(57)【要約】【課題】  ステージ動作中の試料の位置ずれに対処して、高い検査精度を得る検査装置を提供する【解決手段】  本発明の検査装置は、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検査する検査装置であって、一次コラム、二次コラム、および検出器を備える。一次コラムは、試料表面に一次ビームを照射する電子銃を有する。二次コラムは、試料表面から発生する二次電子を捕獲する。検出器は、二次電子を検出する。以上の構成において、二次コラムは、二次電子の回転角度を調整するための偏向器を有することを特徴とする。【選択図】    図３
2006351554.tif 000002
【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検査する検査装置であって、
前記試料表面に一次ビームを照射する電子銃を有する一次コラムと、
前記試料表面から発生する二次電子を捕獲する二次コラムと、
前記二次電子を検出する検出器とを有し、
前記二次コラムは、前記二次電子の回転角度を調整するための偏向器を有する
ことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記電子銃は、前記一次ビームとして、矩形電子ビームを形成する
ことを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の検査装置において、
前記検出器は、ＴＤＩアレイＣＣＤを備える
ことを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の検査装置において、
前記一次コラムは、前記一次ビームの回転角度を調整するための偏向器を有する
ことを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の検査装置において、
前記検査装置は、試料を移動させるステージと、該ステージの位置情報を取得するレーザ干渉計ユニットとを有し、
前記二次コラムが有する前記偏向器は、前記レーザ干渉計ユニットが検出した回転ずれに基づいて前記二次電子の回転角度を調整する
ことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ウエハ、マスク等の試料表面に設けられたパターンを電子ビームを利用して検査する検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、２５６ＭＤＲＡＭ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７２が塗布されたファイバ・オプティック・プレート（ＦＯＰ）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。
【特許文献１】特開平５−２５８７０３号公報
【特許文献２】特開平７−２４９３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の画像検査装置では、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に対処して、高い検査精度を得る検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
《１》  本発明の検査装置は、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検査する検査装置であって、一次コラム、二次コラム、および検出器を備える。
一次コラムは、試料表面に一次ビームを照射する電子銃を有する。
二次コラムは、試料表面から発生する二次電子を捕獲する。
検出器は、二次電子を検出する。
以上の構成において、二次コラムは、二次電子の回転角度を調整するための偏向器を有することを特徴とする。
《２》  なお好ましくは、電子銃は、一次ビームとして、矩形電子ビームを形成する。
《３》  また好ましくは、検出器は、ＴＤＩアレイＣＣＤを備える。
《４》  なお好ましくは、一次コラムは、一次ビームの回転角度を調整するための偏向器を有する。
《５》  また好ましくは、検査装置は、試料を移動させるステージと、該ステージの位置情報を取得するレーザ干渉計ユニットとを有する。そして、二次コラムが有する偏向器は、レーザ干渉計ユニットが検出した回転ずれに基づいて二次電子の回転角度を調整する。
【０００８】
《６》  なお、下記のような構成も好ましい。
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。
具体的に、この画像検査装置は、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ＴＤＩ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。
特に、この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。
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。
【発明の効果】
【０００９】
上述のように、この発明に係る検査装置によれば、ステージの移動時に、ステージに角度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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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）１００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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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４０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。ＣＰＵ５００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。
【００１４】
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１１０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。
【００１５】
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１００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５１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、ＣＰＵ５００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、ＣＰＵ５００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。
【実施例１】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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により読み取られる。
【００２２】
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。
【００２３】
二次電子は、第２アライメント用偏向器２２ａ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２２ｂ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、ＴＤＩアレイＣＣＤについて簡単に説明する。図４は、ＴＤＩ（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ＲＯＷ１〜ＲＯＷ２５６の２５６列並べられている。各ＣＣＤ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。
【００２７】
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Ｒｏｗ１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Ｒｏｗ３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。
【００２８】
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Ｒｏｗ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。
【００２９】
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ＣＣＤ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。
【００３０】
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３００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１１０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。
【００３１】
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−５ｋＶ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０．５ｋｅＶ程度になる。
【００３２】
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、１×１０４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、４ｋＶ程度の電圧が印加される。
【００３３】
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、ＦＯＰ３４における入力面の面積と出力面の面積の比が３：１）。
【００３４】
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２３が調整されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【実施例２】
【００３７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明は検査装置などに利用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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の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】
【００４０】
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、３４…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、５４０…検出制御系、５５０…ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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