(57)【要約】【課題】試料の評価を高スループット及び高Ｓ／Ｎで行えるようにする。【解決手段】電子銃から放射された電子ビームが、静電レンズ４−１及び対物レンズ１１−１等を介して、Ｘ−Ｙ−θステージ９−１に載置された試料Ｗに照射されと、試料Ｗから二次電子又は反射電子が放出される。一次電子ビームの入射角は、偏向器８−１を制御することにより約３５°以上に設定される。試料からの放出電子は、鉛直線方向に導かれて検出器に結像される。検出器は、ＭＣＰ１４−１、蛍光板１５−１、リレーレンズ１６−１、及びＴＤＩ（又はＣＣＤ）１７−１により構成され、ＴＤＩ１７−１からの電気信号は画像処理用のパソコン１８−１に供給され、試料の二次元画像を得る。【選択図】図２
2005197121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子ビームの照射により試料から放出される電子を検出して、試料表面の評価を行う電子ビーム装置において、
電子ビームを発生させる電子銃と、
試料表面に対して少なくとも１本の一次電子ビームを斜め方向から入射させる一次電子光学系と、
試料近傍に配置され、一次電子ビーム及び試料表面の情報を有する電子を通過させる対物レンズと、
試料表面の情報を有する電子を検出する検出器と
を備えたことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを同時に、試料表面の同一観察スポットに向けて入射させるよう構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項３】
請求項２記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを、軸対称に観察スポットに向けて照射するよう構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを同時に試料表面に向けて入射させ、かつ、その内の少なくとも１本の電子ビームを、プレチャージ照射を行うために、観察スポットの走査方向前方に入射させるよう構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の電子ビーム装置において、検出器は、試料表面の鉛直線上に配置されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームの試料への入射角を制御するための、磁界又は電界を用いた偏向器を備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項７】
請求項６記載の電子ビーム装置において、偏向器は、扇形に形成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームの入射角を３５°以上９０°未満に設定する手段を備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項９】
請求項８記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームの入射角を５５°以上９０°未満に設定する手段を備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームの入射角を７０°以上９０°未満に設定する手段を備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれかに記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームを試料表面に照射する前に、二次電子光学系の光軸上でクロスオーバを結ばせる手段を備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれかに記載の電子ビーム装置において、電子銃は、カーボンナノチューブ等からなる冷陰極源を使用したカソードを備えていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれかに記載の電子ビーム装置において、一次電子光学系は、セラミック内面にめっき処理により形成された複数個の電極からなる静電レンズを含んだ鏡筒として構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１４】
半導体デバイスの製造方法において、プロセス途中又は完了後のウエハの評価を、請求項１〜１３いずれかに記載の電子ビーム装置を用いて実行するステップを含んでいることを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の試料表面の構造・電気的導通等の検査・観察・評価を行うための電子ビーム装置に関し、特に、試料上に形成された最小線幅０．１５μｍ以下のパターンの評価を、高精度、高信頼性、及び高スループットで行うことができるようにした電子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検査対象の試料である半導体ウエハの表面に、電子ビームを照射しつつ走査し、そのウエハから放出される二次電子を検出し、得られた検出信号からウエハ表面の画像データを生成し、ウエハ上のダイ毎の画像データの一致／不一致を検出することによって、ウエハ上の欠陥を検出する電子ビーム装置が知られている。
このような電子ビーム装置として、写像投影型の装置も知られている。この写像投影型の電子ビーム装置は、一次電子ビームの照射により、ウエハ表面から放出される二次電子又は反射電子を、対物レンズなどの多段レンズ系によって拡大結像を行うものであり、試料表面上の比較的大きな面積に均一に電子ビームを照射することができるため、ＳＥＭ方式に比べて高スループットで検査を行うことができる。
【０００３】
また、写像投影型の電子ビーム装置において、複数本の一次電子ビームを試料に対して斜め方向から入射させるようにした装置が、以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２８３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
写像投影型の電子ビーム装置は、上述したように、通常比較的高いスループットで検査を行うことができるものであるが、以下のような問題がある。
二次電子ではなく反射電子を写像投影方式で検出する場合には、試料表面から放出される反射電子が、二次電子に比べて１／１００程度であるため、所望のスループットで検査を行うことができない場合がある。
また、従来例においては、Ｅ×Ｂ偏向器を用いて一次電子ビームと放出電子（二次電子又は反射電子）とを分離しているが、Ｅ×Ｂ偏向器を用いた場合には、電場内と磁場内で二次電子又は反射電子のエネルギ分散に起因する色収差が増大する欠点がある。さらに、Ｅ×Ｂ偏向器を用いて一次電子ビームを入射させた場合、一次電子と二次電子の光路が近いと、空間電荷効果による像ボケを生じやすい等の欠点もある。
さらに、上記した特許文献１に記載されている方式の場合には、複数本の一次電子ビームを放出電子の拡大又は結像を行う対物レンズと試料面との間から、斜め方向に試料上に入射させているため、放出電子が引き出し電界（放出電子を二次光学系に導くための電界）によって曲げられて出射角が光軸から大きく傾き、入射電子当たりの放出電子数が減少してしまう。このため、この方式においても、所望のスループットで検査を行うことができない場合がある。また、試料上に凹凸がある場合には、陰影が生じやすい。
【０００５】
本発明は、このような従来例の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、高スループットかつ高Ｓ／Ｎ比で、試料表面の評価を行うことができるようにした写像投影型の電子ビーム装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明に係る、一次電子ビームの照射により試料から放出される電子を検出して、試料表面の評価を行う電子ビーム装置においては、
電子ビームを発生させる電子銃と、
試料表面に対して少なくとも１本の一次電子ビームを斜め方向から入射させる一次電子光学系と、
試料近傍に配置され、一次電子ビーム及び試料表面の情報を有する電子を通過させる対物レンズと、
試料表面の情報を有する電子を検出する検出器と
を備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記した本発明に係る電子ビーム装置において、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを同時に、試料表面の同一観察スポットに向けて入射させるよう構成され、また、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを、軸対称に観察スポットに向けて照射するよう構成されていることが好ましい。また、一次電子光学系は、複数本の一次電子ビームを同時に試料表面に向けて入射させ、かつ、その内の少なくとも１本の電子ビームを、プレチャージ照射を行うために、観察スポットの走査方向前方に入射させるよう構成されていることが好ましい。さらに、検出器は、試料表面の鉛直線上に配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、上記した本発明に係る電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームの試料への入射角を制御するための、磁界又は電界を用いた偏向器を備え、該偏向器は、扇形に形成されていることが好ましい。また、一次電子光学系は、一次電子ビームの入射角を３５°以上９０°未満、好ましくは５５°以上９０°未満、最適には７０°以上９０°未満に設定する手段を備えていることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明に係る電子ビーム装置において、一次電子光学系は、一次電子ビームを試料表面に照射する前に、二次電子光学系の光軸上でクロスオーバを結ばせる手段を備え、セラミック内面にめっき処理により形成された複数個の電極からなる静電レンズを含んだ鏡筒として構成されていることが好ましい。また、電子銃は、カーボンナノチューブ等からなる冷陰極源を使用したカソードを備えていることが好ましい。
【００１０】
本発明はまた、プロセス途中又は完了後のウエハの評価を、上記した電子ビーム装置を用いて実行するステップを含んでいることを特徴とする半導体デバイス製造方法も提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記したように構成されているので、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）一次電子ビームが試料近傍の対物レンズを通過して試料に照射されるため、入射される一次電子当たりの放出電子を比較的高くすることができ、よって、従来例のような放出電子数の減少を防止することができ、スループット及びＳ／Ｎ比を向上させることができる。
（２）二次電子を検出する写像投影型の場合等のように、１本の電子ビームの照射だけで試料から放出される電子数が充分である場合、複数本の一次電子ビームの同時照射によりチャージアップ等の画像歪みが生じてしまう可能性があるが、複数本の一次電子ビーム中の他の一次電子ビームの照射位置を、試料にプレチャージが生じるようにずらすことにより、チャージアップを防止させることができる。
（３）複数本の一次電子ビームを同時に観察スポットに軸対称に斜め方向から入射させた場合に、試料に凹凸があっても陰影を生じることがなく、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
（４）試料から放出される電子（二次電子又は反射電子）が試料面に対して垂直方向に配置された検出器で検出させており、したがって、放出された電子を偏向させないで直進させるので、収差を生じることがない。
（４）一次電子ビームの入射角を制御するために、磁場又は電場を利用した扇型（セクタ型）の偏向器を光軸の周囲に配置させることにより、垂直に近い角度で試料面に一次電子ビームを入射させることができる。一次電子ビームの試料上への入射角が約３５°以上であれば、試料面から垂直方向への電子放出量が大きくなるので、入射ビームに対する検出電子数を大きくすることができ、よって低損失の評価及び検査を実行することができる。
（５）一次電子光学系に扇形の偏向器を用いることにより、検出器を試料の鉛直線上に配置しても、試料から鉛直方向に向かう光軸と干渉しないので、試料から放出された二次電子又は反射電子を検出器に通過させることができる。
（６）Ｅ×Ｂ偏向器を用いた場合には電場内と磁場内で二次電子又は反射電子のエネルギ分散に起因する色収差が増大する欠点があるが、Ｅ×Ｂ偏向器を用いていないので、このような点を考慮して一次電子ビームを制御する必要がない。
（７）複数本の一次電子ビームを試料上に集光照射させるために、一次電子光学系に四重極（ＱＬ）レンズ等を用いて照射前に光軸上にクロスオーバを形成した場合には、電子ビーム広がりによる開口やコラム内壁への電子衝突による損失を低減することができる。なお、「コラム」とは、一般に、一次電子光学系からなる鏡筒であって、電極やセラミック絶縁体等の総称である。クロスオーバ位置は、特に試料からの反射電子を検出する方式の場合に、一次電子ビームと二次電子ビームとの交点、（すなわち、従来例のようにＥ×Ｂ偏向器を用いた場合にはその中心位置）近傍の光学軌道上となるように設定することにより、より多くの一次電子を試料表面に照射することができる。
（８）電子ビーム発生装置を複数段に多段化することにより、試料への一次電子ビームの電流量を増加させることができる。この場合、寿命等によるカソード等の取り換え時にも、電子ビーム装置（電子銃＋一次電子光学系）を稼働させながら行うことができる。
（９）一次電子光学系に含まれる静電レンズの複数の電極を、セラミック内面にメッキ処理を施した一体型のセラミックにより形成することにより、電子ビーム装置全体を小型計量化することができる。
（１０）電子銃に、カーボンナノチューブ等の冷陰極型のエミッタを使用することにより、ビーム輝度の向上及び長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を説明する前に、本発明の着眼点について説明する。
図１は、「電子ビームテスティングハンドブック」（電子ビーム研究第７巻）に記載されている、試料から放出される電子の後方散乱係数の入射角依存特性を示している。なお、入射角は、一次電子光学系の光軸と試料面とのなす角である。図１において、（Ａ）−（Ｃ）はそれぞれ、入射角がφ＝９０°、φ＝６０°、φ＝８０°の場合を示している。また、実線はエネルギ＝１００ＫｅＶの場合であり、点線はエネルギ＝９．３ＫｅＶの場合である。
図１の特性から明らかなように、試料面への入射角が約３５°以上の後方散乱電子の放出分布は、試料面に直交する方向で高くコサイン則に従うが、入射角が約３０°以下では入射角依存性が顕著となることが分かる。したがって、入射角を３５°以上に設定することが好ましいことが分かる。また、入射角を７０°〜９０°とすれば、反射電子の放出分布は、一次電子ビームを試料面に垂直入射した場合と殆ど同じであり、したがって、入射ビームに対する検出電子数を低下させることがない。
【００１３】
図２は、本発明に係る電子ビーム装置の第１の実施形態を説明するための説明図である。この第１の実施例においては、電子銃及び一次電子光学系からなる鏡筒を１つとして、１本の一次電子ビームのみを試料表面に斜め方向から入射させている。
第１の実施形態において、電子源１−１、ウエーネルト電極２−１、及びアノード（加速電極）からなる電子銃から電子ビームが放射されると、一次電子光学系を構成する静電レンズ４−１、アパーチャ５−１、四重極電極６−１、偏向器７−１、及び、静電レンズである対物レンズ１１−１を介して、Ｘ−Ｙ−θステージ９−１に載置された試料Ｗ上に、一次電子ビームが照射される。これにより、試料Ｗから二次電子又は反射電子が放出される。
一次電子ビームの入射角は、偏向器８−１を制御することにより調整されるが、約３５°以上に選択すべきことは、図１に関連して説明した通りである。
【００１４】
試料Ｗからの放出電子は、静電レンズで構成された対物レンズ１１−１及び静電レンズ１２−１及び１３−１を介して、試料Ｗの鉛直線方向に導かれ、該鉛直線上に配置された検出器に結像される。静電レンズ１２−１及び１３−１は二次電子光学系を構成し、対物レンズ１１−１は一次電子光学系及び二次電子光学系に共通のものである。検出器は、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）１４−１、蛍光板１５−１、リレーレンズ１６−１、及びＴＤＩ（又はＣＣＤ）１７−１により構成されている。静電レンズ１１−１〜１３−１により拡大されてＭＣＰ１４−１に投影された電子は、ＭＣＰ１４−１により増倍され、蛍光板１５−１で光信号に変換される。得られた光信号をリレーレンズ１６−１によりＴＤＩ１７−１に導き、画像として検出される。
【００１５】
このとき、Ｘ−Ｙ−θステージ９−１を二次元的に連続的に移動させながら一次電子ビームを試料上に照射させるため、ＴＤＩ１７−１では、試料Ｗの検査領域の２次元画像の信号を取得することができる。ＴＤＩ１７−１からの電気信号は、画像処理用のパソコン１８−１に供給され、該パソコンにおいて二次元画像を得ることができる。試料Ｗの欠陥検査を行う場合には、試料Ｗ上のダイ毎の画像を対比すること、又は他の基準となる画像と対比することにより、欠陥検出を行うことができる。
【００１６】
図３は、本発明に係る電子ビーム装置の第２の実施形態を説明するための説明図である。この第２の実施形態では、試料Ｗの観察スポットに、２本の一次電子ビームを同時に斜め方向から、二次電子光学系の光軸に軸対称に照射させること構成されている。すなわち、第２の実施形態においては、電子銃（１−１〜３−１）及び一次電子光学系（４−１〜７−１、１１−１）からなる鏡筒を２つ配置し、これらの光軸を、二次電子光学系（１１−１〜１３−１）の光軸に軸対称に設定している。鏡筒を３以上にしてもよいことは勿論である。
この第２の実施形態においても、一次電子ビームの入射角は、３５°以上に選択すべきことは、上記した通りである。
【００１７】
図４は、本発明に係る電子ビーム装置の第３の実施形態を示している。この第３の実施形態においては、一次電子ビームが試料上により大きな入射角で照射されるようにしたものであり、図２に示した第１の実施形態と対比して、偏向器７−１と対物レンズ１１−１との間に、扇形の偏向器８−１を追加したものである。
【００１８】
ここで、扇形の偏向器８−１の構成について説明する。
図５は、電界又は磁界によって一次電子ビームを偏向させる扇形の偏向器８−１の構成を示す説明図である。
該偏向器８−１の偏向機能が電界による場合、その電界強度Ｅとし、電子の質量をｍ、速度をｖ、電荷をｅ、軌道半径をＲで表した場合、運動方程式により、これらの関係を以下のように表すことができる。
ｍ・ｖ2／Ｒ＝ｅ・Ｅ
ここで、電子のエネルギＶをＶ＝４．０ＫｅＶとすれば、電子速度はｖ＝３．７５５×１０7ｍ／ｓとなり、軌道半径Ｒ＝３０ｍｍの場合の電界強度は、Ｅ＝３．０×１０5Ｖ／ｍとなる。
このような電界強度の場合、偏向器のガイドとなる内側電極Ｅ１と外側電極Ｅ２との間隔をｄ＝４ｍｍとすれば、これら電極の電位を＋５３５Ｖ及び−５３５Ｖに設定すればよい。すなわち、２つの電極間の電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｅ・ｄ
＝２．６７×１０6×４×１０-3
＝１０７０（Ｖ）
である。したがって、Ｖ＝１０７０（Ｖ）を得るために、これら電極の電位を＋５３５Ｖ及び−５３５Ｖに設定すればよいが、光軸付近の電極である外側電極Ｅ２を０Ｖ（グランド）にしたい場合は、内側電極Ｅ１に＋１０７０Ｖを印加する。
一方、偏向器の偏向が磁界によるものである場合、その磁界強度をＢとした場合、運動方程式により、以下のように表すことができる。
ｍ・ｖ2／Ｒ＝ｅ・ｖ・Ｂ
上記した場合と同一の条件（半径軌道Ｒ＝３０ｍｍ）で計算すると、Ｂ＝７１Ｇが得られる。
【００１９】
図６は、反射電子を検出する場合の一例として、エネルギがＶ＝４ＫｅＶで入射した一次電子ビーム（検出される反射電子のエネルギも４ＫｅＶ）の試料面（すなわち、試料上物高０ｍｍ）の位置に入射角θ１＝７０°、７５°、８０°で入射した場合の、シミュレーションによる入射ビーム軌道を示している。７０°以下の入射角の電子ビームは、静電レンズＣＬ１及びＣＬ２等の電極内壁に衝突して、試料位置に進入することができない。図６に示すように、θ１＝７０°の場合、偏向器８−１から試料面までの軌道２００ｍｍの中間点である位置Ｚ＝１００ｍｍにおける入射角がθ２＝約８７°である。以上から明らかなように、試料位置から検出器に向かって１００ｍｍ離れた位置に、試料方向に対して約８７°以上の入射角で進入した電子ビームのみが試料面に到達することができる。
したがって、本発明においては、扇形の偏向器８−１の出口位置でのビームと試料面とのなす角を約８７°とし、さらに、そのビーム直線と光軸との交点が、試料から１００ｍｍ離れた位置となるように、偏向器８−１を配置する。また、一次電子光学系に四極子電極（ＱＬ）からなる静電レンズ６−１により、試料面から１００ｍｍ離れた位置で、一次電子ビームのクロスオーバを結ぶように設定する。
【００２０】
図７は、二次電子を検出する場合の一例として、エネルギがＶ＝４．５ＫｅＶで一次電子ビームを入射した場合の、試料面への入射角が７０°、７５°、８０°である場合の一次電子ビームのシミュレーション軌道を示している。二次電子を検出する場合には、試料面から２００ｍｍ離れた位置に、試料面とのなす角が約８８°で一次電子ビームを入射できるように、扇形の偏向器８−１の位置を調整して配置する。
なお、図６及び図７は、上記したように、シミュレーションによって得られた軌道を示しているが、実際には、円筒の電極ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３への電圧印加により軌道が曲げられてしまうため、これを考慮して偏向器８−１の設置位置を調整する必要がある。
【００２１】
第３の実施形態においては、図５に示した構成の扇形の偏向器８を用い、検出する放出電子が反射電子であるか二次電子であるかに応じて、入射位置（１００ｍｍ又は２００ｍｍ）での一次電子ビームの入射角（θ１又はθ２）を調整すればよい。
なお、鏡筒（一次電子光学系の偏向器７まで）の光軸が、水平すなわち試料面と平行となるように構成しているが、水平ではなく、ある傾きを持たせてもよい。ただし、扇形の偏向器８−１の製造、設置及び加工精度の容易さを考慮すると、水平が最適である。
【００２２】
図８は、本発明に係る電子ビーム装置の第４の実施形態を説明するための図である。この第４の実施形態では、図５に示した第３の実施形態において追加された扇形の偏向器８−１を備えた鏡筒を２つ備え、かつ、２本の一次電子ビームが試料Ｗ上に、二次電子光学系の光軸に軸対称に照射されるように構成されている。この場合も、鏡筒を３以上備えさせてもよいことは勿論である。
図９は、本発明に係る電子ビーム装置の第５の実施形態を説明するための図である。この第５の実施形態においては、図８に示した第４の実施形態において備えられている２つの鏡筒に加えて、さらに２つの鏡筒を重段に配置したものである。鏡筒を３段以上配置すること、又各段の鏡筒の数を３以上にしてもよいことは勿論である。
【００２３】
次に、図９に示した第５の実施形態において、各段の鏡筒の数を４個として合計８本の一次電子ビームが試料Ｗ上に照射される場合の実際の具体例について、その動作を説明する。
試料Ｗは、８〜１２インチのシリコンウエハであり、ＬＳＩ製造途中の回路パターンが形成されている。電子源１−１、ウエーネルト電極２−１、及びアノード（加速電極）からなる電子銃から電子ビームが放射されると、該電子ビームは、一次電子光学系を構成する静電レンズ４−１、アパーチャ５−１、四重極レンズ６−１、偏向器７−１、扇形の偏向器８−１、及び対物レンズ１１−１を介して、二次電子光学系の光軸と３°の角度で、試料Ｗ上に照射する。そして、四重極レンズ６−１を調整することにより、試料面から鉛直方向に１００ｍｍ離れた位置にクロスオーバを結ぶように設定し、かつ、試料上のビームスポット径φが約２００μｍとなるように調整する。なお、三段以上の四重極レンズ６−１を用いた場合には、擬スティグマチック条件として、楕円状の照射スポットにしてもよい。
従来のＥ×Ｂ偏向器を用いて単一ビームを２００μｍφのスポットに照射する場合には、１．６μＡの電流しか得られないが、本発明の上記した例においては、８本の一次電子ビームを同時に２００μｍφのスポットに照射したことにより、１．６μＡ×８本＝１２．８μＡの電流が得られる。
試料Ｗからの反射電子の検出及び画像処理に関しては、図２に示した第１の実施形態に関連して説明した通りである。
【００２４】
検出電子数について、本発明の上記した具体例の電子ビーム装置と従来例のＥ×Ｂ偏向器を使用した単一ビームの電子ビーム装置とを対比すると、以下の通りである。
従来例において、二次光学系の倍率を３２０倍、ＴＤＩピクセルサイズを１６μｍ角とした場合、試料上のピクセルサイズは０．０５μｍ角に相当する。一次電子光学系の電流密度が１．６μＡで二次電子光学系の透過率が４．２％である場合、ＴＤＩの１ピクセルに検出される二次電子の数は３９０個となり、ＴＤＩのラインレートが３．３μｓｅｃでステージ速度が１５ｍｍ／ｓｅｃの検査が可能となっている。ところが、反射電子の場合は、検出電子数は二次電子の場合の１／１００であり、検出される反射電子数は約３．９個となる。
これに対して、本発明の上記した具体例においては、８本の一次電子ビームを同時に照射するので、３．９×８＝３１．２個の反射電子を得ることができる。よって、５１２階調の画像を形成するのに必要な電子数を得ることが出来る。なお、ＴＤＩの代わりにＣＣＤを用いた場合、ＴＤＩによる検査速度比と同様に、従来例と比べて、本発明は８倍のＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００２５】
反射電子ではなく二次電子を検出する場合は、上記した具体例において、反射電子検出の場合のスループットと同様のスループットを得るためには、８本の一次電子ビームのうちの１本のみを使用すればよい。１本の電子ビームを用い、かつ、四重極レンズ６−１を調整することによって、試料面から２００ｍｍの位置にクロスオーバを結ぶように調整を行ってウエハの観察を行ったところ、ＴＤＩ使用時にはステージ速度が１５ｍｍ／ｓｅｃのスループットが得られた。さらにスループットを向上させる必要がある場合には、他の残りの鏡筒からの一次電子ビームを適宜使用すればよい。
なお、二次電子を検出する場合には、望ましくは上段の鏡筒を用いることが好ましい。
また、検出に全ての一次電子ビームを使用しない場合、残りの一次電子ビームを、観察スポットの前方にずらして照射することによって、ウエハをプレチャージすることができ、これにより、チャージアップによる影響を低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、上記した電子ビーム装置を用いて、図１０及び図１１を参照して以下に説明する半導体デバイス製造方法において実行されるものである。
半導体デバイス製造方法は、図１０に示すように、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程Ｓ１、ウエハに必要な加工処理を行うウエハ・プロセッシング工程Ｓ２、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ３、ウエハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能にするチップ組立工程Ｓ４、及び完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【００２７】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２である。この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程Ｓ２において加工されたウエハの加工状態を評価することが重要であり、該工程Ｓ２は、以下のサブ工程を含んでいる。
【００２８】
１．絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、ある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やスパッタリングを用いる）
２．この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
３．薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レクチル）を用いてレジスト・パターンを形成するリソグラフィ工程
４．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）
５．イオン・不純物注入拡散工程
６．レジスト剥離工程
７．加工されたウエハを検査するウエハ検査工程。
なお、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２のサブ工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程Ｓ４においてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
【００２９】
図１１は、図１０のウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図１１に示したように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程Ｓ２１、露光工程Ｓ２２、現像工程Ｓ２３、及びアニール工程Ｓ２４を含んでいる。
レジスト塗布工程Ｓ２１において、ＣＶＤやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを塗布し、露光工程Ｓ２２において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程Ｓ２３において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程Ｓ２４において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程Ｓ２１〜Ｓ２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【００３０】
本発明の半導体デバイス製造方法においては、図１〜図９に関連して説明した電子ビーム装置を用いて、加工途中の工程（ウエハ検査工程）のみならず、完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５において用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスであっても、歪み、ぼけ等が低減された画像を得ることができるので、ウエハの欠陥を確実に検出することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る電子ビーム装置を組み入れて使用することができる、半導体ウエハ用の検査システムの全体構成について説明する。
図１２及び図１３は、検査システム１の主要な構成要素を示す立面図及び平面図である。検査システム１は、複数枚のウエハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、主ハウジング３０と、ミニエンバイロメント装置２０と主ハウジング３０との間に配置されていて、二つのローディングチャンバを画成するローダハウジング４０と、主ハウジング３０内に配置され、ウエハであるウエハＷを載置して移動させるステージ装置５０と、ウエハをカセットホルダ１０から主ハウジング３０内に配置されたステージ装置５０上に装填するローダ６０と、主ハウジング３０に取り付けられた電子光学系７０とを備え、それらは、図１２及び図１３に示したような位置関係で配置されている。本発明の電子ビーム装置は、電子光学系７０として採用することができる。
【００３２】
検査システム１は、また、真空の主ハウジング３０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウエ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５０上でのウエハの位置決めを行うためのアライメント制御装置８７（図１９に図示）を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。検査システム１はさらに、これらの要素の動作を制御するための制御装置２を備えている。
以下に、検査システム１の主要な要素（サブシステム）それぞれの構成について、詳細に説明する。
【００３３】
カセットホルダ１０
カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２５枚）のウエ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ｃ（例えば、アシスト社製のＳＭＩＦ、ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個（この実施形態では２個のカセット）保持するようになっている。このカセットホルダとしては、カセットをロボット等により搬送して自動的にカセットホルダ１０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１０は、この実施形態では、自動的にカセットｃが装填される形式であり、例えば昇降テーブル１１と、その昇降テール１１を上下移動させる昇降機構１２とを備えている。カセットｃは、昇降テーブル上に図１３において鎖線で示した状態に自動的に装填可能であり、装填後、図１３において実線で示した状態に自動的に回転され、ミニエンバイロメント装置２０内の第１の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブル１１は、図１２において鎖線で示した状態に降下される。
【００３４】
別の実施形態では、図１４に示すように、複数の３００ｍｍウエハＷを箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（不図示）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２４は、角筒状の箱本体５０１と基板搬送出入り口ドアの自動開閉装置とに連結されて、箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬送出入りドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類及びファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、ウエハＷを保持するための溝型ポケット５０７とから構成されている。この実施形態では、ローダー６０のロボット式の搬送ユニット６１により、ウエハを出し入れする。
なお、カセットｃ内に収納されるウエハは、半導体製造工程中でウエ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ウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウエハが、検査のためにカセットｃ内に収納される。カセットｃ内に収容されるウエハは、多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されており、カセット中の任意の位置のウエハを、後述する第１の搬送ユニットで保持できるようにするために、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。
【００３５】
ミニエンバイロメント装置２０
図１５は、ミニエンバイロメント装置２０を図１とは異なる方向から見た立面図である。この図１５並びに先の図１２及び図１３に示したように、ミニエンバイロメント装置２０は、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間２１を画成するハウジング２２と、ミニエンバイロメント空間２１内で清浄空気等の気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置２３と、ミニエンバイロメント空間２１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２４と、ミニエンバイロメント空間２１内に配設されていて試料であるウエハの粗位置決めを行うプリアライナ２５とを備えている。
【００３６】
ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有し、ミニエンバイロメント空間２１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２１を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図１５に示されるように、ミニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に下向きに取り付けられていて、気体（この実施形態では空気）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２３１と、底壁２２２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２３２と、回収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２３３とを備えている。
【００３７】
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２１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、これにより、搬送ユニットにより発生する恐れのある塵埃がウエハに付着するのを防止する。ハウジング２２の周壁２２３のうち、カセットホルダ１０に隣接する部分には、出入り口２２５が形成されている。
排出装置２４は、後に説明する搬送ユニットのウエ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２４１と、ハウジング２２の外側に配置されたブロワー２４２と、吸入ダクト２４１とブロワー２４２とを接続する導管２４３と、を備えている。この排出装置２４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２４１により吸引し、導管２４３、２４４及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側に排出する。
【００３８】
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたプリアライナー２５は、ウエハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウエ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、ウエ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、それに基づいて、ウエハの軸線Ｏ1−Ｏ1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する。プリアライナー２５は、ウエハであるウエハの座標を決める機構の一部を構成し、ウエハの粗位置決めを担当する。
【００３９】
主ハウジング３０
図１２及び図１３に示したように、ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレーム３６上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置３７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれたフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体３２は、フレーム構造体３３１上に配設固定されており、フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲む周壁３２３とを備え、ワーキングチャンバ３１を外部から隔離している。この実施形態においては、ハウジング３２本体及びハウジング支持装置３３は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム３６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３７で阻止している。ハウジング３２の周壁３２３の内、ローダハウジング４０に隣接する周壁には、ウエハ出し入れ用の出入り口３２５が形成されている。
【００４０】
ワーキングチャンバ３１は、汎用の真空装置（図示せず）により、真空雰囲気に保たれる。台フレーム３６の下には、検査システム１全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。
なお、検査システム１においては、主ハウジング３０を含めて、種々のハウジングを真空排気しているが、そのための真空排気系は、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、ウエハ室、ロードロック室等を、所定のシーケンスに従って真空排気を行う。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。そして、常時、真空度の監視を行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等によるチャンバ間又はチャンバと排気系との間の遮断緊急制御を行い、各部において必要な真空度を確保をする。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。
【００４１】
ローダハウジング４０
図１６は、図１２とは別の方向から見たローダハウジング４０の立面図を示している。図１６並びに図１２及び図１３に示すように、ローダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジング本体４３を備えている。ハウジング本体４３は、底壁４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有しており、２つのローディングチャンバを外部から隔離している。仕切壁４３４には、２つのローディングチャンバ間でウエハＷの受け渡しを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置２０及び主ハウジング３０に隣接した部分には、出入り口４３６及び４３７が形成されている。このローダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されて支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも、床の振動が伝達されない。
【００４２】
ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されているが、これら出入り口４３６、２２６の間には、ミニエンバイロメント空間２１とローディングチャンバ４１との連通を選択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７と主ハウジング３０のハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されているが、これら出入り口４３６、３２５の間には、ローディングチャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。更に、仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１により開口を閉じて、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４６が設けられている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６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。
【００４３】
第１のローディングチャンバ４１内には、複数枚（この実施形態では２枚）のウエハＷを上下に隔てて水平に支持するウエハラック４７が配設されている。
第１及び第２のローディングチャンバ４１及び４２は、真空ポンプを含む汎用の真空排気装置（図示せず）によって、高真空状態（真空度としては、１０-5〜１０-6Ｐａ）に雰囲気制御される。この場合、第１のローディングチャンバ４１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４２を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保つことにより、ウエハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような２つのローディングチャンバを備えたローディングハウジング構造を採用することによって、ウエハＷをローディングチャンバから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構造を採用することによって、欠陥等の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、可能な限り高真空状態にすることができる。
【００４４】
第１及び第２のローディングチャンバ４１及び４２にはそれぞれ、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において、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）が達成される。
なお、電子線を使用する主ハウジング３０において、電子光学系７０の電子源すなわち電子銃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。主ハウジング３０の電子光学系７０が配置されているワーキングチャンバにウエハＷ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、酸素に接触する可能性が低減されるため、電子源の寿命を縮めてしまう可能性が低くなる。
【００４５】
ステージ装置５０
ステージ装置５０は、主ハウジング３０の底壁３２１上に配置された固定テーブル５１と、固定テーブル上でＹ方向（図１２において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５２と、Ｙテーブル上でＸ方向（図１２において左右方向）に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。該ホルダ５５のウエハ載置面５５１上にウエハＷを解放可能に保持する。ホルダ５５は、ウエハＷ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汎用の構造のものでよい。ステージ装置５０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、上記した複数のテーブル５２〜５４を動作させることにより、載置面５５１上でホルダ５５に保持されたウエハＷを電子光学系７０から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１において上下方向）に、更には、ウエ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することができる。
【００４６】
なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ５５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、載置面の参照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、その位置をフィードバック回路（不図示）によって制御したり、それと共に或いはそれに代えて、ウエハのノッチ或いはオリフラの位置を測定して、ウエハの電子ビームに対する平面位置及び回転位置を検知し、回転テーブル５４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。ホルダ５５を設けずに、回転テーブル５４上にウエハＷを直接載置してもよい。ワーキングチャンバ３１内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置５０用のサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置されている。
電子ビームに対するウエハＷの回転位置やＸ−Ｙ座標位置を、後述する信号検出系或いは画像処理系に予め入力することによって、信号の基準化を図ることもできる。
【００４７】
ローダ６０
ローダ６０は、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２内に配置されたロボット式の第１の搬送ユニット６１と、第２のローディングチャンバ４２内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット６３とを備えている。
第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１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６１２を有している。多節のアームとして任意の構造のものを使用できるが、この実施形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つの部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆動部６１１内に設けられた汎用構造の駆動機構（図示せず）により、回転可能な軸６１３に取り付けられている。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動可能であると共に、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である。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、汎用構造の機械式チャック又は静電チャック等のウエハ把持用の把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は、汎用構造の昇降機構６１５により上下方向に移動可能である。
【００４８】
この第１の搬送ユニット６１において、カセットホルダ１０中に保持された二つのカセットｃの内のいずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２（図１３）に向かって、アーム６１２が伸び、そして、カセットｃ内に収容されたウエハＷをアームの上に載せるか又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１３に示した状態）、アームがプリアライナ２５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エハＷをプリアライナ２５に載せる。プリアライナ２５から前記と逆にしてウエハを受け取った後、アームは更に回転し、第１のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第１のローディングチャンバ４１内のウエハ受け４７に、ウエハを受け渡す。なお、機械的にウエハを把持する場合には、ウエハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これは、ウエ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、周縁部以外の部分を把持すると、デバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。
第２の搬送ユニット６３も、第１の搬送ユニット６１と構造が基本的に同じであり、ウエハＷの搬送を、ウエハラック４７とステージ装置５０の載置面上との間で行う点でのみ相違する。
【００４９】
第１及び第２の搬送ユニット６１及び６３は、カセットホルダに保持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０上への及びその逆のウエハの搬送を、ウエハをほぼ水平状態に保ったままで行う。そして、搬送ユニット６１、６３のアームが上下動するのは、単に、カセットｃからのウエハの取り出し及びそれへの挿入、ウエハラックへのウエハの載置及びそこからの取り出し、並びに、ステージ装置５０へのウエハ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、例えば直径３０ｃｍ等の大型のウエハであっても、その移動をスムースに行うことができる。
ここで、上記構成を有する検査システム１において、カセットホルダ１０に支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウエハの搬送を、順を追って説明する。
【００５０】
カセットホルダ１０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。この実施形態において、カセットｃがカセットホルダ１０の昇降テーブル１１の上にセットされると、昇降テーブル１１は昇降機構１２によって降下され、カセットｃが出入り口２２５に整合される。カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットｃに設けられたカバー（不図示）が開き、また、カセットｃとミニエンバイロメント装置２０の出入り口２２５との間には、筒状の覆いが配置されて、カセット及びミニエンバイロメント空間２１を、外部から遮断する。なお、ミニエンバイロメント装置２０側に出入り口２２５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２２５を開く。
【００５１】
一方、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２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２２５が開くと、アームが伸びてその先端でカセットｃに収容されているウエハのうち１枚を受け取る。
アーム６１２によるウエハの受け取りが完了すると、該アームは縮み、シャッタ装置が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６１２は軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動し、方向Ｍ３に向けて伸長できる状態となる。そして、アームが伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウエハをプリアライナ２５の上に載せ、該プリアライナによって、ウエハの回転方向の向き（ウエ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、第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２の先端にプリアライナ２５からウエハを受け取った後にアームを縮ませ、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２７の扉２７２が動いて出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸びてウエハを第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、シャッタ装置２７が開いてウエハラック４７にウエハが受け渡される前に、仕切壁４３４に形成された開口４３５は、シャッタ装置４６の扉４６１により気密状態に閉じられている。
【００５２】
上記した第１の搬送ユニット６１によるウエハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング本体２２に設けられた気体供給ユニット２３１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エ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２４の吸入ダクト２４１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、ハウジング本体２２の底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され、再び気体供給ユニット２３１に戻される。
【００５３】
ローダハウジング４０の第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７に第１の搬送ユニット６１によりウエハが載せられると、シャッタ装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１を密閉する。すると、該ローディングチャンバ４１内には空気が追い出されて不活性ガスが充填された後、その不活性ガスも排出されて、ローディングチャンバ４１内は真空雰囲気となる。ローディングチャンバ４１の真空雰囲気は、低真空度でよい。ローディングチャンバ４１の真空度がある程度得られると、シャッタ装置４６が動作して、扉４６１で密閉していた出入り口４３４を開き、次いで、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が伸びて先端の把持装置でウエハ受け４７から１枚のウエハを受け取る（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）。ウエハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１により出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ装置４６が開く前に、アーム６３２は予めウエハラック４７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４６が開く前に、シャッタ装置４５の扉４５２により出入り口４３７、３２５を閉じて、第２のローディングチャンバ４２内とワーキングチャンバ３１内との連通を阻止しており、かつ、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気される。
【００５４】
シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じると、第２のローディングチャンバ４２は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ４１よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６１のアームは、ワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０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３１内のステージ装置５０では、Ｙテーブル５２が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ0−Ｘ0が第２の搬送ユニット６３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１３で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３が図２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４２がワーキングチャンバ３１の真空状態と略同じになると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り口４３７、３２５を開き、アームが伸びて、ウエハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０に接近する。そして、ステージ装置５０の載置面５５１上にウエハＷを載置する。ウエハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
【００５５】
以上は、カセットｃ内のウエハＷをステージ装置５０の載置面５５１上に搬送載置するまでの動作に付いて説明した。検査処理が完了したウエハＷをステージ装置５０からカセットｃに戻すには、前述と逆の動作を行う。また、ウエハラック４７に複数のウエハを載置しているため、第２の搬送ユニット６３がウエハラック４７とステージ装置５０との間でウエハの搬送を行っている間に、第１の搬送ユニットがカセットｃとウエハラック４７との間でウエハの搬送を行うことができる。したがって、検査処理を効率良く行うことができる。
【００５６】
電子光学系７０
電子光学系７０は、試料の画像を得るための系であり、上記したように、図１〜図９に関連して説明した本発明に係る電子ビーム装置を使用することができる。
【００５７】
プレチャージユニット８１
プレチャージユニット８１は、図１２に示したように、ワーキングチャンバ３１内で電子光学系７０の鏡筒７１に隣接して配設されている。本発明の検査システム１では、ウエハに電子線を走査して照射することによってウエ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ため、ウエハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によって、ウエハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウエ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。そして、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウエハ表面の情報としているが、ウエハ表面の帯電量にむらがあると、二次電子の情報もむらを含み、正確な画像を得ることができない。そこで、この実施形態では、帯電むらを防止するために、プレチャージユニット８１が設けられている。該プレチャージユニット８１は荷電粒子照射部８１１を含み、ウエハ上に検査のために一次電子を照射する前に、荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射することにより、帯電むらを無くす。なお、ウエハ表面の帯電状態は、電子光学系７０を用いて予めウエハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出することができ、そして、検出された帯電状態に基づいて、荷電粒子照射部８１１からの荷電粒子の照射を制御する。プレチャージユニット８１では、一次電子線をぼかして照射してもよい。
【００５８】
アライメント制御装置８７
アライメント制御装置８７は、ステージ装置５０を用いてウエハＷを電子光学系７０に対して位置決めさせる装置である。アライメント制御装置８７は、光学顕微鏡８７１（図１２及び図１７）を用いた広視野観察によるウエハの概略位置合わせである低倍率合わせ（電子光学系によるよりも倍率が低い位置合わせ）、電子光学系７０の電子光学系を用いたウエハの高倍率合わせ、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。なお、このように低倍率でウエハを検査するのは、ウエ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エハのパターンを観察してウエハライメントを行うときに、電子線による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。
【００５９】
光学顕微鏡８７１は、主ハウジング３０内に設けられているが、主ハウジング３０内で移動可能に設けられていてもよい。光学顕微鏡８７１を動作させるための光源（不図示）も主ハウジング３０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、電子光学系７０の電子光学系（一次光学系７２及び二次光学系７４）を共用するものである。
図１７は、アライメント制御装置８７の概略構成を示している。ウエハＷ上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置５０のＸステージ又はＹステージを動かすことによって、ウエ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８７１を用いて広視野でウエハを視認し、そのウエハ上の観察すべき位置をＣＣＤ８７２を介してモニタ８７３に表示させ、観察位置すなわち被観察点の位置を、おおよそ決定する。この場合、光学顕微鏡８７１の倍率を低倍率から高倍率に徐々に変化させていってもよい。
【００６０】
次に、ステージ装置５０を電子光学系７０の光軸と光学顕微鏡８７１の光軸との間隔δｘに相当する距離だけ移動させることにより、光学顕微鏡８７１を用いて予め決めたウエハ上の被観察点を電子光学系７０の視野位置に移動させる。この場合、電子光学系７０の軸線Ｏ3−Ｏ3と光学顕微鏡８７１の光軸Ｏ4−Ｏ4との間の距離（この実施形態では、Ｘ軸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。電子光学系７０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、モニタ７６５に表示させる。
【００６１】
このようにして、電子光学系によって高倍率でウエハの観察点をモニタに表示させた後、公知の方法により、ステージ装置５０の回転テーブル５４の回転中心に関するウエハの回転方向の位置ずれ、すなわち電子光学系の光軸Ｏ3−Ｏ3に対するウエハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学系７０に関する所定のパターの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エハに設けられた検査マークのデータ、或いはウエ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５０の動作を制御してウエハのアライメントを行う。
【００６２】
アライメント手順について、より詳細に説明する。
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１８参照）。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１９）。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。
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２０）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。
【００６３】
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。
Ａ．光学顕微鏡を用いて低倍にて撮像
（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。
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。
【００６４】
（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。
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。
【００６５】
（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。
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。
【００６６】
（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。
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。
ＸＮ＝Ｘ１＋ｄＸ
ＹＮ＝Ｙ１＋ｄＹ
ただし、（Ｘ１，Ｙ１）は、第１サーチダイのパターンの座標
【００６７】
（２−３）ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を取得し、さらにダイの検出個数（ＤＮ）の初期値として１を設定する。
（２−４）第１サーチダイのパターン座標（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。
（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２１参照。
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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２２参照）。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
θ＝ｔａｎ―1（ｄＸ／ｄＹ）
ＹＤ＝√（（ｄＸ）2＋（ｄＹ）2）／ＤＮ
（３−２）算出した回転量（θ）分だけθステージを回転させる。
【００７０】
Ｂ．光学顕微鏡を用いて高倍にて撮像
（１）光顕低倍の（１）と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
（２）光顕低倍の（２）と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
（３）光顕低倍の（３）と同様の手順を実行する。
（４）＜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。
Ｘ’１＝  ｘ1＊ｃｏｓθ−ｙ1＊ｓｉｎθ
Ｙ’１＝ｘ1＊ｓｉｎθ＋ｙ1＊ｃｏｓθ
【００７１】
（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。
（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。
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。
（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。
【００７２】
（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。
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。
【００７３】
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。
（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。
（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＝√（（ｄＸ）2＋（ｄＹ）2）
【００７４】
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。
（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。
（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。
（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
【００７５】
（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。
（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。
【００７６】
（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。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
Φ＝ｔａｎ―1（ｄＹ／ｄＸ）
ＸＤ＝√（（ｄＸ）2＋（ｄＹ）2）／ＤＮ
【００７７】
（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。
【００７８】
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２３参照）。フォーカスレシピ作成手順は次のとおり。
（１）フォーカス測定対象ダイをダイマップから選択する
（２）ダイ内でのフォーカス測定点を設定する
（３）各測定点へステージを移動させ、画像およびコントラスト値を基に、フォーカス値（ＣＬ１２電圧）の調整を手動で行う。
【００７９】
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２４参照）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。
【００８０】
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（ただし、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する）
（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。
（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。
【００８１】
制御装置２
制御装置２（図１２）の制御系は、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、手動検査モード時等の必要な全てのコマンドの入力等）。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウエハの搬送、位置合わせの制御、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、ウエハ観察位置のＺ軸方向（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ツクし、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、及びステージ装置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。
【００８２】
制御コントローラは、主に電子光学系７０の制御、すなわち、電子銃、レンズ、アライナー等の制御等を担う。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電源を制御すること、各倍率に対応した各レンズ系やアライナーへ自動的に電圧を設定すること等の、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。
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軸方向およびＹ軸方向のμｍオーダーの移動（±０．５μｍ程度の許容誤差）を可能にしている。また、ステージの移動制御では、誤差精度±０．３秒程度以内で、回転方向の制御（θ制御）も行われる。
【００８３】
検査システム１はさらに、電子光学系７０によって得られたデータを処理して画像データを取得し、得られた画像データに基づいてウエハ上の欠陥を検出する欠陥検査装置を備えている。以下に、本発明に係る半導体ウエハの欠陥検査装置について説明する。
なお、一般に、電子線を用いた検査装置すなわち電子光学系７０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。そのため、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。
【００８４】
上記したように、検査されるウエハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、超精密のステージ装置（Ｘ−Ｙステージ）５０上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定される。そして、欠陥検査工程では、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。
次いで、ウエハの種類（どの工程後か、ウエハのサイズは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、メモリへ記憶を行なう。
【００８５】
欠陥検査の基本的流れを、図２５に示す。まずアライメント動作１１３・１を含んだウエハ搬送の後、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）。レシピは被検査ウエハに最低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枚の被検査ウエハに対して、複数のレシピが存在する場合もある。また同一パターンの被検査ウエハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウエハを検査する場合もある。図２５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ことを示している。
図２５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、ウエハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見する度に即時行われ、以下の動作をほぼ並列的に実行する。
・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
・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
・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
【００８６】
被検査ウエハ単位で検査が終了すると、次いで、以下の動作をほぼ並列的に実行する。
・結果出力ファイルをクローズして保存する動作
・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
・ウエハを排出する動作
連続的にウエハを検査する設定がなされている場合、次の被検査ウエハを搬送して、前記一連の動作を繰り返す。
【００８７】
図２５におけるレシピ作成においては、検査に関係する条件等の設定ファイルからなるレシピを作成する。該レシピは、保存することも可能であり、該レシピを使用して、検査時もしくは検査前に条件設定を行う。レシピに記載された検査に関係する条件は、例えば、以下の事項を含んでいる。
・検査対象ダイ
・ダイ内部検査領域
・検査アルゴリズム
・検出条件（検査感度等、欠陥抽出に必要な条件）
・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）
【００８８】
上記した検査条件の内、検査対象ダイの設定は、図２６に示すよう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２６の例では、ウエハ端面のダイ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、ウエ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。
【００８９】
また、ダイ内部の検査領域の設定は、図２７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２７の例では、実線で示した領域１１５・１と破線で示した領域１１５・２を設定している。
領域１１５・１は、ダイのほぼ全体を設定領域としている。この場合、検査アルゴリズムは、隣接ダイ比較法とし、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としこの領域に対する検出条件及び観察条件の詳細は、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できる。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。
【００９０】
図２５の検査動作においては、図２８に示すように、被検査ウエハを走査幅に細分化して走査する。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。
走査方向及びシーケンスを、模式的に図２９に示す。すなわち、検査時間短縮のために双方向動作（Ａ動作）や、機械制限からの単方向動作（Ｂ動作）などが、オペレータより選択できる構成になっている。
また、レシピの検査対象ダイ設定を元に、走査量を減らす動作を自動演算して検査する機能も有している。図３０−１は検査ダイが１個のみの場合の走査例であり、不要な走査は行わない。
【００９１】
レシピによって設定される検査アルゴリズムは、セル検査（アレイ検査）とダイ検査（ランダム検査）に大別することができる。
図３０−２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、セル検査、すなわち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、ダイ検査によってダイ同士の比較を行う必要がある。ダイ検査は、比較対象により、さらに以下にように区分される。
・隣接ダイ比較法（Die-to-Die検査）
・基準ダイ比較法（Die-to- Any Die検査）
・ＣＡＤデータ比較法（Cad Data-to-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、基準ダイ比較法及びＣＡＤデータ比較法であり、基準ダイ比較法においては、参照ダイをゴールデンテンプレートとし、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。
【００９２】
以下に、各検査アルゴリズムの動作を述べる。
セル検査（アレイ検査）
セル検査は、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。
検査は、参照とする参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。
欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐための２次的な判定を行っても良い。
【００９３】
セル検査においては、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。
参照画像の生成方法の一例を図３１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３１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３１において周期１〜６は容易に認識できる。
参照周期画像は、各画素において被検査周期直前の周期１〜３を加算し平均して生成する。１〜３いずれかに欠陥が存在しても平均処理されるので影響は少ない。この形成された参照周期画像と被検査周期画像４を比較して欠陥の抽出を行う。
次に被検査周期画像５を検査する場合、周期２〜４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。
【００９４】
ダイ検査（ランダム検査）
ダイ検査は、ダイの構造に制限されず適用できる。検査は、参照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。ダイ検査は参照画像の求め方で分類することができる。以下に、ダイ検査に含まれる隣接ダイ比較法、基準ダイ比較検査法、及びＣＡＤデータ比較法について動作を説明する。
【００９５】
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３２及び図３３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。
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。
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。
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。
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。
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。
【００９６】
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３３と図３４において、以下のステップを有する。
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。
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。
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。
ｆ）被検査画像を順次走査して得られる画像と、基準ダイ画像である参照画像を転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステップ。
ｇ）上記ｆ）で得られた差分より欠陥を判定するステップ。
ｈ）以下連続して図３５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エ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。
【００９７】
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。
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。
【００９８】
Ｃ．ＣＡＤデータ比較法（CAD Data-Any Die検査）
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。
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。
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。
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。
【００９９】
また、ベクタデータをラスタデータに変換する作業に付加機能として、以下の少なくとも１つを有する。
ａ）ラスタデータの多値化機能。
ｂ）上記ａ）に関し、多値化の、階調重み、オフセットを検査装置の感度を鑑みて設定する機能。
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３３において、ＣＡＤデータ比較法による検査ステップを示す。
ａ）計算機１でＣＡＤデータをラスタデータに変換しかつ上記付加機能で参照画像を生成してメモリ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。
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。
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３５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。
【０１００】
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、すなわち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、すなわち濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。
ｃ）において画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも良いし、基準ダイの一部として更新しながら検査しても良い。
【０１０１】
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。
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、適用可能である。
【０１０２】
フォーカス機能の基本的流れを、図３６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。
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。
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３７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。
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。
【０１０３】
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。
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３７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３７のスイッチ１２６・４）で選択・設定する。
【０１０４】
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３８において
ａ）フォーカス位置Ｚ＝１の画像を求めそのコントラストを計算する。
ｂ）上記ａ）をＺ＝２，３，４でも行う。
ｃ）上記ａ）、ｂ）で得られたコントラスト値から回帰させコントラスト関数を求める（図３８）
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。
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３９の様なライン＆スペースが選択された場合、良い結果を示すが、コントラストは白黒パターンがあれば形状によらず計測出来る。
ａ）からｄ）を行うことで１点のベストフォーカス値が求まる。この時のデータ形式は（Ｘ，Ｙ，Ｚ）  ＸＹ：フォーカスを求めた座標、Ｚ：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。
【０１０５】
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。
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。
ｂ）上記ａ）の計算は、補間関数で行う。
ｃ）上記ｂ）の補間関数は、リニア補間やスプライン補間等でフォーカスマップレシピの作成時にオペレータにより指定される。
ｄ）ステージのＸＹ位置を監視して、現在のＸＹ位置に適したフォーカスマップファイル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４０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。
【０１０６】
図４１は、本発明に係る電子ビーム装置を使用した半導体製造プラントの例を示す。図４１において、電子ビーム装置は参照番号１７１．１で示されており、該装置で検査されるウエハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報は、ＳＭＩＦまたはＦＯＵＰ１７１・２に備えられたメモリから読み出されるか、または、そのロット番号を、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰ１７１・２又はウエハカセットのＩＤ番号を読み取ることにより、認識できるようになっている。ウエハの搬送中は、水分の量をコントロールしてメタル配線の酸化等を防止している。
欠陥検査装置１７１．１の欠陥検出制御用のＰＣ１７１．６は、生産ラインの情報通信ネットワーク１７１・３に接続されており、このネットワーク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、及び別の検査システムに、被検査物であるウエ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できる。製造装置１７１・５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、他の検査装置等が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の原理を説明するための放出電子の入射角依存性を示すグラフである。
【図２】本発明に係る電子ビーム装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明に係る電子ビーム装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明に係る電子ビーム装置の第３の実施形態を示す概略図である。
【図５】図４に示した第３の実施形態において用いられる扇形の偏向器の構成を示す説明図である。
【図６】反射電子観察時の入射する一次電子ビームの軌道を示す図である。
【図７】二次電子観察時の入射する一次電子ビームの軌道を示す図である。
【図８】本発明に係る電子ビーム装置の第４の実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明に係る電子ビーム装置の第５の実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示したウエハの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。
【図１２】本発明に係る電子ビーム装置を適用可能な半導体ウエハの検査システムの主要構成要素を示す立面図である。
【図１３】図１２に示した検査システムの主要構成要素の平面図であって、図１２の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
【図１４】図１２に示した検査システムのウエハ搬送箱とローダーとの関係を示す図である。
【図１５】図１２に示した検査システムのミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、図１２の線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。
【図１６】図１２に示した検査システムのローダハウジングを示す図であって、図１３の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
【図１７】図１２に示した検査システムの電子光学系に適用可能なウエハのアライメント制御装置の概略説明図である。
【図１８】ウエハのアライメントが必要な理由を説明するための図である。
【図１９】ウエハのアライメント実行状態を説明するための図である。
【図２０】ウエハのアライメント実行後のダイの配列状態のダイマップを示す図である。
【図２１】ウエハのアライメント手順における座標値更新を説明する図である。
【図２２】ウエハのアライメント手順における回転量及びＹ方向サイズを説明する図である。
【図２３】ウエハのアライメント手順中のフォーカスレシピ作成におけるフォーカス値の補間を説明する図である。
【図２４】ウエハのアライメント手順において生じる誤差を説明する図である。
【図２５】半導体デバイスの検査手順の基本的な流れを説明する図である。
【図２６】検査対象ダイの設定を示す図である。
【図２７】ダイ内部の検査領域の設定を説明する図である。
【図２８】半導体デバイスの検査手順を説明する図である。
【図２９】（Ａ）及び（Ｂ）は、半導体デバイスの検査手順を説明する図である。
【図３０】図３０―１は、検査ダイが１個の場合の走査例を示す図である。図３０−２は、検査ダイの一例を示す図である。
【図３１】半導体バイス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３２】半導体デバイス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３３】半導体デバイス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３４】半導体デバイス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３５】半導体デバイス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３６】半導体デバイス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３７】半導体デバイス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３８】半導体デバイス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３９】半導体デバイス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４０】半導体デバイス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４１】本発明に係る電子ビーム装置を半導体製造ラインに接続した実施の形態を示す図である。
【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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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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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