(57)【要約】【課題】高速な画像表示を可能とし、操作性に優れた電子ビームによる画像表示装置を提供する。【解決手段】電子ビーム照射手段３には電子ビームを偏向させて試料面を走査させる第１の偏向器２ａが設けられ、電子検出光学系４には前記第１の偏向器の出力信号に同期させて試料画像ビームを画像表示手段１２において所望の試料画像を表示するように偏向させる第２の偏向器２１ａを備えた構成とした。【選択図】図１
2008034399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ機構と一次電子コラムと二次電子検出コラムとを有する画像表示装置であって、
前記ステージ機構は、
ステージと、
前記ステージをＸ及びＹ方向に移動させる駆動手段と、
前記ステージの位置を検出し、ＣＰＵへ前記ステージの位置情報を伝達する位置検出手段とを有し、
前記一次電子コラムは、
試料面上に一次照射ビームを照射する電子銃と、
前記一次照射ビームを偏向する一次偏向器と、
前記一次照射ビームの形状をラインビームに制御する一次系レンズとを有し、
前記二次電子検出コラムは、
前記一次照射ビームにより照射された試料面からの二次電子を試料画像ビームとして制御する二次系レンズと、
前記二次系レンズを通過した試料画像ビームを偏向させる二次偏向器と、
前記二次偏向器により偏向された試料画像ビームを１ラインずつ検出する電子検出器と、
前記ステージの位置情報が伝達されたＣＰＵに制御され、前記一次偏向器にスキャン指示信号を出し、かつ前記一次偏向器に同期させて前記二次偏向器にスキャン指示信号を出し、前記試料画像ビームが前記電子検出器の一定位置にあたるように振り戻すスキャン制御系と、
前記試料画像ビームを前記電子検出器上に試料画像として結像させる電子検出光学系と、
前記電子検出器の出力信号に基づいて前記試料面の画像を表示する画像表示手段とを有し、
前記一次系レンズと前記二次系レンズは前記ＣＰＵ制御下にあるレンズ制御系により制御され、前記一次系レンズは、一次照射ビームの形状、寸法を変更可能に操作し、前記一次偏向器は一次照射ビームを回転可能に操作することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを用いたウエハーパターン等の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ますますウエハ、マスクなどの試料面上の欠陥検出に要求される検出感度が高くなってきている。例えば、２５６ＭＤＲＡＭのパターン寸法０．２５μｍウエハパターン上の検出すべき欠陥の寸法に対して０．１μｍの検出感度が必要とされている。また、高検出感度化とともに検査速度の高速化をも満足させた検査装置の要求が高まってきている。これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いた表面検査装置が開発されている。
【０００３】
従来、電子ビームを用いたパターン検査装置として、例えば、特開平５−２５８７０３号公報や特開平７−２４９３９３号公報などが知られている。
これらの従来技術の代表例として、特開平７−２４９３９３号公報について簡単に説明する。図４は、従来のパターン検査装置の全体構成図である。矩形電子ビームを発生させる電子銃と四極子レンズ系とからなる１次コラム８１と試料からの二次電子もしくは反射電子を検出する投影型二次電子検出コラム８４とから構成されている。矩形陰極と四極子レンズ系とをからなる電子光学系を用いたことにより、容易に試料面８２に照射されるビーム形状を任意に形成することができる。本装置は、適正なアスペクト比をもつ矩形ビームにより、高検出感度で、試料全面を走査するための検査時間は大幅に短縮できることを特徴としている。
【０００４】
次に、試料からの二次電子を検出する二次電子検出系としては様々な検出系が提案されている。その一例としてＭＣＰ／蛍光面／リニアイメージセンサを用いた二次電子検出器について説明する。図５は、従来の二次電子検出器の断面図である。試料からの放出された二次電子は、二次電子検出コラムを通過してＭＣＰ検出面に結像される。その後段に蛍光面７２を塗布したファイバプレート７３を配置し、倍増された電子群の信号を光信号に変換され、ＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４で電気信号に再変換され、これが画像として表示される構成である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような、従来の画像表示装置の場合、ある特定の試料面領域の画像観察を行う際には、ステージを移動するか電子ビームコラムを移動するか、いずれかの方法により画像を取得する方法が考えられている。しかしながら、これらの方法を用いた場合、高速な画像観察速度を得られないという欠点がある。
【０００６】
本発明は、高速な画像表示を可能とし、操作性に優れた電子ビームによる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明においては、１次電子コラム内の偏向器によって電子ビームを偏向し、試料面上でラインビームを走査しすることにより、高速な画像観察速度を得ることとした。そして、走査された電子ビームにより発生される２次電子などの電子信号を検出器の適正な位置に導くために、２次電子検出コラム内の偏向器により電子信号を１次電子コラム内の偏向器とは逆方向に偏向し検出器上に振り戻す構成を採用した。
【０００８】
従って、本発明は、試料面上に電子ビームを照射する電子ビーム照射手段と、前記電子ビームにより照射された試料面からの二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうち少なくとも１つを試料画像ビームとして検出する電子検出器と、前記試料画像ビームを前記電子検出器上に試料画像として結像させる電子検出光学系と、前記電子検出器の出力信号に基づいて前記試料面の画像を表示する画像表示手段とを有する画像表示装置であって、前記電子ビーム照射手段には電子ビームを偏向させて試料面を走査させる第１の偏向器が設けられ、前記電子検出光学系には前記第１の偏向器の出力信号に同期させて試料画像ビームを前記画像表示手段において所望の試料画像を表示するように偏向させる第２の偏向器を備えた構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来できなかったＴＶスキャンレートの画像観察が可能となり、高速な画像観察速度を得ることができる。その結果、試料パターンの検査速度を向上させることが可能となった。また、画像倍率の変更、画像の回転も極めて容易に実行することができるようになり、オペレータ操作性も格段に向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例の全体構成図である。
電子銃１と電子ビーム照射手段としての一次電子コラム３から照射される一次照射ラインビーム１００により、試料６から二次電子１１０が発生する。試料６の表面上から発生する二次電子１１０は、電子検出光学系としての投影型二次電子検出コラム４により捕獲され、電子検出器としてのＭＣＰアセンブリ検出器５に拡大投影される。
【００１１】
ＭＣＰアセンブリ検出器５は、検出器駆動制御手段８により制御され、試料画像信号が取り出される。
試料６はステージ７上に載置され、ステージは駆動手段によりＸ及びＹ方向に移動可能となっており、その実際の位置Ｘ、Ｙは、位置検出手段としてのレーザー干渉計ユニット９により読み取り可能となっている。
【００１２】
ＣＰＵ１０からの指示により、ステージ駆動手段はＸ−Ｙステージ７を駆動する。そのステージ位置情報はレーザー干渉計ユニット９から検出器駆動制御手段８へ伝達されて、順次試料画像がＣＰＵ１０へ供給され、ＣＲＴディスプレイ１２上に画像表示されるようになっている。
また、電子照射ビーム照射手段には、第１の偏向器２０ａ（以下１次コラム偏向器と呼ぶ）が設けられている。一次照射ビーム１００は、一次コラム偏向器２０ａにより試料６面上を走査可能となっており、一次コラム偏向器２０ａは一次コラム偏向器ドライバー２０ｂにより駆動される。一次コラム偏向器ドライバー２０ｂは、ＣＰＵ１０からの指示により作動するスキャン制御系２３により制御される。
【００１３】
同様に、電子検出光学系４には、第２の偏向器２２ａ（以下２次コラム偏向器と呼ぶ）が設けられている。試料から放射される電子画像ビーム１１０は二次コラム偏向器２２ａにより、ＭＣＰアセンブリ検出器５の入射面上を走査可能となっている。二次コラム偏向器２２ａは二次コラム偏向器ドライバー２２ｂにより駆動される。二次コラム偏向器ドライバー２２ｂは、前記一次コラム偏向器ドライバー２０ｂと同様に、ＣＰＵ１０からの指示により作動するスキャン制御系２３により制御される。
【００１４】
なお、試料面から生ずる電子信号は二次電子に限らず、例えば反射電子信号でも良い。
一次照射ビーム１００の形状は、三重四極子レンズ２ａにより決定される。一次系三出力レンズ電源２ｂはＣＰＵ１０制御下にあるレンズ制御系２４により制御され、ＣＰＵ１０の指示により一次照射ビーム１００の形状が設定される。
【００１５】
本発明の実施の形態では、電子検出光学系４は試料から放射される電子ビームを制御する４つの投影光学系の電界レンズ２１ａを備えている。これら４つの電界レンズ２１ａは、ＭＣＰアセンブリ検出器５に二次電子１１０の画像信号を投影する為のもので、ＭＣＰアセンブリ検出器５入口での倍率および焦点は二次系四出力レンズ電源２１ｂの出力により決定される。この二次系四出力レンズ電源２１ｂはＣＰＵ１０制御下にあるレンズ制御系２４により制御される。
【００１６】
次にＭＣＰアセンブリ検出器について説明する。図２がＭＣＰアセンブリ検出器の説明図である。
前記投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビーム３６は、第１のＭＣＰ３１に入射する。第１のＭＣＰ３１に入射した試料画像ビーム３６は、その電流量をＭＣＰ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ３２を経由して蛍光面３３に衝突する。
【００１７】
その際、第１のＭＣＰ３１の入口の電位は、投影型二次電子コラムから投影される試料画像ビーム３６の加速電圧を、ＭＣＰの検出効率の最も良い値に調整する為に設定される。例えば、投影試料画像ビーム３６の加速電圧が＋５ｋＶであった場合、第１のＭＣＰ３１の入口の電位は−４．５ｋＶに設定して減速させ、その電子エネルギーが０.５ｋｅＶ程度になるようにする。
【００１８】
試料画像ビーム電流量の増幅率は、第１のＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２の間に印可される電圧で規定される。例えば１ｋＶ印可で１×１０4の増幅率となる。また、第２のＭＣＰ３２から出力される画像ビームの拡がりをできるだけ抑制する為に、第２のＭＣＰ３２と蛍光面３３との間には、４ｋＶ程度の電圧を印可する。
【００１９】
蛍光面３３では電子が光子に変換され、その出力画像はＦＯＰ(ファイバーオプティックプレート)３４を通過して、ラインＣＣＤカメラ３５に照射される。蛍光面３３での画像サイズとラインＣＣＤの撮像サイズを合わせる為、ＦＯＰ３４では約３：１に画像が縮小されて投影されるように、設計されている。
上述の如く構成された電子ビームによる画像表示装置の動作について以下説明する。図３は、パターン検査時における装置の動作説明図である。
【００２０】
図３において、試料(ウエハ)６の中の斜線で示された画像表示対象領域４１内の座標（Ｘ1,Ｙ1）から（Ｘ1024,Ｙ1024）までの画像を取得し、画像表示手段１２に表示する場合を想定する。
前記ＣＰＵ１０の指示により試料６は今、画像観察のため停止している状態である。その時図２において一次照射ビーム１００により照射された試料領域から放射された電子ビーム（試料画像ビームと呼ぶ）４０は、前記ＭＣＰアセンブリ検出器５の適正な位置に拡大投影されるように、前記レンズ制御系２４、前記スキャン制御系２３により調整されているとする。
【００２１】
オペレータがＣＰＵ１０に画像表示を指示すると、一次照射ラインビーム１００が一次ビーム照射位置のスキャン方向４２の方向に、座標（Ｘ1,Ｙ1）（Ｘ1024,Ｙ1）から（Ｘ1,Ｙ1024）（Ｘ1024,Ｙ1024）までの間をスキャンする様に、ＣＰＵ１０がスキャン制御系２３を介して一次コラム偏向器ドライバー２０ｂに指示信号を出す。
【００２２】
同時にスキャン制御系２３は、一次コラム偏向器ドライバー２０ｂへのスキャン指示信号と同期して、二次コラム偏向器ドライバー２２ｂへもスキャン指示信号を供給するようにしている。その結果、一次照射ビーム１００により照射された試料領域からの二次電子画像信号が、ＭＣＰアセンブリ検出器５上の一定位置に適正にあたるように、振り戻す動作を実行させるようにしている。
【００２３】
また同時にスキャン制御系２３は、試料上の１Ｙアドレス分のスキャンが実行される毎に、検出器コントロールユニット８へも同期信号を供給し、検出器コントロールユニット８に１ラインずつ画像を取得させる。
検出器コントロールユニット８に取得された画像は、順次ＣＰＵ１０に転送され、ＣＲＴ１２ｂ上にリアルタイムで表示される。
【００２４】
上記のようなスキャンを繰り返し実行することにより、座標（Ｘ1,Ｙ1）（Ｘ1024,Ｙ1）から（Ｘ1,Ｙ1024）（Ｘ1024,Ｙ1024）までの画像をリアルタイムで観察することが可能となる。
またその画像表示速度をＴＶレートで実行することも容易である。
画像の観察倍率は、１次電子コラム系の前記三重四極子レンズ２ａの設定値を操作し、一次照射ビームの形状、寸法を変えることにより自在に変更することが可能である。また１次電子コラムの第１の偏向器により走査される照射ビーム１００のスキャン幅と２次電子検出系の第２の偏向器により走査される画像ビーム４０スキャン幅とを変えたりすることによっても、自在に倍率変更することが可能である。
【００２５】
また画像表示手段における表示画像の回転も自在に実行することが出来る。
１次照射ビームを走査する際に第１の偏向器の出力信号を回転の電場と位置の電場をオフセットとして重畳させ、ライン状画像４０を、４３のように回転させる。その回転したライン状画像４３を、４４のスキャン方向に走査させると、回転した画像情報が、二次電子として出力される。
【００２６】
その二次電子ライン画像信号を、上記と同様に２次コラム内で回転の電場と位置の電場をオフセットとして逆方向に重畳させ、ＭＣＰアセンブリ検出器５上の一定位置に結像させれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例の全体構成図である。
【図２】ＭＣＰアセンブリ検出器の説明図である。
【図３】画像表示の動作の説明図である。
【図４】従来の電子ビーム法による欠陥検査装置の概念構成図。
【図５】従来のＭＣＰ構成図。
【符号の説明】
【００２８】
１    電子銃
２ａ  三重四極子レンズ
２ｂ  １次系三出力レンズ電源
３    電子ビーム照射手段（電子銃と四極子レンズ系とからなる１次電子コラム）
４    二次電子検出コラム（電子検出光学系）
５    電子検出手段（ＭＣＰアッセンブリ検出器）
６    試料
７    Ｘ−Ｙステージ
８    ＴＤＩアレイＣＣＤカメラ駆動制御手段
９    干渉計ユニット（Ｘ−Ｙステージ位置検出手段）
１０  ＣＰＵ
１２  ディスプレイ
２０ａ  第１アライメント用偏向器
２０ｂ  第１アライメント用偏向器ドライバー
２１ａ 投影光学系の電界レンズ
２１ｂ 二次系四出力レンズ電源
２２ａ 第２アライメント用偏向器
２２ｂ 第２アライメント用偏向器ドライバー
２３   アライメント制御手段
２４   レンズ制御手段
３１、３２  ＭＣＰ受像部
３３   蛍光部
３４   ファイバオプテイクプレート（ＦＯＰ）
３５   ＴＤＩアレイＣＣＤを搭載したカメラ
１００ 一次照射ビーム
１１０ 試料からの放射される電子ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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