電子線装置
【課題】フレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても高速の画像取得を可能にする。
【解決手段】評価領域を複数の副視野に分割し、１次電子線を副視野に順次照射し、副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得る電子線装置において、検出手段２６は、エリアセンサＣＣＤ１〜ＣＣＤ１４と、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束２５と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器２４−１を複数備える。電磁偏向器により、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる。各単位検出器から、他の単位検出器の露光中に画像情報を取り出すことができるので、高速画像取得ができる。
【解決手段】評価領域を複数の副視野に分割し、１次電子線を副視野に順次照射し、副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得る電子線装置において、検出手段２６は、エリアセンサＣＣＤ１〜ＣＣＤ１４と、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束２５と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器２４−１を複数備える。電磁偏向器により、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる。各単位検出器から、他の単位検出器の露光中に画像情報を取り出すことができるので、高速画像取得ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、最小線幅が０．２μｍ以内のパターンを有する半導体ウエハ等の試料を、１Ｇピクセル／秒以上の高速で評価することができるようにした電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光あるいは電子線の検出器として、８００Ｍピクセル／秒程度の検出速度を有するＴＤＩ検出器が市販されている。また、一次元の線状画像の画像データをラインセンサを用いて取得する装置、及び２次元画像の画像データをＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアセンサで取得する写像投影型電子線装置も提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来例における写像投影型電子線装置のＣＣＤ検出器として、６４０×４８０画素を１００μｓで露光可能な検出器がある。しかしながら、このＣＣＤのフレーム数（１秒間に検出できる面数）に関する検出速度は、数フレーム／秒であり、露光最小時間１００μｓよりもはるかに遅いという問題がある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、写像投影型の電子線装置において、フレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても、ギガヘルツのオーダーの画像取得を行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した目的を達成するために、本発明は、試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、一次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装置であって、
検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器を複数備え、
電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる電磁偏向器を備えている
ことを特徴とする電子線装置を提供する。
【０００５】
上記した本発明に係る電子線装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるようにすることが好ましい。この電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の２段の電磁レンズからなり、２段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることが好ましい。
また、上記した本発明に係る電子線装置において、１つのエリアセンサからの信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、電磁偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数が、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）に近似する個数に設定されていることが好ましい。
さらに、上記した本発明に係る電子線装置において、１次電子線は、マルチ電子ビームであるか、または、複数の光軸を含み、１次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズで構成されていることが好ましい。
さらにまた、上記した本発明に係る電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は上記したように構成されているので、写像投影型の電子光学系を備えた電子線装置において、フレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても、ギガヘルツのオーダーの画像取得を行うことができる。
【発明の実施の形態】
【０００７】
図１は、本発明に係る写像投影型の電子線装置の第１の実施形態の電子光学系を示している。この実施形態において、ＬａＢ６カソード１、ウエーネルト２、及びアノード３からなる電子銃から放出された電子線は、コンデンサレンズ３で集束されて成形レンズ９の手前にクロスオーバ像を形成する。このクロスオーバ像が形成される位置の手前には、成形用の開口が形成された開口板８が配置されており、該開口により、電子線は正方形等の矩形に成形される。矩形に成形された電子線は、成形レンズ９及び対物レンズ１２により縮小され、試料１４上に照射される。このとき、コンデンサレンズ３により形成されるクロスオーバ像は、成形レンズ９で集束されて対物レンズ１２の主面に結像され、これにより、ケーラ照明条件が満足される。
【０００８】
そして、軸合わせコイル４により、コンデンサレンズ５の軸に電子線の軸が一致するように調整され、また、軸合わせコイル６及び７により、開口板８の開口と成形レンズ９の軸に電子線の軸が一致するように調整される。さらに、静電偏向器１０及び１１により、試料１４上で矩形の電子線が、図２に示した矢印の方向に順次移動するように偏向されるとともに、Ｅ×Ｂ分離器１７及び１８の下方でも、１次電子線が２次電子線と異なる軌道となるように調整される。
【０００９】
対物レンズ１２は、レンズギャップ１３が試料１４の側に形成されたレンズであり、軸上色収差が小さく、さらに、軸対称電極１５に高電圧を印加することにより、軸上色収差がより低減される構成を有している。対物レンズ１５の内部に配置された軸対称電極１６には電圧が印加され、この電圧を調整することによって、試料１４上の照射領域が光軸から遠い場合の、２次電子線により拡大レンズ１９及び２０の手前に形成される像の位置が修正される。すなわち、軸対称電極１６に正の電圧を印加すると、電子線のエネルギが大きくなり、レンズ作用が小さくなる。このため、照射領域が光軸から離れている場合に、軸対称電極１６に正の電圧を調整して印加することにより、照射領域が光軸に近い場合の結像位置とほぼ同一位置に、像を形成することができる。
【００１０】
ただし、光軸から遠い副視野を照射した場合、光軸近傍を照射した場合と比べて、２次電子線による像の回転量が僅かではあるが異なる。軸対称電極１６では、フォーカスと回転量の両方を補正することができないので、拡大レンズ１９及び２０の内部に軸対称電極２１及び２２を設けている。そして、該電極に印加する電圧を調整することにより、どの副視野を照射しても、検出部２６における像の姿勢が、該検出部を構成するＦＯＰの配列と一致するように補正される。磁気レンズ１９及び２０は、像の回転方向が逆方向となるような磁場を発生するように設計される。例えば、軸対称電極２１に正の電圧を印加し、軸対称電極２２に負の電圧を印加すると、磁気レンズ１９による回転量が減少し、また、印加する電圧を変化させることにより、回転量を制御することができる。このように、印加電圧の極性及びその値を調整することにより回転量を制御することができるので、コイル電流を調整することにより回転量を制御する場合に比べて、回転姿勢を容易かつ高速に調整することができる。
【００１１】
検出部２６は、図３に示すように、シンチレータが塗布された１４個のＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）２４−１〜２４−１４からなるＦＯＰ２４を備えており、一次光学系の走査に同期して偏向動作する静電偏向器２３により、図２に示したような順番で、２次電子線が１４個のＦＯＰに順次結像される。１４個のオプティカルファイバ束２５が、１４個のＦＯＰと１４個のＣＣＤ検出器（ＣＣＤ１〜ＣＣＤ１４）との間を光学的に結合している。各オプティカルファイバ束は、６４０行×４８０列に固定されたオプティカルファイバで構成されており、各オプティカルファイバが１つの画素に対応し、その径が７．５μｍφである。
このように、検出部２６は、１つのＦＯＰ、１つのオプティカルファイバ束（ｍ行×ｎ列に配置されたオプティカルファイバ）、及び１つのＣＣＤ検出器の組み合わせを単位検出器とし、該単位検出器の複数をマトリックス状等に配列した構成を備えている。
【００１２】
ここで、単位検出器の個数とＦＯＰの露光時間との関係を説明する。
ＦＯＰ２４−ｉは、例えば、最小露光時間が１００μｓで、検出速度が７００フレーム／ｓｅｃである。７００フレーム／ｓｅｃの検出速度の場合、サイクルタイムは１．４３ｍｓ（＝１／７００）となる。
照射領域を移動させる偏向器１０及び１１も１４個のＦＯＰのいずれかを選択するための偏向器２３も静電偏向器であるので、１０μｓ程度の整定時間を容易に得ることができ、最小露光時間と偏向器の整定時間の合計は、１１０μｓ（＝１００μｓ＋１０μｓ）となる。
一方、ＣＣＤからデータを取り出す時間は、１．３３ｍｓ（＝１．４３ｍｓ−１００μｓ）である。
【００１３】
このような電子線装置において、ＦＯＰ２４−１を１００μｓ露光した後、該ＦＯＰ２４−１にオプティカルファイバ束を介して接続されたＣＣＤ１からデータを取り出し始める。そして、偏向器を駆動整定しかつＦＯＰ２４−１の露光後（すなわち、前段のＦＯＰの露光終了から１１０μｓ後）に、同様にして、ＦＯＰ２４−２、２４−３、・・・、ＦＯＰ２４−１４と順次露光し、また、各ＦＯＰｉの露光後（１００μｓ後）に対応するＣＣＤｉからデータを取り出し始める。このとき、ＣＣＤ１からデータの取り出しを開始した後に、再度ＦＯＰ２４−１の露光を開始するまでに、１１０μｓ×１３＝１．４３ｍｓかかることになる。したがって、再度ＦＯＰ２４−１の露光を開始するまでの時間１．４３ｍｓ後には、ＣＣＤ１からデータの取り出しは終了しているので、新しい像の取得を開始することができる。
【００１４】
以上から明らかなように、各ＣＣＤｉから信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、静電偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数を、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）より大きい個数に設定することにより、最適な速度でデータを取得することができる。
なお、ステージの移動方向は、図２のｙ軸方向であり、この方向にステージを移動させつつ、ｘ軸方向及び−ｘ軸方向に交互に照射領域を移動させる。これにより、図２の矢印に沿って照射領域を移動させることができる。ｙ軸方向には、ステージの動きに追尾してビームを偏向し、フレームの端の副視野を照射した後、ステージの移動と逆の方向に１視野分の偏向が行われる。
【００１５】
また、各ＦＯＰ２４−ｉは、７．５μｍφのオプティカルファイバを６４０列×４８０行に配列固定し、その表面を研磨した後に、シンチレータを塗布することによって構成されている。オプティカルファイバは、入射端及び出射端でのファイバの配列が保有されているので、オプティカルファイバを光信号が送られている間に像が歪むことがない。試料での画素寸法が５０ｎｍの場合、電子光学系で試料を拡大させる必要があるが、倍率は７５００ｎｍ／５０ｎｍ＝１５０倍であるため、対物レンズで１０倍、拡大レンズで１５倍を得ればよいので、拡大レンズを２段レンズ（拡大レンズ１９及び２０）として構成することができる。
なお、上記した１００μｓで４８０×６４０の画素を露光すると、ピクセル周波数は、４８０×６４０／（１００×１０−６）＝３．０７２ＧＨｚとなる。したがって、高速の画像取得を行うことができる。
【００１６】
上記したように、第１の実施形態の電子線装置は、検出面に複数の受光部を設け、それぞれ独立したＣＣＤ検出器に導き、１つのＣＣＤ検出器からパターンデータを取りだしている間に他のＣＣＤを露光することができるので、フレーム数／ｓｅｃの小さいＣＣＤを用いても、ギガヘルツクラスの画像取得を行うことができる。
また、軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子ビームの回転姿勢を高速で補正することができる。
【００１７】
図４は、本発明に係る第２の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。この実施形態の電子線装置において、電子銃（不図示）からの電子線により形成されるクロスオーバ位置４１から放出される電子線をコンデンサレンズ４４で集束し、マルチ開口が形成されたマルチ開口板４７の手前にクロスオーバ像を形成する。該クロスオーバ像が形成された位置から発散された電子線をマルチ開口板４７に照射することによって、マルチ電子ビームを形成し、ＮＡ開口５０にクロスオーバを形成する。そして、縮小レンズ５１を介して対物レンズ５６の主面に拡大像を形成する。
【００１８】
このとき、マルチ開口板４７のマルチ開口を通過した電子線は、例えば１０行×１０列のマルチ電子ビームとなり、縮小レンズ５１と対物レンズとで縮小され、試料５７上に照射される。また、コンデンサレンズ４８は、複合レンズであり、２つのコイル電流を制御することによってビームの回転を制御することができる。縮小レンズ５１の内部には、ダイナミックフォーカス用の軸対称電極５２が設けられており、マルチ電子ビームの走査によって生じたビームの姿勢変化をダイナミックに補正することができる。
【００１９】
１次光学系の軸（垂直方向）は、Ｅ×Ｂ分離器５５から試料５７までの軸と平行であるが、水平方向にオフセットされており、軸合わせ偏向器５３により、Ｅ×Ｂ分離器５５の方向に電子線を偏向することにより、軸あわせを行う。一実施例では、水平方向のオフセット量１６ｍｍが６°に相当するように、軸合わせ偏向器５３とＥ×Ｂ分離器５５との位置が設定される。Ｅ×Ｂ分離器５５では、静電偏向器により図面の右方向に６°偏向し、そして、電磁偏向器により左に１２°偏向する。これにより、電子線は、Ｅ×Ｂ分離器５５から垂直方向に進む。この分離器５５を電磁偏向器のみで構成してもよい。
試料５７上の走査は、偏向器５３とＥ×Ｂ分離器５５の静電偏向器に、三角波とのこぎり波とを重畳して行う。三角波はｘ軸方向の走査に使用され、のこぎり波はｙ軸方向にステージの動きに追尾してビームを連続移動させたり視野端でステップ移動させるために使用される。
【００２０】
試料５７上に電子線が照射されると、試料５７上の照射点から放出された２次電子は、対物レンズ５６を通過し、Ｅ×Ｂ分離器５５で１８°偏向されて２次光学系に進む。２次光学系では、拡大レンズ５８によってビーム間隔が拡大され、複数の検出器からなる検出部６０において電子線が検出される。静電偏向器５９には、１次光学系における電子線の走査と同期する走査信号が印加され、これにより、同一の電子ビームにより生じる２次電子線が常に同一の検出器に入射される。
【００２１】
図５は、図４の電子線装置に採用可能な検出器６０の構成を示しており、該検出器６０は、４〜１６μｍφのオプティカルファイバ２５−ｉを８行８列に固定して形成されたＦＯＰｉで真空窓を形成し、その真空側にシンチレータを塗布した面９３を有し、Ｏリングの当たり面９２で真空封止をしている。ＦＯＰｉの大気側の６４本のオプティカルファイバ２５−ｉは、それぞれ独立しており、８行×８列のＰＭＴの受光面の対応するものに接続される。各ＰＭＴ受光面は、面積が各オプティカルファイバの面積よりも大きいので、オプティカルファイバを受光面に接近させて、隣接する受光面にオプティカルファイバの光が混入されないようにするだけでよい。なお、ＰＭＴを用いる代わりに、光電管等の任意の光電変換素子を用いることもできる。
【００２２】
図６は、図４に示した第２の実施形態の電子線装置における、試料５７上のマルチ電子ビームの照射配置関係を示している。図６に示すように、この実施形態においては、６４本の電子線が８行×８列のマトリックスに配置されており、隣接する照射位置の間隔（ビーム間隔）は４０３ｎｍである。また、該マトリックスはｘ−ｙ直交座標に対してｓｉｎ−１（１／８）回転されている。
このような照射配置となる６４本の電子線を、同時にｘ軸方向に所定の走査幅だけ走査し、次に、ｙ軸方向にラスタ幅（この例では、５０ｎｍ）の６０倍ステップ移動させた後、−ｘ軸方向に走査幅だけ走査し、そして、ｙ軸方向に再度ステップ移動させる。このような走査を反復実行する。
【００２３】
ところで、複数の画素に相当する領域に面積ビームを照射し、試料に電子線を入射させずに全反射させて（ミラー電子）、試料のポテンシャル像すなわち電位分布を表す画像を得る反射型写像顕微鏡が提案されている。しかしながら、上記した反射型写像顕微鏡においては、１次電子ビームを試料面から離れた位置から反射させると、試料面の情報が含まれていない反射ビームとなってしまう。逆に、試料面に近すぎる位置から反射させると、試料面上の凹凸等で電子ビームが不規則に反射されてしまい、反射像が乱れてしまう。したがって、試料上のパターンの電位情報を有効に取り出すことができないという問題がある。
この問題を回避するために、本発明は、全反射ではなく部分的に試料に入射電子が吸収される装置を提供する。
【００２４】
図７を参照して、本発明の電子線装置が、上記した反射型写像顕微鏡の問題点を如何に回避しているかを、詳細に説明する。図７において、（Ａ）は、周期的なラインアンドスペースパターンにおいて、１つおきのラインのパターン１が＋１．１Ｖの電位を有し、残りのラインのパターン２が−１．１Ｖの電位を有している状態を示している。（Ａ）において、参照番号３及び４はそれぞれ、＋１．１Ｖの等電位面及び０Ｖの等電位面である。
このような状態で、電子線をパターンに照射した場合について説明する。このとき、電子のランディングエネルギは、０Ｖの電位のパターンへの入射時に０ｅＶとし、電子線のエネルギ幅はＬａＢ６電子銃によるものであって２ｅＶとする。
集束された電子線５をパターン１に照射すると、該パターン１は＋１．１Ｖの電位であるから、入射した電子は殆どすべて吸収され反射電子が少ない。すなわち、平均より１ｅＶ小さいエネルギをもつ電子であっても、パターン１に到達しても０．１ｅＶのエネルギを有しているため、そのままパターン１に吸収される。そのため、放出される２次電子は小さく、得られる信号レベルはほぼ０である。
【００２５】
−１．１Ｖの電位のパターン２に電子線が照射されと、平均より＋１ｅＶ小さいエネルギの電子６は、＋１．１Ｖの等電位面３に到達した時点で速度が０になり、逆方向に加速されることにより反射される。平均エネルギの電子７は、０Ｖの等電位面に到達した時点で速度が０になり、反射される。平均エネルギよりも＋１ｅＶ大きいエネルギの電子８は、パターン２に入射する前に反射され、反射される電子の量は最大となる。
従って、（Ａ）に示したパターンを電子線で走査した場合に得られる信号波形は、（Ｂ）に示すようになる。
【００２６】
次に、（Ｃ）に示すように、平坦な基板ではなく凹凸があるが基板上のラインアンドスペースを電子線で走査した場合について、説明する。凹凸以外の条件は、（Ａ）の場合と同様であり、したがって、（Ａ）に関連して説明したように、電子はそのエネルギに依存して反射する。
すなわち、平均より１ｅＶ低いエネルギの電子６は、＋１．１Ｖの等電位面３を少し過ぎた時点で速度が０になり、逆方向に反射される。平均エネルギの電子７は、０Ｖの等電位面４から反射される。平均より１ｅＶ大きいエネルギの電子８は、パターン２に入射される直前に反射される。
【００２７】
しかしながら、（Ｃ）に示すように、凹凸がある場合には等電位面３及び４が規則的ではないため、パターン１及び２の周辺部に電子線が照射された場合、電子は垂直方向に反射せずに等電位面への入射角に応じて反射するために散乱が生じる。このため、２次電子が検出器に到達しない確率が高くなり、信号強度が低くなるので、得られる信号波形は（Ｄ）で表されるようになる。
【００２８】
また、入射する電子のエネルギ幅が２ｅＶ以上の場合には、＋１．１Ｖのパターン１に照射された電子の一部が入射しないで反射され、ゼロレベルに対応する信号レベルがオフセットされてしまう。さらに、−１．１Ｖのパターン２に照射された電子の一部も該パターンに入射するので、１レベルに対応する信号レベルを低下させる。従って、信号の振幅が小さくなる。
さらにまた、評価したいパターンの電位差が図１に示した例の電位差よりも小さい場合にも、信号の振幅が小さくなる。
このような場合には、ＦＥ電子銃やＴＦＥ又はショットキーカソード電子銃を用いればよい。これは、ＴＦＥ等の電子銃は、放出エネルギ幅が小さいため、小さい電位差で入射電子が反射されたり吸収されたりするからである。
【００２９】
従来の入射電子を全反射させる電子線装置においては、電子銃のカソード電位Ｖｃと試料の電位Ｖｓとの関係をＶｃ＞Ｖｓと設定している。例えば、Ｖｃ＝−４ｋＶ、Ｖｓ＝−４．０１ｋＶである。
一方、本発明の電子線装置においては、Ｖｃ＝Ｖｓ−（エネルギ幅）／２と設定し、これにより、平均的なエネルギの電子の試料表面でのランディングエネルギをほぼゼロとすることができる。
また、２ｅＶのエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合、試料上に２Ｖ程度の差の電位パターンがないと、該電位パターンを表す信号波形を得ることができないが、０．６ｅＶ程度のエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合には、試料上の電位差が０．６Ｖ程度であっても電位パターンを表す信号波形を得ることができる。
【００３０】
上記した第２の実施形態においては、５０ｎｍの画素寸法に対してビーム間隔が４０３ｎｍであるため、図７に関連して説明したような反射ビームの散乱が多少生じても、効率よく検出することができる。また、電位コントラスト像を高スループットで得ることができる。
【００３１】
図８は、本発明に係る第３の実施形態の電子線装置における電子光学系を示している。この実施形態においては、例えば３行×３列のマトリックス状に配置された複数のカソード６１を用いた電子銃を用いている。また、各電子銃からマルチ電子ビームを放出できるようにしている。なお、カソード６１は複数であるが、電子銃を構成するウエーネルト６２及びアノード６３は一体的構造であり、１枚の板に複数の光軸に一致する位置に穴が開けられている。軸合わせ偏向器６４は、各々、１枚のセラミック基板に光軸に相当する位置に穴を設け、８極（偏向電極）を絶縁分離する溝を形成し、絶縁に必要な部分を除いて、ＮｉＰの無電解メッキ及び金属メッキを行うことによって、絶縁を保持しつつ電極が形成される。
【００３２】
コンデンサレンズ６５、縮小レンズ６６、及び対物レンズ６７はそれぞれ、２枚の板に光軸に相当する位置に穴が形成され、周囲にリブ構造にするための円筒構造を有し、その円筒構造の内部にレンズ励磁用のコイルが設けられている。周囲のリブ構造により、たわみを無視できる程度に小さくすることができる。対物レンズ６７は、レンズギャップが試料７０の側に形成されており、これにより、軸上色収差を小さくすることができる。
Ｅ×Ｂ分離器６８は、ｘ偏向用コイルとｙ偏向用コイルとの組み合わせで構成してもよく、また、ｘ及びｙ軸方向の一方の偏向用に永久磁石を用いてもよい。
【００３３】
マルチ開口板６３及びＮＡ開口板７２は各々、１枚の金属板にマルチ開口を設けることによって形成されるが、これらもまた、たわみを防止するためにリブ構造に形成される。
マルチ電子ビームの走査により発生する像面湾曲収差を補正するため、軸対称電極を対物レンズ６７の内部に設けてもよく、また、走査によって生じた回転歪みを補正するため、軸対称電極を縮小レンズ６６の内部に設けてもよい。これら軸対称電極へ印加する電圧を調整することにより、それぞれの回転を修正する。
【００３４】
電子線の照射により試料７０から放出された電子は、対物レンズ６７を通過後、Ｅ×Ｂ分離器６８により図の右方向に偏向されて２次光学系に入る。Ｅ×Ｂ分離器６８の後段には拡大レンズ６９が設けられており、該レンズにより、２次電子線の相互の間隔が拡大されて検出器７１において検出される。
試料７０上の走査は、軸合わせ偏向器６４とＥ×Ｂ分離器６８の静電偏向器の両方により実行される。そして、１次電子線の走査に同期して、２次電子線が静電偏向器７４により偏向される。
検出器７１として、図４に示した構成の検出器を用いている。
【００３５】
図９の（Ａ）は、図８に示した電子線装置を用いて、試料上でのビームの配置（符号７０）と２次電子光学系で拡大された２次電子像（丸印）との関係を示したものである。図９に示したように、各光軸に３行３列の電子ビームが配置され、拡大光学系で拡大され、それぞれが丸印で示した寸法に拡大されて、検出器７１で相互干渉がなく検出される。また、図９の（Ｂ）は、電子線装置の基準となる座標（ｘ−ｙ直交座標）とビーム配列の姿勢との関係を示している。
【００３６】
上記説明した本発明に係る第１〜第３の実施形態の電子線装置を、半導体デバイスの製造過程での欠陥等の検査及び評価装置として使用することにより、検査及び評価を高スループット及び高精度で行うことができるので、半導体デバイスそのものの製造を高スループット及び高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図２】図１に示した電子線装置における走査順を説明するための図である。
【図３】図１に示した電子線装置における検出部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図５】図４に示した電子線装置に用いられる検出部の構成を示す図である。
【図６】図４に示した電子線装置におけるマルチ電子ビームの配列及びその走査を説明するための図である。
【図７】従来例の電子線装置による電位分布検出おける問題点を説明するための説明図である。
【図８】本発明に係る第３の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図９】図８に示した電子線装置における、試料上のビームの配置と２次光学系で拡大された２次電子像との関係を示す説明図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、最小線幅が０．２μｍ以内のパターンを有する半導体ウエハ等の試料を、１Ｇピクセル／秒以上の高速で評価することができるようにした電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光あるいは電子線の検出器として、８００Ｍピクセル／秒程度の検出速度を有するＴＤＩ検出器が市販されている。また、一次元の線状画像の画像データをラインセンサを用いて取得する装置、及び２次元画像の画像データをＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアセンサで取得する写像投影型電子線装置も提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来例における写像投影型電子線装置のＣＣＤ検出器として、６４０×４８０画素を１００μｓで露光可能な検出器がある。しかしながら、このＣＣＤのフレーム数（１秒間に検出できる面数）に関する検出速度は、数フレーム／秒であり、露光最小時間１００μｓよりもはるかに遅いという問題がある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、写像投影型の電子線装置において、フレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても、ギガヘルツのオーダーの画像取得を行うことができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した目的を達成するために、本発明は、試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、一次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装置であって、
検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器を複数備え、
電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる電磁偏向器を備えている
ことを特徴とする電子線装置を提供する。
【０００５】
上記した本発明に係る電子線装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるようにすることが好ましい。この電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の２段の電磁レンズからなり、２段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることが好ましい。
また、上記した本発明に係る電子線装置において、１つのエリアセンサからの信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、電磁偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数が、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）に近似する個数に設定されていることが好ましい。
さらに、上記した本発明に係る電子線装置において、１次電子線は、マルチ電子ビームであるか、または、複数の光軸を含み、１次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズで構成されていることが好ましい。
さらにまた、上記した本発明に係る電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は上記したように構成されているので、写像投影型の電子光学系を備えた電子線装置において、フレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても、ギガヘルツのオーダーの画像取得を行うことができる。
【発明の実施の形態】
【０００７】
図１は、本発明に係る写像投影型の電子線装置の第１の実施形態の電子光学系を示している。この実施形態において、ＬａＢ６カソード１、ウエーネルト２、及びアノード３からなる電子銃から放出された電子線は、コンデンサレンズ３で集束されて成形レンズ９の手前にクロスオーバ像を形成する。このクロスオーバ像が形成される位置の手前には、成形用の開口が形成された開口板８が配置されており、該開口により、電子線は正方形等の矩形に成形される。矩形に成形された電子線は、成形レンズ９及び対物レンズ１２により縮小され、試料１４上に照射される。このとき、コンデンサレンズ３により形成されるクロスオーバ像は、成形レンズ９で集束されて対物レンズ１２の主面に結像され、これにより、ケーラ照明条件が満足される。
【０００８】
そして、軸合わせコイル４により、コンデンサレンズ５の軸に電子線の軸が一致するように調整され、また、軸合わせコイル６及び７により、開口板８の開口と成形レンズ９の軸に電子線の軸が一致するように調整される。さらに、静電偏向器１０及び１１により、試料１４上で矩形の電子線が、図２に示した矢印の方向に順次移動するように偏向されるとともに、Ｅ×Ｂ分離器１７及び１８の下方でも、１次電子線が２次電子線と異なる軌道となるように調整される。
【０００９】
対物レンズ１２は、レンズギャップ１３が試料１４の側に形成されたレンズであり、軸上色収差が小さく、さらに、軸対称電極１５に高電圧を印加することにより、軸上色収差がより低減される構成を有している。対物レンズ１５の内部に配置された軸対称電極１６には電圧が印加され、この電圧を調整することによって、試料１４上の照射領域が光軸から遠い場合の、２次電子線により拡大レンズ１９及び２０の手前に形成される像の位置が修正される。すなわち、軸対称電極１６に正の電圧を印加すると、電子線のエネルギが大きくなり、レンズ作用が小さくなる。このため、照射領域が光軸から離れている場合に、軸対称電極１６に正の電圧を調整して印加することにより、照射領域が光軸に近い場合の結像位置とほぼ同一位置に、像を形成することができる。
【００１０】
ただし、光軸から遠い副視野を照射した場合、光軸近傍を照射した場合と比べて、２次電子線による像の回転量が僅かではあるが異なる。軸対称電極１６では、フォーカスと回転量の両方を補正することができないので、拡大レンズ１９及び２０の内部に軸対称電極２１及び２２を設けている。そして、該電極に印加する電圧を調整することにより、どの副視野を照射しても、検出部２６における像の姿勢が、該検出部を構成するＦＯＰの配列と一致するように補正される。磁気レンズ１９及び２０は、像の回転方向が逆方向となるような磁場を発生するように設計される。例えば、軸対称電極２１に正の電圧を印加し、軸対称電極２２に負の電圧を印加すると、磁気レンズ１９による回転量が減少し、また、印加する電圧を変化させることにより、回転量を制御することができる。このように、印加電圧の極性及びその値を調整することにより回転量を制御することができるので、コイル電流を調整することにより回転量を制御する場合に比べて、回転姿勢を容易かつ高速に調整することができる。
【００１１】
検出部２６は、図３に示すように、シンチレータが塗布された１４個のＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）２４−１〜２４−１４からなるＦＯＰ２４を備えており、一次光学系の走査に同期して偏向動作する静電偏向器２３により、図２に示したような順番で、２次電子線が１４個のＦＯＰに順次結像される。１４個のオプティカルファイバ束２５が、１４個のＦＯＰと１４個のＣＣＤ検出器（ＣＣＤ１〜ＣＣＤ１４）との間を光学的に結合している。各オプティカルファイバ束は、６４０行×４８０列に固定されたオプティカルファイバで構成されており、各オプティカルファイバが１つの画素に対応し、その径が７．５μｍφである。
このように、検出部２６は、１つのＦＯＰ、１つのオプティカルファイバ束（ｍ行×ｎ列に配置されたオプティカルファイバ）、及び１つのＣＣＤ検出器の組み合わせを単位検出器とし、該単位検出器の複数をマトリックス状等に配列した構成を備えている。
【００１２】
ここで、単位検出器の個数とＦＯＰの露光時間との関係を説明する。
ＦＯＰ２４−ｉは、例えば、最小露光時間が１００μｓで、検出速度が７００フレーム／ｓｅｃである。７００フレーム／ｓｅｃの検出速度の場合、サイクルタイムは１．４３ｍｓ（＝１／７００）となる。
照射領域を移動させる偏向器１０及び１１も１４個のＦＯＰのいずれかを選択するための偏向器２３も静電偏向器であるので、１０μｓ程度の整定時間を容易に得ることができ、最小露光時間と偏向器の整定時間の合計は、１１０μｓ（＝１００μｓ＋１０μｓ）となる。
一方、ＣＣＤからデータを取り出す時間は、１．３３ｍｓ（＝１．４３ｍｓ−１００μｓ）である。
【００１３】
このような電子線装置において、ＦＯＰ２４−１を１００μｓ露光した後、該ＦＯＰ２４−１にオプティカルファイバ束を介して接続されたＣＣＤ１からデータを取り出し始める。そして、偏向器を駆動整定しかつＦＯＰ２４−１の露光後（すなわち、前段のＦＯＰの露光終了から１１０μｓ後）に、同様にして、ＦＯＰ２４−２、２４−３、・・・、ＦＯＰ２４−１４と順次露光し、また、各ＦＯＰｉの露光後（１００μｓ後）に対応するＣＣＤｉからデータを取り出し始める。このとき、ＣＣＤ１からデータの取り出しを開始した後に、再度ＦＯＰ２４−１の露光を開始するまでに、１１０μｓ×１３＝１．４３ｍｓかかることになる。したがって、再度ＦＯＰ２４−１の露光を開始するまでの時間１．４３ｍｓ後には、ＣＣＤ１からデータの取り出しは終了しているので、新しい像の取得を開始することができる。
【００１４】
以上から明らかなように、各ＣＣＤｉから信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、静電偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数を、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）より大きい個数に設定することにより、最適な速度でデータを取得することができる。
なお、ステージの移動方向は、図２のｙ軸方向であり、この方向にステージを移動させつつ、ｘ軸方向及び−ｘ軸方向に交互に照射領域を移動させる。これにより、図２の矢印に沿って照射領域を移動させることができる。ｙ軸方向には、ステージの動きに追尾してビームを偏向し、フレームの端の副視野を照射した後、ステージの移動と逆の方向に１視野分の偏向が行われる。
【００１５】
また、各ＦＯＰ２４−ｉは、７．５μｍφのオプティカルファイバを６４０列×４８０行に配列固定し、その表面を研磨した後に、シンチレータを塗布することによって構成されている。オプティカルファイバは、入射端及び出射端でのファイバの配列が保有されているので、オプティカルファイバを光信号が送られている間に像が歪むことがない。試料での画素寸法が５０ｎｍの場合、電子光学系で試料を拡大させる必要があるが、倍率は７５００ｎｍ／５０ｎｍ＝１５０倍であるため、対物レンズで１０倍、拡大レンズで１５倍を得ればよいので、拡大レンズを２段レンズ（拡大レンズ１９及び２０）として構成することができる。
なお、上記した１００μｓで４８０×６４０の画素を露光すると、ピクセル周波数は、４８０×６４０／（１００×１０−６）＝３．０７２ＧＨｚとなる。したがって、高速の画像取得を行うことができる。
【００１６】
上記したように、第１の実施形態の電子線装置は、検出面に複数の受光部を設け、それぞれ独立したＣＣＤ検出器に導き、１つのＣＣＤ検出器からパターンデータを取りだしている間に他のＣＣＤを露光することができるので、フレーム数／ｓｅｃの小さいＣＣＤを用いても、ギガヘルツクラスの画像取得を行うことができる。
また、軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子ビームの回転姿勢を高速で補正することができる。
【００１７】
図４は、本発明に係る第２の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。この実施形態の電子線装置において、電子銃（不図示）からの電子線により形成されるクロスオーバ位置４１から放出される電子線をコンデンサレンズ４４で集束し、マルチ開口が形成されたマルチ開口板４７の手前にクロスオーバ像を形成する。該クロスオーバ像が形成された位置から発散された電子線をマルチ開口板４７に照射することによって、マルチ電子ビームを形成し、ＮＡ開口５０にクロスオーバを形成する。そして、縮小レンズ５１を介して対物レンズ５６の主面に拡大像を形成する。
【００１８】
このとき、マルチ開口板４７のマルチ開口を通過した電子線は、例えば１０行×１０列のマルチ電子ビームとなり、縮小レンズ５１と対物レンズとで縮小され、試料５７上に照射される。また、コンデンサレンズ４８は、複合レンズであり、２つのコイル電流を制御することによってビームの回転を制御することができる。縮小レンズ５１の内部には、ダイナミックフォーカス用の軸対称電極５２が設けられており、マルチ電子ビームの走査によって生じたビームの姿勢変化をダイナミックに補正することができる。
【００１９】
１次光学系の軸（垂直方向）は、Ｅ×Ｂ分離器５５から試料５７までの軸と平行であるが、水平方向にオフセットされており、軸合わせ偏向器５３により、Ｅ×Ｂ分離器５５の方向に電子線を偏向することにより、軸あわせを行う。一実施例では、水平方向のオフセット量１６ｍｍが６°に相当するように、軸合わせ偏向器５３とＥ×Ｂ分離器５５との位置が設定される。Ｅ×Ｂ分離器５５では、静電偏向器により図面の右方向に６°偏向し、そして、電磁偏向器により左に１２°偏向する。これにより、電子線は、Ｅ×Ｂ分離器５５から垂直方向に進む。この分離器５５を電磁偏向器のみで構成してもよい。
試料５７上の走査は、偏向器５３とＥ×Ｂ分離器５５の静電偏向器に、三角波とのこぎり波とを重畳して行う。三角波はｘ軸方向の走査に使用され、のこぎり波はｙ軸方向にステージの動きに追尾してビームを連続移動させたり視野端でステップ移動させるために使用される。
【００２０】
試料５７上に電子線が照射されると、試料５７上の照射点から放出された２次電子は、対物レンズ５６を通過し、Ｅ×Ｂ分離器５５で１８°偏向されて２次光学系に進む。２次光学系では、拡大レンズ５８によってビーム間隔が拡大され、複数の検出器からなる検出部６０において電子線が検出される。静電偏向器５９には、１次光学系における電子線の走査と同期する走査信号が印加され、これにより、同一の電子ビームにより生じる２次電子線が常に同一の検出器に入射される。
【００２１】
図５は、図４の電子線装置に採用可能な検出器６０の構成を示しており、該検出器６０は、４〜１６μｍφのオプティカルファイバ２５−ｉを８行８列に固定して形成されたＦＯＰｉで真空窓を形成し、その真空側にシンチレータを塗布した面９３を有し、Ｏリングの当たり面９２で真空封止をしている。ＦＯＰｉの大気側の６４本のオプティカルファイバ２５−ｉは、それぞれ独立しており、８行×８列のＰＭＴの受光面の対応するものに接続される。各ＰＭＴ受光面は、面積が各オプティカルファイバの面積よりも大きいので、オプティカルファイバを受光面に接近させて、隣接する受光面にオプティカルファイバの光が混入されないようにするだけでよい。なお、ＰＭＴを用いる代わりに、光電管等の任意の光電変換素子を用いることもできる。
【００２２】
図６は、図４に示した第２の実施形態の電子線装置における、試料５７上のマルチ電子ビームの照射配置関係を示している。図６に示すように、この実施形態においては、６４本の電子線が８行×８列のマトリックスに配置されており、隣接する照射位置の間隔（ビーム間隔）は４０３ｎｍである。また、該マトリックスはｘ−ｙ直交座標に対してｓｉｎ−１（１／８）回転されている。
このような照射配置となる６４本の電子線を、同時にｘ軸方向に所定の走査幅だけ走査し、次に、ｙ軸方向にラスタ幅（この例では、５０ｎｍ）の６０倍ステップ移動させた後、−ｘ軸方向に走査幅だけ走査し、そして、ｙ軸方向に再度ステップ移動させる。このような走査を反復実行する。
【００２３】
ところで、複数の画素に相当する領域に面積ビームを照射し、試料に電子線を入射させずに全反射させて（ミラー電子）、試料のポテンシャル像すなわち電位分布を表す画像を得る反射型写像顕微鏡が提案されている。しかしながら、上記した反射型写像顕微鏡においては、１次電子ビームを試料面から離れた位置から反射させると、試料面の情報が含まれていない反射ビームとなってしまう。逆に、試料面に近すぎる位置から反射させると、試料面上の凹凸等で電子ビームが不規則に反射されてしまい、反射像が乱れてしまう。したがって、試料上のパターンの電位情報を有効に取り出すことができないという問題がある。
この問題を回避するために、本発明は、全反射ではなく部分的に試料に入射電子が吸収される装置を提供する。
【００２４】
図７を参照して、本発明の電子線装置が、上記した反射型写像顕微鏡の問題点を如何に回避しているかを、詳細に説明する。図７において、（Ａ）は、周期的なラインアンドスペースパターンにおいて、１つおきのラインのパターン１が＋１．１Ｖの電位を有し、残りのラインのパターン２が−１．１Ｖの電位を有している状態を示している。（Ａ）において、参照番号３及び４はそれぞれ、＋１．１Ｖの等電位面及び０Ｖの等電位面である。
このような状態で、電子線をパターンに照射した場合について説明する。このとき、電子のランディングエネルギは、０Ｖの電位のパターンへの入射時に０ｅＶとし、電子線のエネルギ幅はＬａＢ６電子銃によるものであって２ｅＶとする。
集束された電子線５をパターン１に照射すると、該パターン１は＋１．１Ｖの電位であるから、入射した電子は殆どすべて吸収され反射電子が少ない。すなわち、平均より１ｅＶ小さいエネルギをもつ電子であっても、パターン１に到達しても０．１ｅＶのエネルギを有しているため、そのままパターン１に吸収される。そのため、放出される２次電子は小さく、得られる信号レベルはほぼ０である。
【００２５】
−１．１Ｖの電位のパターン２に電子線が照射されと、平均より＋１ｅＶ小さいエネルギの電子６は、＋１．１Ｖの等電位面３に到達した時点で速度が０になり、逆方向に加速されることにより反射される。平均エネルギの電子７は、０Ｖの等電位面に到達した時点で速度が０になり、反射される。平均エネルギよりも＋１ｅＶ大きいエネルギの電子８は、パターン２に入射する前に反射され、反射される電子の量は最大となる。
従って、（Ａ）に示したパターンを電子線で走査した場合に得られる信号波形は、（Ｂ）に示すようになる。
【００２６】
次に、（Ｃ）に示すように、平坦な基板ではなく凹凸があるが基板上のラインアンドスペースを電子線で走査した場合について、説明する。凹凸以外の条件は、（Ａ）の場合と同様であり、したがって、（Ａ）に関連して説明したように、電子はそのエネルギに依存して反射する。
すなわち、平均より１ｅＶ低いエネルギの電子６は、＋１．１Ｖの等電位面３を少し過ぎた時点で速度が０になり、逆方向に反射される。平均エネルギの電子７は、０Ｖの等電位面４から反射される。平均より１ｅＶ大きいエネルギの電子８は、パターン２に入射される直前に反射される。
【００２７】
しかしながら、（Ｃ）に示すように、凹凸がある場合には等電位面３及び４が規則的ではないため、パターン１及び２の周辺部に電子線が照射された場合、電子は垂直方向に反射せずに等電位面への入射角に応じて反射するために散乱が生じる。このため、２次電子が検出器に到達しない確率が高くなり、信号強度が低くなるので、得られる信号波形は（Ｄ）で表されるようになる。
【００２８】
また、入射する電子のエネルギ幅が２ｅＶ以上の場合には、＋１．１Ｖのパターン１に照射された電子の一部が入射しないで反射され、ゼロレベルに対応する信号レベルがオフセットされてしまう。さらに、−１．１Ｖのパターン２に照射された電子の一部も該パターンに入射するので、１レベルに対応する信号レベルを低下させる。従って、信号の振幅が小さくなる。
さらにまた、評価したいパターンの電位差が図１に示した例の電位差よりも小さい場合にも、信号の振幅が小さくなる。
このような場合には、ＦＥ電子銃やＴＦＥ又はショットキーカソード電子銃を用いればよい。これは、ＴＦＥ等の電子銃は、放出エネルギ幅が小さいため、小さい電位差で入射電子が反射されたり吸収されたりするからである。
【００２９】
従来の入射電子を全反射させる電子線装置においては、電子銃のカソード電位Ｖｃと試料の電位Ｖｓとの関係をＶｃ＞Ｖｓと設定している。例えば、Ｖｃ＝−４ｋＶ、Ｖｓ＝−４．０１ｋＶである。
一方、本発明の電子線装置においては、Ｖｃ＝Ｖｓ−（エネルギ幅）／２と設定し、これにより、平均的なエネルギの電子の試料表面でのランディングエネルギをほぼゼロとすることができる。
また、２ｅＶのエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合、試料上に２Ｖ程度の差の電位パターンがないと、該電位パターンを表す信号波形を得ることができないが、０．６ｅＶ程度のエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合には、試料上の電位差が０．６Ｖ程度であっても電位パターンを表す信号波形を得ることができる。
【００３０】
上記した第２の実施形態においては、５０ｎｍの画素寸法に対してビーム間隔が４０３ｎｍであるため、図７に関連して説明したような反射ビームの散乱が多少生じても、効率よく検出することができる。また、電位コントラスト像を高スループットで得ることができる。
【００３１】
図８は、本発明に係る第３の実施形態の電子線装置における電子光学系を示している。この実施形態においては、例えば３行×３列のマトリックス状に配置された複数のカソード６１を用いた電子銃を用いている。また、各電子銃からマルチ電子ビームを放出できるようにしている。なお、カソード６１は複数であるが、電子銃を構成するウエーネルト６２及びアノード６３は一体的構造であり、１枚の板に複数の光軸に一致する位置に穴が開けられている。軸合わせ偏向器６４は、各々、１枚のセラミック基板に光軸に相当する位置に穴を設け、８極（偏向電極）を絶縁分離する溝を形成し、絶縁に必要な部分を除いて、ＮｉＰの無電解メッキ及び金属メッキを行うことによって、絶縁を保持しつつ電極が形成される。
【００３２】
コンデンサレンズ６５、縮小レンズ６６、及び対物レンズ６７はそれぞれ、２枚の板に光軸に相当する位置に穴が形成され、周囲にリブ構造にするための円筒構造を有し、その円筒構造の内部にレンズ励磁用のコイルが設けられている。周囲のリブ構造により、たわみを無視できる程度に小さくすることができる。対物レンズ６７は、レンズギャップが試料７０の側に形成されており、これにより、軸上色収差を小さくすることができる。
Ｅ×Ｂ分離器６８は、ｘ偏向用コイルとｙ偏向用コイルとの組み合わせで構成してもよく、また、ｘ及びｙ軸方向の一方の偏向用に永久磁石を用いてもよい。
【００３３】
マルチ開口板６３及びＮＡ開口板７２は各々、１枚の金属板にマルチ開口を設けることによって形成されるが、これらもまた、たわみを防止するためにリブ構造に形成される。
マルチ電子ビームの走査により発生する像面湾曲収差を補正するため、軸対称電極を対物レンズ６７の内部に設けてもよく、また、走査によって生じた回転歪みを補正するため、軸対称電極を縮小レンズ６６の内部に設けてもよい。これら軸対称電極へ印加する電圧を調整することにより、それぞれの回転を修正する。
【００３４】
電子線の照射により試料７０から放出された電子は、対物レンズ６７を通過後、Ｅ×Ｂ分離器６８により図の右方向に偏向されて２次光学系に入る。Ｅ×Ｂ分離器６８の後段には拡大レンズ６９が設けられており、該レンズにより、２次電子線の相互の間隔が拡大されて検出器７１において検出される。
試料７０上の走査は、軸合わせ偏向器６４とＥ×Ｂ分離器６８の静電偏向器の両方により実行される。そして、１次電子線の走査に同期して、２次電子線が静電偏向器７４により偏向される。
検出器７１として、図４に示した構成の検出器を用いている。
【００３５】
図９の（Ａ）は、図８に示した電子線装置を用いて、試料上でのビームの配置（符号７０）と２次電子光学系で拡大された２次電子像（丸印）との関係を示したものである。図９に示したように、各光軸に３行３列の電子ビームが配置され、拡大光学系で拡大され、それぞれが丸印で示した寸法に拡大されて、検出器７１で相互干渉がなく検出される。また、図９の（Ｂ）は、電子線装置の基準となる座標（ｘ−ｙ直交座標）とビーム配列の姿勢との関係を示している。
【００３６】
上記説明した本発明に係る第１〜第３の実施形態の電子線装置を、半導体デバイスの製造過程での欠陥等の検査及び評価装置として使用することにより、検査及び評価を高スループット及び高精度で行うことができるので、半導体デバイスそのものの製造を高スループット及び高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図２】図１に示した電子線装置における走査順を説明するための図である。
【図３】図１に示した電子線装置における検出部の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図５】図４に示した電子線装置に用いられる検出部の構成を示す図である。
【図６】図４に示した電子線装置におけるマルチ電子ビームの配列及びその走査を説明するための図である。
【図７】従来例の電子線装置による電位分布検出おける問題点を説明するための説明図である。
【図８】本発明に係る第３の実施形態の電子線装置における電子光学系を示す説明図である。
【図９】図８に示した電子線装置における、試料上のビームの配置と２次光学系で拡大された２次電子像との関係を示す説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、１次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装置において、
検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器を複数備え、
電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる電磁偏向器を備えている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、該装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２記載の電子線装置において、電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の２段の電磁レンズからなり、２段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の電子線装置において、１つのエリアセンサからの信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、電磁偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数が、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）に近似する個数に設定されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の電子線装置において、１次電子線は、マルチ電子ビームであることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１〜４いずれかに記載の電子線装置において、光軸を複数含み、１次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズで構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１】
試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、１次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装置において、
検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器を複数備え、
電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる電磁偏向器を備えている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、該装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２記載の電子線装置において、電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の２段の電磁レンズからなり、２段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の電子線装置において、１つのエリアセンサからの信号取り出しに要する時間をｔ１、露光時間をｔ２、電磁偏向器の整定時間をｔ３としたとき、単位検出器の個数が、ｔ１／（ｔ２＋ｔ３）に近似する個数に設定されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の電子線装置において、１次電子線は、マルチ電子ビームであることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１〜４いずれかに記載の電子線装置において、光軸を複数含み、１次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズで構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることを特徴とする電子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２６０９５７（Ｐ２００６−２６０９５７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７７１３６（Ｐ２００５−７７１３６）
【出願日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１７日（２００５．３．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]