JP2009129746A - 検査装置及び偏向制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム偏向制御回路の構成素子で発生する偏向回路雑音による電子ビーム照射位置のずれによる二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させたＳＥＭ式検査装置を提供することにある。
【解決手段】電子ビームを用いた検査装置において、電子ビーム偏向制御回路は、電子ビーム走査方向成分の信号を生成する第一の偏向回路部と、被検査試料の移動方向成分の信号を生成する第二の偏向回路部を備え、前記第一及び第二の偏向回路部の偏向回路特性を独立に設定する設定手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、微細パターンを有する半導体装置、基板、ホトマスク（露光マスク）、液晶などの製造装置、検査装置に関する。特に本発明は電子ビームを用いて微細パターンを検査するＳＥＭ式等の検査装置に関する。

検査装置の関する従来技術としては、特許文献１（特開平５−２５８７０３号公報）が知られている。該特許文献１には、通常のＳＥＭの１００倍以上（１０ｎＡ以上）の電子ビーム電流を基板（半導体ウエハ）に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過電子のいずれかを検出し、その検出信号から得られる画像により欠陥を検出する方法が記載されている。さらに、特許文献１の中においてビーム偏向器は２０極プレート２段で構成され、ビーム偏向制御回路は偏向波形発生部と、高電圧で低雑音の増幅アンプとにより構成し、±１８０Ｖのランプ波形を発生すると記載されている。

特開平５−２５８７０３号公報

また、従来のビーム偏向制御回路の構成を図１０に示す。従来のビーム偏向制御回路１００は、偏向波形生成部１１０Ｘ、増幅部１１１Ｘとで構成する第一の偏向回路部１０１Ｘと、偏向波形生成部１１０Ｙ、増幅部１１１Ｙとで構成する第二の偏向回路部１０１Ｙと、加算部１２１及び出力ドライバ１２２で構成する偏向出力部１２０とで構成される。そして、Ｘ方向に電子ビームを走査、Ｙ方向に試料台が連続的に移動して被検査試料を検査する場合、Ｘ方向の電子ビーム走査に必要な電圧成分を第一の偏向回路部１０１Ｘで、Ｙ方向の被検査試料の移動量に追従する電圧成分を第一第二の偏向回路部１０１Ｙで出力する。ここで、Ｘ方向，Ｙ方向としてビーム走査方向、ウェハの送り方向が上記と逆転する場合には、第一の偏向回路部１０１Ｘと第二の偏向回路部１０１Ｙの役割も逆転することになる。

検査動作は、制御部７８からの制御信号１２Ｘ，１２Ｙによって偏向波形生成部１１０Ｘ、偏向波形生成部１１０Ｙが図９に図示するようなランプ波形を生成する。偏向波形生成部１１０Ｘ，１１０Ｙで生成された両ランプ波形は、増幅部１１１Ｘ，１１１Ｙでそれぞれ増幅されて信号１０２Ｘ，１０２Ｙとなる。偏向出力部１２０の加算部１２１で１０２Ｘ，１０２Ｙの波形が加算された後に、出力ドライバ１２２で増幅して多極偏向電極６に印加される。

従って、従来のビーム偏向制御回路１００では、偏向波形生成部１１０Ｘ，１１０Ｙが、検査条件によって変化する制御信号１２Ｘ，１２Ｙに応じた振幅の波形を出力し、同一回路、同一増幅度で構成された増幅部１１１Ｘ，１１１Ｙで増幅する。このため、第一及び第二の偏向回路部１０１Ｘ，１０１Ｙは、両者とも同一の増幅度、同一の回路帯域であるため、出力信号１０２Ｘ，１０２Ｙの偏向回路雑音は、検査条件によらず一定であった。

ところで、ＳＥＭ式検査装置において、画質向上と欠陥検出感度を向上させるためには、電子ビーム照射によって得られる二次元画像の画素ずれ量の低減が必要である。

しかしながら、上記従来の電子ビーム照射位置を制御するためのビーム偏向制御回路では、該ビーム偏向制御回路の構成素子で発生する偏向回路雑音が検査領域といった検査条件によらず一定であったため、被検査試料における電子ビーム照射位置のずれが生じ、その結果該電子ビーム照射の位置ずれが、二次元画像化したときの画素ずれとなり、検査装置において検査精度を劣化させるという課題を有していた。

また、上記偏向回路雑音はランダムな雑音であるため、同じ検査ラインまたは同じ検査領域を何度か繰り返し走査して、平均化することで画素ずれ量を低減する方法も用いられるが、この方法では、同じ検査ラインまたは同じ検査領域を繰り返し走査するために検査時間が増大してしまうという課題がある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、ビーム偏向制御回路の構成素子で発生する偏向回路雑音による電子ビーム照射位置のずれによる二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させたＳＥＭ式等の検査装置及び検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電子ビームを発生させる電子源と、該電子源から発生した前記電子ビームを被検査試料に照射する照射手段と、前記被検査試料を保持及び移動する手段と、前記被検査試料上の電子ビーム照射位置を走査制御する電子ビーム偏向制御回路と、前記電子ビーム照射により前記被検査試料から発生する二次電子、反射電子、透過電子、吸収電子雑音の何れかを検出信号として検出する検出手段と、前記検出手段より得られる検出信号を画像に変換し、前記被検査試料の欠陥検査を行う欠陥検査手段を備えた検査装置において、前記電子ビーム偏向制御回路は、電子ビーム走査方向成分の信号を生成する第一の偏向回路部と、前記被検査試料の移動方向成分の信号を生成する第二の偏向回路部とを備え、前記第一及び第二の偏向回路部の偏向回路特性を独立に設定する設定手段を備えたことを特徴とする検査装置及び検査方法である。

また、本発明は、前記検査装置及び検査方法において、前記設定手段は、前記被検査試料の前記電子ビーム走査方向と前記被検査試料の移動方向とに応じて、前記第一及び第二の偏向回路部の偏向回路特性を可変に設定できるように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記検査装置及び検査方法において、前記第一の偏向回路部は、第一の波形生成部と増幅度の切替可能な第一の可変増幅部と出力周波数帯域の切替可能な第一の可変フィルタとを備えて構成し、前記第二の偏向回路部は、第二の波形生成部と増幅度の切替可能な第二の可変増幅部と出力周波数帯域の切替可能な第二の可変フィルタとを備えて構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記検査装置及び検査方法において、前記第一の偏向回路部は、第一の波形生成部と減衰度の切替可能な第一の可変減衰部と出力周波数帯域の切替可能な第一の可変フィルタとを備えて構成し、前記第二の偏向回路部は、第二の波形生成部と減衰度の切替可能な第二の可変減衰部と出力周波数帯域の切替可能な第二の可変フィルタとを備えて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ビーム偏向制御回路の構成素子で発生する偏向回路雑音による電子ビーム照射位置のずれによる二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させることが可能となる。

本発明に係るＳＥＭ技術を応用した検査装置（以下、ＳＥＭ式検査装置と称す。）の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係るＳＥＭ式検査装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、図１は、本発明係るＳＥＭ式検査装置概要を説明するために構成の一例を示したものであり、図１の構成に限定されるものではない。図１に示すＸ，Ｙの座標は、図示する横方向をＸ方向、図示する縦方向をＹ方向と定義するものであり、以下、Ｘ，Ｙの座標に従って説明する。本発明に係る検査装置では、図２に示す半導体ウェハ６７の検査領域５０は、図３に示すように、例えば図示するＸ方向に電子ビームを走査し、図示するＹ方向にウェハが連続的に移動する検査の場合、検査ラインあたりｎ画素、ｍ検査ラインのｎ×ｍ画素の領域を検査する。１画素あたりの大きさや検査画素の量は、検査対象とするウェハのプロセスや製造工程により変化し、例えば１画素あたりの大きさが１００ｎｍ、４０９６画素×４０９６画素という領域を検査する。このように、ホストコンピュータ７９には、被検査試料（半導体ウエハ）６７の検査領域５０が例えば１００×１００といった画素と呼ばれる大きさで設定され、更に画像作成のための検査領域として、例えば４０９６×４０９６画素（＝４０９．６μｍ×４０９．６μｍ）が設定される。ホストコンピュータ７９には、その他、検査に必要な種々の条件（電子ビーム量やウェハの送り方向など）も設定される。条件等の設定は、予めホストコンピュータ７９に保存されている場合もある。これらの画素や検査領域などの検査条件は、検査したい欠陥の大きさや各製造工程、半導体プロセス等によって決定される。

制御部７８は、検査したい欠陥の大きさや各製造工程、半導体プロセス等によって決定されるホストコンピュータ７９からの画素や検査領域などの検査条件に応じた信号を受け、電子銃６１、画像処理部７３、ブランキング偏向制御回路７４、ビーム偏向制御回路８０、ＥｘＢ偏向制御回路７５、対物レンズ電源７６、試料台６８の制御を行う。電子光学部７７を制御する制御部７８から制御信号を受けた電子銃６１は、電子ビーム（一次ビーム）６２を出力する。電子光学系７７において、電子銃６１より出射された電子ビーム６２は、該電子ビームを被検査試料（半導体ウエハ）６７に照射するため、ブランキング偏向器６３、スリット６４、多極の偏向電極６、ＥｘＢ偏向器６５、対物レンズ６６を通って試料台６８上の被検査試料６７に焦点を結んで照射される。電子ビーム６２が照射されると、半導体ウエハ６７からは二次電子６９が発生する。二次電子６９は、ＥｘＢ偏向器６５により偏向され、検出器７０で検出される。

ここで、例えば被検査試料６７を、試料台６８を図示するＹ方向へ連続的に移動させながら、電子ビーム６２を、被検査試料６７上で図示するＸ方向に繰返し走査するようにビーム偏向制御回路８０器４を動作させて、前記繰返し走査に同期して半導体ウエハ６７から発生する二次電子６９を検出器７０で検出することで、被検査試料６７の検査対象領域一面の画像（二次元の電子ビーム画像）が画像処理部７３によって生成される。また、試料台６８をＸ方向へ移動して検査する場合は、電子ビーム６２が半導体ウエハ６７上をＹ方向に繰返し走査するように制御を行う。

そして、検出器７０で検出された信号は、プリアンプ７１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７２によってデジタル信号に変換される。画像処理部７３は、上記のように得られた取得画像（検査画像）と、予め被検査試料６７の同一パターンを持つ別検査領域や、マスクなどの設計データなどから作成された比較画像（基準となる参照画像）との比較や差分演算処理等を行って差分画像を生成する。そして、画像処理部７３は、同差分画像内にある欠陥を検出し、その検出結果や差分画像データを検査画像としてホストコンピュータ７９に送ることで被検査試料６７の検査が行われる。

ここで、試料台６８は、図示するＸ方向またはＹ方向の２方向に連続的に移動する場合について説明したが、試料台６８が物理的に回転し、図示するＸ方向またはＹ方向の一方向のみに連続的に移動するものでも構わなく、試料台６８の構成を限定するものではない。また、検出器７０は、被検査試料６７から発生する二次電子６９を検出するように構成したが、被検査試料６７から発生する反射電子、透過電子若しくは吸収電子を検出するように構成してもよい。

ところで、本発明に係るＳＥＭ式検査装置では、被検査試料上の電子ビーム照射位置を走査制御する電子ビーム偏向制御手段において、該ビーム偏向制御回路の構成素子で発生する偏向回路雑音（偏向回路ノイズ）による電子ビーム照射位置のずれによる二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させる必要である。

次に、本発明に係る被検査試料（半導体ウェハ）の検査と、構成素子で発生する偏向回路雑音（偏向回路ノイズ）による電子ビーム照射位置のずれによる、比較画像として二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させたビーム偏向制御回路８０の一実施の形態について図２及び図３を用いて説明する。

図２に図示する半導体ウェハ６７の検査領域５０は、図３に図示するように、例えば図示するＸ方向に電子ビームを走査し、図示するＹ方向にウェハが連続的に移動する検査の場合、検査ラインあたりｎ画素、ｍ検査ラインのｎ×ｍ画素の領域を検査する。１画素あたりの大きさや検査画素の量は、検査対象とするウェハのプロセスや製造工程により変化し、例えば１画素あたりの大きさが１００ｎｍ、４０９６画素×４０９６画素という領域を検査する。

図示する検査ライン（１）、検査ライン（２）といったビーム走査時（検査時）を考えたとき、図４のビーム偏向回路制御部８０では、例えば第一の偏向回路３０Ｘで検査ライン方向である４０９６画素分を走査するための振幅をもつランプ波形２１Ｘを、第二の偏向回路３０Ｙでは、ウェハが送られる１画素分の振幅をもつランプ波形２１Ｙを生成する。このビーム走査時（ランプ波の立ち上がり時）は、欠陥検出感度の向上のために、ビーム偏向制御回路８０での構成素子で発生する偏向回路雑音（偏向回路ノイズ）による低雑音性が求められる。

一方で、図３に図示する振り戻し時（非検査時）は、検査時間短縮のために高速の振り戻しが要求されるとともに、検査ライン開始画素での高精度位置設定が求められる。例えば、上記４０９６画素×４０９６画素の検査領域で、検査ライン開始位置で０．５画素までのずれを誤差として許容したとすると、ビーム偏向回路制御部８０の第一及び第二の偏向回路３０Ｘ、３０Ｙは、上述のように波形の振幅が異なるため、第一の偏向回路部３０Ｘでは振り戻し時間内に４０９６画素分の電圧から０．５画素分までの電圧（低下割合９９．９８％＝４０９５．５画素／４０９６画素）まで低下させ（立ち下がり）、第二の偏向回路部３０Ｙでは振り戻し時間内に１画素分の電圧から０．５画素分までの電圧（低下割合５０％＝０．５画素／１画素）に低下させる（立ち下がる）ランプ波形となる。一般に、単位時間（本実施の形態では、ビーム振り戻し時間）当たりの電圧変化量が大きい波形には、波形に偏向回路雑音として高周波成分が多く含まれ、逆に、単位時間時間当たりの電圧変化量が小さいときには、単位時間当たりの変化量が大きい波形よりも偏向回路雑音として低周波の成分が含まれる。より具体的には、例えば図１２に示す抵抗ＲとコンデンサＣの一次応答特性を例にとれば、振幅を１、時間をｔとしたときの出力の応答波形Ｖ（ｔ）は、Ｖ（ｔ）＝ｅｘｐ（−ｔ／ＣＲ）となる。この式から、上記の説明における第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙのランプ波形を例にとると、第一の偏向回路部３０Ｘでは低下割合９９．９８％（振幅１００％から振幅０．０２％）までの立ち下がり時間ｔ１はｔ１＝８．３１ＣＲであり、第二の偏向回路部３０Ｙでは低下割合５０％（振幅１００％から振幅５０％）までの立ち下がり時間ｔ２はｔ２＝０．６９ＣＲである。一方で、図１２の回路帯域ＢＷはＢＷ＝１／（２πＣＲ）であるから第一の偏向回路部３０ＸではＢＷ１＝１．３２／ｔ１、第二の偏向回路部３０ＹではＢＷ２＝０．１１／ｔ２の関係が成り立つ。ここで、仮に第一の偏向回路部３０Ｘでの必要な最大回路帯域ＢＷ１を１０ＭＨｚとすると、第一の偏向回路部３０Ｘでは立ち下がり時間ｔ１＝１３２ｎｓ（＝１．３２／１０ＭＨｚ）であり、第二の偏向回路部３０Ｙでも同じ立ち下がり時間ｔ１が検査では求められるため、ｔ１＝１３２ｎｓをｔ２に代入すると、ＢＷ２＝８３３．３ｋＨｚ（＝０．１１／１３２ｎｓ）となり、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙで必要な回路帯域ＢＷ１，ＢＷ２が異なる。このように、ビーム走査時（ランプ波の立ち上がり時）、振り戻し時（ランプ波の立ち下がり時）ともに、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの出力波形や求められる回路特性に差が生じることになる。

そこで、本発明は、上記特性差を利用して、被検査試料上の電子ビーム照射位置を走査制御するビーム偏向制御回路（電子ビーム偏向制御手段）８０を構成する第一の偏向回路部３０Ｘ及び第二の偏向回路部３０Ｙの偏向回路特性を、ホストコンピュータ７９に設定された検査条件に応じた制御部７８から得られる制御信号（１０Ｘ，１１Ｘ；１０Ｙ，１１Ｙ）に基づいてそれぞれ独立に設定可能とする設定手段（可変増幅部２Ｘ又は増幅部７Ｘ及び可変減衰部８Ｘ、並びに可変フィルタ３Ｘ；可変増幅部２Ｙ又は増幅部７Ｙ及び可変減衰部８Ｙ、並びに可変フィルタ３Ｙ）を備えることによって偏向回路雑音の低雑音化を図るものである。なお、上記の説明では、ランプ波の立ち上がりでビームを走査し、立ち下がりで振り戻す例を説明したが、図１１に示すようにランプ波の立ち下がりでビームを走査し、立ち上がりで振り戻すようにしても構わない。また、検査の一例として図３に示すビーム走査を示したが、ビーム走査の方法を限定するものではなく、他のビーム走査方法による検査でも構わない。

［第１の実施の形態］
まず、本発明に係るＳＥＭ式検査装置におけるビーム偏向制御回路８０の第１の実施の形態について図４乃至図７を用いて具体的に説明する。

図４は、本発明に係るビーム偏向制御回路（電子ビーム偏向制御手段）の第１の実施の形態を示す図である。即ち、本発明に係るビーム偏向制御回路の第１の実施の形態８０は、偏向波形生成部１Ｘ、可変増幅部２Ｘ、可変フィルタ３Ｘで構成される第一の偏向回路部３０Ｘと、偏向波形生成部１Ｙ、可変増幅部２Ｙ、可変フィルタ３Ｙで構成される第二の偏向回路部３０Ｙと、加算部３５と出力ドライバ４とで構成する偏向出力部５で構成される。

第一の偏向回路部３０Ｘと第二の偏向回路部３０Ｙは、図１に示すＸ，Ｙの各方向成分に対する信号３１Ｘ，３１Ｙをある一定割合で加算して出力する役割の回路であり、例えば図１に示すＸ方向に電子ビームを走査し、Ｙ方向に試料台６８を連続的に移動して被検査試料６７を検査する場合、Ｘ方向の電子ビーム走査に必要な電圧成分３１Ｘを第一の偏向回路部３０Ｘで、Ｙ方向の被検査試料６７の移動量に追従する電圧成分３１Ｙを第二の偏向回路部３０Ｙで出力する。ここで、Ｘ方向、Ｙ方向としてのビーム走査方向、ウェハ（被検査試料）の送り方向が上記と逆転する場合には、第一の偏向回路部３０Ｘと第二の偏向回路部３０Ｙの役割も逆転することになる。

検査動作は、制御部７８からの制御信号１２Ｘ，１２Ｙによって偏向波形生成部１Ｘ，１Ｙが図示するようなランプ波形１１Ｘ，１１Ｙを生成する。偏向波形生成部１Ｘ，１Ｙで生成された両ランプ波形１１Ｘ，１１Ｙは、ゲイン制御信号１０Ｘ，１０Ｙの夫々で増幅度が独立して設定された可変増幅部２Ｘ，２Ｙの夫々で信号２１Ｘ，２１Ｙに増幅され、さらにＬＰＦ制御信号１１Ｘ，１１Ｙの夫々で出力周波数帯域が独立に設定された可変フィルタ３Ｘ，３Ｙの夫々で偏向回路雑音が低減されて信号３１Ｘ，３１Ｙとなる。偏向出力部５の加算部３５で３１Ｘ，３１Ｙの波形が、多極偏向電極６の電極配置に対応させた成分で加算された後に、出力ドライバ４で増幅して多極偏向電極６の各電極に印加される。偏向電極６への印加信号は、図９に図示するように検査ライン（１）を走査する波形部分と、次の検査ライン（２）の始点まで振り戻す波形部分からなっており、この波形の繰り返しにより、図２に示すように被検査試料６７上の検査領域５０に電子ビームを照射する。そして、図１を用いて上記で説明したように、電子ビーム照射によって二次元の画像が生成され、画像処理部７３において生成された取得画像と参照画像とを比較して被検査試料６７の欠陥検査が行われる。

なお、図２の検査領域５０の検査において、検査ライン方向（Ｘ方向）のみに電子ビームを走査して、次の検査ラインまで振り戻すという検査を例に説明したが、これは電子ビームの走査方法の一例を説明したもので、これに限定するものではない。検査領域内の各検査ライン全てで電子ビーム走査が可能であればどのような方法でも良く、それに合わせて、図４に図示する偏向波形生成部１Ｘ，１Ｙの生成波形と、図９に図示する偏向電極６への印加波形との波形形状をランプ波形から変更してもよい。

ところで、本発明に係るビーム偏向制御回路８０の特徴とするところは、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの回路構成であり、具体的には、偏向波形生成部１Ｘ，１Ｙの次段増幅部の増幅度が可変できるゲイン可変増幅部２Ｘ，２Ｙとし、可変フィルタ３Ｘ，３Ｙを接続する構成としたことである。

偏向回路雑音（偏向回路ノイズ）は、雑音源となる回路構成部品の入力端子換算雑音が、回路増幅部の増幅度Ａと、ほぼ回路出力帯域ＢＷの平方根に比例して増倍出力される。さらに、上記偏向回路雑音に起因する比較画像での画素ずれ量には、ビーム走査方向とウェハ送り方向との画素ずれ量があるため、欠陥検出感度向上には、両方向の各画素ずれ量の低減が必須となる。

このため、図４に示す第一の実施の形態によれば、ホストコンピュータ７９から得られる検査条件に応じた制御部７８からのゲイン制御信号１０Ｘ，１０Ｙにより、ゲイン可変増幅部２Ｘ，２Ｙの増幅度を独立に設定することで、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの出力信号３１Ｘ，３１Ｙの偏向回路雑音を低減することができる。

また、ビーム振り戻し時（被検査時）では、既に説明したように、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙで必要な回路帯域が異なる。

このため、図４に示す第一の実施の形態によれば、ホストコンピュータ７９から得られる検査条件に応じた制御部７８からのＬＰＦ制御信号１１Ｘ，１１Ｙにより各偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙでのビーム振り戻し時間当たりの電圧変化量に応じて可変フィルタ部２Ｘ，２Ｙの出力周波数帯域を独立に設定することで、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの出力信号３１Ｘ，３１Ｙの偏向回路雑音を低減することができる。

例えば、Ｘ方向に電子ビームを走査し、図示するＹ方向にウェハが連続的に移動する検査で、１画素あたりの大きさが１００ｎｍ、４０９６画素のラインというラインを検査する場合、第一の偏向制御部３０Ｘの出力信号３１Ｘは、４０９６画素分（４０９．６μｍ＝１００ｎｍ×４０９６画素）を走査する成分の電圧振幅Ａ１を持つランプ波形を、第二の偏向制御部３０Ｙの出力信号３１Ｙは、ウェハが送られる１画素分（＝０．１μｍ）を走査する成分の電圧振幅Ｂ１（Ｂ１<<Ａ１）を持つランプ波形を出力する必要がある。このとき、例えば制御部７８からの制御信号１２Ｘによって偏向波形生成部１Ｘが振幅Ａ１のランプ波波形を出力し、制御部７８からのゲイン制御信号１０Ｘによって可変増幅部２Ｘのゲインを１に設定し、制御部７８からのＬＰＦ制御信号１１Ｘによって可変フィルタ３ＸをＢＷ１とする。また、制御部７８からの制御信号１２Ｙによって偏向波形生成部１Ｙが振幅Ｂ１のランプ波波形を出力し、制御部７８からのゲイン制御信号１０Ｙによって可変増幅部２Ｘのゲインを１／Ｂ１に設定し、制御部７８からのＬＰＦ制御信号１１Ｘによって可変フィルタ３ＸをＢＷ２（ＢＷ２＜ＢＷ１）とする。この設定によって第一、及び第二の偏向制御部３０Ｘ，３０Ｙの出力信号３１Ｘ，３１Ｙは所望の振幅のランプ波得ることができ、且つ第二の偏向制御部３０Ｙは第一の偏向制御部３０Ｘよりも、回路ゲイン、回路帯域とも小さくなるため、多極偏向電極へ印加する偏向信号の雑音を小さくすることができ、その結果、検査での画素ずれ量を低減することができる。

更に本実施例では、例えば１画素あたりの大きさが５０ｎｍ、４０９６画素のラインというラインに変更して検査する場合には、上記で説明した可変増幅部２Ｘ、２Ｙのゲインと、可変フィルタ３Ｘ、３Ｙの帯域周波数を更に小さく最適な値に設定することが可能であるから、検査領域に応じて検査での画素ずれ量を制御し、従来よりも低減することができる。このような検査領域に応じた最適なゲイン、回路帯域の設定する制御信号の仕組みは、例えばホストコンピュータのプログラムや、制御部の構成などによって任意に変化することができる。なお、上記で説明した回路ゲインや回路帯域の設定は、その一例を示したもので、可変増幅部２Ｘ，２Ｙの増幅度の設定値や、可変フィルタのフィルタ周波数（＝回路帯域）を限定するものではなく、偏向波形生成部１Ｘ，１Ｙの回路構成や可変増幅部２Ｘ，２Ｙの増幅可変範囲、可変フィルタ３Ｘ，３Ｙのフィルタ周波数の可変範囲などに応じて任意に変化させて構わない。

以上のように、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの各々における増幅度、出力周波数帯域を、ホストコンピュータ７９から得られる検査条件に応じた制御部７８からの制御信号に基づいて、可変増幅部２Ｘ，２Ｙ、可変フィルタ３Ｘ，３Ｙで独立に設定することによって、ビーム偏向制御回路８０の偏向回路雑音を低減することで、取得画像（検査画像）と参照画像（基準画像）との差画像（比較画像）から欠陥を抽出して欠陥検査を行うための、偏向回路雑音（偏向回路ノイズ）に起因する上記取得画像と参照画像との間の比較画像でのＸ及びＹ方向の画素ずれ量を低減することができ、その結果、検査装置において画質及び欠陥検出感度を向上させることが可能となる。また本第１の実施の形態によれば、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの各々における増幅度、出力周波数帯域を独立に設定することができるため、ビーム走査方向とウェハ送り方向とを入れ換えた検査など種々のビーム走査方式、検査条件に対応することができるため、偏向回路雑音に起因するビーム走査方向とウェハ送り方向の両画素ずれ量を最小にすることができるため、ビーム走査方式、検査条件に関わらず従来の検査装置に比べて画質及び欠陥検出感度が向上させることが可能となる。

次に、本発明に係る第１の実施の形態における可変増幅部、可変フィルタ部の具体的構成について図５乃至図７を用いて説明する。なお、上述の実施の形態の説明から明らかなように、本発明の構成は、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの各々において、可変増幅器２Ｘ，２Ｙによる増幅度、及び可変フィルタ３Ｘ，３Ｙによる出力周波数帯域を、ホストコンピュータ７９から得られる検査条件に合わせて制御部７８からのゲイン制御信号１０Ｘ，１０Ｙ及びＬＰＦ制御信号１１Ｘ，１１Ｙに基づいて独立に設定可能とすることに特徴がある。このため、以後説明する図５乃至図７の回路構成に限定されるものではなく、ビーム走査方向とウェハ送り方向との両方向において増幅度、及び出力周波数帯域を可変して偏向回路雑音を低減できる構成であれば構わない。また、本実施の形態では、回路特性を独立に設定できる偏向回路部が２回路（第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙ）のみのように記されているが、これに限定するものではなく、例えば多極偏向電極６の極数に合わせて複数の偏向回路部を設けても構わない。

図５は、本発明に係る第１の実施の形態における可変増幅部２Ｘ，２Ｙの具体的な回路構成の一実施例を示したものである。図５の可変増幅部４５（２Ｘ，２Ｙ）は、オペアンプ４４と、第一のゲイン切替抵抗４１と、第二のゲイン切替抵抗４２と、ゲイン切替用スイッチ４０と、帰還抵抗４３とで構成される。可変増幅部４５（２Ｘ，２Ｙ）の回路ゲインは、第一のゲイン切替抵抗４１をＲ１、第二のゲイン切替抵抗４２をＲ２、帰還抵抗４３をＲ３とすると、検査条件に合わせた制御部７８から得られるゲイン制御信号４６（１０Ｘ，１０Ｙ）によりスイッチ４０をオフとした場合には、−Ｒ３／Ｒ１の増幅度、ゲイン制御信号４６（１０Ｘ，１０Ｙ）によりスイッチ４０をオンとした場合には、−Ｒ３／［（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）］の増幅度となるため、増幅度の切替が可能となる。

図５では、増幅度の可変として２つの増幅度の切替を図示したが、検査条件に応じて増幅度の切替数を増すために種々変更しても構わななく、例えば、帰還抵抗値Ｒ３の切替による切替や、スイッチのオン／オフ制御ではなく、可変抵抗によって抵抗値自体を変化させる構成でも良い。また、可変増幅部やこれを含めた回路をＩＣ化して検査装置（ＳＥＭ式検査装置）内に実装しても良い。

図６は、本発明に係る第１の実施の形態における可変フィルタ部２３（３Ｘ，３Ｙ）の具体的な回路構成の実施例を示したものである。該実施例は、ｆａ，ｆｂ…ｆｎと帯域周波数が異なる複数のフィルタ２０ａ、２０ｂ…２０ｎを、検査条件に合わせた制御部７８から得られるＬＰＦ制御信号２４（１１Ｘ，１１Ｙ）に基づいて切替用スイッチ２１、２２で、フィルタ２０ａ、２０ｂ…２０ｎの内、任意のフィルタを選択することで、帯域周波数を切替ることが可能となる。

図７は、本発明に係る第１の実施の形態における可変フィルタ部２３'（３Ｘ，３Ｙ）の具体的な回路構成の別の実施例を示したものである。該別の実施例は、第一の抵抗２６と、第二の抵抗２７と、第一のコンデンサ２８と第二のコンデンサ２９とＬＰＦ制御信号（１）１３及びＬＰＦ制御信号（２）１４（１１Ｘ，１１Ｙ）に基づいて制御されるスイッチ１５，１６で構成する。図７は、抵抗とコンデンサとで一次のフィルタを構成する実施例であり、検査条件に応じて制御部７８から得られるＬＰＦ制御信号（１）１３及びＬＰＦ制御信号（２）１４（１１Ｘ，１１Ｙ）に基づくスイッチ１５，１６のオン／オフの組合せによって抵抗値と、コンデンサの容量値が変化するため帯域周波数を切替ることができる。図７では、スイッチ１５，１６のオン／オフの組合せによって４つの異なる帯域周波数をもつフィルタを切替構成する実施例を図示したが、検査条件に応じて制御部７８から得られるＬＰＦ制御信号（１１Ｘ，１１Ｙ）に基づく異なる帯域周波数をもつフィルタの切替構成数を増すために種々変更しても構わなく、スイッチのオン／オフ制御ではなく、可変抵抗や可変コンデンサによって抵抗値や容量値自体を変化する構成でも構わない。また、可変フィルタ部やこれを含めた回路をＩＣ化して検査装置（ＳＥＭ式検査装置）内に実装しても良い。また、図６及び図７とも任意の高周波の帯域を遮断するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成するように図示したが、ＬＰＦに限定するもでなく、被検査試料に応じて高周波とバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）や種々フィルタの組合せで構成しても構わない。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るＳＥＭ式検査装置におけるビーム偏向制御回路８０の第２の実施の形態について図８を用いて具体的に説明する。

本第２の実施の形態において、前記第一の実施の形態と相違する点は、可変増幅部２Ｘ，２Ｙを、増幅部７Ｘ，７Ｙと可変減衰部８Ｘ，８Ｙとで構成した点にある。即ち、第一の偏向回路部３０Ｘを、偏向波形生成部１Ｘ、増幅部７Ｘ、可変減衰部８Ｘ、可変フィルタ３Ｘで構成し、第二の偏向回路部３０Ｙを、偏向波形生成部１Ｙ、増幅部７Ｙ、可変減衰部８Ｙ、可変フィルタ３Ｙで構成したことにある。

可変減衰部８Ｘ，８Ｙは、信号を種々の減衰度で減衰させるものであり、第一の実施の形態（図４）では、増幅度制御という手段により、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの増幅度を制御していたものを、第二の実施の形態（図８）では、減衰度制御という手段により、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの増幅度を制御する。

以上のように、第一及び第二の偏向回路部３０Ｘ，３０Ｙの増幅度、出力周波数帯域を検査条件に応じて、可変減衰部８Ｘ，８Ｙ、可変フィルタ３Ｘ，３Ｙで独立に設定することによって、ビーム偏向制御回路８０の偏向回路雑音を低減することができる。その結果、欠陥検査を行う画素ずれ量が低減し、検査装置の画質及び欠陥検出感度を向上することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を第一及び第二の実施の形態にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明によれば、ＳＥＭ式検査装置におけるビーム偏向制御回路において、ビーム走査方向とウェハ送り方向の偏向回路の回路特性を独立して制御できるように構成したので、偏向回路雑音による電子ビーム照射位置のずれによる二次元画像化したときの画素ずれを低減して画質及び欠陥検出感度を向上させることができる。

本発明に係るＳＥＭ式検査装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る被検査試料の検査例を示す図である。 本発明に係る被検査試料の検査例を示す別の図である。 本発明に係るビーム偏向制御回路の第一の実施の形態を示す概略図である。 本発明に係るビーム偏向制御回路の第一の実施の形態における可変増幅部の構成の一実施例を示す図である。 本発明に係るビーム偏向制御回路の第一及び第二の実施の形態における可変フィルタ部の構成の一実施例を示す図である。 本発明に係るビーム偏向制御回路の第一及び第二の実施の形態における可変フィルタ部の別の実施例を示す図である。 本発明に係るビーム偏向制御回路の第二の実施の形態を示す概略図である。 本発明に係る偏向電極に印加される信号波形を示す図である。 従来のビーム偏向制御回路の構成を示す概略図である。 本発明に係る偏向電極に印加される信号波形を示す図である。 本発明に係る回路帯域を説明するための図である。

符号の説明

１Ｘ、１Ｙ…偏向波形生成部、２Ｘ、２Ｙ、４５…ゲイン可変増幅部、３Ｘ、３Ｙ、２３、２３'…可変フィルタ部、４…出力ドライバ、５…偏向出力部、６…多極偏向電極、７Ｘ，７Ｙ…増幅部、８Ｘ，８Ｙ…可変減衰部、１０Ｘ、１０Ｙ、４６…ゲイン制御信号、１１Ｘ、１１Ｙ、２４…ＬＰＦ制御信号、１３…ＬＰＦ制御信号（１）、１４…ＬＰＦ制御信号（２）、１５、１６…スイッチ、２０ａ〜２０ｎ…フィルタ、２１、２２…切替用スイッチ、２６…第一の抵抗、２７…第二の抵抗、２８…第一のコンデンサ、２９…第二のコンデンサ、３０Ｘ…第一の偏向回路部、３０Ｙ…第二の偏向回路部、４０…スイッチ、４１…第一のゲイン切替抵抗、４２…第二のゲイン切替抵抗、４３…帰還抵抗、４４…オペアンプ、５０…検査領域、６１…電子銃、６２…電子ビーム、６４…スリット、６５…ＥｘＢ偏向器、６６…対物レンズ、６７…被検査試料（半導体ウェハ）、６８…試料台、６９…二次電子、７０…検出器、７１…プリアンプ、７２…Ａ／Ｄ変換器、７３…画像処理部、７４…ブランキング偏向制御回路、７５…ＥｘＢ偏向制御回路、７６…対物レンズ電源、７７…電子光学系、７８…制御部、８０…ビーム偏向制御回路、７９…ホストコンピュータ。

Claims (4)

1. 電子ビームを発生させる電子源と、該電子源から発生した前記電子ビームを被検査試料に照射する照射手段と、前記被検査試料を保持及び移動する手段と、前記被検査試料上の電子ビーム照射位置を走査制御する電子ビーム偏向制御回路と、前記電子ビーム照射により前記被検査試料から発生する二次電子、反射電子、透過電子、吸収電子雑音の何れかを検出信号として検出する検出手段と、前記検出手段より得られる検出信号を画像に変換し、前記被検査試料の欠陥検査を行う欠陥検査手段を備えた検査装置において、
   前記電子ビーム偏向制御回路は、電子ビーム走査方向成分の信号を生成する第一の偏向回路部と、前記被検査試料の移動方向成分の信号を生成する第二の偏向回路部とを備え、前記第一及び第二の偏向回路部の回路特性を独立に設定する設定手段を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記設定手段は、前記電子ビーム走査方向及び前記被検査試料の移動方向に応じて、前記第一及び第二の偏向回路部の偏向回路特性を可変に設定できるように構成したことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記第一の偏向回路部は、第一の波形生成部と増幅度の切替可能な第一の可変増幅部と出力周波数帯域の切替可能な第一の可変フィルタとを備えて構成し、前記第二の偏向回路部は、第二の波形生成部と増幅度の切替可能な第二の可変増幅部と出力周波数帯域の切替可能な第二の可変フィルタとを備えて構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
4. 前記第一の偏向回路部は、第一の波形生成部と減衰度の切替可能な第一の可変減衰部と出力周波数帯域の切替可能な第一の可変フィルタとを備えて構成し、前記第二の偏向回路部は、第二の波形生成部と減衰度の切替可能な第二の可変減衰部と出力周波数帯域の切替可能な第二の可変フィルタとを備えて構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。

Images