JP2000113848A

JP2000113848A - 電子ビーム検査装置

Info

Publication number: JP2000113848A
Application number: JP10282394A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takemoto; 茂竹本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-21
Anticipated expiration: 2018-10-05
Also published as: JP4310824B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームを利用して試料の欠陥箇所を検査
する電子ビーム検査装置に関し、特に高画質の試料画像
を取得することができる。【解決手段】ステージ上の試料に電子ビームを照射し
て、二次ビームを検出し、照射領域の画像を生成する電
子検出手段３７と、二次ビームを電子検出手段の検出面
に結像させる写像電子光学系２９、３２、３４、３５と
を備えた電子ビーム検査装置であって、電子検出手段
は、二次ビームを光に変換する変換器３９と、ＴＤＩＣ
ＣＤセンサ４１とを備えて構成され、転送信号を出力す
る転送信号制御部５１と、ステージを駆動して、検出面
に結像される光学像を移動させるステージ駆動手段４９
と、ステージの位置を検出する位置検出手段５０と、転
送信号による電荷の移動とステージ駆動手段による光学
像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段４８
とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを利用
して試料画像を取得し、試料の欠陥箇所を検査する電子
ビーム検査装置に関し、特に高画質の試料画像を取得す
ることができる電子ビーム検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩの高集積化に伴い、ウェー
ハ、マスクなどの欠陥箇所を検出する際に要求される検
出感度は、より一層高度なものが望まれている。例え
ば、ＤＲＡＭのパターン寸法０.２５μｍウェーハパタ
ーンに対して欠陥検出を行う場合には、０.１μｍの検
出感度が必要とされている。そこで、従来の光より最小
分解能の高い電子ビームを利用した試料表面の観察・検
査装置が提案されている。

【０００３】例えば、特開平４−２４２０６０号公報に
は、電子ビームを試料面上に照射し、その照射領域から
発生する反射電子の像を検出面に投影して試料画像を取
得する反射電子顕微鏡が開示されている。図１３を参照
してこの反射電子顕微鏡を説明する。図１３において、
電子銃８１から照射される電子ビームは、照射レンズ系
８２を通過して、ウィーンフィルタ８３の中心部に入射
する。詳細は後述するが、このとき電子ビームは、ウィ
ーンフィルタ８３によって軌道が曲げられ、ステージ８
４上の試料８５に垂直に入射する。

【０００４】試料８５に電子ビームが照射されると、そ
の照射領域からは、反射電子が発生する。反射電子は、
ウィーンフィルタ８３の偏向作用を受けずにそのまま直
進し、結像レンズ系８６によって蛍光板８７で結像す
る。蛍光板８７では、反射電子像が光学像に変換され、
この像をＣＣＤセンサ等で撮像して観察する。このよう
に反射電子顕微鏡では、電子ビームの照射領域を検出面
に投影することで、その領域の像を一括して取得するこ
とができる。

【０００５】ところで、ＣＣＤセンサの一種にＴＤＩ
（Time Delay Integration：時間遅延積分型）ＣＣＤセ
ンサがあることは公知である。このＴＤＩＣＣＤセンサ
は、撮像面に投影される試料像をステージの移動に伴っ
てシフトする際に、それに同期して、蓄積される信号電
荷をシフトさせ、積算しながら撮像するイメージセンサ
である。

【０００６】このＴＤＩＣＣＤセンサを利用した撮像動
作について、図１４を参照して説明する。図１４（１）
に示すように、電子ビームは、今、試料の所定箇所に照
射されている。このとき、図１４（２）に示すように、
電子ビームの照射領域の像は、ＴＤＩＣＣＤセンサの水
平走査ラインＡにおいて撮像され、このラインに信号電
荷が蓄積される。

【０００７】次に、所定のタイミングで、図１４（３）
に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に一水平
走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４（４）に
示すように、ラインＡとラインＢとによって試料が撮像
されるのだが、ステージの移動と同時に、ラインＡに蓄
積される信号電荷がラインＢに転送される。したがっ
て、ラインＢには、前回時に得た信号電荷と今回の撮像
時に得た信号電荷が加算されて累積される。

【０００８】さらに、所定のタイミングで、図１４
（５）に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に
一水平走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４
（６）に示すように、ラインＡ、ラインＢ、ラインＣと
によって試料が撮像されるのだが、ステージの移動と同
時に、ラインＢの信号電荷がラインＣに、ラインＡの信
号電荷がラインＢに転送される。したがって、ラインＣ
には、前々回、前回、今回の撮像時に得た信号電荷が加
算されて蓄積され、ラインＢには、前回、今回の撮像時
に得た信号電荷が加算されて蓄積される。

【０００９】以上の動作を続けることで、水平走査ライ
ンの本数分だけ試料の同一箇所の信号電荷が、順次加算
されて積算されることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにＴＤＩ
ＣＣＤセンサでは、撮像面に投影される試料像が、ステ
ージの移動に伴ってシフトするとき、それに同期して、
蓄積される信号電荷を転送することにより、試料の同一
箇所の信号電荷を積算している。

【００１１】ところが、ステージの移動と信号電荷の転
送とが同期していないと、試料の異なる箇所同士で信号
電荷が加算されてしまうことになり、画質が低下した。
すなわち、例えばステージ移動の際に、ステージに速度
むら、横ずれ、振動等が発生すると、ステージ位置にず
れが生じ、ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像面に投影される試
料像も本来の位置からずれて投影されてしまう。この状
態のまま、信号電荷を転送して加算すると、試料画像が
ずれた状態のまま積算されてしまうことになるため、試
料画像がぼけてしまい、画像の鮮鋭度が著しく低下し
た。

【００１２】したがって、ステージの移動には、一定速
度、無振動かつ横ずれ等がないように厳密な精度で駆動
制御されるが、通常のステージを、振動を完全に抑え
て、一定速度で駆動制御することは極めて困難であり、
多少なりとも速度のばらつき、振動等は存在した。例え
ば、速度むらの許容値は、dalsa社のＴＤＩＣＣＤセン
サの場合、±１％である。このため、ステージ制御は、
速度変動を±１％以下に制御しなければならない。これ
を実現するには、ステージをエアガイド方式にする、ま
たはモータをリニアモータするなどの解決策があるが、
このためにステージが高価なものになってしまう。ま
た、これらの装置を備えたとしても、ステージの微細な
振動を補正する必要があり、画質の低下防止は不可欠で
ある。

【００１３】そこで、本発明は、ステージ移動と信号電
荷転送との同期ずれによって生じる画質低下を回避し、
鮮明な画像を取得することができる電子ビーム検査装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射
し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射
電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前
記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料
と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビーム
を前記電子検出手段の検出面に結像させる写像電子光学
系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検
出手段は、前記検出面に配置され、前記二次ビームを光
に変換する変換器と、複数ライン状に二次元配列された
画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光
によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同
期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送
し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生
じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定
のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部
とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号
制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像
される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、前
記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送
信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記
転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段
による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ず
れ検出手段とを備えて構成される。

【００１５】このような構成においては、アレイ撮像部
（具体的には、ＴＤＩＣＣＤセンサ）の電荷転送のタイ
ミングと、ステージ駆動のタイミングとにずれが生じて
も、そのずれを検出することができる。請求項２に記載
の発明は、前記同期ずれに基づいて算出される前記検出
面上の光学像の位置ずれを補正する補正手段を備えて構
成される。

【００１６】このような構成においては、同期ずれがあ
る場合（例えば、ステージに速度むらがある場合）に
は、光学像は、検出面上で本来の位置からずれて結像す
る。しかしながら、補正手段によってこの位置ずれを補
正することができる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記補正手段
は、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段であるこ
とを特徴とする。このような構成においては、検出面上
の光学像の結像位置にずれが発生してもビーム偏向手段
による二次ビームの偏向によって本来の位置に結像させ
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態の全体構成
図である。なお、第１の実施形態は、請求項１〜３に記
載の発明に対応する。以下、本実施形態の構成について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１において、検査装置は、一次コラム２
１、二次コラム２２およびチャンバー２３を有してい
る。一次コラム２１は、二次コラム２２の側面に斜めに
取り付けられており、二次コラム２２の下部に、チャン
バー２３が配置される。一次コラム２１の内部には、電
子銃２４が配置され、電子銃２４から照射される電子ビ
ーム（一次ビーム）の光軸上に、一次光学系２５および
偏向器２６が配置されている。

【００２０】一方、チャンバー２３の内部には、ステー
ジ２７が設置され、ステージ２７上には試料２８が載置
される。また、二次コラム２２の内部には、試料２８か
ら発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ２
９、ニューメニカルアパーチャ３０、ウィーンフィルタ
３１、第２レンズ３２、フィールドアパーチャ３３、第
３レンズ３４、第４レンズ３５、偏向器３６および検出
器３７が配置される。なお、カソードレンズ２９、第２
レンズ３２〜第４レンズ３５は、二次光学系を構成して
いる。

【００２１】検出器３７は、ＭＣＰ（マイクロチャネル
プレート）３８と、蛍光面３９を有するＦＯＰ（ファイ
バオプティックプレート）４０と、ＴＤＩＣＣＤセンサ
４１とから構成される。検出器３７は、画像処理ユニッ
ト４２と接続され、画像処理ユニット４２は、ＣＰＵ４
３およびＣＲＴ４４と接続される。

【００２２】また、ＣＰＵ４３は、一次コラム制御ユニ
ット４５、二次コラム制御ユニット４６およびＤＳＰ４
８と接続される。一次コラム制御ユニット４５は、一次
光学系２５のレンズ電圧および偏向器２６に供給する電
流（または電圧）を制御し、二次コラム制御ユニット４
６は、カソードレンズ２９および第２レンズ３２〜第４
レンズ３５の各レンズ電圧を制御する。

【００２３】ＤＳＰ４８の出力端子は、偏向器制御ユニ
ット４７およびステージ制御ユニット４９の入力端子と
接続され、ＤＳＰ４８の入力端子は、レーザ干渉計ユニ
ット５０および同期パルス生成回路５１の出力端子と接
続される。偏向器制御ユニット４７は、偏向器３６に供
給する電流（または電圧）を制御し、ステージ制御ユニ
ット４９は、ステージ２７をＸＹ方向に駆動し、レーザ
干渉計ユニット５０は、ステージ２７の移動量に応じた
パルス信号をＤＳＰ４８へ出力する。また、同期パルス
生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１にＴＤＩ同期
パルス信号を供給する。

【００２４】一次コラム２１、二次コラム２２、チャン
バー２３は、真空排気系（不図示）と繋がっており、真
空排気系のターボポンプにより排気されて、内部は真空
状態を維持している。なお、請求項１に記載の発明と本
実施形態との対応関係については、電子検出手段は、検
出器３７に対応し、写像電子光学系は、カソードレンズ
２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５に対応し、変換
器は、蛍光面３９に対応し、アレイ撮像部は、ＴＤＩＣ
ＣＤセンサ４１に対応し、転送信号制御部は、同期パル
ス生成回路５１に対応し、ステージ駆動手段は、ステー
ジ制御ユニット４９に対応し、位置検出手段は、レーザ
干渉計ユニット５０に対応し、同期ずれ検出手段は、Ｄ
ＳＰ４８に対応する。

【００２５】また、請求項２に記載の発明と本実施形態
との対応関係については、補正手段は、偏向器３６、偏
向器制御ユニット４７およびステージ制御ユニット４９
に対応する。また、請求項３に記載の発明と本実施形態
との対応関係については、ビーム偏向手段は、偏向器３
６および偏向器制御ユニット４７に対応する。次に、本
実施形態の電子ビーム検査装置における試料画像の取得
動作について説明する。

【００２６】図２に示すように、電子銃２４から出射す
る一次ビームは、電子銃２４の加速電圧よって加速さ
れ、一次光学系２５のレンズ作用および偏向器２６の偏
向作用を受けながらウィーンフィルタ３１の中心に入射
する。電子銃２４の陰極は、ここでは矩形陰極で大電流
を取り出すことができるランタンヘキサボライト（Ｌａ
Ｂ₆）を用いる。

【００２７】また、一次光学系２５は、回転軸非対称の
四重極（または八重極）の静電レンズ（または電磁レン
ズ）を使用する。このレンズは、いわゆるシリンドリカ
ルレンズと同様に、矩形陰極の長軸（Ｘ軸）、短軸（Ｙ
軸）各々で集束と発散とを引き起こすことができる。図
２では、矩形陰極のＸ方向断面に放出された電子の軌道
とＹ方向断面に放出された電子の軌道とを示している。

【００２８】具体的なレンズ構成は、図３に示すよう
に、静電レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを使用
する。対向する電極同士を等電位に設定し、互いに逆の
電圧特性（ａとｂに＋Ｖｑ、ｃとｄに−Ｖｑ）を与え
る。このレンズを３段（図２の２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ）で構成し、各レンズ条件を最適化することによっ
て、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照
射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に成形するこ
とができる。

【００２９】一次光学系２５により矩形状に成形された
一次ビームは、ウィーンフィルタ３１の中心箇所に入射
するように偏向器２６によって偏向される。ウィーンフ
ィルタ３１に入射した一次ビームは、ウィーンフィルタ
３１の偏向作用により軌道が曲げられ、ニューメニカル
アパーチャ３０の開口部で結像する。ウィーンフィルタ
３１は、磁界と電界とを直交させ、電界をＥ、磁界を
Ｂ、荷電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィー
ン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷
電粒子の軌道を曲げる偏向装置である。

【００３０】また、ニューメニカルアパーチャ３０は、
開口絞りに相当するものでカソードレンズ２９の開口角
を決定する。その形状は、円形の穴が開いた金属製（Ｍ
ｏ等）の薄膜板であり、装置内に散乱する余計な電子ビ
ームが試料面に到達することを阻止し、試料２８のチャ
ージアップやコンタミネーションを防いでいる。ニュー
メニカルアパーチャ３０の開口部で結像した一次ビーム
は、カソードレンズ２９を介して、試料２８面上に垂直
に照射される。試料面上に一次ビームが照射されると、
そのビーム照射領域からは、二次電子または反射電子の
少なくとも一方を含む二次ビームが発生する。

【００３１】この二次ビームは、ビーム照射領域の二次
元画像情報を有していることになるが、特に、一次ビー
ムが試料２８に垂直に照射されるので、二次ビームは影
のない鮮明な像を有することができる。図４に示すよう
に、二次ビームは、カソードレンズ２９によって集束作
用を受ける。カソードレンズ２９は、通常、２〜４枚の
電極で構成されている。ここでは、３枚の電極（２９
ａ、２９ｂ、２９ｃ）の構成例を示す。通常、レンズと
して機能させるには、カソードレンズ２９の下から１番
目の電極２９ａ、２番目の電極２９ｂに電圧を印加し、
３番目の電極２９ｃをゼロ電位に設定することで行う。

【００３２】ステージ２７には電圧（リターディング電
圧）が印加されており、電極２９ａ−試料面間には、一
次ビームに対しては負の電界、二次ビームに対しては正
の電界が形成されている。リターディング電圧によっ
て、カソードレンズ２９は、一次ビームに対しては、減
速させて試料のチャージアップや破壊を防ぎ、二次ビー
ムに対しては、電子（特に、指向性の低い二次電子）を
引き込み、加速させて、効率よくレンズ内に導くように
作用する。

【００３３】カソードレンズ２９およびニューメニカル
アパーチャ３０を通過した二次ビームは、ウィーンフィ
ルタ３１の偏向作用を受けずに、そのまま直進する。こ
のとき、ウィーンフィルタ３１に印加する電磁界を変え
ることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ
電子（例えば二次電子、または反射電子）のみを検出器
３７に導くことができる。

【００３４】また、ニューメニカルアパーチャ３０は、
二次ビームに対しては、後段の第２レンズ３２〜第４レ
ンズ３５のレンズ収差を抑える役割を果たしている。と
ころで、二次ビームを、カソードレンズ２９のみで結像
させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。
そこで、第２レンズ３２と合わせて、１回の結像を行わ
せる。二次ビームは、カソードレンズ２９および第２レ
ンズ３２により、フィールドアパーチャ３３上で中間結
像を得る。

【００３５】また、後段には中間像を投影するためのレ
ンズが配置されるが、二次光学系として必要な投影倍率
を確保するため、第３レンズ３４、第４レンズ３５の２
つのレンズを加えた構成にする。二次ビームは、第３レ
ンズ３４、第４レンズ３５各々により結像し、ここで
は、合計３回結像する。なお、第３レンズ３４と第４レ
ンズ３５とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよ
い。

【００３６】第２レンズ３２〜第４レンズ３５はすべ
て、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズ
と呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、各レンズは、
３枚の電極で構成されている。通常は外側の２電極をゼ
ロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることで
レンズ作用を制御する。

【００３７】また、中間の結像点には、フィールドアパ
ーチャ３３が配置されているが、このフィールドアパー
チャ３３は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要
範囲に制限している。特に電子ビームの場合、余計なビ
ームを、後段の第３レンズ３４および第４レンズ３５と
共に遮断して、検出器３７のチャージアップやコンタミ
ネーションを防いでいる。

【００３８】二次ビームは、第３レンズ３４と第４レン
ズ３５とによって集束発散を繰り返し、検出器３７の検
出面で再結像し、ビーム照射領域の像が検出面に投影さ
れる。なお、偏向器３６は、詳細は後述するが、検出面
に投影される像の位置ずれを補正するための偏向器であ
る。図１に示すように、二次ビームは、検出器３７内部
のＭＣＰ３８に入射し、ＭＣＰ３８を通過する際に加速
増幅されて、蛍光面３９に衝突する。蛍光面３９では、
二次ビームを光に変換し、投影される電子像を光学像に
変換する。

【００３９】光学像は、ＦＯＰ４０を通過して、ＴＤＩ
ＣＣＤセンサ４１で撮像される。ここでは、蛍光面４０
での画像サイズとＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像サイズ
とを合わせるために、ＦＯＰ４０で、約１／３に縮小し
て投影している。光学像は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に
よって光電変換され、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、同期
パルス生成回路５１のＴＤＩ同期パルス信号に従って、
信号電荷を画像処理ユニット４２に転送する。なお、Ｔ
ＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作については後述する。

【００４０】画像処理ユニット４２は、読み出された信
号電荷をＡ／Ｄ変換し、内部のＶＲＡＭに格納して試料
画像を作成し、ＣＲＴ４４に試料画像を表示させる。ま
た、ＣＰＵ４３は、作成された試料画像に対してテンプ
レートマッチング等を実行することで、試料の欠陥箇所
を特定する。このように本発明の検査装置では、試料面
上に電子ビームを照射し、ビーム照射領域の像を検出器
３７の検出面に投影して一括して試料画像を取得するこ
とができる。

【００４１】次に、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作
を図１、図５、図６を参照して具体的に説明する。図５
に示すように、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ２５
６）までの領域がチップ上に定められており、この領
域に電子ビームを照射し、照射領域の像をＴＤＩＣＣ
Ｄセンサ４１に投影して撮像する。このとき、ＴＤＩＣ
ＣＤセンサ４１は、５１２×２５６の画素数を有してお
り、領域は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に適合するよう
に投影される。

【００４２】今、領域の（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１
２,Ｙ１）に一次ビームが照射されているとする。この
とき、この１ラインの像がＴＤＩＣＣＤセンサ４１に投
影され、撮像される。信号電荷は、図６に示すＴＤＩＣ
ＣＤセンサ４１のＲＯＷ１に蓄積される。次に、同期パ
ルス生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１およびＤ
ＳＰ４８に同期パルス信号を出力する。

【００４３】ＤＳＰ４８は、同期パルス信号が入力され
ると、ステージ制御ユニット４９に駆動制御信号を出力
し、ステージ制御ユニット４９はステージ２７をＹ方向
に駆動する。すると、ビーム照射領域がＴＤＩＣＣＤセ
ンサ４１の一水平走査ライン分だけ走査方向に移動す
る。一方、同期パルス生成回路５１からの同期パルス信
号が入力されたＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ＲＯＷ１に
蓄積されていた信号電荷をＲＯＷ２に転送する。このと
き、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ
１）までの像が撮像され、既に信号電荷が蓄積されてい
るため、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算さ
れて蓄積されることになる。また、このとき、ＲＯＷ１
では、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの像が
撮像され、新たに信号電荷が蓄積される。

【００４４】さらに、同期パルス生成回路５１の同期パ
ルス信号に従って、ステージ制御ユニット４９がステー
ジ２７を一水平走査ライン分駆動すると、ＲＯＷ３に
は、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの像が撮
像されて信号電荷が蓄積される。ＴＤＩＣＣＤセンサ４
１に同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ３には、Ｒ
ＯＷ２から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積さ
れる。また、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５
１２,Ｙ２）までの像が撮像され、信号電荷が既に蓄積
されているが、先程の同期パルス信号が入力されると、
ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積
される。また、ＲＯＷ１では、（Ｘ１,Ｙ３）から（Ｘ
５１２,Ｙ３）までの像が撮像され、新たに信号電荷が
蓄積される。

【００４５】このようにステージ２７がＹ方向に順次駆
動することによって、ビーム照射領域が領域を走査
し、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ステージ２７の駆動に
応じて、蓄積する信号電荷を隣接するＲＯＷへ順次転送
する。この動作が繰り返され、領域の（Ｘ１,Ｙ２５
６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの像が撮像され、
その信号電荷がＲＯＷ１に蓄積されるとき、（Ｘ１,Ｙ
１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの信号電荷は、水平走
査ラインの本数分加算累積されて、ＲＯＷ２５６に蓄積
される。

【００４６】この状態で、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に同
期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積され
ている信号電荷は、転送ゲート（不図示）を介して、Ｃ
ＣＤシフトレジスタに転送され、ＴＤＩＣＣＤセンサ４
１から一水平走査ラインずつ取り出され、画像処理ユニ
ット４２に転送される。画像処理ユニット４２は、順次
転送されてくる信号電荷を、Ａ／Ｄ変換してＶＲＡＭに
格納し、領域の画像を生成する。

【００４７】以下、同様にステージ２７を移動させなが
ら、領域、領域・・・についてもＴＤＩＣＣＤセン
サ４１によって撮像を行い、チップ全面を撮像する。こ
のようにＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、ステージ２７の
移動に合わせて信号電荷をシフトさせて撮像するため、
ステージ２７の移動と撮像動作とを並行して実行するこ
とができ、チップ全面を極めて短時間に撮像することが
できる。また、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、水平走査
ラインの本数分だけ試料の同一箇所の信号電荷を加算し
て積算することができるため、画像のＳ／Ｎの向上を図
ることができる。

【００４８】ところで、このＴＤＩＣＣＤセンサ４１に
よる撮像では、前述したように、ステージ制御ユニット
４９によるステージ２７の移動と、ＴＤＩＣＣＤセンサ
４１による電荷の転送との同期をとらなくてはならな
い。例えば、ステージ２７に速度むら、横ずれ、振動等
が発生すると、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影
される試料像に位置ずれが生じ、像の異なる箇所同士で
信号電荷が積算されてしまうため、像の鮮鋭度が極端に
低下してしまう。したがって、ステージ位置ずれおよび
これに伴う撮像面上における試料像の位置ずれが生じた
場合には、この補正を行う。

【００４９】以下、位置ずれの補正動作について、図面
を参照して説明する。図７は、補正動作を説明するブロ
ック図である。図７において、ステージ制御ユニット４
９内部には、モータ５３が配置され、モータ５３の両端
には、ＴＧ（タコジェネレータ）５２とＲＥ（ロータリ
エンコーダ）５４とが直結されている。ＴＧ５２は、モ
ータ５３の回転量に比例したアナログ電圧信号を出力す
る。また、ＲＥ５４は、モータ５３の回転に応じて発生
するパルス信号をカウントし、回転速度に比例したデジ
タル信号を出力する。

【００５０】ＴＧ５２は、Ａ／Ｄ変換部５５を介してバ
ス５６と接続される。また、バス５６は、Ｄ／Ａ変換部
５８を介してパワーアンプ５７と接続され、パワーアン
プ５７は、モータ５３と接続される。また、ＲＥ５４
は、カウンタ５９を介してバス５６と接続される。図８
は、ＤＳＰ４８の動作を説明するブロック図であり、図
９は、位置ずれ補正動作を説明するフローチャートであ
る。

【００５１】図８において、ＣＰＵ４３には、レーザ干
渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが入
力される。ＣＰＵ４３は、現在のステージＹ座標データ
が、有効スタートＹ座標から有効エンドＹ座標までの範
囲内にあるときには、「補正動作可能である」と判断
し、ＤＳＰ４８に動作開始命令を出力する。また、範囲
内にないときには、「補正動作不可能である」と判断
し、ＤＳＰ４８に動作停止命令を出力する。

【００５２】分周器６３は、発振器６２の基準クロック
を分周し、ステージ２７の速度とＴＤＩＣＣＤセンサ４
１とのピクセルサイズから決まるＴＤＩ同期パルス信号
を作成する。また、分周器６４は、発振器６２の基準ク
ロックを分周し、ステージ速度と干渉計分解能から決ま
る同期パルス信号を作成し、カウンタ６５に供給する。

【００５３】カウンタ６５には、ステージ２７のスター
トＹ座標データが記憶されているため、供給される同期
パルス信号に基づいて目標となるステージＹ座標データ
が計数される。レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計
６０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標デ
ータを読み取り、その信号はラッチ６１により保持さ
れ、サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングさ
れ、ＤＳＰ４８に出力される。

【００５４】ＤＳＰ４８内部の引き算器６６には、レー
ザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データ
が、カウンタ６５から目標のステージＹ座標データが入
力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｙ方向のス
テージ位置ずれ量を算出する（ステップＳ１）。このＹ
方向のステージ位置ずれ量は、ステージ２７のＹ方向の
速度むらによって生じる位置ずれ量である。ＤＳＰ４８
は、この位置ずれ量を補正するためのモータ５３の回転
速度を算出する。

【００５５】ＤＳＰ４８からは、Ｙステージ制御信号と
して回転速度制御信号が出力され、この回転速度制御信
号は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換
され、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に
供給される。モータ５３は、目的の回転速度で回転し、
ステージ２７のＹ方向速度むらを補正する（ステップＳ
２）。

【００５６】なお、ＲＥ５４およびカウンタ５９は、モ
ータ５３の回転速度を検出し、ＤＳＰ４８は、検出され
た回転速度を目的の回転速度に一致させるようにフィー
ドバック制御を行う。一方、ＤＳＰ４８内部の引き算器
６７には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステー
ジＸ座標データが入力される。引き算器６７には、基準
のステージＸ座標データが記憶されているため、現在の
ステージＸ座標データと基準のステージＸ座標データと
を比較し差分を求め、ステージ２７のＸ方向の横ずれ量
を算出し（ステップＳ３）、これを補正するためのモー
タ５３のＸ軸回転量を算出する。

【００５７】ＤＳＰ４８からは、Ｘステージ制御信号と
して回転量制御信号が出力され、この回転量制御信号
は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換さ
れ、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に供
給される。モータ５３は、目的の回転量分だけ回転し、
ステージ２７のＸ方向の横ずれを補正する（ステップＳ
４）。

【００５８】なお、ＴＧ５２およびＡ／Ｄ変換部５５
は、モータ５３の回転量を検出し、ＤＳＰ４８は、この
検出された回転量を目的の回転量に一致させるようにフ
ィードバック制御を行う。このようにレーザ干渉計ユニ
ット５０により検出された現在のステージＸ、Ｙ座標デ
ータと目標のステージＸ、Ｙ座標データとを比較し、そ
の差分を補正するようにステージ制御ユニット４９がス
テージ２７を駆動制御することで、ステージ２７の速度
むら、横ずれを補正する。

【００５９】しかしながら、ステージ２７の駆動による
位置ずれ補正では、位置ずれを完全に補正することはで
きず、実際には残留誤差が生じる。そこで、この残留誤
差を補正するため、さらに偏向器３６によって試料像の
投影位置を補正する。

【００６０】例えば、図１０（１）では、ステージ移動
中のＹステージの速度をグラフにしたもので目標Ｙ速度
（この例では台形状になる）に追随するように速度のサ
ーボを、ステージ制御ユニット４９によって行う。しか
し、実際にはステージは完全に目標速度には一致しない
ため、これが速度むらとなる。位置ずれで考えると、図
１０（２）に示すように、ステージ制御ユニット４９に
よる位置ずれ補正を行っても、実際にはタイムラグ等に
より、目標Ｙ位置と実際のＹ位置とには、位置ずれが発
生する。これが残留誤差である。

【００６１】残留誤差補正の具体的な動作は、まず、図
８に示すように、引き算器６６にレーザ干渉計ユニット
５０から現在のステージＹ座標データ（このデータは、
ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の位置ず
れ補正が、既に行われた後に検出されるデータである）
が入力される。引き算器６６は、カウンタ６５の目標の
ステージＹ座標データと比較し、その差分を求め、その
差分からＹ写像補正信号を生成し（ステップＳ５）、こ
の信号に従って、偏向器制御ユニット４７および偏向器
３６は、試料像の投影位置の補正を行う（ステップＳ
６）。

【００６２】すなわち、この信号を偏向器３６に供給し
て、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像
を、残留誤差分だけＹ方向にシフトさせる。以下、レー
ザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データ
が入力されると、引き算器６６は、目標のステージＹ座
標データとの差分を算出し、まずステージ制御ユニット
４９によって、直接ステージ２７を駆動してＹ方向の位
置ずれを補正する。

【００６３】次に、ステージ制御ユニット４９で補正し
きれなかったステージ位置の残留誤差分を、偏向器３６
によって、試料像の投影位置をＹ方向にシフトさせるこ
とで補正する。また、Ｘ方向に関しては、ステージ制御
ユニット４９によるステージ２７の駆動によって、Ｘ方
向の横ずれを補正できたとしても、微細な振動を完全に
補正することはできない。

【００６４】したがって、図１０（３）に示すように、
目標Ｘ位置と実際のＸ位置との位置ずれが発生し、これ
が残留誤差になる。残留誤差補正の具体的動作は、ま
ず、図８に示すように、引き算器６７にレーザ干渉計ユ
ニット５０から現在のステージＸ座標データ（このデー
タは、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の
位置ずれ補正が、既に行われた後に検出されるデータで
ある）が入力される。

【００６５】引き算器６７は、基準のステージＸ座標デ
ータと比較しその差分を求め、その差分からＸ写像補正
信号を生成し（ステップＳ７）、偏向器制御ユニット４
７および偏向器３６によって試料像の投影位置の補正を
行う（ステップＳ８）。すなわち、この信号を偏向器３
６に供給して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影
される像を、残留誤差分だけＸ方向にシフトさせる。

【００６６】以下、レーザ干渉計ユニット５０から現在
のステージＸ座標データが逐次入力されると、引き算器
６７は、基準のステージＸ座標データとの差分を算出
し、まず、ステージ制御ユニット４９によって、直接ス
テージ２７を駆動してＸ方向の位置ずれを補正する。次
に、ステージ制御ユニット４９で補正しきれなかったス
テージ位置の残留誤差分を、偏向器３６によって、試料
像の投影位置をＸ方向にシフトさせることで補正する。

【００６７】このように本実施形態の電子ビーム検査装
置では、ステージ２７のＸＹ方向の位置ずれをステージ
駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤
差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置を変え
ることで補正している。したがって、ステージ２７に速
度むら、横ずれ、振動等が発生しても、ＴＤＩＣＣＤセ
ンサ４１の撮像面に投影される試料像は、位置変動する
ことがなく、常に鮮明な画像を取得することができる。

【００６８】また、位置ずれの補正を、ステージ駆動、
ビーム偏向の２段階で行っているが、偏向器を利用して
の補正は、高速に位置ずれ補正することができるため、
検査のスループット低下を引き起こすことはない。（第２の実施形態）第１の実施形態では、Ｙ方向のみス
テージ２７を駆動させたが、試料にわずかな傾き（ロー
テーション）がある場合には、ステージ２７を斜めに駆
動させる必要がある。第２の実施形態は、Ｘ方向、Ｙ方
向の双方にステージ２７を移動させた場合を説明する。

【００６９】なお、本実施形態の構成上の特徴点は、図
１１に示すように、ＤＳＰ４８内部にカウンタ６８が配
置されている点であり、その他の構成要素については、
第１の実施形態と同一である。次に、本実施形態の動作
について説明する。図１１において、カウンタ６５に
は、ステージ２７のスタートＹ座標データが記憶されて
いるため、分周器６４から供給される同期パルス信号に
基づいて目標のステージＹ座標データが計数される。ま
た、カウンタ６８には、ステージ２７のステートＸ座標
データが記憶されているため、分周器６４から供給され
る同期パルス信号に基づいて目標のステージＸ座標デー
タが計数される。

【００７０】レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計６
０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標デー
タを読み取り、その信号はラッチ６１により保持され、
サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングされ、Ｄ
ＳＰ４８に出力される。ＤＳＰ４８内部の引き算器６６
には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ
座標データが、カウンタ６５から目標のステージＹ座標
データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、
Ｙ方向の位置ずれ量を算出し、Ｙ方向の速度むらを補正
するためのモータ５３の回転速度と、Ｙ方向の横ずれを
補正するためのモータ５３の回転量とを算出する。

【００７１】また、ＤＳＰ４８内部の引き算器６７に
は、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座
標データが、カウンタ６８から目標のステージＸ座標デ
ータが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｘ
方向の位置ずれ量を算出し、Ｘ方向の速度むらを補正す
るためのモータ５３の回転速度と、Ｘ方向の横ずれを補
正するためのモータ５３の回転量とを算出する。

【００７２】ステージ制御ユニット４９は、モータ５３
を目的の回転速度および回転量に制御し、ステージ２７
を駆動制御することで、ステージ２７のＸ方向、Ｙ方向
の速度むら、横ずれを補正する。しかしながら、実際に
は、ステージ２７の駆動による位置ずれ補正では、位置
ずれ補正を完全に補正することはできず、残留誤差が生
じる。そこで、この残留誤差を補正するため、さらに偏
向器３６によって試料像の投影位置を補正する。

【００７３】この残留誤差の補正動作については、第１
の実施形態と同様の処理であるため、ここでの詳細は省
略するが、図１２に示すように、Ｙ＝ａＸ＋ｂに従って
ステージ２７を移動させた場合を考える。図１２に示す
ように、ステージ制御ユニット４９による位置ずれの補
正を行っても、実際には、Ｘ、Ｙ方向に残留誤差が存在
する。したがって、この残留誤差を求め、偏向器３６に
よって、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される
像を、この残留誤差分だけＸ、Ｙ方向にシフトさせて補
正する。

【００７４】これにより、ステージ２７にＸ、Ｙ方向の
速度むら、横ずれ、振動等が生じても、ＴＤＩＣＣＤセ
ンサ４１は、常に鮮明な試料画像を取得することができ
る。なお、第１、第２の実施形態では、ステージ制御ユ
ニット４９による位置ずれ補正と、偏向器制御ユニット
４７および偏向器３６による位置ずれ補正の双方を行っ
たが、それに限定されず、何れか一方による補正だけで
もよい。特に、位置ずれが小さい場合には、偏向器のみ
で補正を行えば高速に処理することができる。

【００７５】また、ステージ駆動による位置ずれ補正と
偏向器による位置ずれ補正とを適宜切り替えてもよい。
例えば、観察倍率が低倍率のときにはステージ駆動によ
る補正を、高倍率のときには偏向器による補正を行うよ
うに選択的に切り替えてもよい。また、第１、第２の実
施形態では、偏向器３６による二次ビームの偏向で、位
置ずれを補正したが、補正手段としてはそれに限定され
ず、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ
３５の二次光学系によって検出面上の二次ビームの結像
位置をずらすことで補正してもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
電子ビーム検査装置では、電荷転送とステージ駆動とに
タイミングのずれ（同期ずれ）が生じても、その同期ず
れを検出することができる。したがって、同期ずれの検
出の有無で、アレイ撮像部が正常に試料画像を撮像でき
たか否かを判断することができる。

【００７７】請求項２に記載の電子ビーム検査装置で
は、例えば、ステージ駆動中に速度むらや振動などが発
生し、ステージ位置にずれが生じると、検出面上の光学
像の位置がずれてしまうが、補正手段によって、光学像
の位置を本来の位置に補正することができるため、アレ
イ撮像部で撮像しても像の鮮鋭度が低下することがな
い。請求項３に記載の電子ビーム検査装置では、補正手
段として二次ビームを偏向して光学像の位置ずれを補正
することができるため、アレイ撮像部で撮像する際に、
像の鮮鋭度の低下を回避することができる。さらに、本
発明では、ビーム偏向を利用した補正であるため、高い
応答性が得られ、高速に位置ずれの補正を行うことがで
き、検査のスループット向上を図ることができる。

【００７８】このように本発明を適用した電子ビーム検
査装置では、ステージの速度むら、振動、横ずれ等が発
生して、検出面上における光学像の位置に変動が生じて
も、補正手段（特に偏向器）によって光学像の位置ずれ
を補正することができるため、ＴＤＩＣＣＤセンサで撮
像しても、常時鮮明な試料画像を取得することができ、
信頼性の高い欠陥検出を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の全体構成図である。

【図２】一次ビームの軌道を示す図である。

【図３】一次光学系の構成図である。

【図４】二次ビームの軌道を示す図である。

【図５】ＴＤＩＣＣＤセンサの動作を説明する図であ
る。

【図６】ＴＤＩＣＣＤセンサの構成ブロック図である。

【図７】補正動作を説明するブロック図である。

【図８】第１の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブロ
ック図である。

【図９】補正動作を説明する流れ図である。

【図１０】残留誤差を説明する図である。

【図１１】第２の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブ
ロック図である。

【図１２】残留誤差を説明する図である。

【図１３】反射電子顕微鏡の構成図である。

【図１４】ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像動作を説明する図
である。

【符号の説明】

２１一次コラム２２二次コラム２３チャンバー２４電子銃２５一次光学系２６、３６偏向器２７ステージ２８試料２９カソードレンズ３０ニューメニカルアパーチャ３１ウィーンフィルタ３２第２レンズ３３フィールドアパーチャ３４第３レンズ３５第４レンズ３７検出器３８ＭＣＰ３９蛍光面４０ＦＯＰ４１ＴＤＩＣＣＤセンサ４２画像処理ユニット４３ＣＰＵ４４ＣＲＴ４５一次コラム制御ユニット４６二次コラム制御ユニット４７偏向器制御ユニット４８ＤＳＰ４９ステージ制御ユニット５０レーザ干渉計ユニット５１同期パルス生成回路５２ＴＧ（タコジェネレータ）５３モータ５４ＲＥ（ロータリエンコーダ）５５Ａ／Ｄ変換部５６バス５７パワーアンプ５８Ｄ／Ａ変換部５９、６５、６８カウンタ６０干渉計６１ラッチ６２発振器６３、６４分周器６６、６７引き算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ上に載置される試料に電子ビー
ムを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子ま
たは反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検
出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二
次ビームを前記電子検出手段の検出面に結像させる写像
電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検出手段は、前記検出面に配置され、前記二次ビームを光に変換する
変換器と、複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換
器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ライ
ンの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラ
インの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と
該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終
端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷
を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記
光学像を移動させるステージ駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づい
て、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ
駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出す
る同期ずれ検出手段とを備えたことを特徴とする電子ビ
ーム検査装置。
【請求項２】前記同期ずれに基づいて算出される前記
検出面上の光学像の位置ずれを補正する補正手段を備え
たことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム検査装
置。
【請求項３】前記補正手段は、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段であることを
特徴とする請求項２に記載の電子ビーム検査装置。