(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体ウェーハの回路パターン像等を取得する検査装置に関し、特に試料全体から一部分までを高速かつ高感度に検査することができる。【解決手段】  ステージ１と、試料に電子ビームを照射する照射手段２と、電子ビームの照射によって試料から発生する二次電子等から試料の画像情報を生成する電子検出手段３と、ステージ１を駆動するステージ駆動手段４と、二次ビームを偏向する偏向手段５とを備え、電子検出手段３は、蛍光部６と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる制御部８とを備えて構成され、試料の移動に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モードと、偏向手段５による電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有する。【選択図】      図１
2007221167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置され、駆動可能なステージと、
前記ステージに載置される試料に電子ビームを照射する照射手段と、
前記電子ビームの照射によって、前記試料から発生する二次電子、反射電子または後方散乱電子の少なくとも１種が、二次ビームとして投影され、前記試料の画像情報を生成する電子検出手段と、
前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記二次ビームを偏向する偏向手段とを備え、
前記電子検出手段は、
前記二次ビームを光に変換する蛍光部と、該光を光電変換し、変換された電荷を蓄積するＴＤＩアレイＣＣＤセンサと、該ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに蓄積される電荷をシフトさせる制御部とを備えて構成され、
前記ステージ駆動手段による前記試料の移動により、前記電子検出手段に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、前記制御部は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モードと、
前記偏向手段によって前記電子検出手段に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、前記制御部は、前記ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに蓄積される電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有する
ことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン検査装置において、
前記ステージ走査モードまたは前記偏向器走査モードにおいて、前記電子検出手段により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する欠陥検出手段を備えた
ことを特徴とするパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウェーハの回路パターン像等を取得する検査装置に関し、特に、試料の全体と局所部分とを検査することができるパターン検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のＬＳＩの高集積化に伴い、ウェーハ、マスクなどの試料に要求される欠陥検出感度は、より一層高くなってきている。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箇所を検出する場合には、０.１μｍの検出感度が必要とされている。また、検出感度の高感度化とともに検出速度の高速化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、電子ビームを用いた表面検査装置が開発されている。
【０００３】
例えば、特開平７−２４９３９３号公報に記載されているように、矩形陰極と四極子レンズとによってビーム断面形状を矩形状または楕円形状に成形するパターン検査装置が公知である。このパターン検査装置は、従来の走査型電子顕微鏡のように電子ビームをスポット状に集束させて試料面上を走査するのではなく、矩形状の一定のビーム照射領域を有する矩形ビームで走査するため、短時間で試料面上を走査することができ、検出速度の高速化を実現することができる。
【０００４】
しかしながら、矩形ビームは、スポットビームと比較すると、ビーム照射領域が広い分、単位面積当たりに照射されるビーム量（電流密度）が低下し、検出画像のコントラストが低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、この課題を解決するパターン検査装置を特願平９−１１７８号出願により提案した。
【０００６】
図１３は、このパターン検査装置を説明する図である。
【０００７】
図１３において、パターン検査装置は、一次コラム５１、ステージ５２、二次コラム５３を有している。一次コラム５１の真下にステージ５２が配置され、ステージ５２上には、試料５４が載置される。試料５４から発生する二次電子を検出する位置に二次コラム５３が斜めに配置される。
【０００８】
一次コラム５１の内部には、電子銃５５が配置され、電子銃５５から照射される電子ビームの光軸上に、一次光学系５６が配置される。
【０００９】
また、二次コラム５３の内部には、試料からの二次ビームの光軸上に、カソードレンズ５７および二次光学系５８が配置される。さらに、二次光学系５８を介して二次ビームが集束する位置に検出器５９が配置される。検出器５９は、ＴＤＩ（Time Delay Integration：時間遅延積分型）アレイＣＣＤセンサを有しており、光電信号はＣＣＤカメラ駆動制御部６０を介して、ＣＰＵ６１に入力される。
【００１０】
ＣＰＵ６１は、一次コラム制御ユニット６２、二次コラム制御ユニット６３およびステージ駆動機構６４に制御信号を出力する。一次コラム制御ユニット６２は、一次光学系５６に対して、また、二次コラム制御ユニット６３は、カソードレンズ５７および二次光学系５８に対してレンズ電圧制御を行う。また、ステージ駆動機構６４は、ステージ５２をＸＹ方向に駆動する。
【００１１】
さらに、ステージ５２の位置情報がレーザ干渉計ユニット６５を介してＣＣＤカメラ駆動制御部６０に入力される。
【００１２】
次に、このパターン検査装置の動作について説明する。
【００１３】
一次コラム５１内の電子銃５５から電子ビーム（一次ビーム）が照射される。一次ビームは、一次光学系５６によってビーム断面が矩形状または楕円形状に成形されて、試料面上に照射される。その際、ビーム照射領域は、一定面積を有する矩形状または楕円形状になる。
【００１４】
試料５４にビームが照射されると、そのビーム照射領域から二次電子（二次ビーム）が発生する。二次ビームは、カソードレンズ５７および二次光学系５８により集束されて、検出器５９の検出面に、所定の倍率で拡大投影される。
【００１５】
検出器５９は、二次ビームを光信号に変換し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサによって、さらに光電変換され、画像信号が生成される。なお、このＴＤＩアレイＣＣＤセンサの撮像動作については後述する。
【００１６】
ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、検出器５９から画像信号を取り出し、ＣＰＵ６１に出力する。以下、ステージ５２をＸＹ方向に駆動して、試料の所定箇所に電子ビームを照射し、画像検出を繰り返す。
【００１７】
ここで、このパターン検査装置の特徴点であるＴＤＩアレイＣＣＤセンサの撮像動作について、図１４を用いて説明する。
【００１８】
図１４（１）に示すように、電子ビームは、今試料５４の所定箇所に照射されている。このとき、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサには、図１４（２）に示すように、電子ビームが照射されている箇所に対応する水平走査ラインＡに、信号電荷が蓄積される。次に、ＣＰＵ６１は、所定のタイミングで、図１４（３）に示すようにステージ５２および試料５４をＹ方向に一水平走査ライン分だけ移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、ラインＡに蓄積される信号電荷をラインＢに転送する。したがって、図１４（４）に示すように、ラインＢには、前回時に蓄積され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。
【００１９】
図１４（５）に示すように、ＣＰＵ６１はさらに一水平走査ライン分だけステージ５２および試料５４を移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、図１４（６）に示すように、ラインＡの信号電荷をラインＢに、ラインＢの信号電荷をラインＣに転送する。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る。
【００２０】
以上の動作を繰り返すと、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累積させることができる。すなわち、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサは、信号電荷を遅延させて撮像を繰り返し行うことで、試料の同一箇所の信号電荷を累積加算して増加させることができる。これにより、試料の電流密度を増加させ、検出画像のＳ／Ｎの向上を図ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上述のパターン検査装置では、試料全体などの広範囲の画像を検出する場合には適当だが、試料の局所領域を検出する際には、以下の弊害が考えられる。
【００２２】
例えば、試料の検出領域が小さくなるに従って、相対的にステージの動作範囲も小さくなる。これは、ステージの位置合わせ動作、移動動作、停止動作等の全ての動作に関して高精度かつ安定した制御が要求されることになり、より小さな局所領域を検出するためには、さらなるステージ制御の高精度化が求められる。
【００２３】
また、ステージは移動停止動作を繰り返すため、ステージに振動（ハンチング）が生じる。このとき、試料の局所領域は、拡大投影されているので、軽微なハンチングでさえも、検出画像にノイズとなって現れ、Ｓ／Ｎが低下するという問題点が考えられた。
【００２４】
そこで、請求項１に記載の発明は、上述の問題点を解決するために、ステージ制御の精度に関わらず、試料の広範囲領域から局所領域までを高感度に検出することができるパターン検査装置を提供することを目的とする。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、自動的にパターンの欠陥箇所を検出するパターン検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
図１は、請求項１に記載の発明の原理ブロック図である。
【００２７】
請求項１に記載の発明は、試料が載置され、駆動可能なステージ１と、ステージ１に載置される試料に電子ビームを照射する照射手段２と、電子ビームの照射によって、試料から発生する二次電子、反射電子または後方散乱電子の少なくとも１種が、二次ビームとして投影され、試料の画像情報を生成する電子検出手段３と、ステージ１を駆動するステージ駆動手段４と、二次ビームを偏向する偏向手段５とを備え、電子検出手段３は、二次ビームを光に変換する蛍光部６と、その光を光電変換し、変換された電荷を蓄積するＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる制御部８とを備えて構成され、ステージ駆動手段による試料の移動により、電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モードと、偏向手段５によって電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有することを特徴とする。
【００２８】
図２は、請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン検査装置において、ステージ走査モードまたは偏向器走査モードにおいて、電子検出手段３により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する欠陥検出手段９を備えて構成する。
【００３０】
（作用）
請求項１に記載のパターン検査装置では、ステージ走査モードと偏向器操作モードとを有している。
【００３１】
ステージ走査モードは、ステージ１およびその上に載置される試料を連続的に移動させながら撮像し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に電荷を蓄積させる。このとき、試料の移動に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフト（転送）する。
【００３２】
一方、偏向器操作モードは、試料に電子ビームが照射されている状態で、偏向手段５を用いて、電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置を動かして撮像し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に電荷を蓄積させる。これにより、試料を移動させながら撮像した状態と同じ状態を実現している。このとき、二次ビームの投影位置の変動に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトする。
【００３３】
請求項２に記載のパターン検査装置では、欠陥検出手段９は、試料の画像情報から、例えば、テンプレートパターンマッチング等によって欠陥箇所を検出する。
【００３４】
このとき、まずステージ走査モードにおいて試料全体の欠陥箇所をサーチし、その後、偏向器操作モードにおいて各欠陥箇所を細かく観察してもよい。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１に記載のパターン検査装置では、ステージを駆動させることで、電子ビームが試料を走査するステージ走査モードと、偏向手段を利用して二次ビームの投影位置を移動させて撮像する偏向器操作モードとを有している。したがって、検査対象領域が大きい場合には、ステージ走査モードを利用して高速に画像を検出し、検査対象領域が小さい場合には、偏向器操作モードを利用することで、高感度かつ高画質に画像の検出を行うことができる。特に、局所領域の画像検出は、ステージを高精度かつ安定させて制御する必要があったが、偏向器操作モードを利用することで、このようなステージの複雑かつ高度な制御が不要になり、極端に狭い領域を検出する際にも対応することができる。
【００３６】
請求項２に記載のパターン検査装置では、ステージ走査モードは、試料全体の欠陥検出に適している。また、偏向器操作モードは、試料の局所領域の欠陥検出に適している。したがって、２つのモードを組み合わせて使用することにより、画像の欠陥箇所の検出を高速かつ高精度に検出することができる。
【００３７】
このようにして、本発明を適用したパターン検査装置では、ステージの駆動を高精度に制御する必要がなく、また、ステージの振動によるＳ／Ｎの低下を回避することができるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００３９】
図３は、本実施形態の全体構成図である。また、図４は、検出器３６の構成を示す図である。さらに、図５は、一次ビームの軌道を示す図であり、図６は、二次ビームの軌道を示す図である。なお、本実施形態は、請求項１、２に記載の発明に対応する。
【００４０】
図３において、パターン検査装置は、一次コラム２１、二次コラム２２、チャンバー２３を有している。
【００４１】
二次コラム２２の側面には、一次コラム２１が斜めに接続しており、二次コラム２２の下部にはチャンバー２３が配置される。
【００４２】
一次コラム２１の内部には、電子銃２４が設けられており、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が配置され、さらにその先には、二次コラム２２内部にあるウィーンフィルタ２９が光軸に対して斜めに配置される。
【００４３】
一方、チャンバー２３の内部にはステージ２６が設置され、ステージ２６上には試料２７が載置される。
【００４４】
また、二次コラム２２の内部には、試料２７から発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ２８、ウィーンフィルタ２９、ニューメニカルアパーチャ３０、第１レンズ３１、フィールドアパーチャ３２、第２レンズ３３、第３レンズ３４、偏向器３５および検出器３６が配置される。
【００４５】
図４において、検出器３６は、第１のＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）４５ａと、第２のＭＣＰ４５ｂと、蛍光面４６を塗布したＦＯＰ（ファイバオプティックプレート）４７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサを搭載したＣＣＤカメラ４８とから構成される。
【００４６】
検出器３６の入出力端子は、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７の入出力端子と接続され、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７の出力は、ＣＰＵ３８を介してＣＲＴ３９に入力される。
【００４７】
また、ＣＰＵ３８は、一次コラム制御ユニット４０、二次コラム制御ユニット４１、偏向駆動制御部４２、ステージ駆動機構４３に制御信号を出力する。
【００４８】
一次コラム制御ユニット４０は、一次光学系２５のレンズ電圧を制御し、二次コラム制御ユニット４１は、カソードレンズ２８、第１レンズ３１、第２レンズ３３、第３レンズ３４の各レンズ電圧を制御し、偏向駆動制御部４２は、偏向器３５に印加する電圧を制御し、ステージ駆動機構４３は、ステージ２６のＸＹ方向の駆動制御を行う。
【００４９】
また、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７には、レーザ干渉計ユニット４４からの制御信号および偏向駆動制御部４２からの制御信号が入力される。
【００５０】
さらに、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。
【００５１】
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、ステージ１は、ステージ２６に対応し、照射手段２は、電子銃２４および一次光学系２５に対応し、電子検出手段３は、検出器３６に対応し、ステージ駆動手段４は、ＣＰＵ３８およびステージ駆動機構４３に対応し、偏向手段５は、偏向器３５および偏向駆動制御部４２に対応し、蛍光部６は蛍光面４６およびＦＯＰ４７に対応し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７はＣＣＤカメラ４８に対応し、制御部８はＣＣＤカメラ駆動制御部３７に対応する。
【００５２】
また、請求項２に記載の発明と、本実施形態の対応関係については、上述の対応関係と併せて、欠陥検出手段９は、ＣＰＵ３８の画像処理部に対応する。
【００５３】
図５に示すように、電子銃２４からの一次ビームは、一次光学系２５によってレンズ作用を受けて、ウィーンフィルタ２９に入射する。
【００５４】
ここでは電子銃のチップとして、矩形陰極で大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる。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を使用する。このレンズは、いわゆるシリンドリカルズレンズと同様にＸ軸、Ｙ軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを２段で構成し、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。
【００５５】
一次ビームがウィーンフィルタ２９に入射すると、ウィーンフィルタ２９の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ２９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。図７に示すように、一次ビームに対しては、磁界による力ＦBと電界による力ＦEとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力ＦBと力ＦEとが逆方向に働くため、互いに相殺されて二次ビームはそのまま直進する。
【００５６】
カソードレンズ２８を通過した一次ビームは、試料２７に垂直に照射される。ここでは、試料２７に照射される一次ビームの照射領域は矩形状である。試料２７のビーム照射領域全面からは、二次電子、反射電子または後方散乱電子が二次ビームとして発生する。すなわち、この二次ビームは、矩形状の二次元画像情報を有していることになる。さらに、一次ビームは、試料２７に垂直に照射されるので、二次ビームは影のない鮮明な電子像を有する。
【００５７】
二次ビームは、カソードレンズ２８によるレンズ作用を受けながら、レンズを通過し、ウィーンフィルタ２９に入射する。
【００５８】
ところで、カソードレンズ２８は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料２７側の電位との間で、二次ビームに対して正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、カソードレンズ２８の下から１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。
【００５９】
カソードレンズ２８を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ２９の偏向作用を受けずに、そのまま直進して、ニューメニカルアパーチャ３０を通過する。なお、ウィーンフィルタ２９に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ電子（例えば２次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみを検出器３６に導くことができる。
【００６０】
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、二次ビームに対して第１レンズ３１、第２レンズ３３および第３レンズ３４のレンズ収差を抑える役割を果たしている。
【００６１】
ところで、二次ビームを、カソードレンズ２８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、図６に示すように、第１レンズ３１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２８および第１レンズ３１により、フィールドアパーチャ３２上で中間結像を得る。
【００６２】
この場合、通常、二次光学系として必要な拡大倍率が、不足することが多いため、中間像を拡大するためのレンズとして、第２レンズ３３および第３レンズ３４を加えた構成にする。二次ビームは、第２レンズ３３および第３レンズ３４によって拡大結像し、合計２回結像する。
【００６３】
なお、第１レンズ３１、第２レンズ３３および第３レンズ３４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よばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、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で、レンズ作用を行わせて制御する。
【００６４】
また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ３２が配置されているが、このフィールドアパーチャ３２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。それと同時に、電子ビームの場合、装置内に散乱する余計な電子を、後段の第２レンズ３３および第３レンズ３４と共に遮断して、検出器３６のチャージアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率は、この第２レンズ３３および第３レンズ３４のレンズ条件（焦点距離）を変えることで設定される。
【００６５】
二次ビームは、偏向器３５を通過して検出器３６の検出面に結像する。なお、このとき、二次ビームは、偏向器３５による偏向作用は受けていない。
【００６６】
図４に示すように、二次ビームは、第１のＭＣＰ４５ａに入射する。二次ビームは、その電流量を第１のＭＣＰ４５ａ内で増幅しながら、第２のＭＣＰ４５ｂを経由して蛍光面４６に衝突する。その際、第１のＭＣＰ４５ａの入口の電位を調節して、二次ビームの加速電圧をＭＣＰの検出効率の最もよい値に設定する。
【００６７】
例えば、二次ビームの加速電圧が、＋５ｋＶの場合、第１のＭＣＰ４５ａの入口の電位をー４.５ｋＶに設定して減速させ、電子エネルギーを０.５ｋｅＶ程度にする。
【００６８】
二次ビームの電流増幅率は、第１のＭＣＰ４５ａと第２のＭＣＰ４５ｂとの間に印加される電圧で規定される。例えば、１ｋＶを印加すると１×１０４の増幅率となる。また、第２のＭＣＰ４５ｂから出力される二次ビームの拡がりを可能な限り抑制するために、第２のＭＣＰ４５ｂと蛍光面４６との間には、４ｋＶ程度の電圧を印加する。
【００６９】
蛍光面４６では、電子を光学像に変換し、光学像は、ＦＯＰ４７を通過して、ＣＣＤカメラ４８で撮像される。ここでは、蛍光面４６での画像サイズとＣＣＤカメラ４８の撮像サイズとを合わせるために、ＦＯＰ４７で、約１／３に縮小して投影する。
【００７０】
光学像は、ＣＣＤカメラ４８のＴＤＩアレイＣＣＤセンサにより光電変換され、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサには、信号電荷が蓄積される。ＣＣＤカメラ駆動制御部３７は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサから画像情報をシリアルに読み出し、ＣＰＵ３８へ出力する。ＣＰＵ３８は、ＣＲＴ３９に検出画像を表示させる。
【００７１】
次に、本実施形態の動作上の特徴点であるステージ走査モードと偏向器操作モードとについて図面を参照して説明する。なお、図８は、欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。
【００７２】
（ステージ走査モード）
図９に示すように、半導体ウェーハを試料とした場合、ラスタ走査してチップ全面の画像の検出を行う。その際、一次ビームは、固定位置を照射しており、ステージ２６を駆動することで、ビームを試料面上に走査させる。
【００７３】
ステージ２６上に載置された試料は、ＣＰＵ３８およびステージ駆動機構４３により、一定の速度でＹ方向に移動する。
【００７４】
ここでは、検査対象領域として、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの領域が設定されている。ＴＤＩアレイＣＣＤセンサは、例えば、５１２×２５６の画素数を有しており、検査対象領域は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに適合するように投影される。
【００７５】
今、検査対象領域の（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像がＴＤＩアレイＣＣＤセンサに撮像される。信号電荷は、図１０に示すＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に蓄積される。ＣＰＵ３８の指示により、ステージ２６がＹ方向に移動することで、ビーム照射領域がＴＤＩアレイＣＣＤセンサの一水平走査ライン分だけ走査方向に移動する。それと同時に、レーザ干渉計ユニット４４は、垂直クロック信号をＣＣＤカメラ駆動制御部３７に送出する。
【００７６】
垂直クロック信号が入力されると、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７は、転送パルスを送出し、ＲＯＷ１に蓄積された信号電荷をＲＯＷ２に転送する。ＲＯＷ２では、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、その際、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷と加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ１には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの画像が撮像され、信号電荷が蓄積される。
【００７７】
以上のように、ステージ２６をＹ方向に順次駆動することにより、一次ビームは、検査対象領域を走査する。そして、ステージの駆動に応じて、蓄積電荷を隣接するＲＯＷへ順次転送する。
【００７８】
検査対象領域の（Ｘ１,Ｙ２５６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの画像が撮像され、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に蓄積されるとき、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像は、水平走査ラインの本数分加算累積されて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ２５６に蓄積される。
【００７９】
この状態で、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサに転送パルスが入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積される信号電荷は、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、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７を経由してＣＰＵ３８へ出力される。
【００８０】
このように、ステージ２６を順次駆動させることにより、一次ビームは試料を走査することになり、試料画像が、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサから一水平走査ラインずつ取り出される。
【００８１】
以上の動作をチップ全面に対して実施し、チップ全面の画像を取得する（図８のステップＳ１）。
【００８２】
チップ全面の画像を取得すると、ＣＰＵ３８は、設計データに基づいて予め作成されたテンプレート画像とのテンプレートマッチングにより欠陥箇所を特定する。具体的には、ＣＰＵ３８は、エッジ保存平滑化フィルタによる平滑化処理によりノイズの低減を行った後、テンプレート画像と検出画像との相互相関係数を求めて、マッチングしていない箇所、すなわち欠陥箇所を特定する（図８のステップＳ２）。ＣＰＵ３８は、欠陥箇所のアドレスを内部メモリに記憶する。
【００８３】
（偏向器操作モード）
次に、欠陥箇所があった場合（図８のステップＳ３）、欠陥箇所を拡大表示する偏向器操作モードについて説明する。
【００８４】
ＣＰＵ３８は、ステージ駆動機構４３を介してステージ２６を駆動させ、欠陥箇所に位置を合わせ（図８のステップＳ４）、第２レンズ３３および第３レンズ３４の焦点距離を変更して欠陥箇所を拡大表示する。
【００８５】
図１１（１）に示すように、今、欠陥箇所の検査対象領域における（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像が、図１０のＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に撮像蓄積される。
【００８６】
ＣＰＵ３８は、設定されている拡大倍率に基づいて偏向器３５に印加する電圧値を算出し、偏向駆動制御部４２に制御信号を出力する。偏向駆動制御部４２は、ＣＰＵ３８からの制御信号に従って、偏向器３５に印加する電圧を制御し、図１１（２）に示すように、検出器３６の検出面に投影される二次ビームの投影位置を、一水平走査ライン分だけ偏向させて移動させる。
【００８７】
それと同時に、偏向駆動制御部４２は、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７に垂直クロック信号を送出する。ＣＣＤカメラ駆動制御部３７は、転送パルスを送出し、ＲＯＷ１に蓄積された信号電荷をＲＯＷ２に転送する。
【００８８】
ＲＯＷ２では、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、その際、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷と加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ１には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの画像が撮像され、信号電荷が蓄積される。
【００８９】
以上のように、偏向器３５によって二次ビームの投影位置を順次移動させていくことにより、検査対象領域が走査される。そして、このとき、二次ビームの投影位置に応じて、蓄積される信号電荷を隣接するＲＯＷへ順次転送する。
【００９０】
検査対象領域の（Ｘ１,Ｙ２５６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）の画像が撮像されて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ１に蓄積されるとき、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの画像は、水平走査ラインの本数分加算されて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサのＲＯＷ２５６に蓄積される。
【００９１】
この状態で、転送パルスが入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積される信号電荷は、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、ＣＣＤカメラ駆動制御部３７を経由してＣＰＵ３８へ出力される。
【００９２】
このように、偏向器３５により二次ビームの投影位置を順次移動させることにより、試料画像が、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサから一水平走査ラインずつ取り出され、ＣＰＵ３８は、欠陥箇所の画像を取得することができる（図８のステップＳ５）。
【００９３】
以上の動作を全ての欠陥箇所に対して実施し、欠陥箇所の画像を順次取得し、画像ファイルとして記録媒体へ格納が完了するまで繰り返す（図８のステップＳ６）。
【００９４】
このように、本実施形態のパターン検査装置では、チップ全面に対しては、ステージ２６を駆動することにより、ビーム走査を実行し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサにより撮像して、欠陥箇所を検出する。一方、欠陥箇所に対しては、偏向器３５によって二次ビームの投影位置を移動させることにより、試料の走査を行っている。
【００９５】
したがって、試料全面の画像検出には、ステージ走査モードを利用し、試料の局所領域には、偏向器操作モードを利用することで、試料の欠陥パターン検出を高速かつ高精度に実行することができる。
【００９６】
特に、局所領域においては、ステージ２６を駆動させて撮像するわけではないため、ステージ２６を高精度に制御する必要がない。また、ステージ２６のハンチングによる検出画像のＳ／Ｎの低下が問題視されたが、このような画質の低下も回避することができる。
【００９７】
なお、試料の走査方法として、本実施形態ではラスタ走査を実行したが、それに限定されるものではない。
【００９８】
また、偏向器操作モードでは、欠陥箇所の大きさに応じてビーム照射領域を変更してもよい。また、ビーム照射領域の形状は、矩形状に限定されるものではない。
【００９９】
また、パターンマッチングにおけるマッチング手法は、本実施形態で述べた手法に限定されるものではなく、残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）、差分二乗和など、他のマッチング手法でもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図である。
【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図である。
【図３】本実施形態の全体構成図である。
【図４】検出器の構成を示す図である。
【図５】一次ビームの軌道を示す図である。
【図６】二次ビームの軌道を示す図である。
【図７】ウィーンフィルタを説明する図である。
【図８】欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。
【図９】ステージ走査モードを説明する図である。
【図１０】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの構成ブロック図である。
【図１１】偏向器操作モードを説明する図である。
【図１２】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサを搭載した検査装置の構成図である。
【図１３】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの動作を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２６、５２・・・ステージ，  ２・・・照射手段，  ３・・・電子検出手段，  ４・・・ステージ駆動手段，  ５・・・偏向手段,  ６・・・蛍光部，  ７・・・ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ，
８・・・制御部，  ９・・・欠陥検出手段，  ２１、５１・・・一次コラム，  ２２、５３・・・二次コラム，  ２３・・・チャンバー，  ２４、５５・・・電子銃，  ２５、５６・・・一次光学系
２７、５４・・・試料，  ２８、５７・・・カソードレンズ，  ２９・・・ウィーンフィルタ
３０・・・ニューメニカルアパーチャ，  ３１・・・第１レンズ，  ３２・・・フィールドアパーチャ，  ３３・・・第２レンズ，  ３４・・・第３レンズ，  ３５・・・偏向器，  ３６、５９・・・検出器，  ３７、６０・・・ＣＣＤカメラ駆動制御部，  ３８、６１・・・ＣＰＵ，  ３９・・・ＣＲＴ，  ４０、６２・・・一次コラム制御ユニット，  ４１、６３・・・二次コラム制御ユニット
４２・・・偏向駆動制御部，  ４３、６４・・・ステージ駆動機構，  ４４、６５・・・レーザ干渉計ユニット，  ５８・・・二次光学系
【図１】
2007221167.tif 000003
【図２】
2007221167.tif 000004
【図３】
2007221167.tif 000005
【図４】
2007221167.tif 000006
【図５】
2007221167.tif 000007
【図６】
2007221167.tif 000008
【図７】
2007221167.tif 000009
【図８】
2007221167.tif 000010
【図９】
2007221167.tif 000011
【図１０】
2007221167.tif 000012
【図１１】
2007221167.tif 000013
【図１２】
2007221167.tif 000014
【図１３】
2007221167.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月23日(2007.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に矩形の電子ビームを照射するステップと、
前記電子ビームの照射領域から発生した二次ビームをファイバオプティックプレートにより光学像に変換するステップと、
前記光学像を、複数の走査ラインを有する時間遅延積分型アレイＣＣＤセンサにて光電変換し、信号電荷を蓄積することによって、前記基板の検査対象領域の画像を取得するステップと、
前記取得した画像と設計データとを比較することにより、前記基板の欠陥箇所を特定するステップと、
前記二次ビームを拡大結像させるレンズの焦点距離を変更させることにより前記欠陥箇所を拡大表示するステップと、
前記欠陥箇所の画像を取得するステップと、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
前記基板の検査対象領域の画像を取得する際に、前記時間遅延積分型アレイＣＣＤセンサは、前記基板が載置されたステージの駆動に応じて、信号電荷が蓄積された前記走査ラインから隣接する走査ラインに前記信号電荷を転送することを特徴とする請求項１のパターン検査方法。
【請求項３】
前記拡大表示された欠陥場所の画像を取得する際に、前記時間遅延積分型アレイＣＣＤセンサは、前記二次ビームを偏向させる偏向器に印可される電圧に応じて、信号電荷が蓄積された前記走査ラインから隣接する走査ラインに前記信号電荷を転送することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
図１２は、このパターン検査装置を説明する図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
図１２において、パターン検査装置は、一次コラム５１、ステージ５２、二次コラム５３を有している。一次コラム５１の真下にステージ５２が配置され、ステージ５２上には、資料５４が載置される。試料５４から発生する二次電子を検出する位置に二次コラム５３が斜めに配置される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ここで、パターン検査装置の特徴点であるＴＤＩアレイＣＣＤセンサの撮像動作について図１３を用いて説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図１３（１）に示すように、電子ビームは、今試料５４の所定箇所に照射されている。このとき、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサには、図１３（２）に示すように、電子ビームが照射されている箇所に対応する水平走査ラインＡに、信号電荷が蓄積される。次に、ＣＰＵ６１は、所定のタイミングで図１３（３）に示すようにステージ５２および試料５４をＹ方向に一水平走査ライン分だけ移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、ラインＡ上に蓄積される信号電荷をラインＢに転送する。したがって、図１３（４）に示すように、ラインＢには、前回時に蓄積され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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図１３（５）に示すように、ＣＰＵ６１はさらに一水平走査ライン分だけステージ５２および試料５４を移動させる。それと同時に、ＣＣＤカメラ駆動制御部６０は、図１３（６）に示すように、ラインＡの信号電荷をラインＢに、ラインＢの信号電荷をラインＣに転送する。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累積される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために、ステージ制御の精度に関わらず、試料の広範囲領域から局所領域に亘って高精度に観察することにより、パターンの欠陥箇所を自動的に検出することができるパターン検査方法を提供することを目的とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図１は、本発明を実施する装置の一例を示す原理ブロック図である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明を実施する装置としては、試料が載置され、駆動可能なステージ１と、ステージ１に載置される試料に電子ビームを照射する照射手段２と、電子ビームの照射によって、試料から発生する二次電子、反射電子または後方散乱電子の少なくとも１種が、二次ビームとして投影され、試料の画像情報を生成する電子検出手段３と、ステージ１を駆動するステージ駆動手段４と、二次ビームを偏向する偏向手段５とを備え、電子検出手段３は、二次ビームを光に変換する蛍光部６と、その光を光電変換し、変換された電荷を蓄積するＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７と、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる制御部８と、から構成されている。この装置は、ステージ駆動手段による試料の移動により、電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モードと、偏向手段５によって電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部８は、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有している。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図２は、図１に示す装置に、電子検出手段により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する機能を付加した場合の原理ブロック図である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
この場合、ステージ走査モードまたは偏向器走査モードにおいて、電子検出手段３により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する欠陥検出手段９を備えて構成される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（作用）
本発明は、ステージ走査モードと偏向器走査モードとを有している。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
一方、偏向器走査モードは、試料に電子ビームが照射されている状態で、偏向手段５を用いて、電子検出手段３に投影される二次ビームの投影位置を動かして撮像し、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に電荷を蓄積させる。これにより、試料を移動させながら撮像した状態と同じ状態を実現している。このとき、二次ビームの投影位置の変動に応じて、ＴＤＩアレイＣＣＤセンサ７に蓄積される電荷をシフトする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、欠陥検出手段９を備えている場合には、欠陥検出手段９は、試料の画像情報から、例えば、テンプレートパターンマッチング等によって欠陥箇所を検出する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
このとき、まずステージ走査モードにおいて試料全体の欠陥箇所をサーチし、その後、偏向器走査モードにおいて各欠陥箇所を細かく観察してもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明では、ステージを駆動させることで、電子ビームが試料を走査するステージ走査モードと、偏向手段を利用して二次ビームの投影位置を移動させて撮像する偏向器走査モードとを有している。したがって、検査対象領域が大きい場合には、ステージ走査モードを利用して高速に画像を検出し、検査対象領域が小さい場合には、偏向器走査モードを利用することで、高感度かつ高画質に画像の検出を行うことができる。特に、局所領域の画像検出は、ステージを高精度かつ安定させて制御する必要があったが、偏向器走査モードを利用することで、このようなステージの複雑かつ高度な制御が不要になり、極端に狭い領域を検出する際にも対応することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
また、ステージ走査モードは、試料全体の欠陥検出に適している。一方、偏向器走査モードは、試料の局所領域の欠陥検出に適している。したがって、２つのモードを組み合わせて使用することにより、画像の欠陥箇所の検出を高速かつ高精度に検出することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
このようにして、本発明では、ステージの駆動を高精度に制御する必要がなく、また、ステージの振動によるＳ／Ｎの低下を回避することができるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図３は、本実施形態の全体構成図である。また、図４は、検出器３６の構成を示す図である。さらに、図５は、一次ビームの軌道を示す図であり、図６は、二次ビームの軌道を示す図である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
次に、本実施形態の動作上の特徴点であるステージ走査モードと偏向器走査モードとについて図面を参照して説明する。なお、図８は、欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
（偏向器走査モード）
次に、欠陥箇所があった場合の（図８のステップＳ３）、欠陥箇所を拡大表示する偏向器走査モードについて説明する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
したがって、試料全面の画像検出には、ステージ走査モードを利用し、試料の局所領域には、偏向器走査モードを利用することで、試料の欠陥パターン検出を高速かつ高精度に実行することができる。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
また、偏向器走査モードでは、欠陥箇所の大きさに応じてビーム照射領域を変更してもよい。また、ビーム照射領域の形状は矩形状に限定されるものではない。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
【図１】本発明の一実施形態を示す原理ブロック図である。
【図２】図１に示す実施形態に、電子検出手段により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する機能を付加した場合の原理ブロック図である。
【図３】本実施形態の全体構成図である。
【図４】検出器の構成を示す図である。
【図５】一次ビームの軌道を示す図である。
【図６】二次ビームの軌道を示す図である。
【図７】ウィーンフィルタを説明する図である。
【図８】欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。
【図９】ステージ走査モードを説明する図である。
【図１０】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの構成ブロック図である。
【図１１】偏向器走査モードを説明する図である。
【図１２】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサを搭載した検査装置の構成図である。
【図１３】ＴＤＩアレイＣＣＤセンサの動作を説明する図である。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007221167.tif 000016
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2007221167.tif 000017
【手続補正３１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2007221167.tif 000018
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2007221167.tif 000019