JP6174188B2 - 円筒状原版検査装置および円筒状原版検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、着脱可能であって、かつ円筒あるいは円柱状の回転体の表面に所望のパターンを形成した円筒状原版を検査する円筒状原版検査装置および円筒状原版検査方法に関するものである。

近年、従来の光を用いたリソグラフィー法に代わって非常に廉価な微細加工技術であると期待されているナノインプリント等の技術がフラッシュメモリーを代表とする半導体の製造に利用されるように成って来た。

これらのナノインプリントは米国のモルキュラーインプリンツ社が提供する装置が代表的である。テンプレートと呼ばれる５インチほどの平坦な石英ガラス上に作られた微細加工形状鋳型をインクジェット法によって吐出して形成した非常に薄い紫外線感光性レジスト膜に押し当てた後、紫外線をテンプレートを通じて照射してレジストを硬化させ、その後テンプレートを引き剥がすことによって微細形状をシリコンウエハー表面に残す仕組みである。

これらは、高付加価値の見込まれる超ＬＳＩ用なので、装置価格も高く、スループットも１００枚毎時程度である。

一方、本来ナノインプリントは高価な光リソグラフィーに頼って来た超微細加工技術を活版を利用して劇的に低価格にしたい要求から生まれてきた。

それに答えるために、印刷業界が推進するロールツーロールと呼ばれるナノインプリント法が存在する。１００ｍあるいは１ｋｍ越えのロール状に巻かれたプラスチックシート表面に円筒状のテンプレートを用いて、連続的にナノインプリントを行う仕組みである。

これらは半導体用装置と比べて格段にスループットが大きく、プロセス単価が低いので、既に、ＬＳＩ太陽電池の反射防止膜に使用されたり、ＬＥＤの光取りだし効率向上のために使用されるように成って来ている。

従来、ロール状テンプレートはプリズムシートやホログラムシートあるいは平面レンズに見られるように超精密切削等機械加工によって作られており、検査はレーザーを用いた光学式方法、あるいはＣＣＤカメラで拡大して行う方法等が使用されていた。

ナノインプリントの微細化が光の波長以下に進み、エッジラフネスが性能に現れる等、転写精度要求が高く成って来たため、従来の方法では、正しい検査をすることが困難と成って来た。

また、円筒状ナノインプリント原版は平面では無いため、通常の平面用の電子ビーム検査装置を使用することが困難という問題があった。

本発明は、円筒状原版を着脱可能に構成し、円筒状原版上の位置と設計データとの位置合わせを行った後、電子線ビームを円筒状原版上にフォーカスしつつ画像を取得して設計データあるいは他の画像と比較、回転方向あるいはその直角方向の同一パターンの画像を比較、パターンのピッチ、線幅を測定したりし、パターンの欠陥を検査、測長、円筒状原版の歪みを測定したりなどすることを目的としている。

本発明は、そのために、着脱可能であって、かつ円筒あるいは円柱状の回転体の表面に所望のパターンを形成した円筒状原版を検査する円筒状原版検査装置において、円筒状原版を着脱可能な状態で固定すると共に円筒状原版上のパターンを形成された部分に、電子線ビームが照射されるように回転および移動可能な機構を備えた試料台と、試料台上に回転および移動可能に固定された円筒状原版上のパターンに電子線ビームをフォーカスした状態で照射しつつ走査する電子光学系と、電子線ビームで円筒状原版上のパターンを照射したときに放出される２次電子あるいは反射電子あるいは光を検出する検出器と、検出器で検出された信号をもとに電子線ビームで走査された円筒状原版上のパターンの画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段で生成された画像をもとに検査する検査手段とを備えるようにしている。

この際、試料台上に固定された円筒状原版の回転角度を測定する回転角度測定手段および円筒状原版のＸ，Ｙ方向の移動量を測定する移動量測定手段を備えるようにしている。

また、円筒状原版上のパターンに電子線ビームを、円筒状原版の回転に同期して自動フォーカスするフォーカス手段を備えるようにしている。

また、電子光学系は、電子線ビームを円筒状原版の回転角度に同期して、円筒状原版の軸方向あるいは軸方向からずれた所定方向に走査し、円筒状原版上を電子線ビームで平面走査あるいは帯状に平面走査するようにしている。

また、検査手段は、取得した画像と、設計データあるいは設計データに円筒状原版作成時の影響を加味したデータとを比較して欠陥を検査するようにしている。

また、検査手段は、回転方向あるいはその直角方向に設計データ上で同一の形状あるいは同一パターンの画像をそれぞれ取得して両画像を比較し、欠陥を検査するようにしている。

また、検査手段は、円筒状原版上に形成されたパターンあるいは所定パターン群の画像のピッチあるいは幅あるいは両者を測定して比較し、欠陥を検査するようにしている。

また、検査手段は、円筒状原版上のパターンの画像あるいは所定パターンの画像と、設計データあるいは設計データに円筒状原版作成時の影響を加味したデータとを比較し、円筒状原版に形成されたパターンの歪みを計測するようにしている。

また、電子線ビームを円筒状原版に照射した部分に対して、異なる立体角の方向に放出された２次電子あるいは反射電子あるいは光を検出する複数の検出器を設け、これら複数の検出器によってそれぞれ検出した信号をもとに３次元情報を生成するようにしている。

本発明は、円筒状原版を着脱可能に構成し、円筒状原版上の位置と設計データとの位置合わせを行った後、電子線ビームを円筒状原版上にフォーカスしつつ画像を取得して設計データあるいは他の画像と比較、回転方向あるいはその直角方向の同一パターンの画像を比較、パターンのピッチ、線幅を測定したりすることにより、円筒状原板上のパターンの欠陥を検査、測長、歪みを測定したりすることが可能となる。

本発明は、円筒状原版を着脱可能に構成し、円筒状原版上の位置と設計データとの位置合わせを行った後、電子線ビームを円筒状原版上にフォーカスしつつ画像を取得して設計データあるいは他の画像と比較、回転方向あるいはその直角方向の同一パターンの画像を比較、パターンのピッチ、線幅を測定し、円筒状原板上のパターンの欠陥を検査、測長、歪みを測定したりすることを実現した。

図１は、本発明の１実施例構造図を示す。

図１において、電子銃１は、電子線ビームを発生・縮小するものであって、電子発生源（加熱した熱電子源、先端の尖った冷陰極など）、加速電極などから構成される公知のものである。

コンデンサレンズ２は、電子銃１から放出された電子線ビームを収束する公知のものである。図示のコンデンサレンズ２は、模式的に表し、実際は磁界レンズあるいは静電レンズから構成されるものである。

アパチャー３は、コンデンサレンズ２で収束された電子線ビームの中心部分を通過させ、それ以外を遮断する円形の絞りであって、ここでは、自動的に複数の穴径をもつものに切り替え可能なものである。図示のアパチャー３は、コンデンサレンズ２の下側に配置したが、これに限らず、当該コンデンサレンズ２の主面（レンズ中心）などに配置してもよい。

検出器４は、測定対象１２に細く絞った電子線ビームを照射しつつ平面走査したときに放出された２次電子、光、更に、反射された反射電子などを検出する検出器であって、例えば２次電子検出器、反射電子検出器、光検出器などである。この際、検出器４は、複数に分割した各検出部分を持たせ、これら各検出部分でそれぞれ検出された信号をもとに、立体画像（立体情報）などを生成するようにしてもよい。

対物レンズ５は、コンデンサレンズ２で収束された電子線ビームを細く絞って測定対象１２の上に結像するための公知のものである。尚、対物レンズ５の主面（あるいは主面の近傍）に図示外の対物絞りを配置していわゆる開き角を制限し、微小な電子線ビームのスポットに結像されるように構成している。

増幅器５１は、検出器４で検出された信号を増幅（前置増幅）するものである。

試料台１１は、真空の試料室２０内に設け、測定対象１２を回転可能かつ平面移動可能な状態で固定するためのものであって、当該試料台１１の上に、測定対象１２、回転装置１３、回転角度測定装置１４、平面方向移動機構１５、Ｚ軸調整機構１６、距離測定装置１７などを搭載するためのものである。

測定対象１２は、本発明に係わる円筒状原版であって、円筒状あるいは円柱状の表面にパターンを形成したものである。

尚、設計データ（例えば直交座標（ｘ、ｙ））と円筒状原版上に形成されたパターンのデータ（極座標（ｒ、θ）との座標変換は公知の手法（行列式、変換式）で行う。例えば下式で行う。

（１）極座標（ｒ、θ）から直交座標（ｘ、ｙ）への変換：
ｘ＝ｒｃｏｓθ
ｙ＝ｒｓｉｎθ
（２）直交座標（ｘ，ｙ）から極座標（ｒ，θ）への変換：
ｒ＝（ｘ²＋Ｙ²）^1/2
ｘ＝／ ０ならばθ＝ａｒｃｔａｎ（ｙ／ｘ）
ｘ＝０、ｙ＝／ ０ならばθ＝ａｒｃｔａｎ（ｘ／ｙ）
ｘ＝０，ｙ＝０ ならばθ＝０
アライメントマーク１２１は、測定対象１２の表面に予め作成したマークであって、ホームポジション、所定座標位置などに設けた所定パターン（マーク）であり、当該アライメントマークを検出して測定対象１２の座標系と、設計データの座標系と、更に原点などの対応づけを行うためのものである。

回転装置１３は、測定対象１２を着脱可能な状態で固定した状態で、当該測定対象１２を一定速度で回転させる装置である。

回転角度測定装置１４は、回転装置１３で測定対象１２を回転させたときの回転角度を精密に測定するものであって、いわゆるエンコーダである（特願２０１１−１４５８８６参照）。

平面方向移動機構１５は、測定対象１２を平面方向（Ｘ，Ｙ方向）に精密に移動させるものであって、距離測定装置１７によって精密に測定しつつ移動させるためものである。

Ｚ軸調整機構１６は、回転装置１３に固定した測定対象１２をＺ軸方向に調整するものであって、例えばＷＤ（ワーキングディスタンス）を所定範囲内に調整するためのものである。

距離測定装置１７は、平面方向移動機構１５によって平面内で測定対象１２を移動させたときの距離（場所）を精密に測定する公知のものであって、例えば公知のレザー干渉計（Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに設ける）である。

試料室２０は、図１に図示の測定対象１２などを真空中に配置するための部屋であって、内部は真空に排気されるものである。

排気系２１は、試料室２０の内部を真空に排気するものであって、ここでは、試料室２０の内部を真空に排気したり、更に、真空に排気した後、測定対象１２の周囲の圧力を所定圧力になるように排気速度を調整（例えば図示外の排気弁の開度を調整）し、当該測定対象１２を電子線ビームで照射したときに汚染したり、チャージしたりすることを防止するものである。

ガス導入手段２２は、試料室２０内にガス（例えば乾燥空気、アルゴン、窒素、酸素などのガス）を導入し、測定対象１２の周囲を所定ガスで所定圧力に充満し、電子線ビームを測定対象１２に照射したときにチャージ、汚染の発生を防止したりなどするためのものである。

パソコン３１は、プログラムに従い各種制御、処理を行うものであって、ここでは、画像生成手段３２、検出手段３３、自動フォーカス手段３４、測定手段３５、制御手段３６、設計データＤＢ４２、結果データＤＢ４３などから構成されるものである。

画像生成手段３２は、検出器４、増幅器５１を経由して取得した信号（測定対象１２の表面を細い電子線ビームで平面走査したときに放出された信号（２次電子、反射電子、光の信号）を増幅した信号）をもとに画像（２次電子画像、反射電子画像、光画像）を生成するものである。尚、電子線ビームで測定対象１２の表面を平面走査してそのときの信号を、当該平面走査したときの走査信号に同期して走査することで画像を生成する。以下、説明を簡単にするために、２次電子画像について説明する。

検査手段３３は、画像生成手段３２で生成した測定対象１２上の画像と、設計データＤＢ４２から読み出した設計データとを比較し、検査するものである（例えばパターンの欠陥（過不足）を検査するものである）。

自動フォーカス手段３４は、測定対象１２の回転（更に、電子線ビームの回転軸の方向への走査）に同期して、対物レンズ５（あるいは別途設けた空芯のコイル）に制御信号を供給して電子線ビームが常に測定対象１２の表面にフォーカスされるように自動制御するものである。

測定手段３５は、画像生成手段３２で生成された測定対象１２上のパターンの寸法（パターンの幅、パターンとパターンとの間の幅、ドットの内部の穴の幅（直径）など）を測定するものである。

制御手段３６は、後述する各種制御、処理を行うものである。

ＤＢ４１は、各種データを保存するデータベースであって、ここでは、設計データＤＢ４２、結果データＤＢ４３などから構成されるものである。

設計データＤＢ４２は、測定対象１２上に形成するパターンのＣＡＤデータを予め作成して登録したものであって、ここでは、ＸＹ座標系で表現されたデータである。

結果データＤＢ４３は、測定対象１２上に形成されたパターンに、細く絞った電子線ビームを照射しつつ平面走査して取得した画像、検査結果、測定結果などを保存するものである。

ここで、電子銃１、コンデンサレンズ２、対物レンズ５を経由し、数ＫｅＶ、数ｐＡからｎＡオーダーの電子線ビームを測定対象１２（円筒状原版）の表面にフォーカスする。円筒状原版は電子線ビームの走査位置と同期しながら所定回転速度で連続あるいは断続的に回転する。ピクセルレートは１０MHｚから１GHzにおよび、目的に応じたスピードが利用される。走査速度はｋHzからMHｚのオーダー、円筒状原版の回転速度は線速度で数百ミクロン毎秒からｃｍ毎秒に及ぶ。電子線ビーム照射された円筒状原版の表面は２次電子あるいは反射電子あるいは光を発生する。発生したこれらの電子をMCPやシンチレーター+フォトマルチプライヤー等の検出器で検出し、電気信号に変換する。電気信号に変換された後、高速Ａ/Ｄ変換装置によりデジタル信号に変換される。デジタル信号のストリームと電子ビーム走査を行うタイミングを表す同期信号を用いて検査に必要な画像（２次電子画像、反射電子画像など）を再構成する。再構成された複数画像をお互いに比較することなどにより、円筒状原版表面に作られた構造物の異常を検出したり、測長したりすることができる。

次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。

図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。

図２において、Ｓ１は、測定対象をセットする。これは、図１の測定対象１２である円筒状原版をセットする。円筒状原版は、測定のたびに装置に取り付けられ、検査終了後に取り外される。円筒状原版のサイズは例えば直径数センチから数十センチメートル、幅は数センチメートルから数メートルにおよぶ。材質もプラスチック、金属、半導体、ガラスなど各種各様のものがある。円筒状原版の中心部には回転するための回転軸がある。

Ｓ２は、ＷＤの調整を行う。これは、Ｓ１でセットした図１の測定対象１２である円筒状原版の表面が、所定ＷＤ（ワーキングディスタンス、対物レンズ５の下面あるいは主面からの距離）となるようにＺ軸調整機構１６で調整する。これにより、細く絞られた電子線ビームが円筒状原版の表面にフォーカスされる範囲内に当該円筒状原版が調整されたこととなる。

Ｓ３は、アライメントマークを元にＸ、Ｙ、θを設定する。これは、Ｓ１，Ｓ２で設定した円筒状原版に細く絞った電子線ビームを照射しつつ平面走査し、当該円筒状原版の所定位置に予め形成しておいたアライメントマーク（画像）を検出し、当該検出したアライメントマーク（少なくとも３点の既知座標）をもとに当該円筒状原版の座標系の位置合わせ（θ、Ｘ，Ｙ）を行う。

Ｓ４は、変換行列（変換式）を作成する。これは、Ｓ３で円筒状原版の座標系（原点を含む）の設定が完了したので、当該円筒状原版の座標系と、設計データの座標系との変換行列（あるいは変換式）を作成する。

Ｓ５は、ホームポジションで位置合わせを行う。これは、円筒状原版のホームポジションと、設計データの原点（ホームポジション）との位置合わせを行う。

以上のＳ１からＳ５によって、図１の測定対象１２である円筒状原版を図示のようにセットすると共に円筒状原版上のアライメントマークを元に当該円筒状原版上のパターンの座標系を設定、設計データの座標系とを変換する変換行列（変換式）を作成、および両者のホームポジションを一致させることにより、設計データをもとに円筒状原版の指定された場所に電子線ビームを位置づけて、検査、測長の対象となるパターンの画像を生成（取得）するための準備が完了したこととなる。

Ｓ６は、モードに合わせた画像を取得する。これは、後述する図１０に示すように、高速検査モードあるいはレビューモードのいずれかに合わせた画像を取得、即ち、高速検査モードの場合にはコンデンサレンズ２のアパチャー３を大きいサイズに切替えて大電流（例えば２０ｎＡ）の電子線ビームの大きいスポットで円筒状原版を走査して高速検査画像を取得し、一方、レビューモードの場合にはコンデンサレンズ２のアパチャー３を小さいサイズに切替えて小電流（例えば１０ｐＡ）の電子線ビームの小さいスポットで円筒状原版を走査してレビューモード画像（高精細画像）を取得する。

Ｓ７は、記録する。これは、Ｓ６で取得した画像をメモリ上に記録する。

Ｓ８は、画像比較あるいは測長する。これは、Ｓ７でメモリ上に記録した画像と、設計データなどとを比較したり、Ｓ７でメモリ上に記録した画像中のパターンの幅、パターン間の幅などを測長する。

Ｓ９は、出力する。これは、Ｓ８の比較結果あるいは測長結果を図１の結果データＤＢ４３に出力する。

以上によって、測定対象１２である円筒状原版を図１の試料台１１に固定してＷＤ調整、円筒状原版上のアライメントマークをもとに座標系を設定、設計データとの変換行列（変換式）を作成し、両者のホームポジション位置を合わせ、所望の場所の画像を取得して比較、測定し、その結果を出力することが可能となる。以下順次詳細に説明する。

図３は、本発明のアライメント校正フローチャートを示す。

図３において、Ｓ１１は、アライメントに必要な画像を取得する。これは、円筒状原版上に予め形成したアライメントマークの、少なくとも３箇所以上の画像を取得する。

Ｓ１２は、偏心量を算出する。これは、Ｓ１１で取得した３箇所以上のアライメントマークの画像を元に、円筒状原版の偏心量（Ｚ方向、ＸＹ方向）を算出する。

以上により、図１の試料台１１に固定した測定対象１２である円筒状原版の偏心量（Ｚ方向、ＸＹ方向）が算出されたので、（１）当該偏心量をもとに記録した画像を補正する、あるいは（２）これ以降の画像取得時に、Ｚ方向については対物レンズ５の図示外のダイナミックコイルに制御信号を供給して当該偏心量（Ｚ方向）をキャンセルするように補正、およびＸＹ方向については電子線ビームをシフトされる図示外のシフトコイルに制御信号を供給して当該偏心量（ＸＹ方向）をキャンセルするように補正する。これらにより、円筒状原版の偏心（Ｚ方向、ＸＹ方向）の影響を補正した正しい当該円筒状原版上のパターンの画像を取得することが可能となる。

図４は、本発明の動作説明フローチャート（自動フォーカス）を示す。

図４において、Ｓ２１は、自動フォーカスをＯＮにセットする。これは、電子線ビームが円筒状原版上に自動フォーカスする機能をＯＮ（動作状態）にセットする。これにより、電子線ビームが円筒状原版上に常に自動的にフォーカスされることとなる。尚、自動フォーカスは、円筒状原版の回転、電子線ビームの走査に同期して、対物レンズ５に付加した図示外のダイナミックコイルに三角形状の走査信号を供給してそのときの円筒状原版上のパターンの画像を微分して最も値の高い走査信号の強度を自動フォーカス値と予め設定（記憶）しておきこれをもとに自動フォーカス制御したり、レーザ干渉計で電子線ビームの照射する位置のＺ軸方向の距離を測長して対応する制御信号をダイナミックコイルに供給して自動フォーカスしたりなどする。

Ｓ２２は、ＷＤを測定する。これは、Ｓ２１で自動フォーカス機能をＯＮにした状態で、円筒状原版の電子線ビームの照射する場所のＷＤ（ワーキングディスタンス、対物レンズ５の磁極の下面から円筒状原版の電子線ビームの照射する場所までの距離）を測定する。

Ｓ２３は、ＷＤが所定範囲からずれたか判別する。ＹＥＳの場合には、Ｓ２４で自動フォーカスレンズで補正（必要に応じて自動非点補正も行う）し、Ｓ２５に進む。ＮＯの場合には、ＷＤが所定範囲内であると判明したので、補正不要と判断し、そのままＳ２５に進む。

Ｓ２５は、倍率補正する。これは、ＷＤが所定範囲外にすれた場合には、ＷＤのずれたことにより倍率が変化するこので、当該変化した倍率だけ補正（例えば電子線ビームの走査コイルに供給する走査信号を調整し、元の画像が得られるように補正）する。または、記録した画像の倍率を補正（ＷＤの変化に伴う補正）してもよい。

Ｓ２６は、輝度補正する。これは、ＷＤが所定範囲外にずれた場合には、ＷＤのずれたことにより輝度が変化するので、当該変化した輝度を補正（例えば元のＷＤのときの輝度と同じになるように補正）する。

以上によって、円筒状原版の回転時のＺ軸方向の偏心に伴うＷＤ変化を測定し、所定範囲をずれた場合に自動フォーカス補正を行うと共に、倍率補正、輝度補正を行い、常に正しい倍率、輝度の画像を取得することが可能となる。尚、円筒状原版の回転に伴うＺ軸方向の偏心に伴うＷＤ変化についての倍率補正、輝度補正をリアルタイムに補正したが、記録（取得）した画像について倍率補正、輝度補正を行ってもよい。

図５は、本発明の動作説明フローチャート（頂点合わせ）を示す。

図５において、Ｓ３１は、円筒をＹ方向に移動させつつフォーカス点を求める。

Ｓ３２は、フォーカス値が最小の位置を頂点とする。これらＳ３１、Ｓ３２は、図１の測定対象１２である円筒状原版に、上方から下方に向けて細く絞った電子線ビームで照射した状態で平面走査した画像を、当該円筒状原版をＹ方向（円筒状原版の回転軸と直角方向）に移動させつつ取得し、フォーカス点をそれぞれ求め、最もフォーカス点の値の小さい位置を頂点と決定する。これにより、円筒状原版の頂点の位置（Ｙ方向位置）が決定されたこととなる。

以上によって、図１の測定対象１２である円筒状原版のＹ方向の頂点の位置（ＷＤが最小となるＹの値）を測定して決定することが可能となる。

図６は、本発明の動作説明フローチャート（画像比較）を示す。

図６において、Ｓ４１は、設計データで同じパターンの形を見つける。

Ｓ４２は、対応する画像をパターンマッチングする。

Ｓ４３は、差分を出力する。これらＳ４１からＳ４３は、例えば後述する図７の（ａ）に示すように、設計データ上で回転方向に同じパターンの部分１、２について、対応する画像１，２を取得し、これら取得した画像１と画像２とをマッチングしてその差分を出力する。

Ｓ４４は、Ｓ４３で出力した差分がスレッシュホールド以下か判別する。これは、Ｓ４３で出力した差分がスレッシュホールド以下か判別する。ＹＥＳの場合には、差分がスレッシュホールド以下と判明したので、Ｓ４５で正常と判断し、終了する。ＮＯの場合には、差分がスレッシュホールド以上と判明したので、Ｓ４６で欠陥と判断し、終了する。

以上によって、設計データ上で同じパターンの位置１，２・・・を見つけ、当該見つけた同じパターンの位置１，２・・・に対応する円筒状原版上の画像１，２・・・を取得してこれら画像１，２・・・の差分を算出して当該差分が所定閾値以下の場合に正常と判定し、以上の場合に欠陥と判定することにより、設計データ上で同じパターンについて円筒状原版上の画像間（２次元画像間）の差分をもとに正常、欠陥を高速に判定することが可能となる。

図７は、本発明の動作説明図を示す。

図７の（ａ）は、回転方向の例を示す。

図７の（ａ−１）は円筒状原版上の回転方向の画像の例を示し、図７の（ａ−２）は位置１の拡大した画像１を示し、図７の（ａ−３）は位置２の拡大した画像２を示し、図７の（ａ−４）は差分の例を示す。

ここで、図７の（ａ）の円筒状原版上の図示の回転方向に、設計データ上で同じパターンが複数、ここでは、位置１、位置２にあると仮定する。

そうすると、設計データ上の位置１、位置２に対応した、円筒状原版上の拡大された画像を取得すると、図７の（ａ−２）、（ａ−３）に示すように画像１、画像２が得られる。

そして、得られた画像１、画像２を、図７の（ａ−４）に示すように差分を算出する。算出した差分は、本来設計データのパターンが同じであるから零であるはずある。そこで、差分が所定閾値（実験で求める）以下であれば、正常、以上であれば、欠陥と判定することにより、画像１と画像２とをパターンマッチングしてその差分を求めて正常／欠陥を判定でき、高速処理することが可能となると共に、更に、設計データ上のパターンにプロセスシフトなどの影響を加味して実際の円筒状原版上のパターンの形状を算出（予測算出）してパターンマッチングする必要がなく、高速処理が可能となる。

図７の（ｂ）は、回転方向に並列の例を示す。

図７の（ｂ−１）は円筒状原版上の回転方向に並列の画像の例を示し、図７の（ｂ−２）は位置１の拡大した画像１を示し、図７の（ｂ−３）は位置２の拡大した画像２を示し、図７の（ｂ−４）は差分の例を示す。

ここで、図７の（ｂ）の円筒状原版上の図示の回転方向と並列に、設計データ上で同じパターンが複数、ここでは、位置１、位置２にあると仮定する。

そうすると、設計データ上の回転方向に並列の位置１、位置２に対応した、円筒状原版上の拡大された画像を取得すると、図７の（ｂ−２）、（ｂ−３）に示すように回転方向に並列に画像１、画像２が得られる。

そして、得られた画像１、画像２を、図７の（ｂ−４）に示すように差分を算出する。算出した差分は、本来設計データのパターンが同じであるから零であるはずある。そこで、差分が所定閾値（実験で求める）以下であれば、正常、以上であれば、欠陥と判定することにより、画像１と画像２とをパターンマッチングしてその差分を求めて正常／欠陥を判定でき、高速処理することが可能となると共に、更に、設計データ上のパターンにプロセスシフトなどの影響を加味して実際の円筒状原版上のパターンの形状を算出（予測算出）してパターンマッチングする必要がなく、高速処理が可能となる。

図８は、本発明の動作説明フローチャート（立体）を示す。

図８において、Ｓ５１は、複数の検出器からの画像を記録する。これは、図１の複数の検出器４からの信号（画像）をそれぞれ記録する。

Ｓ５２は、ステレオ法を選択する。

Ｓ５３は、距離の差を元に高さを算出する。

Ｓ５４は、高さを元に立体表示する。これらＳ５２からＳ５４は、Ｓ５１で複数の検出器４から取得した画像をもとに、ステレオ法が選択されたので、当該複数の検出器４、例えば２個の場合には、２個の検出器４で検出された同じ位置の画像１，２中のパターンの位置の差と、当該２個の検出器４の間の距離をもとに当該画像１，２中のパターンの各位置の高さを算出し、当該算出したパターンの各位置の高さをもとに３次元表示する。

また、Ｓ５５は、輝度の差から角度を算出する。

Ｓ５６は、角度を元に立体表示する。これらＳ５５、Ｓ５６は、Ｓ５１で複数の検出器４から取得した画像をもとに、当該複数の検出器４、例えば２個の場合には、２個の検出器４で検出された同じ位置の画像１，２（２次電子画像の場合）中のパターンのエッジ部分の輝度の差から角度を求め、当該２個の検出器４の間の距離と当該求めた角度からパターンのエッジ部分の３次元表示する。

以上のようにして算出した３次元表示の画像をもとに、既述した図６の２次元画像と同様に、設計データ上で同じパターンである円筒状原版上のパターンの画像（３次元画像）を相互に比較して正常／欠陥を判定することにより、より多くの情報（３次元情報）をもとに画像間比較でき、より信頼性の高いパターンマッチングを行うことが可能となる。

図９は、本発明の動作説明フローチャート（同一パターンのずれ算出）を示す。

図９において、Ｓ６１は、画像上で包絡矩形を求める。これは、後述する図１０に示すように、円筒状原版から回転方向に連続して形成されている同じパターンあるい同じはパターン群のそれぞれの包絡矩形（パターンあるいはパターン群に外接する矩形）をそれぞれ算出する。

Ｓ６２は、設計データから各包絡矩形のずれを求める。これは、Ｓ６１で算出した円筒状原版上で回転方向に形成された同じパターンあるいは同じパターン群の画像の包絡矩形について、設計データ上で各包絡矩形のずれ（回転方向、Ｘ方向、Ｙ方向）を求める。

Ｓ６３は、円筒の縁からの各包絡矩形のずれを求める。これは、Ｓ６１で算出した各包絡矩形について、円筒状原版上の縁（別途、レーザ干渉計で位置（距離）を測定した縁）あるいは／および当該縁に近い部分に形成したアライメントマーク（サーボマークなど）からのずれ（回転角、Ｘ方向、Ｙ方向）を求める。

Ｓ６４は、歪みを求める。これは、Ｓ６２で算出した設計データ上の各包絡矩形のずれと、Ｓ６３で算出した画像上の各包絡矩形のずれとを比較し、円筒状原版上の画像の絶対的なずれを算出したり、円筒状原版の縁のアライメントマークからのずれを算出したりする。

以上によって、円筒状原版上から取得した画像について、設計データからの歪み（絶対的な歪み、あるいは円筒状原版上の縁のアライメントマークからの歪み）を算出することが可能となる。

図１０は、本発明の動作説明図（同一パターンのずれ算出）を示す。

図１０において、包絡矩形は、円筒状原版上に回転方向に形成された同一パターンあるいは同一パターン群の包絡矩形である。

アライメントマークは、円筒状原版上に形成されたアライメントマーク（サーボマーク）である。

レーザ干渉計は、円筒状原版の縁までの距離（回転方向と直角方向の距離）を精密に測定するものである。

以上の構成のもとで、レーザ干渉計で円筒状原版のアライメントマークが存在する縁までの距離（回転方向と直角方向）を回転角に対応づけて精密に測定すると共に、そのときに縁から各包絡矩形までの距離を当該画像上で測定する。そして、図９のＳ６１からＳ６４により、包絡矩形（画像）の絶対的なひずみ、あるいは円筒状原版上の縁のアライメントマークからのひずみを算出（測定）することが可能となる。

図１１は、本発明の動作説明図（レンズ中心と円筒状原版中心軸とのアライメント）を示す。

図１１の（ａ）はレンズ中心と、円筒状原版中心軸とがずれている様子を模式的に示す。図示の状態では、レンズ（対物レンズ５）の軸（レンズ中心）が円筒状原版の中心軸（回転軸）の上側にずれている。これでは、対物レンズ５で細く絞った電子線ビームを円筒状原版上に照射ができず、フォーカスぼけや、座標系の相互変換に誤差が生じたりする不都合が発生する。

図１１の（ｂ）はレンズ中心と、円筒状原版中心軸とが軸合わせされた様子を模式的に示す。図示の状態では、レンズ（対物レンズ５）の軸（レンズ中心）が円筒状原版の中心軸（回転軸）に一致している。これにより、対物レンズ５で細く絞った電子線ビームが円筒状原版上の頂点（図５参照）の部分に正確に照射でき、かつ座標系の相互変換を誤差無く行い、設計データをもとに細く絞った電子線ビームを円筒状原版上の対応する位置に照射しつつ走査して画像を取得することが可能となる。

尚、円筒状原版の軸合わせは、円筒状原版を保持する回転装置を、図１１の（ａ）の状態から図１１の（ｂ）の状態のように、ここでは、レンズ中心に対して下方に所定量移動させることにより調整を行う。

図１２は、本発明の動作説明フローチャート（モード切替）を示す。

図１２において、Ｓ７１は、高速検査モードに設定する。これは、円筒状原版上のパターンの画像を高速に取得できるように、細く絞った電子線ビームの電流量を増大させたモードに設定する。例えば右側に記載したように、
・絞り（コンデンサレンズ）：２００μｍ
・電流：２０ｎＡ
と設定、即ち、図１のコンデンサレンズ２の絞り（アパチャー）３を大きなサイズの２００μｍに自動切替えて大電流（例えば２０ｎＡ）を供給するように設定する。

Ｓ７２は、円筒を回転させて検査する。これは、Ｓ７１で高速モードに設定した状態で、図１で細く絞った電子線ビームを測定対象の円筒状原版を連続回転させた状態で、該円筒状原版上に照射しつつ回転軸と直角方向（あるいは直角方向からわずか進む、遅れる方向）に走査することを繰り返して当該円筒状原版上を平面走査して画像を取得し、当該画像をもとに欠陥を検査あるいはパターンの測長を行う。

Ｓ７３は、レビューモードに設定する。これは、円筒状原版上のパターンの高解像度画像が取得できるように、より細く絞った電子線ビームが得られるように、例えば右側に記載した、
・絞り（コンデンサレンズ）：２０μｍ
・電流：１０ｐＡ
と設定、即ち、図１のコンデンサレンズ２の絞り（アパチャー）３を小さなサイズの２０μｍに自動切替えて小さい電子線ビームスポット（例えば１０ｐＡ）を供給するように設定する。

Ｓ７４は、円筒を停止させ、任意の位置に設定して高解像度画像を取得する。これにより、Ｓ７２の検査で欠陥の検出されたパターン（パターン群）の高解像画像を自動的に取得して表示したり、自動的に欠陥部分のパターン（パターン群）を精密に測定したり、その寸法を測長したりすることが可能となる。

図１３は、本発明の説明図（欠陥検出：その１）を示す。

図１３の（ａ）は円筒状原版上の欠陥を検出する部分を模式的に示す。

図１３の（ｂ）は図１３の（ａ）の部分を拡大した画像を模式的に示す。

図１３の（ｂ）において、回転方向に並列に存在する３本のパターン（ライン）について、当該ラインの幅Ｌ，ラインとラインとの間のスペースＳをそれぞれ所定距離毎にそれぞれ測長し、ライン、スペースの平均長さ、バラツキ（標準偏差σ）を算出する。更に、円筒状原版の縁のアライメントマーク（更に、絶対的位置）に対する、各ライン（スペース）の回転方向のうねり（回転方向と直角方向へのうねり）を検出する。このうねりの原因は、
（１）円筒状原版の固有振動、当該固有振動相互によるうなり振動
（２）駆動電源、駆動機構の周波数、Ｎ倍の周波数
などの原因を探索することが可能となる。

図１４は、本発明の説明図（欠陥検出：その２）を示す。

図１４の（ａ）は、取得画像を示す。これは、円筒状原版上の回転方向に取得した画像を示す。

図１４の（ｂ）は、設計データから作成した画像の例を示す。これは、設計データから作成した図４の（ａ）に対応する画像の例を示す。

図１４の（ｃ）は、差分画像を示す。これは、図１４の（ｂ）の設計データの画像と、図１４の（ａ）の取得画像との差分の画像の例を示す。ここでは、周期的あるいは非周期的にとびとびに図示のように差分画像が得られた例を示す。このとびとびに差分画像が得られことは、円筒状原版上のパターン作成時に、下記の原因などによる欠陥が存在したと考察される。

（１）回転むら
（２）うなり
（３）固有振動
（４）電源周波数、その整数倍に同期
（５）回転に同期あるいは非同期
図１５は、本発明の説明図（欠陥検出例）を示す。欠陥検出例は、図示のように、ここでは、下記の項目に対応づけて検出、測定する。

・欠陥番号：
・Ｒ座標：
・θ座標：
・欠陥タイプ：
・周期性：
・パーセントスペック：
・その他：
ここで、欠陥番号はパターン（パターン群）に付与した一意のシーケンシャル番号である。Ｒ座標、θ座標は、円筒状原版の軸方向の座標、半径方向の座標（回転角度）である。欠陥タイプは検出された欠陥のタイプ（種別）であって、extensionはラインが部分的にはみ出したタイプであり、instrusionはラインが部分的にへこんだタイプであり、Pin-dotはライン中に穴が開いたタイプであり、2D/3D reviewは平面情報／立体情報（２次元画像／３次元画像）をもとに検出された欠陥のタイプであり、他も同様である。周期性は回転方向などに周期性がある場合の値である。パーセントスペックは回転方向に出現した角度である。

以上のように、円筒状原版上のパターン（パターン群）についてその画像を取得して欠陥情報を結果として自動的生成して出力することが可能となる。

図１６は、本発明の説明図（異なった分解能で検査）を示す。

図１６において、検査領域は、円筒状原版上の検査するパターン（パターン群）が存在する領域であって、ここでは、高分解能（例えば１０ｎｍの細く絞った電子線ビームで走査）の画像を取得する領域である。円筒状原版上の検査領域以外のその他の領域は、低分解能（例えば５０ｎｍで細く絞った電子線ビームで走査）の画像を取得する領域である。

以上のように、検査領域は高分解能画像を取得し、その他の領域は低分解能画像で高速走査することにより、効率的に円筒状原版上の全領域の画像を取得して検査することが可能となる。

図１７は、本発明の説明図（評価例）を示す。これは、円筒状原版の欠陥の位置を示す欠陥マップ表示の例であって、横軸は円筒状原版の軸方向（Ｒ方向）を表し、上下方向は円筒状原版の回転方向を表す。

図１７において、欠陥マップ表示は、円筒状原版を展開し、既述した欠陥の位置を示したものである。当該欠陥マップ表示は、特に、回転方向（Ｙ方向）やその直角方向に断続的（周期的、非周期的）に存在する欠陥を認識しやすい。

本発明の１実施例構造図である。 本発明の動作説明フローチャートである。 本発明のアライメント校正フローチャートである。 本発明の動作説明フローチャート（自動フォーカス）である。 本発明の動作説明フローチャート（頂点合せ）である。 本発明の動作説明フローチャート（画像比較）である。 本発明の動作説明図である。 本発明の動作説明フローチャート（立体）である。 本発明の動作説明フローチャート（同一パターンのずれ算出）である。 本発明の動作説明図（同一パターンのずれ算出）である。 本発明の動作説明図（レンズ中心と円筒状原版中心軸とのアライメント）である。 本発明の動作説明フローチャート（モード切替）である。 本発明の説明図（欠陥検出：その１）である。 本発明の説明図（欠陥検出：その２）である。 本発明の説明図（欠陥検出例）である。 本発明の説明図（異なった分解能で検査）である。 本発明の説明図（評価例）である。

１：電子銃
２：コンデンサレンズ
３：アパチャー
４：検出器
５：対物レンズ
５１：増幅器
１１：試料台
１２：測定対象
１３：回転装置
１４：回転角度測定装置
１５：平面方向移動機構
１６：Ｚ軸調整機構
１７：距離測定装置
１８：表面高さ測定手段
２０：試料室
２１：排気系
２２：ガス導入手段
３１：パソコン
３２：画像生成手段
３３：検査手段
３４：自動フォーカス手段
３５：測定手段
３６：制御手段
４１：ＤＢ
４２：設計データ
４３：結果データ

Claims (12)

1. 着脱可能であって、円筒あるいは円柱状の回転体の表面に所望のパターンを形成した円筒状原版を検査する円筒状原版検査装置において、
   前記円筒状原版を着脱可能な状態で固定すると共に当該円筒状原版上のパターンを形成された部分に、電子線ビームが照射されるように回転および移動可能な機構を備えた試料台と、
   前記試料台上に固定された前記円筒状原版の回転角度を測定する回転角度測定手段と、
   前記試料台上に回転および移動可能に固定された前記円筒状原版上のパターンに電子線ビームをフォーカスした状態で照射しつつ走査する電子光学系と、
   前記電子線ビームで前記円筒状原版上のパターンを照射したときに放出される２次電子あるいは反射電子あるいは光を検出する検出器と、
   前記検出器で検出された信号をもとに、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた前記電子線ビームで走査された前記円筒状原版上のパターンの画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段で生成された円筒状原版のパターン画像を、該円筒状原版の回転時のＺ軸方向の偏芯に伴う、ＷＤの変化を測定して当該ＷＤの変化に対応する倍率に補正する手段と、
   前記補正された、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた円筒原版上のパターン画像をもとに検査する検査手段と
   を備えたことを特徴とする円筒状原版検査装置。
2. 前記画像生成手段は、前記検出器で検出された信号をもとに、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた前記電子線ビームで走査された前記円筒状原版の所定位置に予め形成しておいたアライメントマーク画像を検出し、当該検出したアライメントマーク画像をもとに当該円筒状原版の座標系と設計データの座標系との変換行列あるいは変換式を作成させた後、前記検出器で検出された信号をもとに、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた前記電子線ビームで走査された前記円筒状原版上のパターンの画像を生成し、
   前記検査手段は、前記補正する手段で補正された、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた画像をもとに、前記作成させた変換行列あるいは変換式をもとに設計データの座標変換を行って比較して検査する
   ことを特徴とする請求項１記載の円筒状原版検査装置。
3. 前記補正する手段は、前記画像生成手段で生成された円筒状原版のパターン画像を取得する時に、当該円筒状原版の偏心量をもとに対物レンズのダイナミックコイルに制御信号を供給して当該偏心量をキャンセルするように補正することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
4. 前記試料台上に固定された前記円筒状原版の回転角度を測定する前記回転角度測定手段に加えて前記円筒状原版のＸ，Ｙ方向の移動量を測定する移動量測定手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
5. 前記円筒状原版上のパターンに電子線ビームを、当該円筒状原版の回転に同期して自動フォーカスするフォーカス手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
6. 前記電子光学系は、前記電子線ビームを前記円筒状原版の回転角度に同期して、当該円筒状原版の軸方向あるいは当該軸方向からずれた所定方向に走査し、当該円筒状原版上を電子線ビームで平面走査あるいは帯状に平面走査することを特徴とする請求項１から請
   求項５のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
7. 前記検査手段は、取得した画像と、設計データあるいは設計データに円筒状原版作成時の影響を加味したデータとを比較して欠陥を検査することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
8. 前記検査手段は、回転方向あるいはその直角方向に設計データ上で同一の形状あるいは同一パターンの画像をそれぞれ取得して両画像を比較し、欠陥を検査することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
9. 前記検査手段は、前記円筒状原版上に形成されたパターンあるいは所定パターン群の画像のピッチあるいは幅あるいは両者を測定して比較し、欠陥を検査することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
10. 前記検査手段は、前記円筒状原版上のパターンの画像あるいは所定パターンの画像と、設計データあるいは設計データに円筒状原版作成時の影響を加味したデータとを比較し、当該円筒状原版に形成されたパターンの歪みを計測することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
11. 前記検出器は、電子線ビームを前記円筒状原版に照射した部分に対して、異なる立体角の方向に放出された２次電子あるいは反射電子あるいは光を検出する複数の検出器を設け、これら複数の検出器によってそれぞれ検出した信号をもとに３次元情報を生成することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の円筒状原版検査装置。
12. 着脱可能であって、円筒あるいは円柱状の回転体の表面に所望のパターンを形成した円筒状原版を検査する円筒状原版検査方法において、
    前記円筒状原版を着脱可能な状態で固定すると共に当該円筒状原版上のパターンを形成された部分に、電子線ビームが照射されるように回転および移動可能な機構を備えた試料台と、
    前記試料台上に固定された前記円筒状原版の回転角度を測定する回転角度測定手段と、
    前記試料台上に回転および移動可能に固定された前記円筒状原版上のパターンに電子線ビームをフォーカスした状態で照射しつつ走査する電子光学系と、
    前記電子線ビームで前記円筒状原版上のパターンを照射したときに放出される２次電子あるいは反射電子あるいは光を検出する検出器とを設け、
    画像生成手段が、 前記検出器で検出された信号をもとに、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた前記電子線ビームで走査された前記円筒状原版上のパターンの画像を生成し、
    補正する手段が、前記画像生成手段で生成された円筒状原版のパターン画像を、該円筒状原版の回転時のＺ軸方向の偏芯に伴う、ＷＤの変化を測定して当該ＷＤの変化に対応する倍率に補正し、
    検査手段が、前記補正された、前記回転角度測定手段で測定された前記円筒状原版の回転角度に対応づけた円筒原版上のパターン画像をもとに検査する
    ことを特徴とする円筒状原版検査方法。

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