JP2010237200A - Method and device for observing specimen, and method and device for inspecting specimen using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for observing a specimen allowing a minute pattern to be observed. <P>SOLUTION: According to this method for observing a specimen, the pattern of the specimen is observed by using an electron beam. In this method, the electron beam is applied to the specimen to detect mirror electrons arising therefrom by the application of the electron beam, and an image of the specimen is generated from the detected mirror electrons. In a step of applying the electron beam, an electron beam is applied to the specimen with the landing energy LE of the electron beam adjusted so that applied electrons U-turn in a recess pattern to act as mirror electrons when the electron beam is applied thereto in a recess pattern with edges on both sides. A suitable condition therefor is LEA≤LE≤LEB+5[eV]. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子ビームを用いて試料上のパターンを観察する試料観察方法及び装置に関し、特に、低ランディングエネルギーの電子ビームを用いた微細パターンの観察技術に関する。   The present invention relates to a sample observation method and apparatus for observing a pattern on a sample using an electron beam, and more particularly to a technique for observing a fine pattern using an electron beam having a low landing energy.

半導体デバイスなどの製造分野では、ウエハやマスクなどの基板状の試料(試料基板)の観察がなされる。試料観察は、構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態の確認などの試料検査のために行われる。試料基板の検査においては、高精度、高信頼性及び高スループットといった要求がある。そこで、これらの要求に応える試料観察技術の提供が望まれる。また、このような試料観察技術及び試料検査技術は、デバイス製造プロセス中においても頻繁に用いられる技術である。対象となる試料は、半導体材料、LSI、金属材料、絶縁材料等である。   In the manufacturing field of semiconductor devices and the like, a substrate-like sample (sample substrate) such as a wafer or a mask is observed. Sample observation is performed for sample inspection such as structural evaluation, enlarged observation, material evaluation, and confirmation of an electrical conduction state. In the inspection of the sample substrate, there are demands for high accuracy, high reliability, and high throughput. Therefore, it is desired to provide a sample observation technique that meets these requirements. Further, such sample observation technology and sample inspection technology are frequently used even during the device manufacturing process. The target sample is a semiconductor material, LSI, metal material, insulating material, or the like.

試料上のパターンを観察する場合、従来は、光学顕微鏡又は電子線観察装置が用いられる。代表的な電子線観察装置としては、走査型電子顕微鏡(SEM)が知られている。SEMは、試料上で電子ビームを走査することにより、高倍率での観察を可能にする。SEMを用いる観察技術は例えば特許文献1に開示されている。   Conventionally, when observing a pattern on a sample, an optical microscope or an electron beam observation apparatus is used. As a typical electron beam observation apparatus, a scanning electron microscope (SEM) is known. SEM enables observation at a high magnification by scanning an electron beam on a sample. An observation technique using SEM is disclosed in, for example, Patent Document 1.

また、電子線観察装置としては、写像投影光学系を用いる観察装置も提案されている。以下、この種の観察装置を写像投影型観察装置という。写像投影型観察装置は、SEMと比べて大きな径の電子ビームを試料に照射し、電子ビームの径に応じた範囲の画像を生成する。このような観察装置は例えば特許文献2に開示されている。   As an electron beam observation apparatus, an observation apparatus using a mapping projection optical system has also been proposed. Hereinafter, this type of observation apparatus is referred to as a mapping projection type observation apparatus. The projection projection observation apparatus irradiates a sample with an electron beam having a diameter larger than that of the SEM, and generates an image in a range corresponding to the diameter of the electron beam. Such an observation apparatus is disclosed in Patent Document 2, for example.

特開2004−177446号公報JP 2004-177446 A 特開平11−108864号公報JP-A-11-108864

ところで、最近は、試料上のパターンが微細化し、パターンサイズ(幅等)は100nm以下に達している。そのため、従来の観察技術では、パターンの形状やパターン欠陥の観察が困難になっている。   By the way, recently, the pattern on the sample has become finer, and the pattern size (width, etc.) has reached 100 nm or less. For this reason, it is difficult to observe pattern shapes and pattern defects with conventional observation techniques.

すなわち、光学式の観察では、分解能が光の波長により制約される。パターンサイズが100nm以下になると、光の波長にくらべてパターンサイズが小さくなり、その結果、十分な解像度が得られず、パターン欠陥の検出が困難になる。   That is, in optical observation, the resolution is limited by the wavelength of light. When the pattern size is 100 nm or less, the pattern size becomes smaller than the wavelength of light, and as a result, sufficient resolution cannot be obtained and pattern defect detection becomes difficult.

一方、SEMを用いたパターン観察及びパターン欠陥検査では、電子ビームのスポットサイズを小さくすることにより、分解能を高めることができる。したがって、パターンサイズが100nm以下であっても、パターンの観察が可能であり、パターン欠陥の検査も可能である。しかしながら、微細なパターンを観察するためには、画素サイズを小さくする必要があり、観察に膨大な時間がかかる。例えば、50nmのサイズの欠陥を検出するためには、画素サイズを10nm程度として観察を行う必要がある。この場合、200MPPS(Mega pixel per second)で検査が行われても、1cm当たり1.4時間かかる。したがって、1回の観察に膨大な時間を要し、実用的ではない。 On the other hand, in pattern observation and pattern defect inspection using SEM, the resolution can be increased by reducing the spot size of the electron beam. Therefore, even when the pattern size is 100 nm or less, the pattern can be observed and the pattern defect can be inspected. However, in order to observe a fine pattern, it is necessary to reduce the pixel size, and it takes an enormous amount of time for observation. For example, in order to detect a defect having a size of 50 nm, it is necessary to perform observation with a pixel size of about 10 nm. In this case, even if the inspection is performed at 200 MPPS (Mega pixel per second), it takes 1.4 hours per 1 cm 2 . Therefore, it takes an enormous amount of time for one observation and is not practical.

また、写像投影型観察装置は、大きな径の電子ビームを試料に照射して広い領域の画像を生成するように構成され、これにより、SEMよりも短時間に観察を行える。しかし、パターンサイズが100nm以下になると、十分なコントラストが得られず、解像度が不足してしまう。   In addition, the mapping projection observation apparatus is configured to generate an image of a wide area by irradiating a sample with a large-diameter electron beam, thereby enabling observation in a shorter time than the SEM. However, when the pattern size is 100 nm or less, sufficient contrast cannot be obtained and the resolution is insufficient.

より詳細には、写像投影型観察装置では、1次光学系が電子ビームを試料に照射し、2次光学系が、試料から放出される2次電子の像を生成する。撮像範囲(ビーム照射範囲)は数十μm以上に設定可能であり、観察時間は短い。しかし、2次光学系の収差を十分に低減することができず、100nm以下のパターンサイズの観察に要求される解像度を実現するのは容易でない。   More specifically, in the projection projection observation apparatus, the primary optical system irradiates the sample with an electron beam, and the secondary optical system generates an image of secondary electrons emitted from the sample. The imaging range (beam irradiation range) can be set to several tens of μm or more, and the observation time is short. However, the aberration of the secondary optical system cannot be sufficiently reduced, and it is not easy to realize the resolution required for observation of a pattern size of 100 nm or less.

本発明は、上記背景の下でなされたもので、その目的は、試料上の微細なパターンの観察および検査を可能とする技術を提供することにある。   The present invention has been made under the above-described background, and an object thereof is to provide a technique that enables observation and inspection of a fine pattern on a sample.

本発明の第1の態様の試料観察方法は、電子ビームを用いて試料上のパターンを観察する試料観察方法であって、前記試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出するステップと、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成するステップとを有し、前記電子ビームを照射するステップは、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてUターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。   The sample observation method according to the first aspect of the present invention is a sample observation method for observing a pattern on a sample using an electron beam, and is generated by irradiating the sample with an electron beam and irradiating the electron beam. A step of detecting mirror electrons and a step of generating an image of a sample from the detected mirror electrons, and the step of irradiating the electron beam includes irradiating the concave pattern having edges on both sides with the electron beam. The sample is irradiated with the electron beam whose landing energy is adjusted so that the irradiated electrons are U-turned in the concave pattern to become mirror electrons.

上記構成において、本発明は、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が生じやすいというミラー電子発生現象の特性に着目している。凹パターンでのミラー電子発生量は、電子ビームのランディングエネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照射電子が効率よくミラー電子になるように、ランディングエネルギーが設定される。後述するようにランディングエネルギーは相当に低い値に設定されることになる。これにより、凹パターンでの解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。   In the above configuration, the present invention pays attention to the characteristic of the mirror electron generation phenomenon that the mirror electrons are likely to be generated in the concave pattern because there are edges on both sides. The amount of mirror electrons generated in the concave pattern depends on the landing energy of the electron beam. Therefore, the landing energy is set so that the irradiation electrons efficiently become mirror electrons in the concave pattern. As will be described later, the landing energy is set to a considerably low value. Thereby, the resolution and contrast of the concave pattern can be increased, and a fine pattern can be observed.

本発明では、写像投影型観察装置が好適に用いられる。これにより、微細なパターンを短時間で観察することができる。   In the present invention, a mapping projection observation apparatus is preferably used. Thereby, a fine pattern can be observed in a short time.

前記ランディングエネルギーは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域に設定されてよい。   The landing energy may be set in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed.

これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, the landing energy can be appropriately set so that mirror electrons are generated in the pattern, and the contrast of the pattern can be increased.

前記ランディングエネルギーは、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定されてよい。ここで、LEは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、LEA及びLEBは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーである。   The landing energy may be set to LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV. Here, LE is the landing energy of the electron beam, and LEA and LEB are the lowest landing energy and the highest landing energy in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed.

これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, the landing energy can be appropriately set so that mirror electrons are generated in the pattern, and the contrast of the pattern can be increased.

前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍で他方のエッジに向かって曲り、前記他方のエッジの近傍で曲がってミラー電子になってよい。   The irradiation electrons may be incident on one edge of the concave pattern, bend toward the other edge in the vicinity of the one edge, and bend near the other edge to become mirror electrons.

これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, it is possible to appropriately detect the mirror electrons by using the phenomenon that the mirror electrons are generated in the pattern, and to increase the contrast of the pattern.

前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って前記凹パターン内に侵入し、前記凹パターンの底部に衝突することなく進行方向を転換し、前記凹パターンの他方のエッジの近傍を通って、前記ミラー電子になってよい。   The irradiated electrons are incident toward one edge of the concave pattern, enter the concave pattern along a curved path passing through the vicinity of the one edge, and proceed without colliding with the bottom of the concave pattern. The direction may be changed to pass through the vicinity of the other edge of the concave pattern to become the mirror electrons.

これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, it is possible to appropriately detect the mirror electrons by using the phenomenon that the mirror electrons are generated in the pattern, and to increase the contrast of the pattern.

本発明は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間の2次光学系にアパーチャを配置し、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。   In the present invention, an aperture is disposed in a secondary optical system between the sample and the detector of the mirror electrons, and at least one of the size, position, and shape of the aperture is assigned to the mirror electrons passing through the aperture. It may be adjusted accordingly.

これにより、パターンのコントラストを増大できる。より詳細には、試料から検出される電子は、ミラー電子と2次放出電子を含む。2次放出電子は広範囲に広がるのに対し、ミラー電子はあまり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調整することにより、アパーチャを通過する2次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大できる。したがって、パターンのコントラストを更に増大できる。   Thereby, the contrast of the pattern can be increased. More specifically, the electrons detected from the sample include mirror electrons and secondary emission electrons. Secondary emission electrons spread over a wide range, while mirror electrons do not spread much. Therefore, by appropriately adjusting the aperture according to the mirror electrons, it is possible to reduce the secondary emission electrons passing through the aperture and relatively increase the detection amount of the mirror electrons. Therefore, the contrast of the pattern can be further increased.

本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像のサイズに応じて前記アパーチャのサイズを調整してよい。また、本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の位置に応じて前記アパーチャの位置を調整してよい。また、本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の形状に応じて前記アパーチャの形状を調整してよい。   In the present invention, an image of the mirror electrons in the aperture may be generated, and the size of the aperture may be adjusted according to the size of the image. In the present invention, an image of the mirror electrons in the aperture may be generated, and the position of the aperture may be adjusted according to the position of the image. In the present invention, an image of the mirror electrons in the aperture may be generated, and the shape of the aperture may be adjusted according to the shape of the image.

本発明は試料検査方法であってよく、上述の試料観察方法により前記ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査してよい。   The present invention may be a sample inspection method, in which an image of the sample is generated from the mirror electrons by the sample observation method described above, and the pattern of the sample may be inspected using the image of the sample.

これにより、本発明の試料観察方法を用いて微細なパターンを好適に検査できる。   Thereby, a fine pattern can be suitably inspected using the sample observation method of the present invention.

本発明の第1の態様の試料観察装置は、パターンを有する試料が載置されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する1次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する2次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、前記1次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてUターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。   The sample observation apparatus of the first aspect of the present invention detects a stage on which a sample having a pattern is placed, a primary optical system that irradiates the sample with an electron beam, and mirror electrons generated by the irradiation of the electron beam. A secondary optical system that generates an image of a sample from the detected mirror electrons, and the primary optical system is configured to irradiate a concave pattern having edges on both sides with the electron beam. The sample is irradiated with the electron beam whose landing energy is adjusted so that the irradiated electrons make U-turns in the concave pattern and become mirror electrons.

この構成も、上述したように、凹パターンでミラー電子が生じやすい現象に着目し、ミラー電子が生じやすいようにランディングエネルギーを調整する。これにより、パターン画像の解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。   In this configuration as well, as described above, the landing energy is adjusted so that mirror electrons are likely to be generated by paying attention to the phenomenon that mirror electrons are likely to be generated due to the concave pattern. Thereby, the resolution and contrast of the pattern image can be increased, and a fine pattern can be observed.

前記1次光学系は、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域に設定された前記ランディングエネルギーを有する前記電子ビームを照射してよい。   The primary optical system may irradiate the electron beam having the landing energy set in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed.

これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, as described above, the landing energy can be set appropriately, and the contrast of the pattern can be increased.

前記ランディングエネルギーは、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定されてよい。ここで、LEは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、LEA及びLEBは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーである。   The landing energy may be set to LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV. Here, LE is the landing energy of the electron beam, and LEA and LEB are the lowest landing energy and the highest landing energy in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed.

これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。   Thereby, as described above, the landing energy can be set appropriately, and the contrast of the pattern can be increased.

前記2次光学系は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間に配置されたアパーチャと、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。   The secondary optical system has an aperture arranged between the sample and the mirror electron detector, and at least one of the size, position, and shape of the aperture according to the mirror electrons passing through the aperture. You can adjust it.

これにより、上述したように、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調整できる。アパーチャを通過する2次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大でき、パターンのコントラストを更に増大できる。   Thereby, as above-mentioned, an aperture can be adjusted appropriately according to mirror electrons. Secondary emission electrons passing through the aperture can be reduced, the detection amount of mirror electrons can be relatively increased, and the pattern contrast can be further increased.

本発明は、前記2次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャの位置が、前記ミラー電子の強度中心と前記アパーチャの中心が一致するように調整されてよい。   In the present invention, the secondary optical system may have an aperture, and the position of the aperture may be adjusted so that the center of intensity of the mirror electron coincides with the center of the aperture.

これにより、ミラー電子を良好に検出できるとともに、2次放出電子の検出量を相対的に低減できる。したがって、高いコントラストの画像を取得できる。   As a result, mirror electrons can be detected well, and the amount of secondary emission electrons detected can be relatively reduced. Therefore, a high contrast image can be acquired.

前記2次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャの形状は、前記ミラー電子の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であってよい。   The secondary optical system may have an aperture, and the shape of the aperture may be an elliptical shape having a major axis in a direction corresponding to a longitudinal direction of the intensity distribution of the mirror electrons.

この構成では、ミラー電子の強度分布に応じて楕円形状のアパーチャが用いられる。これにより、高いコントラストの画像を取得できる。   In this configuration, an elliptical aperture is used according to the intensity distribution of the mirror electrons. Thereby, an image with high contrast can be acquired.

前記2次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、前記複数の孔が、前記ミラー電子の強度中心を囲むように配置されてよい。   The secondary optical system may have an aperture, the aperture may have a plurality of holes, and the plurality of holes may be arranged so as to surround the intensity center of the mirror electrons.

この構成では、ミラー電子の散乱方向に応じて複数の孔が適切に配置される。これにより、用途や性質に応じて適切にミラー電子を検出することができる。   In this configuration, the plurality of holes are appropriately arranged according to the scattering direction of the mirror electrons. Thereby, mirror electrons can be detected appropriately according to the application and properties.

前記2次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、前記複数の孔の一つが、前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されていてよい。   The secondary optical system may have an aperture, the aperture may have a plurality of holes, and one of the plurality of holes may be arranged so as to coincide with the intensity center of the mirror electron.

これにより、散乱方向に特徴のある観察対象を適切に観察できる。そして、観察対象の分類に有用な情報を得ることができる。   Thereby, it is possible to appropriately observe an observation target having a characteristic in the scattering direction. Information useful for classification of observation objects can be obtained.

本発明は、複合型の試料観察装置であってよく、写像投影型観察装置と、前記写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置とを備えてよい。前記写像投影型観察装置が、上述の試料観察装置でよい。前記写像投影型観察装置及び前記SEM型観察装置が、ステージを収容するチャンバに備えられてよく、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置とSEM型観察装置の観察位置との間で移動可能であってよい。   The present invention may be a composite type sample observation apparatus, and may include a mapping projection observation apparatus and an SEM observation apparatus different from the mapping projection observation apparatus. The mapping projection observation apparatus may be the above-described sample observation apparatus. The mapping projection observation apparatus and the SEM observation apparatus may be provided in a chamber that accommodates a stage, and the stage is located between the observation position of the mapping projection observation apparatus and the observation position of the SEM observation apparatus. It may be movable.

これにより、写像投影型観察装置とSEM型観察装置が共通のチャンバに搭載される。したがって、2つの装置を用いた観察を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観察装置でパターン欠陥が検出される。それから、SEMでパターン欠陥が詳細にレビューされる。このような欠陥検査を迅速かつ高精度に行うことができる。   As a result, the mapping projection observation apparatus and the SEM observation apparatus are mounted in a common chamber. Therefore, observation using the two devices can be performed quickly and with high accuracy. For example, a pattern defect is detected by a mapping projection observation apparatus. The pattern defects are then reviewed in detail with SEM. Such a defect inspection can be performed quickly and with high accuracy.

本発明の第2の態様の試料観察方法は、写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試料観察方法であって、前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡の3つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、該座標データに基づいて前記ステージを前記3つの光学中心間で移動させて前記試料上の特定の箇所を前記3つの観察装置で個別に観察を行うことを特徴とする。   In the sample observation method according to the second aspect of the present invention, a sample placed on the same stage is observed by an optical microscope and an SEM type observation device different from the projection type observation device and the projection type observation device. A method for observing a composite sample for storing a positional relationship of optical centers of each of the three observation devices of the mapping projection observation device, the SEM observation device, and the optical microscope as coordinate data. The stage is moved between the three optical centers based on the data, and specific portions on the sample are individually observed by the three observation devices.

より具体的には、本発明の第2の態様の試料観察方法は、下記の各ステップを備えている。(a)試料載置面であるXY面内の回転並びにX方向及びY方向の移動が可能なステージ上に特定のパターンの配列を有する試料を載置し、該特定のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡観察して該特定のパターンの配列方向が前記X方向又は前記Y方向となるように前記ステージ上の試料位置を調整するステップ、(b)上述の第1の態様の試料観察方法により前記試料の特定のパターンの配列を含む領域のミラー電子画像を得て、前記特定のパターンの配列の方向を前記ミラー電子画像のX方向又はY方向に一致させるとともに前記特定のパターンが前記ミラー電子画像のフレームの中央にくるように前記ミラー電子の検出系を調整するステップ、(c)前記試料の特定のパターンを含む領域をSEM観察し、該試料の特定のパターンがSEM画像の所定の中央にくるようにSEM型観察装置の光学系を調整するステップ、(d)前記ステップ(a)、ステップ(b)、ステップ(c)の調整後の各ステージの位置座標を相互に対応づけ、これら3つの位置座標の何れか1つから他の2つの位置座標の少なくとも一方を算出するステップ。   More specifically, the sample observation method according to the second aspect of the present invention includes the following steps. (A) A region on which a sample having a specific pattern arrangement is placed on a stage capable of rotating in the XY plane, which is the sample placement surface, and moving in the X and Y directions, and including the specific pattern arrangement Adjusting the sample position on the stage so that the arrangement direction of the specific pattern is the X direction or the Y direction, and (b) by the sample observation method of the first aspect described above A mirror electronic image of a region including the specific pattern arrangement of the sample is obtained, the direction of the specific pattern arrangement is made to coincide with the X direction or the Y direction of the mirror electronic image, and the specific pattern is the mirror electron Adjusting the detection system of the mirror electrons so as to be in the center of the frame of the image; (c) observing a region including the specific pattern of the sample by SEM, and detecting the specific pattern of the sample; A step of adjusting the optical system of the SEM type observation apparatus so as to be at a predetermined center of the SEM image; (d) position coordinates of each stage after the adjustment in the steps (a), (b), and (c); Correlating each other and calculating at least one of the other two position coordinates from any one of these three position coordinates.

好ましくは、前記ステップ(a)、前記ステップ(b)、前記ステップ(c)、及び、前記ステップ(d)は、この順に実行される。   Preferably, the step (a), the step (b), the step (c), and the step (d) are executed in this order.

本発明の第2の態様の試料観察方法では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像による試料観察、及び、SEM画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることができる。これにより、上記3つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することができる。   In the sample observation method of the second aspect of the present invention, each image obtained by sample observation using an optical microscope, sample observation using a mirror electron image, and sample observation using an SEM image corresponds to which position of the observation target sample. Can be associated with each other. Thereby, even when an observation target location specified by a certain method among the three observation methods is to be observed by another observation method, the observation target location can be specified quickly and accurately.

本発明の第2の態様の試料検査方法は、本発明の第2の態様の試料観察方法により前記ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査するステップを備えている。   According to the sample inspection method of the second aspect of the present invention, an image of the sample is generated from the mirror electrons by the sample observation method of the second aspect of the present invention, and the pattern of the sample is inspected using the image of the sample. Steps to do.

本発明の第2の態様の試料検査方法は、更に、(f)前記ステップ(e)のパターン検査で判定されたパターン不良個所をSEM観察して欠陥の真偽判定を行うステップを備えている態様とすることができる。   The sample inspection method according to the second aspect of the present invention further includes (f) a step of performing SEM observation of a pattern defect portion determined by the pattern inspection in the step (e) to determine the authenticity of the defect. It can be set as an aspect.

また、本発明の第2の態様の試料検査方法は、更に、(g)前記ステップ(f)で真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類を行うステップを備えている態様とすることができる。   The sample inspection method according to the second aspect of the present invention further includes (g) a step of classifying the defect type of the pattern defect portion determined to be a true defect in the step (f). can do.

また、本発明の第2の態様の試料検査方法は、更に、(h)前記ステップ(f)で真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記SEM画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成するステップを備えている態様とすることができる。   The sample inspection method according to the second aspect of the present invention further includes (h) a coordinate file of a pattern defect portion determined as a true defect in the step (f), the optical microscope image, the mirror electronic image. And a step of associating and creating at least one image of the SEM image.

本発明の第2の態様の試料検査方法によれば、微細なパターンを好適に検査できることに加え、欠陥の真偽判定、欠陥種の分類、観察画像中での位置の特定も可能となる。   According to the sample inspection method of the second aspect of the present invention, in addition to being able to suitably inspect a fine pattern, it is possible to determine the authenticity of a defect, classify a defect type, and specify a position in an observation image.

本発明の第2の態様の試料観察装置は、写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置と、光学顕微鏡とを備え、前記写像投影型観察装置が、上述の本発明の第1の態様の試料観察装置であり、前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記SEM型観察装置の観察位置と前記光学顕微鏡の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする。   The sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention includes a mapping projection observation apparatus, a SEM observation apparatus different from the mapping projection observation apparatus, and an optical microscope, and the mapping projection observation apparatus includes: In the sample observation apparatus according to the first aspect of the present invention described above, the mapping projection observation apparatus, the SEM observation apparatus, and the optical microscope are provided in a chamber that houses the stage, and the stage includes the stage It is possible to move between the observation position of the mapping projection observation apparatus, the observation position of the SEM observation apparatus, and the observation position of the optical microscope.

本発明の第2の態様の試料観察装置は、前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡のそれぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、前記ステージを前記3つの光学中心間で移動可能とする制御部を備えている態様とすることもできる。   The sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention stores the positional relationship of the optical centers of the projection projection observation apparatus, the SEM observation apparatus, and the optical microscope as coordinate data, and stores the stage as the 3 It is also possible to adopt a mode in which a control unit that can move between two optical centers is provided.

好ましくは、前記ステージは試料載置面内のX方向及びY方向に移動可能で且つXY面内で回転可能なステージである。   Preferably, the stage is a stage that is movable in the X direction and the Y direction within the sample placement surface and is rotatable within the XY plane.

また、好ましくは、前記写像投影型観察装置の2次光学系に設けられた検出器は電子検出面であるXY面内での回転調整が可能に構成されている。   Preferably, the detector provided in the secondary optical system of the mapping projection observation apparatus is configured to be capable of rotational adjustment in the XY plane which is an electron detection surface.

更に、好ましくは、前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記ステージの移動方向であるX方向又はY方向に一致するように前記ステージ上の試料位置を調整するアライメント部を備えている。   Furthermore, it is preferable that an alignment unit that adjusts the position of the sample on the stage so that the arrangement direction of the specific pattern on the sample coincides with the X direction or the Y direction that is the moving direction of the stage is provided.

前記アライメント部は、前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのX方向又はY方向に一致するように前記検出器を調整することができる。   The alignment unit performs the detection so that an arrangement direction of a specific pattern on the sample after the sample position adjustment matches an X direction or a Y direction of a frame of a mirror electronic image obtained by the mapping projection observation apparatus. Can be adjusted.

また、前記アライメント部は、前記SEM型観察装置で前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンを観察して得られた観察像がSEM画像の中心に位置するように前記SEM型観察装置の光学系を調整することができる。   In addition, the alignment unit is configured so that the observation image obtained by observing a specific pattern on the sample after the sample position adjustment by the SEM type observation device is positioned at the center of the SEM image. The optical system can be adjusted.

本発明の第2の態様の試料観察装置は、前記試料の表面に付着した汚染物を除去するためのクリーニング用ガスを供給するガス供給部と、前記クリーニング用ガスを前記チャンバ内へと導くガス導入部とを備えている態様としてもよい。   The sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention includes a gas supply unit that supplies a cleaning gas for removing contaminants attached to the surface of the sample, and a gas that guides the cleaning gas into the chamber. It is good also as an aspect provided with the introduction part.

例えば、前記クリーニング用ガスは、前記汚染物と反応して除去作用を奏するガス又は前記電子ビームの照射を受けて前記除去作用を奏するガスである。   For example, the cleaning gas is a gas that exhibits a removing action by reacting with the contaminants or a gas that exhibits the removing action upon irradiation with the electron beam.

本発明の第2の態様の試料観察装置では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像による試料観察、及び、SEM画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしている。これにより、上記3つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することができる。   In the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention, each image obtained by sample observation using an optical microscope, sample observation using a mirror electron image, and sample observation using an SEM image corresponds to which position of the observation target sample. Are associated with each other. Thereby, even when an observation target location specified by a certain method among the three observation methods is to be observed by another observation method, the observation target location can be specified quickly and accurately.

本発明は、上述の第1又は第2の態様の試料観察装置を備えた試料検査装置であってよく、この検査装置は、前記画像処理部により前記ミラー電子から生成された前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査する。これにより、本発明の試料観察装置を用いて微細なパターンを好適に検査できる。   The present invention may be a sample inspection apparatus provided with the sample observation apparatus according to the first or second aspect described above, and the inspection apparatus uses an image of the sample generated from the mirror electrons by the image processing unit. Used to inspect the pattern of the sample. Thereby, a fine pattern can be suitably inspected using the sample observation apparatus of the present invention.

前記画像処理部は、前記パターン検査で判定されたパターン不良個所をSEM観察して欠陥の真偽判定を行う演算部を備えている態様としてもよい。   The image processing unit may include an arithmetic unit that performs SEM observation of a pattern defect portion determined by the pattern inspection to determine whether the defect is true or false.

前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類が可能であることが好ましい。   It is preferable that the calculation unit is capable of classifying defect types of defective pattern portions determined to be true defects.

さらに、前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記SEM画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成可能であることが好ましい。   Further, the calculation unit can create a coordinate file of a pattern defect portion determined as a true defect in association with at least one of the optical microscope image, the mirror electronic image, and the SEM image. It is preferable.

上述のように、本発明は、照射電子が試料上の凹パターンにてUターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された電子ビームを観察対象である試料に照射することとしたので、微細なパターンの観察および検査を可能とする技術の提供が可能となる。   As described above, the present invention irradiates the sample to be observed with the electron beam whose landing energy is adjusted so that the irradiated electrons make U-turns in the concave pattern on the sample and become mirror electrons. Therefore, it is possible to provide a technique that enables observation and inspection of a fine pattern.

また、本発明の第2の態様の試料観察方法及び装置では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像による試料観察、及び、SEM画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしたので、上記3つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することが可能となる。   Further, in the sample observation method and apparatus according to the second aspect of the present invention, each image obtained by sample observation using an optical microscope, sample observation using a mirror electron image, and sample observation using an SEM image indicates which position of the observation target sample. Therefore, even if an observation target location specified by one of the three observation methods is to be observed by another observation method, the observation target location is It becomes possible to specify quickly and accurately.

図1は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーと階調の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between landing energy and gradation when a sample is irradiated with an electron beam. 図2は、遷移領域にてミラー電子及び2次放出電子が発生する現象を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a phenomenon in which mirror electrons and secondary emission electrons are generated in the transition region. 図3は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーと階調の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the landing energy and the gradation at the edge of the concavo-convex structure on the sample surface. 図4は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a concavo-convex structure of a pattern formed on a sample. 図5は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a phenomenon in which mirror electrons are generated at the edge portion of the concavo-convex structure when the electron beam is irradiated. 図6は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a phenomenon in which mirror electrons are generated at the edge portion of the concavo-convex structure when the electron beam is irradiated. 図7は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a phenomenon in which mirror electrons are generated at the edge portion of the concavo-convex structure when the electron beam is irradiated. 図8は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の別の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the uneven structure of the pattern formed on the sample. 図9は、試料検査装置の全体構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration of the sample inspection apparatus. 図10は、試料検査装置の主要部を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a main part of the sample inspection apparatus. 図11は、試料検査装置の一部であり、メインチャンバ、電子コラム及びSEMを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a main chamber, an electronic column, and an SEM, which are a part of the sample inspection apparatus. 図12は、アパーチャにおける信号強度の計測のためにEB−CCDを備えた構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a configuration including an EB-CCD for measuring the signal intensity in the aperture. 図13は、参考例として、従来のアパーチャを示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a conventional aperture as a reference example. 図14は、アパーチャの形状の一例を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of the shape of the aperture. 図15は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a configuration of an aperture member having a plurality of holes. 図16は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a configuration of an aperture member having a plurality of holes. 図17は、4つの孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。FIG. 17 is a view showing an example of the configuration of an aperture member having four holes. 図18は、4つの孔を有するアパーチャ部材の別の構成の例を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing an example of another configuration of an aperture member having four holes. 図19は、本発明の第2の態様の試料観察装置の一部の構成例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of a part of the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention. 図20は本発明の第2の態様の試料観察方法の基本的な概念を説明するための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining the basic concept of the sample observation method according to the second aspect of the present invention. 図21は、本発明の第2の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を例示により説明するための図である。FIG. 21 is a diagram for exemplifying a procedure for performing observation using the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention. 図22は、本発明の第2の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を例示により説明するための図である。FIG. 22 is a diagram for exemplifying the procedure for performing observation using the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention. 図23(a)は、OM観察開始時のステージ上の試料を示している。図23(b)は、位置合わせ後のステージ上の試料を示している。FIG. 23A shows a sample on the stage at the start of OM observation. FIG. 23B shows the sample on the stage after alignment. 図24は、アライメントが終了した後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図24(a))、アライメント前の検出器70のセンサの画素配列方向(図24(b))、及び、アライメント後の検出器70のセンサの画素配列方向(図24(c))の相互の関係を説明するための図である。FIG. 24 shows the extension or arrangement direction of the pattern on the sample after alignment is completed (FIG. 24A), the pixel arrangement direction of the sensor of the detector 70 before alignment (FIG. 24B), and It is a figure for demonstrating the mutual relationship of the pixel array direction (FIG.24 (c)) of the sensor of the detector 70 after alignment. 図25は、検出器のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図25(a))、アライメント前の検出器で得られたアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図25(b))、及び、アライメント後の検出器で得られた上記パターンのミラー電子画像の様子(図25(c))の相互の関係を概念的に説明するための図である。FIG. 25 shows the extension or arrangement direction of the pattern on the sample after alignment of the detector (FIG. 25A), and the state of the mirror electron image of the alignment “+” pattern obtained by the detector before alignment. It is a figure for demonstrating notionally the mutual relationship of the mode (FIG.25 (c)) of the mirror electronic image of the said pattern obtained with the detector after alignment (FIG.25 (b)). 図26は、検出器7のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図26(a))、アライメント後の検出器で得られたアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図26(b))、及び、画像フレームの中心座標のアライメントを実行した後のアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図26(c))の相互の関係を概念的に説明するための図である。FIG. 26 shows the extension or arrangement direction of the pattern on the sample after completion of the alignment of the detector 7 (FIG. 26A), and the mirror electron image of the alignment “+” pattern obtained by the aligned detector. The relationship between the state (FIG. 26B) and the state of the mirror electronic image of the alignment “+” pattern after the alignment of the center coordinates of the image frame (FIG. 26C) is conceptually illustrated. It is a figure for demonstrating. 図27は、本発明の第2の態様の試料観察装置に試料クリーニング機能を付加した装置の構成を概念的に説明するための図である。FIG. 27 is a diagram for conceptually explaining the configuration of an apparatus in which a sample cleaning function is added to the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態では、写像投影型観察装置(写像投影光学系を有する電子線観察装置)を用いて試料が観察される。この種の電子線観察装置は、1次光学系及び2次光学系を備える。1次光学系は、電子銃から出射される電子ビームを試料に照射して、試料の構造等の情報を得た電子を生成する。2次光学系は、検出器を有し、電子ビームの照射により生成された電子の像を生成する。写像投影型観察装置では、大きな径の電子ビームが用いられ、広範囲の像が得られる。   In the present embodiment, a sample is observed using a mapping projection observation apparatus (an electron beam observation apparatus having a mapping projection optical system). This type of electron beam observation apparatus includes a primary optical system and a secondary optical system. The primary optical system irradiates a sample with an electron beam emitted from an electron gun, and generates electrons obtained from information such as the structure of the sample. The secondary optical system has a detector and generates an image of electrons generated by irradiation with an electron beam. In the projection type observation apparatus, a large-diameter electron beam is used, and a wide range of images can be obtained.

電子ビームを試料に照射すると、複数の種類の電子が2次光学系で検出される。複数種類の電子とは、ミラー電子、2次電子、反射電子、後方散乱電子である。本実施の形態は、主としてミラー電子の特性を利用して、試料を観察する。ミラー電子とは、試料に衝突せず、試料の直前で跳ね返ってくる電子をいう。ミラー電子現象は、試料表面の電場の作用によって生じる。   When the sample is irradiated with an electron beam, a plurality of types of electrons are detected by the secondary optical system. The plural types of electrons are mirror electrons, secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons. In this embodiment, a sample is observed mainly using the characteristics of mirror electrons. Mirror electrons are electrons that do not collide with the sample and bounce immediately before the sample. The mirror electron phenomenon is caused by the action of the electric field on the sample surface.

また、本実施の形態では、2次電子、反射電子及び後方散乱電子を、2次放出電子という。これら3種の電子が混在する場合も、2次放出電子という用語を用いる。2次放出電子のうちでは、2次電子が代表的である。そこで、2次電子が、2次放出電子の代表として説明されることがある。ミラー電子と2次放出電子の両者について、「試料から放出される」「試料から反射される」「電子ビーム照射により生成される」などの表現が用いられてよい。   In this embodiment, secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons are referred to as secondary emission electrons. Even when these three types of electrons are mixed, the term secondary emission electrons is used. Of the secondary emission electrons, secondary electrons are typical. Therefore, secondary electrons may be described as representative of secondary emission electrons. For both mirror electrons and secondary emission electrons, expressions such as “emitted from the sample”, “reflected from the sample”, and “generated by electron beam irradiation” may be used.

図1は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーLEと階調DNの関係を示している。ランディングエネルギーLEとは、試料に照射される電子ビームに付与されるエネルギーである。電子銃に加速度電圧Vaccが印加され、試料にリターディング電Vrtdが印加されるとする。この場合、ランディングエネルギーLEは、加速電圧とリターディング電圧の差(LE=Vacc−Vrtd)で表される。   FIG. 1 shows the relationship between the landing energy LE and the gradation DN when the sample is irradiated with an electron beam. The landing energy LE is energy given to the electron beam irradiated on the sample. Assume that an acceleration voltage Vacc is applied to the electron gun and a retarding voltage Vrtd is applied to the sample. In this case, the landing energy LE is represented by the difference between the acceleration voltage and the retarding voltage (LE = Vacc−Vrtd).

また、図1において、縦軸の階調DNは、2次光学系の検出器で検出された電子から生成した画像における輝度を表す。すなわち、階調DNは、検出される電子の数を表す。多くの電子が検出されるほど、階調DNが大きくなる。   In FIG. 1, the gradation DN on the vertical axis represents the luminance in an image generated from electrons detected by the detector of the secondary optical system. That is, the gradation DN represents the number of detected electrons. As more electrons are detected, the gradation DN increases.

図1は、0[eV]付近の小さいエネルギー領域における階調特性を示している。図示のように、LEがLEBより大きい領域(LEB<LE)では、階調DNは、比較的小さい一定の値を示す。LEがLEB以下、LEA以上の領域(LEA≦LE≦LEB)では、LEが小さくなるほど、階調DNが増大する。LEがLEAより小さい領域(LE<LEA)では、階調DNが、比較的大きい一定の値を示す。   FIG. 1 shows gradation characteristics in a small energy region near 0 [eV]. As shown in the figure, in a region where LE is greater than LEB (LEB <LE), the gradation DN shows a relatively small constant value. In a region where LE is equal to or lower than LEB and equal to or higher than LEA (LEA ≦ LE ≦ LEB), the gradation DN increases as LE decreases. In the region where LE is smaller than LEA (LE <LEA), the gradation DN shows a relatively large constant value.

上記の階調特性は、検出される電子の種類と関係している。LEB<LEの領域では、検出される殆どすべての電子が、2次放出電子である。この領域は、2次放出電子領域ということができる。一方、LE<LEAの領域では、検出される殆どすべての電子が、ミラー電子である。この領域は、ミラー電子領域ということができる。図示のように、ミラー電子領域の階調は、2次放出電子領域の階調より大きい。これは、2次放出電子と比べて、ミラー電子の分布の範囲が小さいからである。分布範囲が小さいので、より多くの電子が検出器に到達でき、階調が大きくなる。   The gradation characteristics are related to the type of electrons detected. In the region of LEB <LE, almost all detected electrons are secondary emission electrons. This region can be called a secondary emission electron region. On the other hand, in the region of LE <LEA, almost all detected electrons are mirror electrons. This region can be called a mirror electron region. As shown in the figure, the gradation of the mirror electron region is larger than that of the secondary emission electron region. This is because the range of distribution of mirror electrons is smaller than that of secondary emission electrons. Since the distribution range is small, more electrons can reach the detector, and the gradation becomes large.

また、LEA≦LE≦LEBの領域は、2次放出電子領域からミラー電子領域(又はその逆)への遷移領域である。この領域は、ミラー電子と2次放出電子が混在する領域であり、混在領域ということもできる。遷移領域(混在領域)では、LEが小さくなるほど、ミラー電子の発生量が増大し、階調が増大する。   The region of LEA ≦ LE ≦ LEB is a transition region from the secondary emission electron region to the mirror electron region (or vice versa). This region is a region where mirror electrons and secondary emission electrons are mixed, and can also be referred to as a mixed region. In the transition region (mixed region), the smaller the LE is, the more mirror electrons are generated and the gradation is increased.

LEA及びLEBは、遷移領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーを意味している。LEA及びLEBの具体的な値を説明する。本発明者の研究結果では、LEAが−5[eV]以上であり、LEBは5[eV]以下である(すなわち、−5[eV]≦LEA≦LEB≦5[eV])。   LEA and LEB mean the lowest landing energy and the highest landing energy in the transition region. Specific values of LEA and LEB will be described. According to the research results of the present inventors, LEA is −5 [eV] or more and LEB is 5 [eV] or less (that is, −5 [eV] ≦ LEA ≦ LEB ≦ 5 [eV]).

遷移領域のメリットとしては次の通りである。ミラー電子領域(LE<LEA)では、ビーム照射により発生する全ての電子がミラー電子になる。そのため、試料の形状に関係なく、検出される電子が全てミラー電子になり、試料の凹部でも凸部でも階調の差が小さくなり、パターンや欠陥のS/N及びコントラストが小さくなってしまう。したがって、ミラー電子領域を検査に使用するのは難しい場合がある。これに対して、遷移領域では、形状のエッジ部の部位にて特徴的かつ特異的にミラー電子が生じ、他の部位では2次放出電子が生じる。したがって、エッジのS/N及びコントラストを高くすることができる。したがって、遷移領域は検査を行うときに大変有効である。以下、この点について詳細に説明する。   The advantages of the transition area are as follows. In the mirror electron region (LE <LEA), all electrons generated by beam irradiation become mirror electrons. Therefore, regardless of the shape of the sample, all the detected electrons are mirror electrons, and the difference in gradation is reduced in both the concave and convex portions of the sample, and the S / N and contrast of the pattern and defect are reduced. Therefore, it may be difficult to use the mirror electron region for inspection. In contrast, in the transition region, mirror electrons are generated characteristically and specifically at the edge portion of the shape, and secondary emission electrons are generated at other portions. Therefore, the S / N and contrast of the edge can be increased. Therefore, the transition region is very effective when performing inspection. Hereinafter, this point will be described in detail.

図2は、上記の遷移領域の現象を示している。図2において、ミラー電子領域(LE<LEA)では、総ての電子が、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。これに対して、遷移領域では、一部の電子が試料に衝突し、試料が2次電子を放出する。LEが大きくなるほど、2次電子の割合が多くなる。そして、図示されないが、LEがLEBを超えると、2次電子のみ検出される。   FIG. 2 shows the phenomenon of the above transition region. In FIG. 2, in the mirror electron region (LE <LEA), all electrons become mirror electrons without colliding with the sample. In contrast, in the transition region, some electrons collide with the sample, and the sample emits secondary electrons. As LE increases, the proportion of secondary electrons increases. Although not shown, when LE exceeds LEB, only secondary electrons are detected.

次に、図3は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーLEと階調DNの関係を示している。エッジ部は、凹部の両端に位置し、試料の高さが変化する部分である。図3において、点線がエッジ部の階調特性を示し、実線が他の部分の階調特性を示す。他の部分の特性は、図1の特性に対応する。   Next, FIG. 3 shows the relationship between the landing energy LE and the gradation DN at the edge of the concavo-convex structure on the sample surface. The edge portions are portions where the height of the sample is changed at both ends of the concave portion. In FIG. 3, the dotted line indicates the gradation characteristic of the edge portion, and the solid line indicates the gradation characteristic of the other part. The characteristics of the other parts correspond to the characteristics of FIG.

図3に示すように、エッジ部とその他の部分では、特性線が異なっている。エッジ部の特性線は、ランディングエネルギーが大きくなる方向にずれている。すなわち、エッジ部では、遷移領域の上下限が大きく、遷移領域の上限はLEB+5[eV]である。ここで、LEBは、エッジ以外の部位の遷移領域の上限である。このような特性線のシフトが生じるのは、形状、構造及び材料等がエッジ部と他の部分で異なるからである。そして、特性線のずれることにより、エッジ部と他の部分で階調差ΔDNが生じる。   As shown in FIG. 3, the characteristic lines are different between the edge portion and other portions. The characteristic line of the edge portion is shifted in the direction in which the landing energy increases. That is, in the edge portion, the upper and lower limits of the transition region are large, and the upper limit of the transition region is LEB + 5 [eV]. Here, LEB is the upper limit of the transition region of the part other than the edge. The characteristic line shift occurs because the shape, structure, material, and the like are different between the edge portion and other portions. Then, due to the deviation of the characteristic line, a gradation difference ΔDN occurs between the edge portion and other portions.

次に、図3に示されるようにエッジ部の特性が他の部位と異なる理由について、そして階調差ΔDNが生じる理由について検討する。   Next, the reason why the characteristics of the edge part are different from other parts as shown in FIG. 3 and the reason why the gradation difference ΔDN occurs will be examined.

図4は、試料の凹凸構造の例であり、微細なライン/スペース形状の断面を示している。例えば凸部がラインであり、凹部がスペースである。ライン幅及びスペース幅が100μ以下である。図4の形状では、導体(Si)が凹凸形状を有している。そして、凸部の最上部に酸化膜(SiO等)が形成されている。 FIG. 4 is an example of the concavo-convex structure of the sample, and shows a fine line / space cross section. For example, the convex portion is a line and the concave portion is a space. The line width and space width are 100 μm or less. In the shape of FIG. 4, the conductor (Si) has an uneven shape. An oxide film (SiO 2 or the like) is formed on the top of the convex portion.

図5は、図4の構造に電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示している。図5では、縦縞のパターンが形成されている。電子ビームが照射されると、照射電子が、凹部(溝)の一方のエッジの付近で軌道を変え、横方向に曲がり、溝の反対側のエッジに向かって進む。そして、照射電子は、反対側のエッジ付近で再び軌道を変え、上方に戻っていく。こうして、照射電子は、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。このようにしてエッジで生じるミラー電子を、エッジミラー電子ということができる。エッジミラー電子は、両端のエッジから対称に生じる。図6も、図5と同様に、図4の構造にて生じるエッジミラー電子を示している。図6では、横縞のパターンが形成されている。   FIG. 5 shows a phenomenon in which mirror electrons are generated at the edge of the concavo-convex structure when the structure of FIG. 4 is irradiated with an electron beam. In FIG. 5, a pattern of vertical stripes is formed. When the electron beam is irradiated, the irradiated electron changes its trajectory in the vicinity of one edge of the concave portion (groove), bends in the lateral direction, and proceeds toward the opposite edge of the groove. The irradiated electrons change their trajectory again near the opposite edge and return upward. Thus, the irradiated electrons become mirror electrons without colliding with the sample. The mirror electrons generated at the edge in this way can be called edge mirror electrons. Edge mirror electrons are generated symmetrically from the edges at both ends. FIG. 6 also shows the edge mirror electrons generated in the structure of FIG. 4 as in FIG. In FIG. 6, a horizontal stripe pattern is formed.

また、図7は、照射電子がエッジミラー電子に変化する電子軌道のもう一つの例である。この例では、照射電子が、凹部の一方のエッジに向って入射し、一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って凹部内に侵入し、凹部の底部に衝突することなく進行方向を転換し、凹部の他方のエッジの近傍を通って、ミラー電子になる。このようなミラー電子も、エッジミラー電子である。エッジ構造では、各照射電子が、図5又は図7の軌道を通り、或いは図5及び図7の中間的な軌道を通り、エッジミラー電子になると考えられる。   FIG. 7 is another example of an electron trajectory in which irradiated electrons change to edge mirror electrons. In this example, irradiated electrons are incident toward one edge of the recess, enter the recess along a curved path passing through the vicinity of the one edge, and change the traveling direction without colliding with the bottom of the recess. , It passes through the vicinity of the other edge of the recess and becomes mirror electrons. Such mirror electrons are also edge mirror electrons. In the edge structure, each irradiation electron passes through the trajectory of FIG. 5 or FIG. 7 or an intermediate trajectory of FIG. 5 and FIG.

次に、電子の軌道がエッジ付近で曲がりやすい理由について説明する。図5の構造では、導体の凸部の表面に酸化膜が形成されている。この構造では、試料表面の酸化膜が負に帯電する。そして、凹部内の導体の電位が、酸化膜の電位よりも相対的に高くなる。エッジ付近で電位が変化するために、電子の軌道が上述のように曲がりやすく、その結果、エッジミラー電子が生じる。   Next, the reason why the electron trajectory tends to bend near the edge will be described. In the structure of FIG. 5, an oxide film is formed on the surface of the convex portion of the conductor. In this structure, the oxide film on the sample surface is negatively charged. And the electric potential of the conductor in a recessed part becomes relatively higher than the electric potential of an oxide film. Since the potential changes in the vicinity of the edge, the trajectory of the electrons is easily bent as described above, and as a result, edge mirror electrons are generated.

本実施の形態では、プレチャージを行うことも好適である。プレチャージは、試料観察の前に行われる電子ビームの照射である。プレチャージにより、試料の絶縁領域が負に帯電する(図5等の例では、試料表面の酸化膜が負に帯電する)。プレチャージを行うことにより、絶縁領域の電位が安定する。これにより、エッジミラー電子が安定して発生し、図3の特性が安定して得られる。したがって、試料観察を良好に行うことができ、試料観察結果を用いる検査の精度も向上できる。   In this embodiment mode, precharging is also preferable. Precharge is irradiation of an electron beam performed before sample observation. By precharging, the insulating region of the sample is negatively charged (in the example of FIG. 5 and the like, the oxide film on the sample surface is negatively charged). By performing the precharge, the potential of the insulating region is stabilized. As a result, edge mirror electrons are stably generated, and the characteristics shown in FIG. 3 are stably obtained. Therefore, sample observation can be performed satisfactorily and the accuracy of inspection using the sample observation result can be improved.

プレチャージの電子ビームは、試料観察のための電子光学系を用いて照射されてよい。あるいは、別の電子銃が、プレチャージのために設けられてよい。   The precharged electron beam may be irradiated using an electron optical system for sample observation. Alternatively, another electron gun may be provided for precharging.

図8は、試料の凹凸構造に関する別の例を示している。図8も、ライン/スペース形状の断面である。図8では、Si面に、酸化膜(SiO等)の凸部が形成されている。このような構造では、凹部の両側のエッジにて、等電位面が屈曲する。等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、図8の構造においても、照射電子は、図5〜図7に示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。図8の構造でもプレチャージが好適に行われ、これにより、凸部の酸化膜の電位を安定させることができる。 FIG. 8 shows another example of the uneven structure of the sample. FIG. 8 is also a cross section of a line / space shape. In FIG. 8, a convex portion of an oxide film (SiO 2 or the like) is formed on the Si surface. In such a structure, the equipotential surface is bent at the edges on both sides of the recess. The trajectory of irradiated electrons bends due to the bending of the equipotential surface. As a result, also in the structure of FIG. 8, the irradiated electrons pass through the trajectories shown in FIGS. 5 to 7 and become edge mirror electrons. Also in the structure of FIG. 8, precharge is suitably performed, and thereby the potential of the oxide film at the convex portion can be stabilized.

また、導電材のみによって凹凸構造が形成されることがある。この場合も、凹凸に沿って等電位面が形成される。そして、凹部の両側のエッジでは等電位面が屈曲する。この等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、照射電子は、上述したような軌道を通り、エッジミラー電子になる。   Further, the concavo-convex structure may be formed only by the conductive material. Also in this case, an equipotential surface is formed along the unevenness. The equipotential surface is bent at the edges on both sides of the recess. The trajectory of the irradiated electrons is bent due to the bending of the equipotential surface. As a result, the irradiated electrons pass through the trajectory as described above and become edge mirror electrons.

また、導電材のみで凹凸面が形成されている場合でも、導電膜の表面には自然酸化膜が存在している。したがって、プレチャージを行うことが好適であり、これにより電位を安定させることができる。   Even when the uneven surface is formed only of the conductive material, a natural oxide film exists on the surface of the conductive film. Therefore, it is preferable to perform precharging, which can stabilize the potential.

以上に詳細に説明したように、試料の凹部では、電子が両端のエッジ付近を通ってUターンし、エッジミラー電子になる。そのため、エッジミラー電子は、通常の部位のミラー電子よりも発生しやすい。その結果、図3に示されるように、エッジ部では、エッジ以外の部分よりも、遷移領域が高いエネルギー側へと広がっている。   As described in detail above, in the concave portion of the sample, electrons make a U-turn through the vicinity of both edges and become edge mirror electrons. For this reason, the edge mirror electrons are more likely to be generated than the mirror electrons at the normal site. As a result, as shown in FIG. 3, in the edge portion, the transition region spreads to the higher energy side than the portion other than the edge.

また、上記領域では、ミラー電子と2次放出電子が混在する。2次放出電子は、前述したように、2次電子、反射電子又は後方散乱電子である(あるいは、それらが混在している)。2次放出電子は、等方的に広がって放出される。そのため、検出器には、最大でも数%の電子しか到達しない。これに対して、エッジミラー電子は、照射電子がそのまま反射することにより生成される。したがって、エッジミラー電子については、透過率(検出器への到達率)がほぼ100%である。したがって、高い輝度(階調)が得られ、周囲との階調差ΔDNが大きくなる。   Further, in the region, mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. As described above, the secondary emission electrons are secondary electrons, reflected electrons, or backscattered electrons (or a mixture thereof). Secondary emission electrons are isotropically spread and emitted. Therefore, only a few percent of electrons reach the detector at the maximum. On the other hand, edge mirror electrons are generated by reflecting irradiated electrons as they are. Therefore, for edge mirror electrons, the transmittance (the arrival rate at the detector) is almost 100%. Therefore, high luminance (gradation) is obtained, and the gradation difference ΔDN from the surroundings becomes large.

上記のように、エッジ部では、ミラー電子が生じやすく、しかも、ミラー電子の透過率が大きい。その結果、図3に示されるように、ランディングエネルギーLEが大きい方へと、エッジ部の階調特性線がずれ、エッジ部と他の部位の間に階調差ΔDNが生じる。   As described above, mirror electrons are easily generated at the edge portion, and the transmittance of the mirror electrons is large. As a result, as shown in FIG. 3, as the landing energy LE increases, the gradation characteristic line of the edge portion shifts, and a gradation difference ΔDN occurs between the edge portion and other portions.

本実施の形態は、上記の現象を利用して、解像度が高くコントラストも大きいパターン画像を生成する。上記で説明された凹構造は、本発明の凹パターンに相当する。本実施の形態では、凹パターンで効率よくエッジミラー電子が生じるように、ランディングエネルギーを設定する。ランディングエネルギーLEは、図示のように、従来一般の観察技術と比べて非常に低い値に設定されることになる。このようなエネルギー設定により、パターンと周囲の階調差ΔDNが大きくなり、高い解像度と高いコントラストの画像が得られる。   The present embodiment uses the above phenomenon to generate a pattern image with high resolution and high contrast. The concave structure described above corresponds to the concave pattern of the present invention. In the present embodiment, landing energy is set so that edge mirror electrons are efficiently generated in the concave pattern. As shown in the figure, the landing energy LE is set to a very low value as compared with the conventional general observation technique. By such energy setting, the gradation difference ΔDN between the pattern and the surroundings becomes large, and an image with high resolution and high contrast can be obtained.

具体的には、LEA≦LE≦LEB、又は、LEA≦LE≦LEB+5[eV]になるように、ランディングエネルギーLEが設定される。これにより、ミラー電子と2次電子が混在する領域にランディングエネルギーLEが設定される。   Specifically, the landing energy LE is set so that LEA ≦ LE ≦ LEB or LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 [eV]. Thereby, the landing energy LE is set in a region where mirror electrons and secondary electrons are mixed.

前述したように、本発明の研究結果では、−5[eV]≦LEA≦LEB≦5[eV]である。例えば、LEA=−5[eV]、LEB=5[eV]であったとする。この場合、ランディングエネルギーLEは、−5[eV]≦LE≦5+5[eV]=10[eV]に設定される。さらに詳細には、ランディングエネルギーLEに依存してミラー電子と2次放出電子の混在の状況が変化し、階調差も変化する。ミラー電子の発生数が比較的小さい領域にランディングエネルギーLEを設定することで、大きな効果が得られると考えられる。   As described above, in the research result of the present invention, −5 [eV] ≦ LEA ≦ LEB ≦ 5 [eV]. For example, it is assumed that LEA = −5 [eV] and LEB = 5 [eV]. In this case, the landing energy LE is set to −5 [eV] ≦ LE ≦ 5 + 5 [eV] = 10 [eV]. More specifically, depending on the landing energy LE, the situation of the mixture of mirror electrons and secondary emission electrons changes, and the gradation difference also changes. It is considered that a great effect can be obtained by setting the landing energy LE in a region where the number of mirror electrons generated is relatively small.

次に、上記の試料観察方法を実現するための試料観察装置について説明する。以下の説明では、試料観察装置が、試料検査装置に組み込まれており、試料のパターン欠陥の検査に用いられる。図9は試料検査装置の全体構成を示しており、図10は、試料検査装置の主要部を示している。   Next, a sample observation apparatus for realizing the sample observation method will be described. In the following description, a sample observation device is incorporated in a sample inspection device and used for inspection of a pattern defect of a sample. FIG. 9 shows the overall configuration of the sample inspection apparatus, and FIG. 10 shows the main part of the sample inspection apparatus.

図9を参照すると、試料検査装置10は、試料キャリア12と、ミニエンバイロメント14と、ロードロック16と、トランスファーチャンバ18と、メインチャンバ22と、電子コラム24と、画像処理装置90を有する。ミニエンバイロメント14には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ18には、真空中の搬送ロボットが設けられる。   Referring to FIG. 9, the sample inspection apparatus 10 includes a sample carrier 12, a mini-environment 14, a load lock 16, a transfer chamber 18, a main chamber 22, an electronic column 24, and an image processing device 90. The mini-environment 14 is provided with a transfer robot in the atmosphere, a sample alignment device, a clean air supply mechanism, and the like. The transfer chamber 18 is provided with a transfer robot in vacuum.

メインチャンバ22には、x方向、y方向及びθ(回転)方向に移動するようにステージ30が設けられる。ステージ30の上に静電チャックが設置されている。静電チャックには試料そのものが設置される。または、試料は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。   The main chamber 22 is provided with a stage 30 so as to move in the x direction, the y direction, and the θ (rotation) direction. An electrostatic chuck is installed on the stage 30. The sample itself is placed on the electrostatic chuck. Alternatively, the sample is held on the electrostatic chuck in a state where it is placed on a pallet or jig.

メインチャンバ22は、真空制御系26により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ22、トランスファーチャンバ18及びロードロック16は、除振台28上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。   The main chamber 22 is controlled by a vacuum control system 26 so that a vacuum state is maintained in the chamber. Further, the main chamber 22, the transfer chamber 18, and the load lock 16 are placed on a vibration isolation table 28, and are configured so that vibration from the floor is not transmitted.

また、メインチャンバ22には電子コラム24が設置されている。この電子コラム24は、電子銃、レンズ、配線及びフィールドスルーを備え、更に、図示のように検出器70を備えている。これら構成が、電子ビームによる写像投影のための1次光学系及び2次光学系を実現している。   An electronic column 24 is installed in the main chamber 22. The electron column 24 includes an electron gun, a lens, wiring, and a field through, and further includes a detector 70 as shown. These configurations realize a primary optical system and a secondary optical system for mapping projection with an electron beam.

検出器70の出力信号は、画像処理装置90に送られて処理される。オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。このような信号処理を行うため、システムソフト140が備えられている。システムソフト140はコンピュータにてプログラムを実行することにより実現される。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源130が備えられている。また、メインチャンバ22には、光学顕微鏡110及びSEM式検査装置(SEM)120が備えられている。   The output signal of the detector 70 is sent to the image processing device 90 for processing. Both on-time signal processing and off-time signal processing are possible. On-time signal processing is performed during the inspection. When performing off-time signal processing, only an image is acquired and signal processing is performed later. Data processed by the image processing apparatus is stored in a recording medium such as a hard disk or a memory. Moreover, it is possible to display data on the monitor of the console as necessary. In order to perform such signal processing, system software 140 is provided. The system software 140 is realized by executing a program on a computer. An electron optical system control power supply 130 is provided to supply power to the electron column system. The main chamber 22 is provided with an optical microscope 110 and an SEM type inspection device (SEM) 120.

図9の試料検査装置10では、ウエハ、マスクなどの試料が、試料キャリア12(ロードポート)からミニエンバイロメント14に搬送される。ミニエンバイロメント14では、アライメント作業がおこなわれる。   In the sample inspection apparatus 10 in FIG. 9, a sample such as a wafer or a mask is transported from the sample carrier 12 (load port) to the mini-environment 14. In the mini environment 14, an alignment operation is performed.

次に、試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック16に搬送される。ロードロック16は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が、一定値(例えば1〔Pa〕程度)以下になると、トランスファーチャンバ18に配置された真空中の搬送ロボットにより、試料がロードロック16からメインチャンバ22へ搬送される。試料は、ステージ30上の静電チャック機構上に保持される。   Next, the sample is transferred to the load lock 16 by a transfer robot in the atmosphere. The load lock 16 is exhausted from the atmosphere to a vacuum state by a vacuum pump. When the pressure becomes a certain value (for example, about 1 [Pa]) or less, the sample is transferred from the load lock 16 to the main chamber 22 by the transfer robot in vacuum arranged in the transfer chamber 18. The sample is held on an electrostatic chuck mechanism on the stage 30.

メインチャンバ22では、試料が検査される。ここでは、上述した本発明の試料観察方法を利用して、試料のパターンが検査される。また、後述するように、SEM120を用いて検査が行われる。検査が終了すると、試料は、逆の経路を通って、試料キャリア12へと戻る。   In the main chamber 22, the sample is inspected. Here, the pattern of the sample is inspected using the sample observation method of the present invention described above. Further, as will be described later, an inspection is performed using the SEM 120. When the inspection is finished, the sample returns to the sample carrier 12 through the reverse path.

次に、図10を参照し、試料検査装置10の主要部について説明する。図10の構成は、図9のメインチャンバ22及び電子コラム24などに相当する。   Next, the main part of the sample inspection apparatus 10 will be described with reference to FIG. The configuration in FIG. 10 corresponds to the main chamber 22 and the electronic column 24 in FIG.

図10において、試料検査装置10は、電子ビームを生成する1次光学系40と、試料20を設置するステージ30と、試料からの2次放出電子及びミラー電子の像を生成する2次光学系60と、それらの電子を検出する検出器70と、検出器70からの信号を処理する画像処理装置90とを備える。検出器70は、2次光学系60の一部に含まれる。また、試料検査装置10は、装置全体を制御するために制御部100を備えている。制御部100は、図9のシステムソフト140に対応する。更に、試料検査装置10には、位置合わせのために光学顕微鏡110が設けられ、レビューのためにSEM120が設けられている。   In FIG. 10, a sample inspection apparatus 10 includes a primary optical system 40 that generates an electron beam, a stage 30 on which the sample 20 is installed, and a secondary optical system that generates images of secondary emission electrons and mirror electrons from the sample. 60, a detector 70 for detecting these electrons, and an image processing device 90 for processing a signal from the detector 70. The detector 70 is included in a part of the secondary optical system 60. Further, the sample inspection apparatus 10 includes a control unit 100 for controlling the entire apparatus. The control unit 100 corresponds to the system software 140 of FIG. Further, the sample inspection apparatus 10 is provided with an optical microscope 110 for alignment and an SEM 120 for review.

1次光学系40は、電子ビームを生成し、試料20に向けて照射する構成である。1次光学系40は、電子銃41と、レンズ42、45と、アパーチャ43、44と、E×Bフィルタ46と、レンズ47、49、50と、アパーチャ48とを有する。電子銃41により電子ビームが生成される。レンズ42、45及びアパーチャ43、44は、電子ビームの形状を整えるとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、E×Bフィルタ46にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からE×Bフィルタ46に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料20の方に向かう。レンズ47、49、50は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーLEを調整する。   The primary optical system 40 is configured to generate an electron beam and irradiate the sample 20. The primary optical system 40 includes an electron gun 41, lenses 42 and 45, apertures 43 and 44, an E × B filter 46, lenses 47, 49 and 50, and an aperture 48. An electron beam is generated by the electron gun 41. The lenses 42 and 45 and the apertures 43 and 44 adjust the shape of the electron beam and control the direction of the electron beam. In the E × B filter 46, the electron beam is affected by the Lorentz force due to the magnetic field and the electric field. The electron beam enters the E × B filter 46 from an oblique direction, is deflected vertically downward, and travels toward the sample 20. The lenses 47, 49, and 50 adjust the landing energy LE by controlling the direction of the electron beam and appropriately decelerating.

写像投影光学系の1次光学系40では、E×Bフィルタ46が特に重要である。E×Bフィルタ46の電界と磁界の条件を調整することにより、1次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、1次系の照射電子ビームと、2次系の電子ビームとが、試料20に対して、ほぼ垂直に入射するように、E×Bフィルタ46の条件が設定される。   In the primary optical system 40 of the mapping projection optical system, the E × B filter 46 is particularly important. The primary electron beam angle can be determined by adjusting the electric field and magnetic field conditions of the E × B filter 46. For example, the condition of the E × B filter 46 is set so that the primary electron beam and the secondary electron beam are incident on the sample 20 substantially perpendicularly.

1次光学系40は、撮像のための電子ビームだけでなく、プレチャージのための電子ビームも照射してよい。あるいは、プレチャージのための電子銃等が設けられてもよい。   The primary optical system 40 may irradiate not only an electron beam for imaging but also an electron beam for precharging. Alternatively, an electron gun or the like for precharging may be provided.

ステージ30は、上述したように、試料20を載置するための構成である。ステージ30は、xy方向(水平方向)及びθ方向(水平面上での回転方向)に移動可能である。また、ステージ30は、必要に応じてz方向(垂直方向)に移動可能であってもよい。ステージ30の表面には、静電チャック等の試料固定機構が備えられている。   The stage 30 is a structure for mounting the sample 20 as described above. The stage 30 is movable in the xy direction (horizontal direction) and the θ direction (rotation direction on a horizontal plane). Further, the stage 30 may be movable in the z direction (vertical direction) as necessary. A sample fixing mechanism such as an electrostatic chuck is provided on the surface of the stage 30.

2次光学系60は、試料20から反射した電子を、検出器70に導く構成である。既に説明したように、ミラー電子及び2次放出電子が検出器70に導かれる。2次光学系60は、レンズ61、63と、アパーチャ62と、アライナ64と、検出器70とを有する。電子は、試料20から反射して、対物レンズ50、レンズ49、アパーチャ48、レンズ47及びE×Bフィルタ46を再度通過する。そして、電子は2次光学系60に導かれる。2次光学系60においては、電子は、レンズ61、アパーチャ62、レンズ63を通過し、アライナ64で整えられて、検出器70にて検出される。   The secondary optical system 60 is configured to guide the electrons reflected from the sample 20 to the detector 70. As already described, mirror electrons and secondary emission electrons are guided to the detector 70. The secondary optical system 60 includes lenses 61 and 63, an aperture 62, an aligner 64, and a detector 70. The electrons are reflected from the sample 20 and pass through the objective lens 50, the lens 49, the aperture 48, the lens 47 and the E × B filter 46 again. Then, the electrons are guided to the secondary optical system 60. In the secondary optical system 60, the electrons pass through the lens 61, the aperture 62, and the lens 63, are adjusted by the aligner 64, and are detected by the detector 70.

アパーチャ62は、2次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。本実施の形態では、アパーチャ62のサイズ、位置及び形状が調整可能である。この調整を行うために、アパーチャ調整機構200が設けられている。アパーチャ調整は、観察画像における試料パターンのコントラストを大きくするために行われる。アパーチャ調整については後述する。   The aperture 62 has a role of defining the transmittance and aberration of the secondary system. In the present embodiment, the size, position, and shape of the aperture 62 can be adjusted. In order to perform this adjustment, an aperture adjustment mechanism 200 is provided. Aperture adjustment is performed to increase the contrast of the sample pattern in the observation image. The aperture adjustment will be described later.

検出器70は、2次光学系60により導かれた電子を検出する構成である。検出器70は、検出面に複数のピクセルを有する。検出器70には、種々の二次元型センサを適用することができる。例えば、検出器70には、CCD(Charge Coupled Device)及びTDI(Time Delay Integration)−CCDが適用されてよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換又はシンチレータを用いて、電子が光に変換される。   The detector 70 is configured to detect electrons guided by the secondary optical system 60. The detector 70 has a plurality of pixels on the detection surface. Various two-dimensional sensors can be applied to the detector 70. For example, a CCD (Charge Coupled Device) and a TDI (Time Delay Integration) -CCD may be applied to the detector 70. These are sensors that detect signals after converting electrons to light. Therefore, means such as photoelectric conversion are necessary. Thus, electrons are converted into light using photoelectric conversion or scintillator.

また、検出器70には、EB−TDIが適用されてよい。EB−TDIは、光電変換機構及び光伝達機構を必要としない。電子がEB−TDIセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いMTF(Modulation Transfer Function)及びコントラストを得ることが可能となる。また、検出器70には、EB−CCDが適用されてもよい。   Further, EB-TDI may be applied to the detector 70. EB-TDI does not require a photoelectric conversion mechanism and a light transmission mechanism. Electrons enter the EB-TDI sensor surface directly. Therefore, there is no deterioration in resolution, and a high MTF (Modulation Transfer Function) and contrast can be obtained. The detector 70 may be an EB-CCD.

制御部100は、コンピュータで構成され、試料検査装置10の全体を制御する。制御部100は、図9のシステムソフト140と対応する。   The control unit 100 is configured by a computer and controls the entire sample inspection apparatus 10. The control unit 100 corresponds to the system software 140 in FIG.

制御部100は、電子銃41を含む1次光学系40を制御して、ランディングエネルギーLEを調整する。本実施の形態では、前述したように、試料20のパターンにてエッジミラー電子が効率よく発生するように、ランディングエネルギーLEが設定される。また、制御部100は、1次光学系40及び2次光学系60を制御して、電子銃41から検出器70までの電子の軌道を制御及び調整する。より詳細には、電子ビームが電子銃41から試料20まで所定の適切な軌道を通り、さらに試料20からの電子が検出器70まで所定の適切な軌道を通るように、電子軌道が制御される。また、制御部100は、後述にて詳細に説明するように、アパーチャ調整機構200を制御して、アパーチャ調整を行わせる。   The control unit 100 controls the primary optical system 40 including the electron gun 41 to adjust the landing energy LE. In the present embodiment, as described above, the landing energy LE is set so that edge mirror electrons are efficiently generated in the pattern of the sample 20. In addition, the control unit 100 controls the primary optical system 40 and the secondary optical system 60 to control and adjust the trajectory of electrons from the electron gun 41 to the detector 70. More specifically, the electron trajectory is controlled so that the electron beam passes through a predetermined appropriate trajectory from the electron gun 41 to the sample 20, and further, the electron from the sample 20 passes through the predetermined proper trajectory to the detector 70. . Further, as will be described in detail later, the control unit 100 controls the aperture adjustment mechanism 200 to perform aperture adjustment.

また、制御部100は、画像処理装置90を制御して、検出器70からの信号を処理して、試料20のパターンの画像を生成させる。さらに、制御部100は、画像処理装置90で生成された画像を処理し、パターン欠陥についての判定を行うように構成されている。   In addition, the control unit 100 controls the image processing device 90 to process a signal from the detector 70 to generate an image of the pattern of the sample 20. Furthermore, the control unit 100 is configured to process an image generated by the image processing apparatus 90 and perform determination regarding a pattern defect.

以上に、試料検査装置10の各部の構成について説明した。次に、試料検査装置10の動作を説明する。   The configuration of each part of the sample inspection apparatus 10 has been described above. Next, the operation of the sample inspection apparatus 10 will be described.

試料検査装置10は、電子ビームを試料20に照射しながら、ステージ30を水平方向に移動し、試料20からの電子を検出器70にて検出し、検出信号から試料20の画像を生成する。電子ビームは、電子銃41から発射され、1次光学系40に導かれて、試料20に照射される。入射過程では、E×Bフィルタ46にて電子ビームの向きが変えられる。本実施の形態では、写像投影法により検査が行われる。そのため、試料の比較的広い範囲を照射するように、大きな径の電子ビームが用いられる。   The sample inspection apparatus 10 moves the stage 30 in the horizontal direction while irradiating the sample 20 with the electron beam, detects electrons from the sample 20 by the detector 70, and generates an image of the sample 20 from the detection signal. The electron beam is emitted from the electron gun 41, guided to the primary optical system 40, and irradiated on the sample 20. In the incident process, the direction of the electron beam is changed by the E × B filter 46. In the present embodiment, the inspection is performed by the mapping projection method. Therefore, an electron beam having a large diameter is used so as to irradiate a relatively wide range of the sample.

電子ビームのランディングエネルギーLEは、上述の試料観察方法の説明で述べたように、エッジミラー電子がパターンのエッジにて発生しやすいように設定されている。具体的には、ランディングエネルギーLEが、LEA≦LE≦LEB+5[eV]に設定される。LEA、LEBは、図1における遷移領域の下限及び上限であり、例えば、−5[eV]及び5[eV]である。   The landing energy LE of the electron beam is set so that edge mirror electrons are likely to be generated at the edge of the pattern, as described in the above description of the sample observation method. Specifically, the landing energy LE is set to LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 [eV]. LEA and LEB are the lower limit and upper limit of the transition region in FIG. 1, and are, for example, −5 [eV] and 5 [eV].

したがって、電子ビームが試料20のパターンに照射されたときに、エッジミラー電子が発生する。より詳細には、電子ビームのうちで、一部の電子がパターンのエッジ付近に照射される。このようなエッジ付近への電子が、図5〜図7に例示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。   Therefore, edge mirror electrons are generated when the pattern of the sample 20 is irradiated with the electron beam. More specifically, some of the electron beams are irradiated near the edge of the pattern. Such an electron near the edge passes through the trajectory illustrated in FIGS. 5 to 7 and becomes an edge mirror electron.

試料20で生じた電子は、2次光学系60によって検出器70に導かれる。そして、電子の像が検出器70の検出面に生成される。電子ビームの照射により、試料20では、エッジミラー電子の他に、通常のミラー電子も生じ得る。また、ミラー電子の他に、2次放出電子も生じる。したがって、検出器70には、これらの種類の電子の像が形成される。   Electrons generated in the sample 20 are guided to the detector 70 by the secondary optical system 60. Then, an electron image is generated on the detection surface of the detector 70. In the sample 20, normal mirror electrons can be generated in addition to the edge mirror electrons by the electron beam irradiation. In addition to the mirror electrons, secondary emission electrons are also generated. Therefore, an image of these types of electrons is formed on the detector 70.

検出器70は、電子を検出して、検出信号を画像処理装置90に送る。画像処理装置90では、検出信号を処理して、試料20の画像を生成する。ここで、本実施の形態では、ランディングエネルギーLEが適切に設定されており、検出器70に多くのエッジミラー電子が到達する。すなわち、エッジミラー電子の検出数が、他の種類の電子と比べて多い。エッジミラー電子は、試料20のパターンのエッジで生じる。したがって、試料20の画像においては、パターンの階調(輝度)が大きくなる。そして、他の部分との階調差が大きくなる。したがって、パターンのコントラストが大きくなる。   The detector 70 detects electrons and sends a detection signal to the image processing device 90. In the image processing apparatus 90, the detection signal is processed to generate an image of the sample 20. Here, in the present embodiment, the landing energy LE is appropriately set, and many edge mirror electrons reach the detector 70. That is, the number of detected edge mirror electrons is larger than that of other types of electrons. Edge mirror electrons are generated at the edge of the pattern of the sample 20. Therefore, in the image of the sample 20, the gradation (brightness) of the pattern is increased. Then, the gradation difference from other parts increases. Therefore, the contrast of the pattern is increased.

制御部100は、このような試料20の画像を用いて、パターン欠陥の判定を行う。制御部100は、パターンの欠陥の有無を判定してよく、欠陥の位置を検出してよく、さらに欠陥の種類を判定してよい。また、本実施の形態の試料検査装置10は、パターン欠陥だけでなく、異物を検査してもよい。この場合、制御部100は、試料20の画像を処理して、異物の有無を判定してよい。さらに、他の検査も行われてよい。   The control unit 100 determines a pattern defect using such an image of the sample 20. The controller 100 may determine the presence or absence of a pattern defect, may detect the position of the defect, and may further determine the type of defect. Further, the sample inspection apparatus 10 of the present embodiment may inspect not only pattern defects but also foreign matters. In this case, the control unit 100 may process the image of the sample 20 and determine the presence or absence of foreign matter. In addition, other tests may be performed.

欠陥判定処理は、「ダイtoダイ(die to die)」であってよい。この処理は、試料20の2つのダイの画像を比較する。より詳細には、順次得られる2つのダイの画像が比較される。2つのダイのパターンが相違する場合に、制御部100は、欠陥があると判定する。   The defect determination process may be “die to die”. This process compares the two die images of sample 20. More specifically, images of two dies obtained sequentially are compared. When the patterns of the two dies are different, the control unit 100 determines that there is a defect.

欠陥判定処理は、「ダイto anyダイ(die to any die)」であってよい。この場合、試料20から特定のダイの画像が得られ、判定基準として保持される。そして、判定基準のダイの画像が、他の多数のダイの画像と順番に比較される。この場合も、ダイのパターンが相違する場合に、制御部100は、欠陥があると判定する。   The defect determination process may be a “die to any die”. In this case, an image of a specific die is obtained from the sample 20 and is held as a determination criterion. Then, the image of the criterion die is compared with the images of many other dies in order. Also in this case, when the die patterns are different, the control unit 100 determines that there is a defect.

さらに、欠陥判定処理は、「ダイtoデータベース(die to database)」であってよい。この場合、ダイの画像が、設計データ等の登録データと比較される。設計データは例えばCADデータである。そして、ダイの画像が登録データと相違する場合に、制御部100は、欠陥があると判定する。   Further, the defect determination process may be a “die to database”. In this case, the die image is compared with registered data such as design data. The design data is, for example, CAD data. When the die image is different from the registered data, the control unit 100 determines that there is a defect.

また、欠陥判定処理は、セル(cell)の欠陥を判定してよい。この場合、上述のダイの画像の代わりに、セルの画像が処理される。欠陥判定処理は、「セルtoセル(cell to cell)」でもよく、「セルto anyセル(cell to any cell)」でもよく、「セルtoデータベース(cell to database)」でもよい。   The defect determination process may determine a cell defect. In this case, instead of the die image described above, the cell image is processed. The defect determination process may be “cell to cell”, “cell to any cell”, or “cell to database”.

このようにして、制御部100は、欠陥判定を行う。欠陥判定結果は、モニタに表示されてよく、記録媒体に記録されてよい。また、欠陥判定結果は、以下に説明するように、次の段階でSEM120により利用されてよい。   In this way, the control unit 100 performs defect determination. The defect determination result may be displayed on a monitor or recorded on a recording medium. Further, the defect determination result may be used by the SEM 120 in the next stage, as will be described below.

「写像投影型検査装置とSEMの両方を備えた構成について」
図11は、試料検査装置10の一部であり、特に、メインチャンバ22、電子コラム24及びSEM120を示している。電子コラム24は、メインチャンバ22と共に、写像投影型観察装置を構成している。したがって、本実施の形態の試料検査装置は、写像投影型観察装置とSEM型観察装置の両方を備えた複合型の観察装置を構成している。
“About a configuration with both a mapping projection inspection device and an SEM”
FIG. 11 is a part of the sample inspection apparatus 10, and particularly shows the main chamber 22, the electron column 24, and the SEM 120. The electronic column 24 and the main chamber 22 constitute a mapping projection observation apparatus. Therefore, the sample inspection apparatus according to the present embodiment constitutes a composite observation apparatus that includes both the mapping projection observation apparatus and the SEM observation apparatus.

図11に示されるように、本実施の形態では、ステージ30が移動可能であり、特に、電子コラム24(写像投影型観察装置)の観察位置とSEM120の観察位置との間で移動可能である。このような構成により、写像方式とSEMという2種類の装置の両方を用いる場合に、観察及び検査を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観察装置でパターン欠陥が検出され、それから、SEMでパターン欠陥が詳細にレビューされる。以下、この特徴について更に詳細に説明する。   As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the stage 30 is movable, and in particular, is movable between the observation position of the electronic column 24 (mapping projection observation apparatus) and the observation position of the SEM 120. . With such a configuration, observation and inspection can be performed quickly and with high accuracy when both the mapping method and the SEM are used. For example, a pattern defect is detected by a mapping projection observation apparatus, and then the pattern defect is reviewed in detail by an SEM. Hereinafter, this feature will be described in more detail.

図11の構成によれば、試料20が同じステージ30に搭載されたまま、電子コラム24とSEM120の両方が使用される。したがって、試料20(ステージ30)が電子コラム24とSEM120との間を移動したときに、座標関係が一義的に決まる。このことは、パターンの所定箇所を特定したり、パターン欠陥箇所を特定するときに有利である。2つの検査装置が、同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。例えば、電子コラム24により欠陥箇所が特定される。この欠陥箇所が、SEM120にて迅速に位置決めされる。   According to the configuration of FIG. 11, both the electron column 24 and the SEM 120 are used while the sample 20 is mounted on the same stage 30. Therefore, when the sample 20 (stage 30) moves between the electron column 24 and the SEM 120, the coordinate relationship is uniquely determined. This is advantageous when specifying a predetermined portion of a pattern or specifying a pattern defect portion. Two inspection apparatuses can easily identify the same part with high accuracy. For example, the defect location is specified by the electronic column 24. This defective part is quickly positioned by the SEM 120.

上記の複合型の構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とSEMが、別々の真空チャンバに分かれて配置されたとする。分離された別々の装置間で試料を移動する必要があり、別々のステージに試料を設置する必要がある。そのため、2つの装置が試料のアライメントを別個に行う必要があり、時間がかかる。また、試料のアライメントを別々に行う場合、同一位置の特定誤差は、5〜10〔μm〕となってしまう。   Suppose that the above composite configuration is not applied. For example, assume that the mapping optical inspection device and the SEM are arranged separately in separate vacuum chambers. It is necessary to move the sample between the separated devices, and it is necessary to place the sample on separate stages. Therefore, it is necessary for the two apparatuses to perform sample alignment separately, which takes time. Further, when the samples are aligned separately, the specific error at the same position is 5 to 10 [μm].

一方、本実施の形態では、図11に示すように、2種類の検査において、同一のチャンバ22の同一のステージ30に、試料20が設置される。写像方式の電子コラム24とSEM120との間でステージ30が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能である。例えば、1〔μm〕以下の精度での位置の特定が可能である。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, the sample 20 is placed on the same stage 30 in the same chamber 22 in two types of inspection. Even when the stage 30 moves between the mapping type electronic column 24 and the SEM 120, the same position can be specified with high accuracy. For example, the position can be specified with an accuracy of 1 [μm] or less.

このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、試料20の検査が写像方式で行われ、パターン及びパターン欠陥が検査される。それから、検出した欠陥の特定及び詳細観察(レビュー)が、SEM120で行われる。正確な位置の特定ができるので、欠陥の有無(無ければ疑似検出)が判断できるだけでなく、欠陥のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。   Such high-precision identification is very advantageous in the following cases. First, the sample 20 is inspected by a mapping method, and patterns and pattern defects are inspected. Then, identification of the detected defect and detailed observation (review) are performed by the SEM 120. Since an accurate position can be specified, not only the presence / absence of a defect (pseudo detection if there is no defect) can be determined, but also the detailed observation of the size and shape of the defect can be performed at high speed.

前述したように、欠陥検出用の電子コラム24と、レビュー用のSEM式検査装置120とが別々に設けられると、欠陥位置の特定に多くの時間を費やしてしまう。このような問題が本実施の形態により解決される。   As described above, if the defect detection electronic column 24 and the review SEM inspection apparatus 120 are provided separately, it takes a lot of time to specify the defect position. Such a problem is solved by this embodiment.

以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式によるパターンとパターン欠陥の撮像条件を用いて、超微小なパターンが高感度で検査される。さらに、写像光学方式の電子コラム24とSEM式検査装置120が同一チャンバ22に搭載される。これにより、特に、100〔nm〕以下の超微小なパターンの検査と、パターンの判定及び分類を、大変効率良く、高速に行うことができる。   As described above, in the present embodiment, an ultra-fine pattern is inspected with high sensitivity using a pattern by a mapping optical method and an imaging condition of a pattern defect. Further, a mapping optical type electron column 24 and an SEM type inspection device 120 are mounted in the same chamber 22. Thereby, in particular, inspection of ultra-fine patterns of 100 [nm] or less and pattern determination and classification can be performed very efficiently and at high speed.

「アパーチャ調整」
次に、本実施の形態のもう一つの特徴であるアパーチャ調整について説明する。
Aperture adjustment
Next, aperture adjustment, which is another feature of the present embodiment, will be described.

まず、アパーチャ調整の概要を説明する。アパーチャ調整では、2次光学系60のアパーチャ62のサイズ、位置及び形状が、アパーチャ62を通過するミラー電子に合うように調整される。この意味で、本実施の形態のアパーチャ62は、可変アパーチャ(又は調整用アパーチャ等)と呼ぶことができる。調整目標は、アパーチャ62の高さでのミラー電子のスポット(プロファイル)と、アパーチャ62の孔とを極力一致させることである。ただし、実際にはミラー電子スポットとアパーチャ62を完全に一致させることは困難である。したがって、実際には、ミラー電子スポットよりもある程度広く、アパーチャ62が調整されてよい。   First, an outline of aperture adjustment will be described. In the aperture adjustment, the size, position, and shape of the aperture 62 of the secondary optical system 60 are adjusted to match the mirror electrons that pass through the aperture 62. In this sense, the aperture 62 of the present embodiment can be called a variable aperture (or an adjustment aperture or the like). The adjustment target is to make the spot (profile) of the mirror electrons at the height of the aperture 62 coincide with the hole of the aperture 62 as much as possible. However, in practice, it is difficult to completely match the mirror electron spot and the aperture 62. Therefore, in practice, the aperture 62 may be adjusted to be somewhat wider than the mirror electron spot.

このようにしてアパーチャ62を調整することにより、画像中のパターンのコントラストを増大できる。より詳細には、試料から検出される電子は、ミラー電子と2次放出電子を含む。既に説明したように、2次放出電子は広範囲に広がるのに対し、ミラー電子はあまり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャ62を適切に調整することにより、アパーチャ62を通過する2次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大できる。したがって、画像中のパターンのコントラストを更に増大できる。   By adjusting the aperture 62 in this way, the contrast of the pattern in the image can be increased. More specifically, the electrons detected from the sample include mirror electrons and secondary emission electrons. As already described, secondary emission electrons spread over a wide range, while mirror electrons do not spread much. Therefore, by appropriately adjusting the aperture 62 according to the mirror electrons, it is possible to reduce the secondary emission electrons passing through the aperture 62 and relatively increase the detection amount of the mirror electrons. Therefore, the contrast of the pattern in the image can be further increased.

アパーチャ62は、アパーチャ調整機構200により調整される。具体的には、複数種類のアパーチャ62が備えられてよい。複数種類のアパーチャ62では、サイズ及び形状が異なる。それら複数種類のアパーチャ62は一体的に構成されてもよく、別々の部材であってもよい。アパーチャ調整機構200は、光軸上で観察に用いられるアパーチャ62を切り換え可能である。そして、アパーチャ調整機構200は、制御部100の制御下で、複数種類のアパーチャ62からミラー電子に応じたアパーチャ62を選択し、光軸上に配置する。さらに、アパーチャ調整機構200は、ミラー電子に応じてアパーチャ62の位置を調整する。こうして、アパーチャ62のサイズ、形状及び位置が好適に調整される。   The aperture 62 is adjusted by the aperture adjustment mechanism 200. Specifically, a plurality of types of apertures 62 may be provided. The plurality of types of apertures 62 are different in size and shape. The plurality of types of apertures 62 may be integrally formed or may be separate members. The aperture adjustment mechanism 200 can switch the aperture 62 used for observation on the optical axis. Then, under the control of the control unit 100, the aperture adjustment mechanism 200 selects the aperture 62 corresponding to the mirror electron from the plurality of types of apertures 62 and arranges it on the optical axis. Further, the aperture adjustment mechanism 200 adjusts the position of the aperture 62 according to the mirror electrons. Thus, the size, shape, and position of the aperture 62 are suitably adjusted.

本発明の範囲内で、アパーチャ62の位置は、2次光学系60の軸に沿った方向の位置も含んでよい。したがって、アパーチャ調整機構200は、アパーチャ62を水平方向(XY方向)に移動するだけでなく、光軸方向(Z方向)に移動して、アパーチャ位置を最適化してよい。また、アパーチャ62の位置は、回転方向の位置、すなわちアパーチャ角度も含んでよい。アパーチャ調整機構200は、アパーチャ62を水平面上で回転してよく、回転中心は2次光学系60の軸でよい。   Within the scope of the present invention, the position of the aperture 62 may also include a position in a direction along the axis of the secondary optical system 60. Therefore, the aperture adjustment mechanism 200 may optimize the aperture position not only by moving the aperture 62 in the horizontal direction (XY direction) but also in the optical axis direction (Z direction). Further, the position of the aperture 62 may include a position in the rotation direction, that is, an aperture angle. The aperture adjustment mechanism 200 may rotate the aperture 62 on a horizontal plane, and the center of rotation may be the axis of the secondary optical system 60.

上記のアパーチャ調整のためには、アパーチャにおけるミラー電子の像を利用することが効果的である。このミラー電子像は、上記のミラー電子スポットを表す。そこで、アパーチャにおけるミラー電子像に適合するように、アパーチャ62が調整される。   In order to adjust the aperture, it is effective to use an image of mirror electrons in the aperture. This mirror electron image represents the above-mentioned mirror electron spot. Therefore, the aperture 62 is adjusted so as to match the mirror electron image in the aperture.

アパーチャにおけるミラー電子像を測定するためには、EB−CCD等の検出器がアパーチャの高さに好適に追加される。あるいは、アパーチャ62と、検出器70(図10)とを、光学的に共役な位置に配置することが好適である。これにより、検出器70にて、アパーチャ62におけるミラー電子像が得られる。   In order to measure the mirror electron image at the aperture, a detector such as an EB-CCD is preferably added to the height of the aperture. Alternatively, it is preferable to arrange the aperture 62 and the detector 70 (FIG. 10) at an optically conjugate position. Thereby, a mirror electron image in the aperture 62 is obtained by the detector 70.

以上に、アパーチャ調整の概要を説明した。次に、具体例を用いながら、アパーチャ調整についてさらに詳細に説明する。   The outline of the aperture adjustment has been described above. Next, the aperture adjustment will be described in more detail using a specific example.

(アパーチャ位置の調整)
パターン観察では、パターンからのミラー信号を効率よく取得することが重要である。アパーチャ62の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。2次電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、アパーチャでは均一に広い領域に到達する。したがって、2次電子は、アパーチャ62の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、1次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でアパーチャ62に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の1/20以下となる。したがって、ミラー電子は、アパーチャ62の位置に大変敏感である。アパーチャにおけるミラー電子の広がり領域は、通常、φ10〜100〔μm〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にアパーチャ62の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。
(Aperture position adjustment)
In pattern observation, it is important to efficiently acquire a mirror signal from a pattern. The position of the aperture 62 is very important because it defines the transmittance and aberration of the signal. Secondary electrons are emitted from the sample surface in a wide angle range according to the cosine law, and reach a wide area uniformly in the aperture. Therefore, secondary electrons are insensitive to the position of the aperture 62. On the other hand, in the case of mirror electrons, the reflection angle on the sample surface is approximately the same as the incident angle of the primary electron beam. Therefore, the mirror electrons show a small spread and reach the aperture 62 with a small beam diameter. For example, the spreading region of mirror electrons is 1/20 or less of the spreading region of secondary electrons. Therefore, the mirror electrons are very sensitive to the position of the aperture 62. The spreading region of the mirror electrons in the aperture is usually a region of φ10 to 100 [μm]. Therefore, it is very advantageous and important to obtain the position where the mirror electron intensity is the highest and to arrange the center position of the aperture 62 at the obtained position.

このような適切な位置へのアパーチャ62の設置を実現するために、アパーチャ調整機構200が、アパーチャ62を、電子コラム24の真空中で、1〔μm〕程度の精度で、x、y方向に移動させる。アパーチャ62を移動させながら、信号強度が計測される。画像の輝度が、信号強度として求めれてよい。評価値は例えば輝度の合計である。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置に、アパーチャ62の中心が設置される。   In order to realize the installation of the aperture 62 at such an appropriate position, the aperture adjustment mechanism 200 moves the aperture 62 in the x and y directions with an accuracy of about 1 [μm] in the vacuum of the electronic column 24. Move. The signal intensity is measured while moving the aperture 62. The brightness of the image may be determined as the signal strength. The evaluation value is, for example, the sum of luminance. Then, the position having the highest signal intensity is obtained, and the center of the aperture 62 is set at the obtained coordinate position.

上記では、アパーチャ62がxy方向に移動された。本発明の範囲内で、アパーチャ62がアパーチャ調整機構20により回動されて、アパーチャ62の角度が調整されてもよい。そして、信号強度の計測結果に基づき、角度が設定されてよい。角度は、回転方向の位置であり、したがってアパーチャの角度も本発明ではアパーチャ位置に含まれる。アパーチャ62の回転軸は、2次光学系60の軸であってよい。まず、上述したxy方向の調整が行われ、信号強度が最も高い位置へとアパーチャ中心が調整されてよい。それから、アパーチャ62が所定の小さい角度ずつ回転され、信号強度が最も高くなる角度へアパーチャ62が調整されてよい。   In the above, the aperture 62 has been moved in the xy direction. Within the scope of the present invention, the aperture 62 may be rotated by the aperture adjustment mechanism 20 to adjust the angle of the aperture 62. And an angle may be set based on the measurement result of signal strength. The angle is a position in the rotational direction. Therefore, the angle of the aperture is also included in the aperture position in the present invention. The rotation axis of the aperture 62 may be the axis of the secondary optical system 60. First, the adjustment in the xy direction described above may be performed, and the aperture center may be adjusted to a position where the signal intensity is the highest. Then, the aperture 62 may be rotated by a predetermined small angle, and the aperture 62 may be adjusted to an angle at which the signal intensity is highest.

また、x、y方向だけでなく、z軸方向にアパーチャ62の位置調整を行えるように、アパーチャ等が構成されてよい。z軸方向は、2次光学系60の軸方向である。この場合、z軸方向にもアパーチャ62が移動され、信号強度が測定され、信号強度が最も高くなる位置へとアパーチャ62が調整されてよく、この構成も有利である。アパーチャ62は、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低減、及び、2次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高いS/Nを得ることが可能となる。   Further, an aperture or the like may be configured so that the position of the aperture 62 can be adjusted not only in the x and y directions but also in the z axis direction. The z-axis direction is the axial direction of the secondary optical system 60. In this case, the aperture 62 may be moved also in the z-axis direction, the signal strength may be measured, and the aperture 62 may be adjusted to a position where the signal strength is highest, and this configuration is also advantageous. The aperture 62 is preferably installed at a position where the mirror electrons are most narrowed. Thereby, the aberration of the mirror electrons can be reduced and the secondary emission electrons can be reduced very effectively. Therefore, higher S / N can be obtained.

(信号強度の計測の構成)
ここでは、信号強度計測のためのさらに好適な構成を説明する。
(Configuration of signal strength measurement)
Here, a more preferable configuration for signal strength measurement will be described.

図12は、図10の試料検査装置の変形例である。図12では、2次光学系60aの構成が、図10の2次光学系60と異なっており、具体的には、アパーチャの高さにEB−CCD65が設けられている。アパーチャ62とEB−CCD65は、開口67、68を有する一体の保持部材であるXYステージ66に設置されている。XYステージ66には開口67、68が設けられているので、ミラー電子及び2放出次電子がアパーチャ62又はEB−CCD65に到達可能である。   FIG. 12 is a modification of the sample inspection apparatus of FIG. In FIG. 12, the configuration of the secondary optical system 60a is different from the secondary optical system 60 of FIG. 10, and specifically, an EB-CCD 65 is provided at the height of the aperture. The aperture 62 and the EB-CCD 65 are installed on an XY stage 66 that is an integral holding member having openings 67 and 68. Since the XY stage 66 is provided with openings 67 and 68, mirror electrons and secondary emission secondary electrons can reach the aperture 62 or the EB-CCD 65.

XYステージ66は、アパーチャ62とEB−CCD65を移動し、それらの位置制御及び位置決めを行う。これによりアパーチャ62とEB−CCD65が切り換えられ、そして、アパーチャ62の電流吸収とEB−CCD65の画像取得が独立に行われる。XYステージ66は、アパーチャ調整機構200により駆動される(XYステージ66がアパーチャ調整機構200の一部であってよい)。   The XY stage 66 moves the aperture 62 and the EB-CCD 65 to perform position control and positioning thereof. Thereby, the aperture 62 and the EB-CCD 65 are switched, and the current absorption of the aperture 62 and the image acquisition of the EB-CCD 65 are performed independently. The XY stage 66 is driven by the aperture adjustment mechanism 200 (the XY stage 66 may be a part of the aperture adjustment mechanism 200).

このような構成の2次光学系60aを用いる場合、まず、EB−CCD65を用いて、電子ビームのスポット形状とその中心位置が検出される。画像処理装置90又は他の構成がEB−CCD65の検出信号を処理して画像を生成してよい。制御部100が、検出信号の画像からミラー電子のスポット形状と中心位置を求めてよい。前述のようにミラー電子の輝度は、2次放出電子の輝度より大きい。したがって、ミラー電子のスポットが、周囲の2次放出電子の部分よりも明るくなる。そこで、例えば、輝度が所定値以上の領域が、ミラー電子のスポット(プロファイル)として特定される。また例えば、画像からエッジで囲まれた領域が、ミラー電子のスポットとして検出される。そして、制御部100は、XYステージ66を制御し、検出されたスポットの中心位置に、アパーチャ62の孔中心を配置する。   When the secondary optical system 60a having such a configuration is used, first, the EB-CCD 65 is used to detect the spot shape of the electron beam and its center position. The image processing device 90 or another configuration may process the detection signal of the EB-CCD 65 to generate an image. The control unit 100 may obtain the spot shape and the center position of the mirror electrons from the detection signal image. As described above, the brightness of the mirror electrons is greater than the brightness of the secondary emission electrons. Therefore, the spot of the mirror electrons becomes brighter than the surrounding secondary emission electron portion. Therefore, for example, a region having a luminance of a predetermined value or more is specified as a mirror electron spot (profile). Further, for example, a region surrounded by an edge from the image is detected as a spot of mirror electrons. Then, the control unit 100 controls the XY stage 66 and arranges the hole center of the aperture 62 at the center position of the detected spot.

以上に説明したように、本実施の形態では、EB−CCD65が大変有利に用いられる。ビームの2次元的な情報を知ることができ、検出器70に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となる。そして、このような計測結果を利用して、直接的にアパーチャ62の位置調整を行うことが可能となる。これにより、アパーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。   As described above, in this embodiment, the EB-CCD 65 is used very advantageously. Since two-dimensional information of the beam can be known and the number of electrons incident on the detector 70 can be obtained, quantitative signal strength evaluation can be performed. The position of the aperture 62 can be directly adjusted using such measurement results. Thereby, the aperture can be positioned with high accuracy, the aberration of the electronic image is reduced, and the uniformity is improved. Further, the transmittance uniformity is improved, and an electronic image with high resolution and uniform gradation can be acquired.

また、図12の構成は、アパーチャ62を少しずつ動かしながら信号強度を計測するといった作業を不要にできる。したがって、計測時間の短縮にも有効である。   Further, the configuration of FIG. 12 can eliminate the work of measuring the signal intensity while moving the aperture 62 little by little. Therefore, it is effective for shortening the measurement time.

また、図12の構成は、アパーチャ調整だけでなく、スポット形状の調整にも好適に利用される。制御部100は、スポット形状が極力円形に近く、最小になるように、スティグメーター、レンズ61、63及びアライナ64の電圧調整を行う。この点に関し、従来は、アパーチャ62におけるスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。   Further, the configuration of FIG. 12 is suitably used not only for aperture adjustment but also for spot shape adjustment. The controller 100 adjusts the voltages of the stigmeter, the lenses 61 and 63, and the aligner 64 so that the spot shape is as close to a circle as possible and is minimized. With respect to this point, conventionally, the spot shape and astigmatism in the aperture 62 cannot be directly adjusted. Such direct adjustment is possible in the present embodiment, and astigmatism can be corrected with high accuracy.

また、図12の構成では、EB−CCD65が検出器として設けられている。しかし、他の種類の検出器が設けられてもよい。   In the configuration of FIG. 12, the EB-CCD 65 is provided as a detector. However, other types of detectors may be provided.

図12では、EB−CCD65の追加により、アパーチャ62におけるビーム像が得られた。しかし、別の構成によっても同様のビーム像を得ることが可能である。具体的には、z方向において、アパーチャ62と検出器70の検出面の位置関係が、光学的に共役の関係になるように、アパーチャ62が配置される。この構成も大変有利である。これにより、アパーチャ62におけるビームの像が、検出器70の検出面に結像される。したがって、アパーチャ62におけるビームプロファイルを、検出器70を用いて観察することができ、アパーチャ62のミラー電子像が得られる。しかも、EB−CCD65を設けなくてもよい。   In FIG. 12, a beam image at the aperture 62 is obtained by adding the EB-CCD 65. However, similar beam images can be obtained with other configurations. Specifically, the aperture 62 is arranged so that the positional relationship between the aperture 62 and the detection surface of the detector 70 is optically conjugate in the z direction. This configuration is also very advantageous. As a result, an image of the beam in the aperture 62 is formed on the detection surface of the detector 70. Therefore, the beam profile in the aperture 62 can be observed using the detector 70, and a mirror electron image of the aperture 62 is obtained. Moreover, the EB-CCD 65 may not be provided.

その他、上述の説明では、測定結果がアパーチャ位置調整に用いられた。制御部100は、測定結果を下記のアパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整にも好適に使用してよい。   In addition, in the above description, the measurement result is used for adjusting the aperture position. The control unit 100 may suitably use the measurement result for the adjustment of the aperture size and aperture shape described below.

(アパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整)
アパーチャ62のサイズ(アパーチャ径)も本実施の形態では重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なサイズは、10〜200〔μm〕程度である。更に、アパーチャサイズは、好ましくは、ビーム径に対して10〜100〔%〕大きいサイズである。
(Adjustment of aperture size and aperture shape)
The size of the aperture 62 (aperture diameter) is also important in the present embodiment. Since the signal region of the mirror electrons is small as described above, the effective size is about 10 to 200 [μm]. Further, the aperture size is preferably 10 to 100% larger than the beam diameter.

この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。アパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、パターンのコントラストを高めることができる。   In this regard, an electron image is formed by mirror electrons and secondary emission electrons. By setting the aperture size, the ratio of mirror electrons can be further increased. Thereby, the contrast of mirror electrons can be increased, that is, the contrast of the pattern can be increased.

更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して2次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー電子信号は変化せず、パターンの階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、パターンのコントラストを大きくでき、より高いS/Nが得られる。   More specifically, when the aperture hole is made smaller, the secondary emission electrons decrease in inverse proportion to the aperture area. Therefore, the gradation of the normal part becomes small. However, the mirror electronic signal does not change, and the gradation of the pattern does not change. Therefore, the contrast of the pattern can be increased as much as the surrounding gradation is reduced, and a higher S / N can be obtained.

アパーチャ形状についても同様の原理が成り立つ。アパーチャ形状を、アパーチャ62におけるミラー電子のスポット形状(プロファイル)に合わせることが好適である。これにより、ミラー電子信号を変えずに、アパーチャ62を通過する2次放出電子を低減できる。したがって、パターンのコントラストを大きくでき、より高いS/Nが得られる。   The same principle holds for the aperture shape. It is preferable to match the aperture shape with the spot shape (profile) of the mirror electrons in the aperture 62. Thereby, the secondary emission electrons passing through the aperture 62 can be reduced without changing the mirror electron signal. Accordingly, the contrast of the pattern can be increased and a higher S / N can be obtained.

上記のアパーチャサイズ及び形状の調整においても、上述した信号計測が行われてよい。アパーチャサイズ及び形状を少しずつ変えながら、信号計測が繰り返されてもよい。好ましくは、図12の構成を用いて、アパーチャ62におけるミラー電子のスポットが計測される。あるいは、検出器70とアパーチャ62の位置関係を共役関係に設定することにより、検出器70にてスポットの像が取得される。これにより、簡単かつ迅速にアパーチャサイズ及び形状を調整できる。   The signal measurement described above may also be performed in the adjustment of the aperture size and shape. The signal measurement may be repeated while changing the aperture size and shape little by little. Preferably, the spot of the mirror electrons in the aperture 62 is measured using the configuration of FIG. Alternatively, a spot image is acquired by the detector 70 by setting the positional relationship between the detector 70 and the aperture 62 to a conjugate relationship. Thereby, the aperture size and shape can be adjusted easily and quickly.

以上に説明したように、ミラー電子は、アパーチャサイズと形状に非常に敏感である。よって、アパーチャサイズと形状と適切に選択することは、高いS/Nを得るために大変重要である。   As explained above, mirror electrons are very sensitive to aperture size and shape. Therefore, proper selection of the aperture size and shape is very important for obtaining a high S / N.

(アパーチャのバリエーションについて)
次に、本実施の形態に好適に適用されるアパーチャのバリエーションについて、図13〜図18を参照して説明する。
(About aperture variations)
Next, the variation of the aperture suitably applied to this Embodiment is demonstrated with reference to FIGS.

図10等ではアパーチャ62が単なる線で表されている。しかし、実際のアパーチャ62は、孔を有する部材(部品)である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり、孔がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャのバリエーションの説明では、部材(部品)とその孔を区別するため、部材をアパーチャ部材と呼ぶ。そして、部材の孔を、アパーチャ孔という。その他の識別の方法として、アパーチャ部材をNAアパーチャ等と呼ぶことも可能である。   In FIG. 10 and the like, the aperture 62 is represented by a simple line. However, the actual aperture 62 is a member (part) having a hole. Generally, the member is sometimes referred to as an aperture, and the hole is sometimes referred to as an aperture. In the following description of aperture variations, the member is referred to as an aperture member in order to distinguish the member (part) from its hole. And the hole of a member is called an aperture hole. As another identification method, the aperture member may be called an NA aperture or the like.

図13〜図18では、符合62a〜62dは、アパーチャ部材である。符号169、69、69a、69bは、アパーチャ孔を示す。アパーチャ形状は、一般に、アパーチャ孔の形状を意味する。アパーチャサイズ及び位置も、具体的にはアパーチャ孔のサイズ及び位置である。ここではアパーチャ部材とアパーチャ孔を区別するものの、本明細書の全体では一般的表現に従ってアパーチャ部材及びアパーチャ孔が単にアパーチャと呼ばれてよい。   In FIGS. 13 to 18, the symbols 62 a to 62 d are aperture members. Reference numerals 169, 69, 69a, and 69b denote aperture holes. The aperture shape generally means the shape of the aperture hole. The aperture size and position are also specifically the size and position of the aperture hole. Here, the aperture member and the aperture hole are distinguished from each other. However, the aperture member and the aperture hole may be simply referred to as an aperture according to a general expression in the entire specification.

図13は、参考例であり、従来のアパーチャ孔169を示している。図13に示すように、従来は、円形のアパーチャ孔169が固定位置に設置されていた。よって、上述のような適切なアパーチャサイズと形状の選択はできなかった。一方、本実施の形態に係る試料検査装置10は、アパーチャを2次元的又は3次元的に移動し、アパーチャ調整を行えるように構成されている。   FIG. 13 is a reference example and shows a conventional aperture hole 169. As shown in FIG. 13, conventionally, a circular aperture hole 169 has been installed at a fixed position. Therefore, the appropriate aperture size and shape as described above cannot be selected. On the other hand, the sample inspection apparatus 10 according to the present embodiment is configured to adjust the aperture by moving the aperture two-dimensionally or three-dimensionally.

図14は、アパーチャ形状の一例を示している。図14において、アパーチャ孔69は、楕円形である。この孔形状は、ミラー電子信号の強度分布に合うように設定されている。この例では、アパーチャ部材62におけるミラー電子の強度分布の測定結果において、強度分布がy方向に長い楕円形状である。ここで、y方向とは、E×Bフィルタ46で偏向される方向である。y方向は、1次電子ビームの光軸の方向と一致する。y方向の楕円形状の原因は、E×Bフィルタ46での偏向成分であると考えられる。よって、効率よくミラー電子を捕捉するためには、y方向に長軸を有するアパーチャ形状が大変有利である。   FIG. 14 shows an example of the aperture shape. In FIG. 14, the aperture hole 69 is elliptical. This hole shape is set to match the intensity distribution of the mirror electron signal. In this example, the measurement result of the intensity distribution of the mirror electrons in the aperture member 62 has an elliptical shape in which the intensity distribution is long in the y direction. Here, the y direction is a direction deflected by the E × B filter 46. The y direction coincides with the direction of the optical axis of the primary electron beam. The cause of the elliptical shape in the y direction is considered to be a deflection component in the E × B filter 46. Therefore, in order to efficiently capture mirror electrons, an aperture shape having a long axis in the y direction is very advantageous.

これにより、従来よりもミラー電子の収率を高め、より高いS/N(例えば、×2以上)を得ることが可能となる。例えば、2次電子ビームの強度分布が、y方向に100〔μm〕、x方向に50〔μm〕とする(これらの値は、半値全幅である)。楕円形のアパーチャ孔69は、2次電子ビーム径に対して、プラス10〜100〔%〕の範囲で選択される。例えば、アパーチャサイズがy方向に150〔μm〕、x方向に75〔μm〕になるように、アパーチャ孔69が選択されてよい。   Thereby, it is possible to increase the yield of mirror electrons as compared with the conventional case and obtain a higher S / N (for example, × 2 or more). For example, the intensity distribution of the secondary electron beam is 100 [μm] in the y direction and 50 [μm] in the x direction (these values are full widths at half maximum). The elliptical aperture hole 69 is selected in the range of plus 10 to 100% with respect to the secondary electron beam diameter. For example, the aperture hole 69 may be selected so that the aperture size is 150 [μm] in the y direction and 75 [μm] in the x direction.

次に、図15乃至図18を用いて、複数のアパーチャ孔を有するアパーチャ部材の構成について説明する。ここでは、複数のアパーチャ孔が、一つのアパーチャとして機能する。   Next, the configuration of the aperture member having a plurality of aperture holes will be described with reference to FIGS. 15 to 18. Here, a plurality of aperture holes function as one aperture.

図15は、複数のアパーチャ孔69aを有するアパーチャ部材62aの構成の一例を示している。図15において、アパーチャ部材62aは、2つの円形のアパーチャ孔69aを有する。この例では、ミラー電子の強度中心を基準に、2つの孔が±y方向にずらした位置に配置される。ずれ量は、例えば、50〔μm〕程度である。この構成は、散乱された+y側と−y側のミラー電子の双方を捕捉できる。したがって、この構成は、散乱したミラー電子の信号と、バックグラウンドの2次放出電子との信号量の差を大きくでき、高いS/Nを得ることが可能となる。この理由を説明すると、2次放出電子の場合、散乱方向に飛散する量が少量に限られる。そのため、バックグラウンドが低減し、相対的にS/Nを向上させることができる。   FIG. 15 shows an example of the configuration of an aperture member 62a having a plurality of aperture holes 69a. In FIG. 15, the aperture member 62a has two circular aperture holes 69a. In this example, the two holes are arranged at positions shifted in the ± y directions with reference to the intensity center of the mirror electrons. The amount of deviation is, for example, about 50 [μm]. This configuration can capture both scattered + y side and -y side mirror electrons. Therefore, this configuration can increase the difference in signal amount between the scattered mirror electron signal and the background secondary emission electrons, and can obtain a high S / N ratio. Explaining this reason, in the case of secondary emission electrons, the amount scattered in the scattering direction is limited to a small amount. Therefore, the background can be reduced and the S / N can be relatively improved.

図16は、4つのアパーチャ孔69aを有するアパーチャ部材62aの構成の一例を示している。図16において、4つの円形のアパーチャ孔69aが、x軸及びy軸に対称に配置されている。すなわち、2つのアパーチャ孔69aがx軸上に配置され、2つのアパーチャ孔69aがy軸上に配置され、4つのアパーチャ孔69aが中心(原点)から等距離に位置している。別の言い方では、4つのアパーチャ孔69aは、原点の回りに等間隔に配置されている。さらに簡単にいうと、4つのアパーチャ孔69aが菱形状に配置されている。これにより、x方向とy方向の双方に散乱されたミラー電子が存在する場合にも、高S/Nで電子を取得することができる。   FIG. 16 shows an example of the configuration of an aperture member 62a having four aperture holes 69a. In FIG. 16, four circular aperture holes 69a are arranged symmetrically with respect to the x-axis and the y-axis. That is, the two aperture holes 69a are disposed on the x-axis, the two aperture holes 69a are disposed on the y-axis, and the four aperture holes 69a are located at the same distance from the center (origin). In other words, the four aperture holes 69a are arranged at equal intervals around the origin. More simply, the four aperture holes 69a are arranged in a diamond shape. Thereby, even when there are mirror electrons scattered in both the x direction and the y direction, electrons can be acquired with a high S / N.

図17は、4つのアパーチャ孔69aを有するアパーチャ部材62cを示している。図17の構成は、図16の構成と異なる一例である。図17においては、4個の円形のアパーチャ孔69aが、xy平面における第1象限から第4象限にそれぞれ配置されている。この例でも、4つのアパーチャ孔69aは、x軸及びy軸に対称に配置されており、中心(原点)から等距離に配置されている。別の言い方では、4つのアパーチャ孔69aは、原点の回りに等間隔に配置されている。このような形状のアパーチャ部材62cにおいても、ミラー電子の信号強度が高くなる位置にアパーチャ孔69aを設けることができ、高S/Nの信号を取得することができる。   FIG. 17 shows an aperture member 62c having four aperture holes 69a. The configuration of FIG. 17 is an example different from the configuration of FIG. In FIG. 17, four circular aperture holes 69a are arranged in the first to fourth quadrants in the xy plane, respectively. Also in this example, the four aperture holes 69a are disposed symmetrically with respect to the x-axis and the y-axis, and are disposed at an equal distance from the center (origin). In other words, the four aperture holes 69a are arranged at equal intervals around the origin. Also in the aperture member 62c having such a shape, the aperture hole 69a can be provided at a position where the signal intensity of the mirror electrons becomes high, and a high S / N signal can be acquired.

図16及び図17に示すように、アパーチャ孔69aの数が同じであって、それらの配置が異なってよい。これにより、用途に応じた適切なアパーチャ部材62b、62cを用いることができる。そして、各々の用途について、高いS/Nを取得することが可能となる。   As shown in FIGS. 16 and 17, the number of aperture holes 69a may be the same and their arrangement may be different. Thereby, the appropriate aperture members 62b and 62c according to a use can be used. And it becomes possible to acquire high S / N about each use.

図18は、8つのアパーチャ孔69bを有するアパーチャ部材62dの構成の一例を示した図である。図18に示すように、アパーチャ孔69dの数は、4つよりも更に多くてもよい。図18に示したアパーチャ部材62dにおいては、ミラー電子の強度中心の回りの円周上に、複数のアパーチャ孔69bが等間隔に配置されている。この構成は、円周上のどこかのアパーチャ孔69bの位置に特異的に強い散乱をするミラー電子がある場合に有利である。そのようなミラー電子の適切な捕捉が可能となる。   FIG. 18 is a view showing an example of the configuration of an aperture member 62d having eight aperture holes 69b. As shown in FIG. 18, the number of aperture holes 69 d may be more than four. In the aperture member 62d shown in FIG. 18, a plurality of aperture holes 69b are arranged at equal intervals on the circumference around the center of intensity of the mirror electrons. This configuration is advantageous when there is a mirror electron that specifically scatters strongly at the position of the aperture hole 69b somewhere on the circumference. Appropriate capture of such mirror electrons is possible.

また、図15乃至図18では、ミラー電子の信号の強度中心とアパーチャ孔69a、69bとの関係については、アパーチャ位置が強度中心とずれている。しかし、本発明はこれに限定されず、アパーチャ位置が強度中心と一致してよい。すなわち、一つのアパーチャ孔が、ミラー電子強度中心と一致するように設置されてよい。この場合、他のアパーチャ孔は、散乱したミラー電子の捕捉を行う。それら電子が強度中心のミラー電子とともに電子像に含まれる。このような合成像が検出器70で得られる。このようにして、強いミラー電子と特異的に散乱されたミラー電子との合成像を取得することができる。したがって、高いS/Nを得ることができるとともに、散乱方向に特徴がある観察対象を効果的に検出できる。また、散乱方向の特徴を、観察対象の分類に役立てることも可能となる。   Further, in FIGS. 15 to 18, regarding the relationship between the intensity center of the mirror electron signal and the aperture holes 69 a and 69 b, the aperture position is deviated from the intensity center. However, the present invention is not limited to this, and the aperture position may coincide with the intensity center. That is, one aperture hole may be installed so as to coincide with the mirror electron intensity center. In this case, the other aperture holes capture scattered mirror electrons. These electrons are included in the electron image together with the mirror electrons at the intensity center. Such a composite image is obtained by the detector 70. In this way, a composite image of strong mirror electrons and specifically scattered mirror electrons can be acquired. Therefore, a high S / N can be obtained, and an observation target having a characteristic in the scattering direction can be detected effectively. In addition, the characteristics of the scattering direction can be used for classification of observation objects.

(ランディングエネルギーに応じたアパーチャ調整)
更に、本実施の形態によれば、使用するランディングエネルギーLEに対して、適切なアパーチャ孔形状及びサイズを選択することもできる。この選択も大変に有利な効果を提供する。ランディングエネルギーLEによりミラー電子の強度分布が変化する。そこで、本実施の形態の検査装置は、使用するランディングエネルギーLEに応じたアパーチャサイズ及び形状を選択するように構成されてよい。これにより強度分布に応じたアパーチャ調整ができ、大変有利である。
(Aperture adjustment according to landing energy)
Furthermore, according to the present embodiment, an appropriate aperture hole shape and size can be selected for the landing energy LE to be used. This choice also provides a very advantageous effect. The intensity distribution of the mirror electrons changes with the landing energy LE. Therefore, the inspection apparatus of the present embodiment may be configured to select an aperture size and shape according to the landing energy LE to be used. This makes it possible to adjust the aperture according to the intensity distribution, which is very advantageous.

例えば、ミラー電子が、y方向に長い楕円形状の強度分布を有する場合を考える。異なった2つの条件で撮像又は検査が行われるとする。例えば、1番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第1の値すなわちLE=3〔eV〕であるとする。第2番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第2の値すなわちLE=2〔eV〕とする。ここで、ランディングエネルギーLEが小さくなると、アパーチャ高さではミラー電子強度分布が大きくなる。このような分布変化に適合するように、アパーチャサイズ及び形状が好適に選択される。   For example, consider a case where mirror electrons have an elliptical intensity distribution that is long in the y direction. Assume that imaging or inspection is performed under two different conditions. For example, in the first imaging / inspection condition, it is assumed that the landing energy is the first value, that is, LE = 3 [eV]. In the second imaging / inspection condition, the landing energy is a second value, that is, LE = 2 [eV]. Here, when the landing energy LE decreases, the mirror electron intensity distribution increases at the aperture height. The aperture size and shape are preferably selected so as to adapt to such distribution changes.

例えば、第1のランディングエネルギーが用いられるときは、y方向に100〔μm〕、x方向に50〔μm〕の楕円のアパーチャ孔69が選択されてよい。第2のランディングエネルギーが用いられるときは、ミラー電子強度分布が2倍程度大きくなる。そこで、y方向に200〔μm〕、x方向に100〔μm〕の楕円形状のアパーチャ孔69が用いられてよい。このようにして、大変効果的にミラー電子を検出できる。   For example, when the first landing energy is used, an elliptic aperture hole 69 of 100 [μm] in the y direction and 50 [μm] in the x direction may be selected. When the second landing energy is used, the mirror electron intensity distribution becomes about twice as large. Therefore, an elliptic aperture hole 69 of 200 [μm] in the y direction and 100 [μm] in the x direction may be used. In this way, mirror electrons can be detected very effectively.

(アパーチャ調整機構)
最後にアパーチャ調整機構について説明を補足する。本実施の形態では、複数のアパーチャ(アパーチャ部材)が一体化されてよい。すなわち、一つのアパーチャ部材に複数のアパーチャ孔が設けられてよい。複数のアパーチャ孔では、形状及びサイズが異なってよい。この場合、アパーチャ調整機構は、アパーチャ部材を移動することにより、アパーチャ孔を切り換え、アパーチャ形状及びアパーチャサイズを調整する。
(Aperture adjustment mechanism)
Lastly, the description of the aperture adjustment mechanism will be supplemented. In the present embodiment, a plurality of apertures (aperture members) may be integrated. That is, a plurality of aperture holes may be provided in one aperture member. The plurality of aperture holes may have different shapes and sizes. In this case, the aperture adjustment mechanism switches the aperture hole by moving the aperture member, and adjusts the aperture shape and the aperture size.

別の例は、アパーチャが一体化されない構成である。すなわち、複数のアパーチャ部材が設けられ、各々アパーチャ部材が、アパーチャ孔を有している。複数のアパーチャ部材では、孔サイズ及び孔形状の少なくとも一方が異なる。この場合、アパーチャ調整機構は、アパーチャ部材を選択及び切り換えることにより、アパーチャ形状及びアパーチャサイズを調整する。   Another example is a configuration in which the apertures are not integrated. That is, a plurality of aperture members are provided, and each aperture member has an aperture hole. In the plurality of aperture members, at least one of the hole size and the hole shape is different. In this case, the aperture adjustment mechanism adjusts the aperture shape and the aperture size by selecting and switching the aperture member.

上記の2つの構成が組み合わされてよい。例えば、アパーチャ形状の種類ごとに、1つのアパーチャ部材が用意される。各アパーチャ部材は、同一形状でサイズが異なる複数のアパーチャ孔を有する。逆に、アパーチャサイズ毎に、1つのアパーチャ部材が用意される。この場合、各アパーチャ部材は、同一サイズで形状が異なる複数のアパーチャ孔を有してよい。   The above two configurations may be combined. For example, one aperture member is prepared for each type of aperture shape. Each aperture member has a plurality of aperture holes having the same shape and different sizes. Conversely, one aperture member is prepared for each aperture size. In this case, each aperture member may have a plurality of aperture holes having the same size and different shapes.

アパーチャ調整機構200は、アパーチャを移動及び切り換えるために任意の構成を有してよい。図12の例に示されたXYステージを用いてアパーチャが移動及び切り換えられてよい。また、アパーチャがリニアモータにより移動及び切り換えられてよい。また、回転支持部材でアパーチャが支持されてよく、通常の回転式のモータがアパーチャを移動し、また、切り換えてよい。   The aperture adjustment mechanism 200 may have any configuration for moving and switching the aperture. The aperture may be moved and switched using the XY stage shown in the example of FIG. The aperture may be moved and switched by a linear motor. In addition, the aperture may be supported by a rotation support member, and a normal rotary motor may move the aperture or switch the aperture.

以上に本実施の形態のアパーチャ調整について詳細に説明した。上記のアパーチャは、サイズ、位置及び形状の全部を変更可能であった。本発明はこのような構成に限定されない。本発明の範囲で、サイズ、位置及び形状の少なくとも1つが調整されてよい。   The aperture adjustment according to the present embodiment has been described in detail above. The above aperture could be changed in size, position and shape. The present invention is not limited to such a configuration. Within the scope of the present invention, at least one of size, position and shape may be adjusted.

また、上記説明では、アパーチャ設定は随時変更可能であった。しかし、本発明の範囲で、アパーチャ設定は、調整後に固定されてもよい。この場合、まず、上述の原理に従ってアパーチャサイズ、位置、形状が調整及び決定されてよい。それから、決定されたアパーチャ仕様が固定的に用いられてよい。例えば上述の楕円形状のアパーチャが継続的に用いられてよい。   In the above description, the aperture setting can be changed at any time. However, within the scope of the present invention, the aperture setting may be fixed after adjustment. In this case, the aperture size, position and shape may first be adjusted and determined according to the principles described above. Then, the determined aperture specification may be used fixedly. For example, the elliptical aperture described above may be used continuously.

以下では、これまで説明してきた第1の態様の試料観察方法及び試料観察装置を基礎として考案された、複合的な試料観察方法及び試料観察装置について説明する。なお、これら第2の態様の試料観察方法及び試料観察装置は、上述した第1の態様の試料観察方法又は試料観察装置が備える構成や効果において共通する。よって、以下の説明においては繰り返しての説明は省略する。   Below, the composite sample observation method and sample observation apparatus devised on the basis of the sample observation method and sample observation apparatus of the 1st aspect demonstrated so far are demonstrated. Note that the sample observation method and the sample observation apparatus of the second aspect are common in the configuration and effects of the sample observation method or the sample observation apparatus of the first aspect described above. Therefore, repeated description is omitted in the following description.

図19は、本発明の第2の態様の試料観察装置の一部の構成例を示す図である。なお、この図に示された構成以外は既に、図9、図10、図12等に図示されて説明もなされているので以降の説明では省略する。この図に示すように、パターンを有する試料20を載置するステージ30を収容するメインチャンバ22には、1次ビーム系40及び2次ビーム系60を有する写像投影型観察装置の電子コラム24とSEM120と光学顕微鏡110が設けられている。また、ステージ30は、電子コラム24、SEM120、光学顕微鏡110のそれぞれで試料20上の任意の位置を観察できるように、これら3つの観察装置の間を移動可能に構成されている。   FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of a part of the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention. Since the configuration other than the configuration shown in this figure has already been described with reference to FIGS. 9, 10, 12, and the like, description thereof will be omitted. As shown in this figure, an electronic column 24 of a projection projection observation apparatus having a primary beam system 40 and a secondary beam system 60 is provided in a main chamber 22 that houses a stage 30 on which a sample 20 having a pattern is placed. An SEM 120 and an optical microscope 110 are provided. Further, the stage 30 is configured to be movable between these three observation devices so that any position on the sample 20 can be observed by each of the electron column 24, the SEM 120, and the optical microscope 110.

メインチャンバ22内に設けられたステージ30は、いわゆるXYステージ30aと回転ステージ30bを有しており、試料載置面であるXY面内のX方向及びY方向に試料20を移動可能であるとともに、XY面内で試料20を回転させることも可能なステージとして構成されている。   The stage 30 provided in the main chamber 22 has a so-called XY stage 30a and a rotary stage 30b, and can move the sample 20 in the X direction and the Y direction in the XY plane as a sample mounting surface. The stage 20 can also be rotated in the XY plane.

写像投影型観察装置の2次ビーム系60の上部に設けられた検出器70は、制御部100からの信号を受けて、電子検出面(X面)内でのX方向及びY方向及び電子検出面内での回転が可能に構成されている。 Detector 70 provided in the upper portion of the secondary beam system 60 of the image projection observation apparatus receives a signal from the control unit 100, X d direction and Y in the electron detection surface (X d Y d surface) It is configured to be able to rotate in the d direction and the electron detection plane.

このような構成の複合型の試料観察装置では、写像投影型観察装置、SEM型観察装置、及び光学顕微鏡の3種の観察装置により、同一の試料の特定の箇所を観察したりパターンの検査をすることができる。   In the composite type sample observation apparatus having such a configuration, a specific portion of the same sample is observed or a pattern is inspected by three types of observation apparatuses, ie, a projection projection observation apparatus, an SEM observation apparatus, and an optical microscope. can do.

仮に、これら3種の観察装置を個別に用いて複合的観察を行おうとすると、ある装置のステージから他の装置のステージへと観察対象試料を移す必要があるが、このような試料移動を行うと先の観察で特定された箇所を別の装置で再度特定し直す必要が生じて手間がかかるのみならず、その再現性は高々10μm程度と低いものとならざるを得ないから、信頼性という観点からも問題がある。   If a composite observation is to be performed using these three types of observation apparatuses individually, it is necessary to move the observation target sample from the stage of one apparatus to the stage of another apparatus. Such sample movement is performed. It is necessary to re-specify the location specified in the previous observation with another device, which is troublesome and the reproducibility must be as low as about 10 μm at the most. There is also a problem from the viewpoint.

例えば、ミラー電子画像を解析してパターン欠陥と思われる異常部の存在を確認し、当該異常部の試料上の位置を特定したとする。そして、このパターン不良部が真の欠陥であるかどうかをSEM観察により判断しようとする場合には、写像投影型観察装置のステージからSEM型観察装置のステージへと試料を移し、既にミラー電子画像の解析で特定されているパターン不良部があるとされた試料上の位置を探してSEM観察を行うこととなる。しかし、その位置を正確に再現できなければ、誤った場所を観察してしまったり、パターン不良部が極めて小さなものである場合には当該パターンの異常を確認することさえできない場合も生じ得る。   For example, it is assumed that the presence of an abnormal part that seems to be a pattern defect is confirmed by analyzing a mirror electronic image, and the position of the abnormal part on the sample is specified. When it is determined by SEM observation whether or not this defective pattern portion is a true defect, the sample is transferred from the stage of the projection projection observation apparatus to the stage of the SEM observation apparatus, and the mirror electronic image has already been obtained. SEM observation is performed by searching for a position on the sample where there is a pattern defect portion specified in the analysis. However, if the position cannot be accurately reproduced, a wrong place may be observed, or if the pattern defective portion is extremely small, the abnormality of the pattern may not be confirmed.

これに対して、上述したような複合型の試料観察装置の構成とすれば、原理的には、試料上の同一の場所を異なる種類の装置で観察することができる。試料を載置させるステージの駆動制御は1μm以上の精度(1μm以下の誤差)とすることも可能であるから、サブミクロンレベルでの高精度な観察位置特定を容易かつ迅速に行うことができ、しかも当該特定の位置をSEM観察することで欠陥の真偽判定や欠陥種の判断などを容易に行うことができる。   On the other hand, if it is set as the structure of the composite type sample observation apparatus as mentioned above, in principle, the same place on a sample can be observed with a different kind of apparatus. Since the drive control of the stage on which the sample is placed can be performed with an accuracy of 1 μm or more (an error of 1 μm or less), it is possible to easily and quickly specify a highly accurate observation position at the submicron level. In addition, by observing the specific position with an SEM, it is possible to easily determine the authenticity of the defect, determine the defect type, and the like.

このような高精度での観察位置の特定を行うためには、例えば、制御部100に記憶部を設けておき、光学顕微鏡、写像投影型観察装置、及びSEM型観察装置、のそれぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶させ、この座標データに基づいてステージをこれら3つの光学中心間で移動可能とするようにすればよい。   In order to specify the observation position with such high accuracy, for example, a storage unit is provided in the control unit 100, and the optical centers of the optical microscope, the mapping projection observation device, and the SEM observation device are provided. Is stored as coordinate data, and the stage can be moved between these three optical centers based on the coordinate data.

例えば、ステージ30上に特定のパターンの配列を有する試料20を載置し、この特定のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡110で観察する。このとき、基準となる特定のパターンが光学顕微鏡の光学中心にくるようにステージ30を移動させ、そのときのステージ移動量から光学顕微鏡の光学中心位置の座標を決める。このようにして決定された光学顕微鏡の光学中心位置座標を、仮に、(x,y)であるとする。 For example, the sample 20 having a specific pattern arrangement is placed on the stage 30, and a region including the specific pattern arrangement is observed with the optical microscope 110. At this time, the stage 30 is moved so that a specific pattern as a reference comes to the optical center of the optical microscope, and the coordinates of the optical center position of the optical microscope are determined from the amount of stage movement at that time. Assume that the optical center position coordinates of the optical microscope thus determined are (x o , y o ).

次に、ステージを写像投影型観察装置の観察位置にまで移動させ、更に、上述の基準特定パターンが写像投影型観察装置の光学中心にくるようにステージ30を移動する。そして、ステージの移動量から写像投影型観察装置の光学中心位置の座標を決める。このようにして決定された写像投影型観察装置の光学中心位置座標を、仮に、(x,y)であるとする。 Next, the stage is moved to the observation position of the mapping projection observation apparatus, and the stage 30 is further moved so that the above-described reference specific pattern is at the optical center of the projection projection observation apparatus. Then, the coordinates of the optical center position of the mapping projection observation apparatus are determined from the amount of movement of the stage. It is assumed that the optical center position coordinates of the mapping projection observation apparatus thus determined are (x t , y t ).

続いて、ステージをSEM型観察装置の観察位置にまで移動させ、更に、上述の基準特定パターンがSEM型観察装置の光学中心にくるようにステージ30を移動する。そして、ステージの移動量からSEM型観察装置の光学中心位置の座標を決める。このようにして決定されたSEM型観察装置の光学中心位置座標を、仮に、(x,y)であるとする。これらの操作を行うと、光学顕微鏡と写像投影型観察装置とSEM型観察装置の3つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係が座標データとして求められる。なお、これらの座標データはステージの移動量から求められたものであるから、実際には、メインチャンバ22内でのステージ30の位置を示す座標データに対応している。 Subsequently, the stage is moved to the observation position of the SEM type observation apparatus, and further, the stage 30 is moved so that the above-described reference specific pattern comes to the optical center of the SEM type observation apparatus. Then, the coordinates of the optical center position of the SEM type observation apparatus are determined from the moving amount of the stage. Assume that the optical center position coordinates of the SEM type observation apparatus determined in this way are (x s , y s ). When these operations are performed, the positional relationship between the optical centers of the three observation devices, ie, the optical microscope, the mapping projection observation device, and the SEM observation device, is obtained as coordinate data. Since these coordinate data are obtained from the movement amount of the stage, they actually correspond to the coordinate data indicating the position of the stage 30 in the main chamber 22.

観察装置それぞれの光学中心の位置関係を明確にしておくと、光学顕微鏡観察で特定された試料上の場所が仮に(x,y)であるとすると、同一の場所を写像投影型観察装置で観察する時には試料を(x,y)に移動させればよく、SEM型観察装置で観察する時には試料を(x,y)に移動させればよい。また、このような切替処理は制御部100において瞬時に実行されるから、高精度な位置合わせを迅速に行うことができる。 If the positional relationship between the optical centers of the observation devices is clarified, if the location on the sample specified by the optical microscope observation is (x o , yo ), the same location is mapped projection type observation device The sample may be moved to (x t , y t ) when observing with, and the sample may be moved to (x s , y s ) when observing with the SEM type observation apparatus. In addition, since such switching processing is executed instantaneously in the control unit 100, highly accurate alignment can be performed quickly.

本発明の第2の態様の試料観察装置には、試料上の特定のパターンの配列方向がステージの移動方向であるX方向又はY方向に一致するようにステージ上の試料位置を調整するアライメント部を設けるようにしてもよい。このようなアライメント部は、例えば、制御部100内に設けることができる。   The sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention includes an alignment unit that adjusts the sample position on the stage so that the arrangement direction of the specific pattern on the sample coincides with the X direction or the Y direction, which is the moving direction of the stage. May be provided. Such an alignment part can be provided in the control part 100, for example.

また、このアライメント部には、試料位置調整後の試料上の特定のパターンの配列方向が写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのX方向又はY方向に一致するように検出器70を調整する機能をもたせることができる。   In addition, the alignment unit includes a detector so that the arrangement direction of the specific pattern on the sample after the sample position adjustment matches the X direction or the Y direction of the frame of the mirror electronic image obtained by the projection projection observation apparatus. A function of adjusting 70 can be provided.

さらに、このアライメント部には、SEM型観察装置で試料位置調整後の試料上の特定のパターンを観察して得られた観察像がSEM画像の中心に位置するようにSEM型観察装置の光学系を調整する機能をもたせることができる。   Further, the alignment unit includes an optical system of the SEM type observation device so that an observation image obtained by observing a specific pattern on the sample after the sample position adjustment with the SEM type observation device is positioned at the center of the SEM image. It is possible to provide a function for adjusting the.

次に、上述の複合型の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を説明する。   Next, a procedure for performing observation using the above-described composite type sample observation apparatus will be described.

図20は本発明の第2の態様の試料観察方法の基本的な概念を説明するための図で、この試料観察装方法は、写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試料観察方法であって、写像投影型観察装置、SEM型観察装置、及び光学顕微鏡の3つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、該座標データに基づいてステージを上記3つの光学中心間で移動させて試料上の特定の箇所を3つの観察装置で個別に観察を行うことを可能としている。   FIG. 20 is a diagram for explaining the basic concept of the sample observation method according to the second aspect of the present invention. This sample observation method is different from the mapping projection type observation device and the mapping projection type observation device. A composite type sample observation method for observing a sample placed on the same stage by an SEM type observation device and an optical microscope, which is a mapping projection type observation device, an SEM type observation device, and an optical microscope. The positional relationship between the optical centers of the observation devices is stored as coordinate data, and based on the coordinate data, the stage is moved between the three optical centers, and a specific location on the sample is individually observed with the three observation devices. It is possible to do.

図21及び図22は、本発明の第2の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を例示により説明するための図で、以下に説明するように、これらの試料観察方法は、下記の各ステップを備えている。   FIG. 21 and FIG. 22 are diagrams for illustrating the procedure when performing observation using the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention by way of example, and these sample observation methods will be described below. Comprises the following steps.

すなわち、本発明の第2の態様の試料観察方法は、試料載置面であるXY面内の回転並びにX方向及びY方向の移動が可能なステージ上に特定のパターンの配列を有する試料を載置し、該特定のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡観察して該特定のパターンの配列方向が前記X方向又は前記Y方向となるように前記ステージ上の試料位置を調整するステップ(a)と、本発明の第1の態様の試料観察方法として既に説明した手法により試料の特定のパターンの配列を含む領域のミラー電子画像を得て、上記特定のパターンの配列の方向をミラー電子画像のX方向又はY方向に一致させるとともに上記特定のパターンがミラー電子画像のフレームの中央にくるようにミラー電子の検出系を調整するステップ(b)と、上記試料の特定のパターンを含む領域をSEM観察し、該試料の特定のパターンがSEM画像の所定の中央にくるようにSEM型観察装置の光学系を調整するステップ(c)と、上記ステップ(a)、ステップ(b)、ステップ(c)の調整後の各ステージの位置座標を相互に対応づけ、これら3つの位置座標の何れか1つから他の2つの位置座標の少なくとも一方を算出するステップ(d)とを備えている。   That is, in the sample observation method according to the second aspect of the present invention, a sample having a specific pattern arrangement is placed on a stage that can rotate in the XY plane as a sample placement surface and move in the X and Y directions. (A) adjusting the sample position on the stage so that the region including the arrangement of the specific pattern is observed with an optical microscope and the arrangement direction of the specific pattern is the X direction or the Y direction. And obtaining the mirror electronic image of the region including the arrangement of the specific pattern of the sample by the method already described as the sample observation method of the first aspect of the present invention, and determining the direction of the arrangement of the specific pattern of the mirror electronic image. A step (b) of adjusting a mirror electron detection system so as to match the X direction or the Y direction and the specific pattern comes to the center of the frame of the mirror electron image; and a specific pattern of the sample A step (c) of adjusting the optical system of the SEM type observation apparatus so that a specific pattern of the sample comes to a predetermined center of the SEM image, and the steps (a) and ( b) step (d), which associates the position coordinates of each stage after the adjustment in step (c) with each other, and calculates at least one of the other two position coordinates from any one of these three position coordinates; It has.

なお、図21及び図22に示した態様では、上述のステップ(a)、ステップ(b)、ステップ(c)、及び、ステップ(d)が、この順に実行される。   In the mode shown in FIGS. 21 and 22, the above-described step (a), step (b), step (c), and step (d) are executed in this order.

図21を参照すると、先ず、観察対象であるパターンを有する試料をステージ30上に載置して観察をスタートする(S101)。次に、光学顕微鏡(OM)110によりステージ30上の試料20の位置を確認し(S102)、ステージ上の試料位置が適正であるか否かを判断し(S103)、必要であれば(S103:No)、回転ステージ30bにより試料位置を調整する(S104)。   Referring to FIG. 21, first, a sample having a pattern to be observed is placed on the stage 30 and observation is started (S101). Next, the position of the sample 20 on the stage 30 is confirmed by the optical microscope (OM) 110 (S102), it is determined whether or not the sample position on the stage is appropriate (S103), and if necessary (S103) : No), the sample position is adjusted by the rotary stage 30b (S104).

図23(a)は、OM観察開始時のステージ30上の試料20を示している。この試料20には、縦横方向(X方向又はY方向)に延在するライン・アンド・スペースパターンのほかに、当該ライン・アンド・スペースパターンの延在方向と平行又は垂直な方向に、アライメント用として「+」パターンが3つ配列されている。   FIG. 23A shows the sample 20 on the stage 30 at the start of OM observation. In addition to the line and space pattern extending in the vertical and horizontal directions (X direction or Y direction), the sample 20 is used for alignment in a direction parallel or perpendicular to the extending direction of the line and space pattern. As shown, three “+” patterns are arranged.

この状態の試料は、アライメント用の「+」パターンの配列方向が、XYステージ30aの移動方向(ここではY方向)とはθだけずれている。このような載置状態では、他の観察装置である写像投影型観察装置及びSEM型観察装置で同一箇所を観察しようとしても位置合わせ(アライメント)が容易ではなく精度も低くなってしまう。そこで、回転ステージ30bをθだけ反時計回りに回転させて試料上のパターンの方向をXYステージ30aの移動方向に合わせる。 In the sample in this state, the alignment direction of the “+” pattern for alignment is shifted by θ s from the moving direction of the XY stage 30a (here, the Y direction). In such a mounted state, alignment (alignment) is not easy and accuracy is lowered even if the same part is observed with another projection apparatus such as a mapping projection type observation apparatus and an SEM type observation apparatus. Therefore, the rotation stage 30b is rotated counterclockwise by θ s so that the direction of the pattern on the sample matches the movement direction of the XY stage 30a.

図23(b)は、上記位置合わせ後のステージ30上の試料20を示しており、アライメントの精度は、例えば、1/100〜1/100000ラジアン(rad)とすることができる。   FIG. 23B shows the sample 20 on the stage 30 after the alignment, and the alignment accuracy can be, for example, 1/100 to 1 / 100,000 radians (rad).

この状態で、例えば図23(b)中の3つの「+」パターンの中央のものに注目してこの「+」パターンが光学顕微鏡の光学中心に位置するようにステージ位置を調整する。そして、当該位置調整後のステージ位置から光学顕微鏡の光学中心位置の座標(x,y)を求める。 In this state, for example, paying attention to the center of the three “+” patterns in FIG. 23B, the stage position is adjusted so that the “+” pattern is positioned at the optical center of the optical microscope. Then, the coordinates (x o , yo ) of the optical center position of the optical microscope are obtained from the stage position after the position adjustment.

このような試料位置のアライメントは、パターンマッチングなどの画像処理によって行うようにしてもよい。画像処理を利用した場合のアライメント精度は、1/10〜1/100ピクセル(Px)とすることができる。また、このような画像処理は、例えば、光学顕微鏡110で得られたOM画像を画像処理装置90で処理させるようにしてもよく、当該画像処理結果に基づいて制御部100内に設けられたアライメント部によりステージの調整を行わせるようにしてもよい。   Such alignment of the sample position may be performed by image processing such as pattern matching. The alignment accuracy when using image processing can be 1/10 to 1/100 pixels (Px). In addition, such image processing may be performed, for example, by causing the image processing apparatus 90 to process an OM image obtained by the optical microscope 110, and an alignment provided in the control unit 100 based on the image processing result. The stage may be adjusted by the unit.

次に、写像光学系検出器70の調整を行う。具体的には、検出器70のセンサの画素配列方向を確認し(S105)、センサの画素配列方向がステージ30の移動方向(X方向又はY方向)に一致しているかどうかを判断し(S106)、必要であれば(S106:No)、検出器70のθ調整を行う(S107)。 Next, the mapping optical system detector 70 is adjusted. Specifically, the pixel arrangement direction of the sensor of the detector 70 is confirmed (S105), and it is determined whether or not the pixel arrangement direction of the sensor matches the moving direction (X direction or Y direction) of the stage 30 (S106). ) If necessary (S106: No), θ t adjustment of the detector 70 is performed (S107).

図24は、上述の手順でアライメントが終了した後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図24(a))、アライメント前の検出器70のセンサの画素配列方向(図24(b))、及び、アライメント後の検出器70のセンサの画素配列方向(図24(c))の相互の関係を説明するための図である。   FIG. 24 shows the extension or arrangement direction of the pattern on the sample after the alignment is completed in the above procedure (FIG. 24A), the pixel arrangement direction of the sensor of the detector 70 before alignment (FIG. 24B). And FIG. 24 is a diagram for explaining a mutual relationship in the pixel arrangement direction (FIG. 24C) of the sensor of the detector 70 after alignment.

検出器70のセンサの電子検出面71には、p11〜pmnのm×n個の画素が設けられているとする。このとき、検出器70のアライメント前の状態では、画素の配列方向(例えば、p11〜p1m及びp11〜pm1)は、パターンの延在方向に一致しておらず、画素の配列方向はアライメント用の「+」パターンの配列方向とθだけ傾いている(図24(b))。 It is assumed that m × n pixels of p 11 to p mn are provided on the electron detection surface 71 of the sensor of the detector 70. At this time, in the state before the alignment of the detector 70, the pixel arrangement directions (for example, p 11 to p 1m and p 11 to p m1 ) do not coincide with the pattern extending direction, and the pixel arrangement direction. Is inclined by θ t with respect to the alignment direction of the “+” pattern for alignment (FIG. 24B).

このような状態は、写像光学系検出器の回転角θは不適正と判断され(S106:No)、検出器70のθ調整を実行して、画素の配列方向をアライメント用の「+」パターンの配列方向に一致させる(図24(c))。 In this state, it is determined that the rotation angle θ t of the mapping optical system detector is inappropriate (S106: No), θ t adjustment of the detector 70 is executed, and the pixel arrangement direction is changed to “+” for alignment. The pattern is made to coincide with the pattern arrangement direction (FIG. 24C).

図25は、上記検出器70のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図25(a))、アライメント前の検出器で得られたアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図25(b))、及び、アライメント後の検出器で得られた上記パターンのミラー電子画像の様子(図25(c))の相互の関係を概念的に説明するための図である。   FIG. 25 shows the mirror electronic image of the alignment “+” pattern obtained by the extension or arrangement direction of the pattern on the sample after alignment of the detector 70 (FIG. 25A) and the detector before alignment. FIG. 25B is a diagram for conceptually explaining the mutual relationship between the state of FIG. 25B and the state of the mirror electron image of the pattern obtained by the detector after alignment (FIG. 25C). is there.

アライメント前の検出器(図24(b))で得られたミラー電子画像では、検出器の画素の配列方向がパターンの延在方向とθだけ傾いているために、得られるパターン像及びその配列方向も当該、ステージの移動方向(ここではY方向)に対してθだけ傾いてしまう(図25(b))。 In the mirror electronic image obtained by the detector before alignment (FIG. 24B), the arrangement direction of the pixels of the detector is inclined by θ t with respect to the pattern extending direction. The arrangement direction is also tilted by θ t with respect to the moving direction of the stage (here, the Y direction) (FIG. 25B).

これに対し、アライメント後の検出器(図24(c))で得られたミラー電子画像では、検出器の画素の配列方向をパターンの配列方向に一致させたため、得られるパターン像の配列方向はステージの移動方向(ここではY方向)に一致している(図25(c))。   On the other hand, in the mirror electronic image obtained by the aligned detector (FIG. 24C), the arrangement direction of the pixels of the detector is made coincident with the arrangement direction of the pattern. It coincides with the moving direction of the stage (here, the Y direction) (FIG. 25C).

上述のとおり、試料位置は既に、1/100〜1/100000ラジアン(rad)程度の高い精度でアライメントされている。この状態でステージをY方向に移動させ、それに同期させてパターンのミラー電子画像を取得し、当該ミラー電子画像が最も良好となる状態(例えば、コントラストが最大となる状態)に検出器の回転角θを調整する。このような検出器のアライメントの精度は、試料位置調整と同様に、例えば、1/100〜1/100000ラジアン(rad)とすることができる。 As described above, the sample positions are already aligned with high accuracy of about 1/100 to 1/10000 radians (rad). In this state, the stage is moved in the Y direction, and a mirror electronic image of the pattern is acquired in synchronization therewith, and the rotation angle of the detector is brought into a state where the mirror electronic image is the best (for example, a state where the contrast is maximized). θ t is adjusted. The accuracy of alignment of such a detector can be set to, for example, 1/100 to 1 / 100,000 radians (rad) similarly to the sample position adjustment.

なお、上述のアライメントには、これまでの説明のように、特別なアライメント用パターン(マークを含む)を用いてもよいが、例えば上記例の試料上に設けられているライン・アンド・スペースパターンをアライメント用に併用してもよい。   As described above, a special alignment pattern (including marks) may be used for the alignment described above. For example, a line and space pattern provided on the sample of the above example. May be used together for alignment.

次に、上述の検出器のθ調整に続き、試料位置のアライメントで用いた「+」パターンやマークがミラー電子画像のフレームの中心にくるように、写像投影型観察装置の光学系の調整を行う。 Next, following the above-described θ t adjustment of the detector, the optical system of the projection type observation apparatus is adjusted so that the “+” pattern or mark used in the sample position alignment is at the center of the frame of the mirror electronic image. I do.

具体的には、検出器のθ調整を終了した後に、ミラー電子画像の画像フレームの中心座標の確認を行う(S108)。ミラー電子画像は2次元の連続像であるので、画像処理により、連続像をフレームに分割することができる。例えば、1000×1000Px、2000×2000Px、或いは4000×4000Px等を1つのフレームとするようにミラー電子画像のフレーム分割を行うことができる。 Specifically, after the θ t adjustment of the detector is completed, the center coordinates of the image frame of the mirror electronic image are confirmed (S108). Since the mirror electronic image is a two-dimensional continuous image, the continuous image can be divided into frames by image processing. For example, the frame division of the mirror electronic image can be performed so that 1000 × 1000 Px, 2000 × 2000 Px, 4000 × 4000 Px, or the like is one frame.

図26は、上記検出器70のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向(図26(a))、アライメント後の検出器で得られたアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図26(b))、及び、画像フレームの中心座標のアライメントを実行した後のアライメント用「+」パターンのミラー電子画像の様子(図26(c))の相互の関係を概念的に説明するための図である。   FIG. 26 shows the mirror electron image of the alignment “+” pattern obtained by the extension or arrangement direction (FIG. 26A) of the pattern on the sample after the alignment of the detector 70 and the aligned detector. And the state of the mirror electronic image of the alignment “+” pattern after the alignment of the center coordinates of the image frame (FIG. 26C) is conceptually illustrated. It is a figure for demonstrating.

図26(b)に示した例では、3つのアライメント用「+」パターンは、第1、第3、及び、第5の画像フレーム中に映し出されているが、これらのパターンの中心は画像フレームの中心からずれている。このような状態では画像フレームの中心座標は不適正と判断され(S109:No)、画像フレームのxy座標の調整が実行され(S110)、図26(c)に図示したような適正状態となるようにアライメントされる。   In the example shown in FIG. 26B, the three “+” patterns for alignment are displayed in the first, third, and fifth image frames. The center of these patterns is the image frame. Is off center. In such a state, it is determined that the center coordinates of the image frame are inappropriate (S109: No), the xy coordinates of the image frame are adjusted (S110), and the appropriate state as shown in FIG. Are aligned as follows.

画像フレームの中心位置のX方向の調整は、写像投影型観察装置の光学系を微調整する等により行うことができる。この場合、1/10Px〜10Px程度の精度での調整が可能である。   The adjustment of the center position of the image frame in the X direction can be performed by fine adjustment of the optical system of the projection type observation apparatus. In this case, adjustment with an accuracy of about 1/10 Px to 10 Px is possible.

また、画像フレームの中心位置のY方向の調整は、X方向の調整と同様に写像投影型観察装置の光学系を微調整する等により行うことができるが、フレーム分割の位置を変更することによっても可能である。後者の調整は画像処理装置90に入力するパラメータの変更により容易に実行できる。   In addition, the adjustment of the center position of the image frame in the Y direction can be performed by finely adjusting the optical system of the projection type observation apparatus in the same manner as the adjustment in the X direction, but by changing the position of the frame division Is also possible. The latter adjustment can be easily performed by changing parameters input to the image processing apparatus 90.

このようなアライメントを行った状態で、試料位置調整で用いた3つの「+」パターンの中央のものに注目してこの「+」パターンが写像投影型観察装置の光学中心に位置するようにステージ位置を調整する。そして、当該ステージ位置から写像投影型観察装置の光学中心位置の座標(x,y)を求める。 With such an alignment, pay attention to the center of the three “+” patterns used in the sample position adjustment so that the “+” pattern is positioned at the optical center of the projection type observation apparatus. Adjust the position. Then, the coordinates (x t , y t ) of the optical center position of the mapping projection observation apparatus are obtained from the stage position.

これに続いて、少なくとも上記3つの「+」パターンの中央のものが含まれる領域をSEM観察し、中央の「+」パターンがSEM観察像中の概ね中心の位置にあることを確認する。つまり、当該中央の「+」パターンがSEM型観察装置の光学中心位置にあることの確認を行う(S111)。そして、このときのステージの位置からSEM型観察装置の光学中心の座標(x,y)を求め、既に求められている光学顕微鏡及び写像投影型観察装置の光学中心の座標とともに、相互の位置関係としての座標データとして記憶する(S112)。 Subsequently, an area including at least the center of the three “+” patterns is observed with an SEM, and it is confirmed that the center “+” pattern is located at a substantially central position in the SEM observation image. That is, it is confirmed that the central “+” pattern is at the optical center position of the SEM type observation apparatus (S111). Then, the coordinates (x s , y s ) of the optical center of the SEM type observation apparatus are obtained from the position of the stage at this time, and the mutual coordinates of the optical center of the optical microscope and the mapping projection type observation apparatus that have already been obtained are obtained. The coordinate data as the positional relationship is stored (S112).

なお、SEM型観察装置の光学中心の位置(x,y)と他の光学中心の位置(x,y)及び(x,y)との関係をより高い精度で決定する場合には、上述の3つの「+」パターンのうちの中央の「+」パターンがSEM観察像中の中心にくるようにSEM型観察装置の光学系を調整すればよい。 Note that the relationship between the optical center position (x s , y s ) of the SEM type observation apparatus and the positions (x o , yo ) and (x t , y t ) of other optical centers is determined with higher accuracy. In this case, the optical system of the SEM type observation apparatus may be adjusted so that the central “+” pattern of the above three “+” patterns is at the center of the SEM observation image.

この場合、図22に示したように、上述のステップS111に続き、SEMの光学中心の座標と光学顕微鏡及び写像投影型観察装置の光学中心の座標との関係が所望する高い精度で求められているかどうかを判断し(S113)、不十分と判断した場合には(S113:No)、上述のSEMの光学中心調整を実行する(S114)。   In this case, as shown in FIG. 22, following the above-described step S111, the relationship between the coordinates of the optical center of the SEM and the coordinates of the optical center of the optical microscope and the mapping projection observation apparatus is obtained with a desired high accuracy. (S113), and if it is determined that it is insufficient (S113: No), the above-mentioned SEM optical center adjustment is executed (S114).

このような光学系の調整は電磁レンズ(偏向器)の調整により行うことができる。偏向器として8極以上のものが用いられている場合には、1/1000〜1/100000rad程度の高い精度での偏向角度制御が可能である。   Such an optical system can be adjusted by adjusting an electromagnetic lens (deflector). When a deflector having more than 8 poles is used, the deflection angle control can be performed with high accuracy of about 1/1000 to 1 / 100,000 rad.

本発明の第2の態様の試料観察装置は、検査装置としての利用も可能である。例えば、上述の構成の試料観察装置に設けられている画像処理部により、ミラー電子画像に基づいて試料上のパターンの検査を行うことができる。   The sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention can also be used as an inspection apparatus. For example, a pattern on the sample can be inspected based on the mirror electronic image by the image processing unit provided in the sample observation apparatus having the above-described configuration.

このような試料検査装置は、画像処理部に演算部を設け、パターン検査で判定されたパターン不良個所をSEM観察して欠陥の真偽判定を行う構成としてもよい。   Such a sample inspection apparatus may have a configuration in which a calculation unit is provided in the image processing unit, and the defect authenticity determination is performed by SEM observation of the pattern defect portion determined by the pattern inspection.

また、上記演算部を用いて、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類を行わせるようにしてもよい。   Moreover, you may make it perform the classification | category of the defect type of the pattern defect location determined to be a real defect using the said calculating part.

更に、上記演算部を用いて、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、光学顕微鏡像、ミラー電子画像、及び、SEM画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成させるようにしてもよい。   Further, the coordinate file of the pattern defect portion determined to be a true defect is created by using the arithmetic unit in association with at least one of the optical microscope image, the mirror electronic image, and the SEM image. Also good.

このような態様に加え、試料クリーニング機能を有する試料観察装置とすることも可能である。   In addition to such an embodiment, a sample observation apparatus having a sample cleaning function can be provided.

図27は、上述した本発明の第2の態様の試料観察装置に試料クリーニング機能を付加した装置の構成を概念的に説明するための図で、この装置には、試料20の表面に付着した汚染物を除去するためのクリーニング用ガスを供給するガス供給部150と、クリーニング用ガスをメインチャンバ22内へと導くガス導入部160とを備えており、流量調整部170で流量調整されたクリーニング用ガスはガス導入部160の先端に設けられたノズル180から、試料の表面に向けて射出される。   FIG. 27 is a diagram for conceptually explaining the configuration of the apparatus in which the sample cleaning function is added to the sample observation apparatus according to the second aspect of the present invention described above. This apparatus is attached to the surface of the sample 20. A gas supply unit 150 that supplies a cleaning gas for removing contaminants and a gas introduction unit 160 that guides the cleaning gas into the main chamber 22 are provided. The working gas is ejected from the nozzle 180 provided at the tip of the gas introduction section 160 toward the surface of the sample.

一般に、SEM観察を行うと、試料表面にはカーボンなどの汚染物が付着する。このような汚染物は本来、観察対象試料とは無関係なものであるが、このような汚染物が電子線照射等により特定の形状を有する偽欠陥となる可能性がある。そこで、図27に示した態様の試料観察装置では、メインチャンバ22内にクリーニング用ガスを導き、SEM観察を行いながら、或いは、写像投影型観察装置に設けられている電子ビーム照射系を利用して、上記汚染物の除去を可能としている。   In general, when SEM observation is performed, contaminants such as carbon adhere to the sample surface. Such contaminants are originally irrelevant to the sample to be observed, but such contaminants may become false defects having a specific shape due to electron beam irradiation or the like. Therefore, in the sample observation apparatus shown in FIG. 27, a cleaning gas is introduced into the main chamber 22 and SEM observation is performed, or an electron beam irradiation system provided in the projection projection observation apparatus is used. Thus, the contaminants can be removed.

クリーニング用ガスとしては、汚染物と反応して除去作用を奏するガス又は前記電子ビームの照射を受けて前記除去作用を奏するガスを用いることができる。   As the cleaning gas, it is possible to use a gas that exhibits a removing action by reacting with contaminants or a gas that exhibits the removing action upon irradiation with the electron beam.

例えば、メインチャンバ22内に酸素ガスや酸素とアルゴンの混合ガス、或いはSF等のフッ素系ガスを導入した状態でSEM観察を行う。SEM観察中に試料上には汚染物が付着するが、このような汚染物はメインチャンバ22内に導入されている上記ガスと反応して昇華性のガス(例えば、COガスやCOガス)などに変化し、試料表面から除去されることとなる。 For example, SEM observation is performed in a state where oxygen gas, a mixed gas of oxygen and argon, or a fluorine-based gas such as SF 6 is introduced into the main chamber 22. Contaminants adhere to the sample during SEM observation, but such contaminants react with the gas introduced into the main chamber 22 to sublimate gas (for example, CO gas or CO 2 gas). To be removed from the sample surface.

このほかにも、例えば、SEM観察を行った後に写像投影型観察装置の電子ビーム照射系から面ビームを試料上に照射し、広範囲にわたってクリーニングを行うことも可能である。面ビームの試料上での照射面積が例えば200×200μmである場合、30mm/sの速度でステージを移動させると、100×100mmの面積範囲のクリーニングを約30分で完了することができる。 In addition to this, for example, after performing SEM observation, it is also possible to perform cleaning over a wide range by irradiating a surface beam on the sample from the electron beam irradiation system of the projection type observation apparatus. When the irradiation area of the surface beam on the sample is, for example, 200 × 200 μm 2 , the cleaning of the area range of 100 × 100 mm 2 can be completed in about 30 minutes by moving the stage at a speed of 30 mm / s. .

以上に本発明の実施の形態について説明した。本発明によれば、ランディングエネルギーを適切に調整することにより、試料の微細なパターンのコントラストを増大でき、したがって、微細なパターンを観察できる。   The embodiment of the present invention has been described above. According to the present invention, by appropriately adjusting the landing energy, the contrast of the fine pattern of the sample can be increased, and therefore the fine pattern can be observed.

本発明は、特に、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が生じやすいというミラー電子発生現象の特性に着目している。このような特性は従来はパターン観察に活用されていなかった。凹パターンでのミラー電子発生量は、電子ビームのランディングエネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照射電子が効率よくミラー電子になるように、ランディングエネルギーが設定される。これにより、凹パターンでの解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。   In particular, the present invention focuses on the characteristic of the mirror electron generation phenomenon that mirror electrons are likely to be generated in the concave pattern due to the edges on both sides. Such characteristics have not been used for pattern observation in the past. The amount of mirror electrons generated in the concave pattern depends on the landing energy of the electron beam. Therefore, the landing energy is set so that the irradiation electrons efficiently become mirror electrons in the concave pattern. Thereby, the resolution and contrast of the concave pattern can be increased, and a fine pattern can be observed.

本発明の技術は、ランディングエネルギーを相当に低い値に設定する。そこで、本発明の観察技術は、低ランディングエネルギー技術と呼んでよい。   The technique of the present invention sets the landing energy to a fairly low value. Therefore, the observation technique of the present invention may be called a low landing energy technique.

本発明は、上記の低ランディングエネルギー技術を写像投影型観察装置に適用している。これにより、微細なパターンを短時間で観察することができる。   In the present invention, the above-mentioned low landing energy technique is applied to a projection type observation apparatus. Thereby, a fine pattern can be observed in a short time.

また、低ランディングエネルギーは、具体的には、ミラー電子と2次放出電子が混在する遷移領域に設定されてよい。また、ランディングエネルギーLEは、LEA≦LE≦LEB+5eVに設定されてよい。このような設定により、パターン部分でミラー電子が発生しやすくなり、画像でのパターンのコントラストを増大できる。   In addition, specifically, the low landing energy may be set in a transition region in which mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. Further, the landing energy LE may be set to LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV. By such setting, mirror electrons are easily generated in the pattern portion, and the contrast of the pattern in the image can be increased.

また、本発明では、上述にて詳細に説明したように、アパーチャのサイズ、位置及び形状が好適に調整され、これにより、画像中のパターンのコントラストを更に増大することができる。   Further, in the present invention, as described in detail above, the size, position, and shape of the aperture are suitably adjusted, whereby the contrast of the pattern in the image can be further increased.

また、本発明では、写像投影型観察装置とSEMが同一チャンバに備えられ、同一ステージを使用し、複合型の観察装置を構成する。これにより、2種類の検査を連続して行うときに、位置決めの時間が短くなり、かつ、位置決め精度が大幅に増大する。したがって、迅速かつ高精度な観察が可能になる。   In the present invention, the mapping projection observation apparatus and the SEM are provided in the same chamber, and the same stage is used to constitute a composite observation apparatus. As a result, when two types of inspection are continuously performed, the positioning time is shortened and the positioning accuracy is greatly increased. Therefore, quick and highly accurate observation is possible.

さらに、本発明の第2の態様の試料観察方法及び装置では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像による試料観察、及び、SEM画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしたので、上記3つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することが可能となる。   Furthermore, in the sample observation method and apparatus according to the second aspect of the present invention, each image obtained by sample observation using an optical microscope, sample observation using a mirror electron image, and sample observation using an SEM image is at which position of the observation target sample. Therefore, even if an observation target location specified by one of the three observation methods is to be observed by another observation method, the observation target location is It becomes possible to specify quickly and accurately.

以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that those skilled in the art can modify the above-described embodiments within the scope of the present invention.

以上のように、本発明にかかる試料観察技術は、半導体のウエハ又はマスクなどの検査において有用である。   As described above, the sample observation technique according to the present invention is useful in the inspection of a semiconductor wafer or mask.

10 試料検査装置
12 試料キャリア
14 ミニエンバイロメント
16 ロードロック
18 トランスファーチャンバ
20 試料
22 メインチャンバ
24 電子コラム
26 真空制御系
28 除振台
30 ステージ
40 1次光学系
41 電子銃
42、45、47、49、50、61、63 レンズ
43、44、48、62 アパーチャ
60、60a 2次光学系
64 アライナ
65 EB−CCD
66 XYステージ
67、68 開口
69、69a、69b、169 アパーチャ孔
70 検出器
90 画像処理装置
100 制御部
110 光学顕微鏡
120 SEM
130 電子光学系制御電源
140 システムソフト
150 ガス供給装置
160 ガス導入部
170 流量調整部
180 ノズル
200 アパーチャ調整機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sample inspection apparatus 12 Sample carrier 14 Mini-environment 16 Load lock 18 Transfer chamber 20 Sample 22 Main chamber 24 Electronic column 26 Vacuum control system 28 Vibration isolator 30 Stage 40 Primary optical system 41 Electron gun 42, 45, 47, 49 , 50, 61, 63 Lens 43, 44, 48, 62 Aperture 60, 60a Secondary optical system 64 Aligner 65 EB-CCD
66 XY stage 67, 68 Aperture 69, 69a, 69b, 169 Aperture hole 70 Detector 90 Image processing apparatus 100 Control unit 110 Optical microscope 120 SEM
130 Electro-optical system control power supply 140 System software 150 Gas supply device 160 Gas introduction unit 170 Flow rate adjustment unit 180 Nozzle 200 Aperture adjustment mechanism

Claims (39)

電子ビームを用いて試料上のパターンを観察する試料観察方法であって、
前記試料に電子ビームを照射するステップと、
前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出するステップと、
検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成するステップとを有し、
前記電子ビームを照射するステップは、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてUターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射することを特徴とする試料観察方法。
A sample observation method for observing a pattern on a sample using an electron beam,
Irradiating the sample with an electron beam;
Detecting mirror electrons generated by irradiation of the electron beam;
Generating an image of the sample from the detected mirror electrons,
In the step of irradiating the electron beam, the landing energy is adjusted so that when the electron beam is irradiated to a concave pattern having edges on both sides, the irradiated electron makes a U-turn in the concave pattern to become a mirror electron. A sample observation method comprising irradiating the sample with the electron beam.
前記ランディングエネルギーは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の試料観察方法。   The sample observation method according to claim 1, wherein the landing energy is set in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. 前記ランディングエネルギーは、
LEA≦LE≦LEB+5eVに設定され、
ここで、LEは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、LEA及びLEBは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーであることを特徴とする請求項1に記載の試料観察方法。
The landing energy is
LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV,
Here, LE is the landing energy of the electron beam, and LEA and LEB are the lowest landing energy and the highest landing energy in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. The sample observation method described in 1.
前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍で他方のエッジに向かって曲り、前記他方のエッジの近傍で曲がってミラー電子になることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の試料観察方法。   The irradiation electrons are incident toward one edge of the concave pattern, bend toward the other edge in the vicinity of the one edge, and bend near the other edge to become mirror electrons. The sample observation method according to any one of claims 1 to 3. 前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って前記凹パターン内に侵入し、前記凹パターンの底部に衝突することなく進行方向を転換し、前記凹パターンの他方のエッジの近傍を通って、前記ミラー電子になることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の試料観察方法。   The irradiated electrons are incident toward one edge of the concave pattern, enter the concave pattern along a curved path passing through the vicinity of the one edge, and proceed without colliding with the bottom of the concave pattern. The sample observation method according to claim 1, wherein the sample is changed in direction and passes through the vicinity of the other edge of the concave pattern to become the mirror electrons. 前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間の2次光学系にアパーチャを配置し、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の試料観察方法。   An aperture is arranged in a secondary optical system between the sample and the detector of the mirror electrons, and at least one of the size, position and shape of the aperture is adjusted according to the mirror electrons passing through the aperture. The sample observation method according to any one of claims 1 to 5, wherein: 前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像のサイズに応じて前記アパーチャのサイズを調整することを特徴とする請求項6に記載の試料観察方法。   The sample observation method according to claim 6, wherein an image of the mirror electrons in the aperture is generated, and the size of the aperture is adjusted according to the size of the image. 前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の位置に応じて前記アパーチャの位置を調整することを特徴とする請求項6に記載の試料観察方法。   The sample observation method according to claim 6, wherein an image of the mirror electrons in the aperture is generated, and the position of the aperture is adjusted according to the position of the image. 前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の形状に応じて前記アパーチャの形状を調整することを特徴とする請求項6に記載の試料観察方法。   The sample observation method according to claim 6, wherein an image of the mirror electrons in the aperture is generated, and the shape of the aperture is adjusted according to the shape of the image. 請求項1〜9の何れか1項に記載の試料観察方法により前記ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査することを特徴とする試料検査方法。   A sample inspection comprising: generating an image of the sample from the mirror electrons by the sample observation method according to claim 1; and inspecting the pattern of the sample using the image of the sample. Method. 写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試料観察方法であって、
前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡の3つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、該座標データに基づいて前記ステージを前記3つの光学中心間で移動させて前記試料上の特定の箇所を前記3つの観察装置で個別に観察を行うことを特徴とする複合型の試料観察方法。
A composite type sample observation method for observing a sample placed on the same stage by an optical microscope and an SEM type observation device different from the mapping projection type observation device and the mapping projection type observation device,
The positional relationship of the optical centers of the three observation devices of the mapping projection observation device, the SEM observation device, and the optical microscope is stored as coordinate data, and the stage is moved to the three optical centers based on the coordinate data. A composite type sample observing method characterized in that a specific portion on the sample is individually observed with the three observation devices by moving between the two.
下記の各ステップを備えていることを特徴とする複合型の試料観察方法。
(a)試料載置面であるXY面内の回転並びにX方向及びY方向の移動が可能なステージ上に特定のパターンの配列を有する試料を載置し、該特定のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡観察して該特定のパターンの配列方向が前記X方向又は前記Y方向となるように前記ステージ上の試料位置を調整するステップ:
(b)請求項1乃至9の何れか1項に記載の試料観察方法により前記試料の特定のパターンの配列を含む領域のミラー電子画像を得て、前記特定のパターンの配列の方向を前記ミラー電子画像のX方向又はY方向に一致させるとともに前記特定のパターンが前記ミラー電子画像のフレームの中央にくるように前記ミラー電子の検出系を調整するステップ:
(c)前記試料の特定のパターンを含む領域をSEM観察し、該試料の特定のパターンがSEM画像の所定の中央にくるようにSEM型観察装置の光学系を調整するステップ:
(d)前記ステップ(a)、ステップ(b)、ステップ(c)の調整後の各ステージの位置座標を相互に対応づけ、これら3つの位置座標の何れか1つから他の2つの位置座標の少なくとも一方を算出するステップ:
A composite-type sample observation method comprising the following steps.
(A) A region on which a sample having a specific pattern arrangement is placed on a stage capable of rotating in the XY plane, which is the sample placement surface, and moving in the X and Y directions, and including the specific pattern arrangement Adjusting the sample position on the stage so that the arrangement direction of the specific pattern is the X direction or the Y direction by observing the sample with an optical microscope:
(B) A mirror electronic image of a region including a specific pattern arrangement of the sample is obtained by the sample observation method according to any one of claims 1 to 9, and the direction of the specific pattern arrangement is changed to the mirror. Adjusting the mirror electron detection system so that it coincides with the X or Y direction of the electronic image and the specific pattern is in the center of the frame of the mirror electronic image;
(C) SEM observation of an area including the specific pattern of the sample, and adjusting the optical system of the SEM type observation apparatus so that the specific pattern of the sample is at a predetermined center of the SEM image:
(D) The position coordinates of each stage after the adjustment in step (a), step (b), and step (c) are associated with each other, and from one of these three position coordinates to the other two position coordinates Calculating at least one of:
前記ステップ(a)、前記ステップ(b)、前記ステップ(c)、及び、前記ステップ(d)は、この順に実行される請求項12に記載の複合型の試料観察方法。   The composite sample observation method according to claim 12, wherein the step (a), the step (b), the step (c), and the step (d) are performed in this order. 下記のステップを備えている試料検査方法。
(e)請求項11〜13の何れか1項に記載の試料観察方法により前記ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査するステップ:
A sample inspection method comprising the following steps.
(E) A step of generating an image of the sample from the mirror electrons by the sample observation method according to any one of claims 11 to 13 and inspecting a pattern of the sample using the image of the sample:
更に、下記のステップを備えている請求項14に記載の試料検査方法。
(f)前記ステップ(e)のパターン検査で判定されたパターン不良個所をSEM観察して欠陥の真偽判定を行うステップ:
The sample inspection method according to claim 14, further comprising the following steps.
(F) A step of performing SEM observation of the pattern defect portion determined by the pattern inspection in the step (e) to determine the authenticity of the defect:
更に、下記のステップを備えている請求項15に記載の試料検査方法。
(g)前記ステップ(f)で真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類を行うステップ:
The sample inspection method according to claim 15, further comprising the following steps.
(G) A step of classifying the defect type of the pattern defect portion determined as a true defect in the step (f):
更に、下記のステップを備えている請求項15又は16に記載の試料検査方法。
(h)前記ステップ(f)で真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記SEM画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成するステップ:
The sample inspection method according to claim 15 or 16, further comprising the following steps.
(H) A coordinate file of a pattern defect determined as a true defect in the step (f) is created in association with at least one of the optical microscope image, the mirror electronic image, and the SEM image. Step:
パターンを有する試料が載置されるステージと、
前記試料に電子ビームを照射する1次光学系と、
前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する2次光学系と、
検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、
前記1次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてUターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射することを特徴とする試料観察装置。
A stage on which a sample having a pattern is placed;
A primary optical system for irradiating the sample with an electron beam;
A secondary optical system for detecting mirror electrons generated by irradiation of the electron beam;
An image processing unit that generates an image of a sample from the detected mirror electrons,
In the primary optical system, the landing energy is adjusted so that when the electron beam is irradiated onto a concave pattern having edges on both sides, the irradiated electron makes a U-turn in the concave pattern and becomes a mirror electron. A sample observation apparatus irradiating the sample with a beam.
前記1次光学系は、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域に設定された前記ランディングエネルギーを有する前記電子ビームを照射することを特徴とする請求項18に記載の試料観察装置。   19. The sample observation apparatus according to claim 18, wherein the primary optical system irradiates the electron beam having the landing energy set in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. 前記ランディングエネルギーは、
LEA≦LE≦LEB+5eVに設定され、
ここで、LEは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、LEA及びLEBは、前記ミラー電子と2次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーであることを特徴とする請求項18に記載の試料観察装置。
The landing energy is
LEA ≦ LE ≦ LEB + 5 eV,
Here, LE is the landing energy of the electron beam, and LEA and LEB are the lowest landing energy and the highest landing energy in a region where the mirror electrons and secondary emission electrons are mixed. The sample observation apparatus according to 1.
前記2次光学系は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間に配置されたアパーチャと、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整するアパーチャ調整機構とを特徴とする請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置。   The secondary optical system has at least one of an aperture disposed between the sample and the detector of the mirror electrons, and the size, position, and shape of the aperture according to the mirror electrons passing through the aperture. The sample observation apparatus according to any one of claims 18 to 20, further comprising an aperture adjustment mechanism for adjusting the aperture. 前記2次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャの位置が、前記ミラー電子の強度中心と前記アパーチャの中心が一致するように調整されていることを特徴とする請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置。   21. The any one of claims 18 to 20, wherein the secondary optical system has an aperture, and the position of the aperture is adjusted so that the center of intensity of the mirror electron coincides with the center of the aperture. The sample observation apparatus according to item 1. 前記2次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャの形状は、前記ミラー電子の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であることを特徴とする請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置。   The secondary optical system has an aperture, and the shape of the aperture is an elliptical shape having a major axis in a direction corresponding to a longitudinal direction of the intensity distribution of the mirror electrons. The sample observation device according to any one of the above. 前記2次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャが複数の孔を有し、前記複数の孔が、前記ミラー電子の強度中心を囲むように配置されていることを特徴とする請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置。   The secondary optical system has an aperture, the aperture has a plurality of holes, and the plurality of holes are arranged so as to surround the center of intensity of the mirror electrons. The sample observation device according to any one of 20. 前記2次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャが複数の孔を有し、前記複数の孔の一つが、前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されていることを特徴とする請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置。   The secondary optical system has an aperture, the aperture has a plurality of holes, and one of the plurality of holes is arranged so as to coincide with the intensity center of the mirror electron. Item 21. The sample observation apparatus according to any one of Items 18 to 20. 写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置とを備え、
前記写像投影型観察装置が、請求項18〜20の何れか1項に記載の試料観察装置であり、
前記写像投影型観察装置及び前記SEM型観察装置が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記SEM型観察装置の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする複合型の試料観察装置。
A mapping projection observation apparatus, and an SEM observation apparatus different from the mapping projection observation apparatus;
The mapping projection observation device is the sample observation device according to any one of claims 18 to 20,
The mapping projection observation apparatus and the SEM observation apparatus are provided in a chamber that accommodates the stage, and the stage is between an observation position of the mapping projection observation apparatus and an observation position of the SEM observation apparatus. A composite type sample observation apparatus characterized by being movable.
写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置とは別のSEM型観察装置と、光学顕微鏡とを備え、
前記写像投影型観察装置が、請求項18〜25の何れか1項に記載の試料観察装置であり、
前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記SEM型観察装置の観察位置と前記光学顕微鏡の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする複合型の試料観察装置。
A mapping projection observation apparatus, a SEM observation apparatus different from the mapping projection observation apparatus, and an optical microscope,
The mapping projection observation apparatus is the sample observation apparatus according to any one of claims 18 to 25,
The mapping projection observation apparatus, the SEM observation apparatus, and the optical microscope are provided in a chamber that accommodates the stage, and the stage includes an observation position of the mapping projection observation apparatus and an observation of the SEM observation apparatus. A composite type sample observation apparatus, which is movable between a position and an observation position of the optical microscope.
前記写像投影型観察装置、前記SEM型観察装置、及び前記光学顕微鏡のそれぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、前記ステージを前記3つの光学中心間で移動可能とする制御部を備えていることを特徴とする請求項27に記載の複合型の試料観察装置。   A control unit that stores the positional relationship between the optical centers of the mapping projection observation apparatus, the SEM observation apparatus, and the optical microscope as coordinate data, and that enables the stage to move between the three optical centers. 28. The composite sample observation apparatus according to claim 27, wherein: 前記ステージは試料載置面内のX方向及びY方向に移動可能で且つXY面内で回転可能なステージであることを特徴とする請求項28に記載の複合型の試料観察装置。   29. The composite sample observation apparatus according to claim 28, wherein the stage is a stage that is movable in the X direction and the Y direction within the sample placement surface and is rotatable within the XY plane. 前記写像投影型観察装置の2次光学系に設けられた検出器は電子検出面であるXY面内での回転調整が可能に構成されていることを特徴とする請求項29に記載の複合型の試料観察装置。   30. The composite type according to claim 29, wherein the detector provided in the secondary optical system of the mapping projection type observation apparatus is configured to be capable of rotational adjustment in the XY plane which is an electron detection surface. Sample observation equipment. 前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記ステージの移動方向であるX方向又はY方向に一致するように前記ステージ上の試料位置を調整するアライメント部を備えていることを特徴とする請求項29に記載の複合型の試料観察装置。   An alignment unit that adjusts a sample position on the stage so that an arrangement direction of a specific pattern on the sample coincides with an X direction or a Y direction, which is a moving direction of the stage, is provided. 29. A composite type sample observation apparatus according to 29. 前記アライメント部は、前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのX方向又はY方向に一致するように前記検出器を調整することを特徴とする請求項31に記載の複合型の試料観察装置。   The alignment unit performs the detection so that an arrangement direction of a specific pattern on the sample after the sample position adjustment matches an X direction or a Y direction of a frame of a mirror electronic image obtained by the mapping projection observation apparatus. 32. The composite sample observation apparatus according to claim 31, wherein a vessel is adjusted. 前記アライメント部は、前記SEM型観察装置で前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンを観察して得られた観察像がSEM画像の中心に位置するように前記SEM型観察装置の光学系を調整する請求項32に記載の複合型の試料観察装置。   The alignment unit is configured so that an observation image obtained by observing a specific pattern on the sample after the sample position adjustment with the SEM type observation device is positioned in the center of the SEM image. The composite sample observation apparatus according to claim 32, wherein the system is adjusted. 前記試料の表面に付着した汚染物を除去するためのクリーニング用ガスを供給するガス供給部と、前記クリーニング用ガスを前記チャンバ内へと導くガス導入部とを備えている請求項26乃至33の何れか1項に記載の複合型の試料観察装置。   34. A gas supply unit that supplies a cleaning gas for removing contaminants attached to the surface of the sample, and a gas introduction unit that guides the cleaning gas into the chamber. The composite type sample observation apparatus according to any one of the above. 前記クリーニング用ガスは、前記汚染物と反応して除去作用を奏するガス又は前記電子ビームの照射を受けて前記除去作用を奏するガスである請求項34に記載の複合型の試料観察装置。   35. The composite type sample observation apparatus according to claim 34, wherein the cleaning gas is a gas that reacts with the contaminant and exhibits a removing action, or a gas that exhibits the removing action upon irradiation with the electron beam. 請求項18〜35の何れか1項に記載の試料観察装置を備え、前記画像処理部により前記ミラー電子から生成された前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査することを特徴とする試料検査装置。   36. The sample observation device according to any one of claims 18 to 35, wherein the image processing unit inspects a pattern of the sample using an image of the sample generated from the mirror electrons. Sample inspection device. 前記画像処理部は、前記パターン検査で判定されたパターン不良個所をSEM観察して欠陥の真偽判定を行う演算部を備えている請求項36に記載の試料検査装置。   37. The sample inspection apparatus according to claim 36, wherein the image processing unit includes a calculation unit that performs SEM observation of a pattern defect portion determined by the pattern inspection to determine whether the defect is true or false. 前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類が可能である請求項37に記載の試料検査装置。   38. The sample inspection apparatus according to claim 37, wherein the calculation unit is capable of classifying defect types of pattern defect portions determined to be true defects. 前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記SEM画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成可能である請求項38に記載の試料検査装置。   The calculation unit can create a coordinate file of a pattern defect portion determined as a true defect in association with at least one of the optical microscope image, the mirror electronic image, and the SEM image. 38. The sample inspection apparatus according to 38.
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