JP2014238962A - Electron beam apparatus - Google Patents

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貴志 小川
光宏 富樫
Mitsuhiro Togashi
光宏 富樫
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Yasutsugu Usami
康継 宇佐見
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron beam apparatus which is made compact while enhancing the inspection accuracy.SOLUTION: An electron beam apparatus is an inspection apparatus consisting of a plurality of electron beam columns including, in a housing, an electron beam optical system for irradiating the sample surface with an electron beam, and a detection system for detecting electrons generated by irradiation of an electron beam. An objective lens for focusing an electron beam, emitted from the electron beam optical system of each electron beam column for the sample surface, at a predetermined position is an electrostatic lens consisting of four electrodes. The objective lens consists of a first electrode to which a negative voltage is applied, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a fourth electrode to be grounded, in order from the side facing the sample, and the potential difference between a voltage applied to the first electrode and a sample voltage applied to the sample is adjustable.

Description

本発明は、半導体等のパターン検査等に用いる電子線装置に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus used for pattern inspection of a semiconductor or the like.

電子線カラムを備える電子線装置では、検査対象である半導体ウェハ等の試料について電気特性、外観検査、異物検査が行われる。例えば電子線装置は、コンタクトホールの電気特性検査（オープン、ショート）を帯電状況により画像化して行われる。具体的には図１４に示すように、電子線装置は、試料（例えば半導体ウェハＷ）の参照位置での走査型電子顕微鏡画像（以下、「ＳＥＭ像」ともいう。）と検査位置でのＳＥＭ像とを比較し、画像を比較して色の異なる箇所を欠陥位置として検出する。   In an electron beam apparatus including an electron beam column, electrical characteristics, appearance inspection, and foreign matter inspection are performed on a sample such as a semiconductor wafer to be inspected. For example, in an electron beam apparatus, an electrical characteristic inspection (open / short) of a contact hole is imaged according to a charging state. Specifically, as shown in FIG. 14, the electron beam apparatus has a scanning electron microscope image (hereinafter also referred to as “SEM image”) at a reference position of a sample (for example, a semiconductor wafer W) and an SEM at an inspection position. The image is compared, and the image is compared to detect a portion having a different color as a defect position.

このような電子線カラムを利用した検査において試料全面を電子線で走査するには多大の時間を要する。そこで、例えば特許文献１、２のように、電子線カラムを複数備える電子線装置を用いて試料を短時間で検査することが提案されている。   In such inspection using an electron beam column, it takes a lot of time to scan the entire surface of the sample with an electron beam. Therefore, for example, as in Patent Documents 1 and 2, it has been proposed to inspect a sample in a short time using an electron beam apparatus including a plurality of electron beam columns.

米国特許第４８９６０６３号明細書US Pat. No. 4,896,063 特開２００５−１２１６３５号公報JP 2005-121635 A

ここで、電子線カラムの静電レンズのうち最も試料に近い位置に設けられた第１電極に印加される第１電圧と試料に印加される試料電圧との電位差は、試料表面の帯電に影響を与える。このため、電子線装置においてはこの電位差を検査条件として自由に変更できることが望ましい。電子線装置は、第１電圧と試料電圧との電位差を連続的に変更しながら二次電子や試料による反射電子からなる二次電子線を検出することで、試料の帯電状況（表面電位）を効率よく測定できる。   Here, the potential difference between the first voltage applied to the first electrode provided at the position closest to the sample in the electrostatic lens of the electron beam column and the sample voltage applied to the sample affects the charging of the sample surface. give. For this reason, in an electron beam apparatus, it is desirable that this potential difference can be freely changed as an inspection condition. The electron beam device detects the secondary electron beam consisting of secondary electrons and reflected electrons from the sample while continuously changing the potential difference between the first voltage and the sample voltage, thereby changing the charging state (surface potential) of the sample. It can measure efficiently.

しかし、上記特許文献１、２に記載の電子線カラムの対物レンズは、３枚の電極からなる静電レンズから構成されている。このため、静電レンズの第１電極に印加される第１電圧と試料電圧との電位差を変更した際の、フォーカス電圧（静電レンズの第１電極上方に配置される第２電極の電圧）の変化が大きく、レンズの軸ずれ等が生じてしまう。このため、再度光学系の光軸調整が必要となるため、迅速に検査条件を変えることが困難であった。また、試料表面の電位を測定するために、この電位差を連続的に変化させた場合、フォーカス電圧のずれが大きくなり、試料に対する照射スポット径が大きくなることで、試料における測定領域が広がってしまい、測定精度が低下するという問題があった。   However, the objective lens of the electron beam column described in Patent Documents 1 and 2 is composed of an electrostatic lens composed of three electrodes. For this reason, the focus voltage (the voltage of the second electrode disposed above the first electrode of the electrostatic lens) when the potential difference between the first voltage applied to the first electrode of the electrostatic lens and the sample voltage is changed. The change of the lens is large, and the lens is misaligned. For this reason, since it is necessary to adjust the optical axis of the optical system again, it is difficult to quickly change the inspection conditions. In addition, when this potential difference is continuously changed in order to measure the potential of the sample surface, the deviation of the focus voltage becomes large, and the irradiation spot diameter on the sample becomes large, which widens the measurement area in the sample. There was a problem that the measurement accuracy was lowered.

さらに、通常、二次電子線を検出する検出器は対物レンズである静電レンズの上方に一つ配置されているのみである。電子線カラムを複数配置するためにその外径を小さくすると、各電子線カラムに設置する検出器の幅や面積を小さくせざるを得ず、検出器により検出可能な電子線の範囲に制限が生じる。具体的には、図１５に示すように、電子線の検出角が小さいものや、電子線の検出角が大きくかつエネルギが大きいものについては、電子線カラム内における電子線の軌道から上記のように設置された検出器では検出することができなかった。   Further, usually, only one detector for detecting the secondary electron beam is disposed above the electrostatic lens as the objective lens. If the outer diameter of the electron beam column is reduced in order to arrange a plurality of electron beam columns, the width and area of the detector installed in each electron beam column must be reduced, and the range of electron beams that can be detected by the detector is limited. Arise. Specifically, as shown in FIG. 15, the electron beam detection angle is small, or the electron beam detection angle is large and the energy is large, as described above from the electron beam trajectory in the electron beam column. It was not possible to detect it with the detector installed in.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、装置を複数含まれている電子線カラムを小型化するとともに欠陥の検出性能を改善し、検査精度を向上させることが可能な、新規かつ改良された電子線装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size of an electron beam column including a plurality of devices and improve the defect detection performance. It is an object of the present invention to provide a new and improved electron beam apparatus capable of improving accuracy.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、試料表面に電子線を照射する電子線光学系と電子線の照射によって発生した電子を検出する検出系とを筐体内部に備える複数の電子線カラムからなる検査装置であって、各電子線カラムの電子線光学系から試料表面に対して出射された電子線を所定位置にフォーカスさせる対物レンズは４枚の電極からなる静電レンズであり、対物レンズの各電極は、試料に対向する側から順に、負電圧が印加される第１電極、接地される第２電極、フォーカス電圧が印加される第３電極、および接地される第４電極からなり、第１電極に印加される電圧と試料に対して印加される試料電圧との電位差を調整可能である、電子線装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, an electron beam optical system that irradiates an electron beam onto a sample surface and a detection system that detects electrons generated by the irradiation of the electron beam are provided inside the housing. An inspection apparatus comprising a plurality of electron beam columns, wherein an objective lens for focusing an electron beam emitted from the electron beam optical system of each electron beam column onto a sample surface at a predetermined position is an electrostatic device comprising four electrodes. Each electrode of the objective lens is, in order from the side facing the sample, a first electrode to which a negative voltage is applied, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a ground. An electron beam apparatus comprising a fourth electrode and capable of adjusting a potential difference between a voltage applied to the first electrode and a sample voltage applied to the sample is provided.

検出系は、対物レンズに対して試料と反対側に設置される第１検出器と、第１検出器よりさらに試料から離れた上方に設置される第２検出器と、対物レンズに設置される第３検出器とから構成してもよい。   The detection system is installed on the objective lens, a first detector installed on the opposite side of the sample from the objective lens, a second detector installed further away from the sample than the first detector, and the objective lens. You may comprise from a 3rd detector.

このとき、第３検出器は、対物レンズの第１電極に設置してもよい。あるいは、第３検出器は、対物レンズの第２電極に設置してもよく、この場合、第１電極には、第３検出器を露出させる開口部が形成される。   At this time, the third detector may be installed on the first electrode of the objective lens. Alternatively, the third detector may be installed in the second electrode of the objective lens. In this case, an opening for exposing the third detector is formed in the first electrode.

また、第２検出器の内径は、第１検出器の内径より小さくしてもよい。   The inner diameter of the second detector may be smaller than the inner diameter of the first detector.

さらに、第１検出器、第２検出器または第３検出器のうち少なくともいずれか１つを、複数の検出部から構成してもよい。   Furthermore, at least one of the first detector, the second detector, and the third detector may be configured by a plurality of detection units.

また、電子線装置に、第１検出器と第２検出器との間に、電子線を偏向させる偏向機構を設けてもよい。   The electron beam apparatus may be provided with a deflection mechanism for deflecting the electron beam between the first detector and the second detector.

さらに、フォーカス電圧は正電圧としてもよい。   Further, the focus voltage may be a positive voltage.

以上説明したように本発明によれば、装置を小型化するとともに検査精度を向上させることが可能な電子線装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electron beam apparatus capable of reducing the size of the apparatus and improving the inspection accuracy.

本発明の実施形態に係る電子線装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the electron beam apparatus which concerns on embodiment of this invention. 同実施形態に係る電子線カラムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the electron beam column which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電子線カラムの対物レンズおよび電子検出器の構成を詳細に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the objective lens and electron detector of the electron beam column which concern on the embodiment in detail. 対物レンズをハイパスフィルタとして使用したときの検出器により検出可能な電子線の検出角とエネルギとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the detection angle and energy of an electron beam which can be detected by the detector when an objective lens is used as a high pass filter. シンチレータを用いた電子検出器の一構成例を示す概略側面図および概略平面図である。It is the schematic side view and schematic plan view which show one structural example of the electron detector using a scintillator. 第２電極に設けられた第３検出器の一構成例を示す底面図である。It is a bottom view which shows one structural example of the 3rd detector provided in the 2nd electrode. 第１電極の一構成例を示す底面図である。It is a bottom view which shows one structural example of a 1st electrode. 図３に示す構成の検出器により検出可能な電子線の検出角とエネルギとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the detection angle of an electron beam which can be detected with the detector of the structure shown in FIG. 3, and energy. 第３検出器を第１電極に設けた対物レンズおよび電子検出器の一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of the objective lens and electron detector which provided the 3rd detector in the 1st electrode. 第１電極に設けられた第３検出器の一構成例を示す底面図である。It is a bottom view which shows one structural example of the 3rd detector provided in the 1st electrode. 電子検出器を分割した場合の一構成例を示すであって、第２電極に設けられた第３検出器の一構成例を示す底面図である。It is a bottom view which shows one structural example at the time of dividing | segmenting an electron detector, Comprising: One structural example of the 3rd detector provided in the 2nd electrode. ＥｘＢ偏向器を備える電子線カラムの一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of an electron beam column provided with an ExB deflector. 磁場型のアライメント機構を備える電子線カラムの一構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of an electron beam column provided with a magnetic field type alignment mechanism. 電子線による欠陥検出方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the defect detection method by an electron beam. 従来の検出器により検出可能な電子線の検出角とエネルギとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the detection angle and energy of an electron beam which can be detected by the conventional detector.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

＜１．電子線装置の概略構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電子線装置の概略構成について説明する。なお、図１は、本実施形態に係る電子線装置１の概略構成を示す説明図である。 <1. Schematic configuration of electron beam device>
First, a schematic configuration of an electron beam apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment.

本実施形態に係る電子線装置１は、例えば半導体ウェハＷ（以下、単に「ウェハＷ」ともいう。）の半導体回路パターンを検査するための装置である。電子線装置１は、例えば図１に示すように、チャンバーユニット１０と、複数の電子線カラム２０と、制御電源３０と、制御装置４０とからなる。   The electron beam apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus for inspecting a semiconductor circuit pattern of, for example, a semiconductor wafer W (hereinafter also simply referred to as “wafer W”). For example, as shown in FIG. 1, the electron beam apparatus 1 includes a chamber unit 10, a plurality of electron beam columns 20, a control power supply 30, and a control apparatus 40.

チャンバーユニット１０は、電子線カラム２０によりウェハＷの表面に電子線を出射して検査を行うユニットである。チャンバーユニット１０は、図１に示すように、半導体ウェハＷが収納される第１チャンバー（試料室真空チャンバー）１２と、中間室である第２チャンバー（中間室真空チャンバー）１３と、電子銃が配置される第３チャンバー（電子銃室真空チャンバー）１４とからなる。   The chamber unit 10 is a unit that inspects the electron beam column 20 by emitting an electron beam onto the surface of the wafer W. As shown in FIG. 1, the chamber unit 10 includes a first chamber (sample chamber vacuum chamber) 12 in which a semiconductor wafer W is accommodated, a second chamber (intermediate chamber vacuum chamber) 13 as an intermediate chamber, and an electron gun. The third chamber (electron gun chamber vacuum chamber) 14 is arranged.

第１チャンバー１２にはウェハＷを載置するためのステージ１８が設けられている。ステージ１８は、試料載置面にてウェハＷの検査対象となる面（表面）と反対側の面（裏面）を支持し、ウェハＷを表面と平行な平面内で任意の方向に移動可能に形成されている。ステージ１８は、検査時にはウェハＷが所定の方向に所定の移動速度で移動するように駆動装置（図示せず。）によって移動される。   The first chamber 12 is provided with a stage 18 for placing the wafer W thereon. The stage 18 supports a surface (back surface) opposite to the surface (front surface) to be inspected of the wafer W on the sample mounting surface, and the wafer W can be moved in an arbitrary direction within a plane parallel to the surface. Is formed. The stage 18 is moved by a driving device (not shown) so that the wafer W moves in a predetermined direction at a predetermined moving speed at the time of inspection.

各チャンバー１２、１３、１４は、それぞれ異なる真空度に設定可能に独立した空間となっており、所定の真空度にするための真空ポンプ１５、１６、１７がそれぞれ接続されている。   Each chamber 12, 13, 14 is an independent space that can be set to a different degree of vacuum, and vacuum pumps 15, 16, 17 for achieving a predetermined degree of vacuum are connected thereto.

電子線カラム２０は、電子をスポット状に収束、加速して得られる電子線（一次電子線）をステージ１８上のウェハＷに照射するとともに、検出系によって電子線（二次電子線）を検出する装置である。本実施形態に係る電子線装置１は複数の電子線カラム２０を備えており、各電子線カラム２０は第１チャンバー１２、第２チャンバー１３および第３チャンバー１４境界の仕切り板に接続されており、中心部にオリフィスを設け、ビームが通過する部分のみが貫通するように配置される。本実施形態において、各電子線カラム２０は同一構成であるとする。電子線カラム２０の詳細な構成については後述する。   The electron beam column 20 irradiates the wafer W on the stage 18 with an electron beam (primary electron beam) obtained by converging and accelerating electrons in a spot shape, and detects the electron beam (secondary electron beam) by the detection system. It is a device to do. The electron beam apparatus 1 according to the present embodiment includes a plurality of electron beam columns 20, and each electron beam column 20 is connected to a partition plate at the boundary between the first chamber 12, the second chamber 13, and the third chamber 14. An orifice is provided at the center, and only the part through which the beam passes is arranged. In the present embodiment, it is assumed that the electron beam columns 20 have the same configuration. The detailed configuration of the electron beam column 20 will be described later.

制御電源３０は、各電子線カラム２０に対して入力されるスキャン電圧を入力する。制御電源３０は、例えば１つの電子線カラム２０に対して１つの制御電源３０が割り当てられるように配置される。制御電源３０は、例えば、高電圧電流、高周波電流等の信号を出力する。各制御電源３０は、例えば、制御電源３０が出力する信号（例えば高周波電圧）の位相ずれを補正したり、走査信号の待機時間を補正したり、フィルタ等の制御電流回路を切り替えたりする補正機構を備えていてもよい。   The control power supply 30 inputs a scan voltage input to each electron beam column 20. The control power supply 30 is arranged so that, for example, one control power supply 30 is assigned to one electron beam column 20. The control power supply 30 outputs a signal such as a high voltage current or a high frequency current, for example. Each control power supply 30 is, for example, a correction mechanism that corrects a phase shift of a signal (for example, a high-frequency voltage) output from the control power supply 30, corrects a waiting time of a scanning signal, and switches a control current circuit such as a filter. May be provided.

制御装置４０は、各電子線カラム２０に対する制御命令を入力し、また、ウェハＷに電子線を照射して得られる配線パターンの形状を反映した出力信号である二次電子線（「信号電子線」ともいう。）に基づいて配線パターンの画像を形成する装置である。電子線カラム２０、制御電源３０、制御装置４０で試料であるウェハＷのＳＥＭ像（走査型電子顕微鏡像）を取得する。制御装置４０は、形成した複数の配線パターンの画像を比較し、配線パターンの異常を検出する。なお、配線パターンの異常検出は、制御装置４０にて行ってもよく、制御装置４０から提供された画像を見てオペレータが判断してもよい。制御装置４０は、例えばＣＰＵやＧＰＵを備えるコンピュータ等の情報処理装置によって構成される。   The control device 40 inputs a control command for each electron beam column 20, and also outputs a secondary electron beam (“signal electron beam” which is an output signal reflecting the shape of a wiring pattern obtained by irradiating the wafer W with an electron beam. Is also a device for forming an image of a wiring pattern based on the above. An SEM image (scanning electron microscope image) of the wafer W as a sample is acquired by the electron beam column 20, the control power source 30, and the control device 40. The control device 40 compares the formed images of the plurality of wiring patterns and detects an abnormality in the wiring patterns. Note that the abnormality detection of the wiring pattern may be performed by the control device 40, or the operator may determine by looking at the image provided from the control device 40. The control device 40 is configured by an information processing device such as a computer including a CPU and a GPU, for example.

このような電子線装置１は、複数の電子線カラム２０を備えることで欠陥検出効率を向上させる。電子線カラム２０は、例えば複数の電子線カラム２０を一列に配置したカラム列を、カラム列の配列方向に対して垂直な方向に並べて配置してもよい。このとき、電子線カラム２０を千鳥配列となるように配置することで、より多くの電子線カラム２０を設けることができる。   Such an electron beam apparatus 1 includes a plurality of electron beam columns 20 to improve defect detection efficiency. As the electron beam column 20, for example, a column row in which a plurality of electron beam columns 20 are arranged in a row may be arranged in a direction perpendicular to the arrangement direction of the column rows. At this time, more electron beam columns 20 can be provided by arranging the electron beam columns 20 in a staggered arrangement.

＜２．電子線カラムの構成＞
次に、図２に基づいて、本実施形態に係る電子線装置１の電子線カラム２０の構成について説明する。なお、図２は、本実施形態に係る電子線カラム２０の構成を示す説明図である。なお、図２では静電式のレンズ、調整系を示しているが、本発明はかかる例に限定されず、例えば磁場を利用したレンズ、調整系であってもよい。検査を高速にするため、電子線を走査する走査電極は静電式であることが望ましい。 <2. Configuration of electron beam column>
Next, based on FIG. 2, the structure of the electron beam column 20 of the electron beam apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the electron beam column 20 according to the present embodiment. Although FIG. 2 shows an electrostatic lens and an adjustment system, the present invention is not limited to such an example, and for example, a lens and an adjustment system using a magnetic field may be used. In order to increase the inspection speed, the scanning electrode that scans the electron beam is desirably electrostatic.

電子線カラム２０は、その筐体１０２内に、走査型電子顕微鏡で用いられる各種構成要素を備える。例えば電子線カラム２０は、電子銃１１０と、コンデンサレンズ系１２０と、ビーム絞り機構１３０と、光軸調整機構１４０と、ブランキング電極１５０と、仕切弁１６０と、走査電極１７０と、対物レンズ１８０と、電子検出器１９０とを備える。電子線装置１において、電子検出器１９０が検出系を構成し、当該検出系を除く電子線光学要素が電子線光学系を構成している。   The electron beam column 20 includes various components used in a scanning electron microscope in the housing 102. For example, the electron beam column 20 includes an electron gun 110, a condenser lens system 120, a beam aperture mechanism 130, an optical axis adjustment mechanism 140, a blanking electrode 150, a gate valve 160, a scanning electrode 170, and an objective lens 180. And an electronic detector 190. In the electron beam apparatus 1, the electron detector 190 constitutes a detection system, and the electron beam optical elements excluding the detection system constitute an electron beam optical system.

電子銃１１０は、電子線を出射する装置であり、例えばショットキー型や熱電界放出型の電子銃が用いられる。電子銃１１０は、加速電圧が印加されることにより電子線を放出する。放出された電子線は、コンデンサレンズ系１２０、ビーム絞り機構１３０によって集光され、所望の電流となるように調節される。   The electron gun 110 is a device that emits an electron beam. For example, a Schottky type or a thermal field emission type electron gun is used. The electron gun 110 emits an electron beam when an acceleration voltage is applied. The emitted electron beam is condensed by the condenser lens system 120 and the beam aperture mechanism 130 and adjusted so as to have a desired current.

光軸調整機構１４０は、電子線の非点補正、光軸上の電子線の位置、試料に対する電子線の照射位置を調整する。また、ブランキング電極１５０は、ステージ１８上のウェハＷに電子線を照射しないように一時的に電子線を遮断するための電極である、ブランキング電極１５０は、電子銃１１０から放出された電子線を曲げ、ウェハＷに電子線が照射されないようにする。また、仕切弁１６０は、電子線カラム２０内の電子銃室、中間室、試料室と仕切るための弁である。仕切弁１６０は、例えば資料室に不良が発生した場合に電子銃室や中間室が大気中に開放しないように各室を仕切るために用いられる。通常仕切弁１６０は開放されている。なお、本実施形態に係る電子線カラム２０においては設置を省略することもできる。   The optical axis adjustment mechanism 140 adjusts electron beam astigmatism, the position of the electron beam on the optical axis, and the irradiation position of the electron beam on the sample. The blanking electrode 150 is an electrode for temporarily blocking the electron beam so that the wafer W on the stage 18 is not irradiated with the electron beam. The blanking electrode 150 is an electron emitted from the electron gun 110. The line is bent so that the wafer W is not irradiated with the electron beam. The gate valve 160 is a valve for partitioning the electron gun chamber, the intermediate chamber, and the sample chamber in the electron beam column 20. The gate valve 160 is used, for example, to partition each chamber so that the electron gun chamber and the intermediate chamber do not open to the atmosphere when a defect occurs in the data chamber. Usually, the gate valve 160 is opened. In addition, installation can also be abbreviate | omitted in the electron beam column 20 concerning this embodiment.

走査電極１７０は、外部から高周波の制御信号（電気信号）が印加されることで電子線を偏向させる。走査電極１７０には、例えば０〜４００Ｖの高周波電流が印加される。走査電極１７０に任意の制御信号を印加して電子線を偏向させることで、ウェハＷの表面上において任意の方向に電子線を走査させることができる。   The scanning electrode 170 deflects the electron beam by applying a high-frequency control signal (electric signal) from the outside. For example, a high-frequency current of 0 to 400 V is applied to the scan electrode 170. By applying an arbitrary control signal to the scan electrode 170 to deflect the electron beam, the electron beam can be scanned in an arbitrary direction on the surface of the wafer W.

対物レンズ１８０は、電子線カラム２０の先端部に設けられ、ステージ１８上のウェハＷと対向するように設けられる。対物レンズ１８０は、走査電極１７０によって偏向された電子線をウェハＷの表面に集束させる。本実施形態の対物レンズ１８０は、静電レンズであり、４枚の電極を備える。なお、対物レンズ１８０の詳細な構成については後述する。   The objective lens 180 is provided at the tip of the electron beam column 20 and is provided so as to face the wafer W on the stage 18. The objective lens 180 focuses the electron beam deflected by the scanning electrode 170 on the surface of the wafer W. The objective lens 180 of the present embodiment is an electrostatic lens and includes four electrodes. The detailed configuration of the objective lens 180 will be described later.

電子検出器１９０は、電子線がウェハＷに照射され、回路パターンに応じて放出された二次電子線、ならびに反射電子を検出し、高周波の検出信号（信号電子線）として出力する検出系である。本実施形態に係る電子検出器１９０は、後述するように３つの検出器１９２、１９４、１９６からなる。電子検出器１９０により検出された検出信号は、例えば伝達機構を介して電子線カラム２０の外部に取り出される。電子検出器１９０の検出信号は、例えばプリアンプで増幅された後、ＡＤ変換器により回路パターンの画像デジタルデータとされる。画像デジタルデータは制御装置４０に出力される。   The electron detector 190 is a detection system that irradiates the wafer W with an electron beam, detects the secondary electron beam emitted according to the circuit pattern, and the reflected electron, and outputs it as a high-frequency detection signal (signal electron beam). is there. The electron detector 190 according to the present embodiment includes three detectors 192, 194, and 196, as will be described later. The detection signal detected by the electron detector 190 is taken out of the electron beam column 20 through a transmission mechanism, for example. The detection signal of the electronic detector 190 is amplified by, for example, a preamplifier and then converted into image digital data of a circuit pattern by an AD converter. The image digital data is output to the control device 40.

このような電子線カラム２０の構成により、電子銃１１０から放出された電子線によってウェハＷの表面が走査され、回路パターンの形状、組成、帯電状況等を反映した二次電子や反射電子である二次電子線が電子検出器１９０によって検出される。検出された二次電子線の検出信号は、例えばプリアンプやＡＤ変換器を介して制御装置４０にて処理され、ウェハＷの回路パターンの画像に基づく欠陥検出が行われる。   With such a configuration of the electron beam column 20, the surface of the wafer W is scanned by the electron beam emitted from the electron gun 110, and the secondary electron and the reflected electron reflect the shape, composition, charging state, etc. of the circuit pattern. A secondary electron beam is detected by the electron detector 190. The detection signal of the detected secondary electron beam is processed by the control device 40 via, for example, a preamplifier or an AD converter, and defect detection based on the image of the circuit pattern of the wafer W is performed.

なお、電子線カラム２０には、電子線カラム２０の内部と外部との間で情報を伝達するための伝達機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃを設けてもよい。伝達機構としては、例えば電気的な動作を伴う部材に対して外部から電気信号を伝達し、また、電気的な動作を伴う部材から発せられた電気信号を外部に伝達する電気的伝達機構がある。あるいは、伝達機構として、ライトガイド等のように、光を外部から伝達し、また、光を外部に伝達する光学的伝達機構や、機械的な動作を伴う機械的伝達機構等がある。   The electron beam column 20 may be provided with transmission mechanisms 50a, 50b, and 50c for transmitting information between the inside and the outside of the electron beam column 20. As the transmission mechanism, for example, there is an electrical transmission mechanism that transmits an electrical signal from the outside to a member that involves an electrical operation, and that transmits an electrical signal emitted from the member that involves an electrical operation to the outside. . Alternatively, as a transmission mechanism, there are an optical transmission mechanism that transmits light from the outside and a light transmission to the outside, such as a light guide, and a mechanical transmission mechanism that accompanies a mechanical operation.

＜３．対物レンズおよび検出器の構成＞
図３に、本実施形態に係る電子線カラム２０の対物レンズ１８０および電子検出器１９０の構成を詳細に示す。図３は、電子線カラム２０の対物レンズ１８０および電子検出器１９０の概略構成を示す端面図である。 <3. Configuration of Objective Lens and Detector>
FIG. 3 shows in detail the configuration of the objective lens 180 and the electron detector 190 of the electron beam column 20 according to the present embodiment. FIG. 3 is an end view showing a schematic configuration of the objective lens 180 and the electron detector 190 of the electron beam column 20.

［対物レンズ］
対物レンズ１８０は、中心に電子線が通過するための開口を有する筒状の構造物である。対物レンズ１８０は、図３に示すように、第１電極１８１、第２電極１８２、第３電極１８３および第４電極１８４の４枚の電極からなる。これらの電極は、対物レンズ１８０がステージ１８上のウェハＷと対向する側から第１電極１８１、第２電極１８２、第３電極１８３、第４電極１８４の順に配置されている。 [Objective lens]
The objective lens 180 is a cylindrical structure having an opening through which an electron beam passes in the center. As shown in FIG. 3, the objective lens 180 includes four electrodes, a first electrode 181, a second electrode 182, a third electrode 183, and a fourth electrode 184. These electrodes are arranged in the order of the first electrode 181, the second electrode 182, the third electrode 183, and the fourth electrode 184 from the side where the objective lens 180 faces the wafer W on the stage 18.

第１電極１８１は、電子線カラム２０の筐体１０２から延設された第２電極１８２の支持部１８２ｃに、絶縁物１９５を介して接続されている。第１電極１８１は筐体１０２の外周と略同一径の外周を有する環状部材であり、その中心には電子線が通過するための開口が形成されている。第１電極１８１の第１面（外面）１８１ａは、ステージ１８上のウェハＷと対向している。   The first electrode 181 is connected to a support portion 182 c of the second electrode 182 extending from the housing 102 of the electron beam column 20 via an insulator 195. The first electrode 181 is an annular member having an outer periphery that is substantially the same diameter as the outer periphery of the housing 102, and an opening through which an electron beam passes is formed at the center. A first surface (outer surface) 181 a of the first electrode 181 faces the wafer W on the stage 18.

第２電極１８２は、環状の電極部と、当該電極部および第１電極１８１を支持する絶縁物１９５が接続された支持部１８２ｃとからなる。支持部１８２ｃは、筐体１０２と略同一径を有する大径部と、大径部よりも小径の小径部とからなる。大径部は筐体１０２と接続されており、小径部は大径部から第１電極１８１側へ延びるように設けられている。小径部の先端には電極部の外周部分が固定されている。電極部は、第１電極１８１と第３電極１８３との間に設けられる。第２電極１８２の電極部の第１面（第１電極１８１側の面）１８２ａには、後述する第３検出器１９６が設けられる。   The second electrode 182 includes an annular electrode portion and a support portion 182c to which an insulator 195 that supports the electrode portion and the first electrode 181 is connected. The support portion 182c includes a large diameter portion having substantially the same diameter as the casing 102 and a small diameter portion having a smaller diameter than the large diameter portion. The large diameter portion is connected to the housing 102, and the small diameter portion is provided so as to extend from the large diameter portion to the first electrode 181 side. The outer peripheral part of the electrode part is fixed to the tip of the small diameter part. The electrode portion is provided between the first electrode 181 and the third electrode 183. A third detector 196 described later is provided on the first surface (surface on the first electrode 181 side) 182a of the electrode portion of the second electrode 182.

第３電極１８３は、環状の電極部と、当該電極部を支持する筒状の支持部からなる。支持部は、絶縁物１９６を介して第４電極１８４に接続されるフランジ部と、当該フランジ部から第１電極１８１側へ延びる筒部とからなる。筒部は、第２電極１８２の小径部よりもさらに小径であり、その先端には電極部の外周部分が固定されている。電極部は、第２電極１８２と第４電極１８４との間に設けられる。   The third electrode 183 includes an annular electrode part and a cylindrical support part that supports the electrode part. The support portion includes a flange portion connected to the fourth electrode 184 via the insulator 196 and a cylindrical portion extending from the flange portion toward the first electrode 181 side. The cylindrical portion has a smaller diameter than the small diameter portion of the second electrode 182, and the outer peripheral portion of the electrode portion is fixed to the tip thereof. The electrode portion is provided between the second electrode 182 and the fourth electrode 184.

第４電極１８４は、筐体１０２と接続されたフランジ部と、当該フランジ部から第１電極１８１側へ延びる筒状の電極部とからなる。フランジ部は、絶縁物１９６を介して第３電極１８３を支持するとともに、その内周部で電極部の一端を支持している。電極部は、筒状とすることで、第３電極１８３に高電圧を印加するために必要な絶縁物（例えばガイシ）が電子線に露出しないようにしている。第４電極１８４の電極部の内径は、第１電極１８１、第２電極１８２および第３電極１８３の各電極部の開口径と略同一とされる。   The fourth electrode 184 includes a flange portion connected to the housing 102 and a cylindrical electrode portion extending from the flange portion toward the first electrode 181 side. The flange portion supports the third electrode 183 via the insulator 196, and supports one end of the electrode portion at the inner periphery thereof. The electrode portion is formed in a cylindrical shape so that an insulator (for example, insulator) necessary for applying a high voltage to the third electrode 183 is not exposed to the electron beam. The inner diameter of the electrode portion of the fourth electrode 184 is substantially the same as the opening diameter of each electrode portion of the first electrode 181, the second electrode 182, and the third electrode 183.

第１電極１８１には負電圧が印加され、第２電極１８２は接地されている。また、第３電極１８３はフォーカス用の電極であり、正電圧が印加されている。第３電極１８３に正電圧を印加することで対物レンズ１８０を加速レンズとして構成することができる。これにより、第３電極１８３に負電圧を印加する場合と比べて対物レンズ１８０を低収差化することができるとともに、放出された二次電子を引き上げて軌道変更させて集光することが可能となる。第４電極１８４は接地されている。なお、ステージ１８上のウェハＷには負電圧が印加されている。   A negative voltage is applied to the first electrode 181 and the second electrode 182 is grounded. The third electrode 183 is a focusing electrode and is applied with a positive voltage. By applying a positive voltage to the third electrode 183, the objective lens 180 can be configured as an acceleration lens. Thereby, it is possible to reduce the aberration of the objective lens 180 as compared with the case where a negative voltage is applied to the third electrode 183, and it is possible to collect the light by raising the emitted secondary electrons to change the trajectory. Become. The fourth electrode 184 is grounded. A negative voltage is applied to the wafer W on the stage 18.

本実施形態に係る電子線装置１では、対物レンズ１８０の第１電極１８１に印加される第１電圧とステージ１８上のウェハＷに印加される試料電圧との電位差を変化させることで、ウェハＷ表面の帯電や検出可能な電子エネルギ、検出器に対する電子線の入射角度等を変更することができる。例えば第１電圧を試料電圧より低くすると、エネルギの低い電子がウェハＷに戻り帯電を抑制したり、中和したりできる。逆に、第１電圧を試料電圧より高くすると、二次電子を巻き上げ、ウェハＷを正に帯電させることができる。   In the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment, the wafer W is changed by changing the potential difference between the first voltage applied to the first electrode 181 of the objective lens 180 and the sample voltage applied to the wafer W on the stage 18. It is possible to change the surface charging, detectable electron energy, the incident angle of the electron beam to the detector, and the like. For example, when the first voltage is made lower than the sample voltage, electrons with low energy can return to the wafer W to suppress charging or neutralize. Conversely, when the first voltage is higher than the sample voltage, the secondary electrons can be wound up and the wafer W can be positively charged.

なお、検出系に関して、第１電圧と試料電圧との電位差を変化させることで、電子線に対するフィルタを掛けることが可能となる。例えば第１電圧を試料電圧より低くすると、対物レンズ１８０を高エネルギの電子のみを通過させるハイパスフィルタとして作用させることができる。   Regarding the detection system, it is possible to apply a filter to the electron beam by changing the potential difference between the first voltage and the sample voltage. For example, when the first voltage is lower than the sample voltage, the objective lens 180 can act as a high-pass filter that passes only high-energy electrons.

図４に対物レンズ１８０をハイパスフィルタとして使用したときの検出器のアクセプタンス（検出器により検出可能な電子線の検出角とエネルギとの関係）を示す。図４より、所定の閾値以上のエネルギを有する電子のみが検出されていることを読み取ることができる。逆に、第１電圧を試料電圧より高くすると、二次電子を巻き上げ集光するように対物レンズ１８０を作用させることができる。   FIG. 4 shows the acceptance of the detector when the objective lens 180 is used as a high-pass filter (the relationship between the detection angle of the electron beam detectable by the detector and the energy). From FIG. 4, it can be read that only electrons having energy equal to or higher than a predetermined threshold are detected. Conversely, when the first voltage is made higher than the sample voltage, the objective lens 180 can be operated so as to wind up and collect secondary electrons.

ここで、第１電圧と試料電圧との電位差は２ｋＶ以下が望ましい。この電位差が大きいと二次電子線は直進し、検出器の中心の開口から抜けてしまうためである。そこで、電位差を２ｋＶ以下と小さくすることで二次電子線は広がり、中心に一次ビームが通過する開口を有する同心円（アニューラー）型の検出器と比較して電子を容易に検出することができる。   Here, the potential difference between the first voltage and the sample voltage is desirably 2 kV or less. This is because if this potential difference is large, the secondary electron beam goes straight and escapes from the center opening of the detector. Therefore, by reducing the potential difference to 2 kV or less, the secondary electron beam spreads, and electrons can be easily detected as compared with a concentric (annular) detector having an opening through which the primary beam passes at the center.

このように、本実施形態に係る電子線装置１では、上記のように４枚の電極を用いることで、対物レンズ１８０の第１電極１８１に印加される第１電圧と試料電圧との電位差を連続的に変化させても第３電極１８３のフォーカス電圧の変化量を低減することができる。したがって、例えば図１４に示したように、電子線装置１によりウェハＷの欠陥を検出する場合、参照位置でのＳＥＭ像と検査位置でのＳＥＭ像とを比較するが、画像比較が明確に行うことができない場合にはこの電位差を調整することにより、試料の帯電を変化させ、取得される画像を調整できる。本実施形態に係る電子線装置１では、対物レンズ１８０の調整により所望の画像を取得して欠陥の検出性能を改善し、検査精度を向上できるとともに、この調整を連続的に行うことができるので効率的に検査を行うこともできる。   Thus, in the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment, by using the four electrodes as described above, the potential difference between the first voltage applied to the first electrode 181 of the objective lens 180 and the sample voltage is obtained. Even if it is continuously changed, the amount of change in the focus voltage of the third electrode 183 can be reduced. Therefore, for example, as shown in FIG. 14, when the defect of the wafer W is detected by the electron beam apparatus 1, the SEM image at the reference position is compared with the SEM image at the inspection position, but the image comparison is clearly performed. If this is not possible, the potential difference can be adjusted to change the charge of the sample and adjust the acquired image. In the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment, a desired image can be acquired by adjusting the objective lens 180 to improve the defect detection performance, the inspection accuracy can be improved, and this adjustment can be performed continuously. Inspection can also be performed efficiently.

本実施形態に係る電子線装置１の対物レンズ１８０の構成とすることによるフォーカス電圧の変化について、従来の３枚の電極を用いた場合と比較しながら説明する。なお、従来の３枚の電極を用いた場合の構成は、本実施形態に係る対物レンズ１８０を構成する電極のうち第２電極１８２を省略した構成とする。   A change in the focus voltage due to the configuration of the objective lens 180 of the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment will be described in comparison with a case where three conventional electrodes are used. The configuration in the case of using the conventional three electrodes is a configuration in which the second electrode 182 is omitted from the electrodes configuring the objective lens 180 according to the present embodiment.

第１電極１８１と試料間の電位差が０Ｖとなる設定を標準条件とする。例えば、電子線の加速エネルギを８ｋｅＶ、電子線の試料への入射エネルギを１ｋｅＶとすると、試料電圧は−７ｋＶ、第１電極１８１の第１電圧は−７ｋＶとなる。   The standard condition is set so that the potential difference between the first electrode 181 and the sample is 0V. For example, if the acceleration energy of the electron beam is 8 keV and the incident energy of the electron beam to the sample is 1 keV, the sample voltage is −7 kV and the first voltage of the first electrode 181 is −7 kV.

次いで、標準条件から第１電極１８１の第１電圧を−６．９ｋＶに変更したとする。このとき、第１電極１８１と試料との間の電位差は＋０．１ｋＶとなる。このとき一次電子線を試料にフォーカスするのに必要な電圧は＋１４．４ｋＶであった。また、標準条件のフォーカス電圧は＋１４．１ｋＶであった。したがって、標準条件のフォーカス電圧＋１４．１ｋＶからの差であるフォーカス電圧の変化量は０．３ｋＶとなる。また、標準条件でのフォーカス電圧に対するフォーカス電圧の相対変化量は２．４％（０．３／１４．１％）であった。   Next, it is assumed that the first voltage of the first electrode 181 is changed to −6.9 kV from the standard condition. At this time, the potential difference between the first electrode 181 and the sample is +0.1 kV. At this time, the voltage required to focus the primary electron beam on the sample was +14.4 kV. The focus voltage under standard conditions was +14.1 kV. Therefore, the amount of change in the focus voltage, which is the difference from the focus voltage of the standard condition + 14.1 kV, is 0.3 kV. Further, the relative change amount of the focus voltage with respect to the focus voltage under the standard condition was 2.4% (0.3 / 14.1%).

同様に、従来の３枚の電極を用いた構成についても標準条件から第１電圧を−６．９ｋＶに変更したとき、一次電子線を試料にフォーカスするのに必要な電圧は＋１２．７ｋＶであった。また、標準条件のフォーカス電圧は＋１１．８ｋＶであった。したがって、標準条件のフォーカス電圧＋１１．８ｋＶからの差であるフォーカス電圧の変化量は０．９ｋＶとなる。また、標準条件でのフォーカス電圧に対するフォーカス電圧の相対変化量は７．８％（０．９／１１．８％）であった。   Similarly, in the configuration using the conventional three electrodes, when the first voltage is changed to -6.9 kV from the standard condition, the voltage required to focus the primary electron beam on the sample is +12.7 kV. It was. The focus voltage under standard conditions was +11.8 kV. Therefore, the amount of change in the focus voltage, which is the difference from the standard condition focus voltage + 11.8 kV, is 0.9 kV. Further, the relative change amount of the focus voltage with respect to the focus voltage under the standard condition was 7.8% (0.9 / 11.8%).

これより、本実施形態に係るように４枚の電極から対物レンズを構成することで、従来と比較してフォーカス電圧の変化量が約３３％改善されることがわかる。   From this, it can be understood that the amount of change in the focus voltage is improved by about 33% compared to the conventional art by configuring the objective lens from four electrodes as in the present embodiment.

［検出器］
本実施形態に係る電子線カラム２０は、電子線を検出する電子検出器１９０として、第１検出器１９２、第２検出器１９４および第３検出器１９６の、３つの検出器を備える。従来、電子カラム２０には１つの検出器が設けられるのみであり、図１５に示すようにこの検出器のみでは検出できない電子線があった。そこで、本実施形態に係る電子線カラム２０は、複数、例えば３つの検出器１９２、１９４、１９６を設けることで、従来検出できなかった電子線を検出可能にする。 [Detector]
The electron beam column 20 according to the present embodiment includes three detectors, a first detector 192, a second detector 194, and a third detector 196, as an electron detector 190 that detects an electron beam. Conventionally, the electron column 20 is provided with only one detector, and as shown in FIG. 15, there is an electron beam that cannot be detected only by this detector. Therefore, the electron beam column 20 according to the present embodiment is provided with a plurality of, for example, three detectors 192, 194, and 196, thereby making it possible to detect an electron beam that could not be detected conventionally.

第１検出器１９２は、図３に示すように、対物レンズ１８０上方（ステージ１８と反対側の方向）に配置されている。第１検出器１９２は環状の電子検出センサであり、その電子検出領域は第４電極１８４の内径よりも小さくされている。第１検出器１９２は、対物レンズ１８０にできるかぎり近くに配置されることが望ましい。本実施形態に係る電子線装置１は、複数の電子線カラム２０を設置しているため各検出器の面積や幅を小さくせざるを得ない。そこで、対物レンズ１８０のより近くに検出器を配置することで広い範囲に放出された電子を検出可能となる。   As shown in FIG. 3, the first detector 192 is disposed above the objective lens 180 (in the direction opposite to the stage 18). The first detector 192 is an annular electron detection sensor, and its electron detection region is smaller than the inner diameter of the fourth electrode 184. The first detector 192 is preferably arranged as close to the objective lens 180 as possible. Since the electron beam apparatus 1 according to the present embodiment has a plurality of electron beam columns 20, the area and width of each detector must be reduced. Therefore, by disposing a detector closer to the objective lens 180, electrons emitted in a wide range can be detected.

第２検出器１９４は、環状の電子検出センサであり、第１検出器１９２のさらに上方に配置される。例えば図３に示すように、第２検出器１９４は、アライメント機構１６０と走査電極１７０との間に配置することができる。第２検出器１９４は、第１検出器１９２の中心の開口を抜けた電子の小角度成分を検出する。第２検出器１９４の開口部の内径は第１検出器１９２の開口部の内径より小さいことが望ましい。より高効率で電子を検出することが可能となる。   The second detector 194 is an annular electronic detection sensor and is disposed further above the first detector 192. For example, as shown in FIG. 3, the second detector 194 can be disposed between the alignment mechanism 160 and the scan electrode 170. The second detector 194 detects a small angle component of electrons that have passed through the central opening of the first detector 192. The inner diameter of the opening of the second detector 194 is preferably smaller than the inner diameter of the opening of the first detector 192. Electrons can be detected with higher efficiency.

第１検出器１９２および第２検出器１９４には、例えば半導体検出器やシンチレータ等を用いることができる。第１検出器１９２や第２検出器１９４にシンチレータを用いた場合、例えば図５のような構成とすることができる。図５では第１検出器１９２にシンチレータ１９２ａを用いた場合を示しているが、第２検出器１９４も同様に構成することができる。   As the first detector 192 and the second detector 194, for example, a semiconductor detector or a scintillator can be used. When scintillators are used for the first detector 192 and the second detector 194, for example, the configuration shown in FIG. Although FIG. 5 shows the case where the scintillator 192a is used for the first detector 192, the second detector 194 can be configured similarly.

シンチレータ１９２ａは放射線の入射によって蛍光を発する物質であり、シンチレータ１９２ａにより電子を光に変換することができる。シンチレータ１９２ａによって電子から変換された光は、ミラー面１９２ｂにて反射され導入機構５０ｃであるライトガイドへ導かれる。ライトガイドの終端は光電子増倍管６０と接続されており、光電子増倍管６０によって光は電子に変換され増幅される。増幅された電子信号は検出回路系にて検出される。   The scintillator 192a is a substance that emits fluorescence upon incidence of radiation, and the scintillator 192a can convert electrons into light. The light converted from electrons by the scintillator 192a is reflected by the mirror surface 192b and guided to the light guide which is the introduction mechanism 50c. The end of the light guide is connected to the photomultiplier tube 60, and the photomultiplier tube 60 converts light into electrons and amplifies it. The amplified electronic signal is detected by a detection circuit system.

シンチレータ１９２ａの中央は開口されており、当該開口部分には金属筒１９２ｃが挿通される。金属筒１９２ｃの内部を一次電子線が通過する。シンチレータ１９２ａの先端は金属筒１９２ｃおよび金属カバー１９２ｄで覆われており、絶縁物が電子線に露出しないように構成される。検出器１９２全体は、例えばフランジ５０ｃ２とライトガイドとの間をＯリング５０ｃ１にて仕切られている。これにより、電子線カラム２０内の真空部分と電子線カラム２０外の大気部分とを区切ることができる。   The center of the scintillator 192a is opened, and the metal cylinder 192c is inserted through the opening. The primary electron beam passes through the inside of the metal cylinder 192c. The tip of the scintillator 192a is covered with a metal cylinder 192c and a metal cover 192d so that the insulator is not exposed to the electron beam. The entire detector 192 is partitioned by, for example, an O-ring 50c1 between the flange 50c2 and the light guide. Thereby, the vacuum part in the electron beam column 20 and the atmospheric part outside the electron beam column 20 can be separated.

また、シンチレータ１９２ａにより発光された蛍光をライトガイドに導くため、ミラー面１９２ｂにはＡｌ等の金属を蒸着するのがよい。さらに、ライトガイドの支持は光の洩れを低減するため接触面積を最小にするのがよく、例えばＯリング１９２ｂのみとするのが望ましい。   Further, in order to guide the fluorescence emitted from the scintillator 192a to the light guide, it is preferable to deposit a metal such as Al on the mirror surface 192b. Further, the light guide is preferably supported to minimize the contact area in order to reduce light leakage. For example, only the O-ring 192b is desirable.

図３の説明に戻り、第３検出器１９６は、環状の電子検出センサであり、図６に示すように、対物レンズ１８０の第２電極１８２の第１面１８２ａに配置される。第３検出器１９６としては、対物レンズ１８０の先端におけるスペース制限から、例えば半導体検出器を用いるのが望ましい。   Returning to the description of FIG. 3, the third detector 196 is an annular electronic detection sensor, and is disposed on the first surface 182 a of the second electrode 182 of the objective lens 180 as shown in FIG. 6. As the third detector 196, for example, a semiconductor detector is desirably used because of space limitations at the tip of the objective lens 180.

このとき、対物レンズ１８０の第１電極１８１には、ウェハＷからの電子線が通過する開口部１８１１を形成する。本実施形態では、図７に示すように、４つの開口部１８１１が、第１電極１８１の周方向に沿って、等間隔に略同一サイズに形成されている。各開口部１８１１は、例えば第１電極１８１を切り欠いて形成してもよい。また、各開口部１８１１の間に、径方向に延びるグリッド１８１２を設けることで開口部１８１１の電位を一定にすることができる。なお、本実施形態では、開口部１８１１は４つ形成されているが、本技術はかかる例に限定されず、第１電極１８１に１または複数の開口を設けて電子線が通過可能にされていればよい。   At this time, an opening 1811 through which the electron beam from the wafer W passes is formed in the first electrode 181 of the objective lens 180. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the four openings 1811 are formed in substantially the same size at equal intervals along the circumferential direction of the first electrode 181. Each opening 1811 may be formed by cutting out the first electrode 181, for example. Further, by providing a grid 1812 extending in the radial direction between the openings 1811, the potential of the openings 1811 can be made constant. In the present embodiment, four openings 1811 are formed. However, the present technology is not limited to this example, and one or a plurality of openings are provided in the first electrode 181 so that an electron beam can pass therethrough. Just do it.

これらの検出器１９２、１９４、１９６は、図３に示すような電子線の軌道に対応して電子線カラム２０内に配置されている。すなわち、ステージ１８の試料載置面に垂直な電子線の入射方向に対し、二次電子線は広がりを持って進行する。そこで、本実施形態に係る電子線カラム２０は、電子線の入射方向に対する二次電子線の進行方向のなす角（以下、「検出角」ともいう。）に応じて、電子を検出する検出器１９２、１９４、１９６が配置されている。このように、検出角の異なる複数の検出器１９２、１９４、１９６を配置し、像を取得することで、特定の欠陥からの信号を強調することができる。例えば、ウェハＷのホール底の欠陥の検出には、小角度の電子を選択的に検出することができる第２検出器１９４を利用するのが有用である。   These detectors 192, 194, 196 are arranged in the electron beam column 20 corresponding to the trajectory of the electron beam as shown in FIG. That is, the secondary electron beam travels with a spread with respect to the incident direction of the electron beam perpendicular to the sample mounting surface of the stage 18. Therefore, the electron beam column 20 according to the present embodiment is a detector that detects electrons according to an angle formed by the traveling direction of the secondary electron beam with respect to the incident direction of the electron beam (hereinafter also referred to as “detection angle”). 192, 194, 196 are arranged. As described above, by arranging a plurality of detectors 192, 194, and 196 having different detection angles and acquiring an image, a signal from a specific defect can be enhanced. For example, it is useful to use the second detector 194 capable of selectively detecting small-angle electrons for detecting defects at the bottom of the hole of the wafer W.

図８に各検出器１９２、１９４、１９６により検出される電子線の検出角とエネルギとの関係図を示す。図８において、電子軌道Ａの電子線は第１検出器１９２によって検出され、電子軌道Ｂの電子線は第２検出器１９４によって検出され、電子軌道Ｃの電子線は第３検出器１９６によって検出される。   FIG. 8 shows the relationship between the detection angle of the electron beam detected by each detector 192, 194, and 196 and the energy. In FIG. 8, the electron beam in the electron orbit A is detected by the first detector 192, the electron beam in the electron orbit B is detected by the second detector 194, and the electron beam in the electron orbit C is detected by the third detector 196. Is done.

図８より、第３検出器１９６は高角度に高いエネルギで放出された電子を検出する。例えば試料の微小な凹凸を強調して観察できるという効果がある。第３検出器１９６を対物レンズ１８０の第２電極１８２に配置することで、第３検出器１９６を設置させることができる。すなわち、信号線のレベルがグランド基準となるので、配線の絶縁が容易になり、また後段のプリアンプ等検出回路系がグランド基準となるので得電子線装置１の高速動作が容易となるというメリットがある。   From FIG. 8, the third detector 196 detects electrons emitted with high energy at a high angle. For example, there is an effect that the minute unevenness of the sample can be emphasized and observed. By disposing the third detector 196 on the second electrode 182 of the objective lens 180, the third detector 196 can be installed. That is, since the level of the signal line is the ground reference, the wiring is easily insulated, and the detection circuit system such as a preamplifier in the subsequent stage is the ground reference, so that the high speed operation of the electron beam apparatus 1 is facilitated. is there.

［変形例］
本実施形態に係る電子線カラム２０の対物レンズ１８０および検出器１９０は、図３に示した構成以外の構成とすることもできる。 [Modification]
The objective lens 180 and the detector 190 of the electron beam column 20 according to the present embodiment may have a configuration other than the configuration shown in FIG.

（変形例１）
例えば、図９および図１０に示すように、第３検出器１９６を第１電極１８１に設けてもよい。すなわち、図９および図１０に示すように、第３検出器１９６は、対物レンズ１８０の第１電極１８１の外面１８１ａに設けられている。第３検出器１９６を試料Ｗの近くに配置できるため、より広い角度に放出された二次電子線を検出することが可能になる。この場合、電子線が高圧に浮いてしまうため、高電圧用の差動アンプを使用する必要がある。 (Modification 1)
For example, as shown in FIGS. 9 and 10, a third detector 196 may be provided on the first electrode 181. That is, as shown in FIGS. 9 and 10, the third detector 196 is provided on the outer surface 181 a of the first electrode 181 of the objective lens 180. Since the third detector 196 can be disposed near the sample W, it becomes possible to detect the secondary electron beam emitted at a wider angle. In this case, since the electron beam floats at a high voltage, it is necessary to use a high-voltage differential amplifier.

（変形例２）
また、環状の各検出器１９２、１９４、１９６を面内で分割した構成としてもよい。第３検出器１９６を例にとると、例えば図１１に示すように、周方向に４分割された検出部１９６１、１９６２、１９６３、１９６４から第３検出器１９６を構成してもよい。このとき各検出部１９６１、１９６２、１９６３、１９６４は同一サイズとするのがよい。これにより、各検出部１９６１、１９６２、１９６３、１９６４は対応する特定の方位に放出された電子をそれぞれ検出することになり、これらの差分をとることで凹凸を強調した像が取得できるようになる。特に本発明では対物レンズ１８０に静電レンズを用いているので回転がなく、方向性が維持されるためより効果的である。 (Modification 2)
The annular detectors 192, 194, and 196 may be divided in the plane. Taking the third detector 196 as an example, for example, as shown in FIG. 11, the third detector 196 may be configured from detectors 1961, 1962, 1963, 1964 divided into four in the circumferential direction. At this time, the detection units 1961, 1962, 1963, and 1964 are preferably the same size. Thereby, each detection part 1961, 1962, 1963, 1964 will each detect the electron discharge | released to the corresponding specific direction, and it becomes possible to acquire the image which emphasized the unevenness | corrugation by taking these differences. . In particular, in the present invention, since an electrostatic lens is used for the objective lens 180, there is no rotation and the directionality is maintained, which is more effective.

（変形例３）
第２検出器１９４の検出効率を向上させる方法として、例えば図１２に示すように、電子線カラム２０に、対物レンズ１８０の上部かつ第１検出器１９２の上部に、電子線を偏向させる偏向機構として静電場と磁場とが直交したＥｘＢ偏向器２００を配置してもよい。なお、図１２では、対物レンズ１８０および電子検出器１９０に電圧を印加する電源についての記載を省略しているが、それぞれ図３と同様の電圧が印加されているものとする。 (Modification 3)
As a method for improving the detection efficiency of the second detector 194, for example, as shown in FIG. 12, a deflection mechanism that deflects the electron beam to the electron beam column 20 above the objective lens 180 and above the first detector 192. As an alternative, the ExB deflector 200 in which the electrostatic field and the magnetic field are orthogonal may be arranged. In FIG. 12, the description of the power source for applying a voltage to the objective lens 180 and the electron detector 190 is omitted, but it is assumed that the same voltages as those in FIG. 3 are applied.

図１２に示すように、ＥｘＢ偏向器２００の上方には、走査電極１７０、第２検出器１９４が配置される。このとき、電子線カラム２０は、一次電子線がＥｘＢ偏向器２００により偏向されない（すなわち、直進する）ウィーン条件に設定される。二次電子、反射電子からなる信号電子線は一次電子線と進行方向が逆であるため、ＥｘＢ偏向器２００により偏向される。このように、信号電子線を第２検出器１９４の検出領域に入射するようにＥｘＢ偏向器２００によって偏向させることで、第２検出器１９４によってより効率的に信号電子線を検出することが可能となる。   As shown in FIG. 12, the scanning electrode 170 and the second detector 194 are disposed above the ExB deflector 200. At this time, the electron beam column 20 is set to Wien conditions in which the primary electron beam is not deflected by the ExB deflector 200 (that is, goes straight). The signal electron beam composed of secondary electrons and reflected electrons is deflected by the ExB deflector 200 because the traveling direction is opposite to that of the primary electron beam. In this way, the signal electron beam can be detected more efficiently by the second detector 194 by deflecting the signal electron beam by the ExB deflector 200 so as to enter the detection region of the second detector 194. It becomes.

（変形例４）
あるいは、第２検出器１９４の検出効率を向上させる他の方法として、例えば図１３に示すように、対物レンズ１８０の上部かつ第１検出器１９２の上部に、電子線を偏向させる偏向機構として磁場型のアライメント機構３００を配置してもよい。なお、図１３においても、対物レンズ１８０および電子検出器１９０に電圧を印加する電源についての記載を省略しているが、それぞれ図３と同様の電圧が印加されているものとする。 (Modification 4)
Alternatively, as another method for improving the detection efficiency of the second detector 194, for example, as shown in FIG. 13, a magnetic field as a deflection mechanism for deflecting an electron beam is provided above the objective lens 180 and above the first detector 192. A mold alignment mechanism 300 may be arranged. In FIG. 13, the description of the power source for applying a voltage to the objective lens 180 and the electron detector 190 is omitted, but it is assumed that the same voltage as that in FIG. 3 is applied.

図１３に示すように、アライメント機構３００の上方には、走査電極１７０が配置される。本例では、走査電極１７０には像を構成するための走査信号に加え、静的なアライメント電圧が重畳される。すなわち、２段に配置された走査電極１７２、１７４もアライメント機構の一部として機能する。走査電極１７０の上方には第２検出器１９４が配置される。   As shown in FIG. 13, the scanning electrode 170 is disposed above the alignment mechanism 300. In this example, a static alignment voltage is superimposed on the scan electrode 170 in addition to a scan signal for forming an image. That is, the scanning electrodes 172 and 174 arranged in two stages also function as a part of the alignment mechanism. A second detector 194 is disposed above the scan electrode 170.

一次電子線は、走査電極１７２、１７４およびアライメント機構３００による３段のアライメントにより偏向され、第１検出器１９２の開口を通過するように中心軸上に戻る。そして、第１検出器１９２の開口を通過した一次電子線は、ステージ１８上のウェハＷに照射される。   The primary electron beam is deflected by the three-stage alignment by the scanning electrodes 172 and 174 and the alignment mechanism 300 and returns to the central axis so as to pass through the opening of the first detector 192. The primary electron beam that has passed through the opening of the first detector 192 is irradiated onto the wafer W on the stage 18.

ウェハＷにより反射された電子線および二次電子からなる信号電子線は一次電子線と進行方向が逆となる。したがって、第１検出器１９２の開口を通過した信号電子線は、まず磁場型のアライメント機構３００により一次電子線とは逆向きに偏向され、つづく走査電極１７２、１７４に重畳されたアライメント電圧によりさらに偏向された後、第２検出器１９４に入射するようになる。このように、走査電極１７２、１７４およびアライメント機構３００により電子線の進行方向をアライメントすることで、信号電子線を第２検出器１９４の検出領域に入射させることができ、第２検出器１９４は信号電子線をより効率的に検出することが可能となる。   The traveling direction of the electron beam reflected by the wafer W and the signal electron beam made of secondary electrons is opposite to that of the primary electron beam. Therefore, the signal electron beam that has passed through the opening of the first detector 192 is first deflected in the opposite direction to the primary electron beam by the magnetic field type alignment mechanism 300, and is further increased by the alignment voltage superimposed on the scanning electrodes 172 and 174. After being deflected, the light enters the second detector 194. Thus, by aligning the traveling direction of the electron beam by the scanning electrodes 172 and 174 and the alignment mechanism 300, the signal electron beam can be incident on the detection region of the second detector 194, and the second detector 194 It becomes possible to detect the signal electron beam more efficiently.

図１２に示した変形例３および図１３に示した変形例４は、第１検出器１９２により信号電子線の大部分を検出し、第２検出器１９４で小角度の信号電子線を検出することで、検出角が選択されたＳＥＭ像を取得することが可能となる。特に小型の電子線カラム２０では検出器１９０の大きさが制限されているためこれらの構成は有用である。なお、対物レンズ１８０および検出器１９０の配置、ＥｘＢ偏向器２００やアライメント機構３００等ようなの電子線を偏向させる偏向機構の設置は、上記変形例１〜４に限定されるものではなく、他の構成や組み合わせも可能である。   In Modification 3 shown in FIG. 12 and Modification 4 shown in FIG. 13, the first detector 192 detects most of the signal electron beam, and the second detector 194 detects a small-angle signal electron beam. This makes it possible to acquire an SEM image with a selected detection angle. In particular, since the size of the detector 190 is limited in the small electron beam column 20, these configurations are useful. Note that the arrangement of the objective lens 180 and the detector 190 and the installation of a deflection mechanism that deflects an electron beam such as the ExB deflector 200 and the alignment mechanism 300 are not limited to the first to fourth modifications. Configurations and combinations are possible.

以上、本発明の実施形態に係る電子線装置１の構成とその作用について説明した。本実施形態によれば、電子線装置１に複数含まれている電子線カラム２０を小型化するとともに欠陥の検出性能を改善し、かつ高効率化できるとともに、対物レンズ１８０を４つの電極から構成することで、第１電極１８１の第１電圧と試料電圧との電位差を変化させたときの第３電極１８３の第３電圧（すなわち、フォーカス電圧）の変化量を低減させることができる。これにより、低加速高性能である、すなわち低収差の電子線カラム２０を実現することができる。   The configuration and operation of the electron beam apparatus 1 according to the embodiment of the present invention have been described above. According to the present embodiment, the electron beam column 20 included in the electron beam apparatus 1 can be downsized, the defect detection performance can be improved and the efficiency can be increased, and the objective lens 180 is configured from four electrodes. Thus, the amount of change in the third voltage (that is, the focus voltage) of the third electrode 183 when the potential difference between the first voltage of the first electrode 181 and the sample voltage is changed can be reduced. Thereby, the electron beam column 20 having low acceleration and high performance, that is, low aberration can be realized.

また、二次電子や試料による反射電子からなる二次電子線を検出する検出器１９２、１９４、１９６を、二次電子線の進行方向に応じて配置することで、従来検出が困難であった小角度の電子線や大角度かつ高エネルギの電子線の検出も可能となる。これにより、試料の帯電状況や検出器種による多様な検出条件に対応することの可能な電子線装置１を実現できる。   In addition, detectors 192, 194, and 196 that detect secondary electrons composed of secondary electrons and reflected electrons from the sample are arranged in accordance with the traveling direction of the secondary electron beam, so that it has been difficult to detect in the past. Detection of a small-angle electron beam or a large-angle and high-energy electron beam is also possible. Thereby, the electron beam apparatus 1 which can respond to the various detection conditions by the charge condition of a sample and a detector kind is realizable.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

１ 電子線装置
１０ チャンバーユニット
１８ ステージ
２０ 電子線カラム
３０ 制御電源
４０ 制御装置
１０２ 筐体
１１０ 電子銃
１２０ コンデンサレンズ系
１３０ ビーム絞り機構
１４０ 光軸調整機構
１５０ ブランキング電極
１６０ 仕切弁
１７０ 走査電極
１８０ 対物レンズ
１８１ 第１電極
１８２ 第２電極
１８３ 第３電極
１８４ 第４電極
１９０ 電子検出器
１９２ 第１検出器
１９４ 第２検出器
１９６ 第３検出器
２００ ＥｘＢ偏向器
３００ アライメント機構
Ｗ 半導体ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam apparatus 10 Chamber unit 18 Stage 20 Electron beam column 30 Control power supply 40 Control apparatus 102 Case 110 Electron gun 120 Condenser lens system 130 Beam aperture mechanism 140 Optical axis adjustment mechanism 150 Blanking electrode 160 Gate valve 170 Scan electrode 180 Objective Lens 181 First electrode 182 Second electrode 183 Third electrode 184 Fourth electrode 190 Electron detector 192 First detector 194 Second detector 196 Third detector 200 ExB deflector 300 Alignment mechanism W Semiconductor wafer

Claims (8)

試料表面に電子線を照射する電子線光学系と前記電子線の照射によって発生した電子を検出する検出系とを筐体内部に備える複数の電子線カラムからなる検査装置であって、
前記各電子線カラムの前記電子線光学系から前記試料表面に対して出射された電子線を所定位置にフォーカスさせる対物レンズは４枚の電極からなる静電レンズであり、
前記対物レンズの各電極は、前記試料に対向する側から順に、負電圧が印加される第１電極、接地される第２電極、フォーカス電圧が印加される第３電極、および接地される第４電極からなり、
前記第１電極に印加される電圧と前記試料に対して印加される試料電圧との電位差を調整可能である、電子線装置。 An inspection apparatus comprising a plurality of electron beam columns provided inside a housing with an electron beam optical system for irradiating an electron beam to a sample surface and a detection system for detecting electrons generated by the electron beam irradiation,
The objective lens that focuses the electron beam emitted from the electron beam optical system of each electron beam column to the sample surface at a predetermined position is an electrostatic lens composed of four electrodes,
Each electrode of the objective lens is, in order from the side facing the sample, a first electrode to which a negative voltage is applied, a second electrode to be grounded, a third electrode to which a focus voltage is applied, and a fourth electrode to be grounded. Consisting of electrodes,
An electron beam apparatus capable of adjusting a potential difference between a voltage applied to the first electrode and a sample voltage applied to the sample. 前記検出系は、前記対物レンズに対して前記試料と反対側に設置される第１検出器と、前記第１検出器よりさらに前記試料から離れた上方に設置される第２検出器と、前記対物レンズに設置される第３検出器とからなる、請求項１に記載の電子線装置。   The detection system includes a first detector installed on the opposite side of the sample with respect to the objective lens, a second detector installed further away from the sample than the first detector, The electron beam apparatus according to claim 1, comprising a third detector installed on the objective lens. 前記第３検出器は、前記対物レンズの前記第１電極に設置される、請求項２に記載の電子線装置。   The electron beam apparatus according to claim 2, wherein the third detector is installed on the first electrode of the objective lens. 前記第３検出器は、前記対物レンズの前記第２電極に設置され、
前記第１電極には、前記第３検出器を露出させる開口部が形成される、請求項２に記載の電子線装置。 The third detector is disposed on the second electrode of the objective lens;
The electron beam apparatus according to claim 2, wherein an opening for exposing the third detector is formed in the first electrode. 前記第２検出器の内径は、前記第１検出器の内径より小さい、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電子線装置。   5. The electron beam apparatus according to claim 2, wherein an inner diameter of the second detector is smaller than an inner diameter of the first detector. 前記第１検出器、前記第２検出器または前記第３検出器のうち少なくともいずれか１つは、複数の検出部から構成される、請求項２〜５のいずれか１項に記載の電子線装置。   The electron beam according to any one of claims 2 to 5, wherein at least one of the first detector, the second detector, and the third detector is configured by a plurality of detection units. apparatus. 前記第１検出器と前記第２検出器との間に、電子線を偏向させる偏向機構が設けられる、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電子線装置。   The electron beam apparatus according to claim 2, wherein a deflection mechanism that deflects an electron beam is provided between the first detector and the second detector. 前記フォーカス電圧は正電圧である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子線装置。
The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the focus voltage is a positive voltage.
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