JP2003215067A - 荷電粒子ビームを用いた自動基板検査の装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 欠陥の検出及び分類を高速で行うことができ
る、荷電粒子を用いた自動基板検査装置及び方法を提供
すること。 【構成】 電子線を供給する放射電子線源と、電子線を
導入し屈折させて基板上に電子線を掃引させる偏向手段
を有する荷電粒子制御手段と、基板から発生する荷電粒
子線を検出する検出器と、基板を載せて少なくとも１方
向に連続動作するＸ-Ｙステージと、検出器と電気的に
接続しており、検出器からの信号を処理して、基板のあ
る部分の画像データを生成し、参照画像データと比較し
て、欠陥を同定するコンピュータとを具備し、更に第１
室と第２室を有する真空系を導入し、別の真空値に独立
に調整出来る様にして、第１基板が一方の真空室に入出
している間、第２の基板を他の真空室内に於て検査を実
施する基板の自動検査装置システム。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、超小型電子回路の作成
に使用される様々な種類の基板の自動検査、特に、Ｘ線
リソグラフィーに使用される光学マスクや半導体ウェー
ハの検査に関する。 【０００２】 【従来の技術と発明が解決しようとする課題】超小型電
子回路を適正な歩留りで生産するには、製造プロセスで
使用するマスクやウェーハに欠陥があってはならない。
過去１２年にわたって光学マスクやウェーハの自動検査
用に多くのシステムが開発され、特許されてきた（例え
ば、米国特許第4,247,203 号、米国特許第4,805,1 23
号、米国特許第4,618,938 号、米国特許第4,845,558 号
参照）。これらのシステムでは、フォトマスク又はレチ
クル又はウェーハ上の二つの隣接するダイを相互に比較
している。同様に、ダイをＣＡＤ（コンピュータ援用設
計(Computer Aided Design) ）のデータベースと比較し
て検査する技術が開発されている（米国特許第4,926,48
7 号参照）。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検出できないので、以上に例示
したいずれの光学システムも用途は光学マスクに限定さ
れている。また、光学検査は本来的に生じる回折のため
に解像度に限界があるので、光学リソグラフィーにも限
界がある。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ミクロン未満の線幅は達成で
きない。0.35ミクロン未満の線幅はＸ線リソグラフィー
技術により達成できるものと期待されている。 【０００３】走査型電子顕微鏡技術を用いてＸ線マスク
や高密度のウェーハ・パターンを検査できるのではない
かと期待されている。従来の電子顕微鏡を用いてＸ線マ
スクやウェーハを検査する実験が、最近各社で行われて
いる。これらの実験では欠陥の検出に成功しているが、
従来の電子顕微鏡では検査に時間がかかるだけでなく、
高度に熟練したオペレータが必要である。従って、この
ようなシステムで半導体を製造することは実際的でな
い。 【０００４】本発明はスパッタリングを防止する設備を
備えたインシュチ(in-suti) プラズマ除去システムをも
使用している。ローレンス・エフ・バケティック等（La
warence F. Bacchettik et al ）の米国特許第4,665,31
5 号、「電子ビーム光学系のインシュチプラズマ除去の
ための方法と装置（Method and Apparatus for In-Situ
Plasma Cleaning of Electron Beam Optical Syste
m）」に開示されているシステムは電子ビーム書き込み
装置用であるが、スパッタリングを防止する設備を備え
ていない。ここで、「インシュチ」とは、主プロセス実
行とほぼ同じ条件で主プロセスに先行して、中断し或い
は後続して稼働可能なことを意味する。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
として荷電粒子を走査して基板を自動検査する方法及び
装置を以下に述べる。第１の実施例は基板の自動検査の
ための装置及び方法であり、基板表面に荷電粒子ビーム
を供給して走査する荷電粒子ビーム生成部と、基板の上
面或いは底面から流出する３種類の荷電粒子（即ち、二
次荷電粒子、後方散乱荷電粒子、透過荷電粒子）の少な
くとも一つを検出する検出手段と、荷電粒子ビームを基
板表面に対して移動させる手段とを有している。 【０００６】第２の実施例は、インシュチ、即ち主プロ
セス実行とほぼ同じ条件で主プロセスに先行して、中断
し或いは後続して稼働可能なプラズマを用いた有機的汚
染酸化システム手段と、プラズマを励起させる無線周波
数発生手段と、選択した領域の圧力を調整してプラズマ
を形成する自動プラズマ調整手段とを有する電子ビーム
検査装置である。 【０００７】 【作用及び発明の効果】本発明により、荷電粒子ビーム
を用いてウェーハやＸ線マスクや基板などを製造現場で
自動的に検査する検査装置を経済的に実現することがで
きる。以下では電子ビームを用いて本発明を説明する
が、別の種類の荷電粒子ビームを用いることもできるの
で、本発明の範囲は電子ビームに限定されるものではな
い。本発明は、ウェーハ、光学マスク、Ｘ線マスク、電
子ビーム近接マスク、ステンシル・マスクなどの検査に
主に使用されるが、任意の物質の高速電子ビーム撮像に
使用することができる他に、マスクやウェーハの製造で
フォトレジストを露光するための電子ビーム書込みにも
使用することができる。 【０００８】基板が絶縁体か導電体かに応じて２つの基
本的な動作モードがある。導電性であるか導電体で被覆
されているＸ線マスク、電子ビーム近接マスク、ウェー
ハ・プリントの検査には主に「高電圧モード」が用いら
れる。この場合、高電圧走査ビームを使用しても基板は
帯電しない。一方、非導電性材料層を有する製造中のウ
ェーハや光学マスクの検査には主に「低電圧モード」が
使用される。低電圧走査ビームを使用することにより帯
電や損傷を最小にすることができる。以上の相違を除け
ば、両モードはいずれも欠陥の検出及び分類を高速で達
成する。 【０００９】現在の走査型電子顕微鏡は走査速度が非常
に遅く、通常の技能を越えた高度の技能を有するオペレ
ータを必要とするので、経済的な観点から判断すると、
現在の走査型電子顕微鏡を使用することはできない。 【００１０】本発明の新規な特徴は、様々な種類の欠陥
を検出できるだけでなく、欠陥の種類を識別できること
にある。本発明では「高電圧モード」で後方散乱電子、
透過電子、二次電子の検出及び識別を同時に実行できる
ので、欠陥を即座に分類できる。例えば、Ｘ線マスク上
の透過検出器のみにより検出される欠陥は、恐らく吸収
材料の裂け目であり、二次電子検出器では検出されるが
後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は有機粒子で
ある可能性が高く、後方散乱電子検出器により検出され
る欠陥は原子量の大きい汚染物質の可能性がある。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ー
ハ上にプリントされないので、様々な種類の欠陥を識別
できる能力は本発明の重要な利点である。このように本
発明によれば、欠陥を検出することができるだけでな
く、それらの欠陥を識別することができる。 【００１１】本発明ではシステムを半導体の製造に適し
たものにするために多くの技術を使用している。例え
ば、真空排気速度と真空から常圧に戻す加圧速度の両者
を共に制限して気体の流れを層流の状態に保つことによ
り、汚染物質の擾乱を防止している。また、これらの動
作を他のサンプルの走査と同時に実行することにより、
時間を節約している。この他に、タレットに６個の電界
放出源を設けて無駄な時間を更に少なくしている。最後
に、通常オペレータの操作により実行される電子ビーム
の主な調整はコンピュータにより実行されるので、比較
的技能の低い者でも本発明のシステムを使用することが
できる。 【００１２】 【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。検査システム１０はＸ線マ
スク、ウェーハ、その他の基板の自動検査装置であり、
センサとして走査型電子顕微鏡を使用している。 【００１３】この検査システム１０は２種類の動作モー
ド、即ち、ダイとダイとの比較モード及びダイとデータ
ベースとの比較モードを有している。いずれのモードで
も欠陥の検出は、基板の走査により得られる電子ビーム
像を基準と比較することにより行われる。即ち、ダイと
ダイとの比較検査では、同じ基板の２つのダイからの信
号が互いに比較される。ダイとデータベースとの比較検
査では、電子顕微鏡から得られる一つのダイからの信号
が、そのダイの作成に使用したデータベースからの信号
と比較される。 【００１４】検査対象である基板５７はホールダに保持
され、ホールダは電子ビーム生成部２０の下方のｘ−ｙ
ステージ２４に基板ハンドラー３４により自動的に載置
される。この動作は次のようにして達成される。システ
ム・コンピュータ３６から基板ハンドラー３４に命令が
送られる。基板ハンドラー３４は検査対象である基板５
７をカセットから取り出し、基板５７に形成されている
平らな部分又はノッチ５９（図２ないし図６を参照）を
自動的に検出して基板５７を適切に方向付けてから電子
ビーム生成部２０の下に装填する。次に、オペレータが
位置合わせ用光学系２２を介して基板５７を目視により
観察しながら、基板の位置合わせ点を決め（基板の特徴
を任意に選択して位置合わせ点とする）、ステージのｘ
軸方向への移動が基板のパターンの検査領域のｘ軸と実
質的に平行になるようにする。これで粗い位置合わせ作
業が終わる。 【００１５】粗い位置合わせ作業に引き続いて、精密な
位置合わせ作業が行われる。精密な位置合わせ作業は、
オペレータが電子ビームで基板を走査し、画像ディスプ
レイ４６に現れる画像を観察しながら行われる。位置合
わせに関連するデータは総てが位置合わせコンピュータ
２１に保存される。この位置合わせコンピュータ２１
は、システム・コンピュータ３６と協調して作動し、ダ
イをｘ、ｙの両軸に沿って走査するのに必要な実際の複
合ｘ、ｙ動作を計算する。従って、以後同一種類の基板
に関してはオペレータが自ら位置合わせ作業をする必要
はない。基板の精密な位置合わせ作業が終了すると、検
査工程が開始される。 【００１６】電子ビーム生成部２０、位置合わせ用光学
系２２、アナログ偏向回路３０、検出器３２により、以
下に詳述するように、電子ビームの基板５７への入射、
及び二次電子や後方散乱電子や基板５７を透過する電子
の検出が行われる。この検出動作とデータの収集は、電
子ビーム生成部制御コンピュータ４２、ビデオ・フレー
ム・バッファ４４、画像収集プリ・プロセッサ４８、偏
向コントローラ５０、メモリ・ブロック５２により行わ
れる。ＶＭＥバス、即ち、符号２９で示すＶＭＥ１はサ
ブ・システム間の通信リンクとして機能する。 【００１７】基板５７の検査中のｘ−ｙステージ２４の
位置と移動は、偏向コントローラ５０と、メモリ・ブロ
ック５２と、位置合わせコンピュータ２１との制御の下
で、ステージ・サーボ２６及び干渉計２８によって制御
される。 【００１８】ダイとデータベースとの比較モードの場合
には、意図するダイ・フォーマットを表す信号の源とし
て、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５４が使用される。 【００１９】実際の欠陥検出処理は、ポスト・プロセッ
サ５８及び欠陥プロセッサ５６によって、メモリ・ブロ
ック５２のデータについてなされる。ポスト・プロセッ
サ５８と欠陥プロセッサ５６との間の通信は、符号３１
で示すバスＶＭＥ２を介してなされる。 【００２０】全体のシステムの操作は、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、コンピュータ
・ディスプレイ３８によってなされる。イーサネットは
ゼロックス社の商標である。 【００２１】図２にはダイとデータベースとの比較モー
ドで検査を行う場合の本発明の走査の軌跡が示されてい
る。図２には基板５７上にダイ６４が一個だけ示されて
いる。このダイ６４には検査すべき検査領域６５が存在
する。この検査領域６５は基板５７上に重要な情報が記
録されている領域である。ダイ６４の検査に当たって、
ｘ軸方向の有効走査移動は移動するｘ−ｙステージ２４
によりなされ、ｙ軸方向の有効走査移動は偏向により電
子ビームを図中符号６０で示した走査領域の幅と同じ振
り幅で振ることによりなされる。電子ビームがダイ６４
の右側に達すると、ｘ−ｙステージ２４は電子ビームの
振り幅未満の距離だけｙ軸方向に移動される。基板５７
のｘ−ｙ座標系はｘ−ｙステージ２４及び電子ビーム生
成部２０のそれぞれのｘ−ｙ座標系と正確に一致しない
ので、ｘ−ｙステージ２４の実際の移動と電子ビーム生
成部２０の実際のビーム偏向は、それぞれがダイ６４の
走査中にｘとｙの分力を有している。 【００２２】検査領域６５を十分に検査するために、検
査は図示したように折れ曲がった軌跡６２を描いて実行
される。折れ曲がった軌跡６２のうちのｘ軸方向の各軌
道は、符号６０で示した走査領域と同じ幅を有する走査
領域であり、いずれも隣接する走査領域と僅かに重なり
合っている。 【００２３】ダイとデータベースとの比較モードでは、
各走査領域に対応する信号が、完璧なダイの対応する走
査領域に関するデータベース・アダプタ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
のダイの検査に移行する前に、現在検査中のダイの検査
領域６５の各走査領域に対して繰り返される。 【００２４】図３はダイとダイとの比較モードで検査す
る際の走査の軌跡を示すもので、基板５７としては左か
ら右にダイ６８、７０、６６を有しているものを例示し
ている。この検査モードでも、図２の例と同様に、折れ
曲がった軌跡６３を描いて検査が実行される。しかし、
この検査モードはダイとダイとの比較モードであるの
で、ｘ−ｙステージ２４は、走査領域毎に３個のダイを
横切るまでｘ軸方向に移動し続け、３個のダイを横切っ
てから初めてｙ軸方向に移動する。 【００２５】この比較モードでは、ダイ６８の第１の走
査行程で得られたデータはメモリ・ブロック５２に記憶
され、この記憶データがダイ７０の第１の走査行程中に
得られるデータと比較される。ダイ６８とダイ７０とを
比較している時に、ダイ７０のデータは、ダイ６６の第
１の走査行程で得られるデータと比較するためにメモリ
・ブロック５２に記憶される。次に、第２の走査行程に
移行する。第２の走査行程は戻り走査行程なので、ダイ
を通過する順序は逆になり、ダイ６６の第２の走査行程
により得られるデータはダイ７０から得られるデータと
の比較のめに記憶され、ダイ７０から得られるデータは
ダイ６８の第２の走査行程から得られるデータとの比較
のために記憶される。この走査と比較の一連の動作を繰
り返して基板５７の検査領域全体を検査する。 【００２６】多重走査統合技術により画像を得ることが
必要なこともある。この場合、各ピクセルを長い時間間
隔で露光しなければならない。従来の走査顕微鏡ではビ
ームが次のピクセルに移行する前のピクセル滞留時間の
長いゆっくりとした走査技術が通常利用されている。と
ころが、基板の検査システムでは、基板の加熱及び帯電
は好ましくないので、ピクセルの記録速度が遅いことは
望ましくない。 【００２７】多重走査を統合して十分なコントラストを
有する画像を得たり、画像の信号対雑音比を改善したり
することが必要な場合もある。信号対雑音比を改善する
には、基板の同一位置を何回か走査して得られる信号値
を各ピクセル毎に平均化する必要がある。「低電圧モー
ド」（このモードについてはこのシステムの概略の「電
子光学」の項で詳述する。）での画像のコントラスト
は、電子ビームが基板の特定のピクセルの位置に戻って
くる戻り期間にも基板を走査することにより改善するこ
ともできる。非導電性の基板の低電圧検査でのコントラ
ストの改善は、「電子光学」の項で説明するように、ビ
ームが戻ってくる間に、特定のピクセル位置の電子を近
くの領域が走査されたときに生じる二次電子に置き換え
ることによっても達成することができる。更に、熱に弱
い基板材料の場合には、ピクセル位置をビーム走査する
時間間隔を設けてビームにより蓄積される熱を発散させ
るようにする。 【００２８】図４は本発明が採用している走査方法の例
を図式的に表したものである。この図には５１２×ｍ個
のピクセルから成る一連の長方形をビームの偏向により
４回走査して信号を平均化させる方法が示されている。
一連の長方形の各々の中心がステージの移動方向に沿っ
てｍ／２ピクセル個だけ移動する。 【００２９】図４には本発明が信号の平均化、コントラ
ストの改善、熱の発散のために採用している重複フレー
ム走査技術の例が示されている。図示の例では、各ピク
セルが４回走査される。各走査ラインはＹ軸方向にピク
セル数で５１２個の長さを有している。重複フレーム走
査のために、ｍ個の横に並んだ一連のライン１〜ｍが基
板上で走査される。ライン間のｘ軸方向の間隔はピクセ
ルの大きさに等しく設定されていて、各ラインは連続的
にＸ座標が増大していく。 【００３０】図５は図４に示した走査中におけるビーム
のｘ軸方向の公称偏向値を時間の関数として図式的に表
したものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向は
Ｘ軸上の位置である。 【００３１】図５にはビームの偏向に使用しているＸ軸
方向の偏向システムの階段状の出力が示されている。ｍ
個のラインの走査後に、図５に示されているように、走
査はＸ軸方向に後退する。この偏向システムの下で基板
を移動させるステージは、ビームがＸ軸方向に後退した
時に、次の走査ラインの位置が最初のｍ個のラインのラ
イン数（ｍ／４＋１）に一致するように、Ｘ軸方向の速
度が調整される。この例では４回繰り返して走査するの
で、ビームが５１２×ｍ個のピクセルから成る長方形を
４回走査すると、ステージは基板をＸ軸方向にｍ個のピ
クセル幅の距離だけ移動させる。 【００３２】図６は、図４に示した走査中における基板
上のビームのＸ座標を時間の関数として図式的に表した
ものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向はビー
ムのＸ軸上の位置である。 【００３３】図６には基板上の一連の走査ラインの各々
のＸ座標が時間の関数として示されている。ここには、
偏向システムの下で基板を移動させるステージと、走査
ラインを偏向領域内のＸ軸方向に沿って前後に移動させ
る偏向システムとの組み合わせにより、ビームが基板上
の各ラインの位置を４回走査することが示されている。
画像データをメモリ・ブロック５２に記録し、適切なメ
モリ・アドレスからのデータを平均化することにより、
平均化されたデータを欠陥プロセッサ５６及び位置合わ
せコンピュータ２１に供給することができる。この例で
は平均化の数として４を用いているが、実際に結合する
走査回数とフレーム毎のライン数ｍは、雑音の減少、コ
ントラストの強化、検査効率の最良の組み合わせを生成
するように選択される。 【００３４】ステージの移動方向に垂直なｙ軸方向の走
査は１回の通過による撮像に用いる走査と同じである。
ここでは走査は露出間隔ｔ毎にピクセル１個分Ｄだけ進
む。５１２個のピクセル幅の走査領域を１回の通過で撮
像するには、ステージの速度をＤ／５１２ｔに設定し
て、１回走査する毎にステージがピクセル１個分だけ進
むようにする。通過を数回繰り返して撮像する場合に
は、基板からみた走査ビームもＤ／５１２ｔミクロン毎
秒の速度で進まなければ平方ピクセルを記録することが
できない。１回通過する毎にｎ個のピクセルを露出して
画像を記録するには、ステージをＤ／５１２ｎｔ未満の
速度でゆっくりと移動させなければならず、しかも走査
時間５１２ｔの間に（１−１／ｎ）Ｄミクロンだけ余計
にビームを進めて、ステージの移動方向に階段状に走査
するようにしなければならない。可変数ｍ段後に、ｘ軸
方向の走査が後退する。このようにして、走査軌道は５
１２×（１−１／ｎ）ｍの矩形状フレームになる。基板
表面からみると、図４に示す重複フレームのパターンに
なる。各画像ピクセルの多重露出の時間間隔は５１２ｍ
ｔである。ｍをｎより大きく設定している限り、ピクセ
ルの再走査の回数及び繰り返し速度の両者を自由に変更
することができる。画像データをメモリ・ブロック５２
に記録し、適切なアドレスからのデータを平均化するこ
とにより、平均化されたデータをあたかも一回のゆっく
りとした通過で記録しているかのように、欠陥プロセッ
サ５６に供給することができる。この技術の長所は、パ
ラメータを調整してピクセル相互の露出時間を最適にす
ることができることである。 【００３５】図３に戻ってダイとダイとの比較モードを
より詳細に説明する。電子ビームがダイ６８と７０の走
査領域を走査すると、図１に示す３種類の検出器３２か
らの信号３３が画像収集プリ・プロセッサ４８に送ら
れ、ここでデジタル信号に変換されてからメモリ・ブロ
ック５２に記憶される。ダイ６８、７０からの両データ
が同時に欠陥プロセッサ５６に送られ、ここで両データ
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、これがポ
スト・プロセッサ５８に送られ統合される。ポスト・プ
ロセッサ５８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。 【００３６】ダイとデータベースとの比較検査モードで
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５２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５４によって提供される点が異なっ
ている。 【００３７】基板全体が検査されると、欠陥のリストが
欠陥の位置と共にコンピュータ・ディスプレイ３８に表
示される。オペレータはユーザ・キーボード４０によっ
て欠陥の調査を開始できる。この命令に応答して、シス
テム１０は各欠陥の周囲を走査し、その像をディスプレ
イ４６上に表示する。 【００３８】走査光学 主要な幾つかの素子と電子ビーム生成部２０の特別な設
計との組み合わせによって、画像形成速度を約１００倍
以上に早めることができる。信号対雑音比の関係で走査
速度には基本的制約があるので、画像形成速度を早める
にはビームの流れ（beam current）を高めることが必須
不可欠である。本発明では高輝度高温領域放射源を用い
てビームの角速度を高めることによりビームの流れを高
めている。しかし、電子の密度が高くなるとクーロン相
互に斥力が生じてしまうので、カソードの近傍に高電界
を掛けて、ビームの径を急激に拡大させている。電子ビ
ーム生成部では電荷密度を上昇させる電子の交差が生じ
ないようにし、開口数を大きくしてクーロンの斥力の問
題を少なくしている。 【００３９】基板を例えば１００メガピクセル毎秒の高
速度で走査しなければ、検出器は連続して走査した２個
のピクセルから生じる二次（リターン）電子の一時的な
識別をすることができない。これは、各ピクセルの滞留
時間に比べて到着時間にばらつきのないことが必要であ
ることを意味している。電子がターゲットを離れたら、
直ちに電子を加速することにより、各ピクセルの到着時
間のばらつきを少なくすることができる。このような対
策により検出器での到着時間のばらつきを約１ナノ秒以
内に維持することができる。逆バイアスされた高周波シ
ョットキー・バリア検出器を検出対象である電子の種類
毎に用いれば、到着時間のばらつきを更に少なくするこ
とができる。ショットキー検出器は単に例として示した
のであって、他の種類の半導体検出器を使用してもよ
い。 【００４０】電子光学 電子光学サブ・システムは、機能的には走査型電子顕微
鏡に似ており、走査電子ビーム・プローブと、二次電
子、透過電子、後方散乱電子の検出素子とを基板表面の
撮像用に有している。検査中は、電子ビームが一方向に
走査され、ステージが電子ビームの走査方向に垂直な方
向に移動される。低電圧の二次電子か、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の
生成に使用される。生成されたビデオ信号はデジタル化
されて細長い走査領域像の形で記憶される。この電子光
学サブ・システムは、高解像度で自動的に欠陥を検出す
ることができるだけでなく、新旧両技術を組み合わせて
検査に必要な解像度で雑音の少ない画像を高速に得るこ
とができる。 【００４１】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個の
ピクセルから成るフィールド（１８−１００μｍ幅）を
走査する。偏向は歪みを発生することがなく、表面にほ
ぼ垂直なので、撮像特性は走査フィールドで一様であ
る。 【００４２】検出効率が高いので、プローブからの電子
により生じる二次電子のほぼ総てを画像形成に使用する
ことができる。検出システムの帯域幅は、走行時間が短
いのでピクセル速度に匹敵している。二次電子は共軸で
抽出されるので、エッジが基板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。 【００４３】図７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電源を示している。電
子銃は、熱的電界放出カソード８１と、放出制御電極８
３と、アノード・アパーチャ８７を有するアノード８５
とから成る。カソード８１は、電源８９によって２０Ｋ
ｅＶ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放出量は、バイアス供給源９１
に接続されている電極８３の電圧によって制御されてい
る。電極８３の電圧はカソード８１の電圧に対して負で
ある。カソード８１は電流源９３によって加熱される。
カソード８１の近くの磁気コンデンサ・レンズ９５は電
子ビームを平行にするために使用される。上部偏向器９
７は、位置合わせ（位置整合）、スチグメーション（無
非点収差）、帰線消去のために使用される。この光学系
には数個のホールからなるビーム制限アパーチャ９９が
更に設けられている。ビーム１００は対物レンズ１０４
の前に配置されている一対の静電気偏向器１０１、１０
３により偏向されて、対物レンズ１０４の上方の一点の
辺りで揺動する。対物レンズ１０４は下部レンズ極片１
０６、中間電極１０７、上部レンズ極片１０５で構成さ
れている。高電圧動作モードでは、対物レンズ１０４の
上部レンズ極片１０５及び下部レンズ極片１０６だけを
用いてプローブの焦点合わせが行われる。結局ビーム１
００ははるか遠方で集束する状態で基板５７上を走査さ
れる。従って、殆ど平行なビームが対物レンズ１０４に
より再度収束されて、1x倍に拡大されたビーム発生源の
像が形成され、これが基板５７を照らす。 【００４４】高電圧二次電子撮像モードでは、対物レン
ズ１０４により二次電子が抽出される。ｘ−ｙステージ
２４、基板５７、下部レンズ極片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
る。その結果、二次電子はこのエネルギー状態に加速さ
れて偏向器１１２、１１３を通過する。中間電極１０７
は、電源１１５によってｘ−ｙステージ２４に対して正
にバイアスされている。この中間電極１０７は、基板５
７を離れた電子を直ちに加速すること、及び基板の欠陥
領域から発生される二次電子を効率よく収集することに
使用される。ｘ−ｙステージ２４と中間電極１０７との
組み合わせにより、二次電子が二次電子検出器１１７に
到達する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
子はウィーン・フィルタとして機能する偏向器１１３、
１１２によって二次電子検出器１１７の方に偏向され
る。ここで、帰還ビームは二次電子検出器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・バリア固体検出器である二次
電子検出器１１７に衝突させる。検出器ダイオード（二
次電子検出器）１１７のアノード１１８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１２６を介して画像収集プリ・プ
ロセッサ４８及び関連電子回路に送られる。 【００４５】部分的に透明な基板を検査できるように、
透過電子検出器１２９がｘ−ｙステージ２４の下に設け
られている。透過電子は基板５７を高エネルギーで透過
するので、透過電子の再加速は不要である。上部電極素
子１２３、中央部電極素子１２４、下部電極素子１２７
からなる透過静電レンズにより透過電子ビームはショッ
トキー・バリア固体検出器である透過電子検出器１２９
による検出に適した径に広げられる。上部電極素子１２
３はｘ−ｙステージ２４と同じ電位に保持され、中央部
電極素子１２４は電源１１４により０ないし−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
ポーネントであるファイバ光学リンク１３５により伝送
される。 【００４６】この光学システムは、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
収集もできるように設計されている。後方散乱電子検出
器１６０は、ビーム軸の脇に位置している検出器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。ウィーン・フィルタ偏向器として機能する両偏向
器１１２、１１３の静電気及び磁気の設定を少し変更す
ることにより、ビームは図の左に偏向して個体検出器で
ある後方散乱電子検出器１６０に入射する。後方散乱信
号は前置増幅器１６２により増幅され、画像収集プリ・
プロセッサ４８に送られる（図１参照）。 【００４７】５００〜１５００ｅＶの範囲の低い電圧ビ
ームで撮像するには、対物レンズ系の素子にかなり異な
ったバイアスをかけ、別の新しい素子を２個使用しなけ
ればならない。一次ビーム電子は電源１１１で基板５
７、下部レンズ極片１０６、中間電極１０７を約−１９
Ｋｖにフローティングすることにより対物レンズ内で減
速される。この技術により、電子ビームは経路端の近傍
でのみ減速されるので、ビームの経路全体を低ビーム・
エネルギーで作動させた場合に画像を劣化させる収差や
電子ビーム生成部での相互作用効果を防止することがで
きる。このような構成により、上部レンズ極片１０５及
び下部レンズ極片１０６との間の減速領域で優れた集束
効果が得られる。基板の下には作動極片を一つだけ有し
ているシュノーケル・レンズ１２５を更に設けて、基板
付近に磁気集束領域を形成している。このレンズの帰還
束は下部レンズ極片１０６を通過してシュノーケル・レ
ンズの外殻に至る。基板の近傍では磁界が強いので、集
束効果の他に、低エネルギーの二次電子を深部の特徴か
ら抽出する際の助けになり、二次電子が再加速されて対
物レンズ１０４のボア内を上昇する際に二次電子が平行
になる。 【００４８】低電圧撮像モードでは、約５ｅＶで基板を
離れる二次電子は対物レンズ内で約１９ＫｅＶに加速さ
れる。帯電を最小に止めるには、二次電子が場のない基
板付近の短い領域を通過することが望ましい。低電圧モ
ードでは、対物レンズが中間電極１０７の電圧水準にな
いと、対物レンズから漏れる磁界により基板５７の表面
付近に加速領域が形成されてしまう。低電圧モードで
は、中間電極１０７は下部レンズ極片１０６に対して負
にバイアスされていて、電源１１５により最適な低電圧
撮像に調整することのできる無磁界領域が形成される。
再加速後に、二次電子はウィーン・フィルタ偏向器１１
２及び１１３を通過し、ここで二次電子は左側に偏向さ
れて高電圧モードで後方散乱撮像に使用した後方散乱電
子検出器１６０に入射する。このようにして検出された
信号は前置増幅器１６２で増幅されてウェーハの低電圧
検査用の最も重要な画像信号となる。高電圧絶縁ファイ
バ光学リンク１２６及びファイバ光学リンク１３５は、
いずれもこのモードでのウェーハ検査には使用されな
い。 【００４９】図８は、電子ビーム生成部２０内及び基板
５７の下の種々の電子ビーム経路の概略図である。電子
は熱的電界放出カソード８１から半径方向に放射され、
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によりビ
ームはコリメートされて平行ビームになる。使用できな
い角度で放射された電子は電子銃のアノード・アパーチ
ャ８７により遮蔽され、使用できる角度で放射された電
子のみがビームとしてビーム制限アパーチャ９９に入射
する。図７の上部偏向器９７でスチグメーション及び位
置合わせをすることにより、ビームは断面形状が最終的
に丸くなり、図７の素子１０５、１０６、１０７からな
る対物レンズの中心を通過する。図７の磁気コンデンサ
・レンズ９５は中心が熱的電界放出カソード８１とビー
ム制限アパーチャ９９により規定される軸に一致するよ
うに機械的に位置づけされる。偏向により電子は図示の
経路を辿って対物レンズ１０４から放出され、走査収束
されて一点で基板に衝突する。 【００５０】走査されるビーム１００の径と流れ（curr
ent ）は、幾つかのファクターにより決まる。ビームの
流れは、放射源からの角放射（1.0 Ma/ ステラジアン）
と、ビーム制限アパーチャ９９により規定されるアパー
チャ角とにより決まる。ビームの径は、球面収差と色収
差を最小にするために高励起（視野幅／焦点距離）に設
計されている両レンズの収差により決まる。基板５７上
に投影されるビームのサイズは、ほぼ半分がビームの相
互作用効果（ビームを構成している個々の電子間の反発
による統計的ぼけ）により決まるので、このような高強
度ビーム・システムではビームの相互作用が重要であ
る。ビーム経路を４０cmと短くし、電子源及び基板５７
のそれぞれに比較的大きな半角のレンズを使用して、電
子源と基板５７との間で電子の交差（crossover ）が生
じないようにすることにより、ビームの相互作用の影響
を最小に抑えることができる。前述の諸影響の均衡を保
ちながら、ビーム流をできる限り最大に維持できるアパ
ーチャ径を選択することにより、所定のビーム・スポッ
トが得られる。レンズの強度を変化させてビーム源から
のビームを拡大したり縮小したりすることによってもビ
ームのスポット・サイズを変更することができるが、こ
のようなシステムでは、先ずアパーチャを使用してスポ
ット・サイズが調整される。 【００５１】高電圧モードでは、ウィーン・フィルタ偏
向器として機能する図７の両偏向器１１２及び１１３
は、高エネルギーの走査ビーム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。ウィーン・フィルタ偏向器は（互いに直角に）電場
と磁場が交差するように配置されている静電的８極偏向
器１１２と４極磁気偏向器１１３とで構成されている。
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、一次走査電子のビーム１００は反対方向に
移動しているので、両方の場の強度を適切に選択して、
ウィーン・フィルタ偏向器が二次電子ビーム１６７を広
角に偏向しても、一次走査ビーム１００にはなんらの影
響も及ぼさないようにしなければならない。いわゆる
「ウィーン・フィルタ」は共軸抽出に効果的に使用され
る。二次電子検出器１１７のアノード１１８は、再加速
の間に二次電子ビーム１６７が固体検出器である二次電
子検出器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。 【００５２】図８には、透過電子と後方散乱電子の検出
経路も示されている。後方散乱電子を高電圧動作で検出
し、二次電子を低電圧動作で検出するために、両ウィー
ン・フィルタ偏向器１１２、１１３に別の動作をさせ、
これにより後方散乱電子や二次電子がシステムを上昇す
るように示されている経路を通って後方散乱検出器１６
０へ至るようにする。一部透明な基板を撮像した場合に
は、電子の中にはエネルギーを一切失わずに基板５７を
透過するものがある。このような透過電子は図７の上部
電極素子１２３及び中央部電極素子１２４を通過して、
透過電子検出器１２９に入射するが、両電極素子はレン
ズとして機能して通過電子１０８を広げるので、透過電
子は広がってから透過電子検出器１２９に入射する。高
電圧モードで透過信号を得る場合には、シュノーケル・
レンズ１２５は低電圧二次撮像に必要なレンズの場に実
質的な影響を与えずに透過電子がシュノーケル・レンズ
１２５の孔を通過できるようにする。 【００５３】基板５７、下部レンズ極片１０６、中間電
極１０７を高電圧にフロートさせる低電圧モード動作で
は、ビームの経路は類似しているが対物レンズの動作が
かなり相違している。シュノーケル・レンズ１２５が基
板５７を貫通して下部レンズ極片１０６の内部にまで達
する磁界を発生する。電子が上部レンズ極片１０５、中
間電極１０７、下部レンズ極片１０６の辺りの磁界によ
り減速すると、屈折率が大きくなるので有効焦点距離が
比較的短くなる。この種の減速液浸レンズは収差が驚く
ほど小さい。この種の減速液浸レンズは、中間電極１０
７が負にバイアスされていて基板５７の近傍に電界のな
い短い領域が形成されている限り、放出電子顕微鏡検査
法に用いられる通常のカソード・レンズと相違してい
る。基板にバイアスをかけても低エネルギーの二次電子
が中間電極１０７の作用により基板に戻るので充電効果
が中和される。 【００５４】磁界のない領域から離れた二次電子は、中
間電極１０７と上部レンズ極片１０５との間の領域で再
加速される。二次電子は電子銃から放出される２０Ｋｅ
Ｖの一次ビーム・エネルギーから基板に衝突したエネル
ギーを引いた量にほぼ等しいエネルギーで上部レンズ極
片１０５から出てくる。対物レンズ領域では以後の経路
は一次ビームに類似しているが、二次電子は広い角分布
で放出されるので、角度は非常に広くなっている。この
二次電子ビームは低電圧二次電子検出器１６０に向か
う。低電圧二次電子検出器１６０は高電圧で後方散乱撮
像に使用した後方散乱電子検出器１６０である。帰還二
次電子ビーム１０４０のエネルギーは一次ビーム・エネ
ルギーに匹敵するので、非常に強力なウィーン・フィル
タ偏向器１１２及び１１３により偏向する必要がある
が、一次ビーム１００の経路にほとんど影響しないよう
に偏向することができる。 【００５５】低電圧モードは部分的に絶縁されている基
板の検査にしばしば用いられるので、帯電を最小限に抑
える技術が重要である。二次電子（低エネルギーの二次
電子や後方散乱電子）の数と基板に入射する一次ビーム
電子の数とが等しくない場合に、絶縁領域が帯電する。
撮像対象である表面はどのような物でも微細構成及び材
料により電荷の均衡が変化する。二次電子の散乱による
エネルギー放射量は入射ビームのエネルギーに応じて変
化するが、多くの材料では２００〜１５００Ｅｖの範囲
より大きく、その他の材料ではこの範囲より小さい。二
次電子の散乱によるエネルギー放射量が２００〜１５０
０Ｅｖの範囲より大きい場合には、表面は正に帯電して
いる。 【００５６】二次電子は０〜２０ｅＶのエネルギー範囲
で基板５７の表面を離れるが、最も可能性の高いエネル
ギー値は２．５ｅＶである。基板５７の表面付近の電界
を例えば中間電極１０７の電位により制御できるのであ
れば、適用する電界や二次電子が基板を離れるエネルギ
ーに応じて二次電子を基板から放出させたり、基板に戻
したりすることができる。例えば、約１０ｅＶの抑制電
位壁が形成されている場合、基板５７の一点から放出さ
れる二次電子はほんの僅かだけが電位壁を越えて検出器
に入射する。 【００５７】磁界から離れる二次電子や後方散乱電子の
放出量が一次ビームの電子の量よりも多い場合には、基
板５７は正に帯電し、中間電極１０７により形成される
抑制電位壁のサイズが増大する。従って、エネルギーの
低い二次電子はほとんどが留まってしまう。表面電位は
均衡するまで正に変化している。二次電子や後方散乱電
子の放出量が一次電子の量よりも少ない場合には、表面
は負に帯電し、中間電極１０７により形成される抑制電
位壁が低くなる。従って、低エネルギーの二次電子が大
量に放出される。表面電位は均衡するまで正に変化して
いる。このような状況の下である期間が過ぎると表面電
位が安定する。基板の領域内に大きな電位差が生じるこ
とを防止するためには、中間電極１０７を適切に調節し
て平行状態（一次電子ビームの強さが二次電子の強さと
等しい状態）が平均して得られるようにすることが重要
である。 【００５８】微細構成及び材料の相違が二次電子のエネ
ルギー放射量に影響するので、基板の別の領域では平行
電圧は変化する。しかしながら、平行であれば、二次電
子の発生量は全領域で同一になる。即ち、平行状態で撮
像した基板像にはコントラストは生じない。この問題を
回避するために、ピクセル毎の照射量を低く抑え、必要
があれば、先に述べた「多重フレーム走査」技術を用い
て再走査して、好ましい画像統計を得るようにする。 【００５９】走査の軌道間の時間を制御することによ
り、走査と走査との間に隣接領域で発生する電子により
基板を中和することができる。この技法の重要な要素
は、電界を制御する中間電極１０７と重複フレーム走査
軌道である。 【００６０】カソードの寿命が短くても電子銃の信頼性
を高めることができるように、電子銃は、図９に示すよ
うに、高電圧にフロートされた六角形の回転タレット１
３７上に設けられた６個のカソード制御電極アセンブリ
を有した構成にしてある。各アセンブリは回転してアノ
ード・アパーチャ８７の真上に移動して固定され、図７
の適当な電源９１、９３と電気的に接続される。 【００６１】図７でレンズの前に配置されている静電気
偏向器１０１、１０３から成る静電気偏向システムは、
高速度の鋸波偏向電圧によって駆動される全く同一の場
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。ｘ−ｙステージ２４の座標系と
基板５７の座標系とを一致させて走査をするには、両ス
テージの各々に４個の駆動装置が必要である。 【００６２】容易に操作できるように自動調整機構が設
けられている。レンズと偏向／スチグメーション素子と
全高電圧供給源とは、いずれも図１に示した電子ビーム
生成部制御コンピュータ４２にインターフェースされて
いるデータ収集制御システムの制御の下にある。ある機
能を果たすために偏向比及び静電プレート電圧を調整す
るルーチンは電子ビーム生成部制御コンピュータ４２に
内在していて、電子銃の制御及び調整はアナログ・デジ
タル・フィードバックを使用して放出量、アパーチャ通
過量、電源供給量を設定する調整ルーチンにより修正さ
れた定格値に基づいている。 【００６３】ビームの位置合わせは、レンズの透過流が
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。この操作には２軸フレーム走査機能に
よって撮像される特定のテスト・サンプルが用いられ、
位置合わせ及び検査に必要な画像分析能力も用いられ
る。焦点は基板の高さの変化を補償するために自動的に
維持されるが、スチグメーションが検査の前になされ
る。これらのルーチンは、画像収集プリ・プロセッサ４
８及び関連電子回路による画像のコントラストと調和内
容の解析に基づいている。 【００６４】高電圧モードで光学系が定格状態で作動し
ている場合、本発明では２０ＫｅＶのビーム・エネルギ
ーでビームのスポット・サイズは300nA で0.05μｍから
1,000nA で0.2 μｍまで変化する。走査速度は、100 メ
ガ・ピクセル／秒で撮像される５１２個のピクセル走査
フィールドを使用して５マイクロ秒である。二次電子検
出器１１７のダイオード電流増幅率は、５ＫｅＶで約１
０００倍から２０ＫｅＶで５０００倍である。0.05マイ
クロ・メートルのスポットを使用して100 メガピクセル
／秒で約１４％を越えるエッジ・コントラストのサンプ
ルの場合には、この範囲の作動状態を越えてシステム全
体を作動させることができる。収集電子回路により複数
本の走査ラインの集積化が可能なので、低コントラスト
又は高解像度の画像を低帯域幅で記録することができ
る。 【００６５】低電圧モードでは、上部レンズ極片１０５
までのビーム・エネルギーは２０ＫｅＶで、基板でのビ
ーム・エネルギーは８００ｅＶである。ビームの強さと
スポット・サイズとの関係は２５ｎａで０．０５μｍ及
び１５０ｎａで０．１μｍである。走査期間と場のサイ
ズは高電圧モードの時と同じである。後方散乱電子検出
器１６０の増幅率は５０００倍である。0.05マイクロ・
メートルのスポットを使用して100 メガピクセル／秒で
約２０％を越えるエッジ・コントラストのサンプルの場
合には、この範囲の作動範囲を越えてこのシステムを作
動させることができる。 【００６６】欠陥プロセッサ 欠陥プロセッサ５６は、ダイとダイとの比較検査の場合
には、ダイ６８から得られる画像データをダイ７０から
得られる画像データと比較し、ダイとデータベースとの
比較検査の場合には、ダイ６４から得られる画像データ
をデータベース・アダプタ５４から得られるデータと比
較する。欠陥プロセッサ５６のルーチン及び基本的構成
は、米国特許第4,644,172 号に開示されている欠陥プロ
セッサのルーチン及び基本的構成とほぼ同じである。米
国特許第4,644,172 号は１９８７年２月１７日に発行さ
れて、本出願の出願人に譲渡されたもので、発明者はサ
ンドランドその他であり、発明の名称は「自動ウェーハ
検査システムの電子制御」である。この米国特許では欠
陥を決定するのに３つのパラメータを使用しているが、
本発明では４つのパラメータを使用している。 【００６７】ダイとダイとの比較検査或いはダイとデー
タベースとの比較検査のどちらも、データはメモリ・ブ
ロック５２から得ているか、（位置合わせの補正をどの
ようにして実行するかに応じて）位置合わせ後に位置合
わせコンピュータ２１から得ている。データの形式は検
出器の種類毎にピクセル当たり６ビットである。欠陥プ
ロセッサ５６では、両データが入力される各検出器のピ
クセル毎に下記の４つのパラメータが決定される。 【００６８】 ａ． Ｉ：ピクセルのグレイスケール値 ｂ． Ｇ：グレイスケール・ピクセルの傾きの大きさ ｃ． Ｐ：グレイスケール値の傾きの位相又は向き ｄ． Ｃ：局所的な傾きの輪郭の曲率 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
方向は次のようにして得られる。まず、ソーベル演算子
のｘとｙの成分を計算する。 【００６９】 【数１】 従って、傾きの大きさは［（Ｓx ）^２＋（Ｓy ）^２］
^１／２であり、方向は tan^−１（ Ｓy ／Ｓx ）であ
る。 【００７０】曲率は以下のように定義される。 【００７１】 【数２】 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】 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。 【００７２】好ましい実施例における代表値は以下の通
りである。 【００７３】 【数４】 上述した方法で、両画像についてピクセル毎にＩ、Ｇ、
Ｐ、Ｃの値を求める。ダイ６８のピクセルＡに関するこ
れらのパラメータがダイ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。ピクセルＢに隣接
する各ピクセルについて、少なくとも一つのパラメータ
がピクセルＡの対応するパラメータと所定の許容誤差を
越える値だけ相違している場合には、両ダイの欠陥を示
すフラッグがピクセルＢに付けられる。 【００７４】同様にして、ダイ７０の各ピクセルのパラ
メータがダイ６８の対応する隣接ピクセルのパラメータ
と比較され、所定の許容誤差を越えて相違しているピク
セルに欠陥を示すフラッグが付けられる。 【００７５】このアルゴリズムは、上述の米国特許第4,
644,172 号に開示されているパイプライン・ロジックで
実行することができる。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アプリケーション・スペシフィッ
ク・インテグレーテッド・サーキット（ApplicationSpe
cific Integrated Circuit (ASIC)）で実行される。 【００７６】偏向コントローラ 偏向コントローラ５０は、ダイとダイとの比較モードで
は、ダイ６８の各走査領域６０内の等距離グリッド点に
電子ビーム１００を位置付ける。このようにして得られ
る検出器１２９、１６０、１１７の出力がダイ７０の対
応する位置における同じ検出器１２９、１６０、１１７
の出力と比較される。同様に、ダイとデータベースとの
比較モードでは、データベース・アダプタ５４から得ら
れるシミュレートされた画像と、ダイから得られる二次
電子検出器１１７の出力とが比較される。偏向コントロ
ーラ５０は、図１０を参照して以下に説明するように、
ｘ−ｙステージ２４及び電子ビーム１００の位置を制御
して電子ビームの位置付けをする。 【００７７】走査領域内の第１のダイを走査する場合に
は、位置合わせコンピュータ２１の出力はゼロに設定さ
れる。第１のダイの第１の走査領域の走査中には、不整
合は生じないからである。従って、第１のダイの第１の
走査領域の走査中には偏向コントローラ５０は電子ビー
ム生成部制御コンピュータ４２のみから命令を受ける。
偏向コントローラ５０は、電子ビーム生成部制御コンピ
ュータ４２の命令と、ｘ軸及びｙ軸の両干渉計２８から
得られる位置データとに基づいて、ｘ−ｙステージ２４
の望ましい移動量を計算し、この移動量に対応する信号
をステージ・サーボ２６に送ってｘ−ｙステージ２４を
移動させる。偏向コントローラ５０は、同様にしてビー
ム１００の所望の偏向量を計算し、偏向量のデータをア
ナログ偏向器回路３０に送る。ｘ−ｙステージ２４が移
動すると、その位置はｘ軸及びｙ軸の両干渉計２８によ
り定常的に監視される。所望のｘ−ｙステージ位置との
不一致が見つかると、この不一致に基づいて誤差信号が
生成される。この誤差信号は偏向コントローラ５０によ
りステージ・サーボ２６に帰還される。ｘ−ｙステージ
２４には慣性力が作用するので、誤差が頻繁に生じると
誤差信号ではｘ−ｙステージの位置を修正することがで
きない。ｘ軸及びｙ軸の両方向に頻繁に生じる誤差は電
子ビーム１００の偏向により修正される。この場合、偏
向コントローラ５０は電子ビーム１００の偏向量を計算
し、偏向量に対応する信号をデジタル形式でアナログ偏
向回路３０に送る。 【００７８】ビーム１００がダイ６８を走査すると、グ
レイスケール値がメモリ・ブロック５２に記憶される。
電子ビーム１００がダイ７０を走査し始めると、ダイ７
０のグレイスケール値がすぐにメモリ・ブロック５２に
記憶され、欠陥プロセッサ５６及び位置合わせコンピュ
ータ２１に送られる。位置合わせコンピュータ２１で
は、ダイ６８及びダイ７０のそれぞれからのデータが位
置合わせ（位置整合）のために比較される。位置が整合
していない場合には、位置整合修正信号が発生されて偏
向コントローラ５０に送られる。この位置整合信号はビ
ーム１００を基板５７の正確な位置に位置付ける微調整
に使用される。 【００７９】ダイとデータベースとの比較モードでは、
偏向コントローラ５０は、ダイとダイとの比較モードの
場合とほぼ同様に働くが、走査領域の第１のダイから得
られる入力画像の代わりにデータベース・アダプタ５４
の出力が用いられる点が相違している。 【００８０】偏向コントローラ５０は、このモードでも
ｘ−ｙステージ２４の移動量、速度、方向、電子ビーム
の偏向に関するパラメータを計算し規定する。 【００８１】位置合わせコンピュータ 位置合わせコンピュータは、グレイスケール値の形式で
両デジタル画像を受信して、画像間の位置整合のずれを
ピクセルの僅かなずれとして判定する。位置合わせのた
めの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
日に発行されて、本出願と同じ譲受人に譲渡されたもの
で、発明者はスペヒト等（Specht et al）で、発明の名
称は「改良された欠陥検出器及び位置合わせサブ・シス
テムを有しフォトマスク及びレチクルの自動検査をする
装置及び方法（Automatic Photomask and Reticle Insp
ection Method and Apparatus Including Improved Def
ect Detector and Sub-System ）」である。この好まし
い実施例では、位置整合修正信号５１は検査領域全体に
亘って連続的に計算される。このようにして算出された
位置整合修正信号は位置合わせコンピュータによりメモ
リ・ブロック５２からの画像の移動又は移動及び補間
（サブ・ピクセルの移動）に用いられる。或いは、位置
整合のずれが走査中に急激に生じることはないものと仮
定して、基板５７上の少数の特定特徴点を選択し、選択
した特徴点のみについて位置整合のずれを計算しても良
い。この場合には、位置整合の計算にフォース・コンピ
ュータ社(Force Computer, Inc.)のモデルCPU30ZBEのよ
うな単一ボード・コンピュータを使用することができ
る。位置整合修正信号は位置の不整合を減少させるため
に以後のデータ収集位置をずらすことにも使用できれ
ば、メモリ・ブロック５２から欠陥プロセッサ５６に送
られる画像間のずれの判定にも使用できる。 【００８２】アナログ偏向 アナログ偏向回路３０は、２０極プレートで構成されて
いる図７の静電偏向器１０１及び１０３用のアナログ勾
配関数を発生する。アナログ偏向回路３０の動作は図１
２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、勾配ＤＡＣ２３０によりアナログ電圧に変換
されてから勾配発生器２３２に導かれる。勾配の大きさ
（サイズ）はＤＡＣ２３４により変更可能で、片寄りは
ＤＡＣ２３６により制御される。サンプル及びホールド
回路２３８は勾配の開始の規定に使用され、サンプル及
びホールド回路２４０は勾配の終了の規定に使用され
る。高電圧で低ノイズのドライバが波形を増幅してダイ
ナミック・レンジが±180Vの勾配を発生し、この勾配が
静電偏向器１０１、１０３に印加される。 【００８３】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成
り、各モジュールは二次電子検出器１１７、透過電子検
出器１２９、後方散乱電子検出器１６０のいずれか一つ
に対応している。 【００８４】図１３に概念的に示すように、メモリ・ブ
ロック５２の各モジュールは２個の先入れ先出し方式
（First In - First Out) メモリから成る。第１の先入
れ先出し方式メモリは各検出器によりダイ６８から得ら
れる全走査領域のグレイスケール値を記憶し、第２の先
入れ先出し方式メモリは短くて、ダイ７０の数回の走査
のみに対応して各検出器により得られるグレイスケール
値を記憶する。両先入れ先出し方式メモリからの出力
は、欠陥プロセッサ５６と位置合わせコンピュータ２１
に送られる。各先入れ先出し方式メモリは100 Mhz の速
度で動作し、検出器当り８ビットの精度で各ピクセルの
グレイスケール値を記憶する。 【００８５】メモリは、検出器毎に画像収集プリ・プロ
セッサ４８から並列に送られてくる８バイトを入力レジ
スタ３０２で受け取る。入力レジスタ３０２はシフト・
レジスタのように働くもので、８バイトを右に移してか
ら他の８バイトを受け取る動作を入力レジスタ３０２の
８個のセクションが一杯になるまで繰り返す。入力レジ
スタ３０２の８個の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。 【００８６】メモリ・ブロックにはＤＲＡＭ３０３を使
用することができ、通常は１２８メガバイトが使用され
る。 【００８７】画像収集プリ・プロセッサ 画像収集プリ・プロセッサ４８は、各検出器１１７、１
６０、１２９からのアナログ信号を100 MHz の速度で８
ビット値にデジタル変換し、メモリ・ブロック５２に記
憶するために出力信号を再フォーマットする。 【００８８】画像収集プリ・プロセッサ４８は３個の同
一のモジュールから成り、その内の一つが図１４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
受け取り、受け取った出力を８ビットにデジタル化し
（ＡＤ変換器９）、多重走査積算器１１に送る。多重走
査積算器１１の目的は、同じピクセルからのグレイスケ
ール値を平均化してノイズを減少させることにある。あ
る場合には、同一ピクセルを数回にわたって走査して得
られた結果、即ち、サンプル化して得られた結果が、そ
のピクセルの平均値になる。この値はシフト・レジスタ
１３に送られる。シフト・レジスタ１３は８バイトをシ
リアルに受け取り、受け取った８バイトをメモリ・ブロ
ック５２にパラレルに送る。 【００８９】干渉計 ｘ−ｙステージ２４はｘ軸及びｙ軸の位置がテレトラッ
クTIPS V（Teletrac TIPS V ）のようなｘ−ｙ干渉計２
８により監視される。ｘ−ｙステージ２４の位置は、最
下位ビットが約2.5 ナノメートルに対応している２８ビ
ットの精度で規定される。 【００９０】システム・コンピュータ 検査システム１０の全体の制御はシステム・コンピュー
タ３６によってなされる。システム・コンピュータ３６
は他の段取りタスクを含めて種々様々な一連の工程を順
序だてて実行する。一つながりになっている各工程はい
ずれもプログラムに従って所定の時間に達成される。数
種類の一連の工程が相互に矛盾しない場合には、システ
ム・コンピュータ３６の処理能力が最大になるように、
相互に矛盾しない数種類の一連の工程を同時に実行す
る。 【００９１】システム・コンピュータ３６が実行するル
ーチンは、マウスやトラック・ボール・ポインティング
・デバイスを備えたユーザ・キーボード４０を介して
か、遠方のコンピュータとのデータ通信によりシステム
とユーザとが対話できるように設計されている。局所と
の対話の場合には、コンピュータ・ディスプレイ３８に
システム・コンピュータ３６からのグラフィックやテキ
ストが表示される。 【００９２】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。 【００９３】１．電子ビーム生成部制御コンピュータ４
２、ポスト・プロセッサ５８、基板ハンドラー３４との
通信をするマスター・タスク。このタスクは、レンズの
設定や、真空圧や、ビーム流等の装置動作パラメータを
記録しているファイルをシステム・コンピュータに保持
する。 【００９４】２．コンピュータ・ディスプレイ３８上の
表示を管理し、ユーザ・キーボード４０及びマウスから
の入力を扱うユーザ・インターフェース・タスク。この
タスクは、ユーザ・キーボード４０やマウスからの入力
に応答してデータ・ファイルを変更したり、メッセージ
をシステムの他の部分に伝送して処理を開始させたりす
る。 【００９５】３．画像収集用検査領域の特徴をマスター
・タスクを介して電子ビーム生成部制御コンピュータ４
２に伝送する検査タスク。 【００９６】４．ユーザ・キーボード４０からのコマン
ド入力を可能にするコマンド言語解釈タスク。このタス
クは繰返し動作の自動スケジュールを可能とするタイマ
ーの管理もする。更に、このタスクは、装置の動作や動
作の生じる時間が総て記載されているテキスト・ログフ
ァイルの生成及び更新の処理をする。このタスクは通常
サービス・エンジニアが装置を制御する際にのみ使用さ
れる。 【００９７】システム・コンピュータの例として、ユニ
ックス・オペレーティング・システム（UNIX operating
system ）の下で作動するサン・マイクロシステムズ社
のスパーク・プロセッサ（Sun Microsystems SPARC pro
cessor）がある。ユニックス（UNIX）はAT&T社の登
録商標である。 【００９８】電子ビーム生成部制御コンピュータ 電子ビーム生成部制御コンピュータ４２は、オートフォ
ーカス・コンピュータ、真空制御コンピュータ、偏向指
令コンピュータから成る。オートフォーカス・コンピュ
ータについては「オートフォーカス・システム」の項で
機能と具体例を説明し、真空制御コンピュータについて
は「真空システム」の項で機能と具体例を説明する。 【００９９】電子ビーム生成部制御コンピュータ４２
は、システム・コンピュータ３６から指令を受ける。 【０１００】電子ビーム生成部制御コンピュータ４２に
は、フォース・コンピュータ社（Force Computer, In
c.）が製造しているCPU 30ZBE のような68030 ベースの
単一ボードのコンピュータを使用することができる。 【０１０１】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、
総ての欠陥ピクセルを示すマップを検出器毎に受信す
る。ポスト・プロセッサ５８はこれらのマップを結び付
けて、欠陥毎にサイズと位置を決定し、欠陥の種類に応
じて分類する。このようにしてシステム・コンピュータ
３６にとって利用可能なデータが得られる。ポスト・プ
ロセッサ５８には、フォース・コンピュータ社（Force
Computer,Inc.）が製造しているCPU 30ZBE のような680
30 ベースの単一ボードのコンピュータを使用すること
ができる。 【０１０２】ビデオ・フレーム・バッファ ビデオ・フレーム・バッファ４４は、ピクセル１個当た
り１２ビットで、480×512 個のピクセルを記憶できる
記憶容量を有している商業的に入手可能なビデオ・フレ
ーム・メモリである。適切なフレーム・バッファとして
はイメージ・テクノロジー社（Image Technology Inc.
）のモデルFG100Vを挙げることができる。ビデオ・フ
レーム・バッファは画像ディスプレイを１秒間に３０回
リフレッシュする。 【０１０３】画像ディスプレイ 画像ディスプレイ４６は、ソニー社のモデルPVM 1342Q
のような、商業的に入手可能なカラー・モニタである。
疑似カラー技術を用いてオペレータが画像を容易に評価
できるようにしている。疑似カラー技術は白黒画像の灰
色の濃淡値に異なる色を割り当てるものである。 【０１０４】データベース・アダプタ データベース・アダプタ５４は、ダイに形成するパター
ンの設計に使用した計算機援用設計データに基づいて各
ピクセルに対応するグレイスケールを生成する画像シミ
ュレータである。データベース・アダプタの入力装置の
典型は、集積回路のパターン形成に使用するフォーマッ
トのデジタル磁気テープである。デジタル・データは、
画像収集プリ・プロセッサ４８の出力と同じフォーマッ
トで走査領域を表す一連のピクセル・データに変換され
る。このようなデータベース・アダプタは、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ており、発明者はダニエルソン等
（Danielson et al ）であり、発明の名称は「レチクル
検査システム（Reticle Inspection System ）」であ
る。 【０１０５】基板ハンドラー 基板ハンドラー３４は、カセットから基板５７を自動的
に取り出して、取り出した基板を適切な方向に向けて基
板ホールダに載置する機能を有するものであり、半導体
産業でウェーハの搬送や取り扱いに通常使用されている
ウェーハ・ハンドラーに類似したロボット工学装置であ
る。基板ハンドラー３４は、図２及び図３に示されてい
る平らなノッチ５９を先ず検知する。基板ハンドラー３
４は、基板５７の回転の中心から半径方向に延びるリニ
アＣＤＤセンサで光学的に平らなノッチ５９を検知す
る。基板が回転すると、リニアＣＤＤセンサの出力がデ
ジタル形式に変換されて、フォース・コンピュータ社
（Force Computer Inc. ）のCPU 30ZBE のような単一ボ
ード・コンピュータに記憶される。このコンピュータは
平らなノッチ５９の位置を判定する。基板５７は適切な
方向を向くまで回転され、基板ホールダに自動的に載置
される。基板５７を保持した基板ホールダは、図１１の
負荷エレベータ２１０に載せられる。基板ハンドラーの
動作は総てシステム・コンピュータ３６により制御され
る。 【０１０６】ｘ−ｙステージ ｘ−ｙステージ２４は、電子ビーム１００及び位置合わ
せ用光学系２２の下で基板５７を移動させるものであ
る。システムの複雑さを最小にするために、ｘ−ｙステ
ージ２４は自由度がｘ軸方向及びｙ軸方向の２度に設定
されている。即ち、ｘ−ｙステージ２４は回転すること
もできなければ、基板５７のｘ−ｙ面に垂直な方向に移
動することもできない。ｘ−ｙステージはｘ軸方向、ｙ
軸方向、斜め方向に移動できるだけである。電子ビーム
・ラスターの回転は、走査をビームの２種類の静電偏向
成分に分解し、ｘ−ｙステージを機械的サーボによりｘ
軸方向、ｙ軸方向、斜め方向に移動させることにより、
電子的に達成される。対物レンズが基板の高さ方向の変
化の補償に充分な範囲の可変焦点を有しているので、ｚ
軸方向の移動は不要である。 【０１０７】ｘ−ｙステージ２４は、直線移動、直角移
動、繰り返しを非常に精密に制御できる装置である。交
差して配置されたローラ・ベアリングが使用されてい
る。ｘ−ｙ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構成されてい
る。透過電子ビーム１０８がｘ−ｙステージ２４の下の
透過電子検出器１２９に到達できるように、ｘ−ｙステ
ージはオープン・フレームを有している。オープン・フ
レームは、載置プロセスにおいて基板５７を下からオー
プン・フレーム上に載置するためにも使用される。 【０１０８】図示していない三相ブラシレス・リニアモ
ータを軸当り２個使用してｘ−ｙステージ２４を駆動す
ることにより、最良のシステム機能を達成するようにし
ている。適切なリニアモータとしては、アノラッド社
（Anorad Inc. ）が製造しているアノライン・モデルＬ
１及びＬ２（Anoli ne model L1 and L2）を挙げること
ができる。 【０１０９】真空システム 真空システム全体は電子ビーム生成部制御コンピュータ
４２の制御下にある。図示していないがシステムの種々
の場所には通常の圧力センサが配置されていて、圧力を
測定し、測定結果を電子ビーム生成部制御コンピュータ
４２に通知している。この電子ビーム生成部制御コンピ
ュータ４２が、開始時或いは基板の載置又は取り出し中
に、必要に応じて種々の弁を順次制御する。弁の順次制
御ルーチンは、「載置動作」の項で詳しく説明する。真
空状態が不十分で電子ビームの動作に不適切である場合
には、高電圧を自動的に遮断して、熱的電界放出カソー
ド８１が損傷を受けるのを防止している。この動作は、
電子ビーム生成部制御コンピュータ４２、システム・コ
ンピュータ３６、圧力センサの組み合わせにより実行さ
れる。同時に空気仕切弁１４５（図９と図１１）が作動
して、電子ビーム生成部２０の超高真空領域１４０の汚
染を防止する。真空システムの動作を以下に説明する。 【０１１０】電子銃の真空システムは、補強しなくても
潰れないように設計されていて別々に排気される２段式
システムである。約１０-9トルの超高真空領域１４０は
アノード・アパーチャ８７により仕切られていて、イオ
ン・ポンプ１３９により排気される。約１０-8トルの中
間の真空領域１４１は、空気ガン仕切弁１４５及びビー
ム制限アパーチャ９９により主要真空領域１４３から仕
切られていて、イオン・ポンプ１４９により排気されて
いる。以上の真空諸要素により電界放出に最適な環境が
得られる。 【０１１１】主要真空領域１４３はターボ・ポンプ２０
４により真空状態に維持され、検査チャンバ２０６はタ
ーボ・ポンプ２０８により真空状態に維持される。検査
チャンバ２０６は、プレートにより主要真空領域１４３
から仕切られている。このプレートには電子ビームが通
過する小さな孔が開けられている。このように検査チャ
ンバ２０６と主要真空領域１４３とが仕切られているの
で、検査対象である基板がかなりの蒸気圧を有する光硬
化性物質で被覆されていても、高真空状態を維持するこ
とができる。 【０１１２】真空システムは２個のエアロック２２４及
び２２６を有している。一方は基板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
基板５７を取り出すために使用される。両エアロックは
いずれも並列に配置されている弁２１２及び２１４を介
して真空ポンプ２２０に連通している。弁２１２はエア
ロック２２４を低速で排気するためのもので、弁２１４
は大きな開口を有していて大容積を排気することができ
る。同様の機構がエアロック２２６にも設けられてい
る。この排気機構は構成が同じなので同一の参照符号で
図示してある。同じ構成の排気機構を二重に設けた目的
は、荷電粒子が排気処理により攪乱されるのを防止し、
しかもチャンバの排気や加圧に必要な時間を短くするた
めである。 【０１１３】以下に詳細に説明するように、基板５７が
エアロック２２４に載置されると、先ず低速排気の弁２
１２だけが開く。これによりチャンバ内の流速はエアロ
ック２２４の領域の荷電粒子を攪乱しないように充分に
低く維持される。チャンバ内の圧力が低下して空気流が
自由分子流領域の水準、即ち、荷電粒子がもはや攪乱さ
れない領域の水準に達すると、大容積排気の弁２１４を
開いて、エアロック内に残っている空気を急速に排気す
る。同様の２段階動作が加圧処理にも使用されている。
但し、加圧処理では両エアロック２２４、２２６のそれ
ぞれについて高速及び低速の両通気用に更に別の一組の
弁２２８及び２３０が設けられている。 【０１１４】載置動作 以前に説明したように、基板５７は基板ハンドラー３４
の基板ホールダに保持されて、載置エレベーター２１０
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を低速で排気する弁２１２が
開く。エアロック２２４の圧力が分子流の圧力に達する
と、大容積排気の弁２１４が開き、残りの空気が排気さ
れる。ここでゲート弁２１６が開いて、載置エレベータ
ー２１０はゲート弁２１６を通って基板５７及び基板ホ
ールダを検査チャンバ２０６にまで押上げて、ステージ
２４に載置する。基板５７の検査が終了すると、逆の順
序で基板５７は基板収納用カセットに再び収められる。 【０１１５】或いは、基板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。チャンバに載置したカ
セットに収納されている基板の総てについて検査が終了
すると、カセットをチャンバから除去して、別のカセッ
トと交換する。 【０１１６】更に、本発明は二重エアロック構成なの
で、一方のチャンバ内である基板を検査しながら、同時
に他方のチャンバを使用して、別の基板の装着及び加圧
をしたり、減圧及び除去をしたりすることができる。 【０１１７】オートフォーカス・システム 電子ビーム１００は、図７に示したシステムの対物レン
ズ１０４の電流を変化させることにより収束される。基
板は必ずしも平坦ではなく、ｘ−ｙステージ２４の表面
は電子ビーム生成部２０の軸に完璧に垂直ではないかも
知れないので、最適な焦点電流は検査領域全体に渡って
変化する。しかしこの変化はｘ及びｙの両軸方向の距離
の関数としては遅いので、基板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ができる。指定点
の間の任意の点については補間により所望のフォーカス
電流を決定することができる。 【０１１８】検査処理の準備及び開始手続きの一工程と
して、指定点での最適なフォーカス電流の測定が行われ
る。このフォーカス較正処理は、ビームを指定点に位置
付ける工程と、基板５７の特徴の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工程とから成る。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、図示していない高
域フィルタで畳み込まれる。最良のフォーカス電流は、
高域フィルタの出力の内で最大の値に対応した電流であ
る。好ましい実施例では、以下の畳み込み係数と共に二
次微分フィルタを使用している。 【０１１９】−４ ０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ −４
最良の効果を得るには高域フィルタの出力を平滑化し
なければならない。 【０１２０】フォーカス・コンピュータは電子ビーム生
成部制御コンピュータ４２の一部である。焦点の計算
は、畳み込み集積回路と数個のＤＳＰ素子とから成る特
別な目的のハードウエアで実行される。 【０１２１】位置合わせ用光学系 位置合わせ用光学系２２は、ダイが検査チャンバに入っ
た後に、ダイの粗い位置合わせを視覚的に実行するため
に、オペレータによって使用される。サブ・システム
は、真空チャンバに面するウインドウと、ディスプレイ
４６に表示するためのＣＣＤカメラに画像パターンを投
影するレンズとから成る。オペレータは２個のレンズの
うちの一つを選択できる。本発明では、経験により一方
のレンズの倍率を0.46に、他方のレンズの倍率を5.8 に
設定してある。基板からの汚れが光学面に付着するのを
防止するために、レンズは真空領域の外部に置かれてい
る。 【０１２２】ＳＥＭプラズマ・クリーナ 本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用
（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が蒸発して
高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏
向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表
面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビーム
の形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁
体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的
な除去は絶縁体の堆積する領域の近傍に酸化プラズマを
形成することにより達成される。 【０１２３】酸化プラズマの形成には、洗浄プラズマの
形成のための主要なガスとして酸素が用いられる。図１
１に関して、酸素供給器１９９が中間の真空領域１４１
及び主要真空領域１４３のそれぞれの上方又は下方に弁
１９３を介して連通していて、静電容量式圧力計１９７
で圧力測定しながら質量流量制御装置１９５により流量
調節している。酸素の圧力を調節して、イオン化のため
の平行自由工程の異なる電極を１本づつ順次選択して、
即ち、動作空間内の他の領域の洗浄に必要な他の電極を
選択して、ＲＦエネルギーを選択した電極にカップリン
グし、プラズマの励起を選択した電極に限定する。放電
領域内の空間的プラズマ密度を厳密に制御して、空間的
プラズマ密度を電極面のスパッタ電位のすぐ下の水準に
維持することにより、有機物質のみを酸化させることが
できる。これは高周波で電極が独りでにバイアスされる
のを抑え、ＲＦ電力水準を正確にし、電圧を制限するこ
とにより達成することができる。 【０１２４】次に、図１５を参照して説明する。通常の
電極経路の接続は総てがリレー１９１により高周波コン
パチブル多重リレー１７９に切り換えられて、体積物を
除去する必要のある電極や、他の領域や、素子にＲＦエ
ネルギーが順次照射される。高周波ＲＦ電力発生器１７
３が起動されて、電力検出器１７５及び出力電圧検出器
１７８により平滑化された出力を出す。平滑化されたＲ
Ｆ出力を自動整合網１７７により適切な電圧、電流、移
相関係に変換して、プラズマ放電の開始に十分な電子な
だれを引き起こすと共に維持されている放電負荷の共役
整合の実施をする。 【０１２５】同様に、プラズマにより符号１７１のよう
な別の表面や電極をも洗浄することができる。 【０１２６】以上、数種の動作モード及び典型的なルー
チン及び実施例の装置に沿って本発明を説明したが、当
業者であれば以上の説明及び図面に示されている内容か
ら種々の変更を施して本発明を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】 本発明のシステム全体のブロック図。 【図２】 ダイとデータベースとの比較検査に使用する
走査パターンの概略図。 【図３】 ダイとダイとの比較検査に使用する走査パタ
ーンの図。 【図４】 幾つかの走査領域にわたって平均化されてい
る画像を得るための多重フレーム走査統合技術の図。 【図５】 図４に示した走査における電子ビームの公称
Ｘ軸方向の偏向値を時間の関数として示した図。 【図６】 図４に示した走査における基板状の電子ビー
ムのＸ座標を時間の関数として示した図。 【図７】 電子ビーム生成部及び収集システムの機能素
子を示す概略図。 【図８】 図７に示した電子ビーム生成部及び収集シス
テムを通過する一次電子、二次電子、後方散乱電子、透
過電子の経路を示す概略図。 【図９】 マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。 【図１０】 本発明の位置決め制御システムのブロック
図。 【図１１】 本発明の真空システムの概略図。 【図１２】 本発明のアナログ偏向システムのブロック
図。 【図１３】 図１に示した本発明のメモリのブロック
図。 【図１４】 本発明の画像収集プリ・プロセッサのブロ
ック図。 【図１５】 プラズマ酸化サブ・システムの電気的構成
要素を示すために図７の電子ビーム生成部を修正して示
す概略図。 【符号の説明】 １０…検査システム ２０…電子ビームコラム ２１…位置合わせコンピュータ ２２…位置合わせ用光学系 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…ＶＭＥ１ ３０…アナログ偏向回路 ３１…ＶＭＥ２ ３２…検出器 ３３…信号 ３４…基板ハンドラー 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 ５６…欠陥プロセッサ ５７…基板 ５８…ポスト・プロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダン・マイスバーガー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95120、サン・ホセ、モンタルバン・ドラ イブ 1507 (72)発明者 アラン・ディー・ブローディー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94303、パロ・アルト、バン・オーケン・ サークル 998 (72)発明者 アニル・エー・デサイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95131、サン・ホセ、フォー・オークス・ ドライブ 1703 (72)発明者 デニス・ジー・エムゲ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95127、サン・ホセ、グリッドレイ・スト リート 951 (72)発明者 ツオン − ウエイ・チェン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94306、パロ・アルト、アパートメント 204、ターマン・ドライブ 4260 (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、アルバラド・ア ベニュー 44 (72)発明者 デーブ・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 エイプリル・ダッタ 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 ジェイ・カークウッド・エイチ・ラフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95112、サン・ホセ、エス・フォーティー ンス・ストリート 264 (72)発明者 レスリー・エー・ホンフィ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94087、エスブイ、モーニングサイド・ド ライブ 1295 (72)発明者 ヘンリー・ピアス − パーシ 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 ジョン・マクマートリー 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 エリック・マンロー イギリス国、エスダブリュ７、ロンドン、 コーンウォール・ガーデン 14、フラット １ Ｆターム(参考） 2F067 AA45 BB01 CC16 CC17 EE10 FF14 HH06 JJ05 KK04 KK06 KK08 PP12 QQ02 QQ11 QQ12 RR00 RR07 RR12 RR29 RR41 SS02 SS13 2G001 AA03 BA07 BA11 BA15 CA03 GA06 HA13 JA02 JA03 JA07 JA12 KA03 LA11 MA05 4M106 AA01 AA09 AA20 BA02 BA03 CA39 DB05 DB18 DJ04 DJ18 DJ21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板の自動検査装置システムに於いて、 該基板上に荷電粒子を入射し、荷電粒子を掃引する偏向
   手段を有する荷電粒子制御手段と、 基板から発する３種の荷電粒子、即ち２次粒子、後方散
   乱粒子と透過粒子との内、少なくとも１種の荷電粒子を
   検出する検出器と、 入射する粒子に対して基板の位置を合わせる位置合わせ
   装置と、 荷電粒子検出器と結合していて、前記少なくとも１つの
   荷電粒子検出器からの信号を処理して、前記基板の第１
   の部分に対応する画像データを生成し、前記画像データ
   を参照画像データと比較して、欠陥を同定する多重プロ
   セス画像欠陥検査コンピュータとを具備し、 前記画像データを基準画像データと比較する前に、前記
   画像データを前記参照画像データに対して整列させて欠
   陥を検出し同定する基板の自動検査装置システム。