JPH10134757A

JPH10134757A - マルチビーム検査装置

Info

Publication number: JPH10134757A
Application number: JP8289786A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】荷電粒子線を用いて高いスループットで試料
の欠陥検査等を行う。【解決手段】ウエハ６上の複数の計測点７Ａ〜７Ｃに
１次電子ＡＥを照射し、計測点７Ａ〜７Ｃから発生する
２次電子を球殻状の電極１５の開口１６Ａ〜１６Ｃを介
して２次電子検出器１７Ａ〜１７Ｃで検出し、２次電子
検出器１７Ａ〜１７Ｃの検出信号を波形比較器１９Ａ〜
１９Ｃで参照信号と比較して欠陥検査を行う。走査用偏
向器５で計測点７Ａ〜７Ｃをウエハ６上で２次元的に走
査するのと同期して、偏向器１３によって各計測点から
発生する２次電子を対応する開口１６Ａ〜１６Ｃの方向
に偏向することによって、ウエハ６の表面を複数の計測
点で並列に走査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を試料
に照射し、その試料から発生する２次電子を検出してそ
の試料表面の観察等を行うマルチビーム検査装置に関
し、例えば半導体素子製造用のマスクパターン、又は半
導体ウエハ上に形成されたパターン等を高いスループッ
ト（生産性）で検査する場合に使用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子製造用のマスクパ
ターン、又は半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と呼
ぶ）に形成されたパターンの欠陥検出等を行うために、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使用されている。従来の
走査型電子顕微鏡は、細く絞った１本の電子線で試料表
面を走査し、その試料から発生する２次電子を検出して
いた。そして、そのように検出される２次電子の強度信
号を例えばその試料表面のパターンに対応する参照信号
と比較することによって、そのパターンの欠陥検査等が
行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の走査
型電子顕微鏡は、試料表面で電子線を細く絞っているた
め光学顕微鏡に比べて分解能は高いが、細く絞られた１
本の電子線で試料表面を２次元的に走査する必要がある
ため、その試料の表面全体を検査するためには長い時間
を要し、検査工程のスループットが極端に小さい不都合
があった。

【０００４】また、例えばウエハ上には通常所定ピッチ
で同一のパターンが繰り返し形成されているため、参照
信号としてはそのウエハ上の全面のパターンではなく、
そのウエハ上の繰り返しの基本となるパターン用の参照
信号のみを用意すればよいことになる。しかしながら、
従来は１本の電子線で試料表面を走査していたため、検
査対象のパターンの周期性を利用することができず、ス
ループットは改善されず、検査回路も簡素化されないと
いう不都合があった。

【０００５】本発明は斯かる点に鑑み、荷電粒子線を用
いて高いスループットで試料の欠陥検査等を行うことが
できる検査装置を提供することを第１の目的とする。ま
た本発明は、周期的なパターンが形成された試料表面を
荷電粒子線を用いて高いスループットで検査できる検査
装置を提供することを第２の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による第１のマル
チビーム検査装置は、例えば図１に示すように、試料
（６）上の複数の計測点（７Ａ〜７Ｃ）に荷電粒子線を
照射する照射系（１〜４）と、その試料からの２次電
子、又は反射荷電粒子を集めるためにその試料に対して
凹の曲面を向けて配置され、この曲面上にそれらの計測
点に対応させて１個又は複数個の開口（１６Ａ〜１６
Ｃ）が形成された電極（１５）と、この電極の開口（１
６Ａ〜１６Ｃ）の外側に配置されそれぞれその開口を通
過した２次電子、又は反射荷電粒子を検出する複数個の
検出器（１７Ａ〜１７Ｃ）と、を有するものである。

【０００７】斯かる本発明によれば、電極（１５）には
例えば試料（６）の表面よりも高い電位が付与される。
この場合、試料（６）上の複数の計測点（７Ａ〜７Ｃ）
から放出される２次電子の軌道は、試料表面と正の電位
の電極（１５）の曲面とが作る電界の凹レンズ作用によ
って、互いに反発する方向の軌道になることが、本発明
者による計算機シミュレーションの結果によって示され
ている。一方、同一の計測点から異なる角度方向へ放出
された２次電子は電極（１５）の曲面が作る電界で加速
されるに従って凸レンズ作用を受け、あまり拡がること
なくその曲面の近傍まで加速される。この曲面には小さ
い開口（１６Ａ〜１６Ｃ）が設けられ、これらの開口の
外側には例えば更に高い電位が付与された２次電子の検
出器（１７Ａ〜１７Ｃ）があるため、開口（１６Ａ〜１
６Ｃ）から漏れる電界の凸レンズ作用で電極（１５）の
曲面近傍まで走ってきた２次電子は、その凸レンズ作用
で集束されて殆どが開口（１６Ａ〜１６Ｃ）を通過して
検出器（１７Ａ〜１７Ｃ）に入射する。この結果、試料
表面は荷電粒子線による複数の計測点で並列に検査され
るため、欠陥検査等を高いスループットで行うことがで
きる。また、試料からの２次電子の代わりに反射荷電粒
子（反射電子等）を検出する場合でも同様である。更
に、２次電子及び反射荷電粒子の両方を検出することで
ＳＮ比が向上する。

【０００８】この場合、電極（１５）が１個であるとき
にはこの電極（１５）に複数個の開口を設けるが、電極
（１５）を複数個設けて、各電極にそれぞれ１個の開口
を設けるようにしてもよい。また本発明において、その
照射系から試料（６）上に照射される荷電粒子線を走査
する荷電粒子線走査系（５）と、試料（６）上から電極
（１５）に向けて放出される２次電子、又は反射荷電粒
子を荷電粒子線走査系（５）に同期して偏向する偏向系
（１３）とを設けることが望ましい。荷電粒子線走査系
（５）によって、荷電粒子線が集束される複数の計測点
（７Ａ〜７Ｃ）が試料表面で並列に、且つ高速に走査さ
れる。また、計測点の位置が変わったときでも、偏向系
（１３）で各計測点からの２次電子、又は反射荷電粒子
を電極（１５）上の対応する開口（１６Ａ〜１６Ｃ）に
導くことによって、常に高いＳＮ比の検出信号が得られ
る。

【０００９】また、電極（１５）の曲面は球面の一部で
あることが望ましく、更にこの球面の中心が試料（６）
の表面より上に設定されていることが望ましい。その曲
面が球面であるときには、電極（１５）の製造が容易で
あると共に、２次電子、又は反射荷電粒子の軌道を計算
するためのシミュレーションも容易である。また、その
球面の中心が試料表面より上にあるときには、電極（１
５）の電位が試料表面の電位より高いときに凹レンズ効
果が大きくなって、複数の計測点からの２次電子、又は
反射荷電粒子を分離し易くなる。

【００１０】また、電極（１５）は試料（６）よりも高
電位であることが望ましい。これによって、試料（６）
からの２次電子、又は反射荷電粒子が効率的に電極（１
５）に向かう。更に、検出器（１７Ａ〜１７Ｃ）は電極
（１５）よりも高電位であることが望ましい。これによ
って、電極（１５）の開口（１６Ａ〜１６Ｃ）付近では
凸レンズ効果が得られて、各計測点からの２次電子、又
は反射荷電粒子が効率的に対応する検出器に入射する。

【００１１】また、例えば図３に示すように、その照射
系（３１Ａ〜３１Ｃ）、その電極（１５Ａ〜１５Ｃ）、
及びその検出器（３２Ａ，３３Ａ〜３２Ｃ，３３Ｃ）を
その試料（６Ａ）の表面に沿って複数組配置してもよ
い。この場合、電極（１５Ａ〜１５Ｃ）の曲面に設ける
開口を大きくできるので、試料（６Ａ）から上方に放出
された２次電子、又は反射荷電粒子は殆ど全て検出で
き、検出信号のＳＮ比が改善される。また、電極（１５
Ａ〜１５Ｃ）の個数と２次電子等の検出器の個数を増や
すことで検査工程のスループットを更に高めることがで
きる。

【００１２】また、その照射系（１〜４；３１Ａ〜３１
Ｃ）に対して相対的に試料（６；６Ａ）を機械的に走査
する走査装置（９；９Ａ）を設けることが望ましい。こ
の場合、例えば図３の場合に荷電粒子線走査系（５Ａ〜
５Ｃ）が設けられているものとすると、荷電粒子線走査
系では試料表面に対してＸ方向に各計測点を走査し、走
査装置（９Ａ）ではその照射系（３１Ａ〜３１Ｃ）に対
して試料（６Ａ）を、Ｘ方向に直交するＹ方向に連続的
に走査することによって、試料表面を荷電粒子線によっ
て高いスループットで２次元的に走査できる。その他
に、例えば図１の場合には、荷電粒子線走査系（５）に
よって所定範囲内で荷電粒子線を２次元的に走査した
後、走査装置（９）を介して試料（６）をＸ方向、Ｙ方
向に所定ピッチでステップ移動する動作を繰り返すこと
で、試料（６）の全面を検査できる。

【００１３】また、試料（６；６Ａ）が表面に所定の回
路パターンが所定ピッチで周期的に形成された試料であ
る場合に、照射系（１〜４；３１Ａ〜３１Ｃ）から試料
（６；６Ａ）上に照射される荷電粒子線（計測点）のピ
ッチがその所定ピッチの整数分の１、又は整数倍（１倍
を含む）に設定されることが望ましい。計測点のピッチ
がその回路パターンの所定ピッチの整数分の１であると
きには、ほぼ計測点の個数分の参照信号を用意する必要
があるが、例えばその所定ピッチ移動する毎に同じ参照
信号を使用できるため、個々の参照信号の容量は少なく
ても良い。一方、計測点のピッチがその回路パターンの
所定ピッチの整数倍であるときには、参照信号は１個用
意するのみでよい。何れの場合でも、複数の計測点で並
列に検査が行われるため、スループットが高い。なお、
２次電子検出を中心に述べたが、反射荷電粒子も利用す
ると信号が大きくなり、ＳＮ比が改善されるので，より
高速の走査が可能になり、より高いスループットが期待
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるマルチビーム
検査装置の第１の実施の形態につき図１、及び図２を参
照して説明する。本例は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
をマルチビーム化したものであり、以下では本例の検査
装置を「マルチチャンネルＳＥＭ」と呼ぶ。

【００１５】図１は本例のマルチチャンネルＳＥＭの概
略構成を示し、この図１において、試料としてのウエハ
６の表面の法線に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面
内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ
軸を取って説明する。先ず、電子銃１から放出された電
子線は、コンデンサレンズ２で集束されて、３×３個
（９個）の開口が形成されたアパーチャ板３に入射す
る。アパーチャ板３の９個の開口を通過した電子線（以
下、「１次電子」と呼ぶ）ＡＥは、投影レンズ４を介し
てウエハ６の表面に入射する。この場合、ウエハ６の表
面とアパーチャ板３の配置面とは投影レンズ４に関して
ほぼ共役となっており、ウエハ６の表面の９個の計測点
にそれぞれ１次電子ＡＥが集束される。但し、図１では
３個の計測点７Ａ〜７Ｃのみが示されている。また、投
影レンズ４とウエハ６との間に、ウエハ６上で１次電子
ＡＥを走査するための走査用偏向器５が配置されてい
る。装置全体の動作を統轄制御する主制御系１１が、偏
向量設定器１４を介して走査用偏向器５の偏向量を制御
している。

【００１６】図２は、ウエハ６上の９個の計測点７Ａ〜
７Ｉを示し、この図２において、計測点７Ａ〜７ＩはＸ
方向にピッチＳＸ、Ｙ方向にピッチＳＹの３行×３列で
配置され、ピッチＳＸ及びＳＹはそれぞれ一例として１
ｍｍ程度である。また、本例のウエハ６上には、Ｘ方向
にピッチＳＸの３倍のピッチＰＸ、Ｙ方向にピッチＳＹ
の３倍のピッチＰＹで周期的なパターンが形成されてい
る。従って、ウエハ６上の１次電子による計測点７Ａ〜
７Ｉの配列ピッチは、ウエハ６上の周期的なパターンの
ピッチの１／３である。また、図１の走査用偏向器５に
よって各計測点（１次電子の集束点）７Ａ〜７Ｉがそれ
ぞれ幅ＳＸ×幅ＳＹの領域を２次元的に走査するように
構成され、各計測点７Ａ〜７Ｉからそれぞれ２次電子が
発生する。

【００１７】図１に戻り、ウエハ６は可動ステージ８上
に保持され、可動ステージ８は駆動装置９を介してベー
ス１０上に載置されている。駆動装置９は、例えば送り
ねじ、及び駆動モータ等から構成され、駆動装置９によ
って可動ステージ８がＸ方向、及びＹ方向にステップ移
動する。可動ステージ８の位置は例えば不図示のレーザ
干渉計によってモニタされており、その位置情報が主制
御系１１に供給され、主制御系１１はドライバ１２を介
して駆動装置９の動作を制御する。また、可動ステージ
８の底部のベース１０上にウエハ６に近接して、ウエハ
６から発生する２次電子を２次元的に偏向するための偏
向器１３が設けられている。偏向器１３による偏向量も
主制御系１１が偏向量設定器１４を介して設定する。

【００１８】ウエハ６の上方に球殻状の導電体よりなる
曲面形状の電極１５が配置されている。電極１５の内面
はウエハ６に対して凹の球面の一部であり、一例として
その球面の半径は４ｍｍで、その球面の中心１５ａはウ
エハ６の表面から２ｍｍ上方に（Ｚ方向に）位置してい
る。また、ウエハ６の電位は０（接地）であり、電極１
５には１０００Ｖの正電圧が印加されている。更に、電
極１５にはウエハ６上の９個の計測点に対応して９個の
小さい開口が形成され、これらの開口の外側にこれらの
開口を通過した２次電子を検出するための２次電子検出
器が配置されている。但し、図１では、ウエハ６上の３
個の計測点７Ａ〜７Ｃに対応する３個の開口１６Ａ〜１
６Ｃ、及び３個の２次電子検出器１７Ａ〜１７Ｃのみが
示されている。以下では、３個の２次電子検出器１７Ａ
〜１７Ｃについて説明するが、他の６個の２次電子検出
器についても同様である。２次電子検出器１７Ａ〜１７
Ｃとしては、本例では電極に例えば１０ｋＶの正電圧が
印加されたマイクロ・チャンネル・プレートを使用す
る。それ以外に、２次電子検出器１７Ａ〜１７Ｃとして
は、プラスチック・シンチレータ等も使用できる。

【００１９】２次電子検出器１７Ａ〜１７Ｃの検出信号
はそれぞれ増幅整形器１８Ａ〜１８Ｃを介して増幅、及
び２値信号への変換が行われた後、波形比較器１９Ａ〜
１９Ｃの一方の入力部に供給される。このとき、主制御
系１１は現在計測点７Ａ〜７Ｃが位置する回路パターン
の設計データを波形生成器２０に供給し、波形生成器２
０は検査対象の回路パターンに対応する２値の参照信号
を生成して波形比較器１９Ａ〜１９Ｃの他方の入力部に
供給する。波形比較器１９Ａ〜１９Ｃは、それぞれ検出
信号と参照信号とを比較して、検出信号と参照信号とが
所定の長さ以上の領域で異なる場合にハイレベル”１”
となり、それ以外の領域ではローレベル”０”となるエ
ラー信号を生成し、このエラー信号をそれぞれエラーメ
モリ２１に供給する。エラーメモリ２１では、ウエハ６
上での計測点７Ａ〜７Ｃの位置に対応させてエラー信号
を記憶し、主制御系１１はエラーメモリ２１からエラー
信号を読み出して、エラー信号がハイレベル”１”とな
っている領域、即ち回路パターンに欠陥があると予想さ
れる領域を検出し、検出された欠陥領域を不図示の表示
装置に表示する。

【００２０】次に、本例のマルチチャンネルＳＥＭによ
る欠陥検査動作につき説明する。先ず、主制御系１１は
可動ステージ８を駆動して、ウエハ６上の最初の検査領
域を１次電子ＡＥの照射領域に移動した後、走査用偏向
器５を動作させて図２の矢印で示すように、１次電子の
集束点である計測点７Ａ〜７Ｉを並列にそれぞれウエハ
６上の隣接する幅ＳＸ×幅ＳＹの領域内で２次元的に走
査する。その走査用偏向器５による１次電子の走査と同
期して主制御系１１は、偏向器１３を介してウエハ６上
の計測点７Ａ〜７Ｉから発生する２次電子が、それぞれ
電極１５の対応する開口の方向に進むようにその２次電
子を偏向する。２次電子のエネルギーは１次電子に比べ
て小さいため、ウエハステージ８の底部の偏向器１３に
よってその２次電子をほぼ対応する開口の方向に偏向で
きる。また、主制御系１１では、計測点７Ａ〜７Ｉが位
置する回路パターンの設計データを波形生成器２０に供
給する。

【００２１】図１において、ウエハ６上の９個の計測点
（以下、３個の計測点７Ａ〜７Ｃで代表する）から放出
された２次電子ＢＥは、正電位を持つ電極１５により加
速され、それぞれその電極１５に設けられた開口１６Ａ
〜１６Ｃに向かう。この場合、電極１５の球面の中心１
５ａはウエハ６の表面より高い位置に設定されているた
め、電極１５の凹レンズ効果によって各計測点７Ａ〜７
Ｃからの２次電子は反発するような軌道に沿ってそれぞ
れ対応する開口１６Ａ〜１６Ｃに向かう。開口１６Ａ〜
１６Ｃの位置を電極１５の内側の球面のどの位置に設け
ればよいかは、予め計算機シミュレーションによって求
められている。開口１６Ａ〜１６Ｃの近くまできた２次
電子ＢＥは、それぞれ開口の外側に置かれた２次電子検
出器１７Ａ〜１７Ｃの電極に印加された正電位が作る凸
レンズ作用によって大部分はその開口を透過して、２次
電子検出器１７Ａ〜１７Ｃに捕捉される。この際に、走
査用偏向器５によって計測点７Ａ〜７Ｃの位置が変化し
ても、この変化を相殺するように偏向器１３で２次電子
ＢＥを偏向しているため、各計測点７Ａ〜７Ｃから発生
する２次電子は常に対応する２次電子検出器１７Ａ〜１
７Ｃに入射する。

【００２２】そして、２次電子検出器１７Ａ〜１７Ｃの
検出信号は増幅整形器１８Ａ〜１８Ｃを介して波形比較
器１９Ａ〜１９Ｃに供給され、波形比較器１９Ａ〜１９
Ｃでそれらの検出信号を波形生成器２０から供給される
参照信号と比較することによってエラー信号が生成さ
れ、これらのエラー信号がエラーメモリ２１に供給され
る。また、図２において、各計測点７Ａ〜７Ｉの走査が
終了した後、図１の主制御系１１は駆動装置９を介して
可動ステージ８を駆動することによってウエハ６をＸ方
向にＰＸ、又はＹ方向にＰＹだけステップ移動させた
後、再び上述の各計測点７Ａ〜７Ｉの走査を行ってエラ
ーメモリ２１にエラー信号を格納させるという動作を、
ウエハ６上の全面の走査が終了するまで繰り返す。その
後、主制御系１１は、エラーメモリ２１からウエハ６上
の位置に応じたエラー信号を読み出して、ウエハ６上で
欠陥が存在する欠陥領域を検出し、検出された欠陥領域
を不図示の表示装置に表示する。

【００２３】上述のように本例のマルチチャンネルＳＥ
Ｍによれば、ウエハ６の表面に９個の計測点７Ａ〜７Ｉ
が設定され、これらの計測点をウエハ上で並列に走査し
て欠陥検査を行っている。従って、従来のように１次電
子の１つの集束点で試料を走査する場合と比べて検査時
間が大幅に短縮され、検査工程のスループットが大きく
向上している。

【００２４】また、図２に示したように、本例の１次電
子による計測点７Ａ〜７Ｉは、ウエハ６上の周期的な回
路パターンのピッチＰＸ，ＰＹの１／３のピッチＳＸ，
ＳＹで配置されている。従って、１回の走査が終了して
ウエハ６をＸ方向に幅ＰＸ、又はＹ方向に幅ＰＹだけ移
動した際に、図１の波形生成器２０から波形比較器１９
Ａ〜１９Ｃに供給する参照信号は、その直前の走査時に
供給した参照信号と同じ信号でよい。即ち、参照信号の
生成が容易であり、欠陥検査時の制御シーケンスが簡素
化できる。

【００２５】なお、図２では計測点７Ａ〜７Ｉの配列ピ
ッチＳＸ，ＳＹは、ウエハ６上の周期的な回路パターン
（例えば１つのチップパターン）のピッチＰＸ，ＰＹの
１／３に設定されているが、その配列ピッチＳＸ，ＳＹ
を周期的な回路パターンのピッチそのもの、又はこのピ
ッチの整数倍に設定しても良い。この場合には、各計測
点７Ａ〜７Ｉで互いに同一の回路パターンが検査対象と
なるため、図１において波形生成器２０は信号比較器１
９Ａ〜１９Ｃに対して同一の参照信号を供給すればよい
ことになる。従って、波形生成器２０が簡素化できると
共に、欠陥検査時の制御シーケンスも更に簡素化でき
る。但し、ウエハ６上の周期的な回路パターンのピッチ
が大きい場合には、図２に示すように計測点７Ａ〜７Ｉ
の配列ピッチＳＸ，ＳＹを、その周期的な回路パターン
のピッチＰＸ，ＰＹの整数分の１に設定すればよい。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
３〜図５を参照して説明する。本例も走査型電子顕微鏡
をマルチビーム化したものであるが、本例では更に電子
的な走査と機械的な走査とを組み合わせて検査工程のス
ループットを高めている。図３は、本例のマルチチャン
ネルＳＥＭを示し、この図３において、図１の電子銃１
〜投影レンズ４までの照射系とそれぞれ同様の構成の
（但し、アパーチャ板中の開口は２つでよい）３個の照
射系３１Ａ〜３１ＣがＸ方向にピッチＰＢ（図４参照）
で配置され、照射系３１Ａ〜３１Ｃに対応してそれぞれ
同一の、且つ１０００Ｖ程度の電位が与えられた球殻状
の電極１５Ａ〜１５Ｃが配置されている。ピッチＰＢは
一例として１０ｍｍ程度である。また、照射系３１Ａ〜
３１Ｃとウエハ６Ａとの間にそれぞれ走査用偏向器５Ａ
〜５Ｃが配置されている。

【００２７】そして、照射系３１Ａから、ウエハ６Ａ上
でＸ方向に間隔ＰＡ（図４参照）だけ離れた２つの計測
点４１Ａ，４２Ａに細く絞られた１次電子が照射されて
いる。計測点４１Ａ，４２Ａは走査用偏向器５Ａによっ
て、それぞれＸ方向に幅ＤＸの検査領域３８Ａ，３９Ａ
内でＸ方向に走査される。計測点４１Ａ，４２Ａの間隔
ＰＡを例えば２ｍｍとすると、検査領域３８Ａ，３９Ａ
の幅ＤＸは１．１ｍｍ程度に設定されている。これは後
述のように、検査領域の境界部を重複して走査すること
によって、その境界部での誤検出を防止するためであ
る。

【００２８】図３において、ウエハ６Ａ上の計測点４１
Ａ，４２Ａのほぼ上方に位置する電極１５Ａには計測点
４１Ａ，４２Ａに対応して２つの開口１５Ａａ，１５Ａ
ｂが形成され、これらの開口の外側に２次電子検出器３
２Ａ，３３Ａが配置されている。電極１５Ａの内側の球
面の中心もウエハ６Ａの表面の上方に設定され、電極１
５Ａの２つの開口１５Ａａ，１５Ａｂの間隔はほぼ３ｍ
ｍである。開口１５Ａａ，１５Ａｂは、図１の電極１５
に設けられた開口１６Ａ〜１６Ｃに比べて大きく設定さ
れ、走査用偏向器５Ａによって計測点４１Ａ，４２Ａを
検査領域３８Ａ，３９Ａ内で走査したときでも、計測点
４１Ａ，４１Ｂから発生する２次電子がそれぞれ開口１
５Ａａ，１５Ａｂに入射するようになっている。

【００２９】他の電極１５Ｂ及び１５Ｃの２つの開口付
近にもそれぞれ２次電子検出器３２Ｂ，３３Ｂ及び３２
Ｃ，３３Ｃが配置され、電極１５Ｂは検査領域３８Ｂ，
３９Ｂ内の計測点からの２次電子を検出し、電極１５Ｃ
は検査領域３８Ｃ，３９Ｃ内の計測点からの２次電子を
検出する。図４（ａ）はウエハ６Ａ上の検査領域の配置
を示し、この図４（ａ）において、本例のウエハ６Ａ上
にはＸ方向にピッチＰＢで周期的な回路パターン（チッ
プパターン）が形成されている。また、本例のマルチチ
ャンネルＳＥＭによる第１組の検査領域３８Ａ，３９
Ａ、第２組の検査領域３８Ｂ，３９Ｂ及び第３組の検査
領域３８Ｃ，３９ＣもＸ方向にピッチＰＢで配置され、
且つ検査領域３８Ａ，３９Ａ，３８Ｂ，３９Ｂ，３８
Ｃ，３９ＣのそれぞれのＸ方向の幅ＤＸは同一である。
また、図３の走査用偏向器５Ａ〜５Ｃによって、各計測
点（１次電子の集束点）は検査領域３８Ａ，３９Ａ〜３
８Ｃ，３９Ｃ内で矢印４５で示すように、それぞれＸ方
向に走査される。

【００３０】図３に戻り、ウエハ６Ａは可動ステージ８
Ａ上に載置され、可動ステージ８Ａは駆動装置９Ａによ
ってベース上でＸ方向にステップ移動し、Ｙ方向に連続
移動できるように構成されている。可動ステージ８Ａの
座標も不図示のレーザ干渉計によって計測され、計測結
果が主制御系１１Ａに供給され、主制御系１１Ａはドラ
イバ１２Ａを介して駆動装置９Ａの動作を制御してい
る。

【００３１】また、３組の２次電子検出器３２Ａ，３３
Ａ〜３２Ｃ，３３Ｃの検出信号はそれぞれ増幅整形器３
４Ａ，３５Ａ〜３４Ｃ，３５Ｃを介して波形比較器３６
Ａ，３７Ａ〜３６Ｃ，３７Ｃの一方の入力部に供給さ
れ、波形比較器３６Ａ，３７Ａ〜３６Ｃ，３７Ｃの他方
の入力部には、主制御系１１Ａから波形生成器２０Ａを
介して参照信号が供給されている。この際に本例では、
図４（ａ）で示したように、第１組の検査領域３８Ａ，
３９Ａ〜第３組の検査領域３８Ｃ，３９Ｃは互いに同一
の回路パターン上に存在するため、図３の波形生成器２
０Ａから波形比較器３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃに供給する
参照信号は同一の信号であり、波形比較器３７Ａ，３７
Ｂ，３７Ｃに供給する参照信号も同一の信号である。こ
れによって、３組の波形比較器３６Ａ，３７Ａ〜３６
Ｃ，３７Ｃに互いに異なる参照信号を供給する場合に比
べて波形生成器２０Ａの回路構成が１／３で済み、検査
回路が簡素化されている。波形比較器３６Ａ，３７Ａ〜
３６Ｃ，３７Ｃは図１の波形比較器１９Ａと同様にエラ
ー信号を生成してエラーメモリ２１Ｃに供給し、主制御
系１１Ａは必要に応じてエラーメモリ２１Ｃ内のエラー
信号を読み出せる構成となっている。

【００３２】次に、本例の欠陥検査動作につき説明す
る。先ず、図３の走査用偏向器５Ａ〜５Ｃを動作させ
て、ウエハ６Ａ上の検査領域３８Ａ，３９Ａ〜３８Ｃ，
３９Ｃ内でそれぞれ１次電子の計測点をＸ方向に走査し
ながら、可動ステージ８Ａを−Ｙ方向に連続的に移動す
る。これによって、図４（ａ）に矢印４６で示すよう
に、電子的にＸ方向に走査される計測点はそれぞれ検査
領域３８Ａ，３９Ａ〜３８Ｃ，３９Ｃ内を＋Ｙ方向に走
査する。この際に、図３の主制御系１１Ａでは検査領域
内の回路パターンの設計データを波形生成器２０Ａに供
給し、波形生成器２０Ａでは対応する参照信号を波形比
較器３６Ａ，３７Ａ〜３６Ｃ，３７Ｃに供給し、波形比
較器３６Ａ，３７Ａ〜３６Ｃ，３７Ｃはそれぞれ検査領
域３８Ａ，３９Ａ〜３８Ｃ，３９Ｃのエラー信号をエラ
ーメモリ２１Ｃに供給し、図１の実施の形態と同様に欠
陥検査が行われる。

【００３３】その検査領域３８Ａ，３９Ａ〜３８Ｃ，３
９Ｃの走査が終わった後、可動ステージ８Ａを−Ｘ方向
にステップ移動させて、図４（ｂ）に示すように、ウエ
ハ６Ａを−Ｘ方向にＰＡ／２だけ移動する。そして、既
に検査の終了した斜線を施した検査領域に隣接する次の
検査領域４１Ａ，４２Ａ〜４３Ｃ，４４Ｃ内でそれぞれ
１次電子の計測点を電子的にＸ方向に走査しながら、可
動ステージ８Ａを＋Ｙ方向に連続移動することによっ
て、それらの計測点を検査領域４１Ａ，４２Ａ〜４３
Ｃ，４４Ｃ内でそれぞれ−Ｙ方向に走査する。この際に
も、エラーメモリ２１Ｃにエラー信号が格納される。ま
た、本例では検査領域３８Ａ，３９Ａ及び４３Ａ，４４
Ａの幅ＤＸは１．１ｍｍであり、それらの検査領域の中
心の間隔ＰＡは２ｍｍであるため、図４（ｂ）におい
て、検査領域３８Ａと検査領域４１Ａとの境界部、及び
その他の境界部はそれぞれ幅１ｍｍ程度の領域で１次電
子によって重複走査されている。これによって、境界部
での誤検出が防止されている。

【００３４】そして、検査領域４１Ａ，４２Ａ〜４３
Ｃ，４４Ｃの走査が終了した後、これまでに検査が終了
した領域を検査済み領域４７Ａ〜４７Ｃとすると、可動
ステージ８Ａを−Ｘ方向に（３／２）ＰＡ（本例では３
ｍｍ）だけステップ移動することによって、図５に示す
ように、ウエハ６Ａ上で検査済み領域４７Ａ〜４７Ｃに
隣接する検査領域４８Ａ，４９Ａ〜４８Ｃ，４９Ｃに図
３の１次電子の計測点が設定される。そこで、走査用偏
向器５Ａ〜５Ｃを介して計測点をＸ方向に走査しなが
ら、可動ステージ８Ａを介してウエハ６Ａを−Ｙ方向に
連続移動することによって、それらの計測点で検査領域
４８Ａ，４９Ａ〜４８Ｃ，４９Ｃが＋Ｙ方向に走査され
る。このような動作を繰り返すことによって、ウエハ６
Ａの全面の欠陥検査が行われる。

【００３５】このように本例によれば、各検査領域内で
１次電子を電子的、及び機械的に走査しているため、高
いスループットで欠陥検査を行うことができる。また、
図４（ａ）に示すように、１つの電極に対応する計測点
４１Ａ，４２Ａの中心間隔ＰＡに比べて電子的な走査の
幅ＤＸは約１／２であるため、電子的な走査を行っても
計測点４１Ａ，４２Ａからの２次電子はそれぞれ確実に
図３の電極１５Ａの開口１５Ａａ，１５Ａｂに入射す
る。従って、異なる計測点からの２次電子の信号が混じ
ることがないため、正確に欠陥検出を行うことができ
る。

【００３６】なお、上述の実施の形態では曲面形状の電
極１５，１５Ａ〜１５Ｃにはそれぞれ複数の開口が形成
されている。しかしながら、例えば図３に示すように、
複数の電極１５Ａ〜１５Ｃを使用するような場合には、
１つの電極１５Ａ〜１５Ｃにそれぞれ１つの開口を設け
るようにしてもよい。この場合、対応する照射系３１Ａ
〜３１Ｃからはそれぞれ１つの計測点に１次電子が照射
されるが、全体としては複数の電子線で並列に欠陥検査
が行われるため、従来のように１本の電子線のみを走査
する場合に比べてスループットは向上する。

【００３７】なお、上述の実施の形態では、ウエハ６，
６Ａからの２次電子を検出しているが、更に反射電子を
も検出するようにしてもよい。これによって検出信号の
ＳＮ比が改善される。このように、本発明は上述の実施
の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の構成を取り得る。

【００３８】

【発明の効果】本発明のマルチビーム検査装置によれ
ば、複数の計測点に並列に荷電粒子線が照射されるた
め、高いスループットで試料の欠陥検査等が行える利点
がある。また、照射系からその試料上に照射される荷電
粒子線を走査する荷電粒子線走査系と、その試料上から
電極に向けて放出される２次電子、又は反射荷電粒子を
その荷電粒子線走査系に同期して偏向する偏向系とを設
けた場合には、荷電粒子線を電子的に高速に走査でき、
検査速度が向上する。更に、荷電粒子線を走査しても、
各計測点からの２次電子、又は反射荷電粒子がその電極
内の対応する開口に正確に導かれるため、正確に検査が
行われる。

【００３９】また、その電極の曲面が球面の一部であ
り、この球面の中心がその試料の表面より上に設定され
ている場合には、この電極に正電位を付与することによ
って凹レンズ効果が大きくなるため、この電極に複数の
開口が形成されていても、各開口に対して対応する計測
点からの２次電子、又は反射荷電粒子が互いに混じるこ
となく入射する。また、その電極がその試料よりも高電
位であるときには、試料からの２次電子、又は反射荷電
粒子がその電極に効率的に入射する。

【００４０】また、照射系、電極、及び１個又は複数個
の検出器をその試料の表面に沿って複数組配置した場合
には、計測点の個数が更に増加するためスループットが
向上する。また、照射系に対して相対的にその試料を機
械的に走査する走査装置を設けた場合には、例えば電子
的な走査と機械的な走査とを組み合わせことによって、
一度に試料上の広い検査領域の検査を行うことができ
る。

【００４１】また、試料の表面に所定の回路パターンが
所定ピッチで周期的に形成されている場合に、照射系か
らその試料上に照射される荷電粒子線のピッチをその所
定ピッチの整数分の１、又は整数倍に設定したときに
は、その回路パターンの欠陥検査を行う場合の参照信号
を共通に使用できるため、検査の際の制御シーケンスが
簡素化されるか、又は検査回路が簡素化できる。これに
よって、周期的なパターンが形成された試料表面を荷電
粒子線を用いて高いスループットで、且つ簡素化された
制御シーケンス、又は処理回路を用いて検査できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマルチビーム検査装置の第１の実
施の形態を示す構成図である。

【図２】図１の検査装置による１次電子の計測点の配列
を示す拡大平面図である。

【図３】本発明によるマルチビーム検査装置の第２の実
施の形態を示す構成図である。

【図４】（ａ）は図３の検査装置による検査領域の配列
を示す拡大平面図、（ｂ）は図４（ａ）のウエハを横方
向にステップ移動した後の検査領域を示す拡大平面図で
ある。

【図５】図４（ｂ）のウエハを更に横方向にステップ移
動した後の検査領域を示す拡大平面図である。

【符号の説明】

ＡＥ１次電子ＢＥ２次電子５，５Ａ〜５Ｃ走査用偏向器６ウエハ７Ａ〜７Ｃ，４１Ａ，４２Ａ計測点８，８Ａ可動ステージ１１，１１Ａ主制御系１５，１５Ａ〜１５Ｃ電極１６Ａ〜１６Ｃ開口１７Ａ〜１７Ｃ，３２Ａ〜３２Ｃ，３３Ａ〜３３Ｃ２
次電子検出器１９Ａ〜１９Ｃ，３６Ａ〜３６Ｃ，３７Ａ〜３７Ｃ波
形比較器２０，２０Ａ波形生成器２１，２１Ｃエラーメモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上の複数の計測点に荷電粒子線を照
射する照射系と、前記試料からの２次電子、又は反射荷電粒子を集めるた
めに前記試料に対して凹の曲面を向けて配置され、該曲
面上に前記計測点に対応させて１個又は複数個の開口が
形成された電極と、該電極の前記開口の外側に配置されそれぞれ前記開口を
通過した２次電子、又は反射荷電粒子を検出する複数個
の検出器と、を有することを特徴とするマルチビーム検
査装置。
【請求項２】請求項１記載のマルチビーム検査装置で
あって、前記照射系から前記試料上に照射される荷電粒子線を走
査する荷電粒子線走査系と、前記試料上から前記電極に向けて放出される２次電子、
又は反射荷電粒子を前記荷電粒子線走査系に同期して偏
向する偏向系と、を設けたことを特徴とするマルチビー
ム検査装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載のマルチビーム検
査装置であって、前記電極の曲面は球面の一部であり、該球面の中心が前
記試料の表面より上に設定されていることを特徴とする
マルチビーム検査装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載のマルチビー
ム検査装置であって、前記電極は前記試料よりも高電位であることを特徴とす
るマルチビーム検査装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載のマルチ
ビーム検査装置であって、前記照射系、前記電極、及び前記検出器を前記試料の表
面に沿って複数組配置したことを特徴とするマルチビー
ム検査装置。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項記載のマルチ
ビーム検査装置であって、前記照射系に対して相対的に前記試料を機械的に走査す
る走査装置を設けたことを特徴とするマルチビーム検査
装置。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項記載のマルチ
ビーム検査装置であって、前記試料が表面に所定の回路パターンが所定ピッチで周
期的に形成された試料である場合に、前記照射系から前記試料上に照射される荷電粒子線のピ
ッチが前記所定ピッチの整数分の１、又は整数倍に設定
されることを特徴とするマルチビーム検査装置。