JP2001093455A - 電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料と電子ビームとを相対移動させながら、
試料に対して電子ビームを照射するに当たり、上記相対
移動の停止や低速化によるドーズ量の急激な増大を防止
し、試料を保護できる電子ビーム装置を提供すること。 【解決手段】 試料に対して電子ビームを照射する照射
手段と、照射手段による電子ビームの照射位置と試料の
位置とを相対移動させる移動手段と、照射手段および移
動手段の動作時、試料に照射される電子ビームのドーズ
量を測定する測定手段と、測定手段による測定の結果得
られたドーズ量が、試料ごとに予め定められたドーズ量
の許容範囲外となった場合に、動作が異常であると判断
する判断手段と、判断手段によって動作が異常であると
判断されたときに、電子ビームのドーズ量を許容範囲内
に戻す制御を行う制御手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の観察や検査
などを行う際、試料に対して電子ビームを照射する電子
ビーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、試料に対して電子ビーム
を照射する電子ビーム装置は、電子銃や電子光学系（電
子レンズなど）を備えたものである。電子ビーム装置に
おいて、電子銃から出射される電子ビームは、電子光学
系を介して試料面上に照射される。この電子ビーム装置
を組み込んだ装置の例として、ここでは、走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）と電子ビーム検査装置（ＥＢ検査装置）
とを説明する。ちなみにＳＥＭとＥＢ検査装置には、上
記の電子ビーム装置に加え、電子ビームの照射によって
試料から発生する二次電子などを検出して試料画像を生
成する機構が組み込まれている。

【０００３】ＳＥＭにおける試料画像の取得は、試料を
静止させておき、スポット状に絞り込んだ電子ビーム
（スポットビーム）で試料面上を二次元走査することに
より行われる。このためＳＥＭは、試料面の比較的小さ
い領域（欠陥箇所など）を観察する場合に使用されるこ
とが多い。ＳＥＭによる試料の全面検査は、スループッ
トが遅いため現実的ではない。

【０００４】これに対し、ＥＢ検査装置は、試料面の比
較的広い領域または全体を高速に検査したいという要求
に応えるために、近年開発が進められているものであ
る。例えば、特開平７−２４９３９３号公報や特開平１
０−１９７４６２号公報には、ステージを連続的に移動
させながら、矩形状に整形した電子ビーム（矩形ビー
ム）で試料面上を走査することにより、試料画像を取得
するＥＢ検査装置が開示されている。

【０００５】また、特開平１０−２９４３４５号公報に
は、ステージを一方向に連続移動させながら、スポット
ビームで試料面上を上記の一方向とは直交する方向に走
査することにより、試料画像を取得するＥＢ検査装置が
開示されている。これらのＥＢ検査装置では、ステージ
を移動させながら試料画像の取得動作が行われるので、
試料面の比較的広い領域または全体から連続的に試料画
像を取り込むことができ、ＳＥＭによる全面検査とは比
較にならないほど高速に試料面を検査することができ
る。

【０００６】さらに、上記のＥＢ検査装置では、ステー
ジの移動速度を速くすることにより、それだけ検査速度
を速くすることが可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のＥＢ検査装置では、単にステージの移動速度を速く
すると、試料に照射される電子ビームの総電流量（以下
「ドーズ量」という）が低下し、試料画像が劣化するた
め、ステージの移動速度を速くした分だけ、電子銃から
出射される電子ビームの電流量を増加させる必要があっ
た。

【０００８】このように、従来のＥＢ検査装置における
高速検査は、ステージを連続的に高速移動させながら、
かつ大電流ビームを試料面上に連続照射させることによ
り行われていた。しかしながら、上記の高速検査中であ
っても、何らかの原因でステージが止まったり移動速度
が遅くなったりすることはあり得る。

【０００９】このようなステージの停止や低速化の事態
が高速検査中に発生すると、大電流ビームが試料面の同
一箇所またはその近傍に当たり続け、ドーズ量が急激に
増大してしまう。試料にとって許容できるドーズ量には
限界があり、このドーズ量の許容範囲を超えるまで電子
ビームの照射が続くと、試料にコンタミネーションやチ
ャージアップが生じたり、最悪の場合には試料が破壊す
る可能性もあった。

【００１０】このような問題は、上記の特開平１０−２
９４３４５号公報に開示されたＥＢ検査装置において、
スポットビームによる走査が止まったり低速化した場合
でも、同様に生じる。本発明の目的は、試料と電子ビー
ムとを相対移動させながら、試料に対して電子ビームを
照射するに当たり、上記相対移動の停止や低速化による
ドーズ量の急激な増大を防止し、試料を保護できる電子
ビーム装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の電子ビーム装置
は、試料に対して電子ビームを照射する照射手段と、照
射手段による電子ビームの照射位置と試料の位置とを相
対移動させる移動手段と、照射手段および移動手段の動
作時、試料に照射される電子ビームのドーズ量を測定す
る測定手段と、測定手段による測定の結果得られたドー
ズ量が、試料ごとに予め定められたドーズ量の許容範囲
外となった場合に、動作が異常であると判断する判断手
段と、判断手段によって動作が異常であると判断された
ときに、電子ビームのドーズ量を許容範囲内に戻す制御
を行う制御手段とを備えたものである。

【００１２】したがって、電子ビームの照射位置と試料
の位置とを相対移動させながら、試料に対して電子ビー
ムを照射する場合でも、試料に照射される電子ビームの
ドーズ量を、試料ごとに予め定められたドーズ量の許容
範囲内に保つことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。

【００１４】本実施形態は、請求項１，請求項２に対応
する。ここでは、本実施形態の電子ビーム装置をＥＢ検
査装置１０に組み込んだ場合を例に説明する。ＥＢ検査
装置１０は、ステージを停止させた状態で試料画像を取
得する動作モード（以下「観察モード」という）と、ス
テージを移動させながら高速に試料画像を取得する動作
モード（以下「検査モード」という）とを切り替え可能
に構成されたものである。このＥＢ検査装置１０の特徴
は、上記検査モードにおける動作が何らかの原因で異常
状態となったときに、ステージ上の試料を保護する機構
（以下「試料保護機構」という）が組み込まれた点にあ
る。

【００１５】まず始めに、ＥＢ検査装置１０の全体構成
および各動作モードについて説明し、その後、試料保護
機構についての説明を行う。ＥＢ検査装置１０は、図１
に示されるように、一次コラム１１と、二次コラム１２
と、チャンバー１３とで構成されている。このうち一次
コラム１１は、二次コラム１２の側面に対して斜めに取
り付けられている。また、二次コラム１２の下部に、チ
ャンバー１３が取り付けられている。

【００１６】これら一次コラム１１，二次コラム１２，
チャンバー１３は、真空排気系（不図示）のターボポン
プにより排気されて、内部の真空状態が維持される。こ
こで、一次コラム１１、二次コラム１２およびチャンバ
ー１３の構成について各々説明する。 〔一次コラム〕一次コラム１１の内部には、電子銃２１
が配置されている。電子銃２１は、陰極から放出された
熱電子を加速すると共に集束し、電子ビームとして出射
するものである。この電子銃２１の陰極には通常、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）が用いられる。

【００１７】また、電子銃２１には、電子銃２１の加速
電圧Ｖacを制御すると共に、電子銃２１の電源をオン・
オフ制御する電子銃制御ユニット２２が接続されてい
る。さらに、電子銃２１の位置調整などを行う不図示の
ガンアライメント機構やガンアライナも設けられてい
る。また、電子銃２１から出射される電子ビーム（以下
「一次ビーム」という）の光軸上には、３段構成の一次
光学系２３と、一次偏向器２４と、アパーチャ２５とが
配置されている。

【００１８】一次光学系２３の各段は、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）にて構成される。例えば、一次光学系２３の各段
が、図２に示されるように、４つの円柱ロッド１〜４か
らなる静電レンズの場合、対向する円柱ロッド同士（１
と３，２と４）を等電位に設定し、かつ互いに逆の電圧
特性（１と３に＋Ｖｑ、２と４に−Ｖｑ）を与えること
で、いわゆるシリンドリカルレンズと同様、一次ビーム
を集束または発散させることができる。

【００１９】したがって、この一次光学系２３によれ
ば、各静電レンズのレンズ電圧を最適化することによっ
て、出射電子を損失することなく、一次ビームの断面を
任意の形状（矩形状や楕円形状などの面状）に整形する
ことができる。図２には、一次ビームの断面が矩形状の
場合が示されている。一次光学系２３の各段のレンズ電
圧は、一次光学系２３に接続された一次コラム制御ユニ
ット２６（図１）によって制御される。

【００２０】また、一次偏向器２４は、静電偏向器また
は電磁偏向器にて構成される。例えば一次偏向器２４
が、図３に示されるように、独立した４つの電極５〜８
からなる静電偏向器の場合、Ｘ軸に沿って対向する電極
６，８への印加電圧を変化させることで、一次ビームの
軌道をＸ方向に偏向することができる。また、Ｙ軸に沿
って対向する電極５，７への印加電圧を変化させること
で、一次ビームの軌道をＹ方向に偏向することができ
る。

【００２１】一次偏向器２４の各電極への印加電圧は、
一次偏向器２４に接続された一次偏向器制御ユニット２
７によって制御される。なお、上記の電子銃制御ユニッ
ト２２，一次コラム制御ユニット２６，一次偏向器制御
ユニット２７は、ホストコンピュータ１４に接続されて
いる。 〔チャンバー〕チャンバー１３の内部には、試料１５を
載置すると共にＸＹ方向に移動可能なステージ２８が設
置されている。このステージ２８には、所定のリターデ
ィング電圧Ｖｒ（後述する）が印加されている。

【００２２】また、ステージ２８には、ステージ制御ユ
ニット２９が接続されている。ステージ制御ユニット２
９は、ステージ２８をＸＹ方向に駆動すると共に、レー
ザ干渉計（不図示）を用いてステージ２８のＸＹ位置を
読み取り（データレートは例えば１０Ｈｚ）、ＸＹ位置
信号をホストコンピュータ１４に出力する。またステー
ジ制御ユニット２９は、読み取ったＸＹ位置に基づいて
ステージ２８の移動速度を検出し、速度信号をホストコ
ンピュータ１４に出力する。

【００２３】〔二次コラム〕二次コラム１２の内部に
は、試料１５から発生する二次ビーム（後述する）の光
軸上に、カソードレンズ３１、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３
７、二次偏向器３８および検出器３９が配置される。

【００２４】このうちカソードレンズ３１は、例えば図
４に示されるように、３枚の電極３１ａ，３１ｂ，３１
ｃにて構成される。この場合、カソードレンズ３１の下
（試料１５側）から１つ目の電極３１ａと２つ目の電極
３１ｂとに所定の電圧が印加され、３番目の電極３１ｃ
はゼロ電位に設定される。ニューメニカルアパーチャ３
２は、開口絞りに相当するもので、上記カソードレンズ
３１の開口角を決定する。その形状は、円形の穴が開い
た金属製（Ｍｏ等）の薄膜板である。

【００２５】このニューメニカルアパーチャ３２は、そ
の開口部がカソードレンズ３１の焦点位置になるように
配置される。このため、ニューメニカルアパーチャ３２
とカソードレンズ３１とは、テレセントリックな電子光
学系を構成する。また、ニューメニカルアパーチャ３２
は、試料１５のコンタミネーションを防止するため、Ｅ
Ｂ検査装置１０内に散乱する不要な電子ビームが試料１
５に到達することを阻止する機能も果たしている。

【００２６】さらに、ニューメニカルアパーチャ３２
は、二次ビーム（後述する）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。

【００２７】ウィーンフィルタ３３は、電磁プリズムと
して作用する偏向器であり、ウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ。
なお、ｖは荷電粒子の速度、Ｅは電界、Ｂは磁界を表
し、Ｅ⊥Ｂである。）を満たす荷電粒子（例えば二次ビ
ーム）のみを直進させ、それ以外の荷電粒子（例えば一
次ビーム）の軌道を曲げることができる。第２レンズ３
４，第３レンズ３６，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呼ばれる
回転軸対称型のレンズであり、それぞれ３枚の電極で構
成されている。各レンズは通常、外側の２つの電極をゼ
ロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることで
レンズ作用が制御される。

【００２８】フィールドアパーチャ３５は、第２レンズ
３４と第３レンズ３６との間に配置され、光学顕微鏡の
視野絞りと同様、視野を必要範囲に制限している。ま
た、フィールドアパーチャ３５は、後段の第３レンズ３
６および第４レンズ３７と共に、不要な二次ビームを遮
断して、検出器３９のチャージアップやコンタミネーシ
ョンを防いでいる。

【００２９】上記のカソードレンズ３１，第２レンズ３
４，第３レンズ３６，第４レンズ３７の各レンズ電圧、
および、ウィーンフィルタ３３に印加する電磁界は、二
次コラム１２に接続された二次コラム制御ユニット４１
によって制御される。また、二次偏向器３８は、上記し
た一次偏向器２４（図３）と同様、独立した４つの電極
５〜８からなる二軸偏向可能な静電偏向器である。この
場合、電極６，８への印加電圧を変化させることで、二
次ビームの軌道をＸ方向に偏向できる。また、電極５，
７への印加電圧を変化させることで、二次ビームの軌道
をＹ方向に偏向できる。

【００３０】二次偏向器３８の各電極に印加する電圧
は、二次偏向器３８に接続された二次偏向器制御ユニッ
ト４２によって制御される。また、検出器３９は、電子
を加速増倍するＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）４
３と、電子像を光学像に変換する蛍光板４４と、光学像
を撮像するＴＤＩ（Time Delay and Integration）アレ
イＣＣＤセンサ（以下「ＴＤＩセンサ」という）４５と
から構成される。

【００３１】なお、蛍光板４４とＴＤＩセンサ４５との
間には、光学リレーレンズ４７が設けられ、蛍光板４４
での光学像を約１／３に縮小してＴＤＩセンサ４５の撮
像面に投影している。また、蛍光板４４と光学リレーレ
ンズ４７との間には、光学像を透過させる透過窓として
のビューポート４８が配置される。このビューポート４
８によって、検出器３９内が真空室９ａと大気室９ｂと
に分けられている。

【００３２】ここで、ＴＤＩセンサ４５の撮像面は、二
次元に配列された複数の受光画素にて構成されている。
また、ＴＤＩセンサ４５には、画像処理ユニット４６が
接続されている。なお、上記の二次偏向器制御ユニット
４２，二次コラム制御ユニット４１，画像処理ユニット
４６は、ホストコンピュータ１４に接続されている。ま
た、ホストコンピュータ１４には、ＣＲＴ１６が接続さ
れている。

【００３３】次に、本実施形態のＥＢ検査装置１０（図
１）における一次ビームおよび二次ビームの軌道などに
ついて順に説明する。 〔一次ビーム〕一次ビームは、電子銃２１の加速電圧Ｖ
acに応じた電流量で出射される。以下、電子銃２１から
出射される一次ビームの電流量を「出射電流量Ｉａ」と
いう。

【００３４】電子銃２１からの一次ビームは、一次光学
系２３のレンズ作用を受けながら通過して一次偏向器２
４に達する。一次偏向器２４の電極５〜８（図３）に電
圧が印加されないとき、一次偏向器２４の偏向作用は一
次ビームに及ばないので、一次ビームは一次偏向器２
４，アパーチャ２５を順に通過し、ウィーンフィルタ３
３の中心部に斜めに入射する。

【００３５】ウィーンフィルタ３３に入射した一次ビー
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の開口部に到達
する。ここで、一次光学系２３のレンズ電圧の設定によ
り、一次ビームはニューメニカルアパーチャ３２の開口
部で結像するようになっている（図４参照）。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、試料面１５ａに照射
される。

【００３６】上記のように、ニューメニカルアパーチャ
３２とカソードレンズ３１とがテレセントリックな電子
光学系を構成しているため、カソードレンズ３１を通過
した一次ビームは平行ビームとなる。その結果、一次ビ
ームは試料面１５ａに垂直かつ均一に照射される。すな
わち、光学顕微鏡で云うケーラー照明が実現される。ま
た、試料１５を載置するステージ２８には上記のリター
ディング電圧Ｖｒが印加され、カソードレンズ３１の電
極３１ａと試料１５との間には、一次ビームに対して負
の電界が形成されているため、カソードレンズ３１を通
過した一次ビームは、試料面１５ａに到達するまでに減
速される。

【００３７】ところで、試料面１５ａに照射される一次
ビームの電流量（以下「照射電流量Ｉｂ」という）は、
上記した出射電流量Ｉａに比べてはるかに少なくなって
いる。しかし、照射電流量Ｉｂと出射電流量Ｉａとの対
応関係は既知であり、また、出射電流量Ｉａと電子銃２
１の加速電圧Ｖacとの対応関係も既知であるため、照射
電流量Ｉｂと加速電圧Ｖacとの対応関係も既知となる。

【００３８】したがって、電子銃制御ユニット２２で
は、電子銃２１の加速電圧Ｖacを制御することにより、
一次ビームの照射電流量Ｉｂを所望の値に設定すること
ができる。照射電流量Ｉｂの設定値に関する情報は、電
子銃制御ユニット２２からホストコンピュータ１４に対
して出力される。ちなみに照射電流量Ｉｂは、表１に示
されるように、後述する観察モード時と検査モード時と
で異なる値に設定される。

【表１】 一方、試料面１５ａにおける一次ビームの照射領域２１
Ａ（図４）の形状は、一次光学系２３のレンズ電圧を制
御することにより、任意の形状（矩形状や楕円形状など
の面状）整形される。図５には、照射領域２１Ａが矩形
状の例を示す。このように、本実施形態のＥＢ検査装置
１０では、上記のように調整された一次ビームを用い、
矩形状の照射領域２１Ａ内に位置する試料１５に対し
て、照射電流量Ｉｂで均一に照射することができる。

【００３９】ここで、ステージ２８を停止させている場
合（例えば観察モード）のドーズ量Ｄｏは、照射領域２
１Ａの面積Ｓ，一次ビームの照射時間Ｔとすると、次式
（１）で表される。つまりドーズ量Ｄｏは、照射電流量
Ｉｂと照射時間Ｔとに比例して増大する。 Ｄｏ ∝ Ｉｂ×Ｔ／Ｓ …… （１） また、ステージ２８を移動させている場合（例えば検査
モード）のドーズ量Ｄｖは、ステージ２８の移動速度Ｖ
(≠０)を用いると、次式（２）で表される。つまりドー
ズ量Ｄｖは、照射電流量Ｉｂに比例し、ステージの移動
速度Ｖに逆比例して増大する。

【００４０】 Ｄｖ ∝ Ｉｂ／Ｖ／Ｓ …… （２） しかし、試料１５にとって許容できるドーズ量には限界
があり、このドーズ量の許容範囲を超えるまで一次ビー
ムが照射されると、試料１５にコンタミネーションやチ
ャージアップが生じたり、最悪の場合には試料１５が破
壊することもある。

【００４１】このため、試料１５のドーズ量の許容範囲
に関するデータが、試料１５の種類ごとに予め定めら
れ、ホストコンピュータ１４の記憶部に格納されてい
る。このドーズ量の許容範囲に関するデータは、後述す
る試料保護機構で利用される。なお、一次ビームの照射
領域２１Ａ（図５）のＸＹ位置は、一次偏向器２４への
印加電圧を制御して一次ビームの軌道を偏向させる（図
６）ことにより、試料面１５ａ上を移動させることがで
きる。

【００４２】また、一次偏向器２４への印加電圧の制御
により、一次ビームの軌道を大きく偏向させ、一次ビー
ムがアパーチャ２５の開口部を通過できないようにする
こともできる。このときの一次偏向器２４への印加電圧
を「ブランキング電圧」という。 〔二次ビーム〕試料１５に一次ビームが照射されると、
その照射領域２１Ａ内の試料１５から、二次電子、反射
電子、または後方散乱電子のうち、少なくとも１種から
なる二次ビームが発生する。この二次ビームは、照射領
域２１Ａの二次元画像情報を有する。なお、上記のよう
に一次ビームが試料面１５ａに対して垂直に照射された
ので、二次ビームは影のない鮮明な像を有することにな
る。

【００４３】ここで、試料１５を載置するステージ２８
にはリターディング電圧Ｖｒが印加されているため、試
料１５とカソードレンズ３１の電極３１ａとの間には、
二次ビームに対して正の電界が形成される。したがっ
て、試料１５から発生した二次ビームは、カソードレン
ズ３１に向けて加速される。そして、二次ビームは、カ
ソードレンズ３１によって集束作用を受け、ニューメニ
カルアパーチャ３２を通過すると共に、ウィーンフィル
タ３３の偏向作用も受けずにそのまま直進し、第２レン
ズ３４を介してフィールドアパーチャ３５の開口部に結
像する。

【００４４】このように、試料１５から発生した二次ビ
ームの１回目の結像を、カソードレンズ３１と第２レン
ズ３４とで協同して行うことにより、レンズ収差の発生
を抑えることができる。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
のエネルギー帯を持つ電子（例えば二次電子、反射電
子、または後方散乱電子）のみを選択して通過させるこ
とができる。

【００４５】そして、フィールドアパーチャ３５を通過
した二次ビームは、後段に配置された第３レンズ３６と
第４レンズ３７とによって集束や発散を繰り返し、二次
偏向器３８を通過して、検出器３９の検出面に再結像さ
れる。このときの結像回数は、第３レンズ３６と第４レ
ンズ３７とにより１回ずつ（合計２回）でも良いし、第
３レンズ３６と第４レンズ３７との協同による１回でも
よい。

【００４６】何れにしても、フィールドアパーチャ３５
の開口部に得られた照射領域２１Ａの中間像は、第３レ
ンズ３６，第４レンズ３７を介して検出器３９の検出面
に拡大投影される。さらに、検出器３９の検出面に再結
像した二次ビームは、検出器３９内のＭＣＰ４３を通過
する際に加速増倍され、蛍光板４４で光に変換される。
そして、蛍光板４４からの光は、光学リレーレンズ４７
を介してＴＤＩセンサ４５の撮像面に結像する。

【００４７】すなわち、検出器３９の検出面に拡大投影
された照射領域２１Ａの二次元像は、蛍光板４４におい
て光学像に変換されたのち、光学リレーレンズ４７を介
してＴＤＩセンサ４５の撮像面に投影される。このＴＤ
Ｉセンサ４５の撮像面に投影された照射領域２１Ａの像
を以下「試料像４５Ａ」という。なお、試料像４５Ａの
投影位置は、二次偏向器３８への印加電圧を制御して二
次ビームの軌道を偏向させる（図７）ことにより、ＴＤ
Ｉセンサ４５の撮像面上を移動させることができる（図
８(ａ)〜(ｃ)）。

【００４８】ここで、試料像４５Ａの投影位置と二次偏
向器３８への印加電圧との対応関係は既知である。この
ため、二次偏向器制御ユニット４２では、二次偏向器３
８への印加電圧を制御することにより、ＴＤＩセンサ４
５の撮像面の所望の位置に試料像４５Ａを投影させた
り、試料像４５Ａを所望の速度で移動させたりすること
ができる。このような二次偏向器３８による試料像４５
Ａの移動は、後述する観察モード時に利用される。

【００４９】さらに、試料像４５Ａの投影位置は、ステ
ージ２８を移動させることにより照射領域２１Ａ（図
５）に対する試料１５の位置を変化させても、ＴＤＩセ
ンサ４５の撮像面上を移動させることができる（図９
(ａ)〜(ｃ)）。この場合、ステージ制御ユニット２９で
は、ステージ２８のＸＹ位置および移動速度を制御する
ことにより、ＴＤＩセンサ４５の撮像面の所望の位置に
試料像４５Ａを投影させたり、試料像４５Ａを所望の速
度で移動させたりすることができる。このようなステー
ジ２８による試料像４５Ａの移動は、後述する検査モー
ド時に利用される。

【００５０】さて、ＴＤＩセンサ４５の撮像面に投影さ
れた試料像４５Ａは、ＴＤＩセンサ４５の撮像面を構成
する複数の受光画素（図１０）各々にて信号電荷に変換
される。そして、各受光画素の信号電荷は、画像処理ユ
ニット４６から入力される駆動パルスに応じて垂直方向
および水平方向に順次転送され、画像処理ユニット４６
に出力される。

【００５１】なお、信号電荷を水平転送および垂直転送
する際のレートは、表２に示されるように、後述する観
察モード時と検査モード時とで異なる値に設定される。

【表２】 また、信号電荷の垂直転送は、上記した試料像４５Ａの
移動（図８(ａ)〜(ｃ)または図９(ａ)〜(ｃ)参照）に同
期しながら、水平ライン４５-1〜４５-Nごとに行われ
る。このため、ＴＤＩセンサ４５の各水平ライン４５-1
〜４５-Nに蓄積された信号電荷は、垂直方向に隣接する
水平ラインに転送される度に積算される。

【００５２】画像処理ユニット４６は、ＴＤＩセンサ４
５からの出力信号をＡ／Ｄ変換して内部のＶＲＡＭに格
納し、試料１５の画像情報を生成してホストコンピュー
タ１４に出力する。ホストコンピュータ１４は、画像処
理ユニット４６から出力される画像情報に基づいて、Ｃ
ＲＴ１６に画像を表示させる。

【００５３】ここで、本実施形態と請求項との対応関係
を示しておく。請求項の「照射手段」は本実施形態の電
子銃２１，電子銃制御ユニット２２，一次光学系２３，
一次コラム制御ユニット２７に対応し、「移動手段」は
ステージ２８，ステージ制御ユニット２９に対応し、
「測定手段」は電子銃制御ユニット２２，ステージ制御
ユニット２９，ホストコンピュータ１４に対応し、「判
断手段」はホストコンピュータ１４に対応し、「制御手
段」は一次偏向器２４，アパーチャ２５，一次偏向器制
御ユニット２７，ホストコンピュータ１４に対応する。

【００５４】次に、上記のように構成されたＥＢ検査装
置１０の動作について説明する。ＥＢ検査装置１０の動
作には、ステージ２８を停止させた状態で試料１５の画
像を取得する観察モードと、ステージ２８を移動させな
がら高速に試料１５の画像を取得する検査モードとがあ
る。何れのモードにおいても、ＥＢ検査装置１０では、
ＴＤＩセンサ４５の１つの受光画素に対応する試料１５
でのサイズが０．１μｍとなるように調整されている。

【００５５】まず、観察モードについて説明する。観察
モードにおいて、ステージ制御ユニット２９は、ステー
ジ２８をＸＹ方向に駆動し、試料１５の中の観察したい
領域（例えば欠陥箇所を含む領域）を一次ビームの照射
領域２１Ａ内に位置決めする。位置決め後、ステージ２
８は停止される。

【００５６】また、電子銃制御ユニット２２は、電子銃
２１の加速電圧Ｖacを制御し、一次ビームの照射電流量
Ｉｂを62.5nA（表１参照）に設定する。さらに、画像処
理ユニット４６は、ホストコンピュータ１４からの観察
用タイミング信号に基づいて、ＴＤＩセンサ４５に対し
駆動パルスを供給する。その結果、ＴＤＩセンサ４５の
各受光画素にて変換された試料像４５Ａの信号電荷は、
実効データレート2.29E+07Hz/pix，ラインレート11175H
z/line（表２参照）で順次転送される。

【００５７】一方、二次偏向器制御ユニット４２は、ホ
ストコンピュータ１４からの観察用タイミング信号に基
づいて、二次偏向器３８への印加電圧を制御する。その
結果、ＴＤＩセンサ４５の撮像面に投影された試料像４
５Ａは、上記のラインレート（11175Hz/line）に応じた
一定速度で垂直方向に移動する（図８(ａ)〜(ｃ)）。こ
のように、ＴＤＩセンサ４５における試料像４５Ａの移
動と信号電荷の垂直転送とを同期させることで、試料像
４５Ａの信号電荷は積算されて画像処理ユニット４６に
出力される（試料画像）。

【００５８】この観察モードによれば、試料１５の中の
観察したい領域（例えば欠陥箇所を含む領域）の画像を
常時ＣＲＴ１６に表示させることができる。また、この
観察モードによれば、所定のテストパターンを撮像する
ことで、一次光学系２３や二次光学系（３１〜３７）の
フォーカス調整、収差調整、検出器３９における輝度調
整など、装置調整を行うこともできる。

【００５９】次に、検査モードにおける試料画像の取得
動作について説明する。検査モードにおいて、電子銃制
御ユニット２２は、電子銃２１の加速電圧Ｖacを制御
し、一次ビームの照射電流量Ｉｂを250nA（表１参照）
に設定する。また、画像処理ユニット４６は、ホストコ
ンピュータ１４からの検査用タイミング信号に基づい
て、ＴＤＩセンサ４５に対し駆動パルスを供給する。そ
の結果、ＴＤＩセンサ４５の各受光画素にて変換された
試料像４５Ａの信号電荷は、実効データレート9.15E+07
Hz/pix，ラインレート44700Hz/line（表２参照）で順次
転送される。

【００６０】一方、ステージ制御ユニット２９は、ホス
トコンピュータ１４からの検査用タイミング信号に基づ
いて、ステージ２８を高速移動させる。その結果、ＴＤ
Ｉセンサ４５の撮像面に投影された試料像４５Ａは、上
記のラインレート（44700Hz/line）に応じた一定速度で
垂直方向に高速移動する（図９(ａ)〜(ｃ)）。このよう
に、ＴＤＩセンサ４５における試料像４５Ａの移動と信
号電荷の垂直転送とを同期させることで、試料像４５Ａ
の信号電荷は積算されて画像処理ユニット４６に出力さ
れる。

【００６１】この検査モードによれば、ステージ２８を
高速移動させながら試料画像の撮像動作を実行するの
で、試料面１５ａの比較的広い領域または全体から連続
的にかつ短時間で試料画像を取り込むことができる。ス
テージ２８を高速移動させているため、ステージ２８の
速度変動や機械的振動に起因する試料像４５Ａの微小な
位置ずれ（１μｍ以下）が発生する可能性もあるが、試
料像４５Ａの位置ずれは、二次偏向器３６に位置補正用
電圧を供給することにより補正できる。

【００６２】なお、検査モードでの試料画像の取得が完
了すると、ホストコンピュータ１４は、画像情報に対し
てテンプレートマッチング等を実行することで、試料１
５の欠陥箇所を特定することができる。さて次に、本実
施形態のＥＢ検査装置１０の特徴点について説明する。
上記したＥＢ検査装置１０の検査モードでは、検査速度
を速くするため、ステージ２８の移動速度を速くすると
共に、ＴＤＩセンサ４５における信号電荷の転送レート
（表２参照）も速く設定していた。そして、移動速度お
よび転送レートを速くした分だけ、一次ビームの照射電
流量Ｉｂ（表１参照）も強く設定していた。

【００６３】すなわち、上記の検査モードは、ステージ
２８を連続的に高速移動させながら、かつ大電流ビーム
を試料面１５ａ上に連続照射させることにより、高速検
査を行うものであった。したがって、上記の高速検査中
に、何らかの原因でステージ２８が止まったり移動速度
が遅くなったりすると、大電流ビームが試料面の同一箇
所またはその近傍に当たり続け、ドーズ量が急激に増大
してしまう（前述の式（１），（２）参照）。

【００６４】しかし、試料１５にとって許容できるドー
ズ量には限界があり、このドーズ量の許容範囲を超える
まで一次ビームが照射されると、試料１５にコンタミネ
ーションやチャージアップが生じたり、最悪の場合には
試料１５が破壊する可能性もある。そこで、本実施形態
のＥＢ検査装置１０には、試料１５を保護するための試
料保護機構が組み込まれている。

【００６５】次に、ＥＢ検査装置１０に組み込まれた試
料保護機構について、図１１(ａ)，(ｂ)のフローチャー
トを用いて説明する。ホストコンピュータ１４は、外部
から入力される検査モードの指令を受け取ると（Ｓ１
０）、検査対象の試料１５に関するドーズ量の許容範囲
データを記憶部から取得する（Ｓ１１）。

【００６６】次いでホストコンピュータ１４は、ステー
ジ制御ユニット２９から入力されるステージ２８の移動
速度Ｖに関する信号を取得し、この移動速度Ｖと一次ビ
ームの照射電流量Ｉｂと照射領域２１Ａの面積Ｓとに基
づいて（式（２）参照）、試料１５への実際のドーズ量
Ｄｖを算出する（Ｓ１２）。そして、ホストコンピュー
タ１４は、Ｓ１１で取得したドーズ量の許容範囲データ
と、Ｓ１２で算出した実際のドーズ量Ｄｖとを比較し
（Ｓ１３）、実際のドーズ量Ｄｖの方が小さければ、Ｓ
１２に戻って処理を繰り返す。

【００６７】したがって、実際のドーズ量Ｄｖが許容範
囲データよりも小さい限り、上述した検査モードにおけ
る試料画像の取得動作が連続して行われる。一方、ホス
トコンピュータ１４は、Ｓ１２で算出した実際のドーズ
量Ｄｖが許容範囲データよりも大きくなると、現在行わ
れている検査モードが異常であると判断し、一次偏向器
制御ユニット２７に対して異常通知を出力する（Ｓ１
４）。

【００６８】一次偏向器制御ユニット２７は、ホストコ
ンピュータ１４からの異常通知を受け取ると（Ｓ２
１）、一次偏向器２４に対してブランキング電圧を印加
し、図６に示されるように一次ビームの軌道を大きく偏
向させて、アパーチャ２５の開口部を通過できないよう
にする（Ｓ２２）。

【００６９】その結果、試料１５に大電流の一次ビーム
が照射されない状態となる。したがって、試料１５にコ
ンタミネーションやチャージアップが生じたり、試料１
５が破壊するといった最悪の事態を回避することができ
る。なお、上記した実施形態では、ホストコンピュータ
１４からの異常通知を一次偏向器制御ユニット２７に出
力し、一次偏向器２４により一次ビームをブランキング
する例を説明したが、本発明はこの構成に限定されな
い。

【００７０】例えば、ホストコンピュータ１４からの異
常通知を電子銃制御ユニット２２に出力し、電子銃２１
の電源をオフにすることによって電子銃２１の電子放出
を停止させても良い。また、アパーチャ２５の位置を一
次ビームの軌道に交差する面内で移動させる駆動機構を
設けた場合には、この駆動機構に上記の異常通知を出力
してアパーチャ２５を移動させ、その板部分（開口部以
外の箇所）によって一次ビームの軌道を遮断させても、
一次ビームをブランキングできる。勿論、一次ビームの
軌道を遮断する専用のシャッター機構を設けてもよい。

【００７１】また、一次ビームの軌道上に、一次偏向器
２４以外の偏向器やアパーチャ２５以外のアパーチャが
配置されている場合には、これら他の偏向器やアパーチ
ャを用いて、上記と同様のブランキング制御などを行っ
ても良い。さらに、上記した実施形態では、ホストコン
ピュータ１４からの異常通知によって一次ビームを完全
に遮断し、一次ビームが試料１５に照射されない状態と
する例を説明したが、一次ビームの照射を制御し、一次
ビームの電流密度（＝照射電流量Ｉｂ／（照射領域２１
Ａの面積Ｓ））を下げることでも、ドーズ量の急激な増
大を防止できる（請求項８に対応）。

【００７２】具体的には、一次偏向器２４を用いて一次
ビームの軌道を高速かつ広範囲で偏向させ、試料面１５
ａ上での照射領域２１Ａが同じ箇所に留まらないように
する方法がある。

【００７３】また、一次光学系２３を用いて一次ビーム
の断面を拡大することにより、照射領域２１Ａの面積Ｓ
を広げる方法でも、一次ビームの電流密度を下げ、ドー
ズ量の急激な増大を防止できる（請求項９に対応）。さ
らに、電子銃２１の加速電圧Ｖacを制御して一次ビーム
の出射電流量Ｉａを下げる方法でも、同様に、ドーズ量
の増大を防止できる。

【００７４】また、上記した実施形態では、ステージ制
御ユニット２９によって検出されたステージ２８の移動
速度に基づいて、実際のドーズ量Ｄｖを算出する例を説
明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、
試料１５のドーズ量が増大すると試料１５から発生する
二次ビームの量も増大するので、二次ビームの発生量を
検出すると共に、二次ビームの発生量と試料１５のドー
ズ量との対応関係を利用することによって、実際のドー
ズ量Ｄｖを検知することもできる（請求項４に対応）。

【００７５】ちなみに二次ビームの発生量の検出は、二
次ビームの軌道の周りに検出用コイルを配置することで
可能となる。また、検出器３９を構成する蛍光板４４に
は所定の電圧が印加されており、二次ビームの衝突によ
って電流が流れるため、この蛍光板４４を流れる電流に
基づいて、二次ビームの発生量を検出することもでき
る。

【００７６】さらに、試料１５のドーズ量が増大すると
試料画像が明るくなりコントラスト比が低下するため、
試料画像のコントラスト比を検出すると共に、このコン
トラスト比と試料１５のドーズ量との対応関係を利用す
ることによって、実際のドーズ量Ｄｖを検知することも
できる（請求項６に対応）。ちなみに試料画像のコント
ラスト比の検出は、画像処理ユニット４２内のメモリに
格納された各受光画素の濃度値の平均値と、予め定めた
濃度値のしきい値との比較により可能となる。

【００７７】また、上記した実施形態では、ホストコン
ピュータ１４の記憶部に、試料１５のドーズ量の許容範
囲データを格納しておき、この許容範囲データと実際の
ドーズ量Ｄｖとを比較することにより検査モードが異常
か否かを判断する例を説明したが、本発明はこの構成に
限らない。例えば、試料１５のドーズ量の許容範囲デー
タに基づいて、予め、ステージ２８の移動速度の許容範
囲データを算出しておき、この移動速度の許容範囲デー
タをホストコンピュータ１４の記憶部に格納してもよ
い。この場合、ステージ２８の移動速度の許容範囲デー
タと、実際のステージ２８の移動速度とを比較すること
で、検査モードの異常を判断することができる（請求項
３に対応）。

【００７８】同様に、試料１５のドーズ量の許容範囲デ
ータに基づいて、予め、二次ビームの発生量の許容範囲
データを算出しておき、この二次ビームの発生量の許容
範囲データをホストコンピュータ１４の記憶部に格納し
てもよい。この場合、二次ビームの発生量の許容範囲デ
ータと、実際の二次ビームの発生量とを比較すること
で、検査モードの異常を判断することができる（請求項
５に対応）。

【００７９】さらに、試料１５のドーズ量の許容範囲デ
ータに基づいて、予め、画像情報のコントラスト比の許
容範囲データを算出しておき、このコントラスト比の許
容範囲データをホストコンピュータ１４の記憶部に格納
してもよい。この場合、画像情報のコントラスト比の許
容範囲データと、実際の画像情報のコントラスト比とを
比較することで、検査モードの異常を判断することがで
きる（請求項７に対応）。

【００８０】また、上記した実施形態では、検査モード
における試料画像の取得中に一次ビームを偏向させない
（照射領域２１Ａを移動させない）例を説明したが、一
次ビームを偏向させながら（照射領域２１Ａを移動させ
ながら）試料画像を取得する場合にも、本発明は適用可
能である。さらに、上記した実施形態では、面状に整形
した一次ビームを用いて検査する装置を例に説明した
が、スポット状に絞り込んだ一次ビームを用いて検査す
る場合にも、本発明は適用できる。

【００８１】すなわち本発明は、ＳＥＭを含め、一次ビ
ームと試料とを相対移動させながら試料画像を取得する
構成のものであれば、何れにも適用できる。また、上述
した実施形態では、一次コラム１１の電子光学系（一次
光学系２３）と二次コラム１２の電子光学系（第２レン
ズなど）とを、ウィーンフィルタ３３で接合する例を挙
げたが、独立に構成したものについても本発明の検査方
法を適用できる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
９に記載の電子ビーム装置によれば、試料と電子ビーム
とを相対移動させながら、試料に対して電子ビームを照
射するに当たり、上記相対移動の停止や低速化によるド
ーズ量の急激な増大を防止し、試料を保護することがで
きるので、大電流ビームを用いた高速処理（特に高速検
査）に対する信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のＥＢ検査装置１０の全体構成を示
す図である。

【図２】一次光学系２３の構成を示す図である。

【図３】一次偏向器２４，二次偏向器３８の構成を示す
図である。

【図４】一次ビームおよび二次ビームの軌道を示す図で
ある。

【図５】一次ビームの照射領域２１Ａを説明する図であ
る。

【図６】一次偏向器２４による一次ビームの偏向を説明
する図である。

【図７】二次偏向器３８による二次ビームの偏向を説明
する図である。

【図８】二次偏向器３８による試料像４５Ａの移動を説
明する図である。

【図９】ステージ２８による試料像４５Ａの移動を説明
する図である。

【図１０】ＴＤＩセンサ４５を説明する図である。

【図１１】試料保護機構を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ ＥＢ検査装置 １１ 一次コラム １２ 二次コラム １３ チャンバー １４ ホストコンピュータ １５ 試料 １６ ＣＲＴ ２１ 電子銃 ２２ 電子銃制御ユニット ２３ 一次光学系 ２４ 一次偏向器 ２５ アパーチャ ２６ 一次コラムユニット ２７ 一次偏向器制御ユニット ２８ ステージ ２９ ステージ制御ユニット 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 二次偏向器 ３９ 検出器 ４１ 二次コラム制御ユニット ４２ 二次偏向器制御ユニット ４３ ＭＣＰ ４４ 蛍光板 ４５ ＴＤＩセンサ ４６ 画像処理ユニット ４７ 光学リレーレンズ ４８ ビューポート

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対して電子ビームを照射する照射
   手段と、 前記照射手段による電子ビームの照射位置と前記試料の
   位置とを相対移動させる移動手段と、 前記照射手段および前記移動手段の動作時、前記試料に
   照射される電子ビームのドーズ量を測定する測定手段
   と、 前記測定手段による測定の結果得られたドーズ量が、前
   記試料ごとに予め定められたドーズ量の許容範囲外とな
   った場合に、前記動作が異常であると判断する判断手段
   と、 前記判断手段によって前記動作が異常であると判断され
   たときに、前記電子ビームのドーズ量を前記許容範囲内
   に戻す制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする
   電子ビーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記測定手段は、前記試料に照射される電子ビームの電
   流量と前記移動手段による相対移動の速度とに基づい
   て、前記ドーズ量の測定を行うことを特徴とする電子ビ
   ーム装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記判断手段は、前記測定手段による測定時の前記相対
   移動の速度が、前記ドーズ量の許容範囲に応じて予め定
   められた前記相対移動の速度の許容範囲外となった場合
   に、前記動作が異常であるとの判断を行うことを特徴と
   する電子ビーム装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記測定手段は、前記試料から発生する二次ビームの量
   に基づいて、前記ドーズ量の測定を行うことを特徴とす
   る電子ビーム装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記判断手段は、前記測定手段による測定時に発生した
   前記二次ビームの量が、前記ドーズ量の許容範囲に応じ
   て予め定められた前記二次ビームの発生量の許容範囲外
   となった場合に、前記動作が異常であるとの判断を行う
   ことを特徴とする電子ビーム装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記試料から発生する二次ビームに基づいて前記試料の
   画像情報を取り込む画像取込手段を備え、 前記測定手段は、前記画像取込手段によって取り込まれ
   た前記画像情報のコントラスト比に基づいて、前記ドー
   ズ量の測定を行うことを特徴とする電子ビーム装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記判断手段は、前記測定手段による測定時に取り込ま
   れた前記画像情報のコントラスト比が、前記ドーズ量の
   許容範囲に応じて予め定められた前記画像情報のコント
   ラスト比の許容範囲外となった場合に、前記動作が異常
   であるとの判断を行うことを特徴とする電子ビーム装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７の何れか１項に記
   載の電子ビーム装置において、 前記判断手段による前記動作が異常であるとの判断が所
   定時間以上続いたときに、前記照射手段による電子ビー
   ムの照射を制御する照射制御手段を備えたことを特徴と
   する電子ビーム装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記照射制御手段は、前記照射手段によって前記試料に
   照射される電子ビームの領域を拡大制御することを特徴
   とする電子ビーム装置。