(57)【要約】【課題】電子線を用いた、高速かつ高感度に欠陥検出を可能にする欠陥検査技術を提供する。【解決手段】電子源１から発した電子線を面積ビームとして成形し、前記面積ビームを試料１１面に照射する電子ビーム照射光学系と、前記面積ビームの照射により、負の電位を印加された前記試料１１から反射するミラー電子を結像させるミラー電子結像光学系と、前記試料１１を回転させ、移動させるためのステージ機構系１５、１８、２０と、前記結像したミラー電子をＴＤＩセンサもしくはＣＣＤカメラ１４で検出して像を取得し、画像処理を施して、前記試料面の欠陥を検出する画像検出系と、前記ステージ機構系と前記画像検出系を同期させ制御する制御系とを具備する。【選択図】図１
2007255967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、前記電子源から発した電子線を面積ビームとして成形し、前記面積ビームを試料面に照射する電子ビーム照射光学系と、前記面積ビームの照射により、負の電位を印加された前記試料から反射するミラー電子を結像させるミラー電子結像光学系と、前記試料を回転させ、移動させるためのステージ機構系と、前記結像したミラー電子をＴＤＩセンサもしくはＣＣＤカメラで検出して像を取得し、画像処理を施して、前記試料面の欠陥を検出する画像検出系と、前記ステージ機構系と前記画像検出系を同期させ制御する制御系とを具備することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記ステージ機構系は、前記試料を回転させる回転ステージと、前記試料平面内のＸ−Ｙ方向に移動させるＸステージおよびＹステージとを有し、前記回転ステージには回転角をモニタするロータリーエンコーダおよび回転原点センサが設けられ、前記Ｘステージもしくは前記Ｙステージの少なくとも片方のステージにリニアスケールが設けられていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記制御系は、前記ロータリーエンコーダから出力されるパルスから、前記回転ステージの回転角速度を計算することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記画像検出系は、前記ＴＤＩセンサの画素積分方向と試料回転の線速ベクトル方向とをほぼ平行にさせる手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記制御系は、前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度と受光面上での像の線速度とをほぼ一致させる手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記画像検出系は、前記ＴＤＩセンサのＸ方向のライン数をｎ（ｐｉｘｅｌ）、前記ＴＤＩセンサの１画素のサイズをｐ（ｍ）、画像の倍率をＭ、回転中心から試料上の半径Ｒ（ｍ）の位置を観察するとした場合に、
ｎ≦√（８ＭＲ/ｐ−４）
の関係にあるように、前記ＴＤＩセンサの画素数を制御することにより、画像のボケを補正するようにしたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記試料として磁気ディスク媒体を用いた場合、前記試料を保持するための試料ホルダ上の前記磁気ディスク媒体の内周側もしくは外周側の少なくとも片方にアダプタが装着され、前記アダプタ表面には任意の模様が刻まれており、前記模様のミラー電子による画像をもとに回転中心を求めることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検査装置において、前記内周側および外周側のアダプタ表面と、前記試料の表面とは、略同一の高さにあることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記制御系は、観察する半径位置の初期値（Ｒ０）と、前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度（Ｆ０）と、前記回転ステージの角速度（ω０）との間に、
ω０・Ｒ０＝Ｆ０・Ｃ（ここで、Ｃは像の分解能に相当する定数）
の関係が成立するよう制御することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の欠陥検査装置において、前記制御系は、観察位置の半径（ｒ）を決定後、前記回転ステージを、角速度ω＝Ｒ０・ω０/ｒで回転するよう制御すること特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の欠陥検査方法において、検出した前記欠陥の画像と座標情報を保存する手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記ＴＤＩセンサは、電荷を転送して画素を積分するモードとカメラとして２次元画像を取れるモードの両方の機能を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
面積ビームの電子線を、回転ステージに載置された磁気ディスク状の試料面に照射しながら前記試料を回転させ、前記試料から反射するミラー電子をＴＤＩセンサにより像を取り出して、回転中心を検出するステップと、前記試料の観察に使用する観察倍率を決定するステップと、前記回転中心をもとに、前記ＴＤＩセンサの画素積分方向と像の線速ベクトル方向を略平行にさせるステップと、前記試料表面における半径位置の初期値（Ｒ０）を決定後、画像が最もはっきり見える前記回転ステージの角速度（ω0）および前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度（Ｆ０）を決定するステップと、観察位置の半径（ｒ）を決定後、前記回転ステージを角速度ω＝Ｒ０・ω０/ｒで回転させるステップと、前記角速度の設定値との誤差を前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度で調整するステップと、前記ＴＤＩセンサからの１次元情報もしくは１次元情報から構成した２次元情報から画像処理を施し、前記試料の欠陥を検出するステップとを含むことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の欠陥検査方法において、前記回転ステージの角速度の設定値（ω）との誤差（Δω）を、前記ＴＤＩセンサのラインレートで吸収するために、前記ＴＤＩセンサを、電荷送り速度ｆ＝ｒ・（ω＋Δω）・Ｆ０/（Ｒ０・ω０）で駆動させるステップを含むことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の欠陥検査方法において、前記試料を保持する試料ホルダ上に載置された前記磁気ディスク状の試料の内周側もしくは外周側の少なくとも片方にアダプタを装着し、前記アダプタ表面に刻まれた模様に前記ミラー電子を照射することによって得られる画像をもとに、前記回転中心を求めることを特徴とする欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査技術に係り、特に、半導体ウェハ、磁気ディスク装置に用いられる磁気記録媒体、光ディスク装置に用いられる光記録媒体、等の表面凹凸または異物付着を含む欠陥の有無、種類等を検査する検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気記録媒体の欠陥検査装置として、次の技術が知られている。例えば、特開２００２−３６５２３２号公報には、光学式欠陥検査装置が提案されている。これは、磁気記録媒体表面にレーザー光を当て、その反射光の偏向から表面凹凸または異物付着を含む欠陥の有無を検査する。
【０００３】
一方、半導体装置の製造過程において、ウェハ上に形成された回路パターンの欠陥を比較検査して検出する検査方法として、１つのウェハ上の２つ以上の同種ＬＳＩパターンの画像を光を用いて取得し、これら複数の画像を比較してパターン欠陥の有無や異物等を検査する方法がある。この技術は、特開平１０−３２５７１１号公報によって知られている。
【０００４】
このような光学的検査方法で半導体装置の製造過程におけるパターン欠陥を検査した場合、光学系の分解能以下となるエッチング残りや微小導通孔の非開口不良等も検出できなかった。このような光学的検査方法における問題点を解決するために、走査電子線を用いたパターンの比較検査方法が、特開平０５−２５８７０３号公報等に提案されている。
【０００５】
しかし、走査電子線を用いた手法は電子線を点状に絞ってこの「点ビーム」を走査しているため高速化（検査時間の短縮）に限界があった。そこで電子線を「点ビーム」として走査する代わりに、２次元的な広がりを持った「面積ビーム」として照射し高速化を図る手法が考案された。この技術はプロジェクション式検査装置と呼ばれ、特開平１１−１０８８６４号公報等によって知られている。プロジェクション式検査装置は、高速化を図るため、試料を直線的に動かしながらＴＤＩセンサ等によって連続的に２次元の画像を取得している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６５２３２号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５７１１号公報
【特許文献３】特開平０５−２５８７０３号公報
【特許文献４】特開平１１−１０８８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した光学式欠陥検査装置は、測定時間は速いが、分解能は約１００ｎｍしかなく、光学系の分解能以下となる欠陥は検出することができない。磁気記録媒体など回転させて使用する試料や半導体ウェハ等の円形試料を検査する場合、試料を直線的に動かして検査するより試料を回転させて検査する方が、試料全体を隈なく検査することができる。また、検査視野の移動のため検査を止めている時間（デッドタイム）を省くこともできるため、測定時間の短縮につながる。そこで、上述したプロジェクション式検査装置を回転試料に適用する場合、試料を試料平面内のＸＹ方向に直線的に移動させるＸＹステージから、半径方向（Ｘ方向）に試料を直線的に移動させるステージと、回転させるステージのＸθステージに変更する必要がある。
【０００８】
また、ＴＤＩセンサは、観察画像の線速度と同じ速度でＴＤＩセンサの電荷を移動させる必要があるため、試料の線速度を正確に知る必要がある。ＸＹステージの場合、ステージ（試料）移動は直線的であるため、レーザー測長器やリニアスケール等を使うことで十分な精度で線速度を直接計測することが可能である。一方、θステージ（回転ステージ）の場合、回転速度の計測にはロータリーエンコーダを使うのが一般的である。しかし、ロータリーエンコーダは一定角度ごとにパルスを発生させるため、パルス間隔が一定でも観察半径位置によって線速度が変化してしまう。したがって、直接線速度を測定することができないという問題があった。また、回転速度が変動した場合、ＴＤＩセンサの電荷送り速度と同期しなくなってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決し、電子線を用いた、高速かつ高分解能に欠陥検出を可能にする欠陥検査技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明では、電子線を点ビームではなく２次元的な広がりを持った面積ビームとして試料に照射する。試料には電子線の加速電圧と同程度の絶対値を持つ負の電位が印加されており、入射電子は試料表面で反射する。そして、試料を回転させ移動させるためのステージ機構系と試料面の欠陥を検出する画像検出系とを同期させ制御しながら、試料表面で反射したミラー電子を結像させ、検出手段（例えば、ＴＤＩセンサ、ＣＣＤカメラ）を用いて試料表面の電位分布を反映した像を得る。得られた像を画像処理した後、欠陥を検出する。
【００１１】
本発明は、下記に示すような特徴を有し、その代表的な構成例を列挙する。
【００１２】
（１）本発明の欠陥検査装置は、電子源と、前記電子源から発した電子線を面積ビームとして成形し、前記面積ビームを試料面に照射する電子ビーム照射光学系と、前記面積ビームの照射により、負の電位を印加された前記試料から反射するミラー電子を結像させるミラー電子結像光学系と、前記試料を回転させ、移動させるためのステージ機構系と、前記結像したミラー電子をＴＤＩセンサもしくはＣＣＤカメラで検出して像を取得し、画像処理を施して、前記試料面の欠陥を検出する画像検出系と、前記ステージ機構系と前記画像検出系を同期させ制御する制御系とを具備することを特徴とする。
【００１３】
（２）前記構成の欠陥検査装置において、前記ステージ機構系は、前記試料を回転させる回転ステージと、前記試料平面内のＸ−Ｙ方向に移動させるＸステージおよびＹステージとを有し、前記回転ステージには回転角をモニタするロータリーエンコーダおよび回転原点センサが設けられ、前記Ｘステージもしくは前記Ｙステージの少なくとも片方のステージにリニアスケールが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
（３）前記構成の欠陥検査装置において、前記制御系は、前記ロータリーエンコーダから出力されるパルスから、前記回転ステージの回転角速度を計算することを特徴とする。
【００１５】
（４）前記構成の欠陥検査装置において、前記画像検出系は、前記ＴＤＩセンサの画素積分方向と試料回転の線速ベクトル方向とをほぼ平行にさせる手段を有することを特徴とする。
【００１６】
（５）前記構成の欠陥検査装置において、前記制御系は、前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度と受光面上での像の線速度とをほぼ一致させる手段を有することを特徴とする。
【００１７】
（６）前記構成の欠陥検査装置において、前記画像検出系は、前記ＴＤＩセンサのＸ方向のライン数をｎ（ｐｉｘｅｌ）、前記ＴＤＩセンサの１画素のサイズをｐ（ｍ）、画像の倍率をＭ、回転中心から試料上の半径Ｒ（ｍ）の位置を観察するとした場合に、
ｎ≦√（８ＭＲ/ｐ−４）
の関係にあるように、前記ＴＤＩセンサの画素数を制御することにより、画像のボケを補正するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
（７）前記構成の欠陥検査装置において、前記試料として磁気ディスク媒体を用いた場合、前記試料を保持するための試料ホルダ上の前記磁気ディスク媒体の内周側もしくは外周側の少なくとも片方にアダプタが装着され、前記アダプタ表面には任意の模様が刻まれており、前記模様のミラー電子による画像をもとに回転中心を求めることを特徴とする。
【００１９】
（８）前記構成の欠陥検査装置において、前記内周側および外周側のアダプタ表面と、前記試料の表面とは、略同一の高さにあることを特徴とする。
【００２０】
（９）前記構成の欠陥検査装置において、前記制御系は、観察する半径位置の初期値（Ｒ０）と、前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度（Ｆ０）と、前記回転ステージの角速度（ω０）との間に、
ω０・Ｒ０＝Ｆ０・Ｃ（ここで、Ｃは像の分解能に相当する定数）
の関係が成立するよう制御することを特徴とする。
【００２１】
（１０）前記構成の欠陥検査装置において、前記制御系は、観察位置の半径（ｒ）を決定後、前記回転ステージを、角速度ω＝Ｒ０・ω０/ｒで回転するよう制御すること特徴とする。
【００２２】
（１１）前記構成の欠陥検査装置において、検出した前記欠陥の画像と座標情報を保存する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
（１２）本発明の欠陥検査方法は、面積ビームの電子線を、回転ステージに載置された磁気ディスク状の試料面に照射しながら前記試料を回転させ、前記試料から反射するミラー電子をＴＤＩセンサにより像を取り出して、回転中心を検出するステップと、前記試料の観察に使用する観察倍率を決定するステップと、前記回転中心をもとに、前記ＴＤＩセンサの画素積分方向と像の線速ベクトル方向を略平行にさせるステップと、前記試料表面における半径位置の初期値（Ｒ０）を決定後、画像が最もはっきり見える前記回転ステージの角速度（ω0）および前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度（Ｆ０）を決定するステップと、観察位置の半径（ｒ）を決定後、前記回転ステージを角速度ω＝Ｒ０・ω０/ｒで回転させるステップと、前記角速度の設定値との誤差を前記ＴＤＩセンサの電荷送り速度で調整するステップと、前記ＴＤＩセンサからの１次元情報もしくは１次元情報から構成した２次元情報から画像処理を施し、前記試料の欠陥を検出するステップとを含むことを特徴とする。
【００２４】
（１３）前記構成の欠陥検査方法において、前記回転ステージの角速度の設定値（ω）との誤差（Δω）を、前記ＴＤＩセンサのラインレートで吸収するために、前記ＴＤＩセンサを、電荷送り速度ｆ＝ｒ・（ω＋Δω）・Ｆ０/（Ｒ０・ω０）で駆動させるステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回転する試料に適したプロジェクション式検査装置を実現することが可能となり、試料上の欠陥を高速かつ高感度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１に、本発明の一実施例になる検査装置の構成を示す。本装置は、大別すると、電子ビーム照射光学系、ミラー電子結像光学系、ステージ機構系、画像検出系、制御系より構成されている。ただし、本図では、真空排気用ポンプやその制御装置、排気系配管などは略されている。電子ビーム照射光学系は、例えば、電子源１、引き出し電極２、コンデンサレンズ３、Ｅ×Ｂ偏向器４、ビームを平行にする手段を主な要素とする。他にも色々な構成要素が付く場合もあるが、詳細は省略する。ミラー電子結像光学系は、円孔電極８、対物レンズ７、Ｅ×Ｂ偏向器５、中間レンズ１０、投影レンズ１１を主な構成要素とする。ミラー電子結像光学系に関しても、他に色々な構成要素が付く場合もあるが、詳細は省略する。
【００２８】
電子ビーム照射光学系において、引き出し電極２には電圧が印加されており、電子源１から放出する照射電子線の引き出し電圧と加速電圧を調整できるようになっている。電子源１から放出された照射電子線は、コンデンサレンズ３によって集束させ、かつＥ×Ｂ偏向器５によって偏向されて、クロスオーバーを形成した後、対物レンズ７により平行束となって、試料９上に照射される。
【００２９】
照射電子線は、Ｅ×Ｂ偏向器５によって試料９に垂直な光軸に偏向されるため、Ｅ×Ｂ偏向器５は電子源側から試料側へ向かう方向からの電子線に対してのみ偏向作用を持ち、ビームセパレータとして機能している。Ｅ×Ｂ偏向器５により偏向された照射電子線は対物レンズ８により平行束となるため、数１０μｍといった大きな広がりをもった領域を照射する。
【００３０】
試料９近傍には円孔電極８が設置されており、円孔電極８と試料９との間には、電子線の加速電圧と絶対値がほぼ等しいか、絶対値が加速電圧より僅かに大きい負電位が電源２３によって印加されている。照射電子線は、この負電位によって試料９の手前で減速、反射されてミラー電子として上方に引き戻される。入射電子は表面に触ることがないか、触ったとしても僅かであるため、試料表面に電荷が溜まりにくい。したがって、汚染物質はほとんど吸着せず、試料表面を汚すことはない。このミラー電子は、表面の電位分布を反映した情報を持っている。つまり、表面の凹凸情報や材料の違いによる帯電の情報などを反映している。このミラー電子は対物レンズ７により集束作用を受け、Ｅ×Ｂ偏向器５は下方からの進行した電子線に対しては偏向作用を持たないので、そのまま垂直に上昇し、中間レンズ１０、投影レンズ１１によって蛍光板１２に投影される。
【００３１】
ステージ機構系は、主として、θステージ（回転ステージ）１５、Ｘステージ１８、Ｙステージ２０、Ｚステージ２１からなっている。θステージ１５には、回転角をモニタするためのロータリーエンコーダ１６が取り付けられている。Ｘステージ１８もしくはＹステージ２０の少なくとも片方に移動距離を正確にモニタするためのリニアスケール１９が取り付けられている。試料９に加速電圧とほぼ同等の電圧を印加するためにθステージ１５ごと電圧印加する場合、θステージ１５とその他のステージを絶縁するための絶縁体１７が取り付けられ、電源２３によってθステージ１５と試料ホルダ２８と試料９に電圧印加する。図１は、θステージ１５にも電圧印加する場合を示しているが、試料ホルダ２８と試料９のみに電圧印加する場合は、試料ホルダ２８とθステージ１５の間に絶縁体を挿入し、試料ホルダ２８に電圧印加すれば良い。ロータリーエンコーダ１６がインクリメンタル型である場合、回転移動量の相対値は分かるが絶対値は分からない。そこで、回転原点を決めるために必要に応じて回転原点センサ２２を取り付ける。ただし試料９あるいは試料ホルダ２８表面上に回転原点を決定できるマークがある場合は観察像から原点を決定できるため回転原点センサ２２は必要ない。
【００３２】
画像検出系は、蛍光板１２、光学像伝達部１３、光学像検出器１４、検出器回転機構２９からなり、投影されたミラー電子を電気信号に変換する。光学像検出器１４として、例えば、ＣＣＤカメラもしくはＴＤＩセンサを用いる。試料９を回転させながら連続で撮影する場合は、ＴＤＩセンサが好ましい。光学像検出器１４としてＴＤＩセンサを用いる場合、検出器回転機構２９を用いて、ＴＤＩセンサ１４の画素積分方向と観察像の回転の線速ベクトル方向を略平行にさせる。
【００３３】
ここで、ＴＤＩセンサの動作概念を、図２で説明する。ＴＤＩセンサでは各受光領域で受光した光の強度に応じて生成された電荷をＸ方向のラインに移動させていくと同時に、その移動先で受光した光の強度で生成された電荷を順次足し合わせていくように動作する。そして、受光面の最終ラインに達した時点で電気信号として外部に出力する。したがって、Ｘ方向の電荷の移動速度と受光面上の画像のＸ方向の移動速度を同一にすることで画像がセンサ上を移動する間の信号を積分して出力することになる。図２は、その様子を模式的に示したものである。（ａ）から（ｈ）までは受光面上での像がＴＤＩセンサの１ピクセル移動する時間ごとの積分される電荷量を示している。一例として、Ｘ方向に５段ある場合、１ラインしかないラインセンサの５倍の電荷量を蓄積することができ、画像ＳＮの向上及び測定時間の短縮に有効となる。
【００３４】
図３は、受光面における像の軌跡を示した模式図である。試料を回転させながらＴＤＩセンサで測定する場合、受光面上での像の軌跡は、図３のように円弧状になる。したがって、ＴＤＩセンサの電荷移動速度と像の移動の線速度を一定にしたとしても、軌跡がＹ方向の２列に渡ってしまうことがある。この場合、像のボケにつながり、画像ＳＮは劣化してしまう。
【００３５】
そこで、本実施例ではＸ方向のライン数に制限を加える。Ｘ方向のライン数をｎ（ｐｉｘｅｌ）、ＴＤＩセンサの１画素のサイズをｐ（ｍ）、画像の倍率をＭ、回転中心から試料上の半径Ｒ（ｍ）の位置を観察する場合、Ｘ方向のライン数ｎを、
ｎ≦√（８ＭＲ/ｐ−４）      ………………………………（数１）
に制限する。これにより、Ｙ方向の移動量を１ライン以内に収えられるため画像ＳＮの劣化を防げる。
【００３６】
ＴＤＩセンサ１４の電荷移動速度と受光面上での像の線速度を略一致させなければならない。半導体の測定に用いられているようなステージは、Ｘ、Ｙステージであるためステージ移動速度を直接測定することが可能であるが、本実施例の場合、回転を伴うため直接線速度を測定することはできない。そこで、ロータリーエンコーダ１６とリニアスケール１９を用いて計算から線速度を求める。
【００３７】
そのために、まず正確に回転中心を求める必要がある。回転中心を探す方法について、図４と図５を用いて説明する。図４は試料９及び試料ホルダ２８の拡大図である。図５はＴＤＩセンサをＣＣＤカメラとして用い、２次元の画像を取ったときの取得画像の模式図である。
【００３８】
試料９として磁気ディスク媒体のような中心に穴が開いているものを試料とした例である。内周用アダプタ３１は金属製であり、試料ホルダ２８に固定されており、斜めに面取りが施されている。試料固定バネ３０は、リング状の金属の一部が切り取られた形をしており、内周用アダプタ３１と接する部分は面取りが施され内周用アダプタ３１と密着するようになっている。試料９と内周用アダプタ３１の間に試料固定バネ３０を押し込むことで、試料固定バネ３０の弾性を利用して試料９を固定する。半導体ウェハのように中心に穴が開いていない場合は、試料の外周部を機械的に固定する。内周用アダプタ３１の表面にはランダムな模様が刻んである。内周用アダプタ３１の表面の模様は規則正しい模様でも良い。また外周用アダプタ３２も金属製であり、表面には一定角度ごとに線が刻まれている。外周用アダプタ３２の表面の模様はランダムでも良い。
【００３９】
光学像検出器１４としてＴＤＩセンサの場合、内周用アダプタ３１の表面を、ＴＤＩセンサ１４をＣＣＤカメラモードで用いる。露光時間を試料９が９０°回転する間とすると、内周用アダプタ３１の表面にはランダムな模様があるため、図５のようなある１点を中心とした円弧状の軌跡を持った像が得られる。これら複数の円弧から回転中心を求め、Ｘステージ１８及びＹステージ１９を移動させ、この回転中心が撮影領域の中心に来るようにする。そのときのリニアスケール１９の値が、半径Ｒ＝０の位置となる。半導体ウェハのように中心に穴が開いていない場合は、試料自体の構造物や表面のゴミを用いて回転中心を検出する。
【００４０】
なお、内周用アダプタ３１および外周用アダプタ３２の表面は試料９の表面と同一の高さとしておく。同一の高さとしておくことで、内周用アダプタ３１および外周用アダプタ３２および試料９の表面に対して、レンズ強度を変えることなく同一の倍率およびデフォーカス量を得ることができる。
【００４１】
倍率を実際の測定に使用する倍率に設定した後、中心から離れた（数１）を満たす半径位置で、試料９を回転させながらＴＤＩセンサ１４のＣＣＤカメラモードを使いスナップショットを取る。像の軌跡を参照し、検出器回転機構２９を用いてＴＤＩセンサ１４の画素積分方向と像の線速度ベクトル方向を一致させる。検出器回転機構２９を用いる代わりに、中間レンズ１０および投影レンズ１１の強度を変えることで像を回転させ、ＴＤＩセンサ１４の画素積分方向と像の線速度ベクトル方向を一致させても良い。
【００４２】
次に、図１を用いて、ＴＤＩセンサ１４の電荷送り速度と受光面上での像の線速度を略一致させる方法について説明する。
【００４３】
ＣＰＵ２５から任意信号発生器２６にトリガー信号を送り、ＴＤＩセンサ１４の電荷を次の画素に送るための一定周波数のパルスを発生させる。ＴＤＩセンサ１４はこのパルスのタイミングに従って次の画素に電荷を送っていく。この周波数をラインレートと言い、周波数をＦ０とする。同時に画像処理回路２７にも同じ周波数のパルスを送り、画像処理回路２７はこのパルスのタイミングに合わせて、ＴＤＩセンサ１４から出力された画像を受け取る。この画像を画像処理回路２７で欠陥抽出などの画像処理を施してからＣＰＵ２５に情報を送っても良いし、画像処理を施さず画像をそのままＣＰＵ２５に送っても良い。
【００４４】
観察している半径位置（基準となる初期値）Ｒ０を、リニアスケール１９を使い正確に計測する。ステージ制御部２４がロータリーエンコーダ１６のパルスを計測し、ＣＰＵ２５から送られてくるトリガー信号を参照してパルス間隔から回転速度を計算する。ＣＰＵ２５からのトリガー信号を参照する理由は、ＴＤＩセンサ１４の電荷を送るためのパルスとステージ回転速度の同期を取るため、共通のトリガーが必要だからである。回転速度が一定になるようにステージ制御部２４がフィードバックをかけながらθステージ１５を回転させる。このときのθステージ１５の回転角速度をω０とする。そして、内周用アダプタ３１あるいは外周用アダプタ３２表面に刻まれた模様をＴＤＩセンサ１４で観察し、像がもっともシャープになるようにθステージ１５の角速度ω０を調整する。角速度ω０で補正しきれない場合は、任意信号発生器２６からＴＤＩセンサ１４および画像処理回路２７に送るパルスの周波数Ｆ０を変えて、像がもっともシャープに見えるように微調整する。
【００４５】
このようにして、半径Ｒ０に対して最適なＴＤＩセンサ１４のラインレートＦ０およびθステージ１５の角速度ω０が決定する。Ｒ０、Ｆ０、ω０の間には、
ω０・Ｒ０＝Ｆ０・Ｃ      ………………………………………（数２）
の関係が成立する。ここで、Ｃは像の分解能に相当する定数であり、受光面上でＴＤＩセンサ１（ｐｉｘｅｌ）が像のＣ（ｍ）に相当する。観察倍率又はデフォーカス量を変えない限り、Ｃは常に一定である。
【００４６】
上記の調整終了後、欠陥検出の測定に入る。観察している任意の半径位置ｒをリニアスケール１９で測定し、ロータリーエンコーダ１６のパルス間隔からθステージ１５の回転角速度ωを求めながら、
ω＝Ｒ０・ω０/ｒ      …………………………………………（数３）
で回転するようにステージ制御部２４が制御する。
【００４７】
これらの情報は、ステージ制御部２４からＣＰＵ２５に送られる。（数３）を満たす角速度ωで回転させる場合、最適ラインレートはＦ０となる。しかし、実際の角速度は、回転の摩擦やモータの性能により正確に（数３）を満たすωで回転させることは難しく、誤差Δωを持つ。その場合ラインレートで微調整し、角速度（ω＋Δω）のとき最適ラインレートｆは、
ｆ＝ｒ・（ω＋Δω）・Ｆ０/（Ｒ０・ω０）      …………（数４）
となる。
【００４８】
測定時間を最短にするには、θステージ１５を回転させながら、同時に半径ｒも変えて観察する。１周したときの半径の移動量は、ＴＤＩセンサの画素積分方向に対して垂直方向のＴＤＩセンサの長さとなる。試料９上の軌跡は、模式的には図６（ａ）のように連続した渦巻き状になる。別の観察方法を、図６（ｂ）に示す。一定角速度で回転させて像を取得し、測定中は半径を変化させない。１周測定した後に半径および角速度を変化させる。半径および角速度が一定になるまでの間は、像の取得はせず、半径方向の移動が終了し角速度が安定してから像の取得を開始する。軌跡は、図６（ｂ）のようになる。点線は半径及び角速度を変化させている段階を示しており、実線は観察し像を取り込んでいる段階を示している。この観察方法の利点は、観察中は半径位置を移動させないため半径方向の移動に伴う振動などのノイズが像に影響を与えないことである。さらに別の観察方法を、図６（ｃ）に示す。半径方向の移動中および角速度が一定になるまで像の観察は行わないことは、図６（ｂ）と同じであるが、（ｃ）による方法は、測定開始角度を常に一定にしている。図中、各半径方向での移動における始点および終点を、それぞれ、○印および●印で示す。そのため、約１周分観察せずに回転だけさせる工程が入るが、（ｂ）の方法に比べて角速度が確実に安定することと測定開始角度が一定であるためステージ制御が容易になることが利点である。
【００４９】
なお、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、同一個所は１回だけ測定する例を示しているが、同一個所を複数回測定しても良い。
【００５０】
次に、画像処理の方法について説明する。ＴＤＩセンサはラインセンサの一種であり、出力される信号は１次元のラインプロファイルとなる。出力データから高速で欠陥を抽出するには、１次元のラインプロファイルのままデータ処理する。図７は、欠陥を含んだラインプロファイルである。図７（ａ）は、ＴＤＩセンサから出力されたデータである。欠陥位置はこのプロファイル内の最低値であるためすぐ検出できるが、明るさのムラにより全体に傾きを持っているため欠陥位置を誤検出してしまう可能性もある。図７（ｂ）は、（ａ）を１次関数で近似し傾きを補正している。このプロファイルであれば設定された閾値と比較することにより容易に欠陥位置を検出することが可能である。ノイズが多い場合や確実性を増すためには、スムージング処理しノイズを低減させる。図７（ｃ）は、（ｂ）をスムージング処理しノイズを低減させたものである。試料や検出したい欠陥に見え方は異なるため、スムージング処理の強さや閾値は複数用意しておき、ユーザーが選べるようにしておく。今回示した欠陥例では、欠陥位置がラインプロファイル内で最低値となっているが、デフォーカスもしくは欠陥の種類によってはラインプロファイル内で最高値を示す場合もある。その場合でも同様に処理し、閾値によって欠陥位置を検出すれば良い。
【００５１】
このように、欠陥検出を１次元のプロファイルに対して行うことにより画像処理回路２７にかかる負荷を減らせるため、高速な欠陥検出が可能となる。パターンがなく平らな試料表面上の欠陥を高速検出する場合には特に有効である。また、パターンが刻まれた試料の場合、人為的に作られた構造と欠陥を区別するために、２種類の２次元の画像比較から欠陥を検出する必要がある。２次元の像とするためには１次元のラインプロファイルを複数ライン束ねれば良い。画像処理回路にかかる負荷は増えるが、欠陥検出精度は向上する。そして、画像処理回路２７が欠陥を検出したとき、その信号はＣＰＵ２５に送られ、ステージから送られてきた座標位置と関連づけられて保存される。
【００５２】
以上述べた測定手順をフローとしてまとめると、図８のようになる。
【００５３】
まず、ステップ８０１で面積ビームの電子線を試料表面に照射しながら試料を回転させ、得られた像から回転中心を検出する。ステップ８０２で、観察に使用する観察倍率を決定する。ステップ８０３で、ＴＤＩセンサの画素積分方向と像の線速ベクトル方向をほぼ平行にさせる。ステップ８０４で、内周側アダプタもしくは外周側アダプタ、または試料表面における半径位置の初期値Ｒ０を決定後、画像がもっともはっきり見える回転ステージの角速度ω0およびＴＤＩセンサのラインレートＦ０を決定する。ステップ８０５で、観察位置の半径ｒを決定する。ステップ８０６で、回転ステージを角速度ω＝Ｒ０・ω０/ｒで回転させる。ステップ８０７で、角速度の設定値ωとの誤差ΔωをＴＤＩセンサのラインレートで吸収するために、ＴＤＩセンサをラインレートｆ＝ｒ・（ω＋Δω）・Ｆ０/（Ｒ０・ω０）で駆動させる。ステップ８０８で、ＴＤＩセンサから１次元のラインプロファイルが出力される。回転ステージあるいは半径位置は連続移動していることから、再びステップ８０５に戻る。ステップ８０９で、ＴＤＩセンサからの１次元情報あるいは１次元情報から構成した２次元情報から画像処理を施し、欠陥を検出する。ステップ８１０で、検出した欠陥の画像と座標情報を保存する。
【００５４】
以上詳述したように、本発明によれば、電子線を用いた欠陥検査装置およびその方法により、高速かつ高感度な欠陥検出が可能となる。本実施例には磁気ディスク媒体上の欠陥を検査する例を示したが、磁気ディスク媒体に３次元的な構造を作りこんだ、いわゆるパターン媒体の異物検査および形状検査にも有効である。その場合、ＴＤＩセンサのデータを束ねて２次元画像として処理するのが良い。磁気ディスク媒体だけでなく、半導体ウェハ、光記録媒体に対してもこの手法は有効である。また欠陥検査装置により検査した検査部品の欠陥の有無は、欠陥情報を蓄積管理することにより、その後行う欠陥の原因分析等の作業に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例になる欠陥検査装置の構成を説明する図。
【図２】ＴＤＩセンサの動作原理を説明する模式図。
【図３】受光面における像の軌跡を示した模式図。
【図４】本発明における試料および試料ホルダの構成を説明する図。
【図５】本発明におけるＴＤＩセンサで長時間露光したときに得られる像を説明する模式図。
【図６】本発明による電子線の軌跡を概略的に示した模式図。
【図７】本発明による欠陥の一例を示す信号波形図。
【図８】本発明による測定準備および測定手順のフローを示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１…電子源、２…引き出し電極、３…コンデンサレンズ、４…Ｅ×Ｂ偏向器、５…Ｅ×Ｂ偏向器、６…照射系偏向器、７…対物レンズ、８…円孔電極、９…試料、１０…中間レンズ、１１…投影レンズ、１２…蛍光板、１３…光学像伝達部、１４…光学像検出器（ＴＤＩセンサ）、１５…θステージ、１６…ロータリーエンコーダ、１７…絶縁体、１８…Ｘステージ、１９…リニアスケール、２０…Ｙステージ、２１…Ｚステージ、２２…回転原点センサ、２３…電源、２４…ステージ制御部、２５…ＣＰＵ、２６…任意信号発生器、２７…画像処理回路、２８…試料ホルダ、２９…検出器回転機構、３０…試料固定バネ、３１…内周用アダプタ、３２…外周用アダプタ。
【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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