TWI495847B - 用於試料圖案檢查裝置之ｘｙ座標補正裝置及方法 - Google Patents

用於試料圖案檢查裝置之ｘｙ座標補正裝置及方法 Download PDF

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TWI495847B
TWI495847B TW102131769A TW102131769A TWI495847B TW I495847 B TWI495847 B TW I495847B TW 102131769 A TW102131769 A TW 102131769A TW 102131769 A TW102131769 A TW 102131769A TW I495847 B TWI495847 B TW I495847B
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Keisuke Mizuuchi
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Description

用於試料圖案檢查裝置之XY座標補正裝置及方法
本發明係關於一種試料圖案檢查裝置及方法，更詳言之，係關於一種在使用電子束檢查形成於具有例如0.1μm以下之圖案的圖罩(stencile mask)、晶圓等試料表面的元件圖案(device pattern)之缺陷等的裝置中，藉由補正載物台(stage)座標之位置誤差，即可以更高精確度及高可靠度進行檢查的XY座標補正裝置及方法。
試料圖案檢查裝置，係一種藉由將電子束照射在作為檢查對象之晶圓等試料上，使其產生具有與形成於試料之被檢查面的元件圖案相關聯之資訊的電子，且利用該被產生的電子以使元件圖案之資訊圖像化，並按照預定之檢查程式來檢查所獲得的圖像者。為了提高該檢查結果之可靠度，有必要能利用電子之照射而從試料面之元件圖案獲得高精確度的資訊。
然而，在習知之試料圖案檢查裝置中，會有如下問題。雖然在載置試料以使其朝X軸方向及與之正交的Y軸方向 移動的載物台上，設有用以導引載物台的載物台導件，但是由於會有在該載物台導件發生歪曲，或X軸方向與Y軸方向之載物台導件沒有正確正交的情況，所以有載物台不移動於理想軌跡上的情形。又，在載物台之連續移動中會有發生速度不均的情況。更且，在將試料載置於載物台上時，亦會有試料之X-Y座標與載物台之X-Y座標不一致，在旋轉方向發生誤差的情況，且在微影製程中亦有從設計上之位置偏移而形成晶粒的情況。
由於會發生該種問題，所以在習知之試料圖案檢查裝置中，會有無法獲得正確之檢查結果的情況。
例如，在不對上面所述之位置誤差做任何補正的情況，亦會有所獲得的圖像從理論值上之位置偏移±2圖素以上的情形。當假設該等之偏移有可能在X軸方向及Y軸方向各發生±3圖素時，為了要確保缺陷檢查之正確性，則必須產生比較用之圖像數亦需要7×7=49張。結果，由於必須增加檢查所需的記憶體或比較電路，所以不僅缺陷檢查之速度趕不上圖像取得，更會發生無法進行高生產量(throughput)之缺陷檢查的不良情況。
有鑑於該種問題，本案申請人，已提案以下之專利文獻中所記載的試料缺陷檢查裝置及方法。在該檢查裝置中，為了要檢查規則性配置於晶圓上之X-Y平面的晶粒內之圖案，而以沿著理想的X-Y座標系之座標軸做等間隔配置，產生虛擬配置有晶粒的等間隔格子(grid)，求出各晶粒之實際的位置座標，算出等間隔格子與各晶粒之位置誤 差，各晶粒沿著等間隔格子配置的方式，構成根據位置誤差來補正各晶粒之圖像的位置座標。
在該位置座標之補正過程中，製作一儲存有對應等間隔格子之位置座標而得的位置誤差之補正XY標記(map)，且根據該標記之位置誤差，調整施加在例如配置於MCP之前段的補正電極的電壓。藉此，即可將電子束偏向，以將晶圓上之各晶粒與MCP上之映像的位置補正成配對關係。
(專利文獻1)
日本專利特開2000-91342號公報
然而，如上述專利文獻1所記載般，可明白只根據補正XY標記之位置誤差資訊調整施加至補正電極的電壓，會有補正不充分的情況。通常，由於靜態補正要求至少為±20μm，相對於此，補正電極之偏向動態範圍為±20μm左右，所以會有超出補正範圍的情況。
又，雖然對每一晶圓進行複數點之位置測定，而且使用該等依內插運算求出必要點之位置誤差，但是會有構成基本的測定點之位置測定並不一定正確的情況，而且在內插運算時所使用的點中之任一點的位置誤差因不正確而顯示異常值的情況時，內插運算的結果會受到異常值影響而變成不適當的值。
本發明係有鑒於上面所述的問題而開發完成者，其目的係在檢查試料圖案之電子束裝置中，用以減低與載物台 導件之歪曲、載物台導件之正交誤差等相關的問題，同時即使在與載物台移動時之定位相關的誤差或試料上的晶粒並未形成於按照理論值所成的理想座標的情況，甚至發生試料移動中之速度不均等的情況，亦可以高精確度且高生產量進行檢查。
為了達成上面所述之目的，有關本發明利用電子束用以評估試料上之圖案的電子束裝置，其特徵在於包含：第1運算手段，其用以算出構成已決定位置之作為基準的試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等基準點經測定之XY座標(x,y)之間的座標誤差△x及△y；第2運算手段，其根據所算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，其根據所算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，其根據所運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束(beam)偏向補正手段，其根據因所運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於2次電子光學系的電子束偏向器之偏向。
在有關上面所述之本發明的電子束裝置中，較佳者係構成，上述第2運算手段及第3運算手段，為回歸運算手段，該回歸運算手段，係具有利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (1)
△y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (2) 表示的公式(1)及(2)之係數a1 至e1 及a2 至e2 ；第2運算手段復具備將XY座標系之正交誤差當作被求出的係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3運算手段復具備將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數d1 、d2 、e1 、e2 ，代入以△x=d1 x2 +e1 y2 (3)
△y=d2 x2 +e2 y2 (4)表示的公式(3)及(4)內而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
另外，亦可將第3運算手段構成具備：回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足公式(1)及(2)之係數a1 至e1 及a2 至e2 ；及誤差運算手段，其係將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y，係在將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(1)及(2)而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
又，在有關上面所述之本發明的電子束裝置中，較佳者係構成，上述第2運算手段，具備：回歸運算手段，其利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y (5)
△y=a2 +b2 x+c2 y (6)表示的公式(5)及(6)之係數a1 至c1 及a2 至c2 ；及將XY座標系的正交誤差當作係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3 運算手段，係具備：回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足以△x=d1 x2 +e1 y2 (3)
△y=d2 x2 +e2 y2 (4)表示的公式(3)及(4)的係數d1 、e1 、d2 及e2 ；及誤差運算手段，其將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數d1 、e1 、d2 及e2 ，代入公式(3)及(4)而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
另外，亦可將上述第3運算手段構成具備：回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (1)
△y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (2)表示的公式(1)及(2)的係數a1 至e1 及a2 至e2 ；及誤差運算手段，其將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(1)及(2)而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
在本發明之電子束裝置中，較佳者復具備：將利用回歸運算手段而所得之係數a1 及a2 ，當作X軸方向及Y軸方向之移動量，而補正該移動量的手段；及將利用回歸運算 手段而所得之係數b1 及c2 ，當作X軸方向及Y軸方向之標度誤差，以補正該標度誤差的手段。
又，較佳者為，電子束偏向器係具備偏向電極；而電子束偏向補正手段，係對偏向電極調整電壓的手段。更且，有關本發明之電子束裝置，較佳為復具備：檢測手段，其檢測利用1次電子束之照射而從試料釋放出的2次電子束；根據檢測手段之輸出而獲得試料表面圖案之圖像資訊的手段；及圖案缺陷檢測手段，其比對所獲得的圖像資訊、及該試料上不同位置的同一圖案之圖像資訊、或事先當做比較對照而被儲存的參照圖案之圖像資訊，藉以檢測圖案之缺陷。
本發明又提供一種使用電子束供其評估試料上之圖案而用的電子束裝置中之載物台位置誤差補正方法，同時提供一種供執行該載物台位置誤差補正方法之可由電腦讀取並執行的電腦程式。
1‧‧‧檢查系統
2‧‧‧控制裝置
10‧‧‧卡匣夾持具
10-1‧‧‧XY載物台
10-2‧‧‧CPU
10-3‧‧‧XY載物台驅動裝置
10-4‧‧‧雷射干涉計
10-5‧‧‧記憶裝置
10-6‧‧‧偏向電壓供給裝置
10-7‧‧‧電子束偏向器
10-8‧‧‧檢測器
11‧‧‧升降台
12‧‧‧升降機構
20‧‧‧迷你環境裝置
21‧‧‧迷你環境空間
22‧‧‧外殼
23‧‧‧氣體循環裝置
24‧‧‧排出裝置
25‧‧‧預對準器
27、45、46‧‧‧擋門裝置
30‧‧‧主外殼
31‧‧‧工作室
32‧‧‧外殼本體
33‧‧‧外殼支撐裝置
36‧‧‧台框架
37‧‧‧防震裝置
40‧‧‧裝載器外殼
41‧‧‧第1裝載室
42‧‧‧第2裝載室
43‧‧‧外殼本體
47‧‧‧晶圓架
50‧‧‧載物台裝置
51‧‧‧固定機台
52‧‧‧Y機台
53‧‧‧X機台
54‧‧‧旋轉機台
55‧‧‧夾持具
60‧‧‧裝載器
61‧‧‧第1搬送單元
63‧‧‧第2搬送單元
70‧‧‧電子光學裝置
71‧‧‧鏡筒
81‧‧‧預充電單元
83‧‧‧電位賦予機構
87‧‧‧電子束校準機構(對準控制裝置)
221、322、432‧‧‧頂壁
222、321、431‧‧‧底壁
223、323、433‧‧‧周壁
225、226、325、435、436、437‧‧‧出入口
231‧‧‧供氣單元
232‧‧‧回收導管
233‧‧‧導管
241‧‧‧吸入導管
242‧‧‧鼓風機
243‧‧‧導管
272、452、461‧‧‧門
331‧‧‧框架構造體
434‧‧‧間隔壁
521、531‧‧‧伺服馬達
522、532‧‧‧編碼器
551‧‧‧晶圓載置面
611‧‧‧驅動部
612、632‧‧‧手臂
613‧‧‧軸
616‧‧‧握持裝置
615‧‧‧升降機構
701‧‧‧一次光學系
702‧‧‧二次光學系
763‧‧‧圖像形成部
811‧‧‧荷電粒子照射部
831‧‧‧電壓施加裝置
832‧‧‧調查及決定系統
833‧‧‧監視器
834‧‧‧運算子
835‧‧‧CPU
871‧‧‧光學顯微鏡
872‧‧‧CCD
873‧‧‧監視器
901a‧‧‧電子槍
902‧‧‧開口板
902a‧‧‧小孔
903‧‧‧電子透鏡
904‧‧‧靜電透鏡
905‧‧‧NA開口構件
905a‧‧‧NA開口
906‧‧‧第1物鏡
907‧‧‧E×B分離器
908‧‧‧第2物鏡
909‧‧‧試料
910a‧‧‧一次光學系
910b‧‧‧二次光學系
910c‧‧‧檢測系
910d‧‧‧檢測器
911‧‧‧虛線
913‧‧‧聚光透鏡
914‧‧‧偏向器
916‧‧‧多陽極
917‧‧‧一端部
917a‧‧‧導線
918‧‧‧電阻
919‧‧‧電路
920‧‧‧記憶體
941‧‧‧基板
942、943‧‧‧偏向器
944‧‧‧靜電偏向器
W‧‧‧晶圓
外文縮寫符號之說明：
CD-SEM‧‧‧關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)
EBI‧‧‧等效背景照度(Equivalent Background Illumiance)
SEM‧‧‧掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)
第1圖係顯示試料圖案之檢查系統之主要構成要素的立面圖。
第2圖係顯示試料圖案之檢查系統之主要構成要素的正面圖。
第3圖係顯示試料圖案之檢查系統之迷你環境裝置的構成。
第4圖係顯示試料圖案之檢查系統之裝載器外殼的構成。
第5圖係顯示試料圖案之檢查系統中的電位施加機構。
第6圖係概略顯示第1圖所示檢查系統中之電子束校準機構的構成。
第7圖係概略顯示採用多束方式之有關本發明電子束裝置的第1實施形態。
第8圖係第7圖所示電子光學裝置之多陽極的放大平面圖。
第9圖係概略顯示採用單束方式之電子光學裝置之有關本發明電子束裝置的第2實施形態。
第10圖係顯示有關本發明XY座標補正裝置之構成的方塊圖。
第11圖(A)及(B)係說明用以補正在第10圖所示XY座標補正裝置中所執行的XY座標之正交誤差性的補正方法用之說明圖。
第12圖係顯示依據第10圖所示XY座標補正裝置所進行的XY座標之補正結果用的圖表；其為分別向量顯示(A)未補正的情況、(B)進行等級1之補正的情況、(C)進行等級2之補正的情況之結果誤差的圖表。
第13圖係用以說明依據電子束裝置所進行的晶圓檢查；(A)係顯示晶圓之整體圖；(B)係顯示晶圓上之晶粒的局部放大圖。
第14圖係概略顯示採用映像投影方式之電子光學裝置之有關本發明電子束裝置的第3實施形態。
第15圖之(A)係概略顯示採用多光軸多電子束方式之電子光學裝置之有關本發明電子束裝置的第4實施形態；(B)為(A)所示的放大透鏡之平面圖；(C)為(A)所示的陽極之平面圖。
第16圖係概略顯示試料透過電子束之情況之有關本發明電子束裝置的第5實施形態。
第17圖係概略顯示試料不透過電子束之情況之有關本發明電子束裝置的第6實施形態。
第18圖(A)至(D)係用以說明第17圖所示電子束裝置之動作。
第19圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序。
第20圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序的基本流程。
第21圖係顯示檢查對象晶粒之設定。
第22圖係說明晶粒內部之檢查區域的設定。
第23圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序。
第24圖(A)及(B)係說明半導體裝置製造方法之檢查順序。
第25圖係顯示半導體裝置製造方法之檢查順序中檢查晶粒為1個的情況之掃描例。
第26圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的參照圖像之產生方法。
第27圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的鄰接晶粒比較方法。
第28圖係說明用以實施半導體裝置製造方法之檢查順序中的鄰接晶粒比較方法之系統構成。
第29圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的基準晶粒比較方法。
第30圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的基準晶粒比較方法。
第31圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的基準晶粒比較方法。
第32圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的聚焦映射。
第33圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的聚焦映射。
第34圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的聚焦映射。
第35圖係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的聚焦映射。
第36圖(A)至(C)係說明半導體裝置製造方法之檢查順序中的聚焦映射。
第37圖係顯示將有關本發明之電子束裝置連接在製造線的實施形態。
在詳述本發明的試料圖案檢查裝置(以下，簡稱「檢查裝置」)及檢查方法之實施形態之前，參照第1至5圖，說明將實施本發明的試料圖案檢查方法用之在表面上形成有 圖案的基板(即晶圓)當作檢查對象來檢查的檢查系統之全體構成。
如第1及2圖所示，檢查系統1係具備以下之主要構成要素。
˙用以保持收納有複數片晶圓W的卡匣之卡匣夾持具(cassette holder)10
˙迷你環境(mini-environment)裝置20
˙區劃成工作室(working champer)31之主外殼30
˙配置於迷你環境裝置20與主外殼30之間，具備二個裝載室(loading champer)的裝載器外殼40
˙將晶圓W從卡匣夾持具(cassette holder)10裝填在主外殼30內所配置之載物台裝置50上的裝載器60
˙安裝在真空外殼內的電子光學裝置70
該等構成要素，係以第1及2圖所示之位置關係配置。
檢查系統1復具備：配置在呈真空狀態之主外殼30內的預充電單元(pre-charge unit)81、對晶圓W提供電位的電位賦予機構83(參照第5圖)、電子束校準機構87(參照第8圖)、及構成用以在載物台裝置50上進行晶圓W之定位之對準控制裝置的光學顯微鏡871。
卡匣夾持具10，係保持複數個(圖中為2個)收納有將複數片(例如25片)晶圓W平行排列於上下方向的狀態的卡匣c(例如，如亞士特(ASYST)公司製之FOUP的閉合卡匣(closed cassette))。作為該卡匣夾持具10係可分別任意選擇並設置：在利用機器人等搬送卡匣而來並自動裝填在卡 匣夾持具10內時適合該情形的構造者，而在用人手裝填時適合於該情形的開放卡匣(open cassette)構造者。
卡匣夾持具10，在圖所示之構成中，係一種自動裝填卡匣c的形式，例如具備升降台11、及使該升降台11上下移動的升降機構12，卡匣c係在第2圖之鏈線所示的狀態下自動地被設置在升降台12上，設置後，被自動地旋轉至第2圖之實線所示的狀態並朝向迷你環境裝置20內的第1搬送單元(後述)之轉動軸線，之後，升降台11被下降至第1圖之鏈線所示的狀態。另外，使用於自動裝填之情況或利用人手而裝填之情況的卡匣夾持具只要適當使用公知構造物即可，其構造及功能之詳細說明將予省略。
被收納在卡匣c內的基板(即晶圓W)，係一種應接受檢查的晶圓，該種檢查係在半導體製造步驟中處理晶圓的過程之後，或是過程之中途進行。具體而言，接受過成膜步驟、CMP(化學機械研磨)、離子植入等的晶圓，或表面形成有或未形成有配線圖案的晶圓，係被收納在卡匣c內。被收納在卡匣c內的晶圓W，係多數片以間隔平行排列而配置在上下方向。因此，為了可利用第1搬送單元(後述)來保持任意位置之晶圓W，第1搬送單元之機械手臂係可朝上下方向移動。
在第1至3圖中，迷你環境裝置20係具備：形成控制環境空間之迷你環境空間21的外殼22；使清淨空氣的氣體在迷你環境空間21內循環而用以控制環境空間的氣體循環裝置23；回收被供應至迷你環境空間21內的空氣之 一部分並予以排出的排出裝置24；及配設在迷你環境空間21內即便作為檢查對象亦進行晶圓W之粗定位的預對準器25。
外殼22，係具有頂壁221、底壁222及包圍四週的周壁223，構成從外部隔開迷你環境空間21的構造。為了控制迷你環境空間21之環境空間，氣體循環裝置23，係如第3圖所示，具備：在迷你環境空間21內安裝於頂壁221，且將空氣清淨化並通過一個或一個以上之氣體吹出口(未圖示)，將清淨空氣朝正下方流出呈層流狀的供氣單元231；在迷你環境空間21內配置於底壁222之上，回收朝底部往下流之空氣的回收導管232；及連接回收導管232與供氣單元231而將回收的空氣送回至供氣單元231的導管233。
清淨空氣呈層流狀往下方向之流動，即降流(down flow)，主要係以經由配置於迷你環境空間21內之第1搬送單元61的搬送面而流動的方式供給，藉此，可防止恐有因搬送單元61而發生之虞的塵埃附著在晶圓W。在外殼22之周壁223之中，鄰接卡匣夾持具10的部分，形成有出入口225。
如第3圖所示，排出裝置24係具備：以較搬送單元61之晶圓搬送面更位於下側的位置配置在搬送單元之下部的吸入導管241；配置在外殼22之外側的鼓風機(blower)242；及用以連接吸入導管241與鼓風機242的導管243。排出裝置24，係以利用吸入導管241而吸引包含在往下流 經搬送單元之周圍有可能因搬送單元而發生之塵埃的空氣，且介以導管243及鼓風機242排出至外殼22之外側的方式動作。
配置在迷你環境空間21內的預對準器25，其動作係以光學方式或機械方式檢測出被形成於晶圓W之定向平面(orientation flat，係指被形成於圓形晶圓之外周的平坦部份，被稱為orifla)或被形成於晶圓W之外周緣的一個以上之V型缺口或凹口(notch)，並將關於搬送單元61之軸線O1 -O1 的晶圓W之旋轉方向位置以±1度之精確度事先定位。預對準器25係構成決定檢查對象之座標的機構之一部分，且負責檢查對象之粗定位。預對準器25本身係公知構造物，其構造或動作之說明將予省略。
在第1及2圖中，形成工作室31之主外殼30，係具備外殼本體32。外殼本體32，係由配置於台框架36上之震動隔絕裝置(即防震裝置37)之上的外殼支撐裝置33所支撐，而外殼支撐裝置33係具備組成矩形的框架構造體331。如此，外殼本體32係被配設固定在框架構造體331上。外殼本體32係具備被載置於框架構造體331上之底壁321、頂壁322、以及連接在底壁321及頂壁322並包圍四週的周壁323以將工作室31隔離於外部。
外殼本體32及外殼支撐裝置33係被組裝成剛硬構造，並以防震裝置37來阻止來自設置有台框架36之地板的震動傳遞至該剛硬構造，外殼本體32之周壁323之中鄰接裝載器外殼40的周壁形成有晶圓出入用的出入口325。
工作室31係利用公知構造之真空裝置(未圖示)而被保持成真空環境。在台框架36之下配置有用以控制整體裝置之動作的控制裝置2。工作室31，通常被保持在10-4 至10-6 Pa之壓力。
第1、第2及第4圖中，裝載器外殼40，係具備構成第1裝載室41與第2裝載室42的外殼本體43。外殼本體43係具有底壁431、頂壁432、包圍四周之周壁433、及將第1裝載室41與第2裝載室42予以隔開的間隔壁434，構成可從外部隔離兩裝載室41、42的構造。在間隔壁434，形成有用以在兩裝載室41、42間進行晶圓W之出入的開口即出入口435。又，在鄰接周壁433之迷你環境裝置20及主外殼30的部分形成有出入口436及437。
如第4圖所示，裝載器外殼40之外殼本體43，由於係被載置在外殼支撐裝置33之框架構造體331上而支撐，所以可防止地板之震動傳遞至裝載器外殼40。裝載器外殼40之出入口436與迷你環境裝置20外殼22之出入口226被整合，並在該處設有選擇性地阻止迷你環境空間21與第1裝載室41之連通的擋門裝置27。
裝載器外殼40之出入口437與外殼本體32之出入口325被整合，並在該處設有選擇性地密封阻止第2裝載室42與工作室31之連通的擋門裝置45。更且，在被形成於間隔壁434的出入口435，設有利用門461之開閉而選擇性地阻止第1及第2裝載室41、42間之連通的擋門裝置46。該等之擋門裝置27、45及46，係在處於閉合狀態時，用 以氣密性地密封各裝載室。
在第1裝載室41內，配設有複數個例如上下隔開二片晶圓W並在水平之狀態下支撐的晶圓架(wafer rack)47。第1及第2裝載室41、42，係可利用包含未圖示之真空泵在內的公知構造之真空排氣裝置(未圖示)而控制環境空間至高真空狀態(真空度為10-4 至10-6 Pa)。該情況，亦可將第1裝載室41當作低真空室保持在低真空環境空間，將第2裝載室42當作高真空室保持在高真空環境空間，而有效地進行晶圓W之污染防止作業。藉由採用該種構造，不僅可毫無遲滯地將被收容在裝載室內並應接著接受檢查缺陷的晶圓W搬送至工作室31內，且可提高缺陷等檢查之生產量，更可將保管狀態被要求高真空狀態之電子源周邊的真空度儘可能地維持在高真空度狀態。
在第1及第2裝載室41、42，分別連接有真空排氣配管(未圖示)與惰性氣體(例如乾燥純氮)用之通氣管(vent)配管(未圖示)。如此，當在各裝載室內注入惰性氣體時，就可利用惰性氣體排氣管防止在各裝載室表面附著惰性氣體以外之氧氣等。
另外，在使用電子束之本發明的檢查裝置中，被當作電子光學裝置之電子源來使用之代表性的六硼化鑭(La B6 )等，係在被加熱至高溫狀態直至釋放出熱電子之程度為止的情況，為了不縮短其壽命而儘可能地不使之接觸氧是很重要的。因此，在對配置有電子光學裝置之工作室31搬進晶圓W之前階段藉由如上述地進行環境空間控制，即可確 實地防止氧接觸電子源。
載物台裝置50係具備：被配置在主外殼30之底壁321上的固定機台51；在固定機台51上朝Y方向(第1圖中為垂直於紙面的方向)移動的Y機台52；在固定機台51上朝X方向(第1圖中為左右方向)移動的X機台53；可在X機台53上旋轉的旋轉機台54；及被配置在旋轉機台54上的夾持具55。在夾持具55之晶圓載置面551上晶圓W可保持成解放。夾持具55，亦可為以機械方式或靜電夾頭方式將晶圓W握持成可解放的公知構造物。
載物台裝置50，係使用伺服馬達、編碼器及各種的感測器(未圖示)，並藉由使上述複數個機台51至54動作，將在載置面551上由夾持具55所保持的晶圓W，相對於從電子光學裝置照射來之電子束，以高精確度定位在X方向、Y方向及Z方向(第1圖中為上下方向)，更定位在與晶圓W之支撐面呈垂直的軸線之旋轉方向(θ方向)。
另外，Z方向之定位，例如只要可事先將夾持具上之載置面的位置微調於Z方向即可。該情況，係利用微細直徑雷射之位置測定裝置(使用干涉計之原理的雷射干涉測距裝置)檢知載置面之基準位置，且利用回授電路(未圖示)控制該位置，或與之同時或是取而代之，測定晶圓之凹口或定向平面之位置並檢知晶圓之相對於電子束的平面位置、旋轉位置，且利用可控制微小角度之步進馬達等使旋轉機台旋轉加以控制。為了極力防止在工作室31內發生塵埃，載物台裝置50用之伺服馬達521、531及編碼器522、 532，被配置在主外殼30之外側。另外，亦可藉由將晶圓W對電子束之旋轉位置或X、Y位置，事先輸入至後述之信號檢測系或是圖像處理系，以謀求所獲得的信號之基準化。
裝載器60係具備：被配置在迷你環境裝置20之外殼22內之機器人式的第1搬送單元61；及被配置在第2裝載室42內之機器人式的第2搬送單元63。第1搬送單元61係具有與驅動部611相關地可在軸線O1 -O1 之周圍旋轉的多節之手臂612。作為多節之手臂雖可使用任意構造物，但是圖中之手臂612係具有被安裝成可互相轉動的三個部分。第1搬送單元61之手臂612之最接近驅動部611的第1部分，係安裝在可利用被設在驅動部611內之公知構造的驅動機構(未圖示)而旋轉的軸613。手臂612，係可利用軸613而在軸線O1 -O1 之周圍轉動，同時利用部分間之相對旋轉，其全體會與軸線O1 -O1 相關地朝半徑方向伸縮。在位於手臂612之最上部的第3部分之前端，設有公知構造之機械式夾頭或靜電夾頭等之用以握持晶圓W的握持裝置616。驅動部611係可利用升降機構615朝上下方向移動。
動作時，第1搬送單元61之手臂612，係朝由卡匣夾持具10所保持的二個卡匣c中之任一方的方向M1或M2伸展，使被收納在卡匣c內的晶圓W中之1片載置於手臂612，或是利用安裝在手臂612之前端的夾頭(未圖示)握持並取出。之後，手臂612係如第2圖所示收縮，接著，旋 轉至朝預對準器25之方向M3伸長的位置為止並停止。然後，手臂612會再次伸展，並使由手臂612所保持的晶圓W載置於預對準器25。如此在利用預對準器25微調晶圓W之方向之後，手臂612會再從預對準器25接受晶圓W後，朝第1裝載室41旋轉至其可伸長至方向M4之一方的位置為止並停止，接著將晶圓W交接至第1裝載室41內之晶圓架47。
另外，在利用手臂而機械式地握持晶圓W時，較佳者係從晶圓W之周緣握持約5mm之範圍的周緣部。此係由於在晶圓W除了周緣部以外在其內側全面形成有電路配線等之元件，所以當握持該部分時，就會破壞元件並使其產生缺陷的緣故。
第2搬送單元63，與第1搬送單元61之構造基本上為相同，其動作係在晶圓架47與載物台裝置50的載置面551之間進行晶圓W之搬送。
在裝載器60中，第1及第2搬送單元61、63係在保持大致水平狀態下進行從由卡匣夾持具10所保持之卡匣c朝被配置於工作室31內的載物台裝置50之晶圓W的搬送或相反過程的晶圓W之搬送。搬送單元61、63之手臂612、632上下動的時機，係只在從卡匣c取出晶圓W及對卡匣c插入晶圓W、將晶圓W載置於晶圓架47及從晶圓架47取出晶圓W、以及將晶圓W載置於載物台裝置50及從載物台裝置50取出晶圓W時才進行。因而，可順暢地進行大型晶圓W，例如直徑30cm之晶圓的移動。
在此，參照第1至4圖依序說明從由卡匣夾持具10所支撐的卡匣c至被配置於工作室31內之載物台裝置50為止的晶圓W之搬送。卡匣夾持具10係如前所述，可為在利用人手設置卡匣c的情況使用適於其之構造物，而在自動地設置卡匣c的情況使用適於其之構造物。當卡匣c被設置在卡匣夾持具10之升降機台11之上時，升降機台11係利用升降機構12而下降，而卡匣c會與出入口225對準。
當卡匣c與出入口225對準時，被設在卡匣c的蓋子(未圖示)會打開，在卡匣c與出入口225之間配置有筒狀的被覆物用以從外部隔絕卡匣c之內部與迷你環境空間21。另外，在開閉出入口225之擋門裝置被設在迷你環境裝置20時，該擋門裝置就會動作並對出入口225進行開閉動作。
第1搬送單元61之手臂612係在朝方向M1或方向M2之狀態下停止。因此，若為朝M1之方向停止的情況，而於出入口225打開時，手臂612就會通過出入口225而伸展，且在其前端接受卡匣c內之晶圓W中的一片。當由手臂612而完成晶圓W之接受作業時，手臂612就會收縮，且會在設有上述擋門裝置的情況使該擋門裝置動作並關閉出入口225。其次手臂612會繞著軸線O1 -O1 轉動並來到可朝方向M3伸長的位置為止並停止，手臂612會在該位置伸展，且使被載置於其前端或是由夾頭所握持的晶圓W載置在預對準器25之上，且藉預對準器25而將晶圓W之旋轉方向的方向，即將與晶圓平面呈垂直之中心軸線之旋轉 的方向定位在預定範圍內。
當如此完成晶圓W之定位時，第1搬送單元61就會形成在手臂612之前端從預對準器25接受晶圓W之後使手臂612收縮，並朝方向M4使手臂612伸長的姿勢。如此一來由於擋門裝置27之門272會作動而出入口226及436會打開，所以手臂612會伸展至第1裝載室41之內部而將晶圓W載置於晶圓架47之上層側或下層側。另外，如前面所述在打開擋門裝置27並將晶圓W交接至晶圓架47之前，形成於間隔壁434的出入口435係利用擋門裝置46之門461閉合成氣密狀態。
在利用第1搬送單元61進行晶圓W之搬送過程中，從設於迷你環境裝置20之外殼22上的供氣單元231，清淨空氣以層流狀向下，換句話說以降流的方式流出，用以防止在搬送中途塵埃附著在晶圓W之上面。搬送單元61之周邊的空氣一部分係從排出裝置24之吸入導管241被吸引並排出至外殼22外。此係因從供氣單元231供給的空氣之例如約20%主要為被污染的空氣所致。剩餘的空氣係經由被設在外殼22之底部的回收導管232而被回收，且再次送回至供氣單元231。
當晶圓W利用第1搬送單元61而被載置於第1裝載室41內之晶圓架47內時，擋門裝置27就會關閉，以密閉裝載室41內。接著，在第1裝載室41內填充惰性氣體而空氣會被逐出，之後，該惰性氣體亦被排出而裝載室41內會形成真空環境空間。第1裝載室41之真空環境空間可 為低真空度。
當裝載室41內之真空度可獲得某種程度時，擋門裝置46就會動作並打開利用門461密閉著的出入口435，接著第2搬送單元63之手臂632會伸展至第1裝載室41內並從晶圓架47使一片晶圓W載置於手臂632之前端的上方，或是以安裝在手臂632之前端的夾頭等之握持裝置予以握持接受。當完成晶圓W之接受作業時，手臂632會收縮，擋門裝置46會再次動作並利用門461將出入口435予以關閉。
另外，在擋門裝置46打開之前，手臂632會事先成為可朝晶圓架47之方向N1伸長的姿勢，而出入口437、325會藉擋門裝置45之門452而關閉用以氣密性地阻止第2裝載室42與工作室31之連通。當出入口435與出入口437、325被關閉時，第2裝載室42內就會進行真空排氣，且比第1裝載室41內形成更高真空度的真空。
在第2裝載室42被進行真空排氣之期間，第2搬送單元63之手臂632被旋轉至可朝工作室31內之載物台裝置50的方向伸長的位置。另一方面，在工作室31內之載物台裝置50，Y機台52移動至X機台53之中心線X0 -X0 與通過第2搬送單元63之轉動軸的X軸線X1 -X1 大致一致的位置為止，又X機台53會移動至最接近裝載器外殼40之位置為止而待機。當第2裝載室42之真空狀態與工作室31之真空狀態成為大致相同時，擋門裝置45之門452就會移動而打開出入口437、325，手臂632則會伸展至工作 室31內使握持著晶圓W之手臂632的前端接近工作室31內之載物台裝置50以在載物台裝置50之載置面551上載置晶圓W。當完成晶圓W之載置作業時手臂632會收縮，而擋門裝置45會關閉出入口437、325。
在載物台裝置50，有對晶圓W施加逆向偏壓電位(推後電位(retarding potential))的機構。此係在手臂632去對載物台裝置50載置晶圓W或去取晶圓W時，藉由事先將手臂632設在與載物台裝置50相同或接近的電位，或是設在浮動電位，以避開因短路而造成放電等不良情況的機構。另外，亦可在將晶圓W搬送至載物台裝置50上時，事先切斷(off)施加在晶圓W的偏壓電位。
在控制偏壓電位的情況，晶圓被搬送至載物台為止亦可事先切斷電位，且在被搬送並載置於載物台之後予以接通以施加偏壓電位。施加偏壓電位的時機，亦可事先設定工作時間(tact time)，且依此而施加，或利用感測器檢測出載物台之上載置有晶圓的情形，且將該檢測信號當作觸發來施加。又，亦可檢測出擋門裝置45關閉出入口437、325之情形，並將該檢測信號當作觸發來施加。更且，在使用靜電夾頭的情況，亦可確認被靜電夾頭吸附的情形，且將此當作觸發而施加偏壓電位。
第5圖係顯示為了對晶圓W施加逆向偏壓電位(推後電位)而設於載物台裝置50的機構83。電位賦予機構83係根據從晶圓W釋放出之二次電子資訊(二次電子產生率)，依存於晶圓W之電位的事實，藉由在載置晶圓W之 載物台的載置面551施加±數V之電位以控制二次電子之產生者。又，該電位賦予機構83亦扮演著使照射電子當初所具有的能量減速，且以100至500eV左右之電子能量照射晶圓W用的用途。
如第5圖所示，電位賦予機構83係具備：與載物台裝置50之載置面551電連接的電壓施加裝置831；及充電調查及電壓決定系統(以下稱為調查及決定系統)832。調查及決定系統832係具備：電連接在電子光學裝置70之檢測系之圖像形成部763的監視器833；連接在監視器833的運算子(operator)834；及連接在運算子834的CPU 835。CPU 835係對電壓施加裝置831供給信號。電位賦予機構83係被設計成用以尋找作為檢查對象之晶圓難以帶電的電位，且施加該電位。
作為檢查晶圓W之電氣缺陷的方法，亦可在本來電絕緣之部分與該部分處於通電狀態的情況，利用該部分之電壓不同的情形。該情形，首先藉由事前在晶圓W施加電荷，使本來電絕緣之部分的電壓、與雖然為本來電絕緣之部分但是因某種因素而處於通電狀態之部分的電壓產生電壓差，之後藉由照射電子束，取得具有電壓差之資料，且解析該取得資料，以檢測出呈通電狀態之情形。
以上，雖然已就將卡匣c內之晶圓W搬送至載物台裝置上為止的動作作了說明，但是為了將被載置於載物台裝置50並完成處理的晶圓W從載物台裝置50送回至卡匣c而進行與前面所述者相反之動作來送回。又，以事先在晶 圓架47載置複數片晶圓的方式，於利用第2搬送單元63而在晶圓架47與載物台裝置50之間進行晶圓之搬送的期間，可利用第1搬送單元61在卡匣c與晶圓架47之間進行晶圓之搬送，且可效率佳地進行檢查處理。
預充電單元81，係如第1圖所示，在工作室31內鄰接電子光學裝置70之鏡筒71而配設。本檢查裝置係一種藉由對作為感測器對象之晶圓W照射電子束並予以掃描以檢查形成於晶圓W之表面的元件圖案等的形式之裝置。因而，雖然將依電子束之照射而產生的二次電子等資訊作為晶圓表面之資訊，但是有時係依晶圓之材料、照射電子之能量等條件而使晶圓表面帶電(即充電)。更且，即使在晶圓表面，亦有可能產生強帶電之部位與弱帶電之部位。當晶圓表面之帶電量有不均等時，二次電子資訊亦會產生不均等，而無法獲得鮮明的資訊。因此，為了要防止不均等，而設有具有荷電粒子照射部811之預充電單元81。在對要檢查的晶圓W之預定部位照射檢查電子之前，為了要消除帶電不均等，而從預充電單元81之荷電粒子照射部811照射荷電粒子。該晶圓表面之充電係可藉由事先形成作為檢測對象的晶圓面之圖像，且評估該圖像而檢測出，且根據該檢測結果使預充電單元81動作。在預充電單元81亦可暈映照射一次電子束。
第1圖所示之檢查系統1，係具備對準控制裝置87。該對準控制裝置87，係使用載物台裝置50而使晶圓W對電子光學裝置70定位的裝置，如第6圖所示，其可使用光 學顯微鏡871以比根據電子光學裝置70低之倍率進行根據寬視野觀察晶圓W之概略位置對準使用電子光學裝置70之電子光學系進行高倍率之晶圓W的位置對準、焦點調整、檢查區預設定、圖案對準等的控制。如此使用光學系以低倍率來檢查晶圓W之目的，係由於為了自動進行晶圓W圖案之檢查，在使用電子束觀察晶圓W的圖案並進行晶圓對準時，有必要使電子束更容易檢測出對準標記所致。
光學顯微鏡871，較佳者係在主外殼30內設計成可移動，且使光學顯微鏡871執行動作用之光源(未圖示)亦設計在主外殼30內。進行高倍率觀察用之電子光學系，係共用電子光學裝置70之電子光學系(即一次光學系701及二次光學系702)。為了以低倍率來觀察晶圓W上之被觀察點，藉由使載物台裝置50之X機台53朝X方向移動以使晶圓之被觀察點移動至光學顯微鏡871之視野內。利用光學顯微鏡871以寬視野來目視晶圓W並利用CCD 872使晶圓W上之應觀察位置顯示在監視器873上，而大致決定觀察位置。該情況，亦可使光學顯微鏡871之倍率從低倍率變化至高倍率。
其次，使載物台裝置50移動相當於電子光學裝置70之光軸O3 -O3 與光學顯微鏡871之光軸O4 -O4 之間隔δ x程度的距離以使光學顯微鏡871事先決定的晶圓W上之被觀察點，移動至電子光學裝置70之視野位置上。該情況，由於電子光學裝置70之軸線O3 -O3 與軸線O4 -O4 之間的間隔δ x係事先知曉，所以只要使之移動距離δ x即可使被觀察 點移動至電子光學裝置70之視野位置上。另外，在此之說明中，雖然電子光學裝置70與光學顯微鏡871兩者只在沿著X軸線之方向有位置偏移，但是亦可在X軸方向及Y軸方向偏移。在完成被觀察點移動至電子光學裝置70之視野位置之後，利用電子光學裝置70之電子光學系，以高倍率SEM拍攝被觀察點並記憶圖像，或是利用攝影裝置使之在監視器上顯示。
如此，在利用電子光學系以高倍率使晶圓W之觀察點顯示在監視器之後，利用公知的方法檢測出與載物台裝置50之旋轉基台54之旋轉中心相關的晶圓W之旋轉方向的偏移，即晶圓W之旋轉方向對電子光學系之光軸O3 -O3 的偏移δ θ，又，檢測出與電子光學裝置70相關的指定圖案之X軸及Y軸方向的偏移。根據如此所獲得的檢測值及其他方法所獲得之設於晶圓W的檢查標記之資料或與晶圓W之圖案形狀等相關的資料，來控制載物台50之動作並進行晶圓W之對準。
依據以上之說明，以下就用於檢查系統1的電子光學裝置70之幾個實施形態加以說明。
第7及8圖係概略性顯示用於本發明檢查裝置的電子光學裝置70之第1實施形態的構成，電子光學裝置70係為多電子束方式之電子光學裝置。如圖所示，電子光學裝置70係具備：一次電子光學系(以下簡稱為一次光學系)910a、二次電子光學系(以下簡稱為二次光學系)910b、及檢測系910c。
一次光學系910a，係一種對於構成形成在晶圓等試料909的半導體元件(例如晶粒)之圖案照射電子束E的光學系，其具備：用以釋放出電子束E的電子槍901a；形成有以直線狀或二次元排列的複數個小孔902a並將從電子槍901a釋放出的電子束E成形於複數個電子束(多電子束)的多開口板902；使多電子束收斂的電子透鏡903；區劃成NA開口905a的NA開口構件905；將通過NA開口905a之多電子束予以縮小的靜電透鏡904；靜電偏向器944；E×B分離器907；第1物鏡906；偏向器942、943；及第2物鏡908。該等的構成要素係如第7圖所示，將電子槍901a形成於最上部，依序且以從電子槍901a釋放出的電子束E之光軸OA1成為與試料909之表面垂直的方式配置。
多開口板902之複數個小孔902a，係配置在以一次光學系910a之光軸OA1為中心的圓周內，且以投影在y軸上時所鄰接的小孔間之y軸方向的間隔全部成為相等的方式所形成。因而，依各小孔902a而成形的多電子束亦被配置在以光軸OA1為中心的圓周內，而電子束相互間之最小間隔，係以保持二次光學系910b之解像能力以上的距離，且該等電子束間之y軸方向的間隔全部成為相等的方式所構成。
二次光學系910b係具備：在E×B分離器907之附近且沿著相對於光軸OA1傾斜之光軸OA2而配置的聚光透鏡913；及偏向器914。試料909之表面上的各電子束間之最小間隔，係比二次光學系910b中的試料909之表面上的解 像能力還大。
檢測系910c係具備：具有與多開口板902之各小孔902a相對應之通道的微通道板(MCP)915；與各小孔902a相對應的多陽極916及電阻918；包含A/D(類比/數位)轉換器在內的圖像形成電路919；及記憶體920。如第8圖所示，多陽極916係為排列在呈長方形之構造內的細線迴路形狀，其可迅速排放從MCP釋放出的氣體。又，各多陽極916之一端部917係固定在陶瓷之基板941，且透過導線917a連接在電阻918及圖像形成電路919。
依以上之構成，上述電子束E可利用縮小透鏡904與物鏡906、908而縮小，而並列於Y軸方向的各電子束被調整成較細並成像在試料909上。一面利用偏向器942、943使該等電子束E偏向而一面沿著X軸方向掃描試料909上。然後，從掃描點產生的二次電子群，係如虛線911所示地行進並可利用第2物鏡908、第1物鏡906及聚光透鏡913來放大相互之間隔，同時調整倍率俾其與設在MCP(微通道板)之背後的多陽極916之間隔成為相等。
其次，第9圖係概略顯示本發明檢查裝置中所用的電子光學裝置70之第2實施形態的構成。該第2實施形態，係一種單束方式之掃描式電子光學裝置，其與第7圖之第1實施形態不同的地方，係在於其不需要多開口板902、透-鏡913及多陽極16(第8圖)之點。同時，在單束方式之掃描式電子光學裝置中，多束方式之裝置的檢測系910c，係由PIN二極體或閃爍器(scintillator)與光電倍增器 (photomultiplier)所構成的檢測器910d來取代之點亦為不同。另外，第9圖中，在與第7圖所示之構成要素相同的構成要素上附記相同的元件符號，且省略有關其等之說明。
在第9圖所示的單束方式之電子光學裝置70中，由於係以1條電子束檢測出1圖素份之資訊，所以只要可檢測出與從試料909之被檢查面產生的二次電子群之數量相當的信號強度即可，且有以簡易的檢測系即可完成的優點。
在使用第7或9圖所示之電子光學裝置70的檢查裝置中，為了檢查缺陷，而在對形成有複數個晶粒之晶圓等的基板照射電子束並取得該被檢查面之圖案的圖像的情況，即使在所取得的圖像，理論上各晶粒亦應可如設計般地排列。但是，如已說明般，實際上，會在使載物台移動之載物台導件上發生畸變，或在微影步驟中發生曝光誤差，而起因於該等現象，被形成的圖像上之晶粒排列有時會與晶圓上之晶粒的排列不同。若依據實機測試，則通常有2至3μm左右的位置誤差。在該種情況下，由於在圖像比較之缺陷檢測上會發生障礙，所以為了要取得與晶圓上之晶粒排列相等的圖像，而需要進行位置誤差的補正。
因此，由於為了要補正上述之位置誤差，而很難使用補正XY映射(map)(動態範圍±20μm)來補正所有的誤差要因，所以在本發明中，首先，起因於會對絕對座標及晶粒對晶粒比較檢查之精確度帶來影響的機械要因之再現性高的位置誤差(靜態誤差)之補正項，係事先以指定週期(例如，半年1次左右)，產生詳細的誤差映射並利用回歸運算 來決定補正函數(△x,△y)=f1(x,y)。然後，在檢查時，使用事先被運算被記憶的補正函數，以進行靜態誤差之補正。
另外，對有可能動態變動之模糊等畫質帶來影響的位置誤差(動態誤差)，係在實際檢查時，依每一晶圓等決定補正函數(△x,△y)=f2(x,y)，並用於補正中。
再者，本發明人雖然已檢討如何補正再現性高的靜態誤差，但是結果，可明白靜態誤差之內，佔最大比重的XY座標系之正交誤差、及依雷射干涉計之鏡片畸變而產生的誤差(鏡片畸變誤差)，佔有比較大的比重。所謂正交誤差，係依干涉計鏡片及載物台導件之組裝精確度及平面度而產生的誤差。因而，本發明之特徵在於減低該等誤差。本說明書中，係將補正正交誤差稱為「等級1」之補正，而將補正鏡片畸變誤差稱為「等級2」之補正。
另外，在再現性高之靜態誤差中，除了正交誤差及鏡片畸變誤差以外，尚包含有晶圓旋轉所造成之誤差、晶圓之X軸及Y軸方向的移位誤差、以及X軸及Y軸方向之標尺(scale)誤差，若依據本發明，則該等誤差亦可檢測出並予以補正。
如此，藉由以2方式來補正靜態誤差，而解決只因習知例之電子束的偏向補正而所造成的情況之動態範圍小的問題，又，藉由在檢查晶圓時不使用資料量多的MAP，即可謀求處理時間之縮短及簡化，且可進行高精確度及高生產量的檢查。
第10圖係顯示用以補正本發明電子束裝置之載物台 誤差之構成的方塊圖。參照第10圖，就各種的實施形態之等級1及2的補正，詳細說明如下。
(實施形態1)
首先，將事先知道的複數個基準點之正確的XY座標即理想位置座標(x0 ,y0 )的基準晶圓W0 ，載置於檢查裝置之XY載物台10-1上，在CPU10-2之控制下，驅動XY載物台驅動裝置10-3，控制一次電子束照射在基準點上，然後，利用雷射干涉計10-4，計測該晶圓之複數個基準點的位置座標即計測位置座標(x,y)。所計測的基準點之數量，考慮等級2之補正只要在5點以上的話雖可為任意的數量，但是為了要進行更正確的補正，通常以計測30至60點左右之基準點的座標為宜。因而，實際上，理想位置座標(x0 ,y0 )及計測位置座標(x,y)，係為30至60組左右。理想位置座標(x0 ,y0 )，係設為事先記憶在記憶裝置10-5中者。
其中，CPU10-2係求出基準點之理想位置座標(x0 ,y0 )與計測位置座標(x,y)間的差，△x=x0 -x △y=y0 -y，然後，使位置誤差(△x,△y)，對應計測位置座標(x,y)並記憶在記憶裝置10-5中。
其次，CPU10-2係將被記憶的位置誤差(△x,△y)及計測位置座標(x,y)代入於以下之公式(1)及(2)並進行回歸運算，且決定係數a1 至e1 及a2 至e2 。
△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (1)
△y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (2)
然後，在所獲得的係數a1 至e1 及a2 至e2 之中，使用係數c1 及b2 將正交誤差，當作正交誤差=b2 -c1 來運算。另外，a1 係表示X軸方向移位誤差，a2 係表示Y軸方向移位誤差，b1 係表示X軸方向標尺誤差，c2 係表示Y軸方向標尺誤差，b2 係表示相對於X軸之晶圓旋轉誤差，及c1 係表示相對於Y軸之晶圓旋轉誤差。因而，b2 -c1 係表示XY軸之正交誤差。該等係數之決定，係以引導成補正後之位置誤差的最大成為2至3μm以下為宜。
藉此，成為等級1之補正對象的正交誤差(=b2 -c1 )就被運算。CPU10-2係使所獲得的正交誤差儲存在記憶裝置10-5中。
又，CPU10-2係在所獲得的係數a1 至e1 及a2 至e2 之中，將係數d1 、d2 、e1 、e2 代入於以下之公式(3)及(4)中。
△x=d1 x2 +e1 y2 (3)
△y=d2 x2 +e2 y2 (4)
依係數所代入之公式(3)及(4)而表現的(△x,△y)係表示鏡片畸變誤差，可獲得表示等級2之補正對象之誤差的公式。CPU10-2係使所獲得的公式(亦即，係數所代入之公式(3)及(4))儲存在記憶裝置10-5內。另外，實際上，依公式(3)及(4)所表現的(△x,△y)，雖然亦包含有鏡片畸變誤差以外的誤差成份，但是由於鏡片畸變誤差係為最大的誤差成份，所以公式(3)及(4)可謂表示鏡片畸變誤差。
在等級1之補正中，雖然打算補正XY正交誤差，而只要使X座標旋轉b2 -c1 即可，但是實際上，為了要在檢查時等效進行此，而以如下方式進行。亦即，如第11圖之(A)所示，在檢查時，藉由對每一掃描帶(swath)1、2、…、i、…，在Y座標上，加上對應各掃描帶i之值的偏置(offset)i×△k(△k：單位偏置值=在掃描帶1之偏置值)，即可執行XY正交誤差之補正。另外，此由於係利用θ載物台使掃描方向(掃描軸)對照Y軸，所以補正可彙集在X軸之旋轉即Y軸座標之偏置上所致。
如此加上偏置的結果，如第11圖之(B)所示，可將XY座標之正交誤差形成大致0。單位偏置值△k，係利用CPU10-2，依正交誤差b2 -c1 與1掃描帶寬度而運算(△k=1掃描帶寬度×tan(b2 -c1 ))，且儲存在記憶裝置10-5中。然後，CPU10-2係在實際的試料圖案檢查時，按照從雷射干涉計10-4所獲得的X座標決定i，且從記憶裝置10-5中讀出△k，然後，在從雷射干涉計10-4所獲得的Y座標上加算i×△k。藉此，補正XY座標之正交誤差。
X軸方向移位誤差a1 、Y軸方向移位誤差a2 ，係在開始檢查試料圖案之前，藉由重新登錄晶粒原點而執行。
從以上可明白，等級1之補正係利用回歸運算求出公式(1)及(2)，為了補正依此所獲得的XY正交誤差，而將各掃描帶朝Y軸方向偏置與該掃描帶相關聯的份量。XY正交誤差，由於通常為靜態，所以在相同的檢查裝置中，只要以半年1次左右之比例運算偏置量△k，更新記憶裝置 10-5內之偏置值△k即可。
雖然等級2之補正亦在實際檢查時進行，但是當開始檢查時，CPU10-2會從記憶裝置10-5中讀出如上面所述所獲得的公式(3)及(4)，且於該等公式中代入依雷射干涉計10-4所獲得的計測位置座標(x,y)，並以實時(real time)運算△x及△y。然後，在記憶裝置10-5內事先記憶著表示位置誤差(△x,△y)與對偏向器10-7施加電壓之補正值△V之關係的查詢表(lookup table)，而CPU10-2係參照該查詢表，在該時間點決定用以補正依公式(3)及(4)所獲得之位置誤差(△x,△y)的補正電壓△V，且控制偏向電壓供給裝置10-6以將該補正電壓供至偏向器10-7。藉此，二次電子束會被偏向，並在檢測器10-8上形成有像。形成有該像之位置，係成為鏡片畸變誤差被減低的位置。
從以上可明白，等級2之補正係事先決定公式(3)及(4)，且在實際檢查時以實時，使用該等公式來運算檢查點之位置誤差，且根據此將至MCP等之檢測器10-8的電子束予以偏向，藉以補正檢測器上的成像位置。
第12圖之(A)至(C)係以向量顯示使用已判明XY座標之晶圓而測定的位置誤差，(A)係顯示不進行位置補正時的位置誤差，(B)係顯示只進行過等級1之補正時的位置誤差，(C)係顯示進行過等級1及等級2之補正時的位置誤差。例如，依等級1之補正量係為±10μm左右，依等級2之補正量係為±0.5μm左右。
從該等圖可明白，藉由進行等級1及2之補正，相較 於未補正之情況及只進行等級1之補正的情況，可大幅減低位置誤差。因而，可明白依本發明之補正對於位置誤差之減低極為有效。
(實施形態2)
在本實施形態2中，亦與實施形態1同樣，CPU10-2使用基準晶圓W0 運算複數個基準點之誤差(△x,△y)，且利用公式(1)及(2)之回歸運算求出係數a1 至e1 及a2 至e2 以決定正交誤差。之後，CPU10-2係使用被決定的正交誤差，補正基準晶圓W0 上的複數個基準點之計測位置座標(x,y)。該補正，係與實施形態1中的正交誤差之補正相同。
其中，使用經補正後的計測位置座標(x',y')，依回歸運算而求出與公式(1)及(2)同樣的公式△x=a1 +b1 x'+c1 y'+d1 x'2 +e1 y'2 (1')
△y=a2 +b2 x'+c2 y'+d2 x'2 +e2 y'2 (2')之係數a1 至e1 及a2 至e2 。
然後，將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(1')及(2')(即(1)及(2))中而所得的公式，當作表示鏡片畸變誤差的公式，並記憶在記憶裝置10-5中。在本實施形態2中，雖然係以公式(1')及(2')表示鏡片畸變誤差，但是在補正正交誤差的情況，由於該等公式之係數a1 至c1 及a2 至c2 大致為零，所以公式(1')及(2')，可以說是與公式(3)及(4)大致等效。
驅動電子束裝置以進行晶圓W之檢查時的等級1之補正及等級2之補正，係與實施形態1之情況同樣進行(但 是，用於鏡片畸變誤差之補正的公式不同)。
(實施形態3)
在本實施形態3中，亦與實施形態1同樣，使用基準晶圓W0 運算複數個基準點之誤差(△x,△y)。然後，取代公式(1)及(2)而使用以下之公式(5)及(6)，利用回歸運算求出係數a1 至c1 及a2 至c2 ，且將XY座標系之正交誤差當做b2 -c1 來運算。
△x=a1 +b1 x+c1 y (5)
△y=a2 +b2 x+c2 y (6)
其次，CPU10-2係使用經決定的正交誤差，補正基準晶圓W0 上的複數個基準點之計測位置座標(x,y)。然後，使用被補正後的計測位置座標(x',y')，並利用回歸運算求出與公式(3)及(4)等效的以下之公式(3')及(4')△x=d1 x'2 +e1 y'2 (3')
△y=d2 x'2 +e2 y'2 (4')之係數d1 、e1 、d2 、e2 。
然後，將被求出的係數d1 、e1 、d2 、e2 ，代入公式(3')及(4')中而所得的公式，當作表示鏡片畸變誤差的公式，記憶在記憶裝置10-5中。
驅動電子束裝置以進行晶圓W之檢查時的等級1之補正及等級2之補正，係與實施形態1之情況同樣進行(但是，用於鏡片畸變誤差之補正的公式不同)。
(實施形態4)
在本實施形態4中，與實施形態3同樣，係使用公式 (5)及(6)而決定正交誤差，且使用該被決定的正交誤差，補正基準點之計測位置座標(x,y)。之後，CPU10-2係使用被補正後的計測位置座標(x',y')，依回歸運算而求出滿足公式(1)及(2)△x=a1 +b1 x'+c1 y'+d1 x'2 +e1 y'2 (1')
△y=a2 +b2 x'+c2 y'+d2 x'2 +e2 y'2 (2')之係數a1 至e1 及a2 至e2 。然後，將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(1')及(2')中而所得的公式，當作表示鏡片畸變誤差的公式，記憶在記憶裝置10-5中。
驅動電子束裝置以進行晶圓W之檢查時的等級1之補正及等級2之補正，係與實施形態1之情況同樣進行(但是，用於鏡片畸變誤差之補正的公式不同)。
如上面所述，在電子束裝置中，靜態產生的誤差，係載物台正交誤差及依鏡片畸變所產生的誤差為主要的誤差，在本發明中，由於係分別利用等級1之補正及等級2之補正來減低該等誤差，所以可減低晶圓上的檢查點之位置誤差以獲得理想的位置座標。
此時，由於係事先求出表示正交誤差及依鏡片畸變所產生的誤差之運算式並予以記憶，且在實際檢查時讀出該運算式，並藉由將計測位置座標代入於運算式中以補正該計測位置座標，所以可以高精確度且高生產量來進行檢查。又，雖然偏向器10-7之偏向動態範圍低至±20μm左右為通常的事，但是即使在該種情況，由於係以等級1之補正來補正正交誤差，所以殘存的位置誤差可被減低(參照 第12圖)。因而，即使其為動態範圍小的偏向器10-7，亦可利用。
有關缺陷判定，將於此做詳細說明。在判定缺陷時，如第13圖之(A)所示，比較不同晶粒1004之相互對應的條狀區域(stripe)1002的圖像彼此間。此係因若無缺陷，則可預測到在所對應的條狀區域相互包含有相同的圖案，而在有缺陷時比較結果發生不一致之故。
在第13圖之(A)中，在比較相同晶圓上之相互鄰接的晶粒之條狀區域1002中的圖案彼此間並進行缺陷檢測時，藉由使載物台朝Y軸方向連續移動，而連續觀察被比較的兩個圖案，且在短時間內結束晶圓全體之檢查。
作為其他的缺陷檢測手法，例如亦可使用CAD資訊。此係從用以產生條狀區域1002內所包含之圖案的CAD資訊中，將與條狀區域1002內所包含者相同的圖案，依運算當作基準圖像而產生於記憶體上，且比較該基準圖像與晶圓上之圖案(第13圖之(A)中為條狀區域1002之圖像)並求出其差，藉以檢測出缺陷。
比較兩個晶粒之圖案彼此間的手法，係在進行晶圓全面之檢查時，就相鄰的晶粒連續檢查晶圓上的晶粒之相同圖案藉以縮短檢查時間。相對於此，與來自CAD資訊之基準圖像相較的手法，係包含：將CAD資訊之向量資料轉換成作為圖像資料之光柵資料(raster data)並保存於記憶體內以產生基準圖像的步驟；為了防止誤檢測而將在被檢查圖像中雖可預料與基準圖像之差但是並非為缺陷的部分，例 如圖案之角隅部，進行圖像轉換並反映在基準圖像的步驟；將基準圖像之濃度轉換成從晶圓中取得被檢查圖像時可預料之濃度的步驟；及使基準圖像與從晶圓中取得的被檢查圖像之位置一致的步驟。雖然其中任一種缺陷檢測手法皆亦可進行圖案之形狀缺陷或微粒子檢測，但是由於係使用電子束來取得晶圓上之圖像，所以亦可獲得電壓對比資訊，且可檢測出電性缺陷。
以上說明之圖案檢查方法，在採用第14及15圖所示的其他形式之電子光學系的裝置中亦可執行。第14圖係概略性顯示用於本發明檢查系統1的電子光學裝置70之第3實施形態的構成，電子光學裝置70係採用映射投影方式。如圖所示，一次光學系1024係對晶圓1028之法線從斜方向入射電子束，利用E×B分離器1025將電子束朝相對於晶圓1028之被檢查面大致垂直的方向彎曲，且在晶圓1028上照射長方形電子束。從晶圓1028釋放出的二次電子群，係利用物鏡數位板(tablet)1027、1026、放大透鏡數位板1029、1029'及放大透鏡1030、1031而放大，二次電子之放大像可在MCP 1032上成像。
在晶圓1028之位置起因於載物台之Y軸方向的速度不均而從設計值偏移，或被掃描中的晶粒從設計上之位置偏移的情況，當不進行任何補正作業時，就會在由二次電子群所產生的圖像中發生晶粒之位置偏移。為了要補正該位置偏移，可進行等級1及2之補正。在等級2中，係對偏向器1047、1048進行回授或前授補正。
第14圖中，二次電子群係成像於MCP1032上，且在該處放大。在MCP1032上放大的二次電子群，係利用塗敷在FOP(fiber optical plate，光纖板)1033之下面的閃爍器(scintillator)轉換成光，且利用光學透鏡1034依TDI檢測器1035而成像，並轉換成電信號。
第15圖之(A)係概略性顯示在本發明檢查裝置中所用的電子光學裝置70之第4實施形態的構成，電子光學裝置70係採用多光軸多束方式之電子光學系。電子光學裝置70係具備：電子槍1061、多開口板1062、聚光透鏡1063、物鏡1065、E×B分離器1064、二次電子像放大透鏡1067、MCP1068及多陽極1069，且構成該等之構成要素在一直線上相對於晶圓1066配置有複數組。該結果，各組之一次光學系的光軸係設定在不同晶粒所對應的條狀區域之相同位置上。
以物鏡1065與陽極1061a所代表的一次光學系之光學零件，係如第15圖之(B)所示，在熱膨脹係數大致為零的1片陶瓷之基板，設置複數個構成光軸的孔，利用嵌合孔(knock hole)1071進行位置對準，藉此構成複數個光學要素。在物鏡1065中，選擇性地在電極孔1072之內側及光軸之近旁塗敷金屬以進行帶電防止作業，同時可在各電極孔1072之周圍分別施加獨立的電壓。
如第15圖之(C)所示，就陽極1061a而言，由於各陽極孔1074之周邊亦可施予金屬塗敷，且獨立施加電壓，所以可對每一陽極孔調整陽極電流。該等的陽極孔1074之間 隔，係設定成與晶圓1066上的晶粒之X軸方向之間距的整倍數正確一致，因此，通過各陽極孔的電子束可檢查不同晶粒所對應的條狀區域之相同位置。另外，陽極1061a係使其在通過晶圓1066之中心的軸之周圍旋轉而可進行位置調整。當起因於載物台之移動速度不均等的位置誤差或起因於晶粒之位置偏移的誤差，當如上述地被算出時，就可進行等級1及2之補正。在等級2之補正中，係對偏向器1075與E×B分離器1064內之靜電偏向部1076進行前授補正。結果，可經常獲得形成有不同晶粒之相同圖案的區域之二次元圖像。即便就算發生電子束位置漂移之其他要因的位置偏移，亦由於係將使前面所取得的圖像朝X軸方向及Y軸方向位置偏移±2圖素的圖像24片與沒有位置偏移的1片之共計25片的圖像，與所取得的圖像逐個做比較，所以不會發生問題。
第16圖係概略性顯示用於本發明檢查裝置上的電子光學裝置70之第5實施形態的構成，作為檢查對象之試料係為穿透電子的圖罩(stencile mask)，以下，使第16圖之檢查裝置的構成，與可在該裝置進行的檢查方法相關聯地加以說明。
第16圖中，從具備LaB6製之陰極1081、韋乃特極(Wehnelt，柵極)1082及陽極1083的電子槍1084沿著軸Z而釋放出電子束。被釋放出的電子束係照射在長方形之成形開口1084，依該開口1085使與軸Z呈垂直之剖面的形狀成形為長方形。通過成形開口1085而成形為長方形的電 子束係依聚光透鏡1086而聚焦並在NA開口1087形成交越(cross-over)。通過NA開口1087之電子束係依照射透鏡1088，而在作為被檢查遮罩之圖罩1089形成長方形之像並予以照射。
另外，圖罩1089係將其周邊部依靜電夾頭1090而夾緊並固定在載物台1091。為了要經常測定載物台1091之位置其設置一具備固定鏡片1092、移動鏡片1093、固定之半反射鏡1094、雷射振盪器1095及雷射接收器1096的雷射測長儀，且使移動鏡片1093與載物台1091之移動同時移動。藉此，雷射測長儀係根據從雷射振盪器1095所發出的雷射光在固定鏡片1092反射並回到雷射接收器1096的時間、及從雷射振盪器1095所發出的雷射光在移動鏡片1093反射並回到雷射接收器1096的時間之差，而求出載物台1091之位置。使用該測定結果而精確度佳地測定載物台1091之位置並進行圖罩1089之重合(registration)。有關於此將於後述。
如此，從電子槍1084所釋放出的電子束，係穿透圖罩1089而在物鏡1097之主面成像並放大，更且，由2段之放大透鏡1098、1099而放大並入射至閃爍器1100內。閃爍器1100係將所入射的電子束轉換成其對應的光之像，被轉換過的光之像係在成像於光學透鏡1101之後，依TDI檢測器1102而轉換成電信號。藉由處理該電信號，即可取得關於圖罩1089之一個被檢查區域的二次元圖像。
一面使電子束從電子槍1084釋放出而一面使載物台 1091朝單方向移動並就圖罩1089之一系列的被檢查區域進行以上之處理。其次使載物台1091移動，且對其相鄰之行的被檢查區域照射電子束並從TDI檢測器1102取得二次元圖像。之後，反覆進行同樣的順序就整個被檢查區域取得二次元圖像，且依次處理如此所取得的二次元圖像，藉此即可進行圖罩1089之檢查。
在此，就圖罩1089之重合作業加以說明。為了要進行重合作業，首先，將圖罩1089上之間隔明確的兩個圖案置入一個視野內以取得二次元圖像。如此在取得二次元圖像之後，先測定圖罩1089之被檢查區域出現在二次元圖像時的倍率並予以記憶。使用該被記憶的倍率、上述間隔、及存在於該間隔內的圖素之數目，算出圖罩1089中的1個圖素之尺寸α(nm/圖素)，且亦將其予以記憶。
其次，使載物台1091移動並取得圖罩1089上不同之二個部位的圖案之二次元圖像，同時依前面所述的雷射測長儀測定各自之二次元圖像所取得的時刻之載物台1091的位置並予以記憶。結果，可從所取得的二次元圖像、各自之載物台的位置、及上述之尺寸α，正確地決定圖罩1089之姿勢及其基準位置。如此完成重合作業。
根據如此被決定的重合，一面使載物台1091沿著圖罩1089之圖案朝單方向連續移動，而一面依TDI檢測器1102，將伴隨載物台1091之移動而取得的圖像信號在載物台1091之移動方向積分，藉此而取得S/N比被改善的二次元圖像。當如此地結束一系列之被檢查區域的掃描時，就 其相鄰的行亦可進行同樣的掃描並進行二次元圖像的取得。TDI檢測器1102係藉由比較所取得的二次元圖像與儲存於電腦之記憶體(未圖示)的參照圖案，即可進行存在於圖罩1089之圖案的缺陷之檢查。
如以上說明，在本發明的電子光學裝置70之第5實施形態中，由於係在進行重合作業之前，先使用由前面所述之順序求出的1個圖素之尺寸α，所以即使倍率變動亦可進行正確的重合作業。另外，在倍率偏移容許值以上時，亦可藉由使放大透鏡1098、1099進行變焦(zoom)動作而使倍率與容許值一致。
第17圖係概略性顯示用於本發明檢查系統中的電子光學裝置70之第6實施形態的構成。第17圖中，檢查對象係為非穿透性的晶圓。以下，使第6實施方式之構成，與在該裝置上所執行的檢查順序相結合來加以說明。第17圖中，從使釋出熱電子之陰極在空間電荷限制條件下動作的電子槍1111中釋放出的電子束，係依沿著一次光學系之光軸112而排列的聚光透鏡113、照射透鏡114、電子束成形開口(未圖示)及NA開口(未圖示)而成形為長方形並入射至E×B分離器115。在此電子束之行進方向係從光軸1112朝與晶圓1116呈垂直之方向彎曲，且通過由第1物鏡1117及第2物鏡1118所構成的物鏡數位板而照射晶圓1116。與第16圖同樣，晶圓1116係固定在載物台(未圖示)，而載物台之位置可依雷射干涉計(未圖示)而觀測。
依電子束之照射而從晶圓1116所產生的二次電子，係 在由第1物鏡1117、第2物鏡1118及三個放大透鏡1119、1120、1121所構成的映射投影光學系上被放大。如此被放大的電子束，可利用對電子束具靈敏度的TDI(Time Delay Integration，時間延遲積分)檢測器1122檢測出，且轉換成其對應的電信號。該電信號係供至圖像形成電路1123，且形成與從晶圓1116所產生之二次電子相對應的二次元圖像。該二次元圖像係儲存在圖案記憶體1124內。
在此，就來自晶圓1116之整個被檢查區域的二次元圖像之取得加以說明。第18圖中，當假想將二次光學系之光軸1125取於z軸，與z軸呈垂直且與第17圖之紙面呈平行取x軸，與該等z軸及x軸呈垂直取y軸的座標系時，從電子槍1111被釋放出的電子束如前面所述地成形為長方形，且在晶圓1116之面上，沿著y軸方向照射細長之長方形的區域1131(第18圖之(A)以斜線所示的部分)。該區域1131係伴隨偏向器1126、1127使電子束偏向，而朝x軸方向移動與形成於晶圓1116上的圖案之條狀區域寬度1132相當的距離。藉此可掃描沿著晶圓1116之面的x軸方向較長的掃描帶(被稱為掃描視野)1133，同時晶圓1116係與載物台同時朝y方向連續移動。如此晶圓1116之一個條狀區域可沿著x、y方向被掃描，且伴隨掃描，取得從晶圓1116所產生的二次電子之像並完成該條狀區域之掃描。其次，使載物台沿著x方向移動1條狀區域寬度並進行下一個條狀區域之掃描，而取得圖像。
由於晶圓1116之表面並非一定為平坦，所以在本發明 之第6實施形態中，於取得圖像之前，先測定試料面之聚焦條件並予以記憶。為了要測定該聚焦條件，例如，觀測晶圓1116之表面的濃度分佈。因此，如第18圖之(B)所示，在晶圓1116之面內，取得包含適切之圖案1134在內的掃描視野1135之圖像，且測定x軸方向之濃度分佈。結果，例如，可測定第18圖之(C)所示的濃度分佈1136。因此，算出濃度從12%上升至88%為止之掃描視野1135中的距離△x。在每次改變供至物鏡1118之電壓V48 進行該距離△x之算出，且計算第18圖之(D)所示之用以顯示△x與V48 之關係的曲線1137，以求出該曲線1137提供最小值時之物鏡1118的電壓值V48 (min)。如此，求出對應一個掃描視野之電壓值。就晶圓1116之整個被檢查區域進行該種處理，並求出各掃描視野與對應此之電壓值V48 (min)。
其次，以與有關第16圖所說明者相同的順序，進行晶圓1116之重合作業。首先，將試料上之間隔明確的二個圖案置入一個視野內以取得二次元圖像。在如此取得二次元圖像之後，測定晶圓1116之被檢查區域出現於二次元圖像上時的倍率並予以記憶。使用該被記憶的倍率、上述間隔、及存在於該間隔內的圖素之數目，算出晶圓1116中的1個圖素之尺寸α(nm/圖素)，且亦將其予以記憶。
其次，邊使載物台移動邊取得晶圓1116上不同之二個部位的圖案之二次元圖像，同時依前面所述的雷射測長儀測定各自之二次元圖像所取得的時刻中之載物台的位置並予以記憶。結果，可從所取得的二次元圖像、各自之載物 台的位置、及上述之尺寸α中，正確地決定晶圓1116之姿勢及其基準位置。如此完成重合作業。
為了要進行重合作業，由於係使用以前面所述之順序求出的1個圖素之尺寸α，所以即使倍率發生變動亦可進行正確的重合作業。另外，在倍率偏移容許值以上時，亦可藉由使放大透鏡1120、1121變焦(zoom)動作而使倍率與容許值一致。
根據如此被決定的重合，一面使載物台沿著晶圓1116之圖案朝單方向連續移動，而一面依TDI檢測器1122，將伴隨載物台之移動而取得的圖像信號在載物台之移動方向積分，藉此而取得S/N比被改善的二次元圖像。當如此地結束一行之被檢查區域的掃描時，就其相鄰的行亦可進行同樣的掃描並進行二次元圖像的取得。TDI檢測器1122係藉由比較所取得的二次元圖像與儲存於電腦之記憶體(未圖示)內的參照圖案，即可進行存在於晶圓1116之圖案的缺陷之檢查。在如此地取得晶圓1116之二次元圖像時，就會在各掃描視野中，即載物台之各位置中，將物鏡1118之激勵電壓設定在事先就該位置所求出的電壓值V48 (min)。藉此，可使映射光學系之透鏡的條件與聚焦條件一致，以取得二次元圖像。
另外，本發明之第5實施形態及第6實施形態，並非為被限定於至目前所說明者。例如，與第17圖所示構成之電子光學裝置相關聯，雖已就以從如晶圓之非穿透性的試料中取得二次元圖像時使透鏡與聚焦條件一致的方式而設 定的順序加以說明，但是即使在試料為如圖罩之穿透性物的情況，亦可使用第16圖所示構成之電子光學裝置，藉由執行同樣的順序，以使其與聚焦條件一致的方式設定透鏡。
在此，有關晶圓之檢查步驟中的檢查順序，係使用第19圖加以說明。一般而言，由於使用電子束之缺陷檢查裝置係為高價，且生產量亦比其他的製程裝置低，所以以目前狀況而言，係使用在被認為最需要作檢查的重要步驟(例如，蝕刻、成膜、或CMP(化學機械研磨)平坦化處理等)之後，或利用在配線步驟中更加細微的配線步驟部分，即配線步驟之1至2步驟及前步驟之閘極配線步驟等中。
被檢查的晶圓係透過大氣搬送系及真空搬送系，使其在超精密X-Y載物台上對準位置之後，利用靜電夾頭機構等來固定，之後，按照第19圖之順序進行缺陷檢查等。起初利用光學顯微鏡，按照需要進行各晶粒之位置確認、或各場所之高度檢測且予以記憶(步驟1141)。光學顯微鏡係取得想看到其他缺陷等所想看到之部位的光學顯微鏡像，且亦可使用於與電子束像之比較等。其次將相應於晶圓之種類(哪個步驟之後，或晶圓之尺寸為200mm、或300mm等)的製程配方(recipe)之資訊輸入至裝置(步驟1142)，以下，在進行檢查場所之指定、電子光學系之設定(步驟1143)、檢查條件之設定(步驟1144)等之後，一面進行圖像取得而一面通常以實時進行缺陷檢查。單元彼此間之比較、晶粒比較等，係可利用具備演算法之高速的資訊處理系統來進行檢查，且可按照需要對CRT等輸出結果，或進 行對記憶體的記憶。
缺陷中有微粒子缺陷、形狀異常(圖案缺陷)、及電性(配線或介層洞等之斷線及導通不良等)缺陷等，且亦可區別該等，或自動地以實時進行缺陷之大小或致命(killer)缺陷(晶片變成不可能使用之重大的缺陷等)的分類。電性缺陷之檢測係可藉由檢測對比異常而達成。例如導通不良之場所由於因電子束照射(500eV左右)，通常帶正電，且對比會降低，所以可與正常的場所區別。該情況之所謂電子束照射手段，除了一般檢查用之電子束照射手段以外，其他係指為了使因電位差而造成對比顯眼所設的低電位(低能量)之電子束產生手段(熱電子產生手段、UV/光電子)。在對檢查對象區域照射檢查用之電子束之前，產生、照射該低電位(能量)之電子束。在藉由照射檢查用之電子束而可使晶圓帶正電的映射投影方式之情況，並沒有必要依規格，而另外設置低電位之電子束產生手段。又，在晶圓等之試料上可從相對於基準電位，因施加正或負之電位等而產生(由於流動容易度依元件之順向或逆向而不同所產生)的對比之差異中進行缺陷檢測。亦可利用於線寬測定裝置及對準精確度測定中。
依電子束而進行晶圓等之試料的檢查，係按照第20圖所示之基本的順序來進行。首先，在步驟1151中，從搬送機構將晶圓投入於載物台上。通常，雖然應受到檢查的晶圓係以複數片(例如25片)為1組而收納在卡匣夾持具內，且從其中逐片或複數片同時取出並載置於缺陷檢查裝 置之載物台上，但是由於缺陷檢查裝置係設置在呈真空狀態之外殼內，所以為了進行從卡匣夾持具中取出被檢查晶圓並載置於載物台上的作業及從外殼中取出結束檢查之晶圓的作業，而需要介於大氣與真空之間的裝置。因此，在投入晶圓時，從卡匣夾持具被取出的晶圓係在迷你環境裝置中被清淨之後搬入至裝載室內。由於裝載室係介以擋門而與外殼相連結，所以當晶圓被搬入至裝載室內時，裝載室內被抽成真空。當裝載室內變成真空時，擋門就會被打開而使裝載室與外殼相聯絡，檢查完的晶圓會從載物台卸下並從外殼排出，同時應被檢查的晶圓被從裝載室搬送至外殼並載置於載物台上。
接於此之後，係在步驟1152中進行對準操作，且進行晶圓之位置對準。在晶圓從裝載室載置於載物台上時，通常，晶圓之晶粒的x軸或y軸，不會與載物台之移動方向或電子束之掃描方向一致。因此，為了就晶圓之晶粒進行正確的檢查，最初，係以構成晶圓之晶粒的軸與載物台之移動方向或電子束之掃描方向一致的方式，使晶圓在載物台上旋轉並補正晶粒之角度偏移。該操作被稱為對準。
在步驟1152中進行對準操作之後，係進行步驟1153以製作用以設定有關檢查之條件等的製程配方。雖然製程配方在被檢查晶圓上最低需要1種類，但是為了對應複數個檢查條件，有時亦會對1片被檢查晶圓，存在有複數個製程配方。又，在有複數片相同圖案之被檢查晶圓的情況，亦可以一種類之製程配方來檢查複數片晶圓。在以過去所 製作的製程配方來檢查的情況，並沒有必要在檢查動作前製作製程配方。
其次，在步驟1154中，檢查動作係按照記載於製程配方中之條件、序列而執行檢查晶圓。缺陷抽出係在每次檢查動作中發現缺陷時就即時進行，被抽出的缺陷則在步驟1155中被分類，被抽出的缺陷之位置等資訊會與分類資訊或缺陷之圖像同時被儲存，而抽出缺陷之位置等的缺陷資訊被顯示在操作畫面上(步驟1156)。當如此結束晶圓之檢查時，該晶圓就會被排出(步驟1157)，且下一個晶圓會被搬送並反覆進行上述一系列之動作。另外，路徑1158係在以過去所製作之製程配方檢查的情況，顯示檢查動作前不需要製作製程配方。
第20圖中，檢查動作(步驟1154)係按照記載於製程配方中的條件、序列而進行晶圓之檢查。缺陷抽出係在每次檢查動作中發現缺陷時就即時執行，且大致並行執行如下之a)至c)的動作。
a)進行缺陷分類(步驟1155)，在結果輸出檔案中追加抽出缺陷資訊與缺陷分類資訊。
b)將抽出缺陷圖像追加在圖像專用結果輸出檔案中或a)之結果輸出檔案中(步驟1156)。
c)將抽出缺陷之位置等的缺陷資訊顯示於操作畫面上。
當以被檢查晶圓單元結束檢查時，大致並行執行如下之a)至c)的動作。
a)關閉並保存結果輸出檔案。
b)在來自外部之通信要求檢查結果時，發送檢查結果。
c)排出晶圓。
在完成連續檢查晶圓之設定的情況，搬送下一個被檢查晶圓，並反覆進行上述一系列之動作。
以下，就第20圖之流程，進一步敘述其詳細。
(1)製作製程配方(步驟1153)
所謂製程配方，係指與檢查相關的條件等之設定檔案且其亦可進行保存。雖然係在檢查時或是檢查前使用製程配方來進行裝置設定，但是所謂與記載於製程配方中之檢查相關的條件，係指
a)檢查對象晶粒
b)晶粒內部檢查區域
c)檢查運算法
d)檢測條件(檢查靈敏度等，缺陷抽出所需要的條件)
e)觀察條件(倍率、透鏡電壓、載物台速度、檢查順序等，觀察所需要的條件)等。有關於c)檢查演算法，將具體敘述如後。
其中，檢查對象晶粒之設定，係如第21圖所示，操作者對顯示於操作畫面上的晶粒映射畫面，指定所要檢查的晶粒。在第21圖之例中，係將晶圓端面之晶粒a、在前步驟中明確判定為不良的晶粒b予以灰視(gray out)並從檢查對象中削除，且將其餘當作檢查對象晶粒。又，亦具有以來自晶圓面之距離或在前步驟中被檢測出的晶粒之良否資訊為基礎而自動地指定檢查晶粒的功能。
又，晶粒內部之檢查區域的設定，係如第22圖所示地對顯示在操作畫面上的晶粒內部檢查區域設定畫面，以操作者利用光學顯微鏡或是EB顯微鏡取得檢查區域之圖像為基礎而以滑鼠等輸入機器指定。在第22圖之例中，係設定以實線所指的區域1161與以虛線所指的區域1162。
區域1161，係將晶粒之大致全體當作設定區域。檢查演算法係設為鄰接晶粒比較法(晶粒-晶粒檢查)而對於該區域之檢查條件、觀察條件的詳細，則另外設定。區域1162係將檢查演算法設為陣列檢查(檢查)而對於該區域之檢查條件、觀察條件的詳細，則另外設定。亦即，可進行複數個檢查區域之設定，且檢查區域可分別以條件設定獨自的檢查演算法或檢查靈敏度。又檢查區域亦可進行重疊作業，對於相同區域，亦可同時處理不同的檢查演算法。
(2)檢查動作(步驟1154)
檢查，係對被檢查晶圓如第23圖所示地細分成某個掃描寬度而予以掃描。掃描寬度雖然大致可以線感測器(line sensor)之長度來決定，但是線感測器之端部係設定成稍微重疊。此係用以在最終統合處理所檢測出之缺陷時判斷線間之連續性、以及確保在進行比較檢查時用以進行圖像對準之寬裕度。重疊量係對於2048點之線感測器而言為16點左右。
將掃描方向及序列，以模型顯示於第24圖之(A)及(B)中。操作者可選擇如圖所示之縮短檢查時間用的雙向動作A與來自機械限制之單向動作B中的任一動作。又，亦具 有自動運算以製程配方之檢查對象晶粒的設定為基礎而減少掃描量之動作並予以檢查的功能。第25圖係顯示檢查晶粒1171為1個之情況的掃描例，而不需要的掃描則不被進行。
以本發明之檢查裝置所進行的檢查之演算法，大致區分有：陣列檢查(Cell檢查)及隨機檢查(Die檢查)之2種類，而隨機檢查係依比較對象，更可區分成如下。
a)鄰接晶粒比較法(Die-Die檢查)
b)基準晶粒比較法(Die-AnyDie檢查)
c)電腦輔助製圖資料比較法(Cad(Computer Assisted Drawing)Data-AnyDie檢查)。
一般而言，被稱為金手指樣板(golden template)方式之方式，係包含b)基準晶粒比較法與c)電腦輔助製圖資料比較法，雖然在基準晶粒比較法中將基準晶粒設為金手指樣板，但是在電腦輔助製圖資料比較法中則將電腦輔助製圖資料設為金手指樣板。以下，敘述各演算法之動作。
(1)陣列檢查(Cell檢查)
陣列檢查係適用於週期構造之檢查中。DRAM單元等係為其一例。檢查係進行作為基準之參照圖像與被檢查圖像的比較，且將其差分當作缺陷而抽出。參照圖像與被檢查圖像，即使為二值化圖像，為了使其提高檢測精確度亦可為多值圖像。亦可將參照圖像與被檢查圖像之差分本身，當作被檢測出之缺陷來處理，更可以所檢測出的差分之差分量或有差分之圖素的合計面積等之差分資訊為基 礎，而進行用以防止誤檢測之2次的判定。
在陣列檢查中，參照圖像與被檢查圖像之比較係以構造週期單位來進行。亦即，可一面讀出以CCD等一併取得的圖像而一面以1構造週期單位來比較，若參照圖像為n個之構造週期單位的話，則可同時比較n個之構造週期單位。
將參照圖像之產生方法的一例顯示於第26圖中。在此，由於係敘述以1構造週期單位來比較的例子所以表示1構造週期單位之產生。亦可利用相同的方法將週期數設為n。作為前提，第26圖中之檢查方向係為箭號A之方向。又將週期t4 設為被檢查週期。由於週期之大小係操作者一面觀看圖像而一面輸入，所以在第26圖中週期t1 至t6 可容易辨識。
參照週期圖像，係在各圖素中將被檢查週期前之t1 至t3 予以相加平均所產生。即使在t1 至t3 之任一個中存在有缺陷亦由於進行平均處理所以影響很少。比較該被形成的參照週期圖像與被檢查週期t4 之圖像並進行缺陷之抽出。
其次，在檢查被檢查週期t5 之圖像時，係將週期t2 至t4 予以相加平均而產生參照週期圖像。以下，同樣從被檢查週期圖像取得以前所得的圖像中，產生被檢查週期圖像並使之連續檢查。
(2)隨機檢查(Die檢查)
隨機檢查，並不受限於晶粒之構造而均可適用。檢查係進行構成基準之參照圖像與被檢查圖像的比較，且將其 差分當作缺陷來抽出。參照圖像與被檢查圖像，即使為二值化圖像，為了提高檢測精確度亦可為多值圖像。亦可將參照圖像與被檢查圖像之差分本身，當作被檢測出之缺陷來處理，更可以所檢測出的差分之差分量或有差分之圖素的合計面積等之差分資訊為基礎，為了防止誤檢測，而進行2次性的判定。
隨機檢查係可以參照圖像之求出方法來分類。以下，說明各求出方法之動作。
A.鄰接晶粒比較法(Die-Die檢查)
參照圖像，係與被檢查圖像相鄰接的晶粒。與相鄰於被檢查圖像之2個晶粒比較而判斷缺陷。該方法係在第28圖所示之圖像處理裝置的記憶體1181與記憶體1182連接在來自照相機1183之路徑1184上的方式而設定開關1185、開關1186之狀況下，具有以下之步驟a)至i)。
a)按照掃描方向S將晶粒圖像1(第27圖)從路徑1184儲存於記憶體1181內的步驟。
b)將晶粒圖像2從路徑1184儲存於記憶體1182內的步驟。
c)與上述b)同時一面從路徑1187取得晶粒圖像2，而一面比較所取得的晶粒圖像2、與儲存於晶粒之相對位置為相同的記憶體1181內的圖像資料以求出差分的步驟。
d)保存上述c)之差分的步驟。
e)將晶粒圖像3從路徑1184儲存於記憶體1181內的步驟。
f)與上述e)同時一面從路徑1187取得晶粒圖像3，而一面比較所取得的晶粒圖像3、與儲存於晶粒之相對位置為相 同的記憶體1182內的圖像資料以求出差分的步驟。
g)保存上述f)之差分的步驟。
h)從上述d)與g)中所保存的結果中，判定晶粒圖像2之缺陷的步驟。
i)以下，在連續之晶粒中反覆進行a)至h)的步驟。
在依設定，而在上述c)、f)中求出差分以前，補正成所要比較的兩個圖像沒有位置差(位置對準)。或是，補正成沒有濃度差(濃度對準)。或是亦可進行該雙方之處理。
B.基準晶粒比較法(Die-AnyDie檢查)
由操作者指定基準晶粒。基準晶粒係為存在於晶圓上的晶粒或是檢查以前就已保存的圖像，首先掃描或是傳輸基準晶粒並將圖像保存於記憶體內當作參照圖像。以下，一面參照第28及29圖而一面說明以此方法而進行的a)至h)之步驟。
a)操作者從被檢查晶圓之晶粒中選擇基準晶粒，或是從檢查以前就已保存之晶粒圖像中選擇基準晶粒的步驟。
b)在基準晶粒存在於被檢查晶圓時，以圖像處理裝置之記憶體1181或是記憶體1182之至少一方連接在來自照相機1183之路徑1184上的方式而設定開關1185、開關1186的步驟。
c)在基準晶粒為檢查以前就已保存之晶粒圖像時，以圖像處理裝置之記憶體1181與記憶體1182中之至少一方連接在來自保存有作為晶粒圖像之參照圖像的記憶體1188之路徑1189上的方式而設定開關1185、開關1186的步驟。
d)在基準晶粒存在於被檢查晶圓內時，就掃描基準晶粒，並將作為基準晶粒圖像之參照圖像傳輸至圖像處理裝置之記憶體的步驟。
e)在基準晶粒為檢查以前就已保存之晶粒圖像時，就不需要掃描，而將作為基準晶粒圖像之參照圖像傳輸至圖像處理裝置之記憶體的步驟。
f)比較依次掃描被檢查圖像所得的圖像、傳輸作為基準晶粒圖像之參照圖像的記憶體之圖像、及晶粒之相對位置為相同的圖像資料而求出差分的步驟。
g)從上述f)中所得的差分判定缺陷的步驟。
h)以下，連續如第30圖所示，就晶圓全體檢查基準晶粒之掃描位置與被檢查晶粒之相同部分，且一面變更基準晶粒之掃描位置直至檢查晶粒全體為止而一面反覆進行上述d)至g)的步驟。
在依設定，而在上述f)中求出差分以前，補正成所要比較的兩個圖像沒有位置差(位置對準)。或是補正成沒有濃度差(濃度對準)。或是亦可進行該雙方之處理。
在上述步驟d)或是e)中，儲存於圖像處理裝置之記憶體內的基準晶粒圖像，亦可為基準晶粒全部或基準晶粒之一部分，在將基準晶粒之一部分設為基準晶粒圖像時，一面更新基準晶粒之一部分而一面檢查。
C.電腦輔助製圖資料比較法(CadData-AnyDie檢查)
在第31圖所示之半導體製造步驟中，依電腦輔助製圖而從作為半導體圖案設計步驟之輸出的電腦輔助製圖資料 中製作參照圖像，且當作基準圖像。基準圖像，亦可為晶粒全體，或包含檢查部分在內之部分物。
該電腦輔助製圖資料，通常為向量資料，若不轉換成與由掃描動作所得之圖像資料等效的光柵資料時就無法當作參照圖像來使用。因此，雖然將作為電腦輔助製圖資料之向量資料轉換成光柵資料，但是該轉換係以在檢查時掃描被檢查晶粒而得的圖像掃描寬度之單位來進行。此時，係就掃描被檢查晶粒所得的預定圖像與晶粒之相對位置為相同的圖像資料進行轉換。檢查掃描與轉換作業係重疊進行。
亦可在上述將向量資料轉換成光柵資料的作業，追加以下功能之至少1個。
a)光柵格資料之多值化功能
b)關於上述a)而鑑於檢查裝置之靈敏度設定多值化之階調權重或差值的功能
c)在將向量資料轉換成光柵資料之後，進行用以放大、縮小等圖素加工之圖像處理的功能
第28圖中，依電腦輔助製圖資料比較法所進行的檢查步驟，係包含以下之a)至f)的步驟。
a)利用電腦1190將電腦輔助製圖資料轉換成光柵資料，且利用上述附加功能來產生參照圖像並保存於記憶體1188內的步驟
b)以圖像處理裝置之記憶體1181或是記憶體1182之至少一方連接在來自記憶體1188之路徑1184上的方式而設定 開關1185、開關1186的步驟
c)將記憶體1188之參照圖像傳輸至圖像處理裝置之記憶體的步驟
d)比較依次掃描被檢查圖像所得的圖像、傳輸參照圖像的記憶體之圖像、及晶粒之相對位置為相同的圖像資料而求出差分的步驟
e)從上述d)中所得的差分判定缺陷的步驟
f)以下，連續如第30圖所示，將基準晶粒之掃描位置當作參照圖像且對被檢查晶粒之相同部分進行晶圓全體檢查，一面變更基準晶粒之掃描位置直至檢查晶粒全體為止而一面反覆進行上述d)至e)的步驟。
在依設定，而在上述步驟d)中求出差分以前，補正成所要比較的兩個圖像沒有位置差(位置對準)。或是補正成沒有濃度差(濃度對準)。或是亦可進行該雙方之處理。
在上述步驟c)中，儲存於圖像處理裝置之記憶體內的基準晶粒圖像，亦可為基準晶粒全部或基準晶粒之一部分，在將基準晶粒之一部分設為基準晶粒圖像時，一面更新基準晶粒之一部分而一面進行檢查。
(3)聚焦映射
將聚焦功能之基本流程顯示於第32圖中。首先在包含對準動作(步驟1202)在內的晶圓搬送(步驟1201)之後，製作已設定與檢查相關之條件等的製程配方(步驟1203)。作為該製程配方之一個係有聚焦映射製程配方，按照在此所設定的聚焦資訊，且在自動聚焦狀態下進行檢查動作及再 調查(review)動作(步驟1204)。之後，晶圓被排出(步驟1205)。
以下，說明聚焦映射製程配方之製作順序與自動聚焦之動作順序。
1.聚焦映射製程配方之製作順序
聚焦映射製程配方，係具有獨立的輸入畫面，操作者執行如下之a)至c)的步驟以製作製程配方。
a)利用第33圖之位置選擇開關1211，輸入用以輸入聚焦值之晶粒位置或晶粒中之圖案等、聚焦映射座標的步驟
b)設定在自動測定聚焦值時所需要之晶粒圖案的步驟(另外，此步驟在不自動測定聚焦值時，可跳過)
c)設定在上述a)中所決定的聚焦映射座標之最佳聚焦值的步驟
另外，在上述步驟a)中，操作者可指定任意的晶粒，又，亦可設定成操作者可選擇全部的晶粒或是每一n個的晶粒。又，操作者，可選擇以模型表現晶圓內之晶粒排列的圖或是使用實際圖像的圖像作為輸入畫面。
在上述步驟c)中，操作者可對最佳聚焦值之設定，使用第33圖之手動開關1213以手動選擇設定，以與聚焦用電極之電壓值連動的聚焦開關1212選擇設定，或是以自動開關1214自動選擇設定。
2.聚焦值自動測定順序
在上述步驟c)中自動求出聚焦值的順序之一例，係包含以下之步驟。
a)如第34圖所示，求出聚焦位置Z=1之圖像，且計算其對比的步驟
b)即使在Z=2、3、4亦進行上述步驟a)的步驟
c)使其從上述步驟a)、b)中所得的對比值回歸，且求出對比函數的步驟
d)利用計算來求出提供對比函數之最大值的Z，且將其當作最佳聚焦值的步驟
例如，在選擇如第35圖所示之線與空間，作為在自動測定聚焦值時所需要的晶粒圖案之情況，可獲得良好的結果。對比係只要有黑白圖案則可不依形狀而計測。
藉由進行上述步驟a)至d)，即可求出1點之最佳聚焦值。此時的資料形式係為(X,Y,Z)，且為求出聚焦之座標XY與最佳聚焦值Z之組(set)，成為存在有以聚焦映射製程配方所決定的聚焦映射座標數(X,Y,Z)。此為聚焦映射製程配方之一部分，被稱為聚焦映射檔案。
3.自動聚焦之動作順序
在取得圖像之檢查動作及再調查動作時，根據聚焦映射製程配方而決定最佳聚焦的方法，係可進行如下。
首先，以製作聚焦映射製程配方時所製作成的聚焦映射檔案1為基礎而進一步將位置資訊細分化，且利用計算而求出此時的最佳聚焦，以製作細分化後的聚焦映射檔案2。該計算係以內插函數進行，而內插函數係以線性內插或仿樣(spline)內插等在製作聚焦映射製程配方時由操作者來指定。其次，監視載物台之XY位置，對適於現在之XY 位置之記載於聚焦映射檔案2內的聚焦值變更聚焦用電極之電壓。
當更具體說明時，在第36圖之(A)至(C)中，若設黑圈為聚焦映射檔案1之聚焦值、白圈為聚焦映射檔案2之聚焦值的話，則利用聚焦映射檔案之聚焦值來內插於聚焦映射檔案之聚焦值之間，且按照掃描使聚焦位置之Z座標產生變化以維持最佳聚焦。此時，聚焦映射檔案(以白圈表示)之間，可保持前面之值直至下一個變更的位置為止。
第37圖係顯示使用本發明之缺陷檢查裝置的生產線之一例。從備具於SMIF(standard of mechanical inter face，標準機械界面)或FOUP(front opening unified pod，前開式晶圓傳送盒)1222之記憶體中讀出以檢查裝置1221所檢查的晶圓之批號、經由製造後的製造裝置履歷等之資訊，或是藉由讀出SMIF、FOUP或晶圓卡匣之ID編號即可認識其批號。
缺陷檢查裝置1221係可與生產線之網路系統連接，且可介以該網路系統1223，而對控制生產線之生產線控制電腦1224、各製造裝置1225及其他檢查裝置，送出作為被檢查物的晶圓之批號等的資訊與其檢查結果。在製造裝置上，包含有微影關聯裝置例如曝光裝置、塗佈機、烘乾裝置、顯影機等、或是蝕刻裝置、濺鍍裝置及CVD裝置等的成膜裝置、CMP裝置、各種計測裝置、其他檢查裝置等。
在晶圓之檢查中，從解像能力的觀點來看，較期望使電子束撞擊晶圓，且檢測從晶圓釋放出的電子以獲得表面 之圖像。因而，至目前為止，主要以從晶圓釋放出的二次電子、反射電子、後方散射電子為中心而舉例說明。但是，被檢測出的電子，只要是已獲得基板表面之資訊者則任何皆可，例如，亦可為藉由在基板附近形成反向電場，而不使其直接撞擊基板，在基板附近反射的鏡射電子(廣義而言亦稱為反射電子)、或是穿透基板的穿透電子等。特別是在使用鏡射電子的情況，由於電子不直接撞擊試料，所以有充電電荷(charge up)影響極微小的優點。
在利用鏡射電子的情況，對晶圓施加比加速電壓低的負電位，且在晶圓附近形成反向電場。該負電位較佳為在晶圓之表面附近設定成大部分的電子束被送回的程度之值。具體而言，只要設定在比電子槍之加速電壓低0.5至1.0V以上之電位即可。例如，在本發明之情況，當加速電壓為-4kV時，至試料之施加電壓較佳為設定在-4.0005kV至-4.0050kV。更期望的是以-4.0005kV至-4.0020kV為佳，更佳為設定在-4.0005kV至-4.010kV。
又，在利用穿透電子的情況，當將加速電壓設定在-4kV時，至晶圓之施加電壓則為設定在0至-4kV，較佳為設定在0至-3.9kV，更佳為設定在0至-3.5kV。又，亦可利用光線或X射線。此可充分應用在本發明之缺陷檢查裝置的對準、二次系、晶粒比較等中。
又，在本發明之缺陷檢查裝置中所檢測出的電子或二次電子束，若為已獲得試料表面之資訊者則為任意物皆可，不僅為使一次電子束撞擊試料而得的二次電子、反射 電子(亦稱為鏡射電子)、後方散射電子，亦包含有在試料附近施加反向電場，且不使一次電子束撞擊試料，而在試料附近反射的反射電子。更且，一次電子束不僅為電子亦可為光線。在一次電子束為光線的情況，二次電子束亦成為光線，在為UV光線的情況，則二次電子束就成為電子。
以上，從已就本發明之若干實施形態加以詳述中可理解，在有關本發明用以檢查試料圖案之電子束裝置中，即使在減低關於載物台導件之畸變、載物台導件之正交誤差等的問題，同時關於載物台移動時之定位的誤差或試料上之晶粒未形成於按照理論值之理想座標的情況，更且在發生試料移動中之速度不均等的情況，亦可達成以高精確度且高生產量進行檢查的作用效果。
10-1‧‧‧XY載物台
10-2‧‧‧CPU
10-3‧‧‧XY載物台驅動裝置
10-4‧‧‧雷射干涉計
10-5‧‧‧記憶裝置
10-6‧‧‧偏向電壓供給裝置
10-7‧‧‧電子束偏向器
10-8‧‧‧檢測器

Claims (9)

  1. 一種電子束裝置，係用以利用電子束評估配置於載物台上之試料上的圖案用者，其特徵在於包含：電子槍，用以放射一次電子束；一次電子光學系統，用以將來自電子槍之一次電子束照射於試料上；二次電子光學系統，係具備放大透鏡及射束偏向器，用以將藉由一次電子束之照射而從試料釋放出之二次電子束引導至與試料表面垂直之方向；檢測手段，用以對由二次電子光學系統所引導之二次電子束進行檢測；處理手段，係依據檢測手段之輸出，取得試料表面的圖像資訊；以及座標誤差補正手段，用以補正載置台上的試料的座標誤差；其中，上述一次電子光學系統係包含：電子光學手段，用以將一次電子束引導至相對於試料的法線為傾斜之方向；以及偏向手段，係由E×B分離器所構成，且用以將來自傾斜之方向之一次電子束偏向於與試料表面垂直之方向並照射於試料上；上述座標誤差補正手段係包含：第1運算手段，用以算出已定位置的作為基準的試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等 基準點被測定之XY座標(x,y)間的座標誤差△x及△y；第2運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，根據被運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束偏向補正手段，根據因被運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於二次電子光學系統之電子束偏向器之偏向；上述第2運算手段及第3運算手段，係具備回歸運算手段，該回歸運算手段係利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (1) △y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (2)表示的公式(1)及(2)之係數a1 至e1 及a2 至e2 ；第2運算手段復具備將XY座標系之正交誤差當作被求出的係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3運算手段復具備將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數d1 、d2 、e1 、e2 ，代入以△x=d1 x2 +e1 y2 (3) △y=d2 x2 +e2 y2 (4) 表示的公式(3)及(4)內而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
  2. 一種電子束裝置，係用以利用電子束評估配置於載物台上之試料上的圖案用者，其特徵在於包含：電子槍，用以放射一次電子束；一次電子光學系統，用以將來自電子槍之一次電子束照射於試料上；二次電子光學系統，係具備放大透鏡及射束偏向器，用以將藉由一次電子束之照射而從試料釋放出之二次電子束引導至與試料表面垂直之方向；檢測手段，用以對由二次電子光學系統所引導之二次電子束進行檢測；處理手段，係依據檢測手段之輸出，取得試料表面的圖像資訊；以及座標誤差補正手段，用以補正載置台上的試料的座標誤差；其中，上述一次電子光學系統係包含：電子光學手段，用以將一次電子束引導至相對於試料的法線為傾斜之方向；以及偏向手段，係由E×B分離器所構成，且用以將來自傾斜之方向之一次電子束偏向於與試料表面垂直之方向並照射於試料上；上述座標誤差補正手段係包含：第1運算手段，用以算出已定位置的作為基準的 試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等基準點被測定之XY座標(x,y)間的座標誤差△x及△y；第2運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，根據被運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束偏向補正手段，根據因被運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於二次電子光學系統之電子束偏向器之偏向；上述第2運算手段及第3運算手段，係具備回歸運算手段，該回歸運算手段係利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (1) △y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (2)表示的公式(1)及(2)之係數a1 至e1 及a2 至e2 ；第2運算手段復具備將XY座標系之正交誤差當作被求出的係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3運算手段復具備：回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足公式(1)及(2)之 係數a1 至e1 及a2 至e2 ；及誤差運算手段，其係將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(1)及(2)內而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
  3. 一種電子束裝置，其中係用以利用電子束評估配置於載物台上之試料上的圖案用者，其特徵在於包含：電子槍，用以放射一次電子束；一次電子光學系統，用以將來自電子槍之一次電子束照射於試料上；二次電子光學系統，係具備放大透鏡及射束偏向器，用以將藉由一次電子束之照射而從試料釋放出之二次電子束引導至與試料表面垂直之方向；檢測手段，用以對由二次電子光學系統所引導之二次電子束進行檢測；處理手段，係依據檢測手段之輸出，取得試料表面的圖像資訊；以及座標誤差補正手段，用以補正載置台上的試料的座標誤差；其中，上述一次電子光學系統係包含：電子光學手段，用以將一次電子束引導至相對於試料的法線為傾斜之方向；以及偏向手段，係由E×B分離器所構成，且用以將來 自傾斜之方向之一次電子束偏向於與試料表面垂直之方向並照射於試料上；上述座標誤差補正手段係包含：第1運算手段，用以算出已定位置的作為基準的試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等基準點被測定之XY座標(x,y)間的座標誤差△x及△y；第2運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，根據被運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束偏向補正手段，根據因被運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於二次電子光學系統之電子束偏向器之偏向；上述第2運算手段，係具備：回歸運算手段，其利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y (1) △y=a2 +b2 x+c2 y (2)表示的公式(1)及(2)之係數a1 至c1 及a2 至c2 ；及將XY座標系的正交誤差當作係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3運算手段，係具備： 回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足以△x=d1 x2 +e1 y2 (3) △y=d2 x2 +e2 y2 (4)表示的公式(3)及(4)的係數d1 、e1 、d2 及e2 ；及誤差運算手段，其將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y，係在將被求出的係數d1 、e1 、d2 及e2 ，代入公式(3)及(4)而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
  4. 一種電子束裝置，係用以利用電子束評估配置於載物台上之試料上的圖案用者，其特徵在於包含：電子槍，用以放射一次電子束；一次電子光學系統，用以將來自電子槍之一次電子束照射於試料上；二次電子光學系統，係具備放大透鏡及射束偏向器，用以將藉由一次電子束之照射而從試料釋放出之二次電子束引導至與試料表面垂直之方向；檢測手段，用以對由二次電子光學系統所引導之二次電子束進行檢測；處理手段，係依據檢測手段之輸出，取得試料表面的圖像資訊；以及座標誤差補正手段，用以補正載置台上的試料的 座標誤差；其中，上述一次電子光學系統係包含：電子光學手段，用以將一次電子束引導至相對於試料的法線為傾斜之方向；以及偏向手段，係由E×B分離器所構成，且用以將來自傾斜之方向之一次電子束偏向於與試料表面垂直之方向並照射於試料上；上述座標誤差補正手段係包含：第1運算手段，用以算出已定位置的作為基準的試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等基準點被測定之XY座標(x,y)間的座標誤差△x及△y；第2運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，根據被運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束偏向補正手段，根據因被運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於二次電子光學系統之電子束偏向器之偏向；上述第2運算手段，係具備：回歸運算手段，其利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y (1) △y=a2 +b2 x+c2 y (2)表示的公式(1)及(2)之係數a1 至c1 及a2 至c2 ；及將XY座標系的正交誤差當作係數c1 及b2 之差來運算的手段；第3運算手段，係具備：回歸運算手段，其根據利用正交誤差補正手段來補正正交誤差後之利用第1運算手段而所得的座標誤差△x及△y，利用回歸運算求出其滿足以△x=a1 +b1 x+c1 y+d1 x2 +e1 y2 (3) △y=a2 +b2 x+c2 y+d2 x2 +e2 y2 (4)表示的公式(3)及(4)的係數a1 至e1 及a2 至e2 ；及誤差運算手段，其將△x及△y當作因鏡片畸變所造成的誤差來運算的手段，該△x及△y係在將被求出的係數a1 至e1 及a2 至e2 ，代入公式(3)及(4)而所得的公式中，藉由代入驅動電子束裝置時從干涉計輸入之XY座標(x,y)而所得者。
  5. 如申請專利範圍第1項之電子束裝置，其中，該裝置復具備：將利用回歸運算手段而所得之係數a1 及a2 ，當作X軸方向及Y軸方向之移動量，而補正該移動量的手段；及將利用回歸運算手段而所得之係數b1 及c2 ，當作X軸方向及Y軸方向之標度誤差，而補正該標度誤差的手段。
  6. 一種電子束裝置，係用以利用電子束評估配置於載物台上之試料上的圖案用者，其特徵在於包含：電子槍，用以放射一次電子束；一次電子光學系統，用以將來自電子槍之一次電子束照射於試料上；二次電子光學系統，係具備放大透鏡及射束偏向器，用以將藉由一次電子束之照射而從試料釋放出之二次電子束引導至與試料表面垂直之方向；檢測手段，用以對由二次電子光學系統所引導之二次電子束進行檢測；處理手段，係依據檢測手段之輸出，取得試料表面的圖像資訊；以及座標誤差補正手段，用以補正載置台上的試料的座標誤差；其中，上述一次電子光學系統係包含：電子光學手段，用以將一次電子束引導至相對於試料的法線為傾斜之方向；以及偏向手段，係由E×B分離器所構成，且用以將來自傾斜之方向之一次電子束偏向於與試料表面垂直之方向並照射於試料上；上述座標誤差補正手段係包含：第1運算手段，用以算出已定位置的作為基準的試料上之複數個任意基準點計算上的XY座標、與該等基準點被測定之XY座標(x,y)間的座標誤差△x及△y； 第2運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算XY座標之正交誤差；第3運算手段，根據被算出的座標誤差△x及△y，運算因電子束裝置的干涉計之鏡片畸變(mirror distortion)所造成的誤差；正交誤差補正手段，根據被運算出的正交誤差，在檢查試料時，補正被測定之XY座標(x,y)；及電子束偏向補正手段，根據因被運算出之鏡片畸變所造成的誤差，在檢查試料時，補正被配置於二次電子光學系統之電子束偏向器之偏向；該二次電子光學系統之電子束偏向器係具備偏向電極；而電子束偏向補正手段，係調整對偏向電極之電壓的手段。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電子束裝置，其中，上述試料為晶圓，係具有於其表面上週期性地配置之圖案，且上述處理手段更包含：圖案缺陷檢測手段，其比對所獲得的圖像資訊、及該試料上不同位置的同一圖案之圖像資訊、或事先當做比較對象而被儲存的參照圖案之圖像資訊，藉以檢測圖案之缺陷。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電子束裝置，其中，上述試料為晶圓，係具有於其表面上週期性地配置之複數個晶粒，該等晶粒係具有相同之圖案，且上述處理手段更包含： 圖案缺陷檢測手段，藉由比對在試料上相鄰接之晶粒上的相同位置之圖案的圖像資訊，來檢測圖案的缺陷。
  9. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電子束裝置，其中，上述試料為晶圓，係具有於其表面上週期性地配置之複數個晶粒，該等晶粒係具有相同之圖案，且上述處理手段更包含：圖案缺陷檢測手段，係藉由對所取得之圖像資訊與預先記憶作為比較對象之參照圖案之圖像資訊進行比對，來檢測圖案的缺陷，且於參照圖案中係反映有實際的晶粒的角隅部之圖像。
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