JPH07181297A - 欠陥検出装置及び検出方法 - Google Patents
欠陥検出装置及び検出方法Info
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- JPH07181297A JPH07181297A JP5328078A JP32807893A JPH07181297A JP H07181297 A JPH07181297 A JP H07181297A JP 5328078 A JP5328078 A JP 5328078A JP 32807893 A JP32807893 A JP 32807893A JP H07181297 A JPH07181297 A JP H07181297A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/06—Sources
- H01J2237/083—Beam forming
- H01J2237/0835—Variable cross-section or shape
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
- H01J2237/2817—Pattern inspection
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低エネルギの電子ビームを試料に照射して欠
陥検出感度とスループットとの両方を向上させることの
できる欠陥検出装置及び検出方法を提供する。 【構成】 矩形陰極１０１と、四極子レンズ１１７、１
１９、１２１と、偏向器１２９とを有する光学鏡筒を備
える。四極子レンズ制御手段１２２により四極子レンズ
を制御して、矩形陰極の長手方向に出射する電子ビーム
の軌道の縮小率と矩形陰極の幅方向に出射する電子ビー
ムの軌道の縮小率との比を矩形陰極のアスペクト比とし
て矩形陰極から放射される電子ビームを、幅が最小欠陥
検出幅に等しい矩形ビームに整形する。そして偏向器制
御手段１３０により偏向器１２９を制御して、矩形ビー
ムの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に最小欠陥検
出幅として、試料表面にラスタ走査する。
陥検出感度とスループットとの両方を向上させることの
できる欠陥検出装置及び検出方法を提供する。 【構成】 矩形陰極１０１と、四極子レンズ１１７、１
１９、１２１と、偏向器１２９とを有する光学鏡筒を備
える。四極子レンズ制御手段１２２により四極子レンズ
を制御して、矩形陰極の長手方向に出射する電子ビーム
の軌道の縮小率と矩形陰極の幅方向に出射する電子ビー
ムの軌道の縮小率との比を矩形陰極のアスペクト比とし
て矩形陰極から放射される電子ビームを、幅が最小欠陥
検出幅に等しい矩形ビームに整形する。そして偏向器制
御手段１３０により偏向器１２９を制御して、矩形ビー
ムの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に最小欠陥検
出幅として、試料表面にラスタ走査する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、欠陥検出装置及び検出
方法に関するもので、特に半導体ウエハ上に形成された
パターンの欠陥を検出する装置及び検出方法に関する。
方法に関するもので、特に半導体ウエハ上に形成された
パターンの欠陥を検出する装置及び検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超ＬＳＩ等のプロセス開発あるいは製造
において、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥
を検出しその原因を追求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。
において、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥
を検出しその原因を追求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。
【０００３】このような欠陥検出においては、検出すべ
き欠陥の寸法は検出対象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
することが要求される。すなわち例えば６４ＭＢ ＤＲ
ＡＭの最小パターン０．４μｍに対し欠陥寸法０．２μ
ｍ、そして２５６ＭＢ ＤＲＡＭの最小パターン０．２
５μｍに対し欠陥寸法０．１μｍの検出感度が今後要求
される。
き欠陥の寸法は検出対象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
することが要求される。すなわち例えば６４ＭＢ ＤＲ
ＡＭの最小パターン０．４μｍに対し欠陥寸法０．２μ
ｍ、そして２５６ＭＢ ＤＲＡＭの最小パターン０．２
５μｍに対し欠陥寸法０．１μｍの検出感度が今後要求
される。
【０００４】このような欠陥検出感度が要求される分野
では電子ビームを用いることが不可欠になる。これは検
出すべき欠陥の寸法がもはや光によって得られる最小分
解能を超えているためである。
では電子ビームを用いることが不可欠になる。これは検
出すべき欠陥の寸法がもはや光によって得られる最小分
解能を超えているためである。
【０００５】大電流のマイクロビーム（ビーム径が０．
１μｍ前後）を得るための電子光学系として従来から行
われている一般的な手法は、円形形状の熱陰極（点光源
と考えることができる）から放出されたビームを縮小レ
ンズ系で円形ビームに集束させることである。このとき
の電子光学系の構成、動作条件（縮小率等）を適正化す
ることで可能な限りの大電流を得ようとする努力が為さ
れている。
１μｍ前後）を得るための電子光学系として従来から行
われている一般的な手法は、円形形状の熱陰極（点光源
と考えることができる）から放出されたビームを縮小レ
ンズ系で円形ビームに集束させることである。このとき
の電子光学系の構成、動作条件（縮小率等）を適正化す
ることで可能な限りの大電流を得ようとする努力が為さ
れている。
【０００６】この回転対称系の電子光学系では、点と考
えられるような陰極先端の狭い領域から電子を引き出す
ことが必要であり、点状光源からの電子放出密度と空間
電荷効果で得られる電流の上限は制限される。
えられるような陰極先端の狭い領域から電子を引き出す
ことが必要であり、点状光源からの電子放出密度と空間
電荷効果で得られる電流の上限は制限される。
【０００７】これを回避するため、電子銃の陰極の先端
径を大きくし、あるいは、陰極の先端部分を面状に加工
して少しでも放出に寄与する面積を大きく取ることが電
子ビーム露光装置の分野ではすでに行われている。しか
し、これらの対策も基本的には従来の回転対称系のレン
ズ構成と組み合わせた電子光学鏡筒である限り、陰極か
らの電子放出密度と陰極先端近傍の空間電荷効果により
最大電流等の特性は制限されてしまう。
径を大きくし、あるいは、陰極の先端部分を面状に加工
して少しでも放出に寄与する面積を大きく取ることが電
子ビーム露光装置の分野ではすでに行われている。しか
し、これらの対策も基本的には従来の回転対称系のレン
ズ構成と組み合わせた電子光学鏡筒である限り、陰極か
らの電子放出密度と陰極先端近傍の空間電荷効果により
最大電流等の特性は制限されてしまう。
【０００８】さらに、電子ビームを用いることで、より
高い空間分解能を得ることができ、欠陥の検出感度を向
上させることができるが、電子ビームはその電子光学系
の制約から、注入できるエネルギー密度が小さいため、
検出対象パターンから得られる信号のＳ／Ｎ比（信号対
雑音比）が低下し、検出時間が長くなるという欠点があ
る。
高い空間分解能を得ることができ、欠陥の検出感度を向
上させることができるが、電子ビームはその電子光学系
の制約から、注入できるエネルギー密度が小さいため、
検出対象パターンから得られる信号のＳ／Ｎ比（信号対
雑音比）が低下し、検出時間が長くなるという欠点があ
る。
【０００９】不良解析のための欠陥検出は一般にパター
ン比較が採用されている。これは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れば、い
ずれも正常であると判断し、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。
ン比較が採用されている。これは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れば、い
ずれも正常であると判断し、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。
【００１０】このときのパターン比較は半導体ウエハ上
の配列されたチップ（ダイ）の同一領域（観察画面）上
のパターンの画像同士を比較することが最も一般的であ
り、このような比較方式をｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ方式と
呼んでいる。
の配列されたチップ（ダイ）の同一領域（観察画面）上
のパターンの画像同士を比較することが最も一般的であ
り、このような比較方式をｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ方式と
呼んでいる。
【００１１】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パターン上を電子ビームを走
査しながら隣接したパターン同士を順次比較していく。
この方式では、ダイ同士の比較に比べて走査方法が簡単
で高速化が可能であり、最近はこの方式が広く用いられ
る傾向にある。
いるような配列の場合にはパターン上を電子ビームを走
査しながら隣接したパターン同士を順次比較していく。
この方式では、ダイ同士の比較に比べて走査方法が簡単
で高速化が可能であり、最近はこの方式が広く用いられ
る傾向にある。
【００１２】図６にこの方式を採用した欠陥検出方法を
示す。（Ｐ．Ｓａｎｄｌａｎｄ ｅｔ ａｌ， Ｊ．Ｖ
ａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（６），Ｎｏｖ／
Ｄｅｃ，ｐ．３００５，１９９１）図６はステージ（図
示せず）上の半導体ウエハ上に形成されたパターン上を
円形ビームを走査させる様子を示している。円形ビーム
６０１を矢印６０３で示すＸ方向にラスタ走査させなが
らステージを矢印６０５で示すＹ方向に移動させる。従
ってパターンは短冊状に走査されることになる。このと
き０．１μｍの検出感度が必要ならばビーム径は０．１
μｍとなる。そしてビームのラスタ走査に同期したピッ
チ６０７すなわちこの場合は０．１μｍ毎にパターンか
らの信号が画像を形成する１画素に相当する範囲６０９
から取り込まれ、画像を形成する。Ｙ方向の走査ピッチ
６１１もビーム径によって決定され、この場合は０．１
μｍとなる。Ｘ１，Ｘ２，ＸＮは各画素のＸ軸の中心座
標、そしてＹ１，Ｙ２，ＹＮは各画素のＹ軸の中心座標
であり、これらの画素同士を画像処理プロセッサにより
比較して欠陥を抽出する。
示す。（Ｐ．Ｓａｎｄｌａｎｄ ｅｔ ａｌ， Ｊ．Ｖ
ａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ９（６），Ｎｏｖ／
Ｄｅｃ，ｐ．３００５，１９９１）図６はステージ（図
示せず）上の半導体ウエハ上に形成されたパターン上を
円形ビームを走査させる様子を示している。円形ビーム
６０１を矢印６０３で示すＸ方向にラスタ走査させなが
らステージを矢印６０５で示すＹ方向に移動させる。従
ってパターンは短冊状に走査されることになる。このと
き０．１μｍの検出感度が必要ならばビーム径は０．１
μｍとなる。そしてビームのラスタ走査に同期したピッ
チ６０７すなわちこの場合は０．１μｍ毎にパターンか
らの信号が画像を形成する１画素に相当する範囲６０９
から取り込まれ、画像を形成する。Ｙ方向の走査ピッチ
６１１もビーム径によって決定され、この場合は０．１
μｍとなる。Ｘ１，Ｘ２，ＸＮは各画素のＸ軸の中心座
標、そしてＹ１，Ｙ２，ＹＮは各画素のＹ軸の中心座標
であり、これらの画素同士を画像処理プロセッサにより
比較して欠陥を抽出する。
【００１３】このときの検査時間は、ビーム径により決
まる走査ピッチと画像を形成する１画素中のパターンか
らの信号のＳ／Ｎ比とによって決まる。
まる走査ピッチと画像を形成する１画素中のパターンか
らの信号のＳ／Ｎ比とによって決まる。
【００１４】半導体ウエハ上のパターンを全面検査する
ことを前提とすれば、ビーム径と同じだけの走査ピッチ
が必要である。例えば０．１μｍの欠陥検出感度を必要
とすれば、ビーム径は０．１μｍとなり、走査ピッチも
０．１μｍとなる。従って、検出感度を向上（小さく）
すると、その分走査ピッチも小さくなり、結果として全
面検査時間は増加する。
ことを前提とすれば、ビーム径と同じだけの走査ピッチ
が必要である。例えば０．１μｍの欠陥検出感度を必要
とすれば、ビーム径は０．１μｍとなり、走査ピッチも
０．１μｍとなる。従って、検出感度を向上（小さく）
すると、その分走査ピッチも小さくなり、結果として全
面検査時間は増加する。
【００１５】一方、１画素中の信号のＳ／Ｎ比はビーム
電流量によって決まり、十分なコントラストで欠陥を検
出するにはビーム電流量を大きくする必要がある。とこ
ろが上記のような半導体ウエハ上に形成されたパターン
が欠陥検出対象である場合、パターンの大部分が絶縁物
であるため、電子ビーム照射によるパターンのチャージ
アップを防止するために電子ビームのエネルギは１ｋｅ
Ｖ以下とする必要がある。このエネルギが低下すると、
電子ビームを半導体ウエハ上に集束するレンズ系の収差
特性が低下（収差が大きくなる）し、所望のビーム径を
得ようとするとビーム電流が低下し１画素中のパターン
からの信号のＳ／Ｎ比が低下する。すなわちコントラス
トが低下する。
電流量によって決まり、十分なコントラストで欠陥を検
出するにはビーム電流量を大きくする必要がある。とこ
ろが上記のような半導体ウエハ上に形成されたパターン
が欠陥検出対象である場合、パターンの大部分が絶縁物
であるため、電子ビーム照射によるパターンのチャージ
アップを防止するために電子ビームのエネルギは１ｋｅ
Ｖ以下とする必要がある。このエネルギが低下すると、
電子ビームを半導体ウエハ上に集束するレンズ系の収差
特性が低下（収差が大きくなる）し、所望のビーム径を
得ようとするとビーム電流が低下し１画素中のパターン
からの信号のＳ／Ｎ比が低下する。すなわちコントラス
トが低下する。
【００１６】従って、最小の検出感度を保持するために
は、ビーム走査時間を遅くして１画素中のビームの滞在
時間を長くして１画素当たりの電子ビームの十分な電流
密度を獲得するか、パターン上の同一ラインを繰り返し
走査して累積加算処理を行いＳ／Ｎ比を向上させる必要
がある。従って、いずれにしても検査時間が長くなる。
は、ビーム走査時間を遅くして１画素中のビームの滞在
時間を長くして１画素当たりの電子ビームの十分な電流
密度を獲得するか、パターン上の同一ラインを繰り返し
走査して累積加算処理を行いＳ／Ｎ比を向上させる必要
がある。従って、いずれにしても検査時間が長くなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、光学方
式の空間分解能の限界を越える検出感度を得るには電子
ビームを用いる必要があるが、円形ビームで欠陥検出対
象試料を走査すると、検査時間を短縮（スループットを
向上）するためには、きわめて大きな電流密度が必要に
なる。ところが欠陥検出対象試料が半導体ウエハのよう
な絶縁体の場合には電子ビームの照射エネルギは低エネ
ルギでなければならない。従って、低エネルギで欠陥検
出感度を向上するために検査時間が長くなるという問題
がある。
式の空間分解能の限界を越える検出感度を得るには電子
ビームを用いる必要があるが、円形ビームで欠陥検出対
象試料を走査すると、検査時間を短縮（スループットを
向上）するためには、きわめて大きな電流密度が必要に
なる。ところが欠陥検出対象試料が半導体ウエハのよう
な絶縁体の場合には電子ビームの照射エネルギは低エネ
ルギでなければならない。従って、低エネルギで欠陥検
出感度を向上するために検査時間が長くなるという問題
がある。
【００１８】さらにこのように相反する欠陥検出感度と
スループットを両立させようとすると、従来の回転対称
の電子光学系では十分な電流密度が得られないという問
題がある。
スループットを両立させようとすると、従来の回転対称
の電子光学系では十分な電流密度が得られないという問
題がある。
【００１９】従って本発明は、欠陥検出対象試料が半導
体ウエハのように低エネルギの電子ビームを照射する必
要がある場合にでも、上記のように相反する欠陥検出感
度とスループットを両立させることのできる欠陥検出装
置及び検出方法を提供することを目的とする。
体ウエハのように低エネルギの電子ビームを照射する必
要がある場合にでも、上記のように相反する欠陥検出感
度とスループットを両立させることのできる欠陥検出装
置及び検出方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】第１の発明にかかる欠陥
検出装置は、試料表面に電子ビームを走査し、前記試料
から得られる信号を画像処理して前記試料の欠陥を検出
する欠陥検出装置において、電子ビームを発生する矩形
陰極と、前記発生した電子ビームを前記試料表面に集束
する複数の多極子レンズと、前記複数の多極子レンズを
制御して、前記矩形陰極の長手方向に出射する電子ビー
ムの軌道の縮小率と前記矩形陰極の幅方向に出射する電
子ビームの軌道の縮小率との比が前記矩形陰極の長さと
幅との比に等しく、且つ、幅が所望の最小欠陥検出幅に
等しい矩形ビームを得る第１の制御手段と、前記矩形ビ
ームを前記試料表面に走査させる偏向器と、前記矩形ビ
ームの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に前記最小
欠陥検出幅として、ラスタ走査するように前記偏向器を
制御する第２の制御手段とを備えたものである。
検出装置は、試料表面に電子ビームを走査し、前記試料
から得られる信号を画像処理して前記試料の欠陥を検出
する欠陥検出装置において、電子ビームを発生する矩形
陰極と、前記発生した電子ビームを前記試料表面に集束
する複数の多極子レンズと、前記複数の多極子レンズを
制御して、前記矩形陰極の長手方向に出射する電子ビー
ムの軌道の縮小率と前記矩形陰極の幅方向に出射する電
子ビームの軌道の縮小率との比が前記矩形陰極の長さと
幅との比に等しく、且つ、幅が所望の最小欠陥検出幅に
等しい矩形ビームを得る第１の制御手段と、前記矩形ビ
ームを前記試料表面に走査させる偏向器と、前記矩形ビ
ームの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に前記最小
欠陥検出幅として、ラスタ走査するように前記偏向器を
制御する第２の制御手段とを備えたものである。
【００２１】第２の発明にかかる欠陥検出方法は、矩形
陰極より発生する電子ビームにより試料を走査し、前記
試料から得られる信号を画像処理して前記試料の欠陥を
検出する欠陥検出方法において、前記矩形陰極の長手方
向に出射する電子ビームの軌道の縮小率と前記矩形陰極
の幅方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率との比が
前記矩形陰極の長さと幅との比に等しく、且つ、幅が前
記画像処理を行う最小単位となる最小欠陥検出幅に等し
い矩形ビームを得る整形過程と、前記矩形ビームの幅方
向と長手方向との１回の走査移動量を前記最小欠陥検出
幅として、前記試料表面にラスタ走査する過程とを備え
たものである。
陰極より発生する電子ビームにより試料を走査し、前記
試料から得られる信号を画像処理して前記試料の欠陥を
検出する欠陥検出方法において、前記矩形陰極の長手方
向に出射する電子ビームの軌道の縮小率と前記矩形陰極
の幅方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率との比が
前記矩形陰極の長さと幅との比に等しく、且つ、幅が前
記画像処理を行う最小単位となる最小欠陥検出幅に等し
い矩形ビームを得る整形過程と、前記矩形ビームの幅方
向と長手方向との１回の走査移動量を前記最小欠陥検出
幅として、前記試料表面にラスタ走査する過程とを備え
たものである。
【００２２】前記整形過程では、前記矩形陰極の長手方
向に出射する電子ビームの軌道の縮小率を変化させて、
前記矩形ビームの幅に等しい径の円形ビームの電流密度
に、前記矩形ビームの長さと幅との比を乗じて得られた
値に前記矩形ビームの電流密度を設定すると良い。
向に出射する電子ビームの軌道の縮小率を変化させて、
前記矩形ビームの幅に等しい径の円形ビームの電流密度
に、前記矩形ビームの長さと幅との比を乗じて得られた
値に前記矩形ビームの電流密度を設定すると良い。
【００２３】さらに、前記矩形ビームの長手方向の１回
の走査に応じて、前記前記矩形ビームの長さと幅との比
に応じた前記画像処理を行う最小単位の複数個に相当す
る複数の信号を一度に前記試料から取り込み、前記取り
込んだ複数の信号を累積して、前記矩形ビームの長手方
向の中心位置に相当する前記試料の表面上の位置からの
第１の信号を生成し、前記取り込んだ複数の信号を平均
して、前記試料の前記表面上の前記位置からの第２の信
号を生成し、前記第１及び第２の信号を合成し、得られ
た合成信号を画像処理して前記試料の欠陥を検出すると
良い。
の走査に応じて、前記前記矩形ビームの長さと幅との比
に応じた前記画像処理を行う最小単位の複数個に相当す
る複数の信号を一度に前記試料から取り込み、前記取り
込んだ複数の信号を累積して、前記矩形ビームの長手方
向の中心位置に相当する前記試料の表面上の位置からの
第１の信号を生成し、前記取り込んだ複数の信号を平均
して、前記試料の前記表面上の前記位置からの第２の信
号を生成し、前記第１及び第２の信号を合成し、得られ
た合成信号を画像処理して前記試料の欠陥を検出すると
良い。
【００２４】
【作用】矩形陰極より発生する電子ビームを、複数の多
極子レンズにより制御することにより、矩形陰極の長手
方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率と矩形陰極の
幅方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率との比が矩
形陰極の長さと幅との比に等しく、且つ、幅が所望の最
小欠陥検出幅に等しい矩形ビームが得られる。そして矩
形ビームの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に最小
欠陥検出幅として、ラスタ走査される。従って、幅によ
り決まる高分解能と長さに対応する複数個のビーム照射
により十分な電流が得られ、Ｓ／Ｎ比が向上する。
極子レンズにより制御することにより、矩形陰極の長手
方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率と矩形陰極の
幅方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率との比が矩
形陰極の長さと幅との比に等しく、且つ、幅が所望の最
小欠陥検出幅に等しい矩形ビームが得られる。そして矩
形ビームの１回の走査移動量を幅方向と長手方向に最小
欠陥検出幅として、ラスタ走査される。従って、幅によ
り決まる高分解能と長さに対応する複数個のビーム照射
により十分な電流が得られ、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００２５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
て説明する。
【００２６】図１は本発明のパターン欠陥検出装置に備
えられる電子光学鏡筒の概略構成を示している。なおパ
ターン欠陥検出装置の他の構成要素である半導体ウエハ
等の試料からの信号により画像処理を行う処理装置等は
従来のものを用いるので図示を省略する。
えられる電子光学鏡筒の概略構成を示している。なおパ
ターン欠陥検出装置の他の構成要素である半導体ウエハ
等の試料からの信号により画像処理を行う処理装置等は
従来のものを用いるので図示を省略する。
【００２７】熱電子を発生する矩形陰極１０１はランタ
ンヘキサボライト（Ｌa Ｂ6 ）より成る熱陰極である。
Ｌa Ｂ6 は加工性に優れていて、放出電流密度が大きい
という特徴がある。なお材料はＬa Ｂ6 に限らず、例え
ばタングステン（Ｗ）、ジルコニウムオキサイドタング
ステン（ＺｒＯ／Ｗ）でもよい。
ンヘキサボライト（Ｌa Ｂ6 ）より成る熱陰極である。
Ｌa Ｂ6 は加工性に優れていて、放出電流密度が大きい
という特徴がある。なお材料はＬa Ｂ6 に限らず、例え
ばタングステン（Ｗ）、ジルコニウムオキサイドタング
ステン（ＺｒＯ／Ｗ）でもよい。
【００２８】図２に矩形陰極１０１の先端の上面図を示
す。同図（ａ）の点線で囲まれた部分を拡大した図を同
図（ｂ）に示す。拡大図に示すように矩形陰極１０１の
先端は（１００）方位面において長さＡ、幅Ｂの矩形に
加工されている。従って電子放出面が矩形になってい
る。
す。同図（ａ）の点線で囲まれた部分を拡大した図を同
図（ｂ）に示す。拡大図に示すように矩形陰極１０１の
先端は（１００）方位面において長さＡ、幅Ｂの矩形に
加工されている。従って電子放出面が矩形になってい
る。
【００２９】このように電極１０１の先端を矩形に加工
した場合、矩形陰極では点電極に比較して電子の放出面
積が大きく、電子放出電流密度に依存した空間電荷効果
の影響が軽減されること及び１ＫｅＶ以下の低エネルギ
で電子を放出するのでチャージアップが無く、これに起
因する空間電荷効果によるビーム径の広がり、またはエ
ネルギの広がりが無いという利点がある。
した場合、矩形陰極では点電極に比較して電子の放出面
積が大きく、電子放出電流密度に依存した空間電荷効果
の影響が軽減されること及び１ＫｅＶ以下の低エネルギ
で電子を放出するのでチャージアップが無く、これに起
因する空間電荷効果によるビーム径の広がり、またはエ
ネルギの広がりが無いという利点がある。
【００３０】図１において、ウエネルト電極１０３は矩
形陰極１０１より熱電子を引き出すための電界の形状を
最適に制御するためのものであり、引き出し電界は陽極
１０５はより発生される。これら矩形陰極１０１、ウエ
ネルト電極１０３、陽極１０５により電子銃が構成され
る。
形陰極１０１より熱電子を引き出すための電界の形状を
最適に制御するためのものであり、引き出し電界は陽極
１０５はより発生される。これら矩形陰極１０１、ウエ
ネルト電極１０３、陽極１０５により電子銃が構成され
る。
【００３１】矩形絞り１０７は放出電子の放出角度を決
めるためのアパーチャである。四極子偏向器１０９は電
子銃からの放出電子のアライメント（電子銃からの放出
電子をレンズ系の中心軸に一致するように補正する）を
行う。散乱防止用絞り１１１、Ｘ軸補正絞り１１３、Ｙ
軸補正絞り１１５は各々電子がレンズに入射する角度を
制限して、収差等の発生を極力最小化するためのもので
ある。
めるためのアパーチャである。四極子偏向器１０９は電
子銃からの放出電子のアライメント（電子銃からの放出
電子をレンズ系の中心軸に一致するように補正する）を
行う。散乱防止用絞り１１１、Ｘ軸補正絞り１１３、Ｙ
軸補正絞り１１５は各々電子がレンズに入射する角度を
制限して、収差等の発生を極力最小化するためのもので
ある。
【００３２】電界型第１四極子レンズ１１７、電界型第
２四極子レンズ１１９、電界型第３四極子レンズ１２１
がこの電子光学鏡筒の光学系を構成するレンズ系であ
り、３重構造で電子ビームを絞る。そして四極子レンズ
制御手段１２２により、後述するように、これらの四極
子レンズを制御して矩形ビームを得る。
２四極子レンズ１１９、電界型第３四極子レンズ１２１
がこの電子光学鏡筒の光学系を構成するレンズ系であ
り、３重構造で電子ビームを絞る。そして四極子レンズ
制御手段１２２により、後述するように、これらの四極
子レンズを制御して矩形ビームを得る。
【００３３】第１アパーチャ電極１２３、第２アパーチ
ャ電極１２５は発生する収差を補正するための電極であ
る。ビーム制限絞り１２７は試料に入射する電子ビーム
の開き角を決めるためのアパーチャである。八極子偏向
器１２９は、後述するように、偏向器制御手段１３０に
より制御されて矩形ビームとなった電子ビームをラスタ
走査する。そしてＭＣＰ検出器１３１によりステージ１
３３上の試料からの二次電子を検出する。検出された二
次電子信号が画像処理処理装置に取り込まれ、欠陥検出
が行われる。
ャ電極１２５は発生する収差を補正するための電極であ
る。ビーム制限絞り１２７は試料に入射する電子ビーム
の開き角を決めるためのアパーチャである。八極子偏向
器１２９は、後述するように、偏向器制御手段１３０に
より制御されて矩形ビームとなった電子ビームをラスタ
走査する。そしてＭＣＰ検出器１３１によりステージ１
３３上の試料からの二次電子を検出する。検出された二
次電子信号が画像処理処理装置に取り込まれ、欠陥検出
が行われる。
【００３４】以上説明した本発明のパターン欠陥検出装
置から試料に入射される電子ビームの軌道を図３に示
す。図２（ｂ）の矩形陰極１０１の長さＡ方向をＸＡ
軸、幅Ｂ方向をＹＢ軸としたときのＸＡ軸方向軌道（矩
形電極１０１の長軸Ａ方向断面に放出された電子の軌
道）１３５及びＹＢ軸方向軌道（矩形陰極１０１の短軸
Ｂ方向断面に放出された電子の軌道）１３７の２つの軌
道がＺ軸上の結像面１３９で交差している。従ってＸＡ
軌道１３５及びＹＢ軌道１３７で囲まれた領域に矩形陰
極１０１から放出されたすべての電子の軌道が含まれ
る。
置から試料に入射される電子ビームの軌道を図３に示
す。図２（ｂ）の矩形陰極１０１の長さＡ方向をＸＡ
軸、幅Ｂ方向をＹＢ軸としたときのＸＡ軸方向軌道（矩
形電極１０１の長軸Ａ方向断面に放出された電子の軌
道）１３５及びＹＢ軸方向軌道（矩形陰極１０１の短軸
Ｂ方向断面に放出された電子の軌道）１３７の２つの軌
道がＺ軸上の結像面１３９で交差している。従ってＸＡ
軌道１３５及びＹＢ軌道１３７で囲まれた領域に矩形陰
極１０１から放出されたすべての電子の軌道が含まれ
る。
【００３５】このときのＸＡ軸の縮小率ＭｘとＹＢ軸の
縮小率Ｍｙの比率Ｍｘ／Ｍｙの値が矩形陰極１０１のア
スペクト比（長さＡと幅Ｂの比率）と一致していれば像
面１３９では１：１すなわち円形ビームに集束されるこ
とになる。このときのビーム電流量は矩形陰極１０１表
面における空間電荷効果の影響が大幅に軽減されている
分だけ大きな電流量を得ることができる。これが矩形陰
極と四極子レンズ系を主要構成要素とした電子光学鏡筒
を備えた本発明のパターン欠陥検出装置の第１の特徴で
ある。
縮小率Ｍｙの比率Ｍｘ／Ｍｙの値が矩形陰極１０１のア
スペクト比（長さＡと幅Ｂの比率）と一致していれば像
面１３９では１：１すなわち円形ビームに集束されるこ
とになる。このときのビーム電流量は矩形陰極１０１表
面における空間電荷効果の影響が大幅に軽減されている
分だけ大きな電流量を得ることができる。これが矩形陰
極と四極子レンズ系を主要構成要素とした電子光学鏡筒
を備えた本発明のパターン欠陥検出装置の第１の特徴で
ある。
【００３６】なお縮小率とは矩形陰極１０１から放出さ
れる電子の陰極面上での放出面積を結像面１３９でどの
くらい縮小できるかを示す。従ってＸＡ軸の縮小率Ｍｘ
を小さくすることにより結像面１３９で結像されるビー
ム形状はＸＡ軸方向に長い矩形にある。
れる電子の陰極面上での放出面積を結像面１３９でどの
くらい縮小できるかを示す。従ってＸＡ軸の縮小率Ｍｘ
を小さくすることにより結像面１３９で結像されるビー
ム形状はＸＡ軸方向に長い矩形にある。
【００３７】例えば矩形陰極１０１の長さＡを１００μ
ｍ、幅Ｂを１０μｍとするとビーム径０．１μｍ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とすれば１μｍ
（長さ）×０．１μｍ（幅）の矩形ビーム（第１の矩形
ビーム）を得ることができる。Ｍｘ≠Ｍｙで円形ビーム
を得るときのビーム集束条件を擬スティグマティック、
Ｍｘ＝Ｍｙで陰極と同じアスペクト比で矩形ビームを得
るときのビーム集束条件をスティグマティックと呼ぶ。
ｍ、幅Ｂを１０μｍとするとビーム径０．１μｍ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とすれば１μｍ
（長さ）×０．１μｍ（幅）の矩形ビーム（第１の矩形
ビーム）を得ることができる。Ｍｘ≠Ｍｙで円形ビーム
を得るときのビーム集束条件を擬スティグマティック、
Ｍｘ＝Ｍｙで陰極と同じアスペクト比で矩形ビームを得
るときのビーム集束条件をスティグマティックと呼ぶ。
【００３８】このような矩形ビームを形成するための四
極子レンズ制御手段１２２による四極子レンズ１１７、
１１９及び１２１の動作方法を以下に説明する。
極子レンズ制御手段１２２による四極子レンズ１１７、
１１９及び１２１の動作方法を以下に説明する。
【００３９】電界型四極子レンズにおける電子ビームの
近軸軌道方程式は四極子レンズの長さｌが開口ａに比べ
て十分大きければ、電界分布ｋ（ｚ）を矩形モデルで近
似することが一般に行なわれており、次のように表わす
ことができる。 Ｘ″−β2 ｋ（ｚ）Ｘ＝０ Ｙ″＋β2 ｋ（ｚ）Ｙ＝０ （１） ここで、β2 ＝Ｖ2 ／Ｖa ａ2 であり、Ｖ2 は電極への
印加電圧、Ｖa は加速電圧である。またＸは図３のＸＡ
方向の距離、Ｘ″はその２回微分であり、Ｙは図３のＹ
Ｂ方向の距離、Ｙ″はその２回微分である。
近軸軌道方程式は四極子レンズの長さｌが開口ａに比べ
て十分大きければ、電界分布ｋ（ｚ）を矩形モデルで近
似することが一般に行なわれており、次のように表わす
ことができる。 Ｘ″−β2 ｋ（ｚ）Ｘ＝０ Ｙ″＋β2 ｋ（ｚ）Ｙ＝０ （１） ここで、β2 ＝Ｖ2 ／Ｖa ａ2 であり、Ｖ2 は電極への
印加電圧、Ｖa は加速電圧である。またＸは図３のＸＡ
方向の距離、Ｘ″はその２回微分であり、Ｙは図３のＹ
Ｂ方向の距離、Ｙ″はその２回微分である。
【００４０】また四極子レンズの近軸特性は次のように
なる。四極子矩形分布フィールド内での電子ビームの軌
道は、矩形フィールド入射端面での電子ビームのＸ方向
距離、Ｘ方向勾配およびＹ方向距離、Ｙ方向勾配を各々
（Ｘ0 ，Ｘ0 ′，Ｙ0 ，Ｙ0′）とすると次式で表わさ
れる。 Ｘ＝Ｘ0 cos ｈβｚ＋Ｘ0 ′sin ｈβｚ／β Ｙ＝Ｙ0 cos βｚ＋Ｙ′0 sin βｚ／β （２） 従って、矩形フィールド出射端面での軌道（ＸL ，
ＸL ′，ＹL ，ＹL ′）は次のようなマトリクスで表現
される。
なる。四極子矩形分布フィールド内での電子ビームの軌
道は、矩形フィールド入射端面での電子ビームのＸ方向
距離、Ｘ方向勾配およびＹ方向距離、Ｙ方向勾配を各々
（Ｘ0 ，Ｘ0 ′，Ｙ0 ，Ｙ0′）とすると次式で表わさ
れる。 Ｘ＝Ｘ0 cos ｈβｚ＋Ｘ0 ′sin ｈβｚ／β Ｙ＝Ｙ0 cos βｚ＋Ｙ′0 sin βｚ／β （２） 従って、矩形フィールド出射端面での軌道（ＸL ，
ＸL ′，ＹL ，ＹL ′）は次のようなマトリクスで表現
される。
【００４１】
【数１】 式（３）において、θは各四極子レンズの励起条件を表
わすパラメータである。
わすパラメータである。
【００４２】本発明のように四極子レンズ１１７，１１
９，１２１を３段に（トリプレット）組み合わせたとき
の光学系の最終段レンズ端面での軌道は行列表式で、
９，１２１を３段に（トリプレット）組み合わせたとき
の光学系の最終段レンズ端面での軌道は行列表式で、
【００４３】
【数２】 となる。
【００４４】式（４）において、ａは矩形陰極１０１と
第１四極子レンズ１１７の入射端面との距離、ｓ1 は第
１四極子レンズ１１７と第２四極子レンズ１１９間の距
離、ｓ2 は第２四極子レンズ１１９と第３四極子レンズ
１２１間の距離である。
第１四極子レンズ１１７の入射端面との距離、ｓ1 は第
１四極子レンズ１１７と第２四極子レンズ１１９間の距
離、ｓ2 は第２四極子レンズ１１９と第３四極子レンズ
１２１間の距離である。
【００４５】焦点条件は、図３において、ＸＡ方向軌道
およびＹＢ方向軌道ともにＺ軸上の像面１３９で一致
し、かつＸＡ方向軌道とＹＢ方向軌道の縮小率が等しい
条件（スティグマチック条件；stigmatic ）となり、次
式で表わされる。 Ｘ／Ｘ′＝Ｙ／Ｙ′ （Ｍｘ＝Ｍｙ） （５） すなわち矩形陰極をから放出された電子ビームを矩形ビ
ームに集束させるため、ＸＡ方向軌道とＹＢ方向軌道の
縮小率は等しいので、スティグマチックで結像すること
になる。
およびＹＢ方向軌道ともにＺ軸上の像面１３９で一致
し、かつＸＡ方向軌道とＹＢ方向軌道の縮小率が等しい
条件（スティグマチック条件；stigmatic ）となり、次
式で表わされる。 Ｘ／Ｘ′＝Ｙ／Ｙ′ （Ｍｘ＝Ｍｙ） （５） すなわち矩形陰極をから放出された電子ビームを矩形ビ
ームに集束させるため、ＸＡ方向軌道とＹＢ方向軌道の
縮小率は等しいので、スティグマチックで結像すること
になる。
【００４６】一般にビーム径は収差、特に色収差により
決まり、そのときの最大ビーム電流は電子銃の特性、特
に設定できるビームの開き角によって決まる。四極子レ
ンズ系は非対称レンズであるから各設定条件すなわち縮
小率、収差、開き角はＸＡ軸、ＹＢ軸各々独立に設計さ
れている。
決まり、そのときの最大ビーム電流は電子銃の特性、特
に設定できるビームの開き角によって決まる。四極子レ
ンズ系は非対称レンズであるから各設定条件すなわち縮
小率、収差、開き角はＸＡ軸、ＹＢ軸各々独立に設計さ
れている。
【００４７】矩形陰極１０１からの電子を円形ビームに
集束する場合はＸＡ軸（長軸）方向の縮小率Ｍｘが大き
い（縮小率Ｍｙに比べ約１桁大きい）ので、この場合は
ＸＡ軸方向の色収差によりビーム径は決まってしまい、
さらにこの色収差によって決まるビームの開き角により
最大ビーム電流は制限される。
集束する場合はＸＡ軸（長軸）方向の縮小率Ｍｘが大き
い（縮小率Ｍｙに比べ約１桁大きい）ので、この場合は
ＸＡ軸方向の色収差によりビーム径は決まってしまい、
さらにこの色収差によって決まるビームの開き角により
最大ビーム電流は制限される。
【００４８】矩形陰極１０１からの電子を矩形ビームに
集束する場合にはこの条件は大幅に緩和される。このと
きの状況を最も典型的な例である集束条件がスティグマ
ティックな場合を説明する。このときのビーム集束条件
は上記のようにＭｘ＝Ｍｙ＝１０-2である。このときは
ＸＡ軸（長軸）方向の縮小率が円形ビームに比べ１／１
０になっているため、ＸＡ軸方向の色収差は円形ビーム
に比べ約１０倍改善され( 色収差係数が１／１０にな
る）、その結果、陰極面での開き角は１０倍大きく設定
できる。
集束する場合にはこの条件は大幅に緩和される。このと
きの状況を最も典型的な例である集束条件がスティグマ
ティックな場合を説明する。このときのビーム集束条件
は上記のようにＭｘ＝Ｍｙ＝１０-2である。このときは
ＸＡ軸（長軸）方向の縮小率が円形ビームに比べ１／１
０になっているため、ＸＡ軸方向の色収差は円形ビーム
に比べ約１０倍改善され( 色収差係数が１／１０にな
る）、その結果、陰極面での開き角は１０倍大きく設定
できる。
【００４９】このような関係は常に成立するものではな
いが、本発明で得ようとするマイクロビームを形成する
ための高い縮小率（数１０分の１）では十分に成立す
る。
いが、本発明で得ようとするマイクロビームを形成する
ための高い縮小率（数１０分の１）では十分に成立す
る。
【００５０】従って、矩形ビームを形成した場合、ビー
ムの面積が円形ビームの１０倍になっているので全電流
量は１００倍になり、ビームの電流密度は円形ビームに
比べ１０倍に増大する。
ムの面積が円形ビームの１０倍になっているので全電流
量は１００倍になり、ビームの電流密度は円形ビームに
比べ１０倍に増大する。
【００５１】これが矩形陰極と四極子レンズ系を主要構
成要素とした電子光学鏡筒を備えた本発明のパターン欠
陥検出装置の第２の特徴である。
成要素とした電子光学鏡筒を備えた本発明のパターン欠
陥検出装置の第２の特徴である。
【００５２】次に上記のような特徴を有する電子光学鏡
筒を備えた本発明のパターン欠陥検出装置のスループッ
トを向上する矩形ビームの走査方法とそれに伴う信号処
理方法を説明する。
筒を備えた本発明のパターン欠陥検出装置のスループッ
トを向上する矩形ビームの走査方法とそれに伴う信号処
理方法を説明する。
【００５３】電界型四極子レンズ１１７、１１９及び１
２１をさらに四極子レンズ制御手段により制御して、図
４に示すように、矩形ビームの幅１４１は得ようとする
最小検出感度に対応した大きさにする（第２の矩形ビー
ム）。例えば０．１μｍの検出感度が必要であればビー
ム径は円形ビームの場合は０．１μｍとなり、従って矩
形ビームの幅も０．１μｍとなる。矩形ビームの長さは
任意のアスペクト（長さと幅の比率）Ｎに設定する。こ
のアスペクトＮは上記のように円形ビームに対する縮小
率の低下により開き角の設定が大きくなり、結果として
電流密度がその分大きくなるような関係が成立する範囲
では任意に設定することができる。ここではアスペク
ト）Ｎ＝９とする。従って矩形ビームのサイズは、長さ
０．９μｍ、幅０．１μｍとなる。
２１をさらに四極子レンズ制御手段により制御して、図
４に示すように、矩形ビームの幅１４１は得ようとする
最小検出感度に対応した大きさにする（第２の矩形ビー
ム）。例えば０．１μｍの検出感度が必要であればビー
ム径は円形ビームの場合は０．１μｍとなり、従って矩
形ビームの幅も０．１μｍとなる。矩形ビームの長さは
任意のアスペクト（長さと幅の比率）Ｎに設定する。こ
のアスペクトＮは上記のように円形ビームに対する縮小
率の低下により開き角の設定が大きくなり、結果として
電流密度がその分大きくなるような関係が成立する範囲
では任意に設定することができる。ここではアスペク
ト）Ｎ＝９とする。従って矩形ビームのサイズは、長さ
０．９μｍ、幅０．１μｍとなる。
【００５４】偏向器制御手段１３０により八極子偏向器
１２９を制御して矩形ビームを幅１４１の方向１４５に
試料上を走査させ、ビーム走査の速度と同期して０．１
μｍのピッチ１４７（１回の走査移動量）で試料からの
信号を取り込む。矩形ビームの長さ１４３の方向１４９
への移動は従来と同様にステージを移動して行う。この
ときのピッチ１５１も０．１μｍとなる。従って、処理
の対象となる１画素のサイズは０．１μｍ角となる。
１２９を制御して矩形ビームを幅１４１の方向１４５に
試料上を走査させ、ビーム走査の速度と同期して０．１
μｍのピッチ１４７（１回の走査移動量）で試料からの
信号を取り込む。矩形ビームの長さ１４３の方向１４９
への移動は従来と同様にステージを移動して行う。この
ときのピッチ１５１も０．１μｍとなる。従って、処理
の対象となる１画素のサイズは０．１μｍ角となる。
【００５５】図５に矩形ビームと走査ピッチの関係を示
す。ここでは図４の矩形ビームの幅１４１の方向１４５
への移動は説明の都合上、常に座標Ｘ１上に固定とす
る。このとき図４の矩形ビームの長さ１４３の方向１４
９へは座標Ｙ１からＹ１９へと移動する。そして矩形ビ
ームの座標Ｙ方向の走査は１ピッチ毎にＭ１からＭ１１
への順番で行われる。
す。ここでは図４の矩形ビームの幅１４１の方向１４５
への移動は説明の都合上、常に座標Ｘ１上に固定とす
る。このとき図４の矩形ビームの長さ１４３の方向１４
９へは座標Ｙ１からＹ１９へと移動する。そして矩形ビ
ームの座標Ｙ方向の走査は１ピッチ毎にＭ１からＭ１１
への順番で行われる。
【００５６】ここでは試料上の座標（Ｘ１、Ｙ１０）の
位置に０．１μｍの欠陥があると仮定して本発明のパタ
ーン欠陥検出装置による矩形ビームの走査方法とその信
号処理方法を説明する。
位置に０．１μｍの欠陥があると仮定して本発明のパタ
ーン欠陥検出装置による矩形ビームの走査方法とその信
号処理方法を説明する。
【００５７】パターン欠陥検出は従来同様順次比較方式
で行う。欠陥部分からの信号は、凸欠陥であれば（ゴミ
のようなものが付着していれば欠陥部分は突出する）信
号量は大きくなる。一方、凹欠陥（例えば金属配線パタ
ーンが欠けている）であれば信号量は正常なパターンと
比較して小さくなる。従って、欠陥の存在により信号量
は変化する。そしてパターンの同一ブロックの画像情報
を比較し、正常パターンからの情報を比較処理により除
去して欠陥信号のみを抽出する。
で行う。欠陥部分からの信号は、凸欠陥であれば（ゴミ
のようなものが付着していれば欠陥部分は突出する）信
号量は大きくなる。一方、凹欠陥（例えば金属配線パタ
ーンが欠けている）であれば信号量は正常なパターンと
比較して小さくなる。従って、欠陥の存在により信号量
は変化する。そしてパターンの同一ブロックの画像情報
を比較し、正常パターンからの情報を比較処理により除
去して欠陥信号のみを抽出する。
【００５８】上記のようにアスペクトＮ＝９とし、従っ
て矩形ビームのサイズを、長さ０．９μｍ、幅０．１μ
ｍとしたのでビーム走査により得られる画像信号は、円
形ビームでの画素を単位にして考えると１回のサンプリ
ングで９画素分が取り込まれる。例えば、Ｍ１のビーム
走査位置では画像信号は座標Ｙ１からＹ９までの９画素
分の累積となる。このときのビームの座標は矩形ビーム
の中心位置の座標と考える。従ってＭ１のビーム走査位
置ではビームの座標は（Ｘ１、Ｙ５）とする。
て矩形ビームのサイズを、長さ０．９μｍ、幅０．１μ
ｍとしたのでビーム走査により得られる画像信号は、円
形ビームでの画素を単位にして考えると１回のサンプリ
ングで９画素分が取り込まれる。例えば、Ｍ１のビーム
走査位置では画像信号は座標Ｙ１からＹ９までの９画素
分の累積となる。このときのビームの座標は矩形ビーム
の中心位置の座標と考える。従ってＭ１のビーム走査位
置ではビームの座標は（Ｘ１、Ｙ５）とする。
【００５９】得られた信号はビームの中心位置座標の画
素の信号として取り込む。Ｍ１のビーム走査位置すなわ
ち座標（Ｘ１、Ｙ５）では座標（Ｘ１、Ｙ１）から（Ｘ
１、Ｙ９）までの信号の累積を座標（Ｘ１、Ｙ５）の信
号値として取り込む。
素の信号として取り込む。Ｍ１のビーム走査位置すなわ
ち座標（Ｘ１、Ｙ５）では座標（Ｘ１、Ｙ１）から（Ｘ
１、Ｙ９）までの信号の累積を座標（Ｘ１、Ｙ５）の信
号値として取り込む。
【００６０】次に座標（Ｘ１、Ｙ１）から（Ｘ１、Ｙ
９）までの信号を加算平均し座標（Ｘ１、Ｙ５）の信号
値として再度取り込む。これは加算平均によりランダム
現象であるノイズを除去するためである。このとき矩形
ビームで走査することで電流密度がアスペクトＮ倍にな
るのでＳ／Ｎ比はＮ1/2 倍になる。これは、電子ビーム
装置で発生するノイズはショットノイズが大多数であ
り、このショットノイズの発生はビーム電流のルートに
比例するため、ビーム電流がＮ倍になれば信号量はＮ倍
になるが、ノイズはＮ1/2 倍に留まるからである。
９）までの信号を加算平均し座標（Ｘ１、Ｙ５）の信号
値として再度取り込む。これは加算平均によりランダム
現象であるノイズを除去するためである。このとき矩形
ビームで走査することで電流密度がアスペクトＮ倍にな
るのでＳ／Ｎ比はＮ1/2 倍になる。これは、電子ビーム
装置で発生するノイズはショットノイズが大多数であ
り、このショットノイズの発生はビーム電流のルートに
比例するため、ビーム電流がＮ倍になれば信号量はＮ倍
になるが、ノイズはＮ1/2 倍に留まるからである。
【００６１】以上のようにして取り込んだ累積信号と加
算平均信号とを合成して得られた信号により座標（Ｘ
１、Ｙ５）における上記画像処理を行う。
算平均信号とを合成して得られた信号により座標（Ｘ
１、Ｙ５）における上記画像処理を行う。
【００６２】ビーム中心座標が（Ｘ１、Ｙ５）では欠陥
位置である座標（Ｘ１、Ｙ１０）にビームはかかってい
ないので欠陥信号は検出されない。ビーム走査位置がＭ
２に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ６）になる
と座標（Ｘ１、Ｙ１０）にビームがかかるので検出信号
に欠陥信号が含まれる。そしてビーム走査位置がＭ１０
に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ１４）になる
まで欠陥信号が検出され続け、ビーム走査位置がＭ１１
に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ１５）になる
と欠陥信号は検出されなくなる。
位置である座標（Ｘ１、Ｙ１０）にビームはかかってい
ないので欠陥信号は検出されない。ビーム走査位置がＭ
２に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ６）になる
と座標（Ｘ１、Ｙ１０）にビームがかかるので検出信号
に欠陥信号が含まれる。そしてビーム走査位置がＭ１０
に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ１４）になる
まで欠陥信号が検出され続け、ビーム走査位置がＭ１１
に移動してビームの中心座標が（Ｘ１、Ｙ１５）になる
と欠陥信号は検出されなくなる。
【００６３】上記説明した信号処理方法によれば、矩形
ビームを試料に照射して得られる信号のＳ／ＮはＮ1/2
倍になるので、円形ビームの場合と同一のＳ／Ｎ比で欠
陥を検出しようとする場合と比較してビームの１画素あ
たりの滞在時間を１／Ｎ1/2にすることができ、その分
スループットを向上することができる。
ビームを試料に照射して得られる信号のＳ／ＮはＮ1/2
倍になるので、円形ビームの場合と同一のＳ／Ｎ比で欠
陥を検出しようとする場合と比較してビームの１画素あ
たりの滞在時間を１／Ｎ1/2にすることができ、その分
スループットを向上することができる。
【００６４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の欠
陥検出装置及び検出方法によれば、矩形陰極より発生す
る電子ビームを多極子レンズ系で制御し、発生した矩形
ビームを一走査毎に長手方向に最小欠陥検出幅だけ移動
させつつ幅方向に移動させているので、低エネルギで、
かつ矩形ビームの幅に等しい径の円形ビームに比べ、低
エネルギで大電流密度の電子ビームが得られ、短検査時
間でＳ／Ｎ比の高い信号が得られる。
陥検出装置及び検出方法によれば、矩形陰極より発生す
る電子ビームを多極子レンズ系で制御し、発生した矩形
ビームを一走査毎に長手方向に最小欠陥検出幅だけ移動
させつつ幅方向に移動させているので、低エネルギで、
かつ矩形ビームの幅に等しい径の円形ビームに比べ、低
エネルギで大電流密度の電子ビームが得られ、短検査時
間でＳ／Ｎ比の高い信号が得られる。
【図１】本発明の欠陥検出装置に備えられる電子光学鏡
筒の概略構成図。
筒の概略構成図。
【図２】本発明の欠陥検出装置に用いられる矩形陰極で
あって（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の点線内の拡大
図。
あって（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の点線内の拡大
図。
【図３】矩形陰極より放出される電子ビームの軌道を示
す図。
す図。
【図４】本発明の欠陥検出方法の矩形ビームによる走査
方法を示す図。
方法を示す図。
【図５】本発明の欠陥検出方法の矩形ビームによる走査
方法を示す図。
方法を示す図。
【図６】従来の円形ビームによる走査方法を示す図。
１０１ 矩形陰極 １１７ 第１四極子レンズ １１９ 第２四極子レンズ １２１ 第３四極子レンズ １３３ ステージ
Claims (4)
- 【請求項１】試料表面に電子ビームを走査し、前記試料
から得られる信号を画像処理して前記試料の欠陥を検出
する欠陥検出装置において、 電子ビームを発生する矩形陰極と、 前記発生した電子ビームを前記試料表面に集束する複数
の多極子レンズと、 前記複数の多極子レンズを制御して、前記矩形陰極の長
手方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率と前記矩形
陰極の幅方向に出射する電子ビームの軌道の縮小率との
比が前記矩形陰極の長さと幅との比に等しく、且つ、幅
が所望の最小欠陥検出幅に等しい矩形ビームを得る第１
の制御手段と、 前記矩形ビームを前記試料表面に走査させる偏向器と、 前記矩形ビームの１回の走査移動量を幅方向と長手方向
に前記最小欠陥検出幅として、ラスタ走査するように前
記偏向器を制御する第２の制御手段とを備えたことを特
徴とする欠陥検出装置。 - 【請求項２】矩形陰極より発生する電子ビームにより試
料を走査し、前記試料から得られる信号を画像処理して
前記試料の欠陥を検出する欠陥検出方法において、 前記矩形陰極の長手方向に出射する電子ビームの軌道の
縮小率と前記矩形陰極の幅方向に出射する電子ビームの
軌道の縮小率との比が前記矩形陰極の長さと幅との比に
等しく、かつ、幅が前記画像処理を行う最小単位となる
最小欠陥検出幅に等しい矩形ビームを得る整形過程と、 前記矩形ビームの幅方向と長手方向との１回の走査移動
量を前記最小欠陥検出幅として、前記試料表面にラスタ
走査する過程とを備えた欠陥検出方法。 - 【請求項３】前記整形過程は、前記矩形ビームの電流密
度を、前記矩形ビームの幅に等しい径の円形ビームの電
流密度に、前記矩形ビームの長さと幅との比を乗じて得
られた値に設定する過程を含む請求項２に記載の欠陥検
出方法。 - 【請求項４】前記矩形ビームの長手方向の１回の走査に
応じて、前記前記矩形ビームの長さと幅との比に応じた
前記画像処理を行う最小単位の複数個に相当する複数の
信号を一度に前記試料から取り込む過程と、 前記取り込んだ複数の信号を累積して、前記矩形ビーム
の長手方向の中心位置に相当する前記試料の表面上の位
置からの第１の信号を生成する過程と、 前記取り込んだ複数の信号を平均して、前記試料の前記
表面上の前記位置からの第２の信号を生成する過程と、 前記第１及び第２の信号を合成し、得られた合成信号を
画像処理して前記試料の欠陥を検出する過程とをさらに
含む請求項３に記載の欠陥検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328078A JP2971313B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 欠陥検出装置及び検出方法 |
| US08/362,942 US5498874A (en) | 1993-12-24 | 1994-12-23 | Defect detecting apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5328078A JP2971313B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 欠陥検出装置及び検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181297A true JPH07181297A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2971313B2 JP2971313B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=18206270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5328078A Expired - Fee Related JP2971313B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 欠陥検出装置及び検出方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5498874A (ja) |
| JP (1) | JP2971313B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479819B1 (en) | 1997-08-19 | 2002-11-12 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| JP2010078478A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 |
| JP2010534408A (ja) * | 2007-07-20 | 2010-11-04 | ケーエルエー−テンカー・コーポレーション | 標準参照ダイ比較検査に用いるための標準参照ダイを生成する方法及びウエハーを検査するための方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6011262A (en) * | 1997-03-26 | 2000-01-04 | Nikon Corporation | Object observing apparatus and method for adjusting the same |
| JP3403036B2 (ja) * | 1997-11-14 | 2003-05-06 | 株式会社東芝 | 電子ビーム検査方法及びその装置 |
| US6365897B1 (en) | 1997-12-18 | 2002-04-02 | Nikon Corporation | Electron beam type inspection device and method of making same |
| US6670602B1 (en) | 1998-06-03 | 2003-12-30 | Nikon Corporation | Scanning device and scanning method |
| US6608308B1 (en) * | 1999-05-26 | 2003-08-19 | Nikon Corporation | Electrostatic lens systems for secondary-electron mapping-projection apparatus, and mapping-projection apparatus and methods comprising same |
| US6583413B1 (en) * | 1999-09-01 | 2003-06-24 | Hitachi, Ltd. | Method of inspecting a circuit pattern and inspecting instrument |
| US7872236B2 (en) * | 2007-01-30 | 2011-01-18 | Hermes Microvision, Inc. | Charged particle detection devices |
| US7960697B2 (en) * | 2008-10-23 | 2011-06-14 | Hermes-Microvision, Inc. | Electron beam apparatus |
| US7919760B2 (en) * | 2008-12-09 | 2011-04-05 | Hermes-Microvision, Inc. | Operation stage for wafer edge inspection and review |
| US8094924B2 (en) * | 2008-12-15 | 2012-01-10 | Hermes-Microvision, Inc. | E-beam defect review system |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4075488A (en) * | 1974-09-06 | 1978-02-21 | Agency Of Industrial Science & Technology | Pattern forming apparatus using quadrupole lenses |
| EP0049872B1 (en) * | 1980-10-15 | 1985-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electron beam exposure system |
| US4469950A (en) * | 1982-03-04 | 1984-09-04 | Varian Associates, Inc. | Charged particle beam exposure system utilizing variable line scan |
| GB8415623D0 (en) * | 1984-06-19 | 1984-07-25 | Nixon W C | Charged particle sources |
| DE68924122T2 (de) * | 1988-10-20 | 1996-05-09 | Fujitsu Ltd | Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen und durchsichtige Maske für den geladenen Teilchenstrahl. |
| JP3151308B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2001-04-03 | 株式会社東芝 | 光学鏡筒 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP5328078A patent/JP2971313B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-12-23 US US08/362,942 patent/US5498874A/en not_active Expired - Lifetime
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| USRE40221E1 (en) | 1997-08-19 | 2008-04-08 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| USRE41665E1 (en) | 1997-08-19 | 2010-09-14 | Nikon Corporation | Object observation apparatus and object observation |
| JP2010534408A (ja) * | 2007-07-20 | 2010-11-04 | ケーエルエー−テンカー・コーポレーション | 標準参照ダイ比較検査に用いるための標準参照ダイを生成する方法及びウエハーを検査するための方法 |
| JP2010078478A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 |
| US8357895B2 (en) | 2008-09-26 | 2013-01-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Defect inspection apparatus, defect inspection method, and semiconductor device manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5498874A (en) | 1996-03-12 |
| JP2971313B2 (ja) | 1999-11-02 |
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