JP2000100362A - 荷電粒子ビーム走査式自動検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検査物の情報の取り込みの周期以下の時間で
偏向走査位置の補正を可能とし、検査位置や偏向歪の補
正を高速高精度に行うことにより、チップ比較検査の精
度向上や歪の大きなウェハ外周近傍の検査を可能とす
る。 【解決手段】被検査物１０２に照射する荷電粒子ビーム
１０１を偏向制御する偏向制御手段１０５において、偏
向走査信号も補正もすべてデジタルで演算を行ない、デ
ジタル制御信号の時系列により、デジタル値を逐次アナ
ログ値に変換し、偏向走査波形１０６を形成するデジタ
ル偏向制御方式で行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビームを走査する
ことにより検査を行うビーム走査式検査装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】特開平5-258703号公報には、Ｘ線マスク
や他の導電基板の自動検査装置が記載されている。この
検査システムで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欠陥を検
出しており、この検出モードとして２つのダイの間で比
較を行うダイ・ダイモードと、ダイとＣＡＤのデータベ
ースとを比較するダイ・データベースモードとを有して
いる。また、この検査システムは、電子ビームを走査す
るために、偏向器コントローラとアナログ偏向回路を備
えている。偏向器コントローラはステージの望ましい移
動を計算してその対応する信号をステージサーボに送
り、またビームの所望の偏向を計算してそのデータをア
ナログ偏向回路に送る。偏向器コントローラからアナロ
グ偏向回路に送られるデータはランプ波の傾斜量である
スロープ値を示しており、このディジタル信号はアナロ
グ偏向回路でアナログ電圧に変換され、このアナログ電
圧に基づいてランプ発生器でランプ波が発生される。こ
の検査システムにおいて制御可能な状態量は、ランプ波
の傾斜量であるスロープ値、ランプ波の振り戻し量であ
るリトレース値である。また、スロープ値で指定される
アナログ信号の傾斜量は、調整値であるラインサイズ値
と比較され、リトレース値で指定されるオフセットは調
整値である片寄り値と比較されそれぞれアナログフィー
ドバックされる。また、外部の検査スタート、エンド信
号を用いて情報の取り込み位置を規定している。以後、
この検査システムのように、偏向回路部をアナログ積分
回路で構成する方式をアナログ方式と呼ぶ。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】集積回路では微細化技
術が進歩し、現在では例えば、256 メカ゛DRAMは0.25μｍ
程度の線幅で設計されている。この微細化に伴い、検査
装置においては、パーティクル、パターン欠陥などの検
査がこれまで以上に重要となる。しかし、従来の検査シ
ステムで採用されていたアナログ偏向方式では以下のよ
うな問題がある。アナログ偏向方式は、高い直線性が要
求される一定動作する高精度アナログ積分回路を構成
し、前記積分回路のオペアンプ、コンデンサや抵抗のリ
ーク電流によって直線性に歪みが生じ、これを補正する
ことが困難である。また、外部の検査スタート、エンド
信号を用いて直線性誤差が少ない部分のみを使用してい
るため、スタート、エンド信号発生回路とアナログ信号
発生回路の時刻精度のずれにより位置ずれが生じる問題
がある。また、アナログフィードバックループにより精
度の補償を行なっていることもあり、設定を変更した直
後、安定するまでは誤差が生じるため高速な設定変更に
は対応できないという問題がある。更に、一般に偏向器
や検査装置鏡体内の不均一な電界、磁界に起因する偏向
歪が存在するが、前記偏向歪の補正をアナログ方式で行
うことは困難である。特に、チップ比較検査に代表され
るように、離れた個所のパターン比較を行う場合、誤差
の積算による大きな位置ずれや、比較を行う２つのパタ
ーンに描画されるときに生じる配置（回転やサイズ）の
誤差や歪みの相違が補正できないことによる位置精度に
問題があるため、比較検査がうまく行かないという問題
がある。また、歪み補正が困難であるため、ウェハ外周
に代表されるように、偏向歪の不均一な個所の検査がで
きないという問題もある。更に、前記設定の変更や前記
補正を行わずに上記離れた個所のパターン比較検査を行
なうにあたり、精度を装置全体にわたって、特に、光学
系装置、偏向装置及び偏向器とステージ及びその制御系
に対して歪みが無く高精度なものが要求され、全体とし
て高価格、歪みや誤差による精度確保の困難さからチュ
ーニングに関わる製造期間の長期化など問題を生じさせ
る。またウェハサイズの大型化、例えばウェハ直径の１
２インチ化により検査面積が増大すれば、更に高速高精
度化の要求が高まる。

【０００４】一方、高速高精度のデジタル演算処理装置
を実現するための課題として、以下に示すような課題が
ある。高精度高速演算を行うためには、実数演算処理を
並列パイプライン的に実行する必要があるが、非常に多
くのトランジスタを必要とする。さらに、リアルタイム
で動作する制御部と連動するため、レイテンシを小さく
保つ必要があり、配線短縮の点からもコンパクトに構成
する必要性が生ずる。このため、非常に高集積なＬＳＩ
又は電子基板を実現しなければならず、高度な論理設計
技術やトランジスタ数削減技術が要求される。上記要求
を満足させようとすると、多くのトランジスタが小さな
エリアで大量にスイッチング動作を行うため、それに伴
って大量の発熱が生ずる恐れがある。発熱を押さえる回
路設計上の工夫が必要となる。しかしながら、これでは
回路構成の大規模化及び複雑化を伴い、高価格となって
しまう。また、マスタプロセッサと高速デジタル演算処
理装置との間で高速クロックに同期してスムーズな情報
のやり取りが必要となる。従来の２ポートメモリを用い
た手段では、メモリデバイスのアクセススピードの制限
や、アクセス競合の問題があり、高速化が困難である。
さらに、制御対象に指令値を与えるため高精度な高速制
御出力演算データを、所定のアナログ信号に変換する必
要がある。しかしながら、デジタルアナログ変換に際し
て、高速高精度のデジタルアナログ変換器には制限があ
り、誤差成分も補正した形で演算処理結果を高精度なデ
ジタルデータとして例えば１２ビット精度以上で１０ｎ
ｓ以下のクロック周期で出力するのは困難であり、それ
以上の演算速度の高速化が出来なかった。

【０００５】本発明の目的は、種々の補正を容易に行え
るようにすることにより、高速かつ高精度のビーム走査
式検査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のような手段により実現する。 （１）荷電粒子ビームの走査位置を制御する偏向制御手
段を備え、被検査物の所定のビーム走査位置に荷電粒子
ビームを照射し、被検査物の情報を取り込み、該情報を
処理して被検査物の検査を行う荷電粒子ビーム走査式検
査装置において、前記偏向制御手段は、画像取り込み周
期以内の時間で前記荷電粒子ビームの走査位置を制御す
るディジタル信号を出力し、前記ディジタル信号を画像
取り込み周期以内の時間でアナログ電圧に変換し、前記
荷電粒子ビームの走査位置を制御することを特徴とする
荷電粒子ビーム走査式検査装置。 （２）荷電粒子ビームを照射し、所定のビーム走査位置
における被検査物の情報を取り込み、前記情報を処理し
て検査を行う荷電粒子ビーム走査式検査装置において、
ビームの走査位置と被検査物上の検査位置を計測し、装
置誤差の補正処理を施したビーム目標座標の算出と誤差
補正定数、偏向歪補正定数の算出を行う手段と、前記ビ
ーム走査を行う偏向制御手段を備え、前記偏向制御手段
において、外部から予め又は適宜設定される前記ビーム
目標座標、前記誤差補正定数、走査定数と、検査台の現
在座標を用い、被検査物上の検査位置を正確に走査する
ための偏向座標系での検査位置演算を行う偏向位置演算
回路と、外部から予め又は適宜設定される前記偏向歪定
数と前記偏向位置を用いて偏向歪の補正を行い前記偏向
位置に正確にビームを照射するため偏向制御量演算を行
う偏向歪演算回路を、集積回路を用いたパイプラインで
構成する。これにより、前記被検査物の情報の取り込み
の周期以下の時間で偏向走査位置の補正が可能となる。 （３）偏向制御手段に与える偏向歪補正定数を連続検査
中に逐次変更する手段を備え、ウェハ外周近傍すなわち
偏向歪の不均一な部分において、前記偏向歪補正定数は
予め計測したウェハ位置に対応する偏向歪補正定数を使
用する。これにより、歪の不均一な部分における歪の補
正が可能となる。 （４）予め前記第１のパターンと第２のパターンの位
置、回転、サイズ及び光学系歪みを計測して走査定数及
び補正定数を算出しておき、連続検査中に、逐次走査パ
ラメータと補正定数を変更する。これにより、比較を行
うパターンに配置の誤差や歪みの相違があっても走査に
より補正することで比較可能な正確なパターン情報を得
ることが可能となる。 （５）前記周期を１０ns以下で行う。これにより、検査
時間及び被検査物の電荷のチャージをコントロールする
ビームの照射時間の関係から要求される画像情報取り込
み周波数１００ＭＨｚ以上の偏向出力が可能となる。 （６）前記偏向制御量のデジタル値は有効桁数を１６ビ
ット以上とする。これにより、500μｍ角以上の要求偏
向領域と20ｎｍ以下の要求精度が実現できる。 （７）ビーム光源と、ビーム状態を制御する光学系制御
部と、ビーム光源からのビームを偏向する偏向器と、被
検査物の位置を検出し制御する検査台及び検査台制御部
と、前記検査台からの位置又は速度情報と外部から適宜
設定されるか又は予め設定された定数に従いデジタル演
算によって目的のビーム偏向位置に対応したデジタル偏
向制御値を生成する偏向制御部と、前記ビーム走査のタ
イミングに対応して前記被検査物のビーム走査位置にお
けるデジタル画像情報を得る画像検出部と、前記デジタ
ル画像情報を処理して被検出物の検査を行う画像処理部
とを備えたビーム走査式検査装置であって、前記偏向制
御部は、前記偏向制御部と周期の異なる前記検査台から
の位置又は速度情の入力を行う検査台位置データ入力手
段と、１本のビーム走査を定義する走査定数に従って、
走査シーケンスの実行管理及び前記画像取り込みタイミ
ングなどのタイミング管理を行う走査シーケンス及びタ
イミング管理手段と、被検査物上の検査位置を正確に走
査するための偏向座標系での検査位置演算を行う偏向位
置補正手段と、外部から予め又は適宜設定される前記定
数と前記偏向位置を用いて偏向歪の補正を行い前記偏向
位置に正確にビームを照射するため偏向制御量演算を行
う偏向歪補正手段と、前記偏向制御量のデジタルデータ
を所定のアナログ値に対応させるため、前記デジタルデ
ータを加工し、１つ又は複数のデジタルアナログ変換器
（ＤＡＣ）に与えるデータを生成するＤＡＣ入力データ
生成手段と、前記データをアナログ値に変換するＤＡ変
換手段と、外部からの情報のやり取りと、前記偏向制御
部のシステム管理と、パラメータの設定や変更を行うパ
ラメータ管理を行うパラメータ管理とシステム管理手段
と、第１の周期で高速動作する前記偏向位置補正手段及
び偏向歪補正手段と、第１の周期よりは低速で動作する
パラメータ管理とシステム管理手段の間で定数のやり取
りを行うレジスタ部により構成する。これにより、ビー
ム走査式検査装置の偏向制御回路として画像取り込み周
期以内の時間で補正信号を出力できる高速高精度デジタ
ル演算処理装置が実現できる。 （８）前記偏向制御部は、センサ入力手段もしくはウェ
ハ位置による高さ分布情報入力手段と焦点補正演算手段
を具備し、前記パラメータ管理手段により偏向歪補正手
段に設定する偏向歪に関する定数を高さ変化に伴い変更
し、また、高さ変動に伴う焦点変動を前記焦点補正演算
手段により演算し、前記焦点補正手段によって補正を行
う。これにより、ウェハ上のどの領域においても、高さ
変動によるビームの位置ずれとビーム径の変動の補正が
可能となり、取り込む画像情報が常に均一となり、離れ
た個所のパターン比較を行う場合の画像比較精度が向上
する。 （９）偏向制御部は、非点補正演算手段と焦点補正演算
手段を具備し、前記偏向位置補正演算により算出される
偏向位置に従って、非点と焦点の補正を行う。これによ
り、拡大した広い偏向領域のどの領域においても、ビー
ム径及びビーム形状が正しく保て、取り込む画像情報が
常に均一となり、離れた個所のパターン比較を行う場合
の画像比較精度が向上する。 （１０）偏向歪補正手段は、高速なクロック周期に同期
してデジタル演算処理を行うデジタル演算処理装置にお
いて、その演算処理の基本単位となる演算を、パイプラ
イン化した実数乗算器と実数加算器とを融合手段により
１つに結合して構成したＭＡＣ演算器を用いて行い、前
記融合手段は、実数乗算器の出力段である最終段のパイ
プラインレジスタと実数加算器の入力段である初段のパ
イプラインレジスタとを同レベルにそろえ、実数乗算器
の最終ステージの処理と、実数加算器の初段ステージの
１部とを並列に動作させる。本構成において、実数乗算
器の出力段と、実数加算器の入力段とのレベルが同レベ
ルであるので、これらの信号を並列に処理可能であり、
実数乗算器の最終段の次段で、ＩＥＥＥ形式に変換する
ステージを設ける必要が無く、内部形式のまま、次段の
実数加算器にデータを引き渡すことができる。従って、
実数加算器の初段で、乗算器からの結果に対してＩＥＥ
Ｅ形式からの変換ステージを実行する必要も無くなる。
また、実数演算器により構成することで、２４ビットの
有効桁数が常に確保できる。 （１１）前記レジスタ部は、１つの高速クロックに同期
し、デジタル処理を行う、前記検査台位置データ入力手
段、前記走査シーケンス及びタイミング管理手段、前記
偏向位置補正手段、前記偏向歪補正手段、前記ＤＡＣ入
力データ生成手段、前記ＤＡ変換手段を構成するデジタ
ル演算処理装置において、前記高速クロックと非同期と
みなせる第2のクロックに同期して動作する、前記パラ
メータ管理とシステム管理手段を構成する１つ又は複数
のプロセッサを設けて、そのプロセッサからデジタル演
算処理装置に対して任意の時刻にデータを与える手段と
して、２段構造のラッチレジスタを設け、１段目のラッ
チレジスタはプロセッサからのデータを第1のゲート信
号に応答してラッチする機能を有し、２段目のラッチレ
ジスタは、１段目のラッチレジスタからのデータを第2
のゲート信号に応答してラッチして、前記デジタル演算
処理装置に与える機能を有し、第1のゲート信号はプロ
セッサからのライトアクセス信号を基に生成し、第２の
ゲート信号は前記デジタル演算処理装置にデータを与え
るタイミングを規定するプロセッサからのトリガ信号を
前記高速クロックに同期化した信号を基に生成する。第
１の周期で高速に変化する情報を処理する演算処理装置
に、第２の周期で低速に変化する情報を処理するプロセ
ッサを設けることにより、低速で制御する部分と、高速
で制御する部分を分割して、制御の適切化を可能とし、
前記２種類の周期で動作する部分のスムーズな情報のや
り取りが実現できる。これにより、情報のやり取り周期
が問題にならずに、高速なデジタル演算処理可能な演算
手段を用いることができ、高速で高精度なデータ処理が
可能な前記検査装置のデジタル形式の偏向制御装置に必
要なデジタル演算処理を実現することができる。 （１２）前記ＤＡＣ入力データ生成手は、高速なクロッ
ク周期に同期してデジタルデータをアナログデータとし
て出力するデジタル演算処理装置であって、デジタルデ
ータを連続的なビット列で構成された少なくとも２つの
出力データに分割する手段と、その上位側の出力データ
に対応した補正データを記憶するメモリ手段と、前記少
なくとも２つの出力データと補正データに対応したアナ
ログデータを出力する少なくとも３つのデジタルアナロ
グ変換器と、前記少なくとも２つの出力データを対応す
るデジタルアナログ変換器に与えるデータフォーマット
に変換する手段と、前記少なくとも２つの出力データと
補正データの出力タイミングを合わせる手段とを設け、
前記少なくとも３つのデジタルアナログ変換器のアナロ
グデータをアナログ的に加算することにより、高精度な
アナログ出力を生成する。本構成により、高速で演算処
理されたデジタル信号を、適切に高精度かつ高速にアナ
ログ信号に変換可能な前記デジタル形式の偏向制御装置
に必要なデジタル演算処理を実現することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】［本発明に係る検査装置の実施例
における構成］図１は、本発明の荷電粒子ビーム走査式
検査装置の偏向制御の概念について単純に示す実施例で
ある。但し、本発明は、特に前記検査装置について画期
的な効果が見い出されるため、前記検査装置について示
したものであるが、ビーム光源からのビームを偏向して
ビーム走査を行う全ての装置、例えば描画装置、顕微鏡
（ＳＥＭ）などにも応用可能である。

【０００８】図１に示す装置は、荷電粒子ビーム１０１
を被検査物１０２に照射し、そのとき発生する２次電子
及び反射電子を被検査物の情報として情報処理手段１０
３に取り込み、前記情報をパターン比較を行う処理をし
て欠陥の有無及び分析などの検査を行う荷電粒子ビーム
走査式検査装置を示している。

【０００９】上位制御手段１０４にて、指定したビーム
の走査位置と情報処理手段１０３より得られる被検査物
の画像情報から、検査位置と走査位置の誤差を統計処理
などの演算を行うことで装置誤差と画像歪の算出を行な
い、補正処理を施したビーム目標座標の算出と誤差補正
定数、偏向歪補正定数の算出を行う。更にこれらの定数
は、偏向制御手段１０５において補正演算を行なうため
に予め又は適宜送信される。

【００１０】偏向手段１０９によるビーム走査の制御を
行う偏向制御手段１０５は、前記歪補正機能の実現のた
め、偏向走査信号も補正もすべてデジタルで演算を行な
い、デジタル制御信号の時系列により、デジタル値を逐
次アナログ値に変換し、偏向走査波形１０６を形成する
デジタル偏向制御方式で行なう。

【００１１】前記デジタル偏向制御方式での補正演算を
構成する、偏向制御手段１０５の中で最も速い周波数で
動作するデジタル演算は、大きく分けて偏向位置演算回
路１０５ａと偏向歪演算回路１０５ｂにより実時間の補
正演算を可能とする。

【００１２】まず偏向位置演算回路１０５ａは、上位制
御手段１０４から予め又は適宜設定される前記装置誤差
などの補正処理がなされたビーム目標座標と、ドリフト
などの誤差補正定数と、ビーム走査方法の規定を行なう
走査定数、検査台制御手段１０７から検査台１０８の現
在座標を受け取り、被検査物上の検査位置を正確に走査
するための偏向座標系での検査位置演算を行う。

【００１３】更に偏向歪演算回路１０５ｂは、上位制御
手段１０４から予め又は適宜設定される前記偏向歪定数
と前記偏向位置演算回路の演算結果である前記偏向位置
を用いて偏向歪の補正を行い前記偏向位置に正確にビー
ムを照射するため偏向制御量演算を行う。

【００１４】前記２つの演算回路を集積回路を用いたパ
イプラインで構成することにより、前記被検査物の情報
の取り込みの周期以下の時間で偏向走査位置の補正を可
能とする。パイプライン手法の詳細は後述する。

【００１５】［ウェハ検査装置構成概要］荷電粒子ビー
ム走査式検査装置の更に詳細な実施例として、図１０に
電子ビーム走査式ウェハ外観検査装置の全体の概要を示
す。図１０に示す制御装置を大きく分けると、電子光学
系装置１１０、画像処理系装置１１１、偏向制御系装置
１１２、ステージ制御系装置１１３がある。前者３つと
高さセンサ１１４は、VMEバス１１５により上位制御CPU
１１６に接続され、統括制御される。さらにステージ制
御系１１３と上位制御CPU１１６は、ＬＡＮ１１７によ
りシステム制御CPU１１８に接続され、システム全体の
動作に関わる制御が行われる。ここでは、図１において
前記情報処理手段１０３は画像処理系装置１１１、上位
制御手段１０４は上位制御CPU１１６及びシステム制御C
PU１１８、偏向制御手段１０５は偏向制御系装置１１
２、検査台制御手段１０７はステージ制御系装置１１３
に対応している。

【００１６】電子光学系装置１１０は、各種電源や電流
の制御を行い、電子ビームの状態制御を行なう。例え
ば、電子銃１１９からのビーム１２０を、加速し、焦点
コイル１２８などによるレンズ作用を利用して、ウェハ
１２１上に照射される電子ビーム１２０の光軸調整、焦
点・非点調整と照射強度を制御する。検査欠陥のサイズ
や分解能に関連するビーム径の拡大縮小は、焦点絞りで
行い、照射強度の制御は、ビーム電流、加速電圧やリタ
ーディング電圧等で制御する。ビーム電流は、後述する
ブランキング電極に電圧が印加されているときにファラ
デーカップ１２７に流れ込む電流値で計測される。

【００１７】検出器１２２は、ウィーンフィルタ偏向器
１２３により偏向されたウェハ１２１から発生する２次
電子を取り込み、２次電子量を濃淡デジタル情報に変換
し、画像処理系装置１１１へ送る。

【００１８】画像処理系装置１１１は、ウェハ１２１上
に形成された同パタ−ンの情報の比較検査によってウェ
ハ上に形成された欠陥の種類と欠陥位置等の検出を行
う。システム制御CPU１１８は前記欠陥のデータを直接
受け取り、検査結果の表示やオペレータの操作に従った
制御を行なう。

【００１９】ビームを偏向するタイミングと、画像を取
り込むタイミングを一致させる為、偏向制御系装置１１
２は、画像処理系装置１１１及び検出器１２２にタイミ
ング信号を伝送している。

【００２０】ステージ制御系装置１１３は、レーザ干渉
計によるステージ位置情報を基にステージ１２９つまり
検査対象であるウェハ等の試料１２１の位置及び移動速
度を制御する。レーザ測長情報は、位置追従補正を行う
ため偏向制御系装置１１２にも同時に伝送する。

【００２１】偏向制御系装置１１２は、まず被検査時以
外は電子ビーム１２０をウェハに照射させないようにブ
ランキング電極１２４のオン／オフを行う。また非点の
補正制御とビームの偏向制御を行う偏向器１２５と、焦
点補正を行う動焦点コイル１２６を制御する。偏向器１
２５は、８極板もしくはそれ以上の極数を持つ静電偏向
器で構成され、電圧制御にて電子ビーム１２０を偏向さ
せてウェハ１２１上のビーム照射位置を制御する。偏向
制御系装置１１２は検査シーケンスに従いビームを走査
する機能に加え、偏向歪み、ドリフト等の補正演算と、
ステージ位置の追従演算を行い、偏向器１２５に与える
制御値に反映させる。

【００２２】［検査方法の説明（チップ比較含む）］図
１１は、図１０に示す検査装置の走査シーケンスの例を
説明した図である。走査シーケンスは、ユーザの要求及
び被検査物の電気的特性、要求精度との関係で決定すべ
きであり、図に示す方法がすべてではない。図１１
（ａ）及び（ｂ）はスキャン方法、（ｃ）、（ｄ）はス
テージ移動方法、（ｅ）、（ｆ）は比較方法の例を示
す。スキャン方法１３０は、１方向にスキャンする方法
で、点線部分は帰線部分でウェハにビームを照射しない
ようにブランクを行う。スキャン方法１３１は往復方向
にスキャンする方法で、帰線及びブランクが不必要なた
め高速動作に適するが、往路と復路での比対称性がある
ので位置精度がスキャン方法１３０に劣る。図１１
（ｃ）はステージ連続移動方式でのウェハ上の前記スキ
ャンの軌跡１３２で、（ｄ）はステップアンドリピート
方式でのスキャンの軌跡１３３である。ステップアンド
リピート方式は、１回にステージ停止状態で偏向領域分
の画像を取得し、ステージのステップ動作で次の検査位
置まで移動し、次の偏向領域分の画像を取得する動作を
繰り返すことにより、前記複数の偏向領域分の画像をつ
なぎ合わせることでウェハの画像を得る。ステージ連続
移動方式は、１スキャンのウェハ上のビームの移動距離
と、１スキャン時間のステージ移動距離をマッチングさ
せることで、偏向領域から逸脱せずにステージを停止し
ないで連続した画像を得る。図１１（ｃ）、（ｄ）に示
すようにビーム走査方向は、ステージの往復方向につい
て行われ、ウェハ全面についての検査を行う。ステージ
のステップ動作時間がないステージ連続移動方式の方が
高速にかつ連続した検査が可能であるが、目標の位置が
偏向領域から逸脱しないように、偏向制御あるいはステ
ージの制御が必要となる。ステージ移動方向及びビーム
スキャン方向は、比較検査が可能などのような方向でも
よいが、チップのパターンは矩形であることから、チッ
プパターン方向に合わせてスキャンするのが良い。この
場合、ステージ移動方向は、基本的にビーム走査方向と
ほぼ直交する。ステージ移動精度の観点からは、２軸連
動で動作するより１軸単独で動作する方が精度が良い。
このため、チップ方向すなわちウェハの向きをステージ
軸に合わることも行われる。

【００２３】本発明の偏向制御装置は、スキャン方法を
スキャン開始位置と出力周期でのビーム移動距離を１ス
キャン毎にデジタル値で指定するので、前記全ての走査
方法について対応可能である。

【００２４】図１２（ａ）は、従来のアナログ方式のラ
ンプ波を説明した図である。図に示すように、ランプ波
１３４は正確には直線ではなく実際には直線に近い領域
を使用するためにスタート信号とエンド信号を規定して
いる。

【００２５】図１２（ｂ）は１スキャン中のビーム走査
の偏向出力信号と代表的なタイミング信号との関係を説
明した図である。偏向出力信号は図では１軸しか示して
いないが、Ｘ軸とそれにほぼ直行するＹ軸についてアナ
ログ信号にて出力する。図の例のように、Ｘ軸方向ある
いはＹ軸方向のアナログ出力はおおむねランプ波１３５
の形状を呈す。スタート入力とスキャン開始信号１４
１、同期信号である画像取り込みタイミング信号１３
６、画像取り込み有効信号１３７及びブランク信号１３
８は、図のような関係となる。図の例では前記画像処理
系装置１１１は、前記画像取り込み有効信号１３７がア
クティブであるときに前記画像取り込みタイミング信号
の立ち上がりでウェハ情報を画素として取り込み、ウェ
ハパターン画像を得る。本発明の偏向制御装置は、前記
各種タイミングをデジタル値として設定する。実際のタ
イミングは、各回路の遅れ時間及び信号伝播時間の差異
など微妙なタイミングを反映して設定するため、図の関
係とは位置関係が異なる。本実施例のスキャンを定義す
る定数は前記以外に１画素の取り込み間隔、１スキャン
の画素数、ウェハ上の画素間隔などがあり、本実施例に
おいてその代表値は１画素の取り込み間隔は10ns、１ス
キャンは1024画素、ウェハ上の画素間隔は0.1μmであ
る。本設定により前記ランプ波の幅１３９及び高さ１４
０が規定される。

【００２６】図１２（ｃ）は本発明のデジタル方式偏向
制御装置である偏向出力信号を説明した図であり、図１
２（ｂ）の拡大図である。スキャンの目標位置の連続曲
線１４４上の出力目標に対し、画像取り込み周期で出力
するデジタル偏向出力信号１４３に対し、デジタルアナ
ログ変換器（ＤＡＣ）通過後のアナログ偏向出力信号１
４２は、所定の静定時間をもって目標電圧に静定する。

【００２７】デジタル偏向出力信号１４３の階段形状の
１ステップは、画像取り込み周期と偏向出力周期を一致
させた場合は、１画素間隔の距離に対応する電圧とな
る。偏向位置許容誤差が１０分の１画素程度であるとす
ると、静定時間は目標電圧つまり１画素に対応する電圧
の約９０％に到達する時間で規定される。

【００２８】また、出力周期を画像取り込み周期の２分
の１にすると、 1ステップの電圧が約２分の１になり、
静定時間は目標電圧つまり約２分の１画素に対応する電
圧の約８０％に到達する時間で規定される。

【００２９】従って、前記仕様の場合を例とすると、画
像取り込み周期と偏向出力周期を一致させた場合は、目
標電圧の約９０％の規定の静定時間が10ns以内、出力周
期を画像取り込み周期の２分の１にした場合は、目標電
圧の約８０％の規定の静定時間が５ns以内であればよ
い。ＤＡＣ以降のアナログ回路は、例えば前記目標精度
の場合は本仕様を満たせばよい。

【００３０】［時刻変動］アナログ方式の場合、タイミ
ング信号は別回路にて生成し、コンパレータやスイッチ
ング素子等のアナログ素子を用いて同期を取る為、時刻
変動つまりジッタが数ｎｓ程度と大きく、これが位置ず
れを生じさせる結果となる。

【００３１】デジタル方式の場合、画像取り込み信号１
３６やデジタル偏向出力信号１４３等の各種出力信号は
同一のクロックによりタイミングが規定される為、前記
ジッタは生じない。また、たとえ伝播中にジッタが生じ
た場合でも、図に示した様に、位置ずれの影響が少な
く、位置精度向上が図れる。更に、同期信号の設定は、
静定時間後であれば良いため、調整が容易である。

【００３２】図１１（ｅ）はパターン欠陥検査の例を説
明した図である。パターン欠陥検査は、パターン画像の
比較により行う。比較は、デザインデータとウェハ上の
パターンの比較を行う手法と、ウェハ上において同パタ
ーンが描かれている位置の画像情報の比較を行う手法が
ある。比較単位はセル単位とチップ単位で比較するもの
がある。前者はメモリ等の微小なセルを規則正しく配列
された素子に、後者はCPU、ASIC等のチップ全体に非繰
り返しの複雑なパターンを形成したものに対応する。

【００３３】図１１（ｅ）の例でセル１４５とセル１４
６比較を行う場合、ステージ制御装置及び偏向制御装置
は連動してストライプ１５５の走査を開始し、画像処理
装置はライン１４８の画像取得後、既に取得されている
ライン１４７と比較を行い、その差異から欠陥判定を行
い、これをセル全域にわたって行う。従って偏向走査は
前記セル比較においては、少なくともライン１４７とラ
イン１４８の位置精度が確保されなければならない。同
様にチップ比較検査の場合、チップ１４９とチップ１５
０の比較検査に対し、ストライプ１５６の走査が行わ
れ、ライン１５１とライン１５２の比較が行われる。こ
こで、ステージ移動方向のウェハ上の検査領域をストラ
イプ、１スキャンのウェハ上の検査領域をラインと呼
ぶ。セルの幅はせいぜい10μｍであるのに対して現在チ
ップの幅は最大約3×10↑4μｍあり、チップ比較はセル
比較検査に比べ、最悪約3000倍の精度が要求される。

【００３４】更に、チップ比較の場合、ウェハ上のパタ
ーンの描画手法に依っては位置誤差及びチップ位置回転
誤差が発生しており、この場合チップ１５０の実際の場
所はチップ１５３、ライン１５２はライン１５４にある
事になり、単純にストライプ１５６のように直線的な走
査のみでは、チップ比較検査が実現出来ない問題があ
り、ストライプ１５７のようにチップ位置により補正を
行わなければならない。

【００３５】例えば具体的には、ステッパで描画された
チップは、位置誤差は最大約0.05μｍ程度、回転誤差は
最大約0.05μｍ程度あり、これは前記検査条件の約0.5
画素に相当し、無視できない状況である。従って、チッ
プ比較検査を前記精度で行うには、チップ位置の補正が
要求される。チップ位置データは、本実施例において
は、図１０のシステム制御ＣＰＵ１１８がチップ及びセ
ルの位置を設計データ及び計測データより事前に算出し
て、ビーム走査用データと比較検査用データとしてそれ
ぞれ偏向制御装置１１２、画像処理装置１１１に転送す
る。

【００３６】［誤差、歪の説明（ウェハ外周含む）］前
記電子ビーム走査式ウェハ検査装置を例に、偏向走査の
検査位置精度低下の問題を引き起こす、目標検査位置の
誤差や歪を主に４つ挙げ、本発明での解決方法について
以下に具体的に述べる。

【００３７】・目標検査位置の誤差（アライメント関連
の座標補正） 本発明では、以下に示す方法によって、目標検査位置の
誤差の補正を可能とする。

【００３８】目標検査位置の誤差は、主にチップ製造時
の製造装置起因の誤差とウェハ装着後検査時の検査装置
起因の誤差である。

【００３９】前記製造装置起因のダイの位置誤差は、描
画装置によって全く異なる。例えば、前記ステッパでは
レンズ精度及びレンズ取り付け精度に起因した一括露光
領域単位での位置誤差や、ウェハ装着位置のずれや描画
装置のステージの位置精度に起因するダイ配列の誤差が
ある。これに対して、電子ビーム直接描画装置によるも
のは比較的精度が良い。

【００４０】前記描画誤差の結果、実際にウェハ上に描
画されるダイは、描画されるべき設計上のダイ位置に対
して、オフセット、回転、直交度、伸縮（縮小率）、ト
ラペゾイドやディストーションと呼ばれるダイ単体もし
くは一括露光領域単位での歪といった誤差が生じる。

【００４１】また、前記検査装置起因の誤差には、偏向
器の回転や光軸中心のずれなどの取り付け誤差、ステー
ジ位置を計測する為の平面鏡の取り付け誤差やその平面
度の誤差、ウェハの装着位置の誤差などがある前記誤差
は、基本的に検査前に、アライメントと呼ばれる、基準
位置に配置されたマーク等基本図形の検出位置とステー
ジ位置を計測し比較を行うことで計測可能である。

【００４２】ダイの位置誤差を算出するアライメントの
場合、マークを検出する箇所及び個数などを決定するア
ライメントのシーケンスは、検査を行うウェハの製造状
況により異なる。例えば、ウェハ製造方法によってマー
クの描画箇所が違う為、すべてのウェハで同じマーク検
出方法は取れない。また、誤差算出アルゴリズムによる
違いもある。例えば、精度の良い描画装置により製造さ
れたウェハについては、ウェハ上の数箇所のダイ位置検
出を行い、前記チップのずれをチップの配列としてまと
めて統計処理し、チップ配列のオフセット、回転、チッ
プ間隔のずれ、直交度の誤差を算出する補正で十分な場
合もある。しかし、精度の悪い描画装置で製造されたウ
ェハは、位置精度確保のため全チップにつき計測を行う
場合も考えられる。この場合チップに１つまたは複数配
置されたマークを検出し、チップの位置、回転、伸縮、
歪などウェハ上の実装位置状態を算出する事になるが、
チップの位置を知るためには少なくともマーク１つ、回
転、伸縮は２つ、歪みは４つ以上のマークが必要であ
る。従って、チップ位置を検出するアルゴリズムは装置
の精度及び検査するウェハの製造状況を熟知する検査者
により指定される。

【００４３】検査装置誤差を算出するアライメントは、
マーク位置が既知の基準ウェハ、所定の位置にマークが
描かれたウェハ保持部等の基準マークを用いて行う。前
記偏向器取り付け誤差は、偏向走査データと、実際のビ
ーム走査軌跡を走査偏向領域内の数箇所の基準マークに
よる位置情報から得たデータを比較することで算出可能
である。前記平面鏡及びステージ関連の誤差は、ステー
ジを移動させながら、測長部の位置データとウェハ上マ
ークの検出結果を画像処理したビーム位置の比較を行う
ことで算出する。

【００４４】この様に前記位置誤差及び装置誤差は、１
例として前記マーク検出の位置データから算出される。
本実施例では、システム制御装置により、算出された誤
差から比較検査対象の補正後の位置を算出し、ビーム走
査位置やスキャンの幅、方向等を決定する。

【００４５】本発明にて実施するデジタル方式の偏向制
御系装置は、１走査分のビーム軌跡を定義する偏向走査
パラメータ、例えばビーム走査開始位置やスキャンの幅
と方向、歪等のパラメータをライン単位で指定すること
ができ、どのようなビーム走査にも対応可能であり、前
記誤差を補正したビーム走査パラメータをシステム制御
装置から偏向制御系装置に転送することで、前記チップ
比較等に要求される、検査位置に対するビーム走査位置
精度の向上を実現できる。但し、指定はライン単位で行
うが、補正は、画素単位あるいはそれ以上の周期で行
う。これに対して従来のアナログ式偏向装置では、前記
デジタル方式の様に検査中連続的にスキャン幅や方向な
どのビーム走査の変更は、対応が困難である。

【００４６】本発明では、前記誤差を補正したビーム走
査パラメータを算出する手段を有することが重要であ
り、その方法はここで例として示す方法に限るものでは
ない。

【００４７】（ドリフト）また、前記チップ比較検査に
置いて位置精度確保を困難にする要因の１つに、ドリフ
トがある。ドリフトはアナログ回路の温度変化に伴う出
力信号の変動、電子ビーム経路の帯電、磁化状態の変化
などにより生じる電子ビーム偏向位置の変動である。後
述するステージの変動はここには含まない。検査はセル
比較では約数ミリ秒、チップ比較では約数秒の間隔で取
得した画像データの比較により行うため、チップ比較検
査では位置精度の安定性が問題となる。チップ比較検査
においては位置精度安定性の向上を行うと同時に、積算
されるドリフト誤差を補正するため、検査中に適宜ドリ
フトの補正を行う必要がある。

【００４８】ドリフトの補正は、ドリフト量算出手段に
よりドリフトを算出し、システム制御装置が補正の実施
を指定する時に、ドリフト量データを偏向制御系装置へ
転送することで行う。前記ドリフト量の算出方法の１例
としては、検査中に前記マーク検出を行うことで実現で
きる。前記データは、純粋に偏向制御系装置の演算部に
おいて、後述するステージ追従演算直後の偏向位置デー
タに対して加算される場合と、後述する偏向歪み補正後
の偏向制御データに対して加算される場合がある。後者
は同一制御出力に対してビームの偏向位置がドリフトす
る場合に使用し、上記ドリフト要因に挙げたものに相当
する。前者は目標の位置そのものがドリフトする場合に
使用し、例えばウェハのずれなどがある。

【００４９】・ 光学系装置の歪み補正 本発明では、以下に示す方法によって、光学系装置の歪
みの補正を可能とする。

【００５０】前記歪みは、ビーム経路上の電場および磁
場の不均一な分布により生じる。歪みの主な要因には偏
向器電場の不均一性により生じる制御電圧に対するビー
ム偏向位置の歪み、リターディング電圧の電界歪みによ
り生じるウェハ内歪み、その他各種コイル及び電極の磁
界、電界による歪み、鏡体各部の磁化や帯電により生じ
る歪みがある。

【００５１】前記光学系歪みの計測は、上記の様な基準
ウェハを用い、偏向領域内の走査時において、目標とす
るウェハ位置と実際の照射位置との差を算出することに
より可能である。上記位置誤差でのアライメントは、検
査するウェハのマークを検出し、ウェハ上のチップ配置
の算出を行ったのに対し、光学系歪みの場合はマーク位
置が既知となっている基準ウェハを用い、ウェハ上の所
定の箇所での偏向制御領域全体における制御目標位置に
対し、ビーム位置との対応を示す座標変換式１（数１）
を求める。

【００５２】

【数１】

【００５３】上記光学系の歪みは、樽型、糸巻き型歪み
などに代表されるように、３次方程式近似の座標変換式
で表され、目標の位置を偏向器への制御値に対応させる
前記変換式１の演算を行うことにより補正可能である。
図１３の左は、偏向歪を視覚的に示した図であり、前記
式１での偏向歪補正後は図１３の右になる。

【００５４】（ウェハ外周）図１４はウェハ外周の歪の
原因の１例を説明する図である。ウェハパターンが破壊
しないようにビームの衝突エネルギを減少させるため、
前記リターディング電圧をウェハにかけるが、特にウェ
ハ外周において、ウェハ１２１とウェハ保持部１５８と
の段差１５９及び突起物により、ビームを大きく歪ませ
る。LSIチップ（ダイ）は、ウェハの縁近辺まで描画さ
れ、前記歪みは、ウェハ外周近傍、現状では外周から約
15mm程度の範囲の比較検査を困難にしている。この様な
ウェハ位置によって異なる光学系の歪みは、ウェハ上の
複数箇所、特に外周近傍にマークを描いた基準ウェハを
用いて歪みを計測することにより、ウェハ位置による歪
みの分布データが得られる。ウェハ外周近傍の大きな歪
みは、前記データを基に歪みの補正演算である前記３次
方程式の係数をウェハ位置に対応した係数に適宜変更し
てビーム位置を補正することで、ウェハ外周近傍におい
ても比較検査が可能となる。

【００５５】また、ビームは焦点コイルの作用によりコ
イル中心を基準に回転しながらウェハに到達するため、
ウェハ面の高さ変動により、取得画像での像回転、像シ
フトなどの位置ずれが生じる。そのため、前記変換式１
の係数はウェハ保持部に造られた高さ基準面HI面とLO面
の２つの高さについて偏向補正式の係数を求め、高さ変
動に対する前記係数の変化量を導出する。

【００５６】本実施例では、システム制御装置により、
前記係数の高さ変動に対する変化量データと前記マーク
検出によりマーク位置高さでの係数算出を複数のウェハ
位置により行い、偏向制御装置に転送する。あるウェハ
位置のデータは、外部から得る高さデータとの演算を簡
単にするため、式２（数２）の１次近似形式に変更して
転送してもよい。

【００５７】

【数２】

【００５８】偏向制御装置は、走査を行うウェハ位置に
対応した前記２つの係数のセットと高さデータにより、
高さを含めたビーム照射位置の係数をパラメータ及びシ
ステム管理手段にて算出し、偏向歪み演算部に係数をセ
ットする。本発明では、偏向歪み演算部に転送する係数
データはライン単位で変更可能であることから、ウェハ
位置や高さ変動に伴う係数変更が可能であり、偏向歪み
演算は、100MHz以上の周波数のパイプライン構成で、１
画素以上の周期で補正可能であるため、前記３次式で表
現できる偏向歪みの補正が実現可能である。上記１実施
例では、偏向歪み補正係数の高さ補正を式２の１次近似
で演算したが、パラメータ及びシステム管理手段はプロ
セッサで構成するため、演算式に制限はない。

【００５９】・ステージの追従とステージ・測長系変動
の実時間補正 検査実行時、ステージはステップ動作もしくは連続移動
動作を行う。前記ステージ動作のため、ウェハ上の目標
位置は偏向領域内を移動し、偏向制御装置は常にステー
ジ位置を追従し、各種誤差を補正してビーム走査を行
う。前記チップ比較検査を行うためには、追従及び補正
演算処理を行わなければ所定の精度が得られない。

【００６０】前記ステージ関連装置の誤差には、再現性
のある固定的な誤差と再現性の無い変動誤差がある。固
定的な誤差には移動鏡平面度及び取り付け誤差やステー
ジのガイドの誤差に起因する、ステージの斜行、ヨーイ
ング、ピッチング、さらに、レーザによる測定位置と実
際の位置ずれにより生じる測定位置誤差等があり、ま
た、前記変動誤差には、速度変動、振動、ガイドガタに
起因する変動がある。また、測長系の誤差には、レーザ
光軸取り付け誤差、測定から走査までの遅れ時間による
誤差等がある。

【００６１】前記固定的誤差は、レーザ測長系による計
測データとその時の実際のステージ位置の比較を行うこ
とで、誤差データとして計測できる。前記実際のステー
ジ位置は、例えば基準ウェハ上のビーム走査による画像
処理結果から得られる。補正を行う場合は、保持されて
いる誤差データを用いて、ある目標位置に対して、その
目標位置が偏向中心にくるときの測長データを新しい目
標位置データとして偏向制御装置に転送すればよい。

【００６２】前記変動誤差は、ステージ位置の計測手段
による測長値を用い、偏向制御装置により偏向位置の追
従演算を行い補正する。

【００６３】前記測長系の誤差は、光軸誤差等の固定的
なものは、前記固定的誤差として補正する。また、遅れ
時間の補正は、偏向制御装置により、ステージ位置の時
系列から外挿補間演算し補正する。現状、±１mm/sの速
度変動幅のとき、１kHz周期の変動の補正が可能であ
る。

【００６４】・回路歪み 回路歪みとは、目標位置を示すデジタル信号に対するア
ナログ出力信号の非直線性誤差と、温度変動誤差であ
る。要因としてはオペアンプの非直線性誤差やDA変換器
の微分直線性誤差等がある。非連続的な誤差は、DA変換
装置部の補正メモリを用いて補正を行う。偏向位置に対
して静的かつ連続的な誤差は、上記偏向補正の偏向歪誤
差中に含まれる。

【００６５】［非点、焦点の説明］数２は偏向制御装置
での非点及び焦点の演算式を示す。

【００６６】焦点変動は、ビーム径の変動であり、検出
物の解像度に変動を生じさせるため、比較検査での欠陥
の見逃しや誤検出等の影響を及ぼす。焦点変動は、ビー
ム照射位置の高さ変動と偏向領域内の位置により生じ
る。前記ビーム照射位置の高さ変化は、Ｚセンサにより
計測を行い、偏向位置は常に偏向制御装置がデータを保
持している。焦点補正は、実施例では補正用の変動領域
の微少な動焦点コイルを制御することにより行う。焦点
回路歪み、焦点レンズ歪み、コイルによるヒステリシス
等があるが微少領域では直線及び２次式での近似が可能
である。

【００６７】また、ビーム入射角及び電界の非対称性に
よりビーム形状が楕円に変化する現象を非点収差と呼
ぶ。非点収差は、焦点変動と同様に検出物の解像度に変
動を生じさせ、比較検査での欠陥の見逃しや誤検出等の
影響を及ぼす。非点は偏向位置が偏向中心から離れるに
従い、大きくなり、偏向制御装置は保持している偏向位
置データをもとに、非点補正量を演算する。非点補正は
直線及び２次式での近似が可能である。非点補正は、実
施例では偏向器の対角線上にある電極に同電位を加える
ことにより、ビーム形状の調整を行う。

【００６８】［本発明の基本構成］本願は、前記最も速
い周波数で動作するデジタル演算である第１の周期で高
速に変化する情報と第２の周期で低速に変化する情報と
の組み合わせ演算を行い、第１の周期毎に高速に結果を
出力するデジタル数値演算システムに適用し、効果が得
られるデジタル演算ユニットの構成の提案を１つの目的
としている。

【００６９】上記数値演算システムを必要とする装置の
例として、図１に示すビーム走査型の画像情報取り込み
装置の１例である荷電粒子ビーム走査式検査装置が挙げ
られる。

【００７０】現状、ビーム走査方向の１ピクセルに相当
する画像を得る時間を第１の周期とし、ｆ１＝１００Ｍ
Ｈｚ〜２００ＭＨｚ程度、ビーム走査方向に１ライン走
査する時間を第２の周期とし、ｆ２＝１００ＫＨｚ〜２
００ＫＨｚ程度を設定している。この値は、例えば、被
検出試料が半導体のウェハ上のＬＳＩチップであり、そ
のチップ上のパターン画像を得てそれが正しいか否か検
査する装置として用いる場合の画像処理分解能及びタク
トタイム等から計算した現実的に必要とされるスペック
の１つである。

【００７１】図１の装置において本願が提案する数値演
算システムを必要とする重要部分は偏向制御手段１０５
である。偏向制御手段１０５では、具体的に次に示す２
つの誤差対象に対して補正制御演算を行う必要がある。

【００７２】（１）レンズ部等の光学的歪みに代表され
る固定的誤差であり、連続的な誤差関数により事前定義
可能なもの。これらは、変換関数を用いた座標変換等の
数値計算や事前の形状計測情報、又は両者の組み合わせ
等によって補正処理を行い、制御出力に反映する。

【００７３】（２）ステージ部５の位置ずれ、速度むら
等の機械的変動、温度等の環境変化に呼応した変動、径
時変化に対する補正であり、ステージ部からのセンシン
グ情報を用いて補正処理を行い、制御出力に反映する。

【００７４】ここで制御出力とは、ビームを正しく制御
するためのビーム走査部に対する指令に相当する。

【００７５】図２は、本発明の偏向制御装置の基本シス
テム構成である。

【００７６】図２において、関数演算部１２が上記
（１）に相当する処理部であり、制御情報演算部１１が
上記（２）に相当する処理部である。レジスタ部ａ１４
は、制御情報演算部１１に前記第２の周期で変化する情
報ｇ（ＰＣＤ０…）を保持しており、レジスタ部ｂ１５
は、関数演算部１２に前記第１の周期で変化する情報ｈ
（ＦＣＤ０…）を保持している。これらのレジスタ部
は、いずれもマスタプロセッサ部１６によってその情報
が変更され、各演算部の処理に変数又は定数として用い
られる。外部情報入力部１０はステージ制御部１７の測
長部から得る位置情報等のステージの状態を監視するた
めの情報ａを得て、計算処理可能な様に情報ｂを生成す
る前処理を行う。ここでの入力情報は、ステージを駆動
する制御情報のフィードバック情報でも良いし、ステー
ジに装備されるセンサからのフィードフォワード情報を
使用しても良い。制御情報演算部１１は、外部情報入力
部１０からの前処理済情報を得て、関数演算部１２に与
えるための情報ｃを第２の周期にて生成する。

【００７７】関数演算部１２は、例えば試料２０に対し
てビームを走査する際の位置（Ｘ、Ｙ）の関数として、
例として式１に示す様な３次式で表される座標変換式で
表現される、光学系の歪みを補正して平面等方化するた
めの投影処理を行い、ビーム制御のための基本情報ｄを
生成する。

【００７８】Ｘがライン方向だとすると、画像処理部で
の１ラインあたりの画素数ｎ個分を走査する時間がＹ方
向の変化する最小の周期となる。Ｘの変化周期は１画素
分の走査時間に相当し、従って、Ｙの変化周期はおよそ
（Ｘの変化周期）×ｎ＋αとできる。１ラインあたりの
走査時間をおよそ１０μs／X方向１ライン当たりの画素
数をおよそ１０００と仮定すると、Xの変化周期はおよ
そ１０μs／１０００＝１０ｎｓ（ｆ＝１００ＭＨｚ）
となり、Yの変化周期は10μs＋αとなる。情報ｄは、X
の変化周期に応答するため、10ｎsの周期の高速な変化
情報となる。これを前記第1の周期と定義し、10μs＋α
を前記第２の周期と定義する。

【００７９】制御情報出力部１３は、ＤＡＣ部２２に
て、ビーム走査部１８に与える指令情報ｆ（アナログ制
御情報）を生成するための元となるデジタル制御情報ｅ
を生成する。これについては後に詳しく述べる。

【００８０】マスタプロセッサ部１６は、制御情報演算
部１１、関数演算部１２、画像処理部１９、ステージ制
御部１７等からの情報を集約して、総合的な判断処理、
管理処理、レジスタ部ａ１４、ｂ１５上のパラメータ変
更処理等を、前記第２の周期を基本周期として行う。す
なわち、ビーム走査制御部２１の総合制御／管理部と位
置づける事ができる。

【００８１】本発明のビーム走査式ウェハ検査装置の高
速／高精度デジタル化によって、概略以下の性能を強化
できる。

【００８２】（１）アナログ方式では不可能であった光
学系起因によるのビームの歪みや、電子回路起因の歪み
等、歪みに対する複雑な補正処理を実現でき、精度向上
と偏向走査領域の拡大が可能になる。

【００８３】（２）微細なレベルの制御信号に対する補
正処理（線形性、ビットの誤差等の補正）が可能となり
精度向上と走査領域の拡大が可能になり、かつ精度やチ
ューニングに関わるコストと製造期間を大幅に低減でき
る。

【００８４】（３）制御信号を操る自由度が飛躍的に向
上し、パラメータ設定や変更等によって、補正処理の変
更を検査中に逐次実行でき、大幅に機能を向上させる事
ができ、精度向上と非検出物の検査領域の拡大ができ
る。

【００８５】（４）ステージ等のメカニカルな部分の制
御と高速にリンケージできることにより、ビームによる
目的とする位置への追従制御が可能となり、メカ部の精
度やチューニングに関わるコストと製造期間を大幅に低
減できる。

【００８６】ウェハには大量のＬＳＩチップが形成され
ており、これらのチップをタクトタイムを短縮して出来
るだけ早く検査することが望まれている。また、デザイ
ンルールの微細化による欠陥検出サイズの微細化（現状
０．０５um）、ウェハサイズの大型化（現状１２イン
チ）により、検査領域に対する相対精度の向上、検査す
べきチップ数もそれに伴って面積的に増加する為、高速
化高精度化の要求は高まる一方である。本発明のデジタ
ル処理方式のビーム走査式検査装置はこの要求に応える
ものである。

【００８７】現状要求されているビームの走査速度は、
画像で１０２４画素分のラインを走査するのに１０μｓ
程度とされており、１ピクセル当たり１０ｎｓ以上、周
波数にして１００ＭＨｚ以上の高速性に加えて、ビーム
走査領域とビーム位置指定精度の関係から少なくとも１
６ｂｉｔ以上の精度（分解能ではない）のスペックが要
求されている事になる。

【００８８】（演算精度）偏向位置算出後の演算有効桁
数は、偏向可能領域500μmであることから、LSBを約0.6
nmとして約20bitとなる。演算を固定小数点で行うこと
は、数値の演算丸め誤差や必要となる数値の有効範囲を
考慮した桁合わせのための固定回路が必要となり、汎用
性を失う。これに対して演算を単精度実数で行うと、実
用的に数値の上限や下限に制約や演算誤差が無く、幅広
い補正演算が可能となる。また、単精度実数は符号ビッ
ト以外に23bitの仮数部があり、演算精度に関しては全
く問題ない。

【００８９】［偏向制御装置の構成］図１５は、本発明
の偏向制御装置の補正演算処理の概略を説明する図であ
る。まず上位制御手段１０４は、偏向制御装置が実時間
で補正演算を行う為の各種パラメータを算出し、偏向制
御装置に転送する。ここで行う演算は、前述した、検査
前のアライメント結果を基に偏向歪、非点、焦点など偏
向制御系が補正演算に用いる各種補正係数の抽出、ウェ
ハ位置や検査パターンの配置抽出のための統計処理、ミ
ラー歪やステージガイド歪、アッベ誤差、偏向器取り付
け誤差などの装置誤差の算出、装置誤差及び検査箇所の
位置誤差の補正後の検査目標位置の算出、検査中にマー
ク検出を行いドリフトの算出などである。

【００９０】前記各種補正係数は、偏向補正係数、非点
補正係数、動焦点補正係数、焦点補正係数がある。偏向
補正係数は、３次近似式の係数テーブルで、HI面とLO面
のセットを数セット持ち、ウェハ領域によって選択され
る。偏向補正係数を適宜変更することにより、歪の一様
でない例えばウェハ外周での偏向歪の補正が可能とな
る。非点補正、動焦点補正係数は、偏向位置により算出
される2次近似式の係数で、焦点補正係数は、高さ情報
にしたがって焦点補正値を算出する1次及び２次式の係
数である。以上の補正係数を、事前に上位制御手段１０
４がアライメント等の計測及びデータ処理を行い算出す
る。従って、図１５の各処理の演算内容は、上位制御手
段に依って決定される。検査中は、この補正係数を用
い、偏向制御装置において演算が行われる。

【００９１】上位制御系は、補正係数同様検査前に、装
着したウェハの誤差、チップ配列の誤差、装置誤差を計
測し各種誤差データを保持している。このデータを基
に、検査を行う目標位置に対し補正処理を施した後、検
査目標位置２２１として偏向制御装置にデータを転送す
る。

【００９２】検査目標位置２２１は、通常はデータ数を
少なくする目的で、検査の始点目標位置、終点目標位置
もしくはライン数、ラインピッチ、画素ピッチのデータ
としてストライプ毎に偏向制御装置に転送する。誤差補
正が直線近似出来ない場合は、ストライプを幾つかのブ
ロックに分けるか、ライン毎のデータ群を転送してもよ
い。

【００９３】ドリフトは、検査中に基準マークの検出を
行うか、検査前に測定及び算出した関数に従って、上位
制御系が変更の必要と判断した場合に偏向制御系に転送
を行う。ドリフトには、偏向ドリフト２２０（オフセッ
ト、回転）、焦点ドリフト、非点ドリフトがあり、前者
は数ライン毎の変更が予想され、後者の２つは変更頻度
が低いことが予想されるため事前にユーザにより検査シ
ーケンスで定めた頻度で変更を行う。

【００９４】偏向制御装置は、前記検査目標位置２２
１、ドリフト２２０の演算結果を上位制御手段１０４か
ら受け取る。なお、偏向制御装置で行う各演算処理で用
いる各種補正係数は、前述したように適宜、上位制御手
段より受け取る。

【００９５】追従補正処理２２４では、上位制御手段１
０４からの検査目標位置すなわちビーム目標位置のウェ
ハ位置換算値とドリフト値とステージ位置センサ２２２
からのステージの現在値を基に、偏向中心からの差分
（偏向位置）を演算する。

【００９６】偏向歪係数算出処理２２５は、上位制御手
段１０４からウェハ内の偏向歪変動に対応した３次関数
で近似される偏向補正演算式の係数を受け取り、ウェハ
位置により係数を選択し、かつ高さセンサからの高さ情
報から前記HI面とLO面の係数セットから現在使用する係
数を算出し、偏向歪補正処理２２６へ転送する。

【００９７】偏向歪補正処理２２６は、３次関数で近似
される偏向補正演算式の係数を偏向歪係数算出処理２２
５より受け取り、位置変動追従補正処理２２４で算出し
た偏向位置に対する偏向補正演算を行う。補正後の信号
は、デジタル値に対応したアナログ信号が出力されるよ
うに回路歪の補正処理２３０を行い、偏向回路２３１へ
出力される。

【００９８】偏向補正処理の各処理はそれぞれ前の処理
の演算結果を使用するため、精度を要求する場合それぞ
れを並列に演算すべきでなく、ウェハ位置換算処理、追
従補正、偏向歪補正、回路歪は順で行わなければならな
い。そのためには高速のデジタル演算が必要となるが、
本発明の高速デジタル演算装置では、後述するパイプラ
イン構成のLSIにより実現している。

【００９９】位置変動追従補正処理２２４で算出された
偏向位置情報は、偏向位置による非点収差補正処理２２
７と偏向位置による動焦点補正処理２２８に使用され、
それぞれ偏向回路、動焦点回路へ制御値を出力する。ま
た、高さ変動による動焦点補正処理２２９において、高
さセンサ情報から動焦点補正値の変換を行い、動焦点回
路へ制御値を出力する。

【０１００】図１６は、基本システムである図３の前記
数値演算システムを更に発展させ、前記補正演算及び前
記ビーム走査を行うための本発明の偏向制御装置の構成
を説明する図である。

【０１０１】データ入力手段２００は、ステージ位置情
報２１３つまりレーザの測長データの入力を行う。レー
ザ測長値の変換レートは100nsであるので測長値を使用
する演算はハードロジックで行っている。データ数は、
３２ビットデータが３軸あり９６必要であるが、本発明
の場合、データ入力手段２００では、データを取り込む
インタフェースに加えて、データを分割して取り込みデ
ータ数を物理的に削減する機能を備えている。偏向位置
補正演算手段２０１は、パラメータ管理手段及びシステ
ム管理手段２０７より、装置定数のような１度設定すれ
ば普遍の定数は直接指定され、検査目標位置の１つであ
るスキャンの開始偏向位置などの逐次指定されるデータ
は、データ変更タイミングの管理を行うためレジスタ部
ａ２０５を介して行う。前記普遍の定数は、偏向歪補正
演算手段２０４、DAC入力データ生成及び補正手段２０
８、走査シーケンス及びタイミング管理手段２０２へも
直接指定される。偏向位置補正演算手段２０１は、前記
位置追従補正処理２２４を行い、レジスタ部ａから得る
偏向ドリフトの補正と検査目標位置とデータ入力手段２
００から得るレーザ測長値からステージ位置追従とヨー
イング補正を行い、ウェハ上のスキャン開始位置を算出
する。但し、ステージ位置追従では、測長の遅れ時間補
正のためステージ速度算出も行う。本偏向制御装置の演
算遅れ時間（レイテンシ）は、１００ＭＨｚ動作時、レ
ーザ入力段で２００ｎｓ、位置追従補正処理２２４で２
００ｎｓ、偏向歪補正処理２２６で２２０ｎｓ、回路歪
補正処理２３０で６０ｎｓである。特に画素周期で動作
する部分は位置追従補正処理２２４の後半５０ｎｓから
の３３０ｎｓであり、遅れ時間に与える影響は少ない。
前記検査目標位置は、前述したように検査の始点目標位
置とラインピッチとからシステム管理手段２０７にて演
算するか、上位制御手段からの値をパラメータ管理手段
２０７、レジスタａ２０５経由で指定される。また偏向
位置補正演算手段２０１は、スキャン方向を、画素ピッ
チとレーザ測長値からのステージのヨーイング角、偏向
ドリフトの回転成分から算出し、ウェハ上のスキャン開
始位置とスキャン方向の演算結果から、走査シーケンス
及びタイミング管理手段２０２からの出力シーケンスに
従い、各画素のウェハ上目標位置を算出する。偏向歪補
正演算手段２０４は、前記各画素のウェハ上目標位置と
偏向歪係数を受け取り、前記偏向歪補正処理２２６つま
り各画素での偏向歪補正演算を行う。この時使用する偏
向歪係数は、前述したように、ウェハ位置と高さにより
変化する補正がなされたもので、レジスタ部ｂより設定
される。前記偏向係数算出処理２２５は、パラメータ管
理及びシステム管理手段２０７にて行う。DAC入力デー
タ生成及び補正手段２０８は、前記偏向歪補正後の画素
単位の目標位置を受け取り、前記回路歪補正処理２３０
つまりビームを目標位置へ移動させるためのＤＡ変換器
への制御値を算出する。前記回路歪補正処理２３０を行
うためには、事前にアナログ出力特性のデータを得なけ
ればならないが、ここでは測定手段２１０によりデータ
を取り、パラメータ管理及びシステム管理手段２０７に
よりデータが処理されてDAC入力データ生成及び補正手
段２０８に設定する経路が示されている。

【０１０２】画素単位の目標位置及び偏向歪演算は10ns
単位で行うため、走査シーケンス及びタイミング管理手
段２０２、偏向位置補正演算手段２０１、偏向歪補正演
算手段２０４、DAC入力データ生成及び補正手段２０８
は、LSIにて構成することが必要である。本発明では、
ピン数、ゲート数、発熱、コスト等の問題から、セレク
ト信号により指定する２つの機能が選択できる１種類の
LSIを用い、1つの装置に使用するLSIの個数は、データ
入力手段２００、偏向位置補正演算手段２０１、走査シ
ーケンス及びタイミング管理手段、レジスタ部ａを1つ
の機能とするLSI２１８、偏向歪補正演算手段２０４、D
AC入力データ生成及び補正手段２０８、レジスタ部ｂ２
０６で、偏向座標のＸ及びＹ方向それぞれに1つのLSI２
１９、の合計３つのLSIで構成されている。

【０１０３】非点補正及び焦点補正演算手段２１１は、
前記非点補正処理２２７、偏向位置による動焦点補正処
理２２８と高さ変動による動焦点補正処理２２９を行
う。補正データはＤＡ変換手段２１２によりアナログ信
号に変換され、偏向器及び焦点レンズ２１７にて制御さ
れる。非点補正２２７と偏向位置による動焦点補正２２
８は、偏向の位置により変動する非点現象および焦点ボ
ケを自動的に補正し、現状、補正値の変更間隔は偏向位
置が50μｍ程度移動した時で、ステージのステップアン
ドリピート方式で5ms、連続移動方式では数秒以上の非
常にゆっくりした周期である。このため、非点補正及び
焦点補正演算手段２１１に入力する偏向位置情報は、本
発明ではパラメータ及びシステム管理手段２０７が偏向
位置演算手段２０１からデータを読み出して、非点補正
及び焦点補正演算手段２１１に受け渡しているが、偏向
位置演算手段２０１から直接受け渡してもよい。

【０１０４】同様に高さ変動による動焦点補正演算２２
９は、高さセンサ２１５からの1ms周期の入力は、本発
明ではパラメータ及びシステム管理手段２０７がセンサ
入力手段２０３からデータを読み出して、非点補正及び
焦点補正演算手段２１１に受け渡しているが、センサ入
力手段２０３から直接受け渡してもよい。

【０１０５】データ変更時間が100ns以下の部分は、プ
ロセッサでは演算時間が追いつかないためハードウェア
で構成する必要がある。特に10ns以下の部分は基板上で
構成することが困難であるのでLSIを製作し、実施す
る。プロセッサには、１つ又は複数のLSI制御プロセッ
サとそれ以外の演算を行う1つ又は複数のプロセッサが
必要である。後者は、上位制御系とのインタフェース、
LSI制御プロセッサとのインタフェース、 非点、焦点
補正演算、 高さ位置に対する偏向補正係数の算出、検
査動作状態の管理などの機能を必要とする。

【０１０６】現状、プロセッサがあるメモリ上のデータ
をＬＳＩのレジスタへ転送する時間は２８０nsであり、
１ライン中すなわち約１０μｓで３５データの転送が可
能である。偏向係数はＸとＹ軸の合計で２０データであ
り、１ライン中にすべてのデータを書き換えることが可
能である。もし演算時間などの処理が多数必要となり、
約１０μｓでデータの書き換えができない場合は、ライ
ン開始タイミングを書き換えが終了するのを待って走査
シーケンス及びタイミング管理手段２０２に指定するこ
とにより対応可能である。この場合１ラインを１０μｓ
以上の間隔で走査する。また、バスクロックを高速にす
ることや、本出願人の出願である、特願（ダイナミック
バスプロトコル）記載のバスを高速にアクセスする方法
を用いれば、前記レジスタへ転送する時間を短縮するこ
とが可能となる。

【０１０７】走査シーケンス及びタイミング管理手段２
０２は、主にカウンタ回路で構成され、各部のタイミン
グの管理を行う。タイミングの設定は上位制御手段１０
４からとパラメータ及びシステム管理手段２０７により
行われる。外部への信号は、主に画像処理とブランク２
１４に出力される。画像処理へは、正確な位置検出を行
うため、２次電子検出系との同期と、画像処理系への検
査位置受け渡しの目的で、ストライプ方向の検査有効区
間のタイミング制御を行い、ライン（スキャン）方向の
画像取り込み有効区間のタイミング制御、本偏向制御装
置によりビームが偏向され検出器に信号が伝播するタイ
ミングつまり画素取り込みのタイミング制御を行う。内
部への信号は、レジスタ部２０５、２０６へのデータ変
更タイミングの制御、偏向位置補正演算手段２０１、偏
向歪補正演算手段２０４、DAC入力データ生成及び補正
手段２０８へのパイプライン構成データの流れるタイミ
ングの制御、画素データの変更タイミングと画素数の制
御を行う。

【０１０８】［偏向歪補正演算手段］さて、本例におい
てデジタル処理を行う上で重要かつ実現困難なビーム走
査制御部２１の第１の構成要素は、式１にて示した関数
処理をｆ＝１００ＭＨｚ以上のスループットにて動作し
なければならない関数演算部１２である。単純に式１を
実行するだけで３６個の加算、乗算が必要であり、正規
化する等も含めると４０演算以上のオペレーション要求
される。また、これらの演算は、式１と同様の汎用的な
記述に基づいて実行するとなると、浮動小数点型の実数
演算処理を１秒間に４Ｇ回（4ＧＦＬＯＰＳ）処理する
能力が要求される。その他前処理演算及び補正演算を組
み合わせて実行する必要が生ずる場合もあり、総合する
と10Ｇ回／s（10ＧＦＬＯＰＳ）程度の処理能力が必要
となるケースも予想される。

【０１０９】関数演算部１２を構成する上で、問題とな
る事項を以下にまとめておく。

【０１１０】（ａ）このような高速演算を行うために
は、実数演算処理を並列パイプライン的に実行する必要
があるが、非常に多くのトランジスタを必要とする。さ
らに、リアルタイムで動作する制御部と連動するため、
レイテンシを小さく保つ必要があり、配線短縮の点から
もコンパクトに構成する必要性が生ずる。すなわち、非
常に高集積なＬＳＩ又は電子基板を実現しなければなら
ず高度な論理設計技術やトランジスタ数削減技術が要求
される。

【０１１１】（ｂ）(a)の点を実現しようとすると、多
くのトランジスタが小さなエリアで大量にスイッチング
動作を行うため、それに伴って大量の発熱が生ずる恐れ
がある。発熱を押さえる回路設計上の工夫が必要とな
る。

【０１１２】（ｃ）レジスタ部からの情報等、異なる周
期で変化する情報をスムーズに高速処理の中に取り込ん
だり、処理情報をリアルタイムでマスタプロセッサへ読
みだしたりする必要がある。すなわち、回路動作上の高
度な同期化処理技術が要求される。

【０１１３】上記の理由からビーム走査制御部２１は、
ＤＡＣ部２２を除いては、ＬＳＩで構成するのが良い。
実施の例では、ゲート量とピン数の制約から、外部情報
入力部１０、制御情報演算部１１、レジスタ部ａ１４を
１チップに、関数演算部１２と制御情報出力部１３とレ
ジスタ部ｂ１５を1チップで実現し、かつ１種類のＬＳ
Ｉ上でセレクト信号により切り替えられる様になってい
る。

【０１１４】上記（ａ）の実現方法の一例として、前記
式１の演算を、乗算器と加算器を積和型に一体化したＭ
ＡＣ演算器を基本演算器として構成し、それを組み合わ
せて最も効率良く並列に実行する方式を図３に示す。Ｍ
ＡＣ演算器は、実数入力に対して所望の数値範囲で結果
が得られる様、例えばＩＥＥＥ規格の実数フォーマット
に準拠した汎用の実数演算器として構成する。

【０１１５】上記図３に示した式１の演算器３０は、２
つの制御方向（ｘ、ｙ）のうち１方向のみの演算につい
て構成したものである。式１を実現するためには、図３
の構成を２つ並列に動作させれば良い。

【０１１６】ＭＡＣ演算器３１〜３９を構成した場合の
利点を以下に示す。

【０１１７】１）中間フォーマットを自由に設定できる
ため、乗算器を加算器に単純に接続する場合より省ゲー
ト化が可能である（少なくとも１０００ゲート以上の省
ゲート化が可能）。

【０１１８】２）丸め処理が少なくなり、精度を高く保
つことができる。

【０１１９】３）後述するパイプライン化の際、１）、
２）等の効果と合いまって、演算レイテンシの短縮が図
れるため、パイプライン段数を少なくできる。この事も
省ゲート化、省電力化に大きく貢献する。

【０１２０】ところで、図３の構成を透過タイプのスカ
ラ演算器で構成した場合、ＣＭＯＳプロセスのＬＳＩと
して設計すると、ＭＡＣ演算１段当たりのレイテンシは
５０ｎｓ程度かかる。すべての演算を処理するためのレ
イテンシは、このような最適な並列処理構造を採っても
２００ｎｓ程度かかることになり、１０ｎｓ（ｆ＝１０
０ＭＨｚ）以下の計算周期を得ることは不可能である。
そこで、前記（ａ）で述べた様に、パイプライン並列型
の演算器構造をとる必要がある。しかし、単純にパイプ
ライン化しても、中間データを保持するためのパイプラ
インレジスタが増大し、前記（ｂ）に示したパイプライ
ンレジスタでのスイッチングに伴う発熱とトランジスタ
数（ゲート数）の増加が発生する。

【０１２１】そこで、図５に示す５段のパイプライン構
造を有するＭＡＣ演算器４０を提案する。図５で示した
点線で示した部分が単純にパイプライン化した時に演算
ステージを合わせるために必要となっていたパイプライ
ンレジスタ４１であり、トランジスタ換算でＭＡＣ演算
器１つ当たり約１６００トランジスタ分の省ゲート化と
スイッチングパワーの除去が可能である。

【０１２２】しかし、ＭＡＣ演算器に入力される数値パ
ラメータｃの入力タイミングがパラメータａ、ｂと異な
るため、演算ステージ段数が合わなくなってしまう可能
性がある。しかし、図４に示す様に、ｆ＝１００ＭＨｚ
以上で変化する入力変換（Ｘｂ、Ｙｂ）の整合用パイプ
ラインパスのみを調整すれば全体の処理を矛盾なく実行
させることが可能である。図４は、図３の構成に対し、
図５のパイプライン化されたＭＡＣ演算器を適用して、
全体的にパイプライン化を図ったものである。各モジュ
ールの下及び上に示したＸＸ→ＹＹは、その出力段まで
のトータルパイプライン段数を示し、ＸＸが図５の点線
部分を含む場合、ＹＹが本方式の省ゲートタイプＭＡＣ
演算器を用いた場合である。トータルレイテンシはもち
ろん整合用のパイプライン段数も減らせることがわか
る。結局、トータルレイテンシとして２０段から１８段
に短縮され、パイプラインレジスタの本数も総合で２２
段も省略できたことになる。単純に、乗算器と加算器を
組み合わせると、ＭＡＣ処理当たり６段のパイプライン
段数となり、結果的に本方式よりも５７段ものパイプラ
インレジスタが余分に必要となる。

【０１２３】図５に、パイプライン構造のＭＡＣ演算器
４０の演算分割配分を示す。

【０１２４】上記ＭＡＣ演算器４０は、約１０ｎｓの周
期（ｆ＝１００ＭＨｚ）で動作できる。すなわち、入力
パラメータａ、ｂ、ｃは、１０ｎｓ周期でクロックに同
期して投入可能であり、パイプライン的に処理（Ｓ＝ａ
×ｂ＋ｃ）された結果Ｓは、１０ｎｓ周期で出力され
る。入力段のステージＭＰＹＳＴＧ１Ａ（４２）及びＡ
ＤＤＳＴＧ１Ａ（４６）では、ＩＥＥＥ規格で入力され
たデータ（ａ、ｂ、ｃ）を、演算処理を施し易い内部形
式（２進形式）に変更する必要がある。この処理に約
１．５〜３ｎｓかかるが、乗算器と加算器を融合した本
願のＭＡＣ演算器では、乗算の最終ステージＭＰＹＳＴ
Ｇ３Ａ（４５）と、加算のｃ入力部の内部形式への変化
ステージＡＤＤＳＴＧ１Ａ（４６）とを並列に処理可能
である。また、乗算ステージの最終段ＭＰＹＳＴＧ３Ａ
（４５）の次段で、 ＩＥＥＥ形式に変換するステージ
（ ＭＰＹＳＴＧ３Ｂに相当する）を設ける必要が無
く、内部形式のまま加算器のステージＡＤＤＳＴＧ１Ｂ
（４７）にデータを引き渡すことができる。従って、加
算ステージの初段で、乗算器からの結果に対してＩＥＥ
Ｅ形式からの変換ステージ（ＡＤＤＳＴＧ１Ａに相当す
る）を実行する必要もなくなる。次の演算器へＩＥＥＥ
形式に変換（丸め処理も行う）して出力する出力段ステ
ージ（ＡＤＤＳＴＧ３Ｂに相当する）についても、加算
器の最終段にのみ設けるだけで良い。

【０１２５】以上から、乗算ステージＭＰＹＳＴＧ１Ａ
（４２）、１Ｂ（４３ ）が合計９ｎｓ、乗算ステージ
ＭＰＹＳＴＧ２（４４ ）が９ｎｓ、乗算ステージ ＭＰ
ＹＳＴＧ３Ａ（ ４５）が３ｎｓ、加算ステージＡＤＤ
ＳＴＧ１Ａ（４６）が乗算ステージ３Ａと並列に３ｎ
ｓ、加算ステージＡＤＤＳＴＧ１Ｂ（４３）が９ｎｓ、
加算ステージＡＤＤＳＴＧ２（４８）が９ｎｓ、加算ス
テージＡＤＤＳＴＧ３Ａ（４９）が３ｎｓ、加算ステー
ジＡＤＤＳＴＧ３Ｂ（５０）が３ｎｓ、というレイテン
シの配分となっている。最終段ステージＡＤＤＳＴＧ３
Ａ（４９）、３Ｂ（５０）は、合計６ｎｓとなっている
が、次段の演算器に送るために約３ｎｓの余裕（伝送路
の遅延マージン）を持たせているためである。なお、Ｉ
ＥＥＥの形式に圧縮してデータの入出力を行う必要があ
るのは、外部からの汎用データ入力形式と整合性をとる
目的もあるが、 ａ）加算器と乗算器とで有効な内部形式がそれぞれ異な
る、 ｂ）内部形式のビット幅はＩＥＥＥ形式よりも広く、ゲ
ート数、スイッチングパワー、演算器間の結線量のいず
れも内部形式の方が不利である、 等の理由からである。

【０１２６】以上から、本願のＭＡＣ演算器は、５段の
パイプラインで構成可能となっており、単純に汎用乗算
器を組み合わせた場合より、パイプライン段数で１〜２
段、トータルゲート数で１５〜２０％程度削減できてい
る。

【０１２７】［レジスタ部］次に、前記（ｃ）に示した
外部との入出力に関わる同期化の問題についての解決策
について述べる。外部とは、主としてマスタプロセッサ
とのやり取りを指す。

【０１２８】まず、関数処理部に与えるパラメータ（図
３、図４の実数パラメータａ０〜ａ９に相当する）を保
持するレジスタ部ｂ（１５）へのデータセット方法につ
いて、本願では以下のレジスタ構成と手法を採る。

【０１２９】（ア）マスタプロセッサを動作させるクロ
ックとビーム走査制御部の基準クロック（ｆ＝１００Ｍ
Ｈｚ以上）とは非同期と考えるべきであり、マスタプロ
セッサ側から、ビーム走査制御部内のレジスタに対し、
自在にアクセスするためには、マスタプロセッサからの
アクセス判断信号と、前記基準クロックとの間で同期化
を図る必要がある。これは、図７に示した様に、マスタ
プロセッサからのライトコマンド（／ＣＰＵＷＴ）を、
ＣＬＫ（ｆ＝１００ＭＨｚ以上）を用いて、２段以上の
フリップフロップでシフトすることにより、 ／ＷＴａ
を生成する非同期信号の同期化処理を施す。さらに／Ｗ
Ｔａを１段分以上シフトして／ＷＴｂを生成すれば、／
ＷＴａ＝Ｈｉかつ／ＷＴｂ＝Ｌｏの期間を取り出し、Ｃ
ＬＫに同期したＷＴＥが生成可能である。例えば、図６
に示すラッチレジスタＡ５１に、ＷＴＥ５３に応答して
マスタプロセッサからのデータをラッチすれば、ラッチ
されたデータＬＤＡＴＡ−Ａ（８０）はＣＬＫに同期し
て出力できる。

【０１３０】（イ）事前に変更しておいたパラメータの
みをあるタイミング（例えばサンプリング周期の初め）
で一斉に変更して関数演算部１２に与えたいケースがあ
る。これは、図６に示した様に、もう１つのラッチレジ
スタＢをラッチレジスタＡの後段に設け、前記一斉に変
更すべきタイミングを示す信号（ＲＥＰＴＲＧ）に応答
してラッチレジスタＡの内容をラッチレジスタＢにコピ
ーする方法を採る。ＲＥＰＴＲＧ信号に対応するレジス
タ群のラッチレジスタＢに共通して接続すれば、そのレ
ジスタ群の内容を適切なタイミングで同時に変更可能で
ある。その場合の出力としてはＬＤＡＴＡ−Ｂを用い
る。なお、ＲＥＰＴＲＧ信号は、マスタプロセッサから
のアクセス制御信号（／ＣＰＵＷＴ、／ＣＰＵＲＤ）に
応答して、ＷＴＥの生成と同様の非同期信号の同期化手
法を用いてＣＬＫに同期化させて生成するのが一般的で
あるが、外部からのリプレースコマンドをＣＬＫに同期
化して用いて生成しても良い。

【０１３１】（ウ）図６に示すレジスタの構成の中で、
ラッチレジスタＡ（５１）、Ｂ（５２）は、ゲートラッ
チを用いて構成する。ゲートラッチとはこの場合、Ｇ入
力に与える信号（ここではＷＴＥ５３、ＲＥＰＴＲＧ５
４）がＨｉレベルのときＤ入力のデータを透過してＱ出
力（ＬＤＡＴＡ−Ａ（８０）、ＬＤＡＴＡ−Ｂ（８
１））に出力し、Ｇ入力に与える信号がＬｏレベルに遷
移するタイミングでＤ入力のデータをラッチし保持する
機能を有している。ゲートラッチを用いれば、フリップ
フロップを用いる場合の約１／２のゲート数で構成可能
であり、消費電力的にも有利である。

【０１３２】次に関数演算部を含むビーム走査制御部内
のＣＬＫ（Ｆ＝１００ＭＨ以上）に同期したデータ群
を、マスタプロセッサ側に読み出す際の同期化手段につ
いて述べる。

【０１３３】（ア）図７に示した様に、マスタプロセッ
サ側から生成されるリードコマンド（／ＣＰＵＲＤ）
を、／ＷＴａ生成時と同様の同期化手段にてＣＬＫに同
期化し、／ＲＤａ信号を生成する。

【０１３４】（イ）図８に示す内部レジスタをラッチす
るためのラッチレジスタ５５を設け、生成した／ＲＤａ
信号５６の立ち上がりタイミングに応答してマルチプレ
クサＭＵＸ５７を介して選択信号ＳＥＬ５９により選択
されたＣＬＫ同期した内部データ５８を前記ラッチレジ
スタにラッチする。これにより、マスタプロセッサに対
しては、／ＲＤａが立ち下がる約１ＣＬＫ程度以上前の
タイミングから、／ＣＰＵＲＤが立ち上がる（終了す
る）少なくとも１ＣＬＫ以上先のタイミングまでの期
間、所望の内部データを正しく表示することができる。
マスタプロセッサはこの表示データを読み込めば良い。
なお、マルチプレクサＭＵＸ５７を切り換え、所望の内
部データをラッチレジスタ５５に対して与えるための選
択信号ＳＥＬ５９には、一般的にマスタプロセッサから
のアドレス信号か、それに応答してモディファイされた
信号を用いれば良い。

【０１３５】次に、関数演算部１２からの結果を高精度
なアナログ情報に直して１００ＭＨｚ以上のレートで出
力する制御情報出力部１３について述べる。

【０１３６】［ＤＡＣ入力データ生成及び補正手段］図
９に、ｆ＝１００ＭＨｚ以上の周期で高精度なアナログ
情報に変更する手段を示す。ＦＩ（６０）は、浮動小数
点データ（実数）を整数値（３２ｂｉｔ）に変換する演
算器、ＭＵＸＨ（６１）、 ＭＵＸＬ（６２）及びＭＵ
ＸＡ（６３）は、それぞれ選択信号ＳＥＬＨ（６４）、
ＳＥＬＬ（６５）及びＳＥＬＡ（６６）に対応して、
ＦＩ（６０）から出力される３２ビットデータのうち上
位２０ビットから１６ビット分を選択するマルチプレク
サである。マルチプレクサＭＵＸＨ（６１）、ＭＵＸＬ
（６２）の出力は、ＦＦで構成されるパイプラインレジ
スタ（６７）（６８）を介して、ＤＡＣ（デジタルアナ
ログ変換器）の入力フォーマットに変換するロジックＦ
Ｍ（６９）（７０）を経由し、さらにパイプラインレジ
スタ（７１）（７２）を介してそれぞれ１００ＭＨｚ以
上のサンプリング周波数性能を有するＤＡＣＨ（７
３）、ＤＡＣＬ（７４）に入力される。一方、ＭＵＸＡ
（６６）の出力は、パイプラインレジスタ（７５）を介
して、メモリユニット（７６）のアドレス入力に与えら
れ、メモリユニット（７６）からは対応するデータが出
力されて、パイプラインレジスタ（７７）を介した後、
１００ＭＨｚ以上のサンプリング周波数性能を有するＤ
ＡＣＡＤＪ（７８）（補正用ＤＡＣ）に入力される。

【０１３７】本例では、ＤＡＣＨ（７３）とＤＡＣＬ
（７４）からのアナログ出力をアナログ的に加算するこ
とにより、最大３２ビット分解能レベルのアナログ出力
が得られる。しかし、ＤＡＣの非線形性や、基準オフセ
ット誤差等を補正しないと十分な精度が得られないた
め、精度的にネックとなるＤＡＣＨ部の補正を主眼とし
て、ＤＡＣＡＤＪ（７８）により補正加算値を出力す
る。補正加算値は、ＤＡＣＨ（７３）とＤＡＣＬ（７
４）の加算値を高精度電圧測定器で事前に測定してお
き、誤差の補正分を加算値として、メモリ書き込み手段
（７９）によって予めメモリユニット（７６）に保持さ
せておけば良い。従って、ＤＡＣＨ、ＤＡＣＬ、ＤＡＣ
ＡＤＪの各アナログ出力をアナログ的に加算して用いれ
ば、高精度なアナログ情報を出力することができる。

【０１３８】上述のように、アナログ方式では偏向走査
波形をアナログ回路により生成するのに対して、偏向走
査信号の補正もすべてデジタルで演算を行ない、デジタ
ル制御信号の時系列により、デジタル値を逐次アナログ
値に変換し、偏向走査波形を形成するデジタル方式で偏
向制御装置を構成することが可能となると、以下のよう
な利点がある。

【０１３９】ビーム走査式検査装置において偏向制御装
置を前記デジタル方式で実現した場合、光学系起因によ
るのビームの歪みや、電子回路起因の歪み等、歪みに対
する補正処理をデジタル値で補正式や補正テーブルを用
いて演算することで実現でき、精度向上と偏向走査領域
の拡大が可能になり、前記直線性や歪みに関する課題は
解決できる。

【０１４０】また、前記タイミングに関する課題は、デ
ジタル演算自体がクロックに同期した動作を行なうた
め、前記スタート、エンド等の画像取り込み同期タイミ
ングの時刻精度が管理でき、さらにタイミング設定をデ
ジタル値で容易に設定することが可能となり、解決でき
る。

【０１４１】また、ビーム走査式検査装置において偏向
制御装置を前記デジタル方式で実現した場合、制御信号
を操る自由度が飛躍的に向上し、パラメータ設定や変更
等によって、補正処理の変更や走査信号設定値の変更を
検査中に逐次実行でき、大幅に機能を向上させる事がで
き、精度向上と被検査物の検査領域の拡大ができること
と、前記歪みに関する補正が可能になることで、前記離
れた個所のパターン比較を行う場合の位置精度の問題
や、前記偏向歪の不均一な個所の検査ができないという
問題は解決できる。

【０１４２】更に、デジタルデータにより、ステージ等
のメカニカルな部分の制御や、システム全体を管理する
制御装置と高速にリンケージできることにより、ビーム
による目的とする位置への追従制御や装置誤差等の測定
や補正が可能となり、前記高価格や製造期間の長期化な
ど問題を解決できる。

【０１４３】但し、デジタル方式を実現する場合、ビー
ムを少なくとも画像情報取り込み周期で、すなわち１画
素毎に目標の偏向位置に移動させなければならないた
め、画像情報取り込み周期以内の時間で補正信号を出力
できることが好ましい。１画素毎に補正する場合に比べ
て精度は落ちるものの、１ラインの中での補正を可能に
すれば、少なくとも１ライン毎にしか補正できないアナ
ログ方式に比べて精度を向上することができる。

【０１４４】尚、要求される高速性は、制御出力が検査
時間及び被検査物の電荷のチャージをコントロールする
ビームの照射時間の関係から１００ＭＨｚ以上であり、
高精度化のために、制御出力が500μｍ角以上の要求偏
向領域と20ｎｍ以下の要求精度の関係から１６ｂｉｔ以
上が要求される。

【０１４５】一方、電子線描画装置では、例えば特開平
5-226234号公報に記載されているように、デジタル方式
による偏向制御方式が採用されている。しかし、電子線
描画装置の偏向は多段偏向方式で、検査装置とは偏向方
式自体が異なっている。また検査装置ほど高速性が要求
されないのに対して、検査装置のデジタル方式では画像
取り込み周期以内の時間で補正信号を出力しなければな
らず、両者の制御思想は大きく異なっており、電子線描
画装置のデジタル方式をそのまま採用することは困難で
ある。

【０１４６】本発明に係る検査装置の実施例によって得
られる効果は以下の通りである。 （１）偏向歪の補正及び偏向歪係数が逐次変更が可能と
なり、ウェハ外周に代表されるように、電場の不均一な
個所の検査が可能となる。 （２）位置精度向上により、チップ比較検査に代表され
るように、離れた個所のパターン比較検査が可能とな
る。

【０１４７】また本発明に係る偏向制御装置の実施例と
しての効果は以下の通りである。 （１）アナログ方式では不可能であった光学系起因によ
るのビームの歪みや、電子回路起因の歪み等、歪みに対
する複雑な補正処理を実現でき、精度向上と偏向走査領
域の拡大が可能となる。 （２）デジタル演算自体がクロックに同期した動作を行
なうため、画像取り込み同期タイミングの時刻精度の向
上と設定の簡易化による位置精度の向上。 （３）制御信号を操る自由度が飛躍的に向上し、パラメ
ータ設定や変更等によって、補正処理の変更を検査中に
逐次実行でき、大幅に機能を向上させる事ができ、精度
向上と被検査物の検査領域の拡大ができる。 （４）ステージ等のメカニカルな部分の制御と高速にリ
ンケージできることにより、ビームによる目的とする位
置への追従制御が可能となり、メカ部の精度やチューニ
ングに関わるコストと製造期間を大幅に低減できる。

【０１４８】

【発明の効果】本発明によれば、画像取り込み周期以内
の時間で偏向を制御する信号をディジタル信号として出
力することにより、ビームの偏向制御における種々の補
正が容易になり、高速かつ高精度のビーム走査式検査装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の荷電粒子ビーム走査式検査装置の偏
向制御の概念について単純に示す図。

【図２】 ビーム走査制御部の基本システム構成を示し
た図。

【図３】 式１をＭＡＣ演算器で構成した例を示した
図。

【図４】 図３の構成に対し、図５のパイプライン化さ
れたＭＡＣ演算器を適用した場合のパイプライン段数の
削減を説明した図。

【図５】 パイプライン構造のＭＡＣ演算器の演算分割
配分を示した図。

【図６】 ライト時の同期化手段であるライトデータ用
レジスタの構成を説明した図。

【図７】 マスタプロセッサからのアクセス信号と、基
準クロックとの同期化を説明した図。

【図８】 リード時の同期化手段であるリードデータ用
レジスタの構成を説明した図。

【図９】 デジタルデータを１００ＭＨｚ以上の周期で
高精度なアナログ情報に変更する手段を説明する図。

【図１０】 電子ビーム走査式ウェハ外観検査装置全体
の概要図。

【図１１】 検査装置の走査シーケンスの例を説明した
図。

【図１２】 ビーム走査の偏向出力信号と代表的なタイ
ミング信号との関係を説明した図。

【図１３】 偏向歪を視覚的に示した図。

【図１４】 ウェハ外周の歪の原因の１例を説明する
図。

【図１５】 本発明の偏向制御装置の補正演算処理の概
略を説明する図。

【図１６】 補正演算及びビーム走査を行うための本発
明の偏向制御装置の構成を説明する図。

【符号の説明】

１０…外部情報入力部、１１…制御情報演算部、１２…
関数演算部、１３…制御情報出力部、１４…レジスタ部
ａ、１５…レジスタ部ｂ、１６…マスタプロセッサ部、
１７…ステージ制御部、１８…ビーム走査部、１９…画
像処理部、２０…被検出試料、２１…ビーム走査制御
部、３１〜３９、４０…ＭＡＣ演算器、４１…レジス
タ、４２… ＭＰＹＳＴＧ１Ａ、４３… ＭＰＹＳＴＧ１
Ｂ、４４…ＭＰＹＳＴＧ２、４５… ＭＰＹＳＴＧ３
Ａ、４６… ＡＤＤＳＴＧ１Ａ、４７…ＡＤＤＳＴＧ１
Ｂ、４８… ＡＤＤＳＴＧ２、４９… ＡＤＤＳＴＧ３
Ａ、５０… ＡＤＤＳＴＧ３Ｂ、５１…ラッチレジスタ
Ａ、５２…ラッチレジスタＢ、５３… ＷＴＥ、５４…
ＲＥＰＴＲＧ、８０… ＬＤＡＴＡ−Ａ、８１… ＬＤＡ
ＴＡ−Ｂ、５５…ラッチレジスタ、５６…／ＲＤａ信
号、５７… ＭＵＸ、５８…内部データ、５９… ＳＥ
Ｌ、６０… ＦＩ、６１… ＭＵＸＨ、６２… ＭＵＸ
Ｌ、６３… ＭＵＸＡ、６４… ＳＥＬＨ、６５… ＳＥ
ＬＬ、６６… ＳＥＬＡ、６７、６８、７１、７２、７
５、７７…パイプラインレジスタ、６９、７０… Ｆ
Ｍ、７３… ＤＡＣＨ、７４… ＤＡＣＬ、７６…メモリ
ユニット、７８… ＤＡＣＡＤＪ、７９…メモリ書き込
み手段、１０１…荷電粒子ビーム、１０２…被検査物、
１０３…情報処理手段、１０４…上位制御手段、１０５
…偏向制御手段、１０５ａ…偏向位置演算回路、１０５
ｂ…偏向歪演算回路、１０６…偏向走査波形、１０７…
検査台制御手段、１０８…検査台、１０９…偏向手段、
１１０…電子光学系装置、１１１…画像処理系装置、１
１２…偏向制御系装置、１１３…ステージ制御系装置、
１１４…高さセンサ、１１５…VMEバス、１１６…上位
制御CPU、１１７…ＬＡＮ、１１８…システム制御CPU、
１１９…電子銃、１２０…ビーム、１２１…ウェハ、１
２２…検出器、１２３…ウィーンフィルタ偏向器、１２
４…ブランキング電極、１２５…偏向器、１２６…動焦
点コイル、１２７…ファラデーカップ、１２８…焦点コ
イル、１２９…ステージ、１３０、１３１…スキャン方
法、１３２…ステージ連続移動方式でのウェハ上のスキ
ャンの軌跡、１３３…ステップアンドリピート方式での
スキャンの軌跡、１３４、１３５…アナログ出力のラン
プ波、１３６…画像取り込みタイミング信号、１３７…
画像取り込み有効信号、１３８…ブランク信号、１３９
…ランプ波の幅、１４０…ランプ波の高さ、１４１…ス
キャン開始信号、１４２……デジタルアナログ変換器
（ＤＡＣ）通過後のアナログ偏向出力信号、１４３…画
像取り込み周期で出力するデジタル偏向出力信号、１４
４…スキャンの目標位置の連続曲線、１４５、１４６…
セル、１４７、１４８…ライン、１４９、１５０、１５
３…チップ、１５１、１５２、１５４…ライン、１５
５、１５６、１５７…ストライプ、１５８…ウェハ保持
部、１５９…段差、２００…データ入力手段、２０１…
偏向位置補正演算手段、２０２…走査シーケンス及びタ
イミング管理手段、２０３…センサ入力手段、２０４…
偏向歪補正演算手段、２０５…レジスタ部ａ、２０６…
レジスタ部ｂ、２０７…パラメータ管理手段及びシステ
ム管理手段、２０８…DAC入力データ生成及び補正手
段、２０９…DA変換手段、２１０…測定手段、２１１…
非点補正及び焦点補正演算手段、２１２…DA変換手段、
２１３…ステージ位置情報、２１４…とブランク、２１
５…高さセンサ、２１７…偏向器及び焦点レンズ、２１
８、２１９…LSI、２２０…偏向ドリフト、２２１…検
査目標位置、２２２…ステージ位置センサ、２２３…高
さセンサ、２２４…位置変動追従補正処理、２２５…偏
向歪係数算出処理、２２６…偏向歪補正処理、２２７…
偏向位置による非点収差補正処理、２２８…偏向位置に
よる動焦点補正処理、２２９…高さ変動による動焦点補
正処理、２３０…回路歪の補正処理、２３１…偏向回
路、２３２…焦点回路。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/66 Ｇ０６Ｆ 15/66 ３６０ (72)発明者 二宮 拓 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 山田 理 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 池 勝久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 2G001 AA03 AA05 AA07 FA06 FA11 GA06 GA09 GA11 HA01 HA07 HA13 JA02 JA03 JA13 JA20 KA03 LA11 MA05 4M106 AA01 AA02 BA03 CA39 DB01 DB20 DB30 5B057 AA03 BA01 BA21 BA28 CD12 CH05 DA03 5C033 FF03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビームの走査位置を制御する偏向
   制御手段を備え、被検査物の所定のビーム走査位置に荷
   電粒子ビームを照射し、被検査物の情報を取り込み、該
   情報を処理して被検査物の検査を行う荷電粒子ビーム走
   査式検査装置において、 前記偏向制御手段は、画像取り込み周期以内の時間で前
   記荷電粒子ビームの走査位置を制御するディジタル信号
   を出力し、前記ディジタル信号を画像取り込み周期以内
   の時間でアナログ電圧に変換し、前記荷電粒子ビームの
   走査位置を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム走
   査式検査装置。
2. 【請求項２】荷電粒子ビームを照射し、所定のビーム走
   査位置における被検査物の情報を取り込み、前記情報を
   処理して検査を行う荷電粒子ビーム走査式検査装置にお
   いて、 ビームの走査位置と被検査物上の検査位置を計測し、装
   置誤差の補正処理を施したビーム目標座標の算出と誤差
   補正定数、偏向歪補正定数の算出を行う手段と、前記ビ
   ーム走査を行う偏向制御手段を備え、 前記偏向制御手段は、 外部から予め又は適宜設定される前記ビーム目標座標、
   前記誤差補正定数、走査定数と、検査台の現在座標を用
   い、被検査物上の検査位置を正確に走査するための偏向
   座標系での検査位置演算を行う偏向位置演算回路と、外
   部から予め又は適宜設定される前記偏向歪定数と前記偏
   向位置を用いて偏向歪の補正を行い前記偏向位置に正確
   にビームを照射するため偏向制御量演算を行う偏向歪演
   算回路を、集積回路を用いたパイプラインで構成するこ
   とにより、前記被検査物の情報の取り込みの周期以下の
   時間で偏向走査位置の補正を可能とすることを特徴とし
   た荷電粒子ビーム走査式検査装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の荷電粒子ビーム走査式検
   査装置において、偏向制御手段に与える偏向歪補正定数
   を連続検査中に逐次変更する手段を備え、ウェハ外周近
   傍すなわち偏向歪の不均一な部分において、前記偏向歪
   補正定数は予め計測したウェハ位置に対応する偏向歪補
   正定数を使用することで、歪の不均一な部分における歪
   の補正を可能とすることを特徴とした荷電粒子ビーム走
   査式検査装置。
4. 【請求項４】荷電粒子ビームを照射し、所定のビーム走
   査位置における被検査物の情報を取り込み、基板上に形
   成された第１のチップと第２のチップを比較することで
   半導体パターン欠陥を検査する荷電粒子ビーム走査式検
   査装置において、 予め前記第１のパターンと第２のパターンの位置、回
   転、サイズ及び光学系歪みを計測して走査定数及び補正
   定数を算出しておき、連続検査中に、逐次走査パラメー
   タと補正定数を変更することにより、比較を行うパター
   ンに配置の誤差や歪みの相違があっても走査により補正
   することで比較可能な正確なパターン情報を得ることを
   可能とすることを特徴とする荷電粒子ビーム走査式検査
   装置。
5. 【請求項５】請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム走
   査式検査装置おいて、前記周期は１０ns以下であること
   を特徴とする荷電粒子ビーム走査式検査装置。
6. 【請求項６】請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム走
   査式検査装置において、前記偏向制御量のデジタル値は
   有効桁数が１６ビット以上であることを特徴とする荷電
   粒子ビーム走査式検査装置。
7. 【請求項７】ビーム光源と、ビーム状態を制御する光学
   系制御部と、ビーム光源からのビームを偏向する偏向器
   と、被検査物の位置を検出し制御する検査台及び検査台
   制御部と、前記検査台からの位置又は速度情報と外部か
   ら適宜設定されるか又は予め設定された定数に従いデジ
   タル演算によって目的のビーム偏向位置に対応したデジ
   タル偏向制御値を生成する偏向制御部と、前記ビーム走
   査のタイミングに対応して前記被検査物のビーム走査位
   置におけるデジタル画像情報を得る画像検出部と、前記
   デジタル画像情報を処理して被検出物の検査を行う画像
   処理部とを備えたビーム走査式検査装置であって、 前記偏向制御部は、 前記偏向制御部と周期の異なる前記検査台からの位置又
   は速度情の入力を行う検査台位置データ入力手段と、 １本のビーム走査を定義する走査定数に従って、走査シ
   ーケンスの実行管理及び前記画像取り込みタイミングな
   どのタイミング管理を行う走査シーケンス及びタイミン
   グ管理手段と、 被検査物上の検査位置を正確に走査するための偏向座標
   系での検査位置演算を行う偏向位置補正手段と、 外部から予め又は適宜設定される前記定数と前記偏向位
   置を用いて偏向歪の補正を行い前記偏向位置に正確にビ
   ームを照射するため偏向制御量演算を行う偏向歪補正手
   段と、 前記偏向制御量のデジタルデータを所定のアナログ値に
   対応させるため、前記デジタルデータを加工し、１つ又
   は複数のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）に与えるデ
   ータを生成するＤＡＣ入力データ生成手段と、 前記データをアナログ値に変換するＤＡ変換手段と、 外部からの情報のやり取りと、前記偏向制御部のシステ
   ム管理と、パラメータの設定や変更を行うパラメータ管
   理を行うパラメータ管理とシステム管理手段と、 第１の周期で高速動作する前記偏向位置補正手段及び偏
   向歪補正手段と、第１の周期よりは低速で動作するパラ
   メータ管理とシステム管理手段の間で定数のやり取りを
   行うレジスタ部、を具備することを特徴とする荷電粒子
   ビーム走査式検査装置。
8. 【請求項８】請求項７に記載の荷電粒子ビーム走査式検
   査装置において、 高さ計測手段と焦点補正手段を備え、 前記偏向制御部は、センサ入力手段もしくはウェハ位置
   による高さ分布情報入力手段と焦点補正演算手段を具備
   し、 前記パラメータ管理手段により偏向歪補正手段に設定す
   る偏向歪に関する定数を高さ変化に伴い変更し、 高さ変動に伴う焦点変動を前記焦点補正演算手段により
   演算し、前記焦点補正手段によって補正を行うことを特
   徴とする荷電粒子ビーム走査式検査装置。
9. 【請求項９】請求項７に記載の荷電粒子ビーム走査式検
   査装置において、 前記偏向制御部は、非点補正演算手段と焦点補正演算手
   段を具備し、前記偏向位置補正演算により算出される偏
   向位置に従って、非点と焦点の補正を行うことを特徴と
   する荷電粒子ビーム走査式検査装置
10. 【請求項１０】請求項７において、前記偏向歪補正手段
    は、高速なクロック周期に同期してデジタル演算処理を
    行うデジタル演算処理装置を備え、その演算処理の基本
    単位となる演算を、パイプライン化した実数乗算器と実
    数加算器とを融合手段により１つに結合して構成したＭ
    ＡＣ演算器を用いて行い、前記融合手段は、実数乗算器
    の出力段である最終段のパイプラインレジスタと実数加
    算器の入力段である初段のパイプラインレジスタとを同
    レベルにそろえ、実数乗算器の最終ステージの処理と、
    実数加算器の初段ステージの１部とを並列に動作させる
    ことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式検査装置
11. 【請求項１１】請求項７に記載の荷電粒子ビーム走査式
    検査装置において、 前記レジスタ部は、１つの高速クロックに同期し、デジ
    タル処理を行う、前記検査台位置データ入力手段、前記
    走査シーケンス及びタイミング管理手段、前記偏向位置
    補正手段、前記偏向歪補正手段、前記ＤＡＣ入力データ
    生成手段、前記ＤＡ変換手段を構成するデジタル演算処
    理装置であって、 前記高速クロックと非同期とみなせる第2のクロックに
    同期して動作する、前記パラメータ管理とシステム管理
    手段を構成する１つ又は複数のプロセッサを設けて、そ
    のプロセッサからデジタル演算処理装置に対して任意の
    時刻にデータを与える手段として、２段構造のラッチレ
    ジスタを設け、 １段目のラッチレジスタはプロセッサからのデータを第
    1のゲート信号に応答してラッチする機能を有し、 ２段目のラッチレジスタは、１段目のラッチレジスタか
    らのデータを第2のゲート信号に応答してラッチして、
    前記デジタル演算処理装置に与える機能を有し、 第1のゲート信号はプロセッサからのライトアクセス信
    号を基に生成し、第２のゲート信号は前記デジタル演算
    処理装置にデータを与えるタイミングを規定するプロセ
    ッサからのトリガ信号を前記高速クロックに同期化した
    信号を基に生成することを特徴とする荷電粒子ビーム走
    査式検査装置
12. 【請求項１２】請求項７に記載の荷電粒子ビーム走査式
    検査装置において、前記ＤＡＣ入力データ生成手は、高
    速なクロック周期に同期してデジタルデータをアナログ
    データとして出力するデジタル演算処理装置において、
    デジタルデータを連続的なビット列で構成された少なく
    とも２つの出力データに分割する手段と、その上位側の
    出力データに対応した補正データを記憶するメモリ手段
    と、前記少なくとも２つの出力データと補正データに対
    応したアナログデータを出力する少なくとも３つのデジ
    タルアナログ変換器と、前記少なくとも２つの出力デー
    タを対応するデジタルアナログ変換器に与えるデータフ
    ォーマットに変換する手段と、前記少なくとも２つの出
    力データと補正データの出力タイミングを合わせる手段
    とを設け、前記少なくとも３つのデジタルアナログ変換
    器のアナログデータをアナログ的に加算することによ
    り、高精度なアナログ出力を生成することを特徴とする
    荷電粒子ビーム走査式検査装置。