JP2018106947A - 電子線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても光軸調整を行うことができる電子線検査装置を提供する。【解決手段】電子線検査装置は、写像投影方式による電子線検査装置であって、２次光学系のアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件を作成し、試料に電子ビームを照射し、前記試料からの電子像をカメラにて撮像し、前記１次光学系のレンズをウォブリングし、ウォブリング中に前記カメラに映る電子像の位置が変化しないように、前記レンズに対する電子ビームの通過位置を調整する。【選択図】 図１

Description

本発明は、写像投影方式による電子線検査装置に関する。

従来の半導体検査装置は、１００ｎｍデザインルールに対応した装置と技術であった。しかし、検査対象の試料は、ウエハ、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）マスクおよび基板と多様化しており、現在は試料が５〜３０ｎｍのデザインルールに対応した装置および技術が求められている。すなわち、パターンにおけるＬ／Ｓ（ライン／スペース）またはｈｐ（ハーフピッチ）のノードが５〜３０ｎｍの世代に対する対応が求められている。このような試料を検査装置で検査する場合、高分解能を得ることが必要になる。

ここで試料とは、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク（およびテンプレート）、半導体ウエハ、光学素子用基板、光回路用基板などである。これらは、パターンを有するものとパターンが無いものとがある。パターンが有るものは、凹凸の有るものと無いものとがある。凹凸の無いパターンは、異なった材料によるパターン形成がなされている。パターンが無いものには、酸化膜がコーティングされているものと、酸化膜がコーティングされていないものとがある。

本件出願人は、試料の表面の性状に応じて変化する二次荷電粒子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて試料の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する写像投影方式による電子線検査装置を既に提案している（特許文献１参照）。

特開２０１６−１２７０２３号公報

ところで、写像投影方式による電子線検査装置において、１次光学系にレンズを使用している場合には、光軸とレンズ中心とが一致している必要がある。なぜなら、試料に照射する電子ビームの形状（照野形状）は所定の大きさを有すべきところ、光軸とレンズ中心とがずれていると、照野形状が変形するからである。また、試料表面での電子ビームの強度は均一であることが望ましいが、光軸とレンズ中心とがずれていると、強度の均一性が崩れるからである。

通常、試料表面を検査する際には、カメラ視野に対して十分大きい照野を用いる。しかしながら、この状態でレンズのウォブリングを実施する場合には、カメラの映像から軸ズレの様子を確認することができない。したがって、本件発明者らは、当初、レンズのウォブリングによる光軸調整を行う際に、試料検査時に比べて、カメラの倍率を下げたり、照野サイズを小さくしたりして、カメラ視野内に照野全体を投影する方法を考えた。

しかしながら、この方法には以下のような問題がある。すなわち、（１）倍率や照野サイズを変更した状態での光軸調整となるので、実際の試料検査時とは異なる条件での確認となる。特に照野サイズを変更して光軸調整を行う場合、調整したいレンズの条件の変更幅が小さくなる場合がある。（２）また、２次光学系の倍率は設計により決まるため、倍率を下げても照野全体をカメラ視野内に投影できない場合がある。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものである。本発明は、試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても光軸調整を行うことができる電子線検査装置を提供することを目的とする。

本発明による電子線検査装置は、
写像投影方式による電子線検査装置であって、
試料に電子ビームを照射する１次光学系と、
前記試料からの電子の拡大像を結像させる２次光学系と、
前記１次光学系および前記２次光学系の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記２次光学系のアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件を作成し、
前記試料に電子ビームを照射し、前記試料からの電子像をカメラにて撮像し、
前記１次光学系のレンズをウォブリングし、ウォブリング中に前記カメラに映る電子像の位置が変化しないように、前記レンズに対する電子ビームの通過位置を調整する。

本発明によれば、２次光学系のアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件にて試料からの電子像を撮像するため、試料検査時と同じ倍率条件・照野サイズ条件であっても、１次光学系にてレンズをウォブリングする際に、光軸とレンズ中心とがずれている場合には、カメラの映像から照野位置の変化（ずれ）を確認することができる。これにより、試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても、光軸調整を行うことができる。

本発明による電子線検査装置において、
前記電子像は、ミラー電子像および二次放出電子像のいずれか一方または両方であってもよい。

本発明による電子線検査装置において、
前記レンズは、照野の大きさを変更するレンズ、照野の縦横比を調整するレンズ、照射位置のＸＹ方向を変更する電極、および前記２次系と共用の対物レンズからなる群のうち１つまたは２つ以上のレンズであってもよい。

本発明による電子線検査装置において、
前記制御装置は、前記アパーチャ結像条件を作成する際に、
前記アパーチャのサイズとして、試料検査時と同じサイズを選択し、
前記試料に電子ビームを照射し、前記試料からの電子像を前記カメラにて撮像し、
前記カメラに映る電子像における前記アパーチャの輪郭がシャープになるように前記２次光学系の投影レンズを調整してもよい。

本発明によれば、写像投影方式による電子線検査装置において、試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても光軸調整を行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態による電子線検査装置を含む検査システムの構成を示す概略図である。 図２は、１次光学系における電子源の一例を拡大して示す概略図である。 図３は、１次光学系のレンズ構成の一例を示す概略図である。 図４は、１次光学系のレンズ構成の一例を示す概略図である。 図５は、アパーチャ結像条件を説明するための図である。 図６は、アパーチャ結像条件でのフォーカス調整を説明するための図である。 図７は、アパーチャ結像条件でのフォーカス調整を説明するための図である。 図８は、アパーチャ結像条件でのフォーカス調整を説明するための図である。 図９は、アパーチャ結像条件でのフォーカス調整を説明するための図である。 図１０は、アパーチャ結像条件でのミラー電子像と一次ビームの入射角との関係を説明するための図である。 図１１は、入射角が異なる場合のアパーチャ結像条件での電子像の見え方を説明するための図である。 図１２Ａは、光軸とレンズ中心とが一致している状態でレンズの厚みを変更した場合の照野の変化を説明するための図である。 図１２Ｂは、光軸とレンズ中心とがずれている状態でレンズの厚みを変更した場合の照野の変化を説明するための図である。 図１３Ａは、試料検査時におけるカメラ視野と照野との位置関係を説明するための図である。 図１３Ｂは、試料検査時と同じ状態でレンズをウォブリングした場合のカメラ視野と照野との位置関係を説明するための図である。 図１４Ａは、カメラの倍率を下げた状態でレンズをウォブリングした場合のカメラ視野と照野との位置関係を説明するための図である。 図１４Ｂは、照野サイズを小さくした状態でレンズをウォブリングした場合のカメラ視野と照野との位置関係を説明するための図である。 図１５Ａは、光軸とレンズ中心とが一致している状態でレンズをウォブリングした場合のアパーチャ結像条件における照野の変化を説明するための図である。 図１５Ｂは、光軸とレンズ中心とがずれている状態でレンズをウォブリングした場合のアパーチャ結像条件における照野の変化を説明するための図である。 図１６は、アパーチャ結像条件を作成する方法の一例を示すフローチャートである。 図１７Ａは、アパーチャ結像条件が作成された後の電子軌道を示す概略図である。 図１７Ｂは、図１７Ａに示す条件でのカメラの映像を示す概略図である。 図１７Ｃは、図１７Ｂに示す映像の断面階調を示すグラフである。 図１８Ａは、アパーチャ結像条件が作成される前の電子軌道を示す概略図である。 図１８Ｂは、図１８Ａに示す条件でのカメラの映像を示す概略図である。 図１８Ｃは、図１８Ｂに示す映像の断面階調を示すグラフである。 図１９は、１次光学系の構成の一例を示す概略図である。 図２０Ａは、図１９に示す１次光学系における光軸調整方法の一例を示すフローチャートである。 図２０Ｂは、図１９に示す１次光学系における光軸調整方法の一例を示すフローチャートである。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜電子線検査装置の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態による電子線検査装置１０を含む検査システム１の構成を示す概略図である。図１に示すように、検査システム１は、写像投影方式による電子線検査装置１０と、位置合わせ用の光学顕微鏡１１０と、レビュー用の電子顕微鏡（ＳＥＭ）１２０とを備えている。

このうち電子線検査装置１０は、検査対象である試料２０を保持するステージ３０と、ステージ３０上の試料２０に電子ビームを照射する１次光学系４０と、試料２０からの電子の拡大像を結像させる２次光学系６０と、１次光学系４０および２次光学系６０の動作を制御する制御部８０とを有している。２次光学系６０は、電子を検出する検出器（カメラ）７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置９０（画像処理系）とを含んでいる。

試料２０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、または金属膜を有する基板などである。本実施の形態に係る電子線検査装置１０は、これらの基板からなる試料２０の表面上の異物の存在を検出する。異物は、絶縁物、導電物、半導体材料、またはこれらの複合体などである。異物の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物などである。

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。図示された例では、１次光学系４０は、電子源４１と、レンズ４２、４５と、第１アパーチャ４３ａ、４３ｂと、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、対物レンズ４７ａ、４７ｂ、５０と、第２アパーチャ４８とを有している。

図２は、電子源４１の一例を拡大して示す概略図である。図２に示す例では、電子源４１は、レーザ光源２０１０とミラー２０７０と光電面２０１１とを有している。

図２に示すように、光電面２０１１上には、光電面２０１１と同電位のアパーチャ２０１２が配置されている。たとえば、レーザ光の直径が３０μｍ〜２００μｍであるのに対し、アパーチャ２０１２の口径は１０μｍ〜１００μｍである。

アパーチャ２０１２が光電面２０１１上に配置されていることにより、レーザ光源２０１０から発生してミラー２０７０により反射されたレーザ光は、アパーチャ２０１２を通過してから光電面２０１１に照射される。アパーチャ２０１２を通過する際に、ガウス分布のレーザ光の裾野の強度の弱い部分が、アパーチャ２０１２によりカットされるため、光電面２０１１に照射されるレーザ光の強度分布は均一化される。これにより、光電面２０１１から強度分布が均一な一次ビームが発生する。強度分布が均一な一次ビームを用いることにより、欠陥検査時のノイズを低減できる。なお、アパーチャ２０１２は光電面２０１１と同電位であるため、引き出し電界への影響は小さくなっている。

光電面２０１１とアパーチャ２０１２との間の間隔は、好ましくは０．１〜２．０ｍｍである。本件発明者らの知見によれば、光電面２０１１とアパーチャ２０１２との間の間隔が２．０ｍｍ以下であれば、レーザ光がアパーチャ２０１２を通過してから光電面２０１１に到達するまでの間に、回折が生じて強度分布が不均一化することを防止できる。

アパーチャ２０１２は、好ましくはＣｒまたはＣで被覆されている。ＣｒまたはＣは電子効率が低いことから、レーザ光がアパーチャ２０１２を通過する際に、アパーチャ２０１２から発生する電子を低減できる。これにより、一次ビームが安定化し、欠陥検査時のノイズが減少する。

なお、図２に示す例では、電子源４１は、レーザ光源４９とミラー２０７０と光電面２０１１とを有していたが、電子ビームを生成できるならばこれに限定されず、たとえば、電子源４１は、ＬａＢ₆などの電子銃を有していてもよい。

図１に戻って、レンズ４２、４５およびアパーチャ４３ａ、４３ｂは、電子源４１からの電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。Ｅ×Ｂフィルタ４６は、電子ビームに、磁界と電界によるローレンツ力の影響を与える。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。対物レンズ４７ａ、４７ｂ、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。

１次光学系４０は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像用電子ビームの両方の照射を行う。本件発明者らの実験結果によれば、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５〜２０ｅＶである。

この点に関し、異物と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップの電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２との相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物の上方の位置（検出器７０により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。本件発明者らは、このＬＥ１とＬＥ２との差異が望ましくは５〜２０ｅＶであることを見出した。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０〜４０ｅＶであり、さらに好ましくは５〜２０ｅＶである。

また、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、電子ビームの入射角度を定めることができる。たとえば、１次光学系の照射電子ビームが、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の条件を設定可能である。さらに感度を増大するためには、たとえば、試料２０に対する１次光学系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５〜１０°であり、好ましくは０．１〜３°程度である。

このように、異物に対して所定の傾き角をなすように電子ビームを照射させることにより、異物からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次光学系６０の光学中心から外れない条件を形成することができ、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。

なお、図１に示す例では、１次光学系４０は、光学的構成として、レンズ４２、４５と、第１アパーチャ４３ａ、４３ｂと、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、対物レンズ４７ａ、４７ｂ、５０と、第２アパーチャ４８とを有していたが、照野サイズの拡大および照野形状の調整が可能であれば、１次光学系４０の光学的構成はこれに限定されない。

たとえば、図３に示すように、１次光学系４０は、光学的構成として、第１アパーチャ４３と、アライナ電極４４と、照野の大きさを変更するレンズ（静電レンズまたは磁界レンズ）４２と、照野位置をＸＹ方向に変更するレンズ（電極）４５ａ、４５ｂと、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、２次光学系と共用の対物レンズ４７、５０と、第２アパーチャ４８と、を有していてもよい。図３に示す例では、照野の大きさを変更するレンズ４４と、照野位置をＸＹ方向に変更するレンズ４５ａ、４５ｂと、２次光学系と共用の対物レンズ４７、５０とが、後述する光軸調整の対象とされるレンズである。

あるいは、図４に示すように、１次光学系４０は、光学的構成として、第１アパーチャ４３と、アライナ電極４４ａ、４４ｂと、照野の大きさを変更するレンズ（静電レンズまたは磁界レンズ）４２ａ、４２ｂと、照野の縦横比を調整するレンズ（多極子電極）４９と、照野位置をＸＹ方向に変更するレンズ（電極）４５ａ、４５ｂと、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、２次光学系と共用の対物レンズ４７、５０と、第２アパーチャ４８と、を有していてもよい。図４に示す例では、照野の大きさを変更するレンズ４２ａ、４２ｂと、照野の縦横比を調整するレンズ４９と、照野位置をＸＹ方向に変更するレンズ４５ａ、４５ｂと、２次光学系と共用の対物レンズ４７、５０とが、後述する光軸調整の対象とされるレンズである。

図１に示すように、ステージ３０は、試料２０を載置する手段であり、Ｘ−Ｙの水平方向およびθ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、静電チャックなどの試料固定機構が備えられていてもよい。

ステージ３０上には試料２０が保持され、試料２０の上に異物がある。１次光学系３０は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０ｅＶで試料２０の表面に電子ビームを照射する。異物がチャージアップされ、１次光学系４０の入射電子が異物に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系６０により検出器７０に導かれる。このとき、二次放出電子は、試料２０の表面から広がった方向に放出される。そのため、２次光学系６０における二次放出電子の透過率は、低い値であり、たとえば０．５〜４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物により形成される。したがって、異物の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の二次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。

また、２次光学系６０により、ミラー電子の像は、光学倍率よりも大きい倍率で拡大される。拡大率は５〜５０倍に及ぶ。典型的な条件では、拡大率が２０〜３０倍であることが多い。このとき、検出器７０のピクセルサイズが異物サイズの３倍以上であっても、異物を検出可能である。したがって、高速・高スループットが実現できる。

たとえば、異物のサイズが直径２０ｎｍである場合に、ピクセルサイズが６０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍなどでよい。この例のように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像および検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式などに比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。

２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く手段である。図示された例では、２次光学系６０は、中間レンズ６１と、アパーチャ６２と、投影レンズ６３と、アライナ６４とを有している。電子は、試料２０から反射して、対物レンズ５０、対物レンズ４７ｂ、第２アパーチャ４８、対物レンズ４７ａおよび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、中間レンズ６１、アパーチャ６２、投影レンズ６３を通過して電子が集められる。電子は、アライナ６４により整えられて、検出器７０にて検出される。

アパーチャ６２は、２次光学系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物からの信号（ミラー電子など）と周囲（正常部）の信号の差異が大きくなるように、アパーチャ６２のサイズおよび位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物からの信号の割合が大きくなるように、アパーチャ６２のサイズおよび位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。

たとえば、φ５０〜φ３０００μｍの範囲で、アパーチャ６２が選択可能である。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子とが混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるように、アパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。

たとえば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度はほぼ３°である。この場合、ミラー電子の軌道が通過できる程度のアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。たとえば、適当なサイズはφ２５０μｍである。アパーチャ（径φ２５０μｍ）により制限されるため、二次放出電子の透過率が低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。たとえば、アパーチャ径をφ２０００μｍからφ２５０μｍにすると、バックグラウンド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。

検出器（カメラ）７０は、２次光学系６０により導かれた電子を検出する手段である。検出器７０は、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７０には、さまざまの二次元型センサを適用することができる。たとえば、検出器７０には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）および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、光電変換などの手段が必要である。光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するＴＤＩに伝達される。こうして電子が検出される。

ここでは、検出器７０にＥＢ−ＴＤＩを適用した例について説明する。ＥＢ−ＴＤＩは、光電変換機構・光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面に直接入射する。したがって、分解能の劣化がなく、高いＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）およびコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ−ＴＤＩを用いると、小さい異物の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２〜２倍に達する。

＜アパーチャ結像条件＞
上述のように、ミラー電子は、アパーチャ６２のサイズと形状に非常に敏感である。よって、アパーチャ６２のサイズと形状とを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。以下、そのような適切なアパーチャ６２のサイズと形状の選択を行うための構成の例を説明する。ここでは、アパーチャ６２の孔の形状についても説明する。

ここで、アパーチャ６２は、孔（開口）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（開口）がアパーチャと呼ばれることもある。アパーチャ形状は、一般に、孔の形状を意味する。

上述のとおり、本実施の形態による電子線検査装置１０は、ステージ３０上の試料２０に電子ビームを照射する１次光学系４０と、試料２０からの２次荷電粒子を検出する２次光学系６０とを備えている。電子ビームの照射エネルギーは、電子ビームの照射により試料２０から２次荷電粒子としてミラー電子が放出されるエネルギー領域に設定されている。たとえば、ランディングエネルギーは５０ｅＶ以下に設定されている。

２次光学系６０は、２次荷電粒子を検出するための検出器（カメラ）７０と、光軸方向に沿って位置を調整可能なアパーチャ６２と、アパーチャ６２を通過した２次荷電粒子をカメラ７０の像面に結像させる投影レンズ６３とを有している。そして、制御部８０が投影レンズ６３の条件を調整することで、画像処理系８０では、アパーチャ６２の位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件で画像が形成される。

ここでは、まず、２次荷電粒子やミラー電子などの用語について説明しておく。「２次荷電粒子」には、二次放出電子およびミラー電子の一部または混在したものが含まれる。試料２０の表面に電子線などの荷電粒子を照射したときは、試料表面から「二次放出電子」が発生する、または「ミラー電子」が形成される。試料２０の表面に電子線が衝突して発生するのが「二次放出電子」である。つまり、「二次放出電子」とは、２次電子、反射電子、後方散乱電子の一部または混在したものを示す。また、照射した電子線が試料２０の表面に衝突しないで表面近傍にて反射したものを「ミラー電子」という。

写像投影方式において、従来は、あるエネルギーを持った１次ビームを試料２０に照射させて、試料２０の表面から出てくる二次放出電子の情報で画像を作成していた。この際、ランディングエネルギーは、１００ｅＶ〜４００ｅＶであった。しかし、この従来の方法では、二次放出電子を使用するため、大きなコントラストの差を得ることが難しかった。

一方、本実施の形態では、ランディングエネルギーを５０ｅＶ以下に設定し、反射して出てくるミラー電子の情報で画像を作成する。この場合、試料２０の表面の凹凸の状態によりミラー電子の反射する高さを変えることで、コントラストの差を作り出すことができ、大きなコントラストの差を得ることができる。

ミラー電子は二次放出電子と軌道が異なっており、ミラー電子の状態を観察する方法としてアパーチャ結像画像（アパーチャ結像条件で撮像した画像）が用いられる。アパーチャ結像条件とは、２次光学系６０のアパーチャ６２を物面にして撮像する条件（２次光学系アパーチャ結像条件）をいう。

図５を参照して、アパーチャ結像条件について説明する。通常の撮像状態では、図５（ａ）において実線で示す電子軌道で結像させて撮像するのに対して、アパーチャ結像条件では、図５（ｂ）において破線で示す電子軌道で結像させて撮像する。すなわち、アパーチャ結像条件では、アパーチャ６２に到達している電子の状態を観察する。

続いて、図６〜図９を参照して、アパーチャ結像条件でのフォーカス調整について説明する。図６は、アパーチャ結像条件でのミラー電子と二次放出電子の様子を示す図である。図７は、ミラー電子と二次放出電子のアパーチャ６２でのクロスオーバーポイントの状態を横から見た図である。図７では、ミラー電子の軌道が破線で示されており、二次放出電子の軌道が実線で示されている。

図６および図７に示すように、ミラー電子と二次放出電子では、ベストフォーカス位置に差（フォーカス値差：たとえば、約０．５ｍｍ）がある。そして、フォーカスを変えていくと、二次放出電子の領域は、フォーカスがプラスになるに従って大きくなるのに対して、ミラー電子の領域は、あるフォーカス点で縦に長く横に細くなり、そのフォーカス点を境にして、フォーカスをプラス方向に変更すると、縦方向はつぶれて横方向は延びるように変化し、また、フォーカスをマイナス方向に変更すると、ピークが２つに分裂するように変化していく（図６参照）。

図８には、フォーカスを変更して異物を撮像した場合の見え方が示されている。図８（ａ）に示すように、フォーカスをマイナス方向にした場合、異物は黒く見える。一方、フォーカスをプラス方向にした場合、異物は白く見える。図８（ｂ）では、試料表面からのミラー電子が破線で示されており、異物（欠陥）からのミラー電子が実線で示されている。図８（ｂ）に示すように、フォーカスをマイナスからプラスに変更すると、アパーチャを通過する異物（欠陥）からのミラー電子の量が増える。

また、図９には、異なるサイズの異物を撮像した場合の見え方が示されている。図９（ａ）に示すように、大きい欠陥ほど白黒反転するフォーカスがプラス側にシフトしている。そして、図９（ｂ）に示すように、サイズの小さい異物からのミラー電子は、サイズの大きい異物からのミラー電子より先に、アパーチャを通過する電子の数が増加する。なお、図９（ｂ）では、小さい異物（欠陥）からのミラー電子が太線（太い実線）で示されており、大きい異物（欠陥）からのミラー電子が細線（細い実線）で示されている。

図１０には、アパーチャ結像条件でのミラー電子像と一次ビームの入射角との関係が示されている。図１０に示すように、アパーチャ結像条件にて得られるミラー電子像から一次ビームの入射角の状態が得られる。

図１１は、入射角が異なる場合のアパーチャ結像条件での電子像の見え方を説明するための図である。図１１（ａ）に示すように、垂直入射の場合には、二次放出電子像の中心にミラー電子像が存在する。また、図１１（ｂ）に示すように、入射角がＹ軸方向に傾きを持っていた場合には、二次放出電子像に対してＹ軸方向にミラー電子像がずれることになる。また、図１１（ｃ）に示すように、入射角がＸ軸方向に傾きを持っていた場合には、二次放出電子像に対してＸ軸方向にミラー電子像がずれることになる。

一次ビームの入射角がずれていた場合には、たとえば、１次光学系のアライナ電極やウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂフィルタ）を用いて入射角を調整することができる。

＜光軸調整方法＞
ところで、発明が解決しようとする課題の欄でも言及したように、写像投影方式による電子線検査装置において、１次光学系にレンズを使用している場合には、光軸とレンズ中心とが一致している必要がある。なぜなら、試料２０に照射する電子ビームの形状（照野形状）は所定の大きさを有すべきところ、光軸とレンズ中心とがずれていると、照野形状が変形するからである。また、試料２０表面での電子ビームの強度は均一であることが望ましいが、光軸とレンズ中心とがずれていると、強度の均一性が崩れるからである。

より詳しくは、図１２Ａに示すように、光軸とレンズ中心とが一致している場合には、レンズの厚みを変更しても、照野位置は変わらない。一方、図１２Ｂに示すように、レンズ中心が光軸からずれている場合には、レンズの厚みを変更すると、照野位置が変化する（ずれる）。静電レンズや磁界レンズでは、印加電圧・磁界を変更することで、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すようなレンズの厚みを変更した時と等価な状態が実現される。したがって、光軸調整を行う際に、静電レンズ・磁界レンズの印加電圧・磁界を意図的に変化させて使用する。これをウォブリング（Ｗｏｂｂｌｉｎｇ）と呼ぶ。

通常、電子線検査装置１０において試料２０の表面を検査する際には、図１３Ａに示すように、カメラ視野に対して十分大きい照野を用いる。しかしながら、この状態でレンズのウォブリングを実施する場合には、図１３Ｂに示すように、カメラ視野内では照野位置がシフトする様子を確認することができず、カメラ７０の映像からレンズの軸ズレの様子を確認することができない。したがって、本件発明者らは、当初、レンズのウォブリングによる光軸調整を行う際に、試料検査時に比べて、図１４Ａに示すように、カメラ視野を大きくするためにカメラ７０の倍率を下げたり、図１４Ｂに示すように、照野サイズを小さくしたりして、カメラ視野内に照野全体を投影する方法を考えた。

しかしながら、この方法には以下のような問題がある。すなわち、（１）倍率や照野サイズを変更した状態での光軸調整となるので、実際の試料検査時とは異なる条件での確認となる。特に照野サイズを変更して光軸調整を行う場合、調整したいレンズの条件の変更幅が小さくなる場合がある。具体的には、たとえば、静電レンズにおいて、試料検査時には１０００Ｖの電圧条件で使用するが、照野サイズを小さくするために電圧条件を５０Ｖにしなくてはならなくなった場合には、＋０〜＋２０００Ｖの電源仕様に対して、ウォブリングを実施する際に本来は±５００Ｖの電圧変更で状態観察を行いたいところ、基準電圧が低くなったために±５０Ｖしか電圧を振れなくなる。こうなると、レンズ条件の変化量が小さくなり、照野サイズの変化が小さくなるので、軸ズレの存在を確認することができなくなる。（２）また、２次光学系６０の倍率は設計により決まるため、倍率を下げても照野全体をカメラ視野内に投影できない場合がある。

これに対し、本実施の形態では、制御部８０は、２次光学系６０のアパーチャ６２を物面にして撮像するアパーチャ結像条件（上述の図５（ｂ）参照）を作成して、レンズのウォブリングを実施するように構成されている。

光軸とレンズ中心とが一致している場合には、レンズの厚みを変更しても、アライナ電極に対する電子ビームの通過位置は変化しないため、試料表面への照射位置および入射角は変化しない。したがって、図１５Ａに示すように、アパーチャ結像条件でのカメラの映像では、レンズのウォブリング中に、照野サイズが変わるだけであり、照野位置は変化しない。

一方、レンズ中心が光軸からずれている場合には、レンズの厚みを変更すると、アライナ電極に対する電子ビームの通過位置が変化するため、試料表面への照射位置および入射角が変化する。その結果、図１５Ｂに示すように、アパーチャ結像条件でのカメラの映像では、レンズのウォブリング中に、照野位置が変化する。これにより、試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても、カメラの映像から軸ズレの存在を容易に確認することができ、光軸調整を行うことが可能となる。

次に、図１６を参照し、本実施の形態によるアパーチャ結像条件の作成方法を説明する。

まず、図１６に示すように、制御部８０は、２次光学系の投影レンズ６３の条件を適当な初期値に設定する（ステップＳ１０）。また、制御部８０は、アパーチャ６２のサイズとして、試料検査時と同じサイズ（たとえば、二次放出電子の透過率を低下させながらミラー電子の透過率を維持できるような十分に小さいサイズ）を選択する（ステップＳ１１）。

次に、制御部８０は、１次光学系４０から試料２０に電子ビームを照射し、試料からの電子像をカメラ７０にて撮像する（ステップＳ１２）。

ここで、図１７Ａに示すように、アパーチャ結像条件が作成された後の状態では、カメラ７０では、図１７Ｂに示すような電子像が観察される。図１７Ｃは、この電子像の断面階調を示すグラフである。

一方、図１８Ａに示すように、アパーチャ結像条件が作成される前の状態では、カメラで７０では、図１８Ｂに示すような電子像が観察される。図１８Ｃは、この電子像の断面階調を示すグラフである。

よって、制御部８０は、カメラ７０に映る電子像におけるアパーチャの輪郭がシャープか否かを判定する（ステップＳ１３）。より詳しくは、制御部８０は、たとえば、カメラ７０からの映像に基づいて、電子像の断面階調を示すグラフを作成し、アパーチャの輪郭に対応する部分のグラフの傾きが予め定められた閾値より大きいか否かを判断する。そして、制御部８０は、グラフの傾きが閾値を超えた場合には、アパーチャの輪郭がシャープであると判定し、グラフの傾きが閾値を超えなかった場合には、アパーチャの輪郭がシャープでないと判定する。

アパーチャの輪郭がシャープでないと判定された場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部８０は、投影レンズ６３の条件を変更する（ステップＳ１４）。その後、制御部８０は、ステップＳ１３から処理をやり直す。

一方、アパーチャの輪郭がシャープであると判定された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部８０は、アパーチャ結像条件の作成処理を終了する。

以上のような構成により、制御部８０は、カメラ７０に映る電子像におけるアパーチャの輪郭がシャープになるように、２次光学系６０の投影レンズ６３の条件を自動的に調整することができ、結果的に、アパーチャ結像条件を自動的に作成することができる。

次に、図１９、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して、１次光学系４０における光軸調整方法の一例を説明する。図１９は、１次光学系４０の構成の一例を示す概略図である。図２０Ａおよび図２０Ｂは、図１９に示す１次光学系４０における光軸調整方法の一例を示すフローチャートである。

図１９に示す例では、１次光学系４０は、光学的構成として、第１〜第６レンズＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３、ＧＬ４、ＳＴＧ、ＱＭＧと、２次光学系と共有の対物レンズＣＬ２−３、ＣＬ１−３と、第１〜第６アライナＧＡ１、ＧＡ２、ＧＡ３、ＧＡ４、ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡ３と、Ｅ×Ｂフィルタと、を有しており、これらは、電子源４１から試料２１に向かって、第１レンズＧＬ１、第１アライナＧＡ１、第２アライナＧＡ２、第２レンズＧＬ２、第３レンズＧＬ３、第３アライナＧＡ３、第４アライナＧＡ４、第４レンズＧＬ４、第４アライナＢ１、第６アライナＢＡ３、第５レンズＳＴＧ、第５アライナＢＡ２、第６レンズＱＭＧ、Ｅ×Ｂフィルタ、対物レンズＣＬ２−３、ＣＬ１−３の順に並んで配置されている。

このような光学的構成を有する１次光学系４０において光軸調整を行う際には、まず、制御部８０は、上述したアパーチャ結像条件の作成方法に従って、アパーチャ結像条件を自動的に作成する。次に、制御部８０は、第１〜第４アライナＧＡ１、ＧＡ２、ＧＡ３、ＧＡ４の印加電圧をゼロにする（ステップＳ２０）。また、制御部８０は、第１〜第３レンズＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３以外のレンズの印加電圧をゼロにする（ステップＳ２１）。そして、制御部８０は、第４レンズＧＬ４より試料２０側に位置する第５アライナＢＡ１を用いて照野位置を調整する（ステップＳ２１）。

次に、制御部８０は、第４レンズＧＬ４に電圧を印加し、第４レンズＧＬ４のウォブリングを行う（ステップＳ２２）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ２３）。

第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ２３：アリ）、制御部８０は、第４レンズＧＬ４より電子源４１側に位置する第３アライナＧＡ３を用いて第４レンズＧＬ４に対する電子ビームの通過位置の調整を行うとともに、第５アライナＢＡ１を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ２５）。そして、制御部８０は、ステップＳ２２から処理をやり直す。

一方、第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ２３：ナシ）、制御部８０は、第４レンズＧＬ４に係る光軸調整を終了する。

次に、制御部８０は、第２レンズＧＬ２のウォブリングを行う（ステップＳ２６）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第２レンズＧＬ２のウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ２７）。

第２レンズＧＬ２のウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ２７：アリ）、制御部８０は、第２レンズＧＬ２より電子源４１側に位置する第２アライナＧＡ２を用いて第２レンズＧＬ２に対する電子ビームの通過位置の調整を行うとともに、第５アライナＢＡ１を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ２５）。そして、制御部８０は、ステップＳ２６から処理をやり直す。

一方、第２レンズＧＬ２のウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合（ステップＳ２７：ナシ）、制御部８０は、第２レンズＧＬ２に係る光軸調整を終了する。

制御部８０は、第２レンズＧＬ２に係る光軸調整後、第４レンズＧＬ４が確認されたか否かを判断する（ステップＳ２９）。

第４レンズＧＬ４が未確認である場合には（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、制御部８０は、ステップＳ２３から処理をやり直す。

一方、第４レンズＧＬが確認済みである場合には（ステップＳ２９：ＮＯ）、制御部９０は、第３レンズＧＬ３に電圧を印加し、第３レンズＧＬ３のウォブリングを行う（ステップＳ３０）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第３レンズＧＬ３のウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ３１）。

第３レンズＧＬ３のウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ３１：アリ）、制御部８０は、第３レンズＧＬ３より電子源４１側に位置する第２アライナＧＡ２を用いて第３レンズＧＬ３に対する電子ビームの通過位置の調整を行うとともに、第５アライナＢＡ１を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ３２）。そして、制御部８０は、ステップＳ３０から処理をやり直す。

一方、第３レンズＧＬ３のウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ３１：ナシ）、制御部８０は、第３レンズＧＬ３に係る光軸調整を終了する。

制御部８０は、第３レンズＧＬ３に係る光軸調整後、第４レンズＧＬ４および第２レンズＧＬ２が確認されたか否かを判断する（ステップＳ３３）。

第４レンズＧＬ４および第２レンズＧＬ２が未確認である場合には（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御部８０は、ステップＳ２３から処理をやり直す。

一方、第４レンズＧＬ４および第２レンズＧＬ２が確認済みである場合には（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御部８０は、第３レンズＧＬ３と第４レンズＧＬ４との間に配置された第３アライナＧＡ３および第４アライナＧＡ４の印加電圧をゼロにした状態で、第４レンズＧＬ４のウォブリングを行う（ステップＳ３４）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ３５）。

第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ３５：アリ）、制御部８０は、第３アライナＧＡ３および第４アライナＧＡ４の振り戻しで第４レンズＧＬ４に対する電子ビームの通過位置の調整を行うとともに、第５アライナＧＡ５を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ３６）。そして、制御部８０は、ステップＳ３４から処理をやり直す。

一方、第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ３５：ナシ）、制御部８０は、第２レンズＧＬ２〜第４レンズＧＬ４のウォブリングを行う（ステップＳ３７）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第２レンズＧＬ２〜第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ３８）。

第２レンズＧＬ２〜第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ３８：アリ）、制御部８０は、ステップＳ２６から処理をやり直す。

一方、第２レンズＧＬ２〜第４レンズＧＬ４のウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ３８：ナシ）、制御部８０は、第５レンズＳＴＧに電圧を印加し、第５レンズＳＴＧのウォブリングを行う（ステップＳ３９）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第５レンズＳＴＧのウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ４０）。

第５レンズＳＴＧのウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ４０：アリ）、制御部８０は、第５アライナＢＡ１を用いて第５レンズＳＴＧに対する電子ビームの通過位置の調整を行うとともに、第５レンズＳＴＧより試料２０側に位置する第６アライナＢＡ２を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ４１）。そして、制御部８０は、ステップ３９から処理をやり直す。

一方、第５レンズＳＴＧのウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ４０：ナシ）、制御部８０は、第６レンズＱＭＧに電圧を印加し、第６レンズＱＭＧのウォブリングを行う（ステップＳ４２）。そして、制御部８０は、カメラ７０の映像に基づいて、第６レンズＱＭＧのウォブリング中に照野位置にずれがあるか否かを判断する（ステップＳ４３）。

第６レンズＱＭＧのウォブリング中に照野位置にずれがあると判断された場合には（ステップＳ４３：アリ）、制御部８０は、第５アライナＢＡ１および第６アライナＢＡ２の振り戻しで第６レンズＱＭＧに対する電子ビームの通過位置の調整を行うともに、第６アライナＢＡ２を用いて照野位置の調整を行う（ステップＳ４４）。そして、制御部８０は、ステップ４２から処理をやり直す。

一方、第６レンズＱＭＧのウォブリング中に照野位置にずれがないと判断された場合には（ステップＳ４３：ナシ）、制御部８０は、光軸調整処理を終了する。

このようにして、制御部８０は、アパーチャ結像条件でのカメラ７０の映像に基づいて、１次光学系４０の各レンズに係る光軸調整を自動的に行うことができる。

以上のような本実施の形態によれば、２次光学系６０のアパーチャ６２の位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件にて試料２０からの電子像を撮像するため、試料検査時と同じ倍率条件・照野サイズ条件であっても、１次光学系４０にてレンズをウォブリングする際に、光軸とレンズ中心とがずれている場合には、カメラ７０の映像から照野位置の変化（ずれ）を確認できる。これにより、試料検査時に比べて倍率を下げたり照野サイズを小さくしたりしなくても、光軸調整を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

１ 検査システム
１０ 電子線検査装置
２０ 試料
３０ ステージ
４０ １次光学系
４１ 電子源
４２ レンズ
４３ａ 第１アパーチャ
４３ｂ 第１アパーチャ
４５ レンズ
４６ Ｅ×Ｂフィルタ
４７ａ 対物レンズ
４７ｂ 対物レンズ
４８ 第２アパーチャ
５０ 対物レンズ
６０ ２次光学系
６１ 中間レンズ
６２ アパーチャ
６３ 投影レンズ
６４ アライナ
７０ 検出器（カメラ）
８０ 制御部
９０ 画像処理装置（画像処理系）
１１０ 光学顕微鏡
１２０ 電子顕微鏡（ＳＥＭ）
２０１０ レーザ光源
２０１１ 光電面
２０１２ アパーチャ
２０７０ ミラー

Claims (4)

1. 写像投影方式による電子線検査装置であって、
   試料に電子ビームを照射する１次光学系と、
   前記試料からの電子の拡大像を結像させる２次光学系と、
   前記１次光学系および前記２次光学系の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記２次光学系のアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件を作成し、
   前記試料に電子ビームを照射し、前記試料からの電子像をカメラにて撮像し、
   前記１次光学系のレンズをウォブリングし、ウォブリング中に前記カメラに映る電子像の位置が変化しないように、前記レンズに対する電子ビームの通過位置を調整する
   ことを特徴とする電子線検査装置。
2. 前記電子像は、ミラー電子像および二次放出電子像のいずれか一方または両方である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子線検査装置。
3. 前記レンズは、照野の大きさを変更するレンズ、照野の縦横比を調整するレンズ、照射位置をＸＹ方向に変更するレンズ、および前記２次系と共用の対物レンズからなる群のうち１つまたは２つ以上のレンズである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子線検査装置。
4. 前記制御装置は、前記アパーチャ結像条件を作成する際に、
   前記アパーチャのサイズとして、試料検査時と同じサイズを選択し、
   前記試料に電子ビームを照射し、前記試料からの電子像を前記カメラにて撮像し、
   前記カメラに映る電子像における前記アパーチャの輪郭がシャープになるように前記２次光学系の投影レンズを調整する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子線検査装置。