JPH11265675A

JPH11265675A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JPH11265675A
Application number: JP10068109A
Authority: JP
Inventors: Fumio Mizuno; 文夫水野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光学顕微鏡と荷電粒子線を用いた顕微鏡間の像
コントラスト形成要因の違い故の諸欠点を解決する。【解決手段】本発明では上記課題を解決するために、荷
電粒子源と、該荷電粒子源から放出される荷電粒子線を
試料に照射して得た荷電粒子に基づいて試料像を表示す
る表示装置を備えた荷電粒子線装置において、前記荷電
粒子線の視野を含む照射領域を有する光学顕微鏡を備
え、該光学顕微鏡による試料像を形成する機能を有する
過電流視線装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の欠陥を観察
する装置及びその方法に関し、特に半導体製造のウエハ
外観検査のための装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造のウエハ外観検査工程を例と
して、以下説明する。

【０００３】プロセス過程でのウエハ外観検査は、一般
に、以下の手順・手法で行われる。（１）プロセス欠陥の摘出：欠陥の摘出には、光学式の
パターン欠陥検査装置を用いる。パターン欠陥検査装置
は、次のような方法で、欠陥を検出する。

【０００４】パターン面からの反射光をＣＣＤなどの画
像センサ上に結像させながら、光ビームでウエハ面上を
走査する。

【０００５】画像センサでパターン像を電気信号に変換
し、画像メモリに取り込む。

【０００６】取り込んだパターン像を、予め登録されて
いる参照パターン像と比較し、差異部分をパターン欠陥
として検出する。参照パターン像は、通常、隣接チップ
あるいは隣接セルの同一部分のパターン像を用いる。

【０００７】大きさ０.２μｍ程度のパターン欠陥まで
検出できる。

【０００８】（２）レビュー：ＳＥＭを用いて、パター
ン欠陥検査装置で検出された欠陥を観察し、虚報欠陥を
排除するとともに、欠陥発生原因究明および歩留まり解
析が容易となるように、欠陥を分類する。

【０００９】レビューにＳＥＭを用いる理由は、高解像
度で検出欠陥を観察するためである。光学顕微鏡の最高
分解能は０.２μｍ程度であり、検出された０.２μｍ
の欠陥を観察するためには、解像度が不足である。

【００１０】虚報欠陥とは、実質的には欠陥と認められ
ない事象を、欠陥として誤検出したものである。

【００１１】ＳＥＭの基本的な原理と構成を図１に示
す。電子ビームを用い、視野全面をラスタ走査する方式
である。

【００１２】電子銃１から放出された電子ビーム２は、
加速された後、収束レンズ３および対物レンズ４によっ
て細く絞られ、ウエハ５の面上に焦点を結ぶ。同時に、
電子ビーム２は、偏向器６によって軌道を曲げられ、該
ウエハ面上を二次元走査する。一方、電子ビーム２で照
射されたウエハ部分からは、二次電子７が放出される。
二次電子は、二次電子検出器８によって検知・電気信号
に変換された後、増幅などの信号処理を受ける。信号処
理後、電気信号はディスプレイ９を輝度変調あるいはＹ
変調するために使われる。ディスプレイ９は、電子ビー
ム２のウエハ面上走査と同期して走査されており、ディ
スプレイ上には試料像が形成される。

【００１３】ＳＥＭレビュー時の手順例を、以下に示
す。

【００１４】被測定ウエハの一枚５は、ウエハカセット
１０から取り出された後、プリアライメントされる。プ
リアライメントは、ウエハに形成されたオリエンテーシ
ョンフラットやノッチなどを基準として、ウエハの方向
をＸＹ−ステージ１２の移動方向に合わせるための操作
である。プリアライメント後、ウエハ５は真空に保持さ
れた試料室１１内のＸＹ−ステージ１２上に搬送・搭載
される。ＸＹ−ステージ１２上に装填されたウエハ５
は、試料室１１の上面に装着された光学顕微鏡１３を用
い、アライメントされる。アライメントは、ＸＹ−ステ
ージの位置座標系とウエハ内のパターン位置座標系との
補正を行うものであり、ウエハ上に形成されたアライメ
ントパターンを用いる。アライメントパターンの数百倍
程度に拡大された光学顕微鏡像を、予め登録されている
アライメントパターンの参照用画像と比較する。光学顕
微鏡像の視野が参照用画像の視野と丁度重なるように、
ステージ位置座標が補正される。アライメント後、予め
登録されていたレビュー個所の位置座標データが読み出
され、位置座標データに基づいて、該レビュー個所が観
察視野に入るようにステージ移動が行われる。次いで、
レビュー領域をラスタ走査し、ＳＥＭ画像を形成する。
形成されたＳＥＭ画像を観察することによって、虚報判
定や欠陥分類を行う。ウエハ上の全所要レビュー個所に
ついて、１．レビュー個所の位置座標データ読み出し、
２．該レビュー個所へのステージ移動、３．ＳＥＭ画像
形成、４．オペレータによる虚報判定・欠陥分類、の操
作・作業を繰返し行う。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにウエハ外
観検査装置は、光学顕微鏡で得られた像をＳＥＭでレビ
ューすることによって、欠陥の分類、或いは虚報の判定
などを行っていたが、以下のような問題がある。

【００１６】光学像とＳＥＭ像では、像コントラストの
形成要因が異なる。例えば、光学像を用いるパターン欠
陥検査装置では、反射光強度や色の違いがコントラスト
を形成し、二次電子像を用いるＳＥＭでは電子線の照射
点から放出する二次電子の量の差がコントラストを形成
する。このためパターン欠陥検査装置で検出された欠陥
がＳＥＭでは観察できない場合がある。また、ウエハ上
形成膜の膜厚差に起因して干渉の色群が生じた場合、光
学顕微鏡では観察することができるが、ＳＥＭでは観察
することができない。更に膜下に欠陥が隠れている場
合、物質透過率の低い電子ビームを用いる低加速ＳＥＭ
では観察できない場合がある。

【００１７】本発明の目的は、光学像とＳＥＭ像のコン
トラスト形成要因の違いから生ずる諸欠点を解決するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、荷電粒子源と、該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を試料に照射して得た荷電粒子に基づい
て試料像を表示する表示装置を備えた荷電粒子線装置に
おいて前記荷電粒子線の視野を含む照射領域を有する光
学顕微鏡を備え、該光学顕微鏡による試料像を形成する
機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置を提供す
る。

【００１９】上記構成によれば、荷電粒子線による視野
を含むように光学顕微鏡の照射領域が設定されているの
で、光学顕微鏡で特定した欠陥の発見を荷電粒子線で行
うことが容易になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図２（ａ)
(ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は本発明の荷電粒
子線装置の対物レンズ部の拡大図である。この対物レン
ズは、磁界レンズ５４と光対物レンズ５０の光軸が一致
するように調節されている。磁界レンズ５４の中に電子
線の通過口付きの光対物レンズ５０が挿入されている。
この複合型の対物レンズは以下のような機能を有する。

【００２１】先ず光学像の形成は、白色光源６０から放
出された照射光線５１を、ハーフミラー６１及び穴付き
反射鏡５２で方向変換し、電子線通過口付きの光対物レ
ンズ５０で収束して、ウエハ５上に照射させる。ウエハ
面からの反射光は、入射光と逆の経路を辿り、ＣＣＤ等
の撮像素子６２に結像する。撮像素子６２では形成され
た光学像を電気信号に変換し、表示用の像信号に用い
る。

【００２２】光対物レンズ５０は、図２（ｂ）に示すよ
うな屈折レンズ５０ａから５０ｄの組み合わせで構成さ
れている。屈折レンズは同じ口径であれば、反射鏡レン
ズの組み合わせよりもＮＡ(Numerial Aperture:開口数)
を大きくとることができ高い解像度が得られる。光対物
レンズの電子線通過口は、本実施例では１.５mm 程度で
ある。この様な形状の光対物レンズによれば、通過口が
あっても０次光をカットするに止まり、光対物レンズの
ＭＴＦ（Modulation transfer function：変調伝達関数
＝再生像のコントラスト／原画像のコントラスト）を殆
ど低下させない。即ち電子線通過口を形成しても、通過
口がない対物レンズと同程度の分解能を有する光学像が
得られる。

【００２３】本実施例の課題の１つはこのように電子線
を通す必要がある電子線用対物レンズに、如何に光軸を
一致させた光対物レンズを適用するかにあり、上述の光
対物レンズの採用によってＭＴＦを低下させることなく
上記課題を解決することが可能になる。

【００２４】次にＳＥＭ像の形成は以下のようにして行
われる。

【００２５】電子銃から放出された電子ビームを収束レ
ンズで細く絞った後、光対物レンズ５０の通過口５３を
通し、磁界レンズ５４でウエハ５面上に焦点を結ばせ
る。なお本実施例の場合、磁界レンズ５４は界浸型磁界
レンズを採用している。電子ビーム照射点から放出され
た二次電子７は、磁界レンズ５４の軸方向磁場に沿って
上方に引き上げられる。穴付き反射鏡５２を通過した二
次電子７は、二次電子検出器８の前方に形成される電界
によって二次電子検出器８に引き込まれ検出される。二
次電子通路の電位はチャージアップによって試料の電位
が正に帯電しても像形成可能なように、試料電位に対
し、正電位に保持されている。このとき試料電位は必ず
しもアース電位である必要はない。例えば試料に負電位
を印加することによって、電子線照射によるチャージア
ップを防止することもできる。

【００２６】本実施例において磁界レンズ５４として採
用されている界浸型磁界レンズは、静電レンズや通常の
磁界レンズに比べて、大きな磁極口径と短い焦点距離の
実現を可能とする。上部磁極の口径は、光対物レンズの
組み込みを可能とするため、本実施例では径１５mm程度
に設計される。ワーキングディスタンスは３mm程度であ
る。光対物レンズのＮＡは、０.７程度が得られる。

【００２７】本発明実施例では上述したような構成によ
って、欠陥検査装置で得られた欠陥像のＳＥＭレビュー
を可能にするべく、欠陥個所の光学像とＳＥＭ像を同時
観察している。

【００２８】本発明実施例では、光学像を用いて、色群
など光特有な現象の確認や欠陥個所の同定を行い、更に
ＳＥＭ像を用いて、欠陥個所の詳細観測を行う。

【００２９】この際の課題の１つは、光学像とＳＥＭ像
の視野中心を合致させることである。合致していなけれ
ば、僅か数μｍのずれがあったとしても、ＳＥＭ像での
欠陥個所発見が難しくなる。

【００３０】合致させるための最適方法は、ウエハに入
射する光ビームと電子ビームの光軸、すなわち光光学系
の対物レンズ光軸と電子ビーム光学系の対物レンズ光軸
とを一致させることである。一致すれば、光学像の視野
中心とＳＥＭ像の視野中心とを合致させることができ
る。

【００３１】また更なる課題は、光学像・ＳＥＭ像とも
に、それぞれ最高の解像度が得られるようにすることで
ある。パターン欠陥検査装置では、最小０.２μｍ程度
の欠陥を検出する。このような微細欠陥を観測するため
に、光学像は０.２μｍ以下、ＳＥＭ像は０.０１μｍ
程度の分解能が望まれる。

【００３２】両レンズの光軸を一致させたうえ、高分解
能の達成を図るためには、（１）電子レンズの中に、光軸に沿って電子線通過口を
有する光学レンズを組み込む。

【００３３】（２）光軸に沿って貫通穴を有した光学レ
ンズの中に、電子レンズを組み込む、ことが考えられ
る。

【００３４】上記（１）について留意すべき点は、（ａ）電子レンズは光学レンズのＮＡを可能な限り大き
くとれること。

【００３５】（ｂ）光学レンズの挿入が、電子レンズの
性能を低下させないこと。

【００３６】すなわち、（Ｉ）光学レンズ部分が帯電せ
ず、電子ビーム形状・軌道に影響を与えない、（II）光
学レンズ部分が、非点などの電子レンズ収差を増大させ
ないことにある。

【００３７】上記（２）について留意すべき点は、光学
レンズの解像性能を低下させないため、光学レンズに挿
入すべき電子レンズを、可能な限り小さく構成すること
にある。

【００３８】（１）（２）共に留意すべき点は、（ａ）光レンズと電子レンズのワーキングディスタンス
を、可能な限り短くすること。

【００３９】高分解能を達成するための装置設計要点
は、光光学系の対物レンズ・電子ビーム光学系の対物レ
ンズともに、ワーキングディスタンスを短くすることで
ある。ワーキングディスタンスを短くすることによっ
て、光対物レンズはＮＡを大きく、電子ビーム対物レン
ズは收差を小さくできる。

【００４０】（１）についての具体策は、電子ビーム光
学系の対物レンズとして、界浸型磁界レンズを用いる。

【００４１】これにより静電レンズや通常の磁界レンズ
に比べて、界浸型磁界レンズは、磁極口径をより大きく
できる。大口径磁極は高ＮＡ光対物レンズの組み込みを
可能とする。

【００４２】磁界レンズ内に組み込まれた光学部品は全
て、少なくとも電子ビームから見える部分を導電性表面
とする。

【００４３】磁界レンズ内に組み込まれた光学部品は全
て、非磁性材料で構成する。

【００４４】（２）についての具体策は、電子ビーム対
物レンズとして静電レンズを用いる。

【００４５】静電レンズは、磁界レンズに比較して、よ
り小型に構成できる。

【００４６】（１）（２）共通の具体策は、ＳＥＭ像形
成に用いる二次電子を、対物レンズ光軸に沿って引上
げ、対物レンズ上部で検出する。二次電子検出器を対物
レンズ上部に配置できることにより、両レンズともに、
より短いワーキングディスタンスを実現できる。

【００４７】光対物レンズとして、レンズ光軸部分に貫
通穴を開けた屈折型レンズを用いる。屈折型は、反射型
に比較して、より高いＮＡを可能とする。

【００４８】光学像を用いて色群など光特有な現象の確
認や欠陥個所の同定を行い、ＳＥＭ像を用いて欠陥の詳
細観測を行う。これにより、レビューに係る上記問題を
解決できる。

【００４９】また、本構成の装置を用い、次の機能を付
加することにより、より正確な欠陥分類が可能となる。

【００５０】（１）電子ビーム光学系の静電対物レンズ
に、電子ビームの照射機能に加えて、荷電二次粒子の引
込み機能を持たせる。

【００５１】具体的には、試料から放出された荷電二次
粒子を引き込むように、静電レンズの電極印加電圧すな
わちレンズ特性を切り替える。

【００５２】（２）静電対物レンズの後段にエネルギフ
ィルタあるいはマスフィルタを設け、荷電二次粒子の弁
別検出を可能とする。

【００５３】（３）光光学系には、複数の照射波長を切
り替えて使用できる機能を持たせる。具体的には、例え
ば、白色光と各種レーザ光である。像観察には水銀ラン
プの白色光源やＨｅ−Ｎｅレーザを用い、試料物質気化
にはＹＡＧレーザやエキシマレーザを用いる。

【００５４】（４）光光学系に、試料照射光の収束機能
に加えて、走査機能を持たせる。

【００５５】具体的には、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光
を用い、レーザ光の光路に振動ミラーを配置することに
よって、試料面上を走査させる。

【００５６】（５）光光学系対物レンズの後段に、波長
フィルタあるいはエネルギフィルタを設ける。

【００５７】これ等の機能を設けたことにより、レビュ
ー後に、微小欠陥部分析が可能となる。分析データが得
られることにより、より正確な欠陥分類が可能となる。
例えば、（ａ）紫外光ビームで試料面上を照射し、放出される光
電子を検出する。

【００５８】紫外光ビームを走査し、光電子信号でディ
スプレイを輝度変調すれば、光電子像が得られる。

【００５９】静電レンズの後段にエネルギフィルタを設
ければ、光電子を弁別検出できる。弁別検出することに
より、紫外光照射部分の物質分析ができる。

【００６０】（ｂ）ＹＡＧレーザなど、高強度のレーザ
光で試料面上を照射し、気化・解離された二次イオンを
検出する。静電レンズの後段にＴＯＦ型のマスフィルタ
を設ければ、照射部分の多元素同時分析ができる。

【００６１】（ｃ）電子ビームで試料面上を照射し、放
出される光子：カソードルミネセンスを検出する。カソ
ードルミネセンス像が得られる。対物レンズの後段に分
光器を設ければ、電子ビーム照射部分の組成分析が可能
となる。

【００６２】上述した本発明実施例の欠陥分析は、例え
ば以下のようにして行われる。なおこの説明では光学顕
微鏡の光源として紫外光を採用した例（上記（５)(ａ))
を説明する。

【００６３】光源から発せられた紫外光は、穴付き反射
鏡を介してウエハ５上の欠陥個所に照射される。紫外光
照射部から発せられた光電子は二次電子と同様に光軸に
沿って上方に引き上げられる。穴付き反射鏡５２を通過
した光電子は、エネルギフィルタ５５によって弁別され
た後、ＭＣＰ(Micro Channel Plate）などの光電子検出
器５６で検知され、電気信号に変換される。この時、二
次電子検出器８は非動作状態にあり、光電子はエネルギ
フィルタ５５の正電位に引き込まれるようにしてある。

【００６４】次に光学レンズの通過口の中に、光学レン
ズの光軸と光軸が一致するように、対物レンズ４として
の静電レンズを組み込んだ例を図３に示す。

【００６５】光学像の形成は、図２の例と同様にして行
われる。通過口付き光対物レンズ５０は前の例に比べ
て、より大きく設計される。例えば、通過口は径５mm・
外径は４０mm、ワーキングディスタンスは５mm程度に設
定される。通過口には、対物レンズ４としての静電レン
ズ５７が組み込まれる。静電レンズ５７は、レンズ電極
に接続される電圧印加線がレンズ電場を乱さず、かつ外
径が可能な限り小さくなるようにされる。

【００６６】図３に示された例を説明する。アインツエ
ルレンズの下部電極５７ａは、透明ガラス上に薄いネサ
膜を形成したものである。中央電極５７ｂおよび上部電
極５７ｃは厚さ０.１mm 程度の薄い金属円筒で形成され
ており、上部電極５７ｃが中央電極５７ｂに絶縁物５７
ｄを介して、嵌め込まれる。

【００６７】磁界レンズと静電レンズとの違いはある
が、ＳＥＭ像の形成は、図２の例と同様にして行われ
る。この時、二次電子７の光軸上方への引込みは、レン
ズ電極５７ａ／５７ｃに加速電位を加えることによって
行われる。静電レンズを小型にできかつ絶縁物試料の帯
電効果が軽減されるため、電子ビームのエネルギは２ｋ
ｅＶ以下に設定する。

【００６８】本発明による操作手順の例を図４に示す。

【００６９】被測定ウエハ５は、ウエハカセット１０か
ら取り出された後、プリアライメントされる。プリアラ
イメント後、ウエハ５上に形成されたウエハ番号が、ウ
エハ番号読み取り器によって読み取られる。ウエハ番号
は各ウエハに固有のものである。読み取られたウエハ番
号をキーにして、予め登録されていた、ウエハに対応す
るレシピが読み出される。レシピは、このウエハのレビ
ュー手順やレビュー条件を定めたものである。

【００７０】レシピには、このウエハのレビューすべき
欠陥が指定され、それ等欠陥の位置座標データが記載さ
れている。以降の操作は、このレシピに従って、自動的
あるいは半自動的に行われる。

【００７１】レシピ読み出し後、ウエハ５は真空に保持
された試料室１１内のＸＹ−ステージ１２上に搬送さ
れ、搭載される。ステージ上に装填されたウエハ５は、
光学顕微鏡とウエハ５上に形成されたアライメントパタ
ーンを用いて、アライメントされる。光学顕微鏡の対物
レンズ５０は、ＳＥＭ用の対物レンズ４と同軸に装着さ
れている。アライメント時、光学顕微鏡の観察倍率は、
百倍程度の比較的低い倍率に設定されている。

【００７２】ウエハ搭載時の装着誤差を許容するためで
ある。アライメントパターンの光学顕微鏡像は、予め登
録されていたアライメントパターン参照用画像と比較さ
れ、その視野が参照用画像の視野と重なるように、ステ
ージ位置座標を補正する。

【００７３】アライメント後、レシピに従って、第一の
欠陥個所の位置座標データが読み出される。読み出され
たデータに基づいて、該欠陥個所が光ビームおよび電子
ビームの直下に位置するように、ステージ移動される。
該欠陥個所の位置決め後、光光学系を通しての白色光お
よび電子ビーム光学系を通しての電子ビームが、該欠陥
個所に照射される。千数百倍程度に拡大された光学顕微
鏡像と数万倍程度に拡大されたＳＥＭ像が、ディスプレ
イ上に同時表示される。同時表示は、同一ディスプレイ
上でも良いし、異なるディスプレイ上でも良い。

【００７４】光学顕微鏡像およびＳＥＭ像において、夫
れ夫れの観察倍率は異なるが、該欠陥個所はいずれもほ
ぼ視野中心に位置する。光学顕微鏡像上には、識別を容
易にするため、ＳＥＭ像の視野範囲が矩形表示されてい
る。

【００７５】このような表示形態は荷電粒子線装置と光
学顕微鏡を組み合わせた装置で特に有効である。一般的
に光学顕微鏡より狭い視野範囲を有する荷電粒子線装置
の視野範囲を表示装置上で視覚的に特定が可能になる。

【００７６】また本実施例装置では、光学顕微鏡と荷電
粒子線の光軸を一致させているのでこのような構成が容
易に実現可能となる。

【００７７】オペレータは、両画像を観測することによ
って、虚報欠陥の判定や欠陥の分類を行う。より正確に
欠陥を分類するためには、欠陥個所の組成分析を行う。
手順は、（１）光学系光源を白色光源から紫外光源に切
り替える、（２）二次電子検出系を二次電子検出からエ
ネルギフィルタ５５経由の光電子検出系に切り替える、
（３）紫外線を欠陥個所に照射し、光電子を検出する。

【００７８】レビュー結果は、光学顕微鏡像やＳＥＭ像
とともに、データベースに登録される。第二以降の欠陥
については、位置座標データ読み出し後の操作が、繰返
し行われる。ウエハカセット中に被レビュー・ウエハが
残っている場合には、次のウエハについて、図４の操作
が繰返し行われる。

【００７９】パターン欠陥検査装置で取得された画像な
どのデータを、参照像として予め登録しておき、レビュ
ー時にディスプレイ上に同時表示することもできる。欠
陥観測個所に間違いがないことを、容易に確認できる。

【００８０】また、参照像を別チップあるいは別セルの
同一個所の像とし、参照像との差異部を検出・特徴抽出
し、特徴をもとに差異部の分類を自動的に行わせること
も可能である。

【００８１】電子ビームを照射した時、チャージアップ
が飽和するまでに時間がかかるような試料については、
電子ビームを所定の時間照射した後、欠陥個所の像を取
り込むようにすると良い。

【００８２】図５は本発明の通過口付光学レンズを組み
込んだ磁界レンズを採用した走査形電子顕微鏡の構成図
である。この図では光対物レンズ５０，穴付き反射鏡５
２，撮像素子６２を除く光学顕微鏡の光学系が省略され
ている。本実施例では二次電子検出器８で取得された二
次電子に基づく試料像と、撮像素子６２で取得された光
情報に基づく試料像を同じディスプレイ９で表示でき
る。６３は表示制御部である。

【００８３】本実施例では、光学像と電子線像を重ねて
表示する機能を備えている。両方の像を重ねて表示する
ことによって個々の像では得ることのできなかった欠陥
情報を得ることも可能になる。

【００８４】図６は、その光学像と該光学像に電子線の
走査領域６５を重ねて表示した例を示す図である。本発
明実施例の構成では、電子光学系と光光学系の各構成要
素が固定されているので両検出系の視野の相対位置に殆
ど変化がない。この特性を利用して、本発明では光学像
と電子線の走査領域６５を重ねて表示することにより、
光学像上のＳＥＭによるレビュー個所の特定が容易にな
る。また走査領域を重ねて表示するのではなく、上述の
ようにＳＥＭの走査像を光学像と重ねて表示しても良
い。本実施例装置の課題の１つは、異なる光学系からな
る２つ以上の試料観察手段を用いて試料上でほぼ同じ欠
陥或いは該欠陥を含む領域を観察することに起因して生
じるものである。即ち、通常光学像による欠陥検出→電
子線走査による欠陥のレビューのステップをふむ装置で
は、両者の位置関係が特定出来なければならないが、異
なる光学系であるが故にその特定が困難である。しかし
ながら、上述の構成によりその特定が容易になり、本実
施例の課題を解決することが可能になる。

【００８５】また、電子線は荷電粒子線であるので、照
射しつづけると、或いは過度に照射すると試料にダメー
ジを与えることにもなるが、図５に示す走査形電子顕微
鏡では、電子線の視野を含む照射領域を有する光学顕微
鏡によって、光学顕微鏡でしか判らない電子線照射によ
る試料の損傷過程を観察することが可能になる。

【００８６】図５の走査形電子顕微鏡で採用している磁
界形対物レンズ５８は、下磁極開放形である。下磁極開
放形の対物レンズは試料表面付近に磁場を集中できるの
で、ウエハ５で発生した二次電子の発散を抑制し、二次
電子を光対物レンズ５０を通して効率よく二次電子検出
器８に導くことができる。

【００８７】また本実施例では、二次電子を二次電子検
出器８に導くための偏光器として、直交電磁界発生器６
４を採用している。この直交電磁界発生器６４が発生す
る電界は、二次電子を二次電子検出器８側に導くように
作用するが、反面電子ビーム２をも偏向してしまい、収
差発生の原因ともなる。この収差の発生を抑制するため
に電界とは直交する方向に磁界を形成し、電界の電子ビ
ームに対する偏向を相殺するように作用させている。こ
の磁界は二次電子を二次電子検出器８側に導くような偏
向作用を持つので、二次電子検出効率も向上する。

【００８８】なお、以上説明した実施例で、試料移動機
構として、ＸＹ−ステージを用いたが、ＸＹ−ステージ
の代りに、ＸＹＴ−ステージを用いても良い。試料を傾
斜した状態でのレビューができる。またＸＹＺ−ステー
ジでも良い。

【００８９】ここでは荷電粒子線として電子ビームを用
いたが、代りにイオンビームを用いても良い。

【００９０】ここでは半導体ウエハを観察する場合につ
いて示したが、代りに撮像素子・表示素子および記録素
子用のウエハであってもよいし、ウエハ以外の試料形状
であっても構わない。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば、異なる光学系であるが
故に、その相対位置の特定が難しかった。光学顕微鏡と
荷電粒子線装置の観察対象の相対位置の特定が容易にな
り、特に、光学顕微鏡によるパターン欠陥検査によって
得た欠陥データに基づいて荷電粒子線によるレビューを
行う装置において、レビュー個所の特定が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＥＭの原理と構成を説明するための図。

【図２】界浸型磁界レンズの中に、磁界レンズの光軸と
光軸が一致するように、貫通穴付光学レンズを組み込ん
だ例を示す図。

【図３】光学レンズの貫通穴の中に、光学レンズの光軸
と光軸が一致するように、静電レンズを組み込んだ例を
示す図。

【図４】本発明実施例によるレビューの手順例。

【図５】本発明実施例に示す対物レンズを走査形電子顕
微鏡に組み込んだ例を示す図。

【図６】本発明実施例の表示例を示す図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子ビーム、３…収束レンズ、４…対
物レンズ、５…ウエハ、６…偏向コイル、７…二次電
子、８…二次電子検出器、９…ディスプレイ、１０…ウ
エハカセット、１１…試料室、１２…ＸＹ−ステージ、
１３…光学顕微鏡、５０…光対物レンズ、５１…照射光
線、５２…穴付き反射鏡、５３…通過口、５４…磁界レ
ンズ、５５…エネルギフィルタ、５６…光電子検出器、
５７…静電レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源と、該荷電粒子源から放出され
る荷電粒子線を試料に照射して得た荷電粒子に基づいて
試料像を表示する表示装置を備えた荷電粒子線装置にお
いて、前記荷電粒子線の視野を含む照射領域を有する光学顕微
鏡を備え、該光学顕微鏡による試料像を形成する機能を
有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】請求項１において、前記荷電粒子線の光軸
と、前記光学顕微鏡の光軸は一致していることを特徴と
する荷電粒子線装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記荷電粒子線を収束するための対物レンズと、該対物
レンズの光軸に沿って挿入される前記光学顕微鏡用の対
物レンズを備えて成ることを特徴とする荷電粒子線装
置。
【請求項４】請求項３において、前記光学顕微鏡用の対物レンズは、前記荷電粒子線の通
過口を有する屈折型レンズより形成されていることを特
徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】請求項４において、前記屈折型レンズは、前記光学顕微鏡より発せられる光
を前記試料上に結像するように形成されていることを特
徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】請求項３ないし５において、前記対物レンズは、界浸型磁界レンズより成ることを特
徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】請求項３ないし５において、前記対物レンズは静電レンズより成ることを特徴とする
荷電粒子線装置。
【請求項８】請求項７において、前記静電レンズの少なくとも一部を嵌め込み式の円筒型
電極で形成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】請求項１ないし８において、前記荷電粒子線は、２ｋｅＶ以下のエネルギを有するこ
とを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】請求項１ないし９において、前記光学顕微鏡は、前記試料に照射される光の波長を切
替える機能を備えていることを特徴とする荷電粒子線装
置。
【請求項１１】荷電粒子源と、該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を走査し、試料に照射し得た荷電粒子に
基づいて試料像を表示する荷電粒子線装置において、前記試料の光学像を取得するための光学顕微鏡と、該光
学顕微鏡によって得られた光学像と、該光学像上の前記
荷電粒子線の走査範囲を表示する表示装置を備えたこと
を特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】荷電粒子源と、該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を走査し、試料に照射して得た荷電粒子
に基づいて試料像を表示する荷電粒子線装置において、前記試料の光学像を取得するための光学顕微鏡と、該光
学顕微鏡によって得られた光学像と前記荷電粒子線の走
査によって得られた試料像を重ねて表示する表示装置を
備えたことを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項１３】光学顕微鏡によって得られたウエハ上の
欠陥データに基づいて荷電粒子線によるウエハ上の観察
位置を決定するウエハの欠陥検査方法であって、前記光学顕微鏡によってウエハ上の欠陥データを取得す
る第１のステップと、前記光学顕微鏡によって取得された欠陥データに基づい
て荷電粒子線の観察位置を決定する第２のステップと、前記第２のステップで決定された観察位置に基づいて、
前記ウエハを載置するステージを移動させる第３のステ
ップを有し、前記各ステップにおいて前記荷電粒子線の観察位置は前
記光学顕微鏡の視野範囲に含まれることを特徴とするウ
エハの欠陥検査方法。