JP3409909B2 - ウェーハパターンの欠陥検出方法及び同装置 - Google Patents
ウェーハパターンの欠陥検出方法及び同装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハパターンの欠
陥検出方法及び同装置に関するもので、電子ビームを用
いてウェーハ上に形成されたパターンの欠陥を高感度か
つ高速に検出する方法及びそれを達成する装置構成に関
するもので、特に、パターン上を電子ビームで走査し、
その結果として得られる二次電子画像あるいは反射電子
画像を比較しながら欠陥の有無を検知する方式におい
て、高感度と検出の信頼性（capture rate）を維持しな
がら高速化を達成する手法に関するものである。
陥検出方法及び同装置に関するもので、電子ビームを用
いてウェーハ上に形成されたパターンの欠陥を高感度か
つ高速に検出する方法及びそれを達成する装置構成に関
するもので、特に、パターン上を電子ビームで走査し、
その結果として得られる二次電子画像あるいは反射電子
画像を比較しながら欠陥の有無を検知する方式におい
て、高感度と検出の信頼性（capture rate）を維持しな
がら高速化を達成する手法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超ＬＳＩのプロセス開発あるいは製造に
おいてパターン欠陥を検出し、その原因を追及すること
は歩留り向上のための最も基本的な手法であり、不可欠
な技術になっている。検出すべき欠陥の寸法はパターン
の最小寸法によって決まり、概ねパターン最小寸法の１
／２以下の欠陥を検出しなければならない。これは、６
４Ｍ ＤＲＡＭの最小パターン寸法０．４μｍに対し欠
陥寸法０．２μｍ、また２５６Ｍ ＤＲＡＭのパターン
寸法０．２５μｍに対しては欠陥寸法０．１μｍの検出
感度が今後要求されていることを意味している。このよ
うな欠陥検出感度が要求されている分野では電子ビーム
を使うことが必要になってくる。これは検出すべき欠陥
の寸法がもはや電子顕微鏡を用いての光により得られる
最小分解能を越えているためである。
おいてパターン欠陥を検出し、その原因を追及すること
は歩留り向上のための最も基本的な手法であり、不可欠
な技術になっている。検出すべき欠陥の寸法はパターン
の最小寸法によって決まり、概ねパターン最小寸法の１
／２以下の欠陥を検出しなければならない。これは、６
４Ｍ ＤＲＡＭの最小パターン寸法０．４μｍに対し欠
陥寸法０．２μｍ、また２５６Ｍ ＤＲＡＭのパターン
寸法０．２５μｍに対しては欠陥寸法０．１μｍの検出
感度が今後要求されていることを意味している。このよ
うな欠陥検出感度が要求されている分野では電子ビーム
を使うことが必要になってくる。これは検出すべき欠陥
の寸法がもはや電子顕微鏡を用いての光により得られる
最小分解能を越えているためである。
【０００３】ここで、従来の電子ビームを使用した欠陥
検出手法について説明する。この手法は大きく分けて画
像取込み処理と欠陥検出処理とからなっており、不良解
析のための欠陥検出は、一般にパターン比較が多く採用
されている。これは、別個のウェーハ上に形成された同
じパターンからの２つの画像を比較し、両者が同じパタ
ーン形状であると判定されれば、いずれも正常であると
判断し、もし異なっていればパターン中に欠陥が存在す
ると判断するものである。
検出手法について説明する。この手法は大きく分けて画
像取込み処理と欠陥検出処理とからなっており、不良解
析のための欠陥検出は、一般にパターン比較が多く採用
されている。これは、別個のウェーハ上に形成された同
じパターンからの２つの画像を比較し、両者が同じパタ
ーン形状であると判定されれば、いずれも正常であると
判断し、もし異なっていればパターン中に欠陥が存在す
ると判断するものである。
【０００４】このときの比較パターンは、その別個のウ
ェーハ上に配列されたダイ（チップ）の同一の領域（観
察画面）から得られるパターンの画像同士を比較する方
法が最も一般的であり、このような方式をダイ・ツー・
ダイ方式と呼んでいる。
ェーハ上に配列されたダイ（チップ）の同一の領域（観
察画面）から得られるパターンの画像同士を比較する方
法が最も一般的であり、このような方式をダイ・ツー・
ダイ方式と呼んでいる。
【０００５】また、メモリセルのように同じパターンが
並んでいるような配列の場合には、ビームを走査しなが
ら隣接したパターン同士を順次比較していく。この方式
だと、ダイ同士の比較に比べて隣接パターンとの比較で
あるので走査方法が簡単で高速化が可能であり、最近で
はこの方式が広く用いられる傾向にある。ここで、この
方式のビームの走査方法と信号の検出方法とを少し詳細
に説明する(P.Sandland et al,J.Vac.Sci.Technol. B9
(6),Nov/Dec,p.3005,1991）。
並んでいるような配列の場合には、ビームを走査しなが
ら隣接したパターン同士を順次比較していく。この方式
だと、ダイ同士の比較に比べて隣接パターンとの比較で
あるので走査方法が簡単で高速化が可能であり、最近で
はこの方式が広く用いられる傾向にある。ここで、この
方式のビームの走査方法と信号の検出方法とを少し詳細
に説明する(P.Sandland et al,J.Vac.Sci.Technol. B9
(6),Nov/Dec,p.3005,1991）。
【０００６】図９及び図１０は従来の欠陥検出方法にお
けるビームの形状と走査法とを示すものである。まず、
有限の大きさ（ビーム径（直径）Ｒ）を持った円形ビー
ム１１をＸ方向にラスタ走査させながら、ステージをＹ
方向に移動させる。結果としてウェーハ上２０のパター
ンはビームにより短冊状に走査されることになる。
けるビームの形状と走査法とを示すものである。まず、
有限の大きさ（ビーム径（直径）Ｒ）を持った円形ビー
ム１１をＸ方向にラスタ走査させながら、ステージをＹ
方向に移動させる。結果としてウェーハ上２０のパター
ンはビームにより短冊状に走査されることになる。
【０００７】このとき、図１０（ａ）に示すようにウェ
ーハ２１上に形成した特定の検査したいチップ２２をビ
ーム１１により走査する。ここでは３個のチップ２２ａ
〜２２ｃを検査する場合を示しており、それらをまとめ
て走査することとなる。すなわち、そのビームの走査は
Ｘ方向にビームを走査しながらステージはＹ方向に移動
させることにより、図１０（ｃ）に示すように矢印２５
に示すような所定幅の鋸刃状態でビームが移動し、図１
０（ｂ）に示すように、結果として符号２３で示す一定
幅の短冊状に走査を行う。走査領域はチップ全体として
は矢印２６に示すような往復運動となり、結果としてチ
ップ全面を走査することができる。
ーハ２１上に形成した特定の検査したいチップ２２をビ
ーム１１により走査する。ここでは３個のチップ２２ａ
〜２２ｃを検査する場合を示しており、それらをまとめ
て走査することとなる。すなわち、そのビームの走査は
Ｘ方向にビームを走査しながらステージはＹ方向に移動
させることにより、図１０（ｃ）に示すように矢印２５
に示すような所定幅の鋸刃状態でビームが移動し、図１
０（ｂ）に示すように、結果として符号２３で示す一定
幅の短冊状に走査を行う。走査領域はチップ全体として
は矢印２６に示すような往復運動となり、結果としてチ
ップ全面を走査することができる。
【０００８】このときのビーム径Ｒは、０．１μｍの欠
陥検出感度が要求されるならば０．１μｍが必要であ
る。ビームのラスタ走査に同期したピッチΔＸ、すなわ
ち、この場合は０．１μｍ毎に信号が画素１４に取込ま
れ、画像を形成する。ウェーハ２０の全面を１００％の
検出率で検査する、つまり間引きをしない、と仮定すれ
ば、Ｙ方向のピッチΔＹもビーム径Ｒによって決まり、
この場合は０．１μｍとなる。Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，ＸN は
各画素１４のＸ軸のアドレス（ビーム中心のＸ位置座
標）、Ｙ1 ，Ｙ2 ，…，ＹN は各画素１４のＹ軸のアド
レス（ビーム中心のＹ位置座標）である。これらの各画
素１４同士を画像処理プロセッサにより前述したような
比較処理を行って欠陥を抽出することとなる。
陥検出感度が要求されるならば０．１μｍが必要であ
る。ビームのラスタ走査に同期したピッチΔＸ、すなわ
ち、この場合は０．１μｍ毎に信号が画素１４に取込ま
れ、画像を形成する。ウェーハ２０の全面を１００％の
検出率で検査する、つまり間引きをしない、と仮定すれ
ば、Ｙ方向のピッチΔＹもビーム径Ｒによって決まり、
この場合は０．１μｍとなる。Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，ＸN は
各画素１４のＸ軸のアドレス（ビーム中心のＸ位置座
標）、Ｙ1 ，Ｙ2 ，…，ＹN は各画素１４のＹ軸のアド
レス（ビーム中心のＹ位置座標）である。これらの各画
素１４同士を画像処理プロセッサにより前述したような
比較処理を行って欠陥を抽出することとなる。
【０００９】ところで、このときの検査に要する時間
は、(1) 目的とする検査感度を達成するために必要な
ビーム径Ｒと、さらにそのビーム径Ｒによって決まる走
査ピッチ、(2) 画素１４中に取込まれる信号のＳ／
Ｎ、によって決まる。
は、(1) 目的とする検査感度を達成するために必要な
ビーム径Ｒと、さらにそのビーム径Ｒによって決まる走
査ピッチ、(2) 画素１４中に取込まれる信号のＳ／
Ｎ、によって決まる。
【００１０】そして、そのＳ／Ｎは入射する電子ビーム
の電流量によって決まることとなる。したがって、前述
した従来の欠陥検出手法によれば、ビーム電流量を大き
くすることにより、十分なコントラストで欠陥を検出す
ることができることとなる。
の電流量によって決まることとなる。したがって、前述
した従来の欠陥検出手法によれば、ビーム電流量を大き
くすることにより、十分なコントラストで欠陥を検出す
ることができることとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビーム
電流量は次のような理由から制限されることとなってい
る。つまり、観察対象がウェーハ２０上に形成されたパ
ターンであり、よく知られているようにウェーハ２０上
に形成されたパターンのほとんどが絶縁物であるため、
観察にあたっては、その絶縁物がチャージアップするこ
とを防ぐことが必要となるのである。具体的には、１ｋ
ｅＶ以下の低エネルギで観察するようになる。このよう
に一次電子のエネルギの低さが原因で、レンズの収差特
性が低下し、注入電子量の低下による信号のＳ／Ｎの低
下（コントラストの低下）が深刻な問題として発生して
いる現状にある。
電流量は次のような理由から制限されることとなってい
る。つまり、観察対象がウェーハ２０上に形成されたパ
ターンであり、よく知られているようにウェーハ２０上
に形成されたパターンのほとんどが絶縁物であるため、
観察にあたっては、その絶縁物がチャージアップするこ
とを防ぐことが必要となるのである。具体的には、１ｋ
ｅＶ以下の低エネルギで観察するようになる。このよう
に一次電子のエネルギの低さが原因で、レンズの収差特
性が低下し、注入電子量の低下による信号のＳ／Ｎの低
下（コントラストの低下）が深刻な問題として発生して
いる現状にある。
【００１２】この問題を回避して最高の検出感度を保持
するためには、ビームの走査を遅くして１画素中のビー
ムの滞在時間を長くして１画素あたりの注入電子量をか
せぐか、同一の画素を繰返して走査することにより累積
加算処理を行いＳ／Ｎを向上させる等の施策が必要にな
るが、いずれにしても検査時間の大幅な増加要因となり
好ましくない。
するためには、ビームの走査を遅くして１画素中のビー
ムの滞在時間を長くして１画素あたりの注入電子量をか
せぐか、同一の画素を繰返して走査することにより累積
加算処理を行いＳ／Ｎを向上させる等の施策が必要にな
るが、いずれにしても検査時間の大幅な増加要因となり
好ましくない。
【００１３】本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、欠陥検
出感度を犠牲にすることなく、より速い検査時間で検査
を行えるウェーハパターンの欠陥検出方法及び同装置を
提供することにある。
みてなされたもので、その目的とするところは、欠陥検
出感度を犠牲にすることなく、より速い検査時間で検査
を行えるウェーハパターンの欠陥検出方法及び同装置を
提供することにある。
【００１４】また、本発明の目的は矩形電子ビームによ
りウェーハパターンを走査することを目的とする。
りウェーハパターンを走査することを目的とする。
【００１５】さらに、本発明は、その矩形電子ビームを
その光量密度が均一で、かつ光源光量の無駄が生じさせ
ることなく生成することを目的とする。
その光量密度が均一で、かつ光源光量の無駄が生じさせ
ることなく生成することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のウェーハパター
ンの欠陥検出装置は、矩形光源からの矩形電子ビームを
ウェーハ試料面のパターンに合わせたサイズにした検査
用矩形電子ビームにより前記試料面の検査対象部分を走
査する矩形電子ビーム発生手段と、前記試料面から生ず
る電子信号を検出する電子信号検出手段と、前記電子信
号検出手段の出力信号に基づく電子信号像データにより
前記試料における欠陥の存在を検出する欠陥検出手段と
を備えたことを特徴とする。
ンの欠陥検出装置は、矩形光源からの矩形電子ビームを
ウェーハ試料面のパターンに合わせたサイズにした検査
用矩形電子ビームにより前記試料面の検査対象部分を走
査する矩形電子ビーム発生手段と、前記試料面から生ず
る電子信号を検出する電子信号検出手段と、前記電子信
号検出手段の出力信号に基づく電子信号像データにより
前記試料における欠陥の存在を検出する欠陥検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【００１７】前記矩形電子ビーム発生手段は、前記矩形
光源からの前記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍｘ
を前記矩形電子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立
に制御し、前記矩形電子ビームを偏向させて前記試料面
の検査対象パターン部に集束させる電界型多極子レンズ
を含む。
光源からの前記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍｘ
を前記矩形電子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立
に制御し、前記矩形電子ビームを偏向させて前記試料面
の検査対象パターン部に集束させる電界型多極子レンズ
を含む。
【００１８】電子信号検出手段は、試料面からの反射電
子信号を検出する反射電子信号検出手段や試料面からの
二次電子信号を検出する二次電子信号検出手段によって
構成することができる。
子信号を検出する反射電子信号検出手段や試料面からの
二次電子信号を検出する二次電子信号検出手段によって
構成することができる。
【００１９】二次電子検出手段は、二次電子検出センサ
と、試料面からの二次電子信号を前記二次電子検出セン
サの像面に結像させる電界型レンズとを備えている。
と、試料面からの二次電子信号を前記二次電子検出セン
サの像面に結像させる電界型レンズとを備えている。
【００２０】二次電子検出センサは、複数に分割された
マルチアノード電極と、試料面からの二次電子を前記マ
ルチアノード電極に導くマイクロチャネルプレート装置
とを備えたものとして構成することができる。
マルチアノード電極と、試料面からの二次電子を前記マ
ルチアノード電極に導くマイクロチャネルプレート装置
とを備えたものとして構成することができる。
【００２１】二次電子検出センサは、マイクロチャネル
プレート装置は３段のマイクロチャネルプレートを有す
る。
プレート装置は３段のマイクロチャネルプレートを有す
る。
【００２２】二次電子検出センサは、リニアイメージセ
ンサを含み、前記マイクロチャネルプレート装置は、前
記試料面からの前記二次電子を前記リニアイメージセン
サに導くことを特徴とする。
ンサを含み、前記マイクロチャネルプレート装置は、前
記試料面からの前記二次電子を前記リニアイメージセン
サに導くことを特徴とする。
【００２３】マイクロチャネルプレート装置は、２段の
マイクロチャネルプレートと、該２段のマイクロチャネ
ルプレートの出力信号を結像させる蛍光面を備えた受像
部と、該受像部からの信号をリニアイメージセンサに導
く光ファイバとを備えたものとして構成することができ
る。
マイクロチャネルプレートと、該２段のマイクロチャネ
ルプレートの出力信号を結像させる蛍光面を備えた受像
部と、該受像部からの信号をリニアイメージセンサに導
く光ファイバとを備えたものとして構成することができ
る。
【００２４】欠陥検出手段は、相互に同一パターンが形
成された別個の試料面における同一の領域から得られた
２つの二次電子像データを比較し、両者が一致するか否
かにより欠陥の有無を検出するものとして構成すること
ができる。
成された別個の試料面における同一の領域から得られた
２つの二次電子像データを比較し、両者が一致するか否
かにより欠陥の有無を検出するものとして構成すること
ができる。
【００２５】欠陥検出手段は、更に、前記２つの二次電
子像データが不一致のとき、これら２つの二次電子像デ
ータを同一パターンを有する他の二次電子像データと比
較し、その結果において不一致となったものを欠陥パタ
ーンとして判定する機能を有するのが望ましい。
子像データが不一致のとき、これら２つの二次電子像デ
ータを同一パターンを有する他の二次電子像データと比
較し、その結果において不一致となったものを欠陥パタ
ーンとして判定する機能を有するのが望ましい。
【００２６】そして、本発明のウェーハパターンの欠陥
検出方法は、矩形光源によって矩形電子ビームを取出す
ステップと、前記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍ
ｘを前記矩形電子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独
立に制御し、前記矩形電子ビームにより試料面を走査
し、前記試料面からの二次電子信号を検出するステップ
と、前記二次電子信号により二次電子像データを生成
し、その二次電子像データにより試料面に形成されたパ
ターンの欠陥を検出するステップとを備えたことを特徴
とする。
検出方法は、矩形光源によって矩形電子ビームを取出す
ステップと、前記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍ
ｘを前記矩形電子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独
立に制御し、前記矩形電子ビームにより試料面を走査
し、前記試料面からの二次電子信号を検出するステップ
と、前記二次電子信号により二次電子像データを生成
し、その二次電子像データにより試料面に形成されたパ
ターンの欠陥を検出するステップとを備えたことを特徴
とする。
【００２７】
【作用】本発明によれば、走査する電子ビームを矩形ビ
ームにする。この矩形ビームを形成する電子光学系は、
矩形陰極と四極子レンズ系とからなる電子光学系が最も
適している。この矩形ビームの短軸（Ｘ軸）方向に偏向
系により走査しながら、ステージを長軸（Ｙ軸）方向に
長軸長と一致するピッチで移動させることにより、試料
上をラスタ走査することとなる。矩形ビームは従来の円
形ビームを縦に複数個並べたもの考えることができる。
したがって、矩形ビームはビームの水平移動方向をＸ方
向、垂直移動方向をＹ方向とすると、そのＸ方向のサイ
ズは円形ビームと同じであって解像度は落ちることはな
い。また、矩形ビームは円形ビームに比べてＹ方向のサ
イズだけ大きくなったことになる。したがって、従来と
比べＹ方向の折返し回数が減り、走査速度が向上するこ
ととなる。その速度向上の度合いは矩形ビームのアスぺ
クト（長軸長と短軸長の長さの比）分の画素信号が同時
に検出される。そのため、矩形ビームの電流密度が円形
ビームのそれと同じであれば、検査時間は従来方式に比
較して１／（アスぺクト）に短縮されることとなる。
ームにする。この矩形ビームを形成する電子光学系は、
矩形陰極と四極子レンズ系とからなる電子光学系が最も
適している。この矩形ビームの短軸（Ｘ軸）方向に偏向
系により走査しながら、ステージを長軸（Ｙ軸）方向に
長軸長と一致するピッチで移動させることにより、試料
上をラスタ走査することとなる。矩形ビームは従来の円
形ビームを縦に複数個並べたもの考えることができる。
したがって、矩形ビームはビームの水平移動方向をＸ方
向、垂直移動方向をＹ方向とすると、そのＸ方向のサイ
ズは円形ビームと同じであって解像度は落ちることはな
い。また、矩形ビームは円形ビームに比べてＹ方向のサ
イズだけ大きくなったことになる。したがって、従来と
比べＹ方向の折返し回数が減り、走査速度が向上するこ
ととなる。その速度向上の度合いは矩形ビームのアスぺ
クト（長軸長と短軸長の長さの比）分の画素信号が同時
に検出される。そのため、矩形ビームの電流密度が円形
ビームのそれと同じであれば、検査時間は従来方式に比
較して１／（アスぺクト）に短縮されることとなる。
【００２８】
【実施例】図１は本発明のビーム形状及びビームの走査
方法を矩形ビームだけで示しており、図２は同内容をウ
ェーハパターンとの関係で示している。これらの図に示
すように、電子ビーム３１は矩形ビームとして成形さ
れ、この矩形電子ビーム３１により試料上をラスタ走査
することとなる。このとき、符号３２で示す電子ビーム
３１の短軸方向（Ｘ方向）に偏向器を用いてその電子ビ
ーム３１を走査しながら、符号３３で示す長軸方向（Ｙ
方向）に長軸長ΔＹと同じピッチでステージを移動する
ことにより試料上をラスタ走査する。図２に示す矩形電
子ビーム３１の場合には破線で示す従来の円形電子ビー
ム１４と比較すると分かるように、両電子ビーム１４，
３１はＸ方向には同一寸法で、Ｙ方向には８倍の寸法に
成形されているため、Ｙ方向のピッチは従来の８倍とな
る。ゆえに、ＸＹ走査速度も従来の８倍となり、Ｘ方向
の速度が従来と同一であると考えると、走査速度が速い
のに加えて感度が従来と同一ということになる。
方法を矩形ビームだけで示しており、図２は同内容をウ
ェーハパターンとの関係で示している。これらの図に示
すように、電子ビーム３１は矩形ビームとして成形さ
れ、この矩形電子ビーム３１により試料上をラスタ走査
することとなる。このとき、符号３２で示す電子ビーム
３１の短軸方向（Ｘ方向）に偏向器を用いてその電子ビ
ーム３１を走査しながら、符号３３で示す長軸方向（Ｙ
方向）に長軸長ΔＹと同じピッチでステージを移動する
ことにより試料上をラスタ走査する。図２に示す矩形電
子ビーム３１の場合には破線で示す従来の円形電子ビー
ム１４と比較すると分かるように、両電子ビーム１４，
３１はＸ方向には同一寸法で、Ｙ方向には８倍の寸法に
成形されているため、Ｙ方向のピッチは従来の８倍とな
る。ゆえに、ＸＹ走査速度も従来の８倍となり、Ｘ方向
の速度が従来と同一であると考えると、走査速度が速い
のに加えて感度が従来と同一ということになる。
【００２９】要するに、本実施例の矩形電子ビーム３１
は従来の円形電子ビーム１４を仮に正方形と考えた場
合、それを８個Ｙ方向に並べたものに相当し、走査にお
けるＹ方向の折返しが従来８回必要であった領域を本実
施例の場合には１回で済むようになり、感度を低下させ
ることなく走査速度を向上させることができる。
は従来の円形電子ビーム１４を仮に正方形と考えた場
合、それを８個Ｙ方向に並べたものに相当し、走査にお
けるＹ方向の折返しが従来８回必要であった領域を本実
施例の場合には１回で済むようになり、感度を低下させ
ることなく走査速度を向上させることができる。
【００３０】ところで、矩形電子ビームを得るための技
術としては図３に示すような３種の技術が考えられる。
図３（ａ）は円形電子ビームをレンズの電界によって矩
形に変形するもので、この場合にはレンズの電界を調整
することにより電子ビームのｘ方向及びｙ方向の偏向を
制御し、ビームの形を円形から矩形に変形するものであ
る。このものはビームを断面にして局部的に見たとき、
その光量が各部全域に渡って均一になるようにレンズの
電界制御を行うことが難しい。
術としては図３に示すような３種の技術が考えられる。
図３（ａ）は円形電子ビームをレンズの電界によって矩
形に変形するもので、この場合にはレンズの電界を調整
することにより電子ビームのｘ方向及びｙ方向の偏向を
制御し、ビームの形を円形から矩形に変形するものであ
る。このものはビームを断面にして局部的に見たとき、
その光量が各部全域に渡って均一になるようにレンズの
電界制御を行うことが難しい。
【００３１】また、図３（ｂ）に示すものは円形電子ビ
ームをスリットに通すことにより、矩形電子ビームを取
出すものである。この場合、円形電子ビームから矩形電
子ビームとする部分以外を取除くことになるので、この
円形電子ビームの矩形電子ビーム外側の部分の光量が無
駄になる。
ームをスリットに通すことにより、矩形電子ビームを取
出すものである。この場合、円形電子ビームから矩形電
子ビームとする部分以外を取除くことになるので、この
円形電子ビームの矩形電子ビーム外側の部分の光量が無
駄になる。
【００３２】そして、図３（ｃ）に示すものは本発明に
係る矩形光源から矩形電子ビームを取出すものである。
本発明のように光源から電子ビームを矩形にした場合に
は図３（ａ）に示すもののようなレンズの電界制御が難
しくはなく、また図３（ｂ）に示すもののように光源の
無駄な光量が発生することはないのである。
係る矩形光源から矩形電子ビームを取出すものである。
本発明のように光源から電子ビームを矩形にした場合に
は図３（ａ）に示すもののようなレンズの電界制御が難
しくはなく、また図３（ｂ）に示すもののように光源の
無駄な光量が発生することはないのである。
【００３３】これまでに矩形ビームを形成する手法とし
て知られている技術としては、点光源を多極子レンズ
（実施例では四極子レンズ）系により矩形の像に結像
し、その長さ（アスぺクト比）と電流密度分布を四極子
レンズの励起条件を変えることにより制御するものがあ
る（岡山、鶴島；特開昭６０−２３３８１４号広報（特
公平２−４９５３３号））。この方法は点光源を非対象
レンズである四極子レンズにより広げることでビームの
成形を行っているので、得られるビーム電流量の総量の
最大値は陰極からの放出電流量によって規定され、した
がって、アスぺクト比を大きくするとビームの断面積が
大きくなった分だけ電流密度は低下する欠点がある。
て知られている技術としては、点光源を多極子レンズ
（実施例では四極子レンズ）系により矩形の像に結像
し、その長さ（アスぺクト比）と電流密度分布を四極子
レンズの励起条件を変えることにより制御するものがあ
る（岡山、鶴島；特開昭６０−２３３８１４号広報（特
公平２−４９５３３号））。この方法は点光源を非対象
レンズである四極子レンズにより広げることでビームの
成形を行っているので、得られるビーム電流量の総量の
最大値は陰極からの放出電流量によって規定され、した
がって、アスぺクト比を大きくするとビームの断面積が
大きくなった分だけ電流密度は低下する欠点がある。
【００３４】電流密度が低下することにより単位面積あ
たり（１つの画素中で）の得られる信号量は低下するた
め、結果として検査時間はＳ／Ｎが低下する分だけ長く
なってしまう。このことは本発明の最終的な目的である
検査時間の短縮から考えると不適当な方法である。
たり（１つの画素中で）の得られる信号量は低下するた
め、結果として検査時間はＳ／Ｎが低下する分だけ長く
なってしまう。このことは本発明の最終的な目的である
検査時間の短縮から考えると不適当な方法である。
【００３５】Brodie(Brodie;J.Vac.Technol.B8,p.1691,
1990）は矩形陰極と電界型四極子レンズをタブレットあ
るいはトリプレットで用いてアスぺクト比が可変である
矩形ビームに成形し、さらに、この矩形に成形したビー
ムを通常のコンデンサレンズと対物レンズとからなる収
束光学系により収束する手法を提案している。しかし、
の提案している四極子レンズ系の動作条件では励起条件
が小さいため縮小率が小さく、このため四極子レンズ系
はプローブ成形用のレンズとしてのみ用いられ、縮小レ
ンズ系として磁界型のコンデンサレンズ、対物レンズを
付加して全体の縮小率をかせいでいる。このことは、結
果として電子光学系を複雑にし、全体構成は大きくかつ
重い構成になっている。
1990）は矩形陰極と電界型四極子レンズをタブレットあ
るいはトリプレットで用いてアスぺクト比が可変である
矩形ビームに成形し、さらに、この矩形に成形したビー
ムを通常のコンデンサレンズと対物レンズとからなる収
束光学系により収束する手法を提案している。しかし、
の提案している四極子レンズ系の動作条件では励起条件
が小さいため縮小率が小さく、このため四極子レンズ系
はプローブ成形用のレンズとしてのみ用いられ、縮小レ
ンズ系として磁界型のコンデンサレンズ、対物レンズを
付加して全体の縮小率をかせいでいる。このことは、結
果として電子光学系を複雑にし、全体構成は大きくかつ
重い構成になっている。
【００３６】本提案で提示した矩形陰極と四極子レンズ
系から構成される電子光学系では、 (1) 円形ビーム（アスぺクト比；１）と矩形ビーム
（アスぺクト比；Ｎ）を長軸方向の縮小率Ｍｘを矩形電
子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立に可変するこ
とにより任意に制御し、かつそのときの電流密度が低下
しない。 (2) 磁界型レンズによる縮小光学系のような補助的な
レンズ系を必要とせず、電界型四極子レンズ系のみの構
成でマイクロビームを形成することができる、等の特徴
がある。
系から構成される電子光学系では、 (1) 円形ビーム（アスぺクト比；１）と矩形ビーム
（アスぺクト比；Ｎ）を長軸方向の縮小率Ｍｘを矩形電
子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立に可変するこ
とにより任意に制御し、かつそのときの電流密度が低下
しない。 (2) 磁界型レンズによる縮小光学系のような補助的な
レンズ系を必要とせず、電界型四極子レンズ系のみの構
成でマイクロビームを形成することができる、等の特徴
がある。
【００３７】矩形ビームにより走査することにより長軸
方向（Ｙ方向）の走査ピッチは長軸長と同じになるた
め、試料全面を走査するための検査時間は大幅に短縮さ
れる。例えば、アスぺクト比Ｎ＝１０の矩形ビームであ
れば検査時間は１／Ｎ、すなわち、１／１０になる。し
かし、このときの欠陥検出分解能を達成できるが、長軸
方向であるＹ方向は分解能がアスぺクト比だけ低下す
る。これを補うために本発明では拡大投影型の二次電子
検出系によりＹ軸方向の空間分解能の低下を防止してい
る。
方向（Ｙ方向）の走査ピッチは長軸長と同じになるた
め、試料全面を走査するための検査時間は大幅に短縮さ
れる。例えば、アスぺクト比Ｎ＝１０の矩形ビームであ
れば検査時間は１／Ｎ、すなわち、１／１０になる。し
かし、このときの欠陥検出分解能を達成できるが、長軸
方向であるＹ方向は分解能がアスぺクト比だけ低下す
る。これを補うために本発明では拡大投影型の二次電子
検出系によりＹ軸方向の空間分解能の低下を防止してい
る。
【００３８】図４は図３（ｃ）に示すような矩形電子ビ
ームを発生する光学系を示すものである。この図におい
て、矩形陰極の長軸方向をＸ軸、短軸方向をＹ軸とした
ときの符号４５で示すＸ軌道（陰極の長軸方向断面に放
出された電子の軌道）及び符号４６で示すＹ軌道（陰極
の短軸方向断面に放出された電子の軌道）の一例を示し
ている。２つの軌道はＺ軸上の像面４７で交差し、陰極
の像を符号４７で示す位置に結像している。このときの
Ｘ軸の倍率（縮小率）Ｍx とＹ軸の倍率Ｍy の比率（倍
率比）Ｍx ／Ｍy の値が矩形陰極のアスぺクト比（長さ
と幅の比）と一致していれば像面では１：１、すなわち
円形ビームに収束されることになる。
ームを発生する光学系を示すものである。この図におい
て、矩形陰極の長軸方向をＸ軸、短軸方向をＹ軸とした
ときの符号４５で示すＸ軌道（陰極の長軸方向断面に放
出された電子の軌道）及び符号４６で示すＹ軌道（陰極
の短軸方向断面に放出された電子の軌道）の一例を示し
ている。２つの軌道はＺ軸上の像面４７で交差し、陰極
の像を符号４７で示す位置に結像している。このときの
Ｘ軸の倍率（縮小率）Ｍx とＹ軸の倍率Ｍy の比率（倍
率比）Ｍx ／Ｍy の値が矩形陰極のアスぺクト比（長さ
と幅の比）と一致していれば像面では１：１、すなわち
円形ビームに収束されることになる。
【００３９】このとき、長軸方向の倍率（縮小率）Ｍx
を小さく設定することにより、像面に結像されたビーム
形状はＸ軸方向に長い矩形になる。例えば、矩形陰極が
１００μｍ×１０μｍであるとすると、０．１μｍ径の
円形ビームを得るためには、Ｍx ＝１０-3、Ｍy ＝１０
-2であることが必要であるが、Ｍx ＝１０-2とすること
で、０．１μｍ×１μｍの矩形の電子ビームを得ること
ができる。
を小さく設定することにより、像面に結像されたビーム
形状はＸ軸方向に長い矩形になる。例えば、矩形陰極が
１００μｍ×１０μｍであるとすると、０．１μｍ径の
円形ビームを得るためには、Ｍx ＝１０-3、Ｍy ＝１０
-2であることが必要であるが、Ｍx ＝１０-2とすること
で、０．１μｍ×１μｍの矩形の電子ビームを得ること
ができる。
【００４０】ここで提示した矩形陰極及び四極子（多極
子）レンズによる電子光学系の特徴として次に述べる２
つの大きな特徴がある。 (1) 陰極に矩形陰極を採用し
ているため電子放出面積が大きく、かつ途中でビームの
軌道が交差してクロスオーバを結ぶことがないため、空
間電荷効果の影響が軽減できるので大電流が取れる。
(2) Ｘ軸方向の倍率Ｍｘを変えるだけで容易に矩形ビー
ムを成形することができ、かつ電流密度が変わらない。
子）レンズによる電子光学系の特徴として次に述べる２
つの大きな特徴がある。 (1) 陰極に矩形陰極を採用し
ているため電子放出面積が大きく、かつ途中でビームの
軌道が交差してクロスオーバを結ぶことがないため、空
間電荷効果の影響が軽減できるので大電流が取れる。
(2) Ｘ軸方向の倍率Ｍｘを変えるだけで容易に矩形ビー
ムを成形することができ、かつ電流密度が変わらない。
【００４１】図５は、試料面５１からの二次電子を検出
する光学系の基本構成を示すものである。この図に示す
ように、当該光学系は、試料面５１と矩形陰極光源５２
と電界型レンズ５３とスリット５４とから構成され、矩
形陰極光源５２をＺ＝０の位置に置き、電界型四極子レ
ンズを多段重ねて電子ビームの収束を行う。本実施例の
図では、四極子レンズ５３ａ，５３ｂ，５３ｃからなる
３段重ねのトリプレットからなっている。ここでは、最
も簡単な構成である四極子レンズ系を示しているが、八
極子等のさらに電極が多い多極子レンズ系を用いてもよ
い。さらに、構造的な複雑さが問題にならないならば、
４段重ねたカルテットを構成するようにしてもよい。光
源５２からの各画素５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃに対応する
電子ビーム成分５５Ａ〜５５Ｃはスリット５４で交差
し、像面５７で結像する。像面５７で結像したビームは
ラインセンサ型二次電子検出器５６によって検出され
る。この二次電子検出器５６はＣＣＤ部５６ａと転送電
極５６ｂとから構成されており、像面５７に結像した電
子ビームの強さに応じた電荷がＣＣＤセンサ部５６ａに
蓄積され、このＣＣＤセンサ部５６ａに蓄積された電荷
が各位置に対応する転送電極５６ｂによって外部へ転送
されることとなる。二次電子検出器５６の具体例として
はマルチアノードＭＣＰが望ましい。
する光学系の基本構成を示すものである。この図に示す
ように、当該光学系は、試料面５１と矩形陰極光源５２
と電界型レンズ５３とスリット５４とから構成され、矩
形陰極光源５２をＺ＝０の位置に置き、電界型四極子レ
ンズを多段重ねて電子ビームの収束を行う。本実施例の
図では、四極子レンズ５３ａ，５３ｂ，５３ｃからなる
３段重ねのトリプレットからなっている。ここでは、最
も簡単な構成である四極子レンズ系を示しているが、八
極子等のさらに電極が多い多極子レンズ系を用いてもよ
い。さらに、構造的な複雑さが問題にならないならば、
４段重ねたカルテットを構成するようにしてもよい。光
源５２からの各画素５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃに対応する
電子ビーム成分５５Ａ〜５５Ｃはスリット５４で交差
し、像面５７で結像する。像面５７で結像したビームは
ラインセンサ型二次電子検出器５６によって検出され
る。この二次電子検出器５６はＣＣＤ部５６ａと転送電
極５６ｂとから構成されており、像面５７に結像した電
子ビームの強さに応じた電荷がＣＣＤセンサ部５６ａに
蓄積され、このＣＣＤセンサ部５６ａに蓄積された電荷
が各位置に対応する転送電極５６ｂによって外部へ転送
されることとなる。二次電子検出器５６の具体例として
はマルチアノードＭＣＰが望ましい。
【００４２】図６はそのマルチアノードＭＣＰの構造図
を示している。マルチアノードＭＣＰは複数個の独立し
たアノードを一次元あるいは二次元に配列したもので、
各々のアノードは独立して動作するため、アノードのパ
ターンに依存した位置の情報が得られる。しかも同時計
測であるため並列読出しが可能となり、高速化が期待で
きる特長がある。図示したものは、本実施例では矩形ビ
ームからの一列に並んだ画素情報を読出すので、アノー
ドは一次元に配列されている最も簡単な構造のものであ
る。ここでは、高感度のために３段のＭＣＰ構造で第１
のＭＣＰ６１、第２のＭＣＰ６２、第３のＭＣＰ６３と
ＭＣＰ板が３段直列に配置されていて、これらのＭＣＰ
６１〜６３間には抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 からなる分圧回路が
接続され、さらに、この分圧回路の両端間には電源ＥDC
が接続されている。以上のような構成により３段のＭＣ
Ｐ６１〜６３より二次電子６４を像倍していく。像倍さ
れた電子群は分割されたアノード電極Ａ1 …，Ａi …，
ＡN にそれぞれ検出され、電流信号Ｉ1 …，Ｉi …，Ｉ
N として取出される。アノードＡ1 …，Ａi …，ＡN の
ピッチはクロストーク（二次電子の像倍過程で像倍され
た電子群が広がりを示す）の影響を考慮して概ね０．５
ｍｍ〜数ｍｍピッチで配置するのが適当である。
を示している。マルチアノードＭＣＰは複数個の独立し
たアノードを一次元あるいは二次元に配列したもので、
各々のアノードは独立して動作するため、アノードのパ
ターンに依存した位置の情報が得られる。しかも同時計
測であるため並列読出しが可能となり、高速化が期待で
きる特長がある。図示したものは、本実施例では矩形ビ
ームからの一列に並んだ画素情報を読出すので、アノー
ドは一次元に配列されている最も簡単な構造のものであ
る。ここでは、高感度のために３段のＭＣＰ構造で第１
のＭＣＰ６１、第２のＭＣＰ６２、第３のＭＣＰ６３と
ＭＣＰ板が３段直列に配置されていて、これらのＭＣＰ
６１〜６３間には抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 からなる分圧回路が
接続され、さらに、この分圧回路の両端間には電源ＥDC
が接続されている。以上のような構成により３段のＭＣ
Ｐ６１〜６３より二次電子６４を像倍していく。像倍さ
れた電子群は分割されたアノード電極Ａ1 …，Ａi …，
ＡN にそれぞれ検出され、電流信号Ｉ1 …，Ｉi …，Ｉ
N として取出される。アノードＡ1 …，Ａi …，ＡN の
ピッチはクロストーク（二次電子の像倍過程で像倍され
た電子群が広がりを示す）の影響を考慮して概ね０．５
ｍｍ〜数ｍｍピッチで配置するのが適当である。
【００４３】このピッチは投影型二次電子検出系の拡大
率によって決まり、いま０．１μｍ画素からの二次電子
を５０００倍の拡大系で拡大投影すると仮定すると、
０．５ｍｍピッチが最適配列ピッチとなる。アスぺクト
比が１０〜１００倍程度であれば、このマルチアノード
ＭＣＰが現状最も適当であるが、さらによりアスぺクト
比が大きい場合には構造が複雑になる。
率によって決まり、いま０．１μｍ画素からの二次電子
を５０００倍の拡大系で拡大投影すると仮定すると、
０．５ｍｍピッチが最適配列ピッチとなる。アスぺクト
比が１０〜１００倍程度であれば、このマルチアノード
ＭＣＰが現状最も適当であるが、さらによりアスぺクト
比が大きい場合には構造が複雑になる。
【００４４】このように構造の複雑さが問題になるなら
ば、ＭＣＰ−蛍光面−リニアイメージセンサ型の二次電
子検出器を採用するのが望ましい。図７はその構成を示
すもので、これはＭＣＰ７１（本実施例では２段構成に
なっている）の後段に蛍光面７２を塗布したファイバプ
レート７３を配置し、増倍した電子群の信号を光信号に
変換し、これをＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４で電
気信号に再変換する構成である。
ば、ＭＣＰ−蛍光面−リニアイメージセンサ型の二次電
子検出器を採用するのが望ましい。図７はその構成を示
すもので、これはＭＣＰ７１（本実施例では２段構成に
なっている）の後段に蛍光面７２を塗布したファイバプ
レート７３を配置し、増倍した電子群の信号を光信号に
変換し、これをＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４で電
気信号に再変換する構成である。
【００４５】ＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４は自己
走査型フォトダイオードアレイであり、ＮチャネルＭＯ
Ｓトランジスタにより走査回路を構成している。各フォ
トダイオードは５０μｍ×２．５ｍｍあるいは２５μｍ
×２．５ｍｍと受光面積が大きく、雑音が極めて少ない
特徴がある。これらが５１２あるいは１０２４チャネル
並んでいる構成になっている。
走査型フォトダイオードアレイであり、ＮチャネルＭＯ
Ｓトランジスタにより走査回路を構成している。各フォ
トダイオードは５０μｍ×２．５ｍｍあるいは２５μｍ
×２．５ｍｍと受光面積が大きく、雑音が極めて少ない
特徴がある。これらが５１２あるいは１０２４チャネル
並んでいる構成になっている。
【００４６】この方式は比較的容易に高アスぺクト比の
矩形ビームに対応できるが、信号読出しはシリアルにな
り、高速化はリニアイメージセンサのクロック周波数に
よって制約を受ける。最終的に得られる空間分解能は投
影型二次電子検出系の収差によって決まる。一次ビーム
の矩形ビームの短軸方向（Ｘ軸）のビーム長によりＸ方
向の空間分解能は決まるが、長軸方向（Ｙ軸）は投影型
二次電子検出系の収差の影響を受けて広がるためであ
る。この結果、得られる１画素の信号は二次電子検出系
の収差分広がることとなるためである。この結果、得ら
れる１画素の信号は二次電子検出系の収差分広がること
になる。したがって、こうして得られたＹ軸方向の信号
プロファイルはなまった形になる。
矩形ビームに対応できるが、信号読出しはシリアルにな
り、高速化はリニアイメージセンサのクロック周波数に
よって制約を受ける。最終的に得られる空間分解能は投
影型二次電子検出系の収差によって決まる。一次ビーム
の矩形ビームの短軸方向（Ｘ軸）のビーム長によりＸ方
向の空間分解能は決まるが、長軸方向（Ｙ軸）は投影型
二次電子検出系の収差の影響を受けて広がるためであ
る。この結果、得られる１画素の信号は二次電子検出系
の収差分広がることとなるためである。この結果、得ら
れる１画素の信号は二次電子検出系の収差分広がること
になる。したがって、こうして得られたＹ軸方向の信号
プロファイルはなまった形になる。
【００４７】しかし、この信号プロファイルのなまりは
二次電子検出系の収差のみにおって発生していることは
明らかであるので修復することが可能である。以下、こ
の方法について説明する。収差による信号の広がりは理
論的にガウシアン分布の形状を示し、その広がり量は１
／ｅ2 の径で表される。このことは、ちょうど理想的に
収差の無い系を仮定して得られる仮想の信号（真の二次
電子信号）にガウシアンフィルタによってコンボリュー
ション（空間フィルタリング）を行ったことと等価にな
る。すなわち、収差が無いと仮定したときの真の二次電
子信号をＸとすると、検出される二次電子信号Ｙは、次
式のように収差による広がりのプロファイルＨと真の二
次電子信号Ｘとのコンボリューションで与えられる。 したがって、計算により求めたビームの広がり、あるい
は、より現実的には測定により求めた二次電子検出系に
よる信号の広がりを関数化してデコンボリューション処
理を行うことにより真の二次電子信号を求めることがで
きる。測定により二次電子検出系による信号の広がりを
知る手法としては、ナイフエッジ法等の一般にビームの
プロファイルを測定するよく知られた手法がそのまま適
用できる。
二次電子検出系の収差のみにおって発生していることは
明らかであるので修復することが可能である。以下、こ
の方法について説明する。収差による信号の広がりは理
論的にガウシアン分布の形状を示し、その広がり量は１
／ｅ2 の径で表される。このことは、ちょうど理想的に
収差の無い系を仮定して得られる仮想の信号（真の二次
電子信号）にガウシアンフィルタによってコンボリュー
ション（空間フィルタリング）を行ったことと等価にな
る。すなわち、収差が無いと仮定したときの真の二次電
子信号をＸとすると、検出される二次電子信号Ｙは、次
式のように収差による広がりのプロファイルＨと真の二
次電子信号Ｘとのコンボリューションで与えられる。 したがって、計算により求めたビームの広がり、あるい
は、より現実的には測定により求めた二次電子検出系に
よる信号の広がりを関数化してデコンボリューション処
理を行うことにより真の二次電子信号を求めることがで
きる。測定により二次電子検出系による信号の広がりを
知る手法としては、ナイフエッジ法等の一般にビームの
プロファイルを測定するよく知られた手法がそのまま適
用できる。
【００４８】図８は本発明の一実施例に係るパターン欠
陥検査装置の全体図であり、８１は電子光学鏡筒、８２
は試料、８３は二次電子、８４は二次電子検出系、８５
は矩形ビームの像、８６はラインセンサ型二次電子検出
器であり、電子光学鏡筒８１内には例えば図４に示すよ
うな光学系が内蔵され、その出力が試料面８２上に当た
って矩形ビームの二次電子像８５を形成する。二次電子
検出系８４には図５に示すような光学系が内蔵され、例
えば４５度の角度から試料８２上の二次電子像８５を入
力し、その二次電子強度をラインセンサ型二次電子検出
器８６により検出する。その検出信号は検出信号処理回
路８７に入力され、Ａ／Ｄ変換されて内蔵メモリに格納
される。この欠陥検査装置により同一パターンを有する
複数の試料８２について検査を行い、例えば、同一パタ
ーンを有するウェーハの同一の領域のデータについて比
較対象し、両者が一致していれば欠陥なし、両者が不一
致の場合にはいずれかに欠陥が在る、と認定する。な
お、不一致が生じた場合には、例えば、相互に他の同一
パターンを有するウェーハと同様の処理を行って、その
時に再度不一致であった場合には欠陥があると認定する
ものである。
陥検査装置の全体図であり、８１は電子光学鏡筒、８２
は試料、８３は二次電子、８４は二次電子検出系、８５
は矩形ビームの像、８６はラインセンサ型二次電子検出
器であり、電子光学鏡筒８１内には例えば図４に示すよ
うな光学系が内蔵され、その出力が試料面８２上に当た
って矩形ビームの二次電子像８５を形成する。二次電子
検出系８４には図５に示すような光学系が内蔵され、例
えば４５度の角度から試料８２上の二次電子像８５を入
力し、その二次電子強度をラインセンサ型二次電子検出
器８６により検出する。その検出信号は検出信号処理回
路８７に入力され、Ａ／Ｄ変換されて内蔵メモリに格納
される。この欠陥検査装置により同一パターンを有する
複数の試料８２について検査を行い、例えば、同一パタ
ーンを有するウェーハの同一の領域のデータについて比
較対象し、両者が一致していれば欠陥なし、両者が不一
致の場合にはいずれかに欠陥が在る、と認定する。な
お、不一致が生じた場合には、例えば、相互に他の同一
パターンを有するウェーハと同様の処理を行って、その
時に再度不一致であった場合には欠陥があると認定する
ものである。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、走
査する電子ビームを矩形ビームにする。この矩形ビーム
を形成する電子光学系は、矩形陰極と四極子レンズ系と
からなる電子光学系が最も適している。この矩形ビーム
の短軸（Ｘ軸）方向に偏向系により走査しながら、ステ
ージを長軸（Ｙ軸）方向に長軸長と一致するピッチで移
動させることにより、試料上をラスタ走査することとな
る。矩形ビームは従来の円形ビームを縦に複数個並べた
もの考えることができる。したがって、矩形ビームはビ
ームの水平移動方向をＸ方向、垂直移動方向をＹ方向と
すると、そのＸ方向のサイズは円形ビームと同じであっ
て解像度は落ちることはない。また、矩形ビームは円形
ビームに比べてＹ方向のサイズだけ大きくなったことに
なる。したがって、従来と比べＹ方向の折返し回数が減
り、走査速度が向上することとなる。その速度向上の度
合いは矩形ビームのアスぺクト（長軸長と短軸長の長さ
の比）分の画素信号が同時に検出される。そのため、矩
形ビームの電流密度が円形ビームのそれと同じであれ
ば、検査時間は従来方式に比較して１／（アスぺクト）
に短縮されることとなる。
査する電子ビームを矩形ビームにする。この矩形ビーム
を形成する電子光学系は、矩形陰極と四極子レンズ系と
からなる電子光学系が最も適している。この矩形ビーム
の短軸（Ｘ軸）方向に偏向系により走査しながら、ステ
ージを長軸（Ｙ軸）方向に長軸長と一致するピッチで移
動させることにより、試料上をラスタ走査することとな
る。矩形ビームは従来の円形ビームを縦に複数個並べた
もの考えることができる。したがって、矩形ビームはビ
ームの水平移動方向をＸ方向、垂直移動方向をＹ方向と
すると、そのＸ方向のサイズは円形ビームと同じであっ
て解像度は落ちることはない。また、矩形ビームは円形
ビームに比べてＹ方向のサイズだけ大きくなったことに
なる。したがって、従来と比べＹ方向の折返し回数が減
り、走査速度が向上することとなる。その速度向上の度
合いは矩形ビームのアスぺクト（長軸長と短軸長の長さ
の比）分の画素信号が同時に検出される。そのため、矩
形ビームの電流密度が円形ビームのそれと同じであれ
ば、検査時間は従来方式に比較して１／（アスぺクト）
に短縮されることとなる。
【図１】本発明のビーム形状とビームの走査方法を示す
図。
図。
【図２】本発明のビーム形状及びビームの走査方法をウ
ェーハパターンとの関係で示す説明図。
ェーハパターンとの関係で示す説明図。
【図３】本発明の光源と従来の光源とを対比して示す
図。
図。
【図４】本発明における矩形陰極と四極子レンズ系コラ
ムの電子光学系の基本構成を示す図。
ムの電子光学系の基本構成を示す図。
【図５】本発明における二次電子検出系の構成を示す
図。
図。
【図６】マルチアノード型のマイクロチャネルプレート
（ＭＣＰ）の構造を示す図。
（ＭＣＰ）の構造を示す図。
【図７】リニアイメージセンサを用いた二次電子検出器
の構造を示す図。
の構造を示す図。
【図８】本発明の一実施例に係るパターン欠陥検査装置
の全体図。
の全体図。
【図９】従来の円形ビームによるビームの走査方式を示
す図。
す図。
【図１０】画像比較方式の欠陥検査装置におけるウェー
ハ上のビームの走査方式を示す図。
ハ上のビームの走査方式を示す図。
３１ 矩形ビーム
３２ Ｘ方向のビームの走査方向
３３ Ｙ方向のステージの移動方向
４１ 矩形陰極
４２ 第１の四極子レンズ
４３ 第２の四極子レンズ
４４ 第３の四極子レンズ
４５ Ｘ軌道
４６ Ｙ軌道
４７ 試料上の結像面
５１ 試料面
５２ 矩形ビームによる照射面
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ 矩形ビームの照射面に含まれ
る画素 ５３ 拡大投影光学系の電界レンズ ５４ スリット ５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ 二次電子の軌道 ５６ ラインセンサ型の二次電子検出器 ５７ 像面 ６１ 第１のＭＣＰ ６２ 第２のＭＣＰ ６３ 第３のＭＣＰ ６４ 二次電子 ７１ ＭＣＰ ７２ 蛍光面 ７３ ファイバプレート ７４ ＭＯＳ型リニアイメージセンサ ８１ 矩形陰極と四極子レンズ系コラム ８２ 試料 ８３ 二次電子 ８４ 投影型二次電子検出系 ８５ 矩形ビームの照射面 ８６ ラインセンサ型二次電子検出器
る画素 ５３ 拡大投影光学系の電界レンズ ５４ スリット ５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ 二次電子の軌道 ５６ ラインセンサ型の二次電子検出器 ５７ 像面 ６１ 第１のＭＣＰ ６２ 第２のＭＣＰ ６３ 第３のＭＣＰ ６４ 二次電子 ７１ ＭＣＰ ７２ 蛍光面 ７３ ファイバプレート ７４ ＭＯＳ型リニアイメージセンサ ８１ 矩形陰極と四極子レンズ系コラム ８２ 試料 ８３ 二次電子 ８４ 投影型二次電子検出系 ８５ 矩形ビームの照射面 ８６ ラインセンサ型二次電子検出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ
(56)参考文献 特開 平２−230649（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−155030（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−258703（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−170937（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−17370（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−48543（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−232843（ＪＰ，Ａ)
実開 平４−52946（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/28 - 37/295
H01J 37/04
H01J 37/06 - 37/07
H01J 37/12
H01J 37/244
H01L 21/66
Claims (11)
- 【請求項１】矩形光源からの矩形電子ビームをウェーハ
試料面のパターンに合わせたサイズにした検査用矩形電
子ビームにより前記試料面の検査対象部分を走査する矩
形電子ビーム発生手段と、 前記試料面から生ずる電子信号を検出する電子信号検出
手段と、 前記電子信号検出手段の出力信号に基づく電子信号像デ
ータにより前記試料における欠陥の存在を検出する欠陥
検出手段と、 を備え、 前記矩形電子ビーム発生手段は、前記矩形光源からの前
記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍｘを前記矩形電
子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立に制御し、前
記矩形電子ビームを偏向させて前記試料面の検査対象パ
ターン部に集束させる電界型多極子レンズを含む、 ウェーハパターンの欠陥検出装置。 - 【請求項２】前記電子信号検出手段は、 前記試料面からの反射電子信号を検出する反射電子信号
検出手段によって構成されていることを特徴とする請求
項１記載のウェーハパターンの欠陥検出装置。 - 【請求項３】前記電子信号検出手段は、 前記試料面からの二次電子信号を検出する二次電子信号
検出手段によって構成されていることを特徴とする請求
項１、２のうちいずれか１項記載のウェーハパターンの
欠陥検出装置。 - 【請求項４】前記二次電子検出手段は、 二次電子検出センサと、 前記試料面から生ずる電子信号を前記二次電子検出セン
サの像面に結像させる電界型レンズと、 を備えたことを特徴とする請求項３記載のウェーハパタ
ーンの欠陥検出装置。 - 【請求項５】前記二次電子検出センサは、 複数に分割されたマルチアノード電極と、 試料面からの二次電子を前記マルチアノード電極に導く
マイクロチャネルプレート装置と、 を備えたことを特徴とする請求項４記載のウェーハパタ
ーンの欠陥検出装置。 - 【請求項６】前記マイクロチャネルプレート装置は、３
段のマイクロチャネルプレートを有することを特徴とす
る請求項５記載のウェーハパターンの欠陥検査装置。 - 【請求項７】前記二次電子検出センサは、 リニアイメージセンサを含み、 前記マイクロチャネルプレート装置は、前記試料面から
の前記二次電子を前記リニアイメージセンサに導くこと
を特徴とする請求項５記載のウェーハパターンの欠陥検
出装置。 - 【請求項８】前記マイクロチャネルプレート装置は、 ２段のマイクロチャネルプレートと、 該２段のマイクロチャネルプレートの出力信号を結像さ
せる蛍光面を有する受像部と、 該受像部からの信号をリニアイメージセンサに導く光フ
ァイバとを含むことを特徴とする請求項７記載のウェー
ハパターンの欠陥検出装置。 - 【請求項９】前記欠陥検出手段は、 相互に同一パターンが形成された別個の試料面における
同一の領域から得られた２つの二次電子像データを比較
し、両者が一致するか否かにより欠陥の有無を検出する
ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載
のウェーハパターンの欠陥検出装置。 - 【請求項１０】前記欠陥検出手段は、 前記２つの二次電子像データが不一致のとき、これら２
つの二次電子像データを同一パターンを有する他の二次
電子像データと比較し、その結果において不一致となっ
たものを欠陥パターンとして判定することを特徴とする
請求項９記載のウェーハパターンの欠陥検出装置。 - 【請求項１１】矩形光源によって矩形電子ビームを取出
すステップと、前記矩形電子ビームの長軸方向の縮小率Ｍｘを前記矩形
電子ビームの短軸方向の縮小率Ｍｙとは独立に制御し、
前記矩形電子ビームにより試料面を走査し、前記試料面
からの二次電子信号を検出するステップと、 前記二次電子信号により二次電子像データを生成し、そ
の二次電子像データにより前記試料面に形成されたパタ
ーンの欠陥を検出するステップと、 を備えたウェーハパターンの欠陥検出方法。
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