JPH1062149A

JPH1062149A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH1062149A
Application number: JP8239715A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】試料に形成されたパターンの欠陥を高速かつ
高精度に検査できるようにする。【解決手段】電子銃１２から放射状に放出される電子
線をコンデンサレンズ１４，１６で光軸ＡＸに平行なビ
ームに変換し、マスク１８に照射することにより孔１８
Ａを通過して複数のマルチビームＭＢが形成される。こ
のマルチビームＭＢは、偏向器２０，２２で偏向されつ
つ、電磁レンズ２４，２６で１／２に縮小されて試料３
０上に照射される。電磁レンズ２４，２６は、クロスオ
ーバーＣＯ位置を中心として光軸ＡＸ方向の対称位置に
配置した対称磁気タブレット型レンズであるため、レン
ズの収差が互いに打ち消し合って低収差となり、ビーム
を細く収束させることができる。このビームを使って試
料３０上を走査することにより、高速かつ高精度に欠陥
検査が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

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

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

【０００５】

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

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

【０００７】また、プローブとしての電子ビームを試料
に導く電子光学系には、電場を用いた静電レンズや磁場
を用いた電磁レンズなどを含む電子レンズが用いられて
いる。欠陥検査装置の電子光学系にこれらの電子レンズ
を用いた場合は、レンズの光軸を中心として回転方向に
生じる収差や放射方向に生じる歪収差の影響を受けるた
め、電子レンズを通過する際に電子ビームがボケたり、
ビーム位置がずれることによって、欠陥検査の分解能が
悪化したり、欠陥位置が正確に検出できなくなるという
不都合があった。特に、これらの収差の影響は、レンズ
の光軸から離れるにしたがって大きくなる傾向にある。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし５に記載の発明の目的は、試料に形
成されたパターンの欠陥を高速かつ高精度に検査するこ
とができる欠陥検査装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、パターンが形成された試料（３０）に荷電粒子線
（ＭＢ）を照射し、前記試料（３０）からの荷電粒子線
（ＳＢ）を検出して前記パターンの欠陥を検査する欠陥
検査装置であって、前記荷電粒子線を複数形成する荷電
粒子線形成手段（１２，１４，１６，１８）と；前記複
数の荷電粒子線（ＭＢ）が形成される位置と前記試料
（３０）との間を所定の縮小比で案分した位置であるク
ロスオーバー（ＣＯ）位置を中心として前記縮小比に対
応した光軸方向位置にそれぞれ配置された相似形の２つ
の電子レンズ（２４，２６）から成る対称磁気タブレッ
ト型の荷電粒子線光学系（２４，２６）と；前記荷電粒
子線光学系（２４，２６）から前記試料（３０）に照射
された前記複数の荷電粒子線（ＭＢ）によって前記試料
（３０）から発生した荷電粒子線（ＳＢ）を検出する検
出手段（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）とを備えて
いることを特徴とする。

【００１０】これによれば、荷電粒子線形成手段により
荷電粒子線が複数形成され、対称磁気タブレット型レン
ズから成る荷電粒子線光学系によってその複数の荷電粒
子線を試料に照射し、その試料の荷電粒子線の照射位置
から発生する荷電粒子線を検出手段によって検出するこ
とにより、欠陥検査が行われる。

【００１１】このように、試料に形成されたパターンを
欠陥検査する場合は、１本の荷電粒子線で検査していた
従来例と比べると、複数の荷電粒子線を使うことによっ
て試料上の複数の照射点で同時に欠陥検査を行うことが
できるため、検査時間が大幅に短縮されて、スループッ
トを向上させることができる。また、複数の荷電粒子線
を試料に照射する荷電粒子線光学系には、複数の荷電粒
子線が形成される位置と試料との間を所定の縮小比で案
分したクロスオーバー位置を中心とし、その縮小比に対
応した光軸方向の対称位置に相似形の２つの電子レンズ
がそれぞれ配置された対称磁気タブレット型レンズを採
用している。このため、一方の電子レンズを荷電粒子線
が通過する際に収差が生じても、他方の電子レンズを通
過する際に逆の収差が表れて収差を打ち消すように作用
する。その結果、収差の影響が殆ど無くなって荷電粒子
線を細く収束できるようになり、分解能が向上して高精
度な欠陥検査を行うことができる。

【００１２】ここで、荷電粒子線を試料面で走査するた
め、試料が載置された試料台を移動可能に構成しても良
いが、請求項２に記載の発明の如く、荷電粒子線形成手
段（１２，１４，１６，１８）と荷電粒子線光学系（２
４，２６）との間に試料（３０）に照射される複数の荷
電粒子線（ＭＢ）を走査する荷電粒子線走査手段（２
０，２２）をさらに備えるようにしても良い。この荷電
粒子線走査手段は、複数の荷電粒子線を試料上で走査さ
せて欠陥検査を行うことにより、広範囲の欠陥検査を短
時間で行うことができる。また、この荷電粒子線走査手
段は、荷電粒子線形成手段と荷電粒子線光学系との間に
配置したため、荷電粒子線光学系と試料との間の空間を
有効に利用することができる。例えば、荷電粒子線光学
系と試料との間には、試料から発生する荷電粒子線を検
出する検出手段や、その検出手段に荷電粒子線を導くマ
ルチレンズ等を設ける空間が確保できる。

【００１３】また、荷電粒子線走査手段は、特に数を限
定するものではないが、請求項３に記載の発明の如く、
請求項２に記載の荷電粒子線走査手段（２０，２２）が
光軸方向に沿って偶数段の偏向器（２０，２２）で構成
されていることがより望ましい。荷電粒子線走査手段で
ある偏向器を偶数段としたのは、一方の偏向器で荷電粒
子線を偏向させると荷電粒子線光学系に入射する荷電粒
子線の入射角が変化するため、荷電粒子線光学系で発生
する収差が増加してしまうが、偶数段の偏向器を使え
ば、もう一方の偏向器で入射角が変化しないように偏向
させることが可能になるからである。特に、偏向器が偶
数段の場合は、偏向量の絶対値を等しくして、偏向方向
を逆にするだけで荷電粒子線光学系への入射角が変化し
なくなるため、容易に制御できるという利点がある。そ
の結果、荷電粒子線を荷電粒子線走査手段により走査さ
せたとしても、収差等の影響が増大しなくなるため、荷
電粒子線を細く収束させて高精度な欠陥検査を行うこと
ができる。

【００１４】さらに、請求項４に記載の発明は、請求項
１ないし３のいずれか一項に記載の欠陥検査装置におい
て、前記荷電粒子線形成手段（１２，１４，１６，１
８）は、荷電粒子線を発生させる荷電粒子線源（１２）
と、該荷電粒子線源で発生させた荷電粒子線を所定の線
幅を持ったほぼ平行な荷電粒子線束を形成する電子レン
ズ（１４，１６）と、該荷電粒子線束を分岐させて複数
の荷電粒子線（ＭＢ）を形成するマスク（１８）とを含
んでいることを特徴とする。

【００１５】これによれば、荷電粒子線源と電子レンズ
とマスクという簡易な構成で複数の荷電粒子線を形成す
ることができるとともに、その複数の荷電粒子線の数や
大きさや配列については、例えば、マスクに形成される
孔の数、大きさ、配列等を変えることによって容易に実
現することができる。

【００１６】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
ないし４のいずれか一項に記載の欠陥検査装置におい
て、前記荷電粒子線形成手段（１２，１４，１６，１
８）側に配置された前記電子レンズ（２４）を前記クロ
スオーバー（ＣＯ）位置側に所定距離Ｋ（Ｋは正又は負
の実数）だけずらすとともに、前記試料（３０）側の前
記電子レンズ（２６）を前記クロスオーバー（ＣＯ）位
置側に所定距離Ｋと縮小率１／Ｍとの積に相当する距離
だけずらすようにしたことを特徴とする。

【００１７】これによれば、対称磁気タブレット型のレ
ンズで構成された荷電粒子線光学系は、クロスオーバー
位置を中心として２つの電子レンズが対称性を保つよう
に配置されている。このため、その対称性を保ちつつ電
子レンズの位置をずらすには、一方の電子レンズ（ここ
では、荷電粒子線形成手段側に配置された電子レンズ）
をクロスオーバー側に所定距離Ｋ（Ｋは正又は負の実
数）だけずらしたとすると、他方の電子レンズ（ここで
は、試料側に配置された電子レンズ）をクロスオーバー
側に上述した距離Ｋと荷電粒子線光学系の縮小率である
１／Ｍとを掛合わせた距離だけずらすようにする。これ
により、対称磁気タブレット型レンズで構成された荷電
粒子線光学系は、クロスオーバー位置を中心として縮小
比に対応した光軸方向位置に相似形の２つの電子レンズ
が配置されて対称性が保たれるため、収差の低減化を図
りつつ、荷電粒子線光学系とマスク、あるいは、荷電粒
子線光学系と試料との間の空間がより広くとれるように
なり、例えば偏向器やマルチレンズ等を無理なく設置す
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。

【００１９】図１には、本実施形態に係る欠陥検査装置
１０の概略構成が示されている。この欠陥検査装置１０
は、ウエハ（以下、「試料」と称する）上に形成される
半導体素子の微細な回路パターンの欠陥を電子線を用い
て検査する欠陥検査装置である。

【００２０】この欠陥検査装置１０は、荷電粒子線源と
しての電子銃１２、コンデンサレンズ１４，１６、マス
ク１８（電子銃１２とコンデンサレンズ１４，１６とマ
スク１８とで荷電粒子線形成手段が構成されている）、
荷電粒子線走査手段としての偏向器２０，２２、荷電粒
子線光学系としての電磁レンズ２４，２６（対称磁気タ
ブレット型レンズ）、アパーチャ２８、試料３０、マル
チレンズ３４、マルチ開口板３６、検出器３８Ａ，３８
Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ、信号処理回路４０、比較回路４
２、記憶部４４等を備えている。

【００２１】前記電子銃１２は、欠陥検査用のプローブ
を形成する電子線を放出する荷電粒子線源であって、赤
熱したフィラメント等から電場によって熱電子が取り出
される。ここでは、荷電粒子線源として電子銃１２を用
いているが、電子線以外に陽子やイオンなどの荷電粒子
線を使って欠陥検査を行う場合は、その荷電粒子線に応
じた荷電粒子線源が使われる。例えば、イオンにより欠
陥検査を行う場合は、気体の放電によって原子や分子を
イオン化し、それを適当な電磁場により取り出すイオン
源が荷電粒子線源となる。

【００２２】コンデンサレンズ１４，１６は、電子銃１
２から放射状に放出された電子線を凸レンズ作用によっ
て、収束あるいは光軸ＡＸにほぼ平行な電子ビームＰＢ
に変えるレンズである。また、このコンデンサレンズ１
４，１６を調整することによって、複数の電子ビームＭ
Ｂが交差するクロスオーバーＣＯ位置を所望の位置に設
定することができる。

【００２３】マスク１８は、ここではドーピングされた
導電性を有するシリコン板に複数の孔１８Ａが形成され
ていて、上述したコンデンサレンズ１６によりほぼ平行
にされた電子ビームＰＢが照射されると、それぞれの孔
１８Ａから電子ビームが通過して複数の電子ビームＭＢ
を形成する。例えば、本実施形態では、マスク１８に
０．２μｍ角の孔１８Ａが４００μｍピッチで紙面と直
交方向（これをＹ軸方向とする）に１０行、紙面方向
（これをＸ軸方向とする）に１０列設けられ、合計１０
０個の孔１８Ａがマトリクス状に形成されている。な
お、複数の荷電粒子線を形成する荷電粒子線形成手段
は、上述した電子銃１２とコンデンサレンズ１４，１６
とマスク１８とで構成されている。

【００２４】偏向器２０，２２は、マスク１８と後述す
る電磁レンズ２４との間に、電子ビームＭＢの光路の周
囲を囲うようにして、光軸ＡＸ方向に２段に分けて配置
されている。上述したマスク１８により形成された１０
０本の電子ビームＭＢは、この偏向器２０，２２によっ
て同時偏向されて、試料３０上の検査領域がラスタ走査
される。ここで、偏向器が２段に構成されているのは、
例えば、偏向器２０の偏向量と偏向器２２の偏向量の絶
対値を等しくし、その偏向方向を逆にすることによっ
て、電子ビームＭＢを偏向させても電磁レンズ２４への
入射角が変化しなくなり（図１中の破線で示される偏向
光ＰＬ参照）、電子ビームＭＢの入射角の変化に伴う収
差を発生させないようにすることができる。

【００２５】電磁レンズ２４，２６は、マスク１８で形
成された複数の電子ビームＭＢを一定の縮小率１／Ｍ
（ここでは、１／２）で縮小した後、欠陥検査対象であ
る試料３０に結像させる。この２つの電磁レンズ２４，
２６は、複数の電子ビームＭＢが交差する光軸の点であ
るクロスオーバーＣＯ位置を中心として、相似形になる
ように設計されている。すなわち、電磁レンズ２４と電
磁レンズ２６とは、アンペアターン（ＡＴ：電流×コイ
ル巻数）が等しく、発生する磁場の向きが互いに逆方向
となるように配置されており、２つの電磁レンズが相似
形をした、いわゆる対称磁気タブレット型と称されるレ
ンズ群で構成されている。より詳しくは、電磁レンズ２
４は、クロスオーバーＣＯ位置よりもマスク１８側に設
けられ、磁場を発生させるコイルが光路の周囲を囲うよ
うに配置されている。また、電磁レンズ２６は、クロス
オーバーＣＯ位置よりも試料３０側に設けられ、電磁レ
ンズ２４と相似形のコイルが光路の周囲を囲うように配
置されている。なお、複数の荷電粒子線を試料上に導く
荷電粒子線光学系は、この電磁レンズ２４，２６で構成
されている。

【００２６】アパーチャ２８は、ここでは複数の電子ビ
ームが交差するクロスオーバーＣＯ位置付近に設けら
れ、ほぼ中心部に電子ビームが通過する開口が形成され
たアルミニウムや銅などの非磁性金属板で構成されてい
る。このアパーチャ２８は、上述したマスク１８と試料
３０との間を、電磁レンズ２４，２６の縮小率が１／Ｍ
の場合にＭ：１（ここでは、縮小率が１／２であるので
２：１）に内分する位置に設けられ、この位置にクロス
オーバーＣＯが形成されるように上述したコンデンサレ
ンズ１４，１６で調整される。

【００２７】試料３０は、ここでは欠陥検査を行う回路
パターンが形成されたウエハであるが、フォトマスクや
レチクルなどの欠陥を検査する場合は、これらが試料と
なる。

【００２８】マルチレンズ３４は、ここでは電磁レンズ
２６と試料３０との間の空間に設けられ、試料３０の周
辺を囲うように非磁性金属板が配置されており、その非
磁性金属板には所定の口径から成る複数のレンズアパー
チャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが試料３０からの
２次電子の放出位置に対応して形成されている。図１
は、断面図であるため、４個のレンズアパーチャしか図
示していないが、実際には電子ビームＭＢの本数（ここ
では、１００本）に応じた数のレンズアパーチャが対応
する位置に形成されている。本実施形態中の説明では、
この４個のレンズアパーチャを例にあげて説明すること
にする。また、マルチレンズ３４には、不図示の電位制
御部から所定の収束電位が印加されて、レンズアパーチ
ャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの各部分に不図示の
等ポテンシャル面が形成され、ここでは凸レンズとして
作用する。このため、複数の電子ビームＭＢが試料３０
上の各照射点に照射されると、各照射点から２次電子が
放出され、その２次電子が対応する各レンズアパーチャ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを通過する際に凸レン
ズ作用によって個別に収束され、後述する検出器３８
Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄに入射される。

【００２９】マルチ開口板３６は、マルチレンズ３４と
後述する検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄとの間
に配置された非磁性金属板であり、その非磁性金属板に
は所定の口径から成る複数の開口３６Ａ，３６Ｂ，３６
Ｃ，３６Ｄが形成されている。このマルチ開口板３６の
開口は、試料３０上の各２次電子の放出位置に対応し
た、マルチレンズ３４のレンズアパーチャと検出器とを
結ぶ各通過位置にそれぞれ形成されている。このマルチ
開口板３６には、不図示の電位制御部から一定の収束電
位が印加されることにより、開口３６Ａ，３６Ｂ，３６
Ｃ，３６Ｄの各部分に図示しない等ポテンシャル面が形
成され、ここでは凸レンズとして作用する。このため、
例えば、マルチレンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａを
通過して収束された２次電子は、開口３６Ａで再度収束
されて、確実に検出器３８Ａに入射させることができ
る。また、他の開口３６Ｂ，３６Ｃについても同様であ
る。なお、図１は、断面図であるため、上述したレンズ
アパーチャと同様に、マルチ開口板３６の開口３６Ａ，
３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄも４個しか図示していないが、
実際には電子ビームＭＢの本数（１００本）に応じた数
の開口がそれぞれ対応する位置に形成されている。本実
施形態中の説明では、上述した４個の開口を例にあげて
説明することにする。

【００３０】検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ
は、例えば試料３０に形成された回路パターンに複数の
電子ビームＭＢが照射され、試料３０の各照射点から発
生した２次電子がこれに入射されると、入射した電子線
量に応じた検出信号を発生する電子増倍管などで構成さ
れている。また、この検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，
３８Ｄについても、図１が断面図であることから、上述
したマルチレンズ３４のレンズアパーチャやマルチ開口
板３６の開口と同様に４個しか図示していないが、実際
には電子ビームＭＢの本数（１００本）に応じた数の検
出器がそれぞれ対応する位置に配置されている。本実施
形態中の説明では、上述した４個の検出器を例にあげて
説明することにする。

【００３１】信号処理回路４０は、検出器３８Ａ，３８
Ｂ，３８Ｃ，３４Ｄ等から出力される２次電子の検出信
号を設計値通りのパターンの参照データと比較するため
のデジタル信号に変換する回路である。

【００３２】比較回路４２は、デジタル信号に変換され
た２次電子の検出信号と設計値通りのパターンの参照デ
ータと比較することによって、欠陥の有無及び欠陥の位
置を検出するものである。

【００３３】記憶部４４は、欠陥の無い設計値通りに形
成されたパターンを検査した場合に得られる参照データ
を予め記憶している。

【００３４】次に、上述のようにして構成された欠陥検
査装置１０の動作について説明する。

【００３５】まず、オペレータは、欠陥検査すべき試料
（回路パターンが形成されたウエハ）３０をＸ，Ｙの２
次元平面方向に移動可能な不図示の試料台上に載置した
後、欠陥検査の動作を開始させる。

【００３６】図１に示されるように、電子銃１２から放
射状に放出された電子線は、コンデンサレンズ１４によ
り一旦収束させて交差させた後、コンデンサレンズ１６
により光軸にほぼ平行な電子ビームＰＢとして、複数の
孔１８Ａが形成されたマスク１８上に照射される。マス
ク１８上に照射された平行な電子ビームＰＢは、孔１８
Ａ（１００個の孔）を通過することによって１００本の
電子ビームＭＢ（以下、「マルチビームＭＢ」と称す
る）が形成される。

【００３７】このマスク１８で形成されたマルチビーム
ＭＢは、０．２μｍ角のビーム幅を持ち、４００μｍピ
ッチで（１０行×１０列）のマトリックス状に配列され
ている。そして、このマルチビームＭＢは、対称磁気タ
ブレット型の電磁レンズ２４，２６を通過する際に１／
２に縮小されて、照射対象である試料３０上の回路パタ
ーンに結像される。

【００３８】マルチビームＭＢが試料３０上の回路パタ
ーンに照射されると、試料３０の各照射点から２次電子
が放出される。各照射点から放出される２次電子は、試
料上に形成されたパターンの状態（例えば、パターンの
有無やパターンの厚み等）に応じて電子の放出量が異な
ってくる。このため、図１に示されるように、試料３０
上の一照射点から放出された２次電子は、例えば、マル
チレンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａのレンズ作用に
よって収束され、マルチ開口板３６の開口３６Ａを通っ
て分別され、検出器３８Ａで検出される。また、これと
同様に、他の照射点から放出された２次電子は、レンズ
アパーチャ３４Ｂ→開口３６Ｂ→検出器３８Ｂという経
路を経て検出され、その他の照射点から放出された２次
電子は、レンズアパーチャ３４Ｃ→開口３６Ｃ→検出器
３８Ｃという経路を経て検出され、さらにその他の照射
点から放出された２次電子は、レンズアパーチャ３４Ｄ
→開口３６Ｄ→検出器３８Ｄという経路を経ることによ
って、個別に検出される。

【００３９】このように、試料３０上の各照射点から放
出された２次電子は、照射点に対応した検出器３８Ａ，
３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ等で検出され、その検出信号が
信号処理回路４０において参照データと比較可能なデジ
タル信号に変換する信号処理がなされる。この信号処理
がなされたデジタル信号は、比較回路４２で記憶部４４
に記憶されている設計値通りのパターンの参照データと
比較されることにより、欠陥検査対象である試料３０上
の回路パターンの欠陥の有無や欠陥位置等を検出するこ
とができる。

【００４０】以上説明した本実施形態の欠陥検査装置１
０によると、欠陥検査を行うプローブとしてマルチビー
ムＭＢが使用されている。図２は、電磁レンズ２４，２
６側から試料３０を見た図であり、この図２では試料３
０面上に結像された１００本のマルチビームＭＢ１０〜
ＭＢ１０９の照射パターンが示されている。ここでは電
磁レンズ２４，２６の縮小比が１／２であるため、試料
３０上に結像されるマルチビームＭＢ１０〜ＭＢ１０９
のビーム幅が０．１μｍ角となり、ビーム間ピッチが２
００μｍとなる。そして、偏向器２０，２２の偏向量を
試料３０上でＸ，Ｙ方向にそれぞれ２００μｍとする
と、試料３０上において２０００．１μｍ×２０００．
１μｍ角の領域Ｒがラスタ走査される。この領域Ｒ内の
ラスタ走査が終了すると、不図示の試料台の駆動機構に
より試料台がＸまたはＹ方向に所定距離移動され（試料
台に載置された試料３０も一体駆動される）、再度上記
と同様のラスタ走査が行われる。このように、領域Ｒ内
のラスタ走査が試料３０を順次移動させながら繰り返し
行うことにより、試料３０上の所定領域の欠陥検査を終
了することができる。

【００４１】上述したように、本実施形態の欠陥検査装
置１０では、プローブとしてマルチビームＭＢ１０〜Ｍ
Ｂ１０９が使用され、これらを同時偏向させてラスタ走
査しながら欠陥検査を行うため、従来のように１本の電
子ビームを走査させて検査する場合と比べると走査範囲
が少なくて済むことから、走査時間が短縮されて、欠陥
検査のスループットを大幅に向上させることができる。

【００４２】また、本実施形態では、荷電粒子線光学系
として、２つの相似形の電磁レンズ２４，２６をクロス
オーバーＣＯ位置を中心として対称に配置した対称磁気
タブレット型としたため、光軸ＡＸを中心とする回転方
向の収差や放射方向の歪み収差等が相互に打ち消し合う
ことによって収差の影響を小さくすることができる。こ
のように、電磁レンズにおいて発生する種々の低収を低
減することによって、ビームの照射位置のずれが小さく
なり、欠陥検査を正確に行うことができるとともに、ビ
ームを細く収束させることによって高分解能で欠陥検査
を行うことができる。その上、レンズを低収差にする
と、電子ビームの通過するレンズ位置が光軸ＡＸから離
れるにしたがって大きくなる収差の影響を低減すること
ができるため、レンズの口径を大きく使うことができ
る。このため、マルチビームＭＢの本数を増やして高ス
ループットで欠陥検査を行うことができるとともに、マ
ルチビームＭＢのビーム間隔を広くとることによって隣
接するビーム間で生じるクロストークを小さくして、検
出器における検出信号のＳ／Ｎ比を大きくとることによ
り、欠陥検査の分解能を向上させることができる。

【００４３】すなわち、これを電磁レンズ２４，２６に
入射されるマルチビームＭＢを示した図３を用いて説明
する。例えば、図３（Ａ）の比較例では、レンズの周辺
部の収差の影響を避けるため、半径Ｒ１のレンズ口径し
か使えず、その時のマルチビームＭＢのビーム間隔をＰ
１とすると、ビーム本数が９本となる（図３では紙面上
を通過するマルチビームＭＢのみを示したもので、実際
には紙面の手前側及び奥側にも同密度のビームが照射さ
れている）。これに対して、本実施形態では、対称磁気
タブレット型レンズを採用しているため、図３（Ｂ）に
示されるように、レンズ周辺部の収差が低減したことに
より半径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）のレンズ口径が使用可能と
なり、ビーム間隔をＰ１のままとすると、ビーム本数を
増加（ここでは、９本から１３本に増加）させることが
できるため、走査時間が一層短縮されて欠陥検査のスル
ープットを向上させることができる。

【００４４】また、本実施形態の他の例を示す図３
（Ｃ）では、図３（Ｂ）と同様に対称磁気タブレット型
レンズを採用していることから半径Ｒ２のレンズ口径が
使用可能である。ここで、図３（Ｃ）では、使用可能な
レンズ口径が大きくなったが、例えば、図３（Ａ）と同
じビーム本数（９本）としたことにより、ビーム間隔が
Ｐ２（Ｐ１＜Ｐ２）のように広くとれるようになり、隣
接するビーム間で生じるクロストークを小さくすること
が可能となって、検出器における検出信号のＳ／Ｎ比が
大きくとれることから、欠陥検査の分解能を向上させる
ことができる。

【００４５】また、本実施形態では、欠陥検査を行う試
料３０上の検査領域にマルチビームＭＢを照射し、各照
射点から放出される２次電子を各照射点に対応したマル
チレンズ３４のレンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４
Ｃ，３４Ｄと、マルチ開口板３６の開口３６Ａ，３６
Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄとによって確実に分別され、各照射
点に対応した検出器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ等
により検出されるため、マルチビームＭＢを偏向器２
０，２２で同時偏向させながら試料３０上をラスタ走査
させて欠陥検査を行う場合であっても、各照射点から連
続的に発生する２次電子をリアルタイムで確実に検出す
ることができる。

【００４６】さらに、本実施形態の電磁レンズ２４，２
６は、クロスオーバーＣＯ位置を中心とした光軸方向の
対称位置にそれぞれ配置された相似形の電磁レンズであ
り、両レンズのアンペアターン（ＡＴ：電流×コイル巻
数）が互いに等しく、発生する磁場の向きが互いに逆方
向となるように励磁されている。そして、このような対
称磁気タブレット型の電磁レンズ２４，２６は、一般に
は図１に示されるマスク１８とクロスオーバーＣＯ位置
との中点に電磁レンズ２４の中心を設け、試料３０とク
ロスオーバーＣＯ位置との中点に電磁レンズ２６の中心
を設けることが良いとされている。しかし、本実施形態
では、クロスオーバーＣＯ位置を中心とし、レンズの縮
小率１／Ｍ（ここでは、１／２）に対応した光軸方向位
置にそれぞれ相似形の電磁レンズ２４，２６を配置する
ことによって対称性を常に満たすような条件下で電磁レ
ンズ２４，２６を所定の光軸方向に移動可能としてい
る。

【００４７】例えば、図１に示されるように、電磁レン
ズ２４をクロスオーバーＣＯ位置側に所定距離Ｋ（ここ
では、Ｋ＝４０ｍｍであるが、正又は負の実数であれば
よい）だけずらしたとすると（図１中の矢印Ｍ１方
向）、これに対応して電磁レンズ２６をクロスオーバー
ＣＯ位置側に所定距離Ｋと縮小率１／Ｍとの積に相当す
る距離（Ｋ×１／Ｍ＝Ｋ／２＝２０ｍｍ）だけずらすこ
とができる（図１中の矢印Ｍ２方向）。図１は、上記し
た距離だけ中点から電磁レンズ２４，２６をずらした後
の配置を示したものである。このように、電磁レンズ２
４，２６を、クロスオーバーＣＯ位置を中心とした配置
の対称性を保ちつつ移動させることにより、収差を低減
しつつマスク１８とマスク１８側の電磁レンズ２４との
間と、試料３０と試料側の電磁レンズ２６との間の空間
を広げることができる。このため、２段構成とした偏向
器２０，２２やマルチレンズ３４等をそれぞれの空間に
配置することが可能である。

【００４８】また、上記実施形態では、電磁レンズ２
４，２６をクロスオーバーＣＯ位置に近づける方向に移
動させるようにしたが（所定距離Ｋが正の場合）、反対
に両レンズがクロスオーバーＣＯ位置から遠ざかる方向
に移動させる（所定距離Ｋが負の場合）ようにすること
も同様に可能である。

【００４９】電磁レンズ２４，２６は、上述したように
光軸ＡＸ方向に移動させても対称性が保たれているた
め、一方の電磁レンズで発生した収差が他方の電磁レン
ズで打ち消し合うという作用に変わりはなく、収差（例
えば、回転収差や放射方向の歪み収差等）の低減効果を
維持することができる。したがって、プローブとしての
電子ビームを細く収束することが可能となり、高精度
（高解像度）に欠陥検査を行うことができる。

【００５０】また、本実施形態において、偶数段（ここ
では、２段）の偏向器２０，２２を用いるようにしたの
は、１つの偏向器で荷電粒子線を偏向させると電磁レン
ズ２４に入射する際の荷電粒子線の入射角が変化して電
磁レンズ２４内で発生する収差が大きくなるが、２段の
偏向器であれば偏向量の絶対値を等しくし、偏向方向を
逆にするという簡易な制御方法で荷電粒子線光学系への
入射角が変化しないように構成できる利点があるからで
ある（図１中の偏向光ＰＬ参照）。このため、偏向器２
０，２２を用いてマルチビームＭＢを走査させた場合
は、収差等の影響が増大することがなくなり、荷電粒子
線を細く収束させることによって、分解能が向上して高
精度な欠陥検査を行うことができるとともに、マルチビ
ームＭＢを走査させて広範囲の領域の欠陥検査を高速に
行うことができる。

【００５１】以上述べたように、本実施形態の欠陥検査
装置は、複数の電子ビーム（マルチビームＭＢ）を試料
上の回路パターンに照射して、これをラスタ走査させ、
試料から発生する２次電子を検出することによって、ス
ループットの高い欠陥検査を行うことができる。

【００５２】また、本実施形態の欠陥検査装置は、対称
磁気タブレット型の電磁レンズを採用するとともに、そ
の電磁レンズをクロスオーバーＣＯ位置を中心とした対
称位置に配置することにより、レンズ内で発生する回転
収差や放射方向の歪み収差等が互いに打ち消されて低収
差となって、ビームを細く収束でき、その結果、欠陥検
査の分解能が向上して、高精密な欠陥検査を行うことが
できる。

【００５３】なお、上記実施形態の説明では、荷電粒子
線として電子線を用いて説明したが、これに限定される
ものではなく、イオンあるいは陽子等の荷電粒子線を用
いて欠陥検査装置を構成することも可能である。

【００５４】また、上記実施形態の説明では、（１０行
×１０列）の１００個の孔１８Ａが形成されたマスク１
８に電子線を照射し、孔１８Ａを通過した１００本のビ
ームをマルチビームＭＢとして用いているが、必ずしも
これに限定されるものではなく、ビーム本数やビームの
大きさあるいはその配列について任意に選択することが
できる。また、マルチビームＭＢの形成方法について
も、電子線をマスクで分岐させる方法に限定されるもの
ではなく、複数の電子線源を用いて個々にビームを形成
するようにしてもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１〜
５に記載の発明によれば、試料上に形成されたパターン
の欠陥を高速かつ高精度に検査することができるという
従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る欠陥検査装置の構成を概略的
に示す図である。

【図２】試料上に照射されたマルチビームの照射パター
ン例を示す図である。

【図３】電磁レンズに入射されるマルチビームＭＢを示
す図であり、（Ａ）は比較例としてのマルチビームＭＢ
であり、（Ｂ）は比較例とビーム間隔を同じにした本実
施形態のマルチビームＭＢであり、（Ｃ）は比較例とビ
ーム数を同じにした本実施形態のマルチビームＭＢであ
る。

【符号の説明】

１０欠陥検査装置１２電子銃１４コンデンサレンズ１６コンデンサレンズ１８マスク２０，２２偏向器２４，２６電磁レンズ２８アパーチャ３０試料３４マルチレンズ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄレンズアパーチャ３６マルチ開口板３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ開口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ検出器ＣＯクロスオーバーＭＢマルチビーム（電子ビーム）ＡＸ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成された試料に荷電粒子線
を照射し、前記試料からの荷電粒子線を検出して前記パ
ターンの欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記荷電粒子線を複数形成する荷電粒子線形成手段と；
前記複数の荷電粒子線が形成される位置と前記試料との
間を所定の縮小比で案分した位置であるクロスオーバー
位置を中心として前記縮小比に対応した光軸方向位置に
それぞれ配置された相似形の２つの電子レンズから成る
対称磁気タブレット型の荷電粒子線光学系と；前記荷電
粒子線光学系から前記試料に照射された前記複数の荷電
粒子線によって前記試料から発生した荷電粒子線を検出
する検出手段とを備えていることを特徴とする欠陥検査
装置。
【請求項２】前記荷電粒子線形成手段と前記荷電粒子
線光学系との間に前記試料に照射される複数の荷電粒子
線を走査する荷電粒子線走査手段をさらに備えているこ
とを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】前記荷電粒子線走査手段は、光軸方向に
沿って配置された偶数段の偏向器であることを特徴とす
る請求項２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】前記荷電粒子線形成手段は、荷電粒子線
を発生させる荷電粒子線源と、該荷電粒子線源で発生さ
せた荷電粒子線を所定の線幅を持ったほぼ平行な荷電粒
子線束を形成する電子レンズと、該荷電粒子線束を分岐
させて複数の荷電粒子線を形成するマスクとを含んでい
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に
記載の欠陥検査装置。
【請求項５】前記荷電粒子線形成手段側に配置された
前記電子レンズを前記クロスオーバー位置側に所定距離
Ｋ（Ｋは正又は負の実数）だけずらすとともに、前記試
料側の前記電子レンズを前記クロスオーバー位置側に所
定距離Ｋと縮小率１／Ｍとの積に相当する距離だけずら
すようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいず
れか一項に記載の欠陥検査装置。