子線走査とステージの連続移動を併用したパターン検査を１段の電子線走査装置で行なった場合、一段の偏向装置で、電子線の偏向とステージ移動に伴った位置補正の両方を行なわなければならない。しかし、１段の偏向装置で位置補正を行なうためには、電子線の偏向領域を広く取らなければならないという観点から、偏向装置の偏向感度（偏向感度とは、その偏向装置に加えた印加電圧もしくは電流に対して幾らの角度電子線が偏向されたかを示す値である）の向上が必須となる。
【００１１】
そしてこの偏向感度の向上にともなって、偏向装置自身の電気的ノイズに起因した像質の劣化（偏向ノイズ）の問題が深刻なものとなる。従って、一段の偏向装置では被検査領域の位置補正ができる範囲に限度があり、大型ウエハのパターン検査の場合には位置補正しきれないという問題が生じる。
【００１２】
本発明の課題は、ステージ連続移動方式のＳＥＭ式パターン検査において、ステージ連続移動に伴う被検査領域の位置補正を広い範囲で行いつつ、偏向ノイズによる像質の劣化が生じないパターン検査を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために２段で構成される偏向装置によりパターン検査を行なう。その２段の偏向装置は、例えば、電子線を高速かつ狭い範囲を偏向させるための主偏向装置と被検査領域の位置補正を目的とした、電子線を低速かつ広い範囲を偏向させる補助偏向装置で構成される。
【００１４】
すなわち、本発明は、その一実施例に依れば、荷電粒子発生装置と、パターンが形成された試料が設置可能なステージと、前記荷電粒子発生装置からの第１の荷電粒子線を前記試料上に収束する収束装置と、前記第１の荷電粒子線を偏向する補助偏向装置と、前記補助偏向装置を通過した第１の荷電粒子線を一方向に偏向する主偏向装置と、前記ステージをステージ面内で前記一方向と交叉する方向に移動させるステージ駆動装置と、前記試料への前記第１の荷電粒子線照射によって試料から発生する第２の荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器からの信号を基に、前記第１の荷電粒子線により走査された前記試料の領域に対応した画像を取得する画像生成装置と、前記一方向に対する、前記試料の設置ずれ角度α°を算出する装置とを備え、さらに、前記補助偏向装置は、前記試料の設置ずれ角度α°に基因して発生する、前記ステージの前記移動に伴い増加あるいは減少する、前記主偏向装置による走査領域と前記試料における意図された被検査領域との位置ずれを相殺するよう、ステージの移動に同期して、前記第１の荷電粒子線を偏向するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、荷電粒子発生装置として電子線発生装置を用いた例を用いて説明する。
【００１６】
図２は、本発明における位置補正制御機構のブロック図であり、図２において鏡体１は、電子線発生装置２，ブランキング装置３４，固定絞り３５，補助偏向装置２４，主偏向装置２６，収束装置５及び検出装置８により構成される。
【００１７】
試料室部１４は、試料１１（アライメントマーク２３を含む），ステージ１０，ステージ駆動装置１５及びレーザ干渉計１８により構成される。
【００１８】
位置補正制御部１９は、位置補正制御コンピュータ２０，ブランキング回路３１，主偏向装置制御回路２７，補助偏向装置制御回路２５及び収束装置制御回路２２により構成される。
【００１９】
パターン検査開始前に、電子線９で試料１１上を走査し、発生した二次電子１２に基づいて検出装置８がアライメントマーク２３を検出する。検出された二次電子信号１２と，レーザ干渉計１８より得られる座標値とから、位置補正制御コンピュータ２０が、試料１１のステージ１０に対する位置設定誤差、即ち、ステージ１０上の基準方向に対する試料１１の回転角α°とステージ１０上の基準点に対する試料１１の位置ずれ量Ｘ，Ｙを算出する。
【００２０】
検査開始後、レーザ干渉計１８より送られる被検査領域始点の座標と、試料のずれ量Ｘ，Ｙの値とから位置補正制御コンピュータ２０は、適正な領域を検査するようステージ駆動装置１５に信号を送りステージ１０を制御する。
【００２１】
またレーザ干渉計１８より送られる被検査領域始点の座標と、試料の回転角α°の値とから位置補正制御コンピュータ２０は、検査中に被検査領域が適正に検査されるように補助偏向装置制御回路２５，収束装置制御回路２２に信号を送り補助偏向装置２４，収束装置５を制御する。
【００２２】
本発明の位置補正制御において、電子線を高速偏向する主偏向装置に偏向感度が小さい偏向装置を、電子線をステージ移動に追従させる補助偏向装置に偏向感度が大きく，偏向収差の影響が小さい偏向装置をそれぞれ用いることにより、広範囲でのステージ位置補正制御を電気的ノイズの影響を最小限にし、精度良く行なうことができる。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態における装置構成を示す図である。
【００２４】
図１において、鏡体１は、電子発生装置２，ビームアライメント装置３３，例えば磁界レンズ系からなる収束装置３，ブランキング装置３４，固定絞り３５，例えば磁界偏向系からなる補助偏向装置２４，例えば静電偏向系からなる主偏向装置２６，例えば磁界レンズ系からなる収束装置５，ＥｘＢ偏向装置６及び反射板７から構成される。
【００２５】
ここで、電子発生装置２は、ショットキー型電界放出電子源３６，サプレッサ電極３７，引き出し電極３８，第１アノード電極３９及び第２アノード電極４０で構成される。
【００２６】
検出装置部２８は、半導体検出器を含む検出装置８と，１００ＭＨｚでのＡＤ変換基板を含むＡＤ変換部２９とから構成される。この検出装置部２８は、二次電子を検出装置に引き付けるため、高電圧が印加可能であるものとする。
【００２７】
試料室部１４は、アライメントマーク２３を含む試料１１を載置するステージ１０，ステージ駆動装置１５およびレーザ干渉計１８で構成されている。
【００２８】
位置補正制御部１９は、位置補正制御コンピュータ２０，ブランキング回路３１，補助偏向装置制御回路２５，主偏向装置制御回路２７及び収束装置制御回路２２で構成される。    電子発生装置２で生成された電子線９は、収束装置３で一度クロスオーバ（図１においては、固定絞り３５近傍に形成）を作ってから、主偏向装置２６で高速に偏向されるとともに収束装置５によって試料１１に焦点を結ぶ。
【００２９】
ここで、ビームアライメント装置３３は電子線９の光軸を調整するために用いられる。ブランキング装置３４は、試料１１に電子線９を照射したくない場合に、電子線９を偏向し固定絞り３５で電子線９を遮るために用いられる。このブランキング装置３４は、パターン検査の際に主偏向装置２６により高速で一方向のみの電子線走査を実現するために、位置補正制御コンピュータ２０とブランキング回路３１により高速にブランキングがなされるように制御されることが可能なものである。
【００３０】
補助偏向装置２４は前述した如く、ステージ１０の移動と連動した位置補正制御に用いられる。    試料１１はステージ１０上に固定されている。さらに、この試料１１には、電源４６により、電子線発生装置２からの一次電子線９を減速するための減速電圧（以下、リターディング電圧と称する）が印加出来るようになっている。ステージ駆動装置１５によりステージ１０がステージ１０面内で移動するのに応じて、試料１１は鏡体１に対して二次元に移動する。ステージ１０の移動は、ステージ駆動装置１５により制御される。
【００３１】
ここで、ステージ１０の移動方向のうちで、一次電子線９の走査方向と垂直な移動方向を「連続移動方向」，一次電子線９の走査方向と平行な移動方向を「送り方向」と称する。    試料１１より発生した二次電子１２は、リターディング電界により加速され、電界に磁界が重畳されてなるＥｘＢ偏向装置６により一次電子線９と分離され反射板７に衝突する。反射板７より発生した二次電子１２は、高電圧が印加されている検出装置８により検出される。
【００３２】
その二次電子１２に基づいたアナログ信号は、ＡＤ変換器２９によりディジタル信号に変換後、光ファイバーケーブル３０を介して、接地されている画像生成装置１３に送られる。ＳＥＭ像の取得は電子線９の偏向とステージ１０の連続移動とを併用することにより行われる。
【００３３】
位置補正制御については、パターン検査開始前、電子線９で試料１１上のアライメントマーク（図示せず）を走査し、発生した二次電子１２を検出装置８により検出する。検出された二次電子信号とレーザ干渉計１８より得られる座標値から位置補正制御コンピュータ２０は試料１１の回転角α°と試料１１のずれ量Ｘ，Ｙを算出する。
【００３４】
検査開始後、レーザ干渉計１８より送られる被検査領域始点の座標と、試料のずれ量Ｘ，Ｙの値とから位置補正制御コンピュータ２０は、所望の領域を検査するようステージ駆動装置１５に信号を送りステージ１０を制御する。
【００３５】
またレーザ干渉計１８より送られる被検査領域始点の座標と、試料の回転角α°の値とから位置補正制御コンピュータ２０は、検査中に被検査領域が適正に検査されるように補助偏向装置制御回路２５，収束装置制御回路２２に信号を送り補助偏向装置２４，収束装置５を制御する。
【００３６】
位置補正制御におけるステージ１０の移動について図３で説明する。ステージ１０は一定速度（例えば、５〜８ｍｍ／ｓｅｃ）で、前記定義した連続移動方向（すなわち、図３において、矢印で示した電子線９の走査軌跡４８と垂直な方向）の始点４２から終点４３まで移動した後、再び連続移動方向の始点４２に戻ると同時に、前記定義した送り方向（すなわち、連続移動方向と垂直な方向）に一定量（送り量Ｓとする）だけ送られる。
【００３７】
ここで、ステージの送り量Ｓは、試料１１上に電子線９の走査によって描かれるストラ  イプ状のパターン５０の幅をＤとした場合、Ｓ＝Ｄ／ｃｏｓα  となるよう制御される。
【００３８】
一方、一次電子線９は、ステージ１０の連続移動と同時に、終始ステージの送り量Ｓと同じ偏向幅で、走査の始点をウエハの回転角αに応じた量だけ順次移動させながら走査する。
【００３９】
本発明は、荷電粒子発生装置２と、パターンが形成された試料１１が設置可能なステージ１０と、荷電粒子発生装置２からの第１の荷電粒子線９を試料１１上に収束する収束装置５と、第１の荷電粒子線９を一方向に偏向する主偏向装置２６と、第１の荷電粒子線９を偏向する補助偏向装置２４と、ステージ１０を該ステージ面内で前記一方向と交叉する方向に移動させるステージ駆動装置１５と、試料１１への第１の荷電粒子線９の照射により試料１１から発生する第２の荷電粒子線１２を検出する検出装置８と、検出装置８からの信号を基に、第１の荷電粒子線９により走査された試料１１の領域に対応する画像を生成する画像生成装置１３と、ステージ１０の基準方向に対する、前記試料１０の設置ずれ角度α°を算出する装置２０とを備え、試料１１の設置ずれ角度α°に基因して発生する、ステージ１１の移動に伴い増加あるいは減少する、主偏向装置２６による走査領域と試料１１における意図された被検査領域の位置ずれを相殺するよう、ステージ１０の移動に同期して第１の荷電粒子線９を補助偏向装置２４により偏向するものである。
【００４０】
また、本発明の実施の形態においては、補助偏向装置２４に四極型の磁界偏向装置を使用したが、この補助偏向装置２４は電子線を広範囲で偏向するため偏向収差による像質の劣化をもたらす恐れが有る。この補助偏向装置２４としては、多極型の磁界型偏向装置及び多極型の静電型偏向装置を使用することもできる。当然のことながらそれらの使用は、本発明の効果を損なうものではない。
【００４１】
（実施例１）
図１の装置を用いた本発明の具体的な実施例の一つを図を用いて説明する。図４は、本発明の位置補正制御によるパターン検査の概要を説明したものである。図４において、基板１１がステージ１０の送り方向に対してα°回転してステージ１０の上に固定されているとすると、基板１１上の検査対象であるパターン４１は、ステージ１０の送り方向に対してα°回転して固定されていることになる。
【００４２】
αが小さい場合、主偏向装置２６（図１参照）はステージ１０の送り方向と同一方向に電子線９を一定の幅（Ｄ／ｃｏｓα）高速偏向する。
【００４３】
一方、補助偏向装置２４は、パターン４１がステージ１０の送り方向に対してα°回転して固定されているために、ステージ１０の連続移動に伴い増加する、主偏向装置２６による走査領域と意図する被検査領域の位置ずれを補正するため、図４に示すように、電子線９の軌跡４８を修正した走査領域５０が形成されるよう電子ビーム９を偏向する。この時の補助偏向装置２４及び主偏向装置２６における偏向信号の関係を図６に示す。
【００４４】
主偏向装置２６は、図６の（ａ）に示すように、１００ＭＨｚのサンプリング周波数で１ラインのサンプリング数を１０００とすると、電子線９の偏向信号波形の周期は１０μｓｅｃになる。
【００４５】
一方、補助偏向装置２４は、図６の（ｂ）に示すように、主偏向装置２６が１ライン偏向するごとにパターンの回転角に見合った偏向電圧を１０μｓｅｃごとに段階的に加算していく。この過程をパターン検査の際行うことにより位置補正制御が行われる。
【００４６】
（実施例２）
図１の装置を用いた本発明の具体的な他の実施例を図を用いて説明する。実施例１の場合では、主偏向装置２６はステージ１０の送り方向と同一方向に電子線９を偏向するものとした。しかし、基板１１上の検査対象であるパターン４１の、ステージ１０の送り方向に対するパターンの回転角α°が大きい場合には主偏向装置２６の偏向幅Ｄ／ｃｏｓαが大きくなりパターン検査の高速化に不利である。
【００４７】
この場合、主偏向装置２６自身にもウエハの回転誤差を補正する機能を持たせることにより、この問題は解決される。図５は主偏向装置２６自身にも回転誤差補正機能を加えた場合の、本発明の位置補正制御によるパターン検査の概要を説明したものである。
【００４８】
図５において、基板１１上の検査対象であるパターン４１は、ステージ移動方向に対してα°回転して固定されている。
【００４９】
αが大きい場合、主偏向装置２６は、ステージ送り方向に対してα°回転した方向に電子線９を一定の走査幅Ｄで高速偏向する。
【００５０】
一方、補助偏向装置２４は、実施例１同様、パターン４１がステージ１０の送り方向に対してα°回転して固定されているために、ステージ１０の連続移動に伴い増加する、主偏向装置２６による走査領域と意図する被検査領域の位置ずれを補正するため、図５に示すように、電子線９の軌跡４８を修正した走査領域５０が形成されるよう電子ビーム９を偏向する。
【００５１】
以上の実施例においては、何れも荷電粒子発生装置として電子線発生装置を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、イオンビ−ム発生装置を用いることが出来ることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば荷電粒子線の偏向とステージ連続移動を併用したパターン検査において広範囲での位置補正制御が、電気的ノイズの影響を最低限にして精度良く行なうことが可能になる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を説明するための図。
【図２】本発明での位置補正制御機構の概要を説明するためのブロック図。
【図３】位置補正制御におけるステージ移動を説明するための図。
【図４】本発明の位置補正制御によるパターン検査の概要を説明するための図。
【図５】本発明の位置補正制御によるパターン検査の概要を説明するための図。
【図６】主偏向装置と補助偏向装置の偏向信号波形の関係を説明するための図。
【符号の説明】
１…鏡体、２…電子発生装置、３…収束装置、４…偏向装置、５…収束装置、６…ＥｘＢ偏向装置、７…反射板、８…検出装置、９…電子線、１０…ステージ、１１…試料、１２…二次電子、１３…画像生成装置、１４…試料室部、１５…ステージ駆動装置、１６…パターン検査の始点、１７…パターン検査の終点、１８…レーザ干渉計、１９…位置補正制御部、２０…位置補正制御コンピュータ、２１…偏向装置制御回路、２２…収束装置制御回路、２３…アライメントマーク、２４…補助偏向装置、２５…補助偏向装置制御回路、２６…主偏向装置、２７…主偏向装置制御回路、２８…検出装置部、１９…ＡＤ変換部、３０…光ファイバーケーブル、３１…ブランキング回路、３２…可動絞り、３３…ビームアライメント装置、３４…ブランキング装置、３５…固定絞り、３６…ショットキー型電界放出電子源、３７…サプレッサ電極、３８…引き出し電極、３９…第一アノード電極、４０…第二アノード電極、４１…パターン、４２…ステージ連続移動の始点、４３…ステージ連続移動の終点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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