(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、
前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、
前記電子検出手段は、
前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、
複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、
前記転送信号を出力する転送信号制御部と、
前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、
前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、
前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段により補正する補正手段と
を備え、
前記同期ずれ検出手段は、
前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、
前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する
ことを特徴とする電子ビーム検査装置。
【請求項２】
ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、
前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、
前記電子検出手段は、
前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、
複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、
前記転送信号を出力する転送信号制御部と、
前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、
前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、
前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、
前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正する補正手段と
を備え、
前記同期ずれ検出手段は、
前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、
前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する
ことを特徴とする電子ビーム検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを利用して試料画像を取得し、試料の欠陥箇所を検査する電子ビーム検査装置に関し、特に高画質の試料画像を取得することができる電子ビーム検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩの高集積化に伴い、ウェーハ、マスクなどの欠陥箇所を検出する際に要求される検出感度は、より一層高度なものが望まれている。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検出を行う場合には、０.１μｍの検出感度が必要とされている。そこで、従来の光より最小分解能の高い電子ビームを利用した試料表面の観察・検査装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平４−２４２０６０号公報には、電子ビームを試料面上に照射し、その照射領域から発生する反射電子の像を検出面に投影して試料画像を取得する反射電子顕微鏡が開示されている。
図１３を参照してこの反射電子顕微鏡を説明する。図１３において、電子銃８１から照射される電子ビームは、照射レンズ系８２を通過して、ウィーンフィルタ８３の中心部に入射する。詳細は後述するが、このとき電子ビームは、ウィーンフィルタ８３によって軌道が曲げられ、ステージ８４上の試料８５に垂直に入射する。
【０００４】
試料８５に電子ビームが照射されると、その照射領域からは、反射電子が発生する。反射電子は、ウィーンフィルタ８３の偏向作用を受けずにそのまま直進し、結像レンズ系８６によって蛍光板８７で結像する。蛍光板８７では、反射電子像が光学像に変換され、この像をＣＣＤセンサ等で撮像して観察する。
このように反射電子顕微鏡では、電子ビームの照射領域を検出面に投影することで、その領域の像を一括して取得することができる。
【０００５】
ところで、ＣＣＤセンサの一種にＴＤＩ（Time Delay Integration：時間遅延積分型）ＣＣＤセンサがあることは公知である。このＴＤＩＣＣＤセンサは、撮像面に投影される試料像をステージの移動に伴ってシフトする際に、それに同期して、蓄積される信号電荷をシフトさせ、積算しながら撮像するイメージセンサである。
【０００６】
このＴＤＩＣＣＤセンサを利用した撮像動作について、図１４を参照して説明する。
図１４（１）に示すように、電子ビームは、今、試料の所定箇所に照射されている。このとき、図１４（２）に示すように、電子ビームの照射領域の像は、ＴＤＩＣＣＤセンサの水平走査ラインＡにおいて撮像され、このラインに信号電荷が蓄積される。
【０００７】
次に、所定のタイミングで、図１４（３）に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に一水平走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４（４）に示すように、ラインＡとラインＢとによって試料が撮像されるのだが、ステージの移動と同時に、ラインＡに蓄積される信号電荷がラインＢに転送される。したがって、ラインＢには、前回時に得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。
【０００８】
さらに、所定のタイミングで、図１４（５）に示すように、ステージおよび試料が、Ｙ方向に一水平走査ライン分だけ移動する。このとき、図１４（６）に示すように、ラインＡ、ラインＢ、ラインＣとによって試料が撮像されるのだが、ステージの移動と同時に、ラインＢの信号電荷がラインＣに、ラインＡの信号電荷がラインＢに転送される。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、ラインＢには、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。
【０００９】
以上の動作を続けることで、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が、順次加算されて積算されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようにＴＤＩＣＣＤセンサでは、撮像面に投影される試料像が、ステージの移動に伴ってシフトするとき、それに同期して、蓄積される信号電荷を転送することにより、試料の同一箇所の信号電荷を積算している。
【００１１】
ところが、ステージの移動と信号電荷の転送とが同期していないと、試料の異なる箇所同士で信号電荷が加算されてしまうことになり、画質が低下した。すなわち、例えばステージ移動の際に、ステージに速度むら、横ずれ、振動等が発生すると、ステージ位置にずれが生じ、ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像面に投影される試料像も本来の位置からずれて投影されてしまう。この状態のまま、信号電荷を転送して加算すると、試料画像がずれた状態のまま積算されてしまうことになるため、試料画像がぼけてしまい、画像の鮮鋭度が著しく低下した。
【００１２】
したがって、ステージの移動には、一定速度、無振動かつ横ずれ等がないように厳密な精度で駆動制御されるが、通常のステージを、振動を完全に抑えて、一定速度で駆動制御することは極めて困難であり、多少なりとも速度のばらつき、振動等は存在した。
例えば、速度むらの許容値は、dalsa社のＴＤＩＣＣＤセンサの場合、±１％である。このため、ステージ制御は、速度変動を±１％以下に制御しなければならない。これを実現するには、ステージをエアガイド方式にする、またはモータをリニアモータするなどの解決策があるが、このためにステージが高価なものになってしまう。また、これらの装置を備えたとしても、ステージの微細な振動を補正する必要があり、画質の低下防止は不可欠である。
【００１３】
そこで、本発明は、ステージ移動と信号電荷転送との同期ずれによって生じる画質低下を回避し、鮮明な画像を取得することができる電子ビーム検査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検出手段は、前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記二次ビームを偏向するビーム偏向手段により補正する補正手段とを備え、前記同期ずれ検出手段は、前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する。
【００１５】
このような構成においては、アレイ撮像部（具体的には、ＴＤＩＣＣＤセンサ）の電荷転送のタイミングと、ステージ駆動のタイミングとにずれが生じても、そのずれを検出することができる。また、同期ずれがある場合（例えば、ステージに速度むらがある場合）には、光学像は、検出面上で本来の位置からずれて結像する。しかしながら、補正手段によってこの位置ずれを補正することができる。さらに、検出面上の光学像の結像位置にずれが発生してもビーム偏向手段による二次ビームの偏向によって本来の位置に結像させることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、ステージ上に載置される試料に電子ビームを照射し、該試料の照射領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方からなる二次ビームを検出し、前記照射領域の画像を生成する電子検出手段と、前記試料と前記電子検出手段との間に配置され、前記二次ビームが前記電子検出手段に入射する検出面に結像させる写像電子光学系とを備えた電子ビーム検査装置であって、前記電子検出手段は、前記検出面を通過した前記二次ビームを光に変換する変換器と、複数ライン状に二次元配列された画素を備え、前記変換器を介して得られる光学像の受光によって生じる各ラインの画素の電荷を、転送信号に同期して順次隣接するラインの対応画素へそれぞれ転送し、転送毎に、該電荷と該電荷が転送された画素から生じる電荷とを加算し、終端に相当するラインまでの所定のライン数積算した電荷を、順次出力するアレイ撮像部とを備えて構成され、前記転送信号を出力する転送信号制御部と、前記ステージを駆動して、前記検出面に結像される前記光学像を移動させるステージ駆動手段と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記転送信号と前記位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記転送信号による前記電荷の移動と前記ステージ駆動手段による前記光学像の移動との同期ずれを検出する同期ずれ検出手段と、前記同期ずれに基づいて算出される前記検出面上の光学像の位置ずれを前記ステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、前記写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正する補正手段とを備え、前記同期ずれ検出手段は、前記補正手段による補正可能なＹ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＹ座標データを計数する第１のカウンタと、前記補正手段による補正可能なＸ座標データを記憶し、外部から供給される同期パルス信号に基づいて、目標となるＸ座標データを計数する第２のカウンタと、を有する。
【００１７】
このような構成においては、アレイ撮像部（具体的には、ＴＤＩＣＣＤセンサ）の電荷転送のタイミングと、ステージ駆動のタイミングとにずれが生じても、そのずれを検出することができる。また、同期ずれがある場合（例えば、ステージに速度むらがある場合）には、光学像は、検出面上で本来の位置からずれて結像する。しかしながら、補正手段によってこの位置ずれを補正することができる。さらに、検出面上の光学像の結像位置にずれが発生しても、写像電子光学系により、前記検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことによって本来の位置に結像させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の全体構成図である。以下、本実施形態の構成について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１において、検査装置は、一次コラム２１、二次コラム２２およびチャンバー２３を有している。一次コラム２１は、二次コラム２２の側面に斜めに取り付けられており、二次コラム２２の下部に、チャンバー２３が配置される。
一次コラム２１の内部には、電子銃２４が配置され、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および偏向器２６が配置されている。
【００２０】
一方、チャンバー２３の内部には、ステージ２７が設置され、ステージ２７上には試料２８が載置される。
また、二次コラム２２の内部には、試料２８から発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ２９、ニューメニカルアパーチャ３０、ウィーンフィルタ３１、第２レンズ３２、フィールドアパーチャ３３、第３レンズ３４、第４レンズ３５、偏向器３６および検出器３７が配置される。なお、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５は、二次光学系を構成している。
【００２１】
検出器３７は、ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）３８と、蛍光面３９を有するＦＯＰ（ファイバオプティックプレート）４０と、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１とから構成される。
検出器３７は、画像処理ユニット４２と接続され、画像処理ユニット４２は、ＣＰＵ４３およびＣＲＴ４４と接続される。
【００２２】
また、ＣＰＵ４３は、一次コラム制御ユニット４５、二次コラム制御ユニット４６およびＤＳＰ４８と接続される。
一次コラム制御ユニット４５は、一次光学系２５のレンズ電圧および偏向器２６に供給する電流（または電圧）を制御し、二次コラム制御ユニット４６は、カソードレンズ２９および第２レンズ３２〜第４レンズ３５の各レンズ電圧を制御する。
【００２３】
ＤＳＰ４８の出力端子は、偏向器制御ユニット４７およびステージ制御ユニット４９の入力端子と接続され、ＤＳＰ４８の入力端子は、レーザ干渉計ユニット５０および同期パルス生成回路５１の出力端子と接続される。
偏向器制御ユニット４７は、偏向器３６に供給する電流（または電圧）を制御し、ステージ制御ユニット４９は、ステージ２７をＸＹ方向に駆動し、レーザ干渉計ユニット５０は、ステージ２７の移動量に応じたパルス信号をＤＳＰ４８へ出力する。また、同期パルス生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１にＴＤＩ同期パルス信号を供給する。
【００２４】
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。
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、電子検出手段は、検出器３７に対応し、写像電子光学系は、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５に対応し、変換器は、蛍光面３９に対応し、アレイ撮像部は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に対応し、転送信号制御部は、同期パルス生成回路５１に対応し、ステージ駆動手段は、ステージ制御ユニット４９に対応し、位置検出手段は、レーザ干渉計ユニット５０に対応し、同期ずれ検出手段は、ＤＳＰ４８に対応する。
【００２５】
また、補正手段は、偏向器３６、偏向器制御ユニット４７およびステージ制御ユニット４９に対応する。また、ビーム偏向手段は、偏向器３６および偏向器制御ユニット４７に対応する。
次に、本実施形態の電子ビーム検査装置における試料画像の取得動作について説明する。
【００２６】
図２に示すように、電子銃２４から出射する一次ビームは、電子銃２４の加速電圧よって加速され、一次光学系２５のレンズ作用および偏向器２６の偏向作用を受けながらウィーンフィルタ３１の中心に入射する。
電子銃２４の陰極は、ここでは矩形陰極で大電流を取り出すことができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ6）を用いる。
【００２７】
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（または電磁レンズ）を使用する。このレンズは、いわゆるシリンドリカルレンズと同様に、矩形陰極の長軸（Ｘ軸）、短軸（Ｙ軸）各々で集束と発散とを引き起こすことができる。図２では、矩形陰極のＸ方向断面に放出された電子の軌道とＹ方向断面に放出された電子の軌道とを示している。
【００２８】
具体的なレンズ構成は、図３に示すように、静電レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位に設定し、互いに逆の電圧特性（ａとｂに＋Ｖｑ、ｃとｄに−Ｖｑ）を与える。
このレンズを３段（図２の２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）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。
【００２９】
一次光学系２５により矩形状に成形された一次ビームは、ウィーンフィルタ３１の中心箇所に入射するように偏向器２６によって偏向される。ウィーンフィルタ３１に入射した一次ビームは、ウィーンフィルタ３１の偏向作用により軌道が曲げられ、ニューメニカルアパーチャ３０の開口部で結像する。ウィーンフィルタ３１は、磁界と電界とを直交させ、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偏向装置である。
【００３０】
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カソードレンズ２９の開口角を決定する。その形状は、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄膜板であり、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料２８のチャージアップやコンタミネーションを防いでいる。
ニューメニカルアパーチャ３０の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ２９を介して、試料２８面上に垂直に照射される。試料面上に一次ビームが照射されると、そのビーム照射領域からは、二次電子または反射電子の少なくとも一方を含む二次ビームが発生する。
【００３１】
この二次ビームは、ビーム照射領域の二次元画像情報を有していることになるが、特に、一次ビームが試料２８に垂直に照射されるので、二次ビームは影のない鮮明な像を有することができる。
図４に示すように、二次ビームは、カソードレンズ２９によって集束作用を受ける。カソードレンズ２９は、通常、２〜４枚の電極で構成されている。ここでは、３枚の電極（２９ａ、２９ｂ、２９ｃ）の構成例を示す。通常、レンズとして機能させるには、カソードレンズ２９の下から１番目の電極２９ａ、２番目の電極２９ｂに電圧を印加し、３番目の電極２９ｃをゼロ電位に設定することで行う。
【００３２】
ステージ２７には電圧（リターディング電圧）が印加されており、電極２９ａ−試料面間には、一次ビームに対しては負の電界、二次ビームに対しては正の電界が形成されている。
リターディング電圧によって、カソードレンズ２９は、一次ビームに対しては、減速させて試料のチャージアップや破壊を防ぎ、二次ビームに対しては、電子（特に、指向性の低い二次電子）を引き込み、加速させて、効率よくレンズ内に導くように作用する。
【００３３】
カソードレンズ２９およびニューメニカルアパーチャ３０を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ３１の偏向作用を受けずに、そのまま直進する。このとき、ウィーンフィルタ３１に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ電子（例えば二次電子、または反射電子）のみを検出器３７に導くことができる。
【００３４】
また、ニューメニカルアパーチャ３０は、二次ビームに対しては、後段の第２レンズ３２〜第４レンズ３５のレンズ収差を抑える役割を果たしている。
ところで、二次ビームを、カソードレンズ２９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、第２レンズ３２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２９および第２レンズ３２により、フィールドアパーチャ３３上で中間結像を得る。
【００３５】
また、後段には中間像を投影するためのレンズが配置されるが、二次光学系として必要な投影倍率を確保するため、第３レンズ３４、第４レンズ３５の２つのレンズを加えた構成にする。二次ビームは、第３レンズ３４、第４レンズ３５各々により結像し、ここでは、合計３回結像する。なお、第３レンズ３４と第４レンズ３５とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよい。
【００３６】
第２レンズ３２〜第４レンズ３５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呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、各レンズは、３枚の電極で構成されている。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を変えることでレンズ作用を制御する。
【００３７】
また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ３３が配置されているが、このフィールドアパーチャ３３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。特に電子ビームの場合、余計なビームを、後段の第３レンズ３４および第４レンズ３５と共に遮断して、検出器３７のチャージアップやコンタミネーションを防いでいる。
【００３８】
二次ビームは、第３レンズ３４と第４レンズ３５とによって集束発散を繰り返し、検出器３７の検出面で再結像し、ビーム照射領域の像が検出面に投影される。
なお、偏向器３６は、詳細は後述するが、検出面に投影される像の位置ずれを補正するための偏向器である。
図１に示すように、二次ビームは、検出器３７内部のＭＣＰ３８に入射し、ＭＣＰ３８を通過する際に加速増幅されて、蛍光面３９に衝突する。蛍光面３９では、二次ビームを光に変換し、投影される電子像を光学像に変換する。
【００３９】
光学像は、ＦＯＰ４０を通過して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１で撮像される。ここでは、蛍光面４０での画像サイズとＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像サイズとを合わせるために、ＦＯＰ４０で、約１／３に縮小して投影している。
光学像は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１によって光電変換され、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、同期パルス生成回路５１のＴＤＩ同期パルス信号に従って、信号電荷を画像処理ユニット４２に転送する。なお、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作については後述する。
【００４０】
画像処理ユニット４２は、読み出された信号電荷をＡ／Ｄ変換し、内部のＶＲＡＭに格納して試料画像を作成し、ＣＲＴ４４に試料画像を表示させる。また、ＣＰＵ４３は、作成された試料画像に対してテンプレートマッチング等を実行することで、試料の欠陥箇所を特定する。
このように本発明の検査装置では、試料面上に電子ビームを照射し、ビーム照射領域の像を検出器３７の検出面に投影して一括して試料画像を取得することができる。
【００４１】
次に、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像動作を図１、図５、図６を参照して具体的に説明する。
図５に示すように、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの領域▲１▼がチップ上に定められており、この領域▲１▼に電子ビームを照射し、照射領域の像をＴＤＩＣＣＤセンサ４１に投影して撮像する。このとき、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、５１２×２５６の画素数を有しており、領域▲１▼は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に適合するように投影される。
【００４２】
今、領域▲１▼の（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）に一次ビームが照射されているとする。このとき、この１ラインの像がＴＤＩＣＣＤセンサ４１に投影され、撮像される。信号電荷は、図６に示すＴＤＩＣＣＤセンサ４１のＲＯＷ１に蓄積される。次に、同期パルス生成回路５１は、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１およびＤＳＰ４８に同期パルス信号を出力する。
【００４３】
ＤＳＰ４８は、同期パルス信号が入力されると、ステージ制御ユニット４９に駆動制御信号を出力し、ステージ制御ユニット４９はステージ２７をＹ方向に駆動する。すると、ビーム照射領域がＴＤＩＣＣＤセンサ４１の一水平走査ライン分だけ走査方向に移動する。
一方、同期パルス生成回路５１からの同期パルス信号が入力されたＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ＲＯＷ１に蓄積されていた信号電荷をＲＯＷ２に転送する。このとき、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの像が撮像され、既に信号電荷が蓄積されているため、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積されることになる。また、このとき、ＲＯＷ１では、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの像が撮像され、新たに信号電荷が蓄積される。
【００４４】
さらに、同期パルス生成回路５１の同期パルス信号に従って、ステージ制御ユニット４９がステージ２７を一水平走査ライン分駆動すると、ＲＯＷ３には、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの像が撮像されて信号電荷が蓄積される。
ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ３には、ＲＯＷ２から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ２には、（Ｘ１,Ｙ２）から（Ｘ５１２,Ｙ２）までの像が撮像され、信号電荷が既に蓄積されているが、先程の同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ１から転送されてきた信号電荷が加算されて蓄積される。また、ＲＯＷ１では、（Ｘ１,Ｙ３）から（Ｘ５１２,Ｙ３）までの像が撮像され、新たに信号電荷が蓄積される。
【００４５】
このようにステージ２７がＹ方向に順次駆動することによって、ビーム照射領域が領域▲１▼を走査し、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、ステージ２７の駆動に応じて、蓄積する信号電荷を隣接するＲＯＷへ順次転送する。この動作が繰り返され、領域▲１▼の（Ｘ１,Ｙ２５６）から（Ｘ５１２,Ｙ２５６）までの像が撮像され、その信号電荷がＲＯＷ１に蓄積されるとき、（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘ５１２,Ｙ１）までの信号電荷は、水平走査ラインの本数分加算累積されて、ＲＯＷ２５６に蓄積される。
【００４６】
この状態で、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１に同期パルス信号が入力されると、ＲＯＷ２５６に蓄積されている信号電荷は、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、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１から一水平走査ラインずつ取り出され、画像処理ユニット４２に転送される。
画像処理ユニット４２は、順次転送されてくる信号電荷を、Ａ／Ｄ変換してＶＲＡＭに格納し、領域▲１▼の画像を生成する。
【００４７】
以下、同様にステージ２７を移動させながら、領域▲２▼、領域▲３▼・・・についてもＴＤＩＣＣＤセンサ４１によって撮像を行い、チップ全面を撮像する。
このようにＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、ステージ２７の移動に合わせて信号電荷をシフトさせて撮像するため、ステージ２７の移動と撮像動作とを並行して実行することができ、チップ全面を極めて短時間に撮像することができる。また、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１では、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積算することができるため、画像のＳ／Ｎの向上を図ることができる。
【００４８】
ところで、このＴＤＩＣＣＤセンサ４１による撮像では、前述したように、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の移動と、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１による電荷の転送との同期をとらなくてはならない。例えば、ステージ２７に速度むら、横ずれ、振動等が発生すると、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される試料像に位置ずれが生じ、像の異なる箇所同士で信号電荷が積算されてしまうため、像の鮮鋭度が極端に低下してしまう。したがって、ステージ位置ずれおよびこれに伴う撮像面上における試料像の位置ずれが生じた場合には、この補正を行う。
【００４９】
以下、位置ずれの補正動作について、図面を参照して説明する。
図７は、補正動作を説明するブロック図である。図７において、ステージ制御ユニット４９内部には、モータ５３が配置され、モータ５３の両端には、ＴＧ（タコジェネレータ）５２とＲＥ（ロータリエンコーダ）５４とが直結されている。
ＴＧ５２は、モータ５３の回転量に比例したアナログ電圧信号を出力する。また、ＲＥ５４は、モータ５３の回転に応じて発生するパルス信号をカウントし、回転速度に比例したデジタル信号を出力する。
【００５０】
ＴＧ５２は、Ａ／Ｄ変換部５５を介してバス５６と接続される。また、バス５６は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してパワーアンプ５７と接続され、パワーアンプ５７は、モータ５３と接続される。また、ＲＥ５４は、カウンタ５９を介してバス５６と接続される。
図８は、ＤＳＰ４８の動作を説明するブロック図であり、図９は、位置ずれ補正動作を説明するフローチャートである。
【００５１】
図８において、ＣＰＵ４３には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが入力される。ＣＰＵ４３は、現在のステージＹ座標データが、有効スタートＹ座標から有効エンドＹ座標までの範囲内にあるときには、「補正動作可能である」と判断し、ＤＳＰ４８に動作開始命令を出力する。また、範囲内にないときには、「補正動作不可能である」と判断し、ＤＳＰ４８に動作停止命令を出力する。
【００５２】
分周器６３は、発振器６２の基準クロックを分周し、ステージ２７の速度とＴＤＩＣＣＤセンサ４１とのピクセルサイズから決まるＴＤＩ同期パルス信号を作成する。
また、分周器６４は、発振器６２の基準クロックを分周し、ステージ速度と干渉計分解能から決まる同期パルス信号を作成し、カウンタ６５に供給する。
【００５３】
カウンタ６５には、ステージ２７のスタートＹ座標データが記憶されているため、供給される同期パルス信号に基づいて目標となるステージＹ座標データが計数される。
レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計６０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標データを読み取り、その信号はラッチ６１により保持され、サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングされ、ＤＳＰ４８に出力される。
【００５４】
ＤＳＰ４８内部の引き算器６６には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが、カウンタ６５から目標のステージＹ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｙ方向のステージ位置ずれ量を算出する（ステップＳ１）。このＹ方向のステージ位置ずれ量は、ステージ２７のＹ方向の速度むらによって生じる位置ずれ量である。ＤＳＰ４８は、この位置ずれ量を補正するためのモータ５３の回転速度を算出する。
【００５５】
ＤＳＰ４８からは、Ｙステージ制御信号として回転速度制御信号が出力され、この回転速度制御信号は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換され、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に供給される。モータ５３は、目的の回転速度で回転し、ステージ２７のＹ方向速度むらを補正する（ステップＳ２）。
【００５６】
なお、ＲＥ５４およびカウンタ５９は、モータ５３の回転速度を検出し、ＤＳＰ４８は、検出された回転速度を目的の回転速度に一致させるようにフィードバック制御を行う。
一方、ＤＳＰ４８内部の引き算器６７には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが入力される。引き算器６７には、基準のステージＸ座標データが記憶されているため、現在のステージＸ座標データと基準のステージＸ座標データとを比較し差分を求め、ステージ２７のＸ方向の横ずれ量を算出し（ステップＳ３）、これを補正するためのモータ５３のＸ軸回転量を算出する。
【００５７】
ＤＳＰ４８からは、Ｘステージ制御信号として回転量制御信号が出力され、この回転量制御信号は、Ｄ／Ａ変換部５８を介してアナログデータに変換され、パワーアンプ５７により増幅されてモータ５３に供給される。モータ５３は、目的の回転量分だけ回転し、ステージ２７のＸ方向の横ずれを補正する（ステップＳ４）。
【００５８】
なお、ＴＧ５２およびＡ／Ｄ変換部５５は、モータ５３の回転量を検出し、ＤＳＰ４８は、この検出された回転量を目的の回転量に一致させるようにフィードバック制御を行う。
このようにレーザ干渉計ユニット５０により検出された現在のステージＸ、Ｙ座標データと目標のステージＸ、Ｙ座標データとを比較し、その差分を補正するようにステージ制御ユニット４９がステージ２７を駆動制御することで、ステージ２７の速度むら、横ずれを補正する。
【００５９】
しかしながら、ステージ２７の駆動による位置ずれ補正では、位置ずれを完全に補正することはできず、実際には残留誤差が生じる。そこで、この残留誤差を補正するため、さらに偏向器３６によって試料像の投影位置を補正する。
【００６０】
例えば、図１０（１）では、ステージ移動中のＹステージの速度をグラフにしたもので目標Ｙ速度（この例では台形状になる）に追随するように速度のサーボを、ステージ制御ユニット４９によって行う。しかし、実際にはステージは完全に目標速度には一致しないため、これが速度むらとなる。
位置ずれで考えると、図１０（２）に示すように、ステージ制御ユニット４９による位置ずれ補正を行っても、実際にはタイムラグ等により、目標Ｙ位置と実際のＹ位置とには、位置ずれが発生する。これが残留誤差である。
【００６１】
残留誤差補正の具体的な動作は、まず、図８に示すように、引き算器６６にレーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データ（このデータは、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の位置ずれ補正が、既に行われた後に検出されるデータである）が入力される。
引き算器６６は、カウンタ６５の目標のステージＹ座標データと比較し、その差分を求め、その差分からＹ写像補正信号を生成し（ステップＳ５）、この信号に従って、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６は、試料像の投影位置の補正を行う（ステップＳ６）。
【００６２】
すなわち、この信号を偏向器３６に供給して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、残留誤差分だけＹ方向にシフトさせる。
以下、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが入力されると、引き算器６６は、目標のステージＹ座標データとの差分を算出し、まずステージ制御ユニット４９によって、直接ステージ２７を駆動してＹ方向の位置ずれを補正する。
【００６３】
次に、ステージ制御ユニット４９で補正しきれなかったステージ位置の残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置をＹ方向にシフトさせることで補正する。
また、Ｘ方向に関しては、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の駆動によって、Ｘ方向の横ずれを補正できたとしても、微細な振動を完全に補正することはできない。
【００６４】
したがって、図１０（３）に示すように、目標Ｘ位置と実際のＸ位置との位置ずれが発生し、これが残留誤差になる。
残留誤差補正の具体的動作は、まず、図８に示すように、引き算器６７にレーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データ（このデータは、ステージ制御ユニット４９によるステージ２７の位置ずれ補正が、既に行われた後に検出されるデータである）が入力される。
【００６５】
引き算器６７は、基準のステージＸ座標データと比較しその差分を求め、その差分からＸ写像補正信号を生成し（ステップＳ７）、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６によって試料像の投影位置の補正を行う（ステップＳ８）。
すなわち、この信号を偏向器３６に供給して、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、残留誤差分だけＸ方向にシフトさせる。
【００６６】
以下、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが逐次入力されると、引き算器６７は、基準のステージＸ座標データとの差分を算出し、まず、ステージ制御ユニット４９によって、直接ステージ２７を駆動してＸ方向の位置ずれを補正する。
次に、ステージ制御ユニット４９で補正しきれなかったステージ位置の残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置をＸ方向にシフトさせることで補正する。
【００６７】
このように本実施形態の電子ビーム検査装置では、ステージ２７のＸＹ方向の位置ずれをステージ駆動によって補正し、その補正で補正しきれない残留誤差分を、偏向器３６によって、試料像の投影位置を変えることで補正している。したがって、ステージ２７に速度むら、横ずれ、振動等が発生しても、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される試料像は、位置変動することがなく、常に鮮明な画像を取得することができる。
【００６８】
また、位置ずれの補正を、ステージ駆動、ビーム偏向の２段階で行っているが、偏向器を利用しての補正は、高速に位置ずれ補正することができるため、検査のスループット低下を引き起こすことはない。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、Ｙ方向のみステージ２７を駆動させたが、試料にわずかな傾き（ローテーション）がある場合には、ステージ２７を斜めに駆動させる必要がある。第２の実施形態は、Ｘ方向、Ｙ方向の双方にステージ２７を移動させた場合を説明する。
【００６９】
なお、本実施形態の構成上の特徴点は、図１１に示すように、ＤＳＰ４８内部にカウンタ６８が配置されている点であり、その他の構成要素については、第１の実施形態と同一である。
次に、本実施形態の動作について説明する。
図１１において、カウンタ６５には、ステージ２７のスタートＹ座標データが記憶されているため、分周器６４から供給される同期パルス信号に基づいて目標のステージＹ座標データが計数される。また、カウンタ６８には、ステージ２７のスタートＸ座標データが記憶されているため、分周器６４から供給される同期パルス信号に基づいて目標のステージＸ座標データが計数される。
【００７０】
レーザ干渉計ユニット５０内部の干渉計６０は、ステージ移動中のＸ、Ｙ方向のステージ座標データを読み取り、その信号はラッチ６１により保持され、サンプリング周波数１００ｋHzでサンプリングされ、ＤＳＰ４８に出力される。
ＤＳＰ４８内部の引き算器６６には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＹ座標データが、カウンタ６５から目標のステージＹ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｙ方向の位置ずれ量を算出し、Ｙ方向の速度むらを補正するためのモータ５３の回転速度と、Ｙ方向の横ずれを補正するためのモータ５３の回転量とを算出する。
【００７１】
また、ＤＳＰ４８内部の引き算器６７には、レーザ干渉計ユニット５０から現在のステージＸ座標データが、カウンタ６８から目標のステージＸ座標データが入力される。ＤＳＰ４８は、その差分を求め、Ｘ方向の位置ずれ量を算出し、Ｘ方向の速度むらを補正するためのモータ５３の回転速度と、Ｘ方向の横ずれを補正するためのモータ５３の回転量とを算出する。
【００７２】
ステージ制御ユニット４９は、モータ５３を目的の回転速度および回転量に制御し、ステージ２７を駆動制御することで、ステージ２７のＸ方向、Ｙ方向の速度むら、横ずれを補正する。
しかしながら、実際には、ステージ２７の駆動による位置ずれ補正では、位置ずれ補正を完全に補正することはできず、残留誤差が生じる。そこで、この残留誤差を補正するため、さらに偏向器３６によって試料像の投影位置を補正する。
【００７３】
この残留誤差の補正動作については、第１の実施形態と同様の処理であるため、ここでの詳細は省略するが、図１２に示すように、Ｙ＝ａＸ＋ｂに従ってステージ２７を移動させた場合を考える。
図１２に示すように、ステージ制御ユニット４９による位置ずれの補正を行っても、実際には、Ｘ、Ｙ方向に残留誤差が存在する。したがって、この残留誤差を求め、偏向器３６によって、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１の撮像面に投影される像を、この残留誤差分だけＸ、Ｙ方向にシフトさせて補正する。
【００７４】
これにより、ステージ２７にＸ、Ｙ方向の速度むら、横ずれ、振動等が生じても、ＴＤＩＣＣＤセンサ４１は、常に鮮明な試料画像を取得することができる。なお、第１、第２の実施形態では、ステージ制御ユニット４９による位置ずれ補正と、偏向器制御ユニット４７および偏向器３６による位置ずれ補正の双方を行ったが、それに限定されず、何れか一方による補正だけでもよい。特に、位置ずれが小さい場合には、偏向器のみで補正を行えば高速に処理することができる。
【００７５】
また、ステージ駆動による位置ずれ補正と偏向器による位置ずれ補正とを適宜切り替えてもよい。例えば、観察倍率が低倍率のときにはステージ駆動による補正を、高倍率のときには偏向器による補正を行うように選択的に切り替えてもよい。
また、第１、第２の実施形態では、偏向器３６による二次ビームの偏向で、位置ずれを補正したが、補正手段としてはそれに限定されず、カソードレンズ２９、第２レンズ３２〜第４レンズ３５の二次光学系によって検出面上の二次ビームの結像位置をずらすことで補正してもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子ビーム検査装置では、電荷転送とステージ駆動とにタイミングのずれ（同期ずれ）が生じても、その同期ずれを検出することができる。したがって、同期ずれの検出の有無で、アレイ撮像部が正常に試料画像を撮像できたか否かを判断することができる。
【００７７】
本発明の電子ビーム検査装置では、例えば、ステージ駆動中に速度むらや振動などが発生し、ステージ位置にずれが生じると、検出面上の光学像の位置がずれてしまうが、補正手段によって、光学像の位置を本来の位置に補正することができるため、アレイ撮像部で撮像しても像の鮮鋭度が低下することがない。
本発明の電子ビーム検査装置では、補正手段として二次ビームを偏向して光学像の位置ずれを補正することができるため、アレイ撮像部で撮像する際に、像の鮮鋭度の低下を回避することができる。さらに、本発明では、ビーム偏向を利用した補正であるため、高い応答性が得られ、高速に位置ずれの補正を行うことができ、検査のスループット向上を図ることができる。
【００７８】
このように本発明を適用した電子ビーム検査装置では、ステージの速度むら、振動、横ずれ等が発生して、検出面上における光学像の位置に変動が生じても、補正手段（特に偏向器）によって光学像の位置ずれを補正することができるため、ＴＤＩＣＣＤセンサで撮像しても、常時鮮明な試料画像を取得することができ、信頼性の高い欠陥検出を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】一次ビームの軌道を示す図である。
【図３】一次光学系の構成図である。
【図４】二次ビームの軌道を示す図である。
【図５】ＴＤＩＣＣＤセンサの動作を説明する図である。
【図６】ＴＤＩＣＣＤセンサの構成ブロック図である。
【図７】補正動作を説明するブロック図である。
【図８】第１の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブロック図である。
【図９】補正動作を説明する流れ図である。
【図１０】残留誤差を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態のＤＳＰの動作を説明するブロック図である。
【図１２】残留誤差を説明する図である。
【図１３】反射電子顕微鏡の構成図である。
【図１４】ＴＤＩＣＣＤセンサの撮像動作を説明する図である。
【符号の説明】
２１  一次コラム
２２  二次コラム
２３  チャンバー
２４  電子銃
２５  一次光学系
２６、３６  偏向器
２７  ステージ
２８  試料
２９  カソードレンズ
３０  ニューメニカルアパーチャ
３１  ウィーンフィルタ
３２  第２レンズ
３３  フィールドアパーチャ
３４  第３レンズ
３５  第４レンズ
３７  検出器
３８  ＭＣＰ
３９  蛍光面
４０  ＦＯＰ
４１  ＴＤＩＣＣＤセンサ
４２  画像処理ユニット
４３  ＣＰＵ
４４  ＣＲＴ
４５  一次コラム制御ユニット
４６  二次コラム制御ユニット
４７  偏向器制御ユニット
４８  ＤＳＰ
４９  ステージ制御ユニット
５０  レーザ干渉計ユニット
５１  同期パルス生成回路
５２  ＴＧ（タコジェネレータ）
５３  モータ
５４  ＲＥ（ロータリエンコーダ）
５５  Ａ／Ｄ変換部
５６  バス
５７  パワーアンプ
５８  Ｄ／Ａ変換部
５９、６５、６８  カウンタ
６０  干渉計
６１  ラッチ
６２  発振器
６３、６４  分周器
６６、６７  引き算器
【図１】
0004310824.tif 000002
【図２】
0004310824.tif 000003
【図３】
0004310824.tif 000004
【図４】
0004310824.tif 000005
【図５】
0004310824.tif 000006
【図６】
0004310824.tif 000007
【図７】
0004310824.tif 000008
【図８】
0004310824.tif 000009
【図９】
0004310824.tif 000010
【図１０】
0004310824.tif 000011
【図１１】
0004310824.tif 000012
【図１２】
0004310824.tif 000013
【図１３】
0004310824.tif 000014
【図１４】
0004310824.tif 000015