(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれパターンを有するダイが行列状に配置された基板に電子を照射し、前記基板から生成される二次電子を検出器により検出して前記基板を検査する方法であって、
（ａ）前記基板をステージの上に載置するステップと、
（ｂ）前記ステージに載置された前記基板の前記ダイの中から、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、
（ｃ）前記基準ダイを含む行又は列における任意のダイに、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の座標を取得するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で取得された前記任意のダイの前記特徴点の座標と前記基準ダイとの前記特徴点の座標に基づき、前記基準ダイを含む行又は列の方向と前記基板の移動方向のうちの１つの移動方向とが成すずれ角を算出するステップと、
（ｅ）前記ずれ角を補正するように前記ステージを回転させて、前記基準ダイを含む行又は列の方向と前記基板の前記１つの移動方向とを一致させるステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｅ）の後に、前記検出器を回転させて、前記基板の前記１つの移動方向と前記検出器の走査方向とを一致させるステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後に前記電子を前記基板に向けて照射するステップと
を備えることを特徴とする検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法であって、
前記ステップ（ａ）の前に、前記基板に電子を照射する手段と前記ステージと前記検出器とを真空容器内に配置するステップを更に備え、
前記検出器を回転させるステップ（ｆ）が、前記検出器を回転させるために前記真空容器の外部に配置された回転機構により実行される
ことを特徴とする検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載の検査方法であって、
前記真空容器が、第１の鏡筒と、該第１の鏡筒に対して回転可能に支持され且つ前記検出器が取り付けられた第２の鏡筒とを備え、
前記回転機構が、前記第２の鏡筒を回転させるよう構成されている
ことを特徴とする検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の検査方法であって、
前記ステップ（ａ）〜（ｇ）が、二次元的な断面を有する一次電子ビームを前記基板に照射し、該一次電子ビームで照射された前記基板の表面の情報を有する二次電子ビームを前記検出器により検出して所望の画像を取得する写像投影型電子線装置において実行される
ことを特徴とする検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の検査方法であって、
前記写像投影型電子線装置が、前記一次電子ビームと前記二次電子ビームとを分離するＥ×Ｂを備え、
前記Ｅ×ＢのＥ方向と前記検出器の走査方向とを一致させる
ことを特徴とする検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の検査方法であって、
前記ステップ（ｅ）の後で且つ前記ステップ（ｆ）の前に、前記写像投影型電子線装置の倍率の変更に連動して光学的に最適な位置にＮＡを移動させるステップ
を更に備えることを特徴とする検査方法。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一つに記載の検査方法であって、
低倍率の光学顕微鏡を用いて前記ステップ（ａ）〜（ｇ）が実行された後、高倍率の光学顕微鏡を用いて前記ステップ（ａ）〜（ｇ）が再度実行される
ことを特徴とする検査方法。
【請求項８】
請求項１に記載の検査方法であって、
前記任意のダイの特徴点の座標を取得する前記ステップ（ｂ）は、
前記基準ダイの特徴点の座標と、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の座標との位置関係に基づいて、次の任意のダイの特徴点の座標を推定するステップと、
前記の推定した特徴点の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、
前記次の任意のダイの正確な特徴点の座標を取得するステップと
を繰り返すステップを含むことを特徴とする検査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の検査方法であって、
前記繰り返すステップは、前記基準ダイの特徴点の座標と、直前のステップで求めたダイの特徴点の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の座標を推定し、パターンマッチにより前記次の任意のダイの正確な特徴点の座標を取得するステップの繰り返しを含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の検査方法であって、
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ップを作成するステップと
を更に含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の検査方法であって、
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ップは、
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の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ーンマッチを実行し、該任意のダイの特徴点の座標を取得するステップと、
前記基準ダイの特徴点の座標と前記任意のダイの特徴点の座標との間の距離及び該距離に含まれ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
を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちのいずれか１つに記載の検査方法であって、
前記ステージの目標位置と前記ステージの実際の位置との差を求め、該差を相殺する補正用電圧を、前記電子を偏向させる電極に印加するステップ
を更に備えることを特徴とする検査方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の検査方法であって、
前記二次電子が、前記基板から生成された電子と反射電子と後方散乱電子とのうちの少なくとも１つであることを特徴とする検査方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の検査方法であって、
前記二次電子が、前記基板の表面の近傍で反射されたミラー電子であることを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ウェ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ト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。
【０００２】
半導体プロセスにおいて、デザインルールは１００ｎｍの時代を迎えようとしており、また生産形態はＤＲＡＭに代表される少品種大量生産からＳＯＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ
ｃｈｉｐ）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ウェーハ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。
【背景技術】
【０００３】
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。１００ｎｍデザインルールのウェーハ基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線におけるパターン欠陥やパーティクル・ビア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１００ｎｍ以下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ビ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。
【０００４】
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０．２μｍ程度である。
【０００５】
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（ＳＥＭ方式）が実用化されており、分解能は０．１μｍ、検査時間は８時間／枚（２００ｍｍウェーハ）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、ビアの導通不良等）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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
電子ビームを用いた走査（ＳＥＭ）方式の検査装置について説明する。ＳＥＭ方式の検査装置は電子ビームを細く絞って（このビ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。電子ビームの走査幅は一般に数１００μｍ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（シンチレータ＋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（ＰＩＮ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ＳＥＭ（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Ｓｉ）ウェーハの欠陥を検出する。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）、ビーム径及び検出器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と同じと考えてよい）電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが現在の最高値で、この場合で検査速度は２０ｃｍ径のウェーハ一枚あたり約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（１／２０以下）ことが大きな問題点となっている。特に、ウェーハ上に作られた１００ｎｍ以下のデザイン・ルールのデバイス・パターン、即ち、１００ｎｍ以下の線幅や直径１００ｎｍ以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び１００ｎｍ以下のゴミの高速の検出が必要となっている。
【０００８】
上で説明したＳＥＭ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】
【０００９】
こうした必要に応えるため、本発明は、
行列を成したダイ内に形成されたパターンを有する基板を、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ップと、
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の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走査する方向とが成すず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、
前記電子を前記基板に向けて照射するステップと
を含むことを特徴とする検査方法
を提供する。
【００１０】
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ー電子であることが望ましい。
【００１１】
本発明の検査方法により、１００ｎｍ以下の線幅の配線を有するウェ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】
【００１２】
【図１】半導体検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の装置の全体構成を示す図である。
【図３】図１の装置の全体構成を機能から見た図である。
【図４】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】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】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】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】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】図１の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。
【図１０】図１の装置の検査部の主要構成要素を示す図である。
【図１１】図１の装置の検査部外装を示す図である。
【図１２】図１の装置の検査部外装を示す図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】（Ａ）及び（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を説明する図である。
【図２０】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を説明する図である。
【図２０−１】（Ａ）及び（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２１】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】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の他の例を説明する図である。
【図２２−１】図２２のロードロ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２２−２】図２２のロードロック室におけるエレベータ機構の構成と動作手順（Ｄ）〜（Ｆ）を説明する図である。
【図２３】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】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２５−１】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２５−２】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２５−３】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２５−４】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２５−５】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２６】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２７−１】（１）〜（５）〜は試料照射ビームの形状を説明する図である。
【図２７−２】（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２８】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２９】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３０】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３１】本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３２】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３３】観察領域をカバーする照射領域を説明する図である。
【図３４】照射形状と照射効率を説明する図である。
【図３５】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３６】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、ＦＯＰを用いた検出系の構成を示す図である。
【図３７】（Ａ）及び（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３８】透過率の開口部直径依存性を示すグラフである。
【図３９】図３７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４０】（Ａ）及び（Ｂ）は、図３７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４１】本発明に係る半導体検査装置のＥ×Ｂユニットの構成を示す図である。
【図４２】図４１の線Ａに沿う断面図である。
【図４３】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４４】電界分布のシミュレーションを示す図である。
【図４５】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４６】図４５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４７】図４５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。
【図４８】図４５に示す電源部における特殊電源を示す図である。
【図４９】図４５に示す電源部における特殊電源を示す図である。
【図５０】図４５に示す電源部における特殊電源を示す図である。
【図５１】図４５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５２】図４５に示す電源部におけるＥＯ補正用偏向電圧のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図５３】図４５に示す電源部におけるオクタポール変換部の回路構成の一例を示す図である。
【図５４】（Ａ）は図４５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し、（Ｂ）は出力は形を示す図である。
【図５５】図１３に示す半導体検査装置のプレチャージユニットの第１の実施の形態を示す図である。
【図５６】図１３に示す半導体検査装置のプレチャージユニットの第２の実施の形態を示す図である。
【図５７】図１３に示す半導体検査装置のプレチャージユニットの第３の実施の形態を示す図である。
【図５８】図１３に示す半導体検査装置のプレチャージユニットの第４の実施の形態を示す図である。
【図５９】図５５〜図５８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６０】図６０の装置の動作を説明する図である。
【図６１】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６２】図６１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６３】図６１に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図６４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図６３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６５】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６６】プレチャージユ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６７】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６８】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６９】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７０】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７１】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７２】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７３】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７４】本発明に係る半導体検査装置におけるアライメント手順を説明する図である。
【図７５】本発明に係る半導体検査装置におけるアライメント手順を説明する図である。
【図７６】本発明に係る半導体検査装置におけるアライメント手順を説明する図である。
【図７７】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７８】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７９】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８０】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８１】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８２】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８３】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８４】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８５】本発明に係る半導体検査装置におけるユーザーインターフェースの構成を説明する図である。
【図８６】本発明に係る半導体検査装置におけるユーザーインターフェースの構成を説明する図である。
【図８７】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。
【図８８】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８９】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９０】ウェーハと対物レンズとの間の電圧分布を示すグラフである。
【図９１】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９２】図９１に示す装置における電位印加機構を示す図である。
【図９３】（Ａ）及び（Ｂ）は、図９１に示す装置における電子ビームキャリブレーション方法を説明する図である。
【図９４】（Ａ）及び（Ｂ）は、図９１に示す装置におけるアライメント制御方法を説明する図である。
【図９５】（Ａ）及び（Ｂ）は、図９１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９６】図９１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９７】（Ａ）及び（Ｂ）は、図９１に示す装置におけるＥＯ補正を説明する図である。
【図９８】図９１に示す装置におけるＥＯ補正を説明する図である。
【図９９】図９１に示す装置におけるＥＯ補正を説明する図である。
【図１００】図９１に示す装置におけるＥＯ補正を説明する図である。
【図１０１】ＴＤＩ転送クロックのアイデアを説明する図である。
【図１０２】ＴＤＩ転送クロックのアイデアを説明する図である。
【図１０３】図１０２の回路の動作を説明するタイミングチャートを示す図である。
【図１０４】本発明に係る欠陥検査装置の変形例を示す図である。
【図１０５】図１０４に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図１０６】図１０４に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図１０７】図１０４に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図１０８】図１０４に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図１０９】図１０４に示す装置の動作を説明するフロー図である。
【図１１０】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１１１】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１１２】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１１３】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１１４】検査対象ダイの設定を示す図である。
【図１１５】ダイ内部の検査領域の設定を説明する図である。
【図１１６】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１１７】（Ａ）及び（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１１８−１】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１１８−２】検査ダイの一例を示す図である。
【図１１９】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１２０】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１２１】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１２２】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１２３】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１２４】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１２５】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１２６】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１２７】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１２８】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１２９】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１３０】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１３１】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１３２】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１３３】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１３４】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１３５】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１３６】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１３７】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１３８】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１３９】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１４０】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１４１】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１４２】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１４３】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１４４】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１４５】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１４６】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１４７】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１４８】（Ａ）及び（Ｂ）は従来のステージ装置を示す図である。
【図１４９】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１５０】（ａ）及び（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１５１】図１５０の電子線装置を詳細に示す図である。
【図１５２】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１５３】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１５４】図１５３の装置の動作を説明する表である。
【図１５５】図１５３の装置における電極の構造を示す図である。
【図１５６】図１５３の装置における電極の構造を示す図である。
【図１５７】図１５３の装置における電極の構造を示す図である。
【図１５８】図１５３の装置における電極の構造を示す図である。
【図１５９】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１６０】（ａ）〜（ｃ）は図１５９の装置を説明する図である。
【図１６１】図１５９の装置を説明する図である。
【図１６２】図１５９の装置を説明する図である。
【図１６３】図１５９の装置を説明する図である。
【図１６４】図（ａ）〜（ｃ）は図１５９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１６５】本発明に係る半導体検査装置におけるウェーハの保持を説明する図である。
【図１６６】本発明に係る半導体検査装置におけるウェーハの保持を説明する図である。
【図１６７】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る半導体検査装置におけるウェーハの保持を説明する図である。
【図１６８】図１６６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１６９】図１６８に示す装置におけるＥ×Ｂ分離器を示す図である。
【図１７０】図１６８に示す装置におけるＥ×Ｂ分離器を示す図である。
【図１７１】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１７２】（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り、（Ｂ）は、その二次光学系の構成を概略的に示す図である。
【図１７３】図１７２の（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１７４】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１７２の（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１７５】図１７２の（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１７６】（Ａ）は、図１７２の（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り、（Ｂ）は、その走査方法を説明する図である。
【図１７７】（Ａ）は、図１７２の（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り、（Ｂ）は、その走査方法を説明する図である。
【図１７８】図１７２の（Ａ）に示す写像投影方式電子線装置の真空チャンバ及びＸＹ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１７９】図１７８における差動排気機構の一例を示す図である。
【図１８０】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形態】
【００１３】
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
１−１−１）アクティブ除振台
１−１−２）メインチャンバ
１−１−３）ＸＹ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）ミニエンバイロメント装置
２−１−３）主ハウジング
２−１−４）ローダハウジング
２−１−５）ローダー
２−１−６）ステージ装置
２−１−７）ウェー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）２００／３００ブリッジツールのためのチャッキング機構
２−１−７−３）ウェーハチャッキング手順
２−１−８）２００／３００ブリッジツールのための装置構成
２−２）ウェーハの搬送方法
２−３）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）一次光学系
２−３−２−３）二次光学系
２−３−３）Ｅ×Ｂユニット（ウィーンフィルタ）
２−３−４）検出器
２−３−５）電源
２−４）プレチャージユニット
２−５）真空排気系
２−６）制御系
２−６−１）構成及び機能
２−６−２）アライメント手順
２−６−３）欠陥検査
２−６−４）制御系構成
２−６−５）ユーザーインターフェース構成
２−７）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）アライメント制御方法
２−７−６）ＥＯ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
２−８）検査方法
２−８−１）概要
２−８−２）検査アルゴリズム
２−８―２−１）アレイ検査
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）ウェーハの保持に関する実施の形態
３−５）Ｅ×Ｂ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。
【００１４】
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、ターボ分子ポンプ等から構成されている。
【００１５】
制御系には二台のＣＲＴ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、搬送系は真空搬送ロボット、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。
【００１６】
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きる。
【００１７】
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。
【００１８】
同様に、メッ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―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ャンバ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、メインチャンバ内部に搭載されたウェーハスキャン用の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、及び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。
【００１９】
１−１−１）アクティブ除振台
アクティブ除振台４・１は、アクティブ除振ユニット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、メインチャンバ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っている。この実施の形態では、固有周波数がＸ方向５Ｈｚ、Ｙ方向５Ｈｚ、Ｚ方向７．６Ｈｚに対して±２５％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、１Ｈｚで０ｄＢ以下、７．６Ｈｚで−６．４ｄＢ以下、１０Ｈｚで−８．６ｄＢ以下、２０Ｈｚで−１７．９ｄＢ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、電子光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。
【００２０】
１−１−２）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（１０−４Ｐａ以下）を実現するためにターボ分子ポンプ７・２を下部に直接保持しており、ウェー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。メインチャンバの下板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５μｍ以下）に設置、固定されている。さらに、メインチャンバ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っている。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５μｍ以下に達成できるようになっている。また、内部の圧力変化（大気圧より真空度１０−4Ｐａ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。
【００２１】
ＸＹ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バ壁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っている。また、ステージのＸＹ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ータ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バに取付けられる。
【００２２】
メインチャンバ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ＳＳ４００等の鉄に防錆コーティングとしてＮｉめっきを施したものとなっている。他の実施の形態では、パーメンジェール、スーパーマロイ、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。
【００２３】
１−１−３）ＸＹステージ
ＸＹステージ５・１は、真空中でウェーハを高精度にスキャンできるようになっている。ＸおよびＹのストロークは、例えば２００ｍｍウェーハ用としてそれぞれ２００ｍｍ〜３００ｍｍ、３００ｍｍウェーハ用としてそれぞれ３００ｍｍ〜６００ｍｍとなっている。この実施の形態でのＸＹ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ボールネジ８・５により行われる。ＸおよびＹ駆動用のボールネジが、チャンバ壁に対して固定された状態でＸＹ動作を行なえるために、この実施の形態ではステージ構造は、以下のようになっている。
【００２４】
まず下段には、Ｙステージ７・１０が配されており、駆動のためのボールネジ７・８およびクロスローラーガイド７・１１が設置されている。Ｙステージ上部には、Ｘ軸駆動用のボールネジ７・１４が設置された中間ステージ７・１２を介してさらにその上部にＸステージ７・１３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軸方向にクロスロー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・１４によりＸステージが移動し、中間ステー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ＸＹステージでは、ＸＹ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ー８・４（この実施の形態では、平面度λ／２０以下、材質は合成石英にアルミ蒸着）が設置されている。
【００２５】
また、真空中でウェーハアライメントを行なうためにＸＹステージ上にはθステージ７・１５が設置されている。この実施の形態におけるθステージでは、駆動用として２つの超音波モータ、位置制御用としてリニアスケールが配されている。Ｘ、Ｙ及びθ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Ｙ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、チャンバ壁に設置されたフィードスルーを介してメインチャンバ外部へと接続されている。
【００２６】
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。
【００２７】
【表１】
0005474924.tif 000002
【００２８】
【表２】
0005474924.tif 000003
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１０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１０・１により測定面と平行に曲げられる。さらに、スプリッタ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１０・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。
【００２９】
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１０・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１０・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ー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１０・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、スプリッタ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軸および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）をウェ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１０・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１０・１、スプリッタ９・４、ベンダ１０・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。
【００３０】
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説明する。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、メインチャンバ外部の光路に数箇所ターゲット１０・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１０・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っている。
【００３１】
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っている。本実施の形態では、収納可能な両持ちクレーン１１・１が上部に搭載されている。クレーン１１・１は横行レール１１・２に取付けられ、横行レールはさらに走行レール（縦）１１・３に設置されている。走行レールは、通常時には図１１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１２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、ＸＹ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ウェーハを検査する半導体検査装置として説明する。
【００３４】
２−１）搬送系
図１３及び図１４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１３・１は、複数枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１３・２と、ミニエンバイロメント装置１３・３と、ワーキングチャンバを構成するローダハウジング１３・５と、ウェーハをカセットホルダ１３・２から主ハウジング１３・４内に配置されたステージ装置１３・６上に装填するローダー１３・７と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置１３・８とを備え、それらは図１３及び図１４に示されるような位置関係で配置されている。
【００３５】
半導体検査装置１３・１は、更に、真空の主ハウジング１３・４内に配置されたプレチャージユニット１３・９と、ウェーハに電位を印加する電位印加機構と、電子ビームキャリブレーション機構と、ステージ装置上でのウェーハの位置決めを行うためのアライメント制御装置１３・１０を構成する光学顕微鏡１３・１１とを備えている。
【００３６】
２−１−１）カセットホルダ
カセットホルダ１３・２は、複数枚（例えば２５枚）のウェーハ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１３・１２（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いる。このカセットホルダ１３・２としては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ１３・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っている。カセットホルダ１３・２は、この実施の形態では、自動的にカセット１３・１２が装填される形式であり、例えば昇降テーブル１３・１３と、その昇降テーブル１３・１３を上下移動させる昇降機構１３・１４とを備え、カセット１３・１２は昇降テーブル１３・１３上に図１４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１４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の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。
【００３７】
また、昇降テーブル１３・１３は図１３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。
【００３８】
別の実施の形態では、図１５に示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体１５・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１５・２は、角筒状の箱本体１５・１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体１５・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１５・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蓋体１５・４と、基板Ｗ（図１３）を保持するための溝型ポケット(図示せず)、ＵＬＰＡフィルタ１５・５、ケミカルフィルタ１５・６、ファンモータ１５・７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー１３・７のロボット式の第１の搬送ユニット１５・７により、基板を出し入れする。
【００３９】
なお、カセット１３・１２内に収納される基板すなわちウェーハは、検査を受けるウェーハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウェ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ウェーハ、表面に配線パターンが形成されたウェーハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウェーハが、カセット内に収納される。カセット１２・１２内に収容されるウェ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、任意の位置のウェーハと後述する第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いる。また、カセットにはプロセス後のウェー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が設けられている。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。
【００４０】
２−１−２）ミニエンバイロメント装置
図１３〜図１６において、ミニエンバイロメント装置１３・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１６・１を構成するハウジング１６・２と、ミニエンバイロメント空間１６・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１６・３と、ミニエンバイロメント空間１６・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１６・４と、ミニエンバイロメント空間１６・１内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリアライナー１６・５とを備えている。
【００４１】
ハウジング１６・２は、頂壁１６・６、底壁１６・７及び四周を囲む周壁１６・８を有しており、ミニエンバイロメント空間１６・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１６・１を雰囲気制御するために、気体循環装置１６・３は、図１６に示されるように、ミニエンバイロメント空間１６・１内において、頂壁１６・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）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット１６・９と、ミニエンバイロメント空間１６・１内において底壁１６・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１６・１０と、回収ダクト１６・１０と気体供給ユニット１６・９とを接続して回収された空気を気体供給ユニット１６・９に戻す導管１６・１１とを備えている。
【００４２】
この実施の形態では、気体供給ユニット１６・９は供給する空気の約２０％をハウジング１６・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１６・９は、清浄空気を作りだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡ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、ミニエンバイロメント空間１６・１内に配置された後述する第１の搬送ユニットによる搬送面を通して流れるように供給さ
れ、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウェ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口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、搬送ユ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１６・１全面に亘って流す必要もない。
【００４３】
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１６・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ットダウンすることもできる。
【００４４】
ハウジング１６・２の周壁１６・８のうちカセットホルダ１３・２に隣接する部分には出入り口１３・１５が形成されている。出入り口１３・１５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口１３・１５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。ウェー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０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニット１６・９はミニエンバイロメント空間１６・１内でなくその外側に設けてもよい。
【００４５】
排出装置１６・４は、前記搬送ユニットのウェーハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置された吸入ダクト１６・１２と、ハウジング１６・２の外側に配置されたブロワー１６・１３と、吸入ダクト１６・１２とブロワー１６・１３とを接続する導管１６・１４とを備えている。この排出装置１６・４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１６・１２により吸引し、導管１６・１４及びブロワー１６・１３を介してハウジング１６・２の外側に排出する。この場合、ハウジング１６・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。
【００４６】
ミニエンバイロメント空間１６・１内に配置されたプリアライナー１６・５は、ウェーハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウェ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、ウェーハ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ウェーハの軸線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。プリアライナー１６・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。このプリアライナー１６・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。
【００４７】
なお、図示しないが、プリアライナー１６・５の下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナー１６・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。
【００４８】
２−１−３）主ハウジング
図１３〜図１５において、ワーキングチャンバ１３・１６を構成する主ハウジング１３・４は、ハウジング本体１３・１７を備え、そのハウジング本体１３・１７は、台フレーム１３・１８上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置１３・１９の上に載せられたハウジング支持装置１３・２０によって支持されている。ハウジング支持装置１３・２０は矩形に組まれたフレーム構造体１３・２１を備えている。ハウジング本体１３・１７はフレーム構造体１３・２１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１３・２２と、頂壁１３・２３と、底壁１３・２２及び頂壁１３・２３に接続されて四周を囲む周壁１３・２４とを備えていてワーキングチャンバ１３・１６を外部から隔離している。底壁１３・２２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。
【００４９】
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１３・２０は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム１３・１８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１３・１９で阻止するようになっている。ハウジング本体１３・１７の周壁１３・２４のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウェーハ出し入れ用の出入り口１４・１が形成されている。
【００５０】
なお、防振装置１３・１９は、空気バネ、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。ワーキングチャンバ１３・１６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っている。台フレーム１３・１８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１０−４〜１０−６Ｐａに保たれている。
【００５１】
２−１−４）ローダハウジング
図１３〜図１５及び図１７において、ローダハウジング１３・５は、第１のローディングチャンバ１４・２と第２のローディングチャンバ１４・３とを構成するハウジング本体１４・４を備えている。ハウジング本体１４・４は底壁１７・１と、頂壁１７・２と、四周を囲む周壁１７・３と、第１のローディングチャンバ１４・２と第２のローディングチャンバ１４・３とを仕切る仕切壁１４・５とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁１４・５には両ローディングチャンバ間でウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口１７・４が形成されている。また、周壁１７・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１４・６及び１４・７が形成されている。
【００５２】
このローダハウジング１３・５のハウジング本体１４・４は、ハウジング支持装置１３・２０のフレーム構造体１３・２１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング１３・５にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング１３・５の出入り口１４・６とミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２の出入り口１３・２５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１６・１と第１のローディングチャンバ１４・２との連通を選択的に阻止するシャッタ装置１４・８が設けられている。
【００５３】
シャッタ装置１４・８は、出入り口１３・２５及び１４・６の周囲を囲んで側壁１７・３と密に接触して固定されたシール材１３・２６、シール材１３・２６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１３・２７と、その扉を動かす駆動装置１３・２８とを有している。また、ローダハウジング１３・５の出入り口１４・７とハウジング本体１３・１７の出入り口１４・１とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ１４・３とワーキンググチャンバ１３・１６との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置１３・２９が設けられている。シャッタ装置１３・２９は、出入り口１４・７及び１４・１の周囲を囲んで側壁１７・３及び１３・２４と密に接触してそれらに固定されたシール材１３・３０、シール材１３・３０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１３・３１とを有している。
【００５４】
更に、仕切壁１４・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のロー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ッタ装置１４・１０が設けられている。これらのシャッタ装置１４・８、１３・２９及び４１４・１０は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。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。
【００５５】
なお、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２の支持方法とロー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１３・３を介して床からの振動がローダハウジング１３・５及び主ハウジング１３・４に伝達されるのを防止するために、ハウジング１６・２とローダハウジング１３・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。
【００５６】
第１のローディングチャンバ１４・２内には、複数（この実施の形態では２枚）のウェーハを上下に隔てて水平の状態で支持するウェーハラック１４・１１が配設されている。ウェーハラック１４・１１は、図１８に示されるように、矩形の基板１８・１の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱１８・２を備え、各支柱１８・２にはそれぞれ２段の支持部１８・３及び１８・４が形成され、その支持部の上にウェーハ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の搬送ユニットのアームの先端を隣接する支柱間からウェーハに接近させてアームによりウェーハを把持するようになっている。
【００５７】
ローディングチャンバ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１０−４〜１０−６Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになっている。この場合、第１のローディングチャンバ１４・２を低真空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第２のローディングチャンバ１４・３を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保ち、ウェ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ウェ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。
【００５８】
第１及び第２のローディングチャンバ１４・２及び１４・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。これによって、各ローディ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。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。
【００５９】
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（ＬａＢ６）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ウェ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。
【００６０】
２−１−５）ローダー
ローダー１３・７は、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２内に配置されたロボット式の第１の搬送ユニット１６・１４と、第２のローディングチャンバ１４・３内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット１４・１２とを備えている。
【００６１】
第１の搬送ユニット１６・１４は、駆動部１６・１５に関して軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回転可能になっている多節のアーム１６・１６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。
【００６２】
第１の搬送ユニット１６・１４のアーム１６・１６の一つの部分すなわち最も駆動部１６・１５側の第１の部分は、駆動部１６・１５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１６・１７に取り付けられている。アーム１６・１６は、軸１６・１７により軸線Ｏ１−Ｏ１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Ｏ１−Ｏ１に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム１６・１６の軸１６・１７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ャック等のウェーハを把持する把持装置１４・１３が設けられている。駆動部１６・１５は、公知の構造の昇降機構１６・１８により上下方向に移動可能になっている。
【００６３】
この第１の搬送ユニット１６・１４は、アーム１６・１６がカセットホルダに保持された二つのカセットの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセット内に収容されたウェーハを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１４に示すような状態）、アームがプリアライナー１６・５の方向Ｍ３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ウェーハをプリアライナー１６・５に載せる。プリアライナー１６・５から前記と逆にしてウェーハを受け取った後はアームは更に回転し第２のローディングチャンバ１４・２に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ１４・２内のウェーハ受けにウェーハを受け渡す。なお、機械的にウェーハを把持する場合にはウェーハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウェ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。
【００６４】
第２の搬送ユニット１４・１２も第１の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ウェーハの搬送をウェー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。
【００６５】
上記ローダー１３・７では、第１及び第２の搬送ユニット１６・１４及び１４・１２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１３・１６内に配置されたステージ装置１３・６上への及びその逆のウェ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、ウェーハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウェーハのウェーハラックへの載置及びそこからの取り出し及びウェ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、大型のウェーハ、例えば直径３００ｍｍのウェーハの移動もスムースに行うことができる。
【００６６】
ステージには、ウェ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ウェーハを置きに行く、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。
【００６７】
２−１−６）ステージ装置
ステージ装置１３・６は、主ハウジング１３・４の底壁１３・２２上に配置された固定テーブル１３・３２と、固定テーブル上でＹ方向（図１において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル１３・３３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テーブル１３・３４と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル１３・３５と、回転テーブル１３・３５上に配置されたホルダ１３・３６とを備えている。そのホルダ１３・３６のウェーハ載置面１４・１４上にウェーハを解放可能に保持する。ホルダ１３・３６は、ウェ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１３・６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１４・１４上でホルダに保持されたウェ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１３において上下方向）に、更にウェ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っている。
【００６８】
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ウェーハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウェー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。
【００６９】
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１４・１５、１４・１６及びエンコーダ１４・１７、１４・１８は、主ハウジング１３・４の外側に配置されている。なお、ステージ装置１３・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。
【００７０】
電子ビームに対するウェーハの回転位置や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。更に、このホルダに設けられたウェーハチャック機構は、ウェ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っていて、ウェーハの外周部の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。ウェ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。
【００７１】
なお、この実施の形態では図１４で左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、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ーブルを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。
【００７２】
２−１−７）ウェーハチャッキング機構
２−１−７−１）静電チャックの基本構造
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、試料面すなわちウェーハ面の凹凸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５μｍ以下が好ましい）製作された静電チャックの表面にウェーハを吸着することが行われる。
【００７３】
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。単極形はウェー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ウェーハを吸着する方法であり、双極形は、ウェーハ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ウェーハを吸着できる。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。
【００７４】
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、ウェーハに所定の電圧（リターディング電圧）を印可する必要がある。このリターディング電圧をウェーハに印可すること、およびウェ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ウェ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、ウェ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、ウェーハに対する汚染防止の要求は厳しくなってきており、ウェーハへの機械的接触を極力避けることが求められ、ウェーハのエッジへの接触が許されない場合がある。このような場合は、。ウェーハ裏面にて導通をとらなければならない。
【００７５】
ウェーハ裏面には、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、ウェーハ裏面に、２ヵ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、ウェー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ＤＣ電圧もしくはＡＣ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、あるいはウェーハの汚染防止のために、表面にＴｉＮやダイヤモンドをコーティングすることも有効である。また、ウェーハ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。
【００７６】
以上のような背景から作られたのが、図１９に示すようなチャッキング機構である。静電チャックには、ウェーハ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１９・１、１９・２と、ウェーハ受渡し用の３本のプッシャーピン１９・３と、ウェーハ印可用の２つ以上の導通針１９・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１９・５とウェーハ落とし込み機構１９・６が配置される。
【００７７】
プッシャーピン１９・３は、ウェーハ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、ロボットハンドの動作によってウェーハＷがその上に載置されると、ゆっくりと下降し、ウェーハＷを静電チャック上に載せる。ウェ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ロボットハンドにウェーハＷを渡す役割を果たす。プッシャーピン１９・３は、ウェ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、ＳｉＣ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。
【００７８】
プッシャーピン１９・３の駆動機構としては幾つか方法がある。一つは、静電チャックの下部に非磁性アクチュエータを設置する方法である。これは、超音波リニアモー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＆ピニ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ＸＹ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れる反面、アクチュエータやリミットセンサ等の配線が非常に多くなってしまう。これらの配線はＸＹ動作するテーブルから試料室（メインチャンバ又は主ハウジング）壁面まで繋がるが、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ってしまう。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。
【００７９】
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。ウェーハ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っている。軸はプッシャ駆動機構内部で、ラック・ピニオン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。ウェーハＷをロボ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って、プッシャーピン１９・３を上昇させる。
【００８０】
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、サーボモータとラック・ピニオンやボ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。
【００８１】
補正リング１９・５は、ウェーハ端部の電界分布を均一に保つ作用を持つもので、基本的にウェーハと同電位を印可する。しかし、ウェーハと補正リング間の微小すきまや、ウェーハ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、ウェーハ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、ウェーハの半径方向１０〜３０ｍｍ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、ＴｉＮ又はＴｉＣコーティングしたアルミ等を使用することができる。
【００８２】
導通針１９・４はばね１９・７で支持されており、ウェーハが静電チャック上に搭載されると、ばね力でウェーハ裏面に軽く押し付けられる。この状態で、上述した様に電圧を印可することによってウェーハＷとの電気的導通をとる。
【００８３】
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１９・１、１９・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１０１４Ωｃｍ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、吸着力としてクーロン力が作用する。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って体積抵抗率を１０１０Ωｃｍ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、ウェ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ー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って、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ウェーハ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。
【００８４】
以上より、静電チャック材料を、体積抵抗率を１０１０Ωｃｍ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５μｍ程度に加工したものが実用的である。
【００８５】
２−１−７−２）２００／３００ブリッジツールのためのチャッキング機構
２００mmと３００ｍｍの２種類のウェ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種類のサイズのウェーハをチャッキングし、かつウェーハ周縁部にウェ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１９の（Ａ）、（Ｂ）及び図２０はそのための構造を示している。
【００８６】
図１９の（Ａ）は静電チャック上に３００ｍｍのウェーハＷを搭載した状態を示している。ウェーハＷのサイズより僅かに大きい（隙間０．５ｍｍ程度）内径を持った補正リング１９・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１９・１には、ウェーハ落し込み機構１９・２が３ヵ所設けられている。ウェーハ落し込み機構１９・２は、プッシャーピン１９・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１９・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。
【００８７】
ウェーハＷをロボットハンドから受ける場合、プッシャーピン駆動機構が動作し、プッシャーピン１９・３を上に押上げる。それと適切なタイミングをとって補正リング１９・
１に設けられたウェーハ落し込み機構１９・２も、図１９の（Ｂ）に示すように、駆動力を受けて回転する。するとウェーハ落し込み機構１９・２がウェーハＷを静電チャック中心にガイドするテーパ面を形成する。次に、押し上げられたプッシャーピン１９・３にウェーハＷが載せられた後、プッシャーピン１９・３を下降させる。ウェーハ落し込み機構１９・２に対する駆動力の作用タイミングをプッシャーピン１９・３の下降と適切に調整することによって、ウェーハＷは落し込み機構１９・２のテーパ面によって位置を修正されながら静電チャック上にウェーハＷの中心と静電チャックの中心がほぼ一致するように置かれる。
【００８８】
落し込み機構１９・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、ＴＩＮ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、１９・４はウェーハＷが静電チャック上に載置されたことを検知するウェーハ導通用針で、バネ１９・５によって押し上げられている。
【００８９】
図２０は、同じ静電チャックに２００ｍｍのウェーハＷを搭載した状態を示している。静電チャックよりもウェ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２０・１を搭載している。補正リング２０・１の位置決めは３００ｍｍ用補正リングの場合と同様である。
【００９０】
補正リング２０・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２０・２に収まるようになっている。これは、２００ｍｍウェーハを搭載した時に補正リング２０・１の内周とウェーハ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２０・１）で隠すための構造である。もし静電チャ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。
【００９１】
補正リング２０・１の交換は、真空チャンバ内の所定の位置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ボットによって搬送して静電チャックに取りつける（インロー部に挿入する）ことによって行う。
【００９２】
２００ｍｍ用補正リングにも、３００ｍｍと同様にウェーハ落し込み機構２０・２が設けられている。静電チャック側には、このウェーハ落し込み機構２０・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ウェーハの搭載方法は３００ｍｍ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、２０・３はプッシュピン１９・３と同様のプッシュピン、２０・４はウェーハ導通用針１９・４と同様のウェーハ導通用針である。
【００９３】
図２０−１の（Ａ）及び（Ｂ）は、３００ｍｍウェーハと２００ｍｍウェ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３００ｍｍウェーハを、（Ｂ）は２００ｍｍウェーハを載置した状態をそれぞれ示している。図２０−１の（Ａ）から理解されるとおり、静電チャックは３００ｍｍウェーハを載置することができる広さを持ち、図２１−２の（Ｂ）に示すように、静電チャックの中央の部分は２００ｍｍウェー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２０・１の内周部が嵌り込む溝２０・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。
【００９４】
図２０−１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す静電チャックの場合、ウェーハが静電チャックに載置されているかどうか、ウェーハが静電チャ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ウェーハ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、ウェー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、２００ｍｍウェー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、３００ｍｍウェー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を設け、いずれの光受信機が反射光を受信するかを検知することにより、２００ｍｍウェーハ用の補正リングと３００ｍｍウェーハ用の補正リングのいずれが静電チャックに載置されたかを検出することができる。
【００９５】
２−１−７−３）ウェーハチャッキング手順
以上説明した構造をもったウェーハチャッキング機構は、以下の手順でウェーハをチャッキングする。
【００９６】
（１）ウェーハサイズに合った補正リングをロボットによって搬送し、静電チャックに搭載する。
（２）ロボットハンドによるウェーハ搬送とプッシャーピンの上下動によって、ウェーハを静電チャック上に載置する。
【００９７】
（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、ウェーハを吸着する。
（４）導通用針に所定電圧を印加し、ウェーハ裏面の絶縁膜（酸化膜）を破壊する。
【００９８】
（５）端子Ａ、Ｂ間の電流を測定し、ウェーハ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ＧＲＤ、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、ウェーハに所定のリターディング電圧を印加する。
【００９９】
２−１−８）２００／３００ブリッジツールのための装置構成
２００ｍｍウェーハと３００ｍｍウェ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２１及び図２２に示す。以下、２００ｍｍウェーハもしくは３００ｍｍウェーハの専用装置と異なる点を説明する。
【０１００】
２００／３００ｍｍウェーハ、ＦＯＵＰ、ＳＭＩＦ、オープンカセット等の仕様毎に交換されるウェーハカセットの設置場所２１・１には、ユーザー仕様によって決まるウェーハサイズやウェーハカセットの種類に応じたウェーハカセットが設置できるようになっている。大気搬送ロボット２１・２は、異なるウェーハサイズに対応できるようなハンドを備え、すわなちウェーハの落し込み部がウェーハサイズに合わせて複数設けられており、ウェーハサイズにあった箇所でハンドに搭載されるようになっている。大気搬送ロボット２１・２はウェーハを設置場所２１・１からプリアライナ２１・３へ送ってウェーハの向きを整えた後、ウェーハをプリアライナ２１・３から取り出して、ロードロック室２１・４内へ送る。
【０１０１】
ロードロック室２１・４の内部のウェーハラックも同様の構造で、ウェーハラックのウェーハ支持部には、ウェー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、大気搬送ロボット２１・２のハンドに搭載されたウェーハは、そのサイズに合った落し込み部に搭載されるようにロボットハンドの高さが調整されてウェーハラック内にウェーハが挿
入され、その後、ロボットハンドが下降することによってウェーハ支持部の所定の落し込み部にウェーハが載置される。
【０１０２】
ロードロック室２１・４内のウェーハラックに載置されたウェーハは、次いで、搬送室２１・５内に設置された真空搬送ロボット２１・６によってロードロック室２１・３から取り出されて試料室２１・７内のステージ２１・８上に搬送される。真空搬送ロボット２１・６のハンドも、大気搬送ロボット２１・２と同様、ウェーハサイズに合った複数の落し込み部を有している。ロボットハンドの所定の落し込み部に搭載されたウェーハは、ステージ２１・８において、予めウェーハサイズに合った補正リング２１・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２１・９は、搬送室２１・５内に設けられた補正リングラック２１・１０上に載置されている。そこで、真空搬送ロボット２１・６はウェーハサイズに合った補正リング２１・９を補正リングラック２１・１０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２１・９を嵌め込んでから、ウェーハを静電チャックに載置する。
【０１０３】
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２１・６によって静電チャックから補正リング２１・９を外し、搬送室２１・５内の補正リングラック２１・１０に補正リングを戻し、これから検査するウェーハサイズにあった補正リングを補正リングラック２１・１０から静電チャックまで搬送する。
【０１０４】
図２１に示す検査装置のおいては、プリアライナ２１・３がロードロック室２２・４の近くに配置されているので、ウェーハのアライメントが不十分なためにロードロック室で補正リングが装着できない場合にも、ウェーハをプリアライナに戻してアライ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。
【０１０５】
図２２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２１・１０は省略されている。ロードロック室２２・１には、ウェ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、これらはエレベータに設置されて上下動することができる。まず、これから検査するウェー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、真空搬送ロボット２１・６が該補正リングを取出せる位置までロードロック室２２・１のエレベータを移動する。そして補正リングを真空搬送ロボット２１・６で静電チャック上に設置すると、今度は、検査すべきウェーハを搬送できるようにエレベータを操作し、ウェーハを真空搬送ロボット２１・６でウェー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、ロードロック室２２・１にエレベータが必要になるが、真空の搬送室２１・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。
【０１０６】
なお、静電チャック上にウェーハが存在するか否かを検知するセンサは、異なるウェーハサイ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ウェーハサイズ毎に配置してもよい。
【０１０７】
図２１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ウェ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２２に示す検査装置においては、ロードロック室２２・１でウェーハに補正リングを装着し、補正リングが装着されたウェーハを補正リングごと搬送して試料室２１・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２２−１及び図２２−２に示す、エレベータを上下させてウェーハを大気搬送ロボットから真空搬送ロボットへ渡すためのエレベータ機構がある。以下、この機構を用いてウェーハを搬送する手順を説明する。
【０１０８】
図２２−１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ベータ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２２・２と下段の補正リング支持台２２・３とは、第１のモータ２２・４の回転によって昇降する第１の台２２・５に固定され、これによって、第１のモータ２２・４の回転により、第１の台２２・５及び上下の補正リング支持台２２・２、２２・３が上方又は下方に移動することになる。
【０１０９】
各補正リング支持台にはウェーハのサイズに応じた内径の補正リング２２・６が載置されている。補正リング２２・６は２００ｍｍウェーハ用と３００ｍｍウェーハ用との、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２００ｍｍ用と３００ｍｍ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、２００ｍｍウェーハと３００ｍｍウェーハとが混合して流れてくるラインについては、上段を３００ｍｍ用、下段を２００ｍｍ用とし、どちらのウェー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、同じサイズのウェーハが流れてくるラインであれば、上下の段を２００ｍｍ用或いは３００ｍｍ用とし、上下の段のウェーハを交互に検査することができるので、スループットを向上させることができる。
【０１１０】
第１の台２２・５には第２のモータ２２・７が載置され、第２のモータ２２・７には第２の台２２・８が昇降可能に取り付けられている。第２の台２２・８には上段のウェーハ支持台２２・９と下段のウェーハ支持台２２・１０とが固定されている。これにより、第２のモータ２２・７が回転すると、第２の台２２・８と上下のウェーハ支持台２２・９、２２・１０とが一体に上方又は下方に移動することになる。
【０１１１】
そこで、図２２−１の（Ａ）に示すように、ウェーハＷを大気搬送ロボット２１・２のハンドに載せてロードロック室２２・１に搬入し、次いで、（Ｂ）に示すように、第２のモータ２２・７を第１の方向に回転させてウェーハ支持台２２・９、２２・１０を上方に移動させ、ウェーハＷを上段のウェーハ支持台２２・９の上に載置させる。これによって、ウェーハＷを大気搬送ロボット２１・２からウェーハ支持台２２・９へ移す。その後、（Ｃ）に示すように大気搬送ロボット２１・２を後退させ、大気搬送ロボット２１・２の後退が完了したところで、（Ｄ）に示すように、第２のモータ２２・７を第１の方向とは逆の方向に回転させてウェーハ支持台２２・９、２２・１０を下方へ移動させる。これによってウェーハＷは上段の補正リング２２・６に載置される。
【０１１２】
次いで、（Ｅ）に示すように、真空搬送ロボット２１・６のハンドをロードロック室２２・１の中に入れて補正リング２２・６の下側で停止させる。この状態で第１のモータ２２・４を回転させ、（Ｆ）に示すように、第１の台２２・５、上下の補正リング支持台２２・２、２２・３、第２のモータ２２・７及び上下のウェーハ支持台２２・９、２２・１０を下方へ移動させ、これによって、上段のウェーハ支持台２２・９に載置されていた補正リング２１・６及びウェーハＷを真空搬送ロボット２１・６のハンドに載せ、試料室２１・７へ搬入することができる。
【０１１３】
試料室２１・７での検査が終了したウェーハをロードロック室２１・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ロボットによりウェーハ支持台の上に搬入されたウェーハは、補正リング支持台に、次いでウェーハ支持台に移され、最後に大気搬送ロボットに載置されることになる。なお、図２２−１及び図２２−２においては、上段におけるウェーハ受け渡し動作を説明したが、大気搬送ロボット２１・２及び真空搬送ロボット２１・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ロボット２１・２及び真空搬送ロボット２１・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ウェーハを試料室へ搬入し、次いで検査済みのウェ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。
【０１１４】
２−２）ウェーハの搬送方法
次に、カセットホルダ１３・２に支持されたカセット１３・１２からワーキングチャンバ１３・１６内に配置されたステージ装置１３・６までへのウェーハの搬送を順を追って説明する（図１４〜図１６参照）。
【０１１５】
カセットホルダ１３・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１３・１２がカセットホルダ１３・２の昇降テーブル１３・１３の上にセットされると、昇降テーブル１３・１３は昇降機構１３・１４によって降下されカセット１３・１２が出入り口１３・１５に整合される。カセットが出入り口１３・１５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、カセットとミニエンバイロメント装置１３・３の出入り口１３・１５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１３・３側に出入り口１３・１５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口１３・１５を開く。
【０１１６】
一方、第１の搬送ユニット１６・１４のアーム１６・１６は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この説明ではＭ１の方向）で停止しており、出入り口１３・１５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ウェーハのうち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ウェーハとの上下方向の位置調整は、この実施の形態では第１の搬送ユニット１６・１４の駆動部１６・１５及びアーム１６・１６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。
【０１１７】
アーム１６・１６によるウェーハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャッタ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１６・１６は軸線Ｏ１−Ｏ１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ウェーハをプリアライナー１６・５の上に載せ、そのプリアライナー１６・５によってウェーハの回転方向の向き（ウェ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１６・１４はアームの先端にプリアライナー１６・５からウェーハを受け取っ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。するとシャッタ装置１４・８の扉１３・２７が動いて出入り口１３・２５及び１３・３７を開き、アーム１６・１６が伸びてウェーハを第１のローディングチャンバ１４・２内のウェーハラック１４・１１の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置１４・８を開いてウェーハラック１４・１１にウェーハが受け渡される前に、仕切壁１４・５に形成された開口１７・４はシャッタ装置１４・１０の扉１４・１９により気密状態で閉じられている。
【０１１８】
上記第１の搬送ユニット１６・１４によるウェーハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジングの上に設けられた気体供給ユニット１６・９からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウェ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ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置１６・４の吸入ダクト１６・１２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１６・１０を介して回収され再び気体供給ユニット１６・９に戻される。
【０１１９】
ローダハウジング１３・５の第１のローディングチャンバ１４・２内のウェーハラック１４・１１内に第１の搬送ユニット１６・１４によりウェーハが載せられると、シャッタ装置１４・８が閉じて、ローディングチャンバ１４・２内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ１４・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ローディングチャンバ１４・２内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバ１４・２の真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャンバ１４・２内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置１４・１０が動作して扉１４・１９で密閉していた出入り口１７・４のシャッタ１４・５を開き、第２の搬送ユニット１４・１２のアーム１４・２０が伸びて先端の把持装置でウェーハ受け１４・１１から１枚のウェーハを受け取る（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）。ウェーハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置１４・１０が再び動作して扉１４・１９で出入り口１７・４を閉じる。
【０１２０】
なお、シャッタ装置１４・１０が開く前にアーム１４・２０は予めウェーハラック１４・１１の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャッタ装置１４・１０が開く前にシャッタ装置１３・２９の扉１４・９で出入り口１４・７、１４・１を閉じていて、第２のローディングチャンバ１４・３内とワーキングチャンバ１３・１６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１４・３内は真空排気される。
【０１２１】
シャッタ装置１４・１０が出入り口１７・４を閉じると、第２のローディングチャンバ１４・３内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ１４・２内よりも高真空度の真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット１６・１４のアームはワーキングチャンバ１３・１６内のステージ装置１３・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１３・１６内のステージ装置１３・６では、Ｙテーブル１３・３３が、Ｘテーブル１３・３４の中心線Ｘ０−Ｘ０が第２の搬送ユニット１４・１２の回動軸線Ｏ２−Ｏ２を通るＸ軸線Ｘ１−Ｘ１とほぼ一致する位置まで、図１４で上方に移動し、また、Ｘテーブル１３・３４は図１４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のローディングチャンバ１４・３がワーキングチャンバ１３・１６の真空状態と略同じになると、シャッタ装置１３・２９の扉１４・９が動いて出入り口１４・７、１４・１を開き、アームが伸びてウェーハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ１３・１６内のステージ装置１３・６に接近する。そしてステージ装置１３・６の載置面１４・１４上にウェーハを載置する。ウェーハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置１３・２９が出入り口１４・７、１４・１を閉じる。
【０１２２】
ステージには、ウェーハに逆バイアス電位（リターディング電位）をかける機構があるので、アームがステージへウェーハ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、ウェーハをステージ装置上に搬送する際にはウェーハへのバイアス電位をオフにしておいてもよい。
【０１２３】
バイアス電位を制御する場合には、ウェ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バイア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、ステージの上にウェーハ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１３・２９が出入口１４・７、１４・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場合には、静電チャ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。
【０１２４】
以上は、カセット１３・１２内のウェー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１３・６に載せられて処理が完了したウェーハをステージ装置１３・６からカセット１３・１２内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ウェーハラック１４・１１に複数のウェーハを載置しておくため、第２の搬送ユニット１４・１２でウェーハラック１４・１１とステージ装置１３・６との間でウェーハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニット１６・１４でカセットとウェーハラック１４・１１との間でウェ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。
【０１２５】
具体的には、ウェーハラック１４・１１に、既に処理済のウェーハＡと未処理のウェーハＢがある場合、まず、ステージ装置１３・６に未処理のウェーハＢを移動する。この間に、処理済ウェーハＡを、アームによりウェーハラックからカセット１３・１２に移動し、未処理のウェーハＣを同じくアームによりカセット１３・１２から抜き出し、プリアライナ１６・５で位置決めした後、ローディングチャンバ１４・２のウェーハラック１４・１１に移動する。
【０１２６】
このようにすることで、ウェーハラック１４・１１の中は、ウェーハＢを処理中に、処理済のウェーハＡが未処理のウェーハ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１３・６を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのウェーハラック１４・１１からウェーハを移動することで、複数枚のウェーハを同じ処理することもできる。
【０１２７】
図２３は、主ハウジング１３・４の支持方法の変形例がで示されている。図２３に示された変形例では、ハウジング支持装置２３・１を厚肉で矩形の鋼板２３・２で構成し、その鋼板の上にハウジング本体２３・３が載せられている。したがって、ハウジング本体２３・１の底壁２３・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２４に示された変形例では、ハウジング支持装置２４・１のフレーム構造体２４・２によりハウジング本体２４・３及びローダハウジング２４・４を吊り下げて状態で支持するようになっている。
【０１２８】
フレーム構造体２４・２に固定された複数の縦フレーム２４・５の下端は、ハウジング本体２４・３の底壁２４・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２４・７は、フレーム構造体２４・２と台フレーム２４・８との間に配置されている。また、ローダハウジング２４・４もフレーム構造体２４・２に固定された吊り下げ部材２４・９によって吊り下げられている。ハウジング本体２４・３のこの図２４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っている。
【０１２９】
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１３・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１３・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。
【０１３０】
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）ローディングチャンバ及びワー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。
【０１３１】
２−３）電子光学系
２−３−１）概要
電子光学系１３・８は、ハウジング本体１３・１７に固定された鏡筒１３・３８の中に設けられた、図２５−１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）２５・１と、二次電子光学系（以下、単に二次光学系という）２５・２とを備える電子光学系と、検出系２５・３とを備える。一次光学系２５・１は、電子線を検査対象であるウェーハＷの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃２５・４と、電子銃２５・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２５・５と、ウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器２５・６と、対物レンズ系２５・７とを備え、それらは、図２５−１に示されるように電子銃２５・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２５・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２５・４から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェーハＷに照射される照射光軸（ウェーハの表面に垂直になっている）に関して斜めになっている。対物レンズ系２５・７と検査対象であるウェーハＷとの間には電極２５・８が配置されている。この電極２５・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２５・９によって電圧制御されるようになっている。
【０１３２】
二次光学系２５・２は、Ｅ×Ｂ型偏向器２５・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２５・１０を備えている。このレンズ系２５・１０は二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能する。
【０１３３】
検出系２５・３は、レンズ系２５・１０の結像面に配置された検出器２５・１１及び画像処理部２５・１２を備えている。
一次ビームの入射方向は通常Ｅ×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（ＴＤＩ：time delay integration）の積算方向とは同じ方向となっている。ＴＤＩ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。
【０１３４】
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いると良く、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１３・３８の上部には、鏡筒１３・３８の内を真空に保持した状態のままＴＤＩ等の検出器２５・１１を光軸周りに±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５〜４０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走査方向と検出器の走査方向とのずれを１ピクセルの１／１０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、ステージの移動方向とＴＤＩの積算方向の角度誤差を１０ｍｒａｄ以下、好ましくは１ｍｒａｄ以下、より好ましくは０．２ｍｒａｄ以下に調整することも可能である。
【０１３５】
以下、図２５−３〜図２５−５を用いて、検出器回転機構の構成の一例を説明する。図２５−３は、鏡筒１３・３８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２５−４は、上鏡筒を回転させるための機構の概略図であり、図２５−５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。
【０１３６】
図２５−３において、鏡筒１３・３８の上端は、検出器２５・１１が取り付けられた上鏡筒２５・２０と、主ハウジング１３・４に固定された下鏡筒２５・２１とからなる。上鏡筒２５・２０は下鏡筒２５・２１に対してベアリング２５・２２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２５・２０と下鏡筒２５・２１との間には、鏡筒１３・３８の内部を真空に保つためにシール部２５・２３が設けられる。具体的には、上鏡筒２５・２０の下端と下鏡筒２５・２１の上端との間にシール部２５・２３を設置するとともに、下鏡筒２５・２１の上端に上鏡筒２５・２０を取り囲むように鍔部２５・２４を設け、この鍔部２５・２４と上鏡筒２５・２０の側面との間にベアリング２５・２２を設置する。
【０１３７】
上鏡筒２５・２０と下鏡筒２５・２１とにはそれぞれ、ベアリング２５・２２を押さえるためのベアリング押さえ２５・２５、２５・２６がネジ止めされる。さらに、上鏡筒２５・２０を下鏡筒２５・２１に対して回転させるために、図２５−４に示す駆動機構が設けられる。即ち、鍔部２５・２４の上端に設けられたベアリング押さえ２５・２６の一部には突起２５・２７が設けられ、一方、上鏡筒２５・２０から突設された取り付け部材（ブラケット）２５・２８にはアクチュエータ２５・２９が固定される。アクチュエータ２５・２９の軸２５・３０は突起２５・２７と接触し、鍔部２５・２４とアクチュエータ２９・２９が固定された取り付け部材（ブラケット）２５・２８との間には、突起２５・２７の方へ引く力が与えられた予圧バネ２５・３１が設けられる。これにより、アクチュエータ２５・２９を作動させて軸２５・３０がアクチュエータ２５・２９から突出する長さを変えることにより、下鏡筒２５・２１に対して上鏡筒２５・２０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。
【０１３８】
前述の回転精度のためには、アクチュエータ２５・２９の移動分解能は５〜１０μｍ程度であることが望ましい。また、アクチュエータ２５・２９としては、ピエゾ・アクチュエータ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、アクチュエータ２５・２９を固定するブラケット２５・２８と突起２５・２７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２５・１１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、ポテンショメータ、レーザ変位計、歪みゲージ等を使用することができる。
【０１３９】
シール部２５・２３は、鏡筒１３・３８の内部を真空に保つために、図２５−５に示すように、下鏡筒２５・２１の上端の面と上鏡筒２５・２０の下端の面との間に僅かな隙間２５・３２（図２５−５）が形成されるように設置される。シール部２５・２３は、中央部に固着された仕切りリング２５・３３と２個の弾性シール２５・３４、２５・３５とを備え、各弾性シール２５・３４、２５・３５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２５・３６、２５・３７がそれぞれ設けられる。仕切りリング２５・３３の中央には、下鏡筒２５・２１に形成された排気路２５・３８と連なる排気口２５・３９が設けられる。弾性シール２５・３４、２５・３５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オムニシールを用いることができる。
【０１４０】
このように、弾性シールを２重に配置し、その中間の空間２５・４０を真空排気することにより、上鏡筒２５・２０が回転して若干のリークが大気側の弾性シール２５・３５に発生しても、リークした空気は排気路２５・３８で排気され、空間２５・４０の圧力がさ
ほど上昇しない。そのため、弾性シール２５・３４から鏡筒内へのリークが発生せず、鏡筒内の真空を劣化させることがない。空間２５・４０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弾性シール２５・３４、２５・３５と上鏡筒２５・２０の下端との面圧で十分シールできるからである。
【０１４１】
弾性シール２５・３４、２５・３５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２５・３２の大きさを調整することにより実現できる。隙間２５・３２の調整は、ベアリング２５・２２と下鏡筒２５・２１の上端の面との間にシム２５・４１を入れることによって行うことができる。ここにシム２５・４１を入れることにより、下鏡筒２５・２１に対するベアリング２５・２２の高さを変えることができる。これに対して、上鏡筒２５・２０では押さえ２５・２５、２５・２６でベアリング２５・２２を挟み込んでいるので、ベアリング２５・２２は上鏡筒２５・２０と共に上下する構造になっており、シム２５・４１の厚さの分だけ上鏡筒２５・２０と下鏡筒２５・２１との間の隙間２５・３２が変わることになる。
【０１４２】
なお、鏡筒の仕様によっては、図２５−５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、上の説明では弾性シール２５・３４、２５・３５の内部にスプリング２５・３６、２５・３７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２５・３４、２５・２５が上下面に十分押しつけられる場合や、弾性シール２５・３４、２５・３５自体に十分な反発力がある場合には、スプリング２５・３６、２５・３７を省略しても良い。
【０１４３】
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２５・１１を微少量回転させ、その都度、検出器２５・１１の走査撮像を行って、最もシャープな画像が得られたときの角度に検出器２５・１１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。
【０１４４】
検出器回転機構の回転可動範囲において、検出器２５・１１を微小角度回転させて検出器２５・１１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って、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って検出器２５・１１の回転位置と像質との関係を求め、最も像質がよいときの検出器２５・１１の回転位置を求める。そこで、その位置まで検出器２５・１１を回転させることによって検出器２５・１１の位置決め作業が完了する。
【０１４５】
ステージと検出器２５・１１との位置ずれの許容値は検出器２５・１１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１／１０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５００段並んでいる場合の許容角度ずれは約４０秒となる。
【０１４６】
ステージと検出器との角度のずれを４０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２５・１１の位置を求める方法や、まず検出器２５・１１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２５・２５、２５・２６間に板状部品を渡し、この板状部品とベアリング押さえ２５・２５、２５・２６とをボルトで固
定すればよい。
【０１４７】
（３）ＮＡ移動機構
ＮＡ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ＮＡを調整することを可能にしている。ＮＡ保持部には複数のＮＡ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ＮＡ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ＮＡ交換が可能になる。
また、ＮＡ保持部には望ましくはヒーター部が設置されておりＮＡを高温保持することによりＮＡが劣化しにくくなる効果がある。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ＮＡのクリーニングが可能となる。
【０１４８】
（４）アイソレーションバルブ
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バルブが設置されている。具体的にはＭＣＰ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、ＭＣＰ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ＭＣＰ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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
（６）ＭＣＰ手前のオリフィス
一連の電子光学系とＭＣＰ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、ＭＣＰ部の圧力を電子光学系の１／５程度、好ましくは１／１０程度より好ましくは１／１００程度低く保持することが容易になる。
【０１５１】
（７）電極一体化、高精度化
電子光学的に同心軸上に数μｍ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。
【０１５２】
（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１／１０〜１／５０００程度
好ましくは１／２０〜１／１０００、より好ましくは１／２０〜１／１００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（ＣＣＤ）で検出し、
ＣＲＴ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。
【０１５３】
（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ＭＣＰ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ってしまうのを改善していることによる。
【０１５４】
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２６にその一例を示す。
【０１５５】
電子ビームを試料に照射するための1次光学系２６・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２６・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、Ｅ×Ｂなるビーム分離器２６・３が使用される。また、検出器２６・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、２００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。
【０１５６】
１次光学系の構成要素である電子銃２６・６は、熱フィラメントとして、ＬａＢ６が用いられ、ウェネルト、引出電極２６・７によりカ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)２６・８によりビームをアパーチャ２６・９に収束させ、クロスオーバーを形成する。その後、２段のアライナ２６・１０、アパーチャ２６・１１、３段の４極子レンズ２６・１２、３段アライナ２６・１３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２６・１４と２次系のＰレンズ（対物レンズ）１６・１６を通過して試料面にほぼ垂直に照射される。
【０１５７】
アパーチャ２６・９により、クロスオーバでの均一性が高く、且つ、輝度の高いビーム領域を通過させ、アパーチャ２６・１１により、４極子レンズへのビーム入射角度を規定するアライナ（偏向器）２６・１０は、アパーチャ２６・１１及び４極子レンズ２６・１２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２６・１２は、ビームの２方向、例えば、X，Y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２７参照) 。４極子レンズ通過後、アライナ２６・１４により、アパーチャ２６・１５、Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６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−は、最終的に、カソードと試料表面に電圧差によって決定される。例えば、カソード-５．０ｋＶ、試料表面−４ｋＶの時、照射ビームエネルギは、１ｋｅＶとなる (図２６参照) 。
【０１５８】
この場合の電圧の誤差は±１０Ｖ、エネルギー誤差は±２０ｅＶ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１．５ｋｅＶ±１０ｅＶ〜５ｋｅＶ±１０ｅＶ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５０±１０ｅＶ〜１５００ｅＶ±１０ｅＶ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、比較的低ダメージで動作できるが、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像の歪みが正帯電よりも小さくできる。
【０１５９】
また、アパーチャ２６・１５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５０〜５００μｍ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２６・１５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１×１０-３Ａ／ｃｍ2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。
【０１６０】
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１０００ｅＶ±１０ｅＶの時、およそ、各々、０〜１０ｅＶ、１０００ｅＶ±１０ｅＶ、１０〜１０００ｅＶ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。
【０１６１】
電子ビームの代わりに集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いても良い。ＦＩＢ源としては液体金属のＧａ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。
【０１６２】
試料としては、１０×１０ｍｍ程度のチップから２，４，６，８，１２インチウェーハまで、種々の試料が用いられる。特に、１００ｎｍ以下の線幅を持つ配線パターンや直径１００ｎｍ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、Ｓｉウェーハ、Ｓｉに加工を施された半導体デバイスウェーハ、マイクロマシン加工がされたウェーハ、液晶ディスプレイ用基板、ハードディスク用ヘッド加工ウェーハ、等が用いられる。
【０１６３】
２次系２６・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）２６・１６、アパーチャ２６・１５、アライナ２６・１４、ビーム分離器２６・３、Ｔレンズ（中間レンズ）２６・１７、アライナ２６・１８、アパーチャ２６・１９、Ｐレンズ（投影レンズ）２６・２０、アライナ２６・２１、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）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（２Ｄ−ＣＣＤ）が設置され、蛍光面で形成された像が２Ｄ−ＣＣＤセンサに結像される。
【０１６４】
試料表面からの放出電子は、Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６にてアパーチャ２６・１５でクロスオーバを形成して、ビーム分離器２６・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２６・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×Ｂ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抑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抑えることに有効となる。
【０１６５】
その上部にあるＰレンズ（中間レンズ）２６・１７の中心にビームを調整するため、アライナ２６・１４が使用される。その上流部にあるＰレンズ（投影レンズ）２６・２０の中心にビームを調整するため、アライナ２６・１８が使用される。その上部にあるＭＣＰ中心にビームを調整するために、アライナ２６・２１がある。Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６の倍率は１．５〜３倍、Ｐレンズ（中間レンズ）２６・１７の倍率は１．５〜３、Ｐレンズ（投影レンズ）２６・２０の倍率は３０〜５０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、Ｐ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２６・１５とアパーチャ２６・１９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・１５はノイズカット用に用いて、アパーチャ２６・１９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。
【０１６６】
サイズ゛として例えば、アパーチャ２６・１５とアパーチャ２６・１９は、φ３０以上φ２０００μｍ以下、好ましくはφ３０以上〜φ１０００μｍ、より好ましくはφ３０以上〜φ５００μｍで使用可能である。この時、アパーチャ２６・１５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２６・１５を例えばφ３０〜φ５００μｍ、アパーチャ２６・１９はφ１０００〜φ２０００μｍで用いる。アパーチャ２６・１９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・１９をφ３０〜φ５００μｍ、アパーチャ２６・１５はφ１０００〜φ２０００μｍで用いる。
【０１６７】
また、Ｐレンズ（中間レンズ）２７・１７の上下にスティグ電極が設置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極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。
【０１６８】
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Ｐレンズ（投影レンズ）２６・２０が、減速レンズ(負電圧印加レンズ)を用いると、２次電子のノイズカットに有効となる。通常、反射電子量の１０〜１０００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次系電子源のカソード電圧−４ｋＶ、試料電位−３ｋＶの時、試料からの反射電子エネルギ１ｋｅＶ、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１ｋｅＶ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。
【０１６９】
ビーム分離器２６・３では、電極と磁極が直行しているＥ×Ｂまたは、磁場Ｂのみで行う分離器が用いられる。Ｅ×Ｂ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る。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１０〜９０度で設定することが可能である。この時、1次系がＥ×Ｂ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×Ｂ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±２ｋＶ±１Ｖ、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×Ｂの中心部において、１〜６０Ｇ±１Ｇの磁極方向の磁束密度を発生する(図２６参照)。
【０１７０】
また、Ｅ×Ｂ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１０〜８０度の角度をなした方向に設け、Ｅ×Ｂ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。
【０１７１】
検出器２６・４では、信号電子がＭＣＰ等電子増倍管２８・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ＣＣＤ２８・４により、撮像される。このリレーレンズ系とＣＣＤ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。
【０１７２】
ＣＣＤの代わりに、積算型のラインイメージセンサ（ＴＤＩ−ＣＣＤ）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ＴＤＩ撮像を行うことが可能となる。例えば、ＴＤＩの積算段数が２５６段、１段当たり２０４８個の画素数／段、素子サイズ１５×１５μｍ、試料面に対するＭＣＰ結像倍率が３００倍である時、ライン/スペースが０．１／０．１μｍのとき試料面サイズがＭＣＰ面で３０／３０μｍとなる。そして、リレーレンズ倍率１倍のとき、３０μｍ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０．０５×０．０５μｍの試料サイズから放出された電子は、２５６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１００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚ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、ＴＤＩ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Ｓ／Ｎを高めることが出来るためである。ラインレートは、０．５ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが用いられ、好ましくは１ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである。これに対応して、ビデオレートも、１タップ当たり１〜１２０ＭＨｚ／タップ好ましくは１０〜５０ＭＨｚ／タップ、より好ましくは、１０〜４０ＭＨｚ／タップで使用される。また、タップ数は、１以上５２０以下で、好ましくは４以上２５６以下、より好ましくは３２以上１２８以下で用いられる(図２８、図２９参照)。
【０１７３】
ＣＣＤ、ＴＤＩセンサ／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、１００〜１０００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で設定可能であるが、このうち、１０００〜５００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で使用すると効率がよい。さらに、１００００〜５００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で使用すると、高ラインレート時においても、良好なＳ／Ｎで、高品質の画像を得ることができる。
【０１７４】
また、ＣＣＤ又はＴＤＩ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×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、画像に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。ＣＣＤ、ＴＤＩ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  トゥー  セル、ダイ  トゥー  ダイ（Die to Die）ダイ  トゥー  エニーダイ（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、パーティクル欠陥、電位コントラスト欠陥（例えば、配線やメッキの電気接続欠陥等）。
【０１７５】
ステージ２６・２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ、
0005474924.tif 000004
【０１７６】
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、ＬａＢ６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、Ｔｉ、Ａｌ
アインツェルレンズ、４重極レンズ
アライナ    ４極、６極、８極のレンズ
アパーチャ  材質、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、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、Ｔｉ、Ａｌ
セラミック電極はＡｕメッキ等の処理が施されている
アインツェルレンズ、４極子レンズ
アライナ    ４極、６極、８極のレンズ
アパーチャ  材質、ＭＯ（モリブデン）、Ｔａ、Ｔｉ、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、Ｔｉ、Ａｌ
セラミック電極はＡｕメッ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、１０３〜１０７、好ましくは１０４〜１０７、より好ましくは１０５〜１０７）
試料
Ｓｉウェーハ、3-5族化合物半導体ウェーハ、液晶基板、ハードディスクのヘッド加工ウェーハ、
２、４、６、８、１２インチのウェーハが用いられる
検出器
ＭＣＰ／蛍光板/リレーレンズ／ＣＣＤ
ＭＣＰ／蛍光板/リレーレンズ／ＴＤＩ
ＭＣＰ／蛍光板／ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）/ＴＤＩ
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。ＭＣＰ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、ＭＣＰ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ー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、ＦＯＰの場合には１倍（１対１に光信号を伝える）でＴＤＩ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。
【０１７７】
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、低収差、低歪みの取得像形成が可能となる。
【０１７８】
また、検出器としてＣＣＤやＴＤＩを用いる場合では、１画素に対応するエリア、例えば、ＭＣＰ上において、１画素の形成において、電子の入射量が２００個／画素エリア以下にて十分なＳ／Ｎ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２６・１５又は２６・１９のサイ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３０μｍ〜１０００μｍのアパーチャを設置することにより、Ｓ／Ｎ向上を実現できるので、２００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。
【０１７９】
ＴＤＩ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２５
６段分の積分を行うが、積算段数は１１４段以上８１９２段以下、好ましくは１１４段以上４０９６段以下、より好ましくは５１２段以上４０９６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ったとしても、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ＴＤＩの積分方向に一致するように決めることが出来る。ＴＤＩの使用により、連続した画像取得が可能になるが、ＣＣＤ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ＴＤＩを用いて行うこともできる。すなわち、ＴＤＩ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、ＴＤＩの通常の画像取得方法により一定の領域（例えば２０４８画素×２０４８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。
【０１８０】
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ＣＣＤ又はＴＤＩ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×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×Ｂ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×Ｂ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。
【０１８１】
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ＴＤＩセンサ／カメラを用いるとき、画素数／段数が、２０４８以上４０９６以下であり、タップ数が３２以上１２８以下、感度１００００〜４００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）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、１００〜４００ｋＨｚ、ビデオレートが１０ｍＨｚ〜４０ＭＨｚで使用できる。この時、８インチＳｉウェーハ、例えば、ＬＳＩデバイスウェーハ、分解能０．１μｍ／画素にて、１枚当たりの検査時間は、１／８〜２時間で実行可能となる。
【０１８２】
この時、分解能０．１μｍ／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、Ｌ／Ｓ：０．２／０．２μｍにおいても、コントラスト３〜３０％を達成し、像観察及び欠陥検出に充分使用可能である。Ｌ／Ｓ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、観察及び欠陥検査が可能となる。また、ＬＳＩデバイスウェーハでは、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。
【０１８３】
ＴＤＩセンサ／カメラ及び画像処理機構を用いて欠陥検出を行うとき、ＴＤＩ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×Ｄ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：３００ｋＨｚ、Ｄ：０．１μｍの時、ｖ＝３０ｍｍ／ｓとなる。
【０１８４】
図２９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２９・１の真空中にＭＣＰ２９・２、ＦＯＰ２９・３、ＴＤＩセンサ／パッケージ２９・４、接続ピン２９・５及びフィードスルーフランジ２９・６が設けられ、ＴＤＩセンサ２９・４の出力はフィールドスルーフランジ２９・６を介してＴＤＩカメラ２９・７により受信される。また、ＦＯＰ２９・３には蛍光材がコートされており、ＭＣＰ２９・２からの電子により蛍光像を形成する。この蛍光像はＦＯＰ２９・３によってＴＤＩセンサ２９・４に伝達される。ＴＤＩセンサ２９・４の像信号は接続ピン２９・５、フィードスルーフランジ２９・６を経由してＴＤＩカメラ２９・７に伝達される。この時、ＦＯＰ２９・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、５〜２０倍程度透過率が向上する。これは、特に、ＴＤＩ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ＴＤＩ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、ＴＤＩセンサ２９・４とフィードスルーフランジ２９・６のピンを接続するための接続ピン２９・５が必要となる。接続ピン２９・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)、ＴＤＩセンサ／パッケージのピン側には、バネなどの弾性力による接触を行う（図示せず）。
【０１８５】
これにより、フィードスルーフランジ２９・６のピンとＴＤＩセンサ／パッケージ２９・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、１００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、ＴＤＩセンサ／パッケージ２９・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っている。
【０１８６】
図２８に示すように、ＣＣＤまたはＴＤＩの設置場所は通常は大気側でＭＣＰと蛍光板は真空中に設置されるが、ＣＣＤまたはＴＤＩ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。
【０１８７】
（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−ＣＣＤ、又は、ＥＢ−ＴＤＩを用いている実施の形態である（図３０参照）。ＥＢは電子ビームのことでＥＢ―ＣＣＤ又はＥＢ―ＴＤＩは電子ビームを直接入力し、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）。
【０１８８】
ＥＢ−ＴＤＩセンサ／カメラを用いると、直接電子をセンサの画素部に入射し、チャー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。
【０１８９】
図３０にＥＢ−ＴＤＩのユニットの一例を示す。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ＴＤＩセンサ３０・３の面が設置されている。ＴＤＩセンサ／パッケ−ジ３０・３、接続ピン３０・４、フィードスルー３０・５、ＴＤＩカメラ３０・１、画像処理器３０・６、コント
ロールＰＣ３０・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ＴＤＩ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、ＴＤＩカメラ３０・１により画像形成の電気信号が形成される。
【０１９０】
センサ／パッケージ３０・３のピンとフィードスルーフランジ３０・５のピンは接続ピン３０・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、ＴＤＩセンサ３０・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Ｓ／Ｎ向上、高速化、小型化、低コスト化が可能となる。
【０１９１】
この実施の形態ではＥＢ−ＴＤＩ３０・１を用いたが、同様にＥＢ−ＣＣＤ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１００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）がバ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１００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５ｋｇを越えるとパッケージの破壊の問題が起こる。そのため、バネ力の調整により５０〜１０ｇ／本の押込み力となる接続ピンを用いている。
【０１９２】
なお、ＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＴＤＩ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ＭＣＰ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０．１〜１００００ＤＮ／電子で使用可能である。
【０１９３】
（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３１に示すように、１次系３１・１は同じであるが、２次系３１・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）３１・３、２段のＰレンズ（中間レンズ）３１・５、２段のＰレンズ（投影レンズ）３１・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。
【０１９４】
２−３−２）構成の詳細
以下、図２５−１〜図３１に示す電子光学系の電子銃、１次光学系、２次光学系、Ｅ×Ｂユニット、検出器及び電源について詳細に説明する。
【０１９５】
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（エミッタ）材はＬａＢ６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錐台形状のものを使用している。円錐台先端の直径は１００μｍ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１００×２５〜４００×１００μｍ２）を大きな電流（１μＡ程度）で照射する場合にはＬａＢ６を用いた熱電子源が最適である。なお、ＳＥＭ方式では一般に熱電界電子線源（ＴＦＥタイプ）及びショットキー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ー条件と呼ばれる、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。
【０１９６】
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、ウェーハ面上に矩形、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や電流密度を制御できる。一次／二次電子光学系連結部のＥ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）により、一次電子ビームはウェーハに垂直に（±５度、好ましくは±３度、より好ましくは±１度で）入射される。
【０１９７】
ＬａＢ６カ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ー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、その後ウェーハ面上に面照射する。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極子レンズはアライメント精度が厳しいといった制約はあるが、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。
【０１９８】
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ＴＤＩ−ＣＣＤ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１０％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。
【０１９９】
本実施の形態でのＴＤＩ−ＣＣＤの形状及び面積は画素数で２０４８×５１２であり、画素サイズは１６μｍ×１６μｍであるので、全体で約３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの長方形である。二次光学系の倍率が１６０倍のときは試料表面での照射領域は上記３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの１／１６０となるので、２０５μｍ×５１．２μｍの長方形となる。
【０２００】
したがって、この場合の電子ビームの照射領域は２０５μｍ×５１．２μｍ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２７−１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３２０倍のときには、３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの１／３２０となるので、１０２．４μｍ×２５．６μｍの長方形となり、１６０倍の１／４の照射面積となる。
【０２０１】
このように、本発明では、試料上に、検出器であるＴＤＩ−ＣＣＤ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ＴＤＩ−ＣＣＤ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ＴＤＩ−ＣＣＤ上で同時に結像することにより検出される。
【０２０２】
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２７−２の（１―１）及び（１−２）に示すように、縦と横の比が１：１０以上の形状のビームを意味し、長方形に限らず楕円であってもよい。また、線形ビーム２７・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、試料へのチャージアップの影響が少なくなると言う利点がある。
【０２０３】
図２７−２の（３）及び（４）は、被検査物２７・２の上でのＴＤＩ−ＣＣＤのマルチピクセル撮像領域２７・３と線形ビーム２７・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２７・１はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２７・４又はＸＹステージの移動方向２７・５とほぼ直角（例えば９０度±３度、好ましくは９０度±１度）に配置され、ビームの走査方向２７・６はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２８・４又はＸＹステージの移動方向２７・５と同一の方向（例えば０度±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。
【０２０４】
図２７−２の（４）は別の例を示しており、線形ビーム２７・１はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２７・４又はＸＹステージの移動方向とほぼ平行（例えば、９０度±１度、好ましくは９０度±１分、より好ましくは９０度±３秒）となっている。
【０２０５】
２−３−２−３）二次光学系
ウェ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。ウェーハ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とウェー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ＦＡ上に結像させ、その像をＰＬで拡大投影し、二次電子検出器（ＭＣＰ）上に結像させる。本光学系ではＣＬ−ＴＬ間にＮＡ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。
【０２０６】
電子光学系の製造上の誤差や、Ｅ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）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（ＳＴＩＧ）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。
【０２０７】
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３２は電子光学系を示す。電子銃３２・１から放出された一次電子は像形成レンズ３２・２を経た後、２段のズームレンズ３２・３を通り、さらに３段の四極子レンズ３２・４を通って、Ｅ×Ｂフィルタ３２・５で３５°偏向され、二次光学系３２・６の光軸と平行に反対方向に、対物レンズ３２・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２０段以下、好ましくは３段以上１０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。
【０２０８】
一次電子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３２・７でＥ×Ｂフィルタ３２・５の中心に結像された後、中間レンズ３２・８で倍率を可変された後、投影レンズ３２・９の手前で結像される。中間レンズ３２・８で結像された像は、投影レンズ３２・９で約30〜50倍に拡大されて検出器表面３２・１０に結像される。
【０２０９】
像形成レンズ３２・２は、加速電圧が変わっても、ズームレンズ３２・３の手前に像を形成する事を可能にするものであり、図３２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。
【０２１０】
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、ズーム
レンズ３２・３の条件と四極子レンズ３２・４の条件とによってほぼ決まる。ズームレンズ３２・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３２・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３２では、それぞれ２段のズームレンズ３２・３と３段の四極子レンズ３２・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。
【０２１１】
以下、検出器の1ピクセルの大きさが１６μｍ四方、検出器のサイズが２０４８×５１２ピクセルの場合について考察する。二次光学系３２・６の倍率が１６０倍の時、試料上の1ピクセル相当の大きさは、１６μｍ÷１６０ =０．１μｍになり、観察面積は２０４．８×５１．２μｍ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３３に示す。図３３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３３・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。
【０２１２】
図３４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２０４．８×５１．２μｍをくまなく照射するビーム形状は２９０×７２．５μｍ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、照射ビー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３２・４の手前の像が四極子レンズ３２・４と対物レンズ３２・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３２・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っ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３２・３で四極子レンズ３２・４の手前の像の大きさを調節する事になる。
【０２１３】
今、例えば、二次電子光学系３２・６の倍率を１６０倍から３２０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１６μｍ÷３２０=０．０５μｍ四方になり、観察面積は１０２．４×２５．６μｍになる。この状態で照射領域が１６０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、１６０倍の時の１／４になる。１６０倍の時に１ピクセル平均４００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√（４００）＝２０個である。よってＳ／Ｎ比は４００／２０＝２０となる。３２０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１／４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。
【０２１４】
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１／４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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
表３は、二次光学系倍率が３２０倍と１６０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８０倍の照射サイズは６２０μｍ×１８０μｍの楕円形、また、倍率４８０倍では１００μｍ×３０μｍ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。
【０２１７】
【表３】
0005474924.tif 000005
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ア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１０００本以下、好ましくは２本以上１００本以下、より好ましくは４本以上４０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ＣＣＤ又はＴＤＩを用いて良い。線形のビームを形成するには例えばＬａＢ６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カ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ＸＹ平面の少なくとも１方向に行うようにする。
【０２１８】
（２）実施の形態６
図３５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ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）３５・１の表面に結像された二次電子は、ＭＣＰ３５・１内のチャンネルを通過しながらその数がＭＣＰ３５・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。ＭＣＰ３５・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、ＭＣＰ３５・１上でのピクセルサイズを２６μmとし、横１０２４ピクセル×縦５１２ピクセル分の有効エリアでチャンネル径６μｍのものを使用した。ＭＣＰ３５・１内で増倍された電子はＭＣＰ３５・１の出射面から射出され、対向する厚さ約４ｍｍのガラス板３５・２上に塗布された蛍光面３５・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３５・２と蛍光面３５・３の間には、薄い透明電極が塗布してあり、ＭＣＰ出射面との間に２〜３ｋＶ程度の電圧が印加されているため、ＭＣＰと蛍光面間での電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、ＭＣＰ３５・１を出射した電子が適度なエネルギーを持って蛍光面３５・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３５・３を塗布するガラス板３５・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。
【０２１９】
蛍光面３５・３で電子信号を変換された光強度信号は、ガラス板３５・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３５・４を通り、蛍光面３５・３で発生した光を結像するリレーレンズ３５・５を通り、その結像位置に配置したＣＣＤやＴＤＩセンサーの受光面３５・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３５・５を使用した。
【０２２０】
受光面３５・６に入射した光は、ＣＣＤやＴＤＩ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ＴＤＩセンサーは、ピクセルサイズ１３μm、水平方向有効画素数２０４８ピクセル、積算段数１４４段、タップ数８、ラインレートが最大８３ｋＨｚのものを用いたが、今後のＴＤＩ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。なお、ＴＤＩセンサー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
。
【０２２１】
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、ＴＤＩ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、ＴＤＩグレースケール画素階調値及びステージ速度を示している。
【０２２２】
【表４】
0005474924.tif 000006
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２５５ＤＮである。これは、現状のＭＣＰダイナミックレンジが２μＡ程度しかない事に起因する。ＭＣＰ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、ＴＤＩレスポンシビティ（Responsivity）を最低２００ＤＮ／（ｎＪｃｍ２）は確保する事が重要になる。
【０２２３】
（３）実施の形態７
図３６は、ＦＯＰを用いた検出系の構成を示したものである。蛍光面３６・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ＭＣＰ３６・２の有効エリアはピクセルサイズ１６μmで横２０４８×縦５１２ピクセル分である。実施の形態５と異なり、蛍光面３６・１は、ガラス板に代わり、厚さ約４ｍｍのＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）３６・３に塗布される。蛍光面３６・１で電子信号から変換された光強度信号は、ＦＯＰ３６・３の各ファイバー中を通る。ＦＯＰ３６・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。ＦＯＰ３６・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３ｍｍの別のＦＯＰ３６・４を通り、そのＦＯＰ３６・４の光出射面に透光性接着剤を介して配置されたＣＣＤやＴＤＩセンサー３６・５の受光面に入射する。ＦＯＰの各ファイバーを越えて光は発散しないので、ＣＣＤやＴＤＩセンサー３６・５の画素サイズがファイバー径よりも十分大きければ画質に大きな影響はない。
【０２２４】
本実施の形態では、ＦＯＰのファイバー径は６μｍ、ＴＤＩセンサー３６・５のピクセルサイズは１６μｍである。ＦＯＰの入射側と出射側でファイバー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。
【０２２５】
ＣＣＤ又はＴＤＩセンサー３６・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３６・７を介して取り込み装置に出力される。
【０２２６】
ＣＣＤ又はＴＤＩセンサー３６・５を大気中に配置し、ＦＯＰ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。
【０２２７】
本実施の形態で用いたＴＤＩセンサー３６・５は、ピクセルサイズ１６μｍ、水平方向有効画素数２０４８ピクセル、積算段数５１２段、タップ数３２、ラインレートが最大３００ｋＨｚのものを用いたが、今後のＴＤＩ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。
【０２２８】
表４の実施の形態２の欄に、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、ＴＤＩ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、ＴＤＩグレースケール画素階調値及びステージ速度を示す。
【０２２９】
（４）実施の形態８
図３７の（Ａ）は、写像投影方式の欠陥検査装置ＥＢＩの構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）はこの欠陥検査装置ＥＢＩ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３７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ＬａＢ６製カソード３７・２を有し、電子銃３７・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３７・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３７・４を通過する。ウィーンフィルタ３７・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。ウィーンフィルタ３７・４を出て第２の方向へ進む一次電子は、ＮＡ開口板３７・５によってビーム径を絞られ、対物レンズ３７・６を通過して試料Ｗを照射する。
【０２３０】
このように、一次光学系においては、電子銃３７・１としてＬａＢ６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３７・１はＬａＢ６からなり、形状を円錐台とし、直径が５０μｍ以上で、一次電子の引出電圧が４．５ｋＶで１×１０３Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上1×１０８Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下の輝度で電子を引き出して使用できる。好ましくは４．５ｋＶで１×１０５Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上１×１０７Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。更に好ましくは１０ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上１×１０７Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。また、電子銃３７・１はショットキー型として、一次電子の引出電圧が４．５ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上2×１０１０Ａ／ｃｍ２ｓｒ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１０ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上５×１０９Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。また、電子銃３７・１にＺｒＯのショットキー型を使用することもできる。
【０２３１】
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１０％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。
【０２３２】
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２００μm×５０μｍ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３００ｍｍウェーハ対応の高精度の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１０Ａ／ｃｍ２〜１０４Ａ／ｃｍ２であるが、図３７の欠陥検査装置においては面ビームの電流密度は０．０００１Ａ／ｃｍ２〜０．１Ａ／ｃｍ２でしかない。好ましくは０．００１Ａ／ｃｍ２〜１Ａ／ｃｍ２で使用する。より好ましくは０．０１Ａ／ｃｍ２〜１A／ｃｍ２で使用する。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では1×１０−５Ｃ／ｃｍ２であるのに対して、本方式では、１×１０−６Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２であり、本方式の方が高感度になっている。好ましくは１×１０−４Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２、更に好ましくは１×１０−３Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２で使用する。
【０２３３】
一次電子ビームの入射方向は基本的にＥ×Ｂ３７・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ＴＤＩの積算方向及び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。
【０２３４】
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３７・６によって拡大されてNA開口板３７・５及びウィーンフィルタ３７・４を通過してから、中間レンズ３７・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３７・９に入射する。二次電子を導く二次光学系３７・９においては対物レンズ３７・６、中間レンズ３７・７及び投影レンズ３７・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。
【０２３５】
ウィーンフィルタ３７・４はＥ×Ｂ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３５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。
【０２３６】
投影レンズ３７・８からの二次電子を受け取る二次電子検出系３７・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（ＭＣＰ）３７・１０と、ＭＣＰ３７・１０から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン３７・１１と、蛍光スクリーン３７・１１から出た光を電気信号へ変換するセンサユニット３７・１２を備える。センサユニット３７・１２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３７・１３を有しており、蛍光スクリーン３７・１１から発せられた蛍光はラインセンサ３７・１３によって電気信号へ変換されて画像処理部３７・１４に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。
【０２３７】
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３７・１４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１２のディスプレイ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。
【０２３８】
実際には、欠陥検査装置ＥＢＩの各種の構成要素のうち、センサユニット３７・１２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３７・１１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３７・１３に中継する。
【０２３９】
試料Ｗから放出される電子を１００％としたとき、ＭＣＰ３７・１０に到達しうる電子の割合（以下「透過率」）は
透過率（％）＝（ＭＣＰ３７・１０に到達しうる電子）／（試料Ｗから放出される電子）×１００
で表される。透過率はＮＡ開口板３７・５の開口部面積に依存する。例として、透過率とＮＡ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２００個〜１０００個程度である。
【０２４０】
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。
【０２４１】
図３９は、図３７の欠陥検査装置ＥＢＩにおける電子検出系３７・９の具体的な構成例を示している。投影レンズ３７・８によってＭＣＰ３７・１０の入射面に二次電子像又は反射電子像３９・１が形成される。ＭＣＰ３７・１０は例えば分解能が６μｍ、ゲインが１０３〜１０４、実行画素が２１００×５２０であり、形成された電子像３９・１に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン３７・１１を照射する。これによって蛍光スクリーン３７・１１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３９・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３９・３を介してラインセンサ３７・１３に入射される。例えば、光学リレーレンズ３９・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・１３は２０４８×５１２個の画素を有している。光学リレーレンズ３９・３はラインセンサ３７・１３の入射面に電子像３９・１に対応した光学像３９・４を形成する。ライトガイド３９・２及びリレーレンズ３９・３の代わりにＦＯＰ（ファイバ・オプティック・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５００個以上の場合、ＭＣＰを省いてもよい。
【０２４２】
図３７に示す欠陥検査装置ＥＢＩは、電子銃３７・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３７・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３７・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ＥＢＩを、一次電子の照射によって試料Ｗから発せられる高エネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モー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ＣＣＤ、電子衝撃型ＴＤＩ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、ＭＣＰ３７・１０、蛍光スクリーン３７・１１、リレーレンズ３９・３（又はＦＯＰ）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。このような構成にすることにより、欠陥検査装置ＥＢＩ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。
【０２４３】
図４０の（Ａ）は図３７の欠陥検査装置ＥＢＩ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３７・１の加速電圧をＶＡ、試料Ｗに印加される試料電圧をＶＷ、試料を照射するときの一次電子の照射エネルギをＥＩＮ、二次電子検出系３７・９に入射する二次電子の信号エネルギをＥＯＵＴとする。電子銃３７・１は加速電圧ＶＡ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ＶＷが印加される。そこで、加速電圧VA及び試料電圧VWを調整し且つ電子検出系３７・９を使用すると、欠陥検査装置ＥＢＩは、図４０の（Ｂ）に示すように、二次電子イールドが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ＶＡ、試料電圧ＶＷ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ＥＢＩ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。
【０２４４】
欠陥検査装置ＥＢＩ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ＶＡ、ＶＷ、ＥＩＮ及びＥＯＵＴの値の一例を挙げると、
反射電子撮像モード
ＶＡ＝−４．０ｋＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以
下）
ＶＷ＝−２．５ｋＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以下）
ＥＩＮ＝１．５ｋｅＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ以下
負帯電モード
ＶＡ＝−７．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＶＷ＝−４．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＩＮ＝３．０ｋｅＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α（α：二次電子のエネルギ幅）
正帯電モード
ＶＡ＝−４．５ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＶＷ＝−４．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＩＮ＝０．５ｋｅＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α（α：二次電子のエネルギ幅）
となる。
【０２４５】
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ＶＷは正帯電モードの場合も負帯電モードの場合も、４ｋＶ±１０Ｖ（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ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ＶＡを４ｋＶ±１０Ｖ（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ以下）とし、試料電位ＶＷは加速電位４ｋＶ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ＭＣＰには４ｋｅＶ±１０ｅＶ＋α（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ）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。
【０２４６】
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４ｋｅＶ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４０の（Ｂ）の正帯電領域より低い電子照射エネルギ（例えば５０ｅＶ以下）の領域を使うことも可能である。
【０２４７】
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３７・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。
【０２４８】
２−３−３）Ｅ×Ｂユニット（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、電界から受けるカと
磁界から受ける力の影響が相殺される条件（ウィーン条件）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、ウェ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。
【０２４９】
Ｅ×Ｂユニットの電子ビーム偏向部の詳細な構造について、図４１及び同図のＡ−Ａ線に沿う縦断面を示す図４２を用いて説明する。図４１に示すように、Ｅ×Ｂユニット４１・１の電子ビーム偏向部４１・２の場は、写像投影光学部の光軸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、即ちＥ×Ｂ構造とする。ここで、電界は凹面状の曲面を持つ電極４１・３及び４１・４により発生させる。電極４１・３及び４１・４が発生する電界は、それぞれ制御部４１・５及び４１・６により制御される。一方、電界発生用の電極４１・３及び４１・４と直交するように、電磁コイル４１・７及び４１・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４１・３、４１・４は点対象であるが同心円でも構わない。
【０２５０】
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４２に示されるようである。照射された電子ビーム４２・１及び４２・２は、電極４１・３、４１・４が発生する電界と、電磁コイル４１・７、４１・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。
【０２５１】
ここで、照射電子ビーム４２・１、４２・２の電子ビーム偏向部４１・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×Ｂ＝Ｅとなるように電極４１・３、４１・４が発生する電界と、電磁コイル４１・７、４１・８が発生する磁界とを、それぞれの制御部４１・５、４１・６、４１・９、４１・１０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（Ｖ／ｍ）である。
【０２５２】
ここではＥ×Ｂフィルタ４１・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。
【０２５３】
ここで、実施の形態９として、図４３によりＥ×Ｂフィルタ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４３・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・１０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・１０と平行の溝４３・１１が設けられる。そして、その内面の領域は、導電体４３・１２でコーティングされ、アース電位に設定される。
【０２５４】
電界を発生させる際に、電極４３・３、４３・５に「ｃｏｓθ１」、電極４３・６、４３・４に「−ｃｏｓθ１」、電極４３・１、４３・７に「ｃｏｓθ２」、電極４３・８、４３・２に「−ｃｏｓθ２」に比例する電圧を与えると、電極の内径の６０％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ーション結果を示す。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。
【０２５５】
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・１３、４３・１４を平行に配置することによって行う。永久磁石４３・１３、４３・１４の光軸４３・１０側の面の周辺には、磁性材料で構成される突起４３・１６が設けられる。この突起４３・１６は、光軸４３・１０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。
【０２５６】
永久磁石４３・１３、４３・１４の外側は、永久磁石４３・１３、４３・１４による磁力線の光軸４３・１０と反対側の通路が、電極支持用円筒４３・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４３・１５が設けられる。
【０２５７】
図４３に示したようなＥ×Ｂ分離器は、図２５−１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２５-２に示す。電子銃２５・１４から電子線が試料２５・１５に向かって照射される。１次系電子ビームはＥ×Ｂ２５・１６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２５・１７で絞られて、試料２５・１５にほぼ垂直に入射する。試料２５・１５から出てきた電子は、今度はＥ×Ｂ２５・１６により偏向力を加えられ、検出器２５・１８に導かれる。このように、Ｅ×Ｂ２５・１６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。
【０２５８】
なお、Ｅ×Ｂ２５・１６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２５・１４とＥ×Ｂ２５・１６との間に、更にＥ×Ｂ偏向器を設けてもよい。また、同じ目的で、２次系の検出器２５・１８とＥ×Ｂ２５・１６との間に更にＥ×Ｂ偏向器を設けてもよい。
【０２５９】
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２５-２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ＣＣＤ上のピクセルの対応を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２５−１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ば、その様な構成を取ってもよい。
【０２６０】
なお、Ｅ×Ｂ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。
【０２６１】
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、Ｅ×Ｂ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・１６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×Ｂ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×Ｂ分離器全体を小型化できる。
【０２６２】
２−３−４）検出器
二次光学系で結像されるウェーハ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（ＭＣＰ）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。ＭＣＰの原理としては直径１〜１００μｍ、長さ０．２〜１０ｍｍ、好ましくは直径２〜５０μｍ、長さ０２．〜５ｍｍ、より好ましくは直径６〜２５μｍ、長さ０．２４〜１．０ｍｍという非常に細い導電性のガラスキャピラリを数百万本〜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、一本一本のキャピラリが、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ＦＯＰ系でＴＤＩ−ＣＣＤ上に１対１で投影される。
【０２６３】
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２５−１に示すように、電子銃２５・４から放出された一次電子線は、レンズ系２５・５によって集束される。収束された一次電子線はＥ×Ｂ型偏向器２５・６に入射され、ウェーハ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２５・８によってウェーハＷの表面上に結像される。
【０２６４】
一次電子線の照射によってウェーハから放出された二次電子は、対物レンズ系２５・８によって加速され、Ｅ×Ｂ型偏向器２５・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２５・１０を通って検出器２５・１１に導かれる。そして、その検出器２５・１１によって検出され、その検出信号が画像処理部２５・１２に送られる。なお、対物レンズ系２５・７は、１０ないし２０ｋＶの高電圧が印加され、ウェーハは設置されているものとする。
【０２６５】
ここで、ウェーハＷにビア２５・１３がある場合に、電極２５・８に与える電圧を−２００Ｖとすると、ウェーハの電子線照射面の電界は、０〜−０．１Ｖ／ｍｍ（−はウェーハ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２５・７とウェーハＷとの間に放電は発生せずに、ウェーハ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。
【０２６６】
また、ウェーハにビア２５・１３がない場合に、電極２５・８に与える電圧を＋３５０Ｖとしても、対物レンズ系２５・７とウェーハとの間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えた。この場合、電極２５・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２５・７によっても更に集束されるので、検出器２５・１１における二次電子の検出効率は向上した。よって、ウェ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。
【０２６７】
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１００ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ましくは数ｐｐｍ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。
【０２６８】
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×Ｂ用の電磁コイル用定電流源、ウェーハにバイアスを印加する為のリターデリング電源及びウェー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、ＥＯ補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ＭＣＰ電源等がある。
【０２６９】
図４５は電源部の全体構成を示している。同図において、鏡筒部４５・１の電極に対し図示しないが、電源ラック４５・２及び高速高圧増幅器４５・３、４５・４及び４５・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４５・３〜４５・５は広帯域の増幅器であり、扱う信号の周波数も高い（ＤＣ−ＭＨｚ）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。ＥＯ補正４５・６より補正信号が出力されオクタポール変換部４５・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４５・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。
【０２７０】
ＡＰ画像取得ブロック４５・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ＡＰ画像取得ブロック４５・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４５・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。
【０２７１】
ＡＦ制御４６・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ーに記憶し、ステージ位置に応じてこの値を読み出し、Ｄ／Ａコンバータにてアナログ電圧に変換し、高速高圧増幅器４５・５を経て、鏡筒部４５・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。
【０２７２】
電源ラック４５・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４５・２は、制御通信部４５・１０により、通信カード４５・１１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ー通信４５・１２等により制御ＣＰＵ部４５・１３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。ＵＰＳ４５・１４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４５・１５は大本の受電部であり、インターロック、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。
【０２７３】
通信カード４５・１１は制御ＣＰＵ部４５・１３のデータバス４５・１６、アドレスバス４５・１７に接続され、リアルタイムの処理が行える。
図４６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４６において、信号源４６・１によりトランス４６・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４６・３を経た後、駆動回路４６・４へ導き、トランス４６・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回路４６・５は、整流しながら昇圧を行う回路である。トランス４６・２とコッククラフトウォルトン回路４６・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４６・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４６・７、４６・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。
【０２７４】
分圧された結果は、演算増幅器４６・９により基準電圧発生用Ｄ／Ａコンバータ４６・１０の値と比較し、誤差分がある場合には、演算増幅器４６・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（１２０ｄＢ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４６・１０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オ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ＩＣ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。
【０２７５】
図４７は、スタテック両極性電源（アライナー等用）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Ｖ５及びＶ６を発生させ、この電圧を用いて、４７・１〜４７・６で構成されるリニアアンプに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±１２Ｖ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、±数Ｖを増幅し±数百から数キロ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。
【０２７６】
図４８〜図５０は特殊電源の回路例を示しており、図４８はヒータ及びガン用の回路例で、４８・１〜４８・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、光ファイバー等によりアイソレーションを行い、値を制御通信部４５・１０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４５・１０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。
【０２７７】
図４９はＭＣＰ用の電源回路の例を示しており、電圧源４９・１、４９・２、リレー回路４９・３、４９・４、電流検出回路４９・５、４９・６、４９・７よりなる。端子ＭＣＰ１はＭＣＰへの電流の流入値の計測で数ＰＡ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ＭＣＰ２はＭＣＰ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。
【０２７８】
図５０は、５０・１と５０・２により形成される、Ｅ×Ｂ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ｐｐｍのオーダの安定度が要求される。
【０２７９】
図５１は、リターデリング・チャック向けの電源回路の一例を示しており、
５１・１〜５１・９により形成される。バイアス電源（リターデリング用）５１・１０の上に図４６のスタテック両極性電源（アライナー等用）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、設定はヒータ及びガン（図４８）におけるそれと同様である。
【０２８０】
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、５２・1〜５２・７より構成される。Ｘ軸ＥＯ補正５２・1及びＹ軸ＥＯ補正５２・2よりオクタポール変換部５２・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ＥＯ補正電極５２・６へ電圧を印加する。ΔＸ補正５２・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。
【０２８１】
図５３は、オクタポール変換部の回路構成の一例を示しており、Ｘ、Ｙ軸以外の４５度ずれた角度に設置される電極５３・１用に、信号５３・２、５３・３、５３・４、５３・５からベクトル演算し、相等の電圧を発生させる。この場合の演算例は５３・６、５３・７、５３・８、５３・９に記載されている値を用いている。これは、アナログの抵抗網により、または５３・６〜５３・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。
【０２８２】
図５４は高速高圧増幅器の一例を示しており、５４・１〜５４・１１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ＡＰＥＸ社製のパワーオペアンプＰＡ８５Ａを用い増幅器を構成しメガ帯に及ぶ帯域と、約±２００Ｖの出力範囲、約１０００Ｖ/μＳ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。
【０２８３】
２−４）プレチャージユニット
図１３に示されるように、プレチャージユニット１３・９は、ワーキングチャンバ１３・１６内で電子光学装置１３・８の鏡筒１３・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ウェーハに電子線を照射することによりウェーハ表面に形成されたデバイスパター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ウェーハ表面の情報とするが、ウェーハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってウェーハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウェ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。ウェ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。
【０２８４】
そこで、図１３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１３・３９を有するプレチャージユニット１３・９が設けられている。検査するウェーハ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ャージユニット１３・９の荷電粒子照射部１３・３９から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウェーハ表面のチャージアップは予め検出対称であるウェー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ユニット１３・９を動作させる。また、このプレチャージユニット１３・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。
【０２８５】
図５５は、プレチャージユニット１３・９の第１の実施の形態の要部を示す。荷電粒子５５・１は荷電粒子照射線源５５・２から試料基板Ｗへ、バイアス電源５５・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５５・４は領域５５・５とともに既に前処理の荷電粒子照射を行つた場所を示し、領域５５・６は荷電粒子照射を行つている場所を示す。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５５・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５５・２、５５・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１００ｅＶ以下（理想的には０ｅＶ以上で３０ｅＶ以下）のランディング電圧に設定するのが効果的で
ある。
【０２８６】
図５６は、プレチャージユニット１３・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５６・１を照射するタイプの照射線源を示す。照射線源は、熱フィラメント５６・２、引き出し電極５６・３、シールドケース５６・４、フィラメント電源５６・５、電子引き出し電源５６・６から構成されている。引き出し電極５６・３は厚さ０．１ｍｍで、幅０．２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのスリットが設けられており、直径０．１ｍｍのフィラメント（熱電子放出源）５６・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５６・４には幅１ｍｍで長さ２ｍｍのスリットが設けられており、引出し電極５６・３とは距離１ｍｍ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２Ａで通電加熱を行い、引き出し電圧２０Ｖ、バイアス電圧−３０Ｖで数μＡの電子電流が得られている。
【０２８７】
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Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｅ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−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。
【０２８８】
図５７は、プレチャージユニット１３・９の第３の実施の形態を示す。荷電粒子線としてイオン５７・１を照射するタイプの照射線源を示す。本照射線源はフィラメント５７・２、フィラメント電源５７・３、放電電源５７・４、陽極シールドケース５７・５から構成されており、陽極５７・６とシールドケース５７・５には１ｍｍ×２ｍｍの同じサイズのスリットが明けられており、１ｍｍ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５７・５内にパイプ５７・７を介してＡｒガス５７・８を１Ｐａ程度導入し、熱フィラメント５７・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。
【０２８９】
図５８は、プレチャージユニット１３・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５７と同様である。動作も上記と同様、熱フィラメント５７・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０Ｖにすることにより、ガス圧によリプラズマ５８・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を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。
【０２９０】
試料基板Ｗに接近して配置された荷電粒子照射部は、図５５ないし図５８に示す構造のものであり、試料基板Ｗの酸化膜や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、荷電粒子５５・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５５・８、５５・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。
【０２９１】
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、１μＡ以上２０μＡ、好ましくは１μＡ以上１０μＡ、より好ましくは１μＡ以上５μＡ）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ウェーハ上から大量に放出されるため、Ｓ／Ｎ比の良い（例えば、２以上１０００以下、好ましくは５以上１０００以下、より好ましくは１０以上１００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。
【０２９２】
図５９には、本実施の形態によるプレチャージユ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５９・１は、一次光学系５９・２と、二次光学系５９・３と、検出系５９・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５９・５とを備えている。一次光学系５９・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５９・６と、電子銃５９・６から放出された一次電子ビーム５９・７を偏向する静電レンズ５９・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×Ｂ偏向器５９・９と、電子線を偏向する静電レンズ５９・１０とを備え、それらは、図５９に示されるように電子銃５９・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５９・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×Ｂ偏向器５９・９は電極５９・１１及び電磁石５９・１２から構成されている。
【０２９３】
二次光学系５９・３は一次光学系のＥ×Ｂ型偏向器４９・９の上側に配置された静電レンズ５９・１３を備えている。検出系５９・４は、二次電子５９・１４を光信号に変換するシンチレータ及びマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）の組み合わせ５９・１５と、光信号を電気信号に変換するＣＣＤ５９・１６と、画像処理装置５９・１７とを備えている。上記一次光学系５９・２、二次光学系５９・３及び検出系５９・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。
【０２９４】
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５９・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５９・２の静電レンズ５９・１０との間で対象Ｗに接近させて配置された電極５９・１８と、電極５９・１８に電気的に接続された切換スイッチ５９・１９と、その切換スイッチ５９・１９の一方の端子５９・２０に電気的に接続された電圧発生器５９・２１と、切換スイッチ５９・１９の他方の端子５９・２２に電気的に接続された電荷検出器５９・２３とを備えている。電荷検出器５９・２３は高いインピーダンスを有している。電荷低減手段５９・５は、更に、一次光学系５９・２の電子銃５９・６と静電レンズ５９・８との間に配置されたグリッド５９・２４と、グリッド５９・２４に電気的に接続されている電圧発生器５９・２５とを備えている。タイミングジェネレータ５９・２６が、検出系５９・４のＣＣＤ５９・１６及び画像処理装置５９・１７、電荷低減手段５９・５の切換スイッチ５９・１９、電圧発生器５９・２１並びに電荷検出器５９・２３及び５９・２５に動作タイミングを指令するようになっている。
【０２９５】
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５９・６から放出された一次電子ビーム５９・７は、一次光学系５９・２の静電レンズ５９・８を経てＥ×Ｂ偏向器５９・９に達し、そのＥ×Ｂ偏向器５９・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５９・１０を介して対象Ｗの表面（対象面）ＷＦを照射する。対象Ｗの表面ＷＦからは対象の性状に応じて二次電子５９・１４が放出される。この二次電子５９・１４は二次光学系５９・３の静電レンズ５９・１３を介して検出系５９・４のシンチレータ及びＭＣＰの組み合わせ５９・１５に送られ、そのシンチレータにより光に変換され、その光はＣＣＤ５９・１６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５９・１７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、対象を支持するテーブル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ＷＦ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。
【０２９６】
対象Ｗに照射された一次電子線５９・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ＷＦから発生する二次電子５９・１４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５９・１７に形成される画像に歪みが発生することになる。対象面ＷＦの帯電は、対象Ｗの性状により変化するため、対象としてウェーハを用いた場合、同一ウェ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、ウェーハ上の２カ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。
【０２９７】
そこで、本発明によるこの実施の形態では、検出系５９・４のＣＣＤ５９・１６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５９・２３により、対象Ｗの近傍に配置された電極５９・１８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５９・２１で発生させ、計測後に切換スイッチ５９・１９を動作させて電極５９・１８を電圧発生器５９・２１に接続し、電圧発生器により発生された電圧を電極５９・１８に印加するこ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５９・１７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５９・１８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５９・１８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(ゼロボルトも含む)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。
【０２９８】
ウェーネルト電極すなわちグリッド５９・２４は、空き時間のタイミング中に電子銃５９・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５９・２６によって指令され、例えば、図６０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ウェーハを使用した場合、その位置によって異なるため、ＣＣＤの走査方向に電極５９・１８、切換スイッチ５９・１９、電圧発生器５９・２１及び電荷検出器５９・２３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。
【０２９９】
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きる、
（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。
【０３００】
図６１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５９・６、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ５９・８、図示しないポンプにより真空に排気可能な試料室６１・１、該試料室内に配置され、半導体ウェーハ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６１・２、一次電子線の照射によりウェーハ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５９・１３、結像された像をウェーハの二次電子画像として検出する検出器６１・３及び、装置全体を制御すると共に検出器６１・３により検出された二次電子画像に基づいてウェーハＷの欠陥を検出する処理を実行する制御部６１・４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。
【０３０１】
試料室６１・１内には、ウェーハＷの上方に、紫外光を含む波長域の光線を発するＵＶランプ６１・５が設置されている。このＵＶランプ６１・５のガラス表面には、ＵＶランプ６５１・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−を発する光電子放出材６１・６がコーティングされている。このＵＶランプ６１・５は、光電子放出材６１・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、２５４ｎｍ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６１・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Ａｕなどが好ましい。
【０３０２】
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エネルギーである。ここで、低エネルギーとは、数ｅＶ〜数十ｅＶのオーダー、好ましくは０〜１０ｅＶ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、ＵＶランプ６１・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。
【０３０３】
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６１・７を備えている。この電源６１・７の負極は光電子放出材６１・６に接続され、その正極はステージ６１・２に接続されている。従って、光電子放出材６１・６は、ステージ６１・２即ちウェーハ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。
【０３０４】
検出器６１・３は、静電レンズ５９・１３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６１・３は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）６２・１と、蛍光面６２・２と、リレー光学系６２・３と、多数のＣＣＤ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５９・１３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ＣＣＤ撮像センサ６２・４に導き、ＣＣＤ撮像センサ６２・４は、ウェーハ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ータに変換して制御部６１・４に出力する。
【０３０５】
制御部６１・４は、図６１に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ６１・８から構成することができる。このコンピュータ６１・８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６１・９と、本体６１・９の処理結果を表示するＣＲＴ６１・１０と、オペレータ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６１・１１とを備える、勿論、欠陥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６１・４を構成してもよい。
【０３０６】
制御部本体６１・９は、図示しないＣＰＵ、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６１・３から受信した電気信号即ちウェーハ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６１・１２から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハＷの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム６１・１３が格納されている。この欠陥検出プログラム６１・１３は、例えば、ウェーハＷの当該検査箇所と、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、ＣＲＴ６１・１０の表示部に二次電子画像６１・１４を表示し、オペレータの目視によってウェーハＷの欠陥を検出するようにしてもよい。
【０３０７】
次に、図６１に示す実施の形態に係る電子線装置の作用を図６３のフローチャートを例にして説明する。先ず、検査対象となるウェーハＷをステージ６１・２の上にセットする（ステップ６３・１）。これは、図示しないローダーに多数格納されたウェーハＷを一枚毎に自動的にステージ６１・２にセットする形態であってもよい。次に、電子銃５９・６から一次電子線を放出し、静電レンズ５９・８を通して、セットされたウェーハＷ表面上の所定の検査領域に照射する（ステップ６３・２）。一次電子線が照射されたウェーハＷ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、その結果、ウェーハＷは正電位にチャージアップする。
【０３０８】
次に、発生した二次電子線を拡大投影系の静電レンズ５９・１３により所定の倍率で検出器６１・３に結像させる（ステップ６３・３）。このとき、光電子放出材６５・１にステージ６１・２に対して負の電圧をかけた状態で、ＵＶランプ６１・５を発光させる（ステップ６３・４）。その結果、ＵＶランプ６１・５から発せられた振動数νの紫外線がそのエネルギー量子ｈν（ｈはプランク定数）によって光電子放出材６５・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６１・６から正にチャージアップしたウェーハＷに向かって照射され、当該ウェーハＷを電気的に中和させる。かくして、二次電子線は、ウェーハ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６１・３上に結像される。
【０３０９】
このように電気的に中和されたウェーハ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６１・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６３・５）。次に、制御部６１・４が、欠陥検出プログラム６１・１３に従って、検出された画像データに基づきウェーハＷの欠陥検出処理を実行する（ステップ６３・６）。この欠陥検出処理では、制御部６１・４は、同じダイを多数有するウェーハの場合、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っ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ウェーハ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ＣＲＴ６１・１０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、これによって、オペレータは、ウェーハ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。
【０３１０】
ステップ６３・５の欠陥検出処理の結果、ウェーハＷに欠陥有りと判定された場合（ステップ６３・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６３・８）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ６１・１０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６１・１４を表示してもよい。このような欠陥ウェーハを直ちに試料室６１・１から取り出し、欠陥の無いウェーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ６３・９）。
【０３１１】
ステップ６３・６の欠陥検出処理の結果、ウェーハＷに欠陥が無いと判定された場合（ステップ６３・７の否定判定）、現在検査対象となっているウェーハ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６３・１０）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ６３・１０肯定判定）、ステージ６１・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ウェーハＷを移動させる（ステップ６３・１１）。その後、ステップ６３・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。
【０３１２】
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ６３・１０否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き取り工程（ステップ６３・９）の後、現在検査対象となっているウェーハＷが、最終のウェーハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残っていないか否かが判定される（ステップ６３・１２）。最終のウェーハでない場合（ステップ６３・１２否定判定）、検査済みウェ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ウェーハをステージ６１・２にセットする（ステップ６３・１３）。その後、ステップ６３・２に戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ６３・１２肯定判定）、検査済みウェーハ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、ウェーハの識別番号、例えばロット番号なども記憶して管理される。
【０３１３】
ＵＶ光電子照射（ステップ６３・４）は、ウェーハ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６３・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６３の処理が継続されている間、常時ＵＶランプ６１・５を点灯した状態にしてもよいが、１枚のウェーハ毎に期間を定めて発光、消灯を繰り返してもよい。後者の場合、発光のタイミングとして、図６３に示したタイミングの他、二次電子線結像（ステップ６３・３）の実行前、更には、一次電子線照射（ステップ６３・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ＵＶ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ウェーハが電気的に中和されれば、ＵＶ光電子の照射を停止してもよい。
【０３１４】
ステップ６３・６の欠陥検出方法の具体例を図６４の（ａ）〜（ｃ）に示す。まず、図６４の（ａ）には、１番目に検出されたダイの画像６４・１及び２番目に検出された他のダイの画像６４・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６４・１と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像６４・２の６４・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。
【０３１５】
図６４の（ｂ）には、ウェ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。ウェーハ上の実際のパターン６４・４を６４・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６４・６であり、この信号が予め較正して定められたスレッショールドレベル６４・７を連続的に超える部分の幅６４・８をパターン６４・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。
【０３１６】
図６４の（ｃ）には、ウェー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６１に示す構成において、ウェーハＷの上方に軸対称の電極６４・９を設け、例えばウェーハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えておく。このときの−２Ｖの等電位面は６４・１０で示されるような形状とする。ここで、ウェーハに形成されたパターン６４・１１及び６４・１２は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、パターン６４・１１から放出された二次電子は−２Ｖ等電位面６４・１０で２ｅＶ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６４・１０を越え、軌道６４・１３に示すように電極６４・９から脱出し、検出器６１・３で検出される。一方、パターン６４・１２から放出された二次電子は−２Ｖの電位障壁を越えられず、軌道６４・１４に示すようにウェーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン６４・１１の検出画像は明るく、パターン６４・１２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。
【０３１７】
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、プレチャージユニットに
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。キラー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ータ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、ＣＡＤ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。
【０３１８】
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６５に示す。なお、図６１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６５に示すように、ＵＶランプ６１・５のガラス表面に光電子放出材がコー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６５・１が試料室６１・１内でウェーハＷの上方に配置され、ＵＶランプ６１・５は、放射した紫外線が光電子放出プレート６５・１に照射される位置に配置される。光電子放出プレート６５・１には、電源７１・７の負極が接続され、ステージ６１・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６５・１は、Ａｕ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。
【０３１９】
図６５の実施の形態の作用は図６１の実施の形態と同様である。この図６５の実施の形態においても光電子をウェーハＷの表面上に適時照射することが可能なので、図６１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【０３２０】
本発明のさらに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６６に示す。なお、図６１及び図６５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６６の実施の形態では、図示のように、試料室６１・１の側面壁に透明な窓材６６・１を設け、ＵＶランプ６１・５から放射された紫外線がこの窓材６６・１を通して試料室６１・１内でウェーハＷの上方に配置された光電子放出プレート６５・１に照射されるように、ＵＶランプ６１・５が試料室６１・２の外部に配置されている。図６６の実施の形態では、真空となる試料室６１・１の外部にＵＶランプ６１・５を配置したので、ＵＶランプ６１・５の耐真空性能を考慮する必要がなくなり、図６１及び図６５の実施の形態と比較してＵＶランプ６１・５の選択肢を広げることができる。
【０３２１】
図６６の実施の形態の他の作用は図６１及び図６５の実施の形態と同様である。図６６の実施の形態においても光電子をウェーハＷの表面上に適時照射することが可能なので、図６１及び図６５の実施の形態と同様の効果を奏する。
【０３２２】
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ウェーハ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。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスクや透過型のマスク（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。
【０３２３】
また、欠陥検査用の電子線装置として、図６１乃至図６６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（５９・６，５９・８）は、ウェーハ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５９・１３の下方に一次電子線の偏向手段を設け、一次電子線をウェーハ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×Ｂによって一次電子線を偏向させるウィーンフィルタなどがある。
【０３２４】
更に、光電子を放射する手段として、図６１乃至図６６に示した、ＵＶランプ６１・５及び光電子放出部材６１・６若しくは光電子放出プレート６５・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。
【０３２５】
図６３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６３・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６３・１０及びステップ６・１１を省略することができる。
【０３２６】
更に、図６３では、ステップ６３・７でウェーハに欠陥有りと判定した場合、ステップ６３・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６３・９）したが、欠陥情報を記録しておいてバッチ処理終了後（ステップ６３・１２肯定判定の後）、欠陥を持つウェーハ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。
【０３２７】
以上詳細に説明したように、図６１ないし図６６の実施の形態による欠陥検査装置及び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。
【０３２８】
更に、図６１ないし図６６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。
【０３２９】
以上はプレチャージ用電子エネルギーが主に１００ｅＶ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べたが、２ｋＶ以上２０ｋＶ以下、好ましくは３〜１０ｋＶ、より好ましくは３〜５ｋＶ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ャージを行ってもよい。
【０３３０】
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１〜１００ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜３ｍｍ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タエッ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、スパッタエッ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。
【０３３１】
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１０−３〜１０
−５Ｐａ、好ましくはその１桁下の１０−４〜１０−６Ｐａが実用的である。
【０３３２】
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。メインコントローラにはマン−マシンイ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カ等）。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、ウェーハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラヘ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、ステー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、電子光学系ヘフィードバックし、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、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。
【０３３３】
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、アライナー、ウィ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やアライナー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やア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。
【０３３４】
ステージコントロー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μｍオーダーの移動（±５μｍ以下、好ましくは±１μｍ以下、より好ましくは±０．５μｍ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±１０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（θ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。
【０３３５】
２−６−１）構成及び機能
本装置は、ウェーハ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、ウェ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、真空系制御とウェーハ搬送制御と、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。
【０３３６】
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）ウォッブル制御
（ｂ）電子ビーム出力調整
（ｂ−１）プレヒート（Ｇｕｎ）
（ｂ−２）ヒートアップ（Ｇｕｎ）
（ｂ−３）エミッション電流制御（ＢＩＡＳ制御）
（２）真空系制御機能
（ａ）チャンバ個別真空排気／大気開放
（ｂ）指定チャンバ一括真空排気／大気開放
（３）ウェーハ搬送制御機能
下記動作のステップ動作／全自動動作
（ａ）ウェーハロード
（ｂ）ウェーハアンロード
（４）構成機器単体操作機能
（５）撮像機能。
【０３３７】
以下の２つの入力系統を選択し撮像を行う：
（ａ）ＣＣＤカメラ
・光学顕微鏡低倍（ピクセルサイズ：２．７５μｍ／ｐｉｘ）
・光学顕微鏡高倍（ピクセルサイズ：０．２５μｍ／ｐｉｘ）
（ｂ）ＴＤＩカメラ
（ｂ−１）ＴＤＩ−ｓｔｉｌｌ
（ｂ−２）ＴＤＩ−ｓｃａｎ
ＥＢ×８０（ピクセルサイズ：０．２μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×１６０（ピクセルサイズ：０．１μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×３２０（ピクセルサイズ：０．０５μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×４８０（ピクセルサイズ：０．０３μｍ／ｐｉｘ）。
【０３３８】
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、ＧＵＩ（グラフィッカルユーザーインターフェース）起動時に入力するユーザーＩＤおよびパスワードにて指定される。
【０３３９】
ユーザーモードには、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ードにて作成済みのレシピを使用して検査を行う。各ユーザーモードと装置運用形態の関係は図６７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、ウェーハ搬送、真空系制御、電子光学系制御、観察（光顕撮像、ＴＤＩ撮像）、欠陥検査、レビュー
レシピ作成モード．．．．．ウェーハ搬送、観察（光顕撮像、ＴＤＩ撮像）、欠陥検査、レビュー
オペレータモード．．．．．自動欠陥検査（ウェーハ搬送など必要な機能の自動制御）、レビュー。
【０３４０】
本装置には、運用に必要な可変パラメータ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ータ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。
【０３４１】
レシピは、搬送レシピ、アライメントレシピ、ダイマップレシピ、フォーカスマップレシピ、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。
【０３４２】
レシピ作成時の手順としては図６８のように、ウェーハをステージ上へ搬送（ウェーハロード）するところが最初のステップとなる。ウェーハカセットを装置へ設置後、カセット内の各スロットのウェーハ有無を検出するためのウェーハサーチを行い、検出されたウ
ェーハに対して、ウェーハサイズ、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６９、図７０に示される手順でウェーハをロードする。搬送レシピには、これらの条件が保存される。ステージ上にロードされたウェーハのダイの配置方向は、ＴＤＩカメラのスキャン方向と必ずしも一致しない（図７１）。これを一致させるためにθステージでウェーハを回転させる操作が必要となり、この操作をアライメントと呼ぶ（図７２）。アライメントレシピではステージ上にロードされた後のアライメント実行条件が保存される。
【０３４３】
なお、アライメント実施時にダイの配列を示すダイマップ（図７３）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。
【０３４４】
２−６−２）アライメント手順
アライメント（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ＥＢ像により詳細な位置決めを行う。
【０３４５】
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
ウェー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。
【０３４６】
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、ウェ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、これもア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。
【０３４７】
（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、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サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
【０３４８】
なお、本実施例では、第１サー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。
【０３４９】
（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、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サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
【０３５０】
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。したがって、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。
【０３５１】
（２）＜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（Ｘ２，Ｙ２）と第３サーチダイのパターンマッチ座標（Ｘ３，Ｙ３）の関係より、上隣ダイのパターンへの移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
【０３５２】
ｄＸ＝Ｘ３−Ｘ２
ｄＹ＝Ｙ３−Ｙ２
（２−２）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）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（ＸＮ，ＹＮ）へステージを移動。
【０３５３】
ＸＮ＝Ｘ１＋ｄＸ
ＹＮ＝Ｙ１＋ｄＹ
※（Ｘ１，Ｙ１）：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。
【０３５４】
（２−４）第１サーチダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から現在撮像中のパターンの座標（ＸＮ，ＹＮ）への移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
（２−５）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）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。
【０３５５】
（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。これについては図７４参照。
【０３５６】
（２−７）予め指定されたＹ座標値を超えるまでウェーハ上部へ向けて（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。
【０３５７】
（３）＜光顕低倍θ回転＞
（３−１）第１サーチダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）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）までの移動量および、それまでに検出したダイの個数（ＤＮ）を用い、回転量（θ）およびＹ方向ダイサイズ（ＹＤ）を算出する（図７５
参照）。
【０３５８】
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
θ＝ｔａｎ―１（ｄＸ／ｄＹ）
ＹＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）／ＤＮ
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
（３−２）算出した回転量（θ）分だけθステージを回転させる。
【０３５９】
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。
【０３６０】
（３）光顕低倍の（３）と同様の手順を実行する。
（４）＜光顕高倍θ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（Ｘ１，Ｙ１）および回転量（θ）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。
【０３６１】
Ｘ’１＝  ｘ１＊ｃｏｓθ−ｙ１＊ｓｉｎθ
Ｙ’１＝ｘ１＊ｓｉｎθ＋ｙ１＊ｃｏｓθ
（４−２）光顕高倍Ｙ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，Ｙ’１）からｄＹだけＹ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。
【０３６２】
（４−３）回転後の第１サーチダイの座標（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（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
【０３６３】
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ’１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ’１
（４−４）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）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。
【０３６４】
（４−５）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）を更新する。
【０３６５】
（４−６）予め指定されたＹ座標値を超えるまでウェーハ上部へ向けて（４−３）〜（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、回転量（θ）を算出する。
【０３６６】
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
θ＝ｔａｎ―１（ｄＸ／ｄＹ）
（４−８）光顕高倍θ許容値チェック
（４−７）にて算出した回転量（θ）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（θ）を用いてθステージ回転後、再度（４−１）〜（４−８）を実行する。ただし、規定回数繰り返して（４−１）〜（４−８）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。
【０３６７】
Ｃ．ＥＢ像によるアライメント
（１）＜Yサーチ第1ダイ、ＥＢのテンプレート指定＞
光顕高倍の（１）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
【０３６８】
（２）＜ＥＢ  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ＥＢ像を用いて実行する。
（３）＜ＥＢ  θ回転＞
光顕高倍の（３）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
【０３６９】
（４）＜ＥＢ  θ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ＥＢ像を用いて（１）〜（４）を実行する
（６）第１サーチダイの座標（Ｘ１，Ｙ１）と第２サーチダイの座標（Ｘ２，Ｙ２）より、Ｘ方向ダイサイズ（ＸＤ）の概略値を算出する
ｄＸ＝Ｘ２−Ｘ１
ｄＹ＝Ｙ２−Ｙ１
ＸＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
Ｄ．ダイマップレシピ作成
（１）＜Ｘサーチ第1ダイ、ＥＢのテンプレート指定＞
ウェーハ左端に位置するダイの左下隅がＴＤＩ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。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。
【０３７０】
（２）＜ＥＢ  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サーチ第１ダイの右隣のダイのパターンが存在する（と予想される）座標（Ｘ１＋ＸＤ，Ｙ１）へステージを移動。
【０３７１】
（２−２）ステージ移動後、ＴＤＩカメラにてＥＢ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。
【０３７２】
（２−３）Ｘサーチ第１ダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から現在撮像中のパターンの座標（ＸＮ，ＹＮ）への移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
（２−４）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）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、ＴＤＩカメラにてＥＢ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。
【０３７３】
（２−６）予め指定されたＸ座標値を超えるまでウェーハ右方向へ（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（Ｘ１，Ｙ１）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）までの移動量および、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。
【０３７４】
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
Φ＝ｔａｎ―１（ｄＹ／ｄＸ）
ＸＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）／ＤＮ
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
（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（θ）を算出した際に求めたＹ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。
【０３７５】
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ウェーハ上の指定位置のみフォ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７６参照）。フォーカスレシピ作成手順は次のとおり。
【０３７６】
（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（ＣＬ１２電圧）の調整を手動で行う。
【０３７７】
アライメント処理にて作成したダイマップは、ウェ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イ位置には誤差が生じる（。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アライメントと呼び、ファインアライメントレシピには、ダイマップ（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。ファインア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、直線補完される。
【０３７８】
Ｆ．ファインアライメント手順
（１）ファインア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ＴＤＩ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（Ｘ０，Ｙ０）を取得し、ステージを移動させる。移動後、ＴＤＩ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。
【０３７９】
（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（Ｘ０，Ｙ０）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。
【０３８０】
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ＴＤＩスキャン撮像（図７９）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（ＩＰＥ）によりリアルタイムで欠陥検査が行われる。
【０３８１】
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８０のＡ、Ｂ）。
なお、欠陥検査用に安定した画像を取得するため、位置ズレや速度ムラなどによる撮像画像のブレを抑制するＥＯ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ウェ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。
【０３８２】
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８１）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ッ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）。
【０３８３】
検査終了後は、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。
【０３８４】
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ウェーハがロードされ、アライメントレシピに従ってステージ上でウェーハのア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ウェーハがアンロードされる（図８３のＡ、Ｂ）。
【０３８５】
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（ＥＢＩ）のＧＵＩ部／シーケンス動作を司り、工場ホストコンピュータまたはＧＵＩからの動作指令を受け取り、ＶＭＥコントローラやＩＰＥ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（ＥＢＩ）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ＰＬＣコントローラへ指示を与える。ＩＰＥコントローラは、メインコントローラからの指示によりＩＰＥ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。ＩＰＥノードコンピュータは、ＴＤＩ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。
【０３８６】
ＰＬＣ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ウェーハの回転を行う。
【０３８７】
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インター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。
【０３８８】
２−６−５）ユーザーインターフェース構成
図８５はユーザー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」、「ＪＯＹパッド」から構成される。
【０３８９】
（２）表示部
ユーザー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：ＣＣＤカメラまたはＴＤＩカメラでの取得画像を表示
モニタ２：ＧＵＩ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。
【０３９０】
（１）ステージ座標系[ＸS，ＹS]
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座標値が増加する。
【０３９１】
本座標系は、本装置に１つしか存在しない。
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（ウェーハ中心）とする。
【０３９２】
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（ウェーハ中心）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［μｍ］とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒０．６１８［μｍ］）とする。
【０３９３】
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
（２）.ウェーハ座標系[ＸW，ＹW]
ウェーハ上の観察（撮像・表示）する位置を指示するための基準座標
ウェーハ中心を原点とし、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。
【０３９４】
ウェ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（ＣＣＤカメラ、ＴＤＩ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。
【０３９５】
単位は[μm]とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒０．６１８［μｍ］）とする。
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
（３）.ダイ座標系[ＸD，ＹD]
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［μｍ］とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒≒０．６１８［μｍ］）とする。
【０３９６】
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
なお、ウェーハ上のダイは、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。デフォルトではウェー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。
【０３９７】
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８６のとおり。※ユーザー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。
【０３９８】
（１）ジョイスティック  ＆  ＧＵＩ矢印ボタン
ジョイスティックおよび、ＧＵＩ矢印ボタンにより、指示される方向は、オペレータ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）ＧＵＩ上で座標を直接入力
ＧＵＩ上で直接入力される座標は、ウェーハ座標系上でオペレータが見たい場所とみなし、該当ウェ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。
【０３９９】
２−７）その他の機能と構成の説明
図８７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８７・１、二次コラム８７・２およびチャンバー８７・３を有している。一次コラム８７・１の内部には、電子銃８７・４が設けられており、電子銃８７・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８７・５が配置される。また、チャンバー８７・３の内部には、ステージ８７・６が設置され、ステージ８７・６上には試料Ｗが載置される。
【０４００】
一方、二次コラム８７・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８７・７、ニューメリカルアパーチャ８７・８、ウィーンフィルタ８７・９、第２レンズ８７・１０、フィールドアパーチャ８７・１１、第３レンズ８７・１２、第４レンズ８７・１３および検出器８７・１４が配置される。なお、ニューメリカルアパーチャ８７・１２は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ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８７・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８７・７とニューメリカルアパーチャ８７・８とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。
【０４０１】
一方、検出器８７・１４の出力は、コントロールユニット８７・１５に入力され、コントロールユニット８７・１５の出力は、ＣＰＵ８７・１６に入力される。ＣＰＵ８７・１６の制御信号は、一次コラム制御ユニット８７・１７、二次コラム制御ユニット８７・１８およびステージ駆動機構８７・１９に入力される。一次コラム制御ユニット８７・１７は、一次光学系８７・５のレンズ電圧制御を行い、二次コラム制御ユニット８７・１８は、対物レンズ８７・７、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３のレンズ電圧制御およびウィーンフィルタ８７・９に印加する電磁界制御を行う。
【０４０２】
また、ステージ駆動機構８７・１９は、ステージの位置情報をＣＰＵ８７・１６に伝達する。さらに、一次コラム８７・１、二次コラム８７・２、チャンバー８７・３は、真空排気系（不図示）と繋がっており、真空排気系のターボ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。
【０４０３】
（一次ビーム）電子銃８７・４からの一次ビームは、一次光学系８７・５によってレンズ作用を受けながら、ウィーンフィルタ８７・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ＬａＢ６を用いる。また、一次光学系７２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。
【０４０４】
具体的には、静電型の四重極レンズを用いた場合、４つの円柱ロ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９０度ずれた位相では逆の電圧特性を与える。
【０４０５】
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７２を通過した一次ビームは、ウィーンフィルタ８７・９の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ８７・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＝ｖＢ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ＦＢと電界による力ＦＥ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ＦＢと力ＦＥ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。
【０４０６】
一次光学系８７・５のレンズ電圧は、一次ビームがニューメリカルアパーチャ８７・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アパーチャ８７・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８７・８と対物レンズ８７・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８７・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ーラー照明が実現される。
【０４０７】
（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８７・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８７・７は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、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８７・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８７・８は、対物レンズ８７・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、このニューメニカルアパーチャ８７・８の中心位置を、けられが生じることなく通過する。
【０４０８】
なお、ニューメリカルアパーチャ８７・８は、二次ビームに対しては、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニューメリカルアパーチャ８７・８を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ８７・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、ウィーンフィルタ８７・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８７・１４に導くことができる。
【０４０９】
二次粒子を、対物レンズ８７・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８７・１０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８７・７および第２レンズ８７・１０により、フィールドアパーチャ８７・１１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８７・１２、第４レンズ８７・１３を加えた構成にする。二次粒子は、第３レンズ８７・１２、第４レンズ８７・１３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８７・１２と第４レンズ８７・１３とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよい。
【０４１０】
また、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３はすべて、ユニポテンシャルレンズまたはア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、フィールドアパーチャ８７・１１が配置されている。フィールドアパーチャ８７・１１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８７・１２および第４レンズ８７・１３と共に遮断して、検出器８７・１４のチャー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８７・１２および第４レンズ８７・１３のレンズ条件（焦点距離）を変えることで設定される。
【０４１１】
二次粒子は、二次光学系により拡大投影され、検出器８７・１４の検出面に結像する。検出器８７・１４は、電子を増幅するＭＣＰ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（ＣＣＤ等）とから構成される。二次粒子は、ＭＣＰ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。
【０４１２】
コントロールユニット８７・１５は、検出器８７・１４から試料の画像信号を読み出し、ＣＰＵ８７・１６に伝達する。ＣＰＵ８７・１６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８７・６は、ステージ駆動機構８７・１９により、ＸＹ方向に移動可能となっている。ＣＰＵ８７・１６は、ステージ８７・６の位置を読み取り、ステージ駆動機構８７・１９に駆動制御信号を出力し、ステージ８７・６を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
【０４１３】
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８７・８と対物レンズ８７・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、ケーラー照明を容易に実現することができる。
【０４１４】
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８７・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８７・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８７・７の焦点位置に、ニューメリカルアパーチャ８７・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。
【０４１５】
また、拡大倍率の変更は、ニューメリカルアパーチャ８７・８の通過後に行われるので、第３レンズ８７・１０、第４レンズ８７・１３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。
【０４１６】
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。
【０４１７】
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ィーンフィルタ８７・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ィーンフィルタを用いた構成の検査装置でもよい。ここではＥ×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字型の構成を取っても良い。
【０４１８】
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。
【０４１９】
２−７−１）制御電極
対物レンズ８７・７とウェーハ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２５−１の２５・８）が配置されている。この電極の形状の例を図８８、図８９に示す。図８８、図８９は電極８８・１、８９・１の斜視図であり、図８８は、電極８８・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８９は、電極８９・１が軸対称に円盤形状である場合を示す斜視図である。
【０４２０】
本実施の形態では、図８８に示すように電極８８・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８９に示すような円盤形状の電極８９・１であってもよい。更に、電極８８・１には、対物レンズ８７・７（図２５−１の２５・７）とウェーハＷとの間における放電を防止する電界を発生する為に、ウェーハ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０Ｖ）よりも低い所定の電圧（負電位）が電源２５・９によって印加されている。この時のウェーハＷと対物レンズ９７・７との間の電位分布を図９０を参照して説明する。
【０４２１】
図９０は、ウェーハＷと対物レンズ８７・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、ウェーハＷから対物レンズ８７・７の位置までの電圧分布を示している。電極８８・１が無かった従来の電子線装置においては、対物レンズ８７・７からウェーハＷまでの電圧分布は、対物レンズ８７・７に印加した電圧を最大値として、接地しているウェーハＷまでなだらかに変化している。（図９０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８７・７とウェーハＷとの間に電極８８・１が配置され、且つ電極８８・１には、ウェーハＷへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）が電源２５・９によって印加されているので、ウェーハＷの電界が弱められる（図９０の太線）。よって、本実施の形態の電子線装置においては、ウェーハＷにおけるビア２５・１３（図２５−１）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２５・１３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８７・７とウェーハＷとの間に起こる放電を防止できる。
【０４２２】
また、対物レンズ８７・７とビア２５・１３（図２５−１）との間での放電を防止できるので、ウェーハ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８７・７とビア２５・１３のあるウェーハＷとの間の放電が防止できるが、電極８８・１に負電位を印加しているので、負電位の大きさによっては、検出器８７・１４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／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／Ｎ比）として説明している。
【０４２３】
ここで、上記の２次電子検出動作について、図９１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８７・１４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９１・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９１・２）。ステップ９１・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８７・１４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。
【０４２４】
一方、ステップ９１・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４Ｎ回行い、平均化処理を行う（ステップ９１・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９１・３において初回は、２次電子の検出動作が４回行われる。
【０４２５】
次に、Ｎに「１」を加算してカウントアップして（ステップ９１・４）、ステップ９１・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９１・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９１・２〜９１・４を繰り返す。
【０４２６】
また、本実施の形態では、電極８８・１にウェーハ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２５・１３のあるウェーハ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ウェーハ等、対物レンズ８７・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８７・１４における２次電子の検出効率が高くなるように、電極８８・１に印加する電圧を制御することができる。
【０４２７】
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８８・１に印加する電圧を、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、＋１０Ｖとする。また、この時、電極８８・１と被検査試料との距離は、電極８８・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。
【０４２８】
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８８・１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８７・１４側に加速される。そして、対物レンズ８７・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８７・１４側に加速されて収束作用を受けるので、検出器８７・１４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。
【０４２９】
また更に、電極８８・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８８・１に印加する電圧によって、１次電子線をより細く絞ることもできる。また、電極８８・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８７・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８８・１は略軸対称であればよい。
【０４３０】
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。
【０４３１】
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／Ｎ比の良い信号を得ることができる。
【０４３２】
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。
【０４３３】
半導体ウェーハ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、半導体ウェー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、半導体ウェーハのパターン等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。
【０４３４】
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、制御電極はウェ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料の方へ戻り、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。
【０４３５】
２−７−２）電位印加方法
図９２において、電位印加機構９２・１は、ウェーハから放出される二次電子情報（二次電子発生率）が、ウェーハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウェーハを載置するステージの設置台に±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、ウェーハに１００〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。
【０４３６】
電位印加機構９２・１は、図９２に示されるように、ステージ装置９２・２の載置面９２・３と電気的に接続された電圧印加装置９２・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）９２・５とを備えている。調査及び決定システム９２・５は、電子光学装置１３・８（図１３）の検出系の画像形成部９２・６に電気的に接続されたモニター９２・７と、モニター９２・７に接続されたオペレータ９２・８と、オペレータ９２・８４に接続されたＣＰＵ９２・９とを備えている。ＣＰＵ９２・９は、
電圧印加装置９２・４に信号を供給するようになっている。
【０４３７】
上記電位印加機構は、検査対象であるウェ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。
【０４３８】
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、電圧差があるデータを取得し、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。
【０４３９】
２−７−３）電子ビームキャリブレーション方法
図９３において、電子ビームキャリブレーション機構９３・１は、回転テーブル９３・２上でウェーハの載置面９３・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９３・４及び９３・５を備えている。ファラデーカップ９３・４は細いビーム用（約φ２μｍ）で、ファラデーカップ９３・５は太いビーム用（約φ３０μｍ）である。細いビーム用のファラデーカップ９３・４では回転テーブル９３・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９３・５ではビームの総電流量を計測する。ファラデーカップ９３・４、９３・５は、上表面が載置面９３・３上に載せられたウェーハ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ＨＦ，Ｏ２，Ｈ２Ｏ，ＣＭＦＮ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タが生じる電位(数ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ)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。
【０４４０】
２−７−５）アライメント制御方法
図９４のアライメント制御装置９４・１は、ステージ装置を用いてウェーハＷを電子光学装置９４・２に対して位置決めさせる装置であって、ウェーハを光学顕微鏡９４・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９４・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、パターンア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ウェーハを検査するのは、ウェーハのパターンの検査を自動的に行うためには、電子線を用いた狭視野でウェーハのパターンを観察してウェーハライメントを行う時に、電子線によりア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。
【０４４１】
光学顕微鏡９４・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ていてもよい）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９４・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９４に示されるようになる。ウェー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ウェ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９４・３で広視野でウェーハを視認してそのウェーハ上の観察すべき位置をＣＣＤ９４・４を介してモニタ９４・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。
【０４４２】
次に、ステージ装置を電子光学装置９４・２の光軸と光学顕微鏡９４・３の光軸との間隔δｘ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ウェ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Ｏ３−Ｏ３と光学顕微鏡９４・３の光軸Ｏ４−Ｏ４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、Ｙ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしていてもよい）δｘは予めわかっているのでその値δｘ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ＳＥＭ撮像して画像を記憶したり又はＣＣＤ９４・６を介してモニタ９４・７に表示させる。
【０４４３】
このようにして電子光学系による高倍率でウェ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ウェーハの回転方向の位置ずれ、電子光学系の光軸Ｏ３−Ｏ３に対するウェーハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターンのＸ軸及びＹ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ウェーハに設けられた検査マークのデータ或いはウェーハのパターンの形状等に関するデータに基づいてステージ装置９４・８の動作を制御してウェーハのアライメントを行う。アラインメントの範囲はＸＹ座標において±１０画素以内である。好ましくは±５画素以内、より好ましくは±２画素以内である。
【０４４４】
２−７−６）ＥＯ補正
Ａ．概要
ウェーハ上からのビームをＴＤＩで撮像するにあたり、ウェーハの位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはウェーハはＸ−Ｙ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１００μから数１０ｎｍ、応答速度は数秒から数ｍｓが現実的な値である。
【０４４５】
一方、デザインルールは数１０ｎｍに向かって微細化されており、したがって、線幅が数１０ｎｍの配線や、直径数１０ｎｍ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１０ｎｍ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。
【０４４６】
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。
【０４４７】
これらの項目に鑑み、高精度かつ応答性の優れたＸ−Ｙ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、ＥＯ補正の機能を備えている。
【０４４８】
基本的な方式は、ステージ上のウェーハの位置はレーザ゛干渉計システムとｘ−ｙの軸上に設置されたバーミラーにより、サブｎｍのオーダで数マイクロ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アクチェータを駆動し、目標位置に
時間的な遅れと残差を伴い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、ウェーハ上の距離に換算しておおよそ数百μｍ以下、好ましくは百μｍ以下、より好ましくは数十μｍ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。
【０４４９】
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ＴＤＩ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。
【０４５０】
図９５にＥＯ補正の概念を示す。目標位置への指示９５・１が出力され、機械アクチェータを含む制御フィードバックループ９５・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９５・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９５・４（ここではレーザ干渉計を用いる）によりサブｎｍのオーダで検出し、位置指示装置９５・１との差分を残差検出器９５・５により検出し、高圧高速増幅器９５・６を使用して偏向電極９５・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には９５・８の如く発生する変動分を９５・９の様に減ずる機能を有する。
【０４５１】
図９６に具体的な機器構成を提示する。ＸＹステージ９６・１はＸ軸駆動用のサーボモータ９６・２ならびにエンコーダ９６・３によりＸ軸の駆動と大まかな位置、及び速度の検出を行い円滑なサーボ特性を実現する。本例では、サーボモータを用いているが、リニアモータ、超音波モータ等のアクチェータにおいても同様な構成が可能である。９６・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９６・７、干渉計９６・８、レシーバ９６・９、レーザ光源９６・１０、干渉計ボード９６・１１の組み合わせによりサブｎｍの分解能を有する位置検出機能を実現している。
【０４５２】
Ｙ軸も直交するＸ軸と同様の機能であり、サーボモータ９６・１２、増幅器９６・１３、ミラー９６・１４、干渉形９・５、レシーバ９６・１６より構成されている。
Ｘ−Ｙステージコントローラ９６・１７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、１０００μｍ〜１ｎｍの精度、好ましくは１００μｍ〜２ｎｍの精度、より好ましくは１μｍ〜２ｎｍの精度、更に好ましくは０．１μｍ〜２ｎｍの精度を達成しており、応答速度は数１０００ｍｓ以下、好ましくは数１０ｍｓ以下、より好ましくは数ｍｓ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・１７からはＸ基準値、Ｙ基準値がＥＯ補正器９６・１８に出力され、干渉形９６・１１からの３２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ァボード９６・１９を経由して現在位置をＥＯ補正器９６・１８は受け取る。内部で演算を行った後、高圧高速増幅器９６・２０、９６・２１により電圧増幅した後、偏向電極９６・２２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ＴＤＩ（撮像素子）９６・２３へ導く。９６・２４は後述するが、ＴＤＩ９６・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。
【０４５３】
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。ＥＯ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μｍ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コンバータ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。２０ｍｍ/ｓで走行した場合、目標位置との乖離は約４００μｍ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。
【０４５４】
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９７にこの概念を図示する。
９７・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９７・２は数ミクロンの機械的振動を含み約４００μｍ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１６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９７・４を求め、今回のスキャン時には目標位置９７・５から平均値９７・４を引いて合成された目標位置９７・６として演算を行い、図９８の９８・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。
【０４５５】
図９９にブロック図を図示する。目標値９９・１は現在位置９９・２と引き算され、９９・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、９９・３には前回同様にして求めた定常偏差の平均値が９９・４より出力されている。引き算器９９・５により９９・１から９９・４を引き合成目標位置９９・６とし、この値と干渉計からの現在位置９９・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。
【０４５６】
図１００に図９９における９９・３のブロック差分平均検出の構造について図示する。１００・１、１００・２にて積算を実行し、累積カウンタ１００・３の値によりデータセレクタ１００・４のワー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。
【０４５７】
図１０１にＴＤＩの転送クロックのアイデアについて記述する。ＴＤＩ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１０１に示す如く、ステージ上の撮像対象と、ＴＤＩ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、４−１、４−２に示す。ＴＤＩ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、ステージの移動が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。
【０４５８】
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３２ビットのバイナリー出力を１０ＭＨｚ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１０２に図示する。同図において、干渉計の位置情報及び１０ＭＨｚの同期信号はバッファ１０２・１より本回路に導入される。１０ＭＨｚクロック１０２・２はＰＬＬ１０２・３により同期した１００
ＭＨｚのクロックを発生し、各回路に供給する。この同期信号１０２・４の１０ステート毎に演算処理を実行する方式をとっている。１０２・５に今回の位置情報が保持され、１０２・６に前回の値が保持されている。この両者の差分を１０２・７で演算し、10ステート毎の位置の差分を１０２・８から出力する。この差分値をパラレルシリアルコンバータ１０２・９にパラレル値としてロードし、１００ＭＨｚのクロックに同期して差分を１０２・１０よりシリアルパルスの個数として出力する。１０２・１１も同様の機能であるが、１０２・１２、１０２・１３、と組み合わせて、１０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１０ＭＨｚ毎に位置差分に応じたシリアルパルスが和回路１０２・１０よりカウンタ１０２・１４に出力される。レーザ干渉計の分解能を０．６ｎｍ、1画素を４８ｎｍ
とすると比較器１０２・１５を８０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１９のパルスが出力される。この信号をＴＤＩ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。
【０４５９】
図１０３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ＰＬＬにより作成された１００ＭＨＺ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１０２・９の動作タイミングで、バンクＢは同じく１０２・１１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１０２・９に値をロードし次の１０Ｍ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１０Ｍ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。
【０４６０】
２−７−７）画像比較方法
図１０４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１０４・１、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ１０４・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ウェーハＷに略垂直に当たるように偏向させるＥ×Ｂ偏向器１０４・３、偏向された一次電子線をウェーハＷ上に結像させる対物レンズ１０４・４、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ウェーハＷを載置した状態で水平面内を移動可能なステージ１０４・５、一次電子線の照射によりウェーハ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１０４・６、結像された像をウェーハの二次電子画像として検出する検出器１０４・７、及び、装置全体を制御すると共に、検出器１０４・７により検出された二次電子画像に基づいてウェーハＷの欠陥を検出する処理を実行する制御部１０４・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。
【０４６１】
また、対物レンズ１０４・４とウェーハＷとの間には、一次電子線のウェーハＷへの入射角度を電場等によって偏向させる偏向電極１０４・９が介在されている。この偏向電極１０４・９には、該偏向電極の電場を制御する偏向制御器１０４・１０が接続されている。この偏向制御器１０４・１０は、制御部１０４・８に接続され、制御部１０４・８からの指令に応じた電場が偏向電極１０４・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１０４・１０は、偏向電極１０４・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。
【０４６２】
検出器１０４・７は、静電レンズ１０４・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１０４・７は、マイクロチャンネルプレート６２・１
と、蛍光面６２・２と、リレー光学系６２・３と、多数のＣＣＤ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１０４・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ＣＣＤ撮像センサ６２・４に導き、ＣＣＤ撮像センサ６２・４は、ウェーハ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ータに変換して制御部１０４・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６２・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。
【０４６３】
制御部１０４・８は、図１０４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１０４・１１と、本体１０４・１１の処理結果を表示するＣＲＴ１０４・１２と、オペレータ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１０４・１３と、を備える、勿論、欠陥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１０４・８を構成してもよい。
【０４６４】
制御部本体１０４・１１は、図示しないＣＰＵ、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１０４・７から受信した電気信号即ちウェーハ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１０４・１４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ウェーハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１０４・１５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１０４・１４から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハＷの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム１０４・１６が格納されている。この欠陥検出プログラム１０４・１６は、詳細を更に後述するように、基準画像記憶部１０４・１５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、ＣＲＴ１０４・１２の表示部に二次電子画像１０４・１７を表示するようにしてもよい。
【０４６５】
次に、該実施の形態による欠陥検査装置の作用を図１０５乃至図１０７のフローチャートを例にして説明する。先ず、図１０５のメインルーチンの流れに示すように、検査対象となるウェーハＷをステージ１０４・５の上にセットする（ステップ１０５・１）。これは、前述したようにローダーに多数格納されたウェーハ全てを一枚毎に自動的にステージ１０４・５にセットする形態であってもよい。
【０４６６】
次に、ウェーハ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１０５・２）。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図１０８に示すように、例えばウェーハ検査表面１０８・１上に、参照番号１０８・２ａ、１０８・２ｂ、．．．、１０８・２ｋ、．．．で示す矩形領域のことであり、これらは、ウェーハの検査パターン１０８・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１０９に示されたように、１６個の被検査領域の画像１０９・１（被検査画像）が取得される。ここで、図１０９に示す画像は、矩形の桝目が１画素（或いは、画素より大きいブロック単位でもよい）に相当し、このうち黒塗りの桝目がウェーハＷ上のパターンの画像部分に相当する。このステップ１０５・２の詳細は図１０６のフローチャートで後述する。
【０４６７】
次に、ステップ１０５・２で取得した複数の被検査領域の画像データを記憶部１０４・１５に記憶された基準画像データと、各々比較照合し（図１０５のステップ１０５・３）、上記複数の被検査領域により網羅されるウェ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１０７のフローチャートで後述する。
【０４６８】
ステップ１０５・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ウェーハ検査面に欠陥が有ると判定された場合（ステップ１０５・４肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ１０５・５）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ１０４・１２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１０４・１７を表示してもよい。このような欠陥ウェーハを直ちに試料室から取り出し、欠陥の無いウェーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ１０５・６）。
【０４６９】
ステップ１０５・５の比較処理の結果、ウェーハＷに欠陥が無いと判定された場合（ステップ１０５・４否定判定）、現在検査対象となっているウェーハ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１０５・７）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ１０５・７肯定判定）、ステージ１０４・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ウェーハＷを移動させる（ステップ１０５・８）。その後、ステップ１０５・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。
【０４７０】
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ１０５・７否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き取り工程（ステップ１０５・６）の後、現在検査対象となっているウェーハＷが、最終のウェーハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残っていないか否かが判定される（ステップ１０５・９）。最終のウェーハでない場合（ステップ１０５・９否定判定）、検査済みウェ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ウェーハをステージ１０４・５にセットする（ステップ１０５・１０）。その後、ステップ１０５・２に戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ１０５・９肯定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。ウェーハはカセット毎あるいは各ウェーハに識別番号が決められており、検査しているウェーハは認識され、監視されており、例えばウェーハの重複検査などが防止される。
【０４７１】
次に、ステップ１０５・２の処理の流れを図１０６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１０６・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（Ｘi，Ｙi）を決定する（ステップ１０６・２）。この画像位置は、被検査領域を画定させるための該領域内の特定位置、例えば該領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（Ｘ1，Ｙ1）となり、これは例えば図１０８に示された被検査領域１０８・２ａ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１０４・８のハードディスク上に記憶され、ステップ１０６・２で読み出される。
【０４７２】
次に、図１０４の偏向電極１０４・９を通過する一次電子線がステップ１０６・２で決定された画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域に照射されるように、偏向制御器１０４・１０が偏向電極１０４・９に電位を加える（図１０６のステップ１０６・３）。
【０４７３】
次に、電子銃１０４・１から一次電子線を放出し、静電レンズ１０４・２、Ｅ×Ｂ偏向
器１０４・３、対物レンズ１０４・４及び偏向電極１０４・９を通して、セットされたウェーハＷ表面上に照射する（ステップ１０６・４）。このとき、一次電子線は、偏向電極１０４・９の作り出す電場によって偏向され、ウェーハ検査表面１０８・１上の画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域全体に亘って照射される。画像番号ｉ＝１の場合、被検査領域は１０８・２ａとなる。
【０４７４】
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１０４・６により所定の倍率で検出器１０４・７に結像させる。検出器１０４・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ータに変換出力する（ステップ１０６・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１０４・１４に転送する（ステップ１０６・６）。
【０４７５】
次に、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ１０６・７）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ１０６・８）。このｉMAXは、取得すべき被検査画像の数であり、図１０９の上述した例では、「１６」である。
【０４７６】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ１０６・８否定判定）、再びステップ１０６・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（Ｘi+1，Ｙi+1）を再び決定する。この画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置（Ｘi，Ｙi）からＸ方向及び／又はＹ方向に所定距離（ΔＸi，ΔＹi）だけ移動させた位置である。図１０８の例では、被検査領域は、（Ｘ1，Ｙ1）からＹ方向にのみ移動した位置（Ｘ2，Ｙ2）となり、破線で示した矩形領域１０８・２ｂとなる。なお、（ΔＸi，ΔＹi）（ｉ＝１，２，．．．ｉMAX）の値は、ウェーハ検査面１０８・１のパターン１０８・３が検出器１０４・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。
【０４７７】
そして、ステップ１０６・２乃至１０６・７の処理をｉMAX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１０８に示すように、ｋ回移動した画像位置（Ｘk，Ｙk）では被検査画像領域１０８・２ｋとなるように、ウェーハの検査面１０８・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１０９に例示した１６個の被検査画像データが画像記憶領域１０４・１４に取得される。取得した複数の被検査領域の画像１０９・１（被検査画像）は、図１０９に例示されたように、ウェーハ検査面１０８・１上のパターン１０８・３の画像１０９・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。
【０４７８】
インクリメントした画像番号ｉがｉMAXを越えた場合（ステップ１０６・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１０６・６でメモリ転送された画像データは、検出器１０４・７により検出された各画素毎の二次電子の強度値（いわゆるベタデータ）からなるが、後段の比較工程（ステップ１０５・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１０４・１４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／又は濃度を基準画像データのサイズ及び／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徴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×Ｎ画素からなる２次元の被検査領域を、ｍ×ｎ（ｍ＜Ｍ，ｎ＜Ｎ）ブロックに分割し、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×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、単なるべタデータは勿論のこと、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。
【０４７９】
次に、ステップ１０５・３の処理の流れを図１０７のフローチャートに従って説明する。先ず、制御部１０４・８のＣＰＵは、基準画像記憶部１０４・１５（図１０４）から基準画像データをＲＡＭ等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ１０７・１）。この基準画像は、図１０９では参照番号１０９・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１０７・２）、記憶領域１０４・１４から画像番号ｉの被検査画像データをワーキングメモリ上に読み出す（ステップ１０７・３）。
【０４８０】
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Ｄiを算出する（ステップ１０７・４）。この距離値Ｄi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Ｄi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、画像データがＭ×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×Ｎ次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、このＭ×Ｎ次元空間上における基準画像ベクトル及び画像ｉベ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×ｎ特徴ベ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。
【０４８１】
次に、算出した距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さいか否かを判定する（ステップ１０７・５）。この閾値Ｔｈは、基準画像と被検査画像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Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さい場合（ステップ１０７・５肯定判定）、当該ウェーハＷの当該検査面１０３４には「欠陥無し」と判定し（ステップ１０７・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１０９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。
【０４８２】
距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈ以上の場合（ステップ１０７・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１０７・７）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ１０７・８）。
【０４８３】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ１０７・８否定判定）、再びステップ１０７・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。
【０４８４】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えた場合（ステップ１０７・８肯定判定）、当該ウェーハＷの当該検査面１０３４には「欠陥有り」と判定し（ステップ１０７・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。
【０４８５】
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ウェーハ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。例えばウェーハ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。
【０４８６】
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１０４・９は、対物レンズ１０４・４とウェーハ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、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３と対物レンズ１０４・４との間、電子銃１０４・１とＥ×Ｂ偏向器１０４・３との間などがある。更には、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・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×Ｂ偏向器１０４・３に偏向電極１０４・９の機能を兼用させてもよい。
【０４８７】
また、上記実施の形態では、画像データ同士のマッチングを行う際に、画素間のマッチング及び特徴ベ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ッ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。
【０４８８】
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ッチングさせる）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。
【０４８９】
更に、欠陥検査用の電子線装置として、図１０４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１０４に示された欠陥検査装置の電子線照射手段（１０４・１、１０４・２、１０４・３）は、ウェーハ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、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３を省略し、一次電子線をウェーハＷの表面に斜めに入射させるようにしてもよい。
【０４９０】
また、図１０５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１０５・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１０５・７及びステップ１０５・８を省略することができる。
【０４９１】
以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。
【０４９２】
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。
【０４９３】
２−７−８）デバイス製造方法
次に、図１１０及び図１１１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１１０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ャートである。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）ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェーハを準備するウェーハ準備工程）（ステップ１１０・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１１０・２）
（３）ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程（ステップ１１０・３）
（４）ウェ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１１１０・４）
（５）できたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１１０・５）。
【０４９４】
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）のウェー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ウェ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。このウェ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）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層やウェー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ー工程
（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）加工されたウェーハを検査する工程
なお、ウェー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。
【０４９５】
図１１１は、図１１０のウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー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ウェ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１１１・１）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ１１１・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１１１・３）
（ｄ）現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程（ステップ１１１・４）
上記の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。
【０４９６】
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。
【０４９７】
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１１２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ＣＭＰ（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１００ｎｍ以下、即ち，１００ｎｍ以下の線幅を有する配線や直径１００ｎｍ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。
【０４９８】
検査されるウェ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１１２）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い、精度を向上させる。
【０４９９】
次いでウェーハの種類（どの工程後か、ウェーハのサイズは２００ｍｍか、３００ｍｍ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ＣＲＴ等に結果を出力や、メモリーへ記憶を行なう。
【０５００】
欠陥にはパーティクル欠陥、形状異常（パターン欠陥）、及び電気的（配線又はビア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１００ｎｍ以下の配線や直径１００ｎｍ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（５００ｅＶ程度）により、通常正に帯電し、コントラスト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）の電子線発生手段（熱電子発生、ＵＶ／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１００ｅＶ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、ウェー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。
【０５０１】
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、ウェ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、ＣＡＤ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、この画像データとウェーハ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。
【０５０２】
線幅測定装置及び合わせ精度測定にも利用できる。検査されるウェーハの情報、例えばカセットの番号、ウェーハの番号（又はロットナンバ）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。
【０５０３】
２−８）検査方法
２−８−１）概要
検査の基本的流れを、図１１３に示す。まずアライメント動作１１３・１を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する（１１３・２）。レシピは被検査ウェーハに最低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枚の被検査ウェーハに対して、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ウェーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウェーハを検査しても構わない。図１１３の経路１１３・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１１３において
検査動作１１３・４は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いウェーハの検査を行う。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（１１３・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し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。
【０５０４】
被検査ウェーハ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）ウェーハを排出する動作
をほぼ並列に実行する。
【０５０５】
連続的にウェーハを検査する設定がなされている場合、次の被検査ウェーハを搬送して、前記一連の動作を繰り返す。
以下、図１１３フローについて、さらに詳細を述べる。
【０５０６】
（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。
【０５０７】
この中で、検査対象ダイの設定は、図１１４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１１４の例では、ウェーハ端面のダイ１と前工程で明らかに不良と判定されたダイ２をグレイアウ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、ウェーハ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。
【０５０８】
また、ダイ内部の検査領域の設定は、図１１５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ＥＢ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１１５の例では、実線で指した領域１１５・１と破線で指した領域１１５・２を設定している。
【０５０９】
領域１１５・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−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１１５・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。
【０５１０】
（２）検査動作
検査は、被検査ウェーハに対して図１１６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ア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２０４８ドットのラインセンサに対して１６ドット程度である。
【０５１１】
走査方向およびシーケンスを、模式的に図１１７に示す。すなわち、検査時間短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。
【０５１２】
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１１８−１は検査ダイ１１８・１が１個の場合の走査例で、不要な走査は行わない。
【０５１３】
２−８−２）検査アルゴリズム
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１１８-２に示すように、ダイは、主にメモリに用いられる周期構造をしたセル部１１８・２と、周期構造を取らないランダム部１１８・３とに分けられる。周期構造をしたセル部１１８・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１１８・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。
【０５１４】
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）ＣＡＤ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ｃ）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、ＣＡＤデータ比較法おいてはＣＡＤデータをゴールデンテンプレートとする。
【０５１５】
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。ＤＲＡＭセルなどはその一例である。
【０５１６】
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。
【０５１７】
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。
【０５１８】
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ＣＣＤ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。
【０５１９】
参照画像の生成方法の一例を図１１９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１１９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１１９において周期１から６は容易に認識できる。
【０５２０】
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。
【０５２１】
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。
【０５２２】
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。
【０５２３】
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つのダイと比較して欠陥を判断する。すなわち図１２０と図１２１において、画像処理装置のメモリ１２１・１とメモリ１２１・２がカメラ１２１・３からの経路１２１・４１に接続するようスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定した状況で、以下のステップを有する。
【０５２４】
ａ）走査方向Ｓに従いダイ画像１を経路１２１・４１からメモリ１２１・１に格納するステップ。
ｂ）ダイ画像２を経路１２１・４１からメモリ１２１・２に格納するステップ。
【０５２５】
ｃ）上記ｂ）と同時に経路１２１・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１２１・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ップ。
【０５２６】
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１２１・４１からメモリ１２１・１に格納するステップ。
ｆ）上記ｅ）と同時に経路１２１・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１２１・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ップ。
【０５２７】
ｇ）上記ｆ）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。
【０５２８】
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つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。または濃度アライメント：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。
【０５２９】
Ｂ．基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）
オペレータにより基準ダイを指定する。基準ダイはウェ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１２１と図１２２において、以下のステップを有する。
【０５３０】
ａ）オペレータが基準ダイを、被検査ウェーハのダイより、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ップ。
ｂ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、画像処理装置のメモリ１２１・１もしくはメモリ１２１・２の少なくとも一方がカメラ１２１・３からの経路１２１・４１に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
【０５３１】
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１２１・１もしくはメモリ１２１・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１２１・６からの経路１２１・７に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
【０５３２】
ｄ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、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ップ。
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。
【０５３３】
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。
【０５３４】
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１２４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ウェ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イ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。
【０５３５】
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つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度アライメント：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。
【０５３６】
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１２３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工程の出力である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。
【０５３７】
またこのＣＡＤデータは、通常ベクタデータであり、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。
【０５３８】
ａ）ＣＡＤデータであるベクタデータ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。
【０５３９】
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。
【０５４０】
ａ）ラスタデータの多値化機能。
ｂ）上記ａ）に関し、多値化の、階調重み、オフセットを検査装置の感度を鑑みて設定する機能。
【０５４１】
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１２１において、ＣＡＤデータ比較法による検査ステップを示す。
【０５４２】
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１２１・６に保存するステップ。
ｂ）画像処理装置のメモリ１２１・１もしくはメモリ１２１・２の少なくとも一方がメモリ１２１・６からの経路１２１・７に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
【０５４３】
ｃ）メモリ１２１・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ップ。
【０５４４】
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１２４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ウェーハ全体検査し、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。
【０５４５】
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つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度アライメント：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。
【０５４６】
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ア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ＣＡＤ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。
【０５４７】
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ＣＡＤ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。
【０５４８】
２−８−２−３）フォーカスマッピング
フォーカス機能の基本的流れを、図１２５に示す。まずアライメント動作を含んだウェーハ搬送の後、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ー動作時にオートフォーカスが行われる。以下、フォーカスマップレシピの作成手順及びオートフォーカスの動作手順を説明する。
【０５４９】
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、オペレータ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。
【０５５０】
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ップ。図１２６のスイッチ１２６・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。
【０５５１】
ｃ）上記ａ）で決められたフォーカスマップ座標のベ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。また入力画面はウェー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タが選択できる。
【０５５２】
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イッチ１２６・２で設定するモード（図１２６のスイッチ１２６・３）。自動的にフォーカス値を求めるモードモード（図１２６のスイッチ１２６・４）で選択・設定する。
【０５５３】
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１２７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。
【０５５４】
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１２７）
ｄ）コントラスト関数の最大値を得るＺを計算で求め、これをベストフォーカス値とする。
【０５５５】
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１２８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。
【０５５６】
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：ベストフォー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。
【０５５７】
オートフォーカスの動作手順
フォー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ベストフォーカスに設定する方法は次のステップでなされる。
【０５５８】
ａ）フォーカスマップレシピの作成時に作成されたフォーカスマップファイル１を元に位置情報をさらに細分化して、この時のベ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。
【０５５９】
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。
【０５６０】
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ァイル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１２９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ーカス値で補間している。
２．走査に従いフォーカス位置Ｚを変化させベ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。
【０５６１】
２−８−２−４）リソマージン測定
以下、リソ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１０（リソマージン測定１）
概要
１．露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
【０５６２】
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。
【０５６３】
３．基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）の応用
図１３０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１３０・１では、例として図１３１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次元的にウェーハ上に露光した。また、１ショット＝１ダイのイメージパターンとした。
【０５６４】
多くのステッパー露光機では、一般的にＴＥＳＴ露光と呼ばれる、自動的にパラメータ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１３０・２では、現像、レジスト剥離、エッチング、ＣＶＤ、ＣＭＰ、メッ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、メッキまでの工程を行っている。好ま
しくは、レジスト観察が望ましい。
【０５６５】
工程１３０・３の詳細を図１３２により説明する。この工程は、工程１３０・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＆スペース部をコントラスト計測するエリアと登録し以下の作業をした。
【０５６６】
まず露光時間の上限Ｄｂと下限Ｄａを求めた。Ｄｂ以上の露光時間とＤａ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１３２でのグレイアウト部分。
【０５６７】
次に、フォーカス値の上限Ｆｂと下限Ｆａを求めた。Fｂ以上のフォーカス値とＦａ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１３３でのグレイアウト部分。
【０５６８】
次に、ＤａとＤｂの真ん中のダイ列Ｄｓと、ＦａとＦｂの真ん中のダイ列Ｆｓの交点であるダイをベスト露光条件ショットと選択した。これらベ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。
【０５６９】
工程１３０・４では、図１３２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１３０・５は、１３０・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っていない。
【０５７０】
工程１３０・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、露光時間は図１３２のＤｓと固定して、フォーカス値と欠陥個数の関係を求める（図１３３）
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Ｆ１からＦ２である。
【０５７１】
３）Ｆ１とＦ２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Ｒｓ２３２ｃもしくはＥｔｈｅｒｎｅｔ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。
【０５７２】
４）また、専用通信経路やＳＥＭＩ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。
【０５７３】
（２）実施の形態１１（リソマージン測定２）
概要
露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
【０５７４】
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。
【０５７５】
２．ＣＡＤデータ比較法（Cad Data-Any Die検査）の応用。
図１３４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１３４・１では、例として図１３５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次元的にウェーハ上に露光した。また１ショット＝１ダイのイメージパターンとした。
【０５７６】
多くのステッパー露光機では、一般的にＴＥＳＴ露光と呼ばれる、自動的にパラメータ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１３４・２では、現像、レジスト剥離、エッチング、ＣＶＤ、ＣＭＰ、メッ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、メッキまでの工程を行っている。好ましくは、レジストの段階の観察ですませるのがよい。
【０５７７】
工程１４３・３ではなるべくベ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ＣＡＤデータから生成する。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１３６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ウェ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。
【０５７８】
また同時に観察系の設定条件やチャージアップや磁場等の影響も加味して、実際に観察して得られる画像とＣＡＤ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、ＣＡＤデータから生成された画像データを画像処理する。
【０５７９】
工程１３４・４では、１３４・３で生成した画像を参照画像として、ウエア上のダイを被検査画像として、ダイ比較して検査する。
工程１３４・５は、１３４・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。
【０５８０】
工程１３４・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１３７）。
【０５８１】
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Ｆ１からＦ２である。
【０５８２】
３）Ｆ１とＦ２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Ｒｓ２３２ｃもしくはＥｔｈｅｒｎｅｔ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。
【０５８３】
４）また専用通信経路やＳＥＭＩ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、露光条件のリソマー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。
【０５８４】
３  他の実施の形態
３−１）ステージ装置の変形例
図１３８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。
【０５８５】
ステージ１３８・１のＹ方向可動部１３８・２の上面には＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図１３９で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板１３８・４が取り付けられ、Ｘ方向可動部１３８・４の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部１３８・５が構成されるようになっている。また、Ｘ方向可動部１３８・４の上面にも同様の仕切り板１３８・６が±Ｘ方向（図１３８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１３８・７の上面との間に常に絞り部１３８・８が形成されるようになっている。ステージ台１３８・７は、ハウジング１３８・９内において底壁の上に公知の方法で固定されている。
【０５８６】
このため、試料台１３８・１０がどの位置に移動しても常に絞り部１３８・５及び１３８・８が形成されるので、可動部１３８・２及び１３８・４の移動時にガイド面１３８・１１、１３８・１２からガスが放出されても、絞り部１３８・５及び１３８・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１３８・１３の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。
【０５８７】
ステージの可動部１３８・２の側面及び下面並びに可動部１３８・４の下面には、静圧軸受け１３８・１４の周囲に、図１４０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１３８・５、１３８・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１３８・１５や１３８・１６の圧力は、チャンバ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１３８・１５、１３８・１６を、差動排気溝１４０・１や１４０・２で排気するだけでなく、真空排気する箇所を別に設ければ空間１３８・１５、１３８・１６の圧力を下げることができ、試料近傍１３８・１３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１３８・１７と１３８・１８とが設けられている。排気通路はステージ台１３８・７及びハウジング１３８・９を貫通してハウジング１３８・９の外部に通じている。また、排気通路１３８・１８はＸ方向可動部１３８・４に形成され、Ｘ方向可動部１３８・４の下面に開口している。
【０５８８】
また、仕切り板１３８・３、１３８・６を設置すると、チャンバ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１３８・３の場合はＸ方向可動部１３８・４に、仕切り板１３８・６の場合はハウジング１３８・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、１３８・１９は鏡筒である。
【０５８９】
図１４１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できるように円筒状の仕切り１４１・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ャンバＣ内の圧力が上昇しても、仕切りの内部１４１・３は仕切
り１４１・２で仕切られており真空配管１４１・４で排気されているので、チャンバ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１４１・３の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り１４１・２と試料面との隙間は、チャンバ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μｍ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。
【０５９０】
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１４１・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１４１・２との間で放電を起こすことがなくなる。
【０５９１】
なお、試料Ｗ（ウェーハ）の周囲に配置したリング部材１４１・５は試料台１４１・６に固定された板状の調整部品であり、ウェ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１４１・２の先端部全周に亘って微小隙間１４１・７が形成されるように、ウェーハと同一の高さに設定されている。これによって、試料Ｗのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕切り１４１・２の先端部には常に一定の微小隙間９５２が形成され、鏡筒先端部周囲の空間１４１・３の圧力を安定に保つことができる。
【０５９２】
図１４２には別の変形例が示されている。鏡筒１３８・１９の荷電ビーム照射部１４１・２の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り１４２・１が設けられている。仕切り１４２・１は円筒状の形状をしており、その内部に円周溝１４２・２が形成され、その円周溝からは上方に排気通路１４２・３が延びている。その排気通路は内部空間１４２・４を経由して真空配管１４２・５に繋がれている。仕切り１４２・１の下端は試料Ｗの上面との間に数十μｍないし数ｍｍ程度の微小隙間を形成している。
【０５９３】
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ャンバＣ内の圧力が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部１４１・２にガスが流入しようとしても、仕切り１４２・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１４２・２から真空配管１４２・５へ排気されるため、荷電ビーム照射部１４１・２の周囲の空間１４１・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１４１・２の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。
【０５９４】
図１４３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１４１・１の周囲には仕切り１４３・１が設けられ、荷電ビーム照射部１４１・１をチャンバＣから隔てている。この仕切り１４３・１は、銅やアルミニュウム等の熱伝導性の良い材料からなる支持部材１４３・２を介して冷凍機１４３・３に連結されており、−１００℃ないし−２００℃程度に冷却されている。部材１４３・４は冷却されている仕切り１４３・１と鏡筒１３８・１９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１４３・５はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り１４３・１の下端に形成され試料Ｗと仕切り１４３・１が放電することを防ぐ役割を持っている。
【０５９５】
このような構成により、チャンバＣ内から荷電ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切り１４３・１で流入を阻害される上、流入しても仕切り１４３・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１４３・６の圧力を低く保つことができる。
【０５９６】
なお、冷凍機としては、液体窒素による冷却や、Ｈｅ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１４４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１３８に示したのと同様に仕切り板１４４・１、１４４・２が設けられており、試料台１４４・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１４４・４とチャンバＣ内とが絞り１４４・５、１４４・６を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部１４１・１の周りには図１４１に示したのと同様の仕切り１４４・７が形成されており、チャンバＣ内と荷電ビーム照射部１４１・１のある空間が絞り１４４・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１４４・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１４４・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１４４・９の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り１４４・７に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り１４２・１としたり、図１４２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って、空間１４４・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。
【０５９７】
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。これによっ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、荷電ビーム照射領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領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。
【０５９８】
なお、図１３８〜図１４４のステージ装置を図１３のステージ１３・６に適用できることは明らかである。
図１４５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、この明細書中で「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。
【０５９９】
図１４５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１４５・１の先端部すなわち荷電ビーム照射部１４５・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１４５・１の直下
には、ＸＹステージ１４５・４のＸ方向（図１４５において左右方向）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ＸＹステージ１４５・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。
【０６００】
ＸＹステージ１４５・４の台座１４５・５はハウジング１４５・３の底壁に固定され、Ｙ方向（図１４５において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル１４５・６が台座１４５・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１４５・・５に載置された一対のＹ方向ガイド１４５・７及び１４５・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って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１４５・９、１４５・１０、１４５・１１、１４５・１２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１４５・７、１４５・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っている。また、台座１４５・５とＹテーブル１４５・６との間には、公知の構造のリニアモータ１４５・１３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１４５・１４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１４５・１０ないし１４５・９及び１４５・１２ないし１４５・１１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１４５において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
【０６０１】
Ｙテーブル上にはＸテーブル１４５・１４がＸ方向（図１４５において左右方向）に移動可能に載置されている。Ｙテーブル１４５・６上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド１４５・７、１４５・８と同じ構造の一対のＸ方向ガイド１４５・１５（１４５・１６）（１４５・１５のみ図示）がＸテーブル１４５・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って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル１４５・１４の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け１４５・９、１４５・１０、１４５・１７、１４５・１１、１４５・１２、１４５・１８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。Ｙテーブル１４５・６とＸテーブル１４５・１４との間には、公知の構造のリニアモータ１４５・１９が配置されており、Ｘテーブルの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テーブル１４５・１４がＹ方向ガイドに対して高精度に非接触で支持されている。
【０６０２】
真空チャンバ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・２１、１４５・２２、１４５・２３によって排気されている。配管１４５・２２、１４５・２３の入口側（真空チャンバ内側）は台座１４５・５を貫通してその上面において、ＸＹステージ１４５・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、真空チャンバ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。
【０６０３】
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・２５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１４５・２４の環状部材１４５・２６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・２７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１４５・２８が形成されている。環状溝１４５・２８は排気管１４５・２９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１４５・２７は環状溝１４５・２８及び排気口１４５・２９を介して排気され、真空チャンバＣから環状部材１４５・２６によって囲まれた空間１４５・２５内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてしまう。これにより、荷電ビーム照射空間１４５・２５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１４５・２５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。
【０６０４】
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１４５・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。
【０６０５】
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びアクチュエータ（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やアクチュエータならば何でも適用できる。
【０６０６】
次に、差動排気機構の環状部材１４５・２６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１４６・１及び１４６・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。
【０６０７】
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２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎ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１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構の環状部材１４６・３及び環状溝等の寸法を、図１４６に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間１４１・１内の圧力を１０-4Ｐａ（１０-6Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【０６０８】
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１４７・１によって画成された真空チャンバＣには、真空配管１４７・２、１４７・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１４７・５の環状溝１４７・６は排気口１４７・７に接続された真空配管１４７・８を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ１４７・９が接続されている。更に、鏡筒１４７・１０の内部は、排気口１４７・１１に接続された真空配管１４７・１２を介して、ターボ分子ポンプ１４７・１３が接続されている。これらのターボ分子ポンプ１４７・９、１４７・１３は、真空配管１４７・１４、１４７・１５によってドライ真空ポンプ１４７・４に接続されている。図では、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したが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、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。
【０６０９】
ＸＹステージの静圧軸受けには、フレキシブル配管１４７・１６、１４７・１６を通して高純度の不活性ガス（Ｎ２ガス、Ａｒ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・１８、１４７・１９、１４７・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１４７・６或いは鏡筒１４７・１０の先端部から吸引され、排気口１４７・７及び１４７・１１を通ってターボ分子ポンプ１４７・９及び１４７・１３によって排気され、ターボ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。
【０６１０】
一方、ドライ真空ポンプ１４７・４の排気口は、配管１４７・２１を介して圧縮機１４７・２２に接続され、圧縮機１４７・２２の排気口は配管１４７・２３、１４７・２４、１４７・２５及びレギュレータ１４７・２６、１４７・２７を介してフレキシブル配管１４７・１６、１４７・１７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１４７・２２によって再び加圧されレギュレータ１４７・２６、１４７・２７で適正な圧力に調整された後、再びＸＹテーブルの静圧軸受けに供給される。
【０６１１】
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、ドライポンプ及び圧縮機は、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・２３の途中にコールドトラップやフィルタ等（１４７・２８）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。
【０６１２】
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。
【０６１３】
なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系１４７・２９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１４７・８、１４７・１２、１４７・１４、１４７・１５、１４７・２、１４７・３及び加圧側配管１４７・２１、１４７・２３、１４７・２４、１４７・２５、１４７・３０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・２２を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。
【０６１４】
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。
【０６１５】
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１４９・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１４９・７と、荷電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×Ｂ分離器１４９・８と、２段の静電レンズからなるレンズ系１４９・９とを備え、それらは、図１４９に示されるように電子銃１４９・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。Ｅ×Ｂ偏向器１４９・８は電極１４９・１０、び磁石１４９・１１を備えている。
【０６１６】
二次光学系１４９・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×Ｂ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・１２を備えている。検出器１４９・１３は、二次光学系１４９・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１４９・１３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。
【０６１７】
電子銃１４９・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１４９・６によって縮小され、偏光器１４９・７で光軸を調整されてＥ×Ｂ偏向器１４９・８の偏向中心面に一辺が１．９２５ｍｍの正方形に結像される。Ｅ×Ｂ偏向器１４９・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１４９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１４９・１３の方向に直進させるように設定されている。Ｅ×Ｂ偏光器で偏向された成形ビームはレンズ系１４９・９で１／５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１４９・９、１４９・４で拡大され、検出器１４９・１３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１４９・９が対称ダブレットレンズを形成し、レンズ系１４９・１２もやはり対称ダブレットレンズを形成しているので無歪みレンズとなっている。
【０６１８】
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。
【０６１９】
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（ラスタースキャン）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。
【０６２０】
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（１．６μＡ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、一本の電子線電流が５００ｎＡ（電子線の径１０μｍ）で合計２μＡが得られている。１６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８μＡ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。
【０６２１】
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（エミッタ）材はＬａＢ６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。複数の電子線を得るために、２通りの方法を用いている。一つは一本のエミッタ（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（開ロ板）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や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。
【０６２２】
なお、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。
【０６２３】
図１５０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１５０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１５０・１は、図１５０のＢに符号１５０・２で示すようなマルチビームを形成する。マルチビーム１５０・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１５０・３から構成される。
【０６２４】
電子銃１５０・１で発生した複数の一次電子線１５０・３は、レンズ１５０・５、１５０・６を用いて集束され、電極１５０・７および磁石１５０・８からなるＥ×Ｂ分離器１５０・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１５０・４、１５０・５、１５０・６、１５０・９とレンズ１５０・１０および対物レンズ１５０・１１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１５０・３からなるマルチビーム１５０・２は、レンズ１５０・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。
【０６２５】
試料Ｗの走査は、対物レンズ１５０・１１の主面を偏向中心として、ｘ軸方向に行われる。図１５０のＢに示すように、マルチビーム１５０・２のそれぞれの一次電子線１５０・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１５０・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１５０・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。
【０６２６】
重なり合いピッチは１００μｍ以下の任意の値に設定して良く、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ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。
【０６２７】
図１５０のＢに示すように、マルチビーム１５０・２を構成するそれぞれの一次電子線１５０・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１５０・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、Ｓ／Ｎ比の低下を防止することができる。また、各一次電子線１５０・３が互いに離れているので、空間電荷効果も小さい。
【０６２８】
その一方で、マルチビーム１５０・２は、一回の走査で試料Ｗを視野１５０・１２の全面に亘っ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１５０のＢにおいて、符号１５０・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１５０・１３は走査の終点にあるマルチビームを示す。
【０６２９】
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２００μｍ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。
【０６３０】
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１５０・１１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１５０・１０、１５０・１１、１５０・１４、１５０・１５で像の間隔が拡大される。これらのレンズ１５０・１０、１５０・１１、１５０・１４、１５０・１５を含む二次光学系を経て形成された二次電子線１５０・１６は、検出器１５０・１７の受光面に投影され、視野の拡大像を結像させる。
【０６３１】
光光学系に含まれる検出器１５０・１７は、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）で二次電子線を増倍し、シンチレータで光信号に変換し、ＣＣＤ検出器で電気信号に変換する。ＣＣＤ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１５０・３は、ＣＣＤ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。
【０６３２】
電子銃１５０・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１５０・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、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることができる。
【０６３３】
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Ｓ／Ｎ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。
【０６３４】
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ウェーハプロセスの終了後にウェーハの評価を行うことによって、歩留まり向上をT図ることができる。
【０６３５】
図１５１は、図１５０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１５１・１から放出された４本の電子線１５１・２（１５１・３〜１５１・６）は開口絞り１５１・７で整形され、２段のレンズ１５１・８、１５１・９でウィーンフィルタ１５１・１０の偏向中心面に１０μｍ×１２μｍの楕円状に結像され、図の紙面垂直方向に偏向器１５１・１１によりラスタースキャンされ、４本の電子線全体として１ｍｍ×０．２５ｍｍの矩形領域を均一にカバーするように結像される。Ｅ×Ｂ１５１・１０で偏向された複数の電子線はＮＡ絞りでクロスオーバーを結び、レンズ１５１・１１で１／５に縮小され試料Ｗに２００μ×５０μｍをカバーし、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１５１・１２はレンズ１５・１１、１５１・１３、１５１・１４で拡大され、ＭＣＰ１５１・１５上に全体として４本の電子線１５１・１２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１５１・１２による拡大投影像Ｆ’は、ＭＣＰ１５１・１５で１万倍に増感され、蛍光部により光に変換され、ＴＤＩ−ＣＣＤ１５１・１６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１５１・１７で連続した画像として取得され、ＣＲＴ等に出力した。
【０６３６】
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±１０％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５００ｎＡ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（ＳＥＭ）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ップによる結像障害が生じやすいという問題があった。
【０６３７】
本実施の形態の一次電子線照射方法を図１５２により示す。一次電子線１５２・１は４本の電子線１５２・２〜１５２・５で構成され、それぞれのビームは２μｍ×２．４μｍの楕円状しており、それぞれ１本当り２００μｍ×１２．５μｍ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２００μ×５０μｍの矩形領域を照射する。ビーム１５１・２は１５１・２’ヘ有限の時間で到達し次にビームスポット径分（１０μｍ）ずれた１５１・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１５１・２〜１５１・２’に平行に１５１・２’の直下（１５１・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（２００μｍ×１２．５μｍ）を走査した後はじめの点１５２・１に戻りこれを高速に繰り返す。
【０６３８】
他の電子線１５２・３〜１５２・５も電子線１５２・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（２００μ×５０μｍ）を均一に高速に照射する。
均一に照射できれば、前記のラスター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。
【０６３９】
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２５０ｎＡで試料表面で全体として、４本の電子ビームで１．０μＡ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１／８０）また移動しているのでチャージアップは従来の１／２０以下に抑えることができた。
【０６４０】
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（アライナー）、非点収差補正器（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。
【０６４１】
３−２−２）電極の構造
図１５３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。
【０６４２】
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。
【０６４３】
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。
【０６４４】
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。
【０６４５】
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、電極をコーティングしている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、このイオ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。したがって、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。
【０６４６】
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［ｅＶ］であり、金は、仕事関数は４．９［ｅＶ］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：ｅＶ）。
【０６４７】
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ウェーハである場合は、コーティングした金に電子線が衝突することによって金がスパッタされ、半導体ウェーハ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ウェーハの検査に適さない。
【０６４８】
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。
【０６４９】
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っても、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。したがって、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。
【０６５０】
従来、電極間の絶縁は、電極間に絶縁材料を挿入し、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。
【０６５１】
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ってしまうので、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った。
【０６５２】
図１５３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。
【０６５３】
図１５３において、写像投影型評価装置１５３・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１５３・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１５３・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×Ｂ型偏向器１５３・４に入射され、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電界と磁界が直交する場により、試料である半導体ウェーハ１５３・５の方向に偏向される（図１５３の実線）。
【０６５４】
Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４によって半導体ウェーハ１５３・５の方へ偏向された電子線は、静電対物レンス系１５３・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１５３・６によって半導体ウェーハ１５３・５に結像される。
【０６５５】
次に、半導体ウェーハ１５３・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１５３・６の電界によって検出器１５３・７の方向に加速され（図１５３の点線）、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４に入射される。Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４は、加速された二次電子線を静電中間レンズ系１５３・８方向に向かわせ、次に、静電中間レンズ系１５３・８によって二次電子線を検出器１５３・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１５３・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１５３・９に送信され、表示装置１５３・９に二次電子線の画像を表示し、半導体ウェーハ１５３・５のパターンを検査する。
【０６５６】
次に、写像投影型評価装置１５３・１における静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１５３・６、静電中間レンズ系１５３・８およびＥ×Ｂ型偏向器１５３・４の構成について詳細に説明する。電子線が通過する静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１
５３・６や、二次電子線が通過する静電中間レンズ系１５３・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、白金がコーティングされている。更に、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電極１５３・１０の表面も白金でコーティングされている。
【０６５７】
ここで、図１５４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。
【０６５８】
まず、電極をコー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。
【０６５９】
ここで、各金属の仕事関数は、アルミニウムが４．２［ｅＶ〕であり、金が４．９［ｅＶ〕、白金は５．３［ｅＶ］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：ｅＶ）。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。
【０６６０】
よって、写像投影型評価装置１５３・１において、電子線源１５３・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）が電極にコー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［ｅＶ〕であれば、電極の絶縁破壊の発生確率は低く抑えることができる。
【０６６１】
また、この実施の形態のように、検査対象となる試料が半導体ウェーハ１５３・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、半導体ウェーハ１５３・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、半導体ウェーハ１５３・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。
【０６６２】
次に、図１５５と図１５６を参照して、電極の形状と構成の一例を説明する。図１５５において、電極１５５・１とは、静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１５３・６および静電中間レンズ系１５３・８に含まれる静電レンズの電極である。
【０６６３】
電極１５５・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１５３・１において、電極１５５・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。
【０６６４】
図１５６は電極１５５・１の表面部の一部断面図である。なお、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電極１５３・１０の表面も電極１５５・１の表面と同等の構成としてもよい。電極１５５・１の材料は、ケイ素銅（シリコンブロンズ）１５６・１から構成され、必要な寸法形状に加工されたケイ素銅１５６・１上にチタン１５６・２を５０ｎｍの厚さになるようにスパッタ・コーティングし、更に、チタン１５６・２上に白金１５６・３を２００ｎｍ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１５５・１が形成される。
【０６６５】
ここで、図１５７および図１５８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１５７の電極１５７・１、１５７・２は、例えば、静電対物レンズ系１５３・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１５７・１、１５７・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、半導体ウェーハ１５３・５側の電極１５７・２には高電圧、例えば１５ｋＶの電圧が印加され、電極１５７・１には５ｋＶの電圧が印加されている。
【０６６６】
電子線や二次電子線が通過する通過孔１５７・３は、電極１５７・１、１５７・２の中央部にあり）通過孔１５７・３内は電極１５７・１、１５７・２の電位差によっ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、半導体ウェーハ１５３・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１５３・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。よって、静電対物レンズ系１５３・６は低収差で高分解能となる。
【０６６７】
電極１５７・１、１５７・２の間には、絶縁スペーサ１５７・４が挿入されており、絶縁スペーサ１５７・４は、電極１５７・１、１５７・２を略垂直に支持している。絶縁スペーサ１５７・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、電極間の絶縁スペーサ１５７・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。
【０６６８】
電極１５７・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１５７・５と、この第１の電極面１５７・５よりも電極間距離が長い第２の電極面１５７・６と、第１の電極面１５７・５と第２の電極面１５７・６との間にこれら２つの電極間方向の段差１５７・７（図１５８）を有している。絶縁スペーサ１５７・４は電極１５７・２を第２の電極面１５７・６で支持している。
【０６６９】
電極１５７・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、絶縁スペーサ１５７・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、絶縁スペーサ１５７・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、絶縁スペーサ１５７・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。
【０６７０】
したがって、静電対物レンズ系１３５・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、絶縁スペーサ１５７・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る。また、金属である電極１５７・２に段差１５７・７を設けるように加工したので、絶縁スペーサ１５７・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ペーサ１５７・４の表面にはほとんど凹凸部分が無く、絶縁スペーサ１５７・４からの放出ガスが多くなることも無い。更に、電極１５７・１の通過孔１５７。３の開口端部１５７・８と、電極１５７・２の通過孔１５７・３の開口端部１５７・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１５７・２の段差１５７・７の電極間側のコーナー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。
【０６７１】
なお、この実施の形態では、電極１５７・２に段差１５７・７を設けたが、電極１５７・１にも電極１５７・２方向に段差を設けるように加工してもよいし、電極１５７・２に代えて、電極１５７・１にのみ電極１５７・２方向に段差を設けるように加工してもよい。また、静電対物レンズ系１５３・６において、絶縁スペーサ１５７・４が挿入された電
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。
【０６７２】
図１５３〜図１５８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ウェーハの評価を行うことが可能となる。
【０６７３】
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。
【０６７４】
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、ウェーハ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（ＳＥＭ）等が有るが、観測分解能がμｍ〜数十ｎｍ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、小型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。
【０６７５】
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、該装置を半導体デバ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。
【０６７６】
図１５９は、本実施の形態を、電子線を用いて半導体ウェー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１５９・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１５９・２に連結される。
【０６７７】
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、加速するためカソード及びアノードから構成された電子線源１５９・３、一次電子線を長方形に整形する長方形開口１５９・４、及び、一次電子線を縮小結像させる４極子レンズ１５９・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ウェーハ１５９・６に略垂直に当たるように偏向させるＥ×Ｂ偏向器１５９・７、開口アパーチャ（ＮＡ）１５９・８、及び、該開口アパーチャを通過した一次電子線をウェーハ１５９・６上に結像させる対物レンズ１５９・９が配置される。
【０６７８】
ここで、４極子レンズ１５９・５によって縮小された一次電子線は、Ｅ×Ｂ偏向器１５
９・７の偏向主面に例えば５００μｍ×２５０μｍの像を形成すると同時に開口アパーチャ１５９・８に電子線源１５９・３のクロスオーバー像を形成し、ケーラー証明条件が満たされるようにしている。対物レンズ１５９・９によって、ウェーハ１５９・６上には例えば１００μｍ×５０μｍの像が形成され、当該領域が照明される。
【０６７９】
ウェーハ１５９・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１５９・１０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、ＸＹＺ直交座標系との関係を図１６０（ａ）に示す。Ｘ−Ｙ水平面にウェーハ面があり、Ｚ軸は写像投影光学系の光軸に略平行となる。ステージ１５９・１０がウェーハ１５９・６を載置した状態でＸ−Ｙ水平面内を移動することによって、ウェーハ１５９・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１５９・１０は固定台１５９・２の上に載置される。
【０６８０】
Ａブ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１５９・１１及び投影静電レンズ１５９・１２と、これらレンズの中間に配置された絞り１５９・１３と、を備える。一次電子線の照射によりウェーハ１５９・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２００〜３００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１５９・１４の下面に結像される。
【０６８１】
Ａブ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１５９・１４と、蛍光スクリーン１５９・１５と、リレーレンズ１５９・１６と、撮像部１５９・１７とを備える。マイクロチャンネルプレート１５９・１４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１５９・１１及び１５９・１２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１５９・１５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１５９・１６がこの蛍光を撮像部１５９・１７に導くように配置される。撮像部１５９・１７は、リレーレンズ１５９・１６により導かれた光を電気信号に変換するための多数のＣＣＤ撮像素子から構成される。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるため、いわゆるＴＤＩ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。
【０６８２】
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１６０・１は、通常、一つ又はそれ以上の固有振動モードを有する。各固有振動モー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１６０（ｂ）に示すように、鏡筒１６０・１は、固有振動１６０・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１６０・１は、例えば略Ｙ方向に沿って１５０Ｈｚ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１６１に示す。図１６１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１５０Ｈｚにおいて共振倍率３０ｄＢ（約３０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１５０Ｈｚ近傍の周波数成分が含まれていると、その周波数成分はこの例では約３０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。
【０６８３】
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。
【０６８４】
本実施の形態では、これを避けるため、図１６０（ｃ）に示すように、振動１６０・２を打ち消すように鏡筒に対し圧力振動１６０・３を加えるアクチュエータ１６０・４をＡブロックの基部に設置する。このアクチュエータ１６０・４は振動減衰用回路１５９・１８に電気的に接続されている。
【０６８５】
アクチュエータ１６０・４及び振動減衰用回路１５９・１８の概略構成を図１６２に示す。同図に示すように、アクチュエータ１６０・４は、圧電効果を有する誘電体１６２・１を電極１６２・２、１６２・３で挟んでなる圧電素子１６２・４と、該圧電素子を電極１６２・３側から支持するため固定台１５９・２に固定された支持台１６２・５とを有する。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・１のＡブロックと支持台１６２・５との間に挟まれており、電極１６２・２は、Ａブロックの外壁に、電極１６２・３は支持台１６２・５に接着されている。これにより、圧電素子１６２・４は、往復振動１６０・２により、鏡筒１６０・１が向かってくるときは正の圧力、鏡筒１６０・１が遠ざかるときは負の圧力を受ける。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・１の振動１６０・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１６０・２の方向が、電極１６２・２及び１６２・３と直交するように配置されるのが好ましい。
【０６８６】
振動減衰用回路１５９・１８は、圧電素子１６２・４の両電極１６２・２、１６２・３の間を直列に接続された可変インダクタンス１６２・６及び抵抗１６２・７から構成される。可変インダクタンス１６２・６はインダクタンスＬ、抵抗１６２・７は抵抗値ＲD、圧電素子１６２・４は電気容量Ｃを有するため、直列接続された圧電素子１６２・４及び振動減衰用回路１５９・１８は、参照番号１６２・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ｆ0’は、
ｆｏ’＝１／｛２π（ＬＣ）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ｆ0’が鏡筒１６０・１の共振周波数ｆ0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１６２・４の電気容量Ｃに対して、
ｆｏ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝
が成立するように、可変インダクタンス１６２・６のインダクタンスＬが調整される。実際には、圧電素子１６２・４の容量Ｃ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タ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。
【０６８７】
また、直列共振回路の共振周波数成分のＱ値が、図１６１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１６２・７の値ＲDが選択される。このようにして作られた直列共振回路１６２・８は、図１６１の参照番号１６１・１により示される電気的周波数特性を有する。
【０６８８】
図１５９に示す電子線検査装置１５９・１は、制御部１５９・１９によって制御・管理される。制御部１５９・１９は、図１５９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１５９・２０と、本体１５９・２０の処理結果を表示するＣＲＴ１５９・２１と、オペレータ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１５９・２２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１５９・１９を構成してもよい。
【０６８９】
制御部本体１５９・２０は、図示しないＣＰＵ、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１５９・１７から受信した電気信号即ちウェーハ１５９・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１５９・２３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ウェーハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１５９・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１５９・２５が格納されている。この欠陥検出プログラム１５９・２５は、ステージ１５９・１０のＸＹ平面内の移動を制御すると共に、この間に撮像部１５９・１７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１５９・２３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１５９・２５は、記憶領域１５９・２３上で構成された二次電子線画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハ１５９・６の欠陥を自動的に検出する。
【０６９０】
次に、この実施の形態の作用を説明する。電子線源１５９・３から一次電子線を放出し、長方形開口１５９・４、４極子レンズ１５９・５、Ｅ×Ｂ偏向器１５９・７及び対物レンズ１５９・９を通して、セットされたウェーハ１５９・６表面上に照射する。上述のように、ウェーハ１５９・６上で例えば１００μｍ×５０μｍ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１５９・１１及び投影静電レンズ１５９・１２によってマルチチャンネルプレート１５９・１４の下面に拡大投影され、撮像部１５９・１７により撮像され、ウェーハ１５９・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１５９・１０を駆動してウェーハ１５９・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。
【０６９１】
拡大された二次電子線画像を撮像している間に、鏡筒１６０・１に共振周波数ｆ0（１５０Ｈｚ）の振動成分を含む外力が加わると、鏡筒１６０・１は、その伝達関数で定まる共振倍率（３０ｄＢ）でこの振動成分を増幅させて固有振動する。この振動１６０・２は、圧電素子１６２・４に正負の圧力を印加する。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・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１６２・４の両電極１６２・２、１６２・３には、インダクタンス１６２・６（Ｌ）及び抵抗１６２・７（ＲD）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ｆ0において、圧電素子１６２・４の容量性インピーダンスと、インダクタンス１６２・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ＲDのみとなる。従って、共振時には、圧電素子１６２・４から出力される電気エネルギーは、抵抗１６２・７（ＲD）によりほぼ全部消費される。
【０６９２】
かくして、鏡筒１６０・１から圧電素子１６２・４に加わる外力を相殺するように圧電素子１６２・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１６０・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。
【０６９３】
図１６３に示すように、機械構造体としての鏡筒１６０・１の伝達関数１６１・１（図１６１に相当）の共振成分は、電気的周波数特性１６３・１を持った直列共振回路１６２・８の共振成分により相殺され、鏡筒１６０・１は、全体として共振倍率の低い総合伝達関数１６３・２を持つようになる。
【０６９４】
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１５９・１は、当該画像からウェーハ１５９・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ることができる。この方法では、基準画像記憶部１５９・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、類似度が高いと判断して「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、ＣＲＴ１５９・２１の表示部に二次電子線画像１５９・２６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。
【０６９５】
パターンマッチング法以外でも、例えば図１６４（ａ）〜（ｃ）に示す欠陥検査方法がある。図１６４（ａ）には、１番目に検出されたダイの画像１６４・１及び２番目に検出された他のダイの画像１６４・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１６４・１と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像１６４・２の部分１６４・３が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。
【０６９６】
図１６４（ｂ）には、ウェ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。ウェーハ上の実際のパターン１６４・４を方向１６４・５に走査したときの実際の二次電子線の強度信号が１６４・６であり、この信号が予め較正して定められたスレッショールドレベル１６４・７を連続的に超える部分の幅１６４・８をパターン１６４・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。
【０６９７】
図１６４（ｃ）には、ウェー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１５９に示す構成において、ウェーハ１５９・６の上方に軸対称の電極１６４・９を設け、例えばウェーハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えておく。このときの−２Ｖの等電位面は１４・１０で示されるような形状とする。ここで、ウェーハに形成されたパターン１６４・１１及び１６４・１２は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、パターン１６４・１１から放出された二次電子線は−２Ｖ等電位面１６４・１０で２ｅＶ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１６４。１０を越え、軌道１６４・１３に示すように電極１６４・９から脱出して検出器で検出される。一方、パターン１６４・１２から放出された二次電子線は−２Ｖの電位障壁を越えられず、軌道１６４・１４に示すようにウェーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン１６４・１１の検出画像は明るく、パターン１６４・１２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。
【０６９８】
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ウェーハ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。
【０６９９】
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、必要個数のアクチュエータ１６０・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１６０（ｂ）に示す機械構造体ブロックＡがＹ方向の振動１６０・２だけではなくＸ方向の振動を有する場合、別個のアクチュエータを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、これらのブロックにもアクチュエータを設置してもよい。
【０７００】
振動減衰用回路１５９・１８は、直列共振回路１６２・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。
【０７０１】
アクチュエータの設置箇所は、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１５９・１０、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。
【０７０２】
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ウェーハ１５９・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。例えばウェーハ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。
【０７０３】
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、ウェーハや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。
【０７０４】
なお、本実施の形態の電子線検査装置として、図１５９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１５９・１の電子線照射手段は、ウェーハ１５９・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×Ｂ偏向器１５９・７を省略し、一次電子線をウェーハ１５９・６の表面に斜めに入射させるようにしてもよい。
【０７０５】
３−４）ウェーハ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ウェーハを静電的に吸着保持する静電チャック、ウェーハ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ウェーハとの組合わせ、ならびに、静電チャックとウェーハ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。
【０７０６】
ウェーハを静電的に吸着固定する公知の静電チャックにおいては、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。
【０７０７】
プロセス途中のウェ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、ウェ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。
【０７０８】
一方、大部分のウェーハは、ウェーハの側面及び裏面にＳｉＯ2又は窒化膜等の絶縁膜を付着されるので、ウェーハに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ウェーハは、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ウェーハは、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。
【０７０９】
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
及び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ウェーハをチャック可能な静電チャック、ならびにウェーハと静電チャ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ウェーハと静電チャックとの組合わせを用いてプロセス途中のウェーハの評価を行うデバイス製造方法を提供する。
【０７１０】
図１６５は、本実施の形態における静電チャック１４１０の平面図であり、ウェーハを取り除いて電極板１６５・１を見たものである。図１６６は、図１６５の静電チャックの線Ｍ−Ｍに沿う垂直方向の概略断面図であり、ウェーハが載置され電圧が印加されない状態を示すものである。静電チャック１６５・２は、図１６６に示すように、基板１６６・１、電極板１６６・２、絶縁層１６６・３から成る積層構造を有する。電極板１６６・２は、第１電極１６５・２及び第２電極１６５・３を含む。第１電極１６５・２及び第２電極１６５・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。
【０７１１】
第１電極１６５・２は、平面図において円形の電極板１６６・２の中央部分及び周辺部分の一部から成り、第２電極１６５・３は、電極板の残りの馬蹄形周辺部分から成る。電極板１６６・２の上方に絶縁層１６６・３が配置される。絶縁層１６６・３は、厚さ１ｍｍのサファイア基板により形成される。サファイアは、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、１ｍｍ厚のサファイア基板は、１０4Ｖ以上の電位差に十分耐えることができる。
【０７１２】
ウェーハ１６６・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１６６・５を介してなされる。図１６６に示すように、２個の接触子１６６・５がウェーハ１６６・４の側面に接触される。２個の接触子１６６・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、及びウェーハ１６６・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１６６・５は，抵抗１６６・６を介して電源１６６・７に接続し大きい放電を生じないようにした。この抵抗１６６・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、パー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、ウェーハの履歴により絶縁層の厚さが変わるので、各ウェーハ毎に抵抗の許容値を決める必要があるからである。
【０７１３】
図１６７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、４ｋＶが印加される。ウェーハの中央部及び周辺部が共にチャックされた時刻ｔ＝ｔ0において、第２電極に、線Ｂで示すように４ｋＶが印加される。時刻ｔ＝ｔ1でウェーハの電圧Ｃが少しずつ深くされ（下げられ）、時刻ｔ＝ｔ2で−４ｋＶ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＝ｔ1から時刻ｔ＝ｔ2において、少しずつ電圧が下げられ、時刻ｔ＝ｔ2で、０Ｖにされる。
【０７１４】
チャックに吸着保持されたウェーハの評価が終了した時刻ｔ＝ｔ3でウェーハの電圧Ｃが０Ｖにされ、ウェーハが外部へ取出される。
静電チャックが４ｋＶの電位差がなくても２ｋＶの電位差でもウェーハを吸着保持する場合には、図１６７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２ｋＶの電圧Ａ’、Ｂ’が印加される。ウェーハに−４ｋＶが印加されるとき、第１電極及び第２電極にそれぞに、−２ｋＶ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２１０４に印加しないようにできるので、絶縁層の破壊を防止できる。
【０７１５】
図１６８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１６８・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
１６８・２の開口で不要なビームを除去され、コンデンサレンズ１６８・７と対物レンズ１６８・１３で縮小され、−４ｋＶを印加されたウェーハ１６６・４に結像されると共に、偏向器１６８・８及び１６８・１２によりウェーハ１６６・４上を走査する。ウェーハ１６６・４から放出される二次電子線は、対物レンズ１６８・１３で集められ、Ｅ×Ｂ分離器１６８・１２で３５°程度、右側へ曲げられ、二次電子線検出器１６８・１０で検出され、ウェーハ上のＳＥＭ像が得られる。図１６８の電子線装置において、符号１６８・３、１６８・５は軸合わせ器具、１６８・４は非点補正器具、１６８・６は開口板、１６８・１１はシールド、１６８・１４は電極である。ウェーハ１６６・４の下方に、図１６６および図１６７で説明した静電チャックが配置される。
【０７１６】
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。
【０７１７】
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１６７の（ａ）に示すものに限られる訳ではない。例えば、図１６７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。
【０７１８】
以上、本発明の第１の実施の形態〜第１２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。
【０７１９】
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。
【０７２０】
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ＨＦ、Ｈ２Ｏ、ＣＭＦＮ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タが生じる電位（数ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ）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。
【０７２１】
３−５）Ｅ×Ｂ分離器の実施の形態
図１６９は、本実施の形態のＥ×Ｂ分離器１６９・１を示す。Ｅ×Ｂ分離器１６９・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１６９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。
【０７２２】
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）１６９・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１６９・２は、絶縁スペーサ１６９・３を介して真空容器の真空壁１６９・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１６９・２のｙ軸方向の長さ２Ｌ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＜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。
【０７２３】
即ち、電極の端縁からＤ／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２Ｌ−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、２Ｌ＞Ｄとする必要があり、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。
【０７２４】
真空壁１６９・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１６９・５及び電磁コイル１６９・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、コイル１６９・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１６９・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１６９・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。
【０７２５】
これら磁界生成用のコイル１６９・５及び１６８・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１６９・４の両側から取り付け、部分１６９・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。
【０７２６】
Ｅ×Ｂ分離器の最外層１６９・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１６９・８は、コイル１６９・５、１６９、６と同様に、２分割して両側からコイル１６９・６の外周に取り付けて、部分１６９・７においてネジ止め等により一体化してもよい。
【０７２７】
図１７０は、本実施の形態のＥ×Ｂ分離器１７０・１の光軸（ｚ軸）に直交する断面を示す。図１７０のＥ×Ｂ分離器１７０・１は、静電偏向電極１７０・１が６極設けられている点が、図１６９に示した実施の形態のＥ×Ｂ分離器と相違している。これら静電偏向電極１７０・１には、それぞれの電極の中央と光軸（ｚ軸）とを結んだ線と電界の方向（ｘ軸方向）との角度をθi（ｉ＝０，１，２，３，４，５）としたときに、ｃｏｓθiに比例する電圧ｋ・ｃｏｓθi（ｋは定数）が供給される。ただし、θiは、任意の角度である。
【０７２８】
図１７０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１６９・５及び１６９・６を設け、直交度の修正を行う。本実施の形態によれば、図１６９に示した実施の形態に比べて、電界強度が一様な領域をさらに大きくすることができる。
【０７２９】
図１６９及び図１７０に示した実施の形態のＥ×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１６９のＥ×Ｂ分離器１６９・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。
【０７３０】
また、図１６９及び図１７０のＥ×Ｂ分離器においては、電磁偏向器にサドル型コイルを用い、かつ光軸からコイルを見込む角度を片側で２π／３に設定しているので３θ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。
【０７３１】
図１６９及び図１７０のＥ×Ｂ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。
【０７３２】
３−６）製造ラインの実施の形態
図１７１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１７１・１で検査されるウェーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報をＳＭＩＦまたはＦＯＵＰ１７１・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、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰ又はウェーハカセットのＩＤ番号を読むことにより認識できるようになっている。ウェー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。
【０７３３】
欠陥検査装置１７１・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１７１・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ロールコンピュータ１７１・４、各製造装置１７１・５及び別の検査装置に、被検査物であるウェーハ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、コーター、キュア装置、デベロッパ等、又は、エッチング装置、スパッタ装置及びＣＶＤ装置などの成膜装置、ＣＭＰ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。
【０７３４】
３−７）他の電子を用いた実施の形態
本発明は、１００ｎｍ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ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩ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、ＳＥＭ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１００ｎｍ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、ＳＥＭ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、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線パター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。
【０７３５】
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。
【０７３６】
ミラー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０．５〜１．０Ｖ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−４ｋＶの場合、試料への印加電圧は−４．０００ｋＶ〜−４．０５０ｋＶに設定するのが好ましい。更に望ましくは、−４．０００５ｋＶ〜−４．０２０ｋＶがよく、更に好ましくは−４．０００５ｋＶ〜−４．０１０ｋＶに設定するのが好適である。
【０７３７】
また、透過電子を利用する場合には、加速電圧を−４ｋＶに設定したとき、試料への印加電圧は０〜−４ｋＶ、好ましくは０〜−３．９ｋＶ、更に好ましくは０〜−３．５ｋＶに設定するのが好適である。
【０７３８】
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、ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩ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、ＳＥＭ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ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩを用いるが、ＳＥＭ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ＣＡＤ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、検査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。
【０７３９】
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ウェーハ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。
【０７４０】
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。
【０７４１】
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１７２〜図１８１を参照しながら詳述する。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。
【０７４２】
図１７２の（Ａ）及び（Ｂ）において、欠陥検査装置ＥＢＩの電子銃ＥＧは大電流で動作可能な熱電子放出型のＬaＢ６製カソード１を有し、電子銃ＥＧ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ィーンフィルタ１７２・１を通過する。ウィーンフィルタ１７２・１によって一次電子の進行方向は、検査対象であるウェーハＷに対して入力するよう第２の方向へ変更される。ウィーンフィルタ１７２・１を出て第２の方向へ進む一次電子は、ＮＡ開口板１７２・２によってビーム径が制限され、対物レンズ１７２・３を通過してウェーハＷを照射する。対物レンズ１７２・３は高精度の静電レンズである。
【０７４３】
このように、一次光学系においては、電子銃ＥＧとしてＬaＢ６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且つ大面積の一次ビームを得ることができる。
【０７４４】
ウェーハＷは一次光学系によって断面が例えば２００μｍ×５０μｍの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、ウェーハ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。この面ビームでウェーハＷを走査するために、ウェーハＷは例えば３００ｍｍ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、ウェーハ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１０３Ａ／ｃｍ２であるが、図の欠陥検査装置ＥＢＩにおいては面ビームの電流密度は０．１Ａ／ｃｍ２〜０．０１Ａ／ｃｍ２でしかない。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では１×１０−５Ｃ／ｃｍ２であるのに対して、本方式では１×１０−４Ｃ／ｃｍ２〜３×１０−５Ｃ／ｃｍ２であり、本方式の方が高感度になっている。
【０７４５】
面ビーム状の一次電子によって照射されたウェーハ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、ウェーハ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１７２・３によって拡大されてＮＡ開口板１７２・２及びウィーンフィルタ１７２・１を通過してから、中間レンズ１７２・４によって再び拡大され、投影レンズ１７２・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１７２・３、中間レンズ１７２・４及び投影レンズ１７２・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。一次電子をウェーハ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、ウェーハＷの表面の凹凸による陰影が生じない。
【０７４６】
投影レンズ１７２・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１７２・６と、マイクロチャンネルプレート１７２。６から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン１９２・７と、蛍光スクリーン１７２・６から出た光を電気信号へ変換するセンサユニット１７２・８とを備える。センサユニット１７２・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１７２・９を有しており、蛍光スクリーン１７２・７から発せられた蛍光はラインセンサ１７２・９によって電気信号へ変換されて画像処理部１７２・１０に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。
【０７４７】
ウェーハＷを移動させてウェーハ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１７２・１０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、一つのウェ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１７２・１０のディスプレイ上には当該ウェーハの欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。
【０７４８】
実際には、欠陥検査装置ＥＢＩの各種の構成要素のうち、センサユニット１７２・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１７２・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１７２・９に中継する。
【０７４９】
図１７３は、図１７２の欠陥検査装置ＥＢＩ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１７２・５によってマイクロチャンネルプレート１７２・６の入射面に二次電子像又は反射電子像１７３・１が形成される。マイクロチャンネルプレート１７２・６は例えば分解能が１６μｍ、ゲインが１０３〜１０４、実効画素が２１００×５２０であり、形成された電子像１７３・１に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン１７２・７を照射する。これによって蛍光スクリーン１７２・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１７３・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１７３・３を介してラインセンサ１７２・９に入射される。例えば、光学リレーレンズ１７３・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１７２・９は２０４８×５１２個の画素を有している。光学リレーレンズ１７３・３はラインセンサ１７２・９の入射面に電子像１７３・１に対応した光学像１７３・４を形成する。ライトガイド１７３・２及びリレーレンズ１７３・３の代わりにＦＯＰ（ファイバ・オプティック・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。
【０７５０】
図１７２に示す欠陥検査装置ＥＢＩは、電子銃ＥＧの加速電圧及びウェーハＷに印加されるウェ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ＥＧの加速電圧、ウェーハＷに印加されるウェ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ＥＢＩを、一次電子の照射によってウェーハＷから発せられる高エネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モードで動作させることができる。反射電子は、一次電子がウェーハ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撃型ＣＣＤ、電子衝撃型ＴＤＩ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、マイクロチャンネルプレート１７２・６、蛍光スクリーン１７２・７、リレーレンズ１７３・３（又はＥＯＰ）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ＥＢＩ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。
【０７５１】
図１７４の（Ａ）は図１の欠陥検査装置ＥＢＩ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ＥＧの加速電圧をＶＡ、ウェーハＷに印加されるウェーハ電圧をＶＷ、ウェーハＷを照射するときの一次電子の照射エネルギをＥＩＮ、電子検出系Ｄに入射する二次電子の信号エネルギをＥＯＵＴとする。電子銃ＥＧは加速電圧ＶＡを変えることができるよう構成され、ウェーハＷには適宜の電源（図示せず）から可変のウェーハ電圧ＶＷが印加される。そこで、加速電圧ＶＡ及びウェーハ電圧ＶＷを調整し且つ電子検出系Ｄを使用すると、欠陥検査装置ＥＢＩは、図１７４の（Ｂ）に示すように、二次電子イールドが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ＶＡ、ウェーハ電圧ＶＷ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ＥＢＩ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１７４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ＥＩＮの値は、実際には試料によって異なる。
【０７５２】
欠陥検査装置ＥＢＩ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ＶＡ、ＶＷ、ＥＩＮ及びＥＯＵＴの値の一例を挙げると、
反射電子撮像モードでは
ＶＡ＝−４．０ｋＶ
ＶＷ＝−２．５ｋＶ
ＥＩＮ＝１．５ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ
負帯電モードでは
ＶＡ＝−７．０ｋＶ
ＶＷ＝−４．０ｋＶ
ＥＩＮ＝３．０ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α  （α＝二次電子のエネルギ幅）
正帯電モードでは
ＶＡ＝−４．５ｋＶ
ＶＷ＝−４．０ｋＶ
ＥＩＮ＝０．５ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α  （α＝二次電子のエネルギ幅）
となる。
【０７５３】
実際、二次電子と反射電子の検出量は、ウェーハ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、ウェーハ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、ウェーハ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。
【０７５４】
図１７５は、図１７２に示す欠陥検査装置ＥＢＩ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１７５に示すように、ウェーハＷからマイクロチャンネルプレート１７２・６までの距離は例えば８００ｍｍであり、対物レンズ１７２・３、中間レンズ１７２・４及び投影レンズ１７２・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、ウェーハＷに−４ｋＶを印加したとすると、対物レンズ１７２・３のウェーハＷに最も近い電極には＋２０ｋＶが印加され、残りの電極には−１４７６Ｖが印加される。同時に、中間レンズ１７２・４には−２４５０Ｖが、投影レンズ１７２・５には−４１２０Ｖ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１７２・５によって２．４倍、中間レンズ１７２・４によって２．８倍、投影レンズ１７２・５によって３７倍となり、合計では２６０倍となる。なお、図１７５における参照数字１７５・１、１７５・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１７５・３は偏光器である。
【０７５５】
図１７６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ＥＢＩの構成を概略的に示す図である。この欠陥検査装置ＥＢＩにおける電子銃ＥＧｍはＬａＢ６製のカソードを有し、複数本の一次電子ビーム１７６・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ＥＧｍから発せられた複数本の一次電子ビーム１７６・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１７６・２によってビーム径を調整された後、２段の軸対称レンズ１７６・３、１７６・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、ウィーンフィルタ１７２・１を通過して進行方向を第１の方向から第２の方向へ変えてウェーハ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１７６・１はＮＡ開口板１７２・２、対物レンズ１７２・３を通過してウェーハＷの所定の領域を照射する。
【０７５６】
複数本の一次電子ビーム１７６・１の照射によってウェーハＷから放出された二次電子及び反射電子１７６・５は、図１７２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１７２・３、ＮＡ開口板１７２・２、ウィーンフィルタ１７２・１、中間レンズ１７２・４、投影レンズ１７２・５を通って検出系Ｄに入射し、センサユニット１７２・８によって電気信号化される。
【０７５７】
電子銃ＥＧｍから見て下流側の軸対称レンズ１７６・４とウィーンフィルタ１７２・１との間には、複数本の一次電子ビーム１７６・１を偏向するための偏向器１７６・６が配置される。そこで、複数本の一次電子ビーム１７６・１によってウェーハＷ上の或る領域Ｒを走査するため、図１７６の（Ｂ）に示すように、ウェーハＷをＹ軸方向に移動させながら、偏向器１７６・６によって、複数本の一次電子ビーム１７６・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１７６・１によって、領域Ｒがラスタ走査されることになる。
【０７５８】
図１７７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ーム・モノピクセル型の欠陥検査装置ＥＢＩの概略的な構成を示している。同図において、電子銃ＥＧｍは複数本の一次電子ビーム１７６・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１７６・１は、図１７６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１７６・２、軸対称レンズ１７６・３、１７６・４、偏向器１７６・６、ウィーンフィルタ１７２・１、対物レンズ１７２・３によって導かれてウェーハＷを照射する。
【０７５９】
複数本の一次電子ビーム１７６・１によって照射されてウェーハＷから放出された二次電子又は反射電子１７６・５は、対物レンズ１７２・３を通過した後、ウィーンフィルタ１７２・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１７２・４、投影レンズ１７２・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１７６・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１７７・１と、開口板１７７・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１７７・１の各孔に対応して設けられたｎ個の検出器１７７・２と、各検出器１７７・２から出力された電気信号を増幅するｎ個の増幅器１７７・３と、それぞれの増幅器１７７・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ウェーハ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１７２・１０´とを備える。
【０７６０】
図１７７の（Ａ）に示す欠陥検査装置ＥＢＩにおいては、複数本の一次電子ビーム１７６・１による領域Ｒの走査は、図１７７の（Ｂ）に示すように行われる。即ち、図１７７の（Ｂ）に示すように、領域Ｒを一次電子ビーム１７６・１の数だけＹ軸方向に分割して小領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を想定し、それぞれの一次電子ビーム１７６・１をこれらの小領域ｒ１〜ｒ４のそれぞれに割り当てる。そこで、ウェーハＷをＹ軸方向に移動させながら、偏向器１７６・６によって、それぞれの一次電子ビーム１７６・１をＸ軸方向に同時に偏向させ、各一次電子ビーム１７６・１にその割り当てられた小領域ｒ１〜ｒ４を走査させる。これにより、複数本の一次電子ビーム１７６・１によって領域Ｒが走査されることになる。
【０７６１】
なお、マルチビームの一次光学系は、図１７６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査装置ＥＢＩにおいては、ウェーハＷをステージ上に載置し、該ステージを真空チャンバ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、ステー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バの真空度を維持することが望ましい。
【０７６２】
図１７８は、ウェーハＷを載置したステージを真空チャ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１７８において、一次電子をウェーハＷに向かって照射する鏡筒１７８・１の先端部すなわち一次電子照射部１７８・２が真空チャンバＣを画成するハウジング１７８・３に取り付けられる。鏡筒１７８・１の直下には、高精度なＸＹステージ１７８・４のＸ方向（図１７８において左右方向）の可動テーブル上に載置されたウェーハＷが配置される。ＸＹステージ１７８・４をＸ方向及びＹ方向（図１７８において紙面に垂直の方向）に移動させることにより、ウェーハ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。
【０７６３】
ＸＹステージ１７８・４の台座１７８・５はハウジング１７８・３の底壁に固定され、Ｙ方向に移動するＹテーブル１７８・６が台座１７８・５の上に載っている。Ｙテーブル１７８・６の両側面（図１７８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１７８・５に設けられた一対のＹ方向ガイド１７８・７ａ及び１７８・７ｂ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１７８・７ａ、１７８・７ｂのほぼ全長に亘って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（Ｎ２ガス、Ａｒガス等）を吹き出すことにより、Ｙテーブル１７８・６はＹ方向ガイド１７８・７ａ、１７８・７ｂ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１７８・５とＹテーブル１７８・６との間には、Ｙテーブル１７８・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１７８・８が配置される。
【０７６４】
Ｙテーブル１７８・６の上側にはＸテーブル１７８・９がＸ方向に移動可能に載置されている。Ｘテーブル１７８・９を挟むように、Ｙテーブル１７８・６のためのＹ方向ガイド１７８・７ａ、１７８・７ｂと同じ構造の一対のＸ方向ガイド３１７８・１０ａ、１７８・１０ｂ（図１７８には１７８・１０ａ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１７８・９に面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブル１７８・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って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル１７８・９の突部の上、下面及び側面には、Ｙテーブル１７８・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１７８・１０ａ、１７８・１０ｂの案内面に対して噴出させることにより、Ｘテーブル１７８・９はＸ方向ガイド１７８・１０ａ、１７８・１０ｂに対して高精度に非接触で支持される。Ｙテーブル１７８・６には、Ｘテーブル１７８・９をＸ方向に駆動するために公知の構造のリニアモータ１７８・１１が配置される。
【０７６５】
ＸＹステージ１７８・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ＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで欠陥検査装置用のＸＹステージとして実現することができる。なお、ウェーハＷはＸテーブル１７８・９上に直接載置されるのではなく、ウェーハＷを取り外し可能に保持し且つＸＹステージ１７８・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。
【０７６６】
上記不活性ガスはフレキシブル配管１７８・１２、１７８・１３及びＸＹステージ１７８・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、Ｙ方向ガイド１７８・７ａ、１８７８・７ｂ及びＸ方向ガイド１７８・１０ａ、１７８・１０ｂ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１７８・６及びＸテーブル１７８・９を案内面に対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１７８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１７８・１４、１７８・１５ａ、１７８・１５ｂ及び真空配管１７８・１６、１７８・１７を通してドライ真空ポンプ１７８・１８によって排気される。排気口１７８・１５ａ、１７８・１５ｂの吸い込み口は台座１７８・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１７８・４から高圧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バＣ内の圧力が上昇するのが防止される。
【０７６７】
ドライ真空ポンプ１７８・１８の排気口は、配管１７８・１９を介して圧縮機１７８・２０に接続され、圧縮機１７８・２０の排気口は配管１７８・２１、１７８・２２、１７８・２３及びレギュレータ１７８・２４、１７８・２５を介してフレキシブル配管１７８・１２、１７８・１３に接続される。このため、ドライ真空ポンプ１７８・１８から排出された不活性ガスは、圧縮機１７８・２０によって再び加圧されレギュレータ１７８・２４、１７８・２５で適正な圧力に調整された後、再びＸＹ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ＥＢＩ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１７８・２０の排出側の配管１７８・２１の途中にコールドトラップやフィルタ等の除去手段１７８・２６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。
【０７６８】
鏡筒１７８・１の先端部すなわち一次電子照射部１７８・２の周囲には、差動排気機構１７８・２７が設けられる。これは、真空チャンバＣ内の圧力が高くても一次電子照射空間１７８・２８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１７８・２の周囲に取り付けられた差動排気機構１７８・２７の環状部材１７８・２９は、その下面（ウェーハＷと対向する面）とウェーハ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１７８・３に対して位置決めされる。
【０７６９】
環状部材１７８・２９の下面には環状溝１７８・３０が形成され、環状溝１７８・３０は排気口１７８・３１に接続される。排気口１７８・３１は真空配管１７８・３２を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ１７８・３３に接続される。また、鏡筒１７８・１の適所には排気口１７８・３４が設けられ、排気口１７８・３４は真空配管１７８・３５を介してターボ分子ポンプ１７８・３６に接続される。これらのターボ分子ポンプ１７８・３３、１７８・３６は真空配管１７８・３７、１７８・３８によってドライ真空ポンプ１７８・１８に接続される。したがって、差動排気機構１７８・２７や荷電ビーム照射空間１７８・２６に侵入した不活性ガスのガス分子は環状溝１７８・３０、排気口１７８・３１及び真空配管１７８・３２を介してターボ分子ポンプ１７８・３３によって排気されるので、真空チャンバＣから環状部材１７８・２９によって囲まれた空間１７８・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１７８・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ることができる。また、鏡筒１７８・１の先端部から吸引されたガス分子は排気口１７８・３４、真空配管１７８・３５を通ってターボ分子ポンプ１７８・３６によって排気される。ターボ分子ポンプ１７８・３３、１７８・３６から排出されたガス分子はドライ真空ポンプ１７８・１８によって収集されて圧縮機１７８・２０に供給される。
【０７７０】
なお、環状溝１７８・３０は、真空チャンバＣ内の圧力や一次電子照射空間１７８・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１７８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、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、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。
【０７７１】
ＸＹステージ１７８・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。しかしながら、可能ならば、更に高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１７８・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、ウェーハＷの表面に付着して一次電子照射空間１７８・２８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１７８・３３、１７８・３６、ドライ真空ポンプ１７８・１８及び圧縮機１７８・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。
【０７７２】
なお、図１７８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１７８・１９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１７８・１６、１７８・１５、１７８・３２、１７８・３５、１７８・３７及び加圧側配管１７８・１９、１７８・２１、１７８・２２、１７８・２３、１７８・３９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１７８・１８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１７８・１８に圧縮機１７８・２０の機能を兼用させることも可能である。更に、鏡筒１７８・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１７８・３６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１７８・１８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。
【０７７３】
図１７９は、差動排気機構１７８・２７の環状部材１７８・２９及びそれに形成された環状溝１７８・３０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２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎ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１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構１７８・２７、環状部材１７８・２９及び環状溝１７８・３０等の寸法を図１７９に示すように設定すると、一次電子照射空間５６内の圧力を１０−４Ｐａ（１０−６Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【０７７４】
図１８０は、これまで図１７２〜図１７９によって説明してきた欠陥検査装置ＥＢＩ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ＥＢＩの一次光学系からウェーハ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１７８・１の内部に収容され、鏡筒１７８・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１８０・１の上面に設置される。鏡筒１７８・１の内部は真空排気系１８０・２によって真空に保たれる。鏡筒１７８・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１８０・３から高圧ケーブル１８０・４を介して所要の電圧が供給される。
【０７７５】
鏡筒１７８・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アライメント機構１８０・５が設けられ、一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ウェーハＷ上に焦点を自動的に結ぶよう調整される。
【０７７６】
除振台１８０・１の上面には、ウェーハ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１７８・４が設置され、走査期間におけるＸＹステージ１７８・４の位置は所定間隔でレーザー干渉計によって検出される。更に、除振台１８０・１の上面には、検査対象である複数枚のウェーハＷを蓄積するためのローダー１８０・６と、ローダー１８０・６内のウェーハＷを把持して鏡筒１７８・１内のＸＹステージ１７８・４に載置し、検査終了後にウェーハＷを鏡筒１７８・１内から取り出すための搬送ロボット１８０・７とが設置される。
【０７７７】
システム全体の動作は、所要のプログラムがインストールされたメインコントローラ１８０・８によって制御される。メインコントローラ１８０・８はディスプレイ１８０・９を備えており、また、ケーブル１８０・１０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１８０・８は検出系Ｄからケーブル１８０・１０を介してディジタル画像信号を受け取って画像処理部１７２・１０によって処理し、ウェーハＷの走査によって得られた検査結果ファイルの内容やウェーハＷの欠陥分布等をディスプレイ１８０・９に表示させることができる。また、メインコントローラ１８０・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イ１８０・９に表示する。
【０７７８】
なお、ウェーハ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、検査対象はウェ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、この実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ＬＡＮ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、例えばウェーハ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1／７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さ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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２０−１】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２２−１】
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【図２２−２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５−１】
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【図２５−２】
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【図２５−３】
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【図２５−４】
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【図２５−５】
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【図２６】
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【図２７−１】
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【図２７−２】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６９】
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【図７０】
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【図１８０】
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