JPH1073424A

JPH1073424A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH1073424A
Application number: JP8247161A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-17

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から放出される電子線をコン
デンサレンズ１４で光軸ＡＸに平行なビームに変換し、
マスク１６に照射することにより孔１６Ａを通過して複
数のマルチビームＭＢが形成される。マルチビームＭＢ
は、偏向器１８で偏向されつつ、電磁レンズ２０，２２
で１／１０に縮小されて試料２４上に照射される。試料
台２６が振動しても、位置検出部５０で検出した試料台
２６の位置に応じて１次電子偏向器制御部５２で偏向器
１８を制御することにより、位置ずれした試料２４の検
査位置に正しくマルチビームＭＢを照射できる。試料２
４上の照射点２８から発生する２次電子ＳＢは、マルチ
レンズ３４、マルチ開口板４０を経て検出器４２Ａ，４
２Ｂ，４２Ｃで検出され、試料３２上のパターンの欠陥
が検査される。

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ものである。

【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、試料から発生
する２次電子を検出器で検出して、その検出信号を処理
することにより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
を水平走査しながら順次垂直走査するラスタ走査を行
い、その試料上の各照射点から発生する２次電子を検出
器で検出する、いわゆる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Sc
anning ElectronMicroscope) の原理を用いて欠陥検査
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、欠陥検査中に試料が載置された試料
台等の振動が発生した場合は、その試料上を走査するプ
ローブの照射位置がずれたり、照射位置から発生した２
次電子を検出器で確実に捉えられなくなって、欠陥検査
の精度が低下するという不都合があった。

【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（２４）に荷電粒子線を
照射する荷電粒子線光学系（２０，２２）と、前記試料
（２４）からの荷電粒子線（ＳＢ）を検出する荷電粒子
線検出手段（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）とを有し、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）と；前記複数の荷電粒子線（ＭＢ）を走査
させる荷電粒子線走査手段（１８）と；前記試料（２
４）を載置する試料台（２６）と；前記試料台（２６）
の位置を計測する位置計測手段（５０）と；前記位置計
測手段（５０）の計測結果に基づいて、前記荷電粒子線
走査手段（１８）を制御する第１の制御手段（５２）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、その複数の荷電粒子線が荷
電粒子線光学系によりパターンが形成された試料上に照
射され、この際、その荷電粒子線が走査手段で走査され
る。走査の各点で試料からの荷電粒子線を荷電粒子線検
出手段で検出することによってパターンの欠陥が検査さ
れる。この時、位置計測手段は、試料が載置された試料
台の位置を計測し、その位置計測手段の計測結果に基づ
いて第１の制御手段により荷電粒子線走査手段が制御さ
れる。

【００１１】このように、試料に形成されたパターンの
欠陥検査を行う場合は、１本の荷電粒子線を用いて検査
していた従来例と比べると、複数の荷電粒子線を使って
試料上の複数の照射点で同時に欠陥検査しながら走査さ
せているため、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、位置計測手段で
は、試料が載置されている試料台の位置を計測し、その
計測結果を荷電粒子線走査手段を制御する第１の制御手
段にフィードバックするようにしたため、試料位置に応
じて荷電粒子線の走査位置が調整されて、試料が振動等
によって位置ずれしたとしても、常に荷電粒子線を正し
い照射位置に照射することが可能となり、精度の高い欠
陥検査を行うことができる。

【００１２】ここで、荷電粒子線を照射した試料の各照
射点から発生する荷電粒子線を直接荷電粒子線検出手段
で捉えるようにしても良いが、請求項２に記載の発明の
如く、試料（２４）の荷電粒子線の各照射点（２８）か
ら発生した荷電粒子線（ＳＢ）を個別に収束させる複数
の開口部（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）が形成された荷電
粒子線収束手段（３４）をさらに備えるようにしても良
い。この荷電粒子線収束手段は、形成された複数の開口
部によって試料の各照射点から発生する荷電粒子線を個
別に収束させることにより、各照射点毎の荷電粒子線を
正確かつ同時に捉えることができるため、高精度で高速
な欠陥検査を行うことができる。

【００１３】また、試料の各照射点から発生した荷電粒
子線は、荷電粒子線収束手段で個別に収束させて荷電粒
子線検出手段でそのまま捉えてもよく、また、荷電粒子
線収束手段と荷電粒子線検出手段との間に、荷電粒子線
収束手段で収束された荷電粒子線を対応した荷電粒子線
検出手段に導くための複数の開口部が形成された開口部
材を配置しても良い。このような開口部材を配置した場
合は、試料が振動すると、試料から発生する荷電粒子線
の発生点と、荷電粒子線収束手段の開口部との間に相対
的な位置変動を生じるため、収束された荷電粒子線が開
口部材の開口部を外れて荷電粒子線検出手段で検出でき
なくなるおそれがある。

【００１４】そこで、請求項３に記載の発明では、請求
項２に記載の欠陥検査装置において、前記荷電粒子線収
束手段（３４）と前記荷電粒子線検出手段（４２Ａ，４
２Ｂ，４２Ｃ）との間に、前記荷電粒子線収束手段（３
４）の各開口部（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）で収束され
た荷電粒子線（ＳＢ）毎に前記荷電粒子線検出手段（４
２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）に導く複数の開口部（４０Ａ，
４０Ｂ，４０Ｃ）が形成された開口部材（４０）をさら
に備え、前記開口部材（４０）の開口部（４０Ａ，４０
Ｂ，４０Ｃ）の口径は、前記試料（２４）から発生した
荷電粒子線（ＳＢ）が前記荷電粒子線収束手段（３４）
により収束されて入射される線幅と、該荷電粒子線の振
れ範囲とを考慮して荷電粒子線の通過可能な径とされて
いる。このようにすれば、開口部材を設けた場合の各開
口部の口径が、試料の予測可能な最大振動時に開口部で
発生する荷電粒子線の振れ範囲と、荷電粒子線の線幅と
に基づいて、荷電粒子線が通過可能な径とされているこ
とから、欠陥検査中に試料が振動しても、荷電粒子線を
荷電粒子線検出手段により確実に検出することができ、
高精度な欠陥検査を行うことが可能になる。

【００１５】また、試料が振動すると、試料から発生す
る荷電粒子線の発生点と、荷電粒子線収束手段の開口部
との間に相対的な位置変動が生じて、収束された荷電粒
子線の光路が変わってしまうため、開口部材が配置され
ていない場合はもちろん、開口部材が配置されていても
予想を越える振動があると荷電粒子線検出手段で検出で
きなくなるおそれがある。

【００１６】そこで、請求項４に記載の発明では、請求
項２又は３に記載の欠陥検査装置において、荷電粒子線
収束手段（３４）と荷電粒子線検出手段（４２Ａ，４２
Ｂ，４２Ｃ）との間に設けられ、荷電粒子線収束手段
（３４）によって収束された各荷電粒子線を偏向させる
偏向手段（３６，３８）と、位置計測手段（５０）の計
測結果に基づいて荷電粒子線検出手段（４２Ａ，４２
Ｂ，４２Ｃ）の所定位置に荷電粒子線が入射されるよう
に偏向手段（３６，３８）を制御する第２の制御手段
（５４）とをさらに備えている。このようにすれば、試
料が振動している最中に欠陥検査を行ったとしても、位
置計測手段で計測した試料の計測位置に応じて荷電粒子
線収束手段で収束された荷電粒子線を偏向手段で偏向さ
せることにより、荷電粒子線検出手段に正しく入射させ
ることができ、高精度な欠陥検査を行うことが可能にな
る。

【００１７】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、前記試料台（２６）を一方向に連続移動させるとと
もに、これとほぼ直交する他方向に対してステップ移動
させる移動手段（５６）をさらに備え、前記移動手段
（５６）により前記試料台（２６）を移動させながら前
記荷電粒子線（ＭＢ）を前記試料（２４）に照射して前
記パターンの欠陥を検査することを特徴とする。

【００１８】これによれば、移動手段により試料台を連
続的に移動させながら複数の荷電粒子線を試料に照射す
ることができることから、請求項１〜４よりもさらに高
速かつ高精度に欠陥検査装置を行うことが可能になる。

【００１９】

【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。

【００２０】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。

【００２１】この欠陥検査装置１０は、電子銃１２、コ
ンデンサレンズ１４、マスク１６（電子銃１２とコンデ
ンサレンズ１４とマスク１６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
１８、荷電粒子線光学系としての電磁レンズ２０，２
２、試料２４、試料台２６、荷電粒子線収束手段として
のマルチレンズ３４、偏向手段としての偏向器３６，３
８、開口部材としてのマルチ開口板４０、荷電粒子線検
出手段としての検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ、信号処
理回路４４、比較回路４６、記憶部４８、位置計測手段
としての位置検出部５０、第１の制御手段としての１次
電子偏向器制御部５２、第２の制御手段としての２次電
子偏向器制御部５４、移動手段としての試料台駆動機構
５６、試料台駆動機構制御部５８等を備えている。

【００２２】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。

【００２３】コンデンサレンズ１４は、電子銃１２から
放射状に放出された電子線をレンズの光軸ＡＸにほぼ平
行な電子ビームＰＢに変えるレンズである。

【００２４】マスク１６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１６Ａが形成され
ていて、コンデンサレンズ１４で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１６Ａを電子
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１６に１μｍ角の孔１６
Ａが１０００μｍ（１ｍｍ）ピッチで図１に示されるＹ
軸（紙面の斜め方向に延びる軸）方向に６行、そのＹ軸
と直交するＸ軸（紙面左右方向に延びる軸）方向に３列
設けられ、合計１８個の孔１６Ａ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とマスク１６とで構成されている。

【００２５】偏向器１８は、上述したマスク１６の試料
２４側寄りに、電子ビームＭＢの光路の周囲を囲うよう
にして配置されている。マスク１６で形成された複数の
電子ビームＭＢは、この偏向器１８によって同時偏向さ
れて、試料２４上の欠陥検査領域内をラスタ走査され
る。また、本実施形態の偏向器１８では、電子ビームＭ
Ｂを走査させる他、電子ビームＭＢが照射される試料上
の照射位置をずらすように偏向させる。これは、振動等
によって試料位置がずれた場合に、その位置ずれに応じ
て電子ビームＭＢの照射位置をずらす必要があるからで
ある。なお、ここでは、偏向器１８を１段で構成してい
るが、光軸ＡＸ方向に２段、あるいはそれ以上の段数の
偏向器を配した多段構成とし、電磁レンズ２０への電子
ビームＭＢの入射角を変化させないようにしても良い。

【００２６】電磁レンズ２０，２２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β（ここ
では、１／１０）で縮小した後、欠陥検査対象である試
料２４に結像させる。この２つの電磁レンズ２０，２２
は、図１では明確に図示していないが、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２０と電磁レンズ２２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光軸ＡＸ方
向に配置され、２つの電磁レンズが相似形をしている、
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。なお、複数の荷電粒子線を試料２４上に
導く荷電粒子線光学系は、この電磁レンズ２０，２２で
構成されている。

【００２７】試料２４は、試料台２６上に載置され、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
であり、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】試料台２６は、欠陥検査の対象となる試料
を載置するステージであって、図１に示されるＸ軸（紙
面左右方向に延びる軸）とこれと直交するＹ軸（紙面の
斜め方向に延びる軸）とが含まれる２次元平面内で移動
可能とされ、試料台駆動機構５６によって駆動される。
また、この試料台２６の側面のＸ軸方向とＹ軸方向に
は、試料台２６の位置をレーザ干渉計等によって高精度
に計測するため、真直度の高い移動鏡３０，３２がそれ
ぞれ延在形成されている。

【００２９】マルチレンズ３４は、アルミニウムや銅な
どの非磁性金属板から成り、試料２４から放出される２
次電子ＳＢの捕捉可能な位置に設けられている。例え
ば、図１では、マルチレンズ３４を構成する非磁性金属
板が試料２４に照射される電子ビームＭＢの照射点２８
付近に配置されるとともに、この非磁性金属板には各照
射点２８に対応する位置に、試料２４から放出される２
次電子ＳＢを収束する所定の口径から成る複数のレンズ
アパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが形成されている。
なお、図１では説明を分かり易くするため、試料２４、
試料台２６及び試料台駆動機構５６等については斜視図
で描いてあり、その他のレンズや検出器等の光学系は断
面図で描いてある。このため、図１のマルチレンズ３４
には、３個のレンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ
しか図示されていないが、実際に照射される電子ビーム
ＭＢの本数（ここでは、１８本）に応じた数のレンズア
パーチャが形成されている。本実施形態中の説明では、
この３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いるため、レンズ
アパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ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。これにより、複数の電子ビームＭＢが試料３
０上の各照射点２８に照射されると、各照射点２８から
２次電子ＳＢが放出され、その２次電子ＳＢが対応する
各レンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ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４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに入射される。

【００３０】偏向器３６，３８は、マルチレンズ３４の
各レンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃで収束され
た２次電子ＳＢを個々に偏向させて、各検出器４２Ａ，
４２Ｂ，４２Ｃに入射される２次電子ＳＢの入射位置を
調整可能にするものである。ここでは、偏向器３６と３
８は、２次電子ＳＢの光路に沿って互いに直交する位置
に配置されている（例えば、偏向器３６を水平方向に配
置したとすると、偏向器３８は垂直方向に配置されてい
る）。このため、マルチレンズ３４で収束された２次電
子ＳＢは、それぞれの偏向器３６，３８において偏向方
向（例えば、上下方向や左右方向）と偏向量（偏向方向
にどの程度偏向させるか）を調整することにより、偏向
器３６と３８による合成方向（ベクトル方向）に偏向さ
せることができる。従って、マルチレンズ３４で収束さ
れた２次電子ＳＢが検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに対
して如何なる方向にずれたとしても、偏向器３６，３８
で入射位置を自由に調整して、適正位置に入射させるこ
とができる。

【００３１】マルチ開口板４０は、マルチレンズ３４と
後述する検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとの間に配置さ
れた非磁性金属板であって、その非磁性金属板には所定
の口径から成る複数の開口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが形
成されている。このマルチ開口板４０の開口４０Ａ，４
０Ｂ，４０Ｃは、試料２４上の２次電子ＳＢの各放出位
置（照射点２８）に対応するマルチレンズ３４のレンズ
アパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃと検出器４２Ａ，４
２Ｂ，４２Ｃとをそれぞれ結ぶ各光路上に形成されてい
る。このマルチ開口板４０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４０
Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ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４０Ａで
再度収束されて、検出器４２Ａに入射される。また、他
の開口３６Ｂ，３６Ｃについても同様である。

【００３２】本実施形態におけるマルチ開口板４０の開
口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの口径は、２次電子ＳＢをマ
ルチレンズ３４で収束させてビーム化した場合に、試料
２４の予測可能な最大振動時においてマルチ開口板４０
を通過する際のビーム幅とビームの振れ範囲とを考慮す
ることにより、２次電子ＳＢの通過可能な径が決められ
る。このように、マルチ開口板４０の各開口の口径が決
められているため、欠陥検査中に試料２４が振動して２
次電子ＳＢが振られたとしても、マルチ開口板４０の各
開口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの口径内に収めることがで
き、各照射点２８から発生した２次電子ＳＢに対応する
マルチ開口板４０の各開口を確実に通過させて検出器４
２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃで確実に捉えることができる。な
お、図１のマルチ開口板４０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４０の
開口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃも３個しか図示されていな
いが、実際には電子ビームＭＢの本数（１８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３個の開口を例にあ
げて説明することにする。

【００３３】検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは、例えば
試料２４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２４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、図１に示される検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ
は、断面図であることから、上述のマルチレンズ３４の
レンズアパーチャやマルチ開口板４０の開口と同様に３
個しか図示されていないが、実際には電子ビームＭＢの
本数（１８本）に応じた数の検出器がそれぞれに対応し
た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３個の検出器を例にあげて説明するとにする。

【００３４】信号処理回路４４は、検出器４２Ａ，４２
Ｂ，４２Ｃ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。

【００３５】比較回路４６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。

【００３６】記憶部４８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。

【００３７】位置検出部５０は、試料台２６の水平面内
におけるＸ，Ｙ座標位置を計測するもので、ここでは試
料台２６の側面のＸ軸，Ｙ軸方向に延在形成された移動
鏡３０，３２に対向する外部位置にそれぞれ不図示のレ
ーザ干渉計が設けられ、それらのレーザ干渉計から移動
鏡３０，３２にレーザ光を照射してＸ軸方向とＹ軸方向
の距離を測定することにより、試料台２６の位置をリア
ルタイムで高精度（例えば、０．０１μｍ単位）に計測
することができる。

【００３８】１次電子偏向器制御部５２は、試料台２６
の座標位置を計測する位置検出部５０で検出した位置情
報に基づいて、マルチビームＭＢを同時偏向させる偏向
器１８の偏向量と偏向方向とを制御するものである。こ
れは、試料２４が振動するなどして本来の検査位置から
ずれた場合であっても、その試料のずれ量に応じてマル
チビームＭＢ側を偏向させることにより、試料２４の欠
陥検査位置（照射点２８）に正しく照射することが可能
となり、正確な欠陥検査を行うようにしたものである。

【００３９】２次電子偏向器制御部５４は、試料台２６
の座標位置を計測する位置検出部５０で検出した位置情
報に基づき、試料２４から放出されてマルチレンズ３４
の各レンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃで収束さ
れる２次電子ＳＢを偏向させる偏向器３６，３８の偏向
量及び偏向方向を制御するものである。例えば、マルチ
ビームＭＢの照射位置を変えない場合は、たとえ試料２
４の位置が振動などでずれたとしても、２次電子ＳＢの
発生する位置が変わらないため、マルチレンズ３４で収
束された２次電子ＳＢの光路が変わらず、検出器４２
Ａ，４２Ｂ，４２Ｃへの入射位置も変化しない。ところ
が、上述したように、試料２４が振動などで本来の検査
位置からずれた場合は、試料のずれ量に応じて１次電子
偏向器制御部５２でマルチビームＭＢを偏向させて照射
することにより、試料２４の欠陥検査位置（照射点２
８）に正しく照射するようにしたため、２次電子ＳＢの
発生位置（照射点２８）とマルチレンズ３４の相対位置
がずれてしまい、マルチレンズ３４で収束された２次電
子ＳＢの光路が変わって、検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２
Ｃに対する入射位置が変化する。このため、本実施形態
の２次電子偏向器制御部５４では、試料２４の位置ずれ
分だけ１次電子偏向器制御部５２によってマルチビーム
ＭＢを偏向させると、２次電子ＳＢの発生位置（照射点
２８）もその分（すなわち、試料２４の位置ずれ分）ず
れたのと等価になることから、マルチレンズ３４で収束
された２次電子ＳＢの光路のずれを試料２４の位置ずれ
に基づいて偏向器３６，３８で修正することにより、各
検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに正しく入射させること
が可能となり、正確な欠陥検査を行うことができる。

【００４０】試料台駆動機構５６は、試料を載置した試
料台２６をＸ，Ｙの２次元平面内で移動させるための駆
動機構であって、例えば、試料台２６のＸ軸，Ｙ軸方向
にはそれぞれボールねじが設けられ、このボールねじを
回転させることによって試料台２６をＸ軸あるいはＹ軸
方向に所定距離移動させたり、リニアモータ等を使って
試料台２６を駆動させたりするものなどがある。

【００４１】試料台駆動機構制御部５８は、試料台駆動
機構５６を制御して、試料台２６を所望の方向に駆動さ
せるものである。

【００４２】例えば、本実施形態において、図２に示さ
れるような複数の電子ビームＭＢを使う場合は、試料２
４上の各欠陥検査領域Ｒ毎に複数の電子ビームＭＢ１１
〜ＭＢ３６を偏向器１８で同時偏向させ、１つの欠陥検
査領域Ｒのラスタ走査が終了すると次の欠陥検査領域Ｒ
が来るように試料台２６を領域Ｒ分だけ順次ステップ移
動するように駆動制御させる。

【００４３】この他、図３に示されるように、複数の電
子ビームを試料２４上に照射した状態で（図３のＭＢの
照射位置）、試料台２６（試料２４も一体駆動）を一方
向（白抜き矢印Ｄ方向）に連続移動させつつ、これとほ
ぼ直交する他方向（白抜き矢印Ｅ方向）に順次ステップ
移動するように駆動制御させて、連続的な欠陥検査を行
うようにしてもよい。

【００４４】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。

【００４５】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）２４をＸ，Ｙの２
次元平面方向に移動可能な試料台２６上に載置した後、
欠陥検査の動作を開始する。

【００４６】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
って光軸にほぼ平行な電子ビームＰＢとされ、複数の孔
１６Ａが形成されたマスク１６に照射される。マスク１
６に照射された平行な電子ビームＰＢは、孔１６Ａ（１
８個の孔）を通過することによって１８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。

【００４７】このマルチビームＭＢは、偏向器１８によ
って偏向させることにより、マルチビームＭＢを試料２
４上でラスタ走査させたり、その照射位置を微妙にずら
すことができる。

【００４８】このマスク１６で形成されるマルチビーム
ＭＢは、１μｍ角のビーム幅を持ち、１０００μｍ（１
ｍｍ）ピッチで（６行×３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２０，２２を通過する際に
１／１０に縮小されて、欠陥検査対象である試料２４上
の回路パターンに結像される。

【００４９】マルチビームＭＢが試料２４上の回路パタ
ーンに照射されると、試料２４の各照射点２８から２次
電子ＳＢが放出される。各照射点２８から放出される２
次電子ＳＢは、試料２４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２次電子ＳＢ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２４上の一照射点２８から放
出された２次電子ＳＢ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４０の開口４０Ａを通って分別され
て、検出器４２Ａ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ＳＢは、レンズアパ
ーチャ３４Ｂ→開口４０Ｂ→検出器４２Ｂ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ＳＢは、レンズアパーチャ３４Ｃ→開口４０Ｃ
→検出器４２Ｃという経路を経て、個別に検出される。

【００５０】また、マルチレンズ３４とマルチ開口板４
０との間に設けられた偏向器３６，３８は、位置検出部
５０で検出された試料台２６の位置情報に基づいて２次
電子偏向器制御部５４で制御することにより、マルチレ
ンズ３４で収束された２次電子ＳＢを偏向させて、検出
器３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃの検出位置に確実に入射させ
ることができる。

【００５１】このように、各照射点２８から放出された
２次電子ＳＢは、各照射点２８に対応する検出器３８
Ａ，３８Ｂ，３８Ｃで検出されると、その検出信号が信
号処理回路４４で検出位置に対応させて信号処理が行わ
れる。この信号処理がなされた検出信号は、比較回路４
６で記憶部４８に記憶されている設計値通りのパターン
に関する参照データと比較することによって、欠陥検査
対象である回路パターンの欠陥の有無や欠陥位置等を高
精度に検出することができる。

【００５２】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２０，２
２側から試料２４を見た図であり、この図２では試料２
４面上に結像された１８本のマルチビームＭＢ１１〜Ｍ
Ｂ３６の照射パターンが示されている。ここでは電磁レ
ンズ２０，２２の縮小率が１／１０であるため、試料２
４上に結像されるマルチビームＭＢ１１〜ＭＢ３６のビ
ーム幅が０．１μｍ角となり、ビーム間ピッチが１００
μｍとなる。そして、偏向器１８の偏向量を試料２４上
でＸ，Ｙ方向にそれぞれ１００μｍとすると、試料２４
上において３００．１μｍ×６００．１μｍ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、試料台２６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２
４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内のラスタ走査を試料２
４を順次移動させながら繰り返し行うことにより、試料
２４上の所定領域の欠陥検査が終了する。

【００５３】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１８本のマルチビームＭＢ
１１〜ＭＢ３６を同時に使用し、これらをラスタ走査さ
せ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時間が
大幅に短縮されるため、欠陥検査のスループットを向上
させることができる。

【００５４】また、本実施形態では、マスク１６で形成
されたマルチビームＭＢを試料２４上に照射する際に、
１次電子偏向器制御部５２が位置検出部５０によって検
出された試料台２６の位置情報に基づいて試料２４のず
れ量とずれ方向とを演算し、この演算結果に応じて偏向
器１８のマルチビームＭＢの偏向量と偏向方向とを変化
させるように制御している。具体的には、マルチビーム
ＭＢを偏向させる位置とマルチビームＭＢが照射される
位置とではビームが１／１０に縮小されるため、試料２
４のずれ量に対してマルチビームＭＢの偏向量を１０倍
にする必要があるとともに、試料２４のずれ方向に対し
てクロスオーバーＣＯ位置を中心として対称方向に偏向
させる必要がある。このように、試料２４が振動等によ
って位置がずれても、１次電子偏向器制御部５２によっ
てマルチビームＭＢの照射点を試料２４の位置ずれ分だ
けずらすことにより、試料２４上の照射点に正しく照射
することが可能となり、高精度な欠陥検査行うことがで
きる。

【００５５】さらに、試料２４上の各照射点２８にマル
チビームＭＢが照射されると、各照射点２８から２次電
子ＳＢが放出され、マルチレンズ３４のレンズアパーチ
ャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃでそれぞれ収束されて、マル
チ開口板４０の開口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを通過し、
各検出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃで検出される。この
時、試料２４が振動等によって位置がずれると、上述し
たように、１次電子偏向器制御部５２により試料２４の
位置ずれ分だけマルチビームＭＢの照射位置をずらすこ
とで正しい照射点に照射することができるが、２次電子
ＳＢの放出位置もずれるため、マルチレンズ３４の各レ
ンズアパーチャ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃで収束されて検
出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに入射する際の２次電子Ｓ
Ｂの入射位置がずれてしまう。このため、本実施形態で
は、２次電子偏向器制御部５４が位置検出部５０によっ
て検出された試料台の位置情報に基づいて試料２４のず
れ量とずれ方向とを演算し、この演算結果に応じてマル
チレンズ３４で収束された２次電子ＳＢの光路を偏向器
３６，３８によって修正することにより、それぞれの検
出器４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの検出位置に正しく２次電
子ＳＢを入射させることができる。このように、試料２
４が振動等によって位置ずれしたとしても、マルチレン
ズ３４で収束された２次電子ＳＢを２次電子偏向器制御
部５４で偏向器３６，３８を偏向制御することにより、
各照射点２８に対応した２次電子ＳＢを個々の検出器４
２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの検出位置に正しく入射させるこ
とができるため、高精度な欠陥検査行うことが可能とな
る。

【００５６】また、上述のように欠陥検査中に試料台２
６が振動したとしても、１次電子偏向器制御部５２と偏
向器１８、あるいは２次電子偏向器制御部５４と偏向器
３６，３８とを用いることによって欠陥検査を精度良く
行えるようになったため、超高精度ステージを用いる必
要がなくなり、低コスト化することができる。

【００５７】また、マルチ開口板４０の開口４０Ａ，４
０Ｂ，４０Ｃ等の口径は、試料２４から２次電子ＳＢが
発生する際に、試料２４が予測可能な最大振動時に発生
した２次電子ＳＢをマルチレンズ３４で収束させてビー
ム化し、マルチ開口板４０に入射させる際のビーム幅と
ビームの振れ範囲とを考慮して、各２次電子ＳＢのビー
ムが通過可能な充分な径とすることによって、試料２４
がある程度振動しても確実な欠陥検査を行うことができ
る上、さらに２次電子偏向器制御部５４と偏向器３６，
３８とを併用すれば、予測を越える大きさで試料２４が
振動したとしても高精度な欠陥検査を行うことができ
る。

【００５８】また、本実施形態では、上述したようにマ
ルチビームＭＢを偏向器１８でラスタ走査させながら欠
陥検査する他、マルチビームＭＢを走査させながら、あ
るいは固定した状態で試料台２６側を試料台駆動機構５
６を用いて試料台駆動機構制御部５８を駆動制御しなが
ら、連続的に欠陥検査を行うようにしても良い。例え
ば、図３に示されるように、図２に示される複数の電子
ビームのうち、例えば、１列分のマルチビームＭＢ１１
〜ＭＢ１６を使って試料２４上に照射し（図３のＭＢで
示す照射位置）、この状態でマルチビームＭＢを図３に
示す紙面の上下方向に１００μｍずつ走査しながら試料
台２６（これに固定された試料２４も一体駆動される）
を一方向（白抜き矢印Ｄ方向）に連続移動させる。そし
て、図３に示される欠陥検査領域Ｋの端までマルチビー
ムＭＢが来ると、試料台２６を図３の紙面の上方向に６
００．１μｍずらすことにより、マルチビームＭＢが白
抜き矢印Ｅ方向にずれ、次のラインも同様にマルチビー
ムＭＢを図３の紙面の上下方向に１００μｍずつ走査し
ながら白抜き矢印Ｄ方向（図３の紙面右方向）に連続移
動させる。このように、マルチビームＭＢを走査しなが
ら、試料台２６側を試料台駆動機構５６を用いて試料台
駆動機構制御部５８により、一方向に連続移動させつ
つ、これとほぼ直交する他方向にステップ移動（試料台
２６側を駆動制御して、マルチビームＭＢを図３の矢印
ＭＬのように移動）させ、試料２４の欠陥検査領域Ｋ内
を欠陥検査するようにしても良い。本実施形態の欠陥検
査装置１０では、試料台２６を連続的に移動させながら
欠陥検査する際に、移動中の試料台２６の振動が伝わっ
て試料２４が振動しても、上述のように高精度かつ高ス
ループットで欠陥検査することが可能である。

【００５９】また、本実施形態の電磁レンズ２０，２２
は、クロスオーバーＣＯ位置を中心として、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配置された
相似形の２つの電磁レンズから成る対称磁気タブレット
型レンズを採用しているため、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されて低収差とな
り、ビームを細く収束できることから、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可能とな
る。

【００６０】また、本実施形態では、欠陥検査を行う試
料２４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と、マルチ開口板４０の開口４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ
とによって確実に分別され、各照射点に対応した検出器
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ等によって検出されるため、マ
ルチビームＭＢを偏向器１８で同時偏向させながら試料
２４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可能となる。

【００６１】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。

【００６２】さらに、上記実施形態の説明では、（６行
×３列）の１８個の孔１６Ａが形成されたマスク１６に
電子線を照射し、孔１６Ａを通過した１８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。

【００６３】

【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
に示す説明図である。

【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】試料台を移動させて欠陥検査する場合のマルチ
ビームＭＢの走査方向を示す図である。

【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マスク１８偏向器２０，２２電磁レンズ２４試料２６試料台２８照射点３４マルチレンズ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃレンズアパーチャ３６，３８偏向器４０マルチ開口板４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ開口４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ検出器５０位置検出部５２１次電子偏向器制御部５４２次電子偏向器制御部５６試料台駆動機構５８試料台駆動機構制御部ＭＢマルチビーム（電子ビーム）ＳＢ２次電子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｅ

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
を照射する荷電粒子線光学系と、前記試料からの荷電粒
子線を検出する荷電粒子線検出手段とを有し、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を走査させる荷電粒子線走査手段
と；前記試料を載置する試料台と；前記試料台の位置を
計測する位置計測手段と；前記位置計測手段の計測結果
に基づいて、前記荷電粒子線走査手段を制御する第１の
制御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】前記試料の荷電粒子線の各照射点から発
生した荷電粒子線を個別に収束させる複数の開口部が形
成された荷電粒子線収束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】前記荷電粒子線収束手段と前記荷電粒子
線検出手段との間に、前記荷電粒子線収束手段の各開口
部で収束された荷電粒子線毎に前記荷電粒子線検出手段
に導く複数の開口部が形成された開口部材をさらに備
え、前記開口部材の開口部の口径は、前記試料から発生した
荷電粒子線が前記荷電粒子線収束手段により収束されて
入射される線幅と、該荷電粒子線の振れ範囲とを考慮し
て荷電粒子線の通過可能な径とされていることを特徴と
する請求項２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】前記荷電粒子線収束手段と前記荷電粒子
線検出手段との間に設けられ、前記荷電粒子線収束手段
によって収束された各荷電粒子線を偏向させる偏向手段
と；前記位置計測手段の計測結果に基づいて前記荷電粒
子線検出手段の所定位置に前記荷電粒子線が入射される
ように前記偏向手段を制御する第２の制御手段とをさら
に備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の
欠陥検査装置。
【請求項５】前記試料台を一方向に連続移動させると
ともに、これとほぼ直交する他方向に対してステップ移
動させる移動手段をさらに備え、前記移動手段により前記試料台を移動させながら荷電粒
子線を前記試料に照射して前記パターンの欠陥を検査す
る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。