JP2000028688A - 基板検査装置およびこれを備えた基板検査システム並びに基板検査装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次電子ビームの照射領域を確保しつつ、二
次電子ビームの倍率色収差を抑制することができる基板
検査装置およびこれを備えた検査システム並びに基板検
査装置の制御方法を提供する。 【解決手段】 略矩形の電子ビームを用いた基板の検査
装置９０において、第三レンズ２３および第四レンズ２
４を二次光学系レンズ制御部５５，５６により制御して
カソードレンズ２１および第二レンズ２２で形成する結
像光学系１０５と共役なテレセントリック系である結像
光学系７５を形成し、相互に共役な焦点面８，９に開き
角絞りを配設する。開き角絞りとして、圧電素子を用い
た駆動機構に各々接続され、長軸方向で平行に配設され
た２枚の矩形平板を各々有し、この矩形平板の対向する
辺のエッジで形成する絞り幅が調整可能な可動矩形絞り
９１，９２を用いる。可動矩形絞り９１は、その長軸が
一次電子ビーム５の断面形状の長軸と同一の方向とな
り、可動矩形絞り９２の長軸と直交するように配設す
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、電子ビームを用い
た基板検査装置およびこれを用いた基板検査システム並
びに基板検査方法に関し、特に、一次電子ビームの試料
への照射領域を確保しつつ、倍率色収差を低減する基板
検査装置およびこれを用いた基板検査システム並びに基
板検査装置の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、半導体ウ
ェーハやフォトマスク等の基板表面上の欠陥、異物の検
出に要求される感度がますます高くなり、近年は、光学
式によるパターン欠陥検査の限界から光学式に替わって
電子ビームを用いた半導体パターン欠陥検査装置が開発
されている。この検査装置は、電子ビームを電子照射手
段にて形成して一次電子ビームとして試料である基板に
照射し、その試料表面の形状、材質および電位の変化に
応じて発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子
を写像投影手段にて導いて集束させ、二次電子ビームと
して電子検出部に拡大投影し、試料表面画像を得る装置
であり、特に、特開平７−２４９３９３号公報には、
線、矩形または長楕円の断面形状の電子ビームを一次電
子ビームとして試料に照射することにより、走査速度を
向上させる手法が提案されている。また、この手法に加
えて一次電子ビームを電子ビーム偏向手段であるウィー
ンフィルタ（Ｗien filter）にて偏向させ、試料表面に
対して垂直に入射させ、なおかつ二次電子ビームを同一
のウィーンフィルタ内を直進させて写像投影手段に導く
方法が特願平９−３００２７５号出願にて提案されてい
る。特願平９−３００２７５号出願に示された検査装置
を備えた基板検査システムの概略を図８に示す。

【０００３】同図に示す基板検査システム１００は、一
次光学系１、これを制御する電子銃制御部１６および複
数段四極子レンズ制御部１７、二次光学系２、これを制
御する二次光学系レンズ制御部５２，５４〜５６、電子
検出部３、これを制御する電子検出制御部５７、ウィー
ンフィルタ４１、これを制御するウィーンフィルタ制御
部５３、ステージ４３およびこれを制御するステージ電
圧制御部５１、画像信号処理部５８、ホストコンピュー
タ５９、表示部６０およびメモリ６１とを備えている。

【０００４】一次光学系１は、電子銃と複数段の四極子
レンズ系を備えてる。電子銃は長軸１００〜７００μ
ｍ、短軸１５μｍの矩形の電子放出面を有するランタン
ヘキサボライド（ＬａＢ₆という）陰極１１、矩形開口
を有するウエーネルト電極（Ｗehnelt cylinder）１
２、電子ビームを引出して一次電子ビーム５として照射
する陽極１３、ビーム軸調整用の偏向器１４とを備えて
いる。電子銃制御部１６は、一次電子ビーム５の加速電
圧、出射電流などを制御する。また、四極子レンズ系
は、複数段四極子レンズ制御部１７の制御に基づいて一
次電子ビーム５を集束する複数段四極子レンズ１５を備
えている。

【０００５】陰極１１より放出した一次電子ビーム５
は、複数段の四極子レンズ１５とその制御部１７によっ
て略矩形の断面形状を有するように収束され、ウィーン
フィルタ４１に対して斜めから入射する。ここで、陰極
１１は、矩形の電子放出面を有しているので、電子ビー
ムの断面形状は略矩形となり、試料への照射領域が拡大
し、検査効率を高めることができる。なお、矩形の他
に、例えば、線状、長楕円等のアスペクト比が１を超え
る細長形状の断面を有する電子ビームを用いても、検査
効率を高めることができる。しかし、細長形状に限らず
様々な断面形状の電子ビームを用いても良い。

【０００６】一次電子ビーム５はウィーンフィルタ４１
によって試料４２の表面に対して垂直な方向へ偏向され
てウィーンフィルタ４１を出射する。その後、一次電子
ビーム５は、回転対称静電レンズであるカソードレンズ
２１によって縮小され、試料４２上で長軸数百μｍ、短
軸２５μｍ程度の略矩形ビームとして照射される。

【０００７】ウィーンフィルタ４１の基本的な構成を図
９に示す。同図に示すように、ウィーンフィルタ４１
は、それぞれ相互に対向して配置され、ウィーンフィル
タ制御部５３（図８参照）によって制御される直方体の
２つの電極４１ａ，４１ｂと２つの磁極４１ｃ，４１ｄ
とを備えている。同図に示すＸＹＺの三次元空間におい
て、Ｚ軸を写像投影系の光軸とすると、ウィーンフィル
タ４１は、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面内で電界Ｅと磁界Ｂと
を直交させた構造になっており、入射した電荷粒子に対
して、ウィーン条件ｑＥ＝ｖＢ（ｑは粒子電荷、ｖは直
進電荷粒子の速度）を満たす電荷粒子のみを直進させる
働きをする。

【０００８】図１０（ａ），（ｂ）は、ウィーンフィル
タ４１を通過する電子ビーム軌道の説明図であり、いず
れも、ＸＺ平面（Ｙ＝０）で切断した図９の断面図であ
る。図１０（ａ）に示すように、この基板検査システム
１００では、ウィーンフィルタ４１に入射した一次電子
ビーム５に対しては、磁界による力Ｆ_Bと電界による力
Ｆ_Eが同一方向に作用して、一次電子ビーム５は試料４
２の表面に対して垂直に入射するように偏向される。こ
の一方、同図（ｂ）に示すように、二次電子ビーム６に
対しては、磁界による力Ｆ_Bと電界による力Ｆ_Eが逆方向
に作用し、なおかつウィーン条件Ｆ_B＝Ｆ_Eが成立してい
るため、二次電子ビーム６は偏向されずに直進して二次
光学系に入射する。

【０００９】図８に戻り、ステージ４３は、一次電子ビ
ーム５，二次電子ビーム６の各ビーム軸に対して水平に
移動自由な機構を有し、これにより、その上面に設置す
る試料４２を移動させてその全表面が走査できるように
なっている。また、ステージ４３は、ステージ電圧制御
部５１により試料４２に負電圧が印加できるようになっ
ている。これにより、一次電子ビーム５による試料４２
への入射ダメージを低減することができる。

【００１０】電子検出部３は、ＭＣＰ（Ｍicro Ｃhanne
l Ｐlate）検出器３１と、蛍光板３２と、ライトガイド
３３と、ＣＣＤ等を有する撮像素子３４とを備えてい
る。二次光学系２を経てＭＣＰ検出器３１に入射した二
次電子ビーム６は、ＭＣＰ検出器３１により増幅されて
蛍光板３２に照射され、そこで発生した蛍光像は、ライ
トガイド３３を介して撮像素子３４にて画像信号として
検出される。

【００１１】この画像信号は、画像処理部５８に供給さ
れて各種の信号処理がなされ、画像データとしてホスト
コンピュータ５９に供給される。ホストコンピュータ５
９は、この画像データを表示部６０にて画像表示すると
ともに、メモリ６１を用いた画像データの保存等を行
う。

【００１２】二次光学系２は、回転対称静電レンズであ
るカソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２
３、第四レンズ２４と、第二レンズ２２と第三レンズ２
３との間に設置された視野絞り２６とを備えている。カ
ソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２３、
第四レンズ２４は、それぞれ二次光学系レンズ制御部５
２，５４，５５，５６によって制御される。二次光学系
２はまた、ウィーンフィルタ４１とカソードレンズ２１
の間の焦点Ｆ₁を通り、ビーム軸に垂直な平面である焦
点面８内に配設された開き角絞り２５を備えている。こ
のように焦点面８の位置に開き角絞り２５を配置する理
由は、二次電子ビーム６についてカソードレンズ２１の
みで結像を行おうとすると、レンズ作用が強くなり収差
が発生しやすいので、図７のビーム軌道７の説明図に示
すように、第二レンズ２２と合わせて両テレセントリッ
ク系、即ち、入射瞳と出射瞳のいずれもが無限遠に存在
する光学系を形成して１回の結像を行わせ、さらに、こ
の結像光学系１０５の焦点面８に開き角絞り２５を設置
することにより、二次電子ビーム６の倍率色収差を抑え
ることができるからである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造を有する従来の基板検査システム１００では、
二次電子ビーム５の倍率色収差を低減するために、開き
角絞り２５の絞りを狭くすると、これにより、一次電子
ビーム５の試料４２上への照射領域が制限されるという
欠点があった。これは、開き角絞り２５から試料４２ま
での一次電子ビーム５が開き角絞り２５上の焦点Ｆ₁に
入射し、カソードレンズ２１によってレンズ作用を受
け、試料４２に対して垂直に照明するというケラー照明
（Ｋoehler illumination）系になっているためであ
る。

【００１４】また、試験の内容によっては、開き角絞り
２５の開口を広げたり、狭めたりしたい場合があり、こ
れに対応して絞りの最適化を行うためには、開き角絞り
２５の交換を行う必要がある。しかし、従来の技術にお
いては、交換の度ごとに装置内の真空雰囲気を開放しな
ければならず、装置使用効率が非常に悪くなるという欠
点があった。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、一次電子ビームの照射領域を確保
しつつ、二次電子ビームの倍率色収差を従来の技術と同
等に抑制することができる基板検査装置およびこれを備
えた検査システム並びに基板検査装置の制御方法を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。即ち、本発明（請求項１）
によれば、試料である基板に電子ビームを一次電子ビー
ムとして照射する一次電子ビーム照射手段と、上記一次
電子ビームは、その入射角度を変化させて上記基板の表
面に垂直に入射させ、上記一次電子ビームの照射を受け
て上記基板から発生した二次電子および反射電子を含む
二次電子ビームは、取込み角度のまま通過させる電子ビ
ーム偏向手段と、この電子ビーム偏向手段を含み、上記
二次電子ビームを制御して結像させるとともに、その結
像光学系が焦点の前後でビーム軸に平行に進行する領域
を形成する相互に共役なテレセントリック系をなすよう
に上記二次電子ビームを制御する複数の写像投影手段
と、最後段の写像投影手段により結像された上記二次電
子ビームを検出し、画像信号として出力する電子ビーム
検出手段と、二段目以後の上記写像投影手段内の焦点を
通り上記二次電子ビームのビーム軸に垂直な平面である
焦点面に配設され、上記二次電子ビームの開き角を決定
する第一の開き角絞りと、上記電子ビーム検出手段から
上記画像信号の供給を受けて、上記基板の表面の物理的
・電気的状態を表す画像を表示する画像表示手段とを備
えた基板検査装置が提供される。

【００１７】上記第一の開き角絞りは、それぞれが伸縮
自由な絞り幅を有し、その長軸方向が相互に略直交する
第一および第二の可動矩形絞りと、これら第一および第
二の可動矩形絞りの絞り幅をそれぞれ変動させる第一お
よび第二の矩形絞り駆動手段を備えると良い。

【００１８】本発明に係る基板検査装置は、上記電子ビ
ーム偏向手段と上記基板との間の領域内の上記テレセン
トリック系の焦点面に配設された第二の開き角絞りをさ
らに備え、上記第一の開き角絞りは、上記第一の可動矩
形絞りと上記第一の矩形絞り駆動手段を備え、上記第二
の開き角絞りは、上記第二の可動矩形絞りと上記第二の
矩形絞り駆動手段を備え、上記第一および第二の可動矩
形絞りは、その長軸方向が相互に略直交するように配設
されることが好ましい。

【００１９】また、上記第一および第二の可動矩形絞り
は、それぞれ２枚の金属平板を有し、これら２枚の金属
平板が長辺において対抗して配設されることにより、上
記開き角絞りを形成することが好ましい。

【００２０】また、上記矩形絞り駆動手段は、上記金属
平板と接続された圧電素子を有し、この圧電素子の形状
の変化に基づいて上記金属平板を駆動して上記２枚の金
属平板間の距離を調整すると良い。

【００２１】また、上記一次電子ビームの照射方向に垂
直な断面形状は、略矩形をなすと良い。

【００２２】また、本発明（請求項７）によれば、ＣＰ
Ｕと、上述の本発明に係る基板検査装置と、上記画像信
号を処理して画像データを出力する信号処理手段と、こ
の画像データを格納する記憶手段とを備えた基板検査シ
ステムが提供される。

【００２３】また、本発明（請求項８）によれば、試料
である基板に略矩形の断面形状を有する電子ビームを一
次電子ビームとして照射する一次電子ビーム照射手段
と、上記一次電子ビームの照射を受けて、上記基板から
発生した二次電子および反射電子を上記試料に略垂直な
方向に導いて二次電子ビームとして出射させる第一の回
転対称静電レンズと、上記一次電子ビームの上記試料へ
の入射角度を変化させて上記試料表面に垂直に上記一次
電子ビームを入射させ、上記第一の回転対称静電レンズ
から出射された上記二次電子ビームは同一の取り込み角
度で通過させる電界磁界重畳型分光器と、この電界磁界
重畳型分光器の後段に配設され、上記第一の回転対称静
電レンズとともにテレセントリック系をなす第一の結像
光学系を形成する第二の回転対称静電レンズと、上記第
一の結像光学系の焦点面である第一の焦点面に配設さ
れ、上記一次電子ビームの入射方向を長軸とし、伸縮自
由な絞り幅で相互に平行に離隔された二枚の金属平板を
有する第一の開き角絞りと、第一の圧電素子を有し、上
記第一の開き角絞りの絞り幅を変動させる第一の開き角
絞り駆動機構と、上記第一の結像光学系の結像面に配設
された視野絞りと、上記視野絞りの後段に配設され、上
記第一の結像光学系と共役なテレセントリック系をなす
第二の結像光学系を形成する少なくとも一対の第三およ
び第四の回転対称静電レンズと、上記第二の結像光学系
の焦点面であって、上記第一の焦点面と共役な第二の焦
点面に配設され、上記第一の開き角絞りの長軸方向と略
直交する方向を長軸とし、伸縮自由な絞り幅で相互に平
行に離隔された二枚の金属平板を有する第二の開き角絞
りと、第二の圧電素子を有し、上記第二の開き角絞りの
絞り幅を変動させる第二の開き角絞り駆動機構と、上記
第四の回転対称レンズにより結像された上記二次電子ビ
ームを検出し、画像信号として出力する電子ビーム検出
手段と、上記検出手段から上記画像信号の供給を受け
て、上記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像を
表示する画像表示手段と、上記画像信号の処理を行うホ
ストコンピュータとを備えた基板検査システムが提供さ
れる。

【００２４】また、本発明（請求項９）によれば、試料
である基板に電子ビームを一次電子ビームとして照射す
る電子ビーム照射手段と、上記一次電子ビームはその入
射角度を変化させて上記基板の表面に垂直に入射させ、
上記一次電子ビームの照射を受けて上記基板から発生し
た二次電子および反射電子を含む二次電子ビームは取込
み角度のまま通過させる電子ビーム偏向手段と、この電
子ビーム偏向手段を含み、上記二次電子ビームを結像さ
せる複数の写像投影手段と、最後段の上記写像投影手段
により結像された上記二次電子ビームを検出し、画像信
号として出力する電子ビーム検出手段と、この電子ビー
ム検出手段から上記画像信号の供給を受けて、上記基板
の表面の物理的・電気的状態を表す画像を表示する画像
表示手段とを備えた基板検査装置の制御方法であって、
上記複数の写像投影手段により上記二次電子ビームが相
互に共役なテレセントリック系をなすように上記二次電
子ビームを制御して結像させ、二段目以後の上記写像投
影手段内の第一の焦点面に第一の開き角絞りを配設する
ことにより、上記一次電子ビームの上記試料への照射領
域を確保するとともに、上記二次電子ビームの倍率色収
差を低減する、基板検査装置の制御方法が提供される。

【００２５】上記第一の開き角絞りは、それぞれが伸縮
自由な絞り幅を有し、それぞれの長軸が相互に略直交す
る２つの可動矩形絞りで形成し、さらに備える矩形絞り
駆動手段を用いて、上記可動矩形絞りの絞り幅をそれぞ
れ変動させることにより、相互に略直交する２つの方向
に対して独立して開き角を制御すると良い。

【００２６】また、一段目の上記写像投影手段の焦点面
であって、上記電子ビーム偏向手段と上記基板との間の
領域内の第二の焦点面に第二の開き角絞りをさらに配設
し、上記第一および第二の開き角絞りは、伸縮自由な絞
り幅を有する第一および第二の可動矩形絞りでそれぞれ
形成し、上記第一および第二の可動矩形絞りは、それぞ
れの長軸が相互に略直交するように配設し、上記第一お
よび第二の可動矩形絞りの各絞り幅を変動させる駆動手
段を備えて、相互に略直交する二つの方向に対してそれ
ぞれ独立して開き角を制御するとさらによい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下
の各図において、図８ないし図１０と同一の部分には、
同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。

【００２８】図３は、本発明に係る基板検査システムの
第１の実施の形態を示すブロック図である。同図におい
て、基板検査システム７０が備える一次光学系１、これ
を制御する電子銃制御部１６および複数段四極子レンズ
制御部１７、電子検出部３、これを制御する電子検出制
御部５７、ウィーンフィルタ４１、これを制御するウィ
ーンフィルタ制御部５３、ステージ４３およびこれを制
御するステージ電圧制御部５１、画像信号処理部５８、
ホストコンピュータ５９、表示部６０およびメモリ６１
の部分は、図８に示す基板検査システム１００と同一で
ある。

【００２９】本実施形態の特徴は、二次光学系７２の二
次光学系レンズ制御部５５，５６により第三レンズ２３
および第四レンズ２４を制御して両テレセントリック系
を形成し、この結像光学系７５内の領域であって、従来
技術において開き角絞り２５が設置された焦点面８と共
役、即ち、結像に際して互いに役割を交換することがで
きる関係にある焦点面９に、開き角絞り２７が配設され
ている点にある。

【００３０】図３に示す基板検査システム７０の二次光
学系７２のブロック図を図４に示す。

【００３１】同図に示すように、二次光学系７２は、第
三レンズ２３と第四レンズ２４の間に設置された、本実
施形態において特徴的な開き角絞り２７を備え、第三レ
ンズ２３と第四レンズ２４が形成する光学系が、カソー
ドレンズ２１と第二レンズ２２で形成される結像光学系
１０５とともに両テレセントリック系をなし、相互に共
役な結像光学系７５を形成するように、ホストコンピュ
ータ５９が二次光学系レンズ制御部５５，５６の設定を
制御している（図３参照）。

【００３２】このような構成により、従来技術を示す図
７との比較において明らかなように、試料４２の表面か
ら発生した二次電子ビーム６（二次電子／反射電子／後
方散乱電子）は、カソードレンズ２１によって進行方向
を制御された後、図４のビーム軌道７に示すように、従
来技術において開き角絞りが設置されていた焦点面８の
焦点Ｆ₁に入射し、ウィーンフィルタ４１内を偏向する
ことなく直進し、拡大されながら第二レンズ２２により
コリメートされ、即ち、ビーム線軸に対して平行に進行
するように制御され、視野絞り２６上で結像する。視野
絞り２６を通過した二次電子ビーム６は、再び第三レン
ズ２３によって進行方向を制御され、上記焦点面８と共
役な位置にある焦点面９にある開き角絞り２７の焦点Ｆ
₂に入射し、第四レンズ２４によりＭＣＰ検出器３１の
下面で結像する。このように、二次電子ビーム６を第三
レンズと第四レンズの間で結像させることなく、これら
のレンズの間で焦点Ｆ₂を形成することにより、結像光
学系１０５と共役な結像光学系７５を形成し、この結像
光学系７５内で焦点面８と共役な焦点面９に開き角絞り
２７を配設することにより、カソードレンズ２１で発生
する二次電子ビームの倍率色収差を、一次電子ビーム５
の試料照射の妨げにならない開き角絞り２７で抑えるこ
とが可能となる。

【００３３】次に、本発明に係る基板検査システムの第
２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００３４】図５は、本実施形態に係る基板検査システ
ムの構成の一部を示す斜視図である。

【００３５】同図に示すように、本実施形態に係る基板
検査システム８０は、図４に示す基板検査システムの焦
点面９に設けられた開き角絞り２７を２つの可動矩形絞
り８１，８２で形成した点に特徴がある。その他の点
は、図４に示す基板検査システム７０と同一である。

【００３６】可動矩形絞り８１，８２は、焦点面９上に
配設され、それぞれ直交座標ＸＹにおけるＸ方向、Ｙ方
向の絞り幅（短軸長）が伸縮自由な構造となっている。

【００３７】図６は、可動矩形絞り８１の基本的な構成
を示す斜視図である。同図に示すように、可動矩形絞り
８１は、金属、例えばモリブデン（Ｍｏ）で形成された
２枚の平板８６，８７を備え、これらの金属平板８６，
８７の対向するエッジ８６ｅ，８７ｅにより二次電子ビ
ーム６の通過量を制御する絞りを形成している。また、
可動矩形絞り８１は、金属平板８６，８７にそれぞれ接
続された矩形絞り駆動機構８８，８９と、これらの矩形
絞り駆動機構８８，８９を制御する可動矩形絞り制御部
９０をさらに備えている。矩形絞り駆動機構８８，８９
は、モーターや圧電素子等を用いて形成され、本実施形
態においては、圧電素子としてピエゾ素子を用い、可動
矩形絞り制御部９０により電圧の印加を受けてひずみま
たは応力を生じ、これにより金属平板８６，８７をＸ方
向で相互に逆方向に駆動させる。この圧電素子による金
属平板８６，８７の移動量は、例えばピエゾ素子を用い
た場合、約１００μｍである。このようにして、矩形絞
り駆動機構８８，８９は、平板エッジ間距離８１ｇを調
整し、矩形絞り８１の絞り幅、即ち、Ｘ方向サイズの調
整をおこなうことができる。

【００３８】可動矩形絞り８２も、可動矩形絞り８１と
同様の構成を備え、その金属平板は、図６に示す可動矩
形絞り８１の金属平板８６，８７と直交するように配設
されて、Ｙ方向サイズを調整できるように形成されてい
る。

【００３９】本実施形態に係る基板検査システム８０
は、このような構成の２つの可動矩形絞り８１，８２を
備えているので、基板検査装置内の真空雰囲気を開放し
て開き角絞りを交換する作業をすることなく、開き角絞
りを最適なサイズに調整することができ、かつ、二次電
子ビーム６のビーム軸に垂直な平面の相互に直交する二
方向に対して、それぞれ独立して調整することができ
る。これにより、上述の第１の実施の形態が有する効果
に加え、試験の内容に対応して開き角絞りの調整ができ
る基板検査システムが提供される。

【００４０】次に、本発明に係る基板検査システムの第
３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００４１】図１は、本実施形態に係る基板検査システ
ム９０の基本的な構成を示すブロック図である。図３と
の対比において明らかなように、本実施形態に係る基板
検査システム９０の特徴は、その写像投影系において、
相互に共役な焦点面８，９上に第二の実施の形態と同仕
様の可動矩形絞り９１，９２をそれぞれの絞り長軸が直
交するようにそれぞれ配設した点にある。その他の点
は、第１の実施形態と同様である。

【００４２】本実施形態に係る基板検査システム９０の
二次光学系のより詳細な構成を図２の斜視図に示す。

【００４３】同図に示すように、ウィーンフィルタ４１
とカソードレンズ２１との間の焦点面８に可動矩形絞り
９１が配設され、この焦点面８と共役な焦点面であっ
て、第三レンズ２３と第四レンズ２４との間の焦点面９
に可動矩形絞り９２が配設されている。

【００４４】同図のＸＹＺ空間において、可動矩形絞り
９１は、その長軸方向が一次電子ビーム５の断面略矩形
の長軸方向と同一のＹ方向となるように配設されてい
る。

【００４５】このような構造を有する可動矩形絞り９１
を焦点面８に備えることにより、一次電子ビーム５は、
Ｙ方向には開き角を制限されることなく、なおかつＸ方
向のみの開き角調整を行うことができる。これにより、
一次電子ビーム５の照射領域が十分に確保される。この
構造は、例えば、試料４２のチャージアップや汚染を回
避したい場合など、一次電子ビーム５を試料４２上に必
要以上に照射することが望ましくない場合に特に有効で
ある。

【００４６】また、焦点面９上の可動矩形絞り９２は、
その長軸方向がＸ方向となるように設置され、可動矩形
絞り９１の長軸と直交するように配設されている。これ
により、二次電子ビーム６に対してＸ方向とＹ方向の２
つの方向からビーム整形することが可能になり、倍率色
収差を低減することができる。

【００４７】即ち、二次電子ビーム６は可動矩形絞り９
１によりＸ方向の開き角の調整が行われ、可動矩形絞り
９２によりＹ方向の開き角の調整が行われ、さらに、可
動矩形絞り９１，９２はそれぞれ二次光学系の共役面
８，９上にあるため、二次電子ビーム６に対して、可動
矩形絞り９１，９２を重ね合わせた形状の絞りを共役面
８および９にそれぞれ配設した場合と等価の収差低減効
果が得られる。

【００４８】このように、本実施形態に係る基板検査シ
ステム９０によれば、相互に共役な焦点面８，９に、そ
れぞれの長軸方向が相互に直交する２つの可動矩形絞り
９１，９２をそれぞれ設け、さらに、一次電子ビーム５
の焦点Ｆ₁が形成される焦点面８に開き角絞りの絞り長
軸が一次電子ビーム５の断面略矩形状の長軸と同一方向
となるように可動矩形絞りを配設するので、一次電子ビ
ーム５の照射領域を制限することなく、二次電子ビーム
の収差を低減することが可能となる。また、２つの可動
矩形絞りをそれぞれ別の平面位置に配置できるため、第
２の実施形態のように、単一の絞り位置平面に２つの可
動矩形絞りを同時に設ける場合と比較して、駆動機構の
設置スペースが十分に確保できるという利点を有する。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。

【００５０】即ち、本発明に係る基板検査装置によれ
ば、相互に共役なテレセントリック系をなすように二次
電子ビームを制御する複数の写像投影手段と、２段目以
降の写像投影手段内の焦点面に配設された開き角絞りと
を備えているので、一次電子ビームの基板上の照射領域
を制限することなく、二次電子ビームの倍率色収差を抑
えることができる。これにより、写像投影手段の解像性
能を落とすことなく基板の検査領域を拡大することがで
きる。

【００５１】また、上記２段目以降の焦点面に長軸方向
が相互に略直交する第一および第二の可動矩形絞りを備
える場合は、ビーム軸に垂直な２方向に開き角を各々独
立して調整できるので、装置内の真空雰囲気を開放して
開き角絞りを交換することなく、最適な絞り角に調整す
ることができる。これにより、装置のダウンタイムを大
幅に削減できるので、使用効率を高めることができる。

【００５２】また、上記電子ビーム出射手段と基板との
間のテレセントリック系の焦点面に第二の開き角絞りを
備え、上記可動矩形絞りを第一および第二の開き角絞り
として備える場合には、上述した効果に加え、可動矩形
絞りの駆動機構等のスペースを確保できるので、装置設
計上の柔軟性が向上する。また、上記第二の可動矩形絞
りをその長軸方向が一次電子ビームの長軸方向と同一の
方向となるように配設するので、一次電子ビームの短軸
方向にのみ絞り幅の調整が可能となり、必要量以上の一
次電子ビームが試料に照射することを防止し、試料のチ
ャージアップや汚染を防止することができる。

【００５３】また、本発明にかかる基板検査装置の制御
方法によれば、上記写像投影手段により、相互に共役な
テレセントリック系をなすように上記二次電子ビームを
制御して結像させるので、二段目以降の写像投影手段内
で焦点面に開き角絞りを配設することが可能となり、上
記効果を奏するように基板検査装置を制御することがで
きる。

【００５４】また、本発明に係る基板検査システムによ
れば、上述の制御方法で上述の基板検査装置を作動する
ことができるので、試料のチャージアップや汚染を防止
しながら、優れた解像度と高い効率で基板の検査を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板検査システムの第３の実施の
形態を示すブロック図である。

【図２】図１に示す基板検査システムの二次光学系のよ
り詳細な構成を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る基板検査システムの第１の実施の
形態を示すブロック図である。

【図４】図３に示す基板検査システムにおける二次電子
ビームの軌道を示すブロック図である。

【図５】本発明に係る基板検査システムの第２の実施の
形態の構成の一部を示すブロック図である。

【図６】図５に示す基板検査システムの可動矩形絞りの
詳細を示すブロック図である。

【図７】図８に示す従来の基板検査システムにおける二
次電子ビームの軌道を示すブロック図である。

【図８】ウィーンフィルタを用いた従来の技術による基
板検査システムの一例を示すブロック図である。

【図９】図８に示すウィーンフィルタの詳細な構成を示
す斜視図である。

【図１０】（ａ），（ｂ）ともに、図９に示すウィーン
フィルタの機能を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 一次光学系 ２，７２，７３ 二次光学系 ３ 電子検出部 ５ 一次電子ビーム ６ 二次電子ビーム（進行方向） ７ 二次電子ビーム軌道 ８，９ 焦点面 １１ 陰極 １２ ウエーネルト電極 １３ 陽極 １４ 偏向器 １５ 複数段四極子レンズ １６ 電子銃制御部 １７ 複数段四極子レンズ制御部 ２１ カソードレンズ ２２ 第二レンズ ２３ 第三レンズ ２４ 第四レンズ ２５，２７ 開き角絞り ２６ 視野絞り ３１ ＭＣＰ検出器 ３２ 蛍光板 ３３ ライトガイド ３４ 撮像素子 ４１ ウィーンフィルタ ４１ａ，４１ｂ 電極 ４１ｃ，４１ｄ 磁極 ４２ 試料 ４３ ステージ ５１ ステージ電圧制御部 ５２，５４〜５６ 二次光学系レンズ制御部 ５３ ウィーンフィルタ制御部 ５７ 電子検出制御部 ５８ 画像信号処理部 ５９ ホストコンピュータ ６０ 表示部 ６１ メモリ ７０，８０，９０ 基板検査システム ７５，１０５ 結像光学系 ８１，８２，９１，９２ 可動矩形絞り ８１ｇ 平板エッジ間距離 ８６，８７ 金属平板 ８８，８９ 矩形絞り駆動機構 ９０ 可動矩形絞り制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永 井 隆 光 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 三 好 元 介 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA07 CA03 GA13 HA13 JA02 JA03 JA04 JA13 KA03 LA11 MA05 SA02 SA04 2G032 AD08 AF08 AK03 4M106 AA01 AA09 BA02 DE03 DE04 DE05 DE11 DE12 DE20 DE21

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料である基板に電子ビームを一次電子ビ
   ームとして照射する一次電子ビーム照射手段と、 前記一次電子ビームは、その入射角度を変化させて前記
   基板の表面に垂直に入射させ、前記一次電子ビームの照
   射を受けて前記基板から発生した二次電子および反射電
   子を含む二次電子ビームは、取込み角度のまま通過させ
   る電子ビーム偏向手段と、 前記電子ビーム偏向手段を含み、前記二次電子ビームを
   制御して結像させるとともに、その結像光学系が焦点の
   前後でビーム軸に平行に進行する領域を形成する相互に
   共役なテレセントリック系をなすように前記二次電子ビ
   ームを制御する複数の写像投影手段と、 最後段の前記写像投影手段により結像された前記二次電
   子ビームを検出し、画像信号として出力する電子ビーム
   検出手段と、 二段目以後の前記写像投影手段内の前記焦点を通り前記
   二次電子ビームのビーム軸に垂直な平面である焦点面に
   配設され、前記二次電子ビームの開き角を決定する第一
   の開き角絞りと、 前記電子ビーム検出手段から前記画像信号の供給を受け
   て、前記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像を
   表示する画像表示手段とを備えた基板検査装置。
2. 【請求項２】前記第一の開き角絞りは、それぞれが伸縮
   自由な絞り幅を有し、その長軸方向が相互に略直交する
   第一および第二の可動矩形絞りと、これら第一および第
   二の可動矩形絞りの絞り幅をそれぞれ変動させる第一お
   よび第二の矩形絞り駆動手段を備えたことを特徴とする
   請求項１に記載の基板検査装置。
3. 【請求項３】前記電子ビーム偏向手段と前記基板との間
   の領域内の前記テレセントリック系の焦点面に配設され
   た第二の開き角絞りをさらに備え、 前記第一の開き角絞りは、前記第一の可動矩形絞りと前
   記第一の矩形絞り駆動手段を備え、 前記第二の開き角絞りは、前記第二の可動矩形絞りと前
   記第二の矩形絞り駆動手段を備え、 前記第一および第二の可動矩形絞りは、その長軸方向が
   相互に略直交するように配設されたことを特徴とする請
   求項１または２に記載の基板検査装置。
4. 【請求項４】前記第一および第二の可動矩形絞りは、そ
   れぞれ２枚の金属平板を有し、これら２枚の金属平板が
   長辺において対抗して配設されることにより、前記開き
   角絞りを形成することを特徴とする請求項２または３に
   記載の基板検査装置。
5. 【請求項５】前記矩形絞り駆動手段は、前記金属平板と
   接続された圧電素子を有し、この圧電素子の形状の変化
   に基づいて前記金属平板を駆動して前記２枚の金属平板
   間の距離を調整することを特徴とする請求項４に記載の
   基板検査装置。
6. 【請求項６】前記一次電子ビームの照射方向に垂直な断
   面形状は、略矩形をなすことを特徴とする請求項１ない
   し５のいずれかに記載の基板検査装置。
7. 【請求項７】ＣＰＵと、 請求項１ないし６のいずれかに記載の基板検査装置と、 前記画像信号を処理して画像データを出力する信号処理
   手段と、 前記画像データを格納する記憶手段とを備えた基板検査
   システム。
8. 【請求項８】試料である基板に略矩形の断面形状を有す
   る電子ビームを一次電子ビームとして照射する一次電子
   ビーム照射手段と、 前記一次電子ビームの照射を受けて、前記基板から発生
   した二次電子および反射電子を前記試料に略垂直な方向
   に導いて二次電子ビームとして出射させる第一の回転対
   称静電レンズと、 前記一次電子ビームの前記試料への入射角度を変化させ
   て前記試料表面に垂直に前記一次電子ビームを入射さ
   せ、前記第一の回転対称静電レンズから出射された前記
   二次電子ビームは取り込み角度のまま通過させる電界磁
   界重畳型分光器と、 前記電界磁界重畳型分光器の後段に配設され、前記第一
   の回転対称静電レンズとともにテレセントリック系をな
   す第一の結像光学系を形成する第二の回転対称静電レン
   ズと、 前記第一の結像光学系の焦点面である第一の焦点面に配
   設され、前記一次電子ビームの入射方向を長軸とし、伸
   縮自由な絞り幅で相互に平行に離隔された二枚の金属平
   板を有する第一の開き角絞りと、 第一の圧電素子を有し、前記第一の開き角絞りの絞り幅
   を変動させる第一の開き角絞り駆動機構と、 前記第一の結像光学系の結像面に配設された視野絞り
   と、 前記視野絞りの後段に配設され、前記第一の結像光学系
   と共役なテレセントリック系をなす第二の結像光学系を
   形成する少なくとも一対の第三および第四の回転対称静
   電レンズと、 前記第二の結像光学系の焦点面であって、前記第一の焦
   点面と共役な第二の焦点面に配設され、前記第一の開き
   角絞りの長軸方向と略直交する方向を長軸とし、伸縮自
   由な絞り幅で相互に平行に離隔された二枚の金属平板を
   有する第二の開き角絞りと、 第二の圧電素子を有し、前記第二の開き角絞りの絞り幅
   を変動させる第二の開き角絞り駆動機構と、 前記第四の回転対称レンズにより結像された前記二次電
   子ビームを検出し、画像信号として出力する電子ビーム
   検出手段と、 前記検出手段から前記画像信号の供給を受けて、前記基
   板の表面の物理的・電気的状態を表す画像を表示する画
   像表示手段と、 前記画像信号の処理を行うホストコンピュータとを備え
   た基板検査システム。
9. 【請求項９】試料である基板に電子ビームを一次電子ビ
   ームとして照射する電子ビーム照射手段と、前記一次電
   子ビームはその入射角度を変化させて前記基板の表面に
   垂直に入射させ、前記一次電子ビームの照射を受けて前
   記基板から発生した二次電子および反射電子を含む二次
   電子ビームは取込み角度のまま通過させる電子ビーム偏
   向手段と、前記電子ビーム偏向手段を含み、前記二次電
   子ビームを結像させる複数の写像投影手段と、最後段の
   前記写像投影手段により結像された前記二次電子ビーム
   を検出し、画像信号として出力する電子ビーム検出手段
   と、前記電子ビーム検出手段から前記画像信号の供給を
   受けて、前記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画
   像を表示する画像表示手段とを備えた基板検査装置の制
   御方法であって、 前記複数の写像投影手段により前記二次電子ビームが相
   互に共役なテレセントリック系をなすように前記二次電
   子ビームを制御して結像させ、 二段目以後の前記写像投影手段内の第一の焦点面に第一
   の開き角絞りを配設することにより、前記一次電子ビー
   ムの前記基板への照射領域を確保するとともに、前記二
   次電子ビームの倍率色収差を低減する、基板検査装置の
   制御方法。
10. 【請求項１０】前記第一の開き角絞りは、それぞれが伸
    縮自由な絞り幅を有し、それぞれの長軸が相互に略直交
    する２つの可動矩形絞りで形成し、さらに備える矩形絞
    り駆動手段を用いて、前記可動矩形絞りの絞り幅をそれ
    ぞれ変動させることにより、相互に略直交する２つの方
    向に対して独立して開き角を制御する請求項９に記載の
    基板検査装置の制御方法。
11. 【請求項１１】一段目の前記写像投影手段の焦点面であ
    って、前記電子ビーム偏向手段と前記基板との間の領域
    内の第二の焦点面に第二の開き角絞りをさらに配設し、 前記第一および第二の開き角絞りは、伸縮自由な絞り幅
    を有する第一および第二の可動矩形絞りでそれぞれ形成
    し、 前記第一および第二の可動矩形絞りは、それぞれの長軸
    が相互に略直交するように配設し、 前記第一および第二の可動矩形絞りの各絞り幅を変動さ
    せる駆動手段を備えて、相互に略直交する二つの方向に
    対してそれぞれ独立して開き角を制御する請求項９に記
    載の基板検査装置の制御方法。