JPH07306028A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電子ビーム径を可変することによっ
て検査パターンの大きさに応じたパターン欠陥検査を高
精度に行う。 【構成】電子銃(2) から照射された電子ビームを任意の
ビーム形状に成形して後に、各縮小レンズ(5,6) により
集束し、さらに軸ずれの補正をして各対物レンズ(9,10)
により集束して試料(12)面上に結像し、このときに各縮
小レンズ(5,6) 及び各対物レンズ(9,10)の焦点距離を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームを半導体装
置やマスク等の試料に走査したときの二次電子等を検出
して、これら半導体装置やマスク等に形成されたパター
ン形状の検査を行うパターン検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなパターン検査装置としては、
例えば特開昭６１−２００４１５号公報に記載されてい
る技術がある。このパターン検査装置は、試料の測定範
囲の全域に対して一定ビーム径の電子ビームを走査し、
このとき得られる反射電子量を検出して２次元画像メモ
リに取り込み、この２次元画像メモリに記憶された画像
データとパターンデータとを比較して試料上におけるパ
ターン欠陥を検出するものである。

【０００３】又、他のパターン検査装置として特開平２
−２１６０３７号公報に記載されている技術がある。こ
のパターン検査装置は、試料の検査パターンの縁部に一
定面積の電子ビームを照射して、その反射電子量からそ
の時のパターン照射面積を算出し、このパターン照射面
積と設計データから求められた予測照射面積とを比較し
てパターン欠陥を検出するものである。

【０００４】しかしながら、これらパターン検査装置で
は、いずれも小さな一定ビーム径の電子ビームを測定範
囲に走査し、その二次電子等を検出して画像処理を行う
ので、その測定及び画像処理に長時間かかり、パターン
欠陥の判定に時間がかかる。又、一定ビーム径の電子ビ
ームを試料に対して走査するので、検査パターンの大き
さが変わった場合、これに対応できないという問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、これま
でのパターン検査装置では、パターン欠陥の判定に時間
がかかり、又、検査パターンの大きさに対応できないも
のであった。そこで本発明は、電子ビーム径を可変する
ことによって検査パターンの大きさに応じたパターン欠
陥検査を高精度にできるパターン検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、電子
銃から照射された電子ビームを試料面上に走査し、この
とき得られる二次電子又は反射電子を検出して試料にお
けるパターン欠陥の有無を検査するパターン検査装置に
おいて、試料面上に照射される電子ビーム径を制御して
結像させるビーム径制御手段を備えて上記目的を達成し
ようとするパターン検査装置である。

【０００７】請求項２によれば、ビーム径制御手段は、
電子ビームを集束する縮小レンズ系と、この縮小レンズ
系により集束された後の電子ビームを集束して試料面上
に結像させる対物レンズ系と、これら縮小レンズ系及び
対物レンズ系の焦点を制御して電子ビームの倍率を可変
するレンズ倍率制御手段とを有している。

【０００８】請求項３によれば、レンズ倍率制御手段
は、縮小レンズ系の焦点距離を長くして電子ビーム径を
大きくし、かつ縮小レンズ系の焦点距離を短くして電子
ビーム径を小さくするものである。

【０００９】請求項４によれば、電子銃と、この電子銃
から照射される電子ビームを任意のビーム形状に成形す
る成形アパーチャと、この任意のビーム形状に成形され
た電子ビームを集束する縮小レンズ系と、この縮小レン
ズ系により集束された後の電子ビームを集束して試料面
上に結像させる対物レンズ系と、電子ビームを試料面上
に走査する走査用の偏向器と、電子ビームの軸ずれを調
整する軸ずれ用の偏向器とこれら縮小レンズ系及び対物
レンズ系の焦点を制御して電子ビームの倍率を可変する
レンズ倍率制御手段と、試料を載置するとともにこの試
料をＸＹ平面上に移動させるＸＹステージと、試料に電
子ビームを照射したときに得られる二次電子又は反射電
子等の荷電粒子を検出する電子検出器と、電子ビームの
照射面積と電子検出器により検出された荷電粒子とから
試料におけるパターン欠陥の面積を求め、かつ予め記憶
されている描画データに対するパターン欠陥面積の割合
を求めて試料に対するパターンの合否を判定する判定手
段と、を備えて上記目的を達成しようとするパターン検
査装置である。

【００１０】

【作用】請求項１によれば、電子銃から照射された電子
ビームを試料面上に走査するとき、ビーム径制御手段に
よって試料面上に照射される電子ビーム径を制御して結
像させる。そして、このとき得られる二次電子又は反射
電子を検出して試料におけるパターン欠陥の有無を検査
する。

【００１１】この場合、請求項２によれば、ビーム径の
制御は、電子銃からの電子ビームを縮小レンズ系により
集束し、この集束された電子ビームを対物レンズ系によ
り集束して試料面上に結像させる。

【００１２】又、請求項３によれば、ビーム径の倍率
は、縮小レンズ系の焦点距離を長くすると電子ビーム径
が大きくなり、縮小レンズ系の焦点距離を短くすると電
子ビーム径が小さくなる。

【００１３】請求項４によれば、電子銃から照射された
電子ビームは、成形アパーチャにより任意のビーム形状
に成形され、この後に縮小レンズ系により集束され、さ
らに電子ビームの軸ずれ、試料に対する走査が行われ、
対物レンズ系により集束されて試料面上に結像される。

【００１４】このとき、これら縮小レンズ系及び対物レ
ンズ系の焦点がレンズ倍率制御手段により制御されて電
子ビームの倍率が可変される。又、試料の検査パターン
に電子ビームを照射するために、試料を載置したＸＹテ
ーブルをＸＹ平面上に移動させる。

【００１５】そして、試料に電子ビームを照射したとき
に得られる二次電子又は反射電子等の荷電粒子を電子検
出器により検出し、電子ビームの照射面積と電子検出器
により検出された荷電粒子とから試料におけるパターン
欠陥の面積を求め、かつ予め記憶されている描画データ
に対するパターン欠陥面積の割合を求めて試料に対する
パターンの合否を判定する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１はパターン検査装置の構成図であ
る。電子ビーム走査本体１の上部には、電子銃２が設け
られている。

【００１７】又、この電子ビーム走査本体１には、電子
銃２から照射される電子ビームの進行方向に沿って成形
アパーチャ３、第１の偏向器４、主副の各縮小レンズ
５、６、第２の偏向器７、第３の偏向器８、主副の各対
物レンズ９、１０が配置されている。

【００１８】このうち、成形アパーチャ３は、電子銃２
から照射される電子ビームの径を任意のビーム形状、例
えば円形に成形するものである。第１及び第２の偏向器
４、７は、電子銃２から照射される電子ビームの軸ずれ
を調整するもので、ビーム制御装置１１による励磁電流
の制御により行われるものとなっている。

【００１９】第３の偏向器８は、電子銃２から照射され
る電子ビームを試料１２に対して走査するもので、これ
もビーム制御装置１１による励磁電流の制御により行わ
れるものとなっている。

【００２０】主副の各縮小レンズ５、６及び主副の各対
物レンズ９、１０は、レンズ倍率制御装置１３により励
磁電流が制御されるようになっている。このようにこれ
ら縮小レンズ５、６及び対物レンズ９、１０に対する各
励磁電流が制御されることにより、これら縮小レンズ
５、６及び対物レンズ９、１０は、その焦点位置が調整
されて試料１２に結像される電子ビーム径の大きさが制
御されるものとなる。

【００２１】一方、試料１２は、ＸＹテーブル１４上に
載置され保持されている。このＸＹテーブル１４は、Ｘ
Ｙステージ制御装置１５の駆動制御により電子ビームの
進行方向に対して垂直方向のＸＹ平面上に移動自在とな
っている。

【００２２】このＸＹテーブル１４の斜め上方、すなわ
ち試料１２の斜め上方には電子検出器１６が配置されて
いる。この電子検出器１６は、試料１２に電子ビームが
照射されたときの二次電子又は反射電子を検出するもの
である。なお、二次電子又は反射電子をのいずれかを検
出するかの選択は、試料１２の種類に応じて決定する。

【００２３】電子検出制御装置１７は、電子検出器１６
により検出された電子量に応じた電気信号を受けてパタ
ーン検査判定装置１８に送る機能を有している。このパ
ターン検査判定装置１８は、レンズ倍率制御装置１３に
より変化する試料１２における電子ビームの照射面積と
電子検出器１６により検出された荷電粒子とから試料１
２におけるパターン欠陥の面積を求め、かつ描画データ
メモリ１９に予め記憶されているパターンＣＡＤデータ
等の描画データに対するパターン欠陥面積の割合を求め
て試料１２に対するパターンの合否を判定する機能を有
している。

【００２４】又、主制御装置２０は、端末装置２１から
の指示、例えば試料１２におけるパターンの大きさの指
示等を受けてレンズ倍率制御装置１３に対して倍率の指
令を発する機能、試料１２における検査領域に電子ビー
ムが照射されるようにＸＹステージ制御装置１５に移動
指令を発する機能、さらにビーム制御装置１１に対して
電子ビームの軸ずれ、及び走査の指令を発する機能を有
している。

【００２５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。電子銃２から電子ビームが照射される
と、この電子ビームは、成形アパーチャ３により任意の
ビーム形状に成形され、さらに第１及び第２の偏向器
４、７によりその軸ずれが補正される。なお、第１及び
第２の偏向器４、７は、ビーム制御装置１１による励磁
電流の制御により軸ずれ補正が行われる。

【００２６】そして、この電子ビームは、主副の各縮小
レンズ５、６により集束され、さらに主副の各対物レン
ズ９、１０により再び集束されて試料１２の面上に結像
される。これと共に電子ビームは、第３の偏向器８によ
り試料１２面上に走査される。

【００２７】このとき、主副の各縮小レンズ５、６及び
主副の各対物レンズ９、１０は、レンズ倍率制御装置１
３による励磁電流の制御により、その焦点位置が調整さ
れて試料１２に結像される電子ビーム径の大きさが制御
される。

【００２８】ここで、電子ビームに対するレンズ倍率Ｍ
を求めると、図２に示すように各縮小レンズ５、６と電
子銃２との間隔をａ、各縮小レンズ５、６からその結像
位置間での距離をｂ、各縮小レンズ５、６による焦点距
離をｆとし、又、各対物レンズ９、１０と各縮小レンズ
５、６による結像位置との間隔をａo 、各対物レンズ
９、１０と試料１２面上の結像位置との間隔をｂo 、各
対物レンズ９、１０による焦点距離をｆo とすると、電
子ビームのレンズ倍率Ｍは、 Ｍ＝（ａ／ｂ）×（ａo ／ｂo ） …(1) により表される。

【００２９】又、 （１／ｆ）＝（１／ａ）＋（１／ｂ） …(2) （１／ｆo ）＝（１／ａo ）＋（１／ｂo ） …(3) さらに、ａ、ｂo 、ａ＋ｂ＋ａo ＋ｂo は一定であるの
で、各縮小レンズ５、６による焦点距離ｆを決定すれ
ば、各対物レンズ９、１０による焦点距離ｆo 及びレン
ズ倍率Ｍが決まる。

【００３０】従って、各縮小レンズ５、６による焦点距
離ｆを長く制御すれば、図２に示すようにレンズ倍率Ｍ
は小さくなって電子ビームのビーム径は大きくなる。こ
れにより、試料１２に照射される電子ビームの面積は図
３に示すように大きくなり、大きなパターンや大きなパ
ターン欠陥の検出に好適なものとなる。

【００３１】又、各縮小レンズ５、６による焦点距離ｆ
を短く制御すれば、図４に示すようにレンズ倍率Ｍは大
きくなって電子ビームのビーム径は小さくなる。これに
より、試料１２に照射される電子ビームの面積は図５に
示すように小さくなり、小さなパターンや小さいパター
ン欠陥の検出に好適なものとなる。

【００３２】一方、このような状態にあって、試料１２
は、ＸＹテーブル１４のＸＹ平面上における移動により
所望の検出領域に電子ビームが照射されるように移動さ
れる。

【００３３】このようにして電子ビームが試料１２に照
射されると、試料１２から二次電子又は反射電子が発生
する。このとき電子検出器１６は、二次電子又は反射電
子を検出してその電子量に応じた電気信号を出力する。

【００３４】電子検出制御装置１７は、電子検出器１６
からの電気信号を受けてこれをパターン検査判定装置１
８に送る。このパターン検査判定装置１８は、レンズ倍
率制御装置１３により変化する試料１２における電子ビ
ームの照射面積と電子検出器１６により検出された荷電
粒子とから試料１２におけるパターン欠陥の面積を求
め、かつ描画データメモリ１９に予め記憶されているパ
ターンＣＡＤデータ等の描画データに対するパターン欠
陥面積の割合を求めて試料１２に対するパターンの合否
を判定する。

【００３５】このように上記一実施例においては、電子
銃２から照射された電子ビームを任意のビーム形状に成
形して後に、各縮小レンズ５、６により集束し、さらに
軸ずれの補正をして各対物レンズ９、１０により集束し
て試料１２面上に結像し、このときに各縮小レンズ５、
６及び各対物レンズ９、１０の焦点距離を制御するよう
にしたので、試料１２に形成されているパターンの大き
さに応じてレンズ倍率Ｍ、つまり電子ビームのビーム径
を制御して試料１２に照射する電子ビームの面積の大き
さを制御できる。

【００３６】この場合、レンズ倍率Ｍを端末装置２１か
ら設定するようにすれば、各種試料１２、例えば半導体
装置やマスクに形成されている各パターンの大きさに応
じたレンズ倍率Ｍを設定することが容易にできる。

【００３７】そのうえ、レンズ倍率Ｍの変更は、特に各
縮小レンズ５、６の励磁電流を制御してその焦点距離ｆ
を変化すればよいので、容易にかつ正確に設定変更でき
る。従って、パターンの大きさに適したレンズ倍率を設
定できて検査速度を早くでき、かつパターンの大きさに
適した電子ビームの照射面積をに設定できて高精度な検
査ができる。

【００３８】又、各縮小レンズ５、６及び各対物レンズ
９、１０をそれぞれ主副として配置しているので、これ
らレンズの応答性がよくなり、レンズ倍率Ｍの切り替え
を高速にできる。

【００３９】一方、試料１２を載置したＸＹテーブル１
４をＸＹ平面上に移動させることによって試料１２にお
ける所望の検査領域に電子ビームを容易に照射できる。
そして、電子ビームの照射面積と電子検出器１６により
検出された荷電粒子とから試料１２におけるパターン欠
陥の面積を求め、これと描画データに対するパターン欠
陥面積の割合を求めて試料１２に対するパターンの合否
を判定するので、画像処理する場合と比較してその処理
時間を速くできる。

【００４０】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなく種々変形してもよい。例えば、上記一実施例
では、成形アパーチャ３を１つとしているが、電磁レン
ズ及び偏向器を追加して複数の成形アパーチャを設けて
もよい。これにより、複数のビーム形状を形成でき、こ
れを選択して試料１２に照射できる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、電
子ビーム径を可変することによって検査パターンの大き
さに応じたパターン欠陥検査を高精度にできるパターン
検査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるパターン検査装置の一実施例を
示す構成図。

【図２】電子ビーム照射面積を大きくしたときのレンズ
倍率を示す模式図。

【図３】電子ビーム照射面積を大きくしたときの電子ビ
ームを示す図。

【図４】電子ビーム照射面積を小さくしたときのレンズ
倍率を示す模式図。

【図５】電子ビーム照射面積を小さくしたときの電子ビ
ームを示す図。

【符号の説明】

２…電子銃、３…成形アパーチャ、４…第１の偏向器、
５…主縮小レンズ、６…副縮小レンズ、７…第２の偏向
器、８…第３の偏向器、９…主対物レンズ、１０…副対
物レンズ、１１…ビーム制御装置、１２…試料、１３…
レンズ倍率制御装置、１４…ＸＹテーブル、１５…ＸＹ
ステージ制御装置、１６…電子検出器、１７…電子検出
制御装置、１８…パターン検査判定装置、１９…描画デ
ータメモリ、２０…主制御装置、２１…端末装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 秀俊 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 福留 裕二 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から照射された電子ビームを試料
   面上に走査し、このとき得られる二次電子又は反射電子
   を検出して前記試料におけるパターン欠陥の有無を検査
   するパターン検査装置において、 前記試料面上に照射される前記電子ビーム径を制御して
   結像させるビーム径制御手段を備えたことを特徴とする
   パターン検査装置。
2. 【請求項２】 ビーム径制御手段は、電子ビームを集束
   する縮小レンズ系と、この縮小レンズ系により集束され
   た後の前記電子ビームを集束して前記試料面上に結像さ
   せる対物レンズ系と、これら縮小レンズ系及び対物レン
   ズ系の焦点を制御して前記電子ビームの倍率を可変する
   レンズ倍率制御手段とを有することを特徴とする請求項
   １記載のパターン検査装置。
3. 【請求項３】 レンズ倍率制御手段は、縮小レンズ系の
   焦点距離を長くして電子ビーム径を大きくし、かつ前記
   縮小レンズ系の焦点距離を短くして電子ビーム径を小さ
   くすることを特徴とする請求項２記載のパターン検査装
   置。
4. 【請求項４】 電子銃と、 この電子銃から照射される電子ビームを任意のビーム形
   状に成形する成形アパーチャと、 この任意のビーム形状に成形された電子ビームを集束す
   る縮小レンズ系と、 この縮小レンズ系により集束された後の前記電子ビーム
   を集束して前記試料面上に結像させる対物レンズ系と、 前記電子ビームを前記試料面上に走査する走査用の偏向
   器と、 前記電子ビームの軸ずれを調整する軸ずれ用の偏向器と
   これら縮小レンズ系及び対物レンズ系の焦点を制御して
   前記電子ビームの倍率を可変するレンズ倍率制御手段
   と、 前記試料を載置するとともにこの試料をＸＹ平面上に移
   動させるＸＹステージと、 前記試料に前記電子ビームを照射したときに得られる二
   次電子又は反射電子等の荷電粒子を検出する電子検出器
   と、 前記電子ビームの照射面積と前記電子検出器により検出
   された荷電粒子とから前記試料におけるパターン欠陥の
   面積を求め、かつ予め記憶されている描画データに対す
   るパターン欠陥面積の割合を求めて前記試料に対するパ
   ターンの合否を判定する判定手段と、を具備したことを
   特徴とするパターン検査装置。