JP2000252330A

JP2000252330A - 電子ビーム検査装置

Info

Publication number: JP2000252330A
Application number: JP11052168A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nakagawa; 清一中川
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高い検出感度を維持しつつ、従来装置に比べ
てスループットを大幅に向上させることができる電子ビ
ーム検査装置を実現する。【解決手段】高速の静電偏向器である補助偏向器２１
によって、１０〜２０ｋＶに加速された２次電子を１０
０ＭＨｚ以上の応答速度で、一次電子ビーム１の２次元
走査に同期して偏向する。この２次電子の偏向により、
一次電子ビームの走査位置に対応して検出器２０ａ〜２
０ｎのいずれかの検出器を選択する。ここで、検出器２
０ａ〜２０ｎの数を５１２個とし、一次電子ビーム１の
ウエハ試料３上の１走査ライン分の信号が５１２ポイン
トであると、５１２ポイントの２次電子信号がそれぞれ
５１２個の２次電子検出器２０ａ〜２０ｎによって別個
に検出される。このことは、一次電子ビーム１の走査速
度を５１２倍高めることが可能であることを意味し、検
査のスループットは５１２倍改善できることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、半導体パターン付きウ
エハの歩留まり管理に用いて好適な、電子ビーム検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造上歩留まりを向上
させることは極めて重要である。この歩留まりを悪化さ
せる要因として、ランダム要因とプロセス要因があるこ
とが知られている。

【０００３】ランダム要因は、半導体製造環境に関わる
クリーンルームの清潔度やウエハ搬送系、ウエハパター
ン焼き付け（ステッパ）等からの発塵、エッチャの剥離
物の除去やウエハ洗浄機の洗浄度に基づく、半導体工程
の種々の要因から不確定に予測し難く発生するゴミに基
因するものである。

【０００４】プロセス要因は、半導体設計に基づく理想
のチップの線幅、チップ配列、チップ構造に対して、実
際に形成された各パターンや構造が理想のサイズ等から
異なっていることに基因するものである。このプロセス
要因の解決のために、パターン付ウハ検査装置が半導体
クリーンルームに、各プロセス工程ごとに使用されてい
る。

【０００５】このパターン付きウエハ検査装置は、大別
すると光検査装置と電子ビーム検査装置がある。光検査
装置で用いられている手法としては、光散乱法、空間フ
ィルタやパターンマッチング法がある。この手法の内、
前２者の手法を用いた光検査装置におけるウエハ検査時
間は２分〜５分程度、パターンマッチング法を用いた光
検査装置におけるウエハ検査時間は４分〜１２分程度で
ある。

【０００６】一方、電子ビーム検査装置のウエハ検査時
間は約８０時間と光検査装置に比べて数１０００〜５０
０倍ほどスループットが劣る。しかし、光検査装置は、
使用されている光あるいはレーザーの波長（約４００〜
７００ｎｍ）から、０．１μｍが解像度の限界となるの
に対し、電子ビーム検査装置のプロセス欠陥の検出感度
（解像度）は、０．１μｍ〜０．０５μｍ程度あるいは
それ以下が可能である。

【０００７】最近、開発された電子ビーム検査装置の概
要を図１に示す。１は図示していない電子銃から発生し
加速された電子ビームである。電子ビーム１は電磁界レ
ンズ２により半導体ウエハ試料３（８〜１２インチ径）
に細く集束されると共に、静電偏向器４により走査され
る。この電子ビーム１は加速電圧０．５ｋＶ〜１．５ｋ
Ｖで加速され、電磁界レンズ２によりウエハ試料３上に
形成されたパターン上に０．０５μｍ径以下に集束され
る。

【０００８】静電偏向器４は、電子ビーム１を試料３上
のパターン上を図示した矢印方向に高速走査する。な
お、破線は電子ビームのブランキング期間を示してい
る。この偏向器４は、電子ビームを１走査幅を５１２画
素で、１画素当たり１００ＭＨｚで高速偏向する。

【０００９】５はステージであり、ステージ５上に試料
３が載せられると共に、ステージ５は、リニアーエンコ
ーダまたはレーザ干渉計によりその移動速度や位置を数
１０ｎｍで制御されるように構成されている。

【００１０】電子ビーム１を試料３に照射した結果発生
した２次電子（エネルギーは０から１０ｅＶ以下）は、
電磁界レンズ２により１９ｋＶまで加速され、電磁界レ
ンズ２の上部に配置されたウイーン・フィルタ（図示せ
ず）に入射する。ウイーン・フィルタは、入射電子ビー
ム１は偏向せず、試料からの２次電子をおおよそ９０°
偏向する。

【００１１】ウイーン・フィルタにより偏向された２次
電子は、２次電子検出器６によって検出される。検出器
６はショットキバリア・ダイオード検出器が用いられ、
１画素当たり１００ＭＨｚの応答を有した高速２次電子
検出器である。検出器６の出力信号は、増幅器７によっ
て増幅されるが、増幅器７は信号を１００ＭＨｚの応答
で増幅する。

【００１２】増幅器７によって増幅された信号は、ＡＤ
変換器８に供給されてデジタル信号に変換される。変換
された信号は高速画像処理機能系９内の信号分配器１０
に供給されるが、信号分配器１０は、電子ビーム１の偏
向器４とステージ５の制御系のリニアーエンコーダある
いはレーザ干渉計からの同期信号により画像収集のタイ
ミングに基づき収集されたＳＷＡＳＨ画像（スワス画
像：ステージはＹ方向に連続走行し、電子ビームはこれ
に直交するＸ方向にのみ走査し、得られた像から５１２
×５１２画素に切り出す）を複数の高速画像処理ボード
１１に分配する。

【００１３】高速画像処理ボード１１は複数枚設けられ
ており、それぞれは、画像分配器１２、画像メモリー１
３、欠陥特徴抽出器１４、欠陥検出器１５を有してい
る。各画像分配器１２は、電子ビーム１の偏向器４とス
テージ５の制御系のリニアーエンコーダあるいはレーザ
干渉計からの同期信号により画像収集のタイミングに基
づき収集されたスワス画像を定められた画像位置情報に
従い、画像メモリー１３に収納する。

【００１４】欠陥特徴抽出器１４は、画像メモリー１３
に収納された信号に基づき、特化したアルゴリズムを備
えており、このアルゴリズムに従い画像メモリー１３に
収納された信号に基づき画像の欠陥の特徴を抽出する。
欠陥検出器１５は、抽出された前後２画像の欠陥特徴を
比較（セル比較）し、あるいは、別のチップパターンと
の比較（ダイ比較）、あるいは、すでに収集された良品
のチップパターンまたはチップパターンの設計ＣＡＤデ
ータと比較（データ比較）のいずれかの方法で欠陥の大
きさと欠陥位置座標を特化したアルゴリズムで検出す
る。

【００１５】１６は欠陥検査結果器であり、各高速画像
処理ボード１１で並行高速演算処理された欠陥の大き
さ、位置座標とウエハ情報（例えば、ウエハ名、ロッ
ト、ウエハレシピィ）を統合し、結果を収納する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記第１図に示した検
査装置では、プロセス欠陥の検出感度（解像度）は、
０．１μｍ〜０．０５μｍ程度あるいはそれ以下が可能
であるものの、ウエハ検査時間は約８０時間と光検査装
置に比べて数１０００〜５００倍ほどスループットが劣
る。

【００１７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、高い検出感度を維持しつつ、従来
装置に比べてスループットを大幅に向上させることがで
きる電子ビーム検査装置を実現するにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に基づく
電子ビーム検査装置は、電子ビームを試料上に細く集束
するための集束手段と、試料上で電子ビームを２次元的
に走査する走査手段と、試料から放出された２次電子を
検出するための複数の検出器とを備え、電子ビームの２
次元走査に同期して複数の検出器に向かう２次電子を偏
向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子
を検出する検出器を選択するようにしたことを特徴とし
ている。

【００１９】請求項１の発明では、２次電子を検出する
ための複数の検出器を備え、電子ビームの２次元走査に
同期して複数の検出器に向かう２次電子を偏向し、電子
ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子を検出する
検出器を選択するようにした。この結果、試料上の異な
った位置からの２次電子検出信号を並列処理することが
でき、検査に要する時間を大幅に短縮することができ
る。

【００２０】請求項２の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項１の発明において、複数の検出器に対応し
て複数の画像処理系が接続され、複数の画像処理系によ
って試料の検査を行うようにしたことを特徴としてお
り、試料上の異なった位置からの２次電子検出信号を並
列処理することができ、検査に要する時間を大幅に短縮
することができる。

【００２１】請求項３の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項１の発明において、２次電子を電子ビーム
光軸から外側に導き、外側に導かれた２次電子を偏向す
る偏向手段を設け、この偏向手段を電子ビームの２次元
走査に同期して駆動し、２次電子を偏向して２次電子を
検出する検出器を選択するようにしたことを特徴として
おり、試料上の異なった位置からの２次電子検出信号を
並列処理することができ、検査に要する時間を大幅に短
縮することができる。

【００２２】請求項４の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、電子ビームを試料上に細く集束するための集束手
段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査する走査手
段と、この走査手段の上部に設けられた複数の検出器と
を備え、電子ビームの２次元走査手段により２次電子を
偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電
子を検出する検出器を選択するようにしたことを特徴と
している。

【００２３】請求項４の発明では、試料上で電子ビーム
を２次元的に走査する走査手段の上部に複数の検出器を
設け、電子ビームの２次元走査手段により２次電子を偏
向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子
を検出する検出器を選択するようにした。この結果、試
料上の異なった位置からの２次電子検出信号を並列処理
することができ、検査に要する時間を大幅に短縮するこ
とができる。

【００２４】請求項５の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器と電子ビ
ーム集束手段との間に補助偏向器を配置し、電子ビーム
の加速電圧に応じて補助偏向器を制御するようにしたこ
とを特徴としており、試料上の異なった位置からの２次
電子検出信号を並列処理することができ、検査に要する
時間を大幅に短縮することができると共に、加速電圧の
変化によっても試料位置と複数の検出器内の各検出器の
位置との関係を一定に維持することができる。

【００２５】請求項６の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器と電子ビ
ーム集束手段との間に２次電子フォーカスレンズを配置
し、電子ビームの加速電圧に応じて２次電子フォーカス
レンズを制御するようにしたことを特徴としており、電
子ビームの加速電圧の変化によっても常に２次電子を検
出器にフォーカスさせることができる。

【００２６】請求項７の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器は電子ビ
ームの２次元走査手段の上部の電子ビーム光軸上に配置
されており、その中心部には電子ビームの通過部が設け
られていることを特徴としており、請求項４の発明と同
様な効果が達成される。

【００２７】請求項８の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器は電子ビ
ームの２次元走査手段の上部の電子ビーム光軸から離れ
て配置されており、複数の検出器と電子ビーム集束手段
との間に設けられた補助偏向器と電子ビームの２次元走
査手段とによって電子ビームの試料上の照射位置に応じ
て２次電子を検出する検出器を選択するようにしたこと
を特徴としており、請求項４の発明と同様な効果が達成
される。

【００２８】請求項９の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、電子ビームを試料上に細く集束するための集束手
段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査する走査手
段と、試料から放出された２次電子を検出するための第
１と第２の検出器とを備え、検査モードでは第２の検出
器に２次電子を導くと共に、電子ビームの２次元走査に
同期して第２の検出器の複数の検出器に向かう２次電子
を偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次
電子を検出する検出器を選択し、観察モードでは２次電
子を表示手段に接続された第１の検出器に導くように構
成したことを特徴としている。

【００２９】請求項９の発明では、試料から放出された
２次電子を検出するための第１と第２の検出器とを備
え、検査モードでは第２の検出器に２次電子を導くと共
に、電子ビームの２次元走査に同期して第２の検出器の
複数の検出器に向かう２次電子を偏向し、電子ビームの
試料上の照射位置に応じて２次電子を検出する検出器を
選択し、観察モードでは２次電子を第１の検出器に導
く。この結果、検査モードでは、試料上の異なった位置
からの２次電子検出信号を並列処理することができ、検
査に要する時間を大幅に短縮することができ、また、観
察モードでは、この検査装置を用いて通常の走査電子顕
微鏡像の観察も行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図２は本発明に基づく電子
ビーム検査装置を示しており、図１の従来装置と同一な
いしは類似の構成要素には同一番号が付されている。１
は図示していない電子銃から発生し加速された電子ビー
ムである。電子ビーム１は電磁界レンズ２により半導体
ウエハ試料３に細く集束されると共に、静電偏向器４に
より走査される。この電子ビーム１は加速電圧０．５ｋ
Ｖ〜１．５ｋＶで加速され、電磁界レンズ２によりウエ
ハ試料３上に形成されたパターン上に０．０５μｍ径以
下に集束される。

【００３１】静電偏向器４は、電子ビーム１を試料３上
のパターン上を図示した矢印方向に高速走査する。な
お、破線は電子ビームのブランキング期間を示してい
る。この偏向器４は、電子ビームを１走査幅を５１２画
素で、１画素当たり１００ＭＨｚで高速偏向する。

【００３２】５はステージであり、ステージ５上に試料
３が載せられると共に、ステージ５は、リニアーエンコ
ーダまたはレーザ干渉計によりその移動速度や位置を数
１０ｎｍで制御されるように構成されている。

【００３３】電子ビーム１を試料３に照射した結果発生
した２次電子（エネルギーは０から１０ｅＶ以下）は、
電磁界レンズ２により１０〜２０ｋＶまで加速され、電
磁界レンズ２の上部に配置されたウイーン・フィルタ
（図示せず）に入射する。ウイーン・フィルタは、入射
電子ビーム１は偏向せず、試料からの２次電子をおおよ
そ９０°偏向する。

【００３４】ウイーン・フィルタにより偏向された２次
電子は、電子ビーム１の光軸から外側に導かれるが、こ
の外側には複数の２次電子検出器２０ａ〜２０ｎが配置
されている。この２次電子検出器の数は、例えば５１２
個とされている。各検出器２０ａ〜２０ｎはショットキ
バリア・ダイオード検出器が用いられ、１画素当たり１
００ＭＨｚの応答を有した高速２次電子検出器である。

【００３５】複数の２次電子検出器２０ａ〜２０ｎの前
面には、２次電子偏向器２１が設けられている。２次電
子偏向器２１は、一次電子ビーム１の偏向と同期して駆
動されており、試料３における一次電子ビーム１の照射
位置に応じて２次電子は２次電子偏向器２１によって偏
向を受け、選択的に２０ａ〜２０ｎのいずれかの検出器
に入射して検出される。

【００３６】各検出器２０ａ〜２０ｎの出力信号は、そ
れぞれの検出器に接続された増幅器２２ａ〜２２ｎによ
って増幅されるが、各増幅器２２ａ〜２２ｎは信号を１
００ＭＨｚの応答で増幅する。増幅器２２ａ〜２２ｎに
よって増幅された信号は、ＡＤ変換器２３ａ〜２３ｎに
供給されてデジタル信号に変換される。

【００３７】変換された信号はａ〜ｎユニットある高速
画像処理機能系２４ａ〜２４ｎの対応した高速画像処理
機能系に供給される。各高速画像処理機能系２４ａ〜２
４ｎには、それぞれ信号分配器１０、高速画像処理ボー
ド１１（画像配分器１２、画像メモリー１３、欠陥特徴
検出器１４、欠陥検出器１５から成る）、欠陥検査結果
器１６が備えられている。

【００３８】各高速画像処理機能系２４ａ〜２４ｎは、
それぞれが図１の従来装置で説明した高速画像処理機能
系９と同様の機能を有している。すなわち、信号分配器
１０は、電子ビーム１の偏向器４とステージ５の制御系
のリニアーエンコーダあるいはレーザ干渉計からの同期
信号により画像収集のタイミングに基づき収集されたＳ
ＷＡＳＨ画像（スワス画像：ステージはＹ方向に連続走
行し、電子ビームはこれに直交するＸ方向にのみ走査
し、得られた像から５１２×５１２画素に切り出す）を
複数の高速画像処理ボード１１に分配する。

【００３９】高速画像処理ボード１１は複数枚設けられ
ており、それぞれは、画像分配器１２、画像メモリー１
３、欠陥特徴抽出器１４、欠陥検出器１５を有してい
る。各画像分配器１２は、電子ビーム１の偏向器４とス
テージ５の制御系のリニアーエンコーダあるいはレーザ
干渉計からの同期信号により画像収集のタイミングに基
づき収集されたスワス画像を定められた画像位置情報に
従い、画像メモリー１３に収納する。

【００４０】欠陥特徴抽出器１４は、画像メモリー１３
に収納された信号に基づき、特化したアルゴリズムを備
えており、このアルゴリズムに従い画像メモリー１３に
収納された信号に基づき画像の欠陥の特徴を抽出する。
欠陥検出器１５は、抽出された前後２画像の欠陥特徴を
比較（セル比較）し、あるいは、別のチップパターンと
の比較（ダイ比較）、あるいは、すでに収集された良品
のチップパターンまたはチップパターンの設計ＣＡＤデ
ータと比較（データ比較）のいずれかの方法で欠陥の大
きさと欠陥位置座標を特化したアルゴリズムで検出す
る。

【００４１】欠陥検査結果器１６は、各高速画像処理ボ
ード１１で並行高速演算処理された欠陥の大きさ、位置
座標とウエハ情報（例えば、ウエハ名、ロット、ウエハ
レシピィ）を統合し、結果を収納する。

【００４２】このように、図２で示した構成では、高速
の静電偏向器である補助偏向器２１によって、１０〜２
０ｋＶに加速された２次電子を１００ＭＨｚ以上の応答
速度で、一次電子ビーム１の２次元走査に同期して偏向
する。この２次電子の偏向により、一次電子ビームの走
査位置に対応して検出器２０ａ〜２０ｎのいずれかの検
出器を選択する。

【００４３】ここで、検出器２０ａ〜２０ｎの数を５１
２個とし、その検出器を１列に並べるか２次元的に束ね
た場合、一次電子ビーム１のウエハ試料３上のウエハチ
ップパターンの１走査ライン分の信号が５１２ポイント
であると、５１２ポイントの２次電子信号がそれぞれ５
１２個の２次電子検出器２０ａ〜２０ｎによって別個に
検出される。

【００４４】このことは、一次電子ビーム１の走査速度
を５１２倍高めることが可能であることを意味する。各
２次電子検出器２０ａ〜２０ｎの検出信号は、それぞれ
別個に高速画像処理機能系２４ａ〜２４ｎによって処理
されるので、検査のスループットは５１２倍改善できる
ことになる。また、２次電子検出器２０ａ〜２０ｎの数
が１０個以上であれば、検査のスループットを１桁以上
高めることができる。

【００４５】なお、図２の構成で、高速画像処理機能系
２４ａ〜２４ｎのそれぞれに欠陥検査結果器１６を設け
るようにしたが、欠陥検査結果器は共通の構成としても
良い。また、高速画像処理系を２次電子検出器２０ａ〜
２０ｎと同じ数だけ設けるようにしたが、信号分配器１
０が次の応答速度、５１２×１００ＭＨｚ＝５１．２Ｇ
Ｈｚの能力を有していれば、高速画像処理系２４は１枚
で良く、２次電子検出器２０ａ〜２０ｎの検出信号を単
一の信号分配器１０に供給すれば良い。更に、高速画像
処理ボード１１を構成する各ユニットの応答速度が５１
２倍あれば、高速画像処理ボード１１を１枚とすること
ができる。

【００４６】図３は本発明の他の実施の形態を示してお
り、図２に示した実施の形態と同一ないしは類似の構成
要素には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
この図３においては、図２の補助偏向器２１と複数の検
出器２０ａ〜２０ｎに代え、偏向器４の上部にドーナツ
状の検出器２５が配置されている。この検出器２５は、
ショットキーバリアー、ピンダイオード、アバランシュ
等の高速２次電子検出器であり、中心部分に円形の一次
電子ビーム１の通過開口２６が設けられている。この開
口２６は円形である必要はなく、矩形等の他の形状であ
っても良い。

【００４７】検出器２５は複数の検出素子２５ａ〜２５
ｎに分割されており、それぞれの検出素子２５ａ〜２５
ｎは、増幅器２２ａ〜２２ｎに接続されている。各増幅
器の出力信号は、図２の実施の形態と同様にＡＤ変換器
２３ａ〜２３ｎを介して高速画像処理機能系２４ａ〜２
４ｎに供給される。

【００４８】このような構成において、電子ビーム１に
よって励起されたウエハ試料３からの２次電子は、電磁
界レンズ２で１０ｋＶから２０ｋＶ程度に加速され、偏
向器４を通過して検出器２５に到達して検出される。こ
の２次電子は、偏向器４を通過する際に一次電子ビーム
１の偏向方向と異なった方向、すなわち、大方逆方向に
偏向され検出器２５に到達する。

【００４９】検出器２５は多数の検出素子２５ａ〜２５
ｎに分割されているが、２次電子がそのうちのどの検出
素子に検出されるかは、一次電子ビーム１の偏向によ
る。すなわち、ウエハ試料３上の電子ビームの走査に対
応して２次電子が入射する検出素子が変わることにな
る。言い換えると、２次電子は、一次電子ビームの走査
に同期して検出器２５上で走査されることになる。

【００５０】この結果、分割された２次電子検出器２５
面上には、ウエハ試料３上の一次電子ビームで走査され
たチップパターン像が、時系列的に投影される。なお、
このチップパターン像は、電磁界レンズ２で拡大される
ことになるが、その拡大率は１００倍から数１００倍と
なる。

【００５１】この図３の構成では、分割検出器２５の検
出素子２５ａ〜２５ｎの数が５１２個あり、増幅器２
２、ＡＤ変換器２３、高速画像処理機能系２４がそれぞ
れ５１２あれば、図１に示した従来の装置に比べ検査の
スループットを５１２倍向上させることができる。ま
た、２次電子検出器２５の分割数が１０以上であれば、
検査のスループットを１桁以上高めることができる。

【００５２】なお、図３の構成で、高速画像処理機能系
２４ａ〜２４ｎのそれぞれに欠陥検査結果器１６を設け
るようにしたが、欠陥検査結果器は共通の構成としても
良い。また、高速画像処理系を２次電子検出素子２５ａ
〜２５ｎと同じ数だけ設けるようにしたが、信号分配器
１０が次の応答速度、５１２×１００ＭＨｚ＝５１．２
ＧＨｚの能力を有していれば、高速画像処理機能系２４
は１枚で良く、２次電子検出素子２５ａ〜２５ｎの検出
信号を単一の信号分配器１０に供給すれば良い。更に、
高速画像処理ボード１１を構成する各ユニットの応答速
度が５１２倍あれば、高速画像処理ボード１１を１枚と
することができる。

【００５３】上記図３で示した実施の形態で、一次電子
ビーム１の加速電圧を変化させたとき、電磁界レンズ２
の励磁条件が変化する。この現象により、ウエハ試料３
から発生した２次電子が、電磁界レンズ２を通過する軌
道が変化し、検出器２５に到達する位置が加速電圧変化
以前と異なってしまう。

【００５４】このため、ウエハ試料３上のチップパター
ンの一次電子ビーム１の走査開始位置に対応する検出器
２５における２次電子の走査開始検出素子が異なる問題
が生じる。このため、図３の構成では、加速電圧に応じ
て、信号分配器１２による画像分配の順番を入れ替える
必要がある。更に、検出器２５までの２次電子の軌道変
化で、検出器２５面上の２次電子の結像の大きさが変わ
り、加速電圧によっては、２次電子が検出素子の境界に
跨がって入射する問題も生じる。

【００５５】図４は上記した問題点を解決する実施の形
態を示す図であり、図３の構成と同一ないしは類似の構
成要素には同一番号を付し、その詳細な説明は省略す
る。この実施の形態では、電磁界レンズ２と偏向器４と
の間にフォーカスレンズ２６と補助偏向器２７を配置し
ている。

【００５６】補助偏向器２７は、静電型あるいは電磁型
いずれでも良く、ウエハ試料３から発生した２次電子
を、検出器２５内の所定の位置の検出素子に入射するよ
うに、２次電子を偏向するために設けられている。この
補助偏向器２７は電磁界レンズ２と偏向器４との間に設
けられているが、電磁界レンズ２とウエハ試料３との間
であっても良く、電磁界レンズ２の中に組み込んでも良
い。この補助偏向器２７は、一次電子ビーム１の加速電
圧Ｖａに対し、（Ｖａ）^1/2の関係で連動して駆動され
る。

【００５７】検出器２５は、一例として述べると、各検
出素子２５ａ〜２５ｎの大きさが０．９ｍｍ²〜０．５
ｍｍ²で、例えば、１０ｍｍ角に１００×１００個配置
され、中心位置に３ｍｍ角の一次電子ビーム１の開口２
６を有したピンダイオードあるいはアバランシュダイオ
ードなどの検出器であり、１００ＭＨｚ以上の応答速度
を有している。この開口６の形状は正方形としたが、円
形であっても良い。

【００５８】上記した寸法では、検出器２５は、（１０
０×１００）−９＝約１万〜８千個の検出素子からな
る。もしこの数の検出素子を仮想的に５１２に分割した
場合、１画素当たりの検出素子の数は、１万〜８千／０．５千＝２０〜１６個＝２０ｍｍ²〜１
６ｍｍ² となる。この大きさ４〜３ｍｍ径の中心位置精度４〜３
／１０＝約０．５ｍｍ以内に、加速電圧が変化されて
も、２次電子が到達するように、補助偏向器２７は動作
する。

【００５９】フォーカスレンズ２６は、電磁界レンズ２
と偏向器４との間に設けられているが、電磁界レンズ２
とウエハ試料３との間であっても良く、電磁界レンズ２
の中に組み込んでも良い。このフォーカスレンズ２６
は、一次電子ビーム１の加速電圧の｛ｆ＝ｋ（Ｖａ／ｉ
²）^1/2＝一定｝の関係に連動して制御される。例えば、
上記した約１万〜８千個の検出素子を仮想的に５１２に
分割した場合、１画素当たり２０〜１６個の検出素子群
が対応するが、この検出素子群の面積は２０ｍｍ²〜１
６ｍｍ²となる。フォーカスレンズ２６は、２次電子を
この面積内に集束するように動作する。

【００６０】このような構成とすることにより、ウエハ
試料３から発生した２次電子は、一次電子ビーム１の加
速電圧が変化しても、常にウエハ試料上の走査位置と対
応した検出器２５内の検出素子の位置にフォーカスされ
て入射し検出されることになる。

【００６１】図５は本発明の他の実施の形態を示してお
り、図４の実施の形態と同一ないしは類似の構成要素に
は同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。この実
施の形態で、偏向器４の上部には、２種の２次電子検出
器３０、３１が配置されている。

【００６２】２次電子検出器３０は、ドーナツ状に形成
されており、中心の開口は一次電子ビーム１を通過させ
るために設けられている。この２次電子検出器は、従来
のＴＶスキャン（１５．７ＭＨｚ）の速度に応答するＰ
４７（４０ｎｓｅｃ）、ＹＡＧ（８０ｎｓｅｃ）、ＹＡ
Ｐ（３０ｎｓｅｃ）より成るシンチレータと、フォトマ
ルチプライアー（光電子増倍管）より構成されている。
この検出器３０は、図示していないが、増幅器と増幅さ
れた信号が供給される陰極線管に接続されている。

【００６３】２次電子検出器３１は、一次電子ビームの
光軸から離れた位置に設けられ、長方形あるいは円弧状
で多数の検出素子から構成されており、図４の実施の形
態の検出器２５と同様の目的で配置されている。

【００６４】この検出器３１は多数の検出素子に分割さ
れており、一例として述べると、各検出素子の大きさが
０．９ｍｍ²〜０．５ｍｍ²で、例えば、長方形２×２０
ｍｍ角に２０×２００個＝４千個配置されているピンダ
イオードあるいはアバランシュダイオードなどの検出器
であり、１００ＭＨｚ以上の応答速度を有している。こ
の寸法では、４千個の検出素子を仮想的に５１２に分割
した場合、１画素当たりの検出素子の数は、４千／０．
５千＝８個＝７ｍｍ²となる。

【００６５】図５においては、更に、電磁界レンズ２と
偏向器４との間にフォーカスレンズ３２と補助偏向器３
３を配置している。補助偏向器３３は、静電型あるいは
電磁型いずれでも良く、ウエハ試料３から発生した２次
電子を、検出器３１内の所定の位置の検出素子に入射す
るように、２次電子を偏向するために設けられている。
この補助偏向器３３は電磁界レンズ２と偏向器４との間
に設けられているが、電磁界レンズ２とウエハ試料３と
の間であっても良く、電磁界レンズ２の中に組み込んで
も良い。この補助偏向器３３は、一次電子ビーム１の加
速電圧Ｖａに対し、（Ｖａ）^1/2の関係で連動して駆動
される。

【００６６】例えば、前記した２次電子検出器３１の大
きさの場合、大きさ２ｍｍ径の中心位置精度２／１０＝
約０．２ｍｍ以内に、加速電圧が変化されても、２次電
子が到達するように、補助偏向器３３は動作する。

【００６７】フォーカスレンズ３２は、電磁界レンズ２
と偏向器４との間に設けられているが、電磁界レンズ２
とウエハ試料３との間であっても良く、電磁界レンズ２
の中に組み込んでも良い。このフォーカスレンズ３２
は、一次電子ビーム１の加速電圧の｛ｆ＝ｋ（Ｖａ／ｉ
²）^1/2＝一定｝の関係に連動して制御される。例えば、
上記した約１万〜８千個の検出素子を仮想的に５１２に
分割した場合、１画素当たり８個の検出素子群が対応す
るが、この検出素子群の面積は７ｍｍ²となる。フォー
カスレンズ３２は、２次電子をこの面積内に集束するよ
うに動作する。この図５の構成で、検査モードのとき、
ステージ５は連続的に移動され、この移動に同期して偏
向器４により一次電子ビーム１をステージ５の移動方向
と垂直な方向に走査する。このようなステージ５の移動
と一次電子ビーム１の走査は、図２〜４の構成と同じで
ある。

【００６８】電子ビーム１によって励起されたウエハ試
料３からの２次電子は、電磁界レンズ２で１０ｋＶから
２０ｋＶ程度に加速され、補助偏向器３３と偏向器４を
通過して検出器３１に到達して検出される。この２次電
子は、補助偏向器３３によって検出器３１方向に偏向さ
れると共に、偏向器４を通過する際に一次電子ビーム１
の偏向方向と異なった方向、すなわち、大方逆方向に偏
向され検出器３１に到達する。

【００６９】検出器３１は多数の検出素子に分割されて
いるが、２次電子がそのうちのどの検出素子に検出され
るかは、一次電子ビーム１の偏向による。すなわち、ウ
エハ試料３上の電子ビームの走査に対応して２次電子が
入射する検出素子が変わることになる。言い換えると、
２次電子は、一次電子ビームの走査に同期して検出器３
１上で走査されることになる。

【００７０】この結果、分割された２次電子検出器３１
面上には、ウエハ試料３上の一次電子ビームで走査され
たチップパターン像が、時系列的に投影される。なお、
このチップパターン像は、電磁界レンズ２で拡大される
ことになるが、その拡大率は４ｍｍ／０．１〜０．０２
５ｍｍ＝４０倍から１００倍となる。

【００７１】観察モードのときには、ステージ５の連続
移動が停止され、一次電子ビーム１は偏向器４により、
試料３の所定領域で２次元的に走査される。この走査に
ともなって発生した２次電子は、補助偏向器３３、偏向
器４によって２次電子検出器３０に導かれて検出され
る。

【００７２】検出器３０の検出信号は、図示していない
増幅器を介して、一次電子ビーム１の走査に同期した陰
極線管に供給されることから、陰極線管には試料の所定
領域の２次電子像が表示される。このとき、偏向器４に
同期して検出器３０に入射する２次電子は、検出器３０
面上を走査（振れる）するので、２次電子を検出器３０
内に制限するように、偏向器４に同期して補助偏向器３
３を制御することが望ましい。

【００７３】図６は、図５の実施の形態における２種の
検出器３０、３１に変えて使用し得る検出器の他の例を
示したものである。この例では、ドーナツ状の検出器３
５を２つに分割し、その一方の検出器３６を検出器３０
と同様のシンチレータと光電子増倍管との組み合わせの
検出器とし、他方の検出器３７を多数分割された検出器
３１と同様の検出器としたものである。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、２次電子を検出するための複数の検出器を備え、電
子ビームの２次元走査に同期して複数の検出器に向かう
２次電子を偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応
じて２次電子を検出する検出器を選択するようにした。
この結果、試料上の異なった位置からの２次電子検出信
号を並列処理することができ、検査に要する時間を大幅
に短縮することができる。

【００７５】請求項２の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項１の発明において、複数の検出器に対応し
て複数の画像処理系が接続され、複数の画像処理系によ
って試料の検査を行うようにしたことを特徴としてお
り、試料上の異なった位置からの２次電子検出信号を並
列処理することができ、検査に要する時間を大幅に短縮
することができる。

【００７６】請求項３の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項１の発明において、２次電子を電子ビーム
光軸から外側に導き、外側に導かれた２次電子を偏向す
る偏向手段を設け、この偏向手段を電子ビームの２次元
走査に同期して駆動し、２次電子を偏向して２次電子を
検出する検出器を選択するようにしたことを特徴として
おり、試料上の異なった位置からの２次電子検出信号を
並列処理することができ、検査に要する時間を大幅に短
縮することができる。

【００７７】請求項４の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、電子ビームを試料上に細く集束するための集束手
段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査する走査手
段と、この走査手段の上部に設けられた複数の検出器と
を備え、電子ビームの２次元走査手段により２次電子を
偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電
子を検出する検出器を選択するようにしたことを特徴と
している。

【００７８】請求項４の発明では、試料上で電子ビーム
を２次元的に走査する走査手段の上部に複数の検出器を
設け、電子ビームの２次元走査手段により２次電子を偏
向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子
を検出する検出器を選択するようにした。この結果、試
料上の異なった位置からの２次電子検出信号を並列処理
することができ、検査に要する時間を大幅に短縮するこ
とができる。

【００７９】請求項５の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器と電子ビ
ーム集束手段との間に補助偏向器を配置し、電子ビーム
の加速電圧に応じて補助偏向器を制御するようにしたこ
とを特徴としており、試料上の異なった位置からの２次
電子検出信号を並列処理することができ、検査に要する
時間を大幅に短縮することができると共に、加速電圧の
変化によってもも試料位置と複数の検出器内の各検出器
の位置との関係を一定に維持することができる。

【００８０】請求項６の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器と電子ビ
ーム集束手段との間に２次電子フォーカスレンズを配置
し、電子ビームの加速電圧に応じて２次電子フォーカス
レンズを制御するようにしたことを特徴としており、電
子ビームの加速電圧の変化によっても常に２次電子を検
出器にフォーカスさせることができる。

【００８１】請求項７の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器は電子ビ
ームの２次元走査手段の上部の電子ビーム光軸上に配置
されており、その中心部には電子ビームの通過部が設け
られていることを特徴としており、請求項４の発明と同
様な効果が達成される。

【００８２】請求項８の発明に基づく電子ビーム検査装
置は、請求項４の発明において、複数の検出器は電子ビ
ームの２次元走査手段の上部の電子ビーム光軸から離れ
て配置されており、複数の検出器と電子ビーム集束手段
との間に設けられた補助偏向器と電子ビームの２次元走
査手段とによって電子ビームの試料上の照射位置に応じ
て２次電子を検出する検出器を選択するようにしたこと
を特徴としており、請求項４の発明と同様な効果が達成
される。

【００８３】請求項９の発明では、試料から放出された
２次電子を検出するための第１と第２の検出器とを備
え、検査モードでは第２の検出器に２次電子を導くと共
に、電子ビームの２次元走査に同期して第２の検出器の
複数の検出器に向かう２次電子を偏向し、電子ビームの
試料上の照射位置に応じて２次電子を検出する検出器を
選択し、観察モードでは２次電子を第１の検出器に導
く。この結果、検査モードでは、試料上の異なった位置
からの２次電子検出信号を並列処理することができ、検
査に要する時間を大幅に短縮することができ、また、観
察モードでは、この検査装置を用いて通常の走査電子顕
微鏡像の観察も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子ビーム検査装置の概略を示す図であ
る。

【図２】本発明に基づく電子ビーム検査装置を示す図で
ある。

【図３】本発明に基づく電子ビーム検査装置を示す図で
ある。

【図４】本発明に基づく電子ビーム検査装置を示す図で
ある。

【図５】本発明に基づく電子ビーム検査装置を示す図で
ある。

【図６】図５に用いた検出器の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１一次電子ビーム２電磁界レンズ３ウエハ試料４偏向器５ステージ１０信号分配器１１高速画像処理ボード１２画像分配器１３画像メモリー１４欠陥特徴抽出器１５欠陥検出器１６欠陥検査結果器２０２次電子検出器２１静電偏向器２２増幅器２３ＡＤ変換器２４高速画像処理機能系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを試料上に細く集束するため
の集束手段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査す
る走査手段と、試料から放出された２次電子を検出する
ための複数の検出器とを備え、電子ビームの２次元走査
に同期して複数の検出器に向かう２次電子を偏向し、電
子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子を検出す
る検出器を選択するようにした電子ビーム検査装置。
【請求項２】複数の検出器に対応して複数の画像処理
系が接続され、複数の画像処理系によって試料の検査を
行うようにした請求項１記載の電子ビーム検査装置。
【請求項３】２次電子を電子ビーム光軸から外側に導
き、外側に導かれた２次電子を偏向する偏向手段を設
け、この偏向手段を電子ビームの２次元走査に同期して
駆動し、２次電子を偏向して２次電子を検出する検出器
を選択するようにした請求項１記載の電子ビーム検査装
置。
【請求項４】電子ビームを試料上に細く集束するため
の集束手段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査す
る走査手段と、この走査手段の上部に設けられた複数の
検出器とを備え、電子ビームの２次元走査手段により２
次電子を偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応じ
て２次電子を検出する検出器を選択するようにした電子
ビーム検査装置。
【請求項５】複数の検出器と電子ビーム集束手段との
間に補助偏向器を配置し、電子ビームの加速電圧に応じ
て補助偏向器を制御するようにした請求項４記載の電子
ビーム検査装置。
【請求項６】複数の検出器と電子ビーム集束手段との
間に２次電子フォーカスレンズを配置し、電子ビームの
加速電圧に応じて２次電子フォーカスレンズを制御する
ようにした請求項４記載の電子ビーム検査装置。
【請求項７】複数の検出器は電子ビームの２次元走査
手段の上部の電子ビーム光軸上に配置されており、その
中心部には電子ビームの通過部が設けられている請求項
４記載の電子ビーム検査装置。
【請求項８】複数の検出器は電子ビームの２次元走査
手段の上部の電子ビーム光軸から離れて配置されてお
り、複数の検出器と電子ビーム集束手段との間に設けら
れた補助偏向器と電子ビームの２次元走査手段とによっ
て電子ビームの試料上の照射位置に応じて２次電子を検
出する検出器を選択するようにした請求項４記載の電子
ビーム検査装置。
【請求項９】電子ビームを試料上に細く集束するため
の集束手段と、試料上で電子ビームを２次元的に走査す
る走査手段と、試料から放出された２次電子を検出する
ための第１と第２の検出器とを備え、検査モードでは第
２の検出器に２次電子を導くと共に、電子ビームの２次
元走査に同期して第２の検出器の複数の検出器に向かう
２次電子を偏向し、電子ビームの試料上の照射位置に応
じて２次電子を検出する検出器を選択し、観察モードで
は２次電子を表示手段に接続された第１の検出器に導く
ように構成した電子ビーム検査装置。