KR101052335B1 - 전자선장치, 전자선 검사방법, 전자선 검사장치, 노광조건 결정방법, 패턴검사방법, 기판검사방법, 패턴검사장치, 기판검사장치 및 검출기 위치결정방법 - Google Patents

Abstract

SEM 방식의 검사장치에서의 검사속도를 더욱 고속으로 하는, 즉 스루풋을 올리기 위한 방식이 제공된다. 기판의 표면을 검사하는 검사장치는, 전자원(25·1)으로부터 발생된 전자로부터 크로스오버를 만든 후, 시료(W)의 방향에 원하는 배율로 결상하여 크로스오버를 만든다. 상기 크로스오버를 통과시킬 때에 상기 크로스오버로부터 노이즈가 되는 전자를 개구에서 제거하여, 상기 크로스오버를 원하는 배율로 하고, 상기 크로스오버가 평행한 전자선이 되도록 조정하여 원하는 단면형상으로

기판을 조사한다. 이때의 전자선의 조도 불균일이 10% 이하가 되도록 전자선을 만든다. 시료(W)로부터 방출된 전자는 검출기(25·11)로 검출된다.

Description

전자선장치, 전자선 검사방법, 전자선 검사장치, 노광조건 결정방법, 패턴검사방법, 기판검사방법, 패턴검사장치, 기판검사장치 및 검출기 위치결정방법{ELECTRON BEAM DEVICE, ELECTRON BEAM INSPECTION METHOD, ELECTRON BEAM INSPECTION DEVICE, EXPOSURE CONDITION DETERMINATION METHOD, PATTERN INSPECTION METHOD, SUBSTRATE INPECTION METHOD, PATTERN INSPECTION DEVICE, SUBSTRATE INPECTION DEVICE AND DETECTOR POSITION DETERMINATION METHOD}

본 발명은 전자빔을 사용하여 검사대상의 표면에 형성된 패턴의 결함 등을 검사하는 검사장치에 관한 것으로, 상세하게는 반도체제조공정에 있어서의 웨이퍼의 결함을 검출하는 경우와 같이 전자빔을 검사대상에 조사하여 그 표면의 성상에 따라 변화하는 2차 전자를 포착하여 화상 데이터를 형성하고, 그 화상 데이터에 의거하여 검사대상의 표면에 형성된 패턴 등을 높은 스루풋으로 검사하는 검사장치 및 그와 같은 검사장치를 사용하여 수율 좋게 디바이스를 제조하는 디바이스제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 면 빔을 사용한 사상투영방식에 의한 검출장치 및 그 장치를 사용한 디바이스제조방법에 관한 것이다.

반도체프로세스에 있어서, 디자인 룰은 100 nm의 시대를 맞이하려 하고 있고, 또 생산형태는 DRAM으로 대표되는 소품종 대량생산으로부터 SOC(Silicon on chip)와 같이 다품종 소량생산으로 이행하고 있다. 그것에 따라 제조 공정수가 증가하여 각 공정마다의 수율 향상은 필수가 되어 프로세스 기인의 결함검사가 중요하게 된다. 본 발명은 반도체프로세스에 있어서의 각 공정후의 웨이퍼 등의 검사에 사용되는 장치에 관하여 전자빔을 사용한 검사방법 및 장치 또는 그것을 사용한 디바이스제조방법에 관한 것이다.

반도체디바이스의 고집적화, 패턴의 미세화에 따라 고분해능, 높은 스루풋의 검사장치가 요구되고 있다. 100 nm 디자인 룰의 웨이퍼 기판의 결함을 조사하기 위해서는 100 nm 이하의 선폭을 가지는 배선에 있어서의 패턴결함이나 파티클·바이어의 결함 및 이들 전기적 결함을 볼 필요가 있고, 따라서 100 nm 이하의 분해능이 필요하여 디바이스의 고집적화에 의한 제조공정의 증가에 의하여 검사량이 증대하기 때문에, 높은 스루풋이 요구되고 있다. 또 디바이스의 다층화가 진행됨에 따라 층간의 배선을 연결하는 바이어의 콘택트불량(전기적 결함)을 검출하는 기능도 검사장치에 요구되고 있다. 현재는 주로 광방식의 결함 검사장치가 사용되고 있으나, 분해능 및 콘택트불량검사의 점에서는 광방식의 결함검사장치 대신에 전자빔을 사용한 결함검사장치가 앞으로는 검사장치의 주류가 될 것으로 예상된다. 단, 전자빔방식 결함검사장치에도 약점이 있고, 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 한계라고들 하고 있고, 실용화되어 있는 가시광의 예에서는 0.2 ㎛ 정도이다.

한편, 전자빔을 사용하는 방식에서는 통상 주사형 전자빔방식(SEM 방식)이 실용화되어 있고, 분해능은 0.1 ㎛, 검사시간은 8시간/매(200 mm 웨이퍼)이다. 전 자빔방식은 또한 전기적결함(배선의 단선, 도통불량, 바이어의 도통불량 등)도 검사 가능한 것이 큰 특징이나, 검사속도가 매우 느려, 검사속도가 빠른 결함검사장치의 개발이 기대되고 있다.

일반적으로 검사장치는 고가이고, 또 스루풋도 다른 프로세스장치에 비하여 낮기 때문에, 현재 상태에서는 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 조절하여(이 빔 직경이 분해능에 상당한다) 이것을 주사하여 라인형상으로 시료를 조사한다. 한편, 스테이지를 전자빔의 주사방향으로 직각방향으로 이동시킴으로써, 평면형상으로 관찰영역을 전자빔으로 조사한다. 전자빔의 주사폭은 일반적으로 수 100 ㎛ 이다. 상기 가늘게 조절된 전자빔(1차 전자선이라 한다)조사에 의하여 발생한 시료로부터의 2차 전자를 검출기[신틸레이터 + 포토멀티플라이어(광전자 증배관) 또는 반도체방식의 검출기(PIN 다이오드형)등]으로 검출한다. 조사위치의 좌표와 2차 전자의 양(신호강도)을 합성하여 영상화하여, 기억장치에 기억하고, 또는 CRT(브라운관)상에 화상을 출력한다. 이상은 SEM(주사형 전자현미경)의 원리로서, 이방식으로 얻어진 화상으로부터 공정 도중의 반도체(통상은 Si) 웨이퍼의 결함을 검출한다. 검사속도(스루풋에 상당한다)는 1차 전자선의 양(전류값), 빔 직경 및 검출기의 응답속도로 결정된다. 빔 직경 0.1 ㎛(분해능과 같다고 생각해도 된다) 전류값 100 nA, 검출기의 응답속도 100 MHz가 현재의 최고값이고, 이 경우에 검사속도는 20 cm 직경의 웨이퍼 1매당 약 8시간이라 한다. 이 검사속도가 광방식에 비하여 아주 느린(1/20 이하) 것이 큰 문제점으로 되어 있다. 특히, 웨이퍼상에 만들어진 100 nm 이하의 디자인 룰의 디바이스·패턴, 즉 100 nm 이하의 선폭이나 직경 100 nm 이하의 바이어 등의 형상 결함이나 전기적 결함의 검출 및 100 nm 이하의 먼지의 고속검출이 필요하게 되어 있다.

상기에서 설명한 SEM 방식의 검사장치에서는 상기한 검사속도가 대략 한계라고 생각되고 있어, 더욱 고속으로 하는 즉 스루풋을 올리기 위해서는 새로운 방식이 필요하다.

이와 같은 필요에 대응하기 위하여 본 발명은,

전자빔을 시료를 향하여 조사하는 수단과, 상기 전자빔의 상기 시료를 향한 조사에 의하여 상기 시료의 표면의 정보를 얻은 전자를 검출기로 유도하는 수단과, 상기 검출기로 유도된 상기 시료의 표면의 정보를 얻은 전자를 화상으로서 합성하는 수단을 구비하는 전자선장치로서,

상기 전자빔이 상기 시료상을 조사하는 영역의 상기 전자빔의 조도가 균일한 전자선장치를 제공한다.

상기 시료의 표면의 정보를 얻은 전자는, 상기 시료로부터 발생하는 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자 중의 적어도 하나, 또는 상기 시료의 표면 부근에서 반사된 미러전자인 것이 바람직하다.

본 발명의 검사방법 또는 검사장치에 의하여 100 nm 이하의 선폭의 배선을 가지는 웨이퍼 등의 기판의 결함을 검사하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 반도체검사장치의 전체구성을 나타내는 도,

도 2는 도 1의 장치의 전체구성을 나타내는 도,

도 3은 도 1의 장치의 전체구성을 기능으로부터 본 도,

도 4는 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 5는 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 6은 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 7은 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 8은 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 9는 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 10은 도 1의 장치의 검사부의 주요 구성요소를 나타내는 도,

도 11은 도 1의 장치의 검사부 외장을 나타내는 도,

도 12는 도 1의 장치의 검사부 외장을 나타내는 도,

도 13은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 주요 구성요소를 나타내는 입면도,

도 14는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 주요 구성요소를 나타내는 정면도,

도 15는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 카세트 홀더의 구성의 일례를 나타내는 도,

도 16은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 미니 인바이러먼트장치의 구성을 나타내는 도,

도 17은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 로더 하우징의 구성을 나타내는 도,

도 18은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 로더 하우징의 구성을 나타내는 도,

도 19(a)및 도 19(b)는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 사용되는 정전척을 설명하는 도,

도 20은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 사용되는 정전척을 설명하는 도,

도 20-1(a) 및 도 20-1(b)는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 사용되는 정전척의 다른예를 설명하는 도,

도 21은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 사용되는 브리지 툴을 설명하는 도,

도 22는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 사용되는 브리지 툴의 다른예를 설명하는 도,

도 22-1은 도 22의 로드록실에 있어서의 엘리베이터기구의 구성과 동작순서(a)∼(C)를 설명하는 도,

도 22-2는 도 22의 로드록실에 있어서의 엘리베이터기구의 구성과 동작순서(D)∼(F)를 설명하는 도,

도 23은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 주하우징의 지지방법의 변형예를 나타내는 도,

도 24는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 주하우징의 지지방법의 변형예를 나타내는 도,

도 25-1은 본 발명에 관한 반도체검사장치중의 사상투영형 전자선 검사장치의 전자 광학계의 구성을 나타내는 도,

도 25-2는 본 발명에 관한 반도체검사장치중의 주사형 전자선 검사장치의 전자 광학계의 구성을 나타내는 도,

도 25-3은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 검출기 회전기구의 일례의 구성을 개략적으로 나타내는 도,

도 25-4는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 검출기 회전기구의 일례의 구성을 개략적으로 나타내는 도,

도 25-5는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 검출기 회전기구의 일례의 구성을 개략적으로 나타내는 도,

도 26은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 1 실시형태를 나타내는 도,

도 27-1의 (1)∼(5)는 시료 조사빔의 형상을 설명하는 도,

도 27-2의 (1-1)∼(4)는 선형 빔의 조사형상을 설명하기 위한 도,

도 28은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 경통으로부터의 2차 전자의 인출을 설명하는 도,

도 29는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도,

도 30은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 3 실시형태를 나타내는 도,

도 31은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 4 실시형태를 나타내는 도,

도 32는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 5 실시형태를 나타내는 도,

도 33은 관찰영역을 커버하는 조사영역을 설명하는 도,

도 34는 조사형상과 조사효율을 설명하는 도,

도 35는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 6 실시형태를 나타내는 도로서, 릴레이 렌즈를 사용한 검출계의 구성을 나타내는 도,

도 36은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 6 실시형태를 나타내는 도로서, FOP를 사용한 검출계의 구성을 나타내는 도,

도 37(a) 및 도 37(b)는, 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 8 실시형태를 나타내는 도,

도 38은 투과율의 개구부 직경 의존성을 나타내는 그래프,

도 39는 도 37의 장치에 있어서의 전자검출계의 구체적 구성예를 나타내는 도,

도 40(a) 및 도 40(b)는 도 37의 장치에 있어서의 전자검출계를 3개의 모드로 동작시키기 위한 요건을 설명하는 도,

도 41은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 E × B 유닛의 구성을 나타내는 도,

도 42는 도 41의 선 A를 따르는 단면도,

도 43은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제 9 실시형태를 나타내는 도,

도 44는 전계분포의 시뮬레이션을 나타내는 도,

도 45는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 전원부의 구성을 나타내는 도,

도 46은 도 45에 나타내는 전원부의 직류전압을 발생하는 회로방식을 나타내는 도,

도 47은 도 45에 나타내는 전원부의 스타택 양 극성 전원의 회로구성의 일례를 나타내는 도,

도 48은 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 특수전원을 나타내는 도,

도 49는 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 특수전원을 나타내는 도,

도 50은 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 특수전원을 나타내는 도,

도 51은 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 리타딩 척용 전원회로의 일례를 나타내는 도,

도 52는 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 EO 보정용 편향전압의 하드웨어구성의 일례를 나타내는 도,

도 53은 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 옥타폴 변환부의 회로구성의 일례를 나타내는 도,

도 54(a)는 도 45에 나타내는 전원부에 있어서의 고속 고압 증폭기의 회로구성의 일례를 나타내는 도,

도 54(b)는 출력의 모양을 나타내는 도,

도 55는 도 13에 나타내는 반도체검사장치의 프리차지 유닛의 제 1 실시형태를 나타내는 도,

도 56은 도 13에 나타내는 반도체검사장치의 프리차지 유닛의 제 2 실시형태를 나타내는 도,

도 57은 도 13에 나타내는 반도체검사장치의 프리차지 유닛의 제 3 실시형태를 나타내는 도,

도 58은 도 13에 나타내는 반도체검사장치의 프리차지 유닛의 제 4 실시형태를 나타내는 도,

도 59는 도 55 ~ 도 58에 나타내는 프리차지 유닛을 구비한 촬상장치를 나타내는 도,

도 60은 도 60의 장치의 동작을 설명하는 도,

도 61은 프리차지 유닛을 구비한 결함검사장치의 다른 구성예를 나타내는 도,

도 62는 도 61에 나타내는 장치에 있어서의, 2차 전자 화상신호를 전기신호로변환하는 장치를 나타내는 도,

도 63은 도 61에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 플로우도,

도 64(a) ~ 도 64(c)는 도 63의 플로우도에 있어서의 결함검출방법을 설명하는 도,

도 65는 프리차지 유닛을 구비한 결함검사장치의 다른 구성예를 나타내는 도,

도 66은 프리차지 유닛을 구비한 결함검사장치의 또 다른 구성예를 나타내는 도,

도 67은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 68은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 69는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 70은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 71은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 72는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 73은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 제어계의 동작을 설명하는 도,

도 74는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 얼라이먼트순서를 설명하는 도,

도 75는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 얼라이먼트순서를 설명하는 도,

도 76은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 얼라이먼트순서를 설명하는 도,

도 77은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 78은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 79는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 80(a), 도 80(b)는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 81은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하 는 도,

도 82는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 83은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 결함검사순서를 설명하는 도,

도 84는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 제어계의 구성을 설명하는 도,

도 85는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 유저 인터페이스의 구성을 설명하는 도,

도 86은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 유저 인터페이스의 구성을 설명하는 도,

도 87은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 그 밖의 기능과 구성을 설명하는 도,

도 88은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 그 밖의 기능과 구성에 있어서의 전극을 나타내는 도,

도 89는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 그 밖의 기능과 구성에 있어서의 전극을 나타내는 도,

도 90은 웨이퍼와 대물렌즈 사이의 전압분포를 나타내는 그래프,

도 91은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 그 밖의 기능과 구성에 있어서의 2차 전자 검출동작을 설명하는 플로우도,

도 92는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 전위 인가기구를 나타내는 도,

도 93(a) 및 도 93(b)는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 전자빔 캘리브레이션방법을 설명하는 도,

도 94는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 얼라이먼트제어방법을 설명하는 도,

도 95(a) 및 도 95(b)는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정의 개념을 설명하는 도,

도 96은 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정을 위한 구체적 기기구성을 설명하는 도,

도 97(a) 및 도 97(b)는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정을 설명하는 도,

도 98은 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정을 설명하는 도,

도 99는 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정을 설명하는 도,

도 100은 도 91에 나타내는 장치에 있어서의 EO 보정을 설명하는 도,

도 101은 TDI 전송클럭의 아이디어를 설명하는 도,

도 102는 TDI 전송클럭의 아이디어를 설명하는 도,

도 103은 도 102의 회로의 동작을 설명하는 타이밍차트를 나타내는 도,

도 104는 본 발명에 관한 결함검사장치의 변형예를 나타내는 도,

도 105는 도 104에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 플로우도,

도 106은 도 104에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 플로우도,

도 107은 도 104에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 플로우도,

도 108은 도 104에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 도,

도 109는 도 104에 나타내는 장치의 동작을 설명하는 도,

도 110은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법을 설명하는 도,

도 111은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법을 설명하는 도,

도 112는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서를 설명하는 도,

도 113은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서의 기본적인 흐름을 설명하는 도,

도 114는 검사대상 다이의 설정을 나타내는 도,

도 115는 다이 내부의 검사영역의 설정을 설명하는 도,

도 116은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서를 설명하는 도,

도 117(a) 및 도 117(b)는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서를 설명하는 도,

도 118-1은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 검사 다이가 1개인 경우의 주사예를 나타내는 도,

도 118-2는 검사 다이의 일례를 나타내는 도,

도 119는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 참조화상의 생성방법을 설명하는 도,

도 120은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 인접 다이 비교방법을 설명하는 도,

도 121은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 인접 다이 비교방법을 설명하는 도,

도 122는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 기준 다이 비교방법을 설명하는 도,

도 123은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 기준 다이 비교방법을 설명하는 도,

도 124는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 기준 다이 비교방법을 설명하는 도,

도 125는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 126은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 127은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 128은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 129는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 130은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 포커스 맵핑을 설명하는 도,

도 131은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 132는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 133은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 134는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 135는 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 136은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 137은 본 발명에 관한 반도체디바이스제조방법의 검사순서에 있어서의 리소마진측정을 설명하는 도,

도 138은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 일례를 나타내는 도,

도 139는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 일례를 나타내는 도,

도 140은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 일례를 나타내는 도,

도 141은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 다른예를 나타내는 도,

도 142는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 다른예를 나타내는 도,

도 143은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 또 다른예를 나타내는 도,

도 144는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 또 다른 예를 나타내는 도,

도 145는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 다른 예를 나타내는 도,

도 146은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 다른 예를 나타내는 도,

도 147은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 스테이지장치의 다른 예를 나타내는 도,

도 148(a) 및 도 148(b)는 종래의 스테이지장치를 나타내는 도,

도 149는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 광학계 및 검출기를 나타내는 도,

도 150(a) 및 도 150(b)는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 다른 실시형태 를 나타내는 도,

도 151은 도 150의 전자선장치를 상세하게 나타내는 도,

도 152는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 1차 전자 조사방법을 나타내는 도,

도 153은 본 발명에 관한 반도체검사장치의 실시형태를 나타내는 도로서, 절연파괴를 방지하는 전극구조를 나타내는 도,

도 154는 도 153의 장치의 동작을 설명하는 표,

도 155는 도 153의 장치에 있어서의 전극의 구조를 나타내는 도,

도 156은 도 153의 장치에 있어서의 전극의 구조를 나타내는 도,

도 157은 도 153의 장치에 있어서의 전극의 구조를 나타내는 도,

도 158은 도 153의 장치에 있어서의 전극의 구조를 나타내는 도,

도 159는 본 발명에 관한 반도체검사장치의 실시형태를 나타내는 도로서, 제어장치를 구비하고 있다.

도 160(a) ∼ 도 160(c)는 도 159의 장치를 설명하는 도,

도 161은 도 159의 장치를 설명하는 도,

도 162는 도 159의 장치를 설명하는 도,

도 163은 도 159의 장치를 설명하는 도,

도 164(a) ∼ 도 164(c)는 도 159의 장치에 있어서의 패턴 매칭법을 설명하는도,

도 165는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 웨이퍼의 유지를 설명 하는 도,

도 166은 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 웨이퍼의 유지를 설명하는 도,

도 167(a) 및 도 167(b)는 본 발명에 관한 반도체검사장치에 있어서의 웨이퍼의 유지를 설명하는 도,

도 168은 도 166에서 설명한 척을 구비한 전자선장치를 나타내는 도,

도 169는 도 168에 나타내는 장치에 있어서의 E × B 분리기를 나타내는 도,

도 170은 도 168에 나타내는 장치에 있어서의 E × B 분리기를 나타내는 도,

도 171은 본 발명에 관한 검사장치를 제조라인에 접속한 실시형태를 나타내는 도,

도 172(a)는 2차 전자와 반사전자를 변환하여 사용할 수 있는 사상투영방식 전자선장치의 실시형태를 개략적으로 나타내는 도,

도 172(b)는 2차 광학계의 구성을 개략적으로 나타내는 도,

도 173은 도 172(a)에 있어서의 2차 전자 검출계의 구체적 구성을 나타내는 도,

도 174(a) 및 도 174(b)는 도 172(a)에 나타내는 결함검사장치의 다른 동작 모드를 설명하는 도,

도 175는 도 172(a)에 나타내는 결함검사장치의 2차 광학계의 렌즈의 구체적 구성을 나타내는 도,

도 176(a)는 도 172(a)에 나타내는 사상투영방식 전자선장치의 변형예의 구 성을 개략적으로 나타내는 도,

도 176(b)는 도 176(a)의 장치의 주사방법을 설명하는 도,

도 177(a)는 도 172(a)에 나타내는 사상투영방식 전자선장치의 다른 변형예의 구성을 개략적으로 나타내는 도,

도 177(b)는 도 177(a)의 장치의 주사방법을 설명하는 도,

도 178은 도 172(a)에 나타내는 사상투영방식 전자선장치의 진공챔버 및 XY 스테이지의 구조와 그것을 위한 불활성가스 순환 배관시스템을 나타내는 도,

도 179는 도 178에 있어서의 차동 배기기구의 일례를 나타내는 도,

도 180은 검사 시스템 전체의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 반도체검사장치의 실시형태를 도면을 참조하면서 아래의 순서대로 상세하게 설명한다.

1. 전체구성

1-1) 메인챔버, 스테이지, 진공반송계 외장

1-1-1) 액티브 제진대

1-1-2) 메인챔버

1-1-3) XY 스테이지

1-2) 레이저 간섭 측정계

1-3) 검사부 외장

2. 실시형태

2-1) 반송계

2-1-1) 카세트 홀더

2-1-2) 미니 인바이러먼트장치

2-1-3) 주하우징

2-1-4) 로더 하우징

2-1-5) 로더

2-1-6) 스테이지장치

2-1-7) 웨이퍼 척킹기구

2-1-7-1) 정전척의 기본구조

2-1-7-2) 200/300 브리지 툴을 위한 척킹기구

2-1-7-3) 웨이퍼 척킹순서

2-1-8) 200/300 브리지 툴을 위한 장치구성

2-2) 웨이퍼의 반송방법

2-3) 전자 광학계

2-3-1) 개요

2-3-2) 구성의 상세

2-3-2-1) 전자총(전자선원)

2-3-2-2) 1차 광학계

2-3-2-3) 2차 광학계

2-3-3) E × B 유닛(비엔나 필터)

2-3-4) 검출기

2-3-5) 전원

2-4) 프리차지 유닛

2-5) 진공 배기계

2-6) 제어계

2-6-1) 구성 및 기능

2-6-2) 얼라이먼트순서

2-6-3) 결함검사

2-6-4) 제어계 구성

2-6-5) 유저 인터페이스 구성

2-7) 그 밖의 기능과 구성의 설명

2-7-1) 제어전극

2-7-2) 전위 인가방법

2-7-3) 전자빔 캘리브레이션방법

2-7-4) 전극의 청소

2-7-5) 얼라이먼트제어방법

2-7-6) EO 보정

2-7-7) 화상 비교방법

2-7-8) 디바이스제조방법

2-7-9) 검사

2-8) 검사방법

2-8-1) 개요

2-8-2) 검사 알고리즘

2-8-2-1) 어레이검사

2-8-2-2) 랜덤검사

2-8-2-3) 포커스 맵핑

2-8-2-4) 리소마진측정

3. 다른 실시형태

3-1) 스테이지장치의 변형예

3-2) 전자선장치의 다른 실시형태

3-2-1) 전자총(전자선원)

3-2-2) 전극의 구조

3-3) 제어장치에 관한 실시형태

3-4) 웨이퍼의 유지에 관한 실시형태

3-5) E × B 분리기의 실시형태

3-6) 제조 라인의 실시형태

3-7) 다른 전자를 사용한 실시형태

3-8) 2차 전자와 반사전자를 사용하는 실시형태.

1. 전체구성

먼저, 상기 반도체검사장치의 전체구성에 대하여 설명한다.

장치의 전체구성을 도 1을 사용하여 설명한다. 장치는 검사장치 본체, 전원 랙, 제어랙, 화상처리 유닛, 성막장치, 에칭장치 등으로 구성된다. 드라이펌프 등의 러핑펌프는 청정룸의 밖에 놓여진다. 검사장치 본체 내부의 주요부분은 도 2에 나타내는 바와 같이 전자빔 광학 경통, 진공반송계, 스테이지를 수용하고 있는 주하우징, 제진대, 터보분자펌프 등으로 구성되어 있다.

제어계에는 2대의 CRT를 구비하고, 지시명령 입력기능(키보드 등)을 구비하고 있다. 도 3은 기능에서 본 구성을 나타낸다. 전자빔 경통은 주로 전자광학계, 검출계, 광학현미경 등으로 구성되어 있다. 전자광학계는 전자총, 렌즈 등, 반송계는 진공반송 로봇, 대기반송 로봇, 카세트 로더, 각종 위치센서 등으로 구성되어 있다.

여기서는 성막장치 및 에칭장치, 세정장치(도시 생략)를 검사장치 본체 가까이에 나열하여 설치하고 있으나, 이들은 검사장치 본체에 조립하여도 좋다. 이들은 예를 들면 시료의 대전 억제를 위해 또는 시료 표면의 클리닝에 사용된다. 스퍼터방식을 사용하면 1대로 제막 및 에칭의 양쪽의 기능을 가지게 할 수 있다.

도시 생략하고 있으나, 사용용도에 따라서는 그 관련장치를 검사장치 본체 가까이에 나열하여 설치하거나, 그것들의 관련장치를 검사장치 본체에 조립하여 사용하여도 좋다. 또는 그것들의 관련장치에 검사장치를 조립하여도 좋다. 예를 들면 화학적 기계연마장치(CMP)와 세정장치를 검사장치 본체에 조립하여도 좋고, 또는 CVD (화학 증착법 : chemical vapor deposition)장치를 검사장치에 조립하여도 좋고, 이 경우 설치면적이나 시료반송을 위한 유닛의 수를 절약할 수 있고, 반송시 간을 단축할 수 있는 등의 장점을 얻을 수 있다.

마찬가지로 도금장치 등의 성막장치에 검사장치 본체에 조립하여도 좋다. 마찬가지로 리소그래피장치와 조합시켜 사용하는 것도 가능하다.

1-1) 메인챔버, 스테이지, 진공반송계 외장

도 4, 도 5, 도 6에 있어서 반도체검사장치의 검사부의 주요 구성요소가 나타나 있다. 반도체검사장치의 검사부는 외부환경으로부터의 진동을 차단하기 위한 액티브 제진대(41)와, 검사실인 메인챔버(4·2)와, 메인챔버 상부에 설치된 전자광학장치(4·3)와, 메인챔버 내부에 탑재된 웨이퍼 스캔용 XY 스테이지(5·1)와, XY 스테이지 동작 제어용 레이저간섭 측정계(5·2)와, 메인챔버에 부수되는 진공반송계(4·4)를 구비하고, 그것들은 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같은 위치관계로 배치되어 있다. 반도체검사장치의 검사부는, 다시 검사유닛의 환경제어 및 메인티넌스를 가능하게 하기 위한 외장(6·1)을 구비하고 있고, 도 6에 나타내는 바와 같은 위치관계로 배치되어 있다.

1-1-1) 액티브 제진대

액티브 제진대(4·1)는 액티브 제진 유닛(5·3)상에 용접 정반(5·4)이 탑재되어 있고, 이 용접 정반상에 검사실인 메인챔버(4·2), 메인챔버 상부에 설치된 전자 광학장치(4·3) 및 메인챔버에 부수되는 진공반송계(4·4) 등을 유지하도록 되어 있다. 이에 의하여 검사부에서의 외부환경으로부터의 진동을 억제할 수 있게 되어 있다. 이 실시형태에서는 고유 주파수가 X 방향 5 Hz, Y 방향 5 Hz, Z 방향 7.6 Hz에 대하여 ±25% 이내에 들어가 있고, 제어성능은 각 축의 전달특성에 있어 서 1 Hz에서 0 dB 이하, 7.6 Hz에서 -6.4 dB 이하, 10 Hz에서 -8.6 dB 이하, 20 Hz에서 -17.9 dB 이하로 되어 있다(이상, 정반상 무부하상태). 액티브 제진대의 다른 구조에서는 메인챔버, 전자 광학장치 등을 매달아 유지하도록 되어 있다. 또한 다른 구조에서는 석정반을 탑재하여 메인챔버 등을 유지하도록 되어 있다.

1-1-2) 메인챔버

메인챔버(4·2)는 검사환경인 진공도(10^-4 Pa 이하)를 실현하기 위하여 터보분자펌프(7·2)를 하부에 직접 유지하고 있고, 웨이퍼 스캔용 고정밀도의 XY 스테이지(5·1)를 내부에 구비하여 외부로부터의 자기를 차폐할 수 있게 되어 있다. 이 실시형태에서는 고정밀도 XY 스테이지의 설치면의 평면도를 가능한 한 좋게 하기 위하여 이하의 구조로 되어 있다. 메인챔버의 하판(下板)(7·3)은 용접 정반상에 준비된 특히 평면도가 좋은 부분(7·4)(이 실시형태에서는 평면도 5 ㎛ 이하)에 설치, 고정되어 있다. 또한 메인챔버 내부에는 스테이지설치면으로서 중간판을 설치하고 있다. 중간판은 메인챔버의 하판에 대하여 3점으로 지지되어 있고, 하판의 평면도의 영향을 직접 받지 않게 되어 있다. 이 실시형태에서는 지지부분이 구면(球面)자리(7·6)에 의하여 구성되어 있다. 중간판은 자중 및 스테이지 무게를 부하받은 경우에 스테이지설치면을 평면도 5 ㎛ 이하로 달성할 수 있게 되어 있다. 또 내부의 압력 변화(대기압으로부터 진공도 10^-4 Pa 이하)에 의한 메인챔버 변형의 스테이지 설치면에 대한 영향을 억제하기 위하여 하판의 중간판 3점 지지부분 부근은 용접 정반에 직접 고정되어 있다.

XY 스테이지를 고정밀도로 제어하기 위하여 레이저간섭계에 의한 스테이지위치의 측정계가 설치되어 있다. 간섭계(8·1)는 측정오차를 억제하기 위하여 진공중에 배치되어 있어, 직접 측정오차가 되는 간섭계 자체의 진동을 한정없이 제로로 하기 위하여 이 실시형태에서는 강성이 높은 챔버벽(7·7)에 직접 고정되어 있다. 또측정위치와 검사위치의 오차를 없애기 위하여 간섭계에 의한 측정부분의 연장선상이 검사부분과 적극 일치하게 되어 있다. 또 스테이지의 XY 동작을 행하기 위한 모터(8·2)는 이 실시형태에서는 챔버벽(7·7)에 의하여 유지되어 있으나, 메인티넌스에 미치는 모터진동의 영향을 더욱 억제해야 하는 경우에는 용접 정반(7·1)에 의하여 직접 유지하여 벨로우즈 등의 진동을 전달하지 않는 구조에 의하여 메인챔버에 설치된다.

메인챔버(4·2)는 검사부분에 미치는 외부 자장의 영향을 차단하기 위하여 투자율이 높은 재료로 구성되어 있다. 이 실시형태에서는 퍼멀로이와 SS400 등의 철에 방청코팅으로서 Ni 도금을 실시한 것으로 되어 있다. 다른 실시형태에서는 퍼멘젤, 수퍼말로이, 전자연철, 순철 등으로 이루어져 있다. 또한 챔버 내부의 검사부 주변을 직접 투자율이 높은 재료로 덮는 것도 자기차폐 효과로서 유효하다.

1-1-3) XY 스테이지

XY 스테이지(5·1)는, 진공 중에서 웨이퍼를 고정밀도로 스캔할 수 있게 되어 있다. X 및 Y의 스트로크는 예를 들면 200 mm 웨이퍼용으로서 각각 200 mm∼300 mm, 300 mm 웨이퍼용으로서 각각 300 mm∼600 mm로 되어 있다. 이 실시형태에서의 XY 스테이지의 구동은 메인챔버 벽에 고정된 X 및 Y축 구동용 모터(8·2) 와, 이들에 자성유체시일(8·3)을 거쳐 설치된 볼나사(8·5)에 의하여 행하여진다. X 및 Y 구동용 볼나사가 챔버벽에 대하여 고정된 상태에서 XY 동작을 행할 수 있기 때문에 이 실시형태에서는 스테이지구조는 이하와 같이 되어 있다.

먼저, 하단에는 Y 스테이지(7·10)가 배치되어 있고, 구동을 위한 볼나사(7·8) 및 크로스 롤러 가이드(7·11)가 설치되어 있다. Y 스테이지 상부에는 X축 구동용 볼나사(7·14)가 설치된 중간 스테이지(7·12)를 거쳐 다시 그 상부에 X 스테이지(7·13)가 탑재되어 있다. 중간 스테이지와 Y 스테이지 및 X 스테이지는 Y축방향으로 크로스 롤러 가이드에 의하여 연결되어 있다. 이에 의하여 Y축 이동시에는 Y 스테이지 및 연결부(7·14)에 의하여 X 스테이지가 이동하고, 중간 스테이지는 고정된 상태 그대로가 된다. 다른 실시형태에서는 중간 스테이지는 상단축과 나열하여 배치되는 2단 구조로 되어 있다. 또 다른 실시형태의 XY 스테이지에서는 XY 스테이지 그 자체가 리니어모터로 구동되도록 되어 있다. 또한 전스트로크에 걸쳐 레이저간섭계에 의한 측정이 가능하도록 고정밀도 미러(8·4)(이 실시형태에서는 평면도 λ/20 이하, 재질은 합성석영에 알루미늄 증착)가 설치되어 있다.

또, 진공 중에서 웨이퍼 얼라이먼트를 행하기 위하여 XY 스테이지상에는 θ 스테이지(7·15)가 설치되어 있다. 이 실시형태에 있어서의 θ 스테이지에서는 구동용으로서 2개의 초음파모터, 위치제어용으로서 리니어스케일이 배치되어 있다. X, Y 및 θ 동작을 행하는 가동부에 접속된 여러가지 케이블은 X 스테이지 및 Y 스테이지에 각각 유지된 케이블베어에 의하여 클램프되어 챔버벽에 설치된 피드스루를 거쳐 메인챔버 외부에 접속되어 있다.

상기한 구조에 의한 본 실시형태의 스팩을 표 1, 표 2에 나타낸다.

테이블사양 특성

No.	항목	기준	검사방법
1	X축 위치결정 반복 정밀도	±3[㎛]이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. Y축은 중앙
2	Y축 위치결정 반복 정밀도	±3[㎛]이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. X축은 중앙
3	θ축 위치결정 반복 정밀도	±0.4[sec](±2펄스) (목표)이하 (수치표시)	회전센서의 정지시의 편차펄스로 계측. 측정은 0°, 1°, +1°의 3부분
4	X축 위치결정 정밀도	±20[㎛]이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. Y축은 중앙
5	Y축 위치결정 정밀도	±20[㎛]이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. X축은 중앙
6	X축 백래시	±1[㎛]이하 (수치표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. Y축은 중앙
7	X축 백래시	±1[㎛]이하 (수치표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. X축은 중앙
8	X축 피칭	5[sec](목표)이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. Y축은 중앙과 양쪽 끝
9	Y축 피칭	5[sec](목표)이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. X축은 중앙과 양쪽 끝
10	X축 요잉	5[sec](목표)이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. Y축은 중앙과 양쪽 끝
11	Y축 피칭	5[sec](목표)이하 (그래프표시)	출하검사용 레이저측장기 계측. X축은 중앙과 양쪽 끝
12	X축 롤링	참고치 (그래프표시)	Y축 측장 미러를 오토콜리메이터로 계측 Y축은 중앙
13	Y축 롤링	참고치 (그래프표시)	X축 측장 미러를 오토콜리메이터로 계측 X축은 중앙
14	상하방향 진직도	±2[㎛]이하 (그래프표시)	스트레이트 마스터와 ADE변위계 계측. 측정은 중앙 十자. 양쪽 끝은 참고치
15	XY축 직교도	10[㎛]이하 (수치표시)	직교도 마스터와 다이얼 게이지 계측
16	ORG 스위치와 모터원점거리	1±0.5[mm]이하 (수치표시)	위치결정 레이저측장기 계측

1-2) 레이저간섭 측정계

레이저간섭 측정계는, X축 및 Y축에 평행하고, 그 연장선상이 검사위치에 상당하는 광축을 가지는 레이저광학계와, 그 사이에 배치된 간섭계(8·1)에 의하여 구성되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 광학계의 배치는, 도 9, 도 10에 나타내는 바와 같은 위치관계로 배치되어 있다. 용접 정반상에 설치된 레이저(9·1)로부터 발사된 레이저광은 벤더(9·2)에 의하여 수직으로 상승된 후에 벤더(10·1)에 의하여 측정면과 평행하게 구부러진다. 또한 스플리터(9·4)에 의하여 X축 측정용과 Y축 측정용으로 분배된 후에, 벤더(10·3) 및 벤더(9·6)에 의하여 각각 Y축 및 X축으로 평행하게 구부러져 메인챔버 내부로 도입된다.

상기 광학계의 상승시의 조정방법을 이하에 설명한다. 먼저 레이저로부터 발사된 레이저광이 벤더(9·2)에 의하여 수직으로 벤더(10·1)에 의하여 수평으로 구부러지도록 조정한다. 그후 벤더(10·3)에 의하여 구부러져 Y축에 대하여 고정밀도로 수직하게 설치된 미러(8·4)로 반사되어 되돌아가는 광축이 입사의 광축에 완전히 일치하도록 벤더(10·3)를 조정한다. 광축의 확인을 반사광을 방해하지 않도록 간섭계를 떼어낸 상태에서 레이저 직후에서 행함으로써 정밀도가 높은 조정이 가능하게 된다. 또 X축의 광축조정은 Y축의 광축조정을 행한 후에, 스플리터(9·4)와 벤더(9·6)에 의하여 독립으로 행할 수 있다. 조정의 요령은 Y축과 동일하다. 또한 X축 및 Y축의 입사광과 반사광의 축을 조정한 후에 각 광축의 교점(미러가 없다고 생각한 경우)을 웨이퍼 검사위치에 일치시킬 필요가 있다. 이 때문에 벤더(10·3)를 고정하고 있는 브래킷은 Y축에 대하여 수직하게, 벤더(9·6)를 고정하고 있는 브래킷은 X축에 대하여 수직하게 입사광과 반사광을 일치시킨 채로 이동할 수 있게 되어 있다. 또한 벤더(10·1), 스플리터(9·4), 벤더(10·3), 벤더(9·6)는 각각의 위치관계를 유지한 채로 상하로 이동할 수 있는 것이 바람직하다.

또, 상승후, 운전중의 본 장치에 있어서의 레이저의 교환에 따르는 광축 조정방법을 이하에 설명한다. 운전중의 메인챔버 내부가 진공으로 유지되어 있는 상태의 장치에서는 간섭계를 떼어낸 광축 등이 곤란하게 되어 있다. 따라서 메인챔버 외부의 광로에 수개소 타겟(10·2)을 설치하여 상승시의 광로를 메인챔버 외부에서만 판단할 수 있는 지그가 준비되어 있다. 레이저 교환후는 레이저 설치대에 구비된 조정기능만으로 타겟(10·2)에 대하여 광축을 조정함으로써 상승시에 행한 조정을 재현할 수 있게 되어 있다.

1-3) 검사부 외장

검사부 외장(4·7)은 메인티넌스용 프레임구조로서의 기능을 구비하도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 수납 가능한 양쪽 지지 크레인(11·1)이 상부에 탑재되어 있다. 크레인(11·1)은 가로행 레일(11·2)에 설치되고, 가로행 레일은 다시 주행레일(세로)(11·3)에 설치되어 있다. 주행 레일은 통상시에는 도 11과 같이 수납상태로 되어있는 데 대하여, 메인티넌스시에는 도 12와 같이 상승하여 크레인의 상하방향의 스트로크를 크게 하는 것이 가능해지고 있다. 이에 의하여 메인티넌스시에는 외장에 내장된 크레인에 의하여 전자광학장치(4·3), 메인챔버 천정판, XY 스테이지(5·1)를 장치 뒷면에 탈착 가능하게 되어 있다. 외장에 내장된 크레인의 다른 실시형태에서는 회전 가능한 한쪽 지지축을 가지는 크레인구조로 되어 있다.

또 검사부 외장은, 환경챔버로서의 기능을 겸비하는 것도 가능해지고 있다. 이것은 필요에 따라 온도, 습도관리와 함께 자기 차폐효과를 가지게 되어 있다.

2. 실시형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 검사대상으로 서 표면에 패턴이 형성된 기판, 즉 웨이퍼를 검사하는 반도체검사장치로서 설명한다.

2-1) 반송계

도 13 및 도 14는, 본 발명에 관한 반도체검사장치의 주요 구성요소를 입면도및 평면도로 나타내고 있다. 이 반도체검사장치(13·1)는 복수매의 웨이퍼를 수납한 카세트를 유지하는 카세트 홀더(13·2)와, 미니 인바이러먼트장치(13·3)와, 워킹챔버를 구성하는 로더 하우징(13·5)과, 웨이퍼를 카세트 홀더(13·2)로부터 주하우징(13·4)내에 배치된 스테이지장치(13·6)상에 장전하는 로더(13·7)와, 진공하우징에 설치된 전자광학장치(13·8)를 구비하고, 그것들은 도 13 및 도 14에 나타내는 바와같은 위치관계로 배치되어 있다.

반도체검사장치(13·1)는, 다시 진공의 주하우징(13·4)내에 배치된 프리차지 유닛(13·9)과, 웨이퍼에 전위를 인가하는 전위 인가기구와, 전자빔 캘리브레이션기구와, 스테이지장치상에서의 웨이퍼의 위치결정을 행하기 위한 얼라이먼트제어장치(13·10)를 구성하는 광학현미경(13·11)을 구비하고 있다.

2-1-1) 카세트 홀더

카세트 홀더(13·2)는 복수매(예를 들면 25매)의 웨이퍼가 상하방향으로 평행하게 나열된 상태에서 수납된 카세트(13·12)(예를 들면, 어시스트사제의 SMIF, FOUP 와 같은 클로즈드 카세트)를 복수개(이 실시형태에서는 2개) 유지하도록 되어 있다. 이 카세트 홀더(13·2)로서는 카세트를 로봇 등에 의하여 반송하여 와서 자동적으로 카세트 홀더(13·2)에 장전하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것을, 또 사람의 손에 의하여 장전하는 경우에는 그것에 적합한 오픈 카세트구조의 것을 각각 임의로 선택하여 설치할 수 있게 되어 있다. 카세트 홀더(13·2)는 이 실시형태에서는 자동적으로 카세트(13·12)가 장전되는 형식으로, 예를 들면 승강 테이블(13·13)과, 그 승강 테이블(13·13)을 상하 이동시키는 승강기구(13·14)를 구비하고, 카세트(13·12)는 승강 테이블(13·13)상에 도 14에서 쇄선으로 나타내는 상태로 자동적으로 세트 가능하게 되고, 세트후 도 14에서 실선으로 나타내는 상태로 자동적으로 회전되어 미니 인바이러먼트장치내의 제 1 반송 유닛의 회동축선을 향하게 된다.

또, 승강 테이블(13·13)은 도 13에서 쇄선으로 나타내는 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.

다른 실시형태에서는 도 15에 나타내는 바와 같이 복수의 300 mm 기판을 박스본체(15·1)의 안쪽에 고정한 홈형 포켓(기재 생략)에 수납한 상태로 수용하여 반송, 보관 등을 행하는 것이다. 이 기판 반송박스(15·2)는, 각진 통형상의 박스본체(15·1)와 기판 반출입 도어 자동개폐장치에 연락되어 박스본체(15·1) 측면의 개구부를 기계에 의하여 개폐 가능한 기판 반출입 도어(15·3)와, 개구부와 반대측에 위치하여 필터류 및 팬 모터의 착탈을 행하기 위한 개구부를 덮는 덮개체(15·4)와, 기판(W)(도 13)을 유지하기 위한 홈형 포켓(도시 생략), ULPA 필터(15·5), 케미컬 필터(15·6), 팬 모터(15·7)로 구성되어 있다. 이 실시형태에서는 로더(13·7)의 로봇식의 제 1 반송유닛(15·7)에 의하여 기판을 출납한다.

또한 카세트(13·12)내에 수납되는 기판, 즉 웨이퍼는 검사를 받는 웨이퍼이고, 그와 같은 검사는 반도체제조공정 중에서 웨이퍼를 처리하는 프로세스후, 또는 프로세스의 도중에 행하여진다. 구체적으로는 성막공정, CMP, 이온주입 등을 받은 기판, 즉 웨이퍼, 표면에 배선패턴이 형성된 웨이퍼, 또는 배선패턴이 아직도 형성되어 있지 않은 웨이퍼가 카세트내에 수납된다. 카세트(12·12)내에 수용되는 웨이퍼는 다수매 상하방향으로 간격을 두고 또한 평행하게 나열하여 배치되어 있기 때문에임의의 위치의 웨이퍼와 뒤에서 설명하는 제 1 반송유닛으로 유지할 수 있도록 제 1 반송유닛의 아암을 상하 이동할 수 있게 되어 있다. 또 카세트에는 프로세스후의 웨이퍼 표면의 산화 등의 방지를 위해 카세트내의 수분을 컨트롤하기 위한 기능이 설치되어 있다. 예를 들면 실리카겔 등의 제습제가 카세트 속에 놓여져 있다. 이 경우 제습효과가 있으면, 임의의 것을 이용할 수 있다.

2-1-2) 미니 인바이러먼트장치

도 13 내지 도 16에 있어서 미니 인바이러먼트장치(13·3)는 분위기 제어되도록 되어 있는 미니 인바이러먼트공간(16·1)을 구성하는 하우징(16·2)과 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에서 청정공기와 동일한 기체를 순환하여 분위기 제어하기 위한 기체순환장치(16·3)와, 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에 공급된 공기의 일부를 회수하여 배출하는 배출장치(16·4)와, 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에 배치되어 있고 검사대상으로서의 기판, 즉 웨이퍼를 대략 위치결정하는 프리얼라이너(16·5)를 구비하고 있다.

하우징(16·2)은 정상벽(16·6), 바닥벽(16·7) 및 4 주위를 둘러 싸는 둘레벽(16·8)을 가지고 있고, 미니 인바이러먼트공간(16·1)을 외부로부터 차단하는 구조로 되어 있다. 미니 인바이러먼트공간(16·1)을 분위기 제어하기 위하여 기체순환장치(16·3)는 도 16에 나타내는 바와 같이 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에서 정상벽(16·6)에 설치되어 있고, 기체(이 실시형태에서는 공기)를 청정하게 하여 하나 또는 그것 이상의 기체 분출구(도시 생략)를 통하여 청정공기를 바로 밑을 향하여 층류형상으로 흘리는 기체공급 유닛(16·9)과, 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에서 바닥벽(16·7)의 위에 배치되어 있고, 바닥을 향하여 흘러 내린 공기를 회수하는 회수 덕트(16·10)와, 회수 덕트(16·10)와 기체공급유닛(16·9)을 접속하여 회수된 공기를 기체공급유닛(16·9)으로 되돌리는 도관(16·11)을 구비하고 있다.

이 실시형태에서는 기체공급유닛(16·9)은 공급하는 공기의 약 20%를 하우징(16·2)의 외부로부터 도입하여 청정하게 하도록 되어 있으나, 이 외부로부터 도입되는 기체의 비율은 임의로 선택 가능하다. 기체공급유닛(16·9)은 청정공기를 만들어내기 위한 공지의 구조인 HEPA 또는 ULPA 필터를 구비하고 있다. 청정공기의 층류형상의 하방향의 흐름, 즉 다운플로우는 주로 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에 배치된 뒤에서 설명하는 제 1 반송유닛에 의한 반송면을 통하여 흐르도록 공급되어 반송 유닛에 의해 발생할 염려가 있는 먼지가 웨이퍼에 부착되는 것을 방지하도록 되어 있다. 따라서 다운플로우의 분출구는 반드시 도시한 바와 같이 정상벽에 가까운 위치일 필요는 없고, 반송유닛에 의한 반송면보다 윗쪽에 있으면 좋다. 또 미니 인바이러먼트공간(16·1) 전면에 걸쳐 흘릴 필요도 없다.

또한 경우에 따라서는 청정공기로서 이온풍을 사용함으로써 청정도를 확보할 수 있다. 또 미니 인바이러먼트공간(16·1)내에는 청정도를 관찰하기 위한 센서를 설치하여 청정도가 악화되었을 때에 장치를 셧다운할 수도 있다.

하우징(16·2)의 둘레벽(16·8)중 카세트 홀더(13·2)에 인접하는 부분에는 출입구(13·15)가 형성되어 있다. 출입구(13·15) 근방에는 공지의 구조인 셔터장치를 설치하여 출입구(13·15)를 미니 인바이러먼트장치측으로부터 폐쇄하도록 하여도 좋다. 웨이퍼 근방에 만드는 층류의 다운 플로우는 예를 들면 0.3 내지 0.4 m/sec의 유속으로 좋다. 기체공급유닛(16·9)은 미니 인바이러먼트공간(16·1)내가 아니고 그 바깥쪽에 설치하여도 좋다.

배출장치(16·4)는 상기 반송유닛의 웨이퍼 반송면보다 아래쪽의 위치에서 반송 유닛의 하부에 배치된 흡입덕트(16·12)와, 하우징(16·2)의 바깥쪽에 배치된 블로워(16·13)와, 흡입덕트(16·12)와 블로워(16·13)를 접속하는 도관((16·14)을 구비하고 있다. 이 배출장치(16·4)는 반송유닛의 주위를 흘러 내려 반송유닛에 의해 발생할 가능성이 있는 먼지를 포함한 기체를 흡입덕트(16·12)에 의하여 흡인하여 도관(16·14) 및 블로워(16·13)를 거쳐 하우징(16·2)의 바깥쪽으로 배출한다. 이 경우, 하우징(16·2)의 근처로 뽑아내진 배기관(도시 생략)내로 배출하여도 좋다.

미니 인바이러먼트공간(16·1)내에 배치된 프리얼라이너(16·5)는 웨이퍼에 형성된 오리엔테이션 플랫(원형의 웨이퍼의 바깥 둘레에 형성된 평탄부분을 말하며, 이하에 있어서 오리프라라 부른다)이나, 웨이퍼의 바깥 둘레 가장자리에 형성된 하나 또는 그 이상의 V형의 잘라냄, 즉 노치를 광학적으로 또는 기계적으로 검출하여 웨이퍼의 축선(0-0) 주위의 회전방향의 위치를 약 ± 1도의 정밀도로 미리 위치결정하여 두도록 되어 있다. 프리얼라이너(16·5)는 검사대상의 좌표를 정하는 기구의 일부를 구성하고, 검사대상의 대략 위치결정을 담당한다. 이 프리얼라이너(16·5) 자체는 공지구조의 것으로 좋기 때문에 그 구조, 동작의 설명은 생략한다.

또한 도시 생략하나, 프리얼라이너(16·5)의 하부에도 배출장치용 회수덕트를 설치하여 프리얼라이너(16·5)로부터 배출된 먼지를 포함한 공기를 외부로 배출하도록 하여도 좋다.

2-1-3) 주하우징

도 13 내지 도 15에 있어서, 워킹챔버(13·16)를 구성하는 주하우징(13·4)은 하우징 본체(13·17)를 구비하고, 그 하우징 본체(13·17)는 대프레임(13·18)상에 배치된 진동차단장치, 즉 방진장치(13·19)의 위에 얹혀진 하우징 지지장치(13·20)에 의하여 지지되어 있다. 하우징 지지장치(13·20)는 직사각형으로 짜여진 프레임구조체(13·21)를 구비하고 있다. 하우징 본체(13·17)는 프레임구조체(13·21)상에 설치 고정되어 있고, 프레임구조체상에 얹혀진 바닥벽(13·22)과, 정상벽(13·23)과, 바닥벽(13·22) 및 정상벽(13·23)에 접속되어 4 둘레를 둘러 싸는 둘레벽(13·24)을 구비하고 있어 워킹챔버(13·16)를 외부로부터 격리하고 있다. 바닥벽(13·22)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 하우징 본체 및 하우징 지지장치(13·20)는, 강구조로 조립되어 있어, 대프레임(13·18)이 설치되어 있는 바닥으로부터의 진동이 이 강구조에 전달되는 것을 방진장치(13·19)로 저지하도록 되어 있다. 하우징 본체(13·17)의 둘레벽(13·24)중 뒤에서 설명하는 로더 하우징에 인접하는 둘레벽에는 웨이퍼 출납용 출입구(14·1)가 형성되어 있다.

또한 방진장치(13·19)는 공기스프링, 자기베어링 등을 가지는 액티브식의 것 이어도 또는 이들을 가지는 패시브식의 것이어도 좋다. 어느 것이나 공지 구조의 것으로 좋기 때문에, 그것 자체의 구조 및 기능의 설명은 생략한다. 워킹챔버(13·16)는 공지의 구조의 진공장치(도시 생략)에 의하여 진공분위기로 유지되도록 되어 있다. 대프레임(13·18)의 밑에는 장치 전체의 동작을 제어하는 제어장치(2)가 배치되어 있다. 주하우징의 압력은 통상 10^-4∼10^-6 Pa로 유지되어 있다.

2-1-4) 로더 하우징

도 13 내지 도 15 및 도 17에 있어서, 로더 하우징(13·5)은 제 1 로딩챔버(14·2)와 제 2 로딩챔버(14·3)를 구성하는 하우징 본체(14·4)를 구비하고 있다. 하우징 본체(14·4)는 바닥벽(17·1)과, 정상벽(17·2)과, 4 둘레를 둘러 싸는 둘레벽(17·3)과, 제 1 로딩챔버(14·2)와 제 2 로딩챔버(14·3)를 칸막이하는 칸막이벽(14·5)을 가지고 있고, 양 로딩챔버를 외부로부터 격리할 수 있게 되어 있다. 칸막이벽(14·5)에는 양 로딩챔버 사이에서 웨이퍼의 교환을 행하기 위한 개구, 즉 출입구(17·4)가 형성되어 있다. 또 둘레벽(17·3)의 미니 인바이러먼트장치 및 주하우징에 인접한 부분에는 출입구(14·6 및 14·7)가 형성되어 있다.

이 로더 하우징(13·5)의 하우징 본체(14·4)는, 하우징 지지장치(13·20)의 프레임구조체(13·21) 위에 탑재되고 그것에 의하여 지지되어 있다. 따라서 이 로더 하우징(13·5)에도 바닥의 진동이 전달되지 않게 되어 있다. 로더 하우징(13·5)의 출입구(14·6)와 미니 인바이러먼트장치(13·3)의 하우징(16·2)의 출입구(13·25)는 정합되어 있고, 그곳에는 미니 인바이러먼트공간(16·1)과 제 1 로딩챔버(14·2)와의 연통을 선택적으로 저지하는 셔터장치(14·8)가 설치되어 있다.

셔터장치(14·8)는 출입구(13·25 및 14·6)의 주위를 둘러 싸고 측벽(17·3)과 친밀하게 접촉하여 고정된 시일재(13·26), 시일재(13·26)와 공동하여 출입구를 거친 공기의 유통을 저지하는 도어(13·27)와, 그 도어를 움직이는 구동장치(13·28)를 가지고 있다. 또 로더 하우징(13·5)의 출입구(14·7)와 하우징 본체(13·17)의 출입구(14·1)는 정합되어 있고, 그곳에는 제 2 로딩챔버(14·3)와 워킹챔버(13·16)와의 연통을 선택적으로 밀봉 저지하는 셔터장치(13·29)가 설치되어 있다. 셔터장치(13·29)는 출입구(14·7 및 14·1)의 주위를 둘러 싸고 측벽(17·3 및 13·24)과 친밀하게 접촉하여 그것들에 고정된 시일재(13·30)와 공동하여 출입구를 거친 공기의 유통을 저지하는 도어(14·9)와, 그 도어를 움직이는 구동장치(13·31)를 가지고 있다.

또한 칸막이벽(14·5)에 형성된 개구에는 도어에 의하여 그것을 폐쇄하여 제 1 및 제 2 로딩챔버 사이의 연통을 선택적으로 밀봉 저지하는 셔터장치(14·10)가 설치되어 있다. 이들 셔터장치(14·8, 13·29 및 414·10)는 폐쇄상태에 있을 때, 각 챔버를 기밀하게 시일할 수 있게 되어 있다. 이들 셔터장치는 공지의 것으로 좋기 때문에 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다.

또한 미니 인바이러먼트장치(13·3)의 하우징(16·2)의 지지방법과 로더 하우징의 지지방법이 다르고, 미니 인바이러먼트장치(13·3)를 거쳐 바닥으로부터의 진동이 로더 하우징(13·5) 및 주하우징(13·4)에 전달되는 것을 방지하기 위하여 하우징(16·2)과 로더 하우징(13·5)의 사이에는 출입구의 주위를 기밀하게 둘러 싸도록 방진용 쿠션재를 배치하여 두면 좋다.

제 1 로딩 챔버(14·2)내에는 복수(이 실시형태에서는 2매)의 웨이퍼를 상하에 사이를 두고 수평상태로 지지하는 웨이퍼 랙(14·11)이 설치되어 있다. 웨이퍼 랙(14·11)은 도 18에 나타내는 바와 같이 직사각형 기판(18·1)의 네 모서리에 서로 사이를 두고 직립상태로 고정된 지주(18·2)를 구비하고, 각 지주(18·2)에는 각각 2단의 지지부(18·3 및 18·4)가 형성되고, 그 지지부의 위에 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 얹어 유지하도록 되어 있다. 그리고 뒤에서 설명하는 제 1 및 제 2 반송 유닛의 아암의 앞쪽 끝을 인접하는 지주 사이에서 웨이퍼에 접근시켜 아암에 의하여 웨이퍼를 파지하도록 되어 있다.

로딩 챔버(14·2 및 14·3)는 도시 생략한 진공펌프를 포함하는 공지구조의 진공배기장치(도시 생략)에 의하여 고진공상태(진공도로서는 10^-4∼10^-6 Pa)로 분위기 제어될 수 있게 되어 있다. 이 경우 제 1 로딩 챔버(14·2)를 저진공 챔버로 하여 저진공 분위기로 유지하고, 제 2 로딩 챔버(14·3)를 고진공 챔버로서 고진공 분위기로 유지하여 웨이퍼의 오염방지를 효과적으로 행할 수도 있다. 이와 같은 구조를 채용함으로써 로딩 챔버내에 수용되어 있어 다음에 결함 검사될 웨이퍼를 워킹챔버내로 지체없이 반송할 수 있다. 이와 같은 로딩챔버를 채용함으로써 뒤에서 설명하는 멀티 빔형 전자장치 원리와 함께 결함검사의 스루풋을 향상시키고, 또한 보관상태가 고진공상태일 것을 요구받는 전자원 주변의 진공도를 가능한 한 고진공도 상태로 할 수 있다.

제 1 및 제 2 로딩챔버(14·2 및 14·3)는 각각 진공배기 배관과 불활성가스 (예를 들면 건조 순질소)용 벤트 배관(각각 도시 생략)이 접속되어 있다. 이것에 의하여 각 로딩챔버내의 대기압상태는 불활성가스 벤트(불활성 가스를 주입하여 불활성가스 이외의 산소가스 등이 표면에 부착되는 것을 방지한다)에 의하여 달성된다. 이와 같은 불활성가스 벤트를 행하는 장치 자체는 공지구조의 것으로 좋기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

또한 전자선을 사용하는 본 발명의 검사장치에 있어서, 뒤에서 설명하는 전자 광학계의 전자원으로서 사용되는 대표적인 6붕화 란탄(LaB6) 등은 한번 열전자를 방출할 정도까지 고온상태로 가열된 경우에는 산소 등에 가능한 한 접촉시키지 않는 것이 그 수명을 단축하지 않기 때문에 긴요하나, 전자광학계가 배치되어 있는 워킹챔버로 웨이퍼를 반입하는 전단계에서 상기와 같은 분위기제어를 행함으로써 더욱 확실하게 실행할 수 있다.

2-1-5) 로더

로더(13·7)는 미니 인바이러먼트장치(13·3)의 하우징(16·2)내에 배치된 로봇식의 제 1 반송유닛(16·14)과, 제 2 로딩 챔버(14·3)내에 배치된 로봇식의 제 2 반송유닛(14·12)을 구비하고 있다.

제 1 반송 유닛(16·14)은 구동부(16·15)에 관하여 축선(O₁-O₁)의 주위에서 회전 가능하게 되어 있는 다관절의 아암(16·16)을 가지고 있다. 다관절의 아암으로서는 임의의 구조의 것을 사용할 수 있으나, 이 실시형태에서는 서로 회동 가능하게 설치된 3개의 부분을 가지고 있다.

제 1 반송 유닛(16·14)의 아암(16·16)의 하나의 부분, 즉 가장 구동부(16·15)측인 제 1 부분은, 구동부(16·15)내에 설치된 공지구조의 구동기구(도시 생략)에 의하여 회전 가능한 축(16·17)에 설치되어 있다. 아암(16·16)은 축(16·17)에 의하여 축선(O₁-O₁))의 주위에서 회동할 수 있음과 동시에, 부분 사이의 상대회전에 의하여 전체로서 축선(O₁-O₁)에 관하여 반경방향으로 신축 가능하게 되어 있다. 아암(16·16)의 축(16·17)으로부터 가장 떨어진 제 3 부분의 앞쪽 끝에는 공지구조의 기계식척 또는 정전척 등의 웨이퍼를 파지하는 파지장치(14·13)가 설치되어 있다. 구동부(16·15)는 공지구조의 승강기구(16·18)에 의하여 상하방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

이 제 1 반송 유닛(16·14)은 아암(16·l6)이 카세트 홀더에 유지된 2개의 카세트중 어느 한쪽의 방향(M1 또는 M2)을 향하여 아암이 신장하여 카세트내에 수용된 웨이퍼를 1매 아암의 위에 얹고 또는 아암의 앞쪽 끝에 설치한 척(도시 생략)에 의하여 파지하여 인출한다. 그후 아암이 수축하여(도 14에 나타내는 바와 같은 상태) 아암이 프리얼라이너(16·5)의 방향(M3)을 향하여 신장할 수 있는 위치까지 회전하여 그 위치에서 정지한다. 그렇게 하면 아암이 다시 신장하여 아암에 유지된 웨이퍼를 프리얼라이너(16·5)에 얹는다. 프리얼라이너(16·5)로부터 상기와 반대로 하여 웨이퍼를 수취한 후는 아암은 다시 회전하여 제 2 로딩 챔버(14·2)를 향하여 신장할 수 있는 위치(방향 M4)에서 정지하여 제 2 로딩챔버(14·2)내의 웨이퍼 받이에 웨이퍼를 주고 받는다. 또한 기계적으로 웨이퍼를 파지하는 경우에는 웨이퍼의 둘레 가장자리부(둘레 가장자리로부터 약 5 mm의 범위)를 파지한다. 이것은 웨이퍼에는 둘레 가장자리부를 제외하고 전면에 디바이스(회로배선)가 형성되어 있고, 이 부분을 파지하면 디바이스의 파괴, 결함의 발생을 일으키기 때문이다.

제 2 반송유닛(14·12)도 제 1 반송유닛과 구조가 기본적으로 동일하여, 웨이퍼의 반송을 웨이퍼랙과 스테이지장치의 탑재면상과의 사이에서 행하는 점에서만 상위할 뿐이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

상기 로더(13·7)에서는 제 1 및 제 2 반송유닛(16·14 및 14·12)은 카세트 홀더에 유지된 카세트로부터 워킹챔버(13·16)내에 배치된 스테이지장치(13·6) 위로의 및 그 반대의 웨이퍼의 반송을 대략 수평상태로 유지한 채로 행하여 반송유닛의 아암이 상하 이동하는 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 직경 300 mm의 웨이퍼의 이동도 순조롭게 행할 수 있다.

스테이지에는 웨이퍼에 역바이어스를 인가하는 기구가 있기 때문에 아암이 스테이지에 웨이퍼를 놓으러 가는, 또는 취하러 갈 때에 아암을 스테이지와 동일한 또는 가까운 전위, 또는 아암을 플로팅전위로 하여 둠으로써 전위의 단락에 의한 방전 등의 불량을 피하는 기구를 가지고 있다.

2-1-6) 스테이지장치

스테이지장치(13·6)는 주하우징(13·4)의 바닥벽(13·22) 위에 배치된 고정테이블(13·32)과, 고정 테이블상에서 Y 방향(도 1에 있어서 지면에 수직한 방향)으로 이동하는 Y 테이블(13·33)과, Y 테이블상에서 X 방향(도 1에 있어서 좌우방향) 으로 이동하는 X 테이블(13·34)과, X 테이블 위에서 회전 가능한 회전테이블(13·35)과, 회전테이블(13·35) 위에 배치된 홀더(13·36)를 구비하고 있다. 그 홀더(13·36)의 웨이퍼 탑재면(14·14) 위에 웨이퍼를 해방 가능하게 유지한다. 홀더(13·36)는 웨이퍼를 기계적으로 또는 정전척방식으로 해방 가능하게 파지할 수 있는 공지의 구조의 것으로 좋다. 스테이지장치(13·6)는 서보모터, 인코더 및 각종 센서(도시 생략)를 사용하여 상기와 같은 복수의 테이블을 동작시킴으로써 탑재면(14·14) 위에서 홀더에 유지된 웨이퍼를 전자광학장치로부터 조사되는 전자빔에 대하여 X 방향, Y 방향 및 Z 방향(도 13에 있어서 상하방향)으로, 또한 웨이퍼의 지지면에 연직인 축선의 주위방향(θ방향)으로 높은 정밀도로 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 직경 레이저에 의한 위치 측정장치(간섭계의 원리를 사용한 레이저간섭 측정장치)에 의하여 검지하여 그 위치를 도시 생략한 피드백회로에 의하여 제어하거나, 그와 함께 또는 그것 대신에 웨이퍼의 노치 또는 오리플라의 위치를 측정하여 웨이퍼의 전자빔에 대한 평면위치, 회전위치를 검지하여 회전테이블을 미소 각도 제어 가능한 스테핑모터 등에 의하여 회전시켜 제어한다.

워킹챔버내에서의 먼지의 발생을 적극 방지하기 위하여 스테이지장치용 서보모터(14·15, 14·16) 및 인코더(14·17, 14·18)는 주하우징(13·4)의 바깥쪽에 배치되어 있다. 또한 스테이지장치(13·6)는 예를 들면 스텝퍼 등에서 사용되고 있는 공지구조의 것으로 좋기 때문에, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또한 상기 레이저간섭 측정장치도 공지구조의 것으로 좋기 때문에, 그 구조, 동작의 상세한 설명은 생략한다.

전자빔에 대한 웨이퍼의 회전위치나 X, Y 위치를 미리 뒤에서 설명하는 신호 검출계 또는 화상처리계에 입력함으로써 얻어지는 신호의 기준화를 도모할 수 있다. 또한 이 홀더에 설치된 웨이퍼 척기구는, 웨이퍼를 고정하기 위한 전압을 정전척의 전극에 인가하도록 되어 있어, 웨이퍼의 바깥 둘레부의 3점(바람직하게는 둘레방향으로 등간격으로 떨어진)을 눌러 위치 결정하도록 되어 있다. 웨이퍼척기구는 2개의 고정위치 결정핀과 가압식 크랭크핀을 구비하고 있다. 클램프 핀은 자동척 및 자동 릴리스를 실현할 수 있게 되어 있고, 또 전압인가의 도통부분을 구성하고 있다.

또한 이 실시형태에서는 도 14에서 좌우방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블이라 하고, 상하방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블이라 하였으나, 상기 도면에서 좌우방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블이라 하고, 상하방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블이라 하여도 좋다.

2-1-7) 웨이퍼척킹기구

2-1-7-1) 정전척의 기본구조

전자광학계의 초점을 시료면에 정확하게 또한 단시간에 맞추기 위하여 시료면, 즉 웨이퍼면의 요철은 적극 작게 하는 것이 바람직하다. 그 때문에 평면도 좋게 (평면도 5 ㎛ 이하가 바람직하다) 제작된 정전척의 표면에 웨이퍼를 흡착하는 것이 행하여진다.

정전척의 전극구조로는 단극형과 쌍극형이 존재한다. 단극형은 웨이퍼에 미리 도통을 취하고, 하나의 정전척 전극과의 사이에 고전압(일반적으로 수십∼수백 V 정도)을 인가함으로써 웨이퍼를 흡착하는 방법이고, 쌍극형은 웨이퍼에 도통을 취할 필요가 없고, 2개의 정전척 전극에 음양 반대의 전압을 인가하는 것만으로 웨이퍼를 흡착할 수 있다. 단, 일반적으로 안정된 흡착조건을 얻기 위해서는 2개의 전극을 빗살형상으로 조립시킨 형상으로 할 필요가 있어 전극형상은 복잡해진다.

한편, 시료의 검사를 위해서는 전자광학계의 결상조건을 얻기 위하여, 또는 시료면의 상태를 전자로 관찰하기 쉬운 상태로 하기 위하여 웨이퍼에 소정의 전압(지연전압)을 인가할 필요가 있다. 이 지연전압을 웨이퍼에 인가하는 것 및 웨이퍼 표면의 전위를 안정시키기 위해서는 정전척을 상기의 단극형으로 하는 것이 필요하다. (단, 뒤에서 설명하는 바와 같이 도통 바늘로 웨이퍼와의 도통을 취할 때까지는 정전척을 쌍극형으로서 기능시킬 필요있다. 따라서 정전척은 단극형과 쌍극형의 전환 가능한 구조로 하고 있다.)

따라서 웨이퍼에 기계적으로 접촉하여 도통을 취하지 않으면 안된다. 그런데 웨이퍼에 대한 오염방지의 요구는 엄격해지고 있고, 웨이퍼에의 기계적 접촉을 적극 피하는 것이 요구되어 웨이퍼의 에지에의 접촉이 허락되지 않는 경우가 있다. 이와 같은 경우는 웨이퍼 이면에서 도통을 취하지 않으면 안된다.

웨이퍼 이면에는 실리콘 산화막이 형성되어 있는 것이 보통이며, 그대로는 도통을 취할 수 없다. 따라서 웨이퍼 이면에 2개소 이상의 바늘을 접촉시켜 바늘의 사이에 전압을 인가함으로써 산화막을 국부적으로 파괴하고, 웨이퍼 모재의 실리콘과 도통을 취할 수 있다. 바늘에 인가하는 전압은 수백 V 정도의 DC 전압 또는 AC 전압이다. 또 바늘의 재료로서는 비자성이고 내마모성이 있어 고융점 재료인 것이 요구되어, 텅스텐 등을 생각할 수 있다. 또한 내구성을 가지게 하기 위하여 또는 웨이퍼의 오염방지를 위해, 표면에 TiN이나 다이아몬드를 코팅하는 것도 유효하다. 또 웨이퍼와의 도통이 취해진 것을 확인하기 위하여 바늘의 사이에 전압을 인가하여 전류를 측정하는 것이 유효하다.

이상과 같은 배경에서 만들어진 것이, 도 19에 나타내는 바와 같은 척킹기구이다. 정전척에는 웨이퍼(W)를 안정되게 흡착하기 위하여 빗살모양으로 조립한 형상인 것이 바람직한 전극(19·1, 19·2)과, 웨이퍼 수수용의 3개의 푸셔 핀(19·3)과, 웨이퍼 인가용의 2개 이상의 도통 바늘(19·4)이 설치되어 있다. 또 정전척의 주위에는 보정 링(19·5)과 웨이퍼 떨어뜨려 넣는 기구(19·6)가 배치된다.

푸셔 핀(19·3)은 웨이퍼(W)가 로봇핸드에 의하여 반송될 때에 정전척 면상으로부터 미리 돌출되어 있어 로봇핸드의 동작에 의하여 웨이퍼(W)가 그 위에 탑재되면 천천히 하강하여 웨이퍼(W)를 정전척 위에 얹는다. 웨이퍼를 정전척 위로부터 인출할 때에는 반대의 동작을 하여 로봇핸드에 웨이퍼(W)를 건네 주는 역활을 한다. 푸셔 핀(19·3)은 웨이퍼위치가 어긋나거나 오염되는 일이 없도록 표면 재료를 선택하지 않으면 안되고, 실리콘고무, 불소고무, SiC나 알루미나 등의 세라믹스, 테프론이나 폴리이미드 등의 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.

푸셔 핀(19·3)의 구동기구로서는 몇가지 방법이 있다. 하나는 정전척의 하부에 비자성 액츄에이터를 설치하는 방법이다. 이것은 초음파 리니어모터에 의하여 푸셔 핀을 직접 리니어 구동하는 방법이나, 회전형 초음파모터와 볼나사 또는 랙 앤드 피니언 기어의 조합으로 푸셔 핀의 직선 구동을 행하는 등의 방법이 있을 수 있다. 이 방법은 정전척을 탑재하는 XY 스테이지의 테이블 위에 푸셔기구가 콤팩트하게 정리되는 반면, 액츄에이터나 리미트센서 등의 배선이 매우 많아진다. 이들 배선은 XY 동작하는 테이블로부터 시료실(메인챔버 또는 주하우징) 벽면까지 연결되나, 스테이지의 동작에 따라 굴곡되기 때문에, 큰 구부림(R)을 가지게 하여 배치할 필요가 있어 스페이스를 취하여 버린다. 또 파티클의 발생원이 되거나, 배선의 정기적인 교환도 필요하게 되기 때문에, 사용수는 필요 최소한으로 하는 것이 좋다.

따라서 다른 방식으로서 외부로부터 구동력을 공급하는 방법도 있다. 웨이퍼 (W)를 착탈하는 위치로 스테이지가 이동하면 벨로즈를 거쳐 진공중으로 돌출한 축이 챔버 밖에 구비된 에어실린더로 구동되어 정전척 하부에 설치된 푸셔 구동기구의 축을 밀도록 되어 있다. 축은 푸셔 구동기구 내부에서 랙·피니언 또는 링크기구와 연결되어 있고, 축의 왕복이동이 푸셔 핀의 상하 이동과 연동하도록 되어 있다. 웨이퍼 (W)를 로봇핸드와의 사이에서 주고 받기할 때에는 컨트롤러로 적절한 속도로 조정하여 에어실린더로 축을 진공중으로 밀어 냄으로써 푸셔 핀(19·3)을 상승시킨다.

또한 외부로부터의 축의 구동원은, 에어실린더에 한정하는 것이 아니라 서보모터와 랙·피니언이나 볼나사의 조합이어도 좋다. 또 외부로부터의 구동원을 회전축으로 하는 것도 가능하다. 그 경우, 회전축은 자성 유체 시일 등의 진공시일기구를 개재하고, 푸셔 구동기구는 회전을 푸셔의 직선운동으로 변환하는 기구를 내장한다.

보정 링(19·5)은 웨이퍼 끝부의 전계분포를 균일하게 유지하는 작용을 가지는 것으로, 기본적으로 웨이퍼와 동전위를 인가한다. 그러나 웨이퍼와 보정 링 사이의 미소 간극이나, 웨이퍼와 보정 링 표면 높이의 미소한 차의 영향을 상쇄하기 위하여 웨이퍼 끝부 전위와 약간 다른 전위를 인가하는 것도 있다. 보정 링은 웨이퍼의 반경방향 10∼30 mm 정도의 폭을 가지고 비자성으로 도전성의 재료, 예를 들면 티탄, 인청동, TiN 또는 TiC 코팅한 알루미늄 등을 사용할 수 있다.

도통 바늘(19·4)은 스프링(19·7)으로 지지되어 있고, 웨이퍼가 정전척 위에 탑재되면 스프링력으로 웨이퍼 이면에 가볍게 가압된다. 이 상태에서 상기한 바와 같이 전압을 인가함으로써 웨이퍼(W)와의 전기적 도통을 취한다.

정전척 본체는 텅스텐 등의 비자성의 평면형상 전극(19·1, 19·2)과, 그 위에 형성된 유전체로 이루어진다. 유전체의 재료는 알루미나, 질화알루미늄, 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 일반적으로 알루미나 등의 세라믹스는 체적 저항율이 10¹⁴Ωcm 정도의 완전한 절연체이기 때문에, 재료 내부에서의 전하 이동은 발생하지 않고, 흡착력으로서 쿨롱력이 작용한다. 이에 대하여 세라믹스 조성을 약간 조정함으로써 체적 저항율을 10¹⁰Ωcm 정도로 할 수 있고, 이와 같이 함으로써 재료 내부에서 전하의 이동이 생기기 때문에, 웨이퍼 흡착력으로서 쿨롱력보다 강한 소위 존슨·라벡력이 작용한다. 흡착력이 강하면 그 만큼 인가전압을 낮게 할 수 있어, 절연파괴에 대한 마진을 크게 취할 수 있고, 또한 안정된 흡착력도 얻기 쉽다. 또 정전척표면을 예를들면 딤플형상으로 가공함으로써, 정전척 표면에 파티클 등이 부착되어도 파티클이 딤플의 골부분으로 떨어질 가능성이 생기기 때문에 웨이퍼의 평면도에 영향을 미칠 가능성이 감소하는 효과도 기대할 수 있다.

이상에 의하여 정전척 재료를 체적 저항율을 10¹⁰Ωcm 정도로 조정한 질화 알루미늄이나 알루미나 세라믹스로 하여 표면에 딤플형상 등의 요철을 형성하고, 그 볼록면의 근처에 형성되는 면의 평면도를 5㎛ 정도로 가공한 것이 실용적이다.

2-1-7-2) 200/300 브리지 툴을 위한 척킹기구

200 mm와 300 mm의 2종류의 웨이퍼를 기계적 개조없이 검사하는 것이 장치에 요구되는 경우가 있다. 그 경우 정전척은 2종류의 크기의 웨이퍼를 척킹하여, 또한 웨이퍼 둘레 가장자리부에 웨이퍼의 크기에 맞춘 보정 링을 탑재하지 않으면 안된다. 도 19(a), 도 19(b) 및 도 20은 그것을 위한 구조를 나타내고 있다.

도 19(a)는 정전척상에 300 mm의 웨이퍼(W)를 탑재한 상태를 나타내고 있다. 웨이퍼(W)의 크기보다 약간 큰(간극 0.5 mm 정도) 내경을 가진 보정 링(19·1)이, 정전척 바깥 둘레의 금속성 링형상 부품에 소킷으로 위치 결정되어 탑재되어 있다. 이 보정 링(19·1)에는 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(19·2)가 3개소 설치되어 있다. 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(19·2)는 푸셔 핀(19·3)의 구동기구와 연동한 상하 구동기구에 의하여 구동되어 보정 링(19·1)에 설치된 회전축 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다.

웨이퍼(W)를 로봇핸드로부터 받는 경우, 푸셔 핀 구동기구가 동작하여 푸셔 핀(19·3)을 위로 밀어 올린다. 그리고 적절한 타이밍을 취하여 보정 링(19·1)에 설치된 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(19·2)도 도 19(b)에 나타내는 바와 같이 구동력을 받아 회전한다. 그렇게 하면 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(19·2)가 웨이퍼(W)를 정전척 중심으로 가이드하는 테이퍼면을 형성한다. 다음에 밀어 올려진 푸셔 핀(19·3)에 웨이퍼(W)가 얹혀진 후, 푸셔 핀(19·3)을 하강시킨다. 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(19·2)에 대한 구동력의 작용 타이밍을 푸셔 핀(19·3)의 하강과 적절하게 조정함으로써 웨이퍼(W)는 떨어뜨려 넣음기구(19·2)의 테이퍼면에 의하여 위치가 수정되면서 정전척 위에 웨이퍼(W)의 중심과 정전척의 중심이 대략 일치하도록 놓여진다.

떨어 뜨려 넣음기구(19·2)의 테이퍼면에는 테프론 등의 저마찰재, 바람직하게는 도전성이 있는 저마찰재(예를 들면, 도전성 테프론, 도전성 다이아몬드 라이크 카본, TIN 코팅)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한 도면의 부호 A, B, C, D, E는 전압을 인가하기 위한(뒤에서 설명한다) 단자이고, 19·4는 웨이퍼(W)가 정전척 위에 탑재된 것을 검지하는 웨이퍼 도통용 바늘이고, 스프링(19·5)에 의하여 밀어 올려져 있다.

도 20은 동일한 정전척에 200 mm의 웨이퍼(W)를 탑재한 상태를 나타내고 있다. 정전척보다도 웨이퍼직경이 작기 때문에 정전척 표면이 노출되기 때문에 정전척을 완전히 숨기는 크기를 가진 보정 링(20·1)을 탑재하고 있다. 보정 링(20·1)의 위치결정은 300 mm 용 보정 링의 경우와 동일하다.

보정 링(20·1)의 안 둘레부에는 단차가 설치되어 있고, 정전척측의 링형상 홈(20·2)에 들어가게 되어 있다. 이것은 200 mm 웨이퍼를 탑재하였을 때에 보정 링(20·1)의 안 둘레와 웨이퍼(W)의 바깥 둘레와의 사이의 간극에서 정전척 표면이 보이지 않도록 도체[보정 링(20·1)]로 숨기기 위한 구조이다. 만약 정전척 표면이 보이는 구조로 되어 있으면 전자빔이 조사되었을 때 정전척 표면에 전하가 충전되어 시료면의 전위가 흩어지기 때문이다.

보정 링(20·1)의 교환은, 진공챔버속의 소정의 위치에 보정 링 교환장소를 설치하여 두고, 그곳으로부터 필요한 크기의 보정 링을 로봇에 의하여 반송하여 정전척에 장치함으로써(소킷부에 삽입한다) 행한다.

200 mm 용 보정 링에도, 300 mm와 마찬가지로 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(20·2)가 설치되어 있다. 정전척측에는 이 웨이퍼 떨어뜨려 넣음기구(20·2)와 간섭하지않도록 여유가 형성되어 있다. 정전척 위에의 웨이퍼의 탑재방법은 300 mm의 경우와 완전히 동일하다. 또한 부호 A, B, C, D, E는 전압을 인가하기 위한 단자, 20·3은 푸시핀(19·3)과 동일한 푸셔핀, 20·4는 웨이퍼 도통용 바늘(19·4)과 동일한 웨이퍼 도통용 바늘이다.

도 20-1의 (a) 및 (b)는 300 mm 웨이퍼와 200 mm 웨이퍼의 양쪽에 대응할 수있는 정전척의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, (a)는 300 mm 웨이퍼를, (b)는 200 mm 웨이퍼를 탑재한 상태를 각각 나타내고 있다. 도 20-1의 (a)에 의하여 이해되는 바와 같이 정전척은 300 mm 웨이퍼를 탑재할 수 있는 넓이를 가지고, 도 21-2의(b)에 나타내는 바와 같이 정전척의 중앙부분은 200 mm 웨이퍼를 탑재할 수 있는 넓이로서, 그것을 둘러 싸도록 보정 링(20·1)의 안 둘레부가 끼워 넣는 홈(20·6)이 설치된다. 또한 부호 A, B, C, D, E는 전압을 인가하기 위한 단자이다.

도 20-1의 (a) 및 (b)에 나타내는 정전척의 경우, 웨이퍼가 정전척에 탑재되어 있는지의 여부, 웨이퍼가 정전척에 정확하게 탑재되었는지의 여부, 보정 링이 있는지의 여부 등은, 광학적으로 검출된다. 예를 들면 정전척의 윗쪽에 광학센서를 설치하여 그 광학센서로부터 발생된 빛이 웨이퍼에 의하여 반사되어 다시 광학센서로 되돌아갔을 때의 광로길이를 검출함으로써, 웨이퍼가 수평으로 탑재되었는지, 경사져 탑재되었는지를 검출할 수 있다. 또 보정 링의 유무는 보정 링이 탑재되어야 하는 장소 중의 적절한 점을 비스듬하게 조사하는 광송신기와, 보정 링으로부터의 반사광을 수광하는 광수신기를 설치함으로써 검출할 수 있다. 또한 200 mm 웨이퍼용 보정 링이 탑재되는 장소의 적절한 점을 비스듬하게 조사하는 광송신기 및 상기 보정 링으로부터의 반사광을 수광하는 광수신기의 조합과, 300 mm 웨이퍼용의 보정 링이 탑재되는 장소의 적절한 점을 비스듬하게 조사하는 광송신기 및 상기 보정 링으로부터의 반사광을 수광하는 광수신기의 조합을 설치하여, 어느 쪽의 광수신기가 반사광을 수신하는지를 검지함으로써 200 mm 웨이퍼용의 보정 링과 300 mm 웨이퍼용의 보정 링의 어느 것이 정전척에 탑재되었는지를 검출할 수 있다.

2-1-7-3) 웨이퍼 척킹순서

이상 설명한 구조를 가진 웨이퍼 척킹기구는 이하의 순서로 웨이퍼를 척킹한다.

(1) 웨이퍼 크기에 맞는 보정 링을 로봇에 의하여 반송하여 정전척에 탑재한다.

(2) 로봇핸드에 의한 웨이퍼반송과 푸셔 핀의 상하 이동에 의하여 웨이퍼를 정전척상에 탑재한다.

(3) 정전척을 쌍극형으로 인가(단자 C, D에 음양 반대의 전압을 인가) 하여, 웨이퍼를 흡착한다.

(4) 도통용 바늘에 소정 전압을 인가하여 웨이퍼 이면의 절연막(산화막)을 파괴한다.

(5) 단자 A, B 사이의 전류를 측정하여 웨이퍼와의 도통이 취하여졌는지의 여부를 확인한다.

(6) 정전척을 단극형 흡착으로 이행한다. (단자 A, B를 GRD, 단자 C, D에 동일전압을 인가한다)

(7) 단자 A(B)와 단자 C(D)와의 전위차를 유지한 채로 단자 A(B)의 전압을 내려 웨이퍼에 소정의 지연전압을 인가한다.

2-1-8) 200/300 브리지 툴을 위한 장치구성

200 mm 웨이퍼와 300 mm 웨이퍼의 어느 쪽도 기계적 개조없이 검사할 수 있는 장치로 하기 위한 구성을 도 21 및 도 22에 나타낸다. 이하, 200 mm 웨이퍼 또는 300 mm 웨이퍼의 전용장치와 다른 점을 설명한다.

200/300 mm 웨이퍼, FOUP, SMIF, 오픈 카세트 등의 사양마다 교환되는 웨이퍼 카세트의 설치장소(21·1)에는 사용자 사양에 따라 결정되는 웨이퍼 크기나 웨이퍼 카세트의 종류에 따른 웨이퍼 카세트를 설치할 수 있게 되어 있다. 대기반송 로봇(21·2)은 다른 웨이퍼 크기에 대응할 수 있는 핸드를 구비하고, 즉 웨이퍼의 떨어뜨려 넣음부가 웨이퍼 크기에 맞추어 복수로 설치되어 있고, 웨이퍼 크기에 있던 부분에서 핸드에 탑재되도록 되어 있다. 대기반송 로봇(21·2)은 웨이퍼를 설치장소(21·1)로부터 프리얼라이너(21·3)에 보내어 웨이퍼의 방향을 조정한 후, 웨이퍼를 프리얼라이너(21·3)로부터 인출하여 로드록실(21·4)내로 보낸다.

로드록실(21·4) 내부의 웨이퍼 랙도 동일한 구조로, 웨이퍼 랙의 웨이퍼지지부에는 웨이퍼 크기에 맞춘 복수의 떨어뜨려 넣음부가 형성되어 있고, 대기반송 로봇(21·2)의 핸드에 탑재된 웨이퍼는, 그 크기에 맞는 떨어뜨려 넣음부에 탑재되도록 로봇핸드의 높이가 조정되어 웨이퍼 랙내로 웨이퍼가 삽입되고, 그후 로봇핸드가 하강함으로써 웨이퍼지지부의 소정의 떨어뜨려 넣음부에 웨이퍼가 탑재된다.

로드록실(21·4)내의 웨이퍼 랙에 탑재된 웨이퍼는, 이어서 반송실(21·5)내에 설치된 진공반송 로봇(21·6)에 의하여 로드록실(21·3)로부터 인출되어 시료실(21·7)내의 스테이지(21·8)상으로 반송된다. 진공반송 로봇(21·6)의 핸드도 대기반송 로봇(21·2)과 마찬가지로 웨이퍼 크기에 맞는 복수의 떨어뜨려 넣음부를 가지고 있다. 로봇핸드의 소정의 떨어뜨려 넣음부에 탑재된 웨이퍼는, 스테이지(21·8)에 있어서 미리 웨이퍼 크기에 맞는 보정 링(21·9)을 탑재한 정전척 위에 탑재되어 정전척으로 흡착 고정된다. 보정 링(21·9)은, 반송실(21·5)내에 설치된 보정 링 랙(21·10) 위에 탑재되어 있다. 따라서 진공반송 로봇(21·6)은 웨이퍼 크기에 맞는 보정 링(21·9)을 보정 링 랙(21·10)으로부터 인출하여 정전척상으로 반송하고, 정전척 바깥 둘레부에 형성된 위치 결정용 소킷부에 보정 링(21·9)을 끼워 넣고 나서 웨이퍼를 정전척에 탑재한다.

보정 링을 교환할 때는 이 반대의 조작을 행한다. 즉, 로봇(21·6)에 의하여 정전척으로부터 보정 링(21·9)을 꺼내어 반송실(21·5)내의 보정 링 랙(21·10)으로 보정 링을 되돌리고, 이제부터 검사하는 웨이퍼 크기에 맞는 보정 링을 보정 링 랙(21·10)으로부터 정전척까지 반송한다.

도 21에 나타내는 검사장치에 있어서는, 프리얼라이너(21·3)가 로드록실(22·4)의 근처에 설치되어 있기 때문에, 웨이퍼의 얼라이먼트가 불충분하므로 로드록실로부터 보정 링을 장착할 수 없는 경우에도 웨이퍼를 프리얼라이너로 되돌려 다시 얼라이먼트하는 것이 용이하고, 공정에서의 시간의 손실을 줄이게 한다는 이점이 있다.

도 22는 보정 링의 설치장소를 바꾼 예로서, 보정 링 랙(21·10)은 생략되어 있다. 로드록실(22·1)에는 웨이퍼 랙과 보정 링 랙이 계층적으로 형성되어 있고, 이들은 엘리베이터에 설치되어 상하 이동할 수 있다. 먼저 이제부터 검사할 웨이퍼 크기에 맞는 보정 링을 정전척에 설치하기 위하여 진공반송 로봇(21·6)이 상기 보정 링을 인출할 수 있는 위치까지 로드록실(22·1)의 엘리베이터를 이동한다. 그리고 보정 링을 진공반송 로봇(21·6)으로 정전척 위에 설치하면, 이번에는 검사해야 할 웨이퍼를 반송할 수 있도록 엘리베이터를 조작하여, 웨이퍼를 진공반송 로봇(2l·6)으로 웨이퍼 랙로부터 인출한 후, 정전척에 탑재한다. 이 구성의 경우, 로드록실(22·1)에 엘리베이터가 필요하게 되나, 진공의 반송실(21·5)을 작게 형성할 수 있어 장치의 풋프린트를 작게 하는 데에 있어서 유효하다.

또한 정전척 위에 웨이퍼가 존재하는지의 여부를 검지하는 센서는, 다른 웨이퍼 크기의 어느 쪽에도 대응할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하나, 그것이 불가능한 경우에는 동일한 작용을 하는 복수의 센서를 웨이퍼 크기별로 배치하여도 좋다.

도 21에 관하여 설명한 검사장치에 있어서는, 정전척의 위에 보정 링을 탑재하고, 그 보정 링의 내경에 적합하도록 웨이퍼를 위치 결정한다는 순서가 취해지고 있다. 따라서 도 22에 나타내는 검사장치에 있어서는, 로드록실(22·1)에서 웨이퍼에 보정 링을 장착하고, 보정 링이 장착된 웨이퍼를 보정 링마다 반송하여 시료실(21·7)에 도입하여 스테이지상의 정전척에 장착한다는 순서가 취해진다. 그것을 실현하는 기구로서, 도 22-1 및 도 22-2에 나타내는 엘리베이터를 상하시켜 웨이퍼를 대기반송 로봇으로부터 진공반송 로봇으로 건네 주기 위한 엘리베이터기구가 있다. 이하, 이 기구를 사용하여 웨이퍼를 반송하는 순서를 설명한다.

도 22-1의 (a)에 나타내는 바와 같이 로드록실 중에 설치된 엘리베이터기구는 상하방향으로 이동 가능하게 설치된 복수단(도면에서는 2단)의 보정 링 지지대를 가진다. 상단의 보정 링 지지대(22·2)와 하단의 보정 링 지지대(22·3)는, 제 1 모터(22·4)의 회전에 의하여 승강하는 제 1 대(22·5)에 고정되고, 이것에 의하여 제 1 모터(22·4)의 회전에 의하여 제 1 대(22·5) 및 상하의 보정 링 지지대(22·2, 22·3)가 윗쪽 또는 아래쪽으로 이동하게 된다.

각 보정 링 지지대에는 웨이퍼의 크기에 따른 내경의 보정 링(22·6)이 탑재되어 있다. 보정 링(22·6)은 200 mm 웨이퍼용과 300 mm 웨이퍼용의 내경이 다른 2종류가 준비되고, 이들 보정 링의 외경은 동일하다. 이와 같이 동일한 외경의 보정 링을 사용함으로써, 상호 호환성이 생겨 로드록실 중에 200 mm 용과 300 mm 용을 자유로운 조합으로 탑재하여 두는 것이 가능하게 된다. 즉, 200 mm 웨이퍼와 300 mm 웨이퍼가 혼합하여 흘러 오는 라인에 대해서는 상단을 300 mm용, 하단을 200 mm 용으로 하여, 어느 쪽의 웨이퍼가 흘러오더라도 검사를 행할 수 있도록 유연하게 대응할 수 있다. 또 동일한 크기의 웨이퍼가 흘러 오는 라인이면 상하의 단을 200 mm 용 또는 300 mm 용으로 하여, 상/하단의 웨이퍼를 교대로 검사할 수 있기 때문에, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

제 1 대(22·5)에는 제 2 모터(22·7)가 탑재되고, 제 2 모터(22·7)에는 제 2 대(22·8)가 승강 가능하게 설치되어 있다. 제 2 대(22·8)에는 상단의 웨이퍼지지대(22·9)와 하단의 웨이퍼지지대(22·10)가 고정되어 있다. 이에 의하여 제 2 모터(22·7)가 회전하면 제 2 대(22·8)와 상하의 웨이퍼지지대(22·9, 22·10)가 일체로 윗쪽 또는 아래쪽으로 이동하게 된다.

따라서 도 22-1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 대기반송 로봇(21·2)의 핸드에 얹어 로드록실(22·1)로 반입하고, 이어서 (b)에 나타내는 바와 같이 제 2 모터(22·7)를 제 1 방향으로 회전시켜 웨이퍼 지지대(22·9, 22·10)를 윗쪽으로 이동시켜 웨이퍼(W)를 상단의 웨이퍼지지대(22·9)의 위에 탑재시킨다. 이것에 의하여 웨이퍼(W)를 대기반송 로봇(21·2)으로부터 웨이퍼지지대(22·9)로 옮긴다. 그후 (C)에 나타내는 바와 같이 대기반송 로봇(21·2)을 후퇴시켜 대기반송 로봇(21·2)의 후퇴가 완료한 곳에서 (D)에 나타내는 바와 같이 제 2 모터(22·7)를 제 1 방향과는 반대의 방향으로 회전시켜 웨이퍼지지대(22·9, 22·10)를 아래 쪽으로 이동시킨다. 이에 의하여 웨이퍼(W)는 상단의 보정 링(22·6)에 탑재된다.

이어서 (E)에 나타내는 바와 같이 진공반송 로봇(21·6)의 핸드를 로드록실(22·1) 속에 넣어 보정 링(22·6)의 아래쪽에서 정지시킨다. 이 상태에서 제 1 모터(22·4)를 회전시켜 (F)에 나타내는 바와 같이 제 1 대(22·5), 상하의 보정 링 지지대(22·2, 22·3), 제 2 모터(22·7) 및 상하의 웨이퍼지지대(22·9, 22·10)를 아래 쪽으로 이동시키고, 이것에 의하여 상단의 웨이퍼지지대(22·9)에 탑재되어 있던 보정 링(21·6) 및 웨이퍼(W)를 진공반송 로봇(21·6)의 핸드에 얹어 시료실(21·7)로 반입할 수 있다.

시료실(21·7)에서의 검사가 종료한 웨이퍼를 로드록실(21·4)로 되돌리는 동작은 상기와는 반대의 순서로 행하여지고, 보정 링과 함께 진공반송 로봇에 의하여 웨이퍼지지대의 위로 반입된 웨이퍼는, 보정 링 지지대에 이어서 웨이퍼지지대로 옮겨지고, 제일 마지막으로 대기반송 로봇에 탑재되게 된다. 또한 도 22-1 및 도 22-2에 있어서는 상단에 있어서의 웨이퍼 주고 받기동작을 설명하였으나, 대기반송 로봇(21·2) 및 진공반송 로봇(21·6)의 핸드의 높이를 조정함으로써 하단에 있어서도 동일한 동작이 가능하다. 이와 같이 대기반송 로봇(21·2) 및 진공반송 로봇(21·6)의 핸드의 높이를 적절하게 바꿈으로써 한쪽 끝으로부터 미검사 웨이퍼를 시료실로 반입하고, 이어서 검사가 끝난 웨이퍼를 시료실로부터 다른쪽 끝으로 반출하는 것을 교대로 행할 수 있다.

2-2) 웨이퍼의 반송방법

다음에 카세트 홀더(13·2)에 지지된 카세트(13·12)로부터 워킹챔버(13·16)내에 설치된 스테이지장치(13·6)까지로의 웨이퍼의 반송을 순서대로 설명한다(도 14∼도 16 참조).

카세트 홀더(13·2)는 상기한 바와 같이 사람의 손에 의하여 카세트를 세트하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것이, 또한 자동적으로 카세트를 세트하는 경우에는 그것에 적합한 구조의 것이 사용된다. 이 실시형태에 있어서 카세트(13·12)가 카세트 홀더(13·2)의 승강테이블(13·13)의 위에 세트되면 승강 테이블(13·13)은 승강기구(13·14)에 의하여 강하되어 카세트(13·12)가 출입구(13·15)에 정합된다. 카세트가 출입구(13·15)에 정합되면 카세트에 설치된 커버(도시 생략)가 개방되고, 카세트와 미니 인바이러먼트장치(13·3)의 출입구(13·15)와의 사이에는 통형상의 덮개가 배치되어 카세트내 및 미니 인바이러먼트 공간내를 외부로부터 차단한다. 이들 구조는 공지의 것이기 때문에, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또한 미니 인바이러먼트장치(13·3)측에 출입구(13·15)를 개폐하는 셔터장치가 설치되어 있는 경우에는 그 셔터장치가 동작하여 출입구(13·15)를 개방한다.

한편 제 1 반송 유닛(16·14)의 아암(16·16)은 방향(M1 또는 M2) 중 어느 한쪽을 향한 상태(이 설명에서는 M1의 방향)로 정지되어 있고, 출입구(13·15)가 개방되면 아암이 신장하여 앞쪽 끝에서 카세트내에 수용되어 있는 웨이퍼 중 1매를 수취한다. 또한 아암과 카세트로부터 인출되어야 할 웨이퍼와의 상하방향의 위치조정은, 이 실시형태에서는 제 1 반송 유닛(16·14)의 구동부(16·15) 및 아암(16·16)의 상하이동으로 행하나, 카세트 홀더의 승강 테이블의 상하이동을 행하여도 또는 그 양자로 행하여도 좋다.

아암(16·16)에 의한 웨이퍼의 수취가 완료되면, 아암은 줄어 들어 셔터장치를 동작하여 출입구를 폐쇄하고(셔터장치가 있는 경우), 다음에 아암(16·16)은 축선 (O₁-O₁)의 주위에서 회동하여 방향 M3을 향하여 신장할 수 있는 상태가 된다. 그렇게 하면 아암은 신장하여 앞쪽 끝에 얹혀지고 또는 척으로 파지된 웨이퍼를 프리얼라이너(16·5)의 위에 얹어, 그 프리얼라이너(16·5)에 의하여 웨이퍼의 회전방향의 방향 (웨이퍼 평면에 수직한 중심축선의 회전방향)을 소정의 범위내에 위치결정한다. 위치결정이 완료되면 반송 유닛(16·14)은 아암의 앞쪽 끝에 프리얼라이너(16·5)로부터 웨이퍼를 수취한 후 아암을 수축시켜 방향 M4를 향하여 아암을 신장할 수 있는 자세가 된다. 그렇게 하면 셔터장치(14·8)의 도어(13·27)가 움직여 출입구(13·25 및 13·37)를 개방하고 아암(16·16)이 신장하여 웨이퍼를 제 1 로딩챔버(14·2)내의 웨이퍼 랙(14·11)의 상단측 또는 하단측에 얹는다. 또한 상기한 바와 같이 셔터장치(14·8)를 개방하여 웨이퍼 랙(14·11)에 웨이퍼가 주고 받아지기 전에 칸막이벽(14·5)에 형성된 개구(17·4)는 셔터장치(14·10)의 도어(14·19)에 의하여 기밀상태로 폐쇄되어 있다.

상기 제 1 반송 유닛(16·14)에 의한 웨이퍼의 반송과정에 있어서 미니 인바이러먼트장치(13·3)의 하우징의 위에 설치된 기체공급유닛(16·9)으로부터는 청정공기가 층류형상으로 흘러(다운 플로우로서), 반송도중에 먼지가 웨이퍼의 상면에 부착되는 것을 방지한다. 반송 유닛 주변 공기의 일부(이 실시형태에서는 공급 유닛으로부터 공급되는 공기의 약 20%로 주로 오염된 공기)는 배출장치(16·4)의 흡입덕트(16·12)로부터 흡인되어 하우징 밖으로 배출된다. 나머지 공기는 하우징의 바닥부에 설치된 회수 덕트(16·10)를 거쳐 회수되어 다시 기체공급유닛(16·9)으로 되돌아간다.

로더 하우징(13·5)의 제 1 로딩 챔버(14·2)내의 웨이퍼 랙(14·11)내에 제 1 반송 유닛(16·14)에 의하여 웨이퍼가 얹혀지면 셔터장치(14·8)가 폐쇄되어 로딩 챔버(l4·2)내를 밀폐한다. 그렇게 하면 제 1 로딩 챔버(14·2)내에는 불활성가스가 충전되어 공기가 추방된 후, 그 불활성가스도 배출되어 그 로딩챔버(14·2)내는 진공분위기가 된다. 이 제 1 로딩챔버(14·2)의 진공분위기는 저진공도로 좋다. 로딩챔버(14·2)내의 진공도가 어느 정도 얻어지면 셔터장치(14·10)가 동작하여 도어(14·19)로 밀폐하고 있는 출입구(17·4)의 셔터(14·5)를 개방하여 제 2 반송 유닛(14·12)의 아암(14·20)이 신장하여 앞쪽 끝의 파지장치로 웨이퍼받이(14·11)로부터 1매의 웨이퍼를 수취한다(앞쪽 끝의 위에 얹음 또는 앞쪽 끝에 설치된 척으로 파지하여). 웨이퍼의 수취가 완료되면 아암이 줄어 들고, 셔터장치(14·10)가 다시 동작하여 도어(14·19)로 출입구(17·4)를 폐쇄한다.

또한 셔터장치(14·10)가 개방되기 전에 아암(14·20)은 미리 웨이퍼 랙(14·11)의 방향 N1을 향하여 신장할 수 있는 자세가 된다. 또 상기한 바와 같이 셔터장치(14·10)가 개방되기 전에 셔터장치(13·29)의 도어(14·9)와 출입구(14·7, 14·1)를 폐쇄하고 있고, 제 2 로딩챔버(14·3)내와 워킹챔버(13·16)내의 연통을 기밀상태로 저지하고 있으며, 제 2 로딩챔버(14·3)내는 진공배기된다.

셔터장치(14·10)가 출입구(17·4)를 폐쇄하면 제 2 로딩챔버(14·3)내는 다시 진공배기되어 제 1 로딩챔버(14·2)내보다도 고진공도의 진공이 된다. 그 사이에 제 2 반송 유닛(16·14)의 아암은 워킹챔버(13·16)내의 스테이지장치(13·6)의 방향을 향하여 신장할 수 있는 위치로 회전된다. 한편 워킹챔버(13·16)내의 스테이지장치(13·6)에서는, Y 테이블(13·33)이 X 테이블(13·34)의 중심선(X₀-X₀)이 제 2 반송 유닛(14·12)의 회동 축선(O₂-O₂)을 지나는 X축선(X₁-X₁)과 대략 일치하는 위치까지 도 14에서 윗쪽으로 이동하고, 또 X 테이블(13·34)은 도 14에서 가장 좌측의 위치에 접근하는 위치까지 이동하여, 이 상태에서 대기하고 있다. 제 2 로딩 챔버(14·3)가 워킹챔버(13·16)의 진공상태와 대략 동일하게 되면, 셔터장치(13·29)의 도어(14·9)가 움직여 출입구(14·7, 14·1)를 개방하고, 아암이 신장하여 웨이퍼를 유지한 아암의 앞쪽 끝이 워킹챔버(13·16)내의 스테이지장치(13·6)에 접근한다. 그리고 스테이지장치(13·6)의 탑재면(14·14) 위에 웨이퍼를 탑재한다. 웨이퍼의 탑재가 완료되면 아암이 줄어 들어 셔터장치(13·29)가 출입구(14·7, 14·1)를 폐쇄한다.

스테이지에는 웨이퍼에 역바이어스 전위(리타딩 전위)를 인가하는 기구가 있기 때문에, 아암이 스테이지에 웨이퍼를 놓으러 가는 또는 가지러 갈 때, 아암을 스테이지와 동일 또는 가까운 전위, 또는 아암을 플로팅전위로 하여 둠으로써, 전위의 단락에 의한 방전 등의 불량을 피하는 기구를 가지고 있다. 또 다른 실시형태로서 웨이퍼를 스테이지장치상으로 반송할 때는 웨이퍼에의 바이어스 전위를 오프로 하여 두어도 좋다.

바이어스 전위를 제어하는 경우에는 웨이퍼가 스테이지로 반송될 때까지는 전위를 오프로 하여 두고, 스테이지로 반송되어 탑재되고 나서 온으로 하여 바이어스 전위를 인가하도록 하여도 좋다. 바이어스 전위를 인가하는 시기는 택트타임을 미리 설정하여 두고, 그것에 따라 인가하여도 좋고, 스테이지의 위에 웨이퍼가 탑재된 것을 센서로 검출하여 그 검출신호를 트리거로서 인가하도록 하여도 좋다. 또 셔터장치(13·29)가 출입구(14·7, 14·1)를 폐쇄한 것을 검출하여, 그 검출신호를 트리거로서 인가하여도 좋다. 또한 정전척을 사용하는 경우에는 정전척에 흡착된 것을 확인하고, 그것을 트리거로 하여 바이어스 전위를 인가하도록 하여도 좋다.

이상은, 카세트(13·l2)내의 웨이퍼를 스테이지장치상으로 반송하기까지의 동작에 대하여 설명하였으나, 스테이지장치(13·6)에 얹혀져 처리가 완료된 웨이퍼를 스테이지장치(13·6)로부터 카세트(13·12)내로 되돌리기 위해서는 상기와 반대의 동작을 행하여 되돌린다. 또 웨이퍼 랙(14·11)에 복수의 웨이퍼를 탑재하여 두기 때문에, 제 2 반송 유닛(14·12)으로 웨이퍼 랙(14·11)과 스테이지장치(13·6)와의 사이에서 웨이퍼의 반송을 행하는 동안에 제 1 반송 유닛(16·14)으로 카세트와 웨이퍼 랙(14·11)과의 사이에서 웨이퍼의 반송을 행할 수 있어, 검사처리를 효율 좋게 행할 수 있다.

구체적으로는 웨이퍼 랙(14·11)에 이미 처리가 끝난 웨이퍼(A)와 미처리 웨이퍼(B)가 있는 경우, 먼저 스테이지장치(13·6)로 미처리 웨이퍼(B)를 이동한다. 그 사이에 처리가 끝난 웨이퍼(A)를 아암에 의하여 웨이퍼 랙으로부터 카세트(13·12)로 이동하여 미처리 웨이퍼(C)를 마찬가지로 아암에 의하여 카세트(13·12)로부터 뽑아 내어 프리얼라이너(16·5)로 위치 결정한 후, 로딩챔버(14·2)의 웨이퍼 랙(14·11)으로 이동한다.

이와 같이 함으로써 웨이퍼 랙(14·11)의 속은, 웨이퍼(B)를 처리 중에 처리가 끝난 웨이퍼(A)를 미처리 웨이퍼(C)로 치환할 수 있다. 또 검사나 평가를 행하는 이와 같은 장치의 이용방법에 따라서는 스테이지장치(13·6)를 복수대 병렬로 두고, 각각의 장치에 하나의 웨이퍼 랙(14·11)으로부터 웨이퍼를 이동함으로써 복수매의 웨이퍼를 동일한 처리할 수도 있다.

도 23은 주하우징(13·4)의 지지방법의 변형예가 나타나 있다. 도 23에 나타낸 변형예에서는 하우징 지지장치(23·1)를 두께가 두꺼운 직사각형의 강판(23·2)으로 구성하고, 그 강판의 위에 하우징 본체(23·3)가 얹혀져 있다. 따라서 하우징 본체(23·1)의 바닥벽(23·4)은 상기 실시형태의 바닥벽에 비하여 얇은 구조로 되어 있다. 도 24에 나타낸 변형예에서는 하우징 지지장치(24·1)의 프레임구조체(24·2)에 의하여 하우징 본체(24·3) 및 로더 하우징(24·4)을 매달은 상태로 지지하도록 되어 있다.

프레임구조체(24·2)에 고정된 복수의 세로 프레임(24·5)의 하단은 하우징 본체(24·3)의 바닥벽(24·6)의 4 모서리에 고정되고, 그 바닥벽에 의하여 둘레벽 및 정상벽을 지지하도록 되어 있다. 그리고 방진장치(24·7)는 프레임구조체(24·2)와 대 프레임(24·8)과의 사이에 설치되어 있다. 또 로더 하우징(24·4)도 프레임구조체(24·2)에 고정된 매달음부재(24·9)에 의하여 매달려 있다. 하우징 본체(24·3)의 이 도 24에 나타낸 변형예에서는 매달음식으로 지지하기 때문에, 주하우징 및 그 속에 설치된 각종 기기 전체의 저중심화가 가능하다. 상기 변형예를 포함한 주하우징 및 로더 하우징의 지지방법으로는 주하우징 및 로더 하우징에 바닥으로부터의 진동이 전달되지 않게 되어 있다.

도시 생략한 다른 변형예에서는 주하우징의 하우징 본체만이 하우징 지지장치에 의하여 밑으로부터 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니 인바이러먼트장치(13·3)와 동일한 방법으로 바닥 위에 설치될 수 있다. 또 도시 생략한 또 다른 변형예에서는 주하우징(13·4)의 하우징 본체만이 프레임구조체에 매달음식으로 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니 인바이러먼트장치와 동일한 방법으로 바닥 위에 설치될 수 있다.

상기한 실시형태에 의하면, 다음과 동일한 효과를 가지는 것이 가능하다.

(1) 전자선을 사용한 사상 투영방식의 검사장치의 전체구성을 얻을 수 있고, 높은 스루풋으로 검사대상을 처리할 수 있다.

(2) 미니 인바이러먼트 공간내에서 검사대상으로 청정기체를 흘려 먼지의 부착을 방지함과 동시에 청정도를 관찰하는 센서를 설치함으로써 그 공간내의 먼지를 감시하면서 검사대상의 검사를 행할 수 있다.

(3) 로딩챔버 및 워킹챔버를 일체적으로 진동방지장치를 거쳐 지지하였기 때문에 외부의 환경에 영향받지 않고 스테이지장치에의 검사대상의 공급 및 검사를 행할 수 있다.

2-3) 전자 광학계

2-3-1) 개요

전자광학계(13·8)는 하우징 본체(13·17)에 고정된 경통(13·38) 속에 설치된 도 25-1에 개략적으로 나타내는 1차 전자광학계(이하, 단지 1차 광학계라 한다)( 25·1)와, 2차 전자광학계(이하, 단지 2차 광학계라 한다)(25·2)를 구비하는 전자 광학계와, 검출계(25·3)를 구비한다. 1차 광학계(25·1)는 전자선을 검사대상인 웨이퍼(W)의 표면에 조사하는 광학계이고, 전자선을 방출하는 전자총(25·4)과, 전자총(25·4)으로부터 방출된 1차 전자선을 집속하는 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(25·5)와, 비엔나 필터, 즉 E × B 분리기(25·6)와, 대물렌즈계(25·7)를 구비하고, 그것들은 도 25-1에 나타내는 바와 같이 전자총(25·4)을 최상부로 하여 순서대로 배치되어 있다. 이 실시형태의 대물렌즈계(25·7)를 구성하는 렌즈는 감속전계형 대물렌즈이다. 이 실시형태에서는 전자총(25·4)으로부터 방출되는 1차 전자선의 광축은, 검사대상인 웨이퍼(W)에 조사되는 조사 광축(웨이퍼의 표면에 수직하게 되어 있다)에 대하여 비스듬하게 되어 있다. 대물렌즈계(25·7)와 검사대상인 웨이퍼(W)와의 사이에는 전극(25·8)이 배치되어 있다. 이 전극(25·8)은 1차 전자선의 조사 광축에 대하여 축대칭의 형상으로 되어 있고, 전원(25·9)에 의하여 전압 제어되게 되어 있다.

2차 광학계(25·2)는 E × B형 편향기(25·6)에 의하여 1차 광학계로부터 분리된 2차 전자를 통과시키는 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(25·10)를 구비하고 있다. 이 렌즈계(25·10)는 2차 전자상을 확대하는 확대렌즈로서 기능한다.

검출계(25·3)는, 렌즈계(25·10)의 결상면에 배치된 검출기(25·11) 및 화상처리부(25·12)를 구비하고 있다.

1차 빔의 입사방향은 통상 E × B 필터의 E 방향(전계의 역방향)이고, 이 방향과 적산형의 라인센서(TDI : time delay integration)의 적산방향과는 동일방향으로 되어 있다. TDI의 적산방향은 1차 빔 방향과 달라도 상관없다.

전자빔 광학계 경통은 이하의 구성요소를 구비하고 있다.

(1) 컬럼 자기 시일드

경통을 구성하는 부재에는 바람직하게는 퍼멀로이 등의 니켈합금이나 철 등의 자성체를 사용하면 되고, 자기적인 외란의 영향을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.

(2) 검출기 회전기구

스테이지의 주사축방향과 검출기의 주사방향을 일치시키기 위하여 경통(13·38)의 상부에는 경통(13·38) 내를 진공으로 유지한 상태 그대로 TDI 등의 검출기(25·11)를 광축 주위로 ±수도 정도 회전할 수 있게 하여 장치의 조립에 의하여 생기는 주사방향의 어긋남을 없애는 검출기 회전기구를 가지고 있다. 이 기구에 있어서는 회전 분해능 및 회전위치 재현성은 5 내지 40초 정도 필요하다. 이것은 검출기에 있어서 1 프레임분의 화상을 주사하는 동안에 스테이지의 주사방향과 검출기의 주사방향과의 어긋남을 1 픽셀의 1/10 정도로 수습할 필요로부터 나온다. 검출기 회전기구에 의하면 스테이지의 이동방향과 TDI의 적산방향의 각도 오차를 10 mrad 이하, 바람직하게는 1 mrad 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 mrad 이하로 조정하는 것도 가능하다.

이하, 도 25-3 내지 도 25-5를 사용하여 검출기 회전기구의 구성의 일례를 설명한다. 도 25-3은 경통(13·38)의 상부에 설치된 검출기 회전기구의 전체의 구성을 나타내는 도면이고, 도 25-4는 상부 경통을 회전시키기 위한 기구의 개략도이고, 도 25-5는 상부 경통과 하부 경통을 시일하기 위한 기구를 나타내고 있다.

도 25-3에 있어서, 경통(13·38)의 상단은 검출기(25·11)가 설치된 상부 경통(25·20)과, 주하우징(13·4)에 고정된 하부 경통(25·21)으로 이루어진다. 상부 경통(25·20)은 하부 경통(25·21)에 대하여 베어링(25·22)을 거쳐 지지되어 2차 광학계의 광축의 주위로 회전 가능하고, 또 상부 경통(25·20)과 하부 경통(25·21)의 사이에는 경통(13·38)의 내부를 진공으로 유지하기 위하여 시일부(25·23)가 설치된다. 구체적으로는 상부 경통(25·20)의 하단과 하부 경통(25·21)의 상단과의 사이에 시일부(25·23)를 설치함과 동시에, 하부 경통(25·21)의 상단에 상부 경통(25·20)을 둘러 싸도록 플랜지부(25·24)를 설치하고, 이 플랜지부(25·24)와 상부 경통(25·20)의 측면과의 사이에 베어링(25·22)를 설치한다.

상부 경통(25·20)과 하부 경통(25·21)에는 각각 베어링(25·22)을 누르기 위한 베어링 누름체(25·25, 25·26)가 나사 고정된다. 또한 상부 경통(25·20)을 하부 경통(25·21)에 대하여 회전시키기 위하여 도 25-4에 나타내는 구동기구가 설치된다. 즉, 플랜지부(25·24)의 상단에 설치된 베어링 누름체(25·26)의 일부에는 돌기(25·27)가 설치되고, 한편 상부 경통(25·20)으로부터 돌출 설치된 부재(브래킷)(25·28)에는 액츄에이터(25·29)가 고정된다. 액츄에이터(25·29)의 축(25·30)은 돌기(25·27)와 접촉하고, 플랜지부(25·24)와 액츄에이터(29·29)가 고정된 설치부재(브래킷)(25·28)와의 사이에는 돌기(25·27)쪽으로 끌어 당기는 힘이 주어진 예압 스프링(25·31)이 설치된다. 이에 의하여 액츄에이터(25·29)를 작동시켜 축(25·30)이 액츄에이터(25·29)로부터 돌출하는 길이를 바꿈으로써 하부 경통(25·21)에 대하여 상부 경통(25·20)을 원하는 각도만큼 원하는 방향으로 회전시킬 수 있다.

상기한 회전 정밀도를 위해서는 액츄에이터(25·29)의 이동 분해능은 5 ∼ 10㎛ 정도인 것이 바람직하다. 또 액츄에이터(25·29)로서는 피에조·액츄에이터나 마이크로미터를 모터 구동하는 것이 좋다. 또 액츄에이터(25·29)를 고정하는 브래킷(25·28)과 돌기(25·27)와의 상대거리를 측정할 수 있는 센서를 설치하여 검출기(25·11)의 회전위치를 측정하는 것이 바람직하다. 센서에는 리니어스케일, 포텐시오미터, 레이저 변위계, 왜곡 게이지 등을 사용할 수 있다.

시일부(25·23)는 경통(13·38)의 내부를 진공으로 유지하기 위하여 도 25-5에 나타내는 바와 같이 하부 경통(25·21)의 상단면과 상부 경통(25·20)의 하단면과의 사이에 약간의 간극(25·32)(도 25-5)이 형성되도록 설치된다. 시일부(25·23)는 중앙부에 고정된 칸막이 링(25·33)과 2개의 탄성 시일(25·34, 25·35)을 구비하고, 각 탄성 시일(25·34, 25·35)의 립부의 사이에는 시일면의 면압을 확보하여 시일성을 높이기 위한 스프링(25·36, 25·37)이 각각 설치된다. 칸막이 링(25·33)의 중앙에는 하부 경통(25·21)에 형성된 배기로(25·38)와 연속되어 있는 배기구(25·39)가 설치된다. 탄성 시일(25·34, 25·35)은 마찰계수가 아주 작고 슬라이딩성이 뛰어 난 재질로 만들어지는 것이 바람직하고, 예를 들면 미국 휴론사제의 옴니시일을 사용할 수 있다.

이와 같이 탄성 시일을 2중으로 배치하여, 그 중간의 공간(25·40)을 진공배기함으로써 상부 경통(25·20)이 회전하여 약간의 누설이 대기측의 탄성 시일(25·35)에 발생하여도 누설한 공기는 배기로(25·38)로 배기되어 공간(25·40)의 압력이 그다지 상승하지 않는다. 그 때문에 탄성 시일(25·34)로부터 경통내로의 누설이 발생하지 않고, 경통내의 진공을 열화시키는 일이 없다. 공간(25·40)은 계속적으로 진공배기되어도 좋으나, 검출기 회전기구를 작동시켰을 때에만 배기하는 것도 가능하다. 이것은 누설이 생기기 쉬운 것은 회전시이고, 회전시키지 않을 때에는 탄성 시일(25·34, 25·35)과 상부 경통(25·20)의 하단과의 면압으로 충분히 시일할 수 있기 때문이다.

탄성 시일(25·34, 25·35)과 상하의 면과의 면압을 적절하게 설정하는 것이 중요하고, 이것은 간극(25·32)의 크기를 조정함으로써 실현할 수 있다. 간극(25·32)의 조정은 베어링(25·22)과 하부 경통(25·21)의 상단면과의 사이에 심(25·41)을 넣음으로써 행할 수 있다. 여기에 심(25·41)을 넣음으로써 하부 경통(25·21)에 대한 베어링(25·22)의 높이를 바꿀 수 있다. 이에 대하여 상부 경통(25·20)에서는 누름체(25·25, 25·26)로 베어링(25·22)을 끼워 넣고 있기 때문에, 베어링(25·22)은 상부 경통(25·20)과 함께 상하 이동하는 구조로 되어 있고, 심(25·41)의 두께 분만큼 상부 경통(25·20)과 하부 경통(25·21) 사이의 간극(25·32)이 바뀌게 된다.

또한 경통의 사양에 따라서는 도 25-5에 나타내는 바와 같이 2중의 시일을 설치하지 않고, 한겹의 시일만으로 하여 시일 사이의 진공배기를 행하지 않아도 충분한 경우가 있다. 그러나 2중 시일의 쪽이 신뢰성이 높고, 고진공을 얻기 쉽다. 또 상기의 설명에서는 탄성 시일(25·34, 25·35)의 내부에 스프링(25·36, 25·37)을 설치하도록 하였으나, 진공과 대기압과의 차압으로 탄성 시일(25·34, 25·25)이 상하면에 충분히 가압되는 경우나, 탄성 시일(25·34, 25·35) 자체에 충분한 반발력이 있는 경우에는 스프링(25·36, 25·37)을 생략하여도 좋다.

이상과 같은 구성의 회전기구에 의하여 검출기와 스테이지와의 방향을 맞추기 위해서는 검출기(25·11)를 미소량 회전시키고, 그 때마다 검출기(25·11)의 주사촬상을 행하여 가장 샤프한 화상이 얻어졌을 때의 각도에 검출기(25·11)의 각도를 맞추면 좋다. 이하에 그 구체적인 방법을 설명한다.

검출기 회전기구의 회전 이동범위에 있어서, 검출기(25·11)를 미소 각도 회전시켜 검출기(25·11)의 주사촬상을 행하여 얻어진 화상에 대하여 화상처리를 실시함으로써 콘트라스트 등의 상질(像質)을 평가할 수 있는 수치를 구한다. 이것을 반복함으로써 검출기(25·11)의 회전위치와 상질과의 관계를 구하여, 가장 상질이 좋을 때의 검출기(25·11)의 회전위치를 구한다. 그래서 그 위치까지 검출기(25·11)를 회전시킴으로써 검출기(25·11)의 위치결정작업이 완료된다.

스테이지와 검출기(25·11)와의 위치 어긋남의 허용값은 검출기(25·11)의 1 프레임분의 화상을 주사하는 동안에 스테이지의 주사방향과 검출기의 주사방향과의 어긋남이 1 픽셀의 1/10 정도로 수습될 필요로부터 결정된다. 따라서 주사방향으로 픽셀이 약 500단 늘어서 있는 경우의 허용각도 어긋남은 약 40초가 된다.

스테이지와 검출기와의 각도의 어긋남을 40초 이하로 맞추기 위해서는 상기한 검출기의 위치와 상질과의 관계를 다항식 근사 등의 방법에 의하여 수치화하여 상질이 최선이 될 때의 검출기(25·11)의 위치를 구하는 방법이나, 먼저 검출기(25·11)를 거칠게 회전시켜 촬상을 행하여, 검출기의 위치와 상질과의 개략의 관계를 구하고, 상질이 최선이 되는 검출기의 위치의 범위를 압축, 다시 그 범위내에서 검출기를 미소량씩 회전시켜 동일한 조작을 행하여, 상질이 최선이 되는 검출기 위치를 정밀도좋게 구하는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같이 하여 스테이지와 검출기와의 각도 맞춤이 완료된 후에 각도의 어긋남이 생기는 것을 방지하기 위하여 록기구를 설치하는 것이 유효하다. 예를 들면 베어링 누름체(25·25, 25·26) 사이에 판형상 부품을 걸쳐두고 이 판형상 부품과 베어링 누름체(25·25, 25·26)를 볼트로 고정하면 좋다.

(3) NA 이동기구

NA는 광축방향이나 광축에 직교하는 방향으로 수 센티미터정도 이동할 수 있는 기구에 의하여 유지되어 있고, 배율의 변경에 연동하여 광학적으로 최적의 위치로 NA를 조정하는 것을 가능하게 하고 있다. NA 유지부에는 복수의 NA가 설치되도록 하는 것이 바람직하고, 그와 같은 기구를 부가함으로써 NA의 열화나 투과율을 변경하고 싶은 경우에 경통내를 진공으로 유지한 채로의 NA 교환이 가능하게 된다.

또, NA 유지부에는 바람직하게는 히터부가 설치되어 있고 NA를 고온 유지함으로써 NA가 열화되기 어렵게 되는 효과가 있다. 또 반응성가스의 배관부를 설치하는 것도 유효하여, 경통내를 진공으로 유지한 채로의 NA의 클리닝이 가능하게 된다.

(4) 아이솔레이션 밸브

경통에는 바람직하게는 경통내를 복수의 공간으로 분할할 수 있게 하기 위한 밸브가 설치되어 있다. 구체적으로는 MCP부나 전자총부의 공간을 스테이지부의 공간과 분리할 수 있도록 밸브를 설치하면 유효하다. 그와 같은 구성으로 함으로써 MCP 부나 전자총부를 진공으로 유지한 채로 스테이지 주변 등의 메인티넌스를 실시하는 것이 가능하게 된다. 또 반대로 스테이지부 등을 진공으로 유지한 채로 MCP부나 전자총부의 메인티넌스를 실시하는 것도 가능하다.

(5) 광축 시일드통

광축의 주위는 어스에 접지된 통형상의 부재에 의하여 둘러 싸여 있는 것이 바람직하고, 그와 같은 구성으로 함으로써 전기적인 외란의 영향을 억제하는 효과를 기대할 수 있다.

(6) MCP 바로 앞의 오리피스

일련의 전자광학계와 MCP부의 사이에는 오리피스형상 또는 가늘고 긴 통형상의 부재가 설치되어 있고, 양쪽의 공간을 연결하는 경로의 컨덕턴스가 작아지는 구성으로 함으로써 MCP부의 압력을 전자광학계의 1/5 정도, 바람직하게는 1/10 정도, 더욱 바람직하게는 1/100 정도 낮게 유지하는 것이 용이해진다.

(7) 전극 일체화, 고정밀도화

전자광학적으로 동심축상에 수 ㎛ 이하의 정밀도로 배치되는 것이 필요한 부품에 대해서는 바람직하게는 부재 끼리의 맞댐가공이나 수축끼움(冷嵌)이라는 방법에 의하여 조립되어 있으면 좋다.

(8) 광학현미경

저배율에서의 시료상이나 빛으로 본 경우의 화상을 전자빔 화상과 비교 참조를 위하여 광학현미경을 구비하고 있다. 배율은 전자빔 화상의 1/10 ∼ 1/5000 정도 바람직하게는 1/20 ∼ 1/1000, 더욱 바람직하게는 1/20 ∼ 1/100 정도이다. 시료 표면으로부터의 빛의 화상은 2차원의 고체 촬상소자(CCD)로 검출하여, CRT 상에 표시시킬 수 있다. 또한 메모리에 기억시켜 둘 수 있다.

(9) 동축 이온 펌프

이온 펌프 등의 무진동형의 진공배기계를 전자총부나 MCP부 부근의 광축 주위에 회전 대칭형상으로 배치함으로써, 배기계 자체에 의한 하전입자나 자장 등의 영향을 상쇄하면서 해당 부분을 고진공으로 유지하는 효과를 기대할 수 있다. 이것은 이온 펌프를 배관으로 전자총부 등에 접속하여 배기하는 경우, 배관의 컨덕턴스가 작아지는 것을 개선하고 있는 것에 의한다.

이하, 구체적인 실시형태에 대하여 설명한다.

(1) 실시형태 1

진공챔버, 진공배기계, 1차 광학계, 2차 광학계, 검출기, 화상처리기, 제어용 컴퓨터에 의하여 주로 구성되어 있는 검사장치의 일례이다. 도 26에 그 일례를 나타낸다.

전자빔을 시료에 조사하기 위한 1차 광학계(26·1)와 시료 표면으로부터 방출된 전자, 예를 들면 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자 등을 검출기로 유도하기 위한 2차 광학계(26·2)가 있다. 2차 광학계는 사상투영식 광학계이다. 1차 광학계와 2차 광학계를 분리하기 위하여, E × B 빔 분리기(26·3)가 사용된다. 또 검출기(26·4)에 의하여 검출된 전자의 화상신호는, 광신호 또는 전기신호로 변환되어 화상처리기(26·5)에 의하여 처리된다. 또 이때 검출기에 입사하는 전자수는 1화소 상당 영역에 200개 이하이어도 화상을 양호하게 형성할 수 있다. 물론 1화소 영역 중에 200개 이상인 경우도 화상을 양호하게 형성할 수 있음은 물론이다.

1차 광학계의 구성요소인 전자총(26·6)은, 열필라멘트로서 LaB6이 사용되고, 웨넬트, 인출전극(26·7)에 의하여 캐소드로부터의 전자를 끌어 낸다. 그후 2단의 A렌즈(아인첼 렌즈)(26·8)에 의하여 빔을 애퍼처(26·9)에 수속시켜 크로스오버를 형성한다. 그후 2단의 얼라이너(26·10), 애퍼처(26·11), 3단의 4극자 렌즈(26·12), 3단얼라이너(26·13)를 통과하여 빔 분리기에 입사하여 시료면방향으로 편향되고, 개구(26·14)와 2차 광학계의 P렌즈(대물렌즈)(16·16)를 통과하여 시료면에 대략 수직하게 조사된다.

애퍼처(26·9)에 의하여 크로스오버에서의 균일성이 높고, 또한 휘도가 높은 빔영역을 통과시키고, 애퍼처(26·11)에 의하여 4극자 렌즈에의 빔 입사 각도를 규정하는 얼라이너(편향기)(26·10)는 애퍼처(26·11) 및 4극자 렌즈(26·12)의 광축 중심으로 빔을 입사시키기 위한 조정에 사용된다. 4극자 렌즈(26·12)는 빔의 2방향, 예를 들면, X, Y 방향의 궤도를 바꾸어 빔의 형상을 변형하는 것에 이용된다. 예를 들면 시료 조사빔형상에 있어서, 원형, 타원형, 직사각형, 직사각형·타원의 x, y 방향의 형상의 비율변경 등을 실현할 수 있다(도 27 참조). 4극자 렌즈통과후, 얼라이너(26·14)에 의하여 애퍼처(26·15), P 렌즈(대물렌즈)(26·16)의 중심을 통과하도록 조정되어 시료 표면에 입사한다. 이때 조사빔의 형상은, 2축의 적어도 하나에 대하여 대칭적으로 형상을 형성할 수 있다. 빔 형상은 비대칭이어도 좋다. 시료 표면에 조사되는 빔의 에너지는 최종적으로 캐소드와 시료 표면에 전압차에 의하여 결정된다. 예를 들면 캐소드 -5.0 kV, 시료 표면 -4 kV일 때, 조사빔 에너지는 1 keV가 된다(도 26 참조).

이 경우의 전압의 오차는 ± 10 V, 에너지 오차는 ± 20 eV 이다. 또 검출전자로서 2차 전자를 사용하는 경우, 빔 조사 에너지가 1.5 keV ± 10 eV ∼ 5 keV ±10 eV에서 사용할 때는 시료가 음대전 상태가 되고, 그 상태로부터의 2차 전자가 시료로부터 방출되어 2차 광학계에 의하여 확대·결상되어 검출계로 유도된다. 조사 에너지가 50 ± 10 eV ∼ 1500 eV ± 10 eV에서는 시료 표면이 양대전 상태가 되어, 방출된 2차 전자가 검출계로 유도된다. 양대전의 쪽이 비교적 낮은 손상(damage)으로 동작할 수 있으나, 차지업의 영향 또는 차지업에 의한 표면 전위의 불균일에 의한 영향은 받기 쉽다. 음대전에서의 동작에서는 안정되게 상이 얻기 쉽고, 차지업의 영향 또는 차지업에 의한 표면 전위의 불균일에 의한 상의 왜곡을 양대전보다도 작게 할 수 있다.

또, 애퍼처(26·15)의 장소에 있어서, 2차 광학계와 1차 광학계의 크로스 오버의 위치를 어긋나게 하여 동작하는 것도 있다. 예를 들면 2차 광학계는 2차 광학계 광축 중심상에, 2차 전자의 크로스 오버를 형성하고, 1차 광학계의 크로스 오버는 2차 광학계의 광축 중심보다도 50∼500㎛ 어긋난 위치(X, Y 어느 쪽이나 좋다)에 형성하여 동작시킨다. 이에 의하여 애퍼처(26·15)에서의 1차 광학계와 2차 광학계의 2개의 크로스 오버가 겹치는 일이 없어져 전류밀도의 완화가 생기기 때문에 빔 전류량이 많은 경우의 공간 전하효과에 의한 빛무리(보케)의 확대를 억제하는 것이 가능하게 된다. 이것은 예를 들면 1차 광학계 조사빔 전류밀도가 1 × 10·3 A/㎠ 이상일 때에 유효하게 된다. 그것보다 낮은 전류밀도일 때는 광축 중심이 동일하게 되어도 영향은 적다.

시료 표면으로부터의 방출전자는, 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자의 1종류 이상이 이용된다. 시료 표면으로부터의 방출 에너지는 예를 들면 입사 빔 에너지 1000 eV ± 10 eV일 때, 대략 각각 0 ∼ 10 eV, 1000 eV ± 10 eV, 10 ∼ 1000 eV가 된다. 또 얇은 시료나 구멍이 뚫린 시료(예를 들면 스란실 마스크)를 투과한 전자도 이용된다. 이 경우, 전자의 얇은 시료에서는 그 두께 분만큼 입사된 에너지가 감소하고, 구멍이 뚫린 시료에서는 입사 에너지를 동일 에너지가 된다.

전자빔 대신에 집속 이온 빔(FIB)을 사용하여도 좋다. FIB 원으로서는 액체금속의 Ga 이온원이 일반적이나, 액화하기 쉬운 금속을 사용하는 다른 액체 금속이온원이나, 다른 방식의 이온원, 예를 들면 방전을 사용하는 듀오플라즈마트론 등을 사용할 수 있다.

시료로서는, 10 × 10 mm 정도의 칩으로부터 2, 4, 6, 8, 12 인치 웨이퍼까지 여러가지의 시료가 사용된다. 특히, 100 nm 이하의 선폭을 가지는 배선 패턴이나 직경 100 nm 이하의 바이어의 결함이나 먼지의 검출에 유효하고, 또 그들 전기적 결함을 검출하는 데에 사정이 좋다. 시료는 Si 웨이퍼, Si에 가공이 실시된 반도체디바이스 웨이퍼, 마이크로머신가공이 된 웨이퍼, 액정 디스플레이용 기판, 하드디스크용 헤드가공 웨이퍼, 등이 사용된다.

2차 광학계(26·2)에서는 시료로부터의 방출전자, 예를 들면 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자 및 투과전자를 검출계에 확대배율로 결상시켜 유도하기 위한 사상투영 광학계가 사용되는 예를 말한다. 컬럼의 렌즈구성의 예로서는, P 렌즈(대물렌즈)(26·l6), 애퍼처(26·15), 얼라이너(26·14), 빔 분리기(26·3), T 렌즈(중간렌즈)(26·17), 얼라이너(26·18), 애퍼처(26·19), P 렌즈(투영렌즈)(26·20), 얼라이너(26·21), 마이크로 채널 플레이트(MCP) 유닛으로 구성된다. 컬럼의 상부 플랜지에는 하메틱 석영유리가 설치되어 있다. 그 상부에 릴레이 렌즈, 2차원의 전하결합소자(2 D-CCD)가 설치되고, 형광면에서 형성된 상이 2D-CCD 센서에 결상된다.

시료 표면으로부터의 방출전자는, P 렌즈(대물렌즈)(26·16)로 애퍼처(26·15)에서 크로스 오버를 형성하여, 빔 분리기(26·3) 중심에서 결상한다. 빔 분리기 중심에서 결상하는 조건으로 동작하면, 빔 분리기(26·3)에서 발생하는 2차 광학계 빔의 수차의 영향을 작게 억제할 수 있기 때문에 유효하게 된다. 이것은 예를 들면 E × B 에 있어서 빔을 통과시킬 때에, 상 높이에 의하여 편향량·수차가 다르기 때문에 결상함으로써 결상 성분이 입는 수차를 최소한으로 억제할 수 있기 때문이다. 이것은 1차 광학계에 있어서도 동일한 것이라 할 수 있기 때문에, 1차 광학계에 있어서도 시료상에 결상조건을 형성할 뿐만 아니고, 빔 분리기 중심 부근에 있어서도 결상점을 형성함으로써 1차 빔의 수차 저감을 행하여 시료상에서의 전류밀도 불균일을 작게 억제하는 것에 유효하게 된다.

그 상부에 있는 P 렌즈(중간렌즈)(26·17)의 중심으로 빔을 조정하기 위하여 얼라이너(26·14)가 사용된다. 그 상류부에 있는 P 렌즈(투영렌즈)(26·20)의 중심으로 빔을 조정하기 위하여 얼라이너(26·18)가 사용된다. 그 상부에 있는 MCP 중심으로 빔을 조정하기 위하여 얼라이너(26·21)가 있다. P 렌즈(대물렌즈)(26·16)의 배율은 1.5∼3배, P 렌즈(중간렌즈)(26·17)의 배율은 1.5∼3, P 렌즈(투영렌즈)(26·20)의 배율은 30∼50 이다. 이들 배율을 달성하기 위해서는 각각의 배율에 따른 전압을 각각의 렌즈에 인가하여 조정을 행한다. 또 초점의 미세 조정을 행하기 위해서는 전용 초점 보정렌즈가, P 렌즈(대물렌즈)계의 속에 구비되어 있고, 상기 전극에 인가하는 전압의 미세 조정에 의하여 초점맞춤을 실현한다. 또 애퍼처(26·15)와 애퍼처(26·19)의 위치에서는 쌍방 모두 크로스 오버를 형성하는 경우, 애퍼처(26·15)는 노이즈 커트용으로 사용하고, 애퍼처(26·19)는 수차·콘트라스트를 결정하는 역활을 하도록 사용하는 것도 가능하다.

크기로서 예를 들면 애퍼처(26·15)와 애퍼처(26·19)는 φ30 이상φ2000 ㎛이하, 바람직하게는 φ30 이상∼φ1000㎛, 더욱 바람직하게는 φ30 이상∼φ500 ㎛에서 사용 가능하다. 이때 애퍼처(26·15)에서 수차, 투과율, 콘트라스트 특성을 주로 정하는 경우에는 애퍼처(26·15)를 예를 들면 φ30∼φ500 ㎛, 애퍼처(26·19)는 φ1000∼φ2000 ㎛에서 사용한다. 애퍼처(26·19)에서 수차, 투과율, 콘트라스트 특성을 주로 정하는 경우에는 예를 들면 애퍼처(26·19)를 φ30∼φ500 ㎛, 애퍼처(26·15)는 φ1000∼φ2000 ㎛에서 사용한다.

또 P 렌즈(중간렌즈)(27·17)의 상하에 스틱전극이 설치되어 사용하는 것도 있다. 이것은 빔 분리기(26·3) 등에 의하여 발생하는 비점수차를 보정하기 위하여 사용된다. 예를 들면 4, 6, 8극의 전극구성의 스틱을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면 8극 중 각각 전극에 다른 전압이 인가되고 비점수차, 구면수차의 보정에 사용할 수 있다.

또, 반사전자상 및 후방 산란전자를 사용하였을 때의 렌즈동작에 있어서, 최종단의 P 렌즈(투영렌즈)(26·20)가, 감속렌즈(음전압 인가 렌즈)를 사용하면, 2차 전자의 노이즈 차단에 유효하게 된다. 통상 반사 전자량의 10∼1000배 정도 2차 전자량의 쪽이 많기 때문에, 특히 반사전자·후방 산란전자를 사용한 결상을 행하는 경우는 유효하게 된다. 예를 들면 1차 광학계 전자원의 캐소드 전압 -4 kV, 시료 전위-3 kV일 때, 시료로부터의 반사전자 에너지 1 keV, 검출기 전압이 설치 전위일 때에 P 전극의 부위에서는 대략 반사전자와 2차 전자의 에너지차는 1 keV 이다. 이때 P 렌즈(투영렌즈)전극의 음전압 렌즈동작에 있어서, 중심전압이 반사전자를 통과시키고 2차 전자를 차단(cutoff)하는 조건을 사용하는 것이 가능하다. 이들 조건은 시뮬레이션에 의하여 구하는 것이 가능하다.

빔 분리기(26·3)에서는 전극과 자극이 직행하고 있는 E × B 또는, 자장 B만으로 행하는 분리기가 사용된다. E × B의 예에서는 전계분포를 형성하는 E 전극과 그것과 직교한 자극의 면을 가지고 직교한 방향으로 자속밀도분포를 형성하는 자극으로 구성되어 있다. 예를 들면 2차 광학계의 광축이 시료 표면보다 수직방향일 때, 이 2차 광학계의 축에 대하여, 1차 광학계의 입사 빔이 10∼90도로 설정하는 것이 가능하다. 이때 1차 광학계가 E × B에 의하여 편향되어 시료면에 수직 입사할 수 있고, 또 시료 표면으로부터의 방출전자가 광축방향 즉 시료면으로부터 수직방향으로 E × B로 유도된다. 이것은 E 전극에 인가하는 전압과, B 전극에 형성되는 자속밀도에 의하여 달성된다. 예를 들면 한 쌍의 E 전극에 ±2 kV ±1 V, 1쌍의 B 전극으로부터 병행적으로 자속밀도분포가 형성되고, 예를 들면 E × B 의 중심부에 있어서, 1∼60 G ± 1 G의 자극방향의 자속밀도를 발생한다(도 26 참조).

또, E × B는 1차 광학계와 2차 광학계의 편향관계를 반대로 한 경우에도 적용 가능하다. 즉, 1차 광학계의 입사 빔원을 시료의 바로 윗방향에 설치함과 동시에, 2차 광학계의 검출기를 1차 광학계의 축과 10∼80도의 각도를 이룬 방향에 설치하여 E × B에 의하여 1차 광학계의 빔에는 편향력을 가하지 않고 시료에 수직하게 입사되고, 시료로부터 방출된 전자(2차 광학계 빔)에 편향력을 가하여 검출기의 방향으로 유도할 수 있다.

검출기(26·4)에서는 신호전자가 MCP등 전자 증배관(28·1)으로 도입되어 증폭된 전자가 형광면으로 조사되어 형광상 형성이 이루어진다. 형광면은 석영유리 등의 유리판(28·2)의 한쪽 면에 형광재가 코트되어 있는 것이다. 이 형광상은 릴레이 렌즈계(28·3)와 2차원 CCD(28·4)에 의하여 촬상된다. 이 릴레이 렌즈계와 CCD는 컬럼의 상부에 설치되어 있다. 컬럼의 상부 플랜지에는 하메틱 유리(28·6)가 설치되어 컬럼내의 진공환경과 외부 대기환경을 분리하고, 또한 형광상을 왜곡·콘트라스트열화를 작게 하여 CCD에 결상하여 형광상을 효율좋게 촬상할 수 있다.

CCD 대신에, 적산형의 라인 이미지 센서(TDI-CCD) 카메라를 사용할 수도 있다. 이 경우, 시료는 스테이지에서 예를 들면 E 전극방향 또는 B 자극방향으로 스테이지 이동을 행하면서 TDI 촬상을 행하는 것이 가능해진다. 예를 들면 TDI의 적산단수가 256단, 1단당 2048개의 화소수/단, 소자 크기 15 × 15 ㎛, 시료면에 대한 MCP 결상배율이 300배일 때, 라인/스펙이 0.1/0.1 ㎛일 때 시료면 크기가 MCP면에서 30/30 ㎛이 된다. 그리고 릴레이 렌즈 배율 1배일 때, 30 ㎛는 2개의 소자크기 상당으로 촬상된다. 이때 1소자당의 시료위치, 즉 0.05 × 0.05 ㎛의 시료 크기로부터 방출된 전자는 256 소자단수만큼 스테이지 이동중에 적산되어 종합 취득광량이 증가하여 촬상할 수 있다. 이것은 라인 레이트 100 kHz∼600 kHz 대응 등, 스테이지속도가 빠를 때에 특히 유효하다. 이것은 라인 레이트가 빠를 때에 1 소자당의 취득 전자수, 즉 TDI 센서의 1 소자당의 취득 광강도가 작아지기 때문에 적산을 행하여 최종취득 광강도를 높게 하여, 콘트라스트와 S/N을 높일 수 있기 때문이다. 라인 레이트는 0.5 kHz∼100 MHz가 사용되고, 바람직하게는 1 kHz∼50 MHz, 더욱 바람직하게는 20 kHz∼10 MHz 이다. 이것에 대응하여 비디오 레이트도 1 탭당 1∼120 MHz/탭, 바람직하게는 10∼50 MHz/탭, 더욱 바람직하게는 10∼40 MHz/탭으로 사용된다. 또 탭수는 1 이상 520 이하로, 바람직하게는 4 이상 256 이하, 더욱 바람직하게는 32 이상 128 이하로 사용된다(도 28, 도 29 참조).

CCD, TDI 센서/카메라는 저노이즈, 고감도의 특성을 가지는 것이 사용된다. 예를 들면 100∼100000 DN/(nJ/㎠)에서 설정 가능하나, 이중 1000∼50000 DN/(nJ/㎠)에서 사용하면 효율이 좋다. 또한 10000∼50000 DN/(nJ/㎠)에서 사용하면 고라인 레이트시에 있어서도 양호한 S/N으로 고품질의 화상을 얻을 수 있다.

또 CCD 또는 TDI 센서를 사용하여 화상취득이 이루어졌을 때, 이들 센서의 화소수 × 단수의 영역이 1차 빔의 조사영역과 대략 일치하고 있는 상태에서 사용할 수있어, 효율적인 동시에 노이즈의 저감이 된다. 노이즈는 노이즈는 열잡자 사용되는 영역 이외의 상 높이가 높은 부위로부터의 전자도 노이즈로서 검출기까지 도달하는 것이 있다. 그것들을 저감하기 위해서는 유효시야 이외의 부위의 빔 조사를 저감하는 것이 유효하다. CCD, TDI 센서에 의하여 취득된 상 정보는 전기신호로 변환되고, 화상처리기에 의하여 데이터처리된다. 이 화상처리에 의하여 셀투셀, 다이투다이(die to die) 다이투애니다이(die to Any die)의 상 비교가 행하여져, 결함검사을 행할 수 있다. 예를 들면 패턴 결함, 파티클 결함, 전위 콘트라스트 결함(예를 들면, 배선이나 도금의 전기접속 결함 등).

스테이지(26·22)는 X, Y, Z, θ 이동기구 중 1개 이상의 조합에 의하여 설치된 스테이지가 사용된다. 이와 같은 전자선 검사장치에 있어서, 상기한 각 요소로서 이하의 기기 요소를 사용할 수 있다.

1차 광학계

전자원 W 필라멘트, LaB6 필라멘트, TFE, FE

렌즈 금속 또는 세라믹제, 금속으로서 인청동, Ti, Al

아인첼 렌즈, 4중극 렌즈

얼라이너 4극, 6극, 8극의 렌즈

애퍼처 재질, Mo, Ta, Ti, 인청동

2차 광학계

렌즈 금속 또는 세라믹제, 금속으로서 인청동, Ti, Al

세라믹전극은 Au 도금 등의 처리가 실시되어 있는

아인첼 렌즈, 4극자 렌즈

얼라이너 4극, 6극, 8극의 렌즈

애퍼처 재질, MO(몰리브덴), Ta, Ti, 인청동

전자빔 분리기

E 전극 금속 또는 세라믹제, 금속으로서 인청동, Ti, Al

세라믹전극은 Au 도금 등의 처리가 실시되어 있는

B 자극 퍼멀로이 B, 퍼멀로이 C 등, 포화자속밀도와 투자율이 높은 재질(예를 들면, 10³∼10⁷, 바람직하게는 10⁴∼10⁷, 더욱 바람직하게는 10⁵∼10⁷)

시료

Si 웨이퍼, 3-5족 화합물 반도체 웨이퍼, 액정기판, 하드디스크의 헤드가공 웨이퍼, 2, 4, 6, 8, 12라인의 웨이퍼가 사용된다

검출기

MCP/형광판/릴레이 렌즈/CCD

MCP/형광판/릴레이 렌즈/TDI

MCP/형광판/FOP(파이버옵틱플레이트)/TDI

포토멀

멀티포토멀

상기와 같은 조합에 의하여 사용하는 것이 가능하다. MCP는 들어 온 전자를 증폭시키는 기능을 가지고, 그곳으로부터 나간 전자는 형광판에 의하여 광으로 변환된다. 입사 전자료가 충분히 많아 증배할 필요가 없는 경우에는 MCP 없이도 조작도 가능하다. 또 형광판 대신에 신틸레이터를 사용하는 것도 가능하다. 이 광의 신호(또는 상 신호)는 릴레이 렌즈의 경우에는 소정의 배율로, 또 FOP의 경우에는 1배(1대1로 광 신호를 전달한다)로 TDI에 전달하는 또는 상을 형성한다. 포토멀은 광 신호를 증폭하여 전기신호로 변환하는 것이고, 멀티포토멀은 포토멀을 복수로 나열한 것이다.

화상처리기

상 비교, 결함검출, 결함분류, 화상 데이터기록 등의 기능을 가진다.

상기한 전자선 검사장치에 있어서, 1차 빔의 조사빔 형상이 X, Y축에 대하여 적어도 1축 이상에 대하여 대칭인 조사빔 형상을 사용할 수 있다. 이로써 광축을 중심으로 한 빔에 의한 검출기의 전자 입사면상에서 저수차, 저왜곡의 취득상 형성이 가능해진다.

또, 검출기로서 CCD나 TDI를 사용하는 경우에서는 1화소에 대응하는 영역, 예를 들면 MCP상에 있고, 1화소의 형성에 있어서, 전자의 입사량이 200개/화소영역 이하에서 충분한 S/N을 달성할 수 있고, 화상처리 및 결함검출에 사용할 수 있다. 이것은 예를 들면 사상투영 광학계에 있어서는 애퍼처(26·15 또는 26·19)의 크기를 규정함으로써 노이즈 차단과 수차 저감효과를 발생할 수 있기 때문에, 예를 들면 직경 30 ㎛∼1000 ㎛의 개구를 설치함으로써, S/N 향상을 실현할 수 있기 때문에, 200전자수/1화소 영역에서 고분해능인 양질의 화상을 취득할 수 있다.

TDI는 스테이지의 이동방향에 대하여 단수분의 적분을 행한다. 본 실시형태의 경우는 256단분의 적분을 행하나, 적산단수는 114단 이상 8192단 이하, 바람직하게는 114단 이상 4096단 이하, 더욱 바람직하게는 512단 이상 4096단 이하가 적당하다. 적산방향으로 약간, 1차 빔의 조도 불균일이 있고, 시료로부터의 신호전자에도 불균일이 있었다 하여도, 적분의 효과에 의하여 그 불균일은 평균화되어 검출되는 전자정보는 일정한 안정된 것이 된다. 따라서 스테이지의 이동방향은 1차 전자빔의 조도 불균일이 생기기 쉬운 방향도 고려하여, 그 조도 불균일이 생기기 쉬운 방향이 TDI의 적분방향에 일치하도록 정할 수 있다. TDI의 사용에 의하여 연속된 화상취득이 가능하게 되나, CCD를 사용하여 스탭 앤드 리피트방식으로 스테이지를 주사하여 화상 취득을 행하여도 좋다. 즉, 특정한 장소에서 스테이지를 정지하여 화상을 취득하고, 또 다음 장소로 이동하여, 그곳에서 스테이지를 정지시켜 화상 취득을 행하는 것을 반복한다. 동일한 것을 TDI를 사용하여 행할 수도 있다. 즉, TDI의 스틸 모드(정지상 취득 모드에서 스테이지는 정지)를 이용하거나, 또는 TDI의 통상의 화상 취득방법에 의하여 일정한 영역(예를 들면 2048화소 × 2048화소)의 화상을 취득한 후, 다음 장소로 이동하고(이 이동 동안은 화상을 취득하지 않는다), 그곳에서 마찬가지로 화상 취득을 행한다. 따라서 이 경우는 스테이지 이동은 멈추지 않고 검사가 행하여진다.

시료 표면의 모양이 전자에 의하여 확대되어, 검출기에 상을 맺을 때, 화상의 분해능을 CCD 또는 TDI의 1화소 정도로 하는 경우, 2차 광학계의 수차나 빛무리 등은 1 화소 이내인 것이 바람직하다. E × B에 있어서 신호전자가 편향을 받으면 수차나 빛무리이 커지기 때문에, 본 실시형태에서는 2차 광학계에 있어서, 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자 등의 신호전자에는 E × B에서는 편향력을 주지 않고 직진시키 도록 설정하고 있다. 즉, 2차 광학계의 중심축이 시료의 시야중심과 E × B 중심과, 검출기의 중심을 지나는 직선인 구성으로 되어 있다.

또한 상기한 실시형태 이외에도 2차 광학계의 상에 빛무리이 생기지 않으면 되고, 본건 발명이 그것을 포함하는 것은 물론이다.

(2) 실시형태 2

실시형태 1과 동일한 검사장치에 있어서, 검출기에 TDI 센서/카메라를 사용할 때, 화소수/단수가, 2048 이상 4096 이하이고, 탭수가 32 이상 128 이하, 감도 10000∼40000 DN/(nJ/㎠)이면, 보다 고속이고 효율이 좋은 화상 취득이 가능해진다. 이때 라인 레이트가 100∼400 kHz, 비디오 레이트를 10 mHz∼40 MHz에서 사용할 수 있다. 이때 8인치 Si 웨이퍼, 예를 들면 LSI 디바이스 웨이퍼, 분해능 0.1㎛/화소로, 1매당의 검사시간은, 1/8∼2 시간으로 실행 가능하게 된다.

이때 분해능 0.1 ㎛/화소일 때, 시료관찰 및 결함검사에 있어서, 패턴형상이 예를 들면 L/S : 0.2/0.2 ㎛에 있어서도 콘트라스트 3∼30%를 달성하고, 상 관찰 및 결함검출에 충분히 사용 가능하다. L/S 이외의 형상의 결함에 있어서도 콘트라스트변화에 의한 비교에 의하여 1화소 크기 이상 있으면 검출 가능하다. 콘트라스트에 대해서는 5∼30%를 실현하고, 화상처리에 의하여 관찰 및 결함검사가 가능해진다. 또 LSI 디바이스 웨이퍼에서는 디자인 룰 이하의 결함 검출도 가능하다. 메모리에서는 배선 폭의 하프피치, 로직에서는 게이트길이 상당의 결함을 검출이 가능하다.

TDI 센서/카메라 및 화상처리기구를 사용하여 결함 검출을 행할 때, TDI 동작에 의하여 연속적으로 화상을 형성하여 연속적으로 검사를 행할 수 있다. 이때 시료는 스테이지상에 설치되고, 마찬가지로 연속동작을 행하여 화상을 얻게 된다. 스테이지의 속도는 기본적으로는, v = f × D로 결정된다. 단,

v : 스테이지 속도,

f : 라인 주파수,

D : 시료상의 센서 화소대응 크기(투영배율로 결정된다)

이다. 예를 들면 f : 300 kHz, D : 0.1 ㎛일 때, v = 30 mm/s가 된다.

도 29는 도 28에 나타내는 실시형태 1과는 다른 구성의 검출계의 예를 나타내고 있다. 이 경우는 컬럼(29·1)의 진공중에 MCP(29·2), FOP(29·3), TDI 센서/패키지(29·4), 접속핀(29·5) 및 피드 스루 플랜지(29·6)가 설치되고, TDI 센서(29·4)의 출력은 피드 스루 플랜지(29·6)를 거쳐 TDI 카메라(29·7)에 의하여 수신된다. 또 FOP(29·3)에는 형광재가 코트되어 있고, MCP(29·2)로부터의 전자에 의하여 형광상을 형성한다. 이 형광상은 FOP(29·3)에 의하여 TDI 센서(29·4)에 전달된다. TDI 센서(29·4)의 상 신호는 접속핀(29·5), 피드 스루 플랜지(29·6)를 경유하여 TDI 카메라(29·7)에 전달된다. 이때 FOP(29·3)를 사용하면 광 신호 전달손실을 저감할 수 있다. 예를 들면 릴레이 렌즈에 비하여 5∼20배 정도 투과율이 향상한다. 이것은 특히 TDI 동작을 행할 때에 유효하다. 취득 광신호 강도가 높게 취해지기 때문에 보다 고속으로 작동 가능하게 되는 것, 파이버형상의 신호 불균일이 TDI의 적산에 의하여 미소하게 되어 무시할 수 있을 정도가 되기 때문이다. 여기서 TDI 센서(29·4)와 피드 스루 플랜지(29·6)의 핀을 접속하기 위한 접속핀(29·5)이 필요하게 된다. 접속핀(29·5)은 예를 들면 한쪽이 피팅접촉에 의한 접속고정(예를 들면 피드 스루의 핀측), TDI 센서/패키지의 핀 측에는 스프링 등의 탄성력에 의한 접촉을 행한다(도시 생략).

이에 의하여 피드 스루 플랜지(29·6)의 핀과 TDI 센서/패키지(29·4)의 핀을 낮은 가압력·평행위치, 저임피던스로 설치 가능하게 된다. 고속동작센서에서는 핀 수가 많고, 예를 들면 100개를 넘는 핀 수가 필요하게 된다. 핀 수가 많으면 설치압력(가압력)이 높아져, TDI 센서/패키지(29·4)가 파손되는 일도 있다. 이와 같은 점을 극복하여 설치할 수 있게 되어 있다.

도 28에 나타내는 바와 같이, CCD 또는 TDI의 설치장소는 통상은 대기측에서 MCP와 형광판은 진공중에 설치되나, CCD 또는 TDI를 진공 중에 둠으로써 FOP 등의 릴레이 광학계를 단축할 수 있어, 투과효율을 올리 수 있다.

(3) 실시형태 3

실시형태 1, 2와 같은 검사장치에 있어서, 검출기에 EB-CCD 또는 EB-TDI를 사용하고 있는 실시형태이다(도 30 참조). EB는 전자빔의 것으로 EB-CCD 또는 EB-TDI는 전자빔을 직접 입력하고 증폭하여 전기신호로 바꾸는 것이다(광 신호를 검출하는 것은 아니다).

EB-TDI 센서/카메라를 사용하면, 직접 전자를 센서의 화소부에 입사하여 차지를 축적하는 것이 가능하다. 이것은 통상의 검출기에서 사용하고 있는 형광판, 릴레이 렌즈계, 하메틱 유리를 사용하는 것은 필요없어 그것들을 생략할 수 있다. 즉, 전자신호상을 일단 광 신호상으로 변환하지 않고 전자신호로부터 직접 전기신호를 얻는 것이 가능하게 되기 때문에, 그것에 의한 손실을 크게 저감할 수 있다. 즉, 형광판, 하메틱 유리, 릴레이 렌즈계에 의한 상 왜곡, 콘트라스트 열화, 배율 변동 등의 악영향을 대폭으로 저감할 수 있다. 또 구성기기의 저감에 의하여 소형화, 저비용, 고속동작이 가능해진다. 고속동작에 있어서는 신호 전달속도 손실저감, 상 형성 속도 손실을 작게 하는 것이 가능해지기 때문이다.

도 30에 EB-TDI의 유닛의 일례를 나타낸다. 광학계에 있어서는 실시형태 1을 참조할 것. 2차 광학계 컬럼의 상부, 즉, P 렌즈(투영렌즈)의 상부의 결상점에 TDI 센서(30·3)의 면이 설치되어 있다. TDI 센서/패키지(30·3), 접속 핀(30·4), 피드 스루 플랜지(30·5), TDI 카메라(30·1), 화상처리기(30·6), 컨트롤 PC(30·7)로 구성되어 있다. 시료 표면으로부터의 방출전자(2차 전자, 반사 전자, 후방 산란전자 중 어느 하나)가 2차 광학계에 의하여 결상되어 TDI 센서(30·3)의 면에 입사한다. 전자량에 대응하여 차지가 축적되어 TDI 카메라(30·1)에 의하여 화상형성의 전기신호가 형성된다.

센서/패키지(30·3)의 핀과 피드 스루 플랜지(30·5)의 핀은 접속 핀(30·4)에 의하여 접속되어 있다. 이것은 실시형태 2와 동일하다. 이때 실시형태 1, 2의 검출계에 비하여 TDI 센서(30·3)에 의하여 직접, 전자상 신호가 직접, 전기신호로 변환되기 때문에, 구성기기·부품이 저감·전달경로의 단축이 가능해진다. 이것에 의하여 노이즈저감에 의한 S/N향상, 고속화, 소형화, 저비용화가 가능해진다.

이 실시형태에서는 EB-TDI(30·1)를 사용하였으나, 마찬가지로 EB-CCD에서도 사용 가능하다. 특히, 화소수가 많은 경우나 고속동작을 행하기 위하여 필요 핀수가 100개를 넘는 경우에는 이와 같은 구성이 유효하게 된다. 피드 스루의 핀과 패키지의 접속 핀이 필요하게 된다. 이 접속 핀은 한쪽(예를 들면 패키지측)이 스프링재와 콘택트판으로 구성되어 접촉 폭을 저감할 수 있다. 접촉 핀의 갯수가 100개 이상과 같이 많아지면 접속시의 압입력이 커지고, 총력으로 5 kg를 넘으면 패키지의 파괴의 문제가 일어난다. 그 때문에 스프링력의 조정에 의하여 50∼10 g/개의 압입력이 되는 접속 핀을 사용하고 있다.

또한 EB-CCD 또는 EB-TDI를 사용할 때에 입사 전자수가 부족할 때에는 전자 증배관인 MCP를 사용하는 것도 가능하다. 또 화소수/단수, 단수, 탭수, 라인 레이트 및 비디오 레이트는 실시형태 1, 2와 동일한 조건을 사용할 수 있다. 감도는 0.1∼10000 DN/전자로 사용 가능하다.

(4) 실시형태 4

실시형태 1, 2, 3과 동일한 검사장치에 있어서, 도 31에 나타내는 바와 같이 1차 광학계(31·1)는 동일하나, 2차 광학계(31·2)의 구성이 다른 예를 나타내고 있다. 보다 고분해능을 달성하기 위하여 2단의 P렌즈(대물렌즈)(31·3), 2단의 P렌즈(중간렌즈)(31·5), 2단의 P렌즈(투영렌즈)(31·8)가 사용되고 있다. 또한 P렌즈(중간렌즈)는 줌 렌즈로 되어 있는 것이 특징이다. 이에 의하여 종래보다도 고분해능, 대시야 크기의 사상투영형 빔 광학계를 실현할 수 있고, 또한 줌 렌즈범위에 있어서 임의의 배율의 화상을 취득할 수 있다.

2-3-2) 구성의 상세

이하, 도 25-1∼도 31에 나타내는 전자광학계의 전자총, 1차 광학계, 2차 광학계, E × B 유닛, 검출기 및 전원에 대하여 상세하게 설명한다.

2-3-2-1) 전자총(전자선원)

전자선원으로서 열전자선원을 사용한다. 전자방출(에미터)재는 LaB6 이다. 고융점(고온에서의 증기압이 낮다)에서 일 함수가 작은 재료이면 다른 재료를 사용하는 것이 가능하다. 앞쪽 끝을 원추형상으로 한 것 또는 원추의 앞쪽 끝을 잘라낸 원추대형상의 것을 사용하고 있다. 원추대 앞쪽 끝의 직경은 100 ㎛ 정도이다. 다른 방식으로서는 전계 방출형의 전자선원 또는 열전계 방출형의 것이 사용되고 있으나, 본 발명의 경우와 같이 비교적 넓은 영역(예를 들면 100 × 25∼400 × 100㎛²)을 큰 전류(1μA 정도)로 조사하는 경우에는 LaB6을 사용한 열전자원이 최적이다. 또한 SEM 방식에서는 일반적으로 열전계 전자선원(TFE 타입) 및 쇼트키타입이 사용되고 있다. 열전자선원은 전자방출재를 가열함으로써 전자를 방출하는 방식이며, 열전계 방출전자선원은, 전자방출재에 고전계를 인가함으로써 전자를 방출시키고, 또한 전자선방출부를 가열함으로써 전자방출을 안정시킨 방식이다. 이방식에 있어서 온도와 전계강도를 선택함으로써 쇼트키조건이라 불리우는 효율적인 조건에서의 전자빔 인출이 가능하게 되어, 최근은 이 방식도 흔히 이용된다.

2-3-2-2) 1차 광학계

전자총으로부터 조사되는 전자빔을 형성하고, 웨이퍼면상에 직사각형, 원형, 타원형 등의 2차원적인 단면을 가지는 전자빔 또는 선형의 전자빔을 조사하는 부분을 1차 전자광학계라 부른다. 1차 전자광학계의 렌즈조건을 제어함으로써 빔 크기나 전류밀도를 제어할 수 있다. 1차 / 2차 전자 광학계 연결부의 E × B 필터(비엔나 필터)에 의하여 1차 전자빔은 웨이퍼에 수직하게(± 5도, 바람직하게는 ± 3도, 더욱 바람직하게는 ± 1도로) 입사된다.

LaB6 캐소드로부터 방출한 열전자를, 웨넬트, 트리플애노드 렌즈 또는 더블 애노드, 싱글 애노드로 건(gun) 조리개 위에 크로스 오버상으로서 결상시킨다. 조명 시야 조리개로 렌즈에의 입사각을 적정화한 전자빔을 1차 광학계 정전렌즈를 제어함으로써, 회전 비대칭의 형으로 NA 조리개 위에 결상시키고, 그후 웨이퍼면상에 면 조사한다. 1차 광학계 정전렌즈의 뒷쪽 끝은 3단 4극자(QL)와, 1단의 개구수차 보정용 전극으로 구성되어 있다. 4극자 렌즈는 얼라이먼트 정밀도가 엄격하다는 제약은 있으나, 회전대칭렌즈에 비하여 강한 수속작용을 가지는 특징이 있어, 회전 대칭렌즈의 구면수차에 상당하는 개구 수차를 개구 수차 보정전극에 적절한 전압을 인가함으로써 보정을 행할 수 있다. 이에 의하여 소정의 영역에 균일한 면 빔을 조사할 수 있다. 또 편향기에 의하여 전자빔을 스캔할 수 있다.

시료 표면상에서의 조사전자빔 형상 및 면적은, 시료상에서의 TDI-CCD의 촬상영역 형상 및 면적에 상당하는 영역을 포함하고, 그 전자빔 조사의 조사영역내에서의 조도가 균일하여 조도 불균일이 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 3% 이하인 것이 바람직하다.

본 실시형태에서의 TDI-CCD의 형상 및 면적은 화소수로 2048 × 512 이고, 화소 크기는 16 ㎛ × 16 ㎛ 이기 때문에, 전체에서 약 32.8 mm × 8.2 mm의 직사각형이다. 2차 광학계의 배율이 160배일 때는 시료 표면에서의 조사영역은 상기 32.8 mm × 8.2 mm의 1/160 이 되기 때문에, 205㎛ × 51.2㎛의 직사각형이 된다.

따라서 이 경우의 전자빔의 조사영역은 205㎛ × 51.2㎛의 직사각형을 포함하는 직사각형이 바람직하나, 상기의 조건을 만족하는 형상 및 면적이면 도 27-1에 나타내는 바와 같이, 각이 둥근 직사각형, 타원, 원 등이어도 좋다. 2차계의 배율이 320배일 때에는 32.8 mm × 8.2 mm의 1/320 이 되기 때문에, 102.4㎛×25.6㎛의 직사각형이 되어, 160배의 1/4의 조사면적이 된다.

이와 같이 본 발명에서는 시료상에 검출기인 TDI-CCD의 촬상영역을 포함하는 비교적 넓은 면적을 가지는 빔을 조사하고, 그 시료상의 촬상영역은 TDI-CCD의 화소에 각각 대응하여 이들 시료상의 촬상영역으로부터 방출되는 전자를 TDI-CCD 상에서 동시에 결상함으로써 검출된다.

전자빔의 조사형상은 선형이어도 좋고, 이것을 주사하여 면형상의 빔과 동일한 조사영역을 확보하여도 좋다. 선형 빔(27·1)이란, 도 27-2의 (1-1) 및 (1-2)에 나타내는 바와 같이 세로와 가로의 비가 1 : 10 이상인 형상의 빔을 의미하고, 직사각형에 한정하지 않고 타원이어도 좋다. 또 선형 빔(27·1)은, 도 27-2의 (2)에 나타내는 바와 같이 빔이 도중에서 일부 도중에서 끊겨 있어도 좋다. 빔을 주사시키면 시료상의 동일한 개소에 연속하여 빔이 조사되는 시간이 짧아지기 때문에, 시료에의 차지업의 영향이 적어진다는 이점이 있다.

도 27-2의 (3) 및 (4)는, 피검사물(27·2)의 위에서의 TDI-CCD의 멀티픽셀 촬상영역(27·3)과 선형 빔(27·1)과의 관계를 나타내고 있다. 이 중, 도 27-2의 (3)에 있어서는, 선형 빔(27·1)은 TDI-CCD의 적분방향(27·4) 또는 XY 스테이지의 이동방향(27·5)과 대략 직각(예를 들면 90도 ±3도, 바람직하게는 90도 ±1도)으로 배치되고, 빔의 주사방향(27·6)은 TDI-CCD의 적분방향(28·4) 또는 XY 스테이지의 이동방향(27·5)과 동일한 방향(예를 들면 0도 ±1도, 바람직하게는 0도 ±1분, 보다 바람직하게는 0도 ±1초)로 되어 있다.

도 27-2의 (4)는 다른 예를 나타내고 있고, 선형 빔(27·1)은 TDI-CCD의 적분방향(27·4) 또는 XY 스테이지의 이동방향과 대략 평행(예를 들면, 90도 ± 1도, 바람직하게는 90도 ± 1분, 더욱 바람직하게는 90도 ± 3초)하게 되어 있다.

2-3-2-3) 2차 광학계

웨이퍼상에 조사된 전자빔에 의하여 발생하는 2차원의 2차 전자 화상을, 대물렌즈에 상당하는 정전렌즈(CL, TL)에 의하여 시야 조리개 위치에서 결상시켜 후단의 렌즈(PL)로 확대 투영한다. 이 결상 투영 광학계를 2차 전자 광학계라 부른다. 웨이퍼에는 마이너스의 바이패스전압(감속 전계전압)이 인가되어 있다. 감속전계는 조사빔에 대하여 감속의 효과를 가지고, 시료의 손상을 저감시킴과 동시에, CL과 웨이퍼 사이의 전위차로 시료면상으로부터 발생한 2차 전자를 가속시켜, 색수차를 저감시키는 효과를 가진다. CL에 의하여 수속한 전자는 TL로 FA 상에 결상시키고, 그 상을 PL로 확대 투영하여 2차 전자 검출기(MCP)상에 결상시킨다. 본 광학계에서는 CL-TL 사이에 NA를 배치하고, 이것을 최적화함으로써 축외 수차저감이 가능한 광학계를 구성하고 있다.

전자 광학계의 제조상의 오차나, E × B 필터(비엔나 필터)를 통과함으로써 발생하는 상의 비점수차나 이방성 배율을 보정하기 위하여 정전 8극자(STIG)를 배치하여 보정을 행하고, 축 어긋남에 대해서는 각 렌즈 사이에 배치한 편향기(OP)로 보정을 행한다. 이에 의하여 시야내에 있어서의 균일한 분해능으로의 사상 광학계를 달성할 수 있다.

이하, 약간의 실시형태를 사용하여 더 설명한다.

(1) 실시형태 5

도 32는 전자 광학계를 나타낸다. 전자총(32·1)으로부터 방출된 1차 전자는 상 형성 렌즈(32·2)를 거친 후, 2단의 줌 렌즈(32·3)를 통하여 다시 3단의 4극자 렌즈(32·4)를 통하고, E × B 필터(32·5)로 35°편향되어 2차 광학계(32·6)의 광축과 평행하게 반대방향으로 대물렌즈(32·7)를 통하여 시료면에 조사된다. 또한 4극자 렌즈는 2 이상의 다극자이어도 좋고, 짝수에 한정하지 않고 홀수의 극을 가지는 것이어도 좋다. 또 4극자 렌즈는 3단 이상 20단 이하, 바람직하게는 3단 이상 10단 이하, 더욱 바람직하게는 3단 이상 5단 이하인 것이 바람직하다.

1차 전자의 조사에 의하여 시료면으로부터 방출되는 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자는 대물렌즈(32·7)로 E × B 필터(32·5)의 중심에 결상된 후, 중간렌즈(32·8)로 배율을 가변한 후, 투영렌즈(32·9)의 앞에서 결상된다. 중간렌즈(32·8)로 결상된 상은, 투영렌즈(32·9)로 약 30∼50배로 확대되어 검출기 표면(32·10)에 결상된다.

상 형성 렌즈(32·2)는, 가속 전압이 변하여도 줌 렌즈(32·3)의 앞에 상을 형성하는 것을 가능하게 하는 것으로, 도 32에서는 1단의 렌즈로 구성되어 있으나, 복수단의 렌즈로 구성되어도 좋다.

1차 전자의 시료면에의 조사면적과 형상은, 1차 전자의 가속 전압이 일정하면 줌 렌즈(32·3)의 조건과 4극자 렌즈(32·4)의 조건에 의하여 대략 결정된다. 줌 렌즈(32·3)는 빔 형상을 유지한 채로 조사면적을 가변한다. 4극자 렌즈(32·4)는 빔의 크기도 가변할 수 있으나, 주로 빔 형상(타원의 종횡비율)을 바꾸기 위하여 사용한다. 도 32에서는 각각 2단의 줌 렌즈(32·3)와 3단의 4극자 렌즈(32·4)로 구성되나, 각각 렌즈의 단수를 늘려도 상관없다.

이하, 검출기의 1 픽셀의 크기가 16 ㎛ 사방, 검출기의 크기가 2048 × 512 픽셀의 경우에 대하여 고찰한다. 2차 광학계(32·6)의 배율이 160배일 때, 시료상의 1 픽셀 상당의 크기는, 16 ㎛ ÷ 160 = 0.1 ㎛ 가 되고, 관찰면적은 204.8 × 51.2 ㎛ 가 된다. 그것을 커버하는 조사영역은 타원형상이기 때문에 그 장축과 단축의 비율에 의하여 여러가지로 변화된다. 그 모양을 도 33에 나타낸다. 도 33에 있어서 가로축은 장축위치, 세로축은 단축위치를 나타낸다. 최적의 조사형상을 생각함에 있어서, 관찰영역(33·1)이 아닌 곳에는 그다지 빔을 조사하고 싶지 않다는 생각이 있다. 그것을 위해서는 관찰영역의 면적을 조사영역의 면적으로 나눈 조사효율이 최대가 되는 조사형상을 찾으면 좋아지게 된다.

도 34는 조사영역의 형상의 장축 대 단축의 비에 대한 조사효율에 대하여 나타낸 것이다. 이에 의하여 조사 타원형상의 장축 대 단축의 비가, 직사각형의 관찰영역의 장축 대 단축비와 동일한 경우가 가장 조사효율이 좋은 형상인 것을 알 수 있다. 즉, 관찰영역 204.8 × 51.2 ㎛를 빠짐없이 조사하는 빔 형상은 290 × 72.5㎛가 된다. 실제로는 조사 광학계의 수차나 전자총의 휘도 불균일의 영향으로, 조사빔형상은 약간 커진다. 이 조사빔 형상을 달성하기 위해서는 4극자 렌즈(32·4)의 바로 앞의 상이 4극자 렌즈(32·4)와 대물렌즈(32·7)를 포함한 광학계에 의하여 시료면상에서 타원형상의 조사영역을 형성하도록 4극자 렌즈(32·4)를 조정하면 좋다. 이 경우, 시료면상에서 필요한 조사영역과 그 조사영역 전면에 걸쳐 충분히 평탄한 조사 전류 밀도를 얻을 수 있으면 좋고, 조사빔을 시료면상에 결상시킬 필요는 없다. 시료면상에서 소정의 조사영역이 얻어지도록 줌 렌즈(32·3)로 4극자 렌즈(32·4)의 바로 앞의 상의 크기를 조절하게 된다.

지금, 예를 들면 2차 전자 광학계(32·6)의 배율을 160배 내지 320배로 할 때를 생각한다. 이때 시료면상의 1 픽셀 상당의 크기는 16㎛ ÷ 320 = 0.05㎛ 사방이 되고, 관찰면적은 102.4 × 25.6㎛ 가 된다. 이 상태에서 조사영역이 160배 그대로 였다고 하면, 검출기의 1 픽셀에 도달하는 신호량은 면적비에 비례하기 때문에 160배일 때의 1/4 이 된다. 160배일 때에 1 픽셀 평균 400개의 전자수에 대응하는 신호량의 상을 보고 있었다고 하면 그때의 쇼트잡음에 의한 흔들림의 표준편차는 √(400) = 20개이다. 따라서 S/N 비는 400/20= 20이 된다. 320배일 때에 동일한 S/N 비의 상을 얻기 위해서는 동일 신호량이 1 픽셀에 들어 가면 좋다. 시료상 1 픽셀당의 면적이 1/4로 되어 있기 때문에, 단위면적당 4배의 2차 전자 신호량 밀도가 있으면 좋아진다.

1차 전자의 가속에너지와 시료면의 포텐셜의 차로서 나타내는 랜딩 에너지가 일정하면, 조사전류밀도와 2차 전자 신호량 밀도는 대략 비례한다. 그 때문에 조사전류밀도를 4배로 하면 좋은 것을 알 수 있다. 조사전류밀도를 4배로 하기 위해서는 단순하게는 조사전류를 4배로 하거나, 조사면적을 1/4로 하면 좋다. 조사면적을 1/4로 하기 위해서는, 조사 크기를 장축, 단축 모두 1/2로 하면 좋다. 관찰영역, 조사영역 모두 상사(相似)형으로 각각 1/2로 축소하기 때문에, 이것으로 충분히 관찰영역을 조사할 수 있다.

조사전류밀도를 늘리기 위한 수단으로서, 조사전류를 늘려도, 조사면적을 줄여도 상관없으나, 관찰영역이 아닌 곳에는 가능한 한 조사하고 싶지 않다는 생각에 의거하면 조사면적을 줄이는 것이 바람직하다.

표 3은 2차 광학계 배율이 320배와 160배일 때의 각각의 1차 광학계 렌즈의 전압 및 얻어진 시료상의 조사크기를 나타낸다. 이에 의하여 2차 광학계 배율에 충분히 따를 수 있는 조사영역를 얻을 수 있다. 표 3에는 나타나 있지 않으나, 배율 80배의 조사크기는 620㎛ × 180㎛의 타원형, 또 배율 480배에서는 100㎛ × 30㎛의 타원형으로 좋다. 이와 같이 배율의 변화 또는 변환에 따라 조사크기를 변화시키는 것이 바람직하다.

관찰영역을 전자선으로 조명하는 경우, 상기한 바와 같이 직사각형 또는 타원으로 관찰영역을 모두 덮는 넓이의 면적을 가지는 전자빔으로 조명하는 방법 이외에, 복수의 빔의 넓이가 관찰영역보다 작은 면적을 가지는 전자빔을 주사하여 조명하는 방법도 가능하다. 빔수는 2개 이상 1000개 이하, 바람직하게는 2개 이상 100개 이하, 더욱 바람직하게는 4개 이상 40개 이하이다. 2개 이상의 빔이 이어진 선형상의 빔을 주사하여도 좋다. 이 경우는 선의 길이방향으로 수직한 방향으로 주사시킴으로써, 1회의 주사에 의하여 보다 넓은 영역을 검사하는 것이 가능해진다. 이 경우도 검출기에는 CCD 또는 TDI를 사용하여도 좋다. 선형의 빔을 형성하기 위해서는 예를 들면 LaB6의 전자원을 사용하여 광학계로 선형의 슬릿을 경유시키도록 하면 좋다. 또 전자원의 앞쪽 끝이 예리하고 가늘고 긴 형상의 캐소드를 사용하여 선형의 빔을 형성하여도 좋다. 또한 빔이 주사중인 스테이지의 이동은 검사영역 모두를 망라하도록 연속적, 또는 단속적으로 XY 평면의 적어도 1방향으로 행하도록 한다.

(2) 실시형태 6

도 35는 릴레이 렌즈를 사용한 검출계의 구성을 나타낸 것이다. 2차 광학계로 MCP(마이크로 채널 플레이트)(35·1)의 표면에 결상된 2차 전자는, MCP(35·1)내의 채널을 통과하면서 그 수가 MCP(35·1)의 전자입사면과 출사면 사이에 인가된 전압에 따라 증배된다. MCP(35·1)의 구조나 동작에 대해서는 이미 알려져 있어, 여기서는 상세하게 설명하지 않는다. 이 실시형태에서는 MCP(35·1)상에서의 픽셀 크기를 26㎛로 하고, 가로 1024 픽셀 × 세로 512 픽셀분의 유효영역으로 채널 직경 6㎛의 것을 사용하였다. MCP(35·1)내에서 증배된 전자는 MCP(35·1)의 출사면으로부터 사출되어 대향하는 두께 약 4 mm의 유리판(35·2)상에 도포된 형광면(35·3)에 충돌하여 전자신호량에 따른 강도의 형광이 발생한다. 유리판(35·2)과 형광면(35·3)의 사이에는 얇은 투명전극이 도포되어 있고, MCP 출사면과의 사이에 2∼3 kV 정도의 전압이 인가되어 있기 때문에, MCP와 형광면 사이에서의 전자의 확대가 적극 억제되어 그곳에서의 상의 빛무리가 적극 억제됨과 동시에, MCP(35·1)를 출사한 전자가 적절한 에너지를 가지고 형광면(35·3)에 충돌하기 때문에, 발광효율이 향상한다. 또한 투명전극과 형광면(35·3)을 도포하는 유리판(35·2)의 재질은 빛을 효율좋게 투과하는 것이면 무엇이든 좋다.

형광면(35·3)에서 전자신호로 변환된 광강도 신호는, 유리판(35·2)을 통하여, 다시 진공과 대기를 격리하는 광학적으로 투명한 판(35·4)을 통하고, 형광면(35·3)에서 발생한 빛을 결상하는 릴레이 렌즈(35·5)를 통하여 그 결상위치에 배치한 CCD나 TDI 센서의 수광면(35·6)에 입사한다. 본 실시형태에서는 결상배율 0.5배, 투과율 2%의 릴레이 렌즈(35·5)를 사용하였다.

수광면(35·6)에 입사한 빛은, CCD나 TDI 센서에 의하여 전기신호로 변환되고, 화상의 전기신호가 도입장치에 출력된다. 본 실시형태에서 사용한 TDI 센서는 픽셀 크기 13㎛, 수평방향 유효 화소수 2048 픽셀, 적산단수 144단, 탭수 8, 라인 레이트가 최대 83 kHz의 것을 사용하였으나, 앞으로의 TDI 센서의 기술적인 진보에 의하여 다시 수평방향 유효 화소수나 적산단수가 큰 것을 사용하여도 상관없다. 또한 TDI 센서의 구조나 동작에 대해서는 이미 알려져 있어 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.

표 4에 있어서, 실시형태 1의 란에는, 본 실시형태에서의 2차 전자 방출전류밀도, 2차 광학계 결상배율, TDI 라인 레이트를 결정하였을 때에 얻어지는 픽셀 입사 전자수, TDI 그레이스케일 화소 계조값 및 스테이지속도를 나타내고 있다.

여기서 설명한 그레이스케일 화소 계조값의 풀스케일은 255 DN 이다. 이것은 현상의 MCP 다이내믹레인지가 2μA 정도밖에 없는 것에 기인한다. MCP 다이내믹레인지의 획기적인 향상은 현재상태에서는 바랄 수 없기 때문에, 어느 정도의 화소 계조값을 얻기 위해서는 TDI 리스폰시비티(Responsivity)를 최저 200 DN/(nJ㎠)은 확보하는 것이 중요하게 된다.

(3) 실시형태 7

도 36은 FOP를 사용한 검출계의 구성을 나타낸 것이다. 형광면(36·1)까지의 구조와 동작은 실시형태 5와 동일하다. 단, 본 실시형태의 MCP(36·2)의 유효영역은 픽셀 크기 16㎛이고 가로 2048 × 세로 512 픽셀분이다. 실시형태 5와 달리, 형광면(36·1)은 유리판 대신에 두께 약 4 mm의 FOP(파이버 옵틱 플레이트)(36·3)에 도포된다. 형광면(36·1)에서 전자신호로부터 변환된 광강도 신호는 FOP(36·3)의 각 파이버속을 통과한다. FOP(36·3)의 광출사면에는 투명전극이 도포되어 있고, 이것은 접지전위로 되어 있다. FOP(36·3)를 출사한 광은, 간극을 두지 않고 접한 두께가 예를 들면 약 3 mm의 다른 FOP(36·4)를 통하여 그 FOP(36·4)의 광출사면에 투광성 접착제를 거쳐 배치된 CCD나 TDI 센서(36·5)의 수광면에 입사한다. FOP의 각 파이버를 넘어 빛은 발산하지 않기 때문에, CCD나 TDI 센서(36·5)의 화소 크기가 파이버 직경보다도 충분히 크면 화질에 큰 영향은 없다.

본 실시형태에서는 FOP의 파이버직경은 6㎛, TDI 센서(36·5)의 픽셀 크기는 16㎛ 이다. FOP의 입사측과 출사측에서 파이버 직경을 바꿈으로써 상의 배율을 변화시킬 수 있으나, 그것에 의한 상의 왜곡이나 어긋남이 커지기때문에, 본 실시형태에서는 동일한 배율이다. 본 실시형태의 투과율은 약 40% 이다.

CCD 또는 TDI 센서(36·5)는 진공중에 배치하고, 광신호로부터 변환된 화상의 전기신호(36·6)는, 대기와 진공을 격리하는 피드스루(36·7)를 거쳐 도입장치에 출력된다.

CCD 또는 TDI 센서(36·5)를 대기중에 배치하여 FOP에서 대기와 진공을 격리하는 것도 가능하나, 투과율이 저감하는 것과, FOP의 두께의 증가에 따라 왜곡이 증가하는 것을 가미하면 적극적으로 채용할 필요성은 그다지 없다.

본 실시형태에서 사용한 TDI 센서(36·5)는, 픽셀 크기 16㎛, 수평방향 유효 화소수 2048 픽셀, 적산단수 512단, 탭수 32, 라인 레이트가 최대 300 kHz의 것을 사용하였으나, 앞으로의 TDI 센서의 기술적인 진보에 의하여 수평방향 유효 화소수나 적산단수가 더 큰 것을 사용하여도 상관없다.

표 4의 실시형태 2의 란에, 본 실시형태에서의 2차 전자 방출 전류밀도, 2차광학계 결상배율, TDI라인 레이트를 결정하였을 때에 얻어지는 픽셀입사 전자수, TDI 그레이스케일 화소 계조값 및 스테이지속도를 나타낸다.

(4) 실시형태 8

도 37(a)는, 사상투영방식의 결함검사장치(EBI)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, (b)는 이 결함검사장치(EBI)의 2차 광학계 및 검출계의 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 도 37에 있어서 전자총(37·1)은 대전류로 동작 가능한 열전자방출형의 LaB6제 캐소드(37·2)를 가지고 전자총(37·1)으로부터 제 1 방향으로 발사된 1차 전자는 수단의 4극자 렌즈(37·3)를 포함하는 1차 광학계를 통과하여 빔 형상을 조정받고 나서 비엔나 필터(37·4)를 통과한다. 비엔나 필터(37·4)에 의하여 1차 전자의 진행방향은 검사대상인 시료(W)에 대하여 입력하도록 제 2 방향으로 변경된다. 비엔나 필터(37·4)를 나와 제 2 방향으로 진행하는 1차 전자는, NA 개구판(37·5)에 의하여 빔 직경이 조절되고, 대물렌즈(37·6)를 통과하여 시료(W)를 조사한다.

이와 같이 1차 광학계에 있어서는, 전자총(37·1)으로서 LaB6제의 고휘도의 것을 사용하고 있기 때문에, 종래의 주사형의 결함검사장치에 비하여 저에너지로 대전류 또한 대면적의 1차 빔을 얻을 수 있다. 전자총(37·1)은 LaB6으로 이루어지고, 형상을 원추대로 하고, 직경이 50㎛ 이상이고, 1차 전자의 인출전압이 4.5 kV이고 1×10³ A/㎠sr 이상 1 × 10⁸ A/㎠sr 이하의 휘도로 전자를 인출하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 4.5 kV 이고 1× 105 A/㎠sr 이상1× 107 A/㎠sr 이하로 한다. 더욱 바람직하게는 10 kV이고 1 × 10⁶ A/㎠sr 이상 1×10⁷ A/㎠sr 이하로 한다. 또 전자총(37·1)은 쇼트키형으로서, 1차 전자의 인출전압이 4.5 kV이고 1 × 10⁶ A/㎠sr 이상2 × 10¹⁰ A/㎠sr 이하의 휘도로 전자를 인출하여 사용할 수도 있다. 바람직하게는 10 kV이고 1 × 10⁶ A/㎠sr 이상 5 × 10⁹ A/㎠sr 이하로 한다. 또 전자총(37·1)에 ZrO의 쇼트키형을 사용할 수도 있다.

1차 전자가 시료(W)를 조사하는 조사영역의 형상이 1차 전자의 광축을 포함하지 않는 다른 직교하는 2개의 축에 대하여 각각 대략 대칭이고, 1차 전자가 시료상을 조사하는 영역의 1차 전자의 조도 불균일은 10% 이하이며, 바람직하게는 5% 이하이고, 더욱 바람직하게는 3% 이하의 조도 불균일하게 되어 있어, 아주 균일하다. 이 경우 빔 형상은 상기한 바와 같이 1차 전자의 광축을 포함하지 않는 다른 직교하는 2개의 축에 대하여 각각 대략 대칭이 아닌 경우도 사용할 수 있다.

이 실시형태에 있어서는, 시료(W)는 1차 광학계에 의하여 단면이 예를 들면 200㎛ × 50㎛의 직사각형으로 형성된 면 빔에 의하여 조사되기 때문에, 시료(W)상의 소정의 넓이의 작은 영역을 조사할 수 있게 된다. 이 면 빔으로 시료(W)를 주사하기위하여 시료(W)는 예를 들면 300 mm 웨이퍼 대응의 고정밀도의 XY 스테이지(도시생략) 상에 탑재되어 면 빔을 고정한 상태에서 XY 스테이지를 2차원적으로 이동시킨다. 또 1차 전자를 빔 스폿으로 조절할 필요가 없기 때문에 면 빔은 저전류밀도이고, 시료(W)의 손상이 적다. 예를 들면 종래의 빔 주사방식의 결함검사장치에 있어서는 빔 스폿의 전류밀도는 10 A/㎠∼10⁴ A/㎠이나, 도 37의 결함검사장치에 있어서는 면 빔의 전류밀도는 0.0001 A/㎠∼0.1 A/㎠일 뿐이다. 바람직하게는 0.001 A/㎠∼1 A/㎠로 사용한다. 더욱 바람직하게는 0.01 A/㎠∼1 A/㎠로 사용한다. 한편, 도즈는, 종래의 빔 주사방식에서는 1× 10^-5 C/㎠인 데 대하여, 본 방식에서는 1×10^-6 C/㎠∼1×10^-1 C/㎠이고, 본 방식의 쪽이 고감도로 되어 있다. 바람직하게는 1×10^-4 C/㎠∼1×10^-1 C/㎠, 더욱 바람직하게는 1×10^-3 C/㎠∼1×10^-1 C/㎠로 사용한다.

1차 전자빔의 입사방향은 기본적으로 E × B(37·4)의 E 방향, 즉 전계의 방향부터로 하고 있고, 이 방향에 TDI의 적산방향 및 스테이지 이동방향을 맞춘다. 1차 전자빔의 입사방향은 B방향, 즉 자장을 인가하고 있는 방향이어도 좋다.

1차 전자에 의하여 조사된 시료(W)의 영역에서는 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자가 발생한다. 먼저 2차 전자의 검출에 대하여 설명하면, 시료(W)로부터 방출된 2차 전자는, 상기 제 2의 반대방향으로 진행하도록 대물렌즈(37·6)에 의하여 확대되어 NA 개구판(37·5) 및 비엔나 필터(37·4)를 통과하고 나서, 중간렌즈(37·7)에 의하여 다시 확대되고, 투영렌즈(37·8)에 의하여 더 확대되어 2차 전자검출계(37·9)에 입사한다. 2차 전자를 유도하는 2차 전자검출계(37·9)에 있어서는 대물렌즈(37·6), 중간렌즈(37·7) 및 투영렌즈(37·8)는 어느 것이나 고정밀도의 정전렌즈이고, 2차 광학계의 배율은 가변이도록 구성된다. 1차 전자를 시료(W)에 대략 수직하게(± 5도 이하, 바람직하게는 ±3도 이하, 더욱 바람직하게는 ±1도 이하로) 입사하여, 2차 전자를 대략 수직으로 인출하기 때문에, 시료(W) 표면의 요철에 의한 음영은 생기지 않는다.

비엔나 필터(37·4)는 E × B 필터라고도 불리우며, 전극 및 자석을 가지고, 전계와 자계를 직교시킨 구조를 가지며, 1차 전자를 예를 들면 35도 구부려 시료방향(시료에 수직한 방향)으로 향하고, 한편 시료로부터의 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자중 적어도 하나를 직진시키는 기능을 가진다.

투영렌즈(37·8)로부터의 2차 전자를 수취하는 2차 전자검출계(37·9)는, 입사된 2차 전자를 증식하는 마이크로 채널 플레이트(MCP)(37·10)와, MCP(37·10)로부터 나간 전자를 빛으로 변환하는 형광 스크린(37·11)와, 형광 스크린(37·11)로부터 나간 빛을 전기신호로 변환하는 센서 유닛(37·12)을 구비한다. 센서 유닛(37·12)은 2차원으로 배열된 다수의 고체 촬상소자로 이루어지는 고감도의 라인센서(37·13)를 가지고 있고, 형광 스크린(37·11)로부터 발생한 형광은 라인센서(37·13)에 의하여 전기신호로 변환되어 화상처리부(37·14)에 보내지고, 병렬, 다단 또한 고속으로 처리된다.

시료(W)를 이동시켜 시료(W)상의 개개의 영역을 순서대로 면 빔으로 조사하여 주사하여 가는 동안에 화상처리부(37·14)는 결함을 포함하는 영역의 XY 좌표와 화상에 관한 데이터를 차례로 축적하여 가서, 하나의 시료에 대하여 결함을 포함하는 검사대상의 모든 영역의 좌표와 화상을 포함하는 검사결과 파일을 생성한다. 이와 같이 하여 검사결과를 일괄하여 관리할 수 있다. 이 검사결과 파일을 판독하면, 화상처리부(12)의 디스플레이상에는 상기 시료의 결함분포와 결함 상세 리스트가 표시된다.

실제로는 결함검사장치(EBI)의 각종 구성요소 중, 센서 유닛(37·12)은 대기중에 배치되나, 그 밖의 구성요소는 진공으로 유지된 경통내에 배치되기 때문에, 이 실시형태에 있어서는 경통의 적절한 벽면에 라이트 가이드를 설치하여 형광센서(37·11)로부터 나간 빛을 라이트 가이드를 거쳐 대기중으로 인출하여 라인센서(37·13)에 중계한다.

시료(W)로부터 방출되는 전자를 100%로 하였을 때, MCP(37·10)에 도달할 수 있는 전자의 비율(이하「투과율」)은

투과율(%) = [MCP(37·10)에 도달할 수 있는 전자]/[시료(W)로부터 방출되는 전자] × 100

으로 나타낸다. 투과율은 NA 개구판(37·5)의 개구부 면적에 의존한다. 예로서 투과율과 NA 개구판의 개구부 직경의 관계를 도 38에 나타낸다. 실제로는 시료로부터 발생하는 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자중 적어도 하나가 전자검출계(D)에 도달하는 것은 1화소당 200개∼1000개 정도이다.

검출기에 확대 투영하여 결상한 화상의 중심과 정전렌즈의 중심은 공통의 축 이고, 편광기와 시료와의 사이에서는 전자빔은 공통의 축을 광학축으로 하고, 전자빔의 광학축은 시료에 대하여 수직이다.

도 39는, 도 37의 결함검사장치(EBI)에 있어서의 2차 전자검출계(37·9)의 구체적인 구성예를 나타내고 있다. 투영렌즈(37·8)에 의하여 MCP(37·10)의 입사면에 2차 전자상 또는 반사전자상(39·1)이 형성된다. MCP(37·10)는 예를 들면 분해능이 6㎛, 게인이 10³∼10⁴, 실행화소가 2100 × 520이고, 형성된 전자상(39·1)에 대응하여 전자를 증식하여 형광 스크린(37·11)을 조사한다. 이것에 의하여 형광 스크린(37·11)의 전자로 조사된 부분으로부터 형광이 발생하고, 발생한 형광은 저왜곡(왜곡이 예를 들면 0.4%)의 라이트 가이드(39·2)를 거쳐 대기중으로 방출된다. 방출된 형광은 광학 릴레이 렌즈(39·3)를 거쳐 라인센서(37·13)에 입사된다. 예를 들면 광학 릴레이 렌즈(39·3)는 배율이 1/2, 투과율이 2.3%, 왜곡이 0.4% 이고, 라인센서(37·13)는 2048 × 512개의 화소를 가지고 있다. 광학 릴레이 렌즈(39·3)는 라인센서(37·13)의 입사면에 전자상(39·1)에 대응한 광학상(39·4)을 형성한다. 라이트 가이드(39·2) 및 릴레이 렌즈(39·3) 대신에 FOP(파이버·옵틱 ·플레이트)를 사용할 수도 있고, 이 경우의 배율은 1배이다. 또 1화소당의 전지수가 500개 이상인 경우, MCP를 생략하여도 좋다.

도 37에 나타내는 결함검사장치(EBI)는, 전자총(37·1)의 가속전압 및 시료(W)에 인가되는 시료전압을 조정함과 동시에 2차 전자검출계(37·9)를 사용함으로써 2차 전자의 경우, 양대전모드와 음대전모드 중 어느 하나로 동작 가능하다. 또한 전자총(37·1)의 가속 전압, 시료(W)에 인가되는 시료전압 및 대물렌즈 조건을 조정함으로써 결함검사장치(EBI)를 1차 전자의 조사에 의하여 시료(W)로부터 발생되는 고에너지의 반사전자를 검출하는 반사전자 촬상모드로 동작시킬 수 있다. 반사전자는 1차 전자가 시료(W)에 입사될 때의 에너지와 동일한 에너지를 가지고 있고, 2차 전자에 비하여 에너지가 높기 때문에, 시료 표면의 대전 등에 의한 전위의 영향을 받기 어렵다는 특징이 있다. 전자검출계는 2차 전자 또는 반사전자의 강도에 대응한 전기신호를 출력하는 전자충격형 CCD, 전자충격형 TDI 등의 전자충격형 검출기를 사용할 수 있다. 이 경우는 MCP(37·10), 형광 스크린(37·11), 릴레이 렌즈(39·3)(또는 FOP)를 사용하지 않고 결상위치에 전자충격형 검출기를 설치하여 사용한다. 이와 같은 구성으로 함으로써 결함검사장치(EBI)는 검사대상에 적합한 모드로 동작하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면 메탈배선의 결함, GC 배선의 결함, 레지스트패턴의 결함을 검출하기 위해서는, 음대전모드 또는 반사전자 촬상모드를 이용하면 좋고, 바이어의 도통불량이나 에칭후의 바이어 바닥의 잔사를 검출하기 위해서는 반사전자 촬상모드를 이용하면 좋다.

도 40(a)는 도 37의 결함검사장치(EBI)를 상기 3개의 모드로 동작시키기 위한 요건을 설명하는 도면이다. 전자총(37·1)의 가속전압을 V_A, 시료(W)에 인가되는 시료전압을 V_W, 시료를 조사할 때의 1차 전자의 조사 에너지를 E_IN, 2차 전자검출계(37.9)에 입사하는 2차 전자의 신호 에너지를 E_OUT라 한다. 전자총(37·1)은 가속 전압(V_A)을 바꿀 수 있게 구성되고, 시료(W)에는 적절한 전원(도시 생략)으로부터 가변의 시료전압(V_W)이 인가된다. 따라서 가속전압(V_A) 및 시료전압(V_W)을 조정하여 또한 2차 전자검출계(37·9)를 사용하면 결함검사장치(EBI)는 도 40(b)에 나타내는 바와 같이 2차 전자 필드가 1 보다도 큰 범위에서는 양대전모드, 1 보다도 작은 범위에서는 음대전모드로 동작할 수 있다. 또 가속전압(V_A), 시료전압(V_W) 및 대물렌즈 조건을 설정함으로써 결함검사장치(EBI)는 2차 전자와 반사전자와의 에너지차를 이용하여 2종류의 전자를 구별할 수 있기 때문에, 반사전자만을 검출하는 반사전자 촬상모드로 동작할 수 있다.

결함검사장치(EBI)를 반사전자 촬상모드, 음대전모드 및 양대전모드로 동작시키기 위한 V_A, V_W, E_IN 및 E_OUT의 값의 일례를 들면,

반사전자 촬상모드

V_A = -4.0kV ±1도 V (바람직하게는 ±0.1도, 더욱 바람직하게는 ±0.01도 이하)

V_W = -2.5 kV ±1도 V (바람직하게는 ±0.1도, 더욱 바람직하게는 ±0.01도 이하)

E_IN = 1.5 keV ±1도 V (바람직하게는 ± 0.1도, 더욱 바람직하게는 ±0.01도 이하)

E_OUT = 4 keV 이하

음대전모드

V_A = -7.0 kV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ±0.01 V 이하)

V_W = -4.0 kV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ±0.01 V 이하)

E_IN = 3.0 keV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ±0.01 V 이하)

E_OUT = 4 keV +α (α: 2차 전자의 에너지폭)

양대전모드

V_A = -4.5 kV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ±0.01 V 이하)

V_W = -4.0 kV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ±0.01 V 이하)

E_IN = 0.5 keV ±1 V (바람직하게는 ±0.1 V, 더욱 바람직하게는 ± 0.01 V 이하)

E_OUT = 4 keV +α (α: 2차 전자의 에너지폭)

이 된다.

상기한 바와 같이, 기본적으로는 2차 전자모드일 때에는 시료의 전위(V_W)는 양대전모드의 경우도, 음대전모드의 경우도, 4 kV ±10 V (바람직하게는 4 kV ± 1 V, 더욱 바람직하게는 4 kV ±0.01 V 이하)로 일정한 전위를 인가한다. 한편, 반사전자모드의 경우는 가속전위(V_A)를 4 kV ±10 V (바람직하게는 4 kV ±1 V, 더욱 바람직하게는 4 kV ±0.01 V 이하)로 하고, 시료전위(V_W)는 가속전위 4 kV 이하의 임의의 전위로 설정하여 사용한다. 이와 같이 하여 검출기의 MCP에는 4 keV ±10 eV +α (바람직하게는 4 kV ±1 V, 더욱 바람직하게는 4 kV ±0.01 V)라는 최적의 에너지로, 신호가 되는 2차 전자 또는 반사전자가 입사되도록 설정되어 있다.

이상의 전위설정은 기본적으로 2차 광학계를 통과시키는 신호전자의 에너지를 4 keV로 하여 시료면의 전자상을 검출기에 결상시키는 경우이고, 이 에너지를 바꿈으로써 상기의 2차 전자 모드와 반사전자 모드에 있어서의 설정전위를 바꾸어 시료의 종류에 따른 최적의 전자상을 얻을 수 있다. 음대전모드에서는 도 40(b)의 양대전 영역보다 낮은 전자조사 에너지(예를 들면 50 eV 이하)의 영역을 사용하는 것도 가능하다.

실제로 2차 전차와 반사전자의 검출량은, 시료(W)상의 피검사영역의 표면 조성, 패턴형상 및 표면 전위에 따라 변한다. 즉, 시료(W)상의 피검사 대상의 표면 조성에 의하여 2차 전자 수율 및 반사전자량은 다르고, 패턴이 뾰족한 부분이나 모서리에서는 2차 전자수율 및 반사 전자량은 평면에 비하여 크다. 또 시료(W)상의 피검사대상의 표면전위가 높으면, 2차 전자 방출량이 감소한다. 이와 같이 하여 2차 전자검출계(37·9)에 의하여 검출된 2차 전자 및 반사전자로부터 얻어지는 전자신호 강도는 재료, 패턴형상 및 표면전위에 따라 변동한다.

2-3-3) E × B 유닛 (비엔나 필터)

비엔나 필터는, 전극과 자극을 직교방향으로 배치하여 전계와 자계를 직교시킨 전자 프리즘 광학계의 유닛이다. 전자계를 선택적으로 주면, 일방향으로부터 그 자리에 입사하는 전자빔은 편향시키고, 그 반대방향으로부터 입사하는 전자빔은 전계에서 받는 힘과 자계로부터 받는 힘의 영향이 상쇄되는 조건(빈 조건)을 만드는 것이 가능하고, 이에 의하여 1차 전자빔은 편향되어 웨이퍼상에 수직하게 조사하고, 2차 전자빔은 검출기를 향하여 직진할 수 있다.

E × B 유닛의 전자빔 편향부의 상세한 구조에 대하여 도 41 및 도 41의 A-A선을 따르는 종단면을 나타내는 도 42를 사용하여 설명한다. 도 41에 나타내는 바와 같이 E × B 유닛(41·1)의 전자빔 편향부(41·2)인 곳은 사상투영 광학부의 광축에 수직한 평면내에서 전계와 자계를 직교시킨 구조, 즉 E × B 구조로 한다. 여기서 전계는 오목면형상의 곡면을 가지는 전극(41·3 및 41·4)에 의하여 발생시킨다. 전극(41·3 및 41·4)이 발생하는 전계는, 각각 제어부(41·5 및 41·6)에 의하여 제어된다. 한편 전계발생용 전극(41·3 및 41·4)과 직교하도록 전자코일(41·7 및 41·8)을 배치시킴으로써 자계를 발생시키고 있다. 또한 전계발생용 전극(41·3, 41·4)은 점대상이나 동심원이어도 상관없다.

이 경우는 자계의 균일성을 향상시키기 위하여 평행 평판형상을 가지는 폴피스를 가지게 하여 자석로를 형성하고 있다. A-A 선을 따르는 종단면에 있어서의 전자빔의 거동은 도 42에 나타내는 바와 같다. 조사된 전자빔(42·1 및 42·2)은, 전극(41·3, 41·4)이 발생하는 전계와, 전자코일(41·7, 41·8)이 발생하는 자계에 의하여 편향된 후, 시료면상에 대하여 수직방향으로 입사한다.

여기서 조사 전자빔(42·1, 42·2)의 전자빔 편향부(41·2)에의 입사위치 및 각도는, 전자의 에너지가 결정되면 일의적에 결정된다. 또한 2차 전자(42·3 및 42·4)가 직진하도록 전계 및 자계의 조건, 즉 v × B = E 가 되도록 전극(41·3, 41·4)이 발생하는 전계와, 전자코일(41·7, 41·8)이 발생하는 자계를, 각각의 제어부(41·5, 41·6, 41·9, 41·10)가 제어함으로써, 2차 전자는 전자빔 편향부(41·2)를 직진하여 상기 사상투영 광학부에 입사한다. 여기서 v는 전자의 속도(m/s), B는 자장(T), e는 전하량(C), E는 전계(V/m)이다.

여기서는 E × B 필터(41·1)를 1차 전자빔과 2차 전자의 분리에 사용하고 있으나, 자장을 사용하여도 가능한 것은 물론이다. 또 전계만으로 1차 전자빔과 2차 전자를 분리하여도 좋다. 또한 1차 전자와 반사전자의 분리에 사용할 수 있는 것은 당연하다.

여기서 실시형태 9로서, 도 43에 의하여 E × B 필터의 변형예를 설명한다. 도 43은 광축에 수직한 면으로 자른 단면도이다. 전계를 발생시키기 위한 4대 전극(43·1과 43·2, 43·3와 43·4, 43·5와 43·6, 43·7와 43·8)은, 비자성 도전체로 형성되고, 전체로서 대략 원통형상이며, 절연재료로 형성된 전극지지용 원통(43·9)의 내면에 나사(도시 생략) 등에 의하여 고정된다. 전극지지용 원통(43·9)의 축 및 전극이 형성하는 원통의 축은, 광축(43·10)에 일치시킨다. 각 전극(43·1∼43·8)사이의 전극지지용 원통(43·9)의 내면에는 광축(43·10)과 평행한 홈(43·11)이 설치된다. 그리고 그 내면의 영역은 도전체(43·12)로 코팅되고, 어스전위에 설정된다.

전계를 발생시킬 때에, 전극(43·3, 43·5)에 「cosθ1」, 전극(43·6, 43·4)에「-cosθ1」, 전극(43·1, 43·7)에 「cosθ2」, 전극(43·8, 43·2)에 「-cosθ2」에 비례하는 전압을 주면, 전극 내경의 60% 정도의 영역에서 대략 똑같은 평행전계가 얻어진다. 도 44에 전계분포의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한 이 예에서는 4대의 전극을 사용하였으나, 3대이어도 내경의 40% 정도의 영역에서 똑같은 평행전계를 얻을 수 있다.

자계의 발생은 전극지지용 원통(43·9)의 바깥쪽에 2개의 직사각형상의 백금합금 영구자석(43·13, 43·14)을 평행하게 배치함으로써 행한다. 영구자석(43·13, 43·14)의 광축(43·10)측의 면의 주변에는 자성재료로 구성되는 돌기(43·16)가 설치된다. 이 돌기(43·16)는 광축(43·10)측의 자력선이 바깥쪽으로 볼록하게 왜곡되는 것을 보상하는 것으로, 그 크기 및 형상은 시뮬레이션 해석에 의하여 정할 수 있다.

영구자석(43·13, 43·14)의 바깥쪽은, 영구자석(43·13, 43·14)에 의한 자력선의 광축(43·10)과 반대측의 통로가, 전극지지용 원통(43·9)과 동축의 원통이 되도록, 강자성체 재료로 구성되는 요크 또는 자기회로(43·15)가 설치된다.

도 43에 나타낸 바와 같은 E × B 분리기는 도 25-1에 나타내는 바와 같은 사상투영형 전자선 검사장치뿐만 아니라, 주사형 전자선 검사장치에도 적용할 수 있다.

상기 주사형 전자선 검사장치의 일례를 도 25-2에 나타낸다. 전자총(25·14)으로부터 전자선이 시료(25·15)을 향하여 조사된다. 1차계 전자빔은 E × B(25·16)를 통과하나, 입사시에는 편향력이 가해지지 않고 직진하여 대물렌즈(25·17)로 조절되어 시료(25·15)에 대략 수직하게 입사된다. 시료(25·15)로부터 나온 전자는 이번은 E × B(25·16)에 의하여 편향력이 가해져 검출기(25·18)로 유도된다.

이와 같이 E × B(25·16)의 전계와 자계를 조정함으로써 1차계와 2차계의 하전입자 빔 중 어느 한쪽을 직진시키고, 다른쪽을 임의의 방향으로 직진시킬 수 있다.

또한 E × B(25·16)를 사용하면 편향력이 가해져 변경된 방향으로 수차가 생기기 때문에, 그것을 보정하기 위하여 1차계 광학계의 전자총(25·14)과 E × B(25·16) 사이에, 다시 E × B 편향기를 설치하여도 좋다. 또 동일한 목적으로 2차계의 검출기(25·18)와 E × B(25·16) 사이에 다시 E × B 편향기를 설치하여도 좋다.

주사형 전자선 검사장치 또는 주사형 전자현미경에 있어서는, 1차계의 전자빔으로 가늘게 조절하는 것이 분해능을 올리는 것으로 연결되기 때문에, 1차계 전자빔에는 여분의 편향력을 주지 않도록, 도 25-2와 같이 1차계 전자빔을 직진시키고, 2차계 빔을 편향시키는 것이 일반적이다. 그러나 반대로 1차계의 빔을 편향시키고, 2차계의 빔을 직진시키는 쪽이 적합하면 그와 같이 하여도 좋다. 마찬가지로 사상투영형 전자선 검사장치에서는 시료상의 촬상영역과 검출기의 CCD 상의 픽셀의 대응을 정확하게 취하기 위하여 2차계 빔에는 가능한 한 수차를 생기게 하지 않는 편향력을 주지 않게 하는 쪽이 일반적으로는 바람직하다. 따라서 도 25-1에 나타내는 바와 같이 1차계의 빔을 편향시키고, 2차계의 빔을 직진시키는 구성을 취하는 것이 일반적이나, 1차계의 빔을 직진시키고, 2차계의 빔을 편향시키는 구성을 취하는 쪽이 적합하면 그와 같은 구성을 취하여도 좋다.

또한 E × B의 전계 및 자계의 세기의 설정은, 2차 전자모드, 반사전자모드와, 모드마다 변화시켜도 좋다. 모드마다 최적의 화상를 얻을 수 있도록 전계 및 자계의 세기를 설정하는 것이 가능하다. 설정을 바꿀 필요가 없을 때에는 일정한 세기그대로 좋은 것은 물론이다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이 본 예에 의하면 광축의 주위에 전계, 자계가 모두 똑같은 영역을 크게 취할 수 있고, 1차 전자선의 조사범위를 넓혀도 E × B 분리기를 통과시킨 상의 수차를 문제가 없는 값으로 할 수 있다. 또 자계를 형성하는 자극의 주변부에 돌기(43·16)를 설치함과 동시에, 이 자극을 전계발생용 전극의 바깥쪽에 설치하였기 때문에, 동일한 자계가 발생할 수 있음과 동시에, 자극에의한 전계의 왜곡을 작게 할 수 있다. 또 영구자석을 사용하여 자계를 발생시키고 있기 때문에, E × B 분리기 전체를 진공 중에 넣어 둘 수 있다. 또한 전계발생용 전극 및 자로 형성용 자기회로를 광축을 중심축으로 하는 동축의 원통형상으로 함으로써 E × B 분리기 전체를 소형화할 수 있다.

2-3-4) 검출기

2차 광학계로 결상되는 웨이퍼로부터의 2차 전자화상은, 먼저 마이크로 채널 플레이트(MCP)로 증폭된 후, 형광 스크린에 있어서 빛의 상으로 변환된다. MCP의 원리로서는 직경 1∼100㎛, 길이 0.2∼10 mm, 바람직하게는 직경 2∼50㎛, 길이 0.2∼5 mm, 더욱 바람직하게는 직경 6∼25㎛, 길이 0.24∼1.0 mm라는 아주 가는 도전성의 유리 캐필러리를 수백만개∼수천만개 묶여 얇은 판형상으로 정형한 것으로, 소정의 전압인가를 행함으로써 하나 하나의 캐터필러리가 독립된 2차 전자증폭기로서 작용하고, 전체로서 2차 전자 증폭기를 형성한다. 이 검출기에 의해 빛으로 변환된 화상은, 진공 투과창을 거쳐 대기중에 놓여진 FOP 계에서 TDI-CCD 상에 1대1로 투영된다.

여기서, 상기 구성의 전자광학장치의 동작에 대하여 설명한다. 도 25-1에 나타내는 바와 같이, 전자총(25·4)으로부터 방출된 1차 전자선은, 렌즈계(25·5)에 의하여 집속된다. 수속된 1차 전자선은 E × B 형 편향기(25·6)에 입사되어, 웨이퍼 (W)의 표면에 수직하게 조사되도록 편향되고, 대물렌즈계(25·8)에 의하여 웨이퍼(W)의 표면상에 결상된다.

1차 전자선의 조사에 의하여 웨이퍼로부터 방출된 2차 전자는, 대물렌즈계(25·8)에 의하여 가속되어 E × B 형 편향기(25·6)에 입사되고, 그 편향기를 직진하여 2차 광학계의 렌즈계(25·10)를 통하여 검출기(25·11)로 유도된다. 그리고 그 검출기(25·11)에 의하여 검출되고, 그 검출신호가 화상처리부(25·12)에 보내진다. 또, 대물렌즈계(25·7)는 10 내지 20 kV의 고전압이 인가되고, 웨이퍼는 설치되어 있는 것으로 한다.

여기서 웨이퍼(W)에 바이어(25·13)가 있는 경우에, 전극(25·8)에 주는 전압을 -200 V라 하면, 웨이퍼의 전자선 조사면의 전계는, 0∼-0.1 V/mm [- 는 웨이퍼(W)측이 고전위인 것을 나타낸다]가 되었다. 이 상태에서 대물렌즈계(25·7)와 웨이퍼(W)와의 사이에 방전은 발생하지 않아 웨이퍼(W)의 결함검사는 행할 수 있었으나, 2차 전자의 검출효율이 약간 내려간다. 따라서 전자선을 조사하여 2차 전자를 검출하는 일련의 동작을 예를 들면 4회 행하여 얻어진 4회 분의 검출결과를 누적가산이나 평균화 등의 처리를 실시하여 소정의 검출감도를 얻었다.

또 웨이퍼에 바이어(25·13)가 없는 경우에, 전극(25·8)에 주는 전압을 +350 V로 하여도 대물렌즈계(25·7)와 웨이퍼와의 사이에 방전은 발생하지 않고 웨이퍼(W)의 결함검사는 행할 수 있었다. 이 경우 전극(25·8)에 인가한 전압에 의하여 2차 전자가 집속되고, 대물렌즈(25·7)에 의해서도 더욱 집속되기 때문에, 검출기(25·11)에 서의 2차 전자의 검출효율은 향상하였다. 따라서 웨이퍼 결함장치로서의 처리도 고속이 되어, 높은 스루풋으로 검사를 행할 수 있었다.

2-3-5) 전원

본 장치에 있어서의 전원부는 주로, 전극제어를 위한 수백정도의 출력채널을 가지는 직류 고압정밀 전원으로 구성되고, 전극의 역할, 위치관계에 따라 그 공급전압이 다르나, 화상의 분해능 및 정밀도의 요구로부터, 안정성은 설정값에 대하여 수 100 ppm 이하, 바람직하게는 20 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 수 ppm의 오더가 요구되어, 안정성의 저해요인인 전압의 경시변동, 온도변동, 노이즈·리플 등을 극소로 하기 위하여 회로방식, 부품의 선정, 설치에 대한 연구가 이루어지고 있다.

전극 이외의 전원의 종류로서는, 히터 가열용 정전류원, 1차계의 빔 중심내기시에 애퍼처 전극중심 근방에서 빔의 센터링을 확인하기 위하여 빔을 2차원적으로 편향하기 위한 고압 고속 증폭기, 히터 가열용 정전류원, 에너지필터인 E × B 용의 전자 코일용 정전류원, 웨이퍼에 바이어스를 인가하기 위한 리타딩 링 전원 및 웨이퍼를 정전척에 흡착시키는 위한 전위를 발생시키는 전원, EO 보정을 행하는 고압 고속 증폭기, 전자를 포토멀티플라이어의 원리로 증폭시키는 MCP 전원 등이 있다.

도 45는 전원부의 전체구성을 나타내고 있다. 상기 도면에 있어서 경통부(45·1)의 전극에 대하여 도시 생략하나, 전원랙(45·2) 및 고속 고압 증폭기(45·3, 45·4 및 45·5)로부터 접속 케이블을 경유하여 전원이 공급된다. 고속 고압 증폭기(45·3∼45·5)는 광대역의 증폭기이고, 처리하는 신호의 주파수도 높기(DC-MHz)때문에 케이블의 정전용량에 의한 특성열화와 소비전력의 증가를 억제할 필요성으로부터 전극 근방에 설치하여 케이블의 정전용량 증가를 방지한다. EO 보정(45·6)으로부터 보정신호가 출력되어 옥타폴 변환부(45·7)에서 8극자의 각각의 전극에 대하여 벡터값에 정합한 위상과 크기를 가진 전압으로 변환하여, 고속 고압 증폭기(45·4)에 입력하고 증폭한 후, 경통에 포함되는 전극에 공급된다.

AP 화상 취득 블럭(45·8)은 1차계의 빔 중심내기시에 개구 전극 중심 근방에서 빔의 센터링을 확인하기 위하여 AP 화상취득 블럭(45·8)으로부터 톱니형상파를 발생시켜 고압 고속 증폭기에 의해 경통(45·1)의 편향전극에 인가하고, 빔을 2차원적으로 편향함으로써 개구 전극에서 받은 빔 전류의 크기를 위치와 관련지어 화상표시함으로써 빔 위치를 기계적 중심위치로 조정하는 보조기능으로서의 역할을 가진다.

AF 제어(46·9)로부터는 사전에 측정된 최선의 포컬포인트에 상등하는 전압을 메모리에 기억하고, 스테이지 위치에 따라 이 값을 판독하여 D/A 컨버터로 아날로그전압으로 변환하고, 고속 고압 증폭기(45·5)를 지나 경통(45·1)에 포함되는 초점 조정전극에 인가하여 최적 초점위치를 유지하면서 관측하는 기능을 실현하고 있다.

전원랙(45·2)에는 전원군(1∼4)으로 이루어지는 전극제어를 위한 수백 정도의 출력채널을 가지는 직류 고압 정밀 전원이 수납된다. 전원랙(45·2)은, 제어통신부(45·10)에 의하여 통신카드(45·11)나, 전기적 절연성을 가지고 안정성의 확보와 그라운드 루프의 발생을 방지하여 노이즈 혼입을 방지하는 광파이버통신(45·12) 등에 의하여 제어 CPU부(45·13)로부터의 지령을 수신하고, 또 전원장치의 이상 등의 스테이터스를 송신하는 것이 가능한 시스템을 구성하고 있다. UPS(45·14)는 정전, 예측할 수 없는 전원off 등에 의한 제어 이상 발생시의 시스템의 폭주에 의하여 장치의 파손, 이상방전, 인체에 대한 위험 등을 방지하고 있다. 전원(45·15)은 대부분 수전부이고, 인터록, 전류제한 등을 포함하여 결함검사장치 전체로서의 안전협조를 행할 수 있도록 구성하고 있다.

통신카드(45·11)는 제어 CPU부(45·13)의 데이터버스(45·16), 어드레스버스(45·17)에 접속되어, 실시간 처리를 행할 수 있다.

도 46은 수백 내지 수십 kV의 정적인 직류전압을 발생하는 경우의 회로방식에 대한 스타택 고압 단극성 전원(렌즈용)의 회로구성의 일례를 나타내고 있다. 도 46에 있어서, 신호원(46·1)에 의하여 트랜스(46·2)의 투자율이 최적이 되는 주파수의 교류전압을 발생시켜 승산기(46·3)를 거친 후, 구동회로(46·4)로 유도되어 트랜스(46·2)에 의하여 수십배 내지 수백배의 진폭의 전압을 발생시킨다. 콕크래프트월튼회로(46·5)는 정류하면서 승압을 행하는 회로이다. 트랜스(46·2)와 콕크래프트월튼회로(46·5)와의 조합에 의하여 원하는 직류전압을 얻고, 저대역통과필터(46·6)에 의하여 다른 평활화를 행하여 리플, 노이즈를 저감한다. 출력전압 검출저항(46·7, 46·8)의 저항비에 의하여 고압출력 전압을 분압하여 통상의 전자회로로 처리할 수 있는 전압범위내로 한다. 이 저항의 안정성이 전압 정밀도의 대부분을 결정하기 때문에, 온도안정도, 장기변동 등이 우수한 소자를 사용하여, 특히 분압비가 중요하게 되기 때문에, 동일 절연 기판상에 박막을 형성하는 것이나, 또는 저항소자를 근접시켜 온도가 다르지 않게 연구하는 등의 수단을 강구한다.

분압된 결과는, 연산증폭기(46·9)에 의하여 기준 전압발생용 D/A 컨버터(46·10)의 값과 비교하여 오차분이 있는 경우에는 연산증폭기(46·9)의 출력이 증감하여 승산기(46·3)로부터 그 값에 따른 진폭의 교류전압이 출력되어 음귀환이 형성된다. 도시 생략하였으나, 연산증폭기(46·9)의 출력은 단극성으로 하거나, 승산기(46·3)의 응답의 상한을 한정하여 포화를 방지하고 있다. 연산증폭기(46·9)는 아주 큰 증폭도(120 dB 이상)가 필요하고, 또한 소자로서는 대부분 오픈 루프로 사용되기 때문에, 저노이즈의 오퍼레이션 앰플리파이어를 사용한다. 기준 전압발생용 D/A 컨버터(46·10)는 정밀도라는 관점에서는 출력전압 검출저항(46·7, 46·8)과 동등 이상으로 안정도가 필요하게 된다. 이 전압을 발생하기 위해서는 도시 생략하였으나 밴드갭을 사용한 정전압 다이오드에 히터를 사용한 항온기능을 조합시킨 리퍼런스 IC가 사용되는 경우가 많으나. 펠체소자를 히터 대신에 사용하여 더 한층의 온도의 항온화를 가능하게 하고 있다. 또 출력전압 검출저항(46·7, 46·8)을 항온화하기 위하여 펠체소자를 단일 또는 다단으로 사용하는 경우도 있다.

도 47은 스타택 양 극성 전원(얼라이너 등용)의 회로구성의 일례를 나타내고 있다. 기본적인 사고방식은 도 46의 회로와 동등한 전원으로써 V5 및 V6을 발생시키고 이 전압을 사용하여 47·1∼47·6으로 구성되는 리니어 앰플리파이어에 47·1로부터의 지령값을 입력함으로써 양 극성의 고압전원을 형성하고 있다. 일반적으로 연산증폭기(47·2)는 ±12 V 부근에서 동작하기 때문에, 도시 생략하고 있으나, 47·2와 47·5, 47·6과의 사이에는 디스크리트소자에 의한 증폭회로가 필요하여, ±수 V를 증폭하여 ±수백 내지 수 kV로 변환한다. 47·1∼47·4에 요구되는 여러가지 특성의 주의사항은 도 46의 회로에서 설명한 것과 동일하다.

도 48 ∼ 도 50은 특수전원의 회로예를 나타내고 있고, 도 48은 히터 및 건(gun)용의 회로예로서, 48·1∼48·4로 형성된다. 바이어스 전압원(48·2)에 전압원(48·1), 저항(48·3) 및 전원(48·4)이 겹쳐진다. 히터용 전원(48·4)은 정전류원에 의해 구성되고, 실제로 흐르는 전류의 값은 저항(48·3)에 의하여 검출하여 도시 생략하고 있으나, 일단 디지털로 치환된 후, 광파이버 등에 의하여 아이솔레이션을 행하여 값을 제어통신부(45·10)에 보낸다. 전압원(48·1)의 전압값, 전원(48·4)의 전류값 등의 설정은 제어통신부(45·10)로부터의 값을 동일한 원리로 역변환하여 실제의 전원 설정부에 값을 설정하고 있다.

도 49는 MCP용 전원회로의 예를 나타내고 있고, 전압원(49·1, 49·2), 릴레이 회로(49·3, 49·4), 전류검출회로(49·5, 49·6, 49·7)로 이루어진다. 단자 MCP(1)는 MCP에의 전류의 유입값의 계측으로 수 PA로부터의 측정을 행하기 위하여 엄중한 시일드구조로 하여 누전류, 노이즈의 진입을 방지할 필요가 있다. 단자 MCP(2)는 MCP에 의한 증폭 후의 전류계측을 포함하고 있고, 저항(49·6, 49·7)에 흐르는 전류값의 비에 의하여 증폭도를 산정할 수 있다. 저항(49·5)은 형광면상의 전류를 계측한다. 겹치는 부분에서의 계측, 설정은 히터 및 건(gun)에 있어서의 그것과 동일하다.

도 50은 50·1과 50·2에 의하여 형성되는 E × B의 자계 코일용 정전류원의 회로예를 나타내고 있고, 일반적으로는 수백 mA의 전류를 출력한다. 에너지 필터로서의 자계의 안정도는 중요하여, 수 ppm의 오더의 안정도가 요구된다.

도 51은 리타딩 링·척용 전원회로의 일례를 나타내고 있고, 51·1∼51·9에 의하여 형성된다. 바이어스전원(리타딩 링용)(51·10)의 위에 도 46의 스타택 양 극성 전원(얼라이너 등용)과 동일한 전원이 겹친 형식이다. 겹침 부분에서의 계측, 설정은 히터 및 건(도 48)에 있어서의 그것과 동일하다.

도 52는 EO 보정용 편향전극의 하드웨어구성의 일례를 나타내고 있고, 52·1∼52·7로 구성된다. X축 EO 보정(52·1) 및 Y축 EO 보정(52·2)에 의하여 옥타폴 변환부(52·4)에 보정신호가 입력되고, 고속 앰플리파이어(52·5)에 변환 후의 출력을 송출한다. 52·5에 의하여 수십 내지 수백 V로 증폭한 후에 각도 45도마다 설치된 EO 보정전극(52·6)으로 전압을 인가한다. ΔX 보정(52·3)은 미러 구부림 등의 미세한 보정을 행하는 경우의 입력이며, 52·4의 내부에서 X 신호와 가산된다.

도 53은 옥타폴 변환부의 회로구성의 일례를 나타내고 있고, X, Y축 이외의 45도 어긋난 각도로 설치되는 전극(53·1)용으로 신호(53·2, 53·3, 53·4, 53·5)로부터 벡터연산하여 상등의 전압을 발생시킨다. 이 경우의 연산예는 53·6, 53·7, 53·8, 53·9에 기재되어 있는 값을 사용하고 있다. 이것은 아날로그의 저항망에 의하여 또는 53·6∼53·9가 디지털신호인 경우는 ROM에 의한 테이블 판독 등에 의하여 실현 가능하다.

도 54는 고속 고압 증폭기의 일례를 나타내고 있고, 54·1∼54·11에 의하여 구성된다. (B)에 직사각형파 출력시의 파형예를 나타낸다. 이 예에서는 미국 APEX 사제의 파워 오퍼레이션 앰플리파이어 PA85A를 사용하여 증폭기를 구성하여 메가대에 미치는 대역과, 약 ±200 V의 출력범위, 약 1000 V/μS 미만의 스루 레이트를 실현할 수 있어 고속 고압 증폭기에 요구되는 동적 특성을 실현하였다.

2-4) 프리차지 유닛

도 13에 나타내는 바와 같이 프라차지 유닛(13·9)은 워킹챔버(13·16)내에서 전자광학장치(13·8)의 경통(13·38)에 인접하여 배치된다. 본 검사장치에서는 검사대상인 기판, 즉 웨이퍼에 전자선을 조사함으로써 웨이퍼 표면에 형성된 디바이스 패턴 등을 검사하는 형식의 장치이기 때문에, 전자선의 조사에 의하여 생기는 2차 전자 등의 정보를 웨이퍼 표면의 정보로 하나, 웨이퍼재료, 조사전자의 에너지 등의 조건에 의하여 웨이퍼 표면이 대전(차지업)하는 것이 있다. 또한 웨이퍼 표면에서도 강하게 대전하는 부분, 약한 대전부분이 생길 가능성이 있다. 웨이퍼 표면의 대전량에 불균일이 있으면 2차 전자정보도 불균일을 일으켜 정확한 정보를 얻을 수 없다.

따라서 도 13의 실시형태에서는 이 불균일을 방지하기 위하여 하전입자 조사부(13·39)를 가지는 프라차지 유닛(13·9)이 설치되어 있다. 검사하는 웨이퍼의 소정의 부분에 검사전자를 조사하기 전에, 대전 불균일을 없애기 위하여 이 프라차지 유닛(13·9)의 하전입자 조사부(13·39)로부터 하전입자를 조사하여 대전의 불균일을 없앤다. 이 웨이퍼 표면의 차지업은 미리 검출대상인 웨이퍼면의 화상을 형성하고, 그 화상을 평가함으로써 검출하고, 그 검출에 의거하여 프라차지 유닛(13·9)을 동작시킨다. 또 이 프라차지 유닛(13·9)에서는 1차 전자선의 초점을 어긋나게 하여, 즉 빔형을 흐리게 하여 조사하여도 좋다.

도 55는 프라차지 유닛(13·9)의 제 1 실시형태의 주요부를 나타낸다. 하전입자(55·1)는 하전입자 조사선원(55·2)으로부터 시료기판(W)에 바이어스전원(55·3)으로 설정된 전압으로 가속되어 조사된다. 피검사영역(55·4)은 영역(55·5)과 함께 이미 전처리의 하전입자 조사를 행한 장소를 나타내고, 영역(55·6)은 하전입자 조사를 행하고 있는 장소를 나타낸다. 이 도면에서는 시료기판(W)을 도면의 화살표방향으로 주사하고 있으나, 왕복주사를 행하는 경우는, 도시 점선으로 나타내는 바와 같이 다른 하전입자선원(55·7)을 1차 전자선원의 반대측에 설치하고, 시료기판(W)의 주사방향에 동기하여 교대로 하전입자선원(55·2, 55·7)을 온, 오프하면 좋다. 이 경우, 하전입자의 에너지가 너무 높으면 시료기판(W)의 절연부로부터의 2차 전자 수율이 1을 넘어 표면이 양으로 대전하고, 또 그것 이하에서도 2차 전자가 생성하면 현상이 복잡해져 조사효과가 감소하기 때문에, 2차 전자의 생성이 격감하는 100 eV 이하(이상적으로는 0 eV 이상이고 30 eV 이하)의 랜딩전압으로 설정하는 것이 효과적이다.

도 56은 프라차지 유닛(13·9)의 제 2 실시형태를 나타낸다. 본 도면은 하전입자선으로서 전자선(56·1)을 조사하는 타입의 조사선원을 나타낸다. 조사선원은 열필라멘트(56·2), 인출전극(56·3), 시일드 케이스(56·4), 필라멘트전원(56·5), 전자인출전원(56·6)으로 구성되어 있다. 인출전극(56·3)은 두께 0.1 mm이고, 폭 0.2 mm, 길이 1.0 mm의 슬릿이 설치되어 있고, 직경 0.1mm의 필라멘트(열전자 방출원)(56·2)와의 위치관계는 3전극 전자총의 형태로 되어 있다. 시일드 케이스(56·4)에는 폭 1 mm이고 길이 2 mm의 슬릿이 설치되어 있고, 인출전극(56·3)과는 거리 1 mm의 간격으로 하여, 양자의 슬릿센터가 일치하도록 짜여져 있다. 필라멘트의 재질은 텅스텐(W)으로 2A로 통전가열을 행하고, 인출전압 20 V, 바이어스 전압 -30 V에서 수 μA의 전자전류가 얻어지고 있다.

여기에 나타낸 예는 하나의 예로서, 예를 들면 필라멘트(열전자 방출원)의 재질은 Ta, Ir, Re 등의 고융점 금속이나, 산화토륨 코팅(W), 산화물 음극 등을 사용할 수 있고, 그 재질, 선 직경, 길이에 의하여 필라멘트 전류가 변하는 것은 물론이다. 또 그 밖의 종류의 전자총이어도 전자선 조사영역, 전자전류, 에너지를 적당한 값으로 설정할 수 있는 것이면 사용하는 것이 가능하다.

도 57은 프라차지 유닛(13·9)의 제 3 실시형태를 나타낸다. 하전입자선으로서 이온(57·1)을 조사하는 타입의 조사선원을 나타낸다. 본 조사선원은 필라멘트(57·2), 필라멘트전원(57·3), 방전전원(57·4), 양극 시일드 케이스(57·5)로 구성되어 있고, 양극(57·6)과 시일드 케이스(57·5)에는 1 mm × 2 mm의 동일한 크기의 슬릿이 뚫려 있고, 1 mm 간격으로 양 슬릿의 중심이 일치하도록 조립되어져 있다. 시일드 케이스(57·5)내에 파이프(57·7)를 거쳐 Ar 가스(57·8)를 1 Pa 정도 도입하여 열 필라멘트(57·2)에 의한 아크방전타입으로 동작시킨다. 바이어스전압은 양의 값으로 설정한다.

도 58은 프라차지 유닛(13·9)의 제 4 실시형태인 플라즈마조사방식의 경우를 나타낸다. 구조는 도 57과 동일하다. 동작도 상기와 마찬가지로 열필라멘트(57·2)에 의한 아크방전타입으로 동작시키나, 바이어스전위를 0 V로 함으로써, 가스압에 의하여 플라즈마(58·1)가 슬릿으로부터 스며 나와 시료기판에 조사된다. 플라즈마조사의 경우는 다른 방법에 비하여 음양 양쪽의 전하를 가지는 입자의 집단을 위해 시료기판 표면의 음양 어느 쪽의 표면 전위도 0에 근접하는 것이 가능해진다.

시료기판(W)에 접근하여 배치된 하전입자 조사부는, 도 55 내지 도 58에 나타내는 구조의 것으로, 시료기판(W)의 산화막이나 질화막의 표면 구조의 차이나, 다른 공정마다의 각각의 시료기판에 대하여 표면 전위가 제로가 되도록 적절한 조건에 의하여 하전입자(55·1)를 조사하도록 되어 있고, 시료기판에 대하여 최적의 조사조건으로 조사를 행한 후, 즉 시료기판(W)의 표면의 전위를 평균화, 또는 하전입자에 의하여 중화시킨 후에 전자선(55·8, 55·9)에 의하여 화상을 형성하여 결함을 검출하게 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 있어서는, 하전입자 조사에 의한 측정의 직전처리에 의하여 대전에 의한 측정화상 왜곡이 생기지 않거나, 생기더라도 약간 이기 때문에 결함을 정확하게 측정할 수 있다. 또 종래에서는 사용이 문제로 되어 있던 양의 대전류(예를 들면, 1μA 이상 20μA, 바람직하게는 1μA 이상 10μA, 더욱 바람직하게는 1μA 이상 5μA)를 조사하여 스테이지를 주사할 수 있기 때문에 2차 전자도 시료 또는 웨이퍼상에서 대량으로 방출되므로, S/N 비가 좋은(예를 들면, 2 이상 1000 이하, 바람직하게는 5 이상 1000 이하, 더욱 바람직하게는 10 이상 100 이하의) 검출신호를 얻을 수 있어, 결함검출의 신뢰성이 향상한다. 또 S/N 비가 크기 때문에 보다 일찍 스테이지를 주사하여도 양호한 화상 데이터를 제작할 수 있어, 검사의 스루풋을 크게 할 수 있다.

도 59에는 본 실시형태에 의한 프리차지 유닛을 구비한 촬상장치가 모식적으로 나타나 있다. 이 촬상장치(59·1)는 1차 광학계(59·2)와, 2차 광학계(59·3)와, 검출계(59·4)와 촬상대상에 대전한 전하를 균일화 또는 저감화하는 전하제어수단(59·5)을 구비하고 있다. 1차 광학계(59·2)는 전자선을 검사대상(이하 대상)(W)의 표면에 조사하는 광학계이고, 전자선을 방출하는 전자총(59·6)과, 전자총(59·6)으로부터 방출된 1차 전자빔(59·7)을 편향하는 정전렌즈(59·8)와, 1차 전자빔을 그 광축이 대상의 면에 수직이 되도록 편향하는 비엔나 필터, 즉 E × B 편향기(59·9)와, 전자선을 편향하는 정전렌즈(59·10)를 구비하고, 그것들은 도 59에 나타내는 바와 같이 전자총(59·6)을 최상부로 하여 순서대로 또한 전자총으로부터 방출되는 1차 전자선(59·7)의 광축이 대상(W)의 표면(시료면)에 연직인 선에 대하여 경사져 배치되어 있다. E × B 편향기(59·9)는 전극(59·11) 및 전자석(59·12)으로 구성되어 있다.

2차 광학계(59·3)는 1차 광학계의 E × B형 편향기(49·9)의 위쪽에 배치된 정전렌즈(59·13)를 구비하고 있다. 검출계(59·4)는 2차 전자(59·14)를 광신호로 변환하는 신틸레이터 및 마이크로 채널 플레이트(MCP)의 조합(59·15)과, 광신호를 전기신호로 변환하는 CCD(59·16)와, 화상처리장치(59·17)를 구비하고 있다. 상기 1차 광학계(59·2), 2차 광학계(59·3) 및 검출계(59·4)의 각 구성요소의 구조 및 기능은 종래의 것과 동일하므로 그것들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

대상에 대전한 전하를 균일화 또는 저감화하는 전하제어수단(59·5)은, 이 실시형태에서는 대상(W)과 그 대상(W)에 가장 근접한 1차 광학계(59·2)의 정전렌즈(59·10)와의 사이에서 대상(W)에 접근시켜 배치된 전극(59·18)과, 전극(59·18)에 전기적으로 접속된 변환 스위치(59·19)와, 그 변환 스위치(59·19)의 한쪽의 단자(59·20)에 전기적으로 접속된 전압 발생기(59·21)와, 변환 스위치(59·19)의 다른쪽 단자(59·22)에 전기적으로 접속된 전하검출기(59·23)를 구비하고 있다. 전하검출기(59·23)는 높은 임피던스를 가지고 있다. 전하저감수단(59·5)은, 또한 1차 광학계(59·2)의 전자총(59·6)과 정전렌즈(59·8)와의 사이에 배치된 그리드(59·24)와, 그리드(59·24)에 전기적으로 접속되어 있는 전압발생기(59·25)를 구비하고 있다. 타이밍 제네레이터(59·26)가 검출계(59·4)의 CCD(59·16) 및 화상처리장치(59·17), 전하저감수단(59·5)의 변환 스위치(59·19), 전압발생기(59·21) 및 전하검출기(59·23 및 59·25)에 동작타이밍을 지령하도록 되어 있다.

다음에 상기 구성의 전자선장치의 동작에 대하여 설명한다. 전자총(59·6)으로부터 방출된 1차 전자빔(59·7)은, 1차 광학계(59·2)의 정전렌즈(59·8)를 지나 E× B 편향기(59·9)에 도달하고, 그 E × B 편향기(59·9)에 의하여 대상(W)의 면에 대하여 수직이 되도록 편향되고, 다시 정전렌즈(59·10)를 거쳐 대상(W)의 표면(대상면)(WF)을 조사한다. 대상(W)의 표면(WF)으로부터는 대상의 성상에 따라 2차 전자(59·14)가 방출된다. 이 2차 전자(59·14)는 2차 광학계(59·3)의 정전렌즈(59·13)를 거쳐 검출계(59·4)의 신틸레이터 및 MCP의 조합(59·15)에 보내지고, 그 신틸레이터에 의하여 빛으로 변환되며, 그 빛은 CCD(59·16)에 의하여 광전 변환되고, 그 변환된 전기신호에 의하여 화상처리장치(59·17)가 2차원 화상(계조를 가진다)을 형성한다. 또한 통상의 이와 같은 검사장치와 마찬가지로 대상에 조사되는 1차 전자빔은, 1차 전자빔을 공지의 편향수단(도시 생략)에 의하여 주사시킴으로써, 또는 대상을 지지하는 테이블(T)을 X, Y의 2차원 방향으로 이동시킴으로써 또는 그것들의 조합에 의하여 대상면(WF)상의 필요부분 전체를 조사시켜 그 대상면의 데이터를 수집할 수 있게 되어 있다.

대상(W)에 조사된 1차 전자선(59·7)에 의하여 대상(W)의 표면 근방에는 전하가 생겨 양으로 대전한다. 그 결과, 대상(W)의 표면(WF)으로부터 발생하는 2차 전자(59·14)는, 이 전하와의 쿨롱력에 의하여 전하의 상황에 따라 궤도가 변화된다. 그 결과, 화상처리장치(59·17)에 형성되는 화상에 왜곡이 발생하게 된다. 대상면(WF)의 대전은 대상(W)의 성상에 의하여 변화되기 때문에, 대상으로서 웨이퍼를 사용한 경우, 동일 웨이퍼이어도 반드시 동일하지 않고, 시간적으로도 변화된다. 따라서 웨이퍼상의 2개소의 패턴을 비교하는 경우에 오류 검출이 발생할 염려가 있다.

따라서, 본 발명에 의한 이 실시형태에서는 검출계(59·4)의 CCD(59·16)가 화상을 1주사분 포착한 후의 빈 시간을 이용하여 고임피던스를 가지는 전하검출기(59·23)에 의하여 대상(W)의 근방에 배치된 전극(59·18)의 대전량을 계측한다. 그리고 계측한 대전량에 따른 전자를 조사시키는 전압을 전압발생기(59·21)로 발생시키고, 계측후에 변환 스위치(59·19)를 동작시켜 전극(59·18)을 전압발생기(59·21)에 접속하여 전압발생기에 의해 발생된 전압을 전극(59·18)에 인가함으로써 대전한 전하를 상쇄한다. 이에 의하여 화상처리장치(59·17)에 형성되는 화상에 왜곡이 발생하지 않게 되어 있다. 구체적으로는 전극(59·18)에 통상의 전압이 주어져 있을 때는 집속한 전자선을 대상(W)에 조사하나, 전극(59·18)에 다른 전압을 주면 초점맞춤조건이 크게 어긋나고, 대전이 예상되는 넓은 영역에 작은 전류밀도로 조사가 행하여져 양으로 대전한 대상의 양전하를 중화시킴으로써 대전이 예상되는 넓은 영역의 전압을 특정한 양(음)전압으로 균일화하거나, 균일화 또한 저감화함으로써 낮은 양(음)전압(제로볼트도 포함한다)으로 할 수 있다. 상기와 같은 대전 전하의 상쇄의 동작은 주사마다 실시된다.

웨넬트 전극, 즉 그리드(59·24)는 빈 시간의 타이밍 중에 전자총(59·6)으로부터 조사되는 전자빔을 정지시켜 대전량의 계측 및 대전의 상쇄동작을 안정되게 실행하는 기능을 가진다. 상기 동작의 타이밍은 타이밍 제네레이터(59·26)에 의하여 지령되고, 예를 들면 도 60의 타이밍차트에 표시되는 바와 같은 타이밍이다. 또한 대전량은 대상으로서 웨이퍼를 사용한 경우, 그 위치에 따라 다르기 때문에, CCD의 주사방향으로 전극(59·18), 변환 스위치(59·19), 전압발생기(59·21) 및 전하검출기(59·23)를 복수세트 설치하고 세분화하여, 더욱 정밀도가 높은 제어를 행하는 것도 가능하다.

본 실시형태에 의하면, 다음과 동일한 효과를 나타내는 것이 가능하다.

(1) 대전에 의하여 발생하는 화상의 왜곡을 검사대상의 성상에 상관없이 저감할 수 있다,

(2) 종래의 계측 타이밍의 빈 시간을 이용하여 대전의 균일화, 상쇄를 실행하기때문에, 스루풋에 조금도 영향을 미치지 않는다,

(3) 실시간으로 처리가 가능하기 때문에 사후 처리의 시간, 메모리 등을 필요로 하지 않는다,

(4) 고속으로 정밀도가 높은 화상의 관측, 결함검출이 가능하다.

도 61은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 프리차지유닛을 구비한 결함검사장치의 개략 구성이 나타나 있다. 이 결함검사장치는, 1차 전자선을 방출하는 전자총(59·6), 방출된 1차 전자선을 편향, 성형시키는 정전렌즈(59·8), 도시 생략한 펌프에 의하여 진공으로 배기 가능한 시료실(61·1), 상기 시료실내에 배치되어 반도체 웨이퍼(W) 등의 시료를 탑재하는 상태에서 수평면내를 이동 가능한 스테이지(61·2), 1차 전자선의 조사에 의하여 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차 전자선 및 반사전자선을 소정의 배율로 사상투영하여 결상시키는 사상투영계의 정전렌즈(59·13), 결상된 상을 웨이퍼의 2차 전자화상으로서 검출하는 검출기(61·3) 및 장치 전체를 제어함과 동시에 검출기(61·3)에 의하여 검출된 2차 전자화상에 의거하여 웨이퍼(W)의 결함을 검출하는 처리를 실행하는 제어부(61·4)를 포함하여 구성된다. 또한 상기 2차 전자화상에는 2차 전자뿐만 아니라 반사전자에 의한 기여도 포함되어 있으나, 여기서는 2차 전자화상이라 부르기로 한다.

시료실(61·1)내에는 웨이퍼(W)의 윗쪽에 자외광을 포함하는 파장영역의 광선을 발하는 UV 램프(61·5)가 설치되어 있다. 이 UV 램프(61·5)의 유리 표면에는 UV 램프(61·5)로부터 방사된 광선에 의하여 광전효과에 기인하는 광전자(e-)를 발하는 광전자 방출재(61·6)가 코팅되어 있다. 이 UV 램프(61·5)는, 광전자 방출재(61·6)로부터 광전자를 방출시키는 능력을 가지는 파장영역의 광선을 방사하는 광원이면 임의의 것으로부터 선택할 수 있다. 일반적으로는 254 nm의 자외선을 방사하는 저압수은램프를 사용하는 것이 비용적으로 유리하다. 또 광전자 방출재(61·6)는 광전자를 방출시키는 능력이 있는 한 임의의 금속으로부터 선택할 수 있고, 예를 들면 Au 등이 바람직하다.

상기한 광전자는 1차 전자선과 다른 에너지, 즉 1차 전자선보다 저에너지이다. 여기서 저에너지란, 수 eV∼수십 eV의 오더, 바람직하게는 0∼10eV의 것을 의미한다. 본 발명은 이와 같은 저에너지의 전자를 생성하는 임의의 수단을 사용할 수 있다. 예를 들면 UV 램프(61·5)를 대용하여 도시 생략한 저에너지 전자총을 구비함으로서도 달성할 수 있다.

또한 이 전자총의 에너지를 제어하는 경우에는, 본 실시형태의 결함검사장치는 전원(61·7)을 구비하고 있다. 이 전원(61·7)의 음극은 광전자 방출재(61·6)에 접속되고, 그 양극은 스테이지(61·2)에 접속되어 있다. 따라서 광전자 방출재(61·6)는 스테이지(61·2), 즉 웨이퍼(W)의 전압에 대하여 음의 전압이 가해진 상태가 된다. 이 소정전압에 의하여 저에너지 전자총의 에너지를 제어할 수 있다.

검출기(61·3)는 정전렌즈(59·13)에 의하여 결상된 2차 전자화상을 후처리 가능한 신호로 변환할 수 있는 한, 임의의 구성으로 할 수 있다. 예를 들면 도 62에 그 상세를 나타내는 바와 같이, 검출기(61·3)는 마이크로 채널 플레이트(MCP)(62·1)와, 형광면(62·2)과, 릴레이 광학계(62·3)와, 다수의 CCD 소자로 이루어지는 촬상센서(62·4)를 포함하여 구성할 수 있다. 마이크로 채널 플레이트(62·1)는 플레이트내에 다수의 채널을 구비하고 있고, 정전렌즈(59·13)에 의하여 결상된 2차 전자 또는 반사전자가 상기 채널내를 통과하는 사이에, 다시 다수의 전자를 생성시킨다. 즉, 2차 전자를 증폭시킨다. 형광면(62·2)은 증폭된 2차 전자에 의하여 형광을 발함으로써 2차 전자를 빛으로 변환한다. 릴레이 렌즈(62·3)가 이 형광을 CCD 촬상센서(62·4)로 유도하고, CCD 촬상센서(62·4)는 웨이퍼(W) 표면상의 2차 전자의 강도분포를 소자마다의 전기신호, 즉 디지털 화상데이터로 변환하여 제어부(61·4)에 출력한다.

제어부(61·4)는, 도 61에 예시된 바와 같이 범용적인 퍼스널컴퓨터(61·8)로구성할 수 있다. 이 컴퓨터(61·8)는 소정의 프로그램에 따라 각종 제어, 연산처리를 실행하는 제어부 본체(61·9)와, 본체(61·9)의 처리결과를 나타내는 CRT(61·10)와, 오퍼레이터가 명령을 입력하기 위한 키보드나 마우스 등의 입력부(61·11)를 구비하는, 물론 결함검사장치 전용의 하드웨어, 또는 워크 스테이션 등으로 제어부(61·4)를 구성하여도 좋다.

제어부 본체(61·9)는, 도시 생략한 CPU, RAM, ROM, 하드디스크, 비디오 기판 등의 각종 제어기판 등으로 구성된다. RAM 또는 하드디스크 등의 메모리상에는 검출기(61·3)로부터 수신한 전기신호, 즉 웨이퍼(W)의 2차 전자화상의 디지털 화상 데이터를 기억하는 2차 전자 화상 기억영역이 할당되어 있다. 또 하드디스크상에는 결함검사장치 전체를 제어하는 제어 프로그램 외에 기억영역(61·12)으로부터 2차 전자화상 데이터를 판독하고, 상기 화상 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘에 따라 웨이퍼(W)의 결함을 자동적으로 검출하는 결함검출 프로그램(61·13)이 저장되어 있다. 이 결함검출 프로그램(61·13)은 예를 들면 웨이퍼(W)의 해당 검사부분과 다른 검사부분을 비교하여, 다른 대부분의 개소의 패턴과 상위한 패턴을 결함으로서 오퍼레이터에게 보고 표시하는 기능을 가진다. 또한 CRT(61·10)의 표시부에 2차 전자화상(61·14)을 표시하여 오퍼레이터가 육안으로 웨이퍼(W)의 결함을 검출하도록 하여도 좋다.

다음에 도 61에 나타내는 실시형태에 관한 전자선장치의 작용을 도 63의 플로우차트를 예로 하여 설명한다. 먼저 검사대상이 되는 웨이퍼(W)를 스테이지(61·2)의 위에 세트한다(단계 63·1). 이것은 도시 생략한 로더에 다수 저장된 웨이퍼(W)를 1매마다 자동적으로 스테이지(61·2)에 세트하는 형태이어도 좋다. 다음에 전자총(59·6)으로부터 1차 전자선을 방출하고, 정전렌즈(59·8)를 통하여 세트된 웨이퍼(W) 표면상의 소정의 검사영역에 조사한다(단계 63·2). 1차 전자선이 조사된 웨이퍼(W)에서는 2차 전자 및 반사전자(이하, 2차 전자라 부른다)가 방출되고, 그 결과 웨이퍼(W)는 양전위로 차지업한다.

다음에 발생한 2차 전자선을 확대 투영계의 정전렌즈(59·13)에 의하여 소정의 배율로 검출기(61·3)에 결상시킨다(단계 63·3). 이때 광전자 방출재(65·1)에 스테이지(61·2)에 대하여 음의 전압을 인가한 상태에서 UV 램프(61·5)를 발광시킨다(단계 63·4). 그 결과 UV 램프(61·5)로부터 발생된 진동수(ν)의 자외선이 그 에너지양자((hν)(h는 플랭크 정수)에 의하여 광전자 방출재(65·1)로부터 광전자를 방출시킨다. 이들 광전자(e-)는 음으로 대전한 광전자 방출재(61·6)로부터 양으로 차지업한 웨이퍼(W)를 향하여 조사되고, 상기 웨이퍼(W)를 전기적으로 중화시킨다. 이와 같이 하여 2차 전자선은 웨이퍼(W)의 양전위에 의하여 실질적인 영향을 받지 않고 검출기(61·3)상에 결상된다.

이와 같이 전기적으로 중화된 웨이퍼(W)로부터 방출된(상 장해가 경감된) 2차 전자선의 화상을 검출기(61·3)가 검출하여, 디지털 화상 데이터로 변환 출력한다(단계 63·5). 다음에 제어부(61·4)가 결함검출 프로그램(61·13)에 따라 검출된 화상 데이터에 의거하여 웨이퍼(W)의 결함검출처리를 실행한다(단계 63·6). 이 결함검출처리에서는 제어부(61·4)는 동일한 다이를 다수 가지는 웨이퍼의 경우, 상기와 같이 검출된 다이 끼리의 검출화상을 비교함으로써 결함부분을 추출한다. 메모리에 미리 축적되어 있던 결함이 존재하지 않는 웨이퍼의 기준 2차 전자화상과, 실제로 검출된 2차 전자선 화상을 비교 대조하여, 결함부분을 자동적으로 검출하여도 좋다. 이때 검출화상을 CRT(61·10)에 표시함과 동시에 결함부분이라고 판정된 부분을 마크표시하여도 좋고, 이것에 의하여 오퍼레이터는 웨이퍼(W)가 실제로 결함을 가지는지의 여부를 최종적으로 확인, 평가할 수 있다. 이 결함검출방법의 구체예에 대해서는 다시 뒤에서 설명한다.

단계 63·5의 결함검출처리의 결과, 웨이퍼(W)에 결함있다고 판정된 경우(단계 63·7의 긍정판정), 오퍼레이터에게 결함의 존재를 경고한다(단계 63·8). 경고의 방법으로서 예를 들면 CRT(61·10)의 표시부에 결함의 존재를 알리는 메시지를 표시하거나, 이것과 동시에 결함이 존재하는 패턴의 확대화상(61·14)을 표시하여도 좋다. 이와 같은 결함 웨이퍼를 즉시 시료실(61·1)로부터 인출하여 결함이 없는 웨이퍼와는 다른 보관장소에 저장하여도 좋다(단계 63·9).

단계 63·6의 결함검출처리의 결과, 웨이퍼(W)에 결함이 없다고 판정된 경우(단계 63·7의 부정판정), 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(W)에 대하여 검사해야 할 영역이 아직 남아 있는지의 여부가 판정된다(단계 63·10). 검사해야 할 영역이 남아 있는 경우(단계 63·10 긍정판정), 스테이지(61·2)를 구동하여 지금부터 검사해야 하는 다른 영역이 1차 전자선의 조사영역내에 들어 가도록 웨이퍼(W)를 이동시킨다(단계 63·11). 그후 단계 63·2로 되돌아가 상기 다른 검사영역에 관하여 동일한 처리를 반복한다.

검사해야 할 영역이 남아 있지 않은 경우(단계 63·10 부정판정), 또는 결함 웨이퍼의 뽑아냄공정(단계 63·9) 다음에, 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(W)가 최종 웨이퍼인지의 여부, 즉 도시 생략한 로더에 미검사 웨이퍼가 남아 있지 않은 가 의 여부가 판정된다(단계 63·12). 최종 웨이퍼가 아닌 경우(단계 63·12 부정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장부분에 보관하고, 그 대신에 비교적 새로운 미검사 웨이퍼를 스테이지(61·2)에 세트한다(단계 63·13). 그후 단계 63·2로 되돌아가 상기 웨이퍼에 관하여 동일한 처리를 반복한다. 최종 웨이퍼였던 경우(단계 63·12 긍정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장부분에 보관하고 전공정을 종료한다. 각 카세트의 식별번호, 웨이퍼의 식별번호, 예를 들면 로트번호 등도 기억하여 관리된다.

UV 광전자 조사(단계 63·4)는, 웨이퍼(W)의 양의 차지업이 회피되어 상 장해가 저감된 상태에서 2차 전자화상 검출(단계 63·5)을 할 수 있으면, 임의의 타이밍, 임의의 기간내에서 행할 수 있다. 도 63의 처리가 계속되고 있는 동안, 항시 UV 램프(61·5)를 점등한 상태로 하여도 좋으나, 1매의 웨이퍼마다 기간을 정하여 발광, 소등을 반복하여도 좋다. 후자의 경우, 발광 타이밍으로서 도 63에 나타낸 타이밍 외에 2차 전자선 결상(단계 63·3)의 실행전, 또는 1차 전자선 조사(단계 63·2)의 실행전부터 개시하여도 좋다. 적어도 2차 전자검출의 기간내는 UV 광전자 조사를 계속하는 것이 바람직하나, 2차 전자화상 검출전 또는 검출중이어도 충분히 웨이퍼가 전기적으로 중화되면, UV 광전자의 조사를 정지하여도 좋다.

단계 63·6의 결함검출방법의 구체예를 도 64(a) 내지 도 64(c)에 나타낸다. 먼저 도 64(a)에는 1번째로 검출된 다이의 화상(64·1) 및 2번째로 검출된 다른 다이의 화상(64·2)이 나타나 있다. 3번째로 검출된 다른 다이의 화상이 1번째 화상(64·1)과 동일하거나 또는 유사하다고 판단되면, 2번째 다이 화상(64·2의 64·3)의 부분이 결함을 가진다고 판정되어, 결함부분을 검출할 수 있다.

도 64(b)에는, 웨이퍼상에 형성된 패턴의 선폭을 측정하는 예가 나타나 있다. 웨이퍼상의 실제의 패턴(64·4)을 64·5의 방향으로 주사하였을 때의 실제의 2차 전자의 강도신호가 64·6이고, 이 신호가 미리 교정하여 정해진 스레솔드 레벨(64·7)을 연속적으로 넘는 부분의 폭(64·8)을 패턴(64·4)의 선폭으로서 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 선폭이 소정의 범위내에 없는 경우, 상기 패턴이 결함을 가진다고 판정할 수 있다.

도 64(c)에는, 웨이퍼상에 형성된 패턴의 전위 콘트라스트를 측정하는 예가 나타나 있다. 도 61에 나타내는 구성에 있어서 웨이퍼(W)의 윗쪽에 축대칭의 전극(64·9)을 설치하고, 예를 들면 웨이퍼 전위 0 V 에 대하여 -10 V의 전위를 인가하여 둔다. 이때의 -2 V의 등전위면은 64·10으로 나타내는 바와 같은 형상으로 한다. 여기서 웨이퍼에 형성된 패턴(64·11 및 64·12)은, 각각 -4 V와 0 V의 전위라고 한다. 이 경우, 패턴(64·11)으로부터 방출된 2차 전자는 -2 V 등전위면(64·10)에서 2 eV의 운동 에너지에 상당하는 상향의 속도를 가지고 있기 때문에, 이 포텐셜장벽(64·10)을 넘어, 궤도(64·13)에 나타내는 바와 같이 전극(64·9)으로부터 탈출하여 검출기(61·3)로 검출된다. 한편, 패턴(64·12)으로부터 방출된 2차 전자는 -2 V의 전위장벽을 넘지 않고, 궤도(64·14)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼면을 따라 되돌아가기 때문에 검출되지 않는다. 따라서 패턴(64·11)의 검출화상은 밝고, 패턴(64·12)의 검출화상은 어두워진다. 이와 같이 하여 전위 콘트라스트가 얻어진다. 검출화상의 밝기와 전위를 미리 교정하여 두면, 검출화상으로부터 패턴의 전위를 측정할 수 있다. 그리고 이 전위분포로부터 패턴의 결함부분을 평가할 수 있다.

또 다이내에 플로팅되어 있는 부분이 있는 경우에는, 프리차지 유닛에 의하여 전하를 부여하여 그 플로팅되어 있는 부분을 대전시키고, 전기적으로 도통하여 접지하고 있는 부분과의 전위차를 생기게 할 수 있다. 이 상태의 전위 콘트라스트 데이터를 취득하고 분석하여, 플로팅부분을 발견할 수도 있다. 킬러 결함 등이 있는 경우의 결함 발견방법으로서 이용할 수 있다. 전위 콘트라스트 데이터를 전위 콘트라스트 화상으로 변환하여 다른 다이의 패턴의 전위 콘트라스트 화상과 비교하여도 좋고, CAD 등의 설계 데이터로부터 취득한 전위 콘트라스트 화상과 비교하여도 좋다.

본 발명의 다른 실시형태에 관한 프리차지 유닛을 구비한 결함 검사장치의 개략 구성을 도 65에 나타낸다. 또한 도 61의 실시형태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 이 실시형태에서는 도 65에 나타내는 바와 같이 UV 램프(61·5)의 유리 표면에 광전자 방출재가 코팅되어 있지 않다. 그 대신에 광전자 방출 플레이트(65·1)가 시료실(61·1)내에서 웨이퍼(W)의 윗쪽에 배치되고, UV 램프(61·5)는 방사한 자외선이 광전자 방출 플레이트(65·1)에 조사되는 위치에 배치된다. 광전자 방출 플레이트(65·1)에는 전원(71·7)의 음극이 접속되고, 스테이지(61·2)에는 전원의 양극이 접속되어 있다. 이 광전자 방출 플레이트(65·1)는 Au 등의 금속으로 만들어지고, 또는 그와 같은 금속이 코팅된 플레이트로서 만들어져도 좋다.

도 65의 실시형태의 작용은 도 61의 실시형태와 동일하다. 이 도 65의 실시형태에 있어서도 광전자를 웨이퍼(W)의 표면상에 적시에 조사하는 것이 가능하기 때문에 도 61의 실시형태와 동일한 효과를 가진다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 프리차지 유닛을 구비한 결함검사장치의 개략 구성을 도 66에 나타낸다. 또한 도 61 및 도 65의 실시형태와 동일한 구성요소 에 있어서는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다. 도 66의 실시형태에서는 도시한 바와 같이 시료실(61·1)의 측면 벽에 투명한 창재(窓材)(66·1)를 설치하고, UV 램프(61·5)로부터 방사된 자외선이 이 창재(66·1)를 통하여 시료실(61·1)내에서 웨이퍼(W)의 윗쪽에 배치된 광전자 방출 플레이트(65·1)에 조사되도록 UV 램프(61·5)가 시료실(61·2)의 외부에 배치되어 있다. 도 66의 실시형태에서는 진공이 되는 시료실(61·1)의 외부에 UV 램프(61·5)를 배치하였기 때문에, UV 램프(61·5)의 내진공 성능을 고려할 필요가 없어져, 도 61 및 도 65의 실시형태와 비교하여 UV 램프(61·5)의 선택 브랜치를 넓힐 수 있다.

도 66의 실시형태의 다른 작용은 도 61 및 도 65의 실시형태와 동일하다. 도 66의 실시형태에 있어서도 광전자를 웨이퍼(W)의 표면상에 적시에 조사하는 것이 가능하기 때문에, 도 61 및 도 65의 실시형태와 동일한 효과를 가진다.

이상이 상기 각 실시형태이나, 본 발명에 의한 프리차지 유닛을 구비한 결함검사장치는, 상기 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지범위내에서 임의 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 피검사 시료로서 반도체 웨이퍼(W)를 예로 들었으나, 본 발명의 피검사 시료는 이것에 한정되지 않고, 전자선에 의하여 결함을 검출할 수 있다. 임의의 것이 선택 가능하다. 예를 들면 웨이퍼에 대한 노광용 패턴이 형성된 마스크나 투과형 마스크(스텐실 마스크) 등을 검사대상으로 할 수도 있다. 또반도체프로세스에 한정하지 않고, 마이크로머신 관련, 액정 관련의 검사 또는 평가에도 사용할 수 있는 것은 물론이다.

또 결함검사용 전자선장치로서, 도 61 내지 도 66의 구성을 나타내었으나, 전자 광학계 등은 임의 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 도시된 결함검사장치의 전자선 조사수단(59·6, 59·8)은, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 비스듬하게 윗쪽으로부터 1차 전자선을 입사하는 형식이나, 정전렌즈(59·13)의 아래쪽에 1차 전자선의 편향수단을 설치하여 1차 전자선을 웨이퍼(W)의 표면에 수직하게 입사하도록 하여도 좋다. 이와 같은 편향수단으로서, 예를 들면 전장과 자장이 직교하는 장소 E × B에 의하여 1차 전자선을 편향시키는 비엔나 필터 등이 있다.

또한 광전자를 방사하는 수단으로서, 도 61 내지 도 66에 나타낸 UV 램프(61·5) 및 광전자 방출부재(61·6) 또는 광전자 방출 플레이트(65·1)의 조합 이외의 임의수단을 채용할 수 있는 것은 물론이다.

도 63의 플로우차트의 흐름도 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 단계 63·7에서 결함있다고 판정된 시료에 대하여, 다른 영역의 결함검사는 행하지 않기로 하였으나. 전 영역을 망라하여 결함을 검출하도록 처리의 흐름을 변경하여도 좋다. 또1차 전자선의 조사영역을 확대하여 1회의 조사로 시료의 전 검사영역을 커버할 수 있으면 단계 63·10 및 단계 6·11을 생략할 수 있다.

또한 도 63에서는 단계 63·7에 웨이퍼에 결함있다고 판정한 경우, 단계 63·8에서 즉시 오퍼레이터에게 결함의 존재를 경고하고 사후처리(단계 63·9)하였으나, 결함정보를 기록하여 두고 배치처리종료후(단계 63·12 긍정판정 후), 결함을 가지는 웨이퍼의 결함정보를 보고하도록 처리의 흐름을 변경하여도 좋다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 도 61 내지 도 66의 실시형태에 의한 결함검사장치 및 결함검사방법에 의하면, 1차 전자선과 다른 에너지, 즉 1차 전자선보다 저에너지를 가지는 전자를 시료에 공급하도록 하였기 때문에, 2차 전자 방출에 따르는 시료 표면의 양의 차지업이 저감되고, 나아가서는 차지업에 따르는 2차 전자선의 상 장해를 해소할 수 있어, 더욱 고정밀도로 시료의 결함을 검사하는 것이 가능해진다는 뛰어 난 효과를 얻을 수 있다.

또한 도 61 내지 도 66의 결함검사장치를 디바이스제조방법에 사용하였으면, 상기와 같은 결함검사장치를 사용하여 시료의 결함검사를 행하도록 하였기 때문에 제품의 수율의 향상 및 결함제품의 출하방지가 도모된다는 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

이상은 프리차지용 전자에너지가 주로 100 eV 이하의 저에너지로 시료 표면에 소프트하게 조사하는 경우에 대하여 설명하였으나, 2 kV 이상 20 kV 이하, 바람직하게는 3∼10 kV, 더욱 바람직하게는 3∼5 kV 이하로 프리차지를 행한 후, 양대전 또는 음대전모드, 또는 반사전자모드로 상 취득을 행하여도 좋다. 음대전모드에서는 검사시의 전자빔의 랜딩에너지와 동일한 에너지로 프리차지를 행하여도 좋다.

또, 대전억제를 위해 도전성의 박막을 시료 표면에 코트하는 것도 유효하다. 이때의 막두께는 1∼100 mm, 바람직하게는 1∼10 mm, 더욱 바람직하게는 1∼3 mm이 적합하다. 또한 스퍼터 에칭 등으로 시료 표면을 클리닝하고 나서 상 취득을 행하면보다 깨끗한 상을 얻을 수 있다. 도전성 박막 코트 및 스퍼터 에칭은 각각 독립으로 사용하여도 좋고, 프리차지와 병용하여도 좋다. 예를 들면 스퍼터 에칭후에 프리차지를 행하여 상 취득을 행하여도 좋고, 스퍼터 에칭후에 도전성 박막을 코트하고 나서 프리차지를 행하여도 좋다.

2-5) 진공 배기계

진공 배기계는, 진공펌프, 진공밸브, 진공게이지, 진공배관 등으로 구성되고, 전자 광학계, 검출기부, 시료실, 로드록실을 소정의 시퀀스에 따라 진공배기를 행한다. 각 부에서는 필요한 진공도를 달성하도록 진공밸브가 제어된다. 항시, 진공도의 모니터를 행하여 이상시에는 인터록 기능에 의하여 격리밸브 등의 긴급제어를 행하여 진공도의 확보를 행한다. 진공펌프로서는 주배기에 터보분자펌프, 러프용으로서 루츠식의 드라이펌프를 사용한다. 검사장소(전자선 조사부)의 압력은 10^-3∼10^-5 pa, 바람직하게는 그 1 자릿수 밑의 10^-4∼10^-6 pa가 실용적이다.

2-6) 제어계

제어계는 주로 메인컨트롤러, 제어컨트롤러, 스테이지컨트롤러로 구성되어 있다. 메인컨트롤러에는 맨-머신인터페이스가 구비되어 있고, 오퍼레이터의 조작은 여기를 통하여 행하여진다(여러가지의 지시/명령, 레시피 등의 입력, 검사시작의 지시, 자동과 수동검사모드의 변환, 수동검사모드시일 때의 필요한 모든 코맨드의 입력 등). 기타, 공장의 호스트컴퓨터와의 커뮤니케이션, 진공배기계의 제어, 웨이퍼 등의 시료반송, 위치맞춤의 제어, 다른 제어컨트롤러나 스테이지컨트롤러에의 코맨드의 전달이나 정보의 수취 등도 메인컨트롤러에서 행하여진다. 또 광학현미경으로부터의 화상신호의 취득, 스테이지의 변동신호를 전자 광학계에 피드백시켜 상의 악화를 보정하는 스테이지 진동 보정기능, 시료 관찰위치의 Z 방향(2차 광학계의 축방향)의 변위를 검출하고, 전자 광학계에 피드백하여 자동적으로 초점을 보정하는 자동초점보정기능을 구비하고 있다. 전자 광학계에의 피드백신호 등의 수수 및 스테이지로부터의 신호의 수수는, 각각 제어컨트롤러 및 스테이지컨트롤러를 거쳐 행하여진다.

제어컨트롤러는 주로 전자선 광학계의 제어(전자총, 렌즈, 얼라이너, 비엔나 필터용 등의 고정밀도 전원의 제어 등)를 담당한다. 구체적으로는 조사영역에 배율이 변하였을 때에도 항상 일정한 전자전류가 조사되게 하는 것, 각 배율에 대응한 각 렌즈계나 얼라이너에의 자동전압설정 등의, 각 오퍼레이션모드에 대응한 각 렌즈계나 얼라이너에의 자동전압설정 등의 제어(연동제어)가 행하여진다.

스테이지컨트롤러는 주로 스테이지의 이동에 관한 제어를 행하여 정밀한 X 방향 및 Y 방향의 ㎛ 오더의 이동(± 5㎛ 이하, 바람직하게는 ± 1㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 ± 0.5㎛ 이하 정도의 오차)을 가능하게 하고 있다. 또 본 스테이지에서는 오차 정밀도 ± 10초 정도 이내에서, 바람직하게는 ± 1초 이내, 더욱 바람직하게는 ± 0.3초 이내에서 회전방향의 제어(θ제어)도 행하여진다. 이하, 제어계의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.

2-6-1) 구성 및 기능

본 장치는 웨이퍼의 지정위치를 전자현미경 또는 광학현미경으로 촬상하여 표시하는 기능과, 웨이퍼의 지정위치를 전자현미경으로 촬상하여 결함검출 및 결함분류하는 기능과, 결함이 검출된 위치를 전자현미경 또는 광학현미경으로 촬상하여 표시하는 기능을 제공한다. 또 상기 기능의 실현 및 메인티넌스를 위해, 전자 광학계 제어와, 진공계 제어와 웨이퍼 반송제어와, 구성기기 단체조작과, 촬상기능과, 자동결함검사처리와, 장치 이상검지와, 장치 기동/정지 처리기능을 가진다.

보조기능은 이하와 같다.

(1) 전자 광학계 제어기능

(a) 렌즈 전압인가 제어

(a-1) 연동제어

(a-2) 인가함수에 의한 전압인가

(a-3) 다극자 렌즈연동 전압인가

(a-4) 워블제어

(b) 전자빔 출력조정

(b-1) 프리히트(Gun)

(b-2) 히트업(Gun)

(b-3) 에미션전류제어(BIAS 제어)

(2) 진공계 제어기능

(a) 챔버 개별 진공배기/대기개방

(b) 지정챔버 일괄 진공배기/대기개방

(3) 웨이퍼반송제어기능

하기동작의 단계동작/전자동 동작

(a) 웨이퍼 로드

(b) 웨이퍼 언로드

(4) 구성기기 단체조작 기능

(5) 촬상기능.

이하의 2개의 입력계통을 선택하여 촬상을 행한다:

(a) CCD 카메라

·광학현미경 저배율(픽셀크기 : 2.75㎛/pix)

·광학현미경 고배율(픽셀크기 : 0.25㎛/pix)

(b) TDI 카메라

(b-1) TDI - 스틸

(b-2) TDI - 스캔

EB × 80 (픽셀크기 : 0.2㎛/pix)

EB × 160 (픽셀크기 : 0.1㎛/pix)

EB × 320 (픽셀크기 : 0.05㎛/pix)

EB × 480 (픽셀크기 : 0.03㎛/pix).

또한 오조작 등에 의한 사고방지를 위해 조작하는 사람의 기술·지식레벨에 따라 조작 가능항목을 제한하는 기능으로서 유저모드 지정기능이 있다. 이 유저모드는 GUI(그래픽컬 유저 인터페이스)기동시에 입력하는 유저 ID 및 패스워드로 지정된다.

유저모드에는 메인티넌스모드, 레시피작성모드, 오퍼레이터모드가 있어, 장치설치후의 상승작업 및 메인티넌스작업시에는 메인티넌스모드로 조작을 행하고, 레시피 작성시에는 레시피 작성모드로 필요한 조작 및 순서를 지원하고, 자동결함검사시에는 오퍼레이터 모드로 작성이 끝난 레시피를 사용하여 검사를 행한다. 각 유저모드와 장치 운용형태의 관계는 도 67과 같이 된다. 여기서

메인티넌스모드... 구성기기 단체조작, 웨이퍼반송, 진공계 제어, 전자광학계 제어, 관찰(광현미경 촬상, TDI 촬상), 결함검사, 리뷰

레시피작성모드... 웨이퍼반송, 관찰(광현미경 촬상, TDI 촬상), 결함검사, 리뷰

오퍼레이터모드... 자동결함검사(웨이퍼반송 등 필요한 기능의 자동제어), 리뷰.

본 장치에는 운용에 필요한 가변 파라미터로서 장치정수와 레시피가 존재한다. 장치 고유의(설치오차 등의) 오차를 흡수하는 파라미터로서 장치 정수가 규정되고, 자동으로 결함검사를 행하기 위하여 각종 조건을 규정하는 파라미터로서 레시피가 규정되어 있다. 장치 정수는 상승작업시, 메인티넌스작업후에 설정되고, 기본적으로 그후에는 변경되는 일이 없다.

레시피는 반송 레시피, 얼라이먼트 레시피, 다이맵 레시피, 포커스맵 레시피, 검사 레시피로 분류되고, 이들 레시피에 따라 결함검사가 행하여지기 때문에, 설정작업은 검사처리 실시전에 행하여져 복수 패턴의 설정이 보존된다.

레시피작성시의 순서로서는 도 68과 같이, 웨이퍼를 스테이지상으로 반송(웨이퍼 로드)하는 곳이 최초의 단계가 된다. 웨이퍼 카세트를 장치에 설치후, 카세트내의 각 슬롯의 웨이퍼유무를 검출하기 위한 웨이퍼 서치를 행하여 검출된 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 크기, 노치/오리플라 종별(스테이지상에 로드되었을 때의), 노치방향을 지정하여 도 69, 도 70에 나타내는 순서로 웨이퍼를 로드한다. 반송 레시피에는 이들의 조건이 보존된다. 스테이지상에 로드된 웨이퍼의 다이의 배치방향은, TDI 카메라의 스캔방향과 반드시 일치하지 않는다(도 71). 이것을 일치시키기 위하여 θ 스테이지로 웨이퍼를 회전시키는 조작이 필요하게 되고, 이 조작을 얼라이먼트라 부른다(도 72). 얼라이먼트 레시피에서는 스테이지상에 로드된 후의 얼라이먼트 실행조건이 보존된다.

또한 얼라이먼트 실시시에 다이의 배열을 나타내는 다이맵(도 73)이 작성되고, 다이맵 레시피에서는 다이크기나(다이의 위치를 나타내는 기점이 된다) 원점 다이의 위치 등이 보존된다.

2-6-2) 얼라이먼트순서

얼라이먼트(위치결정) 순서로서는, 처음에 광학현미경의 저배율로 대략 위치 결정을 행하고, 이어서 광학현미경의 고배율에 의하여 제일 마지막으로 EB 상에 의해 상세한 위치결정을 행한다.

A. 광학현미경 저배율로 촬상

(1) < 제 1, 2, 3 서치 다이 지정 및 템플릿지정 >

(1-1) 제 1 서치 다이 지정 및 템플릿지정

웨이퍼 아래쪽에 위치하는 다이의 좌측 아래 모서리가 카메라 중앙부근에 위치하도록 유저조작으로 스테이지를 이동하고, 위치결정후, 패턴 매치용 템플릿 화상을 취득한다. 이 다이가 위치결정의 기준이 되는 다이이며, 좌측 아래 모서리의 좌표가 특징점의 좌표가 된다. 앞으로 이 템플릿 화상으로 패턴 매칭을 행함으로써 기판상의 임의의 다이가 정확한 위치좌표를 측정하여 간다. 이 템플릿 화상에는 서치영역내에서 유니크한 패턴이 되는 바아 같은 화상을 선택하지 않으면 안된다.

또한 본 실시예에서는 좌측 아래 모서리를 패턴 매칭용 템플릿 화상 취득위치로 하였으나, 이것에 한정되는 것이 아니고, 다이내의 임의의 위치를 특징점으로서 선택하여도 좋다. 단, 일반적으로는 다이의 내부나 근처의 위에 있는 점보다도, 모서리의 쪽이 좌표를 특정하기 쉽기 때문에, 4 모서리중 어느 하나를 선택하는 것이 적합하다. 또 마찬가지로 본 실시예에서는, 웨이퍼 아래쪽에 위치하는 다이에 대하여 패턴 매칭용 템플릿 화상을 취득하였으나, 이것도 얼라이먼트가 행하기 쉽도록 임의의 다이를 선택하여도 상관없는 것은 당연하다.

(1-2) 제 2 서치 다이 지정

제 1 서치 다이의 오른쪽 근처의 다이를 제 2 서치 다이로 하고, 제 2 서치 다이의 좌측 아래 모서리가 카메라 중앙부근에 위치하도록 유저조작으로 스테이지를 이동하여 위치 결정후, 상기 (1-1)에서 취득한 템플릿 화상을 사용하여 자동으로 패턴 매치를 실행함으로써 제 1 서치 다이에서 지정한 템플릿 화상과 일치하는 제 2 서치 다이의 패턴의 엄밀한 좌표값을 취득한다.

또한 본 실시예에서는, 제 1 서치 다이의 오른쪽 근처의 다이를 제 2 서치 다이로서 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 제 2 서치 다이는 이것에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 중요한 것은 정확한 특징점의 위치자리표를 파악한 기준점으로부터의행방향의 다이의 위치관계를 패턴 매칭에 의하여 정확하게 파악할 수 있는 점을 선택하면 좋은 것이다. 따라서 예를 들면 제 1 서치 다이의 왼쪽 옆의 다이를 제 2 서치 다이로 하는 것도 가능하다.

(1-3) 제 3 서치 다이 지정

제 2 서치 다이의 윗쪽 근처의 다이를 제 3 서치 다이로 하고, 제 3 서치 다이의 좌측 아래 모서리가 카메라 중앙부근에 위치하도록 유저조작으로 스테이지를 이동하고, 위치 결정후, 상기 (1-1)에서 취득한 템플릿 화상을 사용하여 자동으로 패턴 매치를 실행함으로써 제 1 서치 다이에서 지정한 템플릿 화상과 일치하는 제 3 서치 다이의 패턴의 엄밀한 좌표값을 취득한다.

또한 본 실시예에서는 제 2 서치 다이의 윗쪽 근처의 다이를 제 3 서치 다이로서 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 제 3 서치 다이는 이것에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 중요한 것은 특징점이 정확한 좌표를 파악한 다이를 기준으로 하여 열방향의 다이의 특정점의 좌표의 거리를 포함한 위치관계를 파악할 수 있으면 좋다. 따라서, 제 1 서치 다이의 윗쪽 근처의 다이도 적합하게 대체 적용 가능하다.

(2) < 광현미경 저배율 Y 방향 패턴 매칭 >

(2-1) 제 2 서치 다이의 패턴 매치 좌표(X2, Y2)와 제 3 서치 다이의 패턴 매치좌표(X3, Y3)의 관계로부터 윗쪽 근처 다이의 패턴으로의 이동량(dX, dY)을 산출한다.

dX = X3 - X2

dY = Y3 - Y2

(2-2) 산출한 이동량(dX, dY)을 사용하여, 제 1 서치 다이의 윗쪽 근처의 다이의 패턴이 존재하는(라고 예상되는) 좌표(XN, YN)로 스테이지를 이동.

XN = X1 + dX

YN = Y1 + dY

※ (X1, Y1) : 제 1 서치 다이의 패턴의 좌표

(2-3) 스테이지이동후, 광현미경 저배율로 촬상하여, 템플릿 화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 취득하고, 다시 다이의 검출갯수(DN)의 초기값으로서 1을 설정한다.

(2-4) 제 1 서치 다이의 패턴 좌표(X1, Yl)로부터 현재 촬상중인 패턴의 좌표(XN, YN)에의 이동량(dX, dY)을 산출한다.

dX = XN - X1

dY = YN - Y1

(2-5) 산출한 이동량(dX, dY)의 2배의 이동량 (2 * dX, 2 * dY)분만큼 제 1 서치 다이를 기점으로 하여 스테이지를 이동한다.

(2-6) 스테이지 이동후, 광현미경 저배율로 촬상하여 템플릿화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 갱신하고, 다이의 검출갯수를 2배한다. 이것에 대해서는 도 74참조.

(2-7) 미리 지정된 Y 좌표값을 넘을 때까지 웨이퍼 상부를 향하여 (2-4)∼(2-6)를 반복하여 실행한다.

또한 본 실시예에서는 정밀도를 높이기 위해서 및 처리회수(반복회수)를 저감시켜 처리시간을 단축하기 위하여 2배의 이동량을 반복하는 형태를 예로 들어 설명하였으나, 정밀도에 문제가 없고, 더욱 처리시간을 단축시키면, 3배, 4배라는 바와 같이 2배 이상 등의 정수배의 고배율로 실행하여도 상관없다. 또 반대로 문제가 없으면 더욱 정밀도를 높이기 위하여 고정 이동량으로 이동을 반복하여도 좋다. 이들 어느 쪽의 경우도, 검출갯수에도 그것을 반영시키는 것은 물론이다.

(3) < 광현미경 저배율 θ 회전>

(3-1) 제 1 서치 다이의 패턴 좌표(X1, Y1)로부터 제일 마지막에 서치한 다이의 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)까지의 이동량 및 그때까지 검출한 다이의 갯수(DN)를 사용하여 회전량(θ) 및 Y 방향 다이 크기(YD)를 산출한다(도 75 참조).

dX = XN - X1

dY = YN - Y1

θ = tan^-1 (dX/dY)

YD = sqrt((dX)² + (dY)²)/DN

※ sqrt(A) =√A

(3-2) 산출한 회전량(θ)분만큼 θ스테이지를 회전시킨다.

B. 광학현미경 고배율로 촬상

(1) 광현미경 저배율의 (1)과 동일한 순서를 광현미경 고배율상을 사용하여 실행한다.

(2) 광현미경 저배율의 (2)과 동일한 순서를 광현미경 고배율상을 사용하여 실행한다.

(3) 광현미경 저배율의 (3)과 동일한 순서를 실행한다.

(4) < 광현미경 고배율 θ 회전후의 허용값 체크 >

(4-1) [제 1 서치 다이, 광현미경 고배율의 템플릿 지정]

회전후의 제 1 서치 다이의 좌표(X'1, Y'1)를 회전전 좌표(X1, Y1) 및 회전량(θ)으로부터 산출하여, 좌표(X'1, Y'1)로 스테이지를 이동, 위치결정후, 패턴 매치용 템플릿 화상을 취득.

X'1 = x₁ * cosθ - y₁ * sinθ

Y'1 = x₁ * sinθ + y₁ * cosθ

(4-2) 광현미경 고배율 Y방향 패턴 매칭

회전후의 제 1 서치 다이의 좌표(X'1, Y'1)로부터 dY만큼 Y방향으로 이동하여, 패턴 매치를 실행함으로써 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 취득한다.

(4-3) 회전후의 제 1 서치 다이의 좌표(X'1, Y'1)로부터 현재 촬상중인 패턴의 좌표

(XN, YN)로의 이동량(dX, dY)을 산출한다.

dX = XN - X'1

dY = YN - Y'1

(4-4) 산출한 이동량(dX, dY)의 2배의 이동량(2 * dX, 2 * dY)분만큼 제 1 서치 다이를 기점으로 하여 스테이지를 이동한다.

(4-5) 스테이지이동후, 광현미경 고배율로 촬상하고, 템플릿 화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 갱신한다.

(4-6) 미리 지정된 Y 좌표값을 넘을 때까지 웨이퍼 상부를 향하여 (4-3)∼(4-5)를 반복하여 실행한다.

(4-7) θ의 회전량을 산출

회전후의 제 1 서치 다이의 좌표(X'1, Y'1)로부터 제일 마지막에 서치한 다이의 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)까지의 이동량을 사용하여, 회전량(θ)을 산출한다.

dX = XN - X1

dY = YN - Y1

θ = tan^-1(dX/dY)

(4-8) 광현미경 고배율 θ 허용값 체크

(4-7)에서 산출한 회전량(θ)이 기정값 이하에 들어가 있는 것을 확인한다. 들어가 있지 않은 경우는 산출한 회전량(θ)을 사용하여 θ 스테이지 회전후, 다시 (4-1)∼(4-8)를 실행한다. 단, 규정횟수 반복하여 (4-1)∼(4-8)를 실행하여도 허용범위내에 들어가지 않는 경우는, 에러처리로 하여 처리를 중단한다.

C. EB상에 의한 얼라이먼트

(1) < Y 서치 제 1 다이, EB의 템플릿 지정 >

광현미경 고배율의 (1)과 동일한 순서를 EB 상을 사용하여 실행한다.

(2) < EB Y 방향 패턴 매칭 >

광현미경 고배율의 (2)와 동일한 순서를 EB 상을 사용하여 실행한다.

(3) < EB θ 회전 >

광현미경 고배율의 (3)과 동일한 순서를 EB 상을 사용하여 실행한다.

(4) < EB θ 회전후의 허용값 체크 >

광현미경 고배율의 (4)와 동일한 순서를 EB 상을 사용하여 실행한다.

(5) 필요에 따라 고배율의 EB 상을 사용하여 (1)∼(4)를 실행한다.

(6) 제 1 서치 다이의 좌표(X1, Y1)와 제 2 서치 다이의 좌표(X2, Y2)로부터 X 방향 다이 크기(XD)의 개략값을 산출한다

dX = X2 - X1

dY = Y2 - Y1

XD = sqrt((dX)² + (dY)²)

※ sqrt(A) = √A

D. 다이맵 레시피작성

(1) < X 서치 제 1 다이, EB의 템플릿 지정 >

웨이퍼 왼쪽 끝에 위치하는 다이의 좌측 아래 모서리가 TDI 카메라 중앙부근에 위치하도록 유저조작으로 스테이지를 이동하여 위치 결정후, 패턴 매치용 템플릿화상을 취득. 이 템플릿 화상에는 서치영역내에서 유니크한 패턴이 되는 바와 같은 동일한 화상을 선택하지 않으면 안된다.

(2) < EB X 방향 패턴 매칭 >

(2-1) X 방향 다이 크기 개략값(XD)을 사용하여, X 서치 제 1 다이의 오른쪽근처의 다이의 패턴이 존재하는(고 예상된다) 좌표(X1 + XD, Y1)로 스테이즈를 이동.

(2-2) 스테이지 이동후, TDI 카메라로 EB 상을 촬상하고, 템플릿 화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 취득하고, 다시 다이의 검출갯수(DN)의 초기값으로서 1을 설정한다.

(2-3) X 서치 제 1 다이의 패턴 좌표(X1, Y1)로부터 현재 촬상중인 패턴의 좌표(XN, YN)로의 이동량(dX, dY)을 산출한다.

dX = XN - X1

dY = YN - Y1

(2-4) 산출한 이동량(dX, dY)의 2배의 이동량(2 * dX, 2 * dY)분만큼 X 서치 제 1 다이를 기점으로 하여 스테이지를 이동한다.

(2-5) 스테이지 이동후, TDI 카메라로 EB 상을 촬상하고, 템플릿 화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써, 현재 관찰중인 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)을 갱신하고, 다이의 검출갯수를 2배 한다.

(2-6) 미리 지정된 X 좌표값을 넘을 때까지 웨이퍼 오른쪽으로 (2-3)∼(2-5) 를 반복하여 실행한다.

(3) < X 방향 기울기를 산출 >

X 서치 제 1 다이의 패턴 좌표(X1, Y1)로부터 제일 마지막에 서치한 다이의 패턴의 엄밀한 좌표값(XN, YN)까지의 이동량 및 그때까지 검출한 다이의 갯수(DN) 를 사용하여 스테이지 직행 오차(Φ) 및 X 방향 다이 크기(XD)를 산출한다.

dX = XN - X1

dY = YN - Y1

Φ = tan^-1(dY/dX)

XD = sqrt((dX)² + (dY)²)/DN

※ sqrt(A) = √A

(4) < 다이맵 작성 >

이와 같이 X 방향 다이 크기(XD)를 구하여, 미리 회전량(θ)을 산출하였을 때 에 구한 Y 방향 다이 크기(YD)와 합쳐서 다이맵(이상 상의 다이의 배치정보)을 작성한다. 다이맵에 의하여 다이의 이상 상의 배치를 알 수 있다. 한편, 다른 일체의 기판상의 다이는 예를 들면 스테이지의 기계적 오차(가이드 등의 부품이나 조립 오차), 간섭계의 오차(예를 들면 미러 등의 조립문제에 의한)나 차지업에 의한 상의 왜곡의 영향을 받아, 반드시 이용적인 배치로는 관찰할 수 없는 경우가 있으나, 이 실제의 다이의 위치와 다이맵상의 이상 상의 배치와의 오차를 파악하여, 이 오차를 고려하여 이것을 자동 보정하면서, 검사를 행하여 가도록 한다.

E. 포커스 레시피 작성순서

다음에, 포커스 레시피의 작성순서에 대하여 설명한다. 포커스 레시피는 기판 등의 시료의 평면상의 마크에의 위치에 있어서의 최적의 포커스위치, 또는 포커스위치에 관한 여러가지 조건의 정보를 표 등의 소정의 형식으로 기억한 것이다. 포커스맵 레시피에서는 웨이퍼상의 지정위치만 포커스조건이 설정되고, 지정위치 사이의 포커스값은 직선 보완된다(도 76 참조). 포커스 레시피 작성순서는 다음과 같다.

(1) 포커스측정대상 다이를 다이맵으로부터 선택한다

(2) 다이내에서의 포커스 측정점을 설정한다

(3) 각 측정점으로 스테이지를 이동시켜 화상 및 콘트라스트값을 기초로 포커스값(CL12전압)의 조정을 수동으로 행한다.

얼라이먼트처리로 작성한 다이맵은, 웨이퍼의 양쪽 끝의 다이 좌표로부터 산출한 이상적인 위치정보로서, 여러가지 요인에 의하여 다이맵상의 다이위치와 실제의 다이위치에는 오차가 생긴다(도 77참조). 이 오차분을 흡수하기 위한 파라미터를 작성하는 순서를 파인얼라이먼트라 부르고, 파인얼라이먼트 레시피에는 다이맵(이상 상의 다이 배치정보)과 실제의 다이위치와의 오차정보가 보존된다. 여기서 설정된 정보는 결함검사시에 사용된다. 파인얼라이먼트 레시피에서는 다이맵상에서 지정된 다이만 오차가 측정되고, 지정 다이 사이의 오차는 직선 보완된다.

F. 파인얼라이먼트순서

(1) 파인얼라이먼트용 오차 측정대상 다이를 다이맵으로부터 지정한다

(2) 오차 측정대상 다이로부터 기준 다이를 선택하고, 이 다이의 위치를 다이맵과의 오차가 제로인 점으로 한다

(3) 기준 다이의 좌측 아래 모서리를 TDI 카메라로 촬상하여, 패턴 매치용 템플릿 화상을 취득한다

※ 서치영역내에서 유니크한 패턴을 템플릿 화상으로서 선택

(4) 근린의 오차 측정대상 다이의 좌측 아래의(다이맵상에서의) 좌표(X0, Y0)를 취득하여 스테이지를 이동시킨다. 이동후, TDI 카메라로 촬상하여, (3)의 템플릿화상을 사용하여 패턴 매치를 실행함으로써 엄밀한 좌표값(X, Y)을 취득한다.

(5) 패턴매치로 취득한 좌표값(X, Y)과 다이맵상의 좌표값(X0, Y0)의 오차를 보존

(6) 모든 오차 측정대상 다이에 대하여 (4)∼(5)를 실행한다.

2-6-3) 결함검사

결함검사는 도 78에 나타내는 바와 같이 전자광학계의 조건설정(촬상배율 등의 설정)을 행하여 전자빔을 조사하면서 스테이지를 이동시킴으로써 TDI 스캔촬상(도 79)을 행하고, 설정된 검사조건(어레이 검사조건, 랜덤검사조건, 검사영역)에 따라 검사 전용처리 유닛(IPE)에 의하여 실시간으로 결함검사가 행하여진다.

검사 레시피에서는 전자광학계의 조건, 검사대상 다이, 검사영역 및 검사방법(랜덤/어레이) 등이 설정된다(도 80의 a, b).

또한 결함검사용으로 안정된 화상을 취득하기 위하여 위치 어긋남이나 속도 불균일 등에 의한 촬상 화상의 흔들림을 억제하는 EO 보정, 이상적인 다이맵상의 배치와 실제의 다이위치와의 오차를 흡수하는 다이위치 보정, 유한의 측정점에서 미리 측정한 포커스값을 사용하여 웨이퍼 전영역의 포커스값을 보완하는 포커스조정이 실시간으로 동시에 행하여진다.

결함검사의 스캔동작에 있어서 검사대상 다이의 전역(全域)을 검사하는(도 81) 외에 도 82에 나타내는 바와 같이 스캔방향과 직각방향으로의 단계 이동량을 조정함으로써 선택검사도 가능하게 된다(검사시간의 단축).

검사종료후는, 검사결과로서 결함갯수, 결함을 포함하는 다이의 위치, 결함크기, 각 다이내에서의 결함위치, 결함종류, 결함화상, 비교화상을 디스플레이에 표시하고, 이들의 정보 및 레시피정보 등을 파일에 보존함으로써 과거의 검사결과의 확인, 재현이 가능해지고 있다.

자동 결함검사시에는 각종 레시피를 선택 지정함으로써, 반송 레시피에 따라웨이퍼가 로드되어 얼라이먼트 레시피에 따라 스테이지상에서 웨이퍼의 얼라이먼트가 행하여져 포커스 맵 레시피에 따라 포커스조건의 설정이 행하여지고, 검사 레시피에 따라 검사가 행하여지고, 반송 레시피에 따라 웨이퍼가 언로드된다(도 83의 a, b).

2-6-4) 제어계 구성

본 장치는 도 84에 나타내는 바와 같이 복수의 컨트롤러에 의하여 구성되어 있다. 메인컨트롤러는 장치(EBI)의 GUI부/시퀀스동작을 담당하여, 공장 호스트 컴퓨터 또는 GUI로부터의 동작지령을 수취하여 VME 컨트롤러나 IPE 컨트롤러에 필요한 지시를 준다. VME 컨트롤러는, 장치(EBI)구성기기의 동작을 담당하고, 메인컨트롤러로부터의 지시에 따라 스테이지 컨트롤러나 PLC 컨트롤러에 지시를 준다. IPE 컨트롤러는 메인컨트롤러로부터의 지시에 의하여 IPE 노드 컴퓨터로부터의 결함검사정보취득, 취득한 결함의 분류 및 화상표시를 행한다. IPE 노드 컴퓨터는 TDI 카메라로부터 출력되는 화상의 취득 및 결함검사를 행한다.

PLC 컨트롤러는, VME 컨트롤러로부터의 지시를 받아 밸브 등의 기기의 구동 및 센서정보의 취득, 항시 감시가 필요한 진공도 이상 등의 이상감시를 행한다. 스테이지 컨트롤러는 VME 컨트롤러로부터의 지시를 받아 XY 방향으로의 이동 및 스테이지상에 설치된 웨이퍼의 회전을 행한다.

이와 같은 분산제어계를 구성함으로써, 말단의 장치 구성기기가 변경된 경우에 각 컨트롤러 사이의 인터페이스를 동일하게 유지함으로써 상위 컨트롤러의 소프트웨어 및 하드웨어의 변경이 불필요하게 된다. 또 시퀀스동작이 추가·수정된 경우에도 상위 소프트웨어 및 하드웨어의 변경을 최소한으로 그침으로써 구성변경에 대한 유연한 대응이 가능해진다.

2-6-5) 유저 인터페이스구성

도 85는 유저 인터페이스부의 기기구성을 나타낸다.

(1) 입력부

유저로부터의 입력을 접수하는 기기로 「키보드」, 「마우스」, 「JOY 패드」로 구성된다.

(2) 표시부

유저에의 정보를 표시하는 기기로, 모니터 2대로 구성된다.

모니터 1 : CCD 카메라 또는 TDI 카메라에서의 취득화상을 표시

모니터 2 : GUI 표시

좌표계에 대하여

본 장치에서는 이하 3개의 좌표계를 규정한다.

(1) 스테이지 좌표계 [X_S, Y_S]

스테이지 위치 제어시의 위치 지시용 기준 좌표계

챔버 좌측 아래 모서리를 원점으로 하여, 우방향으로 X 좌표값이 증가하고, 상방향으로 Y 좌표값이 증가한다.

본 좌표계는, 본 장치에 1개 밖에 존재하지 않는다.

스테이지 좌표계로 나타내는 위치(좌표값)는, 스테이지의 중심(웨이퍼중심)으로 한다.

즉, 스테이지 좌표계에 있어서 좌표값 [0,0]을 지정한 경우, 스테이지중심(웨이퍼중심)이 스테이지 좌표계의 원점에 겹치도록 이동한다.

단위는 [㎛]로 하나, 최소 분해능은 λ/1024(≒ 0.618 [㎛])로 한다.

※λ : 레이저 간섭계로 사용되는 레이저의 파장(λ≒632.991[㎛])

(2) 웨이퍼 좌표계[X_W, Y_W]

웨이퍼상의 관찰(촬상·표시)하는 위치를 지시하기 위한 기준 좌표

웨이퍼 중심을 원점으로 하여 우방향으로 X 좌표값이 증가하고, 상방향으로 Y 좌표값이 증가한다.

웨이퍼 좌표계로 나타내는 위치(좌표값)는, 그때 선택된 촬상기기(CCD 카메라, TDI 카메라)에서의 촬상중심으로 한다.

본 좌표계는 본 장치에 1개 밖에 존재하지 않는다.

단위는 [㎛]로 하나, 최소 분해능은 λ/1024(≒0.618[㎛])로 한다.

※λ : 레이저 간섭계에서 사용되는 레이저의 파장(λ≒632.991[㎛])

(3) 다이 좌표계[X_D, Y_D]

각 다이에 있어서의 관찰(촬상·표시)위치를 규정하기 위한 기준 좌표

각 다이의 좌측 아래 모서리를 원점으로 하여 우방향으로 X 좌표값이 증가하고, 상방향으로 Y 좌표값이 증가한다. 본 좌표계는 다이마다 존재한다. 단위는 [㎛]로 하나, 최소 분해능은 λ/1024 (≒≒0.618[㎛])로 한다.

※λ : 레이저 간섭계에서 사용되는 레이저의 파장(λ≒632.991[㎛])

또한, 웨이퍼상의 다이는 번호부착(넘버링)되어, 번호부착의 기준이 되는 다이를 원점 다이라 부른다. 디폴트에서는 웨이퍼 좌표계 원점에 가장 가까운 다이를 원점 다이로 하나, 유저의 지정에 의하여 원점 다이의 위치를 선택 가능하게 한다.

각 좌표계에 있어서의 좌표값과, 관찰(표시)되는 위치의 관계는 도 86과 같다.

※ 유저 인터페이스에 의하여 지시되는 좌표 및 스테이지 이동방향의 관계는, 이하와 같다.

(1) 조이스틱 & GUI 화살표 버튼

조이스틱 및 GUI 화살표 버튼에 의하여 지시되는 방향은, 오퍼레이터가 보고 싶은 방향으로 간주하여, 스테이지를 지시방향과 반대방향으로 이동시킨다.

예)

지시방향 : 오른쪽 ... 스테이지 이동방향 : 왼쪽 (화상이 왼쪽으로 이동 = 시야가 오른쪽으로 이동)

지시방향 : 위 ..... 스테이지 이동방향 : 아래 (화상이 아래로 이동 = 시야가 위로 이동)

(2) GUI 상에서 좌표를 직접 입력

GUI 상에서 직접 입력되는 좌표는, 웨이퍼 좌표계상에서 오퍼레이터가 보고 싶은 장소로 간주하여, 상기 웨이퍼 좌표가 촬상 화상중심에 표시되도록 스테이지를 이동시킨다.

2-7) 그 밖의 기능과 구성의 설명

도 87에 본 실시형태의 전체 구성도를 나타낸다. 단, 일부구성을 생략하여 도시하고 있다. 상기 도면에 있어서, 검사장치는 1차 컬럼(87·1), 2차 컬럼(87·2) 및 챔버(87·3)을 가지고 있다. 1차 컬럼(87·1)의 내부에는 전자총(87·4)이 설치되어 있고, 전자총(87·4)으로부터 조사되는 전자빔(1차 빔)의 광축상에 1차 광학계(87·5)가 배치된다. 또 챔버(87·3)의 내부에는 스테이지(87·6)가 설치되고, 스테이지(87·6)상에는 시료(W)가 탑재된다.

한편, 2차 컬럼(87·2)의 내부에는 시료(W)로부터 발생하는 2차 빔의 광축상에 대물렌즈(87·7), 뉴메리컬 애퍼처(87·8), 비엔나 필터(87·9), 제 2 렌즈(87·10), 필드 애퍼처(87·11), 제 3 렌즈(87·12), 제 4 렌즈(87·13) 및 검출기(87·14)가 배치된다. 또한 뉴메리컬 애퍼처(87·12)는 개구 조리개에 상당하는 것으로, 원형의 구멍이 뚫린 금속제(Mo 등)의 박판이다. 그리고 개구부가 1차 빔의 집속위치 및 대물렌즈(87·7)의 초점위치가 되도록 배치되어 있다. 따라서 대물렌즈(87·7)와 뉴메리컬 애퍼처(87·8)는, 텔레센트릭한 전자광학계를 구성하고 있다.

한편, 검출기(87·14)의 출력은 컨트롤 유닛(87·15)에 입력되고, 컨트롤 유닛(87·15)의 출력은 CPU(87·16)에 입력된다. CPU(87·16)의 제어신호는 1차 컬럼 제어 유닛(87·17), 2차 컬럼 제어 유닛(87·18) 및 스테이지 구동기구(87·19)에 입력된다. 1차 컬럼제어 유닛(87·17)은 1차 광학계(87·5)의 렌즈 전압제어를 행하고, 2차 컬럼 제어 유닛(87·18)은 대물렌즈(87·7), 제 2 렌즈(87·10)∼제 4 렌즈(87·13)의 렌즈 전압제어 및 비엔나 필터(87·9)에 인가하는 전자계 제어를 행한다.

또 스테이지 구동기구(87·19)는, 스테이지의 위치정보를 CPU(87·16)에 전달한다. 또한 1차 컬럼(87·1), 2차 컬럼(87·2), 챔버(87·3)는 진공배기계(도시 생략)와 연결되어 있어 진공배기계의 터보분자 펌프에 의하여 배기되고, 내부는 진공상태를 유지하고 있다.

(1차 빔) 전자총(87·4)으로부터의 1차 빔은, 1차 광학계(87·5)에 의하여 렌즈작용을 받으면서, 비엔나 필터(87·9)에 입사한다. 여기서는 전자총의 칩으로서는 직사각형 음극으로 대전류를 인출할 수 있는 LaB6을 사용한다. 또 1차 광학계(72)는 회전축 비대칭의 4중극 또는 8중극의 정전(또는 전자) 렌즈를 사용한다. 이것은 이른바 원통 렌즈와 마찬가지로 X축, Y축 각각에서 집속과 발산을 야기할 수 있다. 이 렌즈를 2단, 3단 또는 4단으로 구성하고, 각 렌즈조건을 최적화함으로써 조사전자를 손실하지 않고 시료면상의 빔 조사영역을, 임의의 직사각형상, 또는 타원형상으로 성형할 수 있다.

구체적으로는 정전형 4중극 렌즈를 사용한 경우, 4개의 원주 로드를 광축 주위에 배치한다. 대향하는 전극끼리를 등전위로 하고, 광축 주위에 90도 어긋난 위상에서는 반대의 전압특성을 준다.

또한 4중극 렌즈로서 원주형이 아니라, 정전편향기로서 통상 사용되는 원형판을 4분할한 형상의 렌즈를 사용하여도 좋다. 이 경우 렌즈의 소형화를 도모할 수 있다. 1차 광학계(72)를 통과한 1차 빔은 비엔나 필터(87·9)의 편향작용에 의하여 궤도가 구부러진다. 비엔나 필터(87·9)는 자계와 전계를 직교시켜 전계를 E, 자계를 B, 하전입자의 속도를 v라 한 경우, E = vB의 비엔나조건을 만족하는 하전입자만을 직진시키고, 그것 이외의 하전입자의 궤도를 구부린다. 1차 빔에 대해서는 자계에 의한 힘(FB)과 전계에 의한 힘(FE)이 발생하여 빔 궤도는 구부러진다. 한편 2차 빔에 대해서는 힘(FB)과 힘(FE)이 역방향으로 작용하기 때문에, 서로 상쇄되므로 2차 빔은 그대로 직진한다.

1차 광학계(87·5)의 렌즈전압은, 1차 빔이 뉴메리컬 애퍼처(87·8)의 개구부에서 결상하도록 미리 설정되어 있다. 이 뉴메리컬 애퍼처(87·8)는 장치내에 산란하는 불필요한 전자빔이 시료면에 도달하는 것을 저지하여 시료(W)의 차지업이나 오염을 방지하고 있다. 또한 뉴메리컬 애퍼처(87·8)와 대물렌즈(87·7)는 텔레센트릭한 전자광학계를 구성하고 있기 때문에, 대물렌즈(87·7)를 투과한 1차 빔은 평행 빔이 되어 시료(W)에 균일하고 또한 한결같이 조사한다. 즉, 광학현미경에서 말하는 켈라조명이 실현된다.

(2차 빔) 1차 빔이 시료에 조사되면, 시료의 빔 조사면으로부터는 2차 입자로서, 2차 전자, 반사전자 또는 후방 산란전자가 발생한다.

2차 입자는 대물렌즈(87·7)에 의한 렌즈작용을 받으면서 렌즈를 투과한다. 그런데 대물렌즈(87·7)는 3매의 전극으로 구성되어 있다. 가장 밑의 전극은 시료(W)측의 전위와의 사이에서 양의 전계를 형성하고, 전자(특히 지향성이 작은 2차 전자)를 끌어들여 효율좋게 렌즈 내로 유도하도록 설계되어 있다. 또 렌즈작용은 대물렌즈(87·7)의 1번째, 2번째 전극에 전압을 인가하고, 3번째 전극을 제로 전위로 함으로써 행하여진다. 한편, 뉴메리컬 애퍼처(87·8)는 대물렌즈(87·7)의 초점위치, 즉 시료(W)로부터의 백포커스위치에 배치되어 있다. 따라서 시야 중심밖(축밖)으로부터 나간 전자빔의 광속도, 평행 빔이 되어, 이 뉴메리컬 애퍼처(87·8)의 중심위치를 이클립스(eclipse)가 생기는 일 없이 통과한다.

또한 뉴메리컬 애퍼처(87·8)는 2차 빔에 대해서는 제 2 렌즈(87·10)∼제 4 렌즈(87·13)의 렌즈수차를 억제하는 역활을 하고 있다. 뉴메리컬 애퍼처(87·8)를 통과한 2차 빔은 비엔나 필터(87·9)의 편향작용을 받지않고 그대로 직진하여 통과한다. 또한 비엔나 필터(87·9)에 인가하는 전자계를 바꿈으로써 2차 빔으로부터, 특정한 에너지를 가지는 전자(예를 들면 2차 전자, 또는 반사전자, 또는 후방 산란전자) 만을 검출기(87·14)로 유도할 수 있다.

2차 입자를 대물렌즈(87·7)만으로 결상시키면 렌즈작용이 강해져 수차가 발생하기 쉽다. 따라서 제 2 렌즈(87·10)와 맞추어 1회의 결상을 행하게 한다. 2차 입자는 대물렌즈(87·7) 및 제 2 렌즈(87·10)에 의하여 필드 애퍼처(87·11)상에서 중간결상을 얻는다. 이 경우, 통상 2차 광학계로서 필요한 확대배율이 부족하는 것이 많기 때문에 중간상을 확대하기 위한 렌즈로서, 제 3 렌즈(87·12), 제 4 렌즈(87·13)를 가한 구성으로 한다. 2차 입자는 제 3 렌즈(87·12), 제 4 렌즈(87·13) 각각에 의하여 확대 결상하고, 여기서는 합계 3회 결상한다. 또한 제 3 렌즈(87·12)와 제 4 렌즈(87·13)를 합쳐서 1회(합계 2회) 결상시켜도 좋다.

또 제 2 렌즈(87·10)∼제 4 렌즈(87·13)는 모두 유니포텐셜 렌즈 또는 아인첼 렌즈라 불리우는 회전축 대칭형의 렌즈이다. 각 렌즈는 3매 전극의 구성으로 통상은 바깥쪽의 2 전극을 제로 전위로 하고, 중앙의 전극에 인가하는 전압으로 렌즈작용을 행하게 하여 제어한다. 또 중간의 결상점에는 필드 애퍼처(87·11)가 배치되어 있다. 필드 애퍼처(87·11)는 광학현미경의 시야 조리개와 마찬가지로 시야를 필요범위에 제한하고 있으나, 전자빔의 경우, 불필요한 빔을 후단의 제 3 렌즈(87·12) 및 제 4 렌즈(87·13)와 함께 차단하여 검출기(87·14)의 차지업이나 오염을 방지하고 있다. 또한 확대배율은 이 제 3 렌즈(87·12) 및 제 4 렌즈(87·13)의 렌즈조건(초점거리)을 바꿈으로써 설정된다.

2차 입자는 2차 광학계에 의하여 확대투영되어 검출기(87·14)의 검출면에 결상한다. 검출기(87·14)는 전자를 증폭하는 MCP와, 전자를 빛으로 변환하는 형광판과, 진공계와 외부와의 중계 및 광학상을 전달시키기 위한 렌즈나 그 밖의 광학소자와, 촬상소자(CCD 등)로 구성된다. 2차 입자는 MCP 검출면에서 결상하여 증폭되고, 형광판에 의하여 전자는 광신호로 변환되고, 촬상소자에 의하여 광전신호로 변환된다.

컨트롤 유닛(87·15)은 검출기(87·14)로부터 시료의 화상신호를 판독하여 CPU(87·16)에 전달한다. CPU(87·16)는 화상신호로부터 템플릿 매칭 등에 의하여 패턴의 결함검사를 실시한다. 또 스테이지(87·6)는 스테이지 구동기구(87·19)에 의하여 XY 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. CPU(87·16)는 스테이지(87·6)의 위치를 판독하여 스테이지 구동기구(87·19)에 구동제어신호를 출력하고, 스테이지(87·6)를 구동시켜 차례로 화상의 검출, 검사를 행한다.

이와 같이 본 실시형태의 검사장치에서는 뉴메리컬 애퍼처(87·8)와 대물렌즈(87·7)가, 텔레센트릭한 전자 광학계를 구성하고 있기 때문에, 1차 빔에 대해서는 빔을 시료에 균일하게 조사시킬 수 있다. 즉 켈러 조명을 용이하게 실현할 수 있다.

또한 2차 입자에 대해서는 시료(W)로부터의 모든 주광선이 대물렌즈(87·7)에 수직(렌즈 광축에 평행)하게 입사하여 뉴메리컬 애퍼처(87·8)를 통과하기 때문에, 주변 광도 소멸되지 않아 시료 주변부의 화상휘도가 저하하지 않는다. 또 전자가 가지는 에너지의 불균일에 의하여 결상하는 위치가 다른, 이른바 배율 색수차가 일어나나 (특히, 2차 전자는 에너지의 불균일이 크기 때문에 배율 색수차가 크다), 대물렌즈(87·7)의 초점위치에 뉴메리컬 애퍼처(87·8)를 배치함으로써 이 배율 색수차를 억제할 수 있다.

또 확대배율의 변경은, 뉴메리컬 애퍼처(87·8)의 통과후에 행하여지기 때문에 제 3 렌즈(87·10), 제 4 렌즈(87·13)의 렌즈조건의 설정배율을 바꾸어도 검출측에서의 시야 전면에 균일한 상이 얻어진다. 또한 본 실시형태에서는 불균일이 없는 균일한 상을 취득할 수 있으나, 통상 확대배율을 고배율로 하면 상의 밝기가 저하한다는 문제점이 생겼다. 따라서 이것을 개선하기 위하여 2차 광학계의 렌즈조건을 바꾸어 확대배율을 변경할 때, 그것에 따라 결정되는 시료면상의 유효시야와, 시료면상에 조사되는 전자빔을 동일한 크기가 되도록 1차 광학계의 렌즈조건을 설정한다.

즉, 배율을 올려 가면, 그것에 따라 시야가 좁아지나, 그것과 동시에 전자빔의 조사밀도를 올려감으로써 2차 광학계로 확대 투영되어도 검출전자의 신호밀도는 항상 일정하게 유지되어 상의 밝기는 저하하지 않는다.

또 본 실시형태의 검사장치에서는 1차 빔의 궤도를 구부려, 2차 빔을 직진시키는 비엔나 필터(87·9)를 사용하였으나, 그것에 한정되지 않고 1차 빔의 궤도를 직진시켜 2차 빔의 궤도를 구부리는 비엔나 필터를 사용한 구성의 검사장치이어도 좋다. 여기서는 E × B를 사용하고 있으나, 자장만을 사용하여도 좋다. 이 때는 예를 들면 1차 전자 입사방향과 신호전자의 검출기를 향하게 하는 방향은 똑같이 Y 자형의 구성을 취하여도 좋다.

또 본 실시형태에서는 직사각형 음극과 4극자 렌즈로부터 직사각형 빔을 형성하였으나, 그것에 한정되지 않고 예를 들면 원형 빔으로부터 직사각형 빔이나 타원형 빔을 만들어내어도 좋고, 원형 빔을 슬릿을 통하여 직사각형 빔으로 인출하여도 좋다. 또 선형 빔이어도 복수의 빔이어도 좋고, 이들을 스캔하여 사용하여도 좋다.

2-7-1) 제어전극

대물렌즈(87·7)와 웨이퍼(W)와의 사이에는 전자선의 조사광축에 대하여 대략 축대칭인 형상의 전극(도 25-1의 25·8)이 배치되어 있다. 이 전극의 형상의 예를 도 88, 도 89에 나타낸다. 도 88, 도 89는 전극(88·1, 89·1)의 사시도이고, 도 88은 전극(88·1)이 축대칭에 원통형상인 경우를 나타내는 사시도이고, 도 89는 전극(89·1)이 축대칭에 원반형상인 경우를 나타내는 사시도이다.

본 실시형태에서는 도 88에 나타내는 바와 같이 전극(88·1)을 원통형상으로서 설명하나, 전자선의 조사광축에 대하여 대략 축대칭이면 도 89에 나타내는 바와 같은 원반형상의 전극(89·1)이어도 좋다. 또한 전극(88·1)에는 대물렌즈(87·7) (도 25-1의 25·7)와 웨이퍼(W) 사이에 있어서의 방전을 방지하는 전계를 발생하기 위하여, 웨이퍼(W)에의 인가전압(본 실시형태에서는 접지되어 있기 때문에, 전위는 0 V)보다도 낮은 소정의 전압(음전위)이 전원(25·9)에 의하여 인가되고 있다. 이때의 웨이퍼(W)와 대물렌즈(97·7) 사이의 전위분포를 도 90을 참조하여 설명한다.

도 90은 웨이퍼(W)와 대물렌즈(87·7) 사이의 전압분포를 나타내는 그래프이다. 상기 도면에 있어서 전자선의 조사광축에 있어서의 위치를 가로축으로 하여 웨이퍼(W)로부터 대물렌즈(87·7)의 위치까지의 전압분포를 나타내고 있다. 전극(88·1)이 없었던 종래의 전자선장치에 있어서는 대물렌즈(87·7)로부터 웨이퍼(W)까지의 전압분포는 대물렌즈(87·7)에 인가한 전압을 최대값으로 하여 접지하고 있는 웨이퍼(W)까지 완만히 변화하고 있다(도 90의 가는 선). 한편, 본 실시형태의 전자선장치에 있어서는 대물렌즈(87·7)와 웨이퍼(W)와의 사이에 전극(88·1)이 배치되고, 또한 전극(88·1)에는 웨이퍼(W)에의 인가전압보다도 낮은 소정의 전압(음전위)이 전원(25·9)에 의하여 인가되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 전계가 약해진다(도 90의 굵은 선). 따라서 본 실시형태의 전자선장치에 있어서는 웨이퍼(W)에 있어서의 바이어(25·13)(도 25-1) 근방에 전계가 집중하지 않아 고전계로는 되지 않는다. 그리고 바이어(25·13)에 전자선이 조사되어 2차 전자가 방출되어도 이 방출된 2차 전자는 잔류가스를 이온화할 정도로는 가속되지 않기 때문에, 대물렌즈(87·7)와 웨이퍼(W) 사이에 일어나는 방전을 방지할 수 있다.

또, 대물렌즈(87·7)와 바이어(25·13)(도 25-1) 사이에서의 방전을 방지할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 패턴 등을 방전 파손하는 일은 없다. 또 상기 실시형태에 있어서는 대물렌즈(87·7)와 바이어(25·13)가 있는 웨이퍼(W)와의 사이의 방전을 방지할 수 있으나, 전극(88·1)에 음전위를 인가하고 있기 때문에, 음전위의 크기에 따라서는 검출기(87·14)에 의한 2차 전자의 검출감도가 저하하는 경우도 있다. 따라서 검출감도가 저하한 경우는 상기한 바와 같이 전자선을 조사하여 2차 전자를 검출하는 일련의 동작을 복수회에 걸쳐 행하여 얻어진 복수의 검출결과를 누적가산이나 평균화 등의 처리를 실시하여 소정의 검출감도(신호의 S/N 비)를 얻도록 하면 좋다. 본 실시형태에서는 일례로서 검출감도를 신호대 잡음비(S/N 비)로서 설명하고 있다.

여기서 상기한 2차 전자 검출동작에 대하여 도 91을 참조하여 설명한다. 상기 도면은 전자선장치의 2차 전자 검출동작을 나타내는 플로우차트이다. 먼저 검출기(87·14)에 의하여 피검사 시료로부터의 2차 전자를 검출한다(단계 91·1). 다음에 신호대 잡음비(S/N 비)가 소정의 값 이상인지의 판단을 행한다(단계 91·2). 단계 91·2에 있어서 신호대 잡음비가 소정값 이상인 경우는, 검출기(87·14)에 의한 2차 전자의 검출은 충분하기 때문에, 2차 전자 검출동작은 완료한다.

한편, 단계(91·2)에 있어서 신호대 잡음비가 소정값 미만인 경우는, 전자선을 조사하여 2차 전자를 검출하는 일련의 동작을 4N회 행하여, 평균화처리를 행한다(단계 91·3). 여기서 N의 초기값은 「1」로 설정되어 있기 때문에, 단계 91·3에 있어서 첫회는, 2차 전자의 검출동작이 4회 행하여진다.

다음에 N에 「1」을 가산하여 카운트업하고(단계 91·4), 단계 91·2에 있어서 다시 신호대 잡음비가 소정의 값 이상인지의 판단을 행한다. 여기서 신호대 잡음비가 소정값 미만인 경우는 다시 단계 91·3으로 진행하고, 이번은 2차 전자의 검출동작을 8회 행한다. 그리고 N을 카운트 업하여 신호대 잡음비가 소정값 이상이 될 때까지 단계 91·2∼91·4를 반복한다.

또 본 실시형태에서는 전극(88·1)에 웨이퍼(W)에의 인가전압보다도 낮은 소정의 전압(음전위)을 인가함으로써, 바이어(25·13)가 있는 웨이퍼(W)에 대한 방전방지에 대하여 설명하였으나, 2차 전자의 검출효율이 저하하는 경우가 있다. 따라서 피검사 시료가 바이어가 없는 웨이퍼 등, 대물렌즈(87·7)와의 사이에서 방전이 생기기 어려운 종류의 피검사 시료였던 경우는, 검출기(87·14)에 있어서의 2차 전자의 검출효율이 높아지도록 전극(88·1)에 인가하는 전압을 제어할 수 있다.

구체적으로는 피시험 시료가 접지되어 있는 경우이어도 전극(88·1)에 인가하는 전압을 피시험 시료에 대한 인가 전압보다도 높은 소정의 전압으로 하는, 예를 들면 110 V로 한다. 또 이때 전극(88·1)과 피검사 시료와의 거리는, 전극(88·1)과 피검사 시료와의 사이에 방전이 생기지 않는 거리에 배치한다.

이 경우, 피검사 시료에의 전자선의 조사에 의하여 발생한 2차 전자는 전극(88·1)에 인가된 전압에 의하여 발생한 전계에 의하여 검출기(87·14)측에 가속된다. 그리고 대물렌즈(87·7)에 인가된 전압에 의하여 발생한 전계에 의하여, 검출기(87·14)측으로 더욱 가속되어 수속작용을 받기 때문에, 검출기(87·14)에 많은 2차 전자가 입사되어 검출효율을 높게 할 수 있다.

또한 전극(88·1)은 축대칭이기 때문에, 피검사 시료에 조사하는 전자선을 수속하는 렌즈작용도 가진다. 따라서 전극(88·1)에 인가하는 전압에 의하여 1차 전자선을 더욱 가늘게 조절할 수도 있다. 또 전극(88·1)에 의하여 1차 전자선을 가늘게 조절할 수도 있기 때문에 대물렌즈(87·7)와의 조합에 의하여 보다 저수차의 대물렌즈계를 구성할 수도 있다. 이와 같은 렌즈작용이 가능한 정도로 전극(88·1)은 대략 축대칭이면 좋다.

상기 실시형태의 전자선장치에 의하면, 피검사 시료와 대물렌즈와의 사이에 전자선의 조사축에 대하여 대략 축대칭의 형상이고, 상기 피검사 시료의 상기 전자선의 조사면에서의 전계강도를 제어하는 전극을 구비하였기 때문에, 피검사 시료와 대물렌즈와의 사이의 전계를 제어할 수 있다.

피검사 시료와 대물렌즈와의 사이에, 전자선의 조사축에 대하여 대략 축대칭의 형상이고, 상기 피검사 시료의 상기 전자선의 조사면에서의 전계강도를 약하게 하는 전극을 구비하였기 때문에, 피검사 시료와 대물렌즈와의 사이의 방전을 없앨 수 있다. 또 대물렌즈에의 인가 전압을 저하시키는 등, 변경하고 있지 않기 때문에 2차 전자를 효율적으로 대물렌즈를 통과시킬 수 있으므로, 검출효율을 향상시켜 S/N 비가 좋은 신호를 얻을 수 있다.

피검사 시료의 종류에 의하여 피검사 시료의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 약하게 하기 위한 전압을 제어할 수 있다. 예를 들면 피검사 시료가, 대물렌즈와의 사이에서 방전되기 쉬운 종류의 피검사 시료인 경우는, 전극의 전압을 변화시키고, 피검사 시료의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 더욱 약하게 함으로써 방전을 방지할 수 있다.

반도체 웨이퍼의 바이어의 유무에 의하여, 전극에 주는 전압을 변경하는, 즉 반도체 웨이퍼의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 약하게 하기 위한 전압을 변경할 수 있다. 예를 들면 피검사 시료가, 대물렌즈와의 사이에서 방전되기 쉬운 종류의 피검사 시료인 경우는, 전극에 의한 전계를 변화시켜, 피검사 시료의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 더욱 약하게 함으로써, 특히 바이어나 바이어 주변에서의 방전을 방지할 수 있다. 또 바이어와 대물렌즈와의 사이에서의 방전을 방지할 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼의 패턴 등을 방전 파손하는 일은 없다. 또 전극에 주는 전위를 피검사 시료에 주는 전하보다도 낮게 하였기 때문에, 피검사 시료의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 약하게 할 수 있어, 피검사 시료에의 방전을 방지할 수 있다. 전극에 주는 전위를 음전위로 하고, 피검사 시료는 접지하였기 때문에, 피검사 시료의 전자선의 조사면에서의 전계강도를 약하게 할 수 있어 피검사 시료에의 방전을 방지할 수 있다.

지금까지 주로 방전방지를 목적으로 한 제어전극의 이용법에 대하여 설명하여 왔으나, 제어전극은 웨이퍼로부터 방출되는 2차 전자의 에너지 선별을 위해 사용할 수 있다. 즉, 해상도가 높은 화상을 얻기 위하여 가장 신호 검출효율이 좋은, 어느 일정 레벨 이상의 에너지를 가지는 2차 전자만을 검출하고 있는 경우에는 제어전극에 소정의 음전압을 인가하여, 2차 전자의 에너지장벽으로서 사용할 수 있다. 제어전극에는 음전위가 인가되어 있기 때문에, 2차 전자를 시료쪽을 따라 되돌리는 힘이 작용한다. 이 전위 장벽을 넘을 수 없는 2차 전자는 시료쪽으로 되돌아가고, 전위 장벽을 넘은 2차 전자만이 검출기로 검출되게 되어 원하는 해상도의 화상을 얻을 수 있다.

2-7-2) 전위 인가방법

도 92에 있어서 전위 인가기구(92·1)는 웨이퍼로부터 방출되는 2차 전자 정보(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 조사전자가 원래 가지고 있는 에너지를 감속하여 웨이퍼에 100∼500 eV 정도의 조사전자 에너지로 하기 위한 용도도 한다.

전위 인가기구(92·1)는, 도 92에 나타내는 바와 같이 스테이지장치(92·2)의 탑재면(92·3)과 전기적으로 접속된 전압 인가장치(92·4)와, 차지업 조사 및 전압결정 시스템(이하 조사 및 결정 시스템)(92·5)을 구비하고 있다. 조사 및 결정 시스템(92·5)은 전자 광학장치(13·8)(도 13)의 검출계의 화상 형성부(92·6)에 전기적으로 접속된 모니터(92·7)와, 모니터(92·7)에 접속된 오퍼레이터(92·8)와, 오퍼레이터(92·8)에 접속된 CPU(92·9)를 구비하고 있다. CPU(92·9)는 전압 인가장치(92·4)에 신호를 공급하도록 되어 있다.

상기 전위 인가기구는 검사대상인 웨이퍼가 대전하기 어려운 전위를 찾아, 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 전기적으로 절연되어 있는 부분의 전압과, 원래 전기적으로 절연되어 있는 부분이나, 무엇인가의 원인으로 통전상태에 있는 부분의 전압과 전압차를 생기게 하고, 그후 본 발명의 빔을 조사함으로써 전압차가 있는 데이터를 취득하고, 이 취득 데이터를 해석하여 통전상태로 되어 있는 것을 검출한다.

2-7-3) 전자빔 캘리브레이션 방법

도 93에 있어서, 전자빔 캘리브레이션 기구(93·1)는 회전테이블(93·2)상에서 웨이퍼의 탑재면(93·3)의 측부의 복수개소에 설치된 빔 전류 측정용의 각각 복수의 패러데이컵(93·4 및 93·5)을 구비하고 있다. 패러데이컵(93·4)은 가는 빔용(약 φ 2㎛)이고, 패러데이컵(93·5)은 굵은 빔용(약 φ 30㎛)이다. 가는 빔용의 패러데이컵(93·4)으로는 회전테이블(93·2)을 단계 이송함으로써 빔 프로파일을 측정하고, 굵은 빔용의 패러데이컵(93·5)으로는 빔의 총전류량을 계측한다. 패러데이컵(93·4, 93·5)은 상 표면이 탑재면(93·3)상에 얹힌 웨이퍼(W)의 상 표면과 동일한 레벨이 되도록 배치되어 있다. 이와 같이 하여 전자총으로부터 방출되는 1차 전자선을 항시 감시한다. 이것은 전자총이 항시 일정한 전자선을 방출할 수 있는 있는 것이 아니라, 사용하고 있는 동안에 그 방출량이 변화되기 때문이다.

2-7-4) 전극의 청소

본 발명의 전자빔장치가 작동하면, 근접 상호작용(표면 근처에서의 입자의 대전)에 의하여 표적물질이 부유하여 고압영역으로 끌어당겨지기 때문에, 전자빔의 형성이나 편향에 사용되는 여러가지 전극에는 유기물질이 퇴적한다. 표면의 대전에 의하여 서서히 퇴적하여 가는 절연체는 전자빔의 형성이나 편향기구에 악영향을 미치기 때문에 퇴적한 절연체는 주기적으로 제거하지 않으면 안된다. 절연체의 주기적인 제거는 절연체가 퇴적하는 영역의 근방의 전극을 이용하여 진공중에서 수소나 산소 또는 불소 및 그것들을 함유하는 화합물 HF, O₂, H₂O, C_MF_N 등의 플라즈마를 만들어내어, 공간내의 플라즈마 전위를 전극면에 스퍼터가 생기는 전위(수 kV, 예를 들면 20 V∼5 kV)로 유지함으로써 유기물질만 산화, 수소화, 불소화에 의하여 제거한다. 또청정효과가 있는 기대를 흘림으로써 전극이나 절연물 표면의 오염물질을 제거할 수 있다.

2-7-5) 얼라이먼트제어방법

도 94의 얼라이먼트제어장치(94·1)는, 스테이지장치를 사용하여 웨이퍼(W)를 전자 광학장치(94·2)에 대하여 위치 결정시키는 장치로서, 웨이퍼를 광학현미경(94·3)을 사용한 광 시야 관찰에 의한 개략 맞춤(전자 광학계에 의하기 보다도 배율이 낮은 측정), 전자 광학장치(94·2)의 전자 광학계를 사용한 고배율 맞춤, 초점조정, 검사영역설정, 패턴 얼라이먼트 등의 제어를 행하게 되어 있다. 이와 같이 광학계를 사용하여 저배율로 웨이퍼를 검사하는 것은 웨이퍼의 패턴의 검사를 자동적으로 하기 위해서는 전자선을 사용한 좁은 시야로 웨이퍼의 패턴을 관찰하여 웨이퍼 얼라이먼트를 행할 때에 전자선에 의하여 얼라이먼트 마크를 용이하게 검출할 필요가 있기 때문이다.

광학현미경(94·3)은, 하우징에 설치되어(하우징내에서 이동 가능하게 설치되어 있어도 좋다) 있고, 광학현미경을 동작시키기 위한 광원도 도시 생략하나 하우징내에 설치되어 있다. 또 고배율의 관찰을 행하는 전자 광학계는 전자 광학장치(94·2)의 전자 광학계(1차 광학계 및 2차 광학계)를 공용하는 것이다. 그 구성을 개략 도시하면, 도 94에 나타내는 바와 같이 된다. 웨이퍼상의 피관찰점을 저배율로 관찰하기 위해서는 스테이지장치의 X 스테이지를 X 방향으로 움직임으로써 웨이퍼의 피관찰점을 광학현미경의 시야내로 이동시킨다. 광학현미경(94·3)으로 광시야로 웨이퍼를 눈으로 확인하여 그 웨이퍼상의 관찰해야 할 위치를 CCD(94·4)를 거쳐 모니터(94·5)에 표시시켜 관찰위치를 대략 결정한다. 이 경우 광학현미경의 배율을 저배율로부터 고배율로 변화시켜 가도 좋다.

다음에 스테이지장치를 전자 광학장치(94·2)의 광축과 광학현미경(94·3)의 광축과의 간격(δx)에 상당하는 거리만큼 이동시켜 광학현미경으로 미리 정한 웨이퍼상의 피관찰점을 전자 광학장치의 시야위치로 이동시킨다. 이 경우, 전자 광학장치의 축선(O₃-O₃)과 광학현미경(94·3)의 광축(O₄-O₄)과의 사이의 거리(이 실시형태에서는 X축선을 따른 방향으로만 양자는 위치 어긋나 있는 것으로 하나, Y축 방향 및 Y축방향으로 위치 어긋나 있어도 좋다)(δx)는 미리 알고 있기 때문에 그 값(δx)만큼 이동시키면 피관찰점을 눈으로 확인하는 위치로 이동시킬 수 있다. 전자 광학장치의 눈으로 확인하는 위치로의 피관찰점의 이동이 완료된 후, 전자 광학계에 의해 고배율로 피관찰점을 SEM 촬상하여 화상을 기억하거나 또는 CCD(94·6)를 거쳐 모니터(94·7)에 표시시킨다.

이와 같이 하여 전자 광학계에 의한 고배율로 웨이퍼의 관찰점을 모니터에 표시시킨 후, 공지의 방법에 의해 스테이지장치의 회전테이블의 회전중심에 관한 웨이퍼의 회전방향의 위치 어긋남, 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 따로 얻어진 웨이퍼에 설치된 검사마크의 데이터 또는 웨이퍼의 패턴의 형상 등에 관한 데이터에 의거하여 스테이지장치(94·8)의 동작을 제어하여 웨이퍼의 얼라이먼트를 행한다. 얼라이먼트의 범위는 XY 좌표에 있어서 ± 10화소 이내이다. 바람직하게는 ± 5화소 이내, 더욱 바람직하게는 ± 2화소 이내이다.

2-7-6) EO 보정

A. 개요

웨이퍼상으로부터의 빔을 TDI로 촬상함에 있어서, 웨이퍼의 위치는 정확하게 위치 결정되어 있을 필요가 있으나, 실제로는 웨이퍼는 X-Y 스테이지상에 있어서 기계적인 위치 결정이 이루어지기 때문에 그 정밀도는 수 100μ 내지 수십 nm, 응답속도는 수초 내지 수 ms가 현실적인 값이다.

한편, 디자인 룰은 수십 nm을 향하여 미세화되어 있고, 따라서 선폭이 수십 nm의 배선이나, 직경 수십 nm의 바이어를 검사하여 그것들의 형상 결함이나 전기적 결함의 검출 및 직경 수십 nm의 먼지의 검출이 필요하게 된다. 상기 기계적인 위치 결정만을 의지하여 촬상하는 것은 응답시간과 위치결정 정밀도의 오더가 디자인 룰 및 촬상 정밀도의 오더와 동떨어져 있어 정확한 상을 취득하는 데에 있어서 현저한 장해가 된다.

촬상의 시퀀스는 단계(x축)와 정속도 스캔(y축)의 조합으로 실행되고, 비교적 동적인 제어를 행하는 (y축)은, 제어 잔차가 일반적으로 커서 상의 빛무리를 방지하는 의미로부터 보다 고도한 제어가 요구된다.

이들 항목을 감안하여 고정밀도 또한 응답성이 뛰어난 X-Y 스테이지를 가지는 것은 물론이나, 또한 스테이지로 조달할 수 없는 촬상부에 대한 빔의 제어 정밀도, 속도를 실현하기 위하여 EO 보정의 기능을 구비하고 있다.

기본적인 방식은 스테이지상의 웨이퍼의 위치는 레이저간섭계 시스템과 x-y의 축상에 설치된 바미러에 의하여 서브 nm의 오더로 수 마이크로초의 시간지연 이내에 그 위치를 정확하게 인식하고, 자동제어루프에 의하여 기계적 액츄에이터를 구동하여 목표위치에 시간적인 지연과 잔차를 수반하면서 위치부여된다. 이 제어에 의하여 위치 결정된 결과의 제어잔차는 제어장치 내부에서 발생되는 목표위치와 레이저 간섭계 시스템에 의하여 얻어진 현재위치와의 차분에 의하여 구해진다. 한편 빔은 수많은 전극을 거친 후에 보정용 편향 전극을 경유하여 촬상장치로 유도된다. 보정용 편향전극은 웨이퍼상의 거리로 환산하여 대략 수백 ㎛ 이하, 바람직하게는 백 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 수십 ㎛ 이하의 편향이 가능한 감도를 가지고, 이것에 전압을 인가함으로써 2차원적으로 임의의 위치에 빔을 편향하는 것이 가능하다. 제어 잔차는 연산장치로 연산을 실행한 후, D/A 컨버터에 의하여 전압으로 변환되어 잔차를 상쇄하는 방향으로 보정용 편향 전극 인가된다. 이상의 구성에 의하여 레이저 간섭계의 분해능에 가까운 보정을 실행하는 것이 가능해진다.

다른 방식으로서 X축(단계방향)은 상기 수단을 사용하고, Y축(스캔방향)은 촬상 소자인 TDI의 전송클럭을 스테이지의 이동속도에 동기시켜 전송하는 방식도 고안하였다.

도 95에 EO 보정의 개념을 나타낸다. 목표위치에의 지시(95·1)가 출력되어 기계 액츄에이터를 포함하는 제어 피드백 루프(95·2)에 부여된다. 이 부분이 스테이지에 해당한다. 구동되어 위치변위가 나간 결과는 위치검출기(95·3)에 의하여 피드백이 걸려, 구동계의 위치변위는 위치지시로부터의 목표위치에 수렴(收斂)하여 가나, 제어계의 이득이 유한이기 때문에 잔차가 발생한다. 현재 위치를 위치출력계(95·4)(여기서는 레이저 간섭계를 사용한다)에 의하여 서브 nm의 오더로 검출하여, 위치 지시장치(95·1)와의 차분을 잔차 검출기(95·5)에 의하여 검출하고, 고압 고속 증폭기(95·6)를 사용하여 편향전극(95·7)에 인가하여 잔차를 상쇄하는 방향으로 전압을 인가하고, 원래 이 기능없는 경우에는 95·8과 같이 발생하는 변동분을 95·9와 같이 감소하는 기능을 가진다.

도 96에 구체적인 기기구성을 제시한다. XY 스테이지(96·1)는 X축 구동용의 서보모터(96·2) 및 인코더(96·3)에 의하여 X축의 구동과 대략적인 위치 및 속도의 검출을 행하여 원활한 서보 특성을 실현한다. 본 예에서는 서보모터를 사용하고 있으나, 리니어모터, 초음파모터 등의 액츄에이터에 있어서도 동일한 구성이 가능하다. 96·6은 이 모터를 구동하는 전력 증폭기이다. X축의 정밀한 위치정보는 미러(96·7), 간섭계(96·8), 리시버(96·9), 레이저 광원(96·10), 간섭계 보드(96·11)의 조합에 의하여 서브 nm의 분해능을 가지는 위치 검출기능을 실현하고 있다.

Y축도 직교하는 X축과 동일한 기능이며, 서보모터(96·12), 증폭기(96·13), 미러(96·14), 간섭계(9·5), 리시버(96·16)에 의하여 구성되어 있다.

X-Y 스테이지 컨트롤러(96·17)는 이들 기기를 통괄하여 제어함으로써 스테이지의 2차원적인 동작을 가능하게 하고, 1000 ㎛∼1 nm의 정밀도, 바람직하게는 100㎛∼2 nm의 정밀도, 더욱 바람직하게는 1㎛∼2 nm의 정밀도, 더욱 바람직하게는 0.1㎛∼2 nm의 정밀도를 달성하고 있고, 응답속도는 수 1000 ms 이하, 바람직하게는 수십 ms 이하, 더욱 바람직하게는 수 ms 이하의 성능을 실현한다. 한편, X-Y 스테이지 컨트롤러(96·17)로부터는 X 기준값, Y 기준값이 EO 보정기(96·18)에 출력되고, 간섭계(96·11)로부터의 32 비트 바이너리형식으로 출력되는 위치정보를 고속의 버퍼 보드(96·19)를 경유하여 현재 위치를 EO 보정기(96·18)는 수취한다. 내부에서 연산을 행한 후, 고압 고속 증폭기(96·20, 96·21)에 의하여 전압 증폭한 후, 편향전극(96·22)에 인가하여 잔차분을 보정하도록 편향을 행하여 위치 어긋남을 극소로 한 화상정보 전자빔을 TDI(촬상소자)(96·23)로 유도한다. 96·24는 뒤에서 설명하나, TDI(96·23)의 전송속도를 결정하는 타이밍신호를 발생하는 부분이다.

다음에 본 장치에 있어서의 스캔방향의 목표위치의 발생기능에 대하여 설명한다. EO 보정은 목표위치와 실제 위치의 차분을 구하여, 차분을 상쇄하도록 전자빔을 편향하여 위치의 보정을 행하는 기능이나, 보정범위는 대략 수십 ㎛의 범위에 한정된다. 이것은 전극감도, 고압 고속 증폭기의 다이나믹 레인지, 노이즈 레벨, D/A 컨버터의 비트수 등에 의하여 결정되고 있다. 그런데 스캔시의 스테이지의 실제의 위치는 제어루프의 게인이 유한인 것에 기인하여 정지시와 비교하여 목표위치에 대하여, 대폭적인 어긋남을 일으킨다. 20 mm/s으로 주행한 경우, 목표위치와의 괴리는 약 40㎛ 정도가 되고, 그대로 차분을 연산하여 출력하여도 보정범위를 대폭으로 초월하여 시스템이 포화되어 버린다.

이 현상을 방지하기 위하여 본 장치에서는 다음과 같은 방법을 사용하여 이 문제를 회피하고 있다. 도 97에 이 개념을 나타낸다.

97·1은 스테이지의 목표위치이고 스캔시는 등속운동이기 때문에, 시간과 함께 직선적으로 증가한다. 한편, 실제의 제어된 결과의 스테이지의 기계적 위치(97·2)는 수 마이크론의 기계적 진동을 포함하여 약 400㎛ 정도의 정상 편차(97·3)를 가진다. 이 정상 편차를 제거하는 방법으로서는 필터를 사용하여 실제 주행시의 위치정보를 평활화하는 것을 생각할 수 있으나, 이 경우 필터의 시정수에 의하여 반드시 지연이 생겨 리플을 무시할 수 있을 정도의 시정수를 가지게 하면 측정개시영역이 대폭으로 한정되어, 전체의 계측시간의 대폭적인 증가로 이어지는 단점을 가지고 있었다. 따라서 본안에서는 이 정상편차를 검출하기 위하여 적어도 전회에 스캔한 시점에서의 현재위치와 목표위치와의 차분을 본 실시형태에 있어서는 적어도 2의 16승 정도 적산하여 이것을 샘플횟수로 나눔으로써 목표위치와 현재위치와의 정상편차의 평균값(97·4)을 구하고, 이번의 스캔시에는 목표위치(97·5)로부터 평균값(97·4)을 빼고 합성된 목표위치(97·6)로서 연산을 행하여 도 98의 98·1에 나타내는 바와 같은 다이나믹 레인지범위내에서 EO 보정이 가능한 구성을 실현하였다. 또한 적산수는 목표 정밀도가 얻어지면 좋기 때문에, 이 값에 한정되는 것이 아니라, 더욱 적은 적산단수이어도 좋다.

도 99에 블럭도를 나타낸다. 목표값(99·1)은 현재위치(99·2)와 뺄셈되어 99·3의 블럭내에서 상기한 적산연산을 스캔시에 실행한다. 한편, 99·3에는 전회와동일하게 하여 구한 정상편차의 평균값이 99·4로부터 출력되어 있다. 뺄셈기(99·5)에 의하여 99·1로부터 99·4를 빼서 합성목표위치(99·6)로 하고, 이 값과 간섭계로부터의 현재위치(99·7)를 뺄셈하여 응답의 지연이나 리플이 없는 EO 보정 데이터를 실현하고 있다.

도 100에 도 99에 있어서의 99·3의 블럭 차분 평균검출의 구조에 대하여 나타낸다. 100·1, 100·2로 적산을 실행하여 누적카운터(100·3)의 값에 의하여 데이터 셀렉터(100·4)의 워드를 선택하여 나눗셈상 등을 실행하여 정상편차의 평균값을 출력하는 것을 실현하고 있다.

도 101에 TDI의 전송 클럭의 아이디어에 대하여 기술한다. TDI는 광전소자를 스캔방향으로 다단에 접속하고, 각 촬상 소자의 전하를 후속하는 소자에 전송함으로써 감도의 향상과 랜덤 노이즈의 저감을 목적으로 한 촬상소자이나, 도 101에 나타내는 바와 같이 스테이지상의 촬상대상과, TDI 상의 화소가 1대 1로 대응하고 있는 것이 중요하여 이 관계가 무너지면 상의 빛무리가 생긴다. 동기관계에 있는 경우를 1-1, 1-2, 2-1, 2-2에 나타내고, 동기가 어긋난 경우를 3-1, 3-2, 4-1, 4-2에 나타낸다. TDI의 전송은 외부로부터의 펄스에 동기하여 다음단으로의 전송이 실행되기 때문에 스테이지의 이동이 1화소분 이동한 곳에서 전송펄스를 발생시키면 이것을 실현할 수 있다.

그러나 현재 주류인 레이저 간섭계의 위치정보출력은 32 비트의 바이너리 출력을 10 MHz의 자기의 내부 클럭에 동기하여 출력하는 형식이기 때문에, 그대로는 용이하게 실현할 수 없다. 또 분해능을 수십 nm이라 하면, 전송펄스의 정밀도도 중요하게 되어 고속 고정밀도의 디지털처리를 필요로 한다. 본건에서 고안한 방식을 도 102에 나타낸다. 상기 도면에 있어서, 간섭계의 위치정보 및 10 MHz의 동기신호는 버퍼(102·1)로부터 본 회로에 도입된다. 10 MHz 클럭(102·2)은 PLL(102·3)에 의하여 동기한 100 MHz의 클럭을 발생하여 각 회로에 공급한다. 이 동기신호(102·4)의 10 스테이트마다 연산처리를 실행하는 방식을 취하고 있다. 102·5에 이번의 위치정보가 유지되고, 102·6에 전회의 값이 유지되어 있다. 이 양자의 차분을 102·7로 연산하여 10 스테이트마다의 위치의 차분을 102·8로부터 출력한다. 이 차분값을 병렬/직렬 컨버터(102·9)에 병렬값으로서 로드하고, 100 MHz의 클럭에 동기하여 차분을 102·10로부터 직렬 펄스의 갯수로서 출력한다. 102·11도 동일한 기능이나, 102·12, 102·13과 조합시켜, 10 스테이트 마다 쉬지 않고 동작이 가능하도록 구성하고 있다. 결과로서 10 MHz 마다 위치 차분에 따른 직렬 펄스가 합회로(102·10)로부터 카운터(102·14)에 출력된다. 레이저 간섭계의 분해능을 0.6 nm, 1화소를 48 nm이라 하면 비교기(102·15)를 80에 세트하여 두면, 카운터가 1화소 상등이 된 타이밍에서 19의 펄스가 출력된다. 이 신호를 TDI의 외부로부터의 전송펄스로 함으로써 스테이지속도의 변동이 있었던 경우에도 그것에 동기한 동작을 가능하게 하여 빛무리, 흔들림의 방지를 실현할 수 있었다.

도 103에 타이밍차트를 나타낸다. 1은 간섭계 좌표(위치)정보이고 숫자는 위치를 예로서 나타낸다. 2는 PLL에 의하여 작성된 100 MHZ의 동기신호이다. 뱅크 A는 병렬/직렬 컨버터(102·9)의 동작타이밍이고, 뱅크 B는 마찬가지로 102·11의 그것이다. 위치정보를 기억하는 래치 타이밍(7)의 후, 차분연산 타이밍(8)을 실행하여 병렬/직렬 컨버터(102·902)에 값을 로드하고 다음의 10 M 클럭(3)의 1 사이클의 시간을 이용하여 4의 출력을 실행한다. 뱅크 B는 10M 클럭(3)의 1사이클 늦은 타이밍에서 동일한 동작을 실행하여 무리없이 6의 펄스발생을 실현하고 있다.

2-7-7) 화상비교방법

도 104는 본 발명의 변형예에 의한 결함검사장치의 개략 구성을 나타낸다. 이 결함검사장치는 상기한 사상투영형의 검사장치로서, 1차 전자선을 방출하는 전자총(104·1), 방출된 1차 전자선을 편향, 성형시키는 정전 렌즈(104·2), 성형된 1차 전자선을 전장(E) 및 자장(B)이 직교하는 곳에서 반도체 웨이퍼(W)에 대략 수직하게 닿도록 편향시키는 E × B 편향기(104·3), 편향된 1차 전자선을 웨이퍼(W)상에 결상시키는 대물렌즈(104·4), 진공으로 배기 가능한 도시 생략한 시료실내에 설치되고, 웨이퍼(W)를 탑재하는 상태로 수평면내를 이동 가능한 스테이지(104·5), 1차 전자선의 조사에 의하여 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차 전자선 및 반사 전자선을 소정의 배율로 사상투영하여 결상시키는 사상투영계의 정전 렌즈(104·6), 결상된 상을 웨이퍼의 2차 전자화상으로서 검출하는 검출기(104·7) 및 장치 전체를 제어함과 동시에, 검출기(104·7)에 의하여 검출된 2차 전자화상에 의거하여 웨이퍼(W)의 결함을 검출하는 처리를 실행하는 제어부(104·8)를 포함하여 구성된다. 또한 상기 2차 전자화상에는 2차 전자 뿐만 아니라 산란전자나 반사전자에 의한 기여도 포함되어 있으나, 여기서는 2차 전자화상이라 부르기로 한다.

또 대물렌즈(104·4)와 웨이퍼(W) 사이에는 1차 전자선의 웨이퍼(W)에의 입사각도를 전장 등에 의하여 편향시키는 편향전극(104·9)이 개재되어 있다. 이 편향전극(104·9)에는 상기 편향전극의 전장을 제어하는 편향제어기(104·10)가 접속되어 있다. 이 편향제어기(104·10)는 제어부(104·8)에 접속되어 제어부(104·8)로부터의 지령에 따른 전장이 편향전극(104·9)으로 생성되도록 상기 편향전극을 제어한다. 또한 편향제어기(104·10)는 편향전극(104·9)에 주는 전압을 제어하는 전압제어장치로서 구성할 수 있다.

검출기(104·7)는 정전 렌즈(104·6)에 의하여 결상된 2차 전자화상을 후처리가능한 신호로 변환할 수가 있는 한, 임의의 구성으로 할 수 있다. 예를 들면 도 62에 그 상세를 나타내는 바와 같이 검출기(104·7)는 마이크로 채널 플레이트(62·1)와 형광면(62·2)과 릴레이 광학계(62·3)와, 다수의 CCD 소자로 이루어지는 촬상센서(62·4)를 포함하여 구성할 수 있다. 마이크로 채널 플레이트(62·1)는 플레이트내에 다수의 채널을 구비하고 있고, 정전 렌즈(104·6)에 의하여 결상된 2차 전자가 상기 채널내를 통과하는 사이에, 더욱 다수의 전자를 생성시킨다. 즉 2차 전자를 증폭시킨다. 형광면(62·2)은 증폭된 2차 전자에 의하여 형광을 발함으로써 2차 전자를 빛으로 변환한다. 릴레이 렌즈(62·3)가 이 형광을 CCD 촬상센서(62·4)로 유도하고, CCD 촬상센서(62·4)는 웨이퍼(W) 표면상의 2차 전자의 강도분포를 소자마다의 전기신호, 즉 디지털 화상 데이터로 변환하여 제어부(104·8)에 출력한다. 여기서 마이크로 채널 플레이트(62·1)를 생략하여도 좋고, 이 경우 마이크로 채널 플레이트(62·1)로부터 형광면의 사이에서의 넓어짐에 의한 빛무리을 저감할 수 있다. 예를 들면 MTF로 0.2의 상을 0.3∼0.6으로 업할 수 있다.

제어부(104·8)는 도 104에 예시된 바와 같이 범용적인 퍼스널컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 이 컴퓨터는 소정의 프로그램에 따라 각종 제어, 연산처리를 실행하는 제어부 본체(104·11)와, 본체(104·11)의 처리결과를 표시하는 CRT(104·12)와, 오퍼레이터가 명령을 입력하기 위한 키보드나 마우스 등의 입력부(104·13)를 구비하는, 물론 결함검사장치 전용의 하드웨어 또는 워크 스테이션 등으로 제어부(104·8)를 구성하여도 좋다.

제어부 본체(104·11)는 도시 생략한 CPU, RAM, ROM, 하드디스크, 비디오기판 등의 각종 제어기판 등으로 구성된다. RAM 또는 하드디스크 등의 메모리상에는 검출기(104·7)로부터 수신한 전기신호, 즉 웨이퍼(W)의 2차 전자 화상의 디지털 화상 데이터를 기억하기 위한 2차 전자 화상 기억영역(104·14)이 할당되어 있다. 또 하드디스크상에는 미리 결함이 존재하지 않는 웨이퍼의 기준화상 데이터를 기억하여 두는 기준화상 기억부(104·15)가 존재한다. 또한 하드 디스크상에는 결함검사장치 전체를 제어하는 제어 프로그램 외에, 기억영역(104·14)으로부터 2차 전자 화상 데이터를 판독하여 상기 화상 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘에 따라 웨이퍼(W)의 결함을 자동적으로 검출하는 결함검출 프로그램(104·16)이 저장되어 있다. 이 결함검출 프로그램(104·16)은 상세를 다시 뒤에서 설명하는 바와 같이 기준화상 기억부(104·15)로부터 판독한 기준화상과, 실제로 검출된 2차 전자선 화상을 매칭하여 결함부분을 자동적으로 검출하여, 결함있다라고 판정한 경우, 오퍼레이터에게 경고표시하는 기능을 가진다. 이때 CRT(104·12)의 표시부에 2차 전자화상(104·17)을 표시하게 하여도 좋다.

다음에 상기 실시형태에 의한 결함검사장치의 작용을 도 105 내지 도 107의 플로우차트를 예로 하여 설명한다. 먼저 도 105의 메인 루틴의 흐름에 나타내는 바와 같이 검사대상이 되는 웨이퍼(W)를 스테이지(104·5)의 위에 세트한다(단계 105·1). 이것은 상기한 바와 같이 로더에 다수 저장된 웨이퍼 모두를 1매마다 자동적으로 스테이지(104·5)에 세트하는 형태이어도 좋다.

다음에 웨이퍼(W) 표면의 XY 평면상에서 부분적으로 서로 겹치면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득한다(단계 105·2). 이들 화상 취득해야 할 복수의 피검사영역이란, 도 108에 나타내는 바와 같이 예를 들면 웨이퍼검사 표면(108·1)상에 참조번호(108·2a, 108·2b, …, 108·2k, …)로 나타내는 직사각형 영역의 것으로, 이들은 웨이퍼의 검사 패턴(108·3)의 주위에서 부분적으로 서로 겹치면서 위치가 어긋나 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면 도 109에 나타낸 바와 같이 16개의 피검사영역의 화상(109·1)(피검사 화상)이 취득된다. 여기서 도 109에 나타내는 화상은 직사각형의 눈이 1화소(또는 화소보다 큰 블럭단위이어도 좋다)에 상당하고, 이중 검게 칠한 눈이 웨이퍼(W)상의 패턴의 화상부분에 상당한다. 이 단계 105·2의 상세한 것은 도 106의 플로우차트에서 설명한다.

다음에 단계 105·2에서 취득한 복수의 피검사영역의 화상 데이터를 기억부(104·15)에 기억된 기준화상 데이터와, 각각 비교 대조하여(도 105의 단계 105·3),상기 복수의 피검사영역에 의하여 망라되는 웨이퍼 검사면에 결함이 있는지의 여부가 판정된다. 이 공정에서는 이른바 화상 데이터끼리의 매칭처리를 실행하나, 그 상세 에 있어서는 도 107의 플로우차트에서 설명한다.

단계 105·3의 비교결과에 의하여 상기 복수의 피검사영역에 의하여 망라되는 웨이퍼 검사면에 결함이 있다고 판정된 경우(단계 105·4 긍정판정), 오퍼레이터에게 결함의 존재를 경고한다(단계 105·5). 경고의 방법으로서 예를 들면, CRT(l04·12)의 표시부에 결함의 존재를 알리는 메시지를 표시하거나, 이것과 동시에 결함이 존재하는 패턴의 확대화상(104·17)을 표시하여도 좋다. 이와 같은 결함 웨이퍼를 즉시 시료실로부터 인출하여 결함이 없는 웨이퍼와는 별도의 보관장소에 저장하여도 좋다(단계 105·6).

단계 105·5의 비교처리의 결과, 웨이퍼(W)에 결함이 없다고 판정된 경우(단계 105·4 부정판정), 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(W)에 대하여 검사해야 할 영역이 아직 남아 있는지의 여부가 판정된다(단계 105·7). 검사해야 할 영역이 남아 있는 경우(단계 105·7 긍정판정), 스테이지(104·5)를 구동하여 이제부터 검사해야 할 다른 영역이 1차 전자선의 조사영역내에 들어 가도록 웨이퍼(W)를 이동시킨다(단계 105·8). 그후, 단계 105·2로 되돌아가 상기 다른 검사영역에 대하여 동일한 처리를 반복한다.

검사해야 할 영역이 남아 있지 않은 경우(단계 105·7 부정판정), 또는 결함 웨이퍼의 빼냄공정(단계 105·6) 다음에 현재 검사대상으로 되어 있는 웨이퍼(W)가, 최종 웨이퍼인지의 여부, 즉 도시 생략한 로더에 미검사 웨이퍼가 남아 있는지의 여부가 판정된다(단계 105·9). 최종 웨이퍼가 아닌 경우(단계 105·9 부정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장개소에 보관하고, 그 대신에 새로운 미검사 웨이퍼를 스테이지(104·5)에 세트한다(단계 105·10). 그후 단계 105·2로 되돌아가 상기 웨이퍼에 대하여 동일한 처리를 반복한다. 최종 웨이퍼인 경우(단계 105·9 긍정판정), 검사가 끝난 웨이퍼를 소정의 저장개소에 보관하고, 전공정을 종료한다. 웨이퍼는 카세트마다 또는 각 웨이퍼에 식별번호가 정해져 있어 검사하고 있는 웨이퍼는 인식되고, 감시되고 있어, 예를 들면 웨이퍼의 중복검사 등이 방지된다.

다음에 단계 105·2의 처리의 흐름을 도 106의 플로우차트에 따라 설명한다. 상기 도면에 있어서 먼저 화상번호(i)를 초기값 1에 세트한다(단계 106·1). 이 화상번호는 복수의 피검사영역 화상의 각각에 차례로 부여된 식별번호이다. 다음에 세트된 화상번호(i)의 피검사영역에 대하여 화상위치(X_i, Y_i)를 결정한다(단계 106·2). 이 화상위치는 피검사영역을 획정시키기 위한 상기 영역내의 특정위치, 예를 들면 상기 영역내의 중심위치로서 정의된다. 현시점에서는 i = 1 이기 때문에 화상위치(X₁, Y₁)가 되고, 이것은 예를 들면 도 108에 나타낸 피검사영역(108·2a)의 중심위치에 해당한다. 모든 피검사 화상영역의 화상위치는 미리 정해져 있고, 예를 들면 제어부(104·8)의 하드디스크상에 기억되어 단계 106·2에서 판독된다.

다음에 도 104의 편향전극(104·9)을 통과하는 1차 전자선이 단계 106·2에서 결정된 화상위치(X_i, Y_i)의 피검사 화상영역에 조사되도록 편향제어기(104·10)가 편향전극(104·9)에 전위를 가한다(도 106의 단계 106·3).

다음에 전자총(104·1)으로부터 1차 전자선을 방출하여 정전 렌즈(104·2), E× B 편향기(104·3), 대물렌즈(104·4) 및 편향전극(104·9)을 통하여 세트된 웨이퍼(W) 표면상에 조사한다(단계 106·4). 이때 1차 전자선은, 편향전극(104·9)이 만들어내는 전장에 의하여 편향되고, 웨이퍼 검사표면(108·1)상의 화상위치(Xl, Y1)의 피검사 화상영역 전체에 걸쳐 조사된다. 화상번호(i) = 1인 경우, 피검사영역은 108·2a가 된다.

1차 전자선이 조사된 피검사영역에서는 2차 전자 및 반사전자(이하, 2차 전자 만 부른다)가 방출된다. 따라서 발생한 2차 전자선을 확대투영계의 정전 렌즈(104·6)에 의하여 소정의 배율로 검출기(104·7)에 결상시킨다. 검출기(104·7)는 결상된 2차 전자선을 검출하여 검출소자마다의 전기신호, 즉 디지털 화상 데이터로 변환 출력한다(단계 106·5). 그리고 검출한 화상번호(i)의 디지털 화상 데이터를 2차 전자화상기억영역(104·14)에 전송한다(단계 106·6).

다음에 화상번호(i)를 1만큼 증분하여(단계 106·7), 증분한 화상번호(i + 1)가 일정값(i_MAX)을 넘어 있는 지의 여부를 판정한다(단계 106·8). 이 i_MAX는 취득해야 할 피검사 화상의 수이며, 도 109의 상기한 예에서는 「16」이다.

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 넘어 있지 않은 경우(단계 106·8 부정판정), 다시 단계 106·2로 되돌아가, 증분한 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)로부터 X 방향 및 Y 방향으로 소정거리(ΔX_i, ΔY_i)만큼 이동시킨 위치이다. 도 108의 예에서는 피검사영역은 (X₁, Y₁)로부터 Y 방향으로만 이동한 위치(X₂, Y₂)가 되고, 파선으로 나타낸 직사각형 영역(108·2b)이 된다. 또한 (ΔX_i, ΔY_i)(i = 1, 2, i_MAX)의 값은 웨이퍼 검사면(108·1)의 패턴(108·3)이 검출기(104·7)의 시야로부터 실제로 경험적으로 얼마만큼 어긋났는지 라는 데이터와, 피검사영역의 수 및 면적으로부터 적절히 정하여 둘 수 있다.

그리고 단계 106·2 내지 106·7의 처리를 i_MAX개의 피검사영역에 대하여 차례로 반복하여 실행한다. 이들 피검사영역은 도 108에 나타내는 바와 같이 k회 이동한 화상위치(X_k, Y_k)에서는 피검사 화상영역(108·2k)이 되도록 웨이퍼의 검사면(108·1)상에서 부분적으로 서로 겹치면서 위치가 어긋나 간다. 이와 같이 하여 도 109에 예시한 16개의 피검사 화상 데이터가 화상기억영역(104·14)에 취득된다. 취득한 복수의 피검사영역의 화상(109·1)(피검사 화상)은, 도 109에 예시된 바와 같이 웨이퍼 검사면(108·1)상의 패턴(108·3)의 화상(109·2)을 부분적 또는 완전히 도입하고 있는 것을 알 수 있다.

증분된 화상번호(i)가 i_MAX를 넘은 경우(단계 106·8 긍정판정), 이 서브루틴을 리턴하여 메인루틴의 비교공정으로 이행한다.

또한 단계 106·6에서 메모리 전송된 화상 데이터는, 검출기(104·7)에 의하여 검출된 각 화소마다의 2차 전자의 강도값(이른바 베타데이터)으로 이루어지나, 후단의 비교공정(단계 105·3)에서 기준화상과 매칭연산을 행하기 위하여 여러가지 연산처리를 실시한 상태로 기억영역(104·14)에 저장하여 둘 수 있다. 이와 같은 연산처리에는 예를 들면 화상 데이터의 크기 및 농도를 기준화상 데이터의 크기 및 농도에 일치시키기 위한 정규화처리나, 소정 화소수 이하의 고립된 화소군을 노이즈로서 제거하는 처리 등이 있다. 또한 단순한 베타 데이터가 아니라, 고선명 패턴의 검출정밀도를 저하시키지 않는 범위에서 검출 패턴의 특징을 추출한 특징 매트릭스로 데이터 압축 변환하여 두어도 좋다. 이와 같은 특징 매트릭스로서 예를 들면 M × N 화소로 이루어지는 2차원의 피검사영역을, m × n(m < M, n < N)블럭으로 분할하고, 각 블럭에 포함되는 화소의 2차 전자 강도값의 총합(또는 이 총합값을 피검사영역 전체의 총화소수로 나눈 정규화값)을 각 매트릭스성분으로서 이루는 m × n 특징 매트릭스 등이 있다. 이 경우, 기준화상 데이터도 이것과 동일한 표현으로 기억하여 둔다. 본 발명의 실시형태에서 말하는 화상 데이터란, 단순한 베타 데이터는 물론이고, 이와 같이 임의의 알고리즘으로 특징 추출된 화상 데이터를 포함한다.

다음에 단계 105·3의 처리의 흐름을 도 107의 플로우차트에 따라 설명한다. 먼저 제어부(104·8)의 CPU는 기준화상 기억부(104·15)(도 104)로부터 기준화상 데이터를 RAM 등의 워킹 메모리상으로 판독한다(단계 107·1). 이 기준화상은 도 109에서는 참조번호 109·3로 나타낸다. 그리고 화상번호(i)를 1로 리세트하여(단계 107·2), 기억영역(104·14)으로부터 화상번호(i)의 피검사 화상 데이터를 워킹 메모리상에 판독한다(단계 107·3).

다음에 판독한 기준화상 데이터와, 화상(i)의 데이터를 매칭하여 양자 사이의 거리값(D_i)을 산출한다(단계 107·4). 이 거리값(D_i)은 기준화상과, 피검사 화상(i)과의 사이의 유사도를 표시하여 거리값이 클 수록 기준화상과 피검사 화상과의 차이가 큰 것을 나타내고 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 전자 강도(또는 특징량)를 M × N 차원 공간의 각 위치 벡터성분으로 간주하고, 이 M × N 차원 공간상에 있어서의 기준화상 벡터 및 화상(i) 벡터 사이의 유클리드 거리 또는 상관계수를 연산하여도 좋다. 물론 유클리드 거리 이외의 거리, 예를 들면 이른바 시가지 거리 등을 연산할 수도 있다. 또한 화소수가 큰 경우, 연산량이 방대해지기 때문에, 상기한 바와 같이 m × n 특징 벡터로 나타낸 화상 데이터끼리의 거리값을 연산하여도 좋다.

다음에 산출한 거리값(D_i)이 소정의 문턱값(Th)보다 작은지의 여부를 판정한다(단계 107·5). 이 문턱값(Th)은 기준화상과 피검사 화상과의 사이의 충분한 일치를 판정할 때의 기준으로서 실험적으로 구해진다. 거리값(D_i)이 소정의 문턱값(Th)보다 작은 경우(단계 107·5 긍정판정), 상기 웨이퍼(W)의 상기 검사면(1034)에는 「결함없음」이라고 판정하고(단계 107·6), 본 서브루틴을 리턴한다. 즉, 피검사 화상 중 하나라도 기준화상과 대략 일치한 것이 있으면, 「결함없음」이라고 판정한다. 이와 같이 모든 피검사 화상과의 매칭을 행할 필요가 없기 때문에, 고속판정이 가능해진다. 도 109의 예의 경우, 3행 3열째의 피검사 화상이, 기준화상에 대하여 위치 어긋남이 없고 대략 일치하고 있는 것을 알 수 있다.

거리값(D_i)이 소정의 문턱값(Th) 이상인 경우(단계 107·5 부정판정), 화상번호(i)를 1만큼 증분하고(단계 107·7), 증분한 화상번호(i + 1)가 일정값(i_MAX)을 넘어 있는 지의 여부를 판정한다(단계 107·8).

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 넘어 있지 않은 경우(단계 107·8 부정판정), 다시 단계 107·3으로 되돌아가, 증분한 화상번호(i+ 1)에 대하여 화상 데이터를 판독하고, 동일한 처리를 반복한다.

화상번호(i)가 일정값(i_MAX)을 넘은 경우(단계 107·8 긍정판정), 상기 웨이퍼(W)의 상기 검사면(1034)에는 「결함있음」으로 판정하고(단계 107·9), 본 루틴을 리턴한다. 즉, 피검사 화상의 모두가 기준화상과 대략 일치하고 있지 않으면 「결함있음」이라고 판정한다.

이상이 스테이지장치의 각 실시형태이나, 본 발명은 상기 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지의 범위내에서 임의 적합하게 변경 가능하다.

예를 들면, 피검사 시료로서 반도체 웨이퍼(W)를 예로 들었으나, 본 발명의 피검사 시료는 이것에 한정되지 않고, 전자선에 의하여 결함을 검출할 수 있는 임의의 것이 선택 가능하다. 예를 들면 웨이퍼에의 노광용 패턴이 형성된 마스크 등을 검사대상으로 할 수도 있다.

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

또한 편향전극(104·9)은 대물렌즈(104·4)와 웨이퍼(W)의 사이 뿐만 아니라, 1차 전자선의 조사영역을 변경할 수 있는 한 임의의 위치에 둘 수 있다. 예를 들면 E × B 편향기(104·3)와 대물렌즈(104·4)의 사이, 전자총(104·1)과 E × B 편향기(104·3)의 사이 등이 있다. 또한 E × B 편향기(104·3)가 생성하는 곳을 제어함으로써 그 편향방향을 제어하도록 하여도 좋다. 즉, E × B 편향기(104·3)에 편향전극(104·9)의 기능을 겸용시켜도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는 화상 데이터끼리의 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 고속매칭을 행하고, 그 결과 유사도가 높은 피검사 화상에 대해서는 더욱 상세한 화소 데이터로 매칭을 행한다는 2단계의 처리에 의하여 고속화와 정밀도를 양립시킬 수 있다.

또 본 발명의 실시형태에서는 피검사 화상의 위치 어긋남을 1차 전자선의 조사영역의 위치 어긋남만으로 대응하였으나, 매칭처리의 전 또는 그 사이에서 화상 데이터상에서 최적 매칭영역을 검색하는 처리(예를 들면 상관계수가 높은 영역끼리를 검출하여 매칭시킨다)와 본 발명을 조합시킬 수도 있다. 이것에 의하면, 피검사 화상의 큰 위치 어긋남을 본 발명에 의한 1차 전자선의 조사영역의 위치 어긋남으로 대응함과 동시에, 비교적 작은 위치 어긋남을 후단의 디지털화상처리로 흡수할 수 있기 때문에, 결함검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 결함 검사용 전자선장치로서, 도 104의 구성을 나타내었으나, 전자 광학계 등은 임의 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 도 104에 나타낸 결함 검사장치의 전자선 조사수단(104·1, 104·2, 104·3)은, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 수직 윗쪽으로부터 1차 전자선을 입사시키는 형식이나, E × B 편향기(104·3)를 생략하고, 1차 전자선을 웨이퍼(W)의 표면에 비스듬하게 입사시키도록 하여도 좋다.

또, 도 105의 플로우차트의 흐름도, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 단계 105·4에서 결함있음으로 판정된 시료에 대하여, 다른 영역의 결함검사는 행하지 않기로 하였으나, 전 영역을 망라하여 결함을 검출하도록 처리의 흐름을 변경하여도 좋다. 또 1차 전자선의 조사영역을 확대하여 1회의 조사로 시료의 대략 전검사영역을 커버할 수 있으면 단계 105·7 및 단계 105·8을 생략할 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 실시형태의 결함검사장치에 의하면, 시료상에서 부분적으로 서로 겹치면서 서로로부터 변위된 복수의 피검사영역의 화상을 각각 취득하여 이들 피검사영역의 화상과 기준화상을 비교함으로써 시료의 결함을 검사하도록 하였기 때문에, 피검사 화상과 기준화상과의 위치 어긋남에 의한 결함검사 정밀도의 저하를 방지할 수 있다 라는 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 디바이스제조방법에 의하면, 상기와 같은 결함검사장치를 사용하여 시료의 결함검사를 행하도록 하였기 때문에, 제품의 수율의 향상 및 결함제품의 출하방지가 도모된다는 뛰어난 효과가 얻어진다.

2-7-8) 디바이스제조방법

다음에 도 110 및 도 111을 참조하여 본 발명에 의한 반도체디바이스의 제조방법의 실시형태를 설명한다. 도 110은 본 발명에 의한 반도체디바이스의 제조방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트이다. 이 실시형태의 제조공정은 이하의 주공정을 포함하고 있다.

(1) 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼제조공정(또는 웨이퍼를 준비하는 웨이퍼준비공정)(단계 110·1)

(2) 노광에 사용하는 마스크를 제조하는 마스크제조공정(또는 마스크를 준비하는 마스크준비공정)(단계 110·2)

(3) 웨이퍼에 필요한 가공처리를 행하는 웨이퍼 프로세싱공정(단계 110 · 3)

(4) 웨이퍼상에 형성된 칩을 1개씩 잘라 내어 동작 가능하게 하는 칩 조립공정(단계 1110·4)

(5) 생긴 칩을 검사하는 칩 검사공정(단계 110·5).

또한 상기한 각각의 주공정은 다시 몇가지의 서브공정으로 이루어져 있다. 이들 주공정중에서 반도체디바이스의 성능에 결정적인 영향을 미치는 것이 (3)의 웨이퍼 프로세싱공정이다. 이 공정에서는 설계된 회로 패턴을 웨이퍼상에 차례로 적층하여 메모리나 MPU로서 동작하는 칩을 다수 형성한다. 이 웨이퍼 프로세싱공정은 이하의 각 공정을 포함하고 있다.

(A) 절연층이 되는 유전체박막이나 배선부, 또는 전극부를 형성하는 금속박막 등을 형성하는 박막형성공정(CVD나 스퍼터링 등을 사용한다)

(B) 이 박막층이나 웨이퍼 기판을 산화하는 산화공정

(C) 박막층이나 웨이퍼 기판 등을 선택적으로 가공하기 위하여 마스크(레티클)를 사용하여 레지스트 패턴을 형성하는 리소그래피공정

(D) 레지스트패턴에 따라 박막층이나 기판을 가공하는 에칭공정(예를 들면 드라이 에칭기술을 사용한다)

(E) 이온·불순물 주입 확산공정

(F) 레지스트 박리공정

(G) 가공된 웨이퍼를 검사하는 공정

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

도 111은 도 110의 웨이퍼 프로세싱공정의 중핵을 이루는 리소그래피공정을 나타내는 플로우차트이다. 이 리소그래피공정은 이하의 각 공정을 포함한다.

(a) 전단의 공정에서 회로 패턴이 형성된 웨이퍼상에 레지스트를 코트하는 레지스트 도포공정(단계 111·1)

(b) 레지스트를 노광하는 공정(단계 111·2)

(c) 노광된 레지스트를 현상하여 레지스트의 패턴을 얻는 현상공정(단계 111·3)

(d) 현상된 레지스트 패턴을 안정화하기 위한 어닐공정(단계 111·4)

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

상기 (G)의 검사공정에 본 발명에 관한 결함검사방법, 결함검사장치를 사용하면, 미세한 패턴을 가지는 반도체디바이스에서도 스루풋 좋게 검사할 수 있기 때문에 전수검사도 가능해져 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하게 된다.

2-7-9) 검사

상기 (G)의 검사공정에 있어서의 검사순서에 대하여 도 112를 사용하여 설명한다. 일반적으로 전자선을 사용한 결함검사장치는 고가이고, 또 스루풋도 다른 프로세스장치에 비하여 낮기 때문에 현재 상태에서는 가장 검사가 필요하다고 생각되고 있는 중요한 공정[예를 들면 에칭, 성막, 또는 CMP(화학기계연마)평탄화처리 등] 다음에, 또 배선공정에서는 보다 미세한 배선공정부분, 즉 배선공정의 1 로부터 2공정 및 전공정의 게이트 배선공정 등에 이용되고 있다. 특히 디자인 룰이 100 nm 이하, 즉, 100 nm 이하의 선폭을 가지는 배선이나 직경 100 nm 이하의 바이어홀 등의 형상결함이나 전기적 결함을 발견하고, 또 프로세스로 피드백하는 것이 중요하다.

검사되는 웨이퍼는 대기반송계 및 진공반송계를 통하여 초정밀 X-Y 스테이지상에 위치맞춤 후, 정전척 기구 등에 의하여 고정되고, 이후(도 112)의 순서에 따라결함검사 등이 행하여진다. 처음에 광학현미경에 의하여 필요에 따라 각 다이의 위치확인이나, 각 장소의 높이 검출이 행하여지고 기억된다. 광학현미경은 이 외에 결함 등이 보고 싶은 곳의 광학현미경 상을 취득하여 전자선 상과의 비교 등에도 사용된다. 다음에 전자광학계의 조건 설정을 행하여, 전자선 상을 사용하여 광학현미경으로 설정된 정보의 수정을 행하고, 정밀도를 향상시킨다.

이어서 웨이퍼의 종류(어느 공정후인지, 웨이퍼의 크기는 200 mm인지, 300 mm인지 등)에 따른 레시피의 정보를 장치에 입력하고, 이하 검사장소의 지정, 전자 광학계의 설정, 검사조건의 설정 등을 행한 후, 화상취득을 행하면서 통상은 실시간으로 결함검사를 행한다. 셀 끼리의 비교, 다이 비교 등이, 알고리즘을 구비한 고속의 정보처리시스템에 의하여 검사가 행하여지고, 필요에 따라 CRT 등에 결과를 출력이나, 메모리에 기억을 행한다.

결함에는 파티클결함, 형상 이상(패턴결함) 및 전기적(배선 또는 바이어 등의 단선 및 도통불량 등)결함 등이 있고, 이들을 구별하거나 결함의 크기나, 킬러 결함 (칩의 사용이 불가능하게 되는 중대한 결함 등)의 분류를 자동적으로 실시간으로 행할 수도 있다. 특히 선폭이 100 nm 이하인 배선이나 직경 100 nm 이하의 바이어 등의 상기 결함을 분류하는 데 유효하다. 전기적 결함의 검출은 콘트라스트 이상을 검출함으로써 달성된다. 예를 들면 도통불량인 곳은 전자선조사(500 eV 정도)에 의하여 통상 양으로 대전하여 콘트라스트가 저하하기 때문에 정상적인 곳과 구별을 할 수 있다. 이 경우의 전자선 조사수단이란, 통상 검사용의 전자선 조사수단 이외에 따로 전위차에 의한 콘트라스트를 뛰어나게 하기 위하여 설치한 저전위(에너지)의 전자선 발생수단(열전자발생, UV/광전자)를 말한다. 검사대상영역에 검사용 전자선을 조사하기 전에, 이 저전위(에너지가 예를 들면 100 V 이하)의 전자선을 발생·조사하고 있다. 검사용 전자선을 조사하는 것 자체 양으로 대전시킬 수 있는 사상투영방식의 경우는, 사양에 따라서는 따로 저전위의 전자선발생수단을 설치할 필요는 없다. 또 웨이퍼 등의 시료에 기준전위에 대하여 양 또는 음의 전위를 인가하는 것 등에 의한(소자의 순방향 또는 역방향에 따라 흐르기 쉬움이 다르기 때문에 생긴다) 콘트라스트의 차이로부터 결함검출을 할 수 있다.

전위차에 의한 콘트라스트는, 전위 콘트라스트 데이터를 표시하는 데 유효한 신호의 화상으로 변환하여 표시하여도 좋다. 전위 콘트라스트 화상을 해석하여 기대하고 있는 값보다도 높은 또는 낮은 전압에 있는 구조체, 즉 절연불량 또는 도통불량이나 결함을 식별할 수 있다. 예를 들면 웨이퍼상의 다른 다이로부터 각각 전위 콘트라스트 화상을 취득하여 그 차이를 검출함으로써 결함을 인식한다. 또 CAD 데이터 등의 설계 데이터로부터 피검사 다이의 전위 콘트라스트화상과 등가인 화상 데이터를 생성하여 이 화상 데이터와 웨이퍼상의 피검사 다이로부터 취득한 전위 콘트라스트 화상과의 차이를 검출함으로써 결함을 인식한다.

선폭 측정장치 및 맞춤 정밀도 측정에도 이용할 수 있다. 검사되는 웨이퍼의 정보, 예를 들면 카세트의 번호, 웨이퍼의 번호(또는 로트 넘버) 등은, 이들이 현재어떠한 위치나 상태에 있는지, 모두 기억 관리되어 있다. 따라서 잘못하여 검사를 2회 이상행하거나, 검사를 하지 않거나 하는 트러블은 발생하지 않는다.

2-8) 검사방법

2-8-1) 개요

검사의 기본적 흐름을, 도 113에 나타낸다. 먼저 얼라이먼트동작(113·1)을 포함한 웨이퍼반송 후, 검사에 관계하는 조건 등을 설정한 레시피를 작성한다(113·2). 레시피는 피검사 웨이퍼에 최저 1종류는 필요하나, 복수의 검사조건에 대응하기위하여 1매의 피검사 웨이퍼에 대하여 복수의 레시피가 존재하여도 상관없다. 또 동일 패턴의 피검사 웨이퍼가 복수매 있는 경우, 1종류의 레시피로 복수의 웨이퍼를 검사하여도 상관없다. 도 113의 경로(113·3)는 이와 같이 과거에 작성된 레시피로 검사하는 경우, 검사동작 직전에 레시피의 작성이 불필요한 것을 나타내고 있다. 이하, 도 113에 있어서 검사동작(113·4)은, 레시피에 기재된 조건, 시퀀스에 따라 웨이퍼의 검사를 행한다. 결함추출은 검사동작중에 결함을 발견할 때마다 즉시 행하여져,

a) 결함분류(113·5)를 행하여, 결과 출력파일에 추출결함정보와 결함분류정보를 추가하는 동작

b) 추출결함화상을 화상전용 결과 출력파일 또는 파일에 추가하는 동작

c) 추출결함의 위치 등의 결함정보를 조작화면상에 표시하는 동작을 대략 병렬로 실행한다.

피검사 웨이퍼단위로 검사가 종료되면,

a) 결과 출력파일을 클로즈하여 보존하는 동작

b) 외부로부터의 통신이 검사결과를 요구하는 경우, 검사결과를 보내는 동작

c) 웨이퍼를 배출하는 동작

을 대략 병렬로 실행한다.

연속적으로 웨이퍼를 검사하는 설정이 이루어져 있는 경우, 다음의 피검사 웨이퍼를 반송하여 상기 일련의 동작을 반복한다.

이하, 도 113의 플로우에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

(1) 레시피작성

레시피란, 검사에 관계되는 조건 등의 설정파일이며 보존하는 것도 가능하다. 검사시 또는 검사전에 레시피를 사용하여 장치설정을 행하나, 레시피에 기재된 검사에 관계되는 조건이란,

a) 검사대상 다이

b) 다이 내부 검사영역

c) 검사 알고리즘

d) 검출조건(검사감도 등, 결함추출에 필요한 조건)

e) 관찰조건(배율, 렌즈전압, 스테이지속도, 검사순서 등, 관찰에 필요한 조건)

등이다. 구체적인 c) 검사 알고리즘은 뒤에서 설명한다.

이 중에서 검사대상 다이의 설정은, 도 114에 나타내는 바와 같이 조작화면에 표시된 다이 맵 화면에 대하여, 검사할 다이를 오퍼레이터가 지정한다. 도 114의 예에서는 웨이퍼 끝면의 다이와 전공정에서 분명히 불량이라고 판정된 다이(2)를 그레이 아웃하여 검사대상으로부터 삭제하고, 나머지를 검사대상 다이로 하고 있다. 또웨이퍼 끝면으로부터의 거리나 전공정에서 검출된 다이의 양부(良否)정보를 기초로 자동적으로 검사 다이를 지정하는 기능도 가지고 있다.

또 다이 내부의 검사영역의 설정은, 도 115에 나타내는 바와 같이 조작화면에 표시된 다이 내부 검사영역 설정화면에 대하여, 검사영역을 오퍼레이터가 광학현미경 또는 EB 현미경에 의하여 취득한 화상을 기초로 마우스 등의 입력기기로 지정한다. 도 115의 예에서는 실선으로 나타낸 영역(115·1)과 파선으로 나타낸 영역(115·2)을 설정하고 있다.

영역(115·1)은, 다이의 대략 전체를 설정영역으로 하고 있다. 검사 알고리즘은 인접 다이 비교법(다이-다이검사)으로 하고 이 영역에 대한 검출조건, 관찰조건의 상세한 것은 따로 설정한다. 영역(115·2)은 검사 알고리즘을 어레이검사로 하고 이 영역에 대한 검출조건, 관찰조건의 상세한 것은 따로 설정한다. 즉 복수의 검사영역의 설정이 가능하고 또한 검사영역은 각각 독자의 검사 알고리즘이나 검사감도를 조건 설정할 수 있다. 또 검사영역은 겹치는 것도 가능하고, 동일한 영역에 대하여 다른 검사 알고리즘을 동시에 처리하는 것도 가능하다.

(2) 검사동작

검사는 피검사 웨이퍼에 대하여 도 116과 같이 소정의 주사폭으로 세분되어 주사한다. 주사 폭은, 대략 라인센서의 길이로 결정되나, 라인센서의 끝부가 조금 겹치도록 설정하고 있다. 이것은 검출한 결함을 최종적으로 통합처리하는 경우에 라인 사이의 연속성을 판단하기 위함이나 비교검사를 행할 때에 화상 얼라이먼트하기 위한 여유를 확보하기 위함이다. 그 겹침량은 2048도트의 라인센서에 대하여 16도트정도이다.

주사방향 및 시퀀스를 모식적으로 도 117에 나타낸다. 즉, 검사시간 단축을 위하여 쌍방향 동작(A)이나, 기계제한으로부터의 단방향 동작(B) 등이 오퍼레이터에 의하여 선택할 수 있는 구성으로 되어 있다.

또 레시피의 검사대상 다이 설정을 기초로 주사량을 줄이는 동작을 자동연산하여 검사하는 기능도 가지고 있다. 도 118-1은 검사 다이(118·1)가 1개인 경우의 주사예로서, 불필요한 주사는 행하지 않는다.

2-8-2) 검사 알고리즘

본 장치에서 행하는 검사의 알고리즘은 크게 구별하여

1. 어레이검사(셀 검사)

2. 랜덤검사(다이검사)

의 2종류이다. 도 118·2에 나타내는 바와 같이 다이는 주로 메모리에 사용되는 주기구조를 한 셀부(118·2)와, 주기구조를 취하지 않는 랜덤부(118·3)로 나뉘어진다. 주기구조를 한 셀부(118·2)는 비교대상이 동일한 다이 중에 복수개 있기 때문에 동일한 다이 중의 셀 끼리로 비교를 행함으로서 검사 가능하다. 한편, 랜덤부(l18·3)는 동일한 다이 중에 비교대상이 없기 때문에, 다이끼리의 비교를 행할 필요가 있다. 랜덤검사는 비교대상에 의하여 다시 이하와 같이 구분된다.

a) 인접 다이 비교법(Die·Die 검사)

b) 기준 다이 비교법(Die-Any Die 검사)

c) CAD 데이터 비교법(Cad Date-Any Die 검사)

일반적으로 골덴 템플릿방식이라 불리우는 방식은, 상기 b)와 c)를 나타내고 있고, 기준 다이 비교법에 있어서는 기준 다이를 골덴 템플릿이라 하는 CAD 데이터 비교법에 있어서는 CAD 데이터를 골덴 템플릿이라 한다.

이하, 각 알고리즘의 동작을 설명한다.

2-8-2-1) 어레이검사(셀 검사)

어레이검사는, 주기구조의 검사에 적용된다. DRAM 셀 등은 그 일례이다.

검사는 기준으로 하는 참조화상과 피검사 화상의 비교를 행하여 그 차분을 결함으로서 추출한다. 참조화상과 피검사 화상은, 2치화 화상이어도 검출 정밀도를 향상하기 위하여 다치 화상이어도 상관없다.

결함은 참조화상과 피검사 화상의 차분 그 자체이어도 좋으나, 검출한 차분의 차분량이나 차분이 있는 화소의 합계면적 등의 차분정보를 기초로 하여 오검출을 방지하기 위한 2차적인 판정을 행하여도 좋다.

어레이검사에 있어서는, 참조화상과 피검사 화상의 비교는 구조 주기단위로 행하여진다. 즉 CCD 등으로 일괄 취득한 화상을 판독하면서 1구조 주기단위로 비교하여도 좋고, 참조화상이 n개의 구조 주기단위이면 n개의 구조 주기단위를 동시에 비교할 수 있다.

참조화상의 생성방법의 일례를 도 119에 나타내는 여기서는 1구조 주기단위로 비교하는 예를 설명하기 때문에 1구조 주기단위 생성을 나타낸다. 동일한 방법으로 주기수를 n으로 하는 것도 가능하다.

전제로서 도 119에서의 검사방향은 A이다. 또 주기 4를 피검사 주기로 한다. 주기의 크기는 오퍼레이터가 화상을 보면서 입력하기 때문에 도 119에 있어서 주기 1부터 6은 용이하게 인식할 수 있다.

참조 주기화상은, 각 화소에 있어서 피검사 주기 직전의 주기 1부터 3을 가산하여 평균하여 생성한다. 1부터 3 중 어느 하나에 결함이 존재하여도 평균처리되기때문에 영향은 적다. 이 형성된 참조 주기화상과 피검사 주기 화상 4를 비교하여 결함의 추출을 행한다.

다음에 피검사 주기화상 5를 검사하는 경우, 주기 2부터 4를 가산 평균하여 참조 주기화상을 생성한다. 이하와 같이 피검사 주기화상 취득 이전에 얻은 화상으로부터 피검사 주기화상을 생성하여 검사를 연속시킨다.

2-8-2-2) 랜덤검사(다이검사)

랜덤검사는, 다이의 구조에 제한되지 않고 적용할 수 있다. 검사는 기준이 되는 참조화상과 피검사 화상의 비교를 행하여, 그 차분을 결함으로서 추출한다. 참조화상과 피검사 화상은, 2치화 화상이어도 검출 정밀도를 향상하기 위하여 다치화상이어도 상관없다. 결함은 참조화상과 피검사 화상의 차분 그 자체이어도 좋으나, 검출한 차분의 차분량이나 차분이 있는 화소의 합계면적 등의 차분정보를 기초로 하여 오 검출을 방지하기 위하여 2차적인 판정을 행하여도 좋다. 랜덤검사는 참조화상의 구하는 법으로 분류할 수 있다. 이하에 동작을 기록한다.

A. 인접 다이 비교법(Die-Die 검사)

참조화상은, 피검사 화상과 인접한 다이이다. 피검사 화상에 인접한 2개의 다이와 비교하여 결함을 판단한다. 즉 도 120과 도 121에 있어서 화상처리장치의 메모리(121·1)와 메모리(121·2)가 카메라(121·3)로부터의 경로(121·41)에 접속하 도록 스위치(121·4), 스위치(121·5)를 설정한 상황으로 이하의 단계를 가진다.

a) 주사방향(S)을 따라 다이 화상 1을 경로(121·41)로부터 메모리(121·1)에 저장하는 단계.

b) 다이 화상 2를 경로(121·41)로부터 메모리(121·2)에 저장하는 단계.

c) 상기 b)와 동시에 경로(121·42)로부터 다이 화상 2를 취득하면서, 취득한 다이 화상 2와 다이에 있어서의 상대위치가 동일한 메모리(121·1)에 저장된 화상 데이터를 비교하여 차분을 구하는 단계.

d) 상기 c)의 차분을 보존하는 단계.

e) 다이 화상 3을 경로(121·41)로부터 메모리(121·1)에 저장하는 단계.

f) 상기 e)와 동시에 경로(121·42)로부터 다이 화상 3을 취득하면서 취득한 다이 화상 3과 다이에 있어서의 상대위치가 동이한 메모리(121·2)에 저장된 화상 데이터를 비교하여 차분을 구하는 단계.

g) 상기 f)의 차분을 보존하는 단계.

h) 상기 d)와 g)에서 보존된 결과로부터 다이 화상 2의 결함을 판정하는 단계

i) 이하 연속된 다이에 있어서 a)부터 h)를 반복하는 단계.

설정에 의하여 상기 c), f)에 있어서 차분을 구하기 전에 비교하는 2개의 화상의 위치 얼라이먼트 : 위치 차가 없어지도록 보정한다. 또는 농도 얼라이먼트 : 농도 차가 없어지도록 보정한다. 또는 그 양쪽의 처리를 행하는 경우가 있다.

B. 기준 다이 비교법(Die-Any Die 검사)

오퍼레이터에 의하여 기준 다이를 지정한다. 기준 다이는 웨이퍼상에 존재하는 다이 또는 검사 이전에 보존하고 있는 다이 화상이며, 먼저 기준 다이를 주사 또는 전송하여 화상을 메모리에 보존, 참조화상으로 한다. 즉 도 121과 도 122에 있어서 이하의 단계를 가진다.

a) 오퍼레이터가 기준 다이를 피검사 웨이퍼의 다이로부터 또는 검사 이전에 보존하고 있는 다이 화상으로부터 선택하는 단계.

b) 기준 다이가 피검사 웨이퍼에 존재하는 경우, 화상처리장치의 메모리(121·1) 또는 메모리(121·2)의 적어도 한쪽이 카메라(121·3)로부터의 경로(121·41)에 접속하도록 스위치(121·4), 스위치(121·5)를 설정하는 단계

c) 기준 다이가 검사 이전에 보존하고 있는 다이 화상의 경우, 화상처리장치의 메모리(121·1) 또는 메모리(121·2)의 적어도 한쪽이 다이 화상인 참조화상을 보존하여 둔 메모리(121·6)로부터의 경로(121·7)에 접속하도록 스위치(121·4), 스위치(121·5)를 설정하는 단계.

d) 기준 다이가 피검사 웨이퍼에 존재하는 경우, 기준 다이를 주사하여 기준 다이 화상인 참조화상을 화상처리장치의 메모리에 전송하는 단계.

e) 기준 다이가 검사 이전에 보존하고 있는 다이 화상의 경우, 주사를 필요로 하지 않고, 기준 다이 화상인 참조화상을 화상처리장치의 메모리에 전송하는 단계.

f) 피검사 화상을 차례로 주사하여 얻어지는 화상과, 기준 다이 화상인 참조화상을 전송된 메모리의 화상과, 다이에 있어서의 상대위치가 동일한 화상 데이터를 비교하여 차분을 구하는 단계.

g) 상기 f)에서 얻어진 차분으로부터 결함을 판정하는 단계.

h) 이하 연속하여 도 124에서 나타내는 바와 같이 기준 다이의 주사위치와 피검사 다이의 다이 원점에 대하여 동일한 부분을 웨이퍼 전체에 대하여 검사하여 다이 전체를 검사할 때까지 기준 다이의 주사위치를 변경하면서 상기 d)부터 g)를 반복하는 단계.

설정에 의하여, 상기 f)에 있어서 차분을 구하기 전에 비교하는 2개의 화상의 위치 얼라이먼트 : 위치 차가 없어지도록 보정한다. 또는 농도 얼라이먼트 : 농도 차가 없어지도록 보정한다. 또는 그 양쪽의 처리를 행하는 경우가 있다.

상기 d) 또는 e)에 있어서 화상처리장치의 메모리에 축적되는 기준 다이 화상은, 기준 다이 모두이어도 좋고, 기준 다이의 일부로서 갱신하면서 검사하여도 좋다.

C. CAD 데이터비교법(CAD Data-Any Die 검사)

도 123에 나타낸 반도체제조의 공정에 있어서, CAD에 의한 반도체 패턴 설계공정의 출력인 CAD 데이터로부터 참조화상을 작성하여 기준화상으로 한다. 기준화상은 다이 전체 또는 검사부분을 포함한 부분적인 것이어도 좋다.

또 이 CAD 데이터는, 통상 벡터 데이터이고, 주사동작에 의하여 얻어지는 화상 데이터와 등가인 라스터 데이터로 변환하지 않으면 참조화상으로서 사용할 수 없다. 이와 같이 CAD 데이터 가공작업에 관하여 이하의 변환이 이루어진다.

a) CAD 데이터인 벡터 데이터를 라스터 데이터로 변환한다.

b) 상기 a)는 검사시에 피검사 다이를 주사하여 얻어지는 화상 주사폭의 단위로 행한다.

c) 상기 b)는 피검사 다이를 주사하여 얻을 예정의 화상과 다이에 있어서의 상대위치가 동일한 화상 데이터를 변환한다.

d) 상기 c)는 검사주사와, 변환작업을 오버랩하여 행한다.

상기한 a)∼d)는 고속화를 위해 화상 주사폭 단위의 변환을 행하는 예이나, 변환단위를 화상 주사폭에 고정하지 않아도 검사는 가능하다. 또 벡터 데이터를 라스터 데이터로 변환하는 작업에 부가기능으로서 이하의 적어도 하나를 가진다.

a) 라스터 데이터의 다치화 기능.

b) 상기 a)에 관하여 다치화의, 계조겹침, 옵셋을 검사장치의 감도를 감안하여 설정하는 기능.

c) 벡터 데이터를 라스터 데이터로 변환한 후에, 팽창, 수축 등 화소를 가공하는 화상처리를 행하는 기능.

도 121에 있어서, CAD 데이터 비교법에 의한 검사 단계를 나타낸다.

a) 계산기 1로 CAD 데이터를 라스터 데이터로 변환하여 또한 상기 부가기능으로 참조화상을 생성하여 메모리(121·6)에 보존하는 단계.

b) 화상처리장치의 메모리(121·1) 또는 메모리(121·2)의 적어도 한쪽이 메모리(121·6)로부터의 경로(121·7)에 접속하도록 스위치(121·4), 스위치(121·5)를 설정하는 단계.

c) 메모리(121·6)의 참조화상을 화상처리장치의 메모리에 전송하는 단계.

d) 피검사 화상을 차례로 주사하여 얻어지는 화상과, 참조화상이 전송된 메모리의 화상과, 다이에 있어서의 상대위치가 동일한 화상 데이터를 비교하여 차분을 구하는 단계.

e) 상기 d)에서 얻어진 차분으로부터 결함을 판정하는 단계.

f) 이하 연속하여 도 124에서 나타내는 바와 같이 기준 다이의 주사위치를 참조화상으로 하여 피검사 다이와 같은 부분을 웨이퍼 전체 검사하여 다이 전체를 검사할 때까지 기준 다이의 주사위치를 변경하면서 상기 a)부터 e)를 반복하는 단계.

설정에 의하여 상기 d)에 있어서 차분을 구하기 전에 비교하는 2개의 화상의 위치 얼라이먼트 : 위치 차가 없어지도록 보정한다. 또는 농도 얼라이먼트 : 농도 차가 없어지도록 보정한다. 또는 그 양쪽의 처리를 행하는 경우가 있다.

c)에 있어서 화상처리장치의 메모리에 축적되는 기준 다이 화상은, 기준 다이 모두이어도 좋고, 기준 다이의 일부로서 갱신하면서 검사하여도 좋다.

2-8-2-2') 셀검사와 다이검사를 동시에 행하는 방법

지금까지 주기 구조를 검사하는 어레이검사(셀검사)와 랜덤검사의 알고리즘을 설명하여 왔으나, 셀검사와 다이검사를 동시에 행하는 것도 가능하다. 즉 셀부와 랜덤부를 나누어 처리하고, 셀부에서는 다이내에서 셀끼리의 비교를 행함과 동시에, 랜덤부에서는 인접하는 다이, 기준 다이 또는 CAD 데이터와의 비교를 행하여 간다. 이와 같이 하면 검사시간을 대폭으로 단축 가능하여 스루풋이 향상한다.

또한 이 경우에는 셀부의 검사회로는 각각 독립하여 구비하는 것이 적합하다. 또 동시에 검사를 행하지 않는 것이면, 하나의 검사회로를 가지고, 셀 검사용과 랜덤검사용의 소프트웨어를 전환 가능하게 설정하여 두고, 소프트웨어의 변환으로 비교검사를 실행하는 것도 가능하다. 즉, 패턴의 검사를 복수의 처리의 알고리즘을 적용하여 처리하는 경우에는, 그들 알고리즘은 다른 회로를 준비하여 동시에 처리하여도 좋고, 그것들에 대응하는 알고리즘을 설치하여 하나의 회로에서 변환하여 처리하도록 하여도 좋다. 어느 것으로 하든, 셀부의 유형이 복수이고, 그것들은 각각의 셀끼리로 비교를 행하여 다시 랜덤부에 대하여 다이끼리 또는 다이와 CAD 데이터로 비교를 행하는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.

2-8-2-3)

포커스 기능의 기본적 흐름을 도 125에 나타낸다. 먼저 얼라이먼트동작을 포함한 웨이퍼반송 후에 검사에 관계하는 조건 등을 설정한 레시피를 작성한다. 이 레시피의 하나로서 포커스맵 레시피가 있고, 여기서 설정된 포커스정보에 따라 검사동작 및 리뷰동작시에 오토포커스가 행하여진다. 이하 포커스맵 레시피의 작성순서 및 오토포커스의 동작순서를 설명한다.

포커스맵 레시피의 작성순서 포커스맵 레시피는, 예에 있어서는 독립적인 입력화면을 가지고 있고, 오퍼레이터는 다음 단계를 실행하여 레시피를 작성하나, 다른 목적으로 설치된 입력화면에 부가할 수도 있다.

a) 포커스값을 입력하는 다이위치나 다이 중의 패턴 등, 포커스맵 좌표를 입력하는 단계. 도 126의 스위치(126·1).

b) 포커스값을 자동측정하는 경우에 필요한 다이 패턴을 설정하는 단계. 이 단계는 포커스값을 자동 측정하지 않는 경우, 스킵할 수 있다.

c) 상기 a)에서 결정된 포커스맵 좌표의 베스트 포커스값을 설정하는 단계.

이 중에서 a)의 단계에서는 오퍼레이터가 임의의 다이를 지정할 수도 있으나, 모든 다이의 선택이나, n개마다의 다이의 선택 등의 설정도 가능하다. 또 입력화면은 웨이퍼내의 다이 배열을 모식적으로 표현한 도면이어도 실제 화상을 사용한 화상이어도 오퍼레이터가 선택할 수 있다.

이 중에서 c)의 단계에서는 오퍼레이터가 매뉴얼로 포커스용 전극의 전압값에 연동한 포커스 스위치(126·2)로 설정하는 모드[도 126의 스위치(126·3)]. 자동적으로 포커스값을 구하는 모드[도 126의 스위치(126·4)]로 선택·설정한다.

포커스값 자동측정순서

상기 c)의 단계에서 자동적으로 포커스값을 구하는 순서는 예를 들면 도 127에 있어서

a) 포커스위치 Z = 1의 화상을 구하여 그 콘트라스트를 계산한다.

b) 상기 a)를 Z = 2, 3, 4 로도 행한다.

c) 상기 a), b)로 얻어진 콘트라스트값으로부터 회귀시켜 콘트라스트 함수를 구한다(도 127).

d) 콘트라스트함수의 최대값을 얻는 Z를 계산으로 구하여, 이것을 베스트 포커스값으로 한다.

예를 들면 포커스값을 자동 측정하는 경우에 필요한 다이 패턴은 도 128과 같은 라인 & 스페이스가 선택된 경우 좋은 결과를 나타내나, 콘트라스트는 흑백 패턴이 있으면 형상에 의하지 않고 계측할 수 있다.

a)로부터 d)를 행함으로써 1점의 베스트 포커스값이 구해진다. 이때의 데이터형식은 (X, Y, Z) XY : 포커스를 구한 좌표, Z : 베스트 포커스값의 세트이고, 포커스 맵 레시피로 결정된 포커스맵 좌표수(X, Y, Z)가 존재하게 된다. 이것을 포커스맵 레시피의 일부로 포커스맵 파일이라 부른다.

오토 포커스의 동작순서

포커스맵 레시피로부터, 화상을 취득하는 검사동작, 리뷰 동작시에 포커스를베스트 포커스로 설정하는 방법은 다음 단계에서 이루어진다.

a) 포커스맵 레시피의 작성시에 작성된 포커스맵 파일 1을 기초로 위치정보를더욱 세분화하여, 이때의 베스트 포커스를 계산으로 구하여 세분화한 포커스맵 파일 2를 작성한다.

b) 상기 a)의 계산은 보간함수로 행한다.

c) 상기 b)의 보간함수는 리니어 보간이나 스플라인 보간 등으로 포커스맵 레시피의 작성시에 오퍼레이터에 의하여 지정된다.

d) 스테이지의 XY 위치를 감시하여 현재의 XY 위치에 적합한 포커스맵 파일 2에 기재된 포커스값에 포커스용 전극의 전압을 변경한다.

또한 구체적으로 설명하면 도 129에 있어서 ●가 포커스맵 파일 1의 포커스값, ○가 포커스맵 파일 2의 포커스값이고,

1. 포커스맵 파일의 포커스값의 사이를 포커스맵 파일의 포커스값으로 보간하고 있다.

2. 주사에 따라 포커스위치(Z)를 변화시켜 베스트 포커스를 유지하고 있다. 이때 포커스맵 파일(○)의 사이는, 다음의 변경하는 위치까지 값이 유지되어 있다.

2-8-2-4) 리소마진 측정

이하, 리소마진 측정에 관한 실시형태를 설명한다.

(1) 실시형태 10 (리소마진 측정 1)

개요

1. 노광기의 조건의 범위 및 베스트조건을 구한다. 타깃은 포커스이다.

2. 검사장치의 응용방법으로서,전자빔 사상방식이나 주사방법에 한정되지 않는다. 즉, 빛을 사용하는 방식, 전자빔방식 및 이들과 사상방식 또는 주사방식을 임의로 조합시킨 방식을 사용한 방법이어도 좋다.

3. 기준 다이 비교법(Die·Any Die 검사)의 응용

도 130은 실시형태 1의 동작을 나타낸 플로우이다. 이하 이 도면을 기초로 설명한다.

공정 130·1에서는 예로서 도 131에 나타내는 바와 같은 포커스조건과 노광시간조건을 파라미터로서 조건을 변화시켜 2차원적으로 웨이퍼상에 노광하였다. 또 1 쇼트 = 1 다이의 이미지 패턴으로 하였다.

많은 스텝퍼 노광기에서는 일반적으로 TEST 노광이라 불리우는 자동적으로 파라미터를 변화시켜 노광하는 기능을 가지고 있기 때문에, 이 기능을 그대로 사용하여도 상관없다.

공정 130·2에서는 현상, 레지스트박리, 에칭, CVD, CMP, 도금 등의 공정을 생각할 수 있고, 특히 전자빔에 의한 관찰에서는 레지스트는 차지하여 관찰하기 어렵기 때문에 본 실시형태에서는 현상, 레지스트박리, 도금까지의 공정을 행하고 있다. 바람직하게는 레지스트관찰이 바람직하다.

공정 130·3의 상세를 도 132에 의하여 설명한다. 이 공정은 공정 130·4를 행하는 검사장치의 오퍼레이터에 의하여 설정된 화상의 콘트라스트를 계측하는 기능을 사용하고, 다이 패턴의 최소 라인 & 스페이스부를 콘트라스트 계측하는 영역으로 등록하여 이하의 작업을 하였다.

먼저 노광시간의 상한(Db)과 하한(Da)을 구하였다. Db 이상의 노광시간과 Da 이하의 노광시간에서는 콘트라스트값이 매우 낮았기 때문에 검사대상 외로 한다. 도 132에서 그레이아웃부분.

다음에 포커스값의 상한(Fb)과 하한(Fa)을 구하였다. Fb 이상의 포커스값과 Fa 이하의 포커스값에서는 콘트라스트값이 매우 낮았기 때문에 검사대상 외로 한다. 도 133에서의 그레이아웃부분.

다음에 Da와 Db의 한 가운데의 다이열(Ds)과, Fa와 Fb의 한 가운데의 다이열 (Fs)의 교점인 다이를 베스트 노광조건 쇼트로 선택하였다. 이들 베스트 노광조건 쇼트를 선택하는 공정은, 모두 자동으로 행하여진다.

공정 130·4에서는 도 132의 기준 다이를 참조화상으로 하고, 백 다이를 피검사 화상으로 하여 기준 다이 비교법(Die·Any Die 검사)에 의하여 검사한다.

공정 130·5은, 130·4의 검사결과를 사용하여 노광조건의 판정을 행한다. 즉 노광조건이 부적절하면, 예를 들면 다이 패턴의 라인 및 스페이스가 해상하지 않는 것이나, 패턴의 에지부가 둔각이 됨으로써 기준화상과의 차분이 발생하여 결과적으로 패턴결함으로서 검출되는 효과를 이용하고 있다. 물론 노광조건 기인 이외에 노광 미스 등을 기인으로 한 패턴결함이나 파티클이 검출되는 경우도 있으나, 이 경우는 재검사하고 있다. 그러나 확률적으로 발생빈도가 적기 때문에 문제로는 되어 있지 않다.

공정 130·5의 구체적인 순서는,

1) 포커스 마진을 구하는 것이 우선이기 때문에, 노광시간은 도 132의 Ds와 고정하여 포커스값과 결함갯수의 관계를 구한다(도 133)

2) 이때 포커스값의 판정기준은, 노광조건에 의하여 결함이 하나도 발생하지 않는 조건으로 하고 있기 때문에, 결론으로서 노광조건으로서 허락되는 포커스값은 F 1부터 F2이다.

3) F1과 F2가 구체적으로 어떠한 노광기 표현의 수치·단위인지는 노광기로부터 Rs232c 또는 이더넷(Ethernet)으로 접속된 통신경로를 통하여 다이의 위치와 그 노광조건을 전송하면 간단하게 연산할 수 있다. 본 장치에서는 노광조건으로서의 양부 판정과 함께 노광기에 그대로 입력 가능한 값으로 변환하여 표시하는 기능도 가지고 있다.

4) 또 전용 통신경로나 SEMI 규격 등의 통신경로를 사용하면, 본 검사장치의 결과를 노광기로 피드백할 수도 있다. 이상의 순서를 다시 노광조건(노광시간)을 바꾸어 행하여 포커스와 노광의 마진을 정한다.

(2) 실시형태 11(리소마진 측정 2)

개요

노광기의 조건의 범위 및 베스트조건을 구한다. 타깃은 포커스이다.

1. 검사장치의 응용방법으로서, 전자빔 사상방식이나 주사방법에 한정되지 않는다. 광방식, 전자빔방식 및 이들과 사상방식 또는 주사방식을 조합시킨 방식을 이용할 수 있다.

2. CAD 데이터 비교법(Cad Data-Any Die 검사)의 응용.

도 134는 실시형태 2의 동작을 나타낸 플로우이다. 이하 이 도면을 기초로 설명한다.

공정 134·1에서는 예로서 도 135에 나타내는 바와 같은 포커스조건과 노광시간 조건을 파라미터로 하여 조건을 변화시켜 2차원적으로 웨이퍼상에 노광하였다. 또 1 쇼트 = 1 다이의 이미지 패턴으로 하였다.

많은 스텝퍼 노광기에서는 일반적으로 TEST 노광이라 불리우는 자동적으로 파라미터를 변화시켜 노광하는 기능을 가지고 있기 때문에, 이 기능을 그대로 사용하여도 상관없다.

공정 134·2에서는 현상, 레지스트박리, 에칭, CVD, CMP, 도금 등의 공정을 생각할 수 있고, 특히 전자빔에 의한 관찰에서는 레지스트는 차지하여 관찰하기 어렵기 때문에, 본 실시형태에서는 현상, 레지스트박리, 도금까지의 공정을 행하고 있다. 바람직하게는 레지스트 단계의 관찰에서 끝내게 하는 것이 좋다.

공정 143·3에서는 가능한 한 베스트한 상태로 하고 싶은 기준화상을 노광한 쇼트 패턴의 CAD 데이터로부터 생성한다. 이때 화상 데이터인 라스터 데이터의 다치화를 하고 있다. 도 136에 나타내는 바와 같이 예를 들면 패턴 A, 패턴 B, 패턴 C라는 각각 선폭이 다른 패턴에 있어서, 패턴 B에 비하여 패턴 C는 더욱 세밀하나, 경험적으로 패턴의 백 레벨을 비교하였을 때, 패턴 B에 비하여 패턴 C의 백 레벨 쪽이 보다 흑에 근접하고, 패턴의 흑 레벨을 비교하였을 때, 패턴 B에 비하여 패턴 C의 흑 레벨 쪽이 보다 백에 근접하는, 따라서 단순히 화상으로서 흑이라고 볼 수 있는 값과 백이라고 볼 수 있는 값의 2값이 아니라, 패턴의 형상이나 조밀이나 웨이퍼상의 패턴위치 등을 고려하여 화상 데이터의 다치화를 한다.

또 동시에 관찰계의 설정조건이나 차지업이나 자장 등의 영향도 가미하여 실제로 관찰하여 얻어지는 화상과 CAD 데이터로부터 생성된 화상 데이터를 비교하였을 때에 유사결함으로서 인식되지 않도록 CAD 데이터로부터 생성된 화상 데이터를 화상처리한다.

공정 134·4에서는, 134·3에서 생성한 화상을 참조화상으로 하고, 웨이퍼상의 다이를 피검사 화상으로 하여 다이 비교하여 검사한다.

공정 134·5은 134·4의 검사결과를 사용하여 노광조건의 판정을 행한다. 즉 노광조건이 부적절하면, 예를 들면 다이 패턴의 라인 & 스페이스가 해상하지 않는 것이나, 패턴의 에지부가 둔각이 됨으로써 기준화상과의 차분이 발생하여 결과적으로 패턴결함으로서 검출되는 효과를 이용하고 있다. 물론 노광조건 기인 이외에 노광 미스 등을 기인으로 한 패턴결함이나 파티클이 검출되는 경우도 있으나, 이 경우는 재검사하고 있다. 그러나 확률적으로 발생빈도가 적기 때문에 문제로는 되어 있지 않다.

공정 134·5의 구체적인 순서는,

1) 포커스 마진을 구하는 것이 우선이기 때문에, 노광시간은 경험적으로 얻어져 있는 고정값으로 하여, 이 경우의 포커스값과 결함갯수의 관계를 구한다(도 137).

2) 이때 포커스값의 판정기준은 노광조건에 의하여 결함이 하나도 발생하지 않는 조건으로 하고 있기 때문에, 결론으로서 노광조건으로서 허락되는 포커스값은 F 1로부터 F2이다.

3) F1과 F2가 구체적으로 어떠한 노광기 표현의 수치·단위인지는 노광기로부터 Rs232c 또는 이더넷으로 접속된 통신경로를 통하여 다이의 위치와 그 노광조건을 전송하면 간단하게 연산할 수 있다. 본 장치에서는 노광조건으로서의 양부판정과 마찬가지로 노광기에 그대로 입력 가능한 값으로 변환하여 표시하는 기능도 가지고 있다.

4) 또 전용 통신경로나 SEMI 규격 등의 통신경로를 사용하면 본 검사장치의 결과를 노광기로 피드백하는 것도 할 수 있다.

이상, 노광조건의 리소마진 측정에 대하여 설명하였으나, 노광용 마스크인 레티클 또는 스텐실 마스크를 검사하여도 좋다. 이 경우에는 노광조건 결정의 검사를 간략화할 수 있다.

3 다른 실시형태

3-1) 스테이지장치의 변형예

도 138은 본 발명에 의한 검출장치에 있어서의 스테이지장치의 일 변형예를 나타낸다.

스테이지(138·1)의 Y 방향 가동부(138·2)의 상면에는 +Y 방향과 -Y 방향(도 139에서 좌우방향)으로 크게 대략 수평으로 돌출한 칸막이판(138·4)이 설치되고, X 방향 가동부(138·4)의 상면과의 사이에 항상 컨덕턴스가 작은 조리개부(138·5)가 구성되도록 되어 있다. 또 X 방향 가동부(138·4)의 상면에도 동일한 칸막이판(138·6)이 ±X 방향(도 138의 (A)에서 좌우방향)으로 돌출하도록 구성되어 있고, 스테이지대(138·7)의 상면과의 사이에 항상 조리개부(138·8)가 형성되게 되어 있다. 스테이지대(138·7)는 하우징(138·9)내에 있어서 바닥벽의 위에 공지의 방법으로 고정되어 있다.

이 때문에 시료대(138·10)가 어느 위치로 이동하여도 항상 조리개부(138·8및 138·8)가 형성되기 때문에, 가동부(138·2 및 138·4)의 이동시에 가이드면(138·11, 138·l2)으로부터 가스가 방출되어도 조리개부(138·8 및 138·8)에 의하여 방출가스의 이동이 방해되기 때문에, 하전 빔이 조사되는 시료 근방의 공간(138·13)의 압력상승을 아주 작게 억제할 수 있다.

스테이지의 가동부(138·2)의 측면 및 하면 및 가동부(138·4)의 하면에는, 정압 베어링(138·14)의 주위에, 도 140에 나타내는 바와 같은 차동 배기용 홈이 형성되어 있고, 이 홈에 의하여 진공배기되기 때문에, 조리개부(138·8, 138·8)가 형성되어 있는 경우는 가이드면으로부터의 방출가스는 이들 차동 배기부에 의하여 주로 배기되게 된다. 이 때문에 스테이지 내부 공간(138·15 이나 138·16)의 압력은, 챔버(C)내의 압력보다도 높은 상태로 되어 있다. 따라서 공간(138·15, 138·16)을 차동 배기홈(140·1 이나 140·2)으로 배기할 뿐만 아니라, 진공배기하는 부분을 따로 설치하면 공간(138·15, 138·16)의 압력을 내릴 수 있어, 시료 근방(138·13)의 압력 상승을 더욱 작게 할 수 있다. 이를 위해 진공배기통로(138·17와 138·18)가 설치되어 있다. 배기통로는 스테이지대(138·7) 및 하우징(138·9)을 관통하여 하우징(138·9)의 외부와 통하고 있다. 또 배기통로(138·18)는 X 방향 가동부(138·4)에 형성되고, X 방향 가동부(138·4)의 하면에 개구하고 있다.

또 칸막이판(138·3, 138·6)을 설치하면 챔버와 칸막이판이 간섭하지 않도록챔버를 크게 할 필요가 생기나, 칸막이판을 신축 가능한 재료나 구조로 함으로써 이 점을 개선하는 것이 가능하다. 이 실시형태에서는 칸막이판을 고무로 구성하거나 주름상자형상로 하고, 그 이동방향의 끝부를 칸막이판(138·3)의 경우는 X 방향 가동부(138·4)에 칸막이판(138·6)의 경우는 하우징(138·9)의 내벽에 각각 고정하는 구성으로 하는 것을 생각할 수 있다. 또한 138·19는 경통이다.

도 141은 스테이지장치의 제 2 변형예를 나타내고 있다. 이 실시형태에서는 경통의 앞쪽 끝부, 즉 하전 빔 조사부(141·1)의 주위에 시료(W)의 상면과의 사이에 조리개부가 생기도록 원통형상의 칸막이(141·2)가 구성되어 있다. 이와 같은 구성에서는 XY 스테이지로부터 가스가 방출되어 챔버(C)내의 압력이 상승하여도 칸막이의 내부(141·3)는 칸막이(141·2)로 구획되어 있고 진공배관(141·4)으로 배기되고 있기때문에, 챔버(C)내와 칸막이의 내부(141·3)와의 사이에 압력차가 생겨 칸막이 내부 공간(141·3)의 압력상승을 낮게 억제한다. 칸막이(141·2)와 시료면과의 간극은 챔버(C)내와 조사부(141·1) 주변의 압력을 어느 정도로 유지하는지에 따라 변하나, 대충 수십 ㎛ 내지 수 mm 정도가 적당하다. 또한 칸막이(141·2)내와 진공배관은 공지의 방법에 의하여 연통되어 있다.

또, 하전 빔 조사장치에서는 시료(W)에 수 kV 정도의 고전압을 인가하는 것이 있어, 도전성의 재료를 시료의 근방에 설치하면 방전을 일으킬 염려가 있다. 이 경우에는 칸막이(141·2)의 재질을 세라믹스 등의 절연물로 구성하면 시료(W)와 칸막이(141·2) 사이에서 방전을 일으키는 일이 없어진다.

또한 시료(W)(웨이퍼)의 주위에 배치한 링부재(141·5)는 시료대(141·6)에 고정된 판형상의 조정부품이고, 웨이퍼와 같은 시료의 끝부에 하전 빔을 조사하는 경우이어도 칸막이(141·2)의 앞쪽 끝부 전체 주위에 걸쳐 미소 간극(141·7)이 형성되도록 웨이퍼와 동일한 높이로 설정되어 있다. 이것에 의하여 시료(W)의 어느 위치에 하전 빔이 조사되어도 칸막이(141·2)의 앞쪽 끝부에는 항상 일정한 미소 간극(952)이 형성되어 경통 앞쪽 끝부 주위의 공간(141·3)의 압력을 안정되게 유지할 수 있다.

도 142에는 다른 변형예가 나타나 있다. 경통(138·19)의 하전 빔 조사부(141·2)의 주위에 차동 배기구조를 내장한 칸막이(142·1)가 설치되어 있다. 칸막이(142·1)는 원통형상의 형상을 하고 있고, 그 내부에 원주홈(142·2)이 형성되고, 그 원주홈으로부터는 윗쪽으로 배기통로(142·3)가 연장되어 있다. 그 배기통로는 내부공간(142·4)을 경유하여 진공배관(142·5)에 연결되어 있다. 칸막이(142·1)의 하단은 시료(W)의 상면과의 사이에 수십 ㎛ 내지 수 mm 정도의 미소 간극을 형성하고 있다.

이와 같은 구성에서는 스테이지의 이동에 따라 스테이지로부터 가스가 방출되어 챔버(C)내의 압력이 상승하여 앞쪽 끝부, 즉 하전 빔 조사부(141·2)에 가스가 유입하려 하여도 칸막이(142·1)가 시료(W)와의 간극을 조절하여 컨덕턴스를 아주 작게 하고 있기 때문에 가스는 유입이 방해되어 유입량은 감소한다. 또한 유입한 가스는 원주홈(142·2)으로부터 진공배관(142·5)으로 배기되기 때문에, 하전 빔 조사부(141·2) 주위의 공간(141·6)으로 유입하는 가스는 거의 없어져 하전 빔 조사부(141·2)의 압력을 원하는 고진공 그대로 유지할 수 있다.

도 143에 있어서, 또한 다른 변형예가 나타나 있다. 챔버(C)와 하전 빔 조사부(141·1)의 주위에는 칸막이(143·1)가 설치되고, 하전 빔 조사부(141·1)를 챔버(C)로부터 사이를 두고 있다. 이 칸막이(143·1)는 구리나 알루미늄 등의 열전도성이 좋은 재료로 이루어지는 지지부재(143·2)를 거쳐 냉동기(143·3)에 연결되어 있고, -100℃ 내지 -200℃ 정도로 냉각되어 있다. 부재(143·4)는 냉각되어 있는 칸막이(143·1)와 경통(138·19) 사이의 열전도를 저해하기 위한 것으로, 세라믹스나 수지재 등의 열전도성이 나쁜 재료로 이루어져 있다. 또 부재(143·5)는 세라믹스 등의 비절연체로 이루어지고, 칸막이(143·1)의 하단에 형성되어 시료(W)와 칸막이(143·1)가 방전하는 것을 방지하는 역할을 가지고 있다.

이와 같은 구성에 의하여 챔버(C)내로부터 하전 빔 조사부에 유입하려고 하는 가스분자는 칸막이(143·1)로 유입을 저해받는 데다가 유입하여도 칸막이(143·1)의 표면에 동결 포집되어 버리기 때문에, 하전 빔 조사부(143·6)의 압력을 낮게 유지할 수 있다.

또한 냉동기로서는 액체질소에 의한 냉각이나, He 냉동기, 펄스튜브식 냉동기 등의 가지각색의 냉동기를 사용할 수 있다.

도 144에 있어서, 또 다른 변형예가 나타나 있다. 스테이지의 양 가동부에는 도 138에 나타낸 것과 마찬가지로 칸막이판(144·1, 144·2)이 설치되어 있고, 시료대(144·3)가 임의의 위치로 이동하여도 이들 칸막이에 의하여 스테이지내의 공간(144·4)과 챔버(C)내가 조리개(144·5, 144·6)를 거쳐 구획된다. 또한 하전 빔 조사부(141·1)의 주위에는 도 141에 나타낸 것과 동일한 칸막이(144·7)가 형성되어 있고, 챔버(C)내와 하전 빔 조사부(141·1)가 있는 공간이 조리개(144·8)를 거쳐 구획되어 있다. 이 때문에 스테이지가동시, 스테이지에 흡착하고 있는 가스가 공간(144·4)으로 방출되어 이 부분의 압력을 상승시켜도 챔버(C)의 압력상승은 낮게 억제되고, 공간(144·9)의 압력상승은 더욱 낮게 억제된다. 이에 의하여 하전 빔 조사공간(144·9)의 압력을 낮은 상태로 유지할 수 있다. 또 칸막이(144·7)에 나타내는 바와 같이 차동 배기기구를 내장한 칸막이(142·1)로 하거나, 도 142에 나타내는 바와 같이 냉동기로 냉각된 칸막이로 함으로써 공간(144·9)을 더욱 낮은 압력으로 안정되게 유지할 수 있게 된다.

이들 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 나타내는 것이 가능하다.

(1) 스테이지장치가 진공내에서 고정밀도의 위치결정성능을 발휘할 수 있고, 또한 하전 빔 조사위치의 압력이 상승하기 어렵다. 즉, 시료에 대한 하전 빔에 의한 처리를 고정밀도로 행할 수 있다.

(2) 정압 베어링 지지부로부터 방출된 가스가 칸막이를 통과하여 하전 빔 조사영역측을 통과하는 것을 거의 할 수 없다. 이것에 의하여 하전 빔 조사위치의 진공도를 더욱 안정시킬 수 있다.

(3) 하전 빔 조사영역측에 방출가스가 통과하는 것이 곤란하게 되어 하전 빔 조사영역의 진공도를 안정되게 유지하기 쉬워진다.

(4) 진공챔버내가 하전 빔 조사실, 정압 베어링실 및 그 중간실의 3실에 작은컨덕턴스를 거쳐 분할된 형이 된다. 그리고 각각의 실의 압력을 낮은 순서대로 하전 빔 조사실, 중간실, 정압 베어링실이 되도록 진공배기계를 구성한다. 중간실에의 압력변동은 칸막이에 의하여 더욱 낮게 억제되고, 하전 빔 조사실에의 압력변동은 또 1 단의 칸막이에 의하여 더욱 저감되어 압력변동을 실질적으로 문제없는 레벨까지 저감하는 것이 가능해진다.

(5) 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

(6) 스테이지가 이동하였을 때의 압력상승을 더욱 낮게 억제하는 가능해진다.

(7) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또한 하전 빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 실현할 수 있기 때문에, 검사성능이 높고 시료를 오염할 염려가 없는 검사장치를 제공할 수 있다.

(8) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또한 하전 빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 실현할 수 있기 때문에, 노광 정밀도가 높고, 시료를 오염할 염려가 없는 노광장치를 제공할 수 있다.

(9) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또한 하전 빔 조사영역의 진공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써, 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

또한 도 138∼도 144의 스테이지장치를 도 13의 스테이지(13·6)에 적용할 수 있는 것은 분명하다.

도 145 내지 도 147을 참조하여 본 발명에 의한 XY 스테이지의 다른 실시형태를 설명한다. 또한 도 148의 종래예 및 실시형태에 있어서 공통되는 구성부재를 나타내는 참조번호는 동일하게 되어 있다. 또한 이 명세서중에서 「진공」이란 해당 기술분야에 있어서 불리우는 진공으로서, 반드시 절대진공을 가리키는 것은 아니다.

도 145에 있어서, XY 스테이지의 다른 실시형태가 나타나 있다. 하전 빔을 시료를 향하여 조사하는 경통(145·1)의 앞쪽 끝부, 즉 하전 빔 조사부(145·2)가 진공챔버 (C)를 구획 형성하는 하우징(145·3)에 설치되어 있다. 경통(145·1)의 바로 밑에는 XY 스테이지(145·4)의 X 방향(도 145에 있어서 좌우방향)의 가동 테이블 위에 탑재되어 있는 시료(W)가 배치되게 되어 있다. 이 시료(W)는 고정밀도의 XY 스테이지(145·4)에 의하여 그 시료면상의 임의의 위치에 대하여 정확하게 하전 빔을 조사시킬 수 있다.

XY 스테이지(145·4)의 대좌(145·5)는 하우징(145·3)의 바닥벽에 고정되어 Y 방향(도 145에 있어서 지면에 수직한 방향)으로 이동하는 Y 테이블(145·6)이 대좌(145·5)의 위에 얹혀져 있다. Y 테이블(145·6)의 양 측면(도 145에 있어서 좌우 측면)에는 대좌(145·5)에 탑재된 한 쌍의 Y 방향 가이드(145·7 및 145·8)의 Y 테이블에 면한 쪽에 형성된 홈내로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있다. 그 홈은 Y 방향 가이드의 대략 전체 길이에 걸쳐 Y 방향으로 신장하고 있다. 홈내로 돌출하는 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 공지 구조의 정압베어링(145·9, 145·10, 145·11, 145·12)이 각각 설치되고, 이들 정압베어링을 거쳐 고압가스를 분출함으로써 Y 테이블(145·6)은 Y 방향 가이드(145·7, 145·8)에 대하여 비접촉으로 지지되어 Y 방향으로 원활하게 왕복 운동할 수 있게 되어 있다. 또 대좌(145·5)와 Y 테이블(145·6) 사이에는 공지 구조의 리니어모터(145·13)가 배치되어 있고, Y 방향의 구동을 그 리니어모터로 행하도록 되어 있다. Y 테이블에는 고압가스공급용의 플렉시블배관(145·14)에 의하여 고압가스가 공급되고, Y 테이블내에 형성된 가스통로(도시 생략)를 통하여 상기 정압베어링(145·10 내지 145·9 및 145·12 내지 145·11)에 대하여 고압가스가 공급된다. 정압베어링에 공급된 고압가스는 Y 방향 가이드의 대향하는 안내면과의 사이에 형성된 수 마이크론 내지 수십 마이크론의 간극으로 분출하여 Y 테이블을 안내면에 대하여 X 방향과 Z 방향(도 145에 있어서 상하방향)으로 정확하게 위치결정하는 역활을 한다.

Y 테이블상에는 X 테이블(145·14)이 X 방향(도 145에 있어서 좌우방향)으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. Y 테이블(145·6)상에는 Y 테이블용의 Y 방향 가이드(145·7, 145·8)와 동일한 구조의 한 쌍의 X 방향 가이드(145·15)(145·16)(145·15만 도시)가 X 테이블(145·14)을 사이에 두고 설치되어 있다. X 방향 가이드의 X 테이블에 면한 측에도 홈이 형성되고, X 테이블의 측부(X 방향 가이드에 면한 측부) 에는 홈내로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있다. 그 홈은 X 방향 가이드의 대략 전장에 걸쳐 신장되어 있다. 홈내로 돌출하는 X 방향테이블(145·14)의 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 상기 정압베어링(145·9, 145·10, 145·17, 145·11, 145·12, 145·18)과 동일한 정압베어링(도시 생략)이 동일한 배치로 설치되어 있다. Y 테이블(145·6)과 X 테이블(145·14) 사이에는 공지의 구조의 리니어모터(145·19)가 배치되어 있고, X 테이블의 X 방향의 구동을 그 리니어모터로 행하도록 하고 있다. 그리고 X 테이블(145·14)에는 플렉시블 배관(145·20)에 의하여 고압가스가 공급되어 정압베어링에 고압가스를 공급하도록 되어 있다. 이 고압가스가 정압베어링으로부터 X 방향 가이드의 안내면에 대하여 분출됨으로써, X 테이블(145·14)이 Y 방향 가이드에 대하여 고정밀도로 비접촉으로 지지되어 있다.

진공챔버(C)는 공지 구조의 진공펌프 등에 접속된 진공배관(145·21, 145·22, 145·23)에 의하여 배기되고 있다. 배관(145·22, 145·23)의 입구측(진공챔버안쪽)은 대좌(145·5)를 관통하여 그 상면에 있어서 XY 스테이지(145·4)로부터 고압가스가 배출되는 위치의 근처에서 개구되어 있어, 진공챔버내의 압력이 정압베어링으로부터 분출되는 고압가스에 의하여 상승하는 것을 적극 방지하고 있다.

경통(145·1)의 앞쪽 끝부, 즉 하전 빔 조사부(145·2)의 주위에는 차동 배기기구(145·24)가 설치되어 진공챔버(C)내의 압력이 높더라도 하전 빔 조사공간(145·25)의 압력이 충분히 낮아지도록 하여 둔다. 즉, 하전 빔 조사부(145·2) 주위에 설치된 차동 배기기구(145·24)의 고리형상부재(145·26)는 그 하면[시료(W)측의 면]과 시료 사이에서 미소 간극(수 마이크론 내지 수백 마이크론)(145·27)이 형성되도록 하우징(145·3)에 대하여 위치 결정되어 있고, 그 하면에는 고리형상 홈(145·28)이 형성되어 있다. 고리형상 홈(145·28)은 배기관(145·29)에 의하여 도시 생략한 진공펌프 등에 접속되어 있다. 따라서 미소 간극(145·27)은 고리형상 홈(145·28) 및 배기구(145·29)를 거쳐 배기되고, 진공챔버(C)로부터 고리형상 부재(145·26)에 의하여 둘러싸인 공간(145·25)내로 가스분자가 침입하려 하여도 배기되어 버린다. 이에 의하여 하전 빔 조사공간(145·25)내의 압력을 낮게 유지할 수 있어 하전 빔을 문제없이 조사할 수 있다. 이 고리형상 홈은 챔버내의 압력, 하전 빔 조사공간(145·25)내의 압력에 따라서는 2중 구조 또는 3중 구조이어도 좋다.

정압베어링에 공급하는 고압가스는 일반적으로 드라이 질소가 사용된다. 그러나 가능하면, 더욱 고순도의 불활성가스로 하는 것이 바람직하다. 이것은 수분이나 유분 등의 불순물이 가스 중에 포함되면 이들 불순물 분자가 진공챔버를 구획 형성하는 하우징의 내면이나 스테이지 구성부품의 표면에 부착되어 진공도를 악화시키거나, 시료 표면에 부착되어 하전 빔 조사공간의 진공도를 악화시켜 버리기 때문이다. 또한 이상의 설명에 있어서 시료(W)는 통상 X 테이블상에 직접 탑재되는 것이 아니고, 시료를 떼어 내기 가능하게 유지하거나 XY 스테이지(145·4)에 대하여 미소한 위치변경을 행하는 등의 기능을 가지게 한 시료대의 위에 탑재되어 있으나, 시료대의 유무 및 그 구조는 본 실시형태의 요지에는 관계없기 때문에, 설명을 간소화하기 위하여 생략되어 있다.

이상으로 설명한 하전 빔장치에서는 대기 중에서 사용되는 정압베어링의 스테이지기구를 대략 그대로 사용할 수 있기 때문에, 노광장치 등에서 사용되는 대기용 고정밀도 스테이지와 동등한 고정밀도의 XY 스테이지를 대략 동등한 비용 및 크기로하전 빔장치용 XY 스테이지에 대하여 실현할 수 있다. 또한 이상 설명한 정압가이드의 구조나 배치 및 액츄에이터(리니어모터)는 어디까지나 일 실시형태이며, 대기 중에서 사용 가능한 정압가이드나 액츄에이터이면 무엇이든 적용할 수 있다.

다음에 차동 배기기구의 고리형상부재(145·26) 및 그것에 형성되는 고리형상홈 크기의 수치예를 도 146에 나타낸다. 또한 이 예에서는 고리형상 홈은 146·1 및 146·2의 이중구조를 가지고 있고, 그것들은 반경방향으로 사이를 두고 있다.

정압베어링에 공급되는 고압가스의 유량은 통상 대략 20 L/min(대기압 환산)정도이다. 진공챔버(C)를 내경 50 mm이고 길이 2 m의 진공배관을 거쳐 20000 L/min의 배기속도를 가지는 드라이펌프로 배기한다고 가정하면 진공챔버내의 압력은 약 160 Pa(약 1.2 Torr)가 된다. 이때 차동 배기기구의 고리형상부재(146·3) 및 고리형상 홈 등의 치수를 도 146에 나타내는 바와 같이 하면 하전 빔 조사공간(141·1)내의 압력을 10^-4 Pa(10^-6 Torr)로 할 수 있다.

도 147에 있어서, XY 스테이지의 다른 실시형태가 나타나 있다. 하우징(147·1)에 의하여 구획 형성된 진공챔버(C)에는 진공배관(147·2, 147·3)을 거쳐 드라이진공펌프(147·4)가 접속되어 있다. 또 차동 배기기구(147·5)의 고리형상 홈(147·6)은 배기구(147·7)에 접속된 진공배관(147·8)을 거쳐 초고속 진공펌프인 터보분자펌프(147·9)가 접속되어 있다. 또한 경통(147·10)의 내부는 배기구(147·11)에 접속된 진공배관(147·12)을 거쳐 터보분자펌프(147·13)가 접속되어 있다. 이들 터보분자펌프(147·9, 147·13)는 진공배관(147·14, 147·15)에 의하여 드라이진공펌프(147·4)에 접속되어 있다. 도면에서는 터보분자펌프의 러핑펌프와 진공챔버의 진공배기용 펌프를 1대의 드라이진공펌프로 겸용하였으나, XY 스테이지의 정압베어링에 공급하는 고압가스의 유량, 진공챔버의 용적이나 내표면적, 진공배관의 내경이나 길이에 따라 그것들을 다른 계통의 드라이진공펌프로 배기하는 경우도 생각할 수 있다.

XY 스테이지의 정압베어링에는 플렉시블 배관(147·16, 147·16)을 통하여 고순도의 불활성가스(N2 가스, Ar 가스 등)가 공급된다. 정압베어링으로부터 분출한 이들 가스분자는 진공챔버내로 확산되어 배기구(147·18, 147·19, 147·20)를 통하여 드라이진공펌프(147·4)에 의하여 배기된다. 또 차동 배기기구나 하전 빔 조사공간에 침입한 이들 가스분자는 고리형상 홈(147·6) 또는 경통(147·10)의 앞쪽 끝부로부터 흡인되어 배기구(147·7 및 147·11)를 통하여 터보분자펌프(147·9 및 147·13)에 의하여 배기되고, 터보분자펌프로부터 배출된 후 드라이진공펌프(147·4)에 의하여 배기된다. 이와 같이 정압베어링에 공급된 고순도 불활성가스는 드라이진공펌프에 모아져 배출된다.

한편, 드라이진공펌프(147·4)의 배기구는 배관(147·21)을 거쳐 압축기(147·22)에 접속되고, 압축기(147·22)의 배기구는 배관(147·23, 147·24, 147·25) 및 레귤레이터(147·26, 147·27)를 거쳐 플렉시블 배관(147·16, 147·17)에 접속되어 있다. 이 때문에 드라이진공펌프(147·4)로부터 배출된 고순도 불활성가스는 압축기(147·22)에 의하여 다시 가압되어 레귤레이터(147·26, 147·27)에서 적정한 압력으로 조정된 후, 다시 XY 테이블의 정압베어링에 공급된다.

또한 정압베어링에 공급되는 가스는 상기한 바와 같이 가능한 한 고순도로 하여 수분이나 유분이 적극 함유되지 않게 할 필요가 있기 때문에, 터보분자펌프, 드라이펌프 및 압축기는 가스유로에 수분이나 유분이 혼입하지 않는 구조인 것이 요구된다. 또 압축기의 배출측 배관(147·23)의 도중에 콜드트랩이나 필터 등(147·28)을 설치하여 순환하는 가스 중에 혼입한 수분이나 유분 등의 불순물질을 트랩하여 정압베어링에 공급되지 않게 하는 것도 유효하다.

이와 같이 함으로써, 고순도 불활성가스를 순환시켜 재이용할 수 있기 때문에, 고순도 불활성가스를 절약할 수 있고, 또 본 장치가 설치된 챔버에 불활성가스를 흘리지 않기 때문에, 불활성가스에 의한 질식 등의 사고가 발생할 염려도 없앨 수 있다.

또한 순환배관계에는 고순도 불활성가스공급계(147·29)가 접속되어 있어, 가스가 순환을 시작할 때에 진공챔버(C)나 진공배관(147·8, 147·12, 147·14, 147·15, 147·2, 147·3) 및 가압측 배관(147·21, 147·23, 147·24, 147·25, 147·30)을 포함하는 모든 순환계에 고순도 불활성가스를 채우는 역할과, 무엇인가의 원인으로 순환하는 가스의 유량이 감소하였을 때에 모자란 것을 공급하는 역할을 담당하고 있다. 또 드라이진공펌프(147·4)에 대기압 이상까지 압축하는 기능을 가지게 함으로써 드라이진공펌프(147·4)와 압축기(147·22)를 1대의 펌프로 겸하게 하는 것도 가능하다.

또한, 경통의 배기에 사용하는 초고속 진공펌프에는 터보분자펌프 대신에 이온펌프나 겟터펌프 등의 펌프를 사용하는 것도 가능하다. 단, 이들 저장식 펌프를 사용한 경우는 이 부분에는 순환배관계를 구축할 수는 없게 된다. 또 드라이진공펌프 대신에 다이어프램식 드라이펌프 등, 다른 방식의 드라이펌프를 사용하는 것도 물론 가능하다.

도 149에 있어서, 본 실시형태에 의한 하전 빔장치의 광학계 및 검출기가 모식적으로 나타나 있다. 광학계는 경통내에 설치되나, 이 광학계 및 검출기는 어디까지나 예시이며, 필요에 따라 임의의 광학계, 검출기를 사용할 수 있다. 하전 빔장치의 광학계(149·1)는 하전 빔을 스테이지(149·2)상에 탑재된 시료(W)에 조사하는 1차 광학계(149·3)와, 시료로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 2차 광학계(149·4)를 구비하고 있다. 1차 광학계(149·3)는 하전 빔을 방출하는 전자총(149·5)과, 전자총(149·5)으로부터 방출된 하전 빔을 집속하는 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(149·6)와, 편향기(149·7)와, 하전 빔을 그 광축이 대상의 면에 수직하게 되도록 편향하는 비엔나 필터, 즉 E × B 분리기(149·8)와, 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(149·9)를 구비하고, 그것들은 도 149에 나타내는 바와 같이 전자총(149·5)을 최상부로 하여 순서대로 하전 빔의 광축이 시료(W)의 표면(시료면)에 연직인 선에 대하여 경사져 배치되어 있다. E × B 편향기(149·8)는 전극(149·10) 및 자석(149·11)을 구비하고 있다.

2차 광학계(149·4)는 시료(W)로부터 방출된 2차 전자가 투입되는 광학계로, 1차 광학계의 E × B형 편향기(149·8)의 윗쪽에 배치된 2단의 정전렌즈로 이루어지는 렌즈계(149·12)를 구비하고 있다. 검출기(149·13)는 2차 광학계(149·4)를 거쳐 보내진 2차 전자를 검출한다. 상기 광학계(149·1) 및 검출기(149·13)의 각 구성요소의 구조 및 기능은 종래의 것과 동일하므로 그것들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전자총(149·5)으로부터 방출된 하전 빔은 전자총의 정사각형 개구로 정형되어 2단의 렌즈계(149·6)에 의하여 축소되고, 편광기(149·7)로 광축을 조정받아 E × B 편향기(149·8)의 편향 중심면에 한 변이 1.925 mm인 정사각형으로 결상된다. E × B 편향기(149·8)는 시료의 법선에 수직한 평면내에서 전계와 자계를 직교시킨 구조로 되어 있어 전계, 자계, 전자의 에너지의 관계가 일정한 조건을 만족할 때에는 전자를 직진시키고, 그 이외일 때에는 이들 전계, 자계 및 전계의 에너지의 상호관계에 의하여 소정방향으로 편향되도록 되어 있다. 도 149에 있어서는 전자총으로부터의 하전 빔을 시료(W)에 수직하게 입사하여 또한 시료로부터 방출된 2차 전자를 검출기(149·13)의 방향으로 직진시키도록 설정되어 있다. E × B 편광기로 편향된 성형 빔은 렌즈계(149·9)로 1/5로 축소되어 시료(W)에 투영된다. 시료(W)로부터 방출된 패턴 화상의 정보를 가진 2차 전자는 렌즈계(149·9, 149·4)로 확대되어, 검출기(149·13)로 2차 전자화상을 형성한다. 이 4단의 확대렌즈는 렌즈계(149·9)가 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고, 렌즈계(149·12)도 역시 대칭 더블릿 렌즈를 형성하고 있기때문에 왜곡이 없는 렌즈로 되어 있다.

본 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 나타내는 것이 가능하다.

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

(2) 하전 빔 조사영역의 진공도에 대한 영향을 최소한으로 억제할 수 있게 되어, 하전 빔에 의한 시료에의 처리를 안정화시킬 수 있다.

(3) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또 하전 빔의 조사영역의 진공도가 안정된 검사장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

(4) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또 하전 빔 조사영역의 진공도가 안정된 노광장치를 저렴하게 제공할 수 있다.

(5) 스테이지의 위치결정성능이 고정밀도이고, 또 하전 빔 조사영역의 진공도가 안정된 장치에 의하여 반도체를 제조함으로써 미세한 반도체회로를 형성할 수 있다.

3-2) 전자선장치의 다른 실시형태

또한 이 사상투영방식의 과제해결을 고려한 또 하나의 방식으로서 1차 전자선을 복수로 하고, 상기 복수의 전자선을 2차원(X-Y 방향)으로 주사하면서(라스터 스캔) 시료 표면의 관찰영역을 조사함으로써 2차 전자 광학계는 사상투영방식을 채용한 방식이 있다.

이 방식은 상기한 사상투영방식의 이점을 가짐과 동시에, 이 사상방식의 과제인 (1) 전자선을 일괄 조사하기 위하여 시료 표면상에서 차지 업하기 쉬운 것, (2) 본 방식으로 얻어지는 전자선 전류에 한계가 있고(1.6μA 정도) 검사속도 향상의 방해가 되고 있는 것에 대해서는 복수의 전자선을 주사함으로써 해결할 수 있다. 즉, 전자선 조사점이 이동하기 때문에 전하가 빠져나가기 쉬워 차지 업이 감소한다. 또 복수의 전자선의 갯수를 늘림으로써 용이하게 전류값을 증가할 수 있다. 실시형태에 있어서는 4개의 전자선을 사용하는 경우, 1개의 전자선 전류가 500 nA(전자선의 지름 10㎛)으로 합계 2μA이 얻어지고 있다. 16개 정도로는 용이하게 전자선의 수를 늘리는 것이 가능하고, 이 경우에 8μA를 얻는 것이 원리적으로 가능하다. 복수의 전자선의 주사는 복수의 전자선에 의한 조사량이 조사영역이 균일해지도록 조사되면 좋기때문에 상기한 바와 같이 라스터 스캔에 한정하지 않고 리사쥬 도형 등의 다른 형상의 주사형상이어도 좋다. 따라서 스테이지의 주사방향은 복수의 전자선의 주사방향으로 수직일 필요는 없다.

3-2-1) 전자총(전자선원)

이 실시형태에서 사용되는 전자선원으로서 열전자선원을 사용하고 있다. 전자방출(에미터)재는 LaB6이다. 고융점(고온에서의 증기압이 낮다)에서 일함수가 작은 재료이면 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 방법, 또 하나의 방법은 1개의 에미터에 복수의 돌기를 형성하여 그곳으로부터 즉시 복수의 전자선을 인출하는 방법이다. 어느 쪽의 경우도 전자선은 돌기의 앞쪽 끝으로부터 방출되기 쉬운 성질을 이용하고 있다. 다른 방식의 전자선원 예를 들면 열전계 방출형 전자선이나 쇼트키타입도 사용 가능하다. 또한 전자총은 직사각형, 선형의 빔을 내는 것이어도 좋고, 그 형상을 만들어내기 위하여 개구형상으로 행하여도 좋고, 전자원의 전자 생성부(칩 또는 필라멘트 등)의 형상을 직사각형 또는 선형상으로 하여도 좋다.

또한 열전자 선원은 전자방출재를 가열함으로써 전자를 방출하는 방식으로, 열전해 방출 전자선원이란, 전자방출재에 고전계를 인가함으로써 전자를 방출시키고, 또한 전자선 방출부를 가열함으로써 전자방출을 안정시킨 방식이다.

도 150의 A는 상기 다른 실시형태에 의한 전자선장치의 개략도이다. 한편 도 150의 B는 복수의 1차 전자선으로 시료를 주사하는 형태를 나타내는 개략 평면 T 도이다. 공간 전하 제한조건으로 작동 가능한 전자총(150·1)은 도 150의 B에 부호 150·2로 나타내는 바와 같은 멀티 빔을 형성한다. 멀티 빔(150·2)은 원주상에 배치된 8개의 원형 빔인 1차 전자선(150·3)으로 구성된다.

전자총(150·1)에서 발생한 복수의 1차 전자선(150·3)은 렌즈(150·5, 150·6)를 사용하여 집속되고, 전극(150·7) 및 자석(150·8)으로 이루어지는 E × B 분리기(150·9)에 의하여 시료(W)에 대하여 직각으로 입사하도록 이루어져 있다. 이들 요소(150·4, 150·5, 150·6, 150·9)와 렌즈(150·10) 및 대물렌즈(150·11)를 포함하는 1차 광학계에 의하여 시료(W)상에 집속된 복수의 1차 전자선(150·3)으로 이루어지는 멀티 빔(150·2)은 렌즈(150·6)의 하류측에 설치한 2단 편향기(도시 생략. 1차 광학계에 포함된다)에 의하여 시료(W)상의 주사에 사용된다.

시료(W)의 주사는 대물렌즈(150·11)의 주면을 편향 중심으로 하여 x축 방향으로 행하여진다. 도 150의 B에 나타내는 바와 같이 멀티 빔(150·2)의 각각의 1차 전자선(150·3)은 원주상에 서로 떨어져 배치되어 있어 주사방향인 x 방향으로 직교하는 y축상에 투영하였을 때, 서로 인접하는 1차 전자선(150·3) 사이의 거리(각 1차 전자선의 중심에서 계측한다. )가 등간격이 되도록 설계되어 있다. 이때 서로 인접하는 1차 전자선(150·3)끼리는 떨어져 있어도, 접하여 있어도, 일부가 겹쳐 있어도 좋다.

서로 겹치는 피치는 100 ㎛ 이하의 임의의 값으로 설정하여도 되고, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하로 설정하여도 좋다. 빔형의 피치 이하로 함으로써, 빔끼리가 접촉하여 선형상의 형상으로 하는 것도 가능하다. 또 처음으로부터 직사각형 또는 선형상의 빔을 형성한 것을 사용하여도 좋다.

도 150의 B에 나타내는 바와 같이 멀티 빔(150·2)을 구성하는 각각의 1차 전자선(150·3)이 서로 떨어져 배치되어 있음으로써, 하나하나의 1차 전자선(150·3)의 전류밀도 한계값, 즉 시료(W)에 대전을 일으키게 하지 않는 한계의 전류밀도값은, 단일의 원형 빔을 사용한 경우와 동등하게 유지할 수 있고, 그것에 의하여 S/N 비의 저하를 방지할 수 있다. 또 각 1차 전자선(150·3)이 서로 떨어져 있기 때문에, 공간전하 효과도 작다.

한편, 멀티 빔(150·2)은 1회의 주사로 시료(W)를 시야(150·12)의 전면에 걸쳐 똑같은 밀도로 주사할 수 있다. 이에 의하여 높은 스루풋으로 화상형성을 할 수 있어 검사시간의 단축을 도모할 수 있다. 도 150의 B에서, 부호 150·2가 주사의 시점에 있는 멀티 빔을 나타낸다고 하면, 부호 150·13은 주사의 종점에 있는 멀티 빔을 나타낸다.

시료(W)는 시료대(도시 생략)에 탑재된다. 이 대는 x 방향으로의 주사시(예를 들면 200 ㎛ 폭으로 주사)에 주사방향 x에 직교하는 방향 y를 따라 연속 이동된다. 이에 의하여 라스터 주사가 행하여진다. 시료를 탑재한 대를 이동시키기 위한 구동장치(도시 생략)가 설치된다.

주사시에 시료(W)로부터 발생하여 여러 방향으로 방출된 2차 전자는, 대물렌즈(150·11)로 광축방향으로 가속되고, 그 결과 각 점으로부터 여러 방향으로 방출된 2차 전자는 각각이 가늘게 집속되어 렌즈(150·10, 150·11, 150·14, 150·15)로 상의 간격이 확대된다. 이들 렌즈(150·10, 150·11, 150·14, 150·15)를 포함하는 2차 광학계를 지나 형성된 2차 전자선(150·16)은 검출기(150·17)의 수광면에 투영되어 시야의 확대상을 결상시킨다.

광광학계에 포함되는 검출기(150·17)는 MCP(마이크로 채널 플레이트)로 2차전자선을 증배하여 신틸레이터로 광신호으로 변환하고, CCD 검출기로 전기신호로 변환한다. CCD로부터의 전기신호에 의하여 시료(W)의 2차원 화상을 형성할 수 있다. 각각의 1차 전자선(150·3)은 CCD 화소의 적어도 2화소 이상의 치수를 가지는 것으로 한다.

전자총(150·1)을 공간전하 제한조건으로 동작시킴으로써 1차 전자선(150·3)의 쇼트잡음은 온도제한조건으로 동작시킨 경우보다 약 1 자릿수 적게 할 수 있다. 따라서 2차 전자신호의 쇼트잡음도 1 자릿수 작게 할 수 있기 때문에 S/N 비가 좋은 신호를 얻을 수 있다.

본 실시형태의 전자선장치에 의하면 시료에 대전을 일으키게 하지 않는 1차 전자선의 전류밀도 한계값을 단일의 원형 빔을 사용한 경우와 동등하게 유지함으로써 S/N 비의 저하를 방지하면서 높은 스루풋으로 화상 형성함에 의하여 검사시간을 단축가능한다.

또 본 실시형태에 의한 디바이스제조방법은, 이와 같은 전자선장치를 사용하여 각 웨이퍼 프로세스의 종료후에 웨이퍼의 평가를 행함으로써 수율향상을 도모할 수 있다.

도 151은 도 150의 A의 실시형태에 의한 전자선장치의 상세를 나타내는 도면이다. 전자총(151·1)으로부터 방출된 4개의 전자선(151·2)(151·3∼151·6)은 개구 조리개(151·7)로 정형되고, 2단의 렌즈(151·8, 151·9)로 비엔나 필터(151·10)의 편향 중심면에 10 ㎛ × 12 ㎛의 타원형상으로 결상되어 도면의 지면 수직방향으로 편향기(151·11)에 의하여 라스터 스캔되고, 4개의 전자선 전체로서 1 mm × 0.25 mm의 직사각형 영역을 균일하게 커버하도록 결상된다. E × B(151·10)로 편향된 복수의 전자선은 NA 조리개로 크로스 오버를 맺어 렌즈(151·11)로 1/5로 축소되어 시료(W)에 200μ× 50 ㎛를 커버하고, 또 시료면에 수직하게 되도록 조사, 투영된다(켈라조명이라 불리운다). 시료로부터 방출된 패턴 화상(시료상 F)의 정보를 가진 4개의 2차 전자선(151·12)은 렌즈(15·11, 151·13, 151·14)로 확대되어 MCP(151·15)상에 전체로서 4개의 전자선(151·12)으로 합성된 직사각형 화상(확대 투영상 F`)으로서 결상한다. 이 2차 전자선(151·12)에 의한 확대 투영상(F')은 MCP(151·15)로 1만배에 증감되어 형광부에 의하여 빛으로 변환되고, TDI-CCD(151·16)로 시료의 연속이동속도에 동기된 전기신호가 되어 화상 표시부(151·17)로 연속된 화상으로서 취득되어 CRT 등에 출력하였다.

전자선 조사부는 시료 표면을 가능한 한 균일하게 또한 조사 불균일을 적게 하여 직사각형 또는 타원형상으로 전자선으로 조사할 필요가 있고, 또 스루풋을 올리기위해서는 보다 큰 전류로 조사영역을 전자선 조사할 필요가 있다. 종래의 전자선조사 불균일은 ±10% 정도로 화상의 컨트라스트 불균일이 크고, 또한 전자선 조사전류는 조사영역에 있어서 500 nA 정도로 적기 때문에 높은 스루풋이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다. 또 주사형 전자선 현미경(SEM)방식에 비하여 본 방식은 넓은 화상관찰영역을 일괄하여 전자선 조사하기 때문에 차지업에 의한 결상 장해가 생기기 쉽다는 문제가 있었다.

본 실시형태의 1차 전자선 조사방법을 도 152에 의하여 나타낸다. 1차 전자선(152·1)은 4개의 전자선(152·2∼152·5)으로 구성되고, 각각의 빔은 2 ㎛ × 2.4㎛의 타원형상으로 되어 있으며, 각각 1개당 200 ㎛ × 12.5 ㎛의 직사각형 영역을 라스터 스캔하여 그것들이 겹치지 않도록 맞추어서 전체로서 200μ× 50㎛의 직사각형 영역을 조사한다. 빔(151·2)은 151·2'으로 유한의 시간으로 도달하여 다음에 빔 스폿지름만큼(10 ㎛)어긋난 151·2의 바로 밑에 거의 시간 손실없이 되돌아가고, 다시 상기와 같은 유한의 시간으로 151·2∼151·2'에 평행하게 151·2'의 바로 밑(151·3'방향)으로 이동하고, 이것을 반복하여 도면의 점선으로 나타내는 직사각형 조사영역의 1/4(200㎛ × 12.5㎛)을 주사한 후 처음의 점(152·1)으로 되돌아가 이것을 고속으로 반복한다.

다른 전자선(152·3∼152·5)도 전자선(152·2)과 마찬가지로 동일한 속도로 주사를 반복하여 전체로서 도면의 직사각형 조사영역(200μ× 50㎛)을 균일하게 고속으로 조사한다.

균일하게 조사할 수 있으면, 상기한 라스터 스캔이 아니어도 좋다. 예를 들면 리사쥬형을 그리도록 주사하여도 좋다. 따라서 스테이지의 이동방향은 도면에 나타내는 방향 A일 필요는 없다. 즉, 스캔방향(도면의 가로방향의 고속 주사방향)으로 수직일 필요는 없다.

본 실시형태에서는 전자선 조사 불균일은 ±3% 정도로 조사할 수 있었다. 조사전류는 1개의 전자선당 250 nA이고 시료 표면에서 전체로서 4개의 전자빔으로 1.0μA를 얻을 수 있다(종래의 2배). 전자선의 갯수를 늘림으로써 전류를 증가할 수 있어 높은 스루풋을 얻을 수 있다. 또 조사점이 종래에 비하여 작고(면적으로 약 1/80) 또한 이동하고 있기 때문에 차지업은 종래의 1/20 이하로 억제할 수 있었다.

도면에 있어서는 도시 생략하고 있으나, 본 장치에는 렌즈 외에, 제한시야 조리개, 전자선의 축 조정을 위한 4극 또는 그 이상의 극수를 가지는 편향기(얼라이너), 비점수차 보정기(스티그메이터), 또한 빔형상을 정형하는 복수의 4중극 렌즈(4극자 렌즈) 등 전자선의 조명, 결상에 필요한 유닛을 구비하고 있다.

3-2-2) 전극의 구조

도 153은 전자선을 시료에 조사하는 정전렌즈를 사용한 전자 광학계에 있어서 절연파괴를 방지하는 전극구조를 구비하는 전자선장치를 나타내고 있다.

지금까지 광학적으로 검사하는 것만으로는 충분한 감도나 해상도가 얻어지지 않을 것 같은 미세한 시료의 표면상태를 검사하기 위하여 전자선을 이용한 고감도, 고해상도의 전자선장치를 사용하기 위한 검토가 이루어지고 있다.

이와 같은 전자선장치는 전자선원에 의하여 전자선을 방출하고, 정전렌즈 등의 정전광학계에 의하여 이 방출된 전자선을 가속하거나 수속하거나 하는 등으로 하여 검사대상인 시료에 입사된다. 다음에 전자선의 입사에 의하여 시료로부터 방출되는 2차 전자선을 검출함으로써, 검출된 2차 전자선에 대응하는 신호를 발생시키고, 이 신호에 의하여 예를 들면 시료의 데이터를 형성한다. 이 형성된 데이터에 의하여 시료의 표면상태를 검사한다.

이와 같은 전자선장치에 사용되는 정전렌즈 등의 정전렌즈를 사용한 전자 광학계에는 전자선을 가속하거나 수속하기 위한 전계를 생성하는 전극이, 전자선의 광축방향으로 다단으로 배치되어 있다. 이들 전극에는 각각 소정의 전압이 인가되고, 이와 같이 하여 전극의 전위차에 의하여 생기는 전계에 의하여 전자선을 가속하거나, 광축상의 소정의 점에 수속시키도록 하고 있다.

종래의 전자선장치에 있어서는 전자선원으로부터 방출한 전자선의 일부가, 정전렌즈를 사용한 전자 광학계에서의 전계에 관계없이 전극에 충돌하는 경우가 있다. 이 경우에 전자선이 전극에 충돌함으로써 전극 자체로부터 2차 전자선이 방출된다. 이 전극으로부터 방출되는 2차 전자선의 양은, 전극의 재료 또는 전극을 코팅하고 있는 재료에 의하여 변화된다. 이 전극으로부터 방출되는 2차 전자선이 많아지면 이 2 차 전자선은 전극의 전계에 의하여 가속되어 장치내의 잔가스를 이온화하고, 이 이온이 전극에 충돌함으로써 다시 전극으로부터 2차 전자선이 방출된다. 따라서 2차 전자선이 대량으로 방출되면 전극 사이에 있어서 방전이 생기기 쉬워져, 전극사이에서 절연파괴를 일으킬 확률이 증가하여 버린다.

예를 들면 전극이 알루미늄으로 코팅되어 있는 경우와, 금으로 코팅되어 있는 경우에서 절연파괴의 확률을 비교하면, 알루미늄의 경우의 음의 쪽이 전극 사이의 절연파괴의 확률이 약간 높았다. 알루미늄은 일함수가 4.2[eV]이고, 금의 일함수는 4.9 [eV]이다. 여기서 일함수란, 금속에 있는 1개의 전자선을 진공 중으로 인출하는 데 필요한 최소의 에너지이다(단위 : eV).

또 전극이 금으로 코팅되어 있는 경우로서, 또한 전자선장치의 시료가 반도체 웨이퍼인 경우는, 코팅한 금에 전자선이 충돌함으로써 금이 스퍼터되어 반도체 웨이퍼의 표면에 금이 부착되어 버리는 경우가 있다. 반도체 표면에 금이 부착되면 나중의 열공정에서 금이 실리콘 결정 중으로 확산되어 트랜지스터의 성능을 열화시킨다. 따라서 이 경우에 전자선장치는 반도체 웨이퍼의 검사에 적합하지 않다.

한편, 정전렌즈를 사용한 전자 광학계의 예를 들면 정전렌즈에 있어서는 전극간 거리를 짧게 함으로써 초점거리가 짧은 정전렌즈를 얻을 수 있다. 초점거리가 짧으면 정전렌즈의 수차계수는 작아져 저수차가 되기 때문에, 정전렌즈는 고분해능이 되어, 평가장치의 분해능이 향상한다.

또 정전렌즈의 전극 사이에 인가하는 전위차를 크게 함에 의해서도 초점거리가 짧은 정전렌즈로 할 수 있다. 따라서 전극간 거리를 짧게 하는 경우와 같이, 정전렌즈는 저수차로 고분해능이 되어 전자선장치의 분해능이 향상한다. 따라서 전극간 거리를 짧게 하여 전극사이의 전위차를 크게 하여 주면, 상승적으로 정전렌즈는 저수차로 고분해능으로 할 수 있다. 그러나 전극간 거리를 짧게 하여 전극 사이의 전위차를 크게 하면 전극 사이에 있어서 방전이 생기기 쉬워져 전극 사이에서 절연파괴를 일으킬 확률이 증가하여 버린다는 문제가 있다.

종래, 전극 사이의 절연은 전극 사이에 절연재료를 삽입하고, 이 절연재료에 의하여 전극을 지지함으로써 전극 사이의 절연을 유지하고 있었다. 또 전극 사이의 절연재료의 최단 연면거리(절연 표면길이)를 길게 함으로써, 절연재료 표면의 절연성능을 높이고 있었다. 예를 들면 절연재료의 표면을 전극간 방향의 주름형상으로 함으로써 전극 사이에 있어서의 최단 연면거리를 길게 하고 있었다.

그러나 일반적으로 절연재료 표면의 가공은 금속의 가공에 비하면 가공이 곤란하고, 가공비용이 고가가 된다. 또 절연재료 표면을 주름형상 등으로 하면, 절연재료의 표면적이 넓어지기 때문에, 전자선장치내가 진공인 경우는 절연재료로부터의 방출가스가 많아지는 경우가 있다. 따라서 진공도의 열화를 초래하여 오히려 전극 사이의 내압이 내려가는 경우가 많았다.

도 153의 실시형태는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이하 이 실시형태에 관한 정전광학계의 전극 사이의 절연파괴를 방지할 수 있는 전자선장치를 정전광학계를 가지는 사상투영형 평가장치에 적용한 경우에 대하여 그 사상투영형 평가장치의 구성, 동작 및 그 장치를 사용한 디바이스제조방법을 설명한다.

도 153에 있어서, 사상투영형 평가장치(153·1)는 시료를 조사하는 전자선이 소정의 방사면을 가지고 있고, 전자선의 조사에 의하여 시료로부터 방사되는 2차 전자선도 소정의 방사면을 가지고 있다. 전자선원(153·2)으로부터는 2차원 영역, 예를 들면 직사각형의 방사면을 가지는 전자선이 방사되어 정전렌즈계(153·3)에 의하여서 소정배율로 확대된다. 확대된 전자선은 비스듬하게 윗쪽으로부터 E × B 형 편향기(153·4)에 입사되어 E × B형 편향기(153·4)의 전계와 자계가 직교하는 곳에 의하여 시료인 반도체 웨이퍼(153·5)의 방향으로 편향된다(도 153의 실선).

E × B형 편향기(153·4)에 의하여 반도체 웨이퍼(153·5)쪽으로 편향된 전자선은 정전대물렌즈계(153·6)내의 전극에 인가된 전압에 의하여 발생한 전계에 의하여 감속되고, 정전대물렌즈계(153·6)에 의하여 반도체 웨이퍼(153·5)에 결상된다.

다음에 반도체 웨이퍼(153·5)에의 전자선의 조사에 의하여 발생한 2차 전자선은 정전대물렌즈계(153·6)의 전계에 의하여 검출기(153·7)의 방향으로 가속되고 (도 153의 점선), E × B형 편향기(153·4)에 입사된다. E × B형 편향기(153·4)는 가속된 2차 전자선을 정전 중간 렌즈계(153·8)방향을 향하고, 다음에 정전 중간 렌즈계(153·8)에 의하여 2차 전자선을 검출기(153·7)에 입사함으로써 2차 전자선이 검출된다. 검출기(153·7)에 의하여 검출된 2차 전자선은 데이터로 변환되어 표시장치(153·9)에 송신되고, 표시장치(153·9)에 2차 전자선의 화상을 표시하여 반도체 웨이퍼(153·5)의 패턴을 검사한다.

다음에 사상투영형 평가장치(153·1)에 있어서의 정전렌즈계(153·3), 정전대물렌즈계(153·6), 정전 중간 렌즈계(153·8) 및 E × B형 편향기(153·4)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 전자선이 통과하는 정전렌즈계(153·3), 정전대물렌즈계(153·6)나, 2차 전자선이 통과하는 정전 중간 렌즈계(153·8)는 소정의 전계를 발생시키는 위한 복수의 전극을 포함하고 있다. 또 이들 모든 전극의 표면에는 백금이 코팅되어 있다. 또한 E × B형 편향기(153·4)의 전극(153·10)의 표면도 백금으로 코팅되어 있다.

여기서 도 154를 참조하여 전극을 코팅하는 금속마다에 있어서의 절연파괴 발생확률에 대하여 설명한다. 또 절연파괴 발생율은 금속마다 상대적인 대소관계로 나타내고 있다. 또 사상투영형 평가장치에 있어서 전극을 코팅하는 금속의 종류를 제외하는 다른 검사조건은 동일하게 하였다.

먼저, 전극을 코팅한 금속이 알루미늄인 경우와, 금인 경우에 있어서, 절연파괴가 발생할 확률을 비교하면, 금의 경우쪽이 전극의 절연파괴의 발생확률이 약간 낮았다. 따라서 금의 경우쪽이 절연파괴의 방지에 있어서는 효과가 있었다. 또한 전극을 코팅한 금속이 금인 경우와, 백금인 경우에 있어서, 절연파괴가 발생할 확률을 비교하면 백금의 경우쪽이 전극의 절연파괴의 발생확률이 더욱 낮았다.

여기서 각 금속의 일함수는 알루미늄이 4.2[eV〕이고, 금이 4.9[eV〕, 백금은 5.3 [eV]이다. 금속의 일함수란, 금속에 있는 1개의 전자선을 진공중으로 인출하는 데 필요한 최소의 에너지이다(단위 : eV). 즉, 일함수의 값이 클수록 전자선이 인출하기 어렵게 된다.

따라서 사상투영형 평가장치(153·1)에 있어서 전자선원(153·2)으로부터 방사된 전자선이 전극에 충돌한 경우에 일함수의 값이 큰 금속(일함수의 값이 큰 금속을 주재료로 하는 합금도 포함한다)이 전극에 코팅되어 있으면, 전극으로부터 방출되는 2차 전자선은 적어지기 때문에, 전극의 절연파괴의 발생확률도 저하한다. 그 때문에 일함수가 큰 금속이면, 어느 정도 좋다. 구체적으로는 전극에 코팅되는 금속의 일함수가 5 [eV〕이면 전극의 절연파괴의 발생확률은 낮게 억제할 수 있다.

또 이 실시형태와 같이, 검사대상이 되는 시료가 반도체 웨이퍼(153·5)이고, 또한 전극에 코팅되는 금속이 금인 경우이면 전자선이 금에 충돌함으로써, 반도체 웨이퍼(153·5)의 패턴상에 금이 부착되어 버리는 경우가 있었다. 따라서 이 실시형태에 있어서는 전극에 코팅되는 금속이 백금이면, 반도체 웨이퍼(153·5)의 패턴상에 백금이 부착하지 않고, 또 백금이 부착하는 일이 있더라도 디바이스성능을 열화시키는 일도 없다. 또한 전극의 절연파괴의 발생확률도 낮게 할 수 있어 더욱 바람직하다.

다음에 도 155와 도 156을 참조하여 전극의 형상과 구성의 일례를 설명한다. 도 155에 있어서 전극(155·1)이란, 정전렌즈계(153·3), 정전대물렌즈계(153·6) 및 정전 중간 렌즈계(153·8)에 포함되는 정전렌즈의 전극이다.

전극(155·1)은 전자선이나 2차 전자선이 통과할 수 있는 통과구멍이 대략 중앙부에 있는 원반형상으로 되어 있고, 이 실시형태의 사상투영형 평가장치(153·1)에 있어서, 전극(155·1)에는 도시 생략한 전원장치에 의하여 소정의 전압이 인가되어 있다.

도 156은 전극(155·1)의 표면부의 일부 단면도이다. 또한 E × B형 편향기(153·4)의 전극(153·10)의 표면도 전극(155·1)의 표면과 동등한 구성으로 하여도 좋다. 전극(155·1)의 재료는 규소구리(실리콘브론즈)(156·1)로 구성되어 필요한 치수형상으로 가공된 규소구리(156·1)상에 티탄(156·2)을 50 nm의 두께가 되도록 스퍼터·코팅하고, 다시 티탄(156·2)상에 백금(156·3)을 200 nm의 두께가 되도록스퍼터·코팅을 행하여 전극(155·1)이 형성된다.

여기서 도 157 및 도 158을 참조하여 이 실시형태에 있어서 전극 사이의 전위차가 큰 경우의 전극 사이의 절연파괴를 방지하는 전극구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 157의 전극(157·1, 157·2)은 예를 들면 정전대물렌즈계(153·6)에 포함되어 있는 전극으로, 상기한 바와 같이 전극에는 백금이 코팅되어 있다. 또 전극(157·1, 157·2)에는 도시 생략한 전원장치에 의하여 소정의 전압이 인가되어 있다. 이 실시형태에서는 반도체 웨이퍼(153·5)측의 전극(157·2)에는 고전압, 예를 들면 15 kV의 전압이 인가되고, 전극(157·1)에는 5 kV의 전압이 인가되어 있다.

전자선이나 2차 전자선이 통과하는 통과구멍(157·3)은 전극(157·1, 157·2)의 중앙부에 있고, 통과구멍(157·3)내는 전극(157·1, 157·2)의 전위차에 의하여 전계가 형성되어 있다. 이 전계에 의하여 전자선은 감속하고, 또한 수속되어 반도체 웨이퍼(153·5)에 조사된다. 이때 전극 사이의 전위차가 크기 때문에, 정전대물렌즈계(153·6)는 초점거리가 짧은 정전대물렌즈로 할 수 있다. 따라서 정전대물렌즈계(153·6)는 저수차로 고분해능이 된다.

전극(157·1, 157·2)의 사이에는 절연스페이서(157·4)가 삽입되어 있고, 절연 스페이서(157·4)는 전극(157·1, 157·2)을 대략 수직하게 지지하고 있다. 절연 스페이서(157·4)의 전극 사이에 있어서의 최단 연면거리는 지지된 전극부분에 있어서의 전극간 거리와 대략 동일한 길이이다. 즉, 전극 사이의 절연 스페이서(157·4)의 표면은 전극간 방향에서 주름형상 등으로 되어 있지 않고, 대략 직선으로 되어 있다.

전극(157·2)은 전극간에 있어서 최단 거리로 되어 있는 제 1 전극면(157·5)과, 이 제 1 전극면(157·5)보다도 전극간 거리가 긴 제 2 전극면(157·6)과, 제 1 전극면(157·5)과 제 2 전극면(157·6)의 사이에 이들 2개의 전극간 방향의 단차(157·7)(도 158)를 가지고 있다. 절연 스페이서(157·4)는 전극(157·2)을 제 2 전극(157·6)으로 지지하고 있다.

전극(157·2)을 이와 같은 형상으로 하였기 때문에, 전극간의 최단 거리를 소정거리로 유지하면서, 절연 스페이서(157·4)의 표면을 전극간 방향에서 주름형상 등으로 가공하지 않고 절연 스페이서(157·4)의 최단 연면거리를 전극간의 최단 거리보다 길게 하는 것이 가능해진다. 또 절연 스페이서(157·4)의 표면에는 큰 전계가 가해지지 않기 때문에, 연면방전도 일어나기 어려운 구조로 할 수 있다.

따라서 정전대물렌즈계(135·6)를 초점거리가 짧은 정전대물렌즈로 하고, 또한 저수차로 고분해능으로 할 수 있으며, 또한 절연 스페이서(157·4)의 전극 사이의 절연성능이 저하하지 않기 때문에, 전극 사이의 절연파괴를 방지할 수 있다. 또 금속인 전극(157·2)에 단차(157·7)를 설치하도록 가공하였기 때문에, 절연 스페이서(157·4)를 가공하는 것보다 가공비용이 저렴해진다. 아울러 전극간 방향에 있어서의 절연 스페이서(157·4)의 표면에는 거의 요철부분이 없고, 절연 스페이서(157·4)로부터의 방출가스가 많아지는 일도 없다. 또한 전극(157·1)의 통과구멍(157·3)의 개구단부(157·8)와, 전극(157·2)의 통과구멍(157·3)의 개구단부(157·9)와의 코너부에 곡률을 가지게 하였기 때문에, 양 코너부에 전계가 집중하는 일이 없어져 전극 사이의 절연파괴를 더욱 방지할 수 있다. 또한 전극(157·2)의 단차(157·7)의 전극간측의 코너부에 곡률을 가지게 하였기 때문에, 코너부에 전계가 집중하는 일이 없어, 전극 사이의 절연파괴를 더욱 방지할 수 있다.

또한 이 실시형태에서는 전극(157·2)에 단차(157·7)를 설치하였으나, 전극(157·1)에도 전극(157·2)방향으로 단차를 설치하도록 가공하여도 좋고, 전극(157·2) 대신에, 전극(157·1)에만 전극(157·2)방향으로 단차를 설치하도록 가공하여도 좋다. 또 정전대물렌즈계(153·6)에 있어서 절연스페이서(157·4)가 삽입된 전극을 설명하였으나, 다른 정전렌즈계에서 전위차가 큰 전극이 있는 경우는, 그 정전렌즈계에 적용함으로써 전극 사이의 절연파괴를 방지할 수 있다.

도 153∼도 158을 사용하여 설명한 실시형태는, 이미 설명한 디바이스제조방법에 있어서의 검사공정에 사용함으로써, 정전렌즈계의 전극 사이에서 절연파괴가 생기는 일 없이 반도체 웨이퍼의 평가를 행하는 것이 가능하게 된다.

3-3) 제진장치에 관한 실시형태

본 실시형태는, 전자선을 물질의 목표위치에 조사함으로써, 상기 물질의 가공, 제조, 관측 및 검사 중 적어도 어느 하나를 실행하는 전자선장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자선을 위치 결정하는 기계구조체에 생기는 불필요한 기계적 진동을 감소시킨 전자선장치, 그 제진방법 및 그 장치를 사용한 반도체디바이스의 가공, 제조, 관측 및 검사 중 적어도 어느 하나를 실행하는 공정을 구비한 반도체제조 프로세스에 관한다.

일반적으로 전자선을 사용하여 물질이 미세한 구조를 관측하는 방법으로, 웨이퍼 등에 형성된 패턴의 결함을 검사하는 검사장치나 주사형 전자선현미경(SEM) 등이 있으나, 관측 분해능이 ㎛ ∼ 수십 nm 이기 때문에, 외부로부터의 진동을 충분히 제진하여 관측을 행할 필요가 있다. 또 전자선을 사용하여 노광을 행하는 장치에 있어서도 전자선을 편향시켜 목표위치에 정확하게 빔 조사하기 위해서는 외부로부터의 진동을 충분히 제진하기 위한 제진장치를 사용하고, 또 경통부분의 구조로부터 생기는 기계적 공진에 의한 흔들거림을 가능한 한 작게 하기 위하여 강성을 올릴 필요가 있다. 구조체의 강성을 올리기 위해서는, 전자 광학계에 의한 물리적인 치수제약이 있기 때문에, 소형화에 의한 강성의 향상은 취하기 어렵고, 따라서 경통부분의 두께를 두껍게 하는, 대형화 등에 의하여 강성향상이 이루어지는 것이 많았다. 그러나 이 방법에 의한 강성향상은 장치의 중량화, 형상제한, 제진대의 대형화 등을 포함하는 설계상의 자유도의 구속 및 경제적인 면을 포함하여 불리한 면이 많이 있었다.

본 실시형태는 상기 사실을 감안하여 빔을 위치결정하는 기계구조체의 공진에의한 불필요한 진동을, 반드시 기계구조체의 강성을 향상시키지 않아도 빔의 위치결정을 고정밀도로 유지할 수 있도록 적절하게 감쇠 가능하게 함으로써, 설계상의 제약의 완화, 장치의 소형 경량화, 경제성의 향상을 실현시킨 전자선장치 및 상기 장치를 반도체디바이스의 제조공정에 사용하여 효율좋게 제조, 검사, 가공, 관측 등을 가능하게 하는 반도체제조 프로세스를 제공한다.

도 159는 본 실시형태를 전자선을 사용하여 반도체 웨이퍼의 결함검사를 행하는 전자선검사장치에 적용한 경우의 구성을 나타낸다. 상기 도면에 나타내는 전자선검사장치(159·1)는 이른바 사상투영형이고, A 블럭 및 이 A 블럭으로부터 비스듬하게 윗쪽으로 돌출하는 B 블럭의 기계구조체를 가진다. B 블럭내에는 1차 전자선을 조사하는 1차 전자선 조사수단이 배치되고, A 블럭내에는 2차 전자선을 사상투영하기 위한 사상투영 광학계와, 2차 전자선의 강도를 검출하는 촬상수단이 포함된다. A 블럭은 최하의 고정대(159·2)에 연결된다.

B 블럭내에 배치된 1차 전자선 조사수단은, 1차 전자선을 방출, 가속하기 위하여 캐소드 및 애노드로 구성된 전자선원(159·3), 1차 전자선을 직사각형으로 정형하는 직사각형 개구(159·4) 및 1차 전자선을 축소 결상시키는 4극자 렌즈(159·5)를 구비한다. A 블럭의 하부에는 축소된 1차 전자선을 전장(E) 및 자장(B)이 직교하는 장소에서 반도체 웨이퍼(159·6)에 대략 수직하게 닿도록 편향시키는 E × B 편향기(159·7), 개구 애퍼처(NA)(159·8) 및 상기 개구 애퍼처를 통과한 1차 전자선을 웨이퍼(159·6)상에 결상시키는 대물렌즈(159·9)가 배치된다.

여기서 4극자 렌즈(159·5)에 의하여 축소된 1차 전자선은 E × B 편향기(159·7)의 편향 주면에 예를 들면 500㎛ × 250㎛의 상을 형성하면서 동시에 개구 애퍼처(159·8)에 전자선원(159·3)의 크로스오버상을 형성하여 켈라조명 조건이 만족되도록 하고 있다. 대물렌즈(159·9)에 의하여 웨이퍼(159·6)상에는 예를 들면 100㎛× 50㎛의 상이 형성되고, 상기 영역이 조명된다.

웨이퍼(159·6)는 진공으로 배기 가능한 도시 생략한 시료실내에 배치되고, 또 X-Y 수평면내를 이동 가능한 스테이지(159·10)의 위에 배치되어 있다. 여기서 A 블럭 및 B 블럭과, XYZ 직교 좌표계와의 관계를 도 160(a)에 나타낸다. X-Y 수평면에 웨이퍼면이 있고, Z축은 사상투영 광학계의 광축에 대략 평행하게 된다. 스테이지(159·10)가 웨이퍼(159·6)를 탑재한 상태로 X-Y 수평면내를 이동함으로써, 웨이퍼(159·6)의 검사면이 1차 전자선에 의하여차례로 주사된다. 또한 스테이지(159·10)는 고정대(159·2)의 위에 탑재된다.

A 블럭의 상부에 배치된 사상투영 광학계는, 중간 정전 렌즈(159·11) 및 투영 정전 렌즈(159·12)와, 이들 렌즈의 중간에 배치된 조리개(159·13)를 구비한다. 1차 전자선의 조사에 의하여 웨이퍼(159·6)로부터 방출된 2차 전자선, 반사전자선 및 산란전자선은, 이 사상투영 광학계에 의하여 소정의 배율(예를 들면 200∼300배)로 확대 투영되어, 뒤에서 설명하는 마이크로 채널 플레이트(159·14)의 하면에 결상된다.

A 블럭의 최상부에 배치된 촬상수단은, 마이크로 채널 플레이트(159·14)와, 형광 스캔(159·15)과, 릴레이 렌즈(159·16)와, 촬상부(159·17)를 구비한다. 마이크로 채널 플레이트(159·14)는 플레이트내에 다수의 채널을 구비하고 있고, 정전렌즈(159·11 및 159·12)에 의하여 결상된 2차 전자선이 상기 채널내를 통과하는 사이에 다수의 더욱 전자선을 생성시킨다. 즉, 2차 전자선을 증폭시킨다. 형광 스캔(159·15)은 증폭된 2차 전자선이 조사됨으로써, 2차 전자선의 강도에 따른 강도의 형광을 발한다. 즉, 2차 전자선의 강도가 빛의 강도로 변환된다. 릴레이 렌즈(159·16)가 이 형광을 촬상부(159·17)로 유도하도록 배치된다. 촬상부(159·17)는 릴레이 렌즈(159·16)에 의하여 유도된 빛을 전기신호로 변환하기 위한 다수의 CCD 촬상 소자로 구성된다. 검출신호의 S/N 비를 향상시키기 위하여 이른바 TDI 검출기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 1차 전자선의 조사에 의하여 2차 전자선 뿐만 아니라 산란전자선이나 반사전자선도 발생하나, 여기서는 일괄하여 2차 전자선이라 부르기로 한다.

그런데 A 블럭 및 이것에 연결된 B 블럭의 기계구조체로 이루어지는 경통(160·1)은 통상, 하나 또는 그 이상의 고유진동모드를 가진다. 각 고유진동모드의 공진 주파수 및 공진방향은 형상, 질량분포, 크기, 내부의 기계의 배치형태 등에 의하여 결정된다. 예를 들면 도 160(b)에 나타내는 바와 같이 경통(160·1)은 고유진동(160·2)의 모드를 적어도 가진다. 이 모드 1에 있어서, 경통(160·1)은 예를 들면 대략 Y 방향을 따라 150 Hz의 주파수로 흔들린다. 이 경우의 경통의 전달함수의 일례를 도 161에 나타낸다. 도 161에서는 가로축이 주파수, 세로축이 진동진폭 A의 대수(對數)이다. 이 전달함수에서는 공진 주파수 150 Hz에서 공진배율 30 dB(약 30배)의 게인을 가진다. 따라서 외부로부터 미소한 진동이 가해진 경우에도 그 진동에 150 Hz 근방의 주파수성분이 포함되어 있으면, 그 주파수성분은 이 예에서는 약 30배로 증폭되어 경통을 진동시킨다. 이 결과, 사상의 빛무리 등의 유해한 사상을 발생시킨다.

종래기술에서는 이것을 방지하기 위하여 경통 전체를 제진대의 위에 얹어 외부로부터의 진동을 제진하거나 또는 경통의 두께나 구조를 재검토, 공진배율을 내리는 등의 대규모의 대책을 행하고 있었다.

본 실시형태에서는 이것을 피하기 위하여 도 160(c)에 나타내는 바와 같이 진동(160·2)을 상쇄하도록 경통에 대하여 압력진동(160·3)을 가하는 액츄에이터(160·4)를 A 블럭의 기초부에 설치한다. 이 액츄에이터(160·4)는 진동감쇠용 회로(159·18)에 전기적으로 접속되어 있다.

액츄에이터(160·4) 및 진동감쇠용 회로(159·18)의 개략 구성을 도 162에 나타낸다. 상기 도면에 나타내는 바와 같이 액츄에이터(160·4)는 압전효과를 가지는 유전체(162·1)를 전극(162·2, 162·3)으로 끼워 이루어지는 압전소자(162·4)와, 상기 압전소자를 전극(162·3)측에서 지지하기 위하여 고정대(159·2)에 고정된 지지대(162·5)를 가진다. 압전소자(162·4)는 경통(160·1)의 A 블럭과 지지대(162·5)와의 사이에 끼워져 있고, 전극(162·2)은 A 블럭의 외벽에, 전극(162·3)은 지지대(162·5)에 접착되어 있다. 이에 의하여 압전소자(162·4)는 왕복진동(160·2)에 의하여 경통(160·1)이 향하여 올 때는 양의 압력, 경통(160·1)이 멀어질 때는 음의 압력을 받는다. 압전소자(162·4)는 경통(160·1)의 진동(160·2)을 억제하기 위하여 효과적인 위치에 설치된다. 예를 들면 진동(160·2)의 방향이, 전극(162·2 및 162·3)과 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

진동감쇠용 회로(159·18)는, 압전소자(162·4)의 양 전극(162·2, 162·3)의 사이를 직렬로 접속된 가변 인덕턴스(162·6) 및 저항(162·7)으로 구성된다. 가변 인덕턴스(162·6)는 인덕턴스(L), 저항(162·7)은 저항값(RD), 압전소자(162·4)는 전기용량(C)을 가지기 위하여 직렬 접속된 압전소자(162·4) 및 진동감쇠용 회로(159·18)는 참조번호(162·8)에 의하여 표시되는 직렬 공진회로와 등가가 된다. 이 직렬 공진회로의 공진 주파수(f_o')는

fo' = 1/{2π(LC)^1/2}

으로 나타낸다. 본 실시형태에서는 직렬 공진회로의 공진 주파수(f_o')가 경통(160·1)의 공진 주파수(f_o)에 대략 일치하도록 각 파라미터가 설정된다. 즉, 주어진 압전소자(162·4)의 전기용량(C)에 대하여,

fo = 1/{2π(LC)^1/2}

이 성립하도록 가변 인덕턴스(162·6)의 인덕턴스(L)가 조정된다. 실제로는 압전소자(162·4)의 용량(C)은 기계적 공진 주파수에 맞추어 공진회로를 형성하는 상에서는 작고, 이 때문에 아주 큰 인덕턴스(L)를 필요로 하는 경우가 많으나, 이 경우에는 연산증폭기 등을 사용하여 등가적으로 큰 인덕턴스를 형성함으로써 공진회로를 실현할 수 있다.

또 직렬 공진회로의 공진주파수성분의 Q 값이, 도 161에 나타내는 전달함수에 있어서 피크를 가지는 공진성분의 Q 값에 대략 일치하도록 저항(162·7)의 값(R_D)이 선택된다. 이와 같이 하여 만들어진 직렬 공진회로(162·8)는 도 161의 참조번호 (161·1)에 의하여 표시되는 전기적 주파수 특성을 가진다.

도 159에 나타내는 전자선검사장치(159·1)는, 제어부(159·19)에 의하여 제어·관리된다. 제어부(159·19)는 도 159에 나타내는 바와 같이 범용적인 퍼스널컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 이 컴퓨터는 소정의 프로그램에 따라 각종 제어, 연산처리를 실행하는 제어부 본체(159·20)와, 본체(159·20)의 처리결과를 표시하는 CRT(159·21)와, 오퍼레이터가 명령을 입력하기 위한 키보드나 마우스 등의 입력부(159·22)를 구비한다. 물론 전자선검사장치 전용의 하드웨드, 또는 워크스테이션 등으로 제어부(159·19)를 구성하여도 좋다.

제어부 본체(159·20)는 도시 생략한 CPU, RAM, ROM, 하드디스크, 비디오 기판 등의 각종 제어기판 등으로 구성된다. RAM 또는 하드디스크 등의 메모리상에는 촬상부(159·17)로부터 수신한 전기신호, 즉 웨이퍼(159·6)의 2차 전자선 화상의 디지털 화상 데이터를 기억하기 위한 2차 전자선 화상 기억영역(159·23)이 할당되어 있다. 또 하드디스크상에는 미리 결함이 존재하지 않는 웨이퍼의 기준 화상 데이터를 기억하여 두는 기준 화상 기억부(159·24)가 존재한다. 또한 하드디스크상에는 전자선 검사장치 전체를 제어하는 제어 프로그램 외에, 결함검출 프로그램(159·25)이 저장되어 있다. 이 결함검출 프로그램(159·25)은 스테이지(159·10)의 XY 평면내의 이동을 제어함과 동시에, 그 사이에 촬상부(159·17)로부터 수신한 디지털화상 데이터에 대하여 가산 등의 각종 연산처리를 행하고, 그 결과 얻어진 데이터로부터 기억영역(159·23)상에서 2차 전자선 화상을 재구성하는 기능을 가진다. 또한 이 결함검출 프로그램(159·25)은 기억영역(159·23)상에서 구성된 2차 전자선 화상 데이터를 판독하고, 이 화상 데이터에 의거하여 소정의 알고리즘에 따라 웨이퍼(159·6)의 결함을 자동적으로 검출한다.

다음에 이 실시형태의 작용을 설명한다. 전자선원(159·3)으로부터 1차 전자선을 방출하여 직사각형 개구(159·4), 4극자 렌즈(159·5), E × B 편향기(159·7) 및 대물렌즈(159·9)를 통하여 세트된 웨이퍼(159·6) 표면상에 조사한다. 상기한 바와 같이 웨이퍼(159·6)상에서 예를 들면 100㎛ × 50㎛의 피검사영역이 조명되어 2차 전자선이 방출된다. 이 2차 전자선은 중간 정전렌즈(159·11) 및 투영정전렌즈(159·12)에 의하여 멀티 채널 플레이트(159·14)의 하면에 확대투영되고, 촬상부(159·17)에 의하여 촬상되어 웨이퍼(159·6)상의 투영된 영역의 2차 전자선 화상을 얻을 수 있다. 스테이지(159·10)를 구동하여 웨이퍼(159·6)를 소정폭마다 X-Y 수평면내에서 차차 이동하여 상기 순서를 실행함으로써 검사면 전체의 화상을 얻을 수 있다.

확대된 2차 전자선 화상을 촬상하고 있는 사이에, 경통(160·1)에 공진 주파수(f_o)(150 Hz)의 진동성분을 포함하는 외력이 가해지면 경통(160·1)은 그 전달함수로 정해지는 공진배율(30 dB)로 이 진동성분을 증폭시켜 고유 진동한다. 이 진동(160·2)은 압전소자(162·4)에 음양의 압력을 인가한다. 압전소자(162·4)는 경통(160·1)의 진동 에너지를 일단 전기 에너지로 변환하여 출력한다. 압전소자(162·4)의 양 전극(162·2, 162·3)에는 인덕턴스(162·6)(L) 및 저항(162·7)(R_D)이 직렬접속되어 공진회로를 형성하고 있기 때문에, 공진주파수(f_o)에서 압전소자(162·4)의 용량성 임피던스와 인덕턴스(162·6)의 유도성 임피던스(L)는 상쇄되고, 공진회로의 임피던스는 사실상, 저항(R_D)만이 된다. 따라서 공진시에는 압전소자(162·4)로부터 출력되는 전기 에너지는 저항(162.7)(R_D)에 의하여 대략 전부 소비된다.

이와 같이 하여 경통(160·1)으로부터 압전소자(162·4)에 가해지는 외력을 상쇄하도록 압전소자(162·4)는 힘을 발생하게 되고, 기계공진에 의하여 발생하는 진동(160·2)을 상쇄하여 공진배율을 내릴 수 있다. 2차 전자선은 확대 사상되기 때문에 진동에 의한 사상의 흔들림은 더욱 큰 것이 되나, 이 실시형태에서는 이와 같은 흔들림에 기인한 사상의 빛무리를 미연에 방지할 수 있다.

도 163에 나타내는 바와 같이 기계구조체로서의 경통(160·1)의 전달함수(161·1)(도 161에 상당)의 공진성분은, 전기적 주파수 특성(163·1)을 가진 직렬 공진회로(162·8)의 공진성분에 의하여 상쇄되고, 경통(160·1)은 전체로서 공진배율이 낮은 종합 전달함수(163·2)를 가지게 된다.

이상과 같이 사상의 빛무리가 없는 양호한 2차 전자선 화상를 얻을 수 있으면이 실시형태의 전자선검사장치(159·1)는 상기 화상으로부터 웨이퍼(159·6)의 결함을 검사하는 처리를 행한다. 이 결함검사처리로서, 이른바 패턴 매칭법 등을 사용할 수 있다. 이 방법에서는 기준화상 기억부(159·24)로부터 판독한 기준화상과, 실제로 검출된 2차 전자선 화상과의 매칭을 취하여 양자의 유사도를 나타내는 거리값을 연산한다. 이 거리값이 소정의 문턱값보다 작은 경우, 유사도가 높다고 판단하여 「결함없음」이라고 판정한다. 이것에 대하여 상기 거리값이 소정의 문턱값 이상인 경우, 유사도가 낮다고 판단하여 「결함있음」으로 판정한다. 결함있음으로 판정한 경우, 오퍼레이터에게 경고 표시하여도 좋다. 이때 CRT(159·21)의 표시부에 2차 전자선 화상(159·26)을 나타내도록 하여도 좋다. 또한 2차 전자선 화상의 부분영역마다 상기 패턴 매칭법을 사용하여도 좋다.

패턴 매칭법 이외에서도 예를 들면 도 164(a)∼도 164(c)에 나타내는 결함검사방법이 있다. 도 164(a)에는 첫번째로 검출된 다이의 화상(164·1) 및 2번째로 검출된 다른 다이의 화상(164·2)이 나타나 있다. 3번째로 검출된 별도의 다이의 화상이 첫번째의 화상(164·1)과 동일하거나 또는 유사하다고 판단되면, 2번째의 다이화상(164·2)의 부분(164·3)이 결함을 가진다고 판정되어 결함부분을 검출할 수 있다.

도 164(b)에는 웨이퍼상에 형성된 패턴의 선폭을 측정하는 예가 나타나 있다. 웨이퍼상의 실제의 패턴(164·4)을 방향(164·5)으로 주사하였을 때의 실제의 2차 전자선의 강도신호가 164·6이고, 이 신호가 미리 교정하여 정해진 스레솔드 레벨(164·7)을 연속적으로 넘는 부분의 폭(164·8)을 패턴(164·4)의 선폭으로서 측정할 수있다. 이와 같이 측정된 선폭이 소정의 범위내에 없는 경우, 상기 패턴이 결함을 가진다고 판정할 수 있다.

도 164(c)에는 웨이퍼상에 형성된 패턴의 전위 콘트라스트를 측정하는 예가 나타나 있다. 도 159에 나타내는 구성에 있어서, 웨이퍼(159·6)의 윗쪽에 축대칭의 전극(164·9)을 설치하고, 예를 들면 웨이퍼 전위 0V 에 대하여 -10 V의 전위를 인가하여 둔다. 이때의 -2V의 등전위면은 14·10으로 나타내는 바와 같은 형상으로 한다. 여기서 웨이퍼에 형성된 패턴(164·11 및 164·12)은, 각각 -4V와 0V의 전위라고 한다. 이 경우, 패턴(164·11)으로부터 방출된 2차 전자선은 -2V 등전위면(164·10)에서 2 eV의 운동 에너지에 상당하는 상향의 속도를 가지고 있기 때문에, 이 포텐셜 장벽(164·10)을 넘어, 궤도(164·13)에 나타내는 바와 같이 전극(164·9)으로부터 탈출하여 검출기로 검출된다. 한편, 패턴(164·12)으로부터 방출된 2차 전자선은 -2V의 전위장벽을 넘을 수 없어 궤도(164·14)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼면을 쫓아 되돌아가기 때문에, 검출되지 않는다. 따라서 패턴(164·11)의 검출화상은 밝고, 패턴(164·12)의 검출화상은 어두워진다. 이와 같이 하여 전위 콘트라스트를 얻을 수 있다. 검출화상의 밝기와 전위를 미리 교정하여 두면, 검출화상으로부터 패턴의 전위를 측정할 수 있다. 그리고 이 전위분포로부터 패턴의 결함부분을 평가할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하여 얻어진 사상 빛무리가 없는 양호한 2차 전자선 화상에 대하여 상기와 같은 각 측정을 행함으로써 더욱 고정밀도의 결함검사를 실현할 수 있다.

본 실시형태로서 지금까지 설명한 전자선검사장치를 디바이스제조방법에 있어서의 웨이퍼검사공정에 사용한 경우에는, 기계구조체의 진동에 의한 검출화상의 열화를 미연에 방지할 수 있기 때문에, 효율좋게 고정밀도의 검사가 가능해져 결함제품의 출하방지를 실현할 수 있다.

또한 본 실시형태는 위에서 설명한 것에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지의 범위내에서 임의 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 기계적인 공진 주파수와 모드는 반드시 하나가 아니라, 일반적으로는 복수로 발생하기 때문에, 그 경우에는 필요갯수의 액츄에이터(160·4)를 경통의 각 요소에 설치함으로써 대응이 가능하게 된다. 예를 들면 도 160(b)에 나타내는 기계구조체 블럭 A가 Y 방향의 진동(160·2)뿐만이 아니라 X 방향의 진동을 가지는 경우, 별개의 액츄에이터를 X 방향의 진동을 상쇄하도록 설치할 수 있다. 또한 B 블럭이나 D 블럭에도 독립된 고유진동이 있는 경우, 이들 블럭에도 액츄에이터를 설치하여도 좋다.

진동감쇠용 회로(159·18)는 직렬 공진회로(162·8)와 등가일 필요는 없고, 기계적 고유진동이 동일 진동방향으로 복수의 공진 주파수를 가지는 경우, 상기 회로의 전기적 주파수 특성이 복수의 공진 주파수를 가지는 것에 대항할 수 있다.

액츄에이터의 설치개소는 경통만이 아니라, 빔 위치를 정확하게 위치를 부여하기 위하여 필요한 부품, 예를 들면 X-Y 스테이지(159·10), 또는 각종 광학기계의 광학부품에 적용하는 것도 가능하다.

본 실시형태의 전자선 검사장치의 피검사 시료로서 반도체 웨이퍼(159·6)를 예로 들었으나, 피검사 시료는 이것에 한정되지 않고, 전자선에 의하여 결함을 검출할 수 있는 임의의 것이 선택 가능하다. 예를 들면 웨이퍼에의 노광용 패턴이 형성된 마스크 등을 그 검사대상으로 할 수도 있다.

또한 본 실시형태는, 빔을 물질의 목표위치에 조사하는 전자선 응용장치 전반에 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 물질의 검사뿐만 아니라, 그 가공, 제조 및 관측의 적어도 어느 하나를 행하는 장치에도 적용범위를 넓힐 수 있다. 당연 여기서 말하는 물질의 개념은 웨이퍼나 상기한 마스크뿐만 아니라, 빔에 의하여 그 검사, 가공, 제조 및 관측 중 적어도 어느 하나가 가능하게 되는 임의의 대상물이다. 디바이스제조방법도 마찬가지로 반도체디바이스의 제조공정에 있어서의 검사뿐만 아니라, 반도체디바이스를 빔으로 제조하는 프로세스 자체에도 적용할 수 있다.

또한 본 실시형태의 전자선검사장치로서, 도 159에 나타내는 구성을 나타내었으나, 전자 광학계 등은 임의 적합하게 변경 가능하다. 예를 들면 전자선검사장치(159·1)의 전자선 조사수단은 웨이퍼(159·6)의 표면에 대하여 수직 윗쪽으로부터 1차 전자선을 입사하는 형식이나, E × B 편향기(159·7)를 생략하여 1차 전자선을 웨이퍼(159·6)의 표면에 비스듬하게 입사되도록 하여도 좋다.

3-4) 웨이퍼의 유지에 관한 실시형태

본 실시형태는, 전자선장치에 있어서 웨이퍼를 정전적으로 흡착 유지하는 정전척, 웨이퍼와 정전척과의 조합, 특히 감속전계대물렌즈를 사용한 전자선장치로 사용 가능한 정전척과 웨이퍼와의 조합 및 정전척과 웨이퍼와의 조합을 구비하는 전자선장치를 사용하는 디바이스제조방법에 관한 것이다.

웨이퍼를 정전적으로 흡착 고정하는 공지의 정전척에 있어서는, 기판에 배치되는 전극층을 복수의 서로 절연된 전극에 의하여 형성하고, 한쪽의 전극으로부터다른쪽 전극을 향하여 차례로 전압을 인가하는 전원장치를 구비한다. 또 감속전계 대물렌즈를 사용하는 전자선장치가 공지이다.

프로세스 도중의 웨이퍼를 감속전계 대물렌즈를 사용하는 전자선장치로 평가하는 경우, 웨이퍼에 음의 고전압을 인가하는 것이 필요하다. 이 경우, 급격한 음의 고전압을 인가하면 프로세스 도중의 디바이스가 파괴될 염려가 있기 때문에, 전압을 서서히 인가하는 것이 필요하다.

한편, 대부분의 웨이퍼는 웨이퍼의 측면 및 이면에 SiO₂ 또는 질화막 등의 절연막이 부착되기 때문에, 웨이퍼에 0전위 또는 낮은 전위를 인가하려고 할 때 전압이 인가되지 않는 문제가 있었다. 또한 정전척측으로 중앙이 볼록하게 왜곡된 웨이퍼는 비교적 용이하게 흡착 고정할 수 있으나, 척측으로 중앙이 오목하게 왜곡된 웨이퍼는 단극의 정전척으로는 주변부만이 척되고, 중앙부는 척되지 않은 채로 유지되는 문제가 있었다.

본 실시형태는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 감속전계 대물렌즈로 사용할 수 있고, 측면 및 이면이 절연막으로 피복되어 척측을 향하여 중앙이 오목하게 왜곡된 웨이퍼를 척 가능한 정전척 및 웨이퍼와 정전척과의 조합을 제공함과 동시에, 이와 같은 정전척 또는 웨이퍼와 정전척과의 조합을 사용하여 프로세스 도중의 웨이퍼의 평가를 행하는 디바이스제조방법을 제공한다.

도 165는 본 실시형태에 있어서의 정전척(1410)의 평면도이고, 웨이퍼를 제거하고 전극판(165·1)을 본 것이다. 도 166은 도 165의 정전척의 선 M-M을 따르는 수직방향의 개략 단면도이고, 웨이퍼가 탑재되어 전압이 인가되지 않은 상태를 나타내는 것이다. 정전척(165·2)은 도 166에 나타내는 바와 같이 기판(166·1), 전극판(166·2), 절연층(166·3)으로 이루어지는 적층구조를 가진다. 전극판(166·2)은 제1 전극(165·2) 및 제 2 전극(165·3)을 포함한다. 제 1 전극(165·2) 및 제 2 전극(165·3)은, 각각 전압을 인가할 수 있도록 분리되어 자장 중에서 와전류를 발생하지않고 고속으로 이동 가능하도록 박막으로 형성된다.

제 1 전극(165·2)은 평면도에 있어서 원형의 전극판(166·2)의 중앙부분 및 주변부분의 일부로 이루어지고, 제 2 전극(165·3)은 전극판의 나머지의 말굽형 주변부분으로 이루어진다. 전극판(166·2)의 윗쪽에 절연층(166·3)이 배치된다. 절연층(166·3)은 두께 1 mm의 사파이어 기판에 의하여 형성된다. 사파이어는 알루미나의 단결정이고, 알루미나 세라믹스와 같은 작은 구멍이 전혀 없기 때문에, 절연파괴전압이 크다. 예를 들면 1 mm 두께의 사파이어 기판은, 10⁴V 이상의 전위차에 충분히 견딜 수 있다.

웨이퍼(166·4)에 대한 전압의 인가는, 나이프 에지형상의 금속부분을 가지는 접촉자(166·5)를 거쳐 이루어진다. 도 166에 나타내는 바와 같이 2개의 접촉자(166·5)가 웨이퍼(166·4)의 측면에 접촉된다. 2개의 접촉자(166·5)를 사용하는 이유는 1개의 접촉자만인 경우, 도통을 취할 수 없게 될 염려가 있는 것 및 웨이퍼(166·4)를 한쪽으로 가압하는 힘이 생기는 것을 꺼리기 때문이다. 절연층(도시 생략) 을 파괴하여 도통을 취하는 것이나, 방전할 때에 입자를 비산시킬 염려가 있기 때문에, 접촉자(166·5)는 저항(166·6)을 거쳐 전원(166·7)에 접속하여 큰 방전을 일으키지 않게 하였다. 이 저항(166·6)은 너무 크면 도통구멍이 형성되지 않고, 너무 작으면 큰 방전이 일어나 파티클을 비산시키기 때문에, 절연층(도시 생략)마다 저항의 허용값을 정하였다. 이것은 웨이퍼의 이력에 의하여 절연층의 두께가 변하기 때문에 각 웨이퍼마다 저항의 허용값을 정할 필요가 있기 때문이다.

도 167의 (a)는 전압인가의 타임 챠트를 나타낸다. 제 1 전극에는 선 A로 나타내는 바와 같이 시각 t = 0에 있어서, 4 kV가 인가된다. 웨이퍼의 중앙부 및 주변부가 모두 척된 시각 t = t_o에 있어서, 제 2 전극에 선 B로 나타내는 바와 같이 4 kV가 인가된다. 시각 t = t₁에서 웨이퍼의 전압(C)이 조금씩 깊어져(내려가서), 시각 t = t₂에서 -4 kV에 도달하도록 제어된다. 제 1 전극 및 제 2 전극은, 시각 t = t₁ 내지 시각 t = t₂에 있어서, 조금씩 전압이 내려가 시각 t = t₂에서 0V가 된다.

척에 흡착유지된 웨이퍼의 평가가 종료한 시각 t = t₃에서 웨이퍼의 전압(C)이 0V가 되어 웨이퍼가 외부로 인출된다.

정전척이 4 kV의 전위차가 없어도 2 kV의 전위차이어도 웨이퍼를 흡착 유지하는 경우에는 도 167에 1점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 2 kV의 전압(A', B')이 인가된다. 웨이퍼에 -4 kV가 인가될 때, 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 -2 kV가 인가된다. 이와 같이 하여 전압인가에 의하여 필요 이상으로 전압을 절연층(2104)에 인가하지 않게 할 수 있기 때문에, 절연층의 파괴를 방지할 수 있다.

도 168은 위에서 설명한 정전척을 구비하는 전자선장치를 나타내는 블럭도이다. 전자선원(168·1)으로부터 방출된 전자선은 개구 애퍼처(NA)를 정하는 애노드(168·2)의 개구에서 불필요한 빔을 제거하고 콘덴서 렌즈(168·7)와 대물렌즈(168·13)로 축소되어 -4 kV가 인가된 웨이퍼(166·4)에 결상됨과 동시에, 편향기(168·8 및 168·12)에 의하여 웨이퍼(166·4)상을 주사한다. 웨이퍼(166·4)로부터 방출되는 2차 전자선은 대물렌즈(168·13)로 모여져 E × B 분리기(168·12)로 35°정도, 오른쪽으로 구부려지고, 2차 전자선 검출기(168·10)로 검출되어 웨이퍼상의 SEM 상을 얻을 수 있다. 도 168의 전자선장치에 있어서, 부호 168·3, 168·5는 축 맞춤기구, 168·4는 비점 보정기구, 168·6은 개구판, 168·11은 시일드, 168·14는 전극이다. 웨이퍼(166·4)의 아래쪽에 도 166 및 도 167에서 설명한 정전척이 배치된다.

본 실시형태를 디바이스제조방법에 있어서의 검사공정에 사용함으로써 미세한 패턴을 가지는 반도체디바이스이어도 스루풋 좋게 검사할 수 있어, 전수(全數)검사가 가능하게 되고, 제품의 수율향상, 결함제품의 출하방지가 가능하다.

또한 정전척에 대하여 인가하는 전압의 증대 또는 감소의 방법은, 도 167(a)에 나타내는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 167(b)에 나타내는 바와 같이 지수 함수적으로 변화되는 전압이어도 좋다. 중요한 것은 소정의 전압까지 시간내에 도달하는 전압이면 어떠한 것이어도 좋다.

이상, 본 발명의 제 1 실시형태∼제 12 실시형태를 상세하게 설명하였으나, 어느 쪽의 실시형태에 있어서도, 「소정전압」이라는 용어는, 검사 등의 측정이 행하여지는 전압을 의미하는 것으로 한다.

또 지금까지 설명한 각종 실시형태는 하전입자선으로서 전자선을 사용하고 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 전자선 이외의 하전입자선이나, 전하를 가지지 않은 중성자선, 레이저광, 전자파 등의 비하전 입자선도 사용하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 관한 하전입자선 장치가 작동하면, 근접 상호작용 (표면 근처에서의 입자의 대전)에 의하여 표적물질이 부유하여 고압영역으로 끌어 당겨지기 때문에 하전입자선의 형성이나 편향에 사용되는 여러가지 전극에는 유기물질이 퇴적한다. 표면의 대전에 의하여 서서히 퇴적하여 가는 유기물질은 하전입자선의 형성이나 편향기구에 악영향을 미치기 때문에, 이와 같은 퇴적된 유기물질은 주기적으로 제거할 필요가 있다. 따라서 퇴적한 유기물질을 주기적으로 제거하기 위하여 이 유기물질이 퇴적하는 영역의 근방의 전극을 이용하여 진공 중에서 수소, 산소 또는 불소및 그것들을 함유하는 대체물 HF, H₂O, C_MF_N 등의 플라즈마를 만들어 내어 공간내의 플라즈마 전위를 전극면에 스퍼터가 생기는 전위(수 kV, 예를 들면 20V∼5kV)로 유지 함으로써 유기물질만을 산화, 수소화, 불소화에 의하여 제거하는 것이 바람직하다.

3-5) E × B 분리기의 실시형태

도 169는 본 실시형태의 E × B 분리기(169·1)를 나타낸다. E × B 분리기(169·1)는 정전편향기와 전자편향기에 의하여 구성되어 있고, 도 169에 있어서는 광축(도면에 수직한 축 : Z축)에 직교하는 x-y 평면상의 단면도로서 나타나 있다. x 축방향 및 y 축방향도 직교하고 있다.

정전편향기는 진공용기 중에 설치된 한 쌍의 전극(정전편향전극)(169·2)을 구비하고, x 축방향에 전계(E)를 생성한다. 이들 정전편향전극(169·2)은 절연 스페이서(169·3)를 거쳐 진공용기의 진공벽(169·4)에 설치되어 있고, 이들 전극간 거리 (D)는 정전편향전극(169·2)의 y 축방향의 길이(2L)보다도 작게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 의하여 z축 주위의 형성되는 전계강도가 똑같은 범위를 비교적 크게할 수 있으나, 이상적으로는 D < L 이면 전계강도가 똑같은 범위를 더욱 크게 할 수 있다.

즉, 전극의 끝 가장자리로부터 D/2의 범위는 전계강도가 똑같지 않기 때문에 전계강도가 대략 똑같은 영역은, 똑같지 않은 단부영역을 제외한 중심부의 2L-D의 영역이 된다. 이 때문에 전계강도가 똑같은 영역이 존재하기 위해서는 2L > D로 할 필요가 있고, 또한 L > D로 설정함으로써 전계강도가 똑같은 영역이 더욱 커진다.

진공벽(169·4)의 바깥쪽에는 y축 방향으로 자계(M)를 생성하기 위한 전자편향기가 설치된다. 전자편향기는 전자코일(169·5) 및 전자코일(169·6)을 구비하고, 이들 코일은 각각 x축 방향 및 y 축 방향에 자계를 생성한다. 또한 코일(169·6)만으로도 y 축방향의 자계(M)를 생성할 수 있으나, 전계(E)와 자계(M)과의 직교도를 향상시키기 위하여 x축 방향으로 자계를 생성하는 코일을 설치하고 있다. 즉, 코일(169·6)에 의하여 생성된 -x 축 방향의 자계성분에 의하여 코일(169·6)에 의하여 생성된 +x축 방향을 상쇄함으로써 전계와 자계와의 직교도를 양호하게 할 수 있다.

이들 자계 생성용 코일(169·5 및 168·6)은, 진공용기의 밖에 설치하기 위하여 각각을 2분할하여 구성하고, 진공벽(169·4)의 양측으로부터 설치시켜 부분(169·7)에 있어서 나사고정 등에 의하여 조여 일체화하면 좋다.

E × B 분리기의 가장 바깥층(169·8)은 퍼멀로이 또는 펠라이트제의 요크로 구성한다. 가장 바깥층(169·8)은 코일(169·5, 169·6)과 마찬가지로 2분할하여 양측으로부터 코일(169·6)의 바깥 둘레에 설치하여 부분(169·7)에 있어서 나사고정 등에 의하여 일체화하여도 좋다.

도 170은 본 실시형태의 E × B 분리기(170·1)의 광축(z축)에 직교하는 단면을 나타낸다. 도 170의 E × B 분리기(170·1)는 정전편향전극(170·1)이 6극 설치되는 점이 도 169에 나타낸 실시형태의 E × B 분리기와 상위하고 있다. 이들 정전편향전극(170·1)에는 각각의 전극의 중앙과 광축(z축)을 연결하는 선과 전계의 방향(x축방향)과의 각도를 θ_i(i = 0, 1, 2, 3, 4, 5)라 하였을 때에, cosθ_i에 비례하는 전압(k·cosθ_i)(k는 정수)이 공급된다. 단, θ_i는 임의의 각도이다.

도 170에 나타낸 실시형태에 있어서도, x축 방향의 전계(E)밖에 만들 수 없기 때문에 x 및 y 축 방향의 자계를 생성하는 코일(169·5 및 169·6)을 설치하여 직교도의 수정을 행한다. 본 실시형태에 의하면 도 169에 나타낸 실시형태에 비하여 전계강도가 똑같은 영역을 더욱 크게 할 수 있다.

도 169 및 도 170에 나타낸 실시형태의 E × B 분리기에 있어서는, 자계를 생성하기 위한 코일을 새들형으로 형성하고 있으나, 토로이달형의 코일을 사용하여도 좋다.

도 169의 E × B 분리기(169·1)에 있어서는 전계를 생성하는 정전편향기의 한 쌍의 전극으로서, 전극간의 간격보다도 광축에 직각인 방향의 크기가 길게 형성된 평행 평판형 전극을 사용하고 있기 때문에, 광축의 주위에 똑같은 강도로 평행한 전계가 생성되는 영역이 넓어진다.

또 도 169 및 도 170의 E × B 분리기에 있어서는, 전자편향기에 새들형 코일을 사용하여, 또한 광축으로부터 코일을 전망하는 각도를 한 쪽에서 2π/3으로 설정하고 있기 때문에 3θ 성분이 생성되지 않고, 이에 의하여 광축의 주위에 똑같은 강도로 평행한 자계가 생성되는 영역이 넓어진다. 또한 자계를 전자코일에 의하여 생성하고 있기 때문에, 코일에 편향전류를 중첩할 수 있으며, 이에 의하여 주사기능을 가지게 할 수 있다.

도 169 및 도 170의 E × B 분리기는, 정전편향기와 전자편향기의 조합으로 구성되어 있기 때문에, 정전편향기 및 렌즈계의 수차를 계산하고, 이것과는 별도로 전자편향기 및 렌즈계의 수차를 계산하여 이들 수차를 합계함으로써 광학계의 수차를 얻을 수 있다.

3-6) 제조라인의 실시형태

도 171은 본 발명의 장치를 사용한 제조라인의 예를 나타낸다. 검사장치(171·1)로 검사되는 웨이퍼의 로트번호, 제조에 경유한 제조장치 이력 등의 정보를 SMIF 또는 FOUP(171·2)에 구비된 메모리로부터 판독하거나 또는 그 로트번호를 SMIF, FOUP 또는 웨이퍼 카세트의 ID 번호를 판독함으로써 인식할 수 있게 되어 있다. 웨이퍼의 반송중은 수분의 양을 컨트롤하여 메탈 배선의 산화 등을 방지하고 있다.

결함검사장치(171·1)는 생산라인의 네트워크시스템과 접속하는 것이 가능하게 되어 있어, 이 네트워크시스템(171·3)을 거쳐 생산라인을 제어하고 있는 생산 라인 컨트롤 컴퓨터(171·4), 각 제조장치(171·5) 및 다른 검사장치에 피검사물인 웨이퍼의 로트번호 등의 정보와 그 검사결과를 보낼 수 있다. 제조장치에는 리소그래피 관련장치, 예를 들면 노광장치, 코터, 큐어장치, 디벨로퍼 등, 또는 에칭장치, 스퍼터장치 및 CVD 장치 등의 성막장치, CMP장치, 각종 계측장치, 다른 검사장치, 리뷰장치 등이 포함된다.

3-7) 다른 전자를 사용한 실시형태

본 발명은 100 nm 이하의 선은 박을 가지는 배선패턴이 형성된 기판 등의 시료에 전자선을 조사하여 기판 표면의 정보를 얻은 전자를 검출하고, 상기 검출된 전자로부터 기판 표면의 화상을 취득하여 시료 표면의 검사를 행하는 것을 본질적인 목적으로 한다. 특히 전자선을 시료에 조사할 때, 일정한 촬상영역을 포함하는 면적을 가지는 전자선을 조사하여 상기 기판상의 촬상영역으로부터 방출된 전자를 CCD 또는 CCD-TDI 등을 사용하여 검출기상에 결상하여 촬상영역의 화상을 취득하고, 다시 얻어진 화상을 다이의 패턴에 따라 셀검사, 다이 비교검사를 적절히 조합시켜 검사를 행함으로써, SEM 방식과 비교하여 각별히 빠른 스루풋을 실현한 검사방법 및 장치를 제안하고 있다. 즉, 본 발명의 전자선을 사용한 검사방법 및 검사장치는, 광학식 검사장치에서는 분해능이 낮음에 의하여 100 nm 이하의 선폭을 가지는 배선의 패턴결함을 충분히 검사할 수 없고, 한편 SEM형 검사장치에서는 검사에 너무 시간이 걸리기 때문에 높은 스루풋의 요구에 따를 수 없다는 양쪽의 문제점을 해소하여 100 nm 이하의 선폭을 가지는 배선패턴을 충분한 분해능 또한 높은 스루풋으로 검사하는 것을 가능하게 하고 있다.

시료의 검사에 있어서는 분해능의 관점에서는 전자선을 기판에 충돌시켜 기판으로부터 방출된 전자를 검출하여 기판 표면의 화상을 얻는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 주로 기판으로부터 방출된 2차 전자, 반사전자, 후방 산란전자를 중심으로 예를 들어 설명하여 왔다. 그러나 검출되는 전자는 기판의 표면의 정보를 얻고 있는 것이면 무엇이든지 좋고, 예를 들면 기판 부근에 역전계를 형성함으로써, 기판에 직접 충돌하지 않고 기판 부근에서 반사하는 미러전자(광의로는 반사전자라고도 한다), 또는 기판을 투과하는 투과전자 등이어도 좋다. 특히, 미러전자를 사용한 경우에는 전자가 시료에 직접 충돌하지 않기 때문에, 차지업의 영향이 매우 작다는 이점이 있다.

미러전자를 이용하는 경우에는, 시료에 가속전압보다도 낮은 음의 전위를 인가하여 시료 부근에 역전계를 형성한다. 이 음의 전위는 기판의 표면부근에서 대부분의 전자선이 되돌아갈 정도의 값으로 설정하는 것이 좋다. 구체적으로는 전자총의 가속전압보다도 0.5∼1.0 V 이상 낮은 전위로 설정하면 좋다. 예를 들면 본 발명의 경우 가속전압이 -4 kV인 경우, 시료에의 인가전압은 -4,000 kV∼-4.050 kV로 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 -4.0005 kV∼-4.020 kV가 좋고, 더욱 바람직하게는 -4.0005 kV∼-4.010 kV로 설정하는 것이 적합하다.

또 투과전자를 이용하는 경우에는 가속전압을 -4 kV로 설정하였을 때, 시료에의 인가전압은 0∼-4 kV, 바람직하게는 0∼-3.9 kV, 더욱 바람직하게는 0∼-3.5 kV로 설정하는 것이 적합하다.

그 외에 전자선은 아니나, X선을 이용하여도 좋다. 본 발명의 2차계나 다이비교 등은 충분히 적용 가능하다.

미러전자, 투과전자의 어느 것을 사용하는 경우에도 이미 설명한 전자총, 1차광학계, 1차 전자선과 검출전자선을 분리하기 위한 편향기, CCD 또는 CCD-TDI를 사용한 검출기, 화상처리장치, 다이비교를 위한 연산기 등을 사용한다. 전자선은 타원 등의 일정한 영역을 가지는 것을 사용하나, 물론 SEM 형으로 사용하는 가늘게 조절한 전자선을 사용하여도 좋다. 전자선은 단수이어도 복수이어도 되는 것은 물론이다. 1차 전자선과 검출전자선을 분리하기 위한 편향기는, 전계와 자계의 양쪽을 형성하는 비엔나 필터이어도 좋고, 자계만의 편향기를 사용하여도 좋다. 검출기는 촬상영역을 검출기상에 결상하여 신속한 검사를 행할 수 있는 CCD 또는 CCD-TDI를 사용하나, SEM 형의 전자총을 사용한 경우에는 이것에 대응하는 반도체검출기 등을 사용하는 것은 당연하다. 기판 표면의 화상을 취득하여 다이의 비교검사를 행하는 경우에는 다이의 패턴에 따라 주기성이 있는 패턴에 적용하는 셀검사와, 랜덤한 패턴에 적용하는 다이끼리의 비교검사를 적절하게 이용한다. 물론 모두 다이끼리의 비교검사로 처리하여도 좋다. 또 다이끼리의 비교검사의 경우에는 동일기판상의 다이끼리로 비교하여도 좋고, 다른 기판상의 다이끼리를 비교하여도 좋으며, 다이와 CAD 데이터를 비교하여도 좋다. 어느 것인가 적합한 것을 임의로 사용하면 좋다. 또한 검사 전에는 기판의 위치 맞춤을 행한다. 기판의 위치 어긋남을 측정하여 회전각의 어긋남을 보정한다. 그때 포커스맵을 작성하여 검사시에 그것들을 고려하여 평면상의 기판의 위치나 포커스의 어긋남을 보정하면서 검사를 행하여도 좋다.

또, 본 발명의 장치의 제조공정에서의 이용에서는 네트워크시스템에 접속하여 생산라인을 제어하고 있는 컴퓨터로부터 검사대상인 웨이퍼의 정보를 입수하거나, 검사결과를 송신하여 생산라인의 각 장치의 생산조건에 반영시키는 것이 바람직하다.

3-8) 2차 전자와 반사전자를 사용하는 실시형태

이 실시형태는, 면 빔으로 검사대상을 조사할 수 있어, 검사대상에 따라 2차 전자와 반사전자를 바꾸어 사용하는 것이 가능한 고분해능 또한 높은 스루풋의 사상투영방식 전자선장치에 관한 것이다. 이와 같이 시료상의 1점이 아니라 적어도 1차원 방향으로 넓어진 시야에 전자빔을 조사하여 그 시야의 상을 형성하는 방식은「사상투영방식」이라 부르고 있다. 이 사상투영방식 전자선장치는, 공간 전하효과를 회피할 수 있어, 신호대 잡음비가 높고, 병렬처리에 의한 화상처리속도를 향상시킨 고분해능 또한 높은 스루풋의 장치이다.

이하, 이 실시형태의 사상투영방식 전자선장치를 결함검사장치로서 구체화한 경우에 대하여 도 172∼도 181을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한 이들 도면에 있어서 동일한 참조숫자 또는 참조부호는 동일한 또는 대응하는 구성요소를 가리키는 것으로 한다.

도 172의 (A) 및 (B)에 있어서, 결함검사장치(EBI)의 전자총(EG)은 대전류로 동작 가능한 열전자방출형의 LaB6제 캐소드 1을 가지고, 전자총(EG)으로부터 제 1 방향으로 발사된 1차 전자는 수단(數段)의 4극자 렌즈(2)를 포함하는 1차 광학계를 통과하여 빔형상을 조정받고 나서 비엔타 필터(172·1)를 통과한다. 비엔타 필터(172·1)에 의하여서 1차 전자의 진행방향은 검사대상인 웨이퍼(W)에 대하여 입력하도록 제 2 방향으로 변경된다. 비엔나 필터(172·1)를 나와 제 2 방향으로 진행하는 1차 전자는 NA 개구판(172·2)에 의하여 빔 지름이 제한되고, 대물렌즈(172·3)를 통과하여 웨이퍼(W)를 조사한다. 대물렌즈(172·3)는 고정밀도의 정전렌즈이다.

이와 같이 1차 광학계에 있어서는, 전자총(EG)으로서 LaB6제의 고휘도의 것을 사용하고 있기 때문에, 종래의 주사형의 결함검사장치에 비하여 저에너지로 대전류 또한 대면적의 1차 빔을 얻을 수 있다.

웨이퍼(W)는 1차 광학계에 의하여 단면이 예를 들면 200㎛× 50㎛의 직사각형으로 형성된 면 빔에 의하여 조사되기 때문에, 웨이퍼(W)상의 소정의 넓이의 작은 영역을 조사할 수 있게 된다. 이 면 빔으로 웨이퍼(W)를 주사하기 위하여 웨이퍼(W)는 예를 들면 300 mm 대응의 고정밀도의 XY 스테이지(도시 생략)상에 탑재되어 면 빔을 고정한 상태로 XY 스테이지를 2차원적으로 이동시킨다. 또 1차 전자를 빔 스폿에 초점을 맞출 필요가 없기 때문에 면 빔은 저전류 밀도이고, 웨이퍼(W)의 손상이 적다. 예를 들면 종래의 빔주사방식의 결함검사장치에 있어서는 빔 스폿의 전류밀도는 10³ A/㎠이나, 도면의 결함검사장치(EBI)에서는 면 빔의 전류밀도는 0.1A/㎠∼0.01A/㎠ 일뿐이다. 한편, 도즈는 종래의 빔주사방식에서는 1 × 10^-5 C/㎠인 데 대하여, 본 방식에서는 1 × 10^-4 C/㎠ ∼ 3 × 10^-5 C/㎠ 으로 본 방식의 쪽이 고감도로 되어 있다.

면 빔형상의 1차 전자에 의하여 조사된 웨이퍼(W)의 영역으로부터는 2차 전자와 반사전자가 나온다. 반사전자에 대해서는 뒤에서 설명하기로 하고 우선 2차 전자의 검출에 대하여 설명하면, 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차 전자는 상기 제 2 반대의 방향으로 진행하도록, 대물렌즈(172·3)에 의하여 확대되어 NA 개구판(172·2) 및 비엔나필터(172·1)를 통과하고 나서 중간 렌즈(172·4)에 의하여 다시 확대되고 투영 렌즈(172·5)에 의하여 더욱 확대되어 2차 전자 검출계(D)에 입사한다. 2차 전자를 유도하는 2차 광학계에 있어서는 대물렌즈(172·3), 중간 렌즈(172·4) 및 투영 렌즈(172·5)는 어느 것이나 고정밀도의 정전렌즈이며, 2차 광학계의 배율은 가변이도록 구성된다. 1차 전자를 웨이퍼(W)에 대략 수직으로 입사하여 2차 전자를 대략 수직으로 인출하기 때문에, 웨이퍼(W) 표면의 요철에 의한 음영이 생기지 않는다.

투영 렌즈(172·5)로부터의 2차 전자를 수취하는 2차 전자 검출계(D)는 입사된 2차 전자를 증식하는 마이크로 채널 플레이트(172·6)와, 마이크로 채널 플레이트(172. 6)로부터 나간 전자를 빛으로 변환하는 형광 스크린(192·7)과, 형광 스크린(172·6)으로부터 나간 빛을 전기신호로 변환하는 센서 유닛(172·8)을 구비한다. 센서 유닛(172·8)은 2차원으로 배열된 다수의 고체 촬상소자로 이루어지는 고감도의 라인센서(172·9)를 가지고 있고, 형광 스크린(172·7)으로부터 발생한 형광은 라인센서(172·9)에 의하여 전기신호로 변환되어 화상처리부(172·10)로 보내지고 병렬, 다단 또한 고속으로 처리된다.

웨이퍼(W)를 이동시켜 웨이퍼(W)상의 개개의 영역을 순서대로 면 빔으로 조사하여 주사하여 가는 동안에 화상처리부(172·10)는 결함을 포함하는 영역의 XY 좌표와 화상에 관한 데이터를 차례로 축적하여 가서 하나의 웨이퍼에 대하여 결함을 포함하는 검사대상의 모든 영역의 좌표와 화상을 포함하는 검사결과 파일을 생성한다. 이와 같이 하여 검사결과를 일괄하여 관리할 수 있다. 이 검사결과 파일을 판독하면 화상처리부(172·10)의 디스플레이상에는 상기 웨이퍼의 결함분포와 결함상세 리스트가 표시된다.

실제로는 결함검사장치(EBI)의 각종 구성요소 중, 센서 유닛(172·8)은 대기중에 배치되나, 그 밖의 구성요소는 진공으로 유지된 경통내에 배치되기 때문에, 이 실시형태에 있어서는 경통의 적절한 벽면에 라이트 가이드를 설치하여 형광 스크린(172·7)으로부터 나간 빛을 라이트 가이드를 거쳐 대기 중으로 인출하여 라인센서(172·9)에 중계한다.

도 173은 도 172의 결함검사장치(EBI)에서의 2차 전자 검출계(D)의 구체적인 구성예를 나타내고 있다. 투영 렌즈(172·5)에 의하여 마이크로 채널 플레이트(172·6)의 입사면에 2차 전자상 또는 반사 전자상(173·1)이 형성된다. 마이크로 채널 플레이트(172·6)는 예를 들면 분해능이 16㎛, 게인이 10³∼10⁴, 실효화소가 2100 × 520이고, 형성된 전자상(173·1)에 대응하여 전자를 증식하여 형광 스크린(172·7)을 조사한다. 이것에 의하여 형광 스크린(172·7)의 전자로 조사된 부분으로부터 형광이 발생하고, 발생한 형광은 저왜곡(왜곡이 예를 들면 0.4%)의 라이트 가이드(173·2)를 거쳐 대기 중으로 방출된다. 방출된 형광은 광학 릴레이 렌즈(173·3)를 거쳐 라인센서(172·9)에 입사된다. 예를 들면 광학 릴레이 렌즈(173·3)는 배율이 1/2,투과율이 2.3%, 왜곡이 0.4% 이고, 라인센서(172·9)는 2048 × 512개의 화소를 가지고 있다. 광학 릴레이 렌즈(173·3)는 라인센서(172·9)의 입사면에 전자상(173·1)에 대응한 광학상(173·4)을 형성한다. 라이트 가이드(173·2) 및 릴레이 렌즈(173·3) 대신에 FOP(파이버·옵틱·플레이트)를 사용할 수도 있고, 이 경우의 배율은 1배이다.

도 172에 나타내는 결함검사장치(EBI)는 전자총(EG)의 가속 전압 및 웨이퍼(W)에 인가되는 웨이퍼 전압을 조정함과 동시에 전자검출계(D)를 사용함으로써 2차 전자의 경우, 양대전 모드와 음대전 모드 중 어느 하나로 동작 가능하다. 또한 전자총(EG)의 가속 전압, 웨이퍼(W)에 인가되는 웨이퍼 전압 및 대물렌즈 조건을 조정함으로써 결함검사장치(EBI)를 1차 전자의 조사에 의하여 웨이퍼(W)로부터 발생하는 고 에너지의 반사전자를 검출하는 반사전자 촬상모드로 동작시킬 수 있다. 반사전자는 1차 전자가 웨이퍼(W) 등의 시료에 입사할 때의 에너지와 동일한 에너지를 가지고 있고, 2차 전자에 비하여 에너지가 높기 때문에, 시료 표면의 대전 등에 의한 전위의 영향을 받기 어렵다는 특징이 있다. 전자검출계는 2차 전자 또는 반사전자의 강도에 대응한 전기신호를 출력하는 전자충격형(CCD), 전자충격형(TDI) 등의 전자충격형 검출기를 사용할 수도 있다. 이 경우는 마이크로 채널 플레이트(172·6), 형광 스크린(172·7), 릴레이 렌즈(173·3)(또는 EOP)를 사용하지 않고 결상위치에 전자충격형 검출기를 설치하여 사용한다. 이와 같이 구성함으로써 결함검사장치(EBI)는 검사대상에 적합한 모드로 동작하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면 메탈배선의 결함, GC 배선의 결함, 레지스트패턴의 결함을 검출하기 위해서는, 음대전 모드 또는 반사전자촬상모드를 이용하면 좋고, 바이어의 도통불량이나 에칭후의 바이어 바닥의 잔사를 검출하기 위해서는 반사전자 촬상모드를 이용하면 좋다.

도 174의 (A)는 도 1의 결함검사장치(EBI)를 상기한 3개의 모드로 동작시키기 위한 요건을 설명하는 도면이다. 전자총(EG)의 가속전압을 V_A, 웨이퍼(W)에 인가되는 웨이퍼 전압을 V_W, 웨이퍼(W)를 조사할 때의 1차 전자의 조사 에너지를 E_IN, 전자검출계(D)에 입사하는 2차 전자의 신호 에너지를 E_OUT라 한다. 전자총(EG)은 가속전압 (V_A)을 바꿀 수 있도록 구성되고, 웨이퍼(W)에는 적절한 전원(도시 생략)으로부터 가변의 웨이퍼 전압(V_W)이 인가된다. 따라서 가속전압(V_A) 및 웨이퍼 전압(V_W)을 조정하여 또한 전자검출계(D)를 사용하면 결함검사장치(EBI)는 도 174의 (B)에 나타내는 바와 같이, 2차 전자 시일드가 1 보다도 큰 범위에서는 양대전 모드, 1 보다 작은 범위에서는 음대전 모드로 동작할 수 있다. 또 가속전압(V_A), 웨이퍼 전압(V_W) 및 대물렌즈 조건을 조정함으로써 결함검사장치(EBI)는 2차 전자와 반사전자와의 에너지차를 이용하여 반사전자 촬상모드로 동작할 수 있다. 또한 도 174의 (B)에 있어서, 양대전영역과 음대전영역과의 경계에서의 전자조사 에너지(E_IN)의 값은, 실제로는 시료에 따라 다르다.

결함검사장치(EBI)를 반사전자 촬상모드, 음대전 모드 및 양대전 모드로 동작시키기 위한 V_A, V_W, E_IN 및 E_0UT의 값의 일례를 들면,

반사전자 촬상모드에서는

V_A = -4.0 kV

V_W = -2.5 kV

E_IN = 1.5 keV

E_OUT = 4 keV

음대전 모드에서는

V_A = -7.0 kV

V_W = -4.0 kV

E_IN = 3.0 keV

E_OUT = 4 keV +α(α= 2차 전자의 에너지폭)

양대전 모드에서는

V_A = -4.5 kV

V_W = -4.0 kV

E_IN = 0.5 keV

E_OUT = 4 keV +α (α= 2차 전자의 에너지폭)

이 된다.

실제로 2차 전자와 반사전자의 검출량은 웨이퍼(W)상의 피검사영역의 표면 조성, 패턴형상 및 표면 전위에 의하여 변한다. 즉, 웨이퍼(W)상의 피검사 대상의 표면 조성에 의하여 2차 전자 수율 및 반사전자량은 다르고, 패턴의 뾰족한 부분이나 각에서는 2차 전자 수율 및 반사 전자량은 평면에 비하여 크다. 또 웨이퍼(W)상의 피검사대상의 표면 전위가 높으면 2차 전자 방출량이 감소한다. 이와 같이 하여 검출계(D)에 의하여 검출된 2차 전자 및 반사전자로부터 얻어지는 전자신호강도는 재료, 패턴형상 및 표면 전위에 의하여 변동한다.

도 175는 도 172에 나타내는 결함검사장치(EBI)의 전자 광학계에 사용되는 정전렌즈의 각 전극의 단면형상을 나타내고 있다. 도 175에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)로부터 마이크로 채널 플레이트(172·6)까지의 거리는 예를 들면 800 mm 이고, 대물렌즈(172·3), 중간 렌즈(172·4) 및 투영 렌즈(172·5)는 특수형상을 한 복수매의 전극을 가지는 정전렌즈이다. 지금 웨이퍼(W)에 -4 kV를 인가하였다고 하면, 대물렌즈(172·3)의 웨이퍼(W)에 가장 가까운 전극에는 +20 kV가 인가되고, 나머지 전극에는 -1476 V가 인가된다. 동시에 중간 렌즈(172·4)에는 -2450 V가, 투영 렌즈(172·5)에는 -4120 V가 인가된다. 이 결과, 2차 광학계에서 얻어지는 배율은, 대물렌즈(172·5)에 의하여 2.4배, 중간 렌즈(172·4)에 의하여 2.8배, 투영 렌즈(172·5)에 의하여 37배가 되어, 합계로서는 260배가 된다. 또한 도 175에 있어서의 참조숫자 175·1, 175·2는 빔지름을 제한하기 위한 필드·애퍼처이고, 참조숫자 175·3는 편광기이다.

도 176(a)는 사상투영방식 전자선장치의 다른 실시형태인 멀티 빔·멀티픽셀형의 결함검사장치(EBI)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 결함검사장치 (EBI)에서의 전자총(EGm)은 LaB6제의 캐소드를 가지고, 복수개의 1차 전자빔(176·1)을 발사할 수 있는 멀티 빔형의 전자총이다. 전자총(EGm)으로부터 발생된 복수개의 1차 전자빔(176·1)은 각 1차 전자빔에 대응한 위치에 작은 구멍이 형성된 개구판(176·2)에 의하여 빔지름을 조정한 후, 2단의 축대칭 렌즈(176·3, 176·4)에 의하여 각 빔의 위치가 조정되어 제 1 방향으로 진행하고, 비엔나필터(172·1)를 통과하여 진행방향을 제 1 방향으로부터 제 2 방향으로 바꾸어 웨이퍼(W)에 입사하도록 진행한다. 그후 각각의 1차 전자빔(176·1)은 NA 개구판(172·2), 대물렌즈(172·3)를 통과하여 웨이퍼(W)의 소정의 영역을 조사한다.

복수개의 1차 전자빔(176·1)의 조사에 의하여 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차 전자 및 반사전자(176·5)는 도 172(a)에 대하여 이미 설명한 바와 같이 제 2 방향과는 반대의 방향으로 진행하여 대물렌즈(172·3), NA 개구판(172·2), 비엔나필터(172·1), 중간 렌즈(172·4), 투영 렌즈(172·5)를 통하여 검출계(D)에 입사하고, 센서 유닛(172·8)에 의하여 전기 신호화된다.

전자총(EGm)에서 보아 하류측의 축대칭 렌즈(176·4)와 비엔나필터(172·1)와의 사이에는 복수개의 1차 전자빔(176·1)을 편향하기 위한 편향기(176·6)가 배치된다. 따라서 복수개의 1차 전자빔(176·1)에 의하여 웨이퍼(W)상의 어느 영역(R)을 주사하기 위하여 도 176(b)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼(W)를 Y축 방향으로 이동시키면서 편향기(176·6)에 의하여 복수개의 1차 전자빔(176·1)을 Y축에 수직한 X축 방향으로 동시에 편향시킨다. 이에 의하여 복수개의 1차 전자빔(176·1)에 의하여 영역(R)이 라스터 주사되게 된다.

도 177(a)는 사상투영방식 전자선장치의 또 다른 실시형태인 멀티 빔·모노 픽셀형의 결함검사장치(EBI)의 개략적인 구성을 나타내고 있다. 상기 도면에 있어서 전자총(EGm)은 복수개의 1차 전자빔(176·1)을 발사할 수 있고, 발사된 복수개의 1차 전자빔(176·1)은 도 176(a)에 대하여 설명한 바와 같이 제 1 방향으로 진행하도록 개구판(176·2), 축대칭 렌즈(176·3, 176·4), 편향기(176·6), 비엔나필터(172·1), 대물렌즈(172·3)에 의하여 유도되어 웨이퍼(W)를 조사한다.

복수개의 1차 전자빔(176·1)에 의하여 조사되어 웨이퍼(W)로부터 방출된 2차전자 또는 반사전자(176·5)는, 대물렌즈(172·3)를 통과한 후, 비엔나필터(172·1)에 의하여 소정의 각도만큼 진행방향이 바뀐 후, 중간 렌즈(172·4), 투영 렌즈(172·5)를 통과하여 멀티검출계(D')에 입사한다. 도면의 멀티검출계(D')는 2차 전자 검출계로서, 개구 전극(176·2)에 형성된 n개의 작은 구멍과 같은 수의 구멍이 형성된 멀티 개구판(177·1)과, 개구판(177·1)의 n개의 구멍을 통과한 2차 전자를 포착하여 상기 2차 전자의 강도를 나타내는 전기신호로 변환하도록 멀티 개구판(177·1)의 각 구멍에 대응하여 설치된 n개의 검출기(177·2)와, 각 검출기(177·2)로부터 출력되는 전기신호를 증폭하는 n개의 증폭기(177·3)와, 각각의 증폭기(177·3)에 의하여서 증폭된 전기신호를 디지털신호로 변환하여 웨이퍼(W)상의 피주사영역(R)의 화상신호를 기억, 표시, 비교 등을 행하는 화상처리부(172·10')를 구비한다.

도 177(a)에 나타내는 결함검사장치(EBI)에서는 복수개의 1차 전자빔(176·1)에 의한 영역(R)의 주사는, 도177(b)에 나타내는 바와 같이 행하여진다. 즉, 도 177(b)에 나타내는 바와 같이 영역(R)을 1차 전자빔(176·1)의 수만큼 Y축 방향으로 분할하여 작은 영역(r1, r2, r3, r4)을 상정하고, 각각의 1차 전자빔(176·1)을 이들작은 영역(r1∼r4)의 각각에 할당한다. 따라서 웨이퍼(W)를 Y축 방향으로 이동시키면서 편향기(176·6)에 의하여 각각의 1차 전자빔(176·1)을 X축 방향으로 동시에 편향시켜 각 1차 전자빔(176·1)에 그 할당된 작은 영역(r1∼r4)을 주사시킨다. 이에 의하여 복수개의 1차 전자빔(176·1)에 의하여 영역(R)이 주사되게 된다.

또한 멀티 빔의 1차 광학계는 도 176에 한정되는 것이 아니라, 시료상에 조사되는 시점에서 멀티 빔이면 되고, 예를 들면 단일의 전자총이어도 좋다.

지금까지 설명하여 온 결함검사장치(EBI)에서는 웨이퍼(W)를 스테이지상에 탑재하고, 그 스테이지를 진공챔버내에서 정밀도 좋게 위치 결정할 수 있는 기구를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 스테이지의 고정밀도의 위치결정을 위하여, 예를 들면 스테이지를 정압베어링에 의하여 비접촉 지지하는 구조가 채용된다. 이 경우, 정압베어링으로부터 공급되는 고압가스가 진공챔버에 배기되지 않도록 고압가스를 배기하는 차동 배기기구를 정압베어링의 범위에 형성하여 진공챔버의 진공도를 유지하는 것이 바람직하다.

도 178은 웨이퍼(W)를 탑재한 스테이지를 진공챔버내에서 정밀도 좋게 위치 결정하기 위한 기구의 구성의 일례와 불활성가스의 순환 배관계를 나타내는 도면이다. 도 178에 있어서, 1차 전자를 웨이퍼(W)를 향하여 조사하는 경통(178·1)의 앞쪽 끝부, 즉 1차 전자부(178·2)가 진공챔버(C)를 구획 형성하는 하우징(178·3)에 설치된다. 경통(178·1)의 바로 밑에는 고정밀도의 XY 스테이지(178·4)의 X 방향(도 178에 있어서 좌우방향)의 가동 테이블상에 탑재된 웨이퍼(W)가 배치된다. XY 스테이지(178·4)를 X 방향 및 Y 방향(도 178에 있어서 지면에 수직방향)으로 이동시킴으로써 웨이퍼(W)의 면상의 임의의 위치에 대하여 정확하게 1차 전자를 조사할 수 있다.

XY 스테이지(178·4)의 대좌(178·5)는 하우징(178·3)의 바닥벽에 고정되고, Y 방향으로 이동하는 Y 테이블(178·6)이 대좌(178·5)의 위에 탑재되어 있다. Y 테이블(178·6)의 양 측면(도 178에 있어서 좌우 측면)에는 돌출부가 형성되고, 이들 돌출부는 대좌(178·5)에 설치된 한 쌍의 Y 방향 가이드(178·7a 및 178·7b)에 형성된 홈과 각각 끼워 맞춰진다. 각 홈은 Y 방향 가이드(178·7a, 178·7b)의 대략 전장에 걸쳐 Y 방향으로 신장하고 있다. 홈내로 돌출하는 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 공지 구조의 정압베어링(도시 생략)이 각각 설치된다. 이들 정압베어링을 거쳐 고압 또한 고순도의 불활성가스(N2 가스, Ar가스 등)를 분출함으로써 Y 테이블(178·6)은 Y 방향 가이드(178·7a, 178·7b)에 대하여 비접촉으로 지지되어 Y 방향으로 원활하게 왕복 운동할 수 있다. 또 대좌(178·5)와 Y 테이블(178·6)의 사이에는 Y 테이블(178·6)을 Y 방향으로 구동하기 위하여 공지 구조의 리니어모터(178·8)가 배치된다.

Y 테이블(178·6)의 윗쪽에는 X 테이블(178·9)이 X 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. X 테이블(178·9)을 끼우도록 Y 테이블(178·6)을 위한 Y 방향 가이드(178·7a, 178·7b)와 같은 구조의 한 쌍의 X 방향 가이드(178·10a, 178·10b)(도 178에는 178·10a만 도시되어 있다)가 설치된다. 이들 X 방향 가이드의 X 테이블(178·9)에 면한 측에도 홈이 형성되어 X 테이블(178·9)의 X 방향 가이드에 면한 측부에는 상기 홈내로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있다. 이들 홈은 X 방향 가이드의 대략 전장에 걸쳐 신장하고 있다. 홈내로 돌출하는 X 방향 테이블(178·9)의 돌출부의 상, 하면 및 측면에는 Y 테이블(178·6)의 비접촉 지지를 위한 정압베어링과 동일한 정압베어링(도시 생략)이 설치된다. 이들 정압베어링에 고압 또한 고순도의 불활성가스를 공급하여 정압베어링으로부터 X 방향 가이드(178·10a, 178·10b)의 안내면에 대하여 분출시킴으로써, X 테이블(178·9)은 X 방향 가이드(178·10a, 178·10b) 에 대하여 고정밀도로 비접촉으로 지지된다. Y 테이블(178·6)에는 X 테이블(178·9)을 X 방향으로 구동하기 위하여 공지 구조의 리니어모터(178·11)가 배치된다.

XY 스테이지(178·4)로서, 대기 중에서 사용되는 정압베어링부착 스테이지기구를 대략 그대로 사용하는 것이 가능하기 때문에 노광장치 등에서 사용되는 대기용 고정밀도의 스테이지와 동등한 정밀도를 가지는 XY 스테이지를, 대략 동등한 비용 및 크기로 결함검사장치용의 XY 스테이지로서 실현할 수 있다. 또한 웨이퍼(W)는 X 테이블(178·9)상에 직접 탑재되는 것은 아니고, 웨이퍼(W)를 떼어 내기 가능하게 유지하여 또한 XY 스테이지(178·4)에 대하여 미소한 위치변경을 하는 기능을 가지는 시료대의 위에 탑재되는 것이 보통이다.

상기 불활성가스는 플렉시블 배관(178·12, 178·13) 및 XY 스테이지(178·4)내에 형성된 가스통로(도시 생략)를 거쳐 상기 정압베어링에 공급된다. 정압베어링에 공급된 고압의 불활성가스는, Y 방향 가이드(178·7a, 178·7b) 및 X 방향 가이드(178·10a, 178·10b)의 대향하는 안내면과의 사이에 형성된 수 마이크론으로부터 수십 마이크론의 간극에 분출하여 Y 테이블(178·6) 및 X 테이블(178·9)을 안내면에 대하여 X 방향, Y 방향 및 Z 방향(도 178에 있어서 상하방향)으로 정확하게 위치 결정한다. 정압베어링으로부터 분출한 불활성가스의 가스분자는 진공챔버(C)내로 확산하여 배기구(178·14, 178·15a, 178·15b) 및 진공배관(178·16, 178·17)을 통하여 드라이진공펌프(178·l8)에 의하여 배기된다. 배기구(178·15a, 178·15b)의 흡입구는 대좌(178·5)를 관통하여 그 상면에 설치된다. 이에 의하여 흡입구는 XY 스테이지(178·4)로부터 고압가스가 배출되는 위치의 근처에 개구하기 때문에, 정압베어링으로부터 분출되는 고압가스에 의하여 진공챔버(C)내의 압력이 상승하는 것이 방지된다.

드라이진공펌프(178·18)의 배기구는, 배관(178·19)을 거쳐 압축기(178·20)에 접속되고, 압축기(178·20)의 배기구는 배관(178·21, 178·22, 178·23) 및 레귤레이터(178·24, 178·25)를 거쳐 플렉시블 배관(178·12, 178·13)에 접속된다. 이 때문에 드라이진공펌프(178·18)로부터 배출된 불활성가스는 압축기(178·20)에 의하여서 다시 가압되어 레귤레이터(178·24, 178·25)로 적정한 압력으로 조정된 후, 다시 XY 테이블의 정압베어링에 공급된다. 이와 같이 함으로써, 고순도의 불활성가스를 순환시켜 재이용할 수 있기 때문에, 불활성가스를 절약할 수 있고, 또 결함검사장치(EBI)로부터 불활성가스가 방출되지 않기 때문에, 불활성가스에 의한 질식 등의 사고의 발생을 방지할 수 있다. 또한 압축기(178·20)의 배출측의 배관(178·21)의 도중에 콜드트랩이나 필터 등의 제거수단(178·26)을 설치하여 순환하는 가스 중에 혼입한 수분이나 유분 등의 불순물질을 트랩하여 정압베어링에 공급되지 않게 하는 것이 바람직하다.

경통(178·1)의 앞쪽 끝부, 즉 1차 전자부(178·2)의 주위에는 차동 배기기구(178·27)가 설치된다. 이것은 진공챔버(C)내의 압력이 높아도 1차 전자 조사공간(178·28)의 압력이 충분히 낮아지도록 하기 위함이다. 1차 전자 조사부(178·2)의 주위에 설치된 차동 배기기구(178·27)의 고리형상부재(178·29)는 그 하면[웨이퍼(W)와 대향하는 면]과 웨이퍼(W)와의 사이에 수 마이크론 내지 수백 마이크론의 미소한 간극이 형성되도록 하우징(178·3)에 대하여 위치 결정된다.

고리형상부재(78·29)의 하면에는 고리형상 홈(178·30)이 형성되고, 고리형상 홈(178·30)은 배기구(178·31)에 접속된다. 배기구(178·31)는 진공배관(178·32)을 거쳐 초고속 진공펌프인 터보분자 펌프(178·33)에 접속된다. 또 경통(178·1)의 적소에는 배기구(178·34)가 설치되고, 배기구(178·34)는 진공배관(178·35)을 거쳐 터보분자 펌프(178·36)에 접속된다. 이들 터보분자 펌프(178·33, 178·36)는 진공배관(178·37, 178·38)에 의하여 드라이진공펌프(178·18)에 접속된다. 따라서 차동 배기기구(178·27)나 하전 빔 조사공간(178·26)에 침입한 불활성가스의 가스분자는 고리형상 홈(178·30), 배기구(178·31) 및 진공배관(178·32)을 거쳐 터보분자 펌프(178·33)에 의하여 배기되기 때문에, 진공챔버(C)로부터 고리형상 부재(178·29)에 의하여 둘러 싸인 공간(178·28)내로 침입한 가스분자는 배기되어 버린다. 이에 의하여 1차 전자 조사공간(178·28)내의 압력을 낮게 유지할 수 있어 1차 전자를 문제없이 조사할 수 있다. 또 경통(178·1)의 앞쪽 끝부로부터 흡인된 가스분자는 배기구(178·34), 진공배관(178·35)을 통하여 터보분자 펌프(178·36)에 의하여 배기된다. 터보분자펌프(178·33, 178·36)로부터 배출된 가스분자는 드라이진공펌프(178·18)에 의하여 수집되어 압축기(178·20)에 공급된다.

또한 고리형상 홈(178·30)은 진공챔버(C)내의 압력이나 1차 전자 조사공간(178·28)내의 압력에 따라서는 2중 또는 3중의 구조로 하여도 좋다. 또 도 178에 나타내는 검사장치에서는 터보분자펌프의 러핑펌프와 진공챔버의 진공배기용 펌프를 1대의 드라이진공펌프로 겸용하도록 하고 있으나, XY 스테이지의 정압베어링에 공급하는 고압가스의 유량, 진공챔버의 용적이나 내표면적, 진공배관의 내경이나 길이 등에 따라 다른 계통의 드라이진공펌프로 배기하는 것도 가능하다.

XY 스테이지(178·4)의 정압베어링에 공급하는 고압가스로서, 일반적으로 드라이질소가 사용된다. 그러나 가능하면, 더욱 고순도의 불활성가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 수분이나 유분 등의 불순물이 가스 중에 함유되면 이들 불순물분자가 진공챔버(C)를 구획 형성하는 하우징(178·3)의 내면이나 스테이지 구성부품의 표면에 부착되어 진공도를 악화시키거나, 웨이퍼(W)의 표면에 부착되어 1차 전자 조사공간(178·28)의 진공도를 악화시켜 버리기 때문이다. 또 수분이나 유분이 적극 함유되지 않도록 할 필요가 있기 때문에 터보분자펌프(178·33, 178·36), 드라이진공펌프(178·18) 및 압축기(178·20)는 가스유로에 수분이나 유분이 혼입하지 않는 구조인 것이 요구된다.

또한 도 178에 나타내는 바와 같이 불활성가스의 순환 배관계에는 고순도 불활성가스 공급계(178·19)가 접속되어 있고, 가스의 순환을 시작할 때에 진공챔버(C)나 진공배관(178·16, 178·15, 178·32, 178·35, 178·37) 및 가압측 배관(178·19, 178·21, 178·22, 178·23, 178·39)을 포함하는 모든 순환계에 고순도 불활성가스를 채우는 역할과, 무엇인가의 원인으로 순환하는 가스의 유량이 감소하였을 때에 부족한 것을 공급하는 역할을 담당하고 있다. 또 드라이진공펌프(178·18)에 대기압 이상까지 압축하는 기능을 가지게 함으로써 드라이진공펌프(178·18)에 압축기(178·20)의 기능을 겸용시키는 것도 가능하다. 또한 경통(178·1)의 배기에 사용하는 초고속 진공펌프로서 터보분자 펌프(178·36) 대신에 이온펌프나 겟터펌프 등의 펌프를 사용하는 것도 가능하다. 단, 이들의 저장식 펌프를 사용한 경우에는 순환 배관계를 구축할 수 없게 된다. 드라이진공펌프(178·18) 대신에 다이어프램식 드라이펌프 등, 다른 방식의 드라이펌프를 사용하는 것도 가능하다.

도 179는 차동 배기기구(178·27)의 고리형상부재(178·29) 및 그것에 형성된 고리형상 홈(178·30)의 크기의 수치의 예를 나타내고 있다. 여기서는 반경방향으로 격리된 2중 구조의 고리형상 홈이 사용되고 있다. 정압베어링에 공급되는 고압가스의 유량은 통상 대략 20 L/min (대기압 환산)정도이다. 진공 챔버(C)를 내경 50 mm이고 길이 2 m의 진공배관을 거쳐 20000 L/min의 배기속도를 가지는 드라이펌프로 배기한다고 가정하면, 진공챔버내의 압력은 약 160 Pa (약 1.2 Torr)가 된다. 이때 차동 배기기구(178·27), 고리형상부재(178·29) 및 고리형상 홈(178·30) 등의 치수를 도 179에 나타내는 바와 같이 설정하면, 1차 전자 조사공간(56)내의 압력을 10^-4 Pa (10^-6 Torr)로 할 수 있다.

도 180은 지금까지 도 172∼도 179에 의하여 설명하여 온 결함검사장치(EBI)를 탑재한 검사시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 도시한 바와 같이 결함검사장치(EBI)의 1차 광학계로부터 웨이퍼(W), 2차 광학계를 거쳐 검출계(D)에 도달하는 경로의 구성요소는, 자기 시일드 기능을 가지는 경통(178·1)의 내부에 수용되고, 경통(178·1)은 외부로부터의 진동이 전해지는 것을 방지하도록 액티브 제진 유닛에 의하여 지지된 제진대(180·1)의 상면에 설치된다. 경통(178·1)의 내부는 진공배기계(180·2)에 의하여 진공으로 유지된다. 경통(178·1) 내부의 1차 광학계 및 2차 광학계의 각 구성요소에 대해서는 제어전원(180·3)으로부터 고압 케이블(180·4)을 거쳐 소요의 전압이 공급된다.

경통(178·1)의 적절한 부분에 광학현미경과 오토 포커스수단을 구비한 얼라이먼트기구(180·5)가 설치되고, 1차 광학계 및 2차 광학계를 구성하는 각 요소를 소정의 광축상에 적정하게 배치함과 동시에 전자총으로부터 발사된 1차 전자가 웨이퍼(W)상에 초점을 자동적으로 맺도록 조정된다.

제진대(180·1)의 상면에는 웨이퍼(W)를 탑재하여 고정하기 위한 척(도시 생략)을 구비한 XY 스테이지(178·4)가 설치되고, 주사기간에 있어서의 XY 스테이지(178·4)의 위치는 소정간격으로 레이저 간섭계에 의하여 검출된다. 또한 제진대(180·1)의 상면에는 검사대상인 복수매의 웨이퍼(W)를 축적하기 위한 로더(180·6)와, 로더(180·6)내의 웨이퍼(W)를 파지하여 경통(178·1)내의 XY 스테이지(178·4)에 탑재하고, 검사종료후에 웨이퍼(W)를 경통(178·1)으로부터 인출하기 위한 반송 로봇(180·7)이 설치된다.

시스템 전체의 동작은, 소요의 프로그램이 인스톨된 메인 컨트롤러(180·8)에 의하여 제어된다. 메인 컨트롤러(180·8)는 디스플레이(180·9)를 구비하고 있고, 또 케이블(180·10)을 거쳐 검출계(D)와 접속된다. 이에 의하여 메인 컨트롤러(180·8)는 검출계(D)로부터 케이블(180·10)을 거쳐 디지털화상신호를 수취하여 화상처리부(172·10)에 의하여 처리하고, 웨이퍼(W)의 주사에 의하여 얻어진 검사결과 파일의 내용이나 웨이퍼(W)의 결함분포 등을 디스플레이(180·9)에 표시시킬 수 있다. 또한 메인 컨트롤러(180·8)는 시스템 전체의 동작을 제어하기 위하여 시스템의 동작상태를 디스플레이(180·9)에 표시한다.

또한 웨이퍼(W)를 탑재하는 스테이지는 XY 평면내에서 이동 가능하다고 하여 설명하여 왔으나, 이것에 덧붙여 스테이지는 XY 평면에 수직한 또는 XY 평면을 지나는 임의의 축의 주위로 회전 가능하여도 좋다. 또 검사대상은 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 마스크 등의 전자선에 의하여 검사 가능한 시료를 포함하는 것으로 한다. 또한 이 실시형태에 있어서의 사상투영형 전자선장치와 종래의 빔주사방식의 결함 리뷰장치와 서버와 메인 컨트롤러를 LAN으로 서로 결합함으로써 분산형의 결함 검사망을 구축할 수 있다.

이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이 이 실시형태는,

(1) 면 빔에 의하여 시료를 조사하기 때문에 스루풋을 향상시킬 수 있고, 예를 들면 웨이퍼 1매당의 결함검사시간을 종래의 빔주사방식의 검사장치에 비하여 대략 1/7로 단축할 수 있다,

(2) 1차 전자를 빔 스폿으로 조절할 필요가 없기 때문에, 공간 전하 효과를 회피할 수 있는 데다가, 시료를 저전류 밀도로 조사하기 때문에, 시료의 손상이 작다,

(3) 면 빔에 의하여 시료를 조사하기 때문에, 1 픽섹보다도 작은 크기까지 검사할 수 있다,

(4) 전자총의 가속 전압 및 시료에 인가되는 전압을 선정함과 동시에, 대물렌즈를 조정함으로써 양대전 모드, 음대전 모드 및 반사전자 촬상모드 중 어느 하나의 동작모드로 동작할 수 있기 때문에, 시료에 있어서의 검사부위에 따라 적정한 검사를 실시할 수 있다,

(5) 정전렌즈를 사용함으로써 1차 광학계 및 2차 광학계를 소형이고 고정밀도로 할 수 있는 등의 각별한 효과를 가진다.

Claims (154)

1. 전자빔을 시료로 향하여 조사하는 전자총;

   상기 시료의 빔조사에 의하여 발생된 상기 시료의 화상을 적산하여, 상기 화상의 콘트라스트를 증가시키는 적산형 라인 이미지(TDI) 센서; 및

   상기 TDI 센서 상에 확대 결상된 전자를 화상으로서 합성하는 화상처리계; 를 구비하며,

   이차원적인 단면을 갖는 전자빔과 선형의 전자빔 중 어느 한쪽을 상기 시료로 향하여 조사하고,

   상기 시료를 이동시키는 스테이지로, 상기 전자빔의 주사방향과는 다른 방향으로의 단계 이동량을 조정하는 것을 특징으로 하는 전자선장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전자는, 상기 시료로부터 발생된 2차전자, 반사전자 및 후방 산란전자 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자선장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전자는, 상기 시료의 표면 부근에서 반사된 미러전자인 것을 특징으로 하는 전자선장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 전자빔의 전류밀도를 0.0001 A/㎠ ~ 1 A/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 전자빔의 에너지를 1 eV ~ 15 keV로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 전자빔의 상기 시료에의 조사량을 1E-7C/㎠ ~ 3E-1C/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
7. 전자빔을 시료로 향하여 조사하는 전자총;

   일방향으로 상기 시료를 이동하고 탑재하는 스테이지;

   상기 전자빔의 상기 시료에의 조사에 의하여 상기 시료의 표면의 정보를 가지는 전자를 확대 투영하여 검출기 상에 확대 결상시키는 전자광학계;

   상기 검출기는 TDI 센서이고;

   상기 검출기 상에 확대 결상된 상기 전자를 화상으로서 합성하는 화상처리계; 및

   전계와 자계 중의 적어도 하나를 사용하여 상기 전자빔과 상기 전자를 분리하는 편향기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 전자는, 상기 시료로부터 발생된 2차전자, 반사전자 및 후방 산란전자 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자선장치.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 전자는, 상기 시료의 표면 부근에서 반사된 미러전자인 것을 특징으로 하는 전자선장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 전자빔의 전류밀도를 0.0001 A/㎠ ~ 1 A/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 전자빔의 에너지를 1 eV ~ 15 keV로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 전자빔의 상기 시료에의 조사량을 1E-7C/㎠ ~ 3E-1C/㎠로 설정한 것을 특징으로 하는 전자선장치.
13. 제 7항에 있어서,

    상기 시료를 탑재할 수 있고, 시료면 상의 적어도 하나의 축을 따라 연속적으로 이동 가능한 스테이지를 더 포함하고, 상기 스테이지의 이동방향을 상기 TDI 센서의 신호 적분방향과 일치시킨 것을 특징으로 하는 전자선장치.
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