JP2002359271A

JP2002359271A - パターン検査装置およびパターン検査方法

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Publication number: JP2002359271A
Application number: JP2001164107A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Onishi; 西篤志大
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】検出器の局所的なゲイン劣化によって生じる
ゲインむらを解消できるパターン検査装置およびパター
ン検査方法を提供する。【解決手段】検査対象であるパターンが形成された基
板４２に一次電子ビーム５を照射する一次光学系１と、
一次電子ビーム５の照射を受けて基板４２から放出され
る二次電子／反射電子を二次電子ビーム６として検出
し、上記パターンの状態を表わす二次元像または一次元
像を形成する画像信号を出力する電子検出部３と、二次
電子ビーム６を拡大投影して電子検出部３に結像させる
二次光学系２と、を備えるパターン検査装置２０を用
い、上記パターンの検査に先立って二次元的に均一な二
次電子ビームを電子検出部３に入射させて電子検出部３
のゲイン分布を表わす基準画像を予め取得し、上記パタ
ーンの検査により得られた上記二次元像または上記一次
元像において電子検出部３のゲインむらにより発生する
ゲインむらを上記基準画像に基づいて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パターンの
検査装置およびパターン検査方法に関し、特に、電子ビ
ームを用いた半導体パターン等の観察および検査を対象
とする。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを用いた半導体パターン欠陥
検査が行われている中で、矩形状の電子ビームを電子照
射手段にて形成して一次ビームとして半導体パターン等
が形成された試料としての基板に照射し、その試料表面
の形状／材質／電位の変化に応じて発生した二次電子、
反射電子および後方散乱電子である二次ビームを写像投
影光学手段にて電子検出部に拡大投影し、試料表面画像
を得る手法が特開平７−２４９３９３に記載されてい
る。さらに、この手法に加えて一次ビームを電子ビーム
偏向手段であるウィーンフィルタ（Wien filter）にて
偏向させ、試料表面に対して垂直に入射させ、かつ、二
次ビームを同一ウィーンフィルタ内で直進させて写像光
学投影手段に導入する方法が特開平１１−１３２９７５
号出願にて提案されている。特開平１１−１３２９７５
号出願に示されたパターン検査装置の概略を図６を参照
しながら説明する。なお、以下の各図において、同一の
部分には同一の参照番号を付してその説明を適宜省略す
る。

【０００３】図６に示すパターン検査装置１００は、一
次光学系１、これを制御する電子銃制御部１６および複
数段四極子レンズ制御部１７、二次光学系２、これを制
御する二次光学系レンズ制御部５２，５４〜５６、電子
検出部３、これを制御する電子検出制御部５７、ウィー
ンフィルタ４１、これを制御するウィーンフィルタ制御
部５３、ステージ４３、ステージ４３に印加される電圧
を制御するステージ電圧制御部５１、画像信号処理部５
８、ホストコンピュータ７６、および表示部７７を備え
る。

【０００４】一次光学系１は、電子銃部１０と複数段の
四極子レンズ系を備える。電子銃部１０は、長軸１００
〜７００μｍ、短軸１５μｍの矩形の電子放出面を有す
るランタンヘキサボライド（ＬａＢ_６）線状陰極１１、
矩形開口を有するウエーネルト電極（Wehnelt cylinde
r）１２、電子ビームを引出して一次ビーム５として照
射する陽極１３、およびビーム軸調整用の偏向器１４を
含む。電子銃制御部１６は、一次ビーム５の加速電圧、
出射電流および光軸を制御する。また、四極子レンズ系
は、複数段四極子レンズ制御部１７の制御に基づいて一
次ビーム５を集束する複数段四極子レンズ１５を含む。

【０００５】線状陰極１１より放出した一次ビーム５
は、複数段の四極子レンズ１５とその制御部１７によっ
てほぼ矩形の断面形状を有するように集束され、ウィー
ンフィルタ４１に対して斜めから入射する。一次ビーム
５はウィーンフィルタ４１によって基板４２の表面に対
して垂直に入射する方向へ偏向されてウィーンフィルタ
４１を出射する。次に、一次ビーム５は、回転対称静電
レンズであるカソードレンズ２１によってレンズ作用を
受け、基板４２に対してほぼ垂直に照射される。

【０００６】基板４２はステージ４３上に設置してお
り、ステージ電圧制御部５１により基板４２に負電圧が
印加できるようになっている。これにより、基板４２の
表面の形状／材質／電位の変化に応じて発生する二次電
子等でなる二次ビーム６のエネルギーを向上させること
ができる。また、一次ビーム５の基板４２への入射エネ
ルギーを抑えて基板４２のダメージを低減することがで
きる。

【０００７】ウィーンフィルタ４１の基本的な構成を図
７に示す。同図に示すように、ウィーンフィルタ４１
は、それぞれ相互に対向して配置され、ウィーンフィル
タ制御部５３（図４参照）によって制御される２つの電
極４１ａ，４１ｂと２つの磁極４１ｃ，４１ｄとを備え
ている。同図に示すＸＹＺの三次元空間において、Ｚ軸
を写像投影系の光軸とすると、ウィーンフィルタ４１
は、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面内で電界Ｅと磁界Ｂとを直交
させた構造の電磁場を発生させ、入射した荷電粒子に対
して、ウィーン条件ｑＥ＝ｖＢ（ｑは粒子電荷、ｖは直
進荷電粒子の速度）を満たす荷電粒子のみを直進させる
働きをする。

【０００８】図８（ａ），（ｂ）は、ウィーンフィルタ
４１を通過する電子ビーム軌道の説明図であり、いずれ
も、ＸＺ平面（Ｙ＝０）で切断した図７の断面図であ
る。図８（ａ）に示すように、このパターン検査装置１
００では、ウィーンフィルタ４１に入射した一次ビーム
５に対しては、磁界による力Ｆ_Ｂと電界による力Ｆ_Ｅと
が同一方向に作用して、一次ビーム５は基板４２の表面
に対して垂直に入射するように偏向される。この一方、
同図（ｂ）に示すように、二次ビーム６に対しては、磁
界による力Ｆ_Ｂと電界による力Ｆ_Ｅが逆方向に作用し、
なおかつウィーン条件Ｆ_Ｂ＝Ｆ_Ｅが成立しているため、
二次ビーム６は偏向されずに直進して二次光学系２に入
射する。

【０００９】図６に戻り、二次光学系２は、回転対称静
電レンズであるカソードレンズ２１、第二レンズ２２、
第三レンズ２３、第四レンズ２４と、開き角絞り２５
と、視野絞り２６とを備える。カソードレンズ２１、第
二レンズ２２、第三レンズ２３、第四レンズ２４は、そ
れぞれ二次光学系レンズ制御部５２，５４，５５，５６
によって制御され、二次ビーム６の投影結像を行なう。
視野絞り２６は、第二レンズ２２と第三レンズ２３との
間に設置される。開き角絞り２５は、二次ビームの倍率
色収差を抑えるために、ウィーンフィルタ４１とカソー
ドレンズ２１の間の焦点Ｆ１を通ってビーム軸に垂直な
平面である焦点面４８内に配置され、二次ビームをカソ
ードレンズ２１と第二レンズ２２と合わせて１回の結像
を行なっている。なお、この構造では開き角絞り２５に
よって一次ビーム５の基板４２上での照射領域が制限さ
れるので、この問題を解消するため、図９のビーム軌道
説明図に示すように、開き角絞り２５から基板４２まで
の領域において一次ビーム軌道７が開き角絞り２５上に
焦点Ｆ１を持つように一次ビーム５を入射させ、さらに
カソードレンズ２１によって一次ビーム５にレンズ作用
を与えて基板４２に対して垂直に照射させるケーラー照
明系が採用されている。

【００１０】図６に示すパターン検査装置１００が備え
る電子検出部３の具体的な構成を図１０に示す。電子検
出部３は、ＭＣＰ（Micro-Channel Plate）検出器３１
と、蛍光板３２と、ライトガイド３３と、ＣＣＤ（Char
ge Coupled Device）等の撮像素子３４とを備える。電
子検出制御部５７は、電源ＰＳ１、ＰＳ２を含む。電源
ＰＳ１は、ＭＣＰ検出器３１に接続されてそのゲインを
調整する。また、電源ＰＳ２は、蛍光板３２に接続され
てその電位を制御する。二次光学系２を経てＭＣＰ検出
器３１に入射した二次ビーム６は、ＭＣＰ検出器３１に
より増幅されて蛍光板３２に照射され、そこで発生した
蛍光像は、ライトガイド３３を介して撮像素子３４にて
検出され、画像信号として出力される。この画像信号
は、画像処理部５８に供給されて各種の信号処理がなさ
れ、画像データとしてホストコンピュータ７６に供給さ
れる。ホストコンピュータ７６は、この画像データを基
板４２の表面状態を表すＳＥＭ（Scanning Electron Mi
croscope）画像として表示部７７にて表示し、さらに画
像処理等のパターン欠陥検出処理を行なう。

【００１１】図６に戻り、パターン検査装置１００は、
電子光学系２８内のガスを排気するイオンポンプ１９，
５９、ターボ分子ポンプ４５およびドライポンプ４６を
備える。試料室４４は容量が大きく、基板４２の交換等
で高真空を維持することが困難であるため、ターボ分子
ポンプ４５を用いて１０^−６Ｔｏｒｒ台に排気されてい
る。さらに、試料室４４、一次光学系１、二次光学系２
内のハイドロカーボン等による汚染を防止するために、
ターボ分子ポンプ４５の背圧はドライポンプ４６により
排気される。電子銃部１０は、電子銃を安定動作させる
ために試料室側とは差動排気用絞り１８にて分離されて
おり、イオンポンプ１９にて１×１０⁻ ^７Ｔｏｒｒ以下
の高真空に保たれている。また、電子検出器３も同様
に、ＭＣＰ検出器３１で発生するイオンによるノイズ増
加や、ＭＣＰ検出器３１の寿命の短縮化、放電によるＭ
ＣＰ検出器３１の破損を防ぐために、試料室側とは差動
排気用絞り２７にて分離されており、イオンポンプ６１
にて１×１０^−７Ｔｏｒｒ以下の高真空に保たれてい
る。

【００１２】このように、パターン検査装置１００の電
子検出部３では、１×１０^−７Ｔｏｒｒ以下の真空が保
たれているが、ＭＣＰ検出器３１には使用状況に応じて
増幅率の劣化（以下、ゲイン劣化という）が生じる。こ
こで、ゲインの劣化が二次元的に均一であれば、電源Ｐ
Ｓ１（図１０参照）の印加電圧を上げることによりゲイ
ン劣化を補うことが可能である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、観察し
たパターンに偏りがあった場合、ＭＣＰ検出器３１にお
いて不均一なゲイン劣化が生じる。例えば、図１１
（ａ）のような十字型のパターンを長時間にわたって観
察した場合、ＭＣＰ検出器には十字型のゲイン劣化が発
生する。従って、このような十字型パターンの長時間観
察に引き続いて、図１１（ｂ）のような矩形パターンを
観察すると、図１１（ｃ）に示すように、ゲインが劣化
した十字型の部分に応じて暗い画像部分ＧＵを含む画像
が観察される。このような場合、電源ＰＳ２の印加電圧
を上げても画像全体が明るくなるだけで不均一性は解消
されない。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、検出器の局所的なゲイン劣化によっ
て生じるゲインむらを解消できるパターン検査装置およ
びパターン検査方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。

【００１６】即ち、本発明によれば、検査対象であるパ
ターンが形成された基板に荷電ビームを照射する荷電ビ
ーム照射手段と、上記荷電ビームの照射を受けて上記基
板から放出される二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子ま
たは上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子を二次荷
電ビームとして拡大投影して結像させる写像投影手段
と、この写像投影手段により結像された上記二次荷電ビ
ームを検出し、上記パターンの状態を表わす二次元像ま
たは一次元像を形成する画像信号を出力する荷電ビーム
検出手段と、二次元的に均一な二次荷電ビームを上記荷
電ビーム検出手段に入射させて得られ上記電子検出手段
のゲイン分布を表わす基準画像を予め格納する記憶手段
と、上記電子検出手段のゲインむらにより発生する上記
二次元像または上記一次元像のゲインむらを上記基準画
像に基づいて補正するゲインむら補正手段と、を備える
パターン検査装置が提供される。

【００１７】上記パターン検査装置によれば、上記ゲイ
ンむら補正手段が上記基準画像に基づいて上記二次元像
または上記一次元像のゲインむらを補正するので、検査
対象パターンのＳＥＭ画像から上記電子検出手段のゲイ
ンむらによる影響を除去することができる。

【００１８】本発明の好適な実施態様において、上記荷
電ビーム検出手段は、上記二次元像または上記一次元像
を撮像する撮像素子を含み、上記記憶手段は、上記二次
元像または上記一次元像の階調値が上記撮像素子の特性
に応じて入射光強度に比例するように上記出力階調値に
対応づけて変換された階調値を記述したＬＵＴ（LookUp
Table）を格納し、上記画像補正手段は、上記ＬＵＴに
基づいて、上記撮像素子の上記出力階調値が上記入射光
強度と比例しないことに起因する上記階調値の不均一な
ずれをも補正することが望ましい。これにより、上記撮
像素子の特性に起因する階調値の不均一なずれをも補正
することができる。

【００１９】また、本発明によれば、検査対象であるパ
ターンが形成された基板に荷電ビームを照射する荷電ビ
ーム照射手段と、上記荷電ビームの照射を受けて上記基
板から放出される二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子ま
たは上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子を二次荷
電ビームとして拡大投影して結像させる写像投影手段
と、この写像投影手段により結像された上記二次荷電ビ
ームを検出し、上記パターンの状態を表わす二次元像ま
たは一次元像を形成する画像信号を出力する荷電ビーム
検出手段と、記憶手段と、を備えるパターン検査装置を
用いたパターン検査方法であって、上記パターンの検査
に先立って、二次元的に均一な二次荷電ビームを上記荷
電ビーム検出手段に入射させて上記電子検出手段のゲイ
ン分布を表わす基準画像を取得する基準画像取得手順
と、上記基板に荷電ビームを照射して上記二次元像また
は上記一次元像を取得する検査画像取得手順と、上記電
子検出手段のゲインむらにより発生する上記二次元像ま
たは上記一次元像のゲインむらを上記基準画像に基づい
て補正するゲインむら補正手順と、を備えるパターン検
査方法が提供される。

【００２０】上記パターン検査方法によれば、上記ゲイ
ンむら補正手順において上記二次元像または上記一次元
像のゲインむらが上記基準画像に基づいて補正されるの
で、検査対象パターンのＳＥＭ画像から上記電子検出手
段のゲインむらによる影響を除去することができる。

【００２１】上記パターン検査装置の上記荷電ビーム検
出手段が上記二次元像または上記一次元像を撮像する撮
像素子を含む場合は、上記パターン検査方法は、上記基
準画像取得手順に先だって、上記二次元像または上記一
次元像の階調値が上記撮像素子の特性に応じて入射光強
度に比例するように上記出力階調値に対応づけて変換さ
れた階調値を記述したＬＵＴを作成するＬＵＴ作成手順
をさらに備え、上記ゲインむら補正手順は、上記ＬＵＴ
を参照して上記撮像素子の上記出力階調値が上記入射光
強度と比例しないことに起因する上記階調値のずれを補
正する手順を含むことが望ましい。これにより、上記撮
像素子の特性に起因する階調値の不均一なずれをも補正
することができる。

【００２２】上述したパターン検査装置は、上記ゲイン
むらによる影響が除去された上記画像信号に基づいて上
記パターンの状態、即ち、形状、材質および電位の分布
を表わすＳＥＭ画像を表示する表示手段をさらに備える
ことが好ましい。

【００２３】上記撮像素子には、ＣＣＤカメラとＴＤＩ
（Time Delay Integrator）カメラのうち少なくとも一
つが含まれる。また、上述したパターン検査装置および
パターン検査方法において、上記荷電ビームには、電子
ビームとイオンビームのうち少なくとも一つが含まれ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。

【００２５】（１）パターン検査装置の実施の一形態図１は、本発明にかかるパターン検査装置の実施の一形
態の要部を示す部分構成図である。同図には、本実施形
態のパターン検査装置２０の電子検出器３以降の構成を
示す。図１に示すように、パターン検査装置２０は、図
６に示す画像信号処理部５８に代えて画像信号処理部６
０を備え、この画像信号処理部６０に接続される２つの
メモリＭＲ１，ＭＲ２をさらに備える。画像処理部６０
は、本実施形態において特徴的なゲインむら補正演算部
６２を含む。パターン検査装置２０のその他の構成は、
図６に示すパターン検査装置１００と実質的に同一であ
る。

【００２６】本実施形態のパターン検査装置２０の動作
について電子検出器３以降を中心に説明する。二次光学
系２を経てＭＣＰ検出器３１の下面に入射した二次ビー
ム６は、ＭＣＰ検出器３１により増幅された後、蛍光板
３２で光に変換され、この光がライトガイド３３を介し
てＣＣＤカメラやＴＤＩカメラなどの撮像素子３４に入
射して電気信号に変換される。画像信号処理部６０は、
撮像素子３４から入力されたアナログ信号をディジタル
信号に変換してゲインむら補正演算処理部６２に供給す
る。ゲインむら補正演算処理部６２は、予め均一なパタ
ーンに電子ビーム５を照射して取得されメモリＭＲ１に
格納されたディジタル画像（以下、基準画像という）に
基づいてゲインむら補正演算処理を実行し、補正後のデ
ィジタル画像信号をホストコンピュータ７６に供給す
る。ホストコンピュータ７６は、補正されたディジタル
画像信号に基づいて欠陥の有無等のパターン検査を実行
する。

【００２７】本実施形態のパターン検査装置２０による
ゲインむら補正演算の具体的手順について、本発明にか
かるパターン検査方法の実施の形態として以下に説明す
る。

【００２８】（２）パターン検査方法の第１の実施形態図２は、本発明にかかるパターン検査方法の第１の実施
形態の手順を説明するフローチャートである。また、図
３は、本実施形態で用いるディジタル画像の表現形式の
説明図である。図３に示すように、本実施形態では、デ
ィジタル化されたＳＥＭ画像を「Ｉｍｇ」と定義し、こ
の画像「Ｉｍｇ」の座標（ｘ，ｙ）における濃淡を表わ
す階調値を「Ｉｍｇ（ｘ，ｙ）」と定義する。

【００２９】まず、図２に示すように、パターンの検査
に先立って、基準画像を取得して、画像記憶部（メモリ
ＭＲ１）に保存する（ステップＳ１）。この基準画像を
「ＩｍｇＦｌａｔ」と定義する。基準画像は、例えば、
可能な限り平坦なパターンを形成した基板を準備し、さ
らに電子レンズ２１〜２４（図６参照）をデフォーカス
した上でこの平坦なパターンに電子ビーム５を照射する
ことにより、均一な二次ビーム６をＭＣＰ検出器３１に
入射させることにより取得可能である。

【００３０】次に、検査対象であるパターンが形成され
た基板４２をステージ４３に載置して、検査パターンの
画像を取得する（ステップＳ２）。この検査パターンの
画像を「ＩｍｇＩｎ」と定義する。「ＩｍｇＩｎ」は、
ゲインむらを含み得る画像である。

【００３１】次に、「ＩｍｇＩｎ」に対してゲインむら
補正演算部６２により補正演算を実行する（ステップＳ
３）。補正後のディジタル画像を「ＩｍｇＯｕｔ」と定
義すると、ゲインむら補正演算部６２は、本実施形態に
おいて以下の（式１）で表わせる演算処理により、「Ｉ
ｍｇＯｕｔ」を出力する。

【００３２】ＩｍｇＯｕｔ（ｘ，ｙ）＝ＩｍｇＩｎ（ｘ，ｙ）÷ＩｍｇＦｌａｔ（ｘ，ｙ） ×ａｖｅｒａｇｅ（ＩｍｇＦｌａｔ）・・・（式１）ここで、「ａｖｅｒａｇｅ（ＩｍｇＦｌａｔ）」は、Ｉ
ｍｇＦｌａｔの平均階調値を表す。

【００３３】次に、ゲインむら補正演算部６２は、補正
後の画像「ＩｍｇＯｕｔ」をホストコンピュータ７６に
供給する。ホストコンピュータ７６は、供給された画像
「ＩｍｇＯｕｔ」を表示部７７に表示するとともに、画
像「ＩｍｇＯｕｔ」に基づいてパターン欠陥検査を実行
する（ステップＳ４）。

【００３４】検査対象のパターンが未だ存在する場合に
は、検査が終了するまで以上のステップＳ２〜Ｓ５の手
順を繰り返す。ただし、各パターンの検査が終了する度
にＭＣＰ検出器３１のゲイン状態を確認し（ステップＳ
６）、ゲイン状態に変化があった場合には（ステップＳ
６）、ステップＳ１に戻って基準画像「ＩｍｇＦｌａ
ｔ」を更新する。

【００３５】このように、本実施形態によれば、簡単な
補正演算処理により、観察画像からＣＭＰ検出器３１の
局所的なゲインむらによる影響を除去することができ
る。

【００３６】（３）パターン検査方法の第２の実施形態次に、本発明にかかるパターン検査方法の第２の実施形
態について説明する。前述した第１の実施形態では、撮
像素子３４の出力が入力光の強度に比例することを前提
としてゲインむらの補正を実行した。しかしながら、実
際のパターン検査装置の撮像素子においては、図４
（ａ）のオフセット図や図４（ｂ）のガンマ図に示すよ
うに、出力が入力光強度に比例しない場合があり、一般
的には、図４（ｃ）に示すように、これらが組み合わさ
れた特性となる場合が多い。本実施形態のパターン検査
方法の特徴は、撮像素子の特性に起因する階調値の不均
一なずれをも補正する点にある。

【００３７】図５は、本実施形態のパターン検査方法の
手順を説明するフローチャートである。図５の各ステッ
プのうち、ステップＳ１０を除くステップＳ１１〜Ｓ１
６は、図２の各ステップ番号に１０を加えたものと実質
的に同一であるので、以下では、図２との相異点を中心
に説明する。なお、本実施形態は、撮像素子３４として
ＣＣＤカメラを用いる場合について説明する。

【００３８】まず、パターン検査装置２０が備える撮像
素子の特性を調べてＬＵＴを作成し、メモリＭＲ２に格
納する（ステップＳ１０）。本実施形態におけるＬＵＴ
とは、入力画像の各階調値に対応して変換後の階調値を
記述したテーブルをいい、撮像素子３４の特性に応じて
変換後の階調値が入力光強度に比例するように作成す
る。ＬＵＴを作成するためには、図４（ｃ）に示すよう
に、撮像素子３４の特性図を求め、縦軸の階調値に対応
する横軸の値を読めば良い。撮像素子３４の特性は、例
えば、照明強度比が既知の光を用いて照明強度を変化さ
せながら、また、レンズの絞りを変更させながら求める
ことができる。このようにして得られたＬＵＴに基づ
き、階調値「ｉ」に対して変換後の階調値を返す関数を
ＬＵＴ（ｉ）と定義する。

【００３９】次に、基準画像「ＩｍｇＦｌａｔ」を取得
して、画像記憶部（メモリＭＲ１）に保存し（ステップ
Ｓ１１）、検査パターンの画像「ＩｍｇＩｎ」を取得す
る（ステップＳ１２）。

【００４０】次に、画像「ＩｍｇＩｎ」に対して補正演
算を実行し、「ＩｍｇＯｕｔ」を出力する（ステップＳ
１３）。本実施形態において、ゲインむら補正は下記の
（式２）を用いて演算処理する。

【００４１】ＩｍｇＯｕｔ（ｘ，ｙ）＝ＬＵＴ（ＩｍｇＩｎ（ｘ，ｙ））÷ＬＵＴ（ＩｍｇＦｌａｔ（ｘ，ｙ））・・・（式２）なお、（式２）を用いた補正演算の結果、得られた「Ｉ
ｍｇＯｕｔ」の範囲が画像出力の範囲を越える場合、ま
たは検査処理上小さすぎる場合には、必要に応じて、ゲ
イン変換、ガンマ変換などを行う。

【００４２】その後は、上述した第１の実施形態と同様
に、補正後の画像「ＩｍｇＯｕｔ」をホストコンピュー
タ７６に供給して表示および検査を実行し（ステップＳ
１４）、検査が終了するまでステップＳ１１〜Ｓ１５ま
での手順を繰り返す。「ＩｍｇＦｌａｔ」の更新（ステ
ップＳ１６とＳ１１）は、ＭＣＰ検出器３１のゲイン状
態が変化した場合にのみ行うが、撮像素子３４の特性は
通常ほとんど変化しないので、ＬＵＴの作成は最初の１
回だけで良い。

【００４３】このように、本実施形態によれば、ＭＣＰ
検出器３１における増幅率の劣化と撮像素子３４の特性
に起因する階調値の不均一なずれとを補正するので、Ｍ
ＣＰ検出器３１の検出面に投影された電子ビーム強度分
布を正確に取得することができる。

【００４４】（４）パターン検査方法の第３の実施形態前述した実施形態では、撮像素子３４としてＣＣＤカメ
ラを用いたが、本実施形態では、撮像素子３４としてＴ
ＤＩカメラを用いる場合について説明する。この場合の
手順も、図５のフローチャートに示す手順と実質的に同
一であるので、（３）で前述した第２の実施形態と異な
る点のみ説明する。

【００４５】撮像素子３４がＴＤＩカメラである場合
は、そのスキャン方向をＹ方向とすると、スキャン方向
での出力階調値のずれが平均化されるので、撮像素子の
特性に対して必要な補正は、Ｘ方向のみで良い（従っ
て、以下の式ではｙを省略する）。前述した第２の実施
形態では、ＣＣＤカメラのＬＵＴは画像全体で一様とし
たが、ＴＩＤカメラでは、各ライン毎にＬＵＴを求め
る。ライン「ｘ」における、階調値「ｉ」に対して変換
後の階調値を返す関数を、ＬＵＴ（ｘ，ｉ）と定義する
と、ステップ１３におけるゲインむら補正演算は次の
（式３）を用いて処理する。

【００４６】ＩｍｇＯｕｔ（ｘ）＝ＬＵＴ（ｘ，ＩｍｇＩｎ（ｘ））÷ＬＵＴ（ｘ，ＩｍｇＦｌａｔ（ｘ））・・・（式３）このように、本実施形態によれば、撮像素子３４として
ＴＤＩカメラを用いる場合でも、ＭＣＰ検出器３１にお
ける増幅率の局所的劣化に起因するゲインむらと撮像素
子３４の特性に応じた出力階調値の不均一なずれとを補
正するので、ＭＣＰ検出器３１の検出面に投影された電
子ビーム強度分布を正確に取得することができる。

【００４７】以上、本発明の実施の形態のいくつかにつ
いて説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその
技術的範囲内で種々変形して実施できることは勿論であ
る。例えば、上述した実施形態では、荷電ビームとして
電子ビームを用いる場合について説明したが、電子以外
の荷電ビーム、例えばイオンビームを用いる場合にも勿
論適用できる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明によれば、
荷電ビーム検出手段の出力画像からゲインむらによる影
響を除去するので、上記荷電ビーム検出手段の検出面に
投影された荷電ビーム強度分布を正確に取得することが
できる。これにより、パターン欠陥検査における精度を
さらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるパターン検査装置の実施の一形
態の要部を示す部分構成図である。

【図２】本発明にかかるパターン検査方法の第１の実施
形態の手順を説明するフローチャートである。

【図３】ディジタル画像の表現形式の説明図である。

【図４】パターン検査装置の撮像素子の特性を示すグラ
フである。

【図５】本発明にかかるパターン検査方法の第２の実施
形態の手順を説明するフローチャートである。

【図６】従来の技術によるパターン検査ステムの一例の
概略図である。

【図７】図６に示すパターン検査ステムが備えるウィー
ンフィルタの説明図である。

【図８】図７に示すウィーンフィルタを通過する電子ビ
ーム軌道の説明図である。

【図９】図６に示すパターン検査ステムにおける電子ビ
ームのビーム軌道を示す説明図である。

【図１０】図６に示すパターン検査装置が備える電子検
出部の具体的な構成を示す説明図である。

【図１１】従来の技術によるパターン検査装置の電子検
出部において発生することがあるゲインむらの説明図で
ある。

【符号の説明】

１一次光学系２二次光学系３電子検出部５一次ビーム６二次ビーム７一次ビーム軌道８二次ビーム軌道１０電子銃部１１線状陰極１２ウエーネルト電極１３陽極１４偏向器１５複数段四極子レンズ１６電子銃制御部１７複数段四極子レンズ制御部１８差動排気用絞り１９，６１イオンポンプ２０パターン検査装置２１カソードレンズ２２第二レンズ２３第三レンズ２４第四レンズ２５開き角絞り２６視野絞り２７差動排気用絞り２８電子光学系３１ＭＣＰ検出器３２蛍光板３３ライトガイド３４撮像素子４１ウィーンフィルタ４１ａ，４１ｂ電極４１ｃ，４１ｄ磁極４２試料４３ステージ４４試料室４５ターボ分子ポンプ４６ドライポンプ４８焦点面５１ステージ電圧制御部５２カソードレンズ制御部５３ウィーンフィルタ制御部５４第二レンズ制御部５５第三レンズ制御部５６第四レンズ制御部５７ＭＣＰ検出系制御部５８，６０画像信号処理部６２ゲインむら補正演算部７６ホストコンピュータ７７表示部ＰＳ１，ＰＳ２電源ＭＲ１，ＭＲ２メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F067 AA54 BB04 CC15 EE03 FF17 HH06 HH08 JJ05 JJ07 KK04 QQ02 4M106 AA01 BA02 CA38 DB01 DB04 DB20 DJ19 DJ21 5C033 NN01 NN02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象であるパターンが形成された基板
に荷電ビームを照射する荷電ビーム照射手段と、前記荷電ビームの照射を受けて前記基板から放出される
二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電
粒子および前記反射荷電粒子を二次荷電ビームとして拡
大投影して結像させる写像投影手段と、前記写像投影手段により結像された前記二次荷電ビーム
を検出し、前記パターンの状態を表わす二次元像または
一次元像を形成する画像信号を出力する荷電ビーム検出
手段と、二次元的に均一な二次荷電ビームを前記荷電ビーム検出
手段に入射させて得られ前記電子検出手段のゲイン分布
を表わす基準画像を予め格納する記憶手段と、前記電子検出手段のゲインむらにより発生する前記二次
元像または前記一次元像のゲインむらを前記基準画像に
基づいて補正するゲインむら補正手段と、を備えるパタ
ーン検査装置。
【請求項２】前記荷電ビーム検出手段は、前記二次元像
または前記一次元像を撮像する撮像素子を含み、前記記憶手段は、前記二次元像または前記一次元像の階
調値が前記撮像素子の特性に応じて入射光強度に比例す
るように前記出力階調値に対応づけて変換された階調値
を記述したＬＵＴを格納し、前記画像補正手段は、前記ＬＵＴに基づいて、前記撮像
素子の前記出力階調値が前記入射光強度と比例しないこ
とに起因する前記階調値の不均一なずれをも補正するこ
とを特徴とする請求項１に記載のパターン検査装置。
【請求項３】検査対象であるパターンが形成された基板
に荷電ビームを照射する荷電ビーム照射手段と、前記荷
電ビームの照射を受けて前記基板から放出される二次荷
電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子お
よび前記反射荷電粒子を二次荷電ビームとして拡大投影
して結像させる写像投影手段と、前記写像投影手段によ
り結像された前記二次荷電ビームを検出し、前記パター
ンの状態を表わす二次元像または一次元像を形成する画
像信号を出力する荷電ビーム検出手段と、記憶手段と、
を備えるパターン検査装置を用いたパターン検査方法で
あって、前記パターンの検査に先立って、二次元的に均一な二次
荷電ビームを前記荷電ビーム検出手段に入射させて前記
電子検出手段のゲイン分布を表わす基準画像を取得する
基準画像取得手順と、前記基板に荷電ビームを照射して前記二次元像または前
記一次元像を取得する検査画像取得手順と、前記電子検出手段のゲインむらにより発生する前記二次
元像または前記一次元像のゲインむらを前記基準画像に
基づいて補正するゲインむら補正手順と、を備えるパタ
ーン検査方法。
【請求項４】前記荷電ビーム検出手段は、前記二次元像
または前記一次元像を撮像する撮像素子を含み、前記基準画像取得手順に先だって、前記二次元像または
前記一次元像の階調値が前記撮像素子の特性に応じて入
射光強度に比例するように前記出力階調値に対応づけて
変換された階調値を記述したＬＵＴを作成するＬＵＴ作
成手順をさらに備え、前記ゲインむら補正手順は、前記ＬＵＴを参照して前記
撮像素子の前記出力階調値が前記入射光強度と比例しな
いことに起因する前記階調値のずれを補正する手順を含
む、ことを特徴とする請求項３に記載のパターン検査方
法。