(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生された電子ビームを集束して試料である基板に一次ビームとして入射させるビーム集束手段を有する電子ビーム照射手段と、
前記一次ビームの照射を受けて前記基板から発生した第１の二次電子および反射電子を二次ビームとして検出し、第１の画像信号を出力する電子ビーム検出手段と、
前記第１の画像信号に基づいて前記第１の二次電子および反射電子により形成され前記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像である第１の電子画像を表示する第１の表示手段と、
前記一次ビームを偏向して前記基板の表面に略垂直に入射させる電子ビーム偏向手段を含み、前記二次ビームを拡大投影して前記電子ビーム検出手段に結像させる写像投影手段と、
前記電子ビーム偏向手段が配設された位置を含み、前記電子ビーム偏向手段と前記基板との間で前記二次ビームのビーム軸に垂直な平面に配設され、前記二次ビームの開き角を決定する開き角絞りと、
前記電子ビーム照射手段と前記開き角絞りとの間に配設され、前記一次ビームを偏向するとともに前記開き角絞りの上面で走査させる電子ビーム偏向走査手段と、
前記一次ビームの照射により前記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を検出して第２の画像信号を出力する二次電子検出手段と、
前記第２の画像信号に基づいて前記第２の二次電子および反射電子により形成され前記開き角絞りの状態を表す画像である第２の電子画像を表示する第２の表示手段と、
前記第２の電子画像に基づいて、前記ビーム集束手段および前記電子ビーム偏向走査手段を調整して前記一次ビームの焦点距離と方向と照射面の大きさとを変更する一次ビーム調整手段と、を備えた基板検査装置。
【請求項２】
前記開き角絞りは、その絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンが上面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】
前記図形パターンは、それぞれの中心点が前記絞り孔を中心とする同心円の図形パターンであることを特徴とする請求項２に記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記図形パターンは、前記一次ビームが前記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微細パターンを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記微細パターンの平面形状は、前記一次ビームの断面形状と略相似であることを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記開き角絞りを前記二次ビームのビーム軸に垂直な平面内で移動させる開き角絞り移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の基板検査装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の基板検査装置と、
前記第２の画像信号に基づいて前記一次ビーム調整手段を制御する中央処理装置と、を備えた基板検査システム。
【請求項８】
発生された電子ビームを集束して試料である基板に一次ビームとして入射させるビーム集束手段を有する電子ビーム照射手段と、前記一次ビームの照射を受けて前記基板から発生した第１の二次電子および反射電子を二次ビームとして検出し、第１の画像信号を出力する電子ビーム検出手段と、前記第１の画像信号に基づいて前記第１の二次電子および反射電子により形成され前記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像である第１の電子画像を表示する第１の表示手段と、前記一次ビームを偏向して前記基板の表面に略垂直に入射させる電子ビーム偏向手段を含み、前記二次ビームを拡大投影して前記電子ビーム検出手段に結像させる写像投影手段と、前記電子ビーム偏向手段が配設された位置を含み、前記電子ビーム偏向手段と前記基板との間で前記二次ビームのビーム軸に垂直な平面に配設され、前記二次ビームの開き角を決定する開き角絞りと、前記電子ビーム照射手段と前記開き角絞りとの間に配設された電子ビーム偏向走査手段と、二次電子検出手段と、第２の表示手段と、を備えた基板検査装置の制御方法であって、
前記電子ビーム偏向走査手段を用いて前記一次ビームを偏向するとともに前記開き角絞りの上面で走査させる第１の過程と、
前記一次ビームの照射により前記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を前記二次電子検出手段を用いて検出して前記第２の二次電子および反射電子により形成され前記開き角絞りの状態を表す画像である第２の電子画像を前記第２の表示手段に表示する第２の過程と、
前記第２の電子画像に基づいて、前記一次ビームが所望の大きさの照射面で前記開き角絞り上で結像し、前記開き角絞りの絞り孔の中心を前記開き角絞りに垂直に通過するように前記ビーム集束手段および前記電子ビーム偏向走査手段を調整する第３の過程と、を備えた基板検査装置の制御方法。
【請求項９】
前記開き角絞りの上面には、前記絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンが形成され、
前記第３の過程は、前記図形パターンの前記第２の電子画像の中心が前記表示手段の表示面の中心と略一致するように、前記ビーム集束手段および前記電子ビーム偏向走査手段を調整する過程とを含むことを特徴とする請求項８に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１０】
前記図形パターンは、それぞれの中心点が前記絞り孔を中心とする同心円の図形パターンを含み、
前記第３の過程は、前記第２の電子画像の解像度が前記表示手段の前記表示面の中心に対して点対称となるように前記ビーム集束手段および前記電子ビーム偏向走査手段を調整する過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１１】
前記図形パターンは、前記一次ビームが前記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微細パターンを含み、
前記第３の過程は、前記微小パターンの前記第２の電子画像に基づいて前記一次ビームが前記開き角絞りの上面で形成する照射面の大きさを調整する過程を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１２】
前記微細パターンの平面形状は、前記一次ビームの断面形状と略相似であることを特徴とする請求項１１に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１３】
前記基板検査装置は、前記開き角絞りを前記二次ビームのビーム軸に垂直な平面内で移動させる開き角絞り移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板検査装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査装置および基板検査システム並びに基板検査装置の制御方法に関し、特に、一次ビームの試料への照射領域を確保しつつ、２次ビームの倍率色収差を低減する基板検査装置および基板検査システム並びに基板検査装置の制御方法の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームを用いた半導体パターン欠陥検査が行われている中で、矩形状の電子ビームを電子ビーム照射手段にて形成して一次ビームとして試料に照射し、その試料表面の形状／材質／電位の変化に応じて発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、二次電子等という）を加速させ、二次ビームとして写像投影手段にて電子検出部に拡大投影し、試料表面の状態を現す電子画像を得る手法が特開平７−２４９３９３に記載されている。さらに、この手法に加えて、写像投影手段の一部をもなす電子ビーム偏向手段であるウィーンフィルタ（Wien filter）を用いて一次ビームは偏向させて、試料表面に対し垂直に入射させ、かつ二次ビームは同一のウィーンフィルタ内を直進させる方法が特願平９−３００２７５号出願にて提案されている。特願平９−３００２７５号出願に示された基板検査装置を含む基板検査システムの概略を図１０に示す。
【０００３】
同図に示す基板検査システム１００は、一次光学系１、これを制御する電子銃制御部１６および複数段四極子レンズ制御部１７と、二次光学系２、これを制御する二次光学系レンズ制御部５２，５４〜５６と、電子検出部３、およびこれを制御する電子検出制御部５７、ウィーンフィルタ４１、およびこれを制御するウィーンフィルタ制御部５３、ステージ４３、およびこれを制御するステージ電圧制御部５１と、画像信号処理部５８、ホストコンピュータ５９、および表示部６０を備えている。
【０００４】
一次光学系１は、電子銃部１０と、ビーム集束手段である複数段の四極子レンズ系１５と、偏向器６９とを備えている。電子銃部１０は、長軸１００〜７００μｍ、短軸１５μｍの矩形の電子放出面を有するランタンヘキサボライド（ＬａＢ6）製の線状陰極１１、矩形開口を有するウェーネルト電極（Wehnelt cylinder）１２、電子ビームを引出して一次ビーム５として照射する陽極１３、およびビーム軸調整用の偏向器１４を備えている。電子銃制御部１６は、一次ビーム５の加速電圧、出射電流、ビーム出射角度などを制御する。複数段の四極子レンズ系１５は、複数段四極子レンズ制御部１７の制御に基づいて一次ビーム５を集束し、また、偏向器６９は集束された一次ビーム５の進行方向を変更して出射角度を調整する。
【０００５】
線状陰極１１より放出し、複数段の四極子レンズ１５とその制御部１７によって集束された一次ビーム５は、偏向器６９によりその出射角度を調整されて、ウィーンフィルタ４１に対して斜めから入射する。ここで、線状陰極１１は、矩形の電子放出面を有しているので、電子ビームの断面形状は略矩形となる。これにより、試料への照射領域が拡大し、検査効率を高めることができる。なお、矩形の他に、例えば、線状、長楕円等のアスペクト比が１を超える細長形状の断面を有する電子ビームを用いても、検査効率を高めることができる。しかし、細長形状に限らず様々な断面形状の電子ビームを用いても良い。
【０００６】
一次ビーム５はウィーンフィルタ４１によって試料４２の表面に対して垂直な方向へ偏向されてウィーンフィルタ４１を出射する。その後、一次ビーム５は、回転対称静電レンズであるカソードレンズ２１によって縮小され、試料４２上で長軸数百μｍ、短軸２５μｍ程度の略矩形ビームとして照射される。
【０００７】
ステージ４３は、試料４２に入射する一次ビーム５，試料４２から出射する二次ビーム６の各ビーム軸に対して垂直な平面内で移動自由な機構を有し、これにより、その上面に設置する試料４２を移動させてその全表面が走査できるようになっている。また、ステージ４３は、ステージ電圧制御部５１により試料４２に負電圧が印加できるようになっている。これにより、基板４２から放出する二次電子等を加速させて二次ビーム６として二次光学系２に入射させるので、二次ビーム６の収差を低減させることができる。また、一次ビーム５の基板４２への入射エネルギーを抑えて基板４２のダメージを低減することができる。
【０００８】
ウィーンフィルタ４１の基本的な構成を図１１に示す。同図に示すように、ウィーンフィルタ４１は、それぞれ相互に対向して配置され、ウィーンフィルタ制御部５３（図１０参照）によって制御される直方体の２つの電極４１ａ，４１ｂと２つの磁極４１ｃ，４１ｄとを備えている。同図に示すＸＹＺの三次元空間において、Ｚ軸を写像投影系の光軸とすると、ウィーンフィルタ４１は、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面内で電界Ｅと磁界Ｂとを直交させた構造になっており、入射した電荷粒子に対して、ウィーン条件ｑＥ＝ｖＢ（ｑは粒子電荷、ｖは直進電荷粒子の速度）を満たす電荷粒子のみを直進させる働きをする。
【０００９】
図１２（ａ），（ｂ）は、ウィーンフィルタ４１を通過する電子ビーム軌道の説明図であり、いずれも、ＸＺ平面（Ｙ＝０）で切断した図１１の断面図である。図１２（ａ）に示すように、この基板検査システム１００では、ウィーンフィルタ４１に入射した一次ビーム５に対しては、磁界による力ＦBと電界による力ＦEが同一方向に作用して、一次ビーム５は試料４２の表面に対して垂直に入射するように偏向される。この一方、同図（ｂ）に示すように、二次ビーム６に対しては、磁界による力ＦBと電界による力ＦEが逆方向に作用し、なおかつウィーン条件ＦB＝ＦEが成立しているため、二次ビーム６は偏向されずに直進して二次光学系２に入射する。
【００１０】
図１０に戻り、電子検出部３は、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）検出器３１と、蛍光板３２と、ライトガイド３３と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を有する撮像素子３４とを備えている。後述する二次光学系２を経てＭＣＰ検出器３１に入射した二次ビーム６は、ＭＣＰ検出器３１により増幅されて蛍光板３２に照射され、そこで発生した蛍光像は、ライトガイド３３を介して撮像素子３４にて画像信号として検出される。この画像信号は、画像処理部５８に供給されて各種の信号処理がなされ、画像データとしてホストコンピュータ５９に供給される。ホストコンピュータ５９は、この画像データを表示部６０にて画像表示するとともに、図示しないメモリを用いた画像データの保存やその他の画像処理等を行う。
【００１１】
二次光学系２は、回転対称静電レンズであるカソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２３、第四レンズ２４と、第二レンズ２２と第三レンズ２３との間に設置された視野絞り２６とを備えている。カソードレンズ２１、第二レンズ２２、第三レンズ２３、第四レンズ２４は、それぞれ二次光学系レンズ制御部５２，５４，５５，５６によって制御される。二次光学系２はまた、ウィーンフィルタ４１とカソードレンズ２１の間の焦点Ｆ1（図１３参照）を通り、ビーム軸に垂直な平面である焦点面９内に設置された開き角絞り２５を備えている。
【００１２】
このように焦点面９の位置に開き角絞り２５を配置する理由は、次のとおりである。即ち、二次ビーム６についてカソードレンズ２１のみで結像を行おうとすると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすいので、図１３のビーム軌道説明図に示すように、第二レンズ２２と合わせて両テレセントリック系、即ち、入射瞳と出射瞳のいずれもが無限遠に存在する光学系を形成して視野絞り２６の位置で１回の結像を行わせ、さらに、この結像光学系の焦点面９に開き角絞り２５を設置することにより、二次ビーム６（ビーム軌道８）の倍率色収差を抑えることができるからである。この方法は、特願平１０−３６０３０６号出願でも提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術による構造では、開き角絞り２５を焦点面９に設置することにより、一次ビーム５の試料４２上の照射領域を制限してしまうという問題があった。その解決策として、図１３に示すように、開き角絞り２５から試料４２までの一次ビーム軌道７を、開き角絞り２５上に焦点Ｆ1をもつように入射させ、カソードレンズ２１によってレンズ作用を与えることにより、試料４２に対して垂直に照射させるケーラー照明（Koehler illumination）系にする手法がある。このような光学系を形成するには、複数段の四極子レンズ１５と偏向器６９を用いて一次ビーム軌道７を調整する必要がある。
【００１４】
しかしながら、上述した従来の基板検査システムの構成では、一次ビーム５が開き角絞り２５上で結像しているか否かを確認することができなかったため、ケーラー照明系を形成するための調整が困難であるという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カソードレンズと試料との間でケラー照明系が確実に形成されるように一次ビームの軌道を容易に調整できるようにすることにより、二次ビーム６の倍率色収差を抑えることができる、基板検査装置および基板検査システム並びに基板検査装置の制御方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１７】
即ち、本発明にかかる基板検査装置は、
発生された電子ビームを集束して試料である基板に一次ビームとして入射させるビーム集束手段を有する電子ビーム照射手段と、上記一次ビームの照射を受けて上記基板から発生した第１の二次電子および反射電子を二次ビームとして検出し、第１の画像信号を出力する電子ビーム検出手段と、この第１の画像信号に基づいて上記第１の二次電子および反射電子により形成され上記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像である第１の電子画像を表示する第１の表示手段と、上記一次ビームを偏向して上記基板の表面に略垂直に入射させる電子ビーム偏向手段を含み、上記二次ビームを拡大投影して上記電子ビーム検出手段に結像させる写像投影手段と、上記電子ビーム偏向手段が配設された位置を含み、上記電子ビーム偏向手段と上記基板との間で上記二次ビームのビーム軸に垂直な平面に配設され、上記二次ビームの開き角を決定する開き角絞りと、上記電子ビーム照射手段と上記開き角絞りとの間に配設され、上記一次ビームを偏向するとともに上記開き角絞りの上面で走査させる電子ビーム偏向走査手段と、上記一次ビームの照射により上記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を検出して第２の画像信号を出力する二次電子検出手段と、この第２の画像信号に基づいて上記第２の二次電子および反射電子により形成され上記開き角絞りの状態を表す画像である第２の電子画像を表示する第２の表示手段と、上記第２の電子画像に基づいて、上記ビーム集束手段および上記電子ビーム偏向走査手段を調整して上記一次ビームの焦点距離と方向と照射面の大きさとを変更する一次ビーム調整手段と、を備える。
【００１８】
上記開き角絞りは、その絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンがその上面に形成されていることが好ましい。
【００１９】
これにより、上記一次ビームのビームサイズが上記絞り孔の大きさ以上であっても、上記一次ビームの焦点距離と方向と照射面の大きさを調整することが可能になる。
【００２０】
また、上記図形パターンの電子画像の表示画像の大きさに基づいて上記一次ビームの上記開き角絞り上でのビームサイズを測定することができる。これにより一次ビームのビームサイズを調整することも可能になる。
【００２１】
上記図形パターンは、それぞれの中心点が上記絞り孔を中心とする同心円の図形パターンであるとさらに良い。
【００２２】
また、上記図形パターンは、上記一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微細パターンを含むことが好ましく、さらに、その平面形状が上記一次ビームの断面形状と略相似であるとさらに好ましい。これにより、上記一次ビームの上記開き角絞り上での結像の状態を確認できるとともに、その照射面積を容易に測定でき、上記一次ビームの照射面積の調整も容易になる。
【００２３】
また、本発明にかかる基板検査システムは、上述した本発明にかかる基板検査装置と、上記第２の電子電子画像の信号に基づいて上記一次ビーム調整手段を制御する中央処理装置と、を備える。
【００２４】
また、本発明にかかる基板検査装置の制御方法は、
発生された電子ビームを集束して試料である基板に一次ビームとして入射させるビーム集束手段を有する電子ビーム照射手段と、上記一次ビームの照射を受けて上記基板から発生した第１の二次電子および反射電子を二次ビームとして検出し、第１の画像信号を出力する電子ビーム検出手段と、この第１の画像信号に基づいて上記第１の二次電子および反射電子により形成され上記基板の表面の物理的・電気的状態を表す画像である第１の電子画像を表示する第１の表示手段と、上記一次ビームを偏向して上記基板の表面に略垂直に入射させる電子ビーム偏向手段を含み、上記二次ビームを拡大投影して上記電子ビーム検出手段に結像させる写像投影手段と、上記電子ビーム偏向手段が配設された位置を含み、上記電子ビーム偏向手段と上記基板との間で上記二次ビームのビーム軸に垂直な平面に配設され、上記二次ビームの開き角を決定する開き角絞りと、上記電子ビーム照射手段と上記開き角絞りとの間に配設された電子ビーム偏向走査手段と、二次電子検出手段と、第２の表示手段と、を備えた基板検査装置の制御方法であって、上記電子ビーム偏向走査手段を用いて上記一次ビームを偏向するとともに上記開き角絞りの上面で走査させる第１の過程と、上記一次ビームの照射により上記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を上記二次電子検出手段を用いて検出して上記第２の二次電子および反射電子により形成され上記開き角絞りの状態を表す画像である第２の電子画像を上記第２の表示手段に表示する第２の過程と、上記第２の電子画像に基づいて、上記一次ビームが所望の大きさの照射面で上記開き角絞り上で結像し、上記開き角絞りの絞り孔の中心を上記開き角絞りに垂直に通過するように上記ビーム集束手段および上記電子ビーム偏向走査手段を調整する第３の過程と、を備える。
【００２５】
上記開き角絞りの上面には、上記絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンが形成され、上記第３の過程は、上記図形パターンの上記第２の電子画像の中心が上記表示手段の表示面の中心と略一致するように、上記ビーム集束手段および上記電子ビーム偏向走査手段を調整する過程とを含むことが好ましい。
【００２６】
また、上記図形パターンは、それぞれの中心点が上記絞り孔を中心とする同心円の図形パターンを含み、上記第３の過程は、上記第２の電子画像の解像度が上記表示手段の表示面の中心に対して点対称となるように上記ビーム集束手段および上記電子ビーム偏向走査手段を調整する過程を含むと良い。
【００２７】
また、上記図形パターンは、上記一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微細パターンを含み、上記第３の過程は、上記微小パターンの上記第２の電子画像に基づいて上記一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の大きさを調整する過程を含むことが好ましい。
【００２８】
さらに、上記微小パターンの平面形状は、上記一次ビームの断面形状と略相似であることより好ましい。
【００２９】
さらに、上記基板検査装置は、上記開き角絞りを上記二次ビームのビーム軸に垂直な平面内で移動させる開き角絞り移動手段をさらに備えることが望ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、図１０ないし図１３と同一の部分については、同一の参照番号を付してその説明を適宜省略する。
【００３１】
まず、本発明にかかる基板検査システムの第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、図１に示すように、ウィーンフィルタ４１と開き角絞り２５との間に偏向器６１と二次電子検出器６２とを配設し、これらにより開き角絞り２５上で一次ビーム５を走査させてその電子画像を取得し、これに基づいて複数段４極子レンズ１５および偏向器６１，６９により１次ビーム５の焦点およびビーム軸を調整する点に特徴がある。
【００３２】
図１は、本実施形態の基板検査システム２０の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、基板検査システム２０は、一次ビーム５を開き角絞り２５上で走査する偏向器６１と、これを制御する偏向制御部６３と、一次ビーム５の照射により開き角絞り２５で発生した二次電子等を検出して第２の画像信号を出力する二次電子検出器６２と、この第２の画像信号を増幅する増幅器６４と、増幅された第２の画像信号に所定の画像処理をする画像信号処理部６５とを備えている。本実施形態においては、偏向器６１と偏向器６９が電子ビーム偏向走査手段を構成し、また、複数段四極子レンズ制御部１７と偏向制御部６３，７０が一次ビーム調整手段を構成する。その他の点は、図８に示す基板検査システム１００と略同一である。偏向器６９は、複数段四極子レンズ１５と開き角絞り２５との間に設ければよいが、二次ビーム６への影響を考慮すると一次光学系内、具体的には複数段四極子レンズ１５とウィーンフィルタ４１との間に配設することが好ましい。
【００３３】
偏向器６１は、磁界型でも静電型でも良いが、占有スペースとレスポンス速度とを考慮すると、静電型が好ましい。
【００３４】
本実施形態においては、偏向器６１と偏向器６９で電子ビーム偏向走査手段を構成したが、これに限ることなく、偏向器６１のみで電子ビーム偏向走査手段を構成しても良い。
【００３５】
また、二次電子検出器６２は、チャネルトロン、半導体検出器、シンチレータまたはＭＣＰ検出器のいずれを用いても良いが、後述する第２の電子画像を捉えやすい位置および角度で配設しておく。
【００３６】
図１に示す基板検査システム２０を用いて一次ビーム５を開き角絞り２５上で結像させ、かつそのビーム軌道を調整する方法を、本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第１の実施の形態として図２の模式図を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、偏向制御部６３から走査信号を偏向器６１に供給し、一次ビーム５を開き角絞り２５上で、例えば同図の点線矢印で示すように、二次元的に走査させる。この一次ビーム照射により、開き角絞り２５上で照射点から二次電子等６８が発生し、これらの二次電子等６８を二次電子検出器６２を用いて検出する。二次電子検出器６２は、検出した二次電子等６８を画像信号（第２の画像信号）に変換して増幅器６４に供給する。画像信号処理部６５は、増幅器６４で増幅された画像信号と偏向制御部６３の走査信号とを受けて、これらを画像データとしてホストコンピュータ５９に転送する。ホストコンピュータ５９は、これらの画像データを表示部６０に供給し、これにより開き角絞り２５の状態を表す画像である電子画像７２が表示部６０の発光面７１に表示され、これにより異なる階調値を有する領域（同図の黒字に示す領域）が開き角絞り孔６６に対応する画像領域であることが分る。ホストコンピュータ５９は、さらに、この電子画像が最も鮮明になり、なおかつ電子画像７２の中心と発光面７１の中心（水平方向中心線ＡＢと垂直方向中心線ＣＤとの交点）とが一致するように、複数段四極子レンズ制御部１７と偏向制御部６３，７０に制御信号を供給する。これらの制御信号を受けて、複数段四極子レンズ制御部１７と偏向制御部６３，７０は、それぞれ複数段四極子レンズ１５と偏向器６１，６９の電圧印加条件を調整して一次ビーム５の焦点距離とビーム軸７７の方向を調整する。
【００３８】
以上の動作を繰返して、一次ビーム５が開き角絞り２５上で結像し、かつ、ビーム軸７７が開き角絞り孔６６の中心を通過するように一次ビーム５の焦点距離および進行方向を調整することが可能になる。
【００３９】
次に、本発明にかかる基板検査システムの第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の基板検査システム３０は、図３に示すように、開き角絞りとして開き角絞り孔６６と同一の中心を有する複数の円でなる図形パターン６７が上面に形成された開き角絞り２５ａを用いている点に特徴がある。その他の点は、図１に示す基板検査システム２０と略同一である。従って、本実施形態の基板検査システム３０の概略構成を示すブロック図の添付は省略する。
【００４０】
本実施形態の基板検査システム３０を用いて一次ビーム５を開き角絞り２５上で結像させ、かつそのビーム軸を調整する方法を、本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第２の実施の形態として説明する。
【００４１】
図３および図４は、本実施形態の基板検査装置の制御方法を説明する模式図である。両図に示すように、本実施形態で用いる開き角絞り２５ａは、図２に示す開き角絞り２５の上面に、それぞれの中心が開き角絞り孔６６を中心とする複数の同心円のパターンでなる図形パターン６７が形成したものである。この図形パターン６７は、開き角絞り２５上に金属層を成長させ、この金属層上に形成したフォトレジストをマスクとして金属層を選択的に除去する写真蝕刻法により形成する。金属層の材料としては導体でかつ非磁性体の金属、例えばＭｏやＣｕなどが好ましい。
【００４２】
この開き角絞り２５ａを用いて上述した第１の実施形態での制御方法と同様の方法により、一次ビーム５を開き角絞り２５ａ上で走査し、図形パターン６７の電子画像を取得する。これにより、図３および図４に示すように、表示部６０の発光面７１に同心円のパターンでなる電子画像が表示される。
【００４３】
図４に示すように、一次ビームの光軸７７ａが開き角絞り２５ａの開き角絞り孔６６の中心を通らない場合は、電子画像７３ａの各円の共通の中心点と、発光面７１の中心点とは一致しない。これに対して、図３に示すように、一次ビームの光軸７７が開き角絞り２５ａの開き角絞り孔６６の中心を通過する場合は、電子画像７３の各円の共通の中心点と、発光面７１の中心点とは一致する。
【００４４】
従って、電子画像７３ａの各円の共通の中心点と、発光面７１の中心点とが一致するように、ホストコンピュータ５９から複数段四極子レンズ制御部１７と偏向制御器６３，７０に制御信号を供給して、複数段四極子レンズ制御部１７を介して複数段四極子レンズ１５の電圧印加条件を調整し、また、偏向制御部６３，７０をそれぞれ介して偏向器６１，６９の電圧印加条件をそれぞれ調整することにより、一次ビーム５のビーム軸７７が開き角絞り孔６６の中心を通過するように調整することができる。
【００４５】
本実施形態の制御方法によれば、一次ビーム５の照射面でのサイズＳ5（図３参照）が開き角絞り孔６６の大きさと同等である場合、またはこれを上回る場合であっても、一次ビーム５の焦点距離および進行方向を調整することが可能になる。
【００４６】
次に、上述の基板検査システム３０を用いて一次ビーム５のビーム軸７７が開き角絞りに対して垂直に入射するように調整する方法を、本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第３の実施の形態として説明する。
【００４７】
まず、上述した第２の実施の形態の制御方法により、一次ビーム５が開き角絞り２５上で結像し、かつ、ビーム軸７７が開き角絞り孔６６の中心を通過するように調整しておく。ここで、図５に示すように、ビーム軸７７ｂが傾いており、開き角絞り２５ａに対して垂直でない場合は、開き角絞り２５ａ上の一次ビーム走査面において、一次ビーム５ｂの照射面ＳbL，ＳbRが一次ビーム照射面の中心（本実施形態においては開き角絞り孔６６の中心）に対して非対称となるため、照射面ＳbL，ＳbRのサイズが相互に異なることになる。このため、同心円の図形パターン６７の解像度もその中心に対して非対称となり、その電子画像７３ｂは表示部６０の発光面７１の中心に対して非対称の形状を有する。従って、電子画像７３ｂが発光面７１の中心に対して対称になるように、複数段四極子レンズ１５と偏向器６１，６９の電圧印加条件を調整することにより、図３に示すように、一次ビーム５のビーム軸７７が開き角絞り２５ａに対して垂直に入射するように調整することができる。
【００４８】
次に、本発明にかかる基板検査システムの第３の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図６は、本実施形態の基板検査システム４０の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の特徴は、図３に示す同心円のパターン６７と同一の図形パターンに加え、後述する微小パターン８０が上面に形成された開き角絞り２５ｂと、マイクロゲージ等で構成され開き角絞り２５ｂを水平方向に移動させる開き角絞り移動機構８２とを備えた点にある。その他の点は、図１に示す基板検査システム２０と略同一である。
【００５０】
微小パターン８０の形状は矩形でも、円や楕円でも良く、そのサイズも任意に選択できるが、図７の模式図に示すように、平面形状が一次ビーム５の断面形状と相似形であって、平面形状のサイズが、一次ビーム５ｃが開き角絞り２５ｂ上で形成する所望の照射面サイズよりも小さいことが望ましい。これは、一次ビーム５ｃを開き角絞り２５ｂ上で走査した場合に、調整目的の一つである一次ビーム５ｃの開き角絞り２５ｂ上での照射領域で微小パターン８０の全てを覆うことができるようにするためである。従って、微小パターン８０の開き角絞り２５ｂ上の配置形態は、一次ビーム５ｃが矩形の断面形状を有する場合であって、一次ビーム５ｃを例えばその長軸方向に走査する場合は、微小パターン８０の長軸方向と走査方向とが一致するように配置する。この一方、一次ビーム５ｃをその短軸方向に走査する場合は、微小パターン８０の短軸方向と走査方向とが一致するように配置することが望ましい。また、微小パターン８０を開き角絞り２５ｂ上に複数形成する場合は、一次ビーム５ｃの照射領域内に複数の微小パターン８０がその一部でも同時に存在することがないように、一次ビーム５ｃが開き角絞り２５ｂ上に形成する所望の照射面のサイズを各微小パターン同士の間隔が上回るように配置することが望ましい。微小パターン８０の形成方法は、前述した同心円パターン６７と同様に、ＭｏやＣｕ等の導体でかつ非磁性体である金属の層上に形成したフォトレジストをマスクとしてこの金属層を選択的に除去する写真蝕刻法により形成する。
【００５１】
次に、図６に示す基板検査システム４０を用いて一次ビーム５ｃの結像またはビームサイズを調整する方法を、本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第４の実施の形態として説明する。本実施形態の特徴は、開き角絞り２５ｂ上に形成された微小パターン８０を走査して得られた電子画像に基づいて一次ビーム５ｃの結像の状態とビームサイズとを確認し、焦点位置とビームサイズを高い精度で調整する点にある。
【００５２】
まず、開き角絞り移動機構８２により、開き角絞り孔６６の中心が二次ビーム６のビーム軸と一致するように（図６参照）、開き角絞り２５ｂを水平方向に移動させ、上述した第２および第３の実施形態の制御方法により、同心円パターン６７に一次ビーム５ｃを走査し、一次ビーム５ｃのビーム軸７７が開き角絞り孔６６の中心を通過し、かつ、開き角絞り２５ｂに対して垂直になるように、ビーム軌道を調整する。
【００５３】
上述した第２および第３の実施の形態においては、ビーム軌道を調整した後、同心円パターン６７の電子画像７３の分解能が最良となるように焦点距離を調整すればよいが、例えば、図７に示すように、開き角絞り２５ｂ上での一次ビーム５ｃの断面形状がアスペクト比の大きな矩形である場合は、同心円パターン６７の電子画像７３の分解能が一次ビーム５ｃの走査方向に対応する方向とこの走査方向と垂直な方向とで大きく異なり、この電子画像７３のみでは結像を調整することが困難になる場合がある。
【００５４】
そこで、図８に示すように、開き角絞り移動機構８２により、微小パターン８０が一次ビーム５ｃのビーム軸７７上を通るように開き角絞り２５ｂを平行移動させて偏向制御部６３および偏向器６１により一次ビーム５を開き角絞り２５ｂ上で走査し、表示部６０の発光面７１上に微小パターン８０の電子画像８１を表示する。この電子画像８１が発光面７１上で鮮明に現れるか否かで一次ビーム５ｃが開き角絞り２５ｂ上で結像しているか否かを判定することができ、鮮明な電子画像８１が取得されるように、複数段四極子レンズ１５と偏向器６１，６９の電圧印加条件をそれぞれ調整する。
【００５５】
一次ビーム５ｃの開き角絞り２５ｂ上での結像調整が終了すると、ホストコンピュータ５９は、図示しない演算手段により、電子画像８１の長軸方向と短軸方向の階調値を算出し、階調プロファイルを作成する。
【００５６】
これらの階調プロファイルのうち、長軸ａｂ方向での階調プロファイルの一例を図９に示す。
【００５７】
ホストコンピュータ５９は、この階調プロファイルおよび予め設定したしきい値に基づいて一次ビーム５ｃのビームサイズを算出する。本実施形態においては、最大階調値Ｍの半分の値Ｍ／２をしきい値として設定し、階調プロファイルの半値幅Ｌａｂを一次ビーム５ｃの長軸方向の長さとして算出する。
【００５８】
次に、ホストコンピュータ５９は、この半値幅Ｌａｂが所望の長さとなるように、複数段四極子レンズ制御部１７と偏向制御器６３，７０に制御信号を供給し、これらを介して複数段四極子レンズ１５と偏向器６１，６９の電圧印加条件をそれぞれ調整する。
【００５９】
一次ビーム５ｃの短軸方向の長さについても、同様にして階調プロファイルの半値幅Ｌｃｄ（図示せず）を一次ビーム５ｃの短軸方向の長さとして算出し、この半値幅Ｌｃｄが所望の長さとなるように、複数段四極子レンズ１５と偏向器６１，６９の電圧印加条件をそれぞれ調整する。
【００６０】
このように、本実施形態によれば、開き角絞り２５ｂ上に形成された微小パターン８０の電子画像８１に基づいて一次ビーム５ｃの結像とビーム軌道７７の進行方向とを調整し、かつ、一次ビーム５ｃが開き角絞り２５ｂの上面で形成する照射面サイズとを調整するので、二次ビーム６の倍率色収差を低減しつつ、基板の検査領域を拡大することができる。これによりスループットの高い基板検査方法が提供される。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限るものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することができる。上述した第２ないし第４の実施形態では、一次ビーム５の結像調整およびビーム軸の方向調整のために、開き角絞り孔６６と同心円の図形パターン６７を用いたが、これに限ることなく、電子画像が確認できるサイズであり、開き角絞り孔６６の中心点について点対称な図形パターンであれば、矩形状や楕円形状など任意の形状パターンを用いても一次ビーム５の焦点距離とビーム軸の方向と照射面の大きさを調整することができる。
【００６２】
また、上述した第４の実施形態においては、開き角絞り移動機構８２を用いて開き角絞り２５ｂを平行移動させることとしたが、一次ビーム５の断面サイズが開き角絞り孔６６の大きさより十分に小さい場合は、開き角絞り孔６６の周辺の開き角絞り２５ｂ上に微小パターン８０を形成し、開き角絞り２５ｂを移動させることなく、一次ビーム５の結像および断面サイズを調整することができる。
【００６３】
上述した実施形態においては、表示部６０を第１および第２の表示手段として用いたが、それぞれ別個の表示部を用いることとしても勿論良い。
【００６４】
さらに、開き角絞り２５を焦点面９に設置したが、これに限ることなく、二次ビーム６のビーム軸に垂直な平面であれば、ウィーンフィルタ４１が配設される位置を含み、ウィーンフィルタ４１と基板４３との間に設置することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００６６】
即ち、本発明にかかる基板検査装置によれば、一次ビームを偏向するとともに開き角絞りの上面で走査させる電子ビーム偏向走査手段と、上記一次ビームの照射により上記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を検出して第２の画像信号を出力する二次電子検出手段と、前記開き角絞りの状態を表す画像である第２の電子画像を表示する第２の表示手段と、この第２の電子画像に基づいて、ビーム集束手段を調整して上記一次ビームの焦点距離と方向と照射面の大きさとを変更する一次ビーム調整手段とを備えるので、一次ビームの焦点距離とビーム軌道の方向と照射面の大きさを容易に調整することができる。これにより、一次ビームの基板上の照射領域を制限することなく、二次ビームの倍率色収差を低減することができる。この結果、単純な構成で基板の検査領域を容易に拡大することができ、検査時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
また、開き角絞りの上面に、その絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンが形成されている場合は、上記効果に加え、上記一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の面積が上記開き角絞りの孔の大きさ以上であっても、上記一次ビームの焦点距離とビーム軌道の方向と照射面の大きさの調整が可能になる。
【００６８】
また、電子画像の解像度が表示手段の発光面の中心に対して対称になるように、ビーム集束手段および電子ビーム偏向走査手段の電圧印加条件を調整することにより、一次ビームのビーム軸が開き角絞りが設置される平面に対して垂直に入射するように調整することができる。
【００６９】
また、上記図形パターンが一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微小パターンを含む場合は、上記一次ビームがアスペクト比の大きい矩形状の断面を有する場合であっても、上記一次ビームの上記開き角絞り上での結像の状態を容易に確認できるほか、この微小パターンの電子画像に基づいて上記一次ビームの上記開き角絞り上での照射面積を測定することができる。これにより、一次ビームの照射面の大きさをより正確に調整することが可能になる。この結果、上記開き角絞りの上面に必要以上の一次ビームが照射されることを避けることができ、開き角絞りの汚染を防止することができる。従って、開き角絞りの交換頻度が減少するので、使用効率の高い基板検査装置を提供することができる。
【００７０】
また、本発明にかかる基板検査システムによれば、上記第２の画像信号に基づいて、上述した本発明にかかる基板検査装置を制御する中央処理装置を備えているので、試料のチャージアップや汚染を防止しながら、優れた解像度と高い効率で基板の検査を行うことができる。
【００７１】
また、本発明にかかる基板検査装置の制御方法によれば、一次ビームを開き角絞りの上面で走査する第１の過程と、上記開き角絞りの表面から発生する第２の二次電子および反射電子を検出して第２のの電子画像を画像表示手段に表示する第２の過程と、上記第２の電子画像に基づいて、一次ビームが上記開き角絞り上で結像するように上記ビーム集束手段および電子ビーム偏向走査手段を調整する第３の過程と、を備えているので、上記一次ビームの焦点距離とビーム軌道の方向と、上記一次ビームが開き角絞りの上面で形成する照射面の大きさを容易に調整することができる。これにより、一次ビームの試料上の照射領域を制限することなく、二次ビームの倍率色収差を低減することができる。この結果、基板の検査領域を拡大するとともに、検査時間を短縮化する基板検査装置の制御方法が提供される。
【００７２】
また、上記制御方法において、開き角絞りとして、その絞り孔の中心点を中心として点対称をなす図形パターンが上面に形成された開き角絞りを用いて、この図形パターンの電子画像の解像度が上記表示手段の表示面の中心に対して点対称となるように上記ビーム集束手段および電子ビーム偏向走査手段を調整する場合は、上記効果に加え、一次ビームの照射面積が上記開き角絞りの孔の断面積以上であっても、一次ビームの焦点距離を調整でき、また、一次ビームのビーム軸が開き角絞りが設置される焦点面に対して垂直に入射するように正確に調整することができる。
【００７３】
さらに、上記図形パターンに上記一次ビームが上記開き角絞りの上面で形成する照射面の所望の大きさに対応した微小パターンが含まれ、この微小パターンの電子画像に基づいて一次ビームの上記照射面の大きさを調整する場合は、一次ビームがアスペクト比の大きい矩形状の断面を有する場合であっても、一次ビームの上記開き角絞り上での結像の状態を容易に確認できるほか、この微小パターンの電子画像に基づいて上記一次ビームの上記開き角絞り上での照射面積を測定することができる。これにより、一次ビームの上記照射面の大きさを正確に調整することも可能になる。この結果、開き角絞りの汚染を防止してその交換頻度が減少するとともに、装置の使用効率を高める基板検査装置の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板検査システムの第１の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第１の実施の形態を説明する模式図である。
【図３】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第２の実施の形態と第３の実施の形態を説明する模式図である。
【図４】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第２の実施の形態を説明する模式図である。
【図５】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第３の実施の形態を説明する模式図である。
【図６】本発明にかかる基板検査装置の第３の実施の形態の概略構成を説明するブロック図である。
【図７】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第４の実施の形態を説明する模式図である。
【図８】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第４の実施の形態を説明する模式図である。
【図９】本発明にかかる基板検査装置の制御方法の第４の実施の形態を説明する階調プロファイルの一例である。
【図１０】従来の技術による基板検査システムの一例の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す基板検査システムが備えるウィーンフィルタの基本構成を説明する斜視図である。
【図１２】図１１に示すウィーンフィルタの動作の説明図である。
【図１３】本発明の解決課題を説明するための電子ビーム軌道の模式図である。
【符号の説明】
１  一次光学系
２  二次光学系
３  電子検出部
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  一次ビーム
６  二次ビーム
７，７７，７７ａ，７７ｂ  一次ビーム軌道
８  二次ビーム軌道
９  焦点面
１０  電子銃部
１１  線状陰極
１２  ウェーネルト電極
１３  陽極
１４，６１，６９  偏向器
１５  複数段四極子レンズ
１６  電子銃制御部
１７  複数段四極子レンズ制御部
２０，３０，４０  基板検査システム
２１  カソードレンズ
２２  第二レンズ
２３  第三レンズ
２４  第四レンズ
２５，２５ａ，２５ｂ  開き角絞り
２６  視野絞り
３１  ＭＣＰ検出系
３２  蛍光板
３３  ライトガイド
３４  撮像素子
４１  ウィーンフィルタ
４１ａ、４１ｂ  電極
４１ｃ、４１ｄ  磁極
４２  試料（基板）
４３  ステージ
５１  ステージ電圧制御部
５２  カソードレンズ制御部
５３  ウィーンフィルタ制御部
５４  第二レンズ制御部
５５  第三レンズ制御部
５６  第四レンズ制御部
５７  ＭＣＰ検出系制御部
５８  画像信号処理部
５９  ホストコンピューター
６０  表示部
６２  二次電子検出器
６３，７０  偏向制御部
６４  増幅器
６５  画像信号処理部
６６  開き角絞り孔
６７  同心円パターン
６８  二次電子、反射電子および後方散乱電子
７１  発光面
７３，７３ａ，７３ｂ  同心円パターンの電子画像
７６  開き角絞り孔の電子画像
８０  微小パターン
８１  微小パターンの電子画像
８２  開き角絞り移動機構
Ｓ5，Ｓ5a，ＳbL，ＳbR  一次ビームの開き角絞り上の照射面サイズ
【図１】
0003756010.tif 000002
【図２】
0003756010.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003756010.tif 000008
【図８】
0003756010.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003756010.tif 000011
【図１１】
0003756010.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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