JP6291199B2 - 検査装置および検査用画像データの生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子を検査対象に照射して、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査するために検査用画像データを生成する技術に関する。

半導体ウエハなどの検査対象に対して電子源から荷電粒子を照射して、検査対象の表面の性状に応じて得られる二次荷電粒子を撮像装置で検出し、その検出結果に基づいて生成される画像データを用いて、検査対象の表面に形成されたパターン等を検査するための検査装置が広く知られている（例えば、下記の特許文献１）。こうした検査装置では、電子源からのエミッション電流に変動が生じると、電子像の輝度が変化し、その結果、出力される画像に輝度ムラが生じ、検査精度が低下することになる。このようなことから、エミッション電流を監視して、フィードバック制御によってエミッション電流を設定値に制御する技術が知られている（例えば、下記の特許文献２）。

国際公開第２００２/００１５９６号公報 特開２００６−３２４１２４号公報

しかしながら、フィードバック制御では、エミッション電流の変動を検出した後に、変動を緩和する制御が行われるので、エミッション電流の変動による画像データへの影響は、完全には解消できない。したがって、エミッション電流の変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる他の技術が求められる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、検査装置として提供される。この検査装置は、荷電粒子をビームとして照射する電子源を有する１次光学系と、電子源から照射されるビームのエミッション電流値を検出する電流検出部と、ビームの検査対象への照射によって得られる二次荷電粒子の量を検出する撮像素子を有する撮像部と、撮像部の撮像結果に基づいて、画像データを生成する画像データ生成部と、撮像結果または画像データを、検出されたエミッション電流値に基づいて補正する補正部とを備える。

かかる検査装置によれば、エミッション電流値に変動が生じたとしても、その変動に伴う画像データへの影響を緩和するように、撮像結果または画像データを補正できる。したがって、エミッション電流の変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明の第２の形態として、第１の形態において、補正部は、エミッション電流値について予め定められた目標値と、検出されたエミッション電流値と、に基づいて、補正を行ってもよい。かかる形態によれば、画像データを、エミッション電流値が目標値の通りであった場合に得られる画像データに近づくように補正できる。したがって、画像データの輝度値を所望の程度に調整しつつ、輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明の第３の形態として、第２の形態において、補正部は、検出されたエミッション電流値が目標値よりも小さい場合に、撮像結果または画像データが表す輝度値を大きくする補正を行ってもよい。かかる形態によれば、エミッション電流値が所望の程度よりも小さい側に変動した場合に、当該変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明の第４の形態として、第２または第３の形態において、補正部は、検出されたエミッション電流値が目標値よりも大きい場合に、撮像結果または画像データが表す輝度値を小さくする補正を行ってもよい。かかる形態によれば、エミッション電流値が所望の程度よりも大きい側に変動した場合に、当該変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明の第５の形態として、第１ないし第４のいずれかの形態の検査装置は、さらに、検出されたエミッション電流値に基づいて、エミッション電流値の変動が抑制されるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部を備えていてもよい。かかる形態によれば、エミッション電流値の変動自体が抑制されるので、輝度ムラの発生をいっそう抑制できる。

本発明の第６の形態として、第１ないし第５のいずれかの形態の検査装置は、さらに、検査対象を保持可能な移動部であって、検査対象を、１次光学系によるビームの照射位置上で所定の方向に移動させる移動部を備えていてもよい。撮像部は、撮像素子が所定の方向に所定の段数だけ配列されたＴＤＩセンサであって、移動部を所定の方向に移動させながら行われるビームの検査対象への照射によって得られる二次荷電粒子の量を時間遅延積分方式によって所定の方向に沿って積算するＴＤＩセンサを備えていてもよい。かかる形態によれば、ＴＤＩセンサを用いて高感度の撮像を行う場合にも、輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明の第７の形態として、第６の形態において、補正部は、ＴＤＩセンサが所定の段数分だけ二次荷電粒子の量を積算する積算期間の間に電流検出部によって検出されたエミッション電流値の平均値に基づいて、積算期間の間に積算された二次荷電粒子の量に対応する撮像結果または画像データを補正してもよい。かかる形態によれば、検査対象の所定領域の画像がＴＤＩセンサに投影される期間と、当該所定領域に対しての補正に用いられるエミッション電流値を検出するための期間と、が一致するので、良好な補正精度が得られ、その結果、輝度ムラの発生を良好に抑制できる。

本発明の第８の形態は、検査用画像データの生成方法として提供される。この方法は、電子源から検査対象に荷電粒子をビームとして照射する工程と、電子源から照射されるビームのエミッション電流値を検出する工程と、ビームの検査対象への照射によって得られる二次荷電粒子の量を検出する工程と、二次荷電粒子の量の検出結果に基づいて画像データを生成する工程と、二次荷電粒子の量の検出結果、または、画像データを、検出されたエミッション電流値に基づいて補正する工程とを備える。かかる方法によれば、第１の形態と同様の効果を奏する。第８の形態に、第２ないし第７のいずれかの形態を付加することも可能である。

本発明は、上述の形態のほか、検査用画像データ生成装置、検査用画像データ補正装置、検査用画像データを生成するためのプログラムなど、種々の形態で実現することができる。

本発明の実施例としての検査装置の概略立面図である。 図１に示す検査装置の概略平面図である。 電子光学装置の概略構成を示す説明図である。 ＴＤＩセンサにおける二次荷電粒子の量を積算する様子を模式的に示す説明図である。 電子源の概略構成を示す説明図である。 ＴＤＩセンサにおける撮像結果に対する補正処理の具体例を示す説明図である。 補正処理を行うための構成の一例を示すブロック図である。

Ａ．実施例：
図１および図２は、本発明の検査装置の一実施例としての半導体検査装置（以下、単に検査装置とも呼ぶ）５の概略構成を示す。図１は、検査装置５の概略立面図（図２のＡ−Ａ矢視）であり、図２は、検査装置５の概略平面図（図１のＢ−Ｂ矢視）である。検査装置５は、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥、検査対象の表面上の異物の存在等を検査する装置である。検査対象としては、半導体ウエハ、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク（およびテンプレート）、光学素子用基板、光回路用基板等を例示できる。異物としては、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等を例示できる。かかる異物は、例えば、絶縁物、導電物、半導体材料、または、これらの複合体などからなる。以下では、検査装置５によって半導体ウエハ（以下、単にウエハＷとも呼ぶ）を検査するものとして説明する。ウエハの検査は、半導体製造工程においてウエハの処理プロセスが行われた後、または、処理プロセスの途中で行われる。例えば、検査は、成膜工程、ＣＭＰまたはイオン注入を受けたウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ、配線パターンが未だに形成されていないウエハなどを対象として行われる。

検査装置５は、図１に示すように、カセットホルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、主ハウジング３０と、ローダハウジング４０と、ステージ装置５０と、電子光学装置７０と、画像処理装置８０と、制御装置８９とを備えている。図１および図２に示すように、カセットホルダ１０は、カセットＣを複数個（図２では２個）保持するようになっている。カセットＣには、検査対象としての複数枚のウエハＷが上下方向に平行に並べられた状態で収納される。本実施例では、カセットホルダ１０は、昇降テーブル上の図２に鎖線で示された位置にカセットＣを自動的にセットできるように構成されている。カセットホルダ１０にセットされたカセットＣは、図２に実線で示された位置、すなわち、後述するミニエンバイロメント装置２０内の第１搬送ユニット６１の回動軸線Ｏ−Ｏ（図１参照）を向いた位置まで自動的に回転される。

ミニエンバイロメント装置２０は、図１および図２に示すように、ハウジング２２と、気体循環装置２３と、排出装置２４と、プリアライナ２５とを備えている。ハウジング２２の内部には、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間２１が形成されている。また、ミニエンバイロメント空間２１内には、第１搬送ユニット６１が設置されている。気体循環装置２３は、清浄な気体（ここでは空気）をミニエンバイロメント空間２１内で循環させて雰囲気制御を行う。排出装置２４は、ミニエンバイロメント空間２１内に供給された空気の一部を回収して外部に排出する。プリアライナ２５は、ウエハを粗位置決めする。

第１搬送ユニット６１は、ミニエンバイロメント空間２１内に設置されている。この第１搬送ユニット６１は、軸線Ｏ−Ｏの周りを回転可能な多節のアームを有している。このアームは、半径方向に伸縮可能に構成されている。アームの先端には、ウエハＷを把持する把持装置、例えば、機械式チャック、真空式チャックまたは静電チャックが設けられている。かかるアームは、上下方向に移動可能になっている。第１搬送ユニット６１は、カセットホルダ１０内に保持された複数のウエハのうちの所要のウエハＷを把持し、後述す
るローダハウジング４０内のウエハラック４１に受け渡す。

ローダハウジング４０の内部には、図１および図２に示すように、ウエハラック４１と第２搬送ユニット６２とが設置されている。ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２と、ローダハウジング４０とは、シャッタ装置２７によって区切られており、シャッタ装置２７は、ウエハＷの受け渡し時のみに開かれる。ウエハラック４１は、複数（図１では２枚）のウエハＷを上下に隔てて水平の状態で支持する。第２搬送ユニット６２は、上述の第１搬送ユニットと基本的に同じ構成を有している。第２搬送ユニット６２は、ウエハラック４１と、後述するステージ装置５０のホルダ５５との間で、ウエハＷの搬送を行う。かかるローダハウジング４０の内部は、高真空状態（真空度としては１０^−５〜１０^−６Ｐａ）に雰囲気制御されるとともに、不活性ガス（例えば、乾燥純窒素）が注入される。

主ハウジング３０内には、図１および図２に示すように、ウエハＷを移動させる移動部の一例としてのステージ装置５０が設けられている。ステージ装置５０は、底壁上に配置された固定テーブル５１と、固定テーブル上でＹ方向に移動するＹテーブル５２と、Ｙテーブル上でＸ方向に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。Ｙテーブル５２は、主ハウジング３０の外部に設けられたアクチュエータであるサーボモータ５６によって、Ｙ方向に移動される。Ｘテーブル５３は、主ハウジング３０の外部に設けられたアクチュエータであるサーボモータ５７によって、Ｘ方向に移動される。ホルダ５５は、機械式チャックまたは静電式チャックで解放可能にウエハＷをその載置面上に保持する。ホルダ５５に保持されたウエハＷのＹ方向の位置は、位置検出部（位置センサ）５８によって検知される。位置検出部５８は、干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置であり、ホルダ５５の載置面の基準位置を微細径レーザによって検知する。図１および図２において、位置検出部５８の位置は、概略的に示している。位置検出部５８は、例えば、Ｙテーブル５２（またはホルダ５５）に固定されたミラープレートに向けてレーザを照射し、レーザ干渉計によって、レーザの入射波と、ミラープレートからの反射波との位相差に基づいて、ウエハＷ、厳密には、Ｙテーブル５２（またはホルダ５５）の座標を検出する。レーザ干渉計は、主ハウジング３０の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。また、レーザ干渉計は、光ケーブルを介して、レーザの光路に設けられた光ピックアップに接続され、主ハウジング３０から離れた位置に設けられていてもよい。

電子光学装置７０は、荷電粒子をビームとして、Ｙ方向（図２参照）に移動中のウエハＷに照射し、それによって得られる二次荷電粒子の量を検出する。ウエハＷの移動は、ステージ装置５０によって行われる。電子光学装置７０の詳細については、後述する。

図１に示す画像処理装置８０は、電子光学装置７０によって得られた二次荷電粒子の量に基づいて、画像データを生成する。生成される画像データは、輝度値を階調値として有する。画像処理装置８０は、本実施例では、メモリとＣＰＵとを備えており、予め記憶されたプログラムを実行することによって、補正部８１および画像データ生成部８２として機能する。これらの機能については、後述する。なお、画像処理装置８０の各機能部の少なくとも一部は、専用のハードウェア回路で構成されていてもよい。

画像処理装置８０によって生成された画像データは、任意の方法によって、ウエハＷの表面に形成されたパターンの欠陥や異物の有無等の検査に用いられる。この検査は、情報処理装置などを用いて自動的に行われてもよい。例えば、情報処理装置は、輝度値が閾値以上に高い領域を検出してもよいし、生成された画像データと、予め用意された基準画像データとのパターンマッチングを行ってもよい。あるいは、検査は、画像データが表す画像、または、画像データを構成する各画素の階調値に基づいて、検査員によって行われて
もよい。

図１に示す制御装置８９は、検査装置５の動作全般を制御する。例えば、制御装置８９は、ステージ装置５０に移動指令を送出して、ウエハＷを保持するホルダ５５を所定の移動速度でＹ方向に移動させる。制御装置８９は、メモリとＣＰＵとを備え、予め記憶されたプログラムを実行することによって、所要の機能を実現してもよい。あるいは、制御装置８９は、ソフトウェアでの機能の実現に加えて、または、代えて、所要の機能の少なくとも一部を専用のハードウェア回路で実現してもよい。

図３は、電子光学装置７０の概略構成を示す。本実施例では、電子光学装置７０は、検査対象の広い面に一括して電子線を照射し、それによって得られる二次荷電粒子の量を一括して検出する写像投影型電子顕微鏡である。ただし、電子光学装置７０は、他のタイプの電子顕微鏡、例えば、細く絞った電子線を検査対象の表面で走査し、それによって得られる二次荷電粒子の量を、電子線の径に相当する画素単位で検出する取得する走査型電子顕微鏡であってもよい。図示するように、電子光学装置７０は、一次光学系７２と、二次光学系７３と、ＴＤＩセンサ７５とを備えている。一次光学系７２は、荷電粒子をビームとして生成し、当該ビームをホルダ５５に保持されたウエハＷに照射する。この一次光学系７２は、電子源９０と、レンズ７２ａ，７２ｄと、アパーチャ７２ｂ，７２ｃと、Ｅ×Ｂフィルタ７２ｅと、レンズ７２ｆ，７２ｈ，７２ｉと、アパーチャ７２ｇとを備えている。電子源９０は、電子ビームを生成する電子銃であり、その詳細は後述する。

荷電粒子をウエハＷに照射することによって、ウエハＷの状態（パターンの形成状態、異物の付着状態など）に応じた二次荷電粒子が得られる。本明細書において、二次荷電粒子とは、二次放出電子、ミラー電子および光電子のいずれか、または、これらが混在したものである。二次放出電子とは、二次電子、反射電子および後方散乱電子のいずれか、または、これらのうちの少なくとも２つが混在したものである。二次放出電子は、ウエハＷの表面に電子線などの荷電粒子を照射したときに、ウエハＷの表面に荷電粒子が衝突して発生する。ミラー電子は、ウエハＷの表面に電子線などの荷電粒子を照射したときに、照射した荷電粒子がウエハＷの表面に衝突せずに、当該表面近傍にて反射することによって発生する。

レンズ７２ａ，７２ｄおよびアパーチャ７２ｂ，７２ｃは、電子源９０よって生成された電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御し、斜め方向から入射するように電子ビームをＥ×Ｂフィルタ７２ｅに導く。Ｅ×Ｂフィルタ７２ｅに入射された電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受けて、鉛直下方向に偏向され、レンズ７２ｆ，７２ｈ，７２ｉおよびアパーチャ７２ｇを介してウエハＷに向けて導かれる。レンズ７２ｆ，７２ｈ，７２ｉは、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーを調整する。

ウエハＷへの電子ビームの照射によって、ウエハＷ上の異物がチャージアップされ、それによって、入射電子の一部がウエハＷに接触せずに跳ね返される。これによって、ミラー電子が二次光学系７３を介して、ＴＤＩセンサ７５に導かれる。また、入射電子の一部がウエハＷ上に接触することによって、二次放出電子が放出される。

電子ビームの照射によって得られた二次荷電粒子（ここでは、ミラー電子および二次放出電子）は、対物レンズ７２ｉ、レンズ７２ｈ、アパーチャ７２ｇ、レンズ７２ｆおよびＥ×Ｂフィルタ７２ｅを再度通過した後、二次光学系７３に導かれる。二次光学系７３は、電子ビームの照射によって得られた二次荷電粒子をＴＤＩセンサ７５に導く。二次光学系７３は、レンズ７３ａ，７３ｃと、ＮＡアパーチャ７３ｂと、アライナ７３ｄとを備えている。二次光学系７３においては、レンズ７３ａ、ＮＡアパーチャ７３ｂおよびレンズ
７３ｃを通過することによって二次荷電粒子が集められ、アライナ６４によって整えられる。ＮＡアパーチャ７３ｂは、二次系の透過率・収差を規定する役割を有している。

ＴＤＩセンサ７５は、Ｙ方向に所定の段数（複数）だけ配列された撮像素子を有しており、二次光学系７３によって導かれた二次荷電粒子の量を検出する。本実施例では、ＴＤＩセンサ７５の撮像素子は、Ｘ方向にも配列される。ＴＤＩセンサ７５での検出は、ステージ装置５０によってウエハＷをＹ方向に沿って移動させつつ、ウエハＷに電子ビームを照射し、それによって得られる二次荷電粒子の量（電荷）を時間遅延積分方式によってＹ方向に沿ってＹ方向の段数分だけ積算することによって行われる。ウエハＷの移動方向と、ＴＤＩセンサ７５による積算の方向は、同一の方向である。二次荷電粒子の量は、ＴＤＩセンサ７５に転送クロックが入力されるごとに、１段分ずつ積算される。換言すれば、ＴＤＩセンサ７５の１つの画素に蓄積された電荷は、転送クロックが入力されるごとに、Ｙ方向の隣の画素に転送される。そして、Ｙ方向の段数分だけ積算された検出量、すなわち、最終段まで積算された検出量（積算検出量とも呼ぶ）は、転送クロックが入力されるごとに、画像処理装置８０に転送される。なお、ＴＤＩセンサ７５の積算方向は、Ｙ方向に限らず、Ｘ方向であってもよい。この場合、ウエハＷは、Ｘ方向に移動される。

図４は、ＴＤＩセンサ７５が、二次荷電粒子の量を積算する様子を模式的に示す。ＴＤＩセンサの構成は、公知であるため、ここでは、二次荷電粒子の量が積算される様子のみについて説明する。ここでは、説明の便を考慮し、ＴＤＩセンサ７５は、第１の方向Ｄ１（上述のＸ方向）に５画素配列され、第２の方向Ｄ２（上述のＹ方向）には配列されていないものとして説明する。図４において、Ｐ１〜Ｐ５は、第１の方向Ｄ１に配列された各撮像素子（画素）を示す。図示する例では、ＴＤＩセンサ７５による検出の際に、ウエハＷは、画素Ｐ１からＰ５に向かう方向に移動する。図４において、Ｔ１１〜Ｔ１５は、ウエハＷが１画素分移動するのに実際に要した時間（期間）を示す。例えば、時間Ｔ１１は、画素Ｐ１に相当する距離の移動に要した時間であり、時間Ｔ１２は、画素Ｐ２に相当する距離の移動に要した時間である。

図４に示すように、ＴＤＩセンサ７５による検出では、まず、時間Ｔ１１の間に画素Ｐ１に、感知した二次荷電粒子の量に応じた電荷Ｑ１が蓄積される。この電荷Ｑ１は、時間Ｔ１１の経過直後のタイミングでＴＤＩセンサ７５に入力される転送クロックに従って、画素Ｐ１に隣り合う画素Ｐ２に転送される。時間Ｔ１１に続く時間Ｔ１２の間に、画素Ｐ２には、画素Ｐ１から転送された電荷Ｑ１に加えて、電荷Ｑ２が蓄積される。その結果、時間Ｔ１２の経過時には、画素Ｐ２には、電荷Ｑ１＋Ｑ２が蓄積される。この電荷Ｑ１＋Ｑ２は、時間Ｔ１２の経過直後のタイミングで画素Ｐ３に転送される。時間Ｔ１２に続く時間Ｔ１３の間に、画素Ｐ３には、画素Ｐ２から転送された電荷Ｑ１＋Ｑ２に加えて、電荷Ｑ３が蓄積される。その結果、時間Ｔ１３の経過時には、画素Ｐ３には、電荷Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３が蓄積される。このようにして、電荷が順次積算されることによって、時間Ｔ１１〜Ｔ１５の経過後には、画素Ｐ５に電荷Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４＋Ｑ５が蓄積され、画像処理装置８０に転送される。このようにして、ウエハＷの同一の位置から得られる二次荷電粒子の量が積算されることによって、ウエハＷを第１の方向Ｄ１に沿って高速移動させる場合であっても、全体として十分な露光時間が確保され、高感度の撮像データが得られる。なお、本実施例では、転送クロックは、ホルダ５５（ウエハＷ）がＴＤＩセンサ７５の１画素に相当する距離だけ移動するごとにＴＤＩセンサ７５に入力される。ただし、転送クロックの入力タイミングは、特に限定するものではなく、例えば、一定時間ごとに入力されてもよい。

このようにして得られる輝度データは、例えば、ウエハＷ上の異物の有無の状況を好適に反映したものとなる。これは、上述したミラー電子は、散乱しないのに対して、二次放出電子は、散乱するので、ウエハＷ上の異物が存在する領域から得られた二次荷電粒子の
量は、その他の領域から得られた二次荷電粒子の量よりも大幅に多くなるからである。つまり、異物が存在する領域は、異物が存在しない領域と比べて、輝度が高い領域として撮像される。ただし、電子源９０から照射される電子ビームのエミッション電流が変動すると、二次荷電粒子の量も変動するので、ＴＤＩセンサ７５によって得られる輝度データには、異物の存在の有無に依存しない輝度ムラが生じることになる。

本実施例の検査装置５は、このような輝度ムラの発生を抑制可能な２つの構成を備えている。１つは、エミッション電流値のフィードバック制御を行う構成であり、他の１つは、補正処理を行う構成である。補正処理は、本実施例では、エミッション電流計９６によって検出されるエミッション電流値に基づいて、ＴＤＩセンサ７５の撮像結果に対して輝度値の補正を行う処理である。この補正処理は、画像処理装置８０の補正部８１によって行われる。補正部８１によって輝度補正された積算検出量は、画像データ生成部８２に出力される。画像データ生成部８２は、補正部８１から受け取った積算検出値を合成して、Ｘ方向およびＹ方向に配列された画素値（輝度値）によって構成される画像データを生成する。なお、補正処理と画像データの生成処理との順序は、逆であってもよい。つまり、画像データ生成部８２が、ＴＤＩセンサ７５から転送されたデータを合成して画像データを生成し、その後、補正部８１が、生成された画像データに対して補正処理を行ってもよい。また、フィードバック制御は省略して、補正処理のみを行うことも可能である。以下、フィードバック制御と補正処理について説明する。

図５は、フィードバック制御を行うための電子源９０の概略構成を示す。電子源９０は、ウェネルト９１と、フィラメント９２と、電源装置９３とを備えている。電源装置９３は、加速電源９４と、ウェネルト電源９５と、ヒート電流源９７と、フィラメント電流計９８と、エミッション電流計９６と、フィードバック制御部９９とを備えている。フィラメント９２はヒート電流源９７によって電流が印加されることで加熱され、その結果、フィラメント９２から熱電子が放出されやすくなる。フィラメント電流計９８は、フィラメント９２に実際に流れている電流量を計測する。熱電子は、加速電源９４の電圧によって加速されることで電子ビームとして放出され、放出される電子の量は、ウェネルト９１に印加する電圧によって制御される。

フィラメント９２から放出される電子の量（エミッション電流値）は、エミッション電流計９６によって検出される。エミッション電流計９６によって検出された電流値は、フィードバック制御部９９に入力される。フィードバック制御部９９は、入力されるエミッション電流値に基づいてウェネルト電源９５を操作し、ウェネルト９１に印加される電圧値を制御することによって、エミッション電流値が目標値に保たれるようにフィードバック制御を行う。

補正処理は、本実施例では、次式（１）によって行われる。ＩＶ０は、補正処理前の積算検出量であり、ＩＶ１は、補正処理後の積算検出量である。Ｋは、補正係数であり、次式（２）によって算出される。Ａ０は、エミッション電流値についての目標値である。Ａｎ（ｎは１以上の整数）は、エミッション電流計９６によって検出されたエミッション電流値（以下、実エミッション電流値とも呼ぶ）である。
ＩＶ１＝Ｋ×ＩＶ０・・・（１）
Ｋ＝Ａ０／Ａｎ・・・（２）

目標値Ａ０は、検査画像が所望の輝度を有するようにユーザによって設定されるものであり、画像処理装置８０に予め記憶されていてもよいし、検査の際にユーザが輝度を調節して設定してもよい。実エミッション電流値Ａｎは、本実施例では、ＴＤＩセンサ７５がＹ方向の段数分だけ二次荷電粒子の量を積算する期間Ｔｎ中にエミッション電流計９６によって検出されたエミッション電流値の特徴量（ここでは単純平均値）である。

上記の式（１），（２）から明らかなように、補正処理では、実エミッション電流値Ａｎが目標値Ａ０よりも小さい場合には、ＴＤＩセンサ７５の撮像結果は、当該撮像結果の輝度値が大きくなるように補正される。一方、実エミッション電流値Ａｎが目標値Ａ０よりも大きい場合には、ＴＤＩセンサ７５の撮像結果は、当該撮像結果の輝度値が小さくなるように補正される。本実施例では、エミッション電流と二次荷電粒子の量とは、正比例の関係にあると仮定して、補正係数Ｋを上記の式（２）のように設定している。かかる構成とすれば、当該正比例関係を前提として、期間Ｔｎにおける平均値としては、エミッション電流値の変動の撮像結果への影響を完全に解消できる。

図６は、ＴＤＩセンサ７５の撮像結果に対する補正処理の具体例を示す。この例では、先に画像データが生成され、その後に補正処理が行われる例を示している。図６（ａ）は、補正処理前の画像データの画素配置を示す。Ｙ＝１の画素群は、ＴＤＩセンサ７５によって画像処理装置８０に最初に転送された画素群である。Ｙ＝２の画素群は、Ｙ＝１の画素群の次に転送された画素群である。つまり、Ｙ方向の数字の並びは、ＴＤＩセンサ７５から転送された順番を表している。図６（ｂ）は、Ｘ方向に沿った期間Ｔｎ（この例では、ｎ＝１〜８）ごとの実エミッション電流値Ａｎを示す。例えば、実エミッション電流値Ａ１は、期間Ｔ１（例えば、図４に示した時間Ｔ１１〜Ｔ１５に相当）におけるエミッション電流の平均値である。図６（ｃ）は、積算検出値を合成して生成された画像データの各画素の画素値を表す。つまり、図６（ｃ）は、補正処理前積算検出量ＩＶ０である。補正処理前積算検出量ＩＶ０（画素値）は、ここでは、２５６階調の輝度値である。図６（ｄ）は、Ｙ＝ｎの画素群にそれぞれ適用される補正係数Ｋを示す。図６（ｅ）は、図６（ｃ）に示した補正処理前積算検出量ＩＶ０と、図６（ｄ）に示した補正係数Ｋとに基づき、式（２）によって算出された補正処理後積算検出量ＩＶ１である。

かかる補正処理を実現するための構成の一例を図７に示す。図示する例は、補正処理後に画像データを生成する場合の構成である。図示するように、補正部８１は、平均算出部８３と、除算部８４と、乗算部８５とを備えている。制御装置８９からステージ装置５０（サーボモータ５６）に移動指令が与えられると、Ｙテーブル５２がＹ方向に移動される。このＹテーブル５２の移動量は、位置センサ５８によって検出される。そして、位置センサ５８によって検出された位置情報は、ＴＤＩクロック生成器７４に入力される。ＴＤＩクロック生成器７４は、受け取った位置情報に基づいて、Ｙテーブル５２がＹ方向に１画素移動するたびに、ＴＤＩクロック（転送クロック）をＴＤＩセンサ７５に入力する。ＴＤＩセンサ７５は、このＴＤＩクロックに従って、電荷を積算し、最終段まで積算された電荷を、内蔵のＡ／Ｄ変換部（図示省略）に転送する。Ａ／Ｄ変換部によってデジタル値に変換された補正処理前積算検出量ＩＶ０は、乗算部８５に入力される。また、ＴＤＩセンサ７５は、二次荷電粒子の量（電荷）を転送するたびに、転送を行ったことを表す転送信号を平均算出部８３に入力する。

一方、補正部８１では、平均算出部８３は、エミッション電流計９６からサンプリング回路（図示省略）を介して出力されるエミッション電流値を用いて、実エミッション電流値Ａｎの算出を行う。具体的には、平均算出部８３は、転送信号を直近の所定回数（図４の例では、５回）だけ受信するのに要した時間の間に入力されたエミッション電流値の平均値を算出する。算出された平均値すなわち実エミッション電流値Ａｎは、除算部８４に入力される。除算部８４は、制御装置８９から入力される目標値Ａ０と、平均算出部８３から入力される実エミッション電流値Ａｎとに基づいて、上記の式（２）を用いて、補正係数Ｋを算出する。算出された補正係数Ｋは、乗算部８５に入力され、乗算部８５での補正処理、すなわち、上記の式（１）による演算が行われる。乗算部８５の演算結果、すなわち、補正処理後積算検出量ＩＶ１は、画像データ生成部８２に入力される。

図示は省略するが、画像データ生成部８２が、ＴＤＩセンサ７５から転送されたデータを合成して画像データを生成し、その後、補正部８１が、生成された画像データに対して補正処理を行う場合には、補正部８１は、例えば、以下のようにして補正処理を行うことができる。補正部８１は、まず、図７と同様に、実エミッション電流値Ａｎを順次算出し、あるいは、補正係数Ｋを順次算出し、それぞれの実エミッション電流値Ａｎまたは補正係数Ｋをバッファに格納しておく。次に、補正部８１は、画像データ生成部８２によって生成された画像データから、ＴＤＩセンサ７５から１回の転送で受け取ったデータ群を、受け取った順に順次抽出する。そして、抽出されたデータ群に対して、補正処理を行う。

以上説明した検査装置５によれば、実エミッション電流値Ａｎに基づいて、ＴＤＩセンサ７５の撮像結果、または、画像データを補正する補正処理を行うので、電子源９０のエミッション電流値に変動が生じたとしても、エミッション電流の変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。しかも、目標値Ａ０に基づいて、補正処理を行うので、生成される画像データの輝度値を所望の程度に近づけることができる。より具体的には、検査装置５によれば、補正部８１は、実エミッション電流値Ａｎが目標値Ａ０よりも小さい場合に、撮像結果または画像データが表す輝度値を大きくする補正を行う。したがって、エミッション電流値が目標値Ａ０よりも小さい側に変動した場合に、当該変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。また、検査装置５によれば、補正部８１は、実エミッション電流値Ａｎが目標値Ａ０よりも大きい場合に、撮像結果または画像データが表す輝度値を小さくする補正を行う。したがって、エミッション電流値が目標値Ａ０よりも大きい側に変動した場合に、当該変動に伴う画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。かかるＡｎ＞Ａ０の場合の制御と、Ａｎ＜Ａ０の場合の制御とは、その両方が実施されることが望ましいが、いずれか一方のみが実施されてもよい。例えば、電子光学装置７０の特性が、Ａｎ＞Ａ０およびＡｎ＜Ａ０のいずれか一方の事象に偏って生じるものである場合には、一方の制御のみを実施してもよい。

さらに、検査装置５によれば、検出されたエミッション電流値に基づいて、エミッション電流値の変動が抑制されるようにフィードバック制御を行い、フィードバック制御されたエミッション電流値に基づいて、補正処理を行う。したがって、フィードバック制御と補正処理とが相まって、フィードバック制御では完全には解消できない輝度ムラの発生をいっそう抑制できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
実エミッション電流値Ａｎは、ＴＤＩセンサ７５がＹ方向の段数分だけ二次荷電粒子の量を積算する期間Ｔｎよりも短い期間においてエミッション電流計９６によって検出されたエミッション電流値の特徴量（例えば平均値）としてもよい。例えば、ＴＤＩセンサ７５のＹ方向の段数が２０４８である場合には、実エミッション電流値Ａｎは、二次荷電粒子の量を２０００段分だけ積算する期間におけるエミッション電流値の平均値としてもよい。かかる構成によれば、補正処理の精度に大きな影響を与えることなく、画像データの生成速度を高めることができる。

Ｂ−２．変形例２：
二次荷電粒子の量を検出する撮像手段は、ＴＤＩセンサ７５に限らず、任意の撮像手段、例えば、ＥＢ（Electron Bombardment）−ＣＣＤ、Ｉ(Intensified)−ＣＣＤなどであってもよい。

Ｂ−３．変形例３：
補正処理に使用する補正式は、上述の例に限られない。例えば、補正係数Ｋは、実エミッション電流値Ａｎと目標値Ａ０とを変数とする任意の関数としてもよい。この場合、関
数は、エミッション電流値と二次荷電粒子の量との相関関係を実験的に把握し、設定してもよい。もとより、補正処理は、必ずしも目標値Ａ０を使用して行う必要はなく、エミッション電流値の変動に起因する画像データへの影響、すなわち、輝度値の変動が緩和されるように、実エミッション電流値Ａｎのみに基づいて行われてもよい。例えば、画像データの各画素ごとの（あるいは、撮像結果における各画素データごとの）、二次荷電粒子の検出過程で検出されたエミッション電流値の各々から、当該電流値の平均値Ａａｖを算出し、次式（３）によって、補正係数Ｋを算出してもよい。かかる構成としても、エミッション電流値の変動が均されるので、画像データの輝度ムラの発生を抑制できる。
Ｋ＝Ａａｖ／Ａｎ・・・（３）

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

５…検査装置
１０…カセットホルダ
２０…ミニエンバイロメント装置
２１…ミニエンバイロメント空間
２２…ハウジング
２３…気体循環装置
２４…排出装置
２５…プリアライナ
２７…シャッタ装置
３０…主ハウジング
４０…ローダハウジング
４１…ウエハラック
５０…ステージ装置
５１…固定テーブル
５２…Ｙテーブル
５３…Ｘテーブル
５４…回転テーブル
５５…ホルダ
５６，５７…サーボモータ
５８…位置センサ
６１，６２…搬送ユニット
６４…アライナ
７０…電子光学装置
７２…一次光学系
７２ａ，７２ｄ，７２ｆ，７２ｈ，７２ｉ…レンズ
７２ｂ，７２ｃ，７２ｇ…アパーチャ
７２ｅ…Ｅ×Ｂフィルタ
７３…二次光学系
７３ａ，７３ｃ…レンズ
７３ｂ…ＮＡアパーチャ
７３ｄ…アライナ
７５…ＴＤＩセンサ
８０…画像処理装置
８１…補正部
８２…画像データ生成部
８３…平均算出部
８４…除算部
８５…乗算部
８９…制御部
９０…電子源
９１…ウェネルト
９２…フィラメント
９３…電源装置
９４…加速電源
９５…ウェネルト電源
９６…エミッション電流計
９７…ヒート電流源
９８…フィラメント電流計
９９…フィードバック制御部
Ｗ…ウエハ
Ｃ…カセット

Claims (7)

1. 検査装置であって、
   荷電粒子をビームとして照射する電子源を有する１次光学系と、
   前記電子源から照射される前記ビームのエミッション電流値を検出する電流検出部と、
   前記ビームの検査対象への照射によって得られる二次荷電粒子の量を検出する撮像素子を有する撮像部と、
   前記撮像部の撮像結果に基づいて、画像データを生成する画像データ生成部と、
   前記撮像結果または前記画像データを、前記検出されたエミッション電流値に基づいて補正する補正部と
   を備え、
   前記補正部は、
   前記二次荷電粒子の量を検出した際の前記エミッション電流に基づいて、前記撮像結果または前記画像データを補正し、
   前記エミッション電流値について予め定められた目標値と、前記検出されたエミッション電流値と、に基づいて、前記補正を行う
   検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置であって、
   前記補正部は、前記検出されたエミッション電流値が前記目標値よりも小さい場合に、前記撮像結果または前記画像データが表す輝度値を大きくする補正を行う
   検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の検査装置であって、
   前記補正部は、前記検出されたエミッション電流値が前記目標値よりも大きい場合に、前記撮像結果または前記画像データが表す輝度値を小さくする補正を行う
   検査装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の検査装置であって、
   さらに、前記検出されたエミッション電流値に基づいて、該エミッション電流値の変動が抑制されるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部を備えた
   検査装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の検査装置であって、
   さらに、前記検査対象を保持可能な移動部であって、前記検査対象を、前記１次光学系による前記ビームの照射位置上で所定の方向に移動させる移動部を備え、
   前記撮像部は、前記撮像素子が前記所定の方向に所定の段数だけ配列されたＴＤＩセンサであって、前記移動部を前記所定の方向に移動させながら行われる前記ビームの前記検査対象への照射によって得られる前記二次荷電粒子の量を時間遅延積分方式によって前記所定の方向に沿って積算するＴＤＩセンサを備えた
   検査装置。
6. 請求項５に記載の検査装置であって、
   前記補正部は、前記ＴＤＩセンサが前記所定の段数分だけ前記二次荷電粒子の量を積算する積算期間の間に前記電流検出部によって検出された前記エミッション電流値の平均値に基づいて、前記積算期間の間に積算された前記二次荷電粒子の量に対応する前記撮像結果または前記画像データを補正する
   検査装置。
7. 検査用画像データの生成方法であって、
   電子源から検査対象に荷電粒子をビームとして照射する工程と、
   前記電子源から照射される前記ビームのエミッション電流値を検出する工程と、
   ビームの検査対象への照射によって得られる二次荷電粒子の量を検出する工程と、
   前記二次荷電粒子の量の検出結果に基づいて画像データを生成する工程と、
   前記二次荷電粒子の量の検出結果、または、前記画像データを、前記検出されたエミッション電流値に基づいて補正する工程と
   を備え、
   前記補正する工程は、
   前記二次荷電粒子の量を検出した際の前記エミッション電流に基づいて、前記撮像結果または前記画像データを補正し、
   前記エミッション電流値について予め定められた目標値と、前記検出されたエミッション電流値と、に基づいて、前記補正を行う
   検査用画像データの生成方法。

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