JP2000003690A - 電子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の電子光学系の隣り合う電子光学光学系同
士の干渉を低減する。 【解決手段】偏向器１３，２３，３３を隣り合う電子光
学系に対向する偏向電極同士がほぼ同電位になるように
偏向増幅器１５，２５，３５に供給する電圧を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子線装置に係り、
試料に電子線を高速に走査して照射できる電子線装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線を用いてウェハの回路パターンを
検査する回路パターン検査装置や電子線を用いてウェハ
上にパターンを描画する電子線描画装置などにおいて
は、ウェハ全面を電子線で走査するために多大な時間を
要している。そこで電子光学系を複数配置する構成でス
ループットを向上させる方式が特開昭59−6537号にて提
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構成で電
子光学系を稠密に配置させると隣り合う電子光学系で発
生した電磁界の影響を相互に受けるという課題が生じて
いる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子線を試料
上で走査するための偏向器が発生する電界あるいは磁界
が電子光学系同士で互いに影響を及ぼさないようにする
ものである。そのためには、それぞれ隣り合う電子光学
系で対向する偏向器の電極同士がほぼ同電位になるよう
に、偏向器の電極に供給する電圧を制御すれば、電子光
学系間で電界がほとんど発生せず、電子光学系同士の干
渉を低減することができる。

【０００５】また、磁界コイルを用いた偏向器の場合に
もそれぞれ隣り合う電子光学系で互いに対向するコイル
の発生する磁力線の向きが同じ方向になるように電流を
流せば、電子光学系間で磁界がほとんど生じず、電子光
学系同士の干渉を低減することができる。

【０００６】ただし、このように偏向器を制御すると、
互いに隣り合う光学系では同時に逆方向に電子線を偏向
することになる。そこで、通常のＳＥＭやパターン検査
装置で試料像を観察する場合には、表示装置に供給する
走査信号も偏向器へ供給する信号の位相と同一になるよ
うにして、隣り合う電子光学系で逆位相になるようにす
れば、すべての電子光学系で正しい向きの試料像が表示
される。また、電子線描画装置では逆方向に走査する電
子光学系のパターンデータを走査方向に対して裏返しに
変換することによって、正しいパターンを描画すること
ができるようになる。

【０００７】本発明の電子線装置で他の電子光学系の偏
向器から電子線が偏向されることなく、試料に照射させ
ることができる。従って、電子光学系を稠密に配置する
ことが可能となり、パターン検査や電子線描画を高速、
且つ正確に行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の基本概念は、複数の電子
光学系を稠密条件で安定に動作させることを目的に、隣
り合う光学系からの電磁界の影響を受けない手段を提供
することである。これにより、パターンを高速且つ正確
に検査することができるとともに、電子線描画装置では
描画時間を大幅に短縮することができる。

【０００９】以下、本発明の第１実施例を図１により説
明する。図１は電子光学系を横からみた図である。電子
光学系は第１電子光学系１０１，第２電子光学系２０
１，第３電子光学系３０１の３つが一列に並んでいる構
成である。それぞれの電子光学系の構成は同じであるの
で、第１電子光学系１０１について電子光学系の動作を
説明する。電子源１０から放出された一次電子線１０２
は、コンデンサーレンズ１１，対物レンズ１２により集
束レンズ作用をうけ、試料１上を集束照射する。試料か
ら反射した反射電子あるいは試料内で二次的に発生した
二次電子１０３は検出器１４で検出された後、増幅され
て表示装置１９に供給され、輝度変調信号となる。

【００１０】電子線の偏向走査は偏向信号発生器１５か
ら偏向増幅器１６を介して送られる走査信号を偏向器１
３に供給することによって行われる。同時に電子線走査
と同期した偏向信号が偏向信号発生器１５から、表示装
置用増幅器１８を介して表示装置１９に供給され、試料
走査像が得られる。以上が電子光学系の基本構成であ
る。

【００１１】次に、偏向器の動作を説明する。一般に、
高スループットを要求される装置では、電子線を二次元
的に走査するのではなくて、試料が搭載されたステージ
を一方向に連続的に移動する方式が取られているので、
電子線偏向は必ずしも、二次元的に行う必要はなく、一
方向に走査すればよい。偏向器の配置を電子源側から見
た図を図２に示す。電子光学系はステージ移動方向であ
るＹ方向とほぼ直角の方向にあるＸ方向に一列に配置さ
れている。

【００１２】第１電子光学系１０１の偏向器１３は４枚
の偏向電極１３１，１３２，１３３，１３４で構成され
ており、偏向電極１３１と偏向電極１３２の間に偏向増
幅器１６Ｘから電圧を供給することによって、電子線を
Ｘ方向に走査させる。第１電子光学系と隣り合う第２電
子光学系２０１では偏向電極２３１と偏向電極２３２の
間に偏向増幅器２６Ｘから電圧を供給することによっ
て、電子線をＸ方向に走査する。

【００１３】ここで隣り合う電子光学系の対向する偏向
電極１３２と偏向電極２３１に同一の電圧が供給される
ように偏向増幅器に供給する電圧を制御すれば、第１電
子光学系と第２電子光学系間で電位勾配はほとんど発生
せずに、電子光学系同士が干渉し合う効果が軽減され
る。

【００１４】すなわち、第１電子光学系１０１の偏向信
号発生器１５では図３（ａ）に示す鋸歯状波信号が生成
され、偏向増幅器１６を介して偏向器１３の偏向電極１
３１，１３２間に供給される。他方、第１電子光学系１
０１と隣り合う第２電子光学系２０１の偏向信号発生器
２５では、第１電子光学系１０１に供給する鋸歯状波信
号とは正負反転した、図３（ｂ）に示すような鋸歯状波
信号が生成され、偏向増幅器２６を介して偏向器２３の
偏向電極２３１，２３２間に供給される。さらに、第２
電子光学系２０１と隣り合う第３電子光学系３０１の偏
向信号発生器３５では、第２電子光学系２０１に供給す
る鋸歯状波信号とは正負反転した鋸歯状波信号、すなわ
ち図３（ｃ）に示す第１電子光学系に供給する鋸歯状波
信号と同一の信号が供給され、偏向増幅器３６を介して
偏向器３３の偏向電極３３１，３３２間に供給される。

【００１５】電子線はこれらの偏向器により隣り合った
電子光学系で逆方向に偏向されるが、表示装置のＸ方向
の走査にも偏向器と同一の位相の偏向信号すなわち、第
１電子光学系の表示装置１９には図３（ａ）に示す鋸歯
状波信号，第２電子光学系の表示装置２９には図３
（ｂ）に示す鋸歯状波信号，第３電子光学系の表示装置
３９には図３（ｃ）に示す鋸歯状波信号を供給し、表示
装置のＹ方向はステージ移動方向に対応して、すべて同
じ方向に走査すれば、すべての電子光学系で正しい向き
の試料像が表示される。

【００１６】ここで、偏向信号発生器は各光学系で別個
に設けるのではなく、偏向信号発生器は最低一つあれ
ば、上記の機能を実現することができる。すなわち、第
１光学系と第３光学系の偏向増幅器には同一の偏向信号
発生器から供給し、第２電子光学系の偏向増幅器には第
１電子光学系に供給する偏向信号発生器の位相を半周期
ずらせる手段を介して偏向増幅器に供給すればよい。

【００１７】第１電子光学系１０１の偏向電極１３３と
偏向電極１３４は偏向増幅器１６Ｙから鋸歯状波信号を
供給することによって、電子線をＹ方向に走査させる機
能をもつ。さらに、偏向増幅器１６Ｙより偏向電極１３
３と偏向電極１３４に供給する正弦波信号と、偏向増幅
器１６Ｘから偏向電極１３３と偏向電極１３４に供給す
る正弦波信号の組み合わせによって、電子線を任意の方
向に走査させる機能を持つ。第２電子光学系２０１の偏
向電極２３３，２３４および第３電子光学系の偏向電極
３３３，３３４も同様の機能をもち、各光学系で偏向器
の向きが若干異なる場合には走査方向を互いに完全に一
致するように調整することができる。

【００１８】電子光学系の偏向器の配置が互いにすべて
一致していれば、図４に示すように共通の偏向増幅器１
６Ｘおよび１６Ｙから各光学系へ偏向電圧を供給するこ
とができ、例えば対向する偏向電極１３２と偏向電極２
３１とを一つの電極に置き換えてもよい。

【００１９】図５に示す第２の実施例は、偏向器１３を
対物レンズより電子源側に配置して、偏向器を二段偏向
にしたものである。この場合にも隣り合う光学系で対向
する偏向器の電極にほぼ同じ電圧を供給すればよい。す
なわち、第１電子光学系101の上偏向電極１３２ａと第
２電子光学系の上偏向電極２３１ａに等しい電圧を供給
し、第１電子光学系１０１の下偏向電極１３２ｂと第２
電子光学系の下偏向電極２３１ｂには互いに等しく上偏
向電極とは極性が反転した電圧を供給するように偏向系
を制御すれば、第１電子光学系と第２電子光学系との干
渉はほとんど無視できるようになる。同様に、第２電子
光学系２０１と第３電子系との間でも対向する偏向電極
同士が同電位になるように、偏向系を制御すればよい。

【００２０】本発明の第３の実施例は本発明を半導体パ
ターンの回路検査に適用したもので、図６により説明す
る。電子光学系は第１電子光学系１０１，第２電子光学
系２０１，第３電子光学系３０１の３つにより構成され
ているが、それらの電子光学系を一つの鏡体２００内に
設置することにより稠密に配置することができる。ステ
ージの連続移動と同期して電子線は試料上を一元走査さ
れ、３つの電子光学系はステージの連続移動方向に対し
て直角方向に配置される。以下、第１電子光学系１０１
について、電子光学系の動作を説明する。

【００２１】第１電子光学系１０１は電界放出電子源１
０，コンデンサレンズ１１，対物レンズ１２，偏向器１
３，Ｅ×Ｂ偏向器１７により構成されている。検出器１
４が対物レンズ１２の上方にあり、検出器１４の出力信
号はプリアンプ１４１で増幅されＡＤ変換器１４２によ
りデジタルデータとなり、画像処理部１０５へ入力され
る。検査装置各部の動作命令および動作条件は制御部１
０４から入出力される。

【００２２】電子源１０には電界放出電子源を用いる
が、特にパターンの回路検査には拡散補給型の熱電界放
出電子源を用いることが望ましい。これにより明るさ変
動の少ない比較検査画像が得られ、且つ電子線電流を大
きくすることが可能なことから、高速な検査が可能とな
る。試料１にはリターディング用高圧電源１１０により
負の電圧を印加できるようになっている。このリターデ
ィング用高圧電源１１０の電圧を調節することにより、
試料１への電子線照射エネルギーを最適な値に調節する
ことが容易になる。電子源１０に供給する加速電圧およ
び試料１に印加する電圧は各光学系で等しくして、試料
に入射する電子線のエネルギーは全電子光学系で等しく
なるようにしている。

【００２３】試料１の画像を取得するためには、細く絞
った電子線を試料１に照射し、二次電子を発生させ、こ
れらを電子線の走査およびステージの移動と同期して検
出することで試料表面の画像を得る。本実施例では、試
料から発生した二次電子や反射電子を電子源１側の方向
に加速することにより、二次電子や反射電子が電子線光
軸の垂直方向へ広がり隣接光学系へ侵入することを防ぐ
ようにした。試料１は負電位に設定され、一次電子線は
試料１の直前で急激に減速される。試料１から反射した
反射電子あるいは試料１内で二次的に発生した二次電子
は電子線光軸の方向へ加速された後に、Ｅ×Ｂ偏向器１
７により検出器１４方向に偏向を受けて直接検出器１４
で検出される。

【００２４】本発明で述べるような自動検査には検査速
度が速いことが必須となる。そこで、通常のＳＥＭに比
べ約１００倍以上の例えば１００ｎＡの大電流電子線の
一回のみあるいは数回の走査により画像を形成する構成
とした。例えば、一枚の画像は１０００×１０００画素
で１０ｍsec で取得するようにした。走査方向は、隣り
合う電子光学系で互いに逆向きになるように設定するこ
とによって、電子光学系同士の干渉を低減するようにし
た。

【００２５】チップ同士のパターンの比較は、３つの電
子光学系を用いて異なるチップの同一パターン箇所をほ
ぼ同時に照射することによって得られる画像から実時間
でおこなうことができる。

【００２６】画像処理部１０５の構成を図７に示す。画
像記憶部１４３に記憶された第１電子光学系１０１から
のパターン画像、画像記憶部２４３に記憶された第２電
子光学系２０１からのパターン画像および画像記憶部３
４３に記憶された第３電子光学系３０１からのパターン
画像とを比較して回路基板上の欠陥判定を実時間で行
う。

【００２７】ただし、第２電子光学系の走査方向が第１
電子光学系、第３電子光学系と逆向きなので、第２電子
光学系ではパターン画像を走査方向に対して反転させる
反転器２４５を設けて、画像記憶部２４３に反転画像が
入力される。

【００２８】まず、画像処理系１０５では画像記憶部１
４３に記憶されたパターン画像および画像記憶部２４３
のパターン画像を演算部１０６で演算する。演算部１０
６は両画像の差を演算する機能を持ち、両画像の差があ
る閾値を越えた画像のアドレスを記憶する。

【００２９】例えば図７に示すように、アドレスＰとア
ドレスＱに欠陥があると判定する。しかし、二つの画像
比較ではどちらの画像に欠陥があるのかは判定できな
い。そこで、ほぼ同時に画像記憶部２４３のパターン画
像および３４３に記憶されたパターン画像を演算部１０
７で演算する。図７に示すように、Ｑの位置だけに欠陥
が表示されているとする。欠陥判定部１０８は、ｂの画
像を含んだ画像比較では常にＱの位置に欠陥が現れるの
で、Ｑの位置の欠陥は２４３の画像に含まれる欠陥であ
ると判定する。また、Ｐの位置の欠陥は１４３の画像に
含まれる欠陥であると判定する。ここで、図の１４４，
２４４，３４４は表示部である。

【００３０】このように３つの電子光学系を用いて異な
るチップ間の同一パターン画像をほぼ同時に取得するこ
とにより、パターンの欠陥判定を実時間で行うことがで
きる。ここでは、３つの画像比較について説明したが、
さらに４つ以上の画像を同時に比較する場合でも、ほぼ
同様のアルゴリズムで欠陥のある画像を判定することが
できる。

【００３１】次に、各光学系で得られた画像を順次比較
して欠陥検出する画像処理系１０５の構成を図８に示
す。半導体メモリーのパターンのように、チップ内で同
一のパターンが繰り返し描かれている場合には、光学系
毎に得られた画像を順次比較して欠陥を検出することが
できる。光学系毎に比較する場合には、隣り合う電子光
学系で走査方向が異なっても、そのまま画像を反転しな
いで比較することができる。

【００３２】欠陥検出の構成を第１光学系１０１の画像
処理について以下に説明する。画像処理系１０５では、
各光学系で画像記憶部１４３に記憶された画像と遅延回
路１４５より一画像分の遅延をかけて画像記憶部１４６
に記憶された画像との比較評価を行う。演算部１４７は
例えば両画像の差を演算する機能を持ち、両画像の差が
ある閾値を越えた画像のアドレスＰを欠陥判定部１４８
に記憶する。アドレスＰが前回の比較で欠陥として記憶
されたアドレスと一致すると、欠陥判定部１４８はアド
レスＰの欠陥が画像記憶部１４３に記憶された画像に含
まれる欠陥であると判定する。このような順序で回路基
板上の欠陥探索を行う構成としている。

【００３３】このように順次画像を比較して欠陥検出す
る場合でも、パターンの欠陥検査速度が電子光学系の数
に比例して速くなり、電子光学系を多数配置すれば大幅
に欠陥検査時間を短縮することができる。

【００３４】なお、上記の実施例は偏向器を静電４極偏
向器について説明したが、例えば静電８極偏向器に対し
ても同様に電子光学系間の干渉を少なくすることができ
る。

【００３５】図９は静電８極偏向器を用いて、ステージ
移動方向と直角方向であるＸ方向に電子線を偏向する場
合の偏向器の構成を示したものである。偏向増幅器４１
と偏向増幅器４２には同じ位相で振幅が異なる鋸歯状波
信号が供給される。偏向増幅器４１から供給する電圧を
Ｖとすると、偏向増幅器４２には

【００３６】

【数１】

【００３７】を供給すれば、偏向歪みの少ない走査像が
得られる。この場合にも図９に示すように隣り合う電子
光学系の対向する電極の電位を等しくするように供給す
れば電子光学系間の干渉を少なくすることができる。本
発明はさらに多極の偏向器、例えば２０極の偏向器にも
同様な構成で適用できることは明らかである。

【００３８】また、上記の実施例は静電型の偏向器につ
いて記述したが、磁界型偏向器についても静電型偏向器
と同様に電子光学系間の干渉を少なくすることができる
ことは言うまでもない。すなわち、隣接した電子光学系
の対向する磁界コイルの発生する磁界の向きを等しくす
れば電子光学系間で磁界はほとんど発生しないので、電
子光学系間の干渉を著しく低減できる効果を容易に実現
することができる。

【００３９】また、上記の実施例は電子光学系がステー
ジ移動方向の直角方向に一列に配置する場合について説
明したが、図１０に示すようにステージ移動方向に対し
て、複数列電子光学系を配置させた場合にも、ステージ
移動方向と直角方向の電子線偏向に関わる偏向電極の制
御は、一列に配置した場合と同じように制御すれば、電
子光学系間の干渉を著しく低減できる効果を容易に実現
することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子線装
置では、それぞれの電子光学系で発生した二次電子、反
射電子等を各光学系内で独立に高精度検出できるので、
パターン検査を高速、且つ正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の電子線装置を横から見た
構成図。

【図２】本発明の第１実施例の電子線装置を電子源側か
ら見た図。

【図３】本発明の第１実施例の各偏向信号発生器の信号
を示す図。

【図４】本発明の第１実施例の電子線装置の別の構成を
電子源側から見た図。

【図５】本発明の第２実施例の電子線装置を横から見た
構成図。

【図６】本発明の第３実施例の電子線装置を横から見た
構成図。

【図７】本発明の第３実施例の画像処理部の詳細を示す
ブロック図。

【図８】本発明の第３実施例の画像処理部の詳細を示す
ブロック図。

【図９】偏向器に静電８極偏向器を用いた実施例の構成
図。

【図１０】電子光学系の別の配置を示す実施例の構成
図。

【符号の説明】

１…試料、１０，２０，３０…電子源、１１，２１，３
１…コンデンサレンズ、１２，２２，３２…対物レン
ズ、１３，２３，３３…偏向器、１４，２４，３４…検
出器、１５，２５，３５…偏向信号発生器、１６，２
６，３６，１７，２７，３７…偏向増幅器、１８，２
８，３８…表示装置用偏向増幅器、１９，２９，３９…
表示装置、１０１…第１電子光学系、２０１…第２電子
光学系、３０１…第３電子光学系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野副 真理 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 ▲高▼藤 敦子 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 牧野 浩士 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 2G032 AG01 AH02 5C033 FF03 GG03 GG07 5F056 AA33 CB15 CB40 EA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つ以上の電子源を有し、上記２つ以上の
   電子源から放出された電子線をそれぞれ独立な電子光学
   系を用いて試料上に集束する手段と試料上を走査する走
   査手段とを有する電子線装置において、隣り合う上記電
   子光学系間の電界あるいは磁界を緩和するように走査手
   段を制御することを特徴とする電子線装置。
2. 【請求項２】２つ以上の電子源を有し、上記２つ以上の
   電子源から放出された電子線をそれぞれ独立な電子光学
   系を用いて、試料上に集束する手段と偏向器で試料上を
   走査する走査手段とを有する電子線装置において、隣り
   合う上記電子光学系間で対向する上記偏向器の電極の電
   圧がほぼ同じ大きさとなるように走査手段を制御するこ
   とを特徴とする電子線装置。
3. 【請求項３】２つ以上の電子源を列状に配置して、上記
   ２つ以上の電子源から放出された電子線をそれぞれ独立
   な電子光学系を用いて試料上に集束する手段と偏向器で
   試料上を走査する走査手段とを有する電子線装置におい
   て、上記電子源の列の方向と平行な方向における偏向器
   の電子線走査方向が互いに逆向きであることを特徴とす
   る電子線装置。
4. 【請求項４】２つ以上の電子源を列状に配置して、上記
   ２つ以上の電子源から放出された電子線をそれぞれ独立
   な電子光学系を用いて、試料上に集束する手段と、偏向
   器で試料上を走査する走査手段と、上記走査手段と同期
   して上記電子線を試料に照射して得られる二次電子など
   の信号を輝度変調して画像化する手段とを有する電子線
   装置において、上記電子源の列の方向と平行な方向にお
   ける上記偏向器の電子線走査方向および上記偏向器の電
   子線走査に同期した画像走査が隣り合う電子光学系で互
   いに逆向きであることを特徴とする電子線装置。