(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像形成されるべき物体の表面上に互いに離間されたスポットのアレーを同時に照射するための電子ビーム発生器と、
上記スポットと上記物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記物体表面の上記照射された部分の像を形成するための検出器と、
上記物体を支持すると共に、上記スポットアレーのｙ軸からずれた走査方向に実質的に直線的に上記物体を移動させる可動ステージであって、上記物体が上記走査方向に上記スポットアレーの長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記スポットが、ｘ方向にギャップを残さないように上記物体の表面上の実質的な連続経路をたどるようにすると共に、上記物体の表面の所定部分を照射して像形成できるようにする、可動ステージと、
を備えた像形成装置。
【請求項２】
上記可動ステージにおける機械的な不正確さを補償するための補償装置を備えた、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項３】
上記補償装置は、上記機械的な不正確さを補償するように上記スポットアレーを移動するためのサーボを備えた、請求項２に記載の像形成装置。
【請求項４】
上記補償装置は、上記可動ステージにおける上記機械的な不正確さを補償するために上記物体の表面に対する光源の入射角を変更するための可動ミラー、電子−光学素子及び音響−光学素子より成るグループから選択される、請求項２に記載の像形成装置。
【請求項５】
上記電子ビーム発生器は、上記物体の表面に上記スポットを直接照射するための電子ソースを含む、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項６】
上記電子ビーム発生器は、複数のカソードを有する電子像形成カラムを含む、請求項５に記載の像形成装置。
【請求項７】
上記電子ビーム発生器は、上記電子ソースからの電子のエリアフラックスを阻止するためのピンホールアレーを含む、請求項５に記載の像形成装置。
【請求項８】
上記電子ソースは、コリメートされた電子ビームを発生するもので、上記電子ビーム発生器は、上記コリメートされた電子ビームを上記スポットアレーへ変換するための電子阻止マスクを含む、請求項５に記載の像形成装置。
【請求項９】
上記電子ビーム発生器は、電子ソースと、該電子ソースにより供給される電子から上記電子スポットアレーを発生するための電子−光学系とを備えた投影装置を含む、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項１０】
上記投影装置は、ホトカソード及び光スポットアレー発生器を含む、請求項９に記載の像形成装置。
【請求項１１】
上記光スポットアレー発生器は、マイクロレンズアレーを含む、請求項１０に記載の像形成装置。
【請求項１２】
上記検出器は、上記物体表面からの二次電子及び後方散乱電子の一方を検出する、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項１３】
上記検出器によって検出された電子から後方散乱電子像及び二次電子像の一方を発生するための電子光学系を備えた、請求項１２に記載の像形成装置。
【請求項１４】
上記電子光学系は、ＭＣＰ及び検出器アレーを含む、請求項１３に記載の像形成装置。
【請求項１５】
上記検出器アレーは、ＣＣＤを含む、請求項１４に記載の像形成装置。
【請求項１６】
上記電子光学系は、シンチレーター、像増強装置及びＣＣＤを含む、請求項１３に記載の像形成装置。
【請求項１７】
上記投影装置は、ビームスプリッターを含む、請求項９に記載の像形成装置。
【請求項１８】
上記電子阻止マスクは、
複数の金属性レンズアレー膜であって、各レンズアレー膜は、上記スポットアレーのスポットに対応するピンホールのアレーを有し、更に、レンズアレー膜は、互いに実質的に平行で、且つ上記ピンホールが同心的となるように上記電子ソースと上記基板との間に配置されているようなレンズアレー膜と、
上記レンズアレー膜の各々に接続されて、上記レンズアレー膜の各々に異なる電圧を印加するための電圧源と、
を備えた、請求項８に記載の像形成装置。
【請求項１９】
上記レンズアレー膜の各々は、互いに他のレンズアレー膜のピンホールとは異なる直径のピンホールを有する、請求項１８に記載の像形成装置。
【請求項２０】
上記レンズアレー膜の上記ピンホールに対応するピンホールのアレーを含むアパーチャー膜を更に備え、該アパーチャー膜は、上記電子ソースと上記複数のレンズアレー膜との間に配置される、請求項１８に記載の像形成装置。
【請求項２１】
上記可動ステージは、上記スポットが上記物体の表面上の連続経路をたどるときに上記スポットが重畳するように上記物体を移動させる、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項２２】
上記可動ステージは、上記スポットが上記物体の表面上の連続経路をたどるときに上記スポットがインターリーブされるように上記物体を移動させる、請求項２１に記載の像形成装置。
【請求項２３】
上記スポットアレーは、スポットの複数の行及び列で構成され、上記電子ビーム発生器は、上記スポットが上記物体の表面上の連続経路をたどるときに２つの隣接する列のスポットが重畳するようにスポットの所定の行数を照射する、請求項２１に記載の像形成装置。
【請求項２４】
上記電子ビーム発生器は、該電子ビーム発生器と上記物体の表面との間で第１経路を照射し、更に、上記検出器は、上記第１経路とは異なる第２経路に沿って上記物体の表面から信号を収集する、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項２５】
上記電子ビーム発生器は、スポットの全行数がスポットの上記所定の行数より多くなり且つ２つの隣接する列が重畳するように、付加的なスポット行を照射する、請求項２３に記載の像形成装置。
【請求項２６】
上記電子ビーム発生器は、像処理アルゴリズムに使用される隣接ピクセルが全て１つの列からとなるように充分な数の付加的なスポット行を照射する、請求項２５に記載の像形成装置。
【請求項２７】
像形成されるべき第１物体の表面上に互いに離間されたスポットの第１アレーを照射するための第１電子ビーム発生器と、
像形成されるべき第２物体の表面上に互いに離間されたスポットの第２アレーを照射するための第２電子ビーム発生器であって、上記第１及び第２のスポットアレーが実質的に同一で、上記第１及び第２の物体の表面が互いに対応しているような第２電子ビーム発生器と、
上記スポットと上記第１物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記第１物体の表面の上記照射された部分の像を形成するための第１検出アレーと、
上記スポットと上記第２物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記第２物体の表面の上記照射された部分の像を形成するための第２検出アレーと、
上記第１及び第２物体を支持すると共に、上記第１及び第２のスポットアレーのｙ軸からずれた走査方向に実質的に直線的に上記物体を移動させる可動ステージであって、上記物体各々が上記走査方向に上記スポットアレー各々の長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記スポットが、ｘ方向にギャップを残さないように上記物体各々の表面上の実質的な連続経路をたどるようにすると共に、上記物体各々の実質的に全面を照射して像形成できるようにする、可動ステージと、
上記第１及び第２物体の像を比較するためのプロセッサと、
を備えた検査システム。
【請求項２８】
上記プロセッサは、上記第１及び第２物体の上記像の比較に基づいて上記第２物体の表面に欠陥が存在するかどうか決定するよう構成される、請求項２７に記載の検査システム。
【請求項２９】
上記プロセッサは、上記第２物体の表面の像のパラメータ値が上記第１物体の表面の像のパラメータ値から所定のスレッシュホールド量を越えて相違するときに上記第２物体の表面に欠陥が存在すると決定するように構成される、請求項２８に記載の検査システム。
【請求項３０】
上記可動ステージにおける機械的な不正確さを補償するための補償装置を更に備えた、請求項２７に記載の像形成装置。
【請求項３１】
像形成されるべき物体の表面上に互いに離間されたスポットのアレーを同時に照射するように電子を指向するステップと、
上記スポットと上記物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記物体表面の上記照射された部分の像を形成するステップと、
上記照射及び収集ステップを実行する間に、可動ステージにおいて上記スポットアレーのｙ軸からずれた走査方向に実質的に直線的に上記物体を移動させて、上記物体が上記走査方向に上記スポットアレーの長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記スポットが、ｘ方向にギャップを残さないように上記物体の表面上の実質的な連続経路をたどるようにすると共に、上記物体の表面の所定部分を照射して像形成できるようにするステップと、
を備えた方法。
【請求項３２】
上記スポットが上記物体の表面上の上記連続経路をたどるときに重畳するように上記物体を移動するステップを更に備えた、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
上記スポットが上記物体の表面上の上記連続経路をたどるときにインターリーブされるように上記物体を移動するステップを更に備えた、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
上記スポットアレーは、スポットの複数の行及び列で構成され、上記スポットが上記物体の表面上の連続経路をたどるときに２つの隣接する列のスポットが重畳するようにスポットの所定の行数を照射するステップを更に備えた、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
上記スポットの複数の行及び列は、上記物体の表面の一部分のエリアに対応し、上記方法は、スポットの全行数がスポットの上記所定の行数より多くなり且つ２つの隣接する列が重畳するように、付加的なスポット行を照射するステップを更に備えた、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
像形成されるべき第１物体の表面上に互いに離間されたスポットの第１アレーを同時に照射するように電子を指向するステップと、
像形成されるべき第２物体の表面上に互いに離間されたスポットの第２アレーを同時に照射するように電子を指向するステップであって、上記第１及び第２のスポットアレーが実質的に同一で、上記第１及び第２物体の表面が互いに対応するようにするステップと、
上記スポットと上記第１物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記第１物体表面の上記照射された部分の像を形成するステップと、
上記スポットと上記第２物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記第２物体表面の上記照射された部分の像を形成するステップと、
可動ステージにおいて上記第１及び第２のスポットアレーのｙ軸からずれた走査方向に実質的に直線的に上記第１及び第２の物体を移動させて、上記物体各々が上記走査方向に上記スポットアレー各々の長さに実質的に等しい距離だけ移動されたときに、上記スポットが、ｘ方向にギャップを残さないように上記物体各々の表面上の実質的な連続経路をたどるようにすると共に、上記物体各々の表面の所定部分を照射して像形成できるようにするステップと、
上記第１及び第２物体の像を比較するステップと、
を備えた方法。
【請求項３７】
上記第１及び第２物体の上記像の比較に基づいて上記第２物体の表面に欠陥が存在するかどうか決定するステップを更に備えた、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
上記第２物体の表面の像のパラメータ値が上記第１物体の表面の像のパラメータ値から所定のスレッシュホールド量を越えて相違するときに上記第２物体の表面に欠陥が存在すると決定するステップを更に備えた、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
上記第１及び第２物体は、上記移動ステップ中に実質的に同じ機械的振動を受ける、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
上記可動ステージにおける機械的な不正確さを補償するステップを更に備えた、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
上記可動ステージは、上記走査方向に第１位置から第２位置へ上記物体を移動し、上記第２位置における上記物体の表面上のスポットは、上記第１位置に対して上記走査方向の軸及び上記ｘ方向からオフセットされている、請求項１に記載の像形成装置。
【請求項４２】
上記スポットと上記物体の表面との相互作用により生じる上記信号の第１部分は、上記表面から第１角度で放出されて上記検出器により収集され、上記信号の第２部分は、上記第１角度とは異なる第２角度で上記表面から放出され、上記像形成装置は、更に、上記信号の上記第２部分を収集するための第２検出器を備えた、請求項１に記載の像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００１年１１月７日に出願された「SPOT GRID ARRAY IMAGING SYSTEM」と題する本出願人の出願中の特許出願第０９／９８６，１３８号（代理人ドケット番号４９９５９−１７０）に関連している。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、電子ビーム像形成システムに係る。本発明は、自動欠陥検査に最も適した像形成システムに特に適用できる。
【背景技術】
【０００３】
自動検査とは、物体の像を収集して、その像を、基準と比較するか（例えば、ダイをホトリソグラフィックマスク用のデータベースと比較するか）、その物体の別の部分と比較するか（例えば、半導体ウェハのためのダイ対ダイ検査）、或いは基準像と比較する（ダイ対「ゴールデン像」）ことにより、物体の完全性を測定するための技術である。不都合なことに、大きな半導体基板の高解像度検査を実行するときには、像形成システムのＦＯＶが、検査されるべき基板全体をカバーできず、従って、ＦＯＶを横切って基板を移動即ち「ステップ」させねばならず、これにより、検査時間が長くなる。スループットを高めるために、ある従来の自動検査ツールは、基板を一方向に連続的に走査しながら、それに直交する一次元光学ＦＯＶを光学的に像形成する。基板が走査方向に進められると、通常、１ＦＯＶの距離だけ他の（交差走査）方向に移動させ、次いで、その経路を再びたどり、曲がりくねった移動経路が形成される。
【０００４】
半導体基板を検査するための他の光学像形成システムは、高いスループットを得るために「スポット格子アレー」を使用している。これらのシステムでは、像形成装置が、通常、レンズの二次元及び周期的アレーを備え、各レンズは、検査されるべき基板のような物体平面内のスポットを像平面上に像形成し、物体平面からスポットの二次元及び周期的アレーを像平面上に像形成する。物体平面のスポットから信号を各々収集する読み出し素子の二次元及び周期的アレーとの共役像平面にＣＣＤのようなセンサが設けられる。機械的システムが基板を移動させ、基板が走査方向（ｙ方向）にスポットアレーを横切って移動されると、スポットは、機械的交差走査方向（ｘ方向）にギャップを残さない経路をたどる。従って、複雑な大きなＦＯＶ光学系ではなく、最小限のＦＯＶを各々有する光学素子のアレーを使用することにより、非常に大きなＦＯＶの像形成が達成される。スポット格子アレーを使用した光学像形成装置が、クランツ氏の米国特許第６，２４８，９８８号、ジョンソン氏の米国特許第６，１３３，９８６号、ワカイ氏の米国特許第５，６５９，４２０号、及びクスノーズ氏の米国特許第６，０４３，９３２号に説明されている。
【０００５】
スポット格子アレー概念のこれら及び他の以前の実施は、多数の制約で悩まされている。全機械ステージ走査で高度な最終検査を行うのに必要な非常に高いデータレートを得るためには、大きなアレーが要求される。しかしながら、比較的限定された収束能力、像形成直線性、誘電体層干渉、並びに限定された欠陥検出及び分類能力等の幾つかの重大な問題のために、大きなアレーに従来技術を使用することが妨げられている。これら問題の各々を以下に順次説明する。
【０００６】
従来の光学スポット格子アレー実施の１つの制約は、共焦点像形成で検査を行なう場合、非常に厳密な焦点制御を必要とするが、これは開口数が大きく波長の短い光学系により高い走査率で達成することが非常に困難であることから生じる。この問題を克服するためには、同時のマルチ高さ共焦点像形成が必要となる。しかしながら、従来技術で説明されたように、多数の高さ切片像を順次に得ることは、１フレームレビューモードには適合するが、検査システムの連続運動要求には適合しない。
【０００７】
従来の大きなアレーに対する別の制約は、レンズアレー、像形成光学系及び検出アレーに対する直線性要求である。スポット格子アレーシステムから良好な結果を得るためには、光学系の直線性に関する厳密な公差が、マイクロレンズアレー及び縮小光学素子の両方に重要である。光スポットは、そのスポットとスポットとの間に非常に正確な距離をとって厳密にまっすぐな格子上に配置されねばならない。このような著しい直線性は、達成が困難であると共に経費もかかる。
【０００８】
従来技術の更に別の制約は、コヒレントなレーザソースを使用して高速検査に充分なパワー密度を得る必要があることである。検査される多数の基板が透明又は半透明の誘電体層でカバーされ、これは、誘電体層の面と面との間に干渉現象を引き起こす。これら層の厚みはウェハにわたって変化するので、誘電体層の上面及び下面からのコヒレント光の反射の位相も変化する。更に、干渉は、建設的又は破壊的のいずれかとなる。これらの干渉現象は、欠陥や凹凸が存在しなくても反射パワーを変化させ、欠陥検出の精度を制限し、ひいては、真の欠陥を識別するシステムの能力を制限する。
【０００９】
従来のスポット格子アレー技術の更に別の制約は、物体の単一角度区分から光信号を収集するだけであるために欠陥検出及び分類能力が制限されることから生じる。その結果、欠陥検出及び分析は、２回以上の検査を必要とすることがあり、従って、信頼性ある欠陥検査及び分類のために収集及び処理しなければならないデータの量が甚だしく増加する。
【００１０】
そこで、大きなＦＯＶをもち、製造コストを低減すると共に、生産スループットを高めるための低コスト高精度の高速像形成システムが要望される。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、光学像形成システムに代わって、解像度を向上すると共に、物体の導電率及び抵抗を分析することのできる電子ビームスポット格子アレー像形成システムを提供する。
【００１２】
更に、本発明は、連続する列におけるスポットアレーのスポットのカバレージエリア間に僅かな重畳を有し、これにより、従来システムの著しい直線性要求を克服する高データレート電子ビームスポット格子アレー像形成システムを提供する。
【００１３】
本発明は、更に、基板上に形成されたスポットから放出される電子を多数の方向から同時に収集し、これにより、像形成システムの欠陥分類及び検出能力を改善する。
【００１４】
本発明の他の特徴は、以下の説明にその一部分を述べると共に、更に、一部分は、当業者が以下の説明を検討したときに明らかとなろうし、又は本発明の実施から学習することもできよう。本発明の効果は、特許請求の範囲に特に指摘されたように実現し得ることができよう。
【００１５】
本発明によれば、像形成されるべき物体の表面上に互いに離間されたスポットのアレーを同時に照射するための電子ビーム発生器と、上記スポットと上記物体の表面との相互作用から生じる信号を収集して、上記物体表面の照射部分の像を形成するための検出器とを備えた像形成装置により、上記及び他の特徴が一部分達成される。機械的システムが、上記スポットのアレーの軸にほぼ平行な方向に基板を移動し、その基板が走査方向に上記スポットアレーを横切って移動されたときに、上記スポットは、機械的な交差走査方向にギャップを残さない経路をたどる。
【００１６】
本発明の付加的な特徴は、当業者であれば、本発明の好ましい実施形態のみを図示して説明した以下の詳細な説明から容易に明らかであろうが、これは、本発明を実施するために意図された最良の態様を単に例示するに過ぎない。明らかに、本発明は、他の及び異なる実施形態も考えられ、その多数の細部は、全て、本発明から逸脱せずに種々の明らかな観点において変更が可能である。従って、添付図面及び説明は、本発明を説明するためのもので、本発明をこれに限定するものではない。
【００１７】
全体を通じて同じ要素が同じ参照番号で示された添付図面を参照する。
【発明の説明】
【００１８】
先ず、図１ａを参照して本発明の実施形態を説明する。電子ソース１００又は１００ａは、電子ビーム（「ｅ−ビーム」とも称される）１１０又は１１０ａの順序付けされたアレーを発生し、これは、基板１６０を照射して基板１６０の表面にスポットアレー１５０を形成する。基板１６０上のスポットアレーは、像形成及びビーム分離のための電子−光学システム（例えば、電子ソース１００及びビームスプリッター１２０を含む投影装置）を使用して発生することもできるし、或いは電子ソース１００ａを用いたサイド照射によって発生することもできる。検出器１３０は、基板１６０からの二次電子（ＳＥ）又は後方散乱電子（ＢＥ）を収集し、更に、像形成装置１４０は、低電子エネルギー顕微鏡（ＬＥＥＭ）技術で使用される従来のシステムと同様のもので、基板１６０のＳＥ又はＢＥ像を形成する。
【００１９】
基板１６０は、機械ステージ１６５に支持され、これは、ｙ方向においてスポット１５０のアレーの軸ｙの１つにほぼ平行な方向に移動される。平行からのずれは、基板１６０が走査方向ｙにスポットアレーの長さＬに実質的に等しい距離を移動されたときに、機械的交差走査方向（ｘ方向）にギャップを残さない経路をスポットがたどり、これにより、基板１６０の表面全体が照射されるというものである。
【００２０】
電子ソース１００、１００ａは、ｅ−ビーム１１０、１１０ａを各々発生する多数のカソードを電子像形成カラム内に含むような良く知られた技術を使用することができる。或いは又、図１ｂに示すように、ｅ−ビーム１１０、１１０ａに対応するピンホール１０２のアレーを有する膜１０１を設けて、エリアフラックス電子ソース１０４により発生される電子１０３のエリアフラックスを阻止し、ｅ−ビーム１１０、１１０ａしか基板１６０に到達しないようにすることもできる。
【００２１】
図１ｃに示された本発明の別の実施形態では、光源１０５により発生されてマイクロレンズアレー１０６で収束された光スポット１０８（ｅ−ビーム１１０、１１０ａに対応する）のアレーで従来のホトカソード１０７が照射される。このホトカソード１０７は、光スポット１０８に応答してｅ−ビーム１１０、１１０ａを発生する。マイクロレンズアレー１０６は、従来の光学技術のように、レンズの単一アレーでもよいし、シリーズに配置された多数のアレーでもよく、従って、別々のアレーからの個々のレンズ素子の光学路が複合レンズを形成する。このような構成は、単一レンズのアレーで得ることのできる高い開口数を有する複合レンズのアレーを形成する。このような複合マイクロレンズアレーは、個々のレンズアレーを積み重ねることにより機械的に組み立てることもできるし、或いは例えば良く知られたＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロメカニカルシステム）製造技術により製造することもできる。
【００２２】
図１ｄに示された本発明の更に別の実施形態では、電子ソース１００、１００ａは、広くコリメートされた電子ビーム２１０を発生するためのコリメート型電子ソース２００と、光学マイクロレンズの等効物として働いて、広くコリメートされたビーム２１０を収束されたｅ−ビーム１１０、１１０ａのアレーへと変換し、基板１６０上にスポットアレー１５０を形成するための複数の電子阻止マスク２２０−２４０とを備えている。各マスク２２０−２４０は、各ｅ−ビーム１１０、１１０ａに対応するピンホール２２１、２３１、２４１のアレーを有する金属性平面膜である。マスク２２０−２４０は、互いに実質的に平行であると共に、それらのピンホール２２１、２３１、２４１が同心的となるように整列される。各マスク２２０−２４０は、他のマスクとは直径の異なるピンホールを有する。従って、ピンホール２２１の直径ｄ１は、ピンホール２３１の直径ｄ２とは異なり、これは、ピンホール２４１の直径ｄ３とは異なる。各マスク２２０−２４０は、それらの各々を異なる電圧Ｖ１−Ｖ３に維持して電子用のマイクロレンズアレーを形成するために従来の電圧源ＶＳに接続される。
【００２３】
電子−光学系の性能は、軸からずれた電子ビームに対して制限されるので、本発明の更に別の実施形態では、マスク２２０−２４０のピンホール２２１、２３１、２４１に対応するピンホール２５１を有するアパーチャー膜２５０が、コリメート型電子ソース２００とマスク２２０−２４０との間に配置される（図１ｅを参照）。従って、アパーチャー膜２５０は、電子マイクロレンズアレーの個々の「レンズ」に対するアパーチャーのアレーとして働く。
【００２４】
収集される電子（後方散乱又は二次）は、ＬＥＥＭ技術を使用する検出器１３０により収集することができる。本発明の一実施形態では、電子ソース１００、１００ａ及びビームスプリッター１２０で構成された電子像形成システムを使用して、基板１６０のエリアを二次元電子検出アレー（例えば、ＣＣＤのような検出アレーに結合された従来のマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）或いは像増強装置及びＣＣＤに結合されたシンチレーター）に像形成し、それらは全て検出器１３０の部分である。標準的なＬＥＥＭでは、大きなＦＯＶにおいて微細な解像度を得るという過酷な難題がある。しかしながら、本発明の技術のように個別のスポットを発生するときには、ＬＥＥＭ解像度は、スポットとスポットとの間のクロストークを防止するに充分であればよい。更に、高速ｅ−ビーム検査は、高データレート像形成に充分な信号を収集するに必要な大きな電流により生じる熱及び放射ダメージ作用により制限される。しかしながら、非常に多数（１０６程度）の並列ソースを使用すると、各ソースに対して著しく低いデータレートが許され（数百Ｈｚから数ＫＨｚ・対・数十ＭＨｚ）、それ故、非常に小さな電流の使用が許される（ピコアンペア目盛・対・数十ナノアンペア）。
【００２５】
図２は、基板（物体）平面においてスポットアレー１５０を概略的に示している。簡単化のために、図２は、巾８（ａ−ｈ）ｘ奥行き６（１−６）のスポットアレーを示す。本発明を実施するときには、このアレーは、通常、少なくとも数百のｅ−ビームを備え、それに対応する数のスポットを形成する。連続する線におけるスポットの中心間の機械的交差走査ｘ方向のシフトは、ｘ方向におけるピクセルサイズ（即ち、第１線ｅ１におけるｅ番目のスポットと、第２線ｅ２におけるｅ番目のスポットとの間の距離のｘ軸上の投影ｐｘ）を決定する。ピクセルサイズは、基板１６０がいかに高密度でサンプリングされるかを反映する。基板１６０の連続的なカバレージを得るために、列の最後のスポットｄ６は、その隣接列の最初のスポット（ｃ１）の接線から交差走査ｘ方向に１ピクセル以下しか離れない経路をたどらねばならない。機械的走査ｙ方向ｐｙ（図示せず）におけるピクセルサイズは、検出器１３０の２つの連続するサンプリングの間に所与のスポットのスポット中心間で進んだ距離により決定され、即ち時間０におけるスポットｆ４の中心（「ｆ４ｔ０」）と、１サンプリングインターバル後の同じスポット（「ｆ４ｔ１」）との間の距離により決定される。この距離は、ステージの速度とサンプリングインターバルとを乗算することにより決定される。
【００２６】
ステージ１６５による基板の移動は、ニューヨークのアノラッドコーポレーションから商業的に入手できるリニアモータ及びエアベアリング付きの従来の干渉計制御型ステージから得られるような正確な直線的運動を確保する手段によって達成することができる。ステージ１６５の機械的振動により生じるような残留する不正確さを修正するために、サーボ１７０を含ませて、スポットアレーを移動し且つ基板の位置ずれを補償する要素を制御することができる。図１ａの実施形態では、可動素子は、ビームスプリッター１２０でもよい。本発明の別の実施形態では、可動要素は、電子ソース１００ａ自体である。図１ｃの実施形態では、可動素子は、マイクロレンズアレー１０６でよい。レンズアレー１０６の後部瞳孔に対する入射角度は、光照射経路において可動ミラー、電子−光学又は音響−光学素子により変更されてもよい。
【００２７】
図１ａ及び図２の実施形態において、連続する線におけるスポットの中心間の機械的交差走査ｘ方向のシフトは、ｘ方向におけるピクセルサイズ（例えば、第１線ｅ１におけるｅ番目のスポットと、第２線ｅ２におけるｅ番目のスポットとの間の距離のｘ軸上の投影ｐｘ）を決定する。更に、ある列の最後のスポット（ｄ６）は、隣接列の最初のスポット（ｃ１）の経路から１交差走査ピクセル（ｐｘ）の距離だけ離れたところを通過する。それ故、スポット列間の距離、即ち「スポットピッチ」は、アレーにおけるレンズ行の数（ｎｒ）を決定する。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、非常に多数の行（ｎｒ）が使用され、ｅ−ビームアレーは、連続する行におけるスポットの経路間のｘ軸分離がピクセルサイズの分数（ｆ）であるように傾斜される（ｐｘ／ｆ）。基板の速度は、単一ピクセルより大きなファクタｆでｙ軸の距離を横断するように選択される（ｐｙ／ｆ）。ここで、単純な走査パターンが示された図３ａを参照すれば、スポットｂ１１により形成された所与のピクセルに対し、添字は、書き込み周期を意味し、その上部におけるｙ隣接は、ｂ１２であり、その左におけるｘ隣接は、ｂ３ｎであり、但し、ｎ＝ｓ／ｐｙである（長方形アレーを形成するためには、ｓ／ｐｙの値が整数でなければならない）。しかしながら、図３ｂでは、インターレース走査パターンが形成される（簡単化のためｆ＝２を示す）。この場合、ｂ１１とｂ１２は、２ｐｙの距離だけ分離され、ｂ１１の隣接ピクセルは、ｂ２ｎとなり、且つｎ＝ｓ／２ｐｙである。ｂ１２は、ｂ１１に対し１／ｆの傾斜で対角方向にシフトされる。それ故、大きなｆについては、分離が主としてｙ方向となる。その結果、両方の軸において周期的構造でｆ個分オフセットされたインターリーブにより基板の連続カバレージが達成される。
【００２９】
本発明のこの実施形態のインターリーブの効果は、所与のＦＯＶに非常に多数の個々のスポットがあることである。それ故、同じピクセルレート要求に対し、より多くの素子がアレー内にあるので、アレーの読み取りレート（「フレームレート」）を低くすることができる。この実施形態を実施するときには、機械ステージの移動の直線性及びスポット間間隔に関して厳密な公差が必要となる。
【００３０】
本発明のスポットアレー概念を実施するときに良好な結果を得るには、電子−光学系の直線性に関して厳密な公差が重要となる。スポットは、スポット間に非常に正確な距離をとって正確にまっすぐな格子に配置されねばならない。例えば、奥行き１０００行の格子を有する場合に、列ｎの１０００行目のスポットは、列ｎ−１の第１行のスポットにより見た位置の付近を正確に通過しなければならない。希望精度がピクセルの１／１０であると仮定すれば、これは、ＦＯＶの長さにわたってピクセルの１／１０の直線性を意味する。それ故、ｅ−ビームのピッチが１００ピクセルに等しい場合には、直線性要求が１：１０６（１０００行＊１００ピクセルピッチ／０．１ピクセル公差＝１０６）となる。著しく高精度のこの要求は、機械的振動が存在する場合には問題となる。
【００３１】
本発明の更に別の実施形態では、連続する列におけるスポットのカバレージエリア間に僅かな重畳を形成することによりこの過酷な直線性要求が除去され、システムに対する機械的振動の悪影響が低減される。これは、スポットの付加的な行を与えることで達成され、例えば、図２のスポットアレーに行「７」及び「８」を追加することで達成される。更に、アプライド・マテリアルズ社のＷＦ−７３６のようなほとんどの自動検査システムでは、基板走査方向に沿った２つの位置間で像の比較が行なわれる。この実施形態の付加的なピクセル行は、個々の列により発生されたピクセルを、同じ列により発生されたピクセルと比較できるようにする。更に、像処理アルゴリズムは、通常、所与のピクセルの隣接部での動作を必要とする。列と列との間の重畳（即ちピクセルの追加行）は、アルゴリズムの目的に使用される隣接ピクセルが全て同じ列からのものであることを保証するために「スペア」ピクセル（通常、１から５ピクセル）を与えるに充分であるのが好ましい。このように、スポットｄ６は、ｃ１のような離れたスポットと比較されなくてもよい。この実施形態は、本質的に、個々のデータ経路への各列のスポットを形成する。又、これは、例えば、各列が個別の像処理モジュールへ送り込まれるモジュラー化像処理解決策の使用にも適合する。このようなモジュラー化解決策は、処理を簡単化及び迅速化する。
【００３２】
本発明のこの実施形態では、直線性の要求が、互いに付近を通過する個々の列の行間の距離まで減少される。非インターレース型の基本的解決策では、この距離が１スポットピッチである。上述したケースでは、これが１：１０００（１００ピクセルピッチ／０．１ピクセル公差）の直線性要求である。インターレースが使用される場合には（図３ｂを参照）、直線性要求がインターレースファクタで乗算され、従って、インターレースファクタが１０の場合に、１：１００００となる。
【００３３】
本発明の更に別の実施形態では、基板上に形成されたスポットから放出された電子が多数の方向から同時に収集される。この多視点の像形成技術は、幾つかの形式の欠陥が電子（例えば、後方散乱電子及び／又は二次電子）を既知の特性方向に放出するので、欠陥検出及び分類を高い精度で行えるようにする。従って、基板に対して特定の角度で生じる特定形式の電子の放出の有無を利用して、特定形式の欠陥の存在を決定することができる。
【００３４】
本発明のこの実施形態の多視点像形成は、図４に示すように、基板１６０に対して異なる角度で多数の検出器４３０ａ、４３０ｂを配置することにより達成できる。スポット１５０の分離を解像度として基板１６０の全視野を像形成することのできる従来の検出システムを使用することもできる。従って、スポット１５０と基板１６０の表面との相互作用により第１の角度で放出される信号（即ち放出電子）の一部分は、検出器４３０ａにより収集され、又、スポット１５０と基板１６０の表面との相互作用により第２の角度で放出される信号の一部分は、検出器４３０ｂにより収集される。
【００３５】
図５に示す本発明の更に別の実施形態では、同じウェハからの２つの同一のダイのような２つの対応する基板６４０ａ、６４０ｂが可動ステージ６５０に配置され、一方のダイは、他方のダイを検査するための基準として使用される。従来のミニカラム又はマイクロカラムを含む上述した電子ソースのいずれかである電子ソース６００ａ、６００ｂは、ｅ−ビームを発生し、これらｅ−ビームは、必要に応じてビームスプリッター６２０ａ、６２０ｂを通して基板６４０ａ、６４０ｂに当たり、スポットの同一アレーを基板６４０ａ及び６４０ｂに照射する。
【００３６】
基板６４０ａ及び６４０ｂからの信号は、検出アレー６６０ａ、６６０ｂにより収集され、それにより得られた像がプロセッサ６７０により比較されて、基板６４０ａ、６４０ｂの一方に欠陥が存在するかどうか決定される。例えば、２つの像の対応ピクセルのグレーレベルが比較され、それらが所定のスレッシュホールド量を越えて異なる場合には、プロセッサ６７０は、そのピクセル位置に欠陥が存在すると決定する。本発明の上記実施形態と同様に、可動ステージ６５０は、各基板６４０ａ、６４０ｂのほぼ全面が照射されて像形成されるように移動する。しかしながら、本発明のこの実施形態の効果は、両基板６４０ａ、６４０ｂがステージ６５０の同じ振動を受けるので、その振動の望ましからぬ影響に関与せず、ここに述べる他の実施形態と同様に、補償する必要がなくなることである。
【００３７】
以下の実施例は、本発明の実施に関連した種々のパラメータの計算を示す。
定義：
ＦＯＶ−基板上の視野、単位ミクロン（方形を仮定）
Ｄ−基板上のスポットとスポットとの間のピッチ、単位ミクロン
ｐ−基板上のピクセルサイズ、単位ミクロン
ｎｙ及びｎｘ−各々アレーにおける行及び列の数
Ｎ−アレーにおける全スポット数
ＤＲ−データレート要求（ピクセル／秒／アレー）
ＦＲ−フレームレート要求（アレー読み取り／秒）
Ｖ−ｙ方向のステージ速度、単位ミクロン／秒
ＦＯＶ＝Ｄ＊ｎｘであるから、ｎｙ＝Ｄ／ｐである。従って、照射されるべきスポットの全数Ｎは、次のように計算される。
Ｎ＝ｎｘ＊ｎｙ＝（ＦＯＶ／Ｄ）＊（Ｄ／ｐ）＝ＦＯＶ／ｐ
所与のデータレート要求（ＤＲ）に対して、フレームレート（ＦＲ）、ひいては、要求されるステージ速度は、次の通りである。
ＦＲ＝ＤＲ／Ｎ＝ＤＲ＊ｐ／ＦＯＶ、及び
Ｖ＝ＦＲ＊ｐ＝ＤＲ＊ｐ２／ＦＯＶ
実施例１：
ＦＯＶ＝１ｍｍ＝１０００ミクロン
ＤＲ＝１０ギガピクセル／秒＝１０１０ピクセル／秒
Ｐ＝１００ｎｍ＝０．１ミクロン
→  Ｎ＝１０００／０．１＝１００００＝１０４≧１００ｘ１００アレー
→  ＦＲ＝１０１０／１０４＝１０６＝１メガフレーム／秒
→  Ｖ＝１０６＊０．１ミクロン＝１００ｍｍ／秒
所与のピクセルサイズに対し、ＦＯＶを増加することは、アレー内に非常に多数のピクセルを得、ひいては、フレームレート及びステージ速度要求を緩和するためのキーである（図３ｂに示すようにインターリーブを使用するときには、行数、ひいては、アレー素子が増加し、フレームレートが減少するが、ステージ速度要求は不変のままである）。これは、多数の電子ビームを収束するために電子ビーム像形成及び電子像形成カラムを使用したときに問題となる。
【００３８】
実施例２：
ピクセルサイズが１０ｎｍに減少され、ＦＯＶが１０ｍｍに増加された場合には、アレーの全スポット数がＮ＝１００００／０．０１＝１０６となる。フレームレート（ＦＲ）を１０６フレーム／秒に維持すると、本発明のデータレート（ＤＲ）は、１０１２ピクセル／秒即ち１テラピクセル／秒となる。このＤＲにおけるステージ速度（Ｖ）は、１０ｍｍ／秒である。本発明によるこのシステムは、従来のシステムより３桁も高速である。もちろん、このようなシステムは、高いデータレートを取り扱うことのできる従来の像捕捉及び像処理システムを必要とする。
【００３９】
本発明は、従来の材料、方法及び装置を使用することにより実施できる。従って、このような材料、装置及び方法の詳細は、ここでは述べない。以上の説明では、本発明を完全に理解するために、特定の材料、構造、化学成分、プロセス等の多数の特定の詳細を述べた。しかしながら、本発明は、このような詳細に基づかずに実施できることを認識されたい。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、良く知られた処理構造は詳細に説明しなかった。
【００４０】
ここでは、本発明の実施形態とその幾つかの応用例のみを図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境にも使用することができると共に、本発明の概念の範囲内で変更又は修正がなされ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１ａ】本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図１ｂ】本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図１ｃ】本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図１ｄ】本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図１ｅ】本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図２】図１ａ−１ｅのシステムにより形成される物体平面の表面上におけるスポットアレーを示す図である。
【図３ａ】本発明の実施形態によるスポットアレーを示す図である。
【図３ｂ】本発明の実施形態によるスポットアレーを示す図である。
【図４】多数の検出器を使用した本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【図５】２つの基板が同時に像形成される本発明の実施形態による像形成システムを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００、１００ａ・・・電子ソース、１０２・・・ピンホール、１０３・・・電子、１０５・・・光源、１０６・・・マイクロレンズアレー、１０７・・・ホトカソード、１０８・・・光スポット、１１０、１１０ａ・・・電子ビーム（ｅ−ビーム）、１２０・・・ビームスプリッター、１３０・・・検出器、１４０・・・像形成装置、１５０・・・スポットアレー、１６０・・・基板、１６５・・・機械的ステージ、２００・・・コリメート型電子ソース、２１０・・・広くコリメートされた電子ビーム、２２０−２４０・・・電子阻止マスク、２２１、２３１、２４１・・・ピンホール、２５０・・・アパーチャー膜、２５１・・・ピンホール
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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