JPH11250847A - Focusing charged particle beam device and inspection method using it - Google Patents

Focusing charged particle beam device and inspection method using it

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JPH11250847A
JPH11250847A JP10046725A JP4672598A JPH11250847A JP H11250847 A JPH11250847 A JP H11250847A JP 10046725 A JP10046725 A JP 10046725A JP 4672598 A JP4672598 A JP 4672598A JP H11250847 A JPH11250847 A JP H11250847A
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height
electron beam
charged particle
optical system
light
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JP10046725A
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Japanese (ja)
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Maki Tanaka
麻紀 田中
Masahiro Watanabe
正浩 渡辺
Takashi Hiroi
高志 広井
Hiroyuki Shinada
博之 品田
Hiroshi Ninomiya
二宮  拓
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To always observe and work and object in the focused state by optically detecting the height in the optical axis direction of sample, adjusting the height of the sample, detecting secondary charged particles generating by scanning electron beams, and inspecting a secondary charged particle image. SOLUTION: Electron beams from an electron gun are focused with an object lens 2, then used to scan the surface of a sample. Secondary electrons generated on the surface of a sample wager 3 by irradiation of electron beams are detected with a secondary electron detector 5, and inputted as an image signal in an image input part 6. An optical height detector 11 detects the sample surface height without contacting the sample, and inputs detected results into a control computer 10. The control computer 10 varies the focal point position of an electronic optical system or a Z stage according to the sample surface height, and inputs an image signal. The image signal inputted is compared with a previously memorized non-defective pattern based on inspection position information detected with a position measuring part to judge a defect.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,電子やイオンなど
の荷電粒子線を用いる加工あるいは観察の機能をもつ集
束荷電粒子線装置及びそれを用いた検査方法に関するも
ので,特にシステムの自動焦点の方式・装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focused charged particle beam apparatus having a processing or observation function using charged particle beams such as electrons and ions, and an inspection method using the same. Related to methods and devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電粒子線を用いる装置として,半導体
ウェハなどに形成された微細回路パターンを検査・計測
するための自動検査システムを例として説明する。半導
体ウェハなどに形成される微細回路パターンの欠陥検査
は,被検査パターンと良品パターンや被検査ウェハ上の
同種のパターンとの比較により行われ,光学式顕微鏡画
像を用いた装置が多く実用化されている。同様に,電子
顕微鏡画像を用いる場合にもパターンの画像を比較する
ことにより欠陥検査が行われる。また,半導体装置の製
造プロセス条件の設定やモニタなどに使用される微細回
路パターンの線幅や穴径などを測定する走査型電子顕微
鏡による測長装置においても,画像処理による測長の自
動化が行われている。
2. Description of the Related Art As an apparatus using a charged particle beam, an automatic inspection system for inspecting and measuring a fine circuit pattern formed on a semiconductor wafer or the like will be described as an example. Defect inspection of fine circuit patterns formed on semiconductor wafers and the like is performed by comparing the pattern to be inspected with non-defective patterns and the same kind of pattern on the wafer to be inspected, and many apparatuses using optical microscope images have been put into practical use. ing. Similarly, when an electron microscope image is used, a defect inspection is performed by comparing pattern images. Also, in a length measuring device using a scanning electron microscope that measures the line width and hole diameter of a fine circuit pattern used for setting the manufacturing process conditions of a semiconductor device and for monitoring, etc., the length measurement is automated by image processing. Have been done.

【0003】このように,同様のパターンの電子線像を
比較することによりその欠陥を検出する比較検査や,電
子線像を処理してパターンの線幅などを測定する場合に
は,得られる電子線像の質がその検査結果の信頼性に多
大な影響を与える。電子線像の質は,電子光学系の偏向
や収差などが原因となる画像歪みや,デフォーカスによ
る解像度の低下などにより劣化する。これらの像質の劣
化は比較検査や測長の性能を低下させる。
[0003] As described above, when a comparative inspection for detecting a defect by comparing electron beam images of similar patterns or when a line width of a pattern is measured by processing an electron beam image, the obtained electron beam is used. The quality of the line image has a great influence on the reliability of the test results. The quality of the electron beam image is degraded due to image distortion caused by deflection or aberration of the electron optical system, or a decrease in resolution due to defocus. These deteriorations in image quality degrade the performance of comparative inspection and length measurement.

【0004】試料表面の高さが一定でない場合に,全て
の範囲にわたって同じ条件で検査を行うと図2に示すよ
うに,検査箇所により電子線像が変化する。合焦点の画
像aとデフォーカスした画像bおよびcを比較して検査を
行うと正しい結果は得られない。また,これらの画像で
はパターンの幅が変化したり,画像のエッジ検出の結果
が安定して得られなくなるため,パターンの線幅や穴径
も安定して測定できないこととなる。従来電子顕微鏡の
焦点合わせは電子線像を見ながら対物レンズの制御電流
を調節することにより行っているが,多くの時間を要す
るのに加え,電子線で試料表面を何度も走査することと
なり,試料へのダメージも問題となる可能性がある。
When the inspection is performed under the same conditions over the entire range when the height of the sample surface is not constant, the electron beam image changes depending on the inspection location as shown in FIG. If the inspection is performed by comparing the focused image a with the defocused images b and c, correct results cannot be obtained. Further, in these images, the width of the pattern changes and the result of edge detection of the image cannot be obtained stably, so that the line width and hole diameter of the pattern cannot be measured stably. Conventionally, electron microscope focusing has been performed by adjusting the control current of the objective lens while observing the electron beam image, but in addition to requiring a lot of time, the electron beam scans the sample surface many times. However, damage to the sample may also be a problem.

【0005】このような問題を解決するために,特開平
5-258703では検査開始前に予め試料内の数点においてそ
の試料面高さに最適な対物レンズの制御電流を測定して
おき,検査時にこれらのデータを補間して各点の焦点調
節を行う方法が開示されているが,検査前の最適制御電
流の測定に多くの時間を要し,またウェハの保持方法に
よっては試料面の高さが検査中に変化する可能性がある
という問題点がある。
To solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
In 5-258703, the control current of the objective lens optimal for the sample surface height is measured in advance at several points in the sample before the start of the inspection, and these data are interpolated during the inspection to adjust the focus of each point. Although the method is disclosed, it takes a lot of time to measure the optimal control current before the inspection, and the height of the sample surface may change during the inspection depending on the method of holding the wafer. is there.

【0006】また,特開昭63-254649 には光学式の高さ
検出手段を用いて走査型電子顕微鏡の焦点合わせを行う
方法が開示されているが,高さ検出のための光学系が真
空装置内に配置されており,その光軸などの調整が困難
であるといった問題点があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-254649 discloses a method for focusing a scanning electron microscope by using an optical height detecting means, but the optical system for detecting the height is vacuum. There is a problem that it is arranged in the apparatus and it is difficult to adjust its optical axis and the like.

【0007】また,収束荷電粒子線を用いた加工装置の
場合には,荷電粒子線の焦点合わせは加工精度に影響を
与えることとなり,観察用の装置と同様に非常に重要な
課題である。加工装置の例としては,電子線式の半導体
パターンの露光装置や,FIBによる回路の修正装置など
があげられる。
Further, in the case of a processing apparatus using a convergent charged particle beam, focusing of the charged particle beam affects processing accuracy, and is a very important problem as in the case of an observation apparatus. Examples of the processing apparatus include an electron beam type semiconductor pattern exposure apparatus and an FIB circuit correction apparatus.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】走査型電子顕微鏡にお
いて,電子線像を用いて最適な制御電流を測定する方法
は,焦点位置を検出するために幾通りもの電子線像を得
る必要があり,焦点合わせに要する時間が長くなり短時
間の焦点合わせには不向きである。また広い範囲にわた
り自動で検査や測長を行う場合,このような方法で全て
の点で焦点合わせを行うのは困難であり,検査前に予め
数点での計測を行い,補間などにより各点の高さを推定
するなどの工夫が必要である。一例として,本発明が対
象としている半導体装置の電子線式自動検査システムの
概要を図1に示す。このような自動検査システムでは,
電子光学系に対して被検査物である試料ウェーハをステ
ージにより移動させ,広範囲にわたる検査を実現する。
In a scanning electron microscope, a method of measuring an optimum control current using an electron beam image requires a number of electron beam images to detect a focus position. The time required for focusing becomes long, and it is not suitable for short-time focusing. In addition, when performing inspection and length measurement automatically over a wide range, it is difficult to perform focusing at all points using such a method. It is necessary to devise a method such as estimating the height of the building. As an example, FIG. 1 shows an outline of an electron beam automatic inspection system for a semiconductor device to which the present invention is applied. In such an automatic inspection system,
A sample wafer, which is an object to be inspected, is moved by a stage with respect to the electron optical system to realize a wide range of inspection.

【0009】製造プロセス途中にある被検査物の半導体
ウェハは加熱処理などによる変形が生じ,その変形量は
最悪大で数百μmにもおよぶ。しかし,真空試料室内に
おいて電子光学系に干渉しない方法で試料を安定に保持
することは非常に困難であり,光学式検査装置のように
真空チャックによりその平坦度を得ることもできない。
A semiconductor wafer as an object to be inspected in the middle of a manufacturing process is deformed due to a heat treatment or the like, and the amount of the deformation is a maximum of several hundred μm. However, it is very difficult to stably hold a sample in a vacuum sample chamber by a method that does not interfere with the electron optical system, and it is not possible to obtain the flatness by a vacuum chuck as in an optical inspection apparatus.

【0010】また,検査が長時間にわたるため,ステー
ジの往復運動の際の加原則によって試料の保持状態が変
化する可能性が高く,試料表面高さが予め測定した状態
から変化することも考えられる。
[0010] In addition, since the inspection is performed for a long time, the holding state of the sample is likely to change due to the principle of reciprocation of the stage, and the sample surface height may change from the previously measured state. .

【0011】このような理由から検査中の試料表面の高
さは電子光学系の焦点深度(倍率10000において数μmと
言われるが,検査時に要求される焦点深度はその検査性
能により異なる)を超えて不安定に変化する可能性が高
い。電子線画像を用いた調整は各点において,ステージ
を停止した状態で,複数の電子線像を取得する必要があ
り,検査中のステージ移動と同時に高さを検出しながら
連続して焦点調節を行うことは不可能である。
For this reason, the height of the sample surface under inspection exceeds the depth of focus of the electron optical system (several μm at a magnification of 10,000, but the depth of focus required at the time of inspection depends on the inspection performance). Likely to change unstable. In the adjustment using electron beam images, it is necessary to acquire multiple electron beam images at each point with the stage stopped, and to adjust the focus continuously while detecting the height while moving the stage during inspection. It is impossible to do.

【0012】また,予め検査開始前に試料表面の数点で
このような電子線像を用いた焦点調節を行う場合は,検
査開始前のキャリブレーションに多くの時間を要し,特
に今後のウェハの大口径化などに伴い,スループットの
低下は大きな問題となる。また,このような大口径化が
進むと,そりなどのウェハの変形も大きくなると考えら
れ,さらに自動焦点への要求は厳しくなる。また試料の
材質によっては,電子線を当てることにより表面の帯電
の状態が変化して,検査に使用する電子線画像に影響を
与える。
In the case where the focus adjustment using such an electron beam image is carried out in advance at several points on the sample surface before the start of the inspection, a lot of time is required for the calibration before the start of the inspection. With the increase in the diameter of, the decrease in throughput becomes a serious problem. Further, as the diameter increases, it is considered that the deformation of the wafer such as warpage increases, and the demand for the automatic focus becomes more severe. In addition, depending on the material of the sample, the state of charge on the surface changes when the electron beam is applied, which affects an electron beam image used for inspection.

【0013】これらの理由から,従来の方法ではSEMに
よる長時間にわたる検査において十分な性能を確保する
ことは困難である。試料の安定な保持が困難な場合に
は,電子光学系による観察範囲の表面高さを検査中に画
像を取得する直前に検出することが望ましい。また,ス
テージを連続的に移動しながら検査を行う場合には,試
料表面高さの検出も連続的に,検査の流れを妨げること
なく高速に行う必要がある。このように,検査と同時に
連続的に高さを検出するためには,検査位置あるいはそ
の近傍の高さを高速に検出する必要がある。
For these reasons, it is difficult for the conventional method to secure sufficient performance in a long-term inspection by SEM. When it is difficult to hold the sample stably, it is desirable to detect the surface height of the observation range by the electron optical system immediately before acquiring an image during inspection. When the inspection is performed while the stage is continuously moved, it is necessary to detect the sample surface height continuously and at a high speed without obstructing the flow of the inspection. As described above, in order to continuously detect the height at the same time as the inspection, it is necessary to rapidly detect the height at or near the inspection position.

【0014】しかし,観察領域の近傍に絶縁物や磁性材
料などの周辺の電界や磁界を変化させるものを配置する
と,電子線の走査に影響を与えるため,センサを電子光
学系の近傍に配置することは困難である。また,観察領
域は真空試料室内にあるため,真空中での測定が可能で
なければならない。また,真空試料室で使用するため,
調整・メンテナンスが容易であることが望ましい。電子
線式検査装置を例に説明したが,これらは,イオンなど
他の収束荷電粒子線を用いた観察・加工装置についても
同様である。また,これらの課題は,荷電粒子線を1点
のみに収束させるもののみではなく,アパーチャやマス
クなどの形状を結像・投影する装置においても同様のも
のであり,本発明が対象とする荷電粒子線装置とはこれ
らの結像型の荷電粒子光学系を持つ装置を含むものであ
る。
However, if an object such as an insulator or a magnetic material that changes the electric field or magnetic field in the vicinity is arranged in the vicinity of the observation region, the scanning of the electron beam is affected. Therefore, the sensor is arranged in the vicinity of the electron optical system. It is difficult. In addition, since the observation area is in the vacuum sample chamber, it must be possible to perform measurement in a vacuum. Also, because it is used in a vacuum sample chamber,
It is desirable that adjustment and maintenance are easy. The electron beam inspection apparatus has been described as an example, but the same applies to an observation / processing apparatus using other convergent charged particle beams such as ions. In addition, these problems are not limited to those for converging a charged particle beam to only one point, and are the same for an apparatus for imaging and projecting a shape such as an aperture or a mask. The particle beam device includes a device having these imaging type charged particle optical systems.

【0015】本発明の課題は荷電粒子光学系への干渉が
なく,真空中において荷電粒子光学系の観察あるいは加
工領域周辺の高さを高速に検出する手段の提供とその高
さ検出結果を用いることにより,常に焦点の合った状態
で対象物の観察・加工を実現し,信頼性の高い装置・シ
ステムを構築することである。
An object of the present invention is to provide a means for observing a charged particle optical system or detecting a height around a processing area at high speed without interference with the charged particle optical system and using the height detection result. In this way, it is possible to realize observation and processing of an object in an always focused state, and to construct a highly reliable apparatus and system.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題点は,荷電粒子
光学系と干渉がなく,観察あるいは加工領域の対象物表
面高さを観察・加工と同時に検出することのできる高さ
検出器とその高さ情報を用いて焦点調節が可能な荷電粒
子光学系と得られた荷電粒子線像を用いて加工・観察を
行うことのできるシステムにより実現することができ
る。荷電粒子光学系と干渉することなく試料表面の高さ
を検出するためには,離れた位置から高さの検出が可能
な高さ検出器が必要である。また,荷電粒子線の走査に
影響を与えないため,検出位置周辺の電界や磁界に与え
る影響が時間的に変化しないような方法でなければなら
ず,試料室が真空であるため,真空中で使用できる必要
がある。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned problem is caused by a height detector which does not interfere with a charged particle optical system and can detect the height of an object surface in an observation or processing area simultaneously with observation and processing. The present invention can be realized by a charged particle optical system capable of performing focus adjustment using height information and a system capable of performing processing and observation using the obtained charged particle beam image. In order to detect the height of the sample surface without interfering with the charged particle optical system, a height detector capable of detecting the height from a remote position is required. Also, in order not to affect the scanning of the charged particle beam, the method must be such that the effect on the electric and magnetic fields around the detection position does not change over time. Must be available.

【0017】本発明では,高さ検出位置に斜方から光を
投影し,試料表面での反射光を用いて高さを検出する光
学的な高さ検出方法を用いることでこのような高さ検出
器を実現する。
In the present invention, such a height is obtained by using an optical height detection method in which light is projected obliquely to the height detection position and the height is detected using reflected light on the sample surface. Implement a detector.

【0018】即ち、本発明では、集束荷電粒子線装置
を、電子線源と、この電子線源から発せられた電子線を
焦点に収束させる電子光学系手段と,内部を真空に排気
される真空室手段と、この真空室手段の内部にあって被
検査物を載置して平面内を移動可能なステージ手段と、
このステージ手段に載置された被検査物に電子光学系手
段により集束させた電子線を走査して照射することによ
り被検査物から発生する2次荷電子を検出して試料表面
の電子線像を観察する電子線像観察手段と,電子光学系
手段により電子線を走査して照射される領域における被
検査物表面の高さを光学的に検出する高さ検出手段と、
この高さ検出手段により検出した結果を用いて電子光学
系手段による電子線の焦点位置と被検査物との高さ方向
の相対位置を制御する制御手段と、この制御手段により
電子線の焦点位置と被検査物との高さ方向の相対位置が
制御された状態で電子線像観察手段により観察された被
検査試料表面の電子線像を処理して被検査試料の欠陥を
検出する欠陥検出手段とを備えて構成した。
That is, in the present invention, the focused charged particle beam apparatus comprises an electron beam source, an electron optical system means for converging an electron beam emitted from the electron beam source to a focal point, and a vacuum which is evacuated to a vacuum. Chamber means, and stage means inside the vacuum chamber means, on which a test object is placed and which can move in a plane,
By scanning and irradiating an electron beam focused by the electron optical system means on the inspection object mounted on the stage means, secondary charged electrons generated from the inspection object are detected, and an electron beam image of the sample surface is detected. Electron beam image observation means for observing the object, height detection means for optically detecting the height of the surface of the object to be inspected in an area irradiated by scanning the electron beam with the electron optical system means,
Control means for controlling the focus position of the electron beam by the electron optical system means and the relative position in the height direction of the object to be inspected using the result detected by the height detection means; and the focus position of the electron beam by the control means Detecting means for processing an electron beam image of a surface of a sample to be inspected observed by an electron beam image observing means in a state where a relative position in a height direction between the object and the object to be inspected is controlled and detecting a defect of the sample to be inspected And was configured.

【0019】また、本発明では、集束荷電粒子線装置を
用いた検査方法を、処理室の内部の移動可能なテーブル
上に被処理物を設置し、この被処理物を設置した処理室
を真空に排気し、この真空に排気された処理室の内部で
移動可能なテーブルを移動させながら電子線源より発射
された電子線が走査して照射される被検査物の領域の電
子線源の光軸方向の高さを光学的に検出し、この検出し
た結果に基づいて被検査物の光軸方向の高さを調整し、
高さが調整された被検査物に移動可能なテーブルを移動
させながら電子線源より発射された電子線を走査して照
射し、この電子線を走査して照射されて被検査物から発
生する2次荷電粒子を検出して被検査物の表面の2次荷
電流子像を得、この2次荷電流子像に基づいて被検査試
料を検査する方法とした。
Further, according to the present invention, an inspection method using a focused charged particle beam apparatus is described in which an object to be processed is set on a movable table inside the processing chamber, and the processing chamber in which the object is set is evacuated. The electron beam emitted from the electron beam source scans and irradiates the electron beam emitted from the electron beam source while moving the movable table inside the evacuated processing chamber. Optically detecting the height in the axial direction, adjusting the height in the optical axis direction of the inspection object based on the detected result,
Scanning and irradiating the electron beam emitted from the electron beam source while moving the movable table to the object whose height is adjusted, and scanning and irradiating the electron beam, the electron beam is generated from the object to be inspected. Secondary charged particles are detected to obtain a secondary charged current image of the surface of the inspection object, and the inspection sample is inspected based on the secondary charged current image.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の一例として,
電子線画像を用いた自動検査システムの概要を図1を用
いて説明する。図1の電子光学系は電子銃1から発せられ
る電子線を対物レンズ2により収束させ試料表面を任意
の順序で走査することができる。電子線の照射により試
料ウェハ3の表面において発生する2次電子信号4は2次
電子検出器5により検出され画像入力部6に画像信号とし
て入力される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an example of an embodiment of the present invention,
An outline of an automatic inspection system using an electron beam image will be described with reference to FIG. The electron optical system shown in FIG. 1 can converge an electron beam emitted from an electron gun 1 by an objective lens 2 and scan the sample surface in an arbitrary order. A secondary electron signal 4 generated on the surface of the sample wafer 3 by irradiation with an electron beam is detected by a secondary electron detector 5 and input to an image input unit 6 as an image signal.

【0021】被検査物であるウェハはX-Yステージ7およ
びZステージ8により移動可能であり,ステージの移動に
より試料表面の任意の位置が電子光学系により観察可能
である。ステージ移動に同期した電子ビームの照射およ
び画像入力が可能であり,ステージの移動は制御用計算
機10により制御される。光学式の高さ検出器11は非接触
で電子光学系に干渉することなく,電子光学系が観察を
行う位置近傍の試料表面高さを高速に検出することが可
能であり,その高さ検出結果は制御用計算機10に入力さ
れる。
The wafer to be inspected can be moved by the XY stage 7 and the Z stage 8, and any position on the sample surface can be observed by the electron optical system by moving the stage. The irradiation of the electron beam and the image input synchronized with the stage movement are possible, and the movement of the stage is controlled by the control computer 10. The optical height detector 11 can detect the sample surface height near the position where the electron optical system observes at high speed without contact and without interfering with the electron optical system. The result is input to the control computer 10.

【0022】制御用計算機10はその試料表面高さに応じ
て電子光学系の焦点位置あるいはZステージを変化さ
せ,画像信号の入力を行う。焦点の合った状態で入力さ
れた画像信号と位置測長部より検出される検査位置情報
をもとに画像処理部9により予め記憶された良品パター
ンや被検査ウェハ上の異なる場所あるいは異なるウェハ
の同種パターンと比較して欠陥判定を行う。図1では2
次電子像を用いた自動検査装置の例を示しているが,試
料表面の状態を観察する手段は2次電子以外に,後方散
乱電子や透過電子などによる像を用いてもよい。
The control computer 10 changes the focal position or the Z stage of the electron optical system according to the sample surface height, and inputs an image signal. Based on the image signal input in focus and the inspection position information detected by the position measurement unit, the non-defective pattern stored in advance by the image processing unit 9 or a different place on the inspected wafer or a different wafer Defect judgment is performed by comparing with the same kind of pattern. In FIG. 1, 2
Although an example of the automatic inspection apparatus using the secondary electron image is shown, the means for observing the state of the sample surface may use an image of backscattered electrons, transmitted electrons, or the like in addition to the secondary electrons.

【0023】図1の例では,試料表面にスポットあるい
はスリット状の光を投影し,この正反射光を結像しその
像の位置を検出する方式(以下,光反射位置検出方式と
呼ぶ)により試料表面の高さを検出している。これは,
図3に示すように試料表面に所定の入射角θからスポッ
トあるいはスリット状の光束を照射して試料面上で結像
させ,その光束の試料表面における反射光を検出して試
料表面の高さ変動をこの光束像の移動量に変換し,この
移動量を検出することにより試料表面の高さを得るもの
である。
In the example shown in FIG. 1, a spot or slit-like light is projected on the surface of the sample, the specular reflection light is imaged, and the position of the image is detected (hereinafter, referred to as a light reflection position detection method). The height of the sample surface is detected. this is,
As shown in FIG. 3, a spot or slit-shaped light beam is applied to the sample surface from a predetermined incident angle θ to form an image on the sample surface, and the reflected light of the light beam on the sample surface is detected to detect the height of the sample surface. The change is converted into the movement amount of the light beam image, and the height of the sample surface is obtained by detecting the movement amount.

【0024】この高さ検出装置は図1のシステムに限ら
ず,他の収束荷電粒子線を用いた観察・加工装置におい
ても同様に使用することが可能である。以下,高さ検出
器に関する実施例は荷電粒子線を用いた観察装置の場合
を例として説明するが,これら荷電粒子線を用いた加工
装置の場合にも同様に適用可能である。このとき,観察
装置における像質の低下は加工装置における加工精度の
低下となることは言うまでもない。また,本発明が対象
とする荷電粒子線装置とは,荷電粒子線を1点のみに収
束させるもののみではなく,アパーチャやマスクなどの
形状を結像・投影する装置をも含み,本発明はこれらの
結像型の荷電粒子光学系を持つ装置においても同様の効
果が得られる。このような加工装置の例としては,一括
図形照射によるEB描画装置などがある。
This height detecting device is not limited to the system shown in FIG. 1, but can be used in other observing and processing devices using convergent charged particle beams. In the following, the embodiment relating to the height detector will be described by taking as an example the case of an observation device using charged particle beams. However, the present invention is similarly applicable to the case of a processing device using these charged particle beams. At this time, it goes without saying that a reduction in image quality in the observation device results in a reduction in processing accuracy in the processing device. The charged particle beam device to which the present invention is applied is not limited to a device that converges a charged particle beam to only one point, but also includes a device that forms and projects a shape such as an aperture or a mask. The same effect can be obtained also in an apparatus having these imaging type charged particle optical systems. As an example of such a processing apparatus, there is an EB drawing apparatus using collective figure irradiation.

【0025】この光反射位置検出方式は,高さ検出光学
系が検出位置の直上を使用しないため,荷電粒子光学系
の観察領域の高さを荷電粒子光学系とほとんど干渉する
ことなく同時に検出する事ができる。高さ検出器の高さ
検出位置と荷電粒子光学系の観察領域を一致させておけ
ば,観察時に対象物表面の高さを知ることができ,その
高さ情報を荷電粒子光学系にフィードバックし,常にフ
ォーカスのあった荷電粒子線を用いて観察を行うことが
できる。
In this light reflection position detection method, the height of the observation area of the charged particle optical system is simultaneously detected without substantially interfering with the charged particle optical system because the height detection optical system does not use the position directly above the detection position. Can do things. By matching the height detection position of the height detector with the observation area of the charged particle optical system, the height of the object surface can be known during observation, and the height information is fed back to the charged particle optical system. In addition, observation can be performed using a charged particle beam that is always in focus.

【0026】所望の荷電粒子光学系による観察領域と高
さ検出器の高さ検出位置は必ずしも完全に一致している
必要はなく,連続的に得られる周辺の高さ情報などから
観察時に対象物表面の高さが分かればよい。また,光反
射位置検出方式を用いる場合,光学系部品の配置は光学
系の設計によりある程度柔軟に変更可能であり,荷電粒
子光学系との干渉を考慮した配置が可能である。
The observation area by the desired charged particle optical system and the height detection position of the height detector do not necessarily have to completely coincide with each other. What is necessary is just to know the height of the surface. When the light reflection position detection method is used, the arrangement of the optical system components can be flexibly changed to some extent by the design of the optical system, and the arrangement can be made in consideration of interference with the charged particle optical system.

【0027】この光反射位置検出方式による高さ検出器
の配置は対象物表面への入射角に大きく制限を受ける。
光反射位置検出方式では,入射角の大きさが高さ検出性
能に影響を与えるため,システム内の部品配置のみで入
射角を決定することはできない。図4に半導体ウェハの
回路パターンの製造工程で用いられる代表的な材料であ
るSiおよびレジストの表面反射率の入射角依存性を示
す。試料表面における反射率は入射角が大きいほど大き
く,材料間の反射率差は入射角が大きいほど小さくな
り,この傾向は他の材料に関しても同様である。材料間
の反射率差は試料表面の反射率むらとなり,検出光量の
分布に影響を与える。検出スリット像内に試料表面パタ
ーンによる光量分布が生じると,スリット位置検出誤差
が生じ,高さ検出の精度が低下することとなる。
The arrangement of the height detector based on this light reflection position detection method is greatly restricted by the angle of incidence on the surface of the object.
In the light reflection position detection method, since the size of the incident angle affects the height detection performance, the incident angle cannot be determined only by the arrangement of components in the system. FIG. 4 shows the incident angle dependence of the surface reflectance of Si and a resist, which are typical materials used in the process of manufacturing a circuit pattern on a semiconductor wafer. The reflectivity on the sample surface increases as the incident angle increases, and the reflectivity difference between the materials decreases as the incident angle increases. This tendency is the same for other materials. The difference in reflectance between the materials results in uneven reflectance of the sample surface, which affects the distribution of the detected light amount. If a light amount distribution due to the sample surface pattern occurs in the detection slit image, a slit position detection error occurs, and the accuracy of height detection decreases.

【0028】図3において,光束像の移動量の検出は図
に示したポジションセンサの他にリニアイメージセンサ
などの光束の照射位置が検出できるのもなら何でもよい
が,これらのセンサ出力のS/Nを確保するには十分な検
出光量が必要である。材料や表面パターンに依存せず,
安定した検出光量を確保するためには入射角を大きくと
ることが望ましい。また,この光反射位置検出方式は原
理的に入射角が大きいほど検出感度が高い。この入射角
を60度以上とることにより検出光量を確保する。
In FIG. 3, the amount of movement of the light beam image can be detected by any means other than the position sensor shown in FIG. 3 as long as the irradiation position of the light beam can be detected by a linear image sensor or the like. In order to secure N, a sufficient amount of detected light is required. Independent of material and surface pattern,
In order to secure a stable amount of detected light, it is desirable to increase the incident angle. In addition, in this light reflection position detection method, the detection sensitivity increases in principle as the incident angle increases. By setting this incident angle to 60 degrees or more, the detected light amount is secured.

【0029】次に,高さ検出光学系の光学部品の配置に
関する実施形態の例について説明する。一般に荷電粒子
光学系の近傍に絶縁体を配置すると,その絶縁体の帯電
により周辺の電界に変化を生じ,荷電粒子線の偏向など
に影響を与えぼけや歪みなど,像質の劣化原因となる。
このような帯電による影響は帯電の状態の変化と共に時
間的に変化するため,その補正は困難である。
Next, an example of the embodiment relating to the arrangement of the optical components of the height detecting optical system will be described. In general, when an insulator is placed near a charged particle optical system, the charging of the insulator causes a change in the surrounding electric field, which affects the deflection of the charged particle beam and causes deterioration in image quality such as blur and distortion. .
It is difficult to correct the influence of such charging because it changes with time as the charging state changes.

【0030】安定な荷電粒子線像を得るためには,レン
ズのような絶縁体を荷電粒子線を臨む位置に配置するこ
とは避けなければならない。あるいは荷電粒子光学系か
ら十分離れたところに導電性膜をつけるなどの処理をし
て配置することで影響は低減される。これらレンズなど
の部品が荷電粒子光学系に与える影響は,視野や要求さ
れる精度・解像度など,荷電粒子光学系の仕様により変
化する。荷電粒子光学系の仕様により,荷電粒子光学系
に影響のある範囲を決定し,その範囲内に部品を配置し
なくてもよい光路設計を行うことで,このような影響を
避けることができる。
In order to obtain a stable charged particle beam image, it is necessary to avoid placing an insulator such as a lens at a position facing the charged particle beam. Alternatively, the effect can be reduced by arranging a conductive film at a position sufficiently distant from the charged particle optical system, for example, by attaching a conductive film. The effects of these components such as lenses on the charged particle optical system vary depending on the specifications of the charged particle optical system, such as the field of view and the required accuracy and resolution. Such an influence can be avoided by determining a range that has an influence on the charged particle optical system based on the specification of the charged particle optical system and designing an optical path that does not require disposing components within the range.

【0031】荷電粒子光学系周辺に高さ検出器用のレン
ズを配置した場合の荷電粒子線への影響は計算機シミュ
レーションにより推定可能であり,図5に示すようにレ
ンズの配置が可能な位置を決定したあと,それを考慮し
て高さ検出器の光学系を設計してやればよい。試料に面
するレンズ16,17と試料面(結像位置)との距離は使用
するレンズの焦点距離を選択することで適切な値に設定
可能である。
The effect on the charged particle beam when the lens for the height detector is arranged around the charged particle optical system can be estimated by computer simulation, and the position where the lens can be arranged is determined as shown in FIG. After that, the optical system of the height detector may be designed in consideration of this. The distance between the lenses 16 and 17 facing the sample and the sample surface (imaging position) can be set to an appropriate value by selecting the focal length of the lens to be used.

【0032】前記実施例では荷電粒子光学系に影響を与
えない位置にレンズを配置したが,試料に面するレンズ
と試料面との距離をさらに大きくとると,図6に示すよ
うにレンズなどの高さ検出光学系の部品を真空試料室外
へ出すことも可能となる。真空試料室13と大気中の間に
はガラスなどで透明な窓をつくればよい。このように高
さ検出系の光学部品を試料室外に配置することができれ
ば,図7のように高さ検出光学系を真空中に配置する場
合に比べ,設置時の調整やメンテナンスが容易となると
いった利点がある。
In the above embodiment, the lens is disposed at a position where the charged particle optical system is not affected. However, if the distance between the lens facing the sample and the sample surface is further increased, as shown in FIG. It is also possible to take the components of the height detection optical system out of the vacuum sample chamber. A transparent window such as glass may be formed between the vacuum sample chamber 13 and the atmosphere. If the optical components of the height detection system can be arranged outside the sample chamber in this manner, adjustment and maintenance at the time of installation are easier than when the height detection optical system is arranged in a vacuum as shown in FIG. There are advantages.

【0033】先の実施例の場合のように,高さ検出光学
系の形態によってはその部品の一部あるいは全てが真空
試料室外部に配置される場合がある。図8に示すように
光学系の一部あるいは全部が試料室外部に配置される場
合には,光路の途中に試料室と大気中を隔てる外壁が存
在し,その外壁に光を通過させるためにはガラスのよう
な透明な部材で入射窓を作る必要がある。このとき図8
に示すように入射窓を試料室上部の外壁にそのまま付け
ると,光反射位置検出方式により高入射角で入射光を投
影する場合には,入射窓への光束の入射角が大きくなる
ため窓表面における反射率が非常に大きくなる。
As in the case of the previous embodiment, some or all of the components may be arranged outside the vacuum sample chamber depending on the form of the height detecting optical system. When part or all of the optical system is disposed outside the sample chamber as shown in FIG. 8, there is an outer wall that separates the sample chamber from the atmosphere in the middle of the optical path. Requires the entrance window to be made of a transparent material such as glass. At this time, FIG.
When the incident window is directly attached to the outer wall of the upper part of the sample chamber as shown in (2), when the incident light is projected at a high incident angle by the light reflection position detection method, the incident angle of the luminous flux to the incident window becomes large. Becomes very large.

【0034】図9に光学材料としてよく使用される代表
的なガラスBK7の表面反射率の入射角依存性を示す。入
射窓には表面に導電性の膜などの処理を施す場合があ
り,材質の違いなどによってこの入射角依存性は多少変
化するが傾向は同様であり,窓表面への入射角が大きい
場合にはその表面での反射率が高いため,窓における光
量の損失が大きくなる。
FIG. 9 shows the incident angle dependence of the surface reflectance of a typical glass BK7 often used as an optical material. In some cases, the surface of the entrance window is treated with a conductive film or the like. Depending on the material used, the dependence on the incidence angle may vary slightly, but the tendency remains the same. Has a high reflectance on its surface, so that the loss of light quantity at the window is large.

【0035】図8に示すように,入射時および試料表面
での反射後の2回窓を通る場合など,窓を通過する回数
が増えるとそれに従ってこの損失は更に大きくなる。ま
た光束内における入射角の分布(例えば,NA0.1の場合
±5.7度の範囲に分布する)を考えると,光束内の光量
分布むらの原因となるため反射率の変化の大きい入射角
の使用は避ける必要がある。
As shown in FIG. 8, when the number of times of passing through the window increases, such as when the beam passes through the window twice at the time of incidence and after reflection on the sample surface, the loss further increases. Considering the distribution of the incident angle in the light beam (for example, in the case of NA 0.1, it is distributed in the range of ± 5.7 degrees). Must be avoided.

【0036】そこで,図10に示すように入射窓23を高
さ検出光学系の光路に垂直あるいはそれに近い角度とな
るように配置することで窓表面における反射率を低減す
ることができ,光路途中の光量の損失を小さくすること
ができる。光束内の光量分布むらを考慮して,図9にお
いて入射角により反射率が殆ど変化しない30度以下の入
射角になるように窓を配置してやることが望ましい。大
気中と真空試料室の他にも,高さ検出光学系の光路途中
に何らかの部材が存在し,穴を開けることができない場
合には同様に入射窓が必要となるが,このような場合に
も窓の形状が荷電粒子光学系に影響を与えないのであれ
ば,できる限り光路に垂直に近い形状とすることで光量
の損失を防ぐことができる。
Therefore, as shown in FIG. 10, by arranging the entrance window 23 at an angle perpendicular to or close to the optical path of the height detecting optical system, it is possible to reduce the reflectance on the surface of the window, and to reduce the reflectance on the optical path. Can be reduced. In consideration of uneven light amount distribution in the light beam, it is desirable to arrange the windows in FIG. 9 so that the incident angle is 30 degrees or less where the reflectance hardly changes depending on the incident angle. In addition to the atmosphere and the vacuum sample chamber, if there is any member in the optical path of the height detection optical system and it is not possible to make a hole, an entrance window is also necessary. If the shape of the window does not affect the charged particle optical system, it is possible to prevent the loss of light amount by making the shape as close as possible to the optical path as much as possible.

【0037】次に,入射窓を用いる場合に生じる,ガラ
スの屈折率の分散による色収差の影響を低減するための
方法の実施例について述べる。高さ検出に使用する光束
がガラス窓を通過する際に光路がシフトするが,図11
に示すようにガラスの屈折率の分散のためこのシフト量
は波長により異なることとなる。白色光を用いて試料面
の高さを検出する場合にはこの色による収差が原因で高
さ検出誤差を生じる。
Next, an embodiment of a method for reducing the influence of chromatic aberration due to dispersion of the refractive index of glass, which occurs when an entrance window is used, will be described. The optical path shifts when the light beam used for height detection passes through the glass window.
As shown in (2), the shift amount varies depending on the wavelength because of the dispersion of the refractive index of the glass. When the height of the sample surface is detected using white light, a height detection error occurs due to the aberration due to the color.

【0038】この,光路のシフト量は入射角に依存し,
ガラス板厚に比例する。先の実施例で述べたように窓ガ
ラスへの入射角を小さくすることができれば,この影響
は低減することができるが,入射角が大きい場合には特
に問題となる(例えば,入射角70度,材質BK7,板厚2mm
の場合,波長656.28nmと404.66nmの光路のシフト量の差
は9μmとなる)。
The shift amount of the optical path depends on the incident angle.
It is proportional to the thickness of the glass plate. As described in the previous embodiment, if the angle of incidence on the window glass can be reduced, this effect can be reduced. However, when the angle of incidence is large, it is particularly problematic (for example, when the angle of incidence is 70 degrees). , Material BK7, plate thickness 2mm
In the case of, the difference between the shift amounts of the optical paths of the wavelengths of 656.28 nm and 404.66 nm is 9 μm).

【0039】白色光を用いた場合,これらの色収差の影
響は被検査物の色により変化するため,補正は困難であ
る。この色収差の影響を低減するための方法の実施例と
しては,入射窓のガラス板厚を薄くする,収差補正用ガ
ラス板を光路途中に挿入するなどが考えられる。光路の
シフト量はガラス板厚に比例するため,使用波長域およ
び所望の高さ検出精度を考慮して,色収差の影響が問題
にならない厚さのガラス板を使用すればよい。
When white light is used, the effects of these chromatic aberrations change depending on the color of the object to be inspected, so that correction is difficult. Examples of the method for reducing the influence of the chromatic aberration include reducing the thickness of the glass plate of the entrance window and inserting an aberration correcting glass plate in the middle of the optical path. Since the shift amount of the optical path is proportional to the thickness of the glass plate, a glass plate having a thickness in which the influence of chromatic aberration does not matter may be used in consideration of the wavelength range to be used and a desired height detection accuracy.

【0040】要求される強度を満足すれば必ずしもガラ
スである必要はなく,光学的に透明な部材,例えばペリ
クル等を用いてももちろんよい。しかし,真空試料室へ
の入射窓など,強度が必要な場合には,ガラス板厚を十
分薄くすることができない。このような場合には色収差
補正用のガラス板を光路途中に挿入すればよい。
The glass is not necessarily required to satisfy the required strength, and an optically transparent member such as a pellicle may be used. However, when strength is required such as an entrance window to a vacuum sample chamber, the glass plate cannot be made sufficiently thin. In such a case, a glass plate for correcting chromatic aberration may be inserted in the optical path.

【0041】図12に示すように結像用レンズに対して
入射窓と同じ方向に補正用ガラス板を挿入する場合はガ
ラス窓への入射角θに対して,補正用ガラス板への入射
角−θとなるように窓と同じ材質,同じ厚さの補正用ガ
ラス板を配置すれば,波長による光路のシフト量の違い
をキャンセルすることができる。
As shown in FIG. 12, when the glass plate for correction is inserted in the same direction as the entrance window with respect to the imaging lens, the incident angle θ to the glass plate for correction with respect to the incident angle θ to the glass window. By disposing a correction glass plate having the same material and the same thickness as the window so as to be −θ, it is possible to cancel the difference in the shift amount of the optical path due to the wavelength.

【0042】また,図13に示すように結像用レンズに
対して反対側に挿入する場合には入射窓と平行に,窓と
同じ材質で,結像用レンズ倍率に比例した厚さの補正用
ガラス板を配置すれば,同様に波長による光路のシフト
量の違いをキャンセルすることができる。
When the lens is inserted on the opposite side of the imaging lens as shown in FIG. 13, the thickness is corrected in parallel with the entrance window using the same material as the window and in proportion to the magnification of the imaging lens. By disposing the glass plate for use, the difference in the shift amount of the optical path due to the wavelength can be similarly canceled.

【0043】試料に照射される荷電粒子線の加速電圧の
減速などを目的として,試料上面に試料と平行に平板電
極を配置する場合がある。このような場合,高さ検出器
の光路を確保するために,平板電極に穴あるいは窓を開
ける必要がある。この平板電極の形状は試料近傍の電界
分布に影響を与えるため,窓の形状が荷電粒子線画像の
像質に影響を与える恐れがある。このような平板電極に
穴や窓を配置する際に,荷電粒子線画像への影響を低減
するための方法の実施例について以下に述べる。
In some cases, a flat plate electrode is arranged on the upper surface of the sample in parallel with the sample for the purpose of reducing the acceleration voltage of the charged particle beam irradiated on the sample. In such a case, it is necessary to make a hole or a window in the plate electrode in order to secure the optical path of the height detector. Since the shape of the plate electrode affects the electric field distribution near the sample, the shape of the window may affect the image quality of the charged particle beam image. An embodiment of a method for reducing the influence on a charged particle beam image when arranging holes or windows in such a flat electrode will be described below.

【0044】平板電極に開ける穴の大きさや配置により
荷電粒子光学系に与える影響は変化する。穴の影響がど
の程度問題となるかは荷電粒子光学系の要求性能により
異なるが,穴の大きさが小さい場合はその影響を無視で
きる場合もある。そこで,穴を小さくするための方法に
ついて説明する。
The effect on the charged particle optical system changes depending on the size and arrangement of the holes formed in the plate electrode. The extent to which the effect of the hole becomes a problem depends on the required performance of the charged particle optical system, but if the size of the hole is small, the effect may be negligible. Therefore, a method for reducing the size of the hole will be described.

【0045】対象物表面への入射角を大きくすると,高
さ検出光学系の光路のNAが一定であっても図14に示す
ように,対象物表面と平行な面を通過する光路の形状が
大きくなる。このように平板電極の途中を光路が横切る
場合,通過する穴の形状は光軸を平板電極へ投影した軸
方向に非常に大きくなってしまう。これは,光学系のNA
が大きく,平板と対象物表面との距離が大きい場合に特
に問題となる。平板電極の位置は荷電粒子光学系の仕様
により決定され,通常は変更不可能である。また,NAは
十分な光量を得るためにあまり小さくはできない。そこ
で全体の光量を落とすことなく穴の形状を小さくする方
法について以下に説明する。
When the angle of incidence on the object surface is increased, the shape of the optical path passing through a plane parallel to the object surface is changed as shown in FIG. 14 even when the NA of the optical path of the height detecting optical system is constant. growing. When the optical path crosses the middle of the plate electrode in this way, the shape of the passing hole becomes very large in the axial direction where the optical axis is projected onto the plate electrode. This is the NA of the optical system
This is particularly problematic when the distance between the flat plate and the object surface is large. The position of the plate electrode is determined by the specifications of the charged particle optical system and cannot be changed in general. Also, the NA cannot be made too small to obtain a sufficient amount of light. Therefore, a method for reducing the shape of the hole without reducing the overall light amount will be described below.

【0046】通常光量絞りは光軸を中心とした円形のも
のを用いるが,この形状を光軸と直交し対象物面と平行
な軸方向に長径を,この軸および光軸と直交する軸方向
に短径をとるような楕円,あるいは長方形の光量絞りを
用いる。このとき,楕円あるいは長方形の面積は円形の
絞りを用いる場合と同じになるようにすれば,高さ検出
に用いる総光量は確保できる。
Normally, a light stop having a circular shape centered on the optical axis is used. The shape of the stop is defined by setting its major axis in the axial direction perpendicular to the optical axis and parallel to the object surface, and in the axial direction perpendicular to this axis and the optical axis. An elliptical or rectangular light stop having a short diameter is used. At this time, if the area of the ellipse or the rectangle is made the same as in the case of using the circular diaphragm, the total light amount used for height detection can be secured.

【0047】図15は円形の絞りを用いた場合の平板電
極上を通過する光路の形状であり,図16は図15の絞
りとほぼ同じ面積の楕円状の絞りを用いた場合の平板電
極上を通過する光路の形状である。図15,図16より
分かるように,平板電極上の穴の形状を小さくすること
ができることがわかる。このように,高さ検出器の性能
を確保できる範囲で絞りの形状を変更することで,穴の
大きさおよび形状を変更することができ,荷電粒子光学
系に与える影響を低減することができる。
FIG. 15 shows the shape of an optical path passing over a flat plate electrode when a circular stop is used, and FIG. 16 shows a plan view of an optical path when an elliptical stop having substantially the same area as the stop of FIG. 15 is used. Is the shape of the optical path passing through. As can be seen from FIGS. 15 and 16, it can be seen that the shape of the hole on the plate electrode can be reduced. In this way, by changing the shape of the aperture as long as the performance of the height detector can be ensured, the size and shape of the hole can be changed, and the effect on the charged particle optical system can be reduced. .

【0048】穴の大きさが荷電粒子光学系に影響を与え
所望の性能が得られない場合には,さらに対策が必要で
ある。平板電極に単に中空の穴を開けるのではなく,導
電膜をつけたガラスなどを用いて平板電極上に窓をつく
り光路を確保すれば,対象物周辺に与える電界の影響を
低減することができる。図8と同様に図14の穴にその
まま窓を配置すると,図8の例でも示したように窓表面
の反射により光量の損失が大きく,光束内での光量分布
むらが生じる。そこで図10の例と同様に光路に対して
垂直あるいはそれに近い角度となるよう窓の形状を変化
させることで窓表面での反射による光量の損失を防ぐこ
とができる。図17にこの場合の窓形状の一例を示す。
If the size of the hole affects the charged particle optical system and desired performance cannot be obtained, further measures are required. Rather than simply making a hollow hole in a flat plate electrode, if a window is formed on the flat plate electrode using glass or the like with a conductive film to secure an optical path, the effect of an electric field on the periphery of an object can be reduced. . If the window is directly arranged in the hole in FIG. 14 as in FIG. 8, the loss of the light amount is large due to the reflection on the window surface as shown in the example of FIG. 8, and the uneven light amount distribution in the light beam occurs. Therefore, similarly to the example of FIG. 10, by changing the shape of the window so as to be perpendicular to the optical path or at an angle close to the optical path, it is possible to prevent loss of the light amount due to reflection on the window surface. FIG. 17 shows an example of the window shape in this case.

【0049】先述の例にある平板電極上の穴や窓などは
対象物周辺の電位分布に少なからず影響を与える。この
影響を低減するための穴および窓の配置方法について以
下に説明する。窓の場合も穴の場合も同様であるので,
以下の説明は窓を用いて行う。
The holes and windows on the flat electrode in the above-mentioned example have a considerable influence on the potential distribution around the object. A method for arranging holes and windows to reduce this effect will be described below. The same is true for windows and holes,
The following description is made using windows.

【0050】本発明の観察あるいは加工装置において2
次元の観察あるいは加工を行う手段は,通常収束荷電粒
子線の偏向による2次元走査か,荷電粒子線の偏向によ
る1次元走査とそれと直交する方向へのステージ移動の
組み合わせによるステージスキャンのいずれかであるこ
とが多い。本発明では,このような荷電粒子線の走査を
行う場合に,荷電粒子線の偏向およびステージ移動の方
向を考慮して窓を配置することで,窓による電界の変化
の影響を低減させる方法を提案する。
In the observation or processing apparatus of the present invention,
The means for observing or processing the dimensions is usually either two-dimensional scanning by deflection of the convergent charged particle beam, or stage scanning by a combination of one-dimensional scanning by deflection of the charged particle beam and stage movement in a direction perpendicular to the direction. There are many. According to the present invention, when such a charged particle beam is scanned, a method of reducing the influence of the electric field change due to the window by arranging the windows in consideration of the deflection of the charged particle beam and the direction of the stage movement. suggest.

【0051】図18は荷電粒子光学系の光軸を中心に円
周状に窓を配置する例である。窓の位置は荷電粒子線の
走査範囲から離れた位置に配置されるため,図18に示
すように窓を配置すれば,窓による電界の変化の影響は
等方的になり,荷電粒子光学系の観察領域内においては
ほぼ均一になることが期待される。また,図19に示す
ように偏向方向およびステージ移動方向の軸対象に窓を
配置することによってもほぼ同様の効果が得られる。
FIG. 18 shows an example in which windows are arranged circumferentially around the optical axis of the charged particle optical system. Since the position of the window is located away from the scanning range of the charged particle beam, if the window is arranged as shown in FIG. 18, the effect of the electric field change by the window is isotropic, and the charged particle optical system Is expected to be substantially uniform within the observation region of. Also, as shown in FIG. 19, substantially the same effect can be obtained by arranging the windows around the axis in the deflection direction and the stage movement direction.

【0052】特にステージスキャンの場合は図20に示
すように偏向方向と平行に窓を配置する事により,偏向
範囲内における電界の分布を一定に保つことができる。
電界分布が一定に保たれれば,走査位置などの補正が可
能となり,像質の向上が可能となる。これら窓および穴
の形状や配置が与える影響については,荷電粒子光学系
の仕様や所望の検査性能などを考慮して検討を行い適切
なものを選択すればよい。
In particular, in the case of stage scanning, by arranging the windows in parallel with the deflection direction as shown in FIG. 20, the distribution of the electric field within the deflection range can be kept constant.
If the electric field distribution is kept constant, the scanning position and the like can be corrected, and the image quality can be improved. The effects of the shapes and arrangements of these windows and holes may be examined in consideration of the specifications of the charged particle optical system, desired inspection performance, and the like, and an appropriate one may be selected.

【0053】次に,高さ検出器により得られた高さ検出
結果を用いた,荷電粒子線の焦点調節方法の実施例につ
いて説明する。
Next, an embodiment of a method of adjusting the focus of a charged particle beam using the height detection result obtained by the height detector will be described.

【0054】荷電粒子線の焦点位置は対物レンズの電流
により制御される。高さ検出器により得られた荷電粒子
光学系の観察領域の対象物表面高さを入力として,この
対物レンズの電流量を制御することにより常に焦点のあ
った荷電粒子線画像による観察を行うことができる。こ
の対象物表面高さの変化に対する対物レンズの制御電流
量は,予め荷電粒子光学系単体で校正しておく。
The focal position of the charged particle beam is controlled by the current of the objective lens. Inputting the height of the surface of the object in the observation area of the charged particle optical system obtained by the height detector as input, and controlling the amount of current of this objective lens to perform observation with a charged particle beam image that is always in focus Can be. The control current amount of the objective lens with respect to the change in the object surface height is calibrated in advance by the charged particle optical system alone.

【0055】また,高さ検出器と荷電粒子光学系の間で
のオフセットおよびゲインについても予め校正を行って
おく。これら校正の手法については以下の実施例で述べ
る。また,荷電粒子光学系がテレセントリック系となっ
ていない場合には,対象物表面の高さ変動により焦点ず
れの他に倍率誤差を生じることとなるが,この倍率誤差
も高さ変動量を用いて偏向系にフィードバックすること
で補正を行うことができ,常に同じ倍率で荷電粒子線画
像を得ることができる。
The offset and gain between the height detector and the charged particle optical system are also calibrated in advance. These calibration methods will be described in the following embodiments. If the charged particle optical system is not a telecentric system, a magnification error will occur in addition to the defocus due to the height fluctuation of the object surface, and this magnification error also uses the height fluctuation amount. Correction can be performed by feeding back to the deflection system, and a charged particle beam image can always be obtained at the same magnification.

【0056】また収束荷電粒子線を用いた観察あるいは
検査装置が,焦点位置の制御を行うのに十分な精度と応
答速度で対象物をZ軸方向へ移動可能な機構を持てば,
高さ検出結果を荷電粒子光学系へフィードバックするか
わりに対象物ステージ高さへフィードバックすることも
できる。
If the observation or inspection device using the focused charged particle beam has a mechanism capable of moving the object in the Z-axis direction with sufficient accuracy and response speed to control the focal position,
Instead of feeding back the height detection result to the charged particle optical system, it is also possible to feed back to the target stage height.

【0057】ステージ高さにフィードバックする場合に
は,高さ検出器および荷電粒子光学系に対して常に一定
の高さに対象物表面が保たれるため,高さ検出器の検出
精度が保障される範囲は狭くてかまわない。対象物台の
駆動機構としては,真空中で高速に微小移動が可能なも
のとしてはピエゾによる機構などが考えられる。この場
合には,荷電粒子光学系に対して常に対象物表面の高さ
が一定に保たれるため,倍率誤差は生じない。
When the feedback is made to the stage height, the object surface is always kept at a constant height with respect to the height detector and the charged particle optical system, so that the detection accuracy of the height detector is guaranteed. Range can be narrow. As a driving mechanism of the object stage, a mechanism by piezo can be considered as a mechanism capable of minute movement at high speed in a vacuum. In this case, since the height of the surface of the object is always kept constant with respect to the charged particle optical system, no magnification error occurs.

【0058】次に,荷電粒子光学系の対物レンズの制御
電流と焦点位置の校正方法に関する実施例を示す。制御
電流と焦点位置の関係が非線形である場合には非線形性
の補正が必要となる。線形性の評価および補正値を決定
する方法について説明する。図21に示すような校正用
の標準パターン30を図22に示すように対象物を保持し
たステージ上に固定して配置しておく。校正用の標準パ
ターンは荷電粒子線の走査により帯電しないよう導電性
の材料で作成する。また,表面のパターンは各位置の高
さが分かるようなものとすることが望ましい。
Next, an embodiment relating to a method for calibrating the control current and the focal position of the objective lens of the charged particle optical system will be described. When the relationship between the control current and the focal position is non-linear, it is necessary to correct the non-linearity. A method for evaluating the linearity and determining the correction value will be described. A calibration standard pattern 30 as shown in FIG. 21 is fixedly arranged on a stage holding an object as shown in FIG. The standard pattern for calibration is made of a conductive material so as not to be charged by the scanning of the charged particle beam. Further, it is desirable that the surface pattern is such that the height of each position can be determined.

【0059】対象物保持用ステージが図1の検査装置の
ように平面内に移動可能な場合は,校正時にこの標準パ
ターンを観察領域へ移動させる。この標準パターンを使
用して,各点において荷電粒子線像が最も鮮明となる対
物レンズの制御電流を測定する。このとき,荷電粒子線
像の鮮明度は目視あるいは画像処理により決定する。こ
の測定により,図23に示すように対象物面高さの変位
と最適な対物レンズの制御電流量の関係を求めることが
できる。この,対象物面高さの変位と対物レンズの制御
電流量の関係がわかれば,高さセンサにより得られる対
象物面高さの情報から,焦点のあった荷電粒子線像を撮
像するための最適な対物レンズ制御電流の値がわかる。
If the stage for holding an object can be moved in a plane as in the inspection apparatus shown in FIG. 1, this standard pattern is moved to the observation area during calibration. Using this standard pattern, the control current of the objective lens at which the charged particle beam image is sharpest at each point is measured. At this time, the definition of the charged particle beam image is determined by visual observation or image processing. By this measurement, the relationship between the displacement of the object surface height and the optimal amount of control current of the objective lens can be obtained as shown in FIG. If the relationship between the displacement of the object surface height and the amount of control current of the objective lens is known, it is possible to obtain a focused charged particle beam image from information on the object surface height obtained by the height sensor. The optimum value of the objective lens control current can be found.

【0060】図21に示した標準パターン30はその両端
が平坦になっており,この2カ所において高さセンサに
よる測定を行い基準高さを定めれば,その高さ測定値と
対物レンズの制御電流のゲインやオフセットの校正も可
能である。制御電流と焦点位置の特性が他の方法により
対物レンズ単体で校正されている場合には,図24に示
すように段差が一段の標準パターンで光学式の高さ検出
器と対物レンズの制御電流とのゲインとオフセットの校
正をすれば良い。
The standard pattern 30 shown in FIG. 21 has flat ends at both ends. Measurement is performed by a height sensor at these two points to determine a reference height. Calibration of current gain and offset is also possible. When the characteristics of the control current and the focus position are calibrated by the objective lens alone by another method, as shown in FIG. 24, the control current of the optical height detector and the objective lens in a standard pattern having one step is used. It is sufficient to calibrate the gain and the offset.

【0061】対象物保持用ステージが移動機構を持たな
い場合には,荷電粒子光学系の視野内にこの標準パター
ンを常に配置しておけば,荷電粒子光学系単体の校正が
可能となる。また,標準パターンを対象物保持用の治具
に取り付けられる形状にしておけば,対象物保持用ステ
ージが移動機構を持たない場合も,標準パターンを取り
付けて校正を行った後,標準パターンを対象物と交換し
て観察を行うことができる。
When the object holding stage has no moving mechanism, if the standard pattern is always arranged in the field of view of the charged particle optical system, calibration of the charged particle optical system alone can be performed. In addition, if the standard pattern is shaped so that it can be attached to the jig for holding the object, even if the stage for holding the object does not have a moving mechanism, the standard pattern will Observation can be performed in exchange for objects.

【0062】また,荷電粒子線装置が図25に示すよう
に対象物を高さ方向へ移動させる機構を持つ場合には,
図21の標準パターンではなく,通常の段差のないパタ
ーンのみで,Zステージを移動させて高さを検出し,画
像を評価することにより高さ検出器と対物レンズ制御電
流の校正を行うことができる。Zステージによる移動機
構を持つ場合は,Zステージによる焦点調節も可能であ
るが,ステージの応答速度が観察箇所を変更する速度に
対して十分でない場合にはステージを固定しておいて対
物レンズの制御電流により焦点調節を行うことも可能で
ある。
When the charged particle beam apparatus has a mechanism for moving an object in the height direction as shown in FIG. 25,
It is possible to calibrate the height detector and the objective lens control current by moving the Z stage, detecting the height, and evaluating the image, using only the normal pattern without steps, instead of the standard pattern shown in FIG. it can. If the Z stage has a moving mechanism, the Z stage can be used to adjust the focus. However, if the response speed of the stage is not fast enough to change the observation position, the stage should be fixed and the objective lens should be fixed. Focus adjustment can also be performed by the control current.

【0063】図21の標準パターンを用いた荷電粒子光
学系の校正方法は,荷電粒子光学系により標準パターン
表面のパターンを観察できる観察・検査装置の場合のみ
有効であり,加工装置の場合には図24の段差のある標
準パターンで高さ検出器のみの校正を行い,荷電粒子光
学系の焦点位置と制御電流の関係は予め単体で校正して
おく必要がある。このとき,加工装置が収束荷電粒子線
の加速電圧などを変更して,荷電粒子線像を観察するモ
ードを備えている場合には,高さ検出器で検出する箇所
を荷電粒子線像で確認することができる。
The calibration method of the charged particle optical system using the standard pattern shown in FIG. 21 is effective only in the case of an observation / inspection apparatus capable of observing the pattern on the surface of the standard pattern by the charged particle optical system. It is necessary to calibrate only the height detector using the standard pattern having a step shown in FIG. 24, and calibrate the relationship between the focal position of the charged particle optical system and the control current alone in advance. At this time, if the processing equipment has a mode to observe the charged particle beam image by changing the accelerating voltage of the convergent charged particle beam, etc., check the position detected by the height detector with the charged particle beam image. can do.

【0064】次に,検査中の高さ測定位置と荷電粒子光
学系の観察位置の関係と焦点の補正に関する実施例につ
いて説明する。荷電粒子光学系の観察位置と高さセンサ
の高さ検出位置が完全に一致する場合は,検出された高
さ情報から焦点調節を行えばよい。しかし,光反射位置
検出方式では図3に示すように対象物表面の高さ変化に
より検出位置ずれが生じる。想定される対象物表面の最
大高さ変化量Zmax,高さ検出光学系の入射角θとする
と,最大位置ずれ量XmaxはZmax・tanθ となる。荷電
粒子光学系の焦点深度とシステムの要求性能より許容さ
れる対象物表面の高さ変動をz0,想定される対象物表面
の最大勾配Δmax,とすると,図26に示すように位置
ずれ最大の場合の高さ検出誤差dzはΔmax・Xmax=Δmax
・Zmax・tanθとなる。この高さ検出誤差dzがz0より小
さい場合は問題は無いが,大きい場合には荷電粒子光学
系の光軸における高さを得る必要がある。
Next, a description will be given of an embodiment relating to the relationship between the height measurement position during the inspection and the observation position of the charged particle optical system and the correction of the focus. When the observation position of the charged particle optical system and the height detection position of the height sensor completely match, focus adjustment may be performed based on the detected height information. However, in the light reflection position detection method, a detection position shift occurs due to a change in the height of the target object surface as shown in FIG. Assuming the assumed maximum height change amount Zmax of the object surface and the incident angle θ of the height detection optical system, the maximum displacement Xmax is Zmax · tanθ. Assuming that the height variation of the object surface allowed from the depth of focus of the charged particle optical system and the required performance of the system is z0 and the assumed maximum gradient of the object surface is Δmax, as shown in FIG. Height detection error dz is Δmax × Xmax = Δmax
・ Zmax ・ tanθ There is no problem if the height detection error dz is smaller than z0, but if it is larger, it is necessary to obtain the height of the charged particle optical system at the optical axis.

【0065】本発明の検査システムではステージの移動
により連続的に検査を行うため,各点における高さ情報
も連続的に得られる。これらの高さ検出結果を用いて,
荷電粒子光学系の観察領域における対象物表面高さを推
定・予測することにより焦点調節を行うことができる。
このように高さ検出位置と荷電粒子光学系の観察領域の
間に位置ずれが存在する場合の焦点調節方法の実施例に
ついて説明する。以下の説明では,ステージスキャンを
行う場合は荷電粒子光学系の偏向方向をy軸方向と一致
させ,ステージはx方向に移動して2次元画像を得るも
のとする。
In the inspection system of the present invention, since the inspection is continuously performed by moving the stage, the height information at each point can also be continuously obtained. Using these height detection results,
Focus adjustment can be performed by estimating and estimating the object surface height in the observation region of the charged particle optical system.
A description will be given of an embodiment of a focus adjustment method in a case where there is a positional shift between the height detection position and the observation region of the charged particle optical system as described above. In the following description, when performing a stage scan, the deflection direction of the charged particle optical system is made to coincide with the y-axis direction, and the stage is moved in the x direction to obtain a two-dimensional image.

【0066】まず,検査時にx軸およびy軸ステージの移
動方向が常に1方向に限られている場合の実施例につい
て説明する。図27に示すように,xおよびy軸ステージ
移動が常に1方向のみで往復動作をしない場合,図27
aに示すようにステージ移動方向に対して高さ検出位置
が常に電子光学系の観察位置より前方になるようにオフ
セットを与えて高さ検出器を配置しておけば,検査開始
より先に得られる観察領域周辺の高さ情報を用いて,所
望の位置の高さを求めることができる。
First, an embodiment in which the moving directions of the x-axis and y-axis stages during inspection are always limited to one direction will be described. As shown in FIG. 27, when the x and y axis stage movements do not always reciprocate in only one direction,
As shown in a, if the height detector is arranged with an offset so that the height detection position is always ahead of the electron optical system observation position with respect to the stage movement direction, it can be obtained before the inspection starts. The height at a desired position can be obtained using the height information around the observation region to be obtained.

【0067】図27bに示すように,現在の検査箇所周
辺の3点を選び,その3点により決まる局所平面を決定
し,検査箇所の高さを推定する。このとき,現在の検査
箇所が3点からなる三角形の内部に必ず位置するように
3点を選ぶことにより,内挿により安定に高さを推定す
ることができる。この場合,検査開始時のステージ走査
箇所の高さを推定することはできないが,これは予め高
さ検出のために一回スキャンを行うことで得ることがで
きる。
As shown in FIG. 27B, three points around the current inspection point are selected, a local plane determined by the three points is determined, and the height of the inspection point is estimated. At this time, the height can be stably estimated by interpolation by selecting three points so that the current inspection point is always located inside the triangle composed of three points. In this case, it is not possible to estimate the height of the stage scanning portion at the start of the inspection, but this can be obtained by performing a single scan in advance for height detection.

【0068】次に, xあるいはy軸どちらかのステージ
の移動方向が常に1方向に限られており,かつその軸が
高さ検出光学系の投影方向と一致する場合の実施例につ
いて説明する。図28に示すように,x軸ステージ移動
が常に1方向のみで高さ検出光学系の投影方向がx軸方
向である場合には,高さ変動による高さ検出の位置ずれ
はx軸方向にのみ発生することとなるため,図28aに示
すようにx軸方向にオフセットを与えておけば,1ライ
ン上の高さ情報のみを用いて1次元の補間で高さを得る
ことができる。この場合は,2点を用いた線形補間や3
点を用いたスプライン補間などにより検査箇所の高さを
求めればよい。検査開始時は,ステージが一定速度にな
るまでの助走区間での高さ検出値を用いればよい。
Next, a description will be given of an embodiment in which the movement direction of either the x or y axis stage is always limited to one direction, and the axis coincides with the projection direction of the height detecting optical system. As shown in FIG. 28, when the x-axis stage movement is always in only one direction and the projection direction of the height detection optical system is the x-axis direction, the displacement of the height detection due to the height change is in the x-axis direction. Therefore, if an offset is given in the x-axis direction as shown in FIG. 28A, the height can be obtained by one-dimensional interpolation using only the height information on one line. In this case, linear interpolation using two points or 3
The height of the inspection location may be obtained by spline interpolation using points. At the start of the inspection, the height detection value in the approach section until the stage reaches a constant speed may be used.

【0069】また,図29に示すようにy軸ステージ移
動が常に1方向のみで高さ検出光学系の投影方向がy軸
方向である場合には,高さ変動による高さ検出の位置ず
れはy軸方向にのみ発生することとなるため,図29aに
示すようにy軸方向にオフセットを与えておけば,数ラ
イン前の高さ検出値を用いて常に補間により検査箇所の
高さを安定に求めることができる。ステージが往復動作
を行う場合はこのようなオフセットを一方向に与えるこ
とができない。
When the movement of the y-axis stage is always in only one direction and the projection direction of the height detecting optical system is in the y-axis direction as shown in FIG. Since this occurs only in the y-axis direction, if an offset is given in the y-axis direction as shown in FIG. 29a, the height of the inspection point is always stabilized by interpolation using the height detection value several lines before. Can be sought. When the stage reciprocates, such an offset cannot be given in one direction.

【0070】電子光学系光軸と高さ検出基準位置を一致
させておき,得られた高さ検出値から検査箇所の高さを
推定することは可能であるが,必ずしも内挿では求めら
れないため,多少の不安定さを伴うこととなる。高さ検
出光学系に可動機構を取り付け,図27に示すように光学
系全体を平行移動してステージ進行方向に対してオフセ
ットを与えれば,先の実施例と同様の方法によりに常に
補間により検査箇所の高さを安定に求めることが可能と
なる。また,検査箇所周辺数箇所の高さを測定できるよ
うに高さ検出器を複数組配置し,ステージ移動方向によ
り必要なもののみを使うことも可能である。
Although it is possible to make the optical axis of the electron optical system coincide with the height detection reference position and estimate the height of the inspection point from the obtained height detection value, it is not always possible to obtain the height by inspection. Therefore, there is some instability. If a movable mechanism is attached to the height detection optical system and the entire optical system is translated in parallel as shown in Fig. 27 to give an offset to the stage movement direction, inspection is always performed by interpolation in the same manner as in the previous embodiment. The height of the portion can be obtained stably. It is also possible to arrange a plurality of sets of height detectors so that the heights at several locations around the inspection location can be measured, and to use only those required according to the stage moving direction.

【0071】次に,試料表面の状態に影響を受けず,安
定にその高さを検出する光学的な高さ検出方法の実施例
について説明する。図3に示したように光反射位置検出
方法により試料表面の高さを検出すると,検出位置ずれ
が生じ,高さ検出誤差の原因となる。また図31に示す
ように,試料面32にパターンにより反射率の異なる部分
(高反射率部36,低反射率部37)があり,その境界38にス
リット光が投影されている場合,検出されるスリット光
の反射光強度分布34に影響を与え,これが原因となり高
さ検出誤差を生じる。このような高さ検出誤差を低減す
るための方法を以下に説明する。
Next, an embodiment of an optical height detecting method for stably detecting the height without being affected by the state of the sample surface will be described. As shown in FIG. 3, when the height of the sample surface is detected by the light reflection position detection method, a detection position shift occurs, which causes a height detection error. In addition, as shown in FIG.
(The high-reflectance portion 36 and the low-reflectance portion 37), and when the slit light is projected on the boundary 38, the reflected light intensity distribution 34 of the detected slit light is affected. A detection error occurs. A method for reducing such a height detection error will be described below.

【0072】図32に示すように,試料表面に2つのス
リット光を試料表面の法線に対して対称な方向から投影
し,その試料面での反射光を検出する。これらのスリッ
ト光を検出するセンサを図32に示すように配置する
と,試料面高さによる光束像移動方向は同じ方向に,試
料面パターンによる測定誤差は反対方向となるため,こ
れらを加算することにより,試料表面の影響をキャンセ
ルすることができる。また,図32のように2方向から
スリット光束を投影すると,高さ変化により生じる検出
位置ずれはそれぞれ反対方向に同じだけ生じることとな
るため,これらの平均をとることで,検出位置ずれをな
くすことができる。
As shown in FIG. 32, two slit lights are projected on the sample surface from directions symmetric with respect to the normal to the sample surface, and the reflected light on the sample surface is detected. If these slit light detecting sensors are arranged as shown in FIG. 32, the light flux image moving direction due to the sample surface height is in the same direction, and the measurement error due to the sample surface pattern is in the opposite direction. Thus, the influence of the sample surface can be canceled. Further, when the slit light beam is projected from two directions as shown in FIG. 32, the detected position shift caused by the change in height will occur by the same amount in the opposite direction. Therefore, by averaging these, the detected position shift is eliminated. be able to.

【0073】図33では,細い複数のスリットを用いる
ことにより試料表面のパターンの影響を低減する方法に
ついて説明する。図31に示した試料表面パターンによ
り生じる高さ検出誤差はスリットの幅に比例して大きく
なる。そこで,図33に示すように細いスリットを複数
本投影し,これらをリニアイメージセンサで検出する。
複数のスリット光束像の重心をそれぞれ求めて,平均す
ることで,誤差を低減することができる。図34に示す
ように,パターン境界における誤差はスリット幅を細く
することで小さくなる。また,境界部分以外のスリット
はパターンによる影響を受けないため,これらの平均を
とることにより,境界部の誤差を低減することができ
る。また,スリットを細くすることで,検出光量が低下
するが,複数のスリット位置を平均することで,S/Nの
向上がはかられ,安定な高さ検出が可能となる。
FIG. 33 illustrates a method for reducing the influence of the pattern on the sample surface by using a plurality of narrow slits. The height detection error caused by the sample surface pattern shown in FIG. 31 increases in proportion to the width of the slit. Therefore, as shown in FIG. 33, a plurality of narrow slits are projected, and these are detected by a linear image sensor.
An error can be reduced by calculating and averaging the centers of gravity of the plurality of slit light beam images. As shown in FIG. 34, the error at the pattern boundary is reduced by reducing the slit width. In addition, since the slits other than the boundary are not affected by the pattern, by taking the average of these, errors at the boundary can be reduced. In addition, although the detected light amount is reduced by making the slit narrow, the S / N is improved by averaging a plurality of slit positions, and stable height detection can be performed.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば,光学式高さ検出器によ
り検査と同時に電子光学系の観察位置の高さを検出し,
焦点の合った電子線画像を得ることが可能となる。電子
線式の検査装置において,常に同じ焦点合わせの状態の
電子線像を用いて検査を行うことで,検査性能およびそ
の安定性が向上できる。また,高さ検出が検査と同時に
行えるため,連続的なステージ移動による検査が可能と
なり,検査時間が短縮できる。これは,特に今後の半導
体ウェハの大口径化に対して有効である。同様に,収束
荷電粒子線を用いた観察加工装置においても同様の効果
が得られる。また,高さ検出光学系を真空試料室外へ配
置することにより,調整およびメンテナンスが容易とな
る。
According to the present invention, the height of the observation position of the electron optical system is detected simultaneously with the inspection by the optical height detector,
An in-focus electron beam image can be obtained. In an electron beam type inspection apparatus, inspection performance and stability can be improved by always performing inspection using an electron beam image in the same focused state. Further, since the height can be detected simultaneously with the inspection, the inspection can be performed by continuously moving the stage, and the inspection time can be reduced. This is particularly effective for increasing the diameter of semiconductor wafers in the future. Similarly, the same effect can be obtained in an observation processing apparatus using a convergent charged particle beam. Further, by arranging the height detecting optical system outside the vacuum sample chamber, adjustment and maintenance are facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の自動検査システムの構成例を示す略断
面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of an automatic inspection system of the present invention.

【図2】デフォーカスした電子線像の例を示す平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a defocused electron beam image.

【図3】高さ検出原理の説明する光学系の略断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic sectional view of an optical system for explaining a principle of height detection.

【図4】材料毎の入射角に対する反射率の変化を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in reflectance with respect to an incident angle for each material.

【図5】高さ検出光学系の部品の配置位置変更例を示す
試料室の略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a sample chamber showing an example of a change in arrangement position of components of a height detection optical system.

【図6】高さ検出光学系を試料室の外部に出した場合を
示す試料室の略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the sample chamber when the height detection optical system is taken out of the sample chamber.

【図7】高さ検出光学系を試料室内に配置した場合を示
す試料室の略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the sample chamber showing a case where the height detection optical system is arranged in the sample chamber.

【図8】試料室外壁に光路用窓を配置した場合を示す試
料室の略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of the sample chamber showing a case where an optical path window is arranged on the outer wall of the sample chamber.

【図9】BK7の入射角に対する反射率の変化を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in reflectance with respect to an incident angle of BK7.

【図10】試料室外壁に光路に垂直に光路用窓を配置し
た場合を示す試料室の略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the sample chamber showing a case where an optical path window is arranged on the outer wall of the sample chamber perpendicular to the optical path.

【図11】ガラス窓により生じる色収差を説明する略断
面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view illustrating chromatic aberration caused by a glass window.

【図12】ガラス窓により生じる色収差をガラス板の挿
入により補正する方法の説明する略断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of correcting chromatic aberration caused by a glass window by inserting a glass plate.

【図13】ガラス窓により生じる色収差をガラス板の挿
入により補正する方法の説明する略断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for correcting chromatic aberration caused by a glass window by inserting a glass plate.

【図14】入射角による平板電極に要する光路形状の変
化を示す略断面図である。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a change in an optical path shape required for a plate electrode depending on an incident angle.

【図15】光量絞りが円形の場合の平板電極用入射穴形
状を示す略断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a shape of an incident hole for a plate electrode when a light amount aperture is circular.

【図16】光量絞りが楕円形の場合の平板電極用入射穴
形状を示す略断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the shape of a flat electrode entrance hole when the light amount aperture is elliptical.

【図17】光路に垂直な平板電極用窓の例を示す略断面
図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view showing an example of a plate electrode window perpendicular to the optical path.

【図18】電子光学系の光軸対称となる入射窓の配置例
を示す略平面図である。
FIG. 18 is a schematic plan view showing an arrangement example of an entrance window which is symmetric with respect to the optical axis of the electron optical system.

【図19】偏向方向の軸と対称となる入射窓の配置例を
示す略平面図である。
FIG. 19 is a schematic plan view showing an arrangement example of an entrance window which is symmetrical with an axis in a deflection direction.

【図20】偏向方向の軸と対称となる入射窓の配置例を
示す略平面図である。
FIG. 20 is a schematic plan view showing an arrangement example of an entrance window which is symmetrical with an axis in a deflection direction.

【図21】傾斜部分のある校正用標準パターンの斜視図
である。
FIG. 21 is a perspective view of a calibration standard pattern having an inclined portion.

【図22】X-Yステージ上に標準パターンを配置した自
動検査システムの略断面図である。
FIG. 22 is a schematic sectional view of an automatic inspection system in which standard patterns are arranged on an XY stage.

【図23】対物レンズ制御電流と試料面高さの校正を説
明する図である。
FIG. 23 is a diagram for explaining calibration of an objective lens control current and a sample surface height.

【図24】段差が一段の校正用標準パターンの斜視図で
ある。
FIG. 24 is a perspective view of a standard pattern for calibration having one step.

【図25】Zステージ上に標準パターンを配置した自動
検査システムの図の略断面図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view of an automatic inspection system in which a standard pattern is arranged on a Z stage.

【図26】測定位置ずれと高さ検出誤差の関係を示す図
である。
FIG. 26 is a diagram illustrating a relationship between a measurement position shift and a height detection error.

【図27】連続高さ検出値による観察領域高さ推定方法
を説明する試料表面の略平面図である。
FIG. 27 is a schematic plan view of a sample surface for explaining a method of estimating an observation region height based on a continuous height detection value.

【図28】連続高さ検出値による観察領域高さ推定方法
を説明する試料表面の略断面図及び略平面図である。
28A and 28B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view of a sample surface for explaining a method of estimating an observation region height based on a continuous height detection value.

【図29】連続高さ検出値による観察領域高さ推定方法
を説明する試料表面の略平面図である。
FIG. 29 is a schematic plan view of a sample surface for explaining a method of estimating an observation region height based on a continuous height detection value.

【図30】電子光学系に対して高さ検出光学系が平行移
動可能な場合を説明する試料室の略断面図である。
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of the sample chamber for explaining a case where the height detection optical system can move in parallel with the electron optical system.

【図31】試料表面の反射率むらにより生じる高さ検出
誤差を説明する試料の略断面図である。
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view of a sample for explaining a height detection error caused by uneven reflectance of the sample surface.

【図32】2方向からスリットを投影して高さ検出を行
う場合を説明する光学系の略断面図である。
FIG. 32 is a schematic cross-sectional view of an optical system illustrating a case where height is detected by projecting a slit from two directions.

【図33】複数のスリットを用いた高さ検出方法を説明
する図である。
FIG. 33 is a diagram illustrating a height detection method using a plurality of slits.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子銃 2…対物レンズ 3…試料ウェハ
4…2次電子 5…2次電子検出器 6…画像入力部 7…X-Yス
テージ 8…Zステージ 9…画像処理回路 10…制御用
計算機 11…高さ検出器 12…位置モニタ用測長器 1
3…真空試料室 14…光源 15…スリット 16…結像用第一レ
ンズ 17…結像用第二レンズ 18…ポジションセンサ
19…結像用レンズ 20…収差補正用ガラス板1 21…収差補正用ガラ
ス板2 22…高さ検出光学系 23…入射窓 24…高さ
検出光学系光路 25…平板電極 26…絞りが円形の場合の平板電極
用入射窓 27…絞りが楕円形の場合の平板電極用入射窓 28
…ダミー窓 29…検出位置ずれ 30…標準パターン 31…ゲインオフセット調整用標準パターン 32…
試料面 34…反射光強度分布 35…測定誤差 36…高
反射率部 37…低反射率部 38…パターン境界
1. Electron gun 2. Objective lens 3. Sample wafer
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Secondary electron 5 ... Secondary electron detector 6 ... Image input part 7 ... XY stage 8 ... Z stage 9 ... Image processing circuit 10 ... Control computer 11 ... Height detector 12 ... Position monitor length measuring device 1
3 vacuum sample chamber 14 light source 15 slit 16 first imaging lens 17 second imaging lens 18 position sensor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Imaging lens 20 ... Aberration correction glass plate 1 21 ... Aberration correction glass plate 2 22 ... Height detection optical system 23 ... Entrance window 24 ... Height detection optical system optical path 25 ... Plate electrode 26 ... Aperture is circular The entrance window for a flat plate electrode in the case of (2) ... The entrance window for a flat plate electrode in the case of an elliptical stop 28
... Dummy window 29 ... Detection position shift 30 ... Standard pattern 31 ... Gain offset adjustment standard pattern 32 ...
Sample surface 34 ... reflected light intensity distribution 35 ... measurement error 36 ... high reflectivity part 37 ... low reflectivity part 38 ... pattern boundary

フロントページの続き (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 二宮 拓 茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社 日立製作所計測器事業部内Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Shinada 1-280 Higashi Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Taku Ninomiya 882 Ma, Hitachinaka-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki Measuring Instruments Business, Hitachi, Ltd. Inside

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電子線源と、該電子線源から発せられた電
子線を焦点に収束させる電子光学系手段と,内部を真空
に排気される真空室手段と、該真空室手段の内部にあっ
て被検査物を載置して平面内を移動可能なステージ手段
と、該ステージ手段に載置された前記被検査物に前記電
子光学系手段により前記集束させた電子線を走査して照
射することにより前記被検査物から発生する2次荷電子
を検出して前記試料表面の電子線像を観察する電子線像
観察手段と,前記電子光学系手段により電子線を走査し
て照射される領域における前記被検査物表面の高さを光
学的に検出する高さ検出手段と、該高さ検出手段により
検出した結果を用いて前記電子光学系手段による電子線
の焦点位置と前記被検査物との高さ方向の相対位置を制
御する制御手段と、該制御手段により前記電子線の焦点
位置と前記被検査物との高さ方向の相対位置が制御され
た状態で前記電子線像観察手段により観察された前記被
検査試料表面の電子線像を処理して前記被検査試料の欠
陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする
集束荷電粒子線装置。
1. An electron beam source, an electron optical system means for converging an electron beam emitted from the electron beam source to a focal point, a vacuum chamber means for evacuating the inside to a vacuum, and an inside of the vacuum chamber means. A stage means on which the object to be inspected is placed and movable in a plane; and the electron beam converged by the electron optical system means to scan and irradiate the object to be inspected mounted on the stage means. Electron beam image observation means for detecting secondary charge electrons generated from the inspection object and observing an electron beam image on the surface of the sample, and scanning and irradiating the electron beam with the electron optical system means. Height detecting means for optically detecting the height of the surface of the inspection object in a region, a focal position of the electron beam by the electron optical system means using the result detected by the height detection means, and the inspection object Control means for controlling the relative position in the height direction with respect to An electron beam image of the surface of the sample to be inspected, which is observed by the electron beam image observing unit, is processed in a state in which the focal position of the electron beam and the relative position in the height direction of the object to be inspected are controlled by the controller And a defect detecting means for detecting a defect of the sample to be inspected.
【請求項2】前記高さ検出手段は前記電子光学系手段に
より前記被検査物に電子線を照射中に前記領域の高さを
検出し、該検出した結果に基づいて、前記制御手段は前
記電子光学系手段により前記被検査物に電子線を照射中
に前記電子線の焦点位置と前記被検査物との高さ方向の
相対位置を制御することを特徴とする請求項1に記載の
集束荷電粒子線装置。
2. The height detecting means detects the height of the area while irradiating the inspection object with an electron beam by the electron optical system means, and based on the detected result, the control means controls the 2. The focusing apparatus according to claim 1, wherein a focus position of the electron beam and a relative position in a height direction of the inspection object are controlled while the inspection object is being irradiated with the electron beam by an electron optical system. Charged particle beam device.
【請求項3】前記高さ検出手段は、前記被検査物にスリ
ット形状あるいはスポット形状の光束を投影する光束投
影部と、該光束投影部により投影されて前記被検査物の
表面で反射した光束を受光する受光部と、該受光部で受
光した光束の該受光部上での位置情報に基づいて前記被
検査物の前記電子線の焦点方向の高さ算出する高さ算出
部とを有することを特徴とする請求項1に記載の集束荷
電粒子線装置。
3. A light beam projection unit for projecting a slit-shaped or spot-shaped light beam onto the inspection object, and a light beam projected by the light beam projection unit and reflected on the surface of the inspection object. And a height calculator for calculating the height of the electron beam in the focus direction of the inspection object based on positional information of the light beam received by the light receiver on the light receiver. The focused charged particle beam device according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記光束投影部は、前記被検査物の表面の
法線方向に対して60度以上傾いた方向から前記被検査
物の表面を照射することを特徴とする請求項3に記載の
集束荷電粒子線装置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein the light beam projection unit irradiates the surface of the inspection object from a direction inclined at least 60 degrees with respect to a normal direction of the surface of the inspection object. Focused charged particle beam equipment.
【請求項5】前記受光部は、前記被検査物で反射した前
記光束を前記被検査物の表面の法線方向に対して60度
以上傾いた角度で受光することを特徴とする請求項3に
記載の集束荷電粒子線装置。
5. The apparatus according to claim 3, wherein the light receiving section receives the light beam reflected by the inspection object at an angle inclined by 60 degrees or more with respect to a normal direction of a surface of the inspection object. 3. The focused charged particle beam device according to item 1.
【請求項6】前記光束投影部と前記受光部とは、前記真
空室手段の外部に配置され、前記光束投影部は、前記真
空室手段に設けた第1の光透過窓を介して前記テーブル
手段上に載置された被検査物に光束を照射し、前記受光
部は、前記被検査物で反射した光束を前記真空室手段に
設けた第2の光透過窓を介して受光することを特徴とす
る請求項3に記載の集束荷電粒子線装置。
6. The light beam projection unit and the light receiving unit are arranged outside the vacuum chamber means, and the light beam projection unit is connected to the table via a first light transmission window provided in the vacuum chamber means. Irradiating the inspection object mounted on the means with a light beam, and the light receiving unit receives the light beam reflected by the inspection object through a second light transmission window provided in the vacuum chamber means. 4. The focused charged particle beam device according to claim 3, wherein:
【請求項7】前記第1の光透過窓は、該第1の光透過部
を透過する前記光束の収差を補正する収差補正部材を備
えたことを特徴とする請求項6記載の集束荷電粒子線装
置。
7. The charged charged particle according to claim 6, wherein the first light transmission window includes an aberration correction member for correcting an aberration of the light beam transmitted through the first light transmission portion. Line equipment.
【請求項8】前記収差補正部材が,前記第1の光透過部
と同質の部材から成ることを特徴とする請求項6記載の
集束荷電粒子線装置。
8. The focused charged particle beam apparatus according to claim 6, wherein said aberration correcting member is made of a member of the same quality as said first light transmitting portion.
【請求項9】前記高さ検出手段は、前記光束投影部と前
記受光部とを2対備え、該2対の光束投影部と前記受光
部とをそれぞれ前記被検査物の表面の法線に対して対象
に設けたことを特徴とする請求項3に記載の集束荷電粒
子線装置。
9. The height detecting means includes two pairs of the light beam projecting unit and the light receiving unit, and the two pairs of light beam projecting unit and the light receiving unit are respectively set at a normal to the surface of the inspection object. The focused charged particle beam apparatus according to claim 3, wherein the focused charged particle beam apparatus is provided on an object.
【請求項10】前記電子光学系手段は、テレセントリッ
クな光学系であることを特徴とする請求項1記載の集束
荷電粒子線装置。
10. The focused charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein said electron optical system means is a telecentric optical system.
【請求項11】処理室の内部の移動可能なテーブル上に
被処理物を設置し、該被処理物を設置した処理室を真空
に排気し、該真空に排気された処理室の内部で前記移動
可能なテーブルを移動させながら電子線源より発射され
た電子線が走査して照射される前記被検査物の領域の前
記電子線源の光軸方向の高さを光学的に検出し、該検出
した結果に基づいて前記被検査物の前記光軸方向の高さ
を調整し、該高さが調整された前記被検査物に前記移動
可能なテーブルを移動させながら前記電子線源より発射
された電子線を走査して照射し、該電子線を走査して照
射されて前記被検査物から発生する2次荷電粒子を検出
して前記被検査物の表面の2次荷電流子像を得、該2次
荷電流子像に基づいて前記被検査試料を検査することを
特徴とする集束荷電粒子線装置を用いた検査方法。
11. An object to be processed is set on a movable table inside the processing chamber, the processing chamber in which the object is set is evacuated to a vacuum, and the inside of the evacuated processing chamber is evacuated. While moving the movable table, the electron beam emitted from the electron beam source scans and optically detects the height in the optical axis direction of the electron beam source in the area of the object to be inspected and irradiated, The height of the inspection object in the optical axis direction is adjusted based on the detected result, and the electron beam is emitted from the electron beam source while moving the movable table to the inspection object whose height has been adjusted. Scanning and irradiating the electron beam, and detecting secondary charged particles generated from the inspected object by scanning and irradiating the electron beam to obtain a secondary charged current image of the surface of the inspected object. Inspecting the inspected sample based on the secondary charged current image. Inspection method using the particle beam device.
【請求項12】前記電子線が走査して照射される前記被
検査物の領域の前記電子線源の光軸方向の高さを、前記
被検査物の表面の法線方向に対して60度以上傾いた方
向から光を照射して、前記被検査物の表面で反射した光
を前記被検査物の表面の法線方向に対して60度以上傾
いた方向から検出し、該検出した反射光の情報に基づい
て検出することを特徴とする請求項11に記載の集束荷
電粒子線装置を用いた検査方法。
12. A height of an area of the object to be inspected, which is irradiated by scanning the electron beam, in an optical axis direction of the electron beam source is set to 60 degrees with respect to a normal direction of a surface of the object to be inspected. By irradiating light from the above inclined direction, light reflected on the surface of the inspection object is detected from a direction inclined by 60 degrees or more with respect to a normal direction of the surface of the inspection object, and the detected reflected light is detected. The inspection method using the focused charged particle beam device according to claim 11, wherein the detection is performed based on the information of:
【請求項13】前記電子線が走査して照射される前記被
検査物の領域の前記電子線源の光軸方向の高さを、少な
くとも2カ所以上の点においてその高さの差が既知の段
差あるいは傾斜を有する光学的に観察が可能なパターン
を備えた校正用標準パターンを用いて校正された高さ検
出光学系を用いて行うことを特徴とする請求項11に記
載の集束荷電粒子線装置を用いた検査方法。
13. A height of the electron beam source in a region of the inspection object irradiated with the electron beam scanned in the optical axis direction is known at least at two or more points. The focused charged particle beam according to claim 11, wherein the measurement is performed using a height detection optical system calibrated using a calibration standard pattern having an optically observable pattern having a step or an inclination. Inspection method using the device.
【請求項14】電子線源より発射された電子線の焦点の
位置を、荷電粒子線の照射に対して安定な材質で構成さ
れて表面に荷電粒子光学系で観察可能で少なくとも2カ
所以上の点においてその高さの差が既知の段差あるいは
傾斜を有するパターンを備えた校正用標準パターンを用
いて校正することを特徴とする請求項11に記載の集束
荷電粒子線装置を用いた検査方法。
14. The position of the focal point of an electron beam emitted from an electron beam source is made of a material that is stable with respect to irradiation of a charged particle beam, and can be observed on the surface with a charged particle optical system at least at two or more positions The inspection method using the focused charged particle beam apparatus according to claim 11, wherein the calibration is performed using a calibration standard pattern having a pattern having a step or a slope whose height difference is known at a point.
【請求項15】前記電子線源より発射された電子線の焦
点の位置を校正すると共に、該焦点の位置を校正した電
子線を照射して得られる前記被検査物の2次過電流子像
の倍率を補正することを特徴とする請求項14に記載の
集束荷電粒子線装置を用いた検査方法。
15. A secondary overcurrent element image of the inspection object obtained by calibrating a focal position of an electron beam emitted from the electron beam source and irradiating the electron beam with the calibrated focal position. The inspection method using the focused charged particle beam apparatus according to claim 14, wherein the magnification of the particle is corrected.
【請求項16】前記電子線が走査して照射される前記被
検査物の領域の前記電子線源の光軸方向の高さを、前記
移動テーブルを移動させながら連続的に検出し、該連続
的に検出して得られる検査箇所周辺の高さ情報を元に,
所望の観察領域の被検査物表面の高さを推定し,該推定
した結果に基づいて前記高さを調整することを特徴とす
る請求項11に記載の集束荷電粒子線装置を用いた検査
方法。
16. The method according to claim 16, wherein a height of the electron beam source in an optical axis direction of an area of the inspection object irradiated with the electron beam scanned is continuously detected while moving the moving table. Based on the height information around the inspection point obtained by
The inspection method using the focused charged particle beam apparatus according to claim 11, wherein the height of the surface of the inspection object in a desired observation region is estimated, and the height is adjusted based on the estimated result. .
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