JPH1173905A

JPH1173905A - パターン検査装置

Info

Publication number: JPH1173905A
Application number: JP9234466A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Watanabe; 洋一渡邊; Sadaaki Kohama; 禎晃小濱
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP4042185B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体ウェーハの回路パターン像
等を取得する検査装置に関し、特に試料全体から一部分
までを高速かつ高感度に検査することができる。【解決手段】ステージ１と、試料に電子ビームを照射
する照射手段２と、電子ビームの照射によって試料から
発生する二次電子等から試料の画像情報を生成する電子
検出手段３と、ステージ１を駆動するステージ駆動手段
４と、二次ビームを偏向する偏向手段５とを備え、電子
検出手段３は、蛍光部６と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ
７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷を
シフトさせる制御部８とを備えて構成され、試料の移動
に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電
荷をシフトさせるステージ走査モードと、偏向手段５に
よる電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置
に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電
荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体ウ
ェーハの回路パターン像等を取得する検査装置に関し、
特に、試料の全体と局所部分とを検査することができる
パターン検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ウェー
ハ、マスクなどの試料に要求される欠陥検出感度は、よ
り一層高くなってきている。例えば、ＤＲＡＭのパター
ン寸法０.２５μｍウェーハパターンに対して欠陥箇所
を検出する場合には、０.１μｍの検出感度が必要とさ
れている。また、検出感度の高感度化とともに検出速度
の高速化も満足させた検査装置の要求が高まってきてい
る。これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いた表
面検査装置が開発されている。

【０００３】例えば、特開平７−２４９３９３号公報に
記載されているように、矩形陰極と四極子レンズとによ
ってビーム断面形状を矩形状または楕円形状に成形する
パターン検査装置が公知である。このパターン検査装置
は、従来の走査型電子顕微鏡のように電子ビームをスポ
ット状に集束させて試料面上を走査するのではなく、矩
形状の一定のビーム照射領域を有する矩形ビームで走査
するため、短時間で試料面上を走査することができ、検
出速度の高速化を実現することができる。

【０００４】しかしながら、矩形ビームは、スポットビ
ームと比較すると、ビーム照射領域が広い分、単位面積
当たりに照射されるビーム量（電流密度）が低下し、検
出画像のコントラストが低下するという問題点があっ
た。そこで、本出願人は、この課題を解決するパターン
検査装置を特願平９−１１７８号出願により提案した。

【０００５】図１３は、このパターン検査装置を説明す
る図である。図１３において、パターン検査装置は、一
次コラム５１、ステージ５２、二次コラム５３を有して
いる。一次コラム５１の真下にステージ５２が配置さ
れ、ステージ５２上には、試料５４が載置される。試料
５４から発生する二次電子を検出する位置に二次コラム
５３が斜めに配置される。

【０００６】一次コラム５１の内部には、電子銃５５が
配置され、電子銃５５から照射される電子ビームの光軸
上に、一次光学系５６が配置される。また、二次コラム
５３の内部には、試料からの二次ビームの光軸上に、カ
ソードレンズ５７および二次光学系５８が配置される。
さらに、二次光学系５８を介して二次ビームが集束する
位置に検出器５９が配置される。検出器５９は、ＴＤＩ
（Time Delay Integration：時間遅延積分型）アレイＣ
ＣＤセンサを有しており、光電信号はＣＣＤカメラ駆動
制御部６０を介して、ＣＰＵ６１に入力される。

【０００７】ＣＰＵ６１は、一次コラム制御ユニット６
２、二次コラム制御ユニット６３およびステージ駆動機
構６４に制御信号を出力する。一次コラム制御ユニット
６２は、一次光学系５６に対して、また、二次コラム制
御ユニット６３は、カソードレンズ５７および二次光学
系５８に対してレンズ電圧制御を行う。また、ステージ
駆動機構６４は、ステージ５２をＸＹ方向に駆動する。

【０００８】さらに、ステージ５２の位置情報がレーザ
干渉計ユニット６５を介してＣＣＤカメラ駆動制御部６
０に入力される。次に、このパターン検査装置の動作に
ついて説明する。一次コラム５１内の電子銃５５から電
子ビーム（一次ビーム）が照射される。一次ビームは、
一次光学系５６によってビーム断面が矩形状または楕円
形状に成形されて、試料面上に照射される。その際、ビ
ーム照射領域は、一定面積を有する矩形状または楕円形
状になる。

【０００９】試料５４にビームが照射されると、そのビ
ーム照射領域から二次電子（二次ビーム）が発生する。
二次ビームは、カソードレンズ５７および二次光学系５
８により集束されて、検出器５９の検出面に、所定の倍
率で拡大投影される。検出器５９は、二次ビームを光信
号に変換し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサによって、さら
に光電変換され、画像信号が生成される。なお、このＴ
ＤＩアレイＣＣＤセンサの撮像動作については後述す
る。

【００１０】ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、検出器５
９から画像信号を取り出し、ＣＰＵ６１に出力する。以
下、ステージ５２をＸＹ方向に駆動して、試料の所定箇
所に電子ビームを照射し、画像検出を繰り返す。ここ
で、このパターン検査装置の特徴点であるＴＤＩアレイ
ＣＣＤセンサの撮像動作について、図１４を用いて説明
する。

【００１１】図１４（１）に示すように、電子ビーム
は、今試料５４の所定箇所に照射されている。このと
き、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサには、図１４（２）に示
すように、電子ビームが照射されている箇所に対応する
水平走査ラインＡに、信号電荷が蓄積される。次に、Ｃ
ＰＵ６１は、所定のタイミングで、図１４（３）に示す
ようにステージ５２および試料５４をＹ方向に一水平走
査ライン分だけ移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメ
ラ駆動制御部６０は、ラインＡに蓄積される信号電荷を
ラインＢに転送する。したがって、図１４（４）に示す
ように、ラインＢには、前回時に蓄積された信号電荷と
今回の撮像時に得た信号電荷が加算されて累積される。

【００１２】図１４（５）に示すように、ＣＰＵ６１は
さらに一水平走査ライン分だけステージ５２および試料
５４を移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメラ駆動制
御部６０は、図１４（６）に示すように、ラインＡの信
号電荷をラインＢに、ラインＢの信号電荷をラインＣに
転送する。したがって、ラインＣには、前々回、前回、
今回の撮像時に得た信号電荷が加算されて蓄積される。

【００１３】以上の動作を繰り返すと、水平走査ライン
の本数分だけ試料の同一箇所の信号電荷を加算して累積
させることができる。すなわち、ＴＤＩアレイＣＣＤセ
ンサは、信号電荷を遅延させて撮像を繰り返し行うこと
で、試料の同一箇所の信号電荷を累積加算して増加させ
ることができる。これにより、試料の電流密度を増加さ
せ、検出画像のＳ／Ｎの向上を図ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
パターン検査装置では、試料全体などの広範囲の画像を
検出する場合には適当だが、試料の局所領域を検出する
際には、以下の弊害が考えられる。例えば、試料の検出
領域が小さくなるに従って、相対的にステージの動作範
囲も小さくなる。これは、ステージの位置合わせ動作、
移動動作、停止動作等の全ての動作に関して高精度かつ
安定した制御が要求されることになり、より小さな局所
領域を検出するためには、さらなるステージ制御の高精
度化が求められる。

【００１５】また、ステージは移動停止動作を繰り返す
ため、ステージに振動（ハンチング）が生じる。このと
き、試料の局所領域は、拡大投影されているので、軽微
なハンチングでさえも、検出画像にノイズとなって現
れ、Ｓ／Ｎが低下するという問題点が考えられた。そこ
で、請求項１に記載の発明は、上述の問題点を解決する
ために、ステージ制御の精度に関わらず、試料の広範囲
領域から局所領域までを高感度に検出することができる
パターン検査装置を提供することを目的とする。

【００１６】請求項２に記載の発明は、自動的にパター
ンの欠陥箇所を検出するパターン検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明の原理ブロック図である。

【００１８】請求項１に記載の発明は、試料が載置さ
れ、駆動可能なステージ１と、ステージ１に載置される
試料に電子ビームを照射する照射手段２と、電子ビーム
の照射によって、試料から発生する二次電子、反射電子
または後方散乱電子の少なくとも１種が、二次ビームと
して投影され、試料の画像情報を生成する電子検出手段
３と、ステージ１を駆動するステージ駆動手段４と、二
次ビームを偏向する偏向手段５とを備え、電子検出手段
３は、二次ビームを光に変換する蛍光部６と、その光を
光電変換し、変換された電荷を蓄積するＴＤＩアレイＣ
ＣＤセンサ７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積さ
れる電荷をシフトさせる制御部８とを備えて構成され、
ステージ駆動手段による試料の移動により、電子検出手
段３に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その
変動に応じて、制御部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ
７に蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モード
と、偏向手段５によって電子検出手段３に投影される二
次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御
部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷
をシフトさせる偏向器走査モードとを有することを特徴
とする。

【００１９】図２は、請求項２に記載の発明の原理ブロ
ック図である。請求項２に記載の発明は、請求項１に記
載のパターン検査装置において、ステージ走査モードま
たは偏向器走査モードにおいて、電子検出手段３により
生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する欠陥
検出手段９を備えて構成する。

【００２０】（作用）請求項１に記載のパターン検査装
置では、ステージ走査モードと偏向器操作モードとを有
している。

【００２１】ステージ走査モードは、ステージ１および
その上に載置される試料を連続的に移動させながら撮像
し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に電荷を蓄積させる。
このとき、試料の移動に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセ
ンサ７に蓄積される電荷をシフト（転送）する。一方、
偏向器操作モードは、試料に電子ビームが照射されてい
る状態で、偏向手段５を用いて、電子検出手段３に投影
される二次ビームの投影位置を動かして撮像し、ＴＤＩ
アレイＣＣＤセンサ７に電荷を蓄積させる。これによ
り、試料を移動させながら撮像した状態と同じ状態を実
現している。このとき、二次ビームの投影位置の変動に
応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷
をシフトする。

【００２２】請求項２に記載のパターン検査装置では、
欠陥検出手段９は、試料の画像情報から、例えば、テン
プレートパターンマッチング等によって欠陥箇所を検出
する。このとき、まずステージ走査モードにおいて試料
全体の欠陥箇所をサーチし、その後、偏向器操作モード
において各欠陥箇所を細かく観察してもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。

【００２４】図３は、本実施形態の全体構成図である。
また、図４は、検出器３６の構成を示す図である。さら
に、図５は、一次ビームの軌道を示す図であり、図６
は、二次ビームの軌道を示す図である。なお、本実施形
態は、請求項１、２に記載の発明に対応する。図３にお
いて、パターン検査装置は、一次コラム２１、二次コラ
ム２２、チャンバー２３を有している。

【００２５】二次コラム２２の側面には、一次コラム２
１が斜めに接続しており、二次コラム２２の下部にはチ
ャンバー２３が配置される。一次コラム２１の内部に
は、電子銃２４が設けられており、電子銃２４から照射
される電子ビーム（一次ビーム）の光軸上に、一次光学
系２５が配置され、さらにその先には、二次コラム２２
内部にあるウィーンフィルタ２９が光軸に対して斜めに
配置される。

【００２６】一方、チャンバー２３の内部にはステージ
２６が設置され、ステージ２６上には試料２７が載置さ
れる。また、二次コラム２２の内部には、試料２７から
発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ２８、
ウィーンフィルタ２９、ニューメニカルアパーチャ３
０、第１レンズ３１、フィールドアパーチャ３２、第２
レンズ３３、第３レンズ３４、偏向器３５および検出器
３６が配置される。

【００２７】図４において、検出器３６は、第１のＭＣ
Ｐ（マイクロチャネルプレート）４５ａと、第２のＭＣ
Ｐ４５ｂと、蛍光面４６を塗布したＦＯＰ（ファイバオ
プティックプレート）４７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセン
サを搭載したＣＣＤカメラ４８とから構成される。検出
器３６の入出力端子は、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７の
入出力端子と接続され、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７の
出力は、ＣＰＵ３８を介してＣＲＴ３９に入力される。

【００２８】また、ＣＰＵ３８は、一次コラム制御ユニ
ット４０、二次コラム制御ユニット４１、偏向駆動制御
部４２、ステージ駆動機構４３に制御信号を出力する。
一次コラム制御ユニット４０は、一次光学系２５のレン
ズ電圧を制御し、二次コラム制御ユニット４１は、カソ
ードレンズ２８、第１レンズ３１、第２レンズ３３、第
３レンズ３４の各レンズ電圧を制御し、偏向駆動制御部
４２は、偏向器３５に印加する電圧を制御し、ステージ
駆動機構４３は、ステージ２６のＸＹ方向の駆動制御を
行う。

【００２９】また、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７には、
レーザ干渉計ユニット４４からの制御信号および偏向駆
動制御部４２からの制御信号が入力される。さらに、一
次コラム２１、二次コラム２２、チャンバー２３は、真
空排気系（不図示）と繋がっており、真空排気系のター
ボポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持して
いる。

【００３０】なお、請求項１に記載の発明と、本実施形
態との対応関係については、ステージ１は、ステージ２
６に対応し、照射手段２は、電子銃２４および一次光学
系２５に対応し、電子検出手段３は、検出器３６に対応
し、ステージ駆動手段４は、ＣＰＵ３８およびステージ
駆動機構４３に対応し、偏向手段５は、偏向器３５およ
び偏向駆動制御部４２に対応し、蛍光部６は蛍光面４６
およびＦＯＰ４７に対応し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ
７はＣＣＤカメラ４８に対応し、制御部８はＣＣＤカメ
ラ駆動制御部３７に対応する。

【００３１】また、請求項２に記載の発明と、本実施形
態の対応関係については、上述の対応関係と併せて、欠
陥検出手段９は、ＣＰＵ３８の画像処理部に対応する。
図５に示すように、電子銃２４からの一次ビームは、一
次光学系２５によってレンズ作用を受けて、ウィーンフ
ィルタ２９に入射する。ここでは電子銃のチップとし
て、矩形陰極で大電流を取り出すことができるＬａＢ₆
を用いる。また、一次光学系２５は、回転軸非対称の四
重極または八重極の静電レンズを使用する。このレンズ
は、いわゆるシリンドリカルズレンズと同様にＸ軸、Ｙ
軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。この
レンズを２段で構成し、各レンズ条件を最適化すること
によって、照射電子を損失することなく、試料面上のビ
ーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に成形
することができる。

【００３２】一次ビームがウィーンフィルタ２９に入射
すると、ウィーンフィルタ２９の偏向作用により軌道が
曲げられる。ウィーンフィルタ２９は、磁界と電界を直
交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖとし
た場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみ
を直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。図７
に示すように、一次ビームに対しては、磁界による力Ｆ
Bと電界による力ＦEとが発生し、ビーム軌道は曲げられ
る。一方、二次ビームに対しては、力ＦBと力ＦEとが逆
方向に働くため、互いに相殺されて二次ビームはそのま
ま直進する。

【００３３】カソードレンズ２８を通過した一次ビーム
は、試料２７に垂直に照射される。ここでは、試料２７
に照射される一次ビームの照射領域は矩形状である。試
料２７のビーム照射領域全面からは、二次電子、反射電
子または後方散乱電子が二次ビームとして発生する。す
なわち、この二次ビームは、矩形状の二次元画像情報を
有していることになる。さらに、一次ビームは、試料２
７に垂直に照射されるので、二次ビームは影のない鮮明
な電子像を有する。

【００３４】二次ビームは、カソードレンズ２８による
レンズ作用を受けながら、レンズを通過し、ウィーンフ
ィルタ２９に入射する。ところで、カソードレンズ２８
は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試
料２７側の電位との間で、二次ビームに対して正の電界
を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引
き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されてい
る。また、レンズ作用は、カソードレンズ２８の下から
１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極を
ゼロ電位にすることで行われる。

【００３５】カソードレンズ２８を通過した二次ビーム
は、ウィーンフィルタ２９の偏向作用を受けずに、その
まま直進して、ニューメニカルアパーチャ３０を通過す
る。なお、ウィーンフィルタ２９に印加する電磁界を変
えることで、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ
電子（例えば２次電子、又は反射電子、又は後方散乱電
子）のみを検出器３６に導くことができる。

【００３６】また、ニューメニカルアパーチャ３０は、
開口絞りに相当するもので、二次ビームに対して第１レ
ンズ３１、第２レンズ３３および第３レンズ３４のレン
ズ収差を抑える役割を果たしている。ところで、二次ビ
ームを、カソードレンズ２８のみで結像させると、レン
ズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、図６に
示すように、第１レンズ３１と合わせて、１回の結像を
行わせる。二次ビームは、カソードレンズ２８および第
１レンズ３１により、フィールドアパーチャ３２上で中
間結像を得る。

【００３７】この場合、通常、二次光学系として必要な
拡大倍率が、不足することが多いため、中間像を拡大す
るためのレンズとして、第２レンズ３３および第３レン
ズ３４を加えた構成にする。二次ビームは、第２レンズ
３３および第３レンズ３４によって拡大結像し、合計２
回結像する。なお、第１レンズ３１、第２レンズ３３お
よび第３レンズ３４はすべて、ユニポテンシャルレンズ
またはアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレ
ンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、通常は外
側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧
で、レンズ作用を行わせて制御する。

【００３８】また、中間の結像点には、フィールドアパ
ーチャ３２が配置されているが、このフィールドアパー
チャ３２は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要
範囲に制限している。それと同時に、電子ビームの場
合、装置内に散乱する余計な電子を、後段の第２レンズ
３３および第３レンズ３４と共に遮断して、検出器３６
のチャージアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率
は、この第２レンズ３３および第３レンズ３４のレンズ
条件（焦点距離）を変えることで設定される。

【００３９】二次ビームは、偏向器３５を通過して検出
器３６の検出面に結像する。なお、このとき、二次ビー
ムは、偏向器３５による偏向作用は受けていない。図４
に示すように、二次ビームは、第１のＭＣＰ４５ａに入
射する。二次ビームは、その電流量を第１のＭＣＰ４５
ａ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ４５ｂを経由して蛍
光面４６に衝突する。その際、第１のＭＣＰ４５ａの入
口の電位を調節して、二次ビームの加速電圧をＭＣＰの
検出効率の最もよい値に設定する。

【００４０】例えば、二次ビームの加速電圧が、＋５ｋ
Ｖの場合、第１のＭＣＰ４５ａの入口の電位をー４.５
ｋＶに設定して減速させ、電子エネルギーを０.５ｋｅ
Ｖ程度にする。二次ビームの電流増幅率は、第１のＭＣ
Ｐ４５ａと第２のＭＣＰ４５ｂとの間に印加される電圧
で規定される。例えば、１ｋＶを印加すると１×１０⁴
の増幅率となる。また、第２のＭＣＰ４５ｂから出力さ
れる二次ビームの拡がりを可能な限り抑制するために、
第２のＭＣＰ４５ｂと蛍光面４６との間には、４ｋＶ程
度の電圧を印加する。

【００４１】蛍光面４６では、電子を光学像に変換し、
光学像は、ＦＯＰ４７を通過して、ＣＣＤカメラ４８で
撮像される。ここでは、蛍光面４６での画像サイズとＣ
ＣＤカメラ４８の撮像サイズとを合わせるために、ＦＯ
Ｐ４７で、約１／３に縮小して投影する。

【００４２】光学像は、ＣＣＤカメラ４８のＴＤＩアレ
イＣＣＤセンサにより光電変換され、ＴＤＩアレイＣＣ
Ｄセンサには、信号電荷が蓄積される。ＣＣＤカメラ駆
動制御部３７は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサから画像情
報をシリアルに読み出し、ＣＰＵ３８へ出力する。ＣＰ
Ｕ３８は、ＣＲＴ３９に検出画像を表示させる。次に、
本実施形態の動作上の特徴点であるステージ走査モード
と偏向器操作モードとについて図面を参照して説明す
る。なお、図８は、欠陥箇所検出の動作を説明する流れ
図である。

【００４３】（ステージ走査モード）図９に示すよう
に、半導体ウェーハを試料とした場合、ラスタ走査して
チップ全面の画像の検出を行う。その際、一次ビーム
は、固定位置を照射しており、ステージ２６を駆動する
ことで、ビームを試料面上に走査させる。ステージ２６
上に載置された試料は、ＣＰＵ３８およびステージ駆動
機構４３により、一定の速度でＹ方向に移動する。

【００４４】ここでは、検査対象領域として、（Ｘ１,
Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの領域が設定さ
れている。ＴＤＩアレイＣＣＤセンサは、例えば、５１
２×２５６の画素数を有しており、検査対象領域は、Ｔ
ＤＩアレイＣＣＤセンサに適合するように投影される。
今、検査対象領域の（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ
１）までの画像がＴＤＩアレイＣＣＤセンサに撮像され
る。信号電荷は、図１０に示すＴＤＩアレイＣＣＤセン
サのＲＯＷ１に蓄積される。ＣＰＵ３８の指示により、
ステージ２６がＹ方向に移動することで、ビーム照射領
域がＴＤＩアレイＣＣＤセンサの一水平走査ライン分だ
け走査方向に移動する。それと同時に、レーザ干渉計ユ
ニット４４は、垂直クロック信号をＣＣＤカメラ駆動制
御部３７に送出する。

【００４５】垂直クロック信号が入力されると、ＣＣＤ
カメラ駆動制御部３７は、転送パルスを送出し、ＲＯＷ
１に蓄積された信号電荷をＲＯＷ２に転送する。ＲＯＷ
２では、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画
像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、その際、ＲＯ
Ｗ１から転送されてきた信号電荷と加算されて蓄積され
る。また、ＲＯＷ１には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１
２,Ｙ２）までの画像が撮像され、信号電荷が蓄積され
る。

【００４６】以上のように、ステージ２６をＹ方向に順
次駆動することにより、一次ビームは、検査対象領域を
走査する。そして、ステージの駆動に応じて、蓄積電荷
を隣接するＲＯＷへ順次転送する。検査対象領域の（Ｘ
１,Ｙ２５６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの画像が
撮像され、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に蓄積
されるとき、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）まで
の画像は、水平走査ラインの本数分加算累積されて、Ｔ
ＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ２５６に蓄積される。

【００４７】この状態で、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに
転送パルスが入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積される
信号電荷は、転送ゲート（不図示）を介して、ＣＣＤシ
フトレジスタに転送され、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７
を経由してＣＰＵ３８へ出力される。このように、ステ
ージ２６を順次駆動させることにより、一次ビームは試
料を走査することになり、試料画像が、ＴＤＩアレイＣ
ＣＤセンサから一水平走査ラインずつ取り出される。

【００４８】以上の動作をチップ全面に対して実施し、
チップ全面の画像を取得する（図８のステップＳ１）。
チップ全面の画像を取得すると、ＣＰＵ３８は、設計デ
ータに基づいて予め作成されたテンプレート画像とのテ
ンプレートマッチングにより欠陥箇所を特定する。具体
的には、ＣＰＵ３８は、エッジ保存平滑化フィルタによ
る平滑化処理によりノイズの低減を行った後、テンプレ
ート画像と検出画像との相互相関係数を求めて、マッチ
ングしていない箇所、すなわち欠陥箇所を特定する（図
８のステップＳ２）。ＣＰＵ３８は、欠陥箇所のアドレ
スを内部メモリに記憶する。

【００４９】（偏向器操作モード）次に、欠陥箇所があ
った場合（図８のステップＳ３）、欠陥箇所を拡大表示
する偏向器操作モードについて説明する。ＣＰＵ３８
は、ステージ駆動機構４３を介してステージ２６を駆動
させ、欠陥箇所に位置を合わせ（図８のステップＳ
４）、第２レンズ３３および第３レンズ３４の焦点距離
を変更して欠陥箇所を拡大表示する。

【００５０】図１１（１）に示すように、今、欠陥箇所
の検査対象領域における（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,
Ｙ１）までの画像が、図１０のＴＤＩアレイＣＣＤセン
サのＲＯＷ１に撮像蓄積される。ＣＰＵ３８は、設定さ
れている拡大倍率に基づいて偏向器３５に印加する電圧
値を算出し、偏向駆動制御部４２に制御信号を出力す
る。偏向駆動制御部４２は、ＣＰＵ３８からの制御信号
に従って、偏向器３５に印加する電圧を制御し、図１１
（２）に示すように、検出器３６の検出面に投影される
二次ビームの投影位置を、一水平走査ライン分だけ偏向
させて移動させる。

【００５１】それと同時に、偏向駆動制御部４２は、Ｃ
ＣＤカメラ駆動制御部３７に垂直クロック信号を送出す
る。ＣＣＤカメラ駆動制御部３７は、転送パルスを送出
し、ＲＯＷ１に蓄積された信号電荷をＲＯＷ２に転送す
る。ＲＯＷ２では、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ
１）までの画像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、
その際、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷と加算さ
れて蓄積される。また、ＲＯＷ１には、（Ｘ１,Ｙ２）
から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの画像が撮像され、信号電
荷が蓄積される。

【００５２】以上のように、偏向器３５によって二次ビ
ームの投影位置を順次移動させていくことにより、検査
対象領域が走査される。そして、このとき、二次ビーム
の投影位置に応じて、蓄積される信号電荷を隣接するＲ
ＯＷへ順次転送する。検査対象領域の（Ｘ１,Ｙ２５
６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）の画像が撮像されて、
ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に蓄積されると
き、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像
は、水平走査ラインの本数分加算されて、ＴＤＩアレイ
ＣＣＤセンサのＲＯＷ２５６に蓄積される。

【００５３】この状態で、転送パルスが入力されると、
ＲＯＷ２５６に蓄積される信号電荷は、転送ゲート（不
図示）を介して、ＣＣＤシフトレジスタに転送され、Ｃ
ＣＤカメラ駆動制御部３７を経由してＣＰＵ３８へ出力
される。このように、偏向器３５により二次ビームの投
影位置を順次移動させることにより、試料画像が、ＴＤ
ＩアレイＣＣＤセンサから一水平走査ラインずつ取り出
され、ＣＰＵ３８は、欠陥箇所の画像を取得することが
できる（図８のステップＳ５）。

【００５４】以上の動作を全ての欠陥箇所に対して実施
し、欠陥箇所の画像を順次取得し、画像ファイルとして
記録媒体へ格納が完了するまで繰り返す（図８のステッ
プＳ６）。このように、本実施形態のパターン検査装置
では、チップ全面に対しては、ステージ２６を駆動する
ことにより、ビーム走査を実行し、ＴＤＩアレイＣＣＤ
センサにより撮像して、欠陥箇所を検出する。一方、欠
陥箇所に対しては、偏向器３５によって二次ビームの投
影位置を移動させることにより、試料の走査を行ってい
る。

【００５５】したがって、試料全面の画像検出には、ス
テージ走査モードを利用し、試料の局所領域には、偏向
器操作モードを利用することで、試料の欠陥パターン検
出を高速かつ高精度に実行することができる。特に、局
所領域においては、ステージ２６を駆動させて撮像する
わけではないため、ステージ２６を高精度に制御する必
要がない。また、ステージ２６のハンチングによる検出
画像のＳ／Ｎの低下が問題視されたが、このような画質
の低下も回避することができる。

【００５６】なお、試料の走査方法として、本実施形態
ではラスタ走査を実行したが、それに限定されるもので
はない。また、偏向器操作モードでは、欠陥箇所の大き
さに応じてビーム照射領域を変更してもよい。また、ビ
ーム照射領域の形状は、矩形状に限定されるものではな
い。

【００５７】また、パターンマッチングにおけるマッチ
ング手法は、本実施形態で述べた手法に限定されるもの
ではなく、残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）、差分二乗和
など、他のマッチング手法でもよい。

【００５８】

【発明の効果】請求項１に記載のパターン検査装置で
は、ステージを駆動させることで、電子ビームが試料を
走査するステージ走査モードと、偏向手段を利用して二
次ビームの投影位置を移動させて撮像する偏向器操作モ
ードとを有している。したがって、検査対象領域が大き
い場合には、ステージ走査モードを利用して高速に画像
を検出し、検査対象領域が小さい場合には、偏向器操作
モードを利用することで、高感度かつ高画質に画像の検
出を行うことができる。特に、局所領域の画像検出は、
ステージを高精度かつ安定させて制御する必要があった
が、偏向器操作モードを利用することで、このようなス
テージの複雑かつ高度な制御が不要になり、極端に狭い
領域を検出する際にも対応することができる。

【００５９】請求項２に記載のパターン検査装置では、
ステージ走査モードは、試料全体の欠陥検出に適してい
る。また、偏向器操作モードは、試料の局所領域の欠陥
検出に適している。したがって、２つのモードを組み合
わせて使用することにより、画像の欠陥箇所の検出を高
速かつ高精度に検出することができる。このようにし
て、本発明を適用したパターン検査装置では、ステージ
の駆動を高精度に制御する必要がなく、また、ステージ
の振動によるＳ／Ｎの低下を回避することができるた
め、検査の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】本実施形態の全体構成図である。

【図４】検出器の構成を示す図である。

【図５】一次ビームの軌道を示す図である。

【図６】二次ビームの軌道を示す図である。

【図７】ウィーンフィルタを説明する図である。

【図８】欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。

【図９】ステージ走査モードを説明する図である。

【図１０】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの構成ブロック図
である。

【図１１】偏向器操作モードを説明する図である。

【図１２】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサを搭載した検査装
置の構成図である。

【図１３】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの動作を説明する
図である。

【符号の説明】

１、２６、５２ステージ２照射手段３電子検出手段４ステージ駆動手段５偏向手段６蛍光部７ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ８制御部９欠陥検出手段２１、５１一次コラム２２、５３二次コラム２３チャンバー２４、５５電子銃２５、５６一次光学系２７、５４試料２８、５７カソードレンズ２９ウィーンフィルタ３０ニューメニカルアパーチャ３１第１レンズ３２フィールドアパーチャ３３第２レンズ３４第３レンズ３５偏向器３６、５９検出器３７、６０ＣＣＤカメラ駆動制御部３８、６１ＣＰＵ３９ＣＲＴ４０、６２一次コラム制御ユニット４１、６３二次コラム制御ユニット４２偏向駆動制御部４３、６４ステージ駆動機構４４、６５レーザ干渉計ユニット５８二次光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料が載置され、駆動可能なステージ
と、前記ステージに載置される試料に電子ビームを照射する
照射手段と、前記電子ビームの照射によって、前記試料から発生する
二次電子、反射電子または後方散乱電子の少なくとも１
種が、二次ビームとして投影され、前記試料の画像情報
を生成する電子検出手段と、前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記二次ビームを偏向する偏向手段とを備え、前記電子検出手段は、前記二次ビームを光に変換する蛍光部と、該光を光電変
換し、変換された電荷を蓄積するＴＤＩアレイＣＣＤセ
ンサと、該ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに蓄積される電荷
をシフトさせる制御部とを備えて構成され、前記ステージ駆動手段による前記試料の移動により、前
記電子検出手段に投影される二次ビームの投影位置が変
動し、その変動に応じて、前記制御部は、前記ＴＤＩア
レイＣＣＤセンサに蓄積される電荷をシフトさせるステ
ージ走査モードと、前記偏向手段によって前記電子検出手段に投影される二
次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、前記
制御部は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに蓄積される
電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有することを
特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】請求項１に記載のパターン検査装置にお
いて、前記ステージ走査モードまたは前記偏向器走査モードに
おいて、前記電子検出手段により生成された試料の画像
情報から欠陥箇所を検出する欠陥検出手段を備えたこと
を特徴とするパターン検査装置。