(57)【要約】  マルチビーム方式の荷電粒子線応用装置において、多様な特性を持つ試料に対して、二次荷電粒子の検出精度と試料を処理する速度を両立し得る荷電粒子線応用装置を実装可能な構成で提供する。  アパーチャーアレイ（１１１）に複数の開口パターンを設け、荷電粒子源である電子銃（１０２）とアパーチャーアレイ（１１１）の間に存在する荷電粒子源像の位置に一次ビームが通過する開口パターンを選択するための偏向器（１０９）を設ける。帯電制御用ビーム照射時と信号取得用ビーム照射時においてアパーチャーアレイ（１１１）の開口パターンを選択し、それぞれのビーム走査と同期を取ってレンズアレイ（１１２）および表面電界制御電極（１１８）などの条件を切り替える。これにより、帯電制御および信号取得を異なるタイミングで、且つ各々適した条件で行うことが可能となる。
2010082451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源で発生した前記荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、前記複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと前記複数の荷電粒子線を前記試料上で走査する走査偏向用偏向器を含む一次光学系と、
前記複数の荷電粒子線の前記試料上への照射により前記試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、
前記二次荷電粒子線を前記信号検出部に入射させる二次光学系と、
前記試料を載置して移動可能なステージと、
前記複数の荷電粒子線を用い、帯電制御用荷電粒子線を前記試料に照射して前記試料を負帯電する帯電制御用ビーム照射と、前記試料に信号取得用荷電粒子線を照射して前記試料から信号を取得する信号取得用ビーム照射のタイミングを切り替えるよう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２】
請求項１に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、前記帯電制御用ビーム照射と前記信号取得用ビーム照射の際、前記一次光学系の光学条件を切り替えるよう制御する、
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、
前記一次光学系は、前記荷電粒子源と前記照射系分離部との間に配置される第１の偏向器を更に備え、
前記制御部は、前記第１の偏向器を制御して前記荷電粒子を偏向させ、前記照射系分離部の一部を選択的に通過させることにより、前記帯電制御用荷電粒子線あるいは前記信号取得用荷電粒子線を形成する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記一次光学系は、前記照射系分離部からの前記帯電制御用荷電粒子線および前記信号取得用荷電粒子線の前記試料上の照射位置を任意に変える第２の偏向器を更に有する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、前記第１の偏向器と前記第２の偏向器を同期して制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項６】
請求項３に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記照射系分離部は、複数の開口パターンを有するアパーチャーアレイを含み、
前記制御部は、前記第１の偏向器が前記複数の開口パターンの一つを選択することにより、前記帯電制御用荷電粒子線あるいは前記信号取得用荷電粒子線を形成する、
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、
前記照射系分離部は、前記複数の荷電粒子線に分離する、一つの開口パターンを有するアパーチャーアレイを含む、
ことを特徴する荷電粒子線応用装置。
【請求項８】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源で発生した前記荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、前記複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと前記複数の荷電粒子線を前記試料上で走査する走査偏向器を備える一次光学系と、
前記複数の荷電粒子線の前記試料上への照射により前記試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、
前記試料を載置する、移動可能なステージと、
前記試料の表面電界を制御する表面電界制御部と、
前記一次光学系の光学条件と前記表面電界制御部を制御し、且つ前記複数の荷電粒子線を用い、前記試料を帯電する帯電制御用荷電粒子線を照射する帯電制御用ビーム照射と、前記試料に信号取得用荷電粒子線を照射する信号取得用ビーム照射のタイミングを切り替えるよう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９】
請求項８に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記一次光学系は、前記荷電粒子源と前記照射系分離部との間に第１の偏向器を更に有し、
前記第１の偏向器は、前記荷電粒子を偏向させ、前記照射系分離部の一部に選択させることにより、前記帯電制御用荷電粒子線および前記信号取得用荷電粒子線を形成する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記一次光学系は、前記照射系分離部からの前記帯電制御用荷電粒子線および前記信号取得用荷電粒子線の前記試料上の照射位置を任意に変える第２の偏向器を更に有する、
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、
前記制御部は、前記第１の偏向器と前記第２の偏向器を同期して制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記照射系分離部は、複数の開口パターンを有するアパーチャーアレイを含み、
前記制御部は、前記第１の偏向器が前記複数の開口パターンの一つを選択するよう制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記照射系分離部は、前記荷電粒子を前記複数の荷電粒子線に分離する、一つの開口パターンを有するアパーチャーアレイを含む、
ことを特徴する荷電粒子線応用装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、前記表面電界制御部を制御し、前記試料を負帯電あるいは正帯電させる、ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１５】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、
複数の開口パターンを有し、前記荷電粒子源で発生した前記荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、
前記荷電粒子源からの前記荷電粒子を前記複数の開口パターンの一つに照射するパターン選択用偏向器と前記複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと前記複数の荷電粒子線を前記試料上で走査する走査偏向器からなる一次光学系と、
前記複数の荷電粒子線の前記試料上への照射により前記試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、
前記二次荷電粒子線を前記信号検出部に入射させる二次光学系と、
前記試料を載置する、移動可能なステージと、
前記試料の表面電界を制御する表面電界制御部と、
前記一次光学系の光学条件と前記表面電界制御部を制御し、前記複数の荷電粒子線を用いて、前記試料を帯電する帯電制御用ビーム照射と前記試料からの信号取得用ビーム照射を切り替えるよう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１６】
請求項１５に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、
前記帯電ビーム照射の際、前記試料を負帯電させるよう前記表面電界制御部を制御する、ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、
前記帯電ビーム照射の際、前記試料を正帯電または帯電を除去させるよう前記表面電界制御部を制御する、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１８】
請求項１５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は、前記帯電制御用ビーム照射あるいは前記信号取得用ビーム照射の際の前記複数の荷電粒子線を選択する、異なる開口パターンを含む、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、前記一次光学系の前記光学条件を記憶する記憶部を備える、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【請求項２０】
請求項１５に記載の荷電粒子線応用装置であって、
前記制御部は、前記一次光学系の前記走査偏向器を制御し、
前記帯電制御用ビーム照射と、前記信号取得用ビーム照射における前記複数の荷電粒子線を、互いに逆方向あるいは同一方向に走査させる、
ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線応用技術に関り、特に半導体や磁気ディスクの製造プロセスにおいて用いられる、検査装置および計測装置等の荷電粒子線応用装置に関する。
【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、試料に電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子線（以下、信号取得用ビーム）を照射し、発生した二次電子などの二次荷電粒子を検出して得られる信号に演算処理を行い、試料を観察することにより、試料の計測、欠陥レビュー、検査等を行う荷電粒子線応用装置が用いられている。【０００３】
これらの荷電粒子線応用装置の多くは、集束させた荷電粒子線を試料上で走査する方式であり、試料全面の検査には長い時間を要するため、試料を処理する速度の向上が重要な課題である。この課題を克服するため、形成した複数の信号取得用ビームを、同時に試料上に照射して二次荷電粒子信号の検出を行う、マルチビーム方式の荷電粒子線応用装置が提案されている。マルチビーム方式では、信号取得用ビームを複数にすることにより、信号取得用ビームが単一のものに比べて試料を処理する速度を向上することができる。例えば、特許文献1では、単一の荷電粒子源から放出された荷電粒子線を、複数の開口を有する板（以下、アパーチャーアレイ）に照射することで複数の荷電粒子線に分割し、アレイ状に並べたレンズ（以下、レンズアレイ）により個別集束させるマルチビーム方式の荷電粒子線応用装置が提案されている。【０００４】
また、これらの荷電粒子線応用装置においては、試料を処理する速度の向上に加え、デバイスの微細化および複雑化に伴い、欠陥検出や計測の精度の向上が重要な課題である。欠陥検出や計測の精度は、二次荷電粒子の検出精度に依存する。二次荷電粒子の検出精度は試料表面の帯電状態に大きく影響を受けるため、欠陥検出や計測の高精度化には試料表面の帯電制御が重要である。例えば、特許文献2では、信号取得用ビームのための電子源とは別に設けた予備照射用電子源から試料に電子線を照射し、帯電制御を行う方法が提示されている。しかし、信号取得用ビームのための電子源を備える鏡筒と、予備照射用電子源を備える鏡筒はそれぞれ一定の大きさを持つため、両者の照射位置の距離を近づけることが困難である。したがって、帯電制御用の予備照射と信号取得用ビーム照射の時間差が大きくなり、試料によっては予備照射により作り出した帯電状態を、信号取得用ビームが照射されるまで維持できない場合がある。【０００５】
これらの問題を解決するために、特許文献3には、形成した複数のビームの一部を帯電制御に用いるマルチビーム型の電子線検査装置が提案されている。この方法では、アパーチャーアレイおよびレンズアレイを用いて、同一の電子源から帯電制御用ビーム（帯電制御用一次ビーム）と信号取得用ビーム（検査用一次ビーム）を同時に形成する。なお、括弧内に特許文献3における表現を示した。【０００６】
特許文献3の構成によれば、予備照射用電子源を信号取得用ビームのための電子源と別に設ける方法と比較して、帯電制御用ビームと信号取得用ビームの照射位置の距離を近づけることができ、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間を短くすることが可能となる。これにより、帯電状態を長時間維持できない試料に対しても、帯電の減衰前に信号取得用ビームを照射でき、検査精度を向上させることができる。さらに、帯電制御用ビームと信号取得用ビームの照射条件を独立に設定できるように、帯電制御に用いる電極などが分離した構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2007-317467号公報
【特許文献２】特開平10-294345号公報
【特許文献３】特開2008-165990号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献3に記載されたマルチビーム方式の荷電粒子線応用装置において、アパーチャーアレイの開口パターンは、光学系の中心近傍に配置された単一のものである。複数の開口パターンを有するビーム選択マスクをアパーチャーアレイの下流に設け、所望のビームのみを照射可能にする方法も同文献で提案されているが、ビーム電流、ビーム本数、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間間隔、などの帯電制御に影響を与えるパラメータを独立に設定できない、帯電制御用ビームと信号取得用ビームの条件の組み合わせに限界がある、などの問題がある。また、帯電制御用ビームと信号取得用ビームの照射条件を独立に設定できるように、帯電制御に用いる電極などを分離した構造にする点については、それらの大きさと耐電圧の観点から、実装することは困難である。【０００９】
本発明の目的は、実装が容易な構成で、帯電制御用ビームおよび信号取得用ビームの照射を独立かつ多数の条件で実行可能な荷電粒子線応用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明においては、上記の目的を達成するため、荷電粒子を発生する荷電粒子源と、荷電粒子源で発生した荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと複数の荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器を含む一次光学系と、複数の荷電粒子線の試料上への照射により試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、二次荷電粒子線を信号検出部に入射させる二次光学系と、記試料を載置して移動可能なステージと、複数の荷電粒子線を用い、帯電制御用荷電粒子線を試料に照射して試料を負帯電する帯電制御用ビーム照射と、試料に信号取得用荷電粒子線を照射して試料から信号を取得する信号取得用ビーム照射のタイミングを切り替えるよう制御する制御部とを備える構成の荷電粒子線応用装置を提供する。【００１１】
また、本発明においては、上記の目的を達成するため、荷電粒子を発生する荷電粒子源と、荷電粒子源で発生した荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと複数の荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器を備える一次光学系と、複数の荷電粒子線の試料上への照射により試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、試料を載置する移動可能なステージと、試料の表面電界を制御する表面電界制御部と、一次光学系の光学条件と表面電界制御部を制御し、複数の荷電粒子線を用い、試料を帯電する帯電制御用荷電粒子線を照射する帯電制御用ビーム照射と、試料に信号取得用荷電粒子線を照射する信号取得用ビーム照射のタイミングとを切り替えるよう制御する制御部とを備える構成の荷電粒子線応用装置を提供する。【００１２】
更に本発明においては、上記の目的を達成するため、荷電粒子を発生する荷電粒子源と、複数の開口パターンを有し、荷電粒子源で発生した荷電粒子を複数の荷電粒子線に分離する照射系分離部と、荷電粒子源からの荷電粒子を複数の開口パターンの一つに照射するパターン選択用偏向器と複数の荷電粒子線を試料上に照射させる１つ以上のレンズと複数の荷電粒子線を試料上で走査する走査偏向器からなる一次光学系と、複数の荷電粒子線の試料上への照射により試料上の複数箇所から発生した二次荷電粒子線を個別に検出する信号検出部と、二次荷電粒子線を信号検出部に入射させる二次光学系と、試料を載置する移動可能なステージと、試料の表面電界を制御する表面電界制御部と、一次光学系の光学条件と表面電界制御部を制御し、複数の荷電粒子線を用いて、試料を帯電する帯電制御用ビーム照射と試料からの信号取得用ビーム照射を切り替えるよう制御する制御部とを備える構成の荷電粒子線応用装置を提供する。【００１３】
言い換えるなら、本発明では、帯電制御に用いる電極などを分離した構成にせず、帯電制御や試料観察の各々に適した条件に切り替え、帯電制御および試料観察を異なるタイミングで行う。【００１４】
また、より好適には、複数の開口パターンを備えたアパーチャーアレイおよびレンズアレイを設け、当該アパーチャーアレイと荷電粒子源との間に存在する荷電粒子源像の位置に、開口パターンを選択するための偏向器を設ける。当該偏向器や帯電制御に用いる電極などの条件を、走査信号と同期を取りながら切り替え、帯電制御および試料観察を各々最適な条件で行う。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、実装が容易な構成で、帯電制御用ビームおよび信号取得用ビームの照射を独立かつ多数の条件で実行可能な荷電粒子線応用装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施例を説明する電子線検査装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施例に係わる、アパーチャーアレイの開口の配置を説明する図である。
【図３Ａ】第１の実施例に係わる、電子線検査装置における信号取得用ビーム照射時の表面電界制御電極およびウェハ部分の図である。
【図３Ｂ】第１の実施例に係わる、電子線検査装置における帯電制御用ビーム照射時の表面電界制御電極およびウェハ部分の図である。
【図４】第１の実施例における検査を行う手順を示す図である。
【図５】第１の実施例における帯電制御用電子光学条件設定画面を示す図である。
【図６】第１の実施例における信号取得／帯電制御条件設定画面を示す図である。
【図７Ａ】第１の実施例における帯電制御用ビームの走査を説明する図である。
【図７Ｂ】第１の実施例における信号取得用ビームの走査を説明する図である。
【図８Ａ】第１の実施例における帯電制御用ビーム照射直後からの帯電量の時間変化を説明する図である。
【図８Ｂ】第１の実施例における帯電制御用ビーム照射と信号取得用ビーム照射の時間差を説明する図である。
【図８Ｃ】第２の実施例における帯電制御用ビーム照射と信号取得用ビーム照射の時間差を説明する図である。
【図９Ａ】第２の実施例における帯電制御用ビームの走査を説明する図である。
【図９Ｂ】第２の実施例における信号取得用ビームの走査を説明する図である。
【図１０Ａ】第３の実施例における帯電制御用ビームの走査を説明する図である。
【図１０Ｂ】第３の実施例における信号取得用ビームの走査を説明する図である。
【図１０Ｃ】第３の実施例における帯電制御用ビームの走査を説明する図である。
【図１１】第４の実施例における信号取得／帯電制御条件設定画面を示す図である。
【図１２】第５の実施例を説明する電子線検査装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例では電子線を用いた半導体検査装置について説明するが、イオンビームを用いる場合、磁気ディスクが試料である場合、計測装置である場合についても本発明の効果は失わない。
【実施例１】
【００１８】
第１の実施例では、マルチビーム型の走査電子顕微鏡において、複数の開口パターンを有するアパーチャーアレイおよびレンズアレイを具備し、さらに、アパーチャーアレイ上部の電子源像の位置に開口パターン選択用の偏向器を設け、予備帯電と検査の時間的なタイミングを変更する装置構成について説明する。これにより、実装が容易な構成を用いて、帯電制御用ビーム照射と信号取得用ビーム照射のタイミングを変更・切り替え、且つ帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間差を短縮し、帯電制御と信号取得をそれぞれにおいて最適な条件で行い、欠陥検出感度を向上させることができる。【００１９】
図１は実施例１に係る電子線検査装置の概略構成を示す図である。まず、装置構成を説明する。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107、電子源102と陽極107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106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電子源を用いた。電子銃102から一次ビーム103が引き出される下流方向には、同図に示すように、電磁レンズ110、同一基板に複数の開口パターンを有し、照射系分離部として機能するアパーチャーアレイ111、複数の開口パターンを有するレンズアレイ112、第２の偏向器である帯電制御用偏向器113a、113b、二次光学系を構成するビームセパレータ114、電磁レンズ115、対物レンズ116、走査偏向用偏向器（走査偏向器）117、ステージ119、二次電子検出器123a、123b、123cなどを配置して構成されている。【００２０】
本実施例では帯電制御用偏向器113a、113bは二段の構成にしたが、一段であってもよい。また、電子銃101と電磁レンズ110の間にはアパーチャーアレイの開口パターンを選択するための第１の偏向器であるパターン選択用偏向器109が配置されている。さらに、電子光学系には、電流制限用絞り、一次ビームの中心軸（光軸）調整用アライナー、収差補正器等も付加されている（図示せず）。【００２１】
ステージ119は上にウェハ122を載置して移動する。ウェハ122から電子銃方向側には、表面電界制御電極118を設置し、表面電界制御電極118には表面電界制御電源121を接続している。なお、この表面電界制御電極118と表面電界制御電源121とを総称して表面電界制御部と呼ぶ場合がある。ウェハ122には後述するように負の電圧を印加する。また、リターディング電源120の配線をウェハ122に接続しているように模式的に図示したが、実際にはウェハ122とステージ119の間にはウェハ122と導通の取れた状態でウェハホルダが介在し（図示せず）、このウェハホルダにリターディング電源120を接続してウェハホルダおよびウェハ122に所望の電圧を印加する構成としている。したがって、ウェハに直接配線したり接触させたりしてウェハを傷つけるものではない。走査偏向用偏向器117には走査信号発生装置130を接続し、走査信号発生装置130は制御部として機能するシステム制御部126に接続している。【００２２】
電子銃101、パターン選択用偏向器109、電磁レンズ110、レンズアレイ112、帯電制御用偏向器113a、113b、ビームセパレータ114、電磁レンズ115、対物レンズ116、リターディング電源120、及び表面電界制御電源121の各部には、光学系制御回路133が接続され、さらに光学系制御回路133にはシステム制御部126が接続している。ステージ119にはステージ制御装置131が接続し、ステージ制御装置131はシステム制御部126に接続している。信号検出部である二次電子検出器123a、123b、123cは、増幅回路124a、124b、124cおよびA/D変換機125を介してシステム制御部126に接続している。システム制御部126には記憶部127、演算部128、欠陥判定部129が配置され、画像表示装置132が接続している。記憶部127には、システム制御部126と信号の送受信を速く行うことが可能な一次記憶部も含まれている。【００２３】
なお、本明細書において、システム制御部126と光学系制御回路133を纏めて制御部と総称する場合がある。システム制御部126は記憶部127として機能するメモリ、演算部128や欠陥判定部129として機能する中央処理部（Central Processing Unit、CPU）、図示を省略した入出力インタフェースを有するパーソナルコンピュータ（PC）などのコンピュータシステムで構成可能である。画像表示装置132はPCに付属した表示デバイスを用いることが可能である。光学系制御回路133は、システム制御部126の指示により制御動作する、専用回路やソフトウェアプロプログラム等で構成できることはいうまでもない。【００２４】
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】
ステージ119上には、電磁レンズ106、第１の偏向器であるパターン選択用偏向器109、電磁レンズ110、レンズアレイ112、第２の偏向器である帯電制御用偏向器113a、113b、ビームセパレータ114、電磁レンズ115、対物レンズ116、リターディング電源120、及び表面電界制御電源121などの電流値・電圧値（電子光学条件）の調整に用いる基準マーク135が備わっている。【００２６】
次に、信号取得用ビーム照射時における本実施例の装置の動作および詳細について説明する。電子源102から放出された一次ビーム103は電磁レンズ106による集束作用を受けながら陽極107方向に加速され、第一の電子源像（ビーム径が極小になる点）108を形成する。図示しないが、一般的な電子銃に良く見られるように電子銃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107、電磁レンズ106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である。また、図示しないが、電子銃101とパターン選択用偏向器109の間には一次ビーム103の光軸を補正するアライナーが配置され、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。【００２７】
パターン選択用偏向器109は、一次ビーム103の第一電子源像108の高さに合わせて配置されている。本実施例では、第１の偏向器であるパターン選択用偏向器109は静電偏向器である。本実施例においては、信号取得用ビーム照射時にはパターン選択用偏向器109を使用しない。このため、電子源102から放出された一次ビーム103は偏向作用を受けず、信号取得用ビーム104が形成され、電磁レンズ110へ入射する。電磁レンズ110は、第一の電子源像108を光源として、一次ビームを光軸に対して平行になるように整える。光軸に対して平行になった一次ビームは、アパーチャーアレイ111を通過する。本実施例では、アパーチャーアレイ111は、単一または複数の開口から成る開口パターンを複数有する。アパーチャーアレイ111の複数の開口パターンを選択することにより、
図２に本実施例のアパーチャーアレイ111のパターン例を示す。中央部の開口パターン201は信号取得用ビーム形成パターンであり、周囲に配置された開口パターン202a〜hは帯電制御用ビーム形成パターンである。信号取得用ビーム照射時において、信号取得用ビーム形成パターン201が選択される。信号取得用ビーム104は、アパーチャーアレイ中央部の開口パターン201を通過し、信号取得用ビーム104a、104b、104cに分割される。本実施例では、図２に示すように、形成するマルチビームの本数は５本としたが、ビームの本数に限らず本発明の効果は失わない。また、図１では、図示の都合上、形成される５本のビームのうち３本を代表して表示させている。【００２８】
アパーチャーアレイ111の下流にはレンズアレイ112が設置されている。レンズアレイ112は、アパーチャーアレイ111により分割された信号取得用ビーム104a、104b、104cを個別に集束し、マルチビームが形成される。レンズアレイ112は、例えば、それぞれ複数の開口パターンを有する3枚の電極から構成され、このうち中央の電極に電圧を印加することにより、開口部を通過する一次ビームに対してアインツェルレンズとして作用するもので構成できる。【００２９】
信号取得用ビーム104a、104b、104cはビームセパレータ114内を通過する。本実施例において、ビームセパレータ114は、一次ビームの入射方向に対して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、一次ビームに対しては直進するように、かつ、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磁場と電場の強さを調整し制御する。また、ビームセパレータ114の位置は、一次ビームに対して及ぼす収差の影響を低減するために、信号取得用ビーム104a、104b、104cの第二の電子源像136a、136b、136cの高さに合わせて配置している。電磁レンズ115および対物レンズ116は第二の電子源像136a、136b、136cを投影させる電磁レンズである。図１の構成においては、等倍に投影する構成としたが、拡大投影、縮小投影とする構成であってもよい。【００３０】
本実施例においては、走査偏向用偏向器117は電磁レンズ115と対物レンズ116の間に静電8極型で構成されている。走査信号発生装置130により走査偏向用偏向器117に信号が入力されると、中を通過するビームは同一方向に同一角度だけ偏向作用を受け、試料であるウェハ122上をラスタ走査する。一次ビームを減速させる電界を表面付近に形成するために、ウェハ122にはリターディング電源120により負の電圧が印加されている。表面電界制御電源121およびリターディング電源120は他の光学素子、即ち、電子銃101、電磁レンズ110、レンズアレイ112、ビームセパレータ114、電磁レンズ115、対物レンズ116と同様に、光学系制御回路133を介してシステム制御部126により統一的に制御される。【００３１】
ステージ119は、ステージ制御装置131により制御される。システム制御部126はウェハ122上の所定の領域を、ステージ進行方向に並んだ1ストライプずつ検査すべく、走査信号
発生装置130およびステージ制御装置131を統一的に制御する。なお、本実施例の検査装置では、ステージが連続に移動していて、走査による偏向とステージ移動の組合せにより、一次ビームが帯状の領域を順次走査するように制御されている。この帯状領域は所定の検査領域を分割したものであり、複数の帯状領域を走査することによって所定の検査領域全体を走査している。この各帯状領域をストライプと称している。【００３２】
次に、本実施例における信号取得用ビーム照射時における表面電界制御電極118の作用について図３Ａ、Ｂを用いて説明する。図３Ａ、Ｂは、図１の装置のウェハ122、表面電界制御電極118、リターディング電源120、表面電界制御電極121のみを示してある。図３Ａ、Ｂにおいても、図１と同じようにリターディング電源120からの配線をウェハ122に接続しているよう模式的に図示したが、実際にはウェハ122と導通のとれたウェハホルダ（図示せず）を介して電圧が印加されており、ウェハに直接配線したり、接触させたりして直接ウェハを傷つけるものではない。【００３３】
既に述べたように、ウェハ122には、リターディング電源120により一次ビームを減速させるための負の電圧が印加されている。これにより形成される電界は、一次ビームと逆方向にウェハから電子源側へ進行する二次電子に対しては加速作用を持つ。一次ビームの照射によりウェハ122から発生する二次電子の振る舞いは、この加速作用と、表面電界制御電極118とウェハ122との間の電位差による作用のバランス（表面電界強度）により決定される。【００３４】
本実施例においては、信号取得用ビーム照射時には、図３Ａに示すように、表面電界制御電極118に、ウェハ122に対して+ Vの電位差を与える。ただし、V≧0である。これにより、信号取得用ビーム104a、104b、104cが照射される領域には、ウェハ122から発生する二次電子134a、134b、134cを電子銃方向へ加速する電界が形成され、二次電子134a、134b、134cは上方に向かって進行する。【００３５】
その後の二次電子134a、134b、134cの振る舞いを再び図１を用いて説明する。二次電子134a、134b、134cは電磁レンズ115、対物レンズ116の集束作用を受けながら電子銃の方向へ進行し、二次電子134a、134b、134cに対しては偏向作用をもつビームセパレータ114により、一次ビームの軌道と分離され、二次電子検出器123a、123b、123cに到達する。検出された信号は増幅回路124a、124b、124cにより増幅され、A/D変換機125によりデジタル化され、システム制御部126内の記憶部127に画像データとして一旦格納される。その後、演算部128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129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。判定結果は画像表示装置132に表示される。【００３６】
次に、帯電制御用ビーム照射時における装置の動作および詳細について説明する。まず、信号取得用ビーム照射時と同様に、電子源102から放出された一次ビーム103は第一の電子源像108を形成し、パターン選択用偏向器109を通過する。帯電制御用ビーム照射時には、図２の開口パターン202a〜hから１つを選択し、選択した開口パターンに一次ビームが入射するように、パターン選択用偏向器109により偏向する。一次ビーム103は偏向作用を受け、帯電制御用ビーム105が形成される。帯電制御用ビーム105は、アパーチャーアレイ111の開口パターン202a〜hのうち、選択したパターンを通過し、帯電制御用ビーム105a、105b、105cに分割される。【００３７】
パターン選択用偏向器109の偏向量を適切な値にすることで、一次ビームが通過するアパーチャーアレイの開口パターンを選択することが可能となる。各開口パターンは、後で詳述するように、孔の形状・数・大きさが異なり、これら開口パターン202a〜hを選択することで帯電制御用ビーム105a、105b、105cを照射する際の条件を変更できる。【００３８】
帯電制御の条件を決めるパラメータには、ビーム電流、ビームの入射エネルギー、照射回数、照射時間、照射面積、表面電界強度などがある。さらに、照射回数が複数回の場合には、照射の時間間隔などがパラメータとして加わる。これらの中で、アパーチャーアレイの開口パターンにより変化するのは、ビーム電流、照射回数、照射面積、照射時間、複数回照射する場合における照射の時間間隔などである。【００３９】
孔径および孔の形状はビーム電流、照射面積、照射時間などに影響を与える。孔径を変えると、通過する電子の量が変化するため、ビーム電流が変化する。また、レンズアレイ112の集束作用の強度を変化させることにより照射面積が変化する。レンズアレイ112の集束作用については後述する。さらに、ステージ119の移動速度を変えることでビームの照射時間が変化する。【００４０】
孔の数は照射回数、孔の間隔はステージ119の移動速度との組み合わせにより、照射の時間間隔に影響を与える。これらを制御することで様々な帯電状態を実現できる。【００４１】
以下、本実施例の開口パターンについて説明する。開口パターン202aを選択した場合、複数の信号取得用ビームの照射領域を包含する、面積の大きい１本のビームで一括して帯電制御する。信号取得用ビームの照射領域よりはるかに広い領域を一括して照射するため、帯電制御した領域の端から周囲へ帯電がリークし、帯電状態が不均一になることを抑えることができる。開口パターン202b、 202cは、信号取得用ビームを形成するための開口パターン201と比較して、個々の孔径が大きい。したがって、帯電制御用ビームのビーム電流を変更できる。開口パターン202d、202g、202hは、信号取得用ビームを形成するための開口パターン201が５個の孔を有するのに対し、１０個の孔で構成されている。この場合、信号取得用ビーム１本に対して帯電制御用ビームの照射を２度実施することができ、強い帯電状態を形成できる。また、開口パターン202gと開口パターン202hは孔の孔径が全て等しいが、開口パターン202hは開口パターン202gと比較して孔の間隔が大きいという点が異なる。これにより、開口パターン202hを選択した場合、帯電制御用ビーム照射の１度目と２度目の時間間隔は開口パターン202gを選択したものよりも長くなる。また、開口パターン202dは孔径の異なる２種類の孔で構成されており、１回目の照射と２回目の照射で条件が異なる帯電制御用ビームを照射できる。開口パターン202e、開口パターン202fは５個の楕円形の孔で構成されている。円形の孔の開口パターンを選択した場合と比較して、ウェハ上の照射点あたりのビーム照射時間が長くなり、開口パターン202gおよび202hを選択した場合と比較して強い帯電状態が形成できる。5本の信号取得用ビームの各々の照射位置の帯電状態を均一にするため、帯電制御用ビーム形成用の開口パターン202a〜hは、信号取得用ビーム形成用の開口パターン201と位相を揃えてある。【００４２】
なお、ここで述べたのは一例であり、アパーチャーアレイ111の開口パターンの形状および組み合わせは本実施例で述べたものに限定される必要はない。また、本実施例ではマルチビームの本数は５本としたが、マルチビームの本数に応じてアパーチャーアレイの孔数などが変わることは言うまでもない。【００４３】
アパーチャーアレイ111で分割された帯電制御用ビーム105a、105b、105cはレンズアレイ112により個別に集束作用を受ける。集束作用の強さは信号取得用ビーム照射時と同じである必要はなく、これを調整することで試料上における帯電制御用ビーム105a、105b、105cの広がりを変えることができる。例えばレンズアレイ112を作用させない場合、帯電制御用ビーム105a、105b、105cは集束作用を受けず、広い面積のビームが形成される。【００４４】
レンズアレイ112を通過した帯電制御用ビーム105a、105b、105cは、帯電制御用偏向器113a、113bにより偏向作用を受け、信号取得用ビーム104a、104b、104cの照射領域を包含するように試料に照射される。帯電制御用偏向器113a、113bを通過したビームはビームセパレータ114、電磁レンズ115を通過し、走査偏向用偏向器117により偏向作用を受け、信号取得用ビーム104a、104b、104cと同様にウェハ122上をラスタ走査する。システム制御部126、ステージ制御装置131による制御は信号取得用ビーム照射時と同様である。【００４５】
次に、帯電制御用ビーム照射時における表面電界制御電極118の作用について、図３Ａ、３Ｂを用いて説明する。既に説明したように、二次電子の振る舞いは、ウェハ122に印加する電圧と、表面電界制御電極118に与えるウェハ122に対する電位差Vとのバランスにより決定される。帯電制御用ビーム照射時には、電位差Vの調整により所望の帯電状態を作ることができる。V≧0の場合（図３Ａ）、信号取得用ビーム照射条件で説明した通り、ウェハ122から発生する二次電子は上方へ向かって進行する。これにより、ウェハ122を正に帯電させることができる。一方、V＜0とした場合（図３Ｂ）、帯電制御用ビーム105a、105b、105cが照射される領域には、ウェハ122から発生する二次電子137a、137b、137cをウェハ122へ戻す電界が形成される。この電界の作用により二次電子137a、137b、137cをウェハ122に戻し、ウェハ122を負に帯電させることができる。表面電界制御電極118により、ウェハに戻す二次電子の量を制御し、ウェハの帯電状態を制御する。【００４６】
本実施例において、上記で説明した信号取得用ビームと帯電制御用ビームの照射は、条件を切り替えながら交互に実施する。走査偏向用偏向器117による一次ビームの走査と、信号取得用ビームおよび帯電制御用ビーム照射条件の切り替えのタイミングについては後述する。【００４７】
次に、本実施例における電子線検査装置を使用して、ウェハ上に形成された回路パターンの検査を行う手順を、図１、図４、図５、図６を用いて説明する。【００４８】
図４は検査を行う手順を示したフローチャートである。オペレーターが図1の画像表示装置132に最初に表示されるスタートボタンをクリックすると、システム制御部126は検査を行うウェハをステージ上に搭載するよう、ステージ制御装置131に指示を行う（ステップ401）。【００４９】
次に、システム制御部126は、光学系制御回路133を用いて、信号取得用ビームの電子光学系の調整を行う（ステップ402）。オペレーターは、画像表示装置132の画面上のグラフィック・ユーザ・インタフェース(GUI)から、信号取得用ビームの入射エネルギー、ビーム電流、表面電界強度、ビーム径および偏向量などが所望の値となるように、電磁レンズ106、リターディング電源120、表面電界制御電源121、対物レンズ116、収差補正器（図示せず）、アライナー（図示せず）などの各種光学素子の電流値・電圧値を調整し、記憶部127中に記憶された条件ファイルに保存する。このステップでは、既に条件が書き込まれ、記憶部127に記憶された条件ファイルを選択し、必要に応じてこれを書き換えるか、新規に作成することを選び、デフォルト値を元に信号取得条件を書き込むことができる。【００５０】
次に、システム制御部126からの指示により、光学系制御回路133は帯電制御用電子光学系の調整を行う（ステップ403）。この調整では、帯電制御用ビームの照射領域が信号取得用ビーム105a、105b、105cの照射領域を包含するようにパターン選択用偏向器109の偏向量を調整し、帯電制御用ビーム105a、105b、105cの照射条件を合わせる。【００５１】
図５はステップ403における画像表示装置132の画面上のGUIであり、帯電制御用電子光学系の調整画面の一例を示す。アパーチャーアレイ111の各開口パターン202a〜hは番号で対応付けられ、孔数、形状、孔の大きさなどのパラメータがシステム制御部126中の記憶部127に予め登録されている。本調整に入る際、登録されているパラメータとこれまでに設定したパラメータなどから、照射回数、ビーム電流、照射時間、複数回照射する場合の照射時間間隔などのパラメータが計算され、調整画面のアパーチャーアレイ条件表示部502に表示される。【００５２】
オペレーターは、条件ファイル指定ボックス501を通じて、既に帯電制御用電子光学条件が書き込まれた条件ファイルを選択し、必要に応じてこれを書き換えるか、新規に作成することを選び、デフォルト値を元に条件を書き込むことができる。オペレーターは、画像表示装置132の画面上のアパーチャーアレイ条件表示部502に表示された条件を参考に、帯電制御用ビーム105a、105b、105cを形成するために使用する帯電制御用ビームの条件を照射条件選択ボックス503により選択する。続いて、パターン選択用偏向器設定ボックス504a、504b、帯電制御用偏向器設定ボックス505a〜dの値を入力し、帯電制御用ビーム105a、105b、105cの照射位置を調整する。さらに、オペレーターは画像表示装置132の帯電制御用ビーム照射条件表示部512を使って、レンズアレイ設定ボックス506、リターディング電圧設定ボックス507、表面電界制御電極設定ボックス508の値を変化させて、ウェハ上における帯電制御用ビーム105a、105b、105cの照射面積、帯電制御用ビームの入射エネルギー、ウェハ122に戻す二次電子の量をそれぞれ調整することができる。【００５３】
選択した条件で調整作業が終了すると、オペレーターは保存ボタン510または別名保存ボタン509をクリックして、帯電制御用ビーム照射条件表示部512に表示された条件を記憶部127に保存する。最後に、オペレーターは終了ボタン511をクリックし、帯電制御用電子光学条件の調整が終了する。【００５４】
次に、オペレーターは、画像表示装置132の画面上の図示を省略したGUIを用いて、検出系の調整やアライメントなど、電子光学系条件以外の調整を行う（ステップ404）。この調整作業後、更にオペレーターはウェハ内の検査するチップおよびチップ内の検査領域を指定する（ステップ405）。【００５５】
続いて、オペレーターは図６の信号取得／帯電制御条件設定画面を画像表示装置132の画面として表示させる。オペレーターはこの画面を通じて帯電制御および信号取得の条件を決定する（ステップ406）。まず、条件ファイル指定ボックス601を通じて、記憶部127に保存されている条件ファイルを入力、または選択して読み出す。次に表示ボタン602をクリックすると、信号取得用ビームの入射エネルギー、プローブ電流、表面電界強度などの条件が信号取得用電子光学条件表示部603に、帯電制御用ビームの照射に用いるパターン番号、パターン選択用偏向器などの条件が帯電制御用電子光学条件表示部605にそれぞれ表示される。オペレーターは、必要に応じて調整ボタン604をクリックして信号取得用電子光学条件調整画面を表示させ、再度、信号取得用ビームの入射エネルギー、プローブ電流および信号取得用ビーム入射時の表面電界強度などを調整できる。また、調整ボタン606をクリックし、図５の画面を呼び出し、帯電制御用ビーム照射時の条件を調整できる。これらのステップにより、電子光学系の微調整および確認を行う（ステップ407）。オペレーターが決定ボタン607をクリックすると、設定した条件が信号取得条件および帯電制御条件が記憶部127の一時記憶部に保存され、信号取得／帯電制御条件設定が終了する。その後、オペレーターは画像表示装置132に表示された検査ボタンをクリックし、検査を行う（ステップ408）。【００５６】
次に、検査実行時における装置の動作について図７Ａ、Ｂを用いて説明する。まず、帯電制御用ビームを照射するため、パターン選択用偏向器109、レンズアレイ112、帯電制御用偏向器113a、113b、表面電界制御電極118に帯電制御用ビーム照射条件を反映させる。この際、システム制御部126が図６の信号取得／帯電制御条件設定画面で設定した帯電制御用電子光学条件を記憶部127の一時記憶部から読み出し、所望の条件にすべく走査信号発生装置130および光学系制御回路133に信号を送ることで電子光学素子に条件が反映される。【００５７】
図７Ａは、帯電制御用ビーム照射時において、パターン選択用偏向器109により図２の開口パターン202cが選択された時の帯電制御用ビームの走査を説明する図である。このとき、５本の帯電制御用ビーム702a〜eが形成される。ビーム照射領域701a〜eは、1ストライプを５分割したものであり、帯電制御用ビーム702a〜eによってそれぞれ走査され、１ストライプが余すところなく走査される。以下、ビーム照射領域701aと701bの境界を境界Ａ、ビーム照射領域701bと701cの境界を境界Ｂと呼ぶ。本実施例では、５本の帯電制御用ビーム702a〜eは、走査偏向用偏向器117により同一方向に同一角度だけ偏向作用を受け、ビーム照射領域701a〜e各々の一方の境界線から他方の境界線までを、例えば本実施例においては、境界Ｂから境界Ａの方向に走査する。【００５８】
既に述べたように、帯電制御用ビーム702a〜eが走査された領域は所望の帯電状態となる。以下、この領域を帯電制御領域704a〜eと称する。また、本実施例においては、マルチビームの本数は５本としたが、ビームの数は何本であってもよい。【００５９】
ビーム照射領域701a〜e各々の一方の境界線から他方の境界線まで帯電制御用ビーム702a〜eの走査が終了すると同時に、信号取得用ビーム照射を照射するために、パターン選択用偏向器109、帯電制御用偏向器113a、113bの偏向作用を停止し、レンズアレイ112、表面電界制御電極118などの電子光学素子に信号取得用電子光学条件を反映させる。帯電制御用ビーム照射時と同様、システム制御部126が信号取得／帯電制御条件設定画面で設定した信号取得用電子光学条件を記憶部127の一時記憶部から読み出し、所望の条件にすべく走査信号発生装置130および光学系制御回路133に信号を送ることで電子光学素子に条件が反映される。【００６０】
図７Ｂは、信号取得用ビーム照射時において、図２の開口パターン201が選択された時の、信号取得用ビームの走査を説明する図である。このとき、５本の信号取得用ビーム703a〜eが形成される。信号取得用ビーム703a〜eは、それぞれ帯電制御領域704a〜eの信号取得を行うべく、ビーム照射領域701a〜e各々の一方の境界線から他方の境界線までを、境界Ａから境界Ｂの方向に走査する。すなわち、本実施例においては信号取得用ビームの走査方向と帯電制御用ビームの走査方向は互いに逆方向となる。本実施例では、信号取得用ビームのラスタ走査において、走査信号を走査開始位置に戻すまでの待ち時間を、帯電制御用ビームの走査に充てることができるため、従来の信号取得用ビームのラスタ走査と同程度の所要時間で帯電制御と信号取得を両立できる。【００６１】
信号取得用ビーム703a〜eの走査終了と同時に、パターン選択用偏向器109、レンズアレイ112、帯電制御用偏向器113a、113b、および表面電界制御電極118の条件を再び帯電制御用ビーム照射条件に切り替え、走査と同期を取りながら以上の手順を繰り返す。既に述べたように、本実施例の検査装置ではステージが連続移動しているため、上記の操作により、ビーム照射領域701a〜eを順次走査することが可能となる。ストライプの端まで上記の走査が終了すると、隣のストライプに一次ビームが照射されるようにステージ119を制御し、同様に帯電制御用ビームおよび信号取得用ビームの走査を行う。以上の方法でウェハ122内の検査領域を端から順にパターン検査できる。【００６２】
以上説明した本実施例の方法で、実装が容易な構成を用いて、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間差を短縮し、帯電制御と信号取得をそれぞれにおいて最適な条件で行い、欠陥検出感度を向上させることができる。二次電子の振る舞いを制御する電界は、同時に信号取得用ビームにも影響を与えてしまうが、本実施例では帯電制御と信号取得を同時に行わないため、二次電子を試料に引き戻すための電界は、信号取得用ビームが照射される時間帯には形成されない。したがって、信号取得用ビームは帯電制御による影響を受けないため、高精度で欠陥検出を行うことができる。さらに、走査信号を走査開始位置に戻すまでの待ち時間を、帯電制御用ビームの走査に充てることができるため、従来の信号取得用ビームのラスタ走査と同程度の所要時間で帯電制御と信号取得を両立できる。【００６３】
なお、本実施例においては、帯電制御用偏向器113a、113bを帯電制御用ビーム105a、105b、105cの照射位置を調整するための偏向器として説明したが、これを信号取得用ビーム104a、104b、104cの照射位置を調整するために用いてもよい。また、図２に示したアパーチャーアレイの中央部の開口パターン201を信号取得用ビーム形成パターンとして説明したが、これを帯電制御用ビーム形成のために用いることも可能である。逆に、周辺部の開口パターン202a〜hを信号取得用ビーム形成に用いてもよい。例えば、開口パターン202bおよび202cを選択すれば、開口パターン201と比較して各々の孔径が大きく、電子の通過量が多くなるため、大きなビーム電流でマルチビーム検査ができる。この場合、信号取得用電子光学系調整時に信号取得用ビーム形成パターンとして、該当する開口パターンを選択するように各電子光学系を調整すればよい。
【実施例２】
【００６４】
実施例１においては、走査信号と同期を取りながら、帯電制御用ビームの照射条件と信号取得用ビームの照射条件を切り替えることで、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間差を短縮し、ウェハの帯電状態を保持した検査が可能となる。しかし、この形態ではビーム毎の画像の明るさおよび検査感度が不均一になる場合が生じる。そこで、第２の実施例においては、画像の明るさおよび検査感度が均一となる検査方法を提供する。【００６５】
まず、実施例１において、ビーム毎の画像の明るさおよび検査感度が不均一になる原因について、図７Ａ、Ｂ、図８Ａ、Ｂを用いて説明する。図８Ａは、帯電制御用ビーム照射部の帯電量の時間変化を表した図である。帯電制御用ビームの照射により増加した帯電量は、時間の経過とともに徐々に減少する。帯電量の減少の時間スケールはウェハにより様々である。画像の明るさおよび検査感度はウェハの帯電量に依存するため、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間と、帯電量の減少の時間スケールが同程度である場合、画像の明るさおよび検査感度に影響を及ぼす。【００６６】
図８Ｂは、実施例１の図７Ａ、Ｂにおいて、ビーム照射領域701b上を走査する一次ビームの位置の時間変化を表す図である。なお、この図ではビーム照射領域701bについて説明するが、他のビーム照射領域についても同様である。【００６７】
図７Ａに示すように、帯電制御用ビーム702bは境界Ｂから境界Ａまでを走査する。その後、図７Ｂに示すように、信号取得用ビーム703bは境界Ａから境界Ｂまでを走査する。境界Ａ近傍における、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間間隔をt1、境界Ｂ近傍における、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間間隔をt2とすると、図８Ｂに示すようにt1≠t2となり、帯電制御用ビーム照射からの経過時間が異なる。図８Ａで説明したように、ウェハの帯電量は帯電制御用ビーム照射後、時間の経過とともに徐々に減少するため、境界Ａ近傍と境界Ｂ近傍では、信号取得用ビーム照射時における帯電量が異なる。このように、実施例１の形態では、ウェハによっては、ビーム照射位置によって信号取得用ビーム照射時の帯電状態が異なり、画像の明るさおよび検査感度が不均一になる場合がある。【００６８】
この問題を解決するため、本実施例においては、帯電制御用ビーム702と信号取得用ビーム703の走査を同一方向に行う。この方法について、図８Ｃおよび図９Ａ、Ｂを用いて説明する。なお、本実施例における装置構成は実施例１と同じであるため、異なる部分のみ説明する。図９Ａ、Ｂは、本実施例における、帯電制御用ビーム702a〜eおよび信号取得用ビーム703a〜eの走査方向を説明する図である。図９Ａに示すように、帯電制御用ビーム702a〜eはビーム照射領域701a〜e各々の一方の境界線から他方の境界線までを、境界Ａから境界Ｂの方向にそれぞれ走査する。これにより、帯電制御領域704a〜eが形成される。帯電制御用ビーム702a〜eの走査が終わると、信号取得用ビーム703a〜eを照射するための条件を電子光学素子に反映させ、走査信号を走査開始位置まで戻す。その後、図９Ｂに示すように、信号取得用ビーム703a〜eを帯電制御領域704a〜eに、境界Ａから境界Ｂの方向に走査する。図８Ｃは、本実施例における一次ビームの位置の時間変化を表したものである。この形態では、t1とt2は等しくなり、帯電制御用ビーム照射から信号取得用ビーム照射までの時間はビーム照射位置によらず等しくなる。帯電制御用ビーム照射後の帯電量の変化は経過時間に依存するため、この場合、検査領域の帯電量は均一になる。これにより、ビーム照射位置に関係なく、画像の明るさおよび検査感度の均一性を保つことが可能となる。
【実施例３】
【００６９】
実施例１および２では、ビーム照射領域701a〜eの一方の境界から他方の境界へビームを走査する毎に、帯電制御用ビーム702a〜eと信号取得用ビーム703a〜eの照射条件の切り替えを行ったが、照射条件の切り替えには毎回数秒程度の時間を要するため、実施例１および２の方法では、照射条件の切り替え回数が多く、検査時間が長くなる場合がある。しかし、ウェハ122の帯電保持時間が１ストライプの走査時間と同程度あるいはそれ以上であれば、帯電制御用ビームと信号取得用ビームの照射条件の切り替えを１ストライプの走査毎に切り替えれば十分である。そこで、第３の実施例においては、上記の２つの条件の切り替えを１ストライプの走査ごとに行う。これにより、照射条件の切り替え回数を少なくし、実施例２と比較して検査時間を短くすることが出来る。なお、装置構成は実施例１と同じであるため、異なる部分のみ説明する。【００７０】
図１０は、実施例３に係る、ウェハ122から見た帯電制御用ビーム702a〜eと信号取得用ビーム703a〜eの進行を示す図である。この図は、ステージ119に載置されたウェハ122が進行するのに伴い、ビームがウェハ122に対して相対的に進行する様子を表している。まず、図１０Ａのように、帯電制御用ビーム702a〜eが、ウェハ122から見て紙面上方向へ１ストライプ分走査されることにより、帯電制御領域704a〜eが形成される。次に、形成された帯電制御領域704a〜e上を走査するため、図１０Ｂのように、信号取得用ビーム703a〜eがウェハ122から見て紙面下方向へ１ストライプ分走査する。これにより、１ストライプ分の帯電制御および信号取得ができる。１ストライプ分の帯電制御および信号取得が終了すると、隣のストライプの帯電制御および信号取得を行うべくステージ119を制御し、上記と同様の操作を繰り返す。これにより、ウェハ122内の検査すべき領域をパターン検査できる。【００７１】
なお、本実施例においては、帯電制御用ビーム照射時と信号取得用ビーム照射時において、ウェハ122から見た各ビームの進行方向は互いに逆であったが、両者を同一方向に進行させてもよい。すなわち、帯電制御用ビーム照射時には、図１０Ｃのようにビームを紙面下方向に進行させ、信号取得用ビーム照射時にも、図１０Ｂのようにビームを紙面下方向に進行させて、ウェハ122のパターン検査を行うことも可能である。
【実施例４】
【００７２】
実施例１および２では、ビーム照射領域701a〜eの一方の境界から他方の境界へ帯電制御用ビーム702a〜eを１回走査し帯電制御を行った後、照射条件を切り替え、信号取得用ビーム703a〜eを走査し、信号の取得を行った。また、実施例３では、１ストライプを帯電制御用ビーム702a〜eで１回走査し帯電制御を行った後、信号取得用ビーム703a〜eが当該ストライプ上を走査し、信号の取得を行う。【００７３】
一方、第４の実施例では、帯電制御用ビーム702a〜eの走査を複数回行った後、信号取得用ビーム703a〜eの走査を行う。この形態においても強い帯電状態の下で検査を行うことが可能となる。なお、本実施例においても装置構成は実施例１のものと同様である。【００７４】
図１１は、実施例４に係る信号取得／帯電制御条件設定画面である。図６の信号取得／帯電制御条件設定画面と比較して、帯電制御用ビーム走査回数設定ボックス1101が加わっているが異なっている。オペレーターは、帯電制御用ビーム走査回数設定ボックス1101に走査回数を入力することにより、帯電制御用ビームの走査を複数回実行することが可能になる。【００７５】
本実施例においては、帯電制御用ビームを複数回照射する間に選択する開口パターンを変えてもよい。例えば、開口パターン202bを選択して帯電制御用ビームを照射した後、開口パターン202cを選択して帯電制御用ビーム照射し、その後に信号取得用ビームを照射してもよい。
【実施例５】
【００７６】
以上説明してきた実施例１〜４では、複数の開口パターンを有するアパーチャーアレイ111およびレンズアレイ112を設け、パターン選択用偏向器109により開口パターンを選択して、帯電制御時と信号取得時で開口パターンおよび光学条件を切り替えて、帯電制御と試料観察を行う。第５の実施例では、開口パターンが単一の場合のマルチビーム型の電子線検査装置について説明する。【００７７】
図１２は、実施例５に係るマルチビーム型の電子線検査装置である。図１のマルチビーム型の電子線検査装置と異なり、アパーチャーアレイ111-2およびレンズアレイ112-2の開口パターンは単一であるため、パターンを選択する必要がなく、パターン選択用偏向器109、帯電制御用偏向器113a、113bが存在しない。なお、アパーチャーアレイ112-2の開口パターンは例えば、図２の開口パターン201と同様なものを利用することができる。この場合、信号取得用ビーム照射時の信号取得用ビーム104a-2、104b-2、104c-2は、図１に示した信号取得用ビーム104a、104b、104cと同一となる。なお、同図において、105a-2、105b-2、105c-2は帯電制御用ビーム照射時の帯電制御用ビームを示している。【００７８】
本実施例において、帯電制御時と信号取得時のタイミング切り替えの際、切り替えが必要な構成要素は、レンズアレイ112-2および表面電界制御電極118の電圧値と、リターディング電圧である。このため、実施例１〜４と比較して実装および制御が容易であり、帯電制御と信号取得を行うことができる。【００７９】
すなわち、実施例５によれば、レンズアレイ112および表面電界制御電極118の電圧値とリターディング電圧のみを、帯電制御時と信号取得時に切り替えることにより、図１２に示す帯電制御用ビーム105a-2、105b-2、105c-2、信号取得用ビーム104a-2、104b-2、104c-2を切り替えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、半導体や磁気ディスクの製造プロセスにおいて用いられる検査装置および計測装置等の荷電粒子線応用装置として利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
101…電子銃、102…電子源、103…一次ビーム、104…信号取得用ビーム、104a…信号取得用ビーム、104b…信号取得用ビーム、104c…信号取得用ビーム、105…帯電制御用ビーム、105a…帯電制御用ビーム、105b…帯電制御用ビーム、105c…帯電制御用ビーム、106…電磁レンズ、107…陽極、108…第一の電子源像、109…パターン選択用偏向器、110…電磁レンズ、111…アパーチャーアレイ、112…レンズアレイ、113a…帯電制御用偏向器、113b…帯電制御用偏向器、114…ビームセパレータ、115…電磁レンズ、116…対物レンズ、117…走査偏向用偏向器、118…表面電界制御電極、119…ステージ、120…リターディング電源、121…表面電界制御電源、122…ウェハ、123a…二次電子検出器、123b…二次電子検出器、123c…二次電子検出器、124a…増幅回路、124b…増幅回路、124c…増幅回路、125…A/D変換機、126…システム制御部、127…記憶部、128…演算部、129…欠陥判定部、130…走査信号発生装置、131…ステージ制御装置、132…画像表示装置、133…光学系制御回路、134a…二次電子、134b…二次電子、134c…二次電子、135…基準マーク、136a…第二の電子源像、136b…第二の電子源像、136c…第二の電子源像、137a…二次電子、137b…二次電子、137c…二次電子、201…開口パターン、202a…開口パターン、202b…開口パターン、202c…開口パターン、202d…開口パターン、202e…開口パターン、202f…開口パターン、202g…開口パターン、202h…開口パターン、501…条件ファイル指定ボックス、502…アパーチャーアレイ条件表示部、503…照射条件選択ボックス、504a…パターン選択用偏向器設定ボックス、504b…パターン選択用偏向器設定ボックス、505a…帯電制御用偏向器設定ボックス、505b…帯電制御用偏向器設定ボックス、505c…帯電制御用偏向器設定ボックス、505d…帯電制御用偏向器設定ボックス、506…レンズアレイ設定ボックス、507…リターディング電圧設定ボックス、508…表面電界制御電極設定ボックス、509…別名保存ボタン、510…保存ボタン、511…終了ボタン、512…帯電制御用ビーム照射条件表示部、601…条件ファイル指定ボックス、602…表示ボタン、603…信号取得用電子光学条件表示部、604…調整ボタン、605…帯電制御用電子光学条件表示部、606…調整ボタン、607…決定ボタン、701a…ビーム照射領域、701b…ビーム照射領域、701c…ビーム照射領域、701d…ビーム照射領域、701e…ビーム照射領域、702a…帯電制御用ビーム、702b…帯電制御用ビーム、702c…帯電制御用ビーム、702d…帯電制御用ビーム、702e…帯電制御用ビーム、703a…信号取得用ビーム、703b…信号取得用ビーム、703c…信号取得用ビーム、703d…信号取得用ビーム、703e…信号取得用ビーム、704a…帯電制御領域、704b…帯電制御領域、704c…帯電制御領域、704d…帯電制御領域、704e…帯電制御領域、1101…帯電制御用ビーム走査回数設定ボックス。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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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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