JP6214903B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は電子デバイスに用いられるウェハを検査する装置に関する。

半導体デバイス製造では、鏡面状に研磨されたＳｉやＳｉＣなどを材料とするウェハ上に微細な回路を形成する。このようなウェハ上に異物や傷、あるいは結晶欠陥などが存在すると、回路パターンの形成過程において欠陥や材質劣化が生じ、製造されたデバイスが正常に動作しなくなったり、所望の電気特性が得られなかったり、動作の信頼性が劣化したりする。

これまでデバイス工程に先立つウェハの検査には、可視から紫外のある波長を持つ光（以下単に光と記す）をウェハ表面に照射して異物で散乱された光を検知する技術（光学散乱式検査技術）や、微分干渉など光学顕微鏡技術を応用した検査装置が用いられてきた。しかし、半導体素子の微細化の進展により、検出に十分な散乱強度が得られないほど微細な異物を管理する必要が生じており、また、光学顕微鏡技術では像として現れない基板の欠陥が半導体デバイスの信頼性特性に影響を及ぼすなど、従来の光を用いた検査技術ではウェハの品質管理に支障が出るようになってきている。

このように、光を用いて検出できない異物や欠陥を検出できる技術としては、電子線を用いた電子顕微鏡技術がある。電子顕微鏡は極めて高い空間分解能を有しており、光の散乱強度が著しく低くなる２０ナノメートル以下の大きさの異物の像を得ることは容易である。また、電子線は荷電粒子であることから、結晶欠陥の電気的な特性を利用して、光では検出できない欠陥を検出できる。

しかしながら、電子顕微鏡はミクロンサイズの小さい視野での観察には実用的な時間で像を得ることができるが、半導体基板となるウェハの前面を検査のために隈なく観察するためには、膨大な観察時間を要する。例えば、直径３００ミリのＳｉウェハ表面全てを１０ナノメートル程度の分解能で検査しようとすると、走査電子顕微鏡ではおよそ２ヶ月の時間が必要となる。

一方、近年、検査速度の高速化を図った新たな電子線応用検査方法がある。この検査技術は、照射する電子線の加速電圧に近い負電位をウェハ表面に与えることで、ウェハ表面上の検査視野全体に照射した電子線をウェハ表面近傍で反転させ、反転した電子を電子レンズで結像し検査用の電子像を得る。この反転した電子を以下はミラー電子と称する。また、このミラー電子を結像する検査技術はミラー電子顕微鏡を応用したものである。

ミラー電子顕微鏡においては、電子線がウェハ表面に対して垂直にかつ平行に照射される必要がある。垂直かつ平行に入射した電子線はウェハ表面上の等電位面で反転される。ウェハ表面が平坦でその法線が電子光学系光軸に平行を保っている場合は、電子線は一様に正反転してミラー電子像は一様な明るさの像となる。一方、表面に異物や欠陥の電位変化がありウェハ表面の等電位面が歪んでいると、ミラー電子はある角度をもって反転しミラー電子像に強度分布を形成する。

この原理によりミラー電子顕微鏡によって、ウェハ上の異物や結晶欠陥が検出される。この過程において、電子線が照射されている箇所のウェハ表面の法線が電子光学系光軸に平行でない、すなわちウェハ表面に傾きが生じていると、反転したミラー電子は傾いて反射される結果ミラー電子の結像位置が移動する。

ミラー電子顕微鏡を用いた検査中においては、ミラー電子像をＣＣＤデバイスなど２次元的に電子線強度の分布を検出する電子線検出器で撮像しながら、ウェハを一方向に移動する。従ってウェハの移動中においては、ミラー電子像は常に電子線検出器上に固定されていなければならない。

しかしながら。ウェハは薄く数１０ミクロンのそりが発生することがあり、そのときはウェハ面内で表面法線は一定ではない。このような場合、ウェハ表面の傾きが場所によって変化するので検査中にミラー電子像が移動し、電子線検出器の位置からミラー電子像がずれ、正しく検査像が得られない。

このような課題を解決するため、ウェハ表面にレーザー光を照射してその反射位置の変動からウェハ表面の傾きをモニタし、ウェハの傾きに応じて電子光学系の偏向器を動作させ、ウェハのそりなどが合っても常にミラー電子像が電子線検出器上に維持されるような発明が開示されている。

ウェハ表面のレーザー反射を用いてウェハ表面の傾きを検出する場合は、ウェハ表面上に数ミリ上方にミラー電子を結像するための対物レンズがあるため、レーザーを入射するためにはウェハへの入射角を浅くせざるを得ない。その場合、ウェハ面上でレーザーによって照射される領域は、入射方向に長く伸びることとなるため、レーザー反射によって検出されるウェハ表面の傾きは、レーザーが照射される広い範囲での平均値となる。

しかし、ミラー電子顕微鏡による検査における電子線照射領域は差し渡し１００ミクロン程度の領域であり、レーザー反射で計測された傾きがこの狭い領域の傾きと必ずしも一致せず、ミラー電子像は局所的な表面の傾きによって変位しているにもかかわらず、レーザーによる計測では傾きが検出されない。

特開２００３−２５７３５１号

特許文献１には、透過電子顕微鏡における電子像のＣＣＤデバイスの受光面からのずれた部分の電子線強度を、ＣＣＤデバイスの周囲に分割した電子線検出器で計測しする技術が開示されている。そしてこれらの出力の差分がゼロになるように、電子光学系の偏向器にフィードバックする。すなわち、ＣＣＤデバイス受光面周りに配置した分割型電子線検出器により、ＣＣＤデバイス受光面から外れる電子像の電子線強度を測定し、ＣＣＤデバイス受光面に対して電子像がその程度ずれたかを測定している。

しかし、この透過電子顕微鏡における発明を実際にミラー電子顕微鏡によるウェハ表面の検査に適用しようとしても、以下に説明する課題が生じる。

ウェハ検査動作中では、ＣＣＤデバイス受光面上に投影されるのはウェハ表面のミラー電子像であり、ＣＣＤデバイス受光面から外れる電子線像の中にもウェハ表面の状況は反映される。ミラー電子像のずれを計測するためには、これらＣＣＤデバイス受光面から外れた領域の電子線強度をモニタしなければならないが、この外れた部分にウェハ表面の例えば異物や大きな結晶欠陥などの像が形成されることがある。

ミラー電子顕微鏡による検査では、時間的に効率よくウェハ表面を検査するため、ウェハを戴置したステージを一定速度で移動させながら画像を取得するため、異物や大きな結晶欠陥の像がミラー電子像内を一方向に移動することになる。

この場合、ミラー電子線強度が局所的に変化することになり、異物などがミラー電子線像内を走る間、この部分の電子線強度をモニタしているＣＣＤデバイス受光面周辺の電子線検出器の出力が変化する。この変化は、ミラー電子像全体がずれたことによる出力変化ではなく、偶然ミラー電子像の端に異物の像が生じたためである。

従って、この出力変化を元に電子光学系の偏向器にフィードバックをかけると、かえってミラー電子像のＣＣＤデバイス受光面に対する相対位置をずらしてしまい、正しくミラー電子像による検査像を取得できなかった。

上記の課題を解決するために、本願の検査装置は、電子銃と、前記電子銃から面状の電子線を試料に照射する照射光学系と、前記試料の表面上に負電位を印加する負電位印加電源と、前記試料の表面上に形成された負電位によって前記表面近傍にて反射したミラー電子を検出するミラー電子検出系と、移動するステージ上において前記試料から発生するミラー電子を電気信号に変換する時間遅延積分型の画像検出素子と、前記画像検出素子の周囲に配置された複数の電子線検出器と、を有し、前記複数の電子線検出器の出力に基づき、前記面状の電子線の照射位置を変更することを特徴とする。

また、本願の検査装置は、上述の構成に加え、前記複数の電子線検出器の出力は、前記時間遅延積分のラインレートを前記画像素子の段数で除した周波数よりも高い周波数の変動をフィルタリングされることを特徴とする。

本発明により、欠陥位置精度を保ちながら検査を実施することができる。

本発明のミラー電子顕微鏡検査装置の概略を説明する図 本発明の検出面の正面図を説明する図 本発明の検出面の断面図を説明する図 本発明のミラー電子結像領域位置ずれ発生時を説明する図 本発明の実施例を説明する図 本発明の実施例を説明する図 本発明の実施例を説明する図 本発明の実施例を説明する図 本発明のリアルタイムでモニタしたファラデーカップ205bの出力を説明する図 本発明の周波数フィルタリングをしたファラデーカップ205bの出力を説明する図 本発明のミラー電子結像領域正位置時を説明する図 本発明のミラー電子結像領域位置ずれ発生時を説明する図 本発明のミラー電子結像領域正位置時を説明する図 本発明のミラー電子結像領域位置ずれ発生時を説明する図 本発明のミラー電子顕微鏡検査装置の概略を説明する図

本願発明は、ＣＣＤデバイス受光面周辺に構成される電子線検出器を、従来用いられていた広い感度面を有する検出器ではなく、電子線強度の検出に必要なＳＮ比が得られる程度のできるだけ細長い感度領域を持った電子線検出器を用いる。

これにより、そりが生じたウェハに対して、ウェハ上の異物などの存在によりミラー電子像内に電子線強度の変化が生じるような場合であっても、ミラー電子像をＣＣＤデバイス受光面に対して正しい位置に維持し、検出感度と欠陥位置精度を保ちながら検査を実施することができる。

また、ＣＣＤデバイス受光面周辺に構成される電子線検出器からの出力を、ステージ移動によってミラー電子像の端から端までをウェハ表面の像が移動する時間より長い時間間隔の変化のみを出力するように、周波数フィルタを設置する。

また、ＣＣＤデバイス受光面周辺に構成される複数の電子線検出器を、ミラー電子像が正しい位置にある範囲から一定の距離を離した位置に配置し、ミラー電子像が許容範囲を超えてＣＣＤデバイス受光面からずれた場合にのみ、いずれかの電子線検出器に出力が出るようにする。

本発明であるミラー電子顕微鏡を用いた検査装置全体について、図１を用いて説明する。但し、図１には真空排気用のポンプやその制御装置、排気系配管、被検査ウェハの搬送系などは略されている。また、電子線の軌道は、説明のため実際の軌道より変化が強調されている。

まず、電子線照射に係わる部分について説明する。電子銃１０１から放出された照射電子線１００ａは、コンデンサレンズ１０２によって収束されながら、セパレータ１０３により偏向されて、検査対象となるウェハ１０４に略平行束の電子線となって照射される。

電子銃１０１には、光源径が小さく大きな電流値が得られる、Ｚｒ／Ｏ／Ｗ型のショットキー電子源が用いられるが、より高い電流値が得られるＬａＢ６電子源やより輝度の高い冷陰極電子源等、他の電子源を用いてもよい。また、電子銃１０１は、電子源近傍に磁界レンズを配する磁界重畳型電子銃であってもよい。電子銃１０１の引出電圧、引き出された電子線の加速電圧、および電子源フィラメントの加熱電流などの、電子銃の運転に必要な電圧と電流は電子銃制御装置１０５により供給、制御されている。

コンデンサレンズ１０２は、図では１つに描かれているがより平行度の高い照射電子線が得られる様、複数のレンズを組み合わせたシステムであっても良い。コンデンサレンズ１０２は、対物レンズ１０７の後焦点面に電子線が集束するように調整される。対物レンズ１０７は、複数の電極からなる静電レンズか、または、磁界レンズである。

セパレータ１０３は、被検査ウェハ１０４に向かう照射電子線と、被検査ウェハ１０４から戻ってくるミラー電子線とを分離するために設置される。本実施例では、Ｅ×Ｂ偏向器を利用したセパレータを用いている。Ｅ×Ｂ偏向器は、上方から来た電子線を偏向し、下方から来た電子線を直進させるように設定できる。

この場合、図１のように照射電子線を供給する電子光学鏡筒は傾斜され、反射された電子を結像する電子光学鏡筒は直立する。他のセパレータとして、磁界セクターを使用することも可能である。電子線の光軸に垂直な方向に磁界を設置し、照射電子線を被検査ウェハ１０４の方向へ偏向し、被検査ウェハ１０４からの電子は照射電子線の来る方向とは正反対の方向へ偏向する。この場合は、照射電子線鏡筒の光軸と電子線結像鏡筒の光軸とは、対物レンズの光軸を中心に左右対称の配置となる。

セパレータによって照射電子線１００ａが偏向されるとき、セパレータ１０３により収差が発生する。この収差を補正する必要がある場合は、セパレータ１０３がＥ×Ｂ偏向器の場合では、収差補正用のＥ×Ｂ偏向器１０６が配置される。また、セパレータ１０３が磁界セクターの場合は、補助的なコイルを設けて補正される。

セパレータ１０３によって偏向された照射電子線１００ａは、対物レンズ１０７により、被検査ウェハ１０４表面に対し垂直に入射する平行束の電子線に形成される。前述のように、対物レンズ１０７の後焦点に電子線が集束されるように、照射系コンデンサレンズ１０２が調整されるので、平行性の高い電子線を被検査ウェハ１０４に対して照射できる。照射電子線１００ａが照射する被検査ウェハ１０４上の領域は、例えば５０００μｍ２等といった面積を有する。

被検査ウェハ１０４は移動ステージ１０８の上に絶縁部材１０９を介して戴置されている。移動ステージ１０８は、被検査ウェハ１０４の中心を回転中心とした回転運動、あるいは、ウェハの半径方向への直進運動とその垂直方向の直進運動、上下方向の直進運動を行うことができる。移動ステージ１０８が回転しながら被検査ウェハ１０４の半径方向に移動することにより、あるいは、一方向に往復運動しながらそれと垂直な方向に移動することにより、被検査ウェハ１０４の全面を隈なく検査する。後者の場合はステージの回転運動は略されても良い。移動ステージ１０８の運動は、移動ステージ制御装置１１０によって制御されている。

被検査ウェハ１０４表面に電子線の加速電圧とほぼ等しい負電位が印加されるように、高圧電源１１１が装備されている。照射電子線１００ａが、この負電位によって被検査ウェハ１０４の手前で減速され、被検査ウェハ１０４に衝突する前に反対方向に電子軌道が反転する様に、高圧電源１１１の出力を微調整する。ウェハで反射された電子は、ミラー電子１００ｂとなる。

ミラー電子１００ｂは対物レンズ１０７により第１の像を形成する。セパレータ１０３は本実施例ではＥ×Ｂ偏向器であるので、下方から進行した電子線に対しては偏向作用を持たないように制御され、ミラー電子１００ｂは偏向を受けずに進行し、第１の像は中間電子レンズ１１２、投影電子レンズ１１３によって順次結像される。これらの中間レンズ１１２及び投影レンズ１１３は、静電または磁界レンズである。最終的な電子像は画像検出部１１４に拡大投影される。図１では投影電子レンズ１１３は１つの電子レンズとして描かれているが、高い倍率の拡大や像歪の補正などのために複数の電子レンズで構成される場合もある。本図には記されていないが、電子線をより詳細に調整するための偏向器や非点補正器などが必要に応じて装備されている。

画像検出部１１４はミラー電子１００ｂの像を電気信号に変換し欠陥判定部１１５に送る。また、これまで述べてきた様々な電子レンズやセパレータ１０３などの電子光学系の制御は、電子光学系制御装置１１６が行っている。欠陥判定部１１５は、画像検出部１１４からの画像データから異物や欠陥の有無を判定し、これらがあった場合、画像データ、及びステージ制御装置１１０からのステージ位置に関するデータを元に異物や欠陥のウェハ上の座標を算出する。また、異物や欠陥の画像の強度プロファイルからその大きさの推定など、分類作業を行う。

画像検出部１１４は、ミラー電子像を電気信号に変換するためのＣＣＤデバイス備えており、このＣＣＤデバイスは時間遅延積分（ＴＤＩ；Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）型の画像信号処理を行う。ウェハの検査においては、移動ステージ１０８を停止してミラー電子像を取得する作業の繰り返しだと、移動ステージ１０８の静定時間が余分にかかり検査時間が長くなるため、ミラー電子像の撮像中も移動ステージ１０８を一定速度で駆動し続けることが求められる。移動中の被写体を鮮明に画像にする処理がこのＴＤＩ処理である。ＴＤＩ処理のためには、移動ステージ１０８の速度と、ＣＣＤデバイスの画像信号の転送速度（ラインレート）とを同期させる。このような同期処理は検査装置制御部１１７が行う。

装置各部の動作条件は、検査装置制御部１１７から入出力される。検査装置制御部１１７には、予め電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅・偏向速度、ステージ移動速度、画像検出素子からの画像信号取り込みタイミング等々の諸条件が入力されており、各要素の制御装置を総括的に制御し、ユーザーとのインターフェースとなる。検査装置制御部１１７は、役割を分担し通信回線で結合された複数の計算機から構成される場合もある。また、モニタ付入出力装置１１８が設置されている。

図２は画像検出部１１４の基本的な要素を正面及び断面で示した図である。図２の正面図はミラー電子線が来る方向から見た図であり、ミラー電子像が結像される領域は図中破線の円の内側の領域である。電子線を可視光に変換する蛍光体面２００がプレート２０１の中心に配置されている。蛍光体面２００がミラー電子像結像領域に内接することが、画像強度上最も効率がよい。

プレート２０１には蛍光体面２００の四方にスリット２０２ａ〜ｄが設けられている。図２（ａ）に示すごとく、スリット２０２ａ〜ｄはミラー電子像結像領域に一部が重なっており、電子線の一部が入射する様に蛍光体面２００の近傍に配置されている。正面図のＡＡ’の断面を断面図（ＡＡ’）に示されているように、スリット２０２ａ〜ｄには、それぞれファラデーカップ２０５ａ〜ｄが装着され、スリット２０２ａ〜ｄを透過した電子線の電流を計測することができる。本図では、ファラデーカップ２０５からの出力ケーブル、電流計測部などは略されている。

蛍光体面２００はファイバー束２０３の断面上に塗布されている。ファイバー束２０３は、細い光ファイバーを束ねたもので、ＣＣＤデバイス受光面２０４に結合されており、蛍光体面２００に生じる光学像を効率よく伝達できる。ＣＣＤデバイス受光面２０４により、蛍光体面２００上のミラー電子像を電気信号として取り出す。ＣＣＤデバイス受光面２０４の電気信号を画像データ化する部分、画像信号を出力する部分、ＣＣＤデバイスを制御する部分、等はＣＣＤ撮像の既存技術であり、本図では略されている。ＣＣＤデバイスは、前述のごとく、ＴＤＩ動作のＣＣＤデバイス駆動回路を備えている。電子光学系の調整などで移動ステージ１０８を静止して画像を得る際は、光学画像検出装置は、通常のＣＣＤカメラ撮像モードで動作させる。

ファラデーカップ２０５ａ〜ｄからの出力は、ミラー電子像が蛍光体面２００の中心にある場合はほぼ同じである。しかし、被検査ウェハ１０４のそりなどにより例えば、ミラー電子像が蛍光体面２００に対し図３に示したようにずれた場合は、スリット２０２ｂを通ってファラデーカップ２０５ｂに入る電子線の量が増加し、一方、スリット２０２ｄを通ってファラデーカップ２０５ｄに入る電子線の量は減少するので、ファラデーカップ２０５ｂと２０５ｄの出力に差が生じる。従って、この差をモニタしておき、この出力差が設計許容値を超えた場合、電子光学系の偏向器や移動ステージ１０８に装備されている傾き補正機構にフィードバックし、ミラー電子像結像領域の中心が蛍光体面２００の中心に合うように調整する。ファラデーカップ２０５ａとｃ、ｂとｄの各出力差が設計許容値を与える場合の、電子光学系偏向器に与える電流量や、あるいは、移動ステージ１０８の傾き補正機構への傾き量については、予め測定されたデータを下にした補正用数値テーブルが検査装置制御部１１７に保存されており、装置はこの補正用数値テーブルを元に自動で補正する。

本実施例では、スリット２０２ａ〜ｄの幅をミラー電子結像領域の大きさに比べ十分狭くしため、前述した特許文献１に開示されている様な蛍光体面２００の大きさとほぼ同程度の電子線検出器を用いる場合に比べ、ミラー電子像結像の中に異物などが写りこんでも、位置ずれ検出のための電子線検出器（本実施例の場合はファラデーカップ２０５）の出力変動への影響が大幅に低減できる。

尚、本実施例では４個のスリット及びファラデーカップを用いて、ミラー電子像結像領域の位置ずれ検出機構を構成したが、さらに精度を上げるため、これらの数を、例えば８個などに増やした構成も本発明に含まれる。
本実施例によれば、ミラー電子像の中に異物などが写りこむ様な事象が発生しても、ミラー電子像結像領域の位置ずれを安定に補正できる。

実施例１において、ミラー電子像を記録する装置として、蛍光体面２００を有したファイバー束２０３をＣＣＤデバイス受光面２０４に直結する構成の、画像検出部１１４の例を示した。

本実施例では、その他の画像検出部１１４の構成を示す。図４（ａ）は、ファイバー束２０３の下端を、真空フランジ４００の開口を通して真空外から見ることができるように、適切な真空シールを施した例である。蛍光体面２００で可視光に変換されたミラー電子像は、ファイバー束２０３によって下端に転送され大気側からミラー電子像の蛍光像を検出できる。検出には、ＣＣＤカメラと適切な光学レンズを組み合わせる。この例では蛍光体面２００が劣化しても、蛍光体面２００とファイバー束２０３の交換だけでよい。この構成の場合、蛍光体面２００に長時間仕様による劣化が生じたとしても、ＣＣＤデバイスまで交換する必要が不要となりメンテナンス上で利点がある。

図４（ｂ）は、蛍光体面２００をガラス板４０１上に形成し、このガラス板を開口付真空フランジ４００に真空シールを施して取り付けたところを表した図面である。電子線を検知するスリット２０２とファラデーカップ２０５の構成と、電子線の進行方向における位置が異なるが、この手前位置におけるミラー電子像の大きさを考慮すれば実施例１と同じ機構で位置ずれ検出ができる。蛍光体面２００で可視光に変換されたミラー電子像は、ガラス板４０１を通して大気側からミラー電子像の蛍光像として検出できる。蛍光像の撮像方法は図４（ａ）と同様である。

図４（ｃ）は、蛍光面２００を使わない例である。ミラー電子像の撮像には電子線を直接検知できる電子線検出ＣＣＤ４０２が使用されている。実際の構成においては、電子線検出ＣＣＤ４０２を備えたカメラを、真空シールを施してミラー電子顕微鏡鏡筒に接続する。本例でも、ミラー電子顕微鏡像の撮像位置が、電子線を検知するスリット２０２とファラデーカップ２０５の構成と、電子線の進行方向における位置が異なるが、プレート２０１位置におけるミラー電子像の大きさを基準とすれば、実施例１と同様の位置ずれ補正ができる。

本実施例によれば、蛍光面２００の経時劣化が生じた際、交換が容易となり装置保守のコストを下げることができる。

実施例１および２においては、スリット２０２の開口幅をなるべく細くし、ミラー電子像の中に現れる異物などによる電子線強度の変動を検出する確率を低減した。本実施例では、ファラデーカップ２０５からの出力のモニタを、一定の周波数以下の変動についてのみ実施する。これにより、ファラデーカップ２０５からの出力をリアルタイムでモニタして、ミラー電子像結像領域の位置ずれを補正するようなシステムの場合、ミラー電子像中の電子線強度の変動の影響をさらに低減できる効果がある。

図５（ａ）はＣＣＤデバイス受光面２０４上に投影された、ミラー電子像結像領域の様子である。既述のごとく、本発明では検査時間の短縮のために移動ステージ１０８を定速動作させながらミラー電子像を撮像するため、ＣＣＤデバイスはＴＤＩ動作をするように駆動される。

即ち、図５では、移動ステージ１０８の運動により、ミラー電子像結像領域内の被検査ウェハ１０４のミラー電子像は図中の矢印の方向に下へ走っている。このミラー電子像の移動速度と一致するように、ＴＤＩ動作ではＣＣＤ画素横一列の電荷を、次のＣＣＤ画素列へと、上から順番に転送していく。この転送レートはラインレートと呼ばれる。

ＣＣＤデバイスが、例えば、１０２４×１０２４の画素を有している場合、横１０２４個の画素の電荷が、下の１０２４の画素列に各画素毎に電荷を移動させ、この列の画素で発生した電荷を上から転送された電荷に足し合わせて、また次へと転送する。従って、ＴＤＩ動作中においては、ミラー電子像がＣＣＤ素子受光面２０４の上端から下端までに移動する周波数は、ラインレートを縦方向の画素数（例えば１０２４）で割った周波数となる。従って被検査ウェハ１０４上の異物などがミラー電子像結像領域を上から下へと通り過ぎる周波数も、この周波数となる。

もし、スリット２０２の開口幅をＣＣＤ素子受光面２０４と同じにした場合は、異物などが通り過ぎる場合はこの周波数で出力が変動することになる。本発明では、スリット２０２の開口幅をＣＣＤ素子受光面２０４の大きさより十分小さくするので、ファラデーカップ２０５の異物などによる出力変動の周波数はこれよりも上がる。仮に、スリット２０２の幅をＣＣＤ素子の画素の大きさと同じにすれば、出力変動の周波数はラインレートと同じになる。

そこで本実施例では、ファラデーカップ２０５の出力を、ＴＤＩ動作のラインレートをミラー電子像移動方向のＣＣＤ画素数で除した周波数よりも低い周波数でモニタする。図５（ｂ）に、図５（ａ）状況時のファラデーカップ２０５ｂの電流出力の時間変化の例を示す。ファラデーカップ２０５の出力をリアルタイムでモニタして位置ずれ補正をする場合、異物がファラデーカップ２０５ｂに掛かった時にその出力値が低下し、ミラー電子像結像領域の位置を誤って移動させてしまう可能性がある。

一方、電流出力に周波数フィルタをかけてモニタしている場合、異物が通り過ぎて出力が変動する周波数は高いため無視され、モニタしている電流出力値には現れず、よりゆっくりとした変化を示すウェハのそりなどによる変動は正しく補正する。

本実施例によれば、ミラー電子像の中に異物などが写りこむ様な事象が発生しても、ミラー電子像結像領域の位置ずれをより安定に補正できる。

図６（ａ）、図６（ｂ）に示した本実施例では、スリット２０２の位置をミラー電子像結像領域の正しい位置に近接するように設けた。このようにすると、図６（ｂ）のようにミラー電子像結像領域が蛍光体面２００からずれたときのみファラデーカップ２０５に出力が生じて、位置ずれを検知できる。ミラー電子像結像領域が正しい位置にあるときは、ファラデーカップ２０５からの出力はゼロであり、ミラー電子像結像領域内にどのような電子線強度の変動が生じても全く影響を受けない。

あるいは、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示したように、電子線検出部６００を、ミラー電子像結像位置に近接してわずかに離して配置する。図６（ｃ）に示したように、電子線検出部６００の位置は、ミラー電子像結像領域に掛からないが、設定した位置ずれの許容距離だけ離れた位置とする。検出部支持部６０１には微動機構が装備されており、検出部支持部６０１の微調整が可能となっている。

図６（ｄ）のようにミラー電子像結像領域が正しい位置から許容範囲を超えてずれた場合、いずれかの電子線検出部６０１から出力が生じる。従って、電子線検出部６００から出力が生じたときに、電子光学系の偏向器や移動ステージ１０８の傾き調整機構にフィードバックし、ミラー電子像結像領域を正しい位置に戻す。電子線検出部６００をこの様に配置すれば、電子光学条件を変更して、ミラー電子像結像領域の大きさに変更が生じることがあっても、柔軟に対応できる。

本実施例では、ミラー電子像結像領域が許容範囲内で正しい位置にあるときは、ファラデーカップ２０５や電子線検出部６００からの出力がゼロであり、ミラー電子像結像領域内にどのような電子線強度の変動が生じても影響を受けにくくなる。

電子線検出部６００としては、ファラデーカップの他に、小面積の半導体検出器、蛍光体を塗布した光ファイバーなどを用いることができる。また、電流出力の有無のみを検出すればよいので、金属片を絶縁して設置するだけでもよい。また、電子線検出部６００の電子線検出面は、ミラー電子線進行方向に対し側方に向けて設置されてもよい。

本実施例によれば、ミラー電子像結像領域内にどのような電子線強度の変動が生じても、より影響を低減し、位置ずれ補正が可能である。

本実施例では、ファラデーカップなどの、ミラー電子像結像領域の位置ずれ検出のための電子線検出器を画像検出部１１４の中に構成せず、図７に示すように、画像検出部１１４にミラー電子線が入射するより前の位置に、位置ずれ検出用の電子線検出器７００を配置する。設置位置のミラー電子線束の大きさに合わせて各電子線検出器の配置を決定すればよい。

本実施例によれば、撮像装置と、位置ずれ検出装置とを独立に設置することができ、各装置の保守を容易にすることができる。

以上、実施例１乃至５について説明したが、それぞれの実施例はその思想が矛盾しない限り組み合わせることが可能であり、本発明に含まれる。

１００ａ…照射電子線、
１００ｂ…ミラー電子線、
１０１…電子銃、
１０２…コンデンサレンズ、
１０３…セパレータ、
１０４…被検査ウェハ、
１０５…電子銃制御装置、
１０６…Ｅ×Ｂ偏向器、
１０７…対物レンズ、
１０８…移動ステージ、
１０９…絶縁部材、
１１０…移動ステージ制御装置、
１１１…高圧電源、
１１２…中間レンズ、
１１３…投影レンズ、
１１４…画像検出部、
１１５…欠陥判定部、
１１６…電子光学系制御装置、
１１７…検査装置制御部、
１１８…モニタ付入出力装置、
２００…蛍光体面、
２０１…プレート、
２０２ａ〜ｄ…スリット、
２０３…ファイバー束、
２０４…ＣＣＤデバイス受光面、
２０５ａ〜ｄ…ファラデーカップ、
４００…開口付真空フランジ、
４０１…ガラス板、
４０２…電子線検出ＣＣＤ、
６００…電子線検出部、
６０１…検出部支持部、
７００…電子線検出器

Claims (12)

1. 電子銃と、
   前記電子銃から面状の電子線を試料に照射する照射光学系と、
   前記試料の表面上に負電位を印加する負電位印加電源と、
   前記試料の表面上に形成された負電位によって前記表面近傍にて反射したミラー電子を検出するミラー電子検出系と、
   移動するステージ上において前記試料から発生するミラー電子を電気信号に変換する時間遅延積分型の画像検出素子と、
   前記画像検出素子の周囲に配置された複数の電子線検出器と、を有し、
   前記複数の電子線検出器の出力に基づき、前記面状の電子線の照射位置を変更し、
   当該複数の電子線検出器の出力は、前記時間遅延積分のラインレートを前記画像検出素子の段数で除した周波数よりも高い周波数の変動をフィルタリングされることを特徴とする検査装置。
2. 請求項１において、
   前記画像検出素子の周辺に配置される前記電子線検出器が、十字状に配置された４つの矩形の電子線感度領域を有することを特徴とする検査装置。
3. 請求項２において、
   前記矩形の電子線感度領域の短辺の長さが、前記画像検出素子の大きさの２分の１より小さいことを特徴とする検査装置。
4. 請求項１において、
   前記電子線検出器は、矩形の開口を有するファラデーカップであることを特徴とする検査装置。
5. 請求項１において、
   前記電子線検出器は、矩形の感度領域を有する半導体検出器であることを特徴とする検査装置。
6. 請求項１において、
   前記電子線検出器は、矩形の蛍光面を有することを特徴とする検査装置。
7. 請求項１において、
   前記画像検出素子が、断面に蛍光体を塗布したガラスファイバーをＣＣＤ素子に接着した構成であることを特徴とした検査装置。
8. 請求項１において、
   前記画像検出素子はガラス板上に蛍光体を塗布したものであり、
   前記検査装置は、封止のための真空フランジと、
   前記真空フランジの外から前記蛍光体による蛍光像を撮像する撮像部とを有することを特徴とする検査装置。
9. 請求項１において、
   前記画像検出素子は、電子線に対し感度を有するＣＣＤ素子であることを特徴とする検査装置。
10. 請求項１において、
    前記電子線検出器の位置は、電子光学系光軸上における、前記試料と前記画像検出素子との間に配置されていることを特徴とする検査装置。
11. 請求項１において、
    前記電子線検出器の位置は、ミラー電子像の所望の位置に対し、一定の距離を離した位
    置であることを特徴とする検査装置。
12. 請求項１１において、
    前記電子線検出器は、前記一定の距離に基づいて動作する微動機構を備えていることを特徴とする検査装置。

Images