TW201603101A - 檢查裝置 - Google Patents

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TW201603101A TW104108926A TW104108926A TW201603101A TW 201603101 A TW201603101 A TW 201603101A TW 104108926 A TW104108926 A TW 104108926A TW 104108926 A TW104108926 A TW 104108926A TW 201603101 A TW201603101 A TW 201603101A
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Abstract

本發明的目的係在提供一種檢查裝置，其係可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。檢查裝置具備：波束產生手段，係使荷電粒子或電磁波之任一者產生並作為波束；1次光學系統，係將波束照射在檢查對象；2次光學系統，係檢測從檢查對象產生之次級帶電粒子；以及畫像處理系統，係根據所檢測之次級帶電粒子而形成畫像。波束之照射能量係被設定在會藉由波束的照射而從檢查對象釋出反射鏡電子作為次級帶電粒子之能量區域。2次光學系統具備：攝像機，係用以檢測次級帶電粒子；數值孔徑，係可沿著光軸方向調整位置；以及透鏡，係使通過數值孔徑之次級帶電粒子在攝像機的像面成像。在畫像處理系統中，在將數值孔徑的位置設為物面進行攝影之孔徑成像條件下形成畫像。

Description

檢查裝置
本發明係有關檢查形成在檢查對象的表面之圖案的缺陷等之檢查裝置，詳細而言，係有關將對應檢查對象的表面之性狀產生變化之次級帶電粒子予以捕捉而形成畫像資料，且根據該畫像資料以高處理量來檢查形成在檢查對象的表面之圖案等之檢查裝置以及檢查方法。
習知的半導體檢查裝置係對應100nm設計規則之裝置與技術。但是，檢查對象的試樣為多樣化，包含晶圓、曝光用光罩、EUV(Extreme Ultraviolet，極紫外線)光罩、NIL(nanoimprint lithography，奈米壓模微影術)光罩及基板，而現在被要求試樣對應5至30nm的設計規則之裝置及技術。亦即，被要求圖案之L/S(線/空間)或hp(half pitch，半間距)的節點對5至30nm的世代之對應。利用檢查裝置檢查此種試樣時，必須取得高解析度。
在此所謂「試樣」係指曝光用光罩，EUV光罩，奈米壓印用光罩(及模板)、半導體晶圓、光學元件用基板、光電路用基板等。該等試樣有具有圖案者與沒具有圖案者。具有圖案者有具有凹凸者與沒具有凹凸者。沒 具有凹凸之圖案係形成有不同的材料之圖案。於無圖案者上，塗佈有氧化膜者與沒塗佈有氧化膜者。
在此，將習知技術的檢查裝置之課題予以整理如下。
第一，解析度與處理量不足的問題。在映像光學系統之習知技術中，像素尺寸為50nm，像差為200nm程度。復為了提高高解析度與處理量，需要像差降低、照射電流的能量寬度的降低、小的像素尺寸、電流量的增加。
第二，進行SEM式的檢查時，愈是微細結構的檢查，處理量之問題變得愈大。此乃不用更小的像素尺寸時圖像的解析度不足之故。這些現象乃起因於SEM主要進行邊緣對比之圖像形成與缺陷檢查。例如，若為5nmPx大小、200MPPS，大約成為6hr/cm2。此係花費映像投影式的20至50倍的時間，於檢查上不切實際。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2002/001596號
[專利文獻2]日本特開2007-48686號公報
[專利文獻3]日本特開平11-132975號公報
但是，在習知的檢查裝置中，有一些問題，其係難以高對比對檢查對象的表面之凹凸的狀態進行檢 查，且針對非常小的異物難進行檢測。因此，有關以高對比對檢查對象的表面之凹凸的狀態進行檢查之技術，最好進行進一步的改良。
本發明係鑑於上述課題而研創者，其目的在提供一種檢查裝置，該檢查裝置係可以高對比對檢查對象的表面之凹凸的狀態進行檢查。
本發明的檢查裝置具備：波束產生手段，係使荷電粒子或電磁波之任一者產生作為波束；1次光學系統，係將波束照射在被保持在工作腔體內之檢查對象；2次光學系統，係檢測從檢查對象產生之次級帶電粒子；以及畫像處理系統，係根據所檢測之次級帶電粒子形成畫像，而波束之照射能量係被設定在會藉由波束的照射從檢查對象釋出反射鏡電子(mirror electron)作為次級帶電粒子之能量區域，而2次光學系統具備：攝像機，係用以檢測次級帶電粒子；數值孔徑(numerical aperture)，係可沿著光軸方向調整位置；以及透鏡，係使通過數值孔徑之次級帶電粒子在攝像機的像面成像，而在畫像處理系統中，在將數值孔徑的位置設為物面進行攝影之孔徑成像條件下形成畫像。
藉此方式，將波束照射到檢查對象時，從檢查對象釋出反射鏡電子。反射鏡電子係因檢查對象之表面的凹凸之狀態而反射的高度改變，故產生對比之差。再者，反射鏡電子係與二次釋出電子的軌道不同。此時，在 將數值孔徑的位置設為物面進行攝影之成像條件(孔徑成像條件)下形成畫像，亦即，調整反射鏡電子的交叉使之與數值孔徑的中心一致。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。
此外，在本發明之檢查裝置中，2次光學系統亦可具備在孔徑成像條件下調整焦點之焦點調整手段。
藉此方式，在孔徑成像條件下調整焦點。例如，將焦點設為負方向時，檢查對象之表面的異物看起來變為黑色。相反地，將焦點設為正方向時，檢查對象之表面的異物看起變為白色。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸進行檢查。
此外，在本發明之檢查裝置中，1次光學系統亦可具備控制被照射到檢查對象之波束的入射角之入射角控制手段。
藉此方式，控制被照射到檢查對象之波束的入射角。例如，以被照射到檢查對象之波束的入射角成為垂直之方式，控制波束的入射角。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查，且可進行小的異物(例如，30nm之異物)之檢測。
再者，在本發明之檢查裝置中，畫像處理系統具備陰影補正手段，其係於在孔徑成像條件下所形成之畫像，施加使用了補正用白色畫像與補正用黑色畫像之陰影補正，而補正用白色畫像可藉由於畫像加上預定的階度值來製作，而補正用黑色畫像可藉由從畫像減去預定的 階度值來製作。
藉此方式，於在孔徑成像條件下形成之畫像，施加使用了補正用白色畫像與補正用黑色畫像之陰影補正。此時，補正用白色畫像係藉由於畫像加上預定的階度值(例如40階度)而製作，而補正用黑色畫像係藉由從畫像減去預定的階度值(例如40階度)來製作。藉由減小補正用白色畫像與補正用黑色畫像之階度值的寬度，可強調檢查對象的凹凸(缺陷)。藉此方式，可進行更小的異物(例如，20nm之異物)之檢測。
伊據本發明，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。
10‧‧‧盒座
10‧‧‧異物
11‧‧‧升降台
12‧‧‧升降機構
20‧‧‧微型環境裝置
20‧‧‧試樣
21‧‧‧微型環境空間
22‧‧‧外殼
23‧‧‧氣體循環裝置
24‧‧‧排出裝置
25‧‧‧預對準器
27‧‧‧快門裝置
30‧‧‧主外殼
31‧‧‧工作腔體
32、43‧‧‧外殼本體
33‧‧‧外殼支撐裝置
36‧‧‧機台框架
37‧‧‧防振裝置
40‧‧‧裝載機外殼
41‧‧‧第1承載腔體
41‧‧‧電子槍
42‧‧‧第2承載腔體
42、45、47、49、61、63‧‧‧透鏡
43‧‧‧孔徑
45、46‧‧‧快門裝置
46‧‧‧E×B過濾網
47‧‧‧晶圓架
48‧‧‧孔徑、透鏡
50‧‧‧過對物透鏡
50‧‧‧基座裝置
51‧‧‧固定台
52‧‧‧Y台
53‧‧‧X台
54‧‧‧旋轉台
55‧‧‧固定座
60‧‧‧裝載機
60‧‧‧2次光學系統
61‧‧‧第1搬送單元
62‧‧‧NA孔徑
63‧‧‧第2搬送單元
64‧‧‧對準器
70‧‧‧檢測器
70‧‧‧電子光學裝置
71‧‧‧鏡筒
72‧‧‧一次光源光學系統
74‧‧‧二次電子光學系統
76‧‧‧檢測系統
81‧‧‧預先充電單元
83‧‧‧電位施加機構
85‧‧‧電子波束校準機構
90‧‧‧畫像處理裝置
100‧‧‧電子線柱系統
110‧‧‧光學顯微鏡
120‧‧‧SEM
160‧‧‧主腔體
161‧‧‧傳送腔體
162‧‧‧承載室
180‧‧‧微型環境
190‧‧‧試樣載體
221‧‧‧頂壁
222‧‧‧底壁
223‧‧‧周壁
231‧‧‧氣體供應單元
233‧‧‧導管
241‧‧‧吸入導管
242‧‧‧送風機
243‧‧‧導管
271‧‧‧密封材料
272、452‧‧‧門
273、453‧‧‧驅動裝置
321、431‧‧‧底壁
322‧‧‧回收導管
322、432‧‧‧頂壁
323、433‧‧‧周壁
331‧‧‧框架結構體
434‧‧‧隔開壁
435、436、437‧‧‧出入口
451‧‧‧密封材料
471‧‧‧基板
472‧‧‧支柱
473、474‧‧‧支撐部
521、531‧‧‧伺服馬達
522、532‧‧‧編碼器
501‧‧‧箱本體
502‧‧‧基板搬入搬出門
503‧‧‧蓋體
505‧‧‧溝型口袋
506‧‧‧化學過濾網
507‧‧‧風扇馬達
611‧‧‧驅動部
612‧‧‧臂
613‧‧‧軸
615‧‧‧升降機構
616‧‧‧把持裝置
724‧‧‧透鏡光學系統
741‧‧‧透鏡系統
761‧‧‧檢測器
763‧‧‧畫像處理部
780‧‧‧控制單元
781‧‧‧CPU
811‧‧‧荷電粒子照射部
871‧‧‧光學顯微鏡
7000‧‧‧光源筒
10000‧‧‧光源
10001‧‧‧鏡子
10006、10009‧‧‧靜電透鏡
10008‧‧‧數值孔徑
10071‧‧‧第1管
10072‧‧‧第2管
第1圖係表示本發明的一實施形態之檢查裝置的主要構成要素之立面圖，為沿著第2圖的線A-A所看的圖。
第2A圖係第1圖所示之檢查裝置的主要構成要素之平面圖，為沿著第1圖之線B-B所看之圖。
第2B圖係表示本發明的一實施形態之檢查裝置的基板搬入裝置之其他的實施例之概略剖面圖。
第3圖係表示第1圖的微型環境裝置之剖面圖，為沿著線C-C所看到的圖。
第4圖係表示第1圖的裝載機外殼之圖，為沿著第2圖的線D-D所看到的圖。
第5圖係晶圓架的擴大圖，[A]係側視圖，[B]係沿著[A]的線E-E所看的剖面圖。
第6圖係表示主外殼之支撐方法的替代例之圖。
第7圖係表示主外殼之支撐方法的替代例之圖。
第8圖係表示光照射型之電子光學裝置的概略構成之示意圖。
第9圖係本發明的一實施形態之圖，係表示整個檢查裝置的構成之圖。
第10圖係示意性地表示本發明的一實施形態之半導體檢查裝置的二重管結構之圖。
第11圖係表示本發明的一實施形態之電子線檢查裝置的構成之圖。
第12圖係本發明的一實施形態之圖，係表示適用本發明的電子線檢查裝置之圖。
第13圖係本發明的一實施形態之圖，係表示在相同的主腔體，設置映像光學式檢查裝置的電子柱以及SEM式檢查裝置時的構成之一例的圖。
第14圖係表示本發明的一實施形態之電子柱系統的構成之圖。
第15圖(a)及(b)係說明本發明的原理之圖。
第16圖(a)及(b)係本發明的一實施形態之孔徑成像條件(NA成像條件)的說明圖。
第17圖係在本發明的一實施形態之NA成像條件下之焦點調整的說明圖。
第18圖係在本發明的一實施形態之NA成像條件下的焦點調整之說明圖。
第19圖(a)及(b)係在本發明的一實施形態之NA成像條件下的焦點調整之說明圖。
第20圖(a)及(b)係在本發明的一實施形態之NA成像條件下的焦點調整之說明圖。
第21圖係本發明的一實施形態之初級束的入射角之偏離的說明圖。
第22圖係習知的初級束之入射角的調整方法之說明圖。
第23圖係在本發明的一實施形態之NA成像條件下的入射角之調整的說明圖。
第24圖(a)至(c)係本發明的一實施形態之入射角不同的情況之NA成像畫像的視覺之說明圖。
第25圖係本發明的一實施形態之初級束的入射角之調整方法的說明圖。
第26圖(a)及(b)係本發明的一實施形態之初級束的入射角之調整方法的說明圖。
第27圖係係本發明的一實施形態之初級束的入射角之調整方法的說明圖。
第28圖係習知的二次系統之調整方法的說明圖。
第29圖係本發明的一實施形態之二次系統的調整方法之說明圖。
第30圖係本發明的一實施形態之二次系統的調整方 法之說明圖。
第31圖(a)及(b)係本發明的一實施形態之二次系統的調整方法之說明圖。
第32圖係本發明的一實施形態之二次系統的調整方法之說明圖。
第33圖係習知的陰影補正之說明圖。
第34圖(a)及(b)係本發明的一實施形態之陰影補正的說明圖。
第35圖係本發明的一實施形態之陰影補正的說明圖。
以下，參照圖示，就本發明的實施形態，將作為檢查對象檢查在表面形成有圖案之基板亦即晶圓之半導體檢查裝置加以說明。此外，以下的實施形態係本發明的檢查裝置及檢查方法之例，而不限定於這些例子。
在第1圖及第2圖A中，以立面及平面的形態表示本實施形態之半導體檢查裝置1的主要構成要素。
本實施形態的半導體檢查裝置1具備：盒座10，係保持收納有複數片晶圓的匣盒；微型環境裝置20；主外殼30，係分隔形成工作腔體；裝載機外殼40，係配置在微型環境裝置20與主外殼30之間，分隔形成二個承載腔體；裝載機60，係將晶圓從盒座10裝填於配置在主外殼30內之基座裝置50上；電子光學裝置70，係安裝在真空外殼；光學顯微鏡3000；以及掃描型電子顯微鏡 (SEM)3002，上述元件係如第1圖及第2圖A所示之位置關係而配置。半導體檢查裝置1更具備：預先充電單元81，係配置在真空的主外殼30內；電位施加機構83，係在晶圓施加電位(圖示在第14圖)；電子波束校準機構85；以及光學顯微鏡871，係構成用以進行在基座裝置上之晶圓的定位之對準控制裝置87。電子光學裝置70具有鏡筒71及光源筒7000。關於電子光學裝置70的內部結構，將後述之。
<盒座>
盒座10係將在複數片(例如25片)的晶圓平行地被排列在上下方向之狀態下所收納之匣盒c(例如，assist公司製造的SMIF、FOUP之類的關閉的匣盒)保持複數個(在此實施形態中為2個)。作為此盒座而言，將匣盒利用機器人等搬送且自動地將之裝填在盒座10時各別任意地選擇且可設置適用此匣盒的結構之盒座，此外將匣盒利用人工予以裝填時各別任意地選擇且可設置適用此匣盒的結構之開放式匣盒結構之盒座。盒座10在此實施形態中，係自動地裝填匣盒c之形式，例如具備升降台11以及使該升降台11上下移動之升降機構12，而匣盒c係在升降台上於第2圖A在虛線圖示之狀態下可自動地設定，設定後，於第2圖A中自動地旋轉成實線圖示之狀態且朝向微型環境裝置內的第1搬送單元之轉動軸線。此外，升降台11在第1圖中被降低成虛線圖示之狀態。如此，自動地裝填時使用 之盒座，或利用人工裝填時使用之盒座皆可適當地使用一般熟知的結構者，故省略其結構及功能之詳細的說明。
在另外的實施態樣中，如第2圖B所示，將複數個300mm基板在將之收納於固定在箱本體501內側的溝型口袋(沒記載)之狀態下進行收容、搬送、保管等。此基板搬送箱24係由下列構件所構成，該等構件包含：基板搬入搬出門502，其係被連接在接角筒狀之箱本體501與基板搬入搬出門自動開關裝置且利用機械可將箱本體501的側面之開口部予以開關；蓋體503，係位於開口部的相反側，且將用以進行過濾網類及風扇馬達的裝卸之開口部予以覆蓋；溝型口袋(未圖示)，係用以保持基板W；ULPA過濾網(High Efficiency Particulate Air filter，高效率空氣過濾網)505；化學過濾網506；以及風扇馬達507。在此實施態樣中，利用裝載機60之機器人式的第1搬送單元612，將基板予以取出放入。
再者，被收納在匣盒c內之基板亦即晶圓係接受檢查之晶圓，此種檢查係在半導體製造步驟中於處理晶圓之製程後，或在製程的過程中進行。具體而言，將經過成膜步驟、CMP(Chemical-Mechanical Polishing，化學機械研磨)、離子注入等之基板亦即晶圓、於表面形成有配線圖案之晶圓、或尚未形成配線圖案之晶圓收納到匣盒內。被收容在匣盒c內之晶圓係多數片隔在上下方向且平行地排列而配置，故以可利用任意的位置之晶圓與後述之第1搬送單元來予以保持之方式，將第1搬送單元的臂進行上 下移動。
<微型環境裝置>
在第1圖至第3圖中，微型環境裝置20具備有：外殼22，係將進行空氣控制之微型環境空間21予以分隔形成；氣體循環裝置23，係在微型環境空間21內使清潔的空氣之類的氣體進行循環來用以進行空氣控制；排出裝置24，係將被供應到微型環境空間21內之空氣的一部分予以回收且排出；以及預對準器25，係配設在微型環境空間21內且將作為檢查對象之基板亦即晶圓進行粗定位。
外殼22具有頂壁221、底壁222及包圍四周之周壁223，而為從外部遮斷微型環境空間21之結構。為了對微型環境空間進行空氣控制，氣體循環裝置23係如第3圖所示，具備有氣體供應單元231、回收導管232及導管233，其中氣體供應單元231係在微型環境空間21內，被安裝在頂壁221，且將氣體(在此實施形態中為空氣)予以清潔且通過一個或一個以上的氣體噴出口(未圖示)而使清潔的空氣朝向正下方流動成層流狀，而回收導管232係在微型環境空間內被配置在底壁222之上，且將朝底部流下之空氣予以回收，至於導管233係連接回收導管232與氣體供應單元231且將所回收之空氣送回到氣體供應單元231。在此實施形態中，氣體供應單元231係將所供應的空氣之約20%從外殼22的外部取進且將之予以清潔，而此從外部取進之氣體的比例可任意選擇。氣體供應單元231 具備有用以製造清潔的空氣之眾所周知的結構之HEPA filter(high efficiency particulate air filter，高效能濾網)或者ULPA filter(Ultra Low Penetration Air filter，超高效能濾網)。清潔的空氣之層流狀的朝下方向的流動亦即下向流係主要以通過配置在微型環境空間21內之後述的第1搬送單元之搬送面而流動之方式來供應，以防止因搬送單元而可能產生之塵埃附著於晶圓。因此，下向流的噴出口不必如圖示而位於靠近頂壁的位置，只要在比利用搬送單元之搬送面的更上側即可。再者，不必遍及整個微型環境空間而流通。此外，視情況，藉由作為清潔的空氣而使用離子風可確保清潔的程度。再者，於微型環境空間內設置用以觀察清潔的程度之感測器，而可在清潔的程度惡化時將裝置予以關機。在外殼22的周壁223中在鄰接於盒座10之部分形成有出入口225。亦可於出入口225附近設置一般熟知的結構之快門裝置而從微型環境裝置側關閉出入口225。在晶圓附近製作之層流的下向流例如亦可為0.3至0.4m/sec之流速。氣體供應單元亦可不設置在微型環境空間內而設置在外側。
排出裝置24具備有：吸入導管241，係在比前述搬送單元的晶圓搬送面更下側的位置配置在搬送單元的下部；送風機242，係配置在外殼22的外側；以及導管243，係連接吸入導管241與送風機242。此排出裝置24係流下於搬送單元的周圍且將含有可能因搬送單元而產生之塵埃的氣體，透過吸入導管241予以吸引，且介由 導管243、244及送風機242將之排出到外殼22之外側。此時，亦可將之排出到被牽設在外殼22的附近之排氣管(未圖示)內。
配置在微型環境空間21內之對準儀25，利用光學原理或利用機械原理將形成在晶圓之定向平面(係指形成在圓形的晶圓之外周的平坦部分，以下簡稱為定向平面)以及形成在晶圓的外周緣之一個或一個以上之V型的缺口亦即刻痕予以檢測且以約±1度的準確度預先將晶圓之軸線O-O的周圍之旋轉方向的位置予以定位。預對準器係構成決定申請專利範圍所記載之發明的檢查對象之座標的機構之一部分，負責檢查對象的粗定位。此預對準器本身可為一般熟知的結構，故省略該結構、動作的說明。
此外，雖未圖示，而在預對準器的下部亦設置排出裝置用之回收導管，亦可將含有從預對準器排出的塵埃之空氣排出到外部。
<主外殼>
在第1圖及第2圖A中，分隔形成工作腔體31之主外殼30具備外殼本體32，而該外殼本體32係由被裝載在配置於機台框架36上之震動遮斷裝置亦即防振裝置37之上的外殼支撐裝置33所支撐。外殼支撐裝置33具備有組成矩形之框架結構體331。外殼本體32具備有底壁321、頂壁322及周壁323而將工作腔體31從外部予以隔離，其中底壁321係配設固定在框架結構體331上，且被搭載在 框架結構體上，而周壁323係被連接在底壁321及頂壁322且包圍四周。底壁321在此實施形態中，以不因載置在其上之基座裝置等的機器所引起的加重而產生變形之方式且利用厚度較厚的鋼板來來構成，亦可設為其他結構。在此實施形態中，外殼本體及外殼支撐裝置33係被組裝成剛性結構，且利用防振裝置37阻止來自設置有機台框架36之底板的震動被傳達到此剛性結構。在外殼本體32的周壁323中於鄰接於後述之裝載機外殼的周壁形成有晶圓取出放入用的出入口325。
此外，防振裝置可為具有空氣彈簧、磁力軸承等之主動式，或亦可為具有上述構件之被動式。因皆可為一般熟知的結構，故省略其本身的結構及功能的說明。工作腔體31係藉由一般熟知的結構之真空裝置(未圖示)而被保持在真空環境中。於機台框架36之下配置有控制整個裝置的動作之控制裝置2。
<裝載機外殼>
在第1圖、第2圖A及第4圖中，裝載機外殼40具備有分隔形成第1承載腔體41與第2承載腔體42之外殼本體43。外殼本體43具有：底壁431；頂壁432；包圍四周的周壁433；以及隔開壁434，係將第1承載腔體41與第2承載腔體42予以隔開，而可將兩承載腔體從外部予以隔離。於隔開壁434係在兩承載腔體間形成有用以進行晶圓的交換之開口亦即出入口435。此外，在周壁433之鄰接 於微型環境裝置及主外殼之部分形成有出入口436及437。此裝載機外殼40之外殼本體43被載置在外殼支撐裝置33的框架結構體331上，藉此受到支撐。因此，於此裝載機外殼40亦不傳達底板的震動。裝載機外殼40的出入口436與微型環境裝置的外殼22之出入口226係相匹配的，在此設置有選擇性地阻止微型環境空間21與第1承載腔體41的相通之快門裝置27。快門裝置27具有密封材料271、門272以及驅動裝置273，其中密封材料271係包圍出入口226及436的周圍且緊密地與側壁433接觸而被固定，而門272係與密封材料271彼此合作且阻止藉著出入口之空氣的流通，而驅動裝置273係驅動該門。此外，裝載機外殼40的出入口437與外殼本體32的出入口325係相匹配的，在此設置有選擇性地密封阻止第2承載腔體42與工作腔體31的相通之快門裝置45。快門裝置45具有密封材料451、門452以及驅動裝置453，其中密封材料451係包圍出入口437及325的周圍而與側壁433及323緊密地接觸且被固定在上述構件，而門452係與密封材料451彼此合作來阻止藉著出入口之空氣的流通，而驅動裝置453係驅動該門。並且，於形成在隔開壁434之開口，設置有一快門裝置46，其係利用門461將之予以關閉且選擇性地密封阻止第1及第2承載腔體間的相通。上述快門裝置27、45及46在關閉的狀態時而可將各腔體予以氣密密封。上述快門裝置可為一般熟知者，故省略該結構及動作之詳細說明。此外，微型環境裝置20之外殼22的支撐方 法與裝載機外殼之支撐方法不同，而為了防止來自底板的震動介由微型環境裝置被傳達到裝載機外殼40、主外殼30，於外殼22與裝載機外殼40之間可依氣密地包圍出入口的周圍之方式來配置防振用的緩衝材料。
於第1承載腔體41內配設有晶圓架47，其係將複數(在本實施形態為2片)片晶圓分隔為上下且在水平的狀態下將之予以支撐。晶圓架47如第5圖所示，具備相互分隔於矩形的基板471之四角落且在直立狀態下被固定之支柱472，且於各支柱472各別形成2段的支撐部473及474，且將晶圓W的周緣搭載且保持在該支撐部上。然後使後述之第1及第2搬送單元之臂的尖端從鄰接之支柱間接近晶圓且利用臂來把持晶圓。
承載腔體41及42係透過包含未圖示的真空泵浦之一般熟知的結構之真空排氣裝置(未圖示)而可被進行空氣控制在高真空狀態(作為真空度而言為10-5至10-6Pa)。此時，將第1承載腔體41作為低真空腔體保持為低真空空氣，且將第2承載腔體42作為高真空腔體保持為高真空空氣，而可有效地進行晶圓的污染防治。藉由採用此種結構可立即將被收容在承載腔體內且之後被進行缺陷檢查之晶圓搬送到工作腔體內。藉由採用此種承載腔體，可提高進行缺陷檢查的處理量，並且盡可能將被要求保管狀態為高真空狀態之電子源周邊的真空度設在高真空度狀態。
第1及第2承載腔體41及42各別連接有真空排氣配管與惰性氣體(例如乾燥純氮)用的通風管(各別 未圖示)。藉此方式，各承載腔體內之大氣壓狀態係藉由惰性氣體排氣(注入惰性氣體來防止惰性氣體以外的氧氣等附著於表面)來達成。進行此種惰性氣體排氣的裝置本身可為一般熟知的結構，故省略該詳細的說明。
<基座裝置>
基座裝置50具備有：固定台51，係配置在主外殼30的底壁321上；Y台52，係在固定台上移動於Y方向(在第1圖中與紙面垂直的方向)；X台53，係在Y台上移動於X方向(第1圖中左右方向)；旋轉台54，係在可在X台上進行旋轉；以及固定座55，係配置在旋轉台54上。以可將晶圓釋放之方式將晶圓保持在該固定座55的晶圓載置面551上。固定座可為以可利用機械原理或以可利用靜電夾頭來釋放晶圓之方式來把持晶圓之一般熟知的結構。基座裝置50係使用伺服馬達、編碼器及各種感測器(未圖示)，且藉由使如上述之複數台進行動作，而可將在載置面551上被保持在固定座的晶圓針對從電子光學裝置所照射之電子波束在X方向、Y方向及Z方向(在第1圖中為上下方向)，更在與晶圓的支撐面垂直的軸線之周圍方向(θ方向)以高的準確度進行定位。此外，Z方向的定位例如係可將固定座上之載置面的位置在Z方向進行微調整即可。此時，透過微細直徑雷射之位置測量裝置(使用有干擾計的原理之雷射干擾測距裝置)來檢測載置面的基準位置，且利用未圖示該位置之反饋電路進行控制，或以與之同時或取代 之的方式來測量晶圓的刻痕或定向平面的位置且檢測對晶圓的電子波束之平面位置、旋轉位置，或藉由以微小角度可進行控制步進馬達等使旋轉台旋轉來控制。為盡力防止在工作腔體內的塵埃之產生，基座裝置用之伺服馬達521、531及編碼器522、532被配置在主外殼30的外側。此外，基座裝置50例如可為在步進電動機等所使用之一般熟知的結構，故省略該結構及動作之詳細的說明。再者，上述雷射干擾測距裝置亦可為一般熟知的結構，故省略該結構、動作之詳細的說明。
藉由將相對於電子波束之晶圓的旋轉位置與X、Y位置預先輸入到後述之信號檢測系統或畫像處理系統亦可圖謀可得到之信號的基準化。並且，設置在此固定座之晶圓夾頭機構係將用以夾持晶圓之電壓提供給靜電夾頭的電極，且按住晶圓的外周部之3點(最好在圓周方向分隔為等間隔)來予以定位。晶圓夾頭機構具備有二個固定定位銷與一個按壓式曲柄銷。曲柄銷可達成自動夾持及自動釋放，且構成電壓施加之導通處所。
此外，在此實施形態中於第2圖A中將移動於左右方向之台設為X台，而將移動於上下方向之台設為Y台，而在同圖中將移動於左右方向之台設為Y台，而將移動於上下方向之台設為X台。
<裝載機>
裝載機60具備有配置在微型環境裝置20的外殼22內 之機器人式的第1搬送單元61以及配置在第2承載腔體42內之機器人式的第2搬送單元63。
第1搬送單元61針對驅動部611具有可在軸線O1-O1的周圍旋轉之多節的臂612。作為多節的臂而言可使用任意的結構，而在此實施形態中，具有以可相互轉動之方式安裝之三個部分。第1搬送單元61的臂612之一個部分亦即最靠近驅動部611側的第1部分係安裝在藉由設置於驅動部611內之一般熟知的結構之驅動機構(未圖示)而可旋轉之軸613。臂612係透過軸613而可在軸線O1-O1的周圍轉動，並且透過部分間的相對旋轉而整體而言針對軸線O1-O1可伸縮於半徑方向。於離臂612的軸613最遠之第3部分的尖端，設置有把持一般熟知的結構之機械式夾頭或靜電夾頭等的晶圓之把持裝置616。驅動部611係透過一般熟知的結構之升降機構615可移動於上下方向。
此第1搬送單元61係其臂朝臂612被保持在盒座之二個匣盒c內之任一方的方向M1或M2延伸，且將被收容在匣盒c內之晶圓搭載在1個臂之上或藉由安裝在臂的尖端之夾頭(未圖示)將之予以把持且取出。之後臂收縮(如第2圖A所示之狀態)，且旋轉至臂可朝預對準器25的方向M3延伸的位置且於該位置停止。如此一來臂再次延伸且將被保持在臂之晶圓搭載在預對準器25。與前述相反地從預對準器接收晶圓後，臂復旋轉且在可朝第2承載腔體41延伸之位置(方向M4)停止，且將晶圓收授到第2 承載腔體41內之晶圓接收器47。再者，利用機械原理把持晶圓時把持晶圓的周緣部(從周緣約5mm之範圍)。此係因於晶圓上除了周緣部於整面形成有裝置(電路配線)，而把持此部分時產生裝置的破壞、缺陷之故。
第2搬送單元63的結構基本上與第1搬送單元相同，而不同點為晶圓的搬送係在晶圓架47與基座裝置的載置面上之間進行，僅此點不同，故省略詳細的說明。
在上述裝載機60中，第1及第2搬送單元61及63係將從被保持在盒座之匣盒朝配置在工作腔體31內之基座裝置50上以及朝其相反的方向之晶圓的搬送保持在幾近水平狀態之原樣來進行，且搬送單元之臂進行上下作動係僅在從晶圓的匣盒取出以及將晶圓插入到匣盒，或將晶圓載置到晶圓架及從晶圓架取出晶圓以及將晶圓載置到基座裝置及從晶圓架取出晶圓的時候。因此，大型的晶圓，例如直徑30cm之晶圓的移動亦可順暢地進行。
<晶圓的搬送>
其次有關從被支撐在盒座之匣盒c朝被配置在工作腔體31內之基座裝置50之晶圓的搬送，按照順序加以說明。
盒座10係如上述透過人工設定匣盒時使用適合匣盒之結構，以及自動地設定匣盒時使用適合匣盒之結構。在此實施形態中，匣盒c被設定在盒座10的升降台11之上時，升降台11透過升降機構12被降低且匣盒c被調整得與出入口225一致。
匣盒與出入口225一致時，設置在匣盒之蓋(未圖示)開啟且匣盒c與微型環境的出入口225之間配置筒狀的遮蓋且從外部遮斷匣盒內及微型環境空間內。上述構造為一般熟知者，故省略該結構及動作之詳細的說明。此外，於微型環境裝置20側設置有開關出入口225之快門裝置時該快門裝置進行作動而開啟出入口225。
另一方面，第1搬送單元61的臂612在朝向方向M1或M2任一者之狀態(在此說明中為M1的方向)下停止，且出入口225開啟時臂延伸且利用尖端接收收容在匣盒內的晶圓中之1片。再者，臂與要從匣盒取出之晶圓之上下方向之位置調整，在此實施形態中係透過在第1搬送單元61之驅動部611及臂612的上下移動來進行，或亦可透過盒座的升降台之上下作動來進行或透過該兩者來進行。
臂612之晶圓的接收結束時，臂收縮，且使快門裝置作動並關閉出入口(具有快門裝置時)，然後臂612在軸線O1-O1的周圍轉動且成為可朝方向M3延伸之狀態。如此一來，臂延伸且將被搭載到尖端或利用夾頭所把持之晶圓搭載於預對準器25之上，且利用該預對準器將晶圓的旋轉方向之方向(與晶圓平面垂直之中心軸線的周圍之方向)定位在預定之範圍內。結束定位時搬送單元61從預對準器25接收晶圓到臂的尖端後使臂收縮，且朝方向M4成為可使臂延伸之姿態。如此一來快門裝置27的門272移動並打開出入口226及436，且臂612延伸並將晶圓搭 載到第1承載腔體41內之晶圓架47的上段側或下段側。此外，如前述於快門裝置27打開而將晶圓收授到晶圓架47之前，形成在隔開壁434之開口435透過快門裝置46的門461在氣密狀態下被關閉著。
在上述第1搬送單元之晶圓的搬送過程中，清潔的空氣從設置在微型環境裝置的外殼上之氣體供應單元231流動為層流狀(設為下向流)，而防止在搬送過程中塵埃附在著晶圓的上面。搬送單元周邊之空氣的一部分(在此實施形態中從供應單元所供應之空氣的約20%主要是髒的空氣)係從排出裝置24之吸入導管241被吸引且被排出到外殼外。剩餘的空氣介由被設置在外殼的底部之回收導管232回收再次被送回到氣體供應單元231。
透過第1搬送單元61將晶圓搭載到裝載機外殼40之第1承載腔體41內的晶圓架47內時，快門裝置27關閉，且使承載腔體41內密封。如此一來，於第1承載腔體41內填充惰性氣體且將空氣趕出後，該惰性氣體亦被排出而使該承載腔體41內成為真空環境狀態。此第1承載腔體之真空環境可為低真空度。某些程度得到承載腔體41內之真空度時，快門裝置46作動且開啟利用門461所密封之出入口434，且第2搬送單元63之臂632延伸並從晶圓接收器47接收1片晶圓(將之搭載在尖端之上或利用安裝在尖端之夾頭予以把持)。結束晶圓之接收時臂收縮，且快門裝置46再次作動並透過門461將出入口435予以關閉。再者，快門裝置46開啟前臂632事先成為可朝晶 圓架47的方向N1延伸之姿態。此外，如前述快門裝置46開啟前利用快門裝置45的門452關閉出入口437、325，且在氣密狀態下阻止第2承載腔體42內與工作腔體31內的相通，且將第2承載腔體42內進行真空排氣。
快門裝置46關閉出入口435時，再次將第2承載腔體內進行真空排氣，且比起第1承載腔體內利用高真空度將之設為真空狀態。在此期間，第2搬送單元61之臂被旋轉到可朝工作腔體31內的基座裝置50之方向延伸之位置。另一方面在工作腔體31內之基座裝置中，Y台52係直到與X台53的中心線X0-X0通過第2搬送單元63的轉動軸線O2-O2之X軸線X1-X1幾近一致之位置為止，在第2圖A中移動於上方，此外，X台53在第2圖A中移動到接近最左側的位置之位置，且在此狀態下待機著。第2承載腔體與工作腔體之真空狀態大致相同時，快門裝置45的門452移動開啟出入口437、325，且臂延伸而保持有晶圓之臂的尖端接近工作腔體31內的基座裝置。然後將晶圓載置到基座裝置50之載置面551上。結束晶圓的載置時臂收縮，快門裝置45關閉出入口437、325。
以上就將匣盒c內的晶圓搬送到基座裝置上之動作作了說明，且於將被搭載到基座裝置且處理結束的晶圓從基座裝置送回到匣盒c內時進行與前述相反的動作而將之予以送回。此外，為了將複數片晶圓載置到晶圓架47，利用第2搬送單元在晶圓架與基座裝置之間進行晶圓的搬送的期間，可利用第1搬送單元在匣盒與晶圓架之 間進行晶圓的搬送，而可有效地進行檢查處理。
具體而言，於第2搬送單元之晶圓架47，有已處理結束的晶圓A與未處理的晶圓B時，(1)首先，將未處理的晶圓B移動到基座裝置50，開始進行處理。(2)在此處理中，將處理完的晶圓A，利用臂從基座裝置50移動至晶圓架47，且將未處理的晶圓C相同地利用臂從晶圓架取出，並利用尋邊器予以定位後，將之移動到承載腔體41的晶圓架47。
藉此方式，晶圓架47之中，於處理晶圓B時，可將處理完的晶圓A替換為未處理的晶圓C。
再者，依據進行檢查與評估之此種裝置之利用的方法，藉由將基座裝置50複數台並列地放置，且從一個晶圓架47將晶圓移動到各別的裝置，可將複數片晶圓進行相同的處理。
在第6圖中，表示有主外殼之支撐方法的替代例。在表示在第6圖之替代例中，以厚壁且為矩形的鋼板331構成外殼支撐裝置33a，且將外殼本體32a搭載在該鋼板上。因此，外殼本體32a的底壁321a與前述實施形態的底壁比較為薄的結構。在第7圖所示之替代例中，在透過外殼支撐裝置33b之框架結構體336b將外殼本體32b及裝載機外殼40b予以懸掛之狀態下將之予以支撐。被固定在框架結構體336b之複數個縱框架337b的下端被固定在外殼本體32b的底壁321b之四角落，且透過該底壁支撐周壁及頂壁。然後，防振裝置37b被配置在框架結構體336b 與機台框架36b之間。再者，裝載機外殼40亦透過被固定在框架結構體336之懸掛構件49b而懸掛著。於外殼本體32b之顯示在此第7圖之替代例中，係以懸掛之方式進行支撐故可使主外殼及設置在其中之整個各種機器的重心降低。在包含上述替代例之主外殼及裝載機外殼的支撐方法中來自底板的震動不會傳到主外殼及裝載機外殼。
在未圖示之另外的替代例中，僅主外殼之外殼本體被外殼支撐裝置從下方支撐，而裝載機外殼可利用與鄰接之微型環境裝置相同的方法被配置在底板上。再者，在未圖示之其他另外的替代例中，僅主外殼之外殼本體以懸掛之方式被框架結構體所支撐，而裝載機外殼可利用與鄰接之微型環境裝置相同的方法被配置在底板上。
依據上述實施形態，可達到如以下之效果。
(A)可得到使用有電子線之映像投影方式的整個檢查裝置的構成，且可利用高的處理量來處理檢查對象。
(B)在微型環境空間內使清潔的氣體流動到檢查對象來防止塵埃的附著，並且藉由設置觀察清潔的程度之感測器可一邊監視該空間內的塵埃且一邊進行檢查對象的檢查。
(C)以形成一體之方式藉由防止震動裝置將承載腔體及工作腔體予以支撐，故不受外部的環境影響而可將檢查對象供應到基座裝置且進行檢查。
<電子光學裝置>
電子光學裝置70具備被固定在外殼本體32之鏡筒71，在其中設置有光學系統以及檢測系統76，其中光學系統具備：一次光源光學系統(以下僅簡稱為「1次光學系統」。)72；以及二次電子光學系統(以下僅簡稱為「2次光學系統」)74。第8圖係表示「光照射型」的電子光學裝置之概略構成的示意圖。在第8圖之電子光學裝置(光照射型之電子光學裝置)中，1次光學系統72係將光線照射到檢查對象之晶圓W的表面之光學系統，其具備有光源10000與鏡子10001，其中光源10000係釋出光線，而鏡子10001係變更光線的角度。在此光照射型之電子光學裝置中，從光源射出之光線10000A的光軸係相對於從檢查對象的晶圓W釋出之光電子的光軸(與晶圓W的表面垂直)成為傾斜。
檢測系統76具備有配置在透鏡系統741的成像面之檢測器761以及畫像處理部763。
<光源(光線光源)>
在第8圖之電子光學裝置中，於光源10000係使用有DUV(Deep Ultraviolet，深紫外線)雷射光源。從DUV雷射光源10000射出DUV雷射光。此外，UV(Ultraviolet，紫外線)、DUV、EUV(Extreme Ultraviolet，極紫外光)的光及雷射、X光及X光雷射等，只要為從被照射有來自光源10000的光之基板釋出光電子的光源亦可使用其他的光源。
<1次光學系統>
由從光源10000射出的光線形成初級束，而將矩形或圓形(亦可為楕圓)波束照射在晶圓W面上之部分稱為1次光學系統。從光源10000射出的光線係通過對物透鏡光學系統724而作為初級束被照射到基座裝置50上之晶圓WF。
<2次光學系統>
將透過被照射到晶圓W上之光線產生的光電子之二維的畫像，通過形成在鏡子10001的孔，且藉由靜電透鏡(傳送透鏡)10006及10009通過數值孔徑10008而使之在視野限度位置成像，且透過後段之透鏡741進行擴大投影，並利用檢測系統76進行檢測。將此成像投影光學系統稱為2次光學系統74。
此時，於晶圓施加有負的偏壓。利用靜電透鏡724(透鏡724-1及724-2)與晶圓間之電位差使從試樣面上所產生的光電子加速，而具有使色像差減低之效果。此對物透鏡光學系統724之引出電場為3kV/mm至10kV/mm，而成為高的電場。而使引出電場增加時，具有像差之降低效果，而在解析度提高之關係。另一方面，使引出電場增加時，電壓梯度變大且變得容易產生放電。因此，重要的是選取適當的值來使用引出電場。透過透鏡724(CL)被擴大為規定倍率之電子係透過透鏡(TL1)10006進行收斂，且在數值孔徑10008(NA)上形成交叉(CO)。此外，透過透鏡(TL1)10006與透鏡(TL2)10009之組合，可進行倍 率的放大。利用該後透鏡(PL)741進行擴大投影，且使之在檢測器761之MCP(Micro Channel Plate，微通道板)上成像。在本光學系統中構成一種光學系統，其係藉由於TL1-TL2間配置NA，且將之予以最佳化而可進行軸外像差降低。
<檢測器>
來自利用2次光學系統進行成像之晶圓的光電子畫像，首先利用微通道板(MCP)進行增幅後，碰到螢光幕被轉換為光的畫像。作為MCP的原理而言將直徑6至25μm、長度0.24至1.0mm之非常細的具導電性之玻璃毛細管數百萬束，整形為薄的板狀，故藉由施加預定的電壓施加，使得一束一束的毛細管具有作為獨立的電子增幅器之功能，整體而言形成電子增幅器。
利用此檢測器被轉換為光之畫像係以1對1之方式被投影在介由真空透射窗而被設置在大氣中之FOP(Fiber Optical Plate，微光纖板)系列之TDI(Time Delay integration，時間延遲積分)-CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)上。此外，作為其他的方法而言可能將塗佈有螢光材料之FOP連接在TDI感測器面且在真空中將經電子/光轉換過的信號導入到TDI感測器。此比被放置在大氣中之情況，更具好的穿透率與MTF(Modulation Transfer Function，調制轉換函數)的效率。例如在穿透率及MTF中可得到×5至×10之高的值。此時，作為檢測器，如上述，可使用MCP+TDI，取而代之，亦可使用EB(Electron Bombardment，電子撞擊)-TDI或EB-CCD。使用EB-TDI時，從試樣表面產生，而形成二維畫像之光電子直接入射到EB-TDI感測器面，故解析度不產生劣化且可形成畫像信號。例如，為MCP+TDI時，利用MCP進行電子增幅後，利用螢光材料與閃爍器等進行電子/光轉換，且將該光圖像之資訊發送到TDI感測器。相對地，在EB-TDI、EB-CCD中，無電子/光轉換、光增幅資訊之傳達零件/損失，故不產原始畫像的劣化，且信號傳送到感測器。例如，使用MCP+TDI時，與使用EB-TDI與EB-CCD的情況比較，MTF與對比成為1/2至1/3。
再者，在此實施形態中，對物透鏡系統724係設為施加10至50kV的高電壓，且設置有晶圓W。
<映像投影方式之主要的功能之關係與該整體形象的說明>
在第9圖表示本實施形態之整體構成圖。但是，省略圖示一部分的構成。
在第9圖中，檢查裝置具有鏡筒71、光源筒7000以及腔體32。於光源筒7000內部，設置有光源10000，且在從光源10000照射之光線(初級束)的光軸上配置有1次光學系統72。再者，於腔體32的內部，設置基座裝置50，且於基座裝置50上載置晶圓W。
另一方面，於鏡筒71的內部，係在從晶圓W釋出之次級束的光軸上，配置陰極透鏡724(724-1及724-2)、傳送透鏡10006及10009、數值孔徑(NA)10008、 透鏡741以及檢測器761。此外，數值孔徑(NA)10008相當於孔徑光柵，為開啟著圓形的孔之金屬製(Mo等)的薄板。
另一方面，檢測器761的輸出被輸入到控制單元780，且控制單元780的輸出被輸入到CPU781。CPU781之控制信號被輸入到光源控制單元71a、鏡筒控制單元71b以及基座驅動機構56。光源控制單元71a進行光源10000的電源控制，而鏡筒控制單元71b進行陰極透鏡724、透鏡10006及10009、透鏡741之透鏡電壓控制與對準器(未圖示)之電壓控制(偏向量控制)。
再者，基座驅動機構56將基座之位置資訊傳達到CPU781。並且，光源筒7000、鏡筒71、腔體32係與真空排氣系統(未圖示)連接，且利用真空排氣系統之渦輪泵進行排氣，且將內部維持在真空狀態。此外，於渦輪泵之下游側，通常設置有乾式泵或旋轉泵之粗顆粒真空排氣裝置系統。
初級束((primary beam)被照射在試樣時，從晶圓W之光線照射面，作為次級束(secondary beam)產生光電子。
次級束通過陰極透鏡724、TL透鏡群10006與10009、透鏡(PL)741被引導至檢測器而成像。
然而，陰極透鏡724係由3個電極所構成。最下面之電極係在與試樣W側的電位之間，形成正的電場，且引進電子(尤其是，指向性小的二次電子)，並以有效地將之引導至透鏡內之方式來設計。因此，陰極透鏡為 兩遠心時有效。透過陰極透鏡所成像之次級束通過鏡子10001的孔。
僅以1段陰極透鏡724使次級束成像時，透鏡作用變強而容易產生像差。因此，設為2段輸入板透鏡系統，使之進行1次成像。此時，此中間成像位置係透鏡(TL1)10006與陰極透鏡724之間。此外，此時如上述，設為兩遠心時對像差的降低非常有效。次級束係透過陰極透鏡724及透鏡(TL1)透鏡10006，被收斂在數值孔徑(NA)10008上且形成交叉。在透鏡724與透鏡(TL1)10006之間進行一次成像，之後，透過透鏡(TL1)10006與透鏡(TL2)10009決定中間倍率，且利用透鏡(PL)741將之予以擴大且在檢測器761成像。亦即，在此例中合計進行3次成像。
此外，透鏡10006、10009、透鏡741皆為稱為等電位透鏡或單透鏡之旋轉軸對稱型的透鏡。各透鏡為3個電極的構成，通常將外側之2電極設為零電位，且透過施加於中央的電極之電壓，使透鏡作用進行且控制透鏡作用。此外，不限於此透鏡結構，亦可具備透鏡724之第1段或第2段，或於兩方持有焦點調整用電極之結構，或具備動態地進行之焦點調整用電極，而有4極的情況與5極的情況。此外，有關PL透鏡741，亦為了附加向場透鏡功能，並進行軸外像差降低，且進行倍率擴大，設為4極或5極亦有效。
次級束係利用2次光學系統進行擴大投影，且在檢測器761的檢測面進行成像。檢測器761係由下列 構件所構成，該等構件包含：將電子予以增幅的MCP；將電子轉換為光的螢光板；真空系統與外部的連接及用以傳達光學畫像之透鏡與其他的光學元件；以及攝影元件(CCD等)。次級束係在MCP檢測面進行成像與增幅，且透過螢光板使電子被轉換為光信號，並透過攝影元件被轉換為光電信號。
控制單元780係從檢測器761讀出晶圓W的畫像信號，且將之傳達給CPU781。CPU781從畫像信號利用模板匹配等實施圖案的缺陷檢查。再者，基座裝置50透過基座驅動機構56，可移動於XY方向。CPU781讀取基座裝置50的位置，且將驅動控制信號輸出到基座驅動機構56來驅動基座裝置50，且依序進行畫像的檢測、檢查。
再者，擴大倍率的變更改變透鏡10006及10009的透鏡條件之設定倍率，亦可在檢測側之整個視野得到均等的畫像。此外，在本實施形態中，可得到不產生不均勻現象之均等的畫像，通常，將擴大倍率設為高倍時，就會產生原始畫像的亮度降低之問題點。因此，為改善此問題點，改變2次光學系統的透鏡條件來變更擴大倍率時，以將每單位像素所釋出之電子量設為恆定之方式來設定1次光學系統的透鏡條件。
<預先充電單元>
預先充電單元81係如第1圖所示，在工作腔體31內與電子光學裝置70的鏡筒71鄰接而配設。在本檢查裝置 中，因其為藉由將電子線照射在檢查對象之基板亦即晶圓且將形成在晶圓表面之裝置圖案等進行檢查的形式之裝置，故將利用光線的照射產生的光電子之資訊設為晶圓表面的資訊，而由於晶圓材料、照射之光與雷射的波長與能源等之條件可能使晶圓表面帶電(充電)。並且，即使在晶圓表面亦可能產生強力帶電之處所以及弱的帶電處所。晶圓表面之帶電量有不均勻之現象時光電子資訊亦產生不均勻現象，而無法得到正確的資訊。因此，在本實施形態中，為防止此不均勻現象，設置有具有荷電粒子照射部811之預先充電單元81。將光或雷射照射在檢查之晶圓的預定的處所之前，為消除帶電不均勻現象而從此預先充電單元之荷電粒子照射部811照射荷電粒子來消除帶電之不均勻現象。此晶圓表面之充電預先形成檢測對象之晶圓面的畫像，並藉由評估該畫像來進行檢測，且根據該檢測使預先充電單元81作動。
(第1實施形態) <具有二重管結構鏡筒之半導體檢查裝置>
如上述，具備本申請案發明之1次光學系統的第2實施形態所示之1次光學系統2100之電子光學裝置70係施加在各構成要素之電壓的設定與一般的電子槍不同。亦即，將基準電位V2設為高電壓(作為一例，為+40000V。)。因此，具備本申請案發明的電子光學裝置70之半導體檢查裝置1係第1設為二重管結構。
使用第10圖加以說明。第10圖係示意性地表示本發明的一實施形態之半導體檢查裝置的二重管結構之圖。在第10圖中，將第1管及第2管予以強調來表示，而實際的第1管及第2管的剖面與其不同。如第10圖所示，具備本申請案發明之1次光學系統2000之電子光學裝置70係由第1管10071與設置在第1管10071的外部之第2管10072之2條管所構成。換言之，設為2重管結構。然後在二重管結構的內部，將光源、1次光學系統、2次光學系統及檢測器予以收容。然後，在第1管10071施加高電壓(作為一例，為+40000V。)，且第2管10072設為GND(Ground，接地)。在第1管10071確保高電壓的空間基準電位V0，且在第2管設為GND來包圍。藉此方式，達成裝置設置的GND連接及防止感電。管10071係利用絕緣零件而被固定在管10072。此管10072為GND，被安裝在主外殼30。在第1管10071的內部配設1次光學系統2000或2次光學系統及檢測系統76等。
第1管10071及第2管10072之內部的隔壁係設為直到螺絲等的構件為止，以不對磁場造成影響之方式，由非磁性材料所構成，且磁場不作用在電子線。再者在第10圖中雖未圖示，而在第2管10072的側面設置空間，且在內部，將配設有光源及光電子產生部等1次光學系統2000的一部分之突出部予以連接。相同地在第1管10071亦設置與設置在第2管10072之空間相同的空間，且在光電子產生部產生的光電子通過上述空間被照射在試 樣。此外，光源不必設置在第2管10072的內部，而亦可配置在大氣側，而將之導入到被收容在真空側的第2管10072內之光電子產生部。但是，1次光學系統、2次光學系統必須被收容在二重管結構的內部。檢測器係有設置在第1管10071內之情況以及在與第1與第2管無關之獨立的電位設置之情況。此係任意地設定檢測器之檢測面的電位，且將入射到檢測器之電子的能源控制在適當的值。在利用絕緣零件將第1管與第2管進行電位分離之狀態下，將檢測器之檢測感測器表面電位設為施加任意的電壓且可進行作動。此時，設為感測器表面電位VD時，入射到感測器表面之能源係由VD(Vehicle Detector，車輛偵測器)-RTD(Resistance Temperature Detectors，電阻式溫度偵測器)所決定。在檢測器使用EB(Electron Bombardment，電子轟擊)-CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)或EB-TDI(Time Delay integration，時間延遲積分)時，為降低感測器的損壞而能長期間使用，以1至7keV使用入射能源時有效。
「電子檢查裝置」
第11圖係表示適用本發明之電子線檢查裝置的構成之圖。在上述中，主要就異物檢查方法之原理的部分作了說明。在此就執行上述異物檢查方法所適用之異物檢查裝置加以說明。因此，上述之所有的異物檢查方法，可適用於下列之異物檢查裝置。
電子線檢查裝置之檢查對象為試樣20。試 樣20係具有矽晶圓、玻璃光罩、半導體基板、半導體圖案基板或金屬膜之基板等。本實施形態之電子線檢查裝置係將由上述基板所構成之試樣20的表面上之異物10的存在進行檢測。異物10係絕緣物、導電物、半導體材料或上述複合體等。異物10的種類為粒子、清洗殘留物(有機物)、在表面之反應產物等。電子線檢查裝置亦可為SEM方式裝置，亦可為映像投影式裝置。在此例中，本發明適用於映像投影式檢查裝置。
映像投影方式之電子線檢查裝置具備：產生電子波束之1次光學系統40；試樣20；設置試樣之基座30；來自試樣之2次釋出電子或使反射鏡電子的擴大畫像成像之2次光學系統60；檢測上述電子之檢測器70；處理來自檢測器70的信號之畫像處理裝置90(畫像處理系統)；對準用之光學顯微鏡110；以及再檢查用之SEM120。檢測器70在本發明可包含在2次光學系統60。再者，畫像處理裝置90可被包含在本發明之畫像處理部。
1次光學系統40係產生電子波束，且朝試樣20照射之構成。1次光學系統40具有；電子槍41；透鏡42、45；孔徑43、44；E×B過濾網46；透鏡47、49、50；以及孔徑48。從電子槍41產生電子波束。透鏡42、45及孔徑43、44係將電子波束予以整形，並且控制電子波束的方向。然後，在E×B過濾網46，電子波束接收磁界與電場所引起之洛仁子(Lorentz)力量的影響。電子波束從傾斜方向入射到E×B過濾網46，且偏向到垂直的朝下方 向，並朝試樣20之方向。透鏡47、49、50控制電子波束的方向，並且進行適當的減速，且調整著陸能量LE。
1次光學系統40將電子波束朝試樣20照射。如前述，1次光學系統40進行預先充電的帶電用電子波束與攝影電子波束的雙方之照射。在實驗結果中，預先充電之著陸能量LE1與攝影電子波束之著陸能量LE2的差異最好是5至20[eV]。
關於此點，有異物10與周圍之電位差時，設為利用負帶電區域照射預先充電之著陸能量LE1。按照LE1的值，充電電壓不同。此係LE1與LE2之相對比改變之故(LE2係如上述為攝影電子波束之著陸能量)。LE1大時充電電壓變高，藉此方式，在異物10之上方的位置(更靠近檢測器70之位置)形成反射點。按照此反射點的位置，反射鏡電子的軌道與穿透率產生變化。因此，按照反射點，決定最適當的充電電壓條件。此外，LE1太低時，反射鏡電子形成之效率降低。本發明發現此LE1與LE2之差異最好為5至20[eV]。此外，LE1的值最好是0至40[eV]，更理想的是5至20[eV]。
此外，在映像投影光學系統之1次光學系統40中，E×B過濾網46尤其重要。藉由調整E×B過濾網46之電場與磁界之條件，可決定1次電子波束角度。例如，1次系統的照射電子波束與2次系統的電子波束針對試樣20，以大致垂直地入射之方式，可設定E×B過濾網46的條件。復為增大感度，例如，使對試樣20之1次系統的電 子波束之入射角度傾斜為有效。適當的傾斜角為0.05至10度，而最好是0.1至3度程度。
如此，藉由持有預定的角度θ之傾斜對著異物10照射電子波束，可加強來自異物10的信號。藉此方式，可形成反射鏡電子的軌道不從2次系光軸中心偏離的條件，因此，可提高反射鏡電子的穿透率。因此，使異物10充電，來引導反射鏡電子時，傾斜的電子波束可很有利地被使用。
回到第25圖。基座30係載置試樣20之手段，且可移動於x-y的水平方向及θ方向。再者，基座30視需要亦可移動於z方向。於基座30的表面，亦可具備靜電夾頭等之試樣固定機構。
於基座30上具有試樣20，且在試樣20之上有異物10。1次系光學系統40係以著陸能量LE-5至-10[eV]將電子波束照射在試樣表面21。將異物10進行充電，且1次光學系統40之入射電子以不接觸異物10之方式跳回到異物10。藉此方式，反射鏡電子透過2次光學系統60被引導到檢測器70。此時，二次釋出電子從試樣表面21被釋出於擴張的方向。因此，2次釋出電子的穿透率為低的值，例如為0.5至4.0%程度。相對地，反射鏡電子的方向不散射，故反射鏡電子可達成幾近100%的高穿透率。反射鏡電子係由異物10所形成。因此，僅異物10之信號就可使高的亮度(電子數多之狀態)產生。與周圍的二次釋出電子之亮度的差異‧比例變大，可得到高的對比。
再者，反射鏡電子的畫像如前述，以比光學倍率更大的倍率予以擴大。擴大率及於5至50倍。在典型的條件下，擴大率多為20至30倍。此時，像素尺寸即使在異物大小的3倍以上，亦可檢測異物。因此，可依高速‧高處理量來達成。
例如，異物10的大小為直徑20[nm]時，像素尺寸可為60[nm]、100[nm]、500[nm]等。如此一來，可使用異物的3倍以上之像素尺寸來進行異物的攝影及檢查。此係比起SEM方式等，為進行高處理量化而具有顯著優勢之特徴。
2次光學系統60係將從試樣20反射之電子引導到檢測器70之手段。2次光學系統60具有透鏡61、63、NA孔徑62、對準儀64以及檢測器70。電子係從試樣20反射，再次通過對物透鏡50、透鏡49、孔徑48、透鏡47及E×B過濾網46。然後，電子被引導到2次光學系統60。在2次光學系統60中，通過透鏡61、NA孔徑62、透鏡63來收集電子。電子係利用對準器64來整理，且在檢測器70被檢測。
NA孔徑62具有規定2次系統的穿透率‧像差之角色。以來自異物10之信號(反射鏡電子等)與周圍(正常部)的信號之差異變大之方式來選擇NA孔徑62之大小及位置。或者，以來自對周圍的信號的異物10之信號的比例變大之方式，來選擇NA孔徑62的大小及位置。藉此方式，可提高S/N。
例如，在50至3000[μm]之範圍內，設為可選擇NA孔徑62。於所檢測之電子，設為反射鏡電子與二次釋出電子混在一起。在此種狀況下為提高反射鏡電子像的S/N，最好選擇孔徑大小。此時，最好以使二次釋出電子的穿透率降低，且可維持反射鏡電子的穿透率之方式來選擇NA孔徑62的大小。
例如，1次電子波束的入射角度為3°時，反射鏡電子的反射角度幾近3°。此時，最好選擇可通過反射鏡電子的軌道之程度的NA孔徑62之大小。例如，適當的大小為250[μm]。為了被NA孔徑(直徑250[μm])限制，降低2次釋出電子之穿透率。因此，可提高反射鏡電子像的S/N。例如，將孔徑2000設為250[μm]，且可將背景階度(雜訊基準)降低到1/2以下。
回到第25圖。檢測器70係檢測被2次光學系統60引導之的電子之手段。檢測器70係在該表面具有複數個像素。於檢測器70，可適用種種二維型感測器。例如，於檢測器70，可適用CCD(Charge CoupledDevice)及TDI(Time Delay Integration)-CCD。上述構件係將電子轉換為光之後進行信號檢測之感測器。因此，需要光電轉換等的手段。因此，使用光電轉換與閃爍器，將電子轉換為光。光的畫像資訊被傳達到檢測光之TDI。以此方式來檢測電子。
在此就適用EB-TDI於檢測器70之例加以說明。EB-TDI不需光電轉換機構‧光傳達機構。電子直接 入射到EB-TDI感測器面。因此，無解析度的劣化現象，且可得到高的MTF(Modulation Transfer Function)及對比。以往，小的異物10之檢測不穩定。相對地，使用EB-TDI時，可提高小的異物10之弱的信號之S/N。因此，可得到更高的感度。S/N的提高達到1.2至2倍。
第12圖係表示適用本發明之電子線檢查裝置。在此就整體的系統構成之例加以說明。
在第12圖中，異物檢查裝置具有：試樣載體190；微型環境180；承載室162；傳送腔體161；主腔體160；電子線柱系統100；以及畫像處理裝置90。於微型環境180設置大氣中的搬送機器人與試樣對準裝置以及清潔空氣供應機構等。於傳送腔體161設置真空中的搬送機器人。隨時將機器人配置到真空狀態的傳送腔體161，故可將壓力變動之粒子等的產生抑制到最低限度。
於主腔體160，設置移動於x方向、y方向及θ(旋轉)方向之基座30，且於基座30上設置有靜電夾頭。於靜電夾頭設置試樣20本身。或者試樣20係在設置有托盤與冶具之狀態下被保持在靜電夾頭。
主腔體160係透過真空控制系統150而以將腔體內保持在真空狀態之方式來進行控制。此外，主腔體160、傳送腔體161及承載室162係以被載置在除震台170上，而不會傳達來自底板的震動之方式予以構成。
再者，於主腔體160設置有電子柱100。此電子柱100具備有1次光學系統40及2次光學系統60的 柱以及檢測來自試樣20之2次釋出電子或反射鏡電子等之檢測器70。來自檢測器70的信號被傳送到畫像處理裝置90進行處理。可進行開啟時間的信號處理及關閉時間的信號處理之兩方。開啟時間之信號處理係於進行檢查期間進行。進行關閉時間之信號處理時，僅取得畫像，之後進行信號處理。在畫像處理裝置90所處理的資料，被保存在硬碟或記憶體等之記錄媒體。此外，視需要，可將資料顯示在控制台的監視器。顯示之資料例如係檢查區域、異物數貼圖、異物大小分布/貼圖、異物分類、修補畫像等。為進行此種信號處理，具備有系統軟體140。此外，為了供應電源到電子柱系統，具備有電子光學系統控制電源130。再者，於主腔體160，亦可具備光學顯微鏡110或SEM式檢查裝置120。
第13圖係表示在相同的主腔體160，設置映像光學式檢查裝置的電子柱100與SEM式檢查裝置120之情況的構成之一例。如第13圖所示，將映像光學式檢查裝置與SEM式檢查裝置120設置在相同的腔體160時，非常有利。將試樣20搭載在相同的基座30，可針對試樣20，依映像方式與SEM方式之兩方進行觀察或檢查。此構成之使用方法與優點如下。
首先，將試樣20搭載在相同的基座30，故試樣20移動於映像方式的電子柱100與SEM式檢查裝置120之間時，一律求得座標關係。因此，界定異物的檢測處所等時，2個檢查裝置可容易依高準確度進行相同部位 的界定。
設為不適用上述構成。例如，映像式光學檢查裝置與SEM式檢查裝置120以作為各別的裝置而分離之方式所構成。然後，在分離之各別的裝置間，移動試樣20。此時，必須在各別的基座30進行試樣20的設置，故2個裝置必須各別進行試樣20的對準。此外，各別進行試樣20的對準時，相同位置之界定誤差成為5至10[μm]。尤其是，無圖案之試樣20時，無法界定位置基準，故其誤差變得更大。
另一方面，在本實施形態中，如第13圖所示，在2種類的檢查中，將試樣20設置在相同的腔體160之基座30。基座30在映像方式之電子柱100與SEM式檢查裝置120之間移動時，可依高準確度界定相同位置。因此，無圖案之試樣20時，亦可依高準確度進行位置的界定。例如，可進行在1[μm]以下的準確度之位置的界定。
此種高準確度之界定非常有利於以下的情況。首先，利用映像方式進行無圖案之試樣20的異物檢查。接著，透過SEM式檢查裝置120進行所檢測之異物10的界定及詳細觀察(再檢查)。由於可進行正確的位置之界定，故不僅可判斷異物10之存在的有無(若無，進行模擬檢測)，且可高速進行異物10之大小與形狀的詳細觀察。
如前述，各別設置異物檢測用之電子柱100與再檢查用之SEM式檢查裝置120時，在異物10之界定花費多的時間。再者，無圖案之試樣的情況，其困難程度 提高。透過本實施形態解決此種問題。
如以上的說明，在本實施形態中，使用映像光學方式之異物10的孔徑成像條件，且以高感度檢查超微小的異物10。並且，映像光學方式的電子柱100與SEM式檢查裝置120被搭載在相同腔體160。藉此方式，尤其可非常有效且高速地進行30[nm]以下之超微小的異物10之檢查以及異物10之判定及分類。此外，本實施形態亦可適用於前述之第1實施形態至28及沒標示編號之實施形態。
其次，就使用映像投影型檢查裝置與SEM的兩方之檢查之另外的例加以說明。
在上述中，映像投影型檢查裝置檢測異物，而SEM進行再檢查。但是，本發明不限於此。亦可將2個檢查裝置適用於另外的檢查方法。藉由組合各別的檢查裝置之特徴，可進行有效的檢查。另外的檢查方法例如如以下所示。
在此檢查方法中，映像投影型檢查裝置與SEM進行不同的區域之檢查。並且，在映像投影型檢查裝置適用「晶胞到晶胞(cell to cell)」檢查，在SEM適用「膜到膜(die to die)」檢查，整體而言有效地達成高準確度的檢查。
更詳細而言，映像投影型檢查裝置在膜之中對重覆圖案多的區域，進行「晶胞到晶胞」的檢查。然後，SEM對重覆圖案少的區域，進行「膜到膜」的檢查。 將上述兩方檢查結果予以合成，可得到1個檢查結果。「膜到膜」係比較依序得到之2個膜的畫像之檢查。「晶胞到晶胞」係比較依序得到2個晶胞的畫像之檢查，晶胞係膜之中的一部分。
上述之檢查方法係在重覆圖案部分中，使用映像投影方式執行高速的檢查，另一方面，在重覆圖案少的區域中，以高準確度在模擬少的SEM執行檢查。SEM不適合高速的檢查。但是，重覆圖案少的區域比較窄，故SEM之檢查時間不需太長。因此，可抑制整體的檢查時間不致太長。以此方式，此檢查方法係充分活用2個檢查方式的優點，可在短的檢查時間內進行高準確度的檢查。
然後，回到第27圖，就試樣20的搬送機構加以說明。
晶圓、光罩等之試樣20係透過承載介面，被搬送到微型環境180中，且在其中進行對準作業。試樣20透過大氣中的搬送機器人，被搬送到承載室162。承載室162係從大氣到真空狀態，利用真空泵浦來進行排氣。壓力成為一定值(1[Pa]程度)以下時，利用配置在傳送腔體161之真空中的搬送機器人，將試樣20從承載室162搬送到主腔體160。接著，在基座30上之靜電夾頭機構上設置試樣20。
晶圓、光罩等之試樣20係透過承載介面而被搬送到微型環境180中，且在其中進行對準作業。試樣20係透過大氣中的搬送機器人，被搬送到承載室162。承 載室162從大氣到真空狀態係透過真空泵浦進行排氣。壓力成為一定值(1[Pa]程度)以下時，藉由配置在傳送腔體161之真空中的搬送機器人，將試樣20從承載室162搬送到主腔體160。接著，在基座30上之靜電夾頭機構上設置試樣20。
第14圖係表示主腔體160內與設置在主腔體160的上部之電子柱系統100。有關與第11圖相同的構成要素，標示與第11圖相同的參照符號，而省略該說明。
試樣20係設置於可移動於X、Y、z、θ方向之基座30。藉由基座30與光學顯微鏡110，進行高準確度的對準。接著，映像投影光學系統使用電子波束進行試樣20之異物檢查及圖案缺陷檢查。在此，重要的是試樣表面21的電位。為測量表面電位，將在真空中可進行測量之表面電位測量裝置被安裝在主腔體160。此表面電位測量器測量試樣20上之二維的表面電位分布。根據測量結果，在形成電子像之2次光學系統60a中進行焦點控制。試樣20之二維的位置的焦點貼圖係根據電位分布來製作。使用此貼圖，一邊將檢查中的焦點進行變更控制，一邊進行檢查。藉此方式，可減少起因於場所之表面圓電位的變化之畫像的模糊不清與變形，且可進行準確度佳之穩定的畫像取得及檢查。
在此，2次光學系統60a係以可測量入射到NA孔徑62、檢測器70之電子的檢測電流之方式所構成，並且，以EB-CCD被設置在NA孔徑62之位置之方式所構 成。此種構成非常有利，且有效。在第14圖中，NA孔徑62與EB-CCD65係設置在具有開口67、68之一體的保持構件66。此外，2次光學系統60a具備有各別可獨立進行NA孔徑62之電流吸收與EB-CCD65之畫像取得之機構。為達成此機構，NA孔徑62、EB-CCD65設置在於真空中作動之X、Y基座66。因此，可進行有關NA孔徑62及EB-CCD65之位置控制及定位。接著，在基座66設置有開口67、68，故反射鏡電子及2次釋出電子可通過NA孔徑62或EB-CCD65。
就此種構成之2次光學系統60a的動作加以說明。首先，EB-CCD65檢測2次電子波束之點形狀與該中心位置。然後，以該點形狀為圓形且成為最小之方式，進行象散校正裝置(stigmator)、透鏡61、63及對準器64的電壓調整。關於此點，以往，無法直接進行在NA孔徑62的位置之點形狀及非點像差的調整。在本實施形態中可進行此種直接性的調整，且可進行非點像差之高準確度的補正。
再者，可容易檢測波束點之中心位置。因此，以在波束點位置，配置NA孔徑62的孔中心之方式，可進行NA孔徑62的位置調整。有關此點，以往，無法直接進行NA孔徑62之位置的調整。在本實施形態中，可直接進行NA孔徑62之位置調整。藉此方式，可直接進行NA孔徑之高準確度的定位，且使電子像的像差降低，提高均等性。接著，提高穿透率均等性，且可取得解析度高 且階度均等的電子像。
此外，在異物10之檢查中，重要的是有效地取得來自異物10之反射鏡信號。NA孔徑62之位置規定信號的穿透率與像差，故非常重要。2次釋出電子係在從試樣表面到廣泛的角度範圍內，依照餘弦定律被釋出，且在NA位置上均等地遍及廣泛的區域(例如，ψ3[mm])。因此，2次釋出電子對NA孔徑62之位置呈鈍感。相對地，反射鏡電子的情況係試樣表面之反射角度與1次電子波束之入射角度成為相同程度。因此，反射鏡電子顯示小的擴張，以小的波束徑到達NA孔徑62。例如，反射鏡電子之擴張區域成為二次電子之擴張區域的1/20以下。因此，反射鏡電子對NA孔徑62的位置非常敏感。在NA位置之反射鏡電子的擴張區域通常成為ψ10至100[μm]的區域。因此，求得反射鏡電子強度最高的位置，且將NA孔徑62之中心位置配置在該被求得之位置係非常有利且重要。
為了達成朝此種適當的位置之NA孔徑62的設置，在理想的實施形態中，NA孔徑62在電子柱100之真空中，以1[μm]程度之準確度，移動於X、Y方向。一邊使NA孔徑62移動，一邊測量信號強度。然後，求得信號強度最高的位置，且將NA孔徑62的中心設置在該所求得之座標位置。
於信號強度之測量方面，非常有利地使用EB-CCD65。藉此方式，可得知波束之二維的資訊，且可求得入射到檢測器70之電子數，故可進行定量的信號強度之 評估。
或者，可依NA孔徑62之位置與檢測器70的檢測面之位置達成共軛的關係之方式，來訂定孔徑配置，且設定在孔徑與檢測器之間的透鏡63的條件。此構成亦非常有利。藉此方式，使NA孔徑62之位置的波束之畫像，在檢測器70之檢測面進行成像。因此，可使用檢測器70來觀察NA孔徑62的位置之波束剖面。
此外，NA孔徑62之NA大小(孔徑)亦重要。如上述反射鏡電子之信號區域小，故有效的NA大小為10至200[μm]程度。並且，NA大小最好對波束直徑為+10至100[%]大之大小。
關於此點，電子之畫像係透過反射鏡電子與二次釋出電子而形成。藉由上述孔徑大小的設定，可更將反射鏡電子的比例予以提高。藉此方式，可提高反射鏡電子的對比，亦即，可提高異物10的對比。
更詳細說明時，縮小孔徑的孔時，與孔徑面積成反比例地2次釋出電子減少。因此，正常部之階度變小。但是，鏡子信號部不產生變化，且異物10的階度不產生變化。因此，可依周圍之階度降低之程度，加大異物10的對比，且可得到更高的S/N。
再者，不僅X、Y方向，亦可依於z軸方向進行孔徑的位置調整之方式，來構成孔徑等。此構成亦理想。孔徑最好設置在反射鏡電子最聚焦之位置。藉此方式可非常有效地進行反射鏡電子之像差的降低以及2次釋出 電子的削減。因此，可得到更高的S/N。
如上述，反射鏡電子對NA大小與形狀非常敏感。因此，適當地選擇NA大小與形狀係為得到高的S/N而言非常重要。以下，將用以進行此種適當的NA大小與形狀的選擇之構成的例予以說明。在此亦就NA孔徑62的孔徑(孔)的形狀加以說明。
在此，NA孔徑62係具有孔(開口)之構件(零件)。一般而言，構件有時被稱為孔徑，有時孔(開口)亦被稱為孔徑。在以下之與孔徑相關的說明中，為區別構件(零件)與該孔，將構件稱為NA孔徑。然後，將構件的孔稱為孔徑。孔徑形狀一般而言，係指孔之形狀的意思。
<檢查裝置>
以下，參照圖示就本發明之實施形態的檢查裝置加以說明。在本實施形態中，將適用於半導體檢查裝置等之情況予以例示。
如上述，本實施形態之檢查裝置具備：波束產生手段，係使荷電粒子或電磁波的任一者產生並作為波束；1次光學系統，係將波束照射到被保持在工作腔體內之檢查對象；2次光學系統，係將從檢查對象產生之次級帶電粒子予以檢測；以及畫像處理系統，係根據所檢測之次級帶電粒子而形成畫像。
此時，波束之照射能量係被設定在作為次級帶電粒子透過波束的照射而從檢查對象被釋出反射鏡電 子之能量區域。例如，接地電壓被設定在50[eV]以下。
2次光學系統具備有：攝像機，用以檢測次級帶電粒子；數值孔徑，係沿著光軸方向而可調整位置；以及透鏡，係使通過數值孔徑之次級帶電粒子在攝像機的像面成像。然後，在畫像處理系統中，在將數值孔徑的位置設為物面來進行攝影之孔徑成像條件下形成畫像。
並且，1次光學系統具備有控制被照射到檢查對象之波束的入射角的入射角控制手段。此外，畫像處理系統具備有一種陰影補正手段，其係於在孔徑成像條件下所形成之畫像(NA成像畫像)，施加使用有補正用白色畫像與補正用黑色畫像之陰影補正。此時，補正用白色畫像係藉由在NA成像畫像加上預定的階度值來製作，而補正用黑色畫像係藉由從NA成像畫像減去預定的階度值來製作。此外，加在NA成像畫像之階度值與從NA成像畫像減去之階度值亦可為相同的值，亦可為相互不同的值。
在此，首先，就次級帶電粒子與反射鏡電子等之用語加以說明。於「次級帶電粒子」方面，包含2次釋出電子、反射鏡電子、光電子的一部分或混在一起者。照射有電磁波時，從試樣表面產生光電子。將電子線等的荷電粒子照射到試樣表面時，從試樣表面產生「二次釋出電子」，或形成「反射鏡電子」。在試樣表面電子線衝突而產生的為「二次釋出電子」。亦即，所謂「二次釋出電子」係指2次電子、反射電子，後方散射電子的一部分或混在一起者。此外，將所照射之電子線不與試樣表面衝突而在 表面附近反射者稱為「反射鏡電子」。
其次，參照第15圖，說明本發明的原理。如第15圖(a)所示，在映像投影方式中，以往，使持有某能源之初級束照射到試樣，且利用從試樣表面出來之二次釋出電子的資訊製作畫像。此時，接地電壓為100[eV]至400[eV]。但是，在此習知的方法中，因使用二次釋出電子，故難得到大的對比之差。
另一方面，在本發明中，如第15圖(b)所示，將使用之接地電壓設定為50[eV]以下，且使用反射出來的反射鏡電子。此時，藉由利用表面的凹凸狀態改變反射鏡電子之反射的高度，可產生對比的差，且可得到大的對比之差。
接著，就反射鏡電子的特性加以說明。反射鏡電子與二次釋出電子不同之處係軌道不同，作為觀察此狀態的方法係使用NA成像畫像(在NA成像條件下所攝影之畫像)。所謂NA成像條件，係指將配置在中間透鏡上部之二次系統孔徑設為物面進行攝影之條件(二次系統孔徑成像條件)。
參照第16圖，就NA成像條件加以說明。在普通的攝影狀態下，於第16圖(a)中在以實線所示之電子軌道使之成像且攝影，相對地在NA成像條件下，於第16圖(b)中在以虛線表示之電子軌道使之成像且攝影。亦即，在NA成像條件下，觀察到達孔徑之電子的狀態。
接著，使用第17圖至第20圖，就在NA成 像條件下之焦點調整加以說明。第17圖係表示在NA成像條件下之二次釋出電子與反射鏡電子的情況之圖。第18圖係從橫側看到在反射鏡電子與二次釋出電子的孔徑之交叉點的狀態之圖。在第18圖中，以虛線表示反射鏡電子的軌道，而以實線表示二次釋出電子的軌道。
如第17圖及第18圖所示，在反射鏡電子與二次釋出電子中，在最適焦點位置具有差(焦點值差：例如，約0.5mm)。然後，改變焦點時，二次釋出電子之區域隨著焦點變正變愈大，相對地反射鏡電子的區域，在某焦點上變為縱向長且横向細，且以該焦點為境界，將焦點變更為正方向時，縱方向瓦解而横方向延伸，且將焦點變更為負方向時，以頂端分裂成二個之方式產生變化(參照第17圖)。
於第19圖，表示有變更焦點且拍攝有異物之情況的視覺。如第19圖(a)所示，將焦點設為負方向時，異物看起來呈黑色。另一方面，將焦點設為正方向時，異物看起來呈白色。在第19圖(b)中，將來自試樣表面的反射鏡電子以虛線表示，而將來自異物(缺陷)的反射鏡電子以實線表示。如第19圖(b)所示，將焦點由負變更為正時，來自透過孔徑的異物(缺陷)之反射鏡電子的量增加。
此外，於第20圖，顯示有拍攝有不同的大小之異物的情況之視覺。如第20圖(a)所示，愈大的缺陷則白黑倒置之焦點愈轉換為正側。然後，如第20圖(b)所示，大小較小的異物之反射鏡電子比大小較大的異物之反 射鏡電子先透過孔徑之電子的數目增加。再者，在第20圖(b)中，將來自小的異物(缺陷)之反射鏡電子以粗線(粗的實線)表示，而將來自大的異物(缺陷)之反射鏡電子以細線(細的實線)表示。
其次，參照第21圖至第27圖，就初級束之入射角的調整加以說明。初級束之入射角偏離時，通過孔徑之反射鏡電子的軌道變得複雜。例如，於第21圖，表示有初級束之入射角偏離於上下方向時之異物(缺陷)的視覺。如第21圖所示，初級束之入射角偏離時，針對異物(缺陷)，利用白‧黑的資訊變得無法分離。結果，異物(缺陷)之大小愈變小，看起來呈黑色之條件消失。因此，必須調整初級束之入射角。此外，如後述，在二次系統中，必須進行對反射鏡電子的孔徑之交叉點的調整(參照第28圖至第32圖)。
第22圖係習知的初級束之入射角的調整方法之說明圖。在習知的方法中，初級束的軌道通過一次系統孔徑的中心，且以在法拉第杯的電流測量值變為最大之方式，在一次系統對準器電極進行調整。但是，此習知的方法中，無法進行初級束的入射角的確認。此係在法拉第杯的電流測量中，僅測量到達之電流，關於角度成分無法得到資訊(只要為相同的電流密度之初級束，不出現電流之值的差異)之故。但是，以往，係在初級束接地之條件下進行攝影，故不產生初級束的入射角之問題。
在本發明中，使用NA成像條件，且透過反 射鏡電子之位置的調整來進行入射角的調整。於第23圖，顯示在NA成像上之反射鏡電子與初級束入射角的關係。如第23圖所示，從藉由NA成像所得到之畫像可得到初級束之入射角的狀態。
第24圖係入射角不同時之NA成像畫像的視覺之說明圖。如第24圖(a)所示，垂直入射時，在二次釋出電子的中心存在反射鏡電子的部分。再者，如第24圖(b)所示，入射角於Y軸方向持有傾斜時，對二次釋出電子而言，反射鏡電子偏離於Y軸方向。此外，如第24圖(c)所示，入射角於X軸方向持有傾斜時，對二次釋出電子而言，反射鏡電子偏離於X軸方向。
初級束之入射角偏離時，例如，如第25圖所示，可使用初級束之對準器電極來調整入射角。再者，如第26圖所示，可使用維恩(Wien)過濾器(E×B)來調整入射角。
在本實施形態中，如第27圖所示，將初級束經由E×B進行照射。亦即，初級束係從Y軸方向的斜上方入射到E×B。此時，X軸方向之入射角的調整可藉由調整一次系統對準器之X軸方向的電極電壓來進行。此外，Y軸方向之入射角的調整可使用E×B來調整。
接著，參照第28圖至第32圖，就二次系統的調整加以說明。第28圖係習知的二次系統之調整方法的說明圖。如第28圖所示，以往，使用映像投影方式之電子線檢查裝置之攝影條件調整方法僅為光軸的確認。具體而 言，以某一個值、某頻率自動地使電場透鏡的電壓值變更，且從此時之畫像的變化來辨識對電極中心之偏差的有無，且於產生偏差時利用對準器以成為電極中心之方式進行調整。然而，在習知的手法中其為二次釋出電子與反射鏡電子用以通過電極的中心之調整方法，而不進行在孔徑之交叉位置的調整。
在本發明中，使用反射鏡電子看異物時，如第29圖所示，必須調整從試樣出來之反射鏡電子的交叉使其與孔徑的中心一致。因此，如第30圖所示，使反射鏡電子的軌道移動來調整交叉。例如，可調整對物透鏡條件，來調整交叉。具體而言，藉由使用對物透鏡之焦點電極，來調整焦點條件而可將反射鏡電子之交叉點調整到與孔徑的高度一致。再者，亦可重新調整插入調整用電極之參數來進行調整。
作為使二次系統孔徑移動之方法而言，例如，如第31圖所示，將孔徑設為可移動於Z方向之狀態且藉由使之移動而將孔徑高度與鏡子電子交叉點調整到相同的高度。此外，如第32圖所示，亦可將對物透鏡之焦點電極予以變更來進行調整。藉由進行此種調整，可拍攝微細的試樣表面之異物(例如，30nm之異物)。
最後，參照第33圖至第35圖，就陰影補正加以說明。藉由進行陰影補正，可檢測更小的異物(例如，20nm之異物)。
第33圖係習知的陰影補正之說明圖。如第 33圖所示，在習知的補正方法中，取進比原始畫像更亮的畫像(補正用白色畫像)與暗的畫像(補正用黑色畫像)，且使用此畫像之剖面階度的值來進行補正。例如，補正用白色畫像係使用攝像機的增益且以階度值成為最大之方式來製作原始畫像。此外，補正用黑色畫像係不照射一次照射電子線而藉由取進畫像來製作。
但是，在習知的方法中，異物(缺陷)的大小小時，該缺陷(微小缺陷)之電子資訊小，故可能與畫像之雜訊混雜。例如，如第34圖(a)所示，雜訊與微小缺陷之階度值的差在1以下時，亦可調整閾值來檢測雜訊。因此，最好進行進一步的高感度化。
在本實施形態中，以成為比實際的階度值之範圍更小的範圍之方式將補正用之白‧黑畫像予以設定。藉此方式，如第34圖(b)所示，強調缺陷的資訊。此時，亦強調雜訊，若在閾值之調整範圍時，可依閾值予以清除。例如，如第34圖(b)所示藉由調整閾值，僅可檢測缺陷信號。
第35圖係本實施形態的陰影補正之說明圖。在本實施形態中，將原始畫像進行加工來製作補正用白色畫像與補正用黑色畫像。此時，強調缺陷，且算出雜訊不致變成太大的值。接著，僅將所算出的值之階度值的程度加在原始畫像之階度值，來製作補正用白色畫像。此外，將所加上之值的階度值的程度從原始畫像之階度值予以減去，來製作補正用黑色畫像。再者，亦可調整EB-TDI 之增益來製作補正用白色畫像與補正用黑色畫像。
例如，採取在0至255階度所攝影之原始畫像時，為得到補正用白色畫像，在原始畫像使用加亮40階度之畫像。此外，為得到補正用黑色畫像，在原始畫像調使用調暗40階度之畫像。藉由使用此種補正用白色畫像與補正用黑色畫像，可將80階度的寬度延伸到255階度來進行檢查。結果，可檢測試樣表面之微少的異物(例如，20nm之異物)。
依據此種本發明之實施形態的檢查裝置，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。
在本實施形態中，將波束照射到檢查對象時，從檢查對象釋出反射鏡電子。反射鏡電子依檢查對象之表面的凹凸之狀態而反射之高度產生變化，故產生對比的差。再者，反射鏡電子與二次釋出電子的軌道不同。此時，在將數值孔徑的位置設為物面進行攝影之成像條件(孔徑成像條件)下形成畫像，亦即，調整反射鏡電子的交叉使之與數值孔徑的中心一致。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。
此外，在本實施形態中，在孔徑成像條件下調整焦點。例如，將焦點設為負方向時，檢查對象之表面的異物成為看起來呈黑色。相反地，將焦點設為正方向時，檢查對象的表面之異物成為看起來呈白色。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查。
此外，在本實施形態中，控制被照射到檢 查對象之波束的入射角。例如，以被照射到檢查對象之波束的入射角成為垂直之方式，來控制波束的入射角。藉此方式，可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查，且可進行小的異物(例如，30nm的異物)之檢測。
再者，在本實施形態中，將使用有補正用白色畫像與補正用黑色畫像之陰影補正施加在於孔徑成像條件下所形成之畫像。此時，補正用白色畫像係藉由在畫像加上預定的階度值(例如40階度)來製作，而補正用黑色畫像係藉由從畫像減去預定的階度值(例如40階度)來製作。藉由減小補正用白色畫像與補正用黑色畫像之階度值的寬度，可強調檢查對象之凹凸(缺陷)。藉此方式，可進行更小的異物(例如，20nm的異物)之檢測。
以上，透過例示將本發明之實施形態作了說明，而本發明的範圍不限定於此，在申請專利範圍所記載之範圍內可按照目的作變更‧替代。
[產業上之利用可能性]
如以上，本發明之檢查裝置具有可以高對比將檢查對象之表面的凹凸之狀態進行檢查之效果，而很有用於作為半導體檢查裝置等。

Claims (4)

  1. 一種檢查裝置，其具備：波束產生手段，係使荷電粒子或電磁波之任一者產生並作為波束；1次光學系統，係將前述波束照射在被保持在工作腔體內之檢查對象；2次光學系統，係檢測從前述檢查對象產生之次級帶電粒子；以及畫像處理系統，係根據所檢測之前述次級帶電粒子而形成畫像，前述波束之照射能量係被設定在會藉由前述波束的照射從前述檢查對象釋出反射鏡電子作為前述次級帶電粒子之能量區域，前述2次光學系統具備：攝像機，係用以檢測前述次級帶電粒子；數值孔徑，係可沿著光軸方向調整位置；以及透鏡，係使通過前述數值孔徑之前述次級帶電粒子在前述攝像機的像面成像，且在前述畫像處理系統中，在將前述數值孔徑的位置設為物面進行攝影之孔徑成像條件下形成前述畫像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢查裝置，其中，前述2次光學系統具備焦點調整手段，其係在前述孔徑成像條件下調整焦點。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之檢查裝置，其中，前述1次光學系統具備入射角控制手段，其係控制 被照射在前述檢查對象之前述波束的入射角。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之檢查裝置，其中，前述畫像處理系統具備陰影補正手段，其係於在前述孔徑成像條件下所形成之前述畫像，施加使用了補正用白色畫像與補正用黑色畫像之陰影補正，前述補正用白色畫像係藉由於前述畫像加上預定的階度值來製作，而前述補正用黑色畫像係藉由從前述畫像減去預定的階度值來製作。
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