(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を装着する基板装着手段と、
荷電ビームを生成して前記基板に照射する荷電ビーム照射手段と、
前記荷電ビームの照射により前記基板から発生し前記基板の表面の物性を表わす電子像をなす二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を倍増する荷電粒子倍増器と、倍増された前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の照射を受けて前記電子像を光学画像に変換する蛍光体を受光面に有し前記光学画像を画像信号に変換する撮像素子と、を含む電子像検出手段と、
前記基板から発生した前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を拡大投影して前記電子像を前記電子像検出手段に結像させる写像投影手段と、
前記画像信号に基づいて前記基板を検査する検査手段と、前記蛍光体の蛍光面をグランドに接地するとともに、前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が前記荷電粒子倍増器に入射する面に第１の負の電位を印加する制御手段と、を備え、
前記写像投影手段は、前記荷電粒子倍増器からの距離が互いに異なる複数の静電レンズを含み、
前記制御手段は、前記複数の静電レンズのうち前記荷電粒子倍増器に最も近接する静電レンズに前記第１の負の電位を印加することを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記基板装着手段に前記第１の負の電位よりも絶対値が大きい第２の負の電位を印加することを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記写像投影手段において前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が出射する位置の電位が前記第１の負の電位となるように前記写像投影手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記荷電ビームの前記基板への入射角度と、前記基板から発生する前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の前記写像投影手段への取り込み角度を変化させる荷電ビーム偏向手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記写像投影手段は、前記写像投影手段に近接した位置に設けられた３段の静電レンズを含み、前記制御手段は、前記３段の静電レンズのうち、前記基板装着手段の側に位置する第１段目の前記静電レンズをグランドに接地し、前記荷電粒子倍増器に最も近接する第３段目の前記静電レンズに前記第１の負の電位を印加し、第２段目の前記静電レンズに前記第１の負の電位よりも絶対値が小さい第３の負の電位を印加することを特徴とする請求項３または４に記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記第１の負の電位は、前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が前記荷電粒子倍増器に入射するときのエネルギーを２ｋｅＶ以下とする値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項７】
前記撮像素子は、ガラス材料から形成された保護部材を有し、前記蛍光体は、前記保護部材の表面に蛍光材料をコーティングして形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項８】
前記撮像素子は、ＴＤＩ（Time Delay Integrator）型のＣＣＤ素子を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項９】
基板を装着する基板装着手段と、荷電ビームを生成して前記基板に照射する荷電ビーム照射手段と、前記荷電ビームの照射により前記基板から発生し前記基板の表面の物性を表わす電子像をなす二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を検出して画像信号を出力する電子像検出手段と、前記基板から発生した前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を拡大投影して前記電子像を前記電子像検出手段に結像させる写像投影手段と、前記画像信号に基づいて前記基板を検査する検査手段と、を備え、前記電子像検出手段が、前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を倍増する荷電粒子倍増器と、倍増された前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の照射を受けて前記電子像を光学画像に変換する蛍光体を受光面に有し前記光学画像を画像信号に変換する撮像素子と、を備え、前記写像投影手段は、前記荷電粒子倍増器からの距離が互いに異なる複数の静電レンズを含む基板検査装置の制御方法であって、前記蛍光体の蛍光面をグランドに接地する工程と、前記荷電粒子倍増器における前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の入射面に第１の負の電位を印加し、かつ前記複数の静電レンズのうち前記荷電粒子倍増器に最も近接する静電レンズに前記第１の負の電位を印加する工程と、を備える基板検査装置の制御方法。
【請求項１０】
前記基板装着手段に前記第１の負の電位よりも絶対値が大きい第２の負の電位を印加する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１１】
前記写像投影手段において前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が前記電子像検出手段に向けて出射する箇所に前記第１の負の電位を印加する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１２】
前記荷電ビームの前記基板への入射角度と、前記基板から発生した前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の前記写像投影手段への取り込み角度を変化させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１３】
前記基板検査装置の前記写像投影手段は、前記電子像検出手段に近接した位置に設けられた３段の静電レンズを含み、前記３段の静電レンズのうち、前記基板装着手段の側に位置する第１段目の前記静電レンズをグランドに接地し、前記荷電粒子倍増器に最も近接する第３段目の前記静電レンズに前記第１の負の電位を印加し、第２段目の前記静電レンズに前記第１の負の電位よりも絶対値が小さい第３の負の電位を印加する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板検査装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第１の負の電位は、前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が前記荷電粒子倍増器に入射するときのエネルギーを２ｋｅＶ以下とする値であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の基板検査装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査装置およびその制御方法に関し、特に、荷電ビームを用いて半導体ウェーハ上の集積回路パターンを観察する検査装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの高集積化に伴い、ウェーハおよびマスク上の欠陥、異物の検出に要求される検出感度は高くなってきている。一般に、致命的な不良を発生させるパターン欠陥および異物を検査するためには、パターン配線幅の１／２以下の検出感度が必要といわれている。このため、０．１３μｍ以下のデザインルールの半導体ウェーハの欠陥検査において、光学式によるパターン欠陥検査の限界が見えてきている。このような背景のもと、荷電ビームを用いたパターン欠陥検査装置の開発が行われてきた（特開平５−２５８７０３号公報、特開平６−１８８２９４号公報、特開平７−２４９３９３号公報など）。荷電ビームによる半導体ウェーハのパターン欠陥検査において高速処理を達成させるためには、特開平７−２４９３９３号公報に提案の電子光学系の構成が最も有力な手段と予想される。その実現のために、特開平１１−１３２９７５に提案される光学系の提案もなされている。
【０００３】
従来技術の一例として、特開平１１−１３２９７５に記載の手法を図３を参照しながら説明する。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
【０００４】
図３に示す基板検査装置は、荷電ビームとして電子ビームを用いるものであり、その概略構成として、電子ビーム照射部とその制御部、試料である基板１１を装着するステージ１２とその制御部、二次、反射および後方散乱電子ビーム写像投影光学部（以下、単に写像投影光学部という）とその制御部、電子像検出部とその制御部、電子ビーム偏向部とその制御部とを備えている。
【０００５】
電子ビーム照射部は、基板１１の表面に対して機械的に斜めに配置されており、この一方、写像投影光学部の光軸は、基板１１の表面に対して垂直方向に配置されている。このような構成により、電子銃から照射された電子ビーム（以下、照射電子ビームという）３１は、試料面に対して所定角度をなすように斜めから電子ビーム偏向部に入射し、電子ビーム偏向部により、照射電子ビーム３１は基板１１の表面に対して垂直な方向に偏向された後に基板１１に入射する。また、基板１１の表面で発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子（以下、二次電子等という）は、基板１１表面の電界によって基板１１表面に対して垂直な方向に加速されて写像投影光学系へ入射する。
【０００６】
電子ビーム照射部は、電子銃と２段構成の四極子レンズとを備えている。電子銃は、１００μｍ×１０μｍの矩形の電子放出面を有するランタンヘキサボライド（以下、ＬａＢ６という）陰極１、矩形開口を有するウエーネルト電極２、矩形開口部を有する陽極３、および光軸調整用の偏向器４とを含み、それぞれ制御部７、８、９により照射電子ビーム３１の加速電圧、エミッション電流、光軸が制御される。基板１１表面上で１００μｍ×２５μｍ程度の矩形ビームを形成するために、２段の静電型四極子レンズ５、６とその制御部１０が設けられている。照射電子ビーム３１の加速電圧は、写像投影光学部の解像度、基板１１への入射電圧の関係から決定される。
【０００７】
照射電子ビーム３１は、ＬａＢ６陰極１より放出され四極子レンズ５、６により収束されながら電子ビーム照射部を出射し、電子ビーム偏向部２７に入射する。電子ビーム偏向部２７は、図示しないウィーンフィルタ（Wien filter）を有し、このウィーンフィルタにより、照射電子ビーム３１は基板１１表面に対して垂直となるようにその軌道が偏向されて電子ビーム偏向部２７を出射する。その後、照射電子ビーム３１は、回転対称静電レンズ１４によって縮小され、基板１１上に垂直に照射する。静電レンズ１４は電源１５によって電圧が印加される。
【０００８】
ステージ１２は、電源１３により負電圧が印加され、これにより基板１１に負電圧が印加される。ステージ１２はまた、制御部１３によりその移動が制御される。基板１１への印加電圧値は、写像投影光学部の解像性能から決定される。０．１μｍ以下の解像度を得るためには、二次電子等でなる電子ビーム（以下、二次電子ビームという）３２の電圧は５ｋｅＶ程度のエネルギーが必要なため、試料印加電圧は５ｋＶが好ましい。この一方、照射電子ビーム３１のエネルギーは、基板印加電圧と基板への入射電圧との差によって決定される。基板１１が半導体ウェーハである場合、基板１１への入射電圧としては、照射ダメージおよび帯電防止の点から８００Ｖ程度が一般に用いられている。この結果、照射電子ビームの電圧は５．８ｋＶとなる。
【０００９】
照射電子ビーム３１がウェーハに照射されると、基板１１の表面からは、基板１１表面の形状／材料／電位等の物性を表わす電子像をなす二次電子等が放出される。これらの電子は、静電レンズ１４間に発生する加速電界によって加速され、静電レンズ１４によって無限遠に焦点を有する軌道を描きながら、電子ビーム偏向部２７に入る。ここで、電子ビーム偏向部２７は、基板１１側から入射された二次電子ビーム３２を直進させる条件で制御されており、二次電子ビームは、偏向部２７の中を直進して、分光手段に入射される。ここでは、基板１１から発生した二次電子ビーム３２のエネルギーの中で、所定値以上のエネルギーを有する二次電子ビームのみが写像投影光学部に入射することになる。
【００１０】
写像投影光学部は、それぞれ３段の回転対称型静電レンズ１６、１８、２０を含む。二次電子ビーム３２は、静電レンズ１６、１８、２０によって拡大投影されて、電子像検出部上で結像される。制御部１７、１９、２１は、それぞれ静電レンズ１６、１８、２０の電圧を制御する。
【００１１】
電子像検出部は、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）検出器２２、蛍光板２３、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）２４、ＣＣＤ素子１０６およびＣＣＤカメラ２５を含む。本例においてＣＣＤ素子１０６は、ＣＣＤエリアセンサである。ＭＣＰ検出器２２に入射した二次電子ビーム３２は、ＭＣＰにより１万倍から１０万倍に増倍され蛍光板２３を照射し、この蛍光面で蛍光像が発生する。これにより、電子ビームによる基板１１表面の電子像が光学画像に変換される。この蛍光像は、ＦＯＰ２４を介してＣＣＤエリアセンサで検出され、ＣＣＤカメラ２５から画像信号として出力される。画像信号は、信号制御部２８を介してホストコンピュータ２９に送られ、画像処理、画像データ保存が行なわれ、また、表示器３０上に画像データが二次元画像の形態で表示される。本例では、２次元のＣＣＤエリアセンサによる画像取り込みを取り上げて説明したが、ステージ１２の移動と同期させて蛍光像をＴＤＩ（Time Delay Integrator）型のＣＣＤセンサを用いて光学画像を取り込むこともできる。この手法は、半導体ウェーハの欠陥検査など、高速での検査が要求される場合に非常に有効な手段である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の基板検査装置では、電子像を取り込む過程で画像が劣化する、という問題があった。この点を、図４および図５を用いて説明する。図４は、上述した特開平１１−１３２９７５に記載の基板検査装置における画像取り込み手法の説明図である。二次電子ビーム３２によって形成される電子像は、写像投影光学部の最終段に位置する静電レンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃによってＭＣＰ２２の入射面上に結像される。電子像検出部は、詳述すると、ＭＣＰ２２ａ，２２ｂ、蛍光板２３、ＦＯＰ２４、ＣＣＤ素子１０６、ＣＣＤカメラ２５を含む。ＭＣＰ２２と蛍光板２３を真空の電子ビーム鏡筒内へ設置するために、ここでは、ＦＯＰ２４を真空容器壁１１２で挟持することにより、真空と大気の分離を実現している。ＭＣＰ２２は、より高い利得（ｇａｉｎ）を得るために、２段のＭＣＰ２２ａ，２２ｂを組み合わせることにより構成している。ＭＣＰ２２は、内径１０μｍ以下、長さ方向を空芯としたガラスチューブを束状に接着されて形成したものであり、チューブの内面には二次電子放出効率の高い材質が塗布されている。ＭＣＰ２２の電子入射面（２２ａ側）は、グランドに接地される一方、その出射面（ＭＣＰ２２ｂ側）は電源５４によって正の電位に保たれ、これによりチューブ内には入射面から出射面に向けた加速電界が存在する。ＭＣＰ２２に入射した電子は、１段目のＭＣＰ２２ａの各チューブ内で散乱を繰り返しながら増倍されてＭＣＰ２２ａの出射面から出射し、２段目のＭＣＰ２２ｂに入射し、さらに増倍される。２段目のＭＣＰ２２ｂの出射面から放出した電子は、電源５２によって形成される加速電界によりＦＯＰ２４の蛍光面に向けて加速され、蛍光面を照射して発光させる。このようにして、ＭＣＰ２２の入射面に結像された電子像をＭＣＰ２２で増倍させながら、ＦＯＰ２４の蛍光面を発光させることにより、光学画像に変換させることができる。ＭＣＰ２２は、空間分解能を維持したままで電子を増倍できることから、電子像のＳ／Ｎ向上のために非常に有効な手段である。蛍光板２３の蛍光面で発生した光学画像は、ＦＯＰ２４を介して、ラインセンサ、ＴＤＩセンサ、エリアセンサ等のＣＣＤ素子１０６にて検出され、ＣＣＤカメラ２５から画像信号として出力される。
【００１３】
このような電子像検出系において、蛍光面で発生した光学画像をＣＣＤ素子１０６に取り込むために、ＣＣＤ素子１０６と蛍光面との間に光学レンズによるリレーレンズを採用した場合は、歪み防止の目的から光学系が大きくなり、装置の小型化の要求に対する大きな支障となっている。また、光学レンズ自身による透過率の減少も無視できない。上述した基板検査装置では、この部位にＦＯＰ２４を採用することにより、蛍光板２３の蛍光面とＣＣＤ素子１０６までの距離を短くするとともに、透過率を向上させるという特徴を有するが、ＦＯＰの製造方法から歪みを低く抑えることは容易でない。ＦＯＰ２４には図５に示すような、シアーディストーションＤ１やグロスディストーションＤ２などの歪みが存在し、これらの歪みを低減させることは非常に困難である。このような歪みは、ＦＯＰ２４の入射面と出射面との間の距離に依存しており、距離を短くすることに比例して歪みも小さくなることは知られている。しかし、ＦＯＰ２４の役割として、蛍光面に約＋４ｋＶの高圧を印加することにより、ＣＣＤ素子１０６を受光面から電気的に絶縁させる機能も担っており、この点からＦＯＰ２４を５ｍｍ以下に薄くすることは困難となっている。現状のＦＯＰの製造方法では、５ｍｍ厚においてＦＯＰの歪みを１０μｍ以下に抑えることは困難であり、このことが画像歪みの主な要因となっている。これは、ＣＣＤ素子の画素サイズを１６μｍとすると、ＦＯＰの歪みが０．６２５画素となり、ＦＯＰの歪みのある部位の画像の分解能が大きく劣化することを意味している。この部分的な分解能劣化が欠陥検査において、疑似欠陥を発生させる要因となってしまう。また、光学レンズとＦＯＰのいずれについても、蛍光面とＣＣＤ素子１０６との間に光学画像を転送する光学部品が介在するために、空間分解能が劣化することは避けられない。図４に示す方式の光学系では、ＭＣＰ２２、ＦＯＰ２４およびＣＣＤカメラ２５から画像が転送されるため、画像の空間分解能の劣化が避けられない。光学特性を表す指標であるＭＴＦ(Modulation Transfer Function)値は、０．２μｍのライン・アンド・スペース（line and space）パターンの画像を０．１μｍの画素で画像取得した場合には、ＭＣＰ２２、ＦＯＰ２４およびＣＣＤカメラ２５のＭＴＦは、それぞれ０．４３、０．８、０．５となる。ＭＣＰ２２からＣＣＤカメラ２５までのＭＴＦは、各ＭＴＦの積（ＭＴＦ検出器＝ＭＴＦMCP×ＭＴＦFOP×ＭＴＦCCD）となり、ＭＴＦ検出器＝０．１７２と、大幅に劣化してしまう。このようなＭＴＦの劣化を抑制するためには、ＭＣＰ２２上に電子像が結像してから光学画像を取り込むまでの構成を簡略化する必要がある。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学特性に優れ、かつ、構造が簡略化された基板検査装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１６】
即ち、本発明の第１の態様によれば、
基板を装着する基板装着手段と、
荷電ビームを生成して前記基板に照射する荷電ビーム照射手段と、
前記荷電ビームの照射により前記基板から発生し前記基板の表面の物性を表わす電子像をなす二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を倍増する荷電粒子倍増器と、倍増された前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子の照射を受けて前記電子像を光学画像に変換する蛍光体を受光面に有し前記光学画像を画像信号に変換する撮像素子と、を含む電子像検出手段と、
前記基板から発生した前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を拡大投影して前記電子像を前記電子像検出手段に結像させる写像投影手段と、
前記画像信号に基づいて前記基板を検査する検査手段と、前記蛍光体の蛍光面をグランドに接地するとともに、前記二次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記二次荷電粒子および前記反射荷電粒子が前記荷電粒子倍増器に入射する面に第１の負の電位を印加する制御手段と、を備え、
前記写像投影手段は、前記荷電粒子倍増器からの距離が互いに異なる複数の静電レンズを含み、
前記制御手段は、前記複数の静電レンズのうち前記荷電粒子倍増器に最も近接する静電レンズに前記第１の負の電位を印加することを特徴とする基板検査装置が提供される。
【００１７】
上記制御手段が上記蛍光体の蛍光面をグランドに接地するので、上記撮像素子のチャージが防止される。上記制御手段はまた、上記荷電粒子倍増器における、上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の入射面に第１の負の電位を印加するので、この入射面と上記蛍光面との間に上記二次荷電粒子等を加速させる電界が形成される。これにより、上記蛍光体と上記撮像素子とが一体化される。これにより、従来技術において蛍光面で発生する光学画像を撮像素子へ転送するＦＯＰなどの光学部材を設ける必要がなくなるので、ＦＯＰにて発生していた画像歪みを解消できるとともに、ＭＴＦの劣化および透過率の劣化をも低減することができる。
【００１８】
上記制御手段は、上記基板装着手段に上記第１の負の電位よりも絶対値が大きい第２の負の電位を印加することが望ましい。
【００１９】
上記基板装着手段に上記第２の負の電位を印加することにより、上記基板の表面と上記荷電粒子倍増器の入射面との間に加速電界が形成される。
【００２０】
上記制御手段は、上記写像投影手段において上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が出射する位置の電位が上記第１の負の電位となるように上記写像投影手段を制御することが好ましい。
【００２１】
上記結像手段おける、上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の出射位置の電位が、上記荷電粒子倍増器における上記二次荷電粒子等の入射面の電位と同一であるので、上記写像投影手段を出射した上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子は、上記荷電粒子倍増器に至るまで等速で移動する。このため、従来の技術においてこの領域で形成していた減速電界の不均一性により収差性能が劣するという問題を解消することができる。
【００２２】
上述の基板検査装置は、上記基板装着手段と、上記荷電ビーム照射手段と、上記写像投影手段と、上記荷電粒子倍増器とを真空状態で収容する真空容器をさらに備え、上記撮像素子は、上記真空容器内に設置されると良い。これにより、装置の構造が簡略化され、より一層の小型軽量化が実現される。
【００２３】
また、上述した基板検査装置は、上記荷電ビームの上記基板への入射角度と、上記基板から発生する上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の上記写像投影手段への取り込み角度を変化させる荷電ビーム偏向手段をさらに備えることが望ましい。これにより、上記電子ビームが上記基板に入射するときにビーム形状が歪んだり収差によりぼけが発生するという問題を解消することができる。
【００２４】
また、上記写像投影手段は、上記写像投影手段に近接した位置に設けられた３段の静電レンズを含み、上記制御手段は、上記３段の静電レンズのうち、上記基板装着手段の側に位置する第１段目の上記静電レンズをグランドに接地し、上記荷電粒子倍増器に最も近接する第３段目の上記静電レンズに上記第１の負の電位を印加し、第２段目の上記静電レンズに上記第１の負の電位よりも絶対値が小さい第３の負の電位を印加することが望ましい。
【００２５】
上記第１段目の上記静電レンズがグランドに接地され、上記第２段目の上記静電レンズに上記第１の負の電位よりも絶対値が小さい第３の負の電位が印加されるので、上記第２段目の上記静電レンズと上記第３段目の上記静電レンズとの間で減速電界が形成される。これにより、上記基板装着手段から上記第１段目の上記静電レンズに至るまで加速された上記二次荷電粒子等が上記第２段目の上記静電レンズと上記第３段目の上記静電レンズとの間で一旦減速される。これにより、収差への寄与を最小限に抑制することができる。
【００２６】
本発明の好適な実施態様において、上記撮像素子は、ガラス材料から形成された保護部材を有し、上記蛍光体は、上記保護部材の表面に蛍光材料をコーティングして形成される。
【００２７】
また、上記撮像素子は、ＴＤＩ（Time Delay Integrator）型のＣＣＤ素子を含むことが好ましい。これにより、上記基板検査装置が上記基板装着手段を移動させながら上記荷電ビームを上記基板上で走査する場合は、基板装着手段の移動に同期させて上記信号を取得することができるので、検査効率を大幅に向上させることが可能になる。
【００２８】
上記撮像素子は、上記保護部材と上記蛍光体との間に設けられた電極をさらに有し、上記蛍光体は、上記電極を介してグランドへ接地されると良い。
【００２９】
また、上述した基板検査装置は、前記画像信号に基づいて前記基板の表面の物性を表わす二次元画像を表示する画像表示手段を備えると良い。
【００３０】
また、本発明の第２の態様によれば、
基板を装着する基板装着手段と、荷電ビームを生成して上記基板に照射する荷電ビーム照射手段と、上記荷電ビームの照射により上記基板から発生し上記基板の表面の物性を表わす電子像をなす二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子を検出して画像信号を出力する電子像検出手段と、上記基板から発生した上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子を拡大投影して上記電子像を上記電子像検出手段に結像させる写像投影手段と、上記画像信号に基づいて上記基板を検査する検査手段と、を備え、上記電子像検出手段が、上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子を倍増する荷電粒子倍増器と、倍増された上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の照射を受けて上記電子像を光学画像に変換する蛍光体を受光面に有し上記光学画像を画像信号に変換する撮像素子と、を含む基板検査装置の制御方法であって、上記蛍光体の蛍光面をグランドに接地する工程と、上記荷電粒子倍増器における上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の入射面に第１の負の電位を印加する工程と、を備える基板検査装置の制御方法が提供される。
【００３１】
上記蛍光体の蛍光面をグランドに接地し、電子倍増器の入射面に上記第１の負の電位を印加するので、この入射面と上記蛍光面との間に上記二次荷電粒子等を加速させる電界が形成される。これにより、上記電子倍増器と上記撮像素子との間にＦＯＰなどの光学部材を設けることなく上記電子像を光学画像に変換して撮像することができる。これにより、画像歪みがない電子像を高い分解能で取得することができる。この結果、基板の欠陥検査において疑似欠陥の発生を防止することができる。
【００３２】
上述した基板検査装置の制御方法は、上記基板装着手段に上記第１の負の電位よりも絶対値が大きい第２の負の電位を印加する工程をさらに備えることが望ましい。
【００３３】
また、上記制御方法は、上記写像投影手段において上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が上記電子像検出手段に向けて出射する箇所に上記第１の負の電位を印加する工程をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
また、上記制御方法は、上記荷電ビームの上記基板への入射角度と、上記基板から発生した上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子の上記写像投影手段への取り込み角度を変化させる工程をさらに備えると好適である。
【００３５】
また、上記基板検査装置の上記写像投影手段は、上記電子像検出手段に近接した位置に設けられた３段の静電レンズを含み、上記制御方法は、上記３段の静電レンズのうち、上記基板装着手段の側に位置する第１段目の上記静電レンズをグランドに接地し、上記荷電粒子倍増器に最も近接する第３段目の上記静電レンズに上記第１の負の電位を印加し、第２段目の上記静電レンズに上記第１の負の電位よりも絶対値が小さい第３の負の電位を印加する工程をさらに備えるとよい。
【００３６】
上述した基板検査装置およびその制御方法において、上記第１の負の電位は、上記二次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電粒子が上記荷電粒子倍増器に入射するときのエネルギーを約２ｋｅＶ以下とする値であることが好ましい。
【００３７】
上記基板検査装置およびその制御方法において、上記物性には、上記基板の表面の形状／材質／電位の変化が含まれる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる基板検査装置の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の基板検査装置の特徴は、電子像検出部とその制御部の構成にある。本実施形態の基板検査装置のその他の構成、即ち、電子ビーム照射部とその制御部、ステージとその制御部、写像投影光学部とその制御部、電子ビーム偏向部とその制御部は、図３に示す基板検査装置と実質的に同一であるので、以下では、本実施形態の要部である電子像検出部とその制御部を中心に説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態の基板検査装置が備える電子像検出部の概略構成を示すブロック図である。同図に示す電子像検出部は、ＦＯＰを含むことなく、光学画像の受光面とＣＣＤ素子１０６とが一体化された構成となっている。また、ＣＣＤカメラ２５は、ソケット部１０８で真空容器壁１１２で挟持され、ＣＣＤ素子１０６は真空容器内に設置されている。
【００４０】
図２は、図１に示す電子像検出部のうち、破線で囲む領域Ｃの拡大図である。図２に示すように、本実施形態の電子像検出部は、保護ガラス７６とＡｌ薄膜７４とを介してＣＣＤ素子１０６の撮像面側に設けられた蛍光体７２を含む。Ａｌ薄膜７４は、保護ガラス７６上にＡｌを約１０μｍの膜厚を有するように蒸着して形成し、蛍光体７２は、Ａｌ蒸着膜７４上に沈降法により蛍光物質を塗布したものである。二段のＭＣＰ２２は、蛍光体７２に近接して配置され、蛍光体７２の表面は、ＭＣＰ２２により倍増された電子の受光面となる。２段目のＭＣＰ２２ｂの電子出射面と蛍光体７２の受光面との距離は、本実施形態において約０．５mmであり、これにより、電子像のぼけが抑制される。
【００４１】
図１に戻り、Ａｌ薄膜７４は、グランドに接地され、これにより、電子ビームの照射による帯電を防止するとともに、蛍光体７２の蛍光面の電位を決定する機能を有する。また、ＭＣＰ２２ｂの出射面には電源５２により負電圧Ｖｓｎｔが印加されて蛍光体７２の蛍光面がＭＣＰ２２ｂの出射面に対して正電位側になるように電界が形成される。これにより、ＭＣＰ２２ｂを出射した電子が加速される。さらに、ＭＣＰ２２ａの入射面には直列に接続された電源５２，５４により負電圧（Ｖｓｎｔ＋ＶＭＣＰ）が印加されてＭＣＰ２２ｂの出射面がＭＣＰ２２ａの入射面に対して正電位側になるように電界が形成されるので、ＭＣＰ２２ａに入射した電子がＭＣＰ２２ｂの出射面に向かって加速され、ＭＣＰ２２のチューブの内壁に衝突しながら倍増される。本実施形態において、ＭＣＰ２２、蛍光体７４に対する上述した電圧制御は、制御部２６を介してホストコンピュータ２９により行なわれる（図３参照）。
【００４２】
図４との対比において明らかなように、従来の技術による電子像検出部においては、ＭＣＰ２２ａの入射面はグランドに接地されていたが、本実施形態において、ＭＣＰ２２ａの入射面は、グランドに対して負電圧（Ｖｓｎｔ＋ＶＭＣＰ）が印加されている構造となる。基板１１には電源１３によりＶｗａｆｅｒが印加されているので（図３参照）、ＭＣＰ２２ａに入射する二次電子ビーム３２のエネルギーは、基板１１への印加電圧（Ｖｗａｆｅｒ）とＭＣＰ２２ａの入射面への印加電圧（Ｖｓ＋ＶＭＣＰ）との差によって決定される。ＭＣＰ２２ａへの入射エネルギーＥｉｎ（ｅＶ）は、
Ｅｉｎ（ｅＶ）＝ｅ（Ｖｓｎｔ＋ＶＭＣＰ＋Ｖｗａｆｅｒ）
となる。ＭＣＰ２２の構成上、この入射エネルギーＥｉｎ（ｅＶ）は、２ｋｅＶ以下であると好適であることが判明している。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、アインツェルレンズをなす静電レンズ２０ａ〜２０ｃのうち、静電レンズ２０ａの電極をグランドに接地させるとともに、静電レンズ２０ｂの電極には電源５６により負のレンズ電圧Ｖｌｅｎｓを印加し、かつ、静電レンズ２０ｃの電極を電源５２と電源５４の直列接続に接続してＭＣＰ２２ａの入射面と同一の電圧（Ｖｓ＋ＶＭＣＰ）を印加する。図４に示す従来例のように、静電レンズ２０ｃの電極をグランドに接地した場合には、静電レンズ２０ｃの電極とＭＣＰ２２ａの入射面との間に形成された減速電界により二次電子ビーム３２が減速されて、ＭＣＰ２２ａに入射されていた。この場合、静電レンズ２０ｃ電極−ＭＣＰ２２ａ間の減速電界の不均一性が収差性能を劣化させて、電子像のぼけを発生させていた。これに対して本実施形態では、静電レンズ２０ｃの電極の電位をＭＣＰ２２ａの入射面の電位と同一にし、静電レンズ２０ｂの電極にレンズ電圧Ｖｌｅｎｓを印加し、さらに静電レンズ２０ａの電極をグランドに接地するので、二次電子ビーム３２の減速は、静電レンズ２０ａ〜２０ｃで構成されるアインツェルレンズ内で行われる。本実施形態において、このようなレンズ電極への電圧制御は、制御部２１を介してホストコンピュータ２９により行なわれる（図３参照）。これにより、収差への寄与を最小限に迎えることが可能になる。
【００４４】
本実施形態の基板検査装置によれば、従来の技術において蛍光面で得られた光学画像をＣＣＤ素子１０６へ転送する光学部材としてのＦＯＰを省略することが可能になるため、ＦＯＰにて発生していた、画像歪みやＭＴＦ劣化、透過率劣化の問題を解消することができる。さらに、本実施形態によれば、ＣＣＤ素子１０６を真空中に設置できる構造となるため、検査装置をさらに小型軽量化することが可能になる。
【００４５】
以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することができる。例えば上述の実施形態では、ウィーンフィルタを含む電子ビーム偏向部を備える形態について説明したが、これを備えていない基板検査装置についても適用できることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００４７】
即ち、本発明にかかる基板検査装置によれば、電子像を光学画像に変換する蛍光体と上記光学画像を画像信号に変換する撮像素子とが一体化されるので、蛍光面での光学画像を撮像素子へ転送するＦＯＰなどの光学部材を省略することが可能となる。これにより、このような光学部材にて従来発生していた画像歪みを解消することができ、また、ＭＴＦ劣化、透過率劣化を低減することが可能となり、検査装置の性能が大幅に向上する。さらに、撮像素子を真空容器内に設置することが可能となり、構造が簡略化されるので、装置の小型軽量化を実現できる。
【００４８】
また、本発明にかかる基板検査装置の制御方法によれば、蛍光体の蛍光面をグランドに接地し、電子倍増器の入射面に第１の負の電位を印加するので、上記蛍光体と撮像素子との間にＦＯＰなどの光学部材を介在させる必要がなくなる。これにより、画像歪みが解消され、ＭＴＦや透過率等の基板検査装置の性能を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板検査装置が備える電子像検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電子像検出部の要部を示す拡大図である
【図３】従来の技術による基板検査装置の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す基板検査装置の問題を説明する図である。
【図５】図３に示す基板検査装置が備えるＦＯＰの問題を説明する図である。
【符号の説明】
１  ＬａＢ６陰極
２  ウエーネルト電極
３  陽極
４  偏向器
５，６  静電型四極子レンズ
７〜１０，１７，１９，２１，２６，２７，４３，４５  制御部
１１  基板
１２  ステージ
１３，１５，５２，５４，５６  電源
２９  ホストコンピュータ
３０  表示器
１４  回転対称静電レンズ
１６，１８，２０，２０ａ〜２０ｃ  静電レンズ
２２，２２ａ，２２ｂ  ＭＣＰ
２５  ＣＣＤカメラ
２７  電子ビーム偏向部
３１  照射電子ビーム
３２  二次電子ビーム
７２  蛍光体
７４  Ａｌ電極
７６  保護ガラス
１０６  ＣＣＤ素子
１１２  真空容器壁
【図１】
0003943832.tif 000002
【図２】
0003943832.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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