KR100885940B1 - 하전입자선에 의한 검사장치 및 그 검사장치를 사용한장치제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 검사장치 및 그 검사장치를 사용한 반도체장치의 제조방법이다.

검사장치는 웨이퍼 등의 시료의 결함검사, 선폭측정, 표면전위측정 등을 행하기 위하여 사용된다. 검사장치에 있어서, 1차 광학계로부터 복수의 하전입자가 시료에 입사되고, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자가 1차 광학계로부터 분리되어 2차 광학계를 거쳐 검출기로 유도된다. 하전입자의 조사는 시료를 이동하면서 행하여진다. 하전입자 조사점은 시료의 이동방향으로 N행, 이것과 직각방향으로 M열로 배치된다. 하전입자 조사점의 각 행이 순차 시료 이동방향과 직각방향으로 일정량씩 어긋나게 된다.

Description

하전입자선에 의한 검사장치 및 그 검사장치를 사용한 장치제조방법{CHARGED PARTICLE BEAM INSPECTION APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING DEVICE USING THAT INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 복수의 전자빔을 사용하여 검사대상의 표면에 형성된 패턴의 결함등을 검사하는 검사장치에 관한 것으로, 상세하게는 반도체제조공정에 있어서의 웨이퍼의 결함을 검출하는 경우와 같이, 전자빔을 검사대상에 조사하여 그 표면의 성상에 따라 변화되는 2차 전자를 포착하여 화상데이터를 형성하고, 그 화상데이터 에 의거하여 검사대상의 표면에 형성된 패턴 등을 높은 스루풋으로 검사하는 검사장치 및 그와 같은 검사장치를 사용하여 수율 좋게 장치를 제조하는 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 하전입자선을 시료에 조사하여 시료의 조사점에서 발생하는 2차 하전입자를 검출하는 하전입자선장치 및 그것을 사용하여 장치의 결함검사를 행하는 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 XY 스테이지 위에 탑재된 시료에 하전빔을 조사하는 장치 및 그 장치를 이용한 결함 검사장치 또는 노광장치에 관한 것으로, 나아가서는 그들 장치를 사용한 반도체의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 시료의 화상을 미리 준비된 기준화상과 비교 함으로써 그 시료의 결함을 검사하기 위한 결함 검사장치 및 방법 및 이와 같은 결함검사장치를 사용하여 반도체장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전자선을 시료에 조사하여 그 조사점으로부터의 2차 전자선을 측정함으로써 상기 시료의 여러가지의 검사를 행하기 위한 전자선장치에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼에 형성되는 최소 선폭0.1㎛ 이하의 집적회로의 패턴을 높은 스루풋으로 결함검사, CD(크리티컬 디멘전)측정, 맞춤 정밀도 측정, 전위측정 등을 행하기 위한 전자선장치에 관한 것이다.

본 발명은 전자총으로부터 방출된 전자선을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시켜 그 시료로부터 방출되는 2차 전자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜, 2차 광학계에서 확대하여 검출기면에 사상(寫像)투영하는 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 최소 선폭이 0.1미크론 이하의 패턴의 결함검사, 선폭측정, 맞춤 정밀도측정, 전위측정, 장치동작시의 고속동작해석 등을 높은 스루풋으로 행하는 전자선장치 및 이러한 장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행함으로써 수율을 개선하는 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용한 장치의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 최소 선폭이 0.1㎛ 이하의 장치패턴을 가지는 시료의 결함검사, 선폭측정, 맞춤 정밀도측정, 표면 전위측정 또는 고정밀도 시간분해능 측정을 높은 스루풋으로 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있는 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼를 평가함으로써 수율율을 향상시킬 수 있는 장치의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 전자 광학적이고 또한 단시간으로 전자 광학계의 초점맞춤을 행할 수 있는 전자선장치 및 그 장치를 사용한 반도체장치제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용한 장치의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 최소 선폭이 0.1㎛ 이하의 장치패턴을 가지는 시료의 결함검사를 높은 스루풋으로 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있는 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼를 평가함으로써 수율을 향상시킬 수 있는 장치의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 시료의 표면에 형성된 패턴 등을 평가하는 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료후의 시료의 평가를 행하는 장치제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 최소 선폭 0.1㎛ 이하의 패턴을 가지는 시료상의 장치등의 결함검사, CD측정, 전위 콘트라스트의 측정, 고시간 분해 전위측정 등의 평가를 높은 스루풋으로 또한 높은 신뢰성을 기초로 행할 수 있는 전자선장치 및 그와 같은 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료후의 시료의 평가를 행하는 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 E ×B 분리기 및 그 E ×B 분리기를 사용한 반도체웨이퍼의 검사장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 균일한 자계강도 및 균일한 전계강도가 얻 어지는 광축 주위의 영역을 크게 할 수 있도록 한 E ×B분리기 및 그 E ×B 분리기를 사용하여 반도체웨이퍼의 결함검사, 패턴선폭 측정, 패턴 겹침 정밀도 측정, 또는 고시간 분해능의 전위측정 등을 높은 스루풋으로 또한 고신뢰성으로 행할 수 있도록 한 검사장치에 관한 것이다.

본 발명은 XY 스테이지 위에 탑재된 시료에 하전빔을 조사하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 XY 스테이지에 차동 배기기구를 설치하지 않고 거울통 주위에 차동 배기기구를 설치한 하전빔장치 및 그 장치를 이용한 결함 검사장치 또는 노광장치에 관한 것으로, 나아가서는 그들 장치를 사용한 반도체의 제조방법에 관한것이다.

본 발명은 최소 선폭 O.1㎛ 이하의 패턴이 형성된 웨이퍼 등의 평가를 높은 스루풋·높은 신뢰성으로 행하는 장치에 관한 것이고, 또 그와 같은 장치를 사용하여 수율 좋게 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체 프로세스에 있어서 디자인 규칙은 1OOnm의 시대를 맞이하고 있으며, 또 생산형태는 DRAM으로 대표되는 소품종 대량생산으로부터 SOC(Silicon on chip)와 같이 다품종 소량생산으로 이행되어가고 있다. 그에 따라 제조 공정수가 증가하여, 각 공정마다의 수율향상은 필수가 되어, 프로세스 기인의 결함검사가 중요하게 된다. 본 발명은 반도체 프로세스에 있어서의 각 공정후의 웨이퍼의 검사에 사용되는 장치에 관한 것으로, 전자빔을 사용한 검사방법 및 장치 또는 그것을 사용한 장치제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 관련되는 검사장치의 종래기술에 대해서는 주사전자현미경(SEM)을 사용한 장치가 이미 시판되고 있다. 이 장치는 가늘게 조절된 전자선을 매우 간격이 작은 래스터폭으로 래스터주사를 행하여 주사에 따라 검사대상으로부터 방출되는 2차 전자를 2차 전자검출기로 검출하여 SEM 화상을 형성하고, 그 SEM 화상을 다른 다이의 동일한 장소끼리를 비교하여 결함을 추출하는 것이다.

또 복수의 전자선, 즉 멀티빔을 사용하여 스루풋을 향상한다는 제안은 많이 이루어지고 있으나, 개시되어 있는 것은 어떻게 하여 멀티빔을 만드는가라는 것과, 어떻게 하여 멀티빔을 검출하는가라는 것에 대해서이며, 결함 검사장치 전체를 시스템으로서 완성시킨 장치는 아직 존재하지 않았다.

반도체장치제조용 마스크 패턴, 또는 반도체 웨이퍼에 형성된 패턴의 결함검출에는 주사형 전자현미경이 사용되고 있다. 주사형 전자현미경은 가늘게 조절된 1개의 전자선으로 시료 표면을 주사하고, 그 시료로부터 방출하는 2차 전자를 검출하기 위하여 시료 전체의 검사에는 긴 시간을 필요로 하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 복수의 전자원으로부터의 전자를 감속전계 렌즈를 통하여 시료면 위에 결상시키고, 또한 주사하여 시료면으로부터 방출되는 2차 전자를 빈필터(wien filter)로 편향시켜 복수의 검출기로 유도하도록 한 아이디어가 제안되고 있다(Japanese Journal of Applied PhVsics, Vol.28, No 10 October, 1989, pp.2058-2064참조).

반도체웨이퍼 등의 시료 표면 등에 전자빔 등의 하전빔을 조사함으로써, 그 시료 표면 위를 반도체회로 등의 패턴으로 노광하고 또는 시료 표면 위에 형성된 패턴을 검사하는 장치, 또는 하전빔을 조사함으로써 시료에 대하여 초정밀 가공을 실시하는 장치에 있어서는 시료를 진공 중에서 정밀도 좋게 위치 결정하는 스테이지가 사용된다.

이와 같은 스테이지에 대하여 매우 고정밀도의 위치결정이 요구되는 경우에는 스테이지를 정압베어링에 의하여 비접촉 지지하는 구조가 채용된다. 이 경우, 정압베어링으로부터 공급되는 고압가스가 직접 진공챔버에 배기되지 않도록 고압가스를 배기하는 차동 배기기구를 정압베어링의 범위에 형성함으로써, 진공챔버의 진공도가 유지된다. ·

종래기술의 스테이지의 일례를 도 18a, 도 18b에 나타낸다. 도 18a, 도 18b에 있어서, 진공챔버(C)를 구성하는 하우징(2008)에 하전빔을 발생하여 시료에 조사하는 하전빔장치의 거울통(2001)의 선단부, 즉 하전빔조사부(2002)가 설치된다. 거울통 내부는 진공배관(2010)에 의하여 진공배기되고, 챔버(C)는 진공배관(2011)에 의하여 진공배기된다. 하전빔은 거울통(2001)의 선단부(2002)로부터 그 밑에 놓여진 웨이퍼 등의 시료(S)에 대하여 조사된다.

시료(S)는 시료대(2004)에 떼어 내기 가능하게 유지된다. 시료대(2004)는 XY 스테이지(이하 단지 스테이지)(2003)의 Y 방향 가동부(2005)의 상면에 설치된다. Y 방향 가동부(2005)는 X 방향 가동부(2006) 위에 슬라이딩 가능하게 배치되고, X 방향 가동부(2006)는 스테이지대(2007) 위에 슬라이딩 가능하게 배치된다.

Y 방향 가동부(2005)에는 X 방향 가동부(2006)의 가이드면(6a)과 마주 보는 면(도 18a에 있어서 좌우 양면 및 하면)에 정압베어링(2009a)이 복수개 설치되고, 정압베어링(2009a)의 작용에 의하여 가이드면(2006a)과의 사이에 미소한 간극을 유지하면서 Y 방향(도 18b에서 좌우방향)으로 이동할 수 있다. 마찬가지로 X 방향 가동부(2006)에 정압베어링(2009b)이 복수개 설치되어, 정압베어링(2009b)과 가이드면 (2007a)과의 사이에 미소한 간극을 유지하면서 X 방향(도 18a에서 좌우방향)으로 이동할 수 있다.

다시 정압베어링의 주위에는 정압베어링에 공급되는 고압가스가 진공챔버(C)의 내부로 누설하지 않도록 차동 배기기구가 설치되어 있다. 이 모양을 도 19에 나타낸다. 정압베어링(2009)의 주위에 2중으로 홈(2018, 2017)이 구성되어 있고, 이들 홈은 도시 생략한 진공배관과 진공펌프에 의하여 항상 진공배기된다. 이와 같은 구조에 의하여 Y 방향 가동부(2005)는 진공 중을 비접촉 상태로 지지되어 Y 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 이들 2중의 홈(2018, 2017)은 가동부(2005)의 정압베어링(2009)이 설치되는 면에 그 정압베어링을 둘러싸도록 하여 형성된다. 또한 정압베어링의 구조는 공지의 것으로 좋기때문에 그 상세한 설명은 생략한다.

Y 방향 가동부(2005)를 탑재하는 X 방향 가동부(2006)는 도 18a, 도 18b로부터 분명한 바와 같이 위쪽으로 개구하고 있는 오목형의 형상을 가지고, Y 방향 가동부 (2005)와 동일한 정압베어링 및 홈을 구비하고, 스테이지대(2007)에 대하여 비접촉으로 지지되어 X 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. Y 방향 가동부(2005)와 X 방향 가동부(2006)의 이동을 조합시킴으로써 시료(S)를 거울통의 선단부, 즉 하전빔조사부(2002)에 관하여 수평방향 임의의 위치로 이동시켜 시료의 소망의 위치에 하전빔을 조사할 수 있다.

종래, 반도체 웨이퍼 등의 시료에 1차 전자를 조사함으로써 발생한 2차 전자를 검출함으로써 상기 시료의 결함을 검사하기 위한 결함 검사장치가 반도체제조 프로세스 등에서 이용되고 있다. 이와 같은 결함 검사장치에는 화상인식기술을 응용하여 결함검사의 자동화 및 효율화를 도모한 기술이 있다. 이 기술에서는 2차 전자를 검출함으로써 취득한 시료 표면의 피검사영역의 패턴 화상데이터와, 미리 기억한 시료 표면의 기준 화상데이터를 컴퓨터에 의하여 매칭연산하여 그 연산결과에 의거하여 시료의 결함의 유무를 자동적으로 판정한다.

요즈음에는 특히 반도체제조분야에 있어서는 패턴의 고선명화가 진행되어 미세한 결함을 검출할 필요가 높아지고 있다. 이와 같은 상황하에서는 상기와 같은 화상인식기술을 응용한 결함 검사장치에 있어서도 인식정밀도의 더 한층의 향상이 요구되고 있다.

종래, 시료대를 연속이동시켜 이 이동방향과 직각방향으로 전자선을 주사하는 방법은 공지이다(일본국 특개평10-134757). 또 1차 전자선을 시료면에 대하여 경사 방향으로부터 시료면 위에 2차원이기는 하나, 한 축방향에의 투영은 등간격 배치로 조사하여 주사하는 방법은 공지이다. 또 복수의 전자총의 각 전자총으로부터의 전자를 복수로 나누어 각 빔을 한 방향으로 주사시켜 그것과 직각방향으로 시료대를 연속 이동시켜 검사 등을 행하는 것이 공지이다.

반도체장치제조용 마스크 패턴, 또는 반도체 웨이퍼에 형성된 패턴의 결함검사에 사용하는 전자선장치로서, 단일 전자총으로부터 방출된 전자선을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시켜, 그 시료 로부터 방출되는 2차 전자를 2차 광학계를 사용하여 검출기면에 사상 투영하여 시료상의 패턴의 결함을 검사하는 전자선장치는 공지이다.

그러나 상기 종래의 것은 전자총으로부터 방출되는 전자선의 각도 의존성을 고려하고 있지 않고, 전자선의 강도를 조사각도에 관계없이 똑같은 것으로서 취급하고 있다. 즉, 전자총으로부터 방출되는 전자선은 광축방향으로는 고휘도의 전자선이 방출되나, 광축으로부터 떨어짐에 따라 전자선의 휘도(강도)가 점차로 감소하는 문제를 고려하고 있지 않다.

또 시료로부터 방출되는 2차 전자의 검출율은 광축부근으로부터 방출된 2차 전자의 검출율은 높으나, 광축으로부터 떨어진 위치로부터 방출된 2차 전자의 검출율이 낮다는 문제점이 있었으나, 상기 종래의 전자선장치는 이와 같은 문제점도 고려하지 않았다.

초 LSI회로와 같은 미세한 회로패턴을 가지는 회로에 있어서의 결함검사나 선폭측정을 행하기 위하여 복수의 전자빔을 사용하는 전자선장치는 공지이다. 이와 같은 멀티빔을 이용하는 전자선장치는 미세 회로패턴의 작성이나 검사에 1개의 전자빔을 사용하면 막대한 시간을 필요로 하고, 만족한 스루풋을 주지 않았던 종래의 결점을 해결하기 위하여 제안되었다.

이와 같은 멀티빔의 전자선장치에 관련하여, 예를 들면 다수의 전자 에미터를 매트릭스형상으로 배열한 전자선장치에 있어서는, 반사전자 또는 2차 전자의 검출기의 간격이 매우 좁기 때문에 인접하는 조사영역으로부터 반사전자 또는 2차 전자가 뛰어 들기 쉬워 검출 정밀도를 높일 수 없다는 결점을 해결하기 위하여 시료 면과 검지면과의 사이에 구멍이 뚫린 마스크를 배치하는 것이 알려져 있다.

또 1개의 전자선으로 시료상의 패턴을 주사하여 패턴의 0.1 미크론정도의 결함을 검사하는 경우, 주사에 장 시간을 필요로 하므로 스루풋이 저하한다는 결점을 해결하기 위하여 단일의 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 마스크를 조사함으로써, 복수의 전자선을 형성하도록 한 전자선장치도 알려져 있다.

최소 선폭이 O.1㎛ 이하의 장치패턴을 가지는 시료의 결함검사 등을 행하는 경우, 광방식에서는 빛의 회절에 의하여 해상도에서 보아 한계에 다달아 있고, 그 때문에 전자선을 이용한 검사·평가장치가 제안되어 있다. 전자선을 사용하면 해상도는 향상하나 스루풋이 극단적으로 작아지기 때문에 생산성의 관점에서 문제가 있다. 생산성을 향상시키도록 멀티빔을 사용한 전자선장치, 즉 단일의 전자총으로부터 방출한 전자선을 복수의 개구에 조사하고, 그들 개구를 통과한 전자빔으로 시료의 표면 (이하 시료면이라 함)을 주사하여, 각 상으로부터 나온 2차 전자를 복수의 검출기로 유도하여 시료를 검사하는 전자선장치는 이미 공지이다.

반도체웨이퍼 등의 시료의 표면에 형성된 패턴의 평가를 전자선에 의한 주사의 결과를 사용하여 고정밀도로 행하는 경우, 시료의 높이의 변화를 고려하는 것이 필요하다. 이것은 시료의 높이에 의하여 해당 시료의 표면 위의 패턴과 해당 패턴에 전자선을 집속시키는 대물렌즈와의 사이의 거리가 변화하여 초점맞춤조건의 어긋남에 의하여 해상도가 저하하여 정확한 평가를 할 수 없기 때문이다.

이것을 해소하기 위하여 시료면에 대하여 비스듬하게 빛을 입사시켜 그 반사광을 이용하여 시료의 높이를 측정하고, 그 측정결과를 전자선을 시료에 집속시키 기 위한 전자 광학계로 귀환시켜 전자 광학계의 구성요소에 공급하는 전류나 전압을 제어함으로써, 전자 광학계의 초점맞춤을 행하는 전자선장치는 이미 제안되어 있다.

그러나 시료에 대하여 비스듬하게 빛을 입사시키는 방식에 있어서는, 시료면과 전자 광학계의 하면과의 사이의 스페이스에 입사광을 반사시키기 위한 절연물을 주체로 하는 광학부품을 배치하지 않으면 안된다. 이를 위해서는 시료면과 전자 광학계의 하면과의 사이의 간격을 필요 이상으로 크게 취할 필요가 있고, 한편 간격을 크게 하면 전자 광학계의 수차 등의 문제를 무시할 수 없게 된다. 따라서 전자 광학계의 초점맞춤과 전자 광학계의 수차 등의 문제의 해소를 동시에 행하는 것이 필요하나, 이와 같은 방법이 아직 제안되어 있지 않다.

또 전자 광학계의 초점맞춤은, 시료면과 전자 광학계의 하면과의 사이의 거리뿐만 아니라, 시료면 위의 대전상태나, 전자선의 공간 전하효과도 고려하여 행할 필요가 있으므로, 전자 광학계의 초점맞춤에 관계하는 파라미터를 전자 광학적으로 측정하지 않으면 오차가 발생할 가능성이 있다.

또한 전자 광학계에 포함되는 자기렌즈의 여자전류를 조정하여 초점맞춤을 행하는 경우, 이 여자전류를 소정값으로 설정하고 나서 전자 광학계의 촛점거리가 안정적으로 정해지기까지의 시간, 즉 정정시간을 길게 취하는 것이 필요하기 때문에, 고속으로 초점맞춤을 행하는 것이 곤란하다는 문제도 있었다. 또 정전렌즈의 여기전압을 바꾸어 전자 광학계의 초점맞춤을 행하는 경우, 정전렌즈에 인가된 고전압을 변화시키지 않으면 안되기 때문에 마찬가지로 정정시간이 길어진다는 문제 가 있었다. 또한 전자선에 의한 평가는 스루풋이 낮다는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 여러가지의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 전자 광학적이고 또한 단시간으로 전자 광학계의 초점맞춤을 행할 수 있는 전자선장치 및 그 장치를 사용한 반도체장치제조방법을 제공하는 것이다.

최소 선폭이 O.1㎛ 이하의 장치패턴을 가지는 시료의 결함검사 등을 행하는 경우, 광방식에서는 빛의 회절에 의하여 해상도에서 보아 한계에 이르고 있고, 그 때문에 전자선을 이용한 검사·평가장치가 제안되어 있다. 전자선을 사용하면 해상도는 향상하나 스루풋이 극단적으로 작아지기 때문에 생산성의 관점에서 문제가 있다. 생산성을 향상시키도록 멀티빔을 사용한 전자선장치, 즉 단일의 전자총으로부터 방출한 전자선을 복수의 개구에 조사하고, 그들 개구를 통과한 전자빔으로 시료를 주사하여, 각 상으로부터 나온 2차 전자를 서로 크로스 토크없이 복수의 검출기로 유도하여 시료를 검사하는 전자선장치에 대해서는 출원되어 있다.

절연재료를 포함하는 시료를 관찰, 평가하는 장치에는 여러가지의 기술이 보고되어 있다. 이와 같은 기술 중에서 주사전자현미경에 대하여 말하면, 1차 빔의 빔전류, 시료에의 흡수전류, 조사장치로부터의 반사 전자량, 2차 전자 방출량 등을 측정하여 차지업상태를 평가하는 차지업 검지기능을 가지는 장치가 공지이다.

종래, 전장과 자장을 직교시킨 직교필드에 있어서, 전장 및 자장 각각에 직교하는 방향으로 하전입자를 직진시킴으로써 에너지분석을 행하는 E ×B형 에너지·필터가 알려져 있다. 이 필터는 전자선의 전장에 의한 편향작용을 자장에 의한 전자선의 편향작용에 의하여 상쇄함으로써 전자선 중의 특정한 에너지를 가진 하전 전자만을 직진시키도록 하고 있다.

이와 같은 E ×B형 에너지·필터로서, 도 4에 나타낸 구성이 제안되어 있다. 도 4에 있어서 1 및 1'는 어스전위에 유지되어 있는 자극편, 2 및 2'는 전극이다. 전극(2)에는 전압 +V가 인가되고, 전극(2')에는 전압 -V가 인가되어, 이들 전압은 절대값이 같고 또한 가변이다. 하전전자는 전장 및 자장의 쌍방으로 직교하는 방향, 즉 도표면에 수직방향으로 직진한다.

반도체웨이퍼 등의 시료 표면 등에 전자빔 등의 하전빔을 조사함으로써, 그 시료 표면 위를 반도체회로 등의 패턴으로 노광하고, 또는 시료 표면 위에 형성된 패턴을 검사하는 장치, 또는 하전빔을 조사함으로써 시료에 대하여 초정밀가공을 실시하는 장치에 있어서는 시료를 진공 중에서 정밀도 좋게 위치결정하는 스테이지가 사용되고 있다.

이와 같은 스테이지에 대하여 매우 고정밀도의 위치결정이 요구되는 경우에는 스테이지를 정압베어링에 의하여 비접촉 지지하는 구조가 채용되어 있다. 이 경우 정압베어링으로부터 공급되는 고압가스가 직접 진공챔버에 배기되지 않도록 고압가스를 배기하는 차동 배기기구를 정압베어링의 범위에 형성함으로써, 진공챔버의 진공도를 유지하고 있다.

이와 같은 종래기술에 의한 스테이지의 일례가 도 18a, 도 18b에 표시된다. 상기 도면의 스테이지에 있어서, 진공챔버(C)를 구성하는 하우징(2008)에 하전빔을 발생하여 시료에 조사하는 하전빔장치의 거울통(2001)의 선단부, 즉 하전빔조사부 (2002)가 설치된다. 시료(S)는 시료대(2004)에 떼어 내기 가능하게 유지된다. 도 18a, 도 18b의 스테이지의 그 밖의 구조는 뒤에서 설명된다.

정압베어링(2009b)의 주위에는 정압베어링에 공급되는 고압가스가 진공챔버 (C)의 내부에 누설하지 않도록 차동 배기기구가 설치된다. 이 모양을 도 19에 나타낸다. 정압베어링(2009b)의 주위에 2중으로 홈(2017, 2018)이 구성되어 있고, 이들홈은 도시 생략한 진공배관과 진공펌프에 의하여 항상 진공배기된다. 이와 같은 구조에 의하여 Y 방향 가동부(2005)는 진공 중을 비접촉상태로 지지되어 Y 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 이들 2중 홈(2017, 2018)은 가동부(2005)의 정압베어링 (2009b)이 설치되는 면에 그 정압베어링을 둘러싸도록 하여 형성된다. 이들 Y 방향가동부(2005)와 X 방향 가동부(2006)의 이동을 조합시킴으로써 시료(S)를 거울통의 선단부, 즉 하전빔조사부(2002)에 관하여 수평방향 임의의 위치로 이동시켜 시료의 소망의 위치에 하전빔을 조사할 수 있다.

그러나 상기한 정압베어링과 차동 배기기구를 조합시킨 스테이지에서는 차동배기기구를 설치하였기 때문에 대기 중에서 사용되는 정압베어링식 스테이지에 비하여 구조가 복잡하고 대형이 되어 스테이지로서의 신뢰성이 낮고, 고가의 것이 된다는 문제가 있었다.

전자 광학계에서의 배율색수차와 회전색수차를 보정하는 방법은, 대칭 자기 더블릿 렌즈를 사용하는 방법이 알려져 있다. 정전 렌즈계에서는 회전색수차는 발생하지 않으므로, 배율색수차를 대칭 더블릿 렌즈를 사용하여 보정하는 것이 행하여진다.

반도체장치의 고집적화, 패턴의 미세화에 따라 고분해능, 높은 스루풋의 검 사장치가 요구되고 있다. 1OOnm 디자인 규칙의 웨이퍼 기판의 결함을 조사하기 위해서는 1OOnm 이하의 분해능이 필요하고, 장치의 고집적화에 의한 제조공정의 증가에 의하여 검사량이 증대하기 때문에 높은 스루풋이 요구되고 있다. 또 장치의 다층화가 진행됨에 따라 층간의 배선을 연결하는 비어의 콘택트불량(전기적 결함)을 검출하는 기능도 검사장치에 요구되고 있다. 현재는 주로 광방식의 결함 검사장치가 사용되고 있으나, 분해능 및 콘택트 불량검사의 점에서는 광방식의 결함 검사장치를 대신하여 전자빔을 사용하는 결함 검사장치가 이후 검사장치의 주류가 될 것으로 예상된다. 단 전자빔방식 결함 검사장치에도 약점이 있으며, 그것은 스루풋의 점에서 광방식에 뒤떨어지는 것이다.

이 때문에 고분해능, 높은 스루풋 또한 전기적 결함검출이 가능한 검사장치의 개발이 요구되고 있다. 광방식에서의 분해능은 사용하는 빛의 파장의 1/2이 한계라고 말해지고 있고, 실용화되어 있는 가시광의 예에서는 0.2㎛ 정도이다.

한편 전자빔을 사용하는 방식에서는 통상 주사형 전자빔방식(SEM 방식)이 실용화되고, 분해능은 0.1㎛, 검사시간은 8시간/매(20cm 웨이퍼)이다. 전자빔방식은 전기적 결함(배선의 단선, 도통불량, 비어의 도통불량 등)도 검사 가능한 것이 큰 특징이다. 그러나 검사시간은 매우 느리기 때문에 검사속도가 빠른 결함 검사장치의 개발이 기대되고 있다.

일반적으로 검사장치는 고가이고, 또 스루풋도 다른 프로세스장치에 비하여 낮기 때문에 현재상태에서는 중요한 공정후, 예를 들면 에칭, 성막, 또는 CMP(화학기계연마)평탄화처리후 등에 사용되고 있다.

전자빔을 사용한 주사(SEM)방식의 검사장치에 대하여 설명한다. SEM 방식의 검사장치는 전자빔을 가늘게 조절하고(이 빔지름이 분해능에 상당함), 이것을 주사하여 라인형상으로 시료를 조사한다. 한편 스테이지를 전자빔의 주사방향으로 직각의 방향으로 이동시킴으로써, 평면형상에 관찰영역을 전자빔으로 조사한다. 전자빔의 주사폭은 일반적으로 수 1OO㎛ 이다. 상기 가늘게 조절된 전자빔(1차 전자선이라 함)조사에 의하여 발생한 시료로부터의 2차 전자를 검출기[신틸레이터 + 포토매치플라이어(광전자증배관) 또는 반도체방식의 검출기(PIN 다이오드형) 등]에서 검출한다.

조사위치의 좌표와 2차 전자의 양(신호강도)을 합성하여 영상화하여 기억장치에 기억하고, 또는 CRT(브라운관)상에 화상을 출력한다. 이상은 SEM(주사형 전자현미경)의 원리이고, 이 방식으로 얻어진 화상으로부터 공정 도중의 반도체(통상은 Si) 웨이퍼의 결함을 검출한다. 검사속도(스루풋에 상당함)는 1차 전자선의 양(전류값), 빔지름, 검출기의 응답속도로 결정된다. 빔지름 0.1㎛(분해능과 같다고 생각하여도 됨), 전류값 100nA, 검출기의 응답속도 100MHz가 현재의 최고값이고, 이 경우에 검사속도는 20cm 지름의 웨이퍼 1매당 약 8시간이라고 말해지고 있다. 이 검사속도가 빛에 비하여 매우 느린(1/20 이하) 것이 큰 문제(결점)로 되어 있다.

한편, SEM 방식의 결점인 검사속도를 향상하는 방법으로서, 복수의 전자선을 사용한 SEM (멀티빔 SEM)이 알려진다. 이 방법은 복수의 전자선의 갯수분만큼 검사속도를 향상할 수 있으나, 복수의 전자선을 비스듬하게 입사하여 시료로부터의 복수의 2차 전자선을 경사방향으로 인출하기 때문에 시료로부터의 2차 전자도 경사방향으로 방출된 것만 검출기가 취하게 되고, 또 화상에 그림자가 생기는 것, 또한 복수의 전자선으로부터의 각각의 2차 전자를 분리하는 것이 곤란하여 2차 전자신호가 서로 혼입하는 문제가 생기고 있다.

SEM을 응용한 결함 검사장치에서는 빔치수가 작고, 당연 화소치수가 작고, 래스터폭도 작기 때문에 결함검사에 많은 시간을 필요로 하고 있었다. 또 높은 스루풋으로 하기 위하여 빔전류를 크게 하면 절연물이 표면에 있는 웨이퍼에서는 대전하여 양호한 SEM 상이 얻어지지 않는 문제가 있었다.

또 멀티빔을 사용한 장치에서는 전자 광학계뿐만 아니라, 장치의 전체구성이 불분명하여, 전자 광학계와 다른 서브시스템과의 사이의 상호작용 등에 대해서는 지금까지 거의 밝혀져 있지 않았다. 또한 검사대상이 되는 웨이퍼의 큰 지름화가 진행되고, 서브시스템도 그것에 대응 가능하게 하는 요청도 나왔다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 멀티빔을 사용한 전자 광학계를 사용함과 동시에, 그 전자 광학계와, 검사장치를 구성하는 그 밖의 구성기기와의 조화를 도모하여 스루풋을 향상한 검사장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 SEM에서 문제가 있었던 대전의 문제를 해결하여 검사대상을 정밀도 좋게 검사 가능한 검사장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기와 같은 검사장치를 사용하 여 웨이퍼 등의 검사대상의 검사를 행함으로써 수율이 좋은 장치제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전자선으로 패턴이 형성된 검사대상을 조사하여 상기 검사대상의 패턴을 검사하는 장치를 제공한다. 이 검사장치는 전자원, 대물렌즈, E ×B 분리기 및 적어도 1단의 확대 렌즈를 포함하고, 복수의 1차 전자선을 성형하여 상기 검사대상에 조사하고, 상기 1차 전자선의 조사에 의하여 방출된 2차 전자를 상기 대물렌즈에서 가속시켜 상기 E ×B 분리기로 분리하고, 상기 적어도 1단의 확대 렌즈로 2차 전자상을 투영한다. 검사장치는 다시 상기 전자 광학계에 의하여 투영된 2차 전자상을 검출하는 복수의 검출기와, 상기 검사대상을 유지하여 상기 전자 광학계에 관하여 상대적으로 이동시키는 스테이지장치와, 상기 스테이지장치를 수용하고 있고, 또한 진공분위기로 제어 가능하게 되어 있는 워킹챔버와, 상기 워킹챔버내의 상기 스테이지장치 위에 검사대상을 공급하는 로더와, 상기 워킹챔버내에 배치된 상기 검사대상에 전위를 인가하는 전위 인가기구와, 상기 전자 광학계에 대한 상기 검사대상의 위치결정을 위하여 상기 검사대상의 표면을 관찰하여 얼라인먼트를 제어하는 얼라인먼트제어장치를 구비한다. 상기 진공챔버는 바닥으로부터의 진동을 차단하는 진동차단장치를 거쳐 지지된다.

상기 검사장치에 있어서, 상기 로더가 각각이 독립하여 분위기제어 가능하게 되어 있는 제 1 로딩챔버 및 제 2 로딩챔버와, 상기 검사대상을 제 1 로딩챔버내와 그 외부와의 사이에서 반송하는 제 1 반송유닛과, 상기 제 2 로딩챔버에 설치되어 있어 상기 검사대상을 상기 제 1 로딩챔버내와 상기 스테이지장치상과의 사이에서 반송하는 제 2 반송유닛을 구비하고, 상기 검사장치가 상기 로더에 검사대상을 공급하기 위한 구획된 미니 엔바이로먼트공간을 더 구비하고 있어도 좋다.

또 상기 스테이지장치상의 상기 검사대상의 좌표를 검출하는 레이저간섭거리측정장치를 구비하고, 상기 얼라인먼트제어장치에 의하여 검사대상에 존재하는 패턴을 이용하여 검사대상의 좌표를 결정하여도 좋고, 이 경우 상기 검사대상의 위치맞춤은 상기 미니 엔바이로먼트공간내에서 행하여지는 초벌 위치맞춤과, 상기 스테이지장치 위에서 행하여지는 XY 방향의 위치맞춤 및 회전방향의 위치맞춤을 포함하고 있어도 좋다. 본원의 다른 발명은 검사장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 그 후의 웨이퍼의 결함을 검출하는 장치제조방법이다.

종래의 장치는 복수의 전자선 사이의 크로스 토크를 방지할 수 없어 시료면으로부터의 2차 전자를 효율 좋게 검출할 수 없었다. 본 발명은 크로스 토크를 방지하여, 방출되는 2차 전자를 효율 좋게 검출기로 유도할 수 있는 하전입자선장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하전입자선장치(1000)는 복수의 1차 하전입자선을 시료에 조사하는 적어도 하나 이상의 1차 광학계와, 2차 하전입자를 적어도 하나 이상의 검출기로 유도하는 적어도 하나 이상의 2차 광학계를 가지고, 상기 복수의 1차 하전입자선은 서로 상기 2차 광학계의 거리 분해능보다 떨어진 위치에 조사되도록 한 것이다. 또 상기 1차 광학계에 상기 1차 하전입자선의 조사간격보다 넓은 간격으로 상기 1차 입자선을 주사하는 기능을 설치한 것이다.

상기한 정압베어링과 차동 배기기구를 조합시킨 도 18a 또는 도 18b 스테이 지에서는 스테이지가 이동할 때에 정압베어링(2009)에 대향하는 가이드면(2006a, 2007a)은 정압베어링부의 고압가스분위기와 챔버내의 진공환경 사이를 왕복 운동한다. 이 때 가이드면에서는 고압가스분위기에 노출되어 있는 사이에 가스가 흡착하여 진공환경에 노출되면 흡착하고 있던 가스가 방출된다는 상태가 반복된다. 이 때문에 스테이지가 이동할 때마다 챔버(C)내의 진공도가 악화된다는 현상이 일어나, 상기한 하전빔에 의한 노광이나 검사나 가공 등의 처리를 안정되게 행하여지지 않았던 시료가 오염되어 버린다는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 진공도의 저하를 방지하여 하전빔에 의한 검사나 가공 등의 처리를 안정되게 행할 수 있는 하전빔장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 정압베어링에 의한 비접촉 지지기구와 차동배기에 의한 진공시일기구를 가지고, 하전빔의 조사영역과 정압베어링의 지지부와의 사이에 압력차를 발생시키도록 한 하전빔장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 정압베어링에 면한 부품 표면으로부터 방출하는 가스를 저감한 하전빔장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기한 하전빔장치를 사용하여 시료 표면을 검사하는 결함검사장치, 또는 시료의 표면에 패턴을 묘획하는 노광장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기와 같은 하전빔장치를 사용하여 반도체장치를 제조하는 반도체제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 XY 스테이지에 시료를 탑재하고, 그 시료를 진공 중에서 임의의 위치로 이동하여 시료면에 하전빔을 조사하는 장치(2000)를 제공한다. 이 장치에 있어서 상기 XY 스테이지에는 정압베어링에 의한 비접촉 지지기구와 차동배기에 의한 진공시일기구를 설치하고, 그 시료면 위의 하전빔이 조사되는 개소와, 해당 XY 스테이지의 정압베어링 지지부와의 사이에 컨덕턴스가 작아지는 칸막이를 설치하여 하전빔 조사영역과 정압베어링 지지부와의 사이에 압력차가 생기도록 한다.

본 발명에 의하면 시료를 탑재하는 XY 스테이지의 지지기구에 정압베어링에 의한 비접촉 지지기구를 적용하고, 또 정압베어링에 사용하는 고압가스가 진공챔버내로 새지 않도록 정압베어링의 주위에 작동배기에 의한 진공시일기구를 설치함으로써 스테이지장치가 진공 중에서 고정밀도의 위치결정 성능을 발휘할 수 있고, 또한 하전빔 조사위치(2100)와의 사이에 컨덕턴스를 작게 하는 칸막이를 형성함으로써, 스테이지의 슬라이드부가 고압가스부로부터 진공환경으로 이동할 때마다 슬라이드부 표면에 흡착하고 있던 가스가 방출되어도 하전빔 조사위치에 해당 방출가스가 도달하기 어렵게 있기 때문에, 하전빔 조사위치의 압력이 상승하기 어렵다. 즉 상기한 구성을 취함으로써, 시료면 위의 하전빔 조사위치의 진공도를 안정시키고, 또한 스테이지를 고정밀도로 구동시킬 수 있기 때문에, 시료 표면을 오염하는 일 없이 시료에 대한 하전빔에 의한 처리를 고정밀도로 행할 수 있다.

본 발명은 상기 하전빔장치(2200)에 있어서, 상기 칸막이가 차동 배기구조를 내장하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 정압베어링 지지부와 하전빔 조사영역과의 사이에 칸막이를 설치하고, 그 칸막이의 내부에 진공 배기경로를 배치하여 차동 배기기능을 가지게 하기 때문에, 정압베어링 지지부로부터 방출된 가스가 칸막이를 통과하여 하전빔 조사영역측으로 통과하는 것을 거의 할 수 없다. 이 에 의하여 하전빔 조사위치의 진공도를 더욱 안정시킬 수 있다.

본 발명은 하전빔장치(2300)에 있어서, 상기 칸막이가 냉각트랩기능을 가지는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 1O^-7Pa 이상의 압력영역에서는 진공 중의 잔류가스및 재료 표면으로부터 방출되는 가스의 주요성분은 물분자이다. 따라서 물분자를 효율적으로 배출할 수 있으면 높은 진공도를 안정되게 유지하기 쉽다. 따라서 -100℃ 내지 -200℃ 정도로 냉각한 냉각트랩을 상기 칸막이부에 설치하면 정압베어링측에서 발생한 방출가스를 냉각트랩에서 동결 포집할 수 있으므로, 하전빔 조사영역측으로 방출가스가 통과하는 것이 곤란하게 되어 하전빔 조사영역의 진공도를 안정되게 유지하기 쉬워진다. 이 냉각트랩은 물분자만큼 유효한 것은 아니고, 청정한 진공의 저해요인인 오일류 등의 유기계 가스분자의 제거에도 유효한 것은 물론이다.

본 발명은 하전빔장치(2400)에 있어서 상기 칸막이가 하전빔 조사위치의 근방과, 정압베어링 근방의 2개소에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 컨덕턴스를 작게 하는 칸막이를 하전빔 조사위치의 근방과 정압베어링 근방의 2개소에 형성하게 되기 때문에 진공챔버내가 하전빔 조사실, 정압베어링실 및 그 중간실의 3실에 작은 컨덕턴스를 거쳐 분할된 모양이 된다. 그리고 각각의 실의 압력을 낮은 순으로 하전빔 조사실, 중간실, 정압베어링실이 되도록 진공배기계를 구성한다.

이와 같이 함으로써 정압베어링실에 있어서 방출가스에 의한 압력상승이 생겨도 원래 압력을 높게 설정하고 있는 실이므로, 압력변동율로서는 낮게 억제할 수 있다. 따라서 중간실에의 압력변동은 칸막이에 의하여 더욱 낮게 억제되고, 하전빔조사실에의 압력변동은 또 1단의 칸막이에 의하여 더욱 저감되어 압력변동을 실질적으로 문제가 없는 레벨까지 저감하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 하전빔장치에 있어서, 상기 XY 스테이지의 정압베어링에 공급되는 가스가 건조질소 또는 고순도의 불활성 가스인 것을 특징으로 한다. 또 상기 XY 스테이지의 적어도 정압베어링에 면하는 부품 표면에 방출가스를 저감하기 위한 표면처리를 실시한 것을 특징으로 한다. 상기한 바와 같이 정압베어링부에 있어서 고압가스분위기에 노출된 스테이지의 슬라이드부에는 그 표면에 고압가스에 포함되는 가스분자가 흡착하여 슬라이드부가 진공환경에 노출되면, 흡착한 가스분자가 표면으로부터 이탈하여 방출가스로 되어 진공도를 악화시킨다. 진공도의 악화를 억제하기 위해서는 흡착하는 가스분자량을 줄이는 것과, 흡착한 가스분자를 신속하게 배기하는 것이 필요하다.

이를 위해서는 정압베어링에 공급하는 고압가스를 충분히 수분을 제거한 건조질소 또는 고순도 불활성 가스(예를 들면 고순도의 질소가스)로 하여, 표면에 흡착하기 쉽고 이탈하기 어려운 가스성분(유기물이나 수분 등)을 고압가스로부터 제거하는 것이 유효하다. 질소와 같은 불활성 가스는 수분이나 유기물에 비하여 표면에의 흡착율이 매우 낮고, 또한 표면으로부터의 이탈속도가 매우 크다. 따라서 고압가스에 수분이나 유기물성분을 극력 제거한 고순도 불활성 가스를 사용하면 슬라이드부가 정압베어링부로부터 진공환경으로 이동하여도 방출가스량이 적고, 또한 방출가스량의 감쇠도 빠르기 때문에 진공도의 악화를 작게 할 수 있다. 그 때문에 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 낮게 억제하는 것이 가능하게 된다.

또 스테이지의 구성부품, 특히 그 중에서도 고압가스분위기와 진공환경을 왕복하는 부품 표면에 대하여, 가스분자와의 흡착 에너지가 낮아지게 되는 표면처리를 실시하는 것도 유효하다. 표면처리로서는 모재가 금속인 경우는, TiC(티탄 카바이드), TiN(티탄 나이트라이드), 니켈도금, 부동태화처리, 전해연마, 복합전해연마, 유리비즈쇼트 등이 생각되고, 모재가 SiC 세라믹인 경우는 CVD에 의한 치밀한 SiC층의 코팅 등이 생각된다. 그 때문에 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 더욱 낮게 억제하는 것이 가능하다.

본 발명은 상기한 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면의 결함을 검사하는 웨이퍼결함 검사장치에 있다. 이 경우 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도로, 또한하전빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 실현할 수 있으므로, 검사성능이 높고, 시료를 오염할 염려가 없는 검사장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 상기한 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면 또는 레티클에 반도체 장치의 회로패턴을 묘획하는 노광장치에 있다. 이 경우 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 실현할 수 있으므로 노광 정밀도가 높고, 시료를 오염할 염려가 없는 노광장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 상기한 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 반도체제조방법에 있다. 이 경우 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도로, 또한 하전빔 조사영역의 진 공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써, 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

종래기술에서는 1차 전자선을 시료 표면의 피검사영역에 조사하여 취득한 2차 전자선의 화상과, 미리 준비된 기준화상과의 사이에 위치 어긋남이 발생하여 결함검출의 정밀도를 저하시킨다는 문제가 있었다. 이 위치 어긋남은 1차 전자선의 조사영역이 웨이퍼에 대하여 어긋나, 검사패턴의 일부가 2차 전자선의 검출화상내에서 결핍될 때, 특히 큰 문제가 되어, 단지 매칭영역을 검출화상내에서 최적화하는 기술만으로는 대처할 수 없다. 이는 특히 고정밀, 미세패턴의 검사에서는 치명적 결점이 될 수 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 피검사화상과 기준화상과의 위치 어긋남에 의한 결함검사 정밀도의 저하를 방지한 결함 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 반도체장치의 제조프로세스에 있어서, 상기와 같은 결함 검사장치를 사용하여 시료의 결함검사를 행함으로써, 장치제품의 수율의 향상 및 결함제품의 출하방지를 도모한 반도체제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 결함검사장치(3000)는 시료의 결함을 검사하는 결함 검사장치로서, 시료상에서 부분적으로 겹쳐지면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득하는 화상 취득수단과, 기준화상을 기억하는 기억수단과, 화상취득수단에 의하여 취득된 복수의 피검사영역의 화상과, 기억수단에 기억된 기준화상을 비교함으로써 시료의 결함을 판단하는 결함 판단수 단을 포함하여 구성된다. 여기서 검사대상이 되는 시료는 결함을 검출할 수 있는 임의의 것이 선택 가능하나, 본 발명은 반도체 웨이퍼를 대상으로 할때 뛰어난 효과를 가질 수 있다.

본 발명에서는 화상 취득수단이 시료상에서 부분적으로 겹쳐지면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득하고, 결함 판단수단이 취득된 복수의 피검사영역의 화상과, 미리 기억된 기준화상을 비교함으로써 시료의 결함을 판단한다. 이와 같이 본 발명은 위치가 다른 피검사영역의 화상을 복수 취득할 수 있도록 하였기 때문에, 기준화상과 위치 어긋남이 적은 피검사화상을 후속공정에서 선택적으로 이용할 수 있어 위치 어긋남에 의한 결함검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 게다가 시료 및 화상 취득수단이 통상에서는 검사패턴의 일부가 피검사 화상영역으로부터 결락되게 하는 위치관계에 있다고 하여도 서로 위치를 어긋나게 한 복수의 피검사영역의 화상이 망라하는 어느 하나의 영역에는 전 검사패턴이 들어갈 가능성은 매우 높기 때문에 이와 같은 패턴의 일부 결락에 의한 결함검출의 오류를 방지할 수 있다.

비교수단은 예를 들면 취득된 복수의 피검사영역의 각 화상과 기준화상과의 사이에서 이른바 매칭연산을 행하여 복수의 피검사영역 중 적어도 하나의 화상이 기준화상과 실질적으로 차가 없었을 경우, 해당 시료에 결함없음으로 판단한다. 반대로 모든 피검사영역의 화상이 기준화상과 실질적인 차가 있었을 경우, 해당 시료에 결함있음으로 판단함으로써 고정밀도로 결함검출을 행한다.

본 발명의 바람직한 형태는 1차 하전입자선을 복수의 피검사영역에 각각 조 사하고, 해당 시료로부터 2차 하전입자선을 방출시키는 하전입자 조사수단(3100)을 더포함하고, 화상 취득수단은 복수의 피검사영역으로부터 방출된 2차 하전입자선을 검출함으로써 해당 복수의 피검사영역의 화상을 순차 취득한다. 여기서 하전입자선은 전자선이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 상기 하전입자 조사수단은, 1차 하전입자를 방출하는 입자원과, 1차 하전입자를 편향시키는 편향수단을 구비하고, 입자원으로부터 방출된 1차하전입자를 편향수단으로 편향시킴으로써, 상기 1차 하전입자를 복수의 피검사영역에 순차 조사한다. 이 형태에서는 편향수단에 의하여 입력화상의 위치를 용이하게 변경할 수 있으므로, 고속으로 위치가 다른 피검사화상을 복수 취득할 수 있다.

본 발명의 다른 형태에서는 1차 하전입자선을 시료에 조사하는 1차 광학계와, 2차 하전입자를 검출기로 유도하는 2차 광학계를 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 형태에 관한 반도체제조방법은, 상기한 각 형태의 결함 검사장치를 사용하여 가공 중 또는 완성품의 웨이퍼의 결함을 검사하는 공정을 포함한다.

본 발명의 다른 형태 및 작용효과는 이하의 설명에 의하여 더욱 분명해진다. 상기한 바와 같은 종래의 기술에 있어서는 1개의 전자총으로부터 3개 정도의 작은 수의 전자밖에 발생시키지 않았기 때문에, 다수의 거울통을 나열할 필요가 있었다. 또 상기 장치에서는 전자 광학계가 부분적 반구형상 검출전극을 필요로 하고 있었다. 또 종래의 기술에 있어서는 미소한 검사영역을 순차 검사하여 간다는 방식이였으므로, 전자선이 닿는 검사영역을 빈번하게 바꿀 필요가 있으므로, 해당 검사면(시료)을 간헐적으로 이동시키지 않으면 안되어, 이동을 위한 시간을 허비하게 되고, 따라서 전체의 검사에 요하는 시간도 매우 긴 시간을 요하고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술에 있어서의 과제를 해결한 효율적 검사를 가능하게 하는 전자선장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, 본 발명에 관한 전자선장치(40OO)는 시료면 위에 복수의 1차 전자선을 조사하는 1차 전자선 조사장치와, 시료면 위에 형성되는 복수의 1차 전자선 조사점의 각각으로부터의 2차 전자선을 검출하는 2차 전자검출기를 가지고, 시료를 이동하면서 시료면의 소정영역으로부터의 2차 전자선의 검출을 행하는 전자선장치로서, 1차 전자선 조사장치가 시료면 위에 형성하는 1차 전자선 조사점을 상기 시료의 이동방향으로 N행, 이것과 직각방향으로 M열로 배치하고, 또한 상기 1차 전자선 조사점의 1행째부터 N행째까지의 각 행이 순차 시료 이동방향과 직각방향으로 일정량씩 어긋나 있는 것을 특징으로 한다.

더욱 구체적으로는 상기 1차 전자선 조사장치가 전자총과, 전자총으로부터 방출되는 전자를 받아 상기 N행 M열의 1차 전자선 조사점을 형성하는 복수의 전자선을 형성하는 복수의 개구를 가지는 개구판을 가지고, 상기 개구는 상기 전자총으로부터 방출되는 전자의 소정 전자밀도의 범위내에 위치하게 된다. 더욱 구체적으로는 상기 각 1차 전자선 조사점이 시료의 상기 이동방향에 대하여 직각방향으로(상기 열간의 간격)/(상기 행의 수 N) + α만큼 주사하게 한다(여기서 α는 인접하는 열의 1차 전자선 조사점과 함께 중복 스캔을 행하는 폭으로, -1%로부터 +20%이면 좋으나, 통상은 스캔폭의 약 10% 이하가 된다). 이와 같이 함으로써, 시료의 이동방향에 대한 직각방향에서의 전자선 조사폭을 넓게 취할 수 있어, 그 넓은 전자선 조사폭을 가지고 연속적으로 시료의 검사를 행할 수 있다. 여기서 M 및 N은 각각 독립된 1 이상의 정수이다.

2차 전자 검출기로 검출되는 2차 전자선은, 시료면의 결함측정, 시료면 위에 형성되는 집적회로의 배선폭 측정, 전위 콘트라스트측정, 맞춤 정밀도 측정 등, 소요의 측정에 사용하도록 할 수 있다.

또 상기한 바와 같은 전자선장치에 있어서, 1차 전자선 조사장치가 상기 전자총을 복수 및 그것에 대응하는 상기 개구판을 복수, 구비하고, 각 전자총 및 그것에 대응하는 개구판이 각각 상기 시료면에 조사하는 상기 복수의 1차 전자선을 형성하 도록 하여 이루어지는 복수의 1차 전자선 조사계를 가지고, 각 1차 전자선 조사계의 1차 전자선이, 다른 1차 전자선 조사계의 1차 전자선과 간섭하지 않도록 이루어지고, 또 상기 2차 전자 검출기를 상기 1차 전자선 조사계의 각각에 대응하여 복수 설치하도록 할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 보다 넓은 주사폭을 가지고 시료를 이동하여 검사할 수 있으므로, 검사효율을 더 올릴 수 있다. 본 발명은 멀티빔을 시료에 조사하여 해당 시료로부터의 2차 전자를 멀티검출기로 검출하는 전자선장치에 있어서, 1차 전자의 광축상의 빔과, 광축외의 빔의 강도가 다른 문제점을 해결하고, 1차 전자의 각 빔이 대략 같은 빔 강도가 되도록 한 전자선장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 멀티빔을 시료에 조사하고, 그 시료로부터의 2차 전자를 멀티검출기로 검출하는 전자선장치(4100)에 있어서 시료상의 광축 부근으로부터 방출된 2차 전자의 검출 효율이 광축으로부터 떨어진 위치로부터의 2차 전자의 검출효율보다도 높다는 문제점을 해결하여 시료로부터의 2차 전자의 검출효율을 거의 균일화할 수 있는 전자선장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기 장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 장치의 평가를 행하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제를 해결하기 위하여 전자선원으로부터 방출된 전자선을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시켜 그 시료로부터 방출되는 2차 전자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜 2차 광학계에서 확대하여 검출기면에 투영하는 전자선장치에 있어서, 1차 광학계의 렌즈가 만드는 전자선원의 상의 위치로부터 전자선원측으로 어긋나게 한 위치에 단일의 개구판을 설치하고, 이 개구판을 설치하는 광축방향 위치를 시료면에 입사하는 각 개구로부터의 빔강도의 차가 최소가 되도록 한다.

이와 같이 시료면에 입사하는 멀티빔 각 빔 사이에서의 빔강도의 차를 최소한으로 함으로써, 광축 부근의 빔과 광축으로부터 떨어진 위치의 빔 사이의 빔강도의 차를 축소하여 시료면에 균일하게 입사시킬 수 있으므로 검사, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또 시료면에 입사하는 빔 사이의 강도의 차를 축소함으로써, 빔수를 증대시켜 멀티빔을 광범위하게 조사할 수 있으므로, 검사, 측정 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 전자선원으로부터 방출된 전자선을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시켜 그 시료로부터 방출되는 2차 전자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜, 2차 광학계에서 확대하여 검출기면에 투영하는 전자선장치에 있어서, 1차 광학계의 렌즈가 만드는 전자선원의 상의 위치로부터 전자선원측으로 어긋나게 한 위치에 단일의 개구판을 설치하고, 그 어긋나게 한 양은 패턴이 없는 시료를 시료면에 놓았을 때에 얻어지는 2차 전자의 검출량이 상기 복수의 개구 사이에서의 차가 최소가 되도록 한다.

이와 같이 2차 광학계의 검출기에 있어서 2차 전자의 검출량을 개구 사이에서 최소한으로 함으로써, 2차 광학계에 있어서의 2차 전자의 검출율의 불균일도 억제할 수 있으므로, 보다 고정밀도의 검사, 측정을 행할 수 있다.

본 발명은 상기한 전자선장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 전자선장치를 제조 프로세스 도중의 웨이퍼평가에 사용함으로써, 보다 고정밀도, 고효율의 웨이퍼평가를 행할 수 있다.

1개의 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하여 복수의 전자선을 작성하고, 이들 각 개구로부터의 전자선을 1차 광학계로 축소하여 시료면에 투영하여 주사하는 장치에 있어서는 1차 광학계의 왜곡에 기인하여 각 전자선이 소망의 위치에 투영되지 않는다는 과제가 있었다. 또 전자선을 축소하여 시료면에 투영시키는 1차 광학계에 시야 비점수차가 존재하기 때문에, 1차 광학계의 광축 가까이와 광축 밖에서는 전자선의 치수 및 형상이 다르다는 문제도 있다.

또 시료로부터 방출되는 2차 전자를 검출기군에 투영하기 위한 2차 광학계에 도 수차가 존재하는 것에 기인하여, 2차 전자를 검출기군의 소망의 위치에 투영시킬 수 없다는 문제도 있다.

본 발명은 종래의 전자선장치가 가지는 상기한 과제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 1차 광학계의 왜곡 및 2차 광학계의 수차를 보정하여 1차 광학계의 비점수차를 완화할 수 있는 전자선장치를 제공하는 것에 있고, 본 발명의 다른 목적은 이와 같은 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼의 각종 평가를 행함으로써 장치의 수율을 향상시키는 장치제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하고, 그 복수의 개구를 통과한 1차 전자선의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자선을 2차 광학계로 확대하여 검출기에 투영하는 장치에 있어서, 상기 1차 광학계의 왜곡을 보정하도록 상기 복수의 개구의 위치를 설정한다.

본 발명은 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티개구판을 조사하고, 상기 복수의 개구를 통과한 1차 전자선의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자선을 2차 광학계에서 확대하여 복수의 검출소자로 이루어지는 검출기로 검출하는 장치로서, 복수의 개구가 형성된 제 2 멀티개구판을 상기 검출기의 전면에 배치하여 이루어지는 전자선장치에 있어서, 상기 2차 광학계의 왜곡을 보정하도록 상기 제 2 멀티개구에 형성된 개구의 위치를 설정한다.

본 발명에 의하면 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하여 상기 복수의 개구를 통과한 1차 전자선의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자선의 상을 2차 광학계에 의하여 검출기에 투영하는 장치에 있어서, 상기 1차 광학계의 시야 비점을 보정하도록 상기 복수의 개구의 형상을 설정한다.

본 발명에 의하면 전자총으로부터 방출된 전자선으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하고, 상기 개구를 통과한 1차 전자선의 축소상을 E ×B 분리기를 포함하는 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자선의 상을 사상 광학계에서 검출기에 투영하여 멀티채널에서 화상데이터를 취득하는 장치에 있어서, 상기 2차 전자선의 상을 상기 E ×B 분리기의 편향 주면에 관하여 시료측에 결상시켜 상기 복수의 개구로부터의 1차 전자선의 상을 상기 E ×B 분리기의 편향 주면 위에 결상시킨다.

상기한 전자선장치는 결함 검사장치, 선폭 측정장치, 맞춤정밀도 측정장치, 전위 콘트라스트 측정장치, 결함 리뷰장치 및 스트로보 SEM 장치로 이루어지는 군 중 하나일 수 있다.

본 발명의 전자선장치는 상기 시료를 복수의 상기 전자총으로부터의 전자선으로 조사하여 상기 시료로부터 방출된 2차 전자선을 상기 복수의 전자총에 대응하여 설치된 복수의 상기 검출기로 검출하도록 하여도 좋다. 또 본 발명의 전자선장치는 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하기 위하여 사용할 수 있다.

공지의 기술에서는 2차 전자를 복수의 검출기로 검출하는 구체적인 방법이 명확하지 않고, 높은 분해능으로 시료를 검사·평가하는 것이 가능한지의 여부에 대해서도 명확하지 않다. 또 1차 광학계에 있어서의 전자빔을 시료면에 대하여 경사방향으로부터 조사하고 있고, 정전대물렌즈와 시료의 사이가 축대칭의 구조가 아니기 때문에 전자빔을 가늘게 조절할 수 없는 등의 문제가 있다.

또한 시료로부터의 2차 전자를 E ×B 분리기에 의하여 분리하여 그것을 검출기로 유도하는 기술도 이미 공지이나, 이 경우 E ×B 분리기의 전계에서 편향되는 전자빔의 편향량 및 편향방향이 저에너지의 전자빔과 고에너지의 전자빔에서 상위하기 때문에, 색수차가 생긴다는 문제가 있다. 또 E ×B 분리기를 설치한 경우, 검사시료의 부근에 편향기를 배치하기 위한 공간을 확보하기가 곤란하다라는 문제도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 사상투영형 광학계의 전자선장치에 E ×B 분리기를 구비하고, 복수의 전자빔을 사용하여 시료의 검사를 행함으로써, 시료검사·평가 등을 높은 스루풋으로, 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있는 구체적인 전자선장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전자빔을 가늘게 조절할 수 있게 한 전자선장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 E ×B 분리기를 사용함으로써 생기는 색수차를 보정할 수있는 전자선장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 전자선장치의 광학계를 2행 복수열로 배치하여 시료의 검사·평가 등을 높은 스루풋으로, 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 E ×B 분리기와 편향기를 겸용함으로써, E ×B 분리기와 편향기의 양자를 함께 최적의 위치에 배치하는 것이 가능한 전자선장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기와 같은 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중의 시료를 평가하는 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 이하의 수단에 의하여 해결된다. 즉, 본원의 발명의 하나는 전자선을 방출하는 단일의 전자총, 복수의 구멍을 설치한 개구판, 복수의 렌즈 및 서로 격리하여 배치된 적어도 2개의 E ×B 분리기를 가지고 있어 상기 전자총으로부터의 전자선을 검사해야 할 시료면 위에 조사하는 제 1 차 광학계와, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자를 상기 E ×B 분리기 중의 하나로 제 1 차 광학계로부터 분리하여 2차 전자 검출장치에 입사시켜 검출하는 제 2 차 광학계를 구비하고, 상기 전자총으로부터의 전자선을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고, 상기 복수의 구멍의 상의 위치를 상기 E ×B 분리기의 각각의 위치에 일치시키고, 또한 상기 각각의 E ×B 분리기의 전계에서 편향되는 전자선의 방향이 시료면 위에서 보아 서로 역방향이 되도록 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 복수의 전자선을 사용하여 시료의 검사, 평가 등을 높은 스루풋으로 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있다. 또 E ×B 분리기에 의하여 생기는 색수차를 보정하는 것이 가능하게 되고, 또한 전자빔을 가늘게 조절하는 것도 가능하게 되었기 때문에 높은 검사 정밀도를 확보할 수 있다.

또 전자선장치의 발명의 다른 형태에 있어서, 상기 E ×B 분리기의 전계에서 편향되는 전자선의 편향량이 자계에 의한 편향량과 시료면 위에서 보아 서로 역방 향 이고 또한 그 절대값이 같도록 구성하여도 좋다. 상기와 같은 전자선장치를 E ×B 분리기에 의하여 편향된 2차 전자의 경로가 서로 간섭하지 않도록 2행 복수열로 배치하여도 좋다. 그것에 의하여 시료의 검사·평가 등을 높은 스루풋으로, 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있다.

본원의 다른 발명에서는 전자선을 방출하는 단일의 전자총, 복수의 구멍을 설치한 개구판, 복수의 렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고 있어, 상기 전자총으로부터의 전자선을 검사해야 할 시료면 위에 조사하는 제 1 차 광학계와, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자를 상기 E ×B 분리기로 제 1 차 광학계로부터 분리하고, 2차 전자 검출장치에 입사시켜 검출하는 제 2 차 광학계를 구비하고, 상기 전자총으로부터의 전자선을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고, 상기 복수의 구멍의 상의 위치를 상기 E ×B 분리기의 위치에 일치시키고, 또한 상기 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 상기 전자선의 편향동작을 시키도록 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써 E ×B 분리기와 편향기를 겸용시켜 양자를 최적의 위치에 배치할 수 있다.

상기 하나의 발명 및 다른 발명에 의한 전자선장치에 있어서, 상기 전자선장치는 결함 검사장치, 선폭 측정장치, 결함 리뷰장치, EB 테스터장치 및 전위 콘트라스트측정장치 중 어느 하나이어도 좋다. 본원의 또 다른 발명은 상기 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하여 장치의 제조를 행하는 것이다.

본 발명의 목적은, 전자 광학적이고 또한 단시간에 전자 광학계의 초점맞춤을 행할 수 있는 전자선장치 및 그 장치를 사용한 반도체장치제조방법을 제공하는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 전자선을 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 2차 전자선을 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 적어도 1단의 렌즈로 복수의 2차 전자선 사이의 간격을 확대하여 복수의 검출기로 검출하는 전자선장치에 있어서,

대물렌즈에 적어도 3개의 다른 여기전압을 개별로 공급하여 제 1 방향으로 평행한 패턴·에지를 제 2 방향으로 주사하였을 때에 얻어지는 2차 전자선의 강도에 대응하는 전기신호의 상승폭을 표시하는 적어도 3개의 데이터를 측정하는 것을 특징으로 하는 전자선장치를 제공한다. 이에 의하여 전자 광학계의 초점맞춤을 단시간에 실행할 수 있다.

상기한 전자선장치를 거울통으로 하여 복수시료에 대향하여 배치하고, 각 거울통의 1차 광학계가 시료상에 복수의 1차 전자선을, 다른 거울통과는 다른 위치에 조사하도록 구성하여도 좋다. 이에 의하여 스루풋을 향상시킬 수 있다.

또 전자선장치는 웨이퍼상의 패턴이 대전하고 있는 상태에서 대물렌즈의 여기조건을 구하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 또 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 전자선을 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 2차 전자선을 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 적어도 1단의 렌즈로 복수의 2차 전자선 사이의 간격을 확대하여 복수의 검출기로 검출하는 전자선장치를 제공한다.

이 전자선장치에 있어서, 대물렌즈는 어스에 가까운 제 1 전압이 인가되는 제 1 전극과, 제 1 전압보다 큰 제 2 전압이 인가되는 제 2 전극을 구비하고, 제 1 전극에 인가되는 제 1 전압을 변화시킴으로써 대물렌즈의 초점거리가 변화되도록 구성되어 있고, 대물렌즈를 여기하는 여기수단은 대물렌즈의 초점거리를 크게 변화시키기 위하여 제 2 전극에 인가하는 전압을 변경하는 수단과, 초점거리를 단시간에 변화시키기 위하여 제 1 전극에 인가하는 전압을 변경하는 수단을 구비한다. 본 발명은 다시 상기한 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료후의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치제조방법도 제공한다.

실제로 2차 전자를 복수의 검출기로 검출하여 높은 분해능으로 시료를 검사·평가하는 것이 가능한 전자선장치를 실용화할 수 있는지의 여부에 대하여 반드시 명확하지 않다. 또 이와 같은 전자선장치에 있어서는 스루풋이 크나 해상도가 비교적 낮아 비교적 큰 결함밖에 검출할 수 없는 모드(이하, 표준모드라 함)와, 스루풋이 작으나 해상도가 높고 매우 작은 결함이라도 검출 가능한 모드(이하, 고해상도 모드라 함)와의 2개의 다른 모드를 하나의 장치에서 사용할 수 있는 것이 필요하다. 그러나 그와 같은 기능을 가지는 실용적인 장치는 아직 개발되어 있지 않다.

또한 이들 2개의 모드를 하나의 장치에서 사용하는 경우, 멀티빔의 주사폭을 변경하는 것 및 제 2차 광학계의 정전렌즈의 확대율을 변경하는 것 등이 필요하나, 주사폭을 표준모드로부터 좁게 하면 멀티빔 사이에 주사의 간극이 생기거나, 또 제 2차 광학계에서의 빔치수가 검출기의 화소치수와 일치하지 않게 된다는 문제가 생 긴다. 본 발명은 이와 같은 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본원발명의 하나는 단일의 전자총으로부터 방출된 전자선을 복수의 구멍을 설치한 개구판으로 멀티빔으로 하고, 상기 멀티빔을 적어도 2단의 정전렌즈로 축소하여 검사해야 할 시료를 주사하는 제 1 차 광학계와, 상기 시료로부터 방출된 2차 전자를 정전대물렌즈 통과후 E ×B 분리기로 제 1 차 광학계로부터 분리하고, 그 후 적어도 1단의 정전렌즈로 확대하여 복수의 검출장치에 입사시키는 제 2차 광학계를 구비하여 스루풋이 크나 해상도가 비교적 낮은 모드 및 스루풋이 작으나 해상도가 높은 모드로 시료를 평가하도록, 적어도 2종류의 화소치수로 시료의 평가를 행하도록 하고 있다. 이와 같이 구성함으로써 복수의 전자선을 사용하여 시료의 검사·평가 등을 높은 스루풋으로, 또한 높은 신뢰성으로 행할 수 있다. 또 표준모드와 고해상도 모드의 2개의 모드를 하나의 장치에서 사용하는 것이 가능하게 된다.

전자선장치의 발명의 다른 형태에 있어서, 제 1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율과, 제 2차 광학계의 정전렌즈에서의 확대율을 관련짓도록 하고 있다.

또 전자선장치의 발명의 다른 형태에 있어서, 제 1차 광학계에서의 크로스오버상을 상기 스루풋이 크나 해상도가 비교적 낮은 모드에 있어서, 정전대물렌즈의 주면에 형성하도록 하고 있다.

전자선장치의 발명의 또 다른 형태에 있어서, 제 2차 광학계의 확대율은 제 2차 광학계에 배치된 개구 어퍼처보다도 검출기측에 설치된 정전렌즈로 조정되도록 하고 있다. 본 발명에 의하면 상기와 같은 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 의 웨이퍼의 평가를 행하여 장치의 제조를 행한다.

종래의 주사전자현미경에서는 가는 전자선, 즉 빔으로 시료 표면을 주사하기 위하여 대면적을 가지는 시료를 평가하면 스루풋이 대폭으로 저하하는 문제가 있었다. 또 상기 공지의 차지업 검지기능에서는 각종 전류를 높은 시간분해능으로 측정할 필요가 있어 차지업의 상태를 반드시 정확하게 검출할 수 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 스루풋을 향상시키고, 또한 보다 높은 신뢰성하에서 시료의 평가를 행할 수 있는 전자선장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 복수의 전자선을 시료에 동시에 조사시킴으로써 스루풋을 향상시킴과 동시에 차지업 검지기능을 향상시켜 평가의 신뢰성을 향상한 전자선장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기와 같은 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 후의 시료의 평가를 높은 제조수율로 행할 수 있는 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

본원의 하나의 발명은 1차 전자선을 발생하고 집속하여 시료상에 주사시켜 조사하는 1차 광학계와, 상기 시료의 전자선 조사부분으로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 적어도 1단의 렌즈를 가지는 2차 광학계와, 상기 2차 전자를 검출하는 검출기를 구비하고, 상기 전자선 조사부로부터 방출된 2차 전자를 가속하여 E ×B 분리기로 1차 광학계로부터 분리하여 상기 2차 광학계에 투입하고, 상기 2차 전자의 상을 상기 렌즈로 확대하여 검출기로 검출하는 전자선장치에 있어서, 상기 1차 광학계가 복수의 1차 전자선을 발생하여 시료에 동시에 조사하여 상기 검출기가 상기 1차 전자선의 수에 대응하여 복수개 설치되어 있는 것과, 상기 시료에 지연전압을 인가하기 위한 지연전압 인가장치와, 상기 시료의 차지업상태를 조사하는 차지업 조사기능을 구비하여 구성된다.

상기 발명에 의한 전자선장치가 상기 차지업 조사기능으로부터의 차지업상태에 관한 정보에 의거하여 최적의 지연전압을 결정하고, 그것을 상기 시료에 인가하는 기능, 또는 1차 전자선의 조사량을 변화시키는 기능을 더 구비하고 있어도 좋다.

본원의 다른 발명에 의한 전자선장치는, 복수의 전자선을 시료에 조사하는 광학계와, 차지업 조사기능을 가지고, 상기 차지업 조사기능은 상기 시료에 1차 전자선이 조사되어 발생한 2차 전자를 복수의 검출기로 검출하여 화상을 형성하였을 때, 상기 시료의 특정부분의 패턴 왜곡 또는 패턴의 흐림을 평가하여, 그 결과 패턴 왜곡 또는 패턴의 흐림이 큰 경우를 차지업이 크다고 평가하도록 구성되어 있다.

상기 각 발명에 의한 전자선장치에 있어서, 상기 차지업 조사기능은 시료에 값이 가변인 지연전압을 인가 가능하고, 적어도 2개의 지연전압을 인가한 상태에서 시료의 패턴밀도가 크게 변화하고 있는 경계 부근의 화상형성을 행하고, 상기화상을 오퍼레이터가 패턴 왜곡 또는 패턴흐림을 평가 가능하도록 표시하는 장치를 가지고 있어도 좋다.

본원의 또 다른 발명은 상기한 전자선장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료후의 웨이퍼의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 장치의 제조방법을 제공하 는 것이다.

도 54에 나타낸 구성을 가지는 종래예의 E ×B형 에너지·필터를 반도체웨이퍼를 전자빔을 사용하여 화상데이터를 얻음으로써 평가하는 검사장치의 E ×B 분리기로서 사용하여도 1차 전자빔이 실질적으로 수차를 일으키지 않고 직진하는 광축 주위의 영역은 그다지 넓지 않다.

그 이유의 하나는 종래의 E ×B 에너지·필터의 구조가 복잡하고, 대칭성이 충분히 양호하지 않다는 것이다. 즉, 대칭성이 좋지 않기 때문에 수차를 계산하려고 하면 3차원의 전장해석이나 3차원의 자장해석을 필요로 하여 계산이 복잡하게 된다. 따라서 수차가 최적이 되도록 설계하려고 하여도 긴 시간을 필요로 한다. 다른 이유는, 종래의 E ×B 에너지·필터에 있어서, 전계 및 자계가 광축에 직교하고 있고, 또한 이들의 강도분포가 거의 똑같은 영역이 좁은 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래예의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 제 1 목적은, 구조가 간단하여 수차계산을 용이하게 할 수 있고, 또한 자계 및 전계의 강도가 똑같은 광축 주위의 영역이 큰 E ×B 분리기를 제공하는 것이다. 본 발명의 제 2 목적은, 제 1 목적을 달성하는 E ×B 분리기를 사용한 전자선장치 및 그 전자선장치를 사용하여 반도체 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 포함한 반도체장치제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 제 1 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 광축에 직교하는 전계 및 자계를 생성하고, 진행방향이 다른 적어도 2개의 전자빔을 분리하기 위한 E ×B 분리기는 전계를 생성하기 위한 1쌍이 평행한 평판형상의 전극으로서, 전극 상호의 간격이 전계와 직교하는 전극의 길이보다도 짧게 설정되어 있는 전극을 구비한 정전편향기와, 그 정전편향기와 반대방향으로 전자빔을 편향시키는 트로이달형 또는 새들형의 전자편향기를 구비한다. 또 상기한 E ×B 분리기에 있어서 정전편향기를 전계를 생성하기 위한 적어도 6극의 전극을 가지고 회전 가능한 전계를 생성하도록 구성하여도 좋다.

또한 상기한 E ×B 분리기에 있어서, 트로이달형 또는 새들형 전자편향기는 전계 및 자계의 양 방향의 자계를 발생시키는 2세트의 전자코일을 가지고, 이들 2세트의 코일에 흘리는 전류비를 조정함으로써, 전자편향기에 의한 편향방향이 정전편향기에 의한 편향방향과 반대가 되도록 조정 가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

다시 또 상기한 E ×B 분리기에 있어서, 새들형 또는 트로이달형의 전자편향기의 내부에 정전편향기를 배치하는 것이 바람직하고, 이에 의하여 전자편향기를 2분할 상태로 형성하고, 이들을 정전편향기의 바깥 둘레에 장착하여 일체화할 수 있어, 따라서 E ×B 분리기의 제조가 용이하게 된다.

본 발명은 또 복수의 1차 전자빔을 반도체 웨이퍼에 조사하여 그 웨이퍼로부터의 2차 전자빔을 복수의 검출기로 검출하여 화상데이터를 얻음으로써, 반도체 웨이퍼의 가공상태를 평가하는 검사장치에 있어서, 1차 전자빔과 2차 전자빔과의 분리용으로 상기한 E ×B 분리기를 사용한 검사장치도 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, XY 스테이지의 차동 배기기구를 없애어 구조가 간단하고 컴팩트화가 가능한 하전빔장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해 결하고자 하는 다른 과제는 XY 스테이지를 수용하고 있는 하우징내를 진공배기함과 동시에 상기 시료면 위의 하전빔이 조사되는 영역을 배기하는 차동 배기기구를 설치한 하전빔장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기한 하전빔장치를 사용하여 시료 표면을 검사하는 결함 검사장치, 또는 시료의 표면에 패턴을 묘획하는 노광장치를 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상기와 같은 하전빔장치를 사용하여 반도체장치를 제조하는 반도체제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 XY 스테이지상에 탑재된 시료에 하전빔을 조사하는 장치에 있어서는 해당 XY 스테이지는 하우징내에 수용되고, 또한 정압베어링에 의하여 하우징에 대하여 비접촉으로 지지되어 있고, 해당 스테이지가 수용된 하우징은 진공배기되고, 해당 하전빔장치의 해당 시료면 위에 하전빔을 조사하는 부분의 주위에는 시료면 위의 해당 하전빔이 조사되는 영역을 배기하는 차동 배기기구가 설치된다.

본 발명의 하전빔장치에 의하면, 진공챔버내로 새어 나온 정압베어링용 고압가스는 먼저 진공챔버에 접속된 진공배기용 배관에 의하여 배기된다. 그리고 하전빔이 조사되는 영역을 배기하는 차동 배기기구를 하전빔을 조사하는 부분의 주위에 설치함으로써, 하전빔 조사영역의 압력을 진공챔버내의 압력보다 대폭으로 감소시켜 하전빔에 의한 시료에의 처리를 문제없이 실시할 수 있는 진공도를 안정되게 달성할 수 있다. 즉 대기 중에서 일반적으로 사용되는 정압베어링식의 스테이지와 같은 구조를 가진 스테이지(차동 배기기구를 가지지 않는 정압베어링 지지의 스테이지)를 사용하여 스테이지상의 시료에 대하여 하전빔에 의한 처리를 안정되게 행 할 수 있다.

본 발명의 하전빔장치에 있어서, 상기 XY 스테이지의 정압베어링에 공급되는 가스는 건조질소 또는 고순도의 불활성 가스이고, 그 건조질소 또는 고순도 불활성 가스는 상기 스테이지를 수납하는 하우징으로부터 배기된 후 가압되어, 다시 상기 정압베어링에 공급된다.

본 발명에 의하면 진공의 하우징내의 잔류 가스성분은 고순도의 불활성 가스가 되기 때문에, 시료 표면이나 하우징에 의하여 형성되는 진공챔버내의 구조물의 표면을 수분이나 오일성분 등으로 오염할 염려가 없는 데다가 시료 표면에 불활성 가스분자가 흡착하여도 차동 배기기구 또는 하전빔 조사영역의 고진공부에 노출되면 신속하게 시료 표면으로부터 이탈하기 때문에, 하전빔 조사영역의 진공도에 대한 영향을 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 되어 하전빔에 의한 시료에의 처리를 안정화시킬 수 있다.

본 발명은 상기 하전빔장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면의 결함을 검사하는 웨이퍼 결함 검사장치에 있다. 이에 의하여 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도로, 또한 하전빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 저렴하게 제공할 수 있다. 본 발명은 상기 하전빔장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면 또는 레티클에 반도체장치의 회로패턴을 묘획하는 노광장치에 있다. 이에 의하여 스테이지의 위치 결정 성능이 고정밀도로, 또한 하전빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

본 발명은 상기 하전빔장치를 사용하여 반도체를 제조하는 반도체제조방법에 있어서, 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도로, 또한 하전빔 조사영역의 진공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써, 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

대칭 더블릿 렌즈에서는 예를 들면 축소 렌즈계를 만드는 경우, 2단의 렌즈를 필요로 하고, 각각의 렌즈의 치수비를 축소비와 같은 비율로 할 필요가 있다. 예를 들면 1/10 축소의 시스템을 만들자면, 작은 측의 렌즈는 가공정밀도 등으로 결정하는 치수보다 작게 할 수 없으므로, 예를 들면 보어지름이 5mmφ, 렌즈갭이 5mm 정도로 하면, 큰 측의 렌즈는 보어지름이 50mmφ, 렌즈갭도 50mm가 되어, 매우 큰 치수의 렌즈를 만들지 않을 수 없고, 또 실제의 장치에서 배율을 변화시키려고 하면 대칭 더블릿조건이 틀리는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 같은 문제를 감안하여 2단 이상의 렌즈계에서 배율이 조정가능하고, 단 렌즈로 배율색수차를 보정 가능한 전자 광학계를 얻는 것을 목적으로 한다. 또 장치제조에 있어서의 수율을 저하시키는 원인을 상기의 장치를 사용하여 빠른 시기에 발견하기 위한 웨이퍼평가를 행하는 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.

본 발명은 복수의 전자선을 콘덴서 렌즈를 포함하는 렌즈계에서 집속하여 대물렌즈로 시료 위에 결상하는 전자선장치로서, 상기 대물렌즈의 전단(前段)의 렌즈가 만드는 상기 전자선의 크로스오버위치를 상기 대물렌즈의 상기 렌즈계측 근방 위치로 한 것을 특징으로 하는 전자선장치를 제공한다. 구체적으로는 상기 크로스오버위치는 대물렌즈의 주면으로부터 상기 렌즈계측으로 한다. 크로스오버위치를 상기한 바와 같이 함으로써, 시료 위에서 결상되는 전자선에 생기는 수차, 특히 색수차를 저감할 수 있다.

상기 복수의 전자선은 단일의 전자총으로부터 방사되고, 복수의 개구를 통과하여 형성된 복수의 전자선, 복수의 전자총으로부터 방출된 복수의 전자선, 또는 단일의 전자총에 형성된 복수의 에미터로부터 방출된 복수의 전자선으로 할 수 있다. 본 발명은 또한 상기한 바와 같은 전자선장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 장치제조방법을 제공한다.

본 발명은 1차 전자선을 복수로 하여 복수의 전자선을 1차원 방향(x 방향)으로 주사하면서 E ×B 필터(빈필터; wien filter)를 통하여 시료 표면으로 수직하게 입사시켜 시료로부터의 2차 전자를 E ×B 필터에 의하여 1차 전자선과 분리하여 1차 전자선의 축에 대하여 경사방향으로 인출하고, 다시 렌즈계에 의하여 검출계에 결상 또는 집광시킨다. 1차 전자선의 주사방향(x 방향)에 대하여 스테이지를 수직방향(y 방향)으로 이동시켜 연속된 화상을 취득한다.

1차 전자선이 E ×B 필터를 통과할 때는 전자선이 전계로부터 받는 힘과 자계로부터 받는 세기가 역방향으로 같아지는 조건(빈조건)으로 설정되어, 1차 전자선은 직진한다.

한편 2차 전자선은 1차 전자선과는 방향이 역방향이기 때문에 2차 전자에 작용하는 전계 및 자계의 힘의 방향이 같아지기 때문에 1차 전자선의 축방향으로부터 구부러진다. 그 결과, 1차 전자선과 2차 전자선은 분리된다. E ×B 필터를 전자선이 통과할 때, 직진시보다도 구부러진 경우의 수차가 커지기 때문에, 높은 정밀 도가 필요하게 되는 1차 전자선의 하나하나에 대응한 검출기가 구비되어, 대응하는 1차 전자선으로부터의 2차 전자는 상기 결상시스템에 의하여 반드시 대응하는 검출기에 입사한다. 이 때문에 신호의 혼입을 없애는 것이 가능하게 된다. 검출기로서는 신틸레이터 +광전자 증배관(포토멀티 플레이어)을 사용한다. 또 PIN 다이오드(반도체검출기) 등을 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 16개의 1차 전자선으로 각각 빔지름 0.1㎛, 빔전류 20nA이고, 시판되는 장치의 약 3배의 전류치가 얻어졌다.

전자총(전자선원)

본 발명에 있어서, 전자선원으로서 열전자선원을 사용하고 있다. 전자방출(에미터재는 L_aB₆이다. 고융점(고온에서의 증기압이 낮음)에서 일 함수가 작은 재료 이면 다른 재료를 사용하는 것이 가능하다. 복수의 전자선을 얻기 위하여 2가지 방법을 사용하고 있다. 하나는 1개의 에미터(돌기가 1개)로부터 1개의 전자선을 인출하여 복수의 구멍이 뚫린 박판(개구판)을 통과시킴으로써, 복수의 전자선을 얻는 방법이고, 또 하나의 방법은 1개의 에미터에 복수의 돌기를 형성하여 그곳으로부터 곧 바로 복수의 전자선을 인출하는 방법이다. 어느쪽의 경우에도 전자선이 돌기의 선단으로부터 방출되기 쉬운 성질을 이용하고 있다. 다른 방식의 전자선원, 예를 들면 열전계 방출형의 전자선도 사용 가능하다.

또한 열전자선원은 전자방출재를 가열함으로써 전자를 방출하는 방식이고, 열전계 방출 전자선원이란, 전자방출재에 고전계를 인가함으로써 전자를 방출시키 고, 전자선 방출부를 더욱 가열함으로써, 전자방출을 안정시킨 방식이다.

진공배기계

본 발명에 있어서, 진공배기계는 진공펌프, 진공밸브, 진공게이지, 진공배관등으로 구성되고, 전자 광학계, 검출기부, 시료실, 로드록실을 소정의 시퀀스에 따라 진공배기를 행한다. 각 부에 있어서는 필요한 진공도를 달성하도록 진공밸브가 제어된다. 항상 진공도의 모니터를 행하여 이상시에는 인터록기능에 의하여 격리밸브 등의 긴급제어를 행하여 진공도의 확보를 한다. 진공펌프로서는 주 배기에 터보분자 펌프, 러프용으로서 루츠식의 건식펌프를 사용한다. 검사장소(전자선 조사부)의 압력은 1O^-3 내지 1O^-5Pa, 바람직하게는 그 1 자리수 밑의 1O^-4 내지 1O^-6Pa이 실용적이다.

제어계

본 발명에 있어서 제어계는 주로 주 컨트롤러, 제어 컨트롤러, 스테이지 컨트롤러로 구성되어 있다.

주 컨트롤러에는 맨 -머신 인터페이스가 구비되어 있고, 조작자의 조작은 여기를 통해서 행하여진다(여러가지의 지시/명령, 레시피 등의 입력, 검사시작의 지시, 자동과 수동검사모드의 전환, 수동검사모드시일 때의 필요한 모든 코맨드의 입력 등). 그외 공장의 호스트컴퓨터와의 커뮤니케이션, 진공배기계의 제어, 웨이퍼 등의 시료반송, 위치맞춤의 제어, 다른 제어 컨트롤러나 스테이지 컨트롤러에의 코맨트의 전달이나 정보의 수취 등도 주 컨트롤러에서 행하여진다.

또 광학현미경으로부터의 화상신호의 취득, 스테이지의 변동신호를 전자 광학계에 피드백시켜 상의 악화를 보정하는 스테이지 진동 보정기능, 시료 관찰위치의 Z방향(2차 광학계의 축방향)의 변위를 검출하여 전자 광학계에 피드백하여 자동적으로 초점을 보정하는 자동초점 보정기능을 구비하고 있다. 전자 광학계에의 피드백신호 등의 수수 및 스테이지로부터의 신호의 수수는 각각 제어 컨트롤러 및 스테이지 컨트롤러를 거쳐 행하여진다.

제어 컨트롤러는 주로 전자선 광학계의 제어(전자총, 렌즈, 얼라이너, 빈필터용 등의 고정밀도 전원의 제어 등)를 담당한다. 구체적으로는 조사영역에 배율이 변하였을 때에도 항상 일정한 전자전류가 조사되도록 하는 것, 각 배율에 대응한 각 렌즈계나 얼라이너에 대한 자동전압설정 등의, 각 조작모드에 대응한 각 렌즈계나 얼라이너에 대한 자동전압설정 등의 제어(연동제어)가 행하여진다.

스테이지 컨트롤러는 주로 스테이지의 이동에 관한 제어를 행하여 정밀한 X 방향 및 Y 방향의 ㎛ 오더의 이동(±0.5㎛정도의 오차)을 가능하게 하고 있다. 또본 스테이지에서는 오차 정밀도 ±0.3초 정도 이내에서 회전방향의 제어(θ제어)도 행하여진다.

검사순서

본 발명에 있어서 검사순서(도 63)는 다음과 같이 행하여진다. 일반적으로 전자선을 사용한 결함 검사장치는 고가이고, 또 스루풋도 다른 공정장치에 비하여 낮기 때문에 현재 상태에서는 가장 검사가 필요하다고 생각되고 있는 중요한 공정(예를 들면 에칭, 성막, 또는 CMP(화학기계연마)평탄화처리 등)후에 사용되고 있다.

검사되는 웨이퍼는 대기반송계 및 진공반송계를 통하여 초정밀 X-Y 스테이지위에 위치맞춤 후, 정전 척기구 등에 의하여 고정되고, 이후 도 51b의 순서에 따라결함검사 등이 행하여진다. 처음에 광학현미경에 의하여 필요에 따라 각 다이의 위치확인이나, 각 장소의 높이검출이 행하여져 기억된다. 광학현미경은 이밖에 결함등의 보고 싶은 곳의 광학현미경상을 취득하여 전자선상과의 비교 등에도 사용된다.

다음에 웨이퍼의 종류(어떤 공정후인지, 웨이퍼의 크기는 20cm인지 3Ocm인지 등)에 따른 레시피의 정보를 장치에 입력하고, 이하 검사장소의 지정, 전자 광학계의 설정, 검사조건의 설정 등을 행한 후, 화상취득을 행하면서 통상은 실시간으로 결함검사를 행한다. 셀끼리의 비교, 다이비교 등이, 알고리즘을 구비한 고속의 정보처리 시스템에 의하여 검사가 행하여지고, 필요에 따라 CRT 등에 결과를 출력이나, 메모리에 기억을 행한다. 결함에는 파티클결함, 형상이상(패턴결함) 및 전기적 (배선 또는 비어 등의 단선 및 도통불량 등)결함 등이 있고, 이들을 구별하거나 결함의 크기나, 킬러결함(칩의 사용이 불가능하게 되는 중대한 결함 등)의 분류를 자동적으로 실시간으로 행할 수도 있다.

전기적 결함의 검출은 콘크라스트이상을 검출함으로써 달성된다. 예를 들면 도통불량의 장소는 전자선조사(500eV 정도)에 의하여 통상 양으로 대전하고, 콘트라스트가 저하하므로 정상인 장소와 구별을 할 수 있다. 이 경우의 전자선 조사수단이란, 통상 검사용의 전자선 조사수단 이외에 별도 전위차에 의한 콘트라스트를 뛰어나게 하기 위하여 설치한 저전위(에너지)의 전자선 발생수단(열전자발생, UV/ 광전자)를 말한다. 검사대상영역에 검사용의 전자선을 조사하기 전에, 이 저전위(에너지)의 전자선을 발생·조사하고 있다.

검사용의 전자선을 조사하는 것 자체 양으로 대전시킬 수 있는 사상 투영방식의 경우는 사양에 따라서는 별도 저전위의 전자선 발생수단을 설치할 필요는 없다. 또 웨이퍼 등의 시료에 기준전위에 대하여 양 또는 음의 전위를 인가하는 것 등에 의한 (소자의 순방향 또는 역방향에 의하여 흐르기 쉬움이 다르기 때문에 생김) 콘트라스트의 차이로부터 결함검출을 할 수 있다. 선폭 측정장치 및 맞춤 정밀도 측정에도 이용할 수 있다.

전극의 청소

본 발명의 전자빔장치가 작동하면 근접 상호작용(표면 가까이에서의 입자의 대전)에 의하여 표적물질이 부유하여 고압영역으로 잡아 당겨지므로, 전자빔의 형성이나 편향에 사용되는 여러가지 전극에는 유기물질이 퇴적한다. 표면의 대전에 의해 서서히 퇴적하여 가는 절연체는 전자빔의 형성이나 편향기구에 악영향을 미치므로 퇴적한 절연체는 주기적으로 제거하지 않으면 안된다. 절연체의 주기적인 제거는 절연체가 퇴적하는 영역의 근방의 전극을 이용하여 진공 중에서 수소나 산소 또는 불소 및 그것들을 포함하는 화합물 HF, O₂, H₂O, C_MF_N 등의 플라즈마를 만들어 내어 공간내의 플라즈마 전위를 전극면에 스패터가 생기는 전위(수 kV, 예를 들면 20 V 내지 5kV)로 유지함으로써 유기물질만 산화, 수소화, 불소화에 의하여 제거한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 검사장치의 주요 구성요소를 나타내는 입면도로서, 도 2의 선 A-A를 따라 본 도,

도 2a는, 도 1에 나타내는 검사장치의 주요 구성요소의 평면도로서, 도 1의 선 B-B를 따라서 본 도,

도 3a는 도 1의 미니 엔바이로먼트장치의 선 C-C를 따른 단면도,

도 3b는 다른 형식의 미니 엔바이로먼트장치의 측면도,

도 4는 도 1의 로더 하우징을 나타내는 도로서, 도 1의 선 D-D를 따라서 본 도,

도 5a 및 도 5b는 웨이퍼 랙의 확대도로서, 도 5a는 측면도, 도 5b는 도 5a의 선 E-E를 따라서 본 단면도,

도 6a 및 도 6b는 주 하우징의 지지방법의 제 1 및 제 2 변형예를 나타내는 도,

도 7은 도 1의 검사장치에 사용되는 본 발명의 실시예 2의 전자광학장치의 개략구성을 나타내는 배치도,

도 8은 도 7의전자 광학장치의 1차 광학계에 사용되고 있는 멀티 개구판의 개구의 위치관계를 나타내는 도,

도 9는 전위 인가기구를 나타내는 도,

도 10a 및 도 10b는 전자빔 캘리브레이션기구를 설명하는 도로서, 도 10a는 그 측면도, 도 10b는 평면도,

도 11은 웨이퍼의 얼라인먼트제어장치의 개략설명도,

도 12는 본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법의 일 실시예를 나타내는 플로우차트,

도 13은 도 12의 웨이퍼 프로세싱공정의 중핵을 이루는 리소그래피공정을 나타내는 플로우차트,

도 14a는 본 발명의 실시예 3의 전자선장치의 광학계의 개략을 나타내는 도,

도 14b는 시료면 위의 복수빔에 의한 상을 나타내는 확대도,

도 15는 본 발명의 실시예 3의 2차 광학계와 개구각을 나타낸 도,

도 16은 시료면(10)에서의 수차와 개구반각(αi)과의 관계를 나타내는 도,

도 17a는 멀티 에미터의 평면도,

도 17b는 도 17a의 선 17B-17B를 따르는 단면도,

도 18a 및 도 18b는 종래의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나타내는 도로서, 도 18a는 정면도, 도 18b는 측면도,

도 19는 도 18a 및 도 18b의 XY 스테이지에 사용되는 배기기구의 개략 사시도,

도 20a 및 도 20b는 본 발명의 실시예 4의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나타내는 정면도 및 측면도,

도 21은 본 발명의 실시예 5의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나타내는 단면도,

도 22는 본 발명의 실시예 6의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나 타내는 단면도,

도 23은 본 발명의 실시예 7의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나타내는 단면도,

도 24는 본 발명의 실시예 8의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나타내는 단면도,

도 25는 도 18 내지 도 24의 실시예의 거울통에 설치되는 본 발명의 실시예 9의 광학계 및 검출계를 나타내는 개략 배치도,

도 26은 본 발명의 실시예 10의 결함 검사장치의 개략구성도,

도 27은 도 26의 결함 검사장치에서 취득되는 복수의 피검사화상 및 기준화상의 예를 나타내는 도,

도 28은 도 26의 결함 검사장치에 의한 웨이퍼검사의 메인 루틴의 흐름을 나타내는 플로우차트,

도 29는 도 28의 플로우차트의 복수의 피검사 화상데이터취득공정(단계 3304)의 서브 루틴의 상세한 흐름을 나타내는 플로우차트,

도 30은 도 28에 있어서의 비교공정(단계 308)의 서브 루틴의 상세한 흐름을 나타내는 플로우차트,

도 31은 도 26의 결함 검사장치의 검출기의 구체적 구성예를 나타내는 도,

도 32는 반도체 웨이퍼의 표면 위에서 부분적으로 겹쳐지면서 서로의 위치가 어긋난 복수의 피검사영역을 개념적으로 나타내는 도,

도 33은 본 발명의 실시예 11의 결함 검사장치를 구성하는 주사형 전자선장 치의 구성도,

도 34는 본 발명의 실시예 12의 전자선장치의 주요 엘리먼트를 나타내는 배치도,

도 35a는 도 34의 장치의 개구판의 평면도, 도 35b 및 도 35c는 개구의 배치를 나타내는 평면도,

도 36은 도 34의 전자선장치에 의한 시료면 위에 형성되는 1차 전자선 조사점의 배치를 나타내는 도,

도 37은 본 발명의 실시예 13의 전자선장치의 개략구성도,

도 38은 본 발명의 실시예 14의 전자선장치의 광학계를 나타내는 개략배치도,

도 39는 도 38의 전자선장치에 사용되는 멀티개구판의 예를 나타내는 평면도,

도 40은 도 38의 전자선장치에 사용되는 검출기 개구판의 예를 나타내는 평면도,

도 41a 및 도 41b는 도 38의 전자선장치에 사용되는 멀티 개구판의 다른 예를 나타내는 평면도,

도 42는 본 발명의 실시예 15의 전자선장치의 광학계를 나타내는 배치도,

도 43은 도 42의 전자선장치의 광학계를 2행 복수열로 웨이퍼상에서 병렬하여 배치한 상태를 나타내는 평면도,

도 44a는 본 발명의 실시예 16의 전자선장치의 개략배치도,

도 44b는 멀티 개구판의 개구를 나타내는 평면도,

도 44c는 대물렌즈에 전압을 인가하는 구조를 나타내는 배치도,

도 45a는 대물렌즈에 인가하는 전압과 전기신호의 상승폭과의 관계를 나타내는 그래프,

도 45b는 전기신호의 상승폭을 설명하기 위한 그래프,

도 46은 본 발명의 실시예 17의 전자선장치의 광학계의 개략배치도,

도 47은 본 발명의 도 46의 전자선장치의 제 1 개구판 및 제 2 개구판에 있어서의 각각의 개구의 배치를 나타내는 평면도,

도 48은 본 발명의 실시예 18의 전자선장치의 개략배치도,

도 49는 도 48의 전자선장치의 1차 광학계에 사용되고 있는 멀티 개구판의 개구의 위치관계를 나타내는 평면도,

도 50a는 차지업의 평가장소와 평가방법을 설명하는 도,

도 50b는 신호강도의 콘트라스트를 비교하기 위한 도,

도 51은 본 발명의 실시예 19의 E × B 분리기의 광축에 직교하는 단면도,

도 52는 본 발명의 실시예 20의 E × B 분리기의 광축에 직교하는 단면도,

도 53a는 도 51 또는 도 52의 E × B 분리기를 사용하는 것이 가능한 본 발명의 실시예 21의 웨이퍼의 결함 검사장치의 개략배치도,

도 53b는 멀티 개구판의 개구의 위치관계를 나타내는 도,

도 54는 종래예의 E × B 에너지·필터의 구성을 나타내는 설명도,

도 55는 본 발명의 실시예 22의 하전빔장치의 진공챔버 및 XY 스테이지를 나 타내는 단면도,

도 56은 도 55의 하전빔장치에 설치한 작동 배기기구의 일례를 나타내는 도,

도 57은 도 55의 하전빔장치의 가스의 순환배관계를 나타내는 도,

도 58은 본 발명의 실시예 23의 하전빔장치의 광학계 및 검출계를 나타내는 개략배치도,

도 59는 본 발명의 전자선장치의 개략배치도,

도 60은 도 58의 전자선장치에서 사용되는 개구판의 평면도,

도 61은 본 발명의 전자선장치의 대물렌즈의 시뮬레이션을 나타내는 도,

도 62는 도 61의 시뮬레이션에 있어서의 결과를 나타내는 그래프,

도 63은 검사의 순서를 나타내는 검사 플로우도,

도 64는 전자빔 편향기를 나타내는 수평단면도,

도 65는 전자빔 편향기에 있어서의 빔의 편향상태를 나타내는 측면도,

도 66은 본 발명에 있어서의 1차 전자선의 조사방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 대하여 검사대상으로서 표면에 패턴이 형성된 기판, 즉 웨이퍼를 검사하는 반도체검사장치로서 설명한다. 도 1 및 도 2에 있어서, 반도체검사장치(1)의 주요 구성요소가 입면 및 평면으로 표시되어 있다.

실시예 1의 반도체검사장치(1)는 복수매의 웨이퍼를 수납한 카세트를 유지하는 카세트 홀더(10)와, 미니 엔바이로먼트장치(20)와, 워킹챔버를 구획 형성하는 주 하우징(30)과, 미니 엔바이로먼트장치(20)와 주 하우징(30)사이에 배치되어 있어, 2개의 로딩챔버를 구획 형성하는 로더 하우징(40)과, 웨이퍼를 카세트 홀더(10)로 부터 주 하우징(30)내에 배치된 스테이지장치(50)상에 장전하는 로더(60)와, 진공 하우징에 설치된 전자 광학장치(70)를 구비하고, 이들은 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 위치관계로 배치되어 있다. 반도체검사장치(1)는 다시 진공의 주 하우징(30)내에 배치된 프리차지유닛(81)과, 웨이퍼에 전위를 인가하는 전위 인가기구(83)(도 8에 도시)와, 전자빔 캘리브레이션기구(85)(도 10에 도시)와, 스테이지장치 위에서의 웨이퍼의 위치결정을 행하기 위한 얼라인먼트제어장치(87)를 구성하는 광학현미경(871)을 구비하고 있다.

카세트 홀더(10)는 복수매(예를 들면 25매)의 웨이퍼가 상하방향으로 평행으로 나열된 상태로 수납된 카세트(c)(예를 들면, 어시스트사 제품의 SMIF, FOUP와 같은 클로즈카세트)를 복수개(이 실시형태에서는 2개) 유지하도록 되어 있다. 이 카세트 홀더로서는 카세트를 로봇 등에 의하여 반송하여 와 자동적으로 카세트 홀더(10)에 장전하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것을, 또 사람의 손에 의하여 장전하는 경우에는 그것에 적합한 오픈 카세트 구조의 것을 각각 임의로 선택하여 설치할 수 있게 되어 있다. 카세트 홀더(10)는 이 실시형태에서는 자동적으로 카세트(c)가 장전되는 형식으로, 예를 들면 승강 테이블(11)과, 그 승강 테이블(11)을 상하 이동시키는 승강기구(12)를 구비하고, 카세트(c)는 승강 테이블 위에 도 2에서 쇄선 도시의 상태로 자동적으로 세트 가능하게 되어 있어, 세트후 도 2에서 실선도시의 상태로 자동적으로 회전되어 미니 엔바이로먼트장치내의 제 1 반송 유닛의 회동축선을 향하게 된다. 또 승강 테이블(11)은 도 1에서 쇄선 도시의 상태로 강하된다. 이와 같이 자동적으로 장전하는 경우에 사용하는 카세트 홀더, 또는 사람의 손에 의하여 장전하는 경우에 사용하는 카세트 홀더는 어느 것이나 공지의 구조의 것을 적절하게 사용하면 좋기 때문에, 그 구조 및 기능의 상세한 설명은 생략한다.

도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수의 300mmφ 기판(W)을 박스본체(501)에 고정한 홈형 포켓(기재 생략)에 수납하여 반송, 보관한다. 이 기판 반송박스(24)는 각진 통형상의 박스본체(501)와 기판 반출 도어 자동 개폐장치에 연락되어 박스본체 (501) 측면의 개구부를 개폐 가능한 기판 반출입 도어(502)와, 개구부와 반대측에 위치되는 필터류 및 팬모터의 착탈을 행하기 위한 개구부를 덮는 덮개체(503)와, 기판(W)을 유지하기 위한 홈형 포켓(도시 생략)과, ULPA 필터(505), 케미컬 필터 (506), 팬모터(507)에 의하여 구성되어 있다. 이 사례에서는 기판(W)을 로더 (60)의 로봇식의 제 1 반송 유닛(612)에 의하여 반출한다.

카세트(c)내에 수납되는 기판, 즉 웨이퍼는 검사를 받는 웨이퍼이고, 그와 같은 검사는 반도체제조공정 중에서 웨이퍼를 처리하는 공정후, 또는 공정의 도중에서 행하여진다. 구체적으로는 성막공정, CMP, 이온주입 등을 받은 기판, 즉 웨이퍼 표면에 배선패턴이 형성된 웨이퍼, 또는 배선패턴이 아직도 형성되어 있지 않은 웨이퍼가 카세트내에 수납된다. 카세트(c)내에 수용되는 웨이퍼는 다수매 상하방향으로 사이를 두고, 또한 평행하게 나열하여 배치되어 있기 때문에, 임의의 위 치의 웨이퍼와 뒤에서 설명하는 제 1 반송유닛으로 유지할 수 있도록 제 1 반송유닛의 아암을 상하 이동할 수 있게 되어 있다.

도 1 내지 도 3에 있어서, 미니 엔바이로먼트장치(20)는 분위기 제어되도록 되어 있는 미니 엔바이로먼트 공간(21)을 구획 형성하는 하우징(22)과, 미니 엔바이로먼트 공간(21)내에서 청정공기와 같은 기체를 순환하여 분위기 제어하기 위한 기체순환장치(23)와, 미니 엔바이로먼트 공간(21)내에 공급된 공기의 일부를 회수하여 배출하는 배출장치(24)와, 미니 엔바이로먼트 공간(21)내에 배치되어 있고 검사대상으로서의 기판, 즉 웨이퍼를 대략 위치결정하는 프리얼라이너(25)를 구비하고 있다.

하우징(22)은 정점벽(221), 바닥벽(222) 및 4 둘레를 둘러싸는 둘레벽 (223)을 가지고 있어, 미니 엔바이로먼트 공간(21)을 외부로부터 차단하는 구조로 되어 있다. 미니 엔바이로먼트 공간을 분위기 제어하기 위하여 기체 순환장치(23)는 도 3에 나타내는 바와 같이 미니 엔바이로먼트 공간(21)내에 있어서 정점벽(221)에 설치되어 있어, 기체(이 실시형태에서는 공기)를 청정하게 하여 하나 또는 그 이상의 기체 분출구(도시 생략)를 통하여 청정공기를 바로 밑을 향하여 층류형상으로 흘리는 기체공급유닛(231)과, 미니 엔바이로먼트 공간내에 있어서 바닥벽(222)의 위에 배치되어 있어, 바닥을 향하여 흘러 내린 공기를 회수하는 회수덕트(232)와, 회수 덕트(232)와 기체공급유닛(231)을 접속하여 회수된 공기를 기체공급유닛(231)으로 되돌리는 도관(233)을 구비하고 있다.

이 실시형태에서는 기체공급유닛(231)은 공급하는 공기의 약 20%를 하우징(22)의 외부로부터 도입하여 청정하게 하도록 되어 있으나, 이 외부로부터 도입되는 기체의 비율은 임의로 선택 가능하다. 기체공급유닛(231)은 청정공기를 만들어 내기 위한 공지의 구조의 HEPA 또는 ULPA 필터를 구비하고 있다. 청정공기의 층류형상의 아래방향의 흐름, 즉 다운플로우는 주로 미니 엔바이로먼트 공간(21)내에 배치된 뒤에서 설명하는 제 1 반송유닛에 의한 반송면을 통하여 흐르도록 공급되어, 반송유닛에 의하여 발생할 염려가 있는 먼지가 웨이퍼에 부착되는 것을 방지하도록 되어 있다.

따라서 다운플로우의 분출구는 반드시 도시한 바와 같이 정점벽에 가까운 위치일 필요는 없고, 반송유닛에 의한 반송면보다 위쪽에 있으면 좋다. 또 미니 엔바이로먼트 공간 전면에 걸쳐 흘릴 필요도 없다. 또한 경우에 따라서는 청정공기로서 이온바람을 사용함으로써 청정도를 확보할 수 있다. 또 미니 엔바이로먼트 공간내에는 청정도를 관찰하기 위한 센서를 설치하여 청정도가 악화되었을 때에 장치를 정지할 수도 있다. 하우징 (22)의 둘레벽(223) 중 카세트 홀더(10)에 인접하는 부분에는 출입구(225)가 형성되어 있다. 출입구(225) 근방에는 공지의 구조의 셔터장치를 설치하여 출입구(225)를 미니 엔바이로먼트장치측으로부터 폐쇄하도록 하여도 좋다. 웨이퍼 근방에서 만드는 층류의 다운플로우는 예를 들면 0.3 내지 0.4 m/sec의 유속이어도 좋다. 기체공급 유닛은 미니 엔바이로먼트 공간내가 아니라 그 바깥쪽에 설치하여도 좋다.

배출장치(24)는 상기 반송유닛의 웨이퍼반송면보다 아래쪽의 위치에서 반송 유닛의 하부에 배치된 흡입덕트(241)와, 하우징(22)의 바깥쪽에 배치된 블로워 (242)와, 흡입덕트(241)와 블로워(242)를 접속하는 도관(243)을 구비하고 있다. 이 배출장치(24)는 반송유닛의 둘레를 흘러 내려 반송유닛에 의하여 발생할 가능성이 있는 먼지를 포함한 기체를 흡입덕트(241)에 의하여 흡인하여 도관(243, 244) 및 블로워(242)를 거쳐 하우징(22)의 바깥쪽으로 배출한다. 이 경우 하우징(22)의 가까이에 설치된 배기관(도시 생략)내로 배출하여도 좋다.

미니 엔바이로먼트 공간(21)내에 배치된 얼라이너(25)는 웨이퍼에 형성된 오리엔테이션 플랫(원형의 웨이퍼의 바깥 둘레에 형성된 평탄부분을 말함)이나, 웨이퍼의 바깥 둘레 가장자리에 형성된 하나 또는 그 이상의 V형의 노치, 즉 노치를 광학적으로 또는 기계적으로 검출하여 웨이퍼의 축선(0₁-0₁)의 둘레의 회전방향의 위치를 약 ±1도의 정밀도로 미리 위치 결정하여 두도록 되어 있다. 프리얼라이너는 청구항에 기재된 발명의 검사대상의 좌표를 정하는 기구의 일부를 구성하고, 검사대상의 대략(거친) 위치결정을 담당한다. 이 프리얼라아너 자체는 공지의 구조의 것으로 좋으므로, 그 구조, 동작의 설명은 생략한다.

또한 도시 생략하였으나, 프리얼라이너의 하부에도 배출장치용 회수덕트를 설치하여, 프리얼라이너로부터 배출된 먼지를 포함한 공기를 외부로 배출하도록 하여도 좋다.

도 1 및 도 2에 있어서, 워킹챔버(31)를 구획 형성하는 주 하우징(30)은, 하우징 본체(32)를 구비하고, 그 하우징 본체(32)는 베이스 프레임(36)상에 배치된 진동 차단장치, 즉 방진장치(37) 위에 탑재된 하우징 지지장치(33)에 의하여 지지되어 있다. 하우징 지지장치(33)는 직사각형으로 짜여진 프레임 구조체(331)를 구비하고 있다. 하우징 본체(32)는 프레임 구조체(331) 위에 배치 고정되어 있어, 프레임 구조체 위에 탑재된 바닥벽(321)과, 정점벽(322)과, 바닥벽(321) 및 정점벽(322)에 접속되어 4 둘레를 둘러싸는 둘레벽(323)을 구비하고 있어 워킹챔버(31)를 외부로부터 격리하고 있다. 바닥벽(321)은 이 실시형태에서는 위에 탑재되는 스테이지장치 등의 기기에 의한 가중으로 왜곡이 발생하지 않도록 비교적 두께가 두꺼운 강판으로 구성되어 있으나, 그 밖의 구조로 하여도 좋다. 이 실시형태에 있어서 하우징본체 및 하우징 지지장치(33)는 강재 구조로 조립되어 있어, 베이스 프레임(36)이 설치되어 있는 바닥으로부터의 진동이 이 강재 구조에 전달되는 것을 방진장치(37)로 저지하도록 되어 있다. 하우징 본체(32)의 둘레벽(323) 중 뒤에서 설명하는 로더 하우징에 인접하는 둘레벽에는 웨이퍼 출납용 출입구(325)가 형성되어 있다.

방진장치는 공기스프링, 자기베어링 등을 가지는 능동식의 것이어도, 또는 이들을 가지는 수동식의 것이어도 좋다. 어느 것이나 공지의 구조의 것으로 좋으므로, 그것 자체의 구조 및 기능의 설명은 생략한다. 워킹챔버(31)는 공지의 구조의 진공장치(도시 생략)에 의하여 진공분위기로 유지되도록 되어 있다. 베이스 프레임(36)의 밑에는 장치 전체의 동작을 제어하는 제어장치(2)가 배치되어 있다.

도 1, 도 2 및 도 4에 있어서, 로더 하우징(40)은 제 1 로딩챔버(41)와 제 2 로딩챔버(42)를 구획 형성하는 하우징 본체(43)를 구비하고 있다. 하우징 본체 (43)는 바닥벽(431)과, 정점벽(432)과, 4 둘레를 둘러 싸는 둘레벽(433)과, 제 1 로딩챔버(41)와 제 2 로딩챔버(42)를 칸막이하는 칸막이벽(434)을 가지고 있어, 양 로딩챔버를 외부로부터 격리할 수 있게 되어 있다. 칸막이벽(434)에는 양 로딩챔버 사이에서 웨이퍼의 교환을 행하기 위한 개구, 즉 출입구(435)가 형성되어 있다. 또 둘레벽(433)의 미니 엔바이로먼트장치 및 주 하우징에 인접한 부분에는 출입구(436 및 437)가 형성되어 있다.

이 로더 하우징(40)의 하우징 본체(43)는 하우징 지지장치(33)의 프레임 구조체(331)상에 탑재되어, 그것에 의하여 지지되어 있다. 따라서 이 로더 하우징(40)에도 바닥의 진동이 전달되지 않도록 되어 있다. 로더 하우징(40)의 출입구(436)와 미니 엔바이로먼트장치의 하우징(22)의 출입구(226)는 정합되어 있어, 그곳에는 미니 엔바이로먼트 공간(21)과 제 1 로딩챔버 (41)와의 연통을 선택적으로 저지하는 셔터장치(27)가 설치되어 있다. 셔터장치 (27)는 출입구(226 및 436)의 둘레를 둘러 싸고 측벽(433)과 기밀하게 접촉하여 고정된 시일재(271), 시일재(271)와 협동하여 출입구를 거친 공기의 유통을 저지하는 도어(272)와, 그 도어를 움직이는 구동장치(273)를 가지고 있다.

또 로더 하우징(40)의 출입구(437)와 하우징 본체(32)의 출입구(325)는 정합되어 있어, 그곳에는 제 2 로딩챔버(42)와 워킹챔버(31)의 연통을 선택적으로 밀봉 저지하는 셔터장치(45)가 설치되어 있다. 셔터장치(45)는 출입구(437 및 325)의 주위를 둘러 싸고 측벽(433 및 323)과 기밀하게 접촉하여 그것들에 고정된 시일재(451), 시일재(451)와 협동하여 출입구를 거친 공기의 유통을 저지하는 도어 (452)와, 그 도어를 움직이는 구동장치(453)를 가지고 있다.

다시 칸막이벽(434)에 형성된 개구에는 도어 (461)에 의하여 그것을 폐쇄하여 제 1 및 제 2 로딩챔버 사이의 연통을 선택적으로 밀봉저지하는 셔터장치(46)가 설치되어 있다. 이들 셔터장치(27, 45 및 46)는 폐쇄상태에 있을 때에 각 챔버를 기밀하게 시일할 수 있도록 되어 있다. 이들 셔터장치는 공지의 것으로 좋으므로, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또한 미니 엔바이로먼트장치(20)의 하우징(22)의 지지방법과 로더 하우징의 지지방법이 다르고, 미니 엔바이로먼트장치를 거쳐 바닥으로부터의 진동이 로더 하우징(40), 주 하우징(30)에 전달되는 것을 방지하기 위하여 하우징(22)과 로더 하우징(40)과의 사이에는 출입구의 둘레를 기밀하게 둘러싸도록 방진용 쿠션재를 배치하여 두면 좋다.

제 1 로딩챔버(41)내에는 복수(이 실시형태로서는 2매)의 웨이퍼를 상하에 사이를 두고 수평상태로 지지하는 웨이퍼랙(47)이 배치되어 있다. 웨이퍼랙(47)은 도 5가 나타내는 바와 같이 직사각형의 기판(471)의 네 모서리에 서로 사이를 두고 직립상태로 고정된 지주(472)를 구비하고, 각 지주(472)에는 각각 2단의 지지부(473 및 474)가 형성되고, 그 지지부의 위에 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 탑재하여 유지하도록 되어 있다. 그리고 뒤에서 설명하는 제 1 및 제 2 반송유닛의 아암의 선단을 인접하는 지주 사이로부터 웨이퍼에 접근시켜 아암에 의하여 웨이퍼를 파지하도록 되어 있다.

로딩챔버(41 및 42)는 도시 생략한 진공펌프를 포함하는 공지의 구조의 진공배기장치(도시 생략)에 의하여 높은 진공상태(진공도로서는 1O^-5 내지 1O^-6Pa)로 분 위기 제어될 수 있도록 되어 있다. 이 경우 제 1 로딩챔버(41)를 저진공챔버로 하여 낮은 진공분위기로 유지하고, 제 2 로딩챔버(42)를 고진공챔버로 하여 높은 진공분위기로 유지하여 웨이퍼의 오염방지를 효과적으로 행할 수도 있다. 이와 같은 구조를 채용함으로써 로딩챔버내에 수용되어 있어 다음에 결함 검사되는 웨이퍼를 워킹챔버내에 지체없이 반송할 수 있다. 이와 같은 로딩챔버를 채용함으로써 뒤에서 설명하는 멀티빔형 전자장치 원리와 함께 결함검사의 스루풋을 향상시켜, 더욱 보관상태가 높은 진공상태일 것을 요구하는 전자원 주변의 진공도를 가능한 한 높은 진공도상태로 할 수 있다.

제 1 및 제 2 로딩챔버(41 및 42)는 각각 진공배기배관과 불활성 가스(예를 들면 건조 순질소)용 밴트배관(각각 도시 생략)이 접속되어 있다. 이에 의하여 각 로딩챔버내의 대기압상태는 불활성 가스빼기(불활성 가스를 주입하여 불활성 가스이외의 산소가스 등이 표면에 부착하는 것을 방지함)에 의하여 달성된다. 이와 같은 불활성 가스빼기를 행하는 장치 자체는 공지의 구조의 것으로 좋으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

전자선을 사용하는 본 발명의 검사장치에 있어서, 뒤에서 설명하는 전자 광학계의 전자원으로서 사용되는 대표적인 6붕화란탄(LaB₆) 등은 한번 열전자를 방출하는 정도까지 고온상태로 가열된 경우에는 산소 등에 가능한 한 접촉시키지 않는 것이 그 수명을 단축하지 않기 위하여 긴요하나, 전자 광학계가 배치되어 있는 워킹챔버에 웨이퍼를 반입하는 전단층에서 상기와 같은 분위기제어를 행함으로써 더 욱 확실하게 실행할 수 있다.

스테이지장치(50)는 주 하우징(30)의 바닥벽(301) 위에 배치된 고정 테이블(51)과, 고정 테이블 위에서 Y 방향(도 1에 있어서 지면에 수직인 방향)으로 이동하는 Y 테이블(52)과, Y 테이블 위에서 X 방향(도 1에 있어서 좌우방향)으로 이동하는 X 테이블(53)과, X 테이블 위에서 회전 가능한 회전 테이블(54)과, 회전 테이블 (54) 위에 배치된 홀더(55)를 구비하고 있다. 그 홀더(55)의 웨이퍼 탑재면(551) 위에 웨이퍼를 해방 가능하게 유지한다. 홀더는 웨이퍼를 기계적으로 또는 정전 척방식으로 해방 가능하게 파지할 수 있는 공지의 구조의 것으로 좋다.

스테이지장치(50)는 서보모터, 인코더 및 각종 센서(도시 생략)를 사용하여 상기와 같은 복수의 테이블을 동작시킴으로써 탑재면(551) 위에서 홀더에 유지된 웨이퍼를 전자 광학장치로부터 조사되는 전자빔에 대하여 X 방향, Y 방향 및 Z 방향(도 1에 있어서 상하방향)으로, 다시 웨이퍼의 지지면에 연직인 축선의 둘레방향(θ방향)으로 고정밀도로 위치 결정할 수 있게 되어 있다. 또한 Z 방향의 위치결정은 예를 들면 홀더상의 탑재면의 위치를 Z 방향으로 미세 조정 가능하게 하여 두면 좋다. 이 경우 탑재면의 기준위치를 미세 지름 레이저에 의한 위치 측정장치(간섭계의 원리를 사용한 레이저 간섭 거리측정장치)에 의하여 검지하여, 그 위치를 도시 생략한 피드백회로에 의하여 제어하거나, 그것과 함께 또는 그것을 대신하여 웨이퍼의 노치 또는 오리엔테이션 플랫의 위치를 측정하여 웨이퍼의 전자빔에 대한 평면위치, 회전위치를 검지하여, 회전 테이블을 미소각도 제어 가능한 스텝핑모터 등에 의하여 회전시켜 제어한다.

워킹챔버내에서의 먼지의 발생을 극력 방지하기 위하여 스테이지장치용 서보모터(521, 531) 및 인코더(522, 532)는 주 하우징(30)의 바깥쪽에 배치되어 있다. 또한 스테이지장치(50)는 예를 들면 스테퍼 등에서 사용되고 있는 공지의 구조의 것으로 좋으므로, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또 상기 레이저 간섭 거리측정장치도 공지의 구조의 것으로 좋으므로, 그 구조, 동작의 상세한 설명은 생략한다.

전자빔에 대한 웨이퍼의 회전위치나 X, Y 위치를 미리 뒤에서 설명하는 신호검출계 또는 화상처리계에 입력함으로써 얻어지는 신호의 기준화를 도모할 수도 있다. 다시 이 홀더에 설치된 웨이퍼 척기구는 웨이퍼를 고정하기 위한 전압을 정전척의 전극에 인가하도록 되어 있어, 웨이퍼의 바깥 둘레부의 3점(바람직하게는 둘레방향으로 등간격으로 사이를 둔)을 눌러 위치 결정하도록 되어 있다. 웨이퍼 척기구는 2개의 고정 위치결정 핀과, 1개의 가압식 크랭크핀을 구비하고 있다. 클램프 핀은 자동 척 및 자동 릴리스를 실현할 수 있게 되어 있고, 또한 전압인가의 도통개소를 구성하고 있다.

또한 이 실시형태에서는 도 2에서 좌우방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블로 하고, 상하방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블로 하였으나, 상기 도 2에서 좌우방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블로 하고, 상하방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블로 하여도 좋다.

로더(60)는 미니 엔바이로먼트장치(20)의 하우징(22)내에 배치된 로봇식의 제 1 반송유닛(61)과 제 로딩챔버(42)내에 배치된 로봇식의 제 2 반송유닛(63)을 구비하고 있다. 제 1 반송유닛(61)은 구동부(611)에 관하여 축선(O₁-O₁)의 둘레에서 회전 가능하게 되어 있는 다관절 아암(612)을 가지고 있다. 다관절 아암으로서는 임의의 구조의 것을 사용할 수 있으나, 이 실시형태에서는 서로 회동 가능하게 설치된 3개의 부분을 가지고 있다. 제 1 반송유닛(61)의 아암(612)의 하나의 부분, 즉 가장 구동부(611)측의 제 1 부분은, 구동부(611)내에 설치된 공지의 구조의 구동기구(도시 생략)에 의하여 회전 가능한 축(613)에 설치되어 있다.

아암(612)은 축(613)에 의하여 축선(O₁-O₁)의 주위에서 회동할 수 있음과 동시에, 부분 사이의 상대회전에 의하여 전체로서 축선(O₁-0₁)에 관하여 반경방향으로 신축 가능하게 되어 있다. 아암(612)의 축(613)으로부터 가장 떨어진 제 3 부분의 선단에는 공지의 구조의 기계식 척 또는 정전 척 등의 웨이퍼를 파지하는 파지장치 (616)가 설치되어 있다. 구동부(611)는 공지의 구조의 승강기구(615)에 의하여 상하방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

이 제 1 반송유닛(61)은 아암(612)이 카세트 홀더에 유지된 2개의 카세트(c) 중 어느 한쪽의 방향(M1 또는 M2)을 향하여 아암이 신장하여, 카세트(c)내에 수용된 웨이퍼를 1매 아암의 위에 탑재 또는 아암의 선단에 설치한 척(도시 생략)에 의하여 파지하여 인출한다. 그 후 아암이 축소되고(도 2에 나타내는 바와 같은 상태), 아암이 프리얼라이너(25)의 방향(M3)을 향하여 신장할 수 있는 위치까지 회전하여 그 위치에서 정지한다. 그러면 아암이 다시 신장하여 아암에 유지된 웨이퍼를 프리얼라이너(25)에 탑재한다. 프리얼라이너로부터 상기와 반대로 하여 웨이퍼 를 수취한 후는 아암은 다시 회전하여 제 2 로딩챔버(41)를 향하여 신장할 수 있는 위치(방향 M4)에서 정지하여 제 2 로딩챔버(41)내의 웨이퍼받이(47)에 웨이퍼를 수수한다.

기계적으로 웨이퍼를 파지하는 경우에는 웨이퍼의 둘레 가장자리부(둘레 가장자리로부터 약 5mm의 범위)를 파지한다. 이것은 웨이퍼에는 둘레 가장자리부를 제외하고 전면에 장치(회로배선)가 형성되어 있고, 이 부분을 파지하면 장치의 파괴, 결함을 발생시키기 때문이다.

제 2 반송유닛(63)도 제 1 반송유닛과 구조가 기본적으로 동일하고, 웨이퍼의 반송을 웨이퍼랙(47)과 스테이지장치의 탑재면상과의 사이에서 행하는 점에서만 상위할 뿐이므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 로더(60)에서는 제 1 및 제 2 반송유닛(61 및 63)은 카세트 홀더에 유지된 카세트로부터 워킹챔버(31)내에 배치된 스테이지장치(50)상에의 및 그 반대의 웨이퍼의 반송을 거의 수평상태로 유지한 채로 행하여 반송유닛의 아암이 상하이동하는 것은, 단지 웨이퍼의 카세트로부터의 인출 및 그것에의 삽입, 웨이퍼의 웨이퍼 랙에의 탑재 및 그곳으로부터의 인출 및 웨이퍼의 스테이지장치에의 탑재 및 그곳으로부터의 인출을 할 수 있을 뿐이다. 따라서 대형의 웨이퍼, 예를 들면 지름 30cm의 웨이퍼의 이동도 순조롭게 행할 수 있다.

다음에 카세트 홀더에 지지된 카세트(c)로부터 워킹챔버(31)내에 배치된 스테이지장치(50)까지로의 웨이퍼의 반송을 순서대로 설명한다.

카세트 홀더(10)는 상기한 바와 같이 사람의 손에 의하여 카세트를 세트하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것이, 또 자동적으로 카세트를 세트하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것이 사용된다. 이 실시형태에 있어서 카세트(c)가 카세트 홀더(10)의 승강테이블(11)의 위에 세트되면 승강 테이블(11)은 승강기구(12)에 의하여 강하되어 카세트(c)가 출입구(225)에 정합된다.

카세트가 출입구(225)에 정합되면 카세트에 설치된 커버(도시 생략)가 개방되고, 또 카세트(c)와 미니 엔바이로먼트의 출입구(225)와의 사이에는 통형상의 덮개가 배치되어 카세트내 및 미니 엔바이로먼트 공간내를 외부로부터 차단한다. 이들구조는 공지의 것이므로, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또한 미니 엔바이로먼트장치(20)측에 출입구(225)를 개폐하는 셔터장치가 설치되는 경우에는 그 셔터장치가 동작하여 출입구(225)를 개방한다.

한편 제 1 반송유닛(61)의 아암(612)은 방향(M1 또는 M2) 중 어느 하나를 향한 상태(이 설명에서는 M1의 방향)에서 정지하고 있고, 출입구(225)가 개방되면 아암이 신장하여 선단에서 카세트내에 수용되어 있는 웨이퍼 중 1매를 수취한다. 또한 아암과 카세트로부터 인출되어야 하는 웨이퍼와의 상하방향의 위치조정은 이 실시형태에서는 제 1 반송유닛(61)의 구동부(611) 및 아암(612)의 상하이동으로 행하나, 카세트 홀더의 승강 테이블의 상하이동을 행하여도 또는 그 양자로 행하여도 좋다.

아암(612)에 의한 웨이퍼의 수취가 완료하면, 아암은 축소되어 셔터장치를 동작하여 출입구를 폐쇄하고(셔터장치가 있는 경우), 다음에 아암(612)은 축선(O₁- O₁)의 둘레에서 회동하여 방향(M3)을 향하여 신장할 수 있는 상태가 된다. 그렇게 하면 아암은 신장하여 선단에 탑재되고, 또는 척으로 파지된 웨이퍼를 프리얼라이너 (25) 위에 탑재하여 그 프리얼라이너에 의하여 웨이퍼의 회전방향의 방향(웨이퍼 평면에 수직인 중심 축선의 둘레 방향)을 소정의 범위내에 위치 결정한다. 위치 결정이 완료되면 반송유닛(61)은 아암의 선단에 프리얼라이너(25)로부터 웨이퍼를 수취한 후 아암을 축소시켜 방향(M4)을 향하여 아암을 신장할 수 있는 자세가 된다. 그렇게 하면 셔터장치(27)의 도어(272)가 움직여 출입구(226 및 436)를 개방하고, 아암(612)이 신장하여 웨이퍼를 제 1 로딩챔버(41)내의 웨이퍼랙(47)의 상단측 또는 하단측에 탑재한다. 또한 상기한 바와 같이 셔터장치(27)가 개방되어 웨이퍼 랙(47)에 웨이퍼가 수수되기 전에 칸막이벽(434)에 형성된 개구(435)는 셔터장치 (46)의 도어(461)에 의하여 기밀상태로 폐쇄되어 있다.

상기 제 1 반송유닛에 의한 웨이퍼의 반송과정에 있어서, 미니 엔바이로먼트장치의 하우징의 위에 설치된 기체공급 유닛(231)으로부터는 청정공기가 층류형상으로 흘러(다운 플로우로서) 반송도중에 먼지가 웨이퍼의 상면에 부착하는 것을 방지한다. 반송유닛 주변의 공기의 일부(이 실시형태에서는 공급유닛으로부터 공급되는 공기의 약 20%로 주로 오염된 공기)는 배출장치(24)의 흡입덕트(241)로부터 흡인되어 하우징밖으로 배출된다. 나머지 공기는 하우징의 바닥부에 설치된 회수덕트 (232)를 거쳐 회수되어 다시 기체공급 유닛(231)으로 되돌아간다.

로더 하우징(40)의 제 1 로딩챔버(41)내의 웨이퍼랙(47)내에 제 1 반송유닛 (61)에 의하여 웨이퍼가 탑재되면 셔터장치(27)가 폐쇄되어 로딩챔버(41)내를 밀폐한다. 그렇게 하면 제 1 로딩챔버(41)내에는 불활성 가스가 충전되어 공기가 추출된 후, 그 불활성 가스도 배출되어 그 로딩챔버(41)내는 진공분위기가 된다. 이 제 1 로딩챔버의 진공분위기는 낮은 진공도로 좋다. 로딩챔버(41)내의 진공도가 어느정도 얻어지면 셔터장치(46)가 동작하여 도어(461)로 밀폐하고 있던 출입구(434)를 개방하여, 제 2 반송유닛(63)의 아암(632)이 신장하여 선단의 파지장치로 웨이퍼받이(47)로부터 1매의 웨이퍼를 수취한다(선단의 위에 탑재 또는 선단에 설치된 척으로 파지하여). 웨이퍼의 수취가 완료하면 아암이 축소되어 셔터장치(46)가 다시 동작하여 도어(461)와 출입구(435)를 폐쇄한다.

셔터장치(46)가 개방되기 전에 아암(632)은 미리 웨이퍼랙(47)의 방향(N1)을 향하여 신장할 수 있는 자세가 된다. 또 상기한 바와 같이 셔터장치(46)가 개방되기 전에 셔터장치 (45)의 도어(452)와 출입구(437, 325)를 폐쇄하고 있고, 제 2 로딩챔버(42)내와 워킹챔버(31)내와의 연통을 기밀상태로 저지하고 있어 제 2 로딩챔버 (42)내는 진공배기된다.

셔터장치(46)가 출입구(435)를 폐쇄하면 제 2 로딩챔버내는 다시 진공배기되어 제 1 로딩챔버내보다도 높은 진공도로 진공이 된다. 그 사이에 제 2 반송유닛 (61)의 아암은 워킹챔버(31)내의 스테이지장치(50)의 방향을 향하여 신장할 수 있는 위치로 회전된다. 한편 워킹챔버(31)내의 스테이지장치에서는 Y 테이블(52)이 X 테이블(53)의 중심선(X₀-X₀)이 제 2 반송유닛(63)의 회동축선(O₂-O₂ )을 지나는 X축 선 (X₁-X₁)과 거의 일치하는 위치까지 도 2에서 위쪽으로 이동하고, 또 X 테이블(53)은 도 2에서 가장 왼쪽의 위치에 접근하는 위치까지 이동하여 이 상태에서 대기하고 있다. 제 2 로딩챔버가 워킹챔버의 진공상태와 거의 같아지면 셔터장치(45)의 도어 (452)가 움직여 출입구(437, 325)를 개방하여 아암이 신장하여 웨이퍼를 유지한 아암의 선단이 워킹챔버(31)내의 스테이지장치에 접근한다. 그리고 스테이지장치 (50)의 탑재면(551) 위에 웨이퍼를 탑재한다. 웨이퍼의 탑재가 완료하면 아암이 축소되어 셔터장치(45)가 출입구(437, 325)를 폐쇄한다.

이상은 카세트(c)내의 웨이퍼를 스테이지장치상으로 반송하기까지의 동작에 대하여 설명하였으나, 스테이지장치에 탑재되어 처리가 완료한 웨이퍼를 스테이지장치로부터 카세트(c)내로 되돌리기 위해서는 상기와 반대의 동작을 행하여 되돌린다. 또 웨이퍼랙(47)에 복수의 웨이퍼를 탑재하여 두기 위하여 제 2 반송유닛으로 웨이퍼랙과 스테이지장치와의 사이에서 웨이퍼의 반송을 행하는 사이에 제 1 반송 유닛으로 카세트와 웨이퍼랙과의 사이에서 웨이퍼의 반송을 행할 수 있어, 검사처리를 효율 좋게 행할 수 있다.

구체적으로는 제 2 반송유닛의 웨이퍼랙(47)에 이미 처리가 끝난 웨이퍼(A)와 미처리 웨이퍼(B)가 있는 경우, 먼저 스테이지장치(50)에 미처리 웨이퍼(B)를 이동하여 처리를 개시한다. 이 처리 중에 처리가 끝난 웨이퍼(A)를 아암에 의하여 스테이지장치(50)로부터 웨이퍼랙(47)으로 이동하고, 미처리 웨이퍼(C)를 마찬가지로 아암에 의하여 웨이퍼랙으로부터 빼내어 프리얼라이너로 위치 결정한 후, 로딩 챔버 (41)의 웨이퍼 랙(47)으로 이동한다. 이와 같이 함으로써, 웨이퍼랙(47) 중은 웨이퍼(B)를 처리 중에, 처리가 끝난 웨이퍼(A)가 미처리 웨이퍼(C)로 치환된다.

또 검사나 평가를 행하는 이와 같은 장치의 사양에 따라서는 스테이지장치 (50)를 복수대 병렬로 놓고, 각각의 장치에 하나의 웨이퍼랙(47)으로부터 웨이퍼를 이동함으로써 복수매의 웨이퍼를 동일하게 처리할 수도 있다.

도 6에 있어서, 주 하우징의 지지방법의 변형예가 나타나 있다. 도 6[A]에 나타낸 변형예에서는 하우징 지지장치(33a)를 두께가 두꺼운 직사각형의 강판 (331a)으로 구성하고, 그 강판의 위에 하우징 본체(32a)가 탑재되어 있다. 따라서 하우징 본체(32a)의 바닥벽(321a)은 상기 실시형태의 바닥벽과 비교하여 얇은 구조로 되어 있다. 도 6[B]에 나타낸 변형예에서는 하우징 지지장치(33b)의 프레임 구조체(336b)에 의하여 하우징 본체(32b) 및 로더 하우징(40b)을 매달은 상태로 지지하도록 되어 있다. 프레임 구조체(336b)에 고정된 복수의 세로프레임 (337b)의 하단은 하우징 본체(32b)의 바닥벽(321b)의 4개의 모서리에 고정되고, 그 바닥벽에 의하여 둘레벽 및 정점벽을 지지하도록 되어 있다. 그리고 방진장치(37b)는 프레임구조체(336b)와 베이스 프레임(36b) 사이에 배치되어 있다.

또 로더 하우징(40)도 프레임 구조체 (336)에 고정된 매달음부재(49b)에 의하여 매달아져 있다. 하우징 본체(32b)의 이 도 7(b)에 나타낸 변형예에서는 매달음식으로 지지하므로 주 하우징 및 그 안에 설치된 각종 기기 전체의 저중심화가 가능하다. 상기 변형예를 포함한 주 하우징 및 로더 하우징의 지지 방법에서는 주 하우징 및 로더 하우징에 바닥으로부터의 진동이 전해지지 않도록 되어 있다.

도시 생략한 다른 변형예에서는 주 하우징의 하우징 본체만이 하우징 지지장치에 의하여 밑으로부터 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니 엔바이로먼트장치와 동일한 방법으로 바닥 위에 배치될 수 있다. 또 도시 생략한 또 다른 변형예에서는 주 하우징의 하우징 본체만이 프레임 구조체에 매달음식으로 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니 엔바이로먼트장치와 동일한 방법으로 바닥 위에 배치될 수 있다.

전자 광학장치(70)(실시예 1, 도 1)는 하우징 본체(32)에 고정된 거울통(71)을 구비하고, 그 안에는 도 7 및 도 8에 개략도로 나타내는 바와 같은 1차 전자 광학계(이하 단지 1차 광학계)(72)와, 2차 전자 광학계(이하 단지 2차 광학계)(74)를 구비하는 전자 광학계와, 검출계(76)가 설치되어 있다. 1차 광학계(72)는 전자선을 검사대상인 웨이퍼(W)의 표면에 조사하는 광학계로서, 전자선을 방출하는 전자총(721)과, 전자총(721)으로부터 방출된 1차 전자선을 집속하는 정전렌즈, 즉 콘덴서렌즈(722)와, 콘덴서렌즈(722)의 아래쪽에 배치되어 또한 복수의 개구가 형성되어 있어 1차 전자선을 복수의 1차 전자빔, 즉 멀티빔으로 형성하는 멀티 개구판(723)과, 1차 전자빔을 축소하는 정전렌즈인 축소렌즈(724)와, 빈필터, 즉 E ×B 분리기(725)와, 대물렌즈계(726)를 구비하고, 이들은 도 7에 나타내는 바와 같이 전자총(721)을 최상부로 하여 순차로 또한 전자총으로부터 방출되는 1차 전자선의 광축이 검사대상(S)의 표면에 연직이 되도록 배치되어 있다.

축소렌즈(724) 및 대물렌즈계(726)의 상면 만곡수차의 영향을 없애기 위하 여 멀티 개구판(723)에 형성되는 복수(이 실시형태에서는 9개)의 개구(723a)는 도 8에 나타내는 바와 같이 광축을 중심으로 한 원의 원주상에 형성되고, 또한 그 개구의 X축상에의 투영상의 X방향의 간격(Lx)이 동일해지도록 배치되어 있다.

2차 광학계(74)는 E ×B형 편향기(724)에 의하여 1차 광학계로부터 분리된 2차 전자를 통과시키는 2단의 정전렌즈인 확대 렌즈(741, 742)와, 멀티 개구 검출판(743)을 구비하고 있다. 멀티개구 검출판(743)에 형성되는 개구(743a)는 1차 광학계의 멀티 개구판(723)에 형성되어 있는 개구(723a)와 1대 1로 개구하도록 되어 있다.

검출계(76)는 2차 광학계(74)의 멀티 개구 검출판(743)의 각 개구(743a)에 대응하여 그것에 근접하여 배치된 복수(이 실시형태에서는 9개) 검출기(761)와, 각 검출기(761)에 A/D 변환기(762)를 거쳐 전기적으로 접속된 화상처리부(763)를 구비하고 있다.

다음에 상기 구성의 전자 광학장치(실시예 2, 도 7)의 동작에 대하여 설명한다. 전자총(721)으로부터 방출된 1차 전자선은 1차 광학계(72)의 콘덴서 렌즈 (722)에 의하여 집속되어 점(P1)에 있어서 크로스오버를 형성한다. 한편 콘덴서 렌즈(722)에 의하여 집속된 1차 전자선은 멀티 개구판의 복수의 개구(723a)를 통하여 복수의 1차 전자빔이 형성되고, 축소 렌즈(724)에 의하여 축소되어 위치(P2)에 투영된다. 위치(P2)에서 초점이 맞춰진 후, 다시 대물렌즈(726)에 의하여 웨이퍼 (W)의 표면 위에 초점이 맞춰진다. 한편 1차 전자선 빔은 축소 렌즈(724)와 대물렌즈(726) 사이에 배치된 편향기(727)에 의하여 웨이퍼(W)의 표면 위를 주사하도록 편향된다.

초점이 맞춰진 복수(이 실시형태에서는 9개)의 1차 전자빔에 의하여 시료(S)는 복수의 점이 조사되고, 조사된 이들 복수의 점으로부터는 2차 전자가 방출된다. 이 2차 전자는 대물렌즈(726)의 전계로 유도되어 가늘게 집속되어, E × B 분리기 (725)로 편향되어 2차 광학계(74)에 투입된다. 2차 전자에 의한 상은 편향기(725)에 관하여 위치(P2)로부터 가까운 위치(P3)에 있어서 초점을 맺는다. 이것은 1차 전자빔이 웨이퍼면 위에서 500eV의 에너지를 가지고 있는 데 대하여 2차 전자가 수 eV의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다.

위치(P3)에서 초점이 맞춰진 2차 전자의 상은 2단의 확대 렌즈(741, 742)로 멀티 개구 검출판(743)이 대응하는 개구(743a)에 초점이 맞춰지고, 그 상을 각 개구(743a)에 대응하여 배치된 검출기(761)로 검출한다. 검출기(761)는 검출한 전자선을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 이와 같이 하여 변환된 전기신호는 각 검출기(761)로부터 출력되어 각각 A/D 변환기(762)에 디지털신호로 변환된 후, 화상처리부(763)에 입력된다. 화상처리부(763)는 입력된 디지털신호를 화상데이터로 변환한다. 화상처리부(763)에는 1차 전자선을 편향시키기 위한 주사신호가 공급되게 되어 있으므로, 화상처리부는 웨이퍼의 면을 나타내는 화상을 표시하게 된다. 이 화상을 설정기(도시 생략)에 미리 설정된 표준 패턴과, 비교기(도시 생략)에 있어서 비교함으로써 웨이퍼(W)의 피검출(평가) 패턴의 양부(良否)를 검출한다. 다시 레지스트레이션에 웨이퍼(W)의 피측정 패턴을 1차 광학계의 광축의 가까이로 이동시켜 라인스캔함으로써 선폭 평가신호를 인출하고, 이것을 적절하게 교정 함으로써 웨이퍼의 표면에 형성된 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

또한 1차 광학계의 멀티개구판(723)의 개구를 통과한 1차 전자빔을 웨이퍼 (W)의 표면에 초점을 맞추게 하여 웨이퍼로부터 방출되는 2차 전자를 검출기(761)에 결상시킬 때에 1차 광학계에서 생기는 왜곡, 축상 색수차 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 특히 배려할 필요가 있다.

또 복수의 1차 전자빔 사이의 간격과, 2차 광학계와의 관계에 대해서는 1차 전자빔 사이의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만 떨어뜨리면 복수의 빔 사이의 크로스 토크를 없앨 수 있다.

프리차지유닛(81)은 도 1에 나타내는 바와 같이 워킹챔버(31)내에서 전자 광학장치(70)의 거울통(71)에 인접하여 배치되어 있다. 본 검사장치에서는 검사대상 인 기판, 즉 웨이퍼에 전자선을 조사함으로써 웨이퍼 표면에 형성된 장치패턴 등을 검사하는 형식의 장치이므로, 전자선의 조사에 의하여 생기는 2차 전자 등의 정보를 웨이퍼 표면의 정보로 하나, 웨이퍼재료, 조사전자의 에너지 등의 조건에 의하여 웨이퍼 표면이 대전(차지업)하는 일이 있다. 또한 웨이퍼 표면에서도 강하게 대전하는 개소, 약한 대전개소가 생길 가능성이 있다. 웨이퍼 표면의 대전량에 불균일이 있으면 2차 전자정보도 불균일을 일으켜 정확한 정보를 얻을 수 없다. 따라서 본 실시형태에서는 이 불균일을 방지하기 위하여 하전입자조사부(811)를 가지는 프리차지유닛(81)이 설치되어 있다. 검사하는 웨이퍼의 소정의 개소에 검사전자를 조사하기 전에 대전 불균일을 없애기 위하여 이 프리차지유닛의 하전입자조사부(811)로부터 하전입자를 조사하여 대전의 불균일을 없앤다. 이 웨이퍼 표면의 차지업은 미리 웨이퍼면의 화상을 형성하고, 그 화상을 평가함으로써 검출하고, 그 검출에 의거하여 프리차지유닛(81)을 동작시킨다. 또 이 프리차지유닛에서는 1차 전자선을 흐리게 하여 조사하여도 좋다.

도 9에 있어서, 전위 인가기구(83)는 웨이퍼로부터 방출되는 2차 전자정보 (2차 전자 발생율)가 웨이퍼의 전위에 의존한다는 사실에 의거하여 웨이퍼를 탑재하는 스테이지의 설치대에 ±수 V의 전위를 인가함으로써 2차 전자의 발생을 제어하는 것이다. 또 이 전위 인가기구는 조사 전자가 당초 가지고 있는 에너지를 감속하여 웨이퍼에 100 내지 500eV 정도의 조사 전자 에너지로 하기 위한 용도도 한다.

전위 인가기구(83)는 도 9에 나타내는 바와 같이 스테이지장치(50)의 탑재면 (541)과 전기적으로 접속된 전압 인가장치(831)와, 차지업조사 및 전압결정시스템 (이하 조사 및 결정시스템)(832)을 구비하고 있다. 조사 및 결정시스템(832)은 전자 광학장치(70)의 검출계(76)의 화상형성부(763)에 전기적으로 접속된 모니터 (833)와, 모니터(833)에 접속된 조작자(834)와, 조작자(834)에 접속된 CPU(835)를 구비하고 있다. CPU(835)는 상기 전압 인가장치(831)에 신호를 공급하도록 되어 있다. 상기 전위 인가기구는 검사대상인 웨이퍼가 대전하기 어려운 전위를 찾아서 그 전위를 인가하도록 설계되어 있다.

검사시료의 전기적 결함을 검사하는 방법으로서는, 원래 전기적으로 절연되어 있는 부분과 그 부분이 통전상태에 있는 경우에서는 그 부분의 전압이 다른 것을 이용할 수도 있다. 그것은 먼저 시료에 사전에 전하를 부여함으로써 원래 전기 적으로 절연되어 있는 부분의 전압과, 원래 전기적으로 절연되어 있는 부분이나, 무엇인가의 원인으로 통전상태에 있는 부분의 전압과 전위차를 생기게 하고, 그 후 본 발명의 빔을 조사함으로써 전위차가 있는 데이터를 취득하고, 이 취득 데이터를 해석하여 통전상태로 되어 있는 것을 검출한다.

도 10에 있어서, 전자빔 캘리브레이션기구(85)는 상기 회전 테이블(54) 위에서 웨이퍼의 탑재면(541)의 측부의 복수개소에 설치된 빔 전류 측정용의 각각 복수의 패러데이컵(851 및 852)을 구비하고 있다. 패러데이컵(851)은 가는 빔용(약 Φ2㎛)으로, 패러데이컵(852)은 굵은 빔용(약 Φ30㎛)이다. 가는 빔용 패러데이컵 (851)에서는 회전 테이블(54)을 단계 이송함으로써 빔 프로파일을 측정하여 굵은 빔용 패러데이컵(852)에서는 빔의 총 전류량을 계측한다. 패러데이컵(851 및 852)은 상표면이 탑재면(541) 위에 탑재된 웨이퍼(W)의 상표면과 동일 레벨이 되도록 배치되어 있다. 이와 같이 하여 전자총으로부터 방출되는 1차 전자선을 항상 감시한다. 이것은 전자총이 항상 일정한 전자선을 방출할 수 있는 것이 아니라, 사용하고 있는 동안에 그 방출량이 변화되기 때문이다.

얼라인먼트제어장치(87)는 스테이지장치(50)를 사용하여 웨이퍼(W)를 전자 광학장치(70)에 대하여 위치 결정시키는 장치로서, 웨이퍼를 광학현미경(871)을 사용한 광시야 관찰에 의한 개략 맞춤(전자 광학계에 의하기 보다도 배율이 낮은 측정), 전자 광학장치(70)의 전자 광학계를 사용한 고배율맞춤, 초점조정, 검사영역설정, 패턴 얼라인먼트 등의 제어를 행하도록 되어 있다. 이와 같이 광학계를 사용하여 저배율로 웨이퍼를 검사하는 것은, 웨이퍼의 패턴의 검사를 자동적으로 하 기 위해서는 전자선을 사용한 협시야로 웨이퍼의 패턴을 관찰하여 웨이퍼 얼라인먼트를 행할 때에 전자선에 의하여 얼라인먼트 마크를 용이하게 검출할 필요가 있기 때문이다.

광학현미경(871)은 하우징에 설치되어(하우징내에서 이동 가능하게 설치되어있어도 좋다)있고, 광학현미경을 동작시키기 위한 광원도 도시 생략하나 하우징내에 설치되어 있다. 또 고배율의 관찰을 행하는 전자 광학계는 전자 광학장치(70)의 전자 광학계[1차 광학계(72) 및 2차 광학계(74)]를 공용하는 것이다. 그 구성을 개략나타내면, 도 11에 나타내는 바와 같이 된다. 웨이퍼 위의 피 관찰점을 저배율로 관찰하기 위해서는 스테이지장치(50)의 X 스테이지(53)를 X 방향으로 움직임으로써 웨이퍼의 피 관찰점을 광학현미경의 시야내로 이동시킨다. 광학현미경(871)으로 광 시야로 웨이퍼를 눈으로 확인하여 그 웨이퍼 위의 관찰해야 할 위치를 CCD(872)를 거쳐 모니터(873)에 표시시켜 관찰위치를 대략 결정한다. 이 경우 광학현미경의 배율을 저배율로부터 고배율로 변화시키고 있어도 좋다.

다음에 스테이지장치(50)를 전자 광학장치(70)의 광축과 광학현미경(871)의 광축과의 간격(δx)에 상당하는 거리만큼 이동시켜 광학현미경으로 미리 정한 웨이퍼 위의 피 관찰점을 전자 광학장치의 시야위치로 이동시킨다. 이 경우 전자 광학장치의 축선(O₃-O₃)과 광학현미경(871)의 광축(O₄-O₄) 사이의 거리(δx)(이 실시형태에서는 X축선을 따른 방향으로만 양자는 위치 어긋나 있는 것으로 하나, Y축 방향 및 Y축 방향으로 위치 어긋나 있어도 좋음)는 미리 알고 있기 때문에 그 값(δx)만 큼 이동시키면 피 관찰점을 눈으로 확인할 수 있는 위치로 이동시킬 수 있다. 전자 광학장치의 눈으로 확인할 수 있는 위치로의 피 관찰점의 이동이 완료한 후, 전자 광학계에 의하여 고배율로 피 관찰점을 SEM 촬상하여 화상을 기억하거나 또는 CCD (761)를 거쳐 모니터(765)에 표시시킨다.

이와 같이 하여 전자 광학계에 의한 고배율로 웨이퍼의 관찰점을 모니터에 표시한 후, 공지의 방법에 의하여 스테이지장치(50)의 회전 테이블(54)의 회전중심에 관한 웨이퍼의 회전방향의 위치 어긋남, 즉 전자 광학계의 광축(O₃-O₃)에 대한 웨이퍼의 회전방향의 어긋남((δθ)을 검출하고, 또 전자 광학장치에 관한 소정의 패턴의 X축 및 Y축 방향의 위치 어긋남을 검출한다. 그리고 그 검출값 및 별도로 얻어진 웨이퍼에 설치된 검사 마크의 데이터 또는 웨이퍼의 패턴의 형상 등에 관한 데이터에 의거하여 스테이지장치(50)의 동작을 제어하여 웨이퍼의 얼라인먼트를 행한다.

다음에 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 12는 본 발명에 의한 반도체장치의 제조방법의 일 실시예를 나타내는 플로우차트이다. 이 실시예의 제조공정은 이하의 주 공정을 포함하고 있다.

(1) (1) 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼 제조공정(또는 웨이퍼를 준비하는 웨이퍼준비공정)

(2) 노광에 사용하는 마스크를 제조하는 마스크제조공정(또는 마스크를 준비 하는 마스크준비공정)

(3) 웨이퍼에 필요한 가공처리를 행하는 웨이퍼 프로세싱공정

(4) 웨이퍼 위에 형성된 칩을 1개씩 잘라 내어 동작 가능하게 하는 칩 조립공정

(5) 생긴 칩을 검사하는 칩 검사공정

또한 상기한 각각의 주 공정은 다시 몇가지 서브공정으로 이루어져 있다.

이들 주 공정 중에서 반도체장치의 성능에 결정적인 영향을 미치는 것이 (3)의 웨이퍼 프로세싱공정이다. 이 공정에서는 설계된 회로패턴을 웨이퍼 위에 순차 적층하여 메모리나 MPU로서 동작하는 칩을 다수 형성한다. 이 웨이퍼 프로세싱공정은 이하의 각 공정을 포함하고 있다.

(A) 절연층이 되는 유전체 박막이나 배선부, 또는 전극부를 형성하는 금속박막 등을 형성하는 박막형성공정(CVD나 스패터닝 등을 사용한다)

(B) 이 박막층이나 웨이퍼기판을 산화하는 산화공정

(C) 박막층이나 웨이퍼기판 등을 선택적으로 가공하기 위하여 마스크(레티클)를 사용하여 레지스트패턴을 형성하는 리소그래피공정

(D) 레지스트패턴에 따라 박막층이나 기판을 가공하는 에칭공정(예를 들면 건식 에칭기술을 사용함)

(E) 이온·불순물주입 확산공정

(F) 레지스트 박리공정

(G) 가공된 웨이퍼를 검사하는 공정

또한 웨이퍼 프로세싱공정은 필요한 층수만큼 반복하여 행하고, 설계대로 동작하는 반도체장치를 제조한다.

도 13은 도 12의 웨이퍼 프로세싱공정의 중핵을 이루는 리소그래피공정을 나타내는 플로우차트이다. 이 리소그래피공정은 이하의 각 공정을 포함한다.

(a) 전단의 공정에서 회로패턴이 형성된 웨이퍼 위에 레지스트를 코팅하는 레지스트 도포공정

(b) 레지스트를 노광하는 공정

(c) 노광된 레지스트를 현상하여 레지스트의 패턴을 얻는 현상공정

(d) 현상된 레지스트패턴을 안정화하기 위한 어닐링공정

상기한 반도체장치제조공정, 웨이퍼 프로세싱공정, 리소그래피공정에 대해서는 주지의 것으로, 더 이상의 설명을 필요로 하지 않을 것이다.

상기 (G)의 검사공정에 본 발명에 관한 결함 검사방법, 결함 검사장치를 사용하면 미세한 패턴을 가지는 반도체장치이더라도 스루풋 좋게 검사할 수 있으므로 전수검사도 가능하게 되어 제품의 수율의 향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 이루어진다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 나타내는 것이 가능하다.

(가) 복수의 전자선, 즉 멀티빔을 사용한 검사장치의 각 구성기기를 기능적으로 조합시킬 수 있었기 때문에 높은 스루풋으로 검사대상을 처리할 수 있다.

(나) 미니 엔바이로먼트공간내에 청정도를 관찰하는 센서를 설치함으로써 그 공간내의 먼저를 감시하면서 검사대상의 검사를 행할 수 있다.

(다) 프리 차리유닛을 설치하고 있기 때문에 절연물로 생긴 웨이퍼도 대전에 의한 영향을 받기 어렵다.

도 14a는 본 발명의 실시예 3의 전자선장치(1000)의 광학계의 개략을 나타내는 도면이다. 멀티에미터(1001, 1002, 1003)로부터 방출된 1차 전자선은 콘덴서 렌즈(1004)로 상면(1005)에 축소 투영되고, 다시 렌즈(1006), 대물렌즈(1008)로 축소되어 시료면(1010)에 축소 투영된다. 멀티에미터는 도 14a에서는 1열만 나타내었으나, 도 17a에 나타내는 바와 같이 복수열 설치된다. 도 17a는 3 ×3의 에미터이고, 도 17b는 도 17a의 선 17B-17B에 있어서의 단면도이다. 도 17a 및 도 17b에 있어서, 1021는 Si기판, 1022는 Mo 에미터, 1023은 Au 인출전극, 1024는 Si₃N₄ 절연막이다. 에미터의 수는 적절히 선택할 수 있다. 렌즈는 2 내지 10mm 직경의 개구를 가지는 2매 내지 3매의 평면전극을 광축방향으로 2 내지 10mm 간격으로 배치하고, 각 전극에 다른 전압을 인가한 것으로 볼록렌즈 작용을 나타낸다.

멀티에미터(1001, 1002, 1003)로부터 방출된 1차 전자선에 의하여 조사된 시료면(1010)으로부터 방출된 2차 전자는 시료면(1010)과 대물렌즈(1008) 사이에 인가된 가속전계에 의하여 가속되어, 큰 방출각으로 방출된 2차 전자도 대물렌즈(1008)에 입사하기까지 가늘게 조절되어, 다시 개구조리개(1007)를 통과하여 렌즈(1006)로 1차 빔과 동일한 상면(1005)에 결상한다.

상면(1005)위치에는 E ×B 분리기(1009)가 설치되고, 렌즈(1006)를 통과한 2차 전자는 1차 광학계로부터 분리된다. E ×B 분리기(1009)는 시료면(1010)의 법 선 (지면의 상방향)에 수직인 평면내에 있어서, 전계와 자계를 직행시킨 구조로 되어 있고, 전계, 자계, 1차 전자 에너지의 관계가 1차 전자가 직진하도록 설정되어 있다.

분리된 2차 전자는 렌즈(1011, 1012)로 광학적으로 확대되어 검출면(1013)에 복수의 상을 형성한다. 검출면(1013)에는 멀티에미터(1001, 1002, 1003)로부터의 1차 전자선에 대응하는 검출기(1014, 1015, 1016)가 설치되고, 각각의 전자선에 의하여 조사된 시료면으로부터 방출된 2차 전자를 검출한다. 또한 멀티에미터 (1001, 1002, 1003)는 1차 광학계의 상면 만곡을 보정하기 위하여 Z축방향으로 조금씩 위치를 어긋나게 배치한다. 즉, 광축상의 에미터(1001)는 가장 시료로부터 먼 위치에 설치되어, 광축으로부터 떨어진 에미터(1002)는 상면 만곡의 값만큼 에미터 (1001)의 위치로부터 시료측으로, 다시 광축으로부터 떨어진 에미터(1003)는 더욱 시료에 가까운 위치로 어긋나게 한다.

시료의 전면을 조사하기 위하여 멀티 에미터로부터의 1차 전자선은 정전편향기(1017)에 의하여 주사된다. 또 1차 전자선의 주사에 연동하여 2차 광학계에 설치한 정전편향기(1018)도 주사되어, 2차 전자가 주사위치에 상관없이 항상 소정의 검출기(1014, 1015, 1016)에 입사하도록 제어된다. 즉, 에미터(1001, 1002, 1003)로부터의 1차 전자선에 의한 2차 전자는 각각 검출기(1014, 1015, 1016)에 입사하도록제어된다. 검출기 등은 20kV 정도의 전압이 인가된 PIN 다이오드의 앞면에 검출기수의 구멍이 설치된 곡면 위의 전극이고, 이 전극에는 1kV 정도의 전압이 인가된다. 구멍으로부터 누설되는 20kV의 전압에 의한 전계의 볼록렌즈 작용에 의하여 구멍의 근방으로 오는 2차 전자는 모두 구멍을 통하여 검출기로 들어 간다. 곡면의 형상은 2차 광학계의 상면 만곡을 보정하는 형상으로 하고 있다.

다음에 복수의 1차 전자선의 조사위치 간격과, 2차 광학계와의 관계에 대하여 설명한다. 도 15는 2차 광학계와 개구각을 나타낸 도면이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 받아 들임 각도(α1)내의 2차 전자가 대물렌즈(1008), 조리개(1007), 렌즈 (1006)를 거쳐 상면(1005)에 결상되는 것으로 한다. 이 때 상면(1005)에서의 개구반각은 αi 이고, 대물렌즈(1008)에서 본 겉보기 각도(αO와 αi)는 2차 광학계의 확대배율을 M이라 하면, αi/α0 = 1/M이 된다. 또 각도(αO와 α1)는 대물렌즈 (1008)에서의 빔포텐셜을 V8, 2차 전자의 초기 에너지를 Vini이라 하면,(α1/α0) = V8/Vini이 된다.

시료면(1010)에서의 수차와 개구반각(αi)과의 관계를 도 16에 나타낸다. 도 16에 있어서, δS는 구면수차, δcoma는 코머수차, δC는 색수차이고, δtotal은 그것들의 합계이다.

지금, 20㎛의 수차를 허용하면 개구반각 αi = 5.3mrad 이하로 할 필요가 있다. 또 검출해야 할 2차 전자의 초기 에너지(Vini)는 0.1eV 내지 10eV를 생각하면 충분하고, 확대배율(M)을 5, 대물렌즈(1008)에서의 빔포텐셜(V8)을 20kV로 하면 α1 = 1185mrad = 67.9°가 된다.

받아 들임 각도 0°로부터 60°까지에서 90% 이상의 2차 전자를 도입하기(예를 들면 미국특허 제5,412,210호 명세서 도 6참조)때문에 2차 광학계의 개구반각(αi), 즉 분해능을 5.3mrad 정도로 하고, 검출기의 치수를 시료면 환산으로 20㎛의 4배정도로 하면, 90% 이상의 2차 전자를 크로스 토크없이 모을 수 있다. 또 멀티에미터의 간격도 1OO㎛정도로 하면, 에미터 사이의 크로스 토크도 문제가 되지 않는다. 2차 전자를 90% 이상 모을 필요가 없고, 50% 이상 모으면 S/N 비를 충분히 취할 수 있는 경우는, 45°보다 작은 각도로 방출된 2차 전자를 검출기에 모으도록 하면 좋다. 왜냐하면 2차 전자의 수율(η)은 다음과 같이 표시되기 때문이다.

이와 같이 하여 1차 전자선은 서로 2차 광학계의 거리 분해능보다 떨어진 위치에 조사된다. 도 14b는 전자선 조사면을 위에서 본 확대도이고, 상기 도면에 있어서 거리(N)가 렌즈(1008, 1011, 1012)를 통과한 시료면 환산의 분해능이다. 도 14b에 있어서, 거리(N)를 식별할 수 있는 2점 사이의 거리와 같거나 그 이상인 것에 의하여 크로스 토크가 없는 멀티빔이 얻어져 높은 스루풋을 얻을 수 있다. 이와 같이 구성한 전자선장치는 반도체장치의 결함검사나 미소거리의 측정에 이용할 수 있다.

도 12 및 도 13의 반도체장치의 제조방법의 일례를 나타내는 플로우차트의 칩검사공정에 있어서, 도 14a의 전자선장치를 이용하면 스루풋 좋게 검사를 할 수 있어, 전수 검사도 가능하게 되어 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이 도 14a의 전자선장치에 의하면, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자의 대부분을 크로스 토크를 일으키는 일 없이 검출할 수 있으므로, S/N 비가 높은 결함검사 또는 패턴선폭 측정을 할 수 있다.

또 2차 광학계의 수차를 시료면에서 20㎛정도로 하여도 충분한 검출결과가 얻어지므로, 2차 광학계를 고정밀도의 것으로 할 필요가 없음과 동시에, 1차 광학계를 시료에 대하여 수직인 것으로 하였기 때문에, 복수의 하전입자선의 형성이 간단해진다.

다시 시료면과 2차 광학계의 초단 렌즈 사이에는 1차 광학계에 대하여 감속전계가 2차 광학계에 대해서는 가속전계가 인가되고 있기 때문에 1차 하전입자선을 조절하기 쉽고, 또한 넓은 각도범위로 방출된 2차 하전입자를 초단 렌즈위치에서 가는 입자속으로 할 수 있어, 효율 좋게 2차 하전입자를 검출할 수 있으므로 S/N비가 좋은 신호가 얻어져 측정 정밀도가 향상한다.

도 18a 및 도 18b는, 하전빔장치의 종래의 진공챔버 및 스테이지(이동대)를 나타내는 단면도이고, 도 19는 종래의 배기기구의 개략 사시도, 도 20a 및 도 20b는 본 발명의 실시예 4의 하전빔장치(스테이지 등)(2000)의 개략단면도, 도 21은 본 발명의 실시예 5의 하전빔장치(스테이지 등)(2100)의 개략단면도, 도 22는 본 발명의 실시예 6의 하전빔장치(스테이지 등)(2200)의 개략단면도, 도 23은 본 발명의 실시예 7의 하전빔장치(스테이지 등)(2300)의 개략단면도, 도 24는 본 발명의 실시예 8의 하전빔장치(스테이지 등)(2400)의 개략단면도이다. 도 18 내지 도 24에 있어서 동일한 구성부재는 동일한 참조번호에 의하여 지시된다.

도 20a, 도 20b는 실시예 4의 하전빔장치(2000)를 나타낸다. 스테이지 (2003)의 Y 방향 가동부(2005)의 상면에는 +Y 방향과 -Y방향(도 20b에서 좌우방향) 으로 크게 거의 수평으로 돌출한 칸막이판(2014)이 설치되어 X 방향 가동부(2006)의 상면과의 사이에 항상 컨덕턴스가 작은 스로틀부(2050)가 구성되도록 되어 있다. 또 X 방향 가동부(2006)의 상면에도 동일한 칸막이판(2012)이 ±X방향(도 20a에서 좌우방향)으로 돌출하도록 구성되어 있고, 스테이지대(2007)의 상면과의 사이에 항상 스로틀부(2051)가 형성되도록 되어 있다. 스테이지대(2007)는 하우징(2008)내에있어서 바닥벽의 위에 공지의 방법으로 고정되어 있다.

이 때문에 시료대(2004)가 어떤 위치로 이동하여도 항상 스로틀부(2050, 2051)가 형성되므로, 가동부(2005, 2006)의 이동시에 가이드면(2006a, 2007a)으로부터 가스가 방출되어도 스로틀부(2050, 2051)에 의하여 방출가스의 이동이 방해되기 때문에, 하전빔이 조사되는 시료 근방의 공간(2024)의 압력상승을 아주 작게 억제할 수 있다.

스테이지의 가동부(2003)의 측면 및 하면 및 가동부(2006)의 하면에는 정압베어링(2009)의 주위에, 도 19에 나타내는 바와 같은 차동배기용 홈이 형성되어 있어 이 홈에 의하여 진공배기되기 때문에, 스로틀부(2050, 2051)가 형성되어 있는 경우는 가이드면으로부터의 방출가스는 이들의 차동 배기부에 의하여 주로 배기되게 된다. 이 때문에 스테이지 내부의 공간(2013, 2015)의 압력은 챔버(C)내의 압력보다도 높은 상태로 되어 있다. 따라서 공간(2013, 2015)을, 차동 배기홈(2017, 2018)으로 배기할 뿐만 아니라, 진공배기하는 개소를 따로 설치하면 공간(2013, 2015)의 압력을 낮출 수 있어, 시료 근방(2024)의 압력상승을 더욱 작게 할 수 있다. 이 를 위한 진공배기통로(2011-1, 2011-2)가 설치되어 있다. 배기통로는 스 테이지대 (2007) 및 하우징(2008)을 관통하여 하우징(2008)의 외부와 통하고 있다. 또 배기통로(2011-2)는 X 방향 가동부(2006)에 형성되어 X 방향 가동부(2006)의 하면에 개구하고 있다.

또 칸막이판(2012, 2014)을 설치하면, 챔버(C)와 칸막이판이 간섭하지 않도록 챔버를 크게 할 필요가 생기나, 칸막이판을 신축 가능한 재료나 구조로 함으로써 이 점을 개선하는 것이 가능하다. 이 실시예에서는 칸막이판을 고무로 구성하거나 주름상자형상으로 하여, 그 이동방향의 끝부를 칸막이판(2014)의 경우는 X 방향 가동부(2006)에, 칸막이판(2012)의 경우는 하우징(2008)의 내벽에 각각 고정하는 구성으로 하는 것이 생각된다.

도 21에 본 발명의 실시예 5의 하전빔장치(2100)가 표시된다. 실시예 5에서는 거울통의 선단부, 즉 하전빔조사부(2002)의 주위에 시료(S)의 상면과의 사이에 스로틀부가 생기도록 원통형상의 칸막이(2016)가 구성되어 있다. 이와 같은 구성에서는 XY 스테이지로부터 가스가 방출되어 챔버(C)내의 압력이 상승하여도 칸막이의 내부(2024)는 칸막이(2016)로 칸막이되어 있어 진공배관(2010)으로 배기되고 있으므로, 챔버(C)내와 칸막이의 내부(2024) 사이에 압력차가 생겨 칸막이 내부 공간 (2024)의 압력상승을 낮게 억제할 수 있다. 칸막이(2016)와 시료면과의 간극은, 챔버(C)내와 조사부(2) 주변의 압력을 어느 정도로 유지하는지에 따라 변하나, 대략 수십㎛ 내지 수mm 정도가 적당하다. 또한 칸막이(2016)내와 진공배관은 공지의 방법에 의하여 연통되어 있다.

또 하전빔조사장치에서는 시료(S)에 수kV 정도의 고전압을 인가하는 일이 있 어, 도전성의 재료를 시료의 근방에 설치하면 방전을 일으킬 염려가 있다. 이 경우에는 칸막이(2016)의 재질을 세라믹 등의 절연물로 구성하면, 시료(S)와 칸막이 (2016) 사이에서 방전을 일으키는 일이 없어진다.

시료(S)(웨이퍼)의 주위에 배치한 링부재(2004-1)는 시료대(2004)에 고정된 판형상의 조정부품이고, 웨이퍼와 같은 시료의 끝부에 하전빔을 조사하는 경우에도 칸막이(2016)의 선단부 전체 주위에 걸쳐 미소한 간극(2052)이 형성되도록 웨이퍼와 동일한 높이로 설정되어 있다. 이에 의하여 시료(S)의 어느 위치에 하전빔이 조사되어도 칸막이(2016)의 선단부에는 항상 일정한 미소한 간극(2052)이 형성되어 거울통 선단부 주위의 공간(2024)의 압력을 안정되게 유지할 수 있다.

도 22에 본 발명의 실시예 6의 하전빔장치(2200)가 표시된다.

거울통(2001)의 하전빔 조사부(2002)의 주위에 차동 배기구조를 내장한 칸막이(2019)가 설치되어 있다. 칸막이(2019)는 원통형의 형상을 하고 있고, 그 내부에 원주홈(2020)이 형성되고, 그 원주홈으로부터는 위쪽에 배기통로(2021)가 연장되어 있다. 그 배기통로는 내부공간(2022)을 경유하여 진공배관(2023)에 연결되어 있다. 칸막이(2019)의 하단은 시료(W)의 상면과의 사이에 수십 ㎛ 내지 수 mm 정도의 미소한 간극을 형성하고 있다.

이와 같은 구성에서는 스테이지의 이동에 따라 스테이지로부터 가스가 방출되어 챔버(C)내의 압력이 상승하여 선단부, 즉 하전빔 조사부(2002)에 가스가 유입하려고 하여도 칸막이(2019)가 시료(W)와의 간극을 조절하여 컨덕턴스를 매우 작게 하고 있기 때문에 가스는 유입이 방해되어 유입량은 감소한다. 또한 유입한 가스 는 원주홈(2020)으로부터 진공배관(2023)으로 배기되기 때문에, 하전빔 조사부(2002) 주위의 공간(2024)으로 유입하는 가스는 거의 없어져, 하전빔 조사부(2002)의 압력을 소망의 고진공 그대로 유지할 수 있다.

도 23에 본 발명의 실시예 7의 하전빔장치(2300)를 나타낸다. 챔버(C)와 하전빔 조사부(2002)의 주위에는 칸막이(2026)가 설치되고, 하전빔 조사부(2002)를 챔버(C)로부터 사이를 두고 있다. 이 칸막이(2026)는 구리나 알루미늄 등의 열전도성이 좋은 재료로 이루어지는 지지부재(2029)를 거쳐 냉동기(2030)에 연결되어 있고, -100℃ 내지 -200℃정도로 냉각되어 있다. 부재(2027)는 냉각되어 있는 칸막이(2026)와 거울통 사이의 열전도를 저해하기 위한 것으로, 세라믹이나 수지재 등의 열전도성이 나쁜 재료로 이루어져 있다. 또 부재(2028)는 세라믹 등의 비절연체로 이루어지고, 칸막이(2026)의 하단에 형성되어 시료(W)와 칸막이(2026)가 방전하는 것을 방지하는 역할을 가지고 있다.

이와 같은 구성에 의하여 챔버(C)내로부터 하전빔 조사부로 유입하려고 하는 가스분자는 칸막이(2026)로 유입을 저해받는 데다가 유입하더라도 칸막이(2026)의 표면에 동결 포집되어 버리기 때문에 하전빔 조사부(2024)의 압력을 낮게 유지할 수 있다. 또한 냉동기로서는 액체질소에 의한 냉각이나, He냉동기, 펄스튜브식 냉동기 등의 다양한 냉동기를 사용할 수 있다.

도 24에 본 발명의 실시예 8의 하전빔장치(2400)가 나타난다. 스테이지 (2003)의 양 가동부에는 도 20에 나타낸 것과 마찬가지로 칸막이판(2012, 2014)이 설치되어 있고, 시료대(2004)가 임의의 위치로 이동하여도 이들 칸막이에 의하여 스테이지내의 공간(2013)과 챔버(C)내가 스로틀(2050, 2051)을 거쳐 칸막이된다. 또한 하전빔 조사부(2002)의 주위에는 도 21에 나타낸 것과 마찬가지로 칸막이(2016)가 형성되어 있어, 챔버(C)내와 하전빔 조사부(2002)가 있는 공간(2024)이 스로틀 (2052)을 거쳐 칸막이되어 있다. 이 때문에 스테이지가동시, 스테이지에 흡착하고 있는 가스가 공간(2013)으로 방출되어 이 부분의 압력을 상승시켜도 챔버(C)의 압력상승은 낮게 억제되어, 공간(2024)의 압력상승은 더욱 낮게 억제된다. 이에 의하여 하전빔 조사공간(2024)의 압력을 낮은 상태로 유지할 수 있다. 또 칸막이(2016)에 나타낸 바와 같이 차동 배기기구를 내장한 칸막이(2019)로 하거나, 도 22에 나타낸 바와 같이 냉동기로 냉각된 칸막이(2026)로 함으로써 공간(2024)을 더욱 낮은 압력으로 안정되게 유지할 수 있게 된다.

도 25에 있어서, 본 발명의 실시예 9의 하전빔장치(2500)의 광학계 및 검출계가 모식적으로 표시되어 있다. 광학계는 거울통내에 설치되어 있으나, 이 광학계 및 검출기는 어디까지나 예시이고, 필요에 따라 임의의 광학계, 검출기를 사용할 수 있다. 하전빔장치의 광학계(2060)는 하전빔을 스테이지(2003) 위에 탑재된 시료(W)에 조사하는 1차 광학계(2061)와, 시료로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 2차 광학계(2071)를 구비하고 있다. 1차 광학계(2061)는 하전빔을 방출하는 전자총 (2062)과, 전자총(2011)으로부터 방출된 하전빔을 집속하는 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(2063, 2064)와, 편향기(2065)와, 하전빔을 그 광축이 대상의 면에 수직이 되도록 편향하는 빈필터, 즉 E ×B 분리기(723)와, 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(2067, 2068)를 구비하고, 그것들은 도 18에 나타내는 바와 같이 전자총(2016)을 최상부로 하여 순서대로 하전빔의 광축이 시료(W)의 표면(시료면)에 연직인 선에 대하여 경사져 배치되어 있다. E ×B 편향기(2066)는 전극(2661) 및 자석(2662)을 구비하고 있다.

2차 광학계(2071)는 시료(W)로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 광학계로서, 1차 광학계의 E ×B형 편향기(2066)의 위쪽에 배치된 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(2072, 2073)를 구비하고 있다. 검출기(2080)는 2차 광학계(2071)를 거쳐 보내진 2차 전자를 검출한다. 상기 광학계(2060) 및 검출기(2080)의 각 구성요소의 구조 및 기능은 종래의 것과 동일하므로 그것들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전자총(2011)으로부터 방출된 하전빔은 전자총의 정방형 개구에서 정형되어 2단의 렌즈계(2063, 2064)에 의하여 축소되고, 편광기(2065)에서 광축이 조정되어 E ×B 편향기(2066)의 편향 중심면에 한 변이 1.25mm의 정방형으로 결상된다. E ×B 편향기(2066)는 시료의 법선에 수직인 평면내에 있어서 전계와 자계를 직교시킨 구조로 되어 있어, 전계, 자계, 전자의 에너지의 관계가 일정한 조건을 충족할 때에는 전자를 직진시키고, 그 이외일 때에는 이들 전계, 자계 및 전계의 에너지의 상호의 관계에 의하여 소정방향으로 편향되도록 되어 있다. 도 25에 있어서는 전자총으로부터의 하전빔을 시료(W)에 수직으로 입사시키고, 또 시료로부터 방출된 2차 전자를 검출기(2080)의 방향으로 직진시키도록 설정되어 있다. E ×B 편광기로 편향된 성형 빔은 렌즈계(2067, 2068)에서 1/5로 축소되어 시료(W)에 투영된다. 시료(W)로부터 방출된 패턴화상의 정보를 가진 2차 전자는 렌즈계(2067, 2068, 2072, 2073)에서 확대되어 검출기(2080)로 2차 전자화상을 형성한다. 이 4단의 확대랜즈는 렌즈계(2067, 2068)가 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고, 렌즈계(2072, 2073)도 역시 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고 있으므로 왜곡이 없는 렌즈로 되어 있다.

도 12 및 도 13의 반도체장치의 제조방법의 일례를 나타내는 플로우차트의 (G)의 검사공정 또는 (c)의 노광공정에 본 발명의 실시예 3 내지 8에 관한 결함 검사장치 및 결함 검사방법, 노광장치 및 노광방법을 사용하면 미세한 패턴을 고정밀도로 안정되게 검사 또는 노광을 할 수 있으므로, 제품의 수율의 향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명에 의한 전자선장치의 실시예 3 내지 8에 의하면, 다음과 같은 효과를 가지는 것이 가능하다.

(가) 실시예 4 및 5(도 20, 도 21)에 의하면, 스테이지장치가 진공내에서 고정밀도의 위치결정 성능을 발휘할 수 있고, 또한 하전입자빔 조사위치의 압력이 상승하기 어렵다. 즉 시료에 대한 하전입자빔에 의한 처리를 고정밀도로 행할 수 있다.

(나) 실시예 6(도 22)에 의하면, 정압베어링 지지부로부터 방출된 가스가 칸막이를 통과하여 하전입자빔 조사영역측으로 통과하는 것을 거의 할 수 없다. 이에 의하여 하전입자빔 조사위치의 진공도를 더욱 안정시킬 수 있다.

(다) 실시예 7(도 23)에 의하면, 하전입자빔 조사영역측으로 방출가스가 통과하는 것이 곤란하게 되어 하전입자빔 조사영역의 진공도를 안정되게 유지하기 쉬워진다.

(라) 실시예 8(도 24)에 의하면, 진공챔버내가 하전입자빔 조사실, 정압베어링실 및 그 중간실의 3실에 작은 컨덕턴스를 거쳐 분할된 형이 된다. 그리고 각각의 실의 압력을 낮은 순으로 하전빔 조사실, 중간실, 정압베어링실이 되도록 진공배기계를 구성한다. 중간실에의 압력변동은 칸막이에 의하여 더욱 낮게 억제되어, 하전입자빔 조사실에의 압력변동은 다른 1단의 칸막이에 의하여 더욱 저감되어 압력변동을 실질적으로 문제없는 레벨까지 저감하는 것이 가능하게 된다.

(마) 본 발명의 실시예 5 내지 7에 의하면, 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 낮게 억제하는 것이 가능하게 된다.

(바) 본 발명의 실시예 8(도 24)에 의하면, 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 더욱 낮게 억제하는 것이 가능하다.

(사) 본 발명의 실시예 5 내지 8에 의하면, 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도로, 또한 하전입자빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 실현할 수 있으므로, 검사성능이 높고, 시료를 오염할 염려가 없는 검사장치를 제공할 수 있다.

(아) 본 발명의 실시예 5 내지 8에 의하면, 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전입자빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 실현할 수 있으므로, 노광 정밀도가 높고, 시료를 오염할 염려가 없는 노광장치를 제공할 수 있다.

(자) 본 발명의 실시예 5 내지 8에 의하면, 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전입자빔 조사영역의 진공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

다음에 도 26 내지 도 33을 참조하여 본 발명의 실시예 9 내지 10의 결함 검사장치를 설명한다. 도 26에는 본 발명의 실시예 10에 관한 결함 검사장치(3000)의 개략구성이 나타난다. 이 결함 검사장치(3000)는 이른바 사상 투영형의 검사장치로서, 1차 전자선을 방출하는 전자총(3001), 방출된 1차 전자선을 편향, 성형시키는 정전렌즈(3002), 성형된 1차 전자선을 전장(E) 및 자장(B)이 직교하는 곳에서 반도체 웨이퍼(3005)에 대략 수직으로 닿도록 편향시키는 E ×B 편향기(3003), 편향된 1차 전자선을 웨이퍼(3005) 위에 결상시키는 대물렌즈(3010), 진공으로 배기 가능한 도시 생략한 시료실내에 설치되고, 웨이퍼(3005)를 탑재한 상태로 수평면내를 이동 가능한 스테이지(3004), 1차 전자선의 조사에 의하여 웨이퍼(3005)로부터 방출된 2차 전자선 및/또는 반사전자선을 소정의 배율로 사상투영하여 결상시키는 사상 투영계의 정전렌즈(3006), 결상된 상을 웨이퍼의 2차 전자화상으로서 검출하는 검출기 (3007) 및 장치 전체를 제어함과 동시에, 검출기(3007)에 의하여 검출된 2차 전자화상에 의거하여 웨이퍼(3005)의 결함을 검출하는 처리를 실행하는 제어부(3016)를 포함한다. 상기 2차 전자화상에는 2차 전자뿐만 아니라 산란전자나 반사전자에 의한 기여도 포함되어 있으나, 여기서는 2차 전자화상이라 부르기로 한다.

대물렌즈(3010)와 웨이퍼(W)와의 사이에는 1차 전자선의 웨이퍼(3005)에 대한 입사각도를 전장 등에 의하여 편향시키는 편향전극(3011)이 개재되어 있다. 이 편향전극(3011)에는 그 편향전극의 전장을 제어하는 편향제어기(3012)가 접속되어 있다. 이 편향제어기(3012)는 제어부(3016)에 접속되어 제어부(3016)로부터의 지령에 따른 전장이 편향전극(3011)에서 생성되도록 해당 편향전극을 제어한다. 또한 편향제어기(3012)는 편향전극(3011)에 인가하는 전압을 제어하는 전압제어장치로서 구성할 수 있다.

검출기(3007)는 정전렌즈(3006)에 의하여 결상된 2차 전자화상을 후처리 가능한 신호로 변환할 수 있는 한, 임의의 구성으로 할 수 있다. 예를 들면 도 31에 그 상세를 나타내는 바와 같이 검출기(3007)는 멀티 채널 플레이트(3050)와, 형광면 (3052)과, 릴레이 광학계(3054)와, 다수의 CCD 소자로 이루어지는 촬상센서(3056)를 포함하여 구성할 수 있다. 멀티 채널 플레이트(3050)는 플레이트내에 다수의 채널을 구비하고 있고, 정전렌즈(3006)에 의하여 결상된 2차 전자가 해당 채널내를 통과하는 사이에 더욱 다수의 전자를 생성시킨다. 즉 2차 전자를 증폭시킨다. 형광면(3052)은 증폭된 2차 전자에 의하여 형광을 발함으로써 2차 전자를 빛으로 변환한다. 릴레이 렌즈(3054)가 이 형광을 CCD 촬상센서(3056)로 유도하고, CCD 촬상센서(3056)는 웨이퍼(3005) 표면 위의 2차 전자의 강도분포를 소자마다의 전기신호, 즉 디지털 화상 데이터로 변환하여 제어부(3016)에 출력한다.

제어부(3016)는, 도 26에 예시된 바와 같이 범용적인 퍼스널컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 이 컴퓨터는 소정의 프로그램에 따라 각종 제어, 연산처리를 실행하는 제어부 본체(3014)와, 본체(3014)의 처리결과를 표시하는 CRT(3015)와, 조작자가 명령을 입력하기 위한 키보드나 마우스 등의 입력부(3018)를 구비한다. 물론, 결함검사장치 전용의 하드웨어, 또는 워크스테이션 등으로 제어부(3016)를 구 성하여도 좋다.

제어부 본체(3014)는 도시 생략한 CPU, RAM, ROM, 하드디스크, 비디오기판 등의 각종 제어기판 등으로 구성된다. RAM 또는 하드디스크 등의 메모리상에는 검출기(7)로부터 수신한 전기신호, 즉 웨이퍼(3005)의 2차 전자화상의 디지털 화상 데이터를 기억하기 위한 2차 전자 화상 기억영역(3008)이 할당되어 있다. 또 하드디스크상에는 미리 결함이 존재하지 않는 웨이퍼의 기준화상 데이터를 기억하여 두는 기준화상 기억부(3013)가 존재한다. 또한 하드디스크상에는 결함 검사장치 전체를 제어하는 제어프로그램 외에 기억영역(3008)으로부터 2차 전자 화상 데이터를 판독하고, 그 화상 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘에 따라 웨이퍼(3005)의 결함을 자동적으로 검출하는 결함 검출프로그램(3009)이 저장되어 있다. 이 결함 검출 프로그램(3009)은 상세를 다시 뒤에서 설명하는 바와 같이 기준화상 기억부(3013)로부터 판독한 기준화상과, 실제로 검출된 2차 전자선 화상을 매칭하여 결함부분을 자동적으로 검출하여 결함있음으로 판정한 경우, 조작자에게 경고 표시하는 기능을 가진다. 이때 CRT(3015)의 표시부에 2차 전자화상(3017)을 표시하도록 하여도 좋다.

다음에 실시예 10에 관한 결함 검사장치(3000)의 작용을 도 28 내지 도 30의 플로우차트를 예로 하여 설명한다.

먼저 도 28의 메인루틴의 흐름에 나타내는 바와 같이, 검사대상이 되는 웨이퍼(3005)를 스테이지(3004)의 위에 세트한다(단계 3300). 이것은 도시 생략한 로더에 다수 저장된 웨이퍼 모두를 1매마다 자동적으로 스테이지에 세트하는 형태이어도 좋다.

다음에 웨이퍼 표면의 XY 평면상에서 부분적으로 겹쳐지면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득한다(단계 3304). 이들 화상 취득해야 할 복수의 피검사영역이란, 도 32에 나타내는 바와 같이 예를 들면 웨이퍼검사 표면 (3034) 위에 참조번호(3032a, 3032b ‥‥ 3032k ‥‥)로 나타내는 직사각형 영역을 말하며, 이들은 웨이퍼의 검사패턴(3030)의 주위에서 부분적으로 겹쳐지면서 위치가 어긋나 있음을 알 수 있다. 예를 들면 도 27에 나타낸 바와 같이 16개의 피검사영역의 화상(3032)(피검사 화상)이 취득된다. 여기서 도 27에 나타내는 화상은 직사각형의 경역(境域)이 1화소(또는 화소보다 큰 블록단위이어도 좋다)에 상당하고, 이 중 검게 칠한 경역이 웨이퍼(W) 위의 패턴의 화상부분에 상당한다. 이 단계(3304)의 상세는 도 29의 플로우차트로 뒤에서 설명한다.

다음에 단계(3304)에서 취득한 복수의 피검사영역의 화상 데이터를 기억부 (3013)에 기억된 기준화상 데이터와 각각 비교 대조하여[도 28의 단계(3308)] 상기 복수의 피검사영역에 의하여 망라되는 웨이퍼 검사면에 결함이 있는지의 여부가 판정된다. 이 공정에서는 이른바 화상 데이터끼리의 매칭처리를 실행하나, 그 상세 에 대해서는 도 30의 플로우차트로 뒤에서 설명한다.

단계(3308)의 비교결과로부터 상기 복수의 피검사영역에 의하여 망라되는 웨이퍼 검사면에 결함이 있다고 판정된 경우(단계 3312 긍정판정), 조작자에게 결함의 존재를 경고한다(단계 3318). 경고의 방법으로서, 예를 들면 CRT(3015)의 표시부에 결함의 존재를 알리는 메시지를 표시하거나, 이것과 동시에 결함이 존재하는 패턴의 확대화상(2017)을 표시하여도 좋다. 이와 같은 결함 웨이퍼를 즉시 시료실(3)로부터 인출하여, 결함이 없는 웨이퍼와는 별도의 보관장소에 저장하여도 좋다(단계 3319).

단계(3308)의 비교처리의 결과, 웨이퍼(3005)에 결함이 없다고 판정된 경우(단계 3312 부정판정), 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(3005)에 대하여 검사해야 할 영역이 아직 남아 있는지의 여부가 판정된다(단계 3314). 검사해야 할 영역이 남아 있는 경우(단계 3314 긍정판정), 스테이지(4)를 구동하여 이제부터 검사해야 할 다른 영역이 1차 전자선의 조사영역내에 들어 가도록 웨이퍼(3005)를 이동시킨다(단계 3316). 그 후 단계(3302)로 되돌아가 상기 다른 검사영역에 관하여 동일한 처리를 반복한다.

검사해야 할 영역이 남아 있지 않은 경우(단계 3314 부정판정), 또는 결함 웨이퍼의 추출공정(단계 3319)후, 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(3005)가 최종의 웨이퍼인지의 여부, 즉 도시 생략한 로더에 미검사 웨이퍼가 남아 있지 않는지의 여부가 판정된다(단계 3320). 최종의 웨이퍼가 아닌 경우(단계 3320 부정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장개소에 보관하고, 그 대신에 새로운 미검사 웨이퍼를 스테이지(4)에 세트한다(단계 3322). 그후 단계(3302)로 되돌아가 해당 웨이퍼에 관하여 동일한 처리를 반복한다. 최종의 웨이퍼인 경우(단계 3320 긍정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장개소에 보관하고, 전공정을 종료한다.

다음에 단계(3304)의 처리의 흐름을 도 29의 플로우차트에 따라 설명한다. 도 29에서는 먼저 화상번호(i)를 초기값 1에 세트한다(단계 3330). 이 화상번호는 복수의 피검사영역 화상의 각각에 순차 부여된 식별번호이다. 다음에 세트된 화상번호(i)의 피검사영역에 관하여 화상위치(X_i, Y_i)를 결정한다(단계 3332). 이 화상위치는 피검사영역을 획정(劃定)시키기 위한 해당 영역내의 특정위치, 예를 들면 해당 영역내의 중심위치로서 정의된다. 현 시점에서는 i = 1이므로 화상위치 (X₁, Y₁)이 되고, 이것은 예를 들면 도 32에 나타낸 피검사영역(3332a)의 중심위치에 해당한다. 모든 피검사 화상영역의 화상위치는 미리 정해져 있고, 예를 들면 제어부(3316)의 하드디스크상에 기억되어 단계(3332)에서 판독된다.

다음에 도 26의 편향전극(3011)을 통과하는 1차 전자선이 단계(3332)에서 결정된 화상위치(X_i, Y_i)의 피검사 화상영역에 조사되도록 편향 제어기(3312)가 편향전극(3311)에 전위를 가한다(도 29의 단계 3334).

다음에 전자총(3001)으로부터 1차 전자선을 방출하여 정전렌즈(3002), E ×B 편향기(3003), 대물렌즈(3010) 및 편향전극 (3011)을 통하여 세트된 웨이퍼(3005) 표면 위에 조사한다(단계 3336). 이때 1차 전자선은 편향전극(3011)이 만들어내는 전장에 의하여 편향되고, 웨이퍼검사 표면(3034) 위의 화상위치(X_i, Y_i)의 피검사 화상영역 전체에 걸쳐 조사된다. 화상번호 i = 1 인 경우, 피검사영역은 3032a가 된다.

1차 전자선이 조사된 피검사영역에서는 2차 전자 및/또는 반사전자(이하,「2차 전자」만 칭함)가 방출된다. 그곳에서 발생한 2차 전자선을 확대 투영계의 정 전 렌즈(3006)에 의하여 소정의 배율로 검출기(3007)에 결상시킨다. 검출기(3007)는 결상된 2차 전자선을 검출하여 검출소자마다의 전기신호, 즉 디지털 화상 데이터로 변환 출력한다(단계 3338). 그리고 검출한 화상번호(i)의 디지털 화상 데이터를 2차 전자 화상 기억영역(8)에 전송한다(단계 3340).

다음에 화상번호(i)를 1만큼 증가하여(단계 3342), 증가(increment)한 화상번호(i + 1)가 일정값(i_MAX)을 초과하고 있는지의 여부를 판정한다(단계 3344). 이 i_MAX는 취득해야 할 피검사 화상의 수이며, 도 27의 상기한 예에서는 「16」이다.

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 초과하고 있지 않은 경우(단계 3344 부정판정) 다시 단계(3332)로 되돌아가, 증가한 화상번호(i+1)에 대하여 화상위치 (X_i+1, Y_i+1)를 다시 결정한다. 이 화상위치는 앞의 루틴에서 결정한 화상위치(X_i, Y_i)부터 X방향 및/또는 Y방향으로 소정거리(ΔX_i, ΔY_i)만큼 이동시킨 위치이다. 도 32의 예에서는 피검사영역은 (X₁, Y₁)로부터 Y방향으로만 이동한 위치(X₂, Y₂ )가 되고, 파선으로 나타낸 직사각형 영역(3032b)이 된다. 또한 (ΔX_i, ΔY_i)(i = 1, 2, … i_MAX )의 값은 웨이퍼검사면(3034)의 패턴(3030)이 검출기(3007)의 시야로부터 실제로 경험적으로 어느 만큼 어긋나는가라는 데이터와, 피검사영역의 수 및 면적으로부터 적절하게 정하여 둘 수 있다.

그리고 단계(3332 내지 3342)의 처리를 i_MAX개의 피검사영역에 대하여 순차 반복하여 실행한다. 이들 피검사영역은 도 32에 나타내는 바와 같이 k회 이동한 화상위치(X_k, Y_k)에서는 피검사 화상영역(3032k)이 되도록 웨이퍼의 검사면(3034) 위에서 부분적으로 겹쳐지면서 위치가 어긋나 간다. 이와 같이 하여 도 27에 예시한 16개의 피검사 화상 데이터가 화상기억영역(3008)에 취득된다. 취득한 복수의 피검사영역의 화상(3032)(피검사화상)은 도 27에 예시된 바와 같이 웨이퍼검사면(3034) 위의 패턴(3030)의 화상(3030a)을 부분적 또는 완전히 도입하고 있음을 알 수 있다.

증가한 화상번호(i)가 i_MAX를 초과한 경우(단계 3344 긍정판정), 이 서브루틴을 리턴하여 도 28의 메인 루틴의 비교공정(단계 3308)으로 이행한다.

또한 단계(3340)에서 메모리 전송된 화상 데이터는 검출기(3007)에 의하여 검출된 각 화소마다의 2차 전자의 강도값(이른바 베타데이터)으로 이루어지나, 후단의 비교공정(도 28의 단계 3308)에서 기준화상과 매칭연산을 행하기 위하여 여러가지 연산처리를 실시한 상태로 기억영역(3008)에 저장하여 둘 수 있다. 이와 같은 연산처리에는 예를 들면 화상 데이터의 크기 및/또는 농도를 기준 화상 데이터의 크기 및/또는 농도에 일치시키기 위한 정규화처리나, 소정 화소수 이하의 독립된 화소군을 노이즈로서 제거하는 처리 등이 있다. 또는 단순한 베타데이터가 아니라, 고정밀, 미세패턴의 검출 정밀도를 저하시키지 않는 범위에서 검출패턴의 특징을 추출한 특징 매트릭스에 데이터압축 변환하여 두어도 좋다. 이와 같은 특징 매트릭스로서 예를 들면 M ×N 화소로 이루어지는 2차원의 피검사영역을, m ×n (m < M, n < N)블록으로 분할하여 각 블록에 포함되는 화소의 2차 전자 강도값의 총합(또는 이 총합 값을 피검사영역 전체의 총 화소수로 나눈 정규화값)을 각 매트릭스성분으로 하고 있는 m ×n 특징 매트릭스 등이 있다. 이 경우 기준 화상 데이터도 이것과 동일한 표현으로 기억하여 둔다. 본 발명의 실시예에서 말하는 화상데이터란, 단지 베타데이터는 물론이고, 이와 같이 임의의 알고리즘으로 특징 추출된 화상 데이터를 포함한다.

다음에 단계(3308)의 처리의 흐름을 도 30의 플로우차트에 따라 설명한다.

먼저, 제어부(3016)의 CPU는 기준 화상 기억부(3013)(도 26)로부터 기준화상 데이터를 RAM 등의 워킹메모리상으로 판독한다(단계 3350). 이 기준화상은 도 27에서는 참조번호 3036으로 표시된다. 그리고 화상번호(i)를 1로 리세트하고(단계 3352), 기억영역(3008)으로부터 화상번호(i)의 피검사 화상 데이터를 워킹메모리상으로 판독한다(단계 3354).

다음에 판독한 기준화상 데이터와, 화상(i)의 데이터를 매칭하여 양자 사이의 거리값(D_i)을 산출한다(단계 3356). 이 거리값(D_i)은 기준화상과, 피검사 화상(i) 사이의 유사도를 표시하여 거리값이 클수록 기준화상과 피검사 화상과의 차가 큰 것을 표시하고 있다. 이 거리값(D_i)으로서 유사도를 나타내는 양이면 임의의 것을 채용할 수 있다. 예를 들면 화상 데이터가 M ×N 화소로 이루어지는 경우, 각 화소의 2차 전자강도(또는 특징량)을 M ×N 차원 공간의 각 위치 벡터성분으로 간주하고, 이 M ×N 차원 공간상에 있어서의 기준화상 벡터 및 화상(i)벡터 사이의 유클리드거리 또는 상관계수를 연산하여도 좋다. 물론 유클리드거리 이외 의 거리, 예를 들면 소위 시가지 거리 등을 연산할 수도 있다. 또한 화소수가 큰 경우, 연산량이 방대해지기 때문에 상기한 바와 같이 m ×n 특징 벡터로 표시한 화상 데이터끼리의 거리값을 연산하여도 좋다.

다음에 산출한 거리값(D_i)이 소정의 한계값(Th)보다 작은지의 여부를 판정한다(단계 3358). 이 한계값(Th)은 기준화상과 피검사 화상 사이의 충분한 일치를 판정할 때의 기준으로서 실험적으로 구해진다.

거리값(Di)이 소정의 한계값(Th)보다 작은 경우(단계 3358 긍정판정), 해당 웨이퍼(3005)의 해당 검사면(3034)에는 「결함 없음」으로 판정하고(단계 3360), 본 서브루틴을 리턴한다. 즉 피검사 화상 중 하나라도 기준화상과 대략 일치한 것이 있으면「결함 없음」으로 판정한다. 이와 같이 모든 피검사 화상과의 매칭을 행할 필요가 없기 때문에, 고속판정이 가능하게 된다. 도 27의 예의 경우, 3행 3열째의 피검사 화상이 기준화상에 대하여 위치 어긋남이 없고 대략 일치하고 있음을 알 수 있다.

거리값(Di)이 소정의 한계값(Th) 이상인 경우(단계 3358 부정판정), 화상번호 (i)를 1만큼 증가하고(단계 3362), 증가한 화상번호(i+1)가 일정값(i_MAX)을 초과하고 있는지의 여부를 판정한다(단계 3364).

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 초과하고 있지 않은 경우(단계 3364 부정판정) 다시 단계(3354)로 되돌아가 증가한 화상번호(i+1)에 대하여 화상 데이터를 판독하고, 동일한 처리를 반복한다.

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 초과한 경우(단계 3364 긍정판정), 해당 웨이퍼(3005)의 해당 검사면(3034)에는「결함있음」으로 판정하고(단계 3366), 본 서브루틴을 리턴한다. 즉, 피검사 화상의 모두가 기준화상과 대략 일치하지 않고 있으면, 「결함있음」으로 판정한다.

본 발명의 결함 검사장치(3000)에 있어서는 상기한 사상 투영형의 전자선장치뿐만 아니라, 이른바 주사형의 전자선장치를 이용할 수 있다. 이것을 실시예 10으로서 도 33을 사용하여 설명한다.

도 33은 본 발명의 실시예 11의 전자선장치(3100)를 개략적으로 나타내는 도면으로, 상기 도면에 있어서, 전자총(3061)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서 렌즈 (3062)에 의하여 집속되어 점(3064)에 있어서 크로스오버를 형성한다.

콘덴서 렌즈(3062)의 아래쪽에는 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판 (3063)이 배치되고, 이에 의하여 복수의 1차 전자선이 형성된다. 제 1 멀티 개구판 (3063)에 의하여 형성된 1차 전자선의 각각은 축소 렌즈(3065)에 의하여 축소되어 점(3075)에 투영된다. 점(3075)에서 초점을 맞춘 후, 대물렌즈(3067)에 의하여 시료(3068)에 초점이 맞춰진다. 제 1 멀티 개구판(3063)으로부터 나온 복수의 1차 전자선은 축소 렌즈(3065)와 대물렌즈(3067) 사이에 배치된 편향기(3080)에 의하여 동시에 시료(3068)의 면 위를 주사하도록 편향된다.

축소 렌즈(3065) 및 대물렌즈(3067)의 상면 만곡수차가 발생하지 않도록 도 33의 오른쪽 위부분에 나타내는 바와 같이 멀티 개구판(3063)은 원주상에 작은 개 구가 배치되어 그 X 방향으로 투영한 것은 등간격이 되는 구조로 되어 있다.

초점이 맞춰진 복수의 1차 전자선에 의하여 시료(3068)의 복수의 점이 조사되고, 조사된 이들 복수의 점으로부터 방출된 2차 전자선은 대물렌즈(3067)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되고, E ×B 분리기(3066)로 편향되어, 2차 광학계에 투입된다. 2차 전자상은 점(3075)으로부터 대물렌즈(3067)에 가까운 점(3076)에 초점을 맺는다. 이것은 각 1차 전자선은 시료면 위에서 500eV의 에너지를 가지고 있는 데 대하여, 2차 전자선은 수eV의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다.

2차 광학계는 확대 렌즈(3069, 3070)를 가지고 있고, 이들 확대 렌즈(3069, 3070)를 통과한 2차 전자선은 제 2 멀티 개구판(3071)의 복수의 개구에 결상한다. 그리고 이들 개구를 통하여 복수의 검출기(3072)로 검출된다. 도 33 오른쪽 윗부분에 나타내는 바와 같이, 검출기(3072)의 앞에 배치된 제 2 멀티 개구판(3071)에 형성된 복수의 개구와, 제 1 멀티 개구판(3063)에 형성된 복수의 개구는 1대 1로 대응하고 있다.

각각의 검출기(3072)는 검출한 2차 전자선을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 이와 같은 각 검출기로부터 출력되는 전기신호는 증폭기(3073)에 의하여 각각 증폭된 후, 화상처리부(3074)에 의하여 수신되어 화상데이터로 변환된다. 화상처리부(3074)에는 1차 전자선을 편향시키기 위한 주사신호가 편향기(3080)로부터 다시 공급되기 때문에, 화상처리부(3074)는 시료(3068)의 면을 나타내는 화상을 표시한다. 이 화상은 제 1 실시형태에서 설명한 위치가 다른 복수의 피검사 화상(도 27) 중 하나의 화상에 상당하고 있다. 이 화상을 기준화상(3036)과 비교함으로 써 시료(3068)의 결함을 검출할 수 있다. 또 레지스트레이션에 의하여 시료(3068) 위의 피평가 패턴을 1차 광학계의 광축의 가까이로 이동시켜 라인스캔함으로써 선폭 평가신호를 인출하고, 이것을 적절하게 교정함으로써, 시료(3068) 위의 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

여기서 제 1 멀티 개구판(3063)의 개구를 통과한 1차 전자선을 시료(3068)의 면 위에 초점을 맞추어 시료(3068)로부터 방출된 2차 전자선을 검출기(3072)에 결상시킬 때, 1차 광학계 및 2차 광학계에서 생기는 왜곡, 상면 만곡 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 배려한 쪽이 좋다.

다음에 복수의 1차 전자선의 간격과, 2차 광학계와의 관계에 대해서는 1차 전자선의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만큼 떨어뜨리면 복수의 빔 사이의 크로스토크를 없앨 수 있다.

도 33의 주사형 전자선장치(3100)에 있어서도, 도 28 및 도 29의 플로우차트에 따라 시료(3068)의 검사를 행한다. 이 경우 도 29의 단계(3332)의 화상위치 (Xi, Yi)는 멀티빔을 주사하여 얻어지는 복수의 라인화상을 합성한 2차원 화상의 중심위치에 대응한다. 이 화상위치(Xi, Yi)는 뒤의 공정에서 순차, 변경되나, 이는 예를 들면 편향기(3080)의 옵셋전압을 변경함으로써 행한다. 편향기(3080)는 설정된 옵셋전압의 주위에 전압을 변화시킴으로써, 통상의 라인주사를 행한다. 물론 편향기(3080)와는 별체의 편향수단을 설치하고, 이에 의하여 화상위치(Xi, Yi)의 변경을 행하여도 좋다.

상기한 실시예 10 및 11의 장치를 도 12 및 도 13의 반도체장치제조공정에 있어서의 웨이퍼의 평가에 적용할 수 있다. 도 12 및 도 13의 플로우차트는 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼제조공정(또는 웨이퍼를 준비하는 준비공정), 노광에 사용하는 마스크를 제작하는 마스크제조공정(또는 마스크를 준비하는 마스크준비공정), 웨이퍼에 필요한 가공처리를 행하는 웨이퍼프로세싱공정, 웨이퍼 위에 형성된 칩을 1개씩 잘라 내어 동작 가능하게 하는 칩 조립공정, 조립된 칩을 검사하는 칩 검사공정을 포함한다.

이들 공정 중에서 반도체장치의 성능에 결정적인 영향을 미치는 공정이 웨이퍼프로세싱공정이다. 이 공정에서는 설계된 회로패턴을 웨이퍼 위에 순차 적층하여 메모리나 MPU로서 동작하는 칩을 다수 형성한다. 이 웨이퍼프로세싱공정은 이하의 각 공정을 포함한다.

① 절연층이 되는 유전체 박막이나 배선부, 또는 전극부를 형성하는 금속박막 등을 형성하는 박막형성공정(CVD나 스패터닝 등을 사용한다)

② 이 박막층이나 웨이퍼기판을 산화하는 산화공정

③ 박막층이나 웨이퍼기판 등을 선택적으로 가공하기 위하여 마스크(레티클)를 사용하여 레지스트패턴을 형성하는 리소그래피공정

④ 레지스트패턴에 따라 박막층이나 기판을 가공하는 에칭공정(예를 들면 건식 에칭기술을 사용함)

⑤ 이온·불순물주입 확산공정

⑥ 레지스트 박리공정

⑦ 가공된 웨이퍼를 검사하는 공정

또한 웨이퍼 프로세싱공정은 필요한 층수만큼 반복하여 행하고, 설계대로 동작하는 반도체장치를 제조한다.

상기 웨이퍼 프로세싱공정의 중핵을 이루는 리소그래피공정을 도 13의 플로우차트에 나타낸다. 이 리소그래피공정은 이하의 각 공정을 포함한다.

① 전단의 공정에서 회로패턴이 형성된 웨이퍼 위에 레지스트를 코팅하는 레지스트 도포공정

② 레지스트를 노광하는 공정

③ 노광된 레지스트를 현상하여 레지스트의 패턴을 얻는 현상공정

④ 현상된 레지스트패턴을 안정화하기 위한 어닐링공정

이상의 반도체장치제조공정, 웨이퍼 프로세싱공정, 리소그래피공정에는 주지의 공정이 적용된다.

상기 ⑦의 웨이퍼 검사공정에 있어서 본 발명의 상기 각 실시형태에 관한 결함 검사장치(3000)를 사용한 경우, 미세한 패턴을 가지는 반도체장치로도 2차 전자화상의 상 장해가 없는 상태에서 고정밀도로 결함을 검사할 수 있으므로, 제품의 수율의 향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명은 상기 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지의 범위내에서 임의로 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 피검사 시료로서 반도체 웨이퍼(3005)를 예로 들었으나, 본 발명의 피검사 시료는 이것에 한정되지 않고, 전자선에 의하여 결함을 검출할 수 있는 임의의 것이 선택 가능하다. 예를 들면 웨이퍼에의 노 광용 패턴이 형성된 마스크 등을 검사대상으로 할 수도 있다.

또 본 발명은 전자 이외의 하전입자선을 사용하여 결함검출을 행하는 장치에도 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 시료의 결함을 검사 가능한 화상을 취득할 수 있는 임의의 장치에도 적용 가능하다.

또한 편향전극(3011)은 대물렌즈(3010)와 웨이퍼(3005)와의 사이뿐만 아니라, 1차 전자선의 조사영역을 변경할 수 있는 한 임의의 위치에 둘 수 있다. 예를 들면 E ×B 편향기(3003)와 대물렌즈(3010)의 사이, 전자총(3001)과 E ×B 편향기 (3003)의 사이 등이 있다. 또한 E ×B 편향기(3003)가 생성하는 곳을 제어함으로써, 그 편향방향을 제어하도록 하여도 좋다. 즉 E ×B 편향기(3003)에 편향전극 (3011)의 기능을 겸용시켜도 좋다.

또 상기 실시예 10 및 11에서는 화상데이터끼리의 매칭을 행할 때에 화소 사이의 매칭 및 특징 벡터 사이의 매칭 중 어느 하나로 하였으나, 양자를 조합시킬 수도 있다. 예를 들면 제일 먼저 연산량이 적은 특징 벡터로 고속 매칭을 행하고, 그 결과, 유사도가 높은 피검사 화상에 대해서는 보다 상세한 화소데이터로 매칭을 행한다는 2단계의 처리에 의하여 고속화와 정밀도를 양립시킬 수 있다.

또 본 발명의 실시예 10 및 11에서는 피검사 화상의 위치 어긋남을 1차 전자선의 조사영역의 위치 어긋남만으로 대응하였으나, 매칭처리의 전, 또는 그 사이에 화상데이터상에서 최적 매칭영역을 검색하는 처리(예를 들면 상관계수가 높은 영역끼리를 검출하여 매칭시킨다)와 본 발명을 조합시킬 수도 있다. 이에 의하면 피검사화상의 큰 위치 어긋남을 본 발명에 의한 1차 전자선의 조사영역의 위치 어긋남 으로 대응함과 동시에, 비교적 작은 위치 어긋남을 후단의 디지털 화상처리에서 흡수할 수 있으므로 결함검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

다시 결함검사용 전자선장치로서, 도 26 및 도 33의 구성을 나타내었으나, 전자 광학계 등은 임의로 적절하게 변경 가능하다. 예를 들면 도 26에 나타낸 결함 검사장치의 전자선 조사수단(3001, 3002, 3003)은 웨이퍼(3005)의 표면에 대하여 수직 위쪽으로부터 1차 전자선을 입사시키는 형식이나, E ×B 편향기(3003)를 생략하고, 1차 전자선을 웨이퍼(3005)의 표면에 비스듬하게 입사하도록 하여도 좋다.

또 도 28의 플로우차트의 흐름도, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 단계(3312)에서 결함있음으로 판정된 시료에 대하여, 다른 영역의 결함검사는 행하지 않는 것으로 하였으나, 전 영역을 망라하여 결함을 검출하도록 처리의 흐름을 변경하여도 좋다. 또 1차 전자선의 조사영역을 확대하여 1회의 조사로 시료의 거의 전검사영역을 커버할 수 있으면 단계(3314) 및 단계(3316)를 생략할 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예 10 및 11의 결함 검사장치에 의하면 시료 위에서 부분적으로 겹쳐지면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득하고, 이들 피검사영역의 화상과 기준화상을 비교함으로써, 시료의 결함을 검사하도록 하였기 때문에, 피검사화상과 기준화상과의 위치 어긋남에의한 결함 검사정밀도의 저하를 방지할 수 있다라는 뛰어난 효과가 얻어진다.

다시 본 발명의 실시예 10 및 11을 사용하는 장치제조방법에 의하면, 상기와 같은 결함 검사장치를 사용하여 시료의 결함검사를 행하도록 하였기 때문에, 제품의 수율의 향상 및 결함제품의 출하방지가 도모된다는 뛰어난 효과가 얻어진다.

도 34는 본 발명의 실시예 12의 전자선장치(4000)를 나타내는 배치도이다. 이 전자선장치(4000)는 시료(T)에 1차 전자선을 조사하기 위한 전자총(4001)과, 시료(T)로부터의 2차 전자선을 검출하는 2차 전자 검출기(4011)를 가진다. 도 34에 있어서, 4020은 축대칭 전극이다.

전자총(4001)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서 렌즈(4002)로 집속되어 NA(뉴메리컬 어퍼처)를 결정하는 개구(4004)에 크로스오버를 형성한다. 콘덴서 렌즈 (4002)의 밑에는 개구판(4003)이 설치되고, 그 개구판에는 도 35a에 나타내는 바와 같이 모두 8개의 개구(4014)가 설치된다. 이 개구(4014)는 축소 렌즈(4005)로 E ×B 분리기(4006)의 편향 주면에 결상하고, 다시 대물렌즈(7)로 시료면(T)에 축소투영되어 1차 전자선 조사점(E)(도 36)을 형성한다. 시료면(T)의 각 1차 전자선 조사점(E)으로부터 방출된 2차 전자는 E ×B 분리기(4006)에서 도 34의 오른쪽으로 편향되어 2차 광학계(4009)에서 확대되어, 검출기구멍군(4010)에 결상된다. 시료(T)는 이동 스테이지(도시 생략) 위에 지지되어 있고, 도 34의 지면에 대하여 수직인 방향(y 방향)으로 이동된다.

도 35a에 나타내는 바와 같이, 개구판(4003)의 개구(4014)는 3행 3열이 되나, 전자총으로부터 방출되는 전자의 휘도(전자밀도)가 어느 정도 이상 큰, 소정 지름내에만 개구(4014)가 설치되는 것이 바람직하고, 따라서 도시한 예에서는 3행 3열째는 설치되어 있지 않다. 또 2행째 및 3행째의 개구는 각각 1행째 및 2행째에 대하여 도 35a에서 보아 오른쪽으로, 열 사이의 간격(D1)의 1/3만큼 어긋나 있다. 다시 이들 개구(4014) 사이의 간격(D1, D2)은 시료 위에서의 1차 전자선의 조사점(E)의 간격이 충분히 떨어지게 되는 것으로 한다. 이는 2차 광학계는 검출효율을 좋게 하기 위하여 개구각을 크게 하고 있기 때문에 수차가 크고, 검출기 구멍군(4010)위에서 2차 전자상이 각 빔 사이에서 크로스 토크를 일으킬 가능성이 있어, 이것을 막기 위함이다.

도 34b 및 도 34c는 각각 원주상에 개구를 배치하는 개구판(4050, 4060)의 평면도이다. 도 34b의 개구판(4050)의 개구(4051, 4052 …)의 x축선상에의 투영점은 등간격(Lx)이 되고, 마찬가지로 도 34c의 개구판(4060)의 개구(4061, 4062, …)의 x축선상에의 투영점은 등간격(Lx)이 된다. 본 발명의 실시예의 전자선장치(4000)에 있어서 시료면 위에 2차원적으로 배치되는 인접하는 1차 전자선끼리의 거리의 최대값이 최소가 되도록 1차 전자선이 배치된다.

도 34b의 개구판(4050)의 인접하는 2개의 개구 사이의 거리(50a, 50b, 50e, 50f)는 각각 47mm, 63mm, 63mm, 41mm 이고,, 도 34c의 개구판(4060)의 인접하는 2개의 개구 사이의 거리(60a, 60b, 60f)는 각각 56mm, 57mm, 41mm 이다. 이들 2개의 개구판을 비교하면 개구판(4060)은 인접하는 1차 전자선끼리의 거리의 최대값이 57mm이고, 개구판(4050)의 50b(63mm)보다 작으므로, 도 34c의 개구판(4060)의 개구의 배치가 보다 적절하다고 할 수 있다.

이와 같은 요건을 구비하는 개구판을 사용하는 이점은, 실제의 인접하는 1차 전자선의 간격이 거의 같아져 대칭성이 좋아지는 것, 비점수차가 발생하기 어렵게 되는 것, 1차 전자선이 서로 떨어지므로 공간전하효과에 의한 1차 전자선의 흐림이 작아지는 것, 시료 위에서 대칭인 위치의 가까이에 조사가 행하여지므로 시료의 대전에 의한 영향이 완화되는 것 등이다.

1차 전자선은 이들 소개구(4014)에 의하여 복수로 분리되어, 축소 렌즈 (4005)에 의하여 E ×B 분리기(4066)의 편향 주면에 결상하고, 다시 대물렌즈 (4007)에 의하여 시료면(T)에 축소 투영되어, 도 36에 나타내는 바와 같이 1차 전자선의 조사점(E)을 형성한다.

시료면(T)의 각 조사점(E)으로부터 방출된 2차 전자는 대물렌즈(4007)와 시료면과의 사이에 인가된 전계로 가속·집속하여 대물렌즈(4007)와 전자총측 렌즈와의 사이에 설치한 E ×B 분리기(4006)에 의하여 도 34의 오른쪽으로 편향되어 2차 광학계의 렌즈(4009)에 의하여 확대되어, 복수의 개구를 설치한 검출용 개구판 (4010)에 결상되어 2차 전자 검출기(4011)에 있어서 검출된다. 시료(T)는 스테이지 (도시 생략)상에 지지되어 있고, 그 스테이지의 이동에 의하여 도 34의 지면에 대하여 수직인 방향(y 방향)으로 이동한다.

다시 이들 소개구(4014) 사이의 간격(D1, D2)은 시료(T)상에서의 1차 전자선의 조사점(E)의 간격이 충분히 떨어지도록 설정되어 있다. 조사점(E)의 간격이 일정하지 않은 경우에는 그 간격의 가장 작은 값이 문제가 되기 때문에, 그 간격의 최소값을 가능한 한 크게 할 필요가 있다. 이는 2차 광학계는 검출효율을 높게 하기 위하여 개구각을 크게 하고 있으므로, 수차가 크고, 검출용 개구판(4010) 위에서 2차 전자상이 2차 전자선 사이에서 크로스 토크를 일으킬 가능성이 있어 이것을 방지하기 위해서이다.

전자선 주사용 편향기(4012, 4013)는 시료(T) 위의 1차 전자선의 조사점(E)을 도 36에서 보아 왼쪽으로부터 오른쪽의 방향(x 방향)으로 주사하도록 구성되고, 그 주사거리(S)는, 조사점(E)의 열 사이의 간격(H)의 약 1/3(S = H/3 + α)로 설정된다.

시료(T)를 y 방향에서의 검출해야 할 영역의 길이분만큼 이동시킨 후, 스테이지를 x 방향으로 단계 이동시켜 시료를 x 방향으로 400㎛만큼 이동하고, 그 후 상기와 마찬가지로 스테이지를 -y방향으로 연속 이동시키면서 래스터 스캔(x 방향으로 4OO㎛ + α)을 행한다. 이것을 반복함으로써 검출해야 할 영역 모두의 화상데이터를 얻을 수 있다.

이 전자선장치에 있어서 시료면(T)의 검사를 행하는 경우에는, 이동 스테이지 (4020)가 시료를 y 방향으로 연속적으로 이동한다. 그 사이 주사용 편향기(4012, 4014)는 상기와 같이 각 1차 전자선 조사점(E)을 x 방향으로 H/3 + α만큼 주사시키기 위하여, 예를 들면 1차 전자선 조사점(E)의 간격(H)이 150㎛라 하면, 각 1차 전자선 조사점(E)은 (150㎛ ×1/3) + α의 폭의 주사를 행하여, 전체로서(150㎛ × 1/3) ×8(개)(= 400μ+ α)의 범위에서 화상데이터가 얻어진다. 시료를 시료면의 y 방향에서의 길이만큼 이동하면 이동 스테이지는 시료를 X 방향에서 4OO㎛만큼 이동하여 상기와 같은 y 방향에서의 반환리동에 의한 주사가 행하여진다.

이 화상데이터를 소정의 패턴데이터로부터 얻어지는 화상과 비교함으로써 소 요의 검사가 행하여진다. 처리속도는 도시한 예에서는 신호 도입이 8 채널이 되고, 또한 반환시간 이외는 연속적인 검사가 행하여지므로, 종래의 것에 비하여 매우 빨라진다. 또한 반환회수는 시료면의 검사영역폭(x 방향폭)을 200mm로 한 경우, 200mm/0.4mm = 500회 이고, 각 반환에 5초의 시간을 필요로 한다고 하여도 1매의 시료 전체를 검사할 때에 되돌려 주사에 요하는 시간은, 약 4분으로 매우 적다.

선폭 측정을 행하는 경우에, 주사용 편향기(4012, 4013)를 옥토폴로서 y 방향으로도 주사 가능하게 하고, x 방향으로 편향함으로써 피측정 패턴위치에 빔을 이동하여 y 방향으로 주사하면 좋다. X 방향의 패턴선폭을 측정하는 경우에 스테이지 위치와 y 방향 편향에 의하여 피측정 패턴위치로 빔을 이동하여 x 방향으로 주사하여 종래의 방법과 동일한 신호처리를 행하면 좋다. 맞춤 정밀도 측정의 경우는 맞춤 정밀도가 평가 가능한 동일한 패턴을 제작하여 두고, 선폭 측정과 동일한 주사를 행하면 좋다.

실시예 12(도 34)에 있어서는 하나의 전자총(4001)에 의한 하나의 전자선 조사계를 가지는 것을 나타내었으나, 복수의 전자총 및 그것에 대응하는 개구판 및 2차 전자 검사기 등으로 이루어지는 복수의 전자선 조사계를 서로 상기한 예에서는 x 방향에서 인접하여 나열하고, 한 번의 y 방향에서의 시료의 이동에 있어서 400㎛×(전자선 조사계의 수)만큼의 폭을 검사할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예 12(도 34)에 의하면, 복수의 1차 전자선에 의하여 넓은 주사폭(400㎛ 폭)을 커버한 상태에서 그 주사폭과 직각방향으로 시료를 연속적으로 이동시킴으로써 시료면의 검사를 행하도록 하였기 때문에, 해당 시료면 전면의 주 사시간을 대폭 단축할 수 있다. 또 복수의 1차 전자선을 사용하였기 때문에, 각 전자선의 주사폭을 좁게 할 수 있고, 따라서, 색수차를 억제하여 시료면에 대한 조사점 (E)을 작은 것으로 할 수 있고, 또한 전자선 사이를 충분히 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 2차 광학계에 있어서의 크로스 토크를 억제할 수 있다.

시료는 연속적으로 이동되기 때문에, 종래의 시료를 정지하고, 미소 영역을 주사한 후에 시료를 이동하여 다른 미소 영역을 주사해야 하는 전자선장치에 비하여 시료 이동을 위하여 사용하는 시간낭비를 대폭 감소할 수 있다. 또한 전자총을 복수로 하여 복수의 전자선 조사계를 설정함으로써, 보다 효율이 좋은 검사를 행하는 것이 가능해진다.

본 발명의 실시예 12(도 34)에 의하여, 복수의 1차 전자선의 조사점을 2차원적으로 배치하기 때문에, 조사 사이의 거리를 크게 할 수 있다. 또한 1축(x축)위에투영한 조사점 사이의 거리는 모두 같으므로, 빈틈없이 시료면을 주사할 수 있다. 또 E ×B를 사용하기 때문에 1차 전자선을 수직 입사할 수 있으므로 전자선을 가늘게 조절할 수 있다.

도 37은 본 발명의 실시예 13의 전자선장치(4100)의 개략구성도이다. 도 37에 있어서, 4101은 검사용 전자선을 방출하는 일체의 캐소드를 단일의 전자총, 4103은 콘덴서 렌즈, 4105는 콘덴서 렌즈로부터의 전자빔으로부터 복수의 전자빔을 형성하는 멀티 개구판, 4107은 콘덴서 렌즈가 만드는 전자선원의 확대상 위치에 설치된 NA용 개구판, 4109, 4111은 멀티 개구판으로 형성된 복수의 전자빔을 일정한 축소율로 축소한 후 검사대상인 시료(4113)면에 결상시키는 렌즈, 4115는 렌즈를 통과한 2차 전자를 1차 전자로부터 분리시키는 E ×B 분리기이다. 여기서 일체의 캐소드란, 단결정 LaBb 등의 캐소드재료의 선단을 여러가지의 형상으로 가공한 것을 말한다.

E ×B 분리기(4115)는 시료면의 법선(지면의 상방향)에 수직인 평면내에서 전계와 자계를 직교시킨 구조로 되어 있고, 전계, 자계, 1차 전자 에너지의 관계가 1차 전자를 직진시키도록 설정되어 있다. 4117은 멀티 개구판(4105)으로 형성된 복수의 전자빔을 동시에 편향시켜 시료(4113) 위의 검사영역을 주사하는 편향기, 4119는 2차 광학계의 확대 렌즈, 4121은 1차 광학계의 편향기(4117)와 동기 작동되어 시료의 주사에 관계없이 멀티 개구판(4105)의 개구(4105a, 4105b, 4105c, 4105d)로부터의 각 빔의 입사점으로부터의 2차 전자를 대응하는 검출기에 입사시키기 위한 편향기, 4123은 1차 광학계의 멀티 개구판에 대응한 개구(4123a, 4123b, 4123c, 4123d)를 가지는 2차 광학계의 멀티 개구판, 4125은 멀티 개구판의 배후에 배치된 검출기군이다. 검출기군(4125)은 입사한 전자량에 따른 검출신호를 발생하는 전자증가배관 등으로 구성된다.

도 37의 전자선장치(4100)에 있어서, 전자총(4101)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서 렌즈(4103)로 수속되어, 멀티빔을 형성하는 개구판(4105)의 멀티 개구 (4105a 내지 4105d)를 조사한다. 각 개구(4105a, 4105b, 4105c, 4105d)를 통과한 전자선은 1차 광학계의 개구수를 결정하는 NA 개구판(4107)의 개구위치에 크로스오버를 맺는다. 크로스오버를 통과한 전자선은 콘덴서 렌즈(4109)에서 대물렌즈 (4111)의 주면에 크로스오버상을 형성한다. 여기서 NA란, 개구수(Numerical Aperture)의 약칭이다.

멀티 개구판(4105)의 각 개구의 개구상은 콘덴서 렌즈(4109)로 E ×B 분리기 (4115)의 주면에 결상하고 나서 대물렌즈(4111)에 의하여 시료(4113) 표면에 결상된다.

한편, 시료로부터 방출된 2차 전자는, E ×B 분리기(4115)로 1차 전자로부터 분리되어 2차 광학계의 방향으로 편향되어, 2차 광학계의 확대 렌즈(4119)로 확대되어 멀티 개구판(4123)의 개구를 거쳐 상기 멀티 개구판의 이면측에 배치된 검출기군 (4125)에 의하여 검출된다.

여기서 전자총(4101)으로부터 방출되는 전자선의 전류밀도는 멀티 개구판 (4105)의 중심개구(4105d)에의 값이 최대이고, 4105c, 4105b, 4105a와 광축으로부터 떨어짐에 따라 감소하여, 이 때문에 시료(4113)면 위에서의 빔전류가 다르다.

이를 해결하기 위한 일 실시예에서는 멀티 개구판(4105)의 개구(4105a 내지 4105d)의 크기를 광축 부근에서 작고, 광축으로부터 떨어짐에 따라 점차 커지도록 미세 조정하고, 시료(4113)면 위에서 각 개구를 통과한 빔전류가 모든 빔에 대하여 대략 같아지게 한다. 이를 위하여 시료(4113)면 위에 각 빔전류를 검출하는 검출기군을 두고 각 빔의 전류를 검출한다.

또 상기 문제를 해결하는 다른 방법으로서는, 상기 1차 광학계의 개구도를 결정하는 NA 개구판(4107)의 광축방향 위치를 1차 광학계의 렌즈가 만드는 전자선원의 확대상의 가우스상면(근축광선의 초점위치)로부터 전자총(1)측으로 어긋나게 한 위치에 설치한다. 즉, 콘덴서 렌즈(4103)가 만드는 크로스오버위치는 렌즈의 구면 수차에 의하여 멀티 개구판(4105)의 각 개구를 통과한 빔의 크로스오버위치(광축방향위치)가 빔마다 다르다. 예를 들면 개구(4105a)로부터의 빔이 만드는 크로스오버위치는 4108a의 위치이고, 개구(4105c)로부터의 빔이 만드는 크로스오버위치는 4108c 이다. 즉, 1차 광학계의 렌즈가 만드는 전자선원의 가우스상면은 가장 NA 개구판 (4107)보다 먼쪽에 있다.

따라서 NA 개구판(4107)을 가우스상면위치로부터 전자총(1)측으로 어긋나게 하여 멀티 개구판(4105)의 가장 바깥쪽 개구(4105a)가 만드는 크로스오버위치에 둠으로써 그 개구위치에서는 개구(4107)를 지나는 빔의 전류밀도가 크고, 또한 빔의 통과가 제한되지 않고, 한편 광축 부근의 개구(4105c)를 통과한 빔의 전류밀도는 낮고, 또한 빔의 통과량이 제한됨으로써 시료(4113)면에 있어서의 휘도, 즉 빔전류의 불균일을 축소할 수 있다. 또한 이 경우도 전번의 실시예와 마찬가지로 각 빔전류를 검출하는 검출기군을 시료면 위치에 배치함으로써 각 개구를 통과한 빔의 전류를 검출한다.

또한 상기 문제는 멀티 개구판(4105)의 개구치수의 상기 조정과, NA 개구판 (4107)의 광축방향 위치의 상기 조정을 조합시킴에 의해서도 해결할 수 있다.

상기 사례는 모두 시료(4113)면에 입사하는 빔전류를 균일하게 하는 것을 목적으로 하였으나, 실제로는 2차 광학계의 2차 전자의 검출율이 광축 부근과 광축으로부터 떨어진 위치에서 다른 문제가 있다. 따라서 본 발명의 또 다른 사례로서는 패턴이 없는 시료를 시료위치에 두고, 상기 패턴이 없는 시료면으로부터의 2차 전자를 검출기군(4125)으로 검출하여 각 검출기의 출력의 차가 최소가 되도록 NA용 개구판(4107)의 광축방향 위치를 결정함으로써, 2차 광학계의 2차 전자의 검출율의 불균일을 수정할 수 있다. 이 개구판을 어긋나게 하는 양은 개구판으로부터 시료에의 축소율을 M, 광학형의 상면 만곡의 z방향 거리를 δmm라 하면, 어긋나게 하는 양 = δ/(2M)이 되어, 통상 1 내지 10mm이다.

또 2차 광학계의 2차 전자의 검출율의 불균일은 상기와 같이 패턴이 없는 시료를 시료위치에 두고, 상기 패턴이 없는 시료면으로부터의 2차 전자를 검출기군 (4125)으로 검출하여, 각 검출기의 출력의 차가 최소가 되도록 1차 광학계의 멀티 개구판(4105)의 개구치수를 광축 부근에서 작게, 광축으로부터 떨어짐에 따라 점차 커지도록 미세 조정함에 의해서도 수정할 수 있다.

다시 2차 광학계의 2차 전자의 검출율의 불균일은, 상기와 마찬가지로 패턴이 없는 시료를 시료위치에 두고, 상기 패턴이 없는 시료면으로부터의 2차 전자를 검출기군(4125)으로 검출하여, 각 검출기의 출력의 차가 최소가 되도록 2차 광학계의 멀티 개구판(4123)의 개구치수를 광축 부근에서 작고, 또한 광축으로부터 떨어짐에 따라 점차 커지도록 미세 조정함에 의해서도 수정할 수 있다.

또한 이 문제는 멀티 개구판(4105)의 개구치수의 상기 조정, NA 개구판 (4107)의 광축방향 조정, 2차 광학계의 멀티 개구판(4123)의 개구치수의 상기 조정을 조합시킴에 의해서도 해결할 수 있다. 여기서 도시 생략한 제어, 계산방법에 의하여 각 검출기(4125)의 출력차를 최소로 하는 조정방법을 사용하는 것이다.

또한 도 37의 실시예 13에 있어서, 각 빔 사이의 평가는 편향기(4117)에 의하여 전 빔을 동시에 편향시키고, 시료(4113) 위에서 전 빔을 주사시켜 그 때의 신호를 검출기로 검출하도록 하였다. 또 빔을 주사하였을 때도 각 빔의 입사점으로부터의 2차 전자가 대응하는 멀티 개구판(4123)의 구멍에 확실하게 입사하도록 편향기 (4111)의 주사에 동기하여 편향기(4121)에 의하여 2차 전자를 주사하였다.
도 12의 플로우차트의 웨이퍼를 검사하는 검사공정에, 본 발명의 실시예 13의 전자선장치(4100)를 사용함으로써 보다 고정밀도, 높은 스루풋의 검사, 측정을 행할 수 있다.

본 발명의 실시예 13의 전자선장치(4100)는 포토마스크나 렉틸, 웨이퍼 등(시료)의 결함검사나, 선폭 측정, 맞춤 정밀도 측정, 전위 콘트라스트측정 등의 각종 검사나 측정에 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예 13의 전자선장치(4100)에 의하면, 일체의 캐소드 또는 단일의 전자총으로부터 복수의 빔을 만들기 때문에, 복수의 에미터를 사용하는 경우에 비하여 전자총이 고장날 확률이 현저하게 개선되어, 장치의 신뢰성이 향상한다. 또멀티빔의 각 빔의 전류를 균일화할 수 있으므로 보다 정밀도가 높은 고 스루풋의 검사, 측정이 가능하게 된다.

실시예 13의 전자선장치(4100)는 열전계 방출전자총과 같은 좁은 방향으로만 전자방출하는 전자총도 사용할 수 있다.

실시예 13의 전자선장치(4100)는 각 빔의 전류를 균일화할 수 있으므로 멀티빔의 빔수를 증대할 수 있어, 멀티빔을 보다 넓은 범위에 조사할 수 있다. 따라서높은 스루풋의 검사, 측정을 할 수 있다. 또 빔 사이의 신호강도를 거의 같게 할 수 있다.

도 38 내지 도 41을 참조하여 본 발명의 실시예 14의 전자선장치(4200)를 상세하게 설명한다. 도 38의 전자선장치(4200)에 있어서, 전자총(4201)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서·렌즈(4202)에 의하여 집속되어 점(CO)에 있어서 크로스오버를 형성한다. 이 크로스오버점(CO)에 NA를 정하는 개구(4204)를 가지는 스로틀(4204)이 배치된다.

콘덴서·렌즈(4202)의 아래쪽에는 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판 (4203)이 배치되고, 이에 의하여 복수의 1차 전자선이 형성된다. 제 1 멀티 개구판 (4203)에 의하여 형성된 1차 전자선의 각각은, 축소 렌즈(4205)에 의하여 축소되어 E ×B 분리기(4206)의 편향 주면(4215)에 투영되어 점(4215)에서 한번 결상한 후, 대물렌즈(4207)에 의하여 시료(4208)에 초점이 맞춰진다.

축소 렌즈(4205) 및 대물렌즈(4207)의 상면 만곡수차를 보정하기 위하여 도 38에 나타내는 바와 같이 멀티 개구판(4203)은 중앙으로부터 주위를 향함으로써 콘덴서 렌즈(4202)로부터의 거리가 커지도록 단이 진 구조로 되어 있다.

초점이 맞춰진 복수의 1차 전자선에 의하여 조사된 시료(4208)의 복수의 점으로부터 방출된 2차 전자선은 대물렌즈(4207)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되어, E ×B 분리기(4206)의 바로 앞의 점(4216), 즉 E ×B 분리기(4206)의 편향 주면에 관하여 시료측의 점(4216)에 초점을 맺는다. 이는 각 1차 전자선은 시료면 위에서 500eV에 에너지를 가지고 있는 데 대하여, 2차 전자선은 수ev의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다. 시료(4208)로부터 방출된 복수의 2차 전자선은 E ×B 분리기 (4206)에 의하여 전자총(4201)과 시료(4208)를 연결하는 축의 바깥쪽으로 편향되 어, 1차 전자선으로부터 분리되어 2차 광학계에 입사한다.

2차 광학계는 확대 렌즈(4209, 4210)를 가지고 있고, 이들 확대 렌즈(4209, 4210)를 통과한 2차 전자선은 제 2 멀티 개구판(4211)의 복수의 개구를 통과한 복수의 검출기(4212)에 결상한다. 또한 검출기(4212)의 바로 앞에 배치된 제 2 멀티 개구판(4211)에 형성된 복수의 개구와, 제 1 멀티 개구판(4203)에 형성된 복수의 개구는 1대 1로 대응하고 있다.

각 검출기(4212)는 검출한 2차 전자선을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 이와 같이 하여 각 검출기로부터 출력되는 전기신호는 증폭기(4213)에 의하여 각각 증폭된 후, 화상처리부(4214)에 의하여 수신되어, 화상데이터로 변환된다. 이 화상데이터가 시료의 결함이나 선폭의 측정에 제공된다. 즉 화상처리부(4214)에는 1차 전자선을 편향시키기 위한 주사신호가 다시 공급되므로, 화상처리부(4214)는 시료(4208)의 면을 나타내는 화상을 표시한다.

이 화상을 표준패턴과 비교함으로써, 시료(4208)의 결함을 검출할 수 있고, 또 레지스트레이션에 의하여 시료(4208)를 1차 광학계의 광축의 가까이로 이동시켜 라인스캔함으로써 선폭 평가신호를 인출하고, 이것을 적당히 교정함으로써 시료 (4208) 위의 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

여기서 제 1 멀티 개구판(4203)의 개구를 통과한 1차 전자선을 시료(4208)의 면 위에 초점을 맞추어 시료(4208)로부터 방출된 2차 전자선을 검출기(4212)에 결상시킬 때, 1차 광학계 및 2차 광학계에서 생기는 왜곡, 상면 만곡 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 특히 배려할 필요가 있다. 이하 이 때문에 본 발명의 실시예 14에 있어서 채용한 수단에 대하여 도 39 내지 도 41을 사용하여 설명한다.

도 39 내지 도 41에 있어서는 제 1 멀티 개구판(4203) 및 제 2 멀티 개구판 (4211)에 형성된 개구의 크기, 형상, 어긋남량 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 강조되어 있어, 실제의 것과는 상위하다.

도 39는 본 발명에 있어서의 전자선장치에 사용하는 제 1 멀티 개구판(4203)의 제 1의 예를 나타내고 있고, 이 예의 멀티 개구판(4203)은 시료면 위에 실패 형(핀쿠션형)의 왜곡수차가 생겼을 때에 사용되고, 실패형의 왜곡수차를 보정하기 위하여 제 1 멀티 개구판(4203)에 타르형으로 위치가 어긋난 복수의 개구가 형성된다. 즉 제 1 멀티 개구판(4203)의 중심(X), 즉 전자총(4201)과 시료(4208)를 연결하는 선과 제 1 멀티 개구판(4203)과의 교점을 중심으로하는 정방형(4220)의 4모서리의 각각 1개의 개구(4221 내지 4224)가 형성된다.

도 39에 있어서의 세로, 가로의 실선은 상기 정방형의 서로 대향하는 2변에 평행으로 가상적으로 인출된 선으로서, 복수의 개구가 제 1 멀티 개구판(4203)에 균일하게 분포하는 경우에는 개구는 이들 실선의 교점에 배치되게 된다. 실제로는 1차 광학계에 있어서의 왜곡 수차를 최소로 하기 위하여, 각 개구는 제 1 멀티 개구판(4203)의 중심으로부터의 거리에 의존하여 실선의 교점으로부터 제 1 멀티 개구판 (4203)의 중심쪽으로 어긋난 위치에 배치되도록 설계된다.

도 40은 본 발명에 있어서의 전자선장치에 사용하는 제 2 멀티 개구판(4211)의 일례를 나타내고 있고, 2차 광학계에 존재하는 왜곡에 기인하여 생길 수 있는 실패형(핀쿠션형)의 왜곡에 의한 영향을 최소로 하기 위하여 사용된다. 도 40에 있어서도 제 2 멀티 개구판(4211)의 각각의 개구는 중심(Y)으로부터의 거리에 따라 개구를 균일하게 분포시킨 이상적인 위치로부터 바깥쪽으로 어긋나게 되어 있다. 이 어긋남량은 대물렌즈(4207) 및 확대 렌즈(4209, 4210)와 E ×B 분리기(4206)를 포함하는 시스템에 있어서 시뮬레이션을 행하여 산출되었다. 가장 바깥쪽의 개구는 지나치게 커도 크로스 토크를 일으키지 않으므로, 충분히 큰 개구로 하여도 좋다. 또 도 39, 도 40의 멀티 개구판(4203, 4211)은 1매의 판에 복수의 개구를 설치한 실시형태를 기재하고 있으나, 장치 설계상, 멀티 개구판은 2매 이상의 복수매로 구성하여도 좋다.

상면 만곡에 대해서는 상기한 바와 같이 제 1 멀티 개구판(4203)의 단면형상을 단이 지게 함으로써, 1차 광학계에 의하여 발생하는 상면 만곡을 보정할 수 있다. 2차 광학계에 의해서도 상면 만곡이 생기나, 검출기(4212)의 전면에 배치되는 제 2 멀티 개구판(4211)의 개구가 크기 때문에 실제로는 2차 광학계에 의한 상면 만곡은 무시할 수 있다.

시야 비점수차는 렌즈의 굴절율이 렌즈의 방사방향과 둘레방향에서 다르기 때문에 발생한다. 도 41a 및 도 41b는 이 시야 비점수차를 완화하기 위하여 본 발명에 관한 전자선장치에 사용하는 제 1 멀티 개구판(4203)의 제 2 예를 나타내고 있고, 도 41a에 나타내는 제 1 멀티 개구판(4203)에 있어서는, 각각의 개구는 제 1 멀티 개구판(4203)의 중심으로부터의 거리에 의존하여, 그 중심에 관하여 방사방향으로 가늘고 긴 형상으로 되어 있다. 또 도 41b에서는 제 1 멀티 개구판(4203)의 중심에 중심을 두는 가상원의 반경방향과 둘레방향에서 크기가 다르도록, 각각의 개구의 형상이 설정되어 있다.

도 38에 있어서의 참조숫자 4217는 블랭킹 편향기를 나타내고 있고, 이 블랭킹 편향기(4217)에 폭이 좁은 펄스를 인가함으로써, 펄스폭이 좁은 전자선을 형성할 수 있다. 이에 의하여 형성된 폭이 좁은 펄스를 사용하면 시료(4208)에 형성된 패턴의 전위를 고시간 분해능으로 측정하는 것이 가능해지므로, 전자선장치에 대하여이른바 스트로보 SEM(주사형 전자현미경)의 기능을 부가할 수 있다.

도 38에 있어서의 참조숫자 4218은 축대칭 전극을 나타내고 있고, 이 축대칭전극(4218)에 시료(4208)보다 수 10볼트 낮은 전위를 인가하면 시료(4208)로부터 방출되는 2차 전자를 시료(4208)의 패턴이 가지는 전위에 의존하여 대물렌즈(4207)쪽으로 흘리고 또는 시료측을 따라 되돌릴 수 있다. 이에 의하여 시료(4208) 위의 전위 콘트라스트를 측정할 수 있다.

도 38 내지 도 40에 나타내는 본 발명의 실시예 14에 관한 전자선장치(4200)는 결함 검사장치, 선폭 측정장치, 맞춤 정밀도 측정장치, 전위 콘트라스트 측정장치, 결함 리뷰장치 또는 스트로보 SEM 장치에 적용하는 것이 가능하다. 또 본 발명의 실시예 14의 전자선장치(4200)는 도 12, 도 13에 나타내는 반도체장치의 제조공정의 웨이퍼의 평가를 행하기 위하여 사용할 수 있다.

도 12의 웨이퍼 프로세싱공정의 중핵을 이루는 리소그래피공정은 전단의 공정에서 회로패턴이 형성된 웨이퍼 위에 레지스트를 코팅하는 레지스트공정, 레지스트를 노광하는 노광공정, 노광된 레지스트를 현상하여 레지스트의 패턴을 얻는 현 상공정 및 현상된 레지스트의 패턴을 안정화하기 위한 어닐링공정(도 13)을 포함한다. 본 발명의 실시예 14의 전자선장치(4200)는 다시 가공된 웨이퍼를 검사하는 도 12의 웨이퍼검사공정에 있어서 사용할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면 시료(4201)의 다른 위치를 동시에 조사할 수 있도록 전자총(4201), 제 1 멀티 개구판(4203), 1차 광학계, 2차 광학계, 제 2 멀티 개구판(4211) 및 검출기(4212)로 이루어지는 전자선조사·검출계를 복수계통 설치하여 복수의 전자총으로부터 나온 복수의 1차 전자선으로 시료를 조사하여 시료로부터 방출된 복수의 2차 전자선을 복수의 검출기로 수취하 도록 하여도 좋다. 이에 의하여 검사나 측정에 요하는 시간을 대폭 단축할 수 있다.

이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이 본 발명의 실시예 14의 전자선장치 (4200)는 다음의 효과를 가진다.

1. 1차 광학계에 의한 왜곡 수차를 보정하고, 함께 시야 비점수차도 완화할 수 있으므로 넓은 영역을 복수의 빔으로 조사하여 주사할 수 있어, 시료의 결함검사등을 높은 스루풋으로 행할 수 있게 된다.

2. 2차 광학계에 의한 왜곡을 보정할 수 있으므로, 복수의 1차 전자선을 좁은 간격으로 시료에 투영, 주사하여도 크로스 토크가 없고, 또한 2차 전자의 투과율을 크게 할 수 있어, 결과적으로 S/N 비가 큰 신호를 얻을 수 있으므로, 신뢰성이 높은 선폭 측정 등을 행할 수 있다.

3. 1차 광학계를 E ×B 분리기(6)의 편향 주면에 결상시킬 수 있으므로, 1차 전자선의 색수차를 작게 할 수 있어, 1차 전자선을 멀티빔으로 할 때에도 멀티빔을 가늘게 조절하는 것이 가능하게 된다.

도 42를 참조하여 본 발명의 실시예 15의 전자선장치(4300)를 설명한다. 도 42의 전자선장치(4301)는 1차 광학계(4310)와, 2차 광학계(4330)와, 검출장치 (4340)를 구비한다. 1차 광학계(4310)는 전자선을 시료(S)의 표면(시료면)에 조사하는 광학계로서, 전자선을 방출하는 전자총(4311)과, 전자총으로부터 방출된 전자선을 편향하는 정전렌즈(4312)와, 2차원적으로 배열된 복수의 작은 구멍(단, 도 42에서는 4313a 내지 4313e만 도시함)이 형성된 개구판(4313)과, 정전편향기(4314)와, 개구 어퍼처(4315)와, 개구판을 통과한 전자빔을 편향하는 정전 중간렌즈 (4316)와, 제 1 E ×B 분리기(4317)와, 전자빔을 편향하는 정전 중간렌즈(4318)와, 정전편향기(4319)와, 제 2 E ×B 분리기(4320)와, 정전 대물렌즈(4321)와 정전편향기(4322)를 구비한다. 그것들은 도 42에 나타내는 바와 같이 전자총(4311)을 최상부로 하여 순차로, 또한 전자총으로부터 방출되는 전자선의 광축(A)이 시료의 표면 (SF)에 수직이 되도록 배치되어 있다. 따라서 정전 대물렌즈(4321)와 시료(S) 사이를 축 대 상의 구조로 할 수 있어 전자빔을 가늘게 조절할 수 있다.

2차 광학계(4330)는 1차 광학계(4310)의 제 2 E ×B 분리기(4320)의 가까이에서 광축(A)에 대하여 경사져 있는 광축(B)을 따라 배치된 정전 확대렌즈(4331)와, 2차원적으로 배열된 복수의 작은 구멍(도면에서는 4332a 내지 4332e만 나타냄)이 형성된 개구판(4332)을 구비하고 있다. 검출장치(4340)는 개구판(4332)의 각 개구마다 검출기(4341)를 구비하고 있다. 또한 개구판(4332)의 개구(4332a 내지 4332e)의 수는 1차 광학계의 개구판(4313)에 형성되는 작은 구멍(4313a 내지 4313e)의 수 및 배열에 맞춘 수 및 배열로 되어 있다. 상기 각 구성요소는 공지의 것이어도 좋고, 그들 구조의 상세설명은 생략한다.

다음에 상기 구성의 전자선장치(4300)의 동작에 대하여 설명한다. 단일의 전자총(4311)으로부터 방출된 전자선(C)은 정전렌즈(4312)로 수속되어 개구판(4313)을 조사한다. 전자선(C)은 개구판(4313)에 형성된 복수의 작은 구멍(4313a 내지 4313e)을 통과하여 복수의 전자빔이 된다. 이들 복수의 전자빔은 개구부를 가지는 개구 어퍼처(4315)로 크로스오버(C1)를 형성한다. 크로스오버한 전자빔은 시료(S) 를 향하여 진행하여, 도중에 설치된 정전 중간렌즈(4316) 및 정전 중간렌즈(4318)에 의하여 수속되어 정전 대물렌즈(4321)의 주면에 결상되어 컬러조명조건을 만족한다.

한편, 개구판(4313)의 각 작은 구멍의 상을 형성하는 전자빔(D)은 정전 중간 렌즈(4316)에 의하여 수속되어 제 1 E ×B 분리기(4317)의 편향 주면(FP1)에 결상하고, 또한 정전 중간렌즈(4318)에 의하여 수속되어 제 2 E ×B 분리기(4320)의 편향주면(FP2)에 결상되어 최종적으로 시료면(SF)에 결상한다.

시료면(SF)으로부터 방출된 2차 전자는 정전 대물렌즈(4321)와 시료면(SF)의 사이에 인가된 2차 전자에 대한 가속전계로 가속, 수속되어, 정전 대물렌즈(4321)를 통과하여, 제 2 E ×B 분리기(4320)의 편향 주면(FP2)의 조금 앞에서 크로스오버를 결상한다. 이 결상한 2차 전자는 제 2 E ×B 분리기(4320)에 의하여 광축(B)을 따라 이동하도록 편향되어 정전 확대렌즈(4331)에 입사한다. 2차 전자는 다음 에 정전확대렌즈(4331)에 의하여 확대되어 개구판(4332)의 작은 구멍(4332a 내지 4332e)에 있어서 확대 결상된다.

시료면(SF)과 개구판(4332)은 2차 전자강도의 2eV의 값에 대하여 광학적 공역관계에 있고, 개구판(4313)의 작은 구멍(4313a)을 통과한 전자빔에 의하여 시료면 (SF)에서 방출된 2차 전자는 개구판(4332)의 작은 구멍(4332a)을 통하여, 작은 구멍 (4313b)을 통과한 전자빔에 의하여 시료면(SF)으로부터 방출된 2차 전자는 개구판(4332)의 작은 구멍(4332b)을 통하여, 작은 구멍(4313c)을 통과한 전자빔에 의하여 시료면(SF)에서 방출된 2차 전자는 개구판(4332)의 작은 구멍(4332c)을 통하여 라는 바와 같이 전자빔에 의하여 시료면에서 방출된 2차 전자는 개구판 (4313)의 각 작은 구멍에 대응하는 개구판(4332)의 각 작은 구멍을 통하여 검출기 (4341)에 입사한다.

상기 복수의 전자빔과 그것에 인접하는 전자빔 사이는, 정전 편향기(4319)와 제 2 E ×B 분리기(4320)를 사용하여 부호 E로 나타내고 있는 주광선 궤도가 되도록 전자빔을 편향 주사하여 각 전자빔 사이의 주사를 행할 수 있다. 제 2 E ×B 분리기로 편향주사를 행하기 위해서는 제 2 E ×B 분리기(4320)의 빈필터조건을 만족하고, 전자빔을 직진시키는 전압을 Vw, 자장을 Bw로 하면, Vw의 직류전압을 중심으로 하여 그 전압에 주사전압이 중첩하도록 전압파형을 인가하면 좋고, 제 2 E ×B 분리기(4320)의 전계를 인가하는 전극을 8극의 정전편향기로 하면 2차원의 주사가 가능하게 된다. 따라서 정전 대물렌즈(4321)의 상부에 편향기를 새롭게 설치할 필요가 없고, 또한 E ×B 분리기도 정전편향기도 최적의 위치에 배치할 수 있 다.

다음에 종래기술에 있어서 단일의 E ×B 분리기를 사용함으로써 색수차가 생겨 이른바 빔흐림(bokeh)이 생기는 문제점과, 그 해결책에 대하여 설명한다. 일반적으로 E ×B 분리기를 사용하는 전자선장치에 있어서는, 전자빔에 대하여 개구의 상의 위치와 E ×B 분리기의 편향 주면이 일치하였을 때에 수차가 가장 작다. 또한 E ×B 분리기의 편향 주면과 시료면은 공역으로 되어 있다. 그 때문에 에너지폭이 있는 전자빔이 E ×B 분리기에 입사하였을 때, 저에너지의 전자빔이 전계에 의하여 편향되는 양은 에너지에 역비례하여 커지나, 자장에 의하여 편향되는 양은 에너지의 1/2승에 역비례하여서 밖에 커지지 않는다.

한편, 고에너지의 전자빔의 경우는, 전계에 의하여 편향되는 방향으로 전자빔이 편향되는 양보다도 자장에 의하여 편향되는 방향으로 편향되는 양의 쪽이 커진다. 이 경우, E ×B 분리기의 아래쪽에 정전렌즈가 설치되고, 또한 그 렌즈가 무수차이면 빔흐림은 생기지 않으나, 현실적으로는 렌즈에 수차가 있기 때문에 빔흐림이 생긴다. 따라서 단일의 E ×B 분리기를 사용하는 것만으로는 전자빔의 에너지에 폭이 있는 경우에는 색수차에 의해 빔흐림이 생기는 것은 회피할 수 없다.

본 발명에서는 제 1과 제 2의 2개의 E ×B 분리기(4317, 4320)를 구비하고, 제 1 E ×B 분리기(4317)와 제 2 E ×B 분리기(4320)의 전계에 의한 편향방향이 시료면상에서 보아 서로 역방향이 되고, 또한 편향의 크기의 절대값이 같아지도록 각 E ×B 분리기의 전계를 조정하고 있다. 따라서 전자빔의 에너지에 폭이 있는 경우 에도 E ×B 분리기에 의한 색수차는 제 1 및 제 2 E ×B 분리기(4317, 4320)에 의 하여 서로 상쇄된다.

상기 구성의 전자선장치(4300)를 사용하여 시료면의 결함검사, 시료면에 형성된 패턴의 선폭의 측정 등을 행하는 데는 검사해야 할 시료를 세트하고, 전자선장치 (1)를 상기한 바와 같이 동작시킨다. 이 경우, 정전편향기(4319) 및 제 2 E ×B 분리기(4320)에 인가하는 주사신호파형과, 2차 전자의 검출기(4341)의 출력신호로 화상데이터를 작성하여 그 화상데이터와, 별도로 얻어진 패턴데이터로부터 작성한 화상데이터를 비교함으로써 결함검사를 행할 수 있다.

또 정전편향기(4319) 및 제 2 E ×B 분리기(4320)에 의하여 측정한 패턴을 그 직각방향으로 주사하여, 그 때 얻어진 2차 전자의 신호파형으로부터 패턴의 선폭의 측정이 행하여진다. 다시 1층째의 리소그래피로 형성되는 패턴의 근방에 2층째의 리소그래피로 형성되는 패턴을 형성하여, 이들 2개의 패턴을 전자선장치(4300)의 복수의 전자빔의 빔 간격과 대략 같은 간격으로 형성하여 두고, 이들 2개의 패턴간격을 측정하여, 그 측정값을 설계값과 비교함으로써, 맞춤 정밀도를 평가할 수 있다.

또 2차 전자의 검출기(4341)의 일부 또는 전부에 CRT 모니터를 접속하여, 주사신호파형과 함께 입력함으로써 주사형 전자현미경(SEM)상을 CRT 모니터상에 형성할 수 있다. 검사인은 이 SEM 상을 보면서 결함의 종류 등을 관찰할 수 있다.

도 42도에 있어서, 정전 대물렌즈(4321)와 시료면(SF) 사이에 동축형의 전극(4322)을 설치하고, 이 전극(4322)에 음의 전압을 인가함으로써 전위 콘트라스트를 측정할 수 있다. 또 도 42에 있어서, 전자빔을 블랭킹하기 위하여 단시간만 전자빔을 편향시키지 않고 나머지는 전자빔을 편향시키도록 전압을 정전편향기 (4314)에 인가하고, 편향된 전자빔은 개구 어퍼처(4315)로 제거하도록 함으로써 짧은 펄스의 전자빔이 얻어진다. 이 짧은 펄스의 전자빔을 시료면(SF)에 입사시켜 시료면 위의 장치를 작동상태로 하여, 패턴의 전위측정을 양호한 시간분해능으로 측정하면 장치의 동작해석이 행하여진다.

도 43은 상기한 구성을 가지는 전자선장치의 1차 광학계와 2차 광학계의 세트를 시료(S) 위에서 복수세트 배치한 상태의 평면도를 나타내고 있고, 이 실시형태에서는 6세트의 1차 광학계(4310)와 2차 광학계(4330)가 2행 3열로 배열되어 있다. 실선으로 그려진 원(4310a 내지 4310f)은 1차 광학계의 최대 외경을 나타내고, 일점쇄선으로 그려진 원(4330a 내지 4330f)은 2차 광학계의 최대 외경을 나타낸다. 또본 실시예에서는 1차 광학계(4310)의 개구판(4313)의 작은 구멍은 3행 3열로 배열되어 있고, 2차 광학계(4330)의 개구판(4332)의 작은 구멍도 마찬가지로 3행 3열로 배열되어 있다. 복수의 각 광학계의 세트는 각각이 서로 간섭하지 않도록, 각 2차 광학계(4330)의 광축(B)이 행의 나열방향을 따라 시료의 바깥쪽을 향하도록 배치되어 있다. 열의 수는 바람직하게는 3, 4열 정도이나, 이것 이하의 2열, 또는 4열 이상이어도 좋다.

본 발명의 실시예 15의 전자선장치(4300)는 다시 가공된 웨이퍼를 검사하는 도 12의 웨이퍼검사공정에서 사용할 수 있다. 즉 검사공정에 본 발명의 실시예 15의 결함 검사방법, 결함 검사장치를 사용하면 미세한 패턴을 가지는 반도체장치이더라도 스루풋 좋게 검사할 수 있으므로, 전수검사가 가능해져, 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명의 실시예 15의 전자선장치(4300)(도 42)는 다음의 효과를 가진다.

(1) 복수의 전자빔을 사용하므로 스루풋이 향상한다.

(2) 복수의 E ×B 분리기를 구비하고, 개구판의 작은 구멍의 상의 위치와 E ×B 분리기의 각각의 위치를 일치시키고, 또한 각각의 E ×B 분리기의 전계로 편향되는 전자빔의 방향이 시료면 위에서 보아 서로 역방향이 되도록 함으로써, E ×B 분리기에 의하여 생기는 색수차를 보정하는 것이 가능해져, 전자빔을 가늘게 조절하는 것이 가능하게 되므로, 높은 검사정밀도를 확보할 수 있다.

(3) 제 2 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 전자빔의 편향동작을 시키도록 함으로써, 제 2 E ×B 분리기와 정전편향기를 겸용시킬 수 있어 정전 대물렌즈(21)의 상부에 새롭게 정전편향기를 설치할 필요성이 없고, 또한 E ×B 분리기와 정전편향기의 양자를 최적의 위치에 배치할 수 있다. 그에 의하여 2차 전자의 검출효율을 향상시키는 것과 편향수차를 저감하는 것이 동시에 가능하게 되고, 다시2차 광학계의 광로를 대폭으로 짧게 하는 것도 가능하게 된다.

(4) 전자선장치의 1차 광학계와 2차 광학계의 세트를 시료상에서 복수세트 배치하였기 때문에, 일시에 복수의 시료를 검사하는 것이 가능하게 되어, 스루풋이 더욱 향상한다.

(5) 정전 대물렌즈(4321)와 시료면(SF) 사이에 동축형상으로 정전편향기 (4322)를 설치하고, 이 정전편향기(4322)에 음의 전압을 인가함으로써, 전위 콘트라스트를 평가하는 것이 가능하게 된다.

(6) 전자빔을 블랭킹하는 기능을 설치하여 정전편향기(4314)의 전압을 제어하여 짧은 펄스의 전자빔을 형성하여 시료면 위의 장치를 작동상태로 하여 패턴의 전위측정을 양호한 시간분해능으로 측정하면 장치의 동작해석이 가능하게 된다.

도 44a는 본 발명의 실시예 16의 전자선장치(4400)의 개략 배치도이고, 도 44a에 있어서, 전자총(4401)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서·렌즈(4402)에 의하여 집속되어, 점(4404)에 있어서 크로스오버를 형성한다. 콘덴서·렌즈(4402)의 아래쪽에는 복수의 작은 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판(4403)이 배치되고, 이에 의하여 복수의 1차 전자선이 형성된다. 제 1 멀티 개구판(4403)에 의하여 형성된 1차 전자선의 각각은, 축소렌즈(4405)에 의하여 축소되어 점(4415)에 투영된다. 1차 전자선은 점(4415)에서 초점을 맞춘 후, 대물렌즈(4407)에 의하여 시료(4408)에 초점이 맞추어진다. 제 1 멀티 개구판(4403)으로부터 나온 복수의 1차 전자선은 축소 렌즈 (4405)와 대물렌즈(4407) 사이에 배치된 편향기(4419)에 의하여 편향되어, x-y 스테이지(4420) 위에 탑재된 시료(4408)의 면 위를 동시에 주사한다.

축소렌즈(4405) 및 대물렌즈(4407)의 상면 만곡 수차의 영향을 없애기 위하여 도 44b에 나타내는 바와 같이, 제 1 멀티 개구판(4403)은 원주상에 작은 개구 (4433)가 배치되고, 이들 x 축 위에 투영한 점은 등간격(Lx)이 되도록 설정된다.

초점이 맞춰진 복수의 1차 전자선에 의하여, 시료(4408)의 복수의 점이 조사되고, 조사된 이들 복수의 점으로부터 방출되는 2차 전자선은 대물렌즈(4407)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되고, EXB 분리기(4406)로 편향되어 2차 광학계에 투입된다. 2차 전자상은 점(4415)으로부터 대물렌즈(4407)에 가까운 점(4416)에 초점을 맺는다. 이는 각 1차 전자선이 시료면 위에서 500eV의 에너지를 가지고 있는 데 대하여 2차 전자선이 수eV의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다.

2차 광학계는 확대렌즈(4409, 4410)를 가지고 있고, 이들 확대렌즈를 통과한 2차 전자선은 제 2 멀티 개구판(4411)의 복수의 개구(4443)를 통하여 복수의 전자검출기(4412)에 결상한다. 도 44b에 나타내는 바와 같이, 검출기(4412)의 앞에 배치된 제 2 멀티 개구판(4411)에 형성된 복수의 개구(4443)와, 제 1 멀티개구판(4403)에 형성된 복수의 개구(4433)는, 1대 1로 대응한다. 복수의 검출기(4412)는 각각 제 2 멀티 개구판(4411)의 복수의 개구에 대향하여 배치된다.

검출기(4412)는 검출한 2차 전자선을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 각 검출기(4412)로부터 출력되는 전기신호는 증폭기(13)에 의하여 각각 증폭된 후, 화상처리부(14)에 의하여 화상데이터로 변환된다. 화상처리부(14)에는 1차 전자선을 편향시키기 위한 주사신호(SS)가 다시 공급되므로, 화상처리부(4414)는 시료 (4408)의 면을 나타내는 화상을 생성할 수 있다. 이 화상을 표준패턴과 비교함으로써 시료(4408)의 결함을 검출할 수 있다. 상승폭 검출부(4430)는 프로세스 중은 분리(잘리게)되나, 초기 초점맞춤을 위한 여기전압을 결정하는 단계에서 동작한다. 그 동작은 뒤에서 설명한다.

또 레지스트레이션에 의하여 시료(4408)의 피측정 패턴을 1차 광학계의 광축의 가까이로 이동시켜 라인스캔함으로써 선폭 평가신호를 추출하고, 이것을 적당히 교정함으로써, 시료(4408) 위의 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

여기서 제 1 멀티 개구판(4403)의 개구(4433)를 통과한 1차 전자선을 시료(4408)의 면 위에 초점을 맞추고, 시료(4408)로부터 방출된 2차 전자선을 검출기(4412)에 결상시킬 때, 1차 광학계에서 생기는 왜곡, 축상색수차 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 특히 배려할 필요가 있다. 또 복수의 1차 전자선의 간격과 2차 광학계와의 관계에 대해서는 1차 전자선의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만큼 떨어뜨리면 복수의 전자선 사이의 크로스 토크를 없앨 수 있다.

대물렌즈(4407)는 도 44c에 나타내는 바와 같이 유니포텐셜렌즈이고, 1차 전자선을 시료(4408)의 표면에 집속시키기 위하여 대물렌즈(4407)의 중앙 전극에는 전원(4428)으로부터 양의 고전압 V₀ 볼트가 인가되어 대물렌즈(4407)의 위쪽 전극 및 아래쪽 전극에는 전원(4429)으로부터 어스전위에 가까운 소전압인 여기전압(±ΔV₀)이 인가된다.

전자총(4401), 축맞춤용 편향기(4417), 제 1 개구판(4403), 콘덴서·렌즈 (4402), 편향기(4419), 빈필터, 즉 E ×B 분리기 (4406), 대물렌즈(4407), 축대칭전극(4423) 및 2차 전자검출기(4412)는 적절한 크기의 거울통(4426)내에 수납되어 하나의 전자선주사·검출계를 구성한다. 또한 전자선주사·검출계의 초기 초점맞춤은 여기전압(±ΔV₀)을 예를 들면 -10볼트에 고정하여 두고, 양전압(V₀)을 변화시킴으로써 실행할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 거울통(4426)내의 전자선주사·검출계는 시료 위의 칩패턴을 주사하여 주사의 결과로서 시료로부터 방출된 2차 전자선을 검출하여, 그 강도를 나타내는 전기신호를 출력한다. 실제로는 시료의 표면에 복수의 칩패턴이 형성되어 있으므로, 도 44a에 나타낸 전자선주사·검출계와 동일한 구성의 전자선주사·검출계(도시 생략)가 복수, 병렬하는 형태로 상호의 거리가 시료 위의 칩치수의 정수배의 거리가 되도록 배치된다.

전자선주사·검출계에 대하여 다시 설명하면 전자검출기(4412)로부터 출력된 전기신호는 화상처리부(4414)에 있어서, 2치화 정보로 변환되어, 이 2치화 정보를 화상데이터로 변환한다. 이 결과, 시료의 표면에 형성된 회로패턴의 화상데이터가 얻어지고, 얻어진 화상데이터는 적절히 기억수단에 축적됨과 동시에, 기준의 회로 패턴과 비교된다. 이에 의하여 시료 위에 형성된 회로패턴의 결함 등을 검출할 수있다.

시료 위의 회로패턴을 나타내는 화상데이터와의 비교를 위한 기준회로패턴은, 여러가지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 해당 화상데이터를 발생시키는 주사가 행하여진 회로패턴을 제작한 CAD 데이터로부터 얻어진 화상데이터를 사용할 수도 있다.

도 44a에 나타내는 전자선장치에 있어서, 대물렌즈(4407)의 위쪽 전극 또는 아래쪽 전극에 인가해야 할 여기전압(±ΔV₀)의 값은 CPU 등의 제어장치(도시 생략)의 제어하에서 아래와 같이 하여 결정된다.

먼저, 시료(4408)의 표면에 형성된 임의의 하나의 회로패턴상에 제 1 방향에 평행한 패턴·에지와, 이 제 1 방향으로 직교하는 제 2 방향에 평행한 패턴·에지 가 존재하는 장소를, 예를 들면 패턴·데이터로부터 판독하여 특정한다.

이어서, 편향기(4419) 및 E ×B 분리기(4406)를 사용하여, 1차 전자선에 의하여 제 1 방향에 평행한 패턴·에지를 제 2 방향에 주사하고, 그 결과 방출된 2차 전자선의 강도를 나타내는 전기신호를 전자검출기(4412)로부터 인출하여, 상승 검출부 (4430)에 있어서, 상기 전기신호의 상승폭(p)(단위:㎛)을 측정한다. 마찬가지로 제 2 방향에 평행한 패턴·에지에 대해서도 편향기(4419) 및 E ×B 분리기(4406)를 사용하여, 1차 전자선에 의하여 제 1 방향으로 주사하고, 그 결과 방출된 2차 전자선의 강도를 나타내는 전기신호를 전자검출기(442)로부터 인출하여 상승 검출부(4430)에 있어서, 그 전기신호의 상승폭(p)을 측정한다. 이 조작을 전압(±ΔV₀)을 변경하여, 적어도 3개의 전압값에 대하여 행한다.

제어장치(도시 생략)는 상승폭 검출부(4430)로부터의 데이터에 의거하여 도 45a의 곡선(A, B)을 작성한다. 곡선(A)은 제 1 방향에 평행한 패턴·에지에 관한 ±ΔV₀ 각각에 대한 상승폭(p㎛)의 관계를 나타낸다. 곡선(B)은 제 2 방향에 평행한 패턴·에지에 관한 ±ΔV₀ 각각에 대한 상승폭(p㎛)의 관계를 나타낸다.

전기신호의 「상승폭(R)」은 도 45b의 그래프에 나타내는 바와 같이 여기전압 (±ΔV₀)[및 고전압(V₀)]을 고정한 상태에서 제 1 방향(또는 제 2 방향)에 평행한 패턴·에지를 제 2 방향(또는 제 1 방향)에 주사하였을 때에 측정되는 전기신호가 그 최대값의 12%로부터 88%까지 변화되는 데 필요로 하는 주사거리(R)(단위:㎛)로서 표시한 것이다.

도 45a의 곡선(A)은 여기전압(±ΔV₀)이 -ΔV₀(x)일 때에 상승폭(p)이 최소 이고, 따라서 이 때에 상승이 가장 날카로운 것을 나타낸다. 마찬가지로 곡선(B)은 여기전압(±ΔV₀)이 +ΔV₀(y)일 때에 상승하여 상승폭이 최소이고, 상승이 가장 날카로운 것을 나타내고 있다. 따라서 대물렌즈(7)의 초점조건, 즉 위쪽 전극 및 아래쪽 전극에 인가하는 전압(±ΔV₀)의 값은 {-ΔV₀(x) + ΔV₀(y)}/2로 설정하는 것이 바람직하다.

여기전압(±ΔV₀)은 0 내지 ±20V의 범위에서 밖에 변화하지 않으므로, 상기한 바와 같이 하여 대물렌즈(4407)의 정정을 실제로 행한 바, 10마이크로초라는 고속으로 대물렌즈(4412)의 정정을 행할 수 있어, 도 45a의 곡선(A, B)을 취득하는 데, 150마이크로초밖에 요하지 않았다.

또 곡선(A, B)을 얻기 위하여 다수의 ±ΔV₀에 대하여 측정을 행할 필요는 없고, 도 45a에 나타내는 바와 같이 ±ΔV₀의 3개의 전압값으로 하여 -ΔV(1), +ΔV(2), +ΔV(3)을 설정하여 상승폭(p)을 측정하고, 쌍곡선 근사에 의하여 곡선(A, B)을 구하여, 상승폭(p)의 최소값 -ΔV₀(x) 및 +ΔV₀(y)을 구하면 좋다. 그 경우에는 45마이크로초 정도로 측정을 행할 수 있다.

상기한 바와 같이 도 45a의 곡선(A, B)은 2차 곡선, 즉 쌍곡선에 근사하고 있다. 상승폭을 p(㎛), 대물렌즈전압 ±ΔV₀을 q(볼트)로 하면, 그래프 A 및 B는 a, b 및 c를 정수로 하여,

로 표시시킨다. 따라서 3개의 q(전압 ±ΔV₀)의 값(q₁, q₂, q₃)과, 그것들에 대응하는 p(상승폭)의 값(p₁, p₂, p₃)을 상기식에 대입하면 다음 3개의 수학식 (1) 내지 (3)이 얻어진다.

이들 수학식 (1) 내지 (3)으로부터 a, b 및 c의 값이 산출되고, q = c 일 때, 최소값이 된다.

이상과 같이 하여 상승폭(p)이 최소가 되는 제 1 방향에 평행한 패턴·에지에 관한 대물렌즈에의 여기전압[ΔV₀(x)]을 3개의 렌즈조건으로 구할 수 있다. 완전히 동일하게 하여 제 2 방향에 평행한 패턴·에지에 관한 대물렌즈 전압[ΔV₀(y)]을 구할 수 있다.

도 45a의 곡선(A, B)에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향으로 연장되어 있는 패턴·에지를 제 2 방향으로 주사하였을 때와, 제 2 방향으로 연장되어 있는 패턴·에지를 제 1 방향으로 주사하였을 때에 상승폭이 다른 것이 일반적이다. 이와 같은 경우에는 예를 들면 8극의 비점 보정렌즈(4421)(도 44)를 설치하여 그 렌즈(4421)에 인가하는 전압을 조정함으로써, 패턴·에지를 제 1 방향 및 제 2 방향으로 주사하였을 때의 전자검출기(4415)로부터의 전기신호의 상승이 더욱 작아지도록 비점 보정을 행하는 것이 필요하다. 비점수차가 거의 없는 경우는 ΔV₀(x) 또는 ΔV₀(y) 중 어느 한 쪽을 구하면 되기 때문에 곡선(A, B) 중 어느 하나만 구하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 전자선주사·검출계에 있어서의 초점맞춤을 행하고, 그 후 시료(8)의 평가를 행하는 프로세스로 이행한다. 본 방법에서는 광학적인 Z 센서가 아니라, 전자 광학적인 수단으로 초점맞춤조건을 구하고 있기 때문에 시료가 대전하고 있는 경우에도 정확한 초점맞춤조건이 구해진다는 이점이 있다.

전자선주사·검출계를 포함한 거울통(4426)과 동일한 구성의 거울통(도시 생략)을 거울통(4426)과 병렬하는 형으로 서로의 거리가 시료(4408) 위의 칩크기의 정수배의 거리가 되도록 배치한 경우, 각각의 거울통에 있어서 1차 전자선이 시료위에 초점이 맞춰지도록 초점맞춤을 행할 필요가 있다. 그러나 이와 같은 초점맞춤은 대략 동시에 행하는 것이 가능하므로, 스루풋·버제트는 약간의 값일뿐이다.

다음에 본 발명의 반도체장치제조방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 반도 체장치제조방법은 상기한 전자선장치를 사용하여 상기한 도 12 및 도 13에 나타내는 반도체장치제조방법에 있어서 실행되는 것이다.

본 발명의 반도체장치제조방법에 있어서는 도 44를 참조하여 설명한 전자선장치를 사용하여 가공 도중의 공정(웨이퍼 검사공정)뿐만 아니라, 완성된 칩을 검사하는 칩 검사공정(도 12)에 있어서 사용함으로써 미세한 패턴을 가지는 장치이더라도 왜곡, 흐림 등이 저감된 화상을 얻을 수 있으므로, 웨이퍼의 결함을 확실하게 검출할 수 있다.

도 12의 웨이퍼 검사공정 및 칩 검사공정에 있어서, 본 발명에 관한 전자선장치를 사용함으로써, 미세한 패턴을 가지는 반도체장치도 높은 스루풋으로 검사할 수 있으므로, 전수 검사가 가능하게 되어 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명의 실시예 16의 전자선장치(4400)는 다음의 작용효과를 가진다.

(1) 시료면의 높이를 측정하기 위한 광학식 센서를 사용할 필요가 없으므로, 대물렌즈와 시료 사이를 전자 광학계만으로 최적 설계하는 것이 가능하게 된다.

(2) 전자선주사, 검사계의 초점맞춤은 저전압의 조정만으로 가능하므로, 정정시간을 단축할 수 있는, 즉 짧은 시간으로 초점맞춤을 행할 수 있다.

(3) 필요에 따라 초점맞춤의 조작 중에서 비점보정도 짧은 시간에 행하는 것이 가능하다.

(4) 프로세스 도중의 시료를 짧은 시간에 평가할 수 있게 되므로, 장치제조의 수율을 향상시킬 수 있다.

도 46 및 도 47을 참조하여 본 발명의 실시예 18의 전자선장치(500)를 설명한다. 도 46은 실시예 18의 전자선장치(4501)를 모식적으로 나타낸다. 이 전자선장치(4500)는 1차 광학계(4510)와, 2차 광학계(4530)와, 검출장치(4540)를 구비한다.

1차 광학계(4510)는 전자선을 시료(S)의 표면에 조사하는 광학계로서, 전자선을 방출하는 전자총(4511)과, 전자총으로부터 방출된 전자선을 축소하는 정전렌즈(4513)와, 2차원적으로 배열된 복수의 작은 구멍(단, 도 46에서는 4514a 내지 4514i만 도시함)이 형성된 제 1 개구판(14)과, 개구 어퍼처(4515)와, 제 1 개구판을 통과한 전자빔을 축솨는 정전렌즈(4516)와, 정전편향기(4517)와, E ×B분리기(4518)와, 정전 대물렌즈(4519)를 구비하고, 그것들은 도 46에 나타내는 바와 같이 전자총(4511)을 최상부로 하여 순서대로 또한 전자총으로부터 방출되는 전자선의 광축(A)이 시료(S)에 수직이 되도록 배치된다. 전자총(4501)의 내부에는 단결정의 LaB₆ 캐소드를 다수의 돌기를 가지는 형상으로 연마하여 형성된 돌기부 (4512)가 형성되어 있다.

정전렌즈(4513, 4516) 및 정전 대물렌즈(4519)의 상면 만곡수차의 영향을 없애기 위하여 도 47에 나타내는 바와 같이 제 1 개구판(4514)에는 원주상에 작은 구멍이 배치되어 그 X 방향에의 투영한 것은 등간격(Lx)이 된다.

2차 광학계(4530)는 E ×B 분리기(4518)의 가까이에서 광축(A)에 대하여 경사져 있는 광축(B)을 따라 순차로 배치된 제 1 정전 확대렌즈(4531)와, 개구 어퍼 처(4532)와, 제 2 정전 확대렌즈(4533)와, 2차원적으로 배열된 복수의 작은 구멍(도면에서는 4534a 내지 4534i만 나타냄)이 형성된 제 2 개구판(4534)을 구비한다.

검출장치(4540)는 제 2 개구판(4534)의 각 개구마다 검출기(4541)를 구비하고 있다. 또한 제 2 개구판(4534)의 작은 구멍(도 2에 있어서 파선으로 표시되어 있음)(4534a 내지 4534e)의 수 및 배열은, 제 1 개구판(4513)에 형성되는 작은 구멍(도 47에 있어서 실선으로 표시되어 있음)(4514a 내지 4514e)의 수 및 배열에 일치되어 있다. 상기 각 구성요소는 공지의 것이어도 좋고, 그것들의 구조의 상세설명은 생략한다.

다음에 상기 구성의 전자선장치(4500)에 있어서의 표준모드에 대하여 설명한다. 단일의 전자총(4511)의 다수의 돌기부(4512)로부터 방출된 전자선(C)은 정전 렌즈(4513)로 수속되어 제 1 개구판(4514)을 조사한다. 전자선(C)은 제 1 개구판 (4514)에 형성된 복수의 작은 구멍(4514a 내지 4514e)을 통과하여 멀티빔이 된다. 이들 멀티빔은 개구 어퍼처(4515)로 크로스오버상(C1)을 형성한다. 크로스오버한 멀티빔은 시료(S)를 향하여 진행하고, 도중에 설치된 정전 중간렌즈(4516)에 의하여 수속되고, 정전 대물렌즈(4519)의 주면에 결상되어 컬러조명조건을 만족한다. 상기 결상된 멀티빔은 시료 위에 축소상을 결상하고, 또한 정전편향기(4517)와 E ×B 분리기(4518)의 편향기에 의하여 시료 위를 주사된다.

시료(S)로부터 방출된 2차 전자는 정전 대물렌즈(4519)와 시료(S) 사이에 인가된 2차 전자에 대한 가속전계로 가속, 수속되어, 정전 대물렌즈(4519)를 통과하여 E ×B 분리기(4518)에 의하여 광축(B)을 따라 이동하도록 편향되어 정전 확대렌 즈 (4531)에 입사한다. 2차 전자는 다음에 정전 확대렌즈(4531)에 의하여 확대되어 개구 어퍼처(4532)에 크로스오버상(C2)을 형성한다. 이들 결상한 2차 전자는 다음에 정전 확대렌즈(4533)에 의하여 확대되어 제 2 개구판(4534)의 작은 구멍(4534a 내지 4534e)에 있어서 결상된다. 2차 광학계의 확대율은 2개의 정전 확대렌즈 (4531, 4533)로 결정할 수 있다.

도 47에 나타내는 바와 같이, 제 1 개구판(4514)의 작은 구멍(4514a)을 통과한 전자빔에 의하여 시료(S)로부터 방출된 2차 전자는 제 2 개구판(4534)의 작은 구멍(4534a)을 통하여 작은 구멍(4514b)을 통과한 전자빔에 의하여 시료(S)로부터 방출된 2차 전자는 작은 구멍(4534b)을 통하여, 작은 구멍(4514c)을 통과한 전자빔에 의하여 시료(S)로부터 방출된 2차 전자는 작은 구멍(4534c)을 통해서라고 말한 바와 같이 전자빔에 의하여 시료면으로부터 방출된 2차 전자는 제 1 개구판(4514)의 각 작은 구멍에 대응하는 제 2 개구판(4534)의 각 작은 구멍을 통하여 검출기 (4541)에 입사한다.

상기 표준모드로부터 고해상도 모드로 변경하기 위해서는 주사폭을 변경하고, 또한 화상배율을 변경할 필요가 있다. 주사폭을 변경하는 것은 정전편향기 (4517) 및 E ×B 분리기(4518)의 편향기의 비트당의 편향감도를 조정함으로써 가능하다. 그러나 주사폭을 표준모드로부터 좁게 하면 멀티빔의 각각의 빔 사이에 주사의 간극을 할 수 있게 된다. 또 2차 광학계에 있어서 빔상 간격이 검출기의 간격과 일치하지 않게 된다.

빔 사이에 주사의 간극이 되는 것에 대해서는, 제 1 개구판(4514)으로부터 시료(S)에의 축소율을 정전렌즈(4516)와 정전 대물렌즈(4519)를 줌렌즈 동작시킴으로써 화소치수의 변화에 대응하여 변화시킴으로써 해결할 수 있다. 크로스오버상(C1)을 대물렌즈(4519)의 주면에 결상시키는 컬러조명조건은 표준모드로만 채우도록 하고, 고해상도 모드로는 채우지 않는 것으로 한다.

또 2차 광학계에 있어서 빔상 간격이 검출기의 검출기 사이의 치수와 일치하지 않게 되는 대책으로서, 2차 광학계의 개구 어퍼처(4532)의 위치 및 크기는 고정으로 하고 정전 확대렌즈(4533)의 여기전압을 바꿈으로써 시료의 각 빔으로부터 방출된 2차 전자의 주 광선이 대응하는 제 2 개구판의 작은 구멍에 입사하도록 하고 있다. 즉, 2차 광학계의 정전 확대렌즈(4533)에 의하여 확대배율과 개구 어퍼처 (4532)에서의 크로스오버의 초점맞춤조건을 맞추도록 하고 있다. 또 멀티빔의 축소율을 정전렌즈(4516)와 정전 대물렌즈(4519)를 줌렌즈 동작시킴과 동시에, 줌렌즈 동작에 관련지어 2차 광학계의 정전 확대렌즈(4531, 4533)로 확대율을 변경함으로써 2종류의 화상치수로 시료의 평가를 행할 수 있다.

이와 같은 1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율과 2차 광학계의 정전렌즈에서의 확대율과의 관계는, 구체적으로는 도 46에서 개구 사이의 치수(예를 들면 4514 a와 4514 b의 간격)가 1mm 이고, 1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율이 1/100로 하면, 개구(4514a, 4514b)를 나온 빔의 간격은 10㎛이 된다. 그리고 2차 광학계의 확대율을 500배로 하면, 개구(4534a, 4534b)의 간격은 5mm이다.

1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율을 1/200로 바꾸었을 때, 2차 광학계의 확대율을 500× 2 = 1000배로 함으로써, 개구(4534a, 4534b)의 간격은 5mm가 되므로, 개구(4534a, 4534b)의 간격을 바꾸는 일 없이, 2차 전자의 검출을 행할 수 있다. 이 특징의 이점은 1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율을 바꿈으로서 빔치수, 빔전류, 또는 주사폭을 바꿀 수 있는 것이다. 그리고 스루풋은 나빠지나, 고해상도의 평가를 행하기도 하고, 분해능은 나쁘나 높은 스루풋의 평가를 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 크로스오버상을 스루풋은 크나 해상도가 비교적 낮은 모드에 있어서 대물렌즈의 주면에 형성한다. 구체적으로는 예를 들면 해상도가 50nm, 스루풋이 8.8분/cm²의 모드와, 해상도가 100nm, 스루풋이 33초/cm²의 모드를 가지는 장치에 있어서, 전자의 모드의 경우에, 크로스오버상을 대물렌즈의 주면에 두었다.

본 발명의 실시예 17(도 46)의 전자선장치(4500)는 도 12 및 도 13의 반도체장치의 제조방법에 적합하게 사용된다. 즉, 이 제조방법에 있어서의 검사공정에 본 발명의 실시예 18의 결함 검사방법, 결함 검사장치를 사용하면 미세한 패턴을 가지는 반도체장치이더라도 스루풋 좋게 검사할 수 있으므로, 전수검사가 가능해져 제품의 수율의 향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명의 실시예 17(도 46)의 전자선장치(4500)는 다음의 효과를 가진다.

(1) 임의의 배율의 화상을 주사의 간극없이 형성할 수 있으므로, 표준모드 및 고해상도 모드로 사용할 수 있다.

(2) 배율을 변경한 경우에도 화상치수와 빔치수를 대략 대응시킬 수 있다.

(3) 표준모드에서는 1차 광학계의 컬러조명조건을 만족할 수 있다. 한편 고 해상도 모드의 경우에서의 1차 광학계의 컬러조명조건으로부터의 어긋남은 적고, 수차는 그 만큼 증대하지 않는다.

(4) 시료면에 대하여 수직방향으로 방출된 시료로부터의 2차 전자가 2차 광학계의 광축과 교차하는 위치에 개구 어퍼처를 설치하고 있으므로, 모드를 변경한 경우에도 멀티빔의 사이에 강도차가 없는 2차 전자검출을 할 수 있다.

도 48 및 도 49를 참조하여 본 발명의 실시예 19의 전자선장치(5000)에 대하여 설명한다. 도 48의 전자선장치(5000)는 1차 전자광학계(이하「1차 광학계」라 함)(5010)와, 2차 전자 광학계(이하「2차 광학계」라 함)(5020)와, 검출계(5030)를 구비한다. 1차 광학계(5010)는 전자빔을 웨이퍼 등의 평가대상(이하「시료」라 함)(S)의 표면에 조사하는 광학계로, 전자선, 즉 전자빔을 방출하는 전자총(5011)과, 전자총(5011)으로부터 방출된 1차 전자빔을 집속하는 콘덴서 렌즈(5012)와, 복수의 개구가 형성된 제 1 멀티 개구판(5013)과, 축소렌즈(5014)와, E×B 분리기(5015)와, 대물렌즈(5016)를 구비하고, 그것들은 도 48에 나타내는 바와 같이 전자총(5011)을 최상부로 하여 순차로 배치되어 있다. 또한 5017, 5018은 1차 전자빔을 주사하는 편향기이고, 5019는 축대칭 전극이다.

2차 광학계(5020)는 1차 광학계의 광축에 관하여 경사진 광축을 따라 배치된 확대렌즈(5021, 5022) 및 제 2 멀티 개구판(5023)을 구비하고 있다. 검출계(5030)는 제 2 멀티 개구판(5023)의 각 개구(5231)별로 배치된 검출기(5031)와, 각 검출기에 각각 증폭기(5032)를 거쳐 접속된 화상형성부(5033)를 구비하고 있다. 상기 1차 광학계(5010), 2차 광학계(5020) 및 검출계(5030)의 각 구성요소의 구조 및 기 능은 종래의 것과 동일하므로, 그것들에 관한 상세한 설명은 생략한다. 제 1 멀티 개구판(5013)의 개구(5131)와 제 2 멀티 개구판(5023)의 개구(5231)는 대응하여 형성되고, 개구(5131)는 도 49에서 실선으로 나타내는 바와 같이 파선으로 나타내는 개구(5231)보다 작아져 있다.

시료(S)는 스테이지장치(5040)의 홀더(5041)에 의하여 공지의 방법에 의하여 착탈 가능하게 지지되고, 그 홀더(5041)는 XY 스테이지(5042)에 의하여 직교방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.

전자선장치(1)는 다시 홀더(5041)와 전기적으로 접속된 지연전압인가장치 (이하 인가장치)(5050)와, 차지업조사 및 지연전압결정시스템(이하 조사 및 결정 시스템)(5060)을 구비하고 있다. 조사 및 결정시스템(5060)은 화상형성부(5033)에 전기적으로 접속된 모니터(5061)와,모니터(5061)에 접속된 조작자(5062)와, 조작자 (5062)에 접속된 CPU(5063)를 구비하고 있다. CPU(5063)는 상기 인가장치(5050) 및 편향기(5017)에 신호를 공급하도록 되어 있다.

다음에 상기 실시예 18의 전자선장치(5000)의 동작에 대하여 설명한다. 전자총(5011)으로부터 방출된 1차 전자선은 콘덴서 렌즈(5012)에 의하여 집속되고, 점(P1)에 있어서 크로스오버를 형성한다. 제 1 멀티 개구판(5013)의 개구(5131)를 통과한 전자선은 그 복수의 개구(5131)에 의하여 복수의 1차 전자빔에 형성된다. 제 1 멀티 개구판(5013)에 의하여 형성된 1차 전자빔은 축소렌즈(5014)에 의하여 축소되어 점(P2)에 투영된다. 점(P2)에 초점을 맞춘 후, 대물렌즈(5016)에 의하여 시료(S)의 상표면 위에서 초점이 맞춰진다.

복수의 1차 전자빔은 축소렌즈(5014)와 대물렌즈(5016) 사이에 배치된 편향기(5018)에 의하여 동시에 시료의 상면을 주사하도록 편향된다. 축소렌즈 (5014) 및 대물렌즈(5016)의 상면 만곡수차의 영향을 없애기 위하여 멀티 개구판 (5013, 5023)의 복수의 개구(5131, 5231)는 각 광학계의 광축을 중심으로하는 원의 원주상에 배치되고, 그 X 방향의 투영한 경우의 인접간 거리(Lx)는 도 49에 나타내는 바와 같이 등간격이 되도록 형성되어 있다.

초점이 맞춰진 복수의 1차 전자빔에 의하여 시료(S) 위의 점이 조사되고, 조사된 이들 복수의 점으로부터 방출된 2차 전자는 대물렌즈(5016)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되고, E ×B 분리기(5015)로 편향되어 2차 광학계(5020)에 투입된다. 2차 전자상은 점(P2)으로부터 대물렌즈에 가까운 점(P3)에 초점을 맺는다. 이것은 각 1차 전자빔이 시료면 위에서 500eV의 에너지를 가지고 있는 데 대하여 2차 전자선은 수eV의 에너지밖에 가지고 있지 않기때문이다.

이 2차 전자상은 확대렌즈(5021, 5022)에 의하여 제 2 멀티 개구판(5023)의 복수의 개구(5231)를 통하여 각 개구마다에 설치된 검출기(5031)에 결상한다. 이 2차 전자상을 각각의 검출기(5031)에 의하여 검출한다. 각각의 검출기(5031)는 검출한 2차 전자상을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 이와 같이 하여 각 검출기로부터 출력된 전기신호는 대응하는 증폭기(5032)에 의하여 증폭된 후, 화상형성부(5033)에 입력되어 이 화상형성부에서 화상데이터로 변환된다. 화상형성부 (5033)에는 1차 전자빔을 편향시키기 위한 주사신호가 다시 공급되기 때문에 화상형성부는 시료(S)의 면을 나타내는 화상을 표시한다. 이 화상을 기준패턴과 비교 함으로써 시료(S)의 결함을 검출할 수 있다.

또 레지스트레이션에 의하여 시료(S)를 1차 광학계(5010)의 광축의 가까이로 이동시켜 라인스캔, 즉 주사함으로써 시료의 상표면에 형성된 패턴의 선폭 평가신호를 인출하고, 이를 적당히 교정함으로써 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

여기서 제 1 멀티 개구판(5013)의 개구를 통과한 1차 전자빔을 시료(S)의 상면 위에 초점을 맞추어 시료(S)로부터 방출된 2차 전자선을 검출기(5031)에 결상시킬 때에 1차 광학계에서 생기는 왜곡, 축상 색수차 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 특히 배려할 필요가 있다.

또 시료에 조사되는 1차 전자빔 사이의 간격과 2차 광학계와의 관계에 대해서는 복수의 1차 전자빔 사이의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만 떨어뜨리면 복수의 빔 사이의 크로스 토크를 없앨 수 있다.

화상형성부(5033)에서 변환된 화상데이터는 조사 및 결정장치(5060)의 표시장치(5061)에 의하여 화상으로서 표시되어, 조작자(5062)에 의하여 화상을 평가한다. 조작자(5062)는 이 실시형태에서는 차지업 조사장치를 구성한다. 또 조작자(5062)는 화상에 의거하여 차지업상태를 조사할 수 있다. 그리고 그 결과를 CPU(5063)에 입력하여 지연전압을 최적의 값에 설정한다. CPU는 이 실시형태에서는 지연전압결정장치를 구성한다.

도 50a는 차지업의 평가장소와 평가방법을 설명하는 도면이다. 칩(5100)의 메모리셀 경계(5102)의 바깥 둘레부는 주변 회로부에서 저밀도영역이다. 그 안쪽은 메모리셀부에서 고밀도영역이다. 따라서 A1, A2는 경계영역의 화상이 되고, A3, A4는 메모리셀부의 화상이다. 도 50a 중의 2점 쇄선이나 파선은 밀도가 크게 변화하는 경계를 나타낸다.

보다 구체적으로는 피평가 시료의 차지업의 영향을 받기 쉬운 장소, 즉 도 50a에 나타내는 바와 같이 시료로서의 웨이퍼의 표면에 형성된 칩(5100)의 메모리셀 (5101)의 코너부를 평가하였다. 즉 (1) 코너부에서의 메모리셀 경계(5102)의 패턴 왜곡량(5103, 5104)을 측정하거나, 또는 (2) 메모리셀의 코너부에 있어서 패턴을 횡단하도록(화살표 A1 및 A2로 나타내는 바와 같이) 주사하였을 때에 얻은 신호강도의 콘트라스트를 도 50b에 있어서 실선(5105, 5107)으로 표시하여 칩의 중심부에 있어서 패턴을 화살표(A3, A4)에 주사하였을 때에 얻은 신호강도의 콘트라스트(5106, 5108)(모두 도 50b에 있어서 파선도시)와 비교하여도 좋다.

지연전압인가장치(5050)에 복수의 값의 전압을 인가하여 그 때마다 왜곡량 (5103, 5104) 또는 콘트라스트(5105, 5107 및 5106, 5108)를 측정하여 왜곡량 (5103, 5104)이 작은 쪽이 차지업의 영향은 작다고 평가하였다. 또 코너부에서의 콘트라스트의 값(5105, 5107)이 중심부에서의 콘트라스트의 값에 가까운 쪽이 차지업의 영향이 작다고 평가하였다.

차지업의 상태가 양호한 지연전압이 발견되면, 그 값을 CPU(5063)를 거쳐 인가장치(5050)에 인가하고, 그 값으로 시료, 즉 웨이퍼의 평가를 행하도록 하였다. 또 빔전류를 작게 하면 차지업이 감소하는 시료의 경우는 빔전류를 작게 하여도 좋다. 이와 같이 시료의 패턴밀도가 크게 변화되는 경계 부근의 화상형성을 행하는 것은 대전의 효과가 크게 나오기 때문에 대전하고 있는 것을 평가하기 쉬워 대전하 여 어려운 지연전압을 발견하기 쉽다.

본 발명의 실시예 19 (도 48)의 전자선장치(5000)는 도 12 및 도 13의 반도체장치의 제조방법에 적합하게 사용된다. 즉, 이 제조방법에 있어서의 검사공정에 본 발명의 실시예 19의 전자선장치(5000)를 사용하면 미세한 패턴을 가지는 반도체 장치이더라도 스루풋 좋게 검사할 수 있으므로, 전수검사가 가능해져 제품의 수율의 향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

본 발명 실시예 19 (도 48)의 전자선장치(5000)는 다음의 효과를 가진다.

(가) 스루풋이 전자빔의 수에 비례한 배수에 가까운 값이 얻어져 수배로 향상할 수 있다.

(나) 차지업상태가 가장 적은 상태에서 웨이퍼의 평가가 행하여지므로 신뢰성이 높은 평가를 할수있다.

(다) 차지업성능을 각종의 전류를 측정하여 행하는 것이 아니라, 실제의 화상으로 평가하고 있으므로, 보다 정확한 평가결과가 얻어진다.

도 51은 본 발명의 실시예 20의 E ×B 분리기(6020)를 나타낸다. E ×B 분리기(6020)는 정전편향기와 전자편향기에 의하여 구성되어 있고, 도 51에 있어서는 광축(도면에 수직인 축: z 축)에 직교하는 x-y 평면 위의 단면도로서 나타내고 있다. x 축방향 및 y 축방향도 직교하고 있다.

정전편향기는 진공용기 중에 설치된 1쌍의 전극(정전편향전극)(6001)을 구비하고, x 축방향에 전계(E)를 생성한다. 이들 정전편향전극(6001)은 절연스페이서 (6002)를 거쳐 진공용기의 진공벽(6003)에 설치되어 있고, 이들 전극 간 거리(D)는 정전편향전극(6001)의 y 축방향의 길이(2L)보다도 작게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 의하여 z축 주위에 형성되는 전계강도가 일정한 범위를 비교적 크게 할 수 있으나, 이상적으로는 D < L 이면 전계강도가 똑같은 범위를 더욱 크게 할 수 있다.

즉, 전극의 끝 가장자리로부터 D/2의 범위는 전계강도가 일정하지 않으므로, 전계강도가 대략 일정한 영역은, 일정하지 않은 끝부 영역을 제외한 중심부의 2L - D의 영역이 된다. 이 때문에 전계강도가 일정한 영역이 존재하기 위해서는 2L > D로 할 필요가 있어, 다시 L > D로 설정함으로써 전계강도가 똑같은 영역이 더욱 커진다.

진공벽(6003)의 바깥쪽에는 y 축 방향에 자계(M)을 생성하기 위한 전자편향기가 설치되어 있다. 전자편향기는 전자코일(6004) 및 전자코일(6005)을 구비하고, 이들 코일은 각각 x축 방향 및 y축 방향에 자계를 생성한다. 또한 코일(6005)만으로도 y축 방향의 자계(M)를 생성할 수 있으나, 전계(E)와 자계(M)의 직교도를 향상시키기 위하여 x축 방향에 자계를 생성하는 코일(4)을 설치하고 있다. 즉, 코일(6004)에 의하여 생성된 -x축 방향의 자계성분에 의하여 코일(6005)에 의하여 생성된 +x축 방향을 상쇄함으로써 전계와 자계와의 직교도를 양호하게 할 수가 있다.

이들 자계생성용 코일(6004, 6005)은 진공용기의 밖에 설치하기 때문에 각각을 2분할하여 구성하고, 진공벽(6003)의 양 측에서 설치하여 부분(6007)에 있어서 나사고정 등에 의하여 조여져 일체화하면 좋다.

E ×B 분리기의 가장 바깥층(6006)은 퍼말로이 또는 페라이트제의 요크로서 구성한다. 가장 바깥층(6006)은 코일(6004, 6005)과 마찬가지로 2분할하여 양 측으로부터 코일(6005)의 바깥 둘레에 설치하여 부분(6007)에 있어서 나사고정 등에 의하여 일체화하여도 좋다.

도 52는 본 발명의 실시예 20의 E ×B 분리기(6040)의 광축(z 축)에 직교하는 단면을 나타낸다. 도 52의 E ×B 분리기(6040)는 정전 편향전극(6001)이 6극 설치되는 점이 도 51에 나타낸 실시예 20의 E ×B 분리기와 상위하고 있다. 이들 정전 편향전극(6001)에는 각각의 전극의 중앙과 광축(z축)을 연결한 선과 전계의 방향(x축 방향)과의 각도를 θ_i(i=0, 1, 2, 3, 4, 5)로 하였을 때에 cosθ_i 에 비례하는 전압 k·cosθ_i(k는 정수)가 공급된다. 단, θ_i는 임의의 각도이다.

도 52에 나타낸 실시예 20에 있어서도, 실시예 19와 마찬가지로 x축 방향의 전계(E)밖에 만들지 않으므로, x 및 y축 방향의 자계를 생성하는 코일(6004, 6005)을 설치하여 직교도의 수정을 행한다. 실시예 20에 의하면 도 51에 나타낸 실시예 20에 비하여 전계강도가 똑같은 영역을 더욱 크게 할 수 있다.

도 51 및 도 52에 나타낸 실시예 19 및 20의 E ×B 분리기에 있어서는, 자계를 생성하기 위한 코일을 새들형으로 형성하고 있으나, 트로이달형의 코일을 사용하여도 좋다.

도 53a는 실시예 20 및 21의 E ×B 분리기를 1차 전자빔과 2차 전자빔을 분리하기 위하여 채용 가능한 본 발명의 실시예 21의 전자선장치(6000)(결함 검사장치)의 개략도이다. 도 53a에 있어서 전자총(6021)으로부터 방출된 전자빔은 콘덴 서·렌즈(6022)에 의하여 집속되어 점(6024)에 있어서 크로스오버를 형성한다.

콘덴서·렌즈(6022)의 아래쪽에는 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판(6023)이 배치되고, 이것에 의하여 복수의 1차 전자빔이 형성된다. 형성된 복수의 1차 전자빔은 각각 축소렌즈(6025)에 의하여 축소되어 6035에 투영된다. 그리고 점(6035)에 초점을 맞춘 후, 대물렌즈(6027)에 의하여 시료인 웨이퍼(6028)에 초점이 맞춰진다. 제 1 멀티 개구판(6023)으로부터의 복수의 1차 전자빔은 축소렌즈(6025)와 대물렌즈(6027)의 사이에 배치된 편향기(6039)에 의하여 동시에 웨이퍼(6028)면 위를 주사하도록 편향된다.

축소렌즈(6025)와 대물렌즈(6027)의 상면 만곡수차가 발생하지 않도록 하기 위하여 제 1 멀티 개구판(6023)은 도 53b에 나타내는 바와 같이 원주상에 작은 개구가 복수개 배치되고, 그 x축상으로 투영한 점은 등간격이 되는 구조로 되어 있다.

초점이 맞춰진 복수의 1차 전자빔에 의하여 웨이퍼(6028)의 복수의 점이 조사되고, 그 조사된 복수의 점으로부터 방출된 2차 전자빔은 대물렌즈(6027)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되어, E ×B 분리기(6026)로 편향되어 2차 광학계에 투입된다. 2차 전자빔에 의한 상은 점(6035)으로부터 대물렌즈(6027)에 가까운 점(6036)에 초점을 맺는다. 이는 복수의 1차 전자빔이 각각 웨이퍼(6028)면 위에서 약 500 eV의 에너지를 가지고 있는 데 대하여, 2차 전자빔은 수eV의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다.

2차 광학계는 확대렌즈(6029, 6030)를 가지고 있고, 이들 확대렌즈를 통과한 2차 전자빔은 제 2 멀티 개구판(6031)의 복수의 개구에 결상한다. 그리고 이들 개구를 통과하여 복수의 검출기(6032)에서 검출된다. 또한 검출기(6032)의 앞에 배치된 제 2 멀티 개구판(6031)의 복수의 개구와, 제 1 멀티 개구판(6023)의 복수의 개구는 도 53b에 나타내는 바와 같이 1대 1로 대응하고 있다.

검출기(6032)는 각각 수취한 2차 전자빔을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 각 검출기(6032)로부터의 전기신호는 증폭기(6033)로 증폭된 후, 화상처리장치(6034)에 있어서 화상데이터로 변환된다. 화상처리장치(6034)에는 편향기 (6039)로부터의 1차 전자빔을 편향시키기 위한 주사신호도 공급되어 있어, 이에 의하여 화상처리장치(6034)는 웨이퍼(6028)의 표면의 화상을 나타내는 화상데이터를 얻는다.

얻어진 화상데이터를 표준패턴과 비교함으로써, 웨이퍼(6028)의 결함을 검출할 수 있고, 또 레지스트레이션에 의하여 웨이퍼(6028)상의 피평가 패턴을 1차 광학계의 광축 근방으로 이동시켜 라인 주사함으로써 선폭 평가신호를 인출하고, 이를 적절히 교정함으로써, 웨이퍼(6028)상의 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

제 1 멀티 개구판(6023)의 개구를 통과한 1차 전자빔을 웨이퍼(6028)의 면 위에 초점을 맞추게 하여 웨이퍼(6028)로부터 방출된 2차 전자빔 검출용 멀티 개구판 (6031)에 결상시킬 때, 1차 광학계 및 2차 광학계에 의하여 생기는 왜곡, 상면 만곡및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 배려한 쪽이 좋다. 복수의 1차 전자빔의 조사위치 간격의 최소값을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만 큼 이간시키면, 복수의 빔 사이의 크로스 토크를 없앨 수 있다.

본 발명의 실시예 19의 E ×B 분리기(6020)에 있어서는, 전계를 생성하는 정전편향기의 1쌍의 전극으로서, 전극 사이의 간격보다도 광축에 직각인 방향의 크기가 길게 형성된 평행 평판형 전극을 사용하고 있으므로, 광축의 주위에 균일한 강도로 평행한 전계가 생성되는 영역이 넓어진다.

또 실시예 19 및 실시예 20의 E ×B 분리기에 있어서는, 전자편향기에 새들형 코일을 사용하고, 또한 광축으로부터 코일을 예상하는 각도를 한쪽에서 2π/3에 설정하고 있으므로 3θ성분이 생성하지 않고, 이에 의하여 광축의 주위에 균일한 강도로 평행한 자계가 생성되는 영역이 넓어진다. 다시 또 자계를 전자코일에 의하여 생성하고 있으므로, 코일에 편향전류를 중첩할 수 있어, 이에 의하여 주사기능을 가지게 할 수 있다.

실시예 19 및 실시예 20의 E ×B 분리기는 정전편향기와 전자편향기와의 조합으로 하여 구성되어 있으므로, 정전편향기 및 렌즈계의 수차를 계산하고, 이와는 별도로 전자편향기 및 렌즈계의 수차를 계산하여 이들 수차를 합계함으로써, 광학계의 수차를 얻을 수 있다.

도 55 및 도 56을 참조하여 본 발명의 실시예 22의 하전빔장치(7000)를 설명한다. 본 실시예에 있어서 「진공」이란 그 기술분야에 있어서 불리우는 진공이다.

도 55의 하전빔장치(7000)에 있어서, 하전빔을 시료를 향하여 조사하는 거울통(7001)의 선단부, 즉 하전빔 조사부(7002)가 진공챔버(C)를 구획 형성하는 하우징 (7014)에 설치되어 있다. 거울통(7001)의 바로 밑에는 XY 스테이지(7003)의 X 방향 (도 55에 있어서 좌우방향)의 가동 테이블 위에 탑재되어 시료(S)가 배치된다. 이 시료(S)는 고정밀도의 XY 스테이지(7003)에 의하여 그 시료면 위의 임의의 위치에 대하여 정확하게 하전빔을 조사시킬 수 있다.

XY 스테이지(7003)의 대좌(7006)는 하우징(7014)의 바닥벽에 고정되고, Y방향 (도 55에 있어서 지면에 수직인 방향)으로 이동하는 Y 테이블(7005)이 대좌(7006)의 위에 탑재되어 있다. Y 테이블(7005)의 양 측면(도 55에 있어서 좌우 측면)에는 대좌(7006)에 탑재된 1쌍의 Y 방향 가이드(7007a, 7007b)의 Y 테이블에 면한 측에 형성된 홈내로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있다. 그 오목홈은 Y 방향 가이드의 거의 전체 길이에 걸쳐 Y 방향으로 뻗어 있다.

오목홈내에 돌출하는 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 공지구조의 정압베어링 (701la, 7009a, 7011b, 7009b)이 각각 설치되고, 이들 정압베어링을 거쳐 고압가스를 분출함으로써 Y 테이블(5)은 Y 방향 가이드(7007a, 7007b)에 대하여 비접촉으로 지지되어, Y 방향으로 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 되어 있다. 또 대좌(7006)와 Y 테이블(7005) 사이에는 공지구조의 리니어모터(7012)가 배치되어 있고, Y 방향의 구동을 그 리니어모터로 행하도록 되어 있다. Y 테이블에는 고압가스공급용 플렉시블배관(7022)에 의하여 고압가스가 공급되고, Y 테이블내에 형성된 가스통로(도시 생략)를 통하여 정압베어링(7009a 내지 7011a 및 7009b 내지 7011b)에 대하여 고압가스가 공급된다. 정압베어링에 공급된 고압가스는 Y 방향 가이드의 대향하는 안내면과의 사이에 형성된 수㎛ 내지 수십㎛의 간극에 분출하여 Y 테이블을 안내면에 대하여 X 방향과 Z 방향(도 55에 있어서 상하방향)에 정확하게 위 치 결정하는 역활을 한다.

Y 테이블 위에는 X 테이블(4)이 X 방향(도 55에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. Y 테이블(5) 위에는 Y 테이블용 Y 방향 가이드(7007a, 7007b)와 동일 구조의 1쌍의 X 방향 가이드(7008a, 7008b)(7008a만 도시)가 X 테이블(7004)을 사이에 두고 설치되어 있다. X 방향 가이드의 X 테이블에 면한 측에도 홈이 형성되어, X 테이블의 측부(X 방향 가이드에 면한 측부)에는 홈내에 돌출하는 돌출부가 형성되어 있다. 그 오목홈은 X 방향 가이드의 대략 전체 길이에 걸쳐 신장되어 있다. 오목홈내에 돌출하는 X 방향 테이블(7004)의 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 상기 정압베어링(7011a, 7009 a, 7010a, 7011b, 7009b, 7010b)과 동일한 정압베어링 (도시 생략)이 동일한 배치로 설치되어 있다. Y 테이블(7005)과 X 테이블(7004)의 사이에는 공지구조의 리니어모터(7013)가 배치되어 있어, X 테이블의 X 방향의 구동을 그 리니어모터로 행하도록 하고 있다.

X 테이블(7004)에는 플렉시블 배관(7201)에 의하여 고압가스가 공급되어 정압베어링에 고압가스를 공급하도록 되어 있다. 이 고압가스가 정압베어링으로부터 X 방향 가이드의 안내면에 대하여 분출됨에 따라, X 테이블(7004)이 Y 방향 가이드에 대하여 고정밀도로 비접촉으로 지지되어 있다. 진공챔버(C)는 공지구조의 진공펌프 등에 접속된 진공배관(7019, 7020a, 7020b)에 의하여 배기되어 있다. 배관(7020a, 7020b)의 입구측(진공챔버 안쪽)은 대좌(7006)를 관통하여 그 상면에 있어서 XY 스테이지(7003)로부터 고압가스가 배출되는 위치의 가까이에서 개구하고 있어, 진공챔버내의 압력이 정압베어링으로부터 분출되는 고압가스에 의하여 상승하는 것을 극력 방지하고 있다.

거울통(7001)의 선단부, 즉 하전빔 조사부(7002)의 주위에는 차동 배기기구 (7025)가 설치되어 진공챔버(C)내의 압력이 높아도 하전빔 조사공간(7030)의 압력이 충분히 낮아지도록 하고 있다. 즉 하전빔 조사부(7002) 주위에 설치된 차동 배기기구 (7025)의 고리형상부재(7026)는 그 하면[시료(S)측의 면]과 시료와의 사이에서 미소한 간극(수 마이크로 내지 수백 마이크로)(7040)이 형성되도록 하우징 (7014)에 대하여 위치결정되어 있고, 그 하면에는 고리형상홈(2027)이 형성되어 있다.

고리형상홈(7027)은 배기관(7028)에 의하여 도시 생략한 진공펌프 등에 접속되어 있다. 따라서 미소한 간극(7040)은 고리형상홈(7027) 및 배기구(7028)를 거쳐 배기되어, 진공챔버(C)로부터 고리형상부재(7026)에 의하여 둘러 싸인 공간(7030)내에 가스분자가 침입하려고 하여도 배기되어 버린다. 이에 의하여 하전빔 조사공간 (7030)내의 압력을 낮게 유지할 수 있어 하전빔을 문제없이 조사할 수 있다. 이 고리형상홈은 챔버내의 압력, 하전빔 조사공간(7030)내의 압력에 따라서는 2중 구조 또는 3중 구조로 하여도 좋다.

정압베어링에 공급하는 고압가스는 일반적으로 건조질소가 사용된다. 그러나 가능하면 더욱 고순도의 불활성 가스로 하는 것이 바람직하다. 이것은 수분이나 오일성분 등의 불순물이 가스 중에 포함되면 이들 불순물 분자가 진공챔버를 구획 형성하는 하우징의 내면이나 스테이지 구성 부품의 표면에 부착되어 진공도를 악화시키거나, 시료 표면에 부착하여 하전빔 조사공간의 진공도를 악화시켜 버리기 때문이다.

시료(S)는 통상 X 테이블 위에 직접 탑재되는 것이 아니고, 시료를 떼어 내기 가능하게 유지하거나 XY 스테이지(7003)에 대하여 미소한 위치변경을 행하는 등의 기능을 가지게 한 시료대의 위에 탑재되어 있으나, 시료대의 유무 및 그 구조는 본 실시예의 요지에는 관계없기 때문에 설명을 간소화하기위하여 생략되어 있다.

하전빔장치(7000)에서는 대기 중에서 사용되는 정압베어링의 스테이지기구를 거의 그대로 사용할 수 있으므로, 노광장치 등에서 사용되는 대기용 고정밀도 스테이지와 동등한 고정밀도의 XY 스테이지를 거의 동등한 가격 및 크기로 하전빔장치용 XY 스테이지에 대하여 실현할 수 있다. 이상 설명한 정압가이드의 구조나 배치 및 엑츄에이터(리니어모터)는 어디까지나 일 실시예이며, 대기 중에서 사용 가능한 정압가이드나 엑츄에이터이면 무엇이든지 적용할 수 있다.

도 56은 차동 배기기구부(7025)의 고리형상부재(7026)에 형성되는 고리형상홈의 크기의 수치예를 나타낸다. 도 56의 고리형상부재(7026)는 반경방향으로 사이를 둔 2중 구조의 고리형상 홈(2027a, 2027b)을 가지고, 각각 배기(TMP, DP)를 배출한다.

정압베어링에 공급되는 고압가스의 유량은 통상 대략 20L/min(대기압 환산)정도이다. 진공챔버(C)를 내경 50mm로, 길이 2m의 진공배관을 거쳐 20000L/min의 배기속도를 가지는 건식펌프로 배기한다고 가정하면 진공챔버내의 압력은 약 160Pa (약 1.2Torr)가 된다. 이때 차동 배기기구의 고리형상부재(926) 및 고리형상홈 등 의 치수를 도 56에 나타내는 바와 같이 하면 하전빔 조사공간(930)내의 압력을 10^-4 Pa(10^-6Torr)로 할 수 있다.

도 57은 본 발명의 실시예 23의 하전빔장치(7000)를 나타낸다. 하우징 (7014)에 의하여 구획 형성된 진공챔버(C)에는 진공배관(7074, 7075)을 거쳐 건식 진공펌프(953)가 접속되어 있다. 또 차동 배기기구(7025)의 고리형상홈(7027)은 배기구(7028)에 접속된 진공배관(7070)을 거쳐 초고 진공펌프인 터보분자펌프(7051)가 접속된다. 다시 거울통(7001)의 내부는 배기구(7018)에 접속된 진공배관 (7071)을 거쳐 터보분자펌프(7052)가 접속된다. 이들 터보분자펌프(7051, 7052)는 진공배관 (7072, 7073)에 의하여 건식 진공펌프(7053)에 접속된다.

도 57의 하전빔장치(7000)는 터보분자펌프의 러핑펌프와 진공챔버의 진공배기용 펌프를 1대의 건식 진공펌프로 겸용하나, 대신에 XY 스테이지의 정압베어링에 공급하는 고압가스의 유량, 진공챔버의 용적이나 내표면적, 진공배관의 내경이나 길이에 따라 그들을 다른 계통의 건식 진공펌프로 배기하는 경우도 생각할 수 있다

XY 스테이지(7003)의 정압베어링에는 플렉시블 배관(7021, 7022)을 통하여 고순도의 불활성 가스(N₂가스, Ar가스 등)가 공급된다. 정압베어링으로부터 분출한 이들가스분자는 진공챔버내로 확산하여 배기구(7019, 7020a, 7020b)를 통하여 건식 진공펌프(7053)에 의하여 배기된다. 또 차동 배기기구나 하전빔 조사공간에 침입한 이들 가스분자는 고리형상홈(7027) 또는 거울통(7001)의 선단부로부터 흡인되어 배기구(7028, 7018)를 통하여 터보분자펌프(7051, 7052)에 의하여 배기되어, 터보분자펌프로부터 배출된 후 건식 진공펌프(7053)에 의하여 배기된다.

이와 같이 정압베어링에 공급된 고순도 불활성 가스는 건식 진공펌프에 모여져 배출된다.

한편, 건식 진공펌프(7053)의 배기구는 배관(7076)을 거쳐 압축기(7054)에 접속되고, 압축기(7054)의 배기구는 배관(7077, 7078, 7079) 및 레귤레이터(7061, 7062)를 거쳐 플렉시블 배관(7021, 7022)에 접속되어 있다. 이 때문에 건식 진공펌프(7053)로부터 배출된 고순도 불활성 가스는, 압축기(7054)에 의하여 다시 가압되어 레귤레이터(7061, 7062)로 적정한 압력으로 조정된 후, 다시 XY 테이블의 정압베어링에 공급된다.

정압베어링에 공급되는 가스는 상기한 바와 같이 가능한 한 고순도로 하여 수분이나 오일성분이 극력 포함되지 않도록 해야 할 필요가 있기 때문에 터보분자펌프, 드라이 펌프 및 압축기는 가스유로에 수분이나 오일성분이 혼입하지 않는 구조일 것이 요구된다. 또 압축기의 배출측 배관(7077)의 도중에 냉각트랩이나 필터 등(960)을 설치하여 순환하는 가스 중에 혼입한 수분이나 오일성분 등의 불순물질을 트랩하여 정압베어링에 공급되지 않도록 하는 것도 유효하다.

이와 같이 함으로써 고순도 불활성 가스를 순환시켜 재이용할 수 있으므로 고순도 불활성 가스를 절약할 수 있고, 또 본 장치가 설치된 챔버에 불활성 가스를 방류하지 않으므로 불활성 가스에 의한 질식 등의 사고가 발생할 염려도 없앨 수 있다.

순환배관계에는 고순도 불활성 가스공급계(7063)가 접속되어 있고, 가스의 순환을 시작할 때에 진공챔버(C)나 진공배관(7070 내지 7075) 및 가압측 배관(7076 내지 7080)을 포함하는 모든 순환계에 고순도 불활성 가스를 채우는 역할과, 무엇인가의 원인으로 순환하는 가스의 유량이 감소하였을 때에 부족분을 공급하는 역할을 담당하고 있다. 또 건식 진공펌프(7053)에 대기압 이상까지 압축하는 기능을 가지게 함으로써, 건식 진공펌프(7053)와 압축기(7054)를 1대의 펌프로 겸하게 하는 것도 가능하다. 거울통의 배기에 사용하는 초고 진공펌프에는 터보분자펌프 대신에 이온펌프나 겟터펌프 등의 펌프를 사용하는 것도 가능하다. 건식 진공펌프대신에 다이어프램식 드라이 펌프 등, 다른 방식의 드라이 펌프를 사용하는 것도 가능하다.

도 58에 있어서, 본 발명의 실시에 23의 하전빔장치(7100)를 나타낸다. 하전빔장치(7100)는 도 57의 하전빔장치(7000)에 사용 가능한 광학계(7160) 및 검출기 (7180)를 포함한다. 광학계(7160)는 하전빔을 스테이지(7180) 위에 탑재된 시료 (S)에 조사하는 1차 광학계(7161)와, 시료로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 2차 광학계(7171)를 구비한다.

도 58의 1차 광학계(7161)는 하전빔을 방출하는 전자총(7162)과, 전자총 (7162)으로부터 방출된 하전빔을 집속하는 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계 (7163, 7164)와, 편향기(7165)와, 하전빔을 그 광축이 대상의 면에 수직이 되도록 편향하는 빈필터, 즉 E ×B 분리기(7166)와, 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(7167, 7168)를 구비하고, 그것들은 도 58에 나타내는 바와 같이 전자총 (7161)을 최상부로 하여 순서대로 하전빔의 광축이 시료(S)의 표면(시료면)에 연직인 선에 대하여 경사져 배치되어 있다. E ×B 편향기(7166)는 전극(7661)및 자석 (7662)을 구비한다.

2차 광학계(7171)는 시료(S)로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 광학계로서, 1차 광학계의 E ×B형 편향기(7166)의 위쪽에 배치된 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(7172, 7173)를 구비하고 있다. 검출기(7180)는 2차 광학계(7171)를 거쳐 보내진 2차 전자를 검출한다. 상기 광학계(7160) 및 검출기(7180)의 각 구성요소의 구조 및 기능은 종래의 것과 동일하므로 그것들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전자총(7162)으로부터 방출된 하전빔은 전자총의 정방형 개구에서 정형되어 2단의 렌즈계(7163, 7164)에 의하여 축소되어, 편광기(7165)에서 광축이 조정되어 E ×B 편향기(7166)의 편향 중심면에 한 변이 1.25mm의 정방형으로 결상된다. E ×B 편향기(7166)는 시료의 법선에 수직인 평면내에 있어서 전계와 자계를 직교시킨 구조로 되어 있어, 전계, 자계, 전자의 에너지의 관계가 일정한 조건을 충족할 때에는 전자를 직진시키고, 그 이외일 때에는 이들 전계, 자계 및 전계의 에너지의 상호의 관계에 의하여 소정방향으로 편향되도록 되어 있다. 전자총으로부터의 하전빔을 구부려 시료(S)에 수직으로 입사시키고, 또 시료로부터 방출된 2차 전자를 검출기 (7180)의 방향으로 직진시키도록 설정되어 있다. E ×B 편광기에서 편향된 성형 빔은 렌즈계 (7167, 7168)에서 1/5로 축소되어 시료(S)에 투영된다.

시료(S)로부터 방출된 패턴화상의 정보를 가진 2차 전자는 렌즈계(7167, 7168 및 7172, 7173)에서 확대되어 검출기(7180)로 2차전자화상을 형성한다. 이 4단의 확대랜즈는 렌즈계(7167, 7168)가 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고, 렌즈계 (7172, 7173)도 역시 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고 있으므로 왜곡이 없는 렌즈로 되어 있다.

도 55 내지 도 58의 하전빔장치(7000)는 도 12 및 도 13에 나타내는 반도체장치의 제조방법에 사용 가능하다. 즉 도 12의 웨이퍼검사공정 또는 도 13의 노광공정에 하전빔장치(7000)를 사용하면, 미세한 패턴을 고정밀도로 안정되게 검사 또는 노광을 할 수 있으므로, 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

도 55 내지 도 58의 하전빔장치(7000)는 다음의 효과를 가진다.

(가) 대기 중에서 일반적으로 사용되는 정압베어링식의 스테이지와 동일한 구조를 가진 스테이지(차동 배기기구를 가지지 않은 정압베어링 지지의 스테이지)를 사용하여 스테이지 위의 시료에 대하여 하전빔에 의한 처리를 안정되게 행할 수 있다.

(나) 하전빔 조사영역의 진공도에 대한 영향을 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 되어 하전빔에 의한 시료에의 처리를 안정화시킬 수 있다.

(다) 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

(라) 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

(마) 스테이지의 위치결정 성능이 고정밀도이고, 또한 하전빔 조사영역의 진공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써, 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

도 59는 본 발명의 실시예 25의 전자선장치(8000)의 개략적 배치도로서, 상기 도면에 이어서, 전자총(8001)으로부터 방출된 전자선은 콘덴서렌즈(8002)에 의하여 집속되어 점(8004)에 있어서 크로스오버를 형성한다.

콘덴서 렌즈(8002)의 아래쪽에는 복수의 개구(8003')를 가지는 제 1 멀티 개구판(8003)이 배치되고, 이에 의하여 복수의 1차 전자선이 형성된다. 제 1 멀티 개구판에 의하여 형성된 1차 전자선의 각각은 축소렌즈(8005)에 의하여 축소되어, 점(8015)에서 초점이 맞춰진 후, 다시 대물렌즈(8007)에 의하여 시료(8008)에 초점이 맞춰진다. 제 1 멀티 개구판(8003)으로부터 나온 복수의 1차 전자선은 축소렌즈 (8005)와 대물렌즈(8007) 사이에 배치된 편향기에 의하여 시료(8008)의 면 위의 다른 위치를 동시에 주사하도록 편향된다.

축소렌즈(8005) 및 대물렌즈(8007)의 상면 만곡수차의 영향을 없애기 위하여 도 60에 나타내는 바와 같이 멀티 개구판(8003)은 그 복수의 개구(8003')가 멀티 개구판(3) 위의 동일 원주상에 배치되어 그 중심을 x 축에 투영하면 등간격이 되도록 되어 있다.

도 59의 실시예 25의 전자선장치(8000)에 있어서, 복수의 1차 전자선에 의하여 조사된 시료(8008) 위의 복수의 점으로부터는 각각 2차 전자선이 방출되어 대물렌즈(8007)의 전계에 끌리어 가늘게 집속되고, E ×B 분리기(8006)로 편향되어 2차 광학계에 투입된다. 2차 전자상은 점(8015)으로부터 대물렌즈(8007)에 가까운 점 (8016)에 초점을 맺는다. 이는 각 1차 전자선은 시료면 위에서 500eV로 에너지를 가지고 있는 데 대하여, 2차 전자선은 수ev의 에너지밖에 가지고 있지 않기 때문이다.

2차 광학계는 확대렌즈(8009, 8010)를 가지고 있고, 이들 확대렌즈(8009, 8010)를 통과한 2차 전자선은 제 2 멀티 개구판(8011)의 복수의 개구를 통하여 복수의 검출기(8012)에 결상한다. 또한 검출기(8012)의 앞에 배치된 제 2 멀티 개구판 (8011)의 복수의 개구와, 제 1 멀티 개구판(8003)의 복수의 개구(8003')는 위치관계가 1대 1로 대응하고 있다.

각 검출기(8012)는 검출한 2차 전자선을 그 강도를 나타내는 전기신호로 변환한다. 이와 같은 각 검출기로부터 출력된 전기신호는 증폭기(8013)에 의하여 각각 증폭된 후, 화상처리부(8014)에 의하여 수신되어 화상데이터로 변환된다. 화상처리부(8014)에는 1차 전자선을 편향시키기 위한 주사신호가 다시 공급되므로, 화상처리부(8014)는 시료(8008)의 면을 나타내는 화상을 표시한다. 이 화상을 표준패턴과 비교함으로써, 시료(8008)의 결함을 검출할 수 있고, 또 레지스트레이션에 의하여 시료(8008)의 피측정 패턴을 1차 광학계의 광축의 가까이로 이동시켜 라인 스캔함으로써 선폭 평가신호를 인출하고, 이것을 적당히 교정함으로써 시료(8008) 위의 패턴의 선폭을 측정할 수 있다.

여기서 제 1 멀티 개구판(8003)의 개구를 통과한 1차 전자선을 시료(8008)의 면 위에 초점을 맞추게 하여 시료로부터 방출된 2차 전자선을 검출기(8012)에 결상시킬 때 1차 광학계에서 생기는 왜곡, 상면만곡 및 시야 비점이라는 3개의 수차에 의한 영향을 최소로 하도록 특히 배려할 필요가 있다.

다음에 복수의 1차 전자선의 간격과 2차 광학계와의 관계에 대해서는 1차 전자선의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 큰 거리만큼 떨어뜨리면 복수의 빔 사이의 크로스 토크를 없앨 수 있다.

상기 광학계에서는 단일의 전자총으로부터의 전자선을 멀티개구를 통과시킴으로써 멀티빔으로 한 경우에 대하여 설명하였으나, 전자총을 복수개 설치하거나, 전자총은 1개이나 캐소드의 에미션영역을 복수개로 할 수도 있다.

도 61은 도 59의 대물렌즈(8007)에 관한 시뮬레이션모델이다. 부호 8021은 광축, 8022는 대물렌즈(8007)의 상부 전극으로 0V(볼트), 8023은 고전압이 인가되는 대물렌즈의 중앙 전극, 24는 어스전압이 되는 대물렌즈의 하부 전극이고, 시료면 (25)은 -4000V로 하였다. 8026, 8027, 8028은 전극을 유지하는 절연물 스페이서를 나타낸다. 축소렌즈(8005)가 만드는 크로스오버의 위치를 여러가지 변화시킴과 동시에, 대물렌즈의 중앙 전극을 변화시켜 z = 0mm에 있는 멀티빔의 상을 시료면 (8025)에 초점을 맞추게 하여 그 때에 생기는 수차를 계산하였다.

도 62는 상기 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 62는 변화시킨 크로스오버위치(mm)를 가로축으로 하고, 그것에 대응하여 생긴 수차의 값을 세로축에 나타낸다. 중앙 전극(8023)(도 61)의 상면은, z = 144mm로 하였다. 또 멀티빔의 r 위치는 50㎛, 개구 반각은 5mrad로 하였다.

도 62의 그래프에 있어서, 곡선(8031)은 코머수차, 8032는 배율색수차, 8033 은 비점수차, 8034는 축상색수차, 8035는 상면만곡, 8036은 왜곡, 8037은 흐림이다. 멀티빔이 광축을 중심으로 하는 원주상에 있는 경우는 상면만곡(8035)은 0 이므로 흐림(8037)은 실질적으로 배율색수차(8032)와 축상색수차(8034)로 결정된다. 여기서 전자총의 에너지폭은 5eV로 하였다. 크로스오버위치를 140mm로 하였을 때, 배율색수차(8032)는 대략 문제없는 값으로 작아져 있다. 즉 이 시뮬레이션에 의하면 전단렌즈가 만드는 크로스오버위치를 대물렌즈 중앙 전극위치(144mm)보다도 전자총측으로 형성하도록 하면 좋음을 알 수 있다.

도 59의 실시예 25의 전자선장치(8000)는 도 12 및 도 13의 반도체장치제조공정의 웨이퍼의 평가를 행하기 위하여 사용 가능하다. 도 12의 웨이퍼 검사공정에 있어서 도 59 내지 도 62의 전자선장치를 사용한 경우, 미세한 패턴을 가지는 반도체장치이더라도 스루풋 좋게 검사할 수 있으므로, 전수검사가 가능해져 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능해진다.

도 59의 실시예 25의 전자선장치(8000)는 다음의 작용효과를 가진다.

(1) 멀티빔을 사용함으로써 전자선에 의한 웨이퍼 등의 평가를 고스루풋화할 수 있다.

(2) 멀티빔을 배치하는 반경을 크게 하였을 때에 문제가 되는 배율의 색수차를 문제없는 레벨까지 작게 할 수 있다.

도 64는 본 발명의 전자선장치에 사용 가능한 전자빔편향기(90)의 상세한 구조를 나타내는 수평 단면도이다. 도 65는 도 64의 A-A 선을 따르는 측면도이다. 도 64에 나타내는 바와 같이 전자빔편향기(90)는 사상투영 광학부의 광축에 수직인 평면내에 있어서, 전계와 자계를 직교시킨 구조, 즉 E ×B 구조이다. 여기서 전계 (E)는 오목면형상의 곡면을 가지는 전극(90a, 90b)에 의하여 발생된다. 전극(90a, 90b)이 발생하는 전계는 각각 제어부(93a, 93b)에 의하여 제어된다. 한편 전계발생용 전극(90a, 90b)과 직교하도록 전자코일(91a, 91b)을 배치시켜 자계를 발생시킨다. 전계발생용 전극(90a, 90b)은 점대칭(동심원형)이다.

자계의 균일성을 향상시키기 위하여 평행 평판형상을 가지는 폴피스를 가지게 하여 자로를 형성한다. A-A선을 따르는 종단면에 있어서의 전자빔의 거동은 도 65에 나타낸다. 조사된 전자빔(91a, 91b)은 전극(90a, 90b)이 발생하는 전계와, 전자 코일(91a, 91b)이 발생하는 자계에 의하여 편향된 후, 시료 표면에 대하여 수직방향으로 입사한다.

전자빔(91a, 91b)의 전자빔 편향부(90)에의 입사위치 및 각도는 전자의 에너지가 결정되면 일의적으로 결정된다. 다시 2차 전자(92a, 92b)가 직진하도록 전계및 자계의 조건, 즉 evB = eE가 되도록 전극(90a, 90b)이 발생하는 전계와, 전자 코일(91a, 91b)이 발생하는 자계를, 각각의 제어부(93a, 93b, 94a, 94b)가 제어함으로써, 2차 전자는 전자빔 편향부(27)를 직진하여 사상투영 광학부에 입사한다. 여기서 v는 전자의 속도(m/s), B는 자장(T), e는 전하량(C), E는 전계(V/m)이다.

도 66은 본 발명에 있어서의 1차 전자선의 조사방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 66에 있어서 1차 전자선(100)은 4개의 전자선(101, 102, 103, 104)에 의하여 형성된다. 각각의 전자선은 50㎛폭을 주사한다. 1차 전자선(101)을 예로 취하면 1차 전자선(101)은 처음에는 좌단에 있고, 패턴(107)을 가지는 기판(W)(시료) 위를 우단에 주사되어, 우단에 도달후, 신속하게 좌단으로 되돌아가고, 그 후 다시 우방향으로 주사된다. 기판(W)을 탑재하는 스테이지의 이동방향은 1차 전자선의 주사방향에 대하여 대략 수직이다.

Claims (100)

1. 하전입자 또는 전자파 중 어느 하나를 검사대상에 조사하여 그 검사대상을 검사하는 검사장치(70, 700)에 있어서,

   진공분위기로 제어 가능하며, 검사대상을 검사하는 워킹챔버와,

   하전입자 또는 전자파 중 어느 하나를 빔으로서 발생시키는 빔발생장치와,

   복수의 상기 빔을 상기 워킹챔버내에 유지한 검사대상에 조사하여, 검사대상으로부터 발생하는 2차 하전입자를 검출하여 화상처리계로 유도하는 전자 광학계와, 상기 2차 하전입자에 의하여 화상을 형성하는 화상처리계와,

   화상처리계의 출력에 의거하여, 검사대상의 상태정보를 표시 또는 기억하는 정보처리계와,

   상기 빔에 대하여 상대이동 가능하게 검사대상을 유지하는 스테이지장치와,

   검사대상을 보전하고 상기 워킹챔버에 반출입하는 반출입기구를 구비하고,

   상기 반출입기구는,

   상기 스테이지장치를 수용하고 있고, 또한 진공분위기로 제어 가능하게 되어 있는 워킹챔버와,

   상기 워킹챔버 내의 상기 스테이지장치 위에 검사대상을 공급하는 로더를 구비하고, 상기 워킹챔버는 바닥으로부터의 진동을 차단하는 진동차단장치를 거쳐 지지되며,

   상기 로더가,

   각각이 독립하여 분위기 제어 가능하게 되어 있는 제 1 로딩챔버 및 제 2 로딩챔버와,

   상기 검사대상을 제 1 로딩챔버내와 그 외부와의 사이에서 반송하는 제 1 반송유닛과,

   상기 제 2 로딩챔버에 설치되어 있고, 상기 검사대상을 상기 제 1 로딩챔버 내와 상기 스테이지장치와의 사이에서 반송하는 제 2 반송유닛을 구비하며,

   상기 검사장치는, 상기 로더에 검사대상을 공급하기 위한 칸막이된 미니 엔바이로먼트공간(Mini-Environment Space)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
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3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 워킹챔버내에 배치된 상기 검사대상에 전위를 인가하는 전위 인가기구와, 상기 전자 광학계에 대한 상기 검사대상의 위치 결정을 위하여 상기 검사대상의 표면을 관찰하여 얼라인먼트를 제어하는 얼라인먼트제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전자 광학계는, 대물렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고, 복수의 상기 빔을 형성하여 상기 검사대상에 조사하고, 상기 빔의 조사에 의하여 방출되는 2차 하전입자를 상기 대물렌즈로 가속시켜 상기 E ×B 분리기로 분리하고, 2차 하전입자상을 투영하는 전자 광학계와, 2차 하전입자상을 검출하는 복수의 검출기를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
6. 삭제
7. 제 4항에 있어서,

   상기 스테이지장치 위의 상기 검사대상의 좌표를 검출하는 레이저 간섭거리측정장치를 구비하고, 상기 얼라인먼트제어장치에 의하여 검사대상에 존재하는 패턴을 이용하여 검사대상의 좌표를 정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 검사대상의 위치맞춤은 상기 미니 엔바이로먼트공간내에서 행하여지는 초벌 위치맞춤과, 상기 스테이지장치 위에서 행하여지는 XY 방향의 위치맞춤 및 회전방향의 위치맞춤을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
9. 제 1항, 제 4항, 제 5항, 제 7항 또는 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 검사장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 그 후의 웨이퍼의 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
10. 하전입자선을 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 검출하는 검사장치(1000)로서,

    복수의 하전입자선을 시료에 조사하는 적어도 하나의 1차 광학계와,

    상기 2차 하전입자를 적어도 하나의 검출기에 유도하는 적어도 하나의 2차 광학계를 가지고,

    상기 복수의 하전입자선은 서로 상기 2차 광학계의 거리 분해능으로부터 떨어진 위치에 조사되고,

    상기 2차 광학계의 초단렌즈와 시료면 사이에는 상기 2차 하전입자를 가속하는 전계가 인가되고, 시료면으로부터 0도 이상 45도보다 작은 각도로 방출된 2차 하전입자가 상기 2차 광학계를 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 10항에 있어서,

    상기 복수의 하전입자선은 시료면에 수직입사되고, 상기 2차 하전입자는 E ×B 분리기에 의하여 편향되어 상기 1차 광학계로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
14. 제 10항 또는 제 13항 중 어느 한 항기재의 검사장치를 사용하여 반도체장치의 결함검사를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
15. XY 스테이지에 시료를 탑재하고, 시료를 진공 중에서 이동하여 시료면에 하전입자빔을 조사하는 검사장치(2000)에 있어서,

    XY 스테이지에는 정압베어링에 의한 비접촉 지지기구와 차동배기에 의한 진공 시일기구를 설치하고,

    시료면 위의 하전입자빔이 조사되는 개소와, XY 스테이지의 정압베어링 지지부와의 사이에 컨덕턴스가 작아지는 칸막이를 설치하고,

    하전입자빔 조사영역과 정압베어링 지지부와의 사이에 압력차가 생기도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 칸막이는, 차동 배기구조를 내장하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 칸막이는, 냉각트랩기능을 가지는 것을 특징으로 하는 검사장치.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 칸막이는, 하전입자빔 조사위치의 근방과, 정압베어링 근방의 2개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 XY 스테이지의 정압베어링에 공급되는 가스는, 질소 또는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 검사장치.
20. 제 15항에 있어서,

    상기 XY 스테이지의 정압베어링에 면한 부품 표면에 방출가스를 저감하기 위한 표면처리를 실시한 것을 특징으로 하는 검사장치.
21. 제 15항기재의 검사장치를 사용하여 반도체웨이퍼 표면의 결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
22. 제 15항 내지 제 20항 중 어느 한 항기재의 검사장치를 사용하여 반도체웨이퍼 표면 또는 레티클에 반도체장치의 회로패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
23. 제 15항 내지 제 20항 중 어느 한 항기재의 검사장치를 사용하여 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
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29. 시료면 위에 복수의 1차 하전입자를 조사하는 1차 전자 광학계와;

    시료면 위에 형성되는 복수의 1차 하전입자의 조사점 각각으로부터 방출되는 2차 하전입자를 대물렌즈와 시료면과의 사이에 인가된 전계로 가속, 집속하고, 대물렌즈와 상기 대물렌즈의 빔 발생장치측의 렌즈와의 사이에 배치한 E ×B 분리기로 1차 전자 광학계에서 분리하여 2차 전자검출기로 유도하는 2차 전자 광학계로 이루어지는 검사장치(4000)에 있어서,

    1차 전자 광학계는 복수의 1차 하전입자의 조사점이 시료면 위에 2차원적으로 형성되고, 또한 조사점의 한 축방향으로 투영한 점이 등간격이 되도록 배치되고,

    상기 복수의 1차 하전입자는 시료면 위에 2차원적으로 형성되는 복수의 조사점의 인접하는 2개의 조사점 사이의 거리의 최대값이 최소가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
30. 삭제
31. 시료면 위에 복수의 1차 하전입자선을 조사하는 1차 하전입자선 조사장치와;

    시료면 위에 형성되는 복수의 1차 하전입자선 조사점의 각각으로부터의 2차 하전입자를 검출하는 2차 하전입자 검출기를 가지고, 시료를 이동하면서 시료면의 소정영역으로부터의 2차 하전입자의 검출을 행하는 검사장치(4000)에 있어서,

    1차 하전입자선 조사장치는, 1차 하전입자선 조사점이 시료의 이동방향으로 N행, 상기 시료의 이동방향과 직각방향으로 M열을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
32. 제 31항에 있어서,

    1차 하전입자선 조사장치가, 빔 발생장치와, 빔 발생장치로부터 방출되는 입자를 받아 N행 M열의 1차 하전입자선 조사점을 형성하는 복수의 하전입자선을 형성하는 복수의 개구를 가지는 개구판을 가지고, 상기 개구는, 빔 발생장치로부터 방출되는 하전입자의 전자밀도에 의거하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 검사장치.
33. 제 32항에 있어서,

    각 1차 하전입자선 조사점은, 시료의 이동방향에 대하여 직각방향으로(M열 사이의 간격)/(행의 수 N) + α의 거리만큼 주사하고, 여기서 α는 미소거리인 것을 특징으로 하는 검사장치.
34. 제 29항, 제 31항, 제 32항 또는 제 33항 중 어느 한 항에 있어서,

    2차 전자검출기로 검출되는 2차 전자선을 시료면의 결함측정, 시료면 위에 형성되는 집적회로의 배선폭 측정, 전위 콘트라스트측정, 맞춤 정밀도 측정 중 하나 이상의 측정에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
35. 제 32항 또는 제 33항에 있어서,

    1차 하전입자선 조사장치는, 빔 발생장치 및 개구판에 의하여 시료면에 복수의 1차 하전입자선 조사점을 형성하는 1차 하전입자 조사계를 복수개 구비하고, 각 1차 하전입자 조사계의 1차 하전입자가 다른 1차 하전입자 조사계의 1차 하전입자와 간섭하지 않도록 되어 있고, 또 2차 하전입자 검출기를 1차 하전입자 조사계의 각각에 대응하여 복수개 설치한 것을 특징으로 하는 검사장치.
36. 삭제
37. 삭제
38. 빔 발생장치로부터 방출된 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시키고, 상기 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜 2차 광학계로 확대하여 검출기면에 투영하는 검사장치(4100)에 있어서,

    1차 광학계의 렌즈가 만드는 빔 발생장치의 상의 위치로부터 빔 발생장치측으로 어긋나게 한 위치가 광축방향 위치가 되는 단일의 개구판(4107)을 설치하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
39. 빔 발생장치로부터 방출된 빔을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시키고, 상기 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜 2차 광학계로 확대하여 검출기면에 투영하는 검사장치(4100)에 있어서,

    1차 광학계의 렌즈가 만드는 빔 발생장치의 상의 위치로부터 빔 발생장치측으로 어긋나게 한 위치에 단일의 개구판을 설치하고, 어긋나게 한 양은 패턴이 없는 시료를 시료면에 두었을 때에 얻어지는 2차 하전입자의 검출량이 균일해지도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
40. 제 38항 또는 제 39항에 기재된 검사장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
41. 빔 발생장치로부터 방출된 빔으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하고, 상기 복수의 개구를 통과한 1차 하전입자선의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 2차 광학계로 확대하여 검출기에 투영하는 검사장치(4200)에 있어서,

    상기 1차 광학계의 왜곡을 보정하도록 상기 복수의 개구의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
42. 1 이상의 빔 발생장치로부터 방출된 빔으로 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판을 조사하고, 상기 복수의 개구를 통과한 1차 하전입자선의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 2차 광학계로 확대하여 복수의 검출소자로 이루어지는 검출기로 검출하고, 복수의 개구가 형성된 제 2 멀티 개구판을 상기 검출기의 앞면에 배치하는 검사장치 (4200)로서, 상기 2차 광학계의 왜곡을 보정하도록 상기 제 2 멀티 개구판의 개구의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
43. 빔 발생장치로부터 방출된 빔으로 복수의 개구를 가지는 개구판을 조사하고, 상기 복수의 개구를 통과한 1차 하전입자의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료상에 투영하여 주사하고, 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자의 상을 2차 광학계에 의하여 검출기에 투영하는 검사장치(4200)에 있어서,

    상기 1차 광학계의 시야 비점을 보정하도록 상기 복수의 개구의 형상을 설정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
44. 삭제
45. 삭제
46. 하전입자를 방출하는 단일의 빔 발생장치, 복수의 구멍을 설치한 개구판, 복수의 렌즈 및 서로 격리하여 배치된 적어도 2개의 E ×B 분리기를 가지고, 상기 빔 발생장치로부터의 빔을 검사해야 하는 시료면 위에 조사하는 제 1 차 광학계와, 상기 시료로부터 방출된 하전입자를 상기 E ×B 분리기 중의 하나로 제 1 차 광학계로부터 분리하여 2차 전자검출장치에 입사시켜 검출하는 제 2차 광학계를 구비하는 검사장치(4300)로서,

    상기 빔 발생장치로부터의 빔을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고, 상기 복수의 구멍의 상의 위치를 상기 E ×B 분리기의 각각의 위치에 일치시키고, 또한 상기 각각의 E ×B 분리기의 전계에서 편향되는 하전입자의 방향이 시료면 위에서 보아 서로 반대방향이 되도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
47. 제 46항에 있어서,

    상기 제 1차 광학계 및 제 2차 광학계는, 상기 E ×B 분리기 중의 하나에 의하여 편향된 2차 전자의 경로가 서로 간섭하지 않도록 2행 복수열의 세트로 배치되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
48. 빔을 방출하는 단일의 빔 발생장치, 복수의 구멍을 설치한 개구판, 복수의 렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고, 상기 빔 발생장치로부터의 빔을 검사해야 할 시료면 위에 조사하는 제 1차 광학계와, 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 상기 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하여 2차 하전입자 검출장치에 입사시켜 검출하는 제 2차 광학계를 구비하는 검사장치(4300)로서,

    상기 빔 발생장치로부터의 빔을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고, 상기 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 상기 빔의 편향동작을 하게 하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
49. 제 46항 또는 제 48항에 있어서,

    상기 제 1차 광학계 및 제 2차 광학계는 상기 E ×B 분리기에 의하여 편향된 2차 하전입자의 경로가 서로 간섭하지 않도록 2행 복수열의 세트로 배치되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
50. 제 49항 기재의 검사장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
51. 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 하전입자선을 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 1단 이상의 렌즈로 복수의 하전입자선 사이의 간격을 확대하여, 복수의 검출기로 검출하는 검사장치(4400)로서,

    대물렌즈에 적어도 3개의 다른 여기전압을 개별로 공급하여 제 1 방향으로 평행한 패턴·에지를 제 2 방향으로 주사하였을 때에 얻어지는 2차 하전입자의 강도에 대응하는 전기신호의 상승폭을 나타내는 적어도 3개의 데이터를 측정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
52. 시료에 대향하여 복수의 거울통이 배치된 검사장치(4400)로서, 거울통은 청구항 51의 검사장치를 포함하고, 각 거울통의 1차 광학계가 시료 위에 복수의 1차 하전입자를 다른 거울통과는 다른 위치에 조사하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
53. 제 51항 또는 제 52항에 있어서,

    검사장치는 웨이퍼상의 패턴이 대전하고 있는 상태에서 대물렌즈의 여기조건을 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
54. 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 하전입자를 시료에 조사하고, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 1단 이상의 렌즈로 복수의 2차 하전입자선 사이의 간격을 확대하여 복수의 검출기로 검출하는 검사장치(4400)로서,

    대물렌즈는 -10볼트에 고정된 제 1 여기전압이 인가되는 제 1 전극과, 가변의 양전압인 제 2 전압이 인가되는 제 2 전극을 구비하고, 제 1 전극에 인가되는 제 1 여기전압을 변화시킴으로써 대물렌즈의 초점거리가 변화하도록 구성되고,

    대물렌즈를 여기하는 여기장치는 대물렌즈의 초점거리를 크게 변화시키기 위하여 제 2 전극에 인가하는 전압을 변경하는 장치와, 초점거리를 단시간에 변화시키기 위하여 제 1 전극에 인가하는 전압을 변경하는 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
55. 반도체장치의 제조방법에 있어서, 제 51항, 제 52항 또는 제 54항 중 어느 한 항 기재의 검사장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료 후의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
56. 단일의 빔 발생장치로부터 방출된 빔을 복수의 구멍을 설치한 개구판으로 멀티빔으로 하고, 상기 멀티빔을 2단 이상의 정전렌즈로 축소하여 검사해야 할 시료를 주사하는 제 1차 광학계와,

    상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자 빔입자를 정전 대물렌즈 통과후 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하고, 그 후 1단 이상의 정전렌즈로 확대하여 복수의 검출장치에 입사시키는 제 2차 광학계를 구비하는 검사장치(4500)로서,

    상기 멀티빔의 축소율이 1/100인 제 1 모드와, 상기 멀티빔의 축소율이 1/200인 제 2 모드의 2종류 이상의 화소치수로 시료의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
57. 제 56항에 있어서,

    상기 제 1차 광학계에서의 멀티빔의 축소율과, 상기 제 2차 광학계의 정전렌 즈에서의 확대율을 관련짓도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
58. 제 56항에 있어서,

    상기 제 1차 광학계에서의 크로스오버상을, 상기 제 1 모드에서 상기 대물렌즈의 주면에 형성하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
59. 제 56항에 있어서,

    상기 제 2차 광학계의 확대율은, 제 2차 광학계에 배치된 개구 어퍼처보다도 검출기측에 설치된 정전렌즈로 조정되도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치.
60. 제 56항 내지 제 59항 중 어느 한 항 기재의 검사장치를 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
61. 1차 하전입자를 발생하고 집속하여 시료 위에 주사시켜 조사하는 1차 광학계와,

    상기 시료의 하전입자 조사부분으로부터 방출된 2차 하전입자가 투입되는 1단 이상의 렌즈를 가지는 2차 광학계와,

    상기 2차 하전입자를 검출하는 검출기를 구비하고, 상기 시료의 하전입자 조사부분으로부터 방출된 2차 하전입자를 가속하여 E ×B 분리기로 1차 광학계로부터 분리하여 상기 2차 광학계에 투입하고, 상기 2차 하전입자의 상을 상기 렌즈로 확대하여 검출기로 검출하는 검사장치(5000)에 있어서,

    상기 1차 광학계가 복수의 1차 하전입자를 발생하여 시료에 동시에 조사하고, 상기 검출기가 상기 1차 하전입자의 수에 대응하여 복수개 설치되어 있는 것과,

    상기 시료에 지연전압을 인가하기 위한 지연전압인가장치와,

    상기 시료의 차지업상태를 조사하는 차지업 조사기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
62. 제 61항에 있어서,

    상기 차지업 조사기능으로부터의 차지업상태에 관한 정보에 의거하여 지연전압을 결정하고 결정된 상기 지연전압을 상기 시료에 인가하는 기능, 또는 1차 하전입자의 조사량을 변화시키는 기능을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
63. 복수의 하전입자를 시료에 조사하는 광학계와, 차지업 조사기능을 가지는 검사장치(5000)에 있어서,

    상기 차지업 조사기능은, 상기 시료에 1차 하전입자가 조사되어 발생한 2차 하전입자를 복수의 검출기로 검출하여 화상을 형성하였을 때, 상기 시료의 특정부분의 패턴왜곡 또는 패턴흐림(bokeh)을 평가하고, 그 결과 패턴왜곡 또는 패턴흐림이 큰 경우를 차지업이 크다고 평가하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
64. 제 61항 내지 제 63항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 차지업 조사기능은, 시료에 값이 가변인 지연전압을 인가 가능하고, 2개 이상의 지연전압을 인가한 상태에서 화상을 형성하고, 당해 화상을 조작자가 패턴왜곡 또는 패턴흐림을 평가 가능하도록 표시하는 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 검사장치.
65. 제 64항에 기재된 검사장치를 사용하여 프로세스 도중 또는 종료 후의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
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71. XY 스테이지상에 탑재된 시료에 하전입자를 조사하는 검사장치(7000)에 있어서,

    XY 스테이지는 하우징내에 수용되고 또한 정압베어링에 의하여 하우징에 대하여 비접촉으로 지지되어 있고,

    상기 XY 스테이지가 수용된 하우징은 진공배기되고,

    상기 검사장치의 시료면 위에 하전입자를 조사하는 부분의 주위에는 시료면 위의 하전입자가 조사되는 영역을 배기하는 차동 배기기구가 설치된 것을 특징으로 하는 검사장치.
72. 제 71항에 있어서,

    상기 XY 스테이지의 정압베어링에 공급되는 가스는 질소 또는 불활성 가스이고, 상기 질소 또는 불활성 가스는 상기 XY 스테이지를 수납하는 하우징으로부터 배기된 후 가압되어, 다시 상기 정압베어링에 공급되는 것을 특징으로 하는 검사장치.
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74. 제 71항 또는 제 72항 기재의 검사장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 표면 또는 레티클에 반도체장치의 회로패턴을 묘화하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
75. 제 71항 또는 제 72항에 기재된 장치를 사용하여 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
76. 복수의 하전입자를 콘덴서 렌즈를 포함하는 렌즈계로 집속하여 대물렌즈로 시료 위에 결상하는 검사장치에 있어서의 상기 결상의 수차를 저감하는 방법에 있어서,

    상기 렌즈계가 대물렌즈 근방에 만드는 상기 하전입자의 크로스오버위치를, 상기 렌즈계를 조절함으로써 변화시키고,

    상기 크로스오버의 위치의 변화에 따라 변화되는 상기 결상에 있어서의 수차의 값을 측정하고,

    상기 측정된 수차의 값으로부터 상기 크로스 오버의 위치를 50 ㎛ ~ 144 mm의 범위로 특정하고,

    상기 렌즈계를 조절함으로써 상기 크로스오버의 위치를 상기 50 ㎛ ~ 144 mm의 범위에 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 검사장치(8000)의 설정방법.
77. 복수의 하전입자를 콘덴서 렌즈를 포함하는 렌즈계로 집속하고, 대물렌즈로 시료 위에 결상하는 검사장치(8000)에 있어서,

    상기 렌즈계를 조절함으로써 크로스오버의 위치를 변화시키고, 상기 크로스오버의 위치의 변화에 따라 변화되는 상기 결상에 있어서의 수차의 값을 측정함으로써 결정되는, 상기 측정된 수차의 값으로부터 상기 크로스 오버의 위치를 50 ㎛ ~ 144 mm의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 검사장치.
78. 제 77항에 있어서,

    상기 수차를 배율의 색수차로 하여 상기 크로스오버의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
79. 제 77항에 있어서,

    복수의 하전입자는, 단일의 빔 발생장치로부터 방사되어 복수의 개구를 통과하여 형성된 복수의 하전입자, 또는 복수의 빔 발생장치로부터 방출된 복수의 하전입자 또는 단일의 빔 발생장치에 형성된 복수의 에미터로부터 방출된 복수의 하전입자인 것을 특징으로 하는 검사장치.
80. 제 77항 내지 제 79항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 크로스오버위치를, 대물렌즈의 주면으로부터 상기 렌즈계측에 설정한 것을 특징으로 하는 검사장치.
81. 제 77항 내지 제 79항 중 어느 한 항 기재의 검사장치를 사용하여 제조 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
82. 1차 전자선을 발생하고 집속하여 시료 위에 주사시켜 조사하는 1차 광학계와,

    상기 시료의 전자선 조사부분으로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 1단 이상의 렌즈를 가지는 2차 광학계와,

    상기 2차 전자를 검출하는 검출기를 구비하고,

    상기 전자선 조사부로부터 방출된 2차 전자를 가속하고, E ×B 분리기로 1차 광학계로부터 분리하여 상기 2차 광학계에 투입하여 상기 2차 전자의 상을 상기 1단 이상의 렌즈로 확대하여 검출기로 검출하는 전자선장치(5000)에 있어서,

    상기 1차 광학계가 복수의 1차 전자선을 발생하여 시료에 동시에 조사하고,

    상기 검출기가 상기 1차 전자선의 수에 대응하여 복수개 설치되고,

    전자선장치는 상기 시료에 지연전압을 인가하기 위한 지연전압인가장치와,

    상기 시료의 차지업상태를 조사하는 차지업 조사기능을 구비하고,

    상기 차지업 조사기능으로부터의 차지업상태에 관한 정보에 의거하여 지연전압을 결정하여, 결정된 상기 지연전압을 상기 시료에 인가하거나 또는 1차 전자선의 조사량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 검사장치.
83. 빔을 방출하는 단일의 빔 발생장치와,

    복수의 구멍을 설치한 개구판과,

    복수의 렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고, 상기 빔 발생장치로부터의 빔을 검사해야 할 시료면 위에 조사하는 제 1차 광학계와,

    상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 상기 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하여 2차 하전입자 검출장치에 입사시켜 검출하는 제 2차 광학계를 구비하는 검사장치(4300)로서,

    상기 빔 발생장치로부터의 빔을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고,

    상기 복수의 구멍의 상의 위치를 상기 E ×B 분리기의 위치에 일치시키고, 또한 상기 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 상기 빔의 편향동작을 하게 하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
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90. 빔 발생장치로부터 방출된 빔을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시키는 공정 및 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시켜 2차 광학계로 확대하여 검출기면에 투영하는 공정을 포함하는 검사방법(4100)에 있어서,

    1차 광학계의 렌즈가 만드는 빔 발생장치의 상의 위치로부터 빔 발생장치측으로 어긋나게 한 위치가 광축방향 위치가 되는 단일의 개구판(4107)을 설치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
91. 빔 발생장치로부터 방출된 빔을 복수의 개구를 가지는 개구판에 조사하여 얻어지는 복수의 개구상을 시료에 입사시키는 공정 및 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 1차 광학계로부터 분리하여 2차 광학계에 입사시키고, 2차 광학계에서 확대하여 검출기면에 투영하는 공정을 포함하는 검사방법(4100)에 있어서,

    1차 광학계의 렌즈가 만드는 빔 발생장치의 상의 위치로부터 빔 발생장치측으로 어긋나게 한 위치에 단일의 개구판을 설치하고, 그 어긋나게 한 양은 패턴이 없는 시료를 시료면에 두었을 때에 얻어지는 2차 하전입자의 검출량이 균일해지도록 하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
92. 1 이상의 빔 발생장치로부터 방출된 빔으로 복수의 개구를 가지는 제 1 멀티 개구판을 조사하는 공정과,

    복수의 개구를 통과한 1차 하전입자의 축소상을 1차 광학계를 사용하여 시료위에 투영하여 주사하는 공정과,

    시료로부터 방출된 2차 하전입자를 2차 광학계로 확대하여 복수의 검출소자로 이루어지는 검출기로 검출하는 공정 및 복수의 개구가 형성된 제 2 멀티 개구판을 상기 검출기의 앞면에 배치하는 공정을 포함하는 검사방법(4200)으로서,

    상기 2차 광학계의 왜곡을 보정하도록 상기 제 2 멀티 개구판에 형성된 개구의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
93. 빔을 방출하는 단일의 빔 발생장치와, 복수의 구멍을 설치한 개구판과, 복수의 렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고,

    상기 빔 발생장치로부터의 빔을 검사해야 하는 시료면 위에 조사하는 제 1차 광학계를 준비하는 공정 및 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 상기 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하여 2차 하전입자 검출장치에 입사시켜 검출하는 공정을 포함하는 검사방법(4300)으로서,

    상기 빔 발생장치로부터의 빔을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고, 상기 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 상기 빔의 편향동작을 하게 하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
94. 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 하전입자선을 시료에 조사하는 공정 및 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 적어도 1단의 렌즈로 복수의 하전입자선 사이의 간격을 확대하여 복수의 검출기로 검출하는 공정을 포함하는 검사방법(4400)으로서,

    대물렌즈에 3개 이상의 다른 여기전압을 개별로 공급하여 제 1 방향으로 평행한 패턴·에지를 제 2 방향으로 주사하였을 때에 얻어지는 2차 하전입자의 강도에 대응하는 전기신호의 상승폭을 나타내는 3개 이상의 데이터를 측정하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
95. 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 하전입자를 시료에 조사하는 공정과, 시료로부터 방출되는 2차 하전입자를 대물렌즈를 통과한 후에 E ×B 분리기로 2차 광학계에 투입하고, 투입후 1단 이상의 렌즈로 복수의 2차 하전입자선 사이의 간격을 확대하여 복수의 검출기로 검출하는 공정을 포함하는 검사방법(440O)으로서,

    대물렌즈는 -10볼트에 고정된 제 1 여기전압이 인가되는 제 1 전극과, 가변의 양전압인 제 2 전극을 구비하고, 제 1 전극에 인가되는 제 1 여기전압을 변화시킴으로써 대물렌즈의 초점거리가 변화되는 것이고,

    대물렌즈를 여기하는 여기공정은 대물렌즈의 초점거리를 크게 변화시키기 위하여 제 2 전극에 인가하는 전압을 변경하는 공정과, 초점거리를 단시간에 변화시키기 위하여 제 1 전극에 인가하는 전압을 변경하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
96. 단일의 빔 발생장치로부터 방출된 빔을 복수의 구멍을 설치한 개구판으로 멀티빔으로 하는 공정과, 제 1차 광학계에 의하여 상기 멀티빔을 2단 이상의 정전 렌즈로 축소하여 검사해야 하는 시료를 주사하는 공정과, 상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자 빔입자를 정전 대물렌즈 통과 후 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하고, 그 후 1단 이상의 정전렌즈로 확대하여 복수의 검출장치에 입사시키는 공정을 포함하는 검사방법(4500)으로서,

    상기 멀티빔의 축소율이 1/100인 제 1 모드와, 상기 멀티빔의 축소율이 1/200인 제 2 모드의 2종류 이상의 화소치수로 시료의 평가를 행하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
97. 1차 하전입자를 발생하고 집속하여 시료 위에 주사시켜 조사하는 1차 광학계 및 상기 시료의 하전입자 조사부분으로부터 방출된 2차 하전입자가 투입되는 1단 이상의 렌즈를 가지는 2차 광학계를 준비하는 공정 및 상기 시료의 하전입자 조사부분으로부터 방출된 2차 하전입자를 가속하여 E ×B 분리기로 1차 광학계로부터 분리하여 상기 2차 광학계에 투입하고, 상기 2차 하전입자의 상을 상기 1단 이상의 렌즈로 확대하여 검출기로 검출하는 공정을 포함하는 검사방법(5000)으로서,

    상기 1차 광학계에 의하여 복수의 1차 하전입자를 발생시켜 시료에 동시에 조사하는 공정과,

    상기 검출기를 상기 1차 하전입자의 수에 대응하여 복수개 설치하는 공정과,

    상기 시료에 지연전압을 인가하는 공정과,

    상기 시료의 차지업상태를 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
98. 복수의 하전입자를 시료에 조사하는 광학계와, 차지업 조사기능을 가지는 검사장치(5000)를 사용하는 검사방법으로서,

    상기 차지업 조사기능은 상기 시료에 1차 하전입자가 조사되어 발생한 2차 하전입자를 복수의 검출기로 검출하여 화상을 형성하였을 때, 상기 시료의 특정부분의 패턴왜곡 또는 패턴흐림을 평가하고, 그 결과 패턴왜곡 또는 패턴흐림이 큰 경우를 차지업이 크다고 평가하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
99. XY 스테이지상에 탑재된 시료에 하전입자를 조사하는 검사방법(7000)으로서,

    XY 스테이지는 하우징내에 수용되고 또한 정압베어링에 의하여 하우징에 대하여 비접촉으로 지지되어 있고,

    상기 XY 스테이지가 수용된 하우징은 진공배기되고, 검사장치의 시료면 위에 하전입자를 조사하는 부분의 주위에는 시료면 위의 하전입자가 조사되는 영역을 배기하는 차동 배기기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 검사방법.
100. 빔을 방출하는 단일의 빔 발생장치와, 복수의 구멍을 설치한 개구판과, 복수의 렌즈 및 E ×B 분리기를 가지고,

     상기 빔 발생장치로부터의 빔을 검사해야 하는 시료면 위에 조사하는 제 1차 광학계를 준비하는 공정과,

     상기 시료로부터 방출된 2차 하전입자를 상기 E ×B 분리기로 제 1차 광학계로부터 분리하여 2차 하전입자 검출장치로 입사시켜 검출하는 제 2차 광학계를 준비하는 공정을 포함하는 검사방법(4300)으로서,

     상기 빔 발생장치로부터의 빔을 상기 개구판에 조사하여 복수의 구멍의 상을 형성하고,

     상기 복수의 구멍의 상의 위치를 상기 E ×B 분리기의 위치에 일치시키고, 또한 상기 E ×B 분리기의 전계에 주사전압을 중첩시켜 상기 빔의 편향동작을 하게 하는 것을 특징으로 하는 검사방법.

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