WO2004100206A1

WO2004100206A1 - 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法

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Publication number: WO2004100206A1
Application number: PCT/JP2004/006010
Authority: WO
Inventors: Nobuharu Noji; Tohru Satake; Hirosi Sobukawa; Toshifumi Kimba; Masahiro Hatakeyama; Shoji Yoshikawa; Takeshi Murakami; Kenji Watanabe; Tsutomu Karimata; Kenichi Suematsu; Yutaka Tabe; Ryo Tajima; Keiichi Tohyama
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-11-18
Also published as: TWI417928B; KR101052335B1; TW200504355A; JP2004363085A; TWI491873B; TWI349775B; EP1635374A1; EP2522992A2; TW201130010A; KR20060032137A; EP1635374A4; EP2522992A3; TW201129795A

Description

明細書

荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法

1 . 発明の技術分野

本発明は、電子ビームを用いて検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、詳しくは、半導体製造工程におけるゥエーハの欠陥を検出する場合のように、電子ビームを検査対象に照射してその表面の性状に応じて変化する二次電子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて検査対象の表面に形成されたパターン等を-高いスループッ卜で検査する検査装置、並びにそのような検査装置を用いて歩留まり良くデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。より具体的には、面ビームを用いた写像投影方式による検出装置および該装置を用いたデバイス製造方法に関する。 . '

半導伴プロセスにおいて、デザィンルールは 1 0 0 n mの時代を迎えようとしており、また生産形態は D R A Mに代表される少品種大量生産から S O C ( S i 1 i c o n o n c h i ) のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。本発明は半導体プロセスにおける各工程後のゥエー八等の検査に用いられる装置に関し、電子ビームを用いた検査方法及び装置またはそれを用いたデバイス製造方法に関する。

2 . 関連技術の説明 ' 半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。 1 0 0 n mデザィンルールのゥエーハ基板の欠陥を調ベるためには、 1 0 0 n m以下の線幅を有する配線におけるパターン欠陥ゃパ一ティクル · ゼァの欠陥及びこれらの電気的欠陥を見る必要があり、したがって 1 0 0 n m 以卞の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐピアのコンタクト不良（電気的欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。現在は主に光方式の欠陥検査装置が使用されているが、分解能及びコンタクト不良検査の点では、光方式の欠陥検査装置に代わって、電子ビームを用いた欠陥検査装置が今後は検査装置の主流になると予想される。ただし、電子ビーム方式欠陥検査装置にも弱点があり、それはスループットの点で光方式に劣ることである。

このため、高分解能、高スループット、且つ電気的欠陥検出が可能な検査装置の開発が要求されている。光方式での分解能は使用する光の波長の 1 / 2が限界と言われており、実用化されている可視光の例では 0. 2 m程度である。

一方、電子ビームを使用する方式では、通常、走査型電子ビーム方式（S EM方式 ) が実用化されており、. 分解能は 0. l ^m、検査時間は 8時間ノ枚（2 0 0 mmゥェ一ハ）である。電子ビーム方式はまた、電気的欠陥（配線の断線、導通不良、ピアの導通不良等）も検査可能であることが大きな特徴であるが、検査速度が非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。

- 一般に、検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では重要な工程の後.、例えばエッチング、成膜、又は CMP (化学機械研磨）平坦化処理後等に使用されている。

電子ビームを用いた走査（S EM) 方式の検査装置について説明する。 S EM方式の検査装置は電子ビームを細く絞って（このピーム径が分解能に相当する）これを走査してライン状に試料を照射する。一方、 .ステージを電子ビームの走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子ビームで照射する。電子ビ一ムの走査幅は一般に数 1 00 mである。前記細く絞られた電子ビーム（一次電子線と呼ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器（シンチレ一タ +フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）又は半導体方式の検出器（P I Nダイオード型）等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、あるいは CRT (ブラウン管）上に画像を出力する。以上は S EM ( 走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（ ' 通常は S i ) ゥェ一 Λの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当する）は一次電子線の量（電流値）、ピ一ム径及び検出器の応答速度で決まる。ビ一ム径 0. 1 ΐΐΐ (分解能と同じと考えてよい）電流値 1 00 η Α、検出器の応答速度 1 0 0 ΜΗ ζが現在の最高値で、この場合で検査速度は 20 cm径のゥエーハー枚あたり約 8時間と言われている。この検査速度が光方式に比べてきわめて遅い（1/2 0以下）こと^大きな問題点となっている。特に、ゥェ一八上に作られた 1 00 nm以下のデザィン · ルールのデバィス ■ パターン、即ち、 1 0 0 nm以下の線幅や直径 1 0 0 nm 以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び 1 0 0 nm以下のゴミの高速の検出が必要となっている。

上で説明した S E M方式の検査装置では、上記の検査速度がほぼ限界と考えられており、更に高速にする、すなわちスループットを上げるためには新しい方式が必要である。

課題を解決するための手段

こうした必要に応えるため、本発明は、

電子ビームを試料に向けて照射する手段と、該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に導く手段と、該検出器に導かれた、前記試料の表面の情報を得た電子を画像として合成する手段とを備える電子線装置であって、

前記電子ビームが前記試料上を照射する領域の前記電子ビームの照度が均一である電子線装置、

を提供する。

前記試料の表面の情報を得た電子は、前記試料より'発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つ、或いは前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子であることが望ましい。

本発明の検査方法又は検査装置により、 1 0 0 n m以下の線幅の配線を有するゥ工ーハ等の基板の欠陥を検査することが可能となる。

図面の簡単な説明

図 1は、半導体検査装置の全体構成を示す図である。

図 2は、図 1の装置の全体構成を示す図である。

図 3は、図 1の装置の全体構成を機能から見た図である。

図 4は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 5は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 6は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 7は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 8は。図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 9は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 1 0は、図 1の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。

図 1 1は、図 1の装置の検査部外装を示す図である。

図 1 2は、図 1の装置の検査部外装を示す図である。

'図 1 3は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を示す立面図である。図 1 4は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を示す正面図である。図 1 5は、本発明に係る半導体検査装置のカセットホルダの構成の一例を示す図である。

図 1 6は、本発明に係る半導体検査装置のミニエンバイロメント装置の構成を示す図である。

図 1 7は、本発明に係る半導体検査装置のローダーハウジングの構成を示す図である。

図 1 8は、本発明に係る半導体検査装置のローダーハウジングの構成を示す図である。図 1 9 (A) 及び図 1 9 (B) は、本発明に係る半導体検査装置に使用される静電チヤックを説明する図である。

図 2 0は、本発明に係る半導体検査装置に使用される静電チヤックを説明する図であ。

図 2 0— 1 (A) 及び図 2 0— 1 (B) は、本発明に係る半導体検査装置に使用される静電チャックの他の例を説明する図である。

図 2 1は、本発明に係る半導体検査装置に使用されるブリッジツールを説明する図である。

図 22は、本発明に係る半導体検査装置に使用されるプリッジツールの他の例を説明する図である。

図 22— 1は、図 2 2のロード口ック室におけるエレベータ機構の構成と動作手順 (A) 〜（C) を説明する図である。

図 2 2— 2は、図 2 2のロードロック室におけるエレべ一夕機構の構成と動作手順 (D) 〜（F) を説明する図である。

図 2 3は、本発明に係る半導体検査装置における主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。

図 24は、本発明に係る半導体検査装置における主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。

図 2 5— 1は、本発明に係る半導体検査装置のうちの写像投影型電子線検査装置の電子光学系の構成を示す図である。 ' 図 2 5— 2は、本発明に係る半導体検査装置のうちの走査型電子線検査装置の電子光学系の構成を示す図である。

図 2 5— 3は、本発明に係る半導体検査装置の検出器回転機構の一例の構成を概略的に示す図である。

図 2 5— 4は、本発明に係る半導体検査装 *の検出器回転機構の一例の構成を概略的に示す図である。

図 2 5— 5は、本発明に係る半導体検査装置の検出器回転機構の一例の構成を概略的に示す図である。

図 2 6は、本発明に係る半導体検査装置の第 1の実施の形態を示す図である。図 2 7— 1の（ 1 ) ~ ( 5 ) は試料照射ビームの形状を説明する図である。

図 2 7— 2の（1 ^ 1 ) ~ (4) は線形ビームの照射形状を説明するための図である。

図 2 8は、本発明に係る半導体検査装置における鏡筒からの二次電子の取り出しを説明する図である。図 2 9は、本発明に係る半導体検査装置の第 2の実施の形態を示す図である。図 3 0は、本発明に係る半導体検査装置の第 3の実施の形態を示す図である。図 3 1は、牢発明に係る半導体検査装置の第 4の実施の形態を示す図である。図 3 2は、本発明に係る半導体検査装置の第 5の実施の形態を示す図である。図 3 3は、観察領域をカバーする照射領域を説明する図である。

図 3 4は、照射状と照射効率を説明する図である。

図 3 5は、本発明に係る半導体検査装置の第 6の実施の形態を示す図で、リレーレンズを用いた検出系の構成を示す図である。

図 3 6は、本発明に係る半導体検査装置の第 6の実施の形態を示す図で、 F O Pを用いた検出系の構成を示す図である。

図 3 7 ( A ) 及び図 3 7 ( B ) は、本発明に係る半導体検査装置の第 8の実施の形態を示す図である。

図 3 8は、透過率の開口部直径依存性を示すグラフである。

図 3 9は、図 3 7の装置における電子検出系の具体的構成例を示す図である。図 4 0 ( A ) 及び図 4 0 ( B ) は、図 3 7の装置における電子検出系を 3つのモードで動作させるための要件を説明する図である。

図 4 1は、本発明に係る半導体検査装置の E X Bュニットの構成を示す図である。図 4 2は、図 4 1の線 Aに沿う断面図である。

図 4 3は、本発明に係る半導体検査装置の第 9の実施の形態を示す図である。図 4 4は、電界分布のシミュレーションを示す図である。

図 4 5は、本発明に係る半導体検査装置の電源部の構成を示す図である。

図 4 6は、図 4 5に示す電源部の直流電圧を発生する回路方式を示す図である。図 4 7は、図 4 5に示す電源部のスタテック両極性電源の回路構成の一例を示す図である。

囪 4 8は、図 4 5に示す電源部における特殊電源を示す図である。

図 4 9は、図 4 5に示す電源部における特殊電源を示す図である。

図 5 0は、図 4 5に示す電源部における特殊電源を示す図である。

図 5 1は、図 4 5に示す電源部におけるリターディング · チャック向けの電源回路の一例を示す図である。

図 5 2は、図 4 5に示す電源部における E〇補正用偏向電圧めハードウェア構成の一例を示す図である。 - 図 5 3は、図 4 5に示す電源部におけるォクタポール変換部の回路構成の一例を示す図である。

図 5 4 ( A ) は図 4 5に示す電源部における高速高圧増幅器の回路構成の一例を示 P T脑 04/006010 し、図 5 4 ( B ) は出力は形を示す図である。

図 5 5は、図 1 3に示す半導体検査装置のプレチャージュニッ卜の第 1の実施の形態を示す図である。

図 5 6は、図 1 3に示す半導体検査装置のプレチャージュニットの第 2の実施の形態を示す図である。

図 5 7は、図 1 3に示す半導体検査装置のプレチャージュニットの第 3の実施の形態を示す図である。

図 5 8は、図 1 3に示す半導体検査装置のプレチャージュニットの第 4の実施の形態を示す図である。

図 5 9は、図 5 5〜図 5 8に示すプレチャージユニットを備えた撮像装置を示す図である。

図 6 0は、図 6 0の装置の動作を説明する図である。

図 6 1は、プレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の他の構成例を示す図である。

図 6 2は、図 6 1 に示す装置における、二次電子画像信号を電気信号へ変換する装置を示す図である。

図 6 3は、図 6 1に示す装置の動作を説明するフロー図である。

図 6 4 ( a )、図 6 4 ( b )、図 6 4 ( c ) は、図 6 3のフロー図における欠陥検出方法を説明する図である。

図 6 5は、プレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の他の構成例を示す図ぁる。

図 6 6は、プレチャージュニットを備えた欠陥検査装置の更に他の構成例を示す図である。

図 6 7は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。囪 6 8は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 6 9は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 7 0は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 7 1は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 7 2は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 7 3は、本発明に係る半導体検査装置の制御系の動作を説明する図である。図 7 4は、本発明に係る半導体検査装置におけるァライメント手順を説明する図である。

図 7 5は、本発明に係る半導体検査装置におけるァライメント手順を説明する図である。図 7 6は、本発明に係る半導体検査装置におけるァライメント手順を説明する図である。

図 7 7は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 7 8は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 7 9は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 8 0 ( A ) お y pび図 8 0 ( B ) は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である。

図 8 1は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 8 2は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 8 3は、本発明に係る半導体検査装置における欠陥検査手順を説明する図である図 8 4は、本発明に係る半導体検査装置における制御系の構成を説明する図である図 8 5は、本発明に係る半導体検査装置におけるユーザーインタ一フェースの構成を説明する図である。

図 8 6は、本発明に係る半導体検査装置におけるユーザ一インタ一フェースの構成を説明する図である。

• 図 8 7は、本発明に係る半導体検査装置のその他の機能と構成を説明する図である囪 8 8は、本発明に係る半導体検査装置のその他の機能と構成における電極を示す図である。

図 8 9は、本発明に係る半導体検査装置のその他の機能と構成における電極を示す図である。

図 9 0は、ゥェ一八と対物レンズとの間の電圧分布を示すグラフである。

図 9 1は、本発明に係る半導体検査装置のその他の機能と構成における二次電子検出動作を説明するフロー図である。

図 9 2は、図 9 1に示す装置における ¾位印加機構を示す図である。

図 9 3 ( A ) 及び図 9 3 ( B ) は、図 9 1 に示す装置における電子ビームキヤリブレーション方法を説明する図である。図 94は、図 9 1に示す装置におけるァライメント制御方法を説明する図である。図 9 5 (A) 及び図 9 5 (B) は、図 9 1に示す装置における EO補正の概念を説明する図である。

図 9 6は、図 9 1に示す装置における EO補正のための具体的機器構成を説明する図である。

図 9 7 (A) 及び図 9 7 (B) は、図 9 1に示す装置における EO補正を説明する図である。

図 98は、図 9 1に示す装置における EO補正を説明する図である。

図 99は、図 9 1に示す装置における E O補正を説明する図である。

図 1 0 0は、図 9 1に示す装置における EO補正を説明する図である。

図 1 0 1は、 TD I転送クロックのアイデアを説明する図である。

図 1 0 2は、 TD I転送クロヅクのアイデアを説明する図である。

図 1 0 3は、図 102の回路の動作を説明するタイミングチヤ一トを示す図である。

図 1 04は、本発明に係る欠陥検査装置の変形例を示す図である。

図 1 0 5は、図 1 04に示す装置の動作を説明するフロー図である。

図 1 0 6は、図 1 04に示す装置の動作を説明するフロー図である。

図 1 0 7は、図 1 04に示す装置の動作を説明するフロー図である。

図 1 08は、図 1 04に示す装置の動作を説明する図である。

図 1 09は、図 1 04に示す装置の動作を説明する図である。 ' 図 1 1 0は、本発明に係る半導体デバイス製造方法を説明する図である。

図 1 1 1は、本発明に係る半導体デバイス製造方法を説明する図である。

図 1 1 2は、本発明に係る半導体デパイス製造方法の検査手順を説明する図である

01 1 3は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順の基本的な流れを説明する図である。

図 1 14は、検査対象ダイの設定を示す図である。

図 1 1 5は、ダイ内部の検査領域の設定を説明する図である。

図 1 1 6は、本発明に係る半導体デパイス製造方法の検査手順を説明する図である図 1 1 7 (A) 及び図 1 1 Ί (B) は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順を説明する図である。

図 1 1 8— 1は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における、検査ダイが 1個の場合の走査例を示す図である。図 1 1 8 — 2は、検査ダイの一例を示す図である。

図 1 1 9は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における、参照画像の生成方法を説明する図である。

図 1 2 0は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における隣接ダイ比較方法を説明する図である。

図 1 2 1は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における隣接ダイ比較方法を説明する図である。

図 1 2 2は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。

図 1 2 3は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。

図 1 2 4は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順における基準ダイ比較方法を説明する図である。

図 1 2 5は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。

図 1 2 6は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマツピングを説明する図である。

図 1 2 7は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。

図 1 2 8は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。

図 1 2 9は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマツビングを説明する図である。

図 1 3 0は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるフォーカスマッピングを説明する図である。

図 1 3 1は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリゾマージン測定を説明する図である。

図 1 3 2は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリソマージン測定を説明する図である。

図 1 3 3は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査宇順におけるリソマージン測定を説明する図である。

図 1 3 4は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリソマージン測定を説明する図である。

図 1 3 5は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリソマージン測定を説明する図である。

図 1 3 6は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリソマ一ジン測定を説明する図である。

図 1 3 7は、本発明に係る半導体デバイス製造方法の検査手順におけるリソマージン測定を説明する図である。

図 1 3 8は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の一例を示す図である。

図 1 3 9は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の一例を示す図である。

図 1 4 0は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の一例を示す図である。

図 1 4 1は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の他の例を示す図である。

図 1 4 2は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の他の例を示す図である。

図 1 4 3は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の更に他の例を示す図である。

図 1 4 4は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の更に別の例を示す図である。

図 1 4 5は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の別の例を示す図である。

図 1 4 6は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の別の例を示す図である。

図 1 4 7は、本発明に係る半導体検査装置におけるステージ装置の別の例を示す図である。

図 1 4 8 ( A ) 及び図 1 4 8 ( B ) は、従来のステージ装置を示す図である。図 1 4 9は、本発明に係る半導体検査装置における光学系及び検出器を示す図である。

図 1 5 0 ( a ) 及び図 1 5 0 ( b ) は、本発明に係る半導体検査装置の他の実施の形態を示す図である。 '

図 1 5 1は、図 1 5 0の電子線装置を詳細に示す図である。

図 1 5 2は、本発明に係る半導体検査'装置における一次電子照射方法を示す図である。

図 1 5 3は、本発明に係る半導体検査装置の実施の形態を示す図で、絶縁破壊を防止する電極構造を備えている。

図 1 54は、図 1 53の装置の動作を説明する表である。

図 1 5 5は、図 1 53の装置における電極の構造を示す図である。

図 1 5 6は、図 1 53の装置における電極の構造を示す図である。

図 1 5 7は、図 1 53め装置における電極の構造を示す図である。

図 1 5 8は、図 1 53の装置における電極の構造を示す図である。

図 1 5 9は、本発明に係る半導体検査装置の実施の形態を示す図で、制振装置を備えている。

図 1 6 0 (a) 〜図 1 6 0 ( c ) は、図 1 5 9の装置を説明する図である。

図 1 6 1は、図 1 59の装置を説明する図である。

図 1 6 2は、図 1 59の装置を説明する図である。

図 1 6 3は、図 1 59の装置を説明する図である。

図 1 64 (a) 〜図 1 64 ( c ) は、図 1 5 9の装置におけるパターンマッチング法を説明する図である。

図 1 6 5は、本発明に係る半導体検査装置におけるゥエーハの保持を説明する図である。

図 1 6 6は、本発明に係る半導体検査装置におけるゥエーハの保持を説明する図である。

図 1 6 7 (a) 及び図 1 67 ( b ) は、本発明に係る半導体検査装置におけるゥェーハの保持を説明する図である。

図 1 6 8は、図 1 66で説明したチャックを備えた電子線装置を示す図である。図 1 6 9は、図 1 68に示す装置における E XB分離器を示す図である。

図 1 7 0は、図 1 68に示す装置における E XB分離器を示す図である。

図 1 7 1は、本発明に係る検査装置を製造ラインに接続した実施の形態を示す図であ'る。

図 1 7 2 (A) は、二次電子と反射電子を切り換えて用いることができる写像投影方式電子線装置の実施の形態を概略的に示す図である。

図 1 7'2 (B) は、その二次光学系の構成を概略的に示す図である。

図 1 7 3は、図 1 72 (A) における二次電子検出系の具体的構成を示す図である図 1 74 (A) 及び図 1 74 (B) は、図 1 72 (A) に示す欠陥検査装置の異なる動作モードを説明する図である。

図 1 7 5は、図 1 72 (A) に示す欠陥検査装置の二次光学系のレンズの具体的構成を示す図である。図 1 7 6 (A) は、図 1 72 (A) に示す写像投影方式電子線装置の変形例の構成を概略的に示す図である。

図 1 7 6 (B) は、図 1 7 6 (A) の装置の走査方法を説明する図である。

図 1 7 7 (A) は、図 1 7 2 (A) に示す写像投影方式電子線装置の他の変形例の構成を概略的に示す図である。

図 1 7 7 (B) は、図 1 7 7 (A) の装置の走査方法を説明する図である。

図 1 7 8は、図 1 72 (A) に示す写像投影方式電子線装置の真空チャンバ及び X Yステージの構造とそのための不活性ガス循環配管系を示す図である。

図 1 7 9は、図 1 78における差動排気機構の一例を示す図である。

図 1 80は、検査システム全体の構成を概略的に示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係る半導体検査装置の実施の形態を、図面を参照しながら、下記の順番で詳細に説明する。

記

1. 全体構成

1— 1 ) メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装

1一 1一 1 ) ァクティブ除振台

1— 1一 2 ) メインチャンパ

1一 1一 3 ) X Yステージ

1— 2) レーザ干渉測定系 '

1 - 3) 検査部外装

2. 実施の形態

2— 1 ) 搬送系

2— 1— 1) カセットホルダ

' 2— 1— 2) ミニエンパイロメント装置

2— 1一 3 ) 主ハウジング

2 - 1 - 4) ローダハウジング

2— 1— 5 ) ローダ一

2— 1— 6 ) ステージ装置

2— 1— 7 ) ゥェ一ハチャッキング機構

2 - 1 - 7 - 1) 静電チャックの基本構造

2 - 1 - 7 - 2 ) 20 0Z30 0ブリツジツールのためのチヤッキング機構 2— 1一 7— 3 ) ゥ工一八チヤッキング手順

2— 1— 8) 2 0 0/3 00ブリツジツールのための装置構成 - 2 ) ゥエーハの搬送方法

- 3 ) 電子光学系

2— 3— 1 ) 概要

2 - 3 - 2 ) 構成の詳細

2 - 3 - 2-1 ) 電子銃（電子線源〉

2— 3 — 2— 2 ) —次光学系

2 — 3 — 2— 3 ) 二次光学系

2— 3— 3) E XBユニット（ウィーンフィルタ） 2 - 3 - 4) 検出器

2 - 3 - 5) 電源

— 4) プレチャージユニット

— 5 ) 真空排気系

— 6 ) 制御系

2— 6— 1 ) 構成及び機能 '

2— 6— 2 ) ァライメント手順

2— 6— 3 ) 欠陥検査

2 - 6 - 4) 制御系構成

2 - 6 - 5 ) ユーザーインタ一フェース構成 — 7 ) その他の機能と構成の説明

2— 7— 1 ) 制御電極

2— 7— 2 ) 電位印加方法

2 - 7 - 3 ) 電子ビームキャリブレーション方法

2 - 7 - 4) 電極の清掃

2 - 7 - 5) ァライメント制御方法

2 - 7 - 6 ) E O補正

2— 7— 7 ) 画像比較方法

2 - 7 - 8) デバイス製造方法

2 - 7 - 9 ) 検査（

— 8 ) 検査方法

2— 8— 1 ) 概要

2— 8— 2 ) 検査アルゴリズム

2— 8 2— 1 ) ァレイ検査

2 - 8 - 2—2) ランダム検査

2— 8— 2— 3 ) フォーカスマッピング 2 - 8 - 2 - 4) リソマージン測定

3. 他の実施の形態

3— 1 ) ステージ装置の変形例

3— 2 ) 電子線装置の他の実施の形態

3 - 2— 1 ) 電子銃（電子線源）

3 - 2 - 2 ) 電極の構造

3— 3 ) 制振装置に関する実施の形態

3 - 4) ゥエー八の保持に関する実施の形態

3— 5) E XB分離器の実施の形態

3— 6) 製造ラインの実施の形態

3— 7) 他の電子を用いた実施の形態

3— 8 ) 二次電子と反射電子を用いる実施の形態。

1 全体構成

まず、該半導体検査装置の全体の構成について説明する。

装置の全体構成を図 1を用いて述べる。装置は検査装置本体、電源ラック、制御ラック、画像処理ユニット、成膜装置、エッチング装置等から構成される。ドライボンプ等の粗引きポンプはクリーンルームの外に置かれる。検査装置本体内部の主要部分は、図 2に示すように、電子ビーム光学鏡筒、真空搬送系、ステージを収容している主ハウジング、除振台、タ一ポ分子ポンプ等から構成されている。

制御系には二台の C RTを備え、指示命令入力機能（キーボード'等）を備えている。図 3は機能からみた構成を示す。電子ビーム鏡筒は主に電子光学系、検出系、光学顕微鏡等から構成されている。電子光学系は電子銃、レンズ等、搬送系は真空搬送口ポット、大気搬送口ポット、カセットローダ、各種位置センサ等から構成されているここでは、成膜装置及びエッチング装置、洗浄装置（図示していない）を検査装置本体近くに並べて設置しているが、これらは検査装置本体に組み込んでも良い。これらは、例えば試料の帯電抑制のために又は試料表面のクリーニングに使用される。スパッタ方式を用いると、一台で制膜及びエッチングの両方の機能を持たせることがでさる。

図示していないが、使用用途によってはその関連装置を検査装置本体近くに並べて設置するか、それらの関連装置を検査装置本体に組み込んで使用しても良い。或いは、それらの関連装置に検査装置を組み込んでもよい。例えば、化学的機械研磨装置（ CMP) と洗浄装置を検査装置本体に組み込んでも良く、或いは、 CVD (化学蒸着法： chemical vapor deposition) 装置を検査装置に組み込んでもよく、この場合、設置面積や試料搬送のためのュニッ卜の数を節約でき、搬送時間を短縮できるなどのメリットが得られる。

同様に、メツキ装置等の成膜装置に検査装置本体に組み込んでも良い。同様にリソグラフィ装置と組み合わせて使用することも可能である。

1一 1 ) メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装

図 4、図 5、図 6において、半導体検査装置の検査部の主要構成要素が示されている。半導体検査装置の検査部は、外部環境からの振動を遮断するためのアクティブ除振台 4 · 1と、検査室であるメインチヤンパ 4 · 2と、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置 4 · 3と、メインチャンパ内部に搭載されたゥェ一ハスキャン用の XYステージ 5 · 1と、 XYステージ動作制御用のレーザ干渉測定系 5 · 2と、メインチャンバに付随する真空搬送系 4 · 4を備え、それらは図 4、図 5に示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置の検査部は、更に、検査ユニットの環境制御、及ぴメンテナンスを可能とするための外装 6 · 1を備えており、図 6に示されるような位置関係で配置されている。

1一 1— 1 ) ァクティブ除振台

ァクティブ除振台 4 · 1は、ァクティブ除振ュニット 5 · 3上に溶接定盤 5 · 4が搭載されており、この溶接定盤上に検査室であるメインチャンバ 4 · 2、メインチヤンパ上部に設置された電子光学装置 4 · 3、及びメインチャンバに付随する真空搬送系 4 · 4等を保持するようになっている。これにより、検査部における外部環境からの振動を抑制できるようになつている。この実施の形態では、固有周波数が X方向 5 Hz、 Y方向 5 H z、 Z方向 7. 6Hzに対して ±2 5 %以内に収まっており、制御性能は、各軸の伝達特性において、 1 H zで O dB以下、 7. 6 H zで一 6. 4 d B 以下、 1 0Hzで— 8. 6 dB以下、 2 0 Hzで一 1 7. 9 d B以下となっている（以上、定盤上無負荷状態）。アクティブ除振台の他の構造では、メインチャンバ、電子 ¾学装置等を吊り下げて保持するようになっている。さらに他の構造では、石定盤を搭載し、メインチャンバ等を保持するようになっている。

1一 1一 2 ) メインチャンバ

メインチャンバ 4 · 2は、検査環境である真空度（ 1 0— ⁴ P a以下）を実現するために夕一ポ分子ポンプ 7 · 2を下部に直接保持しており、ゥェ一ハスキャン用の高精度の XYステージ 5 · 1を内部に備え、外部からの磁気を遮蔽できるようになっている。この実施の形態では、高精度 XYステージの設置面の平面度を可能な限り良くするために以下の構造となっている。メンチャンパの下板 7 · 3は、溶接定盤上に用意された特に平面度のよい部分 7 - 4 (この実施の形態では、平面度 5 ^m以下）に設置、固定されている。さらに、メインチャンパ内部にはステージ設置面として中板を設けている。中板は、メインチャンバの下板に対して 3点で支持されており、下板の平面度の影響を直接受けないようになつている。この実施の形態では、支持部分が球面座 7 · 6により構成されている。中板は、自重及びステージ重さを負荷された場合にステージ設置面を平面度 5 m以下に達成できるようになつている。また、内部の圧力変化（大気圧より真空度 1 0—⁴ P a以下）によるメインチャンバ変形のステージ取付け面に対する影響を抑えるために、下板の中板 3点支持部分付近は、溶接 • 定盤に直接固定されている。

X Yステージを高精度に制御するためにレーザ干渉計によるステージ位置の測定系が設置されている。干渉計 8 · 1は、測定誤差を抑えるために真空中に配されおり、直接測定誤差となる干渉計自体の振動を限りなくゼロとするために、この実施の形態では剛性の高いチャンパ壁 7 · 7に直接固定されている。また、測定位置と検査位置の誤差を無くすために、干渉計による測定部分の延長線上が検査部分と極力一致するようになつている。また、ステージの X Y動作を行なうためのモータ 8 · 2はこの実施の形態ではチャンバ壁 7 · 7により保持されているが、メインチャンバへ及ぼすモ一夕振動の影響をさらに抑制する必要がある場合には溶接定盤 7 · 1により直接保持し、ベローズ等の振動を伝達しない構造によりメインチャンパに取付けられる。メインチャンパ 4 · 2は、検査部分に及ぼす外部磁場の影響を遮断するために透磁率の高い材料で構成されている。この実施の形態では、パーマロイと S S 4 0 0等の鉄に防鲭コーティングとして N iめっきを施したものとなっている。他の実施の形態では、パーメンジエール、スーパ一マロイ、電磁軟鉄、純鉄などとなっている。さらに、チャンバ内部の検査部周辺を直接透磁率の高い材料で覆うことも磁気遮蔽効果として有効である。

1 - 1 - 3 ) X Yステージ

X Yステージ 5 · 1は、真空中でゥエーハを高精度にスキャンできるようになってい。 Xおよび Yのストロークは、例えば 2 0 O mmゥェ一八用としてそれぞれ 2 0 0 mm~ 3 0 0 mm、 3 0 0 mmゥェ一ハ用としてそれぞれ 3 0 0 mm ~ 6 0 0 mm となっている。この実施の形態での X Yステージの駆動は、メインチャンバ壁に固定された Xおよび Y軸駆動用のモータ 8 · 2と、これらに磁性流体シール 8 · 3を介して取付けられたポールネジ 8 · 5により行われる。 Xおよび Y駆動用のポールネジが、チャンバ壁に対して固定された状態で X Y動作を行なえるたに、この実施の形態ではステージ構造は、以下のようになつている。

まず下段には、 Yステージ 7 · 1 0が Eされており、駆動のためのポールネジ 7 · 8およびクロスローラーガイド 7 · 1 1が設置されている。 Yステージ上部には、 X 軸駆動用のポールネジ 7 · 1 4が設置された中間ステージ 7 · 1 2を介してさらにその上部に Xステージ 7 · 1 3が搭載されている。中間ステージと Yステージおよび X ステージは、 Y軸方向にクロス口一ラーガイドにより連結されている。これにより、 Y軸移動時には Yステージおよび連結部 7 · 1 4により Xステージが移動し、中間ステ一ジは固定された状態のままとなる。他の実施の形態では、中間ステージは上段軸と並べて配置される二段構造となっている。また、他の実施の形態の X Yステージでは、 X Yステージそのものがリニアモータで駆動されるようになっている。さらに、全ストロークに渡りレーザ干渉計による測定が可能なように高精度ミラ一 8 · 4 (この実施の形態では、平面度 λ / 2 0以下、材質は合成石英にアルミ蒸着）が設置されている。

また、真空中でゥェ一ハァライメントを行なうために Χ Υステージ上には 0ステージ 7 · 1 5が設置されている。この実施の形態における 0ステージでは、駆動用として 2つの超音波モ一夕、位置制御用としてリニアスケールが配されている。 X、 Υ及び 0動作を行なう可動部に接続された種々のケーブルは、 Xステージおよび Υステージにそれぞれ保持されたケーブルベアによりクランプされ、チャンパ壁に設置されたフィードスルーを介してメインチヤンパ外部へと接続されている。

上記の構造による本実施の形態のスペックを表 1、表 2に示す。

表 2

システム仕様性

. 項目 · 基準，. ·· · 検査方法 - . X軸横方向変位 ±'0..5 μ ra以下 Y軸一定速移動時の X軸偏'

.. @10mra/^ec- @15mm/ sec 値、' X軸ほ中央

@30mra/s,ec .

、(力 0滅ハ' -振

動成分除ぐ）

(タ觸 .

.. X軸位置決め精度 ±0.5μηι 下 0— >20mni, 20讓 /sec移動後の停止精度。 Y軸は中央 '. Ύ軸位置決め精度 ' ±0.5 《 ^ 0— >20nim、 20ra4/sec移勳後の停

(クス表示). +. · 止精度。 X軸は中央 .

. Y 速度むら ±3.ρ η.¾ 一定途移動後の偏差変動。 X軸は

@lOmm/ sec, ;@'15iii)ij/ sec 中央

±5··.0 ·ίϋ· ·卞□.·'

@30pnAS$Ci^:.@ 0inm/sec

(タラフ表 : .

1 - 2 ) レーザ干渉測定系

レーザ干渉測定系は、 X軸および Y軸に平行で、その延長線上が検査位置に相当する光軸を有するレーザ光学系と、その間に配された干渉計 8 · 1 により構成されている。本実施の形態における光学系の配置は、図 9、図 1 0に示されるような位置関係で配置されている。溶接定盤上に設置されたレーザ 9 · 1より発射されたレーザ光は、ベンダ 9 · 2により垂直に立ち上げられたのちにベンダ 1 0 · 1により測定面と平 - 行に曲げられる。さらに、スプリツタ 9 · 4により X軸測定用と Y軸測定用に分配された後に、ベンダ 1 0 · 3およびベンダ 9 · 6によりそれぞれ Y軸および X軸に平行に曲げられ、メインチャンバ内部へと導入される。

上記光学系の立上げ時の調整方法を以下に説明する。まず、レーザより発射されたレーザ光が、ベンダ 9 · 2により垂直に、ベンダ 1 0 · 1により水平に曲げられるように調整する。その後、ベンダ 1 0 · 3により曲げられ、 Y軸に対して高精度に垂直に設置されたミラ一 8 · 4に反射して戻る光軸が入射の光軸に完全に一致するようにベンダ 1 0 · 3を調整する。光軸の確認を、反射光を妨げないように干渉計を外した状態で、レーザ直後で行なうことにより、精度の高い調整が可能となる。また、 X軸の光軸調整は、 Y軸の光軸調整を行なった後に、スプリツ夕 9 · 4とベンダ 9 · 6により独立に行なうことができる。調整の要領は Y軸と同様である。さらに、 X軸およぴ Y軸の入射光と反射光の軸を調整した後に、各光軸の交点（ミラーがないと考えた場合）をゥエーハ検査位置に一致させる必要がある。このために、ベンダ 1 0 . 3を固定しているブラケットは Y軸に対して垂直に、ベンダ 9 · 6を固定しているブラケットは X軸に対して垂直に入射光と反射光を一致させたまま移動できるようになっている。さらに、ベンダ 1 0 · 1、スプリツ夕 9 · 4、ベンダ 1 0 . 3、ベンダ 9 . 6 はそれぞれの位置関係を保持したまま上下に移動できることが望ましい。

また、立上げ後、運転中の本装置におけるレーザの交換に伴う光軸調整方法を以下に明する。運転中のメインチャンバ内部が真空に保持されている状態の装置では、干渉計を取り外した光軸等が困難となっている。そこで、メインチャンパ外部の光路に数箇所ターゲット 1 0 · 2を設置し、立上げ時の光路がメインチャンバ外部のみで判断できる治具が用意されている。レーザ交換後は、レーザ取付け台に備えられた調整機能のみでターゲット 1 0 · 2に対して光軸を調整することにより、立上げ時に行なった調整を再現できるようになつている。 '

1 - 3 ) 検査部外装

検査部外装 4 · 7は、メンテナンス用のフレーム構造としての機能を備えられるようになつている。本実施の形態では、収納可能な両持ちクレーン 1 1 · 1が上部に搭載されている。クレーン 1 1 · 1は横行レール 1 1 · 2に取付けられ、横行レールはさらに走行レール（縦） 1 1 · 3に設置されている。走行レールは、通常時には図 1 1のように収納状態となっているのに対して、メンテナンス時には図 1 2のように上昇し、クレーンの上下方向のストロークを大きくすることが可能となっている。これにより、メンテナンス時には外装に内蔵されたクレーンにより電子光学装置 4 · 3、メインチャンバ天板、 X Yステージ 5 · 1を装置背面に脱着可能となっている。外装に内蔵されたクレーンの他の実施の形態では、回転可能な片持ち軸を持つクレーン構造となっている。

また、検査部外装は、環境チャンバとしての機能を兼ね備えることも可能となっている。これは、必要に応じて温度、'湿度管理とともに、磁気遮蔽効果を有するようになっている。

2 実施の形態

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について、検査対象として表面にパターンが形成された基板すなわちゥエーハを検査する半導体検査装置として説明する。

2 - 1 ) 搬送系

図 1 3及び図 1 4は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を立面図及び平面図で示している。この半導体検査装置 1 3 · 1は、複数枚のゥエーハを収納した力セットを保持するカセットホルダ 1 3 · 2と、ミニエンバイロメント装置 1 3 · 3 と、ヮ一キングチャンパを構成するローダハウジング 1 3 · 5 と、ゥエーハをカセットホルダ 1 3 · 2から主ハウジング 1 3 · 4内に配置されたステージ装置 1 3 · 6上に装填するローダ一 1 3 · 7 と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置 1 3 · 8とを備え、それらは図 1 3及ぴ図 1 4に示されるような位置関係で配置されている半導体検査装置 1 3 · 1は、更に、真空の主ハウジング 1 3 · 4内に配置されたプレチャージユニット 1 3 · 9と、ゥエーハに電位を印加する電位印加機構と、電子ビ —ムキヤリプレーション機構と、ステージ装置上でのゥェ一八の位置決めを行うためのァライメント制御装置 1 3 * 1 0を構成する光学顕微鏡 1 3 * 1 1 とを備えている

2 - 1 - 1 ) 力セットホルダ

カセットホルダ 1 3 · 2は、複数枚（例えば 2 5枚）のゥェ一八が上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット 1 3 · 1 2 (例えば、アシスト社製の S M I F、 F〇U Pのようなクロ一ズドカセット）を複数個（この実施の形態では 2個）保持するようになっている。このカセットホルダ 1 3 · 2 としては、カセットをロポット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ 1 3 · 2に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようになつている。カセットホルダ 1 3 · 2は、この実施の形態では、自動的にカセット 1 3 · 1 2が装填される形式であり、例えば昇降テーブル 1 3 · 1 3 と、その昇降テ一プル 1 3 . 1 3を上下移動させる昇降機構 1 3 · 1 4とを備え、カセット 1 3 · 1 2は昇降テーブル 1 3 · 1 3 上に図 1 4で鎖線で示す状態で自動的にセット可能にされ、セット後、図 1 4で実線で示す状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第 1の搬送ュニットの回動軸線に向けられる。

また、昇降テーブル 1 3 · 1 3は図 1 3で鎖線で示す状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。

別の実施の形態では、図 1 5に示すように、複数の 3 0 0 mm基板を箱本体 1 5 · 1の内側に固定した溝型ポケット（記載せず）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱 1 5 · 2は、角筒状の箱本体 1 5 * 1 と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体 1 5 · 1の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア 1 5 · 3 と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類およびファンモータの着脱を行うための開口部を覆う盖体 1 5 · 4と、基板 W (図 1 3 ) を保持するための溝型ポケット（図示せず）、 U L P Aフィルタ 1 5 · 5、ケミカルフィルタ 1 5 · 6、ファンモータ 1 5 · 7 とから構成されている。この実施の態様では、ローダ — 1 3 ■ 7の口ポット式の第 1の搬送ュニット 1 5 · 7により、基板を出し入れするなお、カセット 1 3 · 1 2内に収納される基板すなわちゥェ一八は、検査を受けるゥェ一ハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でゥェ一八を処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、 C M P、ィォン注入等を受けた基板すなわちゥェ一ハ、表面に配線パターンが形成されたゥェ一ハ、又は配線パターンが未だに形成されていないゥェ一ハが、カセット内に収納される。カセット 1 2 · 1 2内に収容されるゥエーハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のゥェ一八と後述する第 1の搬送ュニットで保持できるように、第 1の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになつている。また、カセットにはプロセス後のゥェ一ハ表面の酸化等の防止のために、カセット内の水分をコントロールするための機能設けられている。例えば、シリカゲル等の除湿剤がカセットの中に置かれている。この場合、除湿効果があれば、任意のものを利用することができる。 2 - 1 - 2 ) ミ二エンバイロメント装置

図 1 3〜図 1 6において、ミニエンバイロメント装置 1 3 · 3は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間 1 6 · 1を構成するハウジング 1 6 · 2と、ミ二エンバイロメント空間 1 6 · 1内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置 1 6 · 3と、ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置 1 6 · 4と、ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1内に配設されていて検査対象としての基板すなわちゥエーハを粗位置決めするブリアライナ一 1 6 · 5とを備えている。

ハウジング 1 6 · 2は、頂壁 1 6 · 6、底壁 1 6 · 7及び四周を囲む周壁 1 6 . 8 を有しており、ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1を外部から遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1を雰囲気制御するために、気体循環装置 1 6 · 3は、図 1 6に示されるように、ミニエンバイロメント空間 1 6 . 1内において、頂壁 1 6 · 6に取り付けられていて、気体（この実施の形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清狰空気を真下に向かつて層流状に流す気体供給ユニット 1 6 · 9と、ミニエンパイロメント空間 1 6 ■ 1内において底壁 1 6 · 7の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト 1 6 ' 1 0 と、回収ダクト 1 6 · 1 0と気体供給ュニット 1 6 . 9とを接続して回収された空気を気体供給ュニット 1 6 · 9に戻す導管 1 6 · 1 1 とを備えている。

この実施の形態では、気体供給ユニット 1 6 ■ 9は供給する空気の約 2 0 %を六ゥジング 1 6 · 2の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット 1 6 · 9は、清浄空気を作りだすための公知の構造の H E P A若しくは U L P Aフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバィ'ロメント空間 1 6 · 1内に配置された後述する第 1の搬送ュニットによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ュニットにより発生する虞のある塵埃がゥエーハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出ロは必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ュニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1全面に亘つて流す必要もない。

なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間 1 6 · 1内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャツトダウンすることもできる。ハウジング 1 6 · 2の周壁 1 6 ■ 8のうちカセットホルダ 1 3 · 2に隣接する部分には出入り口 1 3 · 1 5が形成されている。出入り口 1 3 · 1 5近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口 1 3 · 1 5をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ゥェ一ハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば 0 . 3ないし 0 . 4 m / s e cの流速でよい。気体供給ユニット 1 6 · 9はミニエンパイロメント空間 1 6 · 1内でなくその外側に設けてもよい。

排出装置 1 6 · 4は、前記搬送ユニットのゥェ ^ハ搬送面より下側の位置で搬送ュニットの下部に配置された吸入ダクト 1 6 · 1 2 と、ハウジング 1 6 · 2の外側に配置されたプロワ一 1 6 · 1 3 と、吸入ダクト 1 6 · 1 2とプロワ一 1 6 · 1 3 とを接続する導管 1 6 · 1 4とを備えている。この排出装置 1 6 · 4は、搬送ュニッ卜の周囲を流れ下り搬送ュ二、;/ 卜により発生する可能性のある塵埃を含んだ気体を、吸入ダクト 1 6 · 1 2により吸引し、導管 1 6 ： 1 4及びブロワ一 1 6 ' 1 3を介してハウジング 1 6 · 2の外側に排出する。この場合、ハウジング 1 6 · 2の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。

ミ二エンバイロメント空間 1 6 · 1内に配置されたプリァライナ一 1 6 · 5は、ゥエー八に形成されたオリエンテ一ションフラット（円形のゥェ一ハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ゥェ一八の外周縁に形成された一つ又はそれ以上の V型の切欠きすなわちノツチを光学的に或いは機械的に検出してゥェ一八の軸線 0— Oの周りの回転方向の位置を約士 1度の精度で予め位置決めしておくようになっている。ブリアライナ一 1 6 · 5は検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このブリアライナ一 1 6 · 5 自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。

なお、図示しないが、ブリアライナー 1 6 · 5の下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、ブリアライナ一 1 6 · 5から排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するようにしてもよい。

2 - 1 - 3 ) 主ノ、ウジング

図 1 3〜図 1 5において、ワーキングチャンバ 1 3 · 1 6を構成する主ハウジング 1 3 · 4は、ハウジング本体 1 3 · 1 7を備え、そのハウジング本体 1 3 · 1 7は、台フレーム 1 3 · 1 8上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置 1 3 · 1 9の上に載せられたハウジング支持装置 1 3 · 2 0によって支持され'ている。ハウジング支持装置 1 3 · 2 0は矩形に組まれたフレーム構造体 1 3 · 2 1を備えている。ハウジング本体 1 3 · 1 7はフレーム構造体 1 3 · 2 1上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁 1 3 · 2 2と、頂壁 1 3 · 2 3 と、底壁 1 3 · 2 2及び頂壁 1 3 · 2 3に接続されて四周を囲む周壁 1 3 · 2 4とを備えていてヮ一キングチヤンバ 1 3 · 1 6を外部から隔離している。底壁 1 3 · 2 2は、この実施の形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。

この実施の形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置 1 3 · 2 0は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム 1 3 · 1 8が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置 1 3 ■ 1 9で阻止するようになっている。八ウジング本体 1 3 . 1 7の周壁 1 3 · 2 4のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはゥエーハ出し入れ用の出入り口 1 4 · 1が形成されている。

なお、防振装置 1 3 · 1 9は、空気パネ、磁気軸受け等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のものでよいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。ワーキングチャンパ 1 3 。 1 6 は公知の構造の真空装置（図示せず）により真空雰囲気に保たれるようになつている。台フレーム 1 3 · 1 8の下には装置全体の動作を制御する制御装置 2が配置されている。主ハウジングの圧力は通常 1 0—⁴〜 1 0— ⁶ P aに保たれている。

2— 1— 4 ) ローダハウジング

図 1 3〜図 1 5及び図 1 7において、ローダハウジング 1 3 · 5は、第 1のローデイングチャンバ 1 4 · 2と第 2のローデイングチャンバ 1 4 · 3とを構成するハウジング本体 1 4 · 4を備えている。ハウジング本体 1 4 · 4は底壁 1 7 · 1 と、頂壁 1 7 · 2 と、四周を囲む周壁 1 7 · 3 と、第 1のローデイングチャンバ 1 4 · 2 と第 2 のローディングチャンバ 1 4 · 3とを仕切る仕切壁 1 4 · 5 とを有していて、両口一ディングチヤンバを外部から隔離できるようになつている。仕切壁 1 4 · 5には両口一ディングチャンパ間でゥエー八のやり取りを行うための開口すなわち出入り口 1 7 - 4が形成されている。また、周壁 1 7 · 3のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口 1 4 · 6及び 1 4 · 7が形成されている。

このローダハウジング 1 3 · 5のハウジング本体 1 4 · 4は、ハウジング支持装置 1 3 · 2 0のフレーム構造体 1 3 · 2 1上に載置されてそれによつて支持されている。したがって、このローダハウジング 1 3 · 5にも床の振動が伝達されないようになつている。ローダハウジング 1 3 · 5の出入り口 1 4 ■ 6とミニエンバイロメント装置 1 3 · 3のハウジング 1 6 · 2の出入り口 1 3 · 2 5とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間 1 6 · 1 と第 1のローディングチヤンバ 1 4 . 2 との連通を選択的に阻止するシャツタ装置 1 4 · 8が設けられている。

シャッタ装置 1 4 ' 8は、出入り口 1 3 · 2 5及ぴ 1 4 . 6の周囲を囲んで側壁 1 7 · 3 と密に接触して固定されたシ一ル材 1 3 · 2 6、シール材 1 3 · 2 6 と共動して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉 1 3 · 2 7 と、その扉を動かす駆動装置 1 3 · 2 8とを有している。また、ローダハウジング 1 3 · 5の出入り口 1 4 · 7 とハウジング本体 1 3 · 1 7の出入り口 14 · 1とは整合されていて、そこには第 2 の口一ディングチャンバ 14 · 3とワーキンググチャンバ 1 3 . 1 6との連通を選択的に密封阻止するシャツタ装置 1 3 · 2 9が設けられている。シャツ夕装置 1 3 - 2 9は、出入り口 1 4 · 7及び 14 ， 1の周囲を囲んで側壁 1 7 · 3及び 1 3 · 24と密に接触してそれらに固定されたシール材 1 3 · 3 0、シール材 1 3 · 3 0と共動し • て出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉 14 · 9と、その扉を動かす駆動装置 1 3 · 3 1とを有している。

更に、仕切壁 1 4 · 5に形成された開口には、扉によりそれを閉じて第 1及び第 2 の口一ディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャツ夕装置 1 4 · 1 0が設けられている。これらのシャッタ装置 1 4 · 8、 1 3 - 29及び 4 14 · 1 0は、閉じ状態にあるとき各チャンパを気密シールできるようになつている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置 1 3 ■ 3のハウジング 1 6 ■ 2の支持方法と口一ダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置 1 3 · 3を介して床からの振動がローダハウジング 1 3 · 5及び主ハウジング 1 3 · 4に伝達されるのを防止するために、ハウジング 1 6 · 2と口一ダハウジング 1 3 · 5との間には出入り口 ' の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。

第 1の口一ディングチャンバ 14 · 2内には、複数（この実施の形態では 2枚）のゥェ一ハを上下に隔てて水平の状態で支持するゥェ一ハラック 14 · 1 1が配設されている。ゥェ一ハラック 14 · 1 1は、図 1 8に示されるように、矩形の基板 1 8 · 1の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱 1 8 · 2を備え、各支柱 1 8 · 2 にはそれぞれ 2段の支持部 1 8 · 3及び 1 8 ■ 4が形成され、その支持部の上にゥェ —ハ Wの周縁を載せて保持するようになっている。そして後述する第 1及び第 2の搬送ュニットのアームの先端を隣接する支柱間からゥエー八に接近させてアームによりゥエーハを把持するようになっている。

ローディングチャンパ 14 · 2及び 14 · 3は、図示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置（図示せず）によって高真空状態（真空度としては 1 0 _⁴〜 1 0— ⁶ P a) に雰囲気制御され得るようになつている。この場合、第 1のローディングチャンパ 14 · 2を低真空チャンパとして低真空雰囲気に'保ち、第 2のローディングチャンパ 14 · 3を高真空チャンパとして高真空雰囲気に保ち、ゥエーハの汚染防止を効果的に行うこともできる。この'ような構造を採用することによってローディングチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるゥェ一ハをワーキングチヤンパ内に遅滞なく搬送することができる。このような口一ディングチャンバを採用することによって、後述するマルチビーム型電子装置原理と共に、欠陥検査のスル一プットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。

第 1及び第 2のローディングチャンバ 1 4 · 2及び 1 4 · 3は、それぞれ真空排気配管と不活性ガス（例えば乾燥純窒素）用のベント配管（それぞれ図示せず）が接続されている。これによつて、各ローデイングチャンバ内の大気圧状態は不活性ガスべント（不活性ガスを注入して不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するのを防止する）によって達成される。このような不活性ガスベントを行う装置自体は公知の構造のものでよいので、その詳細な説明は省略する。

なお、電子線を使用する本発明の検査装置において、後述する電子光学系の電子源として使用される代表的な六硼化ランタン（L _a B ₆ ) 等は一度熱電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めないために肝要であるが、電子光学系が配置されているワーキングチャンバにゥエー八を搬入する前段階で上記のような雰囲気制御を行うことにより、より確実に実行できる。

2— 1— 5 ) ローダ一

ローダ一 1 3 · 7は、ミニエンバイロメント装置 1 3 . 3のハウジング 1 6 · 2内に配置されたロポット式の第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4と、第 2の口一ディングチヤンバ 1 4 · 3内に配置されたロポット式の第 2の搬送ュニット 1 4 · 1 2 とを備えている。

第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4は、駆動部 1 6 · 1 5に関して軸線 0 i— O iの回りで回転可能になっている多節のァ一ム 1 6 · 1 6を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施の形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。

1の搬送ュニット 1 6 · 1 4のアーム 1 6 . 1 6の一つの部分すなわち最も駆動部 1 6 · 1 5側の第 1の部分は、駆動部 1 6 · 1 5内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸 1 6 · 1 7に取り付けられている。アーム 1 6 • 1 6は、軸 1 6 · 1 7により軸線〇 i— O の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線 0ェ一〇に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム 1 6 · 1 6の軸 1 6 · 1 7から最も離れた第 3の部分の先端には、公知の構造の機械式チャック又は静電チヤック等のゥエーハを把持する把持装置 1 4 · 1 3が設けられている。駆動部 1 6 · 1 5は、公知の構造の昇降機構 1 6 · 1 8により上下方向に移動可能になっている。

この第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4は、アーム 1 6 · 1 6がカセットホルダに保持された二つのカセッ卜の内いずれか一方の方向 M 1又は M 2に向かってアームが伸び、力セット内に収容されたゥエーハを 1枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図 1 4に示すような状態）、アームがブリアライナ一 1 6 · 5の方向 M 3に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたゥェ一ハをプリアライナ一 1 6 · 5に載せる。ブリアライナー 1 6 · 5から前記と逆にしてゥェ一ハを受け取った後はアームは更に回転し第 2の口一ディングチヤンバ 1 4 . 2に向かって伸長できる位置（向き M 4 ) で停止し、第 2のローデイングチャンパ 1 4 ' 2内のゥェ一ハ受けにゥエーハを受け渡す。なお、機械的にゥエーハを把持する塲合にはゥェ一ハの周縁部（周縁から約 5 mmの範囲）を把持する。これはゥエーハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。

第 2の搬送ュニット 1 4 ■ 1 2も第 1の搬送ュニットと構造が基本的に同じであり、ゥエー八の搬送をゥェ一ハラックとステージ装置の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。

上記ローダー 1 3 · 7では、第 1及ぴ第 2の搬送ュニット 1 6 · 1 4及び 1 4 · 1 2は、カセットホルダに保持されたカセットからワーキングチャンバ 1 3 · 1 6内に配置されたステージ装置 1 3 · 6上への及びその逆のゥェ一ハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ゥエーハのカセットからの取り出し及ぴそれへの揷入、ゥエーハのゥエーハラックへの載置及びそこからの取り出し及びゥェ一ハのステージ装置への載置及びそこからの取り出しのときるだけである。したがって、大型のゥヱ一ハ、例えば直径 3 0 0 mmのゥェ一ハの移動もスムースに行うことができる。

ステージには、ゥエーハに逆バイアスをかける機構があるので、アームがステージにゥェ一ハを置きに行く、もしくは取りに行く時に、アームをステージと同じもしくは近い電位、またはアームをフローティング電位にしておくことにより、電位のショ一トによる放電などの不具合を避ける機構を有している。

2— 1— 6 ) ステージ装置 .

ステージ装置 1 3 · 6は、主ハウジング 1 3 · 4の底壁 1 3 · 2 2上に配置された固定テーブル 1 3 ' 3 2と、固定テーブル上で Y方向（図 1 おいて紙面に垂直の方向）に移動する Yテプル 1 3 · 3 3と、 Yテーブル上で X方向（図 1において左右方向）に移動する Xテ一プル 1 3 · 3 4と、 Xテーブル上で回転可能な回転テーブル 1 3 · 3 5 と、回転テーブル 1 3 · 3 5上に配置されたホルダ 1 3 · 3 6 とを備えている。そのホルダ 1 3 · 3 6のゥエーハ載置面 1 4 ■ 1 4上にゥェ一ハを解放可能に保持する。ホルダ 1 3 · 3 6は、ゥエーハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置 1 3 · 6は、サーポモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテ一プルを動作させることにより、載置面 1 4 * 1 4上でホルダに保持されたゥエーハを電子光学装置から照射される電子ビームに対して X方向、 Y方向及び Z方向（図 1 3において上下方向）に、更にゥエー八の支持面に鉛直な軸線の回り方向（0方向）に高い • 精度で位置決めできるようになつている。

なお、 Z方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置を Z方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置 (干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィ一ドバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてゥエーハのノツチ或いはオリフラの位置を測定してゥェ一ハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御する。

ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサ —ポモータ 1 4 · 1 5、 1 4 - 1 6及びエンコーダ 1 4 . 1 7、 1 4 . 1 8は、主ハウジング 1 3 · 4の外側に配置されている。なお、ステージ装置 1 3 · 6は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので ' 、その構造、動作の詳細な説明は省略する。

電子ビームに対するゥェ一八の回転位置や X、 Y位置を予め後述する信号検出系或いは画像処理系に入力することで得られる信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたゥエーハチャック機構は、ゥエーハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになつていて、ゥェ一ハの外周部の 3点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ゥエーハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランクピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。

なお、この実施の形態では図 1 4で左右方向に移動するテーブルを Xテ一プルとし、上下方向に移動するテーブルを Yテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテ —ブルを Yテーブルとし、上下方向に移動するテーブルを Xテーブルとしてもよい。

2 - 1 - 7 ) ゥェ—ハチャッキング機構

2— 1一 7— 1 ) 静電チヤックの基本構造

電子光学系の焦点を試料面に正確にかつ短時間で合わせるために、試料面すなわちゥエー八面の凹 ΰは極力小さくすることが好ましい。そのため、平面度良く（平面度

5 ； a m以下が好ましい）製作された静電チヤックの表面にゥエーハを吸着することが行われる。

静電チャックの電極構造には、単極形と双極形が存在する。単極形はゥ —ハに予め導通をとり、 1つの静電チャック電極との間に高電圧（一般的に数十〜数百 V 程度）を印可することによってゥエーハを吸着する方法であり、双極形は、ゥエー八に導通をとる必要が無く、 2つの静電チャック電極に正負逆の電圧を印可するだけでゥェ一ハを吸着できる。但し、一般的に、安定した吸着条件を得るためには、 2つの電極を櫛の歯状に入組ませた形状にする必要があり、電極形状は複雑になる。

一方、試料の検査のためには、電子光学系の結像条件を得るため、あるいは試料面の状態を電子で観察しやすい状態にするために、ゥヱ一八に所定の電圧（リタ一ディング電圧）を印可する必要がある。このリタ一デイング電圧をゥェ一八に印可すること、およびゥエーハ表面の電位を安定させるためには、静電チャックを上記の単極形とすることが必要である。（但し、後述するように導通針でゥエーハとの導通をとるまでは、静電チャックを双極形として機能させる必要ある。よって静電チャックは、単極形と双極形の切換可能な構造にしている。）

したがって、ゥエーハに機械的に接触して導通をとらなければならない。ところが、ゥエーハに対する汚染防止の要求は厳しくなつてきており、ゥェ一八への機械的接触を極力避けることが求められ、ゥエー八のエツジへの接触が許されない場合がある。このような場合は、。ゥェ一ハ裏面にて導通をとらなければならない。

ゥエーハ裏面には、シリコン酸化膜が形成されていることが普通であり、そのままでは導通がとれない。そこで、ゥエーハ裏面に、 2力所以上の針を接触させ、針の間に電圧を印可することによって、酸化膜を局部的に破壊し、ゥェ一ハ母材のシリコンと導通をとることができる。針に印可する電圧は、数百 V程度の D C電圧もしくは A C '電圧である。また針の材料としては、非磁性で耐摩耗性があり高融点材料であることが求められ、タングステン等が考えられる。またさらに耐久性を持たせるため、あるいはゥエーハの汚染防止のために、表面に T i Nやダイヤモンドをコ一ティングすることも有効である。また、ゥエー八との導通がとれたことを確認するために、針の間に電圧を印可し電流を測定することが有効である。

以上のような背景から作られたのが、図 1 9に示すような^ャッキング機構である。静電チャックには、ゥェ一ハ Wを安定に吸着するために櫛歯状に入り組んだ形状であることが望ましい電極 1 9 · 1、 1 9' · 2 と、ゥエーハ受渡し用の 3本のプッシャ一ピン 1 9 · 3 と、ゥエーハ印可用の 2つ以上の導通針 1 9 . 4とが設けられている。また、静電チャックの周囲には補正リング 1 9 · 5 とゥエーハ落とし込み機構 1 9 • 6が配置される。

プッシヤーピン 1 9 · 3は、ゥエーハ Wがロボットハンドによって搬送される際に静電チャック面上から予め突出しており、ロポットハンドの動作によってゥエーハ W がその上に載置されると、ゆっくりと下降し、ゥェ一ハ Wを静電チャック上に載せる。ゥエーハを静電チャック上から取出す際には逆の動作をして口ポットハンドにゥェーハ Wを渡す役割を果たす。プッシヤーピン 1 9 · 3は、ゥエーハ位置がずれたり汚 ■ 染されることが無いよう表面材料を選ばなければならず、シリコンゴム、フッ素ゴム、 S i Cやアルミナ等のセラミックス、テフロンやポリイミド等の樹脂などを使用することが望ましい。

プッシャ一ピン 1 9 · 3の駆動機構としては幾つか方法がある。一つは、静電チヤックの下部に非磁性ァクチユエ一夕を設置する方法である。これは、超音波リニアモ —タによりプッシャピンを直接リニア駆動する方法や、回転形超音波モータとボールネジまたはラック &ピ二オンギアの組合わせでプッシャピンの直線駆動を行う等の方法が有り得る。この方法は、静電チャックを搭載する X Yステージのテーブル上に、プッシャ機構がコンパクトにまとめらる反面、ァクチユエ一夕やリミットセンサ等の配線が非常に多くなつてしまう。これらの配線は X Y動作するテ一ブルから試料室（メインチャンバ又は主ハウジング）壁面まで繫がるが、ステージの動作に伴って屈曲するため、大きな曲げ Rを持たせて配設する必要がありスペースをとつてしまう。またパーティクル発生源になったり、配線の定期的な交換も必要になるので、使用数は必要最小限にするのがよい。

そこで別方式として、外部から駆動力を供給する方法もある。ゥェ一ハ Wを着脱する位置にステージが移動すると、ベローズを介して真空中に突出した軸が、チャンバ外に備えられたエアシリンダで駆動されて、静電チャック下部に設けられたプッシャ駆動機構の軸を押すようになつている。軸はプッシャ駆動機構内部で、ラック · ピニオシまたはリンク機構と繋がっており、軸の往復移動がプッシャピンの上下動と連動するようになっている。ゥエーハ Wをロポットハンドとの間で受け渡しする際には、コントローラで適切な速度に調整してエアシリンダで軸を真空中に押し出すことによつて、プッシャ一ピン 1 9 · 3を上昇させる。

なお、外部からの軸の駆動源は、エアシリンダに限るものではなく、サーポモータとラック · ピニオンやポールネジの組合わせでも良い。また、 '外部からの駆動源を回転軸とすることも可能である。その場合、回転軸は磁性流体シール等の真空シール機構を介し、プッシャ駆動機構は回転をプッシャの直線運動に変換する機構を内蔵する補正リング 1 9 · 5は、ゥェ一ハ端部の電界分布を均一に保つ作用を持つもので、基本的にゥェ一八と同電位を印可する。しかし、ゥエー八と補正リング間の微小すきまや、ゥェ一八と補正リング表面高さの微小な差の影響を打ち消すため、ゥエー八端部電位と若干異なる電位を印可することもある。補正リングは、ゥエー八の半径方向

1 0〜 3 0 mm程度の幅を持ち、非磁性で導電性の材料、例えば、チタン、りん青銅、 T i N又は T i Cコ一ティングしたアルミ等を使用することができる。

導通釙 1 9 · 4はばね 1 9 · 7で支持されており、ゥェ一八が静電チヤック上に搭載されると、ばね力でゥエーハ裏面に軽く押し付けられる。この状態で、上述した; ¾ に電圧を印可することによってゥエーハ Wとの電気的導通をとる。

静電チャック本体は、タングステン等の非磁性の平面状電極 1 9 · 1、 1 9 · 2 と、その上に形成された誘電体から成る。誘電体の材料はアルミナ、窒化アルミ、ポリイミド等が使用できる。一般にアルミナ等のセラミックスは体積抵抗率が 1 0 ^{1 4} Ω c m程度の完全な絶縁体なので、材料内部での電荷移動は発生せず、吸着力としてク —ロン力が作用する。これに対して、セラミックス組成をわずかに調整することによつて体積抵抗率を 1 0 ¹。 Ω c m程度にすることができ、こうすることによって材料内部で電荷の移動が生じるため、ゥエーハ吸着力としてクーロン力より強い所謂ジョンソン · ラーベック力が作用する。吸着力が強ければその分、印可電圧を低くすることができ、絶縁破壊に対するマ一ジンを大きくとることができ、かつ安定した吸着力も得やすい。また、静電チャック表面をたとえばディンプル状に加工することによつて、静電チャック表面にパーティクル等が付着しても、パーティクルがディンプルの谷部分に落ちる可能性が生じるのでゥェ一八の平面度に影響を与える可能性が減少する効果も期待できる。

以上より、静電チヤック材料を、体積抵抗率を 1 0 ^{1 Q} Ω c m程度に調整した窒化アルミやアルミナセラミックスとし、表面にディンプル状などの凹凸を形成し、その凸面の集合で形成される面の平面度を 5 程度に加工したものが実用的である。

2 - 1 - 7 - 2 ) 2 0 0 / 3 0 0ブリッジツールのためのチヤツキング機構

2 0 0 mm と 3 0 0 mmの 2種類のゥエーハを機械的改造無く検査することが装置に求められることがある。その場合、静電チャックは 2種類のサイズのゥェ一ハをチャッキングし、かつゥヱ一八周縁部にゥエーハのサイズに合わせた補正リングを載置しなければならない。図 1 9の（A：)、 ( B ) 及び図 2 0はそのための構造を示している。

図 1 9の（A ) は静電チャック上に 3 0 0 mmのゥェ一ハ Wを搭載した状態を示している。ゥエーハ Wのサイズより僅かに'大きい（隙間 0 . 5 mm程度）内径を持った補正リング 1 9 · 1が、静電チャック外周の金属性リング状部品にインローで位置決めされ載置されている。この補正リング 1 9 · 1には、ゥエーハ落し込み機構 1 9 ■ W 200

2が 3力所設けられている。ゥエーハ落し込み機構 1 9 ' 2は、プッシャ一ピン 1 9 • 3の駆動機構と連動した上下駆動機構によって駆動され、補正リング 1 9 · 1 に設けられた回転軸周りに回転可能に支持されている。

ゥエーハ Wをロポットハンドから受ける場合、プッシヤーピン駆動機構が動作し、プッシヤーピン 1 9 · 3を上に押上げる。それと適切なタイミングをとつて捕正リング 1 9 · 1に設けられたゥエーハ落し込み機構 1 9 · 2も、図 1 9の（B ) に示すように、駆動力を受けて回転する。するとゥエーハ落し込み機構 1 9 · 2がゥエーハ W を静電チャック中心にガイドするテ一パ面を形成する。次に、押し上げられたプッシヤーピン 1 9 · 3にゥェ一ハ Wが載せられた後、プッシヤーピン 1 9 . 3を下降させる。ゥエーハ落し込み機構 1 9 · 2に対する駆動力の作用タイミングをプッシャ一ピン 1 9 · 3の下降と適切に調整することによって、ゥエーハ Wは落し込み機構 1 9 · 2のテ一パ面によって位置を修正されながら静電チヤック上にゥエーハ Wの中心と静電チヤックの中心がほぼ一致するように置かれる。

落し込み機構 1 9 · 2のテーパ面にはテフロン等の低摩擦材、好ましくは導電性のある低摩擦材（例えば、導電性テフロン、導電性ダイヤモンドライクカーボン、 T I Nコーティング）を形成することが望ましい。なお、図の符号 A、 B、 C、 D、 Eは電圧を印加するための（後述する）端子であり、 1 9 ■ 4はゥェ一ハ Wが静電チヤック上に載置されたことを検知するゥエーハ導通用針で、パネ 1 9 · 5によって押し上げられている。

図 2 0は、同じ静電チャックに 2 0 0 mmのゥェ一ハ Wを搭載した状態を示している。静電チャックよりもゥエーハ径が小さいため、静電チャック表面が露出してしまうので、静電チャックを完全に隠す大きさを持った補正リング 2 0 · 1を搭載している。補正リング 2 0 · 1の位置決めは 3 0 O mm用補正リングの場合と同様である。補正リング 2 0 · 1の内周部には段差が設けてあり、静電チャック側のリング状溝 2 ' 0 · 2に収まるようになつている。これは、 2 0 0 mmゥエーハを搭載した時に補正リング 2 0 · 1の内周とゥエーハ Wの外周との間の隙間から静電チャック表面が見えないように導体（補正リング 2 0 · 1 ) で隠すための構造である。もし静電チヤック表面が見える構造になっていると、電子ビームが照射された際、静電チャック表面に電荷がチャージしてしまい、試料面の電位が乱れてしまうからである。

補正リング 2 0 · 1の交換は、真空チャンバ内の所定の位釐に補正リング交換場所を設けておき、そこから必要な大きさの補正リングをロポットによって搬送して静電チャックに取りつける（イン口一部に揷入する）ことによって行う。

2 0 O mm用補正リングにも、 3 0 0 mmと同様にゥエーハ落し込み機構 2 0 - 2 が設けられている。静電チャック側には、このゥェ一ハ落し込み機構 2 0 · 2 と干渉しないように逃げが形成されている。静電チャック上へのゥエー八の搭載方法は 3 0 0 mmの場合とまったく同様である。なお、符号 A、 B、 C、 D、 Eは電圧を印加するための端子、 2 0 · 3はプッシュピン 1 9 · 3 と同様のプッシュピン、 2 0 . 4はゥエーハ導通用針 1 9 · 4と同様のゥエーハ導通用針である。

図 2 0— 1の（A ) 及び（B ) は、 3 0 0 mmゥエーハと 2 0 0 mmゥエーハの両方に対応することができる静電チャックの構成を概略的に示した図であり、（A ) は 3 0 0 mmゥェ一ハを、（B ) は 2 0 0 m mゥェ一ハを載置した状態をそれぞれ示している。図 2 0— 1の（A ) から理解されるとおり、静電チャックは 3 0 0 mmゥェ —ハを載置することができる広さを持ち、図 2 1 — 2の（B ) に示すように、静電チャックの中央の部分は 2 0 0 mmゥェ一ハを載置することができる広さであり、それを囲むように、補正リング 2 0 · 1の内周部が嵌り込む溝 2 0 · 6が設けられる。なお、符号 A、 B、 C、 D、 Eは電圧を印加するための端子である。

図 2 0— 1の（A ) 及び（B ) に示す静電チャックの場合、ゥェ一八が静電チヤックに載置されているかどうか、ゥェ一八が静電チヤックに正しく載置されたかどうか、補正リングがあるかどうか等は、光学的に検出される。例えば、静電チャックの上方に光学センサを設置し、その光学センサから発された光がゥェ一八によって反射されて再び光学センサへ戻ったときの光路長を検出することによって、ゥェ一ハが水平に載置されたか、傾いて載置されたかが検出できる。また、補正リングの有無は、補正リングが載置されるべき場所の中の適宜の点を斜めに照射する光送信機と、補正リングからの反射光を受光する光受信機とを設けることで検出することができる。更に、 2 0 0 mmゥェ一ハ用の補正リングが載置される場所の適宜の点を斜めに照射する光送信機及び該補正リングからの反射光を受光する光受信機の組み合わせと、 3 0 0 mmゥヱ一八用の捕正リングが載顰される場所の適宜の点を斜めに照射する光送信機及び該補正リングからの反射光を受光する光受信機の組み合わせとを設け、いずれの光矣信機が反射光を受信するかを検知することにより、 2 0 0 mmゥエーハ用の補正リングと 3 0 0 mmゥエーハ用の補正リングのいずれが静電チヤックに載置されたかを検出することができる。

2 - 1 - 7 - 3 ) ゥェ一ハチャッキング手順

以上説明した構造をもったゥエーハチャッキング機構は、以下の手順でゥエーハをチャッキングする。 '

( 1 ) ゥエーハサイズに合った補正リングを口ポットによって搬送し、静電チヤックに搭載する。

( 2 ) 口ポットハンドによるゥェ一ハ搬送とプッシヤーピンの上下動によって、ゥエーハを静電チャック上に載置する。 ( 3 ) 静電チャックを双極形で印加（端子 C、 Dに正負逆の電圧を印加）し、ゥェ —ハを吸着する。

( 4 ) 導通用針に所定電圧を印加し、ゥェ一八裏面の絶縁膜（酸化膜）を破壊する ( 5 ) 端子 A、 B間の電流を測定し、ゥエー八との導通が取れたかどうか確認する ( 6 ) 静電チャックを単極形吸着に移行する。（端子 A、 Bを G R D .、端子 C、 D に同一電圧を印加する）

( 7 ) 端子 A (、 B ) と端子 C (、 D ) との電位差を保ったまま端子 A (、 B ) の電圧を下げ、ゥェ一八に所定のリタ一デイング電圧を印加する。

2— 1— 8 ) 2 0 0ノ 3 0 0ブリツジツールのための装置構成

2 0 0 mmゥェ一ハと 3 0 0 mmゥエーハのどちらも機械的改造なしに検査できる装置にするための構成を図 2 1及び図 2 2に示す。以下、 2 0 0 mmゥエーハもしくは 3 0 0 mmゥェ一ハの専用装置と異なる点を説明する。

2 0 0ノ 3 0 0 mmゥェ一ハ、 F〇U P、 S M I F、オープンカセット等の仕様毎に交換されるゥエーハカセットの設置場所 2 1 · 1には、ユーザー仕様によって決まるゥェ一ハサイズやゥェ一ハカセットの種類に応じたゥェ一ハカセットが設置できるようになつている。大気搬送ロポット 2 1 · 2は、異なるゥエーハサイズに対応できるようなハンドを備え、すわなちゥエー八の落し込み部がゥエーハサイズに合わせて複数設けられており、ゥェ一ハサイズにあった箇所でハンドに搭載されるようになつている。大気搬送ロポット 2 1 · 2はゥエーハを設置場所 2 1 · 1からブリアライナ 2 1 · 3へ送ってゥエーハの向きを整えた後、ゥエーハをプリアライナ 2 1 · 3から取り出して、ロードロック室 2 1 · 4内へ送る。

ロードロック室 2 1 · 4の内部のゥェ一ハラックも同様の構造で、ゥエーハラックの'ゥエーハ支持部には、ゥェ一ハサイズに合わせた複数の落し込み部が形成されており、大気搬送ロポット 2 1 · 2のハンドに搭載されたゥエーハは、そのサイズに合つた落し込み部に搭載されるようにロポットハンドの高さが調整されてゥエーハラック内にゥエーハが揷入され、その後、口ポットハンドが下降することによってゥェ一ハ支持部の所定の落し込み部にゥエー八が載置される。

ロードロック室 2 1 · 4内のゥェ一ハラック載置されたゥ 'エーハは、次いで、搬送室 2 1 · 5内に設置された真空搬送ロボット 2 1 · 6によってロードロック室 2 1 • 3から取り出されて試料室 2 1 · 7内のステージ 2 1 · 8上に搬送される。真空搬送口ポット 2 1 · 6のハンドも、大気搬送ロポット 2 1 · 2と同様、ゥエーハサイズに合った複数の落し込み部を有している。口ポットハンドの所定の落し込み部に搭載されたゥエーハは、ステージ 2 1 · 8において、予めゥエーハサイズに合った補正リング 2 1 ■ 9を搭載した静電チャック上に載置され、静電チャックで吸着固定される。補正リング 2 1 · 9は、搬送室 2 1 · 5内に設けられた補正リングラック 2 1 - 1 0上に載置されている。そこで、真空搬送ロボット 2 1 · 6はゥエーハサイズに合つた補正リング 2 1 · 9を補正リングラック 2 1 · 1 0から取り出して静電チャック上に搬送し、静電チャック外周部に形成された位置決め用インロー部に補正リング 2 1 · 9を嵌め込んでから、ゥエーハを静電チャックに載置する。

補正リングを交換する時は、この逆の操作を行う。すなわち、ロボット 2 1 · 6によって静電チャックから補正リング 2 1 · 9を外し、搬送室 2 1 · 5内の捕正リングラック 2 1 · 1 0に補正リングを戻し、これから検査するゥエーハサイズにあった補正リングを補正リングラック 2 1 · 1 0から静電チャックまで搬送する。

図 2 1に示す検査装置のおいては、ブリアライナ 2 1 · 3がロードロック室 2 2 · 4の近くに配置されているので、ゥェ一ハのァライメントが不十分なために口一ド口ック室で補正リングが装着できない場合にも、ゥェ一ハをプリアライナに戻してァラィメントし直すことが容易であり、工程での時間のロスを減らせるという利点がある図 2 2は、補正リングの置き場所を変えた例であり、補正リングラック 2 1 · 1 0 は省略されている。ロードロック室 2 2 · 1には、ゥエーハラックと補正リングラックとが階層的に形成されており、これらはエレべ一夕に設置されて上下動することができる。まず、これから検査するゥェ一ハサイズに合った補正リングを静電チャックに設置するため、真空搬送口ポット 2 1 · 6が該補正リングを取出せる位置までロードロック室 2 2 · 1のエレべ一夕を移動する。そして補正リングを真空搬送ロポット 2 1 · 6で静電チャック上に設置すると、今度は、検査すべきゥェ一ハを搬送できるようにエレべ一タを操作し、ゥェ一ハを真空搬送ロボット 2 1 · 6でゥェ一ハラックか'ら取出した後、静電チャックに載置する。この構成の場合、口一ドロック室 2 2 · 1にエレベータが必要になるが、真空の搬送室 2 1 · 5を小さく形成することができ、装置のフットプリントを小さくする上で有効である。

なお、静電チャック上にゥエーハが存在するか否かを検知するセンサは、異なるゥエーハサィズのどちらにも対応できる位置に設置されることが望ましいが、それが不可能な場合には、同一の働きをする複数のセンサをゥェ一ハサイズ毎に配置してもよい。

図 2 1に関して述べた検査装置においては、静電チャックの上に補正リングを載置し、その補正リングの内径に当てはまるようにゥエーハを位置決めするという手順が取られている。そこで、図 2 2に示す検査装置においては、ロードロック室 2 2 · 1 でゥエー八に補正リングを装着し、補正リングが装着されたゥェ一ハを補正リングごと搬送して試料室 2 1 · 7へ導入し、ステージ上の静電チャックに装着するという手順が取られる。それを実現する機構として、図 2 2— 1及び図 2 2— 2に示す、エレベ一夕を上下させてゥェ一八を大気搬送ロポットから真空搬送ロポットへ渡すためのエレベータ機構がある。以下、この機構を用いてゥエーハを搬送する手順を説明する図 2 2— 1の（A ) に示すように、ロードロック室の中に設けられたエレべ一夕機構は上下方向に移動可能に設けられた複数段（図では 2段）の補正リング支持台を有する。上段の補正リング支持台 2 2 · 2 と下段の補正リング支持台 2 2 · 3 とは、第 1のモータ 2 2 · 4の回転によって昇降する第 1の台 2 2 · 5に固定され、これによつて、第 1のモータ 2 2 · 4の回転により、第 1の台 2 2 · 5及び上下の補正リング支持台 2 2 * 2、 2 2 · 3が上方又は下方に移動することになる。

各補正リング支持台にはゥエー八のサイズに応じた内径の補正リング 2 2 · 6が載置されている。補正リング 2 2 · 6は 2 0 0 mmゥェ一ハ用と 3 0 0 mmゥェ一ハ用との、内径が異なる 2種類が用意され、これらの補正リングの外径は同じである。このように、同じ外径の補正リングを用いることにより、相互互換性が生まれ、ロードロック室の中に 2 0 0 mm用と 3 0 0 mm用とを自由な組み合わせで載置しておくことが可能になる。つまり、 2 0 0 mmゥエーハと 3 0 0 mmゥエーハとが混合して流れてくるラインについては、上段を 3 0 0 mm用、下段を 2 0 0 mm用とし、どちらのゥェ一ハが流れてきても検査を行えるよう柔軟に対応することができる。また、同じサイズのゥェ一ハが流れてくるラインであれば、上下の段を 2 0 0 mm用或いは 3 0 0 mm用とし、上下の段のゥェ一ハを交互に検査することができるので、スループッ卜を向上させることができる。

第 1の台 2 2 · 5には第 2のモータ 2 2 · 7が載置され、第 2のモー夕 2 2 · 7には'第 2の台 2 2 · 8が昇降可能に取り付けられている。第 2の台 2 2 · 8には上段のゥエーハ支持台 2 2 · 9 と下段のゥエーハ支持台 2 2 · 1 0 とが固定されている。これにより、第 2のモータ 2 2 · 7が回転すると、第 2の台 2 2 · 8と上下のゥエーハ支持台 2 2 · 9、 2 2 - 1 0 とが一体に上方又は下方に移動することになる。

そこで、図 2 2— 1の（A ) に示すように、ゥエーハ Wを大気搬送ロポット 2 1 · 2のハンドに載せてロードロック室 2 2 · 1 に搬入し、次いセ、 ( B ) に示すように、第 2のモ一夕 2 2 · 7を第 1の方向に回転させてゥエーハ支持台 2 2 · 9、 2 2 · 1 0を上方に移動させ、ゥェ一ハ Wを上'段のゥエーハ支持台 2 2 · 9の上に載置させる。これによつて、ゥエーハ Wを大気搬送ロボット 2 1 · 2からゥエーハ支持台 2 2 • 9へ移す。その後、（C ) に示すように大気搬送ロポット 2 1 · 2を後退させ、大気搬送ロポッ卜 2 1 · 2の後退が完了したところで、（D ) に示すように、第 2のモ一夕 2 2 · 7を第 1の方向とは逆の方向に回転させてゥエーハ支持台 2 2 · 9、 2 2 • 1 0を下方へ移動させる。これによつてゥエーハ Wは上段の補正リング 2 2 · 6に載置される。

次いで、（E ) に示すように、真空搬送ロポット 2 1 ■ 6のハンドをロードロック室 2 2 · 1の中に入れて補正リング 2 2 · 6の下側で停止させる。この状態で第 1のモータ 2 2 · 4を回転させ、（F ) に示すように、第 1の台 2 2 · 5、上下の補正リング支持台 2 2 · 2、 2 2 · 3、第 2のモータ 2 2 · 7及ぴ上下のゥエーハ支持台 2 2 · 9、 2 2 · 1 0を下方へ移動させ、これによつて、上段のゥエーハ支持台 2 2 · 9に載置されていた補正リング 2 1 · 6及びゥェ一ハ Wを真空搬送ロポット 2 1 · 6 のハンドに載せ、試料室 2 1 · 7へ搬入することができる。

試料室 2 1 · 7での検査が終了したゥエーハをロードロック室 2 1 · 4へ戻す動作は、上記とは逆の手順で行われ、補正リングと共に真空搬送口ポットによりゥエーハ支持台の上に搬入されたゥエーハは、補正リング支持台に、次いでゥエーハ支持台に移され、最後に大気搬送口ポットに載置されることになる。なお、図 2 2 — 1及び図

2 2— 2においては、上段におけるゥェ一ハ受け渡し動作を説明したが、大気搬送口ボット 2 1 · 2及び真空搬送ロポット 2 1 · 6のハンドの高さを調整することにより、下段においても同様の動作が可能である。このように大気搬送口ポット 2 1 · 2及び真空搬送ロポット 2 1 · 6のハンドの高さを適切に切り換えることにより、一方の段から未検査のゥエーハを試料室へ搬入し、次いで検査済みのゥエーハを試料室から他方の段へ搬出することを交互に行うことができる。

2 - 2 ) ゥェ一ハの搬送方法

次に、カセッ卜ホルダ 1 3 · 2に支持されたカセット 1 3 · 1 2からワーキングチヤンバ 1 3 · 1 6内に配置されたステージ装置 1 3 · 6までへのゥエー八の搬送を順を追って説明する（図 1 4〜図 1 6参照）。

カセットホルダ 1 3 · 2は、前述のように人手によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが、また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施の形態において、カセット 1 3 · 1 2がカセットホルダ 1 3 · 2の昇降テ一ブル 1 3 · 1 3の上にセットされると、昇降テーブル 1 3 - 1 3は昇降機構 1 3 - 1 4によって降下されカセット 1 '3 . 1 2が出入り口 1

3 · 1 5に整合される。カセットが出入り口 1 3 · 1 5に整合されると、カセットに設けられたカバ一（図示せず）が開き、セットとミニエンバイロメント装置 1 3 ·

3の出入り口 1 3 · 1 5 との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置 1 3 · 3 側に出入り口 1 3 · 1 5を開閉するシャツ夕装置が設けられている場合にはそのシャッ夕装置が動作して出入り口 1 3 ' 1 5を開く。

—方、第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4のアーム 1 6 · 1 6は方向 M 1又は M 2のいずれかに向いた状態（この説明では M 1の方向）で停止しており、出入り口 1 3 ， 1 5が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されているゥェ一ハのうち 1枚を受け取る。なお、アームと、カセットから取り出され'るべきゥェ一ハとの上下方向の位置調整は、この実施の形態では第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4の駆動部 1 6 · 1 5 及びアーム 1 6 · 1 6の上下移動で行うが、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或いはその両者で行ってもよい。

アーム 1 6 · 1 6によるゥェ一ハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャツ夕装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム 1 6 · 1 6は軸線 0 —〇 iの回りで回動して方向 M 3に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたゥェ一ハをプリァライナ一 1 6 · 5の上に載せ、そのブリアライナ一 1 6 · 5によってゥェ一ハの回転方向の向き（ゥエーハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ュニット 1 6 · 1 4はアームの先端にブリアライナ一 1 6 · 5からゥェ一ハを受け取つたのちアームを縮ませ、方向 M 4に向けてアームを伸長できる姿勢になる。するとシャツタ装置 1 4 · 8の扉 1 3 · 2 7が動いて出入り口 1 3 · 2 5及び 1 3 · 3 7を開き、アーム 1 6 · 1 6が伸びてゥェ一ハを第 1の口一ディングチャンパ 1 4 · 2内のゥエーハラック 1 4 · 1 1の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャツタ装置 1 4 · 8を開いてゥエーハラック 1 4 . 1 1にゥエー八が受け渡される前に、仕切壁 1 4 · 5に形成された開口 1 7 · 4はシャッ夕装置 1 4 · 1 0の扉 1 4 · 1 9により気密状態で閉じられている。

上記第 1の搬送ユニット 1 6 · 1 4によるゥェ一八の搬送過程において、ミニエンパイロメント装置 1 3 * 3のハウジングの上に設けられた気体供給ュニット 1 6 · 9 からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がゥエーハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施の形態では供給ュニットから供給される空気の約 2 0 %で主に汚れた空気）は排出装置 1 6 · 4の吸入ダクト 1 6 · 1 2から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジングの底部に設けられた回収ダクト 1 6 · 1 0を介して回収され再び気体供給ュニット 1 6 · 9に戻される。

口一ダハウジング 1 3 · 5の第 1のローデイングチャンバ 1 4 · 2内のゥエーハラック 1 4 · 1 1内に第 1の搬送ュニット 1 6 ' 1 4によりゥエーハが載せられると、シャツ夕装置 1 4 · 8が閉じて、ローディングチャンバ 1 4 · 2内を密閉する。すると、第 1のローデイングチャンバ 1 4 · 2内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてその口一ディングチャンバ 1 4 · 2内は真空雰囲気にされる。この第 1のローデイングチャンバ 1 4 · 2の真空雰囲気は低真空度でよい。ローデイングチャンパ 1 4 · 2内の真空度がある程度得られると、シャツ夕装置 1 4 · 1 0が動作して扉 1 4 · 1 9で密閉していた出入り口 1 7 · 4のシャツ夕 1 4 · 5を開き、第 2の搬送ュニット 1 4 · 1 2の'アーム 1 4 . 2 0が伸びて先端の把持装置でゥェ一ハ受け 1 4 · 1 1から 1枚のゥェ一ハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチヤックで把持して）。ゥエー八の受け取りが完了するとアームが縮み、シャツ夕装置 1 4 · 1 0が再び動作して扉 1 4 . 1 9で出入り口 1 7 · 4を閉じる。

なお、シャッ夕装置 1 4 · 1 0が開く前にアーム 1 4 · 2 0は予めゥエー八ラック 1 4 · 1 1の方向 N 1に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャツタ装置 1 4 · 1 0が開く前にシャツ夕装置 1 3 · 2 9の扉 1 4 · 9で出入り口 1 4 · 7 、 1 4 ■ 1を閉じていて、第 2のローデイングチャンバ 1 4 · 3内とワーキングチヤンパ 1 3 · 1 6内との連通を気密状態で阻止しており、第 2のローディングチャンバ 1 4 · 3内は真空排気される。

シャツタ装置 1 4 ■ 1 0が出入り口 1 7 · 4を閉じると、第 2のローデイングチヤンパ 1 4 · 3内は再度真空排気され、第 1のローディングチャンバ 1 4 · 2内よりも高真空度の真空にされる。その間に、第 2の搬送ュニット 1 6 · 1 4のアームはヮーキングチャンパ 1 3 · 1 6内のステージ装置 1 3 · 6の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ 1 3 · 1 6内のステージ装置 1 3 · 6では、 Yテーブル 1 3 · 3 3が、 Xテーブル 1 3 · 3 4の中心線 X。一 X。が第 2の搬送ュニット 1 4 · 1 2の回動軸線〇₂— 0 ₂を通る X軸線 X — X とほぼ一致する位置まで、図 1 4で上方に移動し、また、 Xテーブル 1 3 · 3 4は図 1 4で最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第 2のローデイングチャンバ 1 4 · 3がワーキングチャンバ 1 3 · 1 6の真空状態と略同じになると、シャツ夕装置 1 3 · 2 9の扉 1 4 · 9が動いて出入り口 1 4 · 7、 1 4 · 1を開き、アームが伸びてゥエーハを保持したアームの先端がワーキングチャンパ 1 3 · 1 6内のステージ装置 1 3 · 6に接近する。そしてステージ装置 1 3 · 6の載置'面 1 4 · 1 4上にゥェ一ハを載置する。ゥェ一八の載置が完了するとアームが縮み、シャツ夕装置 1 3 · 2 9が出入り口 1 4 · 7、 1 4 · 1を閉じる。

ステージには、ゥエー八に逆バイアス電位（リターデイング電位）をかける機構があるので、アームがステージへゥエー八を置きに行くもしくは取りに行く時、アームをステージと同じもしくは近い電位、またはアームをフローティング電位にしておくことにより、電位のショートによる放電などの不具合を避ける機構を有している。また、別の実施の形態として、ゥェ一ハをステージ装置上に搬送する際にはゥエーハへのバイァス電位をオフにしておいてもよい。

バイアス電位を制御する場合には、ゥエーハがステージに搬送されるまでは電位をオフにしておき、ステージに搬送され載置されてからオンにしてパイァス電位を印加するようにしてもよい。バイアス電位を印加する時機は、タクトタイムを予め設定しておき、それにしたがって印加してもよいし、ステージの上にゥェ一八が載置された事をセンサで検出し、その検出信号をトリガとして印加するようにしてもよい。また、シャッタ装置 1 3 · 2 9が出入口 1 4 · 7、 1 4 · 1を閉じたことを検出して、その検出信号をトリガとして印加してもよい。更に、静電チャックを用いるばあには、静電チヤックに吸着されたことを確認し、.それをトリガとしてバイアス電位を印加するようにしてもよい。

以上は、カセット 1 3 · 1 2内のゥェ一ハをステージ装置上に搬送するまでの動作について説明したが、ステージ装置 1 3 · 6に載せられて処理が完了したゥェ一ハをステージ装置 1 3 · 6からカセット 1 3 · 1 2内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ゥエーハラック 1 4 · 1 1に複数のゥェ一ハを載置しておくため、第 2 の搬送ュニット 1 4 · 1 2でゥェ一ハラック 1 4 · 1 1 とステージ装置 1 3 · 6 との間でゥェ一ハの搬送を行う間に、第 1の搬送ュニット 1 6 · 1 4でカセットとゥエーハラック 1 4 · 1 1 との間でゥエー八の搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。

具体的には、ゥェ一ハラック 1 4 · 1 1に、既に処理済のゥエーハ Aと未処理のゥエーハ Bがある場合、まず、ステージ装置 1 3 · 6に未処理のゥエーハ Bを移動する。この間に、処理済ゥェ一ハ Aを、アームによりゥェ一ハラックからカセット 1 3 · 1 に移動し、未処理のゥェ一ハ Cを同じくアームによりカセット 1 3 ■ 1 2から抜き出し、ブリアライナ 1 6 · 5で位置決めした後、ローディングチャンバ 1 4 · 2のゥエーハラック 1 4 · 1 1に移動する。

このようにすることで、ゥェ一ハラック 1 4 · 1 1の中は、ゥエーハ Bを処理中に、処理済のゥェ一ハ Aが未処理のゥエーハ Cに置き換えることができる。また、検査や評価を行うこのような装置の利用の仕方によっては、ステージ装置 1 3 · 6を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのゥェ一ハラック 1 4 · 1 1からゥェ一ハを移動することで、複数枚のゥェ一ハを同じ処理することもできる。

図 2 3は、主ハウジング 1 3 · 4の支持方法の変形例がで示されている。図 2 3に示された変形例では、ハウジング支持装置 2 3 · 1 を厚肉で矩形の鋼板 2 3 · 2で構成し、その鋼板の上にハウジング本体 2 3 · 3が載せられている。したがって、八ゥジング本体 2 3 · 1の底壁 2 3 · 4は、前記実施の形態の底壁に比較して薄い構造になっている。図 2 4に示された変形例では、ハウジング支持装置 2 4 · 1のフレーム構造体 2 4 · 2によりハウジング本体 2 4 ' 3及びローダハウジング 2 4 ■ 4を吊り下げて状態で支持するようになっている。

フレーム構造体 2 4 · 2に固定された複数の縦フレーム 2 4 · 5の下端は、ハウジング本体 2 4 · 3の底壁 2 4 · 6の四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持するようになっている。そして防振装置 2 4 · 7は、フレーム構造体 2 4 · 2と台フレーム 2 4 · 8との間に配置されている。また、ローダハウジング 2 4 . 4もフレーム構造体 2 4 · 2に固定された吊り下げ部材 2 4 · 9によって吊り下げられている。ハウジング本体 2 4 ■ 3のこの図 2 4に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになつている。

図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置 1 3 · 3 と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジング 1 3 · 4のハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。

上記の実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。

( 1 ) 電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。

( 2 ) ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止す'ると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。

( 3 ) ローデイングチヤンバ及ぴヮ一キングチャンバを一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。

2 - 3 ) 電子光学系

2— 3— 1 ) 概要 .

電子光学系 1 3 · 8は、ハウジング本体 1 3 · 1 7に固定された鏡筒 1 3 · 3 8の中に設けられた、図 2 5— 1 に概略的に図示する一次電子光学系（以下、単に一次光学系という） 2 5 · 1 と、二次電子光学系（以下、単に二次光学系という） 2 5 . 2 とを備える電子光学系と、検出系 2 5 ' 3 とを備える。一次光学系 2 5 · 1は、電子線を検査対象であるゥエーハ Wの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃 2 5 · 4と、電子銃 2 5 · 4から放出された一次電子線を集束する静電レンズからなるレンズ系 2 5 · 5と、ウイ一ンフィルタすなわち E X B分離器 2 5 ' 6と、対物レンズ系 2 5 · 7 とを備え、それらは、図 2 5— 1に示されるように電子銃 2 5 · 4を最上部にして順に配置されている。この実施の形態の対物レンズ系 2 5 · 7を構成す ■ るレンズは減速電界型対物レンズである。この実施の'形態では、電子銃 2 5 · 4から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるゥェ一ハ Wに照射される照射光軸（ゥェ一ハの表面に垂直になっている）に関して斜めになつている。対物レンズ系 2 5 · 7 と検査対象であるゥェ一ハ Wとの間には電極 2 5 · 8が配置されている。この電極 2 5 · 8は一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源 2 5 · 9によって電圧制御されるようになっている。

二次光学系 2 5 · 2は、 E X B型偏向器 2 5 · 6により一次光学系から分離された二次電子を通す静電レンズから成るレンズ系 2 5 · 1 0を備えている。このレンズ系 2 5 - 1 0は二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能する。

検出系 2 5 · 3は、レンズ系 2 5 ■ 1 0の結像面に配置された検出器 2 5 · 1 1及び画像処理部 2 5 · 1 2を備えている。

一次ビームの入射方向は通常 E X Bフィルタの E方向（電界の逆方向）であり、この方向と積算型のラインセンサ（T D I ： time delay integration) の積算方向とは同じ方向となっている。 T D Iの積算方向は一次ビーム方向と異なっていても構わない。

電子ビーム光学系鏡筒は以下の構成要素を備えている。

( 1 ) コラム磁気シールド

鏡筒を構成する部材には望ましくはパーマロイ等のニッケル合金や鉄等の磁性体を用ると良く、磁気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。

( 2 ) 検出器回転機構

ステージの走査軸方向と検出器の走査方向とを一致させるために、鏡筒 1 3 . 3 8 の上部には、鏡筒 1 3 · 3 8の内を真空に保持した状態のまま T D I等の検出器 2 5 • 1 1を光軸周りに士数度程度回転できるようにして、装置の組立により生じる走査方向のずれを無くす検出器回転機構を有している。この機構においては、回転分解能及び回転位置再現性は 5〜4 0秒程度必要である。これは、検出器において、 1 フレーム分の画像を走査する間にステージの査方向と検出器の走査方向とのずれを 1 ピクセルの 1 / 1 0程度に収める必要から出てくる。検出器回転機構によれば、ステ一ジの移動方向と T D Iの積算方向の角度誤差を 1 O m r a d以下、好ましくは l m r a d以下、より好ましくは 0. 2m r a d以下に調整することも可能である。

以下、図 2 5 — 3〜図 2 5— 5を用いて、検出器回転機構の構成の一例を説明する。図 2 5— 3は、鏡筒 1 3 · 3 8の上部に設けられた検出器回転機構の全体の構成を示す図であり、図 2 5— 4は、上鏡筒を回転させるための機構の概略図であり、図 2 5— 5は、上鏡筒と下鏡筒とをシールするための機構を示している。

図 2 5— 3において、鏡筒 1 3 · 3 8の上端は、検出器 2 5 · 1 1が取り付けられた上鏡筒 2 5 · 2 0と、主ハウジング 1 3 · 4に固定された下鏡筒 2 5 · 2 1 とからなる。上鏡筒 2 5 · 2 0は下鏡筒 2 5 · 2 1に対してベアリング 2 5 · 2 2を介して支持されて二次光学系の光軸の周りに回転可能であり、また、上鏡筒 2 5 · 2 0と下鏡筒 2 5 · 2 1 との間には、鏡筒 1 3 · 3 8の内部を真空に保っためにシール部 2 5 • 2 3が設けられる。具体的には、上鏡筒 2 5 · 2 0の下端と下鏡筒 2 5 · 2 1の上端との間にシール部 2 5 · 2 3を設置するとともに、下鏡筒 2 5 · 2 1の上端に上鏡筒 2 5 · 2 0を取り囲むように鍔部 2 5 · 2 4を設け、この鍔部 2 5 - 2 4と上鏡筒 2 5 ■ 2 0の側面との間にベアリング 2 5 · 2 2を設置する。

上鏡筒 2 5 · 2,0と下鏡筒 2 5 · 2 1 とにはそれぞれ、ベアリング 2 5 · 2 2を押さえるためのベアリング押さえ 2 5 · 2 5、 2 5 - 2 6がネジ止めされる。さらに、上鏡筒 2 5 · 2 0を下鏡筒 2 5 · 2 1に対して回転させるために、図 2 5— 4に示す駆動機構が設けられる。即ち、鍔部 2 5 · 2 4の上端に設けられたベアリング押さえ 2 5 - 2 6の一部には突起 2 5 · 2 7が設けられ、一方、上鏡筒 2 5 · 2 0から突設された取り付け部材（ブラケット） 2 5 · 2 8にはァクチユエ一夕 2 5 · 2 9が固定される。ァクチユエ一夕 2 5 · 2 9の軸 2 5 · 3 0は突起 2 5 · 2 7と接触し、鍔部 2 5 · 2 4とァクチユエ一夕 2 9 ■ 2 9が固定された取り付け部材（ブラケット） 2 5 - 2 8との間には、突起 2 5 * 2 7の方へ引く力が与えられた予圧パネ 2 5 * 3 1 が設けられる。これにより、ァクチユエ一夕 2 5 · 2 9を作動させて軸 2 5 . 3 0がァ'クチユエ一夕 2 5 · 2 9から突出する長さを変えることにより、下鏡筒 2 5 · 2 1 に対して上鏡筒 2 5 · 2 0を所望の角度だけ所望の方向に回転させることができる。前述の回転精度のためには、ァクチユエ一夕 2 5 · 2 9の移動分解能は 5〜 1 0 m程度であることが望ましい。また、ァクチユエ一夕 2 5 · 2 9としては、ピエゾ · ァクチユエ一夕やマイクロメータをモータ駆動するものであってよい。また、ァクチユエ一夕 2 5 · 2 9を固定するブラケット 2 5 · 2 8と突起 2'5 · 2 7との相対距離を測定することができるセンサを取り付けて検出器 2 5 · 1 1の回転位置を測定することが望ましい。センサには、リニアスケール、ポテンショメ一夕、レーザ変位計、歪みゲージ等を使用することができる。

シール部 2 5 · 2 3は、鏡筒 1 3 · 3 8の内部を真空に保っために、図 2 5— 5に示すように、下鏡筒 2 5 · 2 1の上端の面と上鏡筒 2 5 · 2 0の下端の面との間に僅かな隙間 2 5 · 3 2 (図 2 5— 5 ) が形成されるように設置される。シール部 2 5 · 2 3は、中央部に固着された仕切りリング 2 5 · 3 3と 2個の弾性シール 2 5 - 3 4 、 2 5 · 3 5 とを備え、各弾性シール 2 5 · 3 4、 2 5 · 3 5のリップ部の間には、シール面の面圧を確保してシール性を高めるためのスプリング 2 5 · 3 6、 2 5 · 3 7がそれぞれ設けられる。仕切りリング 2 5 · 3 3の中央には、下鏡筒 2 5 · 2 1 に形成された排気路 2 5 · 3 8 と連なる排気口 2 5 · 3 9が設けられる。彈性シール 2 5 · 3 4、 2 5 · 3 5は摩擦係数が極めて小さく摺動性に優れた材質で作られることが好ましく、例えば、米国ヒューロン社製のォムニシールを用いることができる。このように、弹性シールを 2重に配置し、その中間の空間 2 5 · 4 0を真空排気することにより、上鏡筒 2 5 · 2 0が回転して若干のリークが大気側の弾性シール 2 5 • 3 5に発生しても、リークした空気は排気路 2 5 · 3 8で排気され、空間 2 5 · 4 0の圧力がさほど上昇しない。そのため、弹性シール 2 5 · 3 4から鏡筒内へのリ一クが発生せず、鏡筒内の真空を劣化させることがない。空間 2 5 · 4 0は継続的に真空排気されても良いが、検出器回転機構を作動させたときのみ排気することも可能である。これは、リークが生じやすいのは回転時であり、回転させないときには弹性シール 2 5 · 3 4、 2 5 - 3 5 と上鏡筒 2 5 · 2 0の下端との面圧で十分シールできるからである。

弹性シール 2 5 · 3 4、 2 5 - 3 5と上下の面との面圧を適切に設定することが重要であり、これは隙間 2 5 · 3 2の大きさを調整することにより実現できる。隙間 2 5 - 3 2の調整は、ベアリング 2 5 · 2 2と下鏡筒 2 5 - 2 1の上端の面との間にシム 2 5 · 4 1 を入れることによって行うことができる。ここにシム 2 5 ， 4 1 を入れることにより、下鏡筒 2 5 · 2 1 に対するベアリング 2 5 · 2 2の高さを変えることができる。これに対して、上鏡筒 2 5 · 2 0では押さえ 2 5 . 2 5、 2 5 - 2 6でべァリング 2 5 · 2 2を挟み込んでいるので、ベアリング 2 5 · 2 2は上鏡筒 2 5 · 2 0と共に上下する構造になっており、シム 2 5 · 4 1の厚さの分だけ上鏡筒 2 5 * 2 0と下鏡筒 2 5 * 2 1 との間の隙間 2 5 · 3 2が変わることになる。

なお、鏡筒の仕様によっては、図 2 5— 5に示すように 2重のシールを設けずに、 1重のシールのみとしてシール間の真空排気を行わなくても十分な場合がある。しかし、 2重のシールの方が信頼性が高く、高真空が得られ易い。 'また、上の説明では弹性シール 2 5 - 3 4 ,· 2 5 - 3 5の内部にスプリング 2 5 · 3 6、 2 5 - 3 7を設けるようにしたが、真空と大気圧との差圧で弾性シール 2 5 · 3 4、 2 5 ， 2 5が上下面に十分押しつけられる場合や、弹性シール 2 5 · 3 4、 2 5 - 3 5自体に十分な反発力がある場合には、スプリング 2 5 · 3 6、 2 5 ■ 3 7を省略しても良い。以上のような構成の回転機構によって検出器とステージとの方向を合わせるには、検出器 2 5 · 1 1を微少量回転させ、その都度、検出器 2 5 · 1 1の走査撮像を行つて、最もシャープな画像が得られたときの角度に検出器 2 5 · 1 1の角度を合わせればよい。以下、その具体的な方法を説明する。

検出器回転機構の回転可動範囲において、検出器 2 5 · 1 1を微小角度回転させて検出器 2 5 · 1 1の走査撮像を行い、得られた画像に対して画像処理を施すことによつて、コントラスト等の像質を評価できる数値を求める。これを繰り返すことによつて検出器 2 5 · 1 1の回転位置と像質との関係をを求め、最も像質がよいときの検出器 2 5 · 1 1の回転位置を求める。そこで、その位置まで検出器 2 5 · 1 1を回転させることによって検出器 2 5 · 1 1の位置決め作業が完了する。

ステージと検出器 2 5 · 1 1との位置ずれの許容値は検出器 2 5 · 1 1の 1 フレーム分の画像を走査する間に、ステージの走査方向と検出器の走査方向とのずれが 1 ピクセルの 1ノ 1 0程度に収める必要から決まる。したがって、走査方向にピクセルが約 5 0 0段並んでいる場合の許容角度ずれは約 4 0秒となる。

ステージと検出器との角度のずれを 4 0秒以下に合わせるには、上記した、検出器の位置と像質との関係を多項式近似等の手法によって数値化し、像質が最良になるときの検出器 2 5 · 1 1の位置を求める方法や、まず検出器 2 5 · 1 1 を粗く回転させて撮像を行い、検出器の位置と像質との概略の関係を求め、像質が最良になる検出器の位置の範囲を絞り込み、再度、その範囲内で検出器を微少量ずつ回転させて同様の操作を行い、像質が最良になる検出器位置を精度良く求める方法を用いることができる。こうして、ステージと検出器との角度合わせが完了した後に角度のずれが生じるのを防止するために、ロック機構を設けることが有効である。例えば、ベアリング押さえ 2 5 · 2 5、 2 5 · 2 6間に板状部品を渡し、この板状部品とベアリング押さえ 2 5 - 2 5 , 2 5 · 2 6 とをポルトで固定すればよい。

( 3 ) Ν Α移動機構

N Aは光軸方向や光軸に直交する方向に数センチ程度移動できるような機構によって保持されており、倍率の変更に連動して光学的に最適な位置に N Aを調整することを可能にしている。 N A保持部には複数の N Aが取り付けられるようにすることが望ましく、そういう機構を付加することによって N Aの劣化や透過率を変更したい場合に鏡筒内を真空に保持したままの N A交換が可能になる。 '

また、 N A保持部には望ましくはヒー夕一部が設置されており N Aを高温保持することにより N Aが劣化しにくくなる効果がる。また、反応性ガスの配管部を設置することも有効であり、鏡筒内を真空に保持したままの N Aのクリ一二ングが可能となる (4) アイソレーションパルプ

鏡筒には、望ましくは鏡筒内を複数の空間に分割できるようにするためのパルプが設置されている。具体的には MC P部や電子銃部の空間をステージ部の空間と切り離せるようにバルブを設置すると有効である。そのような構成にすることで、 MC P部や電子銃部を真空に保持したままステージ周辺等のメンテナンスを実施することが可能になる。また、逆にステージ部等を真空に保持したまま MC P部や電子銃部のメンテナンスを実施することも可能である。

(5) 光軸シールド筒

光軸の周囲はアースに接地された筒状の部材によって囲まれていることが望ましく、そのような構成にすることで電気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。

(6) MC P手前のオリフィス

一連の電子光学系と MC P部の間にはオリフィス状あるいは細長い筒状の部材が設置されており、双方の空間を結ぶ経路のコンダクタンスが小さくなるような構成とすることで、 MC P部の圧力を電子光学系の 1ノ 5程度、好ましくは 1 Z 10程度より好ましくは 1 1 0 0程度低く保持することが容易になる。

(7) 電極一体化、高精度化

電子光学的に同心軸上に数 m以下の精度で配置されることが必要な部品については、望ましくは部材同士の合わせ加工や冷し嵌めといった方法によって組み立てられていると良い。

(8) 光学顕微鏡 ' 低倍率での試料像や、光で見た場合の画像を電子ビーム画像と比較参照のために光学顕微鏡を備えている。倍率は電子ビーム画像の 1/ 1 0〜 1 50 0 0程度好ましくは l ^ O l/l O O O, より好ましくは 1/2 0〜：！ノ 10 0程度である。試料表面からの光の画像は二次元の固体撮像素子（C CD) で検出し、

C'RT上に表示させることができる。又、メモリーに記憶させておくことができる。

(9) 同軸イオンポンプ

イオンポンプ等の無振動型の真空排気系を電子銃部や MC P部付近の光軸周りに回転対称状に配置することで、排気系自体による荷電粒子や磁場等の影響を相殺しながら当該箇所を高真空に保持する効果が期待できる。これはイオンポンプを配管で電子銃部などに接続して排気する場合、配管のコンダクタンスが小さ'くなつてしまうのを改善していることによる。

以下、具体的な実施の形態について説明する。

(1) 実施の形態 1

真空チャンバ、真空排気系、 1次光学系、 2次光学系、検出器、画像処理器、制御用コンピュータより主に構成されている検査装置の一例である。図 2 6にその一例を示す。

電子ビームを試料に照射するための 1 次光学系 2 6 · 1と試料表面から放出された電子、例えば、 2 次電子、反射電子、後方散乱電子等を、検出器に導くための、 2 次光学系 2 6 · 2がある。 2 次光学系は、写像投影式光学系である。 1次系と 2次系を分離する為に、 EXBなるビーム分離器 2 6 · 3が使用される。また、検出器 2 6 · 4によって検出された電子の画像信号は、光信号、 'または/及び、電気信号に変換され、画像処理器 26 · 5により処理される。また、このとき、検出器に入射する電子数は、 1画素相当エリアに、 2 00個以下でも画像を良好に形成できる。もちろん 1画素領域中に 200個以上の場合も画像を良好に形成できることは言うまでもない。

1次光学系の構成要素である電子銃 2 6 · 6は、熱フィラメントとして、 L a B₆ が用いられ、ゥエネルト、引出電極 2 6 .' 7により力ソードからの電子を引き出す。その後、 2段の Aレンズ（アインツェルレンズ） 2 6 · 8によりビームをアパーチャ 2 6 · 9に収束させ、クロスオーバーを形成する。その後、 2段のァライナ 26 · 1 0 、アパーチャ 2 6 · 1 1、 3段の 4極子レンズ 2 6 . 1 2、 3段ァライナ 2 6 · 1 3 を通過してビーム分離器に入射して試料面方向に偏向され、アパーチャ 2 6 · 1 4と 2次系の Ρレンズ（対物レンズ） 1 6 * 1 6を通過して試料面にほぼ垂直に照射される。

アパーチャ 2 6 · 9により、クロスオーバでの均一性が高く、且つ、輝度の高いビ —ム領域を通過させ、アパーチャ 2 6 · 1 1により、 4極子レンズへのビーム入^角度を規定するァライナ（偏向器） 2 6 · 1 0は、アバ一チヤ 26 · 1 1及び 4極子レンズ 2 6 · 1 2の光軸中心にビームを入射させるための調整に使用される。 4極子レンズ 2 6 · 1 2は、ビームの 2方向、例えば、 X, Υ方向の軌道を変えて、ビームの形状を変形することに利用される。例えば、試料照射ビーム形状において、円形、楕円'形、矩形、矩形 ·楕円の X , y方向の形状の割合変更等を実現できる（図 2 7参照 ) 。 4極子レンズ通過後、ァライナ 2 6 · 14により、アパーチャ 26 . 1 5、 Pレンズ（対物レンズ） 2 6 · 1 6の中心を通過するように調整され、試料表面に入射する。このとき、照射ビームの形状は、 2軸の少なくとも一つについて、対称的に形状を形成できる。ビーム形状は非対称であっても良い。試料表面に照射されるビームのエネルギーは、最終的に、力ソードと試料表面に電圧差によつ'て決定される。例えば、力ソード- 5. 0 k-V, 試料表面— 4 kVの時、照射ビームエネルギは、 I k e V となる（図 2 6参照）。

この場合の電圧の誤差は士 1 0 V、エネルギー誤差は ± 2 O e Vである。また、検出電子として、 2次電子を用いる場合、ビーム照射エネルギが 1. 5 k e V± 1 0 e V〜 5 k e V± 1 0 e Vで用いるときは、試料が負帯電状態となり、その状態からの 2次電子が試料から放出され、 2次系により拡大 · 結像されて検出系に導かれる。照射エネルギが 5 0 ± 1 0 e V~ 1 5 0 0 e V± 1 0 e Vでは、試料表面が正帯電状態になり、放出された 2次電子が。検出系に導かれる。正帯電の方が、比較的低ダメ一ジで動作できるが、チャージアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による影響は受けやすい。負帯電での動作では、安定して像が得やすく、チヤ一 ■ ジアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による像の歪みが正帯電よりも小さくできる。

また、アパーチャ 2 6 · 1 5の場所において、 2次系と 1次系のクロスオーバの位置をずらして動作することもある。例えば、 2次系は 2次系光軸中心上に、 2次電子のクロスオーバを形成し、 1次系のクロスオーバは 2次系の光軸中心よりも 5 0〜 5 0 0 mずれた位置（X、 Yどちらでも良い）に形成して動作させる。これにより、アパーチャ 2 6 · 1 5での 1次系と 2次系の 2つのクロスオーバが重なることが無くなり、電流密度の緩和ができるため、ビーム電流量が多い場合の空間電荷効果によるボケの拡大を抑制することが可能となる。これは、例えば、 1次系照射ビーム電流密度が 1 X 1 0-³A/ c m²以上のときに、有効となる。それより低い電流密度の時は、光軸中心が同一になっても影響は少ない。

試料表面からの放出電子は、 2次電子、反射電子、後方散乱電子の 1種類以上が利用される。試料表面からの放出エネルギーは、例えば、入射ビームエネルギ 1 0 0 0 ' e V± 1 0 e Vの時、およそ、各々、 0〜1 0 e V、 1 0 0 0 e V± 1 0 e V、 1 0 ~ 1 0 0 0 e Vとなる。また、薄い試料や穴のあいた試料（例えばスランシルマスク ) を透過した電子も利用される。この場合、前者の薄い試料では、その厚さの分だけ入射されたエネルギが減少し、穴あき試料では入射エネルギを同じエネルギとなる。電子ビームの代わりに集束イオンビーム（F I B) を用いても良い。 F I B源としてほ液体金属の G aイオン源が一般的であるが、液化しやすい金属を用いる他の液体金属イオン源や、異なる方式のイオン源、例えば放電を用いるデュオプラズマトロン等が使用できる。

試料としては、 1 0 X 1 0 mm程度のチップから 2 , 4 , 6 , 8 , 1 2インチゥェ一八まで、種々の試料が用いられる。特に、 1 0 0 nm以下の線幅を持つ配線パ夕一ンゃ直径 1 0 0 nm以下のビアの欠陥やゴミの検出に有効であり、また、それらの電気的欠陥を検出するのに都合がよい。試料は、 S i ゥエー八、 S i に加工を施された半導体デパイスウェーハ、マイクロマシン加工がされたゥェ一ハ、液晶ディスプレイ用基板、ハードディスク用ヘッド加工ゥェ一ハ、等が用いられる。

2次系 2 6 · 2では、試料からの放出電子、例えは、 2次電子、反射電子、後方散乱電子及び透過電子を検出系に拡大倍率にて、結像させて、導くための写像投影光学系が用いられる例を述べる。コラムのレンズ構成の例としては、 Pレンズ（対物レンズ） 2 6 · 1 6、アパーチャ 2 6 · 1 5、ァライナ 2 6 · 1 4、ビーム分離器 2 6 ' 3、 Τレンズ（中間レンズ） 2 6 · 1 7、ァライナ 2 6 · 1 8、アパーチャ 2 6 - 1 9、 Ρレンズ（投影レンズ） 2 6 ' 20、ァライナ 2 6 · 2 1、マイクロチャンネルプレート（MC P) ユニットで構成される。コラムの上部フランジにはハーメチックの石英ガラスが設置されている。その上部にリレーレンズ、二次元の電荷結合素子（ 2 D— C CD) が設置され、蛍光面で形成された像が 2 D— C CDセンサに結像される。

試料表面からの放出電子は、 Pレンズ（対物レンズ） 2 6 · 1 6にてアパーチャ 2 6 · 1 5でクロスオーバを形成して、ビーム分離器 2 6 · 3中心で結像する。ビーム分離器中心にて結像する条件で動作すると、ビーム分離器 2 6 · 3で発生する 2次系ビームの収差の影響を小さく押さえることができるので有効となる。これは、例えば、 E XBにおいてビームを通過させるときに、像高により偏向量 ·収差が異なってくるため、結像することにより、結像成分の被る収差を最小限に押さえることができるからである。このことは、 1次系においても同様の事が言えるため、 1次系においても、試料上に結像条件を形成するのみでなく、ビーム分離器中心付近においても結像点を形成することにより、 1次ビームの収差低減を行い、試料上での電流密度ムラを小さく押さえることに有効となる。

その上部にある Pレンズ（中間レンズ） 2 6 · 1 7の中心にビームを調整するため、ァライナ 2 6 · 14が使用される。その上流部にある Pレンズ（投影レンズ） 2 6 • 2 0の中心にビームを調整するため、ァライナ 2 6 · 1 8が使用される。その上部にある MC P中心にビームを調整するために、ァライナ 2 6 · 2 1がある。 Pレンズ (対物レンズ） 2 6 · 1 6の倍率は 1. 5~3倍、 Pレンズ（中間レンズ） 2 6 · 1 7め倍率は 1. 5〜 3、 Ρレンズ（投影レンズ） 2 6 * 2 0の倍率は 3 0 ~ 5 0である。これらの倍率を達成するには、それぞれの倍率に応じた電圧を各々のレンズに印加して調整を行う。また、焦点の微調整を行うには、専用の焦点補正レンズが、 Ρレンズ（対物レンズ）系の中に組み込まれており、該電極に印加する電圧の微調整により、焦点あわせを実現する。また、アパーチャ 2 6 ■ 1 5とアパーチャ 2 6 · 1 9の位置では、双方とも、クロスオーバを形成する場合、アパーチャ 26 · 1 5はノイズカツト用に用いて、アパーチャ 2 6 · 1 9は、収差 · コントラストを決定する役割を果たすように使用することも可能である。

サイズ'として例えば、アパーチャ 2 6 · 1 5とアパーチャ 2 6 · 1 9は、 φ 3 0 以上 2 0 0 0 /zm以下、好ましくは Φ 3 0以上〜 Φ 1 0 0 0 ΠΙ、より好ましくは φ 3 0以上〜 φ 5 0 0 ;ttmで使用可能である。この時、アパーチャ 2 6 · 1 5で収差、透過率、コントラスト特性を主に決める場合には、アパーチャ 2 6 · 1 5を例えば Φ 3 0~φ 5 00 ζπι、アパーチャ 26 · 1 9は φ 1 00 0〜φ 2 0 00 πιで用いる。アパーチャ 2 6 · 1 9で収差、透過率、コントラスト特性を主に決める場合には、例えばアパーチャ 26 · 1 9を 3 0〜φ 5 0 0 μπι、，アパーチャ 2 6 · 1 5は ψ 1 00 0〜φ 2 0 00 μηιで用いる。

また、 Ρレンズ（中間レンズ） 2 7 · 1 7の上下にスティグ電極が設寧されて用いることもある。これは、ビーム分離器 26 · 3等によって発生する非点収差を補正するために用いられる。例えば、 4、 6， 8極の電極構成のスティグを用いることが可能である。例えば、 8曲の内それぞれ電極に異なった電圧が印加されて非点収差、球面収差の補正に用いることができる。

また、反射電子像及び後方散乱電子を用いたときのレンズ動作において、最終段の Ρレンズ（投影レンズ） 2 6 · 2 0が、減速レンズ (負電圧印加レンズ）を用いると、 2次電子のノイズ力ットに有効となる。通常、反射電子量の 1 0〜 1 00 0倍程度 2 次電子量の方が多いため、特に、反射電子 · 後方散乱電子を用いた結像を行う場合は有効となる。例えば、 1次系電子源の力ソ一ド電圧一 4 k V、試料電位一 3 k Vの時、試料からの反射電子エネルギ 1 k e V、検出器電圧が設置電位の時に、 P電極の部位では、およそ、反射電子と 2次電子のエネルギ差は 1 k e Vある。この時、 Pレンズ（投影レンズ）電極の負電圧レンズ動作において、中心電圧が、反射電子を通過させて、 2次電子をカットオフする条件を用いることが可能である。これらの条件は、シミュレーションによって求めることが可能である。

ビーム分離器 26 · 3では、電極と磁極が直行している E XBまたは、磁場 Bのみで行う分離器が用いられる。 EXBの例では、電界分布を形成する E電極とそれと直交した磁極の面を持ち、直交した方向に磁束密度分布を形成する磁極より構成されてい ¾。例えば、 2次系の光軸が試料表面より垂直方向であるとき、この 2次系の軸に対して、 1 次系の入射ビームが 1 0〜 9 0度で設定することが可能である。この時、 1 次系が EXBにより、偏向されて試料面に垂直入射でき、また、試料表面からの放出電子が光軸方向つまり試料面から垂直方向に E XBにて導かれる。これは、 E電極に印加する電圧と、 B電極に形成される磁束密度により達成される。例えば、一対の E電極に ±2 kV± l V、一対の B電極から並行的に磁束密度'分布が形成され、例えば、 E XBの中心部において、 1〜 6 0 G± 1 Gの磁極方向の磁束密度を発生する（図 2 6参照）。

また、 EXBは 1次系と 2次系の偏向関係を逆にした場合にも適用可能である。即ち、 1次系の入射ビーム源を試料の直上方向に設けるとともに、 2次系の検出器を 1 次系の軸と 1 0〜8 0度の角度をなした方向に設け、 EXBにより 1次系のビームには偏向力を加えずに試料に垂直に入射させ、試料から放出された電子（2次系ビーム ) に偏向力を加えて検出器の方向に導くことができる。

検出器 2 6 · 4では、信号電子が MC P等電子増倍管 2 8 · 1に導入され、増幅された電子が蛍光面に照射され、蛍光像形成がなされる。蛍光面は石英ガラス等のガラス板 28 · 2の片面に蛍光材がコートされているものである。この蛍光像は、リレーレンズ系 28 · 3と 2次元 C C D 28 · 4により、撮像される。このリレ一レンズ系と C C Dはコラムの上部に設置されている。コラムの上部フランジには、ハーメチックガラス 28 · 6が設置され、コラム内の真空環境と外部大気環境とを分離し、かつ、蛍光像を歪 · コントラスト劣化を小さくして、 CCDに結像して、蛍光像を効率よく撮像できる。

CCDの代わりに、積算型のラインイメージセンサ（TD I— C CD) カメラを用いることも出来る。この場合、試料はステージにて、例えば、 E電極方向または、 B 磁極方向に、ステージ移動を行いながら TD I撮像を行うことが可能となる。例えば、 TD Iの積算段数が 2 5 6段、 1段当たり 2 048個の画素数/段、素子サイズ 1 5 X 1 5 ^m、試料面に対する MC P結像倍率が 3 0 0倍である時、ライン /スぺースが 0. 1/0. 1 imのとき試料面サイズが MC P面で 3 0ノ3 0 imとなる。そして、リレーレンズ倍率 1倍のとき、 3 0 は 2つ,の素子サイズ相当にて撮像される。このとき、 1素子相当の試料位置、つまり 0. 0 5 X 0. 0 5 ΠΙの試料サイズから放出された電子は、 2 5 6素子段数分ステージ移動中に積算されて、総合取得光量が増加して撮像できる。これは、ラインレート 1 0 0 k Η ζ ~ 6 0 0 k Η ζ対応等、ステージ速度が速いときに特に有効である。これは、ラインレートが早い時に、 1 素子当たりの取得電子数、つまり、 TD Iセンサの 1素子当たりの取得光強度が小さくなるために、積算を行って最終取得光強度を高くし、コントラストと SZNを高める'ことが出来るためである。ラインレートは、 0. 5 kH z〜 1 0 0 MH zが用いられ、好ましくは l kH z〜 5 0MH z、より好ましくは 2 0 kH z〜 1 0MH zである。これに対応して、ビデオレートも、 1タップ当たり 1 ~ 1 2 0 MH z /タップ好ましくは 1 0〜5 0MH z /タップ、より好ましくは、 1 0~40MHzノタツプで使用される。また、タップ数は、 1以上 520以下で、好ましくは 4以上 2 5 6以下、より好ましくは 3 2以上 1 28以下で用いられる（図 28、囟2 9参照）。

C CD, TD Iセンサノカメラは、低ノイズ、高感度の特性を有するものが用いられる。例えば、 1 0 0~ 1 0 0 0 0 0 D N/ (n J / c m²) で設定可能であるが、このうち、 l O O O S O O O O DN/ in J Zcm²) で使用すると効率がよい。さらに、 1 0 0 0 0〜 5 0 0 0 0 DN/ (n J /cm²) で使用すると、高ラインレ —ト時においても、良好な S/Nで、高品質の画像を得ることができる。また、 C CD又は TD Iセンサを用いて画像取得がなされるとき、これらのセンサの画素数 X段数の領域が、 1次ビームの照射エリアとほぼ一致している状態で使用することができ、効率的であると共に、ノイズの低減になる。ノイズは、悦雑煮使用されるエリア以外の像高の高い部位からの電子もノイズとして、検出器まで到達するものがある。それらを低減するには、有効視野以外の部位のビーム照射を低減することが有効である。 C CD、 TD Iセンサにより取得された像情報は電気信号に変換されて、画像処理器によってデータ処理される。この画像処理により、セル卜ウーセル、ダイトゥーダイ（Die to Die) ダイトウ一ェニーダイ（Die to Any Die ) の像比較が行われ、欠陥検査を行うことが出来る。例えば、パターン欠陥、パ一ティクル欠陥、電位コントラスト欠陥（例え.ば、配線ゃメツキの電気接続欠陥等）。ステージ 2 6 · 22は、 X， Υ, Z , 0移動機構のうち 1つ以上の組み合わせにより設置されたステージが用いられる。この様な電子線検査装置において、上記の各要素として、以下の機器要素を使用できる。

1次系

電子源 Wフィラメント、 L_aB₆フィラメント、 TFE, FE

レンズ金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、 T i、 A'l

ァインツェルレンズ、 4重極レンズ

ァライナ 4極、 6極、 8極のレンズ

アパーチャ材質、 Mo、 T a、 T i、リン青銅

2次系

レンズ金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、 T i、 A 1

セラミック電極は A uメツキ等の処理が施されている

ァインツェルレンズ、 4極子レンズ

ァ'ライナ 4極、 6極、 8極のレンズ

アパーチャ材質、 MO (モリブデン）、 T a、 T i、リン青銅

電子ビーム分離器

E電極金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、 T i、 A 1

セラミック電極は A uメツキ等の処理が施されている

B磁極パーマロイ B、パーマロイ C等、飽和磁束密度と透磁率の高い材質（例えば、 1 0³〜 1 0⁷、好ましくは 1 0⁴〜1 0⁷、より好ましくは 1 0⁵~ 1 0⁷)

試料

S iゥエーハ、 3-5 族化合物半導体ゥエー八、液晶基板、ハードディスクのヘッド加ェゥエーハ、 2、 4、 6、 8、 1 2インチのゥエーハが用いられる

検出器

MC P/蛍光板/リレーレンズ/ C CD

MC P/蛍光板/リレーレンズ/ TD I

MC P/蛍光板/ FO P (ファイバォプティクプレ一ト） /TD I

ホトマル

マルチホトマル

上記のような組み合わせにより用いることが可能である。 MC Pは入ってきた電子を増幅させる機能を有し、そこから出てきた電子は蛍光板により光に変換される。入射電子料が充分多くて増倍する必要にない場合には、 MC P無しでも操作も可能である。また、蛍光板の代わりにシンチレ一タを用いることも可能である。この光の信号（あるいは像信号）はリレーレンズの場合には所定の倍率で、また、 FO Pの場合には 1倍（ 1対 1に光信号を伝える）で TD Iへ伝える或いは像を形成する。ホトマルは光信号を増幅して電気信号へ変換するものであり、マルチホトマルはホトマルを複数並べたものである

画像処理器

像比較、欠陥検出、欠陥分類、画像データ記録、等の機能を有する。

上述した電子線検査装置において、 1次ビームの照射ビーム形状が、 X, Y軸に対して、少なくとも 1軸以上に対して対称な照射ビーム形状を使用することができる。このことにより、光軸を中心としたビームによる検出器の電子入射面上で、低収、低歪みの取得像形成が可能となる。

また、検出器として C CDや TD I を用いる場合では、 1画素に対応するエリア、例えば、 MC P上において、 1画素の形成において、電子の入射量が 2 0 0個/画素エリア以下にて十分な SZNを達成でき、画像処理及び欠陥検出に使用できる。これは、' 例えば、写像投影光学系においては、アパーチャ 2 6 ■ 1 5又は 2 6 · 1 9のサィズを規定することにより、ノイズカットと収差低減効果を発生できるため、例えば、径！〜 1 0 0 0 mのアパーチャを設置することにより、 S 向上を実現できるので、 2 0 0電子数 1画素エリアにて、高分解能な良質な画像を取得できる TD I はステージの移動方向に付いて段数分の積分を行う。本実施の形態の場合は 2 5 6段分の積分を行うが、積算段数は 1 1 4段以上 8 1 9 2段以下、好ましくは 1 1 4段以上 4 0 9 6段以下、より好ましくは 5 1 2段以上 4 0 9 6段以下が適当である。積算方向に若干、一次ビームの照度むらがあり、試料からの信号電子にもむらがあつたとしても、積分の効果によりそのむらは平均化され、検出される電子情報は一定の安定したものとなる。従って、ステージの移動方向は 1次電子ビームの照度むらの生じ易い方向も考慮して、その照度ムラの生じ易い方向が TD Iの積分方向に一致するように決めることが出来る。 TD Iの使用により、連続した画像取得が可能になるが、 C CDを使用して、ステップアンドリピート方式でステージを走査し、画像取得を行っても良い。すなわち、特定の場所でステージを停止して画像を取得し、また次の場所へ移動して、そこでステージを停止させて画像取得を行うことを繰り返す。同様のことを TD Iを用いて行うこともできる。すなわち、 TD Iのスチルモード（停止像取得モードで、ステージは停止）を利用するか、又は、 TD Iの通常の画像取得方法により一定の領域（例えば 2048画素 X 2 048画素）の画像を取得した後、次の場所へ移動し（この移動の間は画像を取得しない）、そこで同様に画像取得を行う。したがって、この場合は、ステージ移動は止めないで検査が行われる。

試料表面の様子が電子により拡大されて、検出器に像を結ぶとき、画像の分解能を

C CD又は TD Iの 1画素程度にする場合、二次光学系の収差やぼけ等は 1画素以内であることが望ましい。 E X Bにおいて信号電子が偏向を受けると、収差やぼけが大きくなるので、本実施の形態では、二次光学系において、二次電子、反射電子、後方散乱電子等の信号電子には E XBでは偏向力を与えずに直進させるように設定してある。すなわち、二次光学系の中心軸が試料の視野中心と E XB中心と、検出器の中心を通る直線である構成となっている。

尚、上記の実施の形態以外であっても二次光学系の像にぼけが生じなければ良く、本件発明がそれを含むことは言うまでもない。 ' (2) 実施の形態 2

実施の形態 1と同様の検査装置において、検出器に TD Iセンサカメラを用いるとき、画素数段数が、 2 048以上 409 6以下であり、夕ップ数が 32以上 1 2 8以下、感度 1 0 0 0 0〜40 0 0 0 DN/ ( n J / c m²) であると、より、高速で効率の良い画像取得が可能となる。この時、ラインレートが、 1 0 0〜40 0 kH z、ビデオレートが 1 0 mH z〜40 MH zで使用できる。この時、 8インチ S iゥエーハ、例えば、 L S Iデパイスウェーハ、分解能 0. 1 mノ画素にて、 1枚当たりの検査時間は、 1 Z 8 ~ 2時間で実行可能となる。

この時、分解能 0. 1 /im/画素の時、試料観察及び欠陥検査において、パターン形状が例えば、； LZS ： 0. 2/0. 2 mにおいても、コントラスト 3〜3 0 %を達成し、像観察及び欠陥検出に充分使用可能である。 LZS以外の形状の欠陥においても、コントラスト変化による比較により、 1画素サイズ以上あれば検出可能である。コントラストについては、 5〜 30 %を実現し、画像処理によって、観察及ぴ欠陥検査が可能となる。また、 L S Iデパイスウェーハでは、デザインルール以下の欠陥検出も可能である。メモリでは、配線幅のハーフピッチ、ロジックではゲート長相当の欠陥を検出が可能である。

TD Iセンサ/力メラ及び画像処理機構を用いて欠陥検出を行うとき、 TD I動作により連続的に画像を形成して、連続的に検査を行うことができる。この時、試料はステージ上に設置されて、同様に連続動作を行って画像を得ることとなる。ステージの速度は基本的には、 V = f XDにて決まる。但し、

V ：ステージ速度、

f ：ライン周波数、 D ：試料上のセンサ画素対応サイズ（投影倍率で決定される）

である。例えば、 f : 3 0 0 kHz、 D : 0. l mの時、 v = 30 mm/ s となる図 2 9は、図 28に示される実施の形態 1とは異なった構成の検出系の例を示している。この場合は、コラム 2 9 · 1の真空中に M C Ρ 2 9 · 2、 F〇P 2 9 . 3、 T D Iセンサパッケージ 2 9 · 4、接続ピン 2 9 · 5及びフィードスルーフランジ 2 9 - 6が設けられ、 TD Iセンサ 2 9 · 4の出力はフィールドスルーフランジ 2 9 · 6を介して TD Iカメラ 2 9 · 7により受信される。また、 FOP 2 9 - 3には蛍光材がコ一トされており、 MC P 29 · 2からの電子により蛍光像を形成する。この蛍光像は FO P 2 9 · 3によって TD Iセンサ 2 9 · 4に伝達される。 TD Iセンサ 2 9 - 4の像信号は接続ピン 2 9 · 5、フィードスル一フランジ 29 · 6を経由して T D Iカメラ 2 9 · 7に伝達される。この時、 F O P 2 9 · 3を使用すると、光信号伝達損失を低減できる。例えば、リレーレンズに比べて、 5〜 2 0倍程度透過率が向上する。これは、特に、 TD I動作を行うときに有効である。取得光信号強度が高く取れるため、より、高速に作動可能となること、ファイバ形状の信号ムラが TD Iの積算により、微小となり無視できる程度になるためである。ここで、 01センサ2 9

• 4とフィードスル一フランジ 29 · 6のピンを接続するための接続ピン 2 9 · 5力必要となる。接続ピン 2 9 ■ 5は、例えば、片方が羽目合い接触によるによる接続固定（例えば、フィードスルーのピン側）、 TD Iセンサノパッケージのピン側には、 ) ネなどの弾性力による接触を行う（図示せず）。

これにより、フィードスルーフランジ 29 · 6のピンと TD Iセンサ/パッケージ 2 9 · 4のピンを低押しつけ力 ·平行位置、低インピーダンスで設置可能となる。高速動作センサではピン数が多く、例えば、 1 0 0本を越えるピン数が必要となる。ピン数が多いと、設置圧力（押しつけ力）が高くなり、 TD Iセンサ Zパッケージ 2 9

• 4が破損することもある。この様な点を克服して、設置できるようになつている。図 2 8に示すように、 CCDまたは TD Iの設置: 所は通常は大気側で MC Pと蛍光板は真空中に設置されるが、 C CDまたは TD Iを真空中に置くことにより FOP 等のリレー光学系を短縮でき、透過効率を上げることができる。

(3) 実施の形態 3

実施の形態 1、 2と同様の検査装置において、検出器に EB— C CD、又は、 EB 一 TD Iを用いている実施の形態である（図 3 0参照）。 EBは電子ビームのことで EB— CCD又は EB— TD Iは電子ピ一ムを直接入力し、増幅して電気信号にかえるものである（光信号を検出するのではない）。

E B— TD Iセンサノカメラを用いると、直接電子をセンサの画素部に入射し、チャ一ジを蓄積することが可能である。この事は、通常の検出器で用いられている蛍光板、リレーレンズ系、ハーメチックガラスを用いることは必要なくそれらを省略できる。つまり、電子信号像を一旦光信号像に変換することなく、電子信号から直接電気信号を得ることが可能となるため、それによる損失を大きく低減できる。つまり、蛍光板、ハーメチックガラス、リレーレンズ系による像歪み、コントラスト劣化、倍率変動等の悪影響を、大幅に低減できる。また、構成機器の低減により、小型化、低コスト、高速動作が可能となる。高速動作においては、信号伝達速度損失低減、像形成速度損失を小さくする事が可能となるからである。

図 3 0に E B— TD Iのュニッ卜の一例を示す。光学系については実施の形態 1を参照のこと。 2次系コラムの上部、つまり、 Pレンズ（投影レンズ）の上部の結像点に TD Iセンサ 3 0 · 3の面が設置されている。 TD Iセンサ/パッケージ 3 0 · 3 、接続ピン 3 0 · 4、フィードスルー 3 0 · 5、 TD Iカメラ 3 0 · 1、画像処理器 3 0 · 6、コントロール P C 30 ' 7から構成されている。試料表面からの放出電子 (2次電子、反射電子、後方散乱電子の内のいずれか）が 2次系により、結像されて TD Iセンサ 30 · 3の面に入射する。電子量に対応してチャージが蓄積されて、 T D Iカメラ 3 0 · 1により画像形成の電気信号が形成される。

センサノパッケージ 3 0 · 3のピンとフィードスルーフランジ 3 0 · 5のピンは接続ピン 3 0 · 4により接続されている。これは実施の形態 2と同様である。この時、実施の形態 1、 2の検出系に比べて、 TD Iセンサ 3 0 · 3により直接、電子像信号が直接、電気信号に変換されるので、構成機器 ·部品が低減 · 伝達経路の短縮が可能となる。この事により、ノイズ低減による SZN向上、高速化'、小型化、低コスト化が可能となる。

この実施の形態では E B - TD I 30 - 1を用いたが、同様に E B— C C Dでも使用可能である。特に、画素数が多い場合や高速動作を行うために、必要ピン数が 1 0 0本を越える場合にはこの様な構成が有効となる。フィールドスルーのピンとパッケージの接続ピンが必要となる。この接続ピンは片方（例えばパッケージ側）がパネ材とコンタクト板より構成され、接触幅を低減することができる。接触ピンの本数が 1 0 0本以上のように多くなると、接続時の押込み力が大きくなり、総力で 5 k gを越えるとパッケージの破壊の問題が起こる。そのため、パネ力の調整により 5 0〜： L 0 g/本の押込み力となる接続ピンを用いている。

なお、 EB— CCDまたは EB— TD Iを使用するときに入射電子数が不足するときには、電子増陪観である MC Pを使用することも可能である。また、画素数段数、段数、タップ数、ラインレート及びビデオレートは、実施の形態 1、 2と同様の条件を使用できる。感度は 0. 1〜 1 0 0 0 0 DN/電子で使用可能である。

(4) 実施の形態 4

実施の形態 1、 2、 3と同様の検査装置において、図 3 1に示すように、 1次系 3 1 ' 1は同じであるが、 2次系 3 1 · 2の構成が異なる例を示している。より高分解能を達成するために、 2段の Pレンズ（対物レンズ） 3 1 * 3、 2段の Pレンズ（中間レンズ） 3 1 · 5、 2段の Pレンズ（投影レンズ） 3 1 ■ 8が使用されている。更に、 Pレンズ（中間レンズ）はズームレンズになっているのが特徴である。これにより、従来よりも、高分解能、大視野サイズの写像投影形ビーム光学系を実現でき、更に、ズーム範囲において任意の倍率の画像を取得することができる。

2 - 3 - 2 ) 構成の詳細

以下、図 2 5— 1〜図 3 1に示す電子光学系の電子銃、 1次光学系、 2次光学系、 EXBユニット、検出器及び電源 ίこついて詳細に説明する。

2— 3— 2— 1) 電子銃 (電子線源）

電子線源として熱電子線源を使用する。電子放出（ェミッタ）材は L _aB ₆である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。先端を円錐形状にしたもの又は円錐の先端を切り落とした円豳台形状のものを使用している。円錐台先端の直径は 1 0 0 im程度である。他の方式としては電界放出型の電子線源あるいは熱電界放出型のものが使用されているが、本発明の場合のように比較的広い領域（例えば 1 0 0 X 2 5〜4 0 0 X 1 0 0 m ²) を大きな電流（ 1 / A程度）で照射する場合には L _aB ₆を用いた熱電子源が最適である。なお、 S EM方式では一般に熱電界電子線源（TF Eタイプ）及びショットキ一タイプが使用されている。熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり'、熱電界放出電子線源は、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。この方式において温度と電界強度を選ぶことによりショットキ一条件と呼ばれる、効率よい条件での電子ビーム引き出しが可能になり、最近はこの方式もよく利用される。

2 - 3 - 2— 2 ) 一次光学系

電子銃より照射される電子ビームを形成し、ゥェ一八面上に矩形、円形、楕円形等の二次元的な断面を有する電子ビーム又は線形の電子ビームを照射する部分を一次電子光学系と呼ぶ。一次電子光学系のレンズ条件を制御する事によりビームサイズゃ電流密度を制御できる。一次 Z二次電子光学系連結部の E X Bフィルタ（ウィーンフィルタ）により、一次電子ビームはゥェ一八に垂直に（±5度、好ましくは ±3度、より好ましくは ± 1度で）入射される。

L _a B ₆力ソードから放出した熱電子を、ウェーネルト、トリプルアノードレンズ又はダブルアノード、シングルアノードでガン絞り上にクロスオーバー像として結像させる。照明視野絞りでレンズへの入射角を適正化した電子ビ一ムを一次系静電レンズを制御することによって、回転非対称の形で NA絞り上に結像させ、その後ゥエー八面上に面照射する。一次系静電レンズの後段は 3段 4極子（QL) と、 1段の開口収差補正用電極で構成されている。 4極子レンズはァライメント精度が厳しいといつた制約はあるが、回転対称レンズに比べ強い収束作用を持つ特徴があり、回転対称レンズの球面収差に相当する開口収差を開口収差補正電極に適切な電圧を印加するとで補正を行うことができる。これにより、所定の領域に均一な面ビームを照射出来る。また、偏向器により電子ビームをスキャンすることができる。

試料表面上での照射電子ビーム形状及び面積は、試料上での TD I一 C CDの撮像領域形状及び面積に相当する領域を含み、その電子ビーム照射の照射領域内での照度が均一であって照度むらが 1 0 %以下、好ましくは 5 %以下、より好ましくは 3 %以下であることが望ましい。

本実施の形態での TD I一 C CDの形状及び面積は画素数で 2 048 X 5 1 2であり、画素サイズは 1 6 ^mX 1 6 mであるので、全体で約 32. 8 mmX 8. 2 m mめ長方形である。二次光学系の倍率が 1 6 0倍のときは試料表面での照射領域は上記 3 2. 8 mmX 8. 2 mmの 1 / 1 6 0となるので、 2 0 5 μπιΧ 5 1. 2 lir の長方形となる。

したがって、この場合の電子ビームの照射領域は 2 0 5 mX 5 1. 2 μπιの長方形を含む長方形が望ましいが、上の条件を満足する形状及び面積であれば、図 2 7— 1に示すように、角の丸い長方形、楕円、円等でもよい。二次光学系の倍率が 3 2 0 倍のときには、 3 2..8mmX 8. 2 mmの 1 / 32 0となるので、 1 02. 4 ^ m X 2 5. 6 mの長方形となり、 1 6 0 ί咅の 1 / 4の照射面積となる。

このように、本発明では、試料上に、検出器である TD I — C CDの撮像領域を含む比較的広い面積を有するビームを照射し、その試料上の撮像領域は TD I— C CD の画素にそれぞれ対応し、これら試料上の撮像領域から放出される電子を TD I一 C CD上で同時に結像することにより検出される。

電子ビームの照射形状は線形であってもよく、これを走査して面状のビームと同じ照射領域を確保してもよい。線形ビーム 27 · 1とは、図 2 7— 2の（ 1— 1) 及び ( 1 - 2) に示すように、縦と横の比が 1 ： 1 0以上の形状のピ一ムを意味し、長方形に限らず楕円であってもよい。また、線形ビーム 2 7 · 1は、図 27— 2の（ 2 ) に示すように、ビームが途中で一部途切れていてもよい。ビームを走査させると、試料上の同じ箇所に連続してビームが照射される時間が短くなるので、試料へのチヤ一ジアツプの影響が少なくなると言う利点がある。

図 2 7— 2の（3) 及び（4) は、被検査物 2 7 . 2の上での TD I— C C Dのマルチピクセル撮像領域 2 7 · 3と線形ビーム 2 7 · 1との関係を示している。このうち、図 27— 2の（3) においては、線形ビーム 2 7 · 1は TD I— C CDの積分方向 2 7 · 4又は XYステージの移動方向 27 · 5とほぼ直角（例えば 9 0度 ±3度、好ましくは 9 0度 ± 1度）に配置され、ビームの走査方向 2 7 . 6は TD I - C C D の積分方向 2 8 · 4又は XYステージの移動方向 2 7 . 5と同一の方向（例えば 0度土 1度、好ましくは 0度 ± 1分、より好ましくは 0度 ± 1秒）となっている。

図 2 7— 2の（4) は別の例を示しており、線形ビーム 2 7 · 1は TD I— C C D の積分方向 2 7 · 4又は XYステージの移動方向とほぼ平行（例えば、 9 0度 ± 1度、好ましくは 9 0度 ± 1分、より好ましくは 90度 ±3秒）となっている。

2— 3— 2— 3 ) 二次光学系

ゥエーハ上に照射された電子ビームにより発生する二次元の二次電子画像を、対物レンズに相当する静電レンズ（CL、 TL) により視野絞り位置で結像させ後段のレンズ（PL) で拡大投影する。この結像投影光学系を二次電子光学系と呼ぶ。ゥエー八にはマイナスのバイアス電圧（減速電界電圧）が印加されている。減速電界は照射ビームに対して減速の効果を持ち、試料のダメージを低減させるとともに、 CLとゥェ一ハ間の電位差で試料面上から発生した二次電子を加速させ、色収差を低減させる効果を持つ。 CLによって収束した電子は TLで F A上に結像させ、その像を P Lで拡大投影し、二次電子検出器（MC P) 上に結像させる。本光学系では CL一 TL間に N Aを配置し、これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。

電子光学系の製造上の誤差や、 EXBフィルタ（ウイーンフィル夕）を通過することによって発生する像の非点収差や異方性倍率を補正するため、静電 8極子（S T I G) を配置し補正を行い、軸ズレに対しては各レンズ間に配置した偏向器（OP) で補正を行う。これにより視野内における均一な分解能での写像光学系が達成できる。以下、若干の実施の形態を用いて更に説明する。

( 1 ) 実施の形態 5

図 3 2は電子光学系を示す。電子銃 3 2 · 1から放出された一次電子は像形成レンズ 3 2 ■ 2を経た後、 2段のズームレンズ 3 2 · 3を通り、さらに 3段の四極子レンズ 3 2 · 4を通って、 E X Bフィル夕 3 2 · 5で 3 5 ° 偏向され、二次光学系 3 2 - 6の光軸と平行に反対方向に、対物レンズ 3 2 · 7を通って試料面に照射される。な ' お、 4極子レンズは 2以上の多極子でもよく、偶数に'限らず、奇数の極を有するものでもよい。また、 4極子レンズは 3段以上 2 0段以下、好ましくは 3段以上 1 0段以下、より好ましくは 3段以上 5段以下であることが望ましい。

一次電^の照射により試料面から放出される二次電子、反射電子、後方散乱電子は対物レンズ 3 2 · 7で E X Bフィルタ 3 2 · 5の中心に結像された後、中間レンズ 3

2 · 8で倍率を可変された後、投影レンズ 3 2 · 9の手前で結像される。中間レンズ

3 2 ■ 8で結像された像は、投影レンズ 3 2 · 9で約 30~ 50 倍に拡大されて検出器表面 3 2 · 1 0に結像される。

像形成レンズ 3 2 · 2は、加速電圧が変わっても、ズームレンズ 3 2 · 3の手前に像を形成する事を可能にするものであり、図 3 2では 1段のレンズで構成されているが、複数段のレンズで構成されてもよい。

一次電子の試料面への照射面積と形状は、一次電子の加速電圧が一定であれば、ズ —ムレンズ 3 2 · 3の条件と四極子レンズ 3 2 · 4の条件とによってほぼ決まる。ズ ' —ムレンズ 3 2 · 3は、ビーム形状を保ったまま照射面積を可変する。四極子レンズ 3 2 · 4は、ビームの大きさも可変する事が出来るが、主にビーム形状（楕円の縦横比率）を変えるために用いる。図 3 2では、それぞれ 2段のズームレンズ 3 2 · 3と 3段の四極子レンズ 3 2 ■ 4で構成されるが、それぞれレンズの段数を増やしても構わない。

以下、検出器の 1 ピクセルの大きさが 1 6 m四方、検出器のサイズが 2 0 4 8 X 5 1 2ピクセルの場合について考察する。二次光学系 3 2 · 6の倍率が 1 6 0倍の時、試料上の 1 ピクセル相当の大きさは、 1 6 μ πι ÷ 1 6 0 = 0 . 1 mになり、観察面積は 2 0 4 . 8 X 5 1 . 2 z mになる。それをカバーする照射エリアは楕円形状であるため、その長軸と短軸の比率によって様々に変化する。その様子を図 3 3に示す。図 3 3において、横軸は長軸位置、縦軸は短軸位置を示す。最適な照射形状を考えるに当たって、観察領域 3 3 · 1でない所にはあまりビームを照射したくない、という考え方がある。そのためには、観察領域の面積を照射領域の面積で割った照射効率が最大になる照射形状を探せばよい事になる。

図 3 4は、照射領域の形状の長軸対短軸の比に対する照射効率についてプロットしたものである。これより、照射楕円形状の長軸対短軸の比が、矩形の観察領域の長軸対短軸比に等しい場合が最も照射効率の良い形状である事がわかる。つまり、観察領域 2 0 4 . 8 X 5 1 . 2 mをくまなく照射するビーム形状は 2 9 0 X 7 2 . 5 μ, τα となる。実際は、照射光学系の収差や電子銃の輝度ムラの影響で、照射ビ一ム形状は若干大きくなる。この照射ビーム形状を達成するためには、四極子レンズ 3 2 · 4の手前の像が四極子レンズ 3 2 · 4と対物レンズ 3 2 · 7を含めた光学系によって試料面上で楕円形状の照射領域を形成するように四極子レンズ 3 2 · 4を調整すれば良い。この場合、試料面上で、必要な照射領域とその照射領域全面とにわたつて十分に平坦な照射電流密度が得られればよく、照射ビームを試料面上に結像させる必要はない。試料面上で所定の照射領域が得られるように、ズームレンズ 3 2 · 3で四極子レンズ 3 2 · 4の手前の像の大きさを調節する事になる。

今、例えば、二次電子光学系 3 2 · 6の倍率を 1 6 0倍から 3 2 0倍にする時を考える。この時、試料面上の 1 ピクセル相当の大きさは 1 6 m ÷ 3 2 0 = 0 . 0 5 ^ m四方になり、観察面積は 1 0 2 . 4 X 2 5 . 6 i mになる。この状態で照射領域が 1 6 0倍のままだったとすると、検出器の 1 ピクセルに到達する信号量は面積比に比例するので、 1 6 0倍の時の 1 Z 4になる。 1 6 0倍の時に 1 ピクセル平均 4 0 0 個の電子数に対応する信号量の像を見ていたとすると、その時のショット雑音による揺らぎの標準偏差は 7" ( 4 0 0 ) = 2 0個である。よって S Z N比は 4 0 0 / 2 0 = 2 0となる。 3 2 0倍の時に同一の S / N比の像を得るためには、同一信号量が 1 ピクセルに入れば良い。試料上 1 ピクセル当たりの面積が 1ノ 4になっているため、単位面積当たり 4倍の二次電子信号量密度があればよい事になる。

一次電子の加速エネルギーと試料面のポテンシャルの差として表わされるランディングエネルギーが一定であれば、照射電流密度と二次電子信号量密度は概ね比例する。そのため、照射電流密度を 4倍にすればよい事がわかる。照射電流密度を 4倍にする'には、単純には照射電流を 4倍にするか、照射面積を 1ノ 4にすれば良い。照射面積を 1 / 4にするには、照射サイズを長軸短軸共 1 / 2にすれば良い。観察領域、照射領域共、相似形でそれぞれ 1 / 2に縮小するため、これで十分に観察領域を照射できる。

照射電流密度を増やすための手段として、照射電流を増やしても、照射面積を減らしても構わないが、観察領域でない所にはなるべく照射したくないという考えに基づけば、照射面積を減らすのが望ましい。

表 3は、二次光学系倍率が 3 2 0倍と' 1 6 0倍の時のそれぞれの一次光学系レンズの電圧及び得られた試料上の照射サイズを表わす。これより、二次光学系倍率に十分追随できる照射領域が得られる。表 3には示していないが、倍率 8 0倍の照射サイズは 6 2 0 mX 1 8 0 ;timの楕円形、また、倍率 4 8 0倍では 1 0 0 jLimX 3 0 m の楕円形でよい。このように、倍率の変化または切り替えに応じて照射サイズを変化させることが望ましい。

表 3

観察領域を電子線で照明する場合、上記のように矩形又は楕円で、観察領域を全て覆う広さの面積を持つ電子ビームで照明する方法のほかに、複数の、ビームの広さが観察エリァより小さい面積をもつ電子ビームを走査して照明する方法も可能である。ビーム数は 2本以上 1 0 0 0本以下、好ましくは 2本以上 1 0 0本以下、より好ましは 4本以上 4 0本以下である。二本以上のビームがつながった線状のビームを走査しても良い。この場合は線の長手方向に垂直な方向に走査させることにより、 1回の - 走査でより広い領域を検査することが可能となる。この場合も検出器には C C D又は T D I を用いて良い。線形のビームを形成するには例えば L a B 6の電子源を用い光学系で線形のスリットを経由させるようにすれば良い。また、電子源の先端が鋭利で細長い形状の力ソードを用いて線形のビームを形成しても良い。尚ビームの走査中のステージの移動は検査領域全てを網羅するように連続的、または断続的に X Y平面の少なくとも 1方向に行うようにする。

( 2 ) 実施の形態 6

図 3 5は、リレーレンズを用いた検出系の構成を示したものである。二次光学系で M C P (マイクロチャンネルプレート） 3 5 · 1の表面に結像された二次電子は、 M C P 3 5 · 1内のチャンネルを通過しながらその数が M C P 3 5 · 1の電子入射面と出射面間に印加された電圧に応じて増倍される。 M C P 3 5 · 1の構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。この実施の形態では、 M C P 3 5 . 1上でのピクセルサイズを 2 6 m とし、横 1 0 2 4ピクセル X縦 5 1 2 ピクセル分の有効 ' エリアでチヤンネル径 6 i mのものを使用した。 M C P 3 5 · 1内で増倍された子は M C P 3 5 · 1の出射面から射出され、対向する厚さ約 4 mmのガラス板 3 5 · 2 上に塗布された蛍光面 3 5 · 3に衝突し、電子信号量に応じた強度の蛍光が発生する。ガラス板 3 5 · 2と蛍光面 3 5 · 3の間には、薄い透明電極が塗布してあり、 M C P出射面との間に 2 ~ 3 k V程度の電圧が印加されているため、 M C Pと蛍光面間での竃子の広がりが極力抑えられて、そこでの像のボケが極力抑えられると同時に、 M C P 3 5 · 1を出射した電子が適度なエネルギーを持って蛍光面 3 5 · 3に衝突するため、発光効率が向上する。なお、透明電極と蛍光面 3 5 · 3を塗布するガラス板 3 5 · 2の材質は、光を効率良く透過するものであれば何でも良い。

蛍光面 3 5 · 3で電子信号を変換された光強度信号は、ガラス板 3 5 · 2を通り、さらに真空と大気を隔絶する光学的に透明な板 3 5 · 4を通り'、蛍光面 3 5 · 3で発生した光を結像するリレーレンズ 3 5 · 5を通り、その結像位置に配置した C C Dや T D Iセンサ一の受光面 3 5 · 6に入射する。本実施の形態では、結像倍率 0 . 5倍、透過率 2 %のリレーレンズ 3 5 · 5を使用した。

受光面 3 5 · 6に入射した光は、 C C Dや T D Iセンサーによって電気信号に変換され、画像の電気信号が取り込み装置に出力される。本実施の形態で用いた TD Iセンサ一は、ピクセルサイズ 1 3 μπι、水平方向有効画素数 2 048ピクセル、積算段数 1 44段、タップ数 8、ラインレートが最大 8 3 kH zのものを用いたが、今後の TD Iセンサ一の技術的な進歩により、さらに水平方向有効画素数や積算段数が大きなものを使用しても構わない。なお、 TD Iセンサ一の構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。

表 4において、実施の形態 1の欄には、本実施の形態での二次電子放出電流密度、二次光学系結像倍率、 TD I ラインレートを決定した時に得られるピクセル入射電子数、 TD Iダレ一スケール画素階調値及びステージ速度を示している。

表 4

ここで述べたグレースケール画素階調値のフルスケールは 2 5 5 DNである。これは、現状の MC Pダイナミックレンジが 2 A程度しかない事に起因する。 MC Pダイナミックレンジの画期的な向上は現状望めないので、ある程度の画素階調値を得るためには、 TD I レスボンシビティ（Responsivity) を最低 2 0 0 D Nノ（ n J c m ² ) は確保する事が重要になる。

(3) 実施の形態 7

図 3 6は、 FO Pを用いた検出系の構成を示したものである。蛍光面 3 6 · 1までの構造と動作は実施の形態 5と同じである。但し、本実施の形態の MC P 3 6 · 2の有効エリァはピクセルサイズ 1 6 m で横 2 04 8 X縦 5 1 2ピクセル分である。実施の形態 5と異なり、蛍光面 3 6 · 1は、ガラス板に代わり、厚さ約 4 mmの FO P (ファイバ一ォプティックプレート） 3 6 ■ 3に塗布される。蛍光面 3 6 · 1で電子信号から変換された光強度信号は、 F 0 P 3 6 · 3の各ファイバ一中を通る。 FO P 36 · 3の光出射面には透明電極が塗布してあり、これは接地電位になっている FOP 3 6 · 3を出射した光は、隙間を開けずに接した厚さが例えば約 3 mmの別の FOP 3 6 . 4を通り、その FOP 3 6 ' 4の光出射面に透光性接着剤を介して配置された C C Dや T D Iセンサ一 3 6 · 5の受光面に入射する。 F O Pの各フアイバーを越えて光は発散しないので、 C CDや TD Iセンサー 3 6 · 5の画素サイズがファィバ一径よりも十分大きければ画質に大きな影響はない。

本実施の形態では、 FOPのファイバ一径は 6 m、 TD Iセンサー 3 6 . 5のピクセルサイズは 1 6 mである。 FOPの入射側と出射側でファイバ一径を変える事により、像の倍率を変化させる事ができるが、それによる像の歪やずれが大きくなるので、本実施の形態では等倍である。本実施の形態の透過率は約 40 %である。

C CD又は TD Iセンサー 3 6 · 5は真空中に配置され、光信号から変換された画像の電気信号 36 · 6は、大気と真空を隔絶するフィードスルー 3 6 · 7を介して取りみ装置に出力される。

C CD又は TD Iセンサー 36 · 5を大気中に配置し、 F〇 Pで大気と真空を隔絶する事も可能であるが、透過率が低減する事と、 FOPの厚さの増加に伴って歪が増加する事を加味すると、積極的に採用する必要性は薄い。

本実施の形態で用いた TD Iセンサー 36 · 5は、ピクセルサイズ 1 6 m 水平方向有効画素数 2 048ピクセル、積算段数 5 1 2段、タツブ数 32、ラインレートが最大 3 0 0 kH zのものを用いたが、今後の TD Iセンサーの技術的な進歩により、さらに水平方向有効画素数や積算段数が大きなものを使用しても構わない。

表 4の実施の形態 2の榔に、本実施の形態での二次電子放出電流密度、二次光学系結像倍率、 TD I ラインレートを決定した時に得られるピクセル入射電子数、 TD I グレースケール画素階調値及びステージ速度を示す。

(4) 実施の形態 8

図 3 7の（A) は、写像投影方式の欠陥検査装置 E B Iの構成を概略的に示す図であり、（B) はこの欠陥検査装置 E B Iの二次光学系及び検出系の構成を概略的に示している。図 3 7において、電子銃 37， 1は大電流で動作可能な熱電子放出型の L _aB ₆製力ソード 3 7 · 2を有し、電子銃 3 7 · 1から第 1の方向へ発射された一次電子は数段の四極子レンズ 3 7 · 3を含む一次光学系'を通過してビーム形状を調整されてからウィーンフィルタ 3 7 · 4を通過する。ウイーンフィルタ 3 7 · 4によって一次電子の進行方向は、検査対象である試料 Wに対して入力するよう第 2の方向へ変更される。ウイ一ンフィルタ 3 7 · 4を出て第 2の方向へ進む一次電子は、 N A開口板 37 · 5によってビーム径を絞られ、対物レンズ 3 7 · 6を通過して試料 Wを照射する。

このように、一次光学系においては、電子銃 3 7 · 1として L _aB ₆製の高輝度のものを使用しているので、従来の走査型の欠陥検査装置に比較して低エネルギで大電流かつ大面積の一次ビームを得ることができる。電子銃 3 7 · 1は L a B ₆からなり、形状を円錐台とし、直径が 5 0 m以上で、一次電子の引出電圧が 4. 5 k Vで 1 X I 0³ A/ c m² s r以上 1X 1 0⁸ A/ c m² s r以下の輝度で電子を引き出じて使用できる。好ましくは 4. 5 kVで 1 X 1 0⁵ A/ c m² s r以上 1 X 1 0⁷ A/ c m² s r以下とする。更に好ましくは 1 O kVで 1 X 1 0⁶ A/ c m ² s r以上 1 X 1 0⁷A/cm² s r以下とする。また、電子銃 3 7 ■ 1はショットキ一型として、'一次電子の引出電圧が 4. 5 kVで l X 1 0⁶A/cm² s r以上 SX l O AZc m ² s r以下の輝度で電子を引き出して使用することもできる。好ましくは 1 0 kVで 1 X 1 0⁶ A/ c m2 s r以上 5 X 1 0⁹ A/ c m² s r以下とする。また、電子銃 3 7 · 1に Z r Oのショットキ一型を使用することもできる。

一次電子が試料 Wを照射する照射領域の形状が一次電子の光軸を含まない他の直交する二つの軸に対してそれぞれ概ね対称であり、一次電子が試料上を照射する領域の一次電子の照度むらは 1 0 %以下であり、好ましくは 5 %以下であり、より好ましくは 3 %以下の照度むらとなっており、極めて均一である。この場合、ビーム形状は上記のように一次電子の光軸を含まない他の直交する二つの軸に対してそれぞれ概ね対称で無い場合も使用できる。

この実施の形態においては、試料 Wは一次光学系によって断面が例えば 2 0 0 X 50 / mの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、試料 W上の所定の広さの小さな領域を照射することができるようになる。この面ビームで試料 Wを走査するために、試料 Wは例えば 30 0 mmゥェ一ハ対応の高精度の XYステージ（図示せず）上に載置され、面ビームを固定した状態で XYステージを二次元的に移動させる。また、一次電子をビームスポットに絞り込む必要がないので面ビームは低電流密度であり、試料 Wのダメージが少ない。例えば、従来のビーム走査方式の欠陥検査装置においてはビームスポットの電流密度は 1 O A/c m²〜 1 0⁴A/cm²であるが、図 3 7の欠陥検査装置においては面ビームの電流密度は 0. O O O l AZcm² 〜0. l AZ cm²でしかない。好ましくは 0. 0 0 1 AZc m²~ l A/cm²で使用する。より好ましくは 0. 0 1 A/ cm²~ lAZc m²で使用する。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では IX 1 0— ⁵ C/ c m²であるのに対して、本方式では、 1 X I 0—⁶CZcm²〜 l X l O- C/cm²であり、本方式の方が高感度になっている。好ましくは 1 X 1 0— ⁴C/cm²〜： L X 1 0 - ¹ C/ c m², 更に好ましくは 1 X 1 0— ³ C/cm²~ l X l 0— ¹ C / c m²で使用する。

一次電子ビームの入射方向は基本的に E XB 3 7 · 4の E方向、すなわち電界の方向からとしており、この方向に TD Iの積算方向及ぴステージ移動方向を合わせる。一次電子ビームの入射方向は B方向、すなわち磁場をかけている方向でもよい。

一次電子によって照射された試料 Wの領域からは二次電子、反射電子、後方散乱電子が発生する。まず、二次電子の検出について説明すると、試料 Wから放出された二次電子は、前記第 2の逆の方向へ進むよう、対物レンズ 3 7 · 6によって拡大されて NA 開口板 3 7 · 5及びウイーンフィルタ 3 7 · 4を通過してから、中間レンズ 3 7 • 7によって再び拡大され、投影レンズ 37 · 8によって更に拡大されて二次電子検出系 3 7 ■ 9に入射する。二次電子を導く二次光学系 3 7 * 9においては対物レンズ 3 7 · 6、中間レンズ 3 7 · 7及び投影レンズ 3 7 · 8はいずれも高精度の静電レンズであり、二次光学系の倍率は可変であるよう構成される。一次電子を試料 Wにほぼ垂直に（± 5度以下、好ましくは ± 3度以下、より好ましくは ± 1度以下で）入射し、二次電子をほぼ垂直に取り出すので、試料 Wの表面の凹凸による陰影を生じない。

イーンフィルタ 37 · 4は E XBフィルタとも呼ばれ、電極及び磁石を有し、電界と磁界を直交させた構造を有し、一次電子を例えば 3 5度曲げて試料方向（試料に垂直な方向）に向け、一方、試料からの二次電子、反射電子、後方散乱電子のうち少なくとも一つを直進させる機能を持つ。

投影レンズ 3 7 · 8からの二次電子を受け取る二次電子検出系 3 7 · 9は、入射された二次電子を増殖するマイクロチャンネルプレート（MC P)' 3 7 · 1 0と、 MC P 3 7 · 1 0から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン 3 7 · 1 1と、蛍光スクリーン 3 7 · 1 1から出た光を電気信号へ変換するセンサュニット 3 7 · 1 2を備える。センサユニット 37 · 1 2は、二次元に配列された多数の固体撮像素子からなる高感度のラインセンサ 3 7 · 1 3を有しており、蛍光スクリーン 3 7 · 1 1から発せられた蛍光はラインセンサ 37 · 1 3によって電気信号へ変換されて画像処理部 3 7 · 1 4に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。

試料 Wを移動させて試料 W 上の個々の領域を順に面ビームで照射して走査していく間に、画像処理部 3 7 · 1 4は、欠陥を含む領域の XY座標と画像とに関するデー夕を順次蓄積していき、一つの試料について欠陥を含む検査対象の全ての領域の座標と画像とを含む検査結果ファイルを生成する。こうして、検査結果を一括して管理することができる。この検査結果ファイルを読み出すと、画像処理部 1 2のディスプレィ上には当該試料の欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。

実際には、欠陥検査装置 E B Iの各種の構成要素のうち、センサュニット 3 7 · 1 2は大気中に配置されるが、その他の構成要素は真空に保たれた鏡筒内に配置されるため、この実施の形態においては、鏡筒の適宜の壁面にライトガイドをもうけ、蛍光スクリーン 3 7 · 1 1から出た光をライトガイドを介して大気中に取り出してラインセンサ 3 7 * 1 3に中継する。

試料 Wから放出される電子を 1 0 0 %としたとき、 MC P 3 7 ■ 1 0に到達しうる電子の割合（以下「透過率」）は

透過率（％) = (MC P 3 7 - 1 0に到達しうる電子） / (試料 Wから放出される電子） X 1 0 0

で表される。透過率は N A開口板 3 7 · 5の開口部面積に依存する。例として、透過率と N A開口板の開口部直径の関係を図 38に示す。実際には、試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうち少なくとも一つが電子検出系 Dへ到達するのは 1画素あたり 2 0 0個〜 1 0 00個程度である。

検出器に拡大投影して結像した画像の中心と静電レンズの中心は共通の軸であり、偏光器と試料との間では電子ビームは共通の軸を光学軸とし、電子ビームの光学軸は試料に対して垂直である。

03 9は、図 3 7の欠陥検査装置 E B Iにおける電子検出系 3 7 · 9の具体的な構成例を示している。投影レンズ 3 7 ' 8にょって〇？ 3 7 ' 1 0の入射面に二次電子像又は反射電子像 3 9 · 1が形成される。 MC P 3 7 · 1 0は例えば分解能が 6 m、ゲインが 1 0³〜 1 0⁴、実行画素が 2 1 0 0 X 5 2 0であり、形成された電子像 3 9 · 1に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン 37 · 1 1を照射する。これによって蛍光スクリーン 3 7 · 1 1の電子で照射された部分から'蛍光が発せられ、発せられた蛍光は低歪み（歪みが例えば 0. 4 %) のライトガイド 3 9 · 2を介して大気中へ放出される。放出された蛍光は光学リレーレンズ 3 9 · 3を介してラインセンサ 3 7 · 1 3に入射される。例えば、光学リレーレンズ 3 9 · 3は倍率が 1 2、透過率が 2. 3 %, 歪みが 0. 4 %であり、ラインセンサ 37 . 1 3は 2 048 X 5 1 2 個の画素を有している。光学リレーレンズ 3 9 · 3はラインセンサ 3 7 · 1 3の入射面に電子像 3 9 · 1に対応した光学像 3 9 · 4を形成する。ライトガイド 3 9 · 2及びリレーレンズ 3 9 · 3の代わりに F〇 P (ファイバ · ォプティック · プレート）を使うこともでき、この場合の倍率は 1 倍である。また、 1画素当たりの電指数が 5 0 0個以上の場合、 M C Pを省いてもよい。

図 3 7 に示す欠陥検査装置 E B I は、電子銃 3 7 · 1の加速電圧及び試料 W に印加される試料電圧を調整するとともに電子検出系 3 7' · 9を使用することにより、二次電子の場合、正帯電モードと負帯電モードのいずれかで動作可能である。更に、電子銃 3 7 · 1の加速電圧、試料 Wに印加される試料電圧及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置 E B I を、一次電子の照射によって試料 Wから発せられる高工ネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モ一ドで動作させることができる。反射電子は、一次電子が試料 Wに入射するときのエネルギと同じエネルギを持っており、二次電子に比べてエネルギが高いので、試料表面の帯電等による電位の影響を受けづらいという特徴がある。電子検出系は、二次電子又は反射電子の強度に対応した電気信号を出力する電子衝撃型 C C D、電子衝撃型 T D I等の電子衝撃型検出器を使用することもできる。この場合は、 M C P 3 7 · 1 0、蛍光スクリーン 3 7 · 1 1 、リレーレンズ 3 9 · 3 (又は F O P ) を使用せずに結像位置に電子衝擊型検出器を設置して使用する。このような構成にすることにより、欠陥検査装置 E B I は検査対象に適したモードで動作することが可能になる。例えば、メタル配線の欠陥、 G C配線の欠陥、レジストパターンの欠陥を検出するには、負帯電モード又は反射電子撮像モ —ドを利用すればよいし、ビアの導通不良やエッチング後のピア底の残渣を検出するには反射電子撮像モードを利用すればよい。

図 4 0の（A ) は図 3 7の欠陥検査装置 E B I を上記 3つのモードで動作させるための要件を説明する図である。電子銃 3 7 · 1の加速電圧を V _A、試料 Wに印加される'試料電圧を V _W、試料を照射するときの一次電子の照射エネルギを E Ϊ _N、二次電子検出系 3 7 · 9 に入射する'二次電子の信号エネルギを Ε _{Ο Υ Τ}とする。電子銃 3 7 • 1は加速電圧 V _Aを変えることができるよう構成され、試料 Wには適宜の電源（図示せず）から可変の試料電圧 V _Wが印加される。そこで、加速電圧 V_A及び試料電圧 V_Wを調整し且つ電子検出系 3 7 · 9を使用すると、欠陥検査装置 E B I は、図 4 0 の（B ) に示すように、二次電子ィールドが 1よりも大きい範'囲では正帯電モード、 1よりも小さい範囲では負帯電モードで動作することができる。また、加速電圧 V _A 、試料電圧 V _W及び対物レンズ条件を設定することにより、欠陥検査装置 E B I は二次電子と反射電子とのエネルギ差を利用して二種類の電子を区別できるので、反射電子のみを検出する反射電子撮像モードで動作することができる。欠陥検査装置 E B Iを反射電子撮像モード、負帯電モード及び正帯電モ一ドで動作させるための VA、 V_w、 E！ _N及び Ε_ουτの値の一例を挙げると、

反射電子撮像モード

V_A=- 4. 0 k V± 1度 V (好ましくは土 0. 1度、より好ましくは ± 0. 0 1 度以下）

V_w= - 2 - 5 ¾: ± 1度¥ (好ましくは ± 0. 1度、より好ましくは ± 0. 0 1 度以下）

E _{I N}= 1. 5 k e V± l度 V (好ましくは ± 0. 1度、より好ましくは土 0. 0 1度以下）

E_OUT=4 k e V以下

負帯電モード

V_A= - 7. 0 kV± l V (好ましくは ±0. I V、より好ましくは士 0. 0 1 V 以下）

V_w=— 4. 0 kV± l V (好ましくは ±0. I V、より好ましくは ±0. 0 1 V 以下）

E _{I N}= 3. 0 k e V± l V (好ましくは ±0. I V、より好ましくは ± 0. 0 1 V以下）

E _ουτ= 4 k e V + α ( ο; ：二次電子のエネルギ幅）

正帯電モード

V_A= - 4. 5 kV± l' V (好ましくは ±0. I V、より好ましくは ± 0. 0 1 V 以下）

V_w= - 4. O kV士 I V (好ましくは ±0. I V、より好ましくは ±0. 0 1 V 以下）

E！ N= 0. 5 k e V± l V (好ましくは ± 0. I V、より好ましくは ± 0. 0 1 下）

Εουτ= 4 k e V+ α ( α ：二次電子のエネルギ幅）

となる。

上記のように、基本的には二次電子モードの時には試料の電位 V_wは正帯電モードの場合も負帯電モードの場合も、 4 kV± 1 0 V (好ましくは 4 k V± 1 V、より好ましくは 4 kV±0. 0 1 V以下）と一定の電位をかける。一方、反射電子モードの場合は加速電位 V_Aを 4 k V± 1 0 V (好ましくは 4 k V± 1 V、より好ましくは 4 kV±0. 0 1 V以下）とし、試料電位 V_wは加速電位 4 kV以下の任意の電位に設定して使用する。このようにして検出器の MC Pには 4 k e V± 1 0 e V+ α (好ましくは 4 k V± I V、より好ましくは 4 kV±0. 0 1 V) という最適なエネルギーで、信号となる二次電子または反射電子が入射するよう設定されている。以上の電位設定は基本的に二次光学系を通す信号電子のエネルギーを 4 k e Vとして、試料面の電子像を検出器に結像させる場合であり、このエネルギーを変えること . によって上記の二次電子モードと反射電子モードにおける設定電位を変えて試料の種類に応じた最適な電子像を得ることができる。負帯電モードとしては、図 4 0の（B ) の正帯電領域より低い電子照射エネルギ（例えば 5 0 e V以下）の領域を使うこと - も可能である。

実際、二次電子と反射電子の検出量は、試料 W上の被検査領域の表面組成、パターン形状及び表面電位によって変わってくる。即ち、試料 W上の被検査対象の表面組成によって二次電子収率及び反射電子量は異なり、パターンの尖った個所や角では二次電子収率及び反射電子量は平面に比べて大きい。また、試料 W上の被検査対象の表面電位が高いと、二次電子放出量が減少する。こうして、検出系 3 7 · 9によって検出された二次電子及び反射電子から得られる電子信号強度は材料、パターン形状及び表面電位によって変動する。

2 - 3 - 3 ) E X Bュニット (ウィーンフィルタ）

ウィーンフィルタは、電極と磁極を直交方向に配置し、電界と磁界を直交させた電磁プリズム光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子ビームは偏向させ、その反対方向から入射する電子ビームは、電界から受ける力と磁界から受ける力の影響が相殺される条件（ウイーン条件）を作ること ' が可能で、これにより一次電子ビームは偏向され、ゥエーハ上に垂直に照射し、二次電子ビームは検出器に向け直進することができる。

E X Bュニッ卜の電子ビーム偏向部の詳細な構造について、図 4 1及び同図の A— A線に沿う縦断面を示す図 4 2を用いて説明する。図 4 1 に示すように、 E X Bュニット 4 1 · 1の電子ビーム偏向部 4 1 · 2の場は、写像投影光学部の光軸に垂直な平面において、電界と磁界とを直交させた構造、即ち E X B構造とする。ここで、電界は凹面状の曲面を持つ電極 4 1 · 3及び 4 1 · 4により発生させる。電極 4 1 . 3 及び 4 1 · 4が発生する電界は、それぞれ制御部 4 1 . 5及び 4 1 . 6により制御される。一方、電界発生用の電極 4 1 · 3及び 4 1 · と直交するように、電磁コイル 4 1 · 7及び 4 1 ' 8を配置させることにより磁界を発生させている。なお、電界発生用の電極 4 1 · 3、 4 1 · 4は点対象であるが同心円でも構わない。

この場合は磁界の均一性を向上させるために、平行平板形状を有するポールピースを持たせて、磁路を形成している。 A— A線に沿う縦断面における電子ビームの挙動は、図 4 2に示されるようである。照射された電子ビーム 4 2 . 1及び 4 2 · 2は、電極 4 1 · 3、 4 1 - 4が発生する電界と、電磁コイル 4 1 · 7、 4 1 . 8が発生する磁界とによって偏向された後、試料面上に対して垂直方向に入射する。ここで、照射電子ビーム 42 ' 1、 42 · 2の電子ビーム偏向部 4 1 · 2への入射位置及び角度は、電子のエネルギーが決定されると一義的に決定される。さらに、二次電子 42 · 3及び 42 · 4が直進するように、電界及び磁界の条件、即ち v XB = Eとなるように電極 4 1 · 3、 41 · 4が発生する電界と、電磁コイル 4 1 · 7、 4 1 - 8が発生する磁界とを、それぞれの制御部 4 1 · 5、 4 1 · 6、 4 1 · 9、 4 1 · 1 0が制御することで、二次電子は電子ビーム偏向部 41 · 2を直進して、上記写像投影光学部に入射する。ここで、 Vは電子の速度（m/ s )、 Bは磁場（T)、 eは電荷量（C)、 Eは電界（VZm) である。

ここでは E XBフィルタ 4 1 · 1を 1次電子ビームと二次電子の分離に使用しているが、磁場を用いても可能であることは言うまでもない。また電界だけで 1 次電子ビームと二次電子を分離しても良い。更に.、一次電子と反射電子の分離に使用できることは当然である。

ここで、実施の形態 9として、図 43により ΕΧΒフィル夕の変形例を説明する。図 43は光軸に垂直な面で切った断面図である。電界を発生させるための 4対の電極 43 · 1と 4 3 · 2、 43 · 3と 43 · 4、 43 · 5と 43 · 6、 43 · 7と 43 · 8は、非磁性導電体で形成され、全体としてほぼ円筒形状であり、絶縁材料で形成された電極支持用円筒 43 · 9の内面にネジ（図示せず）等により固定される。電極支持用円筒 43 · 9の軸及び電極が形成する円筒の軸は、光軸 43 · 1 0に一致させる。各電極 43 · 1〜43 · 8の間の電極支持用円筒 43 · 9の内面には、光軸 43 · 1 0と平行の溝 43 · 1 1が設けられる。そして、その内面の領域は、導電体 43 · 1 2でコーティングされ、アース電位に設定される。

電界を発生させる際に、電極 43 · 3、 43 · 5に「c o s 0 1」、電極 4 3 · 6 、 43 · 4に「一 c o s S l」、電極 43 · 1、 43 · 7に「c o s 0 2」、電極 43 · 8、 43 · 2に「一 C O S 0 2 J に比例する電圧を与えると、電極の内径の 6 0 % 程度の領域でほぼ一様な平行電界が得られる。図 44に電界分布のシミュレ一ション結果を示す。なお、この例では、 4対の電極を用いたが、 3対でも内径の 40 %程度の領域で一様な平行電界が得られる。

磁界の発生は、電極支持用円筒 43 · '9の外側に 2つの矩形状の白金合金永久磁石 43 - 1 3 , 43 - 1 4を平行に配置することによって行う。永久磁石 43 · 1 3、 43 · 14の光軸 43· · 1 0側の面の周辺には、磁性材料で構成される突起 43 · 1 6が設けられる。この突起 43 · 1 6は、' 光軸 43 · 1 0側の磁力線が外側に凸に歪むのを補償するものであり。その大きさ及び形状は、シミュレーション解析によって定めることができる。永久磁石 4 3 · 1 3、 4 3 - 1 4の外側は、永久磁石 4 3 · 1 3、 4 3 · 1 4による磁力線の光軸 4 3 · 1 0 と反対側の通路が、電極支持用円筒 4 3 · 9と同軸の円筒となるように、強磁性体材料で構成されるヨーク又は磁気回路 4 3 · 1 5が設けられる。

図 4 3に示したような Ε ΧΒ分離器は、図 2 5— 1に示すような写像投影型電子線検査装置だけでなく、走査型電子線検査装置にも適用することができる。

上記走査型電子線検査装置の一例を図 2 5 - 2に示す。電子銃 2 5 · 1 4から電子線が試料 2 5 · 1 5に向かって照射される。 1次系電子ビームは Ε ΧΒ 2 5 · 1 6を通過するが、入射時には偏向力が加えられずに直進し、対物レンズ 2 5 · 1 7で絞られて、試料 2 5 · 1 5にほぼ垂直に入射する。試料 2 5 · 1 5から出てきた電子は、今度は Ε ΧΒ 2 5 · 1 6により偏向力を加えられ、検出器 2 5 · 1 8に導かれる。このように、 Ε ΧΒ 2 5 · 1 6の電界と磁界を調整する事により、 1次系と 2次系の荷電粒子ビームのいずれか一方を直進させ、他方を任意の方向に直進させることができる。

なお、 Ε ΧΒ 2 5 · 1 6を用いると、偏向力が加わって変更した方向に収差が生じてしまうため、それを補正するために、 1次系光学系の電子銃 2 5 · 1 4と Ε ΧΒ 2 5 · 1 6との間に、更に Ε ΧΒ偏向器を設けてもよい。また、同じ目的で、 2次系の検出器 2 5 ' 1 8 と£ 82 5 ' 1 6との間に更に Ε X Β偏向器を設けてもよい。走査型電子線検査装置若しくは走査型電子顕微鏡においては、 1次系の電子ビームで細く絞ることが分解能を上げることにつながるので、 1次系電子ビームには余分な偏向力を与えないように、図 2 5 -2のように 1次系電子ビームを直進させ、 2次系ビームを偏向させるのが一般的である。しかし、逆に、 1次系のビームを偏向させ、 2次系のビームを直進させる方が好適であれば、そのようにしてもよい。同様に、写像投影型電子線検査装置では、試料上の撮像領域と検出器の C CD上のピクセルの対応きちんと取るために、 2次系ビームには、なるべく収差を生じさせないような偏向力を与えないようにする方が一般的には好ましい。したがって、図 2 5 — 1に示すように、 1次系のビームを偏向させ、 2次系のビームを直進させる構成を取るのが一般的ではあるが、 1次系のビームを直進させ、 2次系のビームを偏向させる構成を取る方が好適であれぱ、その様な構成を取ってもよい。

なお、 E XBの電界及び磁界の強さの設定は、 2次電子モード、反射電子モードと、モード毎に変化させてもよい。モード毎に最適な画像が得られるように、電界及び磁界の強さを設定することが可能である。設定を変える必要が無いときには、一定の強さのままでよいことは言うまでもない。

以上の説明から明らかなように、本例によれば、光軸の回りに電界、磁界がともに一様な領域を大きくとることができ、 1次電子線の照射範囲を広げても、 EXB分離器を通した像の収差を問題のない値にすることができる。また、磁界を形成する磁極の周辺部に突起 43 · 1 6を設けるとともに、この磁極を電界発生用電極の外側に設けたので、一様な磁界が発生できるとともに、磁極による電界の歪を小さくできる。また、永久磁石を用いて磁界を発生させているので、 E XB分離器全体を真空中に収めることができる。さらに、電界発生用電極及び磁路形成用磁気回路を、光軸を中心軸とする同軸の円筒形状とすることにより、 E XB分離器全体を小型化できる。

2 - 3 -4) 検出器

二次光学系で結像されるゥエー八からの二次電子画像は、まずマイクロチャンネルプレート（MC P) で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり光の像に変換される。 MC Pの原理としては直径 1〜 1 0 0 m、長さ 2 ~ 1 0顧、好ましくは直径 2 ~ 5 0 m, 長さ 02. 〜 5mm、より好ましくは直径 6〜 2 5 m、長さ 0. 2 4〜 1. 0 mmという非常に細い導電性のガラスキヤビラリを数百万本〜数千万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキヤピラリが、独立した二次電子増幅器として働き、全体として二次電子増幅器を形成する。この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれた F 0 P系で TD I— C CD上に 1対 1で投影される。

ここで、上記構成の'電子光学装置の動作について説明する。図 2 5— 1に示すように、電子銃 2 5 · 4から放出された一次電子線は、レンズ系 2 5 . 5によって集束される。収束された一次電子線は E XB型偏向器 2 5 · 6に入射され、ゥエーハ Wの表面に垂直に照射されるように偏向され、対物レンズ系 2 5 · 8によってゥエーハ Wの表面上に結像される。

一次電子線の照射によってゥエーハから放出された二次電子は、対物レンズ系 2 5 • 8によって加速され、 EXB型偏向器 2 5 · 6に入射し、その偏向器を直進して二次光学系のレンズ系 2 5 · 1 0を通って検出器 2 5 · 1 1に導かれる。そして、その検出器 2 5 · 1 1によって検出され、その検出信号が画像処理部 2 5 · 1 2に送られる。なお、対物レンズ系 2 5 · 7は、 1 0ないし 2 0 k Vの高電圧が印加され、ゥェ —ハは設置されているものとする。

ここで、ゥェ一ハ Wにビア 25 · 1 3がある場合に、電極 2 5 · 8に与える電圧を — 20 0 Vとすると、ゥエーハの電子線照射面の電界は、 0〜一 0. l VZmm (— はゥエーハ W側が高電位であることを示す）となった。この状態で、対物レンズ系 2 5 - 7とゥエーハ Wとの間に放電は発生'せずに、ゥエーハ Wの欠陥検査は行えたが、二次電子の検出効率が若干下がってしまう。したがって、電子線を照射し二次電子を検出する一連の動作を、例えば 4回行い、得られた 4回分の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度を得た。

また、ゥエー八にビア 2 5 · 1 3がない場合に、電極 2 5 · 8に与える電圧を + 3 5 0 Vとしても、対物レンズ系 2 5 · 7 とゥェ一八との間に放電は発生せずに、ゥェーハ Wの欠陥検査は行えた。この場合、電極 2 5 . 8に与えた電圧によって二次電子が集束され、対物レンズ 2 5 · 7によっても更に集束されるので、検出器 2 5 · 1 1 における二次電子の検出効率は向上した。よって、ゥエーハ欠陥装置としての処理も高速となり、高いスループットで検査が行えた。

2 - 3 - 5 ) 電源

本装置における電源部は主に、電極制御の為の数百程度の出力チャンネルを有する直流高圧精密電源で構成され、電極の役割、位置関係に応じてその供給電圧が異なるが、画像の分解能及び精度の要求から、安定性は設定値に対して、数 l O O p p m以下、好ましくは 2 0 p p m以下、より好ましくは数 p p mのオーダーが要求され、安定性の阻害要因である電圧の経時変動、温度変動、ノイズ · リップル等を極少にする為、回路方式、部品の選定、実装、に対する工夫がなされている。

電極以外の電源の種類としては、ヒータ加熱用定電流源、一次系のビーム芯出時にアパーチャ電極中心近傍にてビームのセンタリングを確認する為にビームを 2次元的に偏向する為の高圧高速増幅器、ヒータ加熱用定電流源、エネルギーフィルタである E X B用の電磁コイル用定電流源、ゥエーハにバイアスを印加する為のリタ一デリング電源及ぴゥェ一ハを静電チャックに吸着させる為の電位を発生させる電源、 E O捕正を行う高圧高速増幅器、電子をホトマルチプライヤーの原理で増幅させる M C P電源等がある。

図 4 5は電源部の全体構成を示している。同図において、鏡筒部 4 5 · 1の電極に対し図示しないが、電源ラック 4 5 · 2及び高速高圧増幅器 4 5 ■ 3、 4 5 · 4及び 4 5 · 5より、接続ケーブルを経由して電源が供給される。高速高圧増幅器 4 5 - 3 - 4 5 · 5は広帯域の増幅器であり、扱う信号の周波数も高い（D C— M H z ) ことから、ケーブルの静電容量による特性劣化と消費電力の増加を抑える必要性から電極近傍に設置し、ケーブルの静電容量増加を防止する。 £ 0補正4 5 · 6より補正信号が出力されォクタポール変換部 4 5 · 7にて 8極子の夫々の電極に対し、ベクトル値に整合した位相と大きさをもった電圧に変換し、高速高圧増幅器 4 5 · 4に入力し、増幅した後、鏡筒に含まれる電極に供給される。 '

A P画像取得プロック 4 5 · 8は一次系のビーム芯出時にアパーチャ電極中心近傍にてビームのセンタリングを確認する為に A P画像取得ブロック 4 5 . 8より鋸歯状波を発生させ高圧高速増幅器により鏡筒部 4 5 · 1の偏向電極に印加、ビームを 2次元的に偏向する事によって、アパーチャ電極にて受けたビーム電流の大きさを位置と関連付け、画像表示する事で、ビーム位置を機械的中心位置に調整する補助機能としての役割をもつ。

A F制御 4 6 · 9からは、事前に測定された最善のフォーカルポイントに相等する電圧をメモリ一に記憶し、ステ一ジ位置に応じてこの値を読み出し、 D / Aコンバー夕にてアナログ電圧に変換し、高速高圧増幅器 4 5 · 5を経て、鏡筒部 4 5 · 1に含まれる焦点調整電極に印加、最適焦点位置を保ちながら観測する機能を実現している電源ラック 4 5 · 2には、電源群 1〜 4からなる、電極制御の為の数百程度の出力チャンネルを有する直流高圧精密電源が収納される。電源ラック 4 5 · 2は、制御通信部 4 5 · 1 0により、通信力一ド 4 5 · 1 1や、電気的絶縁性を有して安全性の確保とグランドループの発生を防止してノイズ混入を防げる光ファイバ一通信 4 5 · 1 2等により制御 C P U部 4 5 · 1 3からの指令を受信し、また、電源装置の異常等のステータスを送信することが可能なシステムを構成している。 U P S 4 5 . 1 4は停電、不測の電源断等による制御異常発生時のシステムの暴走により、装置の破損、異常放電、人体への危険等を防止している。電源 4 5 · 1 5は大本の受電部であり、ィンターロック、電流制限等を含み、欠陥検査装置全体としての安全協調を行える様構成している。

通信力一ド 4 5 · 1 1は制御 C P U部 4 5 · 1 3のデータバス 4 5 . 1 6、ァドレスバス 4 5 · 1 7に接続され、リアルタイムの処理が行える。

図 4 6は、数百から数十キロ Vの静的な直流電圧を発生する場合の回路方式についてのスタテック高圧単極性電源（レンズ用）の回路構成の一例を示している。図 4 6 において、信号源 4 6 · 1によりトランス 4 6 · 2の透磁率が最適になる周波数の交流電圧を発生させ、掛算器 4 6 · 3を経た後、駆動回路 4 6 · 4へ導き、トランス 4 6 - 2により数十倍から数百倍の振幅の電圧を発生させる。コッククラフトウォルトン [II路 4 6 · 5は、整流しながら昇圧を行う回路である。トランス 4 6 · 2とコッククラフトウォルトン回路 4 6 · 5との組み合わせにより、所望の直流電圧を得、ローパスフィルタ 4 6 · 6により、さらなる平滑化を行い、リプル、ノイズを低減する。出力電圧検出抵抗 4 6 · 7、 4 6 - 8の抵抗比により高圧出力電圧を分圧し、通常の電子回路で扱える電圧範囲内にする。この抵抗の安定性が電圧精度の大半決定する為、温度安定度、長期変動等が優秀な素子を使用し、特に分圧比'が重要になる事から、同一絶縁基板上に薄膜を形成する事や、あるいは抵抗素子を近接させ、温度が異ならない様工夫する等の手段を講じる。

分圧された結果は、演算増幅器 4 6 · 9により基準電圧発生用 D / Aコンパ一夕 4 6 · 1 0の値と比較し、誤差分がある場合には、演算増幅器 4 6 · 9の出力が増減し、掛算器 46 · 3よりその値に応じた振幅の交流電圧が出力され、負帰還が形成される。図示していないが、演算増幅器 46 · 9の出力は単極性にするか、掛算器 46 · 3の応答の象限を限定し飽和を防止している。演算増幅器 46 · 9は非常に大きな増幅度（1 2 0 d B以上）が必要で、かつ素子としてはほとんどオープンループで使用される事から、低ノイズのオペアンプを用いる。基準電圧発生用 D/Aコンバータ 4 6 · 1 0は精度という観点からは、出力電圧検出抵抗 46 · 7、 46 - 8と同等以上に安定度が必要となる。この電圧を発生するには、図示していないがバンドギャップを用いた定電圧ダイォードにヒータを用いた恒温機能を組み合わせたリファレンス I Cが使用される場合が多いが、ペルチェ素子をヒータの代わりに用い、更なる温度の恒温化を可能としている。また、出力電圧検出抵抗 46 · 7、 46 · 8を恒温化する為にペルチェ素子を単一または多段に用いる場合もある。

図 47は、スタテック両極性電源（ァライナ一等用）の回路構成の一例を示している。基本的な考え方は図 46の回路と同等の電源にて V 5及び V 6を発生させ、この電圧を用いて、 47 · 1〜 47 · 6で構成されるリニァアンプに 47 ' 1からの指令値を入力する事で両極性の高圧電源を形成している。一般に、演算増幅器 47 · 2は ± 12 V近辺で動作する為、図示していないが、 47 · 2と 47 · 5、 47 · 6との間にはディスクリート素子による増幅回路が必要で、土数 Vを増幅し土数百から数キ口 Vに変換する。 47 · 1 ~47 · 4に要求される諸特性の注意事項は図 46の回路で述べた事と同様である。

図 48〜図 5 0は特殊電源の回路例を示しており、図 48はヒ一夕及びガン用の回路例で、 48 · ：！〜 48 ■ 4から形成される。バイアス電圧源 48 · 2に電圧源 48 • 1、抵抗 48 · 3及び電源 48 · 4が重畳される。ヒータ用電源 48 · 4は定電流源により構成され、実際に流れる電流の値は抵抗 48 · 3により検出し、図示していないが、一旦ディジタルに置き換えられた後、光ファイバ一等によりアイソレーション'を行い、値を制御通信部 45 · 1 0に送る。電圧源 48 · 1の電圧値、電源 48 - 4の電流値等の設定は制御通信部 4 5 · 1 0からの値を同様の原理で逆変換し、実際の電源設定部に値を設定している。

図 49は MC Ρ用の電源回路の例を示しており、電圧源 49 ■ 1、 49 · 2、リレ —回路 49 · 3、 49 · 4、電流検出回路 49 · 5、 49 · 6、 49 · 7よりなる。端子 MC Ρ 1は MCPへの電流の流入値の計測で数 Ρ Αからの'測定を行うため、厳重なシールド構造とし、漏れ電流、ノイズの進入を防ぐ必要がある。端子 MC P 2は M C Pによる増幅後の電流計測を含んでおり、抵抗 49 · 6、 49 · 7に流れる電流値の比により増幅度が算定できる。抵抗 49 · 5は蛍光面上の電流を計測する。重畳部分での計測、設定はヒータ及びガンにおけるそれと同様である。図 5 0は、 5 0 · 1と 50 · 2により形成される、 EXBの磁界.コイル用定電流源の回路例を示しており、一般には数百 mAの電流を出力する。エネルギーフィルタとしての磁界の安定度は重要であり、数 p pmのオーダの安定度が要求される。

図 5 1は、リ夕一デリング · チヤック向けの電源回路の一例を示しており、 5 1 · 1〜 5 1 · 9により形成される。パイァス電源（リ夕一デリング用） 5 1 · 1 0の上に図 46のス夕テック両極性電源（ァライナー等用）と同様の電源が重畳された形式である。重畳部分での計測、設定はヒータ及ぴガン（図 48) におけるそれと同様である。

図 52は、 EO補正用偏向電極のハードウェア構成の一例を示しており、 5 2 · 1 〜 5 2 · 7より構成される。 X軸 Ε 0補正 5 2 · 1 及ぴ Υ軸 Ε 0補正 52 .2 よりォクタポール変換部 5 2 · 4に補正信号が入力され、高速アンプ 52 · 5へ変換後の出力を送出する。 52 · 5により数十から数百 Vに増幅した後に角度 45度毎に設置された ΕΟ補正電極 5 2 · 6へ電圧を印加する。 ΔΧ補正 5 2 · 3はミラー曲がり等の微細な補正を行う場合の入力であり、 52 ■ 4の内部で X信号と加算される。

図 5 3は、ォクタポール変換部の回路構成の一例を示しており、 X、 Υ軸以外の 4 5度ずれた角度に設置される電極 5 3 · 1用に、信号 53 · 2、 5 3 · 3、 5 3 . 4 、 5 3 · 5からべクトル演算し、相等の電圧を発生させる。この場合の演算例は 5 3 • 6、 5 3 · 7、 5 3 · 8、 5 3 - 9に記載されている値を用いている。これは、ァナログの抵抗網により、または 5 3 · 6〜5 3 · 9がディジタル信号の場合は ROM によるテーブル読み出し等により、実現可能である。 ' 図 54は高速高圧増幅器の一例を示しており、 54 · 1〜 54 · 1 1によって構成される。（B) に矩形波出力時の波形例を示す。この例では米国 AP EX社製のパヮ一オペアンプ P A 8 5 Aを用い増幅器を構成しメガ帯に及ぶ帯域と、約 ± 2 0 0 Vの出力範囲、約 1 0 0 0 V/^ S未満のスルーレトを実現でき、高速高圧増幅器に要求される動的特性を実現した。

2 - 4) プレチヤ一ジュニット

図 1 3に示されるように、プレチャージュニット 1 3 · 9は、ワーキングチヤンバ 1 3 - 1 6内で電子光学装置 1 3 · 8の'鏡筒 1 3 · 38に隣接して配設される。本検査装置では検査対象である基板すなわちゥェ一ハに電子線を照射することによりゥェーハ表面に形成されたデバイスパ夕一ン等を検査する形式の装'置であるから、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をゥエーハ表面の情報とするが、ゥエーハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってヱ一ハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ゥエーハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ゥエーハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。

そこで、図 1 3の実施の形態では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部 1 3 · 3 9を有するプレチャージュニット 1 3 · 9が設けられている。検査するゥエー八の所定の箇所に検査電子を照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチヤ一ジュニット 1 3 · 9の荷電粒子照射部 1 3 · 3 9から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このゥエーハ表面のチャージアツプは予め検出対称であるゥェ一ハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージュニット 1 3 · 9を動作させる。また、このプレチャージユニット 1 3 · 9では一次電子線の焦点をずらせて、すなわちビーム形をぼかして照射してもよい。

図 5 5は、プレチャージユニット 1 3 ■ 9の第 1の実施の形態の要部を示す。荷電粒子 5 5 · 1は荷電粒子照射線源 5 5 · 2から試料基板 Wへ、バイアス電源 5 5 · 3 で設定された電圧で加速されて照射される.。被検査領域 5 5 · 4は領域 5 5 · 5 とともに既に前処理の荷電粒子照射を行った場所を示し、領域 5 5 · 6は荷電粒子照射を行っている場所を示す。この図では試料基板 Wを図の矢印の方向に走査しているが、往復走査を行う場合は、図示点線で示すように、他の荷電粒子線源 5 5 · 7を一次電子線源の反対側に設置し、試料基板 Wの走査方向に同期して交互に荷電粒子線源 5 5 • 2 、 5 5 · 7をオン、オフすれば良い。この場合、荷電粒子のエネルギーが高すぎると試料基板 Wの絶縁部からの二次電子収率が 1 を超えてしまい、表面が正に帯電し、またそれ以下でも二次電子が生成すると現象が複雑となり、照射効果が減少するので、二次電子の生成が激減する 1 0 0 e V以下（理想的には 0 e V以上で 3 0 e V 以下）のランディング電圧に設定するのが効果的である。

図 5 6は、プレチャージユニット 1 3 · 9の第 2の実施の形態を示す。本図は荷電粒子線として電子線 5 6 · 1を照射するタイプの照射線源を示す。照射線源は、熱フイラメント 5 6 · 2、引き出し電極 5 6 · 3、シールドケース 5 6 · 4、フィラメント鼂源 5 6 · 5、電子引き出し電源 5 6 · 6から構成されている。引き出し電極 5 6 ' 3は厚さ 0 . 1 111111で、幅 0 . 2 mm、長さ 1 . 0 mmのスリットが設けられており、直径 0 . 1 mmのフィラメント（熱電子放出源） 5 6 · 2 との位置関係は 3電極電子銃の形態となっている。シールドケース 5 6 · 4には幅 1 mmで長さ 2 mmのスリットが設けられており、引出し電極 5 6 · 3 とは距離 l mmの間隔とし、両者のスリットセンターが一致する様に組み上げられている。フィラメントの材質はタングステン（W) で 2 Aで通電加熱を行い、引き出し電圧 2 .0 V、バイアス電圧— 3 0 Vで数 Aの電子電流が得られている。 '

ここに示した例は一つの例であり、例えば、フィラメント（熱電子放出源）の材質は T a、 I r 、 R e等の高融点金属や、トリアコート W、酸化物陰極等が使用でき、その材質、線径、長さによりフィラメント電流が変わることは言うまでもない。また、その他の種類の電子銃でも電子線照射領域、電子電流、エネルギーが適当な値に設定できるものであれば使用する事が可能である。

図 5 7は、プレチャージュニット 1 3 · 9の第 3の実施の形態を示す。荷電粒子線としてイオン 5 7 · 1を照射するタイプの照射線源を示す。本照射線源はフイラメント 5 7 · 2、フィラメント電源 5 7 · 3、放電電源 5 7 · 4、陽極シールドケース 5 7 · 5から構成されており、陽極 5 7 · 6 とシールド 'ケース 5 7 · 5には 1 mm X 2 mmの同じサイズのスリットが明けられており、 1 mm間隔で両スリットの中心が一致する様に組み立てられている。シールドケース 5 7 · 5内にパイプ 5 7 · 7を介して A rガス 5 7 · 8を I P a程度導入し、熱フィラメント 5 7 · 2によるアーク放電タイプで動作させる。バイアス電圧は正の値に設定する。

図 5 8は、プレチャージュニット 1 3 · 9の第 4の実施の形態であるプラズマ照射方式の場合を示す。構造は図 5 7と同様である。動作も上記と同様、熱フィラメント 5 7 · 2によるアーク放電タイプで動作させるが、バイアス電位を 0 Vにすることにより、ガス圧にょリプラズマ 5 8 · 1がスリットからしみだし、試料基板に照射される。プラズマ照射の場合は他の方法に比べて正負両方の電荷 ¾持つ粒子の集団のため試料基板表面の正負どちらの表面電位も 0に近づけることが可能となる。

試料基板 Wに接近して配置された荷電粒子照射部は、図 5 5ないし図 5 8に示す構造のものであり、試料基板 Wの酸化膜ゃ窒化膜の表面構造の違いや、異なる工程毎のそれぞれの試料基板に対して表面電位がゼロになるよう適切な条件により、荷電子 5 5 · 1 を照射するようになっており、試料基板に対して最適な照射条件で照射を行つた後、すなわち、試料基板 Wの表面の電位を平均化、もしくは荷電粒子により中和させた後に、電子線 5 5 · 8、 5 5 · 9により画像を形成し、欠陥を検出するようになっている。

以上説明したとおり、本実施の形態においては、荷電粒子照射による測定の直前処理によって、帯電による測定画像歪みが生じないか、生じてもわずかであるので欠陥を正しく測定できる。また、従来では使用が問題となっていた量の大電流（例えば、 1 i A以上 2 0 A、好ましくは Ι Α以上 1 0 Α、より好ましくは 1 Α以上 5 A ) 照射してステージを走査できるので、二次電子も試料またはゥェ一ハ上から大量に放出されるため、 S Z N比の良い（例えば、 2以上 1 0 0 0以下、好ましぐは 5 以上 1 0 0 0以下、より好ましくは 1 0以上 1 0 0以下の）検出信号が得られ、欠陥検出の信頼性が向上する。また、 S / N '比が大きいので、より早くステージを走査しても良好な画像データを作製でき、検査のスループットを大きくすることができる。図 5 9には、本実施の形態によるプレチャージュニットを備えた撮像装置が模式的に示されている。この撮像装置 5 9 · 1は、一次光学系 5 9 · 2と、二次光学系 5 9 • 3と、検出系 5 9 · 4と、撮像対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段 5 9 · 5とを備えている。一次光学系 5 9 · 2は、電子線を検査対象（以下対象） Wの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃 5 9 · 6 と、電子銃 5 9 · 6から放出された一次電子ビーム 5 9 · 7を偏向する静電レンズ 5 9 . 8と、一次電子ビームをその光軸が対象の面に垂直になるように偏向するウイーンフィルタすなわち E XB偏向器 5 9 · 9と、電子線を偏向する静電レンズ 5 9 · 1 0 とを備え、それらは、図 5 9に示されるように電子銃 5 9 · 6を最上部にして順に、しかも電子銃から放出される一次電子線 5 9 · 7の光軸が対象 Wの表面（試料面）に鉛直な線に対して傾斜して配置されている。 E XB偏向器 5 9 * 9は電極 5 9 . 1 1及び電磁石 5 9 · 1 2から構成されている。

二次光学系 5 9 · 3は一次光学系の E X B型偏向器 4 9 . 9の上側に配置された静電レンズ 5 9 · 1 3を備えている。検出系 5 9 · 4は、二次電子 5 9 . 1 4を光信号に変換するシンチレ一夕及びマイクロチャンネルプレート（MC P) の組み合わせ 5 9 · 1 5 と、光信号を電気信号に変換する C CD 5 9 · 1 6と、画像処理装置 5 9 . 1 7とを備えている。上記一次光学系 5 9 · 2、二次光学系 5 9 · 3及び検出系 5 9 • 4の各構成要素の構造及び機能は従来のものと同じであるから、それらについての詳細な説明は省略する。

対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段 5 9 · 5は、この実施の形態では、対象 Wとその対象 Wに最も近接した一次光学系 5 9 · 2の静電レンズ 5 9 - 1 0との間で対象 Wに接近させて配置された電極 5 9 . 1 8と、電極 5 9 . 1 8に電気的に接続された切換スィツチ 5 9 · 1 9と、その切換スィツチ 5 9 . 1.9の一方の端子 5 9 · 2 0に電気的に接続された電圧発生器 5 9 · 2 1 と、切換スィツチ 5 9 - 1 9の他方の端子 5 9 · 2 2に電気的に接続された電荷検出器 5 9 . 2 3 とを備えている。電荷検出器 5 9 · 2 3は高いインピーダンスを有している。電荷低減手段 5 9 · 5は、更に、一次光学系 5 9 * 2の電子銃 5 9 ■ 6と静電レンズ 5 9 . 8との間に配置されたダリッド 5 9 · 2 4と、グリッド 5 9 . 2 4に電気的に接続されている電圧発生器 5 9 · 2 5 とを備えている。タイミングジェネレータ 5 9 . 2 6が、検出系 5 9 · 4の C CD 5 9 . 1 6及び画像処理装置 5 9 · 1 7、電荷低減手段 5 9 · 5の切換スイツチ 5 9 · 1 9、電圧発生器 5 9 · 2 1並びに電荷検出器 5 9 . 2 3 及び 5 9 · 2 5に動作夕イミングを指令するようになっている。

次に、上記構成の電子線装置の動作について説明する。電子銃 5 9 . 6から放出された一次電子ビーム 5 9 · 7は、一次光学系 5 9 · 2の静電レンズ 5 9 · 8を経て Ε ΧΒ偏向器 5 9 · 9に達し、その Ε ΧΒ偏向器 5 9 · 9により対象 Wの面に対して垂直になるように偏向され、更に静電レンズ 5 9 · 1 0を介して対象 Wの表面（対象面 ) W Fを照射する。対象 Wの表面 W Fからは対象の性状に応じて二次電子 5 9 · 1 4 が放出される。この二次電子 5 9 · 1 4は二次光学系 5 9 · 3の静電レンズ 5 9 . 1 3を介して検出系 5 9 · 4のシンチレ一夕及び M C Pの組み合わせ 5 9 · 1 5に送られ、そのシンチレ一夕により光に変換され、その光は C C D 5 9 . 1 6により光電変換され、その変換された電気信号により画像処理装置 5 9 · 1 7が二次元画像（階調を有する）を形成する。なお、通常のこの種の検査装置と同様に、対象に照射される一次電子ビームは、一次電子ビームを公知の偏向手段（図示せず）により走査させることによって、又は、対象を支持するテ一プル Tを X、 Yの二次元方向に移動させることにより、或いは、それらの組合せにより、対象面 W F上の必要箇所全体を照射させてその対象面のデータを収集できるようになっている。

対象 Wに照射された一次電子線 5 9 · 7により対象 Wの表面近傍には電荷が生じ、正に帯電する。その結果、対象 Wの表面 W Fから発生する二次電子 5 9 · 1 4は、この電荷とのクーロン力により、電荷の状況に応じて軌道が変化する。その結果、画像処理装置 5 9 · 1 7に形成される画像に歪みが発生することになる。対象面 W Fの帯電は、対象 Wの性状により変化するため、対象としてゥェ一ハを用いた場合、同一ゥエーハでも必ずしも同一ではないし、時間的にも変化する。従って、ゥェ一ハ上の 2 力所のパターンを比較する場合に誤検出が発生するおそれがある。

そこで、本発明によるこの実施の形態では、検出系 5 9 · 4の C C D 5 9 ' 1 6が画像を 1走査分捕捉した後の空き時間を利用して、高インピーダンスを有する電荷検出器 5 9 · 2 3により、対象 Wの近傍に配置された電極 5 9 · 1 8の帯電量を計測する。そして計測した帯電量に応じた電子を照射させる電圧を電圧発生器 5 9 . 2 1で発生させ、計測後に切換スィッチ 5 9 · 1 9を動作させて電極 5 9 · 1 8を電圧発生器 5 9 · 2 1 に接続し、電圧発生器により発生された電圧を電極 5 9 · 1 8に印加するととにより帯電した電荷を相殺する。これにより画像処理装置 5 9 · 1 7に形成される画像に歪みが発生しないようになっている。具体的には、電極 5 9 · 1 8に通常の電圧が与えられている時は集束した電子線を対象 Wに照射するが、電極 5 9 · 1 8 に別の電圧を与えると合焦条件が大きくずれ、帯電が予想される広い領域に小さい電流密度で照射が行われ、正に帯電した対象の正電荷を中和させることで、帯電が予想される広い領域の電圧を特定の正（負）電圧に均一化したり、均一化かつ低減化することでより低い正（負）電圧（ゼロポルトも含む）にできる。上記のような帯電電荷の相殺の動作は走査毎に実施される。

ウェーネルト電極すなわちダリッド 5 9 · 2 4は、空き時間のタイミング中に電子銃 5 9 · 6から照射される電子ビームを停止させ、帯電量の計測及び帯電の相殺動作を安定に実行する機能を有する。上記動作のタイミングは、タイミングジェネレータ 5 9 - 2 6によって指令され、例えば、図 6 0のタイミングチャートに示されるようなタイミングである。なお、帯電量は対象としてゥェ一八を使用した場合、その位置によって異なるため、 C C Dの走査方向に電極 5 9 · 1 8、切換スィッチ 5 9 · 1 9 、電圧発生器 5 9 · 2 1及び電荷検出器 5 9 · 2 3を複数組設けて細分化し、より精度の高い制御を行うことも可能である。

本実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。 .

( 1 ) 帯電によって発生する画像の歪みを検査対象の性状によらず低減することがでさる、

( 2 ) 従来の計測タイミングの空き時間を利用して帯電の均一化、相殺を実行するため、スループットに何ら影響を及ぼすことがない、

( 3 ) リアルタイムで処理が可能であるため、事後処理の時間、メモリー等を必要としない、

( 4 ) 高速で精度の高い画像の観測、欠陥検出が可能である。

図 6 1は、本発明の他の実施の形態に係るプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の概略構成が示されている。この欠陥検査装置は、一次電子線を放出する電子銃 5 9 · 6、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ 5 9 · 8、図示しないポンプにより真空に排気可能な試料室 6 1 · 1、該試料室内に配置され、半導体ゥェ一ハ Wなどの試料を載置した状態で水平面内を移動可能なステージ 6 1 · 2、一次電子線の照射によりゥェ一ハ Wから放出された二次電子線及び/又は反射電子線を所定の倍率で写像投影して結像させる写像投影系の静電レンズ 5 9 · 1 3、結像された像をゥェ一ハの二次電子画像として検出する検出器 6 1 · 3及び、装置全体を制御すると共に検出器 6 1 · 3により検出された二次電子画像に基づいてゥェ一ハ Wの欠陥を検出する処理を実行する制御部 6 1 · 4を含んで構成される。なお、上記二次電子画 ί象には、二次電子だけでなく反射電子による寄与も含まれているが、ここでは二次電子画像と称することにする。

試料室 6 1 · 1内には、ゥェ一八 Wの上方に、紫外光を含む波長域の光線を発する U Vランプ 6 1 · 5が設置されている。この U Vランプ 6 1 · 5のガラス表面には、 U Vランプ 6 5 1 · 5から放射された光線によって光電効果に起因する光電子 e一を発する光電子放出材 6 1 · 6がコーティングされている。この U Vランプ 6 1 · 5は、光電子放出材 6 1 ' 6から光電子を放出させる能力を持つ波長域の光線を放射する光源であれば任意のものから選択することができる。一般には、 2 5 4 n mの紫外線を放射する低圧水銀ランプを用いるのがコスト的に有利である。また、光電子放出材 6 1 · 6は、光電子を放出させる能力がある限り任意の金属から選択することができ、例えば A uなどが好ましい。

上述した光電子は、一次電子線と異なるエネルギー、即ち一次電子線より低ェネルギーである。ここで、低エネルギーとは、数 e V〜数十 e Vのオーダ一、好ましくは 0〜 1 0 e Vのことを意味する。本発明は、このような低エネルギーの電子を生成する任意の手段を用いることができる。例えば、 U Vランプ 6 1 · 5を代用して図示しない低エネルギー電子銃を備えることでも達成できる。

• 更に、この電子銃のエネルギを制御する場合には、本実施の形態の欠陥検査装置は、電源 6 1 · 7を傭えている。この電源 6 1 · 7の負極は光電子放出材 6 1 · 6に接続され、その正極はステージ 6 1 · 2に接続されている。従って、光電子放出材 6 1 · 6は、ステージ 6 1 · 2即ちゥエーハ Wの電圧に対して負の電圧が加えられた状態となる。この所定電圧によって、低エネルギ電子銃のエネルギを制御することができる。

検出器 6 1 · 3は、静電レンズ 5 9 · 1 3によって結像された二次電子画像を後処理可能な信号に変換することができる限り、任意の構成とすることができる。例えば、図 6 2にその詳細を示すように、検出器 6 1 · 3は、マイク口チャンネルプレ一ト (M C P ) 6 2 · 1 と、蛍光面 6 2 · 2と、リレー光学系 6 2 · 3と、多数の C C D 素子からなる撮像センサ 6 2 · 4とを含んで構成することができる。マイクロチャンネルプレート 6 2 · 1は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ 5 9 · 1 3によって結像された二次電子又は反射電子が該チャンネル内を通過する間 ' に、更に多数の電子を生成させる。即ち、二次電子を増幅させる。蛍光面 6 2 · 2は、増幅された二次電子によって蛍光を発することにより二次電子を光に変換する。リレーレンズ 6 2 · 3がこの蛍光を C C D撮像センサ 6 2 · 4に導き、 C C D撮像センサ 6 2 · 4は、ゥヱーハ W表面上の二次電子の強度分布を素子毎の電気信号即ちデジタル画像データに変換して制御部 6 1 · 4に出力する。

御部 6 1 · 4は、図 6 1 に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ 6 1 · 8から構成することができる。このコンピュータ 6 1 · 8は、所定のプロダラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体 6 1 · 9 と、本体 6 1 · 9の処理結果を表示する C R Τ 6 1 · 1 0 と、オペレータが命令を入力するためのキーポードゃマウス等の入力部 6 1 · 1 1 とを備える、勿論、欠陥検査装置専用のハードゥエァ、或いは、ワークステーションなどから制御部 6 1 · 4を構成してもよい。

制御部本体 6 1 · 9は、図示しない C P U、 R A M、 R O M , ハードディスク、ビデォ基板等の各種制御基板等から構成される。 R A M若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器 6 1 · 3から受信した電気信号即ちゥエーハ Wの二次電子画像のデジタル画像データを記憶する二次電子画像記憶領域が割り当てられている。また、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域 6 1 · 1 2から二次電子画像データを読み出し、該画像デ一夕に基づき所定のアルゴリズムに従ってゥエーハ Wの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム 6 1 · 1 3が格納されている。この欠陥検出プログラム 6 1 · 1 3は、例えば、ゥエーハ Wの当該検査齒所と、別の検査箇所とを比較し、他の大部分の箇所のパターンと相違したパターンを欠陥としてオペレータに報告表示する機能を有する。更に、 C R T 6 1 - 1 0の表示部に二次電子画像 6 1 · 1 4を表示し、オペレータの目視によってゥエーハ Wの欠陥を検出するようにしてもよい。

次に、図 6 1に示す実施の形態に係る電子線装置の作用を図 6 3のフローチヤ一トを例にして説明する。先ず、検査対象となるゥェ一ハ Wをステージ 6 1 · 2の上にセッ卜する（ステップ 6 3 · 1 )。これは、図示しないローダーに多数格納されたゥェ一八 Wを一枚毎に自動的にステージ 6 1 .· 2にセットする形態であってもよい。次に、電子銃 5 9 · 6から一次電子線を放出し、静電レンズ 5 9 · 8を通して、セットされたゥェ一八 W表面上の所定の検査領域に照射する（ステップ 6 3 · 2 )。一次電子線が照射されたゥェ一ハ Wからは二次電子及び又は反射電子（以下、「二次電子 j のみ称する）が放出され、その結果、ゥエーハ Wは正電位にチャージアップする。次に、発生した二次電子線を拡大投影系の静電レンズ 5 9 · 1 3により所定の倍率で検出器 6 1 · 3 に結像させる (ステップ 6 3 · 3 )。このとき、光電子放出材 6 5 • 1にステージ 6 1 · 2に対して負の電圧をかけた状態で、 U Vランプ 6 1 · 5を発光させる（ステップ 6 3 ■ 4 )。その結果、 U Vランプ 6 1 · 5から発せられた振動数 Vの紫外線がそのエネルギー量子 h V ( hはプランク定数）によって光電子放出材 6 5 ■ 1から光電子を放出させる。これらの光電子 e—は、負に帯電した光電子放出材 6 1 · 6から正にチャージアップしたゥェ一ハ Wに向かって照射され、当該ゥエーハ Wを電気的に中和させる。かくして、二次電子線は、ゥエーハ Wの正電位により実質'的な影響を受けることなく、検出器 6 1 · 3上に結像される。

このように電気的に中和されたゥェ一ハ Wから放出された（像障害の軽減された）二次電子線の画像を検出器 6 1 · 3が検出し、デジタル画像データに変換出力する（ステップ 6 3 · 5 )。次に、制御部 6 1 · 4が、欠陥検出プログラム 6 1 · 1 3に従つて、検出された画像データに基づきゥエーハ Wの欠陥検出処理を実行する（ステツプ 6 3 · 6 )。この欠陥検出処理では、制御部 6 1 · 4は、同じダイを多数有するゥエー八の場合、前述のように、検出されたダイ同士の検出画像を比較することによつて欠陥部分を抽出する。メモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しないゥエー八の基準二次電子画像と、実際に検出された二次電子線画像とを比較照合して、欠陥部分を自動的に検出してもよい。このとき、検出画像を C R T 6 1 · 1 0に表示すると共に欠陥部分と判定された部分をマーク表示してもよく、これによつて、オペレータは、ゥェ一ハ Wが実際に欠陥を持つか否かを最終的に確認、評価することができる。この欠陥検出方法の具体例については更に後述する。

ステップ 6 3 · 5の欠陥検出処理の結果、ゥエーハ Wに欠陥有りと判定された場合 (ステップ 6 3 · 7の肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ 6 3 · 8 )。警告の方法として、例えば、 C R T 6 1 · 1 0の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像 6 1 · 1 4を表示してもよい。このような欠陥ゥエーハを直ちに試料室 6 1 · 1から取り出し、欠陥の無いゥエー八とは別の保管場所に格納してもよい（ステップ 6 3 · 9 )。

ステップ 6 3 · 6の欠陥検出処理の結果、ゥエーハ Wに欠陥が無いと判定された場合（ステップ 6 3 · 7の否定判定）、現在検査対象となっているゥエーハ Wについて、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ 6 3 · 1 0 )。検查すべき領域が残っている場合（ステップ 6 3 · 1 0肯定判定）、ステージ 6 1 ■ 2 を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにゥェ —ハ Wを移動させる（ステップ 6 3 · 1 1 )。その後、ステップ 6 3 · 2に戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。

検査すべき領域が残っていない場合（ステップ 6 3 · 1 0否定判定）、或いは、欠陥ゥエー八の抜き取り工程（ステップ 6 3 · 9 ) の後、現在検査対象となっているゥエーハ Wが、最終のゥエー八であるか否か、即ち図示しないローダ一に未検査のゥェ —ハが残っていないか否かが判定される（ステップ 6 3 · 1 2 )。最終のゥェ一八でない場合（ステップ 6 3 ■ 1 2否定判定）、検査済みゥエーハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のゥェ一ハをステージ 6 1 · 2にセットする（ステップ 6 3 · 1 3 )。その後、ステップ 6 3 · 2に戻って当該ゥエー八に関して同様の処¾を繰り返す。最終のゥエー八であった場合（ステップ 6 3 · 1 2肯定判定）、検查済みゥエー八を所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。各カセットの識別番号、ゥエー八の識別番号、例えばロット番号なども記憶して管理される。

U V光電子照射（ステップ 6 3 · 4 ) は、ゥエーハ Wの正のチャージアップが回避され、像障害が低減された状態で二次電子画像検出（ステップ 6 3 · 5 ) ができれば、任意のタイミング、任意の期間内で行うことができる。図 6 '3の処理が継続されている間、常時 U Vランプ 6 1 · 5を点灯した状態にしてもよいが、 1枚のゥエーハ毎に期間を定めて発光、消灯を繰り返してよい。後者の場合、発光のタイミングとして、図 6 3に示したタイミングの他、二次電子線結像（ステップ 6 3 · 3 ) の実行前、更には、一次電子線照射（ステップ 6 3 · 2 ) の実行前から開始してもよい。少なくとも二次電子検出の期間内は u v光電子照射を継続することが好ましいが、二次電子画像検出前若しくは検出中であっても十分にゥェ一八が電気的に中和されれば、 U V光電子の照射を停止してもよい。

ステップ 6 3 · 6の欠陥検出方法の具体例を図 6 4の（ a ) 〜（c ) に示す。まず、図 6 4の（ a ) には、 1番目に検出されたダイの画像 6 4 · 1及び 2番目に検出された他のダイの画像 6 4 · 2が示されている。 3番目に検出された別のダイの画像が 1番目の画像 6 4 · 1 と同じか又は類似と判断されれば、 2番目のダイ IS像 6 4 · 2 の 6 4 · 3の部分が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。

図 6 4の（b ) には、ゥェ一ハ上に形成されたパターンの線幅を測定する例が示されている。ゥエーハ上の実際のパターン 6 4 · 4を 6 4 · 5の方向に走査したときの実際の二次電子の強度信号が 6 4 · 6であり、この信号が予め較正して定められたスレツショールドレベル 6 4 · 7を連続的に超える部分の幅 6 4 · 8をパターン 6 4 - 4の線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。

図 6 4の（c ) には、ゥェ一ハ上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する例が示されている。図 6 1に示す構成において、ゥエーハ Wの上方に軸対称の電極 6 4 · 9を設け、例えばゥエーハ電位 0 Vに対して一 1 0 Vの電位を与えておく。このときの一 2 Vの等電位面は 6 4 · 1 0で示されるような形状とする。ここで、ゥエーハに形成されたパターン 6 4 · 1 1及ぴ 6 4 · 1 2は、夫々— 4 Vと 0 Vの電位であるとする。この場合、パターン 6 4 · 1 1から放出された二次電子は一 2 V等電位面 6 4 · 1 0で 2 e Vの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁 6 4 · 1 0を越え、軌道 6 4 - 1 3に示すように電極 6 4 · 9から脱出し、検出器 6 1 · 3で検出される。一方、パターン 6 4 . 1 2から放出された二次電子は一 2 Vの電位障壁を越えられず、軌道 6 4 · 1 4に示すようにゥェ一ハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン 6 4 · 1 1の検出画像は明るく、パターン 6 4 · 1 2の検出画像は暗くなる。かくして、電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することができる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。

また、ダイ内にフローティングしている部分がある場合には'、プレチャージュニットにより電荷を付与してそのフローティングしている箇所を帯電させ、電気的に導通して接地している部分との電位差を生じさせることができる。この状態の電位コントラストデータを取得して分析し、フローティング箇所を発見することもできる。キラ一欠陥等がある場合の欠陥発見方法として利用することができる。電位コントラストデ一夕を電位コントラスト画像に変換して他のダイのパターンの電位コントラスト画像と比較してもよいし、 C A D等の設計データから取得した電位コントラスト画像と比較してもよい。

本発明の他の実施の形態に係るプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の概略構成を図 6 5に示す。なお、図 6 1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を附して詳細な説明を省略する。この実施の形態では、図 6 5に示すように、 U Vランプ 6 1 · 5のガラス表面に光電子放出材がコ一ティングされていない。その代わりに、光電子放出プレート 6 5 · 1が試料室 6 1 · 1内でゥェ一ハ Wの上方に配置され、 U Vランプ 6 1 · 5は、放射した紫外線が光電子放出プレート 6 5 · 1に照射される位置に配置される。光電子放出プレート 6 5 · 1には、電源 7 1 · 7の負極が接続され、ステージ 6 1 · 2には電源の正極が接続されている。この光電子放出プレート 6 5 · 1は、 A u等の金属で作られ、. 或いは、そのような金属がコーティングされたプレートとして作られてもよい。

図 6 5の実施の形態の作用は図 6 1の実施の形態と同様である。この図 6 5の実施の形態においても光電子をゥエーハ Wの表面上に適時照射することが可能なので、図 6 1の実施の形態と同様の効果を奏する。

本発明のさらに他の実施の形態に係るプレチャージュニットを備えた欠陥検査装置の概略構成を図 6 6に示す。なお、図 6 1及び図 6 5の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を附して詳細な説明を省略する。図 6 6の実施の形態では、図示のように、試料室 6 1 · 1の側面壁に透明な窓材 6 6 · 1を設け、 U Vランプ 6 1 - 5から放射された紫外線がこの窓材 6 6 · 1を通して試料室 6 1 · 1内でゥェ一ハ Wの上方に配置された光電子放出プレート 6 5 · 1に照射されるように、 U Vランプ 6 1 - 5が試料室 6 1 · 2の外部に配置されている。図 6 6の実施の形態では、真空となる試料室 6 1 · 1の外部に U Vランプ 6 1 · 5を配置したので、 U Vランプ 6 1 · '5の耐真空性能を考慮する必要がなくなり、図 6 1及び図 6 5の実施の形態と比較して U Vランプ 6 1 · 5の選択肢を広げることができる。

図 6 6の実施の形態の他の作用は図 6 1及び図 6 5の実施の形態と同様である。図 6 6の実施の形態においても光電子をゥェ一ハ Wの表面上に適時照射することが可能なので、図 6 1及び図 6 5の実施の形態と同様の効果を奏する。

以上が上記各実施の形態であるが、本発明によるプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置は、上記例にのみ限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。例えば、被検査試料として半導体ゥエーハ Wを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばゥェ一ハへの露光用パターンが形成されたマスクゃ透過型のマスク (ステンシルマスク）等を検査対象とすることもできる。また、半導体プロセスに限らず、マイクロマシン関連、液晶関連の検査または評価にも使用できることは言うまでもない。

また、欠陥検査用の電子線装置として、図 6 1乃至図 6 6の構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、図示された欠陥検査装置の電子線照射手段（ 5 9 · 6， 5 9 · 8 ) は、ゥエーハ Wの表面に対して斜め上方から一次電子 ■ 線を入射させる形式であるが、静電レンズ 5 9 · 1 3の下方に一次電子線の偏向手段を設け、一次電子線をゥエーハ Wの表面に垂直に入射させるようにしてもよい。このような偏向手段として、例えば電場と磁場の直交する場 E X Bによって一次電子線を偏向させるウイ一ンフィルタなどがある。

更に、光電子を放射する手段として、図 6 1乃至図 6 6に示した、. U Vランプ 6 1 • 5及び光電子放出部材 6 1 · 6若しくは光電子放出プレ一ト 6 5 ■ 1の組み合わせ以外の任意手段を採用することができることは勿論である。

図 6 3のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステップ 6 3 · 7で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し 1回の照射で試料の全検査領域をカバーできれば、ステップ 6 3 · 1 0及びステップ 6 · 1 1を省略することができる。

更に、図 6 3では、ステップ 6 3 · 7でゥェ一ハに欠陥有りと判定した場合、ステップ 6 3 · 8で直ちにオペレータに欠陥の存在を警告し事後処理（ステップ 6 3 · 9 ) したが、欠陥情報を記録しておいてパッチ処理終了後（ステップ 6 3 · 1 2肯定判定の後）、欠陥を持つゥェ一八の欠陥情報を報告するように処理の流れを変更してもよい。

以上詳細に説明したように、図 6 1ないし図 6 6の実施の形態による欠陥検査装置及ぴ欠陥検査方法によれば、一次電子線と異なるエネルギー、即ち一次電子線より低エネルギーを有する電子を試料に供給するようにしたので、二次電子放出に伴う試料表面の正のチャージアップが低減され、ひいては、チャージアップに伴う二次電子線の像障害を解消することができ、より高精度に試料の欠陥を検査することが可能となる、という優れた効果が得られる。

更に、図 6 1ないし図 6 6の欠陥検査装置をデバイス製造方法に用いたならば、上記のような欠陥検査装置を用いて試料の欠陥検査を行うようにしたので、製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷防止が図れる、という優れた効果が得られる。

以上はプレチャージ用電子エネルギーが主に 1 0 0 e V以下の低エネルギーで、試料表面にソフトに照射する場合についてのベたが、 2 1 以上2 0 1 ¥以下、好ましくは 3〜 1 0 k V、より好ましくは 3 ~ 5 k V以下でプレチャージを行った後、正帯電又は負帯電モード、または反射電子モードで像取得を行っても良い。負帯電モードでは、検査の時の電子ビームのランディングエネルギーと同じエネルギーでプレチヤージを行ってもよい。

また、帯電抑制のために、導電性の薄膜を試料表面にコートすることも有効である。このときの膜厚は 1〜： 1 0 O mm、好ましくは：！〜 1 0 mm、より好ましくは：！〜 3 mmが好適である。更に、スパッタエッチング等で試料表面をクリーニングしてから像取得を行うと、よりきれいな像が得られる。導電性薄膜コート及びスパッ夕エツチングはそれぞれ独立で使用してもよく、プレチャージと併用してもよい。例えば、スパッタエッチング後にプレチャージを行って像取得を行ってもよく、スパッタエツチング後に導電性薄膜をコートしてからプレチャージを行ってもよい。

2 - 5 ) 真空排気系

真空排気系は、真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシーケンスに従い真空排気を行う。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニターを行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等の緊急制御を行い、真空度の確保をする。真空ポンプとしては主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてルーツ式のドライポンプを使用する。検査場所（電子線照射部 ) の圧力は 1 0— ³〜 1 0— ⁵ P a、好ましくはその' 1桁下の 1 0 _ ⁴〜 1 0— ⁶ P aが実用的である。

2 - 6 ) 制御系

制御系は主にメインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラから構成されている。メインコント口一ラにはマン一マシンィンターフェースが備えられており、オペレータの操作はここを通して行われる（種々の指示/命令、レシピなどの'入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入力等）。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ゥェ一ハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラゃステージコントローラへのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステ一ジの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置の Z方向（二次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系へフィードパックし、自動的に'焦点を補正する自動焦点補正機能を備えている。電子光学系へのフィードバック信号等の授受、及びステージからの信号の授受は、それぞれ制御コン卜ローラ及ぴステージコントローラを介して行われる。制御コントローラは主に電子線光学系の制御（電子銃、レンズ、ァライナー、ウイーンフィルタ用などの高精度電源の制御等）を担う。具体的には照射領域に、倍率が変わったときにも常に一定の電子電流が照射されるようにすること、各倍率に対応した各レンズ系ゃァライナ一への自動電圧設定等の、各オペレーションモードに対応した各レンズ系ゃァライナーへの自動電圧設定等の制御（連動制御）が行われる。ステージコントロ一ラは主にステージの移動に関する制御を行い精密な X方向および Y方向の^ mオーダ一の移動（土 5 ^m以下、好ましくは ± 1 m以下、より好ましくは ± 0. 5 m以下程度の誤差）を可能にしている。また、本ステージでは誤差精度 ± 1 0秒程度以内で、好ましくは ± 1秒以内、より好ましくは ±0. 3秒以内で回転方向の制御（0制御）も行われる。以下、制御系の構成について具体的に説明する。

2 - 6 - 1 ) 構成及び機能

本装置は、ゥ： n一八の指定位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能と、ゥエーハの指定位置を電子顕微鏡で撮像し欠陥検出および欠陥分類する機能と、欠陥が検出された位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能とを提供する。また、上記機能の実現およびメンテナンスのため、電子光学系制御と、真空系制御とゥエー八搬送制御と、構成機器単体操作と、撮像機能と、自動欠陥検査処理と、装置異常検知と、装置起動/停止処理機能とを有する。

補助機能は以下のとおりである。

(1) 電子光学系制御機能 ' '

(a) レンズ電圧印加制御

( a— 1 ) 連動制御

( a - 2 ) 印加関数による電圧印加

(a— 3) 多極子レンズ連動電圧印加

' ( a— 4) ゥォッブル制御

(b) 電子ビーム出力調整

(b— 1 ) プレヒート（Gu n)

(b - 2 ) ヒートアップ（Gun)

( b— 3 ) ェミッション電流制御（ B I A S制御）

(2) 真空系制御機能 '

(a) チャンバ個別真空排気ノ大気開放

(b) 指定チャンパ一括真空排気/大気開放

(3) ゥェ一八搬送制御機能

下記動作のステップ動作ノ全自動動作 ( a ) ゥェ一八ロード

( b ) ゥエーハアン口一ド

(4) 構成機器単体操作機能

( 5 ) 撮像機能。

以下の 2つの入力系統を選択し撮像を行う

( a) C CDカメラ

• 光学顕微鏡低倍（ピクセルサイズ： 2 7 5 lim/ p i x

• 光学顕微鏡高倍 (ピクセルサイズ： 0 2 5 ^ m/ p i )

(b) TD I カメラ

(b - l ) TD I - s t i l l

(b— 2) T D I - s c a n

E B X 8 0 (ピクセルサイズ： 0. S mZp i x)

E B X 1 6 0 (ピクセルサイズ： 0. 1 μ m/ l

E B X 3 2 0 (ピクセルサイズ：' 0. 0 5 μ,τη/ V i x )

E B X 4 8 0 (ピクセルサイズ： 0. 0 3 / p i x )。

さらに誤操作などによる事故防止のため、操作する者の技術 ·知識レベルに応じて操作可能項目を制限する機能としてユーザーモード指定機能がある。このユーザーモードは、 GU I (グラフイツカルユーザ一インターフェース）起動時に入力するュ一ザ一 I Dおよびパスワードにて指定される。

ユーザ—モードには、メンテナンスモード、レシピ作成モード、オペレータモードがあり、装置設置後の立ち上げ作業およびメンテナンス作業時にはメンテナンスモードにて操作を行い、レシピの作成時にはレシピ作成モードにて必要な操作および手順を支援し、自動欠陥検査時にはオペレータモ一ドにて作成済みのレシピを使用して検査を行う。各ユーザ一モードと装置運用形態の関係は図 6 7のようになる。ここで、

'メンテナンスモード.... 構成機器単体操作、ゥエーハ搬送、真空系制御、電子光学系制御、観察（光顕撮像、 TD I撮像）、欠陥検査、レビュー

レシピ作成モード…… ゥエーハ搬送、観察（光顕撮像、 TD I撮像）、欠陥検査、レビュ一

オペレータモード…… 自動欠陥検査（ゥエー八搬送など必要な機能の自動制御）、レビュー。

本装置には、運用に必要な可変パラメ一夕として装置定数とレシピが存在する。装置固有の（取付け誤差などの）誤差を吸'収するパラメータとして装置定数が規定され、自動で欠陥検査を行うために各種条件を規定するパラメ一夕としてレシピが規定されている。装置定数は、立ち上げ作業時、メンテナンス作業後に設定され、基本的にその後は変更されることが無い。

レシピは、搬送レシピ、ァライメントレシピ、ダイマップレシピ、フォーカスマツプレシピ、検査レシピに分類され、これらのレシピに従って欠陥検査が行われるため、設定作業は検査処理実施前に行われ、複数パターンの設定が保存される。

レシピ作成時の手順としては図 6 8のように、ゥェ一ハをステージ上へ搬送 (ゥェ —ハロード）するところが最初のステップとなる。ゥェ一ハカセットを装置へ設置後、カセット内の各スロットのゥエーハ有無を検出するためのゥエーハサーチを行い、検出されたゥエーハに対して、ゥエーハサイズ、ノッチ/オリフラ種別、（ステージ上にロードされたときの）ノッチ方向を指定し、図 6 9、図 7 0に示される手順でゥェ一ハをロードする。搬送レシピには、これらの条件が保存される。ステージ上に口一ドされたゥェ一ハのダイの配置方向は、 T D Iカメラのスキヤン方向と必ずしも一致しない（図 7 1 )。これを一致させるために 0ステージでゥェ一ハを回転させる操作が必要となり、この操作をァライメントと呼ぶ（図 7 2 )。ァライメントレシピではステージ上にロードされた後のァライメント実行条件が保存される。

なお、ァライメント実施時にダイの配列を示すダイマップ（図 7 3 ) が作成され、ダイマップレシピではダイサイズや（ダイの位置を示す起点となる）原点ダイの位置などが保存される。

2 - 6 - 2 ) ァライメント手順

ァライメント（位置決め）手順としては、始めに光学顕微鏡の低倍にて粗い位置決めを行い、次いで光学顕微鏡の高倍により、最後に E B像により詳細な位置決めを行 Ό。 .

A . 光学顕微鏡低倍にて撮像

( 1 ) <第 1， 2 , 3サーチダイ指定及びテンプレート指定〉

( 1 - 1 ) 第 1サーチダイ指定及びテンプレート指定

ェ一ハ下方に位置するダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する。このダイが位置決めの基準となるダイであり、左下隅の座標が特徴点の座標となる。今後、このテンプレート画像でパターンマッチングを行うことにより、基板上の任意のダイの正確な位置座標を測定していく。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。

なお、本実施例では、左下隅をパターンマッチング用テンプレート画像取得位置としたが、これに限られるものではなく、 'ダイ内の任意の位置を特徴点として選択してよい。ただし、一般的には、ダイの内部や辺の上にある点よりも、隅の方が座標を特定し易いので、四隅のいずれかを選択するのが好適である。また同様に、本実施例では、ゥエーハ下方に位置するダイについてパターンマッチング用テンプレート画像を取得したが、これもァライメントが行い易いように任意のダイを選択しても構わないのは当然である。

(1 - 2) 第 2サーチダイ指定

第 1サーチダイの右隣のダイを第 2サーチダイとし、第 2サーチダイの左下隅が力メラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記（1— 1) で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第 1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第 2サーチダイのパタ —ンの厳密な座標値を取得する。

なお、本実施例では、第 1サ一チダイの右隣のダイを第 2サーチダイとして例を挙げて説明したが、本発明の第 2サーチダイはこれに限られるものではないことは勿論である。要は、正確な特徴点の位置座表を把握した基準点からの、行方向のダイの位置関係をパターンマッチングにより正確に把握することができる点を選択すればよいのである。したがって、例えば、第 1サーチダイの左隣のダイを第 2サーチダイとすることも可能である。

(1 - 3) 第 3サーチダイ指定

第 2サーチダイの上隣のダイを第 3サーチダイとし、第 3サーチダイの左下隅が力メラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記（1— 1) で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第 1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第 3サーチダイのパタ —ンの厳密な座標値を取得する。

なお、本実施例では、第 2サーチダイの上隣のダイを第 3サーチダイとして例を挙げて説明したが、本発明の第 3サーチダイはこれに限られるものではないことは言うまでもない。要は、特徴点の正確な座標を把握したダイを基準として、列方向のダイの特定点の座標の距離を含めた位置関係を把握することができればよいのである。したがつて、第 1サーチダイの上隣のダイも好適に代替適用可能である。

(2 ) く光顕低倍 Y方向パターンマッチング >

(2— 1) 第 2サーチダイのパターンマッチ座標（X 2， Y 2 ) と第 3サーチダイのパターンマッチ座標（X 3, Y 3 ) の関係より、上隣ダイのパターンへの移動量（ d X, d Y) を算出する。

d X = X 3 - X 2

dY=Y 3 -Y2

(2— 2) 算出した移動量（dX, d Y) を用い、第 1サーチダイの上隣のダイのパターンが存在する（と予想される）座標（ΧΝ, ΥΝ) ヘステ一ジを移動。 XN = X 1 + d X

YN=Y l + dY

※ （X I , Y 1 ) ：第 1サーチダイのパターンの座標

(2— 3) ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（XN, YN) を取得し、さらにダイの検出個数（DN) の初期値として 1を設定する。

(2 - 4) 第 1サーチダイのパターン座標（X I , Y 1) から現在撮像中のパ夕一ンの座標（XN， YN) への移動量（dX， d Y) を算出する。

dX = XN-X 1

d Y = YN- Y 1

(2 - 5) 算出した移動量（dX， d Y) の 2倍の移動量（2 * dX, 2 * d Y) 分だけ第 1サーチダイを起点と'してステージを移動する。

(2— 6) ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパタ —ンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（XN， YN) を更新し、ダイの検出個数を 2倍する。これについては図 74参照。

(2 - 7) 予め指定された Y座標値を超えるまでゥェ一ハ上部へ向けて（2— 4) 〜 (2— 6) を繰り返し実行する。

なお、本実施例では、精度を高めるため、及び処理回数（繰り返し回数）を低減させ、処理時間を短縮するために、 2倍の移動量を繰り返す態様を例にとって説明したが、精度に問題がなく、更に処理時間を短縮させたければ、 3倍、 4倍というように、 2倍以上等の整数倍の高倍率で実行しても構わない。また逆に、問題が無ければ、更に精度を高めるために、固定移動量で移動を繰り返してもよい。これらいずれの場合も、検出個数にもそれを反映させることは言うまでもない。

(3) <光顕低倍 0回転〉

' ( 3— 1 ) 第 1サーチダイのパターン座標（X 1， Y 1 ) から最後にサーチしたダィのパターンの厳密な座標値（XN, YN) までの移動量おょぴ、それまでに検出したダイの個数（DN) を用い、回転量（0) および Y方向ダイサイズ（YD) を算出する（図 7 5参照）。

d X = XN-X 1

d Y = YN- Y 1

0 = t a n ¹ ( d X/ d Y)

YD = s q r t (( d X) ² + ( d Y) ²) /D N

※ s q r t (A) =

(3— 2) 算出した回転量（0) 分だけ Sステージを回転させる。 B. 光学顕微鏡高倍にて撮像

( 1 ) 光顕低倍の（ 1 ) と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。

(2) 光顕低倍の（ 2 ) と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。

(3 ) 光顕低倍の（3 ) と同様の手順を実行する。

(4) く光顕高倍 S回転後の許容値チェック >

(4— 1 ) [第 1サーチダイ、光顕高倍のテンプレート指定]

回転後の第 1サーチダイの座標（X' 1 , Y ' 1 ) を回転前座標〈X I， Y 1

) および回転量（ 0) から算出し、座標（X' 1， Y' 1 ) へステージを移動、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。

X ' 1 = X i ^ c o s ^ - y ! ^ s i η Θ

Y l ^ x ^ s i n ^ + y ^ c o s S

(4— 2 ) 光顕高倍 Υ方向パターンマッチング

回転後の第 1サーチダイの座標（X' 1， Υ ' 1 ) から dYだけ Υ方向へ移動し、パターンマッチを実行することで現在観察中のパターンの厳密な座標値（XN， YN ) を取得する。

(4— 3) 回転後の第 1サーチダイの座檩（X' 1， Y ' 1 ) から現在撮像中のパターンの座標

(XN, YN) への移動量（d X， d Y) を算出する。

dX=XN-X' 1

d Y = YN- Y' 1

(4 - 4) 算出した移動量（d X， dY) の 2倍の移動量（ 2 * d X， 2 * d Y) 分だけ第 1サーチダイを起点としてステージを移動する。

(4一 5) ステージ移動後、光顕高倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパタ —ンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（XN， YN) を吏新する。

(4— 6) 予め指定された Y座標値を超えるまでゥェ一ハ上部へ向けて（4一 3 ) 〜（4— 5) を繰り返し実行する。

(4 - 7) Θの回転量を算出

回転後の第 1サーチダイの座標（X' 1， Y ' 1 ) から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値（XN, YN) までの移動量を用い、回 fe量（ 0) を算出する d X = XN-X 1

d Y= YN- Y 1

θ = t a η -¹ ( d X/d Y) (4 - 8) 光顕高倍 0許容値チェック

(4 - 7) にて算出した回転量（ 0 ) が既定値以下に収まっていることを確認する。収まっていない場合は、算出した回転量（0 ) を用いて Sステージ回転後、再度（ 4一 1 ) ~ (4一 8 ) を実行する。ただし、規定回数繰り返して（4— 1 ) 〜（4一 8) を実行しても許容範囲内に収まらない場合は、エラー扱いとして処理を中断する C. E B像によるァライメント

( 1 ) < サ一チ第 1ダイ、 E Bのテンプレート指定 >

光顕高倍の（ 1 ) と同様の手順を E B像を用いて実行する。

(2) <E B Y方向パターンマッチング >

光顕高倍の（2 ) と同様の手順を E B像を用いて実行する。

(3) <Ε Β Θ回転 >

光顕高倍の（ 3 ) と同様の手順を E B像を用いて実行する。

(4) <E B 0回転後の許容値チェック >

光顕高倍の（4) と同様の手順を EB像を用いて実行する。

( 5) .必要に応じ、高倍率の E B像を用いて（ 1 ) ~ (4) を実行する

(6) 第 1サーチダイの座標（X I , Y 1 ) と第 2サーチダイの座標（X 2 , Y 2 ) より、 X方向ダイサイズ（XD) の概略値を算出する

d X = X 2 - X 1

d Y = Y 2 - Y 1

XD = s q r t ((d X) ² + ( d Y) ²)

D. ダイマップレシピ作成

( 1 ) <Xサーチ第 1ダイ、 E Bのテンプレート指定 >

ゥェ一ハ左端に位置するダイの左下隅が TD Iカメラ中央付近に位置するようにュ一ザ一操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。

(2) <E B X方向パターンマッチング >

(2— 1 ) X方向ダイサイズ概略値（XD) を用い、 Xサー^第 1ダイの右隣のダィのパターンが存在する（と予想される）座標（X l +XD, Y 1 ) へステージを移動。 '

(2 - 2) ステージ移動後、 TD Iカメラにて E B像を撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで現在観察中のパターンの厳密な座標値（X N, YN) を取得し、さらにダイの検出個数（DN) の初期値として 1を設定する。 (2— 3) Xサーチ第 1ダイのパターン座標（X l， Y 1 ) から現在撮像中のパ夕ーンの座標（XN, YN) への移動量（d X, d Y) を算出する。

d X = XN-X 1

d Y = YN- Y 1

(2 - 4) 算出した移動量（d X, d Y) の 2倍の移動量（2 * d X, 2 * d Y) 分だけ Xサーチ第 1ダイを起点としてステージを移動する

(2 - 5) ステージ移動後、 TD Iカメラにて E B像を撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ XN, YN) を更新し、ダイの検出個数を 2倍する。

(2 - 6) 予め指定された X座標値を超えるまでゥエーハ右方向へ（2— 3 ) 〜（ 2 - 5) を繰り返し実行する。

(3 ) <X方向傾きを算出 >

Xサーチ第 1ダイのパターン座標（X I , Y 1 ) から最後にサーチしたダイのパ夕ーンの厳密な座標値（XN， YN) までの移動量おょぴ、それまでに検出したダイの個数（DN) を用い、ステージ直行誤差（Φ) および X方向ダイサイズ（XD) を算出する。

dX = XN-X 1

d Y = YN- Y 1

Φ= t a n -¹ (d Y/d X)

XD = s q r t (( d X) ² + ( d Y) ²) /DN

(4) <ダイマップ作成 >

このように、 X方向ダイサイズ（XD) を求め、予め回転量（0 ) を算出した際に求めた Υ方向ダイサイズ（YD) と合わせてダイマップ（理想上のダイの配置情報）を作成する。ダイマップにより、ダイの理想上の配置が分かる。一方、異いっさいの基板上のダイは例えばステージの機械的誤差（ガイド等の部品や組み付けの誤差）、干渉計の誤差（例えばミラー等の組み付けの問題による）やチャージアップによる像の歪みの影響を受け、必ずしも利用的な配置には観察することができない場合があるが、この実際のダイの位置とダイマップ上の理想上の配置との'誤差を把握し、この誤差を考慮しこれを自動補正しながら、検査を行っていくようにする。

E. フォーカスレシピ作成手順

次に、フォーカスレシピの作成手順について説明する。フォーカスレシピは、基板等の試料の平面上の印にの位置における最適なフォーカス位置、若しくはフォーカス位置に関する諸条件の情報を表等の所定の形式で記憶したものである。フォーカスマップレシピではゥエーハ上の指定位置のみフオーカス条件が設定され、指定位置間のフォーカス値は、直線補完される（図 7 6参照）。フォーカスレシピ作成手順は次のとおり。

( 1 ) フォーカス測定対象ダイをダイマップから選択する

(2) ダイ内でのフォーカス測定点を設定する

(3) 各測定点へステージを移動させ、画像およびコントラスト値を基に、フォーカス値（CL 1 2電圧）の調整を手動で行う。

ァライメント処理にて作成したダイマップは、ゥエーハの両端のダイ座標より算出した理想的な位置情報であり、様々な要因によりダイマップ上のダイ位置と実際のダィ位置には誤差が生じるし図 77参照）この誤差分を吸収するためのパラメータを作成する手順をファインァライメントと呼び、ファインァライメントレシピには、ダィマップ（理想上のダイ配置情報）と実際のダイの位置との誤差情報が保存される。ここで設定された情報は、欠陥検査時に使用される。ファインァライメントレシピではダイマップ上で指定されたダイのみ誤差が測定され、指定ダイ間の誤差は、直線捕完される。

F. ファインァライメント手順

( 1 ) ファインァライメント用誤差測定対象ダイをダイマップから指定する (2 ) 誤差測定対象ダイより基準ダイを選択し、このダイの位置をダイマップとの誤差がゼロの点とする

( 3 ) 基準ダイの左下隅を TD Iカメラで撮像し、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する

※サーチ領域内でユニークなパターンをテンプレート画像として選択

(4) 近隣の誤差測定対象ダイの左下の（ダイマップ上での）座標（X 0， Y 0) を取得し、ステージを移動させる。移動後、 TD Iカメラで撮像し、（3) のテンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、厳密な座標値（X， Y) を取得する。

(5) パターンマッチで取得した座標値（X, Y) とダイマップ上の座標値（X 0 ， Y 0 ) の誤差を保存

( 6 ) 全ての誤差測定対象ダイについて（4) ~ ( 5 ) を実行する。

2 - 6 - 3 ) 欠陥検査

欠陥検査は、図 78に示すように、電子光学系の条件設定（撮像倍率などの設定）を行い、電子ビームを照射しながらステージを移動させることで TD Iスキャン撮像 (図 7 9) を行い、設定された検査条件（アレイ検査条件、ランダム検査条件、検査エリア）に従い、検査専用処理ユニット（ I P E) によりリアルタイムで欠陥検査が行われる。

検査レシピでは、電子光学系の条件、検査対象ダイ、検査エリアおよび検査方法（ランダム/アレイ）などが設定される（図 8 0の A、 B)。

なお、欠陥検査用に安定した画像を取得するため、位置ズレゃ速度ムラなどによる撮像画像のブレを抑制する E〇補正、理想的なダイマップ上の配置と実際のダイ位置との誤差を吸収するダイ位置補正、有限の測定点で予め測定したフォーカス値を用いゥエーハ全領域のフォーカス値を補完するフォーカス調整がリアルタイムで同時に行われる。

欠陥検査のスキャン動作において、検査対象ダイの全域を検査する（図 8 1 ) 他に、図 82に示すように、スキャン方向と直角方向へのステツプ移動量を調整することで間引き検査も可能となる（検査時間の短縮）。

検查終了後は、検査結果として欠陥個数、欠陥を含むダイの位置、欠陥サイズ、各ダイ内での欠陥位置、欠陥種別、欠陥画像、比較画像をディスプレイに表示し、これらの情報およびレシピ情報などをファイルへ保存することで過去の検査結果の確認、再現が可能となっている。

自動欠陥検査時には各種レシピを選択指定することで、搬送レシピに従ってゥエーハがロードされ、ァライメントレシピに従ってステージ上でゥエーハのァライメントが行われ、フォーカスマップレシピに従ってフォーカス条件の設定が行われ、検査レシピに従って検査が行われ、搬送レシピに従ってゥェ一ハがアンロードされる（図 8 3の A、 B)。

2 - 6 -4) 制御系構成

本装置は、図 84に示すように複数のコントローラにより構成されている。メインコントローラは、装置（EB I ) の GU I部ノシーケンス動作を司り、工場ホストコンピュータまたは GU Iからの動作指令を受け取り、 VMEコントローラや I P Eコントローラへ必要な指示を与える。 VMEコントローラは、装置（E B I ) 構成機器の動作を司り、メインコントローラからの指示に従い、ステージコントローラや P L Cコントローラへ指示を与える。 I PEコントローラは、メインコントローラからの指示により I PEノードコンピュータからの欠陥検査情報取得、取得した欠陥の分類および画像表示を行う。 I P Eノードコンピュータは、 TD Γカメラから出力される画像の取得ならびに欠陥検査を行う。

PL Cコントローラは、 VMEコントローラからの指示を受け、バルブ等の機器の駆動およびセンサ情報の取得、常時監視が必要な真空度異常などの異常監視を行なう。ステージコントローラは、 VMEコントローラからの指示を受け、 XY方向への移動およびステージ上に設置されたゥェ一八の回転を行う。

このような分散制御系を構成することで、末端の装置構成機器が変更された場合に各コントローラ間のィンタ一フェースを同一に保つことで上位コントローラのソフトウェアおよびハードウェアの変更が不要となる。また、シーケンス動作が追加 · 修正された場合でも上位ソフトウェアおよびハードウェアの変更を最小限にとどめることで構成変更への柔軟な対応が可能となる。

2— 6 — 5 ) ユーザ一インタ一フエ一ス構成

図 8 5はユーザ一インターフェース部の機器構成を示す。

( 1 ) 入力部

ユーザーからの入力を受け付ける機器で「キーボード」、「マウス」、「 J OYパッド

」から構成される。

( 2 ) 表示部 .

ユーザ—への情報を表示する機器で、モニタ 2台で構成される。

モニタ 1 ： C C Dカメラまたは TD Iカメラでの取得画像を表示

モニタ 2 ： GU I表示

座標系について

本装置では、以下 3つの座標系を規定する。

( 1 ) ステージ座標系 [X_s, Y_s]

ステージ位置制御時の位置指示用の基準座標系

チャンバ左下隅を原点とし、右方向に X座標値が増加し、上方向に Y座標値^増加する。

本座標系は、本装置に 1っレか存在しない。

ステージ座標系で示される位置（座標値）は、ステージの中心（ゥェ一ハ中心）とする。

' つまり、ステージ座標系において座標値 [0,0]を指定した場合、ステージ中心（ゥェ一八中心）がステージ座標系の原点に重なるように移動する。

単位は [； u m] とするが、最小分解能は λ / 1 0 2 4 (= 0. 6 1 8 [μ πι]) とする。

※入：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ ½ 6 3 2. 9 9 1 [ τ ]) ( 2 ) .ゥエーハ座標系 [X_w, Y_w]

ゥェ一ハ上の観察（撮像 ·表示）する位置を指示するための基準座標

ゥェ一ハ中心を原点とし、右方向に' X座標値が増加し、上方向に Y座標値が増加する。

ゥエーハ座標系で示される位置（座標値）は、そのとき選択された撮像機器（C CDカメラ、 TD Iカメラ）での撮像中心とする。

本座標系は、本装置に一つしか存在しない。

単位は [Mm]とするが、最小分解能は λ/ 1 0 24 (= 0. 6 1 8 [ m]) とする。

※ λ ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ 6 3 2. 9 9 1 [^m])

(3) .ダイ座標系 [X_D, Y_D]

各ダイにおける観察（撮像 · 表示）位置を規定するための基準座標

各ダイの左下隅を原点とし、右方向に X座標値が増加し、上方向に Y座標値が増加する。本座標系はダイ毎に存在する。単位は [^m] とするが、最小分解能は λ/ 1 0 24 (== 0. 6 1 8 [^m]) とする。

※入：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ 63 2. 9 9 1 [^m]) なお、ゥエーハ上のダイは、番号付け（ナンバリング）され、番号付けの基準となるダイを原点ダイと呼ぶ。デフォルトではゥェ一ハ座標系原点に最も近いダイを原点ダイとするが、ユーザーの指定により原点ダイの位置を選択可能とする。

各座標系における座標値と、観察（表示）される位置の関係は図 8 6のとおり。 ※ ュ—ザ—インターフェースにより指示される座標および、ステージ移動方向の関係は

、以下のとおり。

( 1 ) ジョイスティック & GU I矢印ボタン

ジョイスティックおよび、 GU I矢印ポタンにより、指示される方向は、ォペレ —夕が見たい方向とみなし、ステージを指示方向と逆方向に移動させる ' 例）

指示方向：右 .... ステージ移動方向：左（画像が左に移動 =視野が右に移動）

指示方向：上 · · · · ステージ移動方向：下（画像が下に移動 =視野が上に移動）

( 2 ) GU I上で座標を直接入力

GU I上で直接入力される座標は、ゥエー八座標系上でオペレータが見たい場所とみなし、該当ゥエーハ座標が撮像画像中心に表示されるようにステージを移動させる。

2 - 7 ) その他の機能と構成の説明

図 8 7に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略して図示している。同図において、検査装置は一次コラム 8 7 · 1、二次コラム 8 7 · 2およびチヤンバ一 87 · 3を有している。一次コラム 8 7 · 1の内部には、電子銃 8 7 · 4が設けられており、電子銃 8 7 · 4から照射される電子ビーム（一次ビーム）の光軸上に一次光学系 8 7 · 5が配置される。また、チャンバ一 8 7 · 3の内部には、ステージ 8 7 · 6が設置され、ステージ 8 7 · 6上には試料 Wが載置される。

一方、二次コラム 8 7 · 2の内部には、試料 Wから発生する二次ビームの光軸上に、対物レンズ 8 7 · 7、ニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8、ウイ一ンフィルタ 8 7 · 9、第 2 レンズ 8 7 · 1 0、フィールドアパ一チヤ 8 7 · 1 1、第 3レンズ 8 7 · 1 2、第 4レンズ 8 7 · 1 3および検出器 8 7 · 1 4が配置される。なお、ニューメ, • リカルアパーチャ 8 7 · 1 2は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（M o等）の薄板である。そして、開口部が一次ビームの集束位置および対物レンズ 8 7 · 7の焦点位置になるように配置されている。したがって、対物レンズ 8 7 - 7 とニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8 とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。

一方、検出器 8 7 · 1 4の出力は、コントロールュニット 8 7 · 1 5に入力され、コントロールュニット 8 7 · 1 5の出力は、 C P U 8 7 · 1 6に入力される。 C P U 8 7 - 1 6の制御信号は、一次コラム制御ュニット 8 7 · 1 7、二次コラム制御ュニット 8 7 · 1 8およびステージ駆動機構 8 7 · 1 9に入力される。一次コラム制御ュニット 8 7 · 1 7は、一次光学系 8 7 ■ 5のレンズ電圧制御を行い、二次コラム制御ュニット 8 7 · 1 8は、対物レンズ 8 7 · 7、第 2 レンズ 8 7 · 1 0〜第 4レンズ 8 7 · 1 3のレンズ電圧制御およびウイーンフィルタ 8 7 · 9に印加する電磁界制御を行う。

' また、ステージ駆動機構 8 7 · 1 9は、ステージの位置情報を C P U 8 7 · 1 6に伝達する。さらに、一次コラム 8 7 · 1、二次コラム 8 7 · 2、チャンバ一 8 7 · 3 は、真空排気系（不図示）と繋がっており、真空排気系のタ一ポ分子ポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。

(一次ビーム）電子銃 8 7 · 4からの一次ビームは、一次光学系 8 7 · 5によってレシズ作用を受けながら、ウィーンフィル夕 8 7 · 9に入射する。ここでは、電子銃のチップとしては、矩形陰極で大電流を取り出すことができる L a Β ₆を用いる。また、一次光学系 7 2は、回転軸非対称の四重極または八重極の静電（または電磁）レンズを使用する。これは、いわゆるシリンドリカルレンズと同様に X軸、 Y軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを 2段、 3段又は 4段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失す'ることなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に成形することができる。

具体的には、静電型の四重極レンズを角いた場合、 4つの円柱 ΰッドを光軸周りに配置する。対向する電極同士を等電位にし、光軸周りに 9 0度ずれた位相では逆の電圧特性を与える。なお、四重極レンズとして円柱形ではなく、静電偏向器として通常使用される円形板を 4分割した形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型化を図ることができる。一次光学系 7 2を通過した一次ビ一ムは、ウイーンフィルタ 8 7 · 9の偏向作用により軌道が曲げられる。ウイーンフィルタ 8 7 · 9は、磁界と電界を直交させ、電界を E、磁界を B、荷電粒子の速度を Vとした場合、 E == v Bのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。一次ビームに対しては、磁界による力 F Bと電界による力 F Eとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力 F Bと力 F Eとが逆方向に働くため、互いに相殺されるので二次ビームはそのまま直進する。

一次光学系 8 7 · 5のレンズ電圧は、一次ビームがニューメリカルァパ一チヤ 8 7 • 8の開口部で結像するように、予め設定されている。このニューメリカルァパーチャ 8 7 · 8は、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料 Wのチャージアップや汚染を防いでいる。さらに、ニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8 と対物レンズ 8 7 · 7 とはテレセントリックな電子光学系を構成しているので、対物レンズ 8 7 · 7を透過した一次ビームは平行ビームになり、試料 Wに均一かつ一様に照射する。すなわち、光学顕微鏡でいうケ一ラ一照明が実現される。

(二次ビーム）一次ビームが試料に照射されると、試料のビーム照射面からは、二次粒子として、二次電子、反射電子または後方散乱電子が発生する。

二次粒子は、対物レンズ 8 7 · 7によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。ところで、対物レンズ 8 7 · 7は、 3枚の電極で構成されている。一番下の «極は、試料 W側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、対物レンズ 8 7 · 7の 1番目、 2番目の電極に電圧を印加し、 3番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。一方、ニューメニカルアパーチャ 8 7 · 8は、対物レンズ 8 7 ■ 7の焦点位置、すなわち試料 Wからのバックフォーカス位置に配置されている。したがって、視野中心外（軸外）から出た電子ビームの光束も、平行ビームとなって、この二ュ一メ二カルアパーチャ 8 7 · 8の中心位置を、けられが生じることなく通過する。

なお、ニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8は、二次ビームに対しては、第 2 レンズ 8 7 ' 1 0〜第4レンズ8 7 ' 1 3のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニュ一メリカルアパーチャ 8 7 · 8を通過した二次ビームは、ウイーンフィルタ 8 7 · 9 の偏向作用を受けずに、そのまま直進し'て通過する。なお、ウイ一ンフィルタ 8 7 · 9に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ電子 (例えば 2次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみを検出器 8 7 · 1 4に導くことができる。

二次粒子を、対物レンズ 8 7 · 7のみで結像させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、第 2レンズ 8 7 · 1 0 と合わせて、 1回の結像を行わせる。二次粒子は、対物レンズ 8 7 · 7および第 2 レンズ 8 7 · 1 0により、フィールドアパーチャ 8 7 · 1 1上で中間結像を得る。この場合、通常、二次光学系として必要な拡大倍率が不足することが多いため、中間像を拡大するためのレンズとして、第 3 レンズ 8 7 · 1 2、第 4レンズ 8 7 · 1 3を加えた構成にする。二次粒子は、第 3 レンズ 8 7 · 1 2、第 4レンズ 8 7 · 1 3各々により拡大結像し、ここでは、合計 3回' 結像する。なお、第 3レンズ 8 7 · 1 2と第 4レンズ 8 7 · 1 3とを合わせて 1回（合計 2回）結像させてもよい。

また、第 2 レンズ 8 7 · 1 0〜第 4レンズ 8 7 · 1 3はすべて、ュニポテンシャルレンズまたはァインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、 3枚電極の構成で、通常は外側の 2電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。また、中間の結像点には、フィールドァパ —チヤ 8 7 · 1 1が配置されている。フィールドアパ一チヤ 8 7 · 1 1は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限しているが、電子ビームの場合、余計なビームを、後段の第 3レンズ 8 7 · 1 2および第 4レンズ 8 7 · 1 3と共に遮断して、検出器 8 7 · 1 4のチヤ一ジアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率は、この第 3レンズ 8 7 · 1 2および第 4レンズ 8 7 · 1 3のレンズ条件 (焦点距離）を変えることで設定される。

二次粒子は、二次光学系により拡大投影され、検出器 8 7 · 1 4の検出面に結像する。検出器 8 7 · 1 4は、電子を増幅する M C Pと、電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部との中継および光学像を伝達させるためのレンズやその他の光学素子と、撮像素子（C C D等）とから構成される。二次粒子は、 M C P検出面で結像し、増幅され、蛍光板によって電子は光信号に変換され、撮像素子によって光電信号に変換される。

コントロールュニット 8 7 ■ 1 5は、検出器 8 7 · 1 4から試料の画像信号を読み出し、 C P U 8 7 · 1 6に伝達する。 C P U 8 7 · 1 6は、画像信号からテンプレートマッチング等によってパターンの欠陥検査を実施する。また、ステージ 8 7 · 6は、ステージ駆動機構 8 7 · 1 9により、 X Y方向に移動可能となっている。 C P U 8 7 · 1 6は、ステージ 8 7 · 6の位置を読み取り、ステージ駆動機構 8 7 · 1 9に駆動制御信号を出力し、ステージ 8 7 · .6を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。このように、本実施の形態の検査装置では、ニューメリカルアパーチャ 8 7 . 8 と対物レンズ 8 7 · 7 とが、テレセントリックな電子光学系を構成しているので、一次ビームに対しては、ビームを試料に均一に照射させることができる。すなわち、ケ一ラ一照明を容易に実現することができる。

さらに、二次粒子に対しては、試料 Wからの全ての主光線が、対物レンズ 8 7 · 7 に垂直（レンズ光軸に平行）に入射し、ニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8を通過するので、周辺光もけられることがなく、試料周辺部の画像輝度が低下することがない。また、電子が有するエネルギーのばらつきによって、結像する位置が異なる、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、二次電子は、エネルギーのばらつきが大きいため、倍率色収差が大きい）が、対物レンズ 8 7 . 7の焦点位置に、ニューメリカルアバ一チヤ 8 7 · 8を配置することで、この倍率色収差を抑えることができる。

また、拡大倍率の変更は、ニューメリカルアパーチャ 8 7 · 8の通過後に行われるので、第 3 レンズ 8 7 · 1 0、第 4レンズ 8 7 · 1 3のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野全面に均一な像が得られる。なお、本実施の形態では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するために、二次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、それに伴って決まる試料面上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームとを、同一の大きさになるように一次光学系のレンズ条件を設定する。

すなわち、倍率を上げていけば、それに伴って視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射密度を上げていくことにより、二次光学系で拡大投影されても、検出電子の信号密度は、常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。 ' また、本実施の形態の検査装置では、一次ビームの軌道を曲げて、二次ビームを直進させるウイ一ンフィル夕 8 7 · 9を用いたが、それに限定されず、一次ビームの軌道を直進させ、二次ビームの軌道を曲げるウイーンフィル夕を用いた構成の検査装置でもよい。ここでは E X Bを用いているが、磁場だけを用いても良い。この時は例えば' 1次電子入射方向と信号電子の検出器へ向かわせる方向は等しく Y字型の構成を取つても良い。，

また、本実施の形態では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成したが、それに限定されず、例えば円形ビームから矩形ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビームをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。また、線形ビームでも複数のビームでもよく、これらをスキャンして用いてもよい。

2 - 7 - 1 ) 制御電極

対物レンズ 8 7 · 7とゥェ一ハ Wとの'間には、電子線の照射光軸に対して略軸対称である形状の電極（図 2 5— 1の 2 5 · 8 ) が配置されている。この電極の形状の例を図 8 8、図 8 9に示す。図 8 8、図 8 9は電極 8 8 ■ 1、 8 9 · 1の斜視図であり、図 8 8は、電極 8 8 · 1が軸対称に円筒形状である場合を示す斜視図であり、図 8 9は、電極 8 9 · 1が軸対称に円盤形状である場合を示す斜視図である。

本実施の形態では、図 8 8に示すように電極 8 8 · 1が円筒形状として説明するが、電子線の照射光軸に対して略軸対称であれば、図 8 9に示すような円盤形状の電極 8 9 . 1であってもよい。更に、電極 8 8 · 1 には、対物レンズ 8 7 . 7 (図 2 5— 1の 2 5 · 7 ) とゥェ一ハ Wとの間における放電を防止する電界を発生する為に、ゥエーハ Wへの印加電圧（本実施の形態では接地されているので、電位は 0 V ) よりも低い所定の電圧（負電位）が電源 2 5 · 9によって印加されている。この時のゥエー八 Wと対物レンズ 9 7 · 7 との間の電位分布を図 9 0を参照して説明する。

図 9 0は、ゥエーハ Wと対物レンズ 8 7 · 7 との間の電圧分布を示すグラフである。同図において、電子線の照射光軸における位置を横軸として、ゥェ一ハ Wから対物レンズ 8 7 · 7の位置までの電圧分布を示している。電極 8 8 ■ 1が無かった従来の電子線装置においては、対物レンズ 8 7 · 7からゥヱ一ハ Wまでの電圧分布は、対物レンズ 8 7 · 7に印加した電圧を最大値として、接地しているゥエーハ Wまでなだらかに変化している。（図 9 0の細線）一方、本実施の形態の電子線装置においては、対物レンズ 8 7 · 7 とゥェ一ハ Wとの間に電極 8 8 · 1が配置され、且つ電極 8 8 · 1には、ゥエーハ Wへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）が電源 2 5 · 9によって印加されているので、ゥエーハ Wの電界が弱められる（図 9 0の太線）。よつて、本実施の形態の電子線装置においては、ゥェ一ハ Wにおけるピア 2 5 - 1 3 (図 2 5— 1 ) 近傍に電界が集中せずに高電界とはならない。そして、ビア 2 5 . 1 3に電子線が照射されて 2次電子が放出されても、この放出された 2次電子は、残留ガスをイオン化する程には加速されないので、対物レンズ 8 7 · 7とゥエーハ Wとの間に起こる放電を防止できる。

また、対物レンズ 8 7 · 7とビア 2 5 · 1 3 (図 2 5— 1 ) との間での放電を防止で'きるので、ゥエーハ Wのパターン等を放電破損することはない。また、上記実施の形態においては、対物レンズ 8 7 · 7とビア 2 5 · 1 3のあるゥエーハ Wとの間の放電が防止できるが、電極 8 8 · 1に負電位を印加しているので、負電位の大きさによつては、検出器 8 7 · 1 4による 2次電子の検出感度が低下する場合もある。よって検出感度が低下した場合は、上述したように，電子線を照射し 2次電子を検出する一連の動作を複数回に渡って行い、得られた複数の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度（信号の S Z N比）を得るようにすればよい。本実施の形態では、一例として、検出感度を信号対'雑音比（S Z N比）として説明している。ここで、上記の 2次電子検出動作について、図 9 1を参照して説明する。同図は、電子線装置の 2次電子検出動作を示すフローチャートである。まず、検出器 8 7 · 1 4によって被検査試料からの 2次電子を検出する（ステップ 9 1 · 1 )。次に、信号対雑音比（S / N比）が所定の値以上であるかの判断を行う（ステップ 9 1 · 2 )。ステップ 9 1 · 2において、信号対雑音比が所定値以上である場合は、検出器 8 7 · 1 4による 2次電子の検出は十分であるので、 2次電子検出動作は完了する。

一方、ステップ 9 1 · 2において、信号対雑音比が所定値未満である場合は、電子線を照射し 2次電子を検出する一連の動作を 4 N回行い、平均化処理を行う（ステツ • プ 9 1 · 3 )。ここで、 Nの初期値は「 1」に設定されているので、ステップ 9 1 · 3 ·において初回は、 2次電子の検出動作が 4回行われる。

次に、 Nに「 1 J を加算してカウントアップして（ステップ 9 1 . 4 )、ステップ 9 1 · 2において再度、信号対雑音比が所定の値以上であるかの判断を行う。ここで、信号対雑音比が所定値未満である場合は、再度ステップ 9 1 · 3に進み、今度は 2 次電子の検出動作を 8回行う。そして、 Nをカウントアップして、信号対雑音比が所定値以上となるまで、ステップ 9 1 · 2〜 9 1 · 4を繰り返す。

また、本実施の形態では、電極 8 8 · 1にゥエーハ Wへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）を印加することにより、ビア 2 5 · 1 3 ( ^あるゥェ一ハ Wに対する放電防止について述べたが、 2次電子の検出効率が低下する場合がある。よって、被検査試料がビアの無いゥェ一ハ等、対物レンズ 8 7 · 7との間で放電が生じにくい種類の被検査試料であった場合は、検出器 8 7 · 1 4における 2次電子の検出効率が高くなるように、電極 8 8 · 1に印加する電圧を制御することができる。

' 具体的には、被試験試料が接地されている場合であっても、電極 8 8 * 1に印 aする電圧を、被試験試料への印加電圧よりも高い所定の電圧にする、例えば、 + 1 0 V とする。また、この時、電極 8 8 · 1 と被検査試料との距離は、電極 8 8 · 1 と被検査試料との間に放電が生じない距離に配置する。

この場合、被検査試料への電子線の照射によって発生した 2次電子は、電極 8 8 · に印加された電圧によって発生した電界によって、検出器 8 7 · 1 4側に加速される。そして、対物レンズ 8 7 ■ 7に印加された電圧によって発生した電界によって、更に、検出器 8 7 · 1 4側に加速されて収束作用を受けるので、検出器 8 7 · 1 4に多くの 2次電子が入射し検出効率を高くすることができる。

また更に、電極 8 8 · 1は軸対称であるので、被検査試料に照射する電子線を収束するレンズ作用も持つ。従って、電極 8 8 · 1に印加する電庄によって、 1次電子線をより細く絞ることもできる。また、電極 8 8 · 1によって 1次電子線を細く絞ることもできるので、対物レンズ 8 7 · 7 との組み合わせにより、より低収差の対物レンズ系を構成することもできる。このようなレンズ作用が可能な程度に、電極 8 8 - 1 は略軸対称であればよい。上記実施の形態の電子線装置によれば、被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を制御する電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の電界を制御することができる。

被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を弱くする電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の放電を無くすることができる。また、対物レンズへの印加電圧を低下させる等変更していないので、 2次電子を効率的に対物レンズを通過させられるので、検出効率を向上させ、 S Z N比の良い信号を得ることができる。

被検査試料の種類によって、被検査試料の電子線の照射面における'電界強度を弱くする為の電圧を制御することができる。例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極の電圧を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、放電を防止できる。

半導体ゥエー八のビアの有無によって、電極に与える電圧を変更する、即ち、半導体ゥェ一ハの電子線の照射面における電界強度を弱くする為の電圧を変更することができる。例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極による電界を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、特にビアやビア周辺における放電を防止できる。また、ビアと対物レンズとの間での放電が防止できるので、半導体ゥエー八のパターン Φを放電破損することはない。また、電極に与える電位を被検査試料に与える電荷よりも低くしたので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。電極に与える電位を負電位とし、被検査試料は接地したので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。

これまで、主に放電防止を目的とした制御電極の利用法について説明してきたが、制御電極はゥエーハから放出される二次電子のエネルギ選別のために用いることができる。即ち、解像度の高い画像を得るために、最も信号検出効率のよい、或る一定レベル以上のエネルギを有する二次電子のみを検出しているような場合には、制御電極に所定の負電圧を印加し、二次電子のエネルギ障壁として用い'ることができる。制御電極には負電位がかけられているため、二次電子を試料の方へ追い戻す力が働く。この電位障壁を越えられない二次電子は試科の方へ戻り、電位障壁を越えた二次電子のみが検出器で検出されることになり、所望の解像度の画像を得ることができる。

2 - 7 - 2 ) 電位印加方法図 9 2において、電位印加機構 9 2 ' 1は、ゥェ一八から放出される二次電子情報 (二次電子発生率）が、ゥェ一八の電位に依存すると言う事実に基づいて、ゥエーハを載置するステージの設置台に土数 Vの電位を印加することにより二次電子の発生を制御するものである。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有しているエネルギーを減速し、ゥエーハに 1 0 0〜 5 0 0 e V程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。

電位印加機構 9 2 · 1は、図 9 2に示されるように、ステージ装置 9 2 · 2の載置面 9 2 · 3 と電気的に接続された電圧印加装置 9 2 · 4と、チャージアップ調査及び電圧決定システム（以下調査及び決定システム） 9 2 · 5 とを備えている。調査及び決定システム 9 2 · 5は、電子光学装置 1 3 · 8 (図 1 3 ) の検出系の画像形成部 9

2 · 6に電気的に接続されたモニター 9 2 · 7 と、モニター 9 2 · 7に接続されたォペレ一夕 9 2 · 8 と、オペレータ 9 2 ' 8 4に接続された C P U 9 2 · 9 とを備えている。 C P U 9 2 · 9は、電圧印加装置 9 2 · 4に信号を供給するようになっている上記電位印加機構は、検査対象であるゥエーハが帯電し難い電位を探し、その電位を印加するように設計されている。

検査試料の電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、. その部分の電圧が異なることを利用することもできる。

それは、まず、試料に事前に電荷を付与することで、本来電気的に絶縁されている部分の電圧と、本来電気的に絶縁されている部分であるが、何らかの原因で通電状態にある部分の電圧とに電圧差を生じさせ、その後本発明のビームを照射することで、電圧差があるデ一夕を取得し、この取得データを解析して、通電状態となっていることを検出する。

2 - 7 - 3 ) 電子ビームキャリブレーション方法

図 9 3において、電子ビームキヤリブレーシヨン機構 9 3 · 1は、回転テーブル 9

3 · 2上でゥエー八の載置面 9 3 · 3の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用のそれぞれ複数のファラデーカップ 9 3 · 4及び 9 3 · 5を備えている。ファラデ一力ップ 9 3 · 4は細いビーム用（約 ψ 2 / m) で、ファラデー力ップ 9 3 · 5は太いビーム用（約 φ 3 0 m ) である。細いビーム用のファラデーカップ 9 3 . 4では回転テーブル 9 3 ' 2をステップ送りすることで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のファラデーカップ 9 3 · 5 'ではビームの総電流量を計測する。ファラデ一カップ 9 3 · 4、 9 3 · 5は、上表面が載置面 9 3 · 3上に載せられたゥエーハ W の上表面と同じレベルになるように配置されている。このようにして電子銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使用しているうちにその放出量が変化するためである

2 - 7 - 4 ) 電極の清掃

本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的な除去は絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して真空中で水素や酸素あるいはフッ素及びそれらを含む化合物 H F , 〇 ₂， H ₂ 0， C _M F _N等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッ夕が生じる電位（数 k V、例えば 2 0 V〜 5 k V)に維持することで、有機物質のみ酸化、水素化、フッ素化により除去する。また、清浄効果のある期待を流すことにより、電極や絶縁物表面の汚染物質を除去することができる。

2— 7— 5 ) ァライメント制御方法

図 9 4のァライメント制御装置 9 4 ■ 1は、ステージ装置を用いてゥエーハ Wを電子光学装置 9 4 · 2に対して位置決めさせる装置であって、ゥエーハを光学顕微鏡 9 4 · 3を用いた広視野観察による概略合わせ（電子光学系によるよりも倍率が低い測定）、電子光学装置 9 4 · 2の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンァライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でゥェ一ハを検査するのは、ゥエー八のパターンの検査を自動的【こ行うためには、電子線を用いた狭視野でゥエー八のパターンを観察してゥエーハラィメントを行う時に、電子線によりァライメントマークを容易に検出する必要があるからである。

光学顕微鏡 9 4 · 3は、ハウジングに設けられ（ハウジング内で移動可能な設けられ tいてもよい）ており、光学顕微鏡を動作させるための光源も図示しないがハウジング内に設けられている。また高倍率の観察を行う電子光学系は電子光学装置 9 4 - 2の電子光学系（一次光学系及び二次光学系）を共用するものである。その構成を概略図示すれば、図 9 4に示されるようになる。ゥェ一ハ上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置の Xステージを X方向に動かすことによってゥエーハの被観察点を光学顕微鏡の視野内に移動させる。光学顕微鏡 9 4 · 3で広視野でゥエーハを視認してそのゥエーハ上の観察すべき位置を C C D 9 4 · 4を介してモニタ 9 4 . 5 に表示させ、観察位置をおおよそ決定する。この場合光学顕微鏡の倍率を低倍率から高倍率に変化させていってもよい。

次に、ステージ装置を電子光学装置 9 4 · 2の光軸と光学顕微鏡 9 4 . 3め光軸との間隔 δ xに相当する距離だけ移動させて光学顕微鏡で予め決めたゥヱーハ上の被観察点を電子光学装置の視野位置に移動させる。この場合、電子光学装置の軸線 ο ₃—

Ο 3と光学顕微鏡 9 4 · 3の光軸 0 ₄— 0 ₄との間の距離（この実施の形態では X軸線に沿った方向にのみ両者は位置ずれしているものとするが、 Υ軸方向及び Υ軸方向に位置ずれしていてもよい）（5 Xは予めわかっているのでその値 <5 Xだけ移動させれば被観察点を視認位置に移動させることができる。電子光学装置の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学系により高倍率で被観察点を S Ε Μ撮像して画像を記憶したり又は C C D 9 4 · 6を介してモニタ 9 4 · 7に表示させる。

このようにして電子光学系による高倍率でゥエーハの観察点をモニタに表した表示させた後、公知の方法によりステージ装置の回転テーブルの回転中心に関するゥエーハの回転方向の位置ずれ、電子光学系の光軸 Ο ₃— Ο 3に対するゥェ一八の回転方向のずれ <3 Θを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターの X軸及び Υ軸方向の位置ずれを検出する。そしてその検出値並びに別途得られたゥエー八に設けられた検査マークのデータ或いはゥエー八のパターンの形状等に関するデータに基づいてステ —ジ装置 9 4 · 8の動作を制御してゥェ一ハのァライメントを行う。アラインメントの範囲は Χ Υ座標において ± 1 0画素以内である。好ましくは士 5画素以内、より好ましくは ± 2画素以内である。

2 - 7 - 6 ) Ε。補正

Α . 概要

ゥエーハ上からのビームを T D Iで撮像するにあたり、ゥエー八の位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはゥェ一ハは X— Υステージ上に有り、機械的な位置決めがなされる事から、その精度は数 1 0 0 から数 1 0 n m、応答速度は数秒から数 m sが現実的な値である。

一方、デザインルールは数 1 0 n mに向かって微細化されており、したがって、線幅が数 1 0 n mの配線や、直径数 1 0 n mのビアを検査し、それらの形状欠陥や電気的欠陥の検出及び直径数 1 0 n mのゴミの検出が必要となる。上記機械的な位置決めのみを頼りに撮像する事は応答時間と位置決め精度のオーダがデザインルール及び撮像精度のオーダとかけ離れており正確な像を取得する上で著しい障害となる。

撮像のシーケンスはステップ（X軸）と定速度スキャン（y軸）の組み合わせで実行され、比較的動的な制御を行う（y軸）は、制御残差が一般的に大きく像のボケを防ぐ意味から、より高度な制御を要求される。

これらの項目に鑑み、高精度かつ応答 i生の優れた X— γステージを有する事は勿論であるが、更に、ステージでまかなえない、撮像部に対するビームの制御精度、速度を実現するため、 E O補正の機能を備えている。基本的な方式は、ステージ上のゥェ一八の位置はレーザ'干渉計システムと X— y の軸上に設置されたバーミラ一により、サブ n mのオーダで数マイク口秒の時間遅れ以内にその位置を正確に認識し、自動制御ループにより機械的ァクチェ一タを駆動し、目標位置に時間的な遅れと残差を伴^ながら位置付けられる。この制御によって位置決めされた結果の制御残差は制御装置内部で発生される目標位置とレーザ干渉計システムによって得られた現在位置との差分により求められる。一方、ビームは数々の電極を経た後に、補正用偏向電極を経由して撮像装置に導かれる。補正用偏向電極は、ゥェ一ハ上の距離に換算しておおよそ数百^ m以下、好ましくは百 i m以下、より好ましくは数十 m以下の偏向が可能な感度を有し、これに電圧を印加する事で、二次元的に任意の位置にビームを偏向する事が可能である。制御残差は演算装置で演算を実行された後、 D /Aコンバータによって電圧に変換され、残差を相殺する向きに補正用偏向電極印加される。以上の構成によりレーザ干渉計の分解能に近い補正を実行する事が可能となる。

他の方式として X軸（ステップ方向）は上記手段を用い、 Y軸（スキャン方向）は撮像素子である T D I の転送クロックを、ステージの移動速度に同期させ転送する方式も考案した。

図 9 5に E O補正の概念を示す。目標位置への指示 9 5 · 1が出力され、機械ァクチェ一夕を含む制御フィードパックループ 9 5 · 2に付与される。この部分がステージに該当する。駆動され、位置変位が出た結果は位置検出器 9 5 · 3によりフィードバックがかかり、駆動系の位置変位は、位置指示からの目標位置に収斂してゆくが、制御系の利得が有限の為、残差が発生する。現在位置を位置出力系 9 5 · 4 (ここではレーザ干渉計を用いる）によりサブ n mのオーダで検出し、位置指示装置 9 5 · 1 との差分を残差検出器 9 5 · 5により検出し、高圧高速増幅器 9 5 ■ 6を使用して偏向電極 9 5 · 7に印加し、残差を相殺する向きに電圧を印加し、本来この機能なき場合 'こは 9 5 · 8の如く発生する変動分を 9 5 · 9の様に減ずる機能を有する。

図 9 6に具体的な機器構成を提示する。 X Yステージ 9 6 · 1は X軸駆動用のサーポモータ 9 6 · 2ならびにエンコーダ 9 6 · 3により X軸の駆動と大まかな位置、及ぴ速度の検出を行い円滑なサ一ポ特性を実現する。本例では、サーポモータを用いているが、リニアモータ、超音波モータ等のァクチェ一夕においても同様な構成が可能である。 9 6 · 6 ' はこのモータを駆動する電力増幅器である。 X軸の精密な位置情報はミラー 9 6 · 7、·干渉計 9 6 · 8、レシーバ 9 6 · 9、レーザ光源 9 6 . 1 0、干渉計ボード 9 6 · 1 1の組み合わせによりサブ n mの分解能を有する位置検出機能を実現している。

Y軸も直交する X軸と同様の機能であり、サ一ポモー夕 9 6 · 1 2、増幅器 9 6 - 1 3、ミラー 9 6 · 14、干渉形 9 · 5、レシーバ 9 6 · 1 6より構成されている。 X— Yステージコントローラ 9 6 ' 1 7はこれらの機器を統括して制御する事により、ステージの二次元的な動作を可能とし、 1 0 0 0 ; m〜 1 nmの精度、好ましくは 1 0 0 nm~ 2 nmの精度、より好ましくは 1 / π！〜 2 nmの精度、更に好ましくは 0. 1 2 nmの精度を達成しており、応答速度は数 1 00 0 m s以下、好ましくは数 1 0ms以下、より好ましくは数 m s以下の性能を実現する。一方、 X— Y ステージコントローラ 96 · 1 7からは X基準値、 Y基準値が EO補正 9 6 · 1 8 に出力され、干渉形 96 · 1 1からの 3 2ビットバイナリー形式で出力される位置情報を高速のバッフアポ一ド 9 6 · 1 9を経由して現在位置を E〇補正器 9 6 · 1 8は受け取る。内部で演算を行った後、高圧高速増幅器 9 6 · 2 0、 9 6 · 2 1により電圧増幅した後、偏向電極 9 6 · 2 2に印加し、残差分を補正すべく偏向を行い、位置ズレを極少にした画像情報電子ビームを TD I (撮像素子） 9 6 · 2 3へ導く。 96 • 24は後述するが、 TD I 9 6 · 23の転送速度を決定するタイミング信号を発生する部分である。

次に本装置におけるスキャン方向の目標位置の発生機能について述べる。 ΕΟ補正は目標位置と実際の位置の差分を求め、差分を相殺するように電子ビームを偏向して位置の補正を行う機能であるが、補正範囲はおおよそ数十 πιの範囲に限定される。これは電極感度、高圧高速増幅器のダイナミックレンジ、ノイズレベル、 D/Aコンパー夕のビット数等により決定されている。ところが、スキャン時のステージの実際の位置は、制御ループのゲインが有限であることに起因して停止時と比較し、目標位置に対し、大幅なズレを生じる。 2 0 mm/sで走行した場合、目標位置との乖離は約 40 0 m程度となり、そのまま差分を演算して出力しても補正範囲を大幅に超越して系が飽和してしまう。

この現象を防ぐ為に本装置では次のような手段を用い、この問題を回避している。図' 9 7にこの概念を図示する。

9 7 · 1はステージの目標位置でありスキャン時は等速運動である為、時間とともに直線的に増加する。一方、実際の制御された結果のステージの機械的位置 9 7 · 2 は数ミクロンの機械的振動を含み約 40 0 μι 程度の定常偏差 97 · 3を有する。この定常偏差を除去する手段としては、フィルタを用いて、実走行時の位置情報を平滑化する事が考えられるが、この場合、フィルタの時定数により'必ず、遅れが生じ、リプルを無視出来る程の時定数を持たせると、測定開始エリアが大幅に限定され、全体の計測時間の大幅な増加につながる欠点を有していた。そこで本案では、この定常偏差を検出するために、少なくとも前回にスキャンした時点での現在位置と目標位置との差分を本実施の形態においては少なくとも 2の 1 6乗程度積算し、これをサンプル回数で除する事で、目標位置と現在位置との定常偏差の平均値 9 7 · 4を求め、今回のスキャン時には目標位置 9 7 · 5から平均値 9 7 · 4を引いて合成された目標位置 9 7 - 6として演算を行い、図 9 8の 9 8 · 1 に図示するような、ダイナミックレンジ範囲内で EO補正が可能な構成を実現した。なお、積算数は、目標精度が得られればよいので、この値に限られるものではなく、より少ない積算段数でもよい。

図 9 9にブロック図を図示する。目標値 9 9 · 1は現在位置 9 9 · 2と引き算され、 9 9 · 3のブロック内で前期の積算演算をスキャン時に実行する。一方、 9 9 - 3 には前回同様にして求めた定常偏差の平均値が 9 9 · 4より出力されている。引き算器 9 9 · 5により 9 9 · 1から 9 9 ' 4を引き合成目標位置 9 9 · 6 とし、この値と干渉計からの現在位置 9 9 · 7とを引き算して、応答の遅れやリプルのない EO補正データを実現している。

図 1 0 0に図 9 9における 9 9 ■ 3のブロック差分平均検出の構造について図示する。 1 0 0 · 1、 1 0 0 · 2にて積算を実行し、累積カウンタ 1 0 0 · 3の値によりデータセレクタ 1 0 0 · 4のヮ一ドを選択し割り算相等を実行し、定常偏差の平均値を出力する事を実現している。

図 1 0 1に TD I の転送クロックのアイデアについて記述する。 TD I は光電素子をスキャン方向に多段に接続し、各撮像素子の電荷を後続する素子に伝送する事で感度の向上とランダムノイズの低減を目的とした撮像素子であるが、図 1 0 1に示す如く、ステージ上の撮像対象と、 TD I上の画素が一対一に対応している事が重要でこの関係が崩れると、像のボケを生じる。同期関係にある場合を 1— 1、 1 — 2、 2— 1、 2— 2に示し、同期がずれた場合を 3— 1、 3— 2、 4一 1、 4一 2に示す。 Τ D I の転送は外部からのパルスに同期して次段への転送が実行されるため、ステ一ジの移動が 1 画素分移動したところで、転送パルスを発生させればこれが実現できるしかしながら、現在主流のレーザ干渉計の位置情報出力は 3 2ビットのバイナリ一出力を 1 0MH zの自己の内部クロックに同期して出力する形式である為、そのままでは容易に実現できない。また、分解能を数十 nmとすると、転送パルスの精度も重要となり、高速高精度なデジタル処理を必要とする。本件で考案した方式を図 1 0 2 に図示する。同図において、干渉計の位置情報及び 1 0 MH zの同期信号はバッファ 1 0 2 · 1より本回路に導入される。 1 0 MH zクロック 1 0'2 · 2は P L L 1 0 2 • 3により同期した 1 0 0MH zのクロックを発生し、各回路に供給する。この同期信号 1 0 2 · 4の 1 0ステート毎に演算処理を実行する方式をとつている。 1 0 2 . 5に今回の位置情報が保持され、 1 0 2 · 6に前回の値が保持されている。この両者の差分を 1 0 2 · 7で演算し、 10 ステート毎の位置の差分を 1 0 2 · 8から出力する。この差分値をパラレルシリアルコンパ一タ 1 0 2 · 9にパラレル値としてロードし、 1 0 0 MH zのクロックに同期して差分を 1 0 2 ' 1 0よりシリアルパルスの個数として出力する。 1 0 2 . 1 1 も同様の機能であるが、 1 0 2 . 1 2、 1 0 2 - 1 3、と組み合わせて、 1 0ステート毎に休みなく、動作が可能な様構成してある。結果として 1 0 MH z毎に位置差分に応じたシリアルパルスが和回路 1 0 2 . 1 0よりカウンタ 1 0 2 · 1 4に出力される。レーザ干渉計の分解能を 0. 6 nm、 1 画素を 4 8 n m

とすると比較器 1 0 2 ■ 1 5を 8 0にセットしておけば、カウンタが 1 画素相等になったタイミングで 1 9のパルスが出力される。この信号を TD I の外部からの転送パルスとする事で、ステージ速度の変動があった場合でもそれに同期した動作を可能とし、ボケ、ブレの防止を実現できた。

図 1 0 3にタイミングチャートを図示する。 1は干渉計座標（位置）情報で数字は位置を例として示す。 2は P L Lにより作成された 1 0 0 MH Zの同期信号である。バンク Aはパラレルシリアルコンバータ 1 0 2 · 9の動作タイミングで、ノンク Bは同じく 1 0 2 · 1 1のそれである。位置情報を記憶するラッチタイミング 7の後、差分演算タイミング 8を実行しパラレルシリアルコンバータ 1 0 2 . 9に値をロードし次の 1 0 Mクロック 3の 1サイクルの時間を利用して 4の出力を実行する。バンク B は 1 0 Mクロック 3の 1サイクル遅れたタイミングで同様の動作を実行し無理なく 6 のパルス発生を実現している。

2 - 7 - 7 ) 画像比較方法

図 1 0 4は、本発明の変形例による欠陥検査装置の概略構成を示す。この欠陥検査装置は、上述した写像投影型の検査装置で、一次電子線を放出する電子銃 1 0 4 - 1 、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ 1 04 · 2、成形された一次電子線を電場 E及び磁場 Bの直交する場で半導体ゥェ一八 Wに略垂直に当たるように偏向させる E XB偏向器 1 0 4 · 3、偏向された一次電子線をゥエーハ W上に結像させる対物レンズ 1 04 · 4、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ゥェ一八 Wを載置した状態で水平面内を移動可能なステージ 1 0 4 . 5、一次電子線の照射によりゥェ一ハ Wから放出された二次電子線及び//又は反射電子線を所定の倍率で写像投影して結像させる写像投影系の静電レンズ 1 0 4 · 6、結像された像をゥェ一八の二次電子画像として検出する検出器 1 0 4 · 7、及び、装置全体を制御すると共に、検出器 1 0 4 · 7により検出された二次電子画像に基づいてゥェ一ハ Wの欠陥を検出する処理を実行する制御部 1 0 4 · 8を含んで構成される。なお、上記二次電子画像には、二次電子だけでなく散乱電子や反射電子による寄与も含まれているが、ここでは二次電子画像と称することにする。また、対物レンズ 1 04 · 4とゥエーハ Wとの間には、一次電子線のゥエーハ Wへの入射角度を電場等によって偏向させる偏向電極 1 04 · 9が介在されている。この偏向電極 1 04 · 9には、該偏向電極の電場を制御する偏向制御器 1 04 · 1 0が接続されている。この偏向制御器 1 04 · 1 0は、制御部 1 04 * 8に接続され、制御部 1 0 4 · 8からの指令に応じた電場が偏向電極 1 04 · 9で生成されるように該偏向電極を制御する。なお、偏向制御器 1 04 · 1 0は、偏向電極 1 04 * 9に与える電圧を制御する電圧制御装置として構成することができる。 .

検出器 1 04 · 7は、静電レンズ 1 04 · 6によって結像された二次電子画像を後処理可能な信号に変換することができる限り、任意の構成とすることができる。例えば、図 62にその詳細を示すように、検出器 1 04 · 7は、マイクロチヤンネルプレート 6 2 ■ 1と、蛍光面 62 · 2と、リレー光学系 62 · 3と、多数の C C D素子からなる撮像センサ 62 · 4とを含んで構成することができる。マイクロチャンネルプレート 62 · 1は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ 1 04 • 6によって結像された二次電子が該チャンネル内を通過する間に、更に多数の電子を生成させる。即ち、二次電子を増幅させる。蛍光面 62 · 2は、増幅された二次電子によって蛍光を発することにより二次電子を光に変換する。リレーレンズ 62 · 3 がこの蛍光を C C D撮像センサ 62 · 4に導き、 C C D撮像センサ 6 2 · 4は、ゥェーハ W表面上の二次電子の強度分布を素子毎の電気信号即ちデジタル画像デ一夕に変換して制御部 1 04 · 8に出力する。ここで、マイクロチャンネルプレート 62 . 1 を省略してもよく、この場合、マイクロチャンネルプレート 6 2 · 1から蛍光面の間での拡がりによるぼけを低減することができる。例えば、 MTFで0. 2の像を 0. 3 ~ 0. 6にアップできる。

制御部 1 04 · 8は、図 1 04に例示されたように、汎用的なパーソナルコンビュ一夕等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体 1 04 · 1 1と、本体 1 04 · 1 1の処理結果を表示する CRT 1 04 · 1 2と、オペレータが命令を入力するためのキ一ポ一ドゃマウス等の入力部 1 04 · 1 3と、を備える、勿論、欠陥検査装置専用のハ一ドウェア、或いは、ワークステ一ションなどから制御部 1 04 · 8を構成してもよい。制御部本体 1 04 · 1 1は、図示しない CP U、 RAM、 ROM、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。 RAM若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器 1 04 · 7から受信した電気信号即ちゥエーハ Wの二次電子画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域 1 04 · 1 4が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないゥェ一ハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部 1 04 · 1 5が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域 1 04 · 1 4から二次電子画像デ一夕を読み出し、該画像データに基づき所定のァルゴリズムに従ってゥェ一ハ Wの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム 1 0 4 · 1 6が格納されている。この欠陥検出プログラム 1 04 · 1 6は、詳細を更に後述するように、基準画像記憶部 1 04 · 1 5から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出し、欠陥有りと判定し ■ た場合、オペレータに警告表示する機能を有する。こ'のとき、 CRT 1 04 . 1 2の表示部に二次電子画像 1 04 * 1 7を表示するようにしてもよい。

次に、該実施の形態による欠陥検査装置の作用を図 1 0 5乃至図 1 07のフローチャ一トを例にして説明する。先ず、図 1 0 5のメインルーチンの流れに示すように、検査対象となるゥェ一ハ Wをステージ 1 04 · 5の上にセットする（ステップ 1 0 5 - 1 )。これは、前述したようにローダ一に多数格納されたゥェ一ハ全てを一枚毎に自動的にステージ 1 04 · 5にセッ卜する形態であってもよい。

次に、ゥェ一ハ W表面の XY平面上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得する（ステップ 1 0 5 · 2)。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図 1 08に示すように、例えばゥエーハ検査表面 1 0

8 · 1上に、参照番号 1 0 8 · 2 a、 1 08 ' 2 b 1 0 8 · 2 k ... で示す矩形領域のことであり、これらは、ゥェ一ハの検査パターン 1 08 · 3の回りで、部分的に重なり合いながら位置がずらされていることがわかる。例えば、図 1 0 9に示 ' されたように、 1 6個の被検査領域の画像 1 0 9 · 1 (被検査画像）が取得される。ここで、図 1 0 9に示す画像は、矩形の桝目が 1画素（或いは、画素より大きいプロック単位でもよい）に相当し、このうち黒塗りの桝目がゥェ一ハ W上のパターンの画像部分に相当する。このステップ 1 0 5 · 2の詳細は図 1 0 6のフローチャートで後述する。

^に、ステップ 1 0 5 · 2で取得した複数の被検査領域の画像データを記憶部 1 0

4 · 1 5に記憶された基準画像データと、各々比較照合し（図 1 0 5のステップ 1 0

5 · 3)、上記複数の被検査領域により網羅されるゥエーハ検査面に欠陥が有るか否かが判定される。この工程では、いわゆる画像データ同士のマッチング処理を実行するが、その詳細については図 1 07のフローチヤ一トで後述する。

ステップ 1 0 5 · 3の比較結果より、上記複数の被検査領域'により網羅されるゥェーハ検査面に欠陥が有ると判定された場合（ステップ 1 0 5 · 4肯定判定）、ォペレ —夕に欠陥の存在を警告する（ステップ' 1 0 5 · 5)。警告の方法として、例えば、 CRT 1 04 · 1 2の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像 1 04 * 1 7を表示してもよい。このような欠陥ゥエーハを直ちに試料室から取り出し、欠陥の無いゥエー八とは別の保管場所に格納してもよい（ステップ 1 0 5 · 6 )。

ステップ 1 0 5 · 5の比較処理の結果、ゥエーハ Wに欠陥が無いと判定された場合 (ステップ 1 0 5 · 4否定判定）、現在検査対象となっているゥヱ一八 Wについて、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ 1 0 5 · 7 )。検査すべき領域が残っている場合（ステップ 1 0 5 · 7肯定判定）、ステージ 1 0 4 · 5 を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにゥ工ーハ Wを移動させる（ステップ 1 0 5 · 8 )。その後、ステップ 1 0 5 . 2に戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。

検査すべき領域が残っていない場合（ステップ 1 0 5 . 7否定判定）、或いは、欠陥ゥエーハの抜き取り工程（ステップ 1 0 5 · 6 ) の後、現在検査対象となっているゥェ一八 Wが、最終のゥェ一ハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のゥエーハが残っていないか否かが判定される（ステップ 1 0 5 · 9 )。最終のゥエーハでない場合（ステップ 1 0 5 · 9否定判定）、検査済みゥエーハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のゥェ一ハをステージ 1 0 4 . 5にセットする（ステップ 1 0 5 · 1 0 )。その後、ステップ 1 0 5 · 2に戻って当該ゥェ一ハに関して同様の処理を繰り返す。最終のゥエー八であった場合（ステップ 1 0 5 · 9肯定判定）、検査済みゥエーハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。ゥヱ一ハはカセット毎あるいは各ゥエー八に識別番号が決められており、検査しているゥエーハは認識され、監視されており、例えばゥエー八の重複検査などが防止される。

次に、ステップ 1 0 5 · 2の処理の流れを図 1 0 6のフローチャートに従って説明する。同図において、先ず、画像番号 i を初期値 1 にセットする（ステップ 1 0 6 . 1 )。この画像番号は、複数の被検査領域画像の各々に順次付与された識別番号である。次に、セットされた画像番号 i の被検査領域について画像位置（Χ Υ ;) を決定する（ステップ 1 0 6 · 2 )。この画像位置は、被検査領域を画定させるための該頜域内の特定位置、例えば該頜域内の中心位置として定義される。現時点では、 i = 1であるから画像位置（X _{1 ;} Y j) となり、これは例えば図 1 0 8に示された被検査領域 1 0 8 · 2 aの中心位置に該当する。全ての被検査画像領域の画像位置は予め定められており、例えば制御部 1 0 4 · 8のハードディスク上に記憶され、ステップ 1 0 6 · 2で読み出される。

次に、図 1 0 4の偏向電極 1 0 4 · 9を通過する一次電子線がステツプ 1 0 6 · 2 で決定された画像位置（X i, Y の被^査画像領域に照射されるように、偏向制御器 1 0 4 · 1 0が偏向電極 1 0 4 · 9に電位を加える（図 1 0 6のステツプ 1 0 6 . 3 )。次に、電子銃 1 0 4 · 1から一次電子線を放出し、静電'レンズ 1 0 4 · 2、 E X B 偏向器 1 0 4 · 3、対物レンズ 1 0 4 · 4及び偏向電極 1 0 4 · 9を通して、セットされたゥエーハ W表面上に照射する（ステップ 1 0 6 · 4 )。このとき、一次電子線は、偏向電極 1 0 4 * 9の作り出す電場によって偏向され、ゥエーハ検査表面 1 0 8 · 1上の画像位置（Xi， Yi) の被検査画像領域全体に亘つて照射される。画像番号 i = 1の場合、被検査領域は 1 0 8 · 2 aとなる。

一次電子線が照射された被検査領域からは二次電子及び/又は反射電子（以下、「二次電子」のみ称する）が放出される。そこで、発生した二次電子線を拡大投影系の静電レンズ 1 0 4 · 6により所定の倍率で検出器 1 0 4 · 7に結像させる。検出器 1 0 4 · 7は、結像された二次電子線を検出し、検出素子毎の電気信号即ちデジタル画像デ一夕に変換出力する（ステップ 1 0 6 · 5 )。そして、検出した画像番号 i のデジタル画像データを二次電子画像記憶領域 1 0 4 · 1 4に転送する（ステップ 1 0 6 • 6)。

次に、画像番号 i を 1だけィンクリメントし（ステップ 1 0 6 · 7 )、インクリメントした画像番号（ i + 1 ) が一定値 i _MAXを越えているか否かを判定する（ステツプ 1 0 6 · 8 )。この i _MAXは、取得すべき被検査画像の数であり、図 1 0 9の上述した例では、「 1 6」である。

画像番号 i が一定値 i _MAXを越えていない場合（ステップ 1 0 6 · 8否定判定）、再ぴステップ 1 0 6 ■ 2に戻り、インクリメントした画像番号（ i + 1 ) について画像位置（X_i+1， Y_i+1) を再び決定する。この画像位置は、前のル一チンで決定した画像位置（Xi, Y から X方向及ぴノ又は Y方向に所定距離（Δ Χ Δ Yj) だけ移動させた位置である。図 1 0 8の例では、被検査領域は、（Χ^ Υ,) から Υ方向にのみ移動した位置（Χ₂， Υ₂) となり、破線で示した矩形領域 1 0 8 · 2 bとなる。なお、（ Δ Xi, △ Yi) ( i = 1 , 2 , .. · i _ΜΑΧ) の値は、ゥェ一ハ検査面 1 0 8 ' 1のパ 'ターン 1 0 8 · 3が検出器 1 0 4 · 7の視野から実際に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領域の数及び面積から適宜定めておくことができる。

そして、ステップ 1 0 6 · 2乃至 1 0 6 · 7の処理を i _MAX個の被検査領域について順次繰り返し実行する。これらの被検査領域は、図 1 0 8に示すように、 k回移動した画像位置（X_k, Y_k) では被検査画像領域 1 0 8 · 2 kとなるように、ゥエーハの検査面 1 0 8 · 1上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされていく。このようにして、図 1 0 9に例示した 1 6個の被検査画像データが画像記憶領域 1 0 4 · 1 4に取得される。取得した複数の被検査'領域の画像 1 0 9 ■ 1 (被検査画像）は、図 1 0 9に例示されたように、ゥエーハ検査面 1 0 8 · 1上のパターン 1 0 8 · 3の画像 1 0 9 · 2を部分的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。インクリメントした画像番号 iが i _MAXを越えた場合（ステップ 1 0 6 · 8肯定判定）、このサブルーチンをリターンしてメインルーチンの比較工程に移行する。

なお、ステップ 1 0 6 · 6でメモリ転送された画像データは、検出器 1 0 4 · 7により検出された各画素毎の二次電子の強度値（いわゆるべ夕データ）からなるが、後段の比較工程（ステップ 1 0 5 · 3 ) で基準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を施した状態で記憶領域 1 0 4 · 1 4に格納しておくことができる。このような演算処理には、例えば、画像データのサイズ及び/又は濃度を基竿画像データのサイズ及び Z又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理などがある。更には、単純なベタデータではなく、高精細パターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの特徴を抽出した特徵マトリクスにデータ圧縮変換しておいてもよい。このような特徴マトリクスとして、例えば、 M X N画素からなる 2次元の被検査領域を、 m X n (mく M , n < N ) プロックに分割し、各ブロックに含まれる画素の二次電子強度値の総和（若しくはこの総和値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値）を、各マトリックス成分としてなる、 m X n特徴マトリックスなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ表現で記憶しておく。本発明の実施の形態でいう画像データとは、単なるべタデ —夕は勿論のこと、このように任意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含する。

次に、ステップ 1 0 5 · 3の処理の流れを図 1 0 7のフローチャートに従って説明する。先ず、制御部 1 0 4 · 8の C P Uは、基準画像記憶部 1 0 4 · 1 5 (図 1 0 4 ) から基準画像データを R A M等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ 1 0 7 • 1 )。この基準画像は、図 1 0 9では参照番号 1 0 9 · 3で表される。そして、画像番号 i を 1 にリセットし（ステップ 1 0 7 · 2 )、記憶領域 1 0 4 . 1 4から画像番号 i の被検査画像データをヮ一キングメモリ上に読み出す（ステップ 1 0 7 · 3 ) 。

次に、読み出した基準画像データと、画像 i のデータとをマッチングして、両者間の距離値 D iを算出する（ステップ 1 0 7 · 4 )。この距離値 D iは、基準画像と、被検査画像 i との間の類似度を表し、距離値が大きいほど基準画像と被検査画像との差異が大きいことを表している。この距離値 D i として類似度を表す量であれば任意のものを採用することができる。例えば、画像デ一夕が M X N画素からなる場合、各画素の二次電子強度（又は特徴量）を M X N次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、この M X N次元空間上における基準画像べクトル及び画像 iべクトル間のユークリッド距離又は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算することもできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨大になるので、上記したように m X n特徴べクトルで表した画像データ同士の距離値を演算してもよい。

次に、算出した距離値 D iが所定の閾値 T hより小さいか否かを判定する（ステツプ 1 0 7 · 5 )。この閾値 T hは、基準画像と被検査画舉との間の十分な一致を判定する際の基準として実験的に求められる。距離値 D iが所定の閾値 T hより小さい場合（ステップ 1 0 7 · 5肯定判定）、当該ゥェ一ハ Wの当該検査面 1 0 3 4には「欠陥無し」と判定し（ステップ 1 0 7 · 6 )、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像のうち 1つでも基準画像と略一致したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このように全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いので、高速判定が可能となる。図 1 0 9の例の場合、 3行 3列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く略一致していることがわかる。

距離値 1^が所定の閾値 T h以上の場合. （ステップ 1 0 7 ■ 5否定判定）、画像番号 i を 1だけインクリメントし（ステップ 1 0 7 · 7 )、インクリメントした画像番号 ( i + 1 ) が一定値 i _MAXを越えているか否かを判定する（ステツプ 1 0 7 · 8 )。画像番号 iが一定値 i _MAX を越えていない場合（ステップ 1 0 7 · 8否定判定）、再びステツプ 1 0 7 · 3に戻り、インクリメントした画像番号（ i + 1 ) について画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。

画像番号 iが一定値 i _MAX を越えた場合（ステップ 1 0 7 · 8肯定判定）、当該ゥエーハ Wの当該検査面 1 0 3 4には「欠陥有り」と判定し（ステツプ 1 0 7 · 9 )、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなければ、「欠陥有り」と判定する。

以上がステージ装置の各実施の形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。

例えば、被検査試料として半導体ゥエーハ Wを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばゥェ一八への露光用パターンが形成されたマスク等を検査対象とすることもできる。

また、本発明は、電子以外の荷電粒子線を用いて欠陥検出を行う装置にも適用できるばかりでなく、試料の欠陥を検査可能な画像を取得できる任意の装置にも適用可能である。

更に、偏向電極 1 0 4 · 9は、対物レンズ 1 0 4 ■ 4とゥエーハ Wとの間のみならず、一次電子線の照射領域を変更できる限り任意の位置に置くことができる。例えば、 £ 3偏向器 1 0 4 · 3 と対物レンズ 1 0 4 · 4との間、電子銃 1 0 4 · 1 と E X B偏向器 1 0 4 · 3との間などがある。更には、 E X B価向器 1 0 4 · 3が生成する場を制御することによって、その偏向方向を制御するようにしてもよい。即ち、 E X B偏向器 1 0 4 * 3に偏向電極 1 0 4 · 9の機能を兼用させてもよい。

また、上記実施の形態では、画像デ一夕同士のマッチングを行う際に、画素間のマツチング及び特徴べクトル間のマッチングのいずれかとしたが、両者を組み合わせることもできる。例えば、最初、演算量の少ない特徴ベクトルで高速マッチングを行い、その結果、類似度の高い被検査画像については、より詳細な画素データでマツチン ■ グを行うという 2段階の処理によって、高速化と精度とを両立させることができる。

また、本発明の実施の形態では、被検査画像の位置ずれを一次電子線の照射領域の位置ずらしのみで対応したが、マッチング処理の前若しくはその間で画像データ上で最適マッチング領域を検索する処理（例えば相関係数の高い領域同士を検出してマツチングさせる）と本発明とを組み合わせることもできる。これによれば、被検査画像の大きな位置ずれを本発明による一次電子線の照射領域の位置ずらしで対応すると共に、比較的小さな位置ずれを後段のデジタル画像処理で吸収することができるので、欠陥検出の精度を向上させることができる。

更に、欠陥検査用の電子線装置として、図 1 0 4の構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、図 1 0 4に示された欠陥検査装置の電子線照射手段（ 1 0 4 · 1 、 1 0 4 - 2 , 1 0 4 · 3 ) は、ゥエーハ Wの表面に対して垂直上方から一次電子線を入射させる形式であるが、 Ε Χ Β偏向器 1 0 4 · 3を省略し、一次電子線をゥエーハ Wの表面に斜めに入射させるようにしてもよい。

また、図 1 0 5のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステツプ 1 0 5 · 4で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し 1回の照射で試料のほぼ全検査領域をカバーできれば、ステップ 1 0 5 · 7及ぴステップ 1 0 5 · 8を省略することができる。

上詳細に説明したように本実施の形態の欠陥検査装置によれば、試料上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、これらの被検査領域の画像と基準画像とを比較することによって、試料の欠陥を検査するようにしたので、被検査画像と基準画像との位置ずれによる欠陥検査精度の低下を防止できる、という優れた効果が得られる。

更に本発明のデバイス製造方法によれば、上記のような欠陥'検査装置を用いて試料の欠陥検査を行うようにしたので、製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷防止が図れる、という優れた効果が得られる。 '

' 2— 7— 8 ) デバイス製造方法

次に、図 1 1 0及び図 1 1 1 を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施の形態を説明する。図 1 1 0は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施の形態を示すフローチヤ一トである。この実施の形態の製造工程は以下の主工程を含んでいる。

( 1) ゥエーハを製造するゥェ一八製造工程（又はゥェ一八を準備するゥエー八準備工程）（ステップ 1 1 0 · 1 )

(2) 露光に使用するマスクを'製造するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ 1 1 0 · 2)

(3) ゥエー八に必要な加工処理を行うゥェ一ハプロセッシング工程（ステップ 1 1 0 · 3 )

(4) ゥエーハ上に形成されたチップを 1個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ 1 1 1 0 · 4)

(5) できたチップを検査するチップ検査工程（ステップ 1 1 0 · 5)。

なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。これらの主工程中の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（3) のゥェ一ハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをゥエーハ上に順次積層し、メモリや MPUとして動作するチップを多数形成する。このゥエーハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。

(A) 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（CVDやスパッタリング等を用いる）

(B) この薄膜層やゥェ一ハ基板を酸化する酸化工程

(C) 薄膜層やゥェ一ハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィ一工程

(D) レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）

(E) イオン ·不純物注入拡散工程

(F) レジスト剥離工程

(G) 加工されたゥエーハを検査する工程

なお、ゥェ一ハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。

図 1 1 1は、図 1 1 0のゥェ一ハプロセッシング工程の中核'をなすリソグラフィ一工程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。

(a) 前段の工程で回路パターンが形成'されたゥエーハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ 1 1 1 · 1)

(b) レジストを露光する工程（ステップ 1 1 1 · 2) ( c ) 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程（ステップ

1 1 1 - 3 )

( d ) 現像されたレジストパターンを安定化するためのァニール工程（ステップ 1 1 1 - 4 )

上記の半導体デバイス製造工程、ゥエーハプロセッシング工程、リソグラフィーェ程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。

上記（G ) の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法'、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査も可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。

2 - 7 - 9 ) 検査

上記（G ) の検査工程における検査手順について図 1 1 2を用いて説明する。一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程（例えばエッチング、成膜、又は C M P (化学機械研磨）平坦化処理等）の後に、また、配線工程ではより微細な配線工程部分、すなわち配線工程の 1から 2工程、及び前工程のゲート配線工程等に利用されている。特に、デザイン · ルールが 1 0 0 n m以下、即ち， 1 0 0 n m以下の線幅を有する配線や直径 1 0 0 n m以下のビア · ホール等の形状欠陥や電気的欠陥を見つけ、また、プロセスにフィードバックすることが重要である。

検査されるゥエーハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、' 超精密 X— Yステージ上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定され、以後、（図 1 1 2 ) の手順に従って欠陥検査等が行われる。はじめに光学顕微鏡により、必要に応じて各ダイの位置確認や、各場所の高さ検出が行われ記憶される。光学顕微鏡はこの他に欠陥等の見たい所の光学顕微鏡像を取得し、電子線像との比較等にも使用される。次に電子光学系の条件設定を行い、電子線像を用いて、光学顕微鏡で設定された情報の修正を行レ精度を向上させる。

次いでゥエーハの種類（どの工程後か、ゥエーハのサイズは 2 0 0 mmか、 3 0 0 mmか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し、以下検査場所の指定、電子光学系の設定、検査条件の設定等を行なった後、画像取得を行ないながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行なう。セル同士の比較、ダイ比較等が、アル'ゴリズムを備えた高速の情報処理システムにより検査が行なわれ、必要に応じて C R T等に結果を出力や、メモリ一へ記憶を行なう。

欠陥にはパーティクル欠陥、形状異常（パ夕一ン欠陥）、及び電気的（配線又はビァ等の断線及び導通不良等）欠陥等が有り、これらを区別したり欠陥の大きさや、キラー欠陥（チップの使用が不可能になる重大な欠陥等）の分類を自動的にリアルタイムで行うことも出来る。特に、線幅が 1 0 0 n m以下の配線や直径 1 0 0 n m以下のビア等の前記欠陥を分類するのに有効である。電気的欠陥の検出はコントラスト異状を検出することで達成される。例えば導通不良の場所は電子線照射（ 5 0 0 e V程度 ) により、通常正に帯電し、コントラス卜が低下するので正常な場所と区別ができる。この場合の電子線照射手段とは、通常検査用の電子線照射手段以外に別途、電位差によるコントラストを際立たせるために設けた低電位（エネルギー）の雩子線発生手段（熱電子発生、 U V /光電子）をいう。検査対象領域に検査用の電子線を照射する前に、この低電位（エネルギーが例えば 1 0 0 e V以下）の電子線を発生 . 照射している。検査用の電子線を照射すること自体正に帯電させることができる写像投影方式の場合は、仕様によっては、別途低電位の電子線発生手段を設ける必要はない。また、ゥェ一ハ等の試料に基準電位に対して、. 正又は負の電位をかけること等による（素子の順方向又は逆方向により流れ易さが異なるために生じる）コントラストの違いから欠陥検出が出来る。

電位差によるコントラストは、電位コントラストデータを表示するのに有効な信号の画像に変換して表示してもよい。電位今トラスト画像を解析して、期待している値よりも高い又は低い電圧にある構造体、つまり、絶縁不良又は導通不良や欠陥を識別することができる。例えば、ゥエーハ上の異なるダイからそれぞれ電位コントラスト画像を取得し、その差異を検出することで、欠陥を認識する。また、 C A Dデータ等の設計データから被検査ダイの電位コントラスト画像と等価な画像データを生成して、この画像データとゥェ一八上の被検査ダイから取得した電位コントラスト画像との差異を検出することで欠陥を認識する。

線幅測定装置及び合わせ精度測定にも利用できる。検査されるゥ： c一八の情報、例 'えばカセットの番号、ゥェ一八の番号（又はロットナンパ）等は、これらが現在どのよ'うな位置や状態にあるか、全て記憶管理されている。したがって、誤って検査を 2 回以上行ったり、検査をしなかったりするトラブルは発生しない。

2 - 8 ) 検査方法

2 - 8 - 1 ) 概要

検査の基本的流れを、図 1 1 3に示す。まずァライメント動作 1 1 3 · 1 を含んだゥェ一ハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを'作成する（ 1 1 3 · 2 )。レシピは被検査ゥ工一八に最低 1種類は必要であるが、複数の検査条件に対応するために、 1枚の被検査ゥェ一ハに対して、複数のレシピが存在しても構わない。また同一パターンの被検査ゥエーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のゥエーハを検査しても構わない。図 1 1 3の経路 1 1 3 · 3はこの様に過去に作成されたレシピで検査する場合、検査動作直前にレシピの作成が不要である事を示している。以下、図 1 1 3において

検査動作 1 1 3 · 4は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いゥェ一ハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見するごと即時行われ、

a ) 欠陥分類（ 1 1 3 · 5 ) を行い、結果出力ファイルに抽出欠陥情報と欠陥分類情報を追加する動作

b ) 抽出欠陥画像を画像専用結果出力ファイルもじくはファイルに追加する動作 c ) 抽出欠陥の位置などの欠陥情報を操作画面上に表示する動作

をほぼ並列に実行する。

被検査ゥェ一八単位で検査が終了すると、

a ) 結果出力ファイルをクローズして保存する動作

b ) 外部からの通信が検査結果を要求する場合、検査結果を送る動作

c ) ゥエーハを排出する動作

をほぼ並列に実行する。

連続的にゥエーハを検査する設定がなされている場合、次の被検査ゥェ一八を搬送して、前記一連の動作を繰り返す。

以下、図 1 1 3フローについて、さらに詳細を述べる。

( 1 ) レシピ作成

レシピとは、検査に関係する条件等の設定ファイルであり保存する事も可能である。検査時もしくは検査前にレシピを使用して装置設定を行うが、レシピに記載された検査に関係する条件とは、

a ) 検査対象ダイ

b ) ダイ内部検査領域

c ) 検査アルゴリズム

' d ) 検出条件（検査感度等、欠陥抽出に必要な条件）

e ) 観察条件（倍率、レンズ電圧、ステージ速度、検査順序等、観察に必要な条件）

などである。具体的な c ) 検査アルゴリズムは後述する。

この中で、検査対象ダイの設定は、図 1 1 4に示される様に、操作画面に表示されたダイマップ画面に対して、検査するダイをオペレータが指定する。図 1 1 4の例では、ゥェ一ハ端面のダイ 1と前工程で明らかに不良と判定されたダイ 2をグレイァゥトして検査対象から削除し、残りを検査'対象ダイとしている。また、ゥエー八端面からの距離や前工程で検出されたダイの良否情報をもとに自動的に検査ダイを指定する機能も有している。また、ダイ内部の検査領域の設定は、図 1 1 5に示される様に操作画面に表示されたダイ内部検査領域設定画面に対して、検査領域をオペレータが光学顕微鏡もしくは E B顕微鏡により取得した画像をもとにマウス等の入力機器で指定する。図 1 1 5の例では、実線で指した領域 1 1 5 · 1 と破線で指した領域 1 1 5 · 2を設定している領域 1 1 5 · 1は、ダイのほぼ全体を設定領域としている。検査アルゴリズムは隣 - 接ダイ比較法（ダイ一ダイ検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。領域 1 1 5 · 2は、検査アルゴリズムをアレイ検査（検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。すなわち複数の検査領域の設定が可能でかつ、検査領域は、それぞれ独自の検査アルゴリズムや検査感度を条件設定出来る。また検査領域は重ね合わせる事も可能で、同じ領域に対して、異なる検査アルゴリズムを同時に処理することも可能である。

( 2 ) 検査動作

検査は、被検査ゥエー八に対して図 1 1 6の様にある走査幅に細分され走査する。走査幅は、ほぼラインセンサの長さで決まるが、ラインセンサの端部が少し重なる様に設定してある。これは検出した欠陥を最終的に統合処理する場合にライン間の連続性を判断する為や比較検査を行う際に画像ァライメントするための余裕を確保するためである。その重ね量は 2 0 4 8 ドットのラインセンサに対して 1 6 ドット程度である。

' 走査方向おょぴシーケンスを、模式的に図 1 1 7に示す。すなわち、検査時間 ^縮のために双方向動作 Aや、機械制限からの単方向動作 Bなどが、オペレータより選択出来る構成になっている。

またレシピの検査対象ダイ設定を元に走査量を減らす動作を自動演算して検査する機能も有している。図 1 1 8— 1は検査ダイ 1 1 8 · 1が 1個の場合の走査例で、不要走査は行わない。

2 - 8 - 2 ) 検査ァルゴリズム

本装置で行う検査のアルゴリズムは、大別して

1 . アレイ検査（セル検査） '

2 . ランダム検査（ダイ検査）

の 2種類である。図 1 1 8 - 2に示すように、ダイは、主にメもリに用いられる周期構造をしたセル部 1 1· 8 · 2 と、周期構造を取らないランダム部 1 1 8 · 3とに分けられる。周期構造をしたセル部 1 1 8 · 2は、比較対象が同じダイの中に複数個あるので、同じダイの中のセル同士で比較を行うことによって検査可能である。一方、ランダム部 1 1 8 · 3は、同じダイの中に比較対象がないので、ダイ同士の比較を行う必要がある。ランダム検査は比較対象により、さらに以下にように区分される。 a ) 隣接ダイ比較法（Die-Die検査）

b ) 基準ダイ比較法（Die-Any Die検査） .

c ) C A Dデータ比較法（Cad Data-Any Die検査）

一般にゴールデンテンプレート方式と呼ばれる方式は、前記 b ) とじ）を表しており、基準ダイ比較法においては基準ダイをゴールデンテンプレートとする、 C A Dデ一夕比較法おいては C A Dデ一夕をゴールデンテンプレートとする。

以下、各アルゴリズムの動作を述べる。

2 - 8 - 2—1 ) アレイ検査 (セル検査）

アレイ検査は、周期構造の検査に適用される。 D R A Mセルなどはその一例である検査は、基準とする参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。

欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐための 2次的な判定を行っても良い。

アレイ検査においては、参照画像と被検査画像の比較は構造周期単位で行われる。すなわち C C Dなどで一括取得した画像を読み出しながら 1構造周期単位で比較しても良いし、参照画像が n個の構造周期単位であれば、 n個の構造周期単位を同時に比較できる。

参照画像の生成方法の一例を図 1 1 9に示す、ここでは 1構造周期単位で比較する例を述べるので 1構造周期単位生成を表す。同じ方法で周期数を nにする事も可能である。

'前提として図 1 1 9での検査方向は Aである。また周期 4を被検査周期とする。周期の大きさはオペレータが画像を見ながら入力するので、図 1 1 9において周期 1から 6は容易に認識できる。

参照周期画像は、各画素において被検査周期直前の周期 1から 3を加算し平均して生成する。 1から 3いずれかに欠陥が存在しても平均処理されるので影響は少ない。この形成された参照周期画像と被検査周期画像 4を比較して欠陥の抽出を行う。次に被検査周期画像 5を検査する場合、周期 2から 4を加算平均して参照周期画像を生成する。以下同様に被検査周期画像取得以前に得た画像より、被検査周期画像を生成して検査を連続させる。

2 - 8 - 2— 2 ) ランダム検査 (ダイ検査）ランダム検査は、ダイの構造に制限されず適用できる。検査は、基準となる参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐため 2次的な判定を行っても良い。ランダム検査は参照画像の求め方で分類することが出来る。以下に動作を記す

A. 隣接ダイ比較法（Die-Die検査）

参照画像は、被検査画像と隣接したダイである。被検査画像に隣り合った 2つのダィと比較して欠陥を判断する。すなわち図 1 2 0と図 1 2 1において、画像処理装置のメモリ 1 2 1 · 1とメモリ 1 2 1 · 2がカメラ 1 2 1 ' 3からの経路 1 2 1 · 4 1 に接続するようスィツチ 1 2 1 · 4、スィッチ 1 2 1 · 5 設定した状況で、以下のステツプを有する。

a) 走査方向 Sに従いダイ画像 1を経路 1 2 1 · 4 1からメモリ 1 2 1 · Γに格納するステップ。

b) ダイ画像 2を経路 1 2 1 · 41からメモリ 1 2 1 · 2に格納するステップ。 c) 上記 b) と同時に経路 12 1 · 42からダイ画像 2を取得しながら、取得したダイ画像 2とダイにおける相対位置が同じであるメモリ 1 2 1 · 1に格納された画像データを比較して差分を求めるステツプ。

d) 上記 c) の差分を保存するステップ。

e) ダイ画像 3を経路 1 2 1 · 41からメモリ 1 2 1 · 1に格納するステップ。 f ) 上記 e) と同時に経路 1 2 1 · 42からダイ画像 3を取得しながら、取得したダイ画像 3とダイにおける相対位置が同じであるメモリ 1 2 1 · 2に格納された画像データを比較して差分を求めるステツプ。

g) 上記）の差分を保存するステップ。

h) 上記 d) と g) で保存された結果より、ダイ画像 2の欠陥を判定するステップ i ) 以下連続したダイにおいて a) から h) を繰り返すステップ。

設定によって、上記 c：)、 f ) において差分を求める前に、比較する 2つの画像の位置ァライメント：位置差が無くなる様に補正する。または濃度ァライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。

B. 基準ダイ比較法（Die-Any Die検¾)

オペレータにより基準ダイを指定する。基準ダイはゥエーハ上に存在するダイもしくは、検査以前に保存してあるダイ画像であり、まず基準ダイを走査もしくは転送して画像をメモリに保存、参照画像とする。すなわち図 1 2 1と図 1 2 2において、以下のステツプを有する。

a) オペレータが基準ダイを、被検査ゥェ一 Λのダイより、もしくは検査以前に保存してあるダイ画像より選択するステツプ。

b) 基準ダイが被検査ゥヱーハに存在する場合、画像処理装置のメモリ 1 2 1 · 1 もしくはメモリ 1 2 1 · 2の少なくとも一方がカメラ 1 2 1 · 3からの経路 1 2 1 · 4 1に接続するようにスィッチ 1 2 1 ' 4、スイツヂ 1 2 1 · 5を設定するステップ c) 基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、画像処理装置のメモリ 1 2 1 · 1もしくはメモリ 1 2 1 · 2の少なくとも一方がダイ画像である参照画像を保存してあるメモリ 1 2 1 · 6からの経路 1 2 1 · 7に接続するようにスィッチ 1 2 1 • 4、スィッチ 1 2 1 · 5を設定するステップ。

d) 基準ダイが被検査ゥエー八に存在する場合、基準ダイを走査して、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステツプ。

e) 基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、走査を必要とせず、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。

f ) 被検査画像を順次走査して得られる画像と、基準ダイ画像である参照画像を転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステップ。

g) 上記 f ) で得られた差分より欠陥を判定するステップ。

h) 以下連続して図 1 24で示すように基準ダイの走査位置と被検査ダイのダイ原点に対して同じ部分をゥエーハ全体について検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダィの走査位置を変更しながら上記 d) から g) を繰り返すステップ。

設定によって、上記 f ) において差分を求める前に、比較する 2つの画像の位置ァライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度ァライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。

上記 d) もしくは e) において画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも良いし、基準ダイの一部として更新しながら検査しても良い。

C. CADデータ比較法（CAD Data-Any Die検査）

図 1 2 3に示した半導体製造の工程において、 CADによる'半導体パターン設計ェ程の出力である CADデータより参照画像を作成し基準画像とする。基準画像はダイ全体もしくは検査部分を含んだ部分的な物でも良い。

またこの CADデータは、通常べクタデータであり、走査動作によって得られる画像データと等価なラスタデータに変換しないと参照画像として使用出来ない。この様に CADデータ加工作業に関して、以下の変換がなされる。

a ) C ADデータであるべク夕デ一夕をラスタデータに変換する。

b) 上記 a) は、検査時に被検査ダイを走査して得られる画像走査幅の単位で行う c ) 上記 b) は、被検査ダイを走査して得る予定の画像とダイにおける相対位置が同じである画像データを変換する。

d) 上記 c) は、検査走査と、変換作業をオーバラップして行う。

上記の a) ~d) は高速化のために画像走査幅単位の変換を行う例であるが、変換単位を画像走査幅に固定しなくても検査は可能である。また、ベクタデータをラスタデータに変換する作業に付加機能として、以下の少なくとも 1つを有する。

a) ラスタデータの多値化機能。

b) 上記 a) に関し、多値化の、階調熏み、オフセットを検査装置の感度を鑑みて設定する機能。

c) ベクタデータをラスタデータに変換した後で、膨張、収縮など画素を加工する画像処理を行う機能。

図 1 2 1において、 C ADデータ比較法による検査ステツプを示す。

a) 計算機 1で CADデータをラスタデータに変換しかつ上記付加機能で参照画像を生成してメモリ 1 2 1 ' 6に保存するステツプ。

b) 画像処理装置のメモリ 1 2 1 · 1もしくはメモリ 1 2 1 · 2の少なくとも一方がメモリ 1 2 1 · 6からの経路 1 2 1 · 7に接続するようにスィッチ 1 2 1 · 4、' スイッチ 1 2 1 · 5を設定するステツプ。

c ) メモリ 1 2 1 · 6の参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。 d) 被検査画像を順次走査して得られる画像と、参照画像が転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステツプ。

e) 上記 d) で得られた差分より欠陥を判定するステップ。

f ) 以下連続して図 1 24で示すように基準ダイの走査位置を参照画像とし被検査ダイの同じ部分をゥエーハ全体検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記 a) から e) を繰り返すステップ。

設定によって、上記 d) において差分を求める前に、比較す'る 2つの画像の位置ァライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度ァライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。

c ) において画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも良いし、基準ダイの一部として更新しながら検査しても良い。 2 - 8 - 2 - 2 ' ) セル検査とダイ検査を同時に行う方法

これまで、周期構造を検査するアレイ検査（セル検査）とランダム検査とのァルゴリズムを説明してきたが、セル検査とダイ検査を同時に行うことも可能である。つまり、セル部とランダム部をと分けて処理し、セル部ではダイ内でセル同士の比較を行うと同時に、ランダム部では、隣接するダイ、基準ダイ又は C A Dデータとの比較を行っていく。このようにすると、検査時間を大幅に短縮でき、スループットが向上する。

なお、この場合には、セル部の検査回路は別々に独立して備えるのが好適である。また、同時に検査を行わないのであれば、 1つの検査回路を有し、セル検査用とランダム検査用のソフトを切換可能に設定しておき、ソフトの切換で比較検査を実行することも可能である。つまり、パターンの検査を複数の処理のアルゴリズムを適用して処理する場合には、それらのアルゴリズムは別回路を用意して同時に処理してもよいし、それらに対応するアルゴリズムを設けて 1つの回路で切り換えて処理するようにしてもよい。いずれにせよ、セル部の類型が複数であり、それらは各々のセル同士で比較を行い更にランダム部についてダイ同士又はダイと C A Dデータで皮革を行うような場合にも、本発明は適用可能である。，

2 - 8 - 2 - 3 ) 7オーカスマッピング

フォーカス機能の基本的流れを、図 1 2 5に示す。まずァライメント動作を含んだゥェ一ハ搬送の後、 '検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する。このレシピの 1つとしてフォーカスマップレシピがあり、ここで設定されたフォーカス情報に従い、検査動作およびレビュ一動作時にオートフォーカスが行われる。以下、フォー力スマツプレシピの作成手順及ぴォートフォーカスの動作手順を説明する。

フォーカスマップレシピの作成手順

フォーカスマップレシピは、例においては独立的な入力画面を有しており、ォペレ一夕は次のステップを実行してレシピを作成するが、別の目的で設けられた入力画面に付加することもできる。

a ) フォーカス値を入力するダイ位置やダイの中のパターン等、フォーカスマップ座標を入力するステツプ。図 1 2 6のスィッチ 1 2 6 · 1 。

b ) フォーカス値を自動測定する場合に必要な、ダイパターンを設定するステップ。このステップはフォーカス値を自動測定しない場合、スキップ出来る。

c ) 上記 a ) で決められたフォーカスマップ座標のペストフォーカス値を設定する、ステップ。

この中で、 a ) のステップではオペレータが任意のダイを指定する事も出来るが、全てのダイの選択や、 n個毎のダイの選択などの設定も可能である。また入力画面はゥェ一ハ内のダイ配列を模式的に表現した図でも、実画像を使った画像でもオペレー夕が選択できる。

この中で、 C ) のステップではオペレータがマニュアルでフォーカス用電極の電圧値に連動したフォーカススィツチ 1 26 · 2で設定するモ一ド（図 1 26のスィッチ 1 2 6 · 3)。自動的にフォーカス値を求めるモ一ドモード（図 1 26のスィッチ 1 2 6 - 4) で選択■ 設定する。

フォーカス値自動測定手順

上記 c) のステップで自動的にフォーカス値を求める手順は、例えば図 1 2 7において

a) フォーカス位置 Z = 1の画像を求めそのコントラストを計算する。

b) 上記 a) を Z = 2， 3， 4でも行う。

c ) 上記 a)、 b) で得られたコントラスト値から回帰させコントラスト関数を求める（図 1 2 7 )

d) コントラスト関数の最大値を得る Zを計算で求め、これをべストフォーカス値とする。

例えば、フォーカス値を自動測定する場合に必要なダイパターンは図 1 28の様なライン &スペースが選択された場合、良い結果を示すが、コントラストは白黒パターンがあれば形状によらず計測出来る。

a) から d) を行うことで 1点のベストフォーカス値が求まる。この時のデータ形式は（X, Y, Z) XY ：フォーカスを求めた座標、 Z ：べストフォ一カス値のセットであり、フォーカスマップレシピで決められたフォーカスマップ座標数（X, Y , Z ) が存在することになる。これをフォーカスマップレシピの一部でフォーカスマップファイルと呼ぶ。

ォ一トフォ一カスの動作手順

ラオ一カスマップレシピから、画像を取得する検査動作、レビュー動作時にフォーカスをべストフォーカスに設定する方法は次のステツプでなされる。

a) フォーカスマツプレシピの作成時に作成されたフォーカスマツプファイル 1を元に位置情報をさらに細分化して、この時のべストフォーカスを計算で求め細分化したフォーカスマップファイル 2を作成する。

b) 上記 a) の計算は、補間関数で行う。 '

c ) 上記 b) の補間関数は、リニア補間やスプライン補間等でフォーカスマップレシピの作成時にオペレータにより指定される。

d) ステージの XY位置を監視して、現在の XY位置に適したフォーカスマップフアイル 2に記載されたフォーカス値にフォーカス用電極の電圧を変更する。さらに具体的に説明すると、図 1 2 9において、黒丸がフォーカスマップファイル 1のフォーカス値、白丸がフォーカスマップファイル 2のフォーカス値であり、 1 . フォーカスマップファイルのフォーカス値の間をフォーカスマップファイルのフォ一カス値で補間している。

2 . 走査に従いフォーカス位置 Zを変化させべストフォーカスを維持している。この時フォーカスマップファイル（白丸）の間は、次の変更する位置まで値が保持されている。

2 - 8 - 2 - 4 ) リソマ一ジン測定

以下、リゾマージン測定に関する実施の形態を説明する。

( 1 ) 実施の形態 1 0 (リソマージン測定 1 )

概要

1 . 露光機の条件の範囲およびべスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。

2 . 検査装置の応用方法であって、電子ビーム写像方式や走査方法に限定されない。すなわち、光を用いる方式、電子ビーム方式、及び、これらと写像方式又は走査方式を任意に組み合わせた方式を用いた方法でもよい。

3 . 基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）の応用

図 1 3 0は、実施の形態 1の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。

工程 1 3 0 · 1では、例として図 1 3 1に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ 2次元的にゥエーハ上に露光した。また、 1 ショット = 1ダイのィメージパターンとした。

多くのステッパー露光機では、一般的に T E S T露光と呼ばれる、自動的にパラメ一夕を変化させ露光する機能を有しているので、この機能をそのまま使用しても構わな^。

工程 1 3 0 ■ 2では、現像、レジスト剥離、エッチング、 C V D、 C M P , メツキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メツキまでの工程を行つている。好ましくは、レジスト観察が望ましい。

工程 1 3 0 · 3の詳細を図 1 3 2により説明する。この工程'は、工程 1 3 0 · 4を行う検査装置のオペレータによって設定された画像のコントラストを計測する機能を使用して、ダイパターンの最小ライン & ペース部をコントラスト計測するエリァと登録し以下の作業をした。

まず露光時間の上限 D bと下限 D aを求めた。 D b以上の露光時間と D a以下の露光時間ではコントラスト値が極めて低かったので検査対象外とする。図 1 3 2でのグレイアウト部分。

次に、フォーカス値の上限 F bと下限 F aを求めた。 F b以上のフォーカス値と F a以下のフォーカス値ではコントラスト値が極めて低かったので検査対象外とする。図 1 3 3でのグレイアウト部分。

次に、 D aと D bの真ん中のダイ列 D s と、 F aと F bの真ん中のダイ列 F s の交点であるダイをべスト露光条件ショットと選択した。これらべスト露光条件ショットを選択する工程は、すべて自動で行われる。

工程 1 3 0 · 4では、図 1 3 2の基準ダイを参照画像として、白いダイを被検査画像として、基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）により検査する。

工程 1 3 0 · 5は、 1 3 0 · 4の検査結果を用いて露光条件の判定を行。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン及びスペースが解像しない事や、パターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなつていない。

工程 1 3 0 · 5の具体的な手順は、

1 ) フォーカスマ一ジンを求めるのが優先なので、露光時間は図 1 3 2の D s と固定して、フォーカス値と欠陥個数の関係を求める（図 1 3 3 )

2 ) この時、フォーカス値の判定基準は、露光条件により欠陥が 1つも発生しない条件としてあるので、結論として、露光条件として許されるフォーカス値は F 1から F 2である。

3 ) F 1 と F 2が具体的に、どのような露光機表現の数値 ·単位であるかは、露光機^ら R s 2 3 2 cもしくは E t h e r n e tで接続された通信経路を通して、ダイの位置とその露光条件を転送すれば、簡単に演算できる。本装置では露光条件としての良否判定と共に、露光機にそのまま入力可能な値に変換して表示する機能も有している。

4 ) また、専用通信経路や S E M I規格等の通信経路を使用すれば、本検査装置の結果を露光機へフィードバックすることも出来る。以上の手順'を更に露光条件（露光時間）を変えて行い、 · フォーカスと露光のマージンを定める。

( 2 ) 実施の形態 1 1 (リソマージン'測定 2 )

概要

露光機の条件の範囲およびぺスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。 1 . 検査装置の応用方法であって、電子ビーム写像方式や走査方法に限定されない

。光方式、電子ビーム方式、及び、これらと写像方式又は走査方式を組み合わせた方式が利用できる。

2 . C A Dデータ比較法（Cad Data-Any Die検査）の応用。

図 1 3 4は、実施の形態 2の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。

工程 1 3 4 · 1では、例として図 1 3 5に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ、 2次元的にゥエーハ上に露光した。また 1 ショット = 1ダイのイメージパターンとした。

多くのステッパー露光機では、一般的に T E S T露光と呼ばれる、自動的にパラメ一夕を変化させ露光する機能を有しているので、この機能をそのまま使用しても構わない。

工程 1 3 4 · 2では、現像、レジスト剥離、エッチング、 C V D、 C M P、メツキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メツキまでの工程を行つている。好ましくは、レジストの段階の観察ですませるのがよい。

工程 1 4 3 · 3ではなるべくべストな状態にしたい基準画像を、露光したショットパターンの C A Dデ一夕から生成する。この時、画像データであるラスタデータの多値化をしている。図 1 3 6に示すように、例えばパターン A、パターン B、パターン Cというそれぞれ線幅の異なるパターンにおいて、パターン Bに比べてパターン Cはより細密であるが、経験的にパターンの白のレベルを比較した時、パターン Bに比べてパターン Cの白のレベルの方がより黒に近づき、パターンの黒のレベルを比較した時、パターン Bに比べてパターン Cの黒のレベルの方がより白に近づく、従って単純に画像として黒と見える値と白と見える値の 2値では無く、パターンの形状や粗密やゥエーハ上のパターン位置などを考慮して、画像データの多値化をする。

また同時に観察系の設定条件やチヤージアツプゃ磁塲等の影響も加味して、実際に観察して得られる画像と C A Dデータから生成された画像データを比較したさいに疑似欠陥として認識されない様に、 C A Dデ一夕から生成された画像データを画像処理する。

工程 1 3 4 · 4では、 1 3 4 · 3で生成した画像を参照画像'として、ウェア上のダィを被検査画像として、ダイ比較して検査する。

工程 1 3 4 · 5は、 1 3 4 · 4の検査'結果を用いて露光条件の判定を行う。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン &スペースが解像しない事や、パターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなっていない。

工程 1 34 · 5の具体的な手順は、

1) フォーカスマージンを求めるのが優先なので、露光時間は経験的に得られている固定値にして、この場合のフォーカス値と欠陥個数の関係を求める（図 1 3 7)。

2) この時、フォーカス値の判定基準は、露光条件により欠陥が 1つも発生しない条件としてあるので、結論として、露光条件として許されるフォーカス値は F 1から F 2である。

3) F 1と F 2が具体的に、どのような露光機表現の数値 ·単位であるかは、露光機から R s 2 32 cもしくは E t h e r n e tで接続された通信経路を通して、ダイの位置とその露光条件を転送すれば、簡単に演算できる。本装置では露光条件としての良否判定と共に、露光機にそのまま入力可能な値に変換して表示する機能も有している。

4) また専用通信経路や S EM I規格等の通信経路を使用すれば、本検査装置の結果を露光機へフィードバックすることも出来る。

以上、露光条件のリソマ一ジン測定について述べたが、露光用マスクであるレチクル又はステンシルマスクを検査してもよい。この場合には、露光条件決めの検査を簡略化できる。

3 他の実施の形態

3— 1) ステージ装置の変形例

図 1 3 8は，本発明による検出装置におけるステージ装置の一変形例を示す。ステージ 1 38 · 1の Y方向可動部 1 38 · 2の上面には + Y方向と一 Y方向（図 1 39で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板 1 3 8 · 4が取り付けられ、 X方向可動部 1 3 8 · 4の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部 1 3 8 · 5が構成されるようになっている。また、 X方向可動部 1 38 · 4の上面にも同様の仕切り板 1 3 8 · 6が ±X方向（図 1 3 8の（A) で左右方向）に張り出すように構成されており、ステージ台 1 3 8 · 7の上面との間に常に絞り部 1 3 8 . 8が形成されるようになつている。ステージ台 1 3 8 · 7は、ハウジング 1 3 8 · 9内において底壁の上に公知の方法で固定されている。

このため、試料台 1 3 8 · 1 0がどの'位置に移動しても常に絞り部 1 3 8 . 5及び 1 38 · 8が形成されるので、可動部 1 38 · 2及び 1 38 · 4の移動時にガイド面 1 38 - 1 1 , 1 3 8 - 1 2からガスが放出されても、絞り部 1 38 . 5及び 1 3 8 。 8によって放出ガスの移動が妨げられるため、荷電ビームが照射される試料近傍の空間 1 3 8 . 1 3の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。

ステージの可動部 1 3 8 · 2の側面及び下面並びに可動部 1 3 8 · 4の下面には、静圧軸受け 1 3 8 · 14の周囲に、図 1 40に示されるような差動排気用の溝が形成されていてこの溝によって真空排気されるため、絞り部 1 3 8 · 5、 1 3 8 · 8が形成されている場合は、ガイド面からの放出ガスはこれらの差動排気部によって主に排気されることになる。このため、ステージ内部の空間 1 3 8 · 1 5や 1 3 8 . 1 6の圧力は、チャンパ C内の圧力よりも高い状態になっている。したがって、空間 1 38 • 1 5、 1 3 8 · 1 6を、差動排気溝 1 40 · 1や 140 · 2で排気するだけでなく、真空排気する齒所を別に設ければ空間 1 3 8 · 1 5、 1 3 8 - 1 6の圧力を下げることができ、試料近傍 1 3 8 · 1 3の圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真空排気通路 1 3 8 ' 1 7と 1 3 8 ' 1 8とが設けられている。排気通路はステージ台 1 3 8 · 7及びハウジング 1 3 8 · 9を貫通してハウジング 1 3 8 · 9の外部に通じている。また、排気通路 1 38 · 1 8は X方向可動部 1 38 · 4に形成され、 X方向可動部 1 38 · 4の下面に開口している。

また、仕切り板 1 3 8 · 3、 1 3 8 · 6を設置すると、チャンパと仕切り板が干渉しないようにチャンバを大きくする必要が生じるが、仕切り板を伸縮可能な材料や構造にすることによってこの点を改善することが可能である。この実施の形態としては、仕切り板をゴムで構成したり蛇腹状にして、その移動方向の端部を、仕切り板 1 3 8 - 3の場合は X方向可動部 1 38 · 4に、仕切り板 1 38 · 6の場合はハウジング

1 38 · 9の内壁にそれぞれ固定する構成とすることが考えられる。なお、 1 38 . 1 9は鏡筒である。

図 14 1はステージ装置の第 2の変形例を示している。この実施態様では、鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部 141 · 1の周囲に、試料 Wの上面との間に絞り部がきるように円筒状の仕切り 14 1 · 2が構成されている。このような構成では、 XYステージからガスが放出されてチヤンパ C内の圧力が上昇しても、仕切りの内部

1 1 - 3は仕切り 14 1 · 2で仕切られており真空配管 14 1 . 4で排気されているので、チャンパ C内と仕切りの内部 141 · 3との間に圧力差が生じ、仕切り内部の空間 14 1 · 3の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り 1 4 1 · 2と試料面との隙間は、チャンパ C内と照射部 141 · 1周辺の圧力をどの程度に'維持するかによって変わるが、凡そ数十 mないし数 mm程度が適当である。なお、仕切り 141 · 2内と真空配管とは公知の方法により連通されている。

また、荷電ビーム照射装置では、試料 Wに数 kV程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料を試料の近傍に設置すると放電を起こす恐れがある。この場合には、仕切り 1 4 1 · 2の材質をセラミックス等の絶縁物で構成すれば、試料 Wと仕切り 1 1 - 2との間で放電を起こすことがなくなる。

なお、試料 W (ゥェ一ハ）の周囲に配置したリング部材 1 4 1 · 5は試料台 1 4 1 - 6に固定された板状の調整部品であり、ゥエーハのような試料の端部に荷電ビームを照射する場合であっても、仕切り 1 4 1 · 2の先端部全周に亘つて微小隙間 1 4 1 • 7が形成されるように、ゥエー八と同一の高さに設定されている。これによつて、 • 試料 Wのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕切り' 1 4 1 · 2の先端部には常に一定の微小隙間 9 5 2が形成され、鏡筒先端部周囲の空間 1 4 1 · 3の圧力を安定に保つことができる。

図 1 4 2には別の変形例が示されている。鏡筒 1 3 8 · 1 9の荷電ビーム照射部 1 4 1 - 2の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り 1 4 2 · 1が設けられている。仕切り 1 4 2 · 1は円筒状の形状をしており、. その内部に円周溝 1 4 2 · 2が形成され、その円周溝からは上方に排気通路 1 4 2 · 3が延びている。その排気通路は内部空間 1 4 2 - を経由して真空配管 1 4 2 · 5に繋がれている。仕切り 1 4 2 · 1の下端は試料 Wの上面との間に数十； mないし数 mm程度の微小隙間を形成している。このような構成では、ステージの移動に伴ってステージからガスが放出されてチヤンバ C内の圧力が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部 1 4 1 · 2にガスが流入しようとしても、仕切り 1 4 2 · 1が試料 Wとの隙間を絞ってコンダクタンスを非常に小さくしているためガスは流入を邪魔され流入量は減少する。更に、流入したガスは ' 、円周溝 1 4 2 · 2から真空配管 1 4 2 · 5へ排気されるため、荷電ビーム照射部 1 4 1 · 2の周囲の空間 1 4 1 · 6へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照射部 1 4 1 · 2の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。

図 1 4 3において、さらに他の変形例が示されている。チャンバ Cと荷電ビーム照射部 1 4 1 · 1の周囲には仕切り 1 4 3 · 1が設けられ、荷電ビーム照射部 1 4 1 · 1 ¾チャンバ Cから隔てている。この仕切り 1 4 3 · 1は、銅やアルミ二ユウム等の熱伝導性の良い材料からなる支持部材 1 4 3 · 2を介して冷凍機 1 4 3 · 3に連結されており、一 1 0 0 °Cないし— 2 0 0 °C程度に冷却されている。部材 1 4 3 · 4は冷却されている仕切り 1 4 3 · 1 と鏡筒 1 3 8 · 1 9の間の熱伝導を阻害するためのものであり、セラミックスや樹脂材等の熱伝導性の悪い材料から成っている。また、部材 1 4 3 · 5はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り 1 '4 3 · 1の下端に形成され試料 Wと仕切り 1 4 3 · 1が放電することを防ぐ役割を持っている。

このような構成により、チャンパ C内から荷電ビーム照射部に流入しょうとするガス分子は、仕切り 1 4 3 · 1で流入を阻害される上、流入しても仕切り 1 4 3 · 1の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム照射部 1 4 3 · 6の圧力を低く保つことができる。

なお、冷凍機としては、液体窒素による冷却や、 H e冷凍機、パルスチューブ式冷凍機等の様様な冷凍機が使用できる。

図 1 4 4において、さらに他の変形例が示されている。ステージの両可動部には、図 1 3 8に示したのと同様に仕切り板 1 4 4 · 1、 1 4 4 · 2が設けられており、試料台 1 4 4 · 3が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによってステージ内の空間 1 4 4 · 4とチャンバ C内とが絞り 1 4 4 · 5、 Γ4 4 · 6を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部 1 4 1 · 1の周りには図 1 4 1 に示したのと同様の仕切り 1 4 4 - 7が形成されており、チャンバ C内と荷電ビーム照射部 1 4 1 · 1のある空間が絞り 1 4 4 · 8を介して仕切られている。このため、ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間 1 4 4 · 4に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チャンバ Cの圧力上昇は低く抑えられ、空間 1 4 4 · 9の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射空間 1 4 4 · 9の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り 1 4 4 · 7に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り 1 4 2 · 1 としたり、図 1 4 2に示したように冷凍機で冷却された仕切りとすることによつ τ

、空間 1 4 4 · 9を更に低い圧力で安定に維持することができるようになる。

これらの実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。

( 1 ) ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。

( 2 ) 静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによつて荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。

( 3 ) 荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射鏔域の真空度を安定に保ち易くなる。

( 4 ) 真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の 3室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力'変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。

( 5 ) ステージが移動した時の圧力上昇'を低く抑えることが可能になる。

( 6 ) ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑えることが可能である。

( 7 ) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射頜域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検査装置を提供することができる。

(8) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。

(9) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定じた装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。なお、図 1 38〜図 144のステージ装置を図 1 3のステージ 1 3 · 6に適用できることは明らかである。

図 1 4 5ないし図 147を参照して、本発明による XYステージの他の実施の形態を説明する。なお、図 148の従来例及び実施の形態において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。なお、の明細書中で「真空」とは当該技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。

図 1 4 5において、 XYステージの他の実施態様が示されている。荷電ビームを試料に向かって照射する鏡筒 1 45 · 1の先端部すなわち荷電ビーム照射部 14 5 - 2 が真空チャンバ Cを画成するハウジング 145 · 3に取り付けられている。鏡筒 14 5 · 1の直下には、 XYステージ 145 · 4の X方向（図 14 5において左お方向）の可動テーブル上に載置されている試料 Wが配置されるようになっている。この試料 Wは高精度な X Yステージ 1 45 · 4によって、その試料面上の任意の位置に対して正確に荷電ビームを照射させることができる。

X Yステージ 145 ' 4の台座1 45 ' 5はハウジング 14 5 · 3の底壁に固定され、 Y方向（図 1 45において紙面に垂直の方向）に移動する Yテーブル 14 5 · 6 が台座 1 45 · 5の上に載っている。 Yテーブル 145 . 6の両側面（図 145において左右側面）には、台座 1 45 · · 5.に載置された一対の Y方向ガイド 14 5 · 7 及ぴ 1 4 5 · 8の Yテーブルに面した側に形成された凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝は Y方向ガイドのほぼ全長に亘つて Y方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け 1 45 · 9、 145 • 1 0、 14 5 - 1 1 , 1 5 · 1 2がそれぞれ設けられ、これらの静圧軸受けを介して高圧ガスを吹き出すことにより、 Yテーブル 145 · 6は Y方向ガイド 1 4 5 - 7、 14 5 · 8に対して非接触で支持され、 Y方向に円滑に往復運動できるようになつている。また、台座 1 45 ' 5と Yテーブル 1 45 · 6との間には、公知の構造のリニァモータ 14 5 · 1 3が配置されており、 Y方向の駆動をそのリニアモータで行うようになっている。 Yテーブルには、高圧ガス供給用のフレキシブル配管 1 45 · 1 4によって高圧ガスが供給され、 Yテーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を通じて上記静圧軸受け 14 5 ' 1 0なぃし 1 4 5 ' 9及び 1 45 · 1 2ないし 14 5 · 1 1に対して高圧ガスが供給される。静圧軸受けに供給された高圧ガスは、 Y方向ガイドの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出して Yテーブルを案内面に対して X方向と Z方向（図 14 5において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。

Yテ一ブル上には Xテーブル 1 45 · 1 4が X方向（図 14 5において左お方向）に移動可能に載置されている。 Yテーブル 14 5 · 6上には Yテ一ブル用の Y方向ガイド 14 5 · 7、 14 5 - 8と同じ構造の一対の X方向ガイド 145 · 1 5 ( 1 45 • 1 6 ) ( 1 45 · 1 5のみ図示）が Xテーブル 1 4 5 · 14を間に挟んで設けられている。 X方向ガイドの Xテーブルに面した側にも凹溝が形成され、 Xテーブルの側部（X方向ガイドに面した側部）には凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝は X方向ガイドのほぼ全長に亘つて伸びている。凹溝内に突出する X方向テ一ブル 145 · 1 4の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け 145 · 9、 1 5 · 1 0、 14 5 - 1 7, 145 - 1 1、 14 5 . 1 2、 14 5 . 1 8と同様の静圧軸受け（図示せず）が同様の配置で設けられている。 Υテーブル 1 45 · 6と Xテーブル 1 5 · 14との間には、公知の構造のリニアモータ 14 5 · 1 9が配置されており、 Xテ一ブルの X方向の駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そして、 X テーブル 145 · 14にはフレキシブル配管 145 · 20によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けから X方向ガイドの案内面に対して噴出されることによって、 Xテ一ブル 14 5 - 1 4が Υ方向ガイドに対して高精度に非接触で支持されている。

真空チャンパ Cは公知の構造の真空ポンプ等に接続された真空配管 145 · 2 1、 145 · 22、 14 5 · 23によって排気されている。配管 1 45 . 22、 1 4 5 · 2 3の入口側（真空チャンバ内側）は台座 14 5 · 5を貫通してその上面において、 ΧΥステージ 14 5 · 4から高圧ガスが排出される位置の近くで開口しており、真空チャンパ内の圧力が静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。

鏡筒 145 · 1の先端部すなわち荷電ビーム照射部 145 · 2の周囲には、差動排気機構 145 · 24が設けられ、真空チャンバ C内の圧力が高くても荷電ビーム照射空間 145 · 2 5の圧力が十分低くなるようにしてある。すなわち、荷電ビーム照射部 145 · 2周囲に取り付けられた差動排気機構 1 45 · 24の環状部材 14 5 · 2 6は、その下面（試料 W側の面）と試料との間で微少隙間（数ミクロンから数百ミクロン） 145 · 2 7が形成されるように、ハウジング 145 · 3に対して位置決めされており、その下面には環状溝 14 5 · 2 8が形成されている。環状溝 1 45 . 2 8 は排気管 14 5 · 2 9により図示しない真空ポンプ等に接続されている。したがって、微少隙間 14 5 · 27は環状溝 145 ' 28及び排気口 14 5 · 2 9を介して排気され、真空チヤンバ Cから環状部材 145 · 2 6によって囲まれた空間 1 45 · 2 5 内にガス分子が侵入しょうとしても、排気されてしまう。これにより、荷電ビーム照射空間 145 · 2 5内の圧力を低く保つことができ、荷電ビームを問題なく照射することができる。この環状溝は、チャンバ内の圧力、荷電ビーム照射空間 1 45 · 2 5 内の圧力によっては、二重構造或いは三重構造にしてもよい。 .

静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、試料表面に付着して荷電ビーム照射空間の真空度を悪化させてしまうからである。なお、以上の説明において、試料 Wは通常 Xテーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外し可能に保持したり XYステージ 14 5 · 4に対して微少な位置変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置されているが、試料台の有無及びその構造は本実施の形態の要旨には関係ないので、説明を簡素化するために省略されている。

以上に説明した荷電ビーム装置では、大気中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステージと同等の高精度の XYステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで荷電ビーム装置用の XYステージに対して実現できる。なお、以上説明した静圧ガイドの構造や配置及ぴァクチユエ一夕（リニアモータ）はあくまでも一実施の形態であり、大気中で使用可能な静圧ガイドゃァクチユエ一夕ならば何でも適用できる。

次に、 .差動排気機構の環状部材 145 · 2 6及びそれに形成される環状溝の大きさの数値例を図 146に示す。なお、この例では環状溝は 1 46 · 1及び 1 46 · 2の二'重構造を有しており、それらは半径方向に隔てられている。

静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ 2 0 LZrn i n (大気圧換算）程度である。真空チャンバ Cを、内径 5 0mmで長さ 2 mの真空配管を介して 2 0 0 0 0 L/m i nの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約 1 6 0 P a (約 1. 2 T o r r) となる。この時、差動排気機構の環状部材 1 46 · 3及び環状溝等の寸法を、図 1 46'に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間 1 4 1 · 1内の圧力を 1 0-⁴P a ( 1 0 -⁶T o r r ) にすることができる。

図 147において、 XYステージの他の実施態様が示されている。ハウジング 14 7 · 1によって画成された真空チャンパ Cには、真空配管 147 . 2、 1 47 . 3を介してドライ真空ポンプ 147 · 4が接続されている。また、差動排気機構 1 47 · 5の環状溝 1 47 · 6は排気口 147 · 7に接続された真空配管 1 47 · 8を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ 1 47 · 9が接続されている。更に、鏡筒 1 47 · 1 0の内部は、排気口 147 · 1 1に接続された真空配管 147 . 1 2を介して、ターボ分子ポンプ 147 · 1 3が接続されている。これらのターボ分子ポンプ 1 47 · 9、 1 47 · 1 3は、真空配管 1 4 7 · 14、 14 7 · 1 5によってドライ真空ポンプ 14 7 · 4に接続されている。図では、ターボ分子ポンプの粗きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを 1含のドライ真空ポンプで兼用したが、 X Υステ一ジの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンパの容積や内表面積、真空配管の内径や長さに応じて、それらを別系統のドライ真空ポンプで排気する場合も考えられる。

ΧΥステージの静圧軸受けには、フレキシブル配管 147 · 1 6、 147 · 1 6を通して高純度の不活性ガス（Ν2ガス、 A rガス等）が供給される。静圧軸受けから噴出したこれらのガス分子は真空チャンバ内に拡散し、排気口 147 · 1 8、 1 47 · 1 9、 14 7 - 20を通してドライ真空ポンプ 147 · 4によって排気される。また、差動排気機構や荷電ビーム照射空間に侵入したこれらのガス分子は環状溝 1 47 • 6或いは獰筒 147 . 1 0の先端部から吸引され、排気口 1 47 · 7及ぴ 14 7 · 1 1を通ってターボ分子ポンプ 147 · 9及び 147 ■ 1 3によって排気され、ターポ分子ポンプから排出された後ドライ真空ポンプ 147 · 4よって排気される。このように、静圧軸受けに供給された高純度不活性ガスはドライ真空ポンプに集められて排出される。

一方、ドライ真空ポンプ 147 · 4の排気口は、配管 1 47 · 2 1を介して圧縮機 1 47 - 22に接続され、圧縮機 1 47 . 22の排気口は配管 1 47 · 2 3、 1 47 • 24、 147 · 2 5及びレギユレ一夕 147 · 26、 147 · 2 7を介してフレキシプル配管 1 47 · 1 6、 147 · 1 7に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ 147 · 4から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機 1 47 * 22によって再び加圧されレギユレ一夕 147 · 2 6、 147 - 2 7で適正な圧力に調整された後、再び ΧΥテーブルの静圧軸受けに供給される。

なお、静圧軸受けに供給されるガスは上述したようにできるだけ高純度にし、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ、ドライボンプ及び圧縮機は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。また、圧縮機の排出側配管 147 '· 2 3の途中にコールドトラップやフィルタ等（ 1 47 · 2 8 ) を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることも有効である。こうすることによって、高純度不活性ガスを循環させて再利用できるので、高純度不活性ガスを節約でき、また、本装置が設置された部屋に不活性ガスをたれ流さないので、不活性ガスによる窒息等の事故が発生する恐れもなくすことができる。

なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系 147 · 2 9が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンバ Cや真空配管 1 47 · 8、 1 47 - 1 2, 14 7 · 14、 14 7 - 1 5 , 1 47 - 2, 1 7 - 3及び加圧側配管 147 · 2 1、 1 47 - 2 3 , 1 47 - 24, 147 . 2 5、 147 - 3 0を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。また、ドライ真空ポンプ 147 · 4に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ 147 · 4と圧縮機 147 · 2 2を 1台のポンプで兼ねさせることも可能である。

更に、鏡筒の排気に用いる超高真空ポンプには、ターボ分子ポンプの代わりにィォンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合は、この部分には循環配管系を構築することはできないことになる。また、ドライ真空ポンプの代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することももちろん可能である。

図 149において、本実施の形態による荷電ビーム装置の光学系及び検出器が模式的に示されている。光学系は鏡筒内に設けられているが、この光学系及び検出器はあくまでも例示であり、必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。荷電ビーム装置の光学系 149 · 1は、荷電ビームをステージ 1 49 · 2上に載置された試料 W に照射する一次光学系 149 ' 3と、試料から放出された二次電子が投入される二次光学系 149 · 4とを備えている。一次光学系 149 · 3は、荷電ビームを放出する電子銃 149 · 5と、電子銃 149 · 5から放出された荷電ビームを集束する 2段の静電レンズからなるレンズ系 149 · 6と、偏向器 1 49 · 7と、荷電ビームをその光 ί由が対象の面に垂直になるように偏向するウィーンフィル夕すなわち Ε XB分離器 149 · 8と、 2段の静電レンズからなるレンズ系 1 49 · 9とを備え、それらは、図 1 49に示されるように電子銃 1 49 · 5を最上部にして順に、荷電ビームの光軸が試料 Wの表面（試料面）に鉛直な線に対して傾斜して配置されている。 EXB偏向器 1 49 · 8は電極 149 · 1 0、び磁石 149 . 1 1を備えている。

二次光学系 1 49 · 4は試料 Wから放出された二次電子が投入される光学系で、一次光学系の E XB型偏向器 149 · 8の上側に配置された 2段の静電レンズからなるレンズ系 149 · 1 2を備えている。検出器 149 · 1 3は、二次光学系 1 4 9 - 4 を介して送られた二次電子を検出する。上記光学系 149 · 1及び検出器 14 9 - 1 3の各構成要素の構造及び機能は従来のものと同じであるから、それらについての詳細な説明は省略する。

電子銃 1 4 9 · 5から放出された荷電ビームは、電子銃の正方形開口で整形され、 2段のレンズ系 1 4 9 · 6によって縮小され、偏光器 1 4 9 · 7で光軸を調整されて E X B偏向器 1 4 9 · 8の偏向中心面に一辺が 1 . 9 2 5 mmの正方形に結像される。 5 3徧向器 1 4 9 · 8は、試料の法線に垂直な平面内において、電界と磁界とを直交させた構造となっており、電界、磁界、電子のエネルギの関係が一定の条件を満たす時には電子を直進させ、それ以外の時にはこれら電界、磁界及び電界のエネルギの相互の関係により所定方向に偏向されるようになっている。図 1 4 9においては、電子銃からの荷電ビームを試料 Wに垂直に入射させ、また試料から放出された二次電子を検出器 1 4 9 · 1 3の方向に直進させるように設定されている。 E X B偏光器で偏向された成形ビームはレンズ系 1 4 9 · 9で 1ノ 5に縮小されて試料 Wに投影される。試料 Wから放出されたパターン画像の情報を持った二次電子はレンズ系 1 4 9 · 9 、 1 4 9 - 4で拡大され、検出器 1 4 9 · 1 3で二次電子画像を形成する。この 4 段の拡大レンズは、レンズ系 1 4 9 · 9が対称ダブレットレンズを形成し、レンズ系 1 4 9 · 1 2もやはり対称ダブレツトレンズを形成しているので無歪みレンズとなつている。

本実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。

( 1 ) 大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ（差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うことができる。

( 2 ) 荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料への処理を安定化させることができる。

( 3 ) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提供することができる。

( 4 ) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供することができる。

( 5 ) ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。

3— 2 ) 電子線装置の他の実施の形態

さらに、この写像投影方式の課題解決を考慮した、もう 1つの方式として一次電子線を複数とし、前記複数の電子線を二次元（X— Y方向）に走査しながら（ラスタ一スキャン）試料表面の観察領域を照射するものであり、二次電子光学系は写像投影方式を採用した方式がある。

この方式は、前述の写像投影方式の利点を持つとともに、この写像方式の課題である、（ 1 ) 電子線を一括照射するために、試料表面上でチャージアップしやすいこと、（2 ) 本方式で得られる電子線電流に限界が有り（ 1 . 6 A程度）検査速度向上の妨げとなっていること、については複数の電子線を走査することにより解決できる。即ち、電子線照射点が移動するので電荷が逃げやすく、チャージアップが減少する。また、複数の電子線の本数を増やすことにより、容易に電流値を増加できる。実施の形態においては 4本の電子線を使う場合、一本の電子耩電流が 5 0 0 n A (電子線の径 1 0 μ πι) で合計 2 ;ti Aが得られている。 1 6本程度には容易に電子線の数を増やすことが可能であり、この場合で 8 μ Aを得ることが原理的に可能である。複数の電子線の走査は複数の電子線による照射量が、照射領域に均一になるように照射されれば良いので、前記のようにラスタスキャンに限らず、リサージュ図形などの他の形状の走査形状でも良い。従って、ステージの走査方向は複数の電子線の走査方向に垂直である必要は無い。

3 - 2 - 1 ) 電子銃 (電子線源）

この実施の形態で用いられる電子線源として熱電子線源を使用している。電子放出 (ェミッタ）材は L a B 6である。髙融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。複数の電子線を得るために、 2通りの方法を用いている。一つは一本のェミッタ（突起が一つ）から一本の電子線引き出し、複数の穴のあいた薄板（開口板）を通すことにより、複数の電子線を得る方法、もう一つの方法は一本のエミッタに複数の突起を形成してそこから直に複数の電子線を引き出す方法である。いずれの場合も電子線は突起の先端から放出されやすい性質を利用している。他の方式の電子線源例えば熱電界放出型の電子線ゃショットキータイプも使用可能である。さらに電子銃は矩形、線形のビームを出すものでも良く、その形状を作り出すために、開口形状で行っても良いし、電子源の電子生成部（チップ又はフィラメント等）の形状を矩形又は線状にしても良い。

¾お、熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電解放出電子線源とは、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。

図 1 5 0の Aは、該他の実施の形態による電子線装置の概略図である。一方、図 1 5 0の Bは、複数の一次電子線で試料を走査する態様を示す概略平面 T 図である。空間電荷制限条件で作動可能な電子銃 1 5 0 · 1は、図 1 5 0の8に符号 1 5 0 - 2 で示すようなマルチビームを形成する。マルチビーム 1 5 0 · 2は、円周上に配置された 8個の円形ビームである一次電子線' 1 5 0 · 3から構成される。

電子銃 1 5 0 · 1で発生した複数の一次電子線 1 5 0 · 3は、レンズ 1 5 0 · 5、 1 5 0 - 6を用いて集束され、電極 1 5 0 · 7および磁石 1 5 0 · 8からなる E X B 分離器 1 5 0 · 9によって試料 Wに対して直角に入射するようになされている。これらの要素 1 5 0 · 4、 1 5 0 - 5 , 1 5 0 · 6、 1 5 0 · 9とレンズ 1 5 0 · 1 0および対物レンズ 1 5 0 · 1 1 とを含む一次光学系によって試料 W上に集束された複数の一次電磁線 1 5 0 · 3からなるマルチビーム 1 5 0 · 2は、レンズ 1 5 0 · 6の下流側に設けた 2段偏向器（図示せず。一次光学系に含まれる）により試料 W上の走査に用いられる。

試料 Wの走査は、対物レンズ 1 5 0 · 1 1の主面を偏向中心として、 X軸方向に行われる。図 1 5 0の Βに示すように、マルチビーム 1 5 0 · 2のそれぞれの一次電子線 1 5 0 · 3は、円周上に互いに離れて配置されており、走査方向である X方向に直交する y軸上に投影したとき、互いに隣接する一次電子線 1 5 0 · 3間の距離（各一次電子線の中心で計測する。）が等間隔になるように設計されている。このとき、互いに隣接する一次電子線 1 5 0 · 3どうしは、離れていても、接していても、一部が重なり合っていてもよい。

重なり合いピッチは 1 0 0 ； um以下の任意の値に設定して良く、好ましくは 5 0 {1 m以下、より好ましくは 1 0 πι以下に設定して良い。ビーム形のピッチ以下にすることにより、ビーム同士が接触して線状の形状にすることも可能である。また初めから矩形又は線状のビームを形成したものを用いても良い。

図 1 5 0の Bに示すように、マルチビーム 1 5 0 · 2を構成するそれぞれの一次電子線 1 5 0 · 3が、互いに離れて配置されていることにより、個々の一次電子線 1 5 0 · 3の電流密度限界値すなわち試料 Wに帯電を生じさせない限界の電流密度値は、単一の円形ビームを使用した場合と同等に維持することができ、それにより、 SZN 比の低下を防止することができる。また、各一次電子線 1 5 0 · 3が互いに離れているので、空間電荷効果も小さい。

その一方で、マルチビーム 1 5 0 · 2は、一回の走査で試料 Wを視野 1 5 0 . 1 2 の'全面に亘つて一様な密度で走査することができる。これにより、高スループットで画像形成ができ、検査時間の短縮を図ることができる。図 1 5 0の Bにおいて、符号 1 5 0 · 2が走査の始点にあるマルチビームを示すとすると、符号 1 5 0 · 1 3は走査の終点にあるマルチビームを示す。

試料 Wは試料台（図示せず）に載せられる。この台は、 X方向への走査時（例えば 2 0 0 μπι幅で走査）に、走査方向 xに直交する方向 yに沿って連続移動せしめられる。これにより、ラスタ走査が行われる。試料を載せた台を移動させるための駆動装置（図示せず）が設けられる。

走査時に試料 Wから発生し色々な方向に放出された二次電子は、対物レンズ 1 5 0 • 1 1で光軸方向に加速され、その結果、各点から色々な方向に放出された二次電子はそれぞれが細く集束され、レンズ 1 5 0 . 1 0、 1 5 0 - 1 1 , 1 5 0 · 1 4、 1

5 0 · 1 5で像の間隔が拡大される。これらのレンズ 1 5 0 · 1 0、 1 5 0 · 1 1、

1 5 0 - 1 4 , 1 5 0 - 1 5を含む二次光学系を経て形成された二次電子線 1 5 0 .

1 6は、検出器 1 5 0 · 1 7の受光面に投影され、視野の拡大像を結像させる。光光学系に含まれる検出器 1 5 0 · 1 7は、 MC P (マイクロチャンネルプレート

) で二次電子線を増倍し、シンチレ一タで光信号に変換し、 C CD検出器で電気信号に変換する。 C CDからの電気信号により、試料 Wの二次元画像を形成することができる。それぞれの一次電子線 1 5 0 · 3は、 C CD画素の少なくとも 2画素以上の寸法を有するものとする。

電子銃 1 5 0 · 1を空間電荷制限条件で動作させることにより、一次電子線 1 5 0

• 3のショット雑音は、温度制限条件で動作させた場合より約 1桁少なくすることができる。したがって、二次電子信号のショット雑音も 1桁小さくできるので、 SZN 比の良い信号を得ることができる。

本実施の形態の電子線装置によれば、試料に帯電を生じさせない一次電子線の電流密度限界値を、単一の円形ビームを使用した場合と同等に維持することにより SZN 比の低下を防止しつつ、高スループットで画像形成することにより検査時間を短縮できる。

また本実施の形態によるデバイス製造方法は、かかる電子線装置を用いて各ゥェ一ハプロセスの終了後にゥェ一ハの評価を行うことによって、歩留まり向上を図ることができる。 ' 図 1 5 1は、図 1 5 0の Aの実施の形態による電子線装置の詳細を示す図である。電子銃 1 5 1 · 1から放出された 4本の電子線 1 5 1 · 2 (1 5 1 - 3- 1 5 1 - 6 ) は開口铰り 1 5 1 · 7で整形され、 2段のレンズ 1 5 1 · 8、 1 5 1 · 9でウイ一ンフィルタ 1 5 1 · 1 0の偏向中心面に 1 0 mX l 2； u mの楕円状に結像され、図の ffi面垂直方向に偏向器 1 5 1 · 1 1によりラスタースキャンされ、 4本の電子線全体として I mmX O . 2 5 mmの矩形領域を均一にカバーするように結像される。 E XB 1 5 1 · 1 0で偏向された複数の電子線は N A絞りでクロスオーバーを結び、レンズ 1 5 1 · 1 1で 1 / 5に縮小され試料 Wに 2 0 0 μ X 5 0 mを力パーし、かつ試料面に垂直になるように照射、投影される（ケーラー照明と呼ばれる）。試料から放出されたパターン画像（試料像 F) の情報を持った 4本の 2次電子線 1 5 1 * 1 2 はレンズ 1 5 · 1 1、· 1 5 1 ' 1 3、 1 5 1 - 14で拡大され、 MC Ρ 1 5 1 · 1 5 上に全体として 4本の電子線 1 5 1 · 1'2で合成された矩形画像 (拡大投影像 F ') として結像する。この二次電子線 1 5 1 · 1 2による拡大投影像 F ' は、 MC Ρ 1 5 1 · 1 5で 1万倍に增感され、蛍光部により光に変換され、 TD I— C CD 1 5 1 · 1 6で試料の連続移動速度に同期された電気信号となり、画像表示部 1 5 1 · 1 7で連続した画像として取得され、 C RT等に出力した。

電子線照射部は試料表面をできるだけ均一に、かつ照射むらを少なくして、矩形または楕円状に電子線で照射する必要があり、また、スループットをあげるためにはより大きな電流で照射領域を電子線照射する必要がある。従来の電子線照射むらは ± 1 0 %程度であり画像のコントラストむらが大きく、また、電子線照射電流は照射領域において 5 0 0 n A程度と少ないために、高いスループットが得られないという問題があった。また、走査型電子線顕微鏡（S EM) 方式に比べて、本方式は広い画像観察領域を一括して電子線照射するためにチャージアツプによる結像障害が生じやすいという問題があった。 '

本実施の形態の一次電子線照射方法を図 1 5 2により示す。一次電子線 1 5 2 * 1 は 4本の電子線 1 5 2 · 2 ~ 1 5 2 · 5で構成され、それぞれのビームは 2 τ Χ 2 . 4 xmの楕円状しており、それぞれ 1本当り 2 0 0 imX 1 2. の矩形領域をラスタースキャンし、それらが重なり合わないように足し合わせて全体として 2 0 0 ^ 5 0 zmの矩形領域を照射する。ビーム 1 5 1 · 2は 1 5 1 · 2 ' へ有限の時間で到達し次にビ一ムスポット径分（ 1 0 tm) ずれた 1 5 1 · 2の直下にほとんど時間損失なしに戻り、再度前記と同じ有限の時間で 1 5 1 · 2〜 1 5 1 · 2 ' に平行に 1 5 1 · 2 ' の直下（ 1 5 1 · 3 ' 方向）に移動し、これを繰り返して図の点線で示す矩形の照射領域の 1 /4 ( 2 0 0 ^ mX 1 2. 5 ^ m) を走査した後はじめの点 1 5 2 - 1に戻りこれを高速に繰り返す。

他の電子線 1 5 2 · 3〜 1 5 2 · 5も電子線 1 5 2 · 2 と同様に同じ速度で走査を繰り返し、全体として図の矩形の照射領域（2 0 0 i X 5 0 ^m) を均一に高速に照射する。

均一に照射できれば、前記のラスタ一スキャンでなくても良い。例えばリサージュ形'を描くように走査しても良い。従って、ステージの移動方向は図に示す方向 Aである必要は無い。即ち、スキャン方向（図の横方向の高速走査方向）に垂直である必要' は無い。

本実施の形態では電子線照射むらは ± 3 %程度で照射できた。照射電流は 1本の電子線当たり 2 5 0 n Aで試料表面で全体として、 4本の電子ビームで 1. 0 Aを得ることができた（従来の 2倍）。電子線の本数を増やすことに'より、電流を増加でき、高スループットを得ることができる。また、照射点が従来に比べて小さく（面積で約 1 8 0) また移動しているのでチヤ一ジアップは従来の 1ノ 2 0以下に抑えることができた。

図中には示していないが、本装置には、レンズの他に、制限視野絞り、電子線の軸調整のための 4極またはそれ以上の極数を有する偏向器（ァライナ一）、非点収差捕正器 (スティグメータ）、さらにビーム形状を整形する複数の 4重極レンズ（4極子レンズ）等電子線の照明、結像に必要なユニットを備えている。

3 - 2 - 2 ) 電極の構造

図 1 5 3は、電子線を試料に照射する静電レンズを用いた電子光学系において絶縁破壊を防止する電極構造を備える電子線装置を示している。

これまで、光学的に検査するだけでは十分な感度や解像度が得られないような微細な試料の表面状態を検査する為に、電子線を利用した高感度、高解像度な電子線装置を用いるための検討がなされている。

このような電子線装置は、電子線源によって電子線を放出し、静電レンズ等の静電光学系によって'、この放出された電子線を加速したり収束したりするなどして検査対象である試料に入射させる。次に、電子線の入射によって試料から放出される二次電子線を検出することによって、検出された二次電子線に対応する信号を発生させ、この信号により例えば、試料のデータを形成する。この形成されたデータにより、試料の表面状態を検査する。

こうした電子線装置に用いられる静電レンズ等の静電レンズを用いた電子光学系には、電子線を加速したり収束するための電界を生成する電極が、電子線の光軸方向に多段に配設されている。これら電極には各々所定の電圧が印加され、こうして電極の電位差によって生ずる電界によって、電子線を加速したり、光軸上の所定の点に収束させるようにしている。

従来の電子線装置においては、電子線源から放出した電子線の一部が、静電レンズを用いた電子光学系における電界に係わらず電極に衝突する場合がある。この場合に、電子線が電極に衝突することにより、電極自体から二次電子線が放出される。この電極から放出される二次電子線の量は、電極の材料、又は、電極をコ一ティングしてい ¾材料によって変化する。この電極から放出される二次電子線が多くなると、この二次電子線は電極の電界によって加速され、装置内の残ガスをイオン化し、このィォンが電極に衝突することによって、更に、電極から二次電子線が放出される。したがつて、二次電子線が大量に放出されると、電極間において放電が生じ易くなり、電極間で絶縁破壊を起こす確率が増加してしまう。

例えば、電極がアルミニウムでコーティングされている場合と、金でコーティングされている場合とで、絶縁破壊の確率を比較すると、アルミニウムの場負の方が電極間の絶縁破壊の確率が若干高かった。アルミニウムは、仕事関数が 4 . 2 [ e V ] であり、金は、仕事関数は 4 . 9 [ e V ] である。ここで、仕事関数とは、金属にある 1個の電子線を真空中に取り出すのに必要な最小のエネルギーである（単位： e V ) また、電極が金でコーティングされている場合であって、更に、電子線装置の試料が半導体ゥエーハである場合は、コーティングした金に電子線が衝突することによつて金がスパッ夕され、半導体ゥェ一八の表面に金が付着してしまう場合がある。半導体表面に金が付着すると、後の熱工程で金がシリコン結晶中に拡散されトランジスタの性能を劣化させる。よってこの場合に、電子線装置は半導体ゥエーハの検査に適さ ' ない。

一方、静電レンズを用いた電子光学系の例えば、静電レンズにおいては、電極間距離を短くすることによって焦点距離の短い静電レンズが得られる。焦点距離が短いと、静電レンズの収差係数は小さくなり低収差となるので、静電レンズは高分解能となり、評価装置の分解能が向上する。

また、静電レンズの電極間に与える電位差を大きくすることによつても、焦点距離の短い静電レンズとすることができる。よって、電極間距離を短くする場合と同様に、静電レンズは低収差で高分解能となり、電子線装置の分解能が向上する。したがつて、電極間距離を短くして電極間の電位差を大きくしてやれば、相乗的に静電レンズは低収差で高分解能とすることができる。しかし、電極間距離を短くして電極間の電位差大きくすると、電極間において放電が生じ易くなり、電極間で絶縁破壊を起こす確率が増加してしまうという問題がある。

従来、電極間の絶縁は、電極間に絶縁材料を揷入し、この絶縁材料によって電極を ' 支持することによって、電極間の絶縁を保持していた。また、電極間の絶縁材料の最短沿面距離（絶縁表面長さ）を長くすることによって、絶縁材料表面の絶縁性能を高めていた。例えば、絶縁材料の表面を電極間方向のヒダ形状とすることによって、電極間における最短沿面距離を長くしていた。

しかしながら、一般に、絶縁材料表面の加工は、金属の加工に比べると加工が困難で；加工費用が高価になってしまう。また、絶縁材料表面をヒダ形状等とすると、絶縁材料の表面積が広くなつてしまうので、電子線装置内が真空の場合は、絶縁材料からの放出ガスが多くなる場合がある。よって、真空度の劣化を招き、かえって電極間の耐圧が下がってしまう場合が多かつた。

図 1 5 3の実施の形態はこのような問題を解決するために提案されたものであり、以下、この実施の形態に係る、静電光学系の電極間の絶縁破壊'を防止し得る電子線装置を、静電光学系を有する写像投影型評価装置に適用した場合について、その写像投影型評価装置の構成、動作および該装置'を用いたデバイス製造方法を説明する。図 1 5 3において、写像投影型評価装置 1 5 3 · 1は、試料を照射する電子線が所定の放射面を持っており、電子線の照射によって試料から放射される二次電子線も所定の放射面を持っている。電子線源 1 5 3 · 2からは、二次元領域、例えば矩形の放射面をもつ電子線が放射され、静電レンズ系 1 5 3 · 3によって所定倍率に拡大される。拡大された電子線は、斜め上方から E X B型傭向器 1 5 3 · 4に入射され、 E X B型偏向器 1 5 3 · 4の電界と磁界が直交する場により、試料である半導体ゥヱーハ 1 5 3 · 5の方向に偏向される（図 1 5 3の実線）。

E X B型偏向器 1 5 3 · 4によって半導体ゥェ一ハ 1 5 3 · 5の方へ偏向された電 • 子線は、静電対物レンス系 1 5 3 · 6内の電極に印加された電圧によって発生した電界により減速され、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6によって半導体ゥェーハ 1 5 3 * 5 に結像される。

次に、半導体ゥヱ一ハ 1 5 3 · 5への電子線の照射によって発生した二次電子線は、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6の電界によって検出器 1 5 3 · 7の方向に加速され（図 1 5 3の点線）、 E X B型偏向器 1 5 3. · 4に入射される。 E X B型偏向器 1 5 3 • 4は、加速された二次電子線を静電中間レンズ系 1 5 3 · 8方向に向かわせ、次に、静電中間レンズ系 1 5 3 · 8によって二次電子線を検出器 1 5 3 · 7に入射させることによって二次電子線が検出される。検出器 1 5 3 · 7によって検出された二次電子線はデータに変換されて表示装置 1 5 3 · 9に送信され、表示装置 1 5 3 · 9に二次電子線の画像を表示し、半導体ゥヱ一ハ 1 5 3 · 5のパターンを検査する。

次に、写像投影型評価装置 1 5 3 · 1における静電レンズ系 1 5 3 · 3、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6、静電中間レンズ系 1 5 3 · 8および E X B型偏向器 1 5 3 - 4 " の構成について詳細に説明する。竃子線が通過する静電レンズ系 1 5 3 · 3、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6や、二次電子線が通過する静電中間レンズ系 1 5 3 · 8は、所定の電界を発生させる為の複数の電極を含んでいる。また、これら全ての電極の表面には、白金がコ一ティングされている。更に、 E X B型偏向器 1 5 3 · 4の電極 1 5 3 · 1 0の表面も白金でコ一ティングされている。

ここで、図 1 5 4を参照して、電極をコーティングする金属別における絶縁破壊発生確率について説明する。尚、絶縁破壊発生率は、金属毎に相対的な大小関係で表している。また、写像投影型評価装置において、電極をコーティングする金属の種類を除く他の検査条件は同一とした。

まず、電極をコ一ティングした金属がアルミニウムの場合と、金の場合において、絶縁破壊が発生する確率を比較すると、金の場合の方が電極の絶縁破壊の発生確率が若干低かった。よって、金の場合の方が絶縁破壊の防止については効果があった。また更に、電極をコーティングした金属が金の場合と、白金の場合において、絶縁破壊が発生する確率を比較すると、白金の場合の方が電極の絶縁破壊の発生確率が更に低かった。ここで、各金属の仕事関数は、アルミニウムが 4. 2 [e V〕であり、金が 4. 9 [e V〕、白金は 5. 3 [ e V] である。金属の仕事関数とは、金属にある 1個の電子線を真空中に取り出すのに必要な最小のエネルギーである（単位： e V)。即ち、仕事関数の値が大きい程、電子線が取り出しにくいことになる。

よって、写像投影型評価装置 1 5 3 · 1において、電子線源 1 5 3 · 2から放射された電子線が電極に衝突した場合に、仕事関数の値が大きい金属（仕事関数の値が大きい金属を主材料とする合金をも含む）が電極にコ一ティングされていれば、電極から放出される二次電子線は少なくなるので、電極の絶縁破壊の発生確率も低下する。そのため、仕事関数が大きい金属であれば、或る程度良い。具体的には、電極にコーティングされる金属の仕事関数が 5 [e V〕であれば、電極の絶緣破壊の発生確率は低く抑えることができる。

また、この実施の形態のように、検查対象となる試料が半導体ゥエーハ 1 5 3 · 5 であり、更に、電極にコーティングされる金属が金の場合であると、電子線が金に衝突することによって、半導体ゥエーハ 1 5 3 · 5のパターン上に金が付着してしまうことがあった。よって、この実施の形態においては、電極にコーティングされる金属が白金であると、半導体ゥェ一ハ 1 53 · 5のパターン上に白金が付着することなく、また、白金が付着することがあってもデバイス性能を劣化させることもない。更に、電極の絶縁破壊の発生確率も低くすることができ、より好ましい。

次に、図 1 5 5と図 1 56を参照して、電極の形状と構成の一例を説明する。図 1 5 5において、電極 1 5 5 · 1とは、静電レンズ系 1 53 · 3、静電対物レンズ系 1 53 · 6および静電中間レンズ系 1 5 3 · 8に含まれる静電レンズの電極である。電極 1 5 5 · 1は、電子線や二次電子線が通過することができる通過孔が略中央部にある円盤形状になっており、この実施の形態の写像投影型評価装置 15 3 · 1において、電極 1 5 5 · 1には、図示しない電源装置により所定の電圧が印加されている。

図 1 5 6は電極 1 5 5 · 1の表面部の一部断面図である。なお、 E XB型偏向器 1 5 3 · 4の電極 1 5 3 · 1 0の表面も電極 1 5 5 · 1の表面と同等の構成としてもよい。電極 1 5 5 · 1の材料は、ケィ素銅（シリコンブロンズ） 1 5 6 · 1から構成され、必要な寸法形状に加工されたケィ素銅 1 5 6 * 1上にチタン 1 5 6 . 2を 5 0 η mの厚さになるようにスパッタ · コーティングし、更に、チダン 1 5 6 · 2上に白金 1 5 6 · 3を 2 0 O nmの厚さになるようにスパッタ · コーティングを行って電極 1 5 5 - 1が形成される。

ここで、図 1 5 7およぴ図 1 5 8を参照して、この実施の形態において、電極間の電位差が大きい場合の電極間の絶縁破壊を防止する電極構成について詳細に説明する。図 1 5 7の電極 1 5 7 . 1、 1 5 7 · 2は、例えば、静電対物レンズ系 1 5 3 . 6 に含まれている電極であり、上記のように電極には白金がコーティングされている。また、電極 1 5 7 * 1、 1 5 7 - 2には、図示しない電源装置により所定の電圧が印加されている。この実施の形態では、半導体ゥエー八 1 5 3 · 5側の電極 1 5 7 . 2 には高電圧、例えば 1 5 k Vの電圧が印加され、電極 1 5 7 · 1には 5 k Vの電圧が印加されている。

電子線や二次電子線が通過する通過孔 1 5 7 · 3は、電極 1 5 7 · 1、 1 57 · 2 の中央部にあり）通過孔 1 5 7 · 3内は電極 1 57 · 1、 1 5 7 - 2の電位差によつて電界が形成されている。この電界によって、電子線は減速し、且つ収束されて、半導体ゥエーハ 1 5 3 · 5に照射される。この時、電極間の電位差が大きいので、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6は焦点距離の短い静電対物レンズとすることができる。よつて、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6は低収差で高分解能となる。

電極 1 5 7 · 1、 1 5 7 - 2の間には、絶縁スぺーサ 1 5 7 · 4が挿入されており、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4は、電極 1 5 7 · 1、 1 5 7 - 2を略垂直に支持している。絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4の電極間における最短沿面距離は、支持された電極部分における電極間距離と略同じ長さである。即ち、電極間の絶縁スぺーサ 1 5 7 · 4の表面は、電極間方向においてヒダ状等になっておらず、ほぼ直線になっている。

電極 1 5 7 * 2は電極間において最短距離となっている第 1の電極面 1 5 7 · 5と、この第 1の電極面 1 5 7 · 5よりも電極間距離が長い第 2の電極面 1 5 7 · 6と、第 1の電極面 1 5 7 · 5と第 2の電極面 1 '5 7' · 6との間にこれら 2つの電極間方向の段差 1 5 7 . 7 (図 1 5 8) を有している。絶縁スぺーサ 1 5 7 . 4は電極 1 5 7 • 2を第 2の電極面 1 5 7 · 6で支持している。

電極 1 5 7 · 2をこのような形状にしたので、電極間の最短距離を所定の距離に保ちつつ、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4の表面を電極間方向においてヒダ状等に加工することなく、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4の最短沿面距離を電極間の最短距離より長くすることが可能となる。また、絶縁スぺーサ 1 5 7 · 4の表面には、大きい電界が加わらないので、沿面放電も起こり難い構造とすることができる。

したがって、静電対物レンズ系 1 35 · 6を焦点距離の短い静電対物レンズとし、且つ低収差で高分解能にすることができ、しかも、絶縁スぺーサ 1 5 7 · 4の電極間の絶縁性能が低下しないので、電極間の絶縁破壊が防止でき ¾。また、金属である電極 1 5 7 · 2に段差 1 5 7 · 7を設けるように加工したので、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4を加工するより加工費用が安価になる'。加えて、電極間方向における絶縁スぺーサ 1 5 7 - の表面にはほとんど凹凸部分が無く、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4からの放出ガスが多くなることも無い。更に、電極 1 5 7 · 1の通過孔 1 5 7。 3の開口端部 1 5 7 · 8 と、電極 1 5 7 · 2の通過孔 1 5 7 · 3の開口端部 1 5 7 · 9とのコーナー部に曲率を持たせたので、両コーナー部に電界が集中することがなくなり、電極間の絶縁破壊がより防止できる。また更に、電極 1 5 7 · 2の段差 1 5 7 · 7の電極間側のコーナ一部に曲率を持たせたので、コーナー部に電界が集中することがなく、電極間の絶縁破壊がより防止できる。

なお、この実施の形態では、電極 1 5 7 · 2に段差 1 5 7 · 7を設けたが、電極 1 5 7 ■ 1にも電極 1 5 7 · 2方向に段差を設けるように加工してもよいし、電極 1 5 7 · 2に代えて、電極 1 5 7 · 1にのみ電極 1 5 7 · 2方向に段差を設けるように加ェしてもよい。また、静電対物レンズ系 1 5 3 · 6において、絶縁スぺ一サ 1 5 7 · 4が揷入された電極を説明したが、他の静電レンズ系において、電位差の大きい電極がある場合は、その静電レンズ系に適用することによって、電極間の絶縁破壊を防止することができる。

図 1 5 3〜図 1 5 8を用いて説明した実施の形態は、すでに説明したデバイス製造方法における検査工程に用いることによって、静電レンズ系の電極間で絶縁破壊が生じることなく半導体ゥエーハの評価を行うことが可能となる。

3 - 3 ) 制振装置に関する実施の形態

本実施の形態は、電子線を物質の目標位置に照射することにより、当該物質の加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する電子線装置に係り、より詳しくは、電子線を位置決めする機械構造体に生じる不要な機械的振動を減少させた電子線装置、その制振方法および該装置を用いた半導体デバイスの加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する工程を備えた半導体製造プロセスに関する。

一般に、電子線を用いて物質の微細な構造を観測する手法に、ゥェ一八等に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置や走査型電子線顕微鏡（S E M) 等が有るが、測分解能が m〜数十 n mであるため、外部からの振動を十分に除振して観測を行う必要がある。また、電子線を用いて露光を行う装置においても、電子線を偏向させ、目標位置に正確にビーム照射するためには、外部からの振動を十分に除振するための除振装置を用い、且つ、鏡筒部分の構造から生じる機械的共振によるふらつきを出来るだけ小さくするために、剛性を上げる必要がある。構造体の剛性を上げるためには、電子光学系による物理的な寸法制約があることから、小化による剛性の向上は取りづらく、従って鏡筒部分の肉厚化、大型化等により剛性向上が成されることが多かった。しかし、この方法による剛性向上は、装置の重量化、形状制限、除振台の大型化などを含む設計上の自由度の拘束、並びに、経済的な面を含めて不利な面が多々有った。本実施の形態は、上記事実に鑑み、ビームを位置決めする機械構造体の共振による不要な振動を、必ずしも機械構造体の剛性を向上させなくても、ビームの位置決めを高精度に維持できるよう適切に減衰可能とすることにより、設計上の制約の緩和、装置の小型軽量化、経済性の向上を実現させた電子線装置、および、該装置を半導体デパイスの製造工程に用いて効率良く製造、検査、加工、観測等を可能とする半導体製造プロセスを提供する。

図 1 59は、本実施の形態を、電子線を用いて半導体ゥェ一ハの欠陥の検査を行う電子線検査装置に適用した場合の構成を示す。同図に示す電子線検査装置 1 5 9 * 1 はいわゆる写像投影型であり、 Aブロック及びこの Aブロックから斜め上方に突出する Bブロックの機械構造体を有する。 Bブロック内には一次電子線を照射する一次電子線照射手段が配置され、 Aブロック内には二次電子線を写像投影するための写像投影光学系と、二次電子線の強度を検出する撮像手段とが含まれる。 Aブロックは、最下の固定台 1 5 9 · 2に連結される。

Bブロック内に配置された一次電子線照射手段は、一次電子線を放出、加速するため力ソ一ド及びアノードから構成された電子線源 1 5 9 * 3、一次電子線を長方形に整形する長方形開口 1 5' 9 · 4、及び、一次電子線を縮小結像させる 4極子レンズ 1 5 9 · 5を備える。 Aブロックの下部には、縮小された一次電子線を電場 E及び磁場 Bの直交する場で半導体ゥェ一ハ 1 59 ■ 6に略垂直に当たるように偏向させる E X B偏向器 1 5 9 · 7、開口アパーチャ（NA) 1 5 9 · 8、及び、該開口アパーチャを通過した一次電子線をゥェ一ハ 1 59 · 6上に結像させる対物レンズ 1 5 9 · 9が配置される。

ここで、 4極子レンズ 1 5 9 · 5によって縮小された一次電子線は、 EXB偏向器 1 59 - 7の偏向主面に例えば 5 0 0 ;UmX 2 5 0 μ mの像を形成すると同時に開口アパーチャ 1 5 9 · 8に電子線源 1 59 · 3のクロスオーバー像を形成し、ケーラ一証辆条件が満たされるようにしている。対物レンズ 1 59 · 9によって、ゥエーハ 1 5 9 · 6上には例えば 1 00 ^mX 50 の像が形成され、当該領域が照明されるゥエーハ 1 59 · 6は、真空に排気可能な図示しない試料室内に配置され、且つ、 X— Y水平面内を移動可能なステージ 1 5 9 · 1 0の上に配置されている。ここで、 Aブロック及び Bブロックと、： Y Z直交座標系との関係を図' 1 60 (a) に示す。 X— Y水平面にゥエーハ面があり、 Z軸は写像投影光学系の光軸に略平行となる。ステージ 1 5 9 . 1 0がゥエーハ 1 5 9 · 6 ¾載置した状態で X— Y水平面内を移動することによって、ゥエーハ 1 5 9 · 6の検査面が一次電子線によって順次走査される。なお、ステージ 1 5 9 · 1 0は固定台 1 5 9 · 2の上に載置される。 Aプロックの上部に配置された写像投影光学系は、中間静電レンズ 1 5 9 · 1 1及び投影静電レンズ 1 5 9 · 1 2と、これらレンズの中間に配置された絞り 1 5 9 · 1 3 と、を備える。一次電子線の照射によりゥエーハ 1 5 9 · 6から放出された二次電子線、反射電子線及び散乱電子線は、この写像投影光学系によって、所定の倍率（例えば 2 0 0 ~ 3 0 0倍）で拡大投影され、後述するマイクロチャンネルプレート 1 5 9 - 1 4の下面に結像される。

Aプロックの最上部に配置された撮像手段は、マイクロチャンネルプレート 1 5 9 • 1 4と、蛍光スクリーン 1 5 9 ■ 1 5 と、リレーレンズ 1 5 9 ■ 1 6と、撮像部 1 5 9 · 1 7 とを備える。マイクロチャンネルプレート 1 5 9 · 1 4は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ 1 5 9 ■ 1 1及ぴ 1 5 9 . 1 2によって結像された二次電子線が該チャンネル内を通過する間に、更に多数の電子線を生成させる。即ち、二次電子線を増幅させる。蛍光スクリーン 1 5 9 · 1 5は、増幅された二次電子線が照射されることにより、二次電子線の強度に応じた強さの蛍光を発する。即ち、二次電子線の強度が光の強度に変換される。リレーレンズ 1 5 9 · 1 6がこの蛍光を撮像部 1 5 9 * 1 7に導くように配置される。撮像部 1 5 9 · 1 7は、リレ一レンズ 1 5 9 * 1 6により導かれた光を電気信号に変換するための多数の C C D撮像素子から構成される。検出信号の S Z N比を向上させるため、いわゆる T D I検出器を用いるのが好ましい。なお、一次電子線の照射によって、二次電子線だけでなく散乱電子線や反射電子線も発生するが、ここでは一括して二次電子線と称することにする。

ところで、 Aブロック及びこれに連結された Bブロックの機械構造体からなる鏡筒 1 6 0 · 1は、通常、一つ又はそれ以上の固有振動モードを有する。各固有振動モ一ドの共振周波数及び共振方向は、形状、質量分布、サイズ、内部の機械の配置形態等によって決定される。例えば、図 1 6 0 ( b ) に示すように、鏡筒 1 6 0 · 1は、固有'振動 1 6 0 · 2のモード 1 を少なくとも有する。このモード 1において、鏡筒 1 6 0 · 1は、例えば略 Y方向に沿って 1 5 0 H zの周波数で揺れる。この場合の鏡筒の伝達関数の一例を図 1 6 1に示す。図 1 6 1では、横軸が周波数、縦軸が振動振幅 A の対数である。この伝達関数では、共振周波数 1 5 0 H z において共振倍率 3 0 d B (約 3 0倍）のゲインを有する。従って、外部から微少な振動が加わった場合でも、その振動に 1 5 0 H z近傍の周波数成分が含まれていると、ぞの周波数成分はこの例では約 3 0倍に増幅されて鏡筒を振動させる。この結果、写像のボケ等の有害な事象を発生させる。

従来技術では、これを防止するため、鏡筒全体を除振台の上に載せて外部からの振動を除振するか、及び/又は、鏡筒の肉厚や構造を見直し、共振倍率を下げる等の大掛かりな対策を行っていた。

本実施の形態では、これを避けるため、図 1 6 0 (c ) に示すように、振動 1 6 0

• 2を打ち消すように鏡筒に対し圧力振動 1 6 0 · 3を加えるァクチユエ一夕 1 6 0 - 4を Aプロックの基部に設置する。このァクチユエ一夕 1 6 0 · 4は振動減衰用回路 1 5 9 · 1 8に電気的に接続されている。

ァクチユエ一夕 1 6 0 · 4及び振動減衰用回路 1 59 · 1 8の概略構成を図 1 62 に示す。同図に示すように、ァクチユエ一夕 1 6 0 · '4は、圧電効果を有する誘電体 1 62 - 1を電極 1 62 · 2、 1 62 - 3で挟んでなる圧電素子 1 6 2 · 4と、該圧電素子を電極 1 6 2 * 3側から支持するため固定台 1 59 · 2に固定された支持台 1 62 - 5とを有する。圧電素子 1 62 · 4は、鏡筒 1 6 0 · 1の Aブロックと支持台 1 62 - 5との間に挟まれており、電極 1 62 · 2は、 Aプロックの外壁に、電極 1 62 · 3は支持台 1 6 2 · 5に接着されている。これにより、圧電素子 1 6 2 · 4は、往復振動 1 60 · 2により、鏡筒 1 6 0 · 1が向かってくるときは正の圧力、鏡筒 1 60 - 1が遠ざかるときは負の圧力を受ける。圧電素子 1 62 . 4は、鏡筒 1 60 · 1の振動 1 60 * 2を抑制するため効果的な位置に設置される。例えば、振動 1 6 0 · 2の方向が、電極 1 62 · 2及び 1 62 * 3と直交するように配置されるのが好ましい。

振動減衰用回路 1 5 9 · 1 8は、圧電素子 1 62 · 4の両電極 1 6 2 · 2、 1 62

• 3の間を直列に接続された可変ィンダクタンス 1 62 · 6及び抵抗 1 6 2 · 7から構成される。可変ィンダクタンス 1 62 · 6はインダクタンス、抵枋 1 6 2 ■ 7は抵抗値 R_D、圧電素子 1 62 · 4は電気容量 Cを有するため、直列接続された圧電素子 1 6 2 · 4及び振動減衰用回路 1 5 9 · 1 8は、参照番号 1 62 · 8により示される直列共振回路と等価となる。この直列共振回路の共振周波数 f 。' は、

f o ' = 1 / { 2 % (L C) ^1/2 }

で表される。本実施の形態では、直列共振回路の共振周波数 ] f 。' が鏡筒 1 6 0 · 1 の共振周波数 f 。に略一致するように、各パラメータが設定される。即ち、与えられた圧電素子 1 62 · 4の電気容量 Cに対して、

f ο = 1 / { 2 it (L C) ^1/2}

が成立するように、可変インダクタンス 1 62 · 6のインダク夕ンス Lが調整される。実際には、圧電素子 1 62 * 4の容量。は、機械的共振周波数に合わせて共振回路を形成する上では小さく、このため非常に大きなインダクタンス Lを必要とする場合が多いが、この場合には演算増幅器等を用いて等価的に大きなインダク夕ンスを形成することで共振回路を実現することができる。

また、直列共振回路の共振周波数成分の Q値が、図 1 6 1に示す伝達関数においてピークを持つ共振成分の Q値に略一致するように、抵抗 1 62 · 7の値 R_Dが選択される。このようにして作られた直列共振回路 1 62 · 8は、図 1 6 1の参照番号 1 6 1 ， 1により示される電気的周波数特性を有する。

図 1 5 9に示す電子線検査装置 1 59 · 1は、制御部 1 59 · 1 9によって制御 · 管理される。制御部 1 5 9 · 1 9は、図 1 5 9に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体 1 59 · 2 0と、本体 1 59 • 2 0の処理結果を表示する CRT 1 5 9 · 2 1と、ォペレ一夕が命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部 1 5 9 · 2 2とを備える、勿論、電子線検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部 1 5 9 · 1 9を構成してもよい。

制御部本体 1 5 9 · 2 0は、図示しない C PU、 RAM, ROM, ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。 RAM若しくはハードディスクなどのメモリ上には、撮像部 1 5 9 · 1 7から受信した電気信号即ちゥェ一ハ 1 5 9 · 6の二次電子線画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子線画像記憶領域 1 5 9 - 2 3が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないゥェ一ハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部 1 5 9 · 24が存在する。更に、ハードディスク上には、電子線検査装置全体を制御する制御プログラムの他、欠陥検出プログラム 1 5 9 · 2 5が格納されている。この欠陥検出プログラム 1 5 9 · 2 5は、ステージ 1 5 9 · 1 0の X Υ平面内の移動を制御すると共に、この間に撮像部 1 59 · 1 7から受信したデジタル画像データに関して加算等の各種演算処理を行い、その結果得られたデータから記憶領域 1 5 9 · 2 3上で二次電子線画像を再構成する機能を有する。更に、この欠陥検出プログラム 1 5 9 * 2 5は、記憶領域 1 5 9 · 2 3上で構成された二次電子線画像データを読み出し、該画像デ一夕に基づ所定のアルゴリズムに従ってゥエーハ 1 5 9 · 6の欠陥を自動的に検出する。次に、この実施の形態の作用を説明する。電子線源 1 5 9 · 3から一次電子線を放出し、長方形開口 1 5 9 · 4、 4極子レンズ 1 5 9 · 5、 Ε ΧΒ偏向器 1 5 9 ■ 7及び対物レンズ 1 5 9 · 9を通して、セットされたゥエーハ 1 5 9 · 6表面上に照射する。上述のように、ゥエーハ 1 59 · 6上で例えば 1 0 0 ^mX 5 0 imの被検査領域が照明され、二次電子線が放出される。この二次電子線は、 '中間静電レンズ 1 5 9 • 1 1及び投影静電レンズ 1 5 9 * 1 2によってマルチチャンネルプレート 1 5 9 · 1 4の下面に拡大投影され、撮像部 1 5 9 · 1 7により撮像され、ゥヱーハ 1 5 9 · 6上の投影された領域の二次電子線画像が得られる。ステージ 1 5 9 · 1 0を駆動してゥェ一ハ 1 59 · 6を所定幅毎に X— Y水平面内で逐次移動して上記手順を実行することにより、検査面全体の画像を得ることができる。

拡大された二次電子線画像を撮像している間に、鏡筒 1 6 0 · 1に共振周波数 f 。 ( 1 5 0H z) の振動成分を含む外力が加わると、鏡筒 1 6 0 · 1は、その伝達関数で定まる共振倍率（3 0 d B) でこの振動成分を増幅させて固有振動する。この振動 1 6 0 · 2は、圧電素子 1 6 2 · 4に正負の圧力を印加する。圧電素子 1 62 . 4は、鏡筒 1 6 0 · 1の振動エネルギーを一旦電気エネルギーに変換して出力する。圧電 ' 素子 1 6 2 · 4の両電極 1 6 2 ■ 2、 1 62 · 3には、インダク夕ンス 1 62 · 6 ( L) 及び抵抗 1 6 2 · 7 (R_D) が直列接続されて共振回路を形成しているため、共振周波数 ί。において、圧電素子 1 62 * 4の容量性ィンピ一ダンスと、インダクタンス 1 62 · 6の誘導性インピーダンス Lとは相殺され、共振回路のインピーダンスは、事実上、抵抗 R_Dのみとなる。従って、共振時には、圧電素子 1 62 · 4から出力される電気エネルギーは、抵抗 1 62 : 7 (R_D) によりほぼ全部消費される。かくして、鏡筒 1 60 · 1から圧電素子 1 62 · 4に加わる外力を相殺するように圧電素子 1 62 · 4は力を発生することになり、機械共振により発生する振動 1 6 0 · 2を相殺し、共振倍率を下げることができる。二次電子線は拡大写像されるため、振動による写像の揺らぎは更に大きなものとなるが、この実施の形態では、このような揺らぎに起因した写像のぼけを未然に防止することができる。

図 1 6 3に示すように、機械構造体としての鏡筒 1 6 0 · 1の伝達関数 1 6 1 - 1 (図 1 6 1に相当）の共振成分は、電気的周波数特性 1 6 3 · 1を持った直列共振回 ' 路 1 6 2 · 8の共振成分により相殺され、鏡筒 1 6 0 · 1は、全体として共振倍率の低い総合伝達関数 1 63 · 2を持つようになる。

以上のように、写像のぼけの無い良好な二次電子線画像が得られると、この実施の形態の電子線検査装置 1 59 · 1は、当該画像からゥェ一八 1 59 · 6の欠陥を検査する処理を行う。この欠陥検査処理として、いわゆるパターンマッチング法などを用い ¾ことができる。この方法では、基準画像記憶部 1 5 9 · 24から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とのマッチングを取って両者の類似度を表す距離値を演算する。この距離値が所定の閾値より小さい場合、類似度が髙いと判断して「欠陥無し」と判定する。これに対し、該距離値が所定の閾値以上の場合、類似度が低いと判断して「欠陥有り」と判定する。欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示してもよい。このとき、 CRT 1 5 9 · 2 1の表示部に二次電子線画像 1 5 9 · 2 6を表示するようにしてもよい。なお、二次電子線画像の部分領域毎に上記パターンマッチング法を用いてもよい。 '

パターンマッチング法以外でも、例えば図 1 64 (a) ~ ( c ) に示す欠陥検査方法がある。図 1 64 (a) には、 1番目に検出されたダイの画像 1 64 · 1及び 2番目に検出された他のダイの画像 1 6 4 · 2が示されている。 3番目に検出された別のダイの画像が 1番目の画像 1 6 4 · 1 と同じか又は類似と判断されれば、 2番目のダィ画像 1 6 4 · 2の部分 1 6 4 · 3が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。

図 1 6 4 ( b ) には、ゥエーハ上に形成されたパターンの線幅を測定する例が示されている。ゥエーハ上の実際のパターン 1 6 4 ■ 4を方向 1 6 4 · 5に走査したときの実際の二次電子線の強度信号が 1 6 4 ■ 6であり、この信号が予め較正して定められたスレツショールドレベル 1 6 4 · 7を連続的に超える部分の幅 1 6 4 · 8をパ夕ーン 1 6 4 · 4の線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。図 1 6 4 ( c ) には、ゥェ一ハ上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する例が示されている。図 1 5 9に示す構成において、ゥエーハ 1 5 9 · 6の上方に軸対称の電極 1 6 4 · 9を設け、例えばゥェ一ハ電位 0 Vに対して— 1 0 Vの電位を与えておく。このときの一 2 Vの等電位面は 1 4 · 1 0で示されるような形状とする。ここで、ゥェ一ハに形成されたパターン 1 6 4 · 1 1及ぴ 1 6 4 · 1 2は、夫々一 4 Vと 0 Vの電位であるとする。この場合、パターン 1 6 4 · 1 1から放出された二次電子線は— 2 V等電位面 1 6 4 · 1 0で 2 e Vの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁 1 6 4。 1 0を越え、軌道 1 6 4 · 1 3に示すように電極 1 6 4 · 9から脱出して検出器で検出される。一方、パターン 1 6 4 - 1 2から放出された二次電子線は— 2 Vの電位障壁を越えられず、軌道 1 6 4 · 1 4に示すようにゥエーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パ夕ーン 1 6 4 · 1 1の検出画像は明るく、パターン 1 6 4 · 1 2の検出画像は暗くなる。かくして、電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することができる。そして、この電位分 Φからパターンの欠陥部分を評価することができる。

以上説明したように、本実施の形態により得られた写像ぼけの無い良好な二次電子線画像に対して上記のような各測定を行うことにより、より高精度の欠陥検査が実現できる。

本実施の形態としてこれまで説明した電子線検査装置をデバイス製造方法におけるゥエー八検査工程に用いた場合には、機械構造体の振動による'検出画像の劣化を未然に防止できるので、効率良く高精度の検査が可能となり、欠陥製品の出荷防止が実現できる。

なお、本実施の形態は、上で説明したもののみに限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。例えば、機械的な共振周波数とモードは、必ずしも一つではなく、一般には複数発生するので、その場合には、必要個数のァクチユエ一夕 1 6 0 · 4を鏡筒の各要所に設置することで対応が可能となる。例えば、図 1 6 0 ( b ) に示す機械構造体ブロック Aが Y方向の振動 1 6 0 · 2だけではなく X方向の振動を有する場合、別個のァクチユエ一夕を X方向の振動を相殺するように設置することができる。更に、 Bブロックや Dブロックにも独立した固有振動がある場合、これらのプロックにもァクチユエ一夕を設置してもよい。

振動減衰用回路 1 5 9 · 1 8は、直列共振回路 1 6 2 · 8 と等価である必要はなく、機械的固有振動が同一振動方向に複数の共振周波数を持つ場合、当該回路の電気的周波数特性が複数の共振周波数を持つもので対抗することができる。

ァクチユエ一夕の設置箇所は、鏡筒だけではなく、ビーム位置を正確に位置付けるために必要な部品、例えば X— Yステージ 1 5 9 · 1 0、或いは、各種光学器械の光学部品に適用することも可能である。

本実施の形態の電子線検査装置の被検査試料として半導体ゥェ一ハ 1 5 9 · 6を例に掲げたが、被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばゥェ一八への露光用パターンが形成されたマスク等をその検査対象とすることもできる。

更に、本実施の形態は、ビームを物質の目標位置に照射する電子線応用装置全般に適用することができる。この場合、当該物質の検査のみならず、その加工、製造及び観測の少なくともいずれかを行う装置にも適用範囲を広げることができる。当然、ここでいう物質の概念は、ゥエーハゃ上記したマスクのみならず、ビームにより、その検査、加工、製造及び観測のうち少なくともいずれかが可能となる任意の対象物である。デバイス製造方法も、同様に、半導体デバイスの製造工程中の検査のみならず、半導体デバイスをビームで製造するプロセス自体にも適用することができる。

なお、本実施の形態の電子線検査装置として、図 1 5 9に示す構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、電子線検査装置 1 5 9 · 1の電子線照射手段は、ゥエーハ 1 5 9 · 6の表面に対して垂直上方から一次電子線を入射させる形式であるが、 E X B偏向器 1 5 9 · 7を省略し、一次電子線をゥエーハ 1 5 9 • 6の表面に斜めに入射させるようにしてもよい。

3 - 4 ) ゥェ一八の保持に関する実施の形態

本実施の形態は、電子線装置においてゥェ一ハを静電的に吸着保持する静電チヤック、ゥェ一八と静電チャックとの組合わせ、特に減速電界対物レンズを用いた電子線装置で使用可能な静電チャックとゥエー八との組合わせ、ならびに、静電チャックとゥェ一八との組合わせを備える電子線装置を使用するデバイス製造方法に関する。ゥエーハを静電的に吸着固定する公知の静電チヤックにおいては、基板に配置される電極層を複数の互いに絶縁された電極により形成し、一方の電極から他方の電極へ向かって順次電圧を印可する電源装置を備える。また減速電界対物レンズを用いる電子線装置が公知である。

プロセス途中のゥエーハを減速電界対物レンズを用いる電子線装置で評価する場合、ゥエーハに負の高電圧を印加することが必要である。この場合、急激に負の高電圧を印加するとプロセス途中のデバイスが破壊されるおそれがあるので、電圧を徐々に ■ 印加することが必要である。

一方、大部分のゥエーハは、ゥェ一ハの側面及び裏面に S i 0 ₂又は窒化膜等の絶縁膜を付着されるので、ゥエーハに 0電位又は低い電位を与えようとするとき、電圧が印加されない問題があった。更に静電チャック側へ中央が凸に歪んだゥェ一ハは、比較的容易に吸着固定できるが、チャック側に中央が凹に歪んだゥエーハは、単極の静電チャックでは、周辺部のみがチャックされ、中央部はチャックされないまま保持される問題があった。

本実施の形態は、上記の問題点を解決するため、減速電界対物レンズで使用でき、側面及ぴ裏面が絶縁膜で被覆され、チャック側に向かって中央が凹に歪んだゥエーハをチヤック可能な静電チャック、ならびにゥェ一八と静電チヤックとの組合わせを提供するとともに、このような静電チャック又はゥエー八と静電チャックとの組合わせを用いてプロセス途中のゥエー八の評価を行うデバイス製造方法を提供する。

図 1 6 5は、本実施の形態における静電チャック 1 4 1 0の平面図であり、ゥェ一 ' ハを取り除いて電極板 1 6 5 · 1を見たものである。図 1 6 6は、図 1 6 5の静 ^チャックの線 M— Mに沿う垂直方向の概略断面図であり、ゥェ一八が載置され電圧が印加されない状態を示すものである。静電チヤック 1 6 5 · 2は、図 1 6 6に示すように、基板 1 6 6 · 1、電極板 1 6 6 · 2、絶縁層 1 6 6 · 3から成る積層構造を有する。電極板 1 6 6 · 2は、第 1電極 1 6 5 · 2及び第 2電極 1 6 5 · 3を含む。第 1 電極 1 6 5 · 2及び第 2電極 1 6 5 · 3は、別々に電圧が印加できるように分離され、磁場中で渦電流を発生しないで高速で移動可能であるように、薄膜で形成される。第 1電極 1 6 5 · 2は、平面図において円形の電極板 1 6 6 * 2の中央部分及び周辺部分の一部から成り、第 2電極 1 6 5 ' 3は、電極板の残りの馬蹄形周辺部分から成る。電極板 1 6 6 · 2の上方に絶縁層 1 6 6 · 3が配置される。絶縁層 1 6 6 · 3 は、厚さ 1 mmのサファイア基板により形成される。サフアイ'ァは、アルミナの単結晶であり、アルミナセラミックスの如き小孔が全くないので、絶縁破壊電圧が大きい。例えば、 1 m m厚のサファイア基板は、 1 0 ⁴V以上の電位差に十分耐えることができる。

ゥエー八 1 6 6 · 4に対する電圧の印加は、ナイフエッジ状の金属部分を有する接触子 1 6 6 · 5を介してなされる。図 1 6 6に示すように、 2個の接触子 1 6 6 - 5 がゥェ一ハ 1 66 · 4の側面に接触される。 2個の接触子 1 6 6 · 5を用いる理由は、 1個の接触子だけの場合、導通が取れなくなる恐れがあること、及ぴゥエーハ 1 6 6 · 4を片側へ押す力が生じるのを嫌ったからである。絶縁層（図示せず）を破壊して導通を取るのであるが、放電する時に粒子を飛散させる恐れがあるので、接触子 1 66 · 5は，抵抗 1 66 · 6を介して電源 1 6 6 · 7に接続し大きい放電を生じないようにした。この抵抗 1 66 · 6は、大き過ぎると導通穴が形成されず、小さ過ぎると大きい放電が起り、パ一ティクルを飛散させるので、絶縁層（図示せず）毎に抵抗の許容値を決めた。これは、ゥエーハの履歴により絶縁層の厚さが変わるので、各ゥヱ一ハ毎に抵抗の許容値を決める必要があるからである。

図 1 6 7の（a) は電圧印加のタイムチャートを示す。第 1電極には、線 Aで示すように、時刻 t = 0において、 4 kVが印加される。ゥヱーハの中央部及び周辺部が共にチャックされた時刻 t = t。において、第 2電極に、線 Bで示すように 4 k Vが印加される。時刻 t = t iでゥエーハの電圧 Cが少しずつ深くされ（下げられ）、時刻 t == t ₂で一 4 k Vに達するように制御される。第 1電極及び第 2電極は、時刻 t = t iから時刻 t = t ₂において、少しずつ電圧が下げられ、時刻 t = t₂で、 0 Vにされる。

チヤックに吸着保持されたゥエー八の評価が終了した時刻 t = t ₃でゥェ一ハの電圧 Cが 0 Vにされ、ゥエー八が外部へ取出される。

静電チャックが 4 k Vの電位差がなくても 2 k Vの電位差でもゥヱ一八を吸着保持する場合には、図 1 6 7に 1点鎖線で示すように、第 1電極及び第 2電極にそれぞれに 2 kVの電圧 A'、 B ' が印加される。ゥエーハにー 4 kVが印加されるとき、第 1電極及び第 2電極にそれぞに、 — 2 kVが印加される。このようにして、電圧印加によって必要以上に電圧を絶縁層 2 104に印加しないようにできるので、絶縁層の破 »を防止できる。

図 1 6 8は、上で説明した静電チャックを備える電子線装置を示すブロック図である。電子線源 1 6 8 · 1から放出された電子線は、開口アパーチャ（NA) を決めるアノード 1 6 8 · 2の開口で不要なビームを除去され、コンデンサレンズ 1 6 8 · 7 と対物レンズ 1 6 8 · 1 3で縮小され、一 4 k Vを印加されたゥエーハ 1 6 6 · 4に結像されると共に、偏向器 1 68 · 8及ぴ 1 6 8 · 1 2により'ゥエーハ 1 6 6 · 4上を走査する。ゥエー、 1 66 · 4から放出される二次電子線は、対物レンズ 1 6 8 · 1 3で集められ、 EXB分離器1 68 ·'1 2で 3 5 ° 程度、お側へ曲げられ、二次電子線検出器 1 68 · 1 0で検出され、ゥエーハ上の S ΕΜ像が得られる。図 1 6 8の電子線装置において、符号 1 68 · 3、 1 6 8 · 5は軸合わせ器具、 1 6 8 . 4は非点補正器具、 1 6 8 ' 6は開口板、 1 6 8 · 1 1はシールド、 1 6 8 · 1 4は電極である。ゥエーハ 1 6 6 · 4の下方に、図 1 6 6および図 1 6 7で説明した静電チヤックが配置される。

本実施の形態を、デバイス製造方法における検査工程に用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスでもスループットよく検査でき、全数検査が可能になり、製品の歩留まり向上、欠陥製品の出荷防止が可能である。

なお、静電チャックに対して印加する電圧の増大又は減少の仕方は、図 1 6 7の（ a ) に示すものに限られる訳ではない。例えば、図 1 6 7の（b ) に示すように指数関数的に変化する電圧であっても良い。要は、所定の電圧まで時間内に到達する電圧であれば、どのようなものであってもよい。

以上、本発明の第 1の実施の形態〜第 1 2の実施の形態を詳述したが、いずれの実施の形態においても、「所定電圧」という.用語は、検査等の測定が行われる電圧を意味するものとする。

また、これまで説明した各種の実施の形態は荷電粒子線として電子線を用いているが、これに限られるものではなく、電子線以外の荷電粒子線や、電荷を持たない中性子線、レーザー光、電磁波等の非荷電粒子線をも使用することが可能である。

なお、本発明に係る荷電粒子線装置が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、荷電粒子線の形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく有機物質は荷電粒子線の形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、こうした堆積した有機物質は周期的に除去しなければならない。そこで、堆積した有機物質を周期的に除去するため、この有機物質の堆積する領域の近傍の電極を利用して、真空中で水素、酸素またはフッ素及びそれらを含む代替物 H F、 H ₂ 0、 C _M F _N等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッ夕が生じる電位（数 k V、例ぇぱ2 0 〜 5 ¾: ¥ ) に維持することで、有機物質のみを酸化、水素化、フッ素化により除去することが好ましい。

3— 5 ) E X B分離器の実施の形態

図 1 6 9は、本実施の形態の E X B分離器 1 6 9 · 1を示す。 E X B分離器 1 6 9 • 1は、静電偏向器と電磁偏向器とにより構成されており、図 1 6 9においては、光, 軸（図面に垂直な軸： z軸）に直交する X — y平面上の断面図'として示されている。 X軸方向及び y軸方向も直交している。

静電偏向器は、真空容器中に設けられた一対の電極（静電偏向電極） 1 6 9 · 2を備え、 X軸方向に電界 Eを生成する。これら静電偏向電極 1 6 9 · 2は、絶縁スぺ一サ 1 6 9 · 3を介して真空容器の真空壁 1 6 9 · 4に取り付けられており、これらの電極間距離 Dは、静電偏向電極 1 6 9 ' 2の y軸方向の長さ 2 Lよりも小さく設定されている。このような設定により、 z軸の周りの形成される電界強度が一様な範囲を比較的大きくすることができるが、理想的には、 Dく Lであれば、電界強度が一様な範囲をより大きくすることができる。

即ち、電極の端縁から DZ 2の範囲は、電界強度が一様ではないため、電界強度がほぼ一様な領域は、一様ではない端部領域を除いた中心部の 2 L— Dの領域となる。このため、電界強度が一様な領域が存在するためには、 2 L>Dとする要があり、さらに、 L>Dと設定することにより、電界強度が一様な領域がより大きくなる。真空壁 1 6 9 · 4の外側には、 y軸方向に磁界 Mを生成するための電磁偏向器が設けられている。電磁偏向器は、電磁コイル 1 6 9 · 5及び電磁コイル 1 6 9 ■ 6を備え、これらコイルはそれぞれ、 X軸方向及び y軸方向に磁界を生成する。なお、コィル 1 6 9 · 6だけでも y軸方向の磁界 Mを生成できるが、電界 Eと磁界 Mとの直交度を向上させるために、 X軸方向に磁界を生成するコイルを設けている。即ち、コイル 1 6 9 - 6によって生成された— X軸方向の磁界成分によって、コイル 1 6 9 · 6によって生成された + X軸方向を打ち消すことによって、電界と磁界との直交度を良好にすることができる。

これら磁界生成用のコイル 1 6 9 · 5及び 1 6 8 · 6は、真空容器の外に設けるため、それぞれを 2分割して構成し、真空壁 1 6 9 · 4の両側から取り付け、部分 1 6 9 · 7においてネジ止め等により締め付けて一体化すればよい。

E X B分離器の最外層 1 6 9 · 8は、パーマロイあるいはフェライト製のヨークとして構成する。最外層 1 6 9 · 8は、コイル 1 6 9 · 5、 1 6 9、 6と同様に、 2分割して両側からコイル 1 6 9 · 6の外周に取り付けて、部分 1 6 9 · 7においてネジ止め等により一体化してもよい。

図 1 7 0は、本実施の形態の E X B分離器 1 7 0 · 1の光軸（ z軸）に直交する断面を示す。図 1 7 0の E X B分離器 1 7 0 · 1は、静電偏向電極 1 7 0 · 1が β極設けられている点が、図 1 6 9に示した実施の形態の Ε X Β分離器と相違している。これら静電偏向電極 1 7 0 · 1には、それぞれの電極の中央と光軸（ ζ軸）とを結んだ線と電界の方向（X軸方向）との角度を（ ί = 0， 1， 2 , 3 , 4 , 5 ) としたときに、 c o s 0 iに比例する電圧 k · c o s e , (kは定数）が供給される。ただし、は、任意の角度である。 '

図 1 7 0に示した実施の形態においても、 X軸方向の電界 Eしか作れないので、 X 及び y軸方向の磁界を生成するコイル 1 6 9 · 5及ぴ 1 6 9 · 6を設け、直交度の修正を行う。本実施の形態によれば、図 1 6 9に示した実施の形態に比べて、電界強度がー様な領域をさらに大きくすることができる。図 1 6 9及び図 1 7 0に示した実施の形態の E X B分離器においては、磁界を生成するためのコイルをサドル型に形成しているが、トロイダル型のコイルを用いてもよい。

図 1 6 9の E X B分離器 1 6 9 · 1においては、電界を生成する静電偏向器の一対の電極として、電極間の間隔よりも光軸に直角な方向の大きさが長く形成された平行平板型電極を用いているので、光軸の周りに一様強度で平行な電界が生成される領域が広くなる。 '

また、図 1 6 9及ぴ図 1 7 0の E X B分離器においては、電磁偏向器にサドル型コィルを用い、かつ光軸からコイルを見込む角度を片側で 2 兀ノ 3に設定しているので 3 0成分が生成せず、これにより、光軸の周りに一様強度で平行な磁界が生成される領域が広くなる。さらにまた、磁界を電磁コイルによって生成しているので、コイルに偏向電流を重畳することができ、これにより、走査機能を持たせることができる。図 1 6 9及び図 1 7 0の Ε Χ Β分離器は、静電偏向器と電磁偏向器との組み合わせとして構成されているので、静電偏向器及びレンズ系の収差を計算し、これとは別に電磁偏向器及びレンズ系の収差を計算し、これら収差を合計することにより、光学系の収差を得ることができる。

3— 6 ) 製造ラインの実施の形態

図 1 7 1は、本発明の装置を使用した製造ラインの例を示す。検査装置 1 7 1 . 1で検査されるゥエーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報を S M I F または F〇U P 1 7 1 · 2に備えられたメモリから読み出すか、または、そのロット番号を、 S M I F、 F O U P又はゥエーハカセットの I D番号を読むことにより認識できるようになつている。ゥェ一ハの搬送中は水分の量をコントロールしてメタル配線の酸化等を防止している。

欠陥検査装置 1 7 1 · 1は生産ラインのネットワークシステムと接続することが可能となっており、このネットワークシステム 1 7 1 · 3を介して、生産ラインを制御している生産ラインコント口一ルコンピュータ 1 7 1 · 4、各製造装置 1 7 1 . 5及び別の検査装置に、被検査物であるゥエー八のロット番号などの情報とその検査結果を送ることが出来る。製造装置には、リソグラフィー関連装置例えば露光装置、コ一夕一、キュア装置、デぺロッパ等、又は、エッチング装置、スパッ夕装置及び C V D 装置などの成膜装置、 C M P装置、各種計測装置、他の検査装'置、レビュー装置等が含まれる。

3 - 7 ) 他の電子を用いた実施の形態

本発明は、 1 0 0 n m以下の線は簿を有する配線パターンが形成された基板等の試料に電子線を照射し、基板表面の情報を得た電子を検出し、該検出された電子から基板表面の画像を取得し、試料表面の検査を行うことを本質的な目的とする。特に、電子線を試料に照射する際、一定の撮像領域を含む面積を有する電子線を照射し、該基板上の撮像領域から放出された電子を C CD又は C CD— TD I等を用いて検出器上に結像して撮像領域の画像を取得し、更に、得られた画像を、ダイのパターンに応じてセル検査、ダイ比較検査を適宜組み合わせて検査を行うことにより、 S EM方式と比較して格段に早いスループットを実現した検査方法及び装置を提案している。即ち、本発明の電子線を用いた検査方法及び検査装置は、 '光学式検査装置では分解能の低さにより 1 0 0 nm以下の線幅を有する配線のパターン欠陥が十分に検査できず、一方、 S EM型検査装置では検査に時間がかかりすぎるために高スループットの要請に応えられないという双方の問題点を解消し、 1 00 nm以下の線幅を有する配線パタ —ンを十分な分解能且つ高スループットで検査することを可能にしている。

試料の検査においては、分解能の観点からは、電子線を基板に衝突させ、基板から放出された電子を検出して、基板表面の画像を得ることが望ましい。したがって、本発明の実施例では、主に、基板から放出された二次電子、反射電子、後方散乱電子を中心に例を挙げて説明してきた。しかし、検出される電子は、基板の表面の情報を得ているものであれば何でもよく、例えば、基板付近に逆電界を形成することにより、基板に直接衝突せずに、基板付近で反射するミラー電子（広義には反射電子とも言う )、或いは基板を透過する透過電子等でもよい。特に、ミラー電子を用いた場合には、電子が試料に直接衝突しないので、チャージアップの影響が極めて小さいという利点がある。

ミラ一電子を利用する場合には、試料に、加速電圧よりも低い負の電位を印加し、試料付近に逆電界を形成する。この負の電位は、基板の表面付近で殆どの電子線が戻される程度の値に設定するのがよい。具体的には、電子銃の加速電圧よりも 0. 5〜 1. 0 V以上低い電位に設定すればよい。例えば、本発明の場合、加速電圧が一 4 k Vの場合、試料への印加電圧は一 4. O O O kV〜一 4. 0 5 0 kVに設定するのが好ましい。更に望ましくは、一 4. 00 0 5 k V~-4. 02 0 kVがよく、更に好ましくは一 4. 0 0 0 5 kV〜一 4. 0 1 0 k Vに設定するのが好適である。

また、透過電子を利用する場合には、加速電圧を一 4 kVに設定したとき、試料への印加電圧は 0〜一 4 k V、好ましくは 0〜一 3. 9 kV、更に好ましくは 0〜― 3 . 5 k Vに設定するのが好適である。

他に、電子線ではないが、 X線の利用してよい。本発明の二次系やダイ比較等は十分に適用可能である。

ミラー電子、透過電子のいずれを用いる場合でも、既に説明した電子銃、一次光学系、一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器、 C CD又は C CD— TD Iを用いた検出器、画像処理装置、ダイ比較のための演算器等を用いる。電子線は、楕円等の一定の領域を有するものを用いるが、勿論、 S E M型に用いる細く絞った電子線を用いてもよい。電子線は単数でも複数でもよいことは勿論である。一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器は、電界と磁界の双方を形成するウィーンフィルタでもよいし、磁界のみの偏向器を用いてもよい。検出器は、撮像領域を検出器上に結像して、迅速な検査を行える C C D又は C C D— T D I を用いるが、 S E M型の電子銃を用いた場合には、これに対応する半導体検出器等'を用いることは当然である。基板表面の画像を取得し、ダイの比較検査を行う場合には、ダイのパターンに応じて、周期性のあるパターンに適用するセル検査と、ランダムなパターンに適用するダイ同士の比較検査を適宜利用する。勿論、全てダイ同士の比較検査で処理してもよい。また、ダイ同士の比較検査の場合には、同一基板上のダイ同士で比較してもよいし、異なる基板上のダイ同士を比較してもよいし、ダイと C A Dデータを比較してもよい。いずれか好適なものを任意に用いればよい。更に、検査の前には、基板の位置あわせを行う。基板の位置ずれを測定し、回転角のずれを補正する。その際、フォーカスマップを作成し、検查時にそれらを考慮して平面上の基板の位置やフォーカスのずれを補正しながら検査を行ってもよい。

また、本発明の装置の製造工程での利用にあたっては、ネットワークシステムに接続し、生産ラインを制御しているコンピュータから検査対象であるゥェ一八の情報を入手したり、検査結果を送信し、生産ラインの各装置の生産条件に反映させることが望ましい。

3— 8 ) 二次電子と反射電子を用いる実施の形態

この実施の形態は、面ビームで検査対象.を照射することができ、検査対象に応じて二次電子と反射電子とを切り換えて使用することが可能な高分解能且つ高スループットの写像投影方式電子線装置に関するものである。このように、試料上の 1点ではなく少なくとも一次元方向に広がった視野に電子ビームを照射してその視野の像を形成する方式は「写像投影方式」と呼ばれている。この写像投影方式電子線装置は、空間電荷効果を回避でき、信号対雑音比が高く、並列処理による画像処理速度を向上させた高分解能且つ高スループットな装置である。

以下、この実施の形態の写像投影方式電子線装置を、欠陥検査装置として具体化した場合について、図 1 7 2〜図 1 8 1を参照しながら詳述す ¾。なお、これらの図において、同一の参照数字又は参照符号は同じ又は対応する構成要素を指すものとする図 1 7 2の（A ) 及び（B ) において、欠陥検査装置 E B I の電子銃 E Gは大電流で動作可能な熱電子放出型の L a B ₆製カソ一ド 1 を有し、電子銃 E Gから第 1の方向へ発射された一次電子は数段の四極子レンズ.2を含む一次光学系を通過してビーム形状を調整されてからウイ一ンフィルタ 1 7 2 · 1を通過する。ウィーンフィルタ 1 7 2 . 1によって一次電子の進行方向は、検査対象であるゥエーハ Wに対して入力するよう第 2の方向へ変更される。ウイーンフィルタ 1 7 2 · 1 を出て第 2の方向へ進む一次電子は、 N A開口板 1 7 2 · 2によってビ一ム径が制限され、対物レンズ 1 7 2 · 3を通過してゥエーハ Wを照射する。対物レンズ 1 7 2 · 3は高精度の静電レンズである。

このように、一次光学系においては、電子銃 E Gとして LaB ₆製の高輝度のものを使用しているので、従来の走査型の欠陥検査装置に比較して低ェネルギで大電流且っ大面積の一次ビ一ムを得ることができる。

ゥェ一ハ Wは一次光学系によって断面が例えば 2 0 0 mX 5 0 imの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、. ゥェ一ハ W上の所定の広さの小さな領域を照射することができるようになる。この面ビームでゥエーハ Wを走査するために、ゥエーハ Wは例えば 3 0 0 mm対応の高精度の XYステージ（図示せず）上に載置され、面ビームを固定した状態で XYステージを二次元的に移動させる。また、一次電子をピ一ムスポットに絞り込む必要がないので面ビームは低電流密度であり、ゥエー八 wのダメージが少ない。例えば、従来のビーム走査方式の欠陥検査装置においてはピ —ムスポットの電流密度は 1 0³A/ c m²であるが、図の欠陥検査装置 E B I においては面ビームの電流密度は 0. l AZc m²~ 0. 0 1 AZ c m²でしかない。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では 1 X 1 0—⁵ CZ c m²であるのに対して、本方式では 1 X 1 0— ⁴ C/cm²〜3 X l 0- ⁵ C/cm²であり、本方式の方が高感度になっている。

面ビーム状の一次電子によって照射されたゥヱ一ハ Wの領域からは二次電子と反射電子が出てくる。反射電子については後述するとして、まず二次電子の検出について説明すると、ゥエーハ Wから放出された二次電子は、前記第 2の逆の方向へ進むよう、対物レンズ 1 7 2 · 3によって拡大されて N A開口板 1 7 2 · 2及びウイ一ンフィル夕 1 7 2 · 1を通過してから、中間レンズ 1 7 2 · 4によって再び拡大され、投影レンズ 1 7 2 · 5によって更に拡大されて二次電子検出系 Dに入射する。二次電子を導く二次光学系においては、対物レンズ 1 7 2 · 3、中間レンズ 1 7 2 · 4及び投影レンズ 1 Ί 2 · 5はいずれも高精度の静電レンズであり、二次'光学系の倍率は可変であるよう構成される。' 一次電子をゥエーハ Wにほぼ垂直に入射し、二次電子をほぼ垂直に取り出すので、ゥェ一ハ Wの表面の凹凸による陰影が生じない。

投影レンズ 1 7 2 · 5からの二次電子を受け取る二次電子検出系 Dは、入射された二次電子を増殖するマイクロチャンネルプレート 1 7 2 · 6と、マイクロチャンネルプレート 1 72。 6から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン 1 9 2 · 7と、蛍光スクリーン 1 72 · 6から出た光を電気信号へ変換するセンサュニット 1 7 2 . 8とを備える。センサユニット 1 7 2 · 8は、二次元に配列された多数の固体撮像素子からなる高感度のラインセンサ 1 72 · 9を有しており、蛍光スクリーン 1 72 · 7から発せられた蛍光はラインセンサ 1 72 · 9によって電気信号へ変換されて画像処理部 1 7 2 · 1 0に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。

ゥエーハ Wを移動させてゥェ一ハ W上の個々の領域'を順に面ビームで照射して走査していく間に、画像処理部 1 7 2 · 1 0は、欠陥を含む領域の XY座標と画像とに関するデータを順次蓄積していき、一つのゥエーハについて欠陥を含む検査対象の全ての領域の座標と画像とを含む検査結果ファイルを生成する。こうして、検査結果を一括して管理することができる。この検査結果ファイルを読み出すと、画像処理部 1 7 2 - 1 0のディスプレイ上には当該ゥエーハの欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。

実際には、欠陥検査装置 EB Iの各種の構成要素のうち、センサュニッ卜 1 7 2 · 8は大気中に配置されるが、その他の構成要素は真空に保たれた鏡筒内に配置されるため、この実施の形態においては、鏡筒の適宜の壁面にライトガイドを設け、蛍光スクリーン 1 7 2 · 7から出た光をライトガイドを介して大気中に取り出してラインセンサ 1 7 2 · 9に中継する。

図 1 7 3は、図 1 7 2の欠陥検査装置 E B Iにおける二次電子検出系 Dの具体的な構成例を示している。投影レンズ 1 7 2 · 5によってマイクロチャンネルプレート 1 7 2 ■ 6の入射面に二次電子像又は反射電子像 1 7 3 · 1が形成される。マイクロチャンネルプレート 1 72 · 6は例えば分解能が 1 6 m、ゲインが 1 0³〜 1 0⁴、実効画素が 2 1 0 0 X 52 0であり、形成された電子像 1 7 3 · 1に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン 1 7 2 · 7を照射する。これによつて蛍光スクリーン 1 72 · 7の電子で照射された部分から蛍光が発せられ、発せられた蛍光は低歪み（歪みが例えば 0. 4 %) のライトガイド 1 7 3 · 2を介して大気中へ放出される。放出された蛍光は光学リレーレンズ 1 73 · 3を介してラインセンサ 1 72 · 9に入射される。例えば、光学リレーレンズ 1 7 3 · 3は倍率が 1Z2、透過率が 2. 3 %, 歪みが 0. 4 %であり、ラインセンサ 1 7 2 · 9は 2 048 X 5 1 2個の画素を有している。光学リレーレンズ 1 7 3 · 3はラインセンサ 1 72 · 9の入射面に電子像 1 7 3 · 1に対応した光学像 1 7 3 · 4を形成する。ライトガイド 1 73 · 2及びリレーレンズ 1 7 3 · 3の代わりに F 0 P (フアイノ ' · ォプティック · プレート）を使うこともでき、この場合の倍率は 1倍である。

図 1 7 2に示す欠陥検査装置 E B Iは、電子銃 E Gの加速電圧及びゥエーハ Wに印加されるゥエーハ電圧を調整するとともに電子検出系 Dを使用することにより、二次電子の場合、正帯電モードと負帯電モードのいずれかで動作可能である。更に、電子銃 E Gの加速電圧、ゥェ一ハ Wに印加されるゥエーハ電圧及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置 EB Iを、一次電子の照射によってゥエーハ Wから発せられる高工ネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モ一ドで動作させることができる。反射電子は、一次電子がゥェ一ハ W等の試料に入射するときのエネルギと同じエネルギを持っており、二次電子に比べてエネルギが高いので、試料表面の帯電等による電位の影響を受けずらいという特徴がある。電子検出系は、二次電子又は反射電子の強度に対応した電気信号を出力する電子衝擊型 C CD、電子衝撃型 TD I等の電子衝搫型検出器を使用することもできる。この場合は、マイクロチャンネルプレート 1 72 - 6, 蛍光スクリーン 1 72 · 7、リレーレンズ 1 73 . 3 (又は ΕΟΡ) を使用せずに、結像位置に電子衝撃型検出器を設置して使用する。このように構成することにより、欠陥検査装置 Ε Β Iは検査対象に適したモードで動作することが可能になる。例えば、メタル配線の欠陥、 GC配線の欠陥、レジストパターンの欠陥を検出するには、負帯電モード又は反射電子撮像モードを利用すればよいし、ビアの導通不良やエッチング後のビア底の残渣を検出するには反射電子撮像モードを利用すればよい。

図 1 74の（Α) は図 1の欠陥検査装置 Ε Β Iを上記の 3つのモードで動作させるための要件を説明する図である。電子銃 E Gの加速電圧を V_A、ゥエーに印加されるゥエーハ電圧を V_w、ゥェ一ハ Wを照射するときの一次電子の照射エネルギを E _{1 N}、電子検出系 Dに入射する二次電子の信号エネルギを Ε_ουτとする。電子銃 E G は加速電圧 V_Aを変えることができるよう構成され、ゥエーハ Wには適宜の電源（図示せず）から可変のゥェ一ハ電圧 V_wが印加される。そこで、加速電圧 V_A及ぴゥェ一八電圧 V_wを調整し且つ電子検出系 Dを使用すると、欠陥検査装置 EB Iは、図 1 74の（B) に示すように、二次電子ィールドが 1よりも大きい範囲では正帯電モード、 1よりも小さい範囲では負帯電モードで動作することができる。また、加速電圧 V_A、ゥエーハ電圧 V_w及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置 E B Iは二次電子と反射電子とのエネルギ差を利用して反射電子撮像モードで動作することができる。なお、図 1 74の（B) において、正帯電領域と負帯電領域との境界における電子照射エネルギー E _{I N}の値は、実際には試料によって異なる。

欠陥検査装置 EB Γを反射電子撮像モード、負帯電モード及び正帯電モードで動作させるための V_A、 V_w、 E _{I N}及び Ε_ουτの値の一例を挙げると、

反射電子撮像モードでは

V_A= - . 0 k V V_w= - 2. 5 k V

E _{I N}= 1. 5 k e V

負帯電モードでは

V_A= - 7. 0 k V

V_w= - 4. 0 k V

E J _N= 3. 0 k e V

E_{0 UT}= 4 k e V + a ( a =二次電子のエネルギ幅）

正帯電モ一ドでは

V_A= - 4. 5 k V

V_w=- 4. 0 k V .

E J _N= 0. 5 k e V

E_0UT= 4 k e V+ a ( a =二次電子のエネルギ幅）

となる。

実際、二次電子と反射電子の検出量は、ゥェ一ハ W上の被検査領域の表面組成、パターン形状及び表面電位によって変わってくる。即ち、ゥエーハ W上の被検査対象の表面組成によって二次電子収率及び反射電子量は異なり、パターンの尖つた個所や角では二次電子収率及び反射電子量は平面に比べて大きい。また、ゥエーハ W上の被検査対象の表面電位が高いと、二次電子放出量が減少する。こうして、検出系 Dによつて検出された二次電子及び反射電子から得られる電子信号強度は材料、パターン形状及ぴ表面電位によって変動する。

図 1 7 5は、図 1 7 2に示す欠陥検査装置 E B I の電子光学系に使用される静電レンズの各電極の断面形状を示している。図 1 7 5に示すように、ゥエーハ Wからマイク口チャンネルプレート 1 7 2 · 6までの距離は例えば 8 0 0 mmであり、対物レンズ 1 7 2 · 3、中間レンズ 1 7 2 · 4及び投影レンズ 1 7 2 · 5は特殊形状をした複数枚の電極を有する静電レンズである。いま、ゥェ一ハ Wに一 4 k Vを印加したとすると、対物レンズ 1 7 2 · 3のゥェ一ハ Wに最も近い電極には + 2 0 k Vが印加され、残りの電極には— 1 4 7 6 Vが印加される。同時に、中間レンズ 1 7 2 . 4には一 2 4 5 0 Vが、投影レンズ 1 7 2 · 5には一 4 1 2 0 Vが印加される。この結果、二次光学系で得られる倍率は、対物レンズ 1 7 2 · 5によって 2'. 4倍、中間レンズ 1 7 2 · 4によって 2. · 8倍、投影レンズ 1 7 2 · 5によって 3 7倍となり、合計では 2 6 0倍となる。なお、図 1 7 5における参照数字 1 7 5 . 1、 1 7 5 - 2はビーム径を制限するためのフィールド · アパーチャであり、参照数字 1 7 5 · 3は偏光器である。図 1 7 6の（A) は、写像投影方式電子線装置の他の実施の形態であるマルチビーム · マルチピクセル型の欠陥検査装置 E B Iの構成を概略的に示す図である。この欠陥検査装置 E B Iにおける電子銃 E Gmは L a B ₆製の力ソードを有し、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1を発射することのできるマルチビーム型の電子銃である。電子銃 E Gmから発せられた複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1は、各一次電子ビームに対応した位置に小孔が形成された開口板 1 7 6 · 2によってピーム径を調整された後、 2段の軸対称レンズ 1 7 6 · 3、 1 7 6 · 4によって各ビームの位置を調整されて第 1の方向へ進み、ウイーンフィルタ 1 72 · 1を通過して進行方向を第 1の方向から第 2の方向へ変えてゥエーハ Wに入射するよう進行する。その後、それぞれの一次電子ビーム 1 7 6 . 1は N A開口板 1 7 2 · 2、対物レンズ 1 72 · 3を通過してゥヱーハ Wの所定の領域を照射する。

複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1の照射によってゥヱーハ Wから放出された二次電子及び反射電子 1 7 6 · 5は、図 1 72の（A) について既に説明したと同様に、第 2の方向とは逆の方向へ進行して対物レンズ 1 7 2 · 3、 NA開口板 1 7 2 · 2、ウイーンフィルタ 1 72 · 1、中間レンズ 1 7 2 ■ 4、投影レンズ 1 72 · 5を通つて検出系 Dに入射し、センサュニット 1 7 2 · 8によって電気信号化される。

電子銃 E Gmから見て下流側の軸対称レンズ 1 7 6 · 4とウィーンフィルタ 1 7 2 - 1との間には、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1を偏向するための偏向器 1 7 6 - 6が配置される。そこで、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1によってゥエーハ W 上の或る領域 Rを走查するため、図 1 7 6の（B) に示すように、ゥエーハ Wを Ϋ軸方向に移動させながら、偏向器 1 7 6 · 6によって、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 • 1を Y軸に垂直な X軸方向に同時に偏向させる。これにより、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1によって、領域 Rがラスタ走査されることになる。

図 1 7 7の（A) は、写像投影方式電子線装置の更に他の実施の形態であるマルチ · ビニム.' モノピクセル型の欠陥検査装置 E B Iの概略的な構成を示している。同図において、電子銃 E Gmは複数本の一次電子ビーム 1 76 · 1を発射することができ、発射された複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1は、図 1 7 6の（A) について説明したと同様に、第 1の方向へ進行するよう、開口板 1 7 6 · 2、軸対称レンズ 1 Ί 6 · 3、 1 7 6 - 4, 偏向器 1 7 6 · 6、ウィーンフィルタ 1 7 2 · 1、対物レンズ 1 7 2 . 3によって導かれてゥエーハ Wを照射する。 '

複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1によって照射されてゥエーハ Wから放出された二次電子又は反射電子 1 7 6 · 5は、対物レンズ 1 72 · 3を通過した後、ウィーンフィル夕 1 7 2 · 1によって所定の角度だけ進行方向を変えられた後、中間レンズ 1 7 2 · 4、投影レンズ 1 72 · 5を通過してマルチ検出系 D ' に入射する。図のマルチ検出系 D 'は二次電子検出系であって、開口電極 1 7 6 · 2に形成された n個の小孔と同数の孔が形成されたマルチ開口板 1 7 7 · 1 と、開口板 1 7 7 · 1の n個の孔を通過した二次電子を捕捉して該二次電子の強度を表す電気信号へ変換するようマルチ開口板 1 7 7 · 1の各孔に対応して設けられた n個の検出器 1 7 7 · 2と、各検出器 1 7 7 · 2から出力された電気信号を増幅する n個の増幅器 1 7 7 · .3 と、それぞれの増幅器 1 7 7 · 3によって増幅された電気信号をディジタル信号へ変換してゥェーハ W上の被走査領域 Rの画像信号を記憶、表示、比較等を行う画像処理部 1 7 2 · 1 0 ' とを備える。

図 1 7 7の（A ) に示す欠陥検査装置 E B I においては、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 - 1 による領域 Rの走査は、図 1 7 7の（B ) に示すように行われる。即ち、図 1 7 7の（B ) に示すように、領域 Rを一次電子ビーム 1 7 6 * 1の数だけ Y軸方向に分割して小領域 r l 、 r 2 、 r 3、 r 4を想定し、それぞれの一次電子ビーム 1 7 6 - 1をこれらの小領域 r 1 ~ r 4のそれぞれに割り当てる。そこで、ゥェ一ハ W を Y軸方向に移動させながら、偏向器 1 7 6 · 6によって、それぞれの一次電子ビ一ム 1 7 6 · 1を X軸方向に同時に偏向させ、各一次電子ビーム 1 7 6 · 1にその割り当てられた小領域 r 1 〜 r 4を走査させる。これにより、複数本の一次電子ビーム 1 7 6 · 1によって領域 Rが走査されることになる。

なお、マルチビームの一次光学系は、図 1 7 6に限定されるものではなく、試料上に照射される時点でマルチビームであればよく、例えば、単一の電子銃であってもよい。 ' ' これまで説明してきた欠陥検查装置 E B I においては、ゥェ一ハ Wをステージ上に載置し、該ステ一ジを真空チヤンパ内で精度良く位置決めすることができる機構を使用することが好ましい。かかるステージの高精度の位置決めために、例えば、ステ一ジを静圧軸受けによって非接触支持する構造が採用される。この場合、静圧軸受けから供給される高圧ガスが真空チャンバに排気されないよう、高圧ガスを排気する差動排気機構を静圧軸受けの範囲に形成して真空チャンパの真空度を維持することが望ましい。

図 1 7 8は、ゥエーハ Wを載置したステージを真空チヤンバ内で精度良く位置決めするための機構の構成の一例と不活性ガスの循環配管系を示す図である。図 1 7 8において、一次電子をゥエーハ Wに向かって照射する鏡筒 1 7 8 ·· 1の先端部すなわち一次電子照射部 1 7 8 . · 2が真空チャンパ Cを画成するハウジング 1 7 8 · 3に取り付けられる。鏡筒 1 7 8 · 1の直下には、'高精度な X Yステージ 1 7 8 · 4の；方向 (図 1 7 8において左右方向）の可動テーブル上に載置されたゥェ一ハ Wが配置される。 X Yステージ 1 7 8 · 4を X方向及び Y方向（図 1 7 8において紙面に垂直の方向）に移動させることにより、ゥエーハ Wの面上の任意の位置に対して正確に一次電子を照射することができる。

XYステージ 1 78 · 4の台座 1 78 · 5はハウジング 1 7 8 · 3の底壁に固定され、 Y方向に移動する Yテ一プル 1 78 · 6が台座 1 7 8 · 5の上に載っている。 Y テーブル 1 7 8 · 6の両側面（図 1 78において左右側面）には突部が形成され、これら突部は台座 1 78 · 5に設けられた一対の Y方向ガイド 1 7 8 · 7 a及び 1 78 - 7 bに形成された凹溝とそれぞれ嵌合する。各凹溝は Y方向ガイド 1 7.8 · 7 a、 1 7 8 - 7 bのほぼ全長に亘つて Y方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け（図示せず）がそれぞれ設けられる。これらの静圧軸受けを介して高圧且つ高純度の不活性ガス（N 2ガス、 A rガス等）を吹き出すことにより、 Yテーブル 1 7 8 · 6は Y方向ガイド 1 7 8 · 7 a、 1 7 8 - 7 bに対して非接触で支持され、 Y方向に円滑に往復運動できる。また、台座 1 78 · 5と Yテーブル 1 78 · 6との間には、 Yテーブル 1 7 8 · 6を Y方向に駆動するために、公知の構造のリニアモータ 1 78 · 8が配置される。

Yテーブル 1 7 8 · 6の上側には Xテーブル 1 7 8 ' 9が X方向に移動可能に載置されている。 Xテーブル 1 7 8 · 9を挟むように、 Yテーブル 1 7 8 · 6のための Y 方向ガイド 1 78 ' 7 a、 1 78 · 7 bと同じ構造の一対の X方向ガ.ィド 3 1 78 · 1 0 a、 1 7 8 · 1 0 b (図 1 78には 1 78 · 1 0 aのみ図示されている）が設けられる。これら X方向ガイドの Xテーブル 1 7 8 · 9に面した側にも凹溝が形成され、 Xテーブル 1 7 8 · 9の X方向ガイドに面した側部には、上記凹溝内に突出する突部が形成されている。これらの凹溝は X方向ガイドのほぼ全長に亘つて伸びている。凹溝内に突出する X方向テーブル 1 78 · 9の突部の上、下面及び側面には、 Yテーブル 1 7 8 · 6の非接触支持のための静圧軸受けと同様の静圧軸受け（図示せず）が設けられる。これらの静圧軸受けに高圧且つ高純度の不活性ガスを供給して静圧軸受けから X方向ガイド 1 7 8 ： 1 0 a, 1 78 - 1 0 bの案内面に対して噴出させることにより、 Xテーブル 1 7 8 · 9は X方向ガイド 1 7 8 · 1 0 a、 1 78 . 1 0 bに対して高精度に非接触で支持される。 Yテーブル 1 7 8 · 6には、 Xテーブル 1 7 8 • 9を X方向に駆動するために公知の構造のリニァモータ 1 7 8 . 1 1が配置される XYステージ 1 7 8 · 4として、大気中で用いられる静圧軸受け付きステージ機構をほぼそのまま使用することが可能なので、露光装置等で用いられる大気用の高精度のステージと同等の精度を有する ΧΥステージを、ほぽ同等のコスト及ぴ大きさで欠陥検査装置用の ΧΥステージとして実現することができる。なお、ゥェ一ハ Wは Xテ一プル 1 7 8 · 9上に直接載置されるのではなく、ゥエーハ Wを取り外し可能に保持し且つ XYステージ 1 78 · 4に対して微少な位置変更を行なう機能を有する試料台の上に載置されるのが普通である。

上記不活性ガスはフレキシブル配管 1 78 . 1 2、 1 78 - 1 3及び ΧΥステージ 1 7 8 · 4内に形成されたガス通路（図示せず）を介して上記静圧軸受けに供給される。静圧軸受けに供給された高圧の不活性ガスは、 Υ方向ガイド 1 7 8 · 7 a、 1 8

78 · 7 b及び X方向ガイド 1 7 8 ' 1 0 a、 1 7 8 · 1 0 bの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に ¾出して Yテーブル 1 7 8 - 6 及び Xテーブル 1 78 · 9を案内面に対して; X方向、 Y方向及び Z方向（図 1 7 8において上下—方向）に正確に位置決めする。静圧軸受けから噴出した不活性ガスのガス分子は真空チャンバ C内に拡散し、排気口 1 7 8 · 14、 1 78 · 1 5 a, 1 7 8 · 1 5 b及び真空配管 1 7 8 · 1 6、 17 8 · 1 7を通してドライ真空ポンプ 1 78 · 1 8によって排気される。排気口 1 78 ·.1 5 a、 1 7 8 - 1 5 bの吸い込み口は台座 1 7 8 · 5を貫通してその上面に設けられる。これにより、吸い込み口は XYステージ 1 78 ■ 4から高庄ガスが排出される位置の近くに開口するので、静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより真空チャンパ C内の圧力が上昇するのが防止される。ドライ真空ポンプ 1 7 8 · 18の排気口は、配管 1 78 · 1 9を介して圧縮機 1 7

8 · 2 0に接続され、圧縮機 1 7 8 · 2 0の排気口は配管 1 7 8 · 2 1、 1 7 8 . 2 2、 1 78 · 2 3及びレギユレ一夕 178 · 24、 1 7 8 · 2 5を介してフレキシブル配管 1 7 8 · 1 2、 1 78 - 1 3に接続される。このため、ドライ真空ポンプ 1 7 8 · 1 8から排出された不活性ガスは、圧縮機 1 7 8 * 2 0によって再び加圧されレギユレ一タ 1 7 8 . 24、 1 78 - 25で適正な圧力に調整された後、再び X Υテーブルの静圧軸受けに供給される。こうすることによって、高純度の不活性ガスを循環させて再利用できるので、不活性ガスを節約でき、また、欠陥検査装置 ΕΒ Ιから不活性ガスが放出されないので、不活性ガスによる窒息等の事故の発生を防止することができる。なお、圧縮機 1 7 8 · 2 0の排出側の配管 1 7 8 · 2 1の途中にコールドトラップやフィル夕等の除去手段 1 78 · 2 6を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることが好ましい。

鏡筒 1 7 8 · 1の先端部すなわち一次電子照射部 1 78 · 2の周囲には、差動排気機構 1 78 · 2 7が設けられる。これは、真空チャンバ C内の庄力が高くても一次電子照射空間 1 78 · 2.8の圧力が十分低くなるようにするためである。一次電子照射部 1 7 8 · 2の周囲に取り付けられた差動排気機構 1 78 · 2 7の環状部材 1 7 8 . 29は、その下面（ゥエー、Wと対向する面）とゥエーハ Wとの間に数ミクロンから数百ミクロンの微少な隙間が形成されるようにハウジング 1 7 8 · 3に対して位置決めされる。

環状部材 1 78 ■ 2 9の下面には環状溝 1 78 · 3 0が形成され、環状溝 1 7 8 . 3 0は排気口 1 7 8 . 3 1に接続される。排気口 1 78 · 3 1は真空配管 1 7 8 · 3 2を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ 1 78 · 3 3に接続される。また、鏡筒 1 7 8 · 1の適所には排気口 1 78 · 34が設けられ、排気口 1 7 8 . 34は真空配管 1 78 · 3 5を介してタ一ポ分子ポンプ 1 78 · 3 6に接続される。これらのタ一ポ分子ポンプ 1 78 · 3 3、 1 78 - 3 6は真空配管 1 78 · 3 7.、 1 7 8 · 3 8によってドライ真空ポンプ 1 7 8 · 1 8に接続される。したがって、差動排気機構 1 7 8 · 2 7や荷電ビーム照射空間 1 7 8 · 26に侵入した不活性ガスのガス分子は環状溝 1 7 8 * 3 0、排気口 1 7 8 · 3 1及び真空配管 1 7 8 · 3 2を介してターポ分子ポンプ 1 7 8 · 33によって排気されるので、真空チャンパ Cから環状部材 1 7 8 - 2 9によって囲まれた空間 1 78 28内に侵入したガス分子は排気されてしまう。これにより、一次電子照射空間 1 7 8 · 28内の圧力を低く保つことができ、一次電子を問題なく照射す ¾ことができる。また、鏡筒 1 78 · 1の先端部から吸引されたガス分子は排気口 1 78 · 34、真空配管 1 78 * 3 5を通ってターボ分子ポンプ 1 7 8 · 36によって排気される。夕一ポ分子ポンプ 1 7 8 · 3 3、 1 7 8 - 3 6から排出されたガス分子はドライ真空ポンプ 1 7 8 · 1 8によって収集されて圧縮機 1 7 8 · 2 0に供給される。

なお、環状溝 1 7 8 · 3 0は、真空チヤンパ C内の圧力や一次電子照射空間 1 7 8 · 28内の圧力によっては、二重或いは三重の構造にしてもよい。また、図 1 7 8に示す検査装置では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを 1台のドライ真空ポンプで兼用するようにしているが、 ΧΥステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンパの容積や内表面積、真空配管の内径や長さ等に応じて、別系統のドライ真空ポンプで排気することも可能である。

： ΧΥステージ 1 7 8 · 4の静圧軸受けに供給する高圧ガスとして、一般にドライ窒素が使用される。し力しながら、可能ならば、更に髙純度の不活性ガスを用いることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバ Cを画成するハウジング 1 1 8 · 3の内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、ゥェ一八 Wの表面に付着して一次電子照射空間 1 7 8 · 2 8の真空度を悪化させてしまうからである。また、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ 1 7 8 · 33、 1 78 - 3 6 、ドライ真空ポンプ 1 78 · 1 8及び圧縮機 1 7 8 · 20は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。

なお、図 1 78に示すように、不活性ガスの循環配管系には高純度不活性ガス供給系 1 7 8 · 1 9が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンパ Cや真空配管 1 7 8 . 1 6、 1 7 8 · 1 5, 1 7 8 - 32 , 1 78 - 3 5 , 1 78 - 3 7及び加圧側配管 1 7 8 . 1 9、 1 7 8 . 2 1、 1 78 . 22、 1 78 - 2 3, 1 7 8 - 3 9を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。また、ドライ真空ポンプ 1 7 8 · 1 8に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ ' 真空ポンプ 1 7 8 · 1 8に圧縮機 1 78 · 2 0の機能を兼用させることも可能である。更に、鏡筒 1 78 · 1の排気に用いる超高真空ポンプとして、ターボ分子ポンプ 1 7 8 - 3 6の代わりにイオンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合には、循環配管系を構築することができなくなる。ドライ真空ポンプ 1 78 · 1 8の代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することも可能である。

図 1 7 9は、差動排気機構 1 78 · 2 7の環状部材 1 7 8 · 2 9及びそれに形成された環状溝 1 78 · 3 0の大きさの数値の例を示している。ここでは、半径方向に隔てられた二重構造の環状溝が用いられている。静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ 2 0 L/m i n (大気圧換算）程度である。真空チヤンパ Cを、内径 5 0 mmで長さ 2 mの真空配管を介して 2 0 0 0 0 L/m i nの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約 1 6 0 P a ( 約 1. 2 T o.r r ) となる。この時、差動排気機構 1 7 8 · 27、環状部材 1 7 8 · ' 2 9及び環状溝 1 78 · 30等の寸法を図 1 7 9に示すように設定すると、一次電子照射空間 5 6内の圧力を 1 0— ⁴P a (1 0— ⁶To r r) にすることができる。

図 1 8 0は、これまで図 1 7 2〜図 1 7 9によって説明してきた欠陥検査装置 E B Iを搭載した検査システムの全体的な構成を概略的に示している。図示のとおり、欠陥検査装置 E B Iの一次光学系からゥェ一ハ W、二次光学系を経て検出系 Dに至る経路の構成要素は、磁気シールド機能を奏する鏡筒 1 7 8 · 1の内部に収容され、鏡筒 1 7 8 · 1は、外部からの振動が伝わるのを防止するようにアクティブ除振ユニットにより支持された除振台 1 8 0 · 1の上面に設置される。鏡筒 1 78 · 1の内部は真空排気系 1 8 0 · 2によって真空に保たれる。鏡筒 1 7 8 · 1の内部の一次光学系及び二次光学系の各構成要素に対しては、制御電源 1 8 0 · 3から高圧ケ一プル 1 8 0 · 4を介して所要の電圧が供給される。 ·

鏡筒 1 7 8 · 1の適宜の個所に、光学顕微鏡とオートフォーカス手段とを備えたァライメント機構 1 8 0 · 5が設けられ、次光学系及び二次光学系を構成する各要素を所定の光軸上に適正に配置するとともに電子銃から発射された一次電子がゥエーハ W上に焦点を自動的に結ぶよう調整される。 . 除振台 1 8 0 · 1の上面には、ゥェ一ハ Wを載置して固定するためのチャック（図示せず）を備えた XYステージ 1 7 8 · 4が設置され、走査期間における XYステ一ジ 1 7 8 · 4の位置は所定間隔でレーザ一干渉計によって検出される。更に、除振台 1 80 · 1の上面には、検査対象である複数枚のゥエーハ Wを蓄積するためのローダ — 1 8 0 . 6と、ローダ一 1 80 . 6内のゥエーハ Wを把持して鏡筒 1 7 8 . 1内の X Yステージ 1 7 8 . 4に載置し、検査終了後にゥエーハ Wを鏡筒 1 78 · 1内から取り出すための搬送ロポット 1 8 0 · 7とが設置される。

システム全体の動作は、所要のプログラムがィンストールされたメインコントロ一ラ 1 8 0 · 8によって制御される。メインコントローラ 1 80 · 8はディスプレイ 1 8 0 · 9を備えており、また、ケーブル 1 8 0 · 1 0を介して検出系 Dと接続される。これにより、メインコントローラ 1 8 0 · 8は検出系 Dからケーブル 1 8 0 · 1 0 を介してディジタル画像信号を受け取って画像処理部 1 7 2 · 1 0によって処理し、ゥエーハ Wの走査によって得られた検査結果ファイルの内容ゃゥエーハ Wの欠陥分布等をディスプレイ 1 8 0 · 9に表示させることができる。また、メインコントローラ 1 80 · 8はシステム全体の動作を制御するためにシステムの動作状態をディスプレィ 1 8 0 · 9に表示する。

なお、ゥェ一ハ Wを載置するステージは XY平面内で移動可能であるとして説明してきたが、これに加えて、ステージは、 XY平面に垂直な又は XY平面を通る任意の軸の回りに回転可能であってもよい。また、検査対象はゥエーハに限られるものではなく、マスク等の電子線によって検査可能な試料を含むものとする。更に、この施の形態における写像投影型電子線装置と従来のビーム走査方式の欠陥レビュー装置とサーバとメインコントローラとを L ANで相互に結合することにより、分散型の欠陥検査網を構築することができる。

以上の説明から理解されるように、この実施の形態は、

(1) 面ビームによって試料を照射するので、スループットを向上させることができ

、例えばゥェ一ハ 1 枚あたりの欠陥検査時間を従来のビーム走査方式の検査装置に比べてほぼ 1Z 7に短縮することができる、

(2) 一次電子をビームスポットに絞る必要が無いので、空間電荷効果を回避することができるうえ、試料を低電流密度で照射するので、試料のダメージが小さい、 (3) 面ビームによって試料を照射するので、 1ピクセルよりも小さいサイズまで検査することができる、 - (4) 電子銃の加速電圧及び試料に印加きれる電圧を選定するとともに、対物レンズを調整することにより、正帯電モード、負帯電モード及び反射電子撮像モードのうちのいずれかの動作モードで動作することができるので、試料における検査部位に応じて適正な検査を実施することができる、

( 5 ) 静電レンズを使用することにより、一次光学系及び/又は二次光学系を小型で高精度にすることができる、

等の格別の効果を奏する。

Claims

請求の範囲

1 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

'該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器へ導く手段と、

該検出器に導かれた前記電子を画像として合成する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームが前記試料上を照射する領域の前記電子ビームの照度が均一である電子線装置。

2 . 前記試料の表面の情報を得た前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1に記載の電子線装置

3 . 前記試料の表面の情報を得た前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 1に記載の電子線装置。

4 . 前記領域の形状が、前記電子ビームの光軸に対して直交する二つの軸に関してそれぞれ概ね対称である、請求項 1に記載の電子線装置。

5 . 前記領域が前記検出器の画素に対応した画素で構成される、請求項 1 に記載の電子線装置。

6 . 前記電子ビームが複数である、請求項 1に記載の電子線装置。 7 . 前記電子ビームを走査する、請求項 1に記載の電子線装置。

8 . 発生された前記の二次電子、反射電子、後方散乱電子及びミラー電子のうちの少なくとも一つを前記検出器上で集束する、請求項 2又は 3に記載の電子線装置。

9 . 発生された前記の二次電子、反射電子、後方散乱電子及びミラ一電子のうちの少なくとも一つを前記検出器上で結像させる、請求項 2又は 3に記載の電子線装置。

1 0 . 発生された前記の二次電子、反射電子、後方散乱電子及びミラー電子のうちの少なくとも一つを前記検出器上で拡大して結像させる、請求項 2又は 3に記載の電子線装置。

1 1. 電子ビームを試料へ照射する手段と、

該電子ビームの前記試料への照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に結像させる手段と、

• 該検出器に結像された前記電子を画像として合成する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームの電流密度及び又はエネルギーを、前記電子ビームの照射によつて前記試料にダメージを与えない値に設定した電子線装置。

1 2. 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 1に記載の電子線装置。 1 3. 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 1に記載の電子線装置。

14. 前記電流密度を 1 AZc m²以下に設定した、請求項 1 1に記載の電子線装置。

1 5. 前記エネルギーを 1 e V以上 1 5 k e V以下に設定した、請求項 14に記載の電子線装置。

1 6. 前記電子ビームの前記試料への照射量を 1 E— 7以上 3 E— l C/cm²以下 fc設定した、請求項 1 1に記載の電子線装置。

1 7. 電子ビームを試料に照射する前記手段と、検出器に結像させる前記手段とが、それぞれ、静電レンズで構成された光学系である、請求項 1 2に記載の電子線装置

1 8. 前記電子ビムが照射する照射領域の形状が、前記電子ゼームの光軸に対して直交する二つの軸に関してそれぞれ概ね対称である、請求項 1 7に記載の電子線装

1 9 . 前記試料に照射される前記電子ビームと、前記電子とを分離する手段を備え、該分離する手段は、電界と磁界とを生成する手段を含む、請求項 1 1に記載の電子

2 0 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビーの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に拡大投影して結像させる手段と、

該検出器に拡大投影されて結像された前記電子を画像として合成する手段と、を備える電子線装置であって、

任意の拡大投影倍率において電流密度を一定にするために前記照射領域の面積を変える手段を有するする電子線装置。

2 1 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである'、請求項 2 0に記載の電子線装置。

2 2 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 2 0に記載の電子線装置。

2 3 . 前記拡大投影倍率に連動して、前記照射領域の形状を相似形に維持しながら変える手段を有する、請求項 2 0に記載の電子線装置。

2 4 . 前記照射領域の面積が、前記電子を画像として合成する領域と概ね同一の大きさ、又は前記検出器に拡大投影されて結像された前記電子を画像として合成する頜域を含む大きさである、請求項 2 0に記載の電子線装置。

2 5 . 前記拡大投影倍率を連続的に変えるための手段を更に備え、該手段に連動して、前記照射領域の面積を制御し、もって概ね同一の信号対雑音比を得る、請求項 2 0に記載の電子線装置。 2 6 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に導く手段と、

前記試料を載置し、前記電子ビームの光軸に対して直交する 2つの軸の方向に連続的に移動可能なステージとを備える電子線装置であって、

前記検出器及び合成する前記手段が、

前記電子を増倍させる手段と、

増倍させる前記手段によって増倍された前記電子を画像用電気信号に変換する手段と、

を備え、

• 前記ステージの移動速度が、画像用電気信号に変換する前記手段によって変換された信号の信号対雑音比を一定にするように制御される

電子線装置。

2 7. 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 2 6に記載の電子線装置。

2 8. 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 2 6に記載の電子線装置。

2 9. 光を画像用電気信号に変換する前記手段が、有効画素数 1 024以上 409 6以下、積算段数が 144以上 40 96以下、タップ数が 4以上 1 2 8以下である検出素子を備える、請求項 2 6に記載の電子線装置。

3 0. 前記半導体素子のライン周波数が 20 kH z以上 3 0 0 kH z以下である、請求項 2 9に記載の電子線装置。

3 1. 前記検出器及び合成する前記手段が、

if記の二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうちの少なくとも一つを増倍させる手段と、

増倍させる前記手段によって増倍された前記の二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうちの少なくとも一つを光に変換する手段と、

光に変換する前記手段からの光を画像用電気信号に変換する手段と、

を備える

、請求項 2 6に記載の電子線装置。

3 2. 画像用電気信号に変換する前記手段が TD I — C CDを備える、請求項 3 1 に記載の電子線装置。

3 3. 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

を備える電子線装置であって、

最大輝度の画像を得るのに必要な入射電子の数が 1 0 0 0個/画素以下である電子線装置。

34. 前記試料の表面の情報を得た電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 3 3に記載の電子線装置

3 5. 前記試料の表面の情報を得た電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ —電子である、請求項 3 3に記載の電子線装置。

3 6. 前記電子ビームが L a B 6からの熱電子である、請求項 33に記載の電子線

37. 画像として合成する前記手段が、

前記の二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうちの少なくとも一つを増倍させる手段と、

増倍させる前記手段によって増倍された前記の二次電子、反射電子及び後方散乱電子のうちの少なくとも一つを画像用電気信号に変換する手段と、

を'備える

、請求項 3 6に記載の電子線装置。

38. 前記検出器のライン周波数が 2 0 kH z以上 40 0 kHz以下である、請求項 3 6に記載の電子線装置。

3 9. 画像用電気信号に変換する前記手段が、充分な感度を有する TD I — C CD を備える、請求項 3 8に記載の電子線装置。

40. 前記検出器のライン周波数が 3 0 0 ：《 2以上 1 50 01 112以下であり、前記 TD I —CCDの画素数が 2 048以上 409 6以下であり、タップ数が 32 以上 1 2 8以下であり、感度が 1 0 0 0 DNZ (n J / cm²) 以上 40 0 0 0 DN / (n J / cm²) 以下である

、請求項 3 9に記載の電子線装置。

4 1. 2 0 0 mmゥエーハの 1枚当たりの検査時間が 0. l m分解能のときに 2 時間以下である、請求項 40に記載の電子線装置。

42. 前記検出器のライン周波数が 20 kH z以上 1 0 0MHz以下であり、前記 TD I — C C Dの画素数が 2 048以上 40 9 6以下であり、タップ数が 32 以上 1 2 8以下であり、感度が 1 0 0 0 DN/ (n J /cm²) 以上 40 0 0 0 DN / (n J / cm²) 以下である

、請求項 3 9に記載の電子線装置。

43. 2 0 0 mmゥエー八の 1枚当たりの検査時間が 0. tim分解能のときに 1 ノ 8時間以下であるある、請求項 42に記載の電子線装置。

44. 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に拡大投影して結像させる手段と、 ' 該検出器に結像された前記電子を画像として合成する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームが前記試料を照射する照射領域の形状が、前記電子ビームの光軸に対して直交する二つの軸に関してそれぞれ概ね対称であり、

前記照射領域での前記電子ビームの照度が均一であり、

照射する前記手段と結像させる前記手段とが、静電レンズで構成された光学系であり、

合成する前記手段は、前記電子を増倍させる手段と、増倍させる前記手段によって増倍された前記電子を光に変換する手段と、光に変換する前記手段からの光を画像用電気信号に変換する TD I— CCDとを備え、 '

前記 TD I 一 C CDの画素サイズに基づく所望の拡大投影倍率を得るために、前記静電レンズの電圧を調整して、前記試料 ¾面での画素サイズを定める電子線装置。

45. 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 4 4に記載の電子線装置。

4 6 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 4 4に記載の電子線装置。

4 7 . 前記 T D I— C C Dの画素サイズが、前記試料上に存在する検査対象物を発見し得るよう、該検査対象物の寸法の 2倍以下である、請求項 4 4に記載の電子線装

4 8 . 前記 T D I— C C Dの画素サイズが、前記試料上に存在する線を認識し得るよう、該線幅の 2倍以下である、請求項 4 4に記載の電子線装置。

4 9 . 前記 T D I— C C Dの画素サイズが、デザインルールに倍率をかけた値以下の画素サイズである、請求項 4 4に記載の電子線装置。

5 0 . 前記デザインルールが、前記試料がメモリである場合には配線のハーフピッチであり、前記試料がロジックである場合にはゲート長を示す、請求項 4 9に記載の電子線装置。 5 1 . 前記光学系が、二組の対物レンズと二組の中間レンズと二組の投影レンズとからなり、結像的に発生する色収差、球面収差、コマ収差のうちの少なくとも一つの収差を低減する、請求項 4 2に記載の電子線装置。

5 2 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

'該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に拡大投影して結像させる手段と、

該検出器に結像された前記電子を画像として合成する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記照射領域での前記電子ビームの照度が均一であり、

結像させる前記手段が、静電レンズで構成された光学系であ'り、

前記電子ビームと前記電子とを分離する手段が、電界と磁界とを利用した偏向器であり、 '

前記検出器に拡大投影して結像された画像の中心と前記静電レンズの中心とは共通の軸上にあり、前記偏向器と前記試料との間の区間では、前記電子ビームが前記共通の軸を光軸とし、前記電子ビームの前記光軸が前記試料に対してほぽ垂直である

電子線装置。 5 3 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 5 2に記載の電子線装置。

5 4 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 5 2に記載の電子線装置。

5 5 . 前記光学系が、二組の対物レンズと二組の中間レンズと二組の投影レンズとからなり、結像的に発生する色収差、球面収差、コマ収差のうちの少なくとも一つの収差を低減する、請求項 5 2に記載の電子線装置。 5 6 . 前記電子が、前記偏向器によって偏向されずに前記検出器へ導かれる、請求項 5 2に記載の電子線装置。

5 7 . 前記電子ビームが、前記共通の軸に対して 1 0〜 6 0度で前記偏向器に入射し、前記偏向器により前記試料の方向へ向けられる、請求項 5 2に記載の電子線装置

5 8 . 前記電子が、前記対物レンズにより前記偏向器の中心に結像される、請求項

5 2に記載の電子線装置。 5 9 . 前記対物レンズは前記試料と前記偏向器との間に配される、請求項 5 2に記載の電子線装置。

6 0 . 結像させる前記手段が、軸ずれを補正する手段を有する、請求項 5 2に記載の電子線装置。

6 1 . 軸ずれを捕正する前記手段が、複数の電極から構成される、請求項 6 0に記載の電子線装置。 '

6 2 . 前記試料に任意の値の電圧を印加するための機構を更に備える、請求項 5 2 に記載の電子線装置。

6 3 . 前記電子ビームが前記試料に照射されるときのエネルギーを制御する、請求項 5 2に記載の電子線装置。

6 4 . 前記試料の表面の状態又は材質により、前記電子ビームのエネルギー及ぴ電流密度を制御して前記電子ビームの照射条件を変えて前記電子ビームを前記試料に照射することにより、前記電子の照射条件を選択することができる、請求項 5 2に記載の電子線装置。

6 5 . 前記電子による画像のコントラストの最適値において、 M T Fが最大になるよう前記照射条件を選定する、請求項 6 に記載の電子線装置。

6 6 . 電子ビームを試料に向けて照射する段階と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出器に導く段階と、

該検出器に導かれた前記電子を画像として合成する段階と、

を備える電子線検査方法であって、

前記電子ビームを発生させる段階と、

前記電子ピ一ムを前記試料に照射する照射エネルギ及び電流密度を決める段階、前記電子ビームが前記試料を照射する照射領域の面積を決める段階と、.

前記電子ビームが前記試料を照射する照射領域の形状を決める段階と、

前記照射領域での前記電子ビームの照度を均一に維持する段階と、

前記電子を分離してから前記検出器に導く段階と、

記検出器に導かれた前記電子を選択する段階と、

を備える検査方法。

6 7 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 6 6に記載の電子線装置。

6 8 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 6 6に記載の電子線装置。 '

6 9 . 前記試料が、前記電子ビームと連動して連続的に移動しながら前記電子ピームの照射によって検査される段階を更に備える、請求項 6 6に記載の検査方法。

7 0 . 電子線を用いて被検査基板を検査する電子線検査装置であって、

前記被検査基板の検査対象に応じて、予め定められた検査条件に基づいて、前記被検査基板を照射する前記電子線のエネルギ及び電流密度、並びに、前記電子線が前記被検査基板を照射する面積及び形状が得られるように、レンズ電圧、ステージ移動速 - 度等の装置運転条件を自動的に演算し、設定する電子線検査装置。

7 1 . 写像投影方式と S E M方式とのうちのいずれか一方の方式である、請求項 7 0に記載の電子線検査装置。

7 2 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を拡大投影して検出器に結像させる手段と、

前記検出器に結像された前記電子を画像として合成する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームを試料に照射する前記手段と、検出器に結像させる前記手段とが、静電レンズで構成された光学系を備え、

更に、

前記電子ビームと前記電子とを、電界と磁界とを用いる偏向器によって分離す手段と、

前記試料上の帯状部分を順次走査する手段であって、前記帯状部分を走査した後に前記試料をステップ移動させて次の前記帯状部分を走査する手段と、

を備え、隣り合う前記帯状部分の重なり幅を調整可能とした電子線装置。

7 3 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 7 2に記載の電子線装置。

7 4 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 7 2に記載の電子線装置。 '

7 5 . 走査する前記手段が、一つの方向に走査した後に、該方向とは逆の向に走査することが可能である、請求項 7 2に記載の電子線装置。

7 6. 走査する前記手段の走査速度が画素サイズの整数倍である、請求項 7 2に記載の電子線装置。

7 7. 走査する前記手段の走査速度が、画素サイズと TD Iのライン周波数との積である、請求項 7 2に記載の電子線装置。

■ 78. 走査する前記手段の走査速度が画素サイズに応じて変えることができる、請求項 7 7に記載の電子線装置。 7 9. 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を拡大投影して検出器に結像させる手段と、.

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームと前記電子とが、電界と磁界とを用いる偏向器によって分離され、前記電子が前記検出器に到達する率が 4 ~40 %である電子線装置。

80. 前記試料の表面の情報を得た電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 7 9に記載の電子線装置

8 1. 前記電子.は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 7 9に記載の電子線装置。 8 '2. 前記電子の数が 1画素当たり 2 0 0個以上 2 00 0 0以下である、請求項 7 9に記載の電子線装置。

83. 合成する前記手段が TD I— C C Dを備え、該 TD Iの画素数が 2048以上 40 9 6以下であり、積算段数が 5 1 2以上 40 9 6以下であり、タップ数が 3 2 以上 1 2 8以下であり、ライン周波数が 3 00 k H z以上 1. '2 MH z以下である、請求項 7 9に記載の電子線装置。

84. 2 0 0 mmゥエーハ 1枚当たりの検査時間が 1 /4時間以下である、請求項 7 9に記載の電子線装置。

8 5 . 前記 T D I— C C Dにおける 1画素当たりの電子ビーム照射時間が、前記 T D I の積算段数と前記 T D I のライン周波数とによって決められる、請求項 8 3 に記載の電子線装置。

8 6 . 電子線を用いて基板を検査する電子線検査装置において、

前記基板の被検査領域を照射する電子銃と、

前記基板から放出された電子を検出する検出器と、

(ィ）前記電子線を照射する前に、前記検査領域を含む領域に前記電子線を照射する手段、（口）前記電子線を照射する前に、前記検査領域を含む領域に導電性膜を塗布する手段、（八）検査中に前記基板の表面にアルゴン、酸素等の負性ガスを吹き付ける手段、（二）照射エネルギ 3〜 5 k e .Vの負帯電モードに調整する手段、（ホ）照射エネルギ 0 . 5〜 3 k e Vで反射電子を検査するよう調整する手段のうちの少なくとも 1つのチャージアップ抑制手段と、

を具備する電子線検査装置。

8 7 . 露光工程において、露光後の試料を電子線検査装置により検査し、該検査の結果に基づいて露光条件のマージンを決定する露光条件決定方法。 8 8 . 前記電子線検査装置は、検出器上に前記試料の面の像を結像する写像型子線検査装置である、請求項 8 7に記載の露光条件決定方法。

8 9 . 前記電子線検査装置は、導電性膜を.1〜 1 0 n m塗布した後に検査する前記手段、照射エネルギー 3〜 5 k e Vの負帯電モードで検査する前記手段、前記試料の表面にアルゴン、酸素等の負性ガスを吹き付けながら検査する前記手段、及び照射ェネルギ一が 0 . 5〜 3 k e Vで反射電子を検査する前記手段のうちの少なくとも 1つのチャージアップ抑制手段を備える、請求項 8 7に記載の露光条件決定方法。

9 0 . 基準ゥエー八との比較検査によって前記照射量と前記マ一ジンとを決める、請求項 8 7に記載の露光条件決定方法。

9 1 . 予め記憶された、最適露光条件のパターンとの比較を行って前記検査を行う、請求項 8 7に記載の露光条件決定方法。

9 2 . C A Dデータとの比較によって前記検査を行う、請求項 8 7に記載の露光条件決定方法。

9 3 . 前記検査の結果得られたデータから欠陥の原因を導出して前記手段のうちの所定のものへフィードパックし、もって歩留まりを向上させる、請求項 3 7に記載の露光条件決定方法。

9 4 . 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

を備える電子線装置であって、

前記電子ビームが前記試料を照射する照射領域の形状が前記電子ビームの光軸に対して直交する 2つの軸に関して概ね対称であり、

前記電子ビームと前記電子とを、電界と磁界とを用いて分離する偏向器によって分離し、

前記光軸が前記試料にほぼ垂直であり、

更に、ノイズを低減する手段を備える

9 5 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 9 4に記載の電子線装置。

9 6 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 9 4 記載の電子線装置。

9 7 . ノイズを低減する前記手段が 1点においてアースされ、且つ、アースラインと A C電源ラインとの間に配置されたノイズキラ一を備える、請求項 9 4に記載の電子線装置。

9 8 . ノイズを低減する前記手段が、真空用粗引き配管と粗引きポンプとの間に配置された絶縁部材を備える、請求項 9 4 ίこ記載の電子線装置。

9 9 . ノイズを低減する前記手段が、前記電子線装置をアースする位置を変えながら前記試料の画像を評価して最適なアース位置を求める手段を備える、請求項 94に記載の電子線装置。

1 0 0. 電子ビームを試料に向けて照射する電子銃と、

を備える電子線装置であって、

前記電子銃が L a B₆製の力ソ一ドを有しており、前記電子銃の引き出し電圧が 4 k V以上 7 k V以下であり、 l X 1 0 ⁴AZcm² s r以上 1 X 1 0 ⁶ A/ c m² s r 以下の輝度の熱電子を引き出す電子線装置。

1 0 1 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 0 0に記載の電子線装置。

1 0 2. 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 00に記載の電子線装置。

1 0 3. 前記電子銃の前記 L a B ₆製の力ソードの形状が円錐台であり、該円錐台の直径が 5 0 / m以上である、請求項 1 00に記載の電子線装置。 '

1 04. 電子ビームを試料に向けて照射する電子銃と、

を備える電子線装置であって、

前記電子銃がショットキ一型の力ソードを有しており、前記電子銃の引き出し電圧が 4 k V以上 7 kV以下であり、 1 X 1 0 ⁶ A/ c m² s r以上 2 X 1 0 ⁹ A/ c m² s r以下の輝度の電子を引き出す電子線装置。

1 0 5. 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 04に記載の電子線装置。

1 0 6. 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 04に記載の電子線装置。

1 0 7. 前記力ソードが Z r O製のショットキ一型カソードである、請求項 1 04 に記載の電子線装置。

1 08. 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

' 該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を拡大投影して検出器に結像させる手段と、

を備える電子線装置であって、

地磁気その他の環境に残留する磁気が前記電子ビーム及び前記電子の軌道に与える影響を低減する磁気低減手段を備える電子線装置。

1 0 9. 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 08に記載の電子線装置。

1 1 0. 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 08に記載の電子線装置。 1 1 1. 前記磁気低減手段が、強磁性体からなる鏡筒を備える、請求項 1 08に記載の電子線装置。

1 1 2. 前記磁気低減手段が、強磁性体からなる真空容器を備える、請求項 1 08 に記載の電子線装置。

1 1 3. 電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料への照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を拡大投影して検出器に結像させる手段と、

前記電子ビームと前記電子とを、電界と磁界とのうちの少なくとも一方を用いて分離する偏向器とを備える電子線装置であって、

画像として合成する前記手段は、 '

前記電子を増倍させる手段と、

増倍させる前記手段によって増倍された前記電子を画像用電気信号に変換する、複数の画素からなる半導体撮像素子と、

を備え、

前記偏向器が前記の電子束を偏向させる方向と前記半導体撮像素子の信号積分方向とを一致させた電子線装置。

5

1 1 4 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 1 3に記載の電子線装置。

1 1 5 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 10 1 1 3に記載の電子線装置。

1 1 6 . 前記試料を載置することができ、試料面上の少なくとも 1つの軸に沿って連続的に移動可能なステージを更に備え、前記ステージの移動方向を前記半導体撮像素子の信号積分方向と一致させた、請求項 1 1 3に記載の電子線装置。

15

1 1 7 . 基板上に形成されたパターンを検査する方法であって、

一つのダイ内のパターンが周期構造で構成されている部分については該周期構造内のパターンどうしの比較を行い、前記パターンが周期構造で構成されていない部分については前記ダイと別のダイとの比較を行う

0 パターン検査方法。 '

1 1 8 . パターンが形成されたダイを有する基板を検査する検査方法であって、荷電粒子源により発生された電子を前記基板に向けて照射する工程と、

前記基板に照射された前記電子と前記基板を保持するステージとのうちの少なくと 5 も一方を移動させて、前記基板上の被電子照射領域を相対移動させる工程と、

前記基板の表面の情報を得た電子を結像させて検出器により検出する工程と、前記電子に基づいて、被検査ダイの検出画像を取得する工程と、

前記被検査ダイの検出画像の比較基準となる参照用ダイの画像を取得する工程と、検査されている前記ダイ内のパターンが周期構造で構成されている部分については

¾0 該周期構造内で比較を行い、周期構造で構成されていない部分については前記参照用ダイの画像との比較を行う工程と、

を備える検査方法。

1 1 9 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 1 8に記載の電子線装置。

1 2 0 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 1 8に記載の電子線装置。

5

1 2 1 . 前記参照用ダイの画像は、 C A Dデータに基づいて作成された画像である、請求項 1 1 8に記載の検査方法。

1 2 2 . 前記参照用ダイの画像は、前記被検査ダイが形成された前記基板と同一又 0 は異なる基板上のダイの検出画像に基づいて作成された画像である、請求項 1 0 8に記載の電子線装置。

1 2 3 . 前記ダイ内のパターンが周期構造で構成されている部分についての比較と、周期構図で構成されていない部分の比較とを同時に行う、請求項 1 1 8に記載の検 5 査方法。

1 4 . 基板上に形成されたパターンを検査する検査装置であって、

一つのダイ内のパターンが周期構造で構成されている部分については該周期構造内のパターンどうしの比較を行い、前記パターンが周期構造で構成されていない部分に 0 ついては前記ダイと別のダイとの比較を行う手段

備えるパターン検査装置。

1 2 5 . パターンが形成されたダイを有する基板を検査する検査装置であって、電子を発生させて前記基板に照射する電子源と、

5 ίίί記基板に照射される前記電子と前記基板を保持するステージとのうちの少なくとも一方を移動させて、前記基板上の被荷電粒子照射領域を相対移動させる手段と、前記基板の表面の情報を得た電子を検出する検出器と、

前記の検出された基板表面の情報に基づいて、前記被検査ダイの検出画像を取得する手段と、

!0 前記被検査ダイの検出画像の比較基準となる参照用ダイの画像を取得する手段と、検査されている前記ダイ内のパターンが周期構造で構成されている部分については該周期構造内のパターンどうしの比較を行い、前記ダイ内のパターンが周期構造で構成されていない部分については前記参照用ダイの画像との比較を行う手段と、を備える検査装置。

1 2 6 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 2 5に記載の電子線装置。 1 2 7 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 2 5に記載の電子線装置。

1 2 8 . 前記検出器は、前記基板から放出された電子を結像させて検出する、請求項 1 2 5に記載の検査装置。

1 2 9 . ゥェ一ハを検査する電子線装置において、

電子ビームをゥェーハに照射する手段と、

該電子ビームの照射によって前記ゥエーハの表面の情報を得た電子を検出する検出器と、

該検出器により検出された前記電子を画像として合成する手段と、

サイズの異なるゥエーハをチヤキングすることができる静電チヤックと、を備え、複数のサイズのゥエー八の検査を可能とした電子線装置。

1 3 0 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 2 9に記載の電子線装置。 '

1 3 1 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラー電子である、請求項 1 2 9に記載の電子線装置。 1 3 2 . 試料を検査する電子線装置において、

電子ビームを試料に向けて照射する手段と、

該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって前記試料の表面の情報を得た電子を検出する検出器と、

を具備し、

前記電子ビームが、 ·撮像領域の縦横比にほぼ等しい長軸対短軸比を有する楕円形ビームであり、該楕円形ビームの照射により前記試料へのダメージを最小限にし且つ面ビームでの高速検査を可能とした電子線装置。

1 3 3 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 3 2に記載の電子線装置。

1 3 4 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 1 3 2に記載の電子線装置。

• 1 3 5 . 試料を検査する電子線装置において、

電子ビームを試料に向けて照射する照射手段と、

該検出器により検出された前記電子を画像として合成する合成手段と、

光電子を放出して前記試料を照明して前記試料を電気的に中和する中和手段と、を備える電子線装置。 1 3 6 . 前記電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも 1つである、請求項 1 3 5に記載の電子線装置。

1 3 7 . 前記電子は、前記試料の表面付近で反射されたミラ一電子である、請求項 1 3 5に記載の電子線装置。

1 3 8 . 前記中和手段が、紫外光を含む波長域の光線を発生するランプと、該光線により光電子を放出する部材とを備える、請求項 1 3 5に記載の電子線装置。

1 3 9 . 行列を成したダイ内にパターンが形成された基板を、電子を用いて検査する方法であって、

前記基板をステージ上に方向を指定して載置するステツプと、

位置決めの基準となる基準ダイを選択し、該基準ダイの特徴点の座標を含んだパ夕 —ンマッチ用テンプレート画像を取得するステツプと、

前記基準ダイを含む行又は列にある任意のダイに、前記テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行し、前記任意のダイの特徴点座標を取得するステップと、前記任意のダイと前記基準ダイとの特徴点座標に基づき、前記基準ダイを含む行又は列と前記電子が前記基板をスキャンする方向とが成すすれ角を算出するステップと前記ずれ角を補正するように前記ステージを移動させて前記基板の位置合わせを行うステップと、

電子線を前記基板に向けて照射するステップと、

前記電子線で照射された前記基板の表面の情報を得た電子を検出器により検出するステップと、

前記の検出された電子に基づいて前記パターンの画像を取得するステップと、前記パターンの画像を検査するステップと、

を含む検査方法。

1 0 . 前記任意のダイの特徴点座標を取得する前記ステップは、

前記基準ダイの特徴点座標と、既に前記テンプレート画像によるパターンマッチを実行して得た前記任意のダイの正確な特徴点座標との位置関係に基づいて、次の任意のダイの特徴点座標を推定するステツプと、

前記の推定した特徴点座標付近で前記テンプレート画像を用いたパターンマッチを実行するステップと、

前記の次の任意のダイの正確な特徴点座標を取得するステップと、

を繰り返すステツプを含む、請求項 1 3 9に記載の検査方法。

1 4 1 . 前記の繰り返すステップは、前記基準ダイの特徴点座標と、直前のステツプで求めたダイの特徴点座標との位置関係に基づいて、前記次の任意のダイの特徴点座標を推定し、パターンマッチにより前記次の任意のダイの正確な特徵点座標を取得するステップの繰り返しを含む、請求項 1 4 0に記載の検査方法。

1 4 2 . 前記ずれ角を求めた行又は列と直交する方向のサイズを求めるステップと前記の求めたサイズに基づいてダイマツプを作成するステツプと、

を更に含む、請求項 1 3 9に記載の検査方法。

1 4 3 . 前記ずれ角を求めた行又は列と直交する方向のサイズを求める前記ステツプは、

位置決めの基準となる基準ダイを選択し、該基準ダイの特徴'点座標を含むパターンマッチ用テンプレート画像を取得するステップと、

前記基準ダイを含み、前記ずれ角を求めた行又は列と直交する方向の行又は列にある任意のダイに、前記テンプレート画像を用いてパタンマッチを実行し、該任意のダィの特徴点座標を取得するステツプと、前記基準ダイの特徴点座標と、前記任意のダイの特徴点座標との間の距離及ぴ該距離に含まれているダイの個数を求め、これに基づいて前記ずれ角を求めた行又は列と直交する方向のダイのサイズを求めるステップと、

を含む、請求項 1 4 2に記載の検査方法。

1 4 4 . 電子線を用いて基板の表面を検査する基板検査装置であって、

■ 基板を載置するカセットと、

複数の大きさの基板を搬送可能なロポットハンドを有する搬送口ポットと、複数の大きさの基板を吸着固定可能な静電チヤックを具備するステージ装置と、前記基板の表面に向けて電子線を照射する電子銃と、

前記基板の表面の情報を得た電子を検出する検出器と、

前記の検出した電子から前記基板の表面の画像を得る画像処理装置と、

前記'基板の表面の比較検査を行う演算装置と、

を備える基板検査装置。

1 4 5 . 前記静電チャックは、前記基板の大きさに応じた複数の補正リングを有する、請求項 1 4 4に記載の基板検査装置。

1 6 . 前記補正リングは、前記基板の大きさに応じた落とし込み機構を有する、 ' 請求項 1 4 5に記載の基板検査装置。

1 4 7 . ' 前記口ポットハンドは、前記基板の大きさに応じた基板落とし込み部を有する、請求項 1 4 4に記載の基板検査装置。 1 4 8 . 前記搬送口ポットが前記基板を補正リングに載置するためのロードロック室と、該補正リングに対する前記基板のァライメン卜を補正するため前記搬送ロポットの作動範囲内に設けられたブリアライナとを更に備える、請求項 1 2 2に記載の基板検査装置。 1 4 9 . 前記ロードロック室が、検査対象の前記ゥエーハを'前記ステ一ジ装置へ搬入し、検査済みの前記基板を前記ステージ装置から搬出するための複数段のエレべ一タ機構を備える、請求項 1 4 8に記載の ¾板検査装置。

1 5 0 . 前記搬送口ポットの作動範囲内に、前記補正リングの交換場所を設けた、請求項 1 4 8に記載の基板検査装置。

1 5 1 . 基板を載置するステージ装置と、前記基板の表面に向けて電子線を照射する電子銃と、前記基板の表面の情報を得た電子を検出する検出器と、前記の検出した電子から前記基板の表面の画像を得る画像処理装置と、前記検出器の前記ステージ装置に対する相対位置を決める位置決め機構とを具備する基板検査装置における検出器位置決め方法であって、

前記検出器を前記ステージ装置に対して微小角度だけ回転させ、回転の都度、前記検出器による走査撮像を行って、前記画像の像質を定量的に評価するステップと、前記検出器の回転位置と前記像質との関係を表す関数を演算するステップと、前記関数より前記検出器の回転位置の最適値を求め、前記検出器を前記最適値に対応した位置に合わせるステップと、

を備える検出器位置決め方法。

1 5 2 . 前記ステージ装置、前記電子銃及び前記検出器が鏡筒内に収容され、前記鏡筒が上鏡筒と下鏡筒とに分割されており、前記検出器が前記上鏡筒に取り付けられ、

前記位置決め機構が、前記上鏡筒を前記下鏡筒に対して回転させるためのァクチュェ一タを備える、請求項 1 5 1に記載の位置決め方法。

1 5 3 . 前記上鏡筒と前記下鏡筒との間に、前記鏡筒の内部を真空に保っためのシ —ル部が設けられている、請求項 1 5 2に記載の位置決め方法。

1 5 4 . 前記シール部を収容する空間が排気路に接続されている、請求項 1 5 3に記載の位置決め方法