JP2005091342A - 試料欠陥検査装置及び方法並びに該欠陥検査装置及び方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

試料欠陥検査装置及び方法並びに該欠陥検査装置及び方法を用いたデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 製作誤差、試料の移動速度むら、リソグラフィ工程での製作誤差、拡大倍率の変動、試料面の凹凸等に無関係に、高精度・高解像度で二次元画像を取得すること。
【解決手段】 ウェーハ５１上において互いに平行でない２つの軸方向にほぼ規則的に配置されたダイ５４内のパターンを検査するため、ダイ５４が仮想的に配置されるべき等間隔グリッドを生成し、各ダイ５４の実際の位置座標を求め、等間隔グリッドと各ダイ５４の位置誤差を算出し、各ダイ５４の画像が等間隔グリッドに沿って配置されるよう、各ダイ５４の位置誤差の値に基づいて、各ダイ５４の画像の位置補正をして画像を取得する。位置補正して取得された画像に基づいて、ダイ５４のパターンの欠陥検査を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、０．１μｍ以下のパターンを有するステンシル・マスク、ウェーハ等の試料の表面に形成されたデバイスパターンの欠陥を高精度、高信頼性且つ高解像度で検査を行うための欠陥検査装置及び方法並びに該欠陥検査装置及び方法を用いて試料の検査を行う工程を含むデバイス製造方法に関する。
欠陥検査装置は、電子線を検査対象であるウェーハ等の試料に照射することにより、試料の被検査面に形成されたデバイスパターンに関連する情報を有する電子を発生させ、この発生された電子を用いてデバイスパターンの情報を画像化し、得られた画像を所定の検査プログラムにしたがって検査するものである。この検査の結果の信頼度を高めるには、電子の照射により試料面のデバイスパターンから高精度の情報が得られることが必要である。そのための一つの手段が、試料を載置してＸ軸方向及びそれに直交するＹ軸方向に移動させるステージのＸ軸方向及びＹ軸方向でのレジストレーションと二次電子光学系の軸方向に平行なＺ軸方向でのフォーカス調整である。
従来から、試料、例えばウェーハの被検査面から相互に対応する２つの領域の画像を生成し、これら相互に対応する一方と他方の２つの画像から欠陥を検査する場合、一方の画像を＋１ピクセル，＋２ピクセル，−１ピクセル，−２ピクセルづつＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ位置ずれさせた画像を生成し、これらの位置ずれさせた画像２４枚及び位置ずれ無しの画像１枚の合計２５枚の画像と他方の画像とを比較する方法が用いられており、これらの画像形成には、一本の電子線を用いた欠陥検査装置が実用化されている。
また、スループットを向上させるために、マルチビームを用いて試料の欠陥検査を行う検査システムも提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。これらのシステムは、複数の電子ビームで同時に試料の複数の領域を走査して欠陥検査を行うので、理論的には電子ビームの数だけスループットが向上することになる。
米国特許第５，８９２，２２４号明細書 B. Lischke, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.２８, No. １０, ｐ２０５８。
しかしながら、上記の従来のパターン欠陥の検査装置には、
（１）試料を載置してＸ軸方向及びそれに直交するＹ軸方向に移動させるステージが設けられているが、このステージをガイドするステージガイドに歪みが生じていたり、Ｘ軸方向とＹ軸方向のステージガイドが正確に直交していなかったりする場合があるため、ステージが理想的な軌跡上を移動しないこと、
（２）試料をステージに載置する際に、試料のＸ−Ｙ座標とステージのＸ−Ｙ座標とが一致せず、回転方向において誤差が生じている場合があること、
（３）試料の位置を検出するためのレーザ干渉計に誤差が生じる場合があること、
（４）試料の中には、リソグラフィ工程において設計上の位置からずれてダイが形成されてしまうものがあること、
（４）ステージの連続移動中に速度むらが生じる場合があること、
（５）電子線による照射によって試料がチャージアップを起こし、得られる画像に歪みなどが生じる場合があること、
等のために正確な検査が行い得ないという問題が生じ得る。
例えば、上記の種々の誤差を何ら補正しない場合には、得られる画像が理論値上の位置から±２ピクセル以上ずれてしまうこともある。仮に、これらのずれがＸ軸方向及びＹ軸方向に±３ピクセルづつ生じる可能性があるとすると、欠陥検査の正確性を確保するために、比較用に生成しなければならない画像数が７×７＝４９枚も必要となる。この結果、検査に必要なメモリや比較回路を増やさなければならないため、欠陥検査の速度が画像取得に追いつかないばかりでなく、高スループットの欠陥検査が行えないという不都合を生じていた。
加えて、従来からの試料等の試料の欠陥検査では、上記のように、パターン検査のための二次元画像取得に先立って、ＸＹ方向のレジストレーションしか行われておらず、試料面の凹凸を配慮することはなかった。この理由からも、精度の良い画像信号を得ることができなかった。
例えば、試料等の試料の欠陥を検査するために二次元画像を取得する装置として知られている、写像光学系を用いた欠陥検査装置においては、二次電子像の拡大倍率が時間的に或いは温度等の環境の変化と共に大きく変動するという問題があった。更に、このような写像光学系においては、焦点深度が浅いために試料面に凹凸があると、二次元画像の解像度が低下するという問題もあった。
本発明は上記の課題に鑑みて提案されたものであり、本発明の第１の目的は、欠陥検査装置の製作誤差（ステージガイドの歪み、ステージガイドの直交誤差）に関する問題、ステージの移動の際の位置決めに関する誤差や試料上のダイが理論値に従った理想的な座標に形成されていない場合、更には試料の移動中の速度むら等が生じる場合にも、精度よく欠陥検査を行うことができるパターン検査方法及び装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、写像光学系の拡大倍率が変動しても、また、試料面に凹凸があっても、高精度、高信頼性且つ高解像度で二次元画像を取得することができる検査方法及び装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、上記の検査方法及び装置を用いて欠陥検査を行うことにより、高い歩留まりが期待できるデバイス製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
基板上において互いに平行でない２つの軸方向にほぼ規則的に配置されている複数のダイ内のパターンを検査する装置であって、
前記基板上の前記ダイが仮想的に配置されるべき目標グリッドを生成するための演算手段と、
前記目標グリッドと前記基板上の前記ダイの位置との差分を補正する手段と、
を具備することを特徴とするパターン欠陥検査装置、
を提供する。
請求項２の発明は、前記目標グリッドと前記基板上の前記ダイの位置との差分を補正する前記手段が、前記目標グリッドに対する前記基板上のダイの位置誤差を演算する手段と、前記位置誤差を無くすための補正信号を偏向器にフィードバック又はフィードフォワードする制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、
試料表面を検査する装置であって、
試料に向けてビームを照射するビーム照射源と、
前記ビーム照射源によるビーム照射領域内の１画素当たりの前記試料上の寸法を測定する手段と、
前記１画素当たりの前記寸法を用いてステージの移動距離を算出し、この算出結果に基づいて前記試料のアライメントを行う演算手段と、
前記ビームの照射によって前記試料から放出され且つ前記試料の表面の情報を含む二次ビームを検出する検出器と、
前記検出器により検出された前記二次ビームから前記試料の表面の画像を取得し、前記試料の検査を行う手段と、
を具備する試料表面検査装置、
を提供する。
請求項４の発明は、
パターンが形成された複数のダイを有する試料の表面を検査する検査装置であって、
前記試料表面のダイの位置補正に必要な情報を取得する手段と、
前記情報の取得中に、前記試料表面の被検査領域の任意の個所において前記試料表面の合焦条件を測定して記憶する手段と、
前記試料の表面に向けてビームを照射するビーム照射源と、
前記ビームが前記被検査領域を相対移動する際に、前記試料表面の合焦条件を満たすように調整可能なレンズと、
を具備することを特徴とする検査装置、
を提供する。
請求項５の発明は、前記ビームが前記被検査領域を相対移動する際に、前記ダイの位置ずれを補正する偏向器を更に備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の欠陥検査装置を用いてプロセスの途中又はプロセス終了後の試料の欠陥検査を行うことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
請求項７の発明は、
基板上において互いに平行でない２つの軸方向にほぼ規則的に配置されている複数のダイ内のパターンを検査する検査方法であって、
（ａ）前記基板上のダイが仮想的に配置されるべき目標グリッドを生成するステップと、
（ｂ）前記基板上の各ダイの実際の位置座標を求めるステップと、
（ｃ）前記目標グリッドと前記各ダイの位置誤差を算出するステップと、
（ｄ）取得する前記各ダイの画像が前記目標グリッドに沿って配置されるように、前記各ダイの位置誤差の値に基づいて取得する各ダイの画像の位置補正をして画像を取得するステップと、
（ｅ）前記位置補正をして取得した画像に基づいてダイのパターンの検査を行うステップと、を含むことを特徴とする検査方法、
を提供する。
請求項８の発明は、前記ステップ（ａ）において、前記目標グリッドが、前記基板上の複数のダイから、前記互いに平行でない２つの軸方向に並ぶダイを、各軸方向にそれぞれ少なくとも２つづつ選択し、選択されたダイ間のピッチからダイ１つ当たりの仮想的なピッチをそれぞれ２つの軸方向について求め、この仮想的なピッチに基づいて生成することを特徴とする。
請求項９の発明は、前記ステップ（ａ）において、前記目標グリッドが、ＣＡＤデータに含まれている位置情報に基づいて生成することを特徴とする。
請求項１０の発明は、前記ステップ（ｅ）において、相互に対応する異なる２つのダイの画像を比較してその差異に基づいて欠陥を検出することを特徴とする。
請求項１１の発明は、前記ステップ（ｅ）において、検査の対象となるパターンとこれに対応するＣＡＤデータの情報によって生成されるパターンとを比較し、その差異に基づいて欠陥を検出することを特徴とする。
請求項１２の発明は、前記ステップ（ａ）において、前記試料上の２つのダイを選択してダイ間のピッチを検出してこれを第１のピッチとし、当該第１のピッチを所定の倍数で複数倍してこれを第2のピッチとし、当該第２のピッチに近い距離だけ離れた２つのダイの実際のピッチを検出してこれを第３のピッチとし、当該第3のピッチを前記倍数で除した値を前記仮想的なピッチとすることを特徴とする。
請求項１３の発明は、前記互いに平行でない２つの軸が、相互に直交するｘ軸とｙ軸であることを特徴とする。
請求項１４の発明は、前記ステップ（ａ）において、ｘ軸及びｙ軸に平行なダイシングライン又はダイ内の所定パターンを用いてダイの仮想的なピッチを求めることを特徴とする。
請求項１５の発明は、前記ステップ（ｄ）において、前記画像の位置補正は前記電子線用の偏向器で行うことを特徴とする。
請求項１６の発明は、
試料の表面を検査する方法であって、
前記試料の表面に対してビームを照射し、該ビームの照射領域内の１画素当たりの前記試料の表面上の寸法を測定するステップと、
前記寸法を用いてステージの移動距離を算出し、この算出結果に基づいて前記試料のアライメントを行うステップと、
前記試料にビームを照射し、それによって前記試料の表面から放出され且つ前記試料の表面の情報を含む二次ビームを検出して、前記試料の表面を検査するステップと、
を備えることを特徴とする試料表面検査方法、
を提供する。
請求項１７の発明は、寸法を測定する前記ステップが、寸法が既知のパターンの画素数を測定することにより行うことを特徴とする。
請求項１８の発明は、
試料の表面を検査する方法であって、
前記試料の表面のダイの位置補正に必要な情報を取得するステップと、
前記情報の取得中に、被検査領域の任意の箇所において前記試料の表面の合焦条件を測定して記憶するステップと、
前記試料にビームを照射するステップと、
前記試料の表面の合焦条件を満たすようにレンズを調整しながら、前記ビームが前記試料の表面の被検査領域を相対移動するように前記ビームを走査し又はステージを移動させるステップと、
前記ビームの照射により前記試料より放出され且つ前記被検査領域の情報を含む二次ビームを検出して前記試料の表面を検査するステップと、
を備えることを特徴とする試料表面検査方法、
を提供する。
請求項１９の発明は、前記試料の表面を検査する前記ステップが、ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩを用いて、複数の画素を含む前記被検査領域の画像を取得し、参照用の画像との比較により前記試料の表面の検査を行うことを特徴とする。
請求項２０の発明は、表面の検査を行う前記ステップが、ダイ内のパターンが周期構造をなす部分については、同一のダイ内の周期構造をなす部分同士の比較により行われ、周期構造をなさない部分については前記参照用の画像との比較により行われることを特徴とする。
請求項２１の発明は、請求項１６〜２０のいずれか一つに記載の検査方法を用いてプロセスの途中又はプロセス終了後の試料の欠陥検査を行うことを特徴とする。
以下、本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法の若干の実施の形態を、添付した図面を参照しながら詳述する。まず、図１〜図５を参照して、本発明に係る欠陥検査方法を実施するための、表面にパターンが形成された基板すなわちウェーハを検査対象として検査する欠陥検査装置の全体構成を説明する。
図１及び図２において、欠陥検査装置１は、
複数枚のウェーハＷを収納したカセットを保持するカセットホルダ１０、
ミニエンバイロメント装置２０、
ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０、
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、２つのローディングチャンバを備えるローダーハウジング４０、
ウェーハＷ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、
真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置７０
を備え、それらは図１及び図２に示すような位置関係で配置されている。
欠陥検査装置１は、更に、真空状態の主ハウジング３０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウェーハＷに電位を与える電位付与機構８３（図５参照）と、電子ビームキャリブレーション機構８７（図８参照）と、ステージ装置５０上でのウェーハＷの位置決めを行うためのアライメント制御装置を構成する光学顕微鏡８７１とを備える。
カセットホルダ１０は複数枚（例えば２５枚）のウェーハＷ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ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個（図においては２個）保持するようになっている。このカセットホルダ１０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、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することができる。
カセットホルダ１０は、図示の構成においては、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、その昇降テーブル１１を上下に移動させる昇降機構１２とを備え、カセットｃは図２に鎖線で示す状態で昇降テーブル１２の上に自動的にセットされ、セット後に、図２に実線で示す状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置２０内の第１の搬送ユニット（後述）の回動軸線に向けられ、その後、昇降テーブル１１は図１で鎖線で示す状態に降下される。なお、自動的に装填する場合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公知の構造のものを適宜使用すればよく、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
カセットｃ内に収納される基板すなわちウェーハＷは、検査を受けるべきウェーハであり、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ウェーハや表面に配線パターンが形成された又は形成されていないウェーハが、カセットｃに収納される。カセットｃ内に収容されるウェーハＷは多数枚、上下方向に隔てて平行に並べて配置される。このため、任意の位置のウェーハＷを第１の搬送ユニット（後述）で保持できるように、第１の搬送ユニットのアームは上下方向に移動可能である。
図１〜図３において、ミニエンバイロメント装置２０は、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間２１を形成するハウジング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させ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もウェーハＷの粗位置決めを行うプリアライナー２５とを備えている。
ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有しており、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２１を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図３に示すように、ミニエンバイロメント空間２１内において頂壁２２１に取り付けられており、空気を清浄にして１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２１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２３３とを備えている。
層流状の下方向の清浄空気の流れ、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内に配置された第１の搬送ユニット６１による搬送面を通して流れるように供給され、これによって、搬送ユニット６１により発生する恐れのある塵埃がウェーハＷに付着するのが防止される。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が形成される。
図３に示すように、排出装置２４は、搬送ユニット６１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。排出装置２４は、搬送ユニットの周囲を流れ下って搬送ユニットにより発生する可能性のある塵埃を含む空気を吸入ダクト２４１によって吸引し、導管２４３及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側へ排出するよう動作する。
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたプリアライナー２５は、ウェーハＷ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いい、オリフラと呼ばれる）やウェーハＷの外周縁に形成された１つ以上のＶ型の切り欠き又はノッチを光学的或いは機械的に検出して、搬送ユニット６１の軸線Ｏ１−Ｏ１に関するウェーハＷの回転方向位置を±１度の精度で予め位置決めしておくよう動作する。プリアライナー２５は検査対象の座標を決める機構の一部をなし、検査対象の粗位置決めを担当する。プリアライナー２５自体は公知の構造のものであり、その構造や動作の説明は省略する。
図１及び図２において、ワーキングチャンバ３１を形成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備える。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３７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、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。こうして、ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に配設固定される。ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２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を外部から隔離する。
ハウジング本体３２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のうちローダハウジング４０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。
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。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。ワーキングチャンバ３１は、通常、１０−４〜１０−６Ｐａの圧力に保たれる。
図１、図２及び図４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とを構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４１、４２を外部から隔離できる構造になっている。仕切壁４３４には、両ローディングチャンバ４１、４２間でウェーハＷの出し入れを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成される。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置２０及び主ハウジング３０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。
図４に示すように、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上に載置されて支持されるので、ローダハウジング４０に対する床の振動の伝達が防止される。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２０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。
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３２５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。更に、仕切壁４３４に形成された開口４３５には、扉４６１の開閉により第１及び第２のローディングチャンバ４１、４２間の連通を選択的に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、閉じた状態にあるとき、各ローディングチャンバを気密シールする。
第１のローディングチャンバ４１内には、複数、例えば２枚のウェーハＷ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。第１及び第２のローディングチャンバ４１、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１０−４〜１０−６Ｐａ）に雰囲気制御され得る。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Ｗ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次に欠陥検査されるべきウェーハＷをワーキングチャンバ３１内に遅滞なく搬送することができるばかりでなく、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。
第１及び第２のローディングチャンバ４１、４２には、それぞれ真空排気配管（図示せず）と不活性ガス（例えば乾燥純窒素）用のベント配管（図示せず）が接続される。こうして、各ローディングチャンバ内に不活性ガスを注入すると、不活性ガスベントにより各ローディングチャンバ表面に不活性ガス以外の酸素ガス等が付着するのが防止される。
なお、電子線を使用する本発明の欠陥検査装置において、電子光学装置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、熱電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合、その寿命を縮めないためには酸素に可能な限り接触させないことが肝要である。そこで、電子光学装置が配置されているワーキングチャンバ３１にウェーハＷを搬入する前段階で上記のように雰囲気制御を行うことにより、電子源に酸素が接触するのを確実に防止することができる。
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５１上でＹ方向（図１において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５２と、固定テーブル５１上でＸ方向（図１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５３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。ホルダ５５のウェーハ載置面５５１上にはウェーハＷが解放可能に保持される。ホルダ５５は、ウェーハＷ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、上記の複数のテーブル５１〜５４を動作させることにより、載置面５５１上でホルダ５５に保持されたウェーハＷ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１において上下方向）に、更にウェーハＷの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に、高精度で位置決めする。
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、その位置をフィードバック回路（図示せず）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る否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等により回転させて制御する。ワーキングチャンバ３１内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置５０のためのサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置される。なお、電子ビームに対するウェーハＷの回転位置やＸ、Ｙ位置を、後述する信号検出系或いは画像処理系に予め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。
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６３とを備える。第１の搬送ユニット６１は駆動部６１１に関して軸線Ｏ１−Ｏ１の周りで回転可能な多節のアーム６１２を有する。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、図のアーム６１２は互いに回動可能に取り付けられた３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の最も駆動部６１１に近い第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の周りで回動できるとともに、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する。アーム６１２の最上部にある第３の部分の先端には、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Ｗを把持する把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は昇降機構６１５によって上下方向に移動可能である。
動作時、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２は、カセットホルダ１０に保持された２つのカセットｃのうちのいずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かって伸び、カセットｃ内に収容されたウェーハＷのうちの１枚をアーム６１２に載せ、或いはアーム６１２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６１２は図２に示すように縮み、次いで、プリアライナー２５の方向Ｍ３に向かって伸長する位置まで回転して停止する。そこで、アーム６１２は再び伸び、アーム６１２に保持されたウェーハＷをプリアライナー２５に載せる。こうしてプリアライナー２５によってウェーハＷの向きを微調整した後、アーム６１２はプリアライナー２５からウェーハＷを受け取ってから、第１のローディングチャンバ４１に向かって方向Ｍ４の方に伸長できる位置まで回転して停止し、次いで第１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Ｗを受け渡す。
なお、アームによって機械的にウェーハＷを把持する場合には、ウェーハＷの周縁から約５ｍｍの範囲の周縁部を把持することが好ましい。これは、ウェーハＷには周縁部を除いてその内側全面に回路配線等のデバイスが形成されているので、この部分を把持すると、デバイスを破壊して欠陥を発生させることになるからである。
第２の搬送ユニット６３は、第１の搬送ユニット６１と構造が基本的に同じであり、ウェーハＷの搬送をウェーハラック４７とステージ装置５０の載置面５５１との間で行うよう動作する。
ローダー６０において、第１及び第２の搬送ユニット６１、６３はカセットホルダ１０に保持されたカセット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への及びその逆のウェーハＷの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行う。搬送ユニット６１、６３のアーム６１２、６３２が上下動するのは、単に、ウェーハＷのカセットｃからの取り出し及びカセットｃへの挿入、ウェーハＷのウェーハラック４７への載置及びウェーハラック４７からの取り出し、及び、ウェーハＷのステージ装置５０への載置及びステージ装置５０からの取り出しのときだけである。したがって、大型のウェーハＷ、例えば直径３０ｃｍのウェーハの移動をスムーズに行うことができる。
ここで、カセットホルダ１０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Ｗの搬送を、図１〜図４を参照して順に説明する。カセットホルダ１０は、前述のように人手によりカセットｃ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ｃ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。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は出入り口２２５に整合される。
カセットｃが出入り口２２５に整合されると、カセットｃに設けられたカバー（図示せず）が開き、カセットｃと出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセットｃの内部とミニエンバイロメント空間２１とを外部から遮断する。なお、出入り口２２５を開閉するシャッタ装置がミニエンバイロメント装置２０に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を開閉する。
第１の搬送ユニット６１のアーム６１２は方向Ｍ１又は方向Ｍ２に向いた状態で停止している。そこで、Ｍ１の方向を向いて停止しているとすると、出入り口２２５が開いたとき、アーム６１２は出入り口２２５を通って伸び、その先端でカセットｃ内のウェーハＷのうちの１枚を受け取る。アーム６１２によるウェーハＷの受け取りが完了すると、アーム６１２は縮み、上記シャッタ装置が設けられている場合には該シャッタ装置を動作させて出入り口２２５を閉じる。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位置まで来て停止し、その位置でアーム６１２は伸び、その先端に載せられた或いはチャックで把持されたウェーハＷをプリアライナー２５の上に載せ、プリアライナー２５によってウェーハＷの回転方向の向き、すなわち、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。
こうしてウェーハＷの位置決めが完了すると、第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２の先端にプリアライナー２５からウェーハＷを受け取ってからアーム６１２を縮ませ、方向Ｍ４に向けてアーム６１２を伸長させる姿勢になる。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が開くので、アーム６１２が第１のローディングチャンバ４２の内部へ伸びてウェーハＷをウェーハラック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を開いてウェーハラック４７にウェーハＷを受け渡すよりも前に、仕切壁４３４に形成された開口４３５がシャッタ装置４６の扉４６１により気密状態で閉じられる。
第１の搬送ユニット６１によるウェーハＷの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の上に設けられた気体供給ユニット２３１から、清浄空気が層流状に下向きに、つまりダウンフローとして流出され、搬送途中で塵埃がウェーハＷの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット６１の周辺の空気の一部は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されてハウジング２２外に排出される。これは、供給ユニット２３１から供給される空気の例えば約２０％は主に汚れた空気だからである。残りの空気はハウジング２２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。
ウェーハＷが第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により載せられると、シャッタ装置２７が閉じ、ローディングチャンバ４１内を密閉する。次いで、第１のローディングチャンバ４１内に不活性ガスが充填されて空気が追い出され、その後、その不活性ガスも排出されてローディングチャンバ４１内は真空雰囲気にされる。第１のローディングチャンバ４１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４３５を開き、次いで第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が第１のローディングチャンバ４１内に伸びてウェーハ受け４７から１枚のウェーハＷをアーム６３２の先端の上に載せて、或いはアーム６３２の先端に取り付けられたチャック等の把持装置で把持して受け取る。ウェーハＷの受け取りが完了すると、アーム６３２が縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１によって出入り口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り、出入り口４３７、３２５はシャッタ装置４５の扉４５２によってを閉じられて第２のローディングチャンバ４２とワーキングチャンバ３１との連通を気密に阻止する。出入り口４３５と出入り口４３７、３２５が閉じられると、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気され、第１のローディングチャンバ４２内よりも高真空度の真空にされる。
第２のローディングチャンバ４２が真空排気される間に、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２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５０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の回動軸を通るＸ軸線Ｘ１−Ｘ１とほぼ一致する位置まで移動し、また、Ｘテーブル５３はローダーハウジング４０に最も接近する位置まで移動して待機する。第２のローディングチャンバ４２の真空状態がワーキングチャンバ３１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６３２がワーキングチャンバ３１内へ伸びてウェーハＷを保持したアーム６３２の先端をワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０に接近させてステージ装置５０の載置面５５１上にウェーハＷを載置する。ウェーハＷの載置が完了するとアーム６３２が縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
ステージ装置５０には、ウェーハＷに逆バイアス電位（リターディング電位）をかける機構がある。これは、アーム６３２がステージ装置５０へウェーハＷを置きに行く又は取りに行くとき、アーム６３２をステージ装置５０と同じ又は近い電位に、或いはフローティング電位にしておくことにより、ショートによる放電などの不具合を避ける機構である。なお、ウェーハＷをステージ装置５０上に搬送する際、ウェーハＷに印加するバイアス電位をオフにしておいてもよい。
バイアス電位を制御する場合には、ウェーハがステージに搬送されるまでは電位をオフにしておき、ステージに搬送され載置されてからオンにしてバイアス電位を印加するようにしてもよい。バイアス電位を印加する時機は、タクトタイムを予め設定しておき、それにしたがって印加してもよいし、ステージの上にウェーハが載置された事をセンサで検出し、その検出信号をトリガとして印加するようにしてもよい。また、シャッタ装置４５が出入口４３７、３２５を閉じたことを検出して、その検出信号をトリガとして印加してもよい。更に、静電チャックを用いる場合には、静電チャックに吸着されたことを確認し、それをトリガとしてバイアス電位を印加するようにしてもよい。
図５に、ウェーハＷに逆バイアス電位（リターディング電位）をかけるためにステージ装置５０に設けられた機構８３を示す。電位付与機構８３は、ウェーハＷ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Ｗの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウェーハＷを載置するステージの設置台５５１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、この電位付与機構８３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Ｗを１００〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギーで書写するための用途も果たす。
電位付与機構８３は、図５に示すように、ステージ装置５０の載置面５５１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８３４と、オペレータ８３４に接続されたＣＰＵ８３５とを備えている。ＣＰＵ８３５は、電圧印加装置８３１に信号を供給する。電位付与機構８３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。
ウェーハＷの電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、その部分の電圧が異なることを利用することもできる。それは、まず、ウェーハＷに事前に電荷を付与することで、本来電気的に絶縁されている部分の電圧と、本来電気的に絶縁されている部分であるが何らかの原因で通電状態にある部分の電圧とに電圧差を生じさせ、その後に電子ビームを照射することにより、電圧差があるデータを取得し、この取得データを解析して、通電状態となっていることを検出する。
以上は、カセットｃ内のウェーハＷをステージ装置上に搬送するまでの動作について説明したが、ステージ装置５０に載せられて処理が完了したウェーハＷをステージ装置５０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よう、第２の搬送ユニット６３でウェーハラック４７とステージ装置５０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６１でカセットｃとウェーハラック４７との間でウェーハＷ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。
プレチャージユニット８１は、図１に示すように、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る。本検査装置では、センサ対象であるウェーハＷに電子線を照射して走査することによりウェーハＷの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。したがって、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、ウェーハの材料、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する、つまりチャージアップすることがある。更に、ウェーハ表面でも、強く帯電する個所と弱く帯電する個所とが生じる可能性がある。ウェーハ表面の帯電量にムラがあると、二次電子情報もムラを生じ、鋭角な情報を得ることができない。そこで、ムラを防止するために、荷電粒子照射部８１１を有するプレチャージユニット８１が設けられる。検査するウェーハＷの所定の個所に検査電子を照射する前に、帯電ムラをなくすために、プレチャージユニット８１の荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射する。このウェーハ表面のチャージアップは、予め検出対象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することができ、その検出結果に基づいてプレチャージユニット８１を動作させる。プレチャージユニット８１では一次電子線をぼかして照射してもよい。
図１に示す欠陥検査装置１はアライメント制御装置８７を備えている。該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、図８に示すように、ウェーハＷを光学顕微鏡８７１を用いて電子光学装置７０によるよりも低い倍率で広視野観察することにによるウェーハＷの概略位置合わせ、電子光学装置７０の電子光学系を用いた高倍率のウェーハＷの位置合わせ、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ことができる。このように光学系を用いて低倍率でウェーハＷを検査するのは、ウェーハＷのパターンの検査を自動的に行うためには、電子線を用いたウェーハＷのパターンを観察してウェーハ・アライメントを行うときに、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。
光学顕微鏡８７１は、主ハウジング３２内に好ましくは移動可能に設けられ、光学顕微鏡８７１を動作させるための光源（図示せず）も主ハウジング３２内に設けられる。高倍率の観察を行うための電子光学系は、電子光学装置７０の電子光学系すなわち一次光学系７０１及び二次光学系７０２を共用する。ウェーハＷ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８７１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Ｗを視認してウェーハＷ上の観察すべき位置をＣＣＤ８７２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８７１の倍率を低倍率から高倍率へ変化させていってもよい。
次に、ステージ装置５０を電子光学装置７０の光軸Ｏ３−Ｏ３と光学顕微鏡８７１の光軸Ｏ４−Ｏ４との間隔δｘに相当する距離だけ移動させて光学顕微鏡８７１で予め決めた、ウェーハＷ上の被観察点を電子光学装置７０の視野位置に移動させる。この場合、電子光学装置７０の軸線Ｏ３−Ｏ３との光軸Ｏ４−Ｏ４との間の距離δｘは予め分かっているので、距離δｘだけ移動させれば被観察点を電子光学装置７０の視認位置に移動させることができる。なお、ここでの説明においては、電子光学装置７０と光学顕微鏡８７１とは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しているが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしていてもよい。電子光学装置７０の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学装置７０の電子光学系により、高倍率で被観察点をＳＥＭ撮像して画像を記憶し、又は撮像装置を介してモニタ表示させる。
このようにして、電子光学系により高倍率でウェーハＷ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Ｗの回転方向のずれ、すなわち、電子光学系の光軸Ｏ３−Ｏ３に対するウェーハＷの回転方向のずれδθを検出し、また、電子光学装置７０に関する所定のパターンのＸ軸及びＹ軸方向のずれを検出する。こうして得られた検出値及び別途得られた、ウェーハＷに設けられた検査マークのデータ又はウェーハＷ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Ｗのアライメントを行う。
以上の説明をふまえて、以下、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる電子光学装置７０の幾つかの実施の形態について説明する。
まず、図７及び図８は、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる電子光学装置７０の第１の実施の形態の構成を概略的に示しており、電子光学装置７０はマルチビーム方式の電子光学装置である。図に示すように、電子光学装置７０１は、一次電子光学系（以下単に一次光学系）９１０ａと、二次電子光学系（以下単に二次光学系）９１０ｂと、検出系９１０ｃとを備えている。
一次光学系９１０は、ウェーハ等の試料９０９に形成された半導体デバイス（例えばダイ）を構成するパターンに電子線Ｅを照射する光学系であり、電子線Ｅを放出する電子銃９０１ａと、直線状又は二次元的に配列された複数の小孔９０２ａが形成されていて電子銃９０１ａから放出された電子線Ｅを複数の電子ビーム（マルチビーム）に成形するマルチ開口板９０２と、マルチビームを収束させる電子レンズ９０３と、ＮＡ開口９０５ａを画成するＮＡ開口部材９０５と、ＮＡ開口９０５ａを通過したマルチビームを縮小する静電レンズ９０４と、静電偏向器９４４と、Ｅ×Ｂ分離器９０７と、第１の対物レンズ９０６と、偏向器９４２、９４３と、第２の対物レンズ９０８とを備える。これらの構成要素は、図７に示すように、電子銃９０１ａを最上部にして順に、かつ電子銃９０１ａから放出される電子線Ｅの光軸ＯＡ１が試料９０９の表面に垂直になるように配置される。
マルチ開口板９０２の複数の小孔９０２ａは、一次光学系９１０ａの光軸ＯＡ１を中心とする円周内に配置され、ｙ軸上に投影した場合の隣接する小孔間のｙ軸方向の間隔が全て等しくなるように形成されている。したがって、各小孔９０２ａにより成形されるマルチビームも光軸ＯＡ１を中心とする円周内に配置され、ビームの相互間の最小間隔は、二次光学系９１０ｂの分解能以上の距離を保ち、且つそれらのビーム間のｙ軸方向の間隔が全て等しくなるように構成されている。
二次光学系９１０ｂは、Ｅ×Ｂ分離器９０７の近くで光軸ＯＡ１に対して傾斜している光軸ＯＡ２に沿って配置された集光レンズ９１３と、偏向器９１４とを備えている。試料９０９の表面上での各電子ビーム間の最小間隔は、二次光学系９１０ｂにおける試料９０９の表面上での分解能より大きくなっている。
検出系９１０ｃは、マルチ開口板９０２の各小孔９０２ａに対応するチャンネルを有するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）９１５と、各小孔９０２ａに対応するマルチアノード９１６及び抵抗９１８と、Ａ／Ｄコンバータを含む画像形成回路９１９と、メモリ９２０とを備えている。マルチアノード９１６は、図８に示されるように、長方形の構造内に配列された細線のループ形状であって、ＭＣＰから放出されたガスが速やかに排気されるようになっている。また、各マルチアノード９１６の一端部９１７はセラミックスの基板９４１に固定され、かつリード線９１７ａを介して抵抗９１８及び画像形成回路９１９に接続される。
以上のような構成によって、上記電子線Ｅは縮小レンズ９０４と対物レンズ９０６、９０８とで縮小され、Ｙ軸方向に並ぶ各ビームは細く絞られて試料９０９上に結像される。これらの電子線Ｅを偏向器９４２、９４３によって偏向させながら試料９０９上をＸ軸方向に走査する。そして、走査点から発生した二次電子群は、点線９１１で示すように進行して互いの間隔を第２の対物レンズ９０８、第１の対物レンズ９０６及び拡大レンズ９１３で拡大されると同時に、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）の背後に設けられたマルチアノード９１６の間隔と等しくなるように倍率が調整される。
次に、図９は、本発明に係る欠陥検査装置で用いられる電子光学装置７０の第２の実施の形態の構成を概略的に示している。この第２の実施の形態はシングルビーム方式の走査型電子光学装置であり、図７の第１の実施の形態と異なるのは、マルチ開口板９０２、レンズ９１３及びマルチアノード１６（図８）が不要となる点である。同時に、シングルビーム方式の走査型電子光学装置では、マルチビーム方式の装置の検出系９１０ｃが、ＰＩＮダイオード又はシンチレータとフォトマルチプライヤからなる検出器９１０ｄに置き換わる点でも異なる。なお、図９において、図７に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付すことにし、それらについての説明を省略する。
図９に示すシングルビーム方式の電子光学装置７０においては、１本のビームで１画素分の情報を検出するので、ウェーハ９０９の被検査面から発生する二次電子群の数に相当する信号強度のみを検出できればよく、簡易な検出系で済むという利点がある。
ここで、図７及び図９に示す電子光学装置７０を用いた欠陥検査装置において実施される、本発明に係るパターン検査方法の一つの実施の形態を説明する。
欠陥検査のために、複数のダイが形成されたウェーハ等の基板に電子線を照射してその被検査面におけるパターンの画像を取得すると、取得した画像においても、理論上、各ダイは設計どおりに配列されているはずである。しかし、既に説明したとおり、実際には、ステージを移動させるステージガイドに歪みが生じていたり、リソグラフィ工程で露光誤差が生じていたりすること等に起因して、形成された画像上のダイの配列はウェーハ上のダイの配列とは異なることがある。このような場合には、画像比較による欠陥検出に支障が生じるので、各ダイの配列がウェーハ上のダイの配列と等しい画像を取得するために、電子光学系の偏向器で電子線の偏向方向や偏向量を補正することが望ましい。
上記の補正を行うためには、画像比較のための基準となるグリッドを取得することが必要である。つまり、画像比較の基準となる「目標グリッド」を取得しなければならない。目標グリッドは設計上のＣＡＤデータであっても良いし、実際の基板上のダイの位置を測定して演算により求めたものであってもよい。実際の基板上のダイを利用する後者の場合、目標グリッドを生成するために、試料上のダイのＸ軸方向及びＹ軸方向のピッチを検出し、検出されたピッチの平均値を計算して、仮想的な目標グリッドを求める。また、ＣＡＤデータを利用する場合でも、必要に応じて同様の演算を行う。こうして求めた仮想的な目標グリッドを用いて、欠陥検査を行う。
実際上、多くの場合、各ダイは等間隔グリッドを形成する。以下、一般的な例として、各ダイが等間隔グリッドを形成している場合、つまり、目標グリッドが等間隔グリッドである場合について、ウェーハ１００１の平面図を示す図１０を用いて、本発明に係るパターン欠陥検査方法の一つの実施の形態を具体的に説明する。図１０に示すように、ウェーハ１００１の表面には複数のダイ１００４（図１０では一例として１５個のダイが形成されている）が、互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って規則的に配列されている。各ダイ１００４の欠陥検査を行うに際しては、ダイ１００４が配列される座標系と欠陥検査装置の座標系とが正確に一致していることが望ましい。しかし、実際には、ウェーハ１００１をステージに載置するとき、ダイ１００４が配列される座標系と欠陥検査装置の座標系とに回転方向のずれ（誤差）が生じてしまう場合がある。また、ウェーハ１００１上にパターンを作成するリソグラフィ工程においても、設計値と比較して数１０〜数１００ｎｍ程度の位置ずれを生じる可能性がある。本発明に係るパターン欠陥検査方法により、このような場合にも正確な欠陥検査を行うことができる。以下、本発明に係るパターン欠陥検査方法の具体的な手順を説明する。
先ず、仮想的なピッチを光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて検出するステップが実行される。このステップにおいては、欠陥検査装置に備え付けられている光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて、広範囲かつ低倍率から狭範囲かつ高倍率へと数段階でピッチの検出を行うのがよい。具体的には、試料の拡大画像上で隣接するダイ同士のピッチ（例えば、図１０における隣接するダイの対応する隅ａ、ｂ間の距離Ｐ１）をダイシングライン１００５、１００６を利用して検出する。これによってＸ軸方向のダイのピッチが求まる。Ｙ軸方向についても、同様に、隣接するダイのピッチを検出する。
なお、隣接するダイのピッチだけでは実際のピッチと大きく異なる場合もあるので、精度を向上させるためには、離れたダイ同士のピッチをも検出し、検出されたピッチの平均値を求めてもよい。この平均処理については後述する。なお、隣接するダイ同士の実際のピッチを検出する代わりに、設計上のＣＡＤデータ等の基準となるデータを利用してピッチを求めてもよい。また、ダイのピッチを求めるのにダイのダイシングラインを用いたが、これに限られるものではない。例えば、ダイ内の所定のパターンであって、同一視野内で誤ってパターンマッチングしてしまうような類似のパターンが近傍に存在しないような特徴的なパターンを選択すれば、ダイシングラインの場合と同様にダイのピッチを検出することができる。この特徴的なパターンの選択は、例えば、ダイのパターンデータに基づいて行われる。
次いで、「仮想的な等間隔グリッド」を生成する。この「仮想的な等間隔グリッド」においては、ダイはＸ軸方向にもＹ軸方向にも等間隔に配列される。また、当該等間隔グリッドのＸ軸とＹ軸とは正確に直交しているのが一般的である。「仮想的な等間隔グリッド」は、上記のようにして検出されたＸ軸方向及びＹ軸方向の仮想的なピッチを用いて生成される。この実施の形態においては、図１０に示すように、ダイはＹ軸方向に長い長方形であるため、「仮想的な等間隔グリッド」はＸ軸方向よりもＹ軸方向のピッチの方が長いグリッドになる。このように形成された「仮想的な等間隔グリッド」は、実際には不等間隔に形成されているダイを等間隔に配列し直したり、欠陥検査装置の製作誤差に起因して検査用画像に生じるダイの位置ずれなどを補正するための目標となる仮想的なグリッドである。したがって、実際のダイの位置と「仮想的な等間隔グリッド」におけるダイの位置とは僅かなずれが生じる場合がある。
図１１には、Ｘ軸方向のピッチがＰxでＹ軸方向のピッチがＰyである「仮想的な等間隔グリッド」が図示されている。なお、「仮想的な等間隔グリッド」は、図１２に示すように、平行四辺形であってもよい。
次に、ウェーハ上の各ダイの位置座標を検出するステップについて説明する。ダイの位置座標の検出は、電子線を用いて、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行なダイシングライン１００５、１００６の直線をマークとするマーク検出によって行われる。検出すべきダイシングライン１００５、１００６は、図１０の（Ｂ）に示す例では、それぞれのダイ１００４の左側及び下側に存在する。
このマーク検出によりダイ１００４のＸ軸方向の直線１００５ａ及びＹ軸方向の直線１００６ａが求められると、これらの直線１００５ａ、１００６ａの交点からダイ１００４の角の位置座標（例えば、ダイ１００４の左下の角）が検出される。こうして検出された各ダイ１００４の角の位置座標値は所定のメモリに記憶される。なお、各ダイ１００４の角の位置座標は、ウェーハ１００１上のすべてのダイについて求めても良いし、半数程度のダイについて検出し、残りのダイについては近傍のダイの位置座標を利用して計算で補間するようにしてもよい。
ここで、上記補間の一例について、図１３を参照して説明する。図１３において、ステージを移動させるステージガイドのＸ軸とＹ軸とが正確に直交していない場合、以下のように補間が行われる。即ち、ダイＤ0及びＤ2の左下の隅の座標（ｘ0，ｙ0）及び（ｘ2，ｙ2）は予め実測により求められていると仮定して、ダイＤ１の左下の隅の座標（ｘ1，ｙ1）を求める。上記のように、ステージガイドのＸ軸とＹ軸とが正確に直交していない場合の補正を行うので、リニア演算による補間が適用できる。そこで、図１３においては、ダイＤ１はダイＤ0とＤ2の間のちょうど中間に位置していると予想できるので、ｘ１及びｙ１は、ｘ1＝（ｘ0＋ｘ2）÷２、ｙ1＝（ｙ0＋ｙ2）÷２で計算される。また、複合的な原因で位置ずれが生じているダイの位置座標を補間により求めるには、多項式を利用する。例えば、二次の多項式（ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃ）を補間式とした場合に、例えば（ｘ10，ｙ10）、（ｘ20，ｙ20）、（ｘ30，ｙ30）の３個所の実測値があれば、変数ａ、ｂ、ｃを求めることができ、これによって補間式を導出することができる。
次いで、生成された「仮想的な等間隔グリッド」とウェーハ上の各ダイの位置座標とに基づいて、「仮想的な等間隔グリッド」における各ダイに対するウェーハ上の各ダイ１０００４の位置誤差を算出する。図１１は、リソグラフィ工程においてダイが位置ずれして形成された場合を説明する概念図であり、「仮想的な等間隔グリッド」は点線で示され、各ダイは実線の長方形で示されている。上記位置誤差を算出するためには、まず、生成された「仮想的な等間隔グリッド」の座標系とウェーハ上のダイの座標系とをいずれかの位置で対応させなければならない。そこで、図１１は、左下のダイ１００４ａが「仮想的な等間隔グリッド」に対応しており、９個のダイのうち中央のダイ１００４ｂが「仮想的な等間隔グリッド」に対してＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれΔｘ、Δｙだけ僅かにずれていることを示している。
上記位置誤差とは、「仮想的な等間隔グリッド」のと位置ずれしたダイの対応する位置座標との差であり、図１１においては、基準座標（ｘ0，ｙ0）と中央のダイ１００４ｂの座標（ｘ1，ｙ1）とについて位置誤差Δｘ、Δｙが算出される。算出された位置誤差Δｘ、Δｙは所定のメモリに記憶される。
次いで、実際の欠陥検査が行われる。欠陥検査に際しては、電子線をダイ１００４の表面に照射して走査し、ダイ１００４から放出される二次電子群を検出して画像化することにより欠陥検査を行う。このとき、ウェーハ１００１はステージに載置されて予め設定された経路を移動するので、何らの補正もしない場合には、位置ずれを生じているダイ１００４ｂを走査すると、得られる画像にも位置ずれが生じてしまう。
これを解消するため、上記のようにして求めたダイの位置誤差Δｘ、Δｙをメモリから読出し、この位置誤差がゼロになるように電子線の偏向補正を行う。つまり、ｘ1＝ｘ0＋Δｘ、ｙ1＝ｙ0＋Δｙから求められる位置に電子線を照射するよう電子線の偏向方向や偏向量を補正する。
また、メモリを使用せず、ダイの位置補正（Δｘ０、Δｙ０）、（Δｘ１、Δｙ１）（Δｘ２、Δｙ２）から多項式Δｙ＝ａΔｘ２＋ｂΔｘ＋ｃより変数ａ、ｂ、ｃを求め、走査位置に応じて計算して偏向補正量を求めてもよい。
こうした偏向補正は電子光学系の偏向器を用いて行われる。例えば、図７の電子光学装置７０の場合、偏向器９４２、９４３によって電子線の照射位置を補正すると共に、偏向器９１４によってＭＣＰ９１５に入射する電子の位置を補正する。このようにして、位置誤差を生じたダイに対応して電子線Ｅを偏向補正することにより、すべてのダイの画像が「仮想的な等間隔グリッド」に配置されることとなる。
Ｘ軸方向のずれとしては、上記のようにリソグラフィ工程で生じた固定的なものに加えて、ステージガイド（図示せず）に歪みがある場合には、ウェーハ１００１を載置するステージの移動の際に生じる位置ずれもあり得る。ステージガイドに歪みがあると、ステージの移動が正確にＹ軸に平行でなくなり、Ｘ軸方向に僅かにずれてしまうことがある。そこで、ステージの実際の位置はレーザ干渉計で常時監視しているので、この実際のステージの位置と設定上のステージの位置との差を検出し、この差をゼロにするように偏向器により電子線の偏向量を補正することが望ましい。
また、Ｙ軸方向の位置ずれの補正に関しては、リソグラフィ工程で生じたダイの位置ずれは、Ｘ軸方向の位置ずれについて上で説明したのと同様にして補正することができる。ステージの移動時に生じた理論値とのずれは、以下のようにして補正することができる。例えば、電子光学系が１ピクセル当たり１００ＭＨｚのクロック周波数で動作すると仮定すると、１００ピクセル／μｓの速さでウェーハを走査できることになる。実際には、電子線をウェーハに照射する際、ダイ全体に電子線を照射するのではなく、ダイを複数の細長い領域に分割し、この領域を単位として走査を行う。この領域は「ストライプ」と呼ばれ、図１０の（Ａ）では参照数字１００２で指示されている。ストライプ１００２のＸ軸方向の幅は、後述するように、２０４８ピクセルに設定されているので、ストライプ１００２をＸ方向に１回走査するのに２０．４８μｓかかる。走査の開始と終了とで合計９．５２μｓのロスタイムがあるとすると、ストライプ１００２のＸ方向の１回の走査に要する時間は合計で３０μｓである。この時間内にＹ軸方向に１ピクセル分（０．１μｍ）の走査を行うことになるので、走査を連続的に行う場合のＹ軸方向のステージ速度は０．１μｍ／３０μｓ＝３．３ｍｍ／ｓとなる。こうして、ステージのＹ軸方向の平均速度をこの値とし、時間とステージの理論上の位置との関係を算出して算出結果をメモリに記憶しておく。一方、ステージの実際の位置はレーザ干渉計を用いて常時監視されている。このため、上記計算上のステージの位置と実際のステージの位置とを比較することによって、ステージの速度むらを検出できるので、ステージのＹ軸方向の速度むらによる位置ずれが検出された場合には、この位置ずれを無くすように電子光学系の偏向器にフィードバック或いはフィードフォワードする。
このようにして、「仮想的な等間隔グリッド」が求められ、ウェーハ上の各ダイの位置座標が補正された後、欠陥判定が実施される。欠陥を判定するには、まず、得られた画像の中から、同一のパターンが含まれていると予測される複数の領域の画像を抽出する。例えば、図１０の（Ａ）に示す複数のストライプ１００２の画像を抽出する。次いで、抽出された画像を相互に比較し、画像どおしが正確に一致していない場合に欠陥があると判定する。具体的な判定手法については後述する。
以上説明したような補正を行うことにより、正確な領域の画像を生成することができるので、セル対セルやダイ対ダイの画像比較を行う場合にも、±２ピクセルまでのずらし画像を作成すれば十分精度の高い欠陥検査を行うことができることになる。
ここで、ダイのピッチを検出する方法の変形例について説明する。この場合には、最初にウェーハ１００１の中心領域のダイ１００４のピッチを検出する。例えば、図１０の（Ａ）における角ａ、ｂ間の間隔を検出する。この間隔を第１のピッチＰ１とする。続いて、第１のピッチＰ１を所定の整数で整数倍し、その結果を第２のピッチＰ２とする。例えば、第１のピッチＰ１を４倍し、Ｐ２＝４Ｐ１とする。次いで、求められた第２のピッチＰ2に近い距離だけ離れている２つのダイを選択し、それらのダイ相互のピッチを検出してこれを第３のピッチＰ３とする。図１０の（Ａ）においては点ｃ、ｄ間の距離が第３のピッチＰ3となる。この第３のピッチＰ3を上記所定の整数で除することにより、仮想的なダイのピッチを求める。以上のステップをＸ軸方向及びＹ軸方向について行うことにより、両軸方向のダイのピッチＰx及びＰyが求まる（図１１参照）。このような処理によって、実際のダイのピッチにより近い値Ｐx及びＰyを求めることができる。
ここで、ダイのストライプへの分割について詳述する。既に述べたとおり、実際の欠陥検査に際しては、それぞれのダイ１００４をＹ軸に平行な複数のストライプ１００２、１００３に仮想的に分割する。このストライプは、欠陥検査を行う際の電子線EによるＸ軸方向の走査の単位となる。１本のストライプのＸ軸方向の幅は、例えば２０４８ピクセルに設定されており、仮に１ピクセルがウェーハ上の１００ｎｍ（０．１1μｍ）に相当する場合には、ストライプの幅は２０４．８μｍとなる。
ダイ１００４のＸ軸方向の寸法はストライプ幅２０４．８μｍの整数倍とは限らないが、ストライプ幅の整数倍がダイ１００４のＸ軸方向の幅になるようにストライプ１００２の幅を設定してもよいし、或いは最後のストライプ１００３を幅の狭いものとしてもよい。ただし、ダイのストライプへの分割に際しては、すべてのダイ１００４の同じ位置のパターンが、対応する同じストライプに含まれるようにする。
先に述べた欠陥判定について、ここで詳細に説明する。上記したように、欠陥の判定に際しては、異なるダイ１００４の相互に対応するストライプ１００２の画像同士を比較する。これは、欠陥が無ければ、対応するストライプには相互に同一のパターンが含まれていると予測され、欠陥があるときには比較結果に不一致が生じるからである。
図１０の（Ａ）においては、同一のウェーハ上の互いに隣接するダイのストライプ１００２におけるパターン同士を比較して欠陥検出を行う際、ステージをＹ軸方向に連続的に移動させることで、比較される２つのパターンを連続的に観察し、短時間でウェーハ全面の検査を終了するようにしている。
別の欠陥検出手法としては、例えばＣＡＤ情報を用いてもよい。これは、ストライプ１００２内に含まれるパターンを生成するＣＡＤ情報からストライプ１００２に含まれるものと同じパターンを演算によってメモリ上に基準画像として生成し、この基準画像とウェーハ上のパターン（図１０の（Ａ）ではストライプ１００２の画像）とを比較してその差を求めることにより、欠陥を検出するものである。
２つのダイのパターン同士を比較する手法では、ウェーハ全面の検査を行う場合、ウェーハ上のダイの同じパターンを隣り合うダイについて連続的に検査することで検査時間を短縮する。これに対して、ＣＡＤ情報からの基準画像と比較する手法は、ＣＡＤ情報のベクタデータを画像データであるラスタデータに変換してメモリに保存して基準画像を生成するステップと、被検査画像では基準画像との差が予想されるが欠陥ではない部分、例えばパターンのコーナ部を誤検出の防止のために画像変換して基準画像に反映するステップと、基準画像の濃度をウェーハから被検査画像を取得する際に予想される濃度に変換するステップと、基準画像とウェーハから取得した被検査画像との位置を一致させるステップを含む。いずれの欠陥検出手法であってもパターンの形状欠陥やパーティクル検出が行えるが、電子線を用いてウェーハ上の画像を取得しているので、ボルテージコントラスト情報も得られ、電気的欠陥をも検出することができる。
以上説明してきたパターン欠陥検査方法は、図１４及び図１５に示す他の形式の電子光学系を採用した欠陥検査装置においても実行可能である。図１４は、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる電子光学装置７０の第３の実施の形態の構成を概略的に示しており、電子光学装置７０は写像投影方式を採用している。図示のように、一次光学系１０２４は、ウェーハ１０２８の法線に対して斜め方向から電子線を入射させ、Ｅ×Ｂ分離器１０２５で電子線をウェーハ１０２８の被検査面に対してほぼ垂直な方向に曲げ、ウェーハ１０２８上に長方形ビームを照射する。ウェーハ１０２８から放出される二次電子群は、対物レンズタブレット１０２７、１０２６、拡大レンズタブレット１０２９、１０２９´及び拡大レンズ１０３０、１０３１で拡大され、ＭＣＰ１０３２に二次電子の拡大像が結像される。
ウェーハ１０２８の位置がステージのＹ軸方向の速度むらに起因して設計値からずれたり、走査されているダイが設計上の位置からずれていたりする場合、何らの補正もしないと、二次電子群により生成される画像においてダイの位置ずれが生じる。この位置ずれを補正するため、偏向器１０４７、１０４８にフィードバック又はフィードフォワード補正を行う。
図１４において、二次電子群はＭＣＰ１０３２に結像され、そこで増幅される。ＭＣＰ１０３２で増幅された二次電子群は、ＦＯＰ（ファイバーオプティカルプレート）１０３３の下面に塗布されたシンチレータで光に変換され、光学レンズ１０３４によりＴＤＩ検出器１０３５により結像され、電気信号に変換される。
図１５の（Ａ）は、本発明に係る欠陥検査装置において用いられる電子光学装置７０の第４の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、電子光学装置７０はマルチ光軸マルチビーム方式の電子光学系を採用している。電子光学装置７０は、電子銃１０６１、マルチ開口板１０６２、コンデンサレンズ１０６３、対物レンズ１０６５、Ｅ×Ｂ分離器１０６４、二次電子像拡大レンズ１４０６７、ＭＣＰ１０６８及びマルチアノード１０６９を備え、これらの構成要素が一直線上に複数組、ウェーハ１０６６に対して配置されるように構成されている。この結果、各組の一次光学系の光軸は異なるダイの対応するストライプの同じ位置に設定されることになる。
対物レンズ１０６５とアノード１０６１ａで代表される一次光学系の光学部品は、図１５の（Ｂ）に示すように、熱膨張係数がほぼゼロである１枚のセラミックスの基板に、光軸となる穴を複数個設け、ノック穴１０７１で位置合わせを行うことによって、複数の光学要素を構成するようにしている。対物レンズ１０６５においては、電極穴１０７２の内側及び光軸の近傍を選択的に金属コーティングして帯電防止を行うと共に、各電極穴１０７２の周囲にそれぞれ独立の電圧を印加できるようにしている。
図１５の（Ｃ）に示すように、アノード１０６１ａについても、各アノード穴１０７４の周辺は金属コーティングが施され、独立に電圧を印加することができるようになっているので、アノード電流をアノード穴毎に調整可能である。これらのアノード穴１０７４の間隔は、ウェーハ１０６６上のダイのＸ軸方向のピッチの整数倍に正確に一致するように設定され、このために、各アノード穴を通る電子線は異なるダイの対応するストライプの同じ位置を検査できることとなる。なお、アノード１０６１ａは、ウェーハ１０６６の中心を通る軸の周囲に回転させて位置調整ができるようになっている。ステージの移動速度のむらに起因する位置誤差やダイの位置ずれに起因する誤差が本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態について説明したと同様に算出されると、偏向器１０７５とＥ×Ｂ分離器１０６４内の静電偏向部１０７６にフィードフォワード補正が行われ、その結果、異なるダイの同じパターンが形成されている領域の二次元画像が常時得られることとなる。ビーム位置がドリフトするような別の要因の位置ずれが発生したとしても、先に取得した画像を±２ピクセルまでＸ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれさせた画像２４枚と位置ずれの無い画像１枚との計２５枚の画像を、取得した画像と次々に比較するので、問題は生じない。
図１６は、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる電子光学装置７０の第５の実施の形態の構成を概略的に示しており、検査対象である試料は、電子を透過するステンシル・マスクである。以下、図１６の欠陥検査装置の構成を、当該装置において行い得る検査方法と結合させて説明する。図１６において、ＬａＢ６製のカソード１０８１、ウェーネルト１０８２及びアノード１０８３を備える電子銃１０８４から軸Ｚに沿って電子線が放出される。放出された電子線は長方形の成形開口１０８５に照射され、この開口１０８５により、軸Ｚに垂直な断面での形状が長方形になるよう成形される。成形開口１０８５を通過して長方形に成形された電子線はコンデンサ・レンズ１０８６によって集束されてＮＡ開口１０８７にクロスオーバーを形成する。ＮＡ開口１０８７を通過した電子線は照射レンズ１０８８によって、被検査マスクであるステンシル・マスク１０８９に長方形の像を形成して照射する。
なお、ステンシル・マスク１０８９はその周辺部を静電チャック１０９０によってチャックされてステージ１０９１に固定される。ステージ１０９１の位置を常時測定するために、固定ミラー１０９２、移動ミラー１０９３、固定のハーフミラー１０９４、レーザー発振器１０９５及びレーザー受信器１０９６を備えたレーザー測長機を設け、移動ミラー１０９３をステージ１０９１の移動と共に移動させる。これにより、レーザー測長機は、レーザー発振器１０９５から発せられたレーザー光が固定ミラー１０９２で反射されてレーザー受信器１０９６へ戻る時間と、レーザー発振器１０９５から発せられたレーザー光が移動ミラー１０９３で反射されてレーザー受信器１０９６へ戻る時間との差に基づいて、ステージ１０９１の位置を求めるものである。この測定結果を用いてステージ１０９１の位置を精度良く測定してステンシル・マスク１０８９のレジストレーションを行う。これについては後述する。
こうして、電子銃１０８４から放出された電子線は、ステンシル・マスク１０８９を透過して対物レンズ１０９７の主面に結像して拡大され、更に、２段の拡大レンズ１０９８、１０９９によって拡大されてシンチレータ１１００に入射する。シンチレータ１１００は、入射した電子線を対応する光の像に変換し、変換された光の像は光学レンズ１１０１に結像された後、ＴＤＩ検出器１１０２によって電気信号に変換される。この電気信号を処理することによって、ステンシル・マスク１０８９の一つの被検査領域に関する二次元画像を取得することができる。
以上の処理を、電子銃１０８４から電子線を放出させながらステージ１０９１を一方向に移動させてステンシル・マスク１０８９の一列の被検査領域について行う。次いでステージ１０９１を移動させ、その隣の列の被検査領域に電子線を照射してＴＤＩ検出器１１０２から二次元画像を取得する。以後、同様の手順を繰り返して被検査領域全域について二次元画像を取得し、こうして取得された二次元画像を順次処理することにより、ステンシル・マスク１０８９の欠陥検査を行うことができる。
ここで、ステンシル・マスク１０８９のレジストレーションについて説明する。レジストレーションを行うために、まず、ステンシル・マスク１０８９上の間隔の明らかな２つのパターンを一つの視野内に入れて二次元画像を取得する。こうして二次元画像を取得した後、ステンシル・マスク１０８９の被検査領域が二次元画像に現れるときの倍率を測定して記憶しておく。この記憶された倍率と、上記間隔と、この間隔内に存在する画素の数とを用いて、ステンシル・マスク１０８９における１個の画素の寸法α（ｎｍ／ピクセル）を算出し、これも記憶しておく。
次いで、ステージ１０９１を移動させてステンシル・マスク１０８９上の異なる２つの個所のパターンの二次元画像を取得すると共に、それぞれの二次元画像が取得された時刻におけるステージ１０９１の位置を前述のレーザー測長機によって測定し記憶しておく。この結果、取得された二次元画像と、それぞれのステージの位置と、上記の寸法αとから、ステンシル・マスク１０８９の姿勢及びその基準位置が正確に決定される。こうしてレジストレーションが完了する。
こうして決定されたレジストレーションに基づいて、ステージ１０９１をステンシル・マスク１０８９のパターンに沿って一方向へ連続的に移動させながら、ＴＤＩ検出器１１０２によって、ステージ１０９１の移動に伴って取得された画像信号をステージ１０９１の移動方向に積分することで、Ｓ／Ｎ比が改善された二次元画像を取得する。こうして一列の被検査領域の走査が終了すると、その隣の列について同様の走査が行われて二次元画像の取得が行われる。ＴＤＩ検出器１１０２は取得された二次元画像とコンピュータのメモリ（図示せず）に蓄積された参照パターンとを比較することにより、ステンシル・マスク１０８９のパターンに存在する欠陥の検査を行うことができる。
以上説明したように、本発明の第５の実施の形態においては、レジストレーションに先立って、前述の手順で求めた１個の画素の寸法αを用いるので、倍率が変動しても正確なレジストレーションを行うことが可能になる。なお、倍率が許容値以上にずれたときには、拡大レンズ１０９８、１０９９をズーム動作させることによって倍率を許容値に合わせるようにしてもよい。
図１７は、本発明に係る欠陥検査装置に用いられる電子光学装置７０の第６の実施の形態の構成を概略的に示す図である。同図において、検査対象は非透過性のウェーハである。以下、第６の実施の形態の構成を、この装置において実行される検査手順と結合させて説明する。図１７において、熱電子放出カソードを空間電荷制限条件で動作させている電子銃１１１から放出された電子線は、一次光学系の光軸１１２に沿って配列されたコンデンサ・レンズ１１３、照射レンズ１１４、ビーム成形開口（図示せず）及びＮＡ開口（図示せず）によって長方形に成形されてＥ×Ｂ分離器１１１５に入る。ここで電子線の進行方向は光軸１１１２からウェーハ１１１６に垂直に向かう方向へ曲げられ、第１の対物レンズ１１１７及び第２の対物レンズ１１１８からなる対物レンズ・タブレットを通過してウェーハ１１１６を照射する。図１６と同様に、ウェーハ１１１６はステージ（図示せず）に固定され、ステージの位置はレーザー測長機（図示せず）によって観測される。
電子線の照射によってウェーハ１１１６から発生した二次電子は、第１の対物レンズ１１１７、第２の対物レンズ１１１８及び３個の拡大レンズ１１１９、１１２０、１１２１からなる写像投影光学系で拡大される。こうして拡大された電子線は、電子線に感度を有するＴＤＩ検出器１１２２で検出され、対応する電気信号へ変換される。この電気信号は画像形成回路１１２３に供給され、ウェーハ１１１６から発生された二次電子に対応する二次元画像が形成される。この二次元画像はパターン・メモリ１１２４に蓄積される。
ここで、ウェーハ１１１６の被検査領域全域からの二次元画像の取得について説明する。図１８において、二次光学系の光軸１１２５をｚ軸に取り、ｚ軸に垂直で図１７の紙面に平行にｘ軸を取り、これらｚ軸及びｘ軸に垂直にｙ軸を取る座標形を想定すると、電子銃１１１１から放出された電子線は前述のとおり長方形に成形され、ウェーハ１１１６の面上において、ｙ軸方向に細長い長方形の領域１１３１（図１８の（Ａ）に斜線で示す部分）を照射する。この領域１１３１は、偏向器１１２６、１１２７が電子線を偏向させるのに伴って、ウェーハ１１１６に形成されたパターンのストライプ幅１１３２に相当する距離だけｘ軸方向に移動される。これによってウェーハ１１１６の面のｘ軸方向に長い区画（走査視野と呼ばれる）１１３３が走査され、同時に、ウェーハ１１１６はステージと共にｙ方向に連続的に移動される。こうしてウェーハ１１１６の一つのストライプがｘ、ｙ方向に走査され、走査に伴って、ウェーハ１１１６から発生される二次電子の像が取得されて当該ストライプの走査が完了する。次いで、ステージをｘ方向に１ストライプ幅だけ移動させて次のストライプの走査を行い、画像を取得する。
ウェーハ１１１６の表面は必ずしも平坦ではないので、本発明の第６の実施の形態においては、画像の取得に先立って、試料面の合焦条件を測定して記憶しておく。この合焦条件を測定するため、例えば、ウェーハ１１１６の表面の濃度分布を観測する。そのために、図１８の（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１１６の面内において、適切なパターン１１３４を含む走査視野１１３５の画像を取得し、ｘ軸方向の濃度分布を測定する。その結果、例えば、図１８の（Ｃ）に示す濃度分布１１３６が測定されたとする。そこで、濃度が１２％から８８％に立ち上がるまでの走査視野１１３５における距離Δｘを算出する。この距離Δｘの算出を、対物レンズ１１１８に与える電圧Ｖ４８を変える毎に行い、図１８の（Ｄ）に示す、ΔｘとＶ４８との関係を示す曲線１１３７を計算して、その曲線１１３７が最小値を与える時の対物レンズ１１１８の電圧値Ｖ４８（ｍｉｎ）を求める。こうして、一つの走査視野に対応する電圧値が求まる。このような処理をウェーハ１１１６の被検査領域全体について行って、各走査視野とそれに対応する電圧値Ｖ４８（ｍｉｎ）とを求めておく。
次いで、図１６について説明したのと同様の手順で、ウェーハ１１１６のレジストレーションを行う。まず、試料上の間隔の明らかな２つのパターンを一つの視野内に入れて二次元画像を取得する。こうして二次元画像を取得した後、ウェーハ１１１６の被検査領域が二次元画像に現れるときの倍率を測定して記憶しておく。この記憶された倍率と、上記間隔と、この間隔内に存在する画素の数とを用いて、ウェーハ１１１６における１個の画素の寸法α（ｎｍ／ピクセル）を算出し、これも記憶しておく。
次いで、ステージを移動させてウェーハ１１１６上の異なる２つの個所のパターンの二次元画像を取得すると共に、それぞれの二次元画像が取得された時刻におけるステージの位置を前述のレーザー測長機によって測定し記憶しておく。この結果、取得された二次元画像と、それぞれのステージの位置と、上記の寸法αとから、ウェーハ１１１６の姿勢及びその基準位置が正確に決定される。こうしてレジストレーションが完了する。
レジストレーションを行うために、前述の手順で求めた１個の画素の寸法αを用いるので、倍率が変動しても正確なレジストレーションを行うことが可能になる。なお、倍率が許容値以上にずれたときには、拡大レンズ１１２０、１１２１をズーム動作させることによって倍率を許容値に合わせるようにしてもよい。
こうして決定されたレジストレーションに基づいて、ステージをウェーハ１１１６のパターンに沿って一方向へ連続的に移動させながら、ＴＤＩ検出器１１２２によって、ステージの移動に伴って取得された画像信号をステージの移動方向に積分することで、Ｓ／Ｎ比が改善された二次元画像を取得する。こうして一列の被検査領域の走査が終了すると、その隣の列について同様の走査が行われて二次元画像の取得が行われる。ＴＤＩ検出器１１２２は取得された二次元画像とコンピュータのメモリ（図示せず）に蓄積された参照パターンとを比較することにより、ウェーハ１１１６のパターンに存在する欠陥の検査が行われる。このようにしてウェーハ１１１６の二次元画像を得るとき、各走査視野において、即ち、ステージの各位置において、対物レンズ１１１８の励起電圧を当該位置について先に求めた電圧値Ｖ４８（ｍｉｎ）に設定する。これにより、写像光学系のレンズの条件を合焦条件に一致させて、二次元画像を取得することができる。
なお、本発明の第５の実施の形態及び第６の実施の形態は、これまで説明してきたところに限定されるものではない。例えば、図１７に示す構成の電子光学装置に関連して、ウェーハのような非透過性の試料から二次元画像を取得する際にレンズを合焦条件に一致するよう設定する手順について説明したが、試料がステンシル・マスクのような透過性のものである場合にも、図１６に示す構成の電子光学装置を用いて、同様の手順を実行することにより、合焦条件に一致するようレンズを設定することが可能である。
ここで、ウェーハの検査工程における検査手順について図１９を用いて説明する。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、また、配線工程では一層微細な配線工程部分、すなわち配線工程の１から２工程及び前工程のゲート配線工程等に利用されている。
検査されるウェーハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、超精密Ｘ−Ｙステージ上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定され、以後、図１９の手順に従って欠陥検査等が行われる。はじめに光学顕微鏡により、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（ステップ１１４１）。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（どの工程後か、ウェーハのサイズは２００ｍｍか、３００ｍｍか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し（ステップ１１４２）、以下、検査場所の指定、電子光学系の設定（ステップ１１４３）、検査条件の設定（ステップ１１４４）等を行なった後、画像取得を行ないながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行なう。セル同士の比較、ダイ比較等が、アルゴリズムを備えた高速の情報処理システムにより検査が行なわれ、必要に応じてＣＲＴ等に結果を出力や、メモリへ記憶を行なう。
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）欠陥等が有り、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出来る。電気的欠陥の検出はコントラスト異常を検出することで達成される。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ができる。この場合の電子線照射手段とは、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に設けた低電位（低エネルギー）の電子線発生手段（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（エネルギー）の電子線を発生・照射する。検査用の電子線を照射することでウェーハを正に帯電させることができる写像投影方式の場合は、仕様によっては、別途低電位の電子線発生手段を設ける必要はない。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出来る。線幅測定装置及び合わせ精度測定にも利用できる。
電子線によるウェーハ等の試料の検査は、図２０に示す基本的な手順にしたがって行われる。まず、ステップ１１５１において、搬送機構よりウェーハがステージ上に投入される。通常、検査されるべきウェーハは複数枚（例えば２５枚）ずつカセットホルダー内に収納され、その中から１枚ずつ又は複数枚同時に取り出されて欠陥検査装置のステージ上に載置されるが、欠陥検査装置は真空状態のハウジング内に設置されるため、被検査ウェーハをカセットホルダーから取り出してステージに載置する作業及び検査の終了したウェーハをハウジングから取り出す作業を行うには、大気と真空との間をインターフェースする装置が必要である。そこで、ウェーハの投入に際して、カセットホルダーから取り出されたウェーハはミニエンバイロメント装置において清浄にされてからローディングチャンバー内に搬入される。ローディングチャンバーはシャッターを介してハウジングと連結されているので、ウェーハがローディングチャンバー内に搬入されると、ローディングチャンバー内は真空に引かれる。ローディングチャンバー内が真空になると、シャッターが開かれてローディングチャンバーとハウジングとが連絡され、検査済みのウェーハがステージから取り外されてハウジングから排出されるとともに、検査されるべきウェーハがローディングチャンバーからハウジングへ搬送されてステージ上に載置される。
これに続いて、ステップ１１５２においてアライメント操作が行われ、ウェーハの位置合わせが行われる。ウェーハがローディングチャンバーからステージ上に載置されたとき、通常、ウェーハのダイのｘ軸又はｙ軸は、ステージの移動方向又は電子線の走査方向と一致しない。そこで、ウェーハのダイについて正確な検査を行うために、最初に、ウェーハのダイを構成する軸がステージの移動方向又は電子線の走査方向と一致するよう、ウェーハをステージ上で回転させてダイの角度ずれを補正する。この操作はアライメントと呼ばれる。
ステップ１１５２のアライメント操作の後、検査に関する条件等を設定するレシピを作成するステップ１１５３が行われる。レシピは被検査ウェーハに最低１種類は必要であるが、複数の検査条件に対応するために、１枚の被検査ウェーハに対して、複数のレシピが存在することもある。また、同一パターンの被検査ウェーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウェーハを検査してもよい。過去に作成されたレシピで検査する場合には、検査動作の前にレシピを作成する必要がない。
次いで、ステップ１１５４において、検査動作が、レシピに記載された条件、シーケンスに従って実行され、ウェーハが検査される。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見するごと即時行われ、抽出された欠陥はステップ１１５５において分類され、抽出された欠陥の位置等の情報が分類情報や欠陥の画像とともに蓄積され、また、抽出欠陥の位置などの欠陥情報が操作画面上に表示される（ステップ１１５６）。こうしてウェーハの検査が終了すると、そのウェーハが排出され（ステップ１１５７）、次のウェーハが搬送されて上記の一連の動作が繰り返される。なお、経路１１５８は、過去に作成されたレシピで検査する場合、検査動作直前にレシピの作成が不要であることを示している。
図２０において、検査動作（ステップ１１５４）は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いウェーハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中欠陥を発見する毎に即時行われ、次のａ）〜ｃ）の動作をほぼ並列に実行する。
ａ）欠陥分類（ステップ１１５５）を行い、結果出力ファイルに抽出欠陥情報と欠陥分類情報を追加する。
ｂ）抽出欠陥画像を画像専用結果出力ファイル又はa)の結果出力ファイルに追加する（ステップ１１５６）。
ｃ）抽出欠陥の位置などの欠陥情報を操作画面上に表示する。
被検査ウェーハ単位で検査が終了すると、次のａ）〜ｃ）の動作をほぼ並列に実行する。
ａ）結果出力ファイルをクローズして保存する。
ｂ）外部からの通信が検査結果を要求する場合、検査結果を送る。
ｃ）ウェーハを排出する。
連続的にウェーハを検査する設定がなされている場合、次の被検査ウェーハを搬送して、前記一連の動作を繰り返す。
以下、図２０のフローについて、さらに詳細を述べる。
（１）レシピ作成（ステップ１１５３）
レシピとは、検査に関係する条件等の設定ファイルであり保存する事も可能である。検査時もしくは検査前にレシピを使用して装置設定を行うが、レシピに記載された検査に関係する条件とは、
ａ）検査対象ダイ
ｂ）ダイ内部検査領域
ｃ）検査アルゴリズム
ｄ）検出条件（検査感度等、欠陥抽出に必要な条件）
ｅ）観察条件（倍率、レンズ電圧、ステージ速度、検査順序等、観察に必要な条件）
などである。ｃ）検査アルゴリズムについては具体的に後述する。
この中で、検査対象ダイの設定は、図２１に示される様に、操作画面に表示されたダイマップ画面に対して、検査するダイをオペレータが指定する。図２１の例では、ウェーハ端面のダイａ、前工程で明らかに不良と判定されたダイｂをグレイアウトして検査対象から削除し、残りを検査対象ダイとしている。また、ウェーハ端面からの距離や前工程で検出されたダイの良否情報をもとに自動的に検査ダイを指定する機能も有している。
また、ダイ内部の検査領域の設定は、図２２に示される様に操作画面に表示されたダイ内部検査領域設定画面に対して、検査領域をオペレータが光学顕微鏡もしくはＥＢ顕微鏡により取得した画像をもとにマウス等の入力機器で指定する。図２２の例では、実線で指した領域１１６１と破線で指した領域１１６２を設定している。
領域１１６１は、ダイのほぼ全体を設定領域としている。検査アルゴリズムは隣接ダイ比較法（ダイ−ダイ検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。領域１１６２は、検査アルゴリズムをアレイ検査（検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。すなわち複数の検査領域の設定が可能でかつ、検査領域は、それぞれ独自の検査アルゴリズムや検査感度を条件設定出来る。また検査領域は重ね合わせる事も可能で、同じ領域に対して、異なる検査アルゴリズムを同時に処理することも可能である。
（２）検査動作（ステップ１１５４）
検査は、被検査ウェーハに対して図２３の様に或る走査幅に細分され走査する。走査幅は、ほぼラインセンサの長さで決まるが、ラインセンサの端部が少し重なる様に設定してある。これは検出した欠陥を最終的に統合処理する場合にライン間の連続性を判断するため、及び、比較検査を行う際に画像アライメントするための余裕を確保するためである。重なり量は２０４８ドットのラインセンサに対して１６ドット程度である。
走査方向及びシーケンスを、模式的に図２４の（Ａ）、（Ｂ）に示す。オペレータは、図示のような、検査時間短縮のための双方向動作Ａと機械制限からの単方向動作Ｂとのいずれかを選択することができる。また、レシピの検査対象ダイ設定を元に走査量を減らす動作を自動演算して検査する機能も有している。図２５は、検査ダイ１１７１が１個の場合の走査例を示しており、不要な走査は行われていない。
本装置で行う検査のアルゴリズムは、大別して
１．アレイ検査（Cell検査）
２．ランダム検査（Die検査）
の２種類であり、ランダム検査は比較対象により、さらに以下にように区分される。
ａ）隣接ダイ比較法（Die-Die検査）
ｂ）基準ダイ比較法（Die-AnyDie検査）
ｃ）キャド・データ比較法（CadData-AnyDie検査）。
一般にゴールデンテンプレート方式と呼ばれる方式は、ｂ）基準ダイ比較法とｃ）キャド・データ比較法を含み、基準ダイ比較法においては基準ダイをゴールデンテンプレートとするが、キャド・データ比較法おいてはキャド・データをゴールデンテンプレートとする。以下、各アルゴリズムの動作を述べる。
（１）アレイ検査（Cell検査）
アレイ検査は、周期構造の検査に適用される。DRAMセルなどはその一例である。検査は、基準とする参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像とは、二値化画像であっても、検出精度を向上させるよう多値画像であっても構わない。参照画像と被検査画像の差分そのものを、検出された欠陥として扱ってよく、更に、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐための２次的な判定を行っても良い。
アレイ検査においては、参照画像と被検査画像の比較は構造周期単位で行われる。即ち、ＣＣＤなどで一括取得した画像を読み出しながら１構造周期単位で比較しても良いし、参照画像がｎ個の構造周期単位であれば、ｎ個の構造周期単位同時に比較できる。
参照画像の生成方法の一例を図２６に示す、ここでは１構造周期単位で比較する例を述べるので１構造周期単位生成を表す。同じ方法で周期数をｎにする事も可能である。前提として、図２６での検査方向は矢印Ａの方向である。また周期ｔ４を被検査周期とする。周期の大きさはオペレータが画像を見ながら入力するので、図２６において周期ｔ１〜ｔ６は容易に認識できる。
参照周期画像は、各画素において被検査周期直前の周期ｔ１〜ｔ３を加算し平均して生成する。ｔ１〜ｔ３のいずれかに欠陥が存在しても平均処理されるので影響は少ない。この形成された参照周期画像と被検査周期ｔ４の画像を比較して欠陥の抽出を行う。
次に被検査周期ｔ５の画像を検査する場合、周期ｔ２〜ｔ４を加算平均して参照周期画像を生成する。以下、同様に被検査周期画像取得以前に得た画像より、被検査周期画像を生成して検査を連続させる
（２）ランダム検査（Die検査）
ランダム検査は、ダイの構造に制限されず適用できる。検査は、基準となる参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも、検出精度を向上するよう多値画像であっても構わない。参照画像と被検査画像の差分そのものを、検出された欠陥として扱ってよく、更に、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐため、２次的な判定を行っても良い。
ランダム検査は参照画像の求め方で分類することが出来る。以下、各求め方における動作を説明する。
Ａ．隣接ダイ比較法（Die-Die検査）
参照画像は、被検査画像と隣接したダイである。被検査画像に隣り合った２つのダイと比較して欠陥を判断する。この方法は、図２７と図２８に示す、画像処理装置のメモリ１１８１とメモリ１１８２がカメラ１１８３からの経路１１８４に接続するようスイッチ１１８５、スイッチ１１８６を設定した状況で、以下のステップａ）〜ｉ）を有する。
ａ）走査方向Sに従いダイ画像１（図２７）を経路１１８４からメモリ１１８１に格納するステップ。
ｂ）ダイ画像２を経路１１８４からメモリ１１８２に格納するステップ。
ｃ）上記ｂ）と同時に経路１１８７からダイ画像２を取得しながら、取得したダイ画像２と、ダイにおける相対位置が同じであるメモリ１１８１に格納された画像データとを比較して差分を求めるステップ。
ｄ）上記ｃ）の差分を保存するステップ。
ｅ）ダイ画像３を経路１１８４からメモリ１１８１に格納するステップ。
ｆ）上記ｅ）と同時に経路１１８７からダイ画像３を取得しながら、取得したダイ画像３と、ダイにおける相対位置が同じであるメモリ１１８２に格納された画像データとを比較して差分を求めるステップ。
ｇ）上記ｆ）の差分を保存するステップ。
ｈ）上記ｄ)とｇ)で保存された結果より、ダイ画像２の欠陥を判定するステップ。
ｉ）以下、連続したダイにおいてａ）からｈ)を繰り返すステップ。
設定によって、上記ｃ）、ｆ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置差が無くなる様に補正する（位置アライメント）。または、濃度差が無くなる様に補正する（濃度アライメント）。もしくはその両方の処理を行ってもよい。
Ｂ．基準ダイ比較法（Die-AnyDie検査）
オペレータにより基準ダイを指定する。基準ダイはウェーハ上に存在するダイもしくは、検査以前に保存してあるダイ画像であり、まず基準ダイを走査もしくは転送して画像をメモリに保存して参照画像とする。以下、この方法で行われるａ）〜ｈ）のステップを、図２８及び図２９を参照しながら説明する。
ａ）オペレータが基準ダイを、被検査ウェーハのダイより選択、もしくは検査以前に保存してあるダイ画像より選択するステップ。
ｂ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、画像処理装置のメモリ１１８１もしくはメモリ１１８２の少なくとも一方がカメラ１１８３からの経路１１８４に接続するようにスイッチ１１８５、スイッチ１１８６を設定するステップ。
ｃ）基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、画像処理装置のメモリ１１８１とメモリ１１８２のうちの少なくとも一方がダイ画像である参照画像を保存してあるメモリ１１８８からの経路１１８９に接続するようにスイッチ１１８５、スイッチ１１８６を設定するステップ。
ｄ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、基準ダイを走査して、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
ｅ）基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、走査を必要とせず、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
ｆ）被検査画像を順次走査して得られる画像と、基準ダイ画像である参照画像を転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データとを比較して差分を求めるステップ。
ｇ）上記ｆ)で得られた差分より欠陥を判定するステップ。
ｈ）以下、連続して、図３０で示すように、基準ダイの走査位置と被検査ダイの同じ部分をウェーハ全体について検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記ｄ）からｇ)を繰り返すステップ。
設定によって、上記ｆ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置差が無くなる様に補正する（位置アライメント）。もしくは濃度差が無くなる様に補正する（濃度アライメント）。もしくはその両方の処理を行ってもよい。
上記ステップｄ）もしくはｅ)において、画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも基準ダイの一部でもよく、基準ダイの一部を基準ダイ画像としたときには、基準ダイの一部を更新しながら検査する。
Ｃ．キャド・データ比較法（CadData-AnyDie検査）
図３１に示した半導体製造工程において、キャドによる半導体パターン設計工程の出力であるキャド・データより参照画像を作成し、基準画像とする。基準画像は、ダイ全体であっても、検査部分を含む部分的な物であっても良い。
このキャド・データは、通常、ベクタデータであり、走査動作によって得られる画像データと等価なラスタデータに変換しないと参照画像として使用出来ない。そこで、キャド・データであるベクタデータをラスタデータに変換するが、この変換は検査時に被検査ダイを走査して得られる画像走査幅の単位で行われる。このとき、被検査ダイを走査して得る予定の画像とダイにおける相対位置が同じである画像データについて変換が行われる。検査走査と変換作業とはオーバラップして行われる。
上記の、ベクタデータをラスタデータに変換する作業には、
ａ）ラスタデータの多値化機能、
ｂ）上記ａ）に関して多値化の階調重みやオフセットを、検査装置の感度に鑑みて設定する機能、
ｃ）ベクタデータをラスタデータに変換した後で、膨張、収縮など画素を加工する画像処理を行う機能、
のうちの少なくとも１つの機能を付加してもよい。
図２８において、キャド・データ比較法による検査ステップは、以下のａ）〜ｆ）のステップを含む。
ａ）計算機１１９０でキャド・データをラスタデータに変換し、且つ上記付加機能で参照画像を生成してメモリ１１８８に保存するステップ、
ｂ）画像処理装置のメモリ１１８１もしくはメモリ１１８２の少なくとも一方がメモリ１１８８からの経路１１８４に接続するようにスイッチ１１８５、スイッチ１１８６を設定するステップ、
ｃ）メモリ１１８８の参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ、
ｄ）被検査画像を順次走査して得られる画像と、参照画像が転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データとを比較して差分を求めるステップ、
ｅ）上記ｄ)で得られた差分より欠陥を判定するステップ、
ｆ）以下、連続して、図３０で示すように、基準ダイの走査位置を参照画像とし被検査ダイの同じ部分をウェーハ全体検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記ａ）からｅ)を繰り返すステップ。
設定によって、上記ステップｄ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置差が無くなる様に補正する（位置アライメント）。もしくは濃度差が無くなる様に補正する（濃度アライメント）。もしくはその両方の処理を行ってもよい。
上記ステップｃ）において、画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも基準ダイの一部でもよい。基準ダイの一部を基準ダイ画像としたときには、基準ダイの一部を更新しながら検査を行ってもよい。
（３）フォーカスマッピング
フォーカス機能の基本的流れを、図３２に示す。まずアライメント動作（ステップ１２０２）を含んだウェーハ搬送（ステップ１２０１）の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する（ステップ１２０３）。このレシピの１つとしてフォーカスマップレシピがあり、ここで設定されたフォーカス情報に従い、オートフォーカス状態で検査動作及びレビュー動作が行われる（ステップ１２０４）。この後、ウェーハが排出される（ステップ１２０５）。以下、フォーカスマップレシピの作成手順とオートフォーカスの動作手順とを説明する。
１．フォーカスマップレシピの作成手順
フォーカスマップレシピは、独立的な入力画面を有しており、オペレータは次のａ）〜ｃ）のステップを実行してレシピを作成する。
ａ）図３３の位置選択スイッチ１２１１により、フォーカス値を入力するダイ位置やダイの中のパターン等、フォーカスマップ座標を入力するステップ、
ｂ）フォーカス値を自動測定する場合に必要な、ダイパターンを設定するステップ（なお、このステップはフォーカス値を自動測定しない場合、スキップ出来る）、
ｃ）上記a)で決められたフォーカスマップ座標のベストフォーカス値を設定するステップ。
なお、上記ステップａ）では、オペレータは任意のダイを指定することができ、また、オペレータが全てのダイ若しくはｎ個毎のダイを選択することができるよう設定することも可能である。また、オペレータは、入力画面として、ウェーハ内のダイ配列を模式的に表現した図又は実画像を使った画像を選択することができる。
上記ステップｃ）においては、オペレータは、ベストフォーカス値の設定を、図３３のマニュアル・スイッチ１２１３を用いてマニュアルで、フォーカス用電極の電圧値に連動したフォーカス・スイッチ１２１２で、又はオート・スイッチ１２１４で自動的に選択・設定することができる。
２．フォーカス値自動測定手順
上記ステップｃ）において自動的にフォーカス値を求める手順の一例は、
ａ）図３４に示すように、フォーカス位置Ｚ＝１の画像を求め、そのコントラストを計算するステップ、
ｂ）上記ステップａ）をＺ＝２、３、４においても行うステップ、
ｃ）上記ステップａ）、ｂ）で得られたコントラスト値から回帰させ、コントラスト関数を求めるステップ、
ｄ）コントラスト関数の最大値を与えるＺを計算で求め、これをベストフォーカス値とするステップ、
を含む。
例えば、フォーカス値を自動測定する場合に必要なダイパターンとして、図３５に示すようなラインとスペースが選択された場合には良い結果が得られる。コントラストは白黒パターンがあれば形状によらず計測可能である。
上記ステップａ)からｄ）を行うことによって１点のベストフォーカス値が求まる。このときのデータ形式は（X,Y,Z）であって、フォーカスを求めた座標ＸＹとベストフォーカス値Ｚとのセットであり、フォーカスマップレシピで決められたフォーカスマップ座標数（X,Y,Z）が存在することになる。これはフォーカスマップレシピの一部であり、フォーカスマップファイルと呼ばれる。
３．オートフォーカスの動作手順
画像を取得する検査動作及びレビュー動作時に、フォーカスマップレシピに基づいてベストフォーカスを設定する方法は、次のように行われる。
まず、フォーカスマップレシピの作成時に作成されたフォーカスマップファイル１を元に位置情報をさらに細分化し、このときのベストフォーカスを計算で求めて、細分化したフォーカスマップファイル２を作成する。この計算は補間関数で行われ、補間関数は、リニア補間やスプライン補間等でフォーカスマップレシピの作成時にオペレータにより指定される。次いで、ステージのＸＹ位置を監視して、現在のＸＹ位置に適した、フォーカスマップファイル２に記載されたフォーカス値にフォーカス用電極の電圧を変更する。
さらに具体的に説明すると、図３６の（Ａ）〜（Ｃ）において、黒丸がフォーカスマップファイル１のフォーカス値、白丸がフォーカスマップファイル２のフォーカス値であるとすると、フォーカスマップファイルのフォーカス値の間をフォーカスマップファイルのフォーカス値で補間し、走査に従いフォーカス位置のＺ座標を変化させてベストフォーカスを維持する。このとき、フォーカスマップファイル（白丸で示す）の間は、次の変更する位置まで、前の値が保持される。
図３７は、本発明に係る欠陥検査装置を使用した製造ラインの一例を示している。検査装置１２２１で検査されるウェーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報をＳＭＩＦまたはＦＯＵＰ１２２２に備えられたメモリから読み出すか、または、そのロット番号を、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰ又はウェーハカセットのＩＤ番号を読むことにより認識できるようになっている。
欠陥検査装置１２２１は生産ラインのネットワーク・システムと接続することが可能となっており、このネットワーク・システム１２２３を介して、生産ラインを制御している生産ラインコントロールコンピュータ１２２４、各製造装置１２２５及び別の検査装置に、被検査物であるウェーハのロット番号などの情報とその検査結果を送ることが出来る。製造装置には、リソグラフィー関連装置例えば露光装置、コーター、キュア装置、デベロッパ等、又は、エッチング装置、スパッタ装置及びＣＶＤ装置などの成膜装置、ＣＭＰ装置、各種計測装置、他の検査装置等が含まれる。
ウェーハの検査においては、分解能の観点からは、電子線をウェーハに衝突させ、ウェーハから放出された電子を検出して表面の画像を得ることが望ましい。したがって、これまでは、主に、ウェーハから放出された二次電子、反射電子、後方散乱電子を中心に例を挙げて説明してきた。しかし、検出される電子は、基板の表面の情報を得ているものであれば何でも良く、例えば、基板付近に逆電界を形成することにより、基板に直接衝突せずに、基板付近で感謝するミラー電子（広義には反射電子とも言う）、或いは基板を透過する透過電子等でも良い。特にミラー電子を用いた場合には、電子が試料に直接衝突しないので、チャージアップの影響が極めて小さいという利点がある。
ミラー電子を利用する場合、ウェーハに、加速電圧よりも低い負の電位を印加し、ウェーハ付近に逆電界を形成する。この負の電位は、ウェーハの表面付近で殆どの電子線が戻される程度の値に設定するのがよい。具体的には、電子銃の加速電圧よりも０．５〜１．０Ｖ以上の低い電位に設定すればよい。例えば、本発明の場合、加速電圧が−４ｋＶの場合、試料への印加電圧は−４．０００５ｋＶ〜−４００５０ｋＶに設定するのが好ましい。更に望ましくは、−４．０００５ｋＶ〜−４００２０ｋＶがよく、更に好ましくは−４．０００５ｋＶ〜−４．０１０ｋＶに設定するのが好適である。
また、透過電子を利用する場合には、加速電圧を−４ｋＶに設定したとき、ウェーハへの印加電圧は０〜−４ｋＶ、好ましくは０〜−３．９ｋＶ、更に好ましくは０〜−３．５ｋＶに設定するのが好適である。また、光線やＸ線も利用して良い。これは、本発明に係る欠陥検査装置でのアライメント、二次系、ダイ比較等に十分に適用可能である。
また、本発明に係る欠陥検査装置において検出する電子又は二次ビームは、試料表面の情報を得ているものであれば任意のものでよく、試料に一次電子ビームを衝突させて得られる二次電子、反射電子（ミラー電子とも言う）、後方散乱電子ばかりでなく、試料付近に逆電界をかけ、一次電子ビームを試料に衝突させることなく、試料付近で反射される反射電子も含まれる。更に、一次ビームは電子だけでなく光線であってもよい。一次ビームが光線の場合には、二次ビームも光線となり、ＵＶ光線の場合には二次ビームは電子となる。
これまで説明してきた本発明に係る欠陥検査装置は、例えば図３８及び図３９に示す半導体デバイス製造方法における検査工程に用いると有効である。以下、図３８及び図３９を参照して、半導体デバイスの製造方法を説明する。
図３８に示す製造方法は次の各主工程を含み、各主工程は幾つかのサブ工程からなる。
（１）ウェーハＰ１２を製造する（又は試料を準備する）工程Ｐ１１、
（２）露光に使用するマスク（レチクル）Ｐ２２を製造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）Ｐ２１、
（３）必要な加工処理をウェーハＰ１２に対して行うウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３、
（４）ウェーハＰ１２に形成されたチップＰ１５を１個ずつ切り出して動作可能にするチップ組み立て工程Ｐ１４、
（５）チップ組み立て工程Ｐ１４で作られたチップＰ１５を検査し、検査に合格したチップを製品Ｐ１７とするチップ検査工程Ｐ１６。
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Ｐ１３である。この工程は、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。ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３は次の工程を含む。
（イ）絶縁層となる誘電体薄膜や、配線部又は電極部を形成する金属薄膜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）、
（ロ）薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程、
（ハ）薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レチクル）Ｐ２２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Ｐ２３、
（ニ）イオン・不純物注入・拡散工程、
（ホ）レジスト剥離工程、
（ヘ）さらに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Ｐ１３は必要な層数だけ繰り返し実施され、設計どおり動作する製品（半導体デバイス）Ｐ１７が製造される。
図３８のウェーハ・プロセシング工程Ｐ１３の中核をなすのはリソグラフィー工程Ｐ２３であり、図３９はリソグラフィー工程Ｐ２３で実施される工程を示している。すなわち、リソグラフィー工程Ｐ２３は、
（ａ）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ティングするレジスト塗布工程Ｐ３１、
（ｂ）レジストを露光する露光工程Ｐ３２、
（ｃ）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Ｐ３３、
（ｄ）現像されたレジスト・パターンを安定化させるためのアニール工程Ｐ３４、
を含む。
以上説明した半導体デバイス製造工程、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３及びリソグラフィー工程Ｐ２３は周知のものであり、それらの工程についての詳細な説明は省略する。
本発明に係る欠陥検査装置をチップ検査工程Ｐ１６に用いて欠陥検査を行うと、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査を行うことができ、全数検査が可能となるばかりでなく、製品の歩留まりを向上させ、欠陥製品の出荷を防止することが可能になる。
以上、本発明の若干の実施の形態について詳述したところから理解されるように、本発明は、
（１）各ダイが等間隔グリッドに沿って配置されるように位置補正しながら画像を生成するので、試料を載置するステージが設計どおりに移動しない場合や、各ダイが設計どおりの位置に形成されていなくても、適切に画像を生成して問題なくパターンの検査をすることができ、例えば、画像の取得のために電子線で走査する場合、電子線が試料に対して照射される時に偏向器によって適切な位置に補正され、また試料から放出される電子（即ち、二次電子，反射電子，後方散乱電子，透過電子等）も同様に偏向器で補正されるため、正確に所望の領域の画像を形成することができ、生成される画像が仮想的な等間隔グリッドに配置され、欠陥検査の精度を向上させることができる、
（２）レジストレーションや画像取得を行う前に、合焦条件を被検査領域全域について適切に測定しておき、その合焦条件に合わせて対物レンズの励起電圧を変えながら二次元画像を取得するので、試料面に凹凸があっても、解像度のよい画像を得ることができ、ステンシル・マスクや試料等の試料の欠陥検査に有益である
（３）プロセスの途中若しくはプロセス終了後に試料の欠陥検査を行い、半導体デバイスを製造することができるので、半導体デバイスの製造工程において高い歩留まりが期待できる、
という優れた効果を有する。
本発明に係る欠陥検査装置の主要構成要素を示す立面図である。 本発明に係る欠陥検査装置の主要構成要素を示す正面図である。 本発明に係る欠陥検査装置のミニエンバイロメント装置の構成を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置のローダーハウジングの構成を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置における電位印加機構を示す図である。 図１に示す欠陥検査装置における電子ビームキャリブレーション機構の構成を概略的に示す図である。 マルチビーム方式の電子光学装置を採用した、本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。 図７に示す電子光学装置のマルチアノードの拡大平面図である。 シングルビーム方式の電子光学装置を採用した、本発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。 図７及び図９に示す欠陥検査装置によるウェーハの検査を説明するための図であって、（Ａ）はウェーハの全体図を、（Ｂ）はウェーハ上のダイの一部の拡大図を示している。 仮想的な等間隔グリッドと、ダイのリソグラフィ工程で生じたダイの位置ずれとを説明するための平面図である。 仮想的な等間隔グリッドとダイの位置ずれとの他の例を説明するための平面図である。 ダイの位置座標の補間を説明するための図である。 写像投影方式の電子光学装置を採用した、本発明に係る欠陥検査装置の第３の実施の形態を概略的に示す図である。 （Ａ）は、マルチ光軸マルチビーム方式の電子光学装置を採用した、本発明に係る欠陥検査装置の第４の実施の形態を概略的に示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す拡大レンズの平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すアノードの平面図である。 試料が電子線を透過する場合の、本発明に係る欠陥検査装置の第５の実施の形態を概略的に示す図である。 試料が電子線を透過しない場合の、本発明に係る欠陥検査装置の第６の実施の形態を概略的に示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１７に示す欠陥検査装置の動作を説明するための図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順の基本的な流れを説明する図である。 検査対象ダイの設定を示す図である。 ダイ内部の検査領域の設定を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、半導体デバイス製造方法の検査手順を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における、検査ダイが１個の場合の走査例を示す図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における、参照画像の生成方法を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における隣接ダイ比較方法を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における隣接ダイ比較方法を実施するシステム構成を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。 半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。 本発明に係る欠陥検査装置を製造ラインに接続した実施の形態を示す図である。 本発明に係る欠陥検査装置を用いる半導体デバイス製造工程を示すフローチャートである。 図３８のリソグラフィー工程を示すフローチャートである。
符号の説明
１：欠陥検査装置、 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：ローダーハウジング、 ５０：ステージ装置、 ６０：ローダー、 ７０：電子光学装置、 ８１：プレチャージユニット、 ８７：アライメント制御装置、 ９０９：ウェーハ、 ９１０ａ、９１０ｂ：電子光学系、 １００２、１００３：ストライプ、 １００４：ダイ、 １００５、１００６：ダイシングライン、
Ｅ：電子線、 １０８９：ステンシル・マスク

Claims (21)

  1. 基板上において互いに平行でない２つの軸方向にほぼ規則的に配置されている複数のダイ内のパターンを検査する装置であって、
    前記基板上の前記ダイが仮想的に配置されるべき等間隔グリッドを生成するための演算手段と、
    前記目標グリッドと前記基板上の前記ダイの位置との差分を補正する手段と、
    を具備することを特徴とするパターン欠陥検査装置。
  2. 前記目標グリッドと前記基板上の前記ダイの位置との差分を補正する前記手段は、
    前記目標グリッドに対する前記基板上のダイの位置誤差を演算する手段と、
    前記位置誤差を無くすための補正信号を偏向器にフィードバック又はフィードフォワードする制御手段と、
    を備えることを特徴とする、請求項１記載のパターン欠陥検査装置。
  3. 試料表面を検査する装置であって、
    試料に向けてビームを照射するビーム照射源と、
    前記ビーム照射源によるビーム照射領域内の１画素当たりの前記試料上の寸法を測定する手段と、
    前記１画素当たりの前記寸法を用いてステージの移動距離を算出し、この算出結果に基づいて前記試料のアライメントを行う演算手段と、
    前記ビームの照射によって前記試料から放出され且つ前記試料の表面の情報を含む二次ビームを検出する検出器と、
    前記検出器により検出された前記二次ビームから前記試料の表面の画像を取得し、前記試料の検査を行う手段と、
    を具備する試料表面検査装置。
  4. パターンが形成された複数のダイを有する試料の表面を検査する検査装置であって、
    前記試料表面のダイの位置補正に必要な情報を取得する手段と、
    前記情報の取得中に、前記試料表面の被検査領域の任意の個所において前記試料表面の合焦条件を測定して記憶する手段と、
    前記試料の表面に向けてビームを照射するビーム照射源と、
    前記ビームが前記被検査領域を相対移動する際に、前記試料表面の合焦条件を満たすように調整可能なレンズと、
    を具備することを特徴とする検査装置。
  5. 前記ビームが前記被検査領域を相対移動する際に、前記ダイの位置ずれを補正する偏向器を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の検査装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の欠陥検査装置を用いてプロセスの途中又はプロセス終了後の試料の欠陥検査を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
  7. 基板上において互いに平行でない２つの軸方向にほぼ規則的に配置されている複数のダイ内のパターンを検査する検査方法であって、
    （ａ）前記基板上のダイが仮想的に配置されるべき目標グリッドを生成するステップと、
    （ｂ）前記基板上の各ダイの実際の位置座標を求めるステップと、
    （ｃ）前記目標グリッドと前記各ダイの位置誤差を算出するステップと、
    （ｄ）取得する前記各ダイの画像が前記目標グリッドに沿って配置されるように、前記各ダイの位置誤差の値に基づいて取得する各ダイの画像の位置補正をして画像を取得するステップと、
    （ｅ）前記位置補正をして取得した画像に基づいてダイのパターンの検査を行うステップと、を含むことを特徴とする検査方法。
  8. 前記ステップ（ａ）において、前記目標グリッドは、前記基板上の複数のダイから、前記互いに平行でない２つの軸方向に並ぶダイを、各軸方向にそれぞれ少なくとも２つづつ選択し、選択されたダイ間のピッチからダイ１つ当たりの仮想的なピッチをそれぞれ２つの軸方向について求め、この仮想的なピッチに基づいて生成することを特徴とする、請求項７記載の検査方法。
  9. 前記ステップ（ａ）において、前記目標グリッドは、ＣＡＤデータに含まれている位置情報に基づいて生成することを特徴とする、請求項７記載の検査方法。
  10. 前記ステップ（ｅ）において、相互に対応する異なる２つのダイの画像を比較してその差異に基づいて欠陥を検出することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つに記載の検査方法。
  11. 前記ステップ（ｅ）において、検査の対象となるパターンとこれに対応するＣＡＤデータの情報によって生成されるパターンとを比較し、その差異に基づいて欠陥を検出することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つに記載の検査方法。
  12. 前記ステップ（ａ）において、前記試料上の２つのダイを選択してダイ間のピッチを検出してこれを第１のピッチとし、当該第１のピッチを所定の倍数で複数倍してこれを第2のピッチとし、当該第２のピッチに近い距離だけ離れた２つのダイの実際のピッチを検出してこれを第３のピッチとし、当該第3のピッチを前記倍数で除した値を前記仮想的なピッチとすることを特徴とする、請求項８、１０、１１のうちのいずれか一つに記載の検査方法。
  13. 前記互いに平行でない２つの軸が、相互に直交するｘ軸とｙ軸であることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか一つに記載の検査方法。
  14. 前記ステップ（ａ）において、ｘ軸及びｙ軸に平行なダイシングライン又はダイ内の所定パターンを用いてダイの仮想的なピッチを求めることを特徴とする、請求項１３記載の検査方法。
  15. 前記ステップ（ｄ）において、前記画像の位置補正は前記電子線用の偏向器で行うことを特徴とする、請求項７〜１４のいずれか一つに記載の検査方法。
  16. 試料の表面を検査する方法であって、
    前記試料の表面に対してビームを照射し、該ビームの照射領域内の１画素当たりの前記試料の表面上の寸法を測定するステップと、
    前記寸法を用いてステージの移動距離を算出し、この算出結果に基づいて前記試料のアライメントを行うステップと、
    前記試料にビームを照射し、それによって前記試料の表面から放出され且つ前記試料の表面の情報を含む二次ビームを検出して、前記試料の表面を検査するステップと、
    を備えることを特徴とする試料表面検査方法。
  17. 寸法を測定する前記ステップが、寸法が既知のパターンの画素数を測定することにより行うことを特徴とする、請求項１６に記載の検査方法。
  18. 試料の表面を検査する方法であって、
    前記試料の表面のダイの位置補正に必要な情報を取得するステップと、
    前記情報の取得中に、被検査領域の任意の箇所において前記試料の表面の合焦条件を測定して記憶するステップと、
    前記試料にビームを照射するステップと、
    前記試料の表面の合焦条件を満たすようにレンズを調整しながら、前記ビームが前記試料の表面の被検査領域を相対移動するように前記ビームを走査し又はステージを移動させるステップと、
    前記ビームの照射により前記試料より放出され且つ前記被検査領域の情報を含む二次ビームを検出して前記試料の表面を検査するステップと、
    を備えることを特徴とする試料表面検査方法。
  19. 前記試料の表面を検査する前記ステップが、ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩを用いて、複数の画素を含む前記被検査領域の画像を取得し、参照用の画像との比較により前記試料の表面の検査を行うことを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の検査方法。
  20. 表面の検査を行う前記ステップが、ダイ内のパターンが周期構造をなす部分については、同一のダイ内の周期構造をなす部分同士の比較により行われ、周期構造をなさない部分については前記参照用の画像との比較により行われることを特徴とする、請求項１９に記載の検査方法。
  21. 請求項１６〜２０のいずれか一つに記載の検査方法を用いてプロセスの途中又はプロセス終了後の試料の欠陥検査を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
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