(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成された試料を電子ビームで２次元走査して貫通孔の２次元画像を出力あるいは表示する電子顕微鏡において、
貫通孔が形成された試料上を電子ビームで２次元走査する走査手段と、
上記試料に電子ビームを照射した側に設けて当該試料から放出された２次電子あるいは反射電子を検出する第１の検出器と、
上記試料に電子ビームを照射したと反対側に設けて当該試料の貫通孔を通過した電子、貫通孔の内壁から放出された２次電子、あるいは貫通孔の内壁で反射された反射電子を検出する第２の検出器と、
上記第１の検出器で検出した信号で生成した、上記試料に形成された貫通孔の上部の穴の形状の画像、および第２の検出器で検出した信号で生成した、上記試料に形成された貫通孔を電子ビームが透過したときの穴の透過形状と当該穴の内壁の凹凸を含む異物の形状の画像、の両者を１つの画像に合成して出力あるいは表示する手段と
を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
上記両者を１つに合成した画像を出力あるいは表示すると共に、更に、上記第１の検出器の画像および上記第２の検出器の画像の一方あるいは両者を併せて出力あるいは表示することを特徴とする請求項１記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記第１の検出器で検出した信号として、当該第１の検出器で検出した２次電子信号とし、上記第２の検出器で検出した信号として、当該第２の検出器で検出した透過電子信号としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の電子顕微鏡。
【請求項４】
上記両者を合成した画像、上記第１の検出器の画像、あるいは上記第２の検出器の画像のいずれか１つ以上を出力あるいは表示し、当該出力あるいは表示した画像上で指定された領域を上記走査手段が電子ビームを走査制御して当該指定された領域を拡大して出力あるいは表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貫通孔が形成された試料を電子ビームで走査して貫通孔の形状を表示する電子顕微鏡であって、露光によってＩＣやＬＳＩの回路をウエハ上に焼き付けるときに原盤となるステンシルマスクなどの微細なパターンの寸法測定および欠陥検査を電子線を用いて効率良く行う電子顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの集積度は、向上の一途をたどっているが、ＬＳＩの製造工程において、光を用いた従来の露光技術は限界に来ており、ＡｒＦ光エキシマレーザ、Ｘ線、電子ビーム露光技術などが次の候補に挙げられている。その中で電子ビームによる露光の原盤となるステンシルマスクの光による計測では、測長および欠陥検査が不可能であり、表面の形状のみを走査電子顕微鏡により測定している。
【０００３】
また、裏面付近の形状を観察するためには試料を裏返して同様の測定を行う。従来の走査電子顕微鏡を用いた測長機は試料に細く絞ったビームを照射しつつ走査し、そのときに試料から放出された２次電子および反射電子を２次電子検出器で検出し、増幅器で増幅し、表示装置上に像を表示するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステンシルマスクには厚みがあり、従来の走査電子顕微鏡では深さ方向の情報を得ることができなかった。このため、実際に描画したパターンからステンシルマスク上の欠陥を見つけるしか方法がないという問題があった。
【０００５】
また、欠陥検出は、ステンシルマスク全面で行う必要があり、効率良好な検出方法が必要とされている。
本発明は、これらの問題を解決するため、ステンシルマスクなどの貫通孔を有する試料を通過する電子を検出する手段を備え、通過電子信号により表面のみではなくて中央などにある欠陥検出を実現すると共に効率良好にステンシルマスクなどの全面の欠陥検出を実現することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して課題を解決するための手段を説明する。
図１において、ビーム偏向器７、８は、電子ビームを偏向して試料１上を走査するものである。
【０００７】
２次電子検出器９は、試料１の上方向に放出された２次電子および反射電子を検出するものである。
通過電子検出器１０は、試料１の貫通孔を通過した電子、貫通孔の内壁から放出された２次電子、貫通孔の内壁で反射した反射電子を検出するものである。
【０００８】
次に、構成および動作を説明する。
ビーム偏向器７、８によって電子ビームを貫通孔のある試料１の上を走査し、試料１の上方向に放出された２次電子および反射した反射電子を２次電子検出器９によって検出すると共に、試料１の貫通孔を通過した電子、貫通孔の内壁から放出された２次電子および貫通孔の内壁で反射した反射電子を通過電子検出器１０によって検出し、これら検出した信号のいずれか一方あるいは両者の画像を図示外の表示装置に表示するようにしている。
【０００９】
この際、試料１と第２の検出器である通過電子検出器１０との間にバイアス電圧を印加し、試料１の内壁から放出された２次電子を引き出して効率良好に検出するようにしている。
【００１０】
また、第１の検出器である２次電子検出器９および第２の検出器である通過電子検出器１０によって検出されたそれぞれの信号について演算（例えばＯＲ演算、加算、減算などの演算）した画像を表示するようにしている。
【００１１】
また、第１の検出器である２次電子検出器９あるいは／および第２の検出器である通過電子検出器１０の信号をもとに表示した画像上で、指定された領域をビーム偏向器７、８が電子ビームで走査制御して指定した領域を拡大表示するようにしている。
【００１２】
また、第１の検出器である２次電子検出器９および第２の検出器である通過電子検出器１０からの信号をＯＲ演算、加算あるいは減算して表示し試料１の貫通孔の電子ビームの入口の形状および貫通孔の内部の形状を重畳表示するようにしている。
【００１３】
従って、試料１に貫通孔がある例えばステンシルマスクなどにおいて、通過電子信号により表面のみではなくて中央、および出口にある欠陥を容易に検出することが可能となると共に、ステンシルマスクなどの貫通孔のある試料１の全面の欠陥検出を効率良好に行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図１を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。
図１は、本発明のシステム構成図を示す。
【００１５】
図１において、試料１は、細く絞った１次電子ビームを照射して放出される２次電子および反射電子を検出して像を表示したり、当該試料１であるステンシルマスクの貫通孔を通過した電子、および貫通孔の内壁に１次電子ビームを照射して放出される２次電子と反射電子を検出して像を表示したりする対象の試料である。特に、試料１に空いたパターン穴の壁面（内壁）に付着するゴミを含む種々の欠陥検査、パターンの測長を行う対象であって、ステージ１９に保持されるものである。
【００１６】
対物レンズ２は、１次電子ビームを細く絞って試料１上に照射するものである。
コンデンサレンズ３は、電子銃４から放出された１次電子ビームを集束するものである。
【００１７】
電子銃４は、１次電子ビームを発生するものである。
１次電子ビーム５は、電子銃４によって発生され、放出された１次電子ビームである。
【００１８】
絞り６は、電子銃４から放出された１次電子ビームをコンデンサレンズ３で集束したときに所定の開き角を与えるためのものである。
ビーム偏向器７、８は、１次電子ビームを２段偏向して試料１上で走査するための偏向器（偏向コイルあるいは偏向電極）である。
【００１９】
２次電子検出器９は、１次電子ビームで試料１を照射したときに当該試料１から放出された２次電子１４を検出したり、更に試料１から反射した反射電子を検出したりするものである。尚、図示の２次電子検出器９では、試料１で反射した反射電子から見たときの開き角度が小さく、反射電子に対する感度が低いので、高感度にするには図示しないが、対物レンズ２の試料１に面した部分に半導体の円盤状で中心に１次電子を通過させる穴を空けた反射電子検出器を配置してこれによって試料１から反射した反射電子を高感度に検出するようにしてもよい。また、反射電子以外に吸収電子の像を生成するには、試料１に吸収された１次電子ビームの信号を取り出し、この信号により反射電子像に代えて吸収電子像を表示するようにしてもよい。
【００２０】
検出用電極１０は、試料１から放出されて光軸上を対物レンズ２の磁場によりラセン状に回転しながら上方向に加速された２次電子が２次電子検出器９の中心を通過して更に上方に行ってしまうのを避けて集光効率良好に当該２次電子検出器９に到達するように電界を印加するためのものである。
【００２１】
通過電子検出器１１は、試料１のパターン穴（貫通孔）を通過した通過電子１５、パターン穴の内壁を１次電子が照射して放出された２次電子と反射された反射電子を検出するものであり、直接にこれら通過電子、２次電子、反射電子を検出したり、あるいは特定の物質に当てて発生した２次電子を間接的に検出したりするものである。
【００２２】
検出用電極１２は、試料１のパターン穴から下方に通過した通過電子、内壁に１次電子が照射して放出された２次電子、反射された反射電子が効率良好に通過電子検出器１１で検出されるように電界を印加するものである。
【００２３】
バイアス電圧１６は、試料１に印加するバイアス電圧であって、試料１から放出された２次電子が２次電子検出器９や通過電子検出器１１によって効率良好に補集されるように電界を印加するものである。
【００２４】
増幅器１７は、通過電子検出器１１によって検出された信号を増幅するものである。
増幅器１８は、２次電子検出器９によって検出された信号を増幅するものである。
【００２５】
ステージ１９は、試料１を固定してＸ方向、Ｙ方向および必要に応じてＺ方向に移動させるものである。
次に、構成および動作を説明する。
【００２６】
（１）  電子銃４により発生された１次電子ビームをコンデンサーレンズ３によって集束し、更に対物レンズ２によって集束して試料１上を細い１次電子ビームで照射し、この状態でビーム偏向器７、８によって２段偏向して１次電子ビームを試料１上でＸ方向およびＹ方向に面走査を行う。
【００２７】
（２）  （１）の状態で試料１から上方向に放出された２次電子は対物レンズ２の上に設けた２次電子検出器９によって効率的に補集されて信号を出力すると共に、反射電子も当該２次電子検出器９によって検出して信号を出力あるいは図示外の対物レンズ２の下面に光軸の部分に穴を空けた薄いドーナツ状の反射電子検出器によって反射電子を検出して信号を出力する。
【００２８】
（３）  （１）の状態で試料１のパターン穴を通過した通過電子（１次電子）、およびパターン穴の内壁やゴミなどを１次電子ビームが照射したときに放出される２次電子と反射される反射電子を通過電子検出器１１によって検出して信号を出力する。この際、試料１にバイアス電圧１６を印加して試料１のパターン穴の内壁で発生した２次電子を効率良好に通過電子検出器１１の方向に引出して検出し、パターン穴の欠陥部分の情報（画像）をＳ／Ｎ比良好に得るようにする。
【００２９】
（４）  （２）および（３）で出力された信号を増幅してそれぞれ表示装置上に表示したり、両者の信号を演算（ＯＲ演算、加算、減算）して表示装置上に表示し、試料１の上側の情報、試料１のパターン穴の内壁の情報などを見やすくかつ同一位置に表示し、特にパターン穴の上部が広く、下が狭い形状を見やすく表示する。
【００３０】
以上によって、１次電子ビームで試料１を照射して走査し、上方向に放出された２次電子および反射電子によって試料１のパターン形状の上側から見たときの表面の２次電子像や反射電子像を表示することができ、更に、試料１のパターン穴を通過した通過電子の通過電子像、パターン穴の内壁から放出された２次電子の２次電子像や反射電子の反射電子像を表示することができ、しかも、これら試料１の上方向から見た２次電子像や反射電子像と、通過した通過電子像やパターン穴の内壁の２次電子像や反射電子像を重ねて表示し、パターン穴の上側と内壁などの情報を一括して表示させ、検査（パターン穴の直径、内壁のゴミの付着、パターン穴の上が広く下が狭いなどの形状などの検査）を容易に行うことが可能となる。以下パターン穴の欠陥検査について詳細に説明する。
【００３１】
（１）  １次電子ビームを試料１の広範囲（例えば全面あるいは全面を所定個数で分割した範囲）に照射して低倍率の通過電子像（試料１のパターン穴を通過した１次電子（通過電子）によって生成した通過電子像）を表示する。
【００３２】
（２）  （１）で表示した通過電子像上のパターン穴のうち、パターン穴にゴミが付着あるいはパターン穴の径が検査値よりも小さいパターン穴を抽出する。
（３）  （２）で抽出したパターン穴を全面に表示するように、ビーム偏向器７、８に供給する電流を小さくして当該パターン穴を拡大した通過電子像を表示する。
【００３３】
（４）  （３）で拡大した通過電子像をもとにパターン穴の直径やゴミの付着などを検査する。更に、既述した試料１の上方向に放出された２次電子像や反射電子像、更にパターン穴の内壁から放出された２次電子像や反射電子像を重畳して表示し、パターン穴の上部の表面の形状や、パターン穴の内部の２次電子像や反射電子像、更に通過電子像をもとにいずれの位置での形状が異常であるかを容易に検査することができる（例えば上方向の２次電子像、反射電子像、内壁の２次電子像、反射電子像、通過電子像をそれぞれ色分けして全部を線画にして重畳表示し、いずれの場所の形状が異常かを容易に検査することができる）。
【００３４】
（５）  また、拡大した２次電子像および通過電子像のパターン穴の寸法をそれぞれ測長し、それぞれが所定検査許容範囲か判定でき、パターン穴がいわゆるハの字型になっていても、その穴の傾斜（例えばステンシルマスクで言うテーパ角）を求めることができる（上方向の２次電子像によって上部の寸法、透過電子像によってパターン穴の最も狭い部分の寸法を測長して穴の傾斜を求めることができる）。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、貫通孔のある試料１を１次電子ビームで照射して上方向の２次電子像、反射電子像、更に貫通孔を通過した通過電子像、貫通孔の内壁から放出された２次電子像、貫通孔の内壁で反射した反射電子像を表示する構成を採用しているため、
（１）  試料１に穴の空いたパターンを通過した通過電子の通過電子像を表示でき、穴の全内面に付着する突起物を観察することができる。
【００３６】
（２）  試料１にバイアス電圧を印加して試料１の貫通孔の内壁から放出された２次電子を引き出して２次電子像を表示し、貫通孔の内壁の突起物の形状を高Ｓ／Ｎ比で表示して観察することができる。
【００３７】
（３）  試料１の上方向の２次電子像、反射電子像、試料１の貫通孔の内壁の２次電子像、反射電子像、貫通孔を通過した通過電子像を合わせて表示し、貫通孔の上方向の表面、貫通孔の内壁の形状を同時に表示し、いわば３次元的に形状検査することができる。
【００３８】
（４）  これらにより、貫通孔の厚さが厚い場合には従来の上方向の２次電子像のみでは検査が困難であった例えばステンシルマスクの穴の内壁の形状なども、本願発明により容易に検査できるようになった。
【００３９】
（５）  また、試料１の全体の画像を表示した後、一部のみを拡大表示して貫通孔の形状や内部に付着したゴミなどを容易に観察して検査できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【符号の説明】
１：試料
２：対物レンズ
３：コンデンサーレンズ
４：電子銃
７、８：ビーム偏向器
９：２次電子検出器
１１：透過電子検出器
１６：バイアス電圧
１９：ステージ
【図１】
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