JPH10199463A - 電子ビームによる画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速な画像表示を可能とし、操作性に優れた
電子ビームによる画像表示装置を提供する。 【解決手段】 電子ビーム照射手段３には電子ビームを
偏向させて試料面を走査させる第１の偏向器２ａが設け
られ、電子検出光学系４には前記第１の偏向器の出力信
号に同期させて試料画像ビームを画像表示手段１２にお
いて所望の試料画像を表示するように偏向させる第２の
偏向器２１ａを備えた構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
たウエハーパターン等の画像表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ますま
すウエハ、マスクなどの試料面上の欠陥検出に要求され
る検出感度が高くなってきている。例えば、２５６ＭＤ
ＲＡＭのパターン寸法０．２５μｍウエハパターン上の
検出すべき欠陥の寸法に対して０．１μｍの検出感度が
必要とされている。また、高検出感度化とともに検査速
度の高速化をも満足させた検査装置の要求が高まってき
ている。これらの要求に応えるべく、電子ビームを用い
た表面検査装置が開発されている。

【０００３】従来、電子ビームを用いたパターン検査装
置として、例えば、特開平５−２５８７０３号公報や特
開平７−２４９３９３号公報などが知られている。これ
らの従来技術の代表例として、特開平７−２４９３９３
号公報について簡単に説明する。図１０は、従来のパタ
ーン検査装置の全体構成図である。矩形電子ビームを発
生させる電子銃と四極子レンズ系とからなる１次コラム
８１と試料からの二次電子もしくは反射電子を検出する
投影型二次電子検出コラム８４とから構成されている。
矩形陰極と四極子レンズ系とをからなる電子光学系を用
いたことにより、容易に試料面８２に照射されるビーム
形状を任意に形成することができる。本装置は、適正な
アスペクト比をもつ矩形ビームにより、高検出感度で、
試料全面を走査するための検査時間は大幅に短縮できる
ことを特徴としている。

【０００４】次に、試料からの二次電子を検出する二次
電子検出系としては様々な検出系が提案されている。そ
の一例としてＭＣＰ／蛍光面／リニアイメージセンサを
用いた二次電子検出器について説明する。図１１は、従
来の二次電子検出器の断面図である。試料からの放出さ
れた二次電子は、二次電子検出コラムを通過してＭＣＰ
検出面に結像される。その後段に蛍光面７２を塗布した
ファイバプレート７３を配置し、倍増された電子群の信
号を光信号に変換され、ＭＯＳ型リニアイメージセンサ
７４で電気信号に再変換され、これが画像として表示さ
れる構成である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような、従来の
画像表示装置の場合、ある特定の試料面領域の画像観察
を行う際には、ステージを移動するか電子ビームコラム
を移動するか、いずれかの方法により画像を取得する方
法が考えられている。しかしながら、これらの方法を用
いた場合、高速な画像観察速度を得られないという欠点
がある。

【０００６】本発明は、高速な画像表示を可能とし、操
作性に優れた電子ビームによる画像表示装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】そこで、本発明において
は、１次電子コラム内の偏向器によって電子ビームを偏
向し、試料面上でラインビームを走査しすることによ
り、高速な画像観察速度を得ることとした。そして、走
査された電子ビームにより発生される２次電子などの電
子信号を検出器の適正な位置に導くために、２次電子検
出コラム内の偏向器により電子信号を１次電子コラム内
の偏向器とは逆方向に偏向し検出器上に振り戻す構成を
採用した。

【０００８】従って、本発明は、試料面上に電子ビーム
を照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビームによ
り照射された試料面からの二次電子、反射電子及び後方
散乱電子のうち少なくとも１つを試料画像ビームとして
検出する電子検出器と、前記試料画像ビームを前記電子
検出器上に試料画像として結像させる電子検出光学系
と、前記電子検出器の出力信号に基づいて前記試料面の
画像を表示する画像表示手段とを有する画像表示装置で
あって、前記電子ビーム照射手段には電子ビームを偏向
させて試料面を走査させる第１の偏向器が設けられ、前
記電子検出光学系には前記第１の偏向器の出力信号に同
期させて試料画像ビームを前記画像表示手段において所
望の試料画像を表示するように偏向させる第２の偏向器
を備えた構成とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施例の
全体構成図である。電子銃１と電子ビーム照射手段とし
ての一次電子コラム３から照射される一次照射ラインビ
ーム１００により、試料６から二次電子１１０が発生す
る。試料６の表面上から発生する二次電子１１０は、電
子検出光学系としての投影型二次電子検出コラム４によ
り捕獲され、電子検出器としてのＭＣＰアセンブリ検出
器５に拡大投影される。

【００１０】ＭＣＰアセンブリ検出器５は、検出器駆動
制御手段８により制御され、試料画像信号が取り出され
る。試料６はステージ７上に載置され、ステージは駆動
手段によりＸ及びＹ方向に移動可能となっており、その
実際の位置Ｘ、Ｙは、位置検出手段としてのレーザー干
渉計ユニット９により読み取り可能となっている。

【００１１】ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆
動手段はＸ−Ｙステージ７を駆動する。そのステージ位
置情報はレーザー干渉計ユニット９から検出器駆動制御
手段８へ伝達されて、順次試料画像がＣＰＵ１０へ供給
され、ＣＲＴディスプレイ１２上に画像表示されるよう
になっている。また、電子照射ビーム照射手段には、第
１の偏向器１１ａ（以下１次コラム偏向器と呼ぶ）が設
けられている。一次照射ビーム１００は、一次コラム偏
向器１１ａにより試料６面上を走査可能となっており、
一次コラム偏向器１１ａは一次コラム偏向器ドライバー
１１ｂにより駆動される。一次コラム偏向器ドライバー
１１ｂは、ＣＰＵ１０からの指示により作動するスキャ
ン制御系１３により制御される。

【００１２】同様に、電子検出光学系４には、第２の偏
向器１２ａ（以下２次コラム偏向器と呼ぶ）が設けられ
ている。試料から放射される電子画像ビーム１１０は二
次コラム偏向器１２ａにより、ＭＣＰアセンブリ検出器
５の入射面上を走査可能となっている。二次コラム偏向
器１２ａは二次コラム偏向器ドライバー１２ｂにより駆
動される。二次コラム偏向器ドライバー１２ｂは、前記
一次コラム偏向器ドライバー１１ｂと同様に、ＣＰＵ１
０からの指示により作動するスキャン制御系１３により
制御される。

【００１３】なお、試料面から生ずる電子信号は二次電
子に限らず、例えば反射電子信号でも良い。一次照射ビ
ーム１００の形状は、三重四極子レンズ２ａにより決定
される。一次系三出力レンズ電源２ｂはＣＰＵ１０制御
下にあるレンズ制御系２４により制御され、ＣＰＵ１０
の指示により一次照射ビーム１００の形状が設定され
る。

【００１４】本発明の実施の形態では、電子検出光学系
４は試料から放射される電子ビームを制御する４つの投
影光学系の電界レンズ２１ａを備えている。これら４つ
の電界レンズ２１ａは、ＭＣＰアセンブリ検出器５に二
次電子１１０の画像信号を投影する為のもので、ＭＣＰ
アセンブリ検出器５入口での倍率および焦点は二次系四
出力レンズ電源２１ｂの出力により決定される。この二
次系四出力レンズ電源２１ｂはＣＰＵ１０制御下にある
レンズ制御系２４により制御される。

【００１５】次にＭＣＰアセンブリ検出器について説明
する。図２がＭＣＰアセンブリ検出器の説明図である。
前記投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビー
ム３６は、第１のＭＣＰ３１に入射する。第１のＭＣＰ
３１に入射した試料画像ビーム３６は、その電流量をＭ
ＣＰ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ３２を経由して蛍
光面３３に衝突する。

【００１６】その際、第１のＭＣＰ３１の入口の電位
は、投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビー
ム３６の加速電圧を、ＭＣＰの検出効率の最も良い値に
調整する為に設定される。例えば、投影試料画像ビーム
３６の加速電圧が＋５ｋＶであった場合、第１のＭＣＰ
３１の入口の電位は−４．５ｋＶに設定して減速させ、
その電子エネルギーが０.５ｋｅＶ程度になるようにす
る。

【００１７】試料画像ビーム電流量の増幅率は、第１の
ＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２の間に印可される電圧で
規定される。例えば１ｋＶ印可で１×１０⁴の増幅率と
なる。また、第２のＭＣＰ３２から出力される画像ビー
ムの拡がりをできるだけ抑制する為に、第２のＭＣＰ３
２と蛍光面３３との間には、４ｋＶ程度の電圧を印可す
る。

【００１８】蛍光面３３では電子が光子に変換され、そ
の出力画像はＦＯＰ(ファイバーオプティックプレート)
３４を通過して、ラインＣＣＤカメラ３５に照射され
る。蛍光面３３での画像サイズとラインＣＣＤの撮像サ
イズを合わせる為、ＦＯＰ３４では約３：１に画像が縮
小されて投影されるように、設計されている。上述の如
く構成された電子ビームによる画像表示装置の動作につ
いて以下説明する。図３は、パターン検査時における装
置の動作説明図である。

【００１９】図３において、試料(ウエハ)６の中の斜線
で示された画像表示対象領域４１内の座標（Ｘ1,Ｙ1）
から（Ｘ1024,Ｙ1024）までの画像を取得し、画像表示
手段１２に表示する場合を想定する。前記ＣＰＵ１０の
指示により試料６は今、画像観察のため停止している状
態である。その時図２において一次照射ビーム１００に
より照射された試料領域から放射された電子ビーム（試
料画像ビームと呼ぶ）４０は、前記ＭＣＰアセンブリ検
出器５の適正な位置に拡大投影されるように、前記レン
ズ制御系２４、前記スキャン制御系２３により調整され
ているとする。

【００２０】オペレータがＣＰＵ１０に画像表示を指示
すると、一次照射ラインビーム１００が一次ビーム照射
位置のスキャン方向４２の方向に、座標（Ｘ1,Ｙ1）
（Ｘ1024,Ｙ1）から（Ｘ1,Ｙ1024）（Ｘ1024,Ｙ1024）
までの間をスキャンする様に、ＣＰＵ１０がスキャン制
御系２３を介して一次コラム偏向器ドライバー２０ｂに
指示信号を出す。

【００２１】同時にスキャン制御系２３は、一次コラム
偏向器ドライバー２０ｂへのスキャン指示信号と同期し
て、二次コラム偏向器ドライバー２１ｂへもスキャン指
示信号を供給するようにしている。その結果、一次照射
ビーム１００により照射された試料領域からの二次電子
画像信号が、ＭＣＰアセンブリ検出器５上の一定位置に
適正にあたるように、振り戻す動作を実行させるように
している。

【００２２】また同時にスキャン制御系２３は、試料上
の１Ｙアドレス分のスキャンが実行される毎に、検出器
コントロールユニット８へも同期信号を供給し、検出器
コントロールユニット８に１ラインずつ画像を取得させ
る。検出器コントロールユニット８に取得された画像
は、順次ＣＰＵ１０に転送され、ＣＲＴ１２ｂ上にリア
ルタイムで表示される。

【００２３】上記のようなスキャンを繰り返し実行する
ことにより、座標（Ｘ1,Ｙ1）（Ｘ1024,Ｙ1）から（Ｘ
1,Ｙ1024）（Ｘ1024,Ｙ1024）までの画像をリアルタイ
ムで観察することが可能となる。またその画像表示速度
をＴＶレートで実行することも容易である。画像の観察
倍率は、１次電子コラム系の前記三重四極子レンズ２ａ
の設定値を操作し、一次照射ビームの形状、寸法を変え
ることにより自在に変更することが可能である。また１
次電子コラムの第１の偏向器により走査される照射ビー
ム１００のスキャン幅と２次電子検出系の第２の偏向器
により走査される画像ビーム４０スキャン幅とを変えた
りすることによっても、自在に倍率変更することが可能
である。

【００２４】また画像表示手段における表示画像の回転
も自在に実行することが出来る。１次照射ビームを走査
する際に第１の偏向器の出力信号を回転の電場と位置の
電場をオフセットとして重畳させ、ライン状画像４０
を、４３のように回転させる。その回転したライン状画
像４３を、４４のスキャン方向に走査させると、回転し
た画像情報が、二次電子として出力される。

【００２５】その二次電子ライン画像信号を、上記と同
様に２次コラム内で回転の電場と位置の電場をオフセッ
トとして逆方向に重畳させ、ＭＣＰアセンブリ検出器５
上の一定位置に結像させれば良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、従来できなかったＴＶ
スキャンレートの画像観察が可能となり、高速な画像観
察速度を得ることができる。その結果、試料パターンの
検査速度を向上させることが可能となった。また、画像
倍率の変更、画像の回転も極めて容易に実行することが
できるようになり、オペレータ操作性も格段に向上し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の全体構成図である。

【図２】 ＭＣＰアセンブリ検出器の説明図である。

【図３】 画像表示の動作の説明図である。

【図４】 従来の電子ビーム法による欠陥検査装置の概
念構成図。

【図５】 従来のＭＣＰ構成図。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ａ 三重四極子レンズ ２ｂ １次系三出力レンズ電源 ３ 電子ビーム照射手段（電子銃と四極子レンズ系と
からなる１次電子コラム） ４ 二次電子検出コラム（電子検出光学系） ５ 電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器） ６ 試料 ７ Ｘ−Ｙステージ ８ ＴＤＩアレイＣＣＤカメラ駆動制御手段 ９ 干渉計ユニット（Ｘ−Ｙステージ位置検出手段） １０ ＣＰＵ １２ ディスプレイ ２０ａ 第１アライメント用偏向器 ２０ｂ 第１アライメント用偏向器ドライバー ２１ａ 投影光学系の電界レンズ ２１ｂ 二次系四出力レンズ電源 ２２ａ 第２アライメント用偏向器 ２２ｂ 第２アライメント用偏向器ドライバー ２３ アライメント制御手段 ２４ レンズ制御手段 ３１、３２ ＭＣＰ受像部 ３３ 蛍光部 ３４ ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ） ３５ ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したカメラ １００ 一次照射ビーム １１０ 試料からの放射される電子ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料面上に電子ビームを照射する電子ビー
   ム照射手段と、前記電子ビームにより照射された試料面
   からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち少な
   くとも１つを試料画像ビームとして検出する電子検出器
   と、前記試料画像ビームを前記電子検出器上に試料画像
   として結像させる電子検出光学系と、前記電子検出器の
   出力信号に基づいて前記試料面の画像を表示する画像表
   示手段とを有する画像表示装置であって、前記電子ビー
   ム照射手段には電子ビームを偏向させて試料面を走査さ
   せる第１の偏向器が設けられ、前記電子検出光学系には
   前記第１の偏向器の出力信号に同期させて試料画像ビー
   ムを前記画像表示手段において所望の試料画像を表示す
   るように偏向させる第２の偏向器を備えたことを特徴と
   した画像表示装置。