JP2000040485A

JP2000040485A - 電子ビ―ム検査方法

Info

Publication number: JP2000040485A
Application number: JP11176781A
Authority: JP
Inventors: Dan Meisburger; ダン・メイスバーガー; Alan D Brodie; アラン・ディー・ブロディー; Curt Chadwick; カート・チャドウィック; Anil Desai; アニル・デサイ; Hans Dohse; ハンス・ドース; Dennis Emge; デニス・エンジ; John Green; ジョン・グリーン; Ralph Johnson; ラルフ・ジョンソン; Chris Kirk; クリス・カーク; Ming-Yie Ling; − イー・リンミン
Original assignee: KLA Instruments Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2000-02-08
Also published as: JPH05258703A; JP2004087483A; JP3148353B2; US5502306A; JP2001141677A; JP2004061504A; JP2003202307A

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ線マスクや同等の導電基板を荷電粒子を使用
して安価に且つ自動的に検査する方法を提供すること。【構成】基板の位置を測定することにより、荷電粒子ビ
ームを前記基板上に正確に位置付ける。測定された前記
基板の所望位置に前記荷電粒子ビームを偏向させる。基
板表面の前記所望位置を前記荷電粒子ビームでスキャン
する。その結果として、基板の上面と底面から生じる、
二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過荷電粒子の３
タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つの荷電粒子を
検出する。以上のステップにより、荷電粒子を用いて基
板を自動検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超小型電子回路の
作成に使用される種々の記述基板の自動検査に関し、特
にＸ線リソグラフィーに使用されるマスクの検査に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】適正な歩
留りを有する超小型電子回路の生産に必要な条件は、製
造プロセスで使用されるマスクに欠陥がないことであ
る。過去１２年間に多くのシステムが、光学マスクの自
動検査に対して開発され、特許されてきた。例えばU.S.
P.4,247,203 号及び4,805,123 号を参照して下さい。こ
れらのシステムでは、フォトマスク或いはレチクル上の
二つの隣接するダイ間を比較している。同様に、技術の
進展によってレティクル上のダイを検査するのにＣＡＤ
(Computer Aided Design)のデータベースとダイとを比
較することによって達成する方法がもたらされた。U.S.
P.4,926,487 を参照。しかしながら、Ｘ線マスクの欠陥
は可視或いは紫外スペクトルでは見えないので、この様
な光学システムは光学マスクに限定されている。更に光
学検査は、基本的な回折限界によりその解像度に限界が
あり、その回折限界によりもちろん光学リソグラフィー
も制限されている。位相シフトマスク技術を用いても、
光学リソグラフィー技術では0.35ミクロン以下の線幅は
達成できず、Ｘ線リソグラフィーを用いるとそれよりも
小さな線幅を達成できることが予想されている。

【０００３】Ｘ線マスクの検査として、走査型電子顕微
鏡技術が使用されることが期待されている。最近各会社
は従来の電子顕微鏡をＸ線マスク検査に使用することを
実験している。これらの実験において欠陥を検出するこ
とに成功しているが、従来の電子顕微鏡を用いると検査
に時間がかかり、かつ非常に高度の熟練したオペレータ
を必要とする。このような２つの観点からその様なシス
テムを半導体製造に使用することは実際的でない。

【０００４】本発明は、上記の課題を解決することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
には、荷電粒子を用いて基板の検査を自動的に行う方法
が開示されていて、その方法は、前記基板の位置を測定
して、基板上に荷電粒子を正確に位置付けるステップ
と、前記基板の望ましい位置に荷電粒子を偏向せしめる
ステップと、前記基板の表面の前記望ましい位置を前記
荷電粒子でスキャンするステップと、前記基板の上面
或いは底面から発生する３種類の荷電粒子、即ち二次荷
電粒子、後方散乱荷電粒子または透過荷電粒子のうちの
少なくとも一つを検出するステップと、を含む。

【０００６】

【作用及び発明の効果】本発明は、製造現場のＸ線マス
クや同様な導電基板を自動的に検査する荷電粒子ビーム
を用いた経済的に実現できる検査システムを提供する。
以下の説明では電子ビームが使用されるが、同様の技術
が他のタイプの荷電粒子ビームに適用でき、したがって
以下に示される電子ビームだけに限定されるものではな
い。本発明は、Ｘ線マスク、電子ビーム近接マスクやス
テンシルマスクの検査に対して有用に使用されるが、こ
こに開示される技術は任意の導電物質の高速電子ビーム
イメージングに適用可能であり、更にマスクやウェハー
の製造でフォトレジストを露光するための電子ビーム書
込みに対しても有用である。

【０００７】現在の走査型電子顕微鏡は、非常に遅いス
キャンスピードを有し且つ通常の技能を越えたオペレー
ターの技能を必要とするので、経済的に実行可能な要求
を満たすことはできない。

【０００８】本発明の新規な特徴は、種々のタイプの欠
陥を検出できるとともに、それらの欠陥を区別できる能
力である。散乱電子、透過電子や二次電子を同時に検出
でき且つそれらを区別できる本発明によれば、欠陥を即
座に分類できる。例えば、Ｘ線マスク上の伝達検出器の
みにより検出される欠陥は、たぶん吸収物質によって存
在しないものとなる。二次電子検出器によっては検出さ
れるが後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は大部
分有機粒子であり、後方散乱電子検出器により検出され
る欠陥は大きい原子量を有する汚染物質である。Ｘ線マ
スク上の有機汚染物質のようなある種の欠陥はウェハー
上にプリントされないので、種々のタイプの欠陥を区別
できる能力は本発明の重要な利点である。この様に本発
明によれば、欠陥を検出できるだけでなく、それらの欠
陥を区別できる。

【０００９】このシステムは、半導体製造に適した多く
の技術を使用する。汚染物質が掻き回されるのを防止す
るために、真空排気スピードと真空から常圧に戻す加圧
スピードが制限され、気体の流れが層流の状態に保たれ
る。時間を節約するために、これらの動作は他のサンプ
ルのスキャンと同時になされる。生産的でない時間を更
に減じるために、６個の場発生源がタレット上に設けて
ある。最後に、通常オペレーターにより操作される電子
ビームの主な調整は、コンピュータによりなされ、比較
的技能の低い者でもシステムを使用できる。

【００１０】

【実施例】図１には本発明の検査システム１０の全体の
ブロック図が示されている。システム１０では、Ｘ線マ
スクや他の導電基板の自動検査装置が示されていて、そ
のセンサーとして走査型電子顕微鏡が使用されている。

【００１１】この検査システムは２つの動作モード、即
ちダイ・ダイとダイ・データベースとを有している。両
方のモードにおいて、欠陥は、マスクをスキャンするこ
とにより導かれる電子ビーム像を基準と比較することに
より検出される。ダイ・ダイ検査では、同じマスクの２
つのダイからの信号が互いに比較され、一方ダイ・デー
タベース検査では、電子顕微鏡から導かれる一つのダイ
からの信号が、ダイを作るのに使用されたデータベース
からの信号と比較される。

【００１２】検査されるマスク５７はホルダーに保持さ
れ、そのホルダーはマスクハンドラー３４によってｘ−
ｙステージ２４上の電子ビームコラム２０の下に自動的
に位置付けられる。これはシステムコンピュータ３６に
よってマスクハンドラー３４に命令を送ることによって
達成され、マスク５７上のフラットやノッチ５９（図２
及び３を参照）を自動的に検出してハンドラー３４でマ
スク５７を適切に方向付けながら対象マスク５７をカセ
ットから取り出す。マスクはそれからコラム２０にロー
ド（装填）される。次に、オペレーターは光学アライメ
ント系２２を通してマスクを直接観察しつつ、マスク上
の位置合わせ点を探し且つ確認（オペレータはマスク上
のある特徴あるパターンを使用してこの作業をして良
い。）する。これによって、ステージのｘ方向への移動
がマスク上の検査領域のｘ軸と実質的に平行になってい
るのを見届ける。即ちマスク上ではこの様にして求めら
れた領域が検査対象領域になる。これで粗いアライメン
ト（位置合わせ作業）が終わる。

【００１３】オペレータは続けて最終のアライメントを
行う。オペレーターは電子ビームにてマスクをスキャン
（走査）し、画像ディスプレイ４６に現れる像を観察す
る。それからすべての位置合わせ関連データをアライメ
ントコンピュータ２１に保存する。このコンピュータ
は、システムコンピュータ３６と協調して作動し、ｘ軸
とｙ軸に沿った実際の総合的なあるべきｘ、ｙ動作を計
算する。これによってこの先オペレーターの位置合わせ
作業は同一マスクに関しては一切不要になる。マスクの
位置整合が正しくとれた時点で検査工程の初期条件は整
ったことになる。

【００１４】コラム２０とその光学アライメントシステ
ム２２、アナログ偏向回路３０と検出器３２は、以下に
詳細に説明されるように、電子ビームをマスク５７に入
射させ、二次電子、後方散乱電子及びマスク５７を透過
する電子を検出する。上記作業の展開とデータの収集
は、勿論コラム制御コンピュータ４２、ビデオフレーム
バッファ４４、画像捕獲（アクイジション）前置プロセ
ッサ４８、偏向コントローラ５０、メモリブロック５２
の支援があって初めてなされるのである。ＶＭＥバス、
即ちＶＭＥ１，２９はサブシステム間の通信リンクとし
て機能する。

【００１５】マスク５７の検査期間におけるステージ２
４の位置と移動は、偏向コントローラ５０、メモリブロ
ック５２とアライメントコンピュータ２１の制御のもと
で、ステージサーボ２６と干渉計２８とによって制御さ
れる。

【００１６】比較モードがダイ・データベースである場
合には、メモリブロック５２と通信しているデータベー
スアダプター５４は、期待されたダイフォーマットと等
価である信号源として使用される。

【００１７】実際の欠陥処理は、ポストプロセッサ５８
と結合している欠陥プロセッサ５６によって、メモリブ
ロック５２のデータに基づきなされる。ポストプロセッ
サ５８と欠陥プロセッサ５６間の通信は、バスＶＭＥ２
３１を介してなされる。

【００１８】全体のシステムの動作は、イーサネットバ
ス(Ethernet bus)に類似しているデータバス２３を介し
て他のブロックと通信を行いながら、システムコンピュ
ータ３６、ユーザキーボード４０とコンピュータディス
プレイ３８によってなされる。エザーネットはゼロック
ス会社の商標である。

【００１９】次に、図２にはダイ・データベースモード
での検査を行う本発明のスキャンパターンが示されてい
る。ここではマスク５７上に一つのダイ６４が示されて
いる。ダイ６４内には検査すべき関心領域６５或いは重
要領域が存在する。この領域はマスク５７上に重要な情
報が記録されている領域である。ダイ６４の検査をして
いるときに、ｘ軸方向のスキャン移動は移動ステージ２
４によりなされ、ｙ軸方向の移動は図示されたスオーシ
ュ（刈り幅）６０と同じ広さを有する各スオーシュ内に
電子ビームを偏向することによりなされる。検査スオー
シュがダイ６４の右側に達すると、ステージ２４は全体
のスオーシュ幅以下でｙ方向に移動される。マスク５７
のｘ−ｙ座標系はステージ２４とコラム２０のｘ−ｙ座
標系に正確に一致しないので、ステージ２４の実際の移
動とコラム２０のビーム偏向は、それぞれ、ダイ６４の
スキャンの間にｘとｙ成分をもつ。

【００２０】関心領域６５を十分に検査するために、検
査はパターン６２を前後に移動して行われる。パターン
６２によって示される各軌道は、図示されたスオーシュ
６０の幅を有する隣接スオーシュとわずかに重なるスオ
ーシュである。

【００２１】ダイ・データベースモードでは、各スオー
シュに対応する信号が、完璧ダイの対応するスオーシュ
に対するデータベースアダプター５４からのシミュレー
ションされた信号と比較される。この処理は、次のダイ
が検査される前に検査すべき関心領域６５の各スオーシ
ュに対して繰り返される。

【００２２】図３はダイ・ダイ検査のスキャンパターン
を示していて、マスク５７は左から右にダイ６８、７
０、６６を有している。この検査モードでは、図２に示
されたものと同様に、前後に移動されるスキャンパター
ン６３が使用されている。しかし、検査モードはダイ・
ダイモードであるので、ステージ２４は、３個のダイが
各スオーシュに沿ってｘ軸方向に移動されるまでｙ方向
には進行されない。

【００２３】このモードでは、ダイ６８の第１パス（行
程）のデータはダイ７０の第１パスのデータと比較する
ためにメモリブロック５２にストアされる。ダイ６８と
ダイ７０とが比較されている同じときに、ダイ７０のデ
ータは、ダイ６６の第１パスからのデータと比較するた
めにメモリブロック５２にストアされる。次に第２のパ
スへ進む、即ちリターンすると、パスの順序は逆にな
り、ダイ６６の第２のパスからのデータはダイ７０から
のデータと比較するためにストアされ、ダイ７０からの
データはダイ６８の第２のパスからのデータと比較する
ためにストアされる。この検査と比較のパターンは、マ
スク５７の関心領域の全てを検査するに必要な回数ほど
繰り返される。

【００２４】より詳細には、ダイ・ダイモードを使用し
て、電子ビームがダイ６８と７０のスオーシュをスキャ
ンすると、３種類の検出器からの信号３３が取得前置プ
ロセッサ４８に送られ、メモリブロック５２にストアす
るためにデジタル信号に変換される。ダイ６８、７０か
らのデータが欠陥プロセッサ５６に同時に送られると、
２つのデータ間の重要な不一致が欠陥として指定され
る。次に欠陥プロセッサ５６からの欠陥データを蓄積し
てポストプロセッサ５３に送られ統合される。ポストプ
ロセッサは、欠陥のサイズや種々の特性を決定し、その
情報をシステムコンピュータ３６がバス２３を介して利
用可能な状態にする。

【００２５】ダイ・データベース検査モードでは、シス
テム１０は上記と同様に動作するが、メモリブロック５
２が一つのダイからのデータを受信する点、欠陥プロセ
ッサ５６での比較のための参照データがデータベースア
ダプター５４によって提供される点が異なっている。

【００２６】全てのマスクが検査されると、欠陥のリス
トと共にその位置がコンピュータディスプレイ３８に表
示され、オペレーターはキーボード４０によって欠陥見
直しを開始できる。この命令に応答して、システム１０
は各欠陥の周囲をスキャンし、オペレーター用にその像
をディスプレイ４６上に表示する。

【００２７】スキャン光学あるキー要素とコラム２０の特別な設計によって、殆ど
１００倍以上の画像形成スピードが達成される。高速の
画像形成スピードを達成する際にまず真っ先に必要な条
件は、より高いビーム電流である。というのはＳ／Ｎ比
を考慮することが画像形成スピードにおける基本的制限
であるからである。本発明では、高輝度の熱放射場源
が、鋭角の非常に高いビーム強度と非常に高いビーム電
流を生成するのに使用されている。しかし、電子電流が
高いとクーロン相互反発作用が発生する。このことを解
決するために、高電場はカソードの近傍に形成され、ビ
ーム系がまた急速に拡大される。コラムの設計には、そ
の領域における電荷密度を上昇させる電子のクロスオー
バーがないようにし、クーロン反発作用問題を少なくす
るために大きな開口数が使用されている。

【００２８】マスクを高速度、例えば１００メガピクセ
ルでスキャンするための要求に対して、検出器は、二つ
の連続するスキャンピクセルからの二次（リターン）電
子を一時的に分離することができる。このことは、各ピ
クセルのドウェル時間に比較して、到着時間があまり広
がっていないことが要求されていることを意味する。各
ピクセルでの到着時間の広がりを少なくするために、電
子はターゲットを離れた後にすぐに加速される。検出器
での到着時間の広がりは結果として約１ナノ秒に維持さ
れる。到着時間の広がりを更に少なくするために、逆バ
イアスされた高周波ショットキーバリア検出器が、検出
されるべき各タイプの電子に対して用いられる。このシ
ョットキー検出器は単に例として示されたのであって、
使用可能な他のタイプの半導体検出器を使用してもよ
い。

【００２９】電子光学電子光学サブシステムは、走査型電子顕微鏡に機能的に
は似ている。それには、スキャン電子ビームプローブ
と、マスク表面の像形成に必要な二次電子、透過電子と
後方散乱電子検出素子が設けられている。検査の間、電
子ビームはある方向にスキャンされ、一方ステージはそ
れに直角な方向に移動される。低電圧の二次電子、高エ
ネルギーの透過電子或いは後方散乱電子のいずれかがビ
デオ信号を生成するために使用され、その信号はデジタ
ル化されて長短スオーシュ像の形でストアされる。高解
像度の自動化された欠陥検出への応用がユニークである
ばかりでなく、この光学システムの新規な点は、検査に
必要な解像度で高速かつ低ノイズの像を得るのに使用さ
れている新規な技術と従来の技術とを組み合わせている
点である。

【００３０】ビームは、典型的には、非常に高速な５マ
イクロ秒周期ののこぎり波掃引を使用して、５１２ピク
セル（１８−１００μｍ幅）のフィールドをスキャンす
る。偏向は歪みを発生することはなく、表面にほぼ垂直
であり、従って画像特性はスキャンフィールドで一様で
ある。

【００３１】検出は効果的に行われ、プローブ中の各電
子により発生される二次電子の大部分が像形成に使用さ
れる。検出システムのバンド幅は、短い走行時間効果に
よりピクセルレイトに匹敵している。二次電子は共軸で
抽出されるので、エッジがマスク上でどのような方向を
向いていようとも、エッジ形状の正確な画像が得られ
る。

【００３２】図４は、光学システムの要素と、その機能
を理解するために必要な関連するある電源を示してい
る。電子銃は、熱放射場カソード８１、放射制御電極８
３とアノードアパーチャを有するアノード８５とからな
る。カソード８１は、電源９９によって−２０ＫｅＶの
ビーム電圧に保持されている。カソード８１の表面の電
界強度に依存するエミッション電流は、カソード８１の
電圧に関して負であるバイアス供給源９１に接続された
電極８３の電圧によってコントロールされている。カソ
ード８１は電流源９３によって加熱される。カソード８
１の近くの磁気コンデンサレンズ９５は電子ビームをコ
リメートするために使用される。上部の偏向システム９
７は、アラインメント（位置整合）、スチグメーション
（無非点収差）及びブランキングのために使用される。
この光学系には更に、数個のホールからなるビーム制限
アパーチャ９９が設けられている。ビーム１００は一対
の静電気プレレンズ偏向器１０１、１０３によって偏向
され、ビームは対物レンズ１０４上の点の回りに収束さ
れる。対物レンズ１０４は下部極片１０６、中間電極１
０７と上部極片１０５とからなる。ビームは結局、マス
ク５７上を中心に遠隔操作されてスキャンされる。殆ど
平行なビームが対物レンズ１０４によって再度収束さ
れ、マスク５７を照らす1x倍に拡大された像を形成す
る。

【００３３】二次電子イメージモードでは、二次電子が
対物レンズ１０４を通って上の方に取り出される。ステ
ージ２４、マスク５７と下部のレンズ極片１０６は電源
１１１によって数百ボルトの負の電位にフローティング
されていて、その結果二次電子は偏向器１１２と１１３
を通る前にこのエネルギーに加速される。中間電極１０
７は、電源１１５によってステージに関して正にバイア
スされていて、マスクを離れるとすぐ電子を加速し、基
板の欠陥領域から発生する二次電子を効率よく集める目
的で使用される。フローティングステージ２４と中間電
極１０７の組み合わせにより、二次電子検出器１１７へ
の電子走行時間のムラが実質的に除去される。二次電子
はレンズ１０４を通って再び後方に戻るので、帰還二次
電子はウイーンフィルタとして機能する偏向器１１３、
１１２によって検出器１１７の方に偏向される。ここ
で、リターンビームは検出器１１７のアノード１１８に
接続された電源１１９により高エネルギー状態に再加速
され、二次電子を増幅に充分なエネルギーレベルでショ
ットキーバリア固体検出器１１７に衝突させる。検出器
ダイオード１１７は電源１２１により逆バイアスされて
いる。検出器ダイオード１１７からの増幅信号は前置増
幅器１２２に送られ、そこからビデオ取得前置プロセッ
サ４８と関連する電子回路とに、図１の信号３３の二次
電子コンポーネントである高電圧絶縁ファイバ光学リン
ク１２５を介して送られる。

【００３４】部分的に透明な基板の検査を可能とするた
めに、透過電子検出器１２９がステージ２４の下に設け
られている。透過電子はマスク５７を高エネルギーで通
過し、再加速を必要としない。上部素子１２３、中央素
子１２４と下部素子１２７とからなる透過静電レンズ
が、透過電子ビームをショットキーバリア固体検出器１
２９による検出に適した径に広げるために使用される。
電極１２３はステージ２４と同じ電位に保持され、一方
電極１２４は電源１１４により０から−３ＫＶに保持さ
れる。透過電子検出器１２９からの信号は増幅器１３３
により増幅され、図１の信号３３の透過電子コンポネン
トであるファイバ光学リンク１３５により伝送される。

【００３５】光学システムはまた、一次電子とほぼ同じ
エネルギーレベルで基板表面を離れる後方散乱電子の収
集を可能とするように設計されている。後方散乱電子検
出器１６０は、一次電子がそれを通過できるホールを有
している点を除いて検出器１１７に類似したショットキ
ーバリアダイオード検出器である。後方散乱信号は前置
増幅器１６２により増幅され、また前置プロセッサ４８
に送られる。

【００３６】図５は、コラム２０内及びマスク５７の下
の種々の電子ビーム通路（パス）の概略図である。電子
はフィールドエミッションカソード８１から径方向に放
射され、非常に小さな輝点源から発生したように見え
る。加速場とコンデンサレンズの磁場との結合した作用
の基で、ビームは平行ビームにコリメートされる。ガン
アノードアパーチャ８７は使用できない角度で放射され
た電子を阻止し、一方残りのビームはビーム制限アパー
チャ９９に入射する。図４の上部偏向器９７は最終のビ
ームが丸くなり、図４の素子１０５、１０６、１０７か
らなる対物レンズの中心を通ることを保証するためにス
チグメーションとアライメント用に使用される。図４の
コンデンサレンズ９５の中心は、カソード８１と制限ア
パーチャ９９により規定された軸に機械的に一致してい
る。偏向作用により、電子は示されたパスを通り、その
結果スキャンされ収束されたプローブ、即ち基板の衝突
点のビームは対物レンズ１０４から出てくる。

【００３７】スキャンビーム１００の径とその電流は、
数個のファクターにより決定される。放射源からの角エ
ミッション（1.0mA/ステラジアン）と、最終アパーチャ
９９により規定されるアパーチャ角は、ビーム電流を決
定する。プローブ径は両レンズの収差によって決定さ
れ、両レンズは球面収差と色収差を小さくするために高
励起（フィールド幅／焦点距離）に対して設計されてい
る。ビームの相互作用効果（個々のビーム電子間の反発
による統計的ぼけ）は、マスク５７上のプローブサイズ
の半分を占めるこのような高電流システムにおいて重要
である。これらの効果は、中間的クロスオーバーを避
け、４０cmの短いビームパスを使用し、電子源及びマス
ク５７において比較的大きな半角のレンズを使用するこ
とにより小さくできる。所定のビームスポットを得るた
めに、アパーチャ径は、最大可能電流を供給しながらこ
れらの効果をバランスさせるように選択される。ビーム
源からのビームを拡大したり或いは縮小したりするため
にレンズ強度を変化させることは可能であるが、この様
なシステムでは、スポットサイズがアパーチャを使用し
てまず調整される。

【００３８】図４のウイーンフィルタ偏向器１１３は、
高エネルギーのスキャンビーム１００に殆ど影響を与え
ないで、約１００ｅＶの二次電子ビーム１６７を偏向す
る。ウイーンフィルタは、静電的８極偏向器１１２と４
極磁気偏向器１１３からなり、互いに直角に電場と磁場
をクロスするように配置されている。帰還二次電子は両
方の場によって側方に偏向される。しかしながら、一次
スキャン電子１００は反対方向に移動しているので、ウ
イーンフィルタが二次ビーム１６７を広角に偏向して
も、ウイーンフィルタが一次スキャンビーム１００に力
を及ぼさないようにこれらの場の強度を選択しなければ
ならない。ウイーンフィルタと呼ばれているものは共軸
抽出に対して効果的に使用される。二次電子偏向器１１
７のアノード１１８は、再加速の間にビーム１６７が固
体検出器１１７のコレクタに集められ収束されるような
形状をしている。

【００３９】図５には、検出される透過電子と後方散乱
電子のパスが示されている。後方散乱電子を検出するた
めに、ウイーンフィルタ１１２、１１３のみがオフさ
れ、従って、これらの電子は同じパスを通ってシステム
の上方に進み、環状の後方散乱検出器１６０へ至る。透
過電子は、マスク５７と図４の電極システム１２３、１
２４を通過し、透過電子検出器１２９の表面を満たすよ
うに広がった後、高エネルギーで検出器１２９に衝突す
る。

【００４０】図６に示すように、制限されたカソード寿
命に対する電子銃の寄与を少なくするために、電子銃構
造は高電圧に浮いている６角形の回転タレット１３７上
に設けられた６個のカソード／制御電極構成を含んでい
る。各構成はアノード８７上の位置に回転され、図４の
適当な電源９１、９３と電気的接触を保ちながらその位
置にロックされる。

【００４１】図４の前置レンズ偏向器１０１、１０３か
らなる静電的偏向システムは、高スピードの鋸波偏向電
圧によって駆動される非常に均一な場を必要とする。そ
の構造は、モノリシックなセラミック／メタル構成であ
り、エッチングされて２０個の偏向プレートを形成して
いる。４個のドライバが各２つのステージに対して必要
であって、ステージ２４とマスク５７の座標システムと
マッチするように回転されるスキャンを達成する。

【００４２】自動チューニングとセットアップが、オペ
レーターの操作を簡略化するために設けられている。レ
ンズと偏向／スチグメーション素子と全ての高電圧制御
源はＤＡＣ制御の下にあり、図１のようにコラム制御コ
ンピュータ４２にインターフェースされている。種々の
場合に、特定の機能に対する偏向比と静電プレート電圧
を調整するルーチンは、コラム制御コンピュータ４２に
内在していて、ガン制御とセットアップは、定格値に基
づいていて、エミッション電流、アパーチャ電流と電源
設定にたいするＡ／Ｄフィードバックを使用して適用可
能なルーチンによって変更される。

【００４３】ビームをセンターに位置付けるには、レン
ズ電流が変化したときに偏向を除去する他の公知のルー
チンに基づいてなされる。これらの操作は、２軸フレー
ムスキャン機能によってイメージされる特定のテストサ
ンプルを使用していて、それらはアラインメントと検査
に必要な画像分析能力を利用する。焦点はマスクの高さ
の変化を補償するために自動的に維持され、一方スチグ
メイションが検査の前になされる。これらのルーチン
は、取得前置プロセッサ４８とそれに関連した電子回路
を使用した、画像のコントラストと調和内容の解析に基
づいている。

【００４４】本発明では、光学系の定格動作状態は２０
ＫｅＶのビームエネルギーを使用し、ビーム電流とスポ
ットサイズの関係は、0.05μｍでの300nA から0.2 μｍ
での1,000nA まで変化する。スキャンスピードは、100
メガピクセル／秒で画像形成される５１２ピクセルスキ
ャンフィールドを使用して５マイクロ秒である。検出器
１１７のダイオード電流増幅率は、５ＫｅＶでの約１０
００から２０ＫｅＶでの５０００である。全体のシステ
ムは、0.05μｍスポットを使用する100 メガピクセル／
秒で約１４％のエッジコントラスト以上のサンプルに対
してこの動作状態領域以上を達成する。取得電子回路
は、１以上のスキャンラインを集積化するために設けら
れ、低バンドで記録されるべき低コントラストの像と高
解像度の像が得られる。

【００４５】欠陥プロセッサダイ・ダイ検査の場合には、欠陥プロセッサ５６の機能
は、ダイ６８から導出された画像データをダイ７０から
導出された画像データと比較することであり、ダイ・デ
ータベース検査の場合には、ダイ６４から導出された画
像データをデータベースアダプター５４から得られるデ
ータと比較することである。欠陥プロセッサ５６のルー
チンと基本的構成は、米国特許第4,644,172 号に開示さ
れた欠陥プロセッサと略同じである。米国特許第4,644,
172 号は、１９８７年２月１７日に発行され、本出願の
出願人に譲渡された、サンドランド等による”自動ウェ
ファ検査システムの電子制御”であり、欠陥を決定する
のに３つのパラメータを使用している。一方、本発明の
４つのパラメータを使用している。

【００４６】ダイ・ダイ検査或いはダイ・データベース
検査のどちらも、メモリブロック５２から全てのデータ
を得ていて、そのデータは各検出器に対してピクセル当
たり６ビットの形式を使用している。欠陥プロセッサ５
６では、下記の４つのパラメータが２入力の各検出器の
各ピクセルに対して決定される。

【００４７】ａ．Ｉ：ピクセルのグレイスケール値ｂ．Ｇ：グレイスケールピクセルの傾きの絶対値ｃ．Ｐ：グレイスケール値の傾きの位相又は向きｄ．Ｃ：局所的傾き関数の輪郭の曲率グレイスケール値は、特定のピクセルに対するメモリブ
ロック５２の単なる値である。傾きの大きさと傾きの方
向は、まずｘとｙの通常の演算子成分を計算して得られ
る。

【００４８】

【数１】

【００４９】従って傾きの大きさは［（Ｓ_x）²＋（Ｓ
_y）²］^1/2であり、方向は tan^-1（Ｓ_x／Ｓ_y）であ
る。

【００５０】曲率は以下のように定義される。

【００５１】

【数２】

【００５２】ここで、係数ａ_ijは状況に依存して選択さ
れるパラメータの組であり、Ｒ_ijは以下のように定義さ
れる

【数３】

【００５３】ここで、Ｉ_ijは、画像のｉ番目の列とｊ番
目の行におけるピクセルのグレイスケール値であり、ａ
_ijとｂ_klは経験的に得られるパラメータである。

【００５４】好ましい実施例における代表値は以下の通
りである。

【００５５】

【数４】

【００５６】上述した方法で、量Ｉ，Ｇ，Ｐ，Ｃは画像
の各ピクセルに対して定められる。ダイ６８の所定のピ
クセルＡに対して、これらのパラメータはダイ７０の対
応するピクセルＢのパラメータと比較され、更にピクセ
ルＢに隣接する８個のピクセルのパラメータと比較され
る。もしもピクセルＢに隣接する各ピクセルに対して、
少なくとも一つのパラメータがピクセルＡの同じパラメ
ータと所定の許容誤差以上の値だけ相違していると、ピ
クセルＢは２つのダイの欠陥と見做される。

【００５７】同様にして、ダイ７０の各ピクセルのパラ
メータはダイ６８の対応する隣接ピクセルのパラメータ
と比較され、その結果適当なピクセルが欠陥を有してい
ると見做される。

【００５８】このアルゴリズムの物理的実行は、上述の
米国特許第4,644,172 号に開示されたパイプラインロジ
ックでなされる。行列演算は、100 メガピクセル／秒の
速度で欠陥データを計算できるパイプライン計算システ
ムに接続されたApplicationSpecific Integrated Circu
it (ASIC)で実行される。

【００５９】偏向器コントローラダイ・ダイモードでは、偏向器コントローラ５０の機能
は、ダイ６８の各スオーシュ６０内の等距離グリッド点
に電子ビーム１００を位置付けることである。この結
果、検出器１２９、１６０、１１７の出力は、ダイ７０
の対応する位置における同じ検出器の出力と比較され
る。同様に、ダイ・データベースモードでは、データベ
ースアダプター５４から得られるシミュレートされた画
像は、ダイからの検出器１１７の出力と比較される。偏
向器コントローラ５０は、図７と以下の説明に示される
ように、ステージ２４と電子ビーム１００の位置を制御
してこれを実行する。

【００６０】スオーシュにおける第１のダイ１をスキャ
ンする場合には、アライメントコンピュータ２１の出力
はゼロに設定される。というのは、第１のダイの第１の
スオーシュをスキャンする期間には、ミスアライメント
は存在しないからである。従って、この期間に、偏向器
コントローラ５０はコラムコンピュータ４２からのみ命
令を受ける。これらの命令と、ｘ，ｙ干渉計２８から得
る位置データに基づいて、偏向器コントローラ５０は、
ステージ２４の望ましい移動を計算し、その対応する信
号をステージサーボ２６に送ってステージ２４を移動さ
せる。偏向器コントローラ５０は、同様にしてビーム１
００の所望の偏向を計算し、これらのデータをアナログ
偏向器回路３０に送る。ステージ２４が移動すると、そ
の位置はｘ−ｙ干渉計２８によって定常的にモニタさ
れ、所望のステージ位置からの不一致が決定され、偏向
器コントローラ５０によりステージサーボドライブ２６
に帰還される誤差信号を生成するのに使用される。ステ
ージ２４の高慣性のため、これらの誤差信号はステージ
位置の高周波誤差を修正することはできない。ｘ，ｙ方
向の高周波誤差は、偏向器コントローラ５０により計算
される電子ビーム１００の偏向によって修正される。偏
向器コントローラ５０はこれらの信号をデジタル形式で
アナログ偏向回路３０に送る。

【００６１】ビーム１００がダイ６８をスキャンすると
き、グレイスケール値はメモリブロック５２にストアさ
れている。電子ビーム１００がダイ７０をスキャンし始
めるとすぐに、これらの値はまたメモリブロック５２に
ストアされ、すぐにまた欠陥プロセッサ５６とアライメ
ントコンピュータ２１に送られる。アライメントコンピ
ュータ２１では、ダイ６８とダイ７０からの２つのデー
タは、アライメント（位置整合）のために比較される。
もしも位置整合していない場合には、位置整合修正信号
が発生され偏向器コントローラ５０に送られる。この位
置整合信号はバーニア調整（微調整）として使用され、
マスク５７の調整位置にビーム１００を位置付ける。

【００６２】ダイ・データベースモードでは、偏向器コ
ントローラ５０は、ダイ・ダイモードでの機能とほぼ同
様に働くが、データベースアダプター５４の出力がスオ
ーシュの第１のダイから得られる入力画像に置き代わる
点が相違している。

【００６３】偏向器コントローラ５０はまた、ステージ
２４の動き、スピードと方向と共に電子ビーム偏向のパ
ラメータを計算し規定する。

【００６４】アライメントコンピュータアライメントコンピュータの機能は、グレイスケール値
の形式で２つのデジタル画像を受けて、ピクセル距離の
ずれの形式で、画像間の位置整合からのずれを決定する
ことである。これらのアライメント計算の好ましい実施
例は、米国特許第4,805,123 号に開示されている。この
米国特許は１９８９年２月１４日に発行され、本願と同
じ譲受人に譲渡されていて、Specht等による”Automati
c Photomask and Reticle Inspection Method and Appa
ratus Including Improved Defect Detector and Sub-S
ystem"である。この好ましい実施例では、位置整合修正
信号５１は全体の関心領域に亘って連続的に計算され
る。または、マスク５７上の少数の特定特徴点を選択
し、これらの特徴点でのみ位置整合のずれを計算しても
よい。この場合、スキャンプロセスでアライメントは急
速には変化しないと仮定している。後者の場合には、フ
ォースコンピュータ会社(Force Computer, Inc.)のモデ
ルCPU 30ZBE のような単一ボードコンピュータが位置整
合（アライメント）計算を実行するために使用される。

【００６５】アナログ偏向アナログ偏向回路３０は、図４の２０極プレート１０
１、１０３に対してアナログランプ機能を発生する。こ
のサブシステムの動作は図９に示されている。偏向コン
トローラ５０からのデジタル信号はスロープＤＡＣ２３
０によりアナログ電圧に変換され、その出力はランプ発
生器２３２に導かれる。ランプの振幅はＤＡＣ２３４を
使用して可変にでき、一方オフセットはＤＡＣ２３６に
よりコントロールされる。サンプルホールド回路２３
８、２４０は、それぞれ、ランプのスターととエンドを
規定するために使用される。高電圧で低ノイズのドライ
バが波形を増幅し、ダイナミックレンジが±180Vのラン
プを発生する。このランプは偏向器プレート１０１、１
０３に印加される。

【００６６】メモリブロックメモリブロック５２は３個の同一なモジュールからな
り、各モジュールは偏向器１１７、１２９、１６０の各
タイプの異なる一つに対応している。図１０に示すよう
に、概念的にメモリブロック５２の各モジュールは２つ
の先入れ先出方式（ファイフォ First In - First Ou
t) メモリからなる。第１のファイフォはダイ６８から
得られる全体のスオーシュの各検出器に対応したグレイ
スケール値をストアし、一方、第２のファイフォはより
短くて、ダイ７０の数スキャンにのみ対応した各検出器
に対するグレイスケール値をストアする。これら２つの
ファイフォからの出力は欠陥プロセッサ５６とアライメ
ントコンピュータ２１に送られる。各ファイフォは１０
０MHz の速度で動作し、検出器当り８ビットで各ピクセ
ルのグレイスケール値をストアする。

【００６７】メモリは、その入力レジスタ３０２に、各
種検出器に対する取得プリプロセッサ４８から並列に送
られてくる８バイトを受け取る。シフトレジスタのよう
に働く入力レジスタ３０２は、入力レジスタの８セクシ
ョンが一杯になるまで、８バイトを右にシフトし、そし
て他の８バイトを受けとる。入力レジスタの８セクショ
ンが一杯になると、６４バイトがメモリ３０３にクロッ
クで送られる。

【００６８】これを実行するのはＤＲＡＭ３０３であ
る。通常１２８メガバイトがシステムに使用される。

【００６９】画像捕獲（アクイジション）前置プロセッ
サ画像捕獲前置プリプロセッサ４８は、各検出器１１７、
１６０、１２９からのアナログ信号を変換し、これらを
１００MHz の速度で８ビット値にデジタル化し、メモリ
ブロック５２に蓄積するために出力信号をリフォーマッ
トする。

【００７０】画像捕獲前置プロセッサ４８は３個の同一
のモジュールからなり、その内の一つが図１１に示され
ている。各モジュールは対応する検出器からの出力を受
けとり、その出力をＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）９により８
ビットにデジタル化し、それを多重スキャンインテグレ
ーター１１に送る。多重スキャンインテグレータ１１の
目的は、ノイズを減少させるために同じピクセルからの
グレイスケール値を平均化することである。この様な状
況下において、ピクセルは再びスキャンされ、例えば数
回再びサンプル化される。その得られた結果はそのピク
セルの平均値である。この値はシフトレジスタ１３に送
られる。そのシフトレジスタ１３は、メモリブロック５
２に８バイトを並列に送る前にその８バイトをシリーズ
に受けとる。

【００７１】干渉計ステージ２４のｘとｙの位置は、Teletrac TIPS V のよ
うなｘ−ｙ干渉計２８によってモニタされる。その位置
は２８ビットに規定され、最下位ビットは約2.5 ナノメ
ータに対応する。

【００７２】システムコンピュータシステム１０の全体の制御はシステムコンピュータ３６
によってなされ、システムコンピュータ３６によりハウ
スキーピングタスクを含めて種々のステップシーケンス
が順序だってなされる。シーケンスの各イベントはプロ
グラムされた時間に達成され、コンピュータ３６のスル
ープットを最大にするために多数のコンフリクトしない
シーケンスが同時になされる。

【００７３】コンピュータ３６により達成されるルーチ
ンは、システムとユーザとの相互通信が、関連したマウ
スやトラックボールポインティング装置を有するキーボ
ード４０か或いはリモートコンピュータでのデータ通信
によりなされるように設計されている。ローカル通信に
対しては、コンピュータディスプレイ３８がシステムコ
ンピュータ３６からのグラフィックやテキストを表示す
る。

【００７４】システムコンピュータ３６のルーチンは、
４つの通信タスクに組織化されている。

【００７５】１．コラムコントロールコンピュータ４
２、ポストプロセッサ５８、マスクハンドラー３４との
全ての通信がなされるマスタータスク。このタスクはま
た、レンズセッティング、真空圧、ビーム電流等のマシ
ーン動作パラメータを記録しているシステムコンピュー
タ上のファイルを保持している。

【００７６】２．コンピュータディスプレイ３８上のデ
ィスプレイを管理し、キーボード４０とマウス入力を扱
うユーザインターフェースタスク。このタスクは、デー
タファイルを変更したり、アクションを開始するために
メッセージをシステムの他の部分に送ることによって、
ユーザキーボード４０とマウス入力に応答する。

【００７７】３．マスタタスクを介してコラムコントロ
ールコンピュータ４２へ画像取得スオーシュの記述を送
る検査タスク。

【００７８】４．キーボード４０からのコマンド入力を
受入れ可能なコマンド言語解釈タスク。このタスクはま
た、繰返し動作の自動スケジュールを可能とするタイマ
ーを管理する。更に、このタスクは、全てのマシーン動
作とその動作が生じる時間とを記述しているテキストロ
グファイルを生成しかつ更新する。このタスクは通常サ
ービスエンジニアによるマシーン制御にのみ使用され
る。

【００７９】システムコンピュータの例として、UNIX
オペレーティングシステムのもとでランする Sun Micro
systems SPARC プロセッサがある。UNIXは、AT&Tの登録
商標である。

【００８０】コラムコントロールコンピュータコラムコントロールコンピュータ４２は、オートフォー
カスコンピュータ、真空コントロールコンピュータと偏
向指令コンピュータからなる。オートフォーカスコンピ
ュータの機能と実行は、本願の標題“オートフォーカス
システム”の節で説明され、真空システムについては、
標題“真空システム”の節でなされる。

【００８１】コラムコントロールコンピュータ４２は、
システムコンピュータ３６から指令を受ける。

【００８２】コラムコンピュータ４２は、Force Comput
er, Inc.によって作られている CPU30ZBEのような 6803
0ベースの単一ボードコンピュータで実行される。

【００８３】ポストプロセッサポストプロセッサ５８は、欠陥プロセッサ５６から、各
タイプの検出器に対するあらゆる欠陥ピクセルを示すマ
ップを受信する。ポストプロセッサ５８はこれらのマッ
プを結び付け、各欠陥のサイズと位置を決定し、これら
を欠陥のタイプに分類する。これらのデータはシステム
コンピュータ３６に利用可能である。実際には、ポスト
プロセッサは、Force Computer, Inc.によって作られて
いる CPU30ZBEのような 68030ベースの単一ボードコン
ピュータとして実行される。

【００８４】ビデオフレームバッファビデオフレームバッファ４４は、商業的に入手可能なビ
デオフレームメモリであり、ピクセル当たり１２ビット
で、480x512 ピクセルの記憶容量を有している。適切な
フレームバッファは Image Technology Inc.のモデル F
G100V である。ビデオフレームバッファは１秒間に３０
回、画像ディスプレイをリフレッシュする。

【００８５】画像ディスプレイ画像ディスプレイ４６は、SONYモデル PVM 1342Qのよう
な、商業的に入手可能なカラーモニタである。擬似色カ
ラー技術が、オペレータによる画像の評価のために使用
されている。そのような技術は白黒画像の異なるグレイ
シェイド（白に近い灰色か黒に近い灰色かの尺度）値に
異なる色を割り当てる。

【００８６】データベースアダプターデータベースアダプター５４は、ダイにパターンを形成
するために使用されるＣＡＤ(Computer Aided Design)
データを基にして、各ピクセルに対応するグレイスケー
ルとを生成する画像シミュレーターである。代表的に
は、データベースアダプターへの入力は、集積回路のパ
ターン形成に使用されるフォーマットのデジタル磁気テ
ープである。これらのデジタルデータは、画像捕獲前置
プロセッサ４８の出力と同じフォーマットで、スオーシ
ュに組織されたピクセルデータの流れに変換される。そ
のようなデータベースアダプターは、米国特許第4,926,
489号に既に開示されている。米国特許第4,926,489 号
は、1990年５月１５日に発行され、本出願と同じ譲受人
に譲渡されたDanielson 等による"Reticle Inspection
System" である。

【００８７】マスクハンドラーマスクハンドラー３４の機能は、カセットからマスク５
７を自動的に取出して、それをマスクホルダーに適切な
方向に向けて置くことである。これは、半導体産業にお
いてウェファを輸送し操作するのに通常使用されている
ウェファハンドラーに類似のロボット装置である。マス
クハンドラーの第１の機能は、図２と図３のフラット５
９の方向を決定することである。マスクハンドラー３４
は、マスクの回転中心に関して径方向に向いたリニアＣ
ＤＤセンサーで光学的にフラットを検知する。マスクが
回転すると、イメージセンサの出力はデジタル形式に変
換され、Force Computer Inc. の CPU 30ZBEのような単
一ボードコンピュータにストアされる。コンピュータは
フラット５９の位置を決定する。そしてマスクは適切な
方向に回転され、自動的にマスクハンドラーに位置決め
される。マスクを有するマスクホルダーは、図８の負荷
エレベータ２１０に載せられる。ハンドラーの全ての動
作はシステムコンピュータ３６により制御される。

【００８８】ステージステージ２４の機能は、電子ビーム１００と光学アライ
メントシステム２２のもとでマスク５７を移動させるこ
とである。システムの複雑さを最小にするために、ステ
ージ２４は２自由度、つまりｘとｙ方向の自由度のみを
有するように選ばれていた。即ち、ステージ２４は、マ
スク５７のｘ−ｙ面に垂直な方向に回転も移動もできな
い。言い換えれば、ステージは、ｘ、ｙ或いは斜め方向
へ平行移動だけできる。この代わりに、電子ビームラス
ターの回転は、任意のスキャンをビームの静電的偏向の
２成分に分解し、ステージを機械的サーボにより同様な
方法で移動することにより、電子的に達成される。対物
レンズはマスクの高さ方向の変化を補償するために充分
な範囲の可変焦点を有しているので、ｚ軸方向の移動は
必要ない。

【００８９】ステージ２４は、直線性、直角性及び繰り
返し性において非常に精密に制御できる装置である。交
差したローラベアリングが使用されている。ステージは
真空状態でも使用でき、電子ビーム１００と干渉しない
ように非磁性体である。ステージはオープンフレームを
有しているので、透過電子ビーム１０８がその下の検出
器１２９に到達できる。オープンフレームはまた、載置
プロセスにおいて下からマスク５７をオープンフレーム
上に置くために使用される。

【００９０】図示しない３位相ブラシュレスリニアモー
タが軸当り２個使用されて、最良のシステム機能を達成
るるようにステージ２４を駆動していた。適切なリニア
モータは、Anorad Inc. によって作られたAnoline モデ
ル L1 と L2 である。

【００９１】真空システム真空システム全体はコラムコントロールコンピュータ４
２の制御下にある。システムの種々の場所に配置された
図示しない従来の圧力センサが圧力を測定し、その結果
をコラムコントロールコンピュータ４２に報告する。こ
のコンピュータが、スタート時、或いはマスクのローデ
ィング及び非ローディング期間に、必要に応じて種々の
バルブを時間制御する。後者のルーチンは、標題”ロー
ディング動作”においてより詳しく説明する。真空状態
が電子ビーム動作に対して不適切であると、高電圧は自
動的にカットオフされ、電子源８１がダメージを受ける
のを防止している。この動作は、コンピュータ４２、３
６と圧力センサとを組み合わせて実行されている。同時
に空気離隔弁１４５（図６と図８）が、コラムの超高真
空領域１４０の汚染を防止するために動作する。真空シ
ステムの動作を以下に説明する。

【００９２】電子銃の真空システムは、前もってべーキ
ングされその後は何の操作もなく只維持されるように設
計された２段階の差動的に動作するポンプシステムであ
る。約１０^-9トールの超高真空領域１４０はイオンポン
プ１３９によって排気されて、ガンアノード開口８７か
ら離隔されている。約１０^-8トールの中間の真空領域１
４１は、イオンポンプ１４９によって排気され、空気ガ
ン離隔弁１４５とアパーチャ機構９９によりメイン真空
領域１４３から離隔されている。これらの真空素子は、
電子生成おいてフィールドエミッションに適した環境を
提供する。

【００９３】下部コラム領域１４３の真空状態は、ター
ボポンプ２０４によって維持され、と同時に検査チャン
バー２０６の真空状態はターボポンプ２０８により提供
される。検査チャンバー２０６は、プレートによって下
部コラム領域１４３から離隔されており、このプレート
には電子ビームが通れるような小さな孔が開けられてい
る。この様に真空領域２０６と１４３を離隔することに
よって、検査すべき基板がかなりの蒸気圧を有するフォ
トレジスト物質でコートされた場合にも、高真空状態を
維持することができる。

【００９４】真空システムは２つのエアロック２２４、
２２６を有している。一方はマスク５７を検査チャンバ
２０６に載置するために使用され、他方は検査終了後に
マスク５７を取り出すために使用される。両方のチャン
バは各々、並列に配置されたバルブ２１２と２１４を介
して真空ポンプに接続されている。バルブ２１２はロッ
クチャンバ２２４を低速で排気するために設けられ、一
方バルブ２１４は大きなオリフィスを有し大容積を排気
することができる。同様の構成がチャンバ２２６に対し
ても設けられている。この２つの構成を設けた目的は、
荷電粒子が排気プロセスにおいて攪乱されるのを防止
し、かつチャンバを排気たり加圧するのに必要な時間を
少なくするためである。

【００９５】以下に詳細に説明されるように、最初、マ
スクがエアロック２２４に置かれると、低速バルブ２１
２だけが開かれ、チャンバ内の流速は、エアロック領域
２２４の荷電粒子が攪乱されないように充分に低く維持
される。チャンバ内の圧力が低下して空気流が分子領
域、即ち荷電粒子がもはや攪乱されない領域に達する
と、大きなバルブ２１４が開けられ、エアロック内に残
っている空気が急速に排気される。同様の２ステップ動
作が加圧プロセスでも使用される。

【００９６】ロード（装填）動作以前に説明したように、マスク５７はマスクハンドラー
３４のアダプターとともに移動し、載置エレベーター２
１０に搭載される。この時、エアロック２２４は大気圧
状態にある。エアロック２２４を低速で排気できるバル
ブ２１２が開けられる。ロック２２４の圧力が分子流の
圧力に達すると、高容量のバルブ２１４が開けられ、残
りの空気が排気される。そしてゲートバルブ２１６が開
けられ、エレベーター２１０はバルブ２１６を通ってマ
スク５７を検査チャンバ２０６に押上げ、それをステー
ジ２４に載置する。マスク５７の検査が終了すると、逆
プロセスが行われて、マスク５７はマスクを収納するの
に使用されているカセットに再び収められる。

【００９７】この代わりに、マスクのカセットを同様の
方法でチャンバに載置することもできる。マスクの集合
の各々が検査されると、マスクのカセットが除去され
て、マスクの次のカセットに交換される。

【００９８】更に、本発明のダブルロック配置による
と、１つのチャンバー内であるマスクを検査しながら、
同時に第２のチャンバを使用して、第２のマスクを挿入
して加圧したり、或いは降圧して除去したりできる。

【００９９】オートフォーカスシステム電子ビーム１００は、図４に示されたシステムの対物レ
ンズ１０４の電流を変化させて収束される。マスク５７
や他の基板は平坦ではなく、またステージ２４の表面は
コラム２０の軸に完璧に垂直ではないので、最適な焦点
電流は関心領域を越えて変化する。この変化はｘ軸とｙ
軸方向の距離の関数として見た場合に小さいので、マス
ク５７上の数個の指定点で最適なフォーカス電流を決定
することは可能であり、これらの間の任意の点に対して
所望のフォーカス電流を補間することができる。

【０１００】検査プロセスを準備し開始する際に、シス
テムは指定点で最適なフォーカス電流を測定する。この
フォーカス・キャリブレーション・プロセスは、ビーム
を指定点に位置付けし、それからマスク５７の特徴エッ
ジに垂直な直線に沿ってグレイスケール値を測定するス
テップからなる。例えばフォーカス電流の１０個の異な
る値に対して、デジタル化されたグレイスケール値は、
図示しないハイパスフィルタで畳み込まれる。最良のフ
ォーカス電流は、ハイパスフィルタからの出力のうちで
最大の値に対応した電流である。好ましい実施例では、
二次微分フィルタが使用され、この実施例では以下のよ
うな畳こみ係数を有している。

【０１０１】−４０００８０００ −４最良の結果に対して、ハイパスフィルタの出力は平滑化
されるべきである。

【０１０２】フォーカスコンピュータはコラムコントロ
ールコンピュータ４２の一部である。フォーカス計算
は、畳み込み集積回路と数個のＤＳＰ素子からなる特別
な目的のハードウエアで実行される。

【０１０３】光学アライメントシステム光学アライメントシステム２２は、ダイが検査チャンバ
に入った後に、ダイの粗いアライメントを視覚的に実行
するために、オペレーターによって使用される。サブシ
ステムは、真空チャンバへのウインドウと、ディスプレ
イ４６上にイメージを表示するために、ＣＣＤカメラ上
にマスクを投影するレンズとからなる。オペレーターは
２つのレンズのうちの一つを選択できる。本発明では、
これらは経験的に決定される。この二つのレンズのうち
一方は、マスクを見る倍率が0.46であり、他方はその倍
率が5.8 である。マスクからのフィルムでレンズの光学
面がコーティングされるのを防止するために、全てのレ
ンズは真空の外に置かれている。

【０１０４】本発明は、数種の動作モード及び典型的な
ルーチンと装置に沿って説明されたが、当業者なら、上
記記述と図面に示された内容から種々の変更して実施で
きることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムの全体ブロック図。

【図２】ダイ・データベース検査に対して本発明で使用
されているスキャンパターン図。

【図３】ダイ・ダイ検査に対して本発明で使用されてい
るスキャンパターンのグラフ図。

【図４】電子光学コラムと収集システムの機能要素を示
す概略図。

【図５】図４に示された電子光学コラムと収集システム
を通る一次電子、二次電子、後方散乱電子と透過電子の
行程を示す概略図。

【図６】マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。

【図７】本発明の位置決め制御システムのブロック図。

【図８】本発明の真空システムの概略図。

【図９】本発明のアナログ偏向システムのブロック図。

【図１０】図１に示された本発明のメモリのブロック
図。

【図１１】本発明の画像捕獲（アクイジション）前置プ
ロセッサーのブロック図。

【符号の説明】

１０…検査システム２０…電子ビームコラム２１…アライメントコンピュータ２２…光学アライメントシステム２３…データバス２４…ｘ−ｙステージ２６…ステージサーボ２８…干渉計２９…ＶＭＥ１３０…アナログ偏向回路３１…ＶＭＥ２３２…検出器３３…信号３４…マスクハンドラー３６…システムコンピュータ３８…コンピュータディスプレイ４０…ユーザキーボード４２…コラム制御コンピュータ４４…ビデオフレームバッファ４６…画像ディスプレイ４８…画像捕獲（アクイジション）前置プロセッサ５０…偏向コントローラ５２…メモリブロック５４…データベースアダプター５６…欠陥プロセッサ５７…マスク５８…ポストプロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ｍ (72)発明者ダン・メイスバーガーアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95120、サンノゼ、モンタルバン・ドライブ 1507 (72)発明者アラン・ディー・ブロディーアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94303、パロ・アルト、バン・オーベン・サークル 998 (72)発明者カート・チャドウィックアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95032、ロス・ガトス、ウッディッド・ビュー・ドライブ 220 (72)発明者アニル・デサイアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95131、サンノゼ、フォア・オークス・ドライブ 1703 (72)発明者ハンス・ドースアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95488、プレザントン、グラシア・コート・ノース 3602 (72)発明者デニス・エンジアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95127、サンノゼ、グリッドレイ・ストリート 951 (72)発明者ジョン・グリーンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95062、サンタ・クルス、メリル・ストリート 401 (72)発明者ラルフ・ジョンソンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95112、サンノゼ、エヌ・セカンド・ストリート 1124 (72)発明者クリス・カークイギリス国、エイチピー９・アイエスアール、ウースター・ロード・ビーコンスフィールド・バックス１ (72)発明者ミン − イー・リンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94086、サニーベイル、ラスター・リーフ・ドライブ 815 (72)発明者ジョン・マッマートリアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94025、メンロ・パーク、コットン・ストリート 650 (72)発明者バリー・ベッカーアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95008、キャンベル、ドット・アベニュー 51 (72)発明者ジョン・ギビリスコアメリカ合衆国、コロラド州 80303、ブールダー、ホワイト・プレイス 5484 (72)発明者レイ・ポールアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94301、パロ・アルト、ウェイバレイ・ストリート 1801 (72)発明者マイク・ロビンソンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95126、サンノゼ、ダナ・アベニュー 970 (72)発明者ポール・サンドランドアメリカ合衆国、オレゴン州 97478、マッカンバー・レーン・スプリングスフィールド 85510 (72)発明者リチャード・シモンズアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94022、ロス・アルトス、アルバレイド・アベニュー 44 (72)発明者デイビッド・イー・エー・スミスアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94403、サン・マテオ、キングリッジ・ドライブ 4022 (72)発明者ジョン・テイラーアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95119、サンノゼ、サン・イグナシオ・アベニュー 6431 (72)発明者リー・ベネクラセンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94546、カストロ・バレイ、バディング・ロード 3445 (72)発明者ディーン・ウォルタースアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94040、マウント・ビュー、ルビッチ・ドライブ 3399 (72)発明者ポール・ウィーツォレクアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95117、サンノゼ、トパーズ・ドライブ 1118 (72)発明者サム・ウォングアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95148、サンノゼ、グレン・アーガス・ウエイ 2488 (72)発明者エイプリル・デュッタアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95035、ミルピタス、パーク・グローブ・ドライブ 1151 (72)発明者スレンドラ・レレアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95051、サンタ・クララ、フラネリー・ストリート 626 (72)発明者カークウッド・ラフアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95112、サンノゼ、エス・フォーティーンス・ストリート 264 (72)発明者ヘンリー・ピアース − パーシーアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95030、ロス・ガトス、スカイビュー・テラス 23415 (72)発明者ジャック・ワイ・ジャウアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94536、フレモント、バリントン・テラス 2721 (72)発明者ジェシー・リンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 94088、サニーベイル、ピー・オー・ボックス 64055 (72)発明者ホイ・ザ・ギュイエンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95035、ミルピタス、コスティガン・サークル 527 (72)発明者イェン − ジェン・オヤングアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95014、キュパティノ、クリークライン・ドライブ 7868 (72)発明者ティモスィー・エル・ハッチェソンアメリカ合衆国、カリフォルニア州 95030、ロス・ガトス、ロックスベリ・レーン 535

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）基板の位置を測定することによ
り、荷電粒子ビームを前記基板上に正確に位置付けるス
テップと、（ｂ）ステップ（ａ）で測定された前記基板の所望位置
に前記荷電粒子ビームを偏向させるステップと、（ｃ）前記基板表面の前記所望位置を前記荷電粒子ビー
ムでスキャンするステップと、（ｄ）前記ステップ（ｃ）の結果として、前記基板の上
面と底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子
及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なく
とも一つの荷電粒子を検出するステップと、を具備することを特徴とする荷電粒子を用いて基板を自
動検査する方法。
【請求項２】ステップ（ａ）は、位置付けのために基
板上のパターンを検出することによってなされることを
特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記方法は、（ｅ）前記基板の所望の表
面特性をメモリ手段に予め保存するステップを更に有
し、ステップ（ａ）は、前記基板の表面特性をステップ
（ａ）で予め保存された特性と比較するステップ（ｆ）
を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】ステップ（ａ）は干渉計によりなされる
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】フィールドエミッション電子源を用いて
電子ビームを供給するステップと、荷電粒子ビームコラムを用いて、前記フィールドエミッ
ション電子源からの電子ビームを基板表面に送りスキャ
ンするステップと、少なくとも１つの荷電粒子検出器を使用して、前記基板
の上面或いは底面から生じる、二次荷電粒子、後方散乱
荷電粒子及び透過荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうち
の少なくとも一つの荷電粒子を検出するステップと、前記基板を保持するｘ−ｙステージを連続的に移動し
て、前記基板が前記荷電粒子ビームによりスキャンされ
ている間に、前記基板に少なくとも一自由度の動きを与
えるステップと、を具備することを特徴とする基板の自動検査方法。
【請求項６】前記基板上面に電場を形成する少なくと
も１つの電極を配置して、前記基板上面からの前記二次
荷電粒子を加速するステップを更に有することを特徴と
する請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記荷電粒子検出器は、前記基板の上面
或いは底面から発生する前記３タイプの荷電粒子のうち
の２つを検出する少なくとも２つの荷電粒子検出器を有
し、少なくとも１つの比較器を用いて、前記少なくとも２つ
の荷電粒子検出器の出力を比較することにより、前記基
板上の欠陥の性質と前記基板の表面特徴を決定するステ
ップを更に有することを特徴とする請求項６に記載の方
法。
【請求項８】荷電粒子偏向器を用いて、前記基板表面
からの荷電粒子を前記荷電粒子検出器に選択的に向ける
ステップを更に有することを特徴とする請求項５に記載
の方法。
【請求項９】前記荷電粒子偏向器は、交差した磁気偏
向場と電気偏向場を発生することを特徴とする請求項８
に記載の方法。
【請求項１０】前記荷電粒子ビームコラムは、ウィー
ンフィルターを有し、前記基板表面からの前記二次荷電
粒子を前記荷電粒子検出器の方へ偏向することを特徴と
する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】前記荷電粒子検出器は、前記基板の上
面或いは底面から発生する前記３タイプの荷電粒子のう
ちの２つを検出する少なくとも２つの荷電粒子検出器を
有し、少なくとも１つの比較器を用いて、前記少なくとも２つ
の荷電粒子検出器の出力を比較することにより、前記基
板上の欠陥の性質と前記基板の表面特徴を決定するステ
ップを更に有することを特徴とする請求項８に記載の方
法。
【請求項１２】各圧力制御が独立に実行できる第１と
第２のチャンバーを含む真空システムを用いて、前記第
１と第２のチャンバーの内の一方のチャンバー内にある
第１の基板の圧力環境を変化させて、第１の基板をロー
ド或いはアンロードしている間に、他方の加圧されたチ
ャンバー内の第２の基板を同時に検査するステップを更
に具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１３】前記真空システムは更に、２つのエア
ロックを有していて、第１と第２の基板の各々の圧力環
境を独立に変化させながら、第３の基板を同時に検査で
きることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】比較器を用いて、前記基板上のパター
ンを第２のパターンと比較するステップを更に有するこ
とを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１５】各圧力制御が独立に実行できる複数の
チャンバーを含む真空システムを用いて、パイプライン
方法で、チャンバーと同じ複数基板の圧力環境の変化
や、前記基板のロード或いはアンロードや、前記基板の
検査を同時に行うステップを更に有することを特徴とす
る請求項５に記載の方法。
【請求項１６】前記荷電粒子検出器は、前記基板の上
面或いは底面から発生する前記３タイプの荷電粒子のう
ちの２つを検出する少なくとも２つの荷電粒子検出器を
有し、少なくとも１つの比較器を用いて、前記少なくとも２つ
の荷電粒子検出器の出力を比較することにより、前記基
板上の欠陥の性質と前記基板の表面特徴を決定するステ
ップを更に有することを特徴とする請求項５に記載の方
法。
【請求項１７】干渉計を用いて、前記ｘ−ｙステージ
の位置を決定するステップを更に有することを特徴とす
る請求項５に記載の方法。
【請求項１８】偏向素子を有する荷電粒子光学コラム
を使用して、荷電粒子の経路を制御する場を発生させる
ステップを更に有し、前記偏向素子は、前記基板表面からの二次荷電粒子を前
記荷電粒子検出器の方へ偏向するウィーンフィルターを
含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１９】スキャンしている間に、ｘとｙ成分の
両方を有する方向に前記ｘ−ｙステージを移動するステ
ップを更に有することを特徴とする請求項５に記載の方
法。
【請求項２０】前記ステージの移動は、略一定速度で
実行されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項２１】前記ｘ−ｙステージの移動は、スキャ
ン動作と同期して実行されることを特徴とする請求項２
０に記載の方法。
【請求項２２】荷電粒子光学コラムを使用して、荷電
粒子を基板表面に選択的に向けるステップと、高速半導体検出器を用いて、前記基板の上面或いは底面
から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過
荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つ
の荷電粒子を１００ＭＨｚの範囲で検出するステップ
と、を具備することを特徴とする基板の自動検査方法。
【請求項２３】荷電粒子ビームコラムを用いて、荷電
粒子ビームを基板表面に送りスキャンするステップと、荷電粒子検出器を使用して、前記基板の上面或いは底面
から生じる、二次荷電粒子、後方散乱荷電粒子及び透過
荷電粒子の３タイプの荷電粒子のうちの少なくとも一つ
の荷電粒子を検出するステップと、光学アライメントシステムを使用して、前記基板を前記
荷電粒子ビーム下に位置整合させるステップと、を具備することを特徴とする基板の自動検査方法。
【請求項２４】比較器を用いて、前記基板上のパター
ンを第２のパターンと比較するステップを更に有するこ
とを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記光学アライメントシステムは、前
記基板を前記荷電粒子ビーム下に自動的に位置整合させ
ることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】比較器を用いて、前記基板上の第１の
パターンを基板上の第２のパターンと比較するステップ
を更に有することを特徴とする請求項２３に記載の方
法。
【請求項２７】前記光学アライメントシステムは、検
査中の基板のパターン像を用いて、基板の位置整合を自
動的に行うことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】前記光学アライメントシステムは干渉
計を有し、検査中の基板を自動的に位置整合させること
を特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】検査される基板の像が予め蓄積されて
いるメモリを設けるステップを更に有し、前記光学アライメントシステムは前記メモリと通信し、
前記蓄積された像を用いて検査中の基板を自動的に位置
整合させることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】前記基板表面に電場を形成する少なく
とも１つの電極を用いて、前記基板上面からの前記二次
荷電粒子を加速するステップを更に有することを特徴と
する請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】荷電粒子偏向器を用いて、前記基板表
面からの荷電粒子を前記荷電粒子検出器に選択的に向け
るステップを更に有することを特徴とする請求項２３に
記載の方法。
【請求項３２】各圧力制御が独立に実行できる第１と
第２のチャンバーを含む真空システムを用いて、前記第
１と第２のチャンバーの内の一方のチャンバー内にある
第１の基板の圧力環境を変化させて、第１の基板をロー
ド或いはアンロードしている間に、他方の加圧されたチ
ャンバー内の第２の基板を同時に検査するステップを更
に具備することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】前記真空システムは更に、２つのエア
ロックを有していて、第１と第２の基板の各々の圧力環
境を独立に変化させながら、第３の基板を同時に検査で
きることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】各圧力制御が独立に実行できる複数の
チャンバーを含む真空システムを用いて、パイプライン
方法で、チャンバーと同じ複数基板の圧力環境の変化
や、前記基板のロード或いはアンロードや、前記基板の
検査を同時に行うステップを更に有することを特徴とす
る請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】前記荷電粒子検出器は、前記基板の上
面或いは底面から発生する前記３タイプの荷電粒子のう
ちの２つを検出する少なくとも２つの荷電粒子検出器を
有し、少なくとも１つの比較器を用いて、前記少なくとも２つ
の荷電粒子検出器の出力を比較することにより、前記基
板上の欠陥の性質と前記基板の表面特徴を決定するステ
ップを更に有することを特徴とする請求項２３に記載の
方法。