JPH1062503A

JPH1062503A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH1062503A
Application number: JP8231522A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】試料に形成されたパターンの欠陥を高速かつ
高精度に検査できるようにする。【解決手段】電子銃１２から放射状に放出される電子
線をコンデンサレンズ１４で光軸ＡＸに平行なビームに
変換し、マスク１６に照射することにより孔１６Ａを通
過して複数のマルチビームＭＢが形成される。マルチビ
ームＭＢは、偏向器１８，２０で偏向されつつ、電磁レ
ンズ２４，２６で１／４に縮小されて試料３２上に照射
される。マルチビームＭＢが電磁レンズ２４，２６を通
過する際は、金属円筒部材２８，３０あるいは制限開口
部材２９，３１に加速電位が印加されているため、高エ
ネルギー化されて、色収差や回折収差の影響が小さくな
り、ビームを細く収束することができる。試料３２から
放出される２次電子は、マルチレンズ３４、マルチ開口
板３６を経て検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃで検出する
ことによって、試料３２上のパターンの欠陥が検査され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、欠陥検査装置に係
り、更に詳しくは、試料に荷電粒子線を照射して試料か
らの荷電粒子線を検出することにより試料の欠陥を検査
する欠陥検査装置に関するものであって、特に、フォト
マスクやレチクルあるいはウエハ（以下、これらを「試
料」と称する）に形成された回路パターン等の欠陥を検
査するのに好適な欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等の製造工程にお
いては、ウエハ上に回路パターン等を順次転写するため
のマスク又はレチクルが多数使用されている。そして、
例えばマスク自体の製造時には、そのマスクに形成され
ている転写用のパターンが設計データ通りに正確に形成
されているかどうかを検査するため、そのパターンの欠
陥の有無を検査する欠陥検査装置が使用されている。

【０００３】また、この欠陥検査装置は、マスクやレチ
クルを使ってウエハ上に転写された回路パターンの欠陥
の有無等も同様に検査することができる。

【０００４】例えば、従来の欠陥検査装置としては、電
子線等を収束させて１本のプローブを形成し、欠陥検査
の対象である試料上のパターンに照射して、試料から発
生する２次電子を検出器で検出し、その検出信号を処理
することによって欠陥検査を行っていた。特に、試料上
の一定領域（例えば、パターン領域）の欠陥を検査する
場合は、上述した１本のプローブを偏向させて検査範囲
内をラスタ走査させ、試料の各地点から順次発生する２
次電子を検出器で検出することにより、欠陥検査を行っ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の欠陥
検査装置においては、電子線等を収束させた１本の電子
ビームをプローブとして用いているため、例えば、０．
１μｍ程度のパターンの欠陥を検出するには、試料に対
してプローブを隙間無く走査させる必要があり、走査に
長時間を要することから、欠陥検査のスループットが低
下するという不都合があった。

【０００６】そこで、プローブの走査時間を短縮するべ
く、プローブを高速走査させることも考えられるが、検
出器で得られる試料からの２次電子信号のＳ／Ｎ比が小
さくなり、誤検出が増加するおそれがあった。

【０００７】また、プローブとしての電子ビームを試料
に導く電子光学系には、電場を用いた静電レンズや磁場
を用いた電磁レンズなどを含む電子レンズが用いられて
いる。欠陥検査装置の電子光学系にこれらの電子レンズ
を用いた場合は、例えば開口（アパーチャ）等で起きる
回折収差や幾何光学的収差及び電場や磁場の不安定性に
基づく収差（光学上の色収差に対応するもので、本明細
書中では「色収差」と称する）によって電子線等をどの
程度細く収束できるかが決まり、欠陥検査の分解能（欠
陥の検出能力）を決める要因となる。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし７に記載の発明の目的は、試料に形
成されたパターンの欠陥を高速かつ高精度に検査するこ
とができる欠陥検査装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、パターンが形成された試料（３２）に荷電粒子線
（ＭＢ）を照射し、前記試料（３２）からの荷電粒子線
（ＳＢ）を検出して前記パターンの欠陥を検査する欠陥
検査装置であって、前記荷電粒子線を複数形成する荷電
粒子線形成手段（１２，１４，１６）と；前記荷電粒子
線形成手段（１２，１４，１６）で形成された複数の荷
電粒子線（ＭＢ）を前記パターンに導く荷電粒子線光学
系（２４，２６）と；前記荷電粒子線光学系（２４，２
６）を通過する荷電粒子線の光路の周囲に設けられ、所
定の電位を印加して前記荷電粒子線光学系（２４，２
６）を通過する荷電粒子線を加速する荷電粒子線加速手
段（２８，２９，３０，３１）と、前記パターンに導か
れる複数の荷電粒子線（ＭＢ）を走査させる荷電粒子線
走査手段（１８，２０）と；前記走査により前記試料
（３２）から発生する荷電粒子線（ＳＢ）を収束させる
複数の開口部（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）が形成された
荷電粒子線収束手段（３４）と；前記荷電粒子線収束手
段（３４）の各開口部（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）で収
束された荷電粒子線（ＳＢ）を検出する検出手段（３８
Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ）とを備えている。

【００１０】これによれば、荷電粒子線形成手段により
荷電粒子線が複数形成され、その複数の荷電粒子線が荷
電粒子線光学系によって試料上のパターンに導びかれ、
荷電粒子線走査手段によって荷電粒子線が試料上で走査
される。試料に荷電粒子線が照射されて試料から発生し
た荷電粒子線は、荷電粒子線収束手段により各開口部で
収束されて検出手段で検出される。また、荷電粒子線加
速手段は、荷電粒子線光学系内を通過する荷電粒子線を
加速して高エネルギー化させる。

【００１１】このように、試料に形成されたパターンを
欠陥検査する場合は、１本の荷電粒子線を走査させて検
査していた従来例と比べると、複数の荷電粒子線を使っ
て同時に試料上を走査させるため、走査時間（検査時
間）が大幅に短縮される。また、試料上の複数の照射点
からほぼ同時に発生する複数の荷電粒子線は、荷電粒子
線収束手段の各開口部で個別に収束されて、検出手段に
入射するため、試料上の複数箇所の欠陥検査を同時に行
うことが可能となり、検査が高速化され、これによりス
ループットを向上させることができる。さらに、荷電粒
子線光学系を通過する複数の荷電粒子線は、荷電粒子線
加速手段に印加された電位により荷電粒子線が加速され
て、高エネルギー化されるため、荷電粒子線光学系で生
じる収差が小さくなって荷電粒子線を細く収束すること
ができ、分解能の向上に伴って高精度な欠陥検査を行う
ことが可能になる。

【００１２】ここで、荷電粒子線光学系としては、荷電
粒子線形成手段によって形成された複数の荷電粒子線を
試料上のパターンに導くことのできる種々の電子光学系
を採用することができる。例えば、荷電粒子線を収束す
る作用を持った光学系としては、電場を使った静電レン
ズや磁場を使った電磁レンズなどの電子レンズがある。
電子光学理論によれば、回転対称を持つ電場又は磁場が
近軸線に対してレンズ作用を有することから、これを利
用した光学系や、回転対称性を持たない電場又は磁場が
作る円柱レンズを重ねた、いわゆる多極子レンズ等の光
学系であってもよい。

【００１３】上記したように、荷電粒子線光学系として
は種々のものを採用することができるが、請求項２に記
載の発明の如く、荷電粒子線形成手段において複数の荷
電粒子線が形成される位置と試料との間を荷電粒子線光
学系の縮小比で案分した位置であるクロスオーバー（Ｃ
Ｏ）位置を中心として、縮小比に対応した光軸方向位置
にそれぞれ配置された相似形の２つの電子レンズ（２
４，２６）から成る対称磁気タブレット型レンズを採用
しても良い。この対称磁気タブレット型レンズは、２つ
の電子レンズの配置がクロスオーバー（ＣＯ）位置を中
心として対称性を保っているため、一方の電子レンズを
荷電粒子線が通過する際に収差が生じても、他方の電子
レンズを通過する際に逆方向の収差が表れて収差を打ち
消すように作用する。その結果、収差の影響が殆ど無く
なるため、荷電粒子線を細く収束させることが可能とな
り、欠陥検査の分解能を向上させることができる。

【００１４】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の欠陥検査装置において、前記荷電粒子線
加速手段（２８，２９，３０，３１）に印加する電位と
同程度以上の電位を前記荷電粒子線収束手段（３４）に
印加する第１の印加手段（４０）をさらに備えているこ
とを特徴とする。これによれば、第１の印加手段によ
り、荷電粒子線収束手段に荷電粒子線加速手段と同程度
以上の電位を印加するようにしたため、試料から放出さ
れた荷電粒子線を荷電粒子線収束手段で効率良く捉えら
れるようになり、欠陥検査を正確に行うことができる。

【００１５】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の欠陥検査装置において、前記荷電粒子線収束
手段（３４）と前記検出手段（３８Ａ，３８Ｂ，３８
Ｃ）との間に、前記荷電粒子線収束手段（３４）の各開
口部（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）で収束された前記試料
（３２）からの各荷電粒子線（ＳＢ）を前記検出手段
（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ）に導く複数の開口部（３６
Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ）が形成された開口部材（３６）が
設けられ、前記荷電粒子線収束手段（３４）に印加する
電位と同程度以上の電位を前記開口部材（３６）に印加
する第２の印加手段（４０）をさらに備えていることを
特徴とする。

【００１６】これによれば、荷電粒子線収束手段と検出
手段との間に、荷電粒子線収束手段の各開口部で収束さ
れた試料からの各荷電粒子線を検出手段に導く複数の開
口部が形成された開口部材が設けられ、この開口部材に
第２の印加手段により前記荷電粒子線収束手段と同程度
以上の電位を印加するようにしたため、荷電粒子線収束
手段で収束された各荷電粒子線は、前記開口部材の各開
口部に効率良く導かれて、欠陥検査をより正確に行うこ
とが可能になる。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項２ないし
４のいずれか一項に記載の欠陥検査装置において、前記
荷電粒子線収束手段（３４）と相似形で、かつ前記対称
磁気タブレット型レンズの倍率の逆数倍の大きさの金属
板（２２）が、前記クロスオーバー（ＣＯ）位置を中心
として前記荷電粒子線収束手段（３４）の光軸方向の対
称位置に配置されていることを特徴とする。

【００１８】これによれば、荷電粒子線収束手段と相似
形な金属板がクロスオーバー位置を中心として、光軸方
向の対称位置に配置され、荷電粒子線収束手段と金属板
とがクロスオーバー位置を中心として対称性の条件を満
たしている。このため、より低収差の荷電粒子線が得ら
れるようになって、荷電粒子線を細く収束させることが
できるので、分解能が向上して高精度な欠陥検査を行う
ことが可能になる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
５のいずれか一項に記載の欠陥検査装置において、前記
荷電粒子線形成手段は、荷電粒子線を発生させる荷電粒
子線源（１２）と、該荷電粒子線源（１２）で発生させ
た荷電粒子線（ＰＢ）を分岐させて複数の荷電粒子線
（ＭＢ）を形成するマスク（１６）とを含み、前記マス
ク（１６）と前記試料（３２）とをほぼ同電位とする電
位調整手段（４０）をさらに備えていることを特徴とす
る。

【００２０】これによれば、荷電粒子線形成手段を構成
するマスクと前記試料とを、電位調整手段によりほぼ同
電位としたため、クロスオーバー位置を中心とした対称
位置に配置されているとともに、クロスオーバー位置と
マスクとの電位差とクロスオーバー位置と試料との電位
差が等しくなり、電位に関する対称の条件が満される。
このため、より低収差の荷電粒子線が得られるようにな
り、荷電粒子線を細く収束させることができるので、分
解能が向上して高精度な欠陥検査を行うことが可能とな
る。

【００２１】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
６のいずれか一項に記載の欠陥検査装置において、前記
荷電粒子線加速手段（２８，２９，３０，３１）は、前
記荷電粒子線光学系（２４，２６）の内側に設けられた
非磁性金属から成る金属円筒部材（２８，３０）と、該
金属円筒部材（２８，３０）の端面に設けられ前記荷電
粒子線を制限しながら通過させる開口が形成された制限
開口部材（２９，３１）とを含み、前記金属円筒部材
（２８，３０）と前記制限開口部材（２９，３１）の少
なくとも一方に所定の電位を印加する第３の印加手段
（４０）をさらに備えていることを特徴とする。

【００２２】これによれば、荷電粒子線加速手段は、荷
電粒子線光学系の内側に非磁性金属で構成された金属円
筒部材と、その端面に開口が形成された制限開口部材と
を備えており、第３の印加手段により金属円筒部材に所
定の電位が印加されると、荷電粒子線光学系の内部を通
過する荷電粒子線は、印加された電位（加速電位）によ
り加速されて高エネルギーを持つため、荷電粒子線光学
系で発生する色収差の影響が小さくなって、荷電粒子線
を細く収束させることが可能になる。

【００２３】また、荷電粒子線は、質量ｍ、電気素量ｅ
を持つ粒子であるとともに、ド・ブロイ波としてふるま
うため、荷電粒子線光学系の制限開口部材の開口を通過
する際に回折現象が起きる。しかし、この制限開口部材
の開口を通過する荷電粒子線は、制限開口部材に所定の
電位が印加されると、加速されて高エネルギー化されて
ド・ブロイ波の波長が短くなる（電子波の波長は加速電
圧の平方根に逆比例する）ため、回折が小さくなり、従
って回折収差が小さくなる。荷電粒子線の回折収差が小
さくなると、荷電粒子線を細く収束させることが可能に
なる。

【００２４】このように、荷電粒子線加速手段を構成す
る金属円筒部材と制限開口部材の少なくとも一方に所定
の電位が印加されると、色収差や回折収差が小さくなっ
て、ここを通過する荷電粒子線を細く収束させることが
可能となり、分解能が向上して、高精度な欠陥検査を行
うことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図２に基づいて説明する。

【００２６】図１には、本実施形態に係る欠陥検査装置
１０の概略構成が示されている。この欠陥検査装置１０
は、ウエハ（以下、「試料」と称する）上に形成される
半導体素子の微細な回路パターンの欠陥を電子線を用い
て検査する欠陥検査装置である。

【００２７】この欠陥検査装置１０は、荷電粒子線源と
しての電子銃１２、コンデンサレンズ１４、マスク１６
（電子銃１２とコンデンサレンズ１４とマスク１６とで
荷電粒子線形成手段が構成されている）、荷電粒子線走
査手段としての偏向器１８，２０、金属板２２、対称磁
気タブレット型レンズとしての電磁レンズ２４，２６
（荷電粒子線光学系を構成している）、金属円筒部材２
８，３０、制限開口部材２９，３１、（金属円筒部材２
８，３０と制限開口部材２９，３１とで荷電粒子線加速
手段が構成されている）、試料３２、荷電粒子線収束手
段としてのマルチレンズ３４、開口部材としてのマルチ
開口板３６、検出器３８、第１ないし第３の印加手段及
び電位調整手段としての電位制御部４０、信号処理回路
４２、比較回路４４、記憶部４６等を備えている。

【００２８】前記電子銃１２は、欠陥検査用のプローブ
を形成する電子線を放出する荷電粒子線源であって、赤
熱したフィラメント等から電場によって熱電子が取り出
される。ここでは、荷電粒子線源として電子銃１２を用
いているが、電子線以外に陽子やイオンなどの荷電粒子
線を使って欠陥検査を行う場合は、その荷電粒子線に応
じた荷電粒子線源が使われる。例えば、イオンにより欠
陥検査を行う場合は、気体の放電によって原子や分子を
イオン化し、それを適当な電磁場により取り出すイオン
源が荷電粒子線源となる。

【００２９】コンデンサレンズ１４は、電子銃１２から
放射状に放出された電子線をレンズの光軸ＡＸにほぼ平
行な電子ビームＰＢに変えるレンズである。

【００３０】マスク１６は、ここではドーピングされた
導電性を有するシリコン板に複数の孔１６Ａが形成され
ていて、コンデンサレンズ１４でほぼ平行にされた電子
ビームＰＢが照射されると、それぞれの孔１６Ａから電
子ビームが通過して複数の電子ビームＭＢを形成する。
例えば、本実施形態では、マスク１６に０．４μｍ角の
孔１６Ａが４００μｍピッチで紙面と直交方向（これを
Ｙ軸方向とする）に６行、紙面方向（これをＸ軸方向と
する）に３列設けられ、合計１８個の孔１６Ａがマトリ
クス状に形成されている。なお、複数の荷電粒子線を形
成する荷電粒子線形成手段は、上述した電子銃１２とコ
ンデンサレンズ１４とマスク１６とで構成されている。

【００３１】偏向器１８，２０は、上述したマスク１６
の試料３２側寄りに、電子ビームＭＢの光路の周囲を囲
うようにして、光軸ＡＸ方向に２段に分けて配置されて
いる。マスク１６で形成された複数の電子ビームＭＢ
は、この偏向器１８，２０によって同時偏向されて、試
料３２上の検査領域でラスタ走査される。

【００３２】電磁レンズ２４，２６は、マスク１６で形
成された複数の電子ビームＭＢが交差する光軸の点であ
るクロスオーバーＣＯ位置を中心とし、アンペアターン
（ＡＴ：電流×コイル巻数）が互いに等しく、発生する
磁場の向きが互いに逆方向となるように配置された相似
形の２つの電磁レンズから成る、いわゆる対称磁気タブ
レット型レンズで構成されている。電磁レンズ２４は、
クロスオーバーＣＯ位置よりもマスク１６側に設けら
れ、磁場を発生させるコイルが光路の周囲を囲うように
配置されている。また、電磁レンズ２６は、クロスオー
バーＣＯ位置よりも試料３２側に設けられ、電磁レンズ
２４と相似形のコイルが光路の周囲を囲うように配置さ
れている。この電磁レンズ２４，２６を通過する複数の
電子ビームＭＢは、縮小比（ここでは、１／４）に応じ
て縮小され、試料３２上に照射される。

【００３３】金属円筒部材２８，３０は、上述した電磁
レンズ２４，２６のそれぞれの内側に配置された円筒状
のアルミニウムや銅などの非磁性金属から成り、その非
磁性金属に対して後述する電位制御部４０から加速電位
が印加されると、ここを通過する電子ビームＭＢを加速
して、高エネルギー化する。

【００３４】制限開口部材２９は、上述した金属円筒部
材２８の図１における下端面に一体的に形成された非磁
性金属から成り、ほぼ中心部に電子ビームＭＢを制限的
に通過させる開口（アパーチャ）が形成されている。ま
た、制限開口部材３１は、上述した金属円筒部材３０の
図１における上端面に一体的に形成された非磁性金属か
ら成り、電子ビームＭＢを制限的に通過させる開口（ア
パーチャ）がほぼ中心部に形成されている。これらの制
限開口部材２９，３１は、後述する電位制御部４０から
加速電位が印加されると、ここを通過する電子ビームＭ
Ｂを加速させて、高エネルギー化させる。上述した金属
円筒部材２８，３０及び制限開口部材２９，３１は、荷
電粒子線加速手段を構成している。

【００３５】試料３２は、ここでは欠陥検査を行う回路
パターンが形成されたウエハであるが、フォトマスクや
レチクルなどの欠陥を検査する場合は、これらが試料と
なる。

【００３６】マルチレンズ３４は、ここでは電磁レンズ
２６と試料３２との間の空間に設けられ、試料側の面が
開口した半球状の非磁性金属板から成り、その非磁性金
属板には複数のレンズアパーチャ（開口部）３４Ａ，３
４Ｂ，３４Ｃが形成されている。図１は、断面図である
ため、３個のレンズアパーチャしか図示されていない
が、実際には電子ビームＭＢの本数に応じた数のレンズ
アパーチャが対応する位置に形成されている。本実施形
態中の説明では、３個のレンズアパーチャを例にとって
説明することにする。また、マルチレンズ３４には、後
述する電位制御部４０から所定の電位（収束電位：ここ
では２０ｋＶ）が印加されるため、レンズアパーチャ３
４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの各部分に不図示の等ポテンシャ
ル面が形成され、ここでは凸レンズとして作用する。こ
のため、複数の電子ビームＭＢが試料３２上の各照射点
に照射されると、各照射点から２次電子が放出され、そ
の２次電子が各レンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４
Ｃを通過する際に凸レンズ作用により個別に収束され、
後述する検出器３８に入射される。

【００３７】金属板２２は、上述したマルチレンズ３４
と相似形（半球状の非磁性金属板から成るが、マルチレ
ンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａに相当する孔は形成
されていない）であって、電子ビームＭＢが交差するク
ロスオーバーＣＯ位置を中心として、電磁レンズ２４，
２６の縮小比１／４に応じた光軸方向位置に逆向きに配
置されている。すなわち、例えば、クロスオーバーＣＯ
位置とマルチレンズ３４までの距離を「１」とすると、
クロスオーバーＣＯ位置から金属板２２までの距離は
「４」となり、また、そのときのマルチレンズ３４の大
きさを「１」とすると、金属板２２の大きさは「４」と
なる。これは、クロスオーバーＣＯ位置を中心としてレ
ンズの縮小比（等倍も含まれる）に応じた対称性を確保
することにより、収差（回転収差・回折収差など）の影
響をキャンセルするためである。

【００３８】マルチ開口板３６は、マルチレンズ３４と
検出器３８との間に配置され、ここではマルチレンズ３
４と球面が同心であって、マルチレンズ３４より大なる
半径を有している。このマルチ開口板３６は、後述する
電位制御部４０から、上述したマルチレンズ３４（２０
ｋＶ）よりも高い電位（ここでは、３０ｋＶ）が印加さ
れる。このマルチ開口板３６に一定の電位が印加される
と、複数形成された開口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃには不
図示の等ポテンシャル面が形成され、ここでは凸レンズ
として作用する。このため、例えば、マルチレンズ３４
のレンズアパーチャ３４Ａを通過して収束された２次電
子は、開口３６Ａで再度収束されて、確実に検出器３８
Ａに入射するようになる。また、他の開口３６Ｂ，３６
Ｃについても同様であって、検出器３８Ｂ，３８Ｃに２
次電子が確実に入射される。なお、図１は、断面図であ
るため、上述したレンズアパーチャと同様に、マルチ開
口板３６の開口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃも３個しか図示
されていないが、実際には電子ビームＭＢの本数に応じ
た数の開口がそれぞれ対応する位置に形成されている。
本実施形態中の説明では、上述した３個の開口を例にあ
げて説明することにする。

【００３９】検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは、例えば
試料３２に形成された回路パターンに複数の電子ビーム
が照射され、試料３２の各照射点から発生した２次電子
が入射されると、入射した電子線量に応じた検出信号を
発生する電子増倍管などで構成されている。また、この
検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃについても、図１が断面
図であることから、上述したマルチレンズ３４のレンズ
アパーチャやマルチ開口板３６の開口と同様に３個しか
図示されていないが、実際には電子ビームＭＢの本数に
応じた数の検出器がそれぞれ対応する位置に形成されて
いる。本実施形態中の説明では、上述した３個の検出器
を例にあげて説明することにする。

【００４０】電位制御部４０は、上述した欠陥検査装置
１０の各部（マスク１６、金属円筒部材２８，３０、制
限開口部材２９，３１、マルチレンズ３４、マルチ開口
板３６、試料３２等）に印加される電位を個別に制御可
能としたものである。

【００４１】信号処理回路４２は、検出器３８Ａ，３８
Ｂ，３８Ｃ等から出力される２次電子の検出信号を設計
値通りのパターンの参照データと比較するためのデジタ
ル信号に変換する回路である。

【００４２】比較回路４４は、デジタル信号に変換され
た２次電子の検出信号と設計値通りのパターンの参照デ
ータと比較することによって、欠陥の有無及び欠陥の位
置を検出するものである。

【００４３】記憶部４６は、欠陥の無い設計値通りに形
成されたパターンを検査した場合に得られる参照データ
を予め記憶している。

【００４４】次に、上述のようにして構成された欠陥検
査装置１０の動作について説明する。

【００４５】まず、オペレータは、欠陥検査すべき試料
（回路パターンが形成されたウエハ）３２を２次元平面
（Ｘ，Ｙ平面）内で移動可能な不図示の試料台上に載置
するとともに、電位制御部４０に対しては欠陥検査装置
１０の各部を所定の電位に保つように制御するための制
御データを入力する。

【００４６】例えば、本実施形態の電位制御部４０で
は、欠陥検査装置１０における金属板２２、金属円筒部
材２８，３０、制限開口部材２９，３１、マルチレンズ
３４に対して２０ｋＶを印加し、マルチ開口板３６に対
してそれよりも高い３０ｋＶを印加するように設定す
る。また、マスク１６と試料３２とは、クロスオーバー
ＣＯ位置を中心としてレンズの縮小比に応じた対称位置
に配置されており、クロスオーバーＣＯと試料３２間の
電位差と、クロスオーバーＣＯとマスク１６間の電位差
とが等しくなるようにして、電位面での対称性を確保し
ている。ここでは、電位制御部４０によってマスク１６
と試料３２とが同じグラウンド電位（０Ｖ）となるよう
に電位制御が行われている。

【００４７】本実施形態の欠陥検査装置１０では、以上
のような電位制御を各部について行った後、欠陥検査の
動作が開始される。なお、電子銃１２の電位は、電位制
御部４０で制御されるものではないが、ここでは（−１
ｋＶ）に保たれている。

【００４８】図１に示されるように、電子銃１２から放
射状に放出された電子線は、コンデンサレンズ１４によ
って光軸にほぼ平行な電子ビームＰＢとされ、複数の孔
１６Ａが形成されたマスク１６に照射される。マスク１
６に照射された平行な電子ビームＰＢは、孔１６Ａ（１
８個の孔）を通過することによって１８本の電子ビーム
ＭＢ（以下、「マルチビームＭＢ」と称する）が形成さ
れる。

【００４９】このマスク１６で形成されるマルチビーム
ＭＢは、０．４μｍ角のビーム幅を持ち、４００μｍピ
ッチで（６行×３列）のマトリックス状に配列されてい
る。そして、このマルチビームＭＢは、対称磁気タブレ
ット型の電磁レンズ２４，２６を通過する際に１／４に
縮小されて、照射対象である試料３２上の回路パターン
上に結像される。

【００５０】マルチビームＭＢが試料３２上の回路パタ
ーンに照射されると、試料３２の各照射点から２次電子
が放出される。各照射点から放出される２次電子は、試
料上に形成されたパターンの状態（例えば、パターンの
有無やパターンの厚み等）に応じて電子の放出量が異な
ってくる。このため、図１に示されるように、試料３２
上の一照射点から放出された２次電子は、例えば、マル
チレンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａのレンズ作用に
よって収束され、マルチ開口板３６の開口３６Ａを通っ
て分別されて、検出器３８Ａで検出される。また、これ
と同様に、他の照射点から放出された２次電子は、レン
ズアパーチャ３４Ｂ→開口３６Ｂ→検出器３８Ｂという
経路を経て検出され、さらに、その他の照射点から放出
された２次電子は、レンズアパーチャ３４Ｃ→開口３６
Ｃ→検出器３８Ｃという経路を経て、個別に検出され
る。

【００５１】このように、各照射点から放出された２次
電子は、照射点に対応する検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８
Ｃで検出され、その検出信号が信号処理回路４２で検出
位置に対応させて信号処理が行われる。信号処理された
検出信号は、比較回路４４で記憶部４６に記憶されてい
る設計値通りのパターンに関する参照データと比較する
ことにより、欠陥検査対象である回路パターンの欠陥の
有無や欠陥位置等を検出することができる。

【００５２】以上説明した本実施形態の欠陥検査装置１
０によると、欠陥検査を行うプローブとしてマルチビー
ムＭＢが使用されている。図２は、電磁レンズ２４，２
６側から試料３２を見た図であり、この図２では試料３
２面上に結像された１８本のマルチビームＭＢ１１〜Ｍ
Ｂ３６の照射パターンが示されている。ここでは電磁レ
ンズ２４，２６の縮小比が１／４であるため、試料３２
上に結像されるマルチビームＭＢ１１〜ＭＢ３６のビー
ム幅が０．１μｍ角となり、ビーム間ピッチが１００μ
ｍとなる。そして、偏向器１８，２０の偏向量を試料３
２上でＸ，Ｙ方向にそれぞれ１００μｍとすると、試料
３２上において３００．１μｍ×６００．１μｍ角の領
域Ｒがラスタ走査される。この領域Ｒ内のラスタ走査が
終了すると、不図示の試料台の駆動機構により試料台が
ＸまたはＹ方向に所定距離移動され（試料台に載置され
た試料３２も一体駆動される）、再度上記と同様のラス
タ走査が行われる。このように、領域Ｒ内のラスタ走査
を試料３２を順次移動させながら繰り返し行うことによ
り、試料３２上の所定領域の欠陥検査が終了する。

【００５３】上述したように、本実施形態の欠陥検査装
置１０では、プローブとしてマルチビームＭＢ１１〜Ｍ
Ｂ３６が使用され、これらをラスタ走査させながら欠陥
検査を行っているため、従来のように１本の電子ビーム
を走査させて検査する場合と比べると、走査範囲が少な
くて済むことから走査時間が短縮され、欠陥検査のスル
ープットを大幅に向上させることができる。

【００５４】また、本実施形態では、上述したマルチビ
ームＭＢが電磁レンズ２４，２６を通過する際に、その
内側に配置されている非磁性金属から成る金属円筒部材
２８，３０に電位制御部４０から加速電位（ここでは、
２０ｋＶ）が印加されているため、マルチビームＭＢが
加速されて高エネルギー化される。このため、電磁レン
ズ２４，２６を通過するマルチビームＭＢは、電磁レン
ズの磁場（静電レンズの場合は電場）の不安定性に基づ
く色収差の影響が小さくなって、ビームを細く収束でき
ることから、高精度（高解像度）の欠陥検査を行うこと
ができる。

【００５５】さらに、本実施形態では、マルチビームＭ
Ｂが図１に示される電磁レンズ２４，２６内の制限開口
部材２９，３１の開口（アパーチャ）を通過する際に、
非磁性金属から成る制限開口部材２９，３１に電位制御
部４０によって加速電位（ここでは、２０ｋＶ）が印加
されるため、マルチビームＭＢが加速されて高エネルギ
ー化される。このように、制限開口部材２９，３１の開
口を通過する際のマルチビームＭＢは、高エネルギー化
されたことにより、ド・ブロイ波の波長が短くなり、開
口における回折を小さくすることができる。従って、回
折収差が小さくなって、ビームを細く収束できることか
ら、高精度（高解像度）の欠陥検査を行うことができ
る。

【００５６】また、本実施形態では、欠陥検査を行う試
料３２上の検査領域にマルチビームＭＢを照射し、各照
射点から放出される２次電子を各照射点に対応したマル
チレンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４
Ｃと、マルチ開口板３６の開口３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ
とによって確実に分別され、各照射点に対応した検出器
３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ等により検出されるため、マル
チビームＭＢを偏向器１８，２０で同時偏向させながら
試料３２上をラスタ走査させて欠陥検査を行う場合であ
っても、各照射点から連続的に発生する２次電子をリア
ルタイムで確実に検出することができる。

【００５７】また、電位制御部４０は、マルチレンズ３
４を２０ｋＶ、マルチ開口板３６を３０ｋＶの電位に保
つように電位制御を行っている。このため、マルチビー
ムＭＢの照射により試料３２から放出される負の電荷を
持った２次電子は、まず、高い電位を持ったマルチレン
ズ３４の方向に引かれて凸レンズ作用を有する各レンズ
アパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃで収束される。次
に、この収束された２次電子は、上述したマルチレンズ
３４よりもさらに電位の高いマルチ開口板３６の開口３
４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ方向に引かれるため、各検出器３
８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃで２次電子を効率良く確実に検出
することができる。

【００５８】さらに、本実施形態の欠陥検査装置１０で
は、クロスオーバーＣＯ位置を中心として種々の対称の
条件を満たすことにより、以下のような種々の効果を得
ている。すなわち、

【００５９】電磁レンズ２４，２６は、クロスオーバ
ーＣＯ位置を中心として、アンペアターン（ＡＴ：電流
×コイル巻数）が互いに等しく、発生する磁場の向きが
互いに逆方向となるように配置された相似形の２つの電
磁レンズから成る対称磁気タブレット型レンズとして、
一方の電磁レンズで発生した収差を他方の電磁レンズで
打ち消し合うことにより、収差を低減させることができ
る。

【００６０】マルチレンズ３４と金属板２２とは、相
似形をしていて、クロスオーバーＣＯ位置を中心とし
て、電磁レンズ２４，２６の縮小比（１／４）に応じた
距離（１：４）と大きさ（１：４）とを満足するように
欠陥検査装置１０内に配置されている。さらに、電位制
御部４０から両者に印加される電位についても、同じ２
０ｋＶの電位（ポテンシャル）を印加することによっ
て、電位面での対称の条件を満足するため、一方で発生
した収差が打ち消されることから、収差を低減させるこ
とができる。

【００６１】上記した，では、種々の対称の条件を
満たすことにより、収差（色収差、回折収差等）を低減
することができるため、プローブとしての電子ビームを
細く収束することが可能となり、高精度（高解像度）に
欠陥検査を行うことができる。

【００６２】以上述べたように、本実施形態の欠陥検査
装置は、複数の電子ビーム（マルチビームＭＢ）を試料
上の回路パターンに照射して、これをラスタ走査させ、
試料から発生する２次電子を検出することによって、ス
ループットの高い欠陥検査を行うことができる。

【００６３】また、本実施形態の欠陥検査装置は、電子
ビームを加速することによって色収差や回折収差の影響
が小さくなり、種々の対称の条件を満たすことによって
電子光学系を介して電子ビームを試料上に照射する際に
生じる収差が互いに打ち消されて低減することから、マ
ルチビームを細く収束することが可能となり、従って、
欠陥検査の分解能が向上して、高精密な欠陥検査を行う
ことができる。

【００６４】なお、上記実施形態の説明では、荷電粒子
線として電子線を用いて説明したが、これに限定される
ものではなく、イオンあるいは陽子等の荷電粒子線を用
いて欠陥検査装置を構成することも可能である。

【００６５】また、上記実施形態の説明では、電位制御
部４０によって制御される欠陥検査装置の各部の好適な
電位の一例をあげたものであって、電位の対称の条件、
あるいは、試料から放出される２次電子線を効率良く検
出器に入射させるための電位設定条件等を満たすもので
あれば種々の電位の組み合わせを採用することができ
る。

【００６６】さらに、上記実施形態の説明では、（６行
×３列）の１８個の孔１６Ａが形成されたマスク１６に
電子線を照射し、孔１６Ａを通過した１８本のビームを
マルチビームＭＢとして用いているが、必ずしもこれに
限定されるものではなく、ビーム本数やビームの大きさ
あるいはその配列について任意に選択することができ
る。また、マルチビームＭＢの形成方法についても、電
子線をマスクで分岐させる方法に限定されるものではな
く、複数の電子線源を用いて個々にビームを形成するよ
うにしてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１〜
７に記載の発明によれば、試料上に形成されたパターン
の欠陥を高速かつ高精度に検査することができるという
従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る欠陥検査装置の構成を概略的
に示す図である。

【図２】試料上に照射されたマルチビームの照射パター
ン例を示す図である。

【符号の説明】

１０欠陥検査装置１２電子銃１４コンデンサレンズ１６マスク１８，２０偏向器２２金属板２４，２６電磁レンズ２８，３０金属円筒部材２９，３１制限開口部材３２試料３４マルチレンズ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃレンズアパーチャ３６マルチ開口板３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ開口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ検出器４０電位制御部ＣＯクロスオーバーＭＢマルチビーム（電子ビーム）ＡＸ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成された試料に荷電粒子線
を照射し、前記試料からの荷電粒子線を検出して前記パ
ターンの欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記荷電粒子線を複数形成する荷電粒子線形成手段と；
前記荷電粒子線形成手段で形成された複数の荷電粒子線
を前記パターンに導く荷電粒子線光学系と；前記荷電粒
子線光学系を通過する荷電粒子線の光路の周囲に設けら
れ、所定の電位を印加して前記荷電粒子線光学系を通過
する荷電粒子線を加速する荷電粒子線加速手段と、前記パターンに導かれる複数の荷電粒子線を走査させる
荷電粒子線走査手段と；前記走査により前記試料から発
生する荷電粒子線を収束させる複数の開口部が形成され
た荷電粒子線収束手段と；前記荷電粒子線収束手段の各
開口部で収束された荷電粒子線を検出する検出手段とを
備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】前記荷電粒子線光学系は、前記複数の荷
電粒子線が形成される位置と前記試料との間を前記荷電
粒子線光学系の縮小比で案分した位置であるクロスオー
バー位置を中心として、前記縮小比に対応した光軸方向
位置にそれぞれ配置された相似形の２つの電子レンズか
ら成る対称磁気タブレット型レンズであることを特徴と
する請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】前記荷電粒子線加速手段に印加する電位
と同程度以上の電位を前記荷電粒子線収束手段に印加す
る第１の印加手段をさらに備えていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】前記荷電粒子線収束手段と前記検出手段
との間に、前記荷電粒子線収束手段の各開口部で収束さ
れた前記試料からの各荷電粒子線を前記検出手段に導く
複数の開口部が形成された開口部材が設けられ、前記荷
電粒子線収束手段に印加する電位と同程度以上の電位を
前記開口部材に印加する第２の印加手段をさらに備えて
いることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】前記荷電粒子線収束手段と相似形で、か
つ前記対称磁気タブレット型レンズの倍率の逆数倍の大
きさの金属板が、前記クロスオーバー位置を中心として
前記荷電粒子線収束手段の光軸方向の対称位置に配置さ
れていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか
一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】前記荷電粒子線形成手段は、荷電粒子線
を発生させる荷電粒子線源と、該荷電粒子線源で発生さ
せた荷電粒子線を分岐させて複数の荷電粒子線を形成す
るマスクとを含み、前記マスクと前記試料とをほぼ同電位とする電位調整手
段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし
５のいずれか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】前記荷電粒子線加速手段は、前記荷電粒
子線光学系の内側に設けられた非磁性金属から成る金属
円筒部材と、該金属円筒部材の端面に設けられ前記荷電
粒子線を制限しながら通過させる開口が形成された制限
開口部材とを含み、前記金属円筒部材と前記制限開口部材の少なくとも一方
に所定の電位を印加する第３の印加手段をさらに備えて
いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項
に記載の欠陥検査装置。