JP4310824B2

JP4310824B2 - Electron beam inspection device

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Publication number: JP4310824B2
Application number: JP28239498A
Authority: JP
Inventors: 茂竹本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2018-10-05
Also published as: JP2000113848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを利用して試料画像を取得し、試料の欠陥箇所を検査する電子ビーム検査装置に関し、特に高画質の試料画像を取得することができる電子ビーム検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩの高集積化に伴い、ウェーハ、マスクなどの欠陥箇所を検出する際に要求される検出感度は、より一層高度なものが望まれている。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検出を行う場合には、０.１μｍの検出感度が必要とされている。そこで、従来の光より最小分解能の高い電子ビームを利用した試料表面の観察・検査装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平４−２４２０６０号公報には、電子ビームを試料面上に照射し、その照射領域から発生する反射電子の像を検出面に投影して試料画像を取得する反射電子顕微鏡が開示されている。
図１３を参照してこの反射電子顕微鏡を説明する。図１３において、電子銃８１から照射される電子ビームは、照射レンズ系８２を通過して、ウィーンフィルタ８３の中心部に入射する。詳細は後述するが、このとき電子ビームは、ウィーンフィルタ８３によって軌道が曲げられ、ステージ８４上の試料８５に垂直に入射する。
【０００４】
試料８５に電子ビームが照射されると、その照射領域からは、反射電子が発生する。反射電子は、ウィーンフィルタ８３の偏向作用を受けずにそのまま直進し、結像レンズ系８６によって蛍光板８７で結像する。蛍光板８７では、反射電子像が光学像に変換され、この像をＣＣＤセンサ等で撮像して観察する。
このように反射電子顕微鏡では、電子ビームの照射領域を検出面に投影することで、その領域の像を一括して取得することができる。
【０００５】
ところで、ＣＣＤセンサの一種にＴＤＩ（Time Delay Integration：時間遅延積分型）ＣＣＤセンサがあることは公知である。このＴＤＩＣＣＤセンサは、撮像面に投影される試料像をステージの移動に伴ってシフトする際に、それに同期して、蓄積される信号電荷をシフトさせ、積算しながら撮像するイメージセンサである。
【０００６】
このＴＤＩＣＣＤセンサを利用した撮像動作について、図１４を参照して説明する。
図１４（１）に示すように、電子ビームは、今、試料の所定箇所に照射されている。このとき、図１４（２）に示すように、電子ビームの照射領域の像は、ＴＤＩＣＣＤセンサの水平走査ラインＡにおいて撮像され、このラインに信号電荷が蓄積される。
【０００７】
次に、所定のタイミングで、図１４（３）に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に一水平走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４（４）に示すように、ラインＡとラインＢとによって試料が撮像されるのだが、ステージの移動と同時に、ラインＡに蓄積される信号電荷がラインＢに転送される。したがって、ラインＢには、前回時に得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。
【０００８】
さらに、所定のタイミングで、図１４（５）に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に一水平走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４（６）に示すように、ラインＡ、ラインＢ、ラインＣとによって試料が撮像されるのだが、ステージの移動と同時に、ラインＢの信号電荷がラインＣに、ラインＡの信号電荷がラインＢに転送される。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、ラインＢには、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。
【０００９】
以上の動作を続けることで、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が、順次加算されて積算されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようにＴＤＩＣＣＤセンサでは、撮像面に投影される試料像が、ステージの移動に伴ってシフトするとき、それに同期して、蓄積される信号電荷を転送することにより、試料の同一箇所の信号電荷を積算している。
【００１１】
ところが、ステージの移動と信号電荷の転送とが同期していないと、試料の異なる箇所同士で信号電荷が加算されてしまうことになり、画質が低下した。すなわち、例えばステージ移動の際に、ステージに速度むら、横ずれ、振動等が発生すると、ステージ位置にずれが生じ、ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像面に投影される試料像も本来の位置からずれて投影されてしまう。この状態のまま、信号電荷を転送して加算すると、試料画像がずれた状態のまま積算されてしまうことになるため、試料画像がぼけてしまい、画像の鮮鋭度が著しく低下した。
【００１２】
したがって、ステージの移動には、一定速度、無振動かつ横ずれ等がないように厳密な精度で駆動制御されるが、通常のステージを、振動を完全に抑えて、一定速度で駆動制御することは極めて困難であり、多少なりとも速度のばらつき、振動等は存在した。
例えば、速度むらの許容値は、dalsa社のＴＤＩＣＣＤセンサの場合、±１％である。このため、ステージ制御は、速度変動を±１％以下に制御しなければならない。これを実現するには、ステージをエアガイド方式にする、またはモータをリニアモータするなどの解決策があるが、このためにステージが高価なものになってしまう。また、これらの装置を備えたとしても、ステージの微細な振動を補正する必要があり、画質の低下防止は不可欠である。
【００１３】
そこで、本発明は、ステージ移動と信号電荷転送との同期ずれによって生じる画質低下を回避し、鮮明な画像を取得することができる電子ビーム検査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検出手段は、前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段により補正する補正手段とを備え、前記同期ずれ検出手段は、前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する。
【００１５】
このような構成においては、アレイ撮像部（具体的には、ＴＤＩＣＣＤセンサ）の電荷転送のタイミングと、ステージ駆動のタイミングとにずれが生じても、そのずれを検出することができる。また、同期ずれがある場合（例えば、ステージに速度むらがある場合）には、光学像は、検出面上で本来の位置からずれて結像する。しかしながら、補正手段によってこの位置ずれを補正することができる。さらに、検出面上の光学像の結像位置にずれが発生してもビーム偏向手段による二次ビームの偏向によって本来の位置に結像させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検出手段は、前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正する補正手段とを備え、前記同期ずれ検出手段は、前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する。
【００１７】
このような構成においては、アレイ撮像部（具体的には、ＴＤＩＣＣＤセンサ）の電荷転送のタイミングと、ステージ駆動のタイミングとにずれが生じても、そのずれを検出することができる。また、同期ずれがある場合（例えば、ステージに速度むらがある場合）には、光学像は、検出面上で本来の位置からずれて結像する。しかしながら、補正手段によってこの位置ずれを補正することができる。さらに、検出面上の光学像の結像位置にずれが発生しても、写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことによって本来の位置に結像させることができる。
【００１８】
【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。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の全体構成図である。以下、本実施形態の構成について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１において、検査装置は、一次コラム２１、二次コラム２２およびチャンバー２３を有している。一次コラム２１は、二次コラム２２の側面に斜めに取り付けられており、二次コラム２２の下部に、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が配置され、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および偏向器２６が配置されている。
【００２０】
一方、チャンバー２３の内部には、ステージ２７が設置され、ステージ２７上には試料２８が載置される。
また、二次コラム２２の内部には、試料２８から発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ２９、ニューメニカルアパーチャ３０、ウィーンフィルタ３１、第２レンズ３２、フィールドアパーチャ３３、第３レンズ３４、第４レンズ３５、偏向器３６および検出器３７が配置される。なお、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５は、二次光学系を構成している。
【００２１】
検出器３７は、ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）３８と、蛍光面３９を有するＦＯＰ（ファイバオプティックプレート）４０と、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１とから構成される。
検出器３７は、画像処理ユニット４２と接続され、画像処理ユニット４２は、ＣＰＵ４３およびＣＲＴ４４と接続される。
【００２２】
また、ＣＰＵ４３は、一次コラム制御ユニット４５、二次コラム制御ユニット４６およびＤＳＰ４８と接続される。
一次コラム制御ユニット４５は、一次光学系２５のレンズ電圧および偏向器２６に供給する電流（または電圧）を制御し、二次コラム制御ユニット４６は、カソードレンズ２９および第２レンズ３２〜第４レンズ３５の各レンズ電圧を制御する。
【００２３】
ＤＳＰ４８の出力端子は、偏向器制御ユニット４７およびステージ制御ユニット４９の入力端子と接続され、ＤＳＰ４８の入力端子は、レーザ干渉計ユニット５０および同期パルス生成回路５１の出力端子と接続される。
偏向器制御ユニット４７は、偏向器３６に供給する電流（または電圧）を制御し、ステージ制御ユニット４９は、ステージ２７をＸＹ方向に駆動し、レーザ干渉計ユニット５０は、ステージ２７の移動量に応じたパルス信号をＤＳＰ４８へ出力する。また、同期パルス生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１にＴＤＩ同期パルス信号を供給する。
【００２４】
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。
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、電子検出手段は、検出器３７に対応し、写像電子光学系は、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５に対応し、変換器は、蛍光面３９に対応し、アレイ撮像部は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に対応し、転送信号制御部は、同期パルス生成回路５１に対応し、ステージ駆動手段は、ステージ制御ユニット４９に対応し、位置検出手段は、レーザ干渉計ユニット５０に対応し、同期ずれ検出手段は、ＤＳＰ４８に対応する。
【００２５】
また、補正手段は、偏向器３６、偏向器制御ユニット４７およびステージ制御ユニット４９に対応する。また、ビーム偏向手段は、偏向器３６および偏向器制御ユニット４７に対応する。
次に、本実施形態の電子ビーム検査装置における試料画像の取得動作について説明する。
【００２６】
図２に示すように、電子銃２４から出射する一次ビームは、電子銃２４の加速電圧よって加速され、一次光学系２５のレンズ作用および偏向器２６の偏向作用を受けながらウィーンフィルタ３１の中心に入射する。
電子銃２４の陰極は、ここでは矩形陰極で大電流を取り出すことができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）を用いる。
【００２７】
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（または電磁レンズ）を使用する。このレンズは、いわゆるシリンドリカルレンズと同様に、矩形陰極の長軸（Ｘ軸）、短軸（Ｙ軸）各々で集束と発散とを引き起こすことができる。図２では、矩形陰極のＸ方向断面に放出された電子の軌道とＹ方向断面に放出された電子の軌道とを示している。
【００２８】
具体的なレンズ構成は、図３に示すように、静電レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位に設定し、互いに逆の電圧特性（ａとｂに＋Ｖｑ、ｃとｄに−Ｖｑ）を与える。
このレンズを３段（図２の２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）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。
【００２９】
一次光学系２５により矩形状に成形された一次ビームは、ウィーンフィルタ３１の中心箇所に入射するように偏向器２６によって偏向される。ウィーンフィルタ３１に入射した一次ビームは、ウィーンフィルタ３１の偏向作用により軌道が曲げられ、ニューメニカルアパーチャ３０の開口部で結像する。ウィーンフィルタ３１は、磁界と電界とを直交させ、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偏向装置である。
【００３０】
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カソードレンズ２９の開口角を決定する。その形状は、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄膜板であり、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料２８のチャージアップやコンタミネーションを防いでいる。
ニューメニカルアパーチャ３０の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ２９を介して、試料２８面上に垂直に照射される。試料面上に一次ビームが照射されると、そのビーム照射領域からは、二次電子または反射電子の少なくとも一方を含む二次ビームが発生する。
【００３１】
この二次ビームは、ビーム照射領域の二次元画像情報を有していることになるが、特に、一次ビームが試料２８に垂直に照射されるので、二次ビームは影のない鮮明な像を有することができる。
図４に示すように、二次ビームは、カソードレンズ２９によって集束作用を受ける。カソードレンズ２９は、通常、２〜４枚の電極で構成されている。ここでは、３枚の電極（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）の構成例を示す。通常、レンズとして機能させるには、カソードレンズ２９の下から１番目の電極２９ａ、２番目の電極２９ｂに電圧を印加し、３番目の電極２９ｃをゼロ電位に設定することで行う。
【００３２】
ステージ２７には電圧（リターディング電圧）が印加されており、電極２９ａ−試料面間には、一次ビームに対しては負の電界、二次ビームに対しては正の電界が形成されている。
リターディング電圧によって、カソードレンズ２９は、一次ビームに対しては、減速させて試料のチャージアップや破壊を防ぎ、二次ビームに対しては、電子（特に、指向性の低い二次電子）を引き込み、加速させて、効率よくレンズ内に導くように作用する。
【００３３】
カソードレンズ２９およびニューメニカルアパーチャ３０を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ３１の偏向作用を受けずに、そのまま直進する。このとき、ウィーンフィルタ３１に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ電子（例えば二次電子、または反射電子）のみを検出器３７に導くことができる。
【００３４】
また、ニューメニカルアパーチャ３０は、二次ビームに対しては、後段の第２レンズ３２〜第４レンズ３５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２９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、第２レンズ３２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２９および第２レンズ３２により、フィールドアパーチャ３３上で中間結像を得る。
【００３５】
また、後段には中間像を投影するためのレンズが配置されるが、二次光学系として必要な投影倍率を確保するため、第３レンズ３４、第４レンズ３５の２つのレンズを加えた構成にする。二次ビームは、第３レンズ３４、第４レンズ３５各々により結像し、ここでは、合計３回結像する。なお、第３レンズ３４と第４レンズ３５とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよい。
【００３６】
第２レンズ３２〜第４レンズ３５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呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、各レンズは、３枚の電極で構成されている。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を変えることでレンズ作用を制御する。
【００３７】
また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ３３が配置されているが、このフィールドアパーチャ３３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。特に電子ビームの場合、余計なビームを、後段の第３レンズ３４および第４レンズ３５と共に遮断して、検出器３７のチャージアップやコンタミネーションを防いでいる。
【００３８】
二次ビームは、第３レンズ３４と第４レンズ３５とによって集束発散を繰り返し、検出器３７の検出面で再結像し、ビーム照射領域の像が検出面に投影される。
なお、偏向器３６は、詳細は後述するが、検出面に投影される像の位置ずれを補正するための偏向器である。
図１に示すように、二次ビームは、検出器３７内部のＭＣＰ３８に入射し、ＭＣＰ３８を通過する際に加速増幅されて、蛍光面３９に衝突する。蛍光面３９では、二次ビームを光に変換し、投影される電子像を光学像に変換する。
【００３９】
光学像は、ＦＯＰ４０を通過して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１で撮像される。ここでは、蛍光面４０での画像サイズとＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像サイズとを合わせるために、ＦＯＰ４０で、約１／３に縮小して投影している。
光学像は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１によって光電変換され、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、同期パルス生成回路５１のＴＤＩ同期パルス信号に従って、信号電荷を画像処理ユニット４２に転送する。なお、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作については後述する。
【００４０】
画像処理ユニット４２は、読み出された信号電荷をＡ／Ｄ変換し、内部のＶＲＡＭに格納して試料画像を作成し、ＣＲＴ４４に試料画像を表示させる。また、ＣＰＵ４３は、作成された試料画像に対してテンプレートマッチング等を実行することで、試料の欠陥箇所を特定する。
このように本発明の検査装置では、試料面上に電子ビームを照射し、ビーム照射領域の像を検出器３７の検出面に投影して一括して試料画像を取得することができる。
【００４１】
次に、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作を図１、図５、図６を参照して具体的に説明する。
図５に示すように、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの領域▲１▼がチップ上に定められており、この領域▲１▼に電子ビームを照射し、照射領域の像をＴＤＩＣＣＤセンサ４１に投影して撮像する。このとき、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、５１２×２５６の画素数を有しており、領域▲１▼は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に適合するように投影される。
【００４２】
今、領域▲１▼の（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）に一次ビームが照射されているとする。このとき、この１ラインの像がＴＤＩＣＣＤセンサ４１に投影され、撮像される。信号電荷は、図６に示すＴＤＩＣＣＤセンサ４１のＲＯＷ１に蓄積される。次に、同期パルス生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１およびＤＳＰ４８に同期パルス信号を出力する。
【００４３】
ＤＳＰ４８は、同期パルス信号が入力されると、ステージ制御ユニット４９に駆動制御信号を出力し、ステージ制御ユニット４９はステージ２７をＹ方向に駆動する。すると、ビーム照射領域がＴＤＩＣＣＤセンサ４１の一水平走査ライン分だけ走査方向に移動する。
一方、同期パルス生成回路５１からの同期パルス信号が入力されたＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ＲＯＷ１に蓄積されていた信号電荷をＲＯＷ２に転送する。このとき、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの像が撮像され、既に信号電荷が蓄積されているため、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積されることになる。また、このとき、ＲＯＷ１では、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの像が撮像され、新たに信号電荷が蓄積される。
【００４４】
さらに、同期パルス生成回路５１の同期パルス信号に従って、ステージ制御ユニット４９がステージ２７を一水平走査ライン分駆動すると、ＲＯＷ３には、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの像が撮像されて信号電荷が蓄積される。
ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ３には、ＲＯＷ２から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの像が撮像され、信号電荷が既に蓄積されているが、先程の同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ１では、（Ｘ１,Ｙ３）から（Ｘ５１２,Ｙ３）までの像が撮像され、新たに信号電荷が蓄積される。
【００４５】
このようにステージ２７がＹ方向に順次駆動することによって、ビーム照射領域が領域▲１▼を走査し、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ステージ２７の駆動に応じて、蓄積する信号電荷を隣接するＲＯＷへ順次転送する。この動作が繰り返され、領域▲１▼の（Ｘ１,Ｙ２５６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの像が撮像され、その信号電荷がＲＯＷ１に蓄積されるとき、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの信号電荷は、水平走査ラインの本数分加算累積されて、ＲＯＷ２５６に蓄積される。
【００４６】
この状態で、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積されている信号電荷は、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、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１から一水平走査ラインずつ取り出され、画像処理ユニット４２に転送される。
画像処理ユニット４２は、順次転送されてくる信号電荷を、Ａ／Ｄ変換してＶＲＡＭに格納し、領域▲１▼の画像を生成する。
【００４７】
以下、同様にステージ２７を移動させながら、領域▲２▼、領域▲３▼・・・についてもＴＤＩＣＣＤセンサ４１によって撮像を行い、チップ全面を撮像する。
このようにＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、ステージ２７の移動に合わせて信号電荷をシフトさせて撮像するため、ステージ２７の移動と撮像動作とを並行して実行することができ、チップ全面を極めて短時間に撮像することができる。また、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、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積算することができるため、画像のＳ／Ｎの向上を図ることができる。
【００４８】
ところで、このＴＤＩＣＣＤセンサ４１による撮像では、前述したように、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の移動と、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１による電荷の転送との同期をとらなくてはならない。例えば、ステージ２７に速度むら、横ずれ、振動等が発生すると、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される試料像に位置ずれが生じ、像の異なる箇所同士で信号電荷が積算されてしまうため、像の鮮鋭度が極端に低下してしまう。したがって、ステージ位置ずれおよびこれに伴う撮像面上における試料像の位置ずれが生じた場合には、この補正を行う。
【００４９】
以下、位置ずれの補正動作について、図面を参照して説明する。
図７は、補正動作を説明するブロック図である。図７において、ステージ制御ユニット４９内部には、モータ５３が配置され、モータ５３の両端には、ＴＧ（タコジェネレータ）５２とＲＥ（ロータリエンコーダ）５４とが直結されている。
ＴＧ５２は、モータ５３の回転量に比例したアナログ電圧信号を出力する。また、ＲＥ５４は、モータ５３の回転に応じて発生するパルス信号をカウントし、回転速度に比例したデジタル信号を出力する。
【００５０】
ＴＧ５２は、Ａ／Ｄ変換部５５を介してバス５６と接続される。また、バス５６は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してパワーアンプ５７と接続され、パワーアンプ５７は、モータ５３と接続される。また、ＲＥ５４は、カウンタ５９を介してバス５６と接続される。
図８は、ＤＳＰ４８の動作を説明するブロック図であり、図９は、位置ずれ補正動作を説明するフローチャートである。
【００５１】
図８において、ＣＰＵ４３には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが入力される。ＣＰＵ４３は、現在のステージＹ座標データが、有効スタートＹ座標から有効エンドＹ座標までの範囲内にあるときには、「補正動作可能である」と判断し、ＤＳＰ４８に動作開始命令を出力する。また、範囲内にないときには、「補正動作不可能である」と判断し、ＤＳＰ４８に動作停止命令を出力する。
【００５２】
分周器６３は、発振器６２の基準クロックを分周し、ステージ２７の速度とＴＤＩＣＣＤセンサ４１とのピクセルサイズから決まるＴＤＩ同期パルス信号を作成する。
また、分周器６４は、発振器６２の基準クロックを分周し、ステージ速度と干渉計分解能から決まる同期パルス信号を作成し、カウンタ６５に供給する。
【００５３】
カウンタ６５には、ステージ２７のスタートＹ座標データが記憶されているため、供給される同期パルス信号に基づいて目標となるステージＹ座標データが計数される。
レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計６０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標データを読み取り、その信号はラッチ６１により保持され、サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングされ、ＤＳＰ４８に出力される。
【００５４】
ＤＳＰ４８内部の引き算器６６には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが、カウンタ６５から目標のステージＹ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｙ方向のステージ位置ずれ量を算出する（ステップＳ１）。このＹ方向のステージ位置ずれ量は、ステージ２７のＹ方向の速度むらによって生じる位置ずれ量である。ＤＳＰ４８は、この位置ずれ量を補正するためのモータ５３の回転速度を算出する。
【００５５】
ＤＳＰ４８からは、Ｙステージ制御信号として回転速度制御信号が出力され、この回転速度制御信号は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換され、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に供給される。モータ５３は、目的の回転速度で回転し、ステージ２７のＹ方向速度むらを補正する（ステップＳ２）。
【００５６】
なお、ＲＥ５４およびカウンタ５９は、モータ５３の回転速度を検出し、ＤＳＰ４８は、検出された回転速度を目的の回転速度に一致させるようにフィードバック制御を行う。
一方、ＤＳＰ４８内部の引き算器６７には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが入力される。引き算器６７には、基準のステージＸ座標データが記憶されているため、現在のステージＸ座標データと基準のステージＸ座標データとを比較し差分を求め、ステージ２７のＸ方向の横ずれ量を算出し（ステップＳ３）、これを補正するためのモータ５３のＸ軸回転量を算出する。
【００５７】
ＤＳＰ４８からは、Ｘステージ制御信号として回転量制御信号が出力され、この回転量制御信号は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換され、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に供給される。モータ５３は、目的の回転量分だけ回転し、ステージ２７のＸ方向の横ずれを補正する（ステップＳ４）。
【００５８】
なお、ＴＧ５２およびＡ／Ｄ変換部５５は、モータ５３の回転量を検出し、ＤＳＰ４８は、この検出された回転量を目的の回転量に一致させるようにフィードバック制御を行う。
このようにレーザ干渉計ユニット５０により検出された現在のステージＸ、Ｙ座標データと目標のステージＸ、Ｙ座標データとを比較し、その差分を補正するようにステージ制御ユニット４９がステージ２７を駆動制御することで、ステージ２７の速度むら、横ずれを補正する。
【００５９】
しかしながら、ステージ２７の駆動による位置ずれ補正では、位置ずれを完全に補正することはできず、実際には残留誤差が生じる。そこで、この残留誤差を補正するため、さらに偏向器３６によって試料像の投影位置を補正する。
【００６０】
例えば、図１０（１）では、ステージ移動中のＹステージの速度をグラフにしたもので目標Ｙ速度（この例では台形状になる）に追随するように速度のサーボを、ステージ制御ユニット４９によって行う。しかし、実際にはステージは完全に目標速度には一致しないため、これが速度むらとなる。
位置ずれで考えると、図１０（２）に示すように、ステージ制御ユニット４９による位置ずれ補正を行っても、実際にはタイムラグ等により、目標Ｙ位置と実際のＹ位置とには、位置ずれが発生する。これが残留誤差である。
【００６１】
残留誤差補正の具体的な動作は、まず、図８に示すように、引き算器６６にレーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データ（このデータは、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の位置ずれ補正が、既に行われた後に検出されるデータである）が入力される。
引き算器６６は、カウンタ６５の目標のステージＹ座標データと比較し、その差分を求め、その差分からＹ写像補正信号を生成し（ステップＳ５）、この信号に従って、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６は、試料像の投影位置の補正を行う（ステップＳ６）。
【００６２】
すなわち、この信号を偏向器３６に供給して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、残留誤差分だけＹ方向にシフトさせる。
以下、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが入力されると、引き算器６６は、目標のステージＹ座標データとの差分を算出し、まずステージ制御ユニット４９によって、直接ステージ２７を駆動してＹ方向の位置ずれを補正する。
【００６３】
次に、ステージ制御ユニット４９で補正しきれなかったステージ位置の残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置をＹ方向にシフトさせることで補正する。
また、Ｘ方向に関しては、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の駆動によって、Ｘ方向の横ずれを補正できたとしても、微細な振動を完全に補正することはできない。
【００６４】
したがって、図１０（３）に示すように、目標Ｘ位置と実際のＸ位置との位置ずれが発生し、これが残留誤差になる。
残留誤差補正の具体的動作は、まず、図８に示すように、引き算器６７にレーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データ（このデータは、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の位置ずれ補正が、既に行われた後に検出されるデータである）が入力される。
【００６５】
引き算器６７は、基準のステージＸ座標データと比較しその差分を求め、その差分からＸ写像補正信号を生成し（ステップＳ７）、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６によって試料像の投影位置の補正を行う（ステップＳ８）。
すなわち、この信号を偏向器３６に供給して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、残留誤差分だけＸ方向にシフトさせる。
【００６６】
以下、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが逐次入力されると、引き算器６７は、基準のステージＸ座標データとの差分を算出し、まず、ステージ制御ユニット４９によって、直接ステージ２７を駆動してＸ方向の位置ずれを補正する。
次に、ステージ制御ユニット４９で補正しきれなかったステージ位置の残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置をＸ方向にシフトさせることで補正する。
【００６７】
このように本実施形態の電子ビーム検査装置では、ステージ２７のＸＹ方向の位置ずれをステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置を変えることで補正している。したがって、ステージ２７に速度むら、横ずれ、振動等が発生しても、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される試料像は、位置変動することがなく、常に鮮明な画像を取得することができる。
【００６８】
また、位置ずれの補正を、ステージ駆動、ビーム偏向の２段階で行っているが、偏向器を利用しての補正は、高速に位置ずれ補正することができるため、検査のスループット低下を引き起こすことはない。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、Ｙ方向のみステージ２７を駆動させたが、試料にわずかな傾き（ローテーション）がある場合には、ステージ２７を斜めに駆動させる必要がある。第２の実施形態は、Ｘ方向、Ｙ方向の双方にステージ２７を移動させた場合を説明する。
【００６９】
なお、本実施形態の構成上の特徴点は、図１１に示すように、ＤＳＰ４８内部にカウンタ６８が配置されている点であり、その他の構成要素については、第１の実施形態と同一である。
次に、本実施形態の動作について説明する。
図１１において、カウンタ６５には、ステージ２７のスタートＹ座標データが記憶されているため、分周器６４から供給される同期パルス信号に基づいて目標のステージＹ座標データが計数される。また、カウンタ６８には、ステージ２７のスタートＸ座標データが記憶されているため、分周器６４から供給される同期パルス信号に基づいて目標のステージＸ座標データが計数される。
【００７０】
レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計６０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標データを読み取り、その信号はラッチ６１により保持され、サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングされ、ＤＳＰ４８に出力される。
ＤＳＰ４８内部の引き算器６６には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが、カウンタ６５から目標のステージＹ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｙ方向の位置ずれ量を算出し、Ｙ方向の速度むらを補正するためのモータ５３の回転速度と、Ｙ方向の横ずれを補正するためのモータ５３の回転量とを算出する。
【００７１】
また、ＤＳＰ４８内部の引き算器６７には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが、カウンタ６８から目標のステージＸ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｘ方向の位置ずれ量を算出し、Ｘ方向の速度むらを補正するためのモータ５３の回転速度と、Ｘ方向の横ずれを補正するためのモータ５３の回転量とを算出する。
【００７２】
ステージ制御ユニット４９は、モータ５３を目的の回転速度および回転量に制御し、ステージ２７を駆動制御することで、ステージ２７のＸ方向、Ｙ方向の速度むら、横ずれを補正する。
しかしながら、実際には、ステージ２７の駆動による位置ずれ補正では、位置ずれ補正を完全に補正することはできず、残留誤差が生じる。そこで、この残留誤差を補正するため、さらに偏向器３６によって試料像の投影位置を補正する。
【００７３】
この残留誤差の補正動作については、第１の実施形態と同様の処理であるため、ここでの詳細は省略するが、図１２に示すように、Ｙ＝ａＸ＋ｂに従ってステージ２７を移動させた場合を考える。
図１２に示すように、ステージ制御ユニット４９による位置ずれの補正を行っても、実際には、Ｘ、Ｙ方向に残留誤差が存在する。したがって、この残留誤差を求め、偏向器３６によって、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、この残留誤差分だけＸ、Ｙ方向にシフトさせて補正する。
【００７４】
これにより、ステージ２７にＸ、Ｙ方向の速度むら、横ずれ、振動等が生じても、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、常に鮮明な試料画像を取得することができる。なお、第１、第２の実施形態では、ステージ制御ユニット４９による位置ずれ補正と、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６による位置ずれ補正の双方を行ったが、それに限定されず、何れか一方による補正だけでもよい。特に、位置ずれが小さい場合には、偏向器のみで補正を行えば高速に処理することができる。
【００７５】
また、ステージ駆動による位置ずれ補正と偏向器による位置ずれ補正とを適宜切り替えてもよい。例えば、観察倍率が低倍率のときにはステージ駆動による補正を、高倍率のときには偏向器による補正を行うように選択的に切り替えてもよい。
また、第１、第２の実施形態では、偏向器３６による二次ビームの偏向で、位置ずれを補正したが、補正手段としてはそれに限定されず、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５の二次光学系によって検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正してもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子ビーム検査装置では、電荷転送とステージ駆動とにタイミングのずれ（同期ずれ）が生じても、その同期ずれを検出することができる。したがって、同期ずれの検出の有無で、アレイ撮像部が正常に試料画像を撮像できたか否かを判断することができる。
【００７７】
本発明の電子ビーム検査装置では、例えば、ステージ駆動中に速度むらや振動などが発生し、ステージ位置にずれが生じると、検出面上の光学像の位置がずれてしまうが、補正手段によって、光学像の位置を本来の位置に補正することができるため、アレイ撮像部で撮像しても像の鮮鋭度が低下することがない。
本発明の電子ビーム検査装置では、補正手段として二次ビームを偏向して光学像の位置ずれを補正することができるため、アレイ撮像部で撮像する際に、像の鮮鋭度の低下を回避することができる。さらに、本発明では、ビーム偏向を利用した補正であるため、高い応答性が得られ、高速に位置ずれの補正を行うことができ、検査のスループット向上を図ることができる。
【００７８】
このように本発明を適用した電子ビーム検査装置では、ステージの速度むら、振動、横ずれ等が発生して、検出面上における光学像の位置に変動が生じても、補正手段（特に偏向器）によって光学像の位置ずれを補正することができるため、ＴＤＩＣＣＤセンサで撮像しても、常時鮮明な試料画像を取得することができ、信頼性の高い欠陥検出を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】一次ビームの軌道を示す図である。
【図３】一次光学系の構成図である。
【図４】二次ビームの軌道を示す図である。
【図５】ＴＤＩＣＣＤセンサの動作を説明する図である。
【図６】ＴＤＩＣＣＤセンサの構成ブロック図である。
【図７】補正動作を説明するブロック図である。
【図８】第１の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブロック図である。
【図９】補正動作を説明する流れ図である。
【図１０】残留誤差を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブロック図である。
【図１２】残留誤差を説明する図である。
【図１３】反射電子顕微鏡の構成図である。
【図１４】ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像動作を説明する図である。
【符号の説明】
２１一次コラム
２２二次コラム
２３チャンバー
２４電子銃
２５一次光学系
２６、３６偏向器
２７ステージ
２８試料
２９カソードレンズ
３０ニューメニカルアパーチャ
３１ウィーンフィルタ
３２第２レンズ
３３フィールドアパーチャ
３４第３レンズ
３５第４レンズ
３７検出器
３８ＭＣＰ
３９蛍光面
４０ＦＯＰ
４１ＴＤＩＣＣＤセンサ
４２画像処理ユニット
４３ＣＰＵ
４４ＣＲＴ
４５一次コラム制御ユニット
４６二次コラム制御ユニット
４７偏向器制御ユニット
４８ＤＳＰ
４９ステージ制御ユニット
５０レーザ干渉計ユニット
５１同期パルス生成回路
５２ＴＧ（タコジェネレータ）
５３モータ
５４ＲＥ（ロータリエンコーダ）
５５Ａ／Ｄ変換部
５６バス
５７パワーアンプ
５８Ｄ／Ａ変換部
５９、６５、６８カウンタ
６０干渉計
６１ラッチ
６２発振器
６３、６４分周器
６６、６７引き算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam inspection apparatus that acquires a sample image using an electron beam and inspects a defective portion of the sample, and particularly relates to an electron beam inspection apparatus that can acquire a high-quality sample image.
[0002]
[Prior art]
With the recent high integration of LSIs, higher detection sensitivity is required for detecting defective portions such as wafers and masks. For example, when performing defect detection on a DRAM pattern size of 0.25 μm wafer pattern, a detection sensitivity of 0.1 μm is required. Therefore, a specimen surface observation / inspection apparatus using an electron beam having a minimum resolution higher than that of conventional light has been proposed.
[0003]
For example, JP-A-4-242060 discloses a reflection electron microscope that obtains a sample image by irradiating a sample surface with an electron beam and projecting an image of reflected electrons generated from the irradiated region onto a detection surface. ing.
The reflection electron microscope will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the electron beam irradiated from the electron gun 81 passes through the irradiation lens system 82 and enters the central portion of the Wien filter 83. Although details will be described later, at this time, the orbit of the electron beam is bent by the Wien filter 83 and enters the sample 85 on the stage 84 perpendicularly.
[0004]
When the sample 85 is irradiated with an electron beam, reflected electrons are generated from the irradiated region. The reflected electrons go straight without being subjected to the deflection action of the Wien filter 83 and form an image on the fluorescent plate 87 by the imaging lens system 86. In the fluorescent screen 87, the reflected electron image is converted into an optical image, and this image is captured and observed by a CCD sensor or the like.
As described above, in the reflection electron microscope, by projecting the irradiation region of the electron beam onto the detection surface, images of the region can be acquired in a lump.
[0005]
Incidentally, it is known that there is a TDI (Time Delay Integration) CCD sensor as a kind of CCD sensor. The TDDICCD sensor is an image sensor that captures an image while shifting and accumulating accumulated signal charges in synchronization with shifting of a sample image projected on an imaging surface as the stage moves.
[0006]
An imaging operation using this TDDICCD sensor will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14 (1), the electron beam is now radiated to a predetermined portion of the sample. At this time, as shown in FIG. 14 (2), an image of the electron beam irradiation area is picked up on the horizontal scanning line A of the TDICCD sensor, and signal charges are accumulated in this line.
[0007]
Next, at a predetermined timing, as shown in FIG. 14 (3), the stage and the sample move by one horizontal scanning line in the Y direction. At this time, as shown in FIG. 14 (4), the sample is imaged by the lines A and B, but the signal charges accumulated in the line A are transferred to the line B simultaneously with the movement of the stage. Therefore, in the line B, the signal charge obtained at the previous time and the signal charge obtained at the current imaging are added and accumulated.
[0008]
Furthermore, at a predetermined timing, as shown in FIG. 14 (5), the stage and the sample move by one horizontal scanning line in the Y direction. At this time, as shown in FIG. 14 (6), the sample is imaged by line A, line B, and line C. At the same time as the stage is moved, the signal charge of line B is transferred to line C and line A Signal charge is transferred to line B. Therefore, the signal charge obtained at the previous and current imaging is added and accumulated in the line C, and the signal charge obtained at the previous and current imaging is added and accumulated in the line B.
[0009]
By continuing the above operation, the signal charges at the same portion of the sample are sequentially added and integrated by the number of horizontal scanning lines.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the TDICCD sensor, when the sample image projected on the imaging surface shifts with the movement of the stage, the accumulated signal charge is transferred in synchronization with the signal, so that the signal at the same location of the sample is transferred. The charge is integrated.
[0011]
However, if the movement of the stage and the transfer of the signal charge are not synchronized, the signal charge will be added at different parts of the sample, and the image quality deteriorated. That is, for example, when the stage moves, if the stage has uneven speed, lateral displacement, vibration, etc., the stage position is displaced, and the sample image projected on the imaging surface of the TDICCD sensor is also projected out of the original position. End up. If the signal charges are transferred and added in this state, the sample images are accumulated in a shifted state, so that the sample image is blurred and the sharpness of the image is significantly reduced.
[0012]
Therefore, the movement of the stage is driven and controlled with strict accuracy so that there is no constant speed, no vibration and lateral displacement, etc., but it is impossible to drive and control a normal stage at a constant speed while completely suppressing vibration. It was extremely difficult, and some variation in speed, vibration, etc. existed.
For example, the permissible value of the speed unevenness is ± 1% in the case of the TDICCD sensor manufactured by dalsa. For this reason, the stage control must control the speed fluctuation to be ± 1% or less. In order to realize this, there are solutions such as making the stage an air guide system, or using a linear motor for the motor, but this makes the stage expensive. Even if these devices are provided, it is necessary to correct minute vibrations of the stage, and prevention of deterioration in image quality is indispensable.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electron beam inspection apparatus that can avoid a deterioration in image quality caused by a synchronization shift between stage movement and signal charge transfer and can acquire a clear image.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 irradiates a sample placed on a stage with an electron beam, detects a secondary beam composed of at least one of secondary electrons or reflected electrons generated from an irradiation region of the sample, An electron detection means for generating an image of the irradiation region; a mapping electron optical system disposed between the sample and the electron detection means and forming an image on a detection surface on which the secondary beam is incident on the electron detection means; The electron detector comprises: a converter that converts the secondary beam that has passed through the detection surface into light; and pixels that are two-dimensionally arranged in a plurality of lines, The charges of the pixels of each line generated by receiving the optical image obtained through the converter are sequentially transferred to the corresponding pixels of the adjacent lines in synchronization with the transfer signal, and the charges and the charges are transferred for each transfer. Pixel A transfer signal control unit that outputs the transfer signal, and an array image pickup unit that sequentially outputs a charge obtained by adding the charge generated from the sum and adding a predetermined number of lines up to the line corresponding to the terminal. A stage driving unit that drives the stage to move the optical image formed on the detection surface, a position detection unit that detects the position of the stage, the transfer signal, and a detection signal of the position detection unit Based on the synchronization signal, the synchronization deviation detecting means for detecting the synchronization deviation between the movement of the electric charge by the transfer signal and the movement of the optical image by the stage driving means, and the optical on the detection surface calculated based on the synchronization deviation. Correction means for correcting an image position shift by the stage drive, and correcting a residual error that cannot be corrected by the correction by a beam deflecting means for deflecting the secondary beam; WithThe synchronization deviation detecting means stores Y coordinate data that can be corrected by the correcting means, and counts target Y coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside; A second counter that stores X-coordinate data that can be corrected by the correcting unit and that counts target X-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside.
[0015]
  In such a configuration, even if a deviation occurs between the charge transfer timing of the array imaging unit (specifically, the TDICCD sensor) and the stage drive timing, the deviation can be detected.In addition, when there is a synchronization shift (for example, when there is a speed unevenness on the stage), the optical image is shifted from the original position on the detection surface. However, this misalignment can be corrected by the correcting means. Furthermore, even if a deviation occurs in the image formation position of the optical image on the detection surface, the image can be formed at the original position by the deflection of the secondary beam by the beam deflecting means..
[0016]
  The invention according to claim 2 irradiates the sample placed on the stage with an electron beam, detects a secondary beam consisting of at least one of secondary electrons or reflected electrons generated from the irradiation region of the sample, An electron detection means for generating an image of the irradiation region; a mapping electron optical system disposed between the sample and the electron detection means and forming an image on a detection surface on which the secondary beam is incident on the electron detection means; The electron detector comprises: a converter that converts the secondary beam that has passed through the detection surface into light; and pixels that are two-dimensionally arranged in a plurality of lines, The charges of the pixels of each line generated by receiving the optical image obtained through the converter are sequentially transferred to the corresponding pixels of the adjacent lines in synchronization with the transfer signal, and the charges and the charges are transferred for each transfer. Pixel A transfer signal control unit that outputs the transfer signal, and an array image pickup unit that sequentially outputs a charge obtained by adding the charge generated from the sum and adding a predetermined number of lines up to the line corresponding to the terminal. A stage driving unit that drives the stage to move the optical image formed on the detection surface, a position detection unit that detects the position of the stage, the transfer signal, and a detection signal of the position detection unit Based on the synchronization signal, the synchronization deviation detecting means for detecting the synchronization deviation between the movement of the electric charge by the transfer signal and the movement of the optical image by the stage driving means, and the optical on the detection surface calculated based on the synchronization deviation. The positional deviation of the image is corrected by the stage drive, and the residual error that cannot be corrected by the correction is used to determine the imaging position of the secondary beam on the detection surface by the mapping electron optical system. And a correction means for correcting by Las,The synchronization deviation detection unit stores Y coordinate data that can be corrected by the correction unit, a first counter that counts target Y coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside, and the correction A second counter that stores X-coordinate data that can be corrected by the means and counts target X-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside.
[0017]
  In such a configuration, even if a deviation occurs between the charge transfer timing of the array imaging unit (specifically, the TDICCD sensor) and the stage drive timing, the deviation can be detected. In addition, when there is a synchronization shift (for example, when there is a speed unevenness on the stage), the optical image is shifted from the original position on the detection surface. However, this misalignment can be corrected by the correcting means. Further, even if a deviation occurs in the imaging position of the optical image on the detection surface, the imaging electron optical system forms an image at the original position by shifting the imaging position of the secondary beam on the detection surface. Can do.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
  FIG. 1 is an overall configuration diagram of the first embodiment..Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[0019]
In FIG. 1, the inspection apparatus has a primary column 21, a secondary column 22 and a chamber 23. The primary column 21 is obliquely attached to the side surface of the secondary column 22, and a chamber 23 is disposed below the secondary column 22.
An electron gun 24 is disposed inside the primary column 21, and a primary optical system 25 and a deflector 26 are disposed on the optical axis of an electron beam (primary beam) emitted from the electron gun 24.
[0020]
On the other hand, a stage 27 is installed inside the chamber 23, and a sample 28 is placed on the stage 27.
Further, inside the secondary column 22, on the optical axis of the secondary beam generated from the sample 28, a cathode lens 29, a numerical aperture 30, a Wien filter 31, a second lens 32, a field aperture 33, and a third lens. 34, a fourth lens 35, a deflector 36 and a detector 37 are arranged. The cathode lens 29 and the second lens 32 to the fourth lens 35 constitute a secondary optical system.
[0021]
The detector 37 includes an MCP (microchannel plate) 38, an FOP (fiber optic plate) 40 having a phosphor screen 39, and a TDDICCD sensor 41.
The detector 37 is connected to the image processing unit 42, and the image processing unit 42 is connected to the CPU 43 and the CRT 44.
[0022]
The CPU 43 is connected to the primary column control unit 45, the secondary column control unit 46 and the DSP 48.
The primary column control unit 45 controls the lens voltage of the primary optical system 25 and the current (or voltage) supplied to the deflector 26, and the secondary column control unit 46 includes the cathode lens 29 and the second lens 32 to the fourth lens. Each lens voltage of 35 is controlled.
[0023]
The output terminal of the DSP 48 is connected to the input terminals of the deflector control unit 47 and the stage control unit 49, and the input terminal of the DSP 48 is connected to the output terminals of the laser interferometer unit 50 and the synchronization pulse generation circuit 51.
The deflector control unit 47 controls the current (or voltage) supplied to the deflector 36, the stage control unit 49 drives the stage 27 in the XY directions, and the laser interferometer unit 50 adjusts the amount of movement of the stage 27. A corresponding pulse signal is output to the DSP 48. Further, the synchronization pulse generation circuit 51 supplies a TDI synchronization pulse signal to the TDICCD sensor 41.
[0024]
The primary column 21, the secondary column 22, and the chamber 23 are connected to an evacuation system (not shown), and are evacuated by a turbo pump of the evacuation system, and the inside is maintained in a vacuum state.
As for the correspondence relationship between the present invention described in claim 1 and this embodiment, the electron detection means corresponds to the detector 37, and the mapping electron optical system includes the cathode lens 29, the second lens 32 to the fourth lens. 35, the converter corresponds to the phosphor screen 39, the array imaging unit corresponds to the TDICCD sensor 41, the transfer signal control unit corresponds to the synchronization pulse generation circuit 51, and the stage driving means includes stage control. Corresponding to the unit 49, the position detecting means corresponds to the laser interferometer unit 50, and the synchronization shift detecting means corresponds to the DSP 48.
[0025]
  Also,The correcting means corresponds to the deflector 36, the deflector control unit 47, and the stage control unit 49. Also,The beam deflecting means corresponds to the deflector 36 and the deflector control unit 47.
  Next, a sample image acquisition operation in the electron beam inspection apparatus of the present embodiment will be described.
[0026]
As shown in FIG. 2, the primary beam emitted from the electron gun 24 is accelerated by the acceleration voltage of the electron gun 24, and reaches the center of the Wien filter 31 while receiving the lens action of the primary optical system 25 and the deflection action of the deflector 26. Incident.
Here, the cathode of the electron gun 24 is a lanthanum hexabolite (LaB) which can take out a large current with a rectangular cathode.₆) Is used.
[0027]
The primary optical system 25 uses a rotation axis asymmetric quadrupole (or octupole) electrostatic lens (or electromagnetic lens). Similar to a so-called cylindrical lens, this lens can cause focusing and divergence on the long axis (X axis) and the short axis (Y axis) of the rectangular cathode. FIG. 2 shows the trajectory of electrons emitted in the X-direction cross section of the rectangular cathode and the trajectory of electrons emitted in the Y-direction cross section.
[0028]
As a specific lens configuration, as shown in FIG. 3, when an electrostatic lens is used, four cylindrical rods are used. The opposing electrodes are set to be equipotential, and opposite voltage characteristics (+ Vq for a and b, −Vq for c and d) are given.
This lens is composed of three stages (25a, 25b, and 25c in FIG. 2), and by optimizing each lens condition, the beam irradiation area on the sample surface can be formed into an arbitrary rectangular shape without irradiating irradiation electrons. Or an elliptical shape.
[0029]
The primary beam shaped into a rectangular shape by the primary optical system 25 is deflected by the deflector 26 so as to enter the central portion of the Wien filter 31. The primary beam incident on the Wien filter 31 has its trajectory bent by the deflection action of the Wien filter 31 and forms an image at the opening of the numerical aperture 30. The Wien filter 31 orthogonally crosses the magnetic field and the electric field, and when the electric field is E, the magnetic field is B, and the velocity of the charged particles is v, only charged particles satisfying the Wien condition of E = vB travel straight. It is a deflecting device that bends the orbit of particles.
[0030]
The numerical aperture 30 corresponds to an aperture stop and determines the aperture angle of the cathode lens 29. Its shape is a metal (Mo, etc.) thin film plate with a circular hole, which prevents an extra electron beam scattered in the apparatus from reaching the sample surface, and charge-up and contamination of the sample 28 Is preventing.
The primary beam imaged at the opening of the numerical aperture 30 is vertically irradiated onto the surface of the sample 28 via the cathode lens 29. When the primary beam is irradiated onto the sample surface, a secondary beam including at least one of secondary electrons or reflected electrons is generated from the beam irradiation region.
[0031]
This secondary beam has two-dimensional image information of the beam irradiation region. In particular, since the primary beam is irradiated perpendicularly to the sample 28, the secondary beam produces a clear image without shadows. Can have.
As shown in FIG. 4, the secondary beam is focused by the cathode lens 29. The cathode lens 29 is usually composed of 2 to 4 electrodes. Here, a configuration example of three electrodes (29a, 29b, 29c) is shown. Usually, in order to function as a lens, a voltage is applied to the first electrode 29a and the second electrode 29b from the bottom of the cathode lens 29, and the third electrode 29c is set to zero potential.
[0032]
A voltage (retarding voltage) is applied to the stage 27, and a negative electric field for the primary beam and a positive electric field for the secondary beam are formed between the electrode 29a and the sample surface. .
Due to the retarding voltage, the cathode lens 29 decelerates the primary beam to prevent charge-up or destruction of the sample, and electrons (particularly, secondary electrons with low directivity) to the secondary beam. It pulls in, accelerates, and acts to efficiently guide it into the lens.
[0033]
The secondary beam that has passed through the cathode lens 29 and the numerical aperture 30 travels straight without being subjected to the deflection action of the Wien filter 31. At this time, by changing the electromagnetic field applied to the Wien filter 31, only electrons having a specific energy band (for example, secondary electrons or reflected electrons) can be guided to the detector 37 from the secondary beam.
[0034]
Further, the numerical aperture 30 plays a role of suppressing lens aberrations of the second lens 32 to the fourth lens 35 in the subsequent stage with respect to the secondary beam.
By the way, if the secondary beam is imaged only by the cathode lens 29, the lens action becomes strong and aberration is likely to occur. Therefore, one image formation is performed together with the second lens 32. The secondary beam obtains an intermediate image on the field aperture 33 by the cathode lens 29 and the second lens 32.
[0035]
In addition, a lens for projecting an intermediate image is disposed in the subsequent stage, but in order to secure a projection magnification necessary for the secondary optical system, a configuration in which two lenses, a third lens 34 and a fourth lens 35, are added. To. The secondary beam is imaged by each of the third lens 34 and the fourth lens 35, and here, the image is imaged three times in total. Note that the third lens 34 and the fourth lens 35 may be combined to form an image once (two times in total).
[0036]
The second lens 32 to the fourth lens 35 are all rotationally symmetric lenses called unipotential lenses or Einzel lenses, and each lens is composed of three electrodes. Normally, the lens action is controlled by changing the voltage applied to the center electrode by setting the outer two electrodes to zero potential.
[0037]
In addition, a field aperture 33 is disposed at an intermediate image formation point. This field aperture 33 limits the field of view to a necessary range, like a field stop of an optical microscope. In particular, in the case of an electron beam, an extra beam is blocked together with the third lens 34 and the fourth lens 35 in the subsequent stage to prevent the detector 37 from being charged up or contaminated.
[0038]
The secondary beam is repeatedly focused and diverged by the third lens 34 and the fourth lens 35, re-imaged on the detection surface of the detector 37, and an image of the beam irradiation area is projected onto the detection surface.
Although details will be described later, the deflector 36 is a deflector for correcting the positional deviation of the image projected on the detection surface.
As shown in FIG. 1, the secondary beam enters the MCP 38 inside the detector 37, is accelerated and amplified when passing through the MCP 38, and collides with the phosphor screen 39. The fluorescent screen 39 converts the secondary beam into light and converts the projected electronic image into an optical image.
[0039]
The optical image passes through the FOP 40 and is picked up by the TDICCD sensor 41. Here, in order to match the image size on the phosphor screen 40 with the image pickup size of the TDDICCD sensor 41, the image is projected with the FOP 40 reduced to about ３.
The optical image is photoelectrically converted by the TDICCD sensor 41, and the TDCDCD sensor 41 transfers the signal charge to the image processing unit 42 according to the TDI synchronization pulse signal of the synchronization pulse generation circuit 51. The imaging operation of the TDICCD sensor 41 will be described later.
[0040]
The image processing unit 42 performs A / D conversion on the read signal charges, stores the signal charges in an internal VRAM, creates a sample image, and causes the CRT 44 to display the sample image. In addition, the CPU 43 identifies a defective portion of the sample by executing template matching or the like on the created sample image.
As described above, in the inspection apparatus of the present invention, it is possible to irradiate the sample surface with the electron beam, project the image of the beam irradiation region onto the detection surface of the detector 37, and acquire the sample image collectively.
[0041]
Next, the imaging operation of the TDDICCD sensor 41 will be specifically described with reference to FIGS. 1, 5, and 6. FIG.
As shown in FIG. 5, an area (1) from (X1, Y1) to (X512, Y256) is defined on the chip, and an electron beam is irradiated onto this area (1) to form an image of the irradiated area. The image is projected onto the TDCIDC sensor 41 and imaged. At this time, the TDDICCD sensor 41 has a pixel number of 512 × 256, and the region {circle around (1)} is projected so as to fit the TDCDCD sensor 41.
[0042]
Now assume that the primary beam is irradiated from (X1, Y1) to (X512, Y1) in the region (1). At this time, this one-line image is projected onto the TDCDCD sensor 41 and imaged. The signal charge is accumulated in ROW1 of the TDDICCD sensor 41 shown in FIG. Next, the synchronization pulse generation circuit 51 outputs a synchronization pulse signal to the TDICCD sensor 41 and the DSP 48.
[0043]
When the synchronization pulse signal is input, the DSP 48 outputs a drive control signal to the stage control unit 49, and the stage control unit 49 drives the stage 27 in the Y direction. Then, the beam irradiation area moves in the scanning direction by one horizontal scanning line of the TDDICCD sensor 41.
On the other hand, the TDICCD sensor 41 to which the synchronization pulse signal from the synchronization pulse generation circuit 51 is input transfers the signal charge stored in ROW1 to ROW2. At this time, since the images from (X1, Y1) to (X512, Y1) are picked up and signal charges are already accumulated in ROW2, the signal charges transferred from ROW1 are added and accumulated. It will be. At this time, in ROW1, images from (X1, Y2) to (X512, Y2) are picked up and signal charges are newly accumulated.
[0044]
Further, when the stage control unit 49 drives the stage 27 for one horizontal scanning line according to the synchronization pulse signal of the synchronization pulse generation circuit 51, images from (X1, Y1) to (X512, Y1) are captured on the ROW3. As a result, signal charges are accumulated.
When the synchronization pulse signal is input to the TDCDCD sensor 41, the signal charges transferred from the ROW2 are added and accumulated in the ROW3. In ROW2, images from (X1, Y2) to (X512, Y2) are picked up and signal charges have already been accumulated. However, when the previous synchronization pulse signal is input, it is transferred from ROW1. The added signal charges are added and accumulated. In ROW1, images from (X1, Y3) to (X512, Y3) are picked up and signal charges are newly accumulated.
[0045]
As the stage 27 is sequentially driven in the Y direction in this way, the beam irradiation region scans the region (1), and the TDCDCD sensor 41 sequentially stores the accumulated signal charges to the adjacent ROWs according to the drive of the stage 27. Forward. This operation is repeated, and when an image from (X1, Y256) to (X512, Y256) in region (1) is picked up and the signal charge is accumulated in ROW1, (X1, Y1) to (X512, Y1) ) Are added and accumulated by the number of horizontal scanning lines and accumulated in the ROW 256.
[0046]
In this state, when a synchronization pulse signal is input to the TDICCD sensor 41, the signal charge accumulated in the ROW 256 is transferred to the CCD shift register via a transfer gate (not shown), and is one horizontal from the TDDICCD sensor 41. Each scanning line is taken out and transferred to the image processing unit 42.
The image processing unit 42 performs A / D conversion on the sequentially transferred signal charges and stores them in the VRAM to generate an image of the area (1).
[0047]
Thereafter, while moving the stage 27 in the same manner, the image of the area (2), area (3)...
As described above, the TDCDCD sensor 41 shifts the signal charge in accordance with the movement of the stage 27 and images it. Therefore, the movement of the stage 27 and the imaging operation can be performed in parallel, and the entire surface of the chip can be obtained in an extremely short time. An image can be taken. Further, in the TDICCD sensor 41, the signal charges at the same portion of the sample can be added and integrated by the number of horizontal scanning lines, so that the S / N of the image can be improved.
[0048]
By the way, in the imaging by the TDDICCD sensor 41, as described above, the movement of the stage 27 by the stage control unit 49 and the charge transfer by the TDDICCD sensor 41 must be synchronized. For example, if the stage 27 has uneven speed, lateral deviation, vibration, etc., the sample image projected on the imaging surface of the TDDICCD sensor 41 is displaced, and signal charges are accumulated at different locations in the image. The sharpness of the image will be extremely reduced. Therefore, this correction is performed when the stage position shift and the resulting position shift of the sample image on the imaging surface occur.
[0049]
Hereinafter, the misalignment correcting operation will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a block diagram illustrating the correction operation. In FIG. 7, a motor 53 is disposed inside the stage control unit 49, and a TG (tacho generator) 52 and an RE (rotary encoder) 54 are directly connected to both ends of the motor 53.
The TG 52 outputs an analog voltage signal proportional to the rotation amount of the motor 53. The RE 54 counts a pulse signal generated according to the rotation of the motor 53 and outputs a digital signal proportional to the rotation speed.
[0050]
The TG 52 is connected to the bus 56 via the A / D conversion unit 55. The bus 56 is connected to the power amplifier 57 via the D / A conversion unit 58, and the power amplifier 57 is connected to the motor 53. The RE 54 is connected to the bus 56 via the counter 59.
FIG. 8 is a block diagram for explaining the operation of the DSP 48, and FIG. 9 is a flowchart for explaining the misalignment correction operation.
[0051]
In FIG. 8, the current stage Y coordinate data is input from the laser interferometer unit 50 to the CPU 43. When the current stage Y coordinate data is within the range from the valid start Y coordinate to the valid end Y coordinate, the CPU 43 determines that “correction operation is possible” and outputs an operation start command to the DSP 48. If it is not within the range, it is determined that “correction operation is impossible” and an operation stop command is output to the DSP 48.
[0052]
The frequency divider 63 divides the reference clock of the oscillator 62 and generates a TDI synchronization pulse signal determined from the speed of the stage 27 and the pixel size of the TDICCD sensor 41.
The frequency divider 64 divides the reference clock of the oscillator 62, generates a synchronization pulse signal determined from the stage speed and the interferometer resolution, and supplies it to the counter 65.
[0053]
Since the counter 65 stores the start Y coordinate data of the stage 27, the target stage Y coordinate data is counted based on the supplied synchronization pulse signal.
The interferometer 60 in the laser interferometer unit 50 reads the stage coordinate data in the X and Y directions while the stage is moving, the signal is held by the latch 61, sampled at a sampling frequency of 100 kHz, and output to the DSP 48.
[0054]
The subtractor 66 in the DSP 48 receives the current stage Y coordinate data from the laser interferometer unit 50 and the target stage Y coordinate data from the counter 65. The DSP 48 calculates the difference and calculates the stage position shift amount in the Y direction (step S1). This stage displacement amount in the Y direction is a displacement amount caused by uneven speed in the Y direction of the stage 27. The DSP 48 calculates the rotational speed of the motor 53 for correcting this positional deviation amount.
[0055]
The DSP 48 outputs a rotation speed control signal as a Y stage control signal. This rotation speed control signal is converted into analog data via the D / A converter 58, amplified by the power amplifier 57, and supplied to the motor 53. Is done. The motor 53 rotates at the target rotation speed and corrects the Y-direction speed unevenness of the stage 27 (step S2).
[0056]
The RE 54 and the counter 59 detect the rotational speed of the motor 53, and the DSP 48 performs feedback control so that the detected rotational speed matches the target rotational speed.
On the other hand, the current stage X coordinate data is input from the laser interferometer unit 50 to the subtractor 67 in the DSP 48. Since the reference stage X coordinate data is stored in the subtractor 67, the current stage X coordinate data and the reference stage X coordinate data are compared to obtain a difference, and the lateral deviation amount of the stage 27 in the X direction is calculated. (Step S3), and the X-axis rotation amount of the motor 53 for correcting this is calculated.
[0057]
The DSP 48 outputs a rotation amount control signal as an X stage control signal. This rotation amount control signal is converted into analog data via the D / A converter 58, amplified by the power amplifier 57, and supplied to the motor 53. Is done. The motor 53 rotates by the target amount of rotation, and corrects the lateral displacement of the stage 27 in the X direction (step S4).
[0058]
Note that the TG 52 and the A / D converter 55 detect the rotation amount of the motor 53, and the DSP 48 performs feedback control so that the detected rotation amount matches the target rotation amount.
The stage control unit 49 drives the stage 27 so as to compare the current stage X and Y coordinate data detected by the laser interferometer unit 50 with the target stage X and Y coordinate data and correct the difference. By controlling, the uneven speed and lateral deviation of the stage 27 are corrected.
[0059]
However, in the positional deviation correction by driving the stage 27, the positional deviation cannot be completely corrected, and actually a residual error occurs. Therefore, in order to correct this residual error, the projection position of the sample image is further corrected by the deflector 36.
[0060]
For example, in FIG. 10 (1), the speed of the Y stage during the stage movement is graphed, and the speed servo is adjusted by the stage control unit 49 so as to follow the target Y speed (in this example, it becomes trapezoidal). Do. However, in reality, the stage does not completely match the target speed, which results in uneven speed.
Considering the positional deviation, as shown in FIG. 10 (2), even if the positional deviation correction is performed by the stage control unit 49, the positional deviation between the target Y position and the actual Y position is actually caused by a time lag or the like. Will occur. This is the residual error.
[0061]
As shown in FIG. 8, the specific operation of the residual error correction is as follows. First, the subtractor 66 sends the current stage Y coordinate data from the laser interferometer unit 50 (this data indicates the position shift of the stage 27 by the stage control unit 49). Data that is detected after correction has already been performed).
The subtractor 66 compares with the target stage Y coordinate data of the counter 65, obtains the difference, generates a Y mapping correction signal from the difference (step S5), and in accordance with this signal, the deflector control unit 47 and the deflector. 36 corrects the projection position of the sample image (step S6).
[0062]
That is, this signal is supplied to the deflector 36, and the image projected on the imaging surface of the TDICCD sensor 41 is shifted in the Y direction by the residual error.
Thereafter, when the current stage Y coordinate data is input from the laser interferometer unit 50, the subtractor 66 calculates a difference from the target stage Y coordinate data, and first the stage 27 is directly driven by the stage control unit 49. Thus, the misalignment in the Y direction is corrected.
[0063]
Next, the residual error of the stage position that could not be corrected by the stage control unit 49 is corrected by shifting the projection position of the sample image in the Y direction by the deflector 36.
Further, regarding the X direction, even if the lateral deviation in the X direction can be corrected by driving the stage 27 by the stage control unit 49, the fine vibration cannot be corrected completely.
[0064]
Therefore, as shown in FIG. 10 (3), a positional deviation between the target X position and the actual X position occurs, which becomes a residual error.
As shown in FIG. 8, the specific operation of the residual error correction is as follows. First, the subtractor 67 sends the current stage X coordinate data from the laser interferometer unit 50 (this data is used to correct the positional deviation of the stage 27 by the stage control unit 49). Is data that is detected after it has already been performed).
[0065]
The subtractor 67 compares the stage X coordinate data with the reference stage to obtain the difference, generates an X mapping correction signal from the difference (step S7), and determines the projection position of the sample image by the deflector control unit 47 and the deflector 36. Correction is performed (step S8).
That is, this signal is supplied to the deflector 36, and the image projected on the imaging surface of the TDDICCD sensor 41 is shifted in the X direction by the residual error.
[0066]
Thereafter, when the current stage X-coordinate data is sequentially input from the laser interferometer unit 50, the subtractor 67 calculates a difference from the reference stage X-coordinate data. To correct the positional deviation in the X direction.
Next, the residual error of the stage position that could not be corrected by the stage control unit 49 is corrected by shifting the projection position of the sample image in the X direction by the deflector 36.
[0067]
As described above, in the electron beam inspection apparatus according to the present embodiment, the positional deviation of the stage 27 in the X and Y directions is corrected by the stage drive, and the residual error that cannot be corrected by the correction is projected by the deflector 36 to the projection position of the sample image. It is corrected by changing. Therefore, even if speed unevenness, lateral deviation, vibration, or the like occurs on the stage 27, the sample image projected on the imaging surface of the TDDICCD sensor 41 does not change its position, and a clear image can always be obtained.
[0068]
Also, misalignment correction is performed in two stages: stage drive and beam deflection. However, correction using a deflector can correct misalignment at a high speed, resulting in a decrease in inspection throughput. There is no.
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the stage 27 is driven only in the Y direction. However, when the sample has a slight inclination (rotation), it is necessary to drive the stage 27 obliquely. In the second embodiment, a case where the stage 27 is moved in both the X direction and the Y direction will be described.
[0069]
  As shown in FIG. 11, the feature point of the configuration of the present embodiment is that a counter 68 is disposed inside the DSP 48, and other components are the same as those of the first embodiment. .
  Next, the operation of this embodiment will be described.
  In FIG. 11, since the start Y coordinate data of the stage 27 is stored in the counter 65, the target stage Y coordinate data is counted based on the synchronization pulse signal supplied from the frequency divider 64. The counter 68 also includes a stage 27 scan.TSince the X coordinate data is stored, the target stage X coordinate data is counted based on the synchronization pulse signal supplied from the frequency divider 64.
[0070]
The interferometer 60 in the laser interferometer unit 50 reads the stage coordinate data in the X and Y directions while the stage is moving, the signal is held by the latch 61, sampled at a sampling frequency of 100 kHz, and output to the DSP 48.
The subtractor 66 in the DSP 48 receives the current stage Y coordinate data from the laser interferometer unit 50 and the target stage Y coordinate data from the counter 65. The DSP 48 calculates the difference, calculates the amount of positional deviation in the Y direction, and calculates the rotational speed of the motor 53 for correcting the speed unevenness in the Y direction and the rotational amount of the motor 53 for correcting the lateral deviation in the Y direction. Is calculated.
[0071]
Further, the current stage X coordinate data from the laser interferometer unit 50 and the target stage X coordinate data from the counter 68 are input to the subtractor 67 in the DSP 48. The DSP 48 calculates the difference, calculates the amount of positional deviation in the X direction, calculates the rotational speed of the motor 53 for correcting the speed unevenness in the X direction, and the rotational amount of the motor 53 for correcting the lateral deviation in the X direction. Is calculated.
[0072]
The stage control unit 49 controls the motor 53 to a target rotation speed and rotation amount, and controls the drive of the stage 27, thereby correcting the speed unevenness and lateral deviation of the stage 27 in the X direction and Y direction.
However, in actuality, in the positional deviation correction by driving the stage 27, the positional deviation correction cannot be completely corrected, and a residual error occurs. Therefore, in order to correct this residual error, the projection position of the sample image is further corrected by the deflector 36.
[0073]
Since this residual error correction operation is the same processing as in the first embodiment, the details are omitted here. However, as shown in FIG. 12, the stage 27 is moved according to Y = aX + b. Think.
As shown in FIG. 12, even if the positional deviation is corrected by the stage control unit 49, there are actually residual errors in the X and Y directions. Accordingly, this residual error is obtained, and the deflector 36 corrects the image projected on the imaging surface of the TDDICCD sensor 41 by shifting the residual error in the X and Y directions.
[0074]
As a result, even if the speed in the X and Y directions, lateral deviation, vibration, and the like occur on the stage 27, the TDICCD sensor 41 can always acquire a clear sample image. In the first and second embodiments, both the positional deviation correction by the stage control unit 49 and the positional deviation correction by the deflector control unit 47 and the deflector 36 are performed. Only correction by means of. In particular, when the positional deviation is small, it can be processed at high speed if correction is performed only with the deflector.
[0075]
Further, it is possible to appropriately switch between misalignment correction by stage driving and misalignment correction by a deflector. For example, the correction by stage driving may be selectively switched when the observation magnification is low, and the correction by the deflector is performed when the observation magnification is high.
In the first and second embodiments, the positional deviation is corrected by the deflection of the secondary beam by the deflector 36. However, the correction means is not limited to this, and the cathode lens 29, the second lens 32 to the fourth lens. You may correct | amend by shifting the imaging position of the secondary beam on a detection surface with the secondary optical system of the lens 35. FIG.
[0076]
【The invention's effect】
  As explained above,The present inventionIn this electron beam inspection apparatus, even if a timing shift (synchronization shift) occurs between charge transfer and stage driving, the synchronization shift can be detected. Therefore, it is possible to determine whether or not the array imaging unit has successfully captured the sample image based on whether or not the synchronization shift is detected.
[0077]
  The present inventionIn the electron beam inspection apparatus, for example, if uneven speed or vibration occurs during stage driving and the stage position is displaced, the position of the optical image on the detection surface is displaced. Therefore, even when the image is picked up by the array image pickup unit, the sharpness of the image is not lowered.
  The present inventionIn this electron beam inspection apparatus, since the secondary beam can be deflected as correction means to correct the positional deviation of the optical image, it is possible to avoid a reduction in the sharpness of the image when taking an image with the array imaging unit. it can. Furthermore, in the present invention, since correction is performed using beam deflection, high responsiveness can be obtained, position displacement can be corrected at high speed, and inspection throughput can be improved.
[0078]
As described above, in the electron beam inspection apparatus to which the present invention is applied, even if the speed of the stage is uneven, vibrations, lateral deviations, etc. occur and the position of the optical image on the detection surface varies, the correction means (particularly the deflector). Therefore, it is possible to correct the positional deviation of the optical image, so that even when the image is picked up by the TDICCD sensor, a clear sample image can be always obtained, and a highly reliable defect detection can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a trajectory of a primary beam.
FIG. 3 is a configuration diagram of a primary optical system.
FIG. 4 is a diagram showing a trajectory of a secondary beam.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of a TDICCD sensor.
FIG. 6 is a configuration block diagram of a TDICCD sensor.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a correction operation.
FIG. 8 is a block diagram for explaining the operation of the DSP according to the first embodiment;
FIG. 9 is a flowchart illustrating a correction operation.
FIG. 10 is a diagram illustrating a residual error.
FIG. 11 is a block diagram illustrating the operation of a DSP according to the second embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a residual error.
FIG. 13 is a configuration diagram of a reflection electron microscope.
FIG. 14 is a diagram illustrating an imaging operation of a TDICCD sensor.
[Explanation of symbols]
21 Primary column
22 Secondary column
23 Chamber
24 electron gun
25 Primary optics
26, 36 Deflector
27 stages
28 samples
29 Cathode lens
30 New Menal Aperture
31 Vienna Filter
32 Second lens
33 Field aperture
34 Third lens
35 4th lens
37 Detector
38 MCP
39 phosphor screen
40 FOP
41 TDICCD sensor
42 Image processing unit
43 CPU
44 CRT
45 Primary column control unit
46 Secondary column control unit
47 Deflector control unit
48 DSP
49 Stage control unit
50 Laser interferometer unit
51 Synchronous pulse generation circuit
52 TG (Tacho Generator)
53 Motor
54 RE (rotary encoder)
55 A / D converter
56 bus
57 Power Amplifier
58 D / A converter
59, 65, 68 counter
60 Interferometer
61 Latch
62 Oscillator
63, 64 divider
66, 67 Subtractor

Claims

ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、
前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、
前記電子検出手段は、
前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、
複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、
前記転送信号を出力する転送信号制御部と、
前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、
前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、
前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段により補正する補正手段と
を備え、
前記同期ずれ検出手段は、
前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、
前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する
ことを特徴とする電子ビーム検査装置。Electrons that irradiate a sample placed on the stage with an electron beam, detect a secondary beam consisting of at least one of secondary electrons or reflected electrons generated from the irradiated region of the sample, and generate an image of the irradiated region Detection means;
An electron beam inspection apparatus comprising: a mapping electron optical system disposed between the sample and the electron detection means, wherein the secondary beam forms an image on a detection surface incident on the electron detection means;
The electron detection means includes
A converter that converts the secondary beam that has passed through the detection surface into light;
A plurality of two-dimensionally arranged pixels are provided, and the charges of the pixels of each line generated by receiving the optical image obtained through the converter are sequentially transferred to the corresponding pixels of the adjacent lines in synchronization with the transfer signal. And an array imaging unit that sequentially adds the charge obtained by adding the charge and the charge generated from the pixel to which the charge has been transferred and integrating the predetermined number of lines up to the line corresponding to the terminal. Configured
A transfer signal controller for outputting the transfer signal;
Stage driving means for driving the stage to move the optical image formed on the detection surface;
Position detecting means for detecting the position of the stage;
Based on the transfer signal and the detection signal of the position detection means, a synchronization deviation detection means for detecting a synchronization deviation between the movement of the electric charge by the transfer signal and the movement of the optical image by the stage driving means,
A position deviation of the optical image on the detection surface calculated based on the synchronization deviation is corrected by the stage drive, and a residual error that cannot be corrected by the correction is corrected by a beam deflecting unit that deflects the secondary beam. Correction means for correcting, and
The synchronization deviation detecting means includes
A first counter for storing Y-coordinate data that can be corrected by the correcting means, and counting target Y-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside;
An electron beam comprising: a second counter for storing X-coordinate data that can be corrected by the correcting means, and counting target X-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside. Inspection device.

ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、
前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、
前記電子検出手段は、
前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、
複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、
前記転送信号を出力する転送信号制御部と、
前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、
前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、
前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正する補正手段と
を備え、
前記同期ずれ検出手段は、
前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、
前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する
ことを特徴とする電子ビーム検査装置。Electrons that irradiate a sample placed on the stage with an electron beam, detect a secondary beam consisting of at least one of secondary electrons or reflected electrons generated from the irradiated region of the sample, and generate an image of the irradiated region Detection means;
An electron beam inspection apparatus comprising: a mapping electron optical system disposed between the sample and the electron detection means, wherein the secondary beam forms an image on a detection surface incident on the electron detection means;
The electron detection means includes
A converter that converts the secondary beam that has passed through the detection surface into light;
A plurality of two-dimensionally arranged pixels are provided, and the charges of the pixels of each line generated by receiving the optical image obtained through the converter are sequentially transferred to the corresponding pixels of the adjacent lines in synchronization with the transfer signal. And an array imaging unit that sequentially adds the charge obtained by adding the charge and the charge generated from the pixel to which the charge has been transferred and integrating the predetermined number of lines up to the line corresponding to the terminal. Configured
A transfer signal controller for outputting the transfer signal;
Stage driving means for driving the stage to move the optical image formed on the detection surface;
Position detecting means for detecting the position of the stage;
Based on the transfer signal and the detection signal of the position detection means, a synchronization deviation detection means for detecting a synchronization deviation between the movement of the electric charge by the transfer signal and the movement of the optical image by the stage driving means,
The position shift of the optical image on the detection surface calculated based on the synchronization shift is corrected by the stage drive, and a residual error that cannot be corrected by the correction is corrected on the detection surface by the mapping electron optical system. Correction means for correcting by shifting the imaging position of the secondary beam of
The synchronization deviation detecting means includes
A first counter for storing Y-coordinate data that can be corrected by the correcting means, and counting target Y-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside;
An electron beam comprising: a second counter for storing X-coordinate data that can be corrected by the correcting means, and counting target X-coordinate data based on a synchronization pulse signal supplied from the outside. Inspection device.