JP3403036B2 - 電子ビーム検査方法及びその装置 - Google Patents
電子ビーム検査方法及びその装置Info
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
- H01J2237/2817—Pattern inspection
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを用い
て検査を行う方法及びその装置に関し、特に半導体ウェ
ーハの表面に形成されたパターンの検査に好適な検査方
法及びその装置に関する。
て検査を行う方法及びその装置に関し、特に半導体ウェ
ーハの表面に形成されたパターンの検査に好適な検査方
法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームを半導体ウェーハ等の試料表
面に照射して検査及び観察を行う従来の走査型電子顕微
鏡として、図１０に示されるような構成を備えたものが
ある。陰極３５から電子ビームが出射され、集束レンズ
３６と対物レンズ３８とによって細く絞られ、走査電極
３７によってグランドに接地された試料３９の表面上を
走査する。
面に照射して検査及び観察を行う従来の走査型電子顕微
鏡として、図１０に示されるような構成を備えたものが
ある。陰極３５から電子ビームが出射され、集束レンズ
３６と対物レンズ３８とによって細く絞られ、走査電極
３７によってグランドに接地された試料３９の表面上を
走査する。
【０００３】陰極３５として、一般に点光源が用いられ
る。パターンの観察が可能な分解能が得られるように、
点光源から出射された電子ビームは、例えば集束レンズ
３６によって一度集束し、再び対物レンズ３８によって
再度集束されてスポット径が縮小される。このようにし
て得られた電子ビームは、走査電極３７によって試料３
９の表面上を走査する。電子ビームを走査された試料３
９の表面からは二次電子及び反射電子が発生し、検出器
４０によって検出されて検出信号に変換される。この検
出信号は、アンプ４１によって増幅された後画像処理部
４３に与えられる。電子ビームの走査と同期させる同期
信号が走査回路４２から画像処理部４３に与えられ、こ
の同期信号に同期したタイミングでアンプ４１から出力
された検出信号の示す情報量に応じてモニタ４４の輝度
が決定されて表示される。一般に、画像のＳ／Ｎ比を高
くするために、アンプ４１を介した後、画像処理部４３
において１フレーム画像ごとに画像信号の加算を行って
モニタ４４に表示する。
る。パターンの観察が可能な分解能が得られるように、
点光源から出射された電子ビームは、例えば集束レンズ
３６によって一度集束し、再び対物レンズ３８によって
再度集束されてスポット径が縮小される。このようにし
て得られた電子ビームは、走査電極３７によって試料３
９の表面上を走査する。電子ビームを走査された試料３
９の表面からは二次電子及び反射電子が発生し、検出器
４０によって検出されて検出信号に変換される。この検
出信号は、アンプ４１によって増幅された後画像処理部
４３に与えられる。電子ビームの走査と同期させる同期
信号が走査回路４２から画像処理部４３に与えられ、こ
の同期信号に同期したタイミングでアンプ４１から出力
された検出信号の示す情報量に応じてモニタ４４の輝度
が決定されて表示される。一般に、画像のＳ／Ｎ比を高
くするために、アンプ４１を介した後、画像処理部４３
において１フレーム画像ごとに画像信号の加算を行って
モニタ４４に表示する。
【０００４】従来の電子ビーム検査装置には、特開平５
−１０９３８１号公報により提案されたものがあり、そ
の概略構成を図１１に示す。この装置は、直接写像型反
射電子顕微鏡と言われるもので、電子銃１から出射した
一次側の電子ビームは照射レンズ系６によって集束さ
れ、電子ビームに電界及び磁界を作用させる第１ウイー
ンフィルタ３で偏向されて試料４の表面上に垂直に入射
される。電子ビームを照射された試料４から二次電子及
び反射電子が発生し、エミッションレンズ５で加速され
た後、第１の結像レンズ系２によって第１スクリーン７
上に投影され、直接その写像投影像を観察することがで
きる。
−１０９３８１号公報により提案されたものがあり、そ
の概略構成を図１１に示す。この装置は、直接写像型反
射電子顕微鏡と言われるもので、電子銃１から出射した
一次側の電子ビームは照射レンズ系６によって集束さ
れ、電子ビームに電界及び磁界を作用させる第１ウイー
ンフィルタ３で偏向されて試料４の表面上に垂直に入射
される。電子ビームを照射された試料４から二次電子及
び反射電子が発生し、エミッションレンズ５で加速され
た後、第１の結像レンズ系２によって第１スクリーン７
上に投影され、直接その写像投影像を観察することがで
きる。
【０００５】また、エネルギー分析を行うことも可能で
ある。この場合には、第１スクリーン７を光軸から外
し、第２ウィーンフィルタ８を用いて所定のエネルギを
有する二次電子及び反射電子のみが直進するように設定
する。第２ウィーンフィルタ８を直進した二次電子及び
反射電子は、第２結像レンズ系９によって所定の大きさ
に拡大され、第２スクリーン１０上に表示される。
ある。この場合には、第１スクリーン７を光軸から外
し、第２ウィーンフィルタ８を用いて所定のエネルギを
有する二次電子及び反射電子のみが直進するように設定
する。第２ウィーンフィルタ８を直進した二次電子及び
反射電子は、第２結像レンズ系９によって所定の大きさ
に拡大され、第２スクリーン１０上に表示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の電子ビーム検査装置には、それぞれ次のような
問題があった。図１０に示された走査型電子頭微鏡で
は、必要な分解能を確保しつつ広い範囲の試料表面を観
察するために、走査電極や走査コイル等によって電子ビ
ームを走査する方式が採られている。しかしながら、こ
のような走査方式では、走査の線形性を確保する必要
上、走査速度が制限される。さらに、細く電子線を集束
する必要があるため、電流量が低下してＳ／Ｎ比が低下
する。
な従来の電子ビーム検査装置には、それぞれ次のような
問題があった。図１０に示された走査型電子頭微鏡で
は、必要な分解能を確保しつつ広い範囲の試料表面を観
察するために、走査電極や走査コイル等によって電子ビ
ームを走査する方式が採られている。しかしながら、こ
のような走査方式では、走査の線形性を確保する必要
上、走査速度が制限される。さらに、細く電子線を集束
する必要があるため、電流量が低下してＳ／Ｎ比が低下
する。
【０００７】従来は、このような問題を解決するため
に、二次電子及び反射電子により構成される画像を処理
してメモリ等に取り込み、１フレームごとに加算すると
いう処理を行っている。しかし、この方式では画像表示
速度が遅くなるという問題がある。
に、二次電子及び反射電子により構成される画像を処理
してメモリ等に取り込み、１フレームごとに加算すると
いう処理を行っている。しかし、この方式では画像表示
速度が遅くなるという問題がある。
【０００８】さらに、特に広い範囲を走査できるように
電子ビームを偏向しようとすると、電子ビームがレンズ
光軸中心をはずれてレンズ収差が生じ、分解能が劣化す
るという問題がある。
電子ビームを偏向しようとすると、電子ビームがレンズ
光軸中心をはずれてレンズ収差が生じ、分解能が劣化す
るという問題がある。
【０００９】図１１に示された直接写像型反射電子顕微
鏡では、一次側の電子ビームを一般的な電子銃１と照射
レンズ系２とで生成している。この構成では、例えば２
００μｍ角以上の大きい試料領域に一括で電子ビームを
照射することはできない。また、検査領域が変わり、検
査に必要な倍率を変える必要があるような場合に、一次
側の電子ビームのサイズを変化させる必要がある。しか
し、従来の電子顕微鏡ではこのような場合に電流密度を
低下させることなくビーム形状を変えることはできなか
った。さらに、エミッションレンズ５を通過する二次電
子及び反射電子は、エミッションレンズ５の収差や透過
率の影響を受けるが、この点についての考慮がなされて
いないという問題もあった。
鏡では、一次側の電子ビームを一般的な電子銃１と照射
レンズ系２とで生成している。この構成では、例えば２
００μｍ角以上の大きい試料領域に一括で電子ビームを
照射することはできない。また、検査領域が変わり、検
査に必要な倍率を変える必要があるような場合に、一次
側の電子ビームのサイズを変化させる必要がある。しか
し、従来の電子顕微鏡ではこのような場合に電流密度を
低下させることなくビーム形状を変えることはできなか
った。さらに、エミッションレンズ５を通過する二次電
子及び反射電子は、エミッションレンズ５の収差や透過
率の影響を受けるが、この点についての考慮がなされて
いないという問題もあった。
【００１０】本発明は上記事情に鑑み、走査型の電子顕
微鏡における走査速度や画像表示速度の低下、さらには
直接写像型の電子顕微鏡における検査領域に対応するよ
うにビーム形状を変えることができないという問題を解
消することが可能な電子ビーム検査方法及びその装置を
提供することを目的とする。
微鏡における走査速度や画像表示速度の低下、さらには
直接写像型の電子顕微鏡における検査領域に対応するよ
うにビーム形状を変えることができないという問題を解
消することが可能な電子ビーム検査方法及びその装置を
提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の電子ビーム検査
装置は、陰極から矩形断面を有する電子ビームを出射し
て、所定面積を有するように試料の検査領域に照射する
電子ビーム照射部と、前記電子ビームを照射されて前記
検査領域から発生した二次電子及び反射電子により構成
される画像を所定倍率に拡大して電子ビーム検出部に結
像する写像投影光学部と、前記写像投影光学部により結
像された前記画像に基づいて検出信号を生成して出力す
る前記電子ビーム検出部と、を備え、前記写像投影光学
部は、前記検査領域から発生した前記二次電子及び反射
電子を加速しかつ集束するカソードレンズであって、前
記検査領域から発生した前記二次電子及び反射電子が通
過する試料に近接した箇所に金属製メッシュを有する、
前記カソードレンズと、前記カソードレンズにより加速
されかつ集束された前記二次電子及び反射電子の開き角
を決定する絞りと、前記絞りにより開き角を決定された
前記二次電子及び反射電子の視野を決定する視野絞り
と、前記視野絞りにより視野を決定された前記二次電子
及び反射電子により構成される画像を所定倍率に拡大し
て前記電子ビーム検出部に結像するプロジェクションレ
ンズとを有することを特徴とする。
装置は、陰極から矩形断面を有する電子ビームを出射し
て、所定面積を有するように試料の検査領域に照射する
電子ビーム照射部と、前記電子ビームを照射されて前記
検査領域から発生した二次電子及び反射電子により構成
される画像を所定倍率に拡大して電子ビーム検出部に結
像する写像投影光学部と、前記写像投影光学部により結
像された前記画像に基づいて検出信号を生成して出力す
る前記電子ビーム検出部と、を備え、前記写像投影光学
部は、前記検査領域から発生した前記二次電子及び反射
電子を加速しかつ集束するカソードレンズであって、前
記検査領域から発生した前記二次電子及び反射電子が通
過する試料に近接した箇所に金属製メッシュを有する、
前記カソードレンズと、前記カソードレンズにより加速
されかつ集束された前記二次電子及び反射電子の開き角
を決定する絞りと、前記絞りにより開き角を決定された
前記二次電子及び反射電子の視野を決定する視野絞り
と、前記視野絞りにより視野を決定された前記二次電子
及び反射電子により構成される画像を所定倍率に拡大し
て前記電子ビーム検出部に結像するプロジェクションレ
ンズとを有することを特徴とする。
【００１２】ここで前記電子ビーム照射部は、前記試料
表面に対して斜め上方に位置してもよく、また非回転対
称型及び静電型であるレンズを有するものであってもよ
い。また、前記線状陰極の電子放出面は、１０：１乃至
５０：１の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状
であってもよい。
表面に対して斜め上方に位置してもよく、また非回転対
称型及び静電型であるレンズを有するものであってもよ
い。また、前記線状陰極の電子放出面は、１０：１乃至
５０：１の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状
であってもよい。
【００１３】
【００１４】前記カソードレンズは、静電型カソードレ
ンズ又は電磁レンズであってもよい。
ンズ又は電磁レンズであってもよい。
【００１５】前記カソードレンズは静電型カソードレン
ズであって、前記検査領域から発生した前記二次電子及
び反射電子が通過する第１電極と第２電極とが１０6 オ
ーム以上の抵抗値を有する高抵抗材を介して接続されて
いてもよい。
ズであって、前記検査領域から発生した前記二次電子及
び反射電子が通過する第１電極と第２電極とが１０6 オ
ーム以上の抵抗値を有する高抵抗材を介して接続されて
いてもよい。
【００１６】
【００１７】本発明の電子ビーム検査方法は、電子ビー
ム照射部に含まれる陰極から矩形断面を有する電子ビー
ムを出射して所定面積を有するように試料の検査領域に
照射し、前記電子ビームを照射されて前記検査領域から
発生した二次電子及び反射電子により構成される画像
を、写像投影光学部を用いて所定倍率に拡大して電子ビ
ーム検出部に結像させ、この結像された前記画像に基づ
いて、前記電子ビーム検出部により検出信号を生成して
出力するステップを備え、前記二次電子及び反射電子に
より構成される画像を、前記写像投影光学部を用いて所
定倍率に拡大して前記電子ビーム検出部に結像させるス
テップは、前記検査領域から発生した前記二次電子及び
反射電子が通過する試料に近接した箇所に金属製メッシ
ュを有するカソードレンズを用いて、前記検査領域から
発生した前記二次電子及び反射電子を加速しかつ集束
し、前記カソードレンズにより加速されかつ集束された
前記二次電子及び反射電子の開き角を絞りを用いて決定
し、前記絞りにより開き角を決定された前記二次電子及
び反射電子の視野を視野絞りを用いて決定し、前記視野
絞りにより視野を決定された前記二次電子及び反射電子
により構成される画像を、プロジェクションレンズを用
いて所定倍率に拡大して前記電子ビーム検出部に結像す
るステップを含むことを特徴とする。
ム照射部に含まれる陰極から矩形断面を有する電子ビー
ムを出射して所定面積を有するように試料の検査領域に
照射し、前記電子ビームを照射されて前記検査領域から
発生した二次電子及び反射電子により構成される画像
を、写像投影光学部を用いて所定倍率に拡大して電子ビ
ーム検出部に結像させ、この結像された前記画像に基づ
いて、前記電子ビーム検出部により検出信号を生成して
出力するステップを備え、前記二次電子及び反射電子に
より構成される画像を、前記写像投影光学部を用いて所
定倍率に拡大して前記電子ビーム検出部に結像させるス
テップは、前記検査領域から発生した前記二次電子及び
反射電子が通過する試料に近接した箇所に金属製メッシ
ュを有するカソードレンズを用いて、前記検査領域から
発生した前記二次電子及び反射電子を加速しかつ集束
し、前記カソードレンズにより加速されかつ集束された
前記二次電子及び反射電子の開き角を絞りを用いて決定
し、前記絞りにより開き角を決定された前記二次電子及
び反射電子の視野を視野絞りを用いて決定し、前記視野
絞りにより視野を決定された前記二次電子及び反射電子
により構成される画像を、プロジェクションレンズを用
いて所定倍率に拡大して前記電子ビーム検出部に結像す
るステップを含むことを特徴とする。
【００１８】ここで、前記電子ビームは、１０：１乃至
５０：１の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状
で前記線状陰極より出射するものであってもよく、また
前記電子ビームは、斜め上方の位置より前期試料表面に
照射するものであってもよい。
５０：１の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状
で前記線状陰極より出射するものであってもよく、また
前記電子ビームは、斜め上方の位置より前期試料表面に
照射するものであってもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１に、本実施の形態に
よる電子ビーム検査方法及びその装置において、一次光
学系の電子ビーム照射部（以下、一次光学系という）１
１により形成された電子ビームが試料１６に一括照射さ
れ、試料１６から二次電子及び反射電子が発生して二次
光学系写像投影光学部（以下、二次光学系という）１７
によって電子ビーム検出系２２に投影されるまでの概念
を示す。
いて図面を参照して説明する。図１に、本実施の形態に
よる電子ビーム検査方法及びその装置において、一次光
学系の電子ビーム照射部（以下、一次光学系という）１
１により形成された電子ビームが試料１６に一括照射さ
れ、試料１６から二次電子及び反射電子が発生して二次
光学系写像投影光学部（以下、二次光学系という）１７
によって電子ビーム検出系２２に投影されるまでの概念
を示す。
【００２０】線状陰極１２から一次側の電子ビームが出
射され、一次光学系１１によって例えば半導体ウェーハ
のような試料１６の検査領域１ａと略同一サイズに形成
されて、検査領域１ａ上に照射される。照射された検査
領域１ａから、二次電子及び反射電子がその領域全体で
発生する。発生した二次電子及び反射電子が二次光学系
１７で拡大されて、電子検出系２２に直接投影される。
射され、一次光学系１１によって例えば半導体ウェーハ
のような試料１６の検査領域１ａと略同一サイズに形成
されて、検査領域１ａ上に照射される。照射された検査
領域１ａから、二次電子及び反射電子がその領域全体で
発生する。発生した二次電子及び反射電子が二次光学系
１７で拡大されて、電子検出系２２に直接投影される。
【００２１】このように、本実施の形態は、電子ビーム
を走査することなく検査領域１ａに一括照射し、領域１
ａ全体から同時に発生した二次及び反射電子が示す二次
元情報を電子検出系２２に投影して表示する点に特徴が
ある。
を走査することなく検査領域１ａに一括照射し、領域１
ａ全体から同時に発生した二次及び反射電子が示す二次
元情報を電子検出系２２に投影して表示する点に特徴が
ある。
【００２２】本実施の形態による電子ビーム検査装置の
構成を図２に示す。一次光学系１１により電子ビームを
試料１６に斜めから照射し、試料１６から発生した二次
電子及ぴ反射電子を二次光学系１７により電子検出系２
２に拡大投影する。
構成を図２に示す。一次光学系１１により電子ビームを
試料１６に斜めから照射し、試料１６から発生した二次
電子及ぴ反射電子を二次光学系１７により電子検出系２
２に拡大投影する。
【００２３】ここで、Ｓ／Ｎ比を向上させるには、検査
領域１ａに照射する電子ビームの電流密度を高くする必
要があり、一次光学系１１には以下のようなことが要求
される。大電流を得るためには、電子放出面の面積を拡
大することが可能な線状陰極１２が好適である。さら
に、電子放出面の面積の増加による電界強度の低下は、
線状陰極１２が１０：１乃至５０：１程度の範囲内にあ
る高アスペクト比の電子放出面を持つように形成するこ
とにより、抑制することができる。このような手法を用
いることで、長矩方向の電界強度に低下が生じても、短
距方向の電界強度は高いレベルを保持することができる
ので、全体としての電界強度の低下を防ぎつつ、放出面
積を増加させることが可能である。
領域１ａに照射する電子ビームの電流密度を高くする必
要があり、一次光学系１１には以下のようなことが要求
される。大電流を得るためには、電子放出面の面積を拡
大することが可能な線状陰極１２が好適である。さら
に、電子放出面の面積の増加による電界強度の低下は、
線状陰極１２が１０：１乃至５０：１程度の範囲内にあ
る高アスペクト比の電子放出面を持つように形成するこ
とにより、抑制することができる。このような手法を用
いることで、長矩方向の電界強度に低下が生じても、短
距方向の電界強度は高いレベルを保持することができる
ので、全体としての電界強度の低下を防ぎつつ、放出面
積を増加させることが可能である。
【００２４】線状陰極１２から放出された電子ビーム
は、静電型３電極構成の引き出しレンズ１３によって矩
形断面を有する電子ビームとなる。この矩形の電子ビー
ムが三重四極子レンズ１４によって結像される。三重四
極子レンズ（トリプレット）１４は非回転対称レンズで
あって、レンズ収差を補正する作用があり、回転対称レ
ンズと比較しても低収差のレンズを容易に構成すること
ができる。
は、静電型３電極構成の引き出しレンズ１３によって矩
形断面を有する電子ビームとなる。この矩形の電子ビー
ムが三重四極子レンズ１４によって結像される。三重四
極子レンズ（トリプレット）１４は非回転対称レンズで
あって、レンズ収差を補正する作用があり、回転対称レ
ンズと比較しても低収差のレンズを容易に構成すること
ができる。
【００２５】引き出しレンズ１３及び三重四極子レンズ
１４は、静電型レンズとして構成することができるの
で、電磁レンズとして構成した場合よりも容易に小型化
することができ、低収差を実現することが可能である。
このように、収差が低いことによって試料表面上でビー
ム開き角を大きくとることができるので、結果としてビ
ーム電流を増加させて高い電流密度を得ることが可能で
ある。
１４は、静電型レンズとして構成することができるの
で、電磁レンズとして構成した場合よりも容易に小型化
することができ、低収差を実現することが可能である。
このように、収差が低いことによって試料表面上でビー
ム開き角を大きくとることができるので、結果としてビ
ーム電流を増加させて高い電流密度を得ることが可能で
ある。
【００２６】また、この場合長矩方向をＸ軸、短距方向
をＹ軸とした場合、Ｘ軸、Ｙ軸の倍率をそれぞれ独立に
設定することができる。このため、試料１６の表面にお
いて任意のアスペクトの矩形断面を有する電子ビームを
形成することができる。例えば、１２００μｍ角の検査
領域１ａに電子ビームを照射させる必要がある場合に、
線状陰極１２のサイズが６００×３０μｍであるとする
と、Ｘ方向の倍率を２倍、Ｙ方向の倍率を４０倍に設定
すればよい。このように、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率
とを独立に設定することができるので、線状陰極１２の
サイズを変えなくとも所望の大きさを持つ検査領域１ａ
に照射することができる。このように、本実施の形態に
よれば電流密度が高く、かつ任意のサイズの検査領域に
一括照射することが可能な矩形断面を有する電子ビーム
を形成することができる。
をＹ軸とした場合、Ｘ軸、Ｙ軸の倍率をそれぞれ独立に
設定することができる。このため、試料１６の表面にお
いて任意のアスペクトの矩形断面を有する電子ビームを
形成することができる。例えば、１２００μｍ角の検査
領域１ａに電子ビームを照射させる必要がある場合に、
線状陰極１２のサイズが６００×３０μｍであるとする
と、Ｘ方向の倍率を２倍、Ｙ方向の倍率を４０倍に設定
すればよい。このように、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率
とを独立に設定することができるので、線状陰極１２の
サイズを変えなくとも所望の大きさを持つ検査領域１ａ
に照射することができる。このように、本実施の形態に
よれば電流密度が高く、かつ任意のサイズの検査領域に
一括照射することが可能な矩形断面を有する電子ビーム
を形成することができる。
【００２７】二次光学系１７は、上記一次光学系１１に
より一括照射されて試料１６表面から同時に発生した二
次電子及び反射電子により形成される二次元画像を、電
子検出系２２に投影するものである。この二次光学系１
７の詳細な断面構造は図３に示されるようであり、カソ
ードレンズ１８、絞り１９、視野絞り２０、プロジェク
ションレンズ２１、電子検出系２２、および試料１６に
負電圧を印加する電源１５を備えている。試料１６に、
上記一次光学系１１によって生成された高電流密度を有
する電子ビームが試料１６の検査領域１ａに一括照射さ
れ、二次元の電子画像を構成する二次電子及ぴ反射電子
が発生する。この二次電子及び反射電子は、試料１６に
印加された負電圧１５によって加速され、カソードレン
ズ１８を通過して所望の倍率で拡大される。
より一括照射されて試料１６表面から同時に発生した二
次電子及び反射電子により形成される二次元画像を、電
子検出系２２に投影するものである。この二次光学系１
７の詳細な断面構造は図３に示されるようであり、カソ
ードレンズ１８、絞り１９、視野絞り２０、プロジェク
ションレンズ２１、電子検出系２２、および試料１６に
負電圧を印加する電源１５を備えている。試料１６に、
上記一次光学系１１によって生成された高電流密度を有
する電子ビームが試料１６の検査領域１ａに一括照射さ
れ、二次元の電子画像を構成する二次電子及ぴ反射電子
が発生する。この二次電子及び反射電子は、試料１６に
印加された負電圧１５によって加速され、カソードレン
ズ１８を通過して所望の倍率で拡大される。
【００２８】拡大された電子像は絞り１９で集束され、
視野絞り２０で結像する。ここで、絞り１９は開き角を
決定するために設けられ、視野絞り２０は視野を限定し
かつ余分な散乱電子を防いで電子像のＳ／Ｎ比を向上さ
せるために設けられている。視野絞り２０を通過した電
子像は、プロジェクションレンズ２１によって所定の倍
率に拡大されて、電子検出系２２に投影される。
視野絞り２０で結像する。ここで、絞り１９は開き角を
決定するために設けられ、視野絞り２０は視野を限定し
かつ余分な散乱電子を防いで電子像のＳ／Ｎ比を向上さ
せるために設けられている。視野絞り２０を通過した電
子像は、プロジェクションレンズ２１によって所定の倍
率に拡大されて、電子検出系２２に投影される。
【００２９】このように、本実施の形態によれば、一次
光学系１１によって一括照射された試料１６の検査領域
１ａの画像情報が、一括して電子検出系２２に投影され
る。二次光学系１７では、上述したように二次元の電子
像を拡大投影する必要がある。この場合に、レンズの近
軸軌道以外の軌道を電子が通過するために、レンズ歪み
が発生する。この歪みを抑制するためには、レンズ半径
方向において電子が通過する軌道の最大値の十倍程度に
レンズ内径を設計するのが望ましい。このようにレンズ
を設計することで、電子の軌道は近軸軌道とみなすこと
が可能になり、収差を低減することができる。
光学系１１によって一括照射された試料１６の検査領域
１ａの画像情報が、一括して電子検出系２２に投影され
る。二次光学系１７では、上述したように二次元の電子
像を拡大投影する必要がある。この場合に、レンズの近
軸軌道以外の軌道を電子が通過するために、レンズ歪み
が発生する。この歪みを抑制するためには、レンズ半径
方向において電子が通過する軌道の最大値の十倍程度に
レンズ内径を設計するのが望ましい。このようにレンズ
を設計することで、電子の軌道は近軸軌道とみなすこと
が可能になり、収差を低減することができる。
【００３０】図４に、電子検出系２２の詳細な構造を示
す。試料１６の検査領域１ａから発生した二次電子及び
反射電子は、電子検出系２２の例えばマイクロチャンネ
ルプレート（以下、ＭＣＰという）３０の入力面におい
て結像して二次元の電子像２９を構成する。この電子像
２９は、蛍光面３１を通過することによって光信号に変
換される。この光信号は、ファイバーオプティカルプレ
ート３２を通過した後、エリアイメージセンサ３３によ
り一括してビデオ信号に変換される。
す。試料１６の検査領域１ａから発生した二次電子及び
反射電子は、電子検出系２２の例えばマイクロチャンネ
ルプレート（以下、ＭＣＰという）３０の入力面におい
て結像して二次元の電子像２９を構成する。この電子像
２９は、蛍光面３１を通過することによって光信号に変
換される。この光信号は、ファイバーオプティカルプレ
ート３２を通過した後、エリアイメージセンサ３３によ
り一括してビデオ信号に変換される。
【００３１】このように、一次光学系１１から一括照射
された電子ビームによって発生した二次電子及び反射電
子が構成する二次元の電子像がビデオ信号に変換され、
図示されていないモニタに写されて、試料１６表面を検
査することが可能となる。従って、従来のように画像加
算という処理を行わなくとも、Ｓ／Ｎ比が良好な画像を
生成して検査することが可能である。
された電子ビームによって発生した二次電子及び反射電
子が構成する二次元の電子像がビデオ信号に変換され、
図示されていないモニタに写されて、試料１６表面を検
査することが可能となる。従って、従来のように画像加
算という処理を行わなくとも、Ｓ／Ｎ比が良好な画像を
生成して検査することが可能である。
【００３２】また、試料１６に照射した検査領域１ａの
二次元の電子像が一括して得られるので、電子ビームを
走査することなく検査領域１ａの画像を拡大投影して検
査することができ、検査時間が短縮化される。
二次元の電子像が一括して得られるので、電子ビームを
走査することなく検査領域１ａの画像を拡大投影して検
査することができ、検査時間が短縮化される。
【００３３】二次光学系１７において、レンズ性能に最
も大きい影響を与えるのは、試料１６から加速された電
子像が最初に通過するカソードレンズ１８である。この
カソードレンズ１８の詳細な構造を図５に示す。カソー
ドレンズ１８は、試料１６に負電圧を印加する電源１５
と、第１電極２５、第２電極２６及び第３電極２７を備
えている。試料１６から発生した二次電子及び反射電子
は、電源１５によって負電圧に印加された試料１６と、
グランド電位に接地されたカソードレンズ１８の第１電
極２５との間に存在する電界によって加速される。加速
された二次電子及び反射電子は、カソードレンズ１８内
を通過して静電レンズの作用により絞り１９の位置にお
いて集束され、視野絞り２０上で結像される。このカソ
ードレンズ１８によれば、二次電子及び反射電子が遮ら
れることなくかつ低歪みで取り込まれて、視野絞り２０
において結像される。
も大きい影響を与えるのは、試料１６から加速された電
子像が最初に通過するカソードレンズ１８である。この
カソードレンズ１８の詳細な構造を図５に示す。カソー
ドレンズ１８は、試料１６に負電圧を印加する電源１５
と、第１電極２５、第２電極２６及び第３電極２７を備
えている。試料１６から発生した二次電子及び反射電子
は、電源１５によって負電圧に印加された試料１６と、
グランド電位に接地されたカソードレンズ１８の第１電
極２５との間に存在する電界によって加速される。加速
された二次電子及び反射電子は、カソードレンズ１８内
を通過して静電レンズの作用により絞り１９の位置にお
いて集束され、視野絞り２０上で結像される。このカソ
ードレンズ１８によれば、二次電子及び反射電子が遮ら
れることなくかつ低歪みで取り込まれて、視野絞り２０
において結像される。
【００３４】検査時間を短縮するためには、例えば半導
体ウェーハのような検査すべき面積が大きいような場
合、電子ビームを一括照射する検査領域をできるだけ大
きく、例えば２００μｍ角というように設定する必要が
ある。上述したように、本実施の形態では一次光学系１
１を三重四極子レンズにより構成しているので、矩形断
面形状を有する一次ビームを形成することが可能であ
り、大きい検査領域に一括照射することができる。
体ウェーハのような検査すべき面積が大きいような場
合、電子ビームを一括照射する検査領域をできるだけ大
きく、例えば２００μｍ角というように設定する必要が
ある。上述したように、本実施の形態では一次光学系１
１を三重四極子レンズにより構成しているので、矩形断
面形状を有する一次ビームを形成することが可能であ
り、大きい検査領域に一括照射することができる。
【００３５】一方、二次光学系１７には、例えば２００
μｍ角というような大きい検査領域から発生する二次電
子及び反射電子の画像を、低収差でかつ透過率を落とす
ことなく取り込むことが要求される。このような、大き
い検査領域の拡大投影に好適なカソードレンズ１８につ
いて説明する。
μｍ角というような大きい検査領域から発生する二次電
子及び反射電子の画像を、低収差でかつ透過率を落とす
ことなく取り込むことが要求される。このような、大き
い検査領域の拡大投影に好適なカソードレンズ１８につ
いて説明する。
【００３６】本実施の形態では、大きい検査領域に電子
ビームを一括照射し、発生した二次電子及び反射電子の
電子像を拡大投影するが、このときの倍率は低い。この
ような低倍では、広い検査領域から同時に発生した二次
電子及び反射電子を、収差が発生することなく加速し、
カソードレンズ１８内に取り込むことが要求される。カ
ソードレンズ第１電極２５の内径を大きくとると、透過
率を落とさずかつ軸外収差を抑制することができる。そ
して、カソードレンズ内の収差を抑制するためには、中
心軸上のポテンシャル分布の変化の割合を滑らかにする
必要がある。これは、一般にレンズ性能を大きく左右す
る収差、特に球面収差Ｃsiと色収差Ｃciは、文献１に示
されているように定義されるからである。
ビームを一括照射し、発生した二次電子及び反射電子の
電子像を拡大投影するが、このときの倍率は低い。この
ような低倍では、広い検査領域から同時に発生した二次
電子及び反射電子を、収差が発生することなく加速し、
カソードレンズ１８内に取り込むことが要求される。カ
ソードレンズ第１電極２５の内径を大きくとると、透過
率を落とさずかつ軸外収差を抑制することができる。そ
して、カソードレンズ内の収差を抑制するためには、中
心軸上のポテンシャル分布の変化の割合を滑らかにする
必要がある。これは、一般にレンズ性能を大きく左右す
る収差、特に球面収差Ｃsiと色収差Ｃciは、文献１に示
されているように定義されるからである。
【００３７】
【数１】
文献１：Improvement of Beam Characteristics by Sup
erimposing a Magnetic Field Emission Gun A.Takaok
a,K.Ura,T.Tomita and Y.Harada J.Electron Microsc.,
Vol.38.N0.2,83-94,1989 ここで、Ｚは軌道の位置、Ｈはレンズ半径方向、Φはポ
テンシャル、Ｂは磁場、Ｗは初期エネルギ、添字Ｉは結
像面位置における値を示す。
erimposing a Magnetic Field Emission Gun A.Takaok
a,K.Ura,T.Tomita and Y.Harada J.Electron Microsc.,
Vol.38.N0.2,83-94,1989 ここで、Ｚは軌道の位置、Ｈはレンズ半径方向、Φはポ
テンシャル、Ｂは磁場、Ｗは初期エネルギ、添字Ｉは結
像面位置における値を示す。
【００３８】上記（１）及び（２）式により表されたよ
うに、球面収差及び色収差は、静電型レンズでは磁場の
項は零である。よって、ポテンシャルΦと、ポテンシャ
ルΦの一階微分から四階微分の積分子とで定義される。
このため、ポテンシャルΦの変化が少ないことが、微分
値の総和の減少、即ち収差の低下につながることがわか
る。
うに、球面収差及び色収差は、静電型レンズでは磁場の
項は零である。よって、ポテンシャルΦと、ポテンシャ
ルΦの一階微分から四階微分の積分子とで定義される。
このため、ポテンシャルΦの変化が少ないことが、微分
値の総和の減少、即ち収差の低下につながることがわか
る。
【００３９】本実施の形態によるカソードレンズを図６
に示す。このカソードレンズは、第１電極２５と、金属
製メッシュ２３と、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の
高抵抗材から成る被膜を表面にコーティングしたスリー
ブ２４もしくは高抵抗材で製作されたものと、第２電極
２６と、第３電極２７とを備えている。ここで、抵抗値
の目安は約１０6 オームであるが、ＳｉＣに限らずＳｉ
Ｃ以上に高抵抗である材料であれば他のものを用いても
よい。上述したように、本実施の形態では低倍検査を行
うという条件が存在する。よって、第１電極２５の内径
は、軸外収差及び透過率を抑制するために、できるだけ
大きくする必要がある。
に示す。このカソードレンズは、第１電極２５と、金属
製メッシュ２３と、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の
高抵抗材から成る被膜を表面にコーティングしたスリー
ブ２４もしくは高抵抗材で製作されたものと、第２電極
２６と、第３電極２７とを備えている。ここで、抵抗値
の目安は約１０6 オームであるが、ＳｉＣに限らずＳｉ
Ｃ以上に高抵抗である材料であれば他のものを用いても
よい。上述したように、本実施の形態では低倍検査を行
うという条件が存在する。よって、第１電極２５の内径
は、軸外収差及び透過率を抑制するために、できるだけ
大きくする必要がある。
【００４０】しかし、第１電極２５の内径を大きくする
と、試料１６面と第１電極２５のポテンシャルの染み出
しが生じて、ポテンシャルが急激に変化して電界が不均
一になり、収差が発生する。このような現象を緩和する
ために、第１電極２５の内径部分に金属製メッシュ２３
が設けられている。
と、試料１６面と第１電極２５のポテンシャルの染み出
しが生じて、ポテンシャルが急激に変化して電界が不均
一になり、収差が発生する。このような現象を緩和する
ために、第１電極２５の内径部分に金属製メッシュ２３
が設けられている。
【００４１】この第１電極２５にメッシュ２３を取り付
けるだけでは、第１電極２５においてポテンシャルが急
激に零電位に変化するため、収差を発生することにな
る。そこで、このような現象を防止するために、第１電
極２５と第２電極２６の間のポテンシャルがなだらかに
変化するように、本来は絶縁されている電極２５と電極
２６との間を、上述したような高抵抗材被膜がコーティ
ングされたスリーブ２４で接続している。
けるだけでは、第１電極２５においてポテンシャルが急
激に零電位に変化するため、収差を発生することにな
る。そこで、このような現象を防止するために、第１電
極２５と第２電極２６の間のポテンシャルがなだらかに
変化するように、本来は絶縁されている電極２５と電極
２６との間を、上述したような高抵抗材被膜がコーティ
ングされたスリーブ２４で接続している。
【００４２】このスリーブ２４により、第１電極２５と
第２電極２６の間のポテンシャルがゼロ電位から段階的
に滑らかに変化していく。通常の静電型レンズの軸上の
ポテンシャルの変化を図７の点線１０１に、本実施の形
態による上記カソードレンズの軸上のポテンシャルの変
化を実線１０２に示す。ここで、図７における横軸は、
試料からカソードレンズに向かう中心軸上の距離を示
し、縦軸は軸上ポテンシャルを示すものとする。さら
に、横軸に沿って、カソードレンズの第１電極２５、第
２電極２６及び第３電極２７のそれぞれの位置を示す。
第２電極２６の間のポテンシャルがゼロ電位から段階的
に滑らかに変化していく。通常の静電型レンズの軸上の
ポテンシャルの変化を図７の点線１０１に、本実施の形
態による上記カソードレンズの軸上のポテンシャルの変
化を実線１０２に示す。ここで、図７における横軸は、
試料からカソードレンズに向かう中心軸上の距離を示
し、縦軸は軸上ポテンシャルを示すものとする。さら
に、横軸に沿って、カソードレンズの第１電極２５、第
２電極２６及び第３電極２７のそれぞれの位置を示す。
【００４３】実線１０２を点線１０１と比較して明らか
なように、本実施の形態によれば、試料から第３２７電
極までの間のポテンシャルの変化が滑らかであり、カソ
ードレンズの収差が低減される。
なように、本実施の形態によれば、試料から第３２７電
極までの間のポテンシャルの変化が滑らかであり、カソ
ードレンズの収差が低減される。
【００４４】上記実施の形態における静電型カソードレ
ンズと異なり、他のカソードレンズの一例として電磁コ
イル２８を有する電磁レンズを用いた場合の構成を図８
に示す。このカソードレンズでは、試料と、電磁レンズ
のうちの試料に近い磁極との間のポテンシャルを均一化
するために、試料１６に近い磁極の穴に金属製メッシュ
２３が設けられている。このように、電磁レンズで構成
したカソードレンズにおいても、金属製メッシュ２３を
設けたことにより、試料と金属製メッシュ２３との間の
電界を乱さず、さらにレンズの内部に電界が入り込むこ
とを防止することができる。よって、試料と金属製メッ
シュ２３との間の電界が均一な分布となり、レンズ内部
には電界が影響せず、磁場の形成のみによって所望のレ
ンズ作用を実現することができるので、収差が抑制され
る。
ンズと異なり、他のカソードレンズの一例として電磁コ
イル２８を有する電磁レンズを用いた場合の構成を図８
に示す。このカソードレンズでは、試料と、電磁レンズ
のうちの試料に近い磁極との間のポテンシャルを均一化
するために、試料１６に近い磁極の穴に金属製メッシュ
２３が設けられている。このように、電磁レンズで構成
したカソードレンズにおいても、金属製メッシュ２３を
設けたことにより、試料と金属製メッシュ２３との間の
電界を乱さず、さらにレンズの内部に電界が入り込むこ
とを防止することができる。よって、試料と金属製メッ
シュ２３との間の電界が均一な分布となり、レンズ内部
には電界が影響せず、磁場の形成のみによって所望のレ
ンズ作用を実現することができるので、収差が抑制され
る。
【００４５】金属製メッシュ２３の存在によって、磁極
の開口部からの電界の染み出しが防止される。また、金
属製メッシュ２３が設けられていても、電界レンズとし
て作用しないので、カソードレンズ内の磁場には影響を
与えない。このため、金属製メッシュ２３はレンズ収差
を発生させない。この結果、均一な電界中を低収差で電
子ビームが加速されて電磁レンズ内に入り、レンズ内に
おいて形成されている磁場によって絞り１９に集束す
る。
の開口部からの電界の染み出しが防止される。また、金
属製メッシュ２３が設けられていても、電界レンズとし
て作用しないので、カソードレンズ内の磁場には影響を
与えない。このため、金属製メッシュ２３はレンズ収差
を発生させない。この結果、均一な電界中を低収差で電
子ビームが加速されて電磁レンズ内に入り、レンズ内に
おいて形成されている磁場によって絞り１９に集束す
る。
【００４６】この電磁レンズ型のカソードレンズを用い
た場合も同様に、視野絞り２０で結像した電子像は、プ
ロジェクションレンズ２１によって所定倍率に拡大投影
される。
た場合も同様に、視野絞り２０で結像した電子像は、プ
ロジェクションレンズ２１によって所定倍率に拡大投影
される。
【００４７】次に、本発明の他の実施の形態による電子
ビーム検査装置について、図９を用いて説明する。この
装置は、図９に示されたように、一次側の電子ビームを
試料１６に垂直に入射させるためにウィーンフィルタ３
４を組み込んでいる。線状陰極１２から引き出しレンズ
１３を介して出射された電子ビームは、三重四極子レン
ズ１４によって電流密度の低下を招くことなく任意サイ
ズの矩形断面を持つ電子ビームに形成された後、ウィー
ンフィルタ３４に入射する。この電子ビームは、ウィー
ンフィルタ３４によって偏向され、カソードレンズ１８
を通って試料１６表面に垂直に入射する。試料１６から
発生した二次電子及び反射電子は、一次側の電子ビーム
とは逆向きの速度を持つ。よって、二次電子及び反射電
子で構成される二次側の電子ビームは、ウィーン条件が
成立することから電磁場の力が釣り合って、偏向するこ
となく二次光学系１７ａの中心軸にそって直進する。
ビーム検査装置について、図９を用いて説明する。この
装置は、図９に示されたように、一次側の電子ビームを
試料１６に垂直に入射させるためにウィーンフィルタ３
４を組み込んでいる。線状陰極１２から引き出しレンズ
１３を介して出射された電子ビームは、三重四極子レン
ズ１４によって電流密度の低下を招くことなく任意サイ
ズの矩形断面を持つ電子ビームに形成された後、ウィー
ンフィルタ３４に入射する。この電子ビームは、ウィー
ンフィルタ３４によって偏向され、カソードレンズ１８
を通って試料１６表面に垂直に入射する。試料１６から
発生した二次電子及び反射電子は、一次側の電子ビーム
とは逆向きの速度を持つ。よって、二次電子及び反射電
子で構成される二次側の電子ビームは、ウィーン条件が
成立することから電磁場の力が釣り合って、偏向するこ
となく二次光学系１７ａの中心軸にそって直進する。
【００４８】一次側の電子ビームと二次側の電子ビーム
とは、カソードレンズ１８内を逆向きに入射する。そこ
で、一次ビームがカソードレンズ１８の入射前後でサイ
ズがａ倍に拡大され、二次ビームがカソードレンズ入射
前後でｂ倍に拡大されるとすると、以下の（４）式が成
立する。 ａ×ｂ＝１ （４） よって、一次側の電子ビームのサイズを決定する場合に
も、カソードレンズ１８を含めた光学系全体で考える必
要があることがわかる。例えば、一次ビームがカソード
レンズ１８に入る前に１００μｍ角の大きさを有してい
た場合、カソードレンズが一次ビームに対して１／２倍
の倍率に設定されていたとすると、一次ビームは５０μ
ｍ角で試料１６表面に入射する。５０μｍ角で一括照射
された領域１ａから同サイズの二次ビームが発生し、カ
ソードレンズ１８を一次ビームとは逆向きに通過して２
倍に拡大され、１００μｍ角の二次ビームが得られる。
とは、カソードレンズ１８内を逆向きに入射する。そこ
で、一次ビームがカソードレンズ１８の入射前後でサイ
ズがａ倍に拡大され、二次ビームがカソードレンズ入射
前後でｂ倍に拡大されるとすると、以下の（４）式が成
立する。 ａ×ｂ＝１ （４） よって、一次側の電子ビームのサイズを決定する場合に
も、カソードレンズ１８を含めた光学系全体で考える必
要があることがわかる。例えば、一次ビームがカソード
レンズ１８に入る前に１００μｍ角の大きさを有してい
た場合、カソードレンズが一次ビームに対して１／２倍
の倍率に設定されていたとすると、一次ビームは５０μ
ｍ角で試料１６表面に入射する。５０μｍ角で一括照射
された領域１ａから同サイズの二次ビームが発生し、カ
ソードレンズ１８を一次ビームとは逆向きに通過して２
倍に拡大され、１００μｍ角の二次ビームが得られる。
【００４９】ここで、一次ビームが領域を一括照射する
ため二次ビームのサイズは大きくなる。従って、二次ビ
ームがウィーンフィルタ３４の近軸軌道を外れるので収
差を発生する。そこで、一次ビームと二次ビームのレン
ズ半径方向の最大軌道が、近軸領域、即ちレンズ内径の
２０〜３０％内に収まるようにレンズ設計を行う必要が
ある。例えば、ウィーンフィルタ３４の内径を、一次及
び二次ビームの軌道の最大値の十倍程度に設計すること
が望ましい。また、本実施の形態では一次ビームを試料
１６とカソードレンズ１８との間に斜め入射する必要が
ないので、試料１６とカソードレンズ１８との距離を短
く設計することができる。この結果、カソードレンズ１
８の低収差化が可能である。
ため二次ビームのサイズは大きくなる。従って、二次ビ
ームがウィーンフィルタ３４の近軸軌道を外れるので収
差を発生する。そこで、一次ビームと二次ビームのレン
ズ半径方向の最大軌道が、近軸領域、即ちレンズ内径の
２０〜３０％内に収まるようにレンズ設計を行う必要が
ある。例えば、ウィーンフィルタ３４の内径を、一次及
び二次ビームの軌道の最大値の十倍程度に設計すること
が望ましい。また、本実施の形態では一次ビームを試料
１６とカソードレンズ１８との間に斜め入射する必要が
ないので、試料１６とカソードレンズ１８との距離を短
く設計することができる。この結果、カソードレンズ１
８の低収差化が可能である。
【００５０】上述した実施の形態はいずれも一例であっ
て、本発明を限定するものではない。例えば、上記実施
の形態では一次光学系１１において三重四極子レンズ１
４を用いているが、二重四極子レンズ（ダブレット）、
あるいは八極子レンズ等の多極子レンズを用いてもよ
い。プロジェクションレンズ２１は、上記実施の形態で
は磁界レンズよりも小型化が可能な静電型のアインツェ
ルレンズで構成されている。しかし、プロジェクション
レンズ２１は、アインツェルレンズに限らず、以下の文
献２において提案されているような静電型の非対称レン
ズで構成してもよい。 文献２：An asymmetric electrostatic lens for field
-emission microprobeapplications J.Orloff and L.W.
Swanson J.Appl. Phys. 50(4), April 1979
て、本発明を限定するものではない。例えば、上記実施
の形態では一次光学系１１において三重四極子レンズ１
４を用いているが、二重四極子レンズ（ダブレット）、
あるいは八極子レンズ等の多極子レンズを用いてもよ
い。プロジェクションレンズ２１は、上記実施の形態で
は磁界レンズよりも小型化が可能な静電型のアインツェ
ルレンズで構成されている。しかし、プロジェクション
レンズ２１は、アインツェルレンズに限らず、以下の文
献２において提案されているような静電型の非対称レン
ズで構成してもよい。 文献２：An asymmetric electrostatic lens for field
-emission microprobeapplications J.Orloff and L.W.
Swanson J.Appl. Phys. 50(4), April 1979
【００５１】
【発明の効果】本発明の電子ビーム検査方法及びその装
置によれば、検査領域を一括照射するため電子ビームを
走査する必要がなく、よって低倍から高倍まで画像加算
を行うことなく試料を検査することができる。また、電
子ビームの走査に同期させて画像をモニタしたり画像加
算処理を行うための装置が不要であるため簡易に装置を
構成することができる。また、矩形陰極と静電型レンズ
とで一次光学系を構成する場合には、大電流の矩形断面
を有する電子ビームを形成することができ、良好なＳ／
Ｎ比の画像を得ることができる。カソードレンズに金属
製メッシュと高抵抗材を用いたスリーブとを設けた場合
には、低倍領域の検査において低収差で高い透過率のレ
ンズを実現することができるため、一括照射が可能な検
査領域の拡大が実現され、検査時間の短縮が可能であ
る。
置によれば、検査領域を一括照射するため電子ビームを
走査する必要がなく、よって低倍から高倍まで画像加算
を行うことなく試料を検査することができる。また、電
子ビームの走査に同期させて画像をモニタしたり画像加
算処理を行うための装置が不要であるため簡易に装置を
構成することができる。また、矩形陰極と静電型レンズ
とで一次光学系を構成する場合には、大電流の矩形断面
を有する電子ビームを形成することができ、良好なＳ／
Ｎ比の画像を得ることができる。カソードレンズに金属
製メッシュと高抵抗材を用いたスリーブとを設けた場合
には、低倍領域の検査において低収差で高い透過率のレ
ンズを実現することができるため、一括照射が可能な検
査領域の拡大が実現され、検査時間の短縮が可能であ
る。
【図１】本発明の一実施の形態による電子ビーム検査装
置において、一次電子ビームが試料面に照射され、発生
した二次電子ビームが電子検出系に投影されるまでの概
念を示した斜視図。
置において、一次電子ビームが試料面に照射され、発生
した二次電子ビームが電子検出系に投影されるまでの概
念を示した斜視図。
【図２】同電子ビーム検査装置の構成を示した断面図。
【図３】同電子ビーム検査装置における二次光学系の構
成を示した断面図。
成を示した断面図。
【図４】同電子ビーム検査装置における電子検出系の構
成を示した断面図。
成を示した断面図。
【図５】同電子ビーム検査装置における静電型カソード
レンズの構成を示した断面図。
レンズの構成を示した断面図。
【図６】同電子ビーム検査装置における静電型カソード
レンズの他の構成を示した断面図。
レンズの他の構成を示した断面図。
【図７】従来の電子ビーム検査装置と同実施の形態によ
る電子ビーム検査装置におけるそれぞれのカソードレン
ズ周辺のポテンシャルの変化を示したポテンシャル線
図。
る電子ビーム検査装置におけるそれぞれのカソードレン
ズ周辺のポテンシャルの変化を示したポテンシャル線
図。
【図８】同電子ビーム検査装置における電磁カソードレ
ンズの構成を示した断面図。
ンズの構成を示した断面図。
【図９】本発明の他の実施の形態によるウィーンフィル
タを内蔵した電子ビーム検査装置の構成を示した断面
図。
タを内蔵した電子ビーム検査装置の構成を示した断面
図。
【図１０】従来の走査型電子顕微鏡の構成を示した断面
図。
図。
【図１１】従来の直接写像型反射電子顕微鏡装置の構成
を示した断面図。
を示した断面図。
１ａ 検査領域
１１ 一次光学系
１２ 線状陰極
１３ 引出しレンズ
１４ 三重四極子レンズ
１５ 電源
１６ 試料
１７ 二次光学系
１８ カソードレンズ
１９ 絞り
２０ 視野絞り
２１ プロジェクションレンズ
２２ 電子検出系
２３ 金属製メッシュ
２４ スリーブ
２５ 第１電極
２６ 第２電極
２７ 第３電極
２８ 電磁コイル
２９ 入射電子
３０ マイクロチャンネルプレート
３１ 蛍光面
３２ ファィバーオプティカルプレート
３３ エリアイメージセンサ
３４ ウイーンフィルタ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−249393（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−72600（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−109381（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 23/00 - 23/227
G01B 15/00 - 15/08
H01J 37/26 - 37/295
Claims (9)
- 【請求項１】陰極から矩形断面を有する電子ビームを出
射して、所定面積を有するように試料の検査領域に照射
する電子ビーム照射部と、 前記電子ビームを照射されて前記検査領域から発生した
二次電子及び反射電子により構成される画像を所定倍率
に拡大して電子ビーム検出部に結像する写像投影光学部
と、 前記写像投影光学部により結像された前記画像に基づい
て検出信号を生成して出力する前記電子ビーム検出部
と、 を備え、 前記写像投影光学部は、前記検査領域から発生した前記
二次電子及び反射電子を加速しかつ集束するカソードレ
ンズであって、前記検査領域から発生した前記二次電子
及び反射電子が通過する試料に近接した箇所に金属製メ
ッシュを有する、前記カソードレンズと、 前記カソードレンズにより加速されかつ集束された前記
二次電子及び反射電子の開き角を決定する絞りと、 前記絞りにより開き角を決定された前記二次電子及び反
射電子の視野を決定する視野絞りと、 前記視野絞りにより視野を決定された前記二次電子及び
反射電子により構成される画像を所定倍率に拡大して前
記電子ビーム検出部に結像するプロジェクションレンズ
とを有することを特徴とする電子ビーム検査装置。 - 【請求項２】前記電子ビーム照射部は、前記試料表面に
対して斜め上方に位置することを特徴とする請求項１記
載の電子ビーム検査装置。 - 【請求項３】前記電子ビーム照射部は、非回転対称型及
び静電型であるレンズを有することを特徴とする請求項
１又は２記載の電子ビーム検査装置。 - 【請求項４】前記陰極の電子放出面は、１０：１乃至５
０：１の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の電子ビーム検査装置。 - 【請求項５】前記カソードレンズは、静電型カソードレ
ンズ又は電磁レンズであることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。 - 【請求項６】前記カソードレンズは静電型カソードレン
ズであり、前記検査領域から発生した前記二次電子及び
反射電子が通過する第１電極と第２電極とが１０６ オ
ーム以上の抵抗値を有する高抵抗材を介して接続されて
いることを特徴とする請求項１乃至４記載の電子ビーム
検査装置。 - 【請求項７】電子ビーム照射部に含まれる陰極から矩形
断面を有する電子ビームを出射して所定面積を有するよ
うに試料の検査領域に照射し、 前記電子ビームを照射されて前記検査領域から発生した
二次電子及び反射電子により構成される画像を、写像投
影光学部を用いて所定倍率に拡大して電子ビーム検出部
に結像させ、 この結像された前記画像に基づいて、前記電子ビーム検
出部により検出信号を生成して出力するステップを備
え、 前記二次電子及び反射電子により構成される画像を、前
記写像投影光学部を用いて所定倍率に拡大して前記電子
ビーム検出部に結像させるステップは、 前記検査領域から発生した前記二次電子及び反射電子が
通過する試料に近接した箇所に金属製メッシュを有する
カソードレンズを用いて、前記検査領域から発生した前
記二次電子及び反射電子を加速しかつ集束し、 前記カソードレンズにより加速されかつ集束された前記
二次電子及び反射電子の開き角を絞りを用いて決定し、 前記絞りにより開き角を決定された前記二次電子及び反
射電子の視野を視野絞りを用いて決定し、 前記視野絞りにより視野を決定された前記二次電子及び
反射電子により構成される画像を、プロジェクションレ
ンズを用いて所定倍率に拡大して前記電子ビーム検出部
に結像するステップを含むことを特徴とする電子ビーム
検査方法。 - 【請求項８】前記電子ビームは、１０：１乃至５０：１
の範囲にあるアスペクト比を有する矩形断面状で、前記
陰極より出射することを特徴とする請求項７記載の電子
ビーム検査方法。 - 【請求項９】前記電子ビームは、斜め上方の位置より前
記試料表面に照射することを特徴とする請求項７又は８
記載の電子ビーム検査方法。
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