JPH1151886A - 電子ビームを用いた検査方法及び検査装置 - Google Patents
電子ビームを用いた検査方法及び検査装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】検査の高速化を図ることができる電子ビームを
用いた検査方法及び検査装置を提供する。 【解決手段】電子銃１からの電子ビーム３６は対物レン
ズ９で収束され、試料１３に与えられるリターディング
電圧によって減速され、試料１３は移動しながら電子ビ
ームで走査され、試料１３から発生した２次電子３３は
リターディング電圧により加速され、ほぼ平行ビームと
なって、対物レンズ９と試料１３との間に配置されたＥ
×Ｂ偏向器１８により偏向されて２次電子発生体１９を
照射し、２次電子発生体１９から第２の２次電子２０が
発生して荷電粒子検出器２１によって検出される。検出
されたその出力信号は画像信号として記憶され、記憶さ
れた画像は演算部２９及び欠陥判定部３０で比較され、
欠陥が判定される。
用いた検査方法及び検査装置を提供する。 【解決手段】電子銃１からの電子ビーム３６は対物レン
ズ９で収束され、試料１３に与えられるリターディング
電圧によって減速され、試料１３は移動しながら電子ビ
ームで走査され、試料１３から発生した２次電子３３は
リターディング電圧により加速され、ほぼ平行ビームと
なって、対物レンズ９と試料１３との間に配置されたＥ
×Ｂ偏向器１８により偏向されて２次電子発生体１９を
照射し、２次電子発生体１９から第２の２次電子２０が
発生して荷電粒子検出器２１によって検出される。検出
されたその出力信号は画像信号として記憶され、記憶さ
れた画像は演算部２９及び欠陥判定部３０で比較され、
欠陥が判定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子ビームを用いた
検査方法及び検査装置に係わり、特に、半導体装置の製
造過程でウエハ上の回路等のパターンを検査するのに適
した電子ビームを用いた検査方法及び検査装置に関す
る。
検査方法及び検査装置に係わり、特に、半導体装置の製
造過程でウエハ上の回路等のパターンを検査するのに適
した電子ビームを用いた検査方法及び検査装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームを用いた試料の観察装置とし
ては走査電子顕微鏡（以下これをSEMという）があり、
また、半導体装置の検査装置の一つとして測長用走査電
子顕微鏡（以下これを測長ＳＥＭという）がある。しか
し、通常のＳＥＭや測長ＳＥＭは、限られた視野を高倍
率で観察するのには適しているものの、ウエハ上のどこ
に欠陥があるかを探すのには不向きである。なぜなら
ば、そのような欠陥探索のためには非常に広い領域、す
なわちウエハの全表面領域をくまなく検査する必要があ
るが、そのような広領域を上記のＳＥＭや測長ＳＥＭで
検査する場合には非常に長い時間が必要である。したが
って、これらのＳＥＭは半導体装置の製造過程で、製造
タクトに同期した検査装置として使用するにはとても実
用にならない。
ては走査電子顕微鏡（以下これをSEMという）があり、
また、半導体装置の検査装置の一つとして測長用走査電
子顕微鏡（以下これを測長ＳＥＭという）がある。しか
し、通常のＳＥＭや測長ＳＥＭは、限られた視野を高倍
率で観察するのには適しているものの、ウエハ上のどこ
に欠陥があるかを探すのには不向きである。なぜなら
ば、そのような欠陥探索のためには非常に広い領域、す
なわちウエハの全表面領域をくまなく検査する必要があ
るが、そのような広領域を上記のＳＥＭや測長ＳＥＭで
検査する場合には非常に長い時間が必要である。したが
って、これらのＳＥＭは半導体装置の製造過程で、製造
タクトに同期した検査装置として使用するにはとても実
用にならない。
【０００３】このような問題を解決する装置として、画
像比較を用いてウエハ上の欠陥を検出する電子ビームを
用いた検査装置が知られている。この装置は、高電流電
子ビームが用いられること、電子ビームを試料に照射し
ながら試料ステージを連続的に移動させること、高加速
電圧が用いられること、試料には電子ビームを減速させ
て試料の帯電を防ぐリターディング電圧が印加されるこ
と、電子ビームの照射によって試料で発生する荷電粒子
が対物レンズを通過してから検出されること（ＴＴＬ方
式）、といった特徴をもっている。これによれば、試料
であるマスクやウエハのパターンの欠陥検査を従来のＳ
ＥＭよりも効率的に行うことができる可能性がある。な
お、この関連の技術として、たとえば、特開平5−25870
3 号公報に記載されたものがある。
像比較を用いてウエハ上の欠陥を検出する電子ビームを
用いた検査装置が知られている。この装置は、高電流電
子ビームが用いられること、電子ビームを試料に照射し
ながら試料ステージを連続的に移動させること、高加速
電圧が用いられること、試料には電子ビームを減速させ
て試料の帯電を防ぐリターディング電圧が印加されるこ
と、電子ビームの照射によって試料で発生する荷電粒子
が対物レンズを通過してから検出されること（ＴＴＬ方
式）、といった特徴をもっている。これによれば、試料
であるマスクやウエハのパターンの欠陥検査を従来のＳ
ＥＭよりも効率的に行うことができる可能性がある。な
お、この関連の技術として、たとえば、特開平5−25870
3 号公報に記載されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】試料から出てくる荷電
粒子が対物レンズを通して検出されるといういわゆるＴ
ＴＬ（Through The Lens）方式によれば、対物レンズと
試料との間の距離を短くすることができる。これによっ
て、対物レンズを短焦点で用いることができ、電子ビー
ムの収差が少なく、高分解能な画像の取得が可能にな
る。しかし、一方で、検査速度の向上を阻害し、更に試
料の高さが変化するとこれに伴って電子ビームの回転が
大きく変化し、得られた画像が回転してしまうという無
視できない不具合をもたらす。また、リターディング電
圧が変化したときの荷電粒子の検出効率の変化が無視で
きないほどの影響になりうるという不利益をもたらす。
粒子が対物レンズを通して検出されるといういわゆるＴ
ＴＬ（Through The Lens）方式によれば、対物レンズと
試料との間の距離を短くすることができる。これによっ
て、対物レンズを短焦点で用いることができ、電子ビー
ムの収差が少なく、高分解能な画像の取得が可能にな
る。しかし、一方で、検査速度の向上を阻害し、更に試
料の高さが変化するとこれに伴って電子ビームの回転が
大きく変化し、得られた画像が回転してしまうという無
視できない不具合をもたらす。また、リターディング電
圧が変化したときの荷電粒子の検出効率の変化が無視で
きないほどの影響になりうるという不利益をもたらす。
【０００５】本発明の第一の目的は、検査の高速化を図
ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検査装
置を提供することにある。
ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検査装
置を提供することにある。
【０００６】本発明の第二の目的は、画像の回転が少な
い電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供する
ことにある。
い電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供する
ことにある。
【０００７】本発明の第三の目的は、荷電粒子の検出効
率の変化が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査
装置を提供することにある。
率の変化が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査
装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、電子源
から発生した電子ビームが対物レンズによって試料に収
束され、試料が電子ビームで走査され、それによって試
料から荷電粒子が発生するように電子ビームが偏向さ
れ、発生した荷電粒子が対物レンズと試料との間から荷
電粒子検出器によって検出されて電気信号に変換され、
この電気信号が画像信号として記憶され、この記憶され
た画像信号を用いて画像比較が実行され、試料の欠陥が
検出されることからなる。
から発生した電子ビームが対物レンズによって試料に収
束され、試料が電子ビームで走査され、それによって試
料から荷電粒子が発生するように電子ビームが偏向さ
れ、発生した荷電粒子が対物レンズと試料との間から荷
電粒子検出器によって検出されて電気信号に変換され、
この電気信号が画像信号として記憶され、この記憶され
た画像信号を用いて画像比較が実行され、試料の欠陥が
検出されることからなる。
【０００９】本発明の他の構成は、電子源から発生した
電子ビームがクロスオーバを生じるように収束されると
ともに、該クロスオーバと試料との間に配置された対物
レンズによって試料に収束され、試料が電子ビームで走
査され、それによって試料から荷電粒子が発生するよう
に偏向され、発生した荷電粒子が対物レンズと試料との
間から荷電粒子検出器によって検出されて電気信号に変
換され、この電気信号が画像信号として記憶され、この
記憶された画像信号を用いて画像比較が実行され、試料
の欠陥が検出されることからなる。
電子ビームがクロスオーバを生じるように収束されると
ともに、該クロスオーバと試料との間に配置された対物
レンズによって試料に収束され、試料が電子ビームで走
査され、それによって試料から荷電粒子が発生するよう
に偏向され、発生した荷電粒子が対物レンズと試料との
間から荷電粒子検出器によって検出されて電気信号に変
換され、この電気信号が画像信号として記憶され、この
記憶された画像信号を用いて画像比較が実行され、試料
の欠陥が検出されることからなる。
【００１０】本発明の他の構成は、電子源から発生した
電子ビームがクロスオーバを生じるように収束されると
ともに、該クロスオーバと試料との間に配置された対物
レンズによって試料に収束され、試料が電子ビームで走
査され、それによって試料から荷電粒子が発生するよう
に偏向され、同時に試料が該試料の電子ビームによる走
査の方向と実質的に直交する方向に連続的に移動され、
発生した荷電粒子が対物レンズと試料との間から荷電粒
子検出器によって検出されて電気信号に変換され、この
電気信号が画像信号として記憶され、この記憶された画
像信号を用いて画像比較が実行され、試料の欠陥が検出
されることからなる。
電子ビームがクロスオーバを生じるように収束されると
ともに、該クロスオーバと試料との間に配置された対物
レンズによって試料に収束され、試料が電子ビームで走
査され、それによって試料から荷電粒子が発生するよう
に偏向され、同時に試料が該試料の電子ビームによる走
査の方向と実質的に直交する方向に連続的に移動され、
発生した荷電粒子が対物レンズと試料との間から荷電粒
子検出器によって検出されて電気信号に変換され、この
電気信号が画像信号として記憶され、この記憶された画
像信号を用いて画像比較が実行され、試料の欠陥が検出
されることからなる。
【００１１】上記画像比較は試料の欠陥を見つけ出すた
めのものであって、試料上のある領域の画像と別の領域
の画像との比較を含むと共に、ある領域の画像と予め用
意された基準の画像との比較をも含む。
めのものであって、試料上のある領域の画像と別の領域
の画像との比較を含むと共に、ある領域の画像と予め用
意された基準の画像との比較をも含む。
【００１２】本発明の望ましい実施例によれば、試料に
は電子ビームを減速する電圧が印加される。これは発生
する荷電粒子に対しては該荷電粒子が平行化される傾向
をもつような加速電圧として作用する。
は電子ビームを減速する電圧が印加される。これは発生
する荷電粒子に対しては該荷電粒子が平行化される傾向
をもつような加速電圧として作用する。
【００１３】本発明の望ましい実施例によれば、試料か
ら発生した荷電粒子は互いに実質的に直交する偏向電界
及び偏向磁界によって同じ方向に偏向される。これらの
偏向電界及び偏向磁界による試料を照射する電子ビーム
の偏向量は、実質的に等しく、かつ、逆方向であるた
め、打消し合う。したがって、偏向電界及び偏向磁界に
よる、試料を照射する方の電子ビームの偏向障害は実質
的に存在しない。
ら発生した荷電粒子は互いに実質的に直交する偏向電界
及び偏向磁界によって同じ方向に偏向される。これらの
偏向電界及び偏向磁界による試料を照射する電子ビーム
の偏向量は、実質的に等しく、かつ、逆方向であるた
め、打消し合う。したがって、偏向電界及び偏向磁界に
よる、試料を照射する方の電子ビームの偏向障害は実質
的に存在しない。
【００１４】本発明の望ましい実施例によれば、試料か
ら発生した荷電粒子のうち２次電子は導電性の２次電子
発生体を照射し、それによって該２次電子発生体は２次
電子をさらに発生し、この発生した２次電子が荷電粒子
検出器によって検出される。本発明の望ましい実施例に
よれば、電子ビームはクロスオーバを支点としてブラン
キングされる。電子ビームがクロスオーバを持たない平
行ビームの場合、ブランキングの最中に試料上の電子ビ
ームによる照射位置が変化してしまい、照射領域に隣接
した領域を帯電させてしまうという不具合があったが、
本実施例では、ブランキングをクロスオーバを支点とし
ているので試料上の電子ビームによる照射位置が変化せ
ず、上記不具合を避けることができる。
ら発生した荷電粒子のうち２次電子は導電性の２次電子
発生体を照射し、それによって該２次電子発生体は２次
電子をさらに発生し、この発生した２次電子が荷電粒子
検出器によって検出される。本発明の望ましい実施例に
よれば、電子ビームはクロスオーバを支点としてブラン
キングされる。電子ビームがクロスオーバを持たない平
行ビームの場合、ブランキングの最中に試料上の電子ビ
ームによる照射位置が変化してしまい、照射領域に隣接
した領域を帯電させてしまうという不具合があったが、
本実施例では、ブランキングをクロスオーバを支点とし
ているので試料上の電子ビームによる照射位置が変化せ
ず、上記不具合を避けることができる。
【００１５】
〔実施例〕図２に、半導体装置の製造プロセスのフロー
のブロック図を示す。同図からわかるように、半導体装
置の製造に当たっては、半導体装置のウエハ上への多数
のパターン形成ステップ５１〜５５が繰り返され、その
各々のパターン形成ステップは大まかに成膜５６，レジ
スト塗布５７，感光５８，現像５９，エッチング６０，
レジスト除去６１及び洗浄６２のステップからなる。各
ステップにおいて製造条件が最適化されていないと、半
導体ウエハの回路パターンが正常に形成されない。そこ
で、ステップ間に自動外観検査ステップ６３及び６４を
設け、回路パターンの検査が実行される。
のブロック図を示す。同図からわかるように、半導体装
置の製造に当たっては、半導体装置のウエハ上への多数
のパターン形成ステップ５１〜５５が繰り返され、その
各々のパターン形成ステップは大まかに成膜５６，レジ
スト塗布５７，感光５８，現像５９，エッチング６０，
レジスト除去６１及び洗浄６２のステップからなる。各
ステップにおいて製造条件が最適化されていないと、半
導体ウエハの回路パターンが正常に形成されない。そこ
で、ステップ間に自動外観検査ステップ６３及び６４を
設け、回路パターンの検査が実行される。
【００１６】図３に、製造過程における半導体ウエハ上
の回路パターンを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した
像の概略を示す。図３（ａ）は正常に加工されたパター
ン、図３（ｂ）は加工不良が発生したパターンを示す。
たとえば図２の成膜５６のステップで異常が発生する
と、パーティクルが半導体ウエハ表面に付着し、図３
（ｂ）中の孤立欠陥Ａとなる。また、レジスト塗布後感
光時に焦点や露光時間等の条件が最適でないと、レジス
トを照射する光の量や強さが多すぎる箇所や足りない箇
所が発生し、図３（ｂ）中のショートＣや断線Ｅ，パタ
ーン細りや欠けＤを伴う。露光時のマスクやレチクル上
に欠陥があると、同様のパターンの形状異常が発生しや
すい。また、エッチング量が最適化されていない場合及
びエッチング途中に生成された薄膜やパーティクルが存
在した場合、ショートＣや突起Ｂ，孤立欠陥Ａをはじ
め、開口不良Ｇも発生する。洗浄時には、乾燥時の水切
れ条件によりパターン角部その他の箇所に異常酸化を発
生しやすい上、光学顕微鏡では観察しづらい薄膜残りＦ
が発生する。したがって、ウエハ製造プロセスでは、こ
れらの不良が発生しないよう加工条件を最適化する必要
があると共に、異常発生を早期発見し、当該ステップに
フイードバックする必要がある。
の回路パターンを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した
像の概略を示す。図３（ａ）は正常に加工されたパター
ン、図３（ｂ）は加工不良が発生したパターンを示す。
たとえば図２の成膜５６のステップで異常が発生する
と、パーティクルが半導体ウエハ表面に付着し、図３
（ｂ）中の孤立欠陥Ａとなる。また、レジスト塗布後感
光時に焦点や露光時間等の条件が最適でないと、レジス
トを照射する光の量や強さが多すぎる箇所や足りない箇
所が発生し、図３（ｂ）中のショートＣや断線Ｅ，パタ
ーン細りや欠けＤを伴う。露光時のマスクやレチクル上
に欠陥があると、同様のパターンの形状異常が発生しや
すい。また、エッチング量が最適化されていない場合及
びエッチング途中に生成された薄膜やパーティクルが存
在した場合、ショートＣや突起Ｂ，孤立欠陥Ａをはじ
め、開口不良Ｇも発生する。洗浄時には、乾燥時の水切
れ条件によりパターン角部その他の箇所に異常酸化を発
生しやすい上、光学顕微鏡では観察しづらい薄膜残りＦ
が発生する。したがって、ウエハ製造プロセスでは、こ
れらの不良が発生しないよう加工条件を最適化する必要
があると共に、異常発生を早期発見し、当該ステップに
フイードバックする必要がある。
【００１７】以上のような欠陥を検出するために、たと
えば図２中の現像５９のステップの後、及び、レジスト
除去６１のステップの後に自動外観検査が行われる。こ
の検査に本発明による電子ビームを用いた検査装置が使
用される。
えば図２中の現像５９のステップの後、及び、レジスト
除去６１のステップの後に自動外観検査が行われる。こ
の検査に本発明による電子ビームを用いた検査装置が使
用される。
【００１８】図１は、本発明の実施例であり、電子ビー
ムを用いた検査装置の構成の概略を示す縦断面図であ
る。
ムを用いた検査装置の構成の概略を示す縦断面図であ
る。
【００１９】図１において、電子銃１は電子源２，引出
電極３及び加速電極４から構成される。電子源２と引出
電極３の間には引出電圧Ｖ1 が引出電源５によって印加
され、これにより電子源２からは電子ビーム３６が引出
される。加速電極４はアース電位に維持され、そして加
速電極４と電子源２との間には加速電圧Ｖacc が加速電
源６によって印加され、したがって、電子ビーム３６は
この加速電圧Ｖacc によって加速される。加速された電
子ビームはレンズ電源７に接続された第１収束レンズ８
によって、該第１収束レンズ８とレンズ電源７に接続さ
れた第２収束レンズである対物レンズ９との間にクロス
オーバ１０が生じるように収束され、更に対物レンズ９
によって、ステージ駆動装置（図示せず）及び位置モニ
タ用測長装置１１により水平移動可能にされた試料ステ
ージ１２上の半導体ウエハ等の試料１３に収束される。
すなわち、試料１３は収束された電子ビームによって照
射される。図示していないが、以上の構成が電子ビーム
を照射するのに適するように真空を保った容器中に収納
される。
電極３及び加速電極４から構成される。電子源２と引出
電極３の間には引出電圧Ｖ1 が引出電源５によって印加
され、これにより電子源２からは電子ビーム３６が引出
される。加速電極４はアース電位に維持され、そして加
速電極４と電子源２との間には加速電圧Ｖacc が加速電
源６によって印加され、したがって、電子ビーム３６は
この加速電圧Ｖacc によって加速される。加速された電
子ビームはレンズ電源７に接続された第１収束レンズ８
によって、該第１収束レンズ８とレンズ電源７に接続さ
れた第２収束レンズである対物レンズ９との間にクロス
オーバ１０が生じるように収束され、更に対物レンズ９
によって、ステージ駆動装置（図示せず）及び位置モニ
タ用測長装置１１により水平移動可能にされた試料ステ
ージ１２上の半導体ウエハ等の試料１３に収束される。
すなわち、試料１３は収束された電子ビームによって照
射される。図示していないが、以上の構成が電子ビーム
を照射するのに適するように真空を保った容器中に収納
される。
【００２０】試料１３には電子ビーム３６を減速させる
リターディング電圧として負の電圧が可変減速電源１４
によって印加され、更に、試料１３と対物レンズ９との
間に設けられた電極３４に、試料１３に対して正の方向
の電圧が印加され、したがって、電子ビーム３６はリタ
ーディング電圧によって減速される。通常、電極３４は
アース電位とされ、リターディング電圧は可変減速電源
１４を調整することによって任意に変えることができ
る。
リターディング電圧として負の電圧が可変減速電源１４
によって印加され、更に、試料１３と対物レンズ９との
間に設けられた電極３４に、試料１３に対して正の方向
の電圧が印加され、したがって、電子ビーム３６はリタ
ーディング電圧によって減速される。通常、電極３４は
アース電位とされ、リターディング電圧は可変減速電源
１４を調整することによって任意に変えることができ
る。
【００２１】第１収束レンズ８とクロスオーバ１０との
間には絞り１５が配置されている。この絞り１５は余分
な電子を遮断し、更に電子ビーム３６の開口角を決める
のに役立つ。クロスオーバ１０と対物レンズ９との間に
は電子ビーム走査用偏向器１６が配置され、これは収束
された電子ビーム３６で試料１３を走査するように電子
ビーム３６を偏向させる機能をもつ。電子ビーム走査用
偏向器１６は対物レンズ９の中に設けられ、その偏向の
支点と対物レンズ９の磁極ギャップの中心とが実質的に
一致するようにしており、これにより、偏向歪を低減す
ることができる。絞り１５と電子ビーム走査用偏向器１
６との間には、電子ビーム３６をクロスオーバ１０が形
成される位置において偏向してブランキングする、走査
信号発生装置２４に接続されたブランキング用偏向器１
７が配置されている。
間には絞り１５が配置されている。この絞り１５は余分
な電子を遮断し、更に電子ビーム３６の開口角を決める
のに役立つ。クロスオーバ１０と対物レンズ９との間に
は電子ビーム走査用偏向器１６が配置され、これは収束
された電子ビーム３６で試料１３を走査するように電子
ビーム３６を偏向させる機能をもつ。電子ビーム走査用
偏向器１６は対物レンズ９の中に設けられ、その偏向の
支点と対物レンズ９の磁極ギャップの中心とが実質的に
一致するようにしており、これにより、偏向歪を低減す
ることができる。絞り１５と電子ビーム走査用偏向器１
６との間には、電子ビーム３６をクロスオーバ１０が形
成される位置において偏向してブランキングする、走査
信号発生装置２４に接続されたブランキング用偏向器１
７が配置されている。
【００２２】電子ビーム３６をブランキングするため
に、クロスオーバ１０以外の点を支点として偏向する
と、その偏向時に試料１３上の電子ビーム照射位置が移
動してしまう。また、電子ビームが平行ビームである場
合にブランキングすると、ブランキングの最中に絞り１
５で遮断できない電子ビームが存在し、照射したくない
隣接した領域をわずかながら照射してしまう。このよう
に、ブランキングが始まって完了までの間中、本来電子
ビームで照射されては好ましくない箇所が電子ビームで
照射されることになる。これに対して、本発明の実施例
では、ブランキング時には電子ビーム３６はクロスオー
バ１０を支点として偏向されるので、試料１３上の電子
ビーム照射位置は変化せず、したがって上述したような
問題は生じない。
に、クロスオーバ１０以外の点を支点として偏向する
と、その偏向時に試料１３上の電子ビーム照射位置が移
動してしまう。また、電子ビームが平行ビームである場
合にブランキングすると、ブランキングの最中に絞り１
５で遮断できない電子ビームが存在し、照射したくない
隣接した領域をわずかながら照射してしまう。このよう
に、ブランキングが始まって完了までの間中、本来電子
ビームで照射されては好ましくない箇所が電子ビームで
照射されることになる。これに対して、本発明の実施例
では、ブランキング時には電子ビーム３６はクロスオー
バ１０を支点として偏向されるので、試料１３上の電子
ビーム照射位置は変化せず、したがって上述したような
問題は生じない。
【００２３】試料１３が収束された電子ビーム３６で照
射され、走査されると、試料１３からは荷電粒子である
２次電子及び反射電子が発生する。そのうちの２次電子
３３は５０ｅＶ以下のエネルギーをもったものとして定
義される。試料１３を照射する電子ビーム３６に対する
リターディング電圧は、発生した２次電子に対しては正
負の方向が逆になるため、加速電圧として作用する。し
たがって、発生した２次電子３３はリターディング電圧
によって加速されるため、方向がほぼそろい、ほぼ平行
ビームとなって、試料１３と対物レンズ９の間に配置さ
れたＥ×Ｂ（イー・クロス・ビー）偏向器１８に入射す
る。Ｅ×Ｂ偏向器１８は２次電子３３を偏向する偏向電
界を発生させる偏向電界発生器を含むと共に、試料１３
を照射する電子ビームの前記偏向電界による偏向を打ち
消す、前記偏向電界と直交する偏向磁界を発生させる偏
向磁界発生器を含んでいる。この偏向磁界は２次電子３
３に対しては前記偏向電界と同一方向への偏向作用をも
つ。したがって、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される
偏向電界及び偏向磁界は、試料１３を照射する電子ビー
ムに悪影響を与えることなしに、加速された２次電子３
３を偏向する。この偏向角をほぼ一定に維持するため
に、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される偏向電界及び
偏向磁界をリターディング電圧の変更に連動して変える
ことができる。Ｅ×Ｂ偏向器１８は偏向電界及び偏向磁
界を発生するものであるため、偏向電界及び偏向磁界発
生器と呼ばれる場合もある。
射され、走査されると、試料１３からは荷電粒子である
２次電子及び反射電子が発生する。そのうちの２次電子
３３は５０ｅＶ以下のエネルギーをもったものとして定
義される。試料１３を照射する電子ビーム３６に対する
リターディング電圧は、発生した２次電子に対しては正
負の方向が逆になるため、加速電圧として作用する。し
たがって、発生した２次電子３３はリターディング電圧
によって加速されるため、方向がほぼそろい、ほぼ平行
ビームとなって、試料１３と対物レンズ９の間に配置さ
れたＥ×Ｂ（イー・クロス・ビー）偏向器１８に入射す
る。Ｅ×Ｂ偏向器１８は２次電子３３を偏向する偏向電
界を発生させる偏向電界発生器を含むと共に、試料１３
を照射する電子ビームの前記偏向電界による偏向を打ち
消す、前記偏向電界と直交する偏向磁界を発生させる偏
向磁界発生器を含んでいる。この偏向磁界は２次電子３
３に対しては前記偏向電界と同一方向への偏向作用をも
つ。したがって、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される
偏向電界及び偏向磁界は、試料１３を照射する電子ビー
ムに悪影響を与えることなしに、加速された２次電子３
３を偏向する。この偏向角をほぼ一定に維持するため
に、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される偏向電界及び
偏向磁界をリターディング電圧の変更に連動して変える
ことができる。Ｅ×Ｂ偏向器１８は偏向電界及び偏向磁
界を発生するものであるため、偏向電界及び偏向磁界発
生器と呼ばれる場合もある。
【００２４】Ｅ×Ｂ偏向器１８の偏向電界及び偏向磁界
によって偏向された２次電子３３は導電性の２次電子発
生体１９を衝撃ないしは照射する。２次電子発生体１９
は対物レンズ９とＥ×Ｂ偏向器１８の間において電子ビ
ームの軸の周りに配置され、かつその軸に沿って電子銃
１の方に向かうにしたがって末広がりの円錐形状にされ
ている。この２次電子発生体１９はＣｕＢｅＯで作られ
ていて、入射電子数の約５倍の２次電子発生能をもつ。
２次電子発生体１９から発生した第２の２次電子２０
（これは５０ｅＶ以下のエネルギーをもつ）は荷電粒子
検出器２１によって検出され、電気信号に変換される。
によって偏向された２次電子３３は導電性の２次電子発
生体１９を衝撃ないしは照射する。２次電子発生体１９
は対物レンズ９とＥ×Ｂ偏向器１８の間において電子ビ
ームの軸の周りに配置され、かつその軸に沿って電子銃
１の方に向かうにしたがって末広がりの円錐形状にされ
ている。この２次電子発生体１９はＣｕＢｅＯで作られ
ていて、入射電子数の約５倍の２次電子発生能をもつ。
２次電子発生体１９から発生した第２の２次電子２０
（これは５０ｅＶ以下のエネルギーをもつ）は荷電粒子
検出器２１によって検出され、電気信号に変換される。
【００２５】試料１３の高さは光学式試料高さ測定装置
２２によりリアルタイムで測定されて、その測定結果は
補正制御回路２３からレンズ電源７にフイードバックさ
れ、それによって対物レンズ９の焦点距離がダイナミッ
クに補正される。また、電子ビームの試料照射位置は位
置モニタ用測長装置１１によって検出されて、その結果
が補正制御回路２３から走査信号発生装置２４にフィー
ドバックされ、それによって電子ビームの試料照射位置
が制御される。
２２によりリアルタイムで測定されて、その測定結果は
補正制御回路２３からレンズ電源７にフイードバックさ
れ、それによって対物レンズ９の焦点距離がダイナミッ
クに補正される。また、電子ビームの試料照射位置は位
置モニタ用測長装置１１によって検出されて、その結果
が補正制御回路２３から走査信号発生装置２４にフィー
ドバックされ、それによって電子ビームの試料照射位置
が制御される。
【００２６】試料１３は図示しないステージ駆動装置に
よりＸ−Ｙ座標のＹ方向に連続的に移動され、一方、電
子ビーム３６による試料１３の走査はＸ方向に、走査と
ブランキングとが交互に繰り返し行われる。試料１３が
始点位置から終点位置まで連続移動し終わると、試料１
３が電子ビームによる走査の幅に相当する量だけＸ方向
に移動され、続けて試料１３の−Ｙ方向への連続移動が
再開され、そしてその連続移動の間中、試料１３の電子
ビーム３６によるＸ方向への走査とブランキングとが交
互に繰り返される。このような動作が繰り返されること
によって電子ビーム３６による試料１３の全面の走査が
完了する。試料１３の電子ビーム３６による照射を時間
的，空間的に均一にするために、各走査の帰線期間中、
電子ビーム３６が試料１３に向けられないように、電子
ビーム３６をブランキング用偏向器１７を用いて偏向し
てブランキングする。
よりＸ−Ｙ座標のＹ方向に連続的に移動され、一方、電
子ビーム３６による試料１３の走査はＸ方向に、走査と
ブランキングとが交互に繰り返し行われる。試料１３が
始点位置から終点位置まで連続移動し終わると、試料１
３が電子ビームによる走査の幅に相当する量だけＸ方向
に移動され、続けて試料１３の−Ｙ方向への連続移動が
再開され、そしてその連続移動の間中、試料１３の電子
ビーム３６によるＸ方向への走査とブランキングとが交
互に繰り返される。このような動作が繰り返されること
によって電子ビーム３６による試料１３の全面の走査が
完了する。試料１３の電子ビーム３６による照射を時間
的，空間的に均一にするために、各走査の帰線期間中、
電子ビーム３６が試料１３に向けられないように、電子
ビーム３６をブランキング用偏向器１７を用いて偏向し
てブランキングする。
【００２７】荷電粒子検出器２１によって検出された第
２の２次電子２０の電気信号は、増幅器２５により増幅
され、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル化される。そ
のディジタル化された信号は画像信号として記憶部２７
及び２８に記憶される。具体的には、まず第１の検査領
域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶する。次いで
隣接する同一回路パターンの第２の検査領域の２次電子
画像信号を記憶部２８に記憶しながら同時に記憶部２７
の第１の検査領域の２次電子画像信号と比較する。更
に、第３の検査領域の２次電子画像信号は記憶部２７に
上書き記憶され、同時に記憶部２８の第２の検査領域の
画像と比較する。これを繰り返し、すべての検査領域に
ついて画像信号の記憶及び比較を実行する。なお、記憶
部２８に記憶された画像信号はモニタ３２に表示され
る。
２の２次電子２０の電気信号は、増幅器２５により増幅
され、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル化される。そ
のディジタル化された信号は画像信号として記憶部２７
及び２８に記憶される。具体的には、まず第１の検査領
域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶する。次いで
隣接する同一回路パターンの第２の検査領域の２次電子
画像信号を記憶部２８に記憶しながら同時に記憶部２７
の第１の検査領域の２次電子画像信号と比較する。更
に、第３の検査領域の２次電子画像信号は記憶部２７に
上書き記憶され、同時に記憶部２８の第２の検査領域の
画像と比較する。これを繰り返し、すべての検査領域に
ついて画像信号の記憶及び比較を実行する。なお、記憶
部２８に記憶された画像信号はモニタ３２に表示され
る。
【００２８】画像比較は演算部２９及び欠陥判定部３０
において行われる。すなわち、記憶部２７及び２８に記
憶された２次電子画像信号については、すでに求めてあ
る欠陥判定条件にもとづき、演算部２９で各種統計量，
具体的には画像濃度値の平均，分散等の統計量，周辺画
素間の差分値，ラングレス統計量，共起行列等を算出す
る。これらの処理が実行された後、その処理が施された
画像信号は欠陥判定部３０に転送され、比較されて差分
信号が抽出され、すでに求めて記憶してある欠陥判定条
件を参照して欠陥信号とそれ以外の信号が分離される。
において行われる。すなわち、記憶部２７及び２８に記
憶された２次電子画像信号については、すでに求めてあ
る欠陥判定条件にもとづき、演算部２９で各種統計量，
具体的には画像濃度値の平均，分散等の統計量，周辺画
素間の差分値，ラングレス統計量，共起行列等を算出す
る。これらの処理が実行された後、その処理が施された
画像信号は欠陥判定部３０に転送され、比較されて差分
信号が抽出され、すでに求めて記憶してある欠陥判定条
件を参照して欠陥信号とそれ以外の信号が分離される。
【００２９】また、予め標準となる回路パターンの検査
領域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶しておき、
試料１３の回路パターンの検査領域の２次電子画像信号
を記憶部２８に記憶しながら、記憶部２７の記憶画像信
号と比較するようにしてもよい。すなわち、まず、予め
制御部３１より良品の半導体装置について検査領域及び
検査条件を入力し、そのデータにもとづき良品の検査を
実行し、所望の領域の２次電子画像信号を記憶部２７に
取り込んで記憶する。次に、検査対象である試料１３に
ついて同様の方法で検査し、その２次電子画像を記憶部
２８に取り込み、記憶する。同時に、これと記憶部２７
に記憶された良品の２次電子画像とを位置合わせ後比較
することにより欠陥のみを検出する。この際、良品の半
導体装置としては、試料１３における良品の部分あるい
は試料１３とは別の良品ウエハあるいはチップを用い
る。たとえば、試料１３において、回路パターンを形成
する際に下層パターンと上層パターンが合わせずれを生
じて形成したような不良を発生することがある。比較対
象が同一ウエハあるいは同一チップ内の回路パターン同
士であると、上記のようなウエハ全体に同様に発生した
不良は見落としてしまうが、予め良品の画像信号を記憶
し、それと試料１３の画像信号を比較することにより上
記のような全体に発生した不良も検出することができる
ようになる。検査装置各部に対する動作命令及び条件設
定は制御部３１から行われる。したがって、制御部３１
には加速電圧，電子ビームの偏向幅（走査幅）及び偏向
速度（走査速度），試料ステージの移動速度，検出器の
出力信号取り込みタイミング等々の条件が予め入力され
ている。
領域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶しておき、
試料１３の回路パターンの検査領域の２次電子画像信号
を記憶部２８に記憶しながら、記憶部２７の記憶画像信
号と比較するようにしてもよい。すなわち、まず、予め
制御部３１より良品の半導体装置について検査領域及び
検査条件を入力し、そのデータにもとづき良品の検査を
実行し、所望の領域の２次電子画像信号を記憶部２７に
取り込んで記憶する。次に、検査対象である試料１３に
ついて同様の方法で検査し、その２次電子画像を記憶部
２８に取り込み、記憶する。同時に、これと記憶部２７
に記憶された良品の２次電子画像とを位置合わせ後比較
することにより欠陥のみを検出する。この際、良品の半
導体装置としては、試料１３における良品の部分あるい
は試料１３とは別の良品ウエハあるいはチップを用い
る。たとえば、試料１３において、回路パターンを形成
する際に下層パターンと上層パターンが合わせずれを生
じて形成したような不良を発生することがある。比較対
象が同一ウエハあるいは同一チップ内の回路パターン同
士であると、上記のようなウエハ全体に同様に発生した
不良は見落としてしまうが、予め良品の画像信号を記憶
し、それと試料１３の画像信号を比較することにより上
記のような全体に発生した不良も検出することができる
ようになる。検査装置各部に対する動作命令及び条件設
定は制御部３１から行われる。したがって、制御部３１
には加速電圧，電子ビームの偏向幅（走査幅）及び偏向
速度（走査速度），試料ステージの移動速度，検出器の
出力信号取り込みタイミング等々の条件が予め入力され
ている。
【００３０】次に、本発明にもとづく電子ビームを用い
た検査装置と通常の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）との違い
について、特に高速性の観点から説明する。
た検査装置と通常の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）との違い
について、特に高速性の観点から説明する。
【００３１】ＳＥＭは非常に限られた領域、たとえば数
十μｍ角の領域、を高倍率で時間をかけて観察する装置
である。半導体検査装置の一つである測長用走査電子顕
微鏡（測長ＳＥＭ）でさえもウエハ上の複数点のみの観
察及び測定を高倍率で行うにすぎない。これに対して、
本発明の対象である画像比較にもとづく電子ビーム検査
装置はウエハのような試料上のどこに欠陥があるかを探
し出す装置である。したがって、非常に広い領域をくま
なく検査しなければならないから、検査の高速性が極め
て重要である。
十μｍ角の領域、を高倍率で時間をかけて観察する装置
である。半導体検査装置の一つである測長用走査電子顕
微鏡（測長ＳＥＭ）でさえもウエハ上の複数点のみの観
察及び測定を高倍率で行うにすぎない。これに対して、
本発明の対象である画像比較にもとづく電子ビーム検査
装置はウエハのような試料上のどこに欠陥があるかを探
し出す装置である。したがって、非常に広い領域をくま
なく検査しなければならないから、検査の高速性が極め
て重要である。
【００３２】一般に電子ビーム画像におけるＳ／Ｎ比
は、試料を照射する電子ビームの単位画素当たりの照射
電子数の平方根の値と相関がある。試料上の検出される
べき欠陥は、画素比較による検査が望ましい程度の微小
欠陥であり、検査対象のパターンの大きさから検査装置
に要求される分解能を０.１μｍ 程度としたとき、この
観点からと発明者らの経験とから、画像処理前の生画像
のＳ／Ｎ比は１０以上、望ましくは１８以上であること
が望ましい。また、そのような微小欠陥を検出対象とす
るためには、画素サイズは０.１μｍ 程度であることが
望ましい。一方、ウエハの回路パターンの検査に要求さ
れる検査時間は、製造プロセスのタクトを考慮すると、
おおよそ２００sec／cm2程度であり、画像取得のみに要
する時間は検査時間の約半分の１００sec／cm2程度であ
る。これらの値から１画素当たりの所要時間は１０ｎse
c となり、１画素当たりの必要電子数は約６０００個と
なり、これは電子ビーム電流が１００ｎＡであることに
対応する。
は、試料を照射する電子ビームの単位画素当たりの照射
電子数の平方根の値と相関がある。試料上の検出される
べき欠陥は、画素比較による検査が望ましい程度の微小
欠陥であり、検査対象のパターンの大きさから検査装置
に要求される分解能を０.１μｍ 程度としたとき、この
観点からと発明者らの経験とから、画像処理前の生画像
のＳ／Ｎ比は１０以上、望ましくは１８以上であること
が望ましい。また、そのような微小欠陥を検出対象とす
るためには、画素サイズは０.１μｍ 程度であることが
望ましい。一方、ウエハの回路パターンの検査に要求さ
れる検査時間は、製造プロセスのタクトを考慮すると、
おおよそ２００sec／cm2程度であり、画像取得のみに要
する時間は検査時間の約半分の１００sec／cm2程度であ
る。これらの値から１画素当たりの所要時間は１０ｎse
c となり、１画素当たりの必要電子数は約６０００個と
なり、これは電子ビーム電流が１００ｎＡであることに
対応する。
【００３３】以上のような事項を考慮して、本発明の実
施例では、試料を照射する電子ビーム電流を１００ｎ
Ａ、画素サイズを０.１μｍ 、試料上での電子ビームの
スポットサイズを０.０８μｍ 、試料ステージ１２の連
続移動速度を１０mm／sec にそれぞれ設定し、そしてこ
れらの条件下で、試料の同じ領域を電子ビームで一回だ
け走査することで、２００sec／cm2程度の高速度検査を
可能にしている。従来のＳＥＭや測長ＳＥＭでは、試料
を照射する電子ビーム電流は数ｐＡから数百ｐＡ程度で
あるから、１cm2 当たりの検査時間は数百時間にもな
り、したがってSEMや測長ＳＥＭは実質的に実用になら
ない。
施例では、試料を照射する電子ビーム電流を１００ｎ
Ａ、画素サイズを０.１μｍ 、試料上での電子ビームの
スポットサイズを０.０８μｍ 、試料ステージ１２の連
続移動速度を１０mm／sec にそれぞれ設定し、そしてこ
れらの条件下で、試料の同じ領域を電子ビームで一回だ
け走査することで、２００sec／cm2程度の高速度検査を
可能にしている。従来のＳＥＭや測長ＳＥＭでは、試料
を照射する電子ビーム電流は数ｐＡから数百ｐＡ程度で
あるから、１cm2 当たりの検査時間は数百時間にもな
り、したがってSEMや測長ＳＥＭは実質的に実用になら
ない。
【００３４】また、本発明の実施例では、大電流電子ビ
ームが得られ、高速度検査ができるように電子銃１の電
子源２としては拡散補給型の熱電界放出電子源（Ｚｒ／
Ｏ／Ｗ）が用いられている。更に、１画素当たりの所要
時間が１０ｎsec であることはサンプリング時間が１０
０ＭＨｚであることに相当し、したがって荷電粒子検出
器２１はそれに対応する高速応答速度をもつものである
ことが必要である。この条件を満たすように荷電粒子検
出器２１はＰＩＮ型半導体検出器からなっている。
ームが得られ、高速度検査ができるように電子銃１の電
子源２としては拡散補給型の熱電界放出電子源（Ｚｒ／
Ｏ／Ｗ）が用いられている。更に、１画素当たりの所要
時間が１０ｎsec であることはサンプリング時間が１０
０ＭＨｚであることに相当し、したがって荷電粒子検出
器２１はそれに対応する高速応答速度をもつものである
ことが必要である。この条件を満たすように荷電粒子検
出器２１はＰＩＮ型半導体検出器からなっている。
【００３５】導電性が小さいか又はない試料の場合は、
試料は電子ビームで照射されることによって帯電する。
この帯電量は電子ビームの加速電圧に依存し、そのエネ
ルギーを低くすることによって解決される。しかし、画
像比較にもとづく電子ビーム検査装置では、１００ｎＡ
という大電流電子ビームが用いられるため、加速電圧を
低くすると、空間電荷効果により収差（電子ビームの径
方向への広がり）が増大し、０.０８μｍ という試料上
での電子ビームスポットサイズを得ることが困難とな
り、したがって分解能の低下は避けがたい。本発明の実
施例では、空間電荷効果による分解能の低下及び変化を
防止して０.０８μｍ という試料上での電子ビームスポ
ットサイズを安定に得るために、加速電圧Ｖacc は１０
ｋＶ一定に設定されている。
試料は電子ビームで照射されることによって帯電する。
この帯電量は電子ビームの加速電圧に依存し、そのエネ
ルギーを低くすることによって解決される。しかし、画
像比較にもとづく電子ビーム検査装置では、１００ｎＡ
という大電流電子ビームが用いられるため、加速電圧を
低くすると、空間電荷効果により収差（電子ビームの径
方向への広がり）が増大し、０.０８μｍ という試料上
での電子ビームスポットサイズを得ることが困難とな
り、したがって分解能の低下は避けがたい。本発明の実
施例では、空間電荷効果による分解能の低下及び変化を
防止して０.０８μｍ という試料上での電子ビームスポ
ットサイズを安定に得るために、加速電圧Ｖacc は１０
ｋＶ一定に設定されている。
【００３６】画像の質は試料を照射する電子ビームのエ
ネルギーによって大きく左右され、そしてそのエネルギ
ーは試料の種類によって異なる。帯電しにくい試料や画
像のコントラストを強調して回路パターンのエッジ部を
特に知りたい試料の場合はエネルギーを大きくし、帯電
しやすい試料の場合はエネルギーを小さくする。このた
め、検査されるべき試料の種類が変わるごとに最適な電
子ビーム照射エネルギーを見つけ出して、設定する必要
がある。
ネルギーによって大きく左右され、そしてそのエネルギ
ーは試料の種類によって異なる。帯電しにくい試料や画
像のコントラストを強調して回路パターンのエッジ部を
特に知りたい試料の場合はエネルギーを大きくし、帯電
しやすい試料の場合はエネルギーを小さくする。このた
め、検査されるべき試料の種類が変わるごとに最適な電
子ビーム照射エネルギーを見つけ出して、設定する必要
がある。
【００３７】本発明の実施例では、試料を照射する電子
ビームの最適照射エネルギーは、加速電圧Ｖacc を変え
ずに試料１３に印加される負の電圧、すなわち、リター
ディング電圧を変えることによって設定される。このリ
ターディング電圧は可変減速電源１４によって変えるこ
とができる。
ビームの最適照射エネルギーは、加速電圧Ｖacc を変え
ずに試料１３に印加される負の電圧、すなわち、リター
ディング電圧を変えることによって設定される。このリ
ターディング電圧は可変減速電源１４によって変えるこ
とができる。
【００３８】従来、試料１３から発生する荷電粒子は対
物レンズ９を通して検出されていた。これは既述のよう
に、ＴＴＬ（Through The Lens）方式と呼ばれる。ＴＴ
Ｌ方式によれば、対物レンズを短焦点で働かせることに
よって分解能をあげることができる。これに対して、本
発明の実施例では、試料から発生する荷電粒子は、対物
レンズ９の下で、具体的には対物レンズ９と試料１３の
間で検出される。このため、対物レンズ９の焦点距離は
ＴＴＬ方式に比べて長い。すなわち、通常のＴＴＬ方式
では対物レンズの焦点距離は５mm程度（短焦点）である
のに対して、本発明の実施例ではその値は４０mm（長焦
点）に設定されている。このため、本発明の実施例によ
れば、試料１３の画像を取得するために行われる電子ビ
ーム３６の偏向幅、すなわち、電子ビームによる走査幅
を大きくすることができる。例えば、ＴＴＬ方式のビー
ム偏向幅は１００μｍ程度であるのに対して、本発明の
実施例ではそれは５００μｍに設定されている。
物レンズ９を通して検出されていた。これは既述のよう
に、ＴＴＬ（Through The Lens）方式と呼ばれる。ＴＴ
Ｌ方式によれば、対物レンズを短焦点で働かせることに
よって分解能をあげることができる。これに対して、本
発明の実施例では、試料から発生する荷電粒子は、対物
レンズ９の下で、具体的には対物レンズ９と試料１３の
間で検出される。このため、対物レンズ９の焦点距離は
ＴＴＬ方式に比べて長い。すなわち、通常のＴＴＬ方式
では対物レンズの焦点距離は５mm程度（短焦点）である
のに対して、本発明の実施例ではその値は４０mm（長焦
点）に設定されている。このため、本発明の実施例によ
れば、試料１３の画像を取得するために行われる電子ビ
ーム３６の偏向幅、すなわち、電子ビームによる走査幅
を大きくすることができる。例えば、ＴＴＬ方式のビー
ム偏向幅は１００μｍ程度であるのに対して、本発明の
実施例ではそれは５００μｍに設定されている。
【００３９】既述のように、試料１３が始点位置から終
点位置まで連続移動し終わると、試料１３は該試料の電
子ビーム３６による走査幅に相当する量だけ移動され、
再び連続移動を開始する。この移動に伴い、試料ステー
ジが整定するまで検査を行うことができない時間が生じ
る。
点位置まで連続移動し終わると、試料１３は該試料の電
子ビーム３６による走査幅に相当する量だけ移動され、
再び連続移動を開始する。この移動に伴い、試料ステー
ジが整定するまで検査を行うことができない時間が生じ
る。
【００４０】図４に、試料ステージ１２のこの整定時間
の積算値（単位sec ）と電子ビーム３６の偏向幅（単位
μｍ）との関係を示す。この図から、偏向幅が１００μ
ｍであるか５００μｍであるかによって試料ステージ整
定時間の積算値に極端な差があることがわかる。すなわ
ち、本発明の実施例によれば、試料ステージ整定時間を
小さくすることができ、その分だけ検査速度の向上を図
ることができる。
の積算値（単位sec ）と電子ビーム３６の偏向幅（単位
μｍ）との関係を示す。この図から、偏向幅が１００μ
ｍであるか５００μｍであるかによって試料ステージ整
定時間の積算値に極端な差があることがわかる。すなわ
ち、本発明の実施例によれば、試料ステージ整定時間を
小さくすることができ、その分だけ検査速度の向上を図
ることができる。
【００４１】試料１３の表面は完全な平面ではないた
め、検査する領域が移動すると試料の高さも変化する。
したがって、対物レンズ９の励磁を変化させて、常に試
料１３に焦点を合わせる動作が必要である。従来のＴＴ
Ｌ方式では、対物レンズを短焦点で働かせるように強励
磁する必要がある。しかし、強励磁の対物レンズでは試
料の高さの変化に伴い、電子ビームの水平方向の回転に
よって画像の回転が生じるので、その補正が必要とな
る。これに対して本発明の実施例では、対物レンズ９は
長焦点で作動されるように弱励磁される。例えば、Ｉを
対物レンズの電流値（単位Ａ）、Ｎを対物レンズのコイ
ルのターン数、Ｅを電子ビームのエネルギー（単位ｅ
Ｖ）とすると、ＩＮ／√Ｅ＝９程度に励磁される。この
ため、試料１３の高さの変化に伴い、焦点を微調整して
も電子ビーム３６の回転，画像の回転は実質的に無視で
きる程度にしか発生しないので、その補正が不要とな
る。
め、検査する領域が移動すると試料の高さも変化する。
したがって、対物レンズ９の励磁を変化させて、常に試
料１３に焦点を合わせる動作が必要である。従来のＴＴ
Ｌ方式では、対物レンズを短焦点で働かせるように強励
磁する必要がある。しかし、強励磁の対物レンズでは試
料の高さの変化に伴い、電子ビームの水平方向の回転に
よって画像の回転が生じるので、その補正が必要とな
る。これに対して本発明の実施例では、対物レンズ９は
長焦点で作動されるように弱励磁される。例えば、Ｉを
対物レンズの電流値（単位Ａ）、Ｎを対物レンズのコイ
ルのターン数、Ｅを電子ビームのエネルギー（単位ｅ
Ｖ）とすると、ＩＮ／√Ｅ＝９程度に励磁される。この
ため、試料１３の高さの変化に伴い、焦点を微調整して
も電子ビーム３６の回転，画像の回転は実質的に無視で
きる程度にしか発生しないので、その補正が不要とな
る。
【００４２】図５に、２次電子検出効率（単位％）とリ
ターディング電圧（単位ｋＶ）との関係を示す。同図中
の曲線（１）は本発明の実施例によるもの、曲線（２）
はＴＴＬ方式によるものである。既述のように、リター
ディング電圧は試料の種類によって変えられるべきであ
る。また、リターディング電圧は２次電子に対して加速
させる作用がある。図５において、２次電子検出効率
は、リターディング電圧を変えると、ＴＴＬ方式の場合
は大幅に変化してしまうのに対して、本発明の実施例の
場合は、あまり変化しない。ＴＴＬ方式の場合は、試料
から発生する２次電子が対物レンズの磁場を通り収束さ
れるが、その軸方向の収束位置はリターディング電圧を
変えることによって変化する。これが２次電子検出効率
を大きく変えてしまう主たる原因である。本発明の実施
例では２次電子３３が対物レンズ９の磁場を通らないの
で影響が小さい。したがって、本発明の実施例では、画
像の回転が少なく、２次電子検出効率の変動が小さいの
で、検査画像の安定化をもたらす。
ターディング電圧（単位ｋＶ）との関係を示す。同図中
の曲線（１）は本発明の実施例によるもの、曲線（２）
はＴＴＬ方式によるものである。既述のように、リター
ディング電圧は試料の種類によって変えられるべきであ
る。また、リターディング電圧は２次電子に対して加速
させる作用がある。図５において、２次電子検出効率
は、リターディング電圧を変えると、ＴＴＬ方式の場合
は大幅に変化してしまうのに対して、本発明の実施例の
場合は、あまり変化しない。ＴＴＬ方式の場合は、試料
から発生する２次電子が対物レンズの磁場を通り収束さ
れるが、その軸方向の収束位置はリターディング電圧を
変えることによって変化する。これが２次電子検出効率
を大きく変えてしまう主たる原因である。本発明の実施
例では２次電子３３が対物レンズ９の磁場を通らないの
で影響が小さい。したがって、本発明の実施例では、画
像の回転が少なく、２次電子検出効率の変動が小さいの
で、検査画像の安定化をもたらす。
【００４３】既述のように、試料１３から発生する２次
電子３３は、リターディング電圧によって加速されてほ
ぼ平行ビームとなるので、２次電子３３の収集率が向上
する。その平行化された２次電子３３は、更に、Ｅ×Ｂ
偏向器１８の偏向電界及び偏向磁界によってある角度、
たとえば５°だけ偏向されて２次電子発生体１９を衝撃
し、それによって更に第２の２次電子２０が大量に発生
する。このように、２次電子の検出効率は、平行ビーム
と、２次電子発生体１９の衝撃によって、大幅に向上す
る。
電子３３は、リターディング電圧によって加速されてほ
ぼ平行ビームとなるので、２次電子３３の収集率が向上
する。その平行化された２次電子３３は、更に、Ｅ×Ｂ
偏向器１８の偏向電界及び偏向磁界によってある角度、
たとえば５°だけ偏向されて２次電子発生体１９を衝撃
し、それによって更に第２の２次電子２０が大量に発生
する。このように、２次電子の検出効率は、平行ビーム
と、２次電子発生体１９の衝撃によって、大幅に向上す
る。
【００４４】試料１３の電子ビーム３６による走査は、
試料１３をＹ方向に連続移動しながら電子ビーム３６を
Ｘ方向に偏向させるが、走査とブランキングとを交互に
繰り返すのでなく、走査を往復偏向させてもよい。この
場合は、行きの偏向時の偏向速度（走査速度）と帰りの
偏向時の偏向速度（走査速度）とが同じにされる。この
ようにすれば、ブランキング用偏向器１７を省略するこ
とができ、ブランキング時間分の節約が可能となる。し
かし、この場合、以下に注意する必要がある。試料１３
の、電子ビーム３６の往復偏向の始めの部分と終わりの
部分とが電子ビーム３６によって短時間に集中して照射
される。すなわち、例えば、左から右へのＸ方向の走査
の場合、照射領域の端部では電子ビームのＸ方向への移
動が停止し、試料１３がＹ方向に走査幅だけ移動するの
を待ってから、次の列を右から左へＸ方向へ移動して走
査する。このＹ方向への移動を待っている間に、試料１
３の端部がＹ方向に照射が続けられる。このため、帯電
現象の時定数が非常に短い試料の場合は、その画像を取
得したとき、その画像の明るさが不均一になってしま
う。そこで、電子ビーム３６による照射量を試料１３の
全面にわたってほぼ同じにするために、電子ビーム３６
の偏向速度が走査の端部では走査の中心部よりも速くな
るように、その偏向速度を制御するとよい。
試料１３をＹ方向に連続移動しながら電子ビーム３６を
Ｘ方向に偏向させるが、走査とブランキングとを交互に
繰り返すのでなく、走査を往復偏向させてもよい。この
場合は、行きの偏向時の偏向速度（走査速度）と帰りの
偏向時の偏向速度（走査速度）とが同じにされる。この
ようにすれば、ブランキング用偏向器１７を省略するこ
とができ、ブランキング時間分の節約が可能となる。し
かし、この場合、以下に注意する必要がある。試料１３
の、電子ビーム３６の往復偏向の始めの部分と終わりの
部分とが電子ビーム３６によって短時間に集中して照射
される。すなわち、例えば、左から右へのＸ方向の走査
の場合、照射領域の端部では電子ビームのＸ方向への移
動が停止し、試料１３がＹ方向に走査幅だけ移動するの
を待ってから、次の列を右から左へＸ方向へ移動して走
査する。このＹ方向への移動を待っている間に、試料１
３の端部がＹ方向に照射が続けられる。このため、帯電
現象の時定数が非常に短い試料の場合は、その画像を取
得したとき、その画像の明るさが不均一になってしま
う。そこで、電子ビーム３６による照射量を試料１３の
全面にわたってほぼ同じにするために、電子ビーム３６
の偏向速度が走査の端部では走査の中心部よりも速くな
るように、その偏向速度を制御するとよい。
【００４５】なお、以上の説明では、画像形成のために
試料１３から発生した２次電子３３を用いているが、電
子ビーム３６の照射によって試料から後方散乱された反
射電子を用いても、同様の効果を得ることが出来る。
試料１３から発生した２次電子３３を用いているが、電
子ビーム３６の照射によって試料から後方散乱された反
射電子を用いても、同様の効果を得ることが出来る。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、第一に、検査の高速化
を図ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検
査装置を提供することができる。
を図ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検
査装置を提供することができる。
【００４７】第二に、画像の回転が少ない電子ビームを
用いた検査方法及び検査装置を提供することができる。
用いた検査方法及び検査装置を提供することができる。
【００４８】第三に、荷電粒子の検出効率の変化が少な
い電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供する
ことができる。
い電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供する
ことができる。
【図１】本発明にもとづく実施例を示す電子ビームを用
いた検査装置の構成の概念を示す縦断面図。
いた検査装置の構成の概念を示す縦断面図。
【図２】半導体装置の一般的な製造プロセスのフローを
示すブロック図。
示すブロック図。
【図３】製造過程における半導体ウエハ上の回路パター
ンの一例をＳＥＭで観察した像の概略図。
ンの一例をＳＥＭで観察した像の概略図。
【図４】試料ステージ整定時間と電子ビーム偏向幅との
関係を示す相関図。
関係を示す相関図。
【図５】２次電子検出効率とリターディング電圧との関
係を示す相関図。
係を示す相関図。
１…電子銃、２…電子源、４…加速電極、６…加速電
源、８…第１収束レンズ、９…対物レンズ、１０…クロ
スオーバ、１１…位置モニタ用測長装置、１２…試料ス
テージ、１３…試料、１４…可変減速電源、１５…絞
り、１６…電子ビーム走査用偏向器、１７…ブランキン
グ用偏向器、１８…Ｅ×Ｂ偏向器、１９…２次電子発生
体、２０…第２の２次電子、２１…荷電粒子検出器、２
２…光学式試料高さ測定装置、２３…補正制御回路、２
４…走査信号発生装置、２９…演算部、３０…欠陥判定
部、３１…制御部、３３…２次電子、３６…電子ビー
ム。
源、８…第１収束レンズ、９…対物レンズ、１０…クロ
スオーバ、１１…位置モニタ用測長装置、１２…試料ス
テージ、１３…試料、１４…可変減速電源、１５…絞
り、１６…電子ビーム走査用偏向器、１７…ブランキン
グ用偏向器、１８…Ｅ×Ｂ偏向器、１９…２次電子発生
体、２０…第２の２次電子、２１…荷電粒子検出器、２
２…光学式試料高さ測定装置、２３…補正制御回路、２
４…走査信号発生装置、２９…演算部、３０…欠陥判定
部、３１…制御部、３３…２次電子、３６…電子ビー
ム。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 貢 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 宇佐美 康継 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 市橋 幹雄 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 福原 悟 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋が窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 金子 豊 東京都国分寺市東恋が窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 杉山 勝也 東京都国分寺市東恋が窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 ▲高▼藤 敦子 東京都国分寺市東恋が窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 遠山 博 東京都国分寺市東恋が窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (24)
- 【請求項１】電子ビームを発生し、その発生した電子ビ
ームを対物レンズによって試料に収束し、その収束され
た電子ビームで前記試料を走査，偏向し、前記試料から
発生した荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間か
ら検出して電気信号に変換し、その電気信号を画像信号
として記憶し、その記憶された画像信号を用いて画像比
較を実行し、前記試料の欠陥を検出することを特徴とす
る電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項２】請求項１の記載において、前記電子ビーム
を減速する電圧を前記試料に印加することを特徴とする
電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項３】請求項１又は２の記載において、前記荷電
粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その
方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にも
とづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発
生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかの記載におい
て、前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２次電
子発生体から２次電子が発生することを特徴とする電子
ビームを用いた検査方法。 - 【請求項５】電子ビームを発生し、その発生した電子ビ
ームを対物レンズによって試料に収束し、その収束され
た電子ビームで前記試料を走査，偏向するとともに、該
走査の方向と実質的に直交する方向に前記試料を連続的
に移動し、前記試料から発生した荷電粒子を前記対物レ
ンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換し、
その電気信号を画像信号として記憶し、その記憶された
画像信号を用いて画像比較を実行し、前記試料の欠陥を
検出することを特徴とする電子ビームを用いた検査方
法。 - 【請求項６】請求項５の記載において、前記電子ビーム
を減速する電圧を前記試料に印加することを特徴とする
電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項７】請求項５又は６の記載において、前記荷電
粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その
方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にも
とづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発
生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項８】請求項５ないし７のいずれかの記載におい
て、前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２次電
子発生体から２次電子が発生することを特徴とする電子
ビームを用いた検査方法。 - 【請求項９】電子ビームを発生し、その発生した電子ビ
ームを収束レンズによって該収束レンズと試料の間にク
ロスオーバが生じるように収束すると共に、その収束さ
れた電子ビームを前記クロスオーバと前記試料との間に
配置された対物レンズによって試料に収束し、その収束
された電子ビームで前記試料を走査，偏向するととも
に、前記走査の方向と実質的に直交する方向に前記試料
を連続的に移動し、前記試料から発生した荷電粒子を前
記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に
変換し、その電気信号を画像信号として記憶し、その記
憶された画像信号を用いて画像比較を実行し、前記試料
の欠陥を検出することを特徴とする電子ビームを用いた
検査方法。 - 【請求項１０】請求項９の記載において、前記電子ビー
ムを前記クロスオーバを支点としてブランキングするこ
とを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項１１】請求項９又は１０の記載において、前記
電子ビームを減速する電圧を前記試料に印加することを
特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項１２】請求項９ないし１１のいずれかの記載に
おいて、前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する
偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、
前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消
す偏向磁界とを発生することを特徴とする電子ビームを
用いた検査方法。 - 【請求項１３】請求項９ないし１２のいずれかの記載に
おいて、前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２
次電子発生体から２次電子が発生することを特徴とする
電子ビームを用いた検査方法。 - 【請求項１４】試料の欠陥を検出する電子ビームを用い
た検査装置であって、電子ビームを発生する電子源と、
その発生した電子ビームを試料に収束させる対物レンズ
と、その収束された電子ビームで前記試料を走査すると
ともに、前記試料から荷電粒子を発生させるように前記
電子ビームを偏向する電子ビーム偏向器と、前記荷電粒
子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気
信号に変換する荷電粒子検出器と、前記電気信号を画像
信号として記憶する記憶装置と、前記画像信号にもとづ
いて画像比較を実行する比較器とを備えたことを特徴と
する電子ビームを用いた検査装置。 - 【請求項１５】請求項１４の記載において、前記電子ビ
ームを減速する減速電圧を前記試料に印加する可変電源
を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装
置。 - 【請求項１６】請求項１５の記載において、前記減速電
圧に対して正方向の電位に保たれた電極を前記試料と前
記荷電粒子検出器との間に設けたことを特徴とする電子
ビームを用いた検査装置。 - 【請求項１７】請求項１４ないし１６のいずれかの記載
において、前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向す
る偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、か
つ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打
ち消す偏向磁界とを発生する電子ビーム偏向器を備えた
ことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 - 【請求項１８】請求項１４ないし１７のいずれかの記載
において、前記荷電粒子によって照射されて２次電子を
発生する２次電子発生体を備えたことを特徴とする電子
ビームを用いた検査装置。 - 【請求項１９】試料の欠陥を検出する電子ビームを用い
た検査装置であって、電子ビームを発生する電子源と、
その発生した電子ビームをクロスオーバが生じるように
収束する収束レンズと、その収束された電子ビームを試
料に収束する対物レンズと、その収束された電子ビーム
で前記試料を走査するとともに、前記試料から荷電粒子
を発生させるように前記電子ビームを偏向する電子ビー
ム偏向器と、前記電子ビームによる走査の方向と実質的
に直交する方向に前記試料を連続的に移動する試料移動
装置と、前記荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との
間から検出して電気信号に変換する荷電粒子検出器と、
前記電気信号を画像信号として記憶する記憶装置と、前
記画像信号にもとづいて画像比較を実行する比較器とを
備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 - 【請求項２０】請求項１９の記載において、前記電子ビ
ームを前記クロスオーバを支点としてブランキングする
ブランキング用偏向器を備えたことを特徴とする電子ビ
ームを用いた検査装置。 - 【請求項２１】請求項１９又は２０の記載において、前
記電子ビームを減速する減速電圧を前記試料に印加する
可変電源を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた
検査装置。 - 【請求項２２】請求項１９又は２０の記載において、前
記減速電圧に対して正方向の電位に保たれた電極を前記
試料と前記荷電粒子検出器との間に設けたことを特徴と
する電子ビームを用いた検査装置。 - 【請求項２３】請求項１９ないし２２のいずれかの記載
において、前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向す
る偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、か
つ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打
ち消す偏向磁界とを発生する電子ビーム偏向器を備えた
ことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 - 【請求項２４】請求項１９ないし２３のいずれかの記載
において、前記荷電粒子によって照射されて２次電子を
発生する２次電子発生体を備えたことを特徴とする電子
ビームを用いた検査装置。
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