KR20130014629A - 반도체 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 검사 장치에서 크기가 상이한 시료를 검사하는 경우에, 시료 외연 부근을 검사할 때에 시료 근방의 등전위면의 분포가 흐트러지기(disturb) 때문에 1차 전자선이 구부러지게 되어, 소위 위치 어긋남(positional shift)이 발생한다. 시료의 외측에서 또한 시료 하면보다도 낮은 위치에 전위 보정 전극을 설치하고, 거기에 시료보다도 낮은 전위를 인가한다. 또한, 검사 위치와 시료 외연과의 거리, 시료의 두께, 및 1차 전자선의 조사 조건에 따라서 전위 보정 전극에 인가하는 전압을 제어한다.

Description

반도체 검사 장치{SEMICONDUCTOR INSPECTING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스 제조에서 이용되는, 하전 입자선을 이용한 반도체 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조에서는, 게이트 전극이나 배선층 간의 컨택트홀의 치수를 측정하기 위해서 주사 전자 현미경식 길이 측정 검사 장치(Critical-Dimension Scanning Electron Microscope, 이하 CD-SEM이라고 기록함) 등 1차 전자선을 이용한 검사 장치가 하전 입자선 응용 장치의 하나의 형태로서 이용되고 있다.
여기서 종래부터 이용되고 있는 SEM식 반도체 검사 장치의 전자 광학계의 개략을 도 14에 도시한다.
인출 전극(2)의 전압에 의해 전자총(1)으로부터 나온 1차 전자선(22)(파선으로 나타냄)은, 컨덴서 렌즈(3), 주사 편향기(5), 조리개(6), 대물 렌즈(9) 등을 통과하여 수속ㆍ편향되어, 반도체 장치 등의 시료(10)의 검사 위치에 조사된다. 또한, 컨덴서 렌즈(3), 주사 편향기(5), 조리개(6), 대물 렌즈(9) 및 실드 전극(16)은, 광축(18)을 중심축으로 하는 축대칭 형상으로 형성되어 있다.
이 시료(10)에는, 1차 전자선(22)의 감속용으로 리타딩 전원(26)으로부터 감속 전압(이하, 리타딩 전압이라고 기재함)이 인가되어 있다. 시료(10)로부터는 1차 전자선(22)의 조사에 의해 2차 전자선(32)(파선으로 나타냄)이 발생하고, 시료(10)에 인가된 리타딩 전압에 의해 가속되어 상방으로 이동한다. 가속된 2차 전자선(24)은, 이 E크로스 B편향기(8)에 의해 편향되어, 2차 전자 검출기(14)에 입사한다. 이 2차 전자 검출기(14)에서는 입사한 2차 전자(24)가 전기 신호로 변환되고, 프리앰프(도시 생략)에 의해 증폭되어 검사 화상의 신호용의 휘도 변조 입력으로 되어, 검사 영역의 화상 데이터가 얻어진다.
반도체 디바이스 제조에서는, 시료(10)는 반도체 웨이퍼이고, 복수의 사각형의 칩이 시료(10)의 거의 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있다. 그 때문에 검사 장치는 시료(10)의 중앙부의 칩뿐만 아니라, 외측에 형성된 칩의 검사도 행하는 경우가 있다. 시료(10)의 외주부 이외(예를 들면 중앙부)를 검사하는 경우에는, 시료(10) 근방의 등전위면은 광축(18)을 중심축으로 하는 축대칭 분포로 되지만, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우에는, 도 15에 도시한 바와 같이 시료(10) 근방의 등전위면(20)(파선으로 나타냄)의 축대칭성이 흐트러지게 된다고 하는 문제가 있었다. 이와 같이 등전위면(20)의 축대칭성이 흐트러지게 되면 1차 전자선(22)이 구부러져, 시료(10) 위의 원래 검사해야 할 위치(광축(18)과 시료(11)의 표면이 교차하는 위치)로부터 떨어진 위치(30)에 1차 전자선(22)이 닿게 되는, 소위 위치 어긋남의 문제가 생긴다.
통상 CD-SEM에서는, 기계적인 스테이지를 이용하여 개략적인 위치 정렬을 행하고, 그 후 SEM상을 이용한 고정밀도의 위치 정렬을 행함으로써, 길이 측정해야 할 위치를 검출하고 있지만, 큰 위치 어긋남이 일어난 경우에는, 기계적인 스테이지를 이용하여 위치 정렬한 위치와 SEM상을 이용하여 위치 정렬한 위치가 멀리 떨어지게 되기 때문에, 길이 측정해야 할 위치로의 이동량이 많아지게 되어, 스루풋의 저하를 초래하는 원인으로 된다.
또한 시료인 반도체 웨이퍼는, 직경 300㎜의 것이나, 또한 직경 450㎜의 것이라고 하는 대구경화가 점점 더 진행되려고 하고 있다. 이와 같이 반도체 웨이퍼가 대구경화되면 그 외연의 곡률이 작아지기 때문에, 그 웨이퍼에 작성되는 사각형의 디바이스 칩을, 이전보다도 반도체 웨이퍼의 외연 가까이까지 작성하는 것이 가능하게 된다. 그것에 수반하여, 반도체 디바이스 제조에서는 이전보다도, 외연의 보다 가까이까지 검사하고자 하는 요구가 높아지고 있다. 전술한 위치 어긋남의 양은, 검사 위치가 반도체 웨이퍼의 외주일수록 커지는 것이 알려져 있고, 전술한 1차 전자선의 구부러짐이 야기하는 위치 어긋남의 문제는 보다 중요한 것으로 되어 있다.
이와 같은 시료의 외주부에서의 등전위면(20)의 축대칭성의 흐트러짐을 방지하는 기술로서, 시료(여기서는 기판)의 엣지와, 시료인 기판의 표면과 동일한 높이로 구성된 기판 홀더 사이에 도체 링을 설치하고, 그 도체 링에 전압을 인가하는 기술이 특허 문헌 1에 의해 개시되어 있다. 또한 이 기술에서는, 기판 엣지와 기판 홀더 사이의 갭 사이즈에 따라서, 도체 링에 인가하는 전압을 조절하고 있다. 이 기술의 적용에 의해, 기판 근방의 전위 분포의 흐트러짐을 방지하는 것은 가능하다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2004-235149호 공보
그러나 기판 홀더의 제조에서는, 어느 정도의 치수 오차를 피할 수 없어 기판 홀더의 표면에는 요철이나 굴곡이 존재한다. 또한 기판 홀더를 볼트 등으로 스테이지에 부착할 때에는, 볼트의 죔 상태에서 기판 홀더의 변형이 생겨, 마찬가지로 표면에는 요철이나 굴곡이 발생할 가능성이 있다. 이들은 기판 엣지의 관찰 위치(예를 들면 12시의 위치와 3시의 위치)에 따라서, 기판의 표면 높이와 기판 홀더의 표면 높이에 차이를 야기한다. 이와 같은 경우는 기판 엣지와 기판 홀더 사이의 갭 사이즈에 따라서 도체 링에 인가하는 전압을 조절해도 기판 근방의 전위 분포의 흐트러짐을 완전하게 보정할 수는 없다. 또한 복수의 기판 홀더에 관해서도, 치수 오차를 피할 수 없기 때문에, 기판 엣지의 관찰 위치에 의한 기판의 표면높이와 기판 홀더의 표면 높이의 차이가, 기판 홀더의 고체차에 의해 생긴다.
그 결과, 복수의 검사 장치를 비교한 경우에, 기판 근방의 전위 분포의 흐트러짐에 차이가 생기기 때문에, 검사 장치의 고체차(장치간 차)로 이어질 가능성이 있다. 또한, 반도체 제조에서는 다양한 시료, 예를 들면 휜 반도체 기판을 시료로 하여 검사하는 경우가 있다. 그 경우에도 전술한 케이스와 마찬가지로, 엣지에서의 기판의 표면 높이가 관찰 위치(예를 들면 12시의 위치와 3시의 위치)에 따라서 차이가 생기기 때문에, 기판 엣지와 기판 홀더 사이의 갭 사이즈에 따라서 도체 링에 인가하는 전압을 조절해도 기판 근방의 전위 분포의 흐트러짐을 완전하게 보정할 수는 없다.
또한, 기판을 기판 홀더에 설치하기 위해서 반송할 때에, 만일, 반송에 실패한 경우에는, 기판이 도체 링에 접촉할 가능성이 있다. 그 경우는 기판이 손상을 받거나, 접촉에 의해 파티클이 발생하여 기판에 부착됨으로써 전자 디바이스에 결함이 생기거나 할 가능성이 있다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 검사 장치에서는 상이한 크기의 시료의 관찰에 대응하기 어렵다고 하는 문제가 있다. 반도체 디바이스의 제조 라인에서는 반도체 웨이퍼가 처리되고, 그것을 시료로서 검사하지만, 시료의 크기는 직경 200㎜(이하φ200이라고 기재함) 혹은 직경 300㎜(이하 φ300이라고 기재함)나, 더욱 대구경화한 직경 450㎜(이하 φ450이라고 기재함)라고 하는 크기가 상이한 웨이퍼를 검사하는 경우가 있다.
이와 같은 경우, 특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 시료의 외측에 설치한 도체 링의 표면이, 시료인 기판의 표면과 동일한 높이로 구성되어 있기 때문에, 직경이 상이한 시료의 검사에 대응하기 어렵다. 예를 들면 φ300 웨이퍼용의 도체 링이 설치되어 있는 시료대에 φ450 웨이퍼를 실으려고 한 경우, 도체 링의 표면이 φ300 웨이퍼의 표면과 동일한 높이로 되도록 설치되어 있기 때문에, φ450 웨이퍼가 도체 링에 간섭하여 시료대에 싣을 수 없게 된다. 이와 같은 경우에는 특허 문헌 1에 기재된 장치에서는, 각각의 반도체 웨이퍼에 알맞은 2종류의 도체 링을 미리 준비해 놓고 교환할 필요가 있다. 예를 들면 φ300 웨이퍼를 검사한 후에 φ450 웨이퍼의 시료를 측정하는 경우에는, φ300 웨이퍼용의 도체 링으로부터 φ450 웨이퍼용의 도체 링으로 교환ㆍ설치할 필요가 있어, 검사 장치의 시료 반송 기구가 복잡하게 된다고 하는 결점이 있다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼 시료의 외주부를 검사하는 경우에, 외주부에 생기는 위치 어긋남을 방지할 수 있는 반도체 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 그 위에 시료를 유지하기 위한 시료대와, 시료대를 이동시키는 수단과, 시료의 표면에 하전 입자 빔을 조사하기 위한 빔원과, 하전 입자 빔을 시료의 표면에 주사하는 빔 주사 수단을 구비한 반도체 검사 장치로서, 시료대가 제1 크기의 시료 혹은 제1 크기의 시료보다도 큰 제2 크기의 시료를 그 위에 유지 가능하고, 제1 크기의 시료의 외연보다도 외측에서 또한 제2 크기의 시료의 외연보다도 내측에서 또한 시료의 하면보다도 낮은 위치에 있는 제1 전극과, 제2 크기의 시료의 외연보다도 외측에 있는 제2 전극과, 제1 전극 또는 제2 전극에 전압을 인가하기 위한 제1 전압 공급원과, 시료의 검사 위치와 시료의 두께와 하전 입자 빔의 조사 조건에 따라서 이 전압 공급원의 전압을 분석하기 위한 분석부와, 분석부의 분석 결과에 기초하여 이 전압 공급원의 전압을 제어하기 위한 제어부를 더 가짐으로써 달성된다.
본 발명에서, 바람직하게는, 시료대가 시료로서, 제1 크기의 시료와 제1 크기의 시료보다도 큰 제2 크기의 시료를 유지 가능하고, 시료대의 표면이 유전체로 형성되어 있고, 유전체 내부에서 또한 상기 제1 크기의 시료의 외연보다도 내측의 위치에 설치된 제1 전극과, 유전체 내부에서 또한 제1 전극의 외측에서 또한 그 내연이 제1 크기의 시료의 외연보다도 내측에서 또한 그 외연이 제1 크기의 시료의 외연보다도 외측의 위치에 설치된 제2 전극과, 유전체 내부에서 또한 제2 전극보다도 외측에서 또한 제2 크기의 시료의 외연보다도 내측의 위치에 설치된 제3 전극과, 유전체 내부에서 또한 제3 전극의 외측에서 또한 그 내연이 제2 크기의 시료의 외연보다도 내측에서 또한 그 외연이 제2 크기의 시료의 외연보다도 외측의 위치에 설치된 제4 전극과, 제1 전극에 플러스의 극성의 전압을 인가하기 위해서 설치된 제1 전압 공급원과, 제2 전극에 마이너스의 극성의 전압을 인가하기 위해서 설치된 제2 전압 공급원과, 제3 전극에 플러스의 극성의 전압을 인가하기 위해서 설치된 제3 전압 공급원과, 제4 전극에 마이너스의 극성의 전압을 인가하기 위해서 설치된 제4 전압 공급원을 갖고, 제2 전극은, 제1 크기의 시료 또는 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하고, 또한 제1 전위 보정 전극으로서 기능하고, 제4 전극은, 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하고, 또한 제2 전위 보정 전극으로서 기능하고, 분석부는, 제2 전압 공급원 또는 제4 전압 공급원의 전압을 분석하고, 제어부는, 분석부의 분석 결과에 기초하여 제2 전압 공급원 또는 제4 전압 공급원의 전압을 제어하는 구성을 갖는다.
본 발명에서, 더욱 바람직하게는, 하전 입자 빔을 시료 위에 수속하는 대물 렌즈와, 이 대물 렌즈와 시료 사이에 설치되며, 하전 입자 빔의 광축 상에 구멍을 갖고, 시료와 등전위로 유지되는 실드 전극을 더 구비하고, 제2 전극의 외연과 제1 크기의 시료의 외연과의 사이의 반경 방향의 길이의 차와, 제4 전극의 외연과 제2 크기의 시료의 외연과의 사이의 반경 방향의 길이의 차 중 적어도 한쪽과, 시료의 측정 위치 중에서 가장 외측을 측정할 때의 측정 위치와 시료의 외연과의 사이의 거리와의 합이, 실드 전극의 상기 구멍의 반경 이상으로 되도록 형성되는 구성을 갖는다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 시료대의 표면이 유전체로 형성되고, 그것에 전압을 인가함으로써 제1 크기의 시료 또는 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하기 위해서 유전체 내부에서 또한 제1 크기의 시료의 외연보다도 내측의 위치에 설치된 제3 전극과, 그것에 전압을 인가함으로써 제1 크기의 시료 또는 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하기 위해서 유전체 내부에서 또한 제1 크기의 시료의 외연보다도 내측에서 또한 제3 전극의 외측의 위치에 설치된 제4 전극과, 그것에 전압을 인가함으로써 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하기 위해서 유전체 내부에서 또한 제1 크기의 시료의 외연보다도 외측에서 또한 제2 크기의 시료의 외연보다도 내측의 위치에 설치된 제5 전극과, 그것에 전압을 인가함으로써 제2 크기의 시료를 시료대에 흡착하기 위해서 유전체 내부에서 또한 제5 전극보다도 외측에서 또한 제2 크기의 시료의 외연보다도 내측의 위치에 설치된 제6 전극과, 제3 전극과 제5 전극 중 적어도 어느 하나에 전압을 인가하기 위해서 설치된 제2 전압 공급원과, 제2 전압 공급원과 상이한 극성의 전압을 제4 전극과 제6 전극 중 적어도 어느 하나에 인가하기 위해서 설치된 제3 전압 공급원을 더 가짐으로써 달성된다.
본 발명의 구성을 구비함으로써, 시료 외주부를 검사하는 경우에 생기는 위치 어긋남을 방지할 수 있는 반도체 검사 장치를 제공할 수 있다. 또한, 시료 외주부에 패턴을 묘화하는 경우에 생기는 위치 어긋남을 방지할 수 있는 전자 묘화 장치 등의 응용 장치가 제공 가능하게 된다.
도 1은 제1 실시예에 이용되는 CD-SEM의 구성을 도시하는 측단면도.
도 2는 제1 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 3은 제1 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대를 도시하는 도면으로, 도 2의 A-A 단면을 도시하는 도면.
도 4는 제1 실시예에 이용되는 CD-SEM의 대물 렌즈와 실드 전극과 시료대의 근방을 확대한 측단면도.
도 5는 제1 실시예에 이용되는 CD-SEM에서 이용하는 시료대의 전위 보정 전극에 인가하는 직류 전원의 전위와 1차 전자의 구부러짐량, 및 광축과 시료 외연과의 거리와 시료대의 전위 보정 전극에 인가하는 직류 전원의 전압과의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 제2 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 7은 제2 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대를 도시하는 도면으로, 도 6의 B-B 단면을 도시하는 도면.
도 8은 제2 실시예에 이용되는 CD-SEM의 대물 렌즈와 실드 전극과 시료대의 근방을 확대한 측단면도.
도 9는 제3 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 10은 제4 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 11은 제5 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 12는 제6 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 13은 제6 실시예에 이용되는 CD-SEM의 대물 렌즈와 실드 전극과 시료대의 근방을 확대한 측단면도.
도 14는 종래의 CD-SEM의 구성의 일례를 도시하는 측단면도.
도 15는 도 14에 도시하는 CD-SEM의 대물 렌즈와 실드 전극과 시료대의 근방을 확대한 측단면도.
도 16은 제7 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 17은 제7 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대 내부의 전극이 시료 외연보다도 비어져 나와 있는 양과, 시료의 관찰 위치와, 실드 전극의 구멍 반경과, 1차 전자선의 구부러짐량과의 관계를 도시하는 2개의 그래프도.
도 18은 제7 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 19는 제8 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대의 구성을 도시하는 측단면도.
도 20은 제8 실시예에 이용되는 CD-SEM의 시료대를 도시하는 도면으로, 도 19의 C-C 단면을 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 최량의 형태를 도면을 이용하여 설명한다.
실시예 1
이하, 본 발명을 적용한 하전 입자선을 이용한 반도체 검사 장치의 일례로서, CD-SEM에 적용한 제1 실시예에 대하여 도 1～도 5를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 1은 CD-SEM의 전자 광학계의 개략도이다. 또한, 도 2는 본 실시예의 CD-SEM에서 사용하는 시료대(11) 근방을 확대한 단면도이다. 그 중, 도 2의 (A)는 시료(10)로서 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 구성을 도시하는 것이다. 또한, 도 3은 본 실시예에서 사용한 시료대(11)의 도 2에서의 A-A 단면을 도시한 도면이다. 또한, 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해서, 홈(50)의 내연과, 홈(50)의 외연과, 오목부(54)의 내연을 파선으로 나타낸다. 또한, 도 4는 시료(10)로서 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11)와 실드 전극(16) 및 대물 렌즈(9)의 근방의 구성이며, 특히 시료(10)의 외연으로부터 2㎜의 위치를 검사하고 있는 경우의 구성을 도시하는 것으로 한다.
또한, 이하의 설명에서, 크기가 상이한 복수의 시료(10)를 취급하는 경우에, 직경이 작은 것부터 제1 크기, 제2 크기라고 기재하는 것으로 한다. 또한, 시료대 중의 복수의 전극이나, 그들에 전압을 인가하는 전원에 대해서도, 전체적으로 혹은 그 기능마다, 원칙적으로 그렇게 기재하는 것으로 한다. 그런데, 본 실시예에서는 제1 크기의 시료(10)는 φ300 웨이퍼이고, 제2 크기의 시료(10)는 φ450 웨이퍼로 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 인출 전극(2)의 전압에 의해 전자총(1)으로부터 나온 1차 전자선(22)은, 컨덴서 렌즈(3), 주사 편향기(5), 조리개(6), 대물 렌즈(9) 등을 통과하여 수속ㆍ편향되어, 시료대(11) 위에 재치된 시료(10)의 검사 위치에 조사된다. 검사 위치를 변화시키는 경우에는, 시료대(11) 아래에 설치된 X-Y 스테이지(15)를 이용하여 시료(10)를 이동시킨다. 또한, 본 실시예에서는 시료(10)를 원반 형상의 반도체 웨이퍼로 하였다.
또한 시료(10) 근방에, 리타딩 전위와 동전위를 인가하는 실드 전극(16)을 설치함으로써, 시료(10) 근방의 전위 분포의 흐트러짐이 경감된다. 또한, 대물 렌즈(9) 등은, 광축(18)(일점쇄선으로 나타냄)을 중심축으로 하는 축대칭 형상으로 구성되어 있다.
이 시료(10)에는, 1차 전자선(22)의 감속용으로 리타딩 전원(26)으로부터 감속 전압(이하, 리타딩 전압이라고 기재함)이 인가되어 있다. 시료(10)로부터는 1차 전자선(22)의 조사에 의해 2차 전자(24)가 발생하고, 상방으로 이동한다.
대물 렌즈(9)의 전자총측에는 인접하여 E크로스 B편향기(8)가 설치되어 있다. 이 E크로스 B편향기(8)는, 1차 전자선(22)에 대해서는 전계와 자계에 의한 편향량이 서로 상쇄되고, 2차 전자(24)에 대해서는, 양자의 겹침으로 전자를 편향시키는 편향기이다. 시료(10)로부터 상방으로 이동해 온 2차 전자(24)는, 이 E크로스 B편향기(8)에 의해 편향되어, 2차 전자 검출기(14)에 입사한다. 이 2차 전자 검출기(14)에서는 입사한 2차 전자(24)가 전기 신호로 변환되고, 프리앰프(도시 생략)에 의해 증폭되어 검사 화상의 신호용의 휘도 변조 입력으로 되어, 검사 영역의 화상 데이터가 얻어진다.
또한, 시료대(11)의 시료(10)의 외측의 영역에는 전위 보정 전극(44-2)이 형성되어 있고, 이것에는 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있다. 후술하는 바와 같이, 이 직류 전원(48)의 전압은 CD-SEM의 검사 위치(광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리)에 따라서 제어된다. 그 때문에 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(48)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는 직류 전원(48)을 그 설정 전압으로 제어한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 시료(10)의 하면(이면)에는 도전체의 접촉 핀(40)이 용수철(도시 생략)에 의해 꽉 눌려져 접촉되어 있고, 거기에는 스위치(42)를 통하여 리타딩 전원(26)이 접속되어 있다. 또한 스위치(42)는 도전성의 시료대(11)에도 접속되어 있어, 이 스위치(42)를 ON으로 함으로써 시료(10) 및 시료대(11)에는 리타딩 전압(마이너스의 전압)이 인가된다. 또한, 시료(10)의 외측의 영역의 시료대(11)에는 링 형상의 홈(50)이 형성되고, 그 저면은 시료(10)의 하면보다도 낮은 위치로 되어 있다. 그 홈(50)의 저면에는 절연체(52-1)가 설치되고, 그 위에 링 형상의 전위 보정 전극(44-1)이 설치되어 있다. 그 전위 보정 전극(44-1)에는 스위치(46-1)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있어, 이 스위치(46-1)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-1)에 마이너스의 전압이 인가된다. 그 때, 전위 보정 전극(44-1)에는 리타딩 전원(26)과 직류 전원(48)이 직렬로 접속되어 있고, 또한, 전위 보정 전극(44-1)과 시료대(11)는 절연체(52-1)로 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 전위 보정 전극(44-1)을 시료(10)의 전위보다도 낮은 전위(절대값이 큰 마이너스의 전위)로 유지할 수 있다. 그 결과, 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 또한, 시료(10)가 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 경우에는, 전위 보정 전극(44-2)에는 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 그것에 접속되어 있는 스위치(46-2)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다. 또한, 도 3으로부터 명백해지는 바와 같이, 바람직하게는 링 형상의 전위 보정 전극(44-1, 44-2)은 원 형상의 시료(10), 시료대(11)에 대하여, 거의 동심원 형상의 형상을 갖고 있다.
다음으로 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 도 2의 (B)에 도시한다. 시료(10)의 외측의 영역의 시료대(11)는 시료(10)의 하면보다도 낮게 구성되어, 오목부(54)가 구성되어 있다. 그 오목부(54)에는 절연체(52-2)가 설치되고, 그 위에 링 형상의 전위 보정 전극(44-2)이 설치되어 있다. 그 전위 보정 전극(44-2)에는 스위치(46-2)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있고, 이 스위치(46-2)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-2)에 마이너스의 전압이 인가된다. 그 때, 전위 보정 전극(44-2)에는 리타딩 전원(26)과 직류 전원(48)이 직렬로 접속되어 있고, 또한, 전위 보정 전극(44-2)과 시료대(11)는 절연체(52-2)로 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 전위 보정 전극(44-2)을 시료(10)의 전위보다도 낮은 전위(절대값이 큰 마이너스의 전위)로 유지할 수 있다. 그 결과, 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 또한, 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우에는, 전위 보정 전극(44-1)에는 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 그것에 접속되어 있는 스위치(46-1)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
다음으로 도 4에 도시한 바와 같이, 전위 보정 전극(44-2)의 전위를 시료(10)의 전위보다도 낮게 유지하면, 시료(10)와 전위 보정 전극(44-2) 사이의 전위차에 의해 등전위면(20-2)이 시료(10)의 외측에서 솟아오른다. 이와 같은 작용이 없는 경우에는 도 15에 도시한 바와 같이 등전위면(20-1)이 시료(10)의 외측에서 쑥 들어가지만, 본 실시예의 적용에 의해 도 4에 도시한 바와 같이 등전위면(20-2)이 솟아오름으로써 등전위면(20-1)이 상방으로 밀어 올려지고, 그 결과, 시료(10) 표면 근방의 등전위면(20-1)이 광축(18)을 중심으로 하는 축대칭 분포로 된다. 이에 의해 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다.
또한, 도 4에서는 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우를 나타냈지만, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이 시료(10)가 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 경우라도, 마찬가지로 전위 보정 전극(44-1)의 전위를 시료(10)의 전위(리타딩 전위)보다도 낮은 전위(절대값이 보다 큰 마이너스의 전위)로 함으로써 등전위면(20-2)을 솟아오르게 하여, 시료(10)의 외측에서 등전위면(20-1)을 상방으로 밀어 올림으로써, 등전위면(20-1)이 광축(18)을 중심으로 하는 축대칭 분포로 된다. 이에 의해 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다.
또한, 시료(10)에는 접촉 핀(40)을 통하여 리타딩 전압을 인가하고 있기 때문에, 전위 보정 전극(44-1)이나 전위 보정 전극(44-2)의 전위의 영향을 받지 않고, 시료(10)는 리타딩 전위로 유지된다. 또한, 접촉 핀(40)은, 사용하는 시료(10) 중 가장 작은 것(본 실시예에서는 제1 크기인 직경 300㎜)에 접촉할 수 있는 위치에 설치함으로써, 상이한 크기의 시료(10)에도 대응할 수 있다.
또한, 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)에 마이너스의 전압을 인가함으로써 등전위면(20-2)을 들어올리기 위해서는, 전술한 바와 같이 각각의 전위 보정 전극의 전위를 시료(10)의 전위 즉 리타딩 전위보다도 낮은 전위(절대값이 큰 마이너스의 전위)로 할 필요가 있고, 그 때문에 각각의 전위 보정 전극과 시료(10)가 접촉하지 않도록 하는 위치에 설치할 필요가 있다. 또한 만일, 시료(10)를 시료대(11) 위에 설치할 때에 반송에 실패한 경우라도 시료(10)와 전위 보정 전극(44-2)이 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 그 때문에 본 실시예에서는, 시료대(11) 표면의 시료(10)의 외측 근방의 위치에 홈(50) 및 오목부(54)를 형성하고, 거기에 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 각각 구성함으로써, 각각의 전위 보정 전극이 시료(10) 하면보다도 아래의 위치에 있게 된다. 이에 의해, 크기가 상이한 시료(10)를 시료대(11)에 설치한 경우라도, 또한 만일, 시료(10)를 시료대(11) 위에 설치할 때에 반송에 실패한 경우라도, 시료(10)가 각각의 전위 보정 전극에 접촉ㆍ간섭할 우려가 없어, 각각의 전위 보정 전극의 전위를 시료(10)의 전위 즉 리타딩 전위보다도 낮은 전위로 유효하게 유지할 수 있다.
이상의 구성에 의해, 상이한 크기의 시료(10)를 검사하는 경우라도, 외주부를 검사하는 경우의 1차 전자선(22)의 구부러짐을 없애, 위치 어긋남을 방지하는 효과가 얻어진다.
또한 도 15에 도시한 바와 같이, 전위 보정 전극(44-1) 혹은 전위 보정 전극(44-2)에 전압을 인가하지 않는 경우의 시료(10)의 외측에서의 등전위면(20-1)의 쑥 들어감은, CD-SEM의 검사 위치 즉 광축(18)과 시료(10) 외연과의 거리에 따라서 변화한다. 또한, 전위 보정 전극(44-1) 혹은 전위 보정 전극(44-2)에 인가하는 전압의 크기에 따라서, 등전위면(20-2)의 솟아오름이 변하기 때문에, 시료(10) 근방의 등전위면(20-1)의 분포도 변화한다. 그 때문에, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 없애기 위해서 전위 보정 전극(44-1) 혹은 전위 보정 전극(44-2)에 인가해야 할 최적의 전압은, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 거리에 따라서 변화한다. 또한, 이 최적 전압은, 대물 렌즈(9)의 구조 등 검사 장치의 구조나, 리타딩 전위 등에 따라서 변화한다. 본 실시예를 적용한 CD-SEM에서는, 리타딩 전압이 -2500V, 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 검사하는 경우에서, 직류 전원(48)의 전압(전위 보정 전극(44-1)의 전위는 이 전압에 리타딩 전압을 가한 것으로 됨)과 1차 전자선(22)의 구부러짐량과의 관계가, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같은 그래프로 나타내어지는 것이 발명자들의 실험에 의해 확인되었다. 또한, 이와 같은 실험으로부터, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 문제로 되는 시료(10) 외연부터 검사 위치(광축(18)의 위치)까지의 거리가 1～4㎜에서, 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 제로로 하기 위한 직류 전원(48)의 전압 즉 최적 전압은 도 5의 (B)의 도시로부터 알 수 있었다. 이와 같은 데이터를 미리 얻어 놓고, 검사 위치에 따라서 직류 전원(48)의 전압을 변화시킴으로써, 전위 보정 전극(44-1)의 전위를 변화시켜, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없앨 수 있다.
또한, 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 검사하는 경우를 예로 하여 설명을 행하였지만, 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 검사하는 경우라도 마찬가지의 방법으로, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없앨 수 있다. 단, φ450 웨이퍼와 φ300 웨이퍼는 두께가 상이하기 때문에, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 제로로 하기 위한 직류 전원(48)의 최적 전압은 상이하다. 그 때문에 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우에도 도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에서 도시한 바와 같은 데이터를 미리 얻어 두는 것이 필요하다.
이상과 같은, 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리에 따라서 제어하는 직류 전원(48)의 전압의 데이터는, 도 1에 도시한 분석부(27)에 축적되어 있고, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 시료(10)의 두께와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(48)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(48)을 제어한다. 이에 의해 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없앨 수 있다.
실시예 2
다음으로 본 발명의 제2 실시예에 관하여, 제1 실시예와의 차이에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에서는, 시료(10)를 시료대(11) 위에 재치하고 있었지만, 적극적으로 시료(10)를 흡착시키고는 있지 않았다. 그에 대하여, 본 실시예에서는 정전 척을 시료대(11)로서 이용함으로써, 시료(10)를 시료대(11)에 흡착하여, 강고하게 유지할 수 있다. 이하, 도 6～도 8을 이용하여 본 실시예의 구성에 대하여 설명한다.
도 6의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우, 도 6의 (B)는 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 각각 도시한 도면이다. 또한 도 7은 도 6의 (A)에 도시한 시료대(11)의 B-B 단면을 도시하는 상방도이다. 또한, 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해서, 홈(50)의 내연 및 외연과, 전위 보정 전극(44-1)의 내연 및 외연과, 오목부(54)의 내연과, 전위 보정 전극(44-2)의 내연과 외연을 파선으로 나타낸다. 또한 도 8은 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11)와 실드 전극(16) 및 대물 렌즈(9)의 근방의 구성을 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 사용하는 시료대(11)는, 세라믹스로 이루어지는 유전체부(34)와 금속 베이스(35)와, 유전체부(34)의 내부에 설치된 흡착용 전극(32-1～4)과, 유전체부(34)의 표면에 형성된 전위 보정 전극(44-1～2)으로 이루어진다. 또한, 전극(32-2)의 외연은 시료(10)인 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 외연과 동일한 직경이거나 약간 작은 직경으로 구성되어 있다. 마찬가지로, 전극(32-4)의 외연은 시료(10)인 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 외연과 동일한 직경이거나 약간 작은 직경으로 구성되어 있다.
도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우에는, 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써, 전극(32-1)과 전극(32-2)에 각각 플러스ㆍ마이너스의 전압을 인가할 수 있다. 시료(10) 하면(이면)에는 스위치(42)를 통하여 리타딩 전원(26)에 접속된 접촉 핀(40)이 용수철(도시 생략)에 의해 꽉 눌려져 있고, 이 스위치(42)를 ON으로 함으로써 리타딩 전압이 인가된다. 또한, 마이너스의 전압을 인가하는 직류 전원(38-1)과 플러스의 전압을 인가하는 직류 전원(38-2)도 리타딩 전원(26)과 직렬로 접속되어 있기 때문에, 전극(32-1)과 전극(32-2)에는 리타딩 전위를 기준으로 하는 플러스ㆍ마이너스의 전압이 각각 인가된다. 그 결과, 쿨롱력 혹은 존슨 라벡력(Johnson-Rahbeck force)이 생겨, 시료(10)가 시료대(11) 표면에 유효하게 흡착된다. 또한, 시료대(11)의 표면에 있는 시료(10)를 흡착하기 위한 흡착면은, 시료(10)가 흡착되었을 때에 시료(10)가 평탄하게 되도록 구성되어 있다. 또한 전극(32-1)과 전극(32-2)이, 시료(10)의 거의 전체 영역을 커버하도록 구성됨으로써, 시료(10)의 전체 영역에서 시료대(11)에의 흡착력이 발생하고, 그 결과, 휘어짐이 있는 시료(10)라도 평탄하게 되도록 흡착된다.
시료(10)의 외측의 영역의 유전체부(34) 표면에는 링 형상의 홈(50)이 형성되어 있고, 그 홈(50) 저면은 시료(10)의 하면보다도 낮은 위치로 되어 있다. 또한 홈(50) 저면에는 도전성의 막(예를 들면 금속의 막)을 코팅함으로써 링 형상의 전위 보정 전극(44-1)이 형성되어 있고, 거기에는 스위치(46-1)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있고, 이 스위치(46-1)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-1)에 마이너스의 전압이 인가되고, 그 결과, 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 이에 의해 제1 실시예와 마찬가지로, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 시료(10)가 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 경우에는, 전극(32-3) 및 전극(32-4) 및 전위 보정 전극(44-2)에는 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 각각에 접속되어 있는 스위치(36-3)와 스위치(36-4)와 스위치(46-2)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
다음으로 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 도 6의 (B)에 도시한다. 이 경우에는 도 6의 (A)에서 도시한 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼 사용 시와 마찬가지로 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 전압을 인가하는 것 외에, 전극(32-3) 및 전극(32-4)에도 전압을 인가한다. 이들 전극(32-3) 및 전극(32-4)은 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)에 각각 접속되어 있다. 그 때문에 이들 스위치(36-1～4)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 이 때, 전극(32-1～4)이, 시료(10)의 거의 전체 영역을 커버하도록 구성됨으로써, 시료(10)의 전체 영역에서 시료대(11)에의 흡착력이 발생하고, 그 결과, 휘어짐이 있는 시료(10)라도 평탄하게 되도록 흡착된다.
시료(10)의 외측의 영역의 유전체부(34)는 시료(10)의 하면보다도 우묵하게 들어가, 낮게 구성되어 있다. 그 표면에는 전위 보정 전극(44-2)이 형성되어 있고, 거기에는 스위치(46-2)를 통하여 직류 전원(48)이 접속되어 있고, 이 스위치(46-2)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-2)에 마이너스의 전압이 인가되고, 그 결과, 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 이에 의해 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우라도, 전위 보정 전극(44-1)은 홈(50)의 저면에 형성되어 있기 때문에 시료(10)와 전위 보정 전극(44-1)이 간섭 혹은 접촉하지 않고 시료대(11) 위에 설치ㆍ흡착시킬 수 있다. 또한, 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우에는 전위 보정 전극(44-1)에 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 스위치(46-1)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
또한, 시료(10)에는 접촉 핀(40)을 통하여 리타딩 전압을 인가하고 있기 때문에, 전위 보정 전극(44)이나 내측의 전극(32-1)이나 외측의 전극(32-2)의 전위의 영향을 받지 않고, 시료(10)는 리타딩 전위로 유지된다. 또한, 사용하는 시료(10) 중 가장 작은 것(본 실시예에서는 제1 크기인 직경 300㎜)에 접촉할 수 있는 위치에 설치함으로써, 상이한 크기의 시료(10)에도 대응할 수 있다. 이상의 구성에 의해, 상이한 크기의 시료(10)를 검사하는 경우라도, 외주부를 검사하는 경우의 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지하여, 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한, 접촉 핀(40)은 전술한 바와 같이 용수철에 의해 시료(10)에 꽉 눌려져 있지만, 만약 시료(10)가 시료대(11)에 흡착되어 있지 않은 경우에는, 접촉 핀(40)에 의해 시료(10)가 밀어 올려져, 시료대(11)로부터 부상하거나, 시료(10)의 접촉 핀(40)으로 눌려져 있는 영역이 볼록하게 휘거나 할 우려가 있다. 본 실시예에서 이용한 CD-SEM과 같이 나노미터 레벨의 정밀도의 측정이 필요한 경우에는, 이것은 측정 정밀도의 저하를 초래하여 바람직하지 않다. 그에 대하여, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 시료대(11)로서 정전 척을 사용함으로써 시료(10)가 시료대(11)에 강고하게 흡착되어 있기 때문에, 접촉 핀(40)에 의해 시료(10)가 밀어 올려져 시료대(11)로부터 부상하거나, 시료(10)의 접촉 핀(40)으로 눌려져 있는 영역이 휘거나 할 우려는 없어, 측정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제1 실시예와 같이 시료대(11)로서 정전 척을 이용하지 않는 경우에는, 휘어짐이 있는 시료(10)의 경우에는 시료(10)의 외연의 높이가 360도 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 되지 않는다. 이 경우에는 시료(10)의 외연 부근을 검사하는 경우에, 둘레 방향의 위치에 따라서 시료 외연 부근의 등전위면(20-1)의 쑥 들어감이 변화하게 된다. 그 경우는 직류 전원(48)의 최적 전압이, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 거리 및 1차 전자선(22)의 조사 조건 외에 검사 위치의 둘레 방향의 위치에 따라서 변화하게 되어, 직류 전원(48)의 제어가 복잡해진다. 그에 대하여 본 실시예에서는, 시료대(11)로서 정전 척이 이용되고 있기 때문에 시료(10)의 전체면에서 시료대(11)에 흡착되어 시료(11)의 휘어짐이 없어지고, 그 결과 시료(11)의 외연에서의 높이가 360도 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 된다. 그 때문에, 직류 전원(48)의 최적 전압을 결정하는 인자는 광축(18)과 시료(10) 외연과의 거리 및 시료(10)의 두께 및 1차 전자선(22)의 조사 조건만으로 되어 직류 전원(48)의 제어가 용이해진다.
또한, 작은 시료(10)(본 실시예에서는 제1 크기인 φ300 웨이퍼)를 검사하는 경우에 이용하는 전위 보정 전극(본 실시예에서는 전위 보정 전극(44-1))은 반드시 시료(10)의 하면보다도 낮은 위치에 설치할 필요가 있지만, 가장 큰 시료(10)(본 실시예에서는 제2 크기인 φ450 웨이퍼)를 관찰하는 경우에 사용하는 전위 보정 전극(본 실시예에서는 전위 보정 전극(44-2))은 그에 한하지 않고, 시료(10)와 전위 보정 전극이 접촉하지 않는 위치이면, 시료(10)의 하면보다도 높은 위치에 설치해도 된다. 그러나, 시료(10)를 시료대(11) 위에 설치할 때에 반송에 실패한 경우, 전위 보정 전극(44-2)이 시료(10) 하면보다도 높은 위치에 있는 구성에서는, 전위 보정 전극(44-2)과 시료(10)가 접촉하게 될 우려가 있다. 그 경우에는 접촉에 의해 생긴 파티클이 시료(10)에 부착될 우려가 있고, 이것은 반도체 제조의 수율 저하의 원인으로 되기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 가장 큰 시료(10)를 관찰하는 경우에 사용하는 전위 보정 전극(44-2)도, 시료(10)의 하면보다도 낮은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예와 같이 시료대(11)로서 정전 척을 사용하는 경우에는, 계측 처리 후에 스위치(36-1～4)를 OFF로 한 후의 시료(10)의 시료대(11)에의 잔류 흡착을 없애는 것이 중요하다. 그를 위해서는 플러스/마이너스의 각 전극의 면적이 동일한 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 전극(32-1)과 전극(32-2)의 면적이 동일하고, 또한, 전극(32-3)과 전극(32-4)의 면적이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 도 7로부터 명백해지는 바와 같이, 링 형상의 전위 보정 전극(44-1, 44-2)과 마찬가지로, 바람직하게는 각 전극(32-2, 32-3, 32-4)은 원 형상의 전극(32-1)에 대하여, 거의 동심원 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서, 유전체부(34)의 유전체로서 세라믹스를 예시하였지만, 구체적으로는 알루미나나 SIC 등을 이용한다. 또한 폴리이미드 등의 세라믹스 이외의 유전체를 이용해도 되는 것은 물론이다.
이상에 설명한 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(48)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(48)을 제어한다. 이에 의해 전극(32-3) 혹은 전위 보정 전극(44-2)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다. 또한 본 실시예에서는 시료대(11)로서 정전 척을 사용함으로써 시료(10)가 시료대(11)에 강고하게 흡착되어 있기 때문에, 접촉 핀(40)에 의해 시료(10)가 밀어 올려져 시료대(11)로부터 부상하거나, 시료(10)의 접촉 핀(40)으로 눌려져 있는 영역이 휘거나 할 우려는 없어, 측정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
실시예 3
다음으로 제3 실시예에 관하여, 제2 실시예와의 차이에 대하여 설명한다. 제2 실시예에서는 정전 척인 시료대(11)의 유전체 부분(34)의 표면에 홈(50) 혹은 오목부(54)를 형성하고, 그 저면에 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 각각 설치하였다. 그 경우는, 통상의 정전 척 구조를 갖는 시료대(11)를 제조하는 공정 외에, 유전체 부분(34)에 홈(50) 및 오목부(54)를 형성하는 공정과 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 형성하는 공정이 새롭게 필요로 된다. 따라서 본 실시예에서는, 비교적 단순한 구성으로, 시료(10)의 외측 또한 시료(10)의 하면보다도 아래의 위치에 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 설치함으로써, 시료(10)의 외연 근방을 검사하는 경우라도 1차 전자선의 구부러짐을 방지하는 기구를 실현하였다. 이하 도 9를 이용하여 제3 실시예에 대하여 설명한다.
도 9의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다.
흡착용 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 시료(10)의 외측의 영역의 유전체부(34)의 내부에는 링 형상의 전위 보정 전극(44-1)이 형성되어 있고, 거기에 스위치(46-1)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있고, 이 스위치(46-1)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-1)에 마이너스의 전압이 인가된다. 전위 보정 전극(44-1)은 비유전율이 8～10 정도인 유전체(본 실시예에서는 세라믹스로 함)로 이루어지는 유전체부(34)로 덮여져 있고, 이 유전체부(34)를 통하여 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 이에 의해 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 시료(10)가 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 경우에는, 전극(32-3) 및 전극(32-4) 및 전위 보정 전극(44-2)에는 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 각각에 접속되어 있는 스위치(36-3)나 스위치(36-4)나 스위치(46-2)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
다음으로 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 도 9의 (B)에 도시한다. 이 경우에는 도 9의 (A)에서 도시한 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼 사용 시와 마찬가지로 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 전압을 인가하는 것 외에, 흡착용 전극(32-3) 및 전극(32-4)에도 전압을 인가한다. 이들 전극(32-3) 및 전극(32-4)에는 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)에 각각 접속되어 있다. 그 때문에 이들 스위치(36-1～4)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 이 때, 흡착용 전극(32-1～4)이, 시료(10)의 거의 전체 영역을 커버하도록 구성됨으로써, 시료(10)의 전체 영역에서 시료대(11)에의 흡착력이 발생하고, 그 결과, 휘어짐이 있는 시료(10)라도 평탄하게 되도록 흡착된다.
시료(10)의 외측의 영역의 유전체부(34) 내부에는 전위 보정 전극(44-2)이 형성되어 있고, 거기에는 스위치(46-2)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48)이 접속되어 있고, 이 스위치(46-2)를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-2)에 마이너스의 전압이 인가되고, 그 결과, 시료(10)의 외측에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 이에 의해 제1 실시예와 마찬가지로 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 시료(10)가 φ450 웨이퍼의 경우에는 전위 보정 전극(44-1)에 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 스위치(46-1)는 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
또한, 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)은 시료(10) 하면보다도 낮은 위치에 있고, 또한 유전체부(34)로 덮어져 있기 때문에 시료(10)와 간섭 혹은 접촉할 우려가 없다.
이상의 구성의 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(48)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(48)을 제어한다. 이에 의해 전위 보정 전극(44-1) 혹은 전위 보정 전극(44-2)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한, 시료대(11)로서 정전 척이 이용되고 있기 때문에 시료(10)의 전체면에서 시료대(11)에 흡착되어 시료(11)의 휘어짐이 없어져 시료(11)의 외연에서의 높이가 360도 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 된다. 그 결과 제2 실시예에 설명한 바와 같이, 직류 전원(48)의 최적 전압을 결정하는 인자는 광축(18)과 시료(10) 외연과의 거리 및 시료(10)의 두께 및 1차 전자선(22)의 조사 조건만으로 되어 직류 전원(48)의 제어가 용이해진다.
또한, 본 실시예에서는 세라믹스로 이루어지는 유전체부(34)의 내부에 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 형성하였다. 이와 같은 구성은, 유전체의 그린 시트에 전극(32-1～4) 및 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)의 형상을, 도체(예를 들면 텅스텐)를 포함한 페이스트로 스크린 인쇄법에 의해 인쇄하고, 거기에 유전체의 다른 그린 시트를 겹치고, 가열 가압에 의해 적층하여 일체화한 후에 소성함으로써 제조할 수 있다. 그 때문에, 제2 실시예에서 설명한 구성과 같이 유전체부(34)에 홈(50)이나 오목부(54)를 형성하고, 거기에 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을 형성한다고 하는 번잡한 제조 공정을 피할 수 있어, 염가로 시료대(11)를 제조할 수 있다.
실시예 4
다음으로 제4 실시예에 대하여 설명한다. 제3 실시예에서는 2종류의 크기가 상이한 시료(10)를 검사할 때에 각각 사용하는 2개의 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을, 시료대(11)의 유전체 부분(34)의 내부에 설치하였다. 그에 대하여 본 실시예에서는, 큰 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위해서 사용하는 흡착용 전극을, 작은 시료(10)를 계측할 때에 전위 보정 전극으로서 사용함으로써, 비교적 단순한 구성으로 크기가 상이한 시료(10)의 계측에 대응시킨다. 이하 도 10을 이용하여, 제4 실시예의 제1～제3 실시예와의 차에 대하여 설명한다.
도 10의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면으로, 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다.
제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 외측의 영역의 유전체부(34)의 내부에는 링 형상의 전극(32-3) 및 전극(32-4)이 형성되어 있고, 스위치(36-3)를 ON으로 함으로써, 리타딩 전원(26)에 직렬로 접속된 전압 가변식의 전원(38-3)에 의해 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 전극(32-3)에 인가되고, 그 결과, 시료(10)의 외측에서, 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 이에 의해 제1～제3 실시예와 마찬가지로, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 전술한 바와 같이 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지하기 위해서는 시료(10)의 외측의 전극에 인가하는 전압을 제어할 필요가 있기 때문에, 전원(38-3)을 전압 가변식의 직류 전원으로 하였다.
또한, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이 시료(10)가 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼의 경우에는, 제3 실시예와 마찬가지로, 스위치(36-5)를 ON으로 함으로써, 유전체부(34)의 시료(10)의 외측의 영역에 설치된 전위 보정 전극(44-2)에 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)을 인가함으로써, 등전위면(20-2)이 솟아올라, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 전술한 바와 같이 전원(38-3)은 전압 가변식의 직류 전원으로 하였지만, 스위치(38-1～5)를 OFF로 한 후의 시료대(11)에 대한 시료(10)의 잔류 흡착을 없애기 위해서는, 전압 가변식의 직류 전원(38-3)과 전압 가변식의 직류 전원(38-4)의 전압을, 플러스/마이너스역의 극성으로 또한 절대값을 동일하게 하는 것이 바람직하다.
이상에 설명한 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1～제3 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(38-3) 혹은 직류 전원(38-5)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(38-3) 혹은 직류 전원(38-5)을 제어한다. 이에 의해 전극(32-3) 혹은 전위 보정 전극(44-2)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다. 또한, 큰 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위해서 사용하는 전극(32-3)을, 작은 시료(10)를 계측할 때에 전위 보정 전극으로서 사용함으로써, 비교적 단순한 구성을 이용하여 전술한 효과를 얻을 수 있다.
실시예 5
다음으로 제5 실시예에 관하여, 제1～제4 실시예와의 차이에 대하여 설명한다. 제3 실시예에서는 2종류의 크기가 상이한 시료(10)를 검사할 때에 각각 사용하는 2개의 전위 보정 전극(44-1) 및 전위 보정 전극(44-2)을, 정전 척인 시료대(11)의 유전체 부분(34)의 내부에 설치하였다. 그에 대하여 본 실시예에서는, 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위해서 사용하는 전극을, 시료(10)의 외연보다도 비어져 나오게 함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과를 얻는 것이다. 이하 도 11을 이용하여 설명한다.
도 11의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다. 전극(32-1) 및 전극(32-2)에는 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(38-1) 및, 동일하게 전압 가변식의 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 제3 실시예에서는 전극(32-2)의 외연을 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 외연과 동일한 직경이나, 혹은 약간 작은 직경으로 하고 있었지만, 본 실시예에서는 전극(32-2)의 외연의 직경을 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 직경보다도 3㎜ 커지도록 직경 306㎜로 구성하였다. 또한, 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-2)에는 리타딩 전원(26)이 직렬로 접속되어 있고, 그 결과, 전극(32-2)에는 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 인가된다. 그 결과 시료(10)의 외측에는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-2)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 그 결과, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한 이 때의 전압 가변식의 직류 전원(38-2)은, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 없애는 데에 적합한 전압으로 설정되는 것은 물론이다. 또한, 전압 가변식의 직류 전원(38-1)은, 스위치(38-1)와 스위치(38-2)를 OFF로 한 후의 시료대(11)에 대한 시료(10)의 잔류 흡착을 없애기 위해서, 적합한 전압으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 시료(10)가 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼의 경우에는, 전극(32-3)과 전극(32-4)에 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 스위치(38-3)와 스위치(38-4)를 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 11의 (B)에 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대하여 도시한다. 이 경우에는 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 전압을 인가함과 함께, 전극(32-3) 및 전극(32-4)에도 전압을 인가한다. 이들 전극에는 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(38-3) 및 전압 가변식의 직류 전원(38-4)이 접속되어 있고, 이들 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다.
제3 실시예에서는 전극(32-4)의 외연을 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼인 시료(10)의 외연과 동일한 직경이나, 혹은 약간 작은 직경으로 하고 있었지만, 본 실시예에서는 전극(32-4)의 외연의 직경을 φ450 웨이퍼인 시료(10)의 직경보다도 3㎜ 커지도록 직경 456㎜로 구성하였다. 또한, 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-4)에는 리타딩 전원(26)이 직렬로 접속되어 있고, 그 결과, 전극(32-4)에는 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 인가된다. 그 결과 시료(10)의 외측에는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-4)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 그 결과, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한 이 때의 전압 가변식의 직류 전원(38-4)은, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 없애는 데에 적합한 전압으로 설정되는 것은 물론이다. 또한, 그 밖의 전압 가변식의 직류 전원(38-1～3)은, 스위치(38-1～4)를 OFF로 한 후의 시료대(11)에 대한 시료(10)의 잔류 흡착을 없애기 위해서, 각각 적합한 전압으로 설정되는 것이 바람직하다.
이상에 설명한 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1～제4 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 시료(10)의 두께와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(38-2) 혹은 직류 전원(38-4)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(38-2) 혹은 직류 전원(38-4)을 제어한다. 이에 의해 전극(32-2) 혹은 전극(32-4)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한 본 실시예에서는, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지하기 위해서 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위한 전극을 이용하기 때문에, 전위 보정 전극을 새롭게 설치하지 않아도 되어, 비교적 단순한 구성을 이용하여 전술한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전극(44-1～4)은 시료(10) 하면보다도 낮은 위치에 있고, 또한 유전체부(34)로 덮여져 있기 때문에 시료(10)와 간섭 혹은 접촉할 우려가 없고, 그 결과시료(10)를 시료대(11) 위에 유효하게 설치ㆍ흡착시킴과 함께, 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과가 얻어진다.
실시예 6
다음으로 제6 실시예에 관하여, 제1～제5 실시예와의 차이에 대하여 설명한다. 제3 실시예에서는 2종류의 크기가 상이한 시료(10)를 검사할 때에 각각 사용하는 전위 보정 전극을, 정전 척인 시료대(11)의 유전체 부분(34)의 내부에 각각 1개씩 설치하였다. 그에 대하여 본 실시예에서는, 2종류의 크기가 상이한 시료(10)에 대응하는 전위 보정 전극을, 시료(10)의 외측에 동심원 형상 전극을 복수 설치함으로써, 전위 보정 전극(44) 위로 솟아오르는 등전위면(20-2)의 분포를 세세하게 제어하는 것을 가능하게 하는 효과를 얻는 것이다.
도 12의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우, 도 12의 (B)는 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 각각 도시한 도면이다. 또한 도 13은 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11)와 실드 전극(16) 및 대물 렌즈(9)의 근방의 구성을 도시한 도면이다.
도 12의 (A)에 도시한 바와 같이, 전극(32-1) 및 전극(32-2)에는 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(38-1) 및, 전압 가변식의 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 제3 실시예에서는 유전체부(34) 내부에서 또한 전극(32-2)의 외측에 1개의 링 형상의 전위 보정 전극(44-1)을 설치하고 있었던 것에 대하여, 본 실시예에서는 전극(32-2)의 외측에 링 형상의 전위 보정 전극(44-1a)과, 그 외측에 링 형상의 전위 보정 전극(44-1b)을 설치한다. 또한, 전위 보정 전극(44-1a)과 전위 보정 전극(44-1b)에는 각각 스위치(46-1a)와 스위치(46-1b)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48a)과 전압 가변식의 직류 전원(48b)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-1a)과 전위 보정 전극(44-1b)에 마이너스의 전압이 인가된다. 또한 직류 전원(48a) 및 직류 전원(48b)은, 리타딩 전원(26)에 직렬로 접속되어 있기 때문에 시료(10)보다도 낮은 전위(절대값이 보다 큰 마이너스의 전위)로 유지된다. 이에 의해 시료(10)의 외측 또한 전위 보정 전극(44-1a)과 전위 보정 전극(44-1b)의 근방에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 또한, 직류 전원(48a)보다도 직류 전원(48b)을 보다 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)으로 함으로써, 시료(10)의 외측에서 솟아오르는 등전위면(20-2)의 분포를, 도 12의 (A)에 도시한 바와 같이 외측에서 보다 솟아오르는 분포로 할 수 있다. 또한 반대로, 직류 전원(48a)보다도 직류 전원(48b)을 높은 전압(절대값이 보다 작은 마이너스의 전압, 혹은 플러스의 전압)으로 함으로써, 등전위면(20-2)의 분포를, 내측에서 보다 솟아오르는 분포로 할 수 있다. 이와 같이 직류 전원(48a)과 직류 전원(48b)의 전압을 제어함으로써, 등전위면(20-2)의 분포를 세세하게 제어할 수 있다.
또한, 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치하는 경우에는, 전극(32-3)과 전극(32-4) 및 전위 보정 전극(44-2a)과 전위 보정 전극(44-2b)에 전압을 인가할 필요는 없기 때문에, 그들에 접속된 스위치(36-3)와 스위치(36-4)와 스위치(46-2a)와 스위치(46-2b)는 모두 OFF로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 12의 (B)에 도시한 바와 같이, 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치하는 경우에는, 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 전압을 인가함과 함께, 전극(32-3) 및 전극(32-4)에도 전압을 인가한다. 이들 전극에는 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 이들 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다.
제3 실시예에서는 유전체부(34) 내부에서 또한 전극(32-4)의 외측에 1개의 링 형상의 전위 보정 전극(44-2)을 설치하고 있었던 것에 대하여, 본 실시예에서는 전극(32-4)의 외측에 링 형상의 전위 보정 전극(44-2a)과, 그 외측에 링 형상의 전위 보정 전극(44-2b)을 설치한다. 또한, 전위 보정 전극(44-2a)과 전위 보정 전극(44-2b)에는 각각 스위치(46-2a)와 스위치(46-2b)를 통하여 전압 가변식의 직류 전원(48a)과 전압 가변식의 직류 전원(48b)이 접속되어 있고, 이들 스위치를 ON으로 함으로써 전위 보정 전극(44-2a)과 전위 보정 전극(44-2b)에 마이너스의 전압이 인가된다. 또한 직류 전원(48a) 및 직류 전원(48b)은, 리타딩 전원(26)에 직렬로 접속되어 있기 때문에 시료(10)보다도 낮은 전위(절대값이 보다 큰 마이너스의 전위)로 유지된다. 이에 의해 시료(10)의 외측 또한 전위 보정 전극(44-2a)과 전위 보정 전극(44-2b)의 근방에 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 또한, 직류 전원(48a)보다도 직류 전원(48b)을 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)으로 함으로써, 시료(10)의 외측에서 솟아오르는 등전위면(20-2)의 분포를 도 12의 (B)에 도시한 바와 같이, 외측에서 보다 솟아오르는 분포로 할 수 있다. 또한 반대로, 직류 전원(48a)보다도 직류 전원(48b)을 높은 전압(절대값이 보다 작은 마이너스의 전압, 혹은 플러스의 전압)으로 함으로써, 등전위면(20-2)의 분포를, 내측에서 보다 솟아오르는 분포로 할 수 있다. 이와 같이 직류 전원(48a)과 직류 전원(48b)의 전압을 제어함으로써, 시료(10)의 외측에서 솟아오르는 등전위면(20-2)의 분포를 세세하게 제어할 수 있다.
본 실시예에서는 도 13에 도시한 바와 같이, 직류 전원(48a)보다도 직류 전원(48b)을 보다 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)으로 함으로써, 등전위면(20-2)의 분포가 외측에서 보다 솟아오르는 분포로 되고, 그 결과 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다.
이상에 설명한 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1～제5 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 시료(10)의 두께와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(48a) 혹은 직류 전원(48b)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(48a) 혹은 직류 전원(48b)을 제어한다. 이에 의해 전위 보정 전극(44-1a)이나 전위 보정 전극(44-1b) 혹은 전위 보정 전극(44-2a)이나 전위 보정 전극(44-2b)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한, 시료(10)의 외측에서 솟아오르는 등전위면(20-2)의 분포를 세세하게 제어함으로써, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)의 분포의 축대칭성을, 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치하는 경우에는, 전위 보정 전극(44-1a)과 전위 보정 전극(44-1b)에 전압을 인가할 필요는 없기 때문에, 그들에 접속된 스위치(46-1a)와 스위치(46-1b)는 OFF로 하는 것이 바람직하다.
이상의 구성에 의해, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우라도, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다.
실시예 7
다음으로 제7 실시예에 관하여 설명한다. 제5 실시예에서는, 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위해서 이용하는 전극을, 시료(10)의 외연보다도 비어져 나오게 함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과를 얻었다. 그러나 그 전극의 비어져 나오게 하는 길이에 대해서는 언급하고 있지 않다. 본 실시예에서는, 발명자들에 의한 검토 결과에 기초하여, 전극의 시료(10)의 외연보다도 비어져 나오게 하는 길이에 대하여 설명한다.
이하, 제1～제6 실시예와의 차이에 대하여 도 11 및 도 16～도 18을 이용하여 설명한다.
도 11은 제5 실시예의 설명에서 이용한 도면으로, 본 실시예의 CD-SEM에서 사용하는 시료대(11) 근방을 확대한 단면도이다. 또한, 도 16은 시료(10)로서 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11)와, 시료(10)와 동전위로 유지되는 실드 전극(16), 및 대물 렌즈(9)의 근방의 구성을 도시하는 도면으로, 시료(10)의 외연으로부터 1㎜ 내측의 위치를 검사하고 있는 경우의 구성을 도시하는 것으로 한다. 또한, 도 17은 전극(32-2)의 시료(10)로부터의 비어져 나옴량과 1차 전자선(22)의 구부러짐량과의 관계를 도시한 그래프이다. 또한, 도 18은 본 실시예의 CD-SEM에서 사용하는 시료대(11) 근방을 확대한 단면도로서, 도 11과는 직류 전원의 구성을 바꾼 것이다. 동도면으로부터 명백해지는 바와 같이, 직류 전원(38-1)은 도 11의 직류 전원(38-3)을 겸용하고, 직류 전원(38-2)은 직류 전원(38-4)을 겸용하고 있다.
이하, 각각의 도면을 이용하여 설명을 행한다. 앞에서 설명한 바와 같이 도 11의 (A)는 제1 크기의 시료(10)로서 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다. 본 실시예에서는 제5 실시예와 마찬가지로 전극(32-2)의 외연의 직경을 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 직경보다도 커지도록 구성하고, 거기에 접속한 직류 전원(38-2)을 마이너스의 전압으로 설정하고, 또한 리타딩 전원(26)을 직렬로 접속하고 있고, 그 결과, 전극(32-2)에 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)을 인가한다. 그 결과, 시료(10)의 외측에는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-2)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 그 결과, 도 16에 도시한 바와 같이, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다. 또한, 시료(10)가 제1 크기인 φ300 웨이퍼의 경우에는, 전극(32-3)과 전극(32-4)에 전압을 인가할 필요가 없기 때문에, 스위치(36-3)와 스위치(36-4)를 OFF로 해 두는 것이 바람직하다.
또한 도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 나타내어지는 구성을 적용하여 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우, 길이 측정 위치 즉 광축과 시료(10)의 외연과의 사이의 거리 X와, 전극(32-2)의 외연이 시료(10)의 외연으로부터 비어져 나와 있는 길이 DR1(즉, 전극(32-2)의 외연의 반경과 시료(10)의 반경과의 차)과, 광축의 주위에 거의 동심원 형상으로 형성된 실드 전극(16)의 구멍의 반경 R1은, 등전위면(20-1)의 분포에 영향을 주고, 그 결과, 1차 전자선(22)의 구부러짐량에 영향을 주는 것이 발명자들의 평가에 의해 명백하게 되었다.
전술한 바와 같이, 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 저감하기 위해서는 실드 전극(16)의 구멍에서 쑥 들어가는 등전위면(20-1)을 들어올리기 위해서, 전극(32-2)으로부터 등전위면(20-2)을 솟아오르게 할 필요가 있지만, 그 경우, DR1을 넓힐수록 등전위면(20-2)을 솟아오르게 하는 영역이 넓어지기 때문에, 등전위면(20-2)을 솟아오르게 하는 효과가 강해진다. 그러나, 실드 전극(16)의 구멍에서 쑥 들어가는 등전위면(20-1)은 실드 전극(16)의 구멍보다도 외측의 영역에는 없기 때문에, 전극(32-2)의 외연이 실드 전극(16)의 구멍의 가장자리보다도 외측으로 되도록 DR1을 길게 하였다고 해도, 등전위면(20-2)을 솟아오르게 하는 효과의 한층 더한 증가로는 이어지지 않는다. 즉 광축(18)부터 전극(32-2)의 외연까지의 거리(X+DR1)가 R1 이하인 경우에는 DR1을 길게 할수록 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 저감할 수 있지만, X+DR1이 R1 이상인 경우에는, 1차 전자선(22)의 구부러짐량의 저감 효과는 포화된다.
다음으로 DR1을 변화시킨 경우의 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 발명자들이 평가한 결과를 도 17에 도시한다. 도 17의 (A)는 리타딩 전원(26)에 의한 리타딩 전압을 -2200V, 대물 렌즈(9)의 전위를 +5000V로 하고, 직류 전원(38-2)에 의해 리타딩 전압에 -800V를 가한 전압, 즉 -3000V의 전압을 전극(32-2)에 인가한 경우의, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X와, 1차 전자선(22)의 구부러짐량과의 관계를 도시한 그래프이다. 이 그래프의 횡축은, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X와의 합에 대한, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1의 비, 즉 (DR1+X)/R1이고, 종축은 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 나타낸다. 이 도면으로부터, 관찰 위치가 시료(10) 외연으로부터 1～3㎜ 내측 중 어느 경우에서도, (DR1+X)/R1이 커질수록 1차 전자선(22)의 구부러짐량이 작아지지만, (DR1+X)/R1이 1 이상인 영역에서, 각각 임의의 값에 수속하고 있는 것을 알 수 있다.
도 17의 (B)는 도 17의 (A)와 마찬가지로, 관찰 위치가 시료(10) 외연으로부터 1～3㎜ 내측인 경우에서, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과 1차 전자선(22)의 구부러짐량과의 관계를 도시한 그래프로서, 횡축은 도 17의 (A)와 동일하지만, 그 종축은 도 17의 (A)에 도시한 1차 전자선(22)의 구부러짐량을, 각각의 관찰 위치에서의 1차 전자선(22)의 구부러짐량이 포화한 값으로 규격화한 것이다.
이 도면으로부터, 어느 경우에서도 (DR1+X)/R1이 1 이상인 영역에서, 규격화한 1차 전자선(22)의 구부러짐량이 거의 1에 수속하고 있는 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1을 크게 함으로써 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 작게 하는 것이 가능하고, 그를 위해서는 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X와의 합을, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1 이상으로 하는 것이 유효한 것이 나타내어졌다.
또한, 제1 실시예에서 이용한 도 5의 그래프와 마찬가지로, 본 실시예에서도 직류 전원(38-2)의 전압을 내림(마이너스 전압의 절대값을 올림)으로써 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 저감할 수 있다. 그 경우, (DR1+X)/R1을 1 이상으로 되도록 구성함으로써, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 저감할 수 있다. 직류 전원(38-2)의 출력 전압의 절대값이 큰 경우에는, 필요한 직류 전원의 코스트가 문제로 되기 때문에, 직류 전원(38-2)의 전압의 절대값의 저감은 코스트 삭감으로 이어진다. 그 때문에 (DR1+X)/R1이 1 이상으로 되도록, 비어져 나옴량 DR1을 넓히는 것이 중요하다.
다음으로, 도 11의 (B)에 도시한 바와 같이, 제2 크기의 시료(10)로서 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우에는, 전극(32-1) 및 전극(32-2)에, 각각 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)에 의해 전압을 인가함과 함께, 링 형상의 전극(32-3) 및 링 형상의 전극(32-4)에도 전압을 인가한다. 이들 전극에는 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 통하여 직류 전원(38-3) 및 직류 전원(38-4)이 각각 접속되어 있고, 이들 스위치(36-3) 및 스위치(36-4)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 이 경우에서도, 전극(32-4)의 외연의 직경을 φ450 웨이퍼인 시료(10)의 직경보다도 커지도록 구성하고, 리타딩 전원(26)에 직렬로 접속된 직류 전원(38-4)을 마이너스의 전압으로 설정함으로써, 전극(32-4)에는 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 인가된다.
그 결과, 시료(10)의 외측에는 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-4)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 그 결과, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축(18)을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 작아져 위치 어긋남이 방지된다. 이 경우도, 시료(10)가 φ300 웨이퍼인 경우와 마찬가지로, 시료(10)인 φ450 웨이퍼로부터 비어져 나와 있는 전극(32-4)의 비어져 나옴량 DR1과 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X와의 합을, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1 이상으로 하는, 즉 (DR1+X)/R1을 1 이상으로 함으로써, 보다 절대값이 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 유효하게 작게 할 수 있어, 위치 어긋남을 방지할 수 있다.
또한, 이상의 구성에서 직류 전원(38-2)은 전압 고정식의 직류 전원으로 하였지만, 그것에 한정되는 것이 아니라 전압 가변식의 것이어도 된다. 그 경우에는, 제1 크기의 시료(10)로서 φ300 웨이퍼 혹은 제2 크기의 시료(10)로서 φ450 웨이퍼가 시료대(11)에 설치되어 있는 경우에, 각각 직류 전원(38-2) 혹은 직류 전원(38-4)의 전압을 제어함으로써 등전위면(20-2)의 분포를 최적화하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐량을 보다 유효하게 작게 할 수 있다.
이상에 설명한 시료대(11)를 도 1에 도시한 CD-SEM에 적용함으로써, 제1～제6 실시예와 마찬가지로, 분석부(27)는, X-Y 스테이지(15)의 좌표로부터 광축(18)과 시료(10)의 외연과의 거리를 구하고, 그 거리와 시료(10)의 두께와 리타딩 전압 등 1차 전자선(22)의 조사 조건에 따른 직류 전원(38-2) 혹은 직류 전원(38-4)의 설정 전압을 구하고, 제어부(29)는, 그 전압으로 직류 전원(38-2) 혹은 직류 전원(38-4)을 제어한다. 이에 의해 전극(32-2) 혹은 전위 보정 전극(32-4)의 전위를 제어하여, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한 본 실시예에서는, 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위한 전극을, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 방지하기 위해서 이용하기 때문에, 전위 보정 전극을 새롭게 설치하지 않아도 되어, 비교적 단순한 구성을 이용하여 전술한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 전극(32-1～4)은 시료(10) 하면보다도 낮은 위치에 있고, 또한 유전체부(34)로 덮어져 있기 때문에 시료(10)와 간섭 혹은 접촉할 우려가 없고, 그 결과, 시료(10)를 시료대(11) 위에 유효하게 설치ㆍ흡착시킴과 함께, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과가 얻어진다.
또한 본 실시예에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 전극(32-1～4)에 전압을 인가하기 위한 전원으로서 직류 전원(38-1～4)의 4개를 사용하였지만, 그 개수에 한정되는 것이 아니라, 앞서 설명한 대로, 도 18에 도시한 바와 같이 직류 전원(38-1～2)의 2개를 사용해도 무방하다. 도 18은 도 11에서 도시한 것과 시료대(11)의 구성은 동일하지만, 전극(32-1～4)에 전압을 인가하는 전원의 구성을 변화시키고 있다.
도 18의 (A)는 제1 크기의 시료(10)로서 φ300 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다. 원반 형상의 전극(32-1) 및 링 형상의 전극(32-2)에는 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)이 각각 접속되어 있고, 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 또한, 도 18의 (B)는 제2 크기의 시료(10)로서 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다. 스위치(36-1～4)를 ON으로 함으로써, 플러스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-1)에 의해 전극(32-1) 및 전극(32-3)에, 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-2)에 의해 전극(32-2) 및 전극(32-4)에, 전압이 인가되어, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다.
이에 의해, 시료(10)의 외측에는 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-2) 혹은 전극(32-4)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아올라, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐이 없어져 위치 어긋남이 방지된다.
또한, CD-SEM에 의한 길이 측정이 종료된 후에 시료(10)를 신속하게 반출하기 위해서는, 스위치(36-1～4)를 OFF로 한 후의, 시료(10)에 대한 시료대(11)의 잔류 흡착력을 약하게 하는 것이 필요하다. 그를 위해서는, 플러스의 전극의 영역의 흡착부와 마이너스의 전극의 영역의 흡착부에 축적된 전하량을 동일하게 하는 것이 효과적이라는 것이 일본 특개평 10-150100호 공보에 기재되어 있다.
그 때문에, 본 실시예에서는, 전극(32-1)을 반경 104㎜의 원반, 전극(32-2)을 내반경 108㎜, 외반경 159㎜의 링, 전극(32-3)을 내반경 163㎜, 외반경 198㎜의 링, 전극(32-4)을 내반경 202㎜, 외반경 234㎜의 링으로 하였다. 또한, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1을 10㎜, 가장 외측의 관찰 위치를 시료(10)의 외연보다 1㎜ 내측, 즉 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X를 최소로 1㎜로 하였다. 이 구성에서는, 시료(10)가 φ300 웨이퍼인 경우에는 플러스 전압이 인가되어 있는 전극의 영역의 흡착부는 반경 104㎜의 원반, 마이너스 전압의 전극의 영역의 흡착부는 내반경 108㎜, 외반경 150㎜의 링으로 되어, 플러스/마이너스의 극의 흡착부의 면적이 거의 동일하게 되어, 각각의 극의 전극에 인가되는 전압의 절대값을 동일하게 함으로써, 시료(10)에 대한 시료대(11)의 잔류 흡착력을 약하게 할 수 있다. 또한, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X가 1㎜ 이상인 경우에, X와 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1과의 합과, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과의 비((DR1+X)/R1)가 1 이상으로 되어, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한, 시료(10)가 φ450 웨이퍼인 경우에는, 플러스의 전극의 영역의 흡착부는 반경 104㎜의 원반 및 내반경 163㎜, 외반경 198㎜의 링으로 되고, 마이너스 전압의 전극의 영역의 흡착부는 내반경 108㎜, 외반경 159㎜의 링 및 내반경 202㎜, 외반경 225㎜의 링으로 되어, 플러스/마이너스의 극의 흡착부의 면적이 거의 동일하게 되어, 직류 전원(38-1～4)의 전압의 절대값을 각각 동일하게 함으로써, 시료(10)에 대한 시료대(11)의 잔류 흡착력을 약하게 할 수 있다. 또한, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X가 1㎜ 이상인 경우에, X와 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1과의 합과, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1과의 비((DR1+X)/R1)가 1 이상으로 되어, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한 본 실시예의 경우에는, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1을 10㎜, 시료(10)의 가장 외측의 관찰 위치를 시료(10)의 외연보다 1㎜ 내측, 즉 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X를 최소로 1㎜로 하였다. 그 경우는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 전극(32-2) 혹은 전극(32-4)의 비어져 나옴량 DR1을 9㎜ 이상으로 함으로써, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다. 또한, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X의 극한의 최소값은 0㎜이기 때문에, 전극(32-2) 혹은 전극(32-4)의 비어져 나옴량 DR1을 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1보다도 크게 함으로써, 시료(10)의 외연 부근을 관찰하는 경우라도, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 전극(32-1～4)을 전술한 바와 같은 치수로 구성하였지만, 그것에 한하는 것은 아니다.
또한, 본 실시예에서는 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 하기 위해서 (DR1+X)/R1을 1 이상으로 하기 위해서 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1을 넓혔다. 그에 대하여, (DR1+X)/R1이 1 이상으로 되도록 비어져 나옴량 DR1을 길게 해도 1차 전자선(22)의 구부러짐량은 변하지 않기 때문에, 비어져 나옴량 DR1의 상한은, 1차 전자선(22)의 구부러짐량이라고 하는 관점에서는 제한되지 않는다. 그러나, 2종류 이상의 크기의 시료(10)에 대응하기 위해서, 비어져 나옴량 DR1은, 최대의 크기의 시료(10)의 반경과 최소의 크기의 시료(10)의 반경과의 차 이하로 할 필요가 있다.
실시예 8
다음으로 제8 실시예에 관하여 설명한다. 제7 실시예에서는, 시료(10)를 시료대(11)에 흡착시키기 위해서 사용하는 전극을, 시료(10)의 외연보다도 비어져 나오게 함으로써, 시료(10)의 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과를 얻었지만, 유전체부(34)의 내부에 전극(32-1～4)의 4매의 전극을 설치하고 있었다. 그에 대하여, 본 실시예에서는 3매의 전극을 이용하여, 상이한 크기의 시료(10)의 검사에 대응함과 함께, 시료(10)의 외주부의 검사를 행하는 경우의 1차 전자선(22)의 구부러짐의 방지를 가능하게 한다. 이하, 제1～제7 실시예와의 차이에 대해서 도 19와 도 20을 이용하여 설명한다.
도 19는 본 실시예의 CD-SEM에서 사용하는, 이동 기구인 스테이지(15) 위의 시료대(11) 근방을 확대한 단면도이다. 그 중 도 19의 (A)는 시료(10)로서 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼를, 도 19의 (B)는 시료(10)로서 제2 크기의 시료(10)인 φ450 웨이퍼를, 각각 시료대(11)에 설치한 경우의 시료대(11) 근방의 구성을 확대한 도면이다. 또한, 도 20은 본 실시예에서 사용한 시료대(11)의 도 19의 (A)에서의 C-C 단면을 도시한 도면이다. 또한, 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해서, 시료(10)인 φ300 웨이퍼 혹은 φ450 웨이퍼의 외연을 파선으로 나타낸다.
도 19의 (A)에 도시한 바와 같이, 원반 형상의 전극(32-1) 및 링 형상의 전극(32-2)에는 각각 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 통하여 플러스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-1) 및, 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-2)이 접속되어 있고, 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 ON으로 함으로써, 시료(10)가 시료대(11)에 흡착된다. 이 때, 제5 실시예 및 제7 실시예와 마찬가지로, 전극(32-2)의 외연을 제1 크기의 시료(10)인 φ300 웨이퍼인 시료(10)의 외연보다도 비어져 나오도록 구성하였다. 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-2)에는 리타딩 전원(26)이 직렬로 접속되어 있고, 그 결과, 전극(32-2)에는 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 인가된다. 그 결과, 시료(10)의 외측에는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-2)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다.
또한, 제7 실시예에서 설명한 대로, 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리를 X, 실드 전극(16)의 구멍 반경을 R1, 전극(32-2)의 비어져 나옴량 DR1로 하였을 때, (DR1+X)/R1이 1 이상으로 되도록 구성하는 것이 중요하다. 이상의 결과, 시료(10)의 외주부를 검사하고 있는 경우라도, 시료(10)의 표면 근방의 등전위면(20-1)(도시 생략)이 광축을 중심으로 하는 축대칭 분포로 되어, 1차 전자선(22)의 구부러짐을 억제할 수 있어 위치 어긋남이 방지된다.
다음으로 도 19의 (B)를 이용하여, 제2 크기의 시료(10)로서 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치한 경우의 구성을 설명한다. 이 경우에는, 리타딩 전원(26)에 직렬로 접속된 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)의 극성을 도 19의 (A)의 경우와 반전시켜, 직류 전원(38-1)을 마이너스, 직류 전원(38-2)을 플러스의 전압으로 설정한다. 이들 각각의 전원에 접속된 스위치(36-1) 및 스위치(36-2)를 ON으로 함으로써 전극(32-1) 및 전극(32-2)에 각각 전압을 인가함과 함께, 직류 전원(38-1)에 접속된 스위치(36-3)를 ON으로 함으로써 링 형상의 전극(32-3)에 전압을 인가한다. 이 때, 마이너스의 전압으로 설정된 직류 전원(38-1)은 리타딩 전원(26)과 직렬로 접속되어 있기 때문에, 전극(32-3)에는 리타딩 전압보다도 낮은 전압(절대값이 보다 큰 마이너스의 전압)이 인가된다. 그 결과, 시료(10)의 외측에는, 시료(10)로부터 비어져 나와 있는 부분의 전극(32-3)으로부터 유전체부(34)를 통하여 등전위면(20-2)이 솟아오른다. 또한 이 경우도 상술한 바와 같이, (DR1+X)/R1이 1 이상으로 되도록 구성하는 것이 중요하고, 그 경우에 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 유전체부(34)의 내부에 설치한 전극의 매수를 3매로 억제할 수 있어, 제7 실시예보다도 더 단순한 구성을 이용하여 전술한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 검사 처리 후에 스위치(36-1～3)를 OFF로 한 후의 시료(10)의 시료대(11)에의 잔류 흡착을 없애는 것이 중요하고, 그를 위해서는 시료(10)와 대향하고 있는 플러스/마이너스의 각 전극의 면적이 동일한 것이 바람직하다. 그 때문에 본 실시예에서는, 시료(10)로서 φ300 웨이퍼를 검사하고 있는 경우에는 전극(32-1)에 플러스, 전극(32-2)에 마이너스의 전압을 인가하는 것에 대하여, 시료(10)로서 φ450 웨이퍼를 검사하고 있는 경우에는 전극(32-1)과 전극(32-3)에 마이너스, 전극(32-2)에 플러스의 전압을 인가하였다. 이에 의해, 각각의 크기의 시료(10)를 검사하는 경우에 시료(10)와 대향하고 있는 플러스/마이너스의 각 전극의 면적이 동일하게 되어, 검사 처리 후에 스위치(36-1～3)를 OFF로 한 후의 시료(10)의 시료대(11)에의 잔류 흡착을 없애는 것이 가능하게 된다.
구체적으로는, 실드 전극(16)의 구멍 반경 R1을 10㎜, 전극(32-1)을 반경 104㎜의 원반, 전극(32-2)을 내반경 108㎜, 외반경 189.2㎜의 링, 전극(32-3)을 내반경 193.2㎜, 외반경 234㎜의 링으로 하였다. 이 구성에서는, 시료(10)가 φ300 웨이퍼인 경우에는 플러스의 전극의 영역의 흡착부는 반경 104㎜의 원반, 마이너스의 전극의 영역의 흡착부는 내반경 108㎜, 외반경 150㎜의 링으로 되어, 플러스/마이너스의 극의 흡착부의 면적이 거의 동일하게 되어, 직류 전원(38-1)과 직류 전원(38-2)의 전압의 절대값을 동일하게 함으로써, 시료(10)에 대한 시료대(11)의 잔류 흡착력을 약하게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X가 1㎜일 때에, (DR1+X)/R1은 1 이상으로 되어, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한, 시료(10)가 φ450 웨이퍼인 경우에는, 플러스 전압의 전극의 영역의 흡착부는 내반경 108㎜, 외반경 189.2㎜의 링으로 되고, 한편, 마이너스 전압의 전극의 영역의 흡착부는 반경 104㎜의 원반 및 내반경 193.2㎜, 외반경 225㎜의 링으로 된다. 그 결과, 플러스/마이너스의 극의 흡착부의 면적이 거의 동일하게 되어, 직류 전원(38-1) 및 직류 전원(38-2)의 전압의 절대값을 각각 동일하게 함으로써, 시료(10)에 대한 시료대(11)의 잔류 흡착력을 약하게 할 수 있다. 또한, 예를 들면 광축(18)과 시료(10) 외연과의 사이의 거리 X가 1㎜일 때에, (DR1+X)/R1은 1 이상으로 되어, 절대값이 보다 작은 직류 전원(38-2)의 마이너스 전압으로 1차 전자선(22)의 구부러짐을 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 전극(32-1～3)을 전술한 바와 같은 치수로 구성하였지만, 그것에 한하는 것은 아니다.
또한 본 실시예에서는, 전극(32-1～3)은 시료(10) 하면보다도 낮은 위치에 있고, 또한 유전체부(34)로 덮어져 있기 때문에 시료(10)와 간섭 혹은 접촉할 우려가 없고, 그 결과 시료(10)를 시료대(11) 위에 유효하게 설치ㆍ흡착시킴과 함께, 외주부를 검사하는 경우의 위치 어긋남을 방지하는 효과가 얻어진다.
또한, 제1～제8 실시예에서는, 크기가 상이한 시료(10)로서 φ300 웨이퍼와 φ450 웨이퍼를 시료대(11)에 설치하였지만 그에 한하는 것이 아니라, φ200 웨이퍼와 φ300 웨이퍼라도 무방하다.
또한, 제1～제8 실시예에서는, 1차 전자선을 이용한 검사 장치로서 CD-SEM을 예로 들어 설명하였지만, 그것에 한하는 것은 아니다. 1차 전자선을 이용한 다른 검사 장치에 대해서도 본 발명을 적용함으로써, 본 발명과 마찬가지로 1차 전자선의 구부러짐을 방지하여, 소위 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한, 제1～제8 실시예에서는, 하전 입자로서 1차 전자선을 이용한 검사 장치를 예로 들어 설명하였지만, 그것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 헬륨이나 리튬 등의 이온 등을 이용한 현미경에 대해서도 본 발명은 적용할 수 있다. 그 경우에는 본 발명의 제1～제6과는 달리, 하전 입자가 플러스의 전위를 갖기 때문에, 시료에 인가하는 리타딩 전위나 전위 보정 전극의 전위를 계측에 적합한 극성 및 값으로 함으로써, 본 발명과 마찬가지로 하전 입자의 구부러짐을 방지하여, 소위 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
또한, 제1～제8 실시예에서는, 하전 입자선 응용 장치의 일례로서 검사 장치를 예로 들어 설명하였지만, 그것에 한하는 것은 아니다. 예를 들면 동일한 1차 전자선을 이용한 장치로서, 감광성 재료를 도포한 웨이퍼 위에 1차 전자선을 조사함으로써 전자 회로 패턴을 형성하는 1차 전자선 묘화 장치에도 본 발명을 적용함으로써, 본 발명과 마찬가지로 하전 입자의 구부러짐을 방지하여, 소위 위치 어긋남을 없애는 효과가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 시료의 외연 부근을 검사하는 경우에서도 1차 전자선 등 하전 입자 빔의 구부러짐을 방지할 수 있어, 위치 어긋남을 없앨 수 있다. 또한, 상이한 크기의 시료를 검사하는 경우에서도 마찬가지의 효과가 얻어지기 때문에, 반도체 검사 장치 등에서 유용하다.
1 : 전자총
2 : 인출 전극
3 : 컨덴서 렌즈
5 : 주사 편향기
6 : 조리개
8 : E크로스 B편향기
9 : 대물 렌즈
10 : 시료
11 : 시료대
14 : 2차 전자 검출기
15 : X-Y 스테이지
16 : 실드 전극
18 : 광축
22 : 1차 전자선
24 : 2차 전자
26 : 리타딩 전원
27 : 분석부
29 : 제어부
32 : 전극
34 : 유전체 부분
35 : 금속 베이스
38 : 직류 전원
40 : 접촉 핀
42 : 스위치
44 : 전위 보정 전극
46 : 스위치
48 : 직류 전원
50 : 홈
52 : 절연체
54 : 오목부

Claims (10)

  1. 시료가 유지되는 시료대와,
    상기 시료대를 이동시키는 이동 수단과,
    상기 시료에 조사하는 하전 입자선을 발생시키는 하전 입자원과,
    상기 시료에 대하여 상기 하전 입자선을 주사시키는 주사부와,
    상기 시료대에 있어서 상기 시료를 유지하는 면보다도 낮은 위치에 설치되고, 또한 상기 시료의 외연보다도 외측에 설치된 제1 전위 보정 전극과,
    상기 제1 전위 보정 전극에 전압을 인가하는 제1 전압원과,
    상기 시료에 대한 상기 하전 입자선의 조사 위치에 기초하여, 상기 제1 전압원으로부터의 인가 전압을 제어하는 제어부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료대에 리타딩 전압을 인가시키는 리타딩 전원을 더 갖고,
    상기 제1 전압원은 상기 리타딩 전원과 전기적으로 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시료대에 있어서의 상기 시료를 유지하는 면보다도 낮은 위치에 설치되고, 또한 상기 제1 전위 보정 전극의 외연보다도 외측에 설치된 제2 전위 보정 전극과,
    상기 제2 전위 보정 전극에 전압을 인가하는 제2 전압원을 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 시료에 대한 상기 하전 입자선의 조사 위치에 기초하여 상기 제2 전압원의 인가 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시료대의 내부에 설치되고, 상기 시료를 상기 시료대에 흡착시키는 전위를 발생시키는 제1 및 제2 전극을 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보정용 전극은 링 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  6. 시료를 유지하는 시료대와,
    상기 시료대를 이동시키는 이동 수단과,
    상기 시료에 조사하는 하전 입자선을 발생시키는 하전 입자원과,
    상기 시료에 상기 하전 입자선을 주사하는 주사부와,
    상기 시료대의 내부에 설치되고, 상기 시료를 상기 시료대에 흡착시키는 전위를 발생시키는 제1 및 제2 전극을 갖고,
    상기 제1 전극은, 상기 제2 전극보다도 내측에 설치되고, 또한 제1 직류 전압이 인가되고,
    상기 제2 전극의 외연은, 상기 시료의 외연보다도 외측에 설치되고, 또한 상기 제1 직류 전압과 다른 극성인 제2 직류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시료대에 리타딩 전압을 인가시키는 리타딩 전원을 더 갖고,
    상기 제2 직류 전압을 인가하는 전압원은, 상기 리타딩 전원과 전기적으로 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 시료에 대하여 상기 하전 입자선을 집속시키는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈보다도 상방에 설치되고, 상기 시료로부터 발생한 2차 하전 입자를 편향시키는 편향기와,
    상기 대물 렌즈보다도 상방에 설치되고, 상기 편향기에 의해 편향된 상기 2차 하전 입자를 검출하는 검출기를 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시료대와 상기 대물 렌즈와의 사이에 설치되고, 상기 하전 입자선을 통과시키는 구멍을 갖는 전극판을 더 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시료의 검사 위치 중에서, 상기 시료의 외연에서 본 거리가 최소로 되는 거리를 제1 거리로 하고,
    상기 제2 전극의 외연에 있어서 상기 시료의 외연보다도 외측에 설치한 거리와 상기 제1 거리와의 합은, 상기 전극판의 구멍의 반경보다도 큰 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치.
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