JP2003323861A - 電子ビームを用いたパターン検査装置、並びに、それを用いた半導体デバイス製造方法 - Google Patents

電子ビームを用いたパターン検査装置、並びに、それを用いた半導体デバイス製造方法

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JP2003323861A
JP2003323861A JP2002127752A JP2002127752A JP2003323861A JP 2003323861 A JP2003323861 A JP 2003323861A JP 2002127752 A JP2002127752 A JP 2002127752A JP 2002127752 A JP2002127752 A JP 2002127752A JP 2003323861 A JP2003323861 A JP 2003323861A
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JP2002127752A
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Hiroyuki Onishi
浩之 大西
Yasushi Sasa
泰志 佐々
Toshifumi Kaneuma
利文 金馬
Toru Satake
徹 佐竹
Tsutomu Karimata
努 狩俣
Kenji Watanabe
賢治 渡辺
Shinji Nomichi
伸治 野路
Takeshi Murakami
武司 村上
Masaki Hatakeyama
雅規 畠山
Mamoru Nakasuji
護 中筋
Takuji Sofugawa
拓司 曽布川
Seiji Yoshikawa
省二 吉川
Shin Owada
伸 大和田
Mutsumi Nishifuji
睦 西藤
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Ebara Corp
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Ebara Corp
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基盤の電気特性を損なわないために一次電子
線の照射量を少なくしても、所望の大きさの二次電子検
出信号のＳ／Ｎ比が得られるようにする。 【解決手段】 電子銃１−９は、電子銃電流対加熱電流
又は電子銃電流対アノード電圧をモニタすることによ
り、空間電荷制限領域で動作するよう設定されている。
電子銃１−９のカソードは単結晶ＬａＢ6で構成され、
電子銃１−９から放出される電子線はコンデンサレンズ
２−９と対物レンズ９−９で所望のビーム径Dの値に絞
られ、基板１０−９上に結像される。ウエハから放出さ
れた二次電子は、検出器４１−９で検出され、画像処理
部４２−９で画像データに変換され、所定のパターン検
査が実施される。電子銃１−９を空間電荷制限領域で動
作させたので、ショット雑音が小さくなり、一次電子線
の照射量を少なくしても検出信号のＳ／Ｎ比が大きくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板に対し、電子ビームを用いて当該基板上に形成され
た多数のチップにおけるパターンを検査する検査装置、
または高精細プリント基板や、リードフレーム、及びそ
れらのフォトマスク等のパターンに対し、電子ビームを
用いて検査して微細な欠陥を検出するパターン検査装
置、並びに、それを用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化、パターンの
微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が
要求されている。１００ｎｍデザインルールのウェーハ
基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の分解能
が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増
加により、検査量が増大するため、高スループットが要
求されている。また、デバイスの多層化が進むにつれ
て、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良（電気的
欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。
現在は主に光方式の欠陥検査装置が使用されているが、
分解能及びコンタクト不良検査の点では、光方式の欠陥
検査装置に代わって電子ビームを用いた欠陥検査装置が
今後、検査装置の主流になると予想されている。但し、
電子ビーム方式の欠陥検査装置にも弱点があり、それは
スループットの点で光方式に劣ることである。このた
め、高分解能、高スループット、且つ、電気的欠陥検出
が可能な検査装置の開発が要求されている。光方式での
分解能は、使用する光の波長の１／２が限界と言われて
おり、実用化されている可視光の例では０．２μｍ程度
である。
【０００３】一方、電子ビームを使用する方式では、通
常、走査型電子顕微鏡方式（ＳＥＭ方式）が実用化され
ており、分解能は０．１μｍ、検査時間は８時間／枚
（２０ｃｍウェーハ）である。電子顕微鏡方式はまた、
電気的欠陥（配線の断線、導通不良、ビアの導通不良
等）も検査可能であることが大きな特徴である。しか
し、検査時間は非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装
置の開発が期待されている。
【０００４】一般に、検査装置は高価であり、またスル
ープットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状
では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜（銅メッ
キも含む）、又は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）平坦化処
理後等に使用されている。
【０００５】電子ビームを用いた走査（ＳＥＭ）方式の
検査装置について説明する。ＳＥＭ方式の検査装置は電
子ビームを細く絞って（このビーム径が分解能に相当す
る）、これを走査してライン状に試料を照射する。一
方、ステージを電子ビームの走査方向に直角の方向に移
動させることにより、平面状に観察領域を電子ビームで
照射する。電子ビームの走査幅は、一般に数１００μｍ
である。前記細く絞られた電子ビーム（一次電子線と呼
ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器
（シンチレータ＋フォトマルチプレーヤー（光電子増倍
管）又は半導体方式の検出器（ＰＩＮダイオード型）
等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号
強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、或い
は、ＣＲＴ（ブラウン管）上に画像を出力する。以上は
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で
得られた画像から工程途中の半導体（通常はＳｉ）ウェ
ーハの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当
する）は、一次電子線の量（電流値）、ビーム径、検出
器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と
同じと考えてよい）、電流値１００ｎＡ、検出器の応答
速度１００ＭＨｚが現在の最高値であり、この場合、検
査速度は２０ｃｍ径のウェーハ１枚当たり約８時間と言
われている。
【０００６】上記のＳＥＭ方式の検査装置を更に高速に
する（スループットを上げる）ため、写像投影方式と呼
ばれる新たな方式が提案された。この方式によれば、試
料の観察領域を一次電子線で一括して照射し（走査は行
わず、一定の面積を照射する）、照射された領域からの
二次電子をレンズ系により、一括して検出器（マイクロ
チャンネルプレート（ＭＣＰ）＋蛍光板）上に電子線の
画像として結像させる。該結像画像を二次元ＣＣＤ（固
体撮像素子）又はＴＤＩ−ＣＣＤ（ラインイメージセン
サー）により、画像情報を電気信号に変換し、この画像
情報から試料ウェーハ（工程途中の半導体（Ｓｉ）ウェ
ーハ）の欠陥を検出する。
【０００７】そこで、高スループットという利点を有す
る上記写像投影方式の欠陥検査装置を用いて、基板等を
高精度且つ効率的に検査するためのシステム全体の構築
が希求されている。例えば、検査対象をその写像投影光
学装置の照射位置までクリーンな状態で供給し、アライ
メントする他のサブシステムとの間の関連性を考慮した
検査装置全体の構造については今までほとんど明らかに
されていなかった。更に、検査対象となるウェーハの大
径化が進められ、サブシステムもそれに対応可能にする
要請もでてきている。
【０００８】検査システムでは、チャンバー内で真空を
維持することも重要な項目の１つである。欠陥検査装置
等の超精密加工を施す装置においては、試料を真空中で
精度良く位置決めするステージが使用されているが、該
ステージに対して非常に高精度な位置決めが要求される
場合には、ステージを静圧軸受けによって非接触支持す
る構造が採用されている。この場合、静圧軸受けから供
給される高圧ガスが直接真空チャンバに排気されないよ
うに、高圧ガスを排気する差動排気機構を静圧軸受けの
範囲に形成することによって、真空チャンバの真空度を
維持している。
【０００９】このようなステージとして、図２６[A]、
[B]に示すように、静圧軸受けと差動排気機構を組み合
わせたステージが提案されている。ステージが移動する
際に、静圧軸受け９−７に対向するガイド面６ａ−７や
７ａ−７は、静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とチャンバ
内の真空環境の間を往復運動する。この時ガイド面で
は、高圧ガス雰囲気に曝されている間にガスが吸着し、
真空環境に露出されると吸着していたガスが放出される
という状態が繰り返される。このためステージが移動す
る度に、チャンバＣ内の真空度が悪化するという現象が
起こり、上述した荷電ビームによる露光や検査や加工等
の処理が安定に行えなかったり、試料が汚染されてしま
うという問題があった。
【００１０】また、静圧軸受けと差動排気機構を組み合
わせたステージ（図２６[A]、[B]、図２９）では、差動
排気機構を設けたため、大気中で使用される静圧軸受け
式ステージに比べて構造が複雑で大型になり、ステージ
としての信頼性が低く、高コストになるという問題があ
った。
【００１１】写像投影方式の電子線装置それ自体に関し
ては、試料面上の複数のピクセルからの信号を同時に取
り出せるため、高いスループットでパターン検査を行う
ことができる利点があるが、複数のピクセルに同時に電
子線を照射するため、試料が帯電するという問題点があ
る。一方、プロセス途中でウェーハ上の位置合わせ用の
マークを検出する場合は、パターン検査における写像投
影を行う程の視野は必要ではなく、より狭い視野で十分
であり、むしろピクセル寸法をより小さくしなければマ
ーク検出精度が不足するという問題点がある。
【００１２】また、ＭＣＰは、長時間使用によって総出
力電荷量（スクリーン電流×時間）が増加するために、
ＭＣＰ増倍率が低下し、欠陥検査装置において連続的か
つ長時間欠陥画像の撮像を行う際に、同一ＭＣＰ印加電
圧においては、欠陥画像コントラストが変化又は劣化す
る等の問題点を有する。
【００１３】更に、画像ビーム電流量の増幅率は、第１
のＭＣＰと第２のＭＣＰとの間に印加される電圧で規定
され、例えば、１．４ｋＶ印加で１×１０4の増幅率と
なる。また、第２のＭＣＰから出力される画像ビームの
拡がりを抑制するため、第２のＭＣＰと蛍光面の間に３
ｋＶ程度の電圧が印加される。従来の電子線装置の検出
器においては、撮像センサーと真空フランジが別個に形
成され、信号線が長くなり、信号遅延や外乱を受け易
く、検出器を高速駆動できず、検査のスループット（時
間当たり処理量）を低くさせる要因となっていた。
【００１４】一方、従来の走査型電子顕微鏡としての機
能を有する検査装置では、写像投影方式に比べて、試料
が帯電するという問題点はなく、またマーク検出精度も
十分であるという利点を有する。
【００１５】また、パターンのエッジ部分は、二次電子
放出率が高いためにぎらついてしまうことが知られてい
る。二次電子放出率が高いと、検出器で出力される二次
電子線の検出信号は、その信号強度が大きくなり、その
結果、この検出信号が、欠陥によって発生した信号等を
マスキングするため、検査率を劣化させてしまうという
問題があった。
【００１６】従来例のウェーハの加工状態の評価装置に
おいては、ウェーハ全面を検査しており、そのため、ウ
ェーハ表面の任意の点が電子ビームの光軸上に一致する
ように、ワーキング・チャンバ内でウェーハを移動させ
ている。したがって、従来例の評価装置においては、ウ
ェーハを移動させる距離だけ前後左右に広がった底面積
が必要となり、評価装置の床面積が必然的に大きくなっ
てしまう。床面積が大きくなってしまうことは、クリー
ンルームを有効に活用することに逆行しており、評価装
置の小型化が求められている。
【００１７】また、ウェーハ全面を検査するために、１
ウェーハ当たり数時間（数時間／ウェーハ）の検査時間
を必要としている。一方、ウェーハの加工装置における
スループットが１時間当たり約１００ウェーハ（約１０
０ウェーハ／時間）であり、したがって、ウェーハの検
査時間が加工時間の数十倍にもなっている。このよう
に、評価装置のスループットが加工装置のスループット
とマッチしていないため、検査時間を短縮することによ
り、これらスループットを整合させることが切望されて
いる。
【００１８】また、スループットを可能な限り向上させ
る必要があり、検査工程前に行われるプロセスの処理時
間程度の処理時間で一枚のウェーハのような試料（以下
試料）を評価可能なことが望まれている。そこで、一枚
の試料のチップのうち任意の少数のチップを評価するこ
とによって一枚当たりの評価時間を短くすることも考え
られる。
【００１９】更に、一次ビームをマルチビーム化するこ
とに伴なう収差をいかに抑制するかについてはほとんど
考慮されていなかった。特に、一次ビームの収差の内、
最も大きい収差である像面湾曲収差が発生しないような
光学系でマルチビームを作る方法が希求されている。
【００２０】上記のような写像投影方式及びマルチビー
ム走査方式の電子線装置を利用した欠陥検査システムで
は、画像認識技術の向上により微細化したパターンの欠
陥検出の高速化及び高精度化を図ることも提案されてい
る。しかしながら、従来技術では、一次電子線を試料表
面の被検査領域に照射して取得した二次電子線の画像
と、予め用意された基準画像との間に位置ずれが発生
し、欠陥検出の精度を低下させるという問題があった。
この位置ずれは、一次電子線の照射領域がウェーハに対
してずれ、検査パターンの一部が二次電子線の検出画像
内から欠落するとき、特に大きな問題となり、単にマッ
チング領域を検出画像内で最適化する技術だけでは対処
できない。これは、特に、高精細パターンの検査では致
命的欠点となり得る。
【００２１】また、電子銃から放出される一次電子線を
レンズ系で細く絞って試料面上に照射し、試料から放出
される二次電子を検出して、線幅測定、欠陥検査等の試
料面の評価を行う評価装置が知られている。このような
評価装置においては、Ｓ／Ｎ比を一定値以上（例えば、
２２〜７０）に大きくする必要がある.熱電界放出電子
銃を用いた場合、１ピクセル当り１０００個〜１０００
０個の二次電子を検出する必要がある。
【００２２】例えば、二次電子の検出効率を１０％とす
ると、１ピクセル当り一次電子を１０4〜１０5個照射す
る必要があった。これをドーズに換算すると、ドーズＤ
（Ｑ／ｃｍ2）は、ピクセル寸法を０．１μｍ角とする
と、 Ｄ＝１０4×１．６×１０-19Ｑ／（０．１×１０-4）2 〜 １０5×１．６×１０-19Ｑ／（０．１×１０-4）2 ＝１６μｃ／ｃｍ2 〜 １６０μｃ／ｃｍ2 となる。
【００２３】このような１６μｃ／ｃｍ2〜１６０μｃ
／ｃｍ2のドーズの値は、トランジスタがほぼ完成した
層以降のウエハにとってはかなり大きいドーズに相当
し、大きなドーズ値の場合、トランジスタのスレショル
ド電圧Vthが上昇したりする問題がある。
【００２４】一方、一次電子線を半導体ウエハ表面の被
検査領域に照射して取得した二次電子線の画像を用いて
半導体ウエハ上に形成された多数のチップ内のパターン
を検査する際には、例えばメモリにおける電荷蓄積部分
のように同一の形状を有するパターンが繰り返して形成
される繰り返しパターン領域と、それ以外のパターンが
形成されるランダムパターン領域とが存在するため、繰
り返しパターン領域とランダムパターン領域とに対し、
各々、異なる検査方法が用いられている。
【００２５】すなわち、上記ランダムパターン領域に対
しては、隣接または近接する複数のチップ間で対応する
パターン同士を比較することによりパターンの欠陥を検
出するチップ比較検査が採用される。このチップ比較検
査は、ダイ比較検査あるいはランダム比較検査とも呼称
される検査方法である。このチップ比較検査は、半導体
ウエハ上の比較的離隔した２つの位置に配置されたパタ
ーンを比較検査することから、その許容誤差を比較的大
きくとる必要がある。
【００２６】一方、上記繰り返しパターン領域に対して
は、同一チップ内における隣接または近接する繰り返し
パターンを相互に比較することによりパターンの欠陥を
検出するセル比較検査が採用される（特公平６−５６２
９３号公報参照）。このセル比較検査は、アレイ比較検
査とも呼称される検査方法である。このセル比較検査
は、比較するパターンが距離的に近いことから、精度の
高い検査を実行することが可能となる。
【００２７】このため、半導体ウエハに形成されたチッ
プにおける繰り返しパターン領域とランダムパターン領
域との両方の領域に対してパターン検査を行う場合にお
いては、ダイ比較検査を行うパターン検査装置と、セル
比較検査を行うパターン検査装置との両方のパターン検
査装置が使用される。また、ダイ比較検査とセル比較検
査の両方の検査モードを備えた検査装置を使用し、繰り
返しパターン領域またはランダムパターン領域に各々対
応させてモードを切り換えることにより検査を行う場合
もある。
【００２８】また、特許第２９７６５５０号には、チッ
プを撮像した画像に対してセル比較を行うことにより、
その画像領域におけるセル比較可能部分とセル比較不可
能部分とを設定し、セル比較可能部分に対してはセル比
較検査を行い、セル比較不可能部分に対してはチップ比
較検査を行うパターン欠陥検査方法が開示されている。
【００２９】上記半導体ウエハにおけるチップ比較、あ
るいは高精細プリント基板やリードフレーム、及びそれ
らのフォトマスク等のパターンを検査するための方法と
して、多値画像を使用した比較法がある。この比較法で
は、欠陥の無い良品のパターンを表す参照画像と被検査
物のパターンを表す被検査画像とを画素毎に比較するこ
とによって差分マップが作成され、その差分マップに基
づき被検査物における欠陥が検出される。したがって、
参照画像と被検査画像は、そのダイナミックレンジや明
るさ等の画質条件が互いに等しいことが前提となる。
【００３０】しかし、被検査画像等を得るための画像入
力手段や、それによる画像入力の際の条件、被検査物で
あるターゲットサンプル等によっては、画質条件が異な
る場合がある。すなわち、被検査画像と参照画像とで濃
度ヒストグラムが図７４に示すように異なる場合があ
る。この現象は、ターゲットサンプル等を光学的に撮影
する際の照明条件の変動や、電子ビームを照射し２次電
子を検出して画像を生成する場合のチャージアップ、タ
ーゲットサンプルの表面状態の相違等によって生じる。
【００３１】このような画質条件の相違を解消する方法
として、画像の濃度について線形変換を実施するという
方法がある。この濃度の線形変換は、その画像の濃度値
域（「濃度レンジ」ともいう）を予め決められた正規化
値域（「正規化レンジ」ともいう）に変換するものであ
る。これを参照画像および被検査画像に適用することに
より、両画像のコントラストや、明るさ、ダイナミック
レンジ等の画質条件を同等のものとすることができる。
すなわち、図７５（ａ）に示すように濃度ヒストグラム
が互いに異なる被検査画像と参照画像とにつき、それら
の濃度レンジRNGobj，RNGrefを同一の正規化レンジRNGn
ormへと変換することにより（この線形変換は「正規
化」と呼ばれる）、図７５（ｂ）に示すように両画像の
画質条件が互いにほぼ等しいものとなる。
【００３２】また、上記比較法によるパターン検査を多
値画像を用いて行う場合、画像取得時のサンプリング位
置の誤差（以下「画像サンプリング誤差」という）に起
因して誤検出が生じることがある。すなわち、参照画像
と被検査画像とにつき比較すべき画素値の相違が検出さ
れても、その相違が画像サンプリング誤差の影響による
ものか微小な欠陥によるものかを区別できず、実際には
欠陥ではない部分を欠陥として検出することがあった。
【００３３】この問題を解決する方法として、特開２０
００−６５５４５号公報において開示されたパターン検
査方法がある。このパターン検査方法は、特公平６−２
１７６９号公報において提案された２値画像用の欠陥検
出方法を多値画像に適用できるように拡張したものであ
って、参照画像と被検査画像についての対応画素の値の
一致性判断における許容誤差範囲として、参照画像にお
ける各画素の値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定
するように構成されている。このような構成によれば、
被検査画像における画素は、その値が参照画像における
対応画素の画素値範囲内であれば参照画像の対応画素と
一致すると判定され、その一致する部分には欠陥が無い
と見なされる。これにより、画像におけるエッジ部分に
代表される画素値変化の大きい部分で発生するサンプリ
ング誤差による過剰検出（欠陥でない部分を欠陥部分と
する誤検出）を防止しつつ、微小な欠陥を検出すること
ができる。
【００３４】また、上記パターン検査装置においては、
参照画像と被検査画像とのパターンマッチングにより位
置合わせを行った上でこれらの画像の差の絶対値を測定
し、この差の絶対値がある閾値を越えた場合に、これを
欠陥として検出するようにしている。
【００３５】しかしながら、参照画像と被検査画像とを
その全ての位置で位置合わせすることは困難である。特
に、参照画像または被検査画像に局所的な歪みが存在す
る場合等においては、参照画像と被検査画像とをその全
ての位置で位置合わせすることが不可能となる。
【００３６】このため、本出願人は、参照画像と被検査
画像とをいくつかの検査ブロックに分割し、分割後の参
照画像を被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量
だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上
で、各揺すらせ位置において参照画像と被検査画像との
差の絶対値を測定し、各揺すらせ位置毎のこの差の絶対
値の差違が一定の閾値以上となったときにのみ、その検
査ブロック内に欠陥が存在すると判断することにより、
上述した問題を解消しうるパターン欠陥検査装置を提案
している（特開昭６２−１４０００９号、特開２０００
−０２８３３３号）。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】被検査基板であるウエ
ーハには次の様な課題がある。ウェーハにビアが形成さ
れている場合には、対物レンズとウェーハとの間に大き
な減速電界を印加し、且つ、一次電子線をある一定値以
上流すと、ビアと対物レンズの間で放電が生じ、ウェー
ハに形成されたデバイスパターンを破損してしまう恐れ
がある。このような放電を起こしやすいウェーハと起こ
しにくいウェーハとがあり、それぞれのウェーハにおけ
る放電が生じる条件（減速電界電圧値および一次電子線
量）は異なる問題点がある。
【００３８】また、半導体デバイスのゲート酸化膜は、
年々薄くなる傾向にあり、２００５年には１ｎｍ、２０
１５年には０．５ｎｍ程度になると考えられている。ま
た、被検査基板に形成されたパターンの最小線幅ｄも小
さくなり、それに比例して検査の画素サイズ（pixel si
ze）を小さくすることが必要である。他方、信号のＳ／
Ｎ比を一定量得るためには、ピクセル当りの２次電子の
検出量を一定量得ることが必要であり、そのため単位面
積当りの１次電子の量が大きくなる傾向にある。従っ
て、ゲート酸化膜は、薄くなることにより損傷（破壊を
含む）され易くなり、またドーズは増加するのでゲート
酸化膜の両側に発生する電圧が増加し、それによりゲー
ト酸化膜は、更に損傷され易くなる傾向にある。従っ
て、被検査基板の薄いゲート酸化膜等を損傷させない電
子線装置を提供することが希求されている。
【００３９】さらに、従来の半導体ウエハの検査装置に
おいては、Ｓ／Ｎ比を大きくする必要があることからド
ーズを大きくする必要があるが、ドーズを大きくして照
射する一次電子線の量を大きくすると、ウエハ上のトラ
ンジスタのスレショルド電圧が上昇してしまい、結局、
ウエハの検査時に、半導体デバイスの特性を損ねてしま
う場合がある。
【００４０】さらに、検査装置のハードウエアでの課題
としては、静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたス
テージ（図２６[A]、[B]、図２９）では、差動排気機構
を設けたため、大気中で使用される静圧軸受け式ステー
ジに比べて構造が複雑で大型になり、ステージとしての
信頼性が低く、高コストになるという問題があった。
【００４１】また、欠陥検査等のソフトウエアでの課題
としては、次に示す課題がある。
【００４２】図６６は、セル比較検査を利用して欠陥を
検出する動作を示す説明図である。
【００４３】セル比較検査を行う際には、繰り返しパタ
ーンＡと繰り返しパターンＢとを比較するとともに、繰
り返しパターンＢと繰り返しパターンＣとを比較する。
そして、繰り返しパターンＡと繰り返しパターンＢとの
比較結果１１０１と、繰り返しパターンＢと繰り返しパ
ターンＣとの比較結果１１０２とのＡＮＤをとることに
より、繰り返しパターンＢに固有の欠陥１１００を検出
する。
【００４４】このセル比較検査によれば、繰り返しパタ
ーン内に形成された微細な欠陥に対しては精度の高い検
査結果を得ることができるが、繰り返しパターンの２周
期以上に亘る欠陥を検出することができないという問題
がある。
【００４５】例えば、比較的大きなパーティクルが繰り
返しパターン上に存在した場合等において、図６７に示
すように、繰り返しパターンＢおよび繰り返しパターン
Ｃの両方が欠陥となった場合においては、繰り返しパタ
ーンＡと繰り返しパターンＢとの比較結果１１０３と、
繰り返しパターンＢと繰り返しパターンＣとの比較結果
１１０４とのＡＮＤををとっても、繰り返しパターンＢ
には欠陥は存在しないと認識されることになる。
【００４６】このため、セル比較検査では、図６７に示
すような繰り返しパターンの２周期以上に亘るような比
較的大きな欠陥が検出できないことになる。
【００４７】このような問題は、上述した特許第２９７
６５５０号に記載されたパターン欠陥検査方法において
も同様に生ずる現象である。すなわち、上述した特許第
２９７６５５０号に記載されたパターン欠陥検査方法に
おいては、このような繰り返しパターンの２周期以上に
亘るような比較的大きな欠陥がセル比較可能部分とセル
比較不可能部分とを設定する際に存在した場合には、こ
の大きな欠陥部分をセル比較可能部分と認識することに
なり、また、このような繰り返しパターンの２周期以上
に亘るような比較的大きな欠陥がセル比較検査時に存在
した場合においては、欠陥が存在しないものと認識する
ことになる。
【００４８】この発明の目的の一つは上記課題を解決す
るため、繰り返しパターン領域に発生した比較的大きな
欠陥を正確に検出することができるパターン検査装置お
よびパターン検査方法を提供することである。
【００４９】また多値画像を使用した比較法に基づくパ
ターン検査において、比較すべき被検査画像と参照画像
との画質条件を上記線形変換により等しくすること（以
下「整合化」という）が困難な場合がある。例えば、次
のような場合である。 （１）被検査物における欠陥部の画素値が良品画像の濃
度レンジ外である場合 （２）プリント基板等における“べたパターン”に代表
される画素濃度の均一なパターンが存在する場合 まず、上記（１）の場合の例を図７６を参照して説明す
る。この場合、図７６（ａ）に示すように参照画像の濃
度レンジは［ＸＲａ，ＸＲｂ］であり、この濃度レンジ
［ＸＲａ，ＸＲｂ］が、画像比較の前処理としての上記
線形変換により、予め決められた正規化レンジ［Ｙａ，
Ｙｂ］に変換される。一方、被検査画像の濃度レンジ
は、欠陥が存在しない良品の場合には［ＸＯａ，ＸＯ
ｃ］であるが、図７６の例では上記（１）の場合に該当
する欠陥が存在するので、［ＸＯａ，ＸＯｂ］が被検査
画像の濃度レンジとなる（例えば異物欠陥が存在すると
き、このような濃度レンジとなる）。この濃度レンジ
［ＸＯａ，ＸＯｂ］も、同様に、画像比較の前に、上記
の正規化レンジ［Ｙａ，Ｙｂ］に変換される。しかし、
ＸＯｂ＞ＸＯｃであることから、図７６（ｂ）に示すよ
うに、このような正規化（線形変換）によっては、被検
査画像と参照画像とを適切に整合化することができな
い。したがって、このような正規化を施しても、両画像
を正確に比較することができない。
【００５０】次に、上記（２）の場合の例を図７７を参
照して説明する。比較すべき画像の画質が局所的に変動
する場合、画像を複数の領域に分割し、領域毎に上記正
規化を行うという方法がある。この方法を採用した場合
には、画像の或る領域に存在するパターンが“べたパタ
ーン”のみの場合がある。この場合、その領域について
の濃度ヒストグラムは図７７（ａ）に示すようになり、
その領域の濃度レンジは［Ｘａ，Ｘｂ］であって狭いも
のとなる。画像比較の前処理として、この濃度レンジ
［Ｘａ，Ｘｂ］は、図７７（ｂ）に示すように、予め決
められた正規化レンジ［Ｙａ，Ｙｂ］に変換される。こ
こで、正規化レンジ［Ｙａ，Ｙｂ］は、通常、“べたパ
ターン”のみが存在する領域の濃度レンジ［Ｘａ，Ｘ
ｂ］に比べて相当に広いものとなる。このため、その領
域については、画像のダイナミックレンジが広くなり、
ノイズ領域が拡大される。すなわち、正規化前の画像
は、ノイズが少なく欠陥の比較的検出しやすい画像であ
るにも拘わらず、正規化を行うことにより、欠陥部と非
欠陥部（ノイズ領域）との分離が困難になり、欠陥の検
出能力が低下する。
【００５１】本発明の目的の一つは、上記問題を解決す
べく、多値画像である被検査画像と参照画像とを比較す
るための前処理として両画像の画質条件を確実に等しく
することにより両画像の正確な比較を可能とする、比較
法に基づくパターン検査装置および方法を提供すること
である。
【００５２】また特開２０００−６５５４５号公報で開
示された上記パターン検査方法（以下「従来法」とい
う）では、図８３（ａ）に示すように参照画像に微小パ
ターン３２０１が含まれている場合、その微小パターン
３２０１を構成する画素に対して設定される画素値範囲
（許容誤差範囲）が広くなる。すなわち、この場合、参
照画像における微小パターン３２０１を通るＸ方向のプ
ロファイルは図８３（ｂ）に示すようになり、微小パタ
ーン３２０１の中心の画素（以下、単に「中心画素」と
いう）に対して設定される画素値範囲は、中心画素を含
むその隣接画素群の値のうちの最大値Ｖａと最小値Ｖｂ
とに基づき決定されるので、広いものとなる。ところで
図８３（ａ）の例では、参照画素における中心画素の値
はＶａであり、被検査画像においてその中心画素に対応
する画素の値は“０”であるので、この中心画素の位置
での対応画素間の値の差（以下「画素差分」という）は
Ｖａである。これに対し、上記従来法では、中心画素を
含むその隣接画素群の値のうちの最小値Ｖｂ〜最大値Ｖ
ａまでを中心画素の画素値範囲とすると、この範囲Ｖｂ
〜Ｖａ内の画素値はその中心画素の画素値と一致すると
判定されるので、この中心画素の位置での画素差分はＶ
ｂとみなされる（図８３（ｃ）参照）。したがって、図
８３（ａ）に示すように被検査物において微小パターン
３２０１の位置にパターン欠損等が存在すると、図８３
（ｃ）に示すように上記従来法による比較結果である差
分値が実際の差分値よりも小さくなる。これは、従来法
では画素値範囲の設定によって微小パターンの欠損に対
する検出感度が低下することを意味する。
【００５３】また、繰り返しパターンの検査において
は、図８４に示すように参照画像を入れ替えながら検査
する方式が一般的であり、この方式の下で上記従来法に
よりパターン検査を実施した場合、欠陥の見逃しが発生
しやすくなる。以下、この点につき図８４および図８５
を参照して説明する。
【００５４】図８４に示した例では、まず、繰り返しパ
ターンＡを参照画像のパターンとし、繰り返しパターン
Ｂを被検査画像のパターンとして、これらの繰り返しパ
ターンＡとＢとの比較による第１の検査を行う。次に、
繰り返しパターンＢを参照画像のパターンとし、繰り返
しパターンＣを被検査画像のパターンとして、これらの
繰り返しパターンＢとＣとの比較による第２の検査を行
う。第１および第２の検査では、参照画像のパターンと
被検査画像のパターンとの比較、その比較に基づく差分
マップの作成、その差分マップを所定の閾値Ｔｈで２値
化することによる欠陥候補の決定が順に行われる。その
後、第１および第２の検査で得られる欠陥候補を示す２
値データの間での論理積に相当するデータを求めること
により、パターンＢにおける欠陥個所が特定される。い
ま、このような繰り返しパターンの検査において、図８
５に示すように、パターンＢに微小な欠陥３３０１が存
在するものとすると、上記従来法では参照画像の各画素
に対して画素値範囲が設定されることから、第１の検査
と第２の検査との間で、微小な欠陥３３０１に相当する
画素についての画素差分の値が異なる。その結果、両検
査で得られる差分マップを同一の閾値Ｔｈで２値化して
欠陥候補を求めると、第２の検査では、画素差分の値が
小さくなるため欠陥の検出感度が低下し、欠陥を見逃し
やすくなる。
【００５５】なお、差分マップから欠陥候補を求めるた
めの閾値Ｔｈを第１の検査と第２の検査とで適切に変え
ることで上記問題を回避することも考えられるが、どの
位置に欠陥が存在するかは未知であるため、欠陥の見逃
しが生じないように適切に閾値Ｔｈを変更することは困
難である。
【００５６】本発明の目的の一つは、多値画像を用いた
比較法によるパターン検査であって、画像サンプリング
誤差に起因する誤検出を回避しつつ欠陥を確実に検出す
ることができるパターン検査を行うための装置および方
法を提供することである。
【００５７】さらに、特開昭６２−１４０００９号や特
開２０００−０２８３３３号に記載されたパターン欠陥
検査装置は、参照画像と被検査画像とをその全ての位置
で位置合わせすることなく欠陥を検出できる点で優れた
ものではあるが、検査ブロック単位でしか欠陥を検出で
きないことから、欠陥画素の特定が困難になるという問
題がある。
【００５８】また、特開昭６２−１４０００９号や特開
２０００−０２８３３３号に記載されたパターン欠陥検
査装置においては、参照画像側に微細な欠陥が存在した
場合や、検査すべきパターンが微細な場合においては、
検査ブロックの境界部分において、参照画像側の微細な
欠陥や被検査画像の微細な欠陥を見逃しやすいという問
題がある。
【００５９】本発明は、このような従来例の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、電子線を用いた
検査装置において、一次電子線の照射量を少なくして
も、二次電子の検出信号のＳ／Ｎ比を所望の大きさに
し、スループット良く且つ高精度で基板の欠陥の検出を
可能にすることである。
【００６０】この発明のさらなる目的は、上記課題を解
決するため、微細な欠陥をも、その位置を特定した上で
正確に検出することができるパターン欠陥検査方法およ
びパターン欠陥検査装置を提供することである。
【００６１】本発明は、上記問題を解決した、電子ビー
ムを用いた検査装置を用いた半導体デバイス製造方法を
提供することを目的とする。
【００６２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板を少なくとも１つの自由度で連続的に移送可能
に保持するステージを有し、前記ステージには、静圧軸
受けによる非接触支持機構と差動排気による真空シール
機構とを設けて、前記基板上の電子ビームが照射される
箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部との間にコン
ダクタンスが小さくなる仕切りを設けた構造を有し、上
記基板に電子線を照射し２次電子画像を取り込んで、前
記基板上に形成された多数のチップにおける繰り返しパ
ターンを検査するパターン検査装置であって、同一チッ
プ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チップ内にお
ける繰り返しパターンを相互に比較するセル比較と、複
数のチップ間で対応するパターン同士を比較するチップ
比較とを実行することによりパターンの欠陥を検出す
る。
【００６３】請求項２に記載の発明は、基板を少なくと
も１つの自由度で連続的に移送可能に保持するステージ
を有し、前記ステージには、静圧軸受けによる非接触支
持機構と差動排気による真空シール機構とを設けて、前
記基板上の電子ビームが照射される箇所と、前記ステー
ジの静圧軸受け支持部との間にコンダクタンスが小さく
なる仕切りを設けた構造を有し、前記基板に電子線を照
射し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画像
とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパタ
ーン検査装置であって、前記被検査画像の全部または一
部の領域と当該領域に位置的に対応する前記参照画像の
領域とに着目し、前記被検査画像と前記参照画像とを互
いに比較するために、前記被検査画像と前記参照画像の
少なくとも一方に対して濃度変換を施すことにより、前
記被検査画像と前記参照画像とを整合化させる濃度変換
手段とを備える。
【００６４】請求項３に記載の発明は、基板を少なくと
も１つの自由度で連続的に移送可能に保持するステージ
を有し、前記ステージには、静圧軸受けによる非接触支
持機構と差動排気による真空シール機構とを設けて、前
記基板上の電子ビームが照射される箇所と、前記ステー
ジの静圧軸受け支持部との間にコンダクタンスが小さく
なる仕切りを設けた構造を有し、前記基板に電子線を照
射し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画像
とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパタ
ーン検査装置であって、前記被検査画像における各画素
と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに
順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における
画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、お
よび、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の
空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する周
辺分布特徴値算出手段を備え、前記第１および第２の周
辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前
記参照画像の着目画素のうち、どちらか一方の着目画素
を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をター
ゲット画素として選択し、前記ターゲット画素と前記許
容画素とを比較する。
【００６５】請求項４に記載の発明は、基板を少なくと
も１つの自由度で連続的に移送可能に保持するステージ
を有し、前記ステージには、静圧軸受けによる非接触支
持機構と差動排気による真空シール機構とを設けて、前
記基板上の電子ビームが照射される箇所と、前記ステー
ジの静圧軸受け支持部との間にコンダクタンスが小さく
なる仕切りを設けた構造を有し、前記基板に電子線を照
射し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画像
とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパタ
ーン検査装置であって、前記参照画像を前記被検査画像
に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にず
らせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路と、前記各
揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像と
の差の絶対値を測定することにより得られる各揺すらせ
位置における差の絶対値画像から最大値画像を得る最大
値取得回路と、各揺すらせ位置における最大値画像に対
し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠
陥画像を得る最小値検出回路と、を備える。
【００６６】請求項５に記載の発明は、基板と対物レン
ズとの間における放電または放電の前駆現象を検出して
信号を発生する検出器を備え、１次電子線を集束させ基
板上で走査し、前記基板からの２次電子線を検出し前記
基板の２次電子画像を取り込んで、前記基板上に形成さ
れた多数のチップにおける繰り返しパターンを検査する
パターン検査装置であって、同一チップ内の繰り返しパ
ターン領域に対し、同一チップ内における繰り返しパタ
ーンを相互に比較するセル比較と、複数のチップ間で対
応するパターン同士を比較するチップ比較とを実行する
ことによりパターンの欠陥を検出する。
【００６７】請求項６に記載の発明は、基板と対物レン
ズとの間における放電または放電の前駆現象を検出して
信号を発生する検出器を備え、１次電子線を集束させ基
板上で走査し、前記基板からの２次電子線を検出し前記
基板の２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画
像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパ
ターン検査装置であって、前記被検査画像の全部または
一部の領域と当該領域に位置的に対応する前記参照画像
の領域とに着目し、前記被検査画像と前記参照画像とを
互いに比較するために、前記被検査画像と前記参照画像
の少なくとも一方に対して濃度変換を施すことにより、
前記被検査画像と前記参照画像とを整合化させる濃度変
換手段とを備える。
【００６８】請求項７に記載の発明は、基板と対物レン
ズとの間における放電または放電の前駆現象を検出して
信号を発生する検出器を備え、１次電子線を集束させ基
板上で走査し、前記基板からの２次電子線を検出し前記
基板の２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画
像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパ
ターン検査装置であって、前記被検査画像における各画
素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素と
に順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍におけ
る画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、
および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値
の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する
周辺分布特徴値算出手段を備え、前記第１および第２の
周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と
前記参照画像の着目画素のうち、どちらか一方の着目画
素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をタ
ーゲット画素として選択し、前記ターゲット画素と前記
許容画素とを比較する。
【００６９】請求項８に記載の発明は、基板と対物レン
ズとの間における放電または放電の前駆現象を検出して
信号を発生する検出器を備え、１次電子線を集束させ基
板上で走査し、前記基板からの２次電子線を検出し前記
基板の２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査画
像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパ
ターン検査装置であって、前記参照画像を前記被検査画
像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向に
ずらせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路と、前記
各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像
との差の絶対値を測定することにより得られる各揺すら
せ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得る最
大値取得回路と、各揺すらせ位置における最大値画像に
対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより
欠陥画像を得る最小値検出回路と、を備える。
【００７０】請求項９に記載の発明は、最小線幅ｄのパ
ターンを有する基板に、１次電子線のビーム径をＤとす
るとき、０．５５≦Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子線
を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し前記基板か
ら放出される２次電子を検出し２次電子画像を取り込ん
で、前記基板上に形成された多数のチップにおける繰り
返しパターンを検査するパターン検査装置であって、同
一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チップ
内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比較
と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較する
チップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を検
出する。
【００７１】請求項１０に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線のビーム径をＤと
するとき、０．５５≦Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子
線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し前記基板
から放出される２次電子を検出し２次電子画像を取り込
んで、参照画像と被検査画像とを比較することによりパ
ターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、前
記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位置
的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被検
査画像と前記参照画像とを互いに比較するために前記被
検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して濃度
変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照画像
とを整合化させる濃度変換手段とを備える。
【００７２】請求項１１に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線のビーム径をＤと
するとき、０．５５≦Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子
線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し前記基板
から放出される２次電子を検出し２次電子画像を取り込
んで、参照画像と被検査画像とを比較することによりパ
ターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、前
記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応
する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画
像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示
す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目
画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の
周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を備
え、前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前
記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のう
ち、どちらか一方の着目画素を許容画素として選択する
と共に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、
前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較する。
【００７３】請求項１２に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線のビーム径をＤと
するとき、０．５５≦Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子
線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し前記基板
から放出される２次電子を検出し２次電子画像を取り込
んで、参照画像と被検査画像とを比較することによりパ
ターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、前
記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定の
ずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置
する揺すらせ回路と、前記各揺すらせ位置において前記
参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定するこ
とにより得られる各揺すらせ位置における差の絶対値画
像から最大値画像を得る最大値取得回路と、各揺すらせ
位置における最大値画像に対し、同一位置の画素値の最
小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出回
路と、を備える。
【００７４】請求項１３に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線が最小線幅ｄの２
倍のピッチの周期パターンを観察した時の信号の変調伝
達関数ＭＴＦが０．４２≦ＭＴＦ≦０．８になるように
ビーム径Ｄを選択した１次電子線を照射し且つ予め決め
られた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電子
を検出し２次電子画像を取り込んで、前記基板上に形成
された多数のチップにおける繰り返しパターンを検査す
るパターン検査装置であって、同一チップ内の繰り返し
パターン領域に対し、同一チップ内における繰り返しパ
ターンを相互に比較するセル比較と、複数のチップ間で
対応するパターン同士を比較するチップ比較とを実行す
ることによりパターンの欠陥を検出する。
【００７５】請求項１４に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線が最小線幅ｄの２
倍のピッチの周期パターンを観察した時の信号の変調伝
達関数ＭＴＦが０．４２≦ＭＴＦ≦０．８になるように
ビーム径Ｄを選択した１次電子線を照射し且つ予め決め
られた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電子
を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査
画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出する
パターン検査装置であって、前記被検査画像の全部また
は一部の領域と当該領域に位置的に対応する前記参照画
像の領域とに着目し、前記被検査画像と前記参照画像と
を互いに比較するために前記被検査画像と前記参照画像
の少なくとも一方に対して濃度変換を施すことにより、
前記被検査画像と前記参照画像とを整合化させる濃度変
換手段とを備える。
【００７６】請求項１５に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線が最小線幅ｄの２
倍のピッチの周期パターンを観察した時の信号の変調伝
達関数ＭＴＦが０．４２≦ＭＴＦ≦０．８になるように
ビーム径Ｄを選択した１次電子線を照射し且つ予め決め
られた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電子
を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査
画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出する
パターン検査装置であって、前記被検査画像における各
画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素
とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍にお
ける画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴
値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画
素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出
する周辺分布特徴値算出手段を備え、 前記第１および
第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目
画素と前記参照画像の着目画素のうち、どちらか一方の
着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画
素をターゲット画素として選択し、前記ターゲット画素
と前記許容画素とを比較する。
【００７７】請求項１６に記載の発明は、最小線幅ｄの
パターンを有する基板に、１次電子線が最小線幅ｄの２
倍のピッチの周期パターンを観察した時の信号の変調伝
達関数ＭＴＦが０．４２≦ＭＴＦ≦０．８になるように
ビーム径Ｄを選択した１次電子線を照射し且つ予め決め
られた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電子
を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検査
画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出する
パターン検査装置であって、前記参照画像を前記被検査
画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向
にずらせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路と、前
記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画
像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺す
らせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得る
最大値取得回路と、各揺すらせ位置における最大値画像
に対し、同一位置の画素値の最小値を検出することによ
り欠陥画像を得る最小値検出回路と、を備える。
【００７８】請求項１７に記載の発明は、空間電荷制限
領域で動作するよう設定されている電子銃から放出され
る電子線をレンズ系で細く絞って基板面上に照射し、基
板から放出される二次電子を検出し２次電子画像を取り
込んで、基板上に形成された多数のチップにおける繰り
返しパターンを検査するパターン検査装置であって、同
一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チップ
内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比較
と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較する
チップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を検
出する。
【００７９】請求項１８に記載の発明は、空間電荷制限
領域で動作するよう設定されている電子銃から放出され
る電子線をレンズ系で細く絞って基板面上に照射し、基
板から放出される二次電子を検出し、２次電子画像を取
り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
て、前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域
に位置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前
記被検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために
前記被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対し
て濃度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参
照画像とを整合化させる濃度変換手段とを備える。
【００８０】請求項１９に記載の発明は、空間電荷制限
領域で動作するよう設定されている電子銃から放出され
る電子線をレンズ系で細く絞って基板面上に照射し、基
板から放出される二次電子を検出し、２次電子画像を取
り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
て、前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的
に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被
検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化
量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像
の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す
第２の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手
段を備え、前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づ
き、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画
素のうち、どちらか一方の着目画素を許容画素として選
択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選
択し、前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較す
る。
【００８１】請求項２０に記載の発明は、空間電荷制限
領域で動作するよう設定されている電子銃から放出され
る電子線をレンズ系で細く絞って基板面上に照射し、基
板から放出される二次電子を検出し、２次電子画像を取
り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
て、前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に
一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置
に配置する揺すらせ回路と、前記各揺すらせ位置におい
て前記参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定
することにより得られる各揺すらせ位置における差の絶
対値画像から最大値画像を得る最大値取得回路と、各揺
すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の画素
値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値
検出回路と、を備える。
【００８２】請求項２１に記載の発明は、半導体を製造
するプロセスにおいて、プロセスの途中あるいは終了後
に、請求項１乃至２０のいずれかに記載のパターン検査
装置を用いたウエハの検査工程を含む。
【００８３】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態；写像投影型
の欠陥検査システム）図１には、本発明の第１の実施の
形態に係る、写像投影型の電子線装置１−１を用いた欠
陥検査システムの概略の全体構成が示されている。同図
に示すように、電子線装置１−１は、１次コラム２１−
１、２次コラム２２−１及び検査チャンバー２３−１を
有する。尚、本願の検査とは、検査の結果を評価する評
価装置を含む。
【００８４】１次コラム２１−１の内部には、カソード
８−１及びアノード９−１から構成された電子銃１１−
１が設けられており、電子銃１１−１から照射される電
子ビーム１２−１（１次ビーム）の光軸上に１次光学系
１０−１が配置される。また、検査チャンバー２３−１
の内部には、ステージ２６が設置され、該ステージ２６
上には、試料として基板Ｓ（例えばウェーハ等）が載置
される。
【００８５】１次光学系１０−１は、非回転対称の四重
極又は八極の静電（又は電磁）レンズ２５−１を使用す
る。これは、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、３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、又は、楕円形状に整形することができる。具体的
には、静電レンズを用いた場合、４本の円柱ロッドを使
用する。対向する電極同士を等電位にし、互いに逆の電
圧特性を与える。なお、４重極レンズとして円柱形では
なく、静電偏向器で、通常使用される円形板を４分割し
た形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型
化を図ることができる。
【００８６】電子銃１１−１として熱電子線源を使用す
ることができる。電子放出（エミッタ）材料は、ＬａＢ
6である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数
の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能
である。先端を円錐形状にしたもの又は円錐の先端を切
り落とした円錐台形状のものを使用している。円錐台先
端の直系は１００μｍ程度である。他の方式としては、
電界放出型の電子線源或いは熱電界放出型のものが使用
されているが、本発明の場合のように比較的広い領域
（例えば、１００×２５〜４００×１００μｍ2）を大
きな電流（１μＡ程度）で照射する場合はＬａＢ6を用
いた熱電子源が最適である。（ＳＥＭ方式では、一般に
熱電界放出電子線源が使用されている）。尚、熱電子線
源は、電子放出材料を加熱することにより電子を放出す
る方式であり、熱電界放出電子線源とは、電子放出材料
に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子
線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた
方式である。
【００８７】一方、２次コラム２２−１の内部には、基
板Ｓに対して略垂直方向（基板Ｓから発生する２次電子
線（２次ビーム）の略進行方向）に、その光軸が合致さ
れた２次光学系２０−１及び検出器３５−１が配置され
る。２次光学系２０−１は、カソードレンズ２８−１、
ニューメニカルアパーチャ２９−１、第２レンズ３１−
１、Ｅ×Ｂ分離ユニット（ウィーンフィルター）３０−
１、第３レンズ３３−１、フィールドアパーチャ３２−
１、第４レンズ３４−１、偏向器３５’−１が配置され
る。なお、ニューメニカルアパーチャ２９−１は、開口
絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ
等）の薄板である。そして、開口部が１次ビームの集束
位置及びカソードレンズ２８−１の焦点位置になるよう
に配置されている。従って、カソードレンズ２８−１と
ニューメニカルアパーチャ２９−１とは、２次電子線に
対してテレセントリックな電子光学系を構成している。
【００８８】また、検出器３５−１は、主要には、マイ
クロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４−１と、電子を
光に変換する蛍光スクリーン１５−１と、真空系と外部
とを中継する真空透過窓１６−１と、光学像を伝達させ
るためのファイバーオプティカルプレート（ＦＯＰ）１
７−１と、光学像を検出する多数の素子からなるＴＤＩ
−ＣＣＤ１８−１と、を含む。ＭＣＰ１４−１の原理と
しては、直径６〜２５μｍ、長さ０．２４から１．０ｍ
ｍという非常に細いガラスキャピラリを数百万本束ね、
薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うこと
で、一本一本のキャピラリが、独立した２次電子増幅器
として働き、全体として２次電子増幅器を形成する。Ｔ
ＤＩ−ＣＣＤ１８−１は、メモリ３４−１を介してコン
トロールユニット３６−１に接続される。
【００８９】図１の欠陥検査システム全体を制御するた
めの制御系は、主に、マン−マシンインターフェースを
備えるコントロールユニット３６−１、並びに、コント
ロールユニット３６−１に入力された情報に基づいて、
電子線装置１−１により得られた２次電子画像から欠陥
検査を行うと共に、各構成要素を制御する制御ユニット
を制御指令するＣＰＵ３７−１から構成される。
【００９０】コントロールユニット３６−１には、マン
−マシンインターフェースとして、図示しない操作盤が
備えられており、オペレータは、該操作盤を介して欠陥
検査システムに種々の指示／命令を与えることができる
（例えば、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自
動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のと
きの必要な全てのコマンドの入力等）。また、コントロ
ールユニット３６−１には、液晶又はＣＲＴ等のディス
プレイ２４−１が接続され、各種指令の確認画像、ＣＰ
Ｕ３７−１からの情報の表示、及び、メモリ３４−１内
に記憶された２次電子画像を適宜表示することができ
る。
【００９１】ＣＰＵ３７−１は、電子光学系へのフィー
ドバッグ信号等の授受、及び、ステージからの信号の授
受を、夫々、１次及び２次コラム制御ユニット３８−
１、３９−１、及び、ステージ駆動機構４０−１の図示
しないステージコントローラを介して行われる。
【００９２】１次及び２次コラム制御ユニット３８−
１、３９−１は、主に電子線光学系の制御（電子銃、レ
ンズ、アライナー、ウィーンフィルター用等の高精度電
源の制御等）を担う。具体的には、照射領域に、倍率が
変わったときにも常に一定の電子電流が照射されるよう
にすること、各倍率に対応した各レンズ系やアライナー
への自動電圧設定等の、各オペレーションモードに対応
した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の制御
（連動制御）が行われる。
【００９３】ステージコントローラは、主にステージの
移動に関する制御を行い精密なＸ方向及びＹ方向のμｍ
オーダーの移動（±０．５μｍ程度の誤差）を可能にし
ている。また、本ステージでは、誤差精度±０．３秒程
度以内で、回転方向の制御（θ制御）も行われる。
【００９４】その他のＣＰＵ３７−１の制御機能とし
て、搬送機構４１−１の図示しない搬送コントローラの
制御、工場のホストコンピュータとのコミュニケーショ
ン、真空排気系の制御、ウェーハ等の試料搬送、位置合
わせの制御、他の制御コントローラやステージコントロ
ーラへのコマンドの伝達や情報の受け取り等が挙げられ
る。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージ
の変動信号を電子光学系にフィードバッグさせて像の悪
化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のＺ
方向（二次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光
学系へフィードバッグし、自動的に焦点を補正する自動
焦点補正機能を備えている。
【００９５】１次コラム２１−１、２次コラム２２−
１、検査チャンバー２３−１は、真空排気系（図示せ
ず）と繋がっている。真空排気系は、真空ポンプ、真空
バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光
学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシー
ケンスに従い、真空排気を行う。各部においては必要な
真空度を達成するように真空バルブが制御される。常
時、真空度のモニターを行い、異常時には、インターロ
ック機能により隔離バルブによるチャンバー間又はチャ
ンバーと排気系間の遮断等の緊急制御を行い、各部にお
いて必要な真空度を確保する。真空ポンプとしては主排
気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてはルーツ式のド
ライポンプを使用する。検査場所（電子線照射部）の圧
力は、１０-3〜１０-5Ｐａ、好ましくは、その１桁下の
１０-4〜１０-6Ｐａが実用的である。
【００９６】（クリーナー）電子線装置１−１が作動す
ると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により
標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電
子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機
物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく
絶縁体は、電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼ
すので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければなら
ない。絶縁体の周期的な除去は、絶縁体の堆積する領域
の近傍の電極を利用して、真空中で水素、酸素や窒素、
或いは、フッ素及びそれらを含む化合物、ＨＦ、Ｏ2、
ＮＨ3、Ｈ2Ｏ、ＣMＦN等のプラズマを作り出し、空間内
のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位（数ｋ
Ｖ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ）に維持することで、有機物
質の酸化、水素化、フッ素化により除去する。
【００９７】（Ｅ×Ｂユニット）ここで、上記したＥ×
Ｂユニット３０−１（ウィーンフィルター）の詳細な構
造について、図２、及び、図２のＡ−Ａ線に装縦断面を
示した図３を用いて、更に詳細に説明する。
【００９８】Ｅ×Ｂユニット３０−１は、電極と磁極を
直交方向に配置し、電界と磁界とを直交させた電磁プリ
ズム光学系のユニットである。電磁界を選択的に与える
と、一方向からその場に入射する電子ビームは偏向さ
れ、その反対方向から入射する電子ビームは，電界から
受ける力と磁界から受ける力の影響が相殺される条件
（ウィーン条件）を作ることが可能で、これにより１次
電子ビームは偏向され、ウェーハ上に垂直に照射し、２
次電子ビームは検出器に向かって略直進することができ
る。
【００９９】図２に示すように、Ｅ×Ｂユニット３０−
１の場は、光軸に垂直な平面内において、電界と磁界と
を直交させた構造、即ち、Ｅ×Ｂ構造としている。
【０１００】ここで、電界は、凹面状の曲面を持つ電極
５０ａ−１及び５０ｂ−１により発生させる。電極５０
ａ−１及び５０ｂ−１が発生する電界は、夫々制御部５
３ａ−１及び５３ｂ−１により制御される。一方、電界
発生用の電極５０ａ−１及び５０ｂ−１と直交するよう
に、電磁コイル５１ａ−１及び５１ｂ−１を配置させる
ことにより、磁界を発生させている。尚、電界発生用の
電極５０ａ−１及び５０ｂ−１は、点対称である（同心
円でも構わない）。
【０１０１】この場合は、磁界の均一性を向上させるた
めに、平行平板形状を有するポールピースを持たせて、
磁路を形成している。Ａ−Ａ線に沿う縦断面における電
子ビームの挙動は、図３に示される。照射された電子ビ
ーム６１ａ−１及び６１ｂ−１は、電極５０ａ−１及び
５０ｂ−１が発生する電界と、電磁コイル５１ａ−１及
び５１ｂ−１が発生する磁界とによって偏向された後、
試料面上に対して垂直方向に入射する。
【０１０２】ここで、照射電子ビーム６１ａ−１及び６
１ｂ−１の電子ビーム偏向部への入射位置及び角度は、
電子のエネルギーが決定されると一義的に決定される。
更に、２次電子６２ａ−１及び６２ｂ−１が直進するよ
うに、電界及び磁界の条件、即ち、ｖＢ＝Ｅ（即ち、ｅ
ｖＢ＝ｅＥ；ｅは電荷（Ｃ））となるように、電極５０
ａ−１及び５０ｂ−１が発生する電界と、電磁コイル５
１ａ−１及び５１ｂ−１が発生する磁界とを、各々の制
御部５３ａ−１及び５３ｂ−１、５４ａ−１及び５４ｂ
−１が制御することにより、２次電子は電子ビーム偏向
部２７を直進して検出系に入射する。ここで、Ｖは電子
３２の速度（ｍ／ｓ）、Ｂは磁場（Ｔ）、Ｅは電界（Ｖ
／ｍ）である。
【０１０３】次に、本実施の形態に係る電子線装置１−
１の動作について図１を用いて説明する。
【０１０４】本電子線装置１−１は、試料の観察領域を
１次電子線で一括して照射し（走査は行わず、一定の面
積を照射する）、照射された領域からの２次電子をレン
ズ系により、一括して検出器（マイクロチャンネルプレ
ート＋蛍光板）上に電子線の画像として結像させるもの
である。
【０１０５】（１次ビーム）電子銃１１−１からの１次
ビーム（一例として、電子銃のチップとしては、矩形陰
極で大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる）
は、１次光学系１０−１によりレンズ作用（整形及び結
像）を受けながら、ウィーンフィルター３０−１に入射
し、該ウィーンフィルター３０−１の偏向作用により軌
道が曲げられる。ウィーンフィルター３０−１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。１次ビームに対しては、磁界による力ＦＢと電界
による力ＦＥとが同方向に働き、ビーム軌道は曲げられ
る。一方、２次ビームに対しては、力ＦＢと力ＦＥとが
逆方向に働くため、互いに相殺されるので、２次ビーム
はそのまま直進する。
【０１０６】１次光学系１０−１のレンズ電圧は、１次
ビームがニューメニカルアパーチャ２９−１の開口部で
結像するように予め設定されている。このニューメニカ
ルアパーチャ２９−１は、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Ｓのチャ
ージアップや汚染を防いでいる。更に、ニューメニカル
アパーチャ２９−１とカソードレンズ２８−１とは二次
ビームに対してテレセントリックな電子光学系を構成し
ているが一次ビームに対してはそうではなく、カソード
レンズ２８−１を透過した１次ビームは僅かに発散する
ビームになり、試料Ｓに均一且つ一様に照射する。この
一様な照射は、光学顕微鏡でいうケーラー証明である。
【０１０７】（２次ビーム）１次ビームが試料に照射さ
れると、試料のビーム照射面からは、２次ビームとし
て、２次電子、反射電子又は後方散乱電子が発生する。
２次ビームは、カソードレンズ２８−１によるレンズ作
用を受けながら、レンズを透過する。
【０１０８】ところで、カソードレンズ２８−１は、３
枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料Ｓ側
の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に指向性
が小さい２次電子）を引き込み、効率良くレンズ内に導
くように設計されている。
【０１０９】また、レンズ作用は、カソードレンズ２８
−１の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なわれる。従って、視野
中心外（軸外）から出た電子ビームの平行ビームは、こ
のニューメニカルアパーチャ２９−１の中心位置を、け
られが生じることなく通過する。
【０１１０】なお、ニューメニカルアパーチャ２９−１
は、２次ビームに対しては、第２レンズ３１−１〜第４
レンズ３４−１のレンズ収差を抑える役割を果たしてい
る。ニューメニカルアパーチャ２９−１を通過した２次
ビームは、ウィーンフィルター３０−１の偏向作用を受
けずに、そのまま直進して通過する。なお、２次ビーム
には、２次電子、反射電子、或いは、後方散乱電子があ
るが、これらの電子のうち、この場合は、２次電子を選
択して説明している。
【０１１１】２次ビームを、カソードレンズ２８−１の
みで結像させると、倍率色収差と歪収差が大きくなる。
そこで、第２レンズ３１−１と合わせて、１回の結像を
行なわせる。２次ビームは、カソードレンズ２８−１及
び第２レンズ３１−１により、ウィーンフィルター３０
−１上で中間結像を得る。この場合、通常、２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３レンズ３３−
１、第４レンズ３４−１を加えた構成とする。２次ビー
ムは、第３レンズ３３−１、第４レンズ３４−１の各々
により拡大結像し、ここでは合計２回結像する。なお、
第３レンズ３３−１と第４レンズ３４−１とを合わせて
１回（合計１回）結像させてもよい。
【０１１２】また、第２レンズ３１−１〜第４レンズ３
４−１は、全てユニポテンシャルレンズ又はアインツェ
ルレンズと呼ばれる回転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な
わせて制御する。また、中間の結像点には、フィールド
アパーチャ３２−１が配置されている。フィールドアパ
ーチャ３２−１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が、電子ビームの場合、余
計なビームが、後段の第４レンズ３４−１に入射するの
を遮断して、検出器３５−１のチャージアップや汚染を
防いでいる。なお、拡大倍率は、第３レンズ３３−１及
び第４レンズ３４−１のレンズ条件（焦点距離）を変え
ることで設定される。
【０１１３】２次ビームは、２次光学系により拡大投影
され、先ずマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４
−１で増倍された後、蛍光スクリーン１５−１に当たり
光の像に変換される。光に変換された画像は、真空透過
窓１６−１を介して大気中に置かれたファイバーオプテ
ィカルプレート（ＦＯＰ）１７−１を介してＴＤＩ−Ｃ
ＣＤ１８−１上に１対１で投影される。検出された画像
信号は、電気信号に変換され、メモリ３４−１に一時的
に記憶される。
【０１１４】コントロールユニット３６−１は、メモリ
３４−１から試料Ｓの画像信号を読み出し、ＣＰＵ３７
−１に伝達する。このとき、画像情報をディスプレイ２
４−１上に出力してもよい。ＣＰＵ３７−１は、画像信
号からテンプレートマッチングや、ダイ対ダイの相互比
較等によって基板Ｓのパターンの欠陥検査を実施する。
【０１１５】２次電子画像の取得を実行している間に、
ＣＰＵ３７−１は、ステージ２６−１の位置を読み取
り、ステージ駆動機構４０−１に駆動制御信号を出力
し、ステージ２６−１を駆動させ、順次画像の検出、検
査を行う。検出素子としてＣＣＤを用いる場合、ステー
ジ２６−１の移動方向は短軸方向であり（長軸方向でも
構わない）、移動はステップアンドリピート方式であ
る。検出素子としてＴＤＩ−ＣＣＤを用いる場合のステ
ージ移動は、積算方向に連続移動をする。ＴＤＩ−ＣＣ
Ｄでは、画像を連続的に取得できるので、欠陥検査を連
続で行う場合は本実施の形態のようにＴＤＩ−ＣＣＤ１
８−１を使用する。分解能は、結像光学系（２次光学
系）の倍率と精度等で決まり、実施の形態では、０．０
５μｍの分解能が得られている。この例において、分解
能が０．１μｍ、電子線照射条件が２００μｍ×５０μ
ｍの領域に１．６μＡのとき、検査時間は２０ｃｍのウ
ェーハ１枚当たり１時間程度であり、ＳＥＭ方式の８倍
が得られる。ＴＤＩ−ＣＣＤの仕様は、例えば、２０４
８画素（ピクセル）×５１２段でラインレートが３．３
μｓ（ライン周波数３００ｋＨｚ）である。この例の照
射面積はＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１の仕様に合わせている
が、照射対象物によって、照射面積を変更することもあ
る。
【０１１６】本実施の形態の検査装置１−１では、ニュ
ーメニカルアパーチャ２９−１に光源像が結像され、且
つ、ＦＡ開口が試料面に結像しているので、１次ビーム
に対しては、ビームを試料に均一に照射させることがで
きる。即ち、ケーラー照明条件を容易に実現することが
できる。
【０１１７】更に２次ビームに対しては、試料Ｓからの
全ての主光線が、カソードレンズ２８−１に垂直（レン
ズ光軸に平行）に入射し、ニューメニカルアパーチャ２
９−１を通過するので、周辺光もけられることがなく、
試料周辺部の画像輝度が低下することもない。また、電
子が有するエネルギーのばらつきによって、結像する位
置が異なる現象、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、
２次電子は、エネルギーのばらつきが大きいため、倍率
色収差が大きい）が、カソードレンズ２８−１ト２番目
のレンズ２４−１の２つのレンズで結像させることによ
り、この倍率色収差を抑えることができる。
【０１１８】また、拡大倍率の変更は、ニューメニカル
アパーチャ２９−１の通過後に行なわれるので、第３レ
ンズ３３−１、第４レンズ３４−１のレンズ条件の設定
倍率を変えても、検出側での視野前面に均一な像が得ら
れる。なお、本実施の形態では、むらのない均一な像を
取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にする
と、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこ
で、これを改善するため、２次光学系のレンズ条件を変
えて拡大倍率を変更する際、それに伴って決まる試料面
上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームと
を、同一の大きさになるように１次光学系のレンズ条件
を設定する。
【０１１９】即ち、倍率を上げていけば、それに伴って
視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射エネ
ルギー密度を上げていくことで、２次光学系で拡大投影
されても、検出電子の電流密度は、常に一定に保たれ、
像の明るさは低下しない。
【０１２０】また、本実施の形態の検査装置では、１次
ビームの軌道を曲げて２次ビームを直進させるウィーン
フィルター３０−１を用いたが、それに限定されず、１
次ビームの軌道を例えば１５°曲げ、２次ビームの軌道
を曲げるウィーンフィルタを用いた構成の検査装置でも
よい。特に、その場合は５°がよい。また、本実施形態
では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成
したが、それに限定されず、例えば、円形陰極から円形
ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビー
ムをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。
【０１２１】また、複数のビームを走査して全体に電子
線が照射領域を均一に照射するようにしてもよい。この
とき、複数ビームが夫々の決められた領域を任意に（但
し、合計の照射が均一になるように）走査するようにす
る。
【０１２２】（検査手順）次に、図１の欠陥検査システ
ムを用いた基板Ｓの欠陥検査の手順を説明する。
【０１２３】一般に、電子線を用いた欠陥検査装置は高
価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べ
て低いために、現状では最も検査が必要と考えられてい
る重要な工程（例えばエッチング、成膜、又はＣＭＰ
（化学機械研磨）平坦化処理等）の後に使用されてい
る。
【０１２４】検査される基板Ｓ（ウェーハ）は、真空系
により真空に保持された検査チャンバー２３−１内に、
搬送機構４１−１を通して搬送され、超精密ステージ２
６−１上に位置合わせした後、静電チャック機構等によ
り固定され、以後、図４（検査フロー）の手順に従って
欠陥検査等が以下のように行われる。なお、検査の間、
除振機構（図示せず）により検査チャンバーを除振する
のが好ましい。
【０１２５】最初に光学顕微鏡（図示せず）により、必
要に応じて各ダイの位置確認や、各場所の高さ検出が行
われ記憶される。光学顕微鏡は、この他に欠陥等の見た
い所の光学顕微鏡像を取得し、電子線像との比較等にも
使用される。次に、ウェーハの種類（どの工程の後か、
ウェーハのサイズは２０ｃｍか３０ｃｍか等）に応じた
レシピの情報を装置に入力し、以下、検査場所の指定、
電子光学系の設定、検査条件の設定等を行った後、前述
した電子線装置１−１の動作に従って画像取得を行いな
がら通常はリアルタイムで欠陥検査を行う。この欠陥検
査の詳細については、後述するが、セル同士の比較、ダ
イ比較等の検査が、アルゴリズムを備えた高速の情報処
理システムにより行われ、必要に応じてディスプレイ２
４−１等に結果を出力したり、メモリ３４−１に記憶し
たりする。欠陥には、パーティクル欠陥、形状異常（パ
ターン欠陥）、及び、電気的（配線又はビア等の断線及
び導通不良等）欠陥等があり、これらを区別したり欠陥
の大きさや、キラー欠陥（チップの使用が不可能になる
重大な欠陥等）の分類を自動的にリアルタイムで行うこ
ともできる。電気的欠陥の検出は、コントラスト異状を
検出することにより達成される。例えば導通不良の場所
は、電子線照射（５００ｅＶ程度）により、通常、正に
帯電し、コントラストが低下するので正常な場所と区別
することができる。この場合の電子線照射の手段とは、
通常、検査用の電子線照射手段以外に、別途、電位差に
よるコントラストを際立たせるため設けた、低電位エネ
ルギーの電子線発生手段（例えば、熱電子発生、ＵＶ／
光電子）をいう。検査対象領域に検査用の電子線を照射
する前に、この低電位の電子線を発生、照射している。
また、ウェーハ等の試料に、基準電位に対して正又は負
の電位をかけること等による（素子の順方向又は逆方向
により流れ易さが異なるために生じる）コントラストの
違いから欠陥検出ができる。これは、線幅測定装置及び
合わせ精度測定にも利用できる。
【０１２６】検査の終了した基板Ｓは、搬送機構４１−
１により検査チャンバー２３−１から搬出される。
【０１２７】（欠陥検査の詳細） ＜第1の検査＞図６３は第1の検査を実施するパターン検
査装置の概要図である。
【０１２８】このパターン検査装置は、半導体ウエハか
らなる基板Ｗを支持する基板支持テーブル１０１１と、
この基板支持テーブル１０１１をＸ方向に移動させるた
めのアクチュエータ１０１２と、基板支持テーブル１０
１１をＹ方向に移動させるためのアクチュエータ１０１
３と、これらのアクチュエータ１０１２、１０１３を介
して基板支持テーブル１０１１を駆動するためのテーブ
ル駆動部１０１４と、基板支持テーブル１０１１に支持
された基板Ｗに形成されたチップの画像を撮影するカメ
ラ１０１５と、後述する画像処理部１０２０と、パター
ン検査装置全体を制御する制御部１０１７とを備える。
また、制御部１０１７には、後述する領域設定時に、領
域設定手段として機能するキーボード１０１８と、拡大
表示手段として機能するＣＲＴ１０１９とが接続されて
いる。
【０１２９】また、画像処理部１０２０は、チップ比較
検査を実行するチップ比較検査部１０２１と、チップ比
較検査時にカメラ１０１５で撮影した画像を一時的に記
憶する画像メモリ１０２２と、セル比較検査を実行する
セル比較検査部１０２３と、セル比較検査時にカメラ１
０１５で撮影した画像を一時的に記憶する画像メモリ１
０２４と、チップ比較検査部１０２１による検査結果と
セル比較検査部１０２３による検査結果とを統合して最
終的な欠陥の有無を判定する統合判定部１０２５と、キ
ーボード１０１８等を利用して設定された繰り返しパタ
ーン領域およびランダムパターン領域を記憶する領域メ
モリ１０２６とを備える。画像処理部１０２０における
チップ比較検査部１０２１、画像メモリ１０２２、セル
比較検査部１０２３および画像メモリ１０２４は、Ａ／
Ｄ変換器１０１６を介してカメラ１０１５と接続されて
いる。
【０１３０】なお、チップ比較検査時にカメラ１０１５
で撮影した画像を一時的に記憶する画像メモリ１０２２
とセル比較検査時にカメラ１０１５で撮影した画像を一
時的に記憶する画像メモリ１０２４とを個別に設けるか
わりに、単一の画像メモリを利用して画像を一時的に記
憶するようにしてもよい。
【０１３１】このような構成を有するパターン検査装置
において基板Ｗのパターンを検査する際には、最初に、
繰り返しパターンが形成された繰り返しパターン領域と
ランダムパターンが形成されたランダムパターン領域と
を設定する領域設定工程を実行する。
【０１３２】この領域設定工程においては、カメラ１０
１５により、基板Ｗの表面に形成されたチップ上のパタ
ーンを撮影して、このチップ上のパターンの画像をＣＲ
Ｔ１０１９上に拡大表示する。
【０１３３】図６４は、このようにしてＣＲＴ１０１９
上に拡大表示されたチップ１０３１上のパターンの画像
を模式的に示す説明図である。
【０１３４】この実施形態においては、チップ１０３１
上には、ランダムパターンが形成された領域１０３２
と、繰り返しパターンが形成された領域１０３３、１０
３４とが形成されているものとする。
【０１３５】次に、この拡大画面を使用し、オペレータ
がこの拡大表示画面を確認しながら、これらの領域をラ
ンダムパターンが形成されたランダムパターン領域１０
３２と繰り返しパターンが形成された繰り返しパターン
領域１０３３、１０３４として設定する。この領域設定
工程においては、制御部１０１７に接続されたキーボー
ド１０１８を利用して領域設定がなされる。この領域設
定工程で設定されたランダムパターン領域１０３２と繰
り返しパターン領域１０３３、１０３４とは、画像処理
部１０２０における領域メモリ１０２６に記憶される。
【０１３６】なお、この領域設定工程は、オペレータが
キーボード１０１８や図示しないマウス等を使用して実
行してもよく、また、例えば、特許第２９７６５５０号
に記載されているような方式を使用して制御部１０１７
により自動的に実行するように構成してもよい。
【０１３７】この領域メモリ１０２６に記憶されたラン
ダムパターン領域１０３２と繰り返しパターン領域１０
３３、１０３４に基づいて、チップ比較検査を行うべき
領域とセル比較検査を行うべき領域とが決定される。す
なわち、図６５（ａ）に示すように、この検査方式決定
工程においては、最初に、ランダムパターン領域１０３
２に対してはチップ比較検査を行うためのフラグ（図６
５に示す符号１）が立てられ、繰り返しパターン領域１
０３３、１０３４に対してはセル比較を行うためのフラ
グ（図６５に示す符号１）が立てられる。そして、図６
５（ｂ）に示すように、セル比較検査を行うべきフラグ
をコピーすることにより、繰り返しパターン領域１０３
３、１０３４に対応してチップ比較を行うためのフラグ
が立てられる。そして、これらの情報は、画像処理部１
０２０における領域メモリ１０２６に記憶される。
【０１３８】なお、この検査方式決定工程は、制御部１
０１７により自動的に実行するように構成してもよく、
また、オペレータがキーボード１０１８や図示しないマ
ウス等を使用して実行してもよい。
【０１３９】以上の工程が完了すれば、パターン検査を
実行する。このパターン検査工程においては、検査方式
決定工程で設定し領域メモリ１０２６に記憶されたチッ
プ比較検査を行うべき領域とセル比較検査を行うべき領
域との情報に基づいてチップ比較検査部１０２１とセル
比較検査部１０２３とが制御され、繰り返しパターン領
域１０３３、１０３４に対してはセル比較検査とチップ
比較検査との両方が実行されるとともに、ランダムパタ
ーン領域１０３２に対してはチップ比較検査が実行され
る。
【０１４０】このパターン検査工程においては、ランダ
ムパターン領域１０３２および繰り返しパターン領域１
０３３、１０３４に対し、チップ比較検査部１０２１に
おいてチップ比較検査が実行される。このチップ比較検
査部１０２１においては、カメラ１０１５により撮影し
画像メモリ１０２２に記憶された一つ前のチップ１０３
１におけるある領域のパターンの画像と、カメラ１０１
５により撮影した現在のチップ１０３１における対応す
る領域のパターンの画像との比較を順次連続して実行す
ることにより、欠陥の有無が検査される。
【０１４１】また、このパターン検査工程においては、
繰り返しパターン領域１０３３、１０３４に対し、セル
比較検査部１０２３においてセル比較検査が実行され
る。このセル比較検査部１０２３においては、カメラ１
０１５により撮影し画像メモリ１０２４に記憶された一
つ前の繰り返しパターンの画像と、カメラ１０１５によ
り撮影した現在の繰り返しパターンの画像との比較を順
次連続して実行することにより、欠陥の有無が検査され
る。
【０１４２】ここで、繰り返しパターン領域１０３３、
１０３４に比較的大きな欠陥が生じていた場合において
は、図６７に示すように、セル比較検査部１０２３にお
けるセル比較検査では欠陥を検出できない。しかしなが
ら、このような比較的大きな欠陥は、チップ比較検査部
１０２１におけるチップ比較検査時に検出される。この
とき、このような比較的大きな欠陥は、その許容誤差を
比較的大きくとる必要があるチップ比較検査時において
も、確実に検出することが可能であり、検出ミスが生ず
ることはない。
【０１４３】上述したチップ比較検査とセル比較検査と
は、テーブル駆動部１０１４によりアクチュエータ１０
１２、１０１３を介して基板支持テーブル１０１１を駆
動し、そこに支持された基板Ｗをカメラ１０１５に対し
て相対的に移動させることにより、基板Ｗの表面におけ
るチップ１０３１の形成領域全域に対して実行される。
【０１４４】しかる後、チップ比較検査部１０２１によ
る検査結果とセル比較検査部１０２３による検査結果と
が、統合判定部１０２５において統合され、基板Ｗに形
成されたチップ全体に対する検査結果が判定される。な
お、この統合判定部１０２５においては、チップ比較検
査部１０２１による検査結果とセル比較検査部１０２３
による検査結果とのＯＲをとることにより結果の統合を
実行する。
【０１４５】そして、その検査結果は、制御部１０１７
を介してＣＲＴ１０１９上に表示される。
【０１４６】以上のように、この実施形態に係るパター
ン検査装置によれば、繰り返しパターン領域１０３３、
１０３４に対してセル比較検査とチップ比較検査との両
方を行い、また、ランダムパターン領域１０３２に対し
てはチップ比較検査を行うことから、繰り返しパターン
領域１０３３、１０３４に比較的大きな欠陥が生じてい
た場合においても、この欠陥を正確に検出することが可
能となる。
【０１４７】なお、上述した実施の形態においては、領
域設定工程において、ランダムパターンが形成されたラ
ンダムパターン領域１０３２と繰り返しパターンが形成
された繰り返しパターン領域１０３３、１０３４との両
方の領域を設定しているが、繰り返しパターン領域１０
３３、１０３４のみを設定し、その他の領域は全てラン
ダムパターン領域として認識させるようにしてもよい。
このような構成を採用した場合においては、チップ１０
３１上の全領域に対してチップ比較検査が実行され、さ
らに、チップ１０３１における繰り返しパターン領域１
０３３、１０３４に対してセル比較検査が実行されるこ
とになる。
【０１４８】＜第２の検査＞次に、第２の検査につき添
付図面を参照して説明する。
【０１４９】＜２.１ 第２の検査の１＞ ＜２.１.１ パターン検査装置の全体構成＞図６８は、
第２の検査における第１の実施形態に係るパターン検査
装置の構成を示すブロック図である。このパターン検査
装置は、プリント基板や半導体ウェハー等のように表面
にパターンの形成された被検査物を撮影して得られる多
値画像である被検査画像と、その被検査物と同種の良品
の画像に相当する多値画像である参照画像とを画素毎に
比較することにより、被検査物における欠陥を検出す
る。ここで参照画像は、被検査物における欠陥を検出す
るために被検査画像と比較する基準とすべき画像であっ
て、その被検査物と同種の良品を撮影することにより生
成されるか、または、その被検査物に形成されるべきパ
ターンを示す設計データから生成される。
【０１５０】図６８に示すように、このパターン検査装
置は、参照画像発生回路２０１０と、参照画像記憶部２
０１２と、撮像装置２０１４と、第１バッファメモリ２
０１６と、参照画像領域切り出し部２０１８と、被検査
画像領域切り出し部２０２０と、パーセンタイル値算出
部２０２２と、第２バッファメモリ２０２４と、濃度変
換部２０２６と、第３バッファメモリ２０２８と、比較
演算回路２０３０と、検査結果保存部２０３２と、検査
結果表示部２０３４とを備えている。
【０１５１】上記パターン検査装置において、撮像装置
２０１４は、例えば、被検査物等が載置され駆動手段に
よって主走査方向および副走査方向に移動するステージ
と、そのステージ上の被検査物を撮影するＣＣＤ等の撮
像素子と、その撮像素子から出力される画像信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とから構成され、被検
査物またはそれと同種の良品を撮影してデジタル画像信
号を出力する。撮像装置２０１４において被検査物が撮
影された場合には、デジタル画像信号として被検査画像
を示す信号が出力され、第１バッファメモリ２０１６に
被検査画像データとして格納される。撮像装置２０１４
において被検査物と同種の良品が撮影された場合には、
デジタル画像信号として参照画像を示す信号が出力さ
れ、参照画像記憶部２０１２に参照画像データとして格
納される。参照画像発生回路２０１０は、被検査物に形
成されるべきパターンを示す設計データから参照画像デ
ータを生成し、これを参照画像記憶部２０１２に格納す
る。このようにして、参照画像記憶部２０１２には、撮
像装置２０１４で生成される撮影画像のデータである参
照画像データ、または、参照画像発生回路２０１０で設
計データから生成される参照画像データのいずれかが格
納される。
【０１５２】本実施形態では、画質の局所的な光学的変
動や、電子ビームを照射し２次電子を検出して画像を生
成する場合のチャージアップに対処するために、参照画
像および被検査画像が同一の態様で複数の領域に分割さ
れ、領域毎に画像比較の前処理として参照画像と被検査
画像との整合化（画質条件の同一化）が行われる。この
ような領域毎の画像整合化のために、上記パターン検査
装置における参照画像の分割手段としての参照画像領域
切り出し部２０１８は、参照画像を複数の領域に分割し
て各領域に順次着目し、参照画像記憶部２０１２に格納
された参照画像データから着目領域の画像データ（以下
「着目領域データ」という）を取り出して順次出力す
る。一方、被検査画像の分割手段としての被検査画像領
域切り出し部２０２０は、参照画像の上記分割と同一態
様で被検査画像を複数の領域に分割して各領域に順次着
目し、第１バッファメモリ２０１６に格納された被検査
画像データから着目領域データを取り出して順次出力す
る。このとき被検査画像領域切り出し部２０２０は、参
照画像領域切り出し部２０１８が着目する参照画像の領
域と位置的に対応する被検査画像の領域に順次着目して
着目領域データを被検査画像データから取り出す。参照
画像領域切り出し部２０１８から出力される参照画像の
着目領域データは、第２バッファメモリ２０２４に格納
されると共に、パーセンタイル値算出部２０２２に入力
される。また、被検査画像領域切り出し部２０２０から
出力される被検査画像の着目領域データは、第３バッフ
ァメモリ２０２８に格納されると共に、パーセンタイル
値算出部２０２２に入力される。また、パーセンタイル
値算出部２０２２には、参照画像と被検査画像との整合
化のために選定すべき濃度レンジから外れる濃度の画素
の割合を示す値として予め決められた上端部除外率Ｅｕ
および下端部除外率Ｅｌも外部から入力される。ここ
で、上端部除外率Ｅｕは、参照画像および被検査画像の
着目領域の画素のうち選定すべき濃度レンジの濃度より
も高い濃度の画素の割合を示す百分率であり、下端部除
外率Ｅｌは、その着目領域の画素のうち選定すべき濃度
レンジの濃度よりも低い濃度の画素の割合を示す百分率
である。
【０１５３】パーセンタイル値算出部２０２２は、被検
査画像と参照画像とを比較するために両画像の間で合わ
せるべき濃度レンジを選定する手段であって、参照画像
の着目領域データから、下端部除外率Ｅｌに対応するパ
ーセンタイル値（以下「下限パーセンタイル値」とい
う）RPminすなわち当該着目領域における濃度ヒストグ
ラムのＥｌ百分位数RPminと、上端部除外率Ｅｕに対応
するパーセンタイル値（以下「上限パーセンタイル値」
という）RPmaxすなわち当該着目領域の濃度ヒストグラ
ムの（１００−Ｅｕ）百分位数RPmaxとを算出する。ま
た、パーセンタイル値算出部２２は、被検査画像の着目
領域データから、下端部除外率Ｅｌに対応するパーセン
タイル値である下限パーセンタイル値OPminすなわち当
該着目領域における濃度ヒストグラムのＥｌ百分位数OP
minと、上端部除外率Ｅｕに対応するパーセンタイル値
である上限パーセンタイル値OPmaxすなわち当該着目領
域における濃度ヒストグラムの（１００−Ｅｕ）百分位
数OPmaxとを算出する。このようにして算出された参照
画像のパーセンタイル値RPmin，RPmaxおよび被検査画像
のパーセンタイル値OPmin，OPmaxは、濃度変換部２０２
６に入力される。
【０１５４】濃度変換部２０２６は、参照画像の着目領
域における下限パーセンタイル値RPminと上限パーセン
タイル値RPmaxとによって定まる濃度レンジ［RPmin，RP
max］、および、被検査画像の着目領域における下限パ
ーセンタイル値OPminと上限パーセンタイル値OPmaxとに
よって定まる濃度レンジ［OPmin，OPmax］を、参照画像
と被検査画像とを着目領域について整合化させるために
選定された濃度レンジとして、整合化のための濃度変換
を行う。すなわち、参照画像の着目領域について選定さ
れた濃度レンジ［RPmin，RPmax］が被検査画像の着目領
域について選定された濃度レンジ［OPmin，OPmax］に一
致するように、第２バッファメモリに２４に格納された
参照画像の着目領域データに対して濃度の線形変換を施
す。
【０１５５】上記濃度変換部２０２６による濃度の線形
変換によって参照画像と被検査画像とが着目領域につい
て整合化され、整合化後の参照画像および被検査画像の
着目領域データは、比較演算回路２０３０に順次入力さ
れる。比較演算回路２０３０は、順次入力される参照画
像および被検査画像の着目領域データに基づき、両画像
を着目領域について画素毎に互いに比較し、その比較に
基づいて被検査物における欠陥を検出し、その検出結果
を示すデータを検査結果として出力する。検査結果保存
部２０３２は、ハードディスク装置または半導体メモリ
等によって実現され、比較演算回路２０３０から出力さ
れる検査結果を保存する。また、検査結果表示部２０３
４は、ＣＲＴまたは液晶パネル等によって実現され、比
較演算回路２０３０から出力される検査結果を表示す
る。
【０１５６】＜２.１.２ 画像整合化処理＞上記のよう
に本実施形態では、参照画像と被検査画像とを比較する
ための前処理として両画像の整合化のための処理（以下
「画像整合化処理」という）が行われる。以下、この画
像整合化処理の詳細を図６９を参照して説明する。
【０１５７】図６９は、本実施形態において画像整合化
処理を行う部分（以下「画像整合化処理部」という）２
１００の構成を示すブロック図である。この画像整合化
処理部２１００は、参照画像切り出し部２０１８と、被
検査画像領域切り出し部２０２０と、パーセンタイル値
算出部２０２２と、第２バッファメモリ２０２４と、濃
度変換部２０２６と、第３バッファメモリ２０２８とか
ら構成され、パーセンタイル値算出部２０２２は、図６
９に示すように、累積ヒストグラム生成部２０２２ａと
パーセンタイル値決定部２０２２ｂとからなる。
【０１５８】上記構成の画像整合化処理部２１００にお
いて、参照画像領域切り出し部２０１８から順次出力さ
れる参照画像の着目領域データは、第２バッファメモリ
２０２４に格納されると共に、累積ヒストグラム生成部
２０２２ａに入力される。また、被検査画像領域切り出
し部２０２０から順次出力される被検査画像の着目領域
データは、第３バッファメモリ２０２８に格納されると
共に、累積ヒストグラム生成部２０２２ａに入力され
る。累積ヒストグラム生成部２０２２ａは、参照画像領
域切り出し部２０１８から入力される着目領域データか
ら参照画像の着目領域における画像濃度についての累積
ヒストグラムを生成すると共に、被検査画像領域切り出
し部２０２０から入力される着目領域データから被検査
画像の着目領域における画像濃度についての累積ヒスト
グラムを生成する。例えば図７０に示すように、入力さ
れた着目領域データにおける濃度ヒストグラムが曲線Ｃ
１で示されるものである場合には、曲線Ｃ２で示される
ような累積ヒストグラムが生成される。パーセンタイル
値決定部２０２２ｂは、それらの累積ヒストグラムに基
づき、参照画像の着目領域データにおける下限パーセン
タイル値RPminおよび上限パーセンタイル値RPmaxを求め
ると共に、被検査画像の着目領域データにおける下限パ
ーセンタイル値OPminおよび上限パーセンタイル値OPmax
を求める。すなわち、外部から入力される下端部除外率
Ｅｌおよび上端部除外率Ｅｕに基づき、Ｅｌの累積頻度
に参照画像の累積ヒストグラムによって対応付けられる
濃度値を参照画像の着目領域データにおける下限パーセ
ンタイル値RPminとして求め、（１００−Ｅｕ）の累積
頻度に参照画像の累積ヒストグラムによって対応付けら
れる濃度値を参照画像の着目領域データにおける上限パ
ーセンタイル値RPmaxとして求める（図７０参照）。こ
こで、上端部除外率Ｅｌおよび下端部除外率Ｅｕは、共
に、数％以下であり、好ましくは３〜５％程度である。
また、同様に、下端部および上端部除外率Ｅｌ，Ｅｕに
基づき、Ｅｌの累積頻度に被検査画像の累積ヒストグラ
ムによって対応付けられる濃度値を被検査画像の着目領
域データにおける下限パーセンタイル値OPminとして求
め、（１００−Ｅｕ）の累積頻度に被検査画像の累積ヒ
ストグラムによって対応付けられる濃度値を被検査画像
の着目領域データにおける上限パーセンタイル値OPmax
として求める。このようにして求められた参照画像の着
目領域データにおける下限パーセンタイル値RPminおよ
び上限パーセンタイル値RPmaxと、被検査画像の着目領
域データにおける下限パーセンタイル値OPminおよび上
限パーセンタイル値OPmaxとは、濃度変換部２０２６に
入力される。
【０１５９】濃度変換部２０２６は、第２バッファメモ
リ２０２４から参照画像の着目領域データを読み出し
て、この着目領域データを構成する各画素値REFinに対
して次式で定義される線形の濃度変換を施すことによ
り、画素値REFoutを生成する。
【０１６０】REFout=[(OPmax-OPmin)/(RPmax-RPmin)]×
(REFin-RPmin)+OPmin …（１）上記濃度変換により、
参照画像の着目領域データにおける下限パーセンタイル
値RPminと上限パーセンタイル値RPmaxとは、被検査画像
の着目領域データにおける下限パーセンタイル値OPmin
と上限パーセンタイル値OPmaxとにそれぞれ一致するよ
うになる。すなわち、図７１（ａ）に示す参照画像およ
び被検査画像の着目領域データにおける濃度ヒストグラ
ムは、上記濃度変換により、図７１（ｂ）に示すように
なる。このようにして上記濃度変換により、参照画像と
被検査画像とが領域毎に整合化される。
【０１６１】上記濃度変換後の画素値REFoutからなる着
目領域データは比較演算回路２０３０に順次入力され
る。一方、被検査画像の着目領域データも第３バッファ
メモリ２０２８から読み出されて比較演算回路２０３０
に順次入力される。したがって、比較演算回路２０３０
において、参照画像と被検査画像とが、整合化された状
態すなわち画質条件が互いに等しくなった状態で比較さ
れる。
【０１６２】＜２.１.３ 実施形態の効果＞上記実施形
態によれば、参照画像と被検査画像とを比較するための
前処理として両画像を所定の領域毎に整合化するため
に、両画像の対応する領域毎の濃度ヒストグラムにおけ
る最小値濃度値近傍の下端部に相当する部分と最大濃度
値近傍の上端部に相当する部分とを除外した濃度レンジ
である［RPmin，RPmax］と［OPmin，OPmax］とが一致す
るように濃度変換が行われる（図７１参照）。このた
め、図７６に示すように良品画像の濃度レンジ外の濃度
値に相当する欠陥が存在する場合であっても、上記濃度
変換により参照画像と被検査画像とが適切に整合化され
るので、そのような欠陥も確実に検出することができ
る。すなわち、被検査画像の濃度ヒストグラムにおいて
上記欠陥に相当する面積は極めて小さいので、濃度ヒス
トグラムにおける上下端部を除外した濃度レンジ（既述
の上限および下限パーセンタイル値によって定まる濃度
レンジ）が参照画像と被検査画像との間で一致するよう
に濃度変換が行われると、両画像の濃度ヒストグラム
が、その欠陥に相当する部分を除き、ほぼ一致するよう
になる。その結果、その後の両画像に対する比較演算に
より上記欠陥が確実に検出される。
【０１６３】ところで既述のように、従来、濃度レンジ
が均一な“べたパターン”を含む画像領域については、
正規化（濃度変換）により欠陥の検出能力が低下すると
いう問題があった。すなわち、“べたパターン”を含む
領域の画素濃度は狭い範囲に分布するので、従来のよう
に予め決められた濃度レンジ（正規化レンジ）で正規化
すると、その正規化に相当する濃度変換によって濃度レ
ンジが大きく広がることになり、その結果、欠陥の検出
能力が低下する。以下、この点につき、マハラノビス距
離を欠陥の検出能力の評価指標として説明する。
【０１６４】いま、濃度変換の対象となる画像が“べた
パターン”のみを含み、その画像の濃度ヒストグラムが
図７２（ａ）に示すように平均値μ＝１２０，標準偏差
σ＝３．０程度の正規分布をなしているものとすると、
濃度値域は［−３σ，＋３σ］程度である。ここで、簡
単のために濃度値域を図７２（ａ）に示すように［１１
０，１３０］とすると、このような画像の表す被検査物
における欠陥に対する検出能力は、下記の式で定義され
るマハラノビス距離Ｄで評価することができる。
【０１６５】 Ｄ２＝（Ｘｉ−μ）２／σ２ …（２） ここで、Ｘｉは欠陥画素値を、μは濃度の平均値を、σ
２は濃度の分散をそれぞれ表している。上記式（２）で
定義されるマハラノビス距離Ｄが大きいほど、欠陥部分
とノイズ部分との距離が長く、欠陥とノイズとの分離が
容易であると判断することができる。
【０１６６】例えば、図７２（ｂ）に示すように画素値
１３５の欠陥が被検査物に存在する場合、 Ｄ＝（１３５−１２０）／３＝５ である。この図７２（ｂ）に示す濃度ヒストグラムに対
応する画像を例えば正規化値域［４０，２００］で正規
化した場合、図７２（ｃ）に示すように、ノイズ領域の
最大値が１３０から２００へ、欠陥画素値が１３５から
２４０へ、ノイズ領域の最小値が１１０から４０へと変
換される。この正規化後において、標準偏差σを計算す
ると、 σ＝（２００−１２０）／３＝２６．７ となり（濃度値域を［−３σ，＋３σ］としている）、
式（２）よりマハラノビス距離は、 Ｄ＝（２４０−１２０）／２６．７＝４．５ となる。すなわち、上記正規化によってマハラノビス距
離Ｄは５から４．５と変化している。これは欠陥の検出
能力が低下したことを意味する。
【０１６７】これに対し本実施形態によれば、参照画像
の各領域の濃度レンジ［RPmin，RPmax］が被検査画像の
対応する領域の濃度レンジ［OPmin，OPmax］に一致する
ように、参照画像の画像データに対してのみ濃度変換が
施されるので、その濃度変換によっては上記の欠陥画素
値Ｘｉ、平均値μ、および標準偏差σはほとんど変化し
ない。したがって、本実施形態によれば、従来のように
“べたパターン”等を含む画像領域についての整合化処
理によって無用にダイナミックレンジが拡大されること
はないので、“べたパターン”等を含む領域についても
欠陥の検出能力が低下することはない。
【０１６８】以上のように本実施形態によれば、多値画
像である被検査画像と参照画像とを比較するための前処
理としての濃度変換により両画像の画質条件が確実に等
しくなり、その結果、両画像の正確な比較が可能とな
る。
【０１６９】＜２.２ 第２の検査の２＞次に、第２の
検査における第２の実施形態に係るパターン検査装置に
ついて説明する。本実施形態では、上記第２の検査にお
ける第１の実施形態における整合化処理部２１００（図
６９）が図７３に示すように構成されている。本実施形
態における他の構成は、図６８に示す第２の検査におけ
る第１の実施形態と同様であるので、同一部分には同一
の参照符号を付して詳しい説明を省略する。
【０１７０】本実施形態における画像整合化処理部は、
参照画像と被検査画像との整合化のために着目領域につ
き選定すべき濃度レンジを現時点の着目領域についての
上下パーセンタイル値によって定めるのではなく、直前
に着目された領域（以下「直前着目領域」という）につ
いての上下パーセンタイル値によって定めるように構成
されている。これにより、本実施形態では、必要なバッ
ファメモリが削減され、第２の検査における第１の実施
形態よりも少ないハードウェア量で画像整合化処理部を
実現することができる。すなわち、本実施形態における
画像整合化処理部は、図７３に示すように、参照画像領
域切り出し部２０５８と、被検査画像領域切り出し部２
０６０と、累積ヒストグラム生成部２０６２ａと、パー
センタイル値決定部２０６２ｂと、濃度変換部２０６６
とから構成され、これらは、第２の検査における第１の
実施形態における参照画像領域切り出し部２０２８と、
被検査画像領域切り出し部２０３０と、累積ヒストグラ
ム生成部２０２２ａと、パーセンタイル値決定部２０２
２ｂと、濃度変換部２０２６とにそれぞれ相当する。す
なわち、この画像整合化処理部は、第２の検査における
第１の実施形態とは異なり、第２バッファメモリ２０２
４と第３バッファメモリ２０２８を備えていない。
【０１７１】上記構成の画像整合化処理部において、参
照画像領域切り出し部２０５８は、第２の検査における
第１の実施形態と同様、参照画像を複数の領域に分割し
て各領域に順次着目し、参照画像記憶部２０１２から参
照画像の着目領域データを取り出して順次出力する。一
方、被検査画像領域切り出し部２０６０も、第２の検査
における第１の実施形態と同様、参照画像の上記分割と
同一態様で被検査画像を複数の領域に分割して各領域に
順次着目し、第２バッファメモリ２０１６から被検査画
像の着目領域データを取り出して順次出力する。このと
き被検査画像領域切り出し部２０６０は、参照画像領域
切り出し部２０５８が着目する参照画像の領域と位置的
に対応する被検査画像の領域に順次着目して、着目領域
データを被検査画像データから取り出す。参照画像領域
切り出し部２０５８から順次出力される参照画像の着目
領域データと被検査画像領域切り出し部２０６０から順
次出力される被検査画像の着目領域データとは、共に、
累積ヒストグラム生成部２０６２ａに入力される。
【０１７２】累積ヒストグラム生成部２０６２ａは、参
照画像領域切り出し部２０５８から入力される着目領域
データから参照画像の着目領域における画像濃度につい
ての累積ヒストグラムを生成すると共に、被検査画像領
域切り出し部２０６０から入力される着目領域データか
ら被検査画像の着目領域における画像濃度についての累
積ヒストグラムを生成する。パーセンタイル値決定部２
０６２ｂは、上記第２.１の実施形態と同様、外部から
入力される下端部除外率Ｅｌおよび上端部除外率Ｅｕに
基づき、生成された両累積ヒストグラムから、参照画像
の着目領域データにおける上下限パーセンタイル値RPma
x，RPmin、および、被検査画像の着目領域データにおけ
る上下限パーセンタイル値OPmax，OPminを求める。この
ようにして求められた各パーセンタイル値RPmax，RPmi
n，OPmax，OPminは、濃度変換部２０６６に入力され
る。
【０１７３】濃度変換部２０６６は、参照画像記憶部２
０１２が参照画像データを画素単位で順次読み出し、読
み出した画素値REFinに後述の濃度変換を施す。このと
き濃度変換部２０６６は、パーセンタイル値決定部２０
６２ｂから入力される各パーセンタイル値RPmax，RPmi
n，OPmax，OPminが使用される。しかし、濃度変換部２
０６６が、参照画像におけるｊ番目の領域を構成する画
素値をREFinとして読み出して、その画素値に濃度変換
を施すべきときには、パーセンタイル値決定部２０６２
ｂにおいて、参照画像のｊ番目の領域についての上下限
パーセンタイル値RPmax，RPmin、および、被検査画像の
ｊ番目の領域についての上下限パーセンタイル値OPma
x，OPminは未だ得られていない。そこで本実施形態で
は、濃度変換部２０６６は、直前着目領域すなわちｊ−
１番目の領域についての上下限パーセンタイル値RPma
x，RPmin、OPmax，OPmiを使用して、参照画像における
ｊ番目の領域を構成する各画素の値REFinに対して次式
で定義される濃度変換を施すことにより、画素値REFout
を生成する。
【０１７４】 REFout=[(OPmax-OPmin)/(RPmax-RPmin)]×(REFin-RPmin)+OPmin …（３） 上記画素値REFoutは、ｊ番目の領域を構成する各画素の
濃度変換後の値である。
【０１７５】上記濃度変換により、第２.１の実施形態
と同様、参照画像の着目領域データにおける下限パーセ
ンタイル値RPminと上限パーセンタイル値RPmaxとを、被
検査画像の着目領域データにおける下限パーセンタイル
値OPminと上限パーセンタイル値OPmaxとにそれぞれ一致
させ、両画像の画質条件を同等化すなわち両画像を整合
化することができる。なお、両画像の画質条件（ダイナ
ミックレンジや明るさ等）が現時点の着目領域と直前着
目領域との間で著しく異なる場合には、本実施形態にお
ける上記濃度変換によっては、両画像を適切に整合化す
ることができないが、これまでの本願発明者による実験
ではそのような例は見受けられなかった。また、そのよ
うな例が存在したとしても、両画像の領域をより細かく
分割することにより対応可能である。
【０１７６】上記濃度変換により得られる画素値REFout
は、整合化処理の施された参照画像の画素値として濃度
変換部２０６６から順次出力されて比較演算回路２０３
０に入力される。また、比較演算回路２０３０に入力さ
れる整合化処理後の参照画像の画素に位置的に対応する
被検査画像の画素の値も、比較演算回路２０３０に順次
入力される。比較演算回路２０３０は、順次入力される
参照画像および被検査画像の位置的に対応する画素値を
互いに比較し、その比較に基づいて被検査物における欠
陥を検出し、その検出結果を示すデータを検査結果とし
て出力する。その後、第２.１の実施形態と同様、検査
結果保存部２０３２が、比較演算回路２０３０から出力
される検査結果を保存し、検査結果表示部２０３４が、
比較演算回路２０３０から出力される検査結果を表示す
る。
【０１７７】以上のような第２の検査における第２の実
施形態によっても、第２の検査における第１の実施形態
と同様、多値画像である被検査画像と参照画像とを比較
するための前処理としての濃度変換により両画像の画質
条件が確実に等しくなり、その結果、両画像の正確な比
較が可能となる。すなわち、良品画像の濃度レンジ外の
濃度値に相当する欠陥が存在する場合であっても、上記
濃度変換により参照画像と被検査画像とが適切に整合化
されるので、そのような欠陥も確実に検出することがで
きる。また、“べたパターン”等を含む画像領域につい
ての整合化処理によって無用にダイナミックレンジが拡
大されることはないので、“べたパターン”等を含む領
域についても欠陥の検出能力が低下することはない。
【０１７８】＜２.３ 変形例＞上記第２の検査におけ
る第１および第２の検査における第２の実施形態では、
参照画像と被検査画像とを整合化するために、参照画像
の着目領域データに対してのみ濃度変換を施したが、こ
れに代えて、被検査画像の着目領域データに対してのみ
濃度変換を施して両画像を整合化するようにしてもよ
い。また、参照画像と被検査画像の双方の着目領域デー
タに対して濃度変換を施して両画像を整合化するように
してもよい。ただし、下限パーセンタイル値と上限パー
センタイル値とによって定まる濃度レンジが濃度変換に
よって大きく広がる場合には、既述のように検出能力の
低下を招くので好ましくない（図７２参照）。これに対
し、参照画像と被検査画像のいずれか一方の画像の着目
領域データに対してのみ濃度変換を施す場合には、この
ような検出能力の低下は生じないので、その点では、一
方の画像の着目領域データに対してのみ濃度変換を施し
て両画像を整合化するのが好ましい。
【０１７９】また、上記第２の検査における第１および
第２の検査における第２の実施形態におけるような上下
端パーセンタイル値の算出を行わずに、参照画像の着目
領域における最小濃度値と最大濃度値とによって定まる
濃度範囲が被検査画像の着目領域における最小濃度値と
最大濃度値とによって定まる濃度範囲に一致するように
濃度変換（正規化）を行う場合であっても、参照画像と
被検査画像のいずれか一方に対してのみ濃度変換を施す
のが好ましい。これにより、画像整合化のための濃度変
換による欠陥検出能力の低下を回避できるからである。
【０１８０】さらに、上記第２の検査における第１およ
び第２の検査における第２の実施形態では、参照画像お
よび被検査画像を複数の領域に分割し、両画像の間で位
置的に対応する領域毎に両画像を整合化しているが、画
質条件の局所的変動が少ない場合には、このような領域
分割を行わずに、参照画像または被検査画像に対して１
つの線形式で定義される濃度変換を施すことにより両画
像を整合化するようにしてもよい。
【０１８１】更にまた、上記２の検査における第１およ
び第２の検査における第２の実施形態では、参照画像と
被検査画像との整合化のために選定すべき濃度レンジか
ら除外すべき部分（画素）の割合を上下端部除外率Ｅ
ｕ，Ｅｌとして与え、それらに対応するパーセンタイル
値を、選定すべき濃度レンジの上限値および下限値とし
て求めている。しかし、参照画像と被検査画像との整合
化のための濃度レンジの選定方法は、このような方法に
限定されるものではなく、濃度ヒストグラムの上下端部
に相当する部分を除外した部分の濃度範囲を画像整合化
のための濃度レンジとして選定するものであればよい。
例えば、両画像それぞれの濃度値域（画素濃度の最小値
〜最大値の範囲）からその両端部を当該濃度値域の大き
さ（幅）に対して数％程度に相当する区間だけ取り除い
た範囲を、画像整合化のための濃度レンジとして選定し
てもよい。
【０１８２】＜第３の検査＞次に、第３の検査における
実施形態につき添付図面を参照して説明する。
【０１８３】＜３.１ パターン検査装置の全体構成＞
図７８は、第３の検査における実施形態に係るパターン
検査装置の構成を示すブロック図である。このパターン
検査装置は、プリント基板や半導体ウェハー等、表面に
パターンの形成された被検査物を撮影して得られる多値
画像である被検査画像と、その被検査物と同種の良品の
画像に相当する多値画像である参照画像とを画素毎に比
較することにより、被検査物における欠陥を検出する。
ここで参照画像は、被検査物における欠陥を検出するた
めに被検査画像と比較する基準とすべき画像であって、
その被検査物と同種の良品を撮影することにより生成さ
れるか、または、その被検査物に形成されるべきパター
ンを示す設計データから生成される。
【０１８４】図７８に示すように、このパターン検査装
置は、撮像装置３０１４と、第１バッファメモリ３０１
６と、参照画像発生回路３０１０と、参照画像記憶部３
０１２とを備える。撮像装置３０１４は、例えば、被検
査物等が載置され駆動手段によって主走査方向および副
走査方向に移動するステージと、そのステージ上の被検
査物を撮影するＣＣＤ等の撮像素子と、その撮像素子か
ら出力される画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器とから構成され、被検査物またはそれと同種の良
品を撮影してデジタル画像信号を出力する。撮像装置３
０１４において被検査物が撮影された場合には、デジタ
ル画像信号として被検査画像を示す信号が出力され、第
１バッファメモリ３０１６に被検査画像データとして格
納される。撮像装置３０１４において被検査物と同種の
良品が撮影された場合には、デジタル画像信号として参
照画像を示す信号が出力され、参照画像記憶部３０１２
に参照画像データとして格納される。参照画像発生回路
３０１０は、被検査物に形成されるべきパターンを示す
設計データから参照画像データを生成し、これを参照画
像記憶部３０１２に格納する。このようにして、参照画
像記憶部３０１２には、撮像装置３０１４で生成される
撮影画像のデータである参照画像データ、または、参照
画像発生回路３０１０で設計データから生成される参照
画像データのいずれかが格納される。
【０１８５】更に、このパターン検査装置は、周辺分布
特徴算出部３０２０と、選択信号生成部３０２２と、許
容画像生成選択部３０２６と、許容画像生成部３０２８
と、ターゲット画像選択部３０３０と、第２バッファメ
モリ３０３２とを備える。周辺分布特徴算出部３０２０
は、被検査画像の画素と参照画像の画素とからなる２つ
の画素であって互いに位置的に対応する２つの画素に順
次着目し、被検査画像における着目画素周辺の画素値分
布の特徴を抽出すると共に、参照画像における着目画素
周辺の画素値分布の特徴を抽出し、これらの特徴を示す
値を周辺分布特徴値として出力する。選択信号生成部３
０２２は、その周辺分布特徴値に基づき選択信号Ｓsel
を生成する。この選択信号Ｓselは、被検査画像におけ
る着目画素近傍の画素値の空間的変化量が参照画像にお
ける着目画素近傍の画素値の空間的変化量よりも大きい
場合に参照画像を選択し、その逆の場合には被検査画像
を選択するための信号である。なお、両空間的変化量が
同程度の場合は、いずれを選択してもよいが、以下では
参照画像を選択するものとする。許容画像生成選択部３
０２６は、被検査画像と参照画像のうち選択信号Ｓsel
によって選択される画像の着目画素値を許容画像生成の
ための元データとして出力し、許容画像生成部３０２８
は、その元データから許容画像を生成する。ここで許容
画像は、参照画像と被検査画像のうち選択信号Ｓselに
よって画素単位で選択される画像の着目画素から生成さ
れる許容画素からなり、各許容画素の値は一定値ではな
く幅を持っている。この幅は、被検査画像の着目画素と
参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容
するために許容画素の値と見なすべき画素値の範囲（以
下「許容範囲」という）に相当する。一方、ターゲット
画像選択部３０３０は、選択信号Ｓselの反転信号に基
づき、被検査画像と参照画像のうち許容画像として選択
されなかった方の画像（以下「ターゲット画像」とい
う）の着目画素値を順次出力することにより、第１バッ
ファメモリ３０３２にターゲット画像データを格納す
る。
【０１８６】更にまた、このパターン検査装置は、比較
演算回路３０３４と、第３バッファメモリ３０３６と、
欠陥判定回路３０３８と、検査結果保存部３０４０と、
検査結果表示部３０４２とを備えている。比較演算回路
３０３４は、各許容画素の許容範囲内の任意の値をその
許容画素の値と見なして、ターゲット画像と許容画像と
を画素毎に比較し、ターゲット画像の画素値と許容画像
の画素値との差異を示す差分値ｓｕｂを順次出力する。
すなわち、ターゲット画像の画素（以下「ターゲット画
素」という）の値が、そのターゲット画素に位置的に対
応する許容画素の許容範囲内であれば、差分値ｓｕｂと
して“０”を出力し、そのターゲット画素値がその許容
範囲外であれば、そのターゲット画素値がその許容範囲
から離れている程度を示す値を差分値ｓｕｂとして出力
する。このようにして比較演算回路３０３４から順次出
力される差分値ｓｕｂは第３バッファメモリ３０３６に
書き込まれる。ターゲット画像の全画素についての差分
値ｓｕｂが第３バッファメモリ３０３６に書き込まれる
と、許容画像とターゲット画像との画素毎の差分値から
なる差分マップが第３バッファメモリ３０３６内に作成
されたことになる。この差分マップは、被検査画像と参
照画像との差異を示す差分画像と見なすことができる。
欠陥判定回路３０３８は、このようにして得られた差分
マップより閾値を選定し、差分マップにおいて差分値が
その閾値以上である部分には欠陥が存在すると判定し、
その欠陥に相当する画素を示すデータを検査結果として
出力する。検査結果保存部３０４０は、ハードディスク
装置または半導体メモリ等により実現され、欠陥判定回
路３０３８によって得られた検査結果を保存する。ま
た、検査結果表示部３０４２は、ＣＲＴまたは液晶パネ
ル等によって実現され、欠陥判定回路３０３８によって
得られた検査結果を表示する。
【０１８７】＜３.２ 本実施形態の基礎となる画素比
較方式＞上述のように本実施形態においても、従来法と
同様、画像サンプリング誤差による誤検出を防止するた
めに、比較すべき２つの画素の一方に画素値範囲が許容
範囲として設定される。しかし、本実施形態では参照画
像と被検査画像のいずれに許容範囲を設定するかが画素
単位で決まり、この点で本実施形態は、参照画像につい
てのみ許容範囲（画素値範囲）が設定される従来法と相
違する。また、許容範囲の具体的な設定方法について
も、本実施形態は従来法と若干相違する。以下では、前
者の相違点に対応する本実施形態の構成については後で
詳述することとし、まず、従来のように参照画像に対し
てのみ許容範囲が設定されるものと仮定して、本実施形
態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作
成するための画素比較方式（以下「本実施形態の基礎と
なる画素比較方式」または単に「基礎方式」という）を
説明する。
【０１８８】図７９は、本実施形態の基礎となる画素比
較方式（基礎方式）を説明するためのブロック図であ
る。この基礎方式では、図７８において点線で囲まれた
部分（以下「比較処理部」という）３１００は、図７９
に示すように構成され、周辺分布特徴算出部３０２０に
相当する最大最小探索部３１２０と、許容画像生成部３
０２８に相当する許容値生成回路３１２８と、比較演算
回路３０３４に相当する誤差許容比較回路３１３４とを
備えている。既述のように本実施形態では、被検査画像
の画素と参照画像の画素からなる２つの画素であって互
いに位置的に対応する２つの画素に順次着目し、これら
２つの着目画素が互いに比較される。この基礎方式にお
ける最大最小探索部３１２０は、参照画像ＲＥＦにおけ
る着目画素の近傍画素群（着目画素を含む）Ｄ９の値で
ある９画素値における最大画素値ｍａｘと最小画素値ｍ
ｉｎを求め、これらをその着目画素値ｃｅｎと共に出力
する。許容値生成回路３１２８は、最大画素値ｍａｘ、
最小画素値ｍｉｎ、着目画素値ｃｅｎ、および外部から
与えられる補間スケールscaleを使用して、次式により
最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminを算出する（た
だし、0.0≦scale≦1.0）。
【０１８９】 Ｒmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（４） Ｒmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（５） これら最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminによって
決まる範囲Ｒmin〜Ｒmaxが、参照画像ＲＥＦの着目画素
に対して設定される許容範囲である。誤差許容比較回路
３１３４は、この許容範囲Ｒmin〜Ｒmax内の任意の値を
参照画像ＲＥＦの着目画素の値と見なして、被検査画像
ＯＢＪの着目画素と参照画像ＲＥＦの着目画素とを比較
し、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素値ｏｂｊがその
許容範囲Ｒmin〜Ｒmaxからどの程度離れているかを示す
差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ｒmin＜ｏｂｊ＜
Ｒmaxであれば被検査画像ＯＢＪの着目画素が参照画像
ＲＥＦの着目画素に一致すると判定してｓｕｂ＝０を出
力し、ｏｂｊ≦Ｒminであればｓｕｂ＝Ｒmin−ｏｂｊを
出力し、ｏｂｊ≧Ｒmaxであればｓｕｂ＝ｏｂｊ−Ｒmax
を出力する。
【０１９０】上記基礎方式によれば、参照画像の着目画
素の近傍画素値に基づき許容範囲が設定され、その設定
の下で被検査画像と参照画像とが画素毎に比較されるの
で、画像におけるエッジ部分に代表されるような画素値
変化の激しい部分での誤検出すなわち画像サンプリング
誤差による擬似欠陥の検出を防止することができる。ま
た、上記方式において、補間スケールscaleを調整する
ことにより、欠陥の検出感度を調節することができる。
すなわち、補間スケールscaleを“１”に選定すると、
許容誤差が無くなるので、エッジ部分などでの誤検出の
可能性が高くなるが、検出感度が高くなる。一方、補間
スケールscaleを“０”に選定すると、着目画素の近傍
画素群における最大値と最小値とによって規定される範
囲が許容範囲となって許容誤差が大きくなるので、エッ
ジ部分などでの誤検出が確実に防止されるが、検出感度
は低下する。
【０１９１】＜３.３ 本実施形態における画素比較方
式＞本実施形態における画素比較方式は上記方式（基礎
方式）を基礎としているが、参照画像と被検査画像のう
ちいずれに許容範囲を設定すべきかが画素毎に判定さ
れ、許容画像生成の元になる画像データが参照画像と被
検査画像の間で画素単位で切り換わる。図８０は、本実
施形態において被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとか
ら差分マップを作成するための画素比較方式を説明する
ためのブロック図であり、図７８に示した周辺分布特徴
算出部３０２０、選択信号生成部３０２２、許容画像生
成選択部３０２６、許容画像生成部３０２８、ターゲッ
ト画像選択部３０３０、第２バッファメモリ３０３２、
および比較演算回路３０３４からなる比較処理部３１０
０の具体的構成例を示している。すなわち、この例で
は、比較処理部３１００は、図７８に示す周辺分布特徴
算出部３０２０を構成する第１および第２の最大最小探
索部３２２０ａ，３２２０ｂ並びに第１および第２の減
算器３２２１ａ，３２２１ｂと、選択信号生成部３０２
２に相当する比較器３２２２と、許容画像生成選択部３
０２６を構成する第１および第２の３ステートゲート３
２２６ａ，３２２６ｂと、ターゲット画像選択部３０３
０を構成する第３および第４の３ステートゲート３２３
０ａ，３２３０ｂと、許容画像生成部３０２８に相当す
る許容値生成部３２２８と、比較演算回路３０３４に相
当する誤差許容比較回路３２３４とから構成されてい
る。
【０１９２】上記比較処理部３１００において、第１お
よび第２の最大最小探索部３２２０ａ，３２２０ｂは、
共に、上記基礎方式における最大最小探索部３１２０と
同様の構成である。第１の最大最小探索部３２２０ａ
は、参照画像ＲＥＦにおける着目画素近傍の画素群（以
下「着目近傍画素群」といい、着目画素を含む９個の画
素からなる）の９画素値における最大画素値ＭＡＸａと
最小画素値ＭＩＮａを求め、これらをその着目画素値Ｃ
ＥＮａと共に出力する。一方、第２の最大最小探索部３
２２０ｂは、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素近傍の
画素群の９画素値における最大画素値ＭＡＸｂと最小画
素値ＭＩＮｂを求め、これらをその着目画素値ＣＥＮｂ
と共に出力する。
【０１９３】第１の減算器３２２１ａは、第１の最大最
小探索部３２２０ａから出力される最大画素値ＭＡＸａ
と最小画素値ＭＩＮａとの差ＭＡＸａ−ＭＩＮａを参照
画像の着目近傍変化量ΔＲとして出力する。一方、第２
の減算器３２２１ｂは、第２の最大最小探索部３２２０
ｂから出力される最大画素値ＭＡＸｂと最小画素値ＭＩ
Ｎｂとの差ＭＡＸｂ−ＭＩＮｂを被検査画像の着目近傍
変化量ΔＯとして出力する。比較器３２２２は、参照画
像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量
ΔＯよりも大きいか否かを判定し、その判定結果を示す
肯定信号Ｓyesおよび否定信号Ｓnoを出力する。すなわ
ち、ΔＲ＞ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＨレベル
（ハイレベル）、否定信号ＳnoはＬレベル（ローレベ
ル）となり、ΔＲ≦ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＬ
レベル、否定信号ＳnoはＨレベルとなる。
【０１９４】第１および第２の３ステートゲート３２２
６ａ，３２２６ｂは、共に、第１〜第３入力端子群から
なる３つのデータ入力端子群と第１〜第３出力端子群か
らなる３つのデータ出力端子群と１つの制御入力端子Ｅ
ＮＡとを有しており、制御入力端子ＥＮＡにＨレベルの
信号が供給されると、第１〜第３入力端子群に入力され
た信号は、第１〜第３出力端子群からそれぞれ出力さ
れ、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給される
と、第１〜第３出力端子群は全て高インピーダンス状態
となる。第１の３ステートゲート３２２６ａの第１〜第
３入力端子群には、参照画像ＲＥＦの着目近傍画素群に
おける最大画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小
画素値ＭＩＮａを示す信号がそれぞれ入力され、第２の
３ステートゲート３２２６ｂの第１〜第３入力端子群に
は、被検査画像ＯＢＪの着目近傍画素群における最大画
素値ＭＡＸｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮ
ｂを示す信号がそれぞれ入力される。また、第１の３ス
テートゲート３２２６ａの制御入力端子には否定信号Ｓ
noが、第２の３ステートゲート３２２６ｂの制御入力端
子には肯定信号Ｓyesがそれぞれ入力されている。そし
て、第１の３ステートゲート３２２６ａの第１〜第３出
力端子群は、第２の３ステートゲート３２２６ｂの第１
〜第３出力端子群とそれぞれ接続され、かつ、許容値生
成回路３２２８の第１〜第３入力端子群にそれぞれ接続
されている。したがって、参照画像の着目近傍変化量Δ
Ｒが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きい場合
には、被検査画像ＯＢＪの着目画素が許容画素として選
択され、その着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸ
ｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮｂが、それ
ぞれ許容画像生成のための元データである最大画素値ｍ
ａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとして、許
容値生成回路３２２８に入力される。一方、参照画像の
着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ
以下である場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素が許容
画素として選択され、その着目近傍画素群における最大
画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小画素値ＭＩ
Ｎａが、それぞれ許容画像生成の元データである最大画
素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとし
て、許容値生成回路３２２８に入力される。
【０１９５】第３および第４の３ステートゲート３２３
０ａ，３２３０ｂは、共に、データ入力端子群とデータ
出力端子群と制御入力端子ＥＮＡとを有しており、制御
入力端子ＥＮＡにＨレベルの信号が供給されると、デー
タ入力端子群に入力された信号はデータ出力端子群から
出力され、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給
されると、データ出力端子群は高インピーダンス状態と
なる。第３の３ステートゲート３２３０ａのデータ入力
端子群には参照画像ＲＥＦの着目画素値ＣＥＮａを示す
信号が、第４の３ステートゲート３２３０ｂのデータ入
力端子群には被検査画像ＯＢＪの着目画素値ＣＥＮｂを
示す信号が、それぞれ入力され、第３の３ステートゲー
ト３２３０ａの制御入力端子には肯定信号Ｓyesが、第
４の３ステートゲート３２３０ｂの制御入力端子には否
定信号Ｓnoが、それぞれ入力されている。そして、第３
の３ステートゲート３２３０ａのデータ出力端子群は、
第４の３ステートゲート３２３０ｂのデータ出力端子群
と接続され、かつ、誤差許容比較回路３２３４のデータ
入力端子群に接続されている。したがって、参照画像の
着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ
よりも大きい場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素がタ
ーゲット画素として選択され、その着目画素値ＣＥＮａ
がターゲット画素値ｔｇｔとして誤差許容比較回路３２
３４に入力される。一方、参照画像の着目近傍変化量Δ
Ｒが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ以下である場合に
は、被検査画像ＯＢＪの着目画素がターゲット画素とし
て選択され、その着目画素値ＣＥＮｂがターゲット画素
値ｔｇｔとして誤差許容比較回路３２３４に入力され
る。
【０１９６】許容値生成回路３２２８は、上記基礎方式
における許容値生成回路３１２８と同様の構成であっ
て、入力される最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、
最小画素値ｍｉｎ、および補間スケールscaleに基づ
き、次式により最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａmin
を算出する（ただし、0.0≦scale≦1.0）。
【０１９７】 Ａmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（６） Ａmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（７） これら最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａminによって
決まる範囲Ａmin〜Ａmaが、参照画像ＲＥＦと被検査画
像ＯＢＪの着目画素のうち許容画素として選択された着
目画素に対して設定される許容範囲である。誤差許容比
較回路３２３４は、この許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意
の値をその許容画素の値と見なして、そのターゲット画
素とその許容画素とを比較し、ターゲット画素値ｔｇｔ
がその許容範囲Ａmin〜Ａmaxからどの程度離れているか
を示す差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ａmin＜ｔ
ｇｔ＜Ａmaxであればターゲット画素が許容画素に一致
すると判定してｓｕｂ＝０を出力し、ｔｇｔ≦Ａminで
あればｓｕｂ＝Ａmin−ｔｇｔを出力し、ｔｇｔ≧Ａmax
であればｓｕｂ＝ｔｇｔ−Ａmaxを出力する。このよう
にして誤差許容比較回路３２３４から出力される差分値
ｓｕｂは、被検査画像ＯＢＪの着目画素値と参照画像Ｒ
ＥＦの着目画素値との差異を示す差分値として第３バッ
ファメモリ３０３６に格納される。
【０１９８】＜３.４ 本実施形態の動作例＞本実施形
態の動作を説明する前に、比較のためにまず基礎方式に
よる動作例を説明する。
【０１９９】図８１は、被検査画像ＯＢＪと参照画像Ｒ
ＥＦとから差分マップを作成するための基礎方式（図７
９）による動作例を示している。この例では、参照画像
ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微小パターン２
Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小パターン１Ａ
に対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥としてのパター
ン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微小パ
ターン２Ａに対応するパターンは欠損しているものとす
る。この場合、許容値生成回路３１２８により参照画像
ＲＥＦの各画素につき算出される最大許容値Ｒmaxから
なる画像（以下「最大許容値画像」という）ＲＥＦmax
は、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、
値の大きい画素からなる微小パターン１Ａmaxを含み、
第２微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の
大きい画素からなる微小パターン２Ａmaxを含んでい
る。一方、許容値生成回路３１２８により参照画像ＲＥ
Ｆの各画素につき算出される最小許容値Ｒminからなる
画像（以下「最小許容値画像」という）ＲＥＦminは、
第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の
小さい画素からなる微小パターン１Ａminを含み、第２
微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の小さ
い画素からなる微小パターン２Ａminを含んでいる。
【０２００】このような最大許容値画像ＲＥＦmaxおよ
び最小許容値画像ＲＥＦminによって規定される許容範
囲が設定された参照画像ＲＥＦと、被検査画像ＯＢＪと
に対し、誤差許容比較回路３２３４により比較処理が実
行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの差
異を示す差分マップＭsub0が作成される。この差分マッ
プＭsub0では、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａ
と被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当
するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パタ
ーン２Ａの被検査画像ＯＢＪにおける欠損を示すパター
ンとして、値の小さい画素からなるパターン２sub0が存
在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小欠陥パターン３Ｂ
に相当するパターンとして、値の大きい画素からなるパ
ターン３sub0が存在する。このような差分マップＭsub0
によれば、微小欠陥パターン３Ｂの示す微小欠陥は、値
の大きい画素からなるパターン３sub0に対応するので検
出可能である。しかし、微小パターン２Ａの欠損は、値
の小さい画素からなるパターン２sub0に対応するので、
欠陥判定回路３０３８の閾値の設定によっては検出でき
ない可能性がある。また、微小パターン２Ａの欠損がパ
ターン２sub0によって検出されたとしても、値の小さい
画素からなるパターン２sub0が示す欠陥は重大なもので
はないと判断されるおそれがある。
【０２０１】次に、上記と同様の被検査画像ＯＢＪおよ
び参照画像ＲＥＦに対する本実施形態の動作について説
明する。
【０２０２】図８２は、被検査画像ＯＢＪと参照画像Ｒ
ＥＦとから差分マップを作成するための本実施形態（図
７８、図８０）による動作例を示している。上記と同
様、参照画像ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微
小パターン２Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小
パターン１Ａに対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥パ
ターン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微
小パターン２Ａに対応するパターンは欠損しているもの
とする。この場合、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン
１Ａについては、対応する微小パターン１Ｂが被検査画
像ＯＢＪに存在するので、参照画像ＲＥＦと被検査画像
ＯＢＪのいずれの画素値から許容画像が生成されても広
い許容範囲Ａmin〜Ａmaxが設定される。しかし、参照画
像ＲＥＦの第２微小パターン２Ａについては、対応する
パターンが被検査画像ＯＢＪに存在しないので、着目近
傍変化量の小さい被検査画像ＯＢＪの画素値から許容画
像が生成される。すなわち、第２微小パターン２Ａを構
成する画素に対応する被検査画像ＯＢＪの画素の近傍画
素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値Ａmin
と最小許容値Ａmaxとが生成される。また、被検査画像
ＯＢＪの微小欠陥パターン３Ｂについては、参照画像Ｒ
ＥＦにおいてそれに対応するパターンは存在しないの
で、着目近傍変化量の小さい参照画像ＲＥＦの画素値か
ら許容画像が生成される。すなわち、微小欠陥パターン
３Ｂを構成する画素に対応する参照画像ＲＥＦの画素の
近傍画素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値
Ａminと最小許容値Ａmaxとが生成される。したがって、
上記最大許容値Ａmaxからなる最大許容値画像ＡＩmax
は、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、
値の大きい画素からなる微小パターン１Ｃmaxを含む
が、第２微小パターン２Ａに相当するパターンを含まな
い（そのようなパターンを含んだとしても相当に小さい
値の画素から構成される）。また、上記最小許容値Ａmi
nからなる最小許容値画像ＡＩminは、第１微小パターン
１Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からな
る微小パターン１Ｃminを含むが、第２微小パターン２
Ａに相当するパターンを含まない（そのようなパターン
を含んだとしても相当に小さい値の画素から構成され
る）。なお、微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターン
は、最小許容値画像ＡＩminに含まれず、最大許容値画
像ＡＩmaxにも含まれない。許容画像は、被検査画像Ｏ
ＢＪおよび参照画像ＲＥＦの着目画素のうち許容画素と
して選択された画素からなり、許容画像の各画素には、
上記の最大許容値画像ＡＩmaxと最小許容値画像ＡＩmin
とによって規定される許容範囲が設定されている。
【０２０３】一方、ターゲット画像ＴＧＴは、参照画像
ＲＥＦおよび被検査画像ＯＢＪの着目画素のうち着目近
傍変化量の大きい方（正確には小さくない方）の画素か
ら構成されるので、微小パターン１Ａまたは１Ｂに相当
するパターンとして値の大きい画素からなる微小パター
ン１Ｄと、微小パターン２Ａに相当するパターンとして
値の大きい画素からなる微小パターン２Ｄと、微小欠陥
パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素
からなる微小パターン３Ｄとを含んでいる。
【０２０４】上記のような最大許容値画像ＡＩmaxおよ
び最小許容値画像ＡＩminによって規定される許容範囲
を有する許容画素からなる許容画像とターゲット画像Ｔ
ＧＴとに対し、誤差許容比較回路３２３４により処理が
実行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの
差異を示す差分マップＭsubが得られる。この差分マッ
プＭsubには、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａ
と被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当
するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パタ
ーン２Ａに相当するパターンの被検査画像ＯＢＪにおけ
る欠損を示すパターンとして値の大きい画素からなるパ
ターン２subが存在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小
欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい
画素からなるパターン３subが存在する。したがって、
このような差分マップＭsubによれば、被検査画像ＯＢ
Ｊの表す被検査物につき、第２微小パターン２Ａの欠損
とパターン３Ｂが示す微小欠陥との双方を確実に検出す
ることができる。
【０２０５】＜３.５ 本実施形態の効果＞上記画素比
較方式に基づく本実施形態によれば、許容範囲が参照画
像についてのみ設定されるのではなく、参照画像および
被検査画像の着目画素のうち着目近傍変化量（ΔＲ，Δ
Ｏ）の小さい方が許容画像を構成する許容画素として選
択されて、その許容画素について許容範囲Ａmin〜Ａmax
が設定されると共に、参照画像と被検査画像の着目画素
のうち許容範囲が設定されなかった方の着目画素がター
ゲット画像を構成するターゲット画素として選択され
る。そして、許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意の値はその
許容画素の値と見なされて、ターゲット画像と許容画像
とに対して誤差許容比較処理が実行される。このよう
に、着目近傍変化量（ΔＲ，ΔＯ）に応じて画素単位で
許容範囲を設定すべき画像が切り換えられるので、基礎
方式と同様に画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検
出を回避できるだけでなく、検出感度の低下を抑えるこ
とができる。すなわち、微小パターンを含む参照画像と
その微小パターンが欠損している被検査画像とを比較す
る場合には、その微小パターン部分についての比較の前
処理として被検査画像の着目画素に対して許容範囲が設
定されるので、その微小パターン部分についての差分値
ｓｕｂは十分に大きな値となる。そして、この差分値ｓ
ｕｂはその微小パターン部分についての参照画像と被検
査画像との差異を示す値として第３バッファメモリ３０
３６に格納されるので、被検査物における微小パターン
の欠損という欠陥を確実に検出することができる。
【０２０６】このように本実施形態によれば、被検査画
像と参照画像との比較において許容範囲を設定すべき画
像が着目近傍変化量に応じて動的かつ画素単位で切り換
えられるので、検出精度および検出感度のパターン形状
等に対する依存性の少ないロバストネスな欠陥検出が可
能となる。なお、許容画像の各画素に対して許容範囲が
設定されるので、従来法と同様、画像比較の際に正確な
位置合わせをしなくても欠陥検出が可能になるという効
果もある。
【０２０７】また、本実施形態では、誤差許容比較のた
めに許容範囲が設定される画像は画素単位で切り換わる
ので、画像の比較演算においては、参照画像と被検査画
像とは区別されずに両画像間の差異が算出される。した
がって、本実施形態によれば、参照画像を入れ替えなが
ら繰り返しパターンを検査する場合（図８４、図８５参
照）においても、従来とは異なり、参照画像の入れ替え
によって検出感度が変わることはないので、欠陥の見逃
しを防止することができる。
【０２０８】＜３.６ 変形例＞上記実施形態では、被
検査画像の着目画素と参照画像の着目画素のうちいずれ
に許容範囲を設定するか（いずれの着目画素から許容画
像を生成するか）は周辺分布特徴値によって決定され、
周辺分布特徴値としては、両画像の着目画素近傍の９画
素値における最大値と最小値との差である着目近傍変化
量ΔＲ，ΔＯが使用されている（図８０）。しかし、許
容範囲を設定すべき着目画素決定のための周辺分布特徴
値としては、このような着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯに限
定されるものではなく、着目画素近傍の画素値の空間的
変化量を示すものであればよい。したがって、上記着目
近傍変化量ΔＲ，ΔＯに代えて、例えば着目画素近傍の
９画素値についての分散を周辺分布特徴値として使用し
てもよい。また、分散などの周辺分布特徴値を算出する
ために使用する画素は着目画素近傍の９画素に限定され
るものではなく、例えば着目画素近傍の５×５＝２５画
素を使用して周辺分布特徴値を算出してもよい。
【０２０９】なお、上記実施形態に係るパターン検査装
置は専用ハードウェアとして実現されるものとしている
が、所定プログラムをＣＰＵ（Central Processing Uni
t）に実行させることにより、例えば図７８や図８０に
示す比較処理部３１００の一部または全部をソフトウェ
ア的に実現してもよい。
【０２１０】＜第４の検査＞さらに、第４の検査におけ
る実施の形態を図面に基づいて説明する。図８６は第４
の検査に係るパターン欠陥検査装置の概要図である。
【０２１１】このパターン欠陥検査装置は、半導体ウエ
ハからなる基板Ｗを支持する基板支持テーブル４０１１
と、この基板支持テーブル４０１１をＸ方向に移動させ
るためのアクチュエータ４０１２と、基板支持テーブル
４０１１をＹ方向に移動させるためのアクチュエータ４
０１３と、これらのアクチュエータ４０１２、４０１３
を介して基板支持テーブル４０１１を駆動するためのテ
ーブル駆動部４０１４と、基板支持テーブル４０１１に
支持された基板Ｗの画像を撮影するカメラ４０１５と、
カメラ４０１５における画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換器４０１６と、後述する画像処理部４０２０と、
パターン検査装置全体を制御する制御部４０１７とを備
える。また、制御部４０１７には、キーボード４０１８
とＣＲＴ４０１９とが接続されている。
【０２１２】また、画像処理部４０２０は、参照画像を
記憶するための画像メモリ４０２１と、画像メモリ４０
２１に記憶した参照画像をカメラ４０１５で読み取った
被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周
辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置するための揺すら
せ回路４０２２と、各揺すらせ位置において参照画像と
被検査画像との差の絶対値を測定することにより各揺す
らせ位置における差の絶対値画像を得るための差の絶対
値測定回路４０２３と、各揺すらせ位置における差の絶
対値画像に対し最大値フィルター処理を行うことにより
各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィル
ター処理回路４０２４と、各揺すらせ位置における最大
値画像に対し同一位置の画素値の最小値を検出すること
により欠陥画像を得る最小値検出回路４０２５と、欠陥
画像を一定の閾値で二値化することにより欠陥を特定す
る二値化処理回路４０２６とを備える。
【０２１３】次に、このパターン欠陥検査装置による欠
陥検査動作について説明する。図８７はパターン欠陥検
査工程を示すフローチャートである。
【０２１４】パターン欠陥検査を実行する際には、予
め、参照画像を画像メモリ４０２１に記憶しておく（ス
テップＳ１）。この参照画像記憶工程においては、欠陥
検査のマスターパターンとなるべき参照画像をカメラ４
０１５により多値画像として読み取り、この画像データ
を画像メモリ４０２１に記憶する。
【０２１５】次に、パターン欠陥検査を行うべき被検査
画像をカメラ４０１５により多値画像として読み取る
（ステップＳ２）。この被検査画像読取工程において読
み取られた画像は、差の絶対値測定回路４０２３に送信
される。なお、被検査画像を画像メモリ４０２１に一旦
記憶するようにしてもよい。
【０２１６】図８８は、画像メモリ４０２１に記憶され
た参照画像４０３１と、カメラ４０１５により読み取ら
れた被検査画像４０３２とを示す模式図である。
【０２１７】この図に示すように、この実施形態におい
ては、参照画像４０３１は１８×１８の画素から構成さ
れ、被検査画像４０３２は１６×１６の画素から構成さ
れている。そして、参照画像４０３１中には、４画素に
相当する欠陥またはパターン４０３３が存在しているも
のとする。
【０２１８】次に、参照画像記憶工程で記憶した参照画
像４０３１を被検査画像読取工程で読み取った被検査画
像４０３２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ
量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上
で、各揺すらせ位置において参照画像４０３１と被検査
画像４０３２との差の絶対値を測定する（ステップＳ
３）。
【０２１９】すなわち、この差の絶対値測定工程におい
ては、揺すらせ回路４０２２により、図８９に示すよう
に、参照画像４０３１の上辺と左辺とが被検査画像４０
３２の上辺と左辺とに一致する位置、参照画像４０３１
の上辺のみが被検査画像４０３２の上辺と一致する位
置、参照画像４０３１の上辺と右辺とが被検査画像４０
３２の上辺と右辺とに一致する位置、参照画像４０３１
の左辺のみが被検査画像４０３２の左辺と一致する位
置、参照画像４０３１のいずれの辺も被検査画像４０３
２のいずれかの辺と一致しない位置、参照画像４０３１
の右辺のみが被検査画像４０３２の右辺と一致する位
置、参照画像４０３１の左辺と下辺とが被検査画像４０
３２の左辺と下辺とに一致する位置、参照画像４０３１
の下辺のみが被検査画像４０３２の下辺と一致する位
置、参照画像４０３１の右辺と下辺とが被検査画像４０
３２の右辺と下辺とに一致する位置の９個の揺すらせ位
置に配置する。
【０２２０】そして、差の絶対値測定回路４０２３によ
り、これらの９個の揺すらせ位置において、参照画像記
憶工程で記憶した参照画像４０３１と被検査画像読取工
程で読み取った被検査画像４０３２とを比較することに
より、各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る。
図８９は、このようにして得られた９個の差の絶対値画
像４０３４ａ〜４０３４ｉを示している。
【０２２１】なお、この実施形態においては、参照画像
４０３１を被検査画像４０３２に対して二次元的に１画
素に相当するずらせ量だけずらせて９個の揺すらせ位置
に配置しているが、この揺すらせ量は１画素に相当する
ものでなくともよい。なお、例えば、この揺すらせ量を
２画素とした場合には、２５個の揺すらせ位置が存在す
ることになり、この揺すらせ量をｎ画素とした場合に
は、（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１）個の揺すらせ位置が存
在することになる。
【０２２２】また、この揺すらせ量は、必ずしも画素の
整数倍である必要はなく、例えば、特開２０００−０２
８３３３号に記載されているように、１画素以下の単位
であってもよい。
【０２２３】また、この実施形態においては、参照画像
４０３１と被検査画像４０３２とを多値画像としている
が、これらが二値画像の場合においては、この差の絶対
値測定工程にでは、各揺すらせ位置における参照画像４
０３１と被検査画像４０３２との排他的論理和をとるこ
とになる。
【０２２４】再度、図８７を参照して、次に、差の絶対
値測定工程で測定した各揺すらせ位置における差の絶対
値画像４０３４ａ〜４０３４ｉに対し、最大値フィルタ
ー処理（膨張処理）を実行する（ステップＳ４）。この
最大値フィルター処理工程においては、例えば、絶対値
画像４０３４ａ〜４０３４ｉにおける各画素を、例えば
３行３列の最大値フィルター領域の各位置に配置した場
合に、その最大値フィルター領域内の画像の最大値を、
その中央部の値として設定することにより、各揺すらせ
位置における最大値画像を得る。図９０は、このように
して得られた９個の差の最大対値画像４０３５ａ〜４０
３５ｉを示している。
【０２２５】なお、上述した説明では、最大値フィルタ
ー処理として、３×３のウインドウによる最大値フィル
ター処理を採用しているが、３×３以上のＮ×Ｎのもの
を採用するようにしてもよい。このとき、上述した揺す
らせ量をｎとしたとき、Ｎの値は［２ｎ＋１］以上であ
る必要がある。
【０２２６】また、上下左右対称な形状であれば、例え
ば円形等の、矩形状以外の形状のウインドウを使用して
もよい。このようなウインドウとして円形のウインドウ
を使用した場合においては、円形状のウインドウを円状
に揺すらせることになる。このような場合においては、
円形のウインドウの揺すらせ量をｎとしたとき、円形の
ウインドウの直径が上述したＮに相当することになる。
【０２２７】次に、最大値フィルター処理工程で得た各
揺すらせ位置における最大値画像４０３５ａ〜４０３５
ｉに対し、同一位置の画素値の最小値を検出する（ステ
ップＳ５）。すなわち、この最小値検出工程において
は、各揺すらせ位置に対応する９個の差の最大対値画像
４０３５ａ〜４０３５ｉにおける、同一位置にある画素
値の内の最小値を選択することにより、欠陥画像を得
る。図９１は、このようにして得られた欠陥画像４０３
６を示している。
【０２２８】図８８（ａ）および図９１に示すように、
検出された欠陥画像４０３６は、参照画像４０３１中の
欠陥またはパターン４０３３と同一サイズとなってい
る。すなわち、上述した条件の下、このパターン欠陥検
査装置を使用した場合においては、揺すらせ量をｎと
し、最大値フィルターのサイズを［２ｎ＋１］×［２ｎ
＋１］とした場合に、欠陥サイズと同一サイズの欠陥画
像４０３６を得ることができることになる。
【０２２９】再度、図８７を参照して、この欠陥画像４
０３６を所定の閾値で二値化することにより、最終的な
欠陥情報を得る（ステップＳ６）。
【０２３０】なお、上述した説明においては、最小値検
出工程（ステップＳ５）の後に、二値化処理を実行して
いるが、差の絶対値測定工程（ステップＳ３）に続いて
二値化処理を実行するようにしてもよい。このような場
合においては、最大値フィルター処理工程（ステップＳ
４）においては、最大値フィルター領域内のいずれかに
「１」が存在すれば、その中央部に「１」を設定するこ
とになる。また、最小値検出工程（ステップＳ５）にお
いては、各揺すらせ位置における最大値画像に対して
「ＡＮＤ」をとることになる。
【０２３１】上述した図８８〜図９１に示す実施形態
は、参照画像４０３１中には４画素に相当する欠陥４０
３３が存在している場合、もしくは、参照画像４０３１
中に４画素に相当するパターン４０３３が存在し、か
つ、被検査画像４０３２にはこのようなパターン４０３
３が存在しない場合のものである。しかしながら、この
発明に係るパターン欠陥検査装置によれば、被検査画像
に欠陥がある場合にも、同様の工程によりこの欠陥を検
出することができる。
【０２３２】図９２は、上述した参照画像記憶工程（ス
テップ１）により画像メモリ４０２１に記憶された参照
画像４０４１と、上述した被検査画像読取工程（ステッ
プＳ２）においてカメラ４０１５により読み取られた被
検査画像４０４２とを示す模式図である。
【０２３３】この図に示すように、この実施形態におい
ては、被検査画像４０４２中には、４画素に相当する欠
陥またはパターン４０４３が存在している。
【０２３４】このような条件の下、参照画像４０４１を
被検査画像４０４２に対して二次元的に１画素に相当す
るずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
置した上で、各揺すらせ位置において参照画像４０４１
と被検査画像４０４２との差の絶対値を測定する差の絶
対値測定工程（ステップＳ３）を実行した場合には、図
９３に示す９個の差の絶対値画像４０４４ａ〜４０４４
ｉが得られる。なお、この絶対値画像４０４４ａ〜４０
４４ｉは、図８９に示す絶対値画像４０３４ａ〜４０３
４ｉに比べ、各絶対値画像４０４４ａ〜４０４４ｉの位
置が互いに一致している点が異なっている。
【０２３５】そして、これらの差の絶対値画像４０４４
ａ〜４０４４ｉに対し、３×３の最大値フィルター処理
を実行することにより（ステップＳ４）。図９４に示す
９個の差の最大対値画像４０４５ａ〜４０４５ｉを得
る。
【０２３６】しかる後、これらの最大値画像４０４５ａ
〜４０４５ｉに対し、同一位置の画素値の最小値を検出
することにより（ステップＳ５）、図９５に示す欠陥画
像４０４６を得る図９２（ａ）および図９５に示すよう
に、検出された欠陥画像４０４６は、被検査画像４０４
１中の欠陥４０４３を最大値フィルターのサイズだけ膨
張したサイズとなっている。すなわち、上述した条件の
下、このパターン欠陥検査装置を使用した場合において
は、揺すらせ量をｎとし、最大値フィルターのサイズを
［２ｎ＋１］×［２ｎ＋１］とした場合に、欠陥サイズ
を最大値フィルターのサイズ分だけ膨張させたサイズの
欠陥画像４０４６を得ることができることになる。
【０２３７】最後に、図８７を参照して、この欠陥画像
４０４６を所定の閾値で二値化することにより、最終的
な欠陥情報を得る（ステップＳ６）。
【０２３８】なお、上述した実施形態においては、参照
画像４０３１、４０４１と被検査画像４０３２、４０４
２とをそのまま比較しているが、エッジ部分のサンプリ
ングによる誤差が問題となる場合においては、例えば、
本発明の第３実施形態に記載されたように、参照画像４
０３１、４０４１と被検査画像４０３２、４０４２に許
容値を設けた上で差分を計算するようにしてもよい。
【０２３９】なお、上記第１の検査ないし第４の検査
は、少なくとも１の検査が実施されればよく、必要に応
じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０２４０】（第２の実施の形態）第２の実施の形態に
係るパターン検査装置は、写像投影する機能と、走査型
電子顕微鏡としての機能（すなわち、一次電子ビームを
走査して発生した二次放出線を検出する機能）との二つ
の機能を併せ持っており、これら各機能は後述するよう
に電気的な操作だけで容易に切り換えることができる。
【０２４１】第２の実施の形態のパターン検査装置は、
図１に示す電子線装置１−１の構成を用い、該電子線装
置に走査型電子顕微鏡としての機能を持たせることによ
って実現できる。
【０２４２】写像投影する機能は主として帯電し難い試
料のパターン検査に使用され、一方、走査型電子顕微鏡
としての機能は、主として帯電し易い試料のパターン検
査若しくはパターン検査に先だって行われるレジストレ
ーションでのマーク検出に使用される。ここで帯電し易
い試料材料としては、例えば、酸化シリコン及び窒化シ
リコン等が表面に成膜されているウェーハであり、帯電
し難い試料材質としては、ベアシリコン及びアルミコー
トシリコン等が挙げられる。また、帯電し易いか又は帯
電し難いかの判定は、以下の基準により決定される。即
ち、シリコンウェーハの表面の何パーセントが絶縁膜で
覆われているか、或いは導電膜が島状に孤立しているか
互いに繋がっているか等で判断される。
【０２４３】写像投影する機能は、第１の実施の形態で
説明したので、詳細な説明を省略する。なお、本実施の
形態を写像投影機能で使用した場合、一例として、静電
対物レンズ２８−１により試料（例えば、ウェーハ等）
Ｓ上に縮小結像される電子ビームの照射領域は、２５０
ミクロン角であり、２次電子線は、２次光学系２０−１
により３００倍に拡大されて、ＭＣＰ１４−１に入射す
る。
【０２４４】次に、走査型電子顕微鏡としての機能につ
いて図１を用いて説明する。第２の実施の形態のパター
ン検査装置では、１次光学系１０−１において静電（又
は電磁）レンズ２５−１の後段に、１次電子ビームを偏
向可能な走査用偏向器１９−１を設置する。
【０２４５】カソード８−１から放出された電子線１２
−１はアノード９−１で加速され、１次光学系１０−１
の所定位置に設けられた成形開口でその断面形状が長方
形に成形される。成形された電子ビームは、次に、回転
軸非対称の四重極又は八重極の静電（又は電磁）レンズ
２５−１でレンズ条件を調整することにより、細く絞ら
れる。すなわち、電子ビームはその長方形形状のうち長
径方向の縮小率を特に大きくし、短径方向の縮小率はあ
る程度の縮小率に留めることにより、Ｅ×Ｂ分離器３０
−１の偏向主面より僅かに上側で計算上では１００ナノ
メートルの正方形となるように調整される。但し、実際
の装置ではレンズの収差があるため、Ｅ×Ｂ分離器３０
−１の偏向主面より僅かに上側で１２０ナノメートル直
径の円形ビームとなった。Ｅ×Ｂ分離器３０−１に入射
した円形電子ビームは、そこで試料Sの表面に垂直な方
向に偏向されかつ静電対物レンズ２８−１により１／４
に縮小されて試料の表面で約３０ナノメートル直径の電
子ビームに収束される。走査用偏向器１９−１を操作し
てこの３０ナノメートル直径の電子ビームを試料Ｓの表
面で二次元的に走査することにより、試料上で５ミクロ
ン角ないし１００ミクロン角の領域が走査される。
【０２４６】試料Ｓから放出された二次放出線は、静電
対物レンズ２８−１に印加された、二次放出線に対する
加速電界で加速され該静電対物レンズを通過し、Ｅ×B
分離器３０−１に入射される。Ｅ×B分離器３０−１に
入射された二次放出線は、上記写像投影する機能の場合
と全く同じレンズ条件で、２次光学系２０−１の静電中
間レンズ３１−１及び静電拡大レンズ３３−１を通りＭ
ＣＰ１４−１に入射する。
【０２４７】ＭＣＰ１４−１に入射した二次放出線は写
像投影する機能の場合と同様に、蛍光スクリーン１５−
１を照射してパターン画像を結像し、ＦＯＰ１７−１を
通過してＣＣＤカメラ１８−１により検出されかつ電気
信号に変換される。ＣＣＤカメラ１８−１からの電気信
号を全チャンネルに亘り電気的に加算することにより、
信号強度を得ることができる。従って、位置情報は走査
時間から取得することができる。この信号強度と位置情
報とに基いて取得されたパターン画像は、第１実施の形
態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査の
うち少なくとも１の検査により検査される。なお、必要
に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０２４８】写像投影する機能と走査型電子顕微鏡とし
ての機能との切り替えは、４極子レンズ２５−１を構成
する各レンズの倍率を変更すること、走査用偏向器１９
−１に走査信号を与えること、及びCCDカメラ１８−１
からの出力信号を写像投影する機能としての通常の信号
処理を行うか、又は全チャンネルを電気的に加算する走
査型電子顕微鏡としての処理とするかを決定することだ
けで、全て電気的な操作により行うことができる。
【０２４９】第２の実施の形態によれば、以下のような
効果を奏することが可能である。 （１）写像投影する機能と走査型電子顕微鏡としての機
能との二つの機能の切り換えは、４極子レンズ及び４極
子偏向器の条件、走査用偏向器への操作信号及びCCDカ
メラからの信号処理を全て電気的に変更するだけで、容
易に切り換えることができるから、一枚のウェーハに異
種のチップが形成されていて帯電し易いチップと、帯電
し難いチップが存在していても、パターン検査中に迅速
に両機能を切り換えて、効率よく検査できる。 （２）レジストレションでのマーク検出の場合には、走
査範囲を数ミクロン角に小さくすることにより、一ピク
セルの寸法を５ナノメートルと小さくして高精度のマー
ク検出を行うことができる。 （３）パターン検査の場合には、一ピクセルの寸法をＣ
ＣＤカメラの画素と写像投影する機能における倍率とか
ら決定される５０ナノメートルとすることにより、パタ
ーン検査を高いスループットで行うことができる。
【０２５０】（第３の実施の形態）第３の実施の形態の
欠陥検査装置は、図１の電子線装置１−１を用いた欠陥
検査システムを用いるので、本欠陥検査装置の構成に関
する詳細な説明は、同一の符号を附して省略する。
【０２５１】図１のＭＣＰ１４−１は、使用時間を横軸
に取りＭＣＰ１４−１の増倍率を縦軸に取ると、図５か
ら明らかなように、使用時間の増加に伴って、増倍率が
低下する。また、ＭＣＰ印加電圧を横軸に取りＭＣＰ増
倍率を縦軸に取ると、図６のＭＣＰ印加電圧とＭＣＰ増
倍率の相関関係を示すグラフからも明らかなように、飽
和値まで単調に増加する。そこで、本発明においては、
図７に示されるような制御を行うＭＣＰ印加電圧制御回
路４０−３を使用する。このＭＣＰ印加電圧制御回路４
０−３は、ＭＣＰ使用時間から現在のＭＣＰ増倍率を算
出し、現在の使用時間に対するＭＣＰ印加電圧−ＭＣＰ
増倍曲線からＭＣＰ増倍率が常に一定となるようにＭＣ
Ｐ印加電圧の制御を行う。つまり、図６の矢印の方向に
ＭＣＰ印加電圧をシフトさせる。このような制御によっ
て撮像された欠陥を含む画像は、長時間の連続使用にも
関わらず、常に一定のコントラスト画像が得られる。更
に、このＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３は、ラインセ
ンサのラインレートが現在の２倍に変化すれば、現在の
２倍のＭＣＰ増倍率にするＭＣＰ印加電圧となるように
制御を行い、また、倍率が現在の２倍に変化すれば、現
在の４倍のＭＣＰ増倍率にするＭＣＰ印加電圧となるよ
うに制御を行い、これらのパラメータの変化に対しても
画像コントラストが一定になるようにしている。なお、
図７はＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３のフローチャー
トを示す図である。
【０２５２】次に、詳細な具体例をウェーハの欠陥検査
について説明する。
【０２５３】図８に示されるような欠陥検査用の試料と
してウェーハＷをＸ−Ｙステージ２６−１に搭載し、そ
のウェーハＷ上に上記欠陥検査装置１−１により１次電
子ビームを照射してウェーハＷを同図の矢印Ａで示され
るように上下に走査することによってウェーハ全面の撮
像をおこない、ラインセンサ１８−１の画像はＰＣメモ
リ３４−１に格納させた。これらの欠陥検査をＭＣＰ印
加電圧制御回路４０−３で１０００時間程度連続して行
った。その結果、０時間使用のＭＣＰ倍増率は、約４５
００であったが、１０００時間使用後には同一のＭＣＰ
印加電圧１２００Ｖで、Ｇ２は約３０００に変化してい
た（図５）。ところが、本発明のＭＣＰ印加電圧制御回
路によってＭＣＰ増配率を変化させたところ、ＭＣＰ印
加電圧は、約１２００Ｖから約１４００Ｖまでシフトし
ていき、ＭＣＰ増倍率は、常に一定で約４５００を示し
ていた。また、このような方法で撮像された欠陥画像
は、１０００時間に亘ってほぼ同程度のコントラスト画
像を有していた。
【０２５４】この欠陥画像は、第１実施の形態に記載し
た欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査のうち少なく
とも１の検査により検査される。なお、必要に応じて複
数の検査を組み合わせてもよい。
【０２５５】本実施の形態によれば、次のような効果を
奏することが可能である。 （イ）長時間の欠陥検査を行っても欠陥画像のコントラ
ストの変化及び劣化を抑えることができる。 （ロ）ＭＣＰ印加電圧の制御又はビームのエミッション
電流を制御することによってＭＣＰの長時間使用による
増倍率の低下を防止し、それによって常に同レベルの欠
陥画像コントラストを維持できる。 （ハ）ＭＣＰの印加電圧を、現在のＭＣＰ印加電圧−Ｍ
ＣＰゲイン曲線を参照して決定することにより常に同レ
ベルの欠陥画像コントラストを維持できる。 （ニ）欠陥検査において、スループットを低下させるこ
となくその性能を向上させることができる。
【０２５６】（第４の実施の形態）図９は、本発明の実
施の形態のフィードスルー装置の概略平面図であり、図
１０は、図９のフィードスルー装置の線Ａ−Ａに沿う概
略断面図である。図９のフィードスルー装置１０−４
は、半導体パッケージを形成する半導体デバイスにより
構成される。図１０に示すように、フィードスルー装置
１０−４は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部
２−４、フィードスルー部２−４に固着される少なくと
も１本の電気導入ピン５−４、少なくとも１本の電気導
入ピン５−４と図示しない機能素子とを接続する配線９
−４、及び金属フランジ１−４を備える。
【０２５７】フィードスルー部２−４は、電気的絶縁能
力を持つ材料、一般的にはアルミナベースのセラミック
により形成される。フィードスルー部２−４は、シェル
３−４を介し金属フランジ１−４に結合される。シェル
３−４は、コバールや４２合金といった金属から形成さ
れ、フィードスルー部２−４と金属フランジ１−４との
間の熱膨張係数の違いに起因する熱応力による破損を防
ぐ役割を果す。フィードスルー部２−４とシェル３−４
との接合は、例えばモリブデン−マンガンメタライズと
銀ロウによって封着される。また、シエル３−４と金属
フランジ１−４との結合は、例えばＴＩＧ全周溶接のよ
うな方法で気密処理が施される。
【０２５８】フィードスルー部２−４は、パターンメタ
ライズ部４−４及びダイ（機能素子）６−４を備える。
パターンメタライズ部４−４とピン５−４とが銀ロウを
介し封着される。ダイ６−４は、フィードスルー部２−
４の片面に形成されるダイボンディング部７−４に固着
される。ダイ６−４は、センサ、電気回路及び半導体素
子を含む機能素子により構成される。フィードスルー部
２−４は、それを介し圧力状態及びガス種が異なること
ができるようにされる。
【０２５９】図１０においてフィードスルー部２−４の
真空側表面にダイ６−４が配置され、ダイ６−４は、真
空絶縁されたピン５−４の電流導入端子に接続される。
ピン５−４は、またダイ６−４の電気信号を電流導入端
子を介し、大気中へ取出せるように配置される。図９及
び図１０に示すフィードスルー装置１０−４は、真空絶
縁できる機能を備える半導体パッケージ、具体的には、
ＣＣＤ、ＴＤＩ等の半導体デバイスを収容するパッケー
ジにより構成される。このフィードスルー装置１０−４
は、図１３を参照して後述するように、写像投影系を含
む半導体デバイスの欠陥を検出する検出器として用いら
れる。
【０２６０】図９及び図１０の装置において、図示しな
い機能素子は、フィードスルー部２−４の真空側表面に
制作される。電気導入ピン５−４と図示しない機能素子
とを接続する接続配線９−４は、フィードスルー部２−
４の表面に膜状に形成される。フィードスルー部２−４
は、金属フランジ１−４に溶接されるか、又はシェル３
−４を介し結合される。
【０２６１】ダイボンディング部７−４は、図１０に示
すように、フィードスルー部２−４の一部に落とし込み
を形成しても良いし、しなくても良い。固着方法は、接
着剤、粘着テープ、低融点金属によるロウ付けを使用す
ることができる。真空中で使用する場合は、真空中での
脱ガス量の少ないものが望ましい。図１０の実施の形態
においては、ダイパッド部８−４とパターンメタライズ
部４−４との間の電気的接続手段として接続配線９−４
を用いたが、それに替えて、フリップチップ接続又は通
常の電気配線を用いることが可能である。
【０２６２】図１１は、本発明の他の実施の形態のフィ
ードスルー装置の概略平面図であり、機能素子６−４の
平面の４分の１を示すものである。図１２は、図１１の
フィードスルー装置の線Ｂ−Ｂに沿う概略断面図であ
る。図１１及び図１２は、ピン５−４の数の多いフィー
ドスルー装置２０−４を示す。フィードスルー部２−４
と図示しない金属フランジとの封着方法は、図１０の実
施の形態と同様である。
【０２６３】図１１及び図１２のようにピン５の本数が
多く、下方パターンメタライズ１２−４のみで全ての配
線を形成できない時は、表面上に上方パターンメタライ
ズ１６−４を施した配線板１５−４を重ねて設置し、ダ
イ６−４と下方パターンメタライズ１２−４及び上方パ
ターンメタライズ１６−４間を下方接続配線１９−４及
び上方接続配線１８−４を用いて電気的に接続する。上
方パターンメタライズ１６−４とピン５−４との間の電
気的接続は、ロウ付けでも、ハンダ付けでも、あるいは
ワイヤボンディングでも良い。
【０２６４】図１３は、本発明のフィードスルー装置１
０−４又は２０−４を組込んだウェーハ欠陥検査装置３
０−４の概略縦断面図である。図１３のウェーハ欠陥検
査装置３０−４は、電子ビーム４１−４を真空チャンバ
２１−４内へ放出する電子銃２２−４、静電レンズ群で
構成される照明光学系２３−４、検査すべきウェーハを
支持するステージ２４−４、静電レンズ群で構成される
写像投影光学系２６−４、及び検出器４０−４を備え
る。
【０２６５】図１３に示すように、検出器４０−４は、
二次電子像を増幅するＭＣＰ（マイクロチャネルプレー
ト）３１−４、ＭＣＰ３１−４により増幅された電子像
を光信号に変換する蛍光板３２−４、蛍光板３２−４に
密着配置され蛍光板３２−４で変換された光学像を伝達
するＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート、符号２
８−４で示す）、及びＦＯＰ２８−４から出力された光
学像をデジタル電気信号に変換する２０−４（機能素子
６−４）及びフィードスルー装置１０−４、フィードス
ルー装置の直上に配置されフィードスルー装置の電気信
号を変換する撮像カメラ２９−４を備える。フィードス
ルー装置１０−４は、真空チャンバ２１−４内の真空系
を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達す
る。ＭＣＰ３１−４、蛍光板３２−４及びＦＯＰ２８−
４は、共通の支持部材により支持され、ＭＣＰ／ＦＯＰ
アッセンブリー２７−４を形成する。
【０２６６】図１３のウェーハ欠陥検査装置３０−４に
おいて、電子銃２２−４から放出された電子ビーム４１
−４は、照明光学系２３−４により偏向、成形され、ス
テージ２４−４上のウェーハ２５−４の表面に照射され
る。電子ビームの照射によりウェーハ２５−４から放出
される二次電子は、写像投影光学系２６−４により所定
倍率でＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー２７−４上に結像
される。ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー２７−４上に結
像された二次電子像は、増倍され蛍光板３２−４により
光信号に変換されフィードスルー装置１０−４に入射さ
れ、フィードスルー装置上の機能素子によりデジタル信
号に変換され、このデジタル信号が撮像カメラ２９−４
へ伝達される。撮像カメラ２９−４において、デジタル
信号が後段の画像処理装置（図示しない）に取り込み可
能な形式の画像信号に変換され、出力されたのち、第１
実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４
の検査のうち少なくとも１の検査により検査される。な
お、必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０２６７】本発明の第４の実施の形態によれば、フィ
ードスルー部に固着される少なくとも１本の電気導入ピ
ン、及び前記少なくとも１本の電気導入ピンと機能素子
とを接続する接続配線を備え、前記機能素子は、センサ
ーを含むことにより、撮像センサーと真空フランジを別
個に形成するものに比べ、信号線が短いので信号遅延が
なく外乱も少なく、センサーを高速駆動することが可能
であり、欠陥検査のスループットを向上できる。
【０２６８】本発明の第４の実施の形態に係るフィード
スルー装置を組込んだ電子線装置を用いるウェーハの欠
陥検査装置は、微細なパターンを有する半導体デバイス
でも、高いスループットで検査でき、欠陥製品の出荷を
防止できる。
【０２６９】（第５の実施の形態）図１で前述した搬送
機構４０−１、除振機構及び真空系等を含む欠陥検査シ
ステム全体の更に詳細なシステムを第５の実施の形態と
して説明する。
【０２７０】図１４及び図１５において、第５の実施の
形態の半導体検査装置１の主要構成要素が立面及び平面
で示されている。
【０２７１】本実施の形態の半導体検査装置１は、複数
枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホ
ルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、ワーキ
ングチャンバを画成する主ハウジング３０と、ミニエン
バイロメント装置２０と主ハウジング３０との間に配置
されていて、二つのローディングチャンバを画成するロ
ーダハウジング４０と、ウェーハをカセットホルダ１０
から主ハウジング３０内に配置されたステージ装置５０
上に装填するローダー６０と、真空ハウジングに取り付
けられた電子光学装置７０と、を備え、それらは図１４
及び図１５に示されるような位置関係で配置されてい
る。半導体検査装置１は、更に、真空の主ハウジング３
０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウェー
ハに電位を印加する電位印加機構８３（図２２に図示）
と、電子ビームキャリブレーション機構８５（図２４に
図示）と、ステージ装置上でのウェーハの位置決めを行
うためのアライメント制御装置８７を構成する光学顕微
鏡８７１とを備えている。
【０２７２】カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２
５枚）のウェーハが上下方向に平行に並べられた状態で
収納されたカセットｃ（例えば、アシスト社製のＳＭＩ
Ｆ、ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個
（この実施の形態では２個）保持するようになってい
る。このカセットホルダとしては、カセットをロボット
等により搬送してきて自動的にカセットホルダ１０に装
填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手に
より装填する場合にはそれに適したオープンカセット構
造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようにな
っている。カセットホルダ１０は、この実施の形態で
は、自動的にカセットｃが装填される形式であり、例え
ば昇降テーブル１１と、その昇降テール１１を上下移動
させる昇降機構１２とを備え、カセットｃは昇降テーブ
ル上に図１５で鎖線図示の状態で自動的にセット可能に
なっていて、セット後、図１５で実線図示の状態に自動
的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第１の搬
送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブ
ル１１は図１４で鎖線図示の状態に降下される。このよ
うに、自動的に装填する場合に使用するカセットホル
ダ、或いは人手により装填する場合に使用するカセット
ホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良
いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
【０２７３】図２５に示す別の実施の形態では、複数の
３００ｍｍ基板Ｗを箱本体５０１の内側に固定した溝型
ポケット（図示せず）に収納した状態で収容し、搬送保
管等を行う。この基板反応箱２４は、角筒状の箱本体５
０１と、基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本
体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬
出入ドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ
類及びファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋
体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケットと、
ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、フ
ァンモータ５０７と、から構成されている。本実施の形
態では、ローター６０のロボット式の第１の搬送ユニッ
ト６１により、基板を出し入れする。
【０２７４】なお、カセットｃ内に収納される基板すな
わちウェーハは、検査を受けるウェーハであり、そのよ
うな検査は、半導体製造工程中でウェーハを処理するプ
ロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体
的には、成膜工程、ＣＭＰ、イオン注入等を受けた基板
すなわちウェーハ、表面に配線パターンが形成されたウ
ェーハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウ
ェーハが、カセット内に収納される。カセットｃ内に収
容されるウェーハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に
並べて配置されているため、任意の位置のウェーハと後
述する第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の
搬送ユニットのアームを上下移動できるようになってい
る。
【０２７５】図１４ないし図１６において、ミニエンバ
イロメント装置２０は、雰囲気制御されるようになって
いるミニエンバイロメント空間２１を画成するハウジン
グ２２と、ミニエンバイロメント空間２１内で清浄空気
のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環
装置２３と、ミニエンバイロメント空間２１内に供給さ
れた空気の一部を回収して排出する排出装置２４と、ミ
ニエンバイロメント空間２１内に配設されていて検査対
象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリ
アライナー２５とを備えている。
【０２７６】ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２
２及び四周を囲む周壁２２３を有していてい、ミニエン
バイロメント空間２１を外部から遮断する構造になって
いる。ミニエンバイロメント空間を雰囲気制御するため
に、気体循環装置２３は、図１６に示されるように、ミ
ニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に
取り付けられていて、気体（この実施の形態では空気）
を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示
せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す
気体供給ユニット２３１と、ミニエンバイロメント空間
内において底壁２２２の上に配置されていて、底に向か
って流れ下った空気を回収する回収ダクト２３２と、回
収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して
回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２
３３とを備えている。この実施の形態では、気体供給ユ
ニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２
２の外部から取り入れて清浄にするようになっている
が、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選
択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気を
つくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰ
Ａフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の
流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメ
ント空間２１内に配置された後述する第１の搬送ユニッ
トによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユ
ニットにより発生する虞のある塵埃がウェーハに付着す
るのを防止するようになっている。したがって、ダウン
フローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置
である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側
にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間全面に
亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空
気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保
することができる。また、ミニエンバイロメント空間内
には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪
化したときに装置をシャットダウンすることもできる。
ハウジング２２の周壁２２３のうちカセットホルダ１０
に隣接する部分には出入り口２２５が形成されている。
出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設
けて出入り口２２５をミニエンバイロメント装置側から
閉じるようにしてもよい。ウェーハ近傍でつくる層流の
ダウンフローは、例えば０．３〜０．４ｍ／ｓｅｃの流
速でよい。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空
間内でなくその外側に設けてもよい。
【０２７７】排出装置２４は、前記搬送ユニットのウェ
ーハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置
された吸入ダクト２４１と、ハウジング２２の外側に配
置されたブロワー２４２と、吸入ダクト２４１とブロワ
ー２４２とを接続する導管２４３と、を備えている。こ
の排出装置２４は、搬送ユニットの周囲を流れ下り搬送
ユニットにより発生する可能性のある塵埃を含んだ気体
を、吸入ダクト２４１により吸引し、導管２４３、２４
４及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側に
排出する。この場合、ハウジング２２の近くに引かれた
排気管（図示せず）内に排出してもよい。
【０２７８】ミニエンバイロメント空間２１内に配置さ
れたアライナー２５は、ウェーハに形成されたオリエン
テーションフラット（円形のウェーハの外周に形成され
た平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、
ウェーハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型
の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出
してウェーハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約
±１度の精度で予め位置決めしておくようになってい
る。プリアライナーは請求項に記載された発明の検査対
象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位
置決めを担当する。このプリアライナー自体は公知の構
造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略す
る。
【０２７９】なお、図示しないが、プリアライナーの下
部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナ
ーから排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するよ
うにしてもよい。
【０２８０】図１４及び図１５において、ワーキングチ
ャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング
本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレー
ム３６上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置３
７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支
持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれ
たフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体
３２はフレーム構造体３３１上に配設固定されていて、
フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２
２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲
む周壁３２３とを備えていてワーキングチャンバ３１を
外部から隔離している。底壁３２１は、この実施の形態
では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重
で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成
されているが、その他の構造にしてもよい。この実施の
形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置
３３は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム３６
が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達され
るのを防振装置３７で阻止するようになっている。ハウ
ジング本体３２の周壁３２３のうち後述するローダハウ
ジングに隣接する周壁にはウェーハ出し入れ用の出入り
口３２５が形成されている。
【０２８１】なお、防振装置は、空気バネ、磁気軸受け
等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有
するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のもので
よいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。
ワーキングチャンバ３１は公知の構造の真空装置（図示
せず）により真空雰囲気に保たれるようになっている。
台フレーム３６の下には装置全体の動作を制御する制御
装置２が配置されている。
【０２８２】図１４、図１５及び図１７において、ロー
ダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１
と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジ
ング本体４３を備えている。ハウジング本体４３は底壁
４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第
１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチ
ャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有していて、両
ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっ
ている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間で
ウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口
４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエン
バイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には
出入り口４３６及び４３７が形成されている。このロー
ダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング
支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されてそ
れによって支持されている。したがって、このローダハ
ウジング４０にも床の振動が伝達されないようになって
いる。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエ
ンバイロメント装置のハウジング２２の出入り口２２６
とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空
間２１と第１のローディングチャンバ４１との連通を選
択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。シ
ャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を
囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２
７１、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空
気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装
置２７３とを有している。また、ローダハウジング４０
の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２
５とは整合されていて、そこには第２のローディングチ
ャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択
的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。
シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲
を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触してそれらに
固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して
出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、
その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。更に、
仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１によりそ
れを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連
通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４６が設けられ
ている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６は、
閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるよう
になっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよ
いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。な
お、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の
支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニ
エンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハ
ウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止
するために、ハウジング２２とローダハウジング４０と
の間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のク
ッション材を配置しておけば良い。
【０２８３】第１のローディングチャンバ４１内には、
複数（この実施の形態では２枚）のウェーハを上下に隔
てて水平の状態で支持するウェーハラック４７が配設さ
れている。ウェーハラック４７は、図１８の示されるよ
うに、矩形の基板４７１の四隅に互いに隔てて直立状態
で固定された支柱４７２を備え、各支柱４７２にはそれ
ぞれ２段の支持部４７３及び４７４が形成され、その支
持部の上にウェーハＷの周縁を載せて保持するようにな
っている。そして後述する第１及び第２の搬送ユニット
のアームの先端を隣接する支柱間からウェーハに接近さ
せてアームによりウェーハを把持するようになってい
る。
【０２８４】ローディングチャンバ４１及び４２は、図
示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置
（図示せず）によって高真空状態（真空度としては１０
-5〜１０-6Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになってい
る。この場合、第１のローディングチャンバ４１を低真
空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第２のローディ
ングチャンバ４２を高真空チャンバとして高真空雰囲気
に保ち、ウェーハの汚染防止を効果的に行うこともでき
る。このような構造を採用することによってローディン
グチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるウェ
ーハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することが
できる。このようなローディングチャンバを採用するこ
とによって、後述するマルチビーム型電子線装置の原理
と共に、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管
状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の
真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。
【０２８５】第１及び第２のローディングチャンバ４１
及び４２は、それぞれ真空排気配管と不活性ガス（例え
ば乾燥純窒素）用のベント配管（それぞれ図示せず）が
接続されている。これによって、各ローディングチャン
バ内の大気圧状態は不活性ガスベント（不活性ガスを注
入して不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するの
を防止する）によって達成される。このような不活性ガ
スベントを行う装置自体は公知の構造のものでよいの
で、その詳細な説明は省略する。
【０２８６】なお、電子線を使用する本発明の検査装置
において、後述する電子光学系の電子源として使用され
る代表的な六硼化ランタン（ＬａＢ6）等は一度熱電子
を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸
素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めな
いために肝要であるが、電子光学系が配置されているワ
ーキングチャンバにウェーハを搬入する前段階で上記の
ような雰囲気制御を行うことにより、より確実に実行で
きる。
【０２８７】ステージ装置５０は、主ハウジング３０の
底壁３２１上に配置された固定テーブル５１と、固定テ
ーブル上でＹ方向（図１４において紙面に垂直の方向）
に移動するＹテーブル５２と、Ｙテーブル上でＸ方向
（図１４において左右方向）に移動するＸテーブル５３
と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回
転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えてい
る。そのホルダ５５のウェーハ載置面５５１上にウェー
ハを解放可能に保持する。ホルダは、ウェーハを機械的
に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知
の構造のものでよい。ステージ装置５０は、サーボモー
タ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用い
て、上記のような複数のテーブルを動作させることによ
り、載置面５５１上でホルダに保持されたウェーハを電
子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、
Ｙ方向及びＺ方向（図１４において上下方向）に、更に
ウェーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に
高い精度で位置決めできるようになっている。なお、Ｚ
方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ
方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面
の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計
の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知
し、その位置を図示しないフィードバック回路によって
制御したり、それと共に或いはそれに代えてウェーハの
ノッチ或いはオリフラの位置を測定してウェーハの電子
ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テー
ブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどによ
り回転させて制御する。ワーキングチャンバ内での塵埃
の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボ
モータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２
は、主ハウジング３０の外側に配置されている。なお、
ステージ装置５０は、例えばステッパー等で使用されて
いる公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の
詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置
も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細
な説明は省略する。
【０２８８】電子ビームに対するウェーハの回転位置や
Ｘ、Ｙ位置を予め後述する信号検出系或いは画像処理系
に入力することで得られる信号の基準化を図ることもで
きる。更に、このホルダに設けられたウェーハチャック
機構は、ウェーハをチャックするための電圧を静電チャ
ックの電極に与えられるようになっていて、ウェーハの
外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）
を押さえて位置決めするようになっている。ウェーハチ
ャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧
式クランクピンとを備えている。クランプピンは、自動
チャック及び自動リリースを実現できるようになってお
り、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。
【０２８９】なお、この実施の形態では図１５で左右方
向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移
動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向
に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動
するテーブルをＸテーブルとしてもよい。
【０２９０】ローダー６０は、ミニエンバイロメント装
置２０のハウジング２２内に配置されたロボット式の第
１の搬送ユニット６１と、第２のローディングチャンバ
４２内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット６
３とを備えている。
【０２９１】第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１
に関して軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回転可能になっている多
節のアーム６１２を有している。多節のアームとしては
任意の構造のものを使用できるが、この実施の形態で
は、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有し
ている。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つ
の部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆
動部６１１内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示
せず）により回転可能な軸６１３に取り付けられてい
る。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ1−Ｏ1の回
りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体と
して軸線Ｏ1−Ｏ1に関して半径方向に伸縮可能になって
いる。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部
分の先端には、には公知の構造の機械式チャック又は静
電チャック等のウェーハを把持する把持装置６１６が設
けられている。駆動部６１１は、公知の構造の昇降機構
６１５により上下方向に移動可能になっている。
【０２９２】この第１の搬送ユニット６１は、アーム６
１２がカセットホルダに保持された二つのカセットｃの
内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが
伸び、カセットｃ内に収容されたウェーハを１枚アーム
の上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック
（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが
縮み（図１５に示すような状態）、アームがプリアライ
ナー２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転
してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてア
ームに保持されたウェーハをプリアライナー２５に載せ
る。プリアライナーから前記と逆にしてウェーハを受け
取った後はアームは更に回転し第２のローディングチャ
ンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止
し、第２のローディングチャンバ４１内のウェーハ受け
４７にウェーハを受け渡す。なお、機械的にウェーハを
把持する場合にはウェーハの周縁部（周縁から約５ｍｍ
の範囲）を把持する。これはウェーハには周縁部を除い
て全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この
部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさ
せるからである。
【０２９３】第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニ
ットと構造が基本的に同じであり、ウェーハの搬送をウ
ェーハラック４７とステージ装置の載置面上との間で行
う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略
する。
【０２９４】上記ローダー６０では、第１及び第２の搬
送ユニット６１及び６３は、カセットホルダに保持され
たカセットからワーキングチャンバ３１内に配置された
ステージ装置５０上への及びその逆のウェーハの搬送を
ほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアー
ムが上下動するのは、単に、ウェーハのカセットからの
取り出し及びそれへの挿入、ウェーハのウェーハラック
への載置及びそこからの取り出し及びウェーハのステー
ジ装置への載置及びそこからの取り出しのときるだけで
ある。したがって、大型のウェーハ、例えば直径３０ｃ
ｍのウェーハの移動もスムースに行うことができる。
【０２９５】次にカセットホルダに支持されたカセット
ｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ
装置５０までへのウェーハの搬送を順を追って説明す
る。
【０２９６】カセットホルダ１０は、前述のように人手
によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造
のものが、また自動的にカセットをセットする場合には
それに適した構造のものが使用される。この実施の形態
において、カセットｃがカセットホルダ１０の昇降テー
ブル１１の上にセットされると、昇降テーブル１１は昇
降機構１２によって降下されカセットｃが出入り口２２
５に整合される。
【０２９７】カセットが出入り口２２５に整合される
と、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きま
たカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５
との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニ
エンバイロメント空間内を外部から遮断する。これらの
構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細
な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２
０側に出入り口２２５を開閉するシャッタ装置が設けら
れている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口
２２５を開く。
【０２９８】一方、第１の搬送ユニット６１のアーム６
１２は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この
説明ではＭ１の方向）で停止しており、出入り口２２５
が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されて
いるウェーハのうち１枚を受け取る。なお、アームと、
カセットから取り出されるべきウェーハとの上下方向の
位置調整は、この実施の形態では第１の搬送ユニット６
１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行う
が、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或
いはその両者で行ってもよい。
【０２９９】アーム６１２によるウェーハの受け取りが
完了すると、アームは縮み、シャッタ装置を動作して出
入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム
６１２は軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動して方向Ｍ３に向け
て伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端
に載せられ或いはチャックで把持されたウェーハをプリ
アライナー２５の上に載せ、そのプリアライナーによっ
てウェーハの回転方向の向き（ウェーハ平面に垂直な中
心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。
位置決めが完了すると搬送ユニット６１はアームの先端
にプリアライナー２５からウェーハを受け取ったのちア
ームを縮ませ、方向Ｍ４に向けてアームを伸長できる姿
勢になる。するとシャッタ装置２７の扉２７２が動いて
出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸び
てウェーハを第１のローディングチャンバ４１内のウェ
ーハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、前
記のようにシャッタ装置２７が開いてウェーハラック４
７にウェーハが受け渡される前に、仕切壁４３４に形成
された開口４３５はシャッタ装置４６の扉４６１により
気密状態で閉じられている。
【０３００】上記第１の搬送ユニットによるウェーハの
搬送過程において、ミニエンバイロメント装置のハウジ
ングの上に設けられた気体供給ユニット２３１からは清
浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途
中で塵埃がウェーハの上面に付着するのを防止する。搬
送ユニット周辺の空気の一部（この実施の形態では供給
ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空
気）は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されて
ハウジング外に排出される。残りの空気はハウジングの
底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され再
び気体供給ユニット２３１に戻される。
【０３０１】ローダハウジング４０の第１のローディン
グチャンバ４１内のウェーハラック４７内に第１の搬送
ユニット６１によりウェーハが載せられると、シャッタ
装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１内を密閉
する。すると、第１のローディングチャンバ４１内には
不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不
活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ４１内
は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャン
バの真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャン
バ４１内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置
４６が動作して扉４６１で密閉していた出入り口４３４
を開き、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が伸び
て先端の把持装置でウェーハ受け４７から１枚のウェー
ハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付け
られたチャックで把持して）。ウェーハの受け取りが完
了するとアームが縮み、シャッタ装置４６が再び動作し
て扉４６１で出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ
装置４６が開く前にアーム６３２は予めウェーハラック
４７の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、
前記のようにシャッタ装置４６が開く前にシャッタ装置
４５の扉４５２で出入り口４３７、３２５を閉じてい
て、第２のローディングチャンバ４２内とワーキングチ
ャンバ３１内との連通を気密状態で阻止しており、第２
のローディングチャンバ４２内は真空排気される。
【０３０２】シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じ
ると、第２のローディングチャンバ内は再度真空排気さ
れ、第１のローディングチャンバ内よりも高真空度で真
空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６１のアー
ムはワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０の方
向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキン
グチャンバ３１内のステージ装置では、Ｙテーブル５２
が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ0−Ｘ0が第２の搬送ユニ
ット６３の回動軸線Ｏ2−Ｏ2を通るＸ軸線Ｘ1−Ｘ1とほ
ぼ一致する位置まで、図１５で上方に移動し、また、Ｘ
テーブル５３は図１５で最も左側の位置に接近する位置
まで移動し、この状態で待機している。第２のローディ
ングチャンバがワーキングチャンバの真空状態と略同じ
になると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り
口４３７、３２５を開き、アームが伸びてウェーハを保
持したアームの先端がワーキングチャンバ３１内のステ
ージ装置に接近する。そしてステージ装置５０の載置面
５５１上にウェーハを載置する。ウェーハの載置が完了
するとアームが縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３
７、３２５を閉じる。
【０３０３】以上は、カセットｃ内のウェーハをステー
ジ装置上に搬送するまでの動作に付いて説明したが、ス
テージ装置に載せられて処理が完了したウェーハをステ
ージ装置からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を
行って戻す。また、ウェーハラック４７に複数のウェー
ハを載置しておくため、第２の搬送ユニットでウェーハ
ラックとステージ装置との間でウェーハの搬送を行う間
に、第１の搬送ユニットでカセットとウェーハラックと
の間でウェーハの搬送を行うことができ、検査処理を効
率良く行うことができる。
【０３０４】具体的には、第２の搬送ユニットのウェー
ハラック４７に、既に処理済みのウェーハＡと、未処理
のウェーハＢとがある場合、以下の手順に従う。 先
ず、ステージ装置５０に未処理のウェーハＢを移動し、
処理を開始する。 この処理中に、処理済みウェーハ
Ａを、アームによりステージ装置５０からウェーハラッ
ク４に移動し、未処理のウェーハＣを同じくアームによ
りウェーハラックから抜き出し、プリアライナで位置決
めした後、ローディングチャンバー４１のウェーハラッ
ク４７に移動する。このようにすることにより、ウェー
ハラック４７の中には、ウェーハＢを処理中に、処理済
みのウェーハＡを未処理のウェーハＣに置き換えること
ができる。
【０３０５】また、検査及び評価を行う、当該装置の利
用の仕方によっては、ステージ装置５０を複数台並列に
置き、夫々の装置に一つのウェーハラック４７からウェ
ーハを移動することにより、複数枚のウェーハを同じく
処理することもできる。
【０３０６】図１９及び図２０において、主ハウジング
の支持方法の変形例が示されている。図１９に示された
変形例では、ハウジング支持装置３３ａを厚肉で矩形の
鋼板３３１ａで構成し、その鋼板の上にハウジング本体
３２ａが載せられている。したがって、ハウジング本体
３２ａの底壁３２１ａは、前記実施の形態の底壁に比較
して薄い構造になっている。図２０に示された変形例で
は、ハウジング支持装置３３ｂのフレーム構造体３３６
ｂによりハウジング本体３２ｂ及びローダハウジング４
０ｂを吊り下げて状態で支持するようになっている。フ
レーム構造体３３６ｂに固定された複数の縦フレーム３
３７ｂの下端は、ハウジング本体３２ｂの底壁３２１ｂ
の四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持
するようになっている。そして防振装置３７ｂは、フレ
ーム構造体３３６ｂと台フレーム３６ｂとの間に配置さ
れている。また、ローダハウジング４０もフレーム構造
体３３６に固定された吊り下げ部材４９ｂによって吊り
下げられている。ハウジング本体３２ｂのこの図２０に
示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジ
ング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が
可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びロー
ダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハ
ウジングに床からの振動が伝わらないようになってい
る。
【０３０７】図示しない別の変形例では、主ハウジング
のハウジング本外のみがハウジング支持装置によって下
から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバ
イロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。ま
た、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハ
ウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持
され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメン
ト装置と同じ方法で床上に配置され得る。
【０３０８】電子光学装置７０は、図１に示す写像投影
型の電子線装置を用いることができる。代替例として、
図２１に示す別の写像投影型の電子線装置を用いてもよ
い。同図で略示された写像投影型電子線装置は、ハウジ
ング本体３２に固定された鏡筒７１を備え、その中に
は、一次電子光学系（以下単に一次光学系）７２と、二
次電子光学系（以下単に二次光学系）７４とを備える電
子光学系と、検出系７６とが設けられている。一次光学
系７２は、電子線を検査対象であるウェーハＷの表面に
照射する光学系で、電子線を放出する電子銃７２１と、
電子銃７２１から放出された一次電子線を集束する静電
レンズからなるレンズ系７２２と、ウイーンフィルタす
なわちＥ×Ｂ分離器７２３と、対物レンズ系７２４と、
を備え、それらは、図２１に示されるように電子銃７２
１を最上部にして順に配置されている。この実施の形態
の対物レンズ系７２４を構成するレンズは減速電界型対
物レンズである。この実施の形態では、電子銃７２１か
ら放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェ
ーハＷに照射される照射光軸（ウェーハの表面に垂直に
なっている）に関して斜めになっている。対物レンズ系
７２４と検査対象であるウェーハＷとの間には電極７２
５が配置されている。この電極７２５は一次電子線の照
射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源７２６
によって電圧制御されるようになっている。
【０３０９】二次光学系７４は、Ｅ×Ｂ型偏向器７２４
により一次光学系から分離された二次電子を通す静電レ
ンズから成るレンズ系７４１を備えている。このレンズ
系７４１は二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能
する。
【０３１０】検出系７６は、レンズ系７４１の結像面に
配置された検出器７６１及び画像処理部７６３を備えて
いる。
【０３１１】次に、上記構成の電子光学装置７０の動作
に付いて説明する。
【０３１２】電子銃７２１から放出された一次電子線
は、レンズ系７２２によって集束される。収束された一
次電子線はＥ×Ｂ型偏向器７２３に入射され、ウェーハ
Ｗの表面に垂直に照射されるように偏向され、対物レン
ズ系７２４によってウェーハＷの表面上に結像される。
【０３１３】一次電子線の照射によってウェーハから放
出された二次電子は、対物レンズ系７２４によって加速
され、Ｅ×Ｂ型偏向器７２３に入射し、その偏向器を直
進して二次光学系のレンズ系７４１により検出器７６１
に導かれる。そして、その検出器７６１によって検出さ
れ、その検出信号が画像処理部７６３に送られる。
【０３１４】画像処理部７６３は、送られてきた検出信
号から画像信号を取得したのち、この画像信号を第１実
施の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の
検査のうち少なくとも１の検査により検査する。なお、
必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０３１５】なお、この実施の形態において、対物レン
ズ系７２４は、１０ないし２０ｋＶの高電圧が印加さ
れ、ウェーハは設置されているものとする。
【０３１６】ここで、ウェーハＷにビアｂがある場合
に、電極７２５に与える電圧を−２００Ｖとすると、ウ
ェーハの電子線照射面の電界は、０〜−０．１Ｖ／ｍｍ
（−はウェーハＷ側が高電位であることを示す）となっ
た。この状態で、対物レンズ系７２４とウェーハＷとの
間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えた
が、二次電子の検出効率が若干下がってしまう。したが
って、電子線を照射し二次電子を検出する一連の動作
を、例えば４回行い、得られた４回分の検出結果を累積
加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度を得た。
【０３１７】また、ウェーハにビアｂがない場合に、電
極７２５に与える電圧を＋３５０Ｖとしても、対物レン
ズ系７２４とウェーハとの間に放電は発生せずに、ウェ
ーハＷの欠陥検査は行えた。この場合、電極７２５に与
えた電圧によって二次電子が集束され、対物レンズ７２
４によっても更に集束されるので、検出器７６１におけ
る二次電子の検出効率は向上した。よって、ウェーハ欠
陥装置としての処理も高速となり、高いスループットで
検査が行えた。
【０３１８】プレチャージユニット８１は、図１４に示
されるように、ワーキングチャンバ３１内で電子光学装
置７０の鏡筒７１に隣接して配設されている。本検査装
置では検査対象である基板すなわちウェーハに電子線を
走査して照射することによりウェーハ表面に形成された
デバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、
電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウェーハ
表面の情報とするが、ウェーハ材料、照射電子のエネル
ギ等の条件によってウェーハ表面が帯電（チャージアッ
プ）することがある。更に、ウェーハ表面でも強く帯電
する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウェー
ハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生
じ、正確な情報を得ることができない。そこで、本実施
の形態では、このむらを防止するために、荷電粒子照射
部８１１を有するプレチャージユニット８１が設けられ
ている。検査するウェーハの所定の箇所に検査電子を照
射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージ
ユニットの荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射し
て帯電のむらを無くす。このウェーハ表面のチャージア
ップは予め検出対称であるウェーハ面の画像を形成し、
その画像を評価することで検出し、その検出に基づいて
プレチャージユニット８１を動作させる。
【０３１９】また、このプレチャージユニットでは一次
電子線をぼかして照射してもよい。
【０３２０】図２２において、電位印加機構８３は、ウ
ェーハから放出される二次電子情報（二次電子発生率）
が、ウェーハの電位に依存すると言う事実に基づいて、
ウェーハを載置するステージの設置台に±数Ｖの電位を
印加することにより二次電子の発生を制御するものであ
る。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有して
いるエネルギーを減速し、ウェーハに１００〜５００ｅ
Ｖ程度の照射電子エネルギーとするための用途も果た
す。
【０３２１】電位印加機構８３は、図２２に示されるよ
うに、ステージ装置５０の載置面５４１と電気的に接続
された電圧印加装置８３１と、チャージアップ調査及び
電圧決定システム（以下調査及び決定システム）８３２
とを備えている。調査及び決定システム８３２は、電子
光学装置７０の検出系７６の画像形成部７６３に電気的
に接続されたモニター８３３と、モニター８３３に接続
されたオペレータコンソール８３４と、オペレータコン
ソール８３４に接続されたＣＰＵ８３５とを備えてい
る。ＣＰＵ８３５は、前記電圧印加装置８３１に信号を
供給するようになっている。
【０３２２】上記電位印加機構は、検査対象であるウェ
ーハが帯電し難い電位を探し、その電位を印加するよう
に設計されている。
【０３２３】図２３において、電子ビームキャリブレー
ション機構８５は、前記回転テーブル上でウェーハの載
置面５４１の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流
測定用のそれぞれ複数のファラデーカップ８５１及び８
５２を備えている。ファラデーカップ８５１は細いビー
ム用（約φ２μｍ）で、ファラデーカップ８５２太いビ
ーム用（約φ３０μｍ）である。細いビーム用のファラ
デーカップ８５１では回転テーブルをステップ送りする
ことで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のフ
ァラデーカップ８５２ではビームの総電流量を計測す
る。ファラデーカップ８５１及び８５２は、上表面が載
置面５４１上に載せられたウェーハＷの上表面と同じレ
ベルになるように配置されている。このようにして電子
銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、
電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使
用しているうちにその放出量が変化するためである。
【０３２４】図２４に示すアライメント制御装置８７
は、ステージ装置５０を用いてウェーハＷを電子光学装
置７０に対して位置決めさせる装置であって、ウェーハ
を光学顕微鏡８７１を用いた広視野観察による概略合わ
せ（電子光学系によるよりも倍率が低い測定）、電子光
学装置７０の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調
整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行
うようになっている。このように光学系を用いて低倍率
でウェーハを検査するのは、ウェーハのパターンの検査
を自動的に行うためには、電子線を用いた狭視野でウェ
ーハのパターンを観察してウェーハライメントを行う時
に、電子線によりアライメントマークを容易に検出する
必要があるからである。
【０３２５】光学顕微鏡８７１は、ハウジングに設けら
れ（ハウジング内で移動可能な設けられていてもよい）
ており、光学顕微鏡を動作させるための光源も図示しな
いがハウジング内に設けられている。また高倍率の観察
を行う電子光学系は電子光学装置７０の電子光学系（一
次光学系７２及び二次光学系７４）を共用するものであ
る。その構成を概略図示すれば、図２４に示されるよう
になる。ウェーハ上の被観察点を低倍率で観察するに
は、ステージ装置５０のＸステージ５３をＸ方向に動か
すことによってウェーハの被観察点を光学顕微鏡の視野
内に移動させる。光学顕微鏡８７１で広視野でウェーハ
を視認してそのウェーハ上の観察すべき位置をＣＣＤ８
７２を介してモニタ８７３に表示させ、観察位置をおお
よそ決定する。この場合光学顕微鏡の倍率を低倍率から
高倍率に変化させていってもよい。
【０３２６】次に、ステージ装置５０を電子光学装置７
０の光軸と光学顕微鏡８７１の光軸との間隔δｘに相当
する距離だけ移動させて光学顕微鏡で予め決めたウェー
ハ上の被観察点を電子光学装置の視野位置に移動させ
る。この場合、電子光学装置の軸線Ｏ3−Ｏ3と光学顕微
鏡８７１の光軸Ｏ4−Ｏ4との間の距離（この実施の形態
ではＸ軸線に沿った方向にのみ両者は位置ずれしている
ものとするが、Ｙ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしてい
てもよい）δｘは予めわかっているのでその値δｘだけ
移動させれば被観察点を視認位置に移動させることがで
きる。電子光学装置の視認位置への被観察点の移動が完
了した後、電子光学系により高倍率で被観察点をＳＥＭ
撮像して画像を記憶したり又はＣＣＤ７６１を介してモ
ニタ７６５に表示させる。
【０３２７】このようにして電子光学系による高倍率で
ウェーハの観察点をモニタに表示させた後、公知の方法
によりステージ装置５０の回転テーブル５４の回転中心
に関するウェーハの回転方向の位置ずれすなわち電子光
学系の光軸Ｏ3−Ｏ3に対するウェーハの回転方向のずれ
δθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパター
のＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれを検出する。そしてその
検出値並びに別途得られたウェーハに設けられた検査マ
ークのデータ或いはウェーハのパターンの形状等に関す
るデータに基づいてステージ装置５０の動作を制御して
ウェーハのアライメントを行う。
【０３２８】第５の実施の形態によれば、次のような効
果を奏することが可能である。 （イ）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構
成が得られ、高いスループットで検査対象を処理するこ
とができる。 （ロ）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気
体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察す
るセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視し
ながら検査対象の検査を行うことができる。 （ハ）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを
一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境
に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検
査を行うことができる。 （ニ）プレチャージユニットを設けているので、絶縁物
でできたウェーハも帯電による影響を受けがたい。
【０３２９】（第６の実施の形態）第６の実施の形態
は、ステージ上の基板に電子線を照射し、基板から出る
２次電子を検出して、２次電子画像を取り込む装置で
の、上記ステージの改善に関する。本実施の形態を説明
する前に従来のステージを説明する。
【０３３０】半導体ウェーハ等の試料表面等に電子ビー
ム等の荷電ビームを照射することによって、その試料表
面上を半導体回路等のパターンで露光し若しくは試料表
面上に形成されたパターンを検査する装置、或いは荷電
ビームを照射することによって試料に対して超精密加工
を施す装置においては、試料を真空中で精度良く位置決
めするステージが使用されている。
【０３３１】かかるステージに対して非常に高精度な位
置決めが要求される場合には、ステージを静圧軸受けに
よって非接触支持する構造が採用されている。この場
合、静圧軸受けから供給される高圧ガスが直接真空チャ
ンバに排気されないように、高圧ガスを排気する差動排
気機構を静圧軸受けの範囲に形成することによって、真
空チャンバの真空度を維持している。
【０３３２】かかる従来技術によるステージの一例が図
２６に示されている。同図の構造において、真空チャン
バＣを構成するハウジング８−７に、荷電ビームを発生
し試料に照射する荷電ビーム装置の鏡筒１の先端部すな
わち荷電ビーム照射部２−７が取り付けられている。鏡
筒内部は真空配管１０−７によって真空排気されてお
り、チャンバＣは真空配管１１−７によって真空排気さ
れている。そして、荷電ビームは鏡筒１−７の先端部２
−７から、その下に置かれたウェーハ等の試料Ｓに対し
て照射される。
【０３３３】試料Ｓは試料台４−７に公知の方法により
取り外し可能に保持されており、試料台４−７はＸＹス
テージ（以下単にステージ）３−７のＹ方向可動部５−
７の上面に取り付けられている。上記Ｙ方向可動部５−
７には、ステージ３−７のＸ方向可動部６−７のガイド
面６ａ−７と向かい合う面（図２６［Ａ］において左右
両面及び下面）に静圧軸受け９−７が複数取り付けられ
ており、この静圧軸受け９−７の作用によりガイド面と
の間に微小隙間を維持しながらＹ方向（図２６［Ｂ］で
左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受けの周りに
は、静圧軸受けに供給される高圧ガスが真空チャンバＣ
の内部にリークしないように差動排気機構が設けられて
いる。この様子を図２７に示す。静圧軸受け９−７の周
囲に二重に溝１８−７と１７−７が構成されており、こ
れらの溝は図示されていない真空配管と真空ポンプによ
り常時真空排気されている。このような構造により、Ｙ
方向可動部５−７は真空中を非接触状態で支持されＹ方
向に自在に移動することができるようになっている。こ
れらの二重の溝１８−７と１７−７は可動部５−７の静
圧軸受け９−７が設けられている面にその静圧軸受けを
囲むようにして形成されている。なお、静圧軸受けの構
造は公知のもので良いので、その詳細な説明は省略す
る。
【０３３４】このＹ方向可動部５−７を搭載しているＸ
方向可動部６−７は、図２６からも明らかなように、上
方に開口している凹形の形状を有していて、そのＸ方向
可動部６−７にもまったく同様の静圧軸受け及び溝が設
けられていて、ステージ台７−７に対して非接触で支持
されており、Ｘ方向に自在に移動することができる。
【０３３５】これらのＹ方向可動部５−７とＸ方向可動
部６−７の移動を組み合わせることによって、試料Ｓを
鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−７に関して
水平方向任意の位置に移動させ、試料の所望の位置に荷
電ビームを照射することができる。
【０３３６】上記の静圧軸受けと差動排気機構を組み合
わせたステージでは、ステージが移動する際に、静圧軸
受け９−７に対向するガイド面６ａ−７や７ａ−７は、
静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とチャンバ内の真空環境
の間を往復運動する。この時ガイド面では、高圧ガス雰
囲気に曝されている間にガスが吸着し、真空環境に露出
されると吸着していたガスが放出されるという状態が繰
り返される。このためステージが移動する度に、チャン
バＣ内の真空度が悪化するという現象が起こり、上述し
た荷電ビームによる露光や検査や加工等の処理が安定に
行えなかった、試料が汚染されてしまうという問題があ
った。
【０３３７】以下図面を参照して、上記問題を解決する
ためなされた本発明の第６の実施の形態に係る電子線装
置の実施の形態を説明する。なお、図２６の従来例及び
複数の実施の形態において共通する構成部材を示す参照
番号は同じになっている。
【０３３８】図２８において、第６の実施の形態の第１
の実施態様が示されている。
【０３３９】ステージ３のＹ方向可動部５−７の上面に
は＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図２８［Ｂ］で左右方向）に大
きくほぼ水平に張り出した仕切り板１４−７が取り付け
られ、Ｘ方向可動部６−７の上面との間に常にコンダク
タンスが小さい絞り部５０−７が構成されるようになっ
ている。また、Ｘ方向可動部６−７の上面にも同様の仕
切り板１２−７が±Ｘ方向（図２８［Ａ］で左右方向）
に張り出すように構成されており、ステージ台７−７の
上面との間に常に絞り部５１−７が形成されるようにな
っている。ステージ台７−７は、ハウジング８−７内に
おいて底壁の上に公知の方法で固定されている。
【０３４０】このため、試料台４−７がどの位置に移動
しても常に絞り部５０−７と５１−７が形成されるの
で、可動部５−７及び６−７の移動時にガイド面６ａ−
７や７ａ−７からガスが放出されても、絞り部５０−７
と５１−７によって放出ガスの移動が妨げられるため、
荷電ビームが照射される試料近傍の空間２４−７の圧力
上昇を非常に小さく押さえることができる。
【０３４１】ステージの可動部３−７の側面及び下面並
びに可動部６−７の下面には、静圧軸受け９−７の周囲
に、図２７に示されるような差動排気用の溝が形成され
ていてこの溝によって真空排気されるため、絞り部５０
−７、５１−７が形成されている場合は、ガイド面から
の放出ガスはこれらの差動排気部によって主に排気され
ることになる。このため、ステージ内部の空間１３−７
や１５−７の圧力は、チャンバＣ内の圧力よりも高い状
態になっている。したがって、空間１３−７や１５−７
を、差動排気溝１７−７や１８−７で排気するだけでな
く、真空排気する箇所を別に設ければ空間１３−７や１
５−７の圧力を下げることができ、試料近傍２４−７の
圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真
空排気通路１１−１−７と１１−２−７とが設けられて
いる。排気通路はステージ台７−７及びハウジング８−
７を貫通してハウジング８−７の外部に通じている。ま
た、排気通路１１−２−７はＸ方向可動部６−７に形成
されＸ方向可動部６−７の下面に開口している。
【０３４２】また、仕切り板１２−７及び１４−７を設
置すると、チャンバＣと仕切り板が干渉しないようにチ
ャンバを大きくする必要が生じるが、仕切り板を伸縮可
能な材料や構造にすることによってこの点を改善するこ
とが可能である。この実施の形態としては、仕切り板を
ゴムで構成したり蛇腹状にして、その移動方向の端部
を、仕切り板１４−７の場合はＸ方向可動部６−７に、
仕切り板１２−７の場合はハウジング８−７の内壁にそ
れぞれ固定する構成とすることが考えられる。
【０３４３】図２９において、第２の実施態様が示され
ている。
【０３４４】この実施態様では、鏡筒の先端部すなわち
荷電ビーム照射部２の周囲に、試料Ｓの上面との間に絞
り部ができるように円筒状の仕切り１６−７が構成され
ている。このような構成では、ＸＹステージからガスが
放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇しても、仕切りの
内部２４−７は仕切り１６−７で仕切られており真空配
管１０−７で排気されているので、チャンバＣ内と仕切
りの内部２４−７との間に圧力差が生じ、仕切り内部の
空間２４−７の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り１６
−７と試料面との隙間は、チャンバＣ内と照射部２−７
周辺の圧力をどの程度に維持するかによって変わるが、
凡そ数十μｍないし数ｍｍ程度が適当である。なお、仕
切り１６−７内と真空配管とは公知の方法により連通さ
れている。
【０３４５】また、荷電ビーム照射装置では、試料Ｓに
数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材
料を試料の近傍に設置すると放電を起こす恐れがある。
この場合には、仕切り１６−７の材質をセラミックス等
の絶縁物で構成すれば、試料Ｓと仕切り１６−７との間
で放電を起こすことがなくなる。
【０３４６】なお、試料Ｓ（ウェーハ）の周囲に配置し
たリング部材４−１−７は試料台４−７に固定された板
状の調整部品であり、ウェーハのような試料の端部に荷
電ビームを照射する場合であっても、仕切り１６−７の
先端部全周に亘って微小隙間５２−７が形成されるよう
に、ウェーハと同一の高さに設定されている。これによ
って、試料Ｓのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕
切り１６−７の先端部には常に一定の微小隙間５２−７
が形成され、鏡筒先端部周囲の空間２４−７の圧力を安
定に保つことができる。
【０３４７】図３０において、更に別の第３の実施態様
が示されている。
【０３４８】鏡筒１−７の荷電ビーム照射部２−７の周
囲に差動排気構造を内蔵した仕切り１９−７が設けられ
ている。仕切り１９−７は円筒状の形状をしており、そ
の内部に円周溝２０−７が形成され、その円周溝からは
上方に排気通路２１−７が延びている。その排気通路は
内部空間２２−７を経由して真空配管２３−７に繋がれ
ている。仕切り１９−７の下端は試料Ｓの上面との間に
数十μｍないし数ｍｍ程度の微小隙間を形成している。
【０３４９】このような構成では、ステージの移動に伴
ってステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力
が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部２−７にガス
が流入しようとしても、仕切り１９−７が試料Ｓとの隙
間を絞ってコンダクタンスを非常に小さくしているため
ガスは流入を邪魔され流入量は減少する。更に、流入し
たガスは、円周溝２０−７から真空配管２３−７へ排気
されるため、荷電ビーム照射部２−７の周囲の空間２４
−７へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照
射部２−７の圧力を所望の高真空のまま維持することが
できる。
【０３５０】図３１において、更に別の第４の実施態様
が示されている。
【０３５１】チャンバＣと荷電ビーム照射部２−７の周
囲には仕切り２６−７が設けられ、荷電ビーム照射部２
−７をチャンバＣから隔てている。この仕切り２６−７
は、銅やアルミニュウム等の熱伝導性の良い材料からな
る支持部材２９−７を介して冷凍機３０−７に連結され
ており、−１００℃ないし−２００℃程度に冷却されて
いる。部材２７−７は冷却されている仕切り２６−７と
鏡筒の間の熱伝導を阻害するためのものであり、セラミ
ックスや樹脂材等の熱伝導性の悪い材料から成ってい
る。また、部材２８−７はセラミックス等の非絶縁体か
ら成り、仕切り２６−７の下端に形成され試料Ｓと仕切
り２６−７が放電することを防ぐ役割を持っている。
【０３５２】このような構成により、チャンバＣ内から
荷電ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切
り２６−７で流入を阻害される上、流入しても仕切り２
６−７の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム
照射部２４−７の圧力を低く保つことができる。
【０３５３】なお、冷凍機としては、液体窒素による冷
却や、Ｈｅ冷凍機、パルスチューブ式冷凍機等の様様な
冷凍機が使用できる。
【０３５４】図３２において、更に別の第５の実施態様
が示されている。
【０３５５】ステージ３−７の両可動部には、図２８に
示したのと同様に仕切り板１２−７、１４−７が設けら
れており、試料台４−７が任意の位置に移動しても、こ
れらの仕切りによってステージ内の空間１３−７とチャ
ンバＣ内とが絞り５０−７、５１−７を介して仕切られ
る。更に、荷電ビーム照射部２−７の周りには図２９に
示したのと同様の仕切り１６−７が形成されており、チ
ャンバＣ内と荷電ビーム照射部２−７のある空間２４−
７が絞り５２−７を介して仕切られている。このため、
ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間１
３−７に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チ
ャンバＣの圧力上昇は低く抑えられ、空間２４−７の圧
力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム
照射空間２４−７の圧力を低い状態に保つことができ
る。また、仕切り１６−７に示したように差動排気機構
を内蔵した仕切り１９−７としたり、図３０に示したよ
うに冷凍機で冷却された仕切り２６−７とすることによ
って、空間２４−７を更に低い圧力で安定に維持するこ
とができるようになる。
【０３５６】鏡筒１−７内に設けられる電子線装置は、
必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。例え
ば、図１等に示す写像投影型、図３８等に示す走査型の
いずれも適用可能である。即ち、基板に１次電子線を照
射し、基板から発生する２次電子を検出し、２次電子画
像を取りこみ、欠陥検査を行える。
【０３５７】この欠陥検査は、取込んだ２次電子画像を
第１実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし
第４の検査のうち少なくとも１の検査により行う。な
お、必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０３５８】（第７の実施の形態）第７の実施の形態
は、ステージに固定された基板に１次電子線を照射し、
基板から発生する２次電子を検出し、２次電子画像を取
りこみ、欠陥検査を行う装置で、上記ステージの改善に
関する。本実施の形態を説明する前に従来のステージを
説明する。
【０３５９】第６の実施の形態と同様の従来技術による
ステージの一例が図３３に示されている。同図の構造に
おいて、真空チャンバＣを構成するハウジング１４′−
８に、荷電ビームを発生し試料に照射する荷電ビーム装
置の鏡筒１の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８が
取り付けられている。鏡筒内部は真空配管１８−８によ
って真空排気されており、チャンバＣは真空配管１９′
−８によって真空排気されている。そして、荷電ビーム
は鏡筒１−８の先端部２−８から、その下に置かれたウ
ェーハ等の試料Ｓに対して照射される。
【０３６０】試料Ｓは試料台ｔに公知の方法により取り
外し可能に保持されており、試料台ｔはＸＹステージ
（以下単にステージ）３′−８のＹ方向可動部４′−８
の上面に取り付けられている。上記Ｙ方向可動部４′−
８には、ステージ３−８のＸ方向可動部５′−８のガイ
ド面５ａ′−８と向かい合う面（図３３［Ａ］において
左右両面及び下面）に静圧軸受け９′−８が複数取り付
けられており、この静圧軸受け９′−８の作用によりガ
イド面との間に微小隙間を維持しながらＹ方向（図３３
［Ｂ］で左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受けの
周りには、静圧軸受けに供給される高圧ガスが真空チャ
ンバＣの内部にリークしないように差動排気機構が設け
られている。この様子を図３４に示す。静圧軸受け９−
８の周囲に二重に溝ｇ１とｇ２が構成されており、これ
らの溝は図示されていない真空配管と真空ポンプにより
常時真空排気されている。このような構造により、Ｙ方
向可動部４′−８は真空中を非接触状態で支持されＹ方
向に自在に移動することができるようになっている。こ
れらの二重の溝ｇ１とｇ２は可動部４′−８の静圧軸受
け９′−８が設けられている面にその静圧軸受けを囲む
ようにして形成されている。なお、静圧軸受けの構造は
公知のもので良いので、その詳細な説明は省略する。
【０３６１】このＹ方向可動部４′−８を搭載している
Ｘ方向可動部５′−８は、図３３からも明らかなよう
に、上方に開口している凹形の形状を有していて、その
Ｘ方向可動部５′−８にもまったく同様の静圧軸受け及
び溝が設けられていて、ステージ台６′−８に対して非
接触で支持されており、Ｘ方向に自在に移動することが
できる。
【０３６２】これらのＹ方向可動部４′−８とＸ方向可
動部５′−８の移動を組み合わせることによって、試料
Ｓを鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８に関
して水平方向任意の位置に移動させ、試料の所望の位置
に荷電ビームを照射することができる。
【０３６３】上記の静圧軸受けと差動排気機構を組み合
わせたステージでは、差動排気機構を設けたため、大気
中で使用される静圧軸受け式ステージに比べて構造が複
雑で大型になり、ステージとしての信頼性が低く、高コ
ストになるという問題があった。
【０３６４】以下図面を参照して、上記問題を解決する
ためなされた本発明の第７の実施の形態に係る電子線装
置の実施形態を説明する。なお、図３３の従来例及び実
施形態において共通する構成部材を示す参照番号は同じ
になっている。なお、この明細書中で「真空」とは当該
技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対
真空を指すものではない。
【０３６５】図３５において、第７の実施の形態の第１
の実施態様が示されている。
【０３６６】荷電ビームを試料に向かって照射する鏡筒
１−８の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８が真空
チャンバＣを画成するハウジング１４−８に取り付けら
れている。鏡筒１−８の直下には、ＸＹステージ３−８
のＸ方向（図３５において左右方向）の可動テーブル上
に載置されている試料Ｓが配置されるようになってい
る。この試料Ｓは高精度なＸＹステージ３−８によっ
て、その試料面上の任意の位置に対して正確に荷電ビー
ムを照射させることができる。
【０３６７】ＸＹステージ３の台座６−８はハウジング
１４−８の底壁に固定され、Ｙ方向（図３５において紙
面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５が台座６−８
の上に載っている。Ｙテーブル５−８の両側面（図３５
において左右側面）には、台座６−８に載置された一対
のＹ方向ガイド７ａ−８及び７ｂ−８のＹテーブルに面
した側に形成された凹溝内に突出する突部が形成されて
いる。その凹溝はＹ方向ガイドのほぼ全長に亘ってＹ方
向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び
側面には公知の構造の静圧軸受け１１ａ−８、９ａ−
８、１１ｂ−８、９ｂ−８、がそれぞれ設けられ、これ
らの静圧軸受けを介して高圧ガスを吹き出すことによ
り、Ｙテーブル５はＹ方向ガイド７ａ−８、７ｂ−８に
対して非接触で支持され、Ｙ方向に円滑に往復運動でき
るようになっている。また、台座６−８とＹテーブル５
−８との間には、公知の構造のリニアモータ１２−８が
配置されており、Ｙ方向の駆動をそのリニアモータで行
うようになっている。Ｙテーブルには、高圧ガス供給用
のフレキシブル配管２２−８によって高圧ガスが供給さ
れ、Ｙテーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を
通じて上記静圧軸受け９ａ−８ないし１１ａ−８及び９
ｂ−８ないし１１ｂ−８に対して高圧ガスが供給され
る。静圧軸受けに供給された高圧ガスは、Ｙ方向ガイド
の対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数
十ミクロンの隙間に噴出してＹテーブルを案内面に対し
てＸ方向とＺ方向（図３５において上下方向）に正確に
位置決めする役割を果たす。
【０３６８】Ｙテーブル上にはＸテーブル４−８がＸ方
向（図３５において左右方向）に移動可能に載置されて
いる。Ｙテーブル５−８上にはＹテーブル用のＹ方向ガ
イド７ａ−８、７ｂ−８と同じ構造の一対のＸ方向ガイ
ド８ａ−８、８ｂ−８（８ａ−８のみ図示）がＸテーブ
ル４−８を間に挟んで設けられている。Ｘ方向ガイドの
Ｘテーブルに面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブル
の側部（Ｘ方向ガイドに面した側部）には凹溝内に突出
する突部が形成されている。その凹溝はＸ方向ガイドの
ほぼ全長に亘って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向
テーブル４−８の突部の上、下面及び側面には前記静圧
軸受け１１ａ−８、９ａ−８、１０ａ−８、１１ｂ−
８、９ｂ−８、１０ｂ−８と同様の静圧軸受け（図示せ
ず）が同様の配置で設けられている。Ｙテーブル５−８
とＸテーブル４−８との間には、公知の構造のリニアモ
ータ１３−８が配置されており、ＸテーブルのＸ方向の
駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そし
て、Ｘテーブル４−８にはフレキシブル配管２１−８に
よって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供
給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けか
らＸ方向ガイドの案内面に対して噴出されることによっ
て、Ｘテーブル４−８がＹ方向ガイドに対して高精度に
非接触で支持されている。真空チャンバＣは公知の構造
の真空ポンプ等に接続された真空配管１９−８、２０ａ
−８、２０ｂ−８によって排気されている。配管２０ａ
−８、２０ｂ−８の入口側（真空チャンバ内側）は台座
６−８を貫通してその上面において、ＸＹステージ３−
８から高圧ガスが排出される位置の近くで開口してお
り、真空チャンバ内の圧力が静圧軸受けから噴出される
高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。
【０３６９】鏡筒１−８の先端部すなわち荷電ビーム照
射部２−８の周囲には、差動排気機構２５−８が設けら
れ、真空チャンバＣ内の圧力が高くても荷電ビーム照射
空間３０−８の圧力が十分低くなるようにしてある。す
なわち、荷電ビーム照射部２−８周囲に取り付けられた
差動排気機構２５−８の環状部材２６−８は、その下面
（試料Ｓ側の面）と試料との間で微少隙間（数ミクロン
から数百ミクロン）４０−８が形成されるように、ハウ
ジング１４−８に対して位置決めされており、その下面
には環状溝２７−８が形成されている。環状溝２７−８
は排気管２８−８により図示しない真空ポンプ等に接続
されている。したがって、微少隙間４０−８は環状溝２
７−８及び排気口２８−８を介して排気され、真空チャ
ンバＣから環状部材２６−８によって囲まれた空間３０
−８内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてし
まう。これにより、荷電ビーム照射空間３０−８内の圧
力を低く保つことができ、荷電ビームを問題なく照射す
ることができる。
【０３７０】この環状溝は、チャンバ内の圧力、荷電ビ
ーム照射空間３０−８内の圧力によっては、二重構造或
いは三重構造にしてもよい。
【０３７１】静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般に
ドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、
更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これ
は、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これ
らの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの
内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化
させたり、試料表面に付着して荷電ビーム照射空間の真
空度を悪化させてしまうからである。
【０３７２】なお、以上の説明において、試料Ｓは通常
Ｘテーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外
し可能に保持したりＸＹステージ３−８に対して微少な
位置変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置
されているが、試料台の有無及びその構造は本願発明の
要旨には関係ないので、説明を簡素化するために省略さ
れている。
【０３７３】以上に説明した荷電ビーム装置では、大気
中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのま
ま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高
精度ステージと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同
等のコスト及び大きさで荷電ビーム装置用のＸＹステー
ジに対して実現できる。
【０３７４】なお、以上説明した静圧ガイドの構造や配
置及びアクチュエータ（リニアモータ）はあくまでも一
実施の形態であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやア
クチュエータならば何でも適用できる。
【０３７５】次に差動排気機構の環状部材２６−８及び
それに形成される環状溝の大きさの数値例を図３６に示
す。なお、この例では環状溝は２７ａ−８及び２７ｂ−
８の二重構造を有しており、それらは半径方向に隔てら
れている。
【０３７６】静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量
は、通常おおよそ２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度で
ある。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真
空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を有す
るドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ
内の圧力は、約１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）とな
る。この時、差動排気機構の環状部材２６−８及び環状
溝等の寸法を、図３６に示されるようにすれば、荷電ビ
ーム照射空間３０−８内の圧力を１０-4Ｐａ（１０ -6Ｔ
ｏｒｒ）にすることができる。
【０３７７】なお、差動排気機構は、荷電ビーム照射空
間３０−８内の圧力を所定圧力に維持できるならば、そ
の形状も本実施形態のような同心円状に限らず、矩形や
多角形でもよい。更に、全周ではなく、周囲の一部に設
けられてもよい。
【０３７８】図３７において、第８実施の形態の第２の
態様が示されている。ハウジング１４−８によって画成
された真空チャンバＣには、真空配管７４−８、７５−
８を介してドライ真空ポンプ５３−８が接続されてい
る。また、差動排気機構２５−８の環状溝２７−８は排
気口２８−８に接続された真空配管７０−８を介して超
高真空ポンプであるターボ分子ポンプ５１−８が接続さ
れている。更に、鏡筒１−８の内部は、排気口１８−８
に接続された真空配管７１−８を介して、ターボ分子ポ
ンプ５２−８が接続されている。これらのターボ分子ポ
ンプ５１−８、５２−８は、真空配管７２−８、７３−
８によってドライ真空ポンプ５３−８に接続されてい
る。（本図では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真
空チャンバの真空排気用ポンプを１台のドライ真空ポン
プで兼用したが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する
高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、真空
配管の内径や長さに応じて、それらを別系統のドライ真
空ポンプで排気する場合も考えられる。）ＸＹステージ
３−８の静圧軸受けには、フレキシブル配管２１−８、
２２−８を通して高純度の不活性ガス（Ｎ2ガス、Ａｒ
ガス等）が供給される。静圧軸受けから噴出したこれら
のガス分子は真空チャンバ内に拡散し、排気口１９−
８、２０ａ−８、２０ｂ−８を通してドライ真空ポンプ
５３−８によって排気される。また、差動排気機構や荷
電ビーム照射空間に侵入したこれらのガス分子は環状溝
２７−８或いは鏡筒１−８の先端部から吸引され、排気
口２８−８及び１８−８を通ってターボ分子ポンプ５１
−８及び５２−８によって排気され、ターボ分子ポンプ
から排出された後ドライ真空ポンプ５３−８によって排
気される。
【０３７９】このように、静圧軸受けに供給された高純
度不活性ガスはドライ真空ポンプに集められて排出され
る。
【０３８０】一方、ドライ真空ポンプ５３−８の排気口
は、配管７６−８を介して圧縮機５４−８に接続され、
圧縮機５４−８の排気口は配管７７−８、７８−８、７
９−８及びレギュレータ６１−８、６２−８を介してフ
レキシブル配管２１−８、２２−８に接続されている。
このため、ドライ真空ポンプ５３−８から排出された高
純度不活性ガスは、圧縮機５４−８によって再び加圧さ
れレギュレータ６１−８、６２−８で適正な圧力に調整
された後、再びＸＹテーブルの静圧軸受けに供給され
る。
【０３８１】なお、静圧軸受けに供給されるガスは上述
したようにできるだけ高純度にし、水分や油分が極力含
まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポン
プ、ドライポンプ及び圧縮機は、ガス流路に水分や油分
が混入しないような構造であることが求められる。ま
た、圧縮機の排出側配管７７の途中にコールドトラップ
やフィルタ等（６０−８）を設け、循環するガス中に混
入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受
けに供給されないようにすることも有効である。
【０３８２】こうすることによって、高純度不活性ガス
を循環させて再利用できるので、高純度不活性ガスを節
約でき、また、本装置が設置された部屋に不活性ガスを
たれ流さないので、不活性ガスによる窒息等の事故が発
生する恐れもなくすことができる。
【０３８３】なお、循環配管系には高純度不活性ガス供
給系６３−８が接続されており、ガスの循環を始める際
に、真空チャンバＣや真空配管７０−８〜７５−８及び
加圧側配管７６−８〜８０−８を含む全ての循環系に高
純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環す
るガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを
担っている。
【０３８４】また、ドライ真空ポンプ５３−８に大気圧
以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ
真空ポンプ５３−８と圧縮機５４−８を１台のポンプで
兼ねさせることも可能である。
【０３８５】更に、鏡筒の排気に用いる超高真空ポンプ
には、ターボ分子ポンプの代わりにイオンポンプやゲッ
タポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただ
し、これらの溜込み式ポンプを用いた場合は、この部分
には循環配管系を構築することはできないことになる。
また、ドライ真空ポンプの代わりに、ダイヤフラム式ド
ライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することも
もちろん可能である。
【０３８６】鏡筒１−８内に設けられる電子線装置は、
必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。例え
ば、図１等に示す写像投影型、図３８等に示す走査型の
いずれも適用可能である。即ち、基板に１次電子線を照
射し、基板から発生する２次電子を検出し、２次電子画
像を取りこみ、欠陥検査を行える。
【０３８７】この欠陥検査は、取込んだ２次電子画像を
第１実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし
第４の検査のうち少なくとも１の検査により行う。な
お、必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０３８８】第７の実施の形態によれば、適宜、次のよ
うな効果を奏することが可能である。 （イ）大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステー
ジと同様の構造を持ったステージ（差動排気機構を持た
ない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ
上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うこ
とができる。 （ロ）荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小
限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料へ
の処理を安定化させることができる。 （ハ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビ
ームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提
供することができる。 （ニ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビ
ーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供
することができる。 （ホ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビ
ーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を
製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
【０３８９】（第８の実施の形態）図１の欠陥検査シス
テムは、走査型の電子線装置に置き換えることができ
る。そのような走査型電子線装置に関する、本発明の第
８の実施の形態の構成と動作とを、図３８を用いて説明
する。同図において、電子銃１−９はウェーネルト３１
−９とカソード３２−９とを備え、直径が１０ミクロン
程度の、クロスオーバーを有する一次電子線を放出す
る。こうして放出された一次電子線は、軸合わせ用偏向
器３３−９，３４−９を経てコンデンサ・レンズ２−９
を通過し、コンデンサ・レンズ２−９によって集束さ
れ、偏向器１２−９およびウィーン・フィルタ８−９を
通過した後、対物レンズ９−９によって縮小されて１０
０ｎｍ以下のプローブを形成する。そして、ステージＳ
−９上に載置された試料１０−９の表面に形成された、
例えば矩形の複数の回路パターンの一つの上に結像され
る。試料１０−９は、偏向器１２−９および４０−９を
用いて一次電子線による走査が行われる。
【０３９０】一次電子線による走査の結果、試料１０−
９上のパターンから放出された二次電子線は、対物レン
ズ９−９の電界によって引かれて加速され、ウィーン・
フィルタ８−９によって光軸Ｌから逸れるように偏向さ
れて一次電子線から分離される。こうして二次電子線は
二次電子線検出部４１−９によって検出される。二次電
子検出部４１−９は、入射した二次電子線の強度を表す
電気信号を出力する。この二次電子検出部４１−９から
出力された電気信号は、その対応の増幅器（図示せず）
によって増幅された後、画像処理部４２−９に入力され
る。
【０３９１】図３８に示すように、電子銃１−９，軸合
わせ用偏向器３３−９，３４−９、コンデンサ・レンズ
２−９、偏向器１２−９、ウィーン・フィルタ８−９、
対物レンズ９−９および二次電子検出部４１−９は、試
料１０−９の所与の範囲に対応する径の鏡筒４３−９内
に収納されて、一つの電子線走査・検出系４４−９が構
成され、一つの電子線走査・検出系４４−９によって、
試料１０−９上の回路パターンが走査される。実際に
は、試料１０−９の表面には複数のダイが形成されてい
る。電子線走査・検出系４４−９と同様の構成の電子線
走査・検出系（図示せず）が、鏡筒４３−９と並列する
形で、試料１０−９上の異なるダイの同じ場所を走査す
るよう配置される。
【０３９２】電子線走査・検出系４４−９について既に
説明したとおり、それぞれの電子線走査・検出系内の二
次電子検出系から出力された電気信号は、画像処理部４
２−９に入射される。そこで、画像処理部４２−９は、
それぞれの検出系から入力された電気信号を２値化情報
に変換し、この２値化情報を、電子線走査信号を参照し
て画像データに変換する。これを実現するため、静電偏
向器１２−９に与えられた信号波形が画像処理部４２−
９に供給される。試料１０−９の表面に形成されたダイ
毎に得られた画像データは、適宜の記憶手段に蓄積され
ると共に、基準のダイパターンと比較される。これによ
り、試料１０−９の表面上に形成された複数のダイパタ
ーンの一つひとつについて欠陥を検出することができ
る。
【０３９３】詳細には、この欠陥検査は第１実施の形態
に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査のう
ち少なくとも１の検査により検査される。なお、必要に
応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０３９４】なお、図３８に示す実施の形態において
は、試料１０−９上の或るダイパターンを表す画像デー
タとの比較のために画像処理部４２−９が使用する基準
の回路パターンとしては、種々のものを使用することが
でき、例えば、その画像データを生じる走査が行われた
ダイパターンのＣＡＤデータから得られた画像データを
用いることができる。
【０３９５】ウィーン・フィルタ８−９は静電偏向器３
９−９とその周囲を取り巻くよう設置された電磁偏向器
４０−９とを備えている。この電磁偏向器４０−９とし
て、例えば、白金合金を用いた永久磁石を電磁コイルの
代わりに使用することが望ましい。これは、真空中で電
流を流すことが適切でないからである。また、偏向器１
２−９は一次電子線の方向を対物レンズ９−９の軸と一
致させるための軸合わせ装置を兼用する。
【０３９６】電子線装置・検出系４４−９において、コ
ンデンサ・レンズ２−９と対物レンズ９−９を作製する
には、まず、セラミックスを図３８に示す断面形状を有
するよう高精度加工し、加工済みのセラミックスの表面
に選択的に金属をコーティングして上部電極３５−９、
中央電極３６−９および下部電極３７−９を形成する。
上部電極３５−９にはアースに近い電圧が与えられ、中
央電極３６−９には、金属の電流導入端子３８−９から
正または負の、絶対値の大きい電圧が印加され、これに
より、レンズ作用が得られる。
【０３９７】このように、コンデンサ・レンズ２−９お
よび対物レンズ９−９をセラミックスの削り出しで作製
するため、これらのレンズを高精度に加工することが可
能であり、外径寸法を小さくすることができる。したが
って、例えば、コンデンサ・レンズ２−９および対物レ
ンズ９−９の外径を直径２０ｍｍ以下にすると、直径２
００ｍｍのウェーハの直径１４０ｍｍの範囲を検査する
場合には、６個の電子線走査・検出系を配置することが
でき、６倍のスループットを得ることができる。
【０３９８】以下に本発明による電子線装置の実施の形
態における特徴部分を説明する。対物レンズ９−９は、
静電レンズとされ、該レンズのいずれかの電極には正の
高電圧が印加されている。一方、試料ウェーハ１０−９
には負の高電圧が電圧源２０−９によって印加されてい
る。これにより、対物レンズ９−９と試料ウェーハ１０
−９との間には、減速電界が形成される。
【０３９９】ウェーハ１０−９がビア付きウェーハであ
る場合、ビアに一次電子線が入射すると、ビアはタング
ステン等の高原子番号金属でできているので、多量の二
次電子を放出することになる。また、ビアの近傍は、減
速電界のため局部的にさらに大きい電界が生じている。
これらの理由で、ビア付きのウェーハは放電が非常に起
こりやすい状況にある。
【０４００】しかしながら、このような条件がそろって
も、直ちに放電が起こるわけではない。まず、電界の大
きい部分の残留気体が局所的に発光する、コロナ放電が
起こり、次いで火花放電という過渡状態を経てアーク放
電に移行する。本明細書では、このコロナ放電の時期か
ら火花放電の始めにかけてを「放電の前駆現象」と呼
ぶ。
【０４０１】この放電の前駆現象の時期で、ビーム電流
を下げて一次電子線を一定量以下にするか、または、対
物レンズ９−９と試料ウェーハ１０−９との間の減速電
界電圧を下げることにより、あるいは、これら双方の処
置を行うことにより、アーク放電に至ることは避けら
れ、ウェーハの破壊も防止できることが判明した。
【０４０２】また、放電を起こしやすいウェーハと起こ
しにくいウェーハとでは、どの程度の減速電界電圧およ
び一次電子線量ならば放電を起こさないかが異なるた
め、これらの値を低レベルで固定することなく、それぞ
れのウェーハについて放電を起こさないための限界値を
知ることが望ましい。
【０４０３】図３８に示す本発明の電子線装置において
は、試料ウェーハ１０−９と対物レンズ９−９との間の
放電あるいは放電の前駆現象を検出して信号を発生する
ための検出器として、ＰＭＴ１９−９および試料電流計
２１−９が設けられている。ＰＭＴ１９−９はコロナ放
電およびアーク放電の発光を検出し、試料電流計２１−
９はコロナ放電時およびアーク放電時の異常な電流を検
出することができる。
【０４０４】放電前駆現象時に、ＰＭＴ１９−９がコロ
ナ放電の発光を検出するか、試料電流計２１−９が異常
な電流を検出すると、これらの情報はＣＰＵ２２−９に
入力される。このときの減速電界の電圧および電子銃１
−９のビーム電流値（一次電子線量に対応）が、放電を
起こさない条件を判断する基礎データとなる。ＣＰＵ２
２−９は、発光または異常電流あるいはこれらの双方を
示す入力に応答して、放電が生じないよう、減速電界の
電圧２０−９を下げるか、電子銃１−９にフィードバッ
ク信号を送ってビーム電流を下げて一次電子線を一定量
以下にするなどの制御を行う。ＣＰＵ２２−９は、これ
らの制御の双方を行ってもよい。
【０４０５】ＰＭＴ１９−９および試料電流計２１−９
は、双方が使用されることが好ましいが、その一方を省
略することもできる。
【０４０６】図３９は、一枚のウェーハ上におけるデバ
イスの配置を示す。円形ウェーハ５０−９から複数の長
方形チップ５１−９を取るのであるが、符号５２−９、
５３−９で示すように、完全な１チップ分に満たない欠
損チップが周辺の領域に存在する。これらの欠損チップ
領域についてもまた、通常のリソグラフィを行い、各種
プロセスも完全チップ５１−９の領域と同様の処理が行
われる。一方、これらの欠損チップは、製品として用い
られることはないので、この一部領域が破壊されても問
題はない。そこで、これらの欠損チップの領域を用い
て、放電の前駆現象を検出するだけにとどまらず、破壊
をおそれずに放電現象の検出まで行うようにすれば、放
電を起さない条件をより正確に判断することができる。
この場合、ＰＭＴ１９−９はアーク放電の発光を検出
し、試料電流計２１−９はアーク放電時の異常電流を検
出してＣＰＵ２２−９に信号を送ることになる。また、
ＣＰＵ２２−９は、放電を生じない限界値としての減速
電界の電圧値およびビーム電流値（一次電子線量に対
応）を正確に指示することができる。
【０４０７】（第９の実施の形態）以下、本発明の第９
の実施の形態に係る走査型電子線装置の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図４０は、本発明の
第９の実施の形態に係る電子線装置を概略的に示す。図
４０に示すように、電子線装置は、構成が同じ複数の電
子光学鏡筒６０−１０（図示の例では８個）を試料４３
−１０上に並設して構成されている。このうちの一つの
電子光学鏡筒６−１０は、電子銃２０−１０と、一次電
子線の軸合わせを行うための軸合わせ電極２４−１０，
２５−１０と、コンデンサレンズ６１−１０と、一次電
子ビーム走査用の静電偏向器２７−１０と、電磁偏向器
２９−１０と静電偏向器３０−１０とから構成されたＥ
×Ｂ分離器６２−１０と、対物レンズ４１−１０と、電
位コントラスト測定用の軸対称電極４２−１０と、一次
電子線から分離された二次電子線が結像され、二次電子
線の検出信号を検出する検出手段としての検出器２８−
１０とを有している。
【０４０８】電子銃２０−１０は、ショットキーシール
ド２１−１０とＴＦＥカソード２２−１０とアノード２
３−１０とで構成され、一次電子線を放出するためのも
のである。電子銃２０−１０から放出された一次電子線
は、軸合わせ電極２４−１０，２５−１０によってコン
デンサレンズ６１−１０に対して軸合わせが行われ、コ
ンデンサレンズ６１−１０によって集束される。コンデ
ンサレンズ６１−１０によって集束された一次電子線
は、対物レンズ４１−１０によって試料４３−１０に結
像される。これと同時に、静電偏向器２７−１０とＥ×
Ｂ分離器６２−１０の電磁偏向器２９−１０とで、試料
４３−１０の面上を走査するように偏向される。電磁偏
向器２９−１０による偏向角は、静電偏向器２７−１０
の偏向角の略二倍になるように設定されているため、偏
向色収差は、ほとんど生じない。
【０４０９】試料４３−１０上の走査点から放出された
二次電子線は、対物レンズ４１−１０の中央電極に印加
された正の高電圧で引かれて加速され、Ｅ×Ｂ分離器６
２−１０によって一次光学系から分離され、二次光学系
に投入されて、検出器２８−１０に結像される。
【０４１０】検出器２８−１０は、結像された二次電子
線を、その強度を表す電気信号（二次電子線の検出信
号）として、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２−１０に
出力する。より具体的に説明すると、検出器２８−１０
から出力された電気信号は、まず、増幅器１−１０によ
って増幅され、その後、ローパスフィルター（ＬＰＦ）
２−１０に出力される。ローパスフィルター２−１０
は、通過帯域の周波数の電気信号のみを通過させるもの
であり、ローパスフィルター２−１０を通過した電気信
号は、Ａ／Ｄ変換器３−１０によってアナログ信号から
デジタル信号に変換されて、画像形成装置４−１０に送
信される。また、画像形成装置４−１０には、偏向器制
御電源５−１０から静電偏向器２７−１０及び電磁偏向
器２９−１０に与えられた一次電子線を偏向させるため
の走査信号がさらに供給される。画像形成装置４−１０
は、走査信号と電気信号とから画像データを合成して、
試料４３−１０の被走査面を表す画像を構成ないしは表
示することができる。この画像データを、欠陥の存在し
ない試料の基準画像データと比較することにより、試料
４３−１０の欠陥を検出することができる。
【０４１１】詳細には、この画像データを第１実施の形
態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査の
うち少なくとも１の検査により検査する。なお、必要に
応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０４１２】次に、本発明の特徴部分であるローパスフ
ィルター２−１０について説明する。ローパスフィルタ
ー２−１０は、上述の通り、通過帯域の周波数の電気信
号のみを通過させるものである。図４１（Ａ）には、試
料上のパターンを示している。このパターンは、エッチ
ングによって０．５μｍ掘られた部分３１−１０と、エ
ッチングされていない部分３２−１０とが交互に形成さ
れていて、エッチングされていない部分３２−１０は、
エッチングされた部分３１−１０よりも０．５μｍ高く
なっている。
【０４１３】図４１（Ｂ）及び（Ｃ）は、画像形成装置
４−１０によって受信された上記電気信号（二次電子線
の検出信号）の波形を示しており、図４１（Ｂ）は、検
出器２８−１０から出力された電気信号がローパスフィ
ルター２−１０を通過させずに画像形成装置４−１０に
受信された場合の信号波形を示し、一方、図４１（Ｃ）
は、検出器２８−１０から出力された電気信号がローパ
スフィルター２−１０を通過して画像形成装置４−１０
に受信された場合の信号波形を示している。なお、ピク
セル周波数は１０ＭＨｚとし、増幅器１−１０は、周波
数を１００ＭＨｚまで通している。また、ローパスフィ
ルター２−１０は、３ｄｂ信号が落ちる周波数が２０Ｍ
Ｈｚ、１２ｄｂ／オクターブの周波数特性を有している
ものである。
【０４１４】図４１（Ｂ）に示す信号波形は、符号３３
−１０で示すように、パターンのエッジ部分で電気信号
の強度が大きくなっているのがわかる。また、符号３４
−１０で示すように、パターンの溝の端部では電気信号
の強度が小さいのがわかる。一方、図４１（Ｃ）に示す
信号波形は、符号３５−１０で示すように、パターンの
エッジ部分では図４１（Ｂ）に示すものに比べて電気信
号の強度が小さくなっているのがわかる。また、符号３
６−１０で示すように、パターンの溝の端部では図４１
（Ｂ）に示すものに比べて窪みが小さくなっているのが
わかる。
【０４１５】このように、検出器２８−１０から出力さ
れた電気信号を、ローパスフィルター２−１０を通過さ
せて画像形成装置４−１０に受信させることにより、パ
ターンのエッジ部分等の、二次電子放出率の高い部分に
おける電気信号の強度を小さくすることができる。従っ
て、二次電子放出率の高い部分における電気信号が、欠
陥によって発生した信号等をマスキングするのを防止
し、欠陥検出率を向上させることができる。
【０４１６】また、アルミパターンの場合には、エッジ
部分の電気信号の強度はそれ程大きくならないため、こ
のような場合には、高周波数信号を画像形成装置４−１
０に受信させた方が忠実なパターン画像を得ることがで
きる。従って、上記ローパスフィルター２−１０を、遮
断周波数を可変することができるようにしておけば、あ
らゆるパターンの画像データを良好に検出することがで
き、より検査率を向上させることができる。
【０４１７】また、上記実施の形態では、ローパスフィ
ルター２−１０は、増幅器１−１０とＡ／Ｄ変換器３−
１０との間に設けられているが、検出器２８−１０と増
幅器１−１０との間に設けてもよいし、あるいは、Ａ／
Ｄ変換器３−１０と画像形成装置４−１０との間に設け
てもよい。
【０４１８】また、ショット雑音ｉn 2は、ｉn 2＝２ｅＩ
Ｂで表すことができ、信号の帯域Ｂを小さくすれば、雑
音が小さくなり、Ｓ／Ｎ比の大きい信号を得ることがで
きる。ここで、ｅは電子の電荷、Ｉは電流を示す。
【０４１９】また、図４０に示すように、コンデンサレ
ンズ６１−１０は、一体の絶縁材料としてのセラミック
を加工して複数の電極を形成し、その表面に選択的に金
属コーティングを施すことによって形成されたレンズで
ある。コンデンサレンズ６１−１０の複数の電極は、上
部電極４４−１０、中央電極４５−１０、及び下部電極
４６−１０で構成されており、コンデンサレンズ６１−
１０は、リード線取付金具４７−１０を介して電圧が印
加される。また、対物レンズ４１−１０も、コンデンサ
レンズ６１−１０と同様に、一体の絶縁材料としてのセ
ラミックを加工して複数の電極を形成し、その表面に選
択的に金属コーティングを施すことによって形成された
レンズである。このように、加工されたコンデンサレン
ズ６１−１０及び対物レンズ４１−１０は、外径の小さ
いレンズにすることができるため、電子光学鏡筒６−１
０の外径を小さくすることができ、一枚の試料４３−１
０上に数多くの電子光学鏡筒６−１０を並設させること
ができる。
【０４２０】第９の実施の形態によれば、一次電子線を
試料に結像し、上記試料から放出された二次電子線を検
出手段に結像するよう構成された電子光学鏡筒を、複数
並設してなる電子線装置において、ローパスフィルター
を備え、上記検出手段は、二次電子線の検出信号を上記
ローパスフィルターに出力するため、二次電子放出率が
高く且つ狭い幅のパルス状の波形を示す検出信号の信号
強度を小さくし、欠陥検出率を向上させることができ
る。
【０４２１】（第１０の実施の形態）まず、図４２を参
照して、本発明の第１０の実施の形態に係る半導体デバ
イスのウェーハの加工状態を評価する評価装置を説明す
る。
【０４２２】図４２において、１−１１は電子ビームを
放出する電子銃、２−１１はカソード、３−１１はアノ
ード、４−１１、５−１１、２７−１１は偏向器、２６
−１１はコンデンサレンズ、２９−１１及び３０−１１
はそれぞれ偏向器であり、Ｅ×Ｂ分離器を構成してい
る。３１−１１は対物レンズ、３３−１１は検査試料で
あるウェーハ、２８−１１は電子ビーム検出器である。
また、１２−１１は画像形成装置、１３−１１は走査制
御装置であり、走査制御装置１３−１１は、電子ビーム
を走査するための走査信号を偏向器２７−１１及び２９
−１１に供給するためのものである。
【０４２３】図４２の評価装置において、電子銃１−１
１から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ２６
−１１及び対物レンズ３１−１１によって、ウェーハ３
３−１１の表面に結像され、また、偏向器２７−１１及
び２９−１１によって、ウェーハ３３−１１の面を走査
される。ウェーハ３３−１１を保持したステージ（不図
示）を固定した状態で、偏向器２７−１１及び２９−１
１は走査制御回路１３−１１により制御され、その一方
が電子ビームをＸ軸方向に、他方が電子ビームをＹ軸方
向に走査させる。これにより、ウェーハ３３−１１を固
定した状態で、ウェーハ表面がラスタスキャンされ、ウ
ェーハ３３−１１表面の所定エリア内のすべての点に電
子ビーム・スポットが結像される。
【０４２４】このとき、１回のラスタスキャンによって
電子ビームがウェーハの予め設定した検査領域全体が走
査されない場合、ウェーハ３３−１１を搭載したステー
ジがＸ軸方向及び／又はＹ軸方向にステップ移動され、
前回走査されたエリアに隣接するエリアが、同様にして
走査される。
【０４２５】ウェーハ３３−１１上に電子ビームが結像
されることによって放出された２次電子ビームは、Ｅ×
Ｂ分離器すなわち偏向器２９−１１、３０−１１によっ
て偏向され、２次電子ビーム検出器２８−１１によって
電気信号に変換され、検出出力信号として画像形成装置
１２−１１に供給される。
【０４２６】コンデンサレンズ２６−１１は、一体のセ
ラミックス製の円筒から、図４２に示したように断面が
軸対称形状でかつ３つのアームを有するように削り出さ
れ、これらアーム表面に選択的に金属をコーティングす
ることにより、上部電極３４−１１、中央電極３５−１
１、及び下部電極３６−１１が形成されている。中央電
極３５−１１は、電流導入端子３７−１１より給電さ
れ、上部電極３４−１１及び下部電極３６−１１はそれ
ぞれ、コンデンサレンズ２６−１１の外周部にコーティ
ングされた金属部分を給電端子として給電される。コン
デンサレンズ２６−１１を、このように一体形成された
軸対称レンズにより構成することにより、外形寸法を小
型化することができ、その直径を約４０ｍｍにすること
ができた。
【０４２７】対物レンズ３１−１１も、コンデンサレン
ズ２６−１１とほぼ同様な構造及び寸法に形成されてい
る。
【０４２８】画像形成装置１２−１１には、走査制御装
置１３−１１からの走査信号も供給されており、検出器
出力信号は、走査信号に対応づけられピクセル位置の信
号として、画像データ記憶装置（不図示）に格納され
る。これにより、ウェーハ３３−１１の表面画像が画像
形成装置１２−１１により形成される。
【０４２９】このようにして形成されたウェーハ表面の
画像は、第１実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検
査ないし第４の検査のうち少なくとも１の検査により検
査される。なお、必要に応じて複数の検査を組み合わせ
てもよい。
【０４３０】さらに、ウェーハ上に形成された配線パタ
ーン及び電極パターン等の線幅を測定する場合、評価す
べきパターン部分を光軸上又はその間近に移動させ、該
部分をライン・スキャンすることによって線幅評価用の
電気信号を取り出し、必要に応じて較正を行うことによ
って、線幅を検出する。
【０４３１】このような構成を有する評価装置におい
て、本発明においては、加工装置によって加工されたウ
ェーハ表面を検査するために、評価装置を加工装置の近
傍に配置し、しかも、評価装置全体の動作を制御装置
（不図示）によって、該加工装置の１枚当たりの加工時
間にぼほ等しい検査時間となるように、ウェーハ表面の
所定の１つ又は複数のエリアからなる領域のみを検査す
るよう制御する。この制御においては、まず、評価装置
にウェーハを固定し、評価装置の制御装置にウェーハの
必要最小の評価項目とウェーハ１枚当たりの加工所要時
間とを入力する。評価項目は、例えば、加工装置がリソ
グラフィ装置であれば、最小線幅のバラツキであり、加
工装置がエッチング装置であれば、欠陥検査である。次
いで、制御装置は、入力された評価項目と入力された加
工所要時間に基づいて、ウェーハ１枚当たりの加工状態
評価時間が加工所要時間以内又はほぼ等しくなるよう
に、ウェーハの評価面積を決定する。
【０４３２】所定の領域のみを検査するため、ウェーハ
３３−１１を評価装置中で移動させる範囲が少なくなる
ので、ウェーハ表面全体を検査する場合と対比して、評
価装置の床面積を小さくすることができる。また、評価
時間と加工時間をほぼ一致させているため、評価装置の
スループットが加工装置のスループットとほぼ一致する
ので、欠陥が発見された場合等において、欠陥状態に対
応して加工装置の動作異常等を発見することが容易とな
る。
【０４３３】本発明の第１０の実施の形態に係る評価装
置の第２の態様を説明する。この第２の態様において
は、図４２に示した第１の態様の評価装置を１ユニット
の鏡筒とし、図４３に示したように、鏡筒を８個、４ｘ
２（Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個）のアレイ状に複
数配置することによって、評価装置を構成している。
【０４３４】第１の態様に関連して説明したように、コ
ンデンサレンズ２６−１１及び対物レンズ３１−１１を
約４０ｍｍに小型化した結果、鏡筒の外形直径を約４２
ｍｍとすることができた。したがって、４２ｍｍ直径の
鏡筒を用いると、８インチ（約２０３ｍｍ）のウェーハ
上に、図４３に示したように、鏡筒をＸ軸方向に４本密
接配列することができ、その全長が１８９ｍｍ（１４７
ｍｍ＋４２ｍｍ）となる。また、図４３に示すように、
Ｙ軸方向にも鏡筒を密接配置して４ｘ２配置とすること
により、ウェーハ表面を８個の電子ビームで同時にラス
タスキャンすることができる。
【０４３５】なお、複数の鏡筒の配置関係及び個数は、
図４３に示したものに限定されず、ＭｘＮ配列（Ｍ、Ｎ
は任意の正の整数）を採用することができることは勿論
である。その場合、光軸のＸ方向間隔が等しくなるよう
配置する必要がある。
【０４３６】複数の鏡筒を用いた第２の態様において
も、第１の態様の場合と同様に、評価装置は加工装置の
近傍に配置され、しかも、制御装置（不図示）によっ
て、該加工装置の１枚当たりの加工時間にぼほ等しい検
査時間となるように、制御される。この場合、複数の鏡
筒を用いたことにより検査時間を短くすることができの
で、加工時間によっては、ウェーハ表面全体を検査領域
としてもよい。また、何枚かのウェーハは表面全体を検
査するが、他のウェーハは検査を省略してもよい。要
は、１枚当たり又は１ロット当たりの加工時間と検査時
間とがほぼ一致するように、設定すればよい。
【０４３７】第２の態様の場合も、ウェーハ載置用のス
テージを移動させる範囲が少なくなり、評価装置の床面
積を小さくすることができる。また、評価装置のスルー
プットが加工装置のスループットとほぼ一致するので、
欠陥が発見された場合等において、加工装置の動作異常
等を発見することが容易となる。
【０４３８】また、加工時間が特に短い加工装置での加
工状態を評価するには、２枚に１枚、あるいは３枚に１
枚等のように、抜き取り検査を行うことにより、１ロッ
ト当たりの評価時間を加工装置の加工時間とほぼ一致さ
せればよい。
【０４３９】第１０の実施の形態は、以上のように構成
されているので、半導体デバイスのウェーハの評価装置
を小型化することができるとともに、該評価装置のスル
ープットをウェーハの加工装置のスループットと整合さ
せることができる。これにより、欠陥を有するウェーハ
が検出された時点で、リアルタイムで加工装置の動作を
チェックすることができるので、欠陥を有するウェーハ
を不要に製造しつづける恐れが低減する。
【０４４０】（第１１の実施の形態）図面を参照し本発
明の第１１の実施の形態を説明する。図４４は、ＭＴ
Ｆ、（ＭＴＦ）2、ＩP、（ＭＴＦ）4ＩPとＤ／ｄの関係
を示すグラフであり、図４５は、本発明の第１１の実施
の形態に係る走査型電子線装置の光学系の概略構成を示
すブロック図である。図４５に示すように、電子銃２０
−１２は、ウエーネルト２１−１２の内部に配置される
ＴＦＥカソード２２−１２、ウエーネルト２１−１２の
外部に配置されるアノード２３−１２を備え、電子線が
ＴＦＥカソード２２−１２からアノード２３−１２に向
けて放出され、アノード２３−１２を通過した電子線
は、軸合せ偏向器２４−１２、２５−１２でコンデンサ
レンズ３４−１２、３５−１２、３６−１２の中心を通
るように軸合せされる。
【０４４１】コンデンサレンズ３４−１２、３５−１
２、３６−１２で集束された電子線は、Ｅ×Ｂ分離器３
０−１２の偏向中心にクロスオーバを作り、更に対物レ
ンズ３１−１２で試料３３−１２に合焦される。コンデ
ンサレンズの下方に配置される静電偏向器２７−１２及
びＥ×Ｂ分離器３０−１２に重ねて配置される電磁偏向
器２９−１２により電子線が試料３３−１２の表面を走
査する。試料３３−１２の走査点から放出された２次電
子が対物レンズ３１−１２の作る電界により加速され細
く集束され対物レンズ３１−１２を通過する。集束され
た２次電子は、対物レンズ３１−１２の直上に配置され
るＥ×Ｂ分離器３０−１２により１次電子線から離れる
点線の方向へ偏向され２次電子検出器２８−１２で検出
され、画像信号とされる。
【０４４２】そして、この画像信号が第１実施の形態に
記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査のうち
少なくとも１の検査により検査される。なお、必要に応
じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０４４３】図４５の電子線装置において、試料の欠陥
検査は、電子線により試料３３−１２の表面の２００μ
ｍ幅をｘ方向（図４５において紙面に垂直方向）に走査
しながらステージ３８−１２をｙ方向へ連続移動させて
行われる。試料のｙ方向の端まで２００μｍ幅（一定の
領域）の欠陥検査が終了すると、ステージ３８−１２を
ｘ方向へ２０１μｍだけ移動させ、隣のストライプ（隣
接する領域）を検査する。一定の領域の幅より１μｍだ
け多く移動させるため１μｍの非検査領域が残るが、こ
れにより走査領域の重なりを避け、試料の損傷を防止す
ることができる。また電子線走査のデータを取込まない
時間は、電子線を試料に照射しないことにより、試料の
損傷を最小とすることができる。
【０４４４】上記の事例では、走査領域の重なりを避け
るため１μｍの非検査領域が残るが、面積で僅か０．５
％であり、実際上大きい問題にはならない。そして走査
歪を小さくし、ステージ３８−１２の首振り（yaw）や
蛇行を正確にビーム位置にフィードバックすることによ
り、非検査領域の比率を０．０５％とすることができ
る。
【０４４５】図４６は、図４４の電子線装置の鏡筒４０
−１２を変形し複数としたマルチ鏡筒の配置図である。
図４６のマルチ鏡筒は、図４５の電子線装置において、
軸対称レンズを、絶縁物表面に金属をコーティングして
作ることにより、外径寸法を小さくし、８インチウェー
ハ上に複数の鏡筒４０−１２を配置可能にしたものであ
る。図４６は、鏡筒４０−１２を４筒×２列に配置した
様子を示す。図４６の複数の鏡筒４０−１２を使用する
場合において、隣接する鏡筒の走査幅を、図４５の場合
と同様に調節することにより、走査領域の間に重なりが
生じないようにされる。また電子線走査のデータを取込
まない時間は、電子線を試料に照射しないことにより、
試料の損傷が最小にされる。
【０４４６】図４４は、ビーム径Ｄの電子線で試料上の
ピッチ２ｄの周期パターンを走査した時の変調伝達関数
ＭＴＦ、（ＭＴＦ）2、ビーム電流ＩP、（ＭＴＦ）4ＩP
とＤ／ｄの関係を示すグラフである。図４４において、
曲線１は、ビーム径Ｄの電子線の強度分布をガウス分布
としたときのＭＴＦとＤ／ｄの関係（依存性）を示す。
図４４において、曲線２は、ビーム電流ＩPとＤ／ｄの
関係を示す。曲線３は、ＭＴＦの曲線を４乗した値（Ｍ
ＴＦ）4を示す。
【０４４７】電子線装置において、１次電子線のビーム
電流をＩP、１画素を走査する時間をｔ、素電荷をｅと
すると、Ｓ／Ｎ比は、次の式（１）となる（品田他、Ｌ
ＳＩテスティングシンポジウム／２０００会議録、Ｈ１
２．１１．９−１０、１５１頁）。
【０４４８】 Ｓ／Ｎ＝（ＩP・ｔ）1/2／[３（２ｅ）1/2] ‐‐‐‐‐-（１） ビーム径が有限であることにより、ピッチが２ｄである
周期パターンを走査したとき、信号コントラストが（Ｍ
ＴＦ）倍に減るとすると、式（１）は、次の式（２）と
なる。
【０４４９】 Ｓ／Ｎ＝（ＩP・ｔ）1/2・（ＭＴＦ）／[３（２ｅ）1/2] ‐‐（２） 一方、単位面積当りの照射量であるドーズＣは、次の式
（３）で表される。
【０４５０】Ｃ＝ＩP・ｔ‐‐‐‐‐-（３） 測定時間ｔは、Ｓ／Ｎ比が大きいと小さい値を取ること
ができ、Ｓ／Ｎ比が小さいと測定時間ｔは、大きい値に
しないと必要な画像が得られない。情報理論から測定時
間ｔは、（Ｓ／Ｎ）2に逆比例すること、即ち、ｔ ∝
１／（Ｓ／Ｎ）2が知られている。それ故、式（３）
は、次の式で表される。
【０４５１】 Ｃ ∝ ＩP／（Ｓ／Ｎ）2ｔ‐‐‐‐‐-（３’） 一般的に、ゲート酸化膜の破壊防止の観点からは、ドー
ズＣは、小さくすることが望まれ、また、スループット
を大きくするため、測定時間ｔは短くすることが望まれ
る。これら２つの要求を満たすためには、（ドーズＣ）
×（測定時間ｔ）の積を最小にすればよいから、その積
の逆数Ｑ、即ち、Ｑ＝１／[（ドーズＣ）×（測定時間
ｔ）]を最大にすればよい。式（３’）及び上記の測定
時間ｔ ∝ １／（Ｓ／Ｎ）2を代入すると、 Ｑ＝（Ｓ／Ｎ）4／ＩP 式（２）を代入すると、 Ｑ＝[（ＩP・ｔ）1/2／[３（２ｅ）1/2]]4（ＭＴＦ）4
／ＩP Ｑ＝[（ＩP）2・ｔ2／[８１×４ｅ2]]（ＭＴＦ）4／ＩP Ｑ ∝（ＭＴＦ）4・ＩP‐‐‐‐-（４） 以上から、本発明において、ゲート酸化膜の破壊を最小
限にして、スループットを最大にする条件は、（ＭＴ
Ｆ）4・ＩPを最大にすることである。
【０４５２】図４４において、曲線１は、直径Ｄの電子
線の強度分布をガウス分布としたときのＭＴＦとＤ／ｄ
の関係（依存性）を示す。図４４において、曲線２は、
電子線電流ＩPの相対値と電子線の直径Ｄの関係を示
す。曲線３は、ＭＴＦの曲線を４乗した値（ＭＴＦ）4
を示す。式（４）のＱ値は、（ＭＴＦ）4とＩPの積とし
て、即ちＱ ＝ａ（ＭＴＦ）4・ＩPとして、曲線４とな
る。曲線４は、Ｄ／ｄが０．７５のとき最大値となり、
Ｄ／ｄが０．７５から外れると急激に減少する曲線とな
る。
【０４５３】Ｑは、Ｄ／ｄが０．６５〜０．８５のと
き、Ｑの最大値とほぼ同様の値であり、この時のＭＴＦ
の値は、０．５５〜０．７である。またＤ／ｄが０．５
５〜１．０の範囲にあれば、Ｑは、Ｑの最大値から大き
く離間せず良好であり、ＭＴＦ値は、０．４２−０．８
である。図４４矢印参照。従って、Ｄ／ｄを０．５５〜
１．０にあるようにビーム径Ｄを決めれば、Ｓ／Ｎ比
（信号／雑音比）をほぼ最大にできる。
【０４５４】以上は、単一の電子銃とマルチ開口板で複
数の電子線を作る場合について述べたが、複数の電子銃
から放出される電子線を単一の光学系で試料面へ投影す
る場合についても、複数の電子銃から放出される電子線
がクロスオーバを形成するので、同様のシミュレーショ
ンが成立する。また単一ビームの場合は空間電荷効果が
大きくなく、ビーム電流ＩPは、球面収差が優勢の場
合、（ビーム径Ｄ）8/3に比例するので、図４４の曲線
２に示すようになる。
【０４５５】本発明の第１１の実施の形態に係る電子線
装置は、重複走査を許す電子線装置に比較すると、ゲー
ト酸化膜を損傷させないでドーズを２倍にできる。また
データを取込まない時間にビームを出さないようにする
ことによって、更に１〜２割ドーズを多くすることがで
きる。また本発明の電子線装置においては、ドーズを小
さくしスループットを大きくする妥協点が見つかり、ゲ
ート酸化膜を損傷させないで高スループが得られる。ま
た本発明によるとマルチ鏡筒の場合にも重複する走査領
域を無くすることができる。
【０４５６】（第１２の実施の形態）以下、図面を参照
して本発明の第１２の実施の形態に係る評価装置を説明
する。
【０４５７】図４７は複数のチップ（又は）ダイが形成
されたシリコンウェーハ１−１３の平面図で、図には合
計で３６個のチップが形成されている。本実施の形態に
よれば、これらのチップのうちハッチングが施された４
個のチップ３のみの欠陥検査等の評価を行い、残りの３
２個のチップ２−１３については評価を省略して一枚の
ウェーハの評価を完了させるものである。
【０４５８】これに対して、従来の評価方法では、同じ
数のチップを有するウェーハに対して、図４８で同じく
ハッチングを施して示されているように、中央部にある
２４個のチップに付いて評価を行い、残りの１２個のチ
ップについては評価を省略して一枚のウェーハの評価を
完了させていた。このように多数のチップの評価を行う
ため、一枚当たり７時間程度の評価時間が必要になって
いた。この場合、ウェーハを載置したＸＹステージをＹ
方向に連続移動させながら評価を行うため、ＸＹステー
ジは高い精密度を要し、しかもＸＹステージの移動量が
大きいため資料室は大きくなり、フットプリントは大面
積を必要としていた。
【０４５９】しかるに、本実施の形態によれば、図４７
で概略的に示されているように、上記４個のチップの位
置にそれぞれ、合計で４個の鏡筒１０−１３を配置し、
１個の鏡筒で１個のチップを評価するようにしている。
このため、ウェーハが載遣されているＸＹステージはチ
ップ１個分の距離だけステップアンドリピート方式で移
動すればよくなる。したがって、ＸＹステージの移動量
はその分小さくなって資料室も小さくて済み、しかもＸ
Ｙステージは連続移動を必要としなくなるのでステージ
を安価に製造できる。
【０４６０】図４９に、第１２の実施の形態に係る電子
線装置の鏡筒１０−１３内を概路的に示す。同図におい
て、本実施の形態の電子線装置は、一次電子光学系（以
下単に光学系）１１−１３と、二次電子光学系（以下二
次光学系）３１−１３と、二次電子を検出する検出系４
１−１３を備えている。
【０４６１】一次光学系１１−１３は、電子線をウェー
ハＳの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子
銃１２−１３と、電子銃１２−１３から放出された電子
線を集束するコンデンサレンズ１３−１３と、複数の小
さな開口が形成された開口板１４−１３と、電子線を集
束する縮小レンズ１８−１３と、軸合わせ偏向器１６−
１３と、非点補正レンズ１７−１３と、レンズ１８−１
３と、走査用偏向器１９−１３と、Ｅ×Ｂ型分離器２０
−１３と、対物レンズ２２−１３とを備え、それらは、
図４９に示されるように電子銃１２−１３を最上部にし
て順に、しかも電子銃から放出される電子線の光軸がウ
ェーハＷの表面に鉛直になるように配置されている。
【０４６２】電子銃１２−１３は、本実施の形態では、
Ｗ−Ｚｒの雷界放出チップ１２２−１３をフィラメント
１２３−１３にスポット溶接してカソード１２１−１３
をつくり、そのカソードの電界放出チップ１２２−１３
の先端をショットキーシールド１２４−１３より少し突
出させた状態でつくられている。そしてこの電子銃から
は５本の電子線が放出されるようになっている。一次光
学系のその他の機器の各々の構造、機能は公知のもので
よいので説明は省略する。開口板１４−１３に形成され
る開口１４１−１３は４個で、光軸からの距離が全て同
じになるように光軸を中心とする一つの円上に配置され
る。この開口１４１−１３の配置状態は図４９［Ｂ］に
おいて実線で示される４個の小さな円で示される。な
お、２１−１３はＥ×Ｂ分離器用の磁場発生コイルであ
る。
【０４６３】二次光学系３１−１３は一次光学系のＥ×
Ｂ分離器により一次光学系から分離された二次電子を検
出系に送るもので、拡大レンズ３２−１３、３３−１３
とマルチ検出板３４−１３とを備えている。検出系４１
−１３は、マルチ検出板３４−１３の各開口毎に配置さ
れた検出器４２−１３と、各検出器に接続された処理装
置４３−１３とを備えている。マルチ検出板３４−１３
にも一次光学系の開口板１４−１３の開口に合わせて同
一円上に４個の開口３４１−１３が形成され、それらの
開口３４１−１３は図４９［Ｂ］で破線で示される円の
ように、開口板１４−１３の開口１４１−１３より大き
く形成されている。マルチ検出板３４−１３の開口３４
１−１３は、４本の電子ビームによって発生された４本
の二次電子線の像と中心がほぼ一致するように形成され
ている。なお、Ｓｔはウェーハが上に載せられたステー
ジであり、Ｃは試料室である。
【０４６４】上記電子線装置１０−１３において、電子
銃１２−１３から放出された５本の電子線は、１５−１
３においてクロスオーバーをつくるようにコンデンサレ
ンズ１３−１３により集束される。コンデンサレンズを
通った電子線のうち光軸の電子線は開口板１４−１３に
より遮断されるが他の４本の電子線はそれぞれ対応する
開口１４１−１３を通して縮小レンズ１８−１３に向か
って進む。これら４本の電子線すなわち電子ビームは、
縮小レンズ１８−１３により面２５−１３で縮小像をつ
くり、更に対物レンズ２２−１３によりウェーハＷの表
面に結像する。
【０４６５】ウェーハ上に各点から放出された二次電子
は、対物レンズ２２−１３により加速され、Ｅ×Ｂ分離
器２０−１３により一次光学系１１−１３から分離され
二次光学系３１−１３に進む。この二次電子は拡大レン
ズ３２−１３,３３−１３により各点の像をマルチ開口
板３４−１３の位置で結蔵される。マルチ開口板３４−
１３の各開口に隣接して配置された検出器４２−１３は
２０ｋＶ程度の高電圧が印加されているので、開口に近
づいた二次電子は全て開口を通過する。二次電子の代表
的な軌道が３５−１３で示されている。開口３４１−１
３で結像された二次電子の像は対応する検出器４２−１
３により検出され、処理装置４３−１３によって処理さ
れる。
【０４６６】この処理装置４３−１３は、検出器４２−
１３で検出された二次電子の像から画像データを取得し
たのち、この画像データを第１実施の形態に記載した欠
陥検査の第１の検査ないし第４の検査のうち少なくとも
１の検査により検査する。なお、必要に応じて複数の検
査を組み合わせてもよい。
【０４６７】本実施の形態においては、８インチウェー
ハ或いは１２インチウェーハに対して複数の鏡筒を配置
するため、セラミックスの表面に金属コーティングを施
して製作した光学部品をつくり、外径形状の小型化を図
った。複数の鏡筒の外側を、真空壁と、磁気シールド兼
用のパーマロイの外囲器で囲んだ。代表的なセラミック
スの偏向器について図５０を参照して説明する。
【０４６８】図５０［Ａ］は静電偏向器又は非点補正レ
ンズの端面から見た図である。外側面５１−１３、内面
５２−１３、端面５３−１３を有するセラミックスのパ
イプ状の部品に電極を分離するスリット５７−１３を設
け、絶縁保持に必要な面５８−１３、５９−１３を除き
金属（ＮｉＰ、白金）で無電界メッキ及び電界メッキを
行った。その後光軸に平行な貫通穴５５−１３を形成し
た。最後にアルミニュウムのリード線６０−１３をワイ
ヤボンディングで６１−１３のように結線した。
【０４６９】図４９［Ｂ］は軸対称レンズの実施の形態
であるユニポテンシャルレンズの断面図である。上部電
極６２−１３、下部電極６４−１３にはアースに近い電
圧が与えられ、中央電極６３−１３には高電圧或いは負
の高電圧が与えられる。空洞６５−１３は金属コーティ
ングのエッジ６９−１３と７０−１３との距離を離して
エッジ間の放電を避けるための構造である。６８−１３
は中央電極６３−１３に高電圧を与えるための溝で内面
には金属コーティングが施されている。
【０４７０】本発明の第１２の実施の形態によれば、次
のような効果を奏することができる。 （イ）少数のチップしか評価しないので試料一枚当たり
の評価時間を短縮できる。 （ロ）鏡筒を複数にし、一つの鏡筒の電子ビームを複数
にすることによって、ビーム数に逆比例させて評価時間
を短縮できる。 （ハ）セラミックスの静電偏向器、レンズを用いるの
で、光学系の外径を小さくでき、一枚の試料上に多くの
光学系を配置できる。
【０４７１】（第１３の実施の形態）図５１は本発明の
第１３の実施の形態に係る電子線装置を示す。電子銃１
−１４の中心にはＬａＢ6単結晶がマルチエミッターと
なるよう加工されたカソード２−１４が配置されてい
る。
【０４７２】カソードから放出された電子線はコンデン
サレンズ３−１４で集束され、クロスオーバを形成す
る。レンズ３−１４とクロスオーバの間にマルチ開口板
４−１４が設けられ、カソード２−１４からの各ビーム
の強度が強い場所に開口がほぼ一致するように配置され
ている。マルチ開口板を通過したビームは２段の縮小レ
ンズ５−１４，７−１４で縮小され、さらに対物レンズ
１０−１４で縮小されて半導体基板等の試料面１１−１
４に結像される。図において、６−１４及び８−１４
は、第１及び第２の縮小像を示す。
【０４７３】試料面１−１４から放出された電子線は、
対物レンズ１０−１４が作る加速電界で細く集束され、
Ｅ×Ｂ分離器９−１４で偏向されて一次光学系から分離
され、同一円上に開口が設けられたマルチ開口検出板１
４−１４を通過され検出器１５−１４で検出され、信号
処理される。
【０４７４】そして、この信号処理により画像信号を取
得したのち、この画像信号が第１実施の形態に記載した
欠陥検査の第１の検査ないし第４の検査のうち少なくと
も１の検査により検査される。なお、必要に応じて複数
の検査を組み合わせてもよい。
【０４７５】ＬａＢ6単結晶カソード２−１４の詳細な
先端形状を図５２(平面図)、及び、図５３(側面図)に示
す。
【０４７６】図示のように、該カソードは全体的には２
ｍｍφの円筒形のＬａＢ6単結晶から作られており、そ
の先端を４５°の角度２２−１４に削り、さらに先端面
２４−１４にその周縁に沿った三角形状断面の環状突起
２３−１４を残し、さらに該環状突起を切削して４５°
の斜面２６−１４を有する四角錐をなす突起すなわちエ
ミッタ領域２５−１４を複数形成してある。エミッタ領
域は、図５２で見て、当該先端面２４−１４の中心線
（当該電子線装置における一次電子光学形の光軸に一致
する）と直交するｘ軸方向の線（一次電子線が試料で走
査される方向の線）に投影したときに、その投影された
エミッタ領域のｘ方向間隔が等間隔をなすようにされて
いる。各エミッタ領域間の領域及びエミッタ領域より内
側の先端面２４−１４からは電子が放出されないよう
に、エミッタ領域先端とこれら領域との間の高さの差を
十分にとってある。
【０４７７】本発明の第１３の実施の形態によれば、単
一の電子銃によって適正なマルチビームを生じることが
できる。また、像面湾曲がほぼ補正できるので同じ収差
で多くのビームを作れ、検査装置のスループットを大幅
に向上できる。更に、ＬａＢ 6単結晶カソードを用いる
と空間電荷制限領域で電子銃を動作できるので高Ｓ／Ｎ
比の測定ができる。
【０４７８】（第１４の実施の形態）図５４には、本発
明の第１４の実施の形態に係る欠陥検査装置の概略構成
が示されている。この欠陥検査装置は、いわゆるマルチ
カラム型の検査装置で、図１の電子線装置１−１と同様
の構成である。即ち、一次電子線を放出する電子銃１−
１５、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レ
ンズ２−１５、成形された一次電子線を電場Ｅ及び磁場
Ｂの直交する場で半導体ウェーハ５に略垂直に当たるよ
うに直進させるＥ×Ｂ偏向器３−１５、偏向された一次
電子線をウェーハ５−１５上に結像させる対物レンズ１
０−１５、真空に排気可能な図示しない試料室内に設け
られ、ウェーハ５−１５を載置した状態で水平面内を移
動可能なステージ４−１５、一次電子線の照射によりウ
ェーハ５−１５から放出された二次電子線を検出する検
出器７−１５、及び、装置全体を制御すると共に、検出
器７−１５により検出された二次電子信号に基づいてウ
ェーハ５−１５の欠陥を検出する処理を実行する制御部
１６−１５を含んで構成される。
【０４７９】また、縮小レンズ２−１５と対物レンズ１
０−１５との間には、一次電子線をウェーハ５上で走査
するための偏向電極１１−１５が介在されている。この
偏向電極１１−１５には、該偏向電極の電場を制御する
偏向制御器１２−１５が接続されている。この偏向制御
器１２−１５は、制御部１６−１５に接続され、制御部
１６−１５からの指令に応じた電場が偏向電極１１−１
５で生成されるように該偏向電極を制御する。なお、偏
向制御器１２−１５は、偏向電極１１−１５に与える電
圧を制御する電圧制御装置として構成することができ
る。
【０４８０】検出器７−１５は、検出信号を出力し、画
像形成回路２０−１５で二次電子画像に変換する。
【０４８１】制御部１６−１５は、図５４に例示された
ように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成す
ることができる。このコンピュータは、所定のプログラ
ムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体１
４−１５と、本体１４−１５の処理結果を表示するＣＲ
Ｔ１５−１５と、オペレータが命令を入力するためのキ
ーボードやマウス等の入力部１８−１５と、を備える、
勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワー
クステーションなどから制御部１６−１５を構成しても
よい。
【０４８２】制御部本体１４−１５は、図示しないＣＰ
Ｕ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の
各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハード
ディスクなどのメモリ上には、検出器７−１５から受信
した電気信号から作られたウェーハ５−１５の二次電子
画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子画
像記憶領域８−１５が割り当てられている。また、ハー
ドディスク上には、予め欠陥の存在しないウェーハの基
準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１３−１５
が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装
置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域８−１
５から二次電子画像データを読み出し、該画像データに
基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハ５−１５の
欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム９−１５が
格納されている。この欠陥検出プログラム９−１５は、
詳細を更に後述するように、基準画像記憶部１３−１５
から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子
線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出
し、欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示す
る機能を有する。このとき、ＣＲＴ１５−１５の表示部
に二次電子画像１７−１５を表示するようにしてもよ
い。
【０４８３】次に、第１実施形態に係る欠陥検査装置の
作用を図５６乃至図５８のフローチャートを例にして説
明する。
【０４８４】先ず、図５６のメインルーチンの流れに示
すように、検査対象となるウェーハ５−１５をステージ
４−１５の上にセットする（ステップ３００Ｓ）。この
詳細な機構は、第５の実施の形態を適用することができ
る。
【０４８５】次に、ウェーハ５−１５表面のＸＹ平面上
で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の
被検査領域の画像を各々取得する（ステップ３０４
Ｓ）。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図
５９に示すように、例えばウェーハ検査表面３４−１５
上に、参照番号３２ａ−１５、３２ｂ−１５、．．．３
２ｋ−１５、．．．で示す矩形領域のことであり、これ
らは、ウェーハの検査パターン３０−１５の回りで、部
分的に重なり合いながら位置がずらされていることがわ
かる。例えば、図５５に示されたように、１６個の被検
査領域の画像３２−１５（被検査画像）が取得される。
ここで、図５５に示す画像は、矩形の桝目が１画素（或
いは、画素より大きいブロック単位でもよい）に相当
し、このうち黒塗りの桝目がウェーハ５−１５上のパタ
ーンの画像部分に相当する。このステップ３０４Ｓの詳
細は図５７のフローチャートで後述する。
【０４８６】次に、ステップ３０４Ｓで取得した複数の
被検査領域の画像データを記憶部１３−１５に記憶され
た基準画像データと、各々比較照合し（図５６のステッ
プ３０８Ｓ）、上記複数の被検査領域により網羅される
ウェーハ検査面に欠陥が有るか否かが判定される。この
工程では、いわゆる画像データ同士のマッチング処理を
実行するが、その詳細については図５８のフローチャー
トで後述する。
【０４８７】ステップ３０８Ｓの比較結果より、上記複
数の被検査領域により網羅されるウェーハ検査面に欠陥
が有ると判定された場合（ステップ３１２Ｓ肯定判
定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ３
１８Ｓ）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ１５−１
５の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示し
たり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像
１７−１５を表示してもよい。このような欠陥ウェーハ
を直ちに試料室３−１５から取り出し、欠陥の無いウェ
ーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ３１
９Ｓ）。
【０４８８】ステップ３０８Ｓの比較処理の結果、ウェ
ーハ５−１５に欠陥が無いと判定された場合（ステップ
３１２Ｓ否定判定）、現在検査対象となっているウェー
ハ５−１５について、検査すべき領域が未だ残っている
か否かが判定される（ステップ３１４Ｓ）。検査すべき
領域が残っている場合（ステップ３１４Ｓ肯定判定）、
ステージ４−１５を駆動し、これから検査すべき他の領
域が一次電子線の照射領域内に入るようにウェーハ５−
１５を移動させる（ステップ３１６Ｓ）。その後、ステ
ップ３０４Ｓに戻って当該他の検査領域に関して同様の
処理を繰り返す。
【０４８９】検査すべき領域が残っていない場合（ステ
ップ３１４Ｓ否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き
取り工程（ステップ３１９Ｓ）の後、現在検査対象とな
っているウェーハ５−１５が、最終のウェーハであるか
否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残
っていないか否かが判定される（ステップ３２０Ｓ）。
最終のウェーハでない場合（ステップ３２０Ｓ否定判
定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、そ
の代わりに新しい未検査のウェーハをステージ４−１５
にセットする（ステップ３２２Ｓ）。その後、ステップ
３０２Ｓに戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰
り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ３２０
Ｓ肯定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保
管し、全工程を終了する。
【０４９０】次に、ステップ３０４Ｓの処理の流れを図
５７のフローチャートに従って説明する。
【０４９１】図５７では、先ず、画像番号ｉを初期値１
にセットする（ステップ３３０Ｓ）。この画像番号は、
複数の被検査領域画像の各々に順次付与された識別番号
である。次に、セットされた画像番号ｉの被検査領域に
ついて画像位置（Ｘi，Ｙi）を決定する（ステップ３３
２Ｓ）。この画像位置は、被検査領域を画定させるため
の該領域内の特定位置、例えば該領域内の中心位置とし
て定義される。現時点では、ｉ＝１であるから画像位置
（Ｘ1，Ｙ1）となり、これは例えば図５９に示された被
検査領域３２ａ−１５の中心位置に該当する。全ての被
検査画像領域の画像位置は予め定められており、例えば
制御部１６−１５のハードディスク上に記憶され、ステ
ップ３３２Ｓで読み出される。
【０４９２】次に、図５４の偏向電極１１−１５を通過
する一次電子線が、ステップ３３２Ｓで決定された画像
位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域に照射されるよう
に、偏向制御器１２−１５が偏向電極１１−１５に電位
を加える（図５７のステップ３３４Ｓ）。
【０４９３】次に、電子銃１−１５から一次電子線を放
出し、静電レンズ２−１５、Ｅ×Ｂ偏向器３−１５、対
物レンズ１０−１５及び偏向電極１１−１５を通して、
セットされたウェーハ５−１５表面上に照射する（ステ
ップ３３６Ｓ）。このとき、一次電子線は、偏向電極１
１−１５の作り出す電場によって偏向され、ウェーハ検
査表面３４−１５上の画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画
像領域全体に亘って照射される。画像番号ｉ＝１の場
合、被検査領域は３２ａ−１５となる。
【０４９４】一次電子線が走査された被検査領域からは
二次電子が放出される。そこで、発生した二次電子線を
検出器７−１５に集束させる。検出器７−１５は、二次
電子線を検出し、電気信号を出力する。次に、画像形成
回路２０−１５にて該電気信号をデジタル画像データに
変換出力する（ステップ３３８Ｓ）。そして、形成され
画像番号ｉのデジタル画像データを二次電子画像記憶領
域８−１５に転送する（ステップ３４０Ｓ）。
【０４９５】次に、画像番号ｉを１だけインクリメント
し（ステップ３４２Ｓ）、インクリメントした画像番号
（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定す
る（ステップ３４４Ｓ）。このｉMAXは、取得すべき被
検査画像の数であり、図５５の上述した例では、「１
６」である。
【０４９６】画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない
場合（ステップ３４４Ｓ否定判定）、再びステップ３３
２Ｓに戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）に
ついて画像位置（Ｘi+1，Ｙi+1）を再び決定する。この
画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置（Ｘi，
Ｙi）からＸ方向及び／又はＹ方向に所定距離（ΔＸi，
ΔＹi）だけ移動させた位置である。図５９の例では、
被検査領域は、（Ｘ1，Ｙ1）からＹ方向にのみ移動した
位置（Ｘ2，Ｙ2）となり、破線で示した矩形領域３２ｂ
−１５となる。なお、（ΔＸi，ΔＹi）（ｉ＝１，
２，．．．ｉMAX）の値は、ウェーハ検査面３４−１５
のパターン３０−１５が検出器７−１５の視野から実際
に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領
域の数及び面積から適宜定めておくことができる。
【０４９７】そして、ステップ３３２Ｓ乃至３４２Ｓの
処理をｉMAX個の被検査領域について順次繰り返し実行
する。これらの被検査領域は、図５９に示すように、ｋ
回移動した画像位置（Ｘk，Ｙk）では被検査画像領域３
２ｋ−１５となるように、ウェーハの検査面３４−１５
上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされてい
く。このようにして、図５５に例示した１６個の被検査
画像データが画像記憶領域８−１５に取得される。取得
した複数の被検査領域の画像３２−１５（被検査画像）
は、図５５に例示されたように、ウェーハ検査面３４−
１５上のパターン３０−１５の画像３０ａ−１５を部分
的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。
【０４９８】インクリメントした画像番号ｉがｉMAXを
越えた場合（ステップ３４４Ｓ肯定判定）、このサブル
ーチンをリターンして図５６のメインルーチンの比較工
程（ステップ３０８Ｓ）に移行する。
【０４９９】なお、ステップ３４０でメモリ転送された
画像データは、検出器７−１５により検出された各画素
毎の二次電子の強度値（いわゆるベタデータ）からなる
が、後段の比較工程（図５６のステップ３０８Ｓ）で基
準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を
施した状態で記憶領域８−１５に格納しておくことがで
きる。このような演算処理には、例えば、画像データの
サイズ及び／又は濃度を基準画像データのサイズ及び／
又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数
以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理など
がある。更には、単純なベタデータではなく、高精細パ
ターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの
特徴を抽出した特徴マトリクスにデータ圧縮変換してお
いてもよい。このような特徴マトリクスとして、例え
ば、Ｍ×Ｎ画素からなる２次元の被検査領域を、ｍ×ｎ
（ｍ＜Ｍ，ｎ＜Ｎ）ブロックに分割し、各ブロックに含
まれる画素の二次電子強度値の総和（若しくはこの総和
値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値）を、
各マトリックス成分としてなる、ｍ×ｎ特徴マトリック
スなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ
表現で記憶しておく。本発明の実施形態でいう画像デー
タとは、単なるべタデータは勿論のこと、このように任
意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含す
る。
【０５００】次に、ステップ３０８Ｓの処理の流れを図
５８のフローチャートに従って説明する。
【０５０１】先ず、制御部１６−１５のＣＰＵは、基準
画像記憶部１３−１５（図５４）から基準画像データを
ＲＡＭ等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ３
５０Ｓ）。この基準画像は、図５５では参照番号３６−
１５で表される。そして、画像番号ｉを１にリセットし
（ステップ３５２Ｓ）、記憶領域８−１５から画像番号
ｉの被検査画像データをワーキングメモリ上に読み出す
（ステップ３５４Ｓ）。
【０５０２】次に、読み出した基準画像データと、画像
ｉのデータとをマッチングして、両者間の距離値Ｄiを
算出する（ステップ３５６Ｓ）。この距離値Ｄiは、基
準画像と、被検査画像ｉとの間の類似度を表し、距離値
が大きいほど基準画像と被検査画像との差異が大きいこ
とを表している。この距離値Ｄiとして類似度を表す量
であれば任意のものを採用することができる。例えば、
画像データがＭ×Ｎ画素からなる場合、各画素の二次電
子強度（又は特徴量）をＭ×Ｎ次元空間の各位置ベクト
ル成分とみなし、このＭ×Ｎ次元空間上における基準画
像ベクトル及び画像ｉベクトル間のユークリッド距離又
は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離
以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算するこ
ともできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨
大になるので、上記したようにｍ×ｎ特徴ベクトルで表
した画像データ同士の距離値を演算してもよい。
【０５０３】次に、算出した距離値Ｄiが所定の閾値Ｔ
ｈより小さいか否かを判定する（ステップ３５８Ｓ）。
この閾値Ｔｈは、基準画像と被検査画像との間の十分な
一致を判定する際の基準として実験的に求められる。
【０５０４】距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さい場
合（ステップ３５８Ｓ肯定判定）、当該ウェーハ５−１
５の当該検査面３４−１５には「欠陥無し」と判定し
（ステップ３６０Ｓ）、本サブルーチンをリターンす
る。即ち、被検査画像のうち１つでも基準画像と略一致
したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このよう
に全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いの
で、高速判定が可能となる。図５５の例の場合、３行３
列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く
略一致していることがわかる。
【０５０５】距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈ以上の場合
（ステップ３５８Ｓ否定判定）、画像番号ｉを１だけイ
ンクリメントし（ステップ３６２Ｓ）、インクリメント
した画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか
否かを判定する（ステップ３６４Ｓ）。
【０５０６】画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない
場合（ステップ３６４Ｓ否定判定）、再びステップ３５
４Ｓに戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）に
ついて画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。
【０５０７】画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えた場合
（ステップ３６４Ｓ肯定判定）、当該ウェーハ５−１５
の当該検査面３４−１５には「欠陥有り」と判定し（ス
テップ３６６Ｓ）、本サブルーチンをリターンする。即
ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなけれ
ば、「欠陥有り」と判定する。
【０５０８】なお、検出された二次電子画像を第１実施
の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし第４の検
査のうち少なくとも１の検査により検査してもよいし、
必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０５０９】本発明の欠陥検査装置においては、上記し
たマルチカラム型の電子線装置のみならず、いわゆるマ
ルチビームによる走査型の電子線装置を利用することが
できる。これを第１４の実施の形態における第２の態様
として図６０を用いて説明する。
【０５１０】図６０は、本発明に係る電子線装置の一つ
の実施形態を概略的に示す図で、同図において、電子銃
６１−１５から放出された電子線は、コンデンサレンズ
６２−１５によって集束されて点６４−１５においてク
ロスオーバを形成する。
【０５１１】コンデンサレンズ６２−１５の下方には、
複数の開口を有する第１のマルチ開口板６３−１５が配
置され、これによって複数の一次電子線が形成される。
第１のマルチ開口板６３−１５によって形成された一次
電子線の夫々は、縮小レンズ６５−１５によって縮小さ
れて点７５−１５に投影される。点７５−１５で合焦し
た後、対物レンズ６７−１５によって試料６８−１５に
合焦される。第１のマルチ開口板６３−１５から出た複
数の一次電子線は、縮小レンズ６５−１５と対物レンズ
６７−１５との間に配置された偏向器８０−１５によ
り、同時に試料６８−１５の面上を走査するように偏向
される。
【０５１２】縮小レンズ６５−１５及び対物レンズ６７
−１５の像面湾曲収差が発生しないように、図６０に示
すように、マルチ開口板６３−１５は、円周上に小開口
が配置され、そのＸ方向へ投影したものは等間隔となる
構造となっている。
【０５１３】合焦された複数の一次電子線によって、試
料６８−１５の複数の点が照射され、照射されたこれら
の複数の点から放出された二次電子線は、対物レンズ６
７−１５の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器
６６−１５で偏向され、二次光学系に投入される。二次
電子像は、点７５−１５より対物レンズ６７−１５に近
い点７６−１５に焦点を結ぶ。これは、各一次電子線は
試料面上で５００ｅＶのエネルギーを持っているのに対
し、二次電子線は数ｅＶのエネルギーしか持っていない
ためである。
【０５１４】二次光学系は、拡大レンズ６９−１５、７
０−１５を有しており、これらの拡大レンズ６９−１
５、７０−１５を通過した二次電子線は、第２マルチ開
口板７１−１５の複数の開口に結像する。そして、これ
らの開口を通って複数の検出器７２−１５で検出され
る。なお、検出器７２−１５の前に配置された第２のマ
ルチ開口板７１−１５に形成された複数の開口と、第１
のマルチ開口板６３−１５に形成された複数の開口とは
一対一に対応している。
【０５１５】夫々の検出器７２−１５は、検出した二次
電子線を、その強度を表す電気信号へ変換する。こうし
た各検出器から出力された電気信号は増幅器７３−１５
によって夫々増幅された後、画像処理部７４−１５によ
って受信され、画像データへ変換される。画像処理部７
４−１５には、一次電子線を偏向させるための走査信号
が偏向器８０−１５から更に供給されるので、画像処理
部７４−１５は試料６８−１５の面を表す画像を表示す
る。この画像は、第１４の実施の形態における第１の態
様で説明した位置の異なる複数の被検査画像（図５５）
のうち１つの画像に相当している。この画像を基準画像
３６−１５と比較することにより、試料６８−１５の欠
陥を検出することができる。また、レジストレーション
により試料６８−１５上の被評価パターンを一次光学系
の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンすることによ
って線幅評価信号を取り出し、これを適宜に校正するこ
とにより、試料６８−１５上のパターンの線幅を測定す
ることができる。
【０５１６】ここで、第１のマルチ開口板６３−１５の
開口を通過した一次電子線を試料６８−１５の面上に合
焦させ、試料６８−１５から放出された二次電子線を検
出器７２−１５に結像させる際、一次光学系及び二次光
学系で生じるコマ収差、像面湾曲及び視野非点という３
つの収差による影響を最小にするよう配慮した方がよ
い。
【０５１７】次に、複数の一次電子線の間隔と、二次光
学系との関係については、一次電子線の間隔を、二次光
学系の収差よりも大きい距離だけ離せば複数のビーム間
のクロストークを無くすことができる。
【０５１８】図６０の走査型電子線装置においても、図
５６及び図５７のフローチャートに従って、試料６８−
１５の検査を行う。この場合、図５７のステップ３３２
−１５の画像位置（Ｘi，Ｙi）は、マルチビームを走査
して得られる複数のライン画像を合成した２次元画像の
中心位置に対応する。この画像位置（Ｘi，Ｙi）は、後
の工程で順次、変更されるが、これは、例えば偏向器８
０−１５のオフセット電圧を変更することによって行
う。偏向器８０−１５は、設定されたオフセット電圧の
回りに電圧を変化させることによって、通常のライン走
査を行う。勿論、偏向器８０−１５とは別体の偏向手段
を設け、これにより画像位置（Ｘi，Ｙi）の変更を行っ
てもよい。
【０５１９】以上が上記第１４の実施の形態の各態様で
あるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではな
く本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。
【０５２０】例えば、被検査試料として半導体ウェーハ
５−１５を例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに
限定されず、電子線によって欠陥を検出することができ
る任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露
光用パターンが形成されたマスク等を検査対象とするこ
ともできる。
【０５２１】また、本発明は、電子以外の荷電粒子線を
用いて欠陥検出を行う装置にも適用できるばかりでな
く、試料の欠陥を検査可能な画像を取得できる任意の装
置にも適用可能である。
【０５２２】更に、偏向電極８０−１５は、対物レンズ
６７−１５とウェーハ６８−１５との間のみならず、一
次電子線の照射領域を変更できる限り任意の位置に置く
ことができる。例えば、Ｅ×Ｂ偏向器６６−１５と対物
レンズ６７−１５との間、電子銃６１−１５とＥ×Ｂ偏
向器６６−１５との間などがある。更には、Ｅ×Ｂ偏向
器６６−１５が生成する場を制御することによって、そ
の偏向方向を制御するようにしてもよい。即ち、Ｅ×Ｂ
偏向器６６−１５に偏向電極８０−１５の機能を兼用さ
せてもよい。
【０５２３】また、上記実施形態では、画像データ同士
のマッチングを行う際に、画素間のマッチング及び特徴
ベクトル間のマッチングのいずれかとしたが、両者を組
み合わせることもできる。例えば、最初、演算量の少な
い特徴ベクトルで高速マッチングを行い、その結果、類
似度の高い被検査画像については、より詳細な画素デー
タでマッチングを行うという２段階の処理によって、高
速化と精度とを両立させることができる。
【０５２４】また、本発明の実施形態では、被検査画像
の位置ずれを一次電子線の照射領域の位置ずらしのみで
対応したが、マッチング処理の前若しくはその間で画像
データ上で最適マッチング領域を検索する処理（例えば
相関係数の高い領域同士を検出してマッチングさせる）
と本発明とを組み合わせることもできる。これによれ
ば、被検査画像の大きな位置ずれを本発明による一次電
子線の照射領域の位置ずらしで対応すると共に、比較的
小さな位置ずれを後段のデジタル画像処理で吸収するこ
とができるので、欠陥検出の精度を向上させることがで
きる。
【０５２５】また、図５６のフローチャートの流れも、
これに限定されない。例えば、ステップ３１２Ｓで欠陥
有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は
行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出す
るように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子
線の照射領域を拡大し１回の照射で試料のほぼ全検査領
域をカバーできれば、ステップ３１４Ｓ及びステップ３
１６Ｓを省略することができる。
【０５２６】以上詳細に説明したように第１４の実施の
形態に係る欠陥検査装置によれば、試料上で部分的に重
なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の
画像を各々取得し、これらの被検査領域の画像と基準画
像とを比較することによって、試料の欠陥を検査するよ
うにしたので、被検査画像と基準画像との位置ずれによ
る欠陥検査精度の低下を防止できる、という優れた効果
が得られる。
【０５２７】（第１５の実施の形態）本発明において
は、基板に１次電子線を照射し、基板から放出される２
次電子を検出して２次電子画像を取りこむ装置に於い
て、二次電子が持つショット雑音の大部分が一次電子線
のショット雑音であり、一次電子線の持つショット雑音
を減らすことにより二次電子のショット雑音を減らすこ
とができる点に着目し、もって、一次電子線の照射量が
少なくても二次電子の検出信号のＳ／Ｎ比を必要な大き
さとすることができるようにしたものである。
【０５２８】一次電子線のショット雑音を低減する手段
について、以下に説明する。
【０５２９】電子銃電流がカソード温度で決まっている
状態、すなわち温度制限領域で作動中の場合、電子銃が
放出するショット雑音ｉnは、次式で表わされる（電気
通信学会編「通信工学ハンドブック」Ｐ．４７１（１９
５７年）を参照）。
【０５３０】 ｉn 2＝２ｅ・Ｉp・Ｂf （１） 式（１）において、ｉn 2は雑音電流の２乗平均値、ｅは
電子の電荷、Ｉpはアノード直流電流、Ｂfは信号増幅器
の周波数帯域である。電子流が空間電荷制限領域の場合
は、 ｉn 2＝Γ2２ｅ・Ｉp・Ｂf （２） となる。式（２）において、Γ2は低減係数で１より小
さい値である。
【０５３１】Γ2は、カソード温度が十分大きい場合、
最小０．０１８程度になり、雑音電流は、温度制限領域
の場合の１３％まで小さくなる。この場合のＳ／Ｎ比
は、二次電子≒一次電子であると仮定すると、 Ｓ／Ｎ＝Ｉp／｛Γ（２ｅ・Ｉp・Ｂf）1/2｝ ＝１／Γ・｛Ｉp／（２ｅ・Ｂf）｝1/2 ＝ｎ1/2／（Γ・２1/2） （３） となる。Γ＝０．１３とすると、式（３）から、以下の
Ｓ／Ｎ比が得られる。 Ｓ／Ｎ＝７．５（ｎ／２）1/2 （４） （ｎ：二次電子個数／ピクセル） 即ち、空間電荷制限領域で動作する電子銃は、温度制限
領域での電子銃（ＴＦＥ）に比べて、ピクセル当りの二
次電子数を５５倍（＝１／Γ2＝１／０．１３2）多く検
出したのと等価になる。後者が前者よりも輝度が２桁程
度大きいので、同じビーム径を想定すると、後者は前者
よりも２桁大きいビーム電流が得られるが、Ｓ／Ｎ比は
前者比で１／５５となる。言い換えると、空間電荷制限
領域の電子銃では、温度制限領域の電子銃に比べて、測
定時間が１００／５５≒１．８倍必要となるが、ドーズ
は１／５５ですむことになる。
【０５３２】電子銃が空間電荷制限領域で動作中である
かどうかは、図６１を参照して以下に説明する方法で調
べることができる。
【０５３３】図６１の（Ａ）は、電子銃電流とカソード
加熱電流との関係を表しており、（Ａ）において、領域
Ｐは、カソード加熱電流を増大させても電子銃電流が殆
ど増加しない領域であり、この領域Ｐが空間電荷制限領
域である。
【０５３４】また、図６１の（Ｂ）は、電子銃電流とア
ノード電圧との関係を表しており、（Ｂ）において、領
域Ｑは、アソード電圧を増加させると電子銃電流が急速
に増加する領域であり、この領域Ｑも空間電荷制限領域
である。
【０５３５】以上から、電子銃のカソード加熱電流を増
大させて電子銃電流を測定し、該電子銃電流が飽和して
いる領域Ｐであるか、または、電子銃のアノード電圧を
増大させて電子銃電流を測定し、該電子銃電流が急激に
変化している領域であれば、電子銃が空間電荷制限領域
で動作中であるとすることができる。したがって、電子
銃を空間電荷制限領域で動作させるための条件を設定す
ることができる。
【０５３６】即ち、基板に１次電子線を照射し、基板か
ら発生する２次電子を検出し、２次電子画像を取りこ
み、欠陥検査を高精度で行える。
【０５３７】この欠陥検査は、取込んだ２次電子画像を
第１実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検査ないし
第４の検査のうち少なくとも１の検査により行う。な
お、必要に応じて複数の検査を組み合わせてもよい。
【０５３８】（第１６の実施の形態）図６２（Ａ），
（Ｂ）は、上記第１乃至第１５の実施の形態で示した電
子線装置を半導体デバイス製造工程におけるウェーハの
評価に適用したものである。
【０５３９】デバイス製造工程の一例を図６２（Ａ）の
フローチャートに従って説明する。この製造工程例は以
下の各主工程を含む。 ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェー
ハを準備する準備工程）（ステップ１００Ｓ） 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程
（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ１
０１Ｓ） ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッ
シング工程（ステップ１０２Ｓ） ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出
し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ１
０３Ｓ） 組み立てられたチップを検査するチップ検査工程
（ステップ１０４Ｓ）なお、各々の工程は、更に幾つか
のサブ工程からなっている。
【０５４０】これらの主工程の中で、半導体デバイスの
性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして
動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッ
シング工程は以下の各工程を含む。 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる） 形成された薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工
程 薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するために
マスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成
するリソグラフィー工程 レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工する
エッチング工程（例えばドライエッチング技術を用い
る） イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 加工されたウェーハを検査する検査工程 なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰
り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。（第１の実施の形態に記載した欠陥検査の第１の検
査ないし第４の検査のうち少なくとも１の検査により検
査される。なお、必要に応じて複数の検査を組み合わせ
てもよい） 上記ウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラ
フィー工程を図６２（Ｂ）のフローチャートに示す。こ
のリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上
にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ２
００Ｓ） レジストを露光する露光工程（ステップ２０１Ｓ） 露光されたレジストを現像してレジストのパターン
を得る現像工程（ステッ プ２０２Ｓ） 現像されたパターンを安定化させるた
めのアニール工程（ステップ２０３Ｓ） 以上の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシン
グ工程、リソグラフィー工程には周知の工程が適用され
る。
【０５４１】上記のウェーハ検査工程において、本発
明の上記各実施の形態に係る電子線装置を用いた場合、
微細なパターンを有する半導体デバイスでも、二次電子
画像の像障害が無い状態で高精度に欠陥を検査できるの
で、製品の歩留向上、欠陥製品の出荷防止が可能とな
る。
【０５４２】
【発明の効果】請求項１から４に記載の発明によれば、
適宜、次のような効果を奏することが可能である。 （イ）ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を
発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力
が上昇しにくい。すなわち、基板に対する荷電ビームに
よる処理を高精度に行うことができる。 （ロ）静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを
通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとん
どできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度
を更に安定させることができる。 （ハ）荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過すること
が困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保
ち易くなる。 （ニ）真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受
け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介
して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力
を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室
となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変
動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射
室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減
され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減する
ことが可能となる。 （ホ）仕切りがコールドトラップ機能を有している場合
は、ステージが移動した時の圧力上昇を低く抑えること
が可能になる。 （ヘ）ステージの、少なくとも静圧軸受けに面する部品
表面に放出ガスを低減するための表面処理を施した場合
には、ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑え
ることが可能である。 （ト）ステージの静圧軸受けに供給されるガスはドライ
窒素もしくは高純度の不活性ガスであり、該ドライ窒素
もしくは高純度不活性ガスは、該ステージを収納するハ
ウジングから排気された後加圧され、再び前記静圧軸受
けに供給される場合には、ステージの位置決め性能が高
精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した
検査装置を実現することができるので、検査性能が高
く、基板を汚染する恐れのない検査装置を提供すること
ができる。 （チ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビ
ーム照射領域の真空度が安定した検査装置を実現するこ
とができるので、露光精度が高く、基板を汚染する恐れ
のない検査装置を提供することができる。 （リ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビ
ーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を
製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
【０５４３】請求項５から８に記載された電子線装置に
よれば、放電しやすいウェーハ、しにくいウェーハのそ
れぞれについて、放電しない条件を個々に判断すること
ができる。
【０５４４】また、ウェーハの周辺における欠損（不完
全）チップの領域を利用して放電現象の検出まで行え
ば、放電を起こさない限界条件を正確に知ることができ
る。また、正常な（完全な）チップの領域を利用した場
合でも、放電前駆現象の検出にとどめれば、正常なチッ
プを破損することなく、放電を起こさない条件を有効程
度に知ることができる。いずれにしろ、正常なチップを
破壊することがないので、高スループットの条件で、す
なわち二次電子検出効率の良い条件でウェーハの検査作
業を行うことができる。マルチビームを用いればさらに
高スループットとなる。
【０５４５】また請求項９から１６に記載された発明に
よると、シングルビームを用いる場合又は複数の電子線
を用いる場合の（Ｄ／ｄ）の最適値が明らかになり、ビ
ーム電流が少なすぎたり、ＭＴＦが小さすぎたりする問
題を解消することができる。
【０５４６】また、請求項１７から２０に記載された発
明によると、検査装置における電子銃を空間電荷制限領
域で動作させており、これにより、従来の温度制限領域
で動作させる場合に比べて、Ｓ／Ｎ比が大幅に向上す
る。したがって、少ないビーム電流で従来例と同様のＳ
／Ｎ比を得ることができる。
【０５４７】さらに、複数の一次電子ビームを用いて同
時に基板ウエハを走査しても、小さいビーム電流で所定
のＳ／Ｎ比を得ることができるので、空間電荷効果によ
るビームボケを無視できる程度に小さくすることができ
る。また、請求項１、５，９，１３および、１７に記載
の発明によれば、繰り返しパターン領域に対し、同一チ
ップ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル
比較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較
するチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥
を検出することから、繰り返しパターン領域に発生した
比較的大きな欠陥を正確に検出することが可能となる。
【０５４８】さらに、請求項２、６，１０，１４及び、
１８に記載の発明によれば、参照画像と被検査画像とを
比較するための前処理として、両画像の着目領域におけ
る最小濃度値近傍の第１濃度値よりも小さい濃度値の画
素と最大濃度値近傍の第２濃度値よりも大きい濃度値の
画素とを除外した着目領域の画像についての濃度範囲が
両画像の間で一致するように濃度変換が行われる。すな
わち、両画像の着目領域の濃度ヒストグラムにおける下
端部に相当する部分と上端部に相当する部分とを除外し
た濃度レンジが両画像の間で一致するように濃度変換が
行われる。したがって、良品画像の濃度範囲外の濃度値
に相当する欠陥が被検査物に存在する場合であっても、
この濃度変換により参照画像と被検査画像とが適切に整
合化されて両画像が正確に比較されるので、そのような
欠陥も確実に検出することができる。
【０５４９】請求項３，７，１１，１５及び、１９に記
載の発明によれば、参照画像および被検査画像の着目画
素のうち近傍画素値の空間的変化量の小さい方が許容画
素として選択されると共に他方がターゲット画素として
選択され、許容画素について許容範囲が設定される。そ
して、その許容範囲内の任意の値は許容画素の値と見な
されて、ターゲット画素と許容画素とが比較されること
により、それらの画素の差分値が算出され、その差分値
に基づき被検査画像と参照画像との差異を示す差分マッ
プが作成される。このようにして被検査画像の着目画素
と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差
を許容するために許容範囲の設定される画像が着目画素
近傍の空間的変化量に応じて画素単位で切り換えられる
ので、画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を回
避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。す
なわち、被検査物に微小パターンの欠損がある場合、そ
の微小パターン部分については、近傍画素値の空間的変
化量の小さい被検査画像の着目画素が許容画素として選
択され、許容範囲が従来法のように広くなることはない
ので、その微小パターンの欠損を確実に検出することが
できる。
【０５５０】また、請求項４，８，１２，１６、および
２０に記載の発明によれば、欠陥が微細であった場合に
も、その欠陥を、欠陥の位置をある程度特定した上で検
出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、写像投影型
の電子線装置を用いた欠陥検査システムの概略構成図で
ある。
【図２】図１の電子線装置で用いられるＥ×Ｂユニット
の詳細な構成を示す上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って取られたＥ×Ｂユニッ
トの断面図である。
【図４】図１の電子線装置の欠陥検査の流れを示すフロ
ーチャートである。
【図５】本発明の第３の実施の形態における、総使用時
間とＭＣＰ倍増率との相関関係を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における、ＭＣＰ印
加電圧とＭＣＰ倍増率との相関関係を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における、ＭＣＰ印
加電圧制御回路のフローチャートを示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における、ウェーハ
Ｗの検査手順を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態のフィードスルー装
置の概略平面図である。
【図１０】図９のフィードスルー装置の線Ａ−Ａに沿う
概略断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の他の形態のフィ
ードスルー装置のほぼ４分の１を示す概略平面図であ
る。
【図１２】図１１のフィードスルー装置の線Ｂ−Ｂに沿
う概略断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るフィードス
ルー装置を組込んだ欠陥検査装置の概略縦断面図であ
る。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る検査装置の
主要構成要素を示す立面図であって、図１５の線Ａ−Ａ
に沿って見た図である。
【図１５】図１４に示す検査装置の主要構成要素の平面
図であって、図１４の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
【図１６】図１４のミニエンバイロメント装置を示す断
面図であって、線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。
【図１７】図１４のローダハウジングを示す図であっ
て、図１５の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
【図１８】ウェーハラックの拡大図であって、［Ａ］は
側面図で、［Ｂ］は［Ａ］の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面
図である。
【図１９】主ハウジングの支持方法の変形例を示す図で
ある。
【図２０】主ハウジングの支持方法の別の変形例を示す
図である。
【図２１】図１４の検査装置の電子光学装置の概略構成
を示す模式図である。
【図２２】電位印加機構を示す図である。
【図２３】電子ビームキャリブレーション機構を説明す
る図であって、［Ａ］は側面図であり、［Ｂ］は平面図
である。
【図２４】ウェーハのアライメント制御装置の概略説明
図である。
【図２５】基板出し入れ機構の別の態様を示す図であ
る。
【図２６】本発明の第６の実施の形態における従来の荷
電ビーム装置の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図
であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図である。
【図２７】図２６のＸＹステージに使用されている電子
銃から放出される電子の強度分布を説明する図である。
【図２８】本発明の第６の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の一実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示
す図であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図であ
る。
【図２９】本発明の第６の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の他の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを
示す図である。
【図３０】本発明の第６の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを
示す図である。
【図３１】本発明の第６の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステー
ジを示す図である。
【図３２】本発明の第６の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステー
ジを示す図である。
【図３３】本発明の第７の実施の形態における従来の荷
電ビーム装置の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図
であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図である。
【図３４】図３３のＸＹステージに使用されている差動
排気装置の説明図である。
【図３５】本発明の第７の実施の形態に係る荷電ビーム
装置の一実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示
す図である。
【図３６】図３５に示された装置に設けられた差動排気
機構の一例を示す図である。
【図３７】図３５に示された装置のガスの循環配管系を
示す図である。
【図３８】本発明の第８実施の形態に係る電子線装置の
概略構成図である。
【図３９】第８実施の形態において、一枚のウェーハ上
におけるデバイスの配置を示す平面図である。
【図４０】本発明の第９の実施の形態に係る電子線装置
を示す概略構成図である。
【図４１】図１０実施の形態において、試料上のパター
ンとこのパターンの二次電子線の検出信号を示す波形図
である。
【図４２】本発明の第１０の実施の形態に係る評価装置
の第１態様の構成を説明するための概略ブロック図であ
る。
【図４３】本発明の第１０の実施の形態に係る、複数の
鏡筒を有する第２の態様の評価装置を説明するための、
鏡筒の配置関係を表した説明図である。
【図４４】本発明の第１１の実施の形態における、ＭＴ
Ｆ、（ＭＴＦ）2、ＩP、（ＭＴＦ）4ＩPとＤ／ｄの関係
を示すグラフである。
【図４５】本発明の第１１の実施の形態に係る、電子線
装置の光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図４６】図４４の電子線装置の鏡筒４０を変形し複数
としたマルチ鏡筒の配置図である。
【図４７】本発明の第１２の実施の形態に係る試料の評
価方法を説明する図である。
【図４８】第１２の実施の形態における従来のウェーハ
の評価方法を説明する図である。
【図４９】本発明の第１２の実施の形態に係る評価装置
の電子線装置を示す概略図である。
【図５０】第１２の実施の形態において、セラミックス
に表面処理してできた静電偏向器、軸対称レンズ又は非
点補正レンズを示す図であり、［Ａ］は静電偏向器又は
軸対称レンズの端面図であり、［Ｂ］は軸対称レンズの
断面図である。
【図５１】本発明の第１３の実施の形態に係る電子光学
装置の概略構成図である。
【図５２】図５１の電子光学装置で用いられる電子銃の
単結晶ＬａＢ６カソード先端の平面図である。
【図５３】図５１の電子光学装置で用いられる電子銃の
カソードの側面図である。
【図５４】本発明の第１４の実施の形態に係る欠陥検査
装置の概略構成図である。
【図５５】図５４の欠陥検査装置で取得される複数の被
検査画像及び基準画像の例を示す図である。
【図５６】図５４の欠陥検査装置におけるウェーハ検査
のメインルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図５７】図５６における複数の被検査画像データ取得
工程（ステップ３０４Ｓ）のサブルーチンの詳細な流れ
を示すフローチャートである。
【図５８】図５６における比較工程（ステップ３０８
Ｓ）のサブルーチンの詳細な流れを示すフローチャート
である。
【図５９】半導体ウェーハの表面上で部分的に重なり合
いながら互いから位置がずらされた複数の被検査領域を
概念的に示す図である。
【図６０】第１４の実施の形態に係る欠陥検査装置とし
て使用可能な走査型電子線装置の構成図である。
【図６１】本発明に係る評価装置の電子銃を駆動する領
域を説明するためのグラフである。
【図６２】（Ａ）半導体デバイス製造プロセスを示すフ
ローチャートである。（Ｂ）（Ａ）の半導体デバイス製
造プロセスのうちリソグラフィープロセスを示すフロー
チャートである。
【図６３】第1の検査を実施するパターン検査装置の概
要図である。
【図６４】ＣＲＴ１０１９上に拡大表示されたチップ１
０３１上のパターンの画像を模式的に示す説明図であ
る。
【図６５】チップ比較検査を行うべき領域とセル比較検
査を行うべき領域とを示す説明図である。
【図６６】セル比較検査を利用して欠陥を検出する動作
を示す説明図である。
【図６７】セル比較検査を利用して欠陥を検出する動作
を示す説明図である。
【図６８】第２の検査における第１の実施形態に係るパ
ターン検査装置の構成を示すブロック図である。
【図６９】第２の検査における第１の実施形態に係るパ
ターン検査装置における画像整合化処理部の構成を示す
ブロック図である。
【図７０】第２の検査における第１の実施形態における
上下限パーセンタイル値の算出を説明するための濃度ヒ
ストグラムおよび累積ヒストグラムを示す図である。
【図７１】第２の検査における第１の実施形態における
参照画像と被検査画像との整合化処理を説明するための
濃度ヒストグラムを示す図である。
【図７２】“べたパターン”のみを含む画像に対して従
来の正規化を施した場合における欠陥の検出能力の低下
を説明するための濃度ヒストグラムを示す図である。
【図７３】第２の検査における第２の実施形態に係るパ
ターン検査装置における画像整合化処理部の構成を示す
ブロック図である。
【図７４】パターン検査において比較されるべき被検査
画像と参照画像の濃度ヒストグラムを示す図である。
【図７５】被検査画像および参照画像の濃度レンジを予
め決められた正規化レンジに変換するための濃度の線形
変換を説明するための図である。
【図７６】従来の正規化による被検査画像と参照画像の
整合化が困難な一例を説明するための図である。
【図７７】従来の正規化による被検査画像と参照画像の
整合化が困難な他の例を説明するための図である。
【図７８】第３の検査に係るパターン検査装置の構成を
示すブロック図である。
【図７９】上記実施形態において被検査画像と参照画像
とから差分マップを作成するための基礎となる方式（基
礎方式）を説明するための詳細ブロック図である。
【図８０】上記実施形態において被検査画像と参照画像
とから差分マップを作成するための画素比較方式を説明
するための詳細ブロック図である。
【図８１】被検査画像と参照画像とから差分マップを作
成するための基礎方式による動作例を示す図である。
【図８２】被検査画像と参照画像とから差分マップを作
成するための上記実施形態の動作例を示す図である。
【図８３】従来のパターン検査方法（従来法）を微小パ
ターン欠損のある被検査物に適用した場合の問題点を説
明するための図である。
【図８４】比較法による繰り返しパターンの検査方法を
説明するための図である。
【図８５】従来の比較法（従来法）によって繰り返しパ
ターンを検査する場合の問題点を説明するための図であ
る。
【図８６】第４の検査に係るパターン欠陥検査装置の概
要図である。
【図８７】パターン欠陥検査工程を示すフローチャート
である。
【図８８】参照画像４０３１と被検査画像４０３２とを
示す模式図である。
【図８９】絶対値画像４０３４ａ〜４０３４ｉを示す模
式図である。
【図９０】差の最大対値画像４０３５ａ〜４０３５ｉを
示す模式図である。
【図９１】欠陥画像４０３６を示す模式図である。
【図９２】参照画像４０４１と被検査画像４０４２とを
示す模式図である。
【図９３】絶対値画像４０４４ａ〜４０４４ｉを示す模
式図である。
【図９４】差の最大対値画像４０４５ａ〜４０４５ｉを
示す模式図である。
【図９５】欠陥画像４０４６を示す模式図である。
【符号の説明】
１−１ 写像投影型の電子線装置 ２１−１ １次コラム ２２−１ ２次コラム ２３−１ 検査チャンバー ８−１ カソード ９−１ アノード １１−１ 電子銃 １２−１ 電子ビーム １０−１ １次光学系 ２６ ステージ ２５−１ 四重極又は八極の静電（又は電磁）レンズ ３５−１ 検出器 ２８−１ カソードレンズ ２９−１ ニューメニカルアパーチャ ３１−１ 第２レンズ ３０−１ Ｅ×Ｂ分離ユニット（ウィーンフィルター） ３３−１ 第３レンズ ３２−１ フィールドアパーチャ ３４−１ 第４レンズ ３５’−１ 偏向器 １４−１ マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ） １５−１ 蛍光スクリーン １６−１ 真空透過窓 １７−１ ファイバーオプティカルプレート（ＦＯＰ） １８−１ ＴＤＩ−ＣＣＤ ３４−１ メモリ ３６−１ コントロールユニット ３７−１ ＣＰＵ ２４−１ ディスプレイ ４０−１ ステージ駆動機構 ４１−１ 搬送機構 ５０ａ−１ 凹面状の曲面を持つ電極 ５０ｂ−１ 凹面状の曲面を持つ電極 ５３ａ−１ 制御部 ５３ｂ−１ 制御部 ５１ａ−１ 電磁コイル ５１ｂ−１ 電磁コイル ６１ａ−１ 照射電子ビーム ６１ｂ−１ 照射電子ビーム ６２ａ−１ ２次電子 ６２ｂ−１ ２次電子 １９−１ 走査用偏向器 ４０−３ ＭＣＰ印加電圧制御回路 １０−４ フィードスルー装置 ２−４ フィードスルー部 ５−４ 電気導入ピン ９−４ 配線 １−４ 金属フランジ ３−４ シェル ４−４ パターンメタライズ部 ６−４ ダイ（機能素子） ５−４ ピン ７−４ ダイボンディング部 ９−４ 接続配線 ８−４ ダイパッド部 １５−４ 配線板 １２−４ 下方パターンメタライズ １６−４ 上方パターンメタライズ ３０−４ ウェーハ欠陥検査装置 ４１−４ 電子ビーム ２１−４ 真空チャンバ ２７−４ ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー １ 半導体検査装置 １０ カセットホルダ ２０ ミニエンバイロメント装置 ３０ 主ハウジング ４０ ローダハウジング ５０ ステージ装置 ６０ ローダー ７０ 電子光学装置 ８３ 電位印加機構 ８５ 電子ビームキャリブレーション機構 ８７ アライメント制御装置 ８７１ 光学顕微鏡 １１ 昇降テーブル ５０１ 箱本体 ２４ 基板反応箱 ５０３ 蓋体 ５０５ ＵＬＰＡフィルタ ５０６ ケミカルフィルタ ５０７ ファンモータ ６０ ローター ６１ 第１の搬送ユニット ２１ ミニエンバイロメント空間 ２３ 気体循環装置 ２４ 排出装置 ２５ プリアライナー ２２ ハウジング ２２１ 頂壁 ２２２ 底壁 ２２３ 周壁 ２３２ 回収ダクト ２３３ 導管 ２２５ 出入り口 ２４１ 吸入ダクト ２４２ ブロワー ２５ アライナー ３７ 防振装置 ３３ ハウジング支持装置 ３３１ フレーム構造体 ３６ 台フレーム ４１ 第１のローディングチャンバ ４２ 第２のローディングチャンバ ４３ ハウジング本体 ４３４ 仕切壁 ４３５ 出入り口 ２７ シャッタ装置 ２７１ シール材 ２７２ 扉 ２７３ 駆動装置 ４５ シャッタ装置 ４７１ 矩形の基板 ４７２ 支柱 ４７３、４７４ ２段の支持部 ５１ 固定テーブル ５２ Ｙテーブル ５３ Ｘテーブル ５４ 回転テーブル ５５ ホルダ ５５１ ウェーハ載置面 ５２１、５３１ サーボモータ ５２２、５３２ エンコーダ ６１ 第１の搬送ユニット ６３ 第２の搬送ユニット ６１１ 駆動部 ６１２ 多節のアーム ６１３ 回転可能な軸 ６１６ 把持装置 ４７ ウェーハ受け ２３２ 回収ダクト ２３１ 気体供給ユニット ７１ 鏡筒 ７２４ 対物レンズ系 ８１１ 荷電粒子照射部 ８３ 電位印加機構 ８３１ 電圧印加装置 ８３２ チャージアップ調査及び電圧決定システム ８３３ モニター ８３４ オペレータコンソール ８５１、８５２ 複数のファラデーカップ ８−７ ハウジング ２−７ 荷電ビーム照射部 １０−７ 真空配管 １１−７ 真空配管 １−７ 鏡筒 ２−７ 先端部 ４−７ 試料台 ３−７ ＸＹステージ ５−７ Ｙ方向可動部 ６−７ Ｘ方向可動部 ６ａ−７ ガイド面 ９−７ 静圧軸受け １８−７と１７−７ 二重の溝 ７−７ ステージ台 ６ａ−７、７ａ−７ ガイド面 １４−７ 仕切り板 ５０−７、５１−７ 絞り部 １３−７、１５−７ ステージ内部の空間 １７−７、１８−７ 差動排気溝 ２４−７ 試料近傍 １１−１−７、１１−２−７ 真空排気通路 ２ 荷電ビーム照射部 １６−７ 円筒状の仕切り ２４−７ 仕切りの内部 １０−７ 真空配管 ４−１−７ リング部材 ５２−７ 微小隙間 ２４−７ 鏡筒先端部周囲の空間 ２０−７ 円周溝 ２９−７ 支持部材 ３０−７ 冷凍機 ２８−７ 部材 ５０−７、５１−７ 絞り １４′−８ ハウジング １９′−８ 真空配管 １−８ 荷電ビーム鏡筒 ３′−８ ＸＹステージ ４′−８ Ｙ方向可動部 ５′−８ Ｘ方向可動部 ５ａ′−８ ガイド面 ９′−８ 静圧軸受け ｇ１、ｇ２ 二重の溝 ６−８ 台座 ７ａ−８、７ｂ−８ Ｙ方向ガイド １１ａ−８、９ａ−８、１１ｂ−８、９ｂ−８ 静圧軸
受け １２−８ リニアモータ ２２−８ フレキシブル配管 １９−８、２０ａ−８、２０ｂ−８ 真空配管 ２５−８ 差動排気機構 ５３−８ ドライ真空ポンプ ５１−８ ターボ分子ポンプ ７６−８ 配管 ５４−８ 圧縮機 ６１−８、６２−８ レギュレータ ６０−８ コールドトラップやフィルタ ６３−８ 高純度不活性ガス供給系 ７０−８〜７５−８ 真空配管 ７６−８〜８０−８ 加圧側配管 １−９ 電子銃 ３１−９ ウェーネルト ３２−９ カソード ３３−９，３４−９ 軸合わせ用偏向器 ２−９ コンデンサ・レンズ ８−９ ウィーン・フィルタ ９−９ 対物レンズ Ｓ−９ ステージ １０−９ 試料 １２−９，４０−９ 偏向器 ４１−９ 二次電子線検出部 ４２−９ 画像処理部 ４３−９ 鏡筒 １２−９ 静電偏向器 ４０−９ 電磁偏向器 ３５−９ 上部電極 ３６−９ 中央電極 ３７−９ 下部電極 ３８−９ 電流導入端子 １０−９ 試料ウェーハ ２０−９ 電圧源 １９−９ ＰＭＴ ２１−９ 試料電流計 ２２−９ ＣＰＵ ２０−９ 減速電界の電圧 ５０−９ 円形ウェーハ ５１−９ 長方形チップ ５２−９、５３−９ 欠損チップ ５１−９ 完全チップ ６０−１０ 電子光学鏡筒 ４３−１０ 試料 ２４−１０，２５−１０ 軸合わせ電極 ６１−１０ コンデンサレンズ ２７−１０ 静電偏向器 ２９−１０、３０−１０ 電磁偏向器 ６２−１０ Ｅ×Ｂ分離 ４１−１０ 対物レンズ ４２−１０ 軸対称電極 ２８−１０ 検出器 ２０−１０ 電子銃 ２１−１０ ショットキーシールド ２２−１０ ＴＦＥカソード ２３−１０ アノード ２−１０ ローパスフィルター（ＬＰＦ） １−１０ 増幅器 ３−１０ Ａ／Ｄ変換器 ４−１０ 画像形成装置 ５−１０ 偏向器制御電源 ３１−１０ ０．５μｍ掘られた部分 ３２−１０ エッチングされていない部分 ３４−１０ 電気信号の強度が小 ３５−１０ 電気信号の強度が小 ３６−１０ 窪みが小 ６１−１０ コンデンサレンズ ４４−１０ 上部電極 ４５−１０ 中央電極 ４６−１０ 下部電極 ４７−１０ リード線取付金具 ４３−１０ 一枚の試料 ６−１０ 電子光学鏡筒 １−１１ 電子銃 ２−１１ カソード ３−１１ アノード ４−１１、５−１１、２７−１１ 偏向器 ２６−１１ コンデンサレンズ ２９−１１、３０−１１偏向器 ３１−１１ 対物レンズ ３３−１１ ウェーハ ２８−１１ 電子ビーム検出器 １２−１１ 画像形成装置 １３−１１ 走査制御装置 ２０−１２ 電子銃２１−１２ ウエーネルト ２２−１２ ＴＦＥカソード ２３−１２ アノード ２４−１２、２５−１２ 軸合せ偏向器 ３４−１２、３５−１２、３６−１２ コンデンサレン
ズ ３０−１２ Ｅ×Ｂ分離器 ３１−１２ 対物レンズ ３３−１２ 試料 ２７−１２ 静電偏向器 ３０−１２ Ｅ×Ｂ分離器 ２９−１２ 電磁偏向器 ２８−１２ ２次電子検出器 ８−１２ ステージ ４０−１２ 鏡筒 １−１３ シリコンウェーハ ２−１３ チップ １０−１３ 鏡筒 １１−１３ 一次電子光学系 ３１−１３ 二次電子光学系 ４１−１３ 検出系 １２−１３ 電子銃 １３−１３ コンデンサレンズ １４−１３ 開口板 １８−１３ 縮小レンズ １６−１３ 軸合わせ偏向器 １７−１３ 非点補正レンズ １９−１３ 走査用偏向器 ２０−１３ Ｅ×Ｂ型分離器 ２２−１３ 対物レンズ １２−１３ 電子銃 １２２−１３ 電界放出チップ １２３−１３ フィラメント １２１−１３ カソード １２４−１３ ショットキーシールド １４−１３ 開口板 １４１−１３ 開口 ２１−１３ Ｅ×Ｂ分離器用の磁場発生コイル ３１−１３ 二次光学系 ３２−１３、３３−１３ 拡大レンズ ３４−１３ マルチ検出板 ４１−１３ 検出系 ４２−１３ 検出器 ４３−１３ 処理装置 ３４１−１３ ４個の開口 １０−１３ 電子線装置 １５−１３ クロスオーバー ３５−１３ 代表的な軌道 ５１−１３ 外側面 ５２−１３ 内面 ５３−１３ 端面 ５７−１３ スリット ５８−１３、５９−１３ 絶縁保持に必要な面 ５５−１３ 貫通穴 ６０−１３ リード線 ６１−１３ ワイヤボンディング結線 ６２−１３ 上部電極 ６４−１３ 下部電極 ６３−１３ 中央電極 ６５−１３ 空洞 ６９−１３、７０−１３ コーティングのエッジ ５−１４，７−１４ 縮小レンズ １０−１４ 対物レンズ １１−１４ 試料面 ６−１４、８−１４ 第１及び第２の縮小像 １０−１４ 対物レンズ ９−１４ Ｅ×Ｂ分離器 １４−１４ マルチ開口検出板 １５−１４ 検出器 ２−１４ ＬａＢ6単結晶カソード ２４−１４ 先端面 ２３−１４ 環状突起 ２６−１４ ４５°の斜面 ２５−１４ エミッタ領域 １−１ 電子線装置 １−１５ 電子銃 ２−１５ 静電レンズ ３−１５ Ｅ×Ｂ偏向器 ５−１５ ウェーハ １０−１５ 対物レンズ ４−１５ ステージ ７−１５ 検出器 １６−１５ 制御部 １１−１５ 偏向電極 １２−１５ 偏向制御器 １６−１５ 制御部 ２０−１５ 画像形成回路 １４−１５ 制御部本体 １５−１５ ＣＲＴ １８−１５ 入力部 ８−１５ 二次電子画像記憶領域 １３−１５ 基準画像記憶部 ９−１５ 欠陥検出プログラム ４−１５ ステージ ３４−１５ 検査表面 ３２ａ−１５、３２ｂ−１５、．．．３２ｋ−１
５、．．．参照番号 ３２−１５ 被検査領域の画像 １７−１５ 拡大画像 ３−１５ 試料室 １２−１５ 偏向制御器 １１−１５ 偏向電極 ３２ｂ−１５ 矩形領域 ３４−１５ ウェーハ検査面 ３０−１５ パターン ７−１５ 検出器 ６１−１５ 電子銃 ６２−１５ コンデンサレンズ ６４−１５ クロスオーバ ６３−１５ 第１のマルチ開口板 ６５−１５ 縮小レンズ ７５−１５ 投影像 ６７−１５ 対物レンズ ６８−１５ 試料 ８０−１５ 偏向器 ７６−１５ 焦点 ６９−１５、７０−１５ 拡大レンズ ７１−１５ 第２マルチ開口板 ７２−１５ 複数の検出器 ７３−１５ 増幅器 ７４−１５ 画像処理部 ３６−１５ 基準画像 １０１１ 基板支持テーブル １０１２ アクチュエータ １０１３ アクチュエータ １０１４ テーブル駆動部 １０１５ カメラ １０１６ Ａ／Ｄ変換器 １０１７ 制御部 １０１８ キーボード １０１９ ＣＲＴ １０２０ 画像処理部 １０２１ チップ比較検査部 １０２２ 画像メモリ １０２３ セル比較検査部 １０２４ 画像メモリ １０２５ 統合判定部 １０２６ 領域メモリ ２０１０ 参照画像発生回路 ２０１２ 参照画像記憶部 ２０１４ 撮像装置 ２０１６ 第１バッファメモリ ２０１８，２０５８ 参照画像領域切り出し部 ２０２０，２０６０ 被検査画像領域切り出し部 ２０２２ パーセンタイル値算出部 ２０２２ａ，２０６２ａ 累積ヒストグラム生成部 ２０２２ｂ，２０６２ｂ パーセンタイル値決定部 ２０２４ 第２バッファメモリ ２０２６，２０６６ 濃度変換部 ２０２８ 第３バッファメモリ ２０３０ 比較演算回路 ２１００ 画像整合化処理部 ３０１０ 参照画像発生回路 ３０１２ 参照画像記憶部 ３０１４ 撮像装置 ３０１６ 第１バッファメモリ ３０２０ 周辺分布特徴算出部 ３０２２ 選択信号生成部 ３０２６ 許容画像生成選択部 ３０２８ 許容画像生成部 ３０３０ ターゲット画像選択部 ３０３２ 第２バッファメモリ ３０３４ 比較演算回路 ３０３６ 第３バッファメモリ ３０３８ 欠陥判定回路 ３２２０ａ，３２２０ｂ 最大最小探索部 ３２２１ａ，３２２１ｂ 減算器 ３２２２ 比較器 ３２２６ａ，３２２６ｂ ３ステートゲート ３２２８ 許容値生成回路 ３２３０ａ，３２３０ｂ ３ステートゲート ３２３４ 誤差許容比較回路 ４０１１ 基板支持テーブル ４０１２ アクチュエータ ４０１３ アクチュエータ ４０１４ テーブル駆動部 ４０１５ カメラ ４０１６ Ａ／Ｄ変換器 ４０１７ 制御部 ４０２０ 画像処理部 ４０２１ 画像メモリ ４０２２ 揺すらせ回路 ４０２３ 差の絶対値測定回路 ４０２４ 最大値フィルター処理回路 ４０２５ 最小値検出回路 ４０２６ 二値化処理回路 Ｗ 基板 Ｅｌ 下端部除外率 Ｅｕ 上端部除外率 RPmin 参照画像の着目領域データにおける下限パ
ーセンタイル値 RPmax 参照画像の着目領域データにおける上限パ
ーセンタイル値 OPmin 被検査画像の着目領域データにおける下限
パーセンタイル値 OPmax 被検査画像の着目領域データにおける上限
パーセンタイル値 REFin 濃度変換前の参照画像の画素値 REFout 濃度変換後の参照画像の画素値 ＲＥＦ 参照画像 ＯＢＪ 被検査画像 ΔＲ 参照画像の着目近傍変化量 ΔＯ 被検査画像の着目近傍変化量 Ａmax 最大許容値 Ａmin 最小許容値 ｔｇｔ ターゲット画素値 ｓｕｂ 差分値 ＴＧＴ ターゲット画像 ＡＩmax 最大許容値画像 ＡＩmin 最小許容値画像 Ｍsub 差分マップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/18 Ｈ０１Ｊ 37/18 ５Ｃ０３３ 37/20 37/20 Ｄ ５Ｌ０９６ 37/22 ５０２ 37/22 ５０２Ｈ 37/244 37/244 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者 大西 浩之 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 (72)発明者 佐々 泰志 京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神 北町１番地の１ 大日本スクリーン製造株 式会社内 (72)発明者 金馬 利文 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 佐竹 徹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 狩俣 努 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 渡辺 賢治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 野路 伸治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 村上 武司 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 畠山 雅規 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 中筋 護 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 曽布川 拓司 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 吉川 省二 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 大和田 伸 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 西藤 睦 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA07 CA03 DA01 EA04 FA06 HA07 HA09 HA13 JA03 KA03 LA11 MA05 PA11 QA01 RA01 RA02 RA04 4M106 AA01 CA39 DB05 DB21 DJ18 DJ20 5B057 AA03 BA01 CA08 CA12 CA16 CC02 CE11 DA03 DA08 DB02 DB09 DC32 5C001 AA03 CC04 5C030 BB02 BC06 5C033 KK09 NN10 UU03 UU04 UU05 5L096 AA06 BA03 EA12 HA07

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を少なくとも１つの自由度で連続的
    に移送可能に保持するステージを有し、前記ステージに
    は、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による
    真空シール機構とを設けて、前記基板上の電子ビームが
    照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部と
    の間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設けた構造
    を有し、上記基板に電子線を照射し２次電子画像を取り
    込んで、前記基板上に形成された多数のチップにおける
    繰り返しパターンを検査するパターン検査装置であっ
    て、 同一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チッ
    プ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比
    較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較す
    るチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を
    検出することを特徴とするパターン検査装置。
  2. 【請求項２】 基板を少なくとも１つの自由度で連続的
    に移送可能に保持するステージを有し、前記ステージに
    は、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による
    真空シール機構とを設けて、前記基板上の電子ビームが
    照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部と
    の間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設けた構造
    を有し、前記基板に電子線を照射し２次電子画像を取り
    込んで、参照画像と被検査画像とを比較することにより
    パターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、 前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位
    置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被
    検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために、前
    記被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して
    濃度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照
    画像とを整合化させる濃度変換手段とを備えることを特
    徴とするパターン検査装置。
  3. 【請求項３】 基板を少なくとも１つの自由度で連続的
    に移送可能に保持するステージを有し、前記ステージに
    は、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による
    真空シール機構とを設けて、前記基板上の電子ビームが
    照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部と
    の間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設けた構造
    を有し、前記基板に電子線を照射し２次電子画像を取り
    込んで、参照画像と被検査画像とを比較することにより
    パターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、 前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対
    応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査
    画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を
    示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着
    目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２
    の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を
    備え、 前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被
    検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、
    どちらか一方の着目画素を許容画素として選択すると共
    に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、前記
    ターゲット画素と前記許容画素とを比較することを特徴
    とするパターン検査装置。
  4. 【請求項４】 基板を少なくとも１つの自由度で連続的
    に移送可能に保持するステージを有し、前記ステージに
    は、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による
    真空シール機構とを設けて、前記基板上の電子ビームが
    照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部と
    の間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設けた構造
    を有し、前記基板に電子線を照射し２次電子画像を取り
    込んで、参照画像と被検査画像とを比較することにより
    パターンの欠陥を検出するパターン検査装置であって、 前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定
    のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
    置する揺すらせ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
    画像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺
    すらせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得
    る最大値取得回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
    画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
    小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  5. 【請求項５】 基板と対物レンズとの間における放電ま
    たは放電の前駆現象を検出して信号を発生する検出器を
    備え、１次電子線を集束させ基板上で走査し、前記基板
    からの２次電子線を検出し前記基板の２次電子画像を取
    り込んで、前記基板上に形成された多数のチップにおけ
    る繰り返しパターンを検査するパターン検査装置であっ
    て、 同一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チッ
    プ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比
    較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較す
    るチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を
    検出することを特徴とするパターン検査装置。
  6. 【請求項６】 基板と対物レンズとの間における放電ま
    たは放電の前駆現象を検出して信号を発生する検出器を
    備え、１次電子線を集束させ基板上で走査し、前記基板
    からの２次電子線を検出し前記基板の２次電子画像を取
    り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
    りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
    て、 前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位
    置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被
    検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために、前
    記被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して
    濃度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照
    画像とを整合化させる濃度変換手段とを備えることを特
    徴とするパターン検査装置。
  7. 【請求項７】 基板と対物レンズとの間における放電ま
    たは放電の前駆現象を検出して信号を発生する検出器を
    備え、１次電子線を集束させ基板上で走査し、前記基板
    からの２次電子線を検出し前記基板の２次電子画像を取
    り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
    りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
    て、 前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対
    応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査
    画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を
    示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着
    目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２
    の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を
    備え、 前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被
    検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、
    どちらか一方の着目画素を許容画素として選択すると共
    に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、前記
    ターゲット画素と前記許容画素とを比較することを特徴
    とするパターン検査装置。
  8. 【請求項８】 基板と対物レンズとの間における放電ま
    たは放電の前駆現象を検出して信号を発生する検出器を
    備え、１次電子線を集束させ基板上で走査し、前記基板
    からの２次電子線を検出し前記基板の２次電子画像を取
    り込んで、参照画像と被検査画像とを比較することによ
    りパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であっ
    て、 前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定
    のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
    置する揺すらせ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
    画像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺
    すらせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得
    る最大値取得回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
    画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
    小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  9. 【請求項９】 最小線幅ｄのパターンを有する基板に、
    １次電子線のビーム径をＤとするとき、０．５５≦Ｄ／
    ｄ≦１．０を満たす１次電子線を照射し且つ予め決めら
    れた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電子を
    検出し２次電子画像を取り込んで、前記基板上に形成さ
    れた多数のチップにおける繰り返しパターンを検査する
    パターン検査装置であって、 同一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チッ
    プ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比
    較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較す
    るチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を
    検出することを特徴とするパターン検査装置。
  10. 【請求項１０】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線のビーム径をＤとするとき、０．５５≦
    Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子線を照射し且つ予め決
    められた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電
    子を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検
    査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出す
    るパターン検査装置であって、 前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位
    置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被
    検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために前記
    被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して濃
    度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照画
    像とを整合化させる濃度変換手段とを備えることを特徴
    とするパターン検査装置。。
  11. 【請求項１１】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線のビーム径をＤとするとき、０．５５≦
    Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子線を照射し且つ予め決
    められた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電
    子を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検
    査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出す
    るパターン検査装置であって、 前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対
    応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査
    画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を
    示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着
    目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２
    の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を
    備え、 前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被
    検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、
    どちらか一方の着目画素を許容画素として選択すると共
    に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、前記
    ターゲット画素と前記許容画素とを比較することを特徴
    とするパターン検査装置。
  12. 【請求項１２】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線のビーム径をＤとするとき、０．５５≦
    Ｄ／ｄ≦１．０を満たす１次電子線を照射し且つ予め決
    められた走査幅で走査し前記基板から放出される２次電
    子を検出し２次電子画像を取り込んで、参照画像と被検
    査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出す
    るパターン検査装置であって、 前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定
    のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
    置する揺すらせ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
    画像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺
    すらせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得
    る最大値取得回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
    画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
    小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  13. 【請求項１３】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線が最小線幅ｄの２倍のピッチの周期パタ
    ーンを観察した時の信号の変調伝達関数ＭＴＦが０．４
    ２≦ＭＴＦ≦０．８になるようにビーム径Ｄを選択した
    １次電子線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し
    前記基板から放出される２次電子を検出し２次電子画像
    を取り込んで、前記基板上に形成された多数のチップに
    おける繰り返しパターンを検査するパターン検査装置で
    あって、 同一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チッ
    プ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比
    較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較す
    るチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を
    検出することを特徴とするパターン検査装置。
  14. 【請求項１４】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線が最小線幅ｄの２倍のピッチの周期パタ
    ーンを観察した時の信号の変調伝達関数ＭＴＦが０．４
    ２≦ＭＴＦ≦０．８になるようにビーム径Ｄを選択した
    １次電子線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し
    前記基板から放出される２次電子を検出し２次電子画像
    を取り込んで、参照画像と被検査画像とを比較すること
    によりパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であ
    って、 前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位
    置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被
    検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために前記
    被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して濃
    度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照画
    像とを整合化させる濃度変換手段とを備えることを特徴
    とするパターン検査装置。
  15. 【請求項１５】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線が最小線幅ｄの２倍のピッチの周期パタ
    ーンを観察した時の信号の変調伝達関数ＭＴＦが０．４
    ２≦ＭＴＦ≦０．８になるようにビーム径Ｄを選択した
    １次電子線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し
    前記基板から放出される２次電子を検出し２次電子画像
    を取り込んで、参照画像と被検査画像とを比較すること
    によりパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であ
    って、 前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対
    応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査
    画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を
    示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着
    目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２
    の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を
    備え、 前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被
    検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、
    どちらか一方の着目画素を許容画素として選択すると共
    に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、前記
    ターゲット画素と前記許容画素とを比較することを特徴
    とするパターン検査装置。
  16. 【請求項１６】 最小線幅ｄのパターンを有する基板
    に、１次電子線が最小線幅ｄの２倍のピッチの周期パタ
    ーンを観察した時の信号の変調伝達関数ＭＴＦが０．４
    ２≦ＭＴＦ≦０．８になるようにビーム径Ｄを選択した
    １次電子線を照射し且つ予め決められた走査幅で走査し
    前記基板から放出される２次電子を検出し２次電子画像
    を取り込んで、参照画像と被検査画像とを比較すること
    によりパターンの欠陥を検出するパターン検査装置であ
    って、 前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定
    のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
    置する揺すらせ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
    画像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺
    すらせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得
    る最大値取得回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
    画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
    小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  17. 【請求項１７】 空間電荷制限領域で動作するよう設定
    されている電子銃から放出される電子線をレンズ系で細
    く絞って基板面上に照射し、基板から放出される二次電
    子を検出し２次電子画像を取り込んで、基板上に形成さ
    れた多数のチップにおける繰り返しパターンを検査する
    パターン検査装置であって、 同一チップ内の繰り返しパターン領域に対し、同一チッ
    プ内における繰り返しパターンを相互に比較するセル比
    較と、複数のチップ間で対応するパターン同士を比較す
    るチップ比較とを実行することによりパターンの欠陥を
    検出することを特徴とするパターン検査装置。
  18. 【請求項１８】 空間電荷制限領域で動作するよう設定
    されている電子銃から放出される電子線をレンズ系で細
    く絞って基板面上に照射し、基板から放出される二次電
    子を検出し、２次電子画像を取り込んで、参照画像と被
    検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出
    するパターン検査装置であって、 前記被検査画像の全部または一部の領域と当該領域に位
    置的に対応する前記参照画像の領域とに着目し、前記被
    検査画像と前記参照画像とを互いに比較するために前記
    被検査画像と前記参照画像の少なくとも一方に対して濃
    度変換を施すことにより、前記被検査画像と前記参照画
    像とを整合化させる濃度変換手段とを備えることを特徴
    とするパターン検査装置。
  19. 【請求項１９】 空間電荷制限領域で動作するよう設定
    されている電子銃から放出される電子線をレンズ系で細
    く絞って基板面上に照射し、基板から放出される二次電
    子を検出し、２次電子画像を取り込んで、参照画像と被
    検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出
    するパターン検査装置であって、 前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対
    応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査
    画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を
    示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着
    目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２
    の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段を
    備え、 前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被
    検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、
    どちらか一方の着目画素を許容画素として選択すると共
    に他方の着目画素をターゲット画素として選択し、前記
    ターゲット画素と前記許容画素とを比較することを特徴
    とするパターン検査装置。
  20. 【請求項２０】 空間電荷制限領域で動作するよう設定
    されている電子銃から放出される電子線をレンズ系で細
    く絞って基板面上に照射し、基板から放出される二次電
    子を検出し、２次電子画像を取り込んで、参照画像と被
    検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出
    するパターン検査装置であって、 前記参照画像を前記被検査画像に対して二次元的に一定
    のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配
    置する揺すらせ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
    画像との差の絶対値を測定することにより得られる各揺
    すらせ位置における差の絶対値画像から最大値画像を得
    る最大値取得回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
    画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
    小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  21. 【請求項２１】 半導体を製造するプロセスにおいて、
    プロセスの途中あるいは終了後に、請求項１乃至２０の
    いずれかに記載のパターン検査装置を用いたウエハの検
    査工程を含むことを特徴とする半導体デバイス製造法。
JP2002127752A 2002-04-30 2002-04-30 電子ビームを用いたパターン検査装置、並びに、それを用いた半導体デバイス製造方法 Pending JP2003323861A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010079608A1 (ja) * 2009-01-09 2010-07-15 株式会社島津製作所 液晶アレイ検査装置および液晶アレイ検査装置の信号処理方法
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