JP2011049041A - 走査型電子顕微鏡装置及びそれを用いた試料の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
一次電子ビームの走査ずれに起因する擬似欠陥を低減する高感度高スループット電子ビーム式検査装置と検査方法を提供する。
【解決手段】
複数の一次電子ビームを有する半導体検査装置において、前記複数一次電子ビームが被検査試料を照射する位置を個別に設定調整手段を有する。前記複数一次電子ビームの試料上の照射位置を前記被検査試料の繰り返しパターン間隔に合わせて設定して、比較対象の繰り返しパターン画像を同時に取得する。同時に取得した複数の画像上に、比較する繰り返しパターンの処に一次電子ビームの走査ずれは同じである。そのため、差画像上に電子ビームの走査ずれに起因する擬似欠陥がなくなって、高感度高スループット電子ビーム式検査装置と検査方法を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体外観検査技術に関し、特に微細な回路パターンを有する半導体ウエハや、ホトマスク（露光マスク）、液晶等を検査する電子ビームを用いた電子ビーム式検査装置に適用して有効な技術に関する。

本発明者が検討したところによれば、半導体外観検査技術としては、例えば特許文献１〜３と非特許文献１〜３に記載される技術などが挙げられる。以下において、これらの文献に記載された技術の内容や、これらの文献に記載の技術に相当する内容を示した図２〜図４を用いて説明する。

例えば、半導体装置の製造技術では、半導体装置の製造過程における異常や不良発生を、早期に、あるいは、事前に検知するため、各製造工程の終了時において半導体ウエハ上のパターン検査が行われる。ウエハ上の回路等のパターンを検査する電子ビームを用いた検査方法及び検査装置では、検査対象のウエハに電子ビームをスキャンして照射し、発生する二次電子から検出画像を生成し、同様の回路パターンの画像同士を比較し、差が大きい場所を欠陥として判定を行う。

従来の電子ビーム式検査装置について、以下、図２、図３を用いて説明する。なお、図２は電子ビーム式検査装置に関する一般的な動作を説明するために、その構成の一例を示したものであり、図示する構成に限られるものではない。また、図３Ａに示したＸ，Ｙの座標は、例として電子ビームのスキャン方向をＸ方向、ステージの移動方向をＹ方向として図示した。

図２の検査装置において、電子銃２００１より射出した電子ビーム２０３１は、集束レンズ２０３６で集束され、静電偏向器２０３２を介して偏向制御され、対物レンズ２０３７等を経て試料２０３３をスキャンしながら照射される。電子ビーム２０３１が照射されると、試料２０３３からは二次電子２０３８が発生し、二次電子２０３８は検出器２０３５で検出される。

例えば、図３Ａに示す試料台２０３４を図示するＹ方向へ連続的に移動させながら、電子ビーム２０３１を、試料２０３３上で図示するＸ方向に繰返し走査するように静電偏向器２０３２を動作させて、前記繰返し走査に同期して試料２０３３から発生する二次電子２０３８を検出器２０３５で検出することで、図３Ｂに示す試料２０３３の二次元検出画像イメージ２０６０を得る。試料台２０３４をＸ方向へ移動して検査する場合は、電子ビーム２０３１が試料２０３３上をＹ方向に繰返し走査するように制御を行う。

検出器２０３５で検出された信号は、検出回路２０４１によってデジタル信号に変換される。画像処理手段２０４２は、デジタル信号をもとに二次元の画像を生成して、この画像内にある欠陥を検出し、その検出結果を全体制御手段２０１０に送信する。全体制御手段２０１０は、ＧＵＩ画面２００５より入力された検査条件に応じて、電子光学制御手段２００２、偏向制御手段２００３、機構系制御手段２００６の制御を行う。ここでは、試料台２０３４は、図３に表示するＸ方向またはＹ方向の２方向に連続的に移動する例を記したが、試料台２０３４が物理的に回転し、図示するＸ方向またはＹ方向の一方向のみに連続的に移動するものでも構わず、試料台２０３４の構成を限定するものではない。また、検出器２０３５は、試料２０３３から発生する二次電子２０３８を検出するように構成したが、試料２０３３から発生する透過電子若しくは吸収電子を検出するように構成してもよい。

特に、特許文献１においては、通常の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の１００倍以上（１０ｎＡ以上）の電子線電流を基板に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過電子の何れかを検出し、その検出信号から得られる画像により欠陥を検出する方法が開示されている。この中で、電子ビームをスキャン制御する電子ビーム偏向器は２段に配設した静電偏向器で構成するとともに、ビーム偏向制御回路を偏向波形発生手段と、上下２段偏向器に対して独立な高電圧増幅手段で構成し、±１８０Ｖのランプ波形を発生することが開示されている。

特開平５−２５８７０３号公報 特開２００７−３１７４６７号公報 特開２００８−２１５９６９号公報

Ｐ．Ｓａｎｄｌａｎｄ ｅｔ ａｌ"Ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｘ−ｒａｙ ｍａｓｋ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ"，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ，Ｖｏｌ．９，Ｉｓｓｕｅ６，ｐｐ１２８９−１２９２（１９８３），ｐｐ３００５−３００９（１９９１） Ｅ．Ｇｏｔｏ ｅｔ ａｌ"Ｉｎ−ｌｅｎｓ Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｎｏｎｅｑｕｉｓｅｃｔｏｒｅｄ−ｔｙｐｅ ｍｕｉｌｔｐｏｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓｔａｔｉｃ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ"，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ，Ｖｏｌ．１，Ｉｓｓｕｅ４，ｐｐ１２８９−１２９２（１９８３） Ｃ．Ｈ．Ｓｃｈａｅｆｅｒ，"Ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｉｘ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｅ−ｂｅａｍ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒｓ"，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｂ，Ｖｏｌ．４，Ｉｓｓｕｅ５，ｐｐ１２３７−１２４２（１９８６）

ところで、前記特許文献１に記載されるような検査装置では、検査対象であるウエハ上に形成される回路パターンの微細化に伴い、欠陥の検出感度の向上が要求されており、特に電子ビームに走査ずれが発生すると検出感度を向上できないという課題を有している。

図４Ａに示すように電子ビーム式検査装置は、検査対象ウエハ上の繰り返しパターン２０６０ａと２０６０ｂを比較し、その差異を利用して欠陥２０６１を検出・判定する。但し、一次電子ビーム２０３１の試料上における照射位置は、電子ビームの偏向を制御する回路の電気ノイズ、カラム側に流れているリターン電流から生じた磁界ノイズ、ウエハを運搬するステージやカラムなどの機械振動など、各要因の影響により、目標照射位置から走査ずれ：δが発生する。

走査ずれが発生すると、図４Ｂに示すように本来検出すべき正常部のパターンと異なる位置のパターンまたは信号強度２０３１a,２０３１bと２０３１ｃを検出することとなり、検出されたパターンは正常部のパターンとは異なる擬似欠陥２０６２ａ,２０６２ｂと２０６２ｃとなり、真の欠陥２０６１の判別ができなくなる。

このような課題に対して、前記特許文献１には、検査対象であるウエハ上の同一箇所をＮ回スキャンしてＮ回分の検出信号を加算することで、ランダムであるノイズの影響を低減する方法が開示されている。しかし上記の方法ではＮ回スキャンすることから、例えば、重ね合せを２回、４回行うとそれぞれの検査速度は１／２倍、１／４倍となり、原理的に検査速度が低下するという問題を有している。さらに、走査ずれを生じるノイズは、ランダム性以外のノイズ要因も多数ある前記複数回スキャンの加算方法は、スキャン周期に同期する周期的なノイズに起因した走査ずれに対して、低減効果はない。

上記課題を解決するために、本発明では、電子を発生させる電子源と、電子源で発生させた電子を複数のビーム状に引き出して収束させて複数のビームを試料上の所望の領域に同時に照射して走査する電子光学系と、電子光学系により複数の電子ビームが同時に照射されて走査された試料から発生した２次電子を複数の電子ビームごとに対応して検出しての検出信号を出力する２次電子検出手段と、２次電子検出手段から出力された複数の検出信号に基づいて試料の表面の複数の画像を生成して処理する画像処理手段と、電子光学系と２次電子検出手段と画像処理手段とを制御する制御手段と、制御手段で制御する電子光学系の制御条件および画像処理手段の処理条件を入力するとともに画像処理手段の処理の結果を出力する入出力手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置において、電子光学系は引き出した複数のビームの間隔を調整するビーム間隔調整部を有し、ビーム間隔調整部は入出力手段から入力されたビーム間隔設定条件に基づいて複数のビームの間隔を設定するようにした。

また、上記課題を解決するために、本発明では、電子を発生させる電子源と、電子源で発生させた電子を収束させて試料上の所望の領域に照射して走査する電子光学系と、電子光学系により電子が照射された試料から発生した２次電子を検出して検出信号を出力する２次電子検出手段と、２次電子検出手段から出力された検出信号に基づいて試料の表面の画像を生成して処理する画像処理手段と、電子光学系と２次電子検出手段と画像処理手段とを制御する制御手段とを備えた走査型電子顕微鏡装置において、電子光学系は電子源で発生させた電子を複数のビームに引き出すビーム引き出し部と、ビーム引き出し部で引き出した複数のビームの間隔を調整するビーム間隔調整部と、ビーム間隔調整部で間隔を調整された複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させて試料上の所望の領域を走査するＸ方向偏向器とＹ方向偏向器及びＸ方向偏向器を制御するＸ偏向制御部とＹ方向偏向器を制御して一部の回路をＸ偏向制御部と共有するＹ偏向制御部を有するビーム偏向電極部とを有して構成するようにした。

更に、上記課題を解決するために、本発明では、電子源で発生させた電子を複数のビーム状に引き出し、引き出した複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定された間隔に調整して試料上の所望の領域に同時に照射して走査し、複数の電子ビームが同時に照射されて走査された試料から発生した２次電子を複数の電子ビームごとに対応して検出して複数の検出信号を取得し、取得した複数の検出信号に基づいて試料の表面の複数の画像を生成し、生成した複数の画像を処理して試料を検査する走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法において、収束させた複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定することを、予め複数のビームを試料上に同時に照射して走査することにより得られた複数の画像を画面上に表示し、複数の画像が表示された画面上でビーム間隔調整部による複数のビームの間隔の調整条件を設定することにより行うようにした。

更にまた、上記課題を解決するために、本発明では、電子源で発生させた電子ビームを収束させて試料上の所望の領域に照射して走査し、電子が照射して走査された試料から発生した２次電子を検出して検出信号を得、２次電子を検出して得られた検出信号に基づいて試料の表面の画像を生成し、生成した画像を処理して試料上の欠陥を検出する走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法において、電子ビームを試料上の所望の領域に照射して走査するステップを、電子源で発生させた電子から複数のビームを引き出し、引き出した複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定した間隔になるように調整し、間隔を調整した複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させて試料上の所望の領域を走査することを含み、複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させることを一部の回路を共有するＸ偏向制御部とＹ偏向制御部とで制御されたＸ方向偏向器とＹ方向偏向器とにより行うようにした。

本発明によれば、多段偏向器の制御部の回路を一部共通化したことにより回路ノイズ起因の電子ビームの走査ずれを低減することができ、走査型電子顕微鏡における電子ビームの制御性が向上する。これにより、複数の電子ビームを同時に照射する場合に各電子ビームの間隔を精度よく制御することが可能になり、より高い欠陥検出感度と高い検査速度を両立させ得る電子ビーム式検査装置を実現できる。

本発明の第１の実施例に係る電子ビーム式検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 従来の電子ビーム式検査装置の構成概略を示すブロック図である。 電子ビーム式検査装置のビームのスキャンとウェハの移動方向の関係を示すウェハの斜視図である。 試料をＹ方向に一定の速度で移動させながら電子ビームをＸ方向にスキャンして撮像したときに得られる試料の二次元画像の例を示す図である。 電子ビームの走査ずれに起因する擬似欠陥の発生状態を示すＳＥＭの電子光学系の概略構成を示すブロック図である。 電子ビームの走査ずれに起因する擬似欠陥があるときの検査画像と参照画像戸から得られる差画像の例を示す図である。 ＳＥＭで撮像して得られた試料の広域画像である。 広域画像上でピッチ３００で指定した隣接する領域の画像とこの隣接する領域の画像間の差画像を示す図である。 複数本の一次電子ビームの照射位置を調整するためのＧＵＩの例を示す概略図である。 画面上で一次ビームの間隔を設定する手順を示すフロー図である。 本発明の第２の実施例に係る電子ビーム式検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に用いた欠陥判定方法におけるＳＥＭで撮像された試料の広域画像である。 本発明の第２の実施例に用いた欠陥判定方法における検査画像と参照画像及び２枚の差画像である。 本発明の第３の形態に係る電子ビーム式検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 検査試料の繰り返すパターン誤差を低減する画像処理 複数本の一次電子ビームの照射位置を設定する場合の粗設定と精設定との処理の流れを示す概略フロー図である。 複数本の一次電子ビームの照射位置を設定する場合の精設定の処理の流れを示す概略フロー図である。 本発明の第５の実施例に係る電子ビーム式検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施例形態に係る電子ビーム式検査装置の偏向制御手段の回路構成例を示す概略ブロック図である。 ８極静電偏向器の各極に印加する電圧の関係説明図である。 ８極静電偏向器の各電極と試料との寸法の関係を説明するための偏向電極の正面の断面図である。 ２段静電偏向器の偏向制御回路のノイズモデルを説明する偏向制御回路の回路ブロック図である。 本発明の第７の実施例に係る電子ビーム式検査装置の偏向制御手段の回路構成例を示す概略ブロック図である。 本発明の第８の実施例に係る電子ビーム式検査装置の偏向制御手段の回路構成例を示す概略ブロック図である。 本発明による欠陥検査のうち、予めビーム間隔を設定しておいて検査を行う場合の処理の流れを示すフロー図である。 本発明による欠陥検査のうち、毎回ビーム間隔を調整する場合の処理の流れを示すフロー図である。 ビーム位置調整手段の概略の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１、図５と図６は本発明の第一の実施例に関わる電子線半導体検査装置の概略構成を示す図である。
まず、図１を用いて装置構成を説明する。装置全体は、大きく分けて電子顕微鏡（ＳＥＭ）部１００と画像処理・制御部１５０で構成されている。
走査型電子顕微鏡部１００は電子源１０１、１次電子を集束させるコンデンサレンズ１０３、収束させた１次電子から２本のビームを引き出すアパチャアレイ１０４、引き出した２本の電子ビームを収束させるレンズアレイ１０５、２本のビームの間隔を調整するビーム位置調整手段１０６a及び１０６b、２次電子の軌道を制御するウィーンフィルタ１０８、２次電子を集束させる静電レンズ１２１、集束された２次電子を分離するための偏向器１２２、分離されたそれぞれの２次電子を検出する検出器１２３a及び１２３ｂ、対物レンズ１０７a及び１０７ｂ、１対の静電偏向器３２、試料３３を載置するテーブル手段３４を備えており、走査型電子顕微鏡部１００の内部は図示していない真空排気手段により真空に排気される。(アパチャアレイ１０４でミクロンオーダーで分離された２本の電子ビームの間隔を制御するビーム位置調整手段１０６ａ，１０６ｂの具体的な構成と動作について詳細な説明を追加要)
ビーム位置調整手段１０６a及び１０６bの構成と動作に関する実現例を図２１に示す。
GUI画面2101からの指令を受けて、ビーム調整回路2001は制御電圧或いは電流を生成する。その制御電圧或いは制御電流がディスクリード部品や半導体プロセス上に作成した制御手段２１０４に印加して、一次電子ビーム２１０３の位置を調整することを実現する。

画像処理・制御部１５０は、ビーム位置調整手段１０６ａ及び１０６ｂを制御するビーム距離制御回路部７、検出器１２３a及び１２３ｂから出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２５、Ａ／Ｄ変換された信号を処理するための記憶部１２６ａと演算部１２６ｂ、欠陥判定部１２６ｃを備えた画像処理部４２と、偏向器１２２を制御する偏向器制御部１２７、ウィーンフィルタ１０８を制御するウィーンフィルタ制御部１２８、偏向器３２を制御する偏向制御手段３、テーブル手段３４を制御するテーブル制御部６、ＧＵＩ１３２を備えた入出力部１３１、及び、入出力部１３１と接続するとともにビーム距離制御回路部７、画像処理部４２、偏向器制御部１２７、ウィーンフィルタ制御部１２８、偏向制御手段３及びテーブル制御部６を制御する全体制御部１３０を備えている。

次に、上記構成を備えた電子ビーム式検査装置の動作を説明する。電子源１０１から発生した一次ビーム１０２は、コンデンサーレンズ１０３によって平行に整えられた後、アパーチャーアレイ１０４によって２本のビーム１０２ａおよび102bに分割される。その後、ビーム１０２ａおよびビーム１０２ｂはレンズアレイ105によって個別に集束された後、それぞれのビーム位置調整手段ビーム１０６ａとビーム１０６ｂの制御により２本ビーム間の距離を設定して、対物レンズ１０７ａおよび１０７ｂによりステージ３４上に搭載された試料３３上に焦点を結ぶ。偏向器３２は時間的に変化する電場または磁場を発生し、偏向制御手段３の出力に基づいて、試料３３上の所望の位置に一次ビーム１０２ａおよび１０２ｂを同時に走査する。

一次ビームの照射により、試料３３からは二次ビーム、反射電子等の二次ビームが発生する。図１では2本の一次ビーム１０２ａおよび１０２ｂが試料に照射されるので、これらの一次ビームが照射したされた試料上の２箇所からそれぞれ二次ビーム１２０ａおよび１２０ｂが発生する。二次ビーム１２０ａおよび１２０ｂは対物レンズ１０７ａ及び１０７ｂの集束作用を受け、さらに二次ビーム１２０ａおよび１２０ｂに対しては偏向作用を持つウィーンフィルター１０８の作用により、一次ビーム１０２ａ及び１０２ｂの軌道と分離される。その後、二次ビーム軸調用アライナーにより軌道を補正され、さらに二次ビーム集束用の静電レンズ１２１の集束作用及び偏向器１２２による二次ビームの振り戻し作用により、検出器１２３ａおよび１２３ｂにそれぞれ到達する。

検出器１２３ａおよび１２３ｂにより検出された信号は検出回路１２４ａおよび１２４ｂにより検出され、Ａ／Ｄ変換機１２５によりデジタル化され、画像処理部４２内の記憶装置１２６ａに画像データとして一旦格納される。その後、演算部１２６ｂにおいて一次ビーム１０２ａと１０２ｂで同時に取得した画像をそれぞれ参照画像と検出画像として比較して差画像を求め、欠陥判定部１２６ｃで欠陥判定を行う。

一次電子ビーム１０２ａ及び１０２ｂの走査ずれによる擬似欠陥の検出を抑制するためには、検出画像と比較対象である参照画像との本来同一形状になるように作成された繰り返しパターンにおいて、２本のビーム１０２ａ及び１０２ｂにより同時にスキャンする必要がある。一方、検査対象によって、比較できる繰り返しパターンの場所、間隔は異なるので、それらの異なるパターンに対応可能な装置の構成とする必要がある。

本発明では、２本の一次ビーム１０２ａと１０２ｂとの間隔を調整可能にする位置調整制御手段１０６ａと１０６ｂとを設けた。ビーム位置調整制御手段１０６ａと１０６ｂとの設置場所は、本実施例では対物レンズ１０７ａと偏向器３２の上方に置いているが、偏向器３２の下方に置いても良い。上記ビーム位置調整手段１０６ａと１０６ｂとの設置場所については、ビーム分離用アパーチャーアレイ１０４に近接するほど調整範囲が広く、一方で、試料３３に近接して設置すると調整分解能が高くなるという特性がある。
ユーザは入出力部１３１にあるビーム１０２ａとビーム１０２ｂの位置調整用制御ボタン（後述する）を操作することにより、前記ビームの位置調整制御手段１０６ａと１０６ｂを制御して試料３３上の照射位置と距離を調整できる。ユーザはＧＵＩ１３２に表示される参照画像と検出画像とを確認しながら、ビーム１０２ａとビーム１０２ｂとの試料３３上の照射位置がそれぞれ比較対象の参照画像と検出画像との対応する位置と一致するように調整する。

図５Ａには、検査対象ウエハ（試料３３）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮像して得られる広域の画像の例を示す。この広域の画像は、試料３３を図中に矢印で表した方向にステージ３４を連続的に移動させながら一次電子ビームを照射してステージ３４の移動方向と直角な方向に走査して得た画像を複数枚合成したものに相当する。図中に矢印で示した方向に対して直角な方向に間隔３００にて繰り返すパターン群２０１ａと２０１ｂとがある場合、試料３３に照射する一次ビーム１０２ａと１０２ｂの間隔を図５(Ａ)に示すような繰り返しパターン群２０１ａと２０１ｂの間隔３００に合わせて設定すれば、ビーム１０２ａとビーム１０２ｂで同じタイミングで、繰り返しパターン２０１ａと２０１ｂの画像２０２ａと２０２ｂを図５(Ｂ)に示すよう同時に取得できる。従来のシングルビーム装置における場合と同じようにビームずれがあったとしても、画像２０２ａと２０２ｂに発生するビームずれ２０３ａと２０３ｂ或いは２０４ａと２０４ｂは必ず同じ場所に発生する。そのため、画像２０２ａと２０２ｂとの差画像２０５には、ビームずれ２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａと２０４ｂの影響による擬似欠陥が発生せず、真の欠陥２０６１が認識可能となる。

ビーム１とビーム２の位置、間隔を設定するためのＧＵＩ画面の一例を図６に示す。このＧＵＩ画面上でビーム１とビーム２との位置、間隔を設定する手順を図６のＧＵＩの画面と図７のフロー図を用いて説明する。まず試料３３の設計情報に基づいて一次ビーム１０２ａと１０２ｂの初期位置座標データを画面の２５０ａと２５０ｂとから入力する（Ｓ７０１）。次に、全体制御部１３０は、この入力された初期位置座標データに基づいてビーム距離制御回路７を制御してビーム位置調整手段１０６ａ１０６ｂにより設定した初期位置座標位置から一次ビーム１０２ａと１０２ｂとを走査して試料３３の比較的広い領域の低倍画像を得る（Ｓ７０２）。次に、一次ビーム１０２ａ又は１０２ｂを走査して得た試料３３の比較的広い領域の低倍画像２５３を画面上の全体低倍画像の欄に表示する（Ｓ７０３）。次に、この表示された試料３３の比較的広い領域の低倍画像２５３上で繰り返しパターン領域を設定し（Ｓ７０４）、この繰り返しパターンの座標情報から初期位置座標設定画面の２５０ａと２５０ｂを修正する（Ｓ７０５）。この修正して設定した一次ビームの初期位置座標に基づいて繰り返しパターン領域を一次ビーム１０２ａ又は１０２ｂで走査して繰り返しパターン領域の高倍率の画像２５４ａと２５４ｂとを得て画面上に表示する（Ｓ７０６）。このとき、一次ビーム１０２ａ及び１０２ｂが設定した基板上の初期位置座標位置に照射されるように、全体制御部は、一次ビームの初期位置座標の修正に連動して、対物レンズ１０７ａ及び１０７ｂ，偏向電極制御手段３を制御する。

次にこの繰り返しパターン領域の高倍率の画像２５４ａと２５４ｂとの差分を算出し、算出して得た差分画像２５５を表示する（Ｓ７０７）。この差分画像２５５が表示された状態で、ビーム１０２ａの座標調整ボタン２５１ａ（Ｘ座標設定用）と２５１ｂ（Ｙ座標設定用）を操作して画像の取得場所を調整する。同様に、ビーム１０２ｂの座標調整ボタン２５２ａ（Ｘ座標設定用）と２５２ｂ（Ｙ座標設定用）を操作して画像の取得場所を調整する（Ｓ７０８）。調整後の差分画像２５５（Ｓ７０９）にパターンの差をチェックし（Ｓ７１０），差がなくなるまでビーム１０２ａとビーム１０２ｂの画像取得位置を調整する。ここで、ビーム１の座標調整ボタン２５１ａと２５１ｂを操作して画像の取得場所を調整した後に差分画像２５５でパターンの差を確認することを、最初に取得した高倍率の画像２５４ａの座標データを記憶しておいてビーム１の座標調整ボタン２５１ａと２５１ｂとを操作して修正した分だけ記憶しておいた画像の座標データをずらして差画像を取得するようにする。これにより、座標データを修正するたびにＳＥＭ画像を取らなくてすみ、画像取得位置の調整が短時間で容易に行える。また、この画像取得位置調整の操作は、必ずしもビーム１とビーム２の両方について行う必要は無く、ビーム１又はビーム２の何れか一方について行うだけでも良い。

ここで、２本ビームの位置調整ＧＵＩ画面構成を一つの例として説明したが、上記説明と同じ効果があるＧＵＩ画面のその他構成も本発明の範囲に含まれる。さらに、上記ビーム位置の設定と調整用ＧＵＩ画面は、２本ビームの例を説明したが、２本以上の複数本ビームの構成でも、基本的に類似するＧＵＩ画面で操作できる。

次に、以上に説明した手順でＧＵＩ画面上でビーム１０２ａと１０２ｂとの位置、間隔を設定した電子ビーム式検査装置を用いて、試料上に形成されたパターンを検査して欠陥を抽出する方法について図１９を用いて説明する。

まず、検査装置の初期条件の設定段階で、図７で説明したフローに従って、ＧＵＩ画面上で検査対象試料の検査パターンデータに応じて２つの電子ビームの初期設定座標を設定して画像処理手段４２に記憶部１２６ａに記憶しておく（Ｓ１９０１）。

次に、検査方法を記載したレシピ情報を全体制御手段１の記憶部から読み込む（Ｓ１９０２）。

次に、テーブル３４に検査対照試料を載置した状態で，電子線源１０１から発射された電子ビーム１０２をアパーチャアレイ１０４で２つの電子ビーム１０２ａと１０２ｂとを形成し、レンズアレイ１０５で集束させ、それぞれのビーム位置が記憶部１２６ａに記憶されている初期条件設定段階で設定された検査対照試料上の初期位置に照射されるように設定されたビーム位置調整手段１０６ａ及び１０６ｂ、対物レンズ１０７ａ及び１０７ｂ、偏向器３２を通過させて、全体制御部１３０で制御されたテーブル制御部６で駆動されているテーブル３４により一方向に一定の速度で移動している試料３３上をテーブル３４の移動と同期させて上記した初期条件設定段階で設定された領域を２つの電子ビーム１０２ａと１０２ｂとを間隔が一定に維持された状態で走査する（Ｓ１９０３）。

このようにして２つの電子ビーム１０２ａと１０２ｂとが照射され走査された試料３３から発生した二次電子（反射電子も含む）子１２０ａと１２０ｂとをウィーンフィルタ１０８で一次電子ビームの軌道から逸らし、静電レンズ１２１、偏向器１２２で集束させて検出器１２３ａ及び１２３ｂで電子ビーム１０２ａの照射により発生した二次電子１２０ａと電子ビーム１０２ｂの照射により発生した二次電子１０２ｂとを分離して同時に検出し（Ｓ１９０４）、検出したそれぞれの信号をＡ/Ｄ変換器１２５でデジタル信号に変換し、画像処理部４２の記憶部１２６ａにおいて検出器１２３ａで検出して得られた画像から検査画像を順次作成して記憶し、検出器１２３ｂで検出して得られた画像から参照画像を順次作成して記憶する（Ｓ１９０５）。次に、演算部１２６ｂにおいて、記憶された検査画像と参照画像との位置を合わせ、検査画像と参照画像とを比較して差異を抽出し、欠陥を検出する。

ここで、電子ビーム１０２ａと１０２ｂとは、初期条件設定段階で設定された領域を互いの間隔が一定に維持された状態で走査するので、検出器１２３ａで検出して得られた検査画像と検出器１２３ｂで検出して得られた参照画像との間には理想的には位置ずれが発生しないはずであるが、実際には、初期条件設定段階での設定誤差や、それぞれの検出系の誤差のために検出して得られた検査画像と参照画像との間には位置ずれが生じてしまう。そこで、検査画像と参照画像とを比較して差異を抽出し、欠陥を検出するに際して、先ず両画像間の位置ずれをチェックし（Ｓ１９０６）、ずれを検出した場合には、両画像間の位置合わせを行った（Ｓ１９０７）後に検査画像と参照画像とを比較して差異を抽出して欠陥を検出する（Ｓ１９０８）。
この２つの電子ビームの照射・走査により同時に得られた検査画像と参照画像とを比較して欠陥を抽出することをテーブル３４を連続的に移動させながら試料３３上の予め指定されて領域又は全部の領域について行い、検査を終了後試料３３をテーブル３４から取り外して検査を終了する（Ｓ１９０９）。

次に、毎回の検査ごとに検査対象試料の検査パターンデータに応じて２つの電子ビームの初期設定座標を決定して検査を行う場合の処理フローについて、図２０を用いて説明する。

先ず、検査方法を記載したレシピ情報を全体制御手段１の記憶部から読み込み（ステップＳ２０）、 検査対象物ウェハ３３をロードし（ステップＳ３０）、 検査方法に応じて電子光学系の条件を調整し（ステップＳ４０）、 あらかじめ登録されているパターンに計測・座標系を補正するアライメントを行い（ステップＳ５０）、検査領域の設定を実施後（ステップＳ６０）、参照画像を取得する電子ビームと検出画像を取得する電子ビームの距離を繰り返しパタンの間隔とあわせるように設定し（ステップＳ７０）、図６のＧＵＩ画面に示したように取得画像と差分画像を確認しながらビームの間隔を最適化まで調整した後（ステップＳ８０）、対象物ウェーハ33を順次走査し、検出画像を処理して欠陥を検出する画像検出・欠陥判定し（ステップＳ９０）、分類した欠陥情報を全体制御部の記憶部の検査結果ファイル（図示せず）に記載することにより演算結果を格納し（ステップＳ１００）、 対象物ウェーハ６をアンロードして元のカセットに格納し（ステップＳ１１０）、 検査を完了する。
以上に説明した実施例においては、一方の電子ビームの照射で検査画像を作成し、他方の電子ビームの照射で参照画像を作成し、これらの画像を比較して欠陥を抽出する方法について説明したが、ウェハ上に同時に照射する２つの電子ビームでそれぞれに画像を検出して記憶し、先に記憶した画像を参照画像とし、後に記憶した画像を検査画像として検査画像と参照画像とを順次比較するようにしても良い。

本発明の第２の実施の形態に係る検査装置について、図８を用いて説明する。本実施の形態における電子ビーム式検査装置の基本構成は、前記第１の実施の形態とほぼ同様であるため、一部説明を省略する。ここでは、第１の実施の形態と異なる部分を主として説明する。

本実施の形態の電子ビーム式検査装置において、電子源101から発生した一次ビーム102は、コンデンサーレンズ８０３によって平行に整えられた後、アパーチャーアレイ８０４によって３本のビーム８０２ａ、８０２ｂおよび８０２ｃに分割される。その後、ビーム８０２ａ、８０２ｂと８０２ｃはレンズアレイ８０５によって個別に集束された後、それぞれのビーム位置調整手段８０６ａ、８０６ｂと８０６ｃの制御により３本ビーム間の距離を設定して、対物レンズ８０７ａおよび８０７ｂによりステージ３４上に搭載された試料３３上に焦点を結ぶ。偏向器８３２は時間的に変化する電場または磁場を発生する偏向器であり、試料３３上の所望の位置に一次ビーム８０２ａ、８０２ｂおよび８０２ｃを同時に走査する。

一次ビームの照射により、試料３３からは二次ビーム、反射電子等の二次ビームが発生する。図８では３本の一次ビーム８０２ａ、８０２ａおよび８０２ｃが試料に照射されるので、これらの一次ビームが照射した試料上３箇所からそれぞれ二次ビーム８２０ａ、８２０ｂおよび８２０ｃが発生する。二次ビーム８２０ａ,８２０ｂおよび８２０ｃは図面に表示しない対物レンズの集束作用を受け、さらに二次ビームに対しては偏向作用を持つウィーンフィルター８０８により、一次ビームの軌道と分離される。その後、二次ビーム軸調用アライナーにより軌道を補正され、さらに二次ビーム集束用レンズ８２１の集束作用により、検出器８２３ａ、８２３ｂおよび８２３ｃにそれぞれ到達する。検出器８２３ａ、８２３ｂおよび８２３ｃにより検出された信号は検出回路８２４ａ,８２４ｂおよび８２４ｃにより検出され、Ａ／Ｄ変換機１２５によりデジタル化され、画像処理部８４２内の記憶装置８２６ａに画像データとして一旦格納される。その後、演算部８２６ｂにおいて一次ビーム８０２ａ、８０２ｂと８０２ｃで同時にスキャンして取得した画像をそれぞれ参照画像と検出画像として比較して、欠陥判定部８２６ｃで欠陥判定を行う。

３本の一次電子ビーム８０２ａ〜８０２ｃが試料３３上の照射位置について、実施例１に説明したように、ＧＵＩ画面での確認と操作により、ビームの位置調整手段８０６ａ,８０６ｂと８０６ｃを制御して検査対象ウエハの繰り返しパターンに合わせる。比較検査用画像は、３本の一次ビームを同じ偏向制御手段３２の制御のもとに、図９Ａに示すように同じタイミングで９０１ａ、９０１ｂと９０１ｃを走査して図９Ｂの（ａ）〜（ｃ）に示すような３枚の画像を取得する。偏向制御回路３２のノイズやその他システムノイズに起因する一次ビームのずれは、取得した画像９０２ａ〜９０２ｃ上の同じ場所で、９０３ａ〜９０３ａと９０４ａ〜９０４ｃが発生するが、差画像９０５ａと９０５ｂに表示しない。画像９０５ａは画像９０２ａが検出、９０２ｂが参照画像として、検出―参照の差画像である。画像９０５ｂは画像９０２ｂが検出、９０２ｃが参照画像として、検出―参照の差画像である。差画像９０５ａと９０５ｂ両方には同じ座標に差分画素があるので、元画像の８０２ｂに欠陥があることは判明できる。一方、もし差画像９０５ａ上にしか差画素がなければ、元画像の９０２ａに欠陥があることをいえる。同じく、差画像９０５ｂ上にしか差画素がなければ、元画像の９０２ｃに欠陥がある。

このように３枚の画像と２枚の差画像を利用して、欠陥が元々どちらの画像上にあることを判定する方法はリアル・ゴースト欠陥判定法として従来のシングルビーム検査装置も良く知られている。実施例２に示した装置構成では、一回のスキャンでリアル・ゴースト法を使用可能であり、且つ電子ビームのずれによる擬似欠陥が発生せず、高速且つ高感度欠陥検出装置と方法を提供できる。

本実施例では、例として３本ビームによる高速且つ高感度欠陥検出装置と方法を説明したが、本発明の基本概念は３本以上複数一次ビームを使って同時にスキャンして比較画像を取得する検査装置と検査方法も同じように適用できる。

本実施の形態の電子ビーム式検査装置の基本構成は図１０に示す。ビームの本数は４本構成を示しているが、基本構成は第１、2の実施の形態とほぼ同様であるため、詳細説明を省略する。ここでは、第１、2の実施の形態と異なる部分を主として説明する。

今までの実施例では、複数本の一次電子ビームの同時撮影した画像を比較するため、検査対象試料の繰り返すパターンにあわせて同時に撮影複数本ビームの位置・距離を高精度に設定する手段を提供した。一方、それぞれの検査対象試料に対して、元々パターンの繰り返すパターン間に製造誤差が存在し、これらの製造上記差画像上のパターン差の影響を低減できることについて説明する。

図１１のフローに示すように、検査対象試料の繰り返しパターンに対応して照射位置・間隔を設定済みの４本ビームが同時に撮影し(Ｓ１１０１)，撮像して得た画像１００２ａ、１００２ｂ、１００２ｃと１００２ｄを一旦システムのメモリに保存する（Ｓ１１０２）。次に、保存された４枚画像を加算して平均演算処理をおこなう（Ｓ１１０３）。これにより、各画像の繰り返すパターン間に元の製造誤差やビーム間距離の合わせ調整精度に起因して若干誤差が存在しても、平均化処理によりその誤差を低減可能となる。次に、元の画像と平均化画像間に差分演算を行い（Ｓ１１０４）、得た差画像上の残差レベルと閾値を比較する（Ｓ１１０５）。閾値を超える場合が、元画像上に欠陥候補があり（Ｓ１１０６）、閾値を超えない場合が欠陥候補はないと判定する（Ｓ１１０７）。

本実施例に示した方法を利用すれば、同時に撮影した画像間に繰り返しパターンに若干誤差がある場合でも誤差の影響を低減でき、高感度の欠陥検出か可能である。さらに、本実施例では、図１０に示した４本ビームの装置構成を用いて説明したが、２本以上の複数本ビームに構成される装置に全て適用できる。さらに、ビームの本数を多くした場合、本実施例で示した効果は大きくなる。

本実施例では、前記実施例１，２と３に示した装置構成において、複数本ビームの照射位置とビーム間の間隔設定方法について図１２を用いて説明する。複数本一次電子ビームの位置設定は、レシピ作成や試し検査段階で行う。設定の手順として、効率化するために粗設定と精調整２段階に分けて設定を行う。

まず図１２Ａで示すように粗設定段階では、検査対象試料のセルピッチや、ダイサイズ等繰り返すパターン情報（Ｓ１２０１）と、既知情報として装置のデータベースに登録済みの各ビームの位置やビーム間距離（Ｓ１２０２）、ビーム調整手段の感度などの情報（Ｓ１２０３）を用いて、各一次電子ビームの照射目標位置座標と制御信号を計算する（Ｓ１２０４）。計算された情報の制御に用いて、各ビームを目標照射位置の付近に移動する。そして、次の精調整段階に移行する。

精調整は、自動的に行う方法（Ｓ１２０５）と手動度的に行う方法（Ｓ１２０６）がある。手動的に行う方法は、基本的に第１実施例で説明したようにユーザがＧＵＩ画面を確認しながら，調整ボタンを操作して行う方法であり、ここでの説明は省略する。もう一つの精調整方法として、図１２（Ｂ）に示すフローで画像処理を行うこうとが考えられる。

粗設定済みの複数本一次ビーム中から、一つの基準ビームを選択する（Ｓ１２１０）。そして、残ったビームを一本づつ調整対象ビームとして精調整を行う（Ｓ１２１１）。基準ビームと調整対象ビーム使用して同時に撮影して（Ｓ１２１２）、得た画像間に差分演算を行う（Ｓ１２１３）。差画像上にパターンの残差を計算し（Ｓ１２１４）、予め判定基準として決定した閾値に比較する（Ｓ１２１５）。閾値を超えた場合に対して、調整対象ビームを予め設定したステップに微小移動させ（Ｓ１２１６）、基準ビームと同時に再撮影・差画像で判定する（Ｓ１２１２〜Ｓ１２１５）。次に、差画像上のパターン残差が閾値以下になるまで移動・撮影・判定を繰り返し、全てのビームに対して上記調整が終われば（Ｓ１２１７）、一次ビームの位置調整は終了する（Ｓ１２１８）。最後の調整結果を用いて、検査を行う。

本実施例について、図１３を用いて装置の構成を説明する。
本実施例に示す装置構成は、上記第１〜第４実施例までと同じ基本構成であり、詳細な説明を省略する。ここでは、これまでの実施の形態と異なる部分を主として説明する。

今までの実施例と従来の電子ビーム検査装置では、検出された信号を画像として一旦メモリに保存する。その後、画像処理系ではメモリ保存した画像を差分演算して、欠陥判定を行う。本実施例では、一次電子ビームの位置調整やスキャン偏向及び二次電子の検出までの構成は前記の実施例と同じであるが、検出器１２３ａと１２３ｂで検出・増幅器１２４ａと１２４ｂで増幅された二次電子信号１２０ａと１２０ｂを、通常のＡ／Ｄ変換機１２５によりデジタル化され、画像処理部１３４２の記憶部１３２６ａに保存されると同時に、アナログ信号比較器４００で比較され、リアルタイムで差分情報を得ることが可能となる。差分情報を画像と同時に画像処理部１３４２の記憶部１３２６ａに保存され、予め設定した閾値を超えると欠陥候補フラグが立つ。これにより、フラグが立っているところだけを対象に画像処理部１３４２の演算部１３２６ｂで演算されて欠陥判定部１２６ｃで欠陥特性解析を行い、従来方式で行っていた画像処理のタスクを大幅に減少でき、高スループットを実現すると共に、装置コストを大幅に低減できる。

実施例１〜５を説明するために用いた装置構成例では、複数本の一次電子ビームを同一の偏向手段３２に制御に用いて偏向スキャンを行うことを説明したが、場合によって各一次電子ビームのスキャン制御は別々の偏向手段になる構成もあり得る。例えば、偏向手段として良く使っている静電或いは電磁偏向器は、検査ができる最大偏向範囲（視野）が約数百umである。この範囲は、メモリパターンのセル比較に対して問題がないが、ダイ比較で必要な数十mmの範囲に対して偏向範囲が不足する。そのため、別々の偏向器を利用して、数mm以上離れた各一次電子ビームの偏向スキャンを制御する構成とすれば、本発明の基本原理を利用してダイ比較が実現できる。この場合、別々の偏向器を制御する偏向制御手段３は同一の手段を利用することで、各一次電子ビームの走査ずれのバラつきを最大に低減できる。

さらに、比較用パターンの距離が離れる場合に対応するために、これまで説明したマルチビームの構成以外に、マルチカラムの装置構成も考えられる。マルチカラムの装置構成で本発明の基本原理を実現する場合、各一次電子ビームの生成用電子光学手段とカラムは別々に構成するが、電子ビームの偏向スキャンを制御する偏向制御手段３は同一の物を利用する必要がある。

上記に説明した実施例１〜５においては、上下１対の偏向器３２を偏向制御手段３又は１０３で制御して複数の電子ビーム１０２ａ〜ｎを同時に試料上の複数の所望の位置に照射することについて説明したが、複数の電子ビーム１０２ａ〜ｎの試料３３上へそれぞれの照射位置を正確にコントロールするためには、個々の電子ビームについて試料３３上への照射位置を正確にコントロールする必要がある。偏向制御手段３で上下１対の偏向器３２を制御する制御信号にノイズが載らないようにする必要がある。

そこで、本実施例においては、個々の電子ビームの試料上への照射位置を正確にコントロールすることが可能な偏向制御手段３の構成について説明する。

実施例１〜５に説明した装置構成例では、複数本ビームのスキャンを制御する偏向手段３２について、高速偏向スキャンを実現する電子ビーム式検査装置において、多段多極静電偏向器を用いる場合が多い。このような静電偏向器は、電極間隔が等間隔である８極形、あるいは電極間隔が非等間隔である１２極形、２０極形が主に用いられ、各偏向器方式に対する静電偏向器が必要になる。

静電偏向器における偏向歪や収差を最小にするために、偏向器では均一な電界を広範囲に発生させる必要であり、偏向器の形状によって広範囲な電界範囲を得る条件が異なってくることが知られている。偏向器３２を８極静電偏向器で構成する場合は、Ｘ、Ｙ方向に印加が必要な偏向電圧Ｖｘ、Ｖｙから図１５Ａに示すような関係で各極(３２-1〜３２-8)に分割された電圧を印加することが必要である。そのため、８極静電偏向器を制御する偏向制御回路では、前記の関係で電極電圧を演算して出力する８極信号演算手段が必要となる。一方、１２極形と２０極形の静電偏向器では、電極幅と間隔を変えることで、均一な電界範囲を広くすることが可能であり、電極信号演算手段は必要なくなる。但し、２０極形は製造工程が複雑であり、また１２極形の方は３次歪と収差があることなどの問題がある。

また、技術の進歩に伴い、検査装置が対象とする回路パターンを形成する材質や構成は複雑化し、これに応じて欠陥の種類も増大している。従来の検査装置では、ウエハに照射する電子線のエネルギーである加速電圧や、対象物上での電界強度などを適切に設定することにより、各種の欠陥に対応した検出条件を設定していた。特に電子光学系では、ＮＶＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ：正帯電）モード、およびＰＶＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ：負帯電）モードと称されるウエハ上の帯電状態により、検出可能となる欠陥の種類が大幅に異なることから、これら２つの検査モードを１台の検査装置で両立することが要求されている。

偏向制御手段３は、複数の電子ビームのスキャン偏向を制御する基本の偏向制御信号を生成し、生成された偏向制御信号から静電偏向器３２の各極に印加する電極制御信号を演算し、この電極制御信号を増幅して静電偏向器３２の各段に印加するように構成される。ここで、偏向制御手段３の電気回路を構成する素子から発生した電気的なノイズが電子ビームの走査位置ずれの要因の一つになる。

本実施例では、この回路を構成する素子から発生する電気的なノイズに起因する電子ビームの走査ずれを低減する偏向制御回路３の最適な構成について説明する。本実施例に説明した回路構成は、一次電子ビームの本数に関係なく効果を得ることが出来る。

まず、偏向制御回路のノイズと電子ビームの走査ずれの関係について、図１５Ｂを用いて説明する。図 １５Ｂでは２段静電偏向器（Ｘ方向走査用偏向器とＹ方向走査用偏向器）を用いて説明するが、偏向制御回路のノイズと電子ビームの走査ずれの関係については、特に２段静電偏向器を用いた構成に限られるものではない。

図１５Ｂに示す２段静電偏向器において、試料（ウエハ）３３上の電子ビーム偏向量Ｓは、電子ビーム３１の入射電圧Ｖ_０、上段静電偏向器３２ａの長さＤ_Ｕ、下段静電偏向器３２ｂの長さＤ_Ｌ、上段静電偏向器３２ａの偏向電圧Ｖ_Ｕ，−Ｖ_Ｕ、下段静電偏向器３２ｂの偏向電圧Ｖ_Ｌ，−Ｖ_Ｌ、静電偏向器３２ａ，３２ｂの内径ｇ、偏向支点３７１から試料３３までの距離Ｓ３とした場合、以下の簡略式（１）で与えられる。
Ｓ＝２×（Ｄ_Ｌ×Ｖ_Ｌ−Ｄ_Ｕ×Ｖ_Ｕ）×Ｓ３／（ｇ×Ｖ_０） ・・・（数１）
上下静電偏向器に印加する偏向電圧をＶ_Ｕ＝Ｖ_Ｌ＝Ｖとした場合、電子ビーム偏向量Ｓは、
Ｓ＝２×Ｖ×（Ｄ_Ｌ−Ｄ_Ｕ）×Ｓ３／（ｇ×Ｖ_０） ・・・（数２）
となる。

電子ビーム走査ずれの要因である偏向制御回路のランダムノイズは、図１６に示すように、上下２段の静電偏向器３２に対する共通なノイズＮ_＿ｃｏｍと、独立で非共通なノイズＮ_{＿ｎｏｃｏｍ＿Ｕ}，Ｎ_{＿ｎｏｃｏｍ＿Ｌ}に分けられる。共通なノイズＮ_＿ｃｏｍに起因する電子ビーム走査ずれ量は、
δＳ_＿ｃｏｍ＝２×Ｎ_＿ｃｏｍ×（Ｄ_Ｌ−Ｄ_Ｕ）×Ｓ３／（ｇ×Ｖ_０） ・・・（数３）
である。

一方、独立な非共通ノイズＮ_{＿ｎｏｃｏｍ＿Ｕ}とＮ_{＿ｎｏｃｏｍ＿Ｌ}の大きさが同じ値Ｎ_{＿ｎｏｃｏｍ}と仮定すると、発生する電子ビーム走査ずれ量は、
δＳ_{＿ｎｏｃｏｍ}＝２×Ｎ_{＿ｎｏｃｏｍ}×（（Ｄ_Ｌ ^２＋Ｄ_Ｕ ^２）^{（０．５）}×Ｓ３／（ｇ×Ｖ_０）） ・・・（数４）
となる。

比較するために、Ｎ_＿ｃｏｍ＝Ｎ_{＿ｎｏｃｏｍ}と仮定すると、
（Ｄ_Ｌ ^２＋Ｄ_Ｕ ^２）^{（０．５）}＞＞（Ｄ_Ｌ−Ｄ_Ｕ） ・・・（数５）
であるから、
δＳ_{＿ｎｏｃｏｍ}＞＞δＳ_＿ｃｏｍ ・・・（数６）
となる。

上記より、偏向制御回路のノイズにおいて、上下２段静電偏向器で非共通なノイズ成分が電子ビームの走査ずれの主要因であることがわかる。

従って、本実施例においては、回路ノイズに起因する電子ビームの走査ずれを低減するために、上下２段の静電偏向器３２を制御する偏向制御手段３において、上下それぞれの静電偏向器３２ａと３２ｂとの偏向制御回路の構成部品についてできるだけ共通化を図り、共通化できない部分（図１６の回路部２５）の回路ノイズを低減するようにした。

また、試料上の帯電状態が異なるＰＶＣとＮＶＣの両方の検査モードを１つの電子ビーム式検査装置上で両立させるために、帯電制御電極に印加する電圧に応じて上下２段静電偏向器に印加する偏向制御電圧の比率を切り替える回路方式とその制御手段を採用することにした。

図１４に上記要求を満足する偏向制御手段の回路の例を示す。静電偏向器３２を構成する上下それぞれの静電偏向器３２ａと３２ｂとを動作させるためには、上側の静電偏向器３２ａを制御する回路と下側の静電偏向器３２ｂを制御する回路とが必要であるが、本実施例においては、先ず、それぞれの偏向器を制御する回路に共通する偏向波形生成部３０１と８極信号演算部３０２について共通化した。

一方、偏向信号出力手段３０３は、８極信号演算手段３０２で演算された電極制御信号を増幅する偏向信号増幅部３０３ａと、偏向信号増幅部３０３ａで増幅された電極制御信号から上段静電偏向器３２ａと下段静電偏向器３２ｂに印加する信号を分岐する擬似インバーター回路３０３ｂから構成される。さらに、擬似インバーター回路３０３ｂの信号入力部分には、上段静電偏向器３２ａと下段静電偏向器３２ｂに違う電圧を印加するために、上段静電偏向器３２ａへの印加電圧に対する下段静電偏向器３２ｂへの印加電圧の比を外部から入力されるＰＣＶ／ＮＣＶモード切替制御信号３０４に基づいて切り替える偏向電圧比切替手段３０３ｃを有する。

この偏向電圧比切替手段３０３ｃは、例えば一端が共通に接続された２つの抵抗をスイッチで切り替えるような構成からなり、このスイッチを制御して抵抗値を変えることにより、上段静電偏向器３２ａと下段静電偏向器３２ｂに印加する電圧は、ＰＶＣモードとＮＶＣモードのそれぞれに必要な偏向電圧比に切り替えられる。

したがって、偏向信号出力手段３０３においては、偏向信号増幅部３０３ａを共通化した。一方、擬似インバータ回路３０３ｂについては下側の静電偏向器３２ｂ特有の回路であるために共通化できない回路として扱った。

このように、上下２段の静電偏向器を制御する偏向制御手段３の回路を構成する部品についてできるだけ共通化を図ることにより、上下２段静電偏向器で非共通な回路から発生する非共通なノイズ成分を低減するようにした
これにより、本実施の形態の構成では、電子ビーム走査ずれの要因である上段静電偏向器３２ａ及び下段静電偏向器３２ｂに対する非共通な回路ノイズが大幅に低減でき、電子ビーム式検査装置の検出感度向上が実現できるようになった。

電子ビーム検査装置以外に、電子ビーム式欠陥レビュー装置や電子ビーム式測長装置にも、検査・計測感度を影響する帯電問題の対策やスループット向上のニーズに対応するため、電子ビームの高速スキャンは必要である。そのため、多段多極静電偏向方式の採用が回避できなく、偏向器を制御する回路ノイズに起因する電子ビームの走査ずれ問題は検査・計測感度が１０倍〜数１０倍高く要求されている欠陥レビュー装置や測長装置に対して、非常に大きいな課題になる。そのため、本実施例に説明した電子ビームの低走査ずれ回路方式の採用は必須である。特に、一次電子ビームの高い位置精度が求められる測長ＳＥＭ（ＣＤＳＥＭ）においては、ビーム位置の高い再現精度を確保する上で本実施例で示したような偏向電極の制御は重要になる。

実施例６に説明した偏向制御手段３のもう一つの実施例を図１７で示す。本実施の形態は、前記第６の実施の形態とほぼ同様であるため、一部説明を省略する。ここでは、第６の実施の形態と異なる部分を主として説明する。

本実施の形態の電子ビーム式検査装置において、前記第６の実施の形態と異なる部分は、電極間隔が非等間隔である１２極あるいは２０極の静電偏向器を制御する偏向制御手段３’の回路である。１２極あるいは２０極の静電偏向器を使用する場合は、偏向収差を最小にするため均一電界が最も広くとれる条件が電極幅の最適設計であり、電極に印加する電圧は±Ｘと±Ｙの４つのみが必要である（非特許文献２と非特許文献３）。そのため、偏向制御手段２に電極の信号演算手段の回路ブロックがなくでもよい。

この場合の偏向制御手段３の最適構成は、図１７に示すように、偏向波形生成手段３０１’と偏向信号出力手段３０３’の偏向信号増幅手段３０３a’は上段静電偏向器３２ａ’と下段静電偏向器３２ｂ’に対して共通化し、増幅された制御信号を２分岐して、片方を上段静電偏向器３２ａ’に直接印加し、残りの片方を擬似インバーター回路３０３ｂ’を経由して下段静電偏向器３２ｂ’に印加する。擬似インバーター回路３０３ｂ’中に、前記第６の実施の形態と同様に、ＰＶＣモードとＮＶＣモードで必要となる上段静電偏向器３２ａ’と下段静電偏向器３２ｂ’で異なる偏向電圧比の偏向電圧比切替手段３０３ｃ’を配設し、ＰＶＣ／ＮＶＣモード切替制御信号3０４の制御により偏向電圧比切替手段303cのスイッチを切り換え、ＰＶＣモードあるいはＮＶＣモードに必要な上下偏向電圧比率を生成する。

これにより、本実施の形態の電子ビーム式検査装置によれば、２段構成の１２極あるいは２０極の静電偏向器３２を用いた場合でも、前記第１の実施の形態と同様に、ＰＶＣモードとＮＶＣモードに対応し、非共通ノイズを最小化することで偏向制御手段２の回路ノイズに起因する電子ビーム走査ずれを低減して、検出画像の画質を改善し、欠陥検出感度を向上できる。

なお、本実施の形態では、２段１２極あるいは２０極構成の静電偏向器３２に基づいた回路構成と動作を説明したが、その他の３段以上、電極間隔が非等間隔である静電偏向器を使用する場合は、本発明の基本思想から簡単に構成できることはいうまでもない。

前記第６の実施の形態で示した２段８極構成の静電偏向器に用いた電子ビーム式検査装置の偏向制御手段の回路は、非共通ノイズを低減することによる電子ビームの走査ずれ低減という基本思想に基づいて、図１８に示す構成例でも可能である。本実施の形態の電子ビーム式検査装置において、図１８に示す偏向制御手段３’’の回路構成は、偏向波形生成手段３０１と８極信号演算手段３０２までは上段静電偏向器３２ａと下段静電偏向器３２ｂに対して共通化し、分割演算された信号を増幅する偏向信号増幅手段を上段偏向信号増幅手段３０６ａと下段偏向信号増幅手段３０６ｂで個別に配設した回路構成である。上段偏向信号増幅手段３０６ａと下段偏向信号増幅手段３０６ｂ中に、ＰＶＣモードとＮＶＣモードで必要となる上段静電偏向器３２ａと下段静電偏向器３２ｂで異なる偏向電圧比の偏向電圧比切替手段３０７ａ、３０７ｂも個別に配設する。そして、ＰＶＣ／ＮＶＣモード切替制御信号3０４により偏向電圧比切替手段３０３ｃ’’、３０３ｃ’’’のスイッチを切り換え、ＰＶＣモードあるいはＮＶＣモードに必要な上下偏向電圧比率を生成する。

これにより、偏向制御手段３の回路の非共通ノイズは低減され、欠陥検出感度の向上効果がある。さらに、ＰＶＣモードとＮＶＣモードに対応した偏向電圧比切替手段３０７ａと３０７ｂとを個別に配設しているため、上下異なる偏向電圧種類へ対応でき、適用範囲が広くなる。

１…全体制御手段 ２…電子光学制御手段 ３…偏向制御手段 ５…ＧＵＩ画面 ６…機構系制御手段 ７…電子ビーム撮影位置・距離制御回路、
３０…電子銃 ３１…一次電子ビーム ３２…静電偏向器 ３２ａ…上段静電偏向器 ３２ｂ…下段静電偏向器 ３３…試料 ３４…試料台 ３５…検出器 ３６…集束レンズ ３７…対物レンズ ３８…二次電子 ４１…検出回路 ４２…画像処理手段 １０１…電子源 １０３…コンデンサーレンズ １０４…アパーチャーアレイ １０５…レンズアレイ １０６ａ〜ｄ…一次電子ビーム位置調整手段 １０７ａ…対物レンズ、１０７ｂ…対物レンズ １２３ａ〜ｄ…検出器 １２４ａ〜ｄ…検出回路、１２４ｂ…検出回路、１２４ｃ…検出回路、１２４ｄ…検出回路、１２５…A/D変換回路、１２６ａ…記憶装置、１２６ｂ…演算部、１２６ｃ…欠陥判定部、１２５…A/D変換回路。

Claims (12)

1. 電子を発生させる電子源と、
   該電子源で発生させた電子を複数のビーム状に引き出して収束させて該複数のビームを試料上の所望の領域に同時に照射して走査する電子光学系と、
   該電子光学系により複数の電子ビームが同時に照射されて走査された前記試料から発生した２次電子を前記複数の電子ビームごとに対応して検出して複数の検出信号を出力する２次電子検出手段と、
   該２次電子検出手段から出力された複数の検出信号に基づいて前記試料の表面の複数の画像を生成して処理する画像処理手段と
   前記電子光学系と前記２次電子検出手段と前記画像処理手段とを制御する制御手段と、
   該制御手段で制御する前記電子光学系の制御条件および前記画像処理手段の処理条件を入力するとともに前記画像処理手段の処理の結果を出力する入出力手段と
   を備えた走査型電子顕微鏡装置であって、
   前記電子光学系は前記引き出した複数のビームの間隔を調整するビーム間隔調整部を有し、該ビーム間隔調整部は前記入出力手段から入力されたビーム間隔設定条件に基づいて前記複数のビームの間隔を設定することを特徴とする走査型電子顕微鏡装置。
2. 前記入出力手段は画面を備え、前記２次電子検出手段で前記複数の電子ビームごとに対応して検出した画像を前記画面に表示し、前記制御手段は前記入出力手段の画面に表示された画像上で設定されたビーム間隔設定条件に基づいて前記ビーム間隔調整部を制御して前記複数のビームの間隔を設定することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡装置。
3. 前記画像処理手段は、前記生成した試料の表面の複数の画像のうちの一つを検査画像とし、他の画像を参照画像として前記検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の走査型電子顕微鏡装置。
4. 電子を発生させる電子源と、
   該電子源で発生させた電子を収束させて試料上の所望の領域に照射して走査する電子光学系と、
   該電子光学系により電子が照射された前記試料から発生した２次電子を検出して検出信号を出力する２次電子検出手段と、
   該２次電子検出手段から出力された検出信号に基づいて前記試料の表面の画像を生成して処理する画像処理手段と
   前記電子光学系と前記２次電子検出手段と前記画像処理手段とを制御する制御手段と
   を備えた走査型電子顕微鏡装置であって、
   前記電子光学系は前記電子源で発生させた電子を複数のビームに引き出すビーム引き出し部と、該ビーム引き出し部で引き出した複数のビームの間隔を調整するビーム間隔調整部と、該ビーム間隔調整部で間隔を調整された複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させて前記試料上の所望の領域を走査するＸ方向偏向器とＹ方向偏向器及び該Ｘ方向偏向器を制御するＸ偏向制御部と該Ｙ方向偏向器を制御して一部の回路を前記Ｘ偏向制御部と共有するＹ偏向制御部を有するビーム偏向電極部とを有することを特徴とする。
5. 表示画面を有する入出力手段を更に備え、前記ビーム偏向電極部で偏向を制御された複数のビームが照射された前記試料から発生した２次電子を前記２次電子検出手段で検出して得られた複数の画像を前記入出力手段の画面に表示し、前記制御手段は前記入出力手段の画面に表示された画像上で設定されたビーム間隔設定条件に基づいて前記電子光学系ビーム間隔調整部を制御して前記複数のビームの間隔を設定することを特徴とする請求項４記載の走査型電子顕微鏡装置。
6. 前記画像処理手段は、前記ビーム偏向電極部で偏向を制御された複数のビームが照射された前記試料から発生した２次電子を前記２次電子検出手段で検出して得られた複数の画像のうちの一つを検査画像とし、他の画像を参照画像として前記検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項４記載の走査型電子顕微鏡装置。
7. 電子源で発生させた電子を複数のビーム状に引き出し、
   該引き出した複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定された間隔に調整して試料上の所望の領域に同時に照射して走査し、
   該複数の電子ビームが同時に照射されて走査された前記試料から発生した２次電子を前記複数の電子ビームごとに対応して検出して複数の検出信号を取得し、
   該取得した複数の検出信号に基づいて前記試料の表面の複数の画像を生成し、
   該生成した複数の画像を処理して前記試料を検査する走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法であって、
   前記収束させた複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定することを、予め前記複数のビームを前記試料上に同時に照射して走査することにより得られた複数の画像を画面上に表示し、該複数の画像が表示された画面上で前記ビーム間隔調整部による前記複数のビームの間隔の調整条件を設定することにより行うことを特徴とする走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。
8. 前記収束させた複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定することを、前記試料の低倍率の画像が表示された画面上で前記複数のビームのそれぞれで画像を取得する領域を設定し、該設定したそれぞれの領域を前記複数のビームで撮像して複数の高倍率の画像を得、該得た複数の高倍率の画像間の差に基づいて前記複数のビームの間隔を調整し、該調整した結果に基づいて前記複数のビームの間隔を設定することを特徴とする請求項７記載の走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。
9. 前記生成した複数の画像を処理して前記試料を検査するステップにおいて、前記生成した複数の画像のうちの一つを検査画像とし、他の画像を参照画像として前記検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項７記載の走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。
10. 電子源で発生させた電子ビームを収束させて試料上の所望の領域に照射して走査し、
    該電子が照射して走査された前記試料から発生した２次電子を検出して検出信号を得、
    該２次電子を検出して得られた検出信号に基づいて前記試料の表面の画像を生成し、
    該生成した画像を処理して前記試料上の欠陥を検出する走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法であって、
    前記電子ビームを試料上の所望の領域に照射して走査するステップにおいて、
    前記電子源で発生させた電子から複数のビームを引き出し、
    該引き出した複数のビームの間隔をビーム間隔調整部により予め設定した間隔になるように調整し、
    該間隔を調整した複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させて前記試料上の所望の領域を走査することを含み、
    前記複数のビームをＸ方向とＹ方向に偏向させることを一部の回路を共有するＸ偏向制御部とＹ偏向制御部とで制御されたＸ方向偏向器とＹ方向偏向器とにより行われることを特徴とする走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。
11. 前記複数のビームの間隔を予め設定することを、前記複数のビームを前記試料上に同時に照射して走査することにより得られた複数の画像を画面上に表示し、該複数の画像が表示された画面上で前記ビーム間隔調整部による前記複数のビームの間隔の調整条件を設定することにより行うことを特徴とする請求項１０記載の走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。
12. 前記生成した画像を処理して前記試料上の欠陥を検出することを、前記間隔を調整した複数のビームを照射して走査することにより前記試料から発生した２次電子を検出して得られた検出信号に基づいて生成された複数の画像のうちの一つを検査画像とし、他の画像を参照画像として前記検査画像と参照画像とを比較して欠陥を検出することを特徴とする請求項１０記載の走査型電子顕微鏡装置を用いた試料の検査方法。

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