JPH10255709A

JPH10255709A - 画像検査装置

Info

Publication number: JPH10255709A
Application number: JP10001356A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Kohama; 禎晃小濱; Muneki Hamashima; 宗樹浜島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ動作中の試料の位置ずれを高速に補
正し、高い検査精度を得る画像検査装置を提供する。【解決手段】一次ビーム100を試料6の所定領域に照射
する一次コラム3には一次ビーム100を偏向させるための
偏向器2a,20aが設けられ、試料6からの二次ビーム110を
電子検出器59に導く二次コラム4には二次ビーム110を偏
向させるための偏向器21a,22aが設けられており、アラ
イメント制御系23が、位置検出系から得られた試料6の
位置ずれ情報に基づいて、各偏向器2a,20a,21a,22aを制
御し、二次ビーム110により形成される電子像の位置及
び回転角を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ウエハ、マスク
等の試料表面に設けられた複数のパターンを電子ビーム
を利用して順次検査する画像検査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ウエ
ハ、マスク等の試料表面の欠陥検出に要求される検出感
度は、ますます高くなってきている。例えば、２５６Ｍ
ＤＲＡＭはパターン寸法０．２５μｍのウエハ上に形成
されるが、このウエハに対する検出感度としては、寸法
０．１μｍの欠陥が検出できる程度の検出感度が必要と
されている。また、欠陥検出の高感度化とともに、検査
速度の高速化を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、電子ビームを利
用した表面検査装置（画像検査装置）が開発されてい
る。

【０００３】従来、電子ビームを利用した画像検査装置
としては、例えば、特開平５−２５８７０３号公報や特
開平７−２４９３９３号公報などに記載された検査装置
が知られている。図８は、上記特開平７−２４９３９３
号公報に開示された従来の画像検査装置の構成を示す図
である。この従来の画像検査装置は、矩形電子ビームを
発生させる矩形陰極を有する電子銃と四極子レンズ系と
からなる一次コラム８１と、検査対象である試料表面
（電子ビーム照射領域８５）からの二次電子もしくは反
射電子を検出する投影型の二次電子検出コラム（二次コ
ラム）８４とから構成されている。一次コラム８１から
試料８２上の電子ビーム照射領域８５に電子ビーム（一
次ビーム）が照射されると、電子ビーム照射領域８５か
らの二次電子等の二次ビーム８３により形成される該電
子ビーム領域の電子像が二次コラム８４の電子レンズ系
により電子検出器８６の電子入射面に結像される。そし
て、該電子ビーム照射領域８５の電子像が電気信号とし
て検出信号処理回路８７に取り出される。このように、
矩形陰極と四極子レンズ系とで電子光学系が構成される
ことにより、一次ビームが照射される試料８２上の電子
ビーム照射領域８５の形状を、容易にかつ任意に成形す
ることができる。この従来の画像検査装置は、適正なア
スペクト比をもつ矩形電子ビームを発生させることによ
り、高い検出感度を有するとともに、試料全面を走査す
るための検査時間が大幅に短縮できることを特徴として
いる。

【０００４】次に、試料表面の電子ビーム照射領域から
の二次電子を検出する二次電子検出系としては様々な検
出系が提案されている。その一例として、ＭＣＰ／蛍光
面／リニアイメージセンサから構成された二次電子検出
器が知られている。図９は、従来の二次電子検出器の構
造を示す断面図である。試料表面の電子ビーム照射領域
から放出された二次電子は、二次電子検出コラムを通過
してマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）７１で増倍
される。このＭＣＰ７１の後段には入力面上に蛍光膜７
２が塗布されたファイバ・オプティック・プレート（Ｆ
ＯＰ）が設置されており、ＭＣＰ７１により増倍された
電子群は蛍光膜７２で光変換された後、ＦＯＰ７３を介
してＭＯＳ型リニアイメージセンサ７４に入射され、電
気信号に再変換される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画図検査装置では、試料が搭載されたステージを連続移
動させている間に該試料の位置がずれる可能性も考慮す
る必要がある。検査中に発生した試料の位置ずれは、得
られる試料画像を不完全なものにする。従来の画像検査
装置では、このような課題は考慮されておらず、例え
ば、ウエハ上のパターン等の検査に支障を来してしまう
という課題がある。

【０００６】この発明は、主に上述の課題を解決するた
めになされたものであり、ステージ動作中の試料の位置
ずれを高速に補正し、高い検査精度を得る画像検査装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像検査
装置は、基本的に、試料表面に電子ビーム（一次ビー
ム）を照射するための照明系を含む一次コラムと、該試
料表面からの電子ビーム（二次ビーム）を電子検出系に
導くための二次コラムを備える。一次コラムには一次ビ
ームを照射するための電子銃と該一次ビームを試料表面
と略一致すべき所定面上に結像させるとともに該一次ビ
ームの断面形状を整形するための四極子レンズ系を備え
ており、二次コラムにも二次ビームにより形成される電
子像を電子検出系の電子入射面に結像させるための四極
子レンズ系を備えている。また、当該検査装置におい
て、上記一次コラムと二次コラムは、図１に示されたよ
うに、一次ビームの軌道を曲げるとともに二次ビームを
直進させるウィーンフィルタ等の電磁プリズムを適用す
ることにより、一体的に構成することが可能であり、ま
た、図７に示されたように、別個独立に構成することも
可能である。

【０００８】具体的に、この発明に係る画像検査装置
は、少なくとも、電子ビームを照射して所定の結像面上
に該電子ビームにより形成される電子像を結像させる照
射系と、試料表面と結像面とがとが略一致した状態で、
該試料を移動させるステージと、電子ビームが照射され
る前記試料上の電子ビーム照射領域からの二次電子、反
射電子、及び後方散乱電子の少なくともいずれかを検出
する電子検出系と、電子検出系からの出力信号に基づい
て試料上の電子ビーム照射領域に含まれる検査対象領域
の画像を表示する画像表示系とを備えている。また、上
記電子検出系は、少なくとも、電子ビーム照射領域から
到達した二次電子、反射電子、及び後方散乱電子の少な
くともいずれかを増倍するＭＣＰと、該ＭＣＰにより増
倍されかつ出力された電子群を光変換する蛍光部（蛍光
面）と、そして、該ＭＣＰとともに蛍光部を挟むように
配置され、該蛍光部により励起された光を受光するＴＤ
ＩアレイＣＣＤとを備えている。なお、この明細書にお
いて、電子検出系は二次コラムと、ＭＣＰ、蛍光部、及
びＴＤＩアレイＣＣＤを有する電子検出器（ＭＣＰアセ
ンブリ検出器）とを含む。

【０００９】特に、この発明に係る画像検査装置におい
て、上記照射系は電子ビームを偏向させるための第１の
アライメント用偏向器を有し、上記電子検出系は電子ビ
ーム照射領域からの電子ビームを偏向させるための第２
のアライメント偏向器を有している。そして、当該検査
装置は、上記位置検出系から得られたステージの位置ず
れ情報に基づいて、電子ビーム照射領域からの電子ビー
ムによって形成される該電子ビーム照射領域の像であっ
て電子検出系により検出されるべき電子像の位置及び回
転角を補正すべく、第１及び第２のアライメント用偏向
器をそれぞれ独立に制御するアライメント制御系を、さ
らに備えたことを特徴としている。

【００１０】なお、上記アライメント制御系は、ＴＤＩ
アレイＣＣＤにおいて順次取り込まれる１ライン単位の
画像ごとに補正動作を行う。また、上記ステージの位置
ずれ情報には、該ステージが移動可能な第１の方向に沿
ったずれ量に相当する第１の位置ずれ情報と、該第１の
方向に垂直な第２の方向に沿ったずれ量に相当する第２
の位置ずれ情報と、そして、該第１及び第２の方向に垂
直な第３の方向を中心に回転したずれ量に相当する第３
の位置ずれ情報が含まれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る画像検査装
置の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明す
る。なお、各図の説明において、同一要素には同一符号
を付し、重複する説明は省略する。図１は、この発明に
係る画像検査装置の基本的な実施形態の構成を示す図で
ある。この図において、当該画像検査装置は、ウエハ等
の試料６を搭載するＸ−Ｙステージ７と、ステージ７上
に設置された試料６の所定領域（電子ビーム照射領域）
に電子銃１から照射された電子ビーム（一次ビーム）１
００を導く一次コラム３と、一次ビーム１００の軌道を
変える電磁プリズムとしてのウィーンフィルタ５１と、
試料６の電子ビーム照射領域からの二次電子、反射電
子、後方散乱電子等の二次ビーム１１０を検出する電子
検出器５９と、そして、二次ビーム１１０を電子検出器
５９に導く二次コラム４を備えている。

【００１２】一次コラム３は、矩形陰極を有する電子銃
１と、該電子銃１から出射された矩形電子ビームの断面
形状を整形する一次レンズ系３０を備えている。矩形陰
極には、大電流を取り出すことが可能なＬａＢ６部材が
利用可能である。また、一次レンズ系３０には、回転軸
非対称の四極子や八極子の静電（あるいは電磁）レンズ
が利用可能である。静電レンズは、いわゆるシリンドリ
カルレンズと同様に一次ビームの進行方向に対して垂直
方向に集束と発散を引き起こすことができるため、これ
ら静電レンズを複数段（例えば３段）用意し、各静電レ
ンズのレンズ条件を最適化することにより、一次ビーム
の損失を抑制しながら、試料６上の所望の電子ビーム照
射領域の形状を、任意に矩形形状あるいは楕円形状に整
形することができる。なお、これら電子銃１及び多段の
一次レンズ系３０（図中の３重四極子レンズ系）を含む
一次コラム３の制御は、ＣＰＵ５００の指示に従って、
一次コラム制御系５２０により行われる。

【００１３】一方、二次コラム４は、試料６上の電子ビ
ーム照射領域からの二次ビーム１１０を効率よく二次レ
ンズ系４０へ導くために用意されたカソードレンズ５５
と、複数段の静電レンズからなる二次レンズ系４０を備
えている。さらに、この二次コラム４内には、所定位置
に開口絞り５７が配置され、試料６から見て該開口絞り
５７の後方には、径の異なる開口（フィールド孔）が複
数設けられた視野絞り５８が、図中の矢印Ｓ１で示され
た方向に沿って移動できるよう装着されている。なお、
二次コラム４に含まれる各要素の制御は、ＣＰＵ５００
の指示に従って、二次コラム制御系５３０により行われ
る。

【００１４】電子検出器５９の電子入射面は、試料６か
らの二次ビーム１１０が集束する結像面上に位置にして
いる。したがって、この電子入射面には二次レンズ系４
０により試料６上の電子ビーム照射領域の電子像が結像
される。電子検出器５９は、二次レンズ系４０を介して
検出された電子を光信号に変換し、さらに撮像素子によ
って光電信号に再変換する。変換された電気信号は検出
制御系５４０を介してＣＰＵ５００に取り込まれる。Ｃ
ＰＵ５００は、一次コラム制御系５２０及び二次コラム
制御系５３０に制御信号を出力するとともに、ステージ
７の移動を制御するステージ制御系５１０に対しても制
御信号を出力する。一次コラム制御系５２０は、少なく
とも、一次コラム３内の一次レンズ系３０に対して、ま
た、二次コラム制御系５３０は、少なくとも、カソード
レンズ５５及び二次レンズ系４０に対してレンズ電圧の
制御を行う。また、ＣＰＵ５００は、検出制御系５４０
からの検出電気信号を受け、該信号に基づいてディスプ
レイ５５０に試料６上の電子ビーム照射領域に含まれる
検査対象領域の像を表示することも可能である。

【００１５】ウィーンフィルタ５１は、図２（ａ）に示
されたように、中空の円柱電極部材が４分割された形状
を有しており、一次レンズ系３０を通過した一次ビーム
１００の軌道を、偏向作用により曲げるよう機能する。
ウィーンフィルタ５１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としたとき、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。すなわち、図２
（ｂ）に示されたように、一次ビーム１００がウィーン
フィルタ５１に入射すると、磁界による力ＦＢと電界に
よる力ＦＥとが発生し、これら発生した力により一次ビ
ーム１００の軌道は曲げられる。一方、二次ビーム１１
０は、図２（ｃ）に示されたように、ウィーンフィルタ
５１へ入射しても磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥ
とが逆方向に働くため、係る力同志が互いに相殺される
のでそのまま直進する。

【００１６】次に、この基本的な実施形態に係る画像検
査装置の動作を説明する。一次コラム３内の多段の一次
レンズ系３０は、電子銃１から照射される一次ビーム１
００を、ウィーンフィルタ５１に導く。ウィーンフィル
タ５１は、電磁プリズムとして作用する偏向器であり、
一次コラム３からの特定のエネルギーを有する一次ビー
ム１００を、その加速電圧で決定される角度で曲げて、
試料６の所定領域（検査対象領域である電子ビーム照射
領域）に垂直に照射させる。一方、ウィーンフィルタ５
１は、試料６上の電子ビーム照射領域からカソードレン
ズ５５を介して導かれた二次ビーム１１０（二次電子、
反射電子、後方散乱電子の少なくともいずれか）に対し
ては、そのまま直進させ、二次コラム４内の二次レンズ
系４０に入射させる。

【００１７】ウィーンフィルタ５１を通過した二次ビー
ム１１０は、二次レンズ系４０により集束され、電子検
出器５９の電子入射面に所定の倍率で拡大投影され、電
子検出器５９で画像電気信号に変換される。このとき、
開口絞り５７は、二次レンズ系４０の収差を抑える役割
を果たすとともに、装置内に散乱する余計な電子が、電
子検出器５９で検出されることを防ぐ役割を果たす。ま
た、視野絞り５８に設けられた開口を選択することによ
り、検出電子の種類を選択することができる。すなわ
ち、二次電子は、反射電子より電子数が多いため、二次
電子を中心に検出したい場合には、径の小さい開口が選
択される。また、反射電子を多く検出したい場合には、
逆に径の大きな開口が選択される。これにより、試料６
の状態に合わせて収率の高い電子を選択して検出するこ
とができる。

【００１８】検出制御系５４０は、電子検出器５９から
画像信号（光電変換された電気信号）を取り出し、ＣＰ
Ｕ５００に出力する。ＣＰＵ５００では、取り出された
画像信号からテンプレートマッチング等によって試料６
上の電子ビーム照射領域におけるパターンの欠陥検査が
行われる。また、ステージ制御系５１０は、ＣＰＵ５０
０からの指示に従ってステージ７を駆動し、次の試料６
上の検査箇所に電子ビームの照射位置を合わせて、以上
の検査動作を繰り返す。なお、電子検出器５９からの画
像信号に基づいて、ＣＰＵ５００はディスプレイ５５０
に得られた試料６の表面の像を表示することも可能であ
る。

【００１９】

【実施例】第１実施例次に、この発明に係る画像検査装置の第１実施例を説明
する。なお、これら各実施例は、一次コラム３と二次コ
ラム４とが独立に用意され、電子ビームの軌道を変更す
るための電磁プリズムを備えない構造を有するが、基本
的な構造は図１に示されたウィーンフィルタ５１を有す
る装置と同様であり、また、ウィーンフィルタを適用し
て一次コラムと二次コラムとを一体的に構成してもよい
のは言うまでもない。

【００２０】この第１実施例の画像検査装置では、主に
試料を搭載するステージの位置ずれを補正し、高精度な
検査を実現する構成を中心に説明する。図３は、この発
明に係る画像検査装置の第１実施例の構成を示す図であ
る。なお、図３が示された紙面上、ステージ７の位置ず
れ方向を示す座標として、水平方向にＸ軸、紙面に対し
て垂直な方向にＹ軸、θがＺ軸回りの角度として示され
ている。

【００２１】この第１実施例において、一次コラム３
は、矩形電子ビームを形成する電子銃１と四極子レンズ
系２ａ（一次光学系）とからなる電子ビーム照射系を備
え、この一次コラム３から照射される一次ビーム１００
により、試料６から二次電子１１０が発生する。試料６
の表面上から発生する二次電子１１０は、投影型の二次
コラム４により捕獲され、電子検出系としてのＭＣＰア
センブリ検出器５に拡大投影される。

【００２２】ＭＣＰアセンブリ検出器５（電子検出器）
は、図４に示されたように、ＴＤＩアレイＣＣＤを備
え、かつカメラ駆動制御系８により制御されるＴＤＩア
レイＣＣＤから試料画像に相当する電気信号（列ごとに
蓄積された電荷）が取り出される。試料６は、ステージ
７上に搭載されており、ステージ７はステージドライバ
１５によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。な
お、ステージ７のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置、及
びＺ軸を中心とした回転角θは、位置検出手段としての
レーザ干渉計ユニット９により読み取りられる。

【００２３】一方、ＣＰＵ５００からの指示により、ス
テージドライバ１５がステージ７を移動させるが、その
位置情報は、レーザ干渉計ユニット９からＴＤＩアレイ
ＣＣＤのカメラ駆動制御系８へも伝達されて、順次試料
画像に関する電気信号がＣＰＵ５００へ供給され、ディ
スプレイ５５０上に表示されるようになっている。一次
ビーム１００は、第１アライメント用偏向器２０ａによ
り、試料６の表面上での位置及び回転角度が調整され
る。第１アライメント用偏向器２０ａは、第１アライメ
ント用偏向器ドライバ２０ｂにより駆動される。

【００２４】二次電子は、第２アライメント用偏向器２
２ａにより、ＭＣＰアセンブリ検出器５の電子入射面上
での位置及び回転角度が調整される。第２アライメント
用偏向器２２ａは第２アライメント用偏向器ドライバ２
２ｂにより駆動される。さらに、第１及び第２アライメ
ント用偏向器ドライバ２０ｂ、２２ｂは、ＣＰＵ５００
からの指示に従って動作するアライメント制御系２３に
よって制御されるが、レーザ干渉計ユニット９により検
出されるステージ７のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位
置、及びＺ軸を中心とした回転角θなどのステージの位
置情報によるリアルタイム制御も可能である。

【００２５】一次ビーム１００が照射される試料６上の
電子ビーム照射領域の形状は、三重四極子レンズ２ａに
より調整されている。一次系三出力レンズ電源２ｂは、
ＣＰＵ５００の制御下にあるレンズ制御系２４により制
御され、ＣＰＵ５００の指示に従って一次ビーム１００
の断面形状（電子ビーム照射領域の形状）が整形され
る。

【００２６】４つの投影光学系の電界レンズ２１ａ（二
次光学系）は、ＭＣＰアセンブリ検出器５に二次ビーム
１１０により形成される電子像（電子ビーム照射領域の
像）を投影するために用意されており、ＭＣＰアセンブ
リ検出器５の電子入射面における像の倍率及び焦点位置
は二次系四出力レンズ電源２１ｂの出力により決定され
る。二次系四出力レンズ電源２１ｂは、ＣＰＵ５００の
制御下にあるレンズ制御系２４により制御される。

【００２７】以上のように構成された第１実施例の画像
検査装置の動作を、以下順を追って説明する。まず、Ｔ
ＤＩアレイＣＣＤについて簡単に説明する。図４は、Ｔ
ＤＩ（Time-Delay-Integration；時間遅延積分型）アレ
イＣＣＤの構成を示すブロック図である。ＴＤＩアレイ
ＣＣＤは、水平方向にＣ１〜Ｃ１０２４の１０２４個が
並んでいるライン状のＣＣＤ画素列が、垂直方向にＲＯ
Ｗ１〜ＲＯＷ２５６の２５６列並べられている。各ＣＣ
Ｄ画素列上の蓄積電荷は、外部から供給される１垂直ク
ロック信号により、一度に垂直方向へＣＣＤ１画素分だ
け転送されるようになっている。なお、このＴＤＩアレ
イＣＣＤとしては、例えば、ＤＡＬＳＡ社製のDalsa CT
-E1F2 Scan Camerasが知られている。

【００２８】Ｒｏｗ１に撮像されたある時点のライン画
像情報（１０２４画素分）は、ステージ７上の試料６が
垂直方向に１画素列分だけ移動し、それと同期して垂直
クロック信号が与えられると、Ｒｏｗ２に転送される。
Ｒｏｗ２では１画素分移動した同じ領域（先にＲｏｗ１
で撮像されていた領域）を撮像することとなるので、該
Ｒｏｗ２に蓄積される画像電荷は先に蓄積されたＲｏｗ
１の電荷の２倍になる。続けて、試料６の移動に伴って
同じ領域が垂直方向にさらに１画素分移動し、同期クロ
ック信号が与えられると、Ｒｏｗ２の蓄積電荷はＲｏｗ
３に転送され、このＲｏｗ３でも先のＲｏｗ２で撮像さ
れた同じ領域を撮像することとなるため、該Ｒｏｗ３で
はＲｏｗ１での蓄積電荷の３倍の画像電荷が蓄積され
る。以下、順々に試料６の移動に追随してＲｏｗ２５６
まで電荷の転送と撮像の繰り返し動作が終わると、先に
Ｒｏｗ１に蓄積された電荷の２５６倍の画像電荷が水平
出力レジスタからシリアルに画像データとして取り出さ
れる。

【００２９】以上のように、ＴＤＩアレイＣＣＤでは、
試料６の移動に伴って撮像した画像情報（蓄積電荷）を
順次次段のＲｏｗに転送し、該次段のＲｏｗで前段のＲ
ｏｗが撮像していた領域を再度撮像するので、連続的に
移動する試料６上の所望のライン画像を実質的に静止し
た状態で撮像している。なお、試料６が連続的に移動し
ている際、一次ビーム１００が照射されている電子ビー
ム照射領域（検査対象領域を含む）が静止するよう、該
電子ビーム照射領域も走査制御機構により連続的に走査
される。

【００３０】以上説明した動作が、各画素列Ｒｏｗ１〜
Ｒｏｗ２５６で同時に行われるため、ＴＤＩアレイＣＣ
Ｄ上に投影された試料６上の２次元画像（１０２４画素
×２５６画素）を垂直方向（試料６の走査方向）にシフ
トさせながら、２５６倍の画像電荷が蓄積された試料６
のライン画像を、１ラインずつ同期して取り出すことが
可能となる。

【００３１】次に、電子検出器としてのＭＣＰアセンブ
リ検出器５の構成について、図５を用いて詳細に説明す
る。投影型の二次コラム４により試料６上の電子ビーム
照射領域からの二次ビーム１１０（試料６からの投影画
像ビーム）は、ＭＣＰユニット（マイクロチャンネルユ
ニット）３００に投影される。このＭＣＰユニット３０
０は第１及び第２のＭＣＰ３１、３２から構成されてお
り、二次ビーム１１０は、まず第１のＭＣＰ３１内に導
かれる。第１のＭＣＰ３１に入射された二次ビーム１１
０はその電流量をＭＣＰ３１内で増幅しながら、第２の
ＭＣＰ３２を経由して蛍光面３３に到達する。

【００３２】その際、第１のＭＣＰ３１の電子入射面の
電位は、二次コラム４から投影される二次ビーム１１０
の加速電圧がＭＣＰ３１の検出効率の最も良い値になる
よう設定される。例えば、投影された試料６の表面６０
の画像ビーム（二次ビーム１１０）の加速電圧が−５ｋ
Ｖであったとき、第１のＭＣＰ３１の電子入射面におけ
る電位は−４．５ｋＶに設定される。これにより、該二
次ビーム１１０は減速し、その電子エネルギーは０．５
ｋｅＶ程度になる。

【００３３】二次ビーム１１０の電流量の増幅率は、第
１のＭＣＰ３１と第２のＭＣＰ３２の間に印加される電
圧で規定される。例えば１ｋＶ印加されるとき、１×１
０４の増幅率となる。また、第２のＭＣＰ３２から出力
される増倍されたビームの拡がりをできるだけ抑制する
ために、第２のＭＣＰ３２と蛍光面３３との間には、４
ｋＶ程度の電圧が印加される。

【００３４】蛍光面３３では、到達した電子が光子に変
換され、その出力画像はＦＯＰ（ファイバ・オプティッ
ク・プレート）３４を通過して、ＴＤＩアレイＣＣＤが
搭載されたＴＤＩカメラ３５に照射される。蛍光面３３
での画像サイズとＴＤＩアレイＣＣＤの撮像サイズを合
わせるため、ＦＯＰ３４では約３：１に画像が縮小され
て投影されるように設計されている（すなわち、ＦＯＰ
３４における入力面の面積と出力面の面積の比が３：
１）。

【００３５】以上のような機能を持つ構成要素を用い
て、実際にどのようにして試料６上における検査対象領
域の画像がＣＰＵ５００に取り込まれていくかについ
て、ＭＣＰアセンブリ検出器５の動作を図６を用いて説
明する。図６において、試料(ウエハ)６の表面６０中の
斜線で示された検査対象領域（電子ビーム照射領域に含
まれる）４１内の座標（Ｘ1，Ｙ1）から座標（Ｘ1024，
Ｙ1）までのライン状領域（撮像領域）４０の画像を順
次取得し、検査する場合を想定する。その際、電子ビー
ム照射系を含む一次コラム３からの一次ビーム１００が
照射される試料６上の所定領域（電子ビーム照射領域）
は該試料６に対して静止した状態であり、ＣＰＵ５００
の指示により、ステージ７上に設置された試料６は一定
の速度で垂直方向（矢印Ｓ２で示された方向）に連続的
に移動している。また、撮像領域４０の画像は、ＭＣＰ
アセンブリ検出器５の電子入射面上に適正に拡大投影さ
れるように、レンズ制御系２４、アライメント制御系２
３が調整されている。

【００３６】オペレータからＣＰＵ５００に検査指示が
行われると、ステージ７は１次ビーム１００が照射され
ている電子ビーム照射領域とともに矢印Ｓ２で示された
方向にに連続移動され、画像対象領域４１内を順次照射
し検査が開始される。１ラインアドレスがインクリメン
トされるごとにステージ７の位置情報は、レーザ干渉計
ユニット９からカメラ駆動制御系８へ伝達され、順次試
料６上の撮像領域４０のライン画像がＣＰＵ５００へ取
り込まれ、画像検査が行われる。

【００３７】ステージ７の移動速度むらや機械的振動な
どの要因により、ステージ７のＸ軸方向の位置ずれ、Ｙ
軸方向の位置ずれ、及びステージ回転によるθ分の角度
ずれが発生すると、それは即座にレーザ干渉計ユニット
９により読み取られ、試料６の位置、角度のずれに対応
して撮像領域４０が一致するように、アライメント制御
系２３が第１のアライメント用偏向器２０ａを制御す
る。また、同時にアライメント制御系２３は、二次電子
の二次ビーム１１０により形成される電子ビーム照射領
域内の撮像領域４０の画像が、ＭＣＰアセンブリ検出器
５の電子入射面上でＴＤＩカメラ３５に適正に画像が伝
達されるように、第２のアライメント用偏向器２１ａも
制御することで、Ｘ軸方向の位置ずれ、Ｙ軸方向の位置
ずれ、及びＺ軸を中心として回転による角度ずれが補正
される。なお、この第１実施例では、検出される電子群
を二次電子としたが反射電子や後方散乱電子であっても
構わない。また、この第１実施例において、試料６に照
射される電子ビームの断面形状は矩形状であるが、矩形
状以外の長方形や楕円形状となっていてもよい。さら
に、電磁レンズを適用すれば、ＭＣＰアセンブリ検出器
５の電子入射面上で電子ビーム入射領域４０の２次元画
像自体を回転させることが可能となる。

【００３８】第２実施例次に、この発明に係る画像検査装置の第２実施例を説明
する。図７は、この発明に係る画像検査装置の構成を示
す図である。この発明は、図３の構成に加えてＴＤＩア
レイＣＣＤ３５自体をモータ等の駆動手段で回転させ
て、ＭＣＰアセンブリ検出器５の電子入射面上の２次元
画像を相対的に移動させることができる。図７におい
て、６００は該ＴＤＩアレイＣＣＤ３５を含むＭＣＰア
センブリ検出器５を移動させるために駆動部（モータ等
を含む）であり、６１０はＣＰＵ５００からの指示にし
たがって駆動部６００に駆動指示を出力する駆動制御部
である。なお、この第２実施例でも、検出される電子群
を二次電子としたが反射電子や後方散乱電子であっても
構わない。また、この第２実施例において、試料６に照
射される電子ビームの断面形状は矩形状であるが、矩形
状以外の長方形や楕円形状となっていてもよい。さら
に、電磁レンズを適用すれば、ＭＣＰアセンブリ検出器
５の電子入射面上で電子ビーム入射領域４０の２次元画
像自体を回転させることが可能となり、ＣＰＵ５００か
らの指示によりＴＤＩアレイＣＣＤ３５自体を回転させ
る粗動調整と電磁レンズで駆動する微動調整とを組み合
わせて制御することも可能となる。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、この発明に係る画像検査
装置によれば、ステージの移動時に、ステージにＸ軸方
向の位置ずれ、Ｙ軸方向の位置ずれ、及びＺ軸を中心と
した角度θ分の角度ずれが発生しても、リアルタイムで
画像補正を行うことができる。これにより、検査すべき
試料画像が不完全になることはなくなり、ウエハ上のパ
ターンなどの検査を精度良く行うことができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る画像検出装置の基本的な実施形
態の構成を示す図である。

【図２】図１の電磁プリズム（ウィーンフィルタ）の構
成及び機能を説明するための図であり、（ａ）は当該電
磁プリズムの構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示さ
れた電磁プリズムを通過する二次ビームの軌道を説明す
るための図、及び（ｃ）は（ａ）に示された電磁プリズ
ムを通過する二次ビームの軌道を説明するための図であ
る。

【図３】この発明に係る画像検査装置の第１実施例の構
成を示す図である。

【図４】ＴＤＩアレイＣＣＤを構造を概略的に示すブロ
ック図である。

【図５】図３に示された画像検出装置における電子検出
系（ＭＣＰアセンブリ検出器）の構成を示す図である。

【図６】パターン検査時におけるＴＤＩアレイＣＣＤの
動作及び走査制御を説明するための図である。

【図７】この発明に係る画像検査装置の第２実施例の構
成を示す図である。

【図８】従来の画像検査装置の構成を示す図である。

【図９】従来の二次電子検出器の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…電子銃（照明系に含まれる）、３…一次コラム（照
明系を含む）、４…２次コラム、２０ａ、３６…第１の
アライメント用偏向器、２２ａ、４８…第２のアライメ
ント用偏向器、３１、３１…ＭＣＰ、３３…蛍光面、３
４…ＦＯＰ、３５、３５１…ＴＤＩアレイＣＣＤ、５１
…ウィーンフィルタ（電磁プリズム）、５９…電子検出
器、５００…ＣＰＵ、５１０…ステージ制御系、５２０
…一次コラム制御系、５３０…２次コラム制御系、５４
０…検出制御系、５５０…ディスプレイ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面に設けられた複数のパターンを
電子ビームを利用して順次検査する画像検査装置であっ
て、電子ビームを照射し所定の結像面上に該電子ビームによ
り形成される電子像を結像させるとともに、該電子ビー
ムを偏向させるための第１のアライメント用偏向器を有
する照射系と、前記試料が搭載可能であって、該試料表面と前記結像面
とが略一致した状態で、該試料を移動させるステージ
と、前記電子ビームが照射される前記試料上の電子ビーム照
射領域からの二次電子、反射電子、及び後方散乱電子の
少なくともいずれかを検出するとともに、前記電子ビー
ム照射領域から到達した前記二次電子、反射電子、及び
後方散乱電子の少なくともいずれかを増倍するマイクロ
チャネルプレート、前記マイクロチャネルプレートによ
り増倍されかつ出力された電子群を光変換する蛍光部、
前記マイクロチャネルプレートとともに前記蛍光部を挟
むように配置され、前記蛍光部により励起された光を受
光するＴＤＩアレイＣＣＤ、及び、前記電子ビーム照射
領域からの電子ビームを偏向させるための第２のアライ
メント偏向器とを有する電子検出系と、前記電子検出系からの出力信号に基づいて前記試料上の
電子ビーム照射領域に含まれる検査対象領域の画像を表
示する画像表示系と、前記位置検出系から得られた前記ステージの位置ずれ情
報に基づいて、前記電子ビーム照射領域からの電子ビー
ムによって形成される該電子ビーム照射領域の像であっ
て前記電子検出系により検出されるべき電子像の位置及
び回転角を補正すべく、前記第１及び第２のアライメン
ト用偏向器をそれぞれ独立に制御するアライメント制御
系とを備えた画像検査装置。
【請求項２】前記試料表面の電子ビーム照射領域の形
状が矩形状であることを特徴とする請求項１記載の画像
検査装置。
【請求項３】前記アライメント制御系は、前記ＴＤＩ
アレイＣＣＤにおいて順次取り込まれる１ライン単位の
画像ごとに補正動作を行うことを特徴とする請求項１記
載の画像検査装置。
【請求項４】前記ステージの位置ずれ情報は、該ステ
ージが移動可能な第１の方向に沿ったずれ量に相当する
第１の位置ずれ情報、該第１の方向に垂直な第２の方向
に沿ったずれ量に相当する第２の位置ずれ情報、及び、
該第１及び第２の方向に垂直な第３の方向を中心に回転
したずれ角に相当する第３の位置ずれ情報を含むことを
特徴とする請求項１記載の画像検査装置。