WO2007020866A1

WO2007020866A1 - 検出装置及び検査装置

Info

Publication number: WO2007020866A1
Application number: PCT/JP2006/315812
Authority: WO
Inventors: Masahiro Hatakeyama; Shoji Yoshikawa; Kenichi Suematsu; Tsutomu Karimata; Nobuharu Noji
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US20130228684A1; JP5750147B2; US8431892B2; TW201324646A; JP2014225476A; JP2014041148A; JP5894642B2; JP5690313B2; KR101248561B1; TWI404151B; JP2013012497A; EP1914787A1; EP1914787A4; JP2007048686A; JP5403852B2; US20110024623A1; KR20080036145A; US7928382B2; EP1914787B1; US8796621B2

Description

明細書

検出装置及び検査装置

技術分野

[0001] 本発明は、電子ビームまたは光信号を取得する検出装置に関する。特に、本発明は、 2つ以上の検出装置を一つの鏡筒内に配置し、電子または光の信号量や SZN によって検出器を選択して用いることにより、試料表面の画像検出や測定を行うができる検査装置に関する。

[0002] この検査装置を用いて、試料表面の構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査を効率的に行うことができる。したがって、本発明は、このような検査装置を用いて、最小線幅 0.15 m以下の高密度パターンの欠陥を高精度、高信頼性且つ高スループットで検査を行う方法、及び、デバイス製造プロセス途中のパターン検査を行うデバイス製造方法に関するものである。

背景技術

[0003] 従来の検査装置にお!、ては、電子又は光を検出する場合、電子を検出する電子センサを備える検出装置と光を検出する光センサを備える検出装置とを取り替えて使用している。特に、同一の対象物から送出された電子又は光を取得して電子や光の量や変化量を検出し、或いは画像を取得する場合には、上記のように、検出装置を取り替えて使用する。例えば、 CCD (charge coupled device)検出装置により検出された条件に基づいて電子又は光の入射条件を調整してから、 CCD検出装置を TDI (time delay integration)検出装置に取り替えて対象物の高速検査、測定等を行う。すなわち、 TDIセンサにより入射条件を調整しょうとすると、入射条件調整時の像の倍率が低、ために、試料からの二次電子を受ける MCP (マイクロ ·チャンネル ·プレート）には二次電子が当たる部分とそうでない部分とが生じ、局所的に MCPがダメージを受ける。そこで、入射条件の調整は主に CCDセンサによって行われる。

[0004] 従来の検査装置の例を図 28と図 29に示す。図 28の（A)は CCD検出装置 300を示す。 CCD検出装置 300の CCDセンサ 301及びカメラ 302は大気中に設置される。試料（図示せず)から放出された二次電子は、 MCP303によって増幅されて力蛍光板 304に入射し、試料の像を表す光信号に変換される。蛍光板 304から出力された光信号は、真空容器 MCに形成されたフィードスルー 305を介して大気側の光学レンズ 306によって収束されて CCDセンサ 301に結像され、カメラ 302に試料の像を形成する。

[0005] 一方、図 28の（B)は TDI検出装置 310を示しており、 TDIセンサ 311は真空容器 MC内に設置されている。その前段に FOP (fiber optic plate) 312等の光伝達手段を介して蛍光板 313が設置されており、試料からの二次電子は MCP314を介して蛍光板 313に入り、そこで光信号に変換されて TDIセンサ 311に伝達される。 TDIセンサ 311から出力された電気信号はフィードスルー部 315に設けられたピン 316を介してカメラ 317に伝達される。

[0006] したがって、図 28の場合、 CCD検出装置 300から TDI検出器 310への交換は、フランジ及びそれに設置されている必要部品一式のユニットを交換する。つまり、大気開放を行い、 CCD検出装置 300のフランジと蛍光板 304、光学レンズ 306、 CCDセンサ 301を取外し、次いで、 TDI検出器 310のフィードスル一'フランジ 315、蛍光板 313、 FOP312、 TDIセンサ 311及びカメラ 317のユニットを取り付ける。 TDI検出装置 310を CCD検出装置 300と交換する場合は、上記の手順と反対の手順で作業が行われる。なお、観察する試料力発せられた光または電子を光学系によって拡大し、拡大された電子や光を増幅した後、増幅された信号を検出装置にて観察することもある。

[0007] 一方、図 29の（A)及び（B)においては、真空容器 MC内に MCP303、 314と蛍光板 304、 313が配置される。したがって、図 29に示す構成においては、 CCD検出装置 300と TDI検出装置 310とのを交換する場合には、大気中に設置された要素、すなわち、光学レンズ 306、 CCDセンサ 301及びカメラ 302を含むセットと、 TDIセンサ 311、カメラ 317及び光学レンズ 318を含むセットとを交換することになる。

[0008] こうして検出装置によって取得された検出結果を用、て試料の画像データを作成し、ダイ毎のデータと比較することによって試料の欠陥を検査する装置は公知である（こ、ては、特開平 5 - 258703号公報及び特開平 6 - 188294号公報参照）。

[0009] 上記の如き従来の方式を用いると、検出装置の交換に伴う組立、真空廃棄、調整等に多大の時間を必要とするば力りでなぐ検出装置の交換による電子又は光の軸中心調整作業が余儀なくされる。例えば、図 28に示すように、真空容器 MC内で二次電子ビームを光信号に変換する CCD検出装置 300を TDI検出器 310に取り替える場合を考えると、装置の停止、パージ、大気開放、検出装置の取り替え、真空排気、コンディショニング等耐圧調整、ビーム軸の調整等の作業を順に行うことになり、それに必要とされる時間は 1回当たり 50〜： LOO時間となる。したがって、電子光学系の調整や条件作業を 1年に例えば 10回行うとすると、その度に上記の作業が生じるので、それに要する時間は 500〜1000時間にも及ぶことになる。

[0010] 図 28についての上記の問題を解決する方式として、図 29に示す構成が従来から用いられている。これは、図 29に示すように、真空容器 MC内に MCP303、 314と蛍光板 304、 313を設置してあるので、大気中にて、 CCDセンサ 301とカメラ 302のュニットを TDIセンサ 311とカメラ 317のユニットに容易に交換できる力である。しかし、広い視野を取れないハーメチックの光学ガラスからなるフィードスルー 305による M TFの劣化という問題がある。この結果、通常は、蛍光板の位置で 1 X 1〜： LO X 10m m程度の視野となり、これより広い視野を得るには、光学ガラスの平坦度不良ゃ不均一性による MTFの劣化及び焦点変動を防止することが必要であり、また、光学レンズを視野の 5〜6倍程度取って MTF劣化と輝度劣化とを防がなければならな、。これを達成する光学レンズ系は高精度で高価なレンズを必要とし、例えば 10〜15倍のコストがかかる。さらに、光学系のサイズが 5〜15倍大きくなるので、装置の高さに制約がある場合には使用不可能となることがある。

発明の開示

[0011] 上記の問題点を解決するため、本発明は、

試料力放出された電子ビームを受け取って、前記試料を表す画像データを取得する複数の検出装置と、

前記複数の検出装置のうちの一つに前記電子ビームを入射させるための切り換え機構と、

を具備し、前記複数の検出装置が同一の真空容器に配置されていることを特徴とする検査装置、を提供する。

[0012] また、本発明は、

一次電子ビームを放出する電子銃を有し、該一次電子ビームを試料に導く一次光学系と、

試料から放出された二次電子ビームを検出系に導く二次光学系とを有する欠陥検査装置であって、

前記検出系は、

電子ビームの光軸調整を行う第 1の EB— CCDセンサと、

試料の撮像を行う EB— TDIセンサと、

前記 EB— TDIセンサにより得られた撮像に基づいて欠陥部位の評価を行う第 2の EB— CCDセンサと、

を有することを特徴とする欠陥検査装置、

を提供する。

[0013] さらに、本発明は、

真空容器内に一次電子ビームを試料に導く一次光学系と試料から放出された二次電子ビームを検出系に導く二次光学系とを有する欠陥検査装置にて試料の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、

前記 EB— CCDセンサにて光軸の調整を行!ヽ、

前記 EB— TDIセンサにて試料の像を撮像し、

前記 EB—TDIセンサが撮像した画像カゝら試料の欠陥部位を特定し、

前記 EB - CCDセンサにて前記試料の欠陥部位を撮像し、

前記 EB—TDIセンサが撮像した欠陥部位の画像と前記 EB— CCDセンサが撮像した欠陥部位の画像とを比較し、擬似欠陥力真欠陥かを判断することを特徴とする欠陥検査方法、

を提供する。

[0014] 上記のとおり、本発明は、複数の検出装置を真空容器に設置し、該検出装置のうちの一つを用いて、電子又は光の信号を検出することを可能とする。取得する電子または光の信号の量や SZN比等に応じて、それに適した検出装置を選択し、選択された検出装置に信号を入射させて所要の検出動作を行う。

[0015] これにより、従来と比べ、検出装置を交換するのに要した時間を削減することができるだけでなぐ必要な時に最適な検出装置を即時に使用して、ビーム条件調整、検查、測定等の作業を実施できるという利点がある。更に、光学レンズやレンズ系による MTFの劣化や像の歪がなぐ画質劣化を最小限にして、検出装置へ信号を与えることが可能となる。なお、 MTFとコントラストは解像度の指標として用いられる。

[0016] 例えば、静止画像と光軸の調整を CCD検出装置で行い、その後、従来必要だった検出装置の交換作業を行うことなぐ TDI検出装置にビームを入射させて画像取得を行うことで、高速で試料表面の検査、測定、観察を行うことができる。

[0017] 従来は、種々の使用条件の調整時に検出装置の交換が行われるので、年平均 10 回程度の交換作業が行われるのが普通である。つまり、交換作業に 10 X 100= 100 0時間を毎年使っていたが、本発明によれば、こうした時間の損失を削減できる。また、真空容器を大気開放すると、パーティクルやダストが真空容器の内壁や真空容器内の部品に付着するリスクがある力本発明はこうしたリスクを除去することができる。また、大気開放による真空部品の表面酸ィ匕をも防止することができるので、部品の酸化による不安定動作による影響を無くし、電極や磁極等から発生する電圧や磁束を安定に使用することができる。特に、電子ビームが衝突する NA開口等の小径のァパ一チヤでは、大気開放時に、大気中の水分や酸素がアパーチャに付着することによるコンタミの付着 '生成が促進されると考えられる力本発明により、こうした問題は解消される。

[0018] ゥエーハ等の試料表面より発生した電子ビームを検出装置に導く電子光学系を調整する際には、センサに信号が集中する場合が多い。つまり、センサに、信号強度の高い区域と低い区域とが同時に存在する状態ができる。その結果、信号強度が高い区域でダメージが生じてしまうと、センサ感度が不均一になり、このような不均一な感度となったセンサで検査や測定を行うと、その不均一となった区域で取得された画像を表す信号は小さいので、測定結果に大きな変化が生じてしまい、擬似欠陥が発生する。例え、入射する電子等の強度が均一であっても、ダメージが発生した区域からの出力信号強度が変動するため、得られたセンサ出力は結果的に不均一となる。こうしたセンサ出力の不均一に起因して、測定ミスが発生することが考えられる。こうした問題は本発明により解消され得る。

[0019] 本発明に係る検査装置において、試料に照射されるビームは、電子ビームであつても、 UV光、 DUV光、レーザー光等の光であっても、電子ビームと光との組み合わせであってもよい。電子ビームとしては、反射電子、二次電子、後方散乱電子及びォージェ電子のうちのいずれを用いても、所要の画像を取得することができる。 UV光、 DUV光、レーザー光等の光を用いる場合には、光電子により画像検出がなされる。また、こうした光が試料表面に照射された場合に発生する散乱光を用いて試料表面の欠陥検出を行うことも可能である。 UV光、 DUV光、レーザー光等の光を試料表面に導入するために石英ファイバや中空ファイバを用いると効率的である。

[0020] 試料表面を照射するビームとして、電子ビームと光とを併用した場合、電子ビームのみを用いたときに表面の電位がチャージアップのために変化して均一な電子照射ができなくなるという問題を解消することができる。このため、表面の電位に関係なく照射できる光を用いることにより、画像取得に用いる試料表面からの電子を安定して且つ効率よく取得することができる。例えば、試料に UV光を照射すると、光電子が発生するだけでなぐ準安定状態に励起された電子も多く形成されるので、そこに電子ビームが照射されると自由電子が増加し、結果的に二次電子放出が効率よく行われることになる。

[0021] 本発明に係る検査装置をプロセス途中のゥヱーハの欠陥検査に適用することにより、高スループットで且つ歩留まりよく半導体デバイスを製造することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1-1]半導体検査系の全体構成を示す図である。

[図 1-2]本発明に係る荷電粒子線装置の一つの実施の形態である検査装置の主要構成要素を示す立面図であって、図 1 3の線 A— Aに沿って見た図である。

[図 1-3]図 1 2に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図 1 2の線 B Bに沿って見た図である。

[図 1-4]図 1— 3に示す構成の変形例を示す図である。

[図 1-5]図 1 2のミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、線 C Cに沿って見た図である。

[図 1-6]図 1—2のローダハウジングを示す図であって、図 1—3の線 D— Dに沿って見た図である。

[図 1-7]電子線キャリブレーション機構の構成を示す図であり，（A)はその側面図、（ B)はその平面図である。

圆 2]検査装置の一般的な構成を示す図である。

圆 3]本発明に係る検査装置の第 1の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 4]本発明に係る検査装置の第 2の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 5]本発明に係る検査装置の第 3の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 6]本発明に係る検査装置の第 4の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 7]本発明に係る検査装置の第 5の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 8]本発明に係る検査装置の第 6の実施の形態を概略的に示す図である。

[図 9]図 8に示す EB—TDIセンサの構成を概略的に示す図である。

[図 10]図 8に示す EB— TDIセンサの動作を説明するための図である。

圆 11]本発明に係る検査装置の第 7の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 12]本発明に係る検査装置の第 8の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 13]本発明に係る検査装置の第 9の実施の形態を概略的に示す図である。

圆 14]本発明に係る検査装置の第 10の実施の形態を概略的に示す図である。圆 15]本発明に係る検査装置の第 11の実施の形態を概略的に示す図である。圆 16]本発明に係る検査装置の第 12の実施の形態を概略的に示す図である。圆 17]本発明に係る検査装置に使用する移動機構の一つの例を示す図である。圆 18]本発明に係る検査装置に使用する移動機構の他の例を示す図である。

圆 19]本発明に係る検査装置に使用する移動機構の別の例を示す図である。

圆 20]本発明に係る検査装置の全体的な構成の第 1の例を示す図である。

圆 21]本発明に係る検査装置の全体的な構成の第 2の例を示す図である。

圆 22]本発明に係る検査装置の全体的な構成の第 3の例を示す図である。

圆 23]本発明に係る検査装置の全体的な構成の第 4の例を示す図である。

[図 24] (A)、（B)及び (C)は、本発明に係る検査装置で行われるステップ'アンド'リピートを説明する図である。

[図 25] (A)及び (B)は、本発明に係る検査装置で行われるステップ ·アンド 'リピートにおけるァライメント ·マークを示す図である。

[図 26]半導体デバイス製造方法を構成する工程を示すフロー図である。

[図 27]図 26のゥエーノ、'プロセッシング工程を構成する工程を示すフロー図である。

[図 28] (A)及び (B)は、従来の検査装置を説明するための図である。

[図 29] (A)及び (B)は、従来の検査装置を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[0023] まず、図 1 1を用いて半導体検査系の全体構成を説明する。半導体検査系は検查装置、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。ドライポ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。検査装置内部の主要部分は、電子ビーム真空容器、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、ターボ分子ポンプ等から構成されている。

[0024] 検査系を機能からみた場合、電子ビーム真空容器は主に電子光学系、検出系、光学顕微鏡等から構成される。電子光学系は電子銃、レンズ等、搬送系は真空搬送口ボット、大気搬送ロボット、カセットローダ、各種位置センサ等から構成されている。

[0025] 成膜装置、エッチング装置、洗浄装置（図示していない）は検査装置近くに並べて設置しても、検査装置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きる。

[0026] 図示して、な、が、使用用途によってはその関連装置を検査装置近くに並べて設置するか、それらの関連装置を検査装置に組み込んで使用しても良い。或いは、それらの関連装置を検査装置に組み込んでもよい。例えば、化学的機械研磨装置 (C MP)と洗浄装置を検査装置に組み込んでも良ぐ或いは、 CVD (化学蒸着法)装置を検査装置に組み込んでもよぐこの場合、設置面積や試料搬送のためのユニットの数を節約でき、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を検査装置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できる。 [0027] 以下、図面を参照して、本発明に係る検査装置の一つの実施の形態について、検查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。

[0028] 図 1 2および図 1 3において、本実施の形態の半導体検査装置の主要構成要素が立面図及び平面図で示されている。本実施の形態の半導体検査装置 400は、複数枚のゥエーハ Wを収納したカセットを保持するカセットホルダ 401と、ミニエンバイロメント装置 402と、ワーキングチャンバを画成する主ハウジング 403と、ミニエンバイロメント装置 402と主ハウジング 403との間に配置されていて、二つのローデイングチャンバを画成するローダハウジング 404と、ゥエーハをカセットホルダ 401から主ハウジング 403内に配置されたステージ装置 405上に装填するローダー 406と、真空ノ、ウジングに取り付けられた電子光学装置 407とを備え、それらは図 1—2及び図 1 — 3に示されるような位置関係で配置されて、る。

[0029] 半導体検査装置 400は、更に、真空の主ノヽウジング 403内に配置されたプレチヤージユニット 408と、ゥヱーハ Wに電位を印加する電位印加機構（図示せず）と、電子線キャリブレーション機構 (後に図 1—7で説明する）と、ステージ装置上でのゥエーハ Wの位置決めを行うためのァライメント制御装置 409を構成する光学顕微鏡 410とを備えている。

[0030] カセットホルダ 401は、複数枚（例えば 25枚）のゥヱーハ Wが上下方向に平行に並ベられた状態で収納されたカセット c (例えば、アシスト社製の SMIF、 FOUPのようなクローズドカセット）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!/、る。この実施の形態では、自動的にカセット cが装填される形式であり、例えば昇降テープル 411と、その昇降テーブル 411を上下移動させる昇降機構 412とを備え、カセット c は昇降テーブル上に図 1 3で鎖線で図示する状態で自動的にセット可能になっていて、セット後、図 1—3で実線で図示する状態に自動的に回転されてミニエンバイ口メント装置内の第 1の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。

[0031] なお、カセット c内に収納される基板すなわちゥヱーハ Wは検査を受けるゥヱーハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でゥエーハ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、 CMP、イオン注入等を受けた基板すなわちゥエーノ、、表面に配線パターンが形成されたゥエーノ、、又は配線パターンが未だに形成されていないゥエーハカカセット内に収納される。カセット C 内に収容されるゥヱ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、任意の位置のゥエーハと後述する第 1の搬送ユ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って!/、る。

[0032] 図 1—2ないし図 1—5において、ミニエンバイロメント装置 402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 413を画成するハウジング 414と、ミニエンノイロメント空間 413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 415と、ミニエンバイロメント空間 413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 416と、ミニエンバイロメント空間 413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ー 417とを備えている。ハウジング 414は、頂壁 418、底壁 419及び四周を囲む周壁 420を有していて、ミニエンノイロメント空間 413を外部力も遮断する構造になっている。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪ィ匕したときに装置をシャットダウンすることもできる。

[0033] ハウジング 414の周壁 420のうちカセットホルダ 401に隣接する部分には出入り口 4 21が形成されている。出入り口 421近傍には公知の構造のシャツタ装置を設けて出入り口 421をミニエンノイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。気体供給ュ-ットはミニエンノイロメント空間内でなくその外側に設けてもよい。

[0034] 排出装置 416は、前記搬送ユニットのゥヱーハ搬送面より下側の位置で搬送ュ-ットの下部に配置された吸入ダクト 422と、ハウジング 414の外側に配置されたブロワ一 423と、吸入ダクト 422とブロワ一 423とを接続する導管 424とを備えている。この排出装置 416は、搬送ユニットの周囲を流れ下り搬送ユニット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 422により吸引し、導管 424及びブロワ一 42 3を介してハウジング 414の外側に排出する。

[0035] ミニエンバイロメント空間 413内に配置されたプリアライナー 417は、ゥエーハ Wに形成されたオリエンテーションフラット（円形のゥエー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、ゥエーハ W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ッチを光学的に或いは機械的に検出してゥーハの軸線 O— Oの周りの回転方向の位置を約 ± 1度の精度で予め位置決めしておくようになっている。ブリアライナーは検査対象の粗位置決めを担当する。

[0036] 図 1 2及び図 1 3において、ワーキングチャンバ 426を画成する主ハウジング 40 3は、ハウジング本体 427を備え、そのハウジング本体 427は、台フレーム 428上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置 429の上に載せられたハウジング支持装置 430によって支持されている。ハウジング支持装置 430は矩形に組まれたフレーム構造体 431を備えている。ハウジング本体 427はフレーム構造体 431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 432と、頂壁 433と、底壁 432 及び頂壁 433に接続されて四周を囲む周壁 434とを備えていてワーキングチャンバ 426を外部から隔離して、る。

[0037] この実施の形態において、ハウジング本体及びノヽウジング支持装置 430は、剛構造に組み立てられて!/、て、台フレーム 428が設置されて!、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 429で阻止するようになって、る。ハウジング本体 4 27の周壁 434のうち、後述するローダノヽ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 435が形成されている。ワーキングチャンバ 426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 428 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。

[0038] 図 1— 2、図 1—3及び図 1—6において、ローダハウジング 404は、第 1のローディングチャンバ 436と第 2のローデイングチャンバ 437とを画成するハウジング本体 438 を備えてヽる。ノヽウジング本体 438は底壁 439と、頂壁 440と、四周を囲む周壁 441 と、第 1のローデイングチャンバ 436と第 2のローデイングチャンバ 437とを仕切る仕切壁 442とを有して、て、両口ーデイングチャンバを外部から隔離できるようになって!/ヽる。仕切壁 442には両口ーデイングチャンバ間でゥエーハ Wのやり取りを行うための開口すなわち出入り口 443が形成されている。また、周壁 441のミニエンバイロメント装置及び主ノヽウジングに隣接した部分には出入り口 444及び 445が形成されている。このローダハウジング 404のハウジング本体 438は、ハウジング支持装置 430のフレーム構造体 431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、この口ーダハウジング 404にも床の振動が伝達されないようになっている。

[0039] ローダハウジング 404の出入り口 444とミニエンバイロメント装置のハウジング 414 の出入り口 446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 413と第 1の口ーデイングチャンバ 436との連通を選択的に阻止するシャツタ装置 447が設けられている。また、ローダハウジング 404の出入り口 445とハウジング本体 427の出入り口 4 35とは整合されていて、そこには第 2のローデイングチャンバ 437とワーキンググチヤンバ 426との連通を選択的に密封阻止するシャツタ装置 448が設けられている。

[0040] 更に、仕切壁 442に形成された開口には、扉 449によりそれを閉じて第 1及び第 2 のローデイングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャツタ装置 450が設けられている。

[0041] 第 1のローデイングチャンバ 436内には、複数 (この実施の形態では 2枚）のゥエーハを上下に隔てて水平の状態で支持するゥエーハラック 451が配設されている。ローデイングチャンバ 436及び 437は、図示しな!、真空ポンプを含む公知の構造の真空排気系（図示せず）によって高真空状態 (真空度としては 10— ⁵〜10— ⁶Pa)に雰囲気制御され得るようになつている。この場合、第 1のローデイングチャンバ 436を低真空チヤンバとして低真空雰囲気に保ち、第 2のローデイングチャンバ 437を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保ち、ゥ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イ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ヱーハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローデイ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線装置原理と共に、欠陥検査のスループットを向上させ、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線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さる。

[0042] 第 1及び第 2のローデイングチャンバ 436及び 437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)が接続されてヽる。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ベント（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。 [0043] なお、電子線を使用する本発明の検査装置において、電子光学系の電子線源として使用される代表的な六硼化ランタン (LaB )等は一度熱電子線を放出する程度ま

6

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、ために肝要である力電子光学系が配置されて、るワーキングチャンバにゥーハ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。

[0044] ステージ装置 405は、主ハウジング 403の底壁 432上に配置された固定テーブル 4 52と、固定テーブル上で Y方向（図 1 2において紙面に垂直の方向）に移動する Y テーブル 453と、 Yテーブル上で X方向（図 1—2において左右方向）に移動する Xテ一ブル 454と、 Xテーブル上で回転可能な回転テーブル 455と、回転テーブル 455 上に配置されたホルダ 456とを備えている。そのホルダ 456のゥエーハ載置面 457上にゥエーハを解放可能に保持する。ホルダは、ゥエーハを機械的に或いは静電チヤ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。

[0045] ステージ装置 405は、サーボモータ、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ーブルを動作させることにより、載置面 457上でホルダに保持されたゥーハを電子光学装置力照射される電子線に対して X方向、 Y 方向及び Z方向（図 1 2において上下方向）に、更にゥーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（ Θ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ーによる位置測定装置 (干渉計の原理を使用したレーザー干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィー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ッチ或いはオリフラの位置を測定してゥエーハの電子線に対する平面位置、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。

[0046] 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ーボモータ 458、 459及びエンコーダ 460、 461ίま、主ノヽウジング 403の外佃 Jに酉己置されている。 [0047] 電子線に対するゥエーハの回転位置や 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。

[0048] ローダー 406は、ミニエンバイロメント装置 402のハウジング 414内に配置された口ボット式の第 1の搬送ユニット 462と、第 2のローデイングチャンバ 437内に配置されたロボット式の第 2の搬送ユニット 463とを備えている。

[0049] 第 1の搬送ユニット 462は、駆動部 464に関して軸線 O— Oの回りで回転可能に

1 1

なって、る多節のアーム 465を有して!/、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。第 1の搬送ユニット 462のアーム 465の一つの部分すなわち最も駆動部 464側の第 1の部分は、駆動部 464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 466に取り付けられている。アーム 465は、軸 466により軸線 O— 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 O

1 1 1

— Oに関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム 465の軸 466から最も離れ

1

た第 3の部分の先端には、には公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のゥーハを把持する把持装置 467が設けられている。駆動部 464は、公知の構造の昇降機構 468により上下方向に移動可能になって、る。

[0050] この第 1の搬送ユニット 462は、アーム 465がカセットホルダに保持された二つの力セット cの内いずれか一方の方向 Ml又は M2に向かってアームが伸び、カセット c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 3に示す状態）、アームがプリアライナー 417の方向 M3に向力つ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エーハをプリアライナー 417に載せる。ブリアライナー 417から前記と逆にしてゥエーハを受け取つた後はアームは更に回転し、第 2のローデイングチャンバ 436に向かって伸長できる位置（向き M4)で停止し、第 2のローデイングチャンバ 436内のゥエーハ受け 451 にゥエーハを受け渡す。

[0051] なお、機械的にゥヱーハを把持する場合にはゥヱーハの周縁部 (周縁から約 5mm 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力である。

[0052] 第 2の搬送ユニット 463も第 1の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ゥエーハの搬送をゥエーハラック 451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。

[0053] 上記のローダー 406では、第 1及び第 2の搬送ユニット 462及び 463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ノ 26内に配置されたステージ装置 405上への及びその逆のゥエー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びそれへの挿入、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エー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、大型のゥヱーハ、例えば直径 30cmのゥヱーハの移動もスムースに行うことができる。

[0054] 次に、カセットホルダに支持されたカセット cからワーキングチャンバ 426内に配置されたステージ装置 405までへのゥエーハの搬送を順を追って説明する。この実施の形態において、カセット cがカセットホルダ 401の昇降テーブル 411の上にセットされると、昇降テーブル 411は昇降機構 412によって降下されカセット cが出入り口 421 に整合される。カセットが出入り口 421に整合されると、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きまたカセット cとミニエンノイロメントの出入り口 421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力遮断する。なお、ミニエンバイロメント装置 402側に出入り口 421を開閉するシャツタ装置が設けられている場合にはそのシャツタ装置が動作して出入り口 421を開く。

[0055] 一方、第 1の搬送ユニット 462のアーム 465は方向 Ml又は M2のいずれかに向いた状態 (この説明では Mlの方向）で停止しており、出入り口 421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ヽるゥエーハのうち 1枚を受け取る。

[0056] アーム 465によるゥエーハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャツタ装置を動作して出入り口を閉じ (シャツタ装置がある場合）、次に、アーム 465は軸線 O— O

1 1 の回りで回動して方向 M3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エーハをプリアライナー 417の上に載せ、そのブリアライナー 417によってゥエー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ユニット 462はアームの先端にプリアライナー 417からゥエーハを受け取つたのちアームを縮ませ、方向 M4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 447の扉 469力動!ヽて出人り口 446及び 444を開さ、アーム 465力申びてクェ一ハを第 1のローデイングチャンバ 436内のゥエーハラック 451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 447が開いてゥエーハラック 451にゥエーハが受け渡される前に、仕切壁 442に形成された開口 443はシャツタ装置 450の扉 4 49により気密状態で閉じられている。

[0057] 第 1の搬送ユニット 462によるゥエーハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置のハウジングの上に設けられた気体供給ユニット 470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は排出装置 416の吸入ダクト 422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 471を介して回収され再び気体供給ユニット 470に戻される。

[0058] ローダハウジング 404の第 1のローデイングチャンバ 436内のゥエーハラック 451内に第 1の搬送ユニット 462によりゥエーハが載せられると、シャツタ装置 447が閉じて、ローデイングチャンバ 436内を密閉する。すると、第 1のローデイングチャンバ 436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ローデイングチャンバ 436内は真空雰囲気にされる。この第 1のローデイングチヤンバの真空雰囲気は低真空度でよい。ローデイングチャンバ 436内の真空度がある程度得られると、シャツタ装置 450が動作して扉 449で密閉していた出入り口 442を開き、第 2の搬送ユニット 463のアーム 472が伸びて先端の把持装置でゥエーハ受け 451から 1枚のゥヱーハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して)。ゥエーハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャツタ装置 4 50が再び動作して扉 449で出入り口 443を閉じる。

[0059] なお、シャツタ装置 450が開く前にアーム 472は予めゥエーハラック 451の方向 N1 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 450が開く前にシャッタ装置 446の扉 473で出入り口 445、 435を閉じていて、第 2のローデイングチャンノ 37内とワーキングチャンバ 426との連通を気密状態で阻止しており、第 2のローデイングチャンバ 437内は真空排気される。

[0060] シャツタ装置 450が出入り口 443を閉じると、第 2のローデイングチャンバ 437内は再度真空排気され、第 1のローデイングチャンバ 436内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第 2の搬送ユニット 462のアームはワーキングチャンバ 426内のステージ装置 405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 426内のステージ装置では、 Yテーブル 453力 Xテーブル 454の中心線 X—Xが

0 0 第 2の搬送ユニット 463の回動軸線 O — Oを通る X軸線 X—Xとほぼ一致する位置

2 2 1 1

まで、図 1—3で上方に移動し、また、 Xテーブル 454は図 1—3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。

[0061] 第 2のローデイングチャンバ 437がワーキングチャンバ 426の真空状態と略同じになると、シャツタ装置 448の扉 473力動!ヽて出入り口 445、 435を開き、アーム力申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バ 426内のステージ装置に接近する。そして、ステージ装置 405の載置面 457上にゥエーハを載置する。ゥエーハの載置が完了するとアームが縮み、シャツタ装置 448が出入り口 445、 435を閉じる。

[0062] 以上は、カセット c内のゥエーハをステージ装置上に搬送するまでの動作に付いて説明したが、ステージ装置に載せられて処理が完了したゥエーハをステージ装置からカセット c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 451に複数のゥエーハを載置しておくため、第 2の搬送ユニットでゥエーハラックとステージ装置との間でゥエーハの搬送を行う間に、第 1の搬送ユニットでカセットとゥエーハラックとの間でゥーハ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。

[0063] 図 1—7の (A)及び (B)は、電子線キャリブレーション機構の一例を示す図である。

電子線キャリブレーション機構 480は回転テーブル 455 (図 1— 2)上でゥエーハ Wの載置面 481の側部の複数の個所に設置された複数のファラデーカップ 482、 483を備えている。それぞれのファラデーカップはビーム電流を測定するためのもので、ファラデーカップ 482は例えば約 2 μ τη φの細いビームに対して用いられ、ファラデーカップ 483は例えば約 30 μ ΐη φの太いビームに対して用いられる。細いビーム用のファラデーカップ 482は回転テーブル 455をステップ送りすることによってビーム 'プ口ファイルを測定し、太、ビーム用のファラデーカップ 483はビームの総電流量を測定する。ファラデーカップ 482、 483は、その上表面が載置面 481の上に載せられたゥーハ Wの上表面と同じベルになるように配置される。このようにして、電子銃から放出された一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常に一定の電子線を放出できる訳ではなぐ使用しているうちにその放出量が変化するためである。

[0064] 図 2は、検査装置における電子光学系の一般的な構成を試料及び検出系との位置関係とともに示す図である。電子光学系は真空容器の中に設けられ、一次電子ビームを放出して試料 SLに導き試料 SLを照射する一次電子光学系（以下、単に一次光学系という） PRと、試料 SLから放出されて二次電子ビームを検出系 DTに導く二次電子光学系（以下、単に二次光学系という） SEとを備える。一次光学系 PRは、電子ビームを検査対象である試料 SLの表面に照射する光学系で、電子ビームを放出する電子銃 1と、電子銃 1から放出された一次電子ビームを集束する静電レンズからなるレンズ系 2と、ウィーンフィルタすなわち E X B分離器 3と、対物レンズ系 4とを備え、電子銃 1から放出される一次電子ビームの光軸は、試料 SLを照射する電子ビームの照射光軸 (試料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 4と試料 SLとの間には電極 5が配置され、この電極 5は一次電子ビームの照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源 6によって電圧制御される。

[0065] 二次光学系 SEは、 E X B分離器 3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 7を備えている。このレンズ系 7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 DTは、レンズ系 7の結像面に配置された検出ユニット 8及び画像処理部 9を備えて、る。

[0066] 本発明は、上で説明したような検査装置における検出ユニットの改良に関するもので、以下、図を参照しながら本発明に係る検査装置の実施の形態について詳述する。なお、全図を通じて、同一の参照数字は同一又は同様の構成要素を指すものとする。

[0067] 図 3は、本発明に係る検査装置の第 1の実施の形態を概略的に示す図で、電子センサを備える検出装置と光センサを備える検出装置とを一つの容器に配置した構成を有する。同図において、真空容器 MCの内部に、 CCD検出装置 11と TDI検出装置 12と力 CCD検出装置 11の EB— CCD (electron bombardment charge coupled d evice)センサ 13の方が試料に近い側にあるよう設置される。図において、 CCD検出装置 11及び TDI検出装置 12の電子入射面は図面に対して垂直である。 EB-CC Dセンサ 13は真空容器 MCの外部に設けられた移動機構 Mによって図の左右方向に並進移動可能に支持されている。これによつて、 EB— CCDセンサ 13は電子ビーム eを受け取る位置と電子ビーム eを TDI検出装置 12に直接入射させる位置とに選択的に移動することができ、 CCD検出装置 11と TDI検出装置 12とを選択的に使用することが可能になる。ここで、移動機構 Mは、 EB— CCEセンサが電子ビームを受け取る位置に移動した時に、 EB- CCDセンサに対する光軸、レンズ条件（レンズの強さ、ビームの偏向条件）と EB—TDIセンサに対する光軸、レンズ条件（レンズの強さ、ビームの偏向条件）とが一致する位置に EB— CCDセンサを移動させる。この位置あわせ条件は、既知のパターンを有する試料に対して EB— CCDおよび EB— TD Iによる画像を取得することによって機械的に修正されうる。なお、図示しないが、 CC D検出装置 11は、 EB— CCDセンサ 13に接続されたカメラ、コントローラ、フレームグラバー'ボード、 PC等を備え、 EB- CCDセンサ 13の出力の取込み、画像表示、 CC D検出装置 11の制御が行われる。

EB— CCDセンサ 13は、二次元的に配列された複数の画素を備え、試料から放出された電子ビーム eを受け取って試料の二次元画像を表す信号を出力する。 EB-C CDセンサ 13は、電子ビーム eが直接入射すると、入射した電子ビームのエネルギーに対応したゲインを得る、つまり、電子増幅がなされてチャージの蓄積が達成されるセンサであり、このチャージが各画素毎に蓄積され、規定時間 (例えば 33Hz)にて読み出されて 1フレームの二次元像の電気信号として出力される。例えば、 EB-CCD センサ 13としては、画素数 650(水平方向） X 485(垂直方向)、画素サイズ 14 m X 14 ^ m, 1フレーム取得周波数 33Hz、ゲイン 100〜1000のものを用いる。このとき、 EB— CCDセンサ 13のゲインは入射電子のエネルギーで決まり、例えば入射ェネルギー 4keVの時にゲイン 300を得ることができる。ゲインは EB— CCDセンサ 13の構造により調整可能である。

[0069] 一方、 TDI検出装置 12は、試料力も放出された電子ビーム eを増幅する MCP14と、増幅された電子ビームを受け取って光に変換する蛍光板 15と、蛍光板 15から発せられた光を伝達する FOP16と、 FOP16からの光信号を受け取る TDIセンサ 17とを備える。 TDIセンサ 17の出力は、図 28の（B)に示すと同様に、ピン 18を介してカメラ 19に伝達される。なお、 MCP14は電子増幅の必要があるときに設置されるものであつて、省略されることもある。

[0070] MCP14、蛍光板 15、 FOP16及び TDIセンサ 17は 1つのパッケージに形成され、 TDIセンサ 17の出力ピンはワイヤーボンディングその他の接続手段で、フィードスル一部 FTのピン 18に接続される。 TDIセンサ 17が高速で動作して画素数が大きヽ場合には、ピン 18が多量に必要となり、例えば 100〜1000本になることがある。カメラ 1 9は画像取込みのための制御信号にしたがって画像信号の入出力を行う。なお、図示していないが、カメラ 19の他に、カメラ 19用の電源及びコントローラ、並びにカメラ 19からの画像信号を取込んで処理する画像処理システムが設けられてヽる。該画像処理システムにより得られた画像データを加工することで画像評価値を算出することができ、例えば欠陥検査に用いる場合には、欠陥部位、欠陥種、欠陥サイズ等の抽出処理とそれらの画面表示とを行うことができる。

[0071] CCD検出装置 11を使用する場合と TDI検出装置 12を使用する場合とを選択的に実現する機構として、真空容器 MCの外に移動機構 Mが設置されて EB-CCDセンサ 13と機械的に連結される。 EB CCDセンサ及び EB—TDIセンサの光軸合わせやレンズ条件の調整のために CCD検出装置 11を使用する場合、移動機構 Mを作動させて EB - CCDセンサ 13の中心を電子ビーム eの光軸位置に来るよう移動させる。この状態で電子ビーム eを EB- CCDセンサ 13に入射させ、試料の二次元像を表す画像信号を得ることができる。光軸等の調整が終了した後、 TDI検出装置 12を使用する場合には、 EB-CCDセンサ 13を移動機構 Mによって電子光学系の光軸から離れた場所、例えば、電子像や電子軌道に影響のない距離 (例えば 5〜300mm程度)離れた位置に移動させる。これによつて試料からの電子ビーム eは EB CCDセンサ 13に邪魔されることなく TDI検出装置 12の MCP14に入射する。なお、移動機構 Mを EB— CCDセンサ 13と連結する部分にはチャージアップ防止用のシールドを設けることが好ま、（これにつ、ては後述する）。このような機構を有することにより、光軸等の調整において TDIを用いることがないことから、 MCPが局所的なダメージを受けることがなくなり、かつ、 EB— CCDセンサと EB—TDIセンサとが同一の真空容器中に設けられてヽることから、真空雰囲気を破壊して EB - CCDセンサと EB - TDIセンサとを交換する作業を行わなくて済む。

[0072] また、 EB— CCDセンサを動作させるのは光軸等の調整時であるから、カセットに入つたゥエーハのうち、 1枚目のゥエーハについて EB— CCDセンサおよび EB— TDIセンサを作動させ、残りのゥエーハについては EB—TDIセンサのみを作動させても良く、また所定枚数ごとに EB— CCDセンサを作動させて光軸等の再調整を行っても良い。

[0073] 図 4は、本発明に係る検査装置の第 2の実施の形態を概略的に示す図である。図 3 に示す移動機構 Mは 1軸方向（例えば X方向）に並進移動できるのみである。そこで、これに代えて、図 4に示す第 2の実施の形態は、移動機構 Mを 3軸 (X、 Y及び Z方向)に移動可能に構成し、 EB— CCDセンサ 13の中心を電子光学系の光軸中心に対して微調整できるように構成したものである。なお、電子光学系の光軸の調整を行うために、 EB— CCDセンサ 13の前段 (試料側）に電子偏向機構を設け、電子ビームの位置を調整することも可能である。

[0074] 図 5の (A)〜 (C)は、本発明に係る検査装置の第 3の実施の形態を概略的に示す図で、（A)は正面から見た図であり、（B)及び (C)は側面から見た図である。図示のように、この実施の形態における移動機構 Mは 1軸又は 3軸方向の移動ではなく回転移動を利用する。なお、この実施の形態においては、電子増幅を必要としないので、 TDI検出装置 12は MCPを設けて!/、な!/、。

[0075] 図 5の (A)にお、て、必要な回路や基板等を内蔵する平板状の EB— CCDセンサ 13の一端に回転シャフト 21の一端が連結され、回転シャフト 21の他端は移動機構 Mに連結される。図 5の（B)及び (C)は、（A)に示す構成を移動機構 Mの方力ゝら見た図で、 CCD検出装置 11を使用する場合には、 EB— CCDセンサ 13に電子ビーム eが入射するよう、 EB - CCDセンサ 13のセンサ面が電子ビーム eに垂直になるよう移動される。 TDI検出装置 12を使用する場合には、 (C)に示すように、移動機構 M によって回転シャフト 21を回転させて EB— CCDセンサ 13を電子光学系の光軸に平行になるよう移動させる。したがって、電子ビーム eは蛍光板 15に入射して光信号に変換され、該光信号力 SFOP 16を介して TDIセンサ 17に入射する。

[0076] 図 5に示す回転を利用する移動機構は、図 3及び図 4で説明した 1軸又は 3軸方向の移動を利用する移動機構に比べ、サイズ及び重量を例えば 1Z2〜： LZ10まで低減することができるという利点がある。

[0077] 図 6は、本発明に係る検査装置の第 4の実施の形態を概略的に示す図で、第 1及び第 3の実施の形態における 1つの EB— CCDセンサに代えて、 2つの EB— TDIセンサを設け、これらの EB— CCDセンサと TDI検出装置 12とのうちのいずれか一つを選択することができるようにしたものである。すなわち、移動機構 Mは性能が異なる 2 つの EB— CCDセンサ 13、 13と連結されている。例えば、 EB— CCDセンサ 13は

1 2 1 画素サイズが 14 X 14 mであり、 EB— CCDセンサ 13の画素サイズは 7 X 7 mで

2

あり、これらの EB— CCDセンサは画素サイズの大小によって異なる電子像分解能を有する。つまり、小さい方の画素サイズ (7 m)で得られた画像は、大きい方の画素サィズ (14 μ m)に比べて 2倍以上の分解能を達成して電子像を得ることが可能となる。なお、 EB— CCDセンサは 2つに限られるものではなぐ必要に応じて、 3つ以上の E B CCDセンサを設けてもよ!、。

[0078] EB— CCDセンサ 13、 EB— CCDセンサ 13及び TDI検出装置 12の 3つの装置

1 2

が同一の真空容器 MC内に設置された検査装置の使用例は以下のとおりである。 E B— CCDセンサ 13の画素サイズを 14 X 14 m、 EB— CCDセンサ 13の画素サイ

1 2 ズを 7 X 7 μ mとすると、 EB— CCDセンサ 13は電子ビームの光軸調整、画像調整、

1

電子像取得条件の抽出等に用いられる。次いで、移動機構 Mにて EB— CCDセンサ 13を光軸力離れる位置に移動させ、電子ビームが蛍光板 15に入射する様にす

1

る。蛍光板 15で電子力も変換された光信号は FOP16を介して TDIセンサ 17に入射する。こうして TDIセンサ 17の出力を用、てカメラ 19は連続的に電子像を撮像する。これによつて、例えば、 LSI用ゥーハの欠陥検査や露光用マスクの検査等を行うことができる。 EB-CCDセンサ 13により抽出された電子光学系の設定条件を用いて又はこれを参考にして、 TDI検出装置 12での撮像がカメラ 19において行われる。こうした撮像は欠陥検査と同時に (つまりオンラインで)又は撮像後に (つまりオフラインで）行うことができる。

[0079] 欠陥検査においては、欠陥の場所、種類及び大きさ等の情報を得ることができる。

TDI検出装置 12での撮像と欠陥検査の後に、移動機構 Mを再作動させて EB— CC Dセンサ 13を光軸位置に移動させて EB— CCDセンサ 13による撮像を行う。この場

2 2

合、 TDI検出装置 12での撮像による欠陥検査の結果が既に取得されており、欠陥の場所がわ力つているので、欠陥の詳細な評価を行うために EB— CCDセンサ 13にて

2 撮像を行う。このとき、 EB— CCDセンサ 13による小画素サイズ且つ高分解能の撮

2

像に加え、画像取得電子数を増加させて、つまり、撮像時間を長くして電子像を取得することができる。撮像時間を長くして 1画素当たりの取得電子数 (電子数/画素)を増すと、微小な欠陥を一層鮮明に高コントラスト (MTFが高、条件)で電子像を撮像してデータを取得することが可能となる。これは、電子数/画素が高くなると、輝度変動等によるノイズ成分が低減されて、 SZN比や MTFが向上するためである。このように、画素サイズの小さい EB-CCDセンサ 13を用いて、欠陥部の詳細な評価、例えば、

2

欠陥種、サイズ等の詳細な評価を行うことができる。欠陥種の詳細な評価ができると、どの工程で発生した欠陥である力、同種の欠陥がどこに何個発生したか等の情報を工程プロセスにフィードバックをしてプロセスを改良することができる。

[0080] 輝度変動は、入射電子数の変動、電子一光変換量の変動、センサのノイズ'レベルの変動、統計ノイズ等に起因する。また、 MCP等の電子増幅器がある場合には、電子増幅による電子数の変動も要因となる。これらの変動ノイズは、電子数を増加することによって低減することが可能であり、最良のノイズ変動レベルでは出力輝度値の平方根値程度に低減できる (例えば、 700階調値のとき、ノイズ変動値 700'0. 5)。各検出装置での電子数/画素の一例を示すと、 EB- CCDセンサ 13では 20〜1000

1

0個/画素、 EB— CCDセンサ 13では 200〜200000個

2 Z画素、 TDI検出装置 12 では 10〜： LOOO個 Z画素である。

[0081] 図 6に示すように複数の検出器を切り換えて使用する機能が実現されると、同一の検査装置によって検査と欠陥の詳細評価とが可能となる。従来は、検査後、専用の分析装置 (レビュー SEM等)にゥエーハを移動して欠陥種やサイズの詳細評価を実行していた。同一の装置で詳細評価が可能となると、レビュー像を取得するための光軸合わせが不要となるから、欠陥検査の詳細評価とプロセス改良の短縮化'効率ィ匕が可能となる。

[0082] なお、図 3〜図 5について説明したような、 1つの EB- CCDセンサ 13が設けられた場合においても、 TDI検出装置 12を用いた撮像による欠陥検査後に、欠陥の評価を行うことが可能である力この場合には、電子取得数/画素を大きくしてノイズの変動成分を小さくし、欠陥の評価を行う。これによつて欠陥種やサイズの評価が求まり、専用の欠陥分析装置を使用しなくともよくなり、使用するとしても欠陥分析装置を低減することができ、プロセス改良と工程管理の効率ィ匕が実現できる。

[0083] これまで説明した実施の形態においては、 CCD検出装置 11と TDI検出装置 12とを切り換える機構は機械的な移動を利用するものであった。これに対し、図 7は、本発明に係る検査装置の第 5の実施の形態を概略的に示す図で、切り換え機構として電子偏向器を利用するものである。この実施の形態も 1つの CCD検出装置 11と 1つの TDI検出装置 12を選択的に切り換えて使用するが、図示のとおり、 CCD検出装置 11は光軸 (電子ビーム eの軌道)力外れて、光軸と所定の角度をなして設置され、また、電子ビーム eの軌道を CCD検出装置 11と TDI検出装置 12との間で切り換えるための偏向器 41が光軸上に設置される。偏向器 41の偏向角は 3〜30° であることが好ましい。これは、二次ビームを過度に偏向させると二次元像に歪みが生じるうえ収差が大きくなるからである。

[0084] この実施の形態においては、 EB— CCDセンサ 13は配線 42及びフィードスル一' フランジ 43を介してカメラ 44と電気的に接続される。そこで、 CCD検出装置 11を使用する場合は、偏向器 41にて電子ビーム eの軌道を偏向して電子ビーム eを EB-CC Dセンサ 13に直角に入射させる。入射した電子ビーム eは EB— CCDセンサ 13によつて電気信号に変換され、配線 42を介してカメラ 44へ伝達される。一方、 TDI検出装置 12を使用する場合は偏向器 41を動作させない。そこで、電子ビーム eは蛍光板 15に、又は MCP14を介して蛍光板 15に直接入射する。蛍光板 15に入射した電子ビームは光信号に変換され、 FOP16を介して TDIセンサ 17に伝達され、そこで電気信号に変換されてカメラ 19に伝達される。

[0085] 図 8は、本発明に係る検査装置の第 6の実施の形態を概略的に示す図で、 CCD検出装置 11及び TDI検出装置 12は電子ビームを受け取る電子センサを備える。すなわち、 CCD検出装置 11は EB— CCDセンサ 13を用い、 TDI検出装置 12も電子センサとして EB—TDI (electron bombardment time delay integration)センサ 51を用い、 EB—TDIセンサ 51に直接に電子ビーム eを入射させる。この構成においては、 CC D検出装置 11は、電子ビームの光軸調整、画像撮像条件の調整と最適化を行うのに使用される。一方、 TDI検出装置 12の EB— TDIセンサ 51を使用する場合には、既に説明したとおり、 EB— CCDセンサ 13を移動機構 Mによって光軸力離れた位置に移動させてから、 CCD検出装置 11を使用するときに求めた条件を使用して又はそれを参考にして TDI検出装置 12による撮像を行って、評価又は測定を行う。

[0086] 上記のとおり、この実施の形態においては、 CCD検出装置 11を使用するときに求めた電子光学条件を用いて又はそれを参考にして、 EB—TDIセンサ 51による半導体ゥエーハの欠陥検査を行うことができる。 TDI検出装置 12による欠陥検査の後に、 CCD検出装置 11を使用して欠陥種や欠陥サイズ等の欠陥評価を行うことも可能である。

[0087] EB—TDIセンサ 51は電子ビーム eを直接受け取って電子像を形成するために使用することができるよう画素を二次元的に配列した例えば矩形形状をしており、画素サイズは 5〜20 mで、画素数は水平方向に 1000〜8000個、スキャン方向に 1〜 8000個であり、ゲインは 10〜5000であって、 lkHz〜lMHzのライン ·レートで使用可能である。ゲインは入射電子のエネルギーにより決まる。例えば、入射する電子ビームのエネルギーが 4kevのとき、ゲインを 200〜900に設定でき、同一エネルギーのときは、センサ構造により、ゲインは調整可能である。このように、電子像を取得する装置で EB— TDIセンサを使用すると、連続で撮像することが可能となるば力りでなぐ光を感知する TDIセンサに比べ、高い MTF (又はコントラスト）を得ることができ、高、分解能を達成できると、う利点がある。

[0088] 実際には、この実施の形態においても、 TDI検出装置 12はパッケージの形に形成され、パッケージ自体がフィードスルーの役目を果たし、パッケージのピン 18は大気側にてカメラ 19に接続される。図 8に示すように構成すると、これまで説明した第 1〜第 5の実施の形態と比較して、 FOP、ハーメチック用の光学ガラス、光学レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等の欠点を解消することができる。

[0089] 図 9は、 EB— TDIセンサ 51のセンサ面 51/ における画素 Pl l〜Pijを示す平面図である。同図において、矢印 T1はセンサ面 51' の積算方向を示し、 T2積算方向 T 1と垂直な方向、すなわち、ステージ Sの連続移動方向を示す。センサ 51の画素 P11 〜Pijは、積算方向 T1に 500段 (積算段数 i= 500)、ステージ Sの連続移動方向 T2 に 4000個（j =4000)配置される。

[0090] 図 10は EB—TDIセンサ 51と二次電子ビームとの位置関係を概略的に示す図である。図 10において、ゥエーハ Wから放出された二次電子ビーム EBが或る時間だけゥエーハ Wの同一個所力も放出されるとき、二次電子ビーム EBは、ステージ Sの連続移動に伴って、写像投影型光学系 MO上の一連の場所 a、 b、 c、 d、 e、 · · ·、 iに対して aから iの順に順次入射する。写像投影型光学系 MOへ入射された二次電子ビーム EBは写像投影型光学系 MO上の一連の場所、、、、、 · · ·、力も順次放出される。このとき、 EB— TDIセンサ 51の積算方向 T1へのチャージ積算移動をステージ Sの連続移動と同期させると、写像投影型光学系 MOの場所 a' 、 W 、 c' 、 d' 、 e' 、 · · ·、力放出される二次電子ビーム EBはセンサ面 51/ の同一個所へ順次入射され、積算段数 iだけチャージを積算することが可能である。このようにして、センサ面 51/ の各画素 P 11〜Pijはより多くの放射電子の信号を取得することができ、それにより、高い SZN比を実現し、且つ、二次元電子像を高速で得ることができる。写像投影型光学系 MOは例えば 300倍の倍率を有する。

[0091] 図 11は、本発明に係る検査装置の第 7の実施の形態を概略的に示す図で、図から理解されるように、図 7の第 5の実施の形態における、光センサを備える TDI検出装置 12の代わりに、電子ビームを検出する電子センサを備える TDI検出装置 12を用いるようにしたものである。

[0092] この実施の形態においても、 CCD検出装置 11の EB— CCDセンサ 13は配線 42 及びフィードスルー'フランジ 43を介してカメラ 44と電気的に接続され、 CCD検出装置 11を使用する場合は、偏向器 41にて電子ビームの軌道を偏向して電子ビーム eを EB- CCDセンサ 13に直角に入射させる。入射した電子ビームは EB— CCDセンサ 1 3によって電気信号に変換され、配線 42を介してカメラ 44へ伝達される。一方、 TDI 検出装置 12を使用する場合は、偏向器を動作させず、電子ビーム eを EB— TDIセンサ 51に直接入射させて電気信号に変換し、カメラ 19に伝達する。

[0093] 図 12は、本発明に係る検査装置の第 8の実施の形態を概略的に示す図で、 CCD 検出装置 11及び TDI検出装置 12は共に光を検出する光センサを備え、電子ビームの偏向を利用して切り換えを行うよう構成されている。すなわち、 CCD検出装置 11は、 EB— CCDセンサ 13に代えて、光を検出する CCDセンサを備えている。 CCD検出装置 11は電子ビームを増幅する MCP61と、増幅された電子ビームを光に変換する蛍光板 62と、蛍光板 62から出てフィードスルー'フランジ 43の透光部を透過した光を収束する光学レンズ 63と、光学レンズ 63で収束された光を電気信号に変換する CC Dセンサ 64と、該電気信号を用いて撮像を行うカメラ 44とを備えて、る。

[0094] なお、この実施の形態においては、 TDI検出装置 12と CCD検出装置 11の 2つの検出装置を一つの真空容器に設けているが、真空容器のサイズが許すならば、 3つ以上の検出装置を設けてもよい。また、前述のとおり、 MCP14、 61は電子増幅を必要としな!/ヽときには省略してもよ!/ヽ。

[0095] 電子ビームの軌道を TDI検出装置 12と CCD検出装置 11とに切り換えるために、この実施の形態は偏向器 41を設ける。そこで、 CCD検出装置 11を使用する場合には、電子ビーム eを偏向器 41にて 5〜30度程度偏向させて、 MCP61を通して、又は M CP61を介することなく蛍光板 62に電子を入射させる。ここで電子—光変換を行った後、光像情報は、フィールドスルー'フランジ 43に設置されている光学レンズ 63で収束されて CCDセンサ 64に入射する。光学レンズ 63と CCDセンサ 64は大気中に設置されている。なお、光学レンズ 63には、収差や焦点を調整するためのレンズ (図示せず)が設けられる。

[0096] 一方、 TDI検出装置 12を使用する場合は、偏向器 41を動作させず、電子ビーム e を直進させて MCP14に、又は MCP14を用いないときには蛍光板 15に入射させる。蛍光板 15により電子-光変換がなされ、該光情報力 SFOP16を介して TDIセンサ 17 に伝達される。

[0097] 図 12に示す第 8の実施の形態では、 CCDセンサ 64は大気側に設置され、 TDIセンサ 17は真空中に設置されている。これに対し、図 13に概略的に示す、本発明に係る検査装置の第 9の実施の形態においては、 TDIセンサ 17と CCDセンサ 64とが大気側に設置される。この実施の形態においては、 CCD検出装置 11の構成は図 12に示すものと同じであるので、ここでの説明は省略する。 TDI検出装置 12は MCP14、蛍光板 15、光学レンズ 71、 TDIセンサ 17及びカメラ 19を備えている。偏光器 41によつて偏向されずに直進した電子ビーム eは MCP14で増幅されて、又は MCP14を用 V、な、ときには直接に蛍光板 15に入射して電子―光変換され、該光情報がハーメチック'フランジ 72に設置された光学レンズ 71によって収束されて TDIセンサ 17に入射される。こうして、偏光器 41によって電子ビーム eの軌道を切り換えて CCD検出装置 11' と TDI検出装置 12とを選択的に使用することができる。

[0098] 図 14は、本発明に係る検査装置の第 10の実施の形態を概略的に示す図で、 CC D検出装置 11及び TDI検出装置 12は共に光を検出する光センサを備え、これらの光センサを一つの容器内に配置すると共に、検出装置の切り換えを並進移動又は回転移動によって行うよう構成したものである。すなわち、 CCD検出装置 11の CCDセンサ 64と TDI検出装置 12の TDIセンサ 17とは、一つの真空容器 MC内に設置されている。この実施の形態においては、 TDI検出装置 12は図 12に示すものと同じであるから、ここでの重ねての説明は省略する。 CCD検出装置 11は MCP61、蛍光板 6 2、 FOP81及び CCDセンサ 64を備えており、 TDI検出装置 12を使用するときには C CD検出装置 11は移動機構 Mによって電子ビーム eの光軸力離れるように（図においては右方向に)移動される。いずれの検出装置においても、その使用時には、電子ビーム eを MCP14、 61で増幅して、又は MCP14、 61を用いることなく直接に蛍光板 15、 62に入射させて電子-光変換を行い、該光情報を FOP16、 81を介してセンサ 17、 64に伝達して電気信号に変換し、カメラで撮像する。

[0099] 図 15は、本発明に係る検査装置の第 11の実施の形態を概略的に示す図で、切り換え機構として移動機構 Mと偏向器 41とを併用することによって 5つの検出装置のうちの一つを選択することができるようにしたものである。図 15において、移動機構 M によって矢印の方向に並進移動する筒状のシールド 'ブロック 91に、第 1の検出装置の EB— CCDセンサ 92、第 2の検出装置の EB— CCDセンサ 93、第 3の検出装置の EB— CCDセンサ 94が取り付けられる。シールド 'ブロック 91の適所には、電子ビーム eを通過させるシールド孔 95が設けられ、シールド孔 95を通過した電子ビーム eが直進する軌道上に第 4の検出装置の EB—TDIセンサ 51が設けられる。さらに、偏向器 41で軌道方向を偏向され且つシールド孔 95を通過した電子ビームを受ける位置に第 5の検出装置である TDI検出装置 12が設けられる。なお、シールド 'ブロック 91 として、例えば直径 1〜： LOOmmの筒状構造を用いることができ、その材質はチタン、燐青銅、アルミ等の金属や非磁性体であることが好ましぐアルミニウムに金メッキを施したものやチタンに金メッキを施したものもよい。

[0100] そこで、第 1〜第 3の検出装置の EB— CCDセンサ 92〜94のいずれかで撮像するときには、偏向器 41を作動させな、ままで移動機構 Mによってシールド 'ブロック 91 を移動させ、いずれかの EB—TDIセンサの中心を電子ビーム eの軌道位置まで移動させればょ、。第 4の検出装置の EB—TDIセンサに電子ビームを入射させるときには、偏向器 41を作動させず且つ移動機構 Mによってシールド ·ブロック 91を移動させてシールド孔 95を電子ビームが通過できる位置まで移動させる。また、第 5の検出装置である TDI検出装置 12で撮像するときには、偏向器 41を作動させ且つ移動機構 Mによってシールド 'ブロック 91を移動させてシールド孔 95を電子ビームが通過できる位置まで移動させればょ、。

[0101] この実施の形態において使用される EB— CCDセンサ 92〜94、 TDIセンサ 17及ひ ΈΒ— TDIセンサ 51は、それぞれの使用目的に応じて、素子サイズ、駆動周波数及びセンサ ·サイズ等の性能が異なっており、その一例を挙げると次のとおりである。

[0102] 第 1の EB— CCDセンサ 92 :

画素サイズ 14 ;ζ πι、フレーム 'レート 100Ηζ、センサ'サイズ 3500 X 3500 /z m 第 2の EB— CCDセンサ 93：

画素サイズ 7 μ m、フレーム ·レー卜 33Hz、センサ ·サイズ 3500 X 3500 μ m 第 3の EB— CCDセンサ 94 :

画素サイズ 3 ;ζ πι、フレーム 'レート 10Ηζ、センサ'サイズ 3000 X 3000 /z m EB—TDIセンサ 51 :

画素サイズ 14 πι、スキャン 'レート 100〜1000kHz対応、センサ'サイズ 56 X 28 mm

TDIセンサ 17 :

画素サイズ 14 ;ζ πι、スキャン 'レート l〜100kHz対応、センサ'サイズ 56 X 28mm

[0103] 上記のような複数のセンサの使用例を説明すると、 EB— CCDセンサ 92は電子ビームの電子光学系の調整、つまり、レンズ条件、ァライナ条件、倍率、スティグ条件の最適化に用いられる。画像処理によりレンズ電圧、ァライナ電圧、スティグ電圧等が制御される力このような制御や画像処理は自動制御機能が組み込まれたパーソナル 'コンピュータを用いて全自動化されて、る。フレーム ·レートが高ヽ EB— CCDセンサ 92を用いて高速の画像取込を行、、自動条件調整を行う。

[0104] EB— CCDセンサ 93は、通常、良く用いられる 33Hzのフレーム ·レートで動作する力これは人間の目により充分判断できる速度である。そこで、その画像を見ながら、調整の確認作業や試料の観察、例えば，欠陥検査後の欠陥像の観察'評価等を行う。観察中に、微細な欠陥が見つかり、更に高分解能で観察 ·評価 ·欠陥分類を行いたいときには、 EB— CCDセンサ 94を用いる。 EB— CCDセンサ 94は画素が小さく高分解能であるが、フレーム 'レートが低いので撮像に時間が掛かる。したがって、観察すべき部位を選択して撮像することが必要である。

[0105] TDI検出器 12と EB— TDIセンサの使い分けは、スキャン 'レート (ライン'レート)が異なることで決まる。通常、 TDIセンサのスキャン 'レートは、それに対応する周波数が回路の周波数対応領域で限定される。また、低周波数と高周波数の両方を満足する駆動回路を設計することは困難である。そこで、高い周波数で高速に検査するために EB - TDIセンサ 51を使用し、低周波数の 1〜 1 OOkHzで欠陥検査を行うときには TDI検出装置 12を用いる。しかし、高周波数と低周波数とに TDI検出装置 12と EB —TDIセンサ 51とのどちらを用いても支障はない。ただし、電子ビームが直接にセンサに入力するので、センサ温度は EB—TDIセンサ 51の方が高くなる。また、 EB— T DIセンサ 51は熱的ノイズが比較的多くなるので、画像取得時間の小さい高周波数対応に適している。

[0106] なお、図 15に示す第 11の実施の形態においては、必要に応じて、任意の数の検出装置を一つの真空容器に設けることが可能である。例えば、シールド 'ブロック 91 には、その長さと必要性に応じて 1個以上の EB— CCDセンサを取り付けることが可能であり、また、 EB— TDIセンサ 51を有する検出装置と TDI検出装置 12とのうちのいずれかを省略してもよい。

[0107] 図 16は、本発明に係る検査装置の第 12の実施の形態を概略的に示す図である。

これまで説明した実施の形態のうち、第 8と第 9の実施の形態を除く全部の実施の形態においては、一つの真空容器 MC内に複数の検出装置又はセンサを設置するものであった。この第 12の実施の形態においては、一つの真空容器 MCに真空空間を 2つ設け、それぞれの真空空間に検出装置を配置するようにしたものである。すなわち、真空容器 MCの一方の空間に TDI検出装置 12の EB— TDIセンサ 51を設置し、真空容器 MCに連結された他の真空空間に CCD検出装置 11の EB— CCDセンサが設置される。これを実現するため、図 16においては、真空容器 MCの適宜の個所力も突出するようにポート 101を設け、その一端をゲートバルブ 102を介して、他の真空空間を提供する真空容器 MC' の一端に接続する。真空容器 MC' の他端はフィードスルー'フランジ FF^ によって密封されている。他の真空空間を提供する真空容器 MC' 内には EB— CCDセンサ 13が設置され、 EB— CCDセンサ 13はフィ一ドスルー'フランジ FF' を通る配線 42を介して、大気側のカメラ 44と接続される。

[0108] 図 16においては、電子ビームを真空容器 M に設置されている EB— CCDセンサ 13に入射させるときは、偏向器 41によって電子ビーム eの進行方向を切り換えるとともにゲートバルブ 102を開く。 EB— CCDセンサ 13からの出力信号は配線 42を介してカメラ 44に伝達される。

[0109] このように、 EB— CCDセンサ 13を、 EB—TDIセンサ 51が配置された真空空間とは別の真空空間に設けると、 EB— CCDセンサ 13を交換するとき、ゲートバルブ 102 を閉じておけば、一方の真空空間が大気に開放されることがないという利点がある。ただし、センサ面への結像条件 (距離や倍率等)が異なってくるので、偏向器 41の前段にあるレンズ (図示せず)に印加する電圧を制御することにより、電子ビームの適切な結像条件を達成する必要がある。

[0110] 以上説明したように、第 1〜第 12の実施の形態においては、 EB-CCDセンサ、 TD Iセンサ、 EB-TDIセンサ及び CCDセンサが真空容器内に設置されているため、高コントラスト、高分解能で画像取得ができ、且つ、従来手法と比較すると光伝達損失が無、ので高スループット、低コスト化が実現される。

[0111] 画素数に関しては、第 1〜第 12の実施の形態に用いられている TDIセンサ、 CCD センサ、 EB— TDIセンサ、 EB— CCDセンサの画素数は任意に選択してよい。通常用いられる画素数を以下に示す。

[0112] CCDセンサ：

640 (横） X 480 (縦）、 1000 (横） X 1000 (縦）、 2000 (横） X 2000 (縦） EB— CCDセンサ：

640 (横） X 480 (縦）、 1000 (横） X 1000 (縦）、 2000 (横） X 2000 (縦） TDIセンサ：

1000(横) X 100(縦)、 2000(横) X 500(縦)、 4000(横) X 1000(縦）、 4000(横) X 2000(縦）

EB-TDIセンサ：

1000(横) X 100(縦)、 2000(横) X 500(縦)、 4000(横) X 1000(縦）、 4000(横) X 2000(縦)。

[0113] 上記画素数は一例にすぎず、上記の画素数の中間の値や更に多い画素数を用いることも可能である。 TDIセンサと EB—TDIセンサの場合、縦方向に積算する (スキヤン)のが通常であるが、入力信号が充分多い場合には縦方向に 1画素であってもよい (例えば 2000 X 1)。また、 TDIセンサと EB—TDIセンサの場合、ライン'レート (積算方向の移動速度)は lkHz〜lMHzである力通常は 10〜500kHzがよく用いられる。 CCDセンサと EB- CCDセンサのフレーム 'レートは 1〜： LOOOHzである力通常は 1〜： LOOHzが用いられる。これらの周波数は電子光学系の調整やレビュー観察等の用途により、適切な値に選択される。

[0114] 真空容器 MCの中に設置されるセンサの画素サイズが大き!/、場合、センサの駆動 · 信号、制御信号及び出力信号を伝送するピンや共通のピン等のピンの数が多くなる。例えば、ピン数が 100〜500程度になる場合もある。このようにピン数が多くなると、フィードスルー ·フランジとの接続に通常のコンタクト ·ソケットを用いることが困難となり

、また、通常のコンタクト 'ソケットでは挿入圧力が高ぐ loogZ本を超えてしまう。センサのパッケージを固定するとき、挿入圧力が lkgZcm²を超えると、ノッケージが損傷する可能性がある。例えば、 4cm²程度の固定用抑え部材であれば、 4kg/4cm² 以下の抑え圧力にする必要がある。ピン数が 100で lOOgZ本の挿入圧力を要するとすると、抑え圧力は 10kgとなり、ノッケージの破損が生じる。そこで、パッケージとフイードスルー ·フランジのピンを接続する接続ソケットに、ばね等の弾性体を有する接続ソケットを用いることが重要である。この弾性体を組み込んだ接続ソケットを用いると、 5〜30gZ本の挿入圧力で使用でき、パッケージが損傷することなく固定でき、駆動信号や出力信号も問題なく伝達できる。また、センサを真空中で使用する場合、ガス放出が問題となる。そこで、接続用ソケットにガス抜き用の穴を形成し且つその内外に金メッキが施されて、るものを用いるのがよ！/、。

[0115] なお、センサは通常はセラミック 'パッケージに設置され、セラミック 'パッケージの配線パッドにワイヤーボンド等で所要の配線を接続する。セラミック 'パッケージは内部に配線が組み込まれており、接続用のピンが裏面 (センサ面とは逆の面)に設けられている。この接続ピンはフィードスルー'フランジのピンに接続部品により接続される。フィードスルー ·フランジの外側 (大気側)のピンはカメラに接続される。

[0116] ここで、これまで説明した実施の形態において使用される移動機構 Mについて説明する。図 17は、 EB— CCDセンサ 13に並進移動を行わせるための移動機構を概略的に示している。この移動機構 Mは、真空容器 MCの適所に形成された開口 111 の中を通る筒状または空洞の角柱部材であるシールド 'ブロック 112を備え、シールド ·ブロック 112の中に EB - CCDセンサ 13と回路基板 113が設けられる。シールド · ブロック 112には、 EB— CCDセンサ 13のサイズと同等又は 0. 5〜： Lmm程度のシールド穴 114が形成されており、そこを通して電子ビームが EB— CCDセンサ 13に入射する。シールド穴 114はノイズカット'アパーチャの役目を行い、不要な電子を除去する。シールド 'ブロック 112は、絶縁部分に電子ビームが当たってチャージアップを生じ、正常な動作が妨害されるのを防ぐために設けられる。なお、金属の酸化膜の影響ゃコンタミの付着による影響を低減するため、シールド 'ブロック 112の材質はチタン、燐青銅、アルミ等の金属や非磁性体であることが好ましぐアルミニウムに金メッキを施したものやチタンに金メッキを施したものもよ、。

[0117] シールド 'ブロック 112の一端は、開口 111の周囲を囲むように設けられたべローズ 115に固定されたフィードスルー'フランジ 116に連結される。そこで、回路基板 113 力も出る配線 42はフィードスル一'フランジ 116のフィードスルー部 117を介してカメラ 118に接続される。配線 42はシールド ·ブロック 112の中空部を通るよう設置され、電子ビームが当たるのを防止するように考慮されている。これは、電子ビームが当たると配線 42にチャージアップが生じ、電子ビームの軌道を変化させる等の悪影響が生じるカゝらである。

[0118] フィードスル一'フランジ 116の一端はボールスクリュー機構 119と連結され、ボールスクリュー機構 119の端部には回転モータ 120又は回転ノヽンドルが接続される。更に、フィードスルー'フランジ 116の両端部は真空容器 MC力も突設されたガイドレール 121と結合されている。したがって、回転モータ 120を作動させ又はハンドルを回すと、ボールスクリュー機構 119が真空容器 MCの壁面に対して垂直な方向にぉヽて並進し、それに伴って、フィードスル一'フランジ 116がガイドレール 121に沿って移動するので、シールド ·ブロック 112及びその中の EB— CCDセンサ 13と回路基板 113が並進移動する。この結果、 EB— CCDセンサ 13に電子ビームを入射させる場合と、 EB— CCDセンサ 13を移動させて TDI検出装置 12に電子ビームを入射させる場合とを選択的に実現することができる。

[0119] 次に、図 18は、回転モータの代わりにエア 'ァクチユエータ機構を用いて並進移動を行わせる移動機構 Mの構成を概略的に示す。図 17において説明したように、真空容器 MCの適所に形成された開口 111の中を通るシールド ·ブロック 112の中に EB — CCDセンサ 13と回路基板 113が設けられる。シールド 'ブロック 112には、 EB— C CDセンサ 13に電子ビームを入射させるためのシールド穴 114が形成される。また、シールド ·ブロック 112の一端は、開口 111の周囲を囲むように設けられたべローズ 1 15に固定されたフィードスルー'フランジ 116に連結される。回路基板 113から出る配線 42はフィードスル一'フランジ 116のフィードスルー部 117を介してカメラ 118に接続される。更に、 EB— CCDセンサ 13を移動させて TDI検出装置 12に電子ビームを入射させるためのシールド穴 114' 力シールド 'ブロック 112の適所に形成されている。

[0120] 一方、開口 111に対向する壁面にも開口 131が形成され、開口 131を囲むように、中空の円筒部材 132が突設され、その一端に、エア'ァクチユエータ機構 133が取り付けられたフランジ 134が固定される。エア 'ァクチユエータ機構 133はシールド'ブロック 112の端部に連結されたピストン 135を備え、ピストン 135はオーリング又はォムニシール 136により真空シールされた状態でフランジ 134に対して移動可能にされている。また、エア 'ァクチユエータ機構 133は、ピストン 135を図面の左又は右の方向に移動させるために気密室 137に圧縮空気を導入し又は排気するための孔 138 を備える。

[0121] したがって、エア 'ァクチユエータ機構 133が作動して圧縮空気を孔 138を通して気密室に導入'排気してピストン 135を右方向へ移動させると同時にシールド 'ブロック 112がガイドレール 121に沿って同方向へ移動し、電子ビームを TDI検出装置 12に入射させる位置にシールド穴 114' が移動する。逆に、 EB— CCDセンサ 13に電子ビームを入射させるには、ピストン 135を左に移動させ、シールド 'ブロック 112のシールド穴 114を電子ビームの光軸位置に置けばよ!、。エア ·ァクチユエータ機構 133は空気圧力 0. 1〜0. 5MPaで動作可能であり、例えば電磁バルブにより圧縮空気の導入'排気方向を切り替えてピストン 135に圧力差を発生させ、ァクチユエータ動作が行われる。これにより、 EB— CCDセンサ 13に電子ビームを入射させる場合と、 EB - CCDセンサ 13を移動させて TDI検出装置 12に電子ビームを入射させる場合とを選択的に実現することができる。

[0122] 更に、図 19は、回転移動を利用した移動機構である。真空容器 MCの壁面の適所に開口 111が形成され、それを囲むように円筒部材 141が突設される。円筒部材 14 1に対して回転できるように筒状シャフト 142がベアリング 143によって支持され、また、筒状シャフト 142はシール部材 144によって円筒部材 141を真空シールする。ォム二シールはテフロン製のシール部材であり、動摩擦係数が小さいので、回転や並進等の移動を伴ったシール部材 144に有効である。また、ベアリング 143を用いることにより筒状シャフト 142の回転を安定させることができるとともに回転軸の変動を小さく抑えることができる。

[0123] 筒状シャフト 142の中に EB— CCDセンサ 13、回路基板 113、配線 42が設置されている。筒状シャフト 142の端部はフランジ状であり、その外周にギア 145が取り付けられている。該フランジに、 O—リング又は ICF真空シール構造 146を介してフィードスル一'フランジ 116が取り付けられ、フィードスル一'フランジ 116にカメラ 118が接続される。なお、 ICF真空シール構造の場合は、 ICF用のシール部材が用いられて真空シールされる。筒状シャフト 142内の配線 42はフィードスル一'フランジ 116の接続用の複数のピンにより中継されてカメラ 118に接続される。

[0124] 筒状シャフト 142の端部のフランジに設けられたギア 145に対応してギア 147が設けられ、ギア 147はロータリ一'ァクチユエータ 148によって駆動される。そこで、ロータリー.ァクチユエータ 148の回転軸が回転すると、ギア 147が回転して、ギア 145を回転させる。ギア 145の回転角度はロータリー'ァクチユエータ 148の角度調整により可能であり、 90度や 180度等の所望の規定の角度のァクチユエータを使用することができる。例えば、ギア比を 1 : 1とすると、ロータリー 'ァクチユエータ 148の回転角度は 90° でよい。このように、 90回転させることにより、 EB- CCDセンサ 13と TDI検出装置 12のいずれかに電子ビームを選択的に入射させることができる。

[0125] ここまでは、検出装置を中心に、その構成や選択的使用のための機構を説明してきた。以下、こうした検出装置を備えた検査装置の全体的な構成を、電子光学系を含めて、図 20〜図 23を用いて説明する。これらの図において、検出ユニット DUには第 1〜第 12の実施の形態のいずれか一つが設けられ、検出ユニット DUの前段に電子光学系が設けられる。検出ユニット DUは二次元の像を形成する機能を有することが好ましい。このためには、二次元の電子の像を表す電子ビームを受け取って二次元像を形成する検出装置を用いる必要がある。既に説明したとおり、検出装置には、電子が直接入射する EB— CCDセンサや EB—TDIセンサを用いるものと、入射した電子が光に変換されて CCDセンサや TDIセンサで検出されるものとがある。

[0126] まず、図 20に示す検査装置は、電子発生源と写像光学系と複数の検出装置を含む検出ユニットとを合体させた例である。電子銃 151から放出された一次電子ビームはレンズ 152、アパーチャ 153、 154、レンズ 155をこの順に通過して E X Bフィルタ 1 56に入射する。 E X Bフィルタ 156で進行方向を偏向された一次電子ビームは、レンズ 157、ァノ一チヤ 158、レンズ 159、 160を通過して、 ΧΥΖ Θステージ Sの上【こ載置されたゥーハ Wの表面に照射される。ゥーハ Wは例えば直径 300mmの Siゥェーハであり、その表面に半導体回路製造工程途中のパターン構造が形成されている。ステージ Sは X、 Y、 Ζの直交する 3方向への移動と Θ方向即ち回転移動とが可能であり、ゥヱーハ Wは静電チャックによってステージ Sに固定される。

[0127] ゥーハ Wの表面力放出される電子ビームはゥーハ表面に形成されたパターンの形状を反映した二次元の電子像を表す。ゥーハ Wから放出された電子ビームはレンズ 160、 159、ァノ一チヤ 158、レンズ 157通過し、 Ε Χ Βフィルタ 156で曲げられることなく直進してレンズ 161、アパーチャ 162、レンズ 163、ァライナ 164を通過し、検出ユニット DUに導入される。こうして検出ユニット DUに導入された電子ビームは、第 1〜第 12の実施の形態において説明した複数の検出装置のうち、選択された検出装置に入射する。なお、アパーチャ 158、 162はノイズカット動作を行う。

[0128] なお、それぞれのレンズに印加される電圧は、放出された電子が規定の倍率で結像する条件に設定されている。また、焦点調整、歪み調整、ァライナ調整、ァパーチャ位置調整及び Ε Χ Β条件調整は、光軸調整として行われる。レンズ 157、 159はダブレットレンズであって両テレセントリックであり、低収差且つ低歪みを実現する。このレンズ系により、 5〜： L000倍の拡大率を実現することができる。歪みの補正はスティグ（図示せず)で行い、基準ゥヱーハを用いて定期的に調整条件を算出しておく。ァライナ及びアパーチャ位置を調整するには、使用する規定倍率に対して予め求めておいた値が使用され、 Ε Χ Β調整は、電子源 151の電圧、つまり、一次電子ビームのエネルギーに対応して予め求めてお!、た値を用いて行われる。

[0129] ゥエーハが酸ィ匕膜ゃ窒化膜のパターンを有する場合には、光学系の歪の補正のみでは不十分なので、取得した画像より評価点をサンプリングして位置ズレを評価し、歪み補正を行う。例えば、水平度、垂直度、座標位置等に関して、 CADデータゃレビュー SEM像と比較して評価を行ってもよい。その後、ダイ'ツー'ダイ、セル 'ツー' セル等の欠陥検査を行うことができる。ダイ 'ツー'ダイの欠陥検査では、ダイの中に検査領域を設定し、同じ検査領域にっ、て他のダイの取得像と比較して欠陥の有無や種類を判定する。

[0130] なお、ゥーハ Wから放出される電子ビームは、二次電子、反射電子、後方散乱電子、オージュ電子のいずれかであってよい。これらの電子はそれぞれエネルギーが異なるため、取得した、電子のエネルギーでの結像条件を選んで電子像を取得する。シミュレーション等により、結像のための電圧条件を予め算出しておくことができる。

[0131] 検出ユニット DUにおけるゥエーハ Wの像の検出は、まず、ゥエーハ Wの所定位置を検出できるようステージ Sを移動させ、次いで、その位置における倍率に対応した視野、例えば 200 X 200 μ mの領域の像を例えば倍率 300倍にて検出することにより行われる。この動作を高速で繰り返すことで、ゥエーハ Wの複数の場所を検出する。画像比較を行う場合も同様で、ゥエーハ W上の比較したい領域が検出ユニット DU によって検出できるようステージ Sを移動させて画像を取得する動作を繰り返し、取得されたデータどおしを比較する。こうした検査工程を通じて、ゴミ、導通不良、パターン不良、パターン欠落等の欠陥の有無や、状態判定、種類分別を行うことができる。

[0132] 図 20に示す検査装置の具体的な動作条件の一例は次のとおりである：

真空容器 MC内の動作時の圧力 1 X 10— 6〜1 X 10— 4Pa、

ステージ移動速度 0. 1〜： LOOmmZs

ゥエーハへの照射電流密度 1 X 10— 5〜1 X 10- 1 A/cm²,

照射電子ビームのサイズ 500 X 300〜10 X 5 mの楕円形、

倍率 10〜2000、

検出ユニットへの入射電子量 ΙΟρΑ〜： LmA、

検出ユニットへの入射エネノレギー l〜8keV。

[0133] 照射電流密度は、検出ユニット DUの出力をフィードバックすることによって制御される。 CCD検出装置及び TDI検出装置の出力が飽和値の 50〜80%になる様に制御すると、これら検出装置の入出力関係が線形性を維持できる範囲 (すなわち、リニァリティのズレが 3%以下の範囲)で使用できるので、精度のよい画像評価が行える。特に、ノックグランド 'ノイズを差し引くシェーディング処理等を行うと、線形性の悪いところでは処理効果が低ぐ逆に擬似欠陥を発生することがある。なお、検出ユニット DUの出力ではなぐ画像処理システムによる画像評価値等を用いて照射電流密度を制御することもできる。画像のコントラスト、最大輝度、最小輝度、平均輝度等により照射電流密度を制御すると、安定した画像取得に効果的である。また、比較する画像の輝度やコントラストを規格ィ匕して、つまり同一条件にして、安定した画像比較を行うことも可能である。

[0134] 図 21は、図 20において説明した検査装置における電子ビームの代わりに、 UV光、 UVレーザー光及び X線のうちの!/、ずれか一つを用いるよう構成した例を示して！/ヽる。具体的【こ【ま、電子統 151、レンズ 152、 155及びァノ一チヤ 153、 154の代わりに、例えば、 UV光でゥエーハ Wを照射するための UV光発生源 171が設けられる。これにより、 UV光が一次ビームとしてゥエーハ Wの表面に入射し、そこ力放出される光電子を図示した電子光学系のレンズやアパーチャ等により拡大して検出ユニット DUに入射させ、ゥエーハ W上のパターンの画像を検出する。

[0135] UV光発生源 171からの UV光は、実際には、中空ファイバによってゥヱーハ Wまで伝達され、ゥエーハ Wの中心付近の視野領域、例えば直径 300 mの領域を照射する。なお、 X線や UVレーザー光を一次ビームとして用いた場合も同様であって、照射されたゥヱーハ W力放出された光電子を利用して、ゥヱーハ W上のパターンの電子像を得ることができる。

[0136] 一方、図 22は、 1次ビームとして、電子銃 151からの一次電子ビームと UVレーザー発生源 181からの UVレーザー光との 2種類のビームを併用してゥエーハ Wの表面を照射する構成とした例を示している。この例においては、既に図 20及び図 21について説明したところカゝら理解されるように、電子銃 151から放出された一次電子ビームは、 E X Bフィルタ 156により電子光学系の光軸に沿って進行するように偏向されてゥエーハ Wを照射する。ゥエーハ Wから放出された電子ビームは電子光学系を直進する。これと併用される UVレーザー光も一次ビームとしてゥエーハ Wの表面に入射し、そこから放出される光電子を図示した電子光学系のレンズやアパーチャ等により拡大して検出ユニット DUに入射させ、ゥヱーハ W上のパターンの画像を検出する。 UV レーザー光としては、 YAGの 4倍波又はエキシマレーザー光が用いられ、中空フアイバによってゥヱーハ Wの表面に導入される。 [0137] これまで図 20〜図 22を用いて説明した検査装置において、レンズ 160は制御電極として動作する。ゥーハ Wが表面に酸ィ匕膜や窒化膜を多く含む構造の場合、電子ビームを照射すると、表面の酸ィ匕膜等でチャージアップが起こり易い。このため、ゥェーハ Wの表面からの放出される電子ビームの軌道が曲がり、又は、ゥヱーハ Wと例えばレンズ 159等の電極との間に放電を生じる場合がある。この影響は特に図 20〜図 22に示す写像光学系において大きい。これは、写像光学系の場合、照射電子ビームが矩形や楕円形状をしているので、 SEM方式と比較して広い領域に一度に電子ビームが当たるためである。 SEM方式では、収束された電子ビームがスキャンされるため、チャージアップの緩和が起こり、比較的少量のチャージアップで済む。しかし、上述した理由により、写像光学系では、チャージアップが発生し易ぐその影響が大きい。

[0138] ゥエーハ Wとレンズ 159との間で放電が起こるのは、レンズ 160の電位は低く且つ自由に変化させることができるのに対し、レンズ 159には 15〜30kVという高く且つ変動できない電圧が印加されている力もである。この場合、ゥーハ Wの表面のレンズ電界分布はレンズ 159に印加される電圧とゥエーハ Wに印加される電圧 (例えば一 3 kV)とで決まり、例えば l〜3kVZmmである。そこで、レンズ 160は、該レンズに印加される電圧を調整することにより、ゥーハ Wの表面での電界分布を調整するために用いられる。レンズ 160の電圧調整により、ゥーハ Wの表面での電界分布を 0. 1〜 lkVZmmに調整することができ、放電を抑制することができる。これは、正の電界分布を弱めることにより、ゥヱーノ、 Wの表面力放出される電子の初期加速度を緩めて、つまり、放出電界強度を弱め、放電に寄与する電子の放出を弱くすることができる力である。

[0139] 実際、放電は角部や電界強度の強い個所で電子が放出され易い状態が作られているために生じると考えられる。例えば、絶縁膜が正にチャージアップし、その絶縁膜の中に、下層に導通した微細なプラグ構造がある場合を考えると、プラブは基板電位 (例えば— 3kV)であり、その周りが正にチャージアップした絶縁物である。プラグの表面の直径が lOOnmであり、チャージアップが + 10Vであれば、プラグの平均電界強度は lOOkVZmmとなる。さらに、プラグと絶縁物との境界部の微細な隙間や凹凸形状における電界強度が上がって、例えば 10⁸〜： LO Zmmを超えると、電子の放出が起こり、放電が発生し易くなる。

[0140] 次に、図 23は透過型の検査装置の例を示している。図 20〜図 22に示す検査装置はゥエーハに電子ビームや UV光、 UVレーザー光を照射し、ゥヱーハから放出される電子を用いるものであるが、図 23に示す検査装置は、試料を透過して得られた電子を利用して試料の検査を行う。すなわち、電子銃 151より放出された電子ビームは、レンズ 191とアパーチャ 192を通過して、ズームレンズ 193、 194に入射する電子の角度と電子量が制御される。これらのズームレンズによりアパーチャ 195に対する入射角度が調整される。アパーチャ 195で電子量が調整された電子ビームはレンズ 19 6によって光軸に平行にされて試料 SLを照射する。なお、ズームレンズ 193、 194に印加する電圧を調整することにより、ズーム倍率が例えば 1〜200倍に変更され、試料 SLを照射する電子ビームのサイズが例えば直径 5〜： LOOO μ mまで制御される。

[0141] 試料 SLを通過もしく ίま透過した電子ビーム ίま、レンズ 197、 198、 200、 201、 203 とアパーチャ 199、 202を備える 2次光学系によって拡大されて検出ユニット DUに導入される。レンズ 197は試料 SLとの電界強度を調整する電極である。レンズ 198、 20 0はダブレットレンズであり、両テレセントリック条件を満足するので低収差の電子像を実現する。レンズ 201、 203は電子像を拡大するためのレンズである。レンズ 203は電子ビームが検出ユニット DUのセンサ、蛍光板又は MCPの表面に結像するように調整される。アパーチャ 199、 202は収差と検出ユニット DUに導入する電子の量とを制御する。

[0142] 試料 SLは、半導体ゥエーハゃ半導体素子のほか、露光用のマスク、ステンシル'マスク、微細構造を有するマイクロマシン、 MEMS部品等の任意のものであり得る。試料 SLの材質やパターン形状等の試料毎の特性に応じて、試料 SLを照射する電子ビームのエネルギーを所要の値にする必要がある。電子ビームに試料 SLを透過させるには、高いエネルギーが必要となり、 50〜： LOOOkeVにもなる場合も有る。試料 SL に孔ゃスリット等の開口や隙間が存在する構造である場合、その開口や隙間を通過した電子ビームを撮像するのであれば、電子銃 151は 10〜： LOOOOeVの電子を発生させることが必要である。例えば、電子銃 151から 5keVのエネルギーの電子ビームを発生して試料 SLを照射したとする。このとき、試料の電位は一 4kVとすると、電子ビームは lkevで試料 SLに入射する。試料 SLを通過した電子ビームは試料 SL上のノターンを反映しており、検出ユニット DUに導入される。

[0143] 以上、種々の実施の形態を参照して説明した検査装置において、 CCDセンサ又は EB— CCDセンサは静止像を取得するのに用いられ、ステップ'アンド'リピートの機能を利用してビーム軸の調整、試料の観察、欠陥検査、レビュー像の取得、レビュー観察、測定、評価を行うことができる。以下、図 24を用いて、ステップ'アンド'リピートの機能について説明する。図 24の（A)はゥヱーノ、 Wと複数のダイ 211の配置関係を概略的に示している。図に示すように、ノッチ 212が右にある。ダイ 211は複数のパターンを含んでいて、セルパターン 'エリアとランダムパターン 'エリアとがあり、したがつて複数の種類のセルとランダムパターン 'エリアとが存在する。ダイのサイズは、プロセスのゥエーハによって異なる力通常、 l X lmm〜30 X 30mm程度である。

[0144] 図 24の（B)及び (C)に示すように、こうしたパターンの中で、検査、測定又は評価を行いたいパターン部分をケアエリア 213と呼び、このケアエリア 213の中で、特に注目したい部分を特定部位 214と呼ぶことにする。特定部位の中には、例えば、パターン 'サイズが小さくてプロセスが困難であり、プロセス期間に欠陥が出やすい部位、欠陥検査を行った後の欠陥がある部位、積層のプロセスにおいて下層との位置ズレを評価する部位、又は、電子光学系の歪や収差を評価するターン部位等が含まれる。上記のような特定部位に対して、 CCDセンサ又は EB— CCDセンサを用いて、ステツプ'アンド ·リピートを行い、必要な画像比較、ズレ評価、詳細観察等を行う。

[0145] セル部のケアエリアの欠陥検査では、セル部における繰り返しパターン部のパターン同士を相互に比較する。例えば、倍率を 50〜： LOOO程度として、試料面上の 5 X 5 -500 X 500 μ mの視野を、撮像時間 10〜： LOO分で観察することができる。一つの静止像 (CCD像又は EB— CCD像)を取得すると、規定距離だけ観察領域を移動させ、同じパターンを同様に取得する。繰り返しパターンであれば、連続する次のパタ一ンの撮像を行う。このようにして、同じパターンの撮像を複数、通常は 3枚以上取得し、得られた象の比較を行う。比較の結果、 1つだけ異なったパターン又はコントラスト等があると、その部分を欠陥とみなす。このような検査を撮像と同時に (オンラインで)、又は検査像の撮像後に (オフラインで)行ヽ、欠陥部位の座標と種類の分類を行う。

[0146] ランダム 'パターンの欠陥検査の場合、各ダイのケアエリアのランダム 'パターン同士の比較を行う。その場合には、 1つのダイのランダム 'パターンのケアエリアを撮像する。なお、これには、一度に複数の静止像を取得する手法と、一枚づっ取得する手法とのいずれを用いても良い。次に、他のダイのケアエリアのランダム 'パターンに移動して撮像を行う。このようにして 3枚以上の静止像を取得し、対応するパターンどおしを比較し、 1枚だけに存在する異常を見出すことで、パターン欠陥、ゴミ、コントラスト異常等を検知する。この検査により欠陥の座標や欠陥の種類の分類をオンラインまたはオフラインにて行うことができる。これは、ステップ'アンド'リピートによるダイ'ッ一'ダイ検査と呼ばれる。

[0147] 他に、プロセスにおける下層との位置ズレを評価するのに用いる場合もある。この場合は、下層とその上に積層された上層とにァライメント 'マークが付される。これらァラィメント 'マークの重なり度合の測定、例えば、重心位置のズレ、代表長さの中心部相互のズレ等の測定によって位置ズレを評価する。この評価は、例えば、下層は配線構造で CMP後に、上層はレジスト形成後に、又は、レジスト被覆及び露光後に行われる。

[0148] ァライメント 'マークの例を図 25に示す。（A)は、上層と下層とに設けられた十字型のァライメント 'マークで、長さ 15 mの長方形を十字型に重ね合わした形状をしている。これらのァライメント 'マークの重なり度合で、下層と上層の重心位置や縦横の長さから算出したパターン中心位置等の代表位置のズレ量を求め、上下層の比較を行う。（B)は、下層に付された 20 m四方の正方形のァライメント 'マーク 222と、上層に付された 7 m四方の正方形のァライメント 'マーク 223とが重なり合った状態を示している。この場合も、同様に重心位置のズレゃダイ行長さ力マークの中心位置を算出して位置ズレの評価を行う。なお、ァライメント 'マークのサイズは図 25に示す値に限られるものではなぐもっと小さなサイズ、例えば、トータルサイズ力 i X 1 mのものでもよい。

[0149] このようなァライメント 'マークが 1枚のゥエーハに 10〜50個程度設けられる。それぞれのァライメント 'マークについてズレ量を算出し、ズレ量に相対的な方向性が存在すれば (例えば、左方向に全体的にズレが大きいときは）、その補正をするように露光位置の調整を行う。このように、ステップ'アンド'リピートの機能を用いると、 CCDセンサ又は EB— CCDセンサの方が TDI検出装置に比べて分解能及び MTFが高ぐ画素当たりの取得電子数が多!、状況で画像取得できる場合に、 CCDセンサ及び EB CCDセンサの特徴を生力して、高精度の欠陥検査、レビュー検査、位置ズレ検査等を行うことが可能である。

[0150] 上で説明したように、本発明に係る検査装置においては、 CCD検出装置 11と TDI 検出装置 12とを切り換え使用することができるようにしたので、以下に述べるような利点をもたらす。

[0151] まず、 CCDセンサ又は EB— CCDセンサを用いた CCD検出装置 11は静止像を取得するのに用い、 TDIセンサ又は EB— TDIセンサを用いた TDI検出装置 12は、ステージ装置を動力しながら像を取得することにより連続像を得るのに用いることができる。これらの検出装置を切り換えて静止像と連続像とを選択的に取得するためには、それぞれの検出装置で用いられるセンサの軸が一致しなければならない。また、 CC D検出装置 11を用いたときと TDI検出装置 12を用いたときとでレンズ条件（レンズの強さやビームの偏向条件等）が同一であることが必要である。更に、一次光学系と二次光学系とが同一条件で動作しなければならない。なお、 CCD検出装置 11のセンサと TDI検出装置 12とのセンサとから取得された像を比較することによって、各検出装置のセンサの軸の相対的な位置ズレを補正することができる。

[0152] 本発明に係る検査装置における動作を具体的に説明すると、まず、ステップ S1において、 CCD検出装置 11を TDI検出装置 12の前方に設置して静止像を取得することによって一次光学系と二次光学系の軸合わせを行い、次いで、二次光学系の調節（例えば、二次ビームのサイズ、倍率、コントラスト、レンズ中心出し)を行ってから一次ビームのサイズや電流密度分布を調整する。この後、ステップ S2において、 CC D検出装置 11を移動させて二次電子ビームを TDI検出装置 12に入力させ、これによって連続像を取得して試料の検査像を取得する。更にその後、ステップ S3において、 CCD検出装置 11を移動させて TDI検出装置 12の前に配置してレビュー像を取得し、レビュー像を、 TDI検出装置 12によって取得された検査像と比較して、 TDI検出装置 12によって取得された検査像において確認された欠陥部位が疑似欠陥か真の欠陥かを判別する。

[0153] なお、通常は、上記のステップ S1はカセットに収納された複数枚のゥエーハのうち 1 枚目のゥエーハにつ、てのみ行われ、 2枚目以降のゥエーハに対してはステップ S2 とステップ S3とが実施される。しかし、検査の安定性を確認するために、定期的にステツプ S 1を実施するようにしてもょ、。

[0154] 上記のとおり、 CCD検出装置 11によって静止像を得ることができるので、ステージ装置の任意の端部に標準チップを設けておくことにより、ゥエーハを搬入することなく光学系の調整を行うことができる。すなわち、ゥエーハをロードしている期間に標準チップの静止像を取得し、一次ビーム、二次ビーム及び電子像の再現性 (変動していないこと）を確認することができる。なお、標準チップの像とゥエーハの像との差異を確認し、差異が見つ力つたときには、静電チャックのチャック条件が変動したものと認識し、検査を行わない。また、一次ビームの電流密度やビームサイズの変動をチェックすることができる。

[0155] 上記ステップ S 1にお、て CCD検出装置 11によって取得された像を基準にして、一次ビームのサイズ、位置、プロファイルを調整する。また、これらのパラメータの変動が一定の基準を超えたならば、電子銃又は FA (開口板)を交換する。一次ビームと二次ビームとの軸合わせ工程においては、例えば 30倍、 80倍等の低倍率の像を用いる。しかし、低倍率の像を取得するときには MCPに局所的に二次ビームが当たるため、 MCPに局所的なダメージが発生し、欠陥の検出ができなくなってしまう。そこで、低倍率での観察時間が一定時間（例えば 1000時間）を越えたときには MCPを交換しなければならない。一方、 EB— CCDセンサは電子ビームの照射力も特にダメージを受けることが無ぐ長期の使用が可能である。

[0156] また、 CCD検出装置 11によって取得された像を基準にして、二次ビームの軸合わせを行う。例えば、レンズ中心合わせ、ビーム偏向器 (例えば、図 2の E X B分離器 3) の動作条件の最適化 (例えば、センサ中心へ像を投射させるための条件の調整)等を行うことができる。これにより、高精度の調整が可能になる。例えば、 MTFは 30〜5 0%の範囲で調整可能である。また、 CCD検出装置 11で取得した像を用いることにより、二次ビームの変動、スティダマ条件の変化、レンズ中心のズレ、ビーム偏向条件の変動等をチェックすることができる。

[0157] 画像処理系（例えば、図 2の画像処理部 9)に関しては、 CCD検出装置 11によって静止像を取得することができるので、ステップ ·アンド'リピート方式の検査が可能になる。また、検出装置の切り換えが迅速に行えるので、オーバーレイ検査のような検査点数の少な、検査にぉ、ては、 TDI検出装置 12から CCD検出装置 11に切り換えて検査を行うことができる。検査速度が 10MPPS (mega-pixel/sec)以上のときには T DI検出装置 12を使用し、それ以下のときには CCD検出装置 11を用、た検査を行うことが望ましい。また、既に CCD検出装置 11のセンサと TDI検出装置 12のセンサとの軸合わせが済んで、るので、上記ステップ S3にお、てレビュー像を取得するときに CCD検出装置 11のセンサの軸合わせを再度行う必要がな、。

[0158] 本発明に係る検査装置を工場ネットワークに組み込むことにより、軸調整、検査、レビュー等の動作状況を工場ネットワークを通じて管理者に伝達することができ、管理者は装置の異常や調整不良を即座に知ることができ、適切な対応を取ることができる

[0159] ここで、以上説明してきた検査装置を用いて行う半導体デバイス製造方法の一例について、図 26及び図 27のフロー図により説明する。半導体デバイス製造方法は、図 26に示すように、主工程としてゥハを製造するゥハ製造工程 231又はゥハを準備するゥヱーハ準備工程、露光に使用するマスクゃレチクルを製作するマスク製造工程 236又はマスクを準備するマスク準備工程、ゥハに所要の加工を行うゥ ·プロセッシング工程 232、ゥ上に形成されたチップを 1個ず切り出して動作可能にならしめるチップ組立工程 233、チップ組立工程で製作されたチップを検査するチップ検査工程 234、及び、検査に合格したチップ力も製品（半導体デバイス）を得る工程 235を含む。なお、ゥハ製造工程 231、ゥ 'プロセッシング工程 232及びリソグラフイエ程 232は周知のものであるので、ここでの説明は省略す

3

る。これらの主工程は、それぞれ幾つかのサブ工程を含む。

[0160] 半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程はゥヱ ·プロセッシング工程 232である。この工程では、設計された回路パターンをゥハ上に順次積層し、メモリや MPUとして動作するチップを多数形成する。ゥエーハ 'プロセッシング工程 232は、図の点線で囲まれた部分に示すようなサブ工程を含む。すなわち、ゥエーハ 'プロセッシング工程 232は、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 CVDやスパッタリング等を用いて形成する薄膜形成工程 232

1

、金属薄膜ゃゥエーハ基板を酸化する酸化工程 232、薄膜層ゃゥエーハ基板等を

2

選択的に加工するマスクゃレチクルを用いてレジストのパターンを形成するリソグラフイエ程 232、例えばドライ'エッチング技術を用いてレジスト'パターンにしたがって薄

3

膜層や基板を加工するエッチング工程 232、イオンや不純物を注入 '拡散する工程

4

232、レジスト剥離工程、加工されたゥエーハを検査する検査工程 232を含む。な

5 6 お、ゥエーノ、'プロセッシング工程 232は必要な層数だけ繰り返して行われる。本発明に係る検査装置を検査工程 232に適用することにより、微細なパターンを有する

6

半導体デバイスでもスループットよく検査することができ、全数検査が可能になるので、設計どおりに動作する半導体デバイスを製造することができて製品の歩留まりが向上し、欠陥製品の出荷が防止される。

[0161] 図 27は、図 26のリソグラフイエ程 232で行われる工程を示している。リソグラフイエ

3

程 232は、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被覆す

3

るレジスト塗布工程 241、レジストを露光する露光工程 242、露光されたレジストを現像してレジスト'パターンを得る現像工程 243、現像されたレジスト'パターンを安定ィ匕するァニール工程 244を含む。

[0162] 以上、本発明に係る検査装置について、その各種の実施の形態を図面を参照しな力説明してきた力本発明はこうした実施の形態に限定されるものではない。例えば、これまで説明した実施の形態では真空容器内にセンサや電子光学系が配置されているが、 CCDセンサ、 TDIセンサ等のセンサが動作できる環境であれば、必ずしも真空容器を用いる必要はな、。

[0163] また、図 3〜図 7、図 12、図 14、図 15、図 17〜図 19には FOPを 1段で使用している実施の形態を示したが、 FOPは 1段に限られるものではなぐ複数段の FOPを用いることも可能である。例えば、 MCPと組み合わされて用いられる蛍光剤のコートされた FOPと、 TDIセンサに接着された FOPとを密着させた 2段の FOPを用いることができる。こうすると、組立の精度と効率が向上する。つまり、蛍光剤をコートされた FOPを TDIセンサに接着したとすると、 FOPの蛍光剤にコンタミや接着剤が付着したとき、洗浄が困難になる。また、接着後に蛍光剤をコートする場合には、蛍光剤が TDIセンサ自体にコートされないように、特別の工程と工夫が必要になる。更に、分解能ゃ耐放電性能に影響がでな、よう、蛍光剤のコートされた FOPと MCPの平行度等の組立精度には高度の厳密さが求められる。こうした煩雑さは、上記の 2段の FOPの使用によって解消される。複数段の FOPを用いたときも同様である。

産業上の利用可能性

以上の説明から理解されるように、本発明においては、適切な性能の検出装置の選択を移動機構又は偏向手段によって行い、従来のような検出装置の交換作業を必要としないので、検出装置の交換による大気開放後の真空状態の再現に要する長い時間を削減でき、検出装置の選択により、所要の電子光学系調整、連続検査、欠陥評価等の作業を効率よく行うことができる。また、作業効率の大幅な向上と低コスト化が実現され、表面検査の高性能化、高スループット化が実現される等、技術的、産業上の意義は大きい。

Claims

請求の範囲

[1] 試料力放出された電子ビームを受け取って、前記試料を表す画像データを取得する複数の検出装置と、

を具備し、前記複数の検出装置が同一の真空容器に配置されていることを特徴とする検査装置。

[2] 前記複数の検出装置が、

電子ビームを電気信号へ変換する電子センサを備える第 1の検出装置と、電子ビームを光に変換し、該光を電気信号へ変換する光センサを備える第 2の検出装置と、

を備え、前記電子センサと前記光センサとが前記真空容器内に配置されて、ることを特徴とする、請求項 1に記載の検査装置。

[3] 前記第 1の検出装置の電気センサが複数の画素を有する EB - CCDセンサであり

、前記第 2の検出装置の光センサが複数の画素を有する TDIセンサであることを特徴とする、請求項 2に記載の検査装置。

[4] 前記複数の検出装置が、

電子ビームを電気信号へ変換する電子センサを備える第 3の検出装置と、電子ビームを電気信号へ変換する電子センサを備える第 4の検出装置と、を備え、前記第 3の検出装置と前記第 4の検出装置とにおける前記電子センサが前記真空容器内に配置されていることを特徴とする、請求項 1に記載の検査装置。

[5] 前記第 3の検出装置の電気センサが複数の画素を有する EB— CCDセンサであり

、前記第 4の検出装置の電子センサが複数の画素を有する EB— TDIセンサであることを特徴とする、請求項 4に記載の検査装置。

[6] 前記複数の検出装置が、

電子ビームを光に変換し、該光を電気信号へ変換する光センサを備える第 5の検出装置と、

電子ビームを光に変換し、該光を電気信号へ変換する光センサを備える第 6の検出装置と、

を備え、前記第 5の検出装置と前記第 6の検出装置とにおける前記光センサが前記真空容器内に配置されて、ることを特徴とする、請求項 1に記載の検査装置。

[7] 前記複数の検出装置が、

を備え、前記第 5の検出装置の光センサと前記第 6の検出装置の光センサのうちの少なくとも一方が大気中に配置されて、ることを特徴とする、請求項 1に記載の検査装置。

[8] 前記第 5の検出装置の光センサが複数の画素を有する CCDセンサであり、前記第 6の検出装置の光センサが複数の画素を有する TDIセンサであることを特徴とする、請求項 6又は 7に記載の検査装置。

[9] 前記切り換え機構が、

前記複数の検出装置の一方を前記複数の検出装置の他方が電子ビームを受け取るのを妨害しない位置へ機械的に移動させる移動機構と、

前記電子ビームの進行方向を前記複数の検出装置の一方と前記複数の検出装置の他方とに切り換える偏向器と、

のうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項 1に記載の検査装置。

[10] 二次元像を取得することを特徴とする、請求項 1〜9のうちのいずれか一つに記載の検査装置。

[11] 前記電子ビームを増幅する電子増幅装置を備えることを特徴とする、請求項 1〜3、

6〜10のうちのいずれか一つに記載の検査装置。

[12] レンズ等の電子光学系を備え、前記電子ビームの軌道を前記電子光学系によって制御することを特徴とする、請求項 1〜11のうちのいずれか一つに記載の検査装置

[13] 前記電子光学系がノイズカット'アパーチャを備えることを特徴とする、請求項 12に記載の検査装置。

[14] 前記電子光学系が写像光学系を備えることを特徴とする、請求項 12又は 13に記載の検査装置。

[15] 前記試料に電子を照射するための電子発生源を備えることを特徴とする、請求項 1

〜14のうちのいずれか一つに記載の検査装置。

[16] 前記試料に電磁波を照射するための電磁波発生源を備えることを特徴とする、請求項 1〜14のうちのいずれか一つに記載の検査装置。

[17] 前記試料に電子を照射するための電子発生源と、前記試料に電磁波を照射するための電磁波発生源とを備えることを特徴とする、請求項 1〜14のうちのいずれか一つに記載の検査装置。

[18] 前記電磁波発生源が UV光、 DUV光、レーザー光及び X線のうちのいずれか一つを発生することができる、請求項 16又は 17に記載の検査装置。

[19] 請求項 1〜18のうちのいずれか一つに記載の検査装置を備えることを特徴とする欠陥検査装置。

[20] 請求項 19に記載の欠陥検査装置により、プロセス途中のゥーハの欠陥を検査することを特徴とするデバイス製造方法。

[21] 一次電子ビームを放出する電子銃を有し、該一次電子ビームを試料に導く一次光学系と、

前記検出系は、

電子ビームの光軸調整を行う第 1の EB— CCDセンサと、

試料の撮像を行う EB— TDIセンサと、

を有することを特徴とする欠陥検査装置。

[22] 前記第 2の EB— CCDセンサの画素サイズは、前記第 1の EB— CCDセンサの画素サイズより小さいことを特徴とする請求項 20に記載の欠陥検査装置。真空容器内に一次電子ビームを試料に導く一次光学系と試料から放出された二次電子ビームを検出系に導く二次光学系とを有する欠陥検査装置にて試料の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、

前記 EB— CCDセンサにて光軸の調整を行!ヽ、

前記 EB— TDIセンサにて試料の像を撮像し、

前記 EB - CCDセンサにて前記試料の欠陥部位を撮像し、

前記 EB—TDIセンサが撮像した欠陥部位の画像と前記 EB— CCDセンサが撮像した欠陥部位の画像とを比較し、擬似欠陥力真欠陥かを判断することを特徴とする欠陥検査方法。