JPH10326586A

JPH10326586A - 検査装置

Info

Publication number: JPH10326586A
Application number: JP10096594A
Authority: JP
Inventors: Muneki Hamashima; 宗樹浜島; Hidekazu Takekoshi; 秀和竹越
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】単一の検出系で、かつ検出する電子を選択す
ることによって、種々の試料毎の目的に応じた検査がで
きる検査装置を提供する。【解決手段】電子銃から出射された一次照射ビーム２
を一次光学系を介して試料に照射し、該試料４から発生
した２次電子５又は反射電子６を、「二次光学系」とし
ての二次コラム７に設けられた多数のレンズ９，１０，
１１，１２を介して検出器８に結像させる検査装置にお
いて、前記試料４から発生した反射電子６が前記二次コ
ラム７に導入されるように設定すると共に、該二次コラ
ム７に導入された２次電子５又は反射電子６の何れかを
前記検出器８に結像させるように、前記二次コラム７の
レンズ９，１０，１１，１２のレンズ電圧を設定可能と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一次照射ビーム
を試料上に照射させ、この試料からのエネルギービーム
である２次電子又は反射電子による電子像を検出する検
査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
とは異なり、電子ビームを一次光学系で線状あるいは矩
形状にして、試料に照射し、そこからの反射電子、２次
電子を２次元の画像として、二次光学系で拡大投影しエ
リア検出器に結像させるというシステムがある。かかる
技術は、論文に記載されているが、実用的な公知の例は
まだない。電子ビームを一次光学系でスポットに収束し
て、試料に照射し、試料からの電子の像をエリア検出器
に拡大投影するというシステムとしては、透過型電子顕
微鏡がこれに近い構成をもっている。この場合でも、二
次光学系は、試料を透過してきた電子を拡大投影するだ
けで、試料からの反射電子又は、２次電子を効率よく結
像させるという、ここでの光学系の技術的な困難さとは
相違するものである。先願発明としては、例えば、特開
平７ー１８１２９７号公報にあるような、電子光学系を
一次光学系として、欠陥検査を行うという既知の例があ
る。

【０００３】しかし、二次光学系の構成例はウィーンフ
ィルターを使った論文（K.Tsuno, Ultramicroscopy 55
(1994)1２7-140 「Simulation of a Wien filter as bea
m separator in a low energy electron microscope」）
があるが、計算結果だけで、装置として実用化されて
いない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、ここでのＥＢ
欠陥検出装置のような具体的な装置として、問題は検討
されていない。すなわち、電子銃から放射された電子を
コンデンサレンズ、対物レンズで試料面上の適切な位置
に集光し、これによって試料から発生した２次電子、反
射電子を別々の検出器で検出し試料の情報を得ているこ
とから、装置が複雑となる。

【０００５】この発明では、上記のＳＥＭとは異なり、
単一の検出系で、かつ検出する電子を選択することによ
って、種々の試料毎の目的に応じた検査ができる検査装
置を提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、電子銃から出射された
一次照射ビームを一次光学系を介して試料に照射し、該
試料から発生した２次電子又は反射電子を、二次光学系
に設けられた多数のレンズを介して検出器に結像させる
検査装置において、前記試料から発生した反射電子が前
記二次光学系に導入されるように設定すると共に、該二
次光学系に導入された２次電子又は反射電子の何れかを
前記検出器に結像させるように、前記二次光学系のレン
ズのレンズ電圧を設定可能とした検査装置としたことを
特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の構成に加え、前記二次光学系には開口絞りが配設さ
れ、該開口絞りには、大きさの異なる開口孔が形成され
たことを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の構成に加え、前記二次光学系にウイーンフィル
ターを配設すると共に、該二次光学系に前記一次光学系
を接続し、前記電子銃から出射された一次照射ビームを
前記ウイーンフィルター及びカソード部を介して試料に
照射し、該試料から発生した電子を、前記ウイーンフィ
ルター及びレンズを通して検出器に結像させるように設
定したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１０】[発明の実施の形態１]図１及び図２には、
この発明の実施の形態１を示す。

【００１１】まず構成について説明すると、図中符号１
は電子銃と一次光学系を有する一次コラムで、この電子
銃から出射された一次照射ビーム２が一次光学系を介し
てステージ３上に載置された試料４に照射されるように
なっている。

【００１２】この照射により試料４からは、２次電子５
及び反射電子６が発生するようになっている。そして、
この試料４の表面上から発生する二次元の画像情報を含
む２次電子５及び反射電子６は、「二次光学系」として
の二次コラム７により捕獲され、検出器８に拡大投影さ
れるようになっている。

【００１３】この二次コラム７は、反射電子６が入射さ
れるように配設、つまり、一次照射ビーム２の試料４へ
の入射角θ１と等しい角度の反射角θ２の方向に沿って
配設されており、１番下側には、まず、カソードレンズ
９が設けられている。このカソードレンズ９は、図面上
詳細は省略されているが、３枚の電極で構成され、１番
下の電極は試料４側の電位との間で、正の電界を形成
し、２次電子５を効率よくレンズ９内に導くように設計
され、又、１番目、２番目の電極に電圧を印可し、３番
目の電極をゼロ電位として、レンズ作用を行うようにな
っている。その一番下の電極が「カソード部」となって
いる。従って、このカソードレンズ９によって、試料４
からの２次電子５及び反射電子６の像が、最初に結像さ
れるようになっている。

【００１４】また、そのカソードレンズ９だけでは、拡
大倍率が不足するので、拡大するためのレンズ系とし
て、第２，第３，第４レンズ１０，１１，１２が配設さ
れ、多段レンズの構成となっている。これら第２，第
３，第４レンズ１０，１１，１２は、すべてユニポテン
シャル、又はアインツェルレンズとよばれる、３枚電極
の構成で、通常は外の２電極をゼロ電位とし、中央の電
極に印可する電圧で、レンズ作用を行わせ、制御するよ
うになっている。なお、カソードレンズ９だけで、結像
させるにはレンズ作用が強くなり収差が発生しやすいの
で、第２レンズ１０と合わせて、１回の結像を行わせる
場合もある。同様に、拡大させるためのレンズ系として
も、第３、第４レンズ１１，１２をもち、合わせて２回
目の結像を行わせる方がよいこともある。従って、この
場合、４枚のレンズ９，１０，１１，１２群の構成が必
要となる。

【００１５】また、第２レンズ１０と第３レンズ１１と
の間で、二次コラム７の光学系の瞳位置１３ｐ近傍に
は、ＮＡ絞りとしての開口絞り１３が挿入・引出可能に
配設されている。この開口絞り１３は、金属製（Ｍｏ
等）の薄膜で、各レンズ１０，１１，１２の種々の収差
を抑え、資料４面上での電子ビームの開き角を決定する
と共に散乱電子が上部に届かないようにする役割を果た
している。また、この開口絞り１３には、大きさの異な
る開口孔１３ａ，１３ｂが形成されており、これらの開
口孔１３ａ，１３ｂを選択することにより、必要な２次
電子５又は反射電子６だけが、後段のレンズ系（第３，
第４レンズ１１，１２）や検出器８に導かれるようにな
っている。更に、この開口絞り１３は、電気的にレンズ
電極とは絶縁されており、スイッチ１５を介して電流計
１６に接続されており、光学系の調整時はビームの電流
量をその電流計１６によりモニターできるようになって
いる。

【００１６】また、この二次コラム７では、前記各レン
ズ９…による結像点がこのコラム７内に何回か存在す
る。前述のように、１回の結像では倍率が不足するた
め、最低２回の結像条件で倍率を決め、それに従ったレ
ンズ電圧を設定する。そして、この中間の結像位置に、
ここでは、第３レンズ１１の前側に視野絞りに相当する
フィールドアパーチャ１４が配設されている。

【００１７】さらに、この検出器８は、コントロールユ
ニット１７により制御され、試料画像信号が取り出され
るようになっている。また、前記ステージ３はステージ
移動機構１８よりＸＹ方向に移動可能となっており、そ
の位置はレーザー干渉計ユニット１９により読み取り可
能となっている。そして、ＣＰＵ２０からの指示によ
り、ステージ移動機構１８が駆動され、その位置情報
が、レーザー干渉計ユニット１９からコントロールユニッ
ト１７へ伝達されて、順次試料画像がＣＰＵ２０へ供給
されるようになっている。また、このＣＰＵ２０は、一
次コラム１を制御する一次コラム制御ユニット２１及
び、二次コラム７を制御する二次コラム制御ユニット２
２に接続されている。

【００１８】そして、このＣＰＵ２０により、二次コラ
ム制御ユニット２２を制御して、各レンズ９…のレンズ
電圧を所定の値に設定することにより、試料４から発生
するエネルギーの異なる２次電子５又は反射電子６を任
意に選択して検出し、それぞれの像を単一の検出器８で
得ることができるように設定されている。

【００１９】次に、作用について説明する。

【００２０】一次コラム１から一次照射ビーム２が試料
４に照射されると、この試料４の表面から二次元の画像
情報を含み、エネルギーが異なる２次電子５及び反射電
子６が発生する。

【００２１】この反射電子６は、試料４へ照射された一
次照射ビーム２が反射されて生じるものであるため、そ
の一次照射ビーム２の試料４への入射角θ１と同じ反射
角θ２で反射される。そして、二次コラム７は、その反
射電子６が入射される方向に配設されているため、反射
電子６はこのコラム７に導かれる。

【００２２】一方、２次電子５は、指向性が小さいた
め、カソードレンズ９の一番下の電極（カソード部）が
正の電界に形成されていることから、この電極に引っ張
られてカソードレンズ９内に導かれる。

【００２３】そして、各レンズ９…のレンズ電圧を任意
の値に制御することにより、エネルギーの異なる２次電
子５又は反射電子６の何れかを選択し、この一方の電子
５又は６が各レンズ９…の途中で数回結像され、所定の
倍率に拡大されて最終的に検出器８で拡大投影される。
これにより、試料４の状態によって収率の高い電子（２
次電子５又は反射電子６）を選択することで、試料４の
状態に合った検出を行うことが出来る。

【００２４】また、二次コラム７内の各レンズ９…で構
成されたレンズ系の中間の結像点に、ここでは、第３レ
ンズ１１の前側に視野絞りに相当するフィールドアパー
チャ１４が挿入され、必要な視野の電子ビームだけが、
後段のレンズ系（第３，第４レンズ１１，１２）や検出
器８に導かれることとなる。

【００２５】さらに、第２レンズ１０の後側では、開口
絞り１３により、レンズ１１，１２の種々の収差を抑え
ると共に、散乱電子等のよけいな電子５，６が検出器８
に入射されないようにしている。この場合、開口絞り１
３の位置は、二次コラム７のレンズ系における瞳位置１
３ｐ近傍であり、この瞳位置１３ｐは例えば試料４から
の光軸と平行に出た電子がレンズ系で収束される位置で
もあり、又、例えば試料４面からの主光線がテレセント
リックとなる位置でもある。なお、瞳位置１３ｐ近傍で
あるなら図に示す位置に限定されるものではない。そし
て、この開口絞り１３には、大きさの異なる開口孔１３
ａ，１３ｂが形成されているため、検出する電子の特性
に応じて適宜その開口孔１３ａ,１３ｂが設定されるこ
ととなる。

【００２６】そして、検出器８の試料画像信号がコント
ロールユニット１７により取り出され、更に、この信号
がコントロールユニット１７からＣＰＵ２０に送られて
画像が読み取られることとなる。

【００２７】これと共に、ステージ３がステージ移動機
構１８よりＸＹ方向に移動され、このステージ３の位置
がレーザー干渉計ユニット１９により読み取られる。そ
して、ＣＰＵ２０からの指示により、ステージ移動機構
１８が駆動され、その位置情報が、レーザー干渉計ユニ
ット１９からコントロールユニット１７へ伝達されて、
順次試料画像がＣＰＵ２０へ供給される。

【００２８】ここで、実際にどのようにして、２次電子
５又は反射電子６の選択を行うかについて説明する。す
なわち、得られる像のＳ／Ｎは検出器８面での電子数に
比例し、像に対して寄与の大きい色収差が電子エネルギ
ーのばらつきに依存する。したがって、測定において像
の分解能を優先させたいならば電子エネルギーのばらつ
きが小さいため色収差の少ない反射電子６を選択する。
しかし、反射電子６は２次電子５に比べ電子数が少ない
ため、開口絞り１３を可動させて径の大きな開口孔１３
ａを選択し、検出電子を増加することでＳ／Ｎを上げる
ようにする。

【００２９】また、測定のスループットを優先させたい
のであれば、電子数が反射電子６に比べて多い２次電子
５を検出対象にする。ただし、２次電子５では電子エネ
ルギーのばらつきによる収差を無視できないため、開口
絞り１３を可動させて径の小さな開口孔１３ｂを選択
し、色収差を押さえる。

【００３０】このように、各レンズ９…のレンズ電圧を
所定の値に設定すると共に、開口絞り１３の径の異なる
開口孔１３ａ，１３ｂを適切に選択することで、単一の
検出器８によって２次電子５又は反射電子６で同程度の
Ｓ／Ｎの像を得ることが出来る。したがって、Ｓ／Ｎの
良い２次電子５を使ってレンズ条件や各コラム１，７の
測定を行い、その後、反射電子６を使って高分解能の像
を得るといった使い方が出来る。

【００３１】［発明の実施の形態２］図３には、発明の
実施の形態２を示す。

【００３２】この実施の形態２は、一次コラム１と二次
コラム７とが接続され、ウイーンフィルター２５が設け
られた点で、実施の形態１と異なっている。

【００３３】詳しくは、一次コラム１が二次コラム７の
カソードレンズ９と第２レンズ１０の間に接続されると
共に、ウイーンフィルター２５が、その一次コラム１及
びカソードレンズ９の間、第２レンズ１０及びカソード
レンズ９の間に配設されている。

【００３４】このウイーンフィルター２５は、電磁プリ
ズムとして作用するものであり、一次コラム１から出射
された特定のエネルギーを持つ一次照射ビーム２は、こ
のウィーンフィルター２５により、その加速電圧で決定
される角度で曲げられて試料４面に垂直に入射される。
この入射時には、カソードレンズ９のカソード部によ
り、一次照射ビーム２が減速されて試料４に照射され
る。また、試料４から発生した２次電子５，反射電子６
は、その各光学系１，２が上記のように配設されること
により、二次コラム７に導入されるようになっている。
一方、ウイーンフィルター２５は、試料４からの電子
５，６を選別するフィルターとして作用するものであ
り、試料４からの特定のエネルギーを持つ２次電子５又
は反射電子６を通過させて、第２レンズ１０側に導入さ
せることができる。

【００３５】このようにウイーンフィルター２５を用い
ることにより、一次照射ビーム２の照射方向と反射電子
６の反射方向とを試料４に垂直に設定することができる
ため、反射像に影が発生することなく、良質な画像が得
られる。

【００３６】また、ウイーンフィルター２５の設定によ
り、第２レンズ１０側へ導入される電子を選択できるた
め、選択されなかった２次電子５又は反射電子６は、第
２レンズ１０側へ導入されることがないことから、検出
器８からの画像もより良質なものとすることができる。

【００３７】なお、上記各実施の形態では、一次光学系
と二次光学系が固定式であったが、これらの一方又は両
方を可動式として、反射電子を二次光学系に入射させる
場合に可動させて、二次光学系が反射電子の反射角に沿
うように設定することもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項に記
載された発明によれば、試料の状態に合わせて収率の高
い電子(２次電子、反射電子)を選択することにより、単
一検出系で検出することが出来る。

【００３９】請求項２に記載の発明によれば、開口絞り
に大きさの異なる開口孔を形成することにより、例え
ば、検出電子に反射電子を選択し、適切なサイズの開口
孔を選択することで分解能の高い像を得ることが出来、
又、検出電子に２次電子を選択し、適切なサイズの開口
孔を選択することでＳ／Ｎの高い像を得ることが出来
る。

【００４０】請求項３に記載の発明によれば、電子銃か
ら出射された一次照射ビームをウイーンフィルター及び
カソード部を試料に照射するようにすることにより、カ
ソード部により一次照射ビームを減速して試料に照射で
きる。また、試料への一次照射ビームの照射方向と試料
からの電子の発生方向とを、試料に垂直にできるため、
反射像に影が生じることがない、という実用上有益な効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置を
示す概略図である。

【図２】同実施の形態１に係る一次照射ビーム，２次電
子及び反射電子等を示す概略図である。

【図３】この発明の実施の形態２に係る図１に相当する
欠陥検査装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１一次コラム（電子銃，一次光学系）２一次照射ビーム４試料５２次電子６反射電子７二次コラム（二次光学系）８検出器９カソードレンズ 10 第２レンズ 11 第３レンズ 12 第４レンズ 13 開口絞り 13a,13b 開口孔 14 フィールドアパーチャ 25 ウイーンフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃から出射された一次照射ビームを
一次光学系を介して試料に照射し、該試料から発生した
２次電子又は反射電子を、二次光学系に設けられた多数
のレンズを介して検出器に結像させる検査装置におい
て、前記試料から発生した反射電子が前記二次光学系に導入
されるように設定すると共に、該二次光学系に導入され
た２次電子又は反射電子の何れかを前記検出器に結像さ
せるように、前記二次光学系のレンズのレンズ電圧を設
定可能としたことを特徴とする検査装置。
【請求項２】前記二次光学系には開口絞りが配設さ
れ、該開口絞りには、大きさの異なる開口孔が形成され
たことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】前記二次光学系にウイーンフィルターを
配設すると共に、該二次光学系に前記一次光学系を接続
し、前記電子銃から出射された一次照射ビームを前記ウ
イーンフィルター及びカソード部を介して試料に照射
し、該試料から発生した電子を、前記ウイーンフィルタ
ー及びレンズを通して検出器に結像させるように設定し
たことを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。