特許 6305703 画像取得装置、画像取得方法及び欠陥検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6305703

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】画像取得装置、画像取得方法及び欠陥検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20180326BHJP

   H01J 37/29 20060101ALI20180326BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20180326BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20180326BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20180326BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20180326BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20180326BHJP

   G01N 23/2206 20180101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 B

   H01J37/29

   H01J37/20 H

   H01J37/22 502H

   H01L21/66 J

   G01N23/225 310

   G01N23/203

   G01N23/22 330

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-164427(P2013-164427)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-35273(P2015-35273A)

(43)【公開日】2015年2月19日

【審査請求日】2016年8月4日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代半導体微細加工・評価基盤技術の開発（超低電力デバイスプロジェクト）／ＥＵＶマスク検査・レジスト材料技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】317006041

【氏名又は名称】東芝メモリ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯田 晋

(72)【発明者】

【氏名】平野 亮一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 秀弘

(72)【発明者】

【氏名】畠山 雅規

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０５１４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１４４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０５８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２７１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１４２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００３／０４４８２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２５１７１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象に照射される電子線を生成する電子線源と、
前記電子線源から前記測定対象に照射された電子線に基づく前記測定対象の電子画像を検出する画像検出器と、
前記電子線を前記測定対象に照射する際に、前記電子線源に印加される電圧及び前記測定対象に印加される電圧の少なくとも一方を変調する電圧変調部と、
前記電圧変調部での電圧変調タイミングと、前記画像検出器での画像検出タイミングとを同期させる同期制御部と、
を備え、
前記画像検出器は、前記電圧変調部で変調された電圧に基づく前記電子線の複数の入射電子エネルギーに対応した複数種類の電子画像を、前記電圧変調タイミングに同期して、前記変調された電圧それぞれにおいて検出する
ことを特徴とする画像取得装置。

【請求項2】

前記電圧変調部によって変調される電圧の遷移期間に、前記電子線源から出射された電子線が前記測定対象に照射されないように制御する照射制御部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。

【請求項3】

前記画像取得装置は、電子線照射系及び電子像投影系を有する写像投影型の画像取得装置であり、
前記照射制御部は、前記遷移期間に、前記電子線照射系内で前記電子線源から出射された電子線のブランキングを行う
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。

【請求項4】

前記画像検出器で検出される電子画像の倍率及び像歪の少なくとも一方を、前記電圧変調部によって変調される電圧の遷移期間に調整する調整部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。

【請求項5】

前記電圧変調部で変調される電圧を発生する電源をさらに備え、
前記電源は、基本電圧を発生する基本電圧発生部と、前記基本電圧に重畳される重畳電圧を発生する重畳電圧発生部とを含み、
前記重畳電圧が前記電圧変調部で変調される
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。

【請求項6】

電子線源で生成された電子線を測定対象に照射する工程と、
前記測定対象に照射された電子線に基づく前記測定対象の電子画像を画像検出器によって検出する工程と、
を備え、
前記電子線を測定対象に照射する際に、前記電子線源に印加される電圧及び前記測定対象に印加される電圧の少なくとも一方を電圧変調部によって変調し、
前記電圧変調部での電圧変調タイミングと、前記画像検出器での画像検出タイミングとを同期させ、
前記画像検出器は、前記電圧変調部で変調された電圧に基づく前記電子線の複数の入射電子エネルギーに対応した複数種類の電子画像を、前記電圧変調タイミングに同期して、前記変調された電圧それぞれにおいて検出する
ことを特徴とする画像取得方法。

【請求項7】

請求項１の画像取得装置と、
請求項１の画像取得装置で取得された画像に基づいて測定対象に含まれる欠陥を検出する欠陥検出部と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、画像取得装置、画像取得方法及び欠陥検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の微細化に伴い、半導体ウェハやフォトマスクの欠陥検査において、検出すべき欠陥のサイズも小さくなってきている。そのため、高精度の欠陥検査及び検査時間の高速化が重要となってきている。

【0003】

欠陥検査を行う場合、通常は、半導体ウェハやフォトマスクといった測定対象（測定試料）に電子線を照射し、測定対象からの２次電子やミラー電子を検出することで、電子画像（電子顕微鏡画像、電子光学画像）を生成している。

【0004】

電子画像は、その種類（例えば、２次電子画像やミラー電子画像）に応じて、画像の性質（特徴）も異なっている。したがって、同一の測定対象から複数種類の電子画像を取得すれば、各電子画像の特徴を生かした的確な画像を得ることができ、精度の高い欠陥検出を行うことが可能である。

【0005】

しかしながら、複数種類の電子画像を取得するためには、複数回の測定を行う必要がある。そのため、画像を取得するための総時間が長くなり、効率的な画像取得を行うことが困難になる。

【0006】

したがって、的確な画像を効率的に取得することが可能な画像取得装置等が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−７１７７５号公報（特願２００３−２９９４７７）

【特許文献2】特開２００７−２０７６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

的確な画像を効率的に取得することが可能な画像取得装置等を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態に係る画像取得装置は、測定対象に照射される電子線を生成する電子線源と、前記電子線源から前記測定対象に照射された電子線に基づく前記測定対象の電子画像を検出する画像検出器と、前記電子線源に印加される電圧及び前記測定対象に印加される電圧の少なくとも一方を変調する電圧変調部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る画像取得装置の構成を示した図である。

【図2】第１の実施形態に係り、測定対象の一例を模式的に示した図である。

【図3】第１の実施形態に係り、測定対象の表面の等電位面を模式的に示した図である。

【図4】第１の実施形態に係り、入射電子エネルギーを１ｅＶに設定した場合の電子画像を模式的に示した図である。

【図5】第１の実施形態に係り、入射電子エネルギーを５００ｅＶに設定した場合の電子画像を模式的に示した図である。

【図6】第１の実施形態に係り、入射電子エネルギーを２０００ｅＶに設定した場合の電子画像を模式的に示した図である。

【図7】第１の実施形態に係り、入射電子エネルギーについて示したタイミング図である。

【図8】第１の実施形態に係り、画像合成部によって合成された電子画像の一例を示した図である。

【図9】第１の実施形態に係る画像取得方法を示したフローチャートである。

【図10】第１の実施形態に係り、欠陥検査装置の構成を示したブロック図である。

【図11】第２の実施形態に係り、入射電子エネルギーについて示したタイミング図である。

【図12】第３の実施形態に係り、入射電子エネルギーについて示したタイミング図である。

【図13】第４の実施形態に係り、薄膜欠陥について示した図である。

【図14】第４の実施形態の原理を示した図である。

【図15】第４の実施形態に係り、入射電子エネルギーについて示したタイミング図である。

【図16】第５の実施形態に係る画像取得装置の構成を示した図である。

【図17】第５の実施形態に係り、電源電圧の切り替えについて示したタイミング図である。

【図18】第６の実施形態に係る画像取得装置の構成を示した図である。

【図19】第６の実施形態に係る画像取得装置の変更例の構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

【0012】

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る画像取得装置１０の構成を示した図である。本実施形態の画像取得装置１０は、基本的には電子顕微鏡装置に適用することが可能であるが、欠陥検査装置（半導体ウェハの欠陥検査装置やフォトマスクの欠陥検査装置）にも適用することが可能である。

【0013】

半導体ウェハやフォトマスク等の測定対象（測定試料）１１は、ステージ１２上に載置される。ステージ１２の斜め上方には、電子銃１３及びアノード１４によって構成される電子線源１５が配置されている。この電子線源１５により、測定対象１１に照射される電子線が生成される。ステージ１２が移動することにより、測定対象１１の所望の位置に電子線を照射することができる。電子線源１５で生成された電子線は、Ｅ×Ｂ電子光学系１７を介して測定対象１１に照射される。

【0014】

ステージ１２の上方には画像検出器１８が配置されている。この画像検出器１８により、電子線源１５から測定対象１１に照射された電子線に基づく測定対象の電子画像（電子顕微鏡画像、電子光学画像）が検出される。すなわち、測定対象１１に電子線が照射されると、２次電子やミラー電子が生成され、この２次電子やミラー電子に基づく電子画像が画像検出器１８によって検出される。測定対象１１からの２次電子やミラー電子は、Ｅ×Ｂ電子光学系１７を介して画像検出器１８に入射する。

【0015】

電子線源１５には、電子線源１５に印加される電圧を変調する電圧変調部２０が接続されている。なお、本実施形態では、電圧変調部２０によって電子線源１５に印加される電圧を変調するようにしているが、測定対象１１に印加される電圧を変調するようにしてもよい。一般的には、電圧変調部により、電子線源１５に印加される電圧及び測定対象１１に印加される電圧の少なくとも一方が変調される。

【0016】

電圧変調部２０により、電子銃１３とアノード１４との間に所望の電圧を印加することができる。その結果、測定対象１１に入射する電子に所望のエネルギーを与えることが可能である。電圧変調部２０により、例えば、入射電子のエネルギーを１ｅＶから２０００ｅＶの間の所望の値に設定することが可能である。

【0017】

測定対象１１に入射する電子のエネルギーが１ｅＶ程度であれば、測定対象１１にチャージされている電子によって測定対象１１には電子は到達せず、画像検出器１８ではミラー電子画像が検出される。また、入射電子のエネルギーが２０００ｅＶ程度であれば、測定対象１１から２次電子が発生し、画像検出器１８では２次電子画像が検出される。すなわち、電圧変調部によって電子線源１５に印加される電圧及び測定対象１１に印加される電圧の少なくとも一方を変調することにより、画像検出器１８で複数種類の電子画像が検出される。

【0018】

図２は、測定対象１１の一例を模式的に示した図である。本実施形態では、測定対象１１として、ＥＵＶ（extreme ultraviolet）露光用の反射型フォトマスクを用いるものとする。この反射型フォトマスクは、金属層（例えば、Ｒｕ層）３１と、金属層３１上に設けられた吸収層（例えば、ＴａＢＯ層又はＴａＮＯ層）３２とを有している。金属層３１はＥＵＶ光を反射する導電体で形成され、吸収層３２はＥＵＶ光を吸収する絶縁体（誘電体）で形成されている。また、吸収層３２で形成された凸部の表面には細かいラフネスが存在しているものとする。

【0019】

図３は、図２に示した測定対象（反射型フォトマスク）１１の表面の等電位面を模式的に示した図である。測定対象１１の凹部では金属層３１が露出しているが、測定対象１１の凸部の吸収層３２は絶縁体で形成されている。そのため、凹部では測定対象１１の外側に存在している等電位面が、凸部では吸収層（絶縁体層）３２の内部に存在している。そのため、入射電子のエネルギーを１ｅＶに設定した場合、凹部では、入射電子は金属層３１に到達せずにミラー電子として跳ね返る。一方、凸部では、入射電子は吸収層３２に衝突する。したがって、凸部では、ミラー電子は発生しない。また、入射電子のエネルギーは非常に低いため、凸部では２次電子もほとんど発生しない。その結果、画像検出器１８では、凹部からのミラー電子に基づく画像が検出される。

【0020】

図４は、上記のように入射電子のエネルギーを１ｅＶに設定した場合の、画像検出器１８で検出される電子画像を模式的に示した図である。図４に示すように、金属層３１が露出した凹部と吸収層（絶縁体層）３２で形成された凸部とのコントラストが高い画像が得られる。ただし、凸部ではほとんど電子が発生しないため、凸部表面の細かなラフネスはほとんど検出されない。

【0021】

図５は、入射電子のエネルギーを５００ｅＶに設定した場合の、画像検出器１８で検出される電子画像を模式的に示した図である。この場合には、測定対象１１からは２次電子が放出される。その結果、凹部と凸部とのコントラストは小さいが、凸部表面の細かなラフネスが検出される。

【0022】

図６は、入射電子のエネルギーを２０００ｅＶに設定した場合の、画像検出器１８で検出される電子画像を模式的に示した図である。この場合には、凹部と凸部との境界（エッジ）で２次電子が多く発生するため、エッジが強調された画像が得られる。

【0023】

上述したように、入射電子のエネルギーを変えることにより、入射電子のエネルギーに応じた種々の画像が得られる。これらの画像は、互いに異なった性質（特徴）を有している。したがって、これらの画像を組み合わせて用いれば、測定対象の適切な画像を得ることが可能である。しかしながら、入射電子のエネルギーを変えて複数回の測定を行うと、画像を取得するための総時間が長くなり、効率的な画像取得を行うことが困難になる。例えば、２種類の画像を取得するために２回の測定を行うと、最低でも２倍以上の時間が必要となる。

【0024】

そこで、本実施形態では、入射電子のエネルギーを時分割で切り換え、同一の測定処理で複数種類の画像を取得するようにしている。

【0025】

図７は、時分割で切り換えられる入射電子エネルギーについて示したタイミング図である。電圧変調部２０で電圧変調を行うことにより、図７に示すような入射電子エネルギーの切り換えが行われる。図７の例では、１ｅＶと５００ｅＶとを５０％デューティで切り換える場合を示している。

【0026】

図１の説明に戻ると、同一の測定で複数種類の画像を取得するために、同期制御部２１が設けられている。この同期制御部２１により、電圧変調部２０での電圧変調タイミングと、画像検出器１８での画像検出タイミングとを同期させるようにしている。このように、同期制御部２１によって電圧変調タイミングと画像検出タイミングとを同期させることで、複数の入射電子エネルギーに対応した複数種類の電子画像を個別に取得することができる。

【0027】

画像検出器１８には、画像合成部２２が接続されている。この画像合成部２２により、上記のようにして得られた複数種類の電子画像が合成される。

【0028】

図８は、画像合成部２２によって合成された電子画像の例を示している。図８の例では、図４に示すような画像（入射電子エネルギーが１ｅＶの場合の画像）と、図５に示すような画像（入射電子エネルギーが５００ｅＶの場合の画像）とが合成された画像を示している。

【0029】

なお、複数の入射電子エネルギーに対応した複数種類の電子画像を取得する場合、予めプレスキャンによって最適な入射電子エネルギーを求めておくようにしてもよい。具体的には、電圧変調部２０によって正弦波を発生させ、入射電子エネルギーを正弦波にしたがって変化させる。その結果、入射電子エネルギーに応じた多数の画像が得られる。このようにして得られた結果に基づき、最良の入射電子エネルギーを決定する。例えば、ミラー電子画像と２次電子画像と２つの画像を取得する場合には、ミラー電子画像に対する最良の入射電子エネルギーと、２次電子画像に対する最良の入射電子エネルギーを決定する。このようにして得られた最良の入射電子エネルギーを用いて、図７に示すような時分割スキャンを行う。

【0030】

次に、図９に示したフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像取得方法を説明する。

【0031】

まず、測定対象（本実施形態では、ＥＵＶ露光用の反射型フォトマスク）１１をステージ１２上に載置する（Ｓ１１）。

【0032】

次に、電圧変調部２０によって正弦波を発生させてプレスキャンを行う。さらに、プレスキャン結果に基づいて、取得すべき複数の画像に対する複数の最良の入射電子エネルギーを決定する（Ｓ１２）。例えば、ミラー電子画像の入射電子エネルギーを１ｅＶ、２次電子画像の入射電子エネルギーを５００ｅＶ、と決定する。

【0033】

次に、電圧変調部２０を制御して電子線源１５で電子線を発生させ、発生した電子線を測定対象１１に照射する（Ｓ１３）。このとき、電子線源１５に印加される電圧を変調する。すなわち、Ｓ１２のステップで決定された最良の入射電子エネルギーが得られるように電圧変調部２０を制御し、例えば図７に示すような時分割スキャンを行う。なお、本実施形態では、電圧変調部２０によって電子線源１５に印加される電圧を変調するようにしているが、測定対象１１に印加される電圧を変調するようにしてもよい。一般的には、電圧変調部により、電子線源１５に印加される電圧及び測定対象１１に印加される電圧の少なくとも一方を変調する。

【0034】

次に、測定対象１１に照射された電子線に基づく測定対象１１の電子画像を、画像検出器１８によって検出する（Ｓ１４）。このとき、同期制御部２１により、電圧変調部２０での電圧変調タイミングと、画像検出器１８での画像検出タイミングとを同期させる。これにより、複数の入射電子エネルギーに対応した複数種類の電子画像を個別に取得することができる。本実施形態では、図４に示すようなミラー電子画像と図５に示すような２次電子画像が取得される。

【0035】

次に、Ｓ１４のステップで取得された複数の電子画像を、画像合成部２２によって合成する（Ｓ１５）。その結果、図８に示すような合成された画像が得られる。

【0036】

以上のように、本実施形態では、電圧変調部によって電圧変調を行うことで、時間的に変動する入射電子エネルギーで測定対象に電子線が照射される。そのため、複数種類の電子画像を同一の測定処理で取得することができる。その結果、画像を取得するための総時間を増加させることなく、複数種類の電子画像を取得することができる。したがって、複数種類の電子画像それぞれの特徴を有する的確な画像を効率的に取得することが可能となる。

【0037】

次に、上述した画像取得装置及び画像取得方法を用いた欠陥検査装置及び欠陥検査方法について説明する。

【0038】

図１０は、欠陥検査装置の構成を示したブロック図である。図１０に示した欠陥検査装置は、図１に示した画像取得装置１０と欠陥検出部４１とを備えている。

【0039】

欠陥検出部４１は、画像取得装置１０で取得された画像に基づいて測定対象に含まれる欠陥を検出する。具体的には、欠陥検出部４１では、図１の画像合成部２２によって合成された画像に基づいて欠陥検出を行う。本実施形態では、２次電子画像とミラー電子画像との合成画像に基づいて欠陥検出を行う。

【0040】

２次電子画像は、ＳＮ比の大きな鮮明な画像が得られるという利点がある。しかしながら、測定対象であるフォトマスクや半導体ウェハの表面には絶縁体が形成されている場合があり、そのような測定対象の表面はチャージアップしている。そのため、２次電子画像では、画像がぼけたり歪んだりする場合がある。一方、ミラー電子画像は、測定対象の表面近傍の等電位面で反射するため、測定対象との間の相互作用が少ない。そのため、ミラー電子画像は、チャージアップの影響が少ない。また、ミラー電子画像は、欠陥によって歪んだ等電位面の影響を受けるために、欠陥信号が強調されるという利点もある。したがって、２次電子画像とミラー電子画像とを組みあわせることで、両者の利点を生かした欠陥検出を行うことが可能である。

【0041】

また、欠陥検出の測定を行う場合、電気的なノイズ等に起因する擬似欠陥を誤って欠陥であると認定してしまうことがある。このような擬似欠陥も、複数種類の画像（例えば、２次電子画像とミラー電子画像）を用いることで的確に判断することが可能である。擬似欠陥が多い場合、仮に複数種類の画像を別々の測定で取得したとすると、複数種類の画像を別々の測定で取得した後に初めて擬似欠陥が多いことが判明する。そのような場合、条件設定を変えて、始めから測定をやり直す必要があり、多大な時間を費やすことになる。本実施形態のように、複数種類の画像を同一の測定で取得すれば、測定の最初の段階で擬似欠陥が多いことが判断できる。そのため、測定の最初の段階で条件設定を変えて測定をやり直すことができ、多大な時間を費やさなくてすむ。

【0042】

以上のように、本実施形態の欠陥検査装置によれば、同一の測定で取得した複数種類の電子画像に基づいて欠陥検査を行うことにより、的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。

【0043】

（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項についての説明は省略する。

【0044】

第１の実施形態では、入射電子エネルギーの切り換えを５０％デューティで行う場合について説明した。すなわち、複数の入射電子エネルギーの設定期間が互いに等しくなるようにした。本実施形態では、複数の入射電子エネルギーの設定期間を異ならせるようにしている。

【0045】

図１１は、本実施形態における入射電子エネルギーの切り換えについて示したタイミング図である。図１１の例では、電圧変調部２０を制御することで、２次電子画像を得るための入射電子エネルギー（２０００ｅＶ）の期間を８０％とし、ミラー電子画像を得るための入射電子エネルギー（１ｅＶ）の期間を２０％としている。

【0046】

一般に、ミラー電子画像は、輝度が高く、コントラストの高い画像が得られる。一方、２次電子画像は、パターンの詳細を取得することが可能であるが、ミラー電子画像に比べて輝度が低い。そのため、図１１に示すように、２次電子画像の取得期間をミラー電子画像の取得期間より長くすることで、的確な画像を取得することができる。

【0047】

以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、同一の測定処理で取得した複数種類の電子画像に基づいて欠陥検査を行うことにより、的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。また、本実施形態では、複数種類の電子画像の取得期間をそれぞれ適切に設定することで、より的確な画像を取得することができ、より的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。

【0048】

（実施形態３）
次に、第３の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項についての説明は省略する。

【0049】

本実施形態では、３通りの入射電子エネルギーを用いて３種類の電子画像を取得する例について説明する。特に、測定対象１１として半導体ウェハを用いる場合について説明する。

【0050】

図１２は、本実施形態における入射電子エネルギーの切り換えについて示したタイミング図である。

【0051】

回路パターンが形成された半導体ウェハの表面には、導電体や絶縁体等の種々の材料が混在している。そのため、半導体ウェハの表面には、種々の導電率や誘電率を有する領域が混在している。そこで、本実施形態では、図１２に示すように、３通りの入射電子エネルギー（１ｅＶ、５００ｅＶ、２０００ｅＶ）が得られるように、電圧変調部２０を制御している。２次電子発生効率は材料によって異なるため、２次電子発生用に複数の入射電子エネルギー（５００ｅＶ、２０００ｅＶ）を用いることで、材料に応じた的確な画像を取得することができる。また、全体的なコントラストの向上のために、ミラー電子発生用に入射電子エネルギー（１ｅＶ）を用いている。

【0052】

以上のように、入射電子エネルギーの数を増やすことで、半導体ウェハ表面のように種々の導電率や誘電率を有する領域が混在している場合にも、的確な画像を取得することができ、的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。

【0053】

（実施形態４）
次に、第４の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項についての説明は省略する。

【0054】

フォトマスク上に存在する欠陥は全てがウェハ上に転写されるわけではなく、ウェハ上に転写されない欠陥も存在する。

【0055】

図１３は、フォトマスク上における転写される欠陥と転写されない欠陥について示した図である。図１３は、周期的なラインパターン５１間の溝内に、絶縁体（誘電体）で形成された薄膜欠陥が存在する場合を示している。具体的には、ラインパターン５１間の溝内に厚い薄膜欠陥５２と薄い薄膜欠陥５３とが存在する状況を示している。

【0056】

一定の厚さよりも厚い薄膜欠陥５２は、リソグラフィの際に転写されるが、一定の厚さよりも薄い薄膜欠陥５３は、リソグラフィの際に転写されない。したがって、このような薄い薄膜欠陥５３は、一種の擬似欠陥であり、欠陥として検出しない方がよい。このような薄い薄膜欠陥５３も欠陥として検出してしまうと、データ量が多くなり、検査時間の増大につながる。そこで、本実施形態では、ミラー電子のリターンポイントを適切に設定することで、厚い薄膜欠陥５２は欠陥として検出するが、薄い薄膜欠陥５３は欠陥として検出しないようにしている。

【0057】

図１４は、本実施形態における欠陥検出の原理を示した図である。例えば、入射電子エネルギーが２ｅＶのとき、溝内に薄膜欠陥が存在しない箇所ではミラー電子が検出され、溝内に厚い薄膜欠陥５２及び薄い薄膜欠陥５３が存在する箇所ではミラー電子が検出されないものとする。また、入射電子エネルギーが１ｅＶのとき、溝内に薄膜欠陥が存在しない箇所及び薄い薄膜欠陥５３が存在する箇所ではミラー電子が検出され、溝内に厚い薄膜欠陥５２が存在する箇所ではミラー電子が検出されないものとする。このような場合には、入射電子エネルギーが２ｅＶではミラー電子が検出されないが、入射電子エネルギーが１ｅＶではミラー電子が検出される箇所は、転写されない薄い薄膜欠陥５３が存在する箇所として、欠陥とは見なさないようにする。また、入射電子エネルギーが２ｅＶ及び１ｅＶいずれにおいてもミラー電子が検出されない箇所は、転写される厚い欠陥５２が存在する箇所として、欠陥と見なすようにする。

【0058】

図１５は、本実施形態に係る入射電子エネルギーの切り換えについて示したタイミング図である。図１５に示すように、入射電子のエネルギー（１ｅＶ、２ｅＶ、２０００ｅＶ）を時分割で切り換えるようにしている。上述したように、入射電子エネルギーが２０００ｅＶの場合には、２次電子画像が検出される。この２次電子画像によってフォトマスクの全体的な画像を得ることができる。

【0059】

以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、同一の測定処理で取得した複数種類の電子画像に基づいて欠陥検査を行うことにより、的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。また、本実施形態では、ミラー電子のリターンポイントを適切に設定することで、ウェハ上に転写されない欠陥とウェハ上に転写される欠陥とを区別することが可能である。したがって、より的確な欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。

【0060】

なお、本実施形態で示した方法（原理）を応用することにより、絶縁体（誘電体）で形成された薄膜の厚さを非接触で測定することが可能である。以下、本実施形態の応用例について説明する。

【0061】

上述したことからわかるように、絶縁体（誘電体）で形成された薄膜に電子線を照射したとき、入射電子エネルギーに応じて、ミラー電子が検出される場合と、ミラー電子が検出されない場合とがある。別の観点から見ると、薄膜の厚さに応じて、ミラー電子が検出される場合と、ミラー電子が検出されない場合とがある。そこで、ミラー電子が検出される入射電子エネルギーとミラー電子が検出されない入射電子エネルギーとの境界値（境界エネルギー）と、薄膜の厚さとの関係を予め求めておけば、入射電子エネルギーの境界値から薄膜の厚さを非接触で測定することが可能である。例えば、ある薄膜の厚さを求める場合、薄膜への入射電子エネルギーを低いエネルギーから高いエネルギーへと増加させながら、ミラー電子の検出を行う。この場合、ミラー電子が検出されなくなったときの入射電子エネルギーが、上述した入射エネルギーの境界値（境界エネルギー）となる。予め薄膜の厚さと入射エネルギーの境界値との関係を求めておけば、求められた境界値から薄膜の厚さを求めることができる。

【0062】

このように、本実施形態の応用例によれば、絶縁体（誘電体）で形成された薄膜に電子線を照射することで、薄膜の厚さを非接触で求めることが可能である。

【0063】

以上、第１〜第４の実施形態おいて、電子画像の取得方法は、走査電子顕微鏡型の画像取得方法でもよいし、照射系及び検出系（結像系）を有する写像投影型の画像取得方法でもよい。走査電子顕微鏡型の画像取得方法では、電子線が測定対象の表面でフォーカスされ、フォーカスされた電子線を測定対象の表面で走査することで、電子画像が取得される。写像投影型の画像取得方法では、電子線が測定対象の表面で２次元的な広がりを有して照射されるように照射系を設定し、２次元的な広がりを有して照射された電子線により、測定対象の内部、表面又は表面近傍から得られる電子画像を、検出系（結像系）で拡大して画像検出器に結像させることで、電子画像が取得される。

【0064】

（実施形態５）
次に、第５の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項についての説明は省略する。

【0065】

本実施形態では、写像投影型の画像取得装置を用いて電子画像の取得を行う。図１６は、本実施形態に係る写像投影型の画像取得装置の構成を模式的に示した図である。

【0066】

測定対象（測定試料）６１はステージ６２上に載置され、電子線源６３から電子線照射系６４を介して測定対象６１に電子線（電子ビーム）が照射される。測定対象６１からの電子は、電子像投影系６５によって拡大され、画像検出器６６に入射する。画像検出器６６によって検出された電子画像の画像データは、画像処理部６７に送られる。そして、画像処理部６７での画像処理結果に基づいてマスクブランクの欠陥が検出される。

【0067】

電子線照射系６４は、ガンレンズ、アパーチャ（図示せず）、ビーム偏向用アライナ（図示せず）、高速偏向用アライナ６４ａ及びブランキング用アパーチャ６４ｂを備えている。電子線源６３で発生した電子は、これらの要素を介してビーム分離部（ビーム分離器）６８に入射する。入射電子は、ビーム分離部６８で測定対象６１の方向に曲げられる。その結果、電子線は測定対象６１の表面に対してほぼ垂直に照射される。

【0068】

測定対象６１からの電子は、レンズ６９を介してビーム分離部６８に入射する。ビーム分離部６８は、電子線照射系６４から測定対象６１に向かう電子線と、測定対象６１から電子像投影系６５に向かう電子とを分離する機能を有している。なお、電子像投影系６５で拡大投影される電子線の収差や歪みを抑制するため、拡大投影される電子線に対してはウィーン条件（電子線が直進する条件）が適用される。

【0069】

ビーム分離部６８を通過した電子線は、リレーレンズ６５ａ、スティグメータ６５ｂ及びＮＡアパーチャ６５ｃを通過し、さらにズームレンズ６５ｄ、ズームレンズ６５ｅ及び拡大投影レンズ６５ｆによって画像検出器６６に拡大投影される。なお、リレーレンズ６５ａ、ズームレンズ６５ｄ、ズームレンズ６５ｅ及び拡大投影レンズ６５ｆの中心には、拡大投影ビームの位置を調整するための偏向器（図示せず）が設けられている。

【0070】

画像検出器６６は、ＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤセンサを用いて構成されている。ＴＤＩ−ＣＣＤセンサを用いた連続像の取得について説明する。例えば、横方向が２０００画素で、縦方向が５００画素のＴＤＩ−ＣＣＤセンサを用いると、連続像の幅は２０００画素幅であり、連続移動の積算段数は５００段である。ライン周波数が２００ｋＨｚであるとすると、積算方向に１段移動する時間は５μｓｅｃとなる。したがって、５００段の積算時間は２．５ｍｓｅｃとなる。１フレーム画像が２０００×２０００画素であるとすると、１０ｍｓｅｃで１フレーム画像を取得することができる。ＴＤＩ−ＣＣＤセンサでは、測定対象の同一位置の画像（信号）を積算して出力するため、高感度及び高解像度の画像を高速で取得することが可能である。

【0071】

図１７は、電源電圧を電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との間で切り替える場合のタイミング図である。図１７の例では、電圧Ｖ１（印加時間Ｔａ）から電圧Ｖ２（印加時間Ｔｂ）への遷移時間がＴｃであり、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１への遷移時間がＴｄである。この場合、遷移時間Ｔｃ及びＴｄはいずれも、時間Ｔａの１／３以下かつ時間Ｔｂの１／３以下であることが好ましい。

【0072】

上述したように、電圧が切り替わる際には遷移期間が存在する。この遷移期間では、電圧が変化するために、電子線照射系及び電子像投影系の結像条件が崩れている。そのため、電子線照射系の照射ビームサイズ並びに、電子像投影系のフォーカス及び倍率は大きくずれた状態となる。したがって、遷移期間（Ｔｃ、Ｔｄ）の最中に画像検出器によって画像信号の検出を行うと、ぼけた画像が検出される。

【0073】

上述したような問題を解決するために、本実施形態では、電圧の遷移期間、すなわち電圧が切り替わる際に、電子線照射系の電子ビームのブランキングを行うようにしている。具体的には、図１６の電子線照射系６４の高速偏向用アライナ６４ａにより、照射ビームをブランキング用アパーチャ６４ｂの端部に偏向する。より具体的には、タイミング制御部７１を設け、電源（図１の電圧変調部２０に対応）の電圧切り替えタイミングに対応させて、高速偏向用アライナ６４ａの偏向タイミングを制御するようにしている。これにより、測定対象６１へのビーム照射が阻止される。一般的に言えば、本実施形態の装置は、電圧変調部によって電圧が切り替わる遷移期間に、電子線源から出射された電子線が測定対象に照射されないように制御する照射制御部を備えている。本実施形態では、照射制御部には、タイミング制御部７１、高速偏向用アライナ６４ａ及びブランキング用アパーチャ６４ｂが対応する。

【0074】

このように、本実施形態では、電源電圧の切り替えタイミングに対応させて（電源電圧の遷移期間に対応させて）、電子ビーム（照射ビーム）のブランキングを行うことにより、鮮明な画像を取得することが可能である。

【0075】

なお、ブランキング期間は、電圧の遷移期間（図１７の期間Ｔｃ、Ｔｄ）よりも５〜２０％程度長いことが好ましい。また、電圧上昇期間（図１７の期間Ｔｃ）と電圧下降期間（図１７の期間Ｔｄ）とが異なる場合には、電圧上昇期間と電圧下降期間とで、それぞれ最適なブランキング期間を設定することが好ましい。

【0076】

ＴＤＩカメラによって連続像を取得する場合、ライン周波数よりも速く電圧変調を行う場合と、１フレーム期間内で電圧変調を行う場合とが考えられる。

【0077】

ライン周波数よりも速く電圧変調を行う場合を考える。先述した例では、ライン周波数が２００ｋＨｚであるため、５μｓｅｃの期間内に図１７に示した１周期の動作を行う必要がある。例えば、Ｔａ＝２μｓｅｃ、Ｔｂ＝２μｓｅｃ、Ｔｃ＝０．５μｓｅｃ、Ｔｄ＝０．５μｓｅｃ、に設定する。

【0078】

１フレーム期間内で電圧変調を行う場合を考える。先述した例では、ＴＤＩカメラの１フレーム期間は２．５ｍｓｅｃである。したがって、２．５ｍｓｅｃの期間内に図１７に示した１周期の動作が行われる。例えば、Ｔａ＝１ｍｓｅｃ、Ｔｂ＝１ｍｓｅｃ、Ｔｃ＝０．２５ｍｓｅｃ、Ｔｄ＝０．２５ｍｓｅｃ、に設定する。この場合、１フレーム期間で図１７に示した１周期の動作を行っているが、図１７に示した２以上の周期の動作を１フレーム期間で行うようにしてもよい。

【0079】

なお、図１６に示したブランキング用アパーチャ６４ｂは、筒状であり、下流側にアパーチャが設けられている。例えば、穴の径は３ｍｍであり、端部の径は６ｍｍ以上である。端部に電子線が長時間照射されると、照射部分にカーボン等の絶縁性コンタミネーションが発生するおそれがある。したがって、コンタミネーションの影響が抑制されるような距離でブランキングを行うことが好ましい。

【0080】

また、電圧変調によって電子線のエネルギーを変化させると、電子像投影系によって形成される画像の倍率や像歪が変化する場合がある。すなわち、画像検出器で検出される電子画像の倍率及び像歪が変化する場合がある。このような場合、本実施形態では、以下のような方法によって倍率や像歪を調整する。

【0081】

まず、倍率及び像歪が同一になるように、図１６に示した電子ビーム照射系６４、電子像投影系６５及びビーム分離部６８の各部の条件を予め求めておく。そして、電圧遷移期間内において、電圧遷移期間の前後の倍率及び像歪を一致させるための条件を変更する（調整する）。例えば、図１７の例では、電圧Ｖ１の印加期間（期間Ｔａ）と電圧Ｖ２の印加期間（期間Ｔｂ）とで、倍率及び像歪が一致するように、電圧遷移期間（期間Ｔｃ及び期間Ｔｄ）内において、倍率及び像歪を一致させるための条件を変更する（調整する）。本実施形態の装置は、画像検出器で検出される電子画像の倍率及び像歪の少なくとも一方を調整する調整部７２を備えている。この調整部７２によって電子像投影系６５等を制御することにより、電圧遷移期間内において、倍率及び像歪を一致させるための条件が調整される。

【0082】

このように、本実施形態では、電子画像の倍率及び像歪の少なくとも一方を電圧遷移期間内で調整することにより、電圧遷移期間の前後で倍率及び像歪を一致させることが可能である。また、電圧遷移期間では、電子線がブランキング状態であるため、画像検出器で取得される画像に悪影響を与えずに調整を行うことが可能である。

【0083】

なお、上述した例では、電圧遷移期間内に倍率及び像歪を調整するようにしたが、このような調整に加えてさらに、電圧遷移期間内に電子線照射系によって測定対象に照射される電子ビームのサイズを調整するようにしてもよい。具体的には、測定対象に照射される電子ビームのサイズが電圧遷移期間の前後で一致するように、電子ビームのサイズを調整する。

【0084】

（実施形態６）
次に、第６の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態等と同様である。したがって、第１の実施形態等で説明した事項についての詳細な説明は省略する。

【0085】

電源電圧の切り替えを複数の電源を用いて行う、すなわち電圧変調を複数の電源を用いて行うと、切り替え時に電圧振動が発生する場合がある。そのため、高速の電圧切り替えに悪影響を与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、電圧変調を単一の電源を用いて行うようにしている。以下、説明を行う。

【0086】

図１８は、本実施形態に係る写像投影型の画像取得装置の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な構成は、第５の実施形態の図１６に示した画像取得装置と同様である。したがって、図１６に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

【0087】

本実施形態では、電子線源６３に印加される電圧を発生する電源８１（すなわち、電圧変調部で変調される電圧を発生する電源）が、基本電圧を発生する基本電圧発生部８１ａと、基本電圧に重畳される重畳電圧を発生する重畳電圧発生部８１ｂとを含んでいる。そして、重畳電圧を変調することで、電子線源６３に印加される電圧が変調される。

【0088】

基本電圧発生部８１ａは、基本電圧（例えば、一定電圧）を発生するものであり、例えば０から−５ｋＶの範囲の電圧を発生することが可能である。重畳電圧発生部８１ｂは、例えば０から−０．７ｋＶの範囲の電圧を発生することが可能である。このように、重畳電圧発生部８１ｂは、基本電圧発生部８１ａに比べて設定可能な電圧範囲が狭い。そのため、重畳電圧発生部８１ｂでは、高速で電圧を切り替えることが可能である。この重畳電圧発生部８１ｂの電圧を切り替えることにより、電源電圧を高速で変調することが可能である。

【0089】

測定対象６１には、測定対象用電源８２が接続され、測定対象６１に所望の電圧が印加されるようになっている。測定対象用電源８２から測定対象６１に印加される電圧と、電源８１から電子線源６３に印加される電圧との電圧差によって、電子線（電子ビーム）のエネルギーが決まる。

【0090】

上述したように、本実施形態では、単一の電源８１内に基本電圧発生部８１ａ及び重畳電圧発生部８１ｂが設けられている。そのため、電源電圧を切り替える際の電圧振動の発生を抑制することができる。また、重畳電圧発生部８１ｂは基本電圧発生部８１ａに比べて設定される電圧範囲が狭いため、重畳電圧発生部８１ｂでは高速で電圧を切り替えることが可能である。したがって、本実施形態では、電圧振動の発生を抑制できるとともに高速の電圧切り替えを的確に行うことが可能である。

【0091】

図１９は、本実施形態の変更例に係る写像投影型の画像取得装置の構成を模式的に示した図である。なお、基本的な構成は、図１８に示した画像取得装置と同様である。したがって、図１８に示した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

【0092】

本変更例では、図１９に示されるように、電源８１内の基本電圧発生部８１ａの電圧が測定対象６１にも印加されている。すなわち、本変更例では、電子線源６３用の電源と測定対象６１用の電源とで、単一の電源８１を共用している。このように、電源を共用することで、測定対象６１に印加される電圧と電子線源６３に印加される電圧との電圧差の精度を向上させることが可能である。

【0093】

例えば、電子線源６３用の電源と測定対象６１用の電源とを別々に設けた場合、電圧精度は通常、０．１％程度である。例えば５ｋＶを設定した場合には、５Ｖ程度の誤差が生じる。そのため、異なった電源間の電圧誤差を校正するための作業が必要となる。本変更例では、測定対象６１に印加される電圧と電子線源６３に印加される電圧との電圧差は、重畳電圧発生部８１ｂの設定精度で決まるため、重畳電圧発生部８１ｂの校正作業だけを行えばよい。また、重畳電圧発生部８１ｂの電圧範囲は小さい。例えば、重畳電圧発生部８１ｂの電圧範囲が０から−０．７ｋＶの範囲であり、電圧精度が０．１％程度であるとすると、誤差範囲は０．７Ｖ程度である。したがって、このような観点からも、測定対象６１に印加される電圧と電子線源６３に印加される電圧との電圧差の誤差を小さくすることが可能である。

【0094】

なお、上述した実施形態では、電子線源用の電源内に基本電圧発生部及び重畳電圧発生部を設けたが、測定対象用の電源内に基本電圧発生部及び重畳電圧発生部を設けるようにしてもよい。

【0095】

また、上述した実施形態では、画像検出部にＴＤＩ−ＣＣＤセンサを用いたが、ＥＢ−ＴＤＩを用いることも可能である。

【0096】

以上、第１〜第６の実施形態について説明したが、上述した第１〜第６の実施形態は種々の変更が可能である。

【0097】

上述した実施形態では、測定対象から得られる電子画像の例として、２次電子画像及びミラー電子画像の例について説明したが、他の電子画像を用いるようにしてもよい。

【0098】

また、上述した実施形態の欠陥検査装置を用いた検査方法は、ダイトゥダイ（die to die）検査に適用してもよいし、ダイトゥデータベース（die to database）検査に適用してもよい。

【0099】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0100】

１０…画像取得装置 １１…測定対象 １２…ステージ
１３…電子銃 １４…アノード １５…電子線源
１７…Ｅ×Ｂ電子光学系 １８…画像検出器
２０…電圧変調部 ２１…同期制御部 ２２…画像合成部
３１…金属層 ３２…吸収層
４１…欠陥検出部
５１…ラインパターン ５２…厚い薄膜欠陥 ５３…薄い薄膜欠陥
６１…測定対象 ６２…ステージ ６３…電子線源
６４…電子線照射系 ６５…電子像投影系 ６６…画像検出器
６７…画像処理部 ６８…ビーム分離部 ６９…レンズ
７１…タイミング制御部 ７２…調整部
８１…電源 ８１ａ…基本電圧発生部 ８１ｂ…重畳電圧発生部
８２…測定対象用電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】