KR102145469B1 - 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 검사 장치는, 하전 입자 또는 전자파 중 어느 것을 빔으로서 발생시키는 빔 발생 수단과, 워킹 챔버 내에 유지한 검사 대상에 빔을 유도하여 조사하는 1차 광학계와, 검사 대상으로부터 발생한 2차 하전 입자를 검출하는 2차 광학계와, 검출된 2차 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 처리계를 구비한다. 1차 광학계는, 광전자면을 갖는 광전자 발생 장치를 갖고, 광전자면의 모재에는, 석영보다 열전도율이 높은 재료가 이용된다. 또한, 검사 대상의 중앙 부분에는 중앙 평탄부(390)가 형성되고, 중앙 평탄부(390)의 둘레 가장자리에는 단차(391)를 사이에 두고 둘레 가장자리 평탄부(392)가 형성되고, 단차(391)의 주변에는 전계 보정판(400)이 설치된다. 전계 보정판(400)의 표면의 전극(401)에는, 검사 대상에 인가되는 표면 전압과 동일한 정도의 표면 전압이 인가된다.

Description

검사 장치{INSPECTION APPARATUS}

본 발명은, 검사 대상의 표면에 형성된 패턴의 결함 등을 검사하는 검사 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 검사 대상의 표면 성상에 따라 변화되는 2차 하전 입자를 포착하여 화상 데이터를 형성하고, 그 화상 데이터에 기초하여 검사 대상의 표면에 형성된 패턴 등을 높은 스루풋으로 검사하는 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

종래의 반도체 검사 장치는, 100 nm 디자인 룰에 대응한 장치와 기술이었다. 그러나, 검사 대상의 시료는, 웨이퍼, 노광용 마스크, EUV 마스크, NIL(나노 임프린트 리소그래피) 마스크 및 기판으로 다양화되어 있어, 현재는 시료가 5 nm∼30 nm의 디자인 룰에 대응한 장치 및 기술이 요구되고 있다. 즉, 패턴에서의 L/S(라인/스페이스) 또는 hp(하프피치)의 노드가 5 nm∼30 nm인 세대에 대한 대응이 요구되고 있다. 이러한 시료를 검사 장치로 검사하는 경우, 고분해능을 얻는 것이 필요해진다.

여기서 「시료」란, 노광용 마스크, EUV 마스크, 나노 임프린트용 마스크( 및 템플릿), 반도체 웨이퍼, 광학 소자용 기판, 광회로용 기판 등이다. 이들은, 패턴을 갖는 것과 패턴이 없는 것이 있다. 패턴이 있는 것은, 요철이 있는 것과 없는 것이 있다. 요철이 없는 패턴은, 상이한 재료에 의한 패턴 형성이 이루어져 있다. 패턴이 없는 것에는, 산화막이 코팅되어 있는 것과, 산화막이 코팅되어 있지 않은 것이 있다.

여기서, 종래 기술의 검사 장치의 과제를 정리하면 이하와 같이 된다.

첫째로, 분해능과 스루풋 부족의 문제이다. 사상(寫像) 광학계의 종래 기술에 있어서, 픽셀 사이즈는 50 nm, 수차 200 nm 정도였다. 더욱 고분해능과 스루풋을 향상시키기 위해서는, 수차 저감, 조사 전류의 에너지폭의 저감, 작은 픽셀 사이즈, 전류량의 증가가 필요했다.

둘째로, SEM식 검사의 경우, 미세 구조의 검사가 될수록, 스루풋의 문제는 커진다. 보다 작은 픽셀 사이즈를 이용하지 않으면 상(像)의 해상이 부족하기 때문이다. 이들은 SEM이 주로 에지 콘트라스트에 의한 상 형성과 결함 검사를 행하는 것에서 기인한다. 예를 들면, 5 nmPx 사이즈, 200 MPPS이면, 대략 6 hr/cm²가 된다. 이것은, 사상 투영식의 20배∼50배의 시간이 걸려, 검사에 있어서 비현실적이다.

특허문헌 1 : 국제 공개 제2002/001596호 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2007-48686호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 평11-132975호 공보

종래의 검사 장치에서는, 광전자 발생 장치의 광전자면의 모재로서, 석영이나 합성 석영 등이 이용되지만, 석영이나 합성 석영은 열전도율이 낮아, 전자 조사를 받은 부분의 열을 신속하게 발산시킬 수 없다. 그 때문에, 검사 장치의 분해능을 높여 스루풋을 향상시키기 위해, 광전자면에 조사하는 레이저의 파워 밀도를 높게 하고자 하면, 전자 조사에 의해 광전자면이 손상을 받아, 양자 효율의 저하나 장소에 따라 양자 효율에 불균일이 발생해 버린다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 전자 조사에 의해 광전자면이 받는 손상을 저감시킬 수 있는 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 종래의 검사 장치에서는, 소위 「메사 구조」를 갖는 시료를 검사하는 경우에, 메사 구조의 단부(단차의 근방)에서 전계(電界)가 불균일해져, 콘트라스트나 S/N이 높은 화상을 얻는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 메사 구조의 단부에서 콘트라스트나 S/N의 높은 화상을 얻을 수 있는 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 검사 장치는, 하전 입자 또는 전자파 중 어느 것을 빔으로서 발생시키는 빔 발생 수단과, 워킹 챔버 내에 유지한 검사 대상에, 빔을 유도하여 조사하는 1차 광학계와, 검사 대상으로부터 발생한 2차 하전 입자를 검출하는 2차 광학계와, 검출된 2차 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 처리계를 구비하고, 1차 광학계는, 광전자면을 갖는 광전자 발생 장치를 가지며, 광전자면의 모재에는, 석영보다 열전도율이 높은 재료가 이용된다.

또한, 본 발명의 검사 장치에서는, 광전자면의 모재에, 사파이어 또는 다이아몬드가 이용되어도 좋다. 광전자면의 형상은, 직경이 10 ㎛∼200 ㎛인 원형, 또는 한변이 10 ㎛∼200 ㎛인 직사각형이어도 좋다.

또한, 본 발명의 검사 장치에서는, 광전자면에, 광전자 재료가 코팅되어 있고, 광전자 재료로는, 루테늄 또는 금이 이용되어도 좋다. 광전자 재료의 두께는, 5 nm∼100 nm여도 좋다.

본 발명에 의하면, 전자 조사에 의해 광전자면이 받는 손상을 저감시킬 수 있는 검사 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 검사 장치는, 하전 입자 또는 전자파 중 어느 것을 빔으로서 발생시키는 빔 발생 수단과, 워킹 챔버 내에 유지한 검사 대상에, 빔을 유도하여 조사하는 1차 광학계와, 검사 대상으로부터 발생한 2차 하전 입자를 검출하는 2차 광학계와, 검출된 2차 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 처리계를 구비하고, 검사 대상의 중앙 부분에는 중앙 평탄부가 마련되며, 중앙 평탄부의 둘레 가장자리에는 단차를 사이에 두고 둘레 가장자리 평탄부가 마련되고, 단차의 주변에는 전계 보정판이 설치되며, 전계 보정판의 표면의 전극에는, 검사 대상에 인가되는 표면 전압과 동일한 정도의 표면 전압이 인가된다.

본 발명의 검사 장치에서는, 전계 보정판은, 전극 아래에 마련되는 절연층과, 절연층 아래에 마련되는 정전척용 전극을 갖고, 정전척용 전극에 전압을 인가함으로써, 전계 보정판이 검사 대상에 밀착되어도 좋다.

또한, 본 발명의 검사 장치는, 하전 입자 또는 전자파 중 어느 것을 빔으로서 발생시키는 빔 발생 수단과, 워킹 챔버 내에 유지한 검사 대상에, 빔을 유도하여 조사하는 1차 광학계와, 검사 대상에 조사되는 빔의 입사 각도를 제어하는 제어 수단과, 검사 대상으로부터 발생한 2차 하전 입자를 검출하는 2차 광학계와, 검출된 2차 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 처리계를 구비하고, 검사 대상의 중앙 부분에는 중앙 평탄부가 마련되며, 중앙 평탄부의 둘레 가장자리에는 단차를 사이에 두고 둘레 가장자리 평탄부가 마련되고, 단차 근방에서의 2차 하전 입자의 검출 위치와 빔의 입사 각도의 관계가, 맵핑 데이터로서 기억부에 기억되어 있으며, 제어 수단은, 단차 근방의 검사를 할 때에, 맵핑 데이터에 기초하여, 2차 하전 입자의 검출 위치의 어긋남을 보정하도록 빔의 입사 각도를 제어한다.

본 발명의 검사 장치에서, 제어 수단은 가동식(可動式)의 뉴메리컬 애퍼처와, 뉴메리컬 애퍼처의 이동 기구이고, 맵핑 데이터는 단차 근방의 복수 개소에서의 미러 전자 위치와 뉴메리컬 애퍼처의 위치 관계를 맵핑한 데이터이며, 단차 근방의 검사를 할 때에, 맵핑 데이터에 기초하여, 뉴메리컬 애퍼처가 이동 기구에 의해 이동되고, 미러 전자 위치의 어긋남을 보정하도록 빔의 입사 각도가 제어되어도 좋다.

본 발명에 의하면, 메사 구조의 단부에서 콘트라스트나 S/N이 높은 화상을 얻을 수 있는 검사 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 검사 장치의 주요 구성 요소를 도시하는 입면도로서, 도 2a의 선 A-A를 취하여 본 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시하는 검사 장치의 주요 구성 요소의 평면도로서, 도 1의 선 B-B를 취하여 본 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 검사 장치에서의 기판 반입 장치의 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 도 1의 미니인바이런먼트 장치를 도시하는 단면도로서, 선 C-C를 취하여 본 도면이다.
도 4는 도 1의 로더 하우징을 도시하는 도면으로서, 도 2의 선 D-D를 취하여 본 도면이다.
도 5는 웨이퍼 랙의 확대도로서, [A]는 측면도이고, [B]는 [A]의 선 E-E를 취하여 본 단면도이다.
도 6은 주하우징의 지지 방법의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7은 주하우징의 지지 방법의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8은 광조사형의 전자 광학 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 검사 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 전자총을 구비하는 검사 장치의 예를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 시료 표면에 조사되는 전자빔의 조사 전류의 강도(양)와 에너지의 상태 및 시료 표면에 조사된 빔의 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, UV, EUV 또는 X선을 이용하는 1차 광학계의 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 1차 광학계의 크로스오버 형성의 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 1차 광학계의 제2 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 1차계의 도중 위치로부터, 칼럼 내에 설치된 미러에 의해, 광전자면에 광 또는 레이저가 유도될 때의 예를 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 1차계의 도중 위치로부터, 칼럼 내에 설치된 미러에 의해, 광전자면에 광 또는 레이저가 유도될 때의 예를 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 광전자면에 패턴의 마스킹재를 코팅한 예를, 1차 광학계의 제2 실시형태에 관련된 1차 광학계에 이용하는 예를 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 투과한 광 또는 레이저를 반사시켜, 광전자면에 다시 조사하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 검사 장치의 2중관 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 검사 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 시료에 전자빔을 조사했을 때의 랜딩 에너지(LE)와 계조(階調)(DN)의 관계를 도시하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 천이(遷移) 영역의 현상을 도시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, LE에 대한 CO 위치에서의 빔 형상의 측정예를 도시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 제2 검출기의 원리를 도시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 본 발명을 적용한 전자선 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, EB-TDI와, EB-CCD를 전환 가능한 검출기를 도시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 본 발명이 적용된 전자선 검사 장치를 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 동일한 메인 챔버에, 사상 광학식 검사 장치의 전자 칼럼과, SEM식 검사 장치를 설치하는 경우의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 29는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 광 또는 레이저를 시료에 조사하는 형태와, 1차계에 전자빔으로 시료를 조사하는 형태의 융합을 행한 형태의 예를 도시하는 도면이다.
도 30은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 광 또는 레이저를 시료에 조사하는 형태와, 1차계에 전자빔으로 시료를 조사하는 형태의 융합을 행한 형태의 예를 도시하는 도면이다.
도 31은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 광 또는 레이저를 시료에 조사하는 형태와, 1차계에 전자빔으로 시료를 조사하는 형태의 융합을 행한 형태의 예를 도시하는 도면이다.
도 32는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 시료 표면 전위 균일 안정 공급화의 예를 도시하는 도면이다.
도 33a는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 시료 표면 전위 균일 안정 공급화의 예를 도시하는 도면이다.
도 33b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 시료 표면 전위 균일 안정 공급화의 예를 도시하는 도면이다.
도 34는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 검사 방법의 시료에 대한 1차 빔의 입사 각도를 도시하는 도면이다.
도 35는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, CO 위치의 빔 관찰의 일례를 도시하는 도면이다.
도 36은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 1차 전자빔의 입사 각도에 의한 미러 전자 위치를 도시하는 도면이다.
도 37은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 미러 전자 위치와 NA 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 38은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도면으로서, 미러 전자 위치와 NA 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 39는 메사 구조의 단부(단차에 가까운 부분)를 검사하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 40은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전계 보정판의 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여, 검사 대상으로서 표면에 패턴이 형성된 기판, 즉 웨이퍼를 검사하는 반도체 검사 장치로서 설명한다. 또, 이하의 실시형태는, 본 발명의 검사 장치 및 검사 방법의 예로서, 이들에 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2a에 있어서, 본 실시형태의 반도체 검사 장치(1)의 주요 구성 요소가 입면 및 평면으로 도시되어 있다.

본 실시형태의 반도체 검사 장치(1)는, 복수장의 웨이퍼를 수납한 카세트를 유지하는 카세트 홀더(10)와, 미니인바이런먼트 장치(20)와, 워킹 챔버를 구획하는 주하우징(30)과, 미니인바이런먼트 장치(20)와 주하우징(30) 사이에 배치되어 있고, 2개의 로딩 챔버를 구획하는 로더 하우징(40)과, 웨이퍼를 카세트 홀더(10)로부터 주하우징(30) 내에 배치된 스테이지 장치(50) 상에 장전하는 로더(60)와, 진공 하우징에 부착된 전자 광학 장치(70)와, 광학 현미경(3000)과, 주사형 전자 현미경(SEM)(3002)을 구비하고, 이들은 도 1 및 도 2a에 도시하는 바와 같은 위치 관계로 배치되어 있다. 또한, 반도체 검사 장치(1)는, 진공의 주하우징(30) 내에 배치된 프리차지 유닛(81)과, 웨이퍼에 전위를 인가하는 전위 인가 기구(83)(도 14에 도시)와, 전자빔 캘리브레이션 기구(85)와, 스테이지 장치 상에서의 웨이퍼의 위치 결정을 행하기 위한 얼라이먼트 제어 장치(87)를 구성하는 광학 현미경(871)을 구비하고 있다. 전자 광학 장치(70)는, 경통(71) 및 광원통(7000)을 갖고 있다. 전자 광학 장치(70)의 내부 구조에 대해서는 후술한다.

<카세트 홀더>

카세트 홀더(10)는, 복수장(예컨대, 25장)의 웨이퍼가 상하 방향으로 평행하게 배열된 상태로 수납된 카세트(c)(예컨대, 아시스토사 제조의 SMIF, FOUP와 같은 클로즈드 카세트)를 복수개(이 실시형태에서는 2개) 유지하도록 되어 있다. 이 카세트 홀더로는, 카세트를 로봇 등에 의해 반송해 와서 자동적으로 카세트 홀더(10)에 장전하는 경우에는 그것에 알맞은 구조의 것을, 또한 작업자의 손에 의해 장전하는 경우에는 그것에 알맞은 오픈 카세트 구조의 것을 각각 임의로 선택하여 설치할 수 있도록 되어 있다. 카세트 홀더(10)는, 이 실시형태에서는, 자동적으로 카세트(c)가 장전되는 형식으로, 예컨대 승강 테이블(11)과, 그 승강 테이블(11)을 상하 이동시키는 승강 기구(12)를 구비하고, 카세트(c)는 승강 테이블 상에 도 2a에서 쇄선 도시의 상태로 자동적으로 세트 가능하게 되어 있으며, 세트 후, 도 2a에서 실선 도시의 상태로 자동적으로 회전되어 미니인바이런먼트 장치 내의 제1 반송 유닛의 회동(回動) 축선을 향하게 된다. 또한, 승강 테이블(11)은 도 1에서 쇄선 도시의 상태로 강하된다. 이와 같이, 자동적으로 장전하는 경우에 사용하는 카세트 홀더, 혹은 작업자의 손에 의해 장전하는 경우에 사용하는 카세트 홀더는 어느 것이나 공지된 구조의 것을 적절하게 사용하면 되기 때문에, 그 구조 및 기능의 상세한 설명은 생략한다.

다른 실시양태에서는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 복수의 300 mm 기판을 상자 본체(501)의 내측에 고정한 홈형 포켓(기재하지 않음)에 수납한 상태로 수용하고, 반송, 보관 등을 행하는 것이다. 이 기판 반송 상자(24)는, 각통형의 상자 본체(501)와 기판 반출입 도어 자동 개폐 장치에 연락되어 상자 본체(501)의 측면의 개구부를 기계에 의해 개폐 가능한 기판 반출입 도어(502)와, 개구부와 반대측에 위치하고, 필터류 및 팬 모터의 착탈을 행하기 위한 개구부를 덮는 덮개(503)와, 기판(W)을 유지하기 위한 홈형 포켓(도시 생략), ULPA 필터(505), 케미컬 필터(506), 팬 모터(507)로 구성되어 있다. 이 실시양태에서는, 로더(60)의 로봇식의 제1 반송 유닛(612)에 의해 기판을 출입시킨다.

한편, 카세트(c) 내에 수납되는 기판, 즉 웨이퍼는 검사를 받는 웨이퍼이고, 이와 같은 검사는 반도체 제조 공정 중에서 웨이퍼를 처리하는 프로세스 후, 혹은 프로세스 도중에 행해진다. 구체적으로는, 성막 공정, CMP, 이온 주입 등을 받은 기판, 즉 웨이퍼, 표면에 배선 패턴이 형성된 웨이퍼, 또는 배선 패턴이 아직 형성되지 않은 웨이퍼가, 카세트 내에 수납된다. 카세트(c) 내에 수용되는 웨이퍼는 다수장 상하 방향으로 이격되고 평행하게 배열하여 배치되어 있기 때문에, 임의의 위치의 웨이퍼와 후술하는 제1 반송 유닛에서 유지할 수 있도록, 제1 반송 유닛의 아암을 상하 이동할 수 있도록 되어 있다.

<미니인바이런먼트 장치>

도 1 내지 도 3에 있어서, 미니인바이런먼트 장치(20)는, 분위기 제어되도록 되어 있는 미니인바이런먼트 공간(21)을 구획하는 하우징(22)과, 미니인바이런먼트 공간(21) 내에서 청정 공기와 같은 기체를 순환시켜 분위기 제어하기 위한 기체 순환 장치(23)와, 미니인바이런먼트 공간(21) 내에 공급된 공기의 일부를 회수하여 배출하는 배출 장치(24)와, 미니인바이런먼트 공간(21) 내에 배치되어 있어 검사 대상으로서의 기판, 즉 웨이퍼를 임시 위치 결정하는 프리얼라이너(25)를 구비하고 있다.

하우징(22)은, 천장벽(221), 바닥벽(222) 및 4개의 둘레를 둘러싸는 둘레벽(223)을 갖고, 미니인바이런먼트 공간(21)을 외부로부터 차단하는 구조로 되어 있다. 미니인바이런먼트 공간을 분위기 제어하기 위해, 기체 순환 장치(23)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 미니인바이런먼트 공간(21) 내에서, 천장벽(221)에 부착되어 있고, 기체(이 실시형태에서는, 공기)를 청정하게 하여 1개 또는 그 이상의 기체 분출구(도시 생략)를 통해 청정 공기를 바로 아래를 향하여 층류형으로 흘리는 기체 공급 유닛(231)과, 미니인바이런먼트 공간 내에서 바닥벽(222) 상에 배치되어 있으며, 바닥을 향하여 흘러내린 공기를 회수하는 회수 덕트(232)와, 회수 덕트(232)와 기체 공급 유닛(231)을 접속하여 회수된 공기를 기체 공급 유닛(231)으로 복귀시키는 도관(233)을 구비하고 있다. 이 실시형태에서는, 기체 공급 유닛(231)은 공급하는 공기의 약 20%를 하우징(22)의 외부로부터 도입하여 청정하게 하도록 되어 있지만, 이 외부로부터 도입되는 기체의 비율은 임의로 선택 가능하다. 기체 공급 유닛(231)은, 청정 공기를 만들어내기 위한 공지된 구조의 HEPA 혹은 ULPA 필터를 구비하고 있다. 청정 공기의 층류형의 하방향의 흐름, 즉 다운 플로우는, 주로 미니인바이런먼트 공간(21) 내에 배치된 후술하는 제1 반송 유닛에 의한 반송면을 통해 흐르도록 공급되어, 반송 유닛에 의해 발생할 우려가 있는 먼지가 웨이퍼에 부착되는 것을 방지하도록 되어 있다. 따라서, 다운 플로우의 분출구는 반드시 도시하는 바와 같이 천장벽에 가까운 위치일 필요는 없고, 반송 유닛에 의한 반송면보다 상측에 있으면 된다. 또한, 미니인바이런먼트 공간 전면에 걸쳐 흐르게 할 필요도 없다. 한편, 경우에 따라서는, 청정 공기로서 이온풍을 사용함으로써 청정도를 확보할 수 있다. 또한, 미니인바이런먼트 공간 내에는 청정도를 관찰하기 위한 센서를 마련하여, 청정도가 악화되었을 때에 장치를 셧다운시킬 수도 있다. 하우징(22)의 둘레벽(223) 중 카세트 홀더(10)에 인접하는 부분에는, 출입구(225)가 형성되어 있다. 출입구(225) 근방에는 공지된 구조의 셔터 장치를 마련하여 출입구(225)를 미니인바이런먼트 장치측에서 폐쇄하도록 해도 좋다. 웨이퍼 근방에서 만드는 층류의 다운 플로우는, 예컨대 0.3 m/sec 내지 0.4 m/sec의 유속이면 된다. 기체 공급 유닛은 미니인바이런먼트 공간 내가 아니라 그 외측에 마련해도 좋다.

배출 장치(24)는, 상기 반송 유닛의 웨이퍼 반송면보다 하측의 위치에서 반송 유닛의 하부에 배치된 흡입 덕트(241)와, 하우징(22)의 외측에 배치된 블로워(242)와, 흡입 덕트(241)와 블로워(242)를 접속하는 도관(243)을 구비하고 있다. 이 배출 장치(24)는, 반송 유닛의 주위를 흘러내려 반송 유닛에 의해 발생할 가능성이 있는 먼지를 포함한 기체를, 흡입 덕트(241)에 의해 흡인하고, 도관(243, 244) 및 블로워(242)를 통해 하우징(22)의 외측으로 배출한다. 이 경우, 하우징(22)의 근처로 끌어내어진 배기관(도시 생략) 내에 배출해도 좋다.

미니인바이런먼트 공간(21) 내에 배치된 프리얼라이너(25)는, 웨이퍼에 형성된 오리엔테이션 플랫(원형 웨이퍼의 외주에 형성된 평탄 부분을 말하고, 이하에 있어서 오리플랫이라고 함)이나, 웨이퍼의 외주 가장자리에 형성된 1개 또는 그 이상의 V형의 절취, 즉 노치를 광학적으로 혹은 기계적으로 검출하여 웨이퍼의 축선 O-O 둘레의 회전 방향의 위치를 약 ±1도의 정밀도로 미리 위치 결정해 두도록 되어 있다. 프리얼라이너는 청구항에 기재된 발명의 검사 대상의 좌표를 결정하는 기구의 일부를 구성하고, 검사 대상의 임시 위치 결정을 담당한다. 이 프리얼라이너 자체는 공지된 구조의 것이면 되기 때문에, 그 구조, 동작의 설명은 생략한다.

한편, 도시하지 않지만, 프리얼라이너의 하부에도 배출 장치용의 회수 덕트를 마련하여, 프리얼라이너로부터 배출된 먼지를 포함한 공기를 외부로 배출하도록 해도 좋다.

<주하우징>

도 1 및 도 2a에 있어서, 워킹 챔버(31)를 구획하는 주하우징(30)은, 하우징 본체(32)를 구비하고, 이 하우징 본체(32)는, 베이스 프레임(36) 상에 배치된 진동 차단 장치 즉 방진 장치(37) 상에 올려진 하우징 지지 장치(33)에 의해 지지되어 있다. 하우징 지지 장치(33)는 직사각형으로 짜여진 프레임 구조체(331)를 구비하고 있다. 하우징 본체(32)는 프레임 구조체(331) 상에 배치 고정되어 있고, 프레임 구조체 상에 올려진 바닥벽(321)과, 천장벽(322)과, 바닥벽(321) 및 천장벽(322)에 접속되어 4개의 둘레를 둘러싸는 둘레벽(323)을 구비하고 있어 워킹 챔버(31)를 외부로부터 격리시키고 있다. 이 실시형태에서는, 바닥벽(321)은 위에 적재되는 스테이지 장치 등의 기기에 의한 가중으로 변형이 발생하지 않도록 비교적 두께가 두꺼운 강판으로 구성되어 있지만, 그 밖의 구조로 해도 좋다. 이 실시형태에 있어서, 하우징 본체 및 하우징 지지 장치(33)는, 강(剛) 구조로 조립되어 있고, 베이스 프레임(36)이 설치되어 있는 플로어로부터의 진동이, 이 강 구조에 전달되는 것을 방진 장치(37)에 의해 저지하도록 되어 있다. 하우징 본체(32)의 둘레벽(323) 중 후술하는 로더 하우징에 인접하는 둘레벽에는, 웨이퍼 출입용의 출입구(325)가 형성되어 있다.

한편, 방진 장치는, 공기 스프링, 자기 베어링 등을 갖는 액티브식인 것이어도, 혹은 이들을 갖는 패시브식인 것이어도 좋다. 어느 것이라도 공지된 구조의 것이면 되기 때문에, 그 자체의 구조 및 기능의 설명은 생략한다. 워킹 챔버(31)는 공지된 구조의 진공 장치(도시 생략)에 의해 진공 분위기로 유지되도록 되어 있다. 베이스 프레임(36) 아래에는 장치 전체의 동작을 제어하는 제어 장치(2)가 배치되어 있다.

<로더 하우징>

도 1, 도 2a 및 도 4에 있어서, 로더 하우징(40)은, 제1 로딩 챔버(41)와 제2 로딩 챔버(42)를 구획하는 하우징 본체(43)를 구비하고 있다. 하우징 본체(43)는 바닥벽(431)과, 천장벽(432)과, 4개의 둘레를 둘러싸는 둘레벽(433)과, 제1 로딩 챔버(41)와 제2 로딩 챔버(42)를 구획하는 칸막이벽(434)을 갖고 있고, 양 로딩 챔버를 외부로부터 격리할 수 있도록 되어 있다. 칸막이벽(434)에는 양 로딩 챔버 사이에서 웨이퍼의 교환을 행하기 위한 개구, 즉 출입구(435)가 형성되어 있다. 또한, 둘레벽(433)의 미니인바이런먼트 장치 및 주하우징에 인접한 부분에는 출입구(436 및 437)가 형성되어 있다. 이 로더 하우징(40)의 하우징 본체(43)는, 하우징 지지 장치(33)의 프레임 구조체(331) 상에 적재되고 그에 의해 지지되어 있다. 따라서, 이 로더 하우징(40)에도 플로어의 진동이 전달되지 않도록 되어 있다. 로더 하우징(40)의 출입구(436)와 미니인바이런먼트 장치의 하우징(22)의 출입구(226)는 정합되어 있고, 그곳에는 미니인바이런먼트 공간(21)과 제1 로딩 챔버(41)의 연통을 선택적으로 저지하는 셔터 장치(27)가 마련되어 있다. 셔터 장치(27)는, 출입구(226 및 436)의 주위를 둘러싸서 측벽(433)과 긴밀하게 접촉하여 고정된 시일재(271), 시일재(271)와 협동하여 출입구를 통한 공기의 유통을 저지하는 도어(272)와, 이 도어를 움직이는 구동 장치(273)를 갖고 있다. 또한, 로더 하우징(40)의 출입구(437)와 하우징 본체(32)의 출입구(325)는 정합되어 있고, 그곳에는 제2 로딩 챔버(42)와 워킹 챔버(31)의 연통을 선택적으로 밀봉 저지하는 셔터 장치(45)가 마련되어 있다. 셔터 장치(45)는, 출입구(437 및 325)의 주위를 둘러싸서 측벽(433 및 323)과 긴밀하게 접촉하여 이들에 고정된 시일재(451), 시일재(451)와 협동하여 출입구를 통한 공기의 유통을 저지하는 도어(452)와, 이 도어를 움직이는 구동 장치(453)를 갖고 있다. 또한, 칸막이벽(434)에 형성된 개구에는, 도어(461)에 의해 그것을 폐쇄하여 제1 및 제2 로딩 챔버 사이의 연통을 선택적으로 밀봉 저지하는 셔터 장치(46)가 마련되어 있다. 이들 셔터 장치(27, 45 및 46)는, 폐쇄 상태에 있을 때 각 챔버를 기밀 시일링할 수 있도록 되어 있다. 이들 셔터 장치는 공지된 것이면 되기 때문에, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 한편, 미니인바이런먼트 장치(20)의 하우징(22)의 지지 방법과 로더 하우징의 지지 방법이 상이하고, 미니인바이런먼트 장치를 통해 플로어로부터의 진동이 로더 하우징(40), 주하우징(30)에 전달되는 것을 방지하기 위해, 하우징(22)과 로더 하우징(40) 사이에는 출입구의 주위를 기밀하게 둘러싸도록 방진용 쿠션재를 배치해 두면 된다.

제1 로딩 챔버(41) 내에는, 복수(본 실시형태에서는 2장)의 웨이퍼를 상하로 이격하여 수평의 상태로 지지하는 웨이퍼 랙(47)이 배치되어 있다. 웨이퍼 랙(47)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 직사각형의 기판(471)의 네 모퉁이에 서로 이격하여 직립 상태로 고정된 지주(472)를 구비하고, 각 지주(472)에는 각각 2단의 지지부(473 및 474)가 형성되며, 이 지지부 상에 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리를 올려 유지하도록 되어 있다. 그리고 후술하는 제1 반송 유닛 및 제2 반송 유닛의 아암의 선단을 인접하는 지주 사이로부터 웨이퍼에 접근시켜 아암에 의해 웨이퍼를 파지하도록 되어 있다.

로딩 챔버(41 및 42)는, 도시하지 않은 진공 펌프를 포함하는 공지된 구조의 진공 배기 장치(도시 생략)에 의해 고진공 상태(진공도로는 10^-5 Pa∼10^-6 Pa)로 분위기 제어될 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 제1 로딩 챔버(41)를 저진공 챔버로서 저진공 분위기로 유지하고, 제2 로딩 챔버(42)를 고진공 챔버로서 고진공 분위기로 유지하여, 웨이퍼의 오염 방지를 효과적으로 행할 수도 있다. 이러한 구조를 채용함으로써 로딩 챔버 내에 수용되어, 다음으로 결함 검사될 웨이퍼를 워킹 챔버 내에 지체 없이 반송할 수 있다. 이러한 로딩 챔버를 채용함으로써, 결함 검사의 스루풋을 향상시키고, 또한 보관 상태가 고진공 상태일 것이 요구되는 전자원 주변의 진공도를 가능한 한 고진공도 상태로 할 수 있다.

제1 로딩 챔버 및 제2 로딩 챔버(41 및 42)는, 각각 진공 배기 배관과 불활성 가스(예컨대, 건조 순질소)용의 벤트 배관(각각 도시 생략)이 접속되어 있다. 이에 따라, 각 로딩 챔버 내의 대기압 상태는 불활성 가스 벤트(불활성 가스를 주입하고 불활성 가스 이외의 산소 가스 등이 표면에 부착되는 것을 방지함)에 의해 달성된다. 이러한 불활성 가스 벤트를 행하는 장치 자체는 공지된 구조의 것이면 되기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

<스테이지 장치>

스테이지 장치(50)는, 주하우징(30)의 바닥벽(321) 상에 배치된 고정 테이블(51)과, 고정 테이블 상에서 Y 방향(도 1에 있어서 지면에 수직인 방향)으로 이동하는 Y 테이블(52)과, Y 테이블 상에서 X 방향(도 1에 있어서 좌우 방향)으로 이동하는 X 테이블(53)과, X 테이블 상에서 회전 가능한 회전 테이블(54)과, 회전 테이블(54) 상에 배치된 홀더(55)를 구비하고 있다. 이 홀더(55)의 웨이퍼 적재면(551) 상에 웨이퍼를 해방 가능하게 유지한다. 홀더는, 웨이퍼를 기계적으로 혹은 정전척 방식으로 해방 가능하게 파지할 수 있는 공지된 구조의 것이면 된다. 스테이지 장치(50)는, 서보모터, 인코더 및 각종 센서(도시 생략)를 이용하여, 상기와 같은 복수의 테이블을 동작시킴으로써, 적재면(551) 상에서 홀더에 유지된 웨이퍼를 전자 광학 장치로부터 조사되는 전자빔에 대하여 X 방향, Y 방향 및 Z 방향(도 1에 있어서 상하 방향)으로, 또한 웨이퍼의 지지면에 수직인 축선의 둘레 방향(θ 방향)으로 높은 정밀도로 위치 결정할 수 있도록 되어 있다. 한편, Z 방향의 위치 결정은, 예컨대 홀더 상의 적재면의 위치를 Z 방향으로 미조정 가능하게 해 두면 된다. 이 경우, 적재면의 기준 위치를 미세 직경 레이저에 의한 위치 측정 장치(간섭계의 원리를 사용한 레이저 간섭 측거 장치)에 의해 검지하고, 그 위치를 도시하지 않은 피드백 회로에 의해 제어하거나, 그것과 함께 혹은 그것을 대신하여 웨이퍼의 노치 혹은 오리플랫의 위치를 측정하여 웨이퍼의 전자빔에 대한 평면 위치, 회전 위치를 검지하며, 회전 테이블을 미소 각도 제어 가능한 스텝핑 모터 등에 의해 회전시켜 제어하거나 한다. 워킹 챔버 내에서의 먼지의 발생을 최대한 방지하기 위해, 스테이지 장치용의 서보모터(521, 531) 및 인코더(522, 532)는, 주하우징(30)의 외측에 배치되어 있다. 한편, 스테이지 장치(50)는, 예컨대 스테퍼 등에서 사용되고 있는 공지된 구조의 것이면 되기 때문에, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 레이저 간섭 측거 장치도 공지된 구조의 것이면 되기 때문에, 그 구조, 동작의 상세한 설명은 생략한다.

전자빔에 대한 웨이퍼의 회전 위치나 X, Y 위치를 미리 후술하는 신호 검출계 혹은 화상 처리계에 입력함으로써 얻어지는 신호의 기준화를 도모할 수도 있다. 또한, 이 홀더에 마련된 웨이퍼 척 기구는, 웨이퍼를 척하기 위한 전압을 정전척의 전극에 부여할 수 있도록 되어 있고, 웨이퍼의 외주부의 3점(바람직하게는, 둘레 방향으로 등간격으로 이격된)을 눌러 위치 결정하도록 되어 있다. 웨이퍼 척 기구는, 2개의 고정 위치 결정 핀과, 1개의 가압식 클램프 핀을 구비하고 있다. 클램프 핀은, 자동 척 및 자동 릴리스를 실현할 수 있도록 되어 있으며, 또한 전압 인가의 도통 개소를 구성하고 있다.

한편, 이 실시형태에서는 도 2a에서 좌우 방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블로 하고, 상하 방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블로 했지만, 동일 도면에서 좌우 방향으로 이동하는 테이블을 Y 테이블로 하고, 상하 방향으로 이동하는 테이블을 X 테이블로 해도 좋다.

<로더>

로더(60)는, 미니인바이런먼트 장치(20)의 하우징(22) 내에 배치된 로봇식의 제1 반송 유닛(61)과, 제2 로딩 챔버(42) 내에 배치된 로봇식의 제2 반송 유닛(63)을 구비하고 있다.

제1 반송 유닛(61)은, 구동부(611)에 대하여 축선 O₁-O₁의 둘레로 회전 가능하게 되어 있는 다절(多節)의 아암(612)을 갖고 있다. 다절의 아암으로는 임의의 구조의 것을 사용할 수 있지만, 이 실시형태에서는, 서로 회동 가능하게 부착된 3개의 부분을 갖고 있다. 제1 반송 유닛(61)의 아암(612)의 하나의 부분, 즉 가장 구동부(611)측의 제1 부분은, 구동부(611) 내에 마련된 공지된 구조의 구동 기구(도시 생략)에 의해 회전 가능한 축(613)에 부착되어 있다. 아암(612)은, 축(613)에 의해 축선 O₁-O₁의 둘레로 회동할 수 있고, 부분 사이의 상대 회전에 의해 전체로서 축선 O₁-O₁에 대해 반경 방향으로 신축 가능하게 되어 있다. 아암(612)의 축(613)으로부터 가장 떨어진 제3 부분의 선단에는, 공지된 구조의 기계식 척 또는 정전척 등의 웨이퍼를 파지하는 파지 장치(616)가 마련되어 있다. 구동부(611)는, 공지된 구조의 승강 기구(615)에 의해 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

이 제1 반송 유닛(61)은, 아암(612)이 카세트 홀더에 유지된 2개의 카세트(c) 중 어느 한쪽의 방향 M1 또는 M2를 향하여 아암이 신장하여, 카세트(c) 내에 수용된 웨이퍼를 1장 아암 상에 올리거나, 혹은 아암의 선단에 부착한 척(도시 생략)에 의해 파지하여 취출한다. 그 후 아암이 축소되고(도 2a에 도시하는 바와 같은 상태), 아암이 프리얼라이너(25)의 방향 M3을 향하여 신장할 수 있는 위치까지 회전하여 그 위치에서 정지한다. 그렇게 하면 아암이 다시 신장하여 아암에 유지된 웨이퍼를 프리얼라이너(25)에 올린다. 프리얼라이너로부터 상기와 반대로 하여 웨이퍼를 수취한 후에는, 아암은 더욱 회전하여 제2 로딩 챔버(41)를 향하여 신장할 수 있는 위치(방향 M4)에서 정지하고, 제2 로딩 챔버(41) 내의 웨이퍼 수용부(47)에 웨이퍼를 전달한다. 한편, 기계적으로 웨이퍼를 파지하는 경우에는 웨이퍼의 둘레 가장자리부(둘레 가장자리로부터 약 5 mm의 범위)를 파지한다. 이것은 웨이퍼에는 둘레 가장자리부를 제외하고 전면에 디바이스(회로 배선)가 형성되어 있어, 이 부분을 파지하면 디바이스의 파괴, 결함의 발생을 일으키기 때문이다.

제2 반송 유닛(63)도 제1 반송 유닛과 구조가 기본적으로 동일하고, 웨이퍼의 반송을 웨이퍼 랙(47)과 스테이지 장치의 적재면 상 사이에서 행하는 점에서만 상이할 뿐이므로, 상세한 설명은 생략한다.

상기 로더(60)에서는, 제1 반송 유닛 및 제2 반송 유닛(61 및 63)은, 카세트 홀더에 유지된 카세트로부터 워킹 챔버(31) 내에 배치된 스테이지 장치(50) 상으로의 및 그 반대의 웨이퍼의 반송을 거의 수평 상태로 유지한 채로 행하고, 반송 유닛의 아암이 상하 이동하는 것은, 단지, 웨이퍼의 카세트로부터의 취출 및 그것으로의 삽입, 웨이퍼의 웨이퍼 랙에 대한 적재 및 그것으로부터의 취출 및 웨이퍼의 스테이지 장치에 대한 적재 및 그것으로부터의 취출시뿐이다. 따라서, 대형의 웨이퍼, 예컨대 직경 30 cm의 웨이퍼의 이동도 순조롭게 행할 수 있다.

<웨이퍼의 반송>

다음으로 카세트 홀더에 지지된 카세트(c)로부터 워킹 챔버(31) 내에 배치된 스테이지 장치(50)까지의 웨이퍼의 반송에 대해서, 순서대로 설명한다.

카세트 홀더(10)는, 전술한 바와 같이 작업자의 손에 의해 카세트를 세팅하는 경우에는 그에 알맞은 구조의 것이, 또한 자동적으로 카세트를 세팅하는 경우에는 그에 알맞은 구조의 것이 사용된다. 이 실시형태에 있어서, 카세트(c)가 카세트 홀더(10)의 승강 테이블(11) 상에 세팅되면, 승강 테이블(11)은 승강 기구(12)에 의해 강하되어 카세트(c)가 출입구(225)에 정합된다.

카세트가 출입구(225)에 정합되면, 카세트에 마련된 커버(도시 생략)가 개방되고, 또한 카세트(c)와 미니인바이런먼트의 출입구(225) 사이에는 통형의 덮개가 배치되어 카세트 내 및 미니인바이런먼트 공간 내를 외부로부터 차단한다. 이들 구조는 공지된 것이기 때문에, 그 구조 및 동작의 상세한 설명은 생략한다. 한편, 미니인바이런먼트 장치(20)측에 출입구(225)를 개폐하는 셔터 장치가 마련되어 있는 경우에는 이 셔터 장치가 동작하여 출입구(225)를 개방한다.

한편, 제1 반송 유닛(61)의 아암(612)은 방향 M1 또는 M2 중 어느 방향을 향한 상태(이 설명에서는 M1 방향)에서 정지되어 있고, 출입구(225)가 개방되면 아암이 신장하여 선단에서 카세트 내에 수용되어 있는 웨이퍼 중 1장을 수취한다. 한편, 아암과, 카세트로부터 취출되어야 할 웨이퍼의 상하 방향의 위치 조정은, 이 실시형태에서는 제1 반송 유닛(61)의 구동부(611) 및 아암(612)의 상하 이동으로 행하지만, 카세트 홀더의 승강 테이블의 상하 이동으로 행해도 좋고, 혹은 그 양자로 행해도 좋다.

아암(612)에 의한 웨이퍼의 수취가 완료되면, 아암은 축소되고, 셔터 장치를 동작시켜 출입구를 폐쇄하고(셔터 장치가 있는 경우), 다음으로 아암(612)은 축선 O₁-O₁의 둘레로 회동하여 방향 M3을 향하여 신장할 수 있는 상태가 된다. 그렇게 하면, 아암은 신장하여 선단에 올려져 혹은 척으로 파지된 웨이퍼를 프리얼라이너(25) 상에 올리고, 그 프리얼라이너에 의해 웨이퍼의 회전 방향(웨이퍼 평면에 수직인 중심 축선의 둘레 방향)을 소정의 범위 내로 위치 결정한다. 위치 결정이 완료되면 반송 유닛(61)은 아암의 선단에 프리얼라이너(25)로부터 웨이퍼를 수취한 후 아암을 축소시키고, 방향 M4를 향하여 아암을 신장시킬 수 있는 자세가 된다. 그렇게 하면 셔터 장치(27)의 도어(272)가 움직여 출입구(226 및 436)를 개방하고, 아암(612)이 신장하여 웨이퍼를 제1 로딩 챔버(41) 내의 웨이퍼 랙(47)의 상단측 또는 하단측에 올린다. 한편, 상기한 바와 같이 셔터 장치(27)가 개방되어 웨이퍼 랙(47)에 웨이퍼가 전달되기 전에, 칸막이벽(434)에 형성된 개구(435)는 셔터 장치(46)의 도어(461)에 의해 기밀 상태로 폐쇄되어 있다.

상기 제1 반송 유닛에 의한 웨이퍼의 반송 과정에서, 미니인바이런먼트 장치의 하우징 상에 마련된 기체 공급 유닛(231)으로부터는 청정 공기가 층류형으로 흘러(다운 플로우로서), 반송 도중에 먼지가 웨이퍼의 상면에 부착되는 것을 방지한다. 반송 유닛 주변 공기의 일부(이 실시형태에서는 공급 유닛으로부터 공급되는 공기의 약 20%로 주로 오염된 공기)는 배출 장치(24)의 흡입 덕트(241)로부터 흡인되어 하우징 밖으로 배출된다. 나머지 공기는 하우징의 바닥부에 마련된 회수 덕트(232)를 통해 회수되어 다시 기체 공급 유닛(231)으로 복귀된다.

로더 하우징(40)의 제1 로딩 챔버(41) 내의 웨이퍼 랙(47) 내에 제1 반송 유닛(61)에 의해 웨이퍼가 올려지면, 셔터 장치(27)가 폐쇄되어, 로딩 챔버(41) 내를 밀폐한다. 그렇게 하면, 제1 로딩 챔버(41) 내에는 불활성 가스가 충전되어 공기가 추방된 후, 이 불활성 가스도 배출되어 이 로딩 챔버(41) 내는 진공 분위기가 된다. 이 제1 로딩 챔버의 진공 분위기는 저진공도이면 된다. 로딩 챔버(41) 내의 진공도가 어느 정도 얻어지면, 셔터 장치(46)가 동작하여 도어(461)로 밀폐하고 있던 출입구(434)를 개방하고, 제2 반송 유닛(63)의 아암(632)이 신장하여 선단의 파지 장치로 웨이퍼 수용부(47)로부터 1장의 웨이퍼를 수취한다(선단 상에 올려 혹은 선단에 부착된 척으로 파지하여). 웨이퍼의 수취가 완료되면 아암이 축소되고, 셔터 장치(46)가 다시 동작하여 도어(461)로 출입구(435)를 폐쇄한다. 한편, 셔터 장치(46)가 개방되기 전에 아암(632)은 미리 웨이퍼 랙(47)의 방향 N1을 향하여 신장할 수 있는 자세가 된다. 또한, 상기한 바와 같이 셔터 장치(46)가 개방되기 전에 셔터 장치(45)의 도어(452)로 출입구(437, 325)를 폐쇄하고 있어, 제2 로딩 챔버(42) 내와 워킹 챔버(31) 내의 연통을 기밀 상태로 저지하고 있고, 제2 로딩 챔버(42) 내는 진공 배기된다.

셔터 장치(46)가 출입구(435)를 폐쇄하면, 제2 로딩 챔버 내는 다시 진공 배기되어, 제1 로딩 챔버 내보다 고진공도로 진공이 된다. 그 동안에, 제2 반송 유닛(61)의 아암은 워킹 챔버(31) 내의 스테이지 장치(50) 방향을 향하여 신장할 수 있는 위치로 회전된다. 한편 워킹 챔버(31) 내의 스테이지 장치에서는, Y 테이블(52)이, X 테이블(53)의 중심선 X₀-X₀이 제2 반송 유닛(63)의 회동 축선 O₂-O₂를 통과하는 X 축선 X₁-X₁과 거의 일치하는 위치까지, 도 2a에서 상방으로 이동하고, X 테이블(53)은 도 2a에서 가장 좌측의 위치에 접근하는 위치까지 이동하며, 이 상태에서 대기하고 있다. 제2 로딩 챔버가 워킹 챔버의 진공 상태와 대략 동일해지면, 셔터 장치(45)의 도어(452)가 움직여 출입구(437, 325)를 개방하고, 아암이 신장하여 웨이퍼를 유지한 아암의 선단이 워킹 챔버(31) 내의 스테이지 장치에 접근한다. 그리고 스테이지 장치(50)의 적재면(551) 상에 웨이퍼를 적재한다. 웨이퍼의 적재가 완료되면 아암이 축소되고, 셔터 장치(45)가 출입구(437, 325)를 폐쇄한다.

이상은, 카세트(c) 내의 웨이퍼를 스테이지 장치 상에 반송하기까지의 동작에 대해서 설명했지만, 스테이지 장치에 올려져 처리가 완료된 웨이퍼를 스테이지 장치로부터 카세트(c) 내로 복귀시키기 위해서는 전술한 것과 반대의 동작을 행하여 복귀시킨다. 또한, 웨이퍼 랙(47)에 복수의 웨이퍼를 적재해 두기 때문에, 제2 반송 유닛으로 웨이퍼 랙과 스테이지 장치 사이에서 웨이퍼의 반송을 행하는 동안에, 제1 반송 유닛으로 카세트와 웨이퍼 랙 사이에서 웨이퍼의 반송을 행할 수 있어, 검사 처리를 효율적으로 행할 수 있다.

구체적으로는, 제2 반송 유닛의 웨이퍼 랙(47)에, 이미 처리 종료된 웨이퍼 A와 미처리의 웨이퍼 B가 있는 경우,

(1) 우선, 스테이지 장치(50)에 미처리의 웨이퍼 B를 이동시켜, 처리를 시작한다. (2) 이 처리 중에, 처리 종료 웨이퍼 A를, 아암에 의해 스테이지 장치(50)로부터 웨이퍼 랙(47)으로 이동시키고, 미처리의 웨이퍼 C를 동일하게 아암에 의해 웨이퍼 랙으로부터 꺼내어, 프리얼라이너로 위치 결정한 후, 로딩 챔버(41)의 웨이퍼 랙(47)으로 이동시킨다.

이와 같이 함으로써, 웨이퍼 랙(47) 안은, 웨이퍼 B를 처리 중에, 처리 종료된 웨이퍼 A가 미처리의 웨이퍼 C로 치환될 수 있다.

또한, 검사나 평가를 행하는 이러한 장치의 이용 방법에 따라서는, 스테이지 장치(50)를 복수대 병렬로 놓고, 각각의 장치에 하나의 웨이퍼 랙(47)으로부터 웨이퍼를 이동시킴으로써, 복수장의 웨이퍼를 동일하게 처리할 수도 있다.

도 6에 있어서, 주하우징의 지지 방법의 변형예가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 변형예에서는, 하우징 지지 장치(33a)를 두껍고 직사각형인 강판(331a)으로 구성하고, 이 강판 상에 하우징 본체(32a)가 올려져 있다. 따라서, 하우징 본체(32a)의 바닥벽(321a)은, 상기 실시형태의 바닥벽과 비교하여 얇은 구조로 되어 있다. 도 7에 도시된 변형예에서는, 하우징 지지 장치(33b)의 프레임 구조체(336b)에 의해 하우징 본체(32b) 및 로더 하우징(40b)을 현수 상태로 지지하도록 되어 있다. 프레임 구조체(336b)에 고정된 복수의 세로 프레임(337b)의 하단은, 하우징 본체(32b)의 바닥벽(321b)의 네 모퉁이에 고정되고, 이 바닥벽에 의해 둘레벽 및 천장벽을 지지하도록 되어 있다. 그리고 방진 장치(37b)는, 프레임 구조체(336b)와 베이스 프레임(36b) 사이에 배치되어 있다. 또한, 로더 하우징(40)도 프레임 구조체(336b)에 고정된 현수 부재(49b)에 의해 현수되어 있다. 하우징 본체(32b)의 이 도 7에 도시된 변형예에서는, 현수식으로 지지하기 때문에 주하우징 및 그 안에 마련된 각종 기기 전체의 저무게중심화가 가능하다. 상기 변형예를 포함한 주하우징 및 로더 하우징의 지지 방법에서는 주하우징 및 로더 하우징에 플로어로부터의 진동이 전해지지 않도록 되어 있다.

도시하지 않은 다른 변형예에서는, 주하우징의 하우징 본체만이 하우징 지지 장치에 의해 아래로부터 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니인바이런먼트 장치와 동일한 방법으로 플로어 상에 배치될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 또 다른 변형예에서는, 주하우징의 하우징 본체만이 프레임 구조체에 현수식으로 지지되고, 로더 하우징은 인접하는 미니인바이런먼트 장치와 동일한 방법으로 플로어 상에 배치될 수 있다.

상기한 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

(A) 전자선을 이용한 사상 투영 방식의 검사 장치의 전체 구성이 얻어져, 높은 스루풋으로 검사 대상을 처리할 수 있다.

(B) 미니인바이런먼트 공간 내에서 검사 대상에 청정 기체를 흘려 먼지의 부착을 방지하고, 청정도를 관찰하는 센서를 마련함으로써, 이 공간 내의 먼지를 감시하면서 검사 대상의 검사를 행할 수 있다.

(C) 로딩 챔버 및 워킹 챔버를, 일체적으로 진동 방지 장치를 통해 지지했기 때문에, 외부의 환경에 영향을 받지 않고 스테이지 장치에 대한 검사 대상의 공급 및 검사를 행할 수 있다.

<전자 광학 장치>

전자 광학 장치(70)는, 하우징 본체(32)에 고정된 경통(71)을 구비하고, 그 안에는, 1차 광원 광학계(이하, 간단히 「1차 광학계」라고 함)(72)와, 2차 전자 광학계(이하, 간단히 「2차 광학계」라고 함)(74)를 구비하는 광학계와, 검출계(76)가 마련되어 있다. 도 8은, 「광 조사형」의 전자 광학 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다. 또, 본 발명의 실시형태의 전자 광학 장치로는, 후술하는 「전자 조사형」의 전자 광학 장치가 이용된다. 도 8의 전자 광학 장치(광 조사형의 전자 광학 장치)에서, 1차 광학계(72)는, 광선을 검사 대상인 웨이퍼(W)의 표면에 조사하는 광학계로, 광선을 방출하는 광원(10000)과, 광선의 각도를 변경하는 미러(10001)를 구비하고 있다. 이 광 조사형의 전자 광학 장치에서, 광원으로부터 출사되는 광선(10000A)의 광축은, 검사 대상의 웨이퍼(W)로부터 방출되는 광전자의 광축[웨이퍼(W)의 표면에 수직]에 대하여 경사져 있다.

검출계(76)는, 렌즈계(741)의 결상면에 배치된 검출기(761) 및 화상 처리부(763)를 구비하고 있다.

<광원(광선 광원)>

도 8의 전자 광학 장치에 있어서, 광원(10000)에는, DUV 레이저 광원을 이용하고 있다. DUV 레이저 광원(10000)으로부터는, DUV 레이저광이 출사된다. 한편, UV, DUV, EUV의 광 및 레이저, 그리고 X선 및 X선 레이저 등, 광원(10000)으로부터의 광이 조사된 기판으로부터 광전자가 방출되는 광원이면 다른 광원을 이용해도 좋다.

<1차 광학계>

광원(10000)으로부터 출사되는 광선에 의해 1차 광선을 형성하고, 웨이퍼(W)면 상에 직사각형 또는 원형(타원이어도 좋음) 빔을 조사하는 부분으로 1차 광학계라고 부른다. 광원(10000)으로부터 출사되는 광선은, 대물 렌즈 광학계(724)를 통과하여 스테이지 장치(50) 상의 웨이퍼(WF)에 1차 광선으로서 조사된다.

<2차 광학계>

웨이퍼(W) 상에 조사된 광선에 의해 발생하는 광전자에 의한 2차원의 화상을, 미러(10001)에 형성된 구멍을 빠져나가, 정전 렌즈(트랜스퍼 렌즈)(10006 및 10009)에 의해 뉴메리컬 애퍼처(10008)를 통해 시야 조리개 위치에서 결상시키고, 후단의 렌즈(741)로 확대 투영하여, 검출계(76)로 검지한다. 이 결상 투영 광학계를 2차 광학계(74)라고 부른다.

이 때, 웨이퍼에는 마이너스의 바이어스 전압이 인가되고 있다. 정전 렌즈(724)[렌즈(724-1 및 724-2)]와 웨이퍼 사이의 전위차에 의해 시료면 상으로부터 발생한 광전자를 가속시키고, 색수차를 저감시키는 효과를 갖는다. 이 대물 렌즈 광학계(724)에서의 인출 전계는, 3 kV/mm∼10 kV/mm로서, 높은 전계로 되어 있다. 인출 전계를 증가시키면, 수차의 저감 효과가 있고, 분해능이 향상된다는 관계에 있다. 한편, 인출 전계를 증가시키면, 전압 구배가 커지고 방전이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 인출 전계는, 적절한 값을 선택하여 이용하는 것이 중요하다. 렌즈(724)(CL)에 의해 규정 배율로 확대된 전자는 렌즈(TL1)(10006)에 의해 수속되어, 뉴메리컬 애퍼처(10008)(NA) 상에 크로스오버(CO)를 형성한다. 또한, 렌즈(TL1)(10006)와 렌즈(TL2)(10009)의 조합에 의해, 배율의 줌을 행할 수 있다. 그 후 렌즈(PL)(741)로 확대 투영하여, 검출기(761)에서의 MCP(Micro Channel Plate) 상에 결상시킨다. 본 광학계에서는 TL1-TL2 사이에 NA를 배치하고, 이것을 최적화함으로써 축외 수차 저감이 가능한 광학계를 구성하고 있다.

<검출기>

2차 광학계에서 결상되는 웨이퍼로부터의 광전자 화상은, 우선 마이크로 채널 플레이트(MCP)에서 증폭된 후, 형광 스크린에 닿아 광의 상으로 변환된다. MCP의 원리로는 직경 6 ㎛∼25 ㎛, 길이 0.24 mm∼1.0 mm라는 매우 가는 도전성의 유리 캐필러리를 수백만개 수속하여, 얇은 판형으로 정형한 것으로, 소정의 전압 인가를 행함으로써, 1개 1개의 캐필러리가, 독립된 전자 증폭기로서 기능하여, 전체로서 전자 증폭기를 형성한다.

이 검출기에 의해 광으로 변환된 화상은, 진공 투과창을 통해 대기 중에 놓여진 FOP(Fiber Optical Plate)계에서 TDI(Time Delay integration)-CCD(Charge Coupled Device) 상에 1 대 1로 투영된다. 또한, 다른 방법으로는 형광재가 코팅된 FOP가 TDI 센서면에 접속되어 진공 중에서 전자/광 변환된 신호가 TDI 센서에 도입되는 경우가 있다. 이쪽이, 대기 중에 놓여진 경우보다, 투과율이나 MTF(Modulation Transfer Function)의 효율이 좋다. 예컨대, 투과율 및 MTF에 있어서 ×5∼×10의 높은 값이 얻어진다. 이 때, 검출기로는, 전술한 바와 같이, MCP+TDI를 이용하는 경우가 있지만, 그 대신에, EB(Electron Bombardment)-TDI 또는 EB-CCD를 이용해도 좋다. EB-TDI를 이용하면, 시료 표면으로부터 발생하여 2차원 상을 형성하고 있는 광전자가, 직접 EB-TDI 센서면에 입사하기 때문에, 분해능의 열화가 없이 상 신호를 형성할 수 있다. 예컨대, MCP+TDI이면, MCP에서 전자 증폭한 후, 형광재나 신틸레이터 등에 의해 전자/광 변환이 행해지고, 그 광상의 정보가 TDI 센서에 보내지게 된다. 그에 대하여, EB-TDI, EB-CCD에서는, 전자/광 변환, 광증 정보의 전달 부품/손실이 없기 때문에, 상의 열화가 없이, 센서에 신호가 도착하는 것이다. 예컨대, MCP+TDI를 이용했을 때에는, EB-TDI나 EB-CCD를 이용했을 때와 비교하여, MTF나 콘트라스트가 1/2∼1/3이 된다.

한편, 이 실시형태에 있어서, 대물 렌즈계(724)는, 10 kV 내지 50 kV의 고전압이 인가되고, 웨이퍼(W)는 설치되어 있는 것으로 한다.

<사상 투영 방식의 주된 기능의 관계와 그 전체상의 설명>

도 9에 본 실시형태의 전체 구성도를 도시한다. 다만, 일부 구성을 생략 도시하고 있다.

도 9에 있어서, 검사 장치는 경통(71), 광원통(7000) 및 챔버(32)를 갖고 있다. 광원통(7000) 내부에는, 광원(10000)이 마련되어 있고, 광원(10000)으로부터 조사되는 광선(1차 광선)의 광축 상에 1차 광학계(72)가 배치된다. 또한, 챔버(32)의 내부에는, 스테이지 장치(50)가 설치되고, 스테이지 장치(50) 상에는 웨이퍼(W)가 적재된다.

한편, 경통(71)의 내부에는, 웨이퍼(W)로부터 방출되는 2차 빔의 광축 상에, 캐소드 렌즈(724)(724-1 및 724-2), 트랜스퍼 렌즈(10006 및 10009), 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008), 렌즈(741) 및 검출기(761)가 배치된다. 한편, 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008)는, 개구 조리개에 상당하는 것으로, 원형의 구멍이 개방된 금속제(Mo 등)의 박판이다.

한편, 검출기(761)의 출력은 컨트롤 유닛(780)에 입력되고, 컨트롤 유닛(780)의 출력은 CPU(781)에 입력된다. CPU(781)의 제어 신호는, 광원 제어 유닛(71a), 경통 제어 유닛(71b) 및 스테이지 구동 기구(56)에 입력된다. 광원 제어 유닛(71a)은 광원(10000)의 전원 제어를 행하고, 경통 제어 유닛(71b)은 캐소드 렌즈(724), 렌즈(10006 및 10009), 렌즈(741)의 렌즈 전압 제어와, 얼라이너(도시 생략)의 전압 제어(편향량 제어)를 행한다.

또한, 스테이지 구동 기구(56)는, 스테이지의 위치 정보를 CPU(781)에 전달한다. 또한, 광원통(7000), 경통(71), 챔버(32)는, 진공 배기계(도시 생략)와 연결되어 있고, 진공 배기계의 터보 펌프에 의해 배기되어, 내부는 진공 상태를 유지하고 있다. 또한, 터보 펌프의 하류측에는, 통상 드라이 펌프 또는 로터리 펌프에 의한 조(粗)배기용의 진공 배기 장치계가 설치되어 있다.

1차 광선이 시료에 조사되면, 웨이퍼(W)의 광선 조사면으로부터는, 2차 빔으로서 광전자가 발생한다.

2차 빔은, 캐소드 렌즈(724), TL 렌즈군(10006과 10009), 렌즈(PL)(741)를 통과하여 검출기에 유도되어 결상된다.

그런데, 캐소드 렌즈(724)는, 3장의 전극으로 구성되어 있다. 가장 아래의 전극은, 시료(W)측 전위와의 사이에서, 양의 전계를 형성하고, 전자(특히, 지향성이 작은 2차 전자)를 인입하여, 효율적으로 렌즈 내에 유도하도록 설계되어 있다. 그 때문에, 캐소드 렌즈는 양측 텔리센트릭으로 되어 있으면 효과적이다. 캐소드 렌즈에 의해 결상된 2차 빔은, 미러(10001)의 구멍을 통과한다.

2차 빔을, 캐소드 렌즈(724)가 1단만으로 결상시키면, 렌즈 작용이 강해지고 수차가 발생하기 쉽다. 그래서, 2단의 더블릿 렌즈계로 하여, 1회의 결상을 행하게 한다. 이 경우, 그 중간 결상 위치는, 렌즈(TL1)(10006)와 캐소드 렌즈(724) 사이이다. 또한, 이 때 전술한 바와 같이, 양측 텔리센트릭으로 하면 수차 저감에 매우 효과적이다. 2차 빔은, 캐소드 렌즈(724) 및 렌즈(TL1)(10006)에 의해, 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008) 상에 수속되어 크로스오버를 형성한다. 렌즈(724)와 렌즈(TL1)(10006) 사이에서 1회 결상되고, 그 후, 렌즈(TL1)(10006)와 렌즈(TL2)(10009)에 의해 중간 배율이 결정되며, 렌즈(PL)(741)에서 확대되어 검출기(761)에 결상된다. 즉, 이 예에서는 합계 3회 결상된다.

또한, 렌즈(10006, 10009), 렌즈(741)는 전부, 유니포텐셜 렌즈 또는 아인젤 렌즈라고 불리는 회전축 대칭형의 렌즈이다. 각 렌즈는, 3장 전극의 구성으로, 통상은 외측의 2전극을 제로 전위로 하고, 중앙의 전극에 인가하는 전압으로, 렌즈 작용을 행하게 하여 제어한다. 또한, 이 렌즈 구조에 한정되지 않고, 렌즈(724)의 1단째 또는 2단째, 또는 양방에 포커스 조정용 전극을 소지하는 구조, 또는 다이내믹하게 행하는 포커스 조정용 전극을 구비하며, 4극인 경우나 5극인 경우가 있다. 또한, PL 렌즈(741)에 대해서도, 필드 렌즈 기능을 부가하여, 축외 수차 저감을 행하며, 배율 확대를 행하기 위해, 4극 또는 5극으로 하는 것도 유효하다.

2차 빔은, 2차 광학계에 의해 확대 투영되어, 검출기(761)의 검출면에 결상된다. 검출기(761)는, 전자를 증폭하는 MCP와, 전자를 광으로 변환하는 형광판과, 진공계와 외부의 중계 및 광학상을 전달시키기 위한 렌즈나 그 밖의 광학 소자와, 촬상 소자(CCD 등)로 구성된다. 2차 빔은, MCP 검출면에서 결상되어, 증폭되고, 형광판에 의해 전자는 광 신호로 변환되며, 촬상 소자에 의해 광전 신호로 변환된다.

컨트롤 유닛(780)은, 검출기(761)로부터 웨이퍼(W)의 화상 신호를 독출하여, CPU(781)에 전달한다. CPU(781)는, 화상 신호로부터 템플릿 매칭 등에 의해 패턴의 결함 검사를 실시한다. 또한, 스테이지 장치(50)는, 스테이지 구동 기구(56)에 의해, XY 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. CPU(781)는, 스테이지 장치(50)의 위치를 판독하여, 스테이지 구동 기구(56)에 구동 제어 신호를 출력하고, 스테이지 장치(50)를 구동시켜, 순차로 화상의 검출, 검사를 행한다.

또한, 확대 배율의 변경은, 렌즈(10006 및 10009)의 렌즈 조건의 설정 배율을 바꿔도, 검출측에서의 시야 전면에 균일한 상이 얻어진다. 한편, 본 실시형태에서는, 불균일이 없는 균일한 상을 취득할 수 있지만, 통상, 확대 배율을 고배율로 하면, 상의 밝기가 저하된다는 문제점이 생겼다. 그래서, 이것을 개선하기 위해, 2차 광학계의 렌즈 조건을 바꾸어 확대 배율을 변경할 때, 단위 픽셀당 방출되는 전자량이 일정해지도록 1차 광학계의 렌즈 조건을 설정한다.

<프리차지 유닛>

프리차지 유닛(81)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 워킹 챔버(31) 내에서 전자 광학 장치(70)의 경통(71)에 인접하여 배치되어 있다. 본 검사 장치에서는 검사 대상인 기판, 즉 웨이퍼에 전자선을 조사함으로써 웨이퍼 표면에 형성된 디바이스 패턴 등을 검사하는 형식의 장치이기 때문에, 광선의 조사에 의해 생기는 광전자의 정보를 웨이퍼 표면의 정보로 하지만, 웨이퍼 재료, 조사하는 광이나 레이저의 파장이나 에너지 등의 조건에 따라 웨이퍼 표면이 대전(帶電)(차지업)되는 경우가 있다. 또한, 웨이퍼 표면에서도 강하게 대전되는 개소, 약한 대전 개소가 생길 가능성이 있다. 웨이퍼 표면의 대전량에 불균일이 있으면 광전자 정보도 불균일을 발생시켜, 정확한 정보를 얻을 수 없다. 그래서, 본 실시형태에서는, 이 불균일을 방지하기 위해, 하전 입자 조사부(811)를 갖는 프리차지 유닛(81)이 마련되어 있다. 검사하는 웨이퍼의 소정의 개소에 광이나 레이저를 조사하기 전에, 대전 불균일을 없애기 위해 이 프리차지 유닛의 하전 입자 조사부(811)로부터 하전 입자를 조사하여 대전 불균일을 없앤다. 이 웨이퍼 표면의 차지업은 미리 검출 대상인 웨이퍼면의 화상을 형성하며, 이 화상을 평가함으로써 검출하고, 이 검출에 기초하여 프리차지 유닛(81)을 동작시킨다.

(실시형태 1)

<광조사를 이용하는 1차계를 대신하는 전자 조사를 이용하는 1차 광학계를 구비한 전자 광학 장치>

지금까지 기술해 온 것은, 시료 표면에 조사하는 것이 광이나 레이저 등이고, 이에 따라, 시료 표면으로부터 광전자가 발생하는 형태를 기술해 왔다. 이하, 본 발명의 실시형태로서, 광을 조사하는 대신에, 전자빔을 조사하는 「전자 조사형」의 1차계의 형태에 대해서 기술한다. 우선, 일반적인 전자총을 구비하는 검사 장치의 예를 도 10에 도시한다. 도 10의 (a)는 전체 구성을 도시하고, 도 10의 (b)는 전자총 부분의 확대 모식도이다. 다만, 일부 구성을 생략 도시하고 있다.

도 10의 (a)에 있어서, 검사 장치는 1차 칼럼(71-1), 2차 칼럼(71-2) 및 챔버(32)를 갖고 있다. 1차 칼럼(71-1)의 내부에는, 전자총(721)이 마련되어 있고, 전자총(721)으로부터 조사되는 전자빔(1차 빔)의 광축 상에 1차 광학계(72)가 배치된다. 또한, 챔버(32)의 내부에는, 스테이지 장치(50)가 설치되고, 스테이지 장치(50) 상에는 시료(W)가 적재된다. 한편, 2차 칼럼(71-2)의 내부에는, 시료(W)로부터 발생하는 2차 빔의 광축 상에, 캐소드 렌즈(724), 뉴메리컬 애퍼처(NA-2), 빈 필터(723), 제2 렌즈(741-1), 뉴메리컬 애퍼처(NA-3), 제3 렌즈(741-2), 제4 렌즈(741-3) 및 검출기(761)가 배치된다. 또, 뉴메리컬 애퍼처(NA-3)는, 개구 조리개에 상당하는 것으로, 원형의 구멍이 개방된 금속제(Mo 등)의 박판이다. 그리고, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)는 개구부가 1차 빔의 집속 위치 및 캐소드 렌즈(724)의 초점 위치가 되도록 배치되어 있다. 따라서, 캐소드 렌즈(724)와 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)는, 텔리센트릭인 전자 광학계를 구성하고 있다. 특히, 캐소드 렌즈(724)가 2단의 더블릿 렌즈로 제1 중간 결상점이 E×B 중심 부근에 형성하는 양측 텔리센트릭의 전자 광학계를 구성하고 있는 경우도 있다. 이것은, 편측 텔리센트릭이나 텔리센트릭이 아닌 경우에 비해, 수차를 작게 할 수 있어 넓은 시야의 2차원 전자상의 고분해능 결상을 달성할 수 있다. 즉, 수차 1/2∼1/3을 실현할 수 있다.

한편, 검출기(761)의 출력은 컨트롤 유닛(780)에 입력되고, 컨트롤 유닛(780)의 출력은 CPU(781)에 입력된다. CPU(781)의 제어 신호는, 1차 칼럼 제어 유닛(71a), 2차 칼럼 제어 유닛(71b) 및 스테이지 구동 기구(56)에 입력된다. 1차 칼럼 제어 유닛(71a)은 1차 광학계(72)의 렌즈 전압 제어를 행하고, 2차 칼럼 제어 유닛(71b)은 캐소드 렌즈(724), 제2 렌즈(741-1)∼제4 렌즈(741-3)의 렌즈 전압 제어 및 빈 필터(723)에 인가하는 전자계 제어를 행한다. 또한, 스테이지 구동 기구(56)는, 스테이지의 위치 정보를 CPU(781)에 전달한다. 또한, 1차 칼럼(71-1), 2차 칼럼(71-2), 챔버(32)는, 진공 배기계(도시 생략)와 연결되어 있고, 진공 배기계의 터보 분자 펌프에 의해 배기되어, 내부는 진공 상태를 유지하고 있다.

(1차 빔)

전자총(721)으로부터의 1차 빔은, 1차 광학계(72)에 의해 렌즈 작용을 받으면서, 빈 필터(723)에 입사된다. 여기서는, 전자총의 칩으로는, 직사각형, 원형 플랫, 곡면(예컨대, r=50 ㎛ 정도)을 갖는 것을 이용할 수 있고, 대전류를 취출할 수 있는 LaB6을 이용한다. 또한, 1차 광학계(72)는, 회전축 비대칭의 4중극 또는 8중극의 정전(또는 전자) 렌즈를 사용한다. 이것은, 소위 실린드리컬 렌즈와 마찬가지로 X축, Y축 각각에서 집속과 발산을 야기할 수 있다. 이 렌즈를 2단 또는 3단으로 구성하고, 각 렌즈 조건을 최적화함으로써, 조사 전자를 손실하지 않고, 시료면 상의 빔 조사 영역을 임의의 직사각형 또는 타원형으로 정형할 수 있다. 구체적으로는, 정전 렌즈를 이용한 경우, 4개의 원기둥 로드를 사용한다. 대향하는 전극끼리를 등전위로 하고, 서로 반대의 전압 특성을 부여한다. 한편, 4중극 렌즈로서 원기둥형이 아니라, 정전 편향기에서, 통상 사용되는 원형판을 4분할한 형상의 렌즈를 이용해도 좋다. 이 경우 렌즈의 소형화를 도모할 수 있다.

1차 광학계(72)를 통과한 1차 빔은, 빈 필터(723)의 편향 작용에 의해 궤도가 굽어진다. 빈 필터(723)는, 자계와 전계를 직교시켜, 전계를 E, 자계를 B, 하전 입자의 속도를 v로 한 경우, E=vB의 빈 조건을 만족하는 하전 입자만을 직진시키고, 그 이외의 하전 입자의 궤도를 굽힌다. 1차 빔에 대해서는, 자계에 의한 힘(FB)과 전계에 의한 힘(FE)이 발생하고, 빔 궤도는 굽어진다. 한편, 2차 빔에 대해서는, 힘(FB)과 힘(FE)이 역방향으로 작용하기 때문에, 상호 상쇄되므로 2차 빔은 그대로 직진한다. 1차 광학계(72)의 렌즈 전압은, 1차 빔이 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)의 개구부에서 결상되도록, 미리 설정되어 있다. 이 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)는, 장치 내에 산란하는 쓸데없는 전자빔이 시료면에 도달하는 것을 저지하여, 시료(W)의 차지업이나 오염을 막고 있다. 또한, 필드 애퍼처(NA-2)와 캐소드 렌즈(724)(도시하지 않지만, 2단의 더블릿 렌즈)는 양측 텔리센트릭인 전자 광학계를 구성하고 있기 때문에, 캐소드 렌즈(724)를 투과한 1차 빔은 평행 빔이 되어, 시료(W)에 균일하고 고르게 조사된다. 즉, 광학 현미경에서 말하는 쾰러 조명이 실현된다.

(2차 빔)

1차 빔이 시료에 조사되면, 시료의 빔 조사면으로부터는, 2차 빔으로서, 2차 전자, 반사 전자 또는 후방 산란 전자가 발생한다. 또는, 조사 에너지에 따라서는 미러 전자가 형성된다. 2차 빔은, 캐소드 렌즈(724)에 의한 렌즈 작용을 받으면서, 렌즈를 투과한다. 그런데, 캐소드 렌즈(724)는, 3장 또는 4장의 전극으로 구성되어 있다. 가장 아래의 전극은, 시료(W)측 전위와의 사이에서, 양의 전계를 형성하고, 전자(특히, 지향성이 작은 2차 방출 전자 및 미러 전자)를 인입하여, 효율적으로 렌즈 내에 유도하도록 설계되어 있다. 또한, 렌즈 작용은, 캐소드 렌즈(724)의 1번째, 2번째의 전극에 전압을 인가하고, 3번째의 전극을 제로 전위로 함으로써 행해진다. 또는, 1번째, 2번째, 3번째의 전극에 전압을 인가하고, 4번째의 전극을 제로 전위로 함으로써 행해진다. 4장 전극일 때의 제3 전극은 포커스 조정에 사용된다. 한편, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)는, 캐소드 렌즈(724)의 초점 위치, 즉 시료(W)로부터의 백포커스 위치에 배치되어 있다. 따라서, 시야 중심외(축외)로부터 나온 전자빔의 광속도 평행 빔이 되어, 이 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)의 중심 위치를, 비네팅이 생기지 않고 통과한다. 또, 뉴메리컬 애퍼처(NA-3)는, 2차 빔에 대해서는, 캐소드 렌즈(724), 제2 렌즈(741-1)∼제4 렌즈(741-3)의 렌즈 수차를 억제하는 역할을 수행하고 있다. 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)를 통과한 2차 빔은, 빈 필터(723)의 편향 작용을 받지 않고, 그대로 직진하여 통과한다. 한편, 빈 필터(723)에 인가하는 전자계를 바꿈으로써, 2차 빔으로부터, 특정한 에너지를 갖는 전자(예컨대, 2차 전자, 또는 반사 전자, 또는 후방 산란 전자)만을 검출기(761)에 유도할 수 있다. 2차 빔을, 캐소드 렌즈(724)는, 시료 표면으로부터 발생한 2차 방출 전자의 수차를 결정하는 중요한 렌즈가 된다. 그 때문에, 지나치게 큰 배율은 기대할 수 없다. 따라서, 수차를 저감시키기 위해, 2단의 더블릿 렌즈 구조의 캐소드 렌즈로서, 양측 텔리센트릭 구조로 한다. 또한, E×B에 의해 형성되는 빈 필터가 발생하는 수차(비점수차 등)를 저감시키기 위해 중간 결상을 이 E×B 중간 위치 부근에 설정한다. 이에 따라, 수차의 증대를 억제하는 효과가 매우 크다. 그리고, 제2 렌즈(741-1)에 의해 빔을 수속시켜, 뉴메리컬 애퍼처(NA-3) 부근에 크로스오버를 형성한다. 또한, 제2 렌즈(741-1)와 제3 렌즈(741-2)에서 줌 렌즈 기능을 갖고 있어, 배율 제어가 가능해진다. 이 후단에, 제4 렌즈(741-3)가 있어, 검출기면에 확대 결상한다. 제4 렌즈는 5단의 렌즈 구조이고, 1단, 3단, 5단이 GND로 되어 있다. 2단과 4단에 양의 고전압이 인가되고 렌즈가 형성된다. 이 때, 2단째는 필드 렌즈 기능을 갖고, 이 부근에 제2 중간 결상을 행한다. 이 때, 이 필드 렌즈 기능에 의해, 축외 수차의 보정을 행할 수 있다. 그리고, 제4 단째의 렌즈 기능에 의해 확대 결상이 이루어진다. 이와 같이, 여기서는, 합계 3회 결상된다. 한편, 캐소드 렌즈와 제2 렌즈(741-1)를 합쳐서 검출면에 결상(합계 2회)시켜도 좋다. 또한, 제2 렌즈(741-1)∼제4 렌즈(741-3)는 전부, 유니포텐셜 렌즈 또는 아인젤 렌즈라고 불리는 회전축 대칭형의 렌즈여도 좋다. 각 렌즈는, 3장 전극의 구성이어도 좋다. 통상은 외측의 2전극을 제로 전위로 하고, 중앙의 전극에 인가하는 전압으로, 렌즈 작용을 행하게 하여 제어한다. 또한, 중간의 결상점에는, 필드 애퍼처(FA-2)를 배치해도 좋다(도시 생략). 이 필드 애퍼처(FA-2)는, 제4 렌즈(741-3)가 5단 렌즈일 때 2단째 부근에 설치되고, 3단 렌즈일 때에는 1단째 부근에 설치된다. 이 필드 애퍼처(FA-2)는, 광학 현미경의 시야 조리개와 마찬가지로, 시야를 필요 범위로 제한하고 있는데, 전자빔의 경우, 쓸데없는 빔을 차단하여, 검출기(761)의 차지업이나 오염을 막고 있다. 2차 빔은, 2차 광학계에 의해 확대 투영되어, 검출기(761)의 검출면에 결상된다. 검출기(761)는, 전자를 증폭하는 MCP와, 전자를 광으로 변환하는 형광판과, 진공계와 외부의 중계 및 광학상을 전달시키기 위한 렌즈나 그 밖의 광학 소자와, 촬상 소자(CCD 등)로 구성된다. 2차 빔은, MCP 검출면에서 결상되어, 증폭되고, 형광판에 의해 전자는 광 신호로 변환되며, 촬상 소자에 의해 광전 신호로 변환된다. 컨트롤 유닛(780)은, 검출기(761)로부터 시료의 화상 신호를 독출하여, CPU(781)에 전달한다. CPU(781)는, 화상 신호로부터 템플릿 매칭 등에 의해 패턴의 결함 검사를 실시한다. 또한, 스테이지 장치(50)는, 스테이지 구동 기구(56)에 의해, XY 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. CPU(781)는, 스테이지 장치(50)의 위치를 판독하여, 스테이지 구동 기구(56)에 구동 제어 신호를 출력하고, 스테이지 장치(50)를 구동시켜, 순차로 화상의 검출, 검사를 행한다.

「2차 하전 입자」에는, 2차 방출 전자, 미러 전자, 광전자의 일부 또는 혼재된 것이 포함된다. 전자파를 조사했을 때에는, 시료 표면으로부터는 광전자가 발생한다. 시료 표면에 전자선 등의 하전 입자를 조사했을 때에는, 시료 표면으로부터 「2차 방출 전자」가 발생하거나, 또는 「미러 전자」가 형성된다. 시료 표면에 전자선이 충돌하여 발생하는 것이 「2차 방출 전자」이다. 즉, 「2차 방출 전자」란, 2차 전자, 반사 전자, 후방 산란 전자의 일부 또는 혼재된 것을 나타낸다. 또한, 조사한 전자선이 시료 표면에 충돌하지 않고 표면 근방에서 반사된 것을 「미러 전자」라고 한다.

이와 같이, 본 실시형태의 검사 장치에서는, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)와 캐소드 렌즈(724)가, 텔리센트릭인 전자 광학계를 구성하고 있기 때문에, 1차 빔에 대해서는, 빔을 시료에 균일하게 조사시킬 수 있다. 즉, 쾰러 조명을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 2차 빔에 대해서는, 시료(W)로부터의 모든 주광선이, 캐소드 렌즈(724)에 수직(렌즈 광축에 평행)으로 입사하고, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)를 통과하기 때문에, 주변광도 비네팅이 발생하는 경우가 없고, 시료 주변부의 화상 휘도가 저하되는 경우가 없다. 또한, 전자가 갖는 에너지의 변동에 의해, 결상되는 위치가 상이한, 소위 배율 색수차가 일어나지만(특히, 2차 전자는, 에너지의 변동이 크기 때문에, 배율 색수차가 큼), 캐소드 렌즈(724)의 초점 위치에, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)를 배치함으로써, 이 배율 색수차를 억제할 수 있다.

또한, 확대 배율의 변경은, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)의 통과 후에 행해지기 때문에, 제3 렌즈(741-2), 제4 렌즈(741-3)의 렌즈 조건의 설정 배율을 바꿔도, 검출측에서의 시야 전면에 균일한 상이 얻어진다. 한편, 본 실시형태에서는, 불균일이 없는 균일한 상을 취득할 수 있지만, 통상, 확대 배율을 고배율로 하면, 상의 밝기가 저하된다는 문제점이 생겼다. 그래서, 이것을 개선하기 위해, 2차 광학계의 렌즈 조건을 바꾸어 확대 배율을 변경할 때, 그에 따라 결정되는 시료면 상의 유효 시야와, 시료면 상에 조사되는 전자빔을, 동일한 크기가 되도록 1차 광학계의 렌즈 조건을 설정한다.

즉, 배율을 높여 가면, 그에 따라 시야가 좁아지지만, 그와 동시에 전자빔의 조사 에너지 밀도를 높여 감으로써, 2차 광학계에서 확대 투영되어도, 검출 전자의 신호 밀도는, 항상 일정하게 유지되고, 상의 밝기는 저하되지 않는다. 또한, 본 실시형태의 검사 장치에서는, 1차 빔의 궤도를 굽히고, 2차 빔을 직진시키는 빈 필터(723)를 이용했지만, 그것에 한정되지 않고, 1차 빔의 궤도를 직진시키고, 2차 빔의 궤도를 굽히는 빈 필터를 이용한 구성의 검사 장치여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 직사각형 음극과 4극자 렌즈로부터 직사각형 빔을 형성했지만, 그것에 한정되지 않고, 예컨대 원형 빔으로부터 직사각형 빔이나 타원형 빔을 만들어내도 좋고, 원형 빔을 슬릿에 통과시켜 직사각형 빔을 취출해도 좋다.

이 예에서는, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)와 뉴메리컬 애퍼처(NA-3)의 2개의 뉴메리컬 애퍼처를 설치하고 있다. 이것은, 조사 전자량에 따라 나누어 사용할 수 있는 것이다. 시료에 대한 조사 전자량이 적은 경우, 예컨대 0.1 nA∼10 nA에서는, 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)에 의해, 1차 빔과 2차 빔의 수차를 저감시키기 위해, 빔직경을 선택하는 적절한 직경, 예컨대 φ30 ㎛∼φ300 ㎛를 이용한다. 그러나, 조사 전자량이 증가하면, 이 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)는 컨태미네이션 부착에 의해 차지업이 일어나고 반대로 상질(像質)을 열화시켜 버리는 경우가 있다. 이 때에는, 비교적 큰 구멍 직경, 예컨대 φ500 ㎛∼φ3000 ㎛의 뉴메리컬 애퍼처(NA-2)로 하여, 주변의 미주(迷走) 전자의 커트에 이용한다. 그리고, 뉴메리컬 애퍼처(NA-3)에 의해 2차 빔의 수차와 투과율의 규정을 결정하기 위해 이용한다. 뉴메리컬 애퍼처(NA-3)는 1차 빔이 조사되지 않기 때문에 컨태미네이션 부착이 적고, 차지업에 의한 상의 열화가 없는 것이다. 따라서, 조사 전류량의 대소에 따라, 뉴메리컬 애퍼처 직경을 선택하여 이용하면 매우 효율적이다.

이와 같은 형태의 1차 빔에 전자 조사를 행할 때, 전자 광학 장치(70)의 1차 광학계(72)로서 전자총을 사용하는 반도체 검사 장치(1)에 있어서는, 큰 조사 전류를 얻고자 하는 경우에, 전자의 에너지폭이 넓어져 버린다는 문제가 있다. 이하에 도면을 이용하면서 상세히 설명한다. 도 10의 (b)는, 일반적인 전자총(2300)을 구비한 전자 광학 장치(70)의 1차 광학계(72)의 모식도이다.

전자총(2300)에 있어서는, 캐소드(2310)에 열전자 발생을 위한 가열 전원(2313)으로부터 가열 전류를 흘린다. 또한, 캐소드(2310)에는 가속 전압(Vacc)을 가속 전원(2314)에 의해 설정한다. 한편, 캐소드(2310)에 대하여, 상대적으로 양전압을 갖고, 예컨대 3000 V∼5000 V의 전압차를 갖도록 애노드(2311)에 전압을 인가한다. 캐소드(2310)가 -5000 V인 경우, 애노드(2311)는 0 V여도 좋다. 이 때 에미션의 양은, 웨넬트(2312)에 인가하는 전압에 의해 제어된다. 웨넬트(2312)는 가속 전압(Vacc)에 중첩되어 있다. 예컨대, 중첩 전압 : 0 V∼-1000 V이다. Vacc와의 전압차가 크면 에미션량은 작아지고, 작으면 에미션은 커진다. 또한, 웨넬트 전압에 의해 처음에 생기는 크로스오버(퍼스트 크로스오버 : 1stCO) 위치도 축방향으로 어긋난다. 또한, 캐소드 중심과 웨넬트, 애노드 중심이 어긋나 있으면, z축에 수직인 x, y 방향으로도 위치 어긋남이 발생한다. 방출된 에미션은 넓어져 있다. 이 중, 유효한 빔을 선택하고, 또한 빔 형상을 결정하는 것이 필드 애퍼처(FA2320)이다. 그 때의 에미션에 대한 투과율은 통상 0.1%∼0.5%이다. 예컨대, 에미션 5 μA에서 조사 전류 5 nA∼25 nA이다. 따라서, 예컨대 1 μA의 조사 전류를 얻고자 하면, 200 μA∼1 mA의 에미션이 필요해진다. 이 때, 에미션이 커짐으로써, 캐소드로부터 퍼스트 크로스오버, 퍼스트 크로스오버로부터 필드 애퍼처(FA)에 이르는 궤도에 있어서, 벨슈 효과에 의해 전자의 에너지폭이 넓어져 버린다. 예컨대, FA 위치에서 1.2 eV로부터 10 eV∼50 eV로 넓어진다.

에너지폭은 특히 저(低)LE일 때에 문제가 된다. 시료 표면 근방에서의 전자의 궤도가 z 방향의 확대가 커지기 때문이다. 도면을 기초로 설명한다. 도 11은, 시료 표면에 조사되는 전자빔의 조사 전류의 강도(양)와 에너지의 상태 및 시료 표면에 조사된 빔의 상태를 도시하는 도면이다. 도 11의 (a)는 시료 표면에 조사되는 빔의 조사 전류의 강도와 에너지의 상태를 나타내고, 도 11의 (b)는 시료 표면에 조사되는 빔의 상태를 도시한다. 시료에 대하여 조사하는 빔의 조사 전류의 에너지가 최적인 경우의 빔을 빔 c로 하고, 빔의 조사 전류의 에너지가 낮은 경우의 빔을 빔 a, 빔의 조사 전류가 최대인 경우의 빔을 빔 b로 한다. 또한, 빔의 조사 전류의 에너지가 높은 경우의 빔을 빔 d로 한다. 전자빔의 에너지와 조사 전류의 강도(양)의 관계는, LaB6 등의 열전자 형성 방식에서는, 맥스웰 분포에 따라, 도 11의 (a)와 같은 분포가 된다. 이 때, 전술한 바와 같이 에너지의 고저에 의한 특징을 갖는 전자빔을 빔 a∼빔 d로 했다.

일례로서, 높은 에너지의 빔 d가 시료 표면에 정확히 충돌하는 경우를 도 11의 (b)에 도시한다. 이 때, 빔 d는 표면에 충돌하여 반사되지 않는다(미러 전자 형성 없음). 한편, 빔 c, 빔 b, 빔 a는 각각 반사 전위점에서 반사된다. 즉 미러 전자가 형성된다. 그리고, 에너지가 상이한 빔 c, 빔 b, 빔 a가 반사되는 축방향 위치, 즉 Z 위치가 상이하다. 이 Z 위치의 차이(ΔZ)가 생긴다. 이 ΔZ가 클수록, 2차 광학계에서 결상되는 상의 흐려짐이 커진다. 즉, 동일한 표면 위치에서 형성된 미러 전자가 결상면에서의 위치 어긋남을 일으키기 때문이다. 특히 미러 전자에 있어서는, 에너지 어긋남이 반사점의 어긋남·도중 궤도의 어긋남을 일으키기 때문에 영향이 크다. 이러한 것은, 미러 전자에 의해 형성되는 상, 또는 미러 전자+2차 방출 전자에 의해 형성되는 상에 있어서, 동일하다고 할 수 있다. 또한, 조사하는 전자빔의 에너지폭이 크면 이러한 악영향이 커진다(ΔZ가 커진다). 따라서, 에너지폭을 좁게 한 상태에서 시료 표면에 조사할 수 있는 1차 빔이 있으면 매우 유효해진다. 그 때문에 발명한 것이, 이후에 설명하는 도 12∼도 18에 도시하는 바와 같은 전자 발생원과 1차 광학계이다. 이들은, 종래 형에 비해, 전자빔의 에너지폭을 좁게 할 수 있을 뿐만 아니라, 1차계의 빔의 투과율을 비약적으로 높게 할 수 있기 때문에, 좁은 에너지폭으로 대전류를 시료 표면에 조사하는 것이 가능해진다. 즉, 전술한 ΔZ를 작게 할 수 있기 때문에, 2차 광학계에서의 결상면에서의 위치 어긋남이 작아져, 저수차, 고해상도, 대전류화, 고스루풋을 실현할 수 있다. 통상, LaB6 등의 열전자 방식의 전자원(Gun)에서는, 전자 발생부에서 2 eV 정도의 에너지폭을 갖는다. 그리고, 발생 전류량을 증가시킴에 따라, 쿨롱 반발 등에 의한 벨슈 효과 등으로 에너지폭은 더욱 증가한다. 예컨대, 전자원의 에미션 전류를 5 μA→50 μA로 하면, 에너지폭은, 예컨대 0.6 eV→8.7 eV로 넓어지는, 즉, 전류치를 10배로 하면 에너지폭은 15배 정도로 넓어지는 것이다. 또한, 도중의 1차 광학계의 통과 중에 공간 전하 효과 등의 에너지폭은 넓어진다. 이러한 특징을 감안하여, 좁은 에너지폭의 전자빔을 시료에 도달시키기 위해서는, 전자 발생원에서의 에너지폭을 작게 하는 것 및 1차 광학계의 투과율을 높게 하고 전자 발생원의 에미션 전류를 저감시키는 것이 가장 중요하다. 지금까지 그것을 실현하는 수단이 없었지만, 본 발명은 이들을 실현하는 것이다. 이들에 관한 효과·설명은, 후에 도 12∼도 18에 도시한 실시예에서 설명한다.

또한, 전자빔의 강도(양이 높은 경우, 빔 b)가 촬상하기에 최적이라고는 할 수 없다. 예컨대, 맥스웰 분포에 준하는 에너지 분포를 갖는 경우, 에너지가 낮은 부위에 빔 강도(양)의 최대가 있는 경우가 많다(빔 b). 이 때, 빔 b보다 높은 에너지의 빔이 많이 있기 때문에, 이들에 의해 형성되는 상과 상이한 상질이 되는 경우가 있다. 즉, 빔 d는 시료에 충돌해 버리고 그것에 의한 2차 방출 전자상을 형성하는 경우, 또한, 상대적으로 빔 b는 에너지가 낮기 때문에, 시료 표면의 요철에 영향이 작아 미러 전자가 형성되기 쉬우므로, 즉, 표면의 요철이나 전위차에 영향이 작아 미러 전자가 형성되어, 상의 질로서 전체적으로 콘트라스트가 낮은 상이나 번쩍거리는 상이 되기 쉬운 것이다. 경험적으로는, 해상도가 높은 상은 얻기 어렵다. 특히, 표면 최상부에 산화막이 있는 경우에는, 표면에 충돌하는 전자량의 영향이 커지기 때문에, 예컨대 에미션 전류가 작은 경우에 비해, 에미션이 커지면(예컨대, 10배), 이에 따라 에너지폭이 10배 이상 넓어진다. 이 때, 동일한 랜딩 에너지(LE)로 시료 표면에 전자빔을 조사하면, 빔 b보다 에너지가 높은 부위, 예컨대 빔 d가 시료 표면에 충돌하는 절대량이 증가하고, 그 때문에, 산화막의 차지업이 커진다. 그 차지업의 영향으로 미러 전자의 궤도나 결상 조건이 흐트러져 정상적인 촬상을 할 수 없게 되는 경우가 있다. 이것이, 조사 전류를 증가시킬 수 없는 원인의 하나였다. 이러한 상황에서는, 빔 d가 시료 표면에 충돌하는 양을 저감시키고, 산화막의 전위 변화를 작게 억제할 수 있는 에너지의 빔 c를 이용할 수 있다(최적 에너지의 빔). 이에 따라, 시료에 충돌하는 빔의 양을 억제하여 안정된 상을 얻는 것이 가능해진다. 다만, 도 11의 (a)로부터 알 수 있듯이, 빔 c는 빔 b보다 강도(양)가 낮다. 최적 에너지의 빔 c를 최대 강도의 빔 b에 근접시킬 수 있으면, 그 만큼, 상의 형성에 기여하는 전자량이 증가하여, 스루풋을 증가시킬 수 있다. 그것을 위해서는, 좁은 에너지폭으로 하여, 시료 표면에 충돌하는 전자를 저감시키는 것이 중요하다. 본 발명은 이것을 실현하는 것으로서, 도 12∼도 18에 의해 그 실시예를 기술한다.

또한, 도 11의 (b)에 있어서, LE를 서서히 높여 가면, 빔 d가 시료 표면에 충돌하고, 다음으로 빔 c가 충돌하고, 충돌하는 전자빔이 증가하면, 이에 따라 발생하는 2차 방출 전자가 증가한다. 이러한, 미러 전자와 2차 방출 전자가 혼재되는 영역을 천이 영역이라고 부른다. 모든 1차 빔이 시료 표면에 충돌하면 미러 전자는 없어지고 2차 방출 전자만이 된다. 또한, 충돌하는 전자가 없는 경우, 전부 미러 전자가 된다.

또한, 웨넬트 전압을 바꾸어 에미션을 바꿀 때에 퍼스트 크로스오버 위치도 변화되어 버리기 때문에, 그 때마다, 하류에 있는 얼라이너나 렌즈 조정을 행할 필요도 있었다.

또한, 반도체의 검사에 있어서는, 새로운 기술에 대응하여, EUV 마스크 검사(극단 자외선 리소그래피용 마스크의 검사)나 NIL 검사(나노 임프린트 리소그래피용 마스크 검사) 등의 10 nm 레벨의 결함 검사가 필요해지고 있다. 이 때문에, 반도체 검사 장치에는, 수차를 낮추고 분해능을 높일 것이 요구되고 있다.

수차를 저감시키고 분해능을 높이기 위해서는, 특히 2차 광학계의 수차를 낮추는 것이 필요하지만, 사상계가 열화되는 요인은, 소위 에너지 수차(색수차라고도 함) 및 쿨롱 블러(coulomb blur)에 있다. 그래서, 2차 광학계의 수차를 양호하게 하기 위해, 단시간에 가속 에너지를 높이는 것이 요구되고 있다.

그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는, 새로운 광전자 발생 장치를 구비한 1차 광학계 및 상기 1차 광학계를 갖는 전자 광학 장치를 발명했다. 이 1차 광학계는 광원으로서 DUV 광 또는 DUV 레이저를 이용한다. 다만 광원은 이것에 한정되지 않고, UV, EUV 또는 X선을 이용해도 좋다. 이하에 그 내용을, 도 12를 기초로 설명한다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 본 1차 광학계(2000)는, 개략적으로 광원(도시 생략), 필드 애퍼처(FA)(2010), 광전자 발생 장치(2020), 얼라이너(2030), E×B 편향기(빈 필터)(도시 생략), 애퍼처(2040), 캐소드 렌즈(CL)(2050)를 구비한다.

필드 애퍼처(2010)는, 후술하는 광전자 발생 장치(2020)의 광전자면(2021)과, 광원 사이에 배치되고, 소정의 형상을 갖는 구멍이 형성되어 있다. 광원으로부터 필드 애퍼처(2010)를 향하여 조사된 광 또는 레이저는, 필드 애퍼처(2010)의 구멍을 통과하여, 광전자면(2021)에 구멍 형상의 광 또는 레이저로서 조사된다. 즉, 광원으로부터 조사된 광 또는 레이저는, 이에 따라, 광전자면(2021)으로부터 구멍 형상과 동일한 형상의 광전자가 발생한다. 한편, 광원으로는 광전자를 발생하는 파장의 DUV(심자외선), UV(자외선), EUV(극단 자외선), X선 등의 광 또는 레이저를 이용한다. 이 경우, 특히, 파장(λ)≤270 nm(즉, E≥4.7 eV)의 DUV의 광 또는 레이저가 적합하게 이용된다.

광전자 발생 장치(2020)는, 광전자면(2021), 3단의 인출 렌즈인 제1단 렌즈(2022), 제2단 렌즈(2023), 제3단 렌즈(2024)로 하나의 인출 렌즈를 구성하고 있다. 또한, 뉴메리컬 애퍼처(2025)를 구비한다. 이 인출 렌즈는, 자장 렌즈 또는 정전 렌즈를 이용하는데, 자장 렌즈를 이용하는 경우에는, 자장 보정기를, 후술하는 뉴메리컬 애퍼처(2025) 부근에 마련한다. 또한, 2차 광학계의 필드 렌즈(도시 생략)의 하류 부근이나 대물 렌즈(도시 생략) 부근에 마련하는 것도 유효하다. 상이 자장의 영향으로 굽어져 버리는 경우가 있어, 이것을 보정하기 위해서이다. 또한, 인출 렌즈의 단수는 이것에 한정되는 것은 아니다.

광전자면(2021)은, 사파이어, 다이아몬드 등의 광투과 부재로 이루어지는 모재에, 광전자 재료를 코팅한 것으로서, 평면부를 갖는다. 한편, 평면부를 갖는 광전자면(2021)의 구조는, 평면 캐소드라고도 부른다. 이 경우, 광전자면(2021)의 모재로서, 특히, 사파이어나 다이아몬드 등의 열전도율이 높은 재료가 적합하게 이용된다. 사파이어나 다이아몬드의 열전도율[사파이어 : 30 W/(K·m)∼40 W/(K·m), 다이아몬드 : 50 W/(K·m)∼100 W/(K·m)]은, 석영이나 합성 석영의 열전도율[1 W/(K·m)∼2 W/(K·m)]에 비해 높기 때문에, 전자 조사를 받은 부분의 열을 신속하게 발산시킬 수 있다. 따라서, 광전자면(2021)이 받는 손상을 저감시킬 수 있고, 양자 효율의 저하나 장소에 따라 양자 효율에 불균일이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 광전자면(2021)이 받는 손상을 저감시킬 수 있기 때문에, 전자 조사의 스폿 사이즈를 작게(파워 밀도를 높게) 할 수 있고, 또한 광전자 재료의 두께를 얇게 할 수 있다. 예컨대, 합성 석영을 모재로 한 경우, 광전자면에 266 nm 파장의 CW 레이저를 8000 W/cm²의 파워 밀도로 조사했을 때의 양자 효율은, 1000 W/cm²의 파워 밀도로 조사했을 때의 양자 효율의 1/5로 저하된 반면, 사파이어를 모재로 한 경우에는, 양자 효율의 저하는 보이지 않았다. 한편, 사파이어나 다이아몬드는, 천연인 것뿐만 아니라, 인공인 것을 이용할 수도 있다. 광전자 재료로는, 루테늄, 금 등의 워크 펑션이 낮은 것(광전자 발생 효율이 좋은 재료)이 적합하게 이용된다. 예컨대, 본 실시형태에 있어서는, 모재에 루테늄, 금 등의 광전자 재료를, 5 nm∼100 nm, 바람직하게는 5 nm∼30 nm의 두께로 코팅한 것이 이용된다. 또한, 광전자면(2021)의 형상은, 모재의 직경이, 예컨대 5 mm∼50 mm 정도이고, 그 중심 영역에 광전자 재료가 코팅된 영역이 있다. 그 코팅 영역은, 예컨대, 직경이 2 mm∼10 mm, 바람직하게는 3 mm∼5 mm이다. 이 광전자 재료의 외측에서는 Cr 등의 도전막이 코팅되어 있고, 이 막을 통해 광전면에 대한 전압 인가가 가능하게 되어 있다. 또한 이 Cr막은, DUV 레이저의 투과율이 낮고 차광을 행하고 통과하여 쓸데없는 부재에 조사되어 그곳에서 발생하는 노이즈를 저감시키고, 또한 Cr은 전술한 Au, Ru 등의 광전자 재료에 비해, 광전자 발생 효율이 현격히 작기 때문에 그곳에서의 발생 노이즈도 저감시킨다.

그 광전자 재료가 코팅되어 있는 부위에, DUV 레이저 등을 조사하는데, 그 직경이 10 ㎛∼300 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛∼150 ㎛인 원형, 또는 한변이 10 ㎛∼300 ㎛, 바람직하게는 10 ㎛∼150 ㎛인 직사각형이 이용되지만, 본 발명의 범위는 이것에 한정되는 것은 아니다. 광 또는 레이저는, 모재의 뷰포트를 투과하여 도입되어 광전면에 도달하고, 광전면에서는 광전자가 발생한다.

제1단 렌즈(2022), 제2단 렌즈(2023), 제3단 렌즈(2024)로 이루어지는 인출 렌즈(인출 전극)는, 광전자면(2021)으로부터 발생한 광전자를, 광원으로부터 반대 방향으로 인출하고, 또한 인출된 광전자를 가속하는 작용을 행한다. 이들 인출 렌즈에는, 정전 렌즈를 이용한다. 그리고, 인출 렌즈(2022, 2023 및 2024)에는 웨넬트는 이용하지 않고, 인출 전계는 일정하게 한다. 한편, 제1 인출 전극(2022), 제2 인출 전극(2023), 제3 인출 전극(2024)에는, 편측 텔리센트릭 또는 양측 텔리센트릭 구성을 이용하면 적합하다. 매우 균일한 인출 전계 영역을 형성할 수 있고, 발생한 광전자를 저손실로 수송할 수 있기 때문이다.

각 인출 렌즈의 인가 전압은, 광전자면의 전압을 V1, 제1 인출 전극(2022), 제2 인출 전극(2023), 제3 인출 전극(2024)의 전압을, 각각 V2, V3, V4로 할 때, 일례로서, V2 및 V4는, V1+3000 V∼30000 V, V3은 V4+10000 V∼30000 V로 설정한다. 다만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

광전자 발생 장치(2020)의 제3 인출 전극(2024)과 후술하는 얼라이너(2030) 사이에는, 뉴메리컬 애퍼처(2025)가 배치된다. 뉴메리컬 애퍼처(2025)는, 크로스오버의 형성 위치, 빔량, 수차 등 유효 빔의 선택을 행한다.

얼라이너(2030)는, 제1 얼라이너(2031), 제2 얼라이너(2032) 및 제3 얼라이너(2033)를 갖고, 광축 조건의 조정 등에 이용한다. 제1 얼라이너(2031), 제2 얼라이너(2032)는, 정적인 동작을 행하는 얼라이너이고 광축 조건을 조정할 때에 이용하는 틸트, 시프트의 역할을 수행한다. 한편, 제3 얼라이너(2033)는, 다이내믹 편향기로 고속 동작을 행할 때에 이용하는 얼라이너이고, 예컨대 동적인 블랭킹 동작 등에 이용한다.

얼라이너(2030)의 하류(시료측, 이하 각 부재와의 위치 관계에서 광원측을 상류, 시료측을 하류라고 함)에는 애퍼처(2040)가 배치된다. 애퍼처(2040)는, 블랭킹시의 빔을 받아, 미주 전자 커트 및 빔 중심 추출 등에 이용된다. 또한, 애퍼처(2040)의 흡수 전류의 측정에 의해 전자빔량 측정이 가능해진다.

애퍼처(2040)의 하류에는, 2차 광학계와 교차하는 영역인 E×B 영역이 있고, 여기에 E×B 편향기(빈 필터)(도시 생략)가 마련된다. E×B 편향기는, 1차 전자빔을 그 광축이 시료의 면에 수직이 되도록 편향시킨다.

E×B 영역의 하류에는 캐소드 렌즈(2050)가 마련된다. 캐소드 렌즈(2050)는, 1차 광학계와 2차 광학계가 공존하는 렌즈이다. 캐소드 렌즈(2050)는, 제1 캐소드 렌즈(2051) 및 제2 캐소드 렌즈(2052)의 2단으로 구성되어도 좋고, 1장으로 구성되어도 좋다. 캐소드 렌즈(2050)를 2단으로 구성하는 경우에는, 제1 캐소드 렌즈(2051)와 제2 캐소드 렌즈(2052) 사이에 크로스오버를 형성하고, 캐소드 렌즈 1장인 경우에는, 캐소드 렌즈(2050)와 시료 사이에 크로스오버를 형성한다.

한편, 광전자량은, 광전자면에 조사되는 광 또는 레이저의 강도에 의해 결정한다. 따라서, 본 1차 광학계(2000)에는, 광원 또는 레이저 광원의 출력 조정을 행하는 방식을 적용해도 좋다. 또한, 도시는 하지 않았지만, 광원 또는 레이저 광원과 모재 사이에 출력 조정 기구, 예컨대 어테뉴에이터나 빔 분리기 등을 더욱 마련해도 좋다.

예컨대, 본 실시형태에서는, 전자 조사를 행할 때에 에이징 순서가 실행되어도 좋다. 에이징 순서는, 우선, (1) 큰 빔사이즈(1 mm∼2 mm)로 5시간의 전자 조사를 행하고, 이어서, (2) 중간 정도의 빔사이즈(100 ㎛∼300 ㎛)로 2시간의 전자 조사를 행하고, 그 후, (3) 작은 빔사이즈(10 ㎛∼100 ㎛)로 전자 조사를 행한다는 순서를 순서대로 행하는 것이다. 이에 따라, 광전자면에 부착된 오염물이나 컨태미네이션을 제거할 수 있고, 열의 안정 조건을 만들 수 있다. 광전자면에 부착된 오염물이나 컨태미네이션은, 예컨대 카본, 하이드로카본, 수분 등이다. 열의 안정 조건을 만듦으로써, 열 상태의 균일성을 얻을 수 있고, 열 상승시의 광전자면의 손상을 저감시킬 수 있다. 한편, (3)의 빔사이즈는, 광전자원으로서 사용할 때의 사이즈(사용 사이즈)이다. 따라서, (2)의 빔사이즈는, 사용 사이즈의 3배∼10배의 빔사이즈이고, (1)의 빔사이즈는, 사용 사이즈의 500배∼1000배의 빔사이즈라고도 할 수 있다.

여기서, 본 발명에 관련된 1차 광학계(2000)의 크로스오버의 형성에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다. 도 13은 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)의 크로스오버의 형성의 모식도이다. 도 13에 있어서는, 모식적으로, 광전자면에서 발생한 광전자가 시료에 대하여 수직으로 조사되고 있는 것처럼 표현되어 있지만, 실제로는, E×B 편향기에 의해 편향되고 있다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 광원 또는 레이저 광원으로부터 필드 애퍼처(2010)를 통해 광전자면(2021)에 광 또는 레이저광이 조사된다. 이에 따라 광전자면(2021)에서 발생한 광전자는, 뉴메리컬 애퍼처(2025)의 위치에 있어서 퍼스트 크로스오버가 형성되고, 또한 애퍼처(2040)를 경유하여, E×B 편향기에 의해 시료에 수직으로 편향되어, 제1 캐소드 렌즈(2051)와 제2 캐소드 렌즈(2052) 사이에 있어서 크로스오버가 형성된다. 그리고 이 크로스오버를 형성한 광전자가, 면빔으로서 시료면에 조사된다. 따라서, 광전자면(2021)의 전자 방출 형상과 시료면에 조사하는 전자빔 형상이 공역이 된다. 한편, 일반적인 전자총을 구비한 1차 광학계에 있어서는, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 캐소드(2310)로부터 발생된 광전자는, 캐소드(2310)와 애노드(2311) 사이에서 퍼스트 크로스오버가 형성되고, 애노드(2311), 필드 애퍼처(2320)를 경유하여 시료면에 조사된다. 따라서, 필드 애퍼처(2320)의 형상과 시료면에 조사하는 전자빔 형상이 공역이 된다.

본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)의 인가 전압의 설정에 대해서 설명한다. 본원 발명은 일반적인 전자총과 구성을 달리하여, 광 또는 레이저를 광전자면(2021)에 조사하고, 발생한 광전자를, 후단의 인출 렌즈로 인출하여 가속시킨다. 웨넬트나 서프레서가 없이 균일한 전계에서 가속하기 때문에, 각 구성 요소에 대한 인가 전압의 설정도 일반적인 전자총과 상이하다.

이하, 도 12를 기초로 설명한다. 각 구성 요소에 대하여 인가하는 전압을, 각각 다음과 같이 한다. 광전자면(2021)의 전압을 V1, 및 인출 렌즈를 구성하고 있는 전극의 전압을 각각, 제1 인출 전극(2022)의 전압을 V2, 제2 인출 전극(2023)의 전압을 V3, 제3 인출 전극의 전압(2024)을 V4, 뉴메리컬 애퍼처(2025)의 전압을 V5, 애퍼처(2040)의 전압을 V6으로 한다. 또한, 웨이퍼 표면 전압(리타딩 전압이라고도 함)을 RTD로 한다. 본원 발명의 1차 광학계(2000)에 있어서는, 광전자면(2021)의 전압 V1을 기초로 기재하면, 이하와 같이 각 구성 요소에 전압을 인가한다. 즉, 저LE인 경우, V1=RTD-10 V∼RTD+5 V. V2, V4=V1+3000 V∼30000 V. V3=V4+10000 V∼30000 V. V5, V6=기준 전위. 그리고, 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 일 실시형태에 있어서는, RTD=-5000 V, V1=-5005 V, V2, V4=GND, V3=+20000 V로 설정했다. 이상과 같은 전압 인가에 의해, 저LE에서, 고분해능으로 높은 스루풋을 실현할 수 있다. 다만, 이것은 일례이고, 각 구성 요소에 대한 인가 전압은 이것에 한정되는 것은 아니다.

한편, 기준 전위를 V0, 검출기의 전자가 들어가는 면의 전압을 DV로서 나타내면, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)에서의 RTD와의 인가 전압 관계는, 다음과 같은 표 1에 나타내는 설정이 적합하게 이용된다.

이상과 같은 구성을 구비하는 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000) 및 본원 발명의 1차 광학계(2000)를 구비한 전자 광학 장치는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째로, 본원 발명의 1차 광학계(2000)는, 매우 높은 투과율을 실현할 수 있다. 투과율은 5%∼50%로, 일반적인 전자총을 구비한 1차 광학계의 투과율 0.1%∼0.5%에 대하여 10배∼100배의 투과율을 확보할 수 있다. 이것은, 첫째로 평면 캐소드면과 새로운 인출 렌즈의 구성에 의해, 매우 균일한 인출 전계 영역을 형성할 수 있으므로, 형성된 광전자를 저손실로 수송할 수 있기 때문이다. 발생 광전자량의 증감에 의해서도 인출 전계 분포는 일정하게 유지하는 것을 실현하고 있는 구성이고, 이에 따라 고투과율로 안정된 동작을 실현하고 있다. 일반적인 전자총을 구비한 1차 광학계에서는, 웨넬트나 서프레서 기구가 필요하기 때문에, 발생 전자량 즉 에미션량에 따라 전계 분포가 변하므로, 균일한 인출 전계부가 작아지고 유효빔 영역이 좁아지기 때문에, 투과율을 높게 하는 것이 곤란하지만, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 웨넬트나 서프레서 기구를 필요로 하지 않으므로, 투과율을 높게 할 수 있기 때문이다. 한편, 둘째로 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 퍼스트 크로스오버 위치가 렌즈 하류에 있기 때문에, 뉴메리컬 애퍼처 등의 형성이 용이해지므로, 빔의 수차 저감이나, 벨슈 효과의 저감을 행하기 쉬운 광학계를 실현할 수 있기 때문이다. 일반적인 전자총을 구비한 1차 광학계에서는, 퍼스트 크로스오버 위치가 웨넬트의 근방에 있기 때문에, 그 위치에 뉴메리컬 애퍼처 등을 형성하는 것이 곤란하고, 또한 에미션에 의해 위치가 어긋나므로, 가령 이 위치에 뉴메리컬 애퍼처 등을 형성할 수 있더라도 유효하게 사용하는 것이 곤란했다. 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 퍼스트 크로스오버의 위치를 렌즈 하류에 둘 수 있으므로, 이 문제를 해소할 수 있기 때문이다.

둘째로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 고분해능으로 고스루풋을 실현할 수 있다. 전술한 바와 같이 높은 투과율을 실현할 수 있기 때문에, 높은 스루풋, 예컨대 1 μA의 전자 조사량을 얻는 데에, 매우 소량의 캐소드 방출 전류량 2 μA∼10 μA이면 된다. 따라서 벨슈 효과도 매우 작아진다. 예컨대, 뉴메리컬 애퍼처 위치에 있어서, 에너지폭 0.5 eV∼1.2 eV이다. 따라서, 소에너지폭으로 전자 조사량을 증가시킬 수 있기 때문에, 2차 광학계에서 결상하는 빔의 위치 어긋남이 작아, 높은 해상도를 유지할 수 있다. 이상의 결과로서, 고분해능으로 고스루풋을 실현할 수 있는 것이다.

셋째로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 항상 안정된 상태의 광학계를 유지 가능하다. 왜냐하면, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는 퍼스트 크로스오버의 위치 어긋남이 생기지 않기 때문이다.

다음으로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치의 효과에 관해 이하에 상세히 기술한다.

첫째로, 전술한 구성의 1차 광학계(2000)를 이용하기 때문에, 광전자면의 전자 방출 형상에 대하여, 시료면에 조사하는 전자빔 형상을 배율 ×10배∼×0.1배로 하는 것이 가능하다. 특히 배율 ×1 이하의 축척에서의 사용이 가능하기 때문에, 광전자면의 사이즈를 작게 할 필요가 없고, 발생하는 광전자 밀도를 낮게 억제할 수 있다. 이에 따라 본원 발명의 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치는, 벨슈 효과를 저감시키고 에너지폭의 확대를 억제하는 것이 가능해진다.

둘째로, 광전자면의 전자 발생부의 축중심에 대하여, 인출 렌즈에서 형성되는 중심 위치에 광전자 발생부를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다. 이것은, 광 또는 레이저를 그 축중심 위치에 조사함으로써 달성할 수 있다. 도 12 및 도 13에 있어서는 광원의 위치를 도시하지 않았지만, 광원의 위치에 상관없이, 렌즈 및 미러 등을 이용함으로써 용이하게 달성할 수 있다. 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)는, 주하우징에 고정된 경통 내에 배치되지만, 광전자의 발생에 광 또는 레이저를 이용하기 때문에, 광원은 반드시 경통 내에 배치할 필요가 없고, 예컨대 경통의 외부에 설치하여 미러 렌즈 등으로 광전자면의 전자 발생부의 축중심에 유도할 수 있다. 따라서, 대기측에 배치할 수 있기 때문에, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 이용한 전자 광학 장치는, 중심 위치의 조정이 용이하다. 도 10의 (b)에 도시한 일반적인 전자총을 이용한 검사 장치에 있어서는, 캐소드(2310), 웨넬트(2312), 애노드(2311) 및 필드 애퍼처(2320)의 중심 위치는, 조립에 의해 어긋나 버린다. 또한, 대기 개방을 행한 후에 행하는 베이킹에 의한 위치 어긋남, 즉, 온도 변화에 따른 열팽창과 냉각의 공정을 받는 것에 의한 조립 후의 위치 변동도 생긴다. 이들 어긋남을 보정하기 위해, 필드 애퍼처(2320)의 상류에 통상 얼라이너를 설치하고, 이 얼라이너로 보정을 행하고 있다. 위치 어긋남이 심한 경우에는, 분해, 조립, 조정, 베이킹을 반복 행하는 것이 필요해진다. 한편, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 이용한 전자 광학 장치에서는, 광 또는 레이저를 그 축중심 위치에 조사하는 것만으로, 정전 렌즈에서 형성되는 중심 위치에 광전자 발생부를 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 조립에 의한 어긋남이 생기더라도 간이하게 조정할 수 있다. 또한, 광원을 대기측에 배치할 수 있기 때문에, 조립 후의 위치 변동을 받기 어렵고, 또한 조립 후의 위치 변동이 생겼을 때에도 용이하게 조정을 할 수 있다. 따라서, 작업 공정의 대폭 단축과 저비용화가 가능해진다. 또한, 광전자면의 전자 발생 형상을 결정하는 필드 애퍼처(2010)를 대기측에 배치할 수도 있기 때문에, 용이하게 필드 애퍼처(2010)의 교환 작업을 행할 수 있고, 이 점에서도 작업 공정의 대폭 단축과 저비용화를 도모할 수 있다. 진공측에 필드 애퍼처가 있는 경우, 교환에는, 진공 파괴, 칼럼의 분해, 조립, 조정, 진공 폐기, 베이킹, 광축 조정 등의 작업이 필요해지는데, 이 작업이 없어지기 때문이다.

셋째로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치는, 빔사이즈의 자유도가 향상된다. 광전자면의 전자 발생 형상은 필드 애퍼처(2010)에 의해 결정되기 때문에, 원형이나 직사각형에 한정되지 않고, 장방형이나 축에 비대칭인 형상도 가능해진다. 본 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 검사 장치에서는, 일례로서, 광전자면에서 φ100 ㎛의 원형이고, 시료면 상에서 φ50 ㎛∼100 ㎛의 원형이 가능하고, 광전자면에서 100×100 ㎛의 직사각형이고, 시료면 상에서 50×50 ㎛∼100×100 ㎛의 직사각형이 가능하다.

넷째로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치는, 진공 중에 있는 부품 개수를 대폭 삭감할 수 있다. 일반적인 전자총을 구비하는 전자 광학 장치에 있어서는, 캐소드 중심, 웨넬트, 애노드 및 필드 애퍼처 중심의 어긋남 보정을 위해, 도 10의 (b)에서 도시한 필드 애퍼처(2320)의 전방에 얼라이너가 필요해진다. 또한, 필드 애퍼처(2320)에서 형성된 빔 형상을 시료면 상에 결상하기 위해 1 내지 3단의 렌즈가 필요해진다. 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치는, 이들 부품을 필요로 하지 않기 때문에, 진공 중에 있는 부품 개수를 대폭 삭감할 수 있다.

이상 설명한 본원 발명에 관련된 1차 광학계를 구비하는 전자 광학 장치를 반도체 검사 장치에 적용하면, 고분해능으로 고스루풋을 달성할 수 있기 때문에, EUV 마스크 검사나 NIL 마스크 검사에 적합하다. 또한, 저LE(랜딩 에너지)의 경우에도, 고분해능을 달성할 수 있다.

(실시형태 2)

<1차 광학계의 제2 실시형태>

본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 14는, 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태를 도시하는 도면이다. 본 1차 광학계(2100)는, 개략적으로 광원(도시 생략), 필드 애퍼처(FA)(2110), 광전자 발생 장치(2120), 얼라이너(2130), E×B 편향기(빈 필터)(도시 생략), 애퍼처(2140), 캐소드 렌즈(CL)(2150), 제1 관(10071) 및 이들 1차 광학계를 수용하는 제2 관(도시 생략)을 구비한다. 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태는, 기준 전위를 고전압으로 하는 것에 특징이 있다. 이하, 전술한 본원 발명에 관련된 1차 광학계와의 상이점을 중심으로 설명한다.

본 실시형태는, 제1 관(10071)과 제2 관을 구비하는 2중 구조를 갖고, 광전자 발생 장치(2120)는, 광전자면(2121), 1장의 인출 렌즈(2122) 및 뉴메리컬 애퍼처(2125)를 구비한다.

제1 관(10071)은, 기준 전압이 고전압인 경우의, 기준 전압을 만들기 위한 관으로, 이 제1 관에 고전압이 인가된다. 제1 관(10071)은, 인출 렌즈(2122), 뉴메리컬 애퍼처(2125) 및 얼라이너(2130)의 각각에 형성된 1차 빔을 통과시키는 구멍의 내측에, 구멍에 내접하도록 배치되고, 또한 애퍼처(2140)의 후단에서 직경이 크게 형성되고, 이 직경이 크게 형성된 개소의 내측에 캐소드 렌즈(2150)가 배치된다.

제1 관(10071)의 재질은, 자성체가 아니면 특별히 한정되지 않지만, 구리의 얇은 관 또는 티탄의 얇은 관, 플라스틱에 구리 도금 또는 티탄 도금한 것을 적합하게 이용한다. 이에 따라, 제1 관(10071)에 고전압을 인가한 경우에 제1 관(10071)의 내부에 자장이 형성되고, 광 또는 레이저광이 조사된 광전자면(2121)에서 발생한 1차 전자빔이 고가속된다.

한편, 도 14에 도시하지 않았지만, 제2 관은, 전술한 필드 애퍼처(FA)(2110), 광전자 발생 장치(2120), 얼라이너(2130), E×B 편향기(빈 필터)(도시 생략), 애퍼처(2140), 캐소드 렌즈(CL)(2150), 제1 관(10071)을 덮고, GND로 설정된다. 이것은, 칼럼 장치의 최외부 구성이 되기 때문에, 이 부위를 GND로 유지하여, 다른 장치 부위와의 도체 접속, 및 작업자가 접촉했을 때의 감전 방지 등을 위해 구성되어 있다.

인출 렌즈는 1장으로, 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태에 있어서는, 전자 렌즈를 이용한다. 다른 구성에 대해서는, 전술한 일 실시형태와 동일하므로 설명은 생략한다.

이러한 2중 구조의 관으로 함으로써, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2100)는, 시료 표면 전압을 GND로 하고, 2중관 구조의 내측의 관인 제1 관(10071)에 고전압을 부가함으로써, 광전자면(2121)에서 발생한 전자빔을 고가속시킬 수 있다. 따라서, 본원 발명에 관련된 1차 광학계는, 고가속 칼럼이라고 할 수 있다.

본원 발명(도 14 참조)에 관련된 1차 광학계(2100)는, 각 구성 요소에 대하여 인가하는 전압을, 각각 다음과 같이 한다. 광전자면(2121)의 전압을 V1, 제1 관(10071)의 전압을 V2, 뉴메리컬 애퍼처(NA2025)의 전압을 V5, 애퍼처(2140)의 전압을 V6으로 한다. 또한, 웨이퍼 표면 전압(리타딩 전압이라고도 함)을 RTD로 한다. 저LE 조건에서는, V1=RTD-10 V∼RTD+5 V. V2, V5, V6은 기준 전위이다. 그리고, 본원 발명의 일 실시예에 있어서는, RTD=0, V1=-5 V, 기준 전위=40000 V로 설정했다. 이상과 같은 전압 인가에 의해, 저LE에서, 고분해능으로 높은 스루풋을 실현할 수 있다.

이 때, 자장 렌즈를 이용하면, 파생되는 세로 자장(광축 방향의 잔류 자장)에 의해 빔의 회전이 일어난다. 따라서, 광전자면에서 형성한 2차원의 광전자 발생 형상이 발생부와 자장 렌즈 통과 후에 회전되어 버리는 경우가 있다. 이것을 보정하기 위해, 회전 보정 렌즈를 NA 부근 또는 자장 렌즈의 하류 위치에 설치하여 영향을 보정한다. 자장 렌즈 하류 위치의 보정 렌즈는, 자장 렌즈에 가능한 한 가까운 위치(직후)에 설치하여 회전 보정을 행하면 된다.

또한, 정전 렌즈의 본원 발명의 1차 광학계(2000)(도 12 참조)에 있어서, 2중관 구조의 예는, 광전자면(2021) 전압 V1을 기초로 기재하면, 이하와 같이 각 구성 요소에 전압을 인가한다. 즉, 저LE의 경우, V1=RTD-10 V∼RTD+5 V. V2, V5, V6은 기준 전위, V3=기준 전압+10 kV∼100 kV이다. 그리고, 본원 발명의 일 실시예에 있어서는, RTD=0, V1=-5 V, V2=기준 전위+40000 V, V3=65000 V로 설정했다. 또한, 기준 전압이 기준 공간 전압이 되도록, 이들 렌즈를 내장하는 관 1이 있고, 도 12의 렌즈, 애퍼처, 얼라이너는 이 기준 전압이 인화(引火)되고 있는 관 1 속에 내장된다. 그리고, 그 외측에, GND 전위를 갖는 관 2가 설치되어 있다. 관 1과 관 2 사이는 절연 부품에 의해 고정되어 있다(관 1과 관 2는 도시 생략). 이상과 같은 전압 인가에 의해, 저LE에서, 고분해능으로 높은 스루풋을 실현할 수 있다.

본원 발명에 관련된 1차 광학계(2100)는, 시료 표면 전압 RTD를 0 V로 한 채로 검사할 수 있는 효과가 얻어진다. 또한, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2100)는, 전술한 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본원 발명에 관련된 1차 광학계를 구비하는 전자 광학 장치의 효과도 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

<1차 광학계에서의 광전자 발생 장치의 변형예>

본원 발명에 관련된 1차 광학계에서의 광전자 발생 장치의 다른 예를 나타낸다. 도 15 및 도 16은, 1차계의 도중 위치로부터, 칼럼 내에 설치된 미러에 의해, 광전자면에 광 또는 레이저가 유도될 때의 예이다.

도 15는, 기준 전압이 고전압, 예컨대 40 kV일 때의 예이다. 즉, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)의 제2 실시형태에 적용한 예이다. 이 때 기준 전압을 형성하기 위해 고전압이 인가되는 관(10071)에 V2=40 kV의 전압이 인가되고 있다. 관(10071) 내는 동일 전압 공간이다. 따라서 이 예에서는, 중심부에 광전자가 통과하는 구멍이 개방된 미러, 예컨대 삼각 미러(2170)를 이용하여 DUV 광 또는 UV 레이저를, 도시하지 않은 관(100071)에 형성된 구멍을 통해 도입하고, 이 삼각 미러(2170)에 의해 반사시켜 광전자면(2121)에 조사한다. 그리고, 조사된 면으로부터 광전자가 발생하고, 이 광전자가 EX 렌즈(2120) 및 NA(2125), 그리고 하류의 얼라이너를 통과하여, 시료면에 조사된다. 이 때, 발생한 광전자가 1차계의 궤도를 형성하기 위해, 광전자면(2121)에는 규정치의 전압이 인가되고 있다. LE=RTD 전압-V1로 결정된다.

한편, 도 16은, 도 15에서 도시한 예와 마찬가지로 삼각 미러(2070)에 의해 광전자를 발생시키는 광 또는 레이저를 광전자면에 조사하는 것으로, 기준 전압 GND의 예이다. 즉, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)의 일 실시형태에 적용한 예이다. 이 때, 예컨대 V2, V4와 V5가 GND이고, 그 부근이 기준 전압 공간으로 한다. 그리고, 도 15와 동일한 미러를 설치하여, 광·레이저를 도입할 수 있다. 이 때, 발생하는 광전자의 양은, 광 또는 레이저의 조사 강도로 결정되기 때문에, 조사하는 강도의 제어가 행해진다. 이것은 전술한 강도의 제어 방법이 이용된다. 이 때, 미러는 미러 표면과 구조체 전체가 도체 또는, 도체로 코팅되어 있다. 그리고, 그 전위는 기준 전위와 동일한 전위로 되어 있다. 공간 전위를 흐트러뜨리지 않도록 동일 전위로 되어 있는 것이다. 또한, 1차 빔이 미러의 영향을 받지 않고 통과할 수 있도록, 미러의 광축 중심부에는 구멍이 개방되어 있고, 이 구멍을 1차 빔이 통과한다. 이 구멍 내부에서도 기준 전압과 동일 전위가 되도록, 도체 재료 또는 도체가 코팅되어 기준 전압부에 접속되어 있다.

또한, 광전자 발생의 형상에 관해서는 2가지 방법을 나타낸다. 도 16을 이용하여 설명한다. 하나는, 칼럼 내에 있는 미러의 입사 전에, 빔계 형상을 규정하는 FA 애퍼처(2010)를 이용한다. 필드 애퍼처(FA)(2010) 형상의 빔 형성을 행하고, 그 빔을 광전면에 조사하여, 그 형상의 광전자를 발생시킨다. 이 때, 필드 애퍼처(FA)(2010)의 투영 사이즈는, 필드 애퍼처(FA)(2010) 상류에 있는 렌즈 위치에 의해 제어된다.

또 하나의 방법은, 광전자면에 패턴의 마스킹재를 코팅하는 방법이다. 도 17은, 광전자면에 패턴의 마스킹재를 코팅한 예를 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태에 관련된 1차 광학계(2100)에 이용하는 예를 도시하는 도면이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 광전자면(2121)에 마스킹재(2122)를 코팅한다. 이 마스킹재(2122)는 패턴 형상의 구멍이 있고, 이 구멍 부분은 마스킹재가 코팅되어 있지 않다. 이 코팅에 의해 그 부위로부터는 광전자가 발생하지 않고, 마스킹재가 없는 부위로부터 광전자가 발생한다. 즉, DUV 광이 조사되었을 때, 마스킹되어 있지 않은 패턴형의 광전면 부위로부터 패턴 형상의 광전자를 발생한다. 이 때, 마스킹재로는, 광전자가 발생하지 않는 재료를 코팅해 두면 된다. 워크 펑션이 큰 재료, 또는 발생 효율이 낮은 재료를 이용하면 된다. 예컨대, 카본, Pt, Cr 등이다. 다만, 차지업되면 전위 불균일성을 형성하고, 방출 전자의 궤도를 굽게 하는 등 악영향을 미치기 때문에, 도전성 재료를 이용한다.

또한, 도 18은 효율을 양호하게 하기 위해, 투과한 광 또는 레이저를 반사시켜, 광전자면에 다시 조사하는 방법을 도시하는 도면이다. 광전자면(2121)측에서 입사한 광·레이저가 반사면 구조[반사면(2123)]를 갖는 광·레이저 투과 부재 중에서 반사하여 광전자면(2121)으로 복귀하여 다시 조사가 행해지는 것이다. 이 방법이면, 복수회 광전자면(2121)에 광 또는 레이저가 조사되기 때문에, 효율이 높아진다. 예컨대, 광전자면(2121)의 광/레이저의 투과율이 60%로 하면, 투과한 60%의 광/레이저를 다시 조사함으로써 조사 횟수에 따른 광전자 발생량의 증가를 얻을 수 있다. 이 예에 한정되지 않고, 복수회 조사하는 방법은 유효하다. 특히, 2회∼5회까지의 조사가 그 유효성을 얻을 수 있다. 그 이상에서는, 광/레이저 강도가 떨어져 버리기 때문에 유효성은 크게 저감된다. 이와 같이, 복수회 조사가 가능해지면, 입사하는 광·레이저의 강도는, 1회의 경우의 1/2∼1/5로 끝나는 효과를 기대할 수 있다. 예를 들면, 조사광/레이저 강도가 1 W 필요할 때에, 0.2 W∼0.5 W로 끝난다. 특히, 큰 출력의 광원을 필요로 하는 경우, 광원 자체가 없는 경우나 그 운전 관리 비용이 큰 경우가 있다. 이 때, 저출력 광원을 이용할 수 있으면 이들 비용, 효율, 열에 의한 영향, 광도입계의 소자 열화 등의 영향을 저감시킬 수 있기 때문에 매우 유효해진다.

한편, 도 17 및 도 18에 설명한 예는, 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태에 관련된 1차 광학계(2100)에 적용하는 예를 나타내고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 실시형태에 관련된 1차 광학계(2000)에 적용해도 좋다.

(실시형태 3)

<2중관 구조 경통을 갖는 반도체 검사 장치>

전술한 바와 같이, 본원 발명에 관련된 1차 광학계의 제2 실시형태에 나타낸 1차 광학계(2100)를 구비하는 전자 광학 장치(70)는, 각 구성 요소에 인가하는 전압의 설정이, 일반적인 전자총과는 상이하다. 즉, 기준 전위 V2를 고전압(일례로서, +40000 V)으로 하고 있다. 그래서, 본원 발명에 관련된 전자 광학 장치(70)를 구비하는 반도체 검사 장치(1)는, 첫째로 2중관 구조로 하고 있다.

도 19를 이용하여 설명한다. 도 19는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 검사 장치의 2중관 구조를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 19에 있어서는, 제1 관 및 제2 관을 강조하여 도시하고 있지만, 실제의 제1 관 및 제2 관의 단면은 이것과 상이하다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 전자 광학 장치(70)는, 제1 관(10071)과 제1 관(10071)의 외부에 마련된 제2 관(10072)의 2개의 관으로 구성된다. 바꿔 말하면, 2중관 구조로 하고 있다. 그리고 2중관 구조의 내부에, 광원, 1차 광학계, 2차 광학계 및 검출기가 수용된다. 그리고, 제1 관(10071)에 고전압(일례로서, +40000 V)을 인가하고, 제2 관(10072)은 GND로 한다. 제1 관(10071)에서 고전압의 공간 기준 전위 V0을 확보하고, 제2 관에서 GND로 하여 둘러싼다. 이에 따라, 장치 설치의 GND 접속의 실현 및 감전을 방지한다. 관(10071)은 절연 부품에 의해 관(10072)에 고정되어 있다. 이 관(10072)은 GND이고, 주하우징(30)에 부착된다. 제1 관(10071)의 내부에 1차 광학계(2000), 또한 2차 광학계 및 검출계(76) 등이 배치된다.

제1 관(10071) 및 제2 관(10072)의, 내부의 격벽은, 나사 등의 부재에 이를 때까지, 자장에 영향을 주지 않도록, 비자성 재료로 구성되어, 전자선에 자장이 작용하지 않도록 하고 있다. 한편, 도 19에 있어서 도시하지는 않았지만, 제2 관(10072)의 측면에는 공간이 형성되고, 내부에, 광원 및 광전자 발생부 등 1차 광학계(2000)의 일부가 배치된 돌출부가 접속된다. 마찬가지로 제1 관(10071)에도 제2 관(10072)에 형성된 공간과 동일한 공간이 형성되고, 광전자 발생부에서 발생한 광전자가 이들 공간을 통해 시료에 조사된다. 한편, 광원은, 반드시 제2 관(10072)의 내부에 마련할 필요는 없고, 대기측에 배치하고, 진공측의 제2 관(10072) 내에 수용된 광전자 발생부에 도입해도 좋다. 그러나, 1차 광학계, 2차 광학계는, 2중관 구조의 내부에 반드시 수용된다. 검출기는, 제1 관(10071) 내에 설치되는 경우와 제1과 제2 관과는 관계없는 독립된 전위로 설치되는 경우가 있다. 이것은, 검출기의 검출면의 전위를 임의로 설정하고, 검출기에 입사하는 전자의 에너지를 적절한 값으로 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 관 1과 관 2에 대하여 절연 부품에 의해 전위 분리된 상태에 있어서, 검출기의 검출 센서 표면 전위를 임의의 전압을 인가하여 동작 가능하게 한다. 이 때, 센서 표면 전위 VD로 하면, 센서 표면에 입사하는 에너지는 VD-RTD로 결정된다. 검출기에 EB-CCD 또는 EB-TDI를 이용한 경우, 센서의 손상을 저감시켜 장기간 사용하기 위해, 입사 에너지를 1 keV∼7 keV로 이용하면 유효하다.

또한, 본원 발명에 관련된 전자 광학 장치(70)를 구비하는 반도체 검사 장치(1)의 다른 구성에 대해서 설명한다. 도 20은, 본원 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 검사 장치(1)의 전체 구성을 도시하는 도면이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 본원 발명의 일 실시형태에 관련된 반도체 검사 장치(1)는, 둘째로 제2 진공 챔버(900)를 갖는다. 즉, 반도체 검사 장치(1)에 제2 진공 챔버(900)를 배치하고, 제2 진공 챔버(900) 내에 고전압을 발생하는 전원(910)을 배치하며, 제1 관 및 제2 관이 수용된 경통(71)과 제2 진공 챔버(900)를 접속관(920)으로 접속하고, 접속관(920) 내에 배선을 배치하고 있다. 이것은, 전술한 바와 같이 본원 발명에 관련된 전자 광학 장치(70)는, 종래와 달리, 기준 전위 V0을 고전압으로 하기 때문이다. 기준 전위 V0을 고전압으로 하기 위해, 본원 발명에 관련된 전자 광학 장치(70)를 구비하는 반도체 검사 장치(1)는, 관을 2중관 구조로 하고 있다. 그리고, 내측의 제1 관(10071)에 고전압을 인가한다. 이러한 고전압을 인가하는 경우, 대기와 진공의 피드스루는 대기측의 내압(耐壓)이 낮기 때문에 연면 내압을 확보하기 위해, 큰 피드스루가 필요하다. 예컨대, 1 kV/mm 내압으로서, 40 kV에서는, 40 mm 이상의 절연 연면 거리를 갖는 절연 부품과 그것에 대한 큰 커넥터가 필요해진다. 이러한 큰 커넥터가 다수 있으면 경통에 설치부를 마련하는 것의 점유 부위가 큰 비율을 차지하여, 경통 사이즈와 그 비용이 커져 버린다. 그 때문에, 본 발명에서는, 전원 전용의 진공 챔버를 마련한다. 이에 따라 출력부터의 피드스루가 불필요해지기 때문에, 배선을 전극까지 접속하면 된다. 이 때, 전원으로부터의 발생 가스가 컨태미네이션 오염 요인이 되기 때문에, 배선 도중에 진공 도통을 끊기 위해, 절연 부품에 전원용 진공 챔버와 경통을 진공 절연하면 유효하다. 또한, 고전압의 경우, 배선이 굵어진다. 반도체 검사 장치(1)에 있어서는, 시료 인가 전압을 높게 하면, 굵은 배선을 스테이지 주위에 다수 설치할 필요가 생긴다. 워킹 챔버 내부에 이러한 직경이 큰 배선을 배치하면, 스테이지 동작시에 배선의 이동을 수반하기 때문에 큰 토크가 필요해져, 예컨대 배선이 벽면과 마찰하는 힘이 커지고 그것으로 인한 파티클 발생이 큰 문제가 된다. 따라서, 시료 전위를 GND로 하고, 기준 전압을 고전압으로 하는 방식은 매우 유효하다. 이 때, 검출기 표면의 전압을 제어하여, 센서 손상을 저감시키면 더욱 유효하다. 시료 전위와 기준 공간 전위와 센서 표면 전위를 상이한 값으로 한다. 그 때, 예컨대 시료 전위는 GND, 기준 전압은 10 kV∼50 kV, 센서 표면 전위는 3 kV∼7 kV로 하면, 매우 유효해진다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 진공 챔버(900)를 배치하여 전원(910)을 수용하고, 접속관(920)에 의해 경통 등과 접속하고, 접속관(920) 내에 배선을 배치하여 진공 배선을 실현하고 있다. 전원에는 외부로부터 공급 전원(AC 100 V 또는 DC 24 V 등)이 도입되고, 통신은 광통신 방식이 이용된다. 이 공급 전원 정도이면 작은 피드스루로 끝나기 때문에 대기측으로부터의 접속은 용이하다.

또한, 전술한 바와 같이, 2중관 구조를 갖기 때문에, 내측의 관(관 1)은 고진공이고, 외측의 관(관 2)과 내측의 관(관 1) 사이는 대기압 상태도 가능하다. 이러한 때에는, 관 1 내에 정전 전극을 설치하는 것은, 배선관 1의 벽에서 접속하는 수량이 많은 것과 진공/대기의 피드스루가 커지는 것에 의해 현실적이지 않은 경우가 있다. 이 때, 렌즈, 얼라이너, 보정기는 자장을 사용한 렌즈, 얼라이너, 보정기가 이용된다. 이에 따라 관 1에 피드스루를 설치할 필요가 없어져, 고전압의 기준 공간을 형성하는 경우에는 유효하다. 이 구조를 이용하는 것은, 전술한 실시형태 1∼실시형태 9의 형태에 적용하는 것도 가능하다.

이상과 같은 경통, 전원용 제2 진공 챔버 및 경통과 제2 진공 챔버를 접속하는 진공 배선용의 접속관의 구성을 모두 2중 구조로 함으로써, 전술한 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 반도체 검사 장치(1)가 제공된다. 다만, 이것은 일례이고, 본원 발명에 관련된 1차 광학계(2000)를 구비하는 반도체 검사 장치(1)는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 지금까지 기술해 온 실시형태, 예컨대 실시형태 1∼실시형태 9에서 나타낸 1차계 및 2차계의 실시형태에 대해서도, 본 실시형태의 2중관 구조를 이용하여 행하는 것도 가능하다.

(실시형태 4)

<크로스오버 위치에서의 빔측정 방법 및 상기 방법을 이용한 1차 조사 전자빔 및 NA 위치의 조정 방법 및 상기 조정 방법을 이용한 반도체 검사 장치>

전술한 본원 발명에 관련된 1차 광학계를 구비한 전자 광학 장치를 이용한 반도체 검사 방법에 대해서 설명한다. 한편, 이하의 방법은, 일반적인 전자총을 구비한 전자 광학 장치를 이용한 반도체 검사 장치에도 적용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 사상 투영형 관찰 장치(사상 투영 광학계를 갖는 전자선 관찰 장치)를 이용하여 시료가 관찰된다. 이 종류의 전자선 관찰 장치는, 1차 광학계 및 2차 광학계를 구비한다. 1차 광학계(2000)는, 광전자 발생부로부터 출사되는 전자빔을 시료에 조사하여, 시료의 구조 등의 정보를 얻은 전자를 생성한다. 2차 광학계는, 검출기를 갖고, 전자빔의 조사에 의해 생성된 전자의 상을 생성한다. 사상 투영형 관찰 장치에서는, 큰 직경의 전자빔이 이용되고, 광범위한 상이 얻어진다. 즉, 통상의 SEM과 같이 조여진 스폿의 빔이 아니라, 면빔으로 조사를 행한다.

전자빔을 시료에 조사하면, 복수 종류의 전자가 2차 광학계에서 검출된다. 복수 종류의 전자란, 미러 전자, 2차 전자, 반사 전자, 후방 산란 전자이다. 본 실시형태에서는, 2차 전자, 반사 전자 및 후방 산란 전자를, 2차 방출 전자라고 한다. 그리고, 미러 전자와 2차 방출 전자의 특성을 이용하여, 시료를 관찰한다. 미러 전자란, 시료에 충돌하지 않고, 시료의 직전에서 튀어 되돌아오는 전자를 말한다. 미러 전자 현상은, 시료 표면의 전장의 작용에 의해 생긴다.

전술한 바와 같이, 2차 전자, 반사 전자 및 후방 산란 전자를, 2차 방출 전자라고 한다. 이들 3종의 전자가 혼재되는 경우도, 2차 방출 전자라는 용어를 사용한다. 2차 방출 전자 중에서는, 2차 전자가 대표적이다. 그래서, 2차 전자가, 2차 방출 전자의 대표로서 설명되는 경우가 있다. 미러 전자와 2차 방출 전자의 양자에 관해, 「시료로부터 방출된다」 「시료로부터 반사된다」 「전자빔 조사에 의해 생성된다」 등의 표현이 사용되어도 좋다.

도 21은, 시료에 전자빔을 조사했을 때의 랜딩 에너지(LE)와 계조(DN)의 관계를 도시하는 도면이다. 랜딩 에너지(LE)란, 시료에 조사되는 전자빔에 부여되는 에너지이다. 전자총에 가속도 전압(Vacc)이 인가되고, 시료에 리타딩 전압(Vrtd)이 인가되는 것으로 한다. 이 경우, 랜딩 에너지(LE)는, 가속 전압과 리타딩 전압의 차로 나타내어진다.

또한, 도 21에 있어서, 세로축의 계조(DN)는, 2차 광학계의 검출기로 검출된 전자로부터 생성한 화상에서의 휘도를 나타낸다. 즉, 계조(DN)는, 검출되는 전자의 수를 나타낸다. 많은 전자가 검출될수록, 계조(DN)가 커진다.

도 21은, 0 [eV] 부근의 작은 에너지 영역에서의 계조 특성을 도시하고 있다. 도시하는 바와 같이, LE가 LEB보다 큰 영역(LEB<LE)에서는, 계조(DN)는, 비교적 작은 일정한 값을 나타낸다. LE가 LEB 이하, LEA 이상인 영역(LEA≤LE≤LEB)에서는, LE가 작아질수록, 계조(DN)가 증대된다. LE가 LEA보다 작은 영역(LE<LEA)에서는, 계조(DN)가 비교적 큰 일정한 값을 나타낸다.

상기한 계조 특성은, 검출되는 전자의 종류와 관계하고 있다. LEB<LE의 영역에서는, 검출되는 거의 모든 전자가 2차 방출 전자이다. 이 영역은, 2차 방출 전자 영역이라고 할 수 있다. 한편, LE<LEA의 영역에서는, 검출되는 거의 모든 전자가 미러 전자이다. 이 영역은, 미러 전자 영역이라고 할 수 있다. 도시하는 바와 같이, 미러 전자 영역의 계조는, 2차 방출 전자 영역의 계조보다 크다. 이것은, 2차 방출 전자와 비교하여, 미러 전자의 분포 범위가 작기 때문이다. 분포 범위가 작기 때문에, 보다 많은 전자가 검출기에 도달할 수 있어, 계조가 커진다.

또한, LEA≤LE≤LEB의 영역은, 2차 방출 전자 영역으로부터 미러 전자 영역(또는 그 반대)으로의 천이 영역이다. 이 영역은, 미러 전자와 2차 방출 전자가 혼재되는 영역으로, 혼재 영역이라고 할 수도 있다. 천이 영역(혼재 영역)에서는, LE가 작아질수록, 미러 전자의 발생량이 증대되어, 계조가 증대된다.

LEA 및 LEB는, 천이 영역의 최저 랜딩 에너지 및 최고 랜딩 에너지를 의미하고 있다. LEA 및 LEB의 구체적인 값을 설명한다. 본 발명자의 연구 결과에서는, LEA가 -5 [eV] 이상이고, LEB는 5 [eV] 이하이다(즉, -5 [eV]≤LEA≤LEB≤5 [eV]).

천이 영역의 이점으로는 다음과 같다. 미러 전자 영역(LE<LEA)에서는, 빔 조사에 의해 발생하는 모든 전자가 미러 전자가 된다. 그 때문에, 시료의 형상에 관계없이, 검출되는 전자가 전부 미러 전자가 되고, 시료의 오목부에서도 볼록부에서도 계조의 차가 작아지고, 패턴이나 결함의 S/N 및 콘트라스트가 작아져 버린다. 따라서, 미러 전자 영역을 검사에 사용하는 것은 어려운 경우가 있다. 이에 대하여, 천이 영역에서는, 형상의 에지부의 부위에서 특징적이며 또한 특이적으로 미러 전자가 생기고, 다른 부위에서는 2차 방출 전자가 생긴다. 따라서, 에지의 S/N 및 콘트라스트를 높게 할 수 있다. 따라서, 천이 영역은 검사를 행할 때에 매우 유효하다. 이하, 이 점에 관해 상세히 설명한다.

도 22는, 상기한 천이 영역의 현상을 도시하고 있다. 도 22는, 천이 영역의 현상을 도시하는 도면이다. 도 22에 있어서, 미러 전자 영역(LE<LEA)에서는, 모든 전자가, 시료에 충돌하지 않고, 미러 전자가 된다. 이에 대하여, 천이 영역에서는, 일부의 전자가 시료에 충돌하여, 시료가 2차 방출 전자를 방출한다. LE가 커질수록, 2차 방출 전자의 비율이 많아진다. 그리고, 도시하지 않았지만, LE가 LEB를 초과하면, 2차 방출 전자만 검출된다.

본 발명에서는, 2차 방출 전자 영역, 천이 영역, 미러 전자 영역을 포함해서, 또한 요철 구조를 갖는 패턴, 요철이 없는 패턴을 포함해서, 조사 전자빔과 화상 형성을 하는 2차 광학계의 전자빔의 조건 작성과 조정 방법을 발명한 것이다. 본 발명에 의해 비약적으로 효율성 있게, 고정밀도의 조정과 조건 작성을 달성할 수 있다. 그것을 아래에 나타낸다.

본 발명은, 2차 광학계의 도중에 있는 크로스오버 위치(이하, CO 위치라고 기재함)에 오고 있는 빔의 위치와 형상을 측정하는 것이 큰 특징이다. 종래는, CO 위치에 오고 있는 빔의 측정을 행하지 않고, NA를 이동시켜, 화상을 취하고, 그 화상의 콘트라스트를 평가했었다. 이것에서는, 방대한 시간이 걸린다. 종래의 순서는 다음과 같다.

a. CO 위치와 검출기 사이에 있는 렌즈로 결상 조건을 형성한다.

b. 만일 NA가 있는 경우에는, 구경이 큰 것으로 한다. 또는, 제거한다. CO 전체를 관찰할 수 있는 편이 좋다. 예컨대, φ1000 ㎛∼φ5000 ㎛.

c. CO 위치의 빔을 촬상한다.

본 발명에서는, 이와 같은 촬상 및 조정을 효율적으로 행하기 위해, 또한 컨태미네이션에 의한 열화나 교환·메인터넌스성의 향상을 위해, 기기의 구성은 후술하지만, 특징적으로는, 가동식 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008)를 구비하고 있다. 이에 따라, LE에 대한 CO 위치에서의 빔 형상의 측정예를 도 23에 도시한다. 도 23은, LE에 대한 CO 위치에서의 빔 형상의 측정예를 도시하는 도면이다. 도 23에 있어서, CO 위치에 오고 있는 빔의 형상을 상단에 도시하고, 시료 표면에 조사된 빔의 미러 영역, 천이 영역, 2차 방출 전자 영역에서의 현상을 하단에 도시한다. 또한, 상단에 있어서, 미러 전자를 흑점으로 도시하고, 2차 방출 전자를 원형으로 도시하고 있다. LE에 대하여, 미러 전자 영역에서는, 미러 전자만이 관찰된다. 천이 영역에서는, 미러 전자와 2차 방출 전자가 관찰된다. 2차 방출 전자 영역에서는 2차 방출 전자만 관찰되고, 미러 전자는 관찰되지 않는다. 이 촬상에 의해 얻어진 상데이터를 이용하여, 미러 전자의 위치, 사이즈, 강도 및 2차 방출 전자의 사이즈, 강도를 측정한다.

또한, 이 관찰에 의해, 대상으로 하는 시료에 조사 전자빔을 쏘았을 때에, 3가지의 상태 중, 어떤 상태에 있는 것인지 즉시 판단할 수 있는 것이다. 종래는, 조사 조건과 얻어진 상으로부터, 애매한 예측을 행하고 있었다. 이와 같은 정확한 상황 판단을 할 수 없었다. 또한, 전원 설정 정밀도에 의한 오차, 광축 조건에 의한 영향도 정확히 판단할 수 없었다. 이것은, 미러 전자 영역, 천이 영역의 형성이, LE, 광축 조건에 민감하기 때문에, 그것을 제어하는 기기나 조건의 오차에도 영향을 받아 버리기 때문이다. 예컨대, 전원의 설정 정밀도는 일반적으로 0.1% 정도이다. 5000 V 설정 전원의 설정 오차는, 5 V로도 되는 것이다. 5 V의 변화가 일어나면, 천이 영역→미러 영역이나, 천이 영역→2차 방출 전자 영역이 되는 경우도 충분히 있다. 그 확인을 할 수 없었기 때문에, 설정치에 의해 미러 전자 영역일 것이다, 또는 천이 영역일 것이다 등의 애매한 예측밖에 할 수 없었다.

또한, 본 발명에서는, 이 측정 방법을 이용하여, 1차 조사 전자빔의 조정과 화상 형성을 행하는 NA 위치의 설정 방법에 대해서 기술한다. 마스크, 웨이퍼 등의 시료의 방향이 2차 광학계(칼럼)의 좌표와 위치 조정이 완료되어 있는 것으로 한다.

(광전자 캐소드 1차계)

기준 전압이 GND가 아니라, 고전압인 경우에 이용되는 예를 도 14에 도시한다. 이 예에서는, 기준 전압이 +40000 V이다. 그 기준 전압이 칼럼 내에서 통일하여 전장을 형성할 수 있도록, 통형의 관이 있다. 이 관을 관 1로 한다. 그리고, 40000 V 인가되고 있고 기준 전압을 형성하고 있다. 또한, 광전자면에 가까운 곳은, 등전위선(분포) 광전면과 평행하게 되어 있다. 또한, 그 때문에, 렌즈는 자장 렌즈가 이용되고 있다. 또한, 얼라이너는 전자 얼라이너가 이용되고 있다. 또한, NA나 다른 애퍼처는 기준 전위이고, 관 구조로 설치되어 있다. 이 관 1은, 고전압이 인가되기 때문에 외측에 또 하나의 관 2가 있다. 이 관 2가 GND로 되어 있고, 장치로서 GND 접속이 가능하게 되어 있는 것이다. 관 1과 관 2는 내전압이 있는 절연물로 절연되어 있고, 필요한 인가 전압이 유지되고 있다. 여기에는 기재하지 않았지만, 2차 광학계의 기준 전압을 고전압으로 하기 위해, 1차계의 기준 전압을 제어하고 있는 것이다. 따라서, 2차 광학계는, 1차 광학계와 마찬가지로, 관이 2중 구조의 칼럼으로 되어 있다. 내측의 관에 고전압이 인가되고, 외측의 관이 GND로 되어 있다. 그 전압차는 1차계와 마찬가지로 유지되고 있다. 또한, 관 1이 도체이고 이 관 1의 외주부에 폴리이미드나 에폭시 등의 수지 재료가 코팅되어 있어도 좋다. 또한, 그 수지 재료의 외주부에 도전 재료가 코팅되어 있고, 그 코팅된 도전 재료가 GND로 되어 있어도 좋다. 이에 따라, 상기 수지 재료의 내측이 고전압의 기준 전압이고, 외측이 GND로 되어 있고, 다른 GND 접속 및 GND 설치할 수 있는 부품의 조립이 가능해진다. 또한, 이 외측에 도체의 실드관인 관 2가 있어도 좋다. 이 관 2는 퍼멀로이나 순철의 자성체이고, 외부 자장의 차단이 가능해진다. 한편, 본 실시형태는, 전술한 실시형태 1∼실시형태 25 및 번호를 부여하지 않은 실시형태에도 적용할 수 있다.

「제2 검출기」

검출기의 빈번한 교환을 필요로 하지 않으며, 또한 CO 위치에서의 빔의 위치, 형상을 측정하는 수단, 및 광축의 조정을 행하는 것으로서, 또한 CO 위치에서의 빔 측정용의 검출기로서, 검사용 검출기의 직전에 제2 검출기를 마련한다. 도 24는, 본원 발명에 관련된 제2 검출기의 원리를 도시하는 도면이다. 도 24의 (a)는 본원 발명의 2차 광학계를 도시하는 도면이고, 도 24의 (b)는 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008) 위치에서의 2차 방출 전자 및 미러 전자의 전자빔을, 렌즈를 통해 제2 검출기(76-2)에 결상시키는 것을 도시하는 도면이다. 도 24의 (b)에 도시한 뉴메리컬 애퍼처(10008)와 검출계(76) 사이에, 본원 발명의 일 실시형태에 관련된 제2 검출기(76-2)를 마련하고, 가동식의 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008)를 이동시켜, 제2 검출기로 CO 위치의 빔의 위치 및 형상을 촬상하면 된다. 여기서, CO 위치(또는 NA 위치)의 빔 형상·위치는, 정지 화상을 촬상할 수 있으면 된다. 제2 검출기(76-2)로 촬상한 정보를 기초로 조정을 반복하고, 조정 후에 검사를 행한다.

뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008)를 경유한 2차 방출 전자나 미러 전자는, 검출기의 센서면에서 결상된다. 이 결상된 2차원 전자 화상을 제2 검출기(76-2)로 취득하고, 전기 신호로 변환하여, 화상 처리 유닛에 보낸다. CO 위치의 전자빔상을 제2 검출기(76-2)로 촬상할 수 있도록, 뉴메리컬 애퍼처(10008)와 제2 검출기(76-2) 사이에, 트랜스퍼 렌즈 또는 확대 투영용 정전 렌즈를 사용해도 좋다.

제2 검출기(76-2)로는, EB-CCD 또는 C-MOS형 EB-CCD를 이용할 수 있다. 소자 사이즈는 제1 검출기[검출기(761)]인 EB-TDI의 소자 사이즈의 1/2 내지 1/3의 크기이면 된다. 이에 따라 제1 검출기보다 작은 Px 사이즈의 촬상이 가능해진다. Px 사이즈란, 소자 사이즈를 광학 배율로 나눈 값으로, 시료 표면 상의 화상 분할 사이즈를 말한다. 예컨대, 소자 사이즈 10 ㎛□이고 배율 1000배일 때 Px 사이즈=10 ㎛/1000배=10 nm가 된다. 제1 검출기보다 작은 소자 사이즈를 갖는 제2 검출기이면, 제1 검출기보다 작은 Px 사이즈에 의한 표면 관찰이 가능해지는 것이다. 제1 검출기의 EB-TDI, 제2 검출기의 EB-CCD 또는 C-MOS형 EB-CCD는, 광전자 변환 기구 및 광전달 기구를 필요로 하지 않는다. 전자가 EB-TDI 센서면 또는 EB-CCD 센서면에 직접 입사한다. 따라서, 분해능의 열화가 없고, 높은 MTF(Modulation Transfer Function) 및 콘트라스트를 얻을 수 있다. 종래의 EB-CCD와 비교하면 C-MOS형의 EB-CCD는 백그라운드의 노이즈를 현저히 저감시킬 수 있기 때문에, 검출기에서 기인한 노이즈 저감에 매우 효과가 있고, 동조건의 촬상을 행했을 때에 종래보다, 콘트라스트 향상, S/N 향상을 행할 수 있다. 특히, 취득 전자수가 적을 때에 유효하다. 노이즈 저감에 있어서 종래형 EB-CCD의 1/3∼1/20 정도의 효과가 있다.

뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008)를 통해 검출기면에서 결상하는 빔을 제2 검출기(76-2)로 검출하고, 검출한 빔의 위치 및 형상에 의해, 전자빔의 조건 작성과 뉴메리컬 애퍼처(NA)(10008) 등의 위치를 조정한다. 제2 검출기(76-2)에 의한 검출 결과에 의해 각종 조정이 행해진 후, 검출계(76)를 이용한 시료의 검사를 행한다. 따라서, 검출계(76)는 검사시에만 사용하기 때문에, 검출계(76)의 교환 빈도를 억제할 수 있다. 또한, 제2 검출기(76-2)는 정지 화상만을 촬상하기 때문에, 열화가 생기더라도 검사에는 영향을 주지 않는다. 이러한 결상 조건을 달성하기 위해서는, 예컨대 제1 검출기에 전자상을 결상하는 조건, 제2 검출기에 결상하는 조건, CO 위치의 빔을 관찰하기 위해 CO 위치에 오고 있는 빔 형상을 제2 검출기에 결상하는 조건 등에 있어서, 이들 조정은, 도 10의 (a)의 예를 참조하면 트랜스퍼 렌즈(10009)의 렌즈 강도를 조정하여 제1 검출기용과 제2 검출기용에 최적인 조건을 구하여 어느 결상 조건을 이용하는 경우가 있다. 또한, 트랜스퍼 렌즈(10009) 대신에 렌즈(741)를 이용해도 좋다. 렌즈 중심-검출기 사이의 거리가 변하기 때문에, 이에 따라 트랜스퍼 렌즈(10009)와 렌즈(741)를 이용했을 때에서 배율이 변하므로, 적합한 렌즈와 배율을 선택하여 행하면 된다.

전술한 제2 검출기(76-2)는, 전술한 CO 위치에서의 빔의 위치, 형상을 측정하여 전자빔의 조건 작성과 고정밀도의 조정을 행하는 본원 발명에 관련된 조정 방법과 더불어 이용함으로써 효과가 얻어진다. 또한, 이 제2 검출기(76-2)는, 본원 발명에 관련된 새로운 광전자 발생부를 구비하는 전자 광학 장치뿐만 아니라, 일반적인 전자총을 구비하는 전자 광학 장치에 적용해도 좋다. 본 실시예는, 전술한 실시형태 1∼실시형태 11에서 기술해 온 장치에도 적용 가능하다. 상기한 빔, NA 위치의 조정 방법의 예에서는, 1차 빔이 전자빔일 때의 예를 기술했지만, 조사계가 광 또는 레이저일 때에도 적용할 수 있다. 레이저 또는 광을 조사하여 광전자가 시료 표면으로부터 발생하여, 상기 광전자의 크로스오버 사이즈나 그 중심 위치와 NA 설치 위치의 관계를 적절히 행할 때에 이용할 수 있다. 이에 따라, 해상도가 좋은 광전자상의 형성이 가능해지는 것이다.

「전자 검사 장치」

도 25는, 본 발명을 적용한 전자선 검사 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 전술에 있어서는, 이물 검사 방법의 원리적인 부분에 대하여 주로 설명했다. 여기서는, 전술한 이물 검사 방법을 실행하는 데에 적용되는 이물 검사 장치에 대해서 설명한다. 따라서, 전술한 모든 이물 검사 방법은, 이하의 이물 검사 장치에 적용할 수 있다.

전자선 검사 장치의 검사 대상은 시료(20)이다. 시료(20)는, 실리콘 웨이퍼, 유리 마스크, 반도체 기판, 반도체 패턴 기판, 또는 금속막을 갖는 기판 등이다. 본 실시형태에 관련된 전자선 검사 장치는, 이들 기판으로 이루어지는 시료(20)의 표면 상의 이물(10)의 존재를 검출한다. 이물(10)은, 절연물, 도전물, 반도체 재료, 또는 이들의 복합체 등이다. 이물(10)의 종류는, 파티클, 세정 잔류물(유기물), 표면에서의 반응 생성물 등이다. 전자선 검사 장치는, SEM 방식 장치여도 좋고, 사상 투영식 장치여도 좋다. 이 예에서는, 사상 투영식 검사 장치에 본 발명이 적용된다.

사상 투영 방식의 전자선 검사 장치는, 전자빔을 생성하는 1차 광학계(40)와, 시료(20)와, 시료를 설치하는 스테이지(30)와, 시료로부터의 2차 방출 전자 또는 미러 전자의 확대상을 결상시키는 2차 광학계(60)와, 이들 전자를 검출하는 검출기(70)와, 검출기(70)로부터의 신호를 처리하는 화상 처리 장치(90)(화상 처리계)와, 위치 맞춤용의 광학 현미경(110)과, 리뷰용의 SEM(120)을 구비한다. 검출기(70)는, 본 발명에서는 2차 광학계(60)에 포함되어도 좋다. 또한, 화상 처리 장치(90)는 본 발명의 화상 처리부에 포함되어도 좋다.

1차 광학계(40)는, 전자빔을 생성하고, 시료(20)를 향하여 조사하는 구성이다. 1차 광학계(40)는, 전자총(41)과, 렌즈(42, 45)와, 애퍼처(43, 44)와, E×B 필터(46)와, 렌즈(47, 49, 50)와, 애퍼처(48)를 갖는다. 전자총(41)에 의해 전자빔이 생성된다. 렌즈(42, 45) 및 애퍼처(43, 44)는, 전자빔을 정형하고, 전자빔의 방향을 제어한다. 그리고, E×B 필터(46)에서, 전자빔은, 자계와 전계에 의한 로렌츠력의 영향을 받는다. 전자빔은, 경사 방향으로부터 E×B 필터(46)에 입사하고, 수직 하방향으로 편향되어, 시료(20) 쪽을 향한다. 렌즈(47, 49, 50)는, 전자빔의 방향을 제어하고, 적절한 감속을 행하여, 랜딩 에너지(LE)를 조정한다.

1차 광학계(40)는, 전자빔을 시료(20)에 조사한다. 전술한 바와 같이, 1차 광학계(40)는, 프리차지의 대전용 전자빔과 촬상 전자빔의 쌍방의 조사를 행한다. 실험 결과에서는, 프리차지의 랜딩 에너지(LE1)와, 촬상 전자빔의 랜딩 에너지(LE2)의 차이는, 적합하게는 5 [eV]∼20 [eV]이다.

이 점에 관해, 이물(10)과 주위의 전위차가 있을 때에, 프리차지의 랜딩 에너지(LE1)를 음대전 영역에서 조사한 것으로 한다. LE1의 값에 따라, 차지업 전압은 상이하다. LE1과 LE2의 상대비가 변하기 때문이다(LE2는 상기한 바와 같이 촬상 전자빔의 랜딩 에너지임). LE1이 크면 차지업 전압이 높아지고, 이에 따라, 이물(10)의 상방의 위치[검출기(70)에 보다 가까운 위치]에서 반사 포인트가 형성된다. 이 반사 포인트의 위치에 따라, 미러 전자의 궤도와 투과율이 변화된다. 따라서, 반사 포인트에 따라, 최적의 차지업 전압 조건이 결정된다. 또한, LE1이 지나치게 낮으면, 미러 전자 형성의 효율이 저하된다. 본 발명은, 이 LE1과 LE2의 차이가 바람직하게는 5 [eV]∼20 [eV]인 것을 발견했다. 또한, LE1의 값은, 바람직하게는 0 [eV]∼40 [eV]이고, 더욱 바람직하게는 5 [eV]∼20 [eV]이다.

또한, 사상 투영 광학계의 1차 광학계(40)에서는, E×B 필터(46)가 특히 중요하다. E×B 필터(46)의 전계와 자계의 조건을 조정함으로써, 1차 전자빔 각도를 정할 수 있다. 예컨대, 1차계의 조사 전자빔과 2차계의 전자빔이, 시료(20)에 대하여 거의 수직으로 입사하도록, E×B 필터(46)의 조건을 설정 가능하다. 더욱 감도를 증대시키기 위해서는, 예컨대 시료(20)에 대한 1차계의 전자빔의 입사 각도를 기울이는 것이 효과적이다. 적당한 경사각은, 0.05도∼10도이고, 바람직하게는 0.1도∼3도 정도이다.

이와 같이, 이물(10)에 대하여 소정 각도(θ)의 기울기를 갖고 전자빔을 조사시킴으로써, 이물(10)로부터의 신호를 강하게 할 수 있다. 이에 따라, 미러 전자의 궤도가 2차계 광축 중심으로부터 벗어나지 않는 조건을 형성할 수 있고, 따라서 미러 전자의 투과율을 높일 수 있다. 따라서, 이물(10)을 차지업시켜, 미러 전자를 유도할 때에, 기울어진 전자빔이 매우 유리하게 이용된다.

도 25로 되돌아온다. 스테이지(30)는, 시료(20)를 적재하는 수단으로, x-y의 수평 방향 및 θ 방향으로 이동 가능하다. 또한, 스테이지(30)는, 필요에 따라 z 방향으로 이동 가능해도 좋다. 스테이지(30)의 표면에는, 정전척 등의 시료 고정 기구가 구비되어 있어도 좋다.

스테이지(30) 상에는 시료(20)가 있고, 시료(20) 상에 이물(10)이 있다. 1차계 광학계(40)는, 랜딩 에너지(LE) -5 [eV]∼-10 [eV]로 시료 표면(21)에 전자빔을 조사한다. 이물(10)이 차지업되어, 1차 광학계(40)의 입사 전자가 이물(10)에 접촉하지 않고 튀어 되돌아온다. 이에 따라, 미러 전자가 2차 광학계(60)에 의해 검출기(70)에 유도된다. 이 때, 2차 방출 전자는, 시료 표면(21)으로부터 넓어진 방향으로 방출된다. 그 때문에, 2차 방출 전자의 투과율은 낮은 값이고, 예컨대 0.5%∼4.0% 정도이다. 이에 대하여, 미러 전자의 방향은 산란하지 않기 때문에, 미러 전자는, 거의 100%의 높은 투과율을 달성할 수 있다. 미러 전자는 이물(10)로 형성된다. 따라서, 이물(10)의 신호만이, 높은 휘도(전자수가 많은 상태)를 발생시킬 수 있다. 주위의 2차 방출 전자와의 휘도의 차이·비율이 커져, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.

또한, 미러 전자의 상은, 전술한 바와 같이, 광학 배율보다 큰 배율로 확대된다. 확대율은 5배∼50배에 달한다. 전형적인 조건에서는, 확대율이 20배∼30배인 경우가 많다. 이 때, 픽셀 사이즈가 이물 사이즈의 3배 이상이어도, 이물을 검출 가능하다. 따라서, 고속·고스루풋으로 실현할 수 있다.

예컨대, 이물(10)의 사이즈가 직경 20 [nm]인 경우에, 픽셀 사이즈가 60 [nm], 100 [nm], 500 [nm] 등이면 된다. 이 예와 같이, 이물의 3배 이상의 픽셀 사이즈를 이용하여 이물의 촬상 및 검사를 행하는 것이 가능해진다. 이것은, SEM 방식 등과 비교하여, 고스루풋화를 위해 현저하게 우수한 특징이다.

2차 광학계(60)는, 시료(20)로부터 반사한 전자를, 검출기(70)에 유도하는 수단이다. 2차 광학계(60)는, 렌즈(61, 63)와, NA 애퍼처(62)와, 얼라이너(64)와, 검출기(70)를 갖는다. 전자는, 시료(20)로부터 반사되어, 대물 렌즈(50), 렌즈(49), 애퍼처(48), 렌즈(47) 및 E×B 필터(46)를 다시 통과한다. 그리고, 전자는 2차 광학계(60)에 유도된다. 2차 광학계(60)에 있어서는, 렌즈(61), NA 애퍼처(62), 렌즈(63)를 통과하여 전자가 모아진다. 전자는 얼라이너(64)로 정돈되어, 검출기(70)에 검출된다.

NA 애퍼처(62)는, 2차계의 투과율·수차를 규정하는 역할을 갖고 있다. 이물(10)로부터의 신호(미러 전자 등)와 주위(정상부)의 신호의 차이가 커지도록 NA 애퍼처(62)의 사이즈 및 위치가 선택된다. 혹은, 주위의 신호에 대한 이물(10)로부터의 신호의 비율이 커지도록, NA 애퍼처(62)의 사이즈 및 위치가 선택된다. 이에 따라, S/N을 높게 할 수 있다.

예컨대, φ50 [㎛]∼φ3000 [㎛]의 범위에서, NA 애퍼처(62)가 선택 가능한 것으로 한다. 검출되는 전자에는, 미러 전자와 2차 방출 전자가 혼재되어 있는 것으로 한다. 이러한 상황에서 미러 전자상의 S/N을 향상시키기 위해, 애퍼처 사이즈의 선택이 유리하다. 이 경우, 2차 방출 전자의 투과율을 저하시키고, 미러 전자의 투과율을 유지할 수 있도록 NA 애퍼처(62)의 사이즈를 선택하는 것이 적합하다.

예컨대, 1차 전자빔의 입사 각도가 3°일 때, 미러 전자의 반사 각도가 거의 3°이다. 이 경우, 미러 전자의 궤도가 통과할 수 있는 정도의 NA 애퍼처(62)의 사이즈를 선택하는 것이 적합하다. 예컨대, 적당한 사이즈는 φ250 [㎛]이다. NA 애퍼처(직경 φ250 [㎛])로 제한되기 때문에, 2차 방출 전자의 투과율은 저하된다. 따라서, 미러 전자상의 S/N을 향상시키는 것이 가능해진다. 예컨대, 애퍼처 직경을 φ2000으로부터 φ250 [㎛]로 하면, 백그라운드 계조(노이즈 레벨)를 1/2 이하로 저감시킬 수 있다.

도 25로 되돌아온다. 검출기(70)는, 2차 광학계(60)에 의해 유도된 전자를 검출하는 수단이다. 검출기(70)는, 그 표면에 복수의 픽셀을 갖는다. 검출기(70)에는, 여러가지의 2차원형 센서를 적용할 수 있다. 예컨대, 검출기(70)에는, CCD(Charge Coupled Device) 및 TDI(Time Delay Integration)-CCD가 적용되어도 좋다. 이들은, 전자를 광으로 변환하고 나서 신호 검출을 행하는 센서이다. 그 때문에, 광전 변환 등의 수단이 필요하다. 따라서, 광전 변환이나 신틸레이터를 이용하여, 전자가 광으로 변환된다. 광의 상 정보는, 광을 검지하는 TDI에 전달된다. 이렇게 하여 전자가 검출된다.

여기서는, 검출기(70)에 EB-TDI를 적용한 예에 대해서 설명한다. EB-TDI는, 광전 변환 기구·광전달 기구를 필요로 하지 않는다. 전자가 EB-TDI 센서면에 직접 입사한다. 따라서, 분해능의 열화가 없고, 높은 MTF(Modulation Transfer Function) 및 콘트라스트를 얻는 것이 가능해진다. 종래는, 작은 이물(10)의 검출이 불안정했다. 이에 대하여, EB-TDI를 이용하면, 작은 이물(10)의 약한 신호의 S/N을 높이는 것이 가능하다. 따라서, 보다 높은 감도를 얻을 수 있다. S/N의 향상은 1.2배∼2배에 달한다.

또한, EB-TDI 외에, EB-CCD가 구비되어도 좋다. EB-TDI와 EB-CCD가 교환 가능하고, 임의로 전환되어도 좋다. 이러한 구성을 이용하는 것도 유효하다. 예컨대, 도 26에 도시하는 바와 같은 사용 방법이 적용된다.

도 26은, EB-TDI(72)와, EB-CCD(71)를 전환 가능한 검출기(70)를 도시한다. 2개의 센서는 용도에 따라 교환 가능하고, 양방의 센서를 사용할 수 있다.

도 26에 있어서, 검출기(70)는, 진공 용기(75)에 설치된 EB-CCD(71) 및 EB-TDI(72)를 구비한다. EB-CCD(71) 및 EB-TDI(72)는, 전자빔을 수취하는 전자 센서이다. 전자빔(e)은 검출면에 직접 입사된다. 이 구성에 있어서는, EB-CCD(71)는, 전자빔의 광축 조정을 행하기 위해 사용되고, 또한 화상 촬상 조건의 조정과 최적화를 행하기 위해 사용된다. 한편, EB-TDI(72)를 사용하는 경우에는, EB-CCD(71)가 이동 기구(M)에 의해 광축으로부터 떨어진 위치로 이동된다. 그 다음에, EB-CCD(71)를 사용함으로써 구해진 조건을 사용하여, 또는 참고로 하여, EB-TDI(72)에 의해 촬상이 행해진다. 화상을 이용하여, 평가 또는 측정이 행해진다. 또, 이동 기구(M)는, EB-CCD(71)를 이동시키는 방향(X 방향)뿐만 아니라, 3축(예컨대, X, Y, Z 방향)으로 이동 가능하게 구성하고, EB-CCD(71)의 중심을 전자 광학계의 광축 중심에 대하여 미조정할 수 있도록 구성해도 좋다.

이 검출기(70)에 있어서는, EB-CCD(71)를 사용함으로써 구해진 전자 광학 조건을 이용하여 또는 참고로 하여, EB-TDI(72)에 의한 반도체 웨이퍼의 이물 검출을 행할 수 있다.

EB-TDI(72)에 의한 이물 검사 후에, EB-CCD(71)를 사용하여 리뷰 촬상이 행해져도 좋고, 이물종이나 이물 사이즈 등의 결함 평가가 행해져도 좋다. EB-CCD(71)에서는, 화상의 적산이 가능하다. 적산에 의해 노이즈를 저감 가능하다. 따라서, 높은 S/N으로 결함 검출 부위의 리뷰 촬상을 행하는 것이 가능하다. 또한, EB-TDI(72)의 화소에 비해 EB-CCD(71)의 화소가 작은 것이 유효하다. 즉, 사상 투영 광학계에서 확대된 신호의 사이즈에 대하여, 촬상 소자의 픽셀수를 많게 할 수 있다. 따라서, 보다 높은 분해능을 갖는 화상을 얻을 수 있다. 이 화상은, 검사나 결함의 종류 등의 분류·판정을 위해 이용된다.

EB-TDI(72)는, 화소를 2차원적으로 배열한 구성을 갖고, 예컨대 직사각형 형상을 갖고 있다. 이에 따라, EB-TDI(72)는, 전자빔(e)을 직접 수취하여 전자상을 형성 가능하다. 화소 사이즈는, 예컨대 12 [㎛]∼16 [㎛]이다. 한편, EB-CCD(71)의 화소 사이즈는, 예컨대 6 [㎛]∼8 [㎛]이다.

또한, EB-TDI(72)는, 패키지의 형태로 형성된다. 패키지 자체가, 피드스루(FT)의 역할을 수행한다. 패키지의 핀(73)은, 대기측에서 카메라(74)에 접속된다.

도 26에 도시한 구성은, 여러가지 결점을 해소할 수 있다. 해소되는 결점은, FOP, 허메틱용의 광학 유리, 광학 렌즈 등에 의한 광변환 손실, 광전달시의 수차 및 왜곡, 그것에 의한 화상 분해능 열화, 검출 불량, 고비용, 대형화 등이다.

도 27은, 본 발명이 적용된 전자선 검사 장치를 도시한다. 여기서는, 전체적인 시스템 구성의 예에 대해서 설명한다.

도 27에 있어서, 이물 검사 장치는, 시료 캐리어(190)와, 미니인바이런먼트(180)와, 로드 록(162)과, 트랜스퍼 챔버(161)와, 메인 챔버(160)와, 전자선 칼럼계(100)와, 화상 처리 장치(90)를 갖는다. 미니인바이런먼트(180)에는, 대기 중의 반송 로봇, 시료 얼라이먼트 장치, 클린 에어 공급 기구 등이 마련된다. 트랜스퍼 챔버(161)에는, 진공 중의 반송 로봇이 마련된다. 항상 진공 상태의 트랜스퍼 챔버(161)에 로봇이 배치되기 때문에, 압력 변동에 의한 파티클 등의 발생을 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.

메인 챔버(160)에는, x 방향, y 방향 및 θ(회전) 방향으로 이동하는 스테이지(30)가 마련되고, 스테이지(30) 상에 정전척이 설치되어 있다. 정전척에는 시료(20) 자체가 설치된다. 또는, 시료(20)는, 팰릿이나 지그에 설치된 상태로 정전척에 유지된다.

메인 챔버(160)는, 진공 제어계(150)에 의해, 챔버 내를 진공 상태가 유지되도록 제어된다. 또한, 메인 챔버(160), 트랜스퍼 챔버(161) 및 로드 록(162)은, 제진대(170) 상에 적재되어, 플로어로부터의 진동이 전달되지 않도록 구성되어 있다.

또한, 메인 챔버(160)에는 전자 칼럼(100)이 설치되어 있다. 이 전자 칼럼(100)은, 1차 광학계(40) 및 2차 광학계(60)의 칼럼과, 시료(20)로부터의 2차 방출 전자 또는 미러 전자 등을 검출하는 검출기(70)를 구비하고 있다. 검출기(70)로부터의 신호는, 화상 처리 장치(90)에 보내져 처리된다. 온 타임의 신호 처리 및 오프 타임의 신호 처리의 양방이 가능하다. 온 타임의 신호 처리는, 검사를 행하고 있는 동안에 행해진다. 오프 타임의 신호 처리를 행하는 경우, 화상만이 취득되고, 나중에 신호 처리가 행해진다. 화상 처리 장치(90)에서 처리된 데이터는, 하드디스크나 메모리 등의 기록 매체에 보존된다. 또한, 필요에 따라, 콘솔의 모니터에 데이터를 표시하는 것이 가능하다. 표시되는 데이터는, 예컨대 검사 영역, 이물수 맵, 이물 사이즈 분포/맵, 이물 분류, 패치 화상 등이다. 이러한 신호 처리를 행하기 위해, 시스템 소프트(140)가 구비되어 있다. 또한, 전자 칼럼계에 전원을 공급하도록, 전자 광학계 제어 전원(130)이 구비되어 있다. 또한, 메인 챔버(160)에는, 광학 현미경(110)이나, SEM식 검사 장치(120)가 구비되어 있어도 좋다.

도 28은, 동일한 메인 챔버(160)에, 사상 광학식 검사 장치의 전자 칼럼(100)과, SEM식 검사 장치(120)를 설치하는 경우의 구성의 일례를 도시하고 있다. 도 28에 도시하는 바와 같이, 사상 광학식 검사 장치와, SEM식 검사 장치(120)가 동일한 챔버(160)에 설치되어 있으면, 매우 유리하다. 동일한 스테이지(30)에 시료(20)가 탑재되어 있고, 시료(20)에 대하여, 사상 방식과 SEM 방식의 양방에 의한 관찰 또는 검사가 가능해진다. 이 구성의 사용 방법과 이점은, 이하와 같다.

우선, 시료(20)가 동일한 스테이지(30)에 탑재되어 있기 때문에, 시료(20)가 사상 방식의 전자 칼럼(100)과 SEM식 검사 장치(120) 사이를 이동했을 때에, 좌표 관계가 일률적으로 구해진다. 따라서, 이물의 검출 개소 등을 특정할 때에, 2개의 검사 장치가 동일 부위의 특정을 고정밀도로 용이하게 행할 수 있다.

상기 구성이 적용되지 않은 것으로 한다. 예컨대, 사상식 광학 검사 장치와 SEM식 검사 장치(120)가 별개의 장치로서 분리되어 구성된다. 그리고, 분리된 별개의 장치 사이에서, 시료(20)가 이동된다. 이 경우, 별개의 스테이지(30)에 시료(20)의 설치를 행할 필요가 있기 때문에, 2개의 장치가 시료(20)의 얼라이먼트를 별개로 행할 필요가 있다. 또한, 시료(20)의 얼라이먼트가 별개로 행해지는 경우, 동일 위치의 특정 오차는, 5 [㎛]∼10 [㎛]가 되어 버린다. 특히, 패턴이 없는 시료(20)의 경우에는, 위치 기준을 특정할 수 없기 때문에, 그 오차는 더욱 커진다.

한편, 본 실시형태에서는, 도 28에 도시하는 바와 같이, 2종류의 검사에 있어서, 동일한 챔버(160)의 스테이지(30)에 시료(20)가 설치된다. 사상 방식의 전자 칼럼(100)과 SEM식 검사 장치(120) 사이에서 스테이지(30)가 이동한 경우라도, 고정밀도로 동일 위치를 특정 가능하다. 따라서, 패턴이 없는 시료(20)의 경우라도, 고정밀도로 위치의 특정이 가능해진다. 예컨대, 1 [㎛] 이하의 정밀도로의 위치의 특정이 가능하다.

이러한 고정밀도의 특정은, 이하의 경우에 매우 유리하다. 우선, 패턴이 없는 시료(20)의 이물 검사가 사상 방식으로 행해진다. 그 다음에, 검출한 이물(10)의 특정 및 상세 관찰(리뷰)이, SEM식 검사 장치(120)에서 행해진다. 정확한 위치의 특정을 할 수 있기 때문에, 이물(10)의 존재의 유무(없으면 유사 검출)를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 이물(10)의 사이즈나 형상의 상세 관찰을 고속으로 행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 이물 검출용의 전자 칼럼(100)과, 리뷰용의 SEM식 검사 장치(120)가 별개로 마련되면, 이물(10)의 특정에 많은 시간을 소비해 버린다. 또한, 패턴이 없는 시료의 경우에는, 그 곤란 정도가 높아진다. 이러한 문제가 본 실시형태에 의해 해결된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 사상 광학 방식에 의한 이물(10)의 촬상 조건을 이용하여, 초미소한 이물(10)이 고감도로 검사된다. 또한, 사상 광학 방식의 전자 칼럼(100)과 SEM식 검사 장치(120)가 동일 챔버(160)에 탑재된다. 이에 따라, 특히, 30 [nm] 이하의 초미소한 이물(10)의 검사와, 이물(10)의 판정 및 분류를, 매우 효율적으로, 고속으로 행할 수 있다. 한편, 본 실시형태는, 전술한 실시형태 1∼실시형태 28 및 번호를 부여하지 않은 실시형태에도 적용할 수 있다.

다음으로, 사상 투영형 검사 장치와 SEM의 양방을 이용하는 검사의 다른 예에 대해서 설명한다.

상기에서는, 사상 투영형 검사 장치가 이물을 검출하고, SEM이 리뷰 검사를 행한다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 2개의 검사 장치가 별도의 검사 방법에 적용되어도 좋다. 각각의 검사 장치의 특징을 조합시킴으로써, 효과적인 검사가 가능해진다. 별도의 검사 방법은, 예컨대 이하와 같다.

이 검사 방법에서는, 사상 투영형 검사 장치와 SEM이, 상이한 영역의 검사를 행한다. 또한, 사상 투영형 검사 장치에 「셀 to 셀(cell to cell)」 검사가 적용되고, SEM에 「다이 to 다이(die to die)」 검사가 적용되어, 전체로서 효율적으로 고정밀도의 검사를 실현할 수 있다.

보다 상세하게는, 사상 투영형 검사 장치가, 다이 중에서 반복 패턴이 많은 영역에 대하여, 「셀 to 셀」의 검사를 행한다. 그리고, SEM이, 반복 패턴이 적은 영역에 대하여, 「다이 to 다이」의 검사를 행한다. 이들 양방의 검사 결과가 합성되어, 하나의 검사 결과가 얻어진다. 「다이 to 다이」는, 순차로 얻어지는 2개의 다이의 화상을 비교하는 검사이다. 「셀 to 셀」은, 순차로 얻어지는 2개의 셀의 화상을 비교하는 검사이고, 셀은, 다이 중의 일부이다.

상기한 검사 방법은, 반복 패턴 부분에서는, 사상 투영 방식을 이용하여 고속의 검사를 실행하고, 한편, 반복 패턴이 적은 영역에서는, 고정밀도로 유사가 적은 SEM으로 검사를 실행한다. SEM은 고속의 검사를 대상으로 하지 않는다. 그러나, 반복 패턴이 적은 영역은 비교적 좁기 때문에, SEM의 검사 시간이 지나치게 길어지지 않아도 된다. 따라서, 전체의 검사 시간을 적게 억제할 수 있다. 이렇게 하여, 이 검사 방법은, 2가지 검사 방식의 이점을 최대로 살려, 고정밀도의 검사를 짧은 검사 시간으로 행할 수 있다.

다음으로, 도 27로 되돌아와, 시료(20)의 반송 기구에 대해서 설명한다.

웨이퍼, 마스크 등의 시료(20)는, 로드 포트로부터, 미니인바이런먼트(180) 안에 반송되고, 그 안에서 얼라이먼트 작업이 행해진다. 시료(20)는, 대기 중의 반송 로봇에 의해, 로드 록(162)에 반송된다. 로드 록(162)은, 대기로부터 진공 상태로, 진공 펌프에 의해 배기된다. 압력이 일정값(1 [Pa] 정도) 이하가 되면, 트랜스퍼 챔버(161)에 배치된 진공 중의 반송 로봇에 의해, 로드 록(162)으로부터 메인 챔버(160)에, 시료(20)가 반송된다. 그리고, 스테이지(30) 상의 정전척 기구 상에 시료(20)가 설치된다.

(광+EB 조사식)

1차계를 2종류 갖는 경우의 실시형태에 대하여 기술한다.

광 또는 레이저 조사에 의한 광전자상과 전자빔 조사에 의한 2차 방출 전자 및/또는 미러 전자(미러 전자를 갖는 경우와 없는 경우가 있음)의 조합에 의한 상 형성을 행하는 것도 매우 유효하다. 여기서, 2차 방출 전자란, 2차 전자, 반사 전자, 후방 산란 전자의 일부 또는 혼재된 상태를 말한다. 특히, 저LE일 때에는, 이들의 구별이 어렵다.

도 7∼도 9의 광 또는 레이저를 시료에 조사하는 형태와 도 10의 (a)∼도 19의 1차계에 전자빔으로 시료를 조사하는 형태의 융합을 행한 형태이다. 실시형태의 예를 도 29, 도 30, 도 31에 도시한다. 시료가 요철 형상인 경우의 예를 이하에 기술한다.

이 예는, 1차 빔으로서, 레이저 조사(또는 광)와 전자빔 조사를 동시에 행할 때의 예이다. 조사 방식으로는, 동시적으로, 시간적으로 교대로 조사 등이 가능하다. 이 때의 레이저 조사와 전자빔 조사를 행했을 때의 특징을 각각 기술하고, 융합했을 때에 발생하는 효과·작용을 기술한다.

레이저 조사를 행했을 때 top층(볼록부)의 광전자량이 많아 백신호이고, 전자빔이 조사되었을 때에 top층의 2차 방출 전자가 많아 백신호인 경우, 광전자상과 2차 방출 전자상을 조합시킴으로써, top층의 전자량을 증가시킬 수 있어(광전자 백+2차 방출 전자 및/또는 미러 전자 백), 즉, top층(볼록부)이 백, 오목부가 흑이 되는 상을 형성할 수 있어, 콘트라스트 및 S/N의 증가가 가능해진다.

반대로, 오목부의 광전자가 많아 오목부가 백신호이고, 2차 방출 전자의 오목부의 전자량이 많아 오목부가 백신호로 관찰되는 경우, 레이저 조사와 전자빔 조사를 동시에 행하면(조합), 오목부가 백(광전자 백+2차 방출 전자 및/또는 미러 전자 백), top층(볼록부) 흑으로 형성되는 상의 콘트라스트 및 S/N을 증가시킬 수 있다. 이 때, 백신호란, 다른 부위에 비해 검출되는 전자수가 많아, 상대적으로 휘도가 높은, 즉 백으로 촬상 가능한 것을 말한다.

도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전자빔을 이용하는 경우에는 2차 빔과의 분리를 행하기 위해(2차 빔의 직진을 행하는 빈 필터 조건 등을 이용함), E×B 등의 전자빔 분리기가 반드시 필요해진다. 그 때문에, 전자빔과 레이저 또는 광 빔을 융합한 형태에도, 그와 같은 전자빔 분리기가 필요해진다. 도 29, 도 30, 도 31에는 그 예를 도시하고 있다.

도 29, 도 30과 도 31의 차이는, 다음과 같다. 도 29와 도 30은, E×B보다 시료측에서 레이저(또는 광)를 도입하는 기구를 갖고 있다. 그리고, 도 31은 E×B보다 검출기측에서 레이저(또는 광)를 도입하는 기구를 갖고 있는 것이다. 예컨대, 도 29, 도 30에서는, 캐소드 렌즈에 레이저 도입용의 구멍을 형성하고, 챔버 외부에서 미러 등으로 얼라이먼트 조정된 상태에서 레이저를 시료에 조사하는 방식이나, 파이버+렌즈 등을 캐소드 렌즈에 도입하여, 레이저 조사를 행하는 것 등이 가능하다. 또한, 도 31은, 미러 부재를 2차계의 칼럼 중에 설치하고, 칼럼 외부로부터 레이저를 도입하여 시료에 레이저(또는 광)를 조사하는 것이 가능해진다. 도 31은, 레이저 조사와 전자빔 조사에 의한 볼록부의 전자량이 많은(백신호) 경우를 도시하고 있지만, 그 반대의 오목부의 전자량이 많은(백신호) 경우에도 도 29와 동일하게 행할 수 있다.

또한, 1차계의 전자빔에 대해서는, 도 12∼도 18에 도시하는 바와 같은 실시형태에서 설명한 전자빔을 이용하면 보다 유효하다. 대전류로 협대역(狹帶域) 에너지의 전자빔을 조사할 수 있기 때문에, 형성되는 2차 방출 전자나 미러 전자의 에너지가 협대역이 되어, 수차와 흐려짐이 적은 고해상도의 상을 실현할 수 있다. 또한, 레이저 조사에 의한 광전자의 에너지는 2차 방출 전자보다 협대역이기 때문에, 융합/조합을 행해도 에너지의 협대역 상태를 유지하여 행할 수 있으므로, 전자량은 증가하지만 에너지폭은 넓어지지 않아도 된다는 이점이 있다. 이것은, 스루풋을 높이기 위해 조사하는 레이저나 전자빔을 증가시켰을 때에, 상질을 열화시키지 않고 실현할 수 있기 때문에 매우 유효·유용하다.

또한, 반대로 광전자가 백, 2차 방출 전자가 흑인 경우의 조합도 가능하다. 이 경우, 조합된 상은 그레이 즉, 백과 흑의 중간색이 되고, 패턴의 해상도, 콘트라스트는 저하된다. 이 때, 결함만이 백신호가 강해지거나, 또는 흑이 강해지는 관찰을 행할 수 있다. 이 때, 예컨대, 광조사에 감도가 높은 결함이면, 광전자량의 증감에 의해 백 또는 흑의 신호 형성을 행할 수 있다. 또한, 전자 조사에 의한 감도가 높은 결함이면, 2차 방출 전자의 전자량의 증감에 의해, 백 또는 흑 신호 형성을 행할 수 있다.

또한, 광전자가 흑, 2차 방출 전자가 백인 경우의 조합도 마찬가지로 가능하다. EUV 마스크의 예에서는, top층의 TaBO와 오목부의 Ru에 대하여 하기의 조합을 행하는 것이 가능해진다.

(Ru 백/TaBO 흑의 광전자상과 2차 방출 전자 및/또는 미러 전자에 의한 상의 조합·Ru 흑/TaBO 백의 광전자상과 2차 방출 전자 및/또는 미러 전자상의 조합)

이에 따라, 높은 콘트라스트와 S/N을 실현할 수 있고, 감도가 높은 패턴 결함의 검사 및 이물의 검사를 행할 수 있다.

저LE의 상에 대하여, 산화막 전위 안정화를 광조사로 행한다. 전자 조사 에너지 5 eV<LE<10 eV인, 저LE의 상에 대하여, 특히, top층의 재질이 산화막일 때에 매우 유효하다. top층이 산화막일 때, 저LE 전자선 조사에 의해, 산화막은 음의 전압으로 대전이 발생한다. 그 영향에 의해 상질 열화가 발생하고, 또한 전류 밀도를 높일 수 없는 경우가 발생한다. 이 때, UV, DUV, EUV, X선 등의 광 또는 레이저의 조사를 행하여, 상기 산화막의 전위를 제어할 수 있다. 이들 광을 조사하면 광전자가 발생함으로써, 양의 대전을 일으키는 것이 가능하다. 따라서, 저LE과 이들 광 또는 레이저의 조사를 동시 또는 간헐적으로 행함으로써, 산화막의 전위를 일정하게 제어하는 것이 가능해지는 것이다. 일정하게 유지됨에 따라, 상질이 안정되고, 전류 밀도를 증가시켜도 안정된 상 형성이 가능해지기 때문에, 스루풋 향상이 가능해진다.

(실시형태 5)

<시료 표면 전위 균일 안정 공급화>

본 발명의 검사 장치 및 검사 방법에서의 시료 표면 전위 균일 안정 공급화의 예에 대하여 도 32, 도 33a 및 도 33b를 참조하여 설명한다. 사상 투영 방식에 의한 결함 검사 장치에서는, 시료 표면에 전압을 인가할 필요가 있다. 시료 표면에 부여된 전압을 변화시킴으로써, 표면 상태의 보이는 방식·결함의 보이는 방식 등을 조정하고 있다. 즉, 시료 표면의 전압 분포가 고르지 않으면, 전압 분포의 차이에 의해 조건이 변하여 재현성 등의 문제가 된다.

그래서, 시료 표면의 전압 분포가 균일해지도록 인가 방법을 제안한다. 현상황은 마스크 표면에 접촉하는 부분을 1개소 형성하고, 그것에 고전압 전원으로부터의 출력을 연결함으로써 고전압을 시료 표면에 인가한다. 시료에 접촉하고 있는 면적을 넓힌다. 시료 인가 전극이 부착되어 있는 부분을 액자라고 부르고, 이것은 상하로 승강시킴으로써 시료를 내부에 반입할 수 있다. 액자가 내려간 상태에서, 시료 인가 전극이 시료 표면에 접촉하고, 시료에 균일하게 전압을 공급할 수 있다(도 33a 참조).

또한, 별도의 액자 구조를 이용하면 균일하고 안정된 인가에 유효하다. 그 예를 도 33b에 도시한다. 도 33b에 도시한 액자의 배면도[도 33b의 (b)]와 평면도[도 33b의 (c)]를 참고로 하면, 상면은 돌기가 없는 매끄러운 마무리면의 액자 구조이다. 예컨대 195×195 mm□의 티탄 또는 인청동의 판재이고, 내부에 146×146 mm의 구멍이 뚫려 있다. 그리고, 이면에 나타내는 바와 같이 3개소에 돌기부가 있다. 돌기부는 돌기 높이 10 ㎛∼200 ㎛ 정도이다. 이 돌기의 선단은 뾰족해도 좋다. 이 액자(커버)를 이용하여 마스크의 표면층에 규정치의 전압 인가를 행한다. 본 발명에서는, 마스크가 팰릿에 설치되어 있다. 팰릿에 마스크 지지핀이 있고 그 위에 EUV 마스크 등의 노광용 마스크가 설치되어 있다. 마스크 지지핀은 파티클 발생이 적은 부재가 이용된다. 금속 부재에 폴리이미드, 테플론(등록 상표), 불소 수지 등의 수지가 코팅된 것, 또한 부재 자체가 수지인 것 등이 이용된다. 이 지지핀의 마스크 설치 위치는, 마스크 내부의 142×142 mm보다 외측에서의 접촉이 이루어진다. 그보다 내부에서는 노광 장치 등에 마스크가 설치되었을 때에, 이물이나 파티클이 부착되면 마스크가 비스듬하게 기울어져 버리는 영향이 생기기 때문에, 그 영역에 이물이나 파티클의 부착을 방지하기 위해서이다. 또한, 마스크의 측면과 하면의 각 부에 지지핀을 접촉시켜 고정하는 것도 가능하다. 그 경우에는 접촉부가 규정 각도의 비스듬하게 된 면 구조를 갖는다. 또한, 스테이지 이동시의 마스크의 위치 변동을 막기 위해, 위치 고정용의 마스크 고정 가이드핀을 마련하여 접촉 고정시키는 것도 가능하다.

EUV 마스크가 이와 같이 설치되어 있는 것으로 한다. 통상 EUV 마스크는 최표면에 절연막이 있고 그 하부에 도전막이 있다. 따라서, 마스크 표면으로의 안정되고 균일한 전압 인가를 행하기 위해서는, 최표면의 절연막을 깨뜨려 도전막에 인화할 필요가 한다. 그 때, 도 33b에 도시한 돌기부를 갖는 액자(커버)가 유효해진다. 액자에는 마스크 표면에 인가해야 할 규정의 전압이 걸려 있다. 그리고, 도 33a와 같이, 액자를 마스크 위쪽으로부터 설치한다. 그 때, 이 돌기부가 절연막을 깨뜨려 하부의 도전막에 도달하여 안정된 전압 인가를 행할 수 있다. 이 돌기부가 있으면 그 부위가 마스크로의 인가부가 되기 때문에 인가 부위를 특정할 수 있는 것, 즉 장소를 제어하여 인가할 수 있다. 또한, 3점의 접촉이 되기 때문에, 마스크 상면과 액자의 평행도를 양호한 정밀도로 설치할 수 있는 이점이 얻어진다. 2점에 의한 설치에서는, 액자가 기울고, 4점 이상의 설치에서는 어떤 돌기가 실제로 절연막을 깨뜨리고 도전막에 인가하고 있는 것인지 특정하는 것이 어렵기 때문이다. 또한, 마찬가지로, 돌기부가 없는 경우에는, 어떤 부위에서 마스크에 접촉하고 있는 것인지 특정이 어려워진다. 마스크 교환 때마다 상이한 접촉 상태가 될 가능성이 있는 것이다. 이 때, EUV 마스크의 절연막 두께는, 통상 10 nm∼20 nm이기 때문에, 그것을 깨뜨리기에 알맞은 액자 중량으로 해 두면 된다.

또한, 액자가 접촉했을 때에, 마스크면과 액자의 단차를 작게 할 필요가 있다. 단차에 의한 전계 분포의 불균일이 생기기 때문이다. 마스크 단부, 즉 액자에 가까운 부위에서 검사를 행할 때에, 전계 분포의 불균일성에 의해, 전자 궤도가 어긋나, 좌표와 전자 화상의 중심 위치의 어긋남이 생기는 경우가 있다. 이 때문에, 액자와 마스크면의 단차를 최소한으로 작게 할 필요가 있는 것이다. 본 발명에서는, 10 ㎛∼200 ㎛로 억제한 구조로 되어 있다. 바람직하게는, 10 ㎛∼100 ㎛의 단차로 하는 것이 좋다. 또한, 액자의 마스크 접촉면 부근은 판두께를 얇게 하는 수법도 가능하다. 또, 본 실시형태는, 전술한 실시형태 1∼실시형태 4에도 적용 가능하다.

도 34는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 검사 방법의 시료에 대한 1차 빔의 입사 각도를 도시하는 도면이다. 도 34에 도시하는 바와 같이, 입사 전자빔의 조사 각도 θ와 시료(또는, 칼럼 좌표)에 대한 조사 방향 α로 한다. 즉, 시료 표면에 대하여 수직 방향(Z 방향, 2차 광학계의 광축 방향과 동일함)으로부터의 각도를 θ로 한다. 예컨대, θ=0일 때에는, 시료면에 대하여 수직 입사가 된다. θ=90도일 때에는, 시료에 대하여 수평 입사가 된다. 경사 방향인 θ=45도일 때에는, 시료 표면에 대하여 45도 입사가 된다. 또한, θ는 Z축으로부터의 절대치 표시면 된다. Z축에 대하여 우측이든 좌측이든 동일한 각도이면 θ는 동일한 값이 된다. 통상, θ는 0도∼45도의 범위에서 이용된다. α의 예로는, 시료(또는, 칼럼 좌표)에 있어서 X, Y 방향을 E×B의 E 방향을 Y 방향, B 방향을 X 방향으로 한다. 예컨대, E×B의 E+측(1차 광학계가 있는 방향)이 Y+, E-측이 Y-로 하고 있다. 이 때, 시료를 검출기측에서 보아 Y+에 대하여 우측 90도 방향이 X+가 되고, X-는 좌측 90도 방향이다. 또한, 예컨대 시료가 세로 라인/스페이스(L/S)와 가로 라인/스페이스(L/S)의 패턴 영역이 있을 때 세로 라인이 Y 방향이고, 가로 라인이 X 방향이 되도록 설치되어 있는 것으로 이해하면 된다. 이 때, 예컨대 도 34의 (a)와 같이, X+ 방향을 0도로 하는 시료 입사 각도 α로 결정할 수 있다. α=0일 때 1차 전자빔의 입사 방향은 X+ 방향이 된다. 경사 방향의 일례인 α=45도일 때에는 X+, Y+의 중간 방향으로 경사 입사하는 45도가 되는, 이것은, 세로 L/S와 가로 L/S에 대하여 동일한 1차 전자빔의 조사 방향을 형성하는 것이 가능해지고, 동일한 라인과 스페이스로부터의 전자 신호를 형성하여, 동일한 콘트라스트와 S/N을 얻을 수 있다. 전술한 θ와 α의 값을 조정했을 때, 2차 광학계의 NA 애퍼처가 있는 CO 위치에 오고 있는 빔 관찰을 행하면, 도 35와 같이 된다. 도 35는, CO 위치의 빔 관찰의 일례를 도시하는 도면이다. 이 예는, 천이 영역에서의 조정예이다.

2차 방출 전자의 빔은, CO 위치에서, 원형으로 되어 있다. 이것은, 시료에 전자빔이 충돌한 것에 의한 표면으로부터의 방출 전자이기 때문에, 표면으로부터의 방출 방향이 등방적이므로, CO 위치에서는 원형이 된다. 그에 대하여, 미러는 상기 θ와 α에 영향을 받은 방향으로 표면 근방에서 반사하기 때문에, CO 위치에 있어서, θ와 α를 반영한 위치에 미러 전자가 형성된다.

예컨대, 시료에 대한 입사 각도 α일 때, CO 위치에서는, 2차 방출 전자의 원형에 대하여 α의 각도 방향으로 위치가 형성된다. 그리고, 시료 표면의 수직 방향을 Z로 하고, 검출기 방향을 Z+로 하면, Z에 대한 입사 각도를 θ로 한다. 이 θ의 대소에 따라, CO 위치의 미러 전자 위치가 영향을 받는다. 즉, 도 35에 있는 바와 같이, θ(절대치)가 크면 2차 방출 전자의 CO 중심으로부터의 거리(Lm)가 커진다. 즉, 경사 입사일 때, 입사 각도 θ가 크면 미러 전자 위치는 2차 방출 전자의 CO 중심으로부터 떨어진 위치에 형성되는 것이다. 또한, 1차 전자빔을 수직 입사시키면, 2차 방출 전자의 CO 중심 위치에 미러 전자 위치가 형성된다.

도 36에 그 예를 기재한다. 도 36은, 1차 전자빔의 입사 각도에 따른 미러 전자 위치를 도시하는 도면이다. X 방향의 전자빔 조사의 경우, 미러 전자 위치는 2차 방출 전자의 CO에 대하여, X축 상에 형성된다. Y 방향의 전자빔 조사의 경우, 미러 전자 위치는 2차 방출 전자의 CO에 대하여, Y축 상에 형성된다. 경사 방향(α)으로부터의 조사의 경우, 2차 방출 전자의 CO에 대하여, α 방향으로 미러 전자 위치가 형성된다. 자주 이용되는 α는, 0도, 30도, 45도, 60도, 90도, 120도, 150도, 180도, 210도, 240도, 270도이다. 또한, θ는, 0도∼45도의 범위에서 이용되는 경우가 많다. 또한, 높은 콘트라스트, S/N이 얻어지는 요철 표면을 갖는 것에서는, 예컨대 EUV 마스크나 나노 임프린트 마스크나 반도체 웨이퍼에서는, 0도∼20도의 범위에서 이용되는 경우가 많다.

이 1차계의 입사 각도의 제어에 대하여, 1차계의 빔 얼라이너를 이용하여 행할 수 있다. 또한, X 방향은 1차계의 빔 얼라이너, Y 방향은 E×B에 의해 조정을 행하는 것도 가능하다. 또한, Y 방향에서는, E×B 대신에 빔 얼라이너를 이용해도 좋다.

본 발명에서는, 콘트라스트, S/N이 높은 전자 화상 조건을 형성하기 위해, NA 위치의 조정을 행하고 있다. 이것은, 미러 전자 위치와 NA 위치의 관계에 따라, 얻어지는 화상 정보가 상이하고, 상질이 크게 변화되기 때문이다. 예컨대,

a. 미러 전자를 많이 포함한 화상 : 미러 전자 위치 부근에 NA를 설치

b. 요철 패턴으로, 오목부에 미러 전자가 많은 오목 백/볼록 흑의 화상

c. 요철 패턴으로, 오목부에 미러 전자가 적은 오목 흑/볼록 백의 화상

d. 콘트라스트가 비대칭인 화상, 세로/가로 패턴 등

e. 요철의 에지부에 미러 전자를 형성한 화상 등이다.

따라서, 요구하는 화상을 얻기 위해서는, 미러 전자 위치와 NA 위치의 관계를 구하여 설정할 필요가 있다. 종래는, 발생하고 있는 현상의 이해가 부족했던 것 및 조정 방법을 알지 못했기 때문에, 맹목적으로, NA를 이동시켜서는 화상을 취득하여 조건을 결정했었다. 본 발명에 의해, 작업 효율이 높아져, 큰 폭의 시간·비용 삭감이 가능해졌다. 이 때, NA 위치를 조정하여 설치하기 위해, NA 가동 기구가 필요하다. 또, 2차원 이동 기구이면 더욱 적합하다. 1차원 이동에서는, MC(미러 전자 위치)가 2차 방출 전자의 CO 중심에 대하여, 경사 방향, 또는 이동할 수 없는 축방향(예컨대, x 방향 이동밖에 할 수 없으면, y 방향 이동을 할 수 없음)에 있을 때에는, MC와 CO 중심 위치의 사이에 NA를 설치할 수 없기 때문이다.

도 37 및 도 38에는, 미러 전자 위치와 NA 위치의 예를 도시하고 있다. 도 37 및 도 38은, 미러 전자 위치와 NA 위치의 예를 도시하는 도면이다. 또한, 요철 패턴을 갖는 시료에 한정되지 않고, 평탄한 표면 시료에 있어서도 동일한 조건 조정 방법을 적용할 수 있다. 평탄한 시료라도, 그곳에 전위의 변화나 재료의 변화를 파악한 화상의 형성이 하고 싶은 경우에는, 변화를 취하기 쉬운 조건을 본 발명에 의해 구하고, 작성할 수 있는 것이다. 예컨대, 평탄 시료면에 있는 미소 이물, 세정 잔류물, 컨태미네이션 등의 검출이나, 도전 재료와 절연 재료의 혼재 패턴 검출 등에 적용할 수 있는 것이다. 이 경우에도, 전술한 바와 마찬가지로, 결함이나 패턴의 콘트라스트, S/N이 높은 조건을 구하기 위해, 전술한 조건 작성 방법을 이용할 수 있다. 그리고, 종래 할 수 없었던 고감도의 검출을 실현할 수 있다. 이러한 조정을 할 수 있음으로써, 종래에 화상을 보면서 행했었던 방법에 비해, 콘트라스트×1.2∼×2, S/N×1.5∼×5를 얻을 수 있는 경우가 확인되고, 또한 조정 시간(Tc)과 재현성에 매우 유효하여, 예컨대, 종래에 비해 Tc=1/2∼1/10을 얻을 수 있는 것이다.

NA 설치 위치의 분류로는, 크게 나누어, 미러 전자 위치의 주위에 설치하는 경우와, 떨어진 위치에 두는 경우가 있다. 떨어진 위치일수록, 미러 전자의 영향이 작아진다.

<메사 구조를 갖는 시료의 검사>

(방법 1)

본 발명의 검사 장치에서는, 메사 구조를 갖는 시료(검사 대상)의 검사를 할 때를 위해, 메사 구조의 단부(단차에 가까운 부분)의 복수 개소에서의 미러 전자 위치와 NA 위치의 관계를 미리 구하여 맵핑해 두고, 기억부(메모리 등)에 맵핑 데이터로서 기억해 둔다. 그리고, 도 39에 도시하는 바와 같이, 메사 구조의 단부[단차(391)에 가까운 부분]를 검사할 때에는, 그 맵핑 데이터를 독출하여, 미러 전자 위치의 어긋남을 보정하도록(2차계의 빔이 항상 동일 위치에 오도록), 1차계의 빔의 입사 각도를 제어한다. 1차계의 빔의 입사 각도의 제어는, 예컨대 2차원 이동 기구(또는 1차원 이동 기구)를 이용하여 NA를 2차원 이동(또는 1차원 이동)시킴으로써 실행된다. 이에 따라, 메사 구조의 단부(단차(391)에 가까운 부분)에서도 콘트라스트나 S/N이 높은 화상을 얻을 수 있다. 한편, 「메사 구조」란, 중앙 부분에 중앙 평탄부(중앙 평면부)(390)가 마련되고, 그 중앙 부분의 둘레 가장자리에 단차(391)를 사이에 두고 둘레 가장자리 평탄부(둘레 가장자리 평면부)(392)가 형성된 구조를 말한다(도 39 참조). 본 발명의 검사 장치는, 메사 구조를 갖는 시료(검사 대상)뿐만 아니라, 요철 패턴을 갖는 시료(검사 대상)의 검사에도 유용하다.

(방법 2)

또한, 본 발명의 검사 장치에서는, 메사 구조를 갖는 시료(검사 대상)의 검사를 할 때에, 도 40에 도시하는 바와 같이, 메사 구조의 중앙 평탄부(390)의 외주[단차(391)의 주변]에 전계 보정판(400)을 설치해도 좋다. 전계 보정판은, 예컨대, 표면의 전극(401)과, 그 전극 아래에 형성되는 절연층(402)과, 그 절연층 아래에 마련되는 정전척용 전극(403)으로 구성된다. 전극(401)의 재료로는, 예컨대 Cr, CrN, Ru, Au, Ti 등이 이용된다. 절연층(402)의 재료로는, 절연성 재료로서, 예컨대 폴리이미드, 테플론, 세라믹 등이 이용된다. 이들과 같이, 비자성의 도전 재료가 바람직하다. 정전척용 전극(403)의 재료로는, 예컨대 Cu, Al 등이 이용된다.

전극(401)에는, 시료 표면의 도전막(도시 생략)에 인가되는 표면 전압과 동일한 정도의 표면 전압(예컨대, -5 kV)이 인가된다. 또한, 정전척용 전극(403)에 전압을 인가함으로써, 정전척 효과에 의해, 전계 보정판[전극(401)]을 검사 대상에 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 전극 표면의 평탄성(전계의 균일성)을 확보할 수 있어, 메사 구조의 단차(391) 근방에서의 전계의 흐트러짐을 억제할 수 있다. 이러한 전계 보정판(400)을 이용하는 것에 의해서도, 메사 구조의 단부[단차(391)에 가까운 부분]에서 콘트라스트나 S/N이 높은 화상을 얻을 수 있다.

또한, 상기한 「방법 1」과 「방법 2」를 조합시키는 것이 가능하고, 고정밀도의 전자 화상의 왜곡을 보정하는 것에 효과가 있다. 전계 보정판에 의해 보정된 전계에 의해, 전자빔 궤도는 적정히 보정된다. 이에 따라 전자상의 왜곡이 보정되지만, 완전히 보정되지 않는 경우가 있다. 그 때에는, 전술한 「방법 1」에 의한 방식을 조합시키면 매우 효과적이다. 상의 왜곡, 특히 상의 단부에서의 왜곡은 TDI 상으로 했을 때에 영향이 생긴다. TDI 센서의 적산하는 열에 나란한 소자로부터 비어져 나오면 상이 흐려지는 것 등이 발생하는 것이다. 이 조합 방식을 이용하면, 화소에 대하여 1/3∼1/10 정도의 왜곡을 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 단부에서의 상 흐려짐을 저감시킨 TDI 상의 취득이 가능해진다. 이러한 고정밀도의 보정은, 특히 패턴 검사시에 유효해진다.

이상, 본 발명의 실시형태를 예시에 의해 설명했지만, 본 발명의 범위는 이들에 한정되지 않고, 청구항에 기재된 범위 내에서 목적에 따라 변경·변형하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 관련된 검사 장치는, 검사 대상의 표면에 형성된 패턴의 결함 등을 검사하는 반도체 검사 장치 등으로서 유용하다.

또한, 이상과 같이, 본 발명에 관련된 검사 장치는, 메사 구조의 단부에서 콘트라스트나 S/N이 높은 화상을 얻을 수 있는 반도체 검사 장치 등으로서 유용하다.

Claims (9)

1. 하전 입자 또는 전자파 중 어느 하나를 빔으로서 발생시키는 빔 발생 수단과,
   워킹 챔버 내에 유지한 검사 대상에, 상기 빔을 유도하여 조사하는 1차 광학계와,
   상기 검사 대상으로부터 발생한 2차 하전 입자를 검출하는 2차 광학계, 그리고
   검출된 상기 2차 하전 입자에 기초하여 화상을 형성하는 화상 처리계
   를 포함하며,
   상기 1차 광학계는, 상기 검사 대상으로 촬상용 빔을 조사하기 전에 상기 검사 대상에 대전용 빔을 조사하기 위한 프리차지 유닛과, 상기 촬상용 빔 및 상기 대전용 빔을 발생시키기 위한 광전자면을 갖는 광전자 발생 장치를 갖고, 상기 광전자면의 모재로는, 석영보다 열전도율이 높은 재료가 이용되는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광전자면의 모재로는, 사파이어 또는 다이아몬드가 이용되는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광전자면의 형상은, 직경이 10 ㎛∼200 ㎛인 원형, 또는 한변이 10 ㎛∼200 ㎛인 직사각형인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광전자면에는, 광전자 재료가 코팅되어 있고, 상기 광전자 재료로는, 루테늄 또는 금이 이용되는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광전자 재료의 두께는, 5 nm∼100 nm인 것을 특징으로 하는 검사 장치.
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