JP2000011940A

JP2000011940A - 検査装置、検査装置のメンテナンス方法、検査方法

Info

Publication number: JP2000011940A
Application number: JP10174471A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Takekoshi; 秀和竹越
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、電子ビームを利用して、例えば半
導体ウェーハ等の回路パターンを検査する検査装置に関
し、特に的確なメンテナンスを実施することができる検
査装置を提供することを目的とする。【解決手段】電子ビームを試料面上に照射する照射手
段２４と、試料面から発生する二次電子または反射電子
の少なくとも一方からなる二次ビームを検出する電子検
出手段３８と、試料と電子検出手段との間に配置され、
二次ビームを電子検出手段の検出面に結像させ、試料面
の像を該検出面に投影する投影電子光学系３４、３６、
３７と、試料面に照射される電子ビームの電流量と、電
子検出手段により検出される二次ビームの電流量との比
である透過率を測定する透過率測定手段４７、４１とを
備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを利用
して、例えば半導体ウェーハ等の回路パターンを検査す
る検査装置に関し、特に的確なメンテナンスを実施する
ことができる検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スポット状に集束させた電子ビ
ームを試料面上に走査させ、試料から発生する二次電
子、反射電子等を検出して試料画像を取得する走査型電
子顕微鏡が知られている。この走査型電子顕微鏡におい
ては、ビーム径を絞ったスポット状の電子ビームで試料
を走査するため、走査に時間がかかり、試料画像の検出
に大幅な時間を要するという問題点があった。この問題
点を解決する１つの手段として、ビーム走査速度を高速
にすることが考えられるが、これでは１画素あたりの注
入電子量が低下し、画像コントラストの低下を招くとい
う新たな問題点が生じるため、容易にはこの問題点を解
決することはできなかった。

【０００３】そこで、上記の問題点を解決するために、
特開平７−１８１２９７号公報または特開平７−２４９
３９３号公報に記載される欠陥検出装置が提案されてい
る。上記の欠陥検出装置では、矩形陰極から発生する電
子ビームを、複数の多極子レンズによってビームの断面
形状を矩形状または楕円形状に成形し、試料面上に照射
して走査する。このとき照射面積の広い矩形ビームで試
料面上を走査するため、従来のスポット状の電子ビーム
で走査した場合と比較すると、短時間で試料面上を走査
することができ、試料画像の検出の高速化を図ることが
できた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体ウェーハのスループット向上のため、試料画像の検出
をより一層高速化させたいという強い要請があった。上
述の欠陥検出装置では、矩形ビームという一定照射面積
を有するビームで試料面上を走査して、試料画像の検出
の高速化を図っているが、試料画像の検出速度をより一
層高速化させるには、やはり走査速度のスピードアップ
を図る以外なかった。しかし、走査速度のスピードアッ
プは、前述したように検出画像の画質を劣化させるとい
う別の問題点を発生させるため、上記の欠陥検査装置で
は、試料画像の検出速度をより一層高速化させることに
は対応できなかった。

【０００５】さらに、検出速度の高速化を達成したとし
ても、その性能を維持するためには、装置に対して的確
なメンテナンスを実施する必要があり、検出速度の高速
化と共にそれを維持するための的確なメンテナンスも同
時に要請された。そこで、請求項１に記載の発明は、上
述の要請に応えるべく、試料画像の検出をより一層高速
化することができ、かつ的確なメンテナンスを実施する
ことができる検査装置を提供することを目的とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、装置の異常を自
動的に検知することができる検査装置を提供することを
目的とする。請求項３に記載の発明は、二次ビームの増
幅箇所の異常を検知することができる検査装置を提供す
ることを目的とする。請求項４、５に記載の発明は、試
料画像の検出をより一層高速化することができる検査装
置のメンテナンス方法を提供することを目的とする。

【０００７】請求項６に記載の発明は、試料画像の取得
が、正常に行われたか否かを判断することができる検査
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の検査装
置は、電子ビームを試料面上に照射する照射手段と、試
料面から発生する二次電子または反射電子の少なくとも
一方からなる二次ビームを検出する電子検出手段と、試
料と電子検出手段との間に配置され、二次ビームを電子
検出手段の検出面に結像させ、試料面の像を該検出面に
投影する投影電子光学系と、試料面に照射される電子ビ
ームの電流量と、電子検出手段により検出される二次ビ
ームの電流量との比である透過率を測定する透過率測定
手段とを備えて構成する。

【０００９】このような構成においては、試料面上のビ
ーム照射領域の像が、電子検出手段の検出面に投影され
るため、一括して照射領域の試料画像を取得することが
できる。また、測定された透過率に基づいて装置に対し
て的確なメンテナンスを行うことができる。請求項２に
記載の発明は、請求項１に記載の検査装置において、透
過率測定手段により測定された透過率を蓄積記憶する記
憶手段と、記憶手段に蓄積記憶された過去の透過率と、
透過率測定手段により測定される現在の透過率とを比較
することによって装置の異常を検知する異常検知手段と
を備えて構成する。

【００１０】このような構成においては、測定された透
過率に変化があれば装置に異常があると自動的に診断さ
れる。請求項３に記載の発明は、電子ビームを試料面上
に照射する照射手段と、試料面から発生する二次電子ま
たは反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検
出する電子検出手段と、試料と電子検出手段との間に配
置され、二次ビームを電子検出手段の検出面に結像さ
せ、試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学系
と、電子検出手段と投影電子光学系との間に配置され、
二次ビームを増幅する電子増幅手段と、電子増幅手段に
よる二次ビームの増幅率を測定する増幅率測定手段とを
備えて構成する。

【００１１】このような構成においては、測定された増
幅率に基づいて、電子増幅手段の増幅動作が正常か否か
を判断することができる。請求項４に記載の発明は、電
子ビームを試料面上に照射する照射手段と、試料面から
発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方から
なる二次ビームを検出する電子検出手段と、試料と電子
検出手段との間に配置され、二次ビームを電子検出手段
の検出面に結像させ、試料面の像を該検出面に投影する
投影電子光学系とを備えた検査装置のメンテナンス方法
であって、試料面上に照射される電子ビームの電流量を
測定し、電子検出手段により検出される二次ビームの電
流量を測定し、その２つの電流量の比である透過率を求
めることを特徴とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、電子ビームを試
料面上に照射する照射手段と、試料面から発生する二次
電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビー
ムを検出する電子検出手段と、試料と電子検出手段との
間に配置され、二次ビームを電子検出手段の検出面に結
像させ、試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学
系と、電子検出手段と投影電子光学系との間に配置さ
れ、二次ビームを増幅する電子増幅手段とを備えた検査
装置のメンテナンス方法であって、電子増幅手段による
増幅前の二次ビームの電流量と、増幅後の二次ビームの
電流量とを測定することにより、電子増幅手段の増幅率
を求めることを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、電子ビームを試
料面上に照射し、試料面から発生する二次電子または反
射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを、電子検
出器の検出面に結像させて検出し、試料面の像を取得す
る検査方法であって、試料面とは異なる所定面に電子ビ
ームを照射し、所定面から発生する二次ビームを、電子
検出器の検出面に結像させて検出し、所定面に照射され
る電子ビームの電流量と電子検出器により検出される二
次ビームの電流量とを測定し、その２つの電流量を予め
求められている基準データ値と比較することにより、試
料面の像の取得が正常に行われたか否かを判断すること
を特徴とする。

【００１４】この検査方法を具体的に述べると、まず所
定面に電子ビームを照射した際に得られる電子ビームの
電流量と二次ビームの電流量とが、基準データ値として
予め求まっている。次に、試料面に電子ビームを照射し
て試料面の像を取得する。そして、試料面の像の取得が
正常に行われたか否かを判断するため、所定面に電子ビ
ームを照射する。得られた電子ビームの電流量と二次ビ
ームの電流量とが基準データ値の許容範囲内ならば、先
程実施した試料面の像の取得は、「正常に行われた」と
判断でき、基準データ値の許容範囲外ならば「正常に行
われていない」と判断できる。

【００１５】すなわち、試料面の像が正常に取得できた
かどうかを確認するために、所定面に電子ビームを照射
し、そのときに得られる電子ビームと二次ビームの電流
量を測定して基準データ値と比較する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。

【００１７】図１は、第１の実施形態の検査装置の全体
構成図である。なお、第１の実施形態は、請求項１〜５
に記載の発明に対応する。図１において、検査装置は一
次コラム２１、二次コラム２２およびチャンバー２３を
有している。一次コラム２１の内部には、電子銃２４が
設けられており、電子銃２４から照射される電子ビーム
（一次ビーム）の光軸上に一次光学系２５、偏向器２
６、２７、２８が配置される。

【００１８】チャンバー２３の内部には、ステージ２９
が設置され、ステージ２９上には試料３０が載置され
る。ステージ２９上には、ファラデーカップ２９ａ、フ
ィディシャルマーク２９ｂが設けられている。図２に示
すように、ファラデーカップ２９ａは、断面が凹状の導
電体である。そして、その周りを絶縁体２９ｃが覆うよ
うにしてステージ２９上に設けられている。

【００１９】また、フィディシャルマーク２９ｂは、図
３に示すようにステージ２９上に形成される縞状のパタ
ーンである。最小分解能を決定するために、縞の間隔が
異なるパターンが複数（ここではａ、ｂ、ｃの３種）形
成されている。二次コラム２２の内部には、試料３０か
ら発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ３
１、ニューメニカルアパーチャ３２、ウィーンフィルタ
３３、第２レンズ３４、フィールドアパーチャ３５、第
３レンズ３６、第４レンズ３７および検出器３８が配置
される。なお、カソードレンズ３１、第２レンズ３４〜
第４レンズ３７は、二次光学系を構成している。

【００２０】検出器３８の出力端子は、画像処理ユニッ
ト３９の入力端子と接続され、画像処理ユニット３９の
出力端子は、データベースユニット４０の入力端子に接
続される。データベースユニット４０の入出力端子は、
ＣＰＵ４１の入出力端子と接続される。ＣＰＵ４１は、
画像処理ユニット３９、一次コラム制御ユニット４２、
二次コラム制御ユニット４３、偏向器制御ユニット４
４、ウィーンフィルタ制御ユニット４５およびステージ
制御ユニット４６に制御信号を出力する。

【００２１】一次コラム制御ユニット４２は、一次光学
系２５のレンズ電圧を制御し、二次コラム制御ユニット
４３は、カソードレンズ３１および第２レンズ３４〜第
４レンズ３７の各レンズ電圧を制御し、偏向器制御ユニ
ット４４は、偏向器２６〜偏向器２８に印加する電圧
（または電流）を制御し、ウィーンフィルタ制御ユニッ
ト４５は、ウィーンフィルタ３３の電磁界を制御し、ス
テージ制御ユニット４６は、ステージ２９をＸＹ方向に
駆動制御する。

【００２２】ファラデーカップ２９ａおよびニューメニ
カルアパーチャ３２は、電流計４７と接続され、電流計
４７はＣＰＵ４１と接続される。また、一次コラム２
１、二次コラム２２、チャンバー２３は、真空排気系
（不図示）と繋がっており、真空排気系のターボポンプ
により排気されて、内部は真空状態を維持している。

【００２３】図４は、検出器の具体的な構成図である。
図４において、検出器３８は、ＭＣＰ（マイクロチャネ
ルプレート）４８ａ、４８ｂと、蛍光面４９を有するＦ
ＯＰ（ファイバオプティックプレート）５０と、ＣＣＤ
センサ５１とから構成される。ＭＣＰ４８ａの一端は、
スイッチ５２ａを介して電流計４７ａと接続され、ＭＣ
Ｐ４８ｂの一端は、スイッチ５２ｂを介して電流計４７
ｂ、高圧電源５３ｂと接続される。ＭＣＰ４８ｂと蛍光
面４９との間には、スイッチ５２ｃを介して高圧電源５
３ｃが接続される。また、電流計４７ａ、４７ｂは、Ｃ
ＰＵ４１と接続される。

【００２４】なお、請求項１、４に記載の発明と本実施
形態との対応関係については、照射手段は、電子銃２
４、一次光学系２５、偏向器２６〜２８、一次コラム制
御ユニット４２および偏向器制御ユニット４４に対応
し、電子検出手段２は、蛍光面４９、ＦＯＰ５０、ＣＣ
Ｄセンサ５１に対応し、投影電子光学系は、カソードレ
ンズ３１、第２レンズ３４、第３レンズ３６、第４レン
ズ３７に対応し、透過率測定手段は、電流計４７、４７
ａおよびＣＰＵ４１に対応する。

【００２５】また、請求項２に記載の発明と本実施形態
との対応関係については、記憶手段は、データベースユ
ニット４０に対応し、異常検知手段は、ＣＰＵ４１に対
応する。また、請求項３、５に記載の発明と本実施形態
との対応関係については、上述の対応関係と併せて、電
子増幅手段は、ＭＣＰ４８ａ、４８ｂ、高圧電源５３
ｂ、５３ｃに対応し、増幅率測定手段は、電流計４７
ａ、４７ｂおよびＣＰＵ４１に対応する。

【００２６】次に、本実施形態の検査装置における試料
画像の取得動作について説明する。図５に示すように、
電子銃２４から出射する一次ビームは、加速電圧Ｖacc
によって加速され、一次光学系２５のレンズ作用および
偏向器２６〜２８による偏向作用を受けて、ウィーンフ
ィルタ３３に入射角αで入射する。ここでは電子銃の陰
極として、矩形陰極で大電流を取り出すことができるラ
ンタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）を用いる。また、一
次光学系２５は、回転軸非対称の四重極（または八重
極）の静電レンズ（または電磁レンズ）を使用する。こ
のレンズは、いわゆるシリンドリカルズと同様に、矩形
陰極の長軸（Ｘ軸）、短軸（Ｙ軸）各々で集束と発散と
を引き起こすことができる。図５では、矩形陰極のＸ方
向断面に放出された電子の軌道とＹ方向断面に放出され
た電子の軌道とを示している。

【００２７】一次光学系２５における具体的なレンズ構
成は、図６に示すように、静電レンズを用いた場合、４
つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位
に設定し、互いに逆の電圧特性（ａとｂに＋Ｖｑ、ｃと
ｄに−Ｖｑ）を与える。このレンズを３段（図５の２５
ａ、２５ｂ、２５ｃ）で構成し、各レンズ条件を最適化
することによって、照射電子を損失することなく、試料
面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形
状に成形することができる。

【００２８】一次光学系２５により矩形状に成形された
一次ビームは、ウィーンフィルタ３３の偏向作用により
軌道が曲げられ、ニューメニカルアパーチャ３２の開口
部で結像する。ウィーンフィルタ３３は、磁界と電界と
を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖ
とした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子
のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。

【００２９】また、ニューメニカルアパーチャ３２は、
円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄膜板であり、光
線束の開きを決定する。ニューメニカルアパーチャ３２
の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ３１
を介して、試料３０面上に照射される。ビームの照射領
域からは、二次電子または反射電子の少なくとも一方を
含む二次ビームが発生するが、この二次ビームは、ビー
ム照射領域の二次元画像情報を有している。なお、一次
ビームは、試料３０に垂直に照射されるので、二次ビー
ムは影のない鮮明な像を有することができる。

【００３０】図７に示すように、二次ビームは、カソー
ドレンズ３１によるレンズ作用を受けながら、レンズを
通過する。ところで、カソードレンズ３１は、３枚の電
極で構成されている。通常、レンズ作用を行うには、カ
ソードレンズ３１の下から１番目、２番目の電極に電圧
を印加し、３番目の電極をゼロ電位にする。カソードレ
ンズ３１の電極−試料面間には、一次ビームに対しては
負の電界、二次ビームに対しては正の電界（以下、これ
を「リターディング電圧Ｖr」という）が形成されてい
る。リターディング電圧は、一次ビームに対しては、減
速させて試料のチャージアップや破壊を防ぎ、二次ビー
ムに対しては、電子（特に、指向性の低い二次電子）を
引き込み、加速させて、効率よくカソードレンズ３１内
に導くように作用する。

【００３１】カソードレンズ３１およびニューメニカル
アパーチャ３２を通過した二次ビームは、ウィーンフィ
ルタ３３の偏向作用を受けずに、そのまま直進する。こ
のときのウィーンフィルタ３３に印加する電磁界（Ｅ,
Ｂ）は、加速電圧Ｖacc、入射角α、リターディング電
圧Ｖrの３つのパラメータによって決定される。なお、
ウィーンフィルタ３３に印加する電磁界を変えること
で、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ電子（例
えば二次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみ
を検出器３８に導くことができる。

【００３２】また、ニューメニカルアパーチャ３２は、
二次ビームに対しては、後段の第２レンズ３４〜第４レ
ンズ３７のレンズ収差を抑える役割を果たしている。と
ころで、二次ビームを、カソードレンズ３１のみで結像
させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。
そこで、第２レンズ３４と合わせて、１回の結像を行わ
せる。二次ビームは、カソードレンズ３１および第２レ
ンズ３４により、フィールドアパーチャ３５上で中間結
像を得る。

【００３３】この場合、二次光学系として必要な投影倍
率が不足することが多いため、中間像を投影するための
レンズとして、さらに第３レンズ３６、第４レンズ３７
を加えた構成にする。二次ビームは、第３レンズ３６、
第４レンズ３７各々により結像し、ここでは、合計３回
結像する。なお、第３レンズ３６と第４レンズ３７とを
合わせて１回（合計２回）結像させてもよい。

【００３４】第２レンズ３４〜第４レンズ３７はすべ
て、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズ
とよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、
３枚電極の構成で、通常は外側の２電極をゼロ電位と
し、中央の電極に印加する電圧を変えることでレンズ作
用を変更する。

【００３５】また、中間の結像点には、フィールドアパ
ーチャ３５が配置されているが、このフィールドアパー
チャ３５は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要
範囲に制限している。特に電子ビームの場合、余計なビ
ームを、後段の第３レンズ３６および第４レンズ３７と
共に遮断して、検出器３８のチャージアップやコンタミ
ネーションを防いでいる。

【００３６】二次ビームは、第２レンズ３４〜第４レン
ズ３７により集束発散を繰り返し、検出器３８の検出面
に再結像し、ビーム照射領域の像が検出面に投影され
る。図４に示すように、ＭＣＰ４８ａはＧＮＤに接地さ
れており、ＭＣＰ４８ｂには、０〜＋２kＶの電圧が高
圧電源５３ｂにより印加されている。また、ＭＣＰ４８
ｂと蛍光面４９との間には、０〜＋５kＶの電圧が高圧
電源５３ｃにより印加されている。

【００３７】ＭＣＰ４８ａに入射した二次ビームは、そ
の電流量をＭＣＰ４８ａとＭＣＰ４８ｂとの電位差によ
って加速増幅され、さらにＭＣＰ４８ｂと蛍光面４９と
の電位差によって再び加速増幅されて蛍光面４９に衝突
する。蛍光面４９では、電子を光学像に変換し、光学像
は、ＦＯＰ５０を通過して、ＣＣＤセンサ５１で撮像さ
れる。ここでは、蛍光面４９での画像サイズとＣＣＤセ
ンサ５１の撮像サイズとを合わせるために、ＦＯＰ５０
で、約１／３に縮小して投影する。

【００３８】光学像は、ＣＣＤセンサ５１により光電変
換され、ＣＣＤセンサ５１に信号電荷が蓄積する。画像
処理ユニット３９は、ＣＰＵ４１の読み出し指示に従っ
てＣＣＤセンサ５１から信号電荷を読み出して試料画像
を作成し、データベースユニット４０に試料画像を転送
する。このように本発明の検査装置では、試料面上に電
子ビームを照射し、ビーム照射領域の像を検出器３８の
検出面に投影して一括して試料画像を取得している。

【００３９】ところで、本発明の検査装置では、電子ビ
ームは、一次光学系および二次光学系の電子レンズ、偏
向器、ウィーンフィルタ、アパーチャの多数の構成要素
を経由している。もし、これら構成要素の配置が１つで
もずれると、その箇所でビームを損失する可能性があ
り、これにより試料画像のＳ／Ｎが悪化するという懸念
があった。このため、装置の設計、製造には厳密な精度
が要求された。

【００４０】しかしながら、装置を初期状態のまま維持
することは困難であり、経時変化や装置の移設等によ
り、構成要素の配置にずれが生じた場合には、試料画像
の画質が低下するため、定期的に装置のメンテナンスを
実施する必要があった。そこで、試料面上に照射した一
次ビームの電流量と、検出器で検出される二次ビームの
電流量との比である透過率を測定し、この透過率をデー
タベース化することで装置に対して長期的かつ総合的な
メンテナンスを行う。

【００４１】また、透過率に関与するパラメータとし
て、ニューメニカルアパーチャ３２の開口径、加速電圧
Ｖacc、リターディング電圧Ｖrが存在するが、これらパ
ラメータも透過率と共にデータベース化する。以下、こ
の透過率の測定について説明する。なお、本発明では、
装置起動時に自動的に透過率を測定するが、このときの
測定条件（ニューメニカルアパーチャ３２の開口径、加
速電圧Ｖacc、リターディング電圧Ｖr、二次光学系のレ
ンズ電圧）は、予め決まっている。

【００４２】ＣＰＵ４１は、ステージ制御ユニット４６
を介してステージ２９を移動させ、ファラデーカップ２
９ａをカソードレンズ３１の真下に移動させる。電子銃
２４から加速電圧Ｖaccで加速された電子ビームが出射
し、ファラデーカップ２９ａに入射する。ＣＰＵ４１
は、電流計４７を介して、ファラデーカップ２９ａに入
射する一次ビームの電流量Ｉfaraday-cupを読み取る
（図８のステップＳ１）。

【００４３】電子ビームは、理想的にはファラデーカッ
プ２９ａにすべて吸収されるため、電子ビーム照射によ
る二次電子、反射電子は発生せず、検出器３８が二次電
子、反射電子を検出することはない。しかしながら、一
次コラム２１、二次コラム２２内で散乱する電子等がノ
イズとして存在するため、この電子を検出器３８が検出
することがある。このときの検出器３８の電流量Ｉnois
eを、電流計で測定する（ステップＳ２）。

【００４４】具体的には、図９に示すように、スイッチ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃが切り替わり、ＭＣＰ４８ａが
電流計４７ａに接続され、ＭＣＰ４８ｂおよび蛍光面４
９がＧＮＤに接地される。この状態で、ＣＰＵ４１は、
電流計４７ａを介して、ＭＣＰ４８ａに到達する電子ビ
ームの電流量（Ｉnoise）を測定する。次に、ＣＰＵ４
１は、ステージ制御ユニット４６を介してステージ２９
を移動させ、フィディシャルマーク２９ｂをカソードレ
ンズ３１の真下に移動させる。

【００４５】電子銃２４は、フィディシャルマーク２９
ｂ上に電子ビームを照射する。フィディシャルマーク２
９ｂの像は、二次光学系を介して検出器３８の検出面に
投影される。このときに検出器３８において検出される
電流量Ｉdetectorを、Ｉnoiseを測定したときと同様に
測定する（ステップＳ３）。ＣＰＵ４１は、（Ｉdetect
or−Ｉnoise）／Ｉfaraday-cupの値を算出し、この値を
透過率とする（ステップＳ４）。

【００４６】また、ＣＰＵ４１は、電流計４７を介して
ニューメニカルアパーチャ３２の電流量をモニタするこ
とで、ニューメニカルアパーチャ３２によってけられた
一次ビームと二次ビームの電流量Ｉnaを測定する（ステ
ップＳ５）。さらに、ＣＰＵ４１は、ＭＣＰ４８ａに入
射するビームの電流量（Ｉmcp-in）とＭＣＰ４８ｂから
出射するビームの電流量（Ｉmcp-out）を検出し、ＭＣ
Ｐ４８ａ、４８ｂにおける電子ビームの増幅率を測定す
る（ステップＳ６）。

【００４７】この動作を具体的に説明する。図１０に示
すように、スイッチ５２ｂ、５２ｃが切り替わり、ＭＣ
Ｐ４８ｂの一端に電流計４７ｂが接続される。また、Ｍ
ＣＰ４８ｂと蛍光面４９との間には、高圧電源５３ｃに
より電圧が印加される。ＣＰＵ４１は、電流計４７ｂを
介してＩmcp-outの値を検出する。なお、Ｉmcp-inは、
既に測定されているＩdetectorと同値であるため、これ
を利用する。

【００４８】ＣＰＵ４１は、Ｉmcp-out／Ｉmcp-inを算
出し、ＭＣＰ４８ａ、４８ｂの増幅率を求める。次に、
画像処理ユニット３９は、フィディシャルマーク２９ｂ
（ａ）〜（ｃ）から鮮鋭なマークを求めて最小分解能を
決定する。このとき鮮鋭か否かの判断は、各マークのコ
ントラスト値を求めて、そのコントラスト値と予め設定
されたしきい値とを比較して判別する。

【００４９】以上の透過率、増幅率、最小分解能は、測
定条件と共にデータベースユニット４０に記憶される
（ステップＳ７）。ＣＰＵ４１は、定期的に透過率、増
幅率を測定し、データベースユニット４０にデータを蓄
積させていく。さらに、ＣＰＵ４１は、現在の透過率、
増幅率を測定すると、データベースユニット４０から過
去の透過率、増幅率を読み出し、現在の透過率、増幅率
と比較する。もし、透過率、増幅率に変動があった場合
には、「装置、ＭＣＰに異常がある」と判断し、オペレ
ータに警告する。

【００５０】（第１の実施形態の効果等）このように、
第１の実施形態の検査装置では、電子ビームの照射領域
を検出器の検出面に投影することで、一括して試料画像
を取得することができる。また、本実施形態では、透過
率、増幅率を測定してデータベース化しているため、透
過率、増幅率に変動があれば即座に、装置、ＭＣＰの異
常を検知することができる。

【００５１】なお、このときデータベース４０に蓄積さ
れる過去の透過率から異常を判断するのではなく、設計
上の基準データ値と比較してもよい。例えば、透過率の
具体的な基準データ値は、ＣＣＤセンサ５１にＴＤＩ
（Time Delay Integration：時間遅延積分型）アレイＣ
ＣＤセンサ（９６段）を使用し、試料面（２０５μｍ×
３８μｍ）に２５０ｎＡの電流を照射した場合、検出器
が２.５ｎＡの電流量を検出する、すなわち透過率１％
以上であれば正常と判断することができる。

【００５２】また、ニューメニカルアパーチャ３２によ
ってけられる一次ビームと二次ビームの電流量Ｉna、一
次ビームの電流量Ｉfaraday-cup、二次ビームの電流量
Ｉdetectorを、設計上の基準データ値と比較することに
よって、より細かな装置の診断を行うことができる。例
えば、電流量Ｉfaraday-cupが基準データ値より小さ
く、電流量Ｉnaに変化がなければ、一次コラム２１内部
またはウィーンフィルタ３３におけるビーム損失の可能
性が高いことが分かる。また、電流量Ｉfaraday-cup、
電流量Ｉnaに変化がなく、電流量Ｉdetectorが基準デー
タ値より小さければ、二次光学系におけるビーム損失の
可能性が高いことが分かる。また、電流量Ｉnaが変動し
ていれば、ニューメニカルアパーチャ３２の取り付け位
置がずれている可能性が高いことが分かる。

【００５３】また、本実施形態では、透過率、増幅率
を、予め定められた測定条件下において測定したが、測
定条件を任意に変更して測定してもよい。例えば、透過
率に関与するパラメータとして、ニューメニカルアパー
チャ３２の開口径、加速電圧Ｖacc、リターディング電
圧Ｖrがあるが、これらパラメータを変更しながら透過
率および最小分解能をデータベース化してもよい。この
場合においては、各パラメータを因子として分散分析を
行えば、各パラメータが透過率や最小分解能に与える影
響度が分かり、効率的なメンテナンスを実施することが
できる。

【００５４】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について説明する。なお、第２の実施形態は、請求項６
に記載の発明に対応する。第２の実施形態の検査装置の
構成については、第１の実施形態と同一構成であるた
め、ここでの説明は省略する。なお、請求項６に記載の
発明と、第２の実施形態との対応関係については、電子
検出器は検出器３８に対応し、所定面はフィディシャル
マーク２９ｂに対応する。

【００５５】以下、第２の実施形態の動作について説明
する。前述したように電子ビームを試料面上に照射し、
ビーム照射領域の像を検出器３８の検出面に投影して、
一括して試料画像を取得する。次に、予め定められた測
定条件下において、フィディシャルマーク２９ｂに電子
ビームを照射し、その際に得られる一次ビームの電流量
と二次ビームの電流量とを測定する。

【００５６】まず、ＣＰＵ４１は、ステージ制御ユニッ
ト４６を介してステージ２９を移動させ、ファラデーカ
ップ２９ａをカソードレンズ３１の真下に移動させる。
電子銃２４から電子ビームが出射し、ファラデーカップ
２９ａに入射する。ＣＰＵ４１は、電流計４７を介し
て、ファラデーカップ２９ａに入射する一次ビームの電
流量Ｉfaraday-cupを読み取る。

【００５７】電子ビームは、理想的にはファラデーカッ
プ２９ａにすべて吸収されるため、電子ビーム照射によ
る二次電子、反射電子は発生せず、検出器３８は、これ
らの電子を検出することはない。しかしながら、実際に
は検出器３８は、一次コラム２１、二次コラム２２内で
散乱する電子等をノイズとして検出してしまう。ＣＰＵ
４１は、この電流量Ｉnoiseを電流計４７ａを介して測
定する。

【００５８】次に、ＣＰＵ４１は、ステージ制御ユニッ
ト４６を介してステージ２９を移動させ、フィディシャ
ルマーク２９ｂをカソードレンズ３１の真下に移動させ
る。電子銃２４は、フィディシャルマーク２９ｂ上に電
子ビームを照射する。フィディシャルマーク２９ｂの像
は、二次光学系を介して検出器３８の検出面に投影され
る。このときに検出器３８において検出される電流量Ｉ
detectorを、ＣＰＵ４１は電流計４７ａを介して測定す
る。

【００５９】ＣＰＵ４１は、一次ビームの電流量Ｉfara
day-cup、二次ビームの電流量（Ｉdetector−Ｉnoise）
を算出し、基準データ値と比較する。この基準データ値
は、予め定められた測定条件下において、フィディシャ
ルマーク２９ｂに電子ビームを照射した際に得られる理
想の一次ビームの電流量と二次ビームの電流量である。
一次ビームの電流量Ｉfaraday-cup、二次ビームの電流
量（Ｉdetector−Ｉnoise）が、基準データ値の許容範
囲内ならば、ＣＰＵ４１は、先程行った試料画像の取得
は、「正常に行われた」と判断する。

【００６０】また、どちらか少なくとも一方が、許容範
囲外ならば試料画像の取得は、「正常に行われなかっ
た」と判断し、再度、試料画像の取得動作を実行する
か、オペレータに装置のメンテナンスを要求する。（第２の実施形態の効果）このように、第２の実施形態
の検査装置では、一次ビーム、二次ビームの電流量を測
定し、基準データ値の許容範囲にあるか否かで、試料画
像が正常に取得できたか否かを判断することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
検査装置では、試料面上のビーム照射領域の像が、電子
検出手段の検出面に投影されるため、一括して照射領域
の試料画像を取得することができ、試料画像の検出速度
をより一層高速化することができる。

【００６２】また、この検査装置においては、透過率を
求めることができるため、求められた透過率が正常な範
囲にあるか否かで検査装置が正常か否かを判断すること
ができ、的確なメンテナンスを実施することができる。
したがって、試料画像の検出速度が高速という装置性能
を長期間維持させることができる。請求項２に記載の検
査装置では、過去の透過率との比較により検査装置の現
在の状態を把握することができる。例えば、透過率が小
さくなる（すなわち、二次ビームの電流量が減少する）
と、投影電子光学系または電子検出手段に異常があるの
ではないかと判断することができる。また、透過率が大
きくなる（すなわち、一次ビームの電流量が減少する）
と、照射手段に異常があるのではないかと判断すること
ができる。

【００６３】請求項３に記載の検査装置では、電子増幅
手段の増幅率を測定することができるため、この増幅率
に基づいて電子増幅手段の動作が正常か否かを判断する
ことができる。請求項４に記載のメンテナンス方法で
は、電子ビームの電流量と二次ビームの電流量とを測定
し、透過率を求めている。したがって、この透過率が変
動すれば、照射手段、電子検出手段、投影電子光学系に
異常が発生したことを即座に認識することができる。

【００６４】請求項５に記載のメンテナンス方法では、
電子増幅手段の増幅率を求めることができるため、この
増幅率が変動すれば電子増幅手段に異常が発生したこと
を即座に認識することができる。請求項６に記載の検査
方法では、所定面に電子ビームを照射して、所定面に照
射される電子ビームの電流量と、電子検出器で検出され
る二次ビームの電流量とを測定することで、試料面の像
が正常に取得されたかどうかを確認することができる。

【００６５】このようにして本発明を適用した検査装置
では、定期的に透過率を測定し、データベースを作成す
ることで、装置に異常があった場合には、速やかに故障
個所を発見することができ、装置の性能を長期間一定レ
ベルに維持させることができ、故障のない信頼性の高い
検査装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の検査装置の全体構成図であ
る。

【図２】ファラデーカップを説明する図である。

【図３】フィディシャルマークを説明する図である。

【図４】検出器の構成図である。

【図５】一次ビームの軌道を示す図である。

【図６】一次光学系の構成図である。

【図７】二次ビームの軌道を示す図である。

【図８】透過率測定の動作を説明する流れ図である。

【図９】二次ビームの電流量の測定を説明する図であ
る。

【図１０】ＭＣＰの増幅率測定を説明する図である。

【符号の説明】

２１一次コラム２２二次コラム２３チャンバー２４電子銃２５一次光学系２６、２７、２８偏向器２９ステージ３０試料３１カソードレンズ３２ニューメニカルアパーチャ３３ウィーンフィルタ３４第２レンズ３５フィールドアパーチャ３６第３レンズ３７第４レンズ３８検出器３９画像処理ユニット４０データベースユニット４１ＣＰＵ４２一次コラム制御ユニット４３二次コラム制御ユニット４４偏向器制御ユニット４５ウィーンフィルタ制御ユニット４６ステージ制御ユニット４７電流計４８ａ、４８ｂＭＣＰ４９蛍光面５０ＦＯＰ５１ＣＣＤセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃスイッチ５３ｂ、５３ｃ高圧電源

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを試料面上に照射する照射手
段と、前記試料面から発生する二次電子または反射電子の少な
くとも一方からなる二次ビームを検出する電子検出手段
と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二
次ビームを前記電子検出手段の検出面に結像させ、前記
試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学系と、前記試料面に照射される電子ビームの電流量と、前記電
子検出手段により検出される二次ビームの電流量との比
である透過率を測定する透過率測定手段とを備えたこと
を特徴とする検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の検査装置において、前記透過率測定手段により測定された透過率を蓄積記憶
する記憶手段と、前記記憶手段に蓄積記憶された過去の透過率と、前記透
過率測定手段により測定される現在の透過率とを比較す
ることによって装置の異常を検知する異常検知手段とを
備えたことを特徴とする検査装置。
【請求項３】電子ビームを試料面上に照射する照射手
段と、前記試料面から発生する二次電子または反射電子の少な
くとも一方からなる二次ビームを検出する電子検出手段
と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二
次ビームを前記電子検出手段の検出面に結像させ、前記
試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学系と、前記電子検出手段と前記投影電子光学系との間に配置さ
れ、前記二次ビームを増幅する電子増幅手段と、前記電子増幅手段による二次ビームの増幅率を測定する
増幅率測定手段とを備えたことを特徴とする検査装置。
【請求項４】電子ビームを試料面上に照射する照射手
段と、前記試料面から発生する二次電子または反射電子の少な
くとも一方からなる二次ビームを検出する電子検出手段
と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二
次ビームを前記電子検出手段の検出面に結像させ、前記
試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学系とを備
えた検査装置のメンテナンス方法であって、前記試料面上に照射される電子ビームの電流量を測定
し、前記電子検出手段により検出される二次ビームの電
流量を測定し、その２つの電流量の比である透過率を求
めることを特徴とする検査装置のメンテナンス方法。
【請求項５】電子ビームを試料面上に照射する照射手
段と、前記試料面から発生する二次電子または反射電子の少な
くとも一方からなる二次ビームを検出する電子検出手段
と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二
次ビームを前記電子検出手段の検出面に結像させ、前記
試料面の像を該検出面に投影する投影電子光学系と、前記電子検出手段と前記投影電子光学系との間に配置さ
れ、前記二次ビームを増幅する電子増幅手段とを備えた
検査装置のメンテナンス方法であって、前記電子増幅手段による増幅前の二次ビームの電流量
と、増幅後の二次ビームの電流量とを測定することによ
り、前記電子増幅手段の増幅率を求めることを特徴とす
る検査装置のメンテナンス方法。
【請求項６】電子ビームを試料面上に照射し、前記試
料面から発生する二次電子または反射電子の少なくとも
一方からなる二次ビームを、電子検出器の検出面に結像
させて検出し、前記試料面の像を取得する検査方法であ
って、前記試料面とは異なる所定面に前記電子ビームを照射
し、前記所定面から発生する二次ビームを、前記電子検
出器の検出面に結像させて検出し、前記所定面に照射さ
れる電子ビームの電流量と前記電子検出器により検出さ
れる二次ビームの電流量とを測定し、その２つの電流量
を予め求められている基準データ値と比較することによ
り、前記試料面の像の取得が正常に行われたか否かを判
断することを特徴とする検査方法。