(57)【要約】【課題】電子線を用い、ウェハ上の微細回路パターンを検査する技術において、被測定パターンにレジストやポーラス型低誘電率材料など電子線照射に収縮、変質といったダメージを受けやすい材料が含まれている場合、材料の種類に応じて収縮を含むダメージを抑制できるパターン検査技術を提供する。【解決手段】半導体装置等の試料（１２）に対して一次電子線（７）で走査し、半導体装置から発生した二次電子又は反射電子或はその両者の信号を検出し、検出された信号（２８）を画像化して半導体装置の回路パターンから不良個所を検出する方法及び装置において、検査中回路パターンの材料、検査条件に応じて、電子線の照射密度（単位面積あたりのドーズ量）をモニタ、制限し、電子線照射による材料の収縮・変質を許容範囲以下に抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質型の低誘電率材料、又は構造的もしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、かつ、前記パターンの前記一次電子線による収縮を含むダメージを、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を制御することにより抑制するようにしたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
前記基板は、少なくとも前記一次電子線が照射される領域に、多孔質を有するシロキ酸系低誘電率材料、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項３】
前記一次電子線の照射による前記パターンのダメージのうち収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するようにしたことを特徴とする請求項２記載のパターン検査方法。
【請求項４】
前記パターンに照射する前記一次電子線の照射密度を、前記照射エネルギー及び前記低誘電率材料の種類に応じて、制限するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項５】
前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流、照射密度及び前記パターン上の照射位置を含む照射履歴を前記基板毎に記憶する工程を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項６】
前記基板に含まれる材料毎に、前記一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流、及び照射密度を含むパラメータと前記基板上のパターンの寸法変動との相関性を予め求めておき、前記相関性を用いて前記パラメータの少なくとも一項目の条件を決定する工程を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項７】
前記パターンに照射する前記一次電子線の照射密度の制御は、前記一次電子線を照射する前記パターンの照射箇所の単位面積あたりの照射量の最大値を予め算出しておき、検査する際、前記一次電子線の前記パターンの同一照射個所への照射密度を前記最大値以下に制限することにより行うことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【請求項８】
多孔質型の低誘電率材料、又は構造的もしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、前記一次電子線の照射による前記材料の収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するよう構成したことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項９】
前記基板は、少なくとも前記一次電子線が照射される領域に、多孔質を有するシロキ酸系低誘電率材料、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有することを特徴とする請求項７記載のパターン検査方法。
【請求項１０】
多孔質を有するシロキ酸系低誘電率材料、又は構造的もしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、前記一次電子線の照射による前記パターンの収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するか、又は、前記一次電子線の照射エネルギーを略８００ｅＶ以上の場合には、前記一次電子線の照射密度を１．４Ｃ／ｍ２以下に設定するようにしたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項１１】
基板を一次電子線で走査する手段と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する手段と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する手段とを有し、かつ、少なくとも前記一次電子線が照射される領域に、多孔質を有するシロキ酸系低誘電率材料、又は構造的もしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する前記基板に対して、前記パターンの前記一次電子線による収縮を含むダメージを抑制するため、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を制御する手段を設けてなることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１２】
前記制御手段を、前記一次電子線の照射による前記パターンの収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するよう構成したことを特徴とする請求項１１記載のパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶等の基板に形成された微細な回路パターン等を、電子線により検査するパターン検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ（基板）上の微小パターンの欠陥検査を一例として説明する。
【０００３】
半導体装置は、主にホトマスクに形成されたパターンをリソグラフィ処理およびエッチング処理によってウエハ上に転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体製造装置においては、エッチング処理など各種加工処理の良否、異物発生等は、半導体装置の歩留りに大きく影響を及ぼす為、異常や不良発生をなるべく早期に検知するために製造過程のウェハ上のパターンを検査する方法が、従来から実施されている。
【０００４】
ウェハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、大きく分けて光学式及び電子線式がある。近年、パターンの微細化や複雑化、形状の複雑化、材料の多様化に伴い、光学画像による欠陥検出が困難になってきたため、光学画像よりも分解能の高い電子線画像を用いてウェハ上のパターンを比較検査する方法が提案されてきた。
【０００５】
電子線を用いた比較検査装置として、電子線を被検査基板に照射して電子線画像を取得し、欠陥を検出する同時に欠陥の画像を保存し、各種解析を行い、自動的に欠陥の種類を判別できる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
次に、ウェハ上微小パターンの寸法計測を一例として説明する。
【０００７】
半導体装置のパターンが微細化すると共に、ウェハ上の回路パターンに対する寸法、形状の管理が益々厳しくなる。設計値から僅かの偏差で、半導体装置の性能に大きな影響を与えてしまう。
【０００８】
ウェハ上の回路パターンの計測方法としては、光学式及び電子線式がある。その中、ホールや二次元画像での計測は、主に電子線式が用いられている。例えば、電子線を用いて第１の加速電圧で目的の観察の前に観察に望ましい表面帯電を絶縁表面に与えた後、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を試料に印加して像観察を行なう方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６０４０２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２００５７９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で述べたように、電子線を用いた検査・測長技術は、高い面分解能でウェハ上のパターンに対して寸法管理及び欠陥検出などの品質管理が可能になった。
【００１１】
しかし、従来装置において、検査時に電子線画像を得るには、通常数１０ｎＡのプローブ電流で、必要に応じて数１００Ｖ〜１０ｋＶまで加速した電子線を用いるのが一般的で、今まで半導体装置に酸化シリコンなどを層間絶縁膜として使用されてきたため、問題がなかったが、半導体装置パターンの微細化、高速化に伴い、ポーラス型低誘電率材料等を使用することが不可欠となる。
【００１２】
先述の特許文献１〜２に提案されている従来技術では、ウェハ上の帯電を制御するため、或いは得たい情報に応じて電子線のウェハに対する加速電圧を数１００Ｖ〜１０ｋＶまで（検査装置）、又は数１０Ｖ〜２ｋＶまで（測長装置）可変であると記載されているが、レジスト材料やポーラス型低誘電率材料に対して、ダメージを抑制できる検査又は計測技術については考慮されていない。
【００１３】
このように従来技術では、電子線照射による被検査材料へのダメージへの配慮が殆どなされていないため、レジストパターンやポーラス型材料を有するウェハ上の回路パターンを検査する際、レジストやポーラス材料へのダメージが発生し、回路パターンの寸法が所望とする設計値から外れてしまう。
【００１４】
実際に、既存の検査方法を用いて、レジスト材料やポーラス型低誘電率材料を有するウェハを検査すると、次のようなダメージが生じることが、本発明者らによる実験によって確認されている。
▲１▼材料の分解によって収縮が起こり、半導体装置上のパターンの寸法が電子線照射によって変わってしまい、測定の信頼性が低下する。
▲２▼電子線の照射によって、材料が分解し、本来に有する他種類材料との密着性など特性が失ってしまう。
【００１５】
▲１▼や▲２▼の現象が起こることで、プロセスの歩留りやデバイスの特性を劣化する恐れを招く。
【００１６】
本発明の目的は、電子線画像を取得し、ウェハ上の微細パターンを検査する検査技術において、被測定パターンにレジストやポーラス型低誘電率材料等が含まれている場合、前記材料の種類に応じて収縮を含むダメージを抑制し得るパターン検査技術を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、測定に用いる電子線の照射エネルギーを最適化し、照射密度を制限することにより達成できる。
【００１８】
本発明者らの検討によると、レジスト又はポーラス型低誘電率材料は、電子線照射に起因する収縮、変質といったダメージが、一次電子線の試料に対する加速電圧及び入射密度に強く依存する。ポーラス型低誘電率材料（例えば、多孔質を有するシロキ酸（Ｈｙｄｒｏｇｅｎｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ；ＨＳＱ）系低誘電率材料）を例にとって、電子線照射による材料の収縮の挙動を調べた結果、ポーラス型材料の収縮量は、電子線の照射エネルギーの上昇に伴い増大し、照射エネルギーに強く依存することと、電子線の照射密度の増加に伴い飽和傾向にあることを見出した。すなわち、本発明は、電子線のウェハへの照射エネルギー及び照射密度が、ポーラス型材料へのダメージを支配する、という新しい知見に基づく。
【００１９】
また、異なる電子線プローブ電流において、電子線の照射密度による上記ポーラス型低誘電率材料の収縮量の変化を調べた結果、本発明者らの検討範囲では、プローブ電流を５０００倍増大しても、同じ照射密度でほぼ同様な収縮量が得られた。したがって、上記一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を管理することで、電子線のプローブ電流量と関係がなく、照射によるダメージをプロセスの許容範囲以下に抑制することが可能であることを見出した。
【００２０】
電子線照射によるポーラス型材料への破壊は、入射電子と被測定物の結合電子との直接な作用によるか、或いは、電子線照射に伴い、注入されたエネルギーが被測定物の表面領域の温度を上昇させ、熱分解を生じることによるものである。本発明者らは、プローブ電流が一定の範囲では、電子線照射によるダメージは、前者が支配的であることを見出した。
【００２１】
一次電子線の照射エネルギーが小さいほど、電子線の被測定物の表面からの侵入深さは浅くなり、電子線照射によるダメージの及ぼす領域は小さくなる。また、入射電子線の破壊の効率は照射エネルギーに依存すると考えられる。
【００２２】
したがって、一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を低減することで、検査・測長によるレジストやポーラス型低誘電率材料の収縮、変質といったダメージを抑制することができる。電子線の照射密度の制御は、電子線のプローブ電流、走査面積、走査速度及び走査回数を調整することによって実現できる。
【００２３】
以下、本発明によるパターン検査方法及び装置を実現する代表的な構成例について、以下に述べる。
【００２４】
（１）本発明のパターン検査方法は、多孔質型の低誘電率材料（例えば、多孔質を有するシロキ酸（ＨＳＱ）系低誘電率材料）、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、かつ、前記パターンの前記一次電子線による収縮を含むダメージを、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を制御することにより抑制するようにしたことを特徴とする。
【００２５】
（２）前記事項（１）に記載のパターン検査方法において、前記一次電子線の照射による前記パターンのダメージのうち収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
（３）前記事項（１）に記載のパターン検査方法において、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射密度を、前記照射エネルギー及び前記低誘電率材料の種類に応じて、制限するよう構成したことを特徴とする。
【００２７】
（４）前記事項（１）に記載のパターン検査方法において、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流、照射密度及び前記パターン上の照射位置を含む照射履歴を前記基板毎に記憶する工程を有することを特徴とする。
【００２８】
（５）前記事項（１）に記載のパターン検査方法において、前記基板に含まれる材料毎に、前記一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流、及び照射密度を含むパラメータと前記基板上のパターンの寸法変動との相関性を予め求めておき、前記相関性を用いて前記パラメータの少なくとも一項目の条件を決定する工程を有することを特徴とする。
【００２９】
（６）前記事項（１）に記載のパターン検査方法において、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射密度の制御は、前記一次電子線を照射する前記パターンの照射箇所の単位面積あたりの照射量の最大値を予め算出しておき、検査する際、前記一次電子線の前記パターンの同一照射個所への照射密度を前記最大値以下に制限することにより行うことを特徴とする。
【００３０】
（７）本発明のパターン検査方法は、多孔質型の低誘電率材料（例えば、多孔質を有するシロキ酸（ＨＳＱ）系低誘電率材料）、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、前記一次電子線の照射による前記材料の収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するよう構成したことを特徴とする。
【００３１】
（８）本発明のパターン検査方法は、多孔質型の低誘電率材料（例えば、多孔質を有するシロキ酸（ＨＳＱ）系低誘電率材料）、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する基板を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する工程とを有し、前記一次電子線の照射による前記パターンの収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するか、又は、前記一次電子線の照射エネルギーを略８００ｅＶ以上の場合には、前記一次電子線の照射密度を１．４Ｃ／ｍ２以下に設定するようにしたことを特徴とする。
【００３２】
（９）本発明のパターン検査装置は、基板を一次電子線で走査する手段と、前記一次電子線の照射により前記基板から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する手段と、検出された前記信号を画像化し表示して、前記基板を検査する手段とを有し、かつ、少なくとも前記一次電子線が照射される領域に、多孔質型の低誘電率材料（例えば、多孔質を有するシロキ酸（ＨＳＱ）系低誘電率材料）、又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料を含むパターンを有する前記基板に対して、前記パターンの前記一次電子線による収縮を含むダメージを抑制するため、前記パターンに照射する前記一次電子線の照射エネルギー及び照射密度を制御する手段を設けてなることを特徴とする。また、前記一次電子線の照射による前記パターンの収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するよう構成したことを特徴とする。
【００３３】
（１０）本発明は、半導体装置を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により半導体装置から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された信号を画像化して表示する工程とを含む検査方法であって、一次電子線を用いて半導体装置上の微細回路パターンを検査する前に、前記一次電子線の照射の諸条件（照射エネルギー、プローブ電流の大きさ、検査時観察の倍率を含む）、被検査パターンに含まれる材料の種類及び該材料へのダメージの許容レベルを設定した上で、該材料へのダメージと電子線照射条件との相関性データに基づいて、回路パターン上の同一個所への最大照射密度を制御する検査方法を提供する。
【００３４】
前記ダメージと電子線照射条件の相関性情報は、各半導体装置の製造に使用するレジスト及びポーラス型低誘電率材料において、電子線の照射エネルギー、プローブ電流の大きさ、照射密度によるダメージの変化に関する定量的な情報である。
【００３５】
好ましくは、前記レジスト及び低誘電率材料に関する電子線の照射エネルギー、プローブ電流の大きさ、照射密度とダメージの相関性情報を予め登録する工程と、検査時に登録された前記情報を呼び出し、最適な電子線照射回数を提供する工程を含んでいる。
【００３６】
（１１）本発明は、半導体装置を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により半導体装置から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された信号を画像化して表示する工程とを含む検査方法であって、多孔質を有するＨＳＱ系低誘電率材料又は構造的にもしくは組成的にそれと類似な材料が前記半導体装置に含まれ、電子照射による前記材料の収縮量を２．４ｎｍ以下に抑制するため、前記一次電子線の照射エネルギーを３００ｅＶ以下に設定するか、又は、前記一次電子線の照射エネルギーが８００ｅＶ以上の場合には、前記一次電子線の照射密度の上限が１．４Ｃ／ｍ２以下に設定する工程を含む検査方法を提供する。
【００３７】
（１２）本発明は、半導体装置を一次電子線で走査する工程と、前記一次電子線の照射により半導体装置から発生した二次電子もしくは反射電子又はその両者の信号を検出する工程と、検出された信号を画像化して表示する工程とを含む検査方法であって、半導体装置をロードし、半導体装置がロードされると出力される検査の条件を設定する画面を表示し、そこでレジスト又は低誘電率材料の種類、検査に用いた前記一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流の大きさ、観察倍率を含むパラメータを入力し、前記パラメータを入力されると出力される回路パターンの同一個所に可能な電子線照射回数を表示し、照射回数が表示されると、実際に検査に採用する電子線照射回数を設定する工程を含んでなることを特徴とする検査方法を提供する。
【００３８】
本発明による検査技術は、既存の方法と比べ、次のような利点を有する。
【００３９】
（１）ポーラス型材料に対しては、電子線の定格照射エネルギーを２０〜５００ｅＶにすることで、被測定物に損傷の問題が１００ｎｍノード以下の半導体装置にも無視できる。これによって、ポーラス型材料など電子線照射に不安定な被測定物に対して、既存の電子線測定装置（照射エネルギーが３００ｅＶ以上）では困難であるダメージレス測定が可能になる。
【００４０】
（２）照射エネルギーが低い場合、被測定物表面からの信号だけを検出され、より深いところから放出した二次電子や反射電子からの影響がなく、より高精度な表面寸法や形状評価ができる。
【００４１】
また、本発明により、３００ｅＶの照射エネルギーで最良の性能（例えば、電子線の径を最小にすること。）が引き出せるよう電子光学系及びその他の設計がなされることで、より高精度な測定や観察を実現できる。
【００４２】
通常の電子線式検検査（測長を含む）方法では、定格照射エネルギーが５００ｅＶ以上であり、測定に典型的な照射密度をポーラス型被測定物に与えると、１０ｎｍ程度の収縮が発生してしまう。これに対して、本発明では、照射エネルギーを３００ｅＶにすること、又は電子線の照射密度を制限することで、ポーラス型材料の収縮量を１〜２ｎｍに抑制でき、同材料を使用した１００ｎｍノード以降のデバイスの測定にも十分対応できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の検査方法及び装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４４】
（実施例１）
図１は、典型的なリターディング方式の走査型電子線検査装置の概略図である。本発明の主旨は、電子線照射による被測定物へのダメージを避けるため、或いは抑制するため、レジスト又はポーラス型低誘電率材料の種類に応じて、検査時の一次電子線の照射エネルギー、プローブ電流、観察倍率及び走査速度から電子線照射の積算回数を制御し、検査を行なうことである。
【００４５】
被測定物である半導体装置（或いは、半導体基板）に照射されるエネルギーを変化させるには、電子銃から放出される電子の加速電圧を変える一般的な方法でよいのは勿論であるが、本発明では、リターディング方式の電子線測定装置による実施例について説明する。
【００４６】
電界放出陰極１と引き出し電極２との間に引き出し電圧３を印加すると、放出電子４が放出される。放出される電子４は、引き出し電極２と接地電圧にある陽極５の間で更に加速（減速の場合もある）される。陽極５を通過した電子線（一次電子線）７の加速電圧は、電子銃加速電圧と一致する。
【００４７】
陽極５で加速された一次電子線７は、コンデンサレンズ１４、走査偏向器１５で走査偏向を受ける。走査偏向器１５の偏向強度は、対物レンズ１６のレンズ中心を支点として試料１２上を二次元走査するように調整されている。偏向を受けた一次電子線７は、対物レンズ１６の通路に設けられた加速円筒９で更に後段加速電圧２１の加速を受ける。後段加速された一次電子線７は、対物レンズ１６のレンズ作用で試料１２上に細く絞られる。対物レンズ１６を通過した一次電子線７は、試料１２に印加されている負のリターディング電圧発生器１３により対物レンズ１６と試料１２間に作られる減速電界で減速され、試料１２に到達する。
【００４８】
かかる構成によれば、対物レンズ１６を通過する時の一次電子線７の加速電圧は（電子銃加速電圧６）＋（後段加速電圧２１）で、試料１２に入射する加速電圧［（電子銃加速電圧６）−（リターディング電圧１３）］より高くなっている。この結果、試料に入射する加速電圧の一次電子線そのものを対物レンズ１６で絞る場合に比較し、より細い電子線（高い空間分解能）が得られる。これは、対物レンズ１６の色収差が減少することによる。例えば、電子銃加速電圧６を１０ｋＶ、後段加速電圧２１を８ｋＶ、リターディング電圧を９．７ｋＶとすると、一次電子線７は対物レンズ１６内を１８ｋＶで通過し、試料に入射する照射エネルギーは３００ｅＶになる。この例での空間分解能は、１ｋｅＶの一次電子線そのものを絞った時の分解能１０ｎｍに比較すると、約２．５ｎｍに改善される。
【００４９】
レジスト又はポーラス型材料に対するダメージレス検査を実現するには、上述したように３００ｅＶ以下の照射エネルギーにするか、照射密度を制限する必要がある。３００ｅＶの照射エネルギーで、例えば３ｎｍ以下という高い空間分解能を達成するには、前記の設定で実現できる。
【００５０】
一次電子線７が試料１２を照射すると、二次信号１１が発生する。ここで考慮する二次信号１１は、二次電子と反射電子である。ある対物レンズ１６と試料１２間に作られている電界は、発生した二次信号２２に対しては加速電界として作用するため、対物レンズ１６の通路内に吸引され、対物レンズ１６の磁界でレンズ作用を受けながら上昇する。対物レンズ１６を通過した二次信号２２はＥ×Ｂ偏向器１１を通過し、反射板２７に衝突する。この反射板２７は、中央に一次電子線７を通過させる開口を持った導電性板である。二次信号２２が衝突する面は、二次電子の発生効率のよい物質、例えば金蒸着面になっている。二次信号２２である二次電子と反射電子は、ほぼ同じ軌道を通って反射電子板２７に衝突する。
【００５１】
反射板２７に衝突した二次電子と反射電子は、ここで、二次電子２８を発生させる。反射板２７で作られた二次電子２８は、二次電子検出器２５に検出され、電気信号に変換し、プリアンプ３１により増幅する。この出力でモニタ２３の輝度変調を行い、一次電子線と同期する二次元画像を形成する。又はＡＤ変換器３２によりデジタル信号に変換し、バファー３３経由で画像記憶部３４又は３５に記憶する。二次電子検出器２５には、半導体検出器又はＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ）を用いることができる。画像記憶部３４及び３５で保存された画像は、画像演算器３６に送られ、欠陥判定器３７で欠陥個所及び種類を判定、保存する。
【００５２】
一次電子線の照射エネルギーを、例えば３００ｅＶ以下にする場合、半導体装置表面上の帯電制御は一層困難になる。そこで、対物レンズ１６と半導体装置１２の間に帯電制御電極１７を設置し、電源２４で適切な電位を与えることで、帯電制御電極１７と半導体装置１２の間に適切な電場を生成させ、二次信号２２の半導体装置１２への戻り量を制御することによって、半導体装置１２表面の帯電電位を精密に制御できる。
【００５３】
二次信号検出器２５からの信号を一次電子線の走査信号と同期させ、電子線走査像表示装置で表示し、記憶装置を含むデータ処理装置２６に保存、処理する。得られた画像に基いて、寸法、形状計測を行い、結果を記憶する。
【００５４】
一次電子線７の開口角を制御する絞り８は、調整つまみ１０によって軸合わせができるようになっている。１８はＸＹ方向移動機構であり、試料１２を移動させる。１８の上に絶縁板２０で絶縁された試料ホルダ１９が置かれ、これにリターディング電圧１３が印加される。試料１２をこの試料ホルダ１９に載せることで、試料１２にもこのリターディング電圧１３が印加される。２９はブランカーで、これにブランキング電圧３０を印加することによって、一次電子線７を偏向し、絞り８に衝突させ、電子線７が試料に到達しないようにする。これにより、観察・照射の時以外、例えば照射条件を設定／算出する間に一次電子線７が試料１２に当たらないようにすることができ、電子線の照射密度を精密に制御することが出きる。
【００５５】
次に、本実施例による、ポーラス型低誘電率材料に対するダメージレス計測方法を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００５６】
データベースから半導体装置に含まれるレジスト又は低誘電率材料の種類を指定し（ステップ４２）、ダメージレス測定可能な照射エネルギーを選択する（ステップ４３）。選択された照射エネルギーで電子光学系の調整を完了したうち（ステップ４４）、回路パターンの光学又は電子線走査像を見て測定場所を特定し、検査に用いる電子線のプローブ電流の大きさを指定し、それぞれの観察の倍率を決める（ステップ４５）。この時、必要に応じて、画像を記憶装置に保存する（画像Ａ）。
【００５７】
その後、ブランカー２９で電子線７を停止し（ステップ４６）、同一個所での最大照射回数を見積もり、照射位置と最大照射回数とを記憶装置に保存する（ステップ４７）。
【００５８】
ここで、見積もった照射回数が、Ｓ／Ｎが充分なＳＥＭ像を得るために必要な最少照射回数より少ない場合には、測定不可能なので（ステップ４８）、再びステップ４５に戻り、測定箇所、プローブ電流及び倍率を再設定し、ステップ４４〜４８を繰り返す。また、測定可能である場合には、ステップ４９へ進み、ここで照射エネルギーを変更する必要があれば、再びステップ４３に戻り、ステップ４３〜４９を繰り返す。
【００５９】
照射エネルギーを変更する必要がなければ、二次信号の収率を上げるための帯電処理の要否を決める（ステップ５０）。帯電処理の必要がなければ、次に、ブランカー２９をＯＦＦにして（ステップ５５）、決めた測定個所に所定な倍率で測定し（画像Ｂ）（ステップ５６）、その結果を報告する（ステップ５７）。
【００６０】
より高い空間分解能で計測するため、高い照射エネルギーの電子線を半導体装置に照射する場合、それに応じて、ダメージを抑制するために電子線７の照射密度を装置側で制限を設ける。
【００６１】
また、試料表面を検査する前に帯電させたい場合、必要な照射エネルギーに設定し、帯電処理を行う（ステップ５１〜５３）。
【００６２】
各位置での照射密度を全て積算し、設けられた照射密度の上限を超えないように測定時間を制限する。
【００６３】
画像Ｂから、寸法や形状を計測する。又は、自動運転の場合には、手動での観察なしで、他のデータベースから検査個所及び条件を読み込んで、直接画像Ｂの記録を行ってもよい。画像Ｂから得られた寸法や形状など測定結果は、データベースの情報と比較し、寸法異常や形状不良の判定を行う。
【００６４】
この後、新しい観察個所に移動し、同様な操作を繰り返す。この一連の操作は、プログラムとして記憶させ、一命令としてボタン操作により或はシステム内の１つのプログラムとして動作するようになっている。
【００６５】
（実施例２）
本発明の第２の実施例によるダメージレス計測方法を、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。本実施例で用いる装置の構成は、実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００６６】
ポーラス型ＨＳＱ系低誘電率材料は、電子線照射による材料の収縮量が、一次電子線の照射密度の増加に伴い飽和傾向にある。一次電子線の照射エネルギーが十分低い場合、ポーラス型材料の収縮が定常状態になっても、半導体装置の性能及び歩留りへの影響が無視できれば、検査中一次電子線の照射密度をモニタしなくてもよい。
【００６７】
この場合、図３に示すように、測定・検査する前に、ポーラス型材料の種類を選択すること（ステップ５８）で、このようなダメージレス照射エネルギー（ステップ５９）を提供する。その後、実施例１と同様に、選択されたダメージレス照射エネルギーで電子光学系の調整を行ない（ステップ６０）、試料の走査像を見て測定場所をマークし、それぞれの観察の倍率を決める（６１）。
【００６８】
次に、手動で又は自動的に目標のパターンの寸法、形状を測定し、結果を保存する。実施例１と同じように、測定する前に被測定物表面に帯電させたい場合、帯電処理を実施する（ステップ６３〜６５）。
【００６９】
（実施例３）
本発明の第３の実施例によるパターン検査方法において、レジスト又はポーラス型材料を含んでいる半導体装置の回路パターンの計測方法を、図４を用いて説明する。本実施例で用いる装置の構成は、実施例１と同様で、図４の破線で囲まれている部分で表す。図中、７１は装置制御系、７２は電子銃鏡筒、７３はステージを含むウエハチャンバを示す。
【００７０】
半導体装置の各工程のパターンデータベースが保存されている別の記憶装置７０から計測するパターンの位置情報を含むデータを予め測定装置に読み込む。計測したい位置を得られたデータから選択するだけで、測定装置が直接に選択された位置の電子線走査像を取得し、パターンの寸法や形状を計測する。これによって、電子線の照射領域は、計測したい位置だけに限定することが可能となり、計測によるウェハへのダメージが最小限に抑えることができる。測定の手順は、実施例１及び２の測定方法（図２、３）と同様である。又、計測するパターンの位置情報は、他の計測装置から得られたデータを取り込んでもよい。
【００７１】
図５には、図１の装置で本発明の測定方法を用いた場合と、既存の電子線式測定方法を用いた場合について、ＸＬＫ膜表面に電子線照射後、試料表面の収縮をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による二次元測定結果を示す。
【００７２】
両者の照射密度（１７．７Ｃ／ｃｍ２）が同じであるが、測定後、従来の測定方法（照射エネルギー８００ｅＶ）を用いた場合、図５（ａ）に示すように、試料の表面に約５ｎｍの収縮が発生したのに対して、本発明を用いた場合（照射エネルギー３００、２００ｅＶ）、それぞれ図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、試料表面に収縮が殆ど観察されず、電子線検査に伴う回路パターンの寸法変動といったダメージが抑制できた。
【００７３】
図６には、図１の装置で本発明の測定方法を用いた場合と、既存の電子線式検査方法を用いた場合について、低誘電率材料を層間膜として回路パターン（ベアホール）に含むウェハに対する電子線の照射前後における、上記低誘電率材料からなるベアホールの側壁の断面形状をＳＥＭ観察（低照射エネルギーで）した結果を示す。
【００７４】
電子線照射前の側壁の形状（図６（ａ））に対し、既存の検査方法で（照射エネルギー８００ｅＶ）照射すると、一次電子線又は底からの二次信号が側壁の低誘電率材料に侵入し（図６（ｂ））、収縮が発生した（図６（ｃ））。
【００７５】
これに対して、実施例１の装置で本発明の測定方法を用いた場合、同じパターンを検査した後、収縮が殆ど観察されなかった（図６（ｄ））。
【００７６】
図７には、一次電子線各照射エネルギーにおいて、照射密度によるポーラス型ＨＳＱ膜の収縮量の変化を示す。膜の収縮量は、一次電子線の照射エネルギーに強く依存することと、照射密度の増加に伴い飽和傾向にあることが判る。
【００７７】
既存の電子線式検査方法を用い、１０００ｅＶの照射エネルギーでポーラス型ＨＳＱ膜に照射すると、典型的な照射密度ａで膜の収縮量はｂとなった。
【００７８】
これに対して、実施例１の装置で本発明の測定方法を用いた場合、検査前に予め収縮の許容レベルｄを設定したため、検査による膜の収縮量がｄを超えない照射密度ｃ以下に検査ができた。また、一次電子線の照射エネルギーを５００ｅＶ、３００ｅＶにすることで、検査による膜の収縮をｄ以下に抑えた。
【００７９】
図８は、本発明による検査の一例として、レシピ作成中、検査条件を設定するＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）コマンドレベル機能の仕様画面図を示す。この画面において、部品名とその機能は、次の通りである。
【００８０】
（１）レジスト／低誘電率材料種類選択コンポボックス：検査する半導体装置上電子線が当たるレジスト／低誘電率材料名をコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８１】
（２）収縮許容レベル選択コンポボックス：半導体装置の仕様に応じて、電子線照射による収縮の最大値をコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８２】
（３）電子線照射エネルギー選択コンポボックス：検査に用いた一次電子線の照射エネルギーをコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８３】
（４）観察倍率選択コンポボックス：検査中一次電子線の走査領域（観察倍率）をコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８４】
（５）プローブ電流選択コンポボックス：検査に用いた一次電子線のプローブ電流値をコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８５】
（６）設定ボタン：このボタンを押すと、（１）〜（５）の入力が有効となり、右側の照射フレーム数の選択コンポボックスがｅｎａｂｌｅ状態になる。
【００８６】
（７）照射フレーム数の選択コンポボックス：（６）で算出した可能な照射フレームム数の中から検査中同一場所への照射回数をコンポボックス項目の中から選ぶ。
【００８７】
（８）決定ボタン：このボタンを押すと（７）の入力内容が有効となる。
【００８８】
（９）レシピ作成ボタン：このボタンを押すと、検査用レシピの作成画面が生成表示される。
【００８９】
（１０）クリアボタン：このボタンを押すと、（１）〜（５）の入力データがクリアされ、再入力が可能になる。
【００９０】
（１１）キャンセルボタン：このボタンを押すと、（８）の決定ボタンを先に押しても（７）で入力したデータが無効となり、再選択が可能になる。
【００９１】
（１２）決定ボタン：このボタンを押すと、領域Ａ、Ｂで設定した内容が有効となり、レシピ作成の次のステップに入る。
【００９２】
（１３）キャンセルボタン：このボタンを押すと、領域Ａ、Ｂで入力したデータが全て無効となり、最初から条件入力が可能になる。
【００９３】
アクション／処理と処理の内容は、次の通りである。
【００９４】
１）レシピ作成の画面の構築（（９））
処理内容：（ａ）画面を生成する。（ｂ）条件入力画面のＡ領域がｅｎａｂｌｅにする。
【００９５】
２）検査条件の入力（（１）〜（６））
処理内容：（ａ）半導体装置上レジスト又は低誘電率材料の種類、電子線照射による材料の収縮の許容レベル、検査の時一次電子線の照射エネルギー、走査の倍率、プローブ電流の大きさを選択する。（ｂ）予め装置に収納された電子線の照射条件と被検査材料の収縮量との相関データを読み出し、検査に同一場所に照射可能なフレーム数を計算し、記憶装置に保存する。（ｃ）領域Ａをｄｉｓａｂｌｅにし、領域Ｂをｅｎａｂｌｅにする。
【００９６】
３）検査中回路パターン上同一個所に照射フレーム数の入力（（７）〜（８）、１２）
処理内容：（ａ）２で算出した検査に使用可能な照射フレーム数を入力する。（ｂ）条件入力画面を隠し、検査に必要な次の設定画面を生成表示する。
【００９７】
以上、詳述したように、本発明によれば、ＡｒＦレジスト材料、多孔質を有するシロキ酸（ＨＳＱ）系低誘電率材料等のポーラス型低誘電率材料が含まれている半導体装置上のパターンなど、これまで測定不可能であった被測定物に対して、ダメージレス又はダメージを抑制できる寸法や形状の計測、欠陥の検査、レビューといった測定が可能となり、測定自体による半導体装置へのダメージを最小限に抑えられ、半導体装置に対するより真実に近い情報を得ることができ、低加速電圧の電子線を用いた高精度、高信頼度な測定を創出することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明は、被測定パターンにレジストやポーラス型低誘電率材料が含まれている半導体装置等に対して、前記材料の種類に応じて収縮等を含むダメージを抑制し得る検査方法及び装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いられるリターディング方式の走査型電子線測定装置を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施例を説明するフローチャート図。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するフローチャート図。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するブロック図。
【図５】本発明の検査方法と既存の検査方法とを用いた場合における、ポーラス型低誘電率材料の膜の収縮量の測定結果を示す図。
【図６】本発明の検査方法と既存の検査方法とを用いた場合における、電子線照射によるポーラス型低誘電率材料の収縮量を比較する図。
【図７】本発明の検査方法と既存の検査方法とを用いた場合における、膜の収縮量の変化を示す比較図。
【図８】レシピ作成におけるＧＵＩコマンドレベル機能の仕様画面の一例を説明する図。
【符号の説明】
１…電界放出陰極、２…引出電極、３…引出電圧、４…放出電子、５…陽極、６…電子銃加速電圧、７…一次電子線、８…絞り、９…後段加速円筒、１０…調整つまみ、１１…Ｅ×Ｂ偏向器、１２…試料、１３…リターディング電圧発生器、１４…コンデンサレンズ、１５…走査偏向器、１６…対物レンズ、１７…帯電制御電極、１８…ＸＹ移動機構、１９…ホルダ、２０…絶縁板、２１…後段加速電圧、２２…二次信号、２３…モニタ、２４…帯電制御電圧、２５…二次電子検出器、２６…画像保存・処理ユニット、２７…反射板、２８…二次電子、２９…ブランカー、３０…ブランキング電圧、３１…プリアンプ、３２…ＡＤ変換器、３３…バファー、３４…画像記憶部ａ、３５…画像記憶部ｂ、３６…画像演算器、３７…欠陥判定器、３８…装置制御部、３９…電子銃及びステージ制御部、４０…走査信号発生器、４１…照射演算・制御器、７０…半導体装置の各工程のパターンデータベースを保存する記憶装置。
【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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【図７】
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【図８】
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