(57)【要約】  マルチビーム型の荷電粒子応用装置においては、像回転や倍率変化がマルチビームの配置、すなわち各ビームの視野の変動を引き起こし、試料に照射する電流量や入射エネルギーなどの照射条件を自由に制御することが容易ではない。試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、試料上に複数の荷電粒子線を形成するビーム形成部108と、試料に照射する複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御するエネルギー制御部と、試料に照射する複数の荷電粒子線のビーム電流を制御するビーム電流制御部と、複数の荷電粒子線が試料上に照射される配置を制御するビーム配置制御部を備える。ビーム形成部108は、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c、及び可動ステージ307で構成され、可動ステージ307により、複数の開口パターンセット304a~cを選択することにより、ビーム電流制御部、ビーム配置制御部として機能する。
2012081422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、
試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備えたビーム形成部と、
前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御するエネルギー制御部と、
前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線のビーム電流を制御するビーム電流制御部と、前記複数の荷電粒子線が前記試料上に照射される配置を制御するビーム配置制御部を備える、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項２】
請求項1に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部は、前記複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、
前記複数の開口パターンを持つ、3枚以上の電極からなるレンズアレイと、
前記ビーム分割電極及び前記レンズアレイを搭載する可動ステージで構成される、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項３】
請求項2に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記複数の開口パターンの各々は、複数の等しい開口間隔で配置された少なくとも3つ以上の開口から構成される、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項４】
請求項2に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記複数の開口パターンに含まれる任意の第一の開口パターンと任意の第二の開口パターンとの間隔は、前記第一の開口パターンを構成する開口間隔、前記第二の開口パターンを構成する開口間隔と比較して2倍以上である、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項５】
請求項1に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部は、前記複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、前記複数の開口パターンを持つ、3枚以上の電極からなるレンズアレイと、前記ビーム分割電極より上流に配置された上流偏向器と、前記ビーム分割電極より下流に配置された下流偏向器から構成され、
前記上流偏向器、前記下流偏向器はそれぞれ、2段以上の偏向器の組み合わせで構成される、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項６】
請求項1に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部は、前記複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、前記複数の開口パターンを持つ、3枚以上の電極からなるレンズアレイと、前記ビーム分割電極及び前記レンズアレイを搭載する可動ステージと、前記ビーム分割電極より上流に配置された上流偏向器と、前記ビーム分割電極より下流に配置された下流偏向器から構成され、前記上流偏向器、前記下流偏向器はそれぞれ、2段以上の偏向器の組み合わせで構成される、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項７】
請求項2に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部より下流に2つ以上の電磁レンズを備え、
前記電磁レンズのうち少なくともひとつは前記荷電粒子線を回転させる、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項８】
請求項2に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記可動ステージは、前記ビーム分割電極及び前記レンズアレイを平行移動に加えて回転方向に移動可能である、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項９】
請求項8に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部より下流に2つ以上の電磁レンズを備え、
前記2つ以上の電磁レンズの励磁の組み合わせにより、前記試料上に焦点を結ぶ条件を維持したまま倍率を制御可能である
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１０】
試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、
試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備えたビーム形成部と、
前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線の入射エネルギーと、ビーム電流と、前記試料上に照射される配置とを制御する制御部とを備える、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１１】
請求項10に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部は、前記複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、
前記複数の開口パターンを持つ、3枚以上の電極からなるレンズアレイと、
前記ビーム分割電極及び前記レンズアレイを搭載する可動ステージで構成され、
前記制御部は、前記可動ステージを可動することにより、前記複数の荷電粒子線のビーム電流及び前記試料上に照射される配置を制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１２】
請求項10に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記ビーム形成部は、前記複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、前記複数の開口パターンを持つ、3枚以上の電極からなるレンズアレイと、前記ビーム分割電極より上流に配置された上流偏向器と、前記ビーム分割電極より下流に配置された下流偏向器から構成され、
前記上流偏向器、前記下流偏向器はそれぞれ、2段以上の偏向器の組み合わせで構成される、
前記制御部は、前記上流偏向器、前記下流偏向器を制御することにより、前記複数の荷電粒子線のビーム電流及び前記試料上に照射される配置を制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１３】
試料の観察を行う荷電粒子線応用装置の荷電粒子線の照射方法であって、
試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備え、前記荷電粒子線を形成するビーム形成部と、前記装置を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御し、
前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線のビーム電流を制御し、
前記複数の荷電粒子線が前記試料上に照射される配置を制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線の照射方法。
【請求項１４】
請求項13に記載の荷電粒子線の照射方法であって、
前記制御部は、
前記ビーム形成部の前記複数の開口パターンの何れか一つを選択することにより、前記試料に照射する前記複数の荷電粒子線のビーム電流と、前記複数の荷電粒子線が前記試料上に照射される配置を制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線の照射方法。
【請求項１５】
請求項13に記載の荷電粒子線の照射方法であって、
前記制御部は、
前記複数の荷電粒子線を、前記荷電粒子線応用装置の光軸の周りに回転するよう制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線の照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線応用装置、特に荷電粒子線を利用した高感度、高効率な検査および計測技術に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体や磁気ディスクの製造プロセスにおいて、試料上に電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子線(以下、一次ビーム)を照射し、発生した二次電子等の二次荷電粒子(以下、二次ビーム)の信号を取得し、試料上に形成されたパターンの形状や寸法を測定する荷電粒子線測長装置、欠陥の有無を調べる荷電粒子線検査装置などが用いられている。このような荷電粒子先応用装置としては、従来、点状に絞った一次ビームを試料上で走査する、いわゆる走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)式の装置が使用されてきた。SEM式は、一次ビームの走査を二次元的に実施して像を得るために画像取得に長い時間を要するという特徴を持ち、試料を処理する速度、即ち検査速度の向上が課題である。この課題を克服するため、ビームの本数を複数にしたマルチビーム型、あるいはビームが通過するカラムの本数を複数にしたマルチカラム型の荷電粒子線応用装置が提案されている（特許文献1〜7参照）。例えば特許文献1では、単一の電子銃から放出される電子線を複数のビームに分割し、アレイ状に並べられたレンズにより個々に集束させることによって形成した複数のビームを、単一の光学素子を用いて試料上に照射、走査するマルチビーム型の電子線検査装置が開示されている。また、特許文献2では、複数の開口に電場あるいは磁場を界侵させた複数のイマージョンレンズを生成しビーム進行方向に並べることにより、複数のビームに対して個別の光学系を配置するマルチカラム型の荷電粒子線応用装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-317467号公報
【特許文献２】特表2006-510184号公報
【特許文献３】特開2009-009882号公報
【特許文献４】WO2002/049065号公報
【特許文献５】特開2005-251440号公報
【特許文献６】特開2008-215969号公報
【特許文献７】WO2010/082451号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したマルチビーム型やマルチカラム型では、複数本のビームを使用することにより、SEM式の数倍の速さで試料上の情報を得ることができ、ビームの本数が増えるほど検査速度が向上できるという利点がある。【０００５】
一方、荷電粒子線検査装置においては、材料やパターン寸法に応じて照射電流量や入射エネルギーを制御することが重要である。たとえば、厚い絶縁膜の試料では試料表面の帯電を避けるために照射電流を小さくし、レジスト試料では高エネルギー電子の入射によるシュリンクを避けるために入射エネルギーを低くする、などである。照射電流量の制御には、光学系に絞りを設け、その絞りの前後のレンズ強度の組み合わせを変化させることにより、絞りを通過する電流の密度を制御する電流制限絞り法が一般的に使用されている。電子銃内のサプレッサ電極や引き出し電極に印加する電圧を変化させてエミッション電流を制御する方法もあるが、電子源安定性の観点からあまり望ましくない。入射エネルギーの制御には、試料に鏡筒に対して負(或いは正)の電圧を印加することにより照射直前でエネルギーを制御するリターディング法が一般的に使用される。1次ビームの初期加速エネ
ルギーを変化させる方法もあるが、加速電圧毎に全光学系条件が変化し、そのたびに軸調整を実施する必要があり望ましくない。また、入射エネルギーを低くすると色収差が大きくなり、分解能維持の観点から開き角を小さくする必要があり、開き角、すなわち角度制限絞りの制御も必要となる。角度制限絞りの制御は、開口径の異なる複数の開口を有する可動絞りを機械的に動かすことにより開口を選択する方法が一般的にとられている。この制御によっても電流は変化するため、総合的な照射電流は、電流制限絞り法による制限と、角度制限絞りによる制限の組み合わせで決定される。【０００６】
マルチビーム型やマルチカラム型の装置においても上述の制御が必要である。マルチカラム型では各ビームに対して光学素子が個別に配置されているため両者ともに適用可能である。たとえば、特許文献2に記載されているように、各ビームに対して個別に開口を持
つコンデンサレンズの下流に各ビームに対して個別の絞りを配置し、コンデンサレンズの励磁を制御することによりビーム電流を調整することができる。【０００７】
これに対し、マルチビーム型では複数のビームが同一の光学素子を通過するため、レンズ強度やリターディング電圧の変化に伴う像回転や倍率変化がマルチビームの配置、すなわち各ビームの視野の変動を引き起こし、試料に照射する電流量や入射エネルギーなどの照射条件を自由に制御することが容易ではない。【０００８】
上述した従来技術のなかでも、例えば、特許文献3に示されるようにマルチビーム形成前であれば電流制限絞り法による照射電流量の調整が可能である。また、特許文献4には、照射電流量の調整法として電子源のエミッションを変化させる方法が記載されている。しかしながら、照射エネルギー制御による各ビームの視野の変動や、開き角の制御方法に関しては言及されていない。また、特許文献5には、リターディング法とマルチビームを形成する部分における電流制限方法の組み合わせが提示されているが、電流制限の際のビームはシングルビームであり、本発明における課題に該当しない。【０００９】
一方、特許文献6においては、複数の開口付電極をステージに搭載、移動させて、形成可能なマルチビームのうち検査に適するビームを選択して残りを遮断する方法が提案されており、マルチビームを形成する手段の一部をステージに搭載する方法が示唆されている。また、特許文献7には所望の帯電制御を実施するため、マルチビーム形成部に開口セットを複数作りこみ、偏向器と組み合わせて使用することにより条件に応じてマルチビームを形成する開口群を選択することを可能とした。【００１０】
本発明の目的は、これらの技術を応用し、試料に照射する電流量や入射エネルギーなどの照射条件を自由に制御することができるマルチビーム型の荷電粒子線応用装置、及びその照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を解決するため、本発明においては、試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する複数の開口パターンを備えたビーム形成部と、試料に照射する複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御するエネルギー制御部と、試料に照射する複数の荷電粒子線のビーム電流を制御するビーム電流制御部と、複数の荷電粒子線が試料上に照射される配置を制御するビーム配置制御部を備える荷電粒子線応用装置を構成する。【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備えたビーム形成部と、試料に照射する複数の荷電粒子線の入射エネルギーと、ビーム電流と、試料上に照射される配置とを制御する制御部とを備える荷電粒子線応用装置を構成する。【００１３】
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、試料の観察を行う荷電粒子線応用装置の荷電粒子線の照射方法であって、試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備え、荷電粒子線を形成するビーム形成部と、荷電粒子線応用装置を制御する制御部とを有し、制御部は、試料に照射する複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御し、試料に照射する複数の荷電粒子線のビーム電流を制御し、複数の荷電粒子線が試料上に照射される配置を制御する荷電粒子線の照射方法を提供する。【００１４】
すなわち、上記の目的を達成するため、本発明の好適な態様においては、試料の観察を行う荷電粒子線応用装置であって、試料上に複数の荷電粒子線を形成する、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備えたビーム形成部と、試料に照射する複数の荷電粒子線の入射エネルギーを制御するエネルギー制御部と、試料に照射する複数の荷電粒子線のビーム電流を制御するビーム電流制御部と、複数の荷電粒子線が試料上に照射される配置を制御するビーム配置制御部を備え、エネルギー制御部は試料に印加する電圧を制御する電源であり、ビーム電流制御部とビーム配置制御部はビーム形成部であり、ビーム形成部は複数の開口パターンを持つビーム分割電極と、複数の開口パターンを持つ3枚以上の電極からなるレンズアレイと、ビーム分割電極及びレンズアレイを搭載する可動ステージ、もしくはビーム分割電極より上流に配置された上流偏向器とビーム分割電極より下流に配置された下流偏向器とから構成され、ビーム分割電極の複数の開口パターンは、複数の等しい開口間隔で配置された少なくとも3つ以上の開口から構成される少なくとも2つ以上の開口パターンから構成され、複数の開口パターンに含まれる任意の第一の開口パターンと任意の第二の開口パターンとの間隔は、第一の開口パターンを構成する開口間隔と第二の開口パターンを構成する開口間隔との間隔と比較して2倍以上であり、第一の開口パターンの開口間隔と第二の開口パターンの開口間隔か、第一の開口パターン内の隣接する開口を結んだ直線が第一の開口パターンと第二の開口パターンを結んだ直線となす角と、第二の開口パターン内の隣接する開口を結んだ直線が第一の開口パターンと第二の開口パターンを結んだ直線となす角か、第一の開口パターンの開口径と第二の開口パターンの開口径のうち少なくともいずれか一つが異なる荷電粒子線応用装置を構成し、ビーム形成部の開口パターンを複数作りこみ、所望の入射エネルギーおよびビーム電流を実現するビーム形成部の開口パターンを選択することにより、照射条件を自由に制御することを可能とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い欠陥検出感度と高い検査速度を両立させ得る荷電粒子線応用装置、あるいは荷電粒子線の照射方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
.【００１７】
【図１】第1の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を説明する図である。
【図２】マルチビームにおける理想的な場合及び理想からずれた場合のラスタ走査の概略を説明する図である。
【図３Ａ】第2の実施例に係る、電子線検査装置におけるビーム形成部の概略図である。
【図３Ｂ】第2の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部を上方から見た概略図である。
【図４】第2の実施例に係るビーム分割電極の概略図である。
【図５】第3の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部の概略図である。
【図６】第4の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部の概略図である。
【図７】第5の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。
【図８】第6の実施例に係るビーム分割電極の概略図である。
【図９】第7の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第7の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部を上方から見た概略図である。
【図１１】検査対象であるウェハを本装置にロードしてから検査を終了するまでのフローチャートを示す図である。
【図１２】検査条件設定部を構成する検査条件設定画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の数々の実施例について、図面に基づき詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、電子線を使用した試料の観察・検査装置における実施例を示すが、イオンビームを使用する場合、また、計測装置や一般的な電子顕微鏡の場合においても本発明の効果は失わない。また、本明細書において、電子光学系を制御する光学系等の制御手段を、「制御回路」や「制御部」と称する場合がある点、留意されたい。
【実施例１】
【００１９】
本実施例は実施例2以降の実施形態に共通する本発明の基本的な内容を先立って説明するものである。【００２０】
図1は、第1の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。【００２１】
まず、装置構成について説明する。電子銃101は、仕事関数の低い物質よりなる電子源102、電子源102に対して高い電位を持つ陽極105、電子源と陽極の間に形成される加速電界に磁場を重畳する電磁レンズ104からなる。本実施例では、大きな電流が得やすく電子放出も安定したショットキー型の陰極を用いた。電子銃101から一次電子ビーム103が引出される下流方向には、レンズ107、ビーム形成部108、ビームセパレーター110、対物レンズ111、走査偏向用偏向器112、ステージ115、二次ビーム検出器117a,117b,117c等を配置して構成している。さらに、電子光学系には、ビーム電流制限用絞り、一次ビームの中心軸(光軸)調整用アライナ、収差補正器等も付加されている(図示せず)。ステージ115は上にウェハ114を載置して移動する。【００２２】
ウェハ114には後述するように負の電位(以下、リターディング電位と称する)を印加する。図示していないが、ウェハ114とステージ115の間にはウェハと導通の取れた状態でウェハホルダが介在し、このウェハホルダにリターディング電源116を接続してウェハホルダ、およびウェハ114に所望の電圧を印加する構成としている。【００２３】
ウェハ114から電子銃方向側には、接地電極113を設置し、リターディング電界領域を制限している。走査偏向用偏向器112には走査信号発生装置125を接続している。電子銃101、レンズ107、ビーム形成部108、ビームセパレーター110、対物レンズ111、リターディング電源116の各部には、光学系制御回路127が接続し、さらに光学系制御回路127にはシステム制御部123が接続している。ステージ115にはステージ制御装置126が接続し、さらに、二次ビーム検出器117a,117b,117c、走査偏向用偏向器112も同様にシステム制御部123に接続している。【００２４】
システム制御部123は、機能的には記憶装置120、演算部121、欠陥判定部122が配置され、画像表示装置を備えた入出力部124が接続されている。また、図示していないが、制御系、回路系以外の構成要素は真空容器内に配置しており、真空排気して動作させていることは言うまでもない。また、真空外からウェハをステージ上に配置するウェハ搬送系が具備されていることも言うまでもない。【００２５】
なお、システム制御部123は、より具体的には、演算部121である中央処理部や記憶装置120である記憶部を備えた構成とし、この中央処理部を上述の演算部121として記憶装置120に記憶されたプログラム等を実行させることにより、欠陥判定部122の機能、あるいは走査信号発生装置125、ステージ制御装置126、光学系制御回路127等の制御機能を行うことができる。本明細書において、このシステム制御部、システム制御部と入出力部124、更にはシステム制御部によって制御される走査信号発生装置125、ステージ制御装置126、光学系制御回路127等をも含め、制御部と総称する場合がある。更に、入出力部124は、キーボードやマウス等の入力手段と、液晶表示デバイスなどの表示手段が、入力部、出力部として別構成とされていても良いし、タッチパネルなどを利用した一体型の入出力手段で構成されていても良い。【００２６】
続いて、本実施例の装置におけるウェハパターン検査について説明する。電子源102から放出された一次ビーム103は、電磁レンズ104による集束作用を受けながら陽極105の方向に加速され、第一の電子源像106(ビーム径が極小になる点)を形成する。図示しないが、電子銃101には絞りを配置しており、所望の電流範囲の電子ビームが絞りを通過するように構成している。陽極105、電磁レンズ104の動作条件を変えれば、絞りを通過する一次ビームの電流量を所望の電流量に調節することが可能となっている。また、図示しないが電子銃101とレンズ107の間には一次電子ビームの光軸を補正するアライナが配置され、電子ビームの中心軸が絞りや電子光学系に対してずれている場合に補正できる構成となっている。第一の電子源像106を光源としてレンズ107は一次ビームを略平行に整える。【００２７】
本実施例においてレンズ107は電磁レンズであり、システム制御部123から指令を受けた光学系制御回路127によって電気的に制御される。一次ビーム103はビーム形成部108に入射し、個別に集束してマルチビームとなる。図1の装置構成においては、マルチビームの本数が3本の場合が例示されており、複数の第二の電子源像109a,109b,109cが形成される。【００２８】
ビーム形成部108により個別に集束された一次ビーム103は、ビームセパレーター110内を通過する。ビームセパレーター110は、一次ビーム103と二次ビーム128を分離する目的で使用され、本実施例においては、一次ビームの入射方向に対して概略垂直な面内に互いに直交する磁場と電場を発生させ、通過する電子に対してそのエネルギーに対応した偏向角度を与えるウィーンフィルターを採用した。本実施例においては、一次ビームが直進するように磁場と電場の強さを設定し、さらに、反対方向から入射する二次電子ビームに対しては所望の角度に偏向するように電磁場の強さを調節・制御する。対物レンズ111は電磁レンズであり、第二の電子源像109a,109b,109cを試料であるウェハ114の表面に縮小投影する。【００２９】
走査偏向用の偏向器112は対物レンズ111中に設置されている。走査信号発生装置125により偏向器112に信号が入力されると、中を通過する3本の一次ビームは、略同一方向に且つ略同一角度だけ偏向作用を受け、試料であるウェハ114の表面をラスタ走査する。システム制御部123はウェハ114の表面の所定の領域を検査すべく、走査信号発生装置125およびステージ制御装置126を統一的に制御し、予めキャリブレーションが施されている。【００３０】
マルチビームにおける理想的なラスタ走査の概略に関し、図2の(a)を使用して説明する。図2においてはマルチビームの本数を5本としたが、マルチビームの本数によらず同様の説明が可能である。図2の(a)は一次ビームが試料表面到達時に理想的に配置された場合のラスタ走査を説明する図である。5本の一次ビーム200a、200b、200c、200d、200eの試料上における軌跡をそれぞれ矢印で示した。任意の時刻において、5本の一次ビーム200a~eの位置をステージ進行方向に対して垂直な方向に投影したときの一次ビーム間隔202a、202b、202c、202dは等しい。走査偏向用偏向器112により、一次ビーム200a、200b、200c、200d、200eは、それぞれ偏向幅201a、201b、201c、201d、201eで試料であるウェハ114上をラスタ走査する。このとき、偏向幅201a~eは等幅であり、ビーム間隔202a~dと等しい。同時に、ステージ115は、図中矢印で示したステージ進行方向に連続移動し、5本の一次ビームによってビーム間隔202a~d或いは偏向幅201a~eの5倍の視野幅203が余すところなく走査され、各ビームに対応した複数の帯状領域が通過した範囲、すなわちステージ進行方向に並んだ1ストライプずつが検査される。尚、マルチビームの本数によらず、複数の一次ビームで試料上を余すところなくラスタ走査可能である。【００３１】
ウェハ114にはリターディング電源116によりリターディング電位が印加され、ウェハ114の表面近傍では一次ビームを減速させるリターディング電界が形成される。リターディング電源116は他の光学素子、即ち、電子銃101、レンズ107、ビーム形成部108、ビームセパレーター110、対物レンズ111と同様に、光学系制御回路127を介してシステム制御部123により統一的に制御される。【００３２】
ウェハ114の表面に到達した3本の一次ビームは、表面付近の物質と相互に作用する。これにより、反射電子、二次電子、オージェ電子等の二次的な電子が試料から発生し、二次ビーム128となる。【００３３】
二次ビーム128は、対物レンズ111の集束作用を受け、さらに二次ビームに対しては偏向作用を持つビームセパレーター110により、一次ビームの軌道と分離される。各マルチビームによる信号を混在させずに取得するため、二次電子ビーム128は、各ビームと対応する複数の二次ビーム検出器117a、117b、117cに、混在せず、それぞれ分離した状態で到達する。検出された信号は増幅回路118a、118b、118cにより増幅され、A/D変換機119によりデジタル化され、システム制御部123内の記憶装置120に画像データとして一旦格納される
。その後、演算部121が画像の各種統計量の算出を行い、最終的には欠陥判定部122が予め求めておいた欠陥判定条件に基づき欠陥の有無を判定する。これらは、上述した中央処理部のプログラム処理で実現可能である。判定結果は入出力部124の画像表示装置に表示される。以上の手順で、ウェハ114内の検査すべき領域を端から順にパターン検査できる。【００３４】
続いて、本実施例において、エネルギー制御部、ビーム電流制御部、ビーム配置制御部により、荷電粒子線（ビーム）の入射エネルギー、照射電流、及びマルチビーム配置を制御する方法について説明する。上述したように、ウェハ114にはリターディング電源116によりリターディング電位が印加され、一次ビームはウェハに対してリターディング電圧分だけ加速電位より減速されてウェハ114に入射する。このリターディング電圧の制御により、入射エネルギーを制御することが可能となる。すなわち、電圧が制御可能なリターディング電源は、エネルギー制御部として機能する。このリターディング電圧の変動は焦点ずれを発生させ、この焦点ずれは、マルチビームを形成するビーム形成部108以降のレンズの強さを調整することによって補正する必要がある。本実施例においてはビーム形成部108以降のレンズとは対物レンズ111であり、対物レンズ111の強さを調整することで焦点ずれを補正した。ここで、対物レンズ111の強さを調整することにより像の回転量や倍率が変化し、マルチビームの配置、すなわち各ビームの視野が変動する。この様子を上述した図2を使用して更に説明する。【００３５】
簡単のため、図2においてはマルチビームの本数を5本としたが、マルチビームの本数によらず同様の説明が可能である。図2の(a)に示す理想的な場合に関しては上述を参照されたい。一次ビームが試料表面において理想的な配置からはずれると、図2の(a)のように切れ目や重なりなくラスタ走査することができなくなる。一次ビームの配置ずれの例を図2の(b)及び(c)に示す。【００３６】
図2の(b)は対物レンズ111の強さを変化させたことにより一次ビームが理想的な配置から回転した場合である。5本の一次ビーム200a~eの位置をステージ進行方向に対して垂直な方向に投影したときの一次ビーム間隔202a~dは、図2の(a)と違い等幅ではない。偏向幅201a~e及び偏向方向(ステージ進行方向に対して垂直な方向)が図2の(a)と同一であるとすると、一次ビームが二重に照射される領域204、また、一次ビームが照射されない領域205が発生する。更に、視野幅203は図2の(a)より狭くなる。偏向幅201a~eを図2の(a)より広くとれば、一次ビームが照射されない領域205はなくなるが、二重に照射される領域204が増加する。逆に、偏向幅201a~eを図2の(a)より狭くとれば、一次ビームが二重に照射される領域204はなくなるが、照射されない領域205が増加する。【００３７】
図2の(c)は対物レンズ111の強さを変化させたことにより倍率が大きくなり、一次ビームが試料表面において理想的な配置より拡がった場合である。偏向幅201a~e及び偏向方向 (ステージ進行方向に対して垂直な方向)は図2の(a)と同一であるとすると、視野幅203は図2の(a)より拡がるが、一次ビームが照射されない領域205が発生する。偏向幅201a~eを図2の(a)より広くとれば、一次ビームが照射されない領域205はなくなり、切れ目なく検査を行うことが可能となる。しかし、一次光学系の総合の倍率が高くなるためビーム径を十分に絞れなくなる、また、偏向幅201a~eの拡大により偏向収差が増大する、などの原因により、所望の分解能を得られない可能性がある。逆に、一次ビームが試料表面において理想的な配置より狭い場合は、図示しないが、一次ビームが二重に照射される領域が増大する。偏向幅を狭めれば切れ目なく検査を行うことが可能だが、視野幅が狭まるという問題が発生する。【００３８】
そこで、入射エネルギーの制御に伴う理想的なビーム配置からのずれを補正するため、照射エネルギーに対する対物レンズ111の強さ、回転量、倍率を求めておき、ウェハ114表面におけるビーム配置がどの照射エネルギーを選んだ場合も同一になるよう、ビーム形成部108におけるビーム配置を照射エネルギーに応じて変化させる。このとき、同時にビーム形成部108で形成するマルチビームの電流量も変化させることにより、照射電流を制御
することが可能となる。これにより、入射エネルギー、照射電流、及びマルチビーム配置が制御できた。すなわち、本実施例において、ビーム形成部108は、ビーム電流制御部、ビーム配置制御部として機能する。【００３９】
実施例2〜4は、実施例1において、ビーム形成部108でビーム配置及び照射電流を制御する制御手段に関する具体例及び試料を観察する手順を示すものである。以下の実施例においてはビーム形成部108について詳細に説明し、その他の基本的な装置構成は実施例1を参照されたい。
【実施例２】
【００４０】
第2の実施例は、上述のように第1の実施例で詳述した基本構成を備え、特にそのビーム形成部108のより具体的な実施形態を有する電子線検査装置に係わる。【００４１】
図3A,図3Bは、第二の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部108をそれぞれ、横から及び上から見た概略図である。本実施例においては、ビーム形成部108を、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c、及び可動ステージ307で構成し、ビーム形成部108の上流には絞り301を配置した。ビーム分割電極302、開口レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cは互いに対応する位置に複数の開口を有する電極である。可動ステージ307はステージ制御装置308を介してシステム制御部123に接続され、システム制御部123により制御される。【００４２】
本実施例のビーム形成部108において、一次ビーム103からマルチビームが形成される方法について説明する。一次ビーム103がビーム分割電極302に到達すると、ビーム分割電極302の開口部以外に到達した電子は遮断される。開口部に到達した電子のみがビーム分割電極302よりも下流に通過し、複数の分割された一次ビーム306a、306b、306cに分割され、レンズアレイ上部電極303aに到達する。レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c各電極に電圧を印加すると、電極開口部では電場がしみ出すため、静電レンズとして機能する。この3枚の電極の各開口はビーム分割電極302の開口と対応するため、各ビームに対して個別のレンズとなる。本実施例においては、レンズアレイ上部電極303a及びレンズアレイ下部電極303cの2枚は接地し、レンズアレイ中間電極303bにレンズ電源305から負電圧を供給・印加するアインツェルレンズを採用した。これにより、一次ビーム103は、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cを通過することによりマルチビームとなり、第二の電子源像109a〜109cを形成する。【００４３】
ここで、実施例1で説明したとおり、試料への入射エネルギーに対する光学系変化に伴い、光学系倍率、すなわちマルチビームの間隔や、マルチビーム配置の回転量が変化する。一方、形成されたマルチビームの配置は、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cの開口のパターンに依存する。また、照射電流はビーム分割電極302の開口を通過する電流量、すなわちビーム分割電極302の開口径で決定される。従って、各電極に開口パターンを複数設けておき使用する開口パターンを切り替えれば、マルチビームの配置を変更することができる。本実施例においては9種類の開口パターンを各電極に設け、図3A,3Bには、そのうち3種類の開口パターンセット304a、304b、304cを示した。なお、開口パターンセットとは、図3Aに示す通り、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cの対応する開口パターンを纏めた名称である。【００４４】
図3A,3Bにおいては開口パターンセット304bを選択し、開口パターンセット304a及び304cは選択しない例について示した。ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cは可動ステージ307上に搭載されているので、開口パターンセットを切り替えるには、可動ステージ307を制御して所望の開口パターンセットが絞り301により選択される位置に移動すればよい。本実施例においては、可動ステージ307の制御を、ビーム電流制御部及びビーム配置制御部の一部として機能するステージ制御部308が実行する。【００４５】
一次ビーム103が選択した開口パターンセット以外に照射されると、試料においても照射予定ではない領域に電子ビームが照射されることになり望ましくない。そこで、本実施例においては、ビーム形成部108の上流に絞り301を配置し、開口パターンセット304bのみに一次ビーム103が照射される構成をとった。尚、本実施例においては絞り301はビーム形成部の直上に配置したが、試料上の照射領域を制限する条件をとることができれば別の場所に配置してもよい。また、本実施例において、各開口パターンセットの間隔は、開口パターン内の開口間隔と比較して2倍以上離れた位置に配置することにより、隣接する開口パターンセットの開口に一次ビーム103が照射されにくいようにすることもできる。【００４６】
図3Bはビーム形成部108を上方から見た図である。ステージ307にはXY可動機構、すなわちX方向レール331a及びY方向レール331bが設置されており、その交点に電極330(図3Aにおけるビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c)が搭載されている。レール間には空間が開いているので電子ビームは電極330を通過することが可能である。X方向レール331aはX方向モータ332aにより駆動され、Y方向レール331bはY方向モータ332bによりそれぞれ駆動される。X方向モータ332a及びY方向モータ332bはステージ制御装置308に接続されており、ステージ制御装置308が信号を送信することによって電極330を所望の位置に移動できる。なお、図3Aに記載のとおり、電子ビームを通過させる際にはレンズ中間電極303bにはレンズ電源305から電圧を印加するが、ステージ移動時の際にはこの電圧をOFFとすることが望ましい。【００４７】
続いて、図4を用いて、開口パターンセットについて説明する。図4に、本実施例に用いる、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを備えるビーム分割電極の平面図を示した。図4はビーム分割電極302を図3A,3Bにおける紙面上方から見たときの概略
図である。なお、図示しないが、本実施例においてはレンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cの開口パターンは同一であり、各開口パターンはビーム分割電極302の開口パターンと対応した配置となっている。また、レンズ
アレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cの開口径はどのパターンにおいても同一とし、ビーム分割電極302の開口径に対して1.1倍以上の大きさとした。ただし、開口径や開口形状が上記と異なる場合においても本発明の効果は失われない。また、本実施例においては、開口パターンセットを9種類としたが、開口パターンセットの数によらず、その効果は失われない。【００４８】
同図の開口パターン402〜409は、開口パターン401を基準としてマルチビームの配置を変更するための代表的な9種類の、互いに間隔の異なる開口を有する、ビーム分割電極上の複数の開口パターンの配置である。尚、本実施例においては、全ての開口パターンは開口数が5個であり、一次ビームを5本に分割する。【００４９】
開口パターン402は開口パターン401に対してパターンの配置を角度θだけ回転させたものであり、光学系変化に伴うマルチビームの回転量の変化をパターン配置の回転により補正する。開口パターン403は開口パターン401の開口の間隔がaであったのに対して開口の間隔をa’に変更した異なる間隔を有する開口であり、光学系倍率の変化に伴うマルチビームのビーム間隔の変化をパターン間隔の変化により補正する。開口パターン404は開口パターン401の開口径がbであったのに対して開口径をb’に変更したもので、ビーム分割電極302を通過する一次ビーム103の電流量を(b’/b)の二乗倍にする。【００５０】
開口パターン405は回転と倍率の補正を組み合わせたもので、開口パターン401に対してパターン配置が角度θだけ回転し、更に開口の間隔をa’に変更している。開口パターン406は回転の補正と電流量の増加を組み合わせたもので、開口パターン401に対してパターン配置が角度θだけ回転し、更に開口径をbに変更した。開口パターン407は倍率の補正と電流量の増加を組み合わせたもので、開口パターン401に対して開口の間隔をa’に変更し、更に開口径をbに変更した。【００５１】
開口パターン408、409は回転と倍率の補正、およびと電流量の変化を組み合わせたものである。開口パターン408は、開口パターン401に対してパターン配置が角度θだけ回転、開口の間隔をa’に変更、更に開口径をbに変更したものである。開口パターン409は、開口パターン401に対してパターン配置が角度θ’だけ回転、開口の間隔をa’’に変更、更に開口径ををb’’に変更したものである。【００５２】
このように、本実施例においては、上述したビーム形成部108、ステージ制御部308、システム制御部123、光学系制御回路127等から構成されるビーム電流制御部及びビーム配置制御部により、マルチビーム配置の回転、倍率の変化、及び電流値の制御を、互いに間隔等の異なる開口を有する、複数の開口パターンの選択によって実施できる。尚、本実施例においては、回転量、倍率変化、開口径に関し、代表的な9種類の開口パターンの構成を例にとって示したが、それ以外の場合においてもその効果は失われない。上述の通り、各開口パターンセットの間隔を、開口パターン内の開口間隔と比較して2倍以上離れた位置に配置させ、隣接する開口パターンセットの開口に一次ビーム103が照射されにくいようにすることができる。より具体的には、複数の開口パターン401〜409に含まれる任意の第一の開口パターン（例えば、開口パターン401）と、任意の第二の開口パターン（例えば、開口パターン404）との間隔を、第一の開口パターンや第二の開口パターンをそれぞれ構成する開口の開口間隔と比較して2倍以上とするなどである。【００５３】
続いて、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順を図11を使用して説明する。図11は、検査対象であるウェハを本装置にロードしてから検査を終了するまでのフローチャートである。オペレーターはレシピ作製の際、この手順に基づき最適条件を決める。レシピとは、検査を実施する際必要となる電子光学条件や検査対象であるウェハの情報及び検査結果等のデータを意味し、記憶装置120に格納される。【００５４】
オペレーターは、画像表示装置を備えた入出力部124を介して検査を開始し、画像表示装置の指示に従い、検査対象であるウェハをロードする(図11中、ステップ1101)。ロードが完了すると、画像表示装置には図12にその一例を示す検査条件設定部1201を構成する検査条件設定画面が現れる。以下、特に断らない場合は図12を参照する。オペレーターは照射電流量、入射エネルギーと、検査に伴うほかの条件を検査条件設定部1201のプルダウンから選択して設定する(ステップ1102)。本実施例においては、ほかの条件としてサンプリングクロック(1画素あたりの信号取得速度)、画素サイズ、視野サイズ、加算回数を示した。全ての項目の設定を終了して決定ボタン1202を押すと、開口パターン表示部1203から設定した条件に対して最適な開口が決定され、決定された開口パターンの番号が確認画面1204に表示される(ステップ1103)。【００５５】
開口パターンが決定され、既に説明したようにマルチビームの位置が制御されると、調整用にあらかじめ備えられているマークを観察できる位置までステージ115が移動して各マルチビームによる観察が実施され、確認画面1204内の観察結果画面1205にSEM画像を表示する。演算部121は観察結果画面1205に表示されたSEM画像をもとに、各マルチビームによるSEM像の理想からのずれを測定し、確認画面1204内のずれ量表示部1206にその値を表示する(ステップ1112)。演算部121は測定されたずれ量が許容範囲内かどうかを判定して許容範囲確認ボックス1207に結果を表示し、OKを選択することで検査条件の設定が完了する(同ステップ1104)。本実施例においては、ずれ量としてX、Yの中心座標からのずれ、X、Y各方向への回転方向のずれ及び視野の大きさの理想からのずれを測定し、許容範囲は理想値からのずれ1画素以下とした。尚、確認画面1204でCancelを選択した場合には、検査条件設定部1201の再設定、あるいは開口パターン1203から自分で所望の開口パターンの選択を実施してもよい。設定した検査条件はシステム制御部123の記憶装置120に格納され、検査実行時には格納された検査条件に基づき、システム制御部123から各種制御回路に制御信号が伝えられる。【００５６】
照射条件の決定後、オペレーターは焦点補正量及びレイアウトの設定、アライメント、検査領域の設定、キャリブレーション等の検査準備を実施する(ステップ1105)。なお、焦点補正量は、検査中のステージの高さ変動や電子線の照射による帯電量変化などに起因する焦点変動をレンズやアライナ等の制御により補正するために設定する。レイアウトは検査対象であるウェハ内のパターン配列に合わせ、検査チップ及びチップ内のセル配置の座標管理ために使用される。アライメントとは、ウェハをウェハホルダに搭載した際に発生する微小な配置ずれを補正するための処理を示す。キャリブレーションは、検査時の画像の明るさとコントラストを調整するために、画像を取得し、その明るさの分布により信号量に応じてゲイン調整及び明るさ補正を実施するものである。設定した各種パラメータは、同様に記憶装置120に格納され、検査実行時には格納された各種パラメータは、システム制御部123から制御信号として、光学系制御回路127等に伝えられる。【００５７】
検査準備が完了したら、欠陥を検出するための画像処理条件を設定して画像を取得し、欠陥と判定する閾値を設定する(ステップ1106)。取得画像内で、入力した閾値を元に欠陥と判定された箇所の画像を画像表示装置に表示させ、実際に欠陥を検出しているかどうか、誤検出があるかどうかを確認の上、閾値を適切な値に調整する。閾値の入力、画像処理実行、欠陥検出及び誤検出状況の確認、閾値の再入力を繰り返し、最適な検査条件を決定する。この一連の作業(ステップ1107)をテスト検査と呼ぶ。尚、画像処理演算は演算部121が実行する。閾値は複数の項目の閾値の組み合わせとする場合もあり、欠陥の判定は欠陥判定部122が実行する。いずれも上述した処理部である中央処理部のプログラムの実行によって実現できる。ここで設定した各種パラメータは、記憶装置120に格納される。【００５８】
図11におけるステップ1108において欠陥が正しく検出され、誤検出なしと判断されると、検査に必要な全ての条件出しが完了となる。図11におけるステップ1108の判断は、オペレーターが手動で実施してもよいし、あらかじめ判定条件を定めておき、自動的に判定してもよい。【００５９】
画像表示装置には、そのまま続けて検査を実施するかどうかの選択画面が表示されるので、オペレーターは必要に応じて判断する(ステップ1109)。図11において、キーボードやマウスなどを用いて、ステップ1109で「はい」を選択すると、ステップ1109までに設定した全ての条件が記憶装置120より読み出されてシステム制御部123から各種制御部に信号が送られ、検査が実行される(ステップ1110)。検査結果は、上述の条件と合わせてレシピファイルとして保存され(ステップ1111)、検査終了となる。尚、ステップ1109において「いいえ」を選択した場合においては、検査結果を含まない状態でレシピファイルとして保存される。【００６０】
尚、図12にその一例を示した検査条件設定部を構成する検査条件設定画面は、この例に限定されることなく、色々な変形を取りうることは言うまでもない。
【実施例３】
【００６１】
実施例2においては、開口パターンセットの切り替えのために、一次ビーム103は動かさずに、可動ステージ307により開口パターンセットの位置を移動して実施した。本実施例においては、開口パターンの位置は動かさずに、一次ビーム103がビーム分割電極302に照射される位置を電磁的な偏向により移動させることによって実施する。【００６２】
図5は第3の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部108の概略図である。一次ビーム103がビーム形成部108においてマルチビームに形成される方法、また、ビーム分割電極302の開口パターンは実施例2と同様であるので説明を割愛する。本実施例においては、ビーム形成部108を上流偏向器501a及び501b、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c、下流偏向器502a及び502b、で構成し、ビーム形成部108の上流に絞り301を配置した。絞り301、ビーム分割電極302、開口レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cに関しては実施例2と同様であるので、そちらの説明を参照されたい。また、上流偏向器501a及び501b、下流偏向器502a及び502bは光学系制御回路127を介してシステム制御部123に接続され、システム制御部123により制御される。【００６３】
上流偏向器501a及び501b、下流偏向器502a及び502bは一次ビーム103をビームシフトさせるために使用する。二段の上流偏向器の上段偏向器501aと下段偏向器501bの偏向方向を逆向きにして同じ強度で振り戻すことにより、上下段の偏向支点位置の差の分だけビームをシフトさせ、開口パターンを選択することができる。偏向器501a及び501bをオフした状態では開口パターンセット304bが選択され、図5に示した状態においては開口パターンセット304cが選択される。開口パターンセットが選択されたあと、下流偏向器502a及び502bを使用して再度ビームは光軸上に戻される。二段の下流偏向器の上段偏向器502aと下段偏向器502bの偏向方向は上流偏向器と同様に、逆向きにして同じ強度で振り戻してビームをシフトさせる。これは、レンズにより発生する収差が軸に近いほど抑制できることを考慮し、ビーム形成部より下流の光学系、すなわち本実施例においては対物レンズの収差を抑制するために実施する。そなわち、本実施例においては、上流偏向器501a及び501b、下流偏向器502a及び502bもビーム電流制御部、ビーム配置制御部の一部として機能する。【００６４】
以上に示したように、本実施例によれば、開口パターンセットそのものを移動しなくても、電気的な偏向器によるビームシフトを利用すれば複数の開口セットを選択可能となる。尚、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順は実施例2で図11を用いて説明した手順と同様であり、ここでは説明を割愛する。
【実施例４】
【００６５】
実施例2においてはビーム形成部108の開口パターンの選択を可動ステージ307の移動により機械的に実施し、実施例3においては上流偏向器501a及び501bと下流偏向器502a及び502bにより電気的に実施した例を示した。機械的制御は移動距離が大きい場合には有利である反面、微調整が難しく、逆に、偏向器による電気的な制御による微調整は比較的容易であるが長距離のビームシフトは難しいという特徴がある。そこで、第4の実施例においては機械的手法による粗調整及び電気的な手法による微調整を組み合わせ、互いの欠点を補った例に関して説明する。【００６６】
図6は第4の実施例に係る電子線検査装置におけるビーム形成部108の概略図である。本実施例においては、ビーム形成部108を上流偏向器501a及び501b、ビーム分割電極302、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303c、可動ステージ307、下流偏向器502a及び502bで構成し、ビーム形成部108の上流に絞り301を配置した。絞り301、ビーム分割電極302、開口レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303b、レンズアレイ下部電極303cに関しては実施例2の説明を参照されたい。また、可動ステージ307はステージ制御装置308に、上流偏向器501a及び501bと下流偏向器502a及び502bは光学系制御回路127にそれぞれ接続され、ステージ制御装置308及び光学系制御回路127はシステム制御部123に接続され、システム制御部123により制御される。可動ステージ及び偏向器の詳細に関しては実施例2及び3をそれぞれ参照されたい。【００６７】
所望の開口パターンセットを選択するため、可動ステージ307を制御して所望の開口パターンセットが絞り301により選択される位置に移動する。本実施例においては、開口パターンセット304bを選択した。ここで、可動ステージ307の移動により開口パターンセットを移動しても、そのパターンセットが絞り301により選択される位置に丁度入るためにはステージの位置の微調整が必要である。図6は可動ステージ307により位置の粗調整を実施した後、上流偏向器501a及び501bによる微調整で開口パターンセット304bを選択した場合である。実施例3と同様に、下流偏向器502a及び502bにより再度ビームは光軸上に戻される。実施例3においては、異なるパターンセットを選択するためには、1パターン分という長距離をビームシフトする必要があり、歪や収差などが問題となるが、本実施例においては粗調整を可動ステージ307の移動により実施したため、電気的な偏向量を小さくでき、その問題を解決することができる。【００６８】
尚、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順は実施例2で説明した図11の手順と同様である。
【実施例５】
【００６９】
実施例2〜4においては、図4に示したようにマルチビームの回転量の制御を、選択したい回転量に対応する回転角を複数の開口パターンに作りこむことで実施した。しかしながら、この方法では、作りこんだ回転角以外に対応できず、選択可能な回転量には制限がある。そこで、第5の実施例においては、複数の開口パターンの回転角の作りこみのほかに、更に回転制御機構を設けた例を示す。【００７０】
図7は、第5の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。殆どの構成は第1の実施例の基本構成と同一であり、異なるのは、ビーム形成部108とビームセパレーター110の間に電磁レンズ701が挿入されている点である。先の実施例1の基本構成と同一の内容に関しては実施例1の説明を参照されたい。また、図7におけるビーム形成部108は、図3A、3B、5、6に示すいずれかの構成である。これらに関しては、実施例2、3、4をそれぞれ参照されたい。【００７１】
電磁レンズ701はビームの収束作用に比べて回転作用が大きい電磁レンズである。これは、光軸に沿う方向に十分広い磁場分布を持たせることで実現可能である。これにより、電磁レンズ701は、光学系の倍率をほとんど変化させることなく、マルチビームの回転量を変化させることが可能である。すなわち、開口パターン選択による回転角の設定と電磁レンズ701による回転レンズ作用の変化により、マルチビームの回転量を自由に制御することが可能となった。【００７２】
尚、本実施例においては、電磁レンズ701の場所をビームセパレーター110と対物レンズ111の間としたが、それ以外の場所に配置した場合においても発明の効果は失わない。【００７３】
尚、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順は実施例2で説明した図11に示した手順と同様である。
【実施例６】
【００７４】
実施例2〜5においては、ビーム形成部108には、開口パターンの回転角、開口ピッチ、開口径が異なる複数の開口パターンを作りこみ、所望の条件と一致するものを選択することにより制御を実施した。本実施例においては、回転角の異なるパターンは形成せず、開口径と開口ピッチのみ変化させて開口パターンを形成させることにより、入射エネルギー、照射電流、及びマルチビーム配置を制御できる検査装置を提供する。【００７５】
第6の実施例に係る装置構成概略は、図1或いは図7に示した構成のいずれかであり、ビーム形成部108の概略は図3A、3B或いは図6で示される。図10は本実施例においてビーム形成部108を上方から見た図である。図10はステージ307とXY可動機構、すなわちX方向レール331a及びY方向レール331bとの間に回転機構1001を配置していること以外の構成は図3Bと同様である。回転機構1001は回転方向モータ1002により回転方向(図10中にはRで記載)に駆動され、搭載物を任意の角度で回転することが可能である。【００７６】
回転機構1001よりXY可動機構331a,331bが上にあるため、XY可動機構により任意の開口パターンを選択した状態で回転機構により角度制御が可能である。なお、回転機構1001は中心部に開口を設け、電子ビームは電極330を通過できるようにした。回転方向モータ1002、X方向モータ332a及びY方向モータ332bはステージ制御装置308に接続されており、ステージ制御装置308が信号を送信することによって電極330を所望の角度だけ回転し、所望の位置に移動できる。なお、図3A、あるいは図6に記載のとおり、電子ビームを通過させる際にはレンズ中間電極303bにはレンズ電源305から電圧を印加するが、ステージ移動の際にはこの電圧をOFFとすることが望ましい。【００７７】
上述のとおり、本実施例においては可動ステージ307は移動機能に加え回転機能を有する。すなわち、ビーム形成部108に関して実施例2、4、5と異なる点は、可動ステージ307が回転機能を有する点である。同一の内容に関しては実施例2、4、5を参照されたい。【００７８】
本実施例においては、可動ステージ307の回転により、開口パターンの角度は自由に変化可能である。従って、本実施例においては、開口パターンに角度の変化を作りこまなくてもマルチビームの回転量を制御することが可能であり、結果として、開口パターンの開口径と開口間隔の種類を多くできる。【００７９】
図8は、本実施例のビーム分割電極302を図3Aあるいは図6における紙面上方から見たときの概略図である。なお、レンズアレイ上部電極303a、レンズアレイ中間電極303bレンズアレイ下部電極303cの開口パターンに関しては実施例2で示したとおりである。また、本実施例においては、開口パターンセットを9種類としたが、開口パターンセットの数によらず、その効果は失われない。図8には開口径及び開口間隔が異なる9種類開口パターン801〜809を示した。開口パターン801、802、803の開口径がcであるのに対して、開口パターン804、805、806はc’、開口パターン807、808、809はc’’とした。また、開口パターン801、804、807の開口間隔がdであるのに対して開口パターン802、805、808はd’、開口パターン803、806、809はd’’とし、互いに間隔の異なる開口を有する、複数の開口パターンを準備した。図4と比較すると、開口径及び開口間隔の種類を多くとることができ、入射エネルギー、照射電流、及びマルチビーム配置のより細かい制御が可能となったことが分かる。【００８０】
尚、本実施例においては、全ての開口パターンは開口数が5個であり、一次ビームを5本に分割するがこれに限定するもので無いこと言うまでもない。このように、マルチビーム配置の倍率の変化、及び電流値の制御を開口パターンの選択によって実施でき、マルチビーム配置の回転を回転機構1001により実現できる。尚、本実施例においては、倍率変化、開口径に関し、代表的な9種類の開口パターンの構成を例にとって示したが、それ以外の場合においても本発明の効果は失われない。尚、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順については、上述した実施例2と同様であるので説明を省略する。
【実施例７】
【００８１】
実施例6においては、可動ステージ307に回転機構を持たせることによりマルチビームの回転量をビーム分割電極302の開口パターンの角度ではなく可動ステージ307により制御した。本実施例においては、更に、光学系倍率をズームレンズによる倍率の変化により制御し、作りこみ開口パターンの種類が少なくても制御が容易な装置の例を示す。【００８２】
図9は、第7の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。殆どの構成は第一の実施例と同一であり、異なるのは、ビーム形成部108とビームセパレーター110の間に電磁レンズ901が挿入されている点である。同一の内容に関しては実施例1を参照されたい。また、図9におけるビーム形成部108は、図3、6に示すいずれかの構成である。これらに関しては、実施例2、4を参照されたい。電磁レンズ901は、対物レンズ111と組み合わせることによりズームレンズとして機能する。これにより、光学系倍率を変化させることが可能となる。すなわち、電磁レンズ901により、マルチビームの間隔は制御可能となった。
また、本実施例においては、可動ステージ802には回転機能を持たせているため、マルチビームの回転量も制御可能であり、制御パラメータは開口径のみである。従って、本実施形態においては、開口パターンに角度の変化及び開口間隔を作りこまなくてもマルチビームの回転量及び間隔を制御することが可能となり、結果として、開口パターンの開口径の種類を多くできる。【００８３】
また、特に図示しないが、実施例5で示したように、回転レンズ701を使用し、マルチビームの回転量を調整できる構成としてもよい。尚、本実施例の装置によって試料を観察・検査する手順は実施例2と同様であるので、ここでも説明を省略する。
【符号の説明】
【００８４】
101…電子銃、102…電子源、103…一次ビーム、104…電磁レンズ、105…陽極、106…第一の電子源像、107…レンズ、108…ビーム形成部、109a…第二の電子源像、109b…第二の電子源像、109c…第二の電子源像、110…ビームセパレーター、111…対物レンズ、112…走査偏向用偏向器、113…接地電極、114…ウェハ、115…ステージ、116…リターディング電源、117a…二次ビーム検出器、117b…二次ビーム検出器、117c…二次ビーム検出器、118a…増幅回路、118b…増幅回路、118c…増幅回路、119…A/D変換機、120…記憶装置、121…演算部、122…欠陥判定部、123…システム制御部、124…画像表示装置を備えた入出力部、125…走査信号発生装置、126…ステージ制御装置、127…光学系制御回路、128…二次ビーム、200a…一次ビーム、200b…一次ビーム、200c…一次ビーム、200d…一次ビーム、200e…一次ビーム、201a…偏向幅、201b…偏向幅、201c…偏向幅、201d…偏向幅、201e…偏向幅、202a…ステージ進行方向に対して垂直な方向に投影した一次ビーム間隔、202b…ステージ進行方向に対して垂直な方向に投影した一次ビーム間隔、202c…ステージ進行方向に対して垂直な方向に投影した一次ビーム間隔、202d…ステージ進行方向に対して垂直な方向に投影した一次ビーム間隔、203…視野幅、204…一次ビームが二重に照射される領域、205…一次ビームが照射されない領域、301…絞り、302…ビーム分割電極、303a…レンズアレイ上部電極、303b…レンズアレイ中間電極、303c…レンズアレイ下部電極、304a…開口パターンセット、304b…開口パターンセット、304c…開口パターンセット、305…レンズ電源、306a…分割された一次ビーム、306b…分割された一次ビーム、306c…分割された一次ビーム、307…可動ステージ、308…ステージ制御装置、330…電極、331a…X方向レール、331b…Y方向レール、332a…X方向モータ、332b…Y方向モータ、401…開口パターン、402…開口パターン、403…開口パターン、404…開口パターン、405…開口パターン、406…開口パターン、407…開口パターン、408…開口パターン、409…開口パターン、501a…上流偏向器、501b…上流偏向器、502a…下流偏向器、502b…下流偏向器、701…電磁レンズ、801…開口パターン、802…開口パターン、803…開口パターン、804…開口パターン、805…開口パターン、806…開口パターン、807…開口パターン、808…開口パターン、809…開口パターン、901…電磁レンズ、1001…回転機構、1002…回転方向モータ、1101…ウェハロードステップ、1102…検査条件設定ステップ、1103…開口パターン選択ステップ、1104…開口パターン確認ステップ、1105…検査準備ステップ、1106…画像処理条件・閾値設定ステップ、1107…テスト検査ステップ、1108…誤検出確認ステップ、1109…検査続行確認ステップ、1110…検査実行ステップ、1111…レシピ保存ステップ、1112…ビーム配置測定ステップ、1201…検査条件設定部、1202…決定ボタン、1203…開口パターン表示部、1204…確認画面、1205…観察結果画面、1206…ずれ量表示部、1207…許容範囲確認ボックス。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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