(57)【要約】      （修正有）【課題】検査処理のスループットを向上させるとともに、検出精度を向上させることができる電子線装置を提供する。【解決手段】一次荷電粒子を試料Wの被測定領域に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を検出する装置において、一次荷電粒子を試料Wの被測定領域を分割した小領域単位に照射する際、１つの小領域Ｒ１１を照射後、該小領域に隣接する少なくとも１つ以上の小領域Ｒ１２をスキップし、そして、未照射の小領域Ｒ１３を照射するよう制御する。この場合、各小領域の照射は、次に照射を行うべき小領域に近い側から開始され、遠い側へ進められる。例えば、小領域Ｒ１１の場合、次に照射される小領域Ｒ１３に近い点Ｐ１１から開始され、遠い点Ｐ１２に到達すると、小領域Ｒ１３の照射を点Ｐ１３から開始する。【選択図】図３２
2007184283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次荷電粒子を試料の被測定領域に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を検出する方法であって、
前記一次荷電粒子を試料の被測定領域を分割した小領域単位に照射するステップであって、１つの小領域を照射後、該小領域に隣接する少なくとも１つ以上の小領域をスキップして、未照射の小領域を照射するステップ
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記１つの小領域の照射は、次に照射を行うべき小領域に近い側から開始され、遠い側へ進められることを特徴とする方法。
【請求項３】
一次荷電粒子を試料の被測定領域に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を検出する荷電粒子線装置であって、
前記一次荷電粒子を試料の被測定領域を分割した小領域単位にラスタ走査して照射する手段であって、該ラスタ走査を、１つの小領域中の１つのラスタを走査後に１つ以上のラスタをスキップし、かつ、当該小領域の端まで走査後に、該スキップされたラスタを走査する、照射手段
を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３に記載の荷電粒子線装置において、該装置は、
前記照射手段を含み、複数の一次荷電粒子を試料に照射する少なくとも１以上の一次光学系と、
前記二次荷電粒子線を少なくとも１以上の検出器に導く少なくとも１以上の二次光学系と
を備え、前記一次光学系は、前記複数の一次荷電粒子を互いに、前記二次光学系の距離分解能より離れた位置に照射するよう構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ等の試料の表面の性状を検査する技術に関する。より詳細には、本発明は、半導体製造工程におけるウエハの欠陥検出及び線幅測定等のように、電子ビームを試料に照射し、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、該画像データに基づいて試料表面に形成されたパターン等を高スループットで評価するための電子線装置、並びに、該装置を用いた半導体デバイスの評価システム及び半導体デバイス製造方法に関する。なお、本明細書において、試料の「評価」とは、試料の欠陥検出及び線幅測定等の任意の「検査」を含むものとする。
【背景技術】
【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。
【０００３】
そして、半導体デバイスの高集積化及び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エハの欠陥を調べるためには、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、主流になると予想される。但し、電子ビーム方式の欠陥検査装置にも弱点があり、それはスループットの点で光方式に劣ることである。このため、高分解能、高スループット、且つ電気的欠陥検出が可能な電子ビーム方式の検査装置の開発が要求されている。
【０００４】
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。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（２０ｃｍウエハ）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。しかし、上記したように、検査時間が非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。また、電子ビーム方式の検査装置は、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ことから、一般に、現状では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜（銅メッキを含む）、又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理後等に使用されている。
【０００５】
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ウエハを照射する。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。細く絞られた電子ビーム（一次電子線と呼ぶ）の照射により発生したウエハ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（信号強度として得られる）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）等のモニタ上に画像を出力する。以上が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）ウエ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、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）、一次電子線の電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが、現在の最高値であり、この場合で検査速度は、２０ｃｍ径のウエハ１枚あたり約８時間と言われている。このように、検査速度が光に比べてきわめて遅い（１／２０以下）ことが、大きな問題点（欠点）となっている。
【０００６】
また、高スループットにするためにビーム電流を大きくすると、絶縁膜が表面にあるウエハでは、帯電して良好なＳＥＭ画像が得られないという問題があった。
【０００７】
ＳＥＭ方式の欠点である検査速度を向上する別の方法として、複数の電子線を用いたＳＥＭ（マルチビームＳＥＭ）方式及び装置が開示されている。この従来例の方式及び装置では、複数の電子線の本数分だけ検査速度を向上できるが、複数の一次電子線を斜め入射し、ウエハからの複数の二次電子線を斜め方向に取り出すため、ウエハから放出される二次電子も、斜めの方向に放出されたもののみを検出器が拾うことになる。また、画像に影ができてしまったり、さらに、複数の電子線からのそれぞれの二次電子を分離することが困難であって、二次電子が互いに混入してしまうという問題が生じている。
【０００８】
さらに、マルチビーム方式の電子線装置を用いた評価システムにおいて、電子線装置と他のサブシステムとの間の相互作用等については、今までほとんど提案されておらず、結局、高スループットの評価システムの完成された全体システムが提案されていない。更に、検査すべきウエハ等の大型化が図られてきており、サブシステムもウエハの大型化に対処できるようにする必要があるが、この点についても、提案されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、検査処理のスループットを向上させるとともに、検出精度を向上させることができる電子線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明は、一次荷電粒子を試料の被測定領域に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を検出する方法であって、
前記一次荷電粒子を試料の被測定領域を分割した小領域単位に照射するステップであって、１つの小領域を照射後、該小領域に隣接する少なくとも１つ以上の小領域をスキップして、未照射の小領域を照射するステップ
を備えていることを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
上記した本発明の方法において、前記１つの小領域の照射は、次に照射を行うべき小領域に近い側から開始され、遠い側へ進められることが好ましい。
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明はまた、一次荷電粒子を試料の被測定領域に照射し、試料から放出される二次荷電粒子を検出する荷電粒子線装置であって、
前記一次荷電粒子を試料の被測定領域を分割した小領域単位にラスタ走査して照射する手段であって、該ラスタ走査を、１つの小領域中の１つのラスタを走査後に１つ以上のラスタをスキップし、かつ、当該小領域の端まで走査後に、該スキップされたラスタを走査する、照射手段
を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【００１３】
上記した本発明の荷電粒子線装置において、該装置は、
前記照射手段を含み、複数の一次荷電粒子を試料に照射する少なくとも１以上の一次光学系と、
前記二次荷電粒子線を少なくとも１以上の検出器に導く少なくとも１以上の二次光学系と
を備え、前記一次光学系は、前記複数の一次荷電粒子を互いに、前記二次光学系の距離分解能より離れた位置に照射するよう構成されているが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
すなわち、荷電電荷は時間とともに減少するが、試料から発生される二次電子を検出後ウエハを移動させて次の小領域を照射する際、該次の領域は、隣接する小領域を少なくとも１以上スキップした未照射の小領域とするので、照射済の小領域の帯電による影響が十分に小さく時間の経過後に、スキップした小領域を照射することになる。よって、効率的に試料上を照射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とともに、検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る評価システムの実施形態について、検査試料として表面にパターンが形成された半導体基板すなわちウエハを評価する場合について、説明する。なお、ウエハ以外の試料の評価に適用可能であることは、勿論である。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る評価システム１の主要な構成要素を示す立面図及び平面図である。評価システム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、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、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１及び図２に示したような位置関係で配置されている。評価システム１は、更に、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８３（図１１に図示）と、電子ビームキャリブレーション機構８５（図１２に図示）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を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。
【００１７】
以下に、評価システム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。
【００１８】
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２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２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１において鎖線で示した状態に降下される。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、いずれも既知の構造のものを適宜選択して使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は、ここでは省略する。
【００１９】
別の実施形態では、図３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。
【００２０】
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。
【００２１】
ミニエンバイロメント装置２０
図４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４並びに先の図１及び図２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。
【００２２】
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４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。
【００２３】
この実施形態では、気体供給ユニット２３１は、供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて、ミニエンバイロメント空間２１の雰囲気を清浄にするよう構成されている。しかしながら、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２３１は、清浄空気をつくりだすための既知の構造の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。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全面に亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって、清浄度を向上させることができる。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに、装置をシャットダウンすることもできる。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。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５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。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３〜０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニット２３１は、ミニエンバイロメント空間２１内でなく、その外側に設けてもよい。
【００２４】
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。この場合、ハウジング２２の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。
【００２５】
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。このプリアライナ自体は既知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は、ここでは省略する。なお、図示しないが、プリアライナ２５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２５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。
【００２６】
主ハウジング３０
図１及び図２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。底壁３２１は、この実施形態では、上に載置されるステージ装置５０等の機器による加重で歪みが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、その他の適宜の構造にしてもよい。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。
【００２７】
防振装置３７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のでもよい。いずれも汎用の構造のものでよいので、その構造及び機能の説明を省略する。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、評価システム１全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。
【００２８】
なお、評価システム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。
【００２９】
ローダハウジング４０
図５は、図１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５並びに図１及び図２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。
【００３０】
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。シャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２７１と、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装置２７３とを有している。同様に、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。シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触し、それら側壁に固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して、出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。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。これらのシャッタ装置は汎用のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。
【００３１】
なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジング４０の支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置２０を介して床からの振動がローダハウジング４０及び主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２とローダハウジング４０との間に、出入り口の周囲を気密に囲む防振用のクッション材を配置しておけば良い。
【００３２】
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。ウエハラック４７は、図６に示すように、矩形の基板４７１の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱４７２を備え、各支柱４７２には、それぞれ２段の支持部４７３及び４７４が形成され、その支持部の上に、ウエハＷの周縁を載せて保持する。このようにウエハＷを載置下状態で、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エハＷに接近させ、該アームによりウエハを把持させ、そしてウエハを搬送させる。
【００３３】
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、マルチビーム型の電子光学系と協働し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。
【００３４】
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。このような不活性ガスベントを行う装置自体は汎用の構造のものでよいので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
なお、電子線を使用する本発明の主ハウジング３０において、後述する電子光学系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。本発明においては、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。
【００３６】
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１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１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。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。なお、ステージ装置５０は、例えばステッパー等で使用されている汎用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、上記したレーザ干渉測距装置も汎用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。
【００３７】
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。更に、このホルダ５５に設けられたウエハチャック機構は、ウエハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に印加するよう構成され、ウエハＷの外周部の３点（好ましくは、周方向に等隔に隔てられた３点）を押さえて位置決めするようになっている。ウエハチャック機構は、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構成され、かつ電圧印加用の導通部を構成している。
【００３８】
なお、この実施形態では図２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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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２）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２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。
【００４２】
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だけであるから、詳細な説明は省略する。
【００４３】
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。
【００４４】
ここで、上記構成を有する評価システム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。
【００４５】
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。これらの構造は汎用のものであるから、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。
【００４６】
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。なお、アームと、カセットから取り出されるべきウエハとの上下方向の位置調整は、この実施形態では、第１の搬送ユニット６１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行うが、カセットホルダ１０の昇降テーブルの上下動によって行っても、或いはその両者で行ってもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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２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。
【００５１】
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。
【００５２】
具体的には、第２の搬送ユニットのウエハラック４７に、既に処理済みのウエハＡと未処理のウエハＢとがある場合、まず、ステージ装置５０に未処理のウエハＢを移動し、処理を開始する。そして、この処理中に、処理済みウエハＡを、アームによりステージ装置５０からウエハラック４７に移動し、未処理の別のウエハＣを同じくアームによりウエハラックから抜き出し、プリアライナで位置決めした後、ローディングチャンバ４１のウエハラック４７に移動する。このようにすることにより、ウエハラック４７の中では、ウエハＢの処理中に、処理済みのウエハＡを未処理のウエハＣに置き換えることができる。
【００５３】
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５０を複数台並列に置き、各ステージ装置に１つのウエハラック４７からウエハを移動することにより、複数枚のウエハを同じに処理することができる。
【００５４】
図７の［Ａ］及び［Ｂ］は、主ハウジング３０の支持方法の変形例を示している。図７［Ａ］に示した変形例では、ハウジング支持装置３３ａを厚肉で矩形の鋼板３３１ａで構成し、その鋼板の上にハウジング本体３２ａが載せられている。したがって、ハウジング本体３２ａの底壁３２１ａは、図１の実施形態の底壁に比較して、薄い構造になっている。図７［Ｂ］に示した変形例では、ハウジング支持装置３３ｂのフレーム構造体３３６ｂによりハウジング本体３２ｂ及びローダハウジング４０ｂを吊下状態で支持している。フレーム構造体３３６ｂに固定された複数の縦フレーム３３７ｂの下端は、ハウジング本体３２ｂの底壁３２１ｂの四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持している。そして、防振装置３７ｂは、フレーム構造体３３６ｂと台フレーム３６ｂとの間に配置されている。また、ローダハウジング４０も、フレーム構造体３３６に固定された吊り下げ部材４９ｂによって吊り下げられている。図７［Ｂ］に示した変形例では、吊り下げ式に支えているので、主ハウジング３０ｂ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。主ハウジング及びローダハウジングをつり下げて支持する方法によれば、床からの振動がこれらに伝わらないため、好適である。
【００５５】
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、床上に配置される。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジング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る。
【００５６】
電子光学系７０
電子線装置に具備される電子光学系７０は、ハウジング本体３２に固定された鏡筒７１を備え、該鏡筒中には、一次電子光学系（以下、「一次光学系」）及び二次電子光学系（以下、「二次光学系」）と検出系とが配置されている。
【００５７】
図８は、このような電子光学系７０の実施形態を示した概略図であり、図において、７２は一次光学系、７４は二次光学系、７６は検出系である。なお、図８においては、ウエハＷを載置した状態のステージ装置５０、及び制御装置の一部である走査信号発生回路７６４も示している。一次光学系７２は、電子線を試料であるウエハＷの表面に照射する光学系であり、電子線を放出する電子銃７２１と、電子銃７２１から放出された一次電子線を集束する静電レンズすなわちコンデンサレンズ７２２と、該コンデンサレンズ７２２の下方に配置されかつ複数の開口が形成されていて、一次電子線を複数の一次電子ビームすなわちマルチビームに形成するマルチ開口板７２３と、一次電子ビームを縮小する静電レンズである縮小レンズ７２４と、ウィーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器７２５と、対物レンズ７２６とを備えている。それらは、図８に示すように、電子銃７２１を最上部にして順に配置され、しかも、電子銃から放出される一次電子線の光軸がウエハＷの表面に直交して照射されるように設定される。
【００５８】
縮小レンズ７２４及び対物レンズ７２６の像面湾曲収差の影響をなくすため、マルチ開口板７２３に形成される複数（この実施形態では９個）の開口７２３ａが、図９の［Ａ］に示されるように、光軸を中心とした円の円周上に形成され、しかも、その開口のＸ軸上への投影像のＸ方向の間隔Ｌｘが同一となるように配置されている。
【００５９】
二次光学系７４は、Ｅ×Ｂ分離器７２５により一次光学系から分離された二次電子を通す２段の静電レンズである拡大レンズ７４１及び７４２と、マルチ開口検出板７４３とを備えている。マルチ開口検出板７４３に形成される開口７４３ａは、図９の［Ａ］に示すように、一次光学系のマルチ開口板７２３に形成されている開口７２３ａと一対一に対応するように配置されている。
【００６０】
検出系７６は、二次光学系７４のマルチ開口検出板７４３の複数の開口７４３ａに対応し、かつこれらに近接して配置された複数（この実施形態では９個）の検出器７６１と、各検出器７６１にＡ／Ｄ変換器７６２を介して電気的に接続された画像処理部７６３とを備えている。画像処理部７６３は、電子光学系７０内に物理的に位置する必要がない。
【００６１】
次に、上記構成の電子光学系７０の動作を説明する。電子銃７２１から放出された一次電子線は、一次光学系７２のコンデンサレンズ７２２によって集束されて点Ｐ１においてクロスオーバを形成する。コンデンサレンズ７２２によって集束された一次電子線がマルチ開口板７２３の複数の開口７２３ａを通過することにより、複数の一次電子線が形成され、これらの一次電子線は、縮小レンズ７２４によって縮小されて、位置Ｐ２に投影される。位置Ｐ２で合焦した後、更に対物レンズ７２６によってウエハＷの表面上に合焦される。このとき、一次電子線は、縮小レンズ７２４と対物レンズ７２６との間に配置された偏向器７２７によって、ウエハＷの表面上を走査するように偏向される。偏向器７２７には、走査信号が印加され、該信号に基づいて、一次電子線の偏向走査が実行される。
【００６２】
一次光学系７２による一次電子線の照射方法を、図９の［Ｂ］を用いて説明する。なお、この図の例では、説明を簡単にするために、４本の一次電子線１０１、１０２、１０３、１０４を用いる例について説明する。それぞれの電子線は、５０μｍ幅をスキャンするものとする。電子線１０１を例にとると、まず、電子線１０１は左端から右方向にスキャンし、右端に到着後、すみやかに左端にもどり、改めて、右方向にスキャンする。このように、４つの電子線により、同時にウエハ表面を走査しているので、スループットが向上する。
【００６３】
合焦された複数（図８の実施形態では９本）の一次電子線によってウエハＷ上の複数の点が照射され、照射されたこれらの複数の点から二次電子が放出される。この二次電子は、対物レンズ７２６の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器７２５によって偏向されて、二次光学系７４に投入される。二次電子による像は、Ｅ×Ｂ分離器７２５からみて、位置Ｐ２より近い位置Ｐ３において焦点を結ぶ。これは、一次電子ビームがウエハ面上で５００ｅＶ程度のエネルギを有しているのに対して、二次電子が数ｅｖ程度のエネルギしか有していないためである。
【００６４】
ここで、図１０を参照してＥ×Ｂ分離器７２５について説明する。図１０［Ａ］は、本発明の電子光学系７０に使用可能なＥ×Ｂ分離器の一例を示している。この分離器は、静電偏向器と電磁偏向器とにより構成されており、図１０においては、光軸ＯＡ１（図面に垂直な軸）に直交するＸ−Ｙ平面上の断面として示されている。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交している。
【００６５】
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）７２５１を備え、Ｘ軸方向に電界を生成する。これら静電偏向電極７２５１は、絶縁スペーサ７２５２を介して真空容器の真空壁７２５３に取り付けられており、これらの電極間距離Ｄｐは、静電偏向電極７２５１のＹ軸方向の長さ２Ｌｐよりも小さく設定されている。このような設定により、Ｚ軸すなわち光軸ＯＡ１の回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、Ｄｐ＜Ｌｐ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。
【００６６】
すなわち、電極の端部からＤｐ／２の範囲は、電界強度が一様でないため、電界強度がほぼ一様な領域は、一様でない端部領域を除いた中心部の２Ｌｐ−Ｄｐ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、２Ｌｐ＞Ｄｐとする必要があり、更に、Ｌｐ＞Ｄｐ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。
【００６７】
真空壁７２５３の外側には、Ｙ軸方向に磁界を生成するための電磁偏向器が設けられている。この電磁偏向器は、電磁コイル７２５４及び電磁コイル７２５５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７２５５だけでもＹ軸方向の磁界を生成できるが、電界と磁界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７２５４を設けている。すなわち、コイル７２５４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７２５５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。
【００６８】
これら磁界生成用のコイル７２５４及び７２５５は、真空容器の外に設けるため、それぞれを二分割して構成し、真空壁７２５３の両側から取り付け、部分７２５７においてねじ止め等によって締め付けて一体化すればよい。
【００６９】
Ｅ×Ｂ分離器の最外層７２５６は、パーマロイ或いはフェライト製のヨークとして構成する。この最外層７２５６は、コイル７２５４及び７２５５と同様に、２分割して両側からコイル７２５５の外周に取り付けて、部分７２５７においてねじ止め等により一体化してもよい。
【００７０】
図１０の［Ｂ］は、本発明の電子光学系７０に適用可能なＥ×Ｂ分離器の他の例を、光軸に直交する断面図として示している。このＥ×Ｂ分離器においては、静電偏向電極７２５１は６極設けられている点が、図１０の［Ａ］に示した形態と異なっている。図１０の［Ｂ］において、図１０［Ａ］に示されたＥ×Ｂ分離器の構成要素に対応する構成要素は同じ参照番号に「′」（ダッシュ）を付して示し、それらの説明は省略する。これらの静電偏向電極７２５１′には、それぞれの電極の中央と光軸とを結んだ線と、電界の方向（Ｘ軸方向）との角度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。
【００７１】
図１０の［Ｂ］に示したＥ×Ｂ分離器においても、［Ａ］のＥ×Ｂ分離器と同様に、Ｘ軸方向の電界しか作れないので、Ｘ軸及びＹ軸方向の磁界を生成するコイル７２５４′及び７２５５′を設け、直交度の修正を行う。
【００７２】
図１０の［Ｂ］に示したＥ×Ｂ分離器によれば、図１０の［Ａ］に示したＥ×Ｂ分離器に比べて、電界強度が一様な領域を更に大きくすることができる。
【００７３】
なお、図１０の［Ａ］及び［Ｂ］に示したＥ×Ｂ分離器において、磁界を生成するためのコイルは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。また、図１０に示したＥ×Ｂ分離器の構成は、図８に示した電子線装置の電子光学系７０だけでなく、以降で説明する他の実施形態の電子線装置の電子光学系に適用可能である。
【００７４】
位置Ｐ３で合焦された二次電子の像は、２段の拡大レンズ７４１、７４２でマルチ開口検出板７４３の対応する開口７４３ａに合焦され、各開口７４３ａに対応して配置された検出器７６１で検出する。検出器７６１は、検出した電子線を、その強度を表す電気信号に変換する。各検出器７６１から出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器７６２でデジタル信号に変換された後、画像処理部７６３に入力される。検出器７６１として、例えば電子線強度を直接検出するＰＮ接合ダイオード、或いは、電子により発光する蛍光板を介して発光強度を検出するＰＭＴ（光電子増倍管）などを用いることができる。
【００７５】
画像処理部７６３は、入力されたデジタル信号を画像データに変換する。画像処理部７６３には、一次電子線を偏向させるための走査信号が制御装置２（図１）から供給されており、したがって、画像処理部は、ウエハ表面上を走査される一次電子ビームの照射点の画像に対応する電気信号を受け取ることになり、よって、ウエハ表面を表すを表す画像を得ることができる。このようにして得られた画像を、予め設定された標準パターンと比較することによって、ウエハＷの被評価パターンの良否を判定することができる。
【００７６】
更に、レジストレーションによりウエハＷの被評価パターンを一次光学系の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜校正することによって、ウエハの表面に形成されたパターンの線幅を測定することができる。
【００７７】
なお、従来の電子線装置では、一次電子線をウエハに照射した時発生する二次電子を一次電子と共通の二段のレンズで集束させ、この集束位置にＥ×Ｂ分離器を設けて二次電子を一次電子より分離し、その後はレンズ無しでマルチ検出器に結像させる方式が用いられている。このため、一次及び二次光学系に共通の二段のレンズは、一次光学系のレンズ条件を優先して調節される必要があるので、二次光学系の合焦条件や拡大率の調整を行うことができないことから、これらの合焦条件や拡大率が設計値からズレた場合に、調整できないという欠点があった。
【００７８】
しかしながら、二次電子をＥ×Ｂ分離器７２５で分離後、これを二次光学系のレンズで拡大するようにしたので、一次光学系のレンズ条件とは独立して、二次光学系の合焦条件や拡大率を調整することができる。
【００７９】
また、一次光学系のマルチ開口板７２３の開口を通過した一次電子ビームをウエハＷの表面に合焦させ、ウエハから放出される二次電子を検出器７６１に結像させる際に、一次光学系で生じる歪み、軸上色収差及び視野非点という３つの収差による影響を最小にするよう特に配慮する必要がある。
【００８０】
特に、一次電子線と二次電子線が光路を共有する場合、共通の光路に一次電子流と二次電子流が流れるので、ほぼ２倍のビーム電流が流れ、その結果、空間電荷効果による一次電子線のボケや合焦条件の狂いがほぼ２倍になる。また、共通の光路では、一次電子線と二次電子線の軸合わせが困難である。一次電子線の軸合わせを行うと、二次電子線の軸が狂い易く、逆に二次電子線の軸合わせを行うと、一次電子線の軸が狂い易い。また、共通の光路では、レンズを一次電子線の合焦条件に合わせると、二次電子線の合焦条件が外れ易く、逆に二次電子線の合焦条件に合わせると、一次電子線の合焦条件が外れ易い。
【００８１】
したがって、共通の光路はできるだけ短くする必要があるが、そのために対物レンズ７２６の下方にＥ×Ｂ分離器７２５を設けると、対物レンズの像面距離が長くなり、収差が大きくなる問題を生ずる。そこで、本発明においては、対物レンズ７２６から見て電子銃７２１側にＥ×Ｂ分離器７２５を設けており、その結果、一次光学系と二次光学系とは、一つのレンズのみを共有する構成となっている。
【００８２】
また、複数の一次電子ビーム間の間隔と、二次光学系との関係については、一次電子ビーム間の間隔を二次光学系の収差（この場合は、対物レンズの二次電子に対する収差）よりも大きい距離だけ離すことにより、複数のビーム間のクロストークを無くすことができる。
【００８３】
さらに、静電偏向器７２７の偏向角度を、Ｅ×Ｂ分離器７２５のうち電磁偏向器による電磁偏向角度の−１／２倍に近い値にすることが好ましく、これによって、偏向の色収差を小さくできるので、Ｅ×Ｂ分離器を通してもビーム径があまり大きくならないようにすることができる。
【００８４】
プレチャージユニット８１
プレチャージユニット８１は、図１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。本発明の評価システム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。
【００８５】
また、ウエハの電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、その部分の電圧が異なることを利用することもできる。それは、まず、ウエハ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はあるが、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、電子ビームを照射することにより、電圧差のデータを取得し、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ことができる。
【００８６】
このような電気的欠陥の検出方法において、予めウエハに事前に電荷をチャージさせるために、プレチャージユニット８１を用いることもできる。
【００８７】
電圧印加機構８３
図１１は、電圧印加機構８３の構成を示すブロック図である。電位印加機構８３は、ウエハから放出される二次電子発生率が、ウエハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウエ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、二次電子の発生が最適化するよう制御するものである。また、この電位印加機構８３は、照射される一次電子が当初有しているエネルギを減速し、ウエハ上の電子エネルギを１００〜５００ｅＶ程度に制御するためにも用いられる。
【００８８】
電位印加機構８３は、図１１に示されるように、ステージ装置５０の載置面５５１と電気的に接続された電圧印加装置８３１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」）８３２とを備えている。調査及び決定システム８３２は、電子光学系７０の検出系７６の画像処理部７６３に電気的に接続されたモニタ８３３と、モニタ８３３に接続されたオペレーション入力部８３４と、該オペレーション入力部８３４に接続されたＣＰＵ８３５とを備えている。ＣＰＵ８３５は、制御装置２（図１）に含まれ、電圧印加装置８３１に電圧調整信号を供給する。なお、ＣＰＵ８３５はさらに、電子光学系７０の偏向器７２７（図８）に走査信号を供給する等、種々構成要素に制御信号を供給する。電位印加機構８３は、画像処理部７６３によって形成された画像をモニタ８３３に表示し、オペレーション入力部８３４及びＣＰＵ８３５によって、ウエハが帯電し難い電位を探し、得られた電位を、電圧印加装置８３１からステージ装置５０のホルダ５５に印加する。
【００８９】
電子ビームキャリブレーション機構８５
電子ビームキャリブレーション機構８５は、図１２の［Ａ］及び［Ｂ］に示すように、回転テーブル５４上でウエハ載置面５４１の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用の複数のファラデーカップ８５１及び８５２を備えている。ファラデーカップ８５１は細いビーム用（φ＝約２μｍ）で、ファラデーカップ８５２は太いビーム用（φ＝約３０μｍ）である。細いビーム用のファラデーカップ８５１では、回転テーブル５４をステップＳ送りすることにより、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８５２では、ビームの総電流量を計測する。ファラデーカップ８５１及び８５２は、上表面が載置面５４１上に載せられたウエハＷの上表面と同じレベルになるように配置される。このようにして、電子銃から放出される一次電子線を常時監視し、ウエハ表面に照射される電子線の強度がほぼ一定となるように、電子銃への電力供給を制御する。電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、経年変化等によりその放出量が変化するため、このような機構により、電子線強度を較正する。
【００９０】
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１）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ア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。
【００９１】
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。
【００９２】
アライメント制御装置８７の構成を概略図示すれば、図１３に示すようになる。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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
制御装置２
制御装置２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。
【００９６】
メインコントローラには、マンー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。
【００９７】
制御コントローラは、主に電子光学系の制御、すなわち、電子銃、レンズ、アライナー、ウィーンフィルタ用等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。
【００９８】
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。
【００９９】
上記した本発明に係るこのような評価システムによれば、マルチビームを用いた電子線装置を評価システムの各構成機器を機能的に組み合わせることができたため、高いスループットで検査対象を処理することができる。また、エンバイロメント空間内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。さらに、プレチャージユニットを設けているので、絶縁物でできたウエハも帯電による影響を受けがたい。
【０１００】
次に、本発明に係る評価システム１に具備される電子線装置のステージ装置５０と電子光学系７０との組合せについて、種々の実施形態を説明する。
【０１０１】
半導体ウエハ等のように、超精密加工が施された試料を検査する場合には、ウエハを真空のワーキングチャンバ３１中で精度良く位置決め可能なステージ装置５０を使用する必要がある。このように非常に高精度な位置決めが要求される場合のステージ装置として、ＸＹ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ている。この場合、静圧軸受けから供給される高圧ガスが直接真空チャンバすなわちワーキングチャンバ３１に排出されないように、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することによって、ワーキングチャンバ３１の真空度を維持している。なお、本明細書において、「真空」とは、等技術分野において呼ばれる真空状態であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。
【０１０２】
このようなステージ装置５０と電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２との組合せの従来例を、図１４に示している。図１４において、［Ａ］は正面図、［Ｂ］は側面図である。この従来例において、真空チャンバ３１を構成する主ハウジング３０に、荷電ビームを発生しウエハＷに照射する電子光学系装置の鏡筒７１の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２が取り付けられている。鏡筒７１の内部は、真空配管１０−１によって真空排気されており、真空チャンバ３１は真空配管１１−１ａによって真空排気されている。そして、荷電ビームは、鏡筒７１の先端部７から、その下に置かれたウエハＷ等のウエハに対して照射される。
【０１０３】
ウエハＷは、ウエハ載置台すなわちホルダ５５に公知の方法により取り外し可能に保持されており、ホルダ５５は、ＸＹステージを構成するＹテーブル５２の上面に取り付けられている。Ｙテーブル５２には、Ｘテーブル５３のガイド面５３ａ−１と向かい合う面（図１４の［Ａ］において、左右両面及び下面）に、静圧軸受け９−１が複数取り付けられており、この静圧軸受け９−１の作用により、ガイド面との間に微小隙間を維持しながら、Ｙ方向（図１２の［Ｂ］において、左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受け９−１の周りには、静圧軸受け９−１に供給される高圧ガスが真空チャンバ３１の内部にリークしないように、差動排気機構が設けられている。この様子を図１５に示す。
【０１０４】
図１５に示すように、静圧軸受け９−１の周囲には、二重に溝１８−１と１７−１とが構成されており、これらの溝は、図示していない真空配管と真空ポンプにより、常時真空排気されている。このような構造により、Ｙテーブル５２は、真空中を非接触状態で支持され、Ｙ方向に自在に移動することが可能である。二重の溝１８−１と１７−１は、Ｙテーブル５２の静圧軸受け９−１が設けられている面に、その静圧軸受けを囲むように形成される。なお、静圧軸受け９−１の構造は公知のもので良いので、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
Ｙテーブル５２を搭載しているＸテーブル５３は、図１４に示すように、上方に開口している凹形の形状を有し、そして、Ｘテーブル５３にも、上記と同様の静圧軸受け及び溝が設けられている。これにより、ステージ台すなわち固定テーブル５１に対して、非接触で支持されており、Ｘ方向に自在に移動することができる。
【０１０６】
これらのＹテーブル５２及びＹテーブル５３の移動を組み合わせることによって、ウエハＷを鏡筒７１の先端部７２すなわち荷電ビーム照射部に関して水平方向任意の位置に移動させ、ウエハＷの所望の位置に荷電ビームを照射することができる。
【０１０７】
図１４に示したステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２の組合せも、本発明の評価システム１に用いることができるものの、以下の問題点がある。
【０１０８】
上記した静圧軸受け９−１と差動排気機構を組み合わせた従来例では、ＸＹステージが移動する際に、静圧軸受け９−１に対向するガイド面５３ａ及び５１ａは、静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とワーキングチャンバ３１内の真空環境の間を往復運動することになる。この時、これらガイド面には、高圧ガス雰囲気に曝されている間にガスが吸着し、その後真空環境に露出されると吸着していたガスが放出される、という状態が繰り返される。このため、ＸＹステージが移動する度に、ワーキングチャンバ３１内の真空度が悪化するという現象が起こり、上述した荷電ビームによる露光や検査や加工等の処理を安定して行うことができなかったり、ウエハが汚染されてしまうという問題がある。
【０１０９】
したがって、真空度の低下を防止し、かつ荷電ビームによる検査や加工の処理を安定して行うことができる装置が必要となる。図１６は、このような作用効果を奏することができるステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２の実施形態を示している。なお、図１６において、［Ａ］は正面図、［Ｂ］は側面図である。
【０１１０】
図１６に示すように、この実施形態でのステージ装置５０は、Ｙテーブル５２の上面に、±Ｙ軸方向（図１６の［Ｂ］で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板１４−１が取り付けられ、Ｘテーブル５３の上面との間に、コンダクタンスが常時小さい絞り部５０−１が生じるよう構成されている。また、Ｘテーブル５３の上面にも、同様の仕切り板１２−１が±Ｘ軸方向（図１４の［Ａ］で左右方向）に張り出すよう取り付けられており、固定テーブル５１の上面との間に常に絞り部５１−１が形成されるよう構成されている。固定テーブル５１は、主ハウジング３０内において、底壁の上に公知の方法で固定されている。
【０１１１】
これにより、ウエハ台すなわちホルダ５５がどの位置に移動しても、常に絞り部５０−１及び５１−１が形成されるので、Ｙテーブル５２及びＸテーブル５３の移動時にガイド面５３ａ及び５１ａからガスが放出されても、絞り部５０−１及び５１−１によって放出ガスの移動が妨げられる。したがって、荷電ビームが照射されるウエハ近傍の空間２４−１の圧力上昇も、極めて低く押さえることができる。
【０１１２】
ステージ装置５０の可動部であるＹテーブル５２の側面及び下面、並びにＸテーブル５３の下面には、静圧軸受け９−１の周囲に、図１５に示した差動排気用の溝が形成され、この溝によって真空排気されるため、絞り部５０−１、５１−１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、ステージ装置５０内部の空間１３−１及び１５−１の圧力は、ワーキングチャンバ３１内の圧力よりも高い状態になっている。したがって、空間１３−１及び１５−１を差動排気溝１７−１や１８−１で排気するだけでなく、真空排気する箇所を別に設けることにより、これら空間の圧力を下げることができ、ウエハＷの近傍２４−１の圧力上昇を、更に小さくすることができる。このための排気通路１１−１ｂ及び１１−１ｃが設けられている。排気通路１１−１ｂは、固定テーブル５１及び主ハウジング３０を貫通し、主ハウジング３０の外部に通じている。また、排気通路１１−１ｃは、Ｘテーブル５３に形成され、該Ｘテーブルの下面に開口している。
【０１１３】
また、仕切り板１２−１及び１４−１を設置すると、ワーキングチャンバ３１とこれら仕切り板が干渉しないように、ワーキングチャンバ３１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。この改善例として、仕切り板をゴムで構成したり蛇腹状に構成し、その移動方向の端部を、仕切り板１４−１の場合はＸテーブル５３に固定し、仕切り板１２−１の場合はハウジング８の内壁に固定することが好適である。
【０１１４】
図１７は、ステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２の別の実施形態を示している。この実施態様では、鏡筒７１の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２の周囲に、試料であるウエハ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１６−１が構成されている。この構成によれば、ＸＹステージからガスが放出されてワーキングチャンバ３１内の圧力が上昇しても、仕切りの内部２４−１は仕切り１６−１で仕切られておりかつ真空配管１０−１により排気されているので、ワーキングチャンバ３１内と仕切りの内部２４−１との間に圧力差が生じ、仕切り内部２４−１の圧力上昇を低く抑えることができる。仕切り１６−１とウエハＷ面との隙間は、ワーキングチャンバ３１内とビーム照射部７２周辺の圧力をどの程度に維持するかによって調整すべきであるが、数十μｍ〜数ｍｍ程度が適当である。なお、仕切り１６−１内と真空配管１０−１とは公知の方法により連通されている。
【０１１５】
また、電子光学系７０においては、ウエハＷに数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料をウエハ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１６−１の材質をセラミックス等の絶縁物で構成すれば、ウエハＷと仕切り１６−１との間で放電を起こすことがない。
【０１１６】
なお、ウエハＷの周囲に配置したリング部材４−１は、ウエハ台すなわちホルダ５５に固定された板状の調整部品である。このリング部材４−１は、仕切り１６−１の先端部全周に亘って微小隙間５２−１が形成されるように、ウエハＷと同一の高さに設定されている。これによって、ウエハの端部を含む任意の位置に荷電ビームを照射しても、仕切り１６−１の先端部には常に一定の微小隙間５２−１が形成され、鏡筒７１の先端部周囲の仕切り内部空間２４−１の圧力を、安定に保つことができる。
【０１１７】
図１８は、ステージ装置５０及び電子線装置の荷電ビーム照射部７２の組合せの他の実施態様を示している。この実施形態においては、鏡筒７１の荷電ビーム照射部２の周囲に、差動排気構造を内蔵した仕切り１９−１が設けられている。仕切り１９−１は円筒形状をしており、その内部に円周溝２０−１が形成され、その円周溝から上方に排気通路２１−１が延びている。該排気通路は、内部空間２２−１を経由して、真空配管２３−１に繋がれている。仕切り１９−１は、その下端とウエハＷの上面との間に数１０μｍ〜数ｍｍ程度の微小隙間を形成するよう配置される。
【０１１８】
図１８の構成によれば、ＸＹステージの移動に伴ってステージ装置５０からガスが放出され、ワーキングチャンバ３１内の圧力が上昇して荷電ビーム照射部７２にガスが流入しようとしても、仕切り１９−１がウエハＷとの隙間を絞ってコンダクタンスを極めて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２０−１から真空配管２３−１へ排気されるため、荷電ビーム照射部７２の周囲の空間２４−１へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照射部７２の圧力を、所望の高真空のまま維持することができる。
【０１１９】
図１９は、ステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２のさらに別の実施態様を示している。この実施形態においては、ワーキングチャンバ３１内の荷電ビーム照射部７２の周囲には仕切り２６−１が設けられ、これにより、荷電ビーム照射部７２をワーキングチャンバ３１から隔てている。仕切り２６−１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２９−１を介して冷凍機３０−１に連結されており、−１００℃〜−２００℃程度に冷却される。部材２７−１は、冷却されている仕切り２６−１と鏡筒７１との間の熱伝導を遮断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で形成されている。また、部材２８−１は、セラミックス等の非絶縁体からなり、仕切り２６−１の下端に形成され、ウエハＷと仕切り２６−１との間で放電が生じることを防止するためのものである。
【０１２０】
図１９の構成によれば、ワーキングチャンバ３１内から荷電ビーム照射部７２に流入しようとするガス分子は、仕切り２６−１で流入を阻害されるとともに、流入しても仕切り２６−１の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム照射部７２の圧力を低く保つことができる。
【０１２１】
なお、冷凍機３０−１として、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々な冷凍機を使用することができる。
【０１２２】
図２０は、ステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２の組合せのさらに他の実施態様を示している。ＸＹステージの両可動部すなわちＹテーブル５２及びＸテーブル５３には、図１６の構成と同様に、仕切り板１２−１、１４−１が設けられており、ウエハ台すなわちホルダ５５が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによって、ステージ装置内の空間１３−１とワーキングチャンバ３１内とが絞り５０−１、５１−１を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部７２の周りには、図１７の構成と同様に仕切り１６−１が形成されており、ワーキングチャンバ３１内と荷電ビーム照射部７２のある空間２４−１とが絞り５２−１を介して仕切られている。このため、ＸＹステージの移動時に、該ステージに吸着しているガスが空間１３−１に放出されて該空間の圧力を上昇させたとしても、ワーキングチャンバ３１の圧力上昇は低く抑えられ、空間２４−１の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射部７２の空間２４−１の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り１６−１を、差動排気機構を内蔵した仕切り１９−１としたり、図１８に示したように冷凍機で冷却された仕切り２６−１とすることによって、空間２４−１を更に低い圧力で安定に維持することができる。
【０１２３】
上記した荷電ビーム照射部の構造によれば、ステージ装置を真空のワーキングチャンバ内で高精度に位置決めすることができ、また、照射部の圧力が上昇しにくいため、高精度の画像データを得ることができる。
【０１２４】
図２１は、ステージ装置５０及び電子光学系７０の荷電ビーム照射部７２の組合せの他の実施形態を示している。この実施形態においては、電子光学系７０の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２がワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０に取り付けられている。ステージ装置５０におけるＸＹステージの台座すなわち固定テーブル５１は、主ハウジング３０の底壁に固定され、Ｙテーブル５２が固定テーブル５１の上に載っている。Ｙテーブル５２の両側面（図１９において左右側面）には、固定テーブル５１に載置された一対のＹ方向ガイド７ａ−２及び７ｂ−２のＹテーブル５２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（図面と直交する方向）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１１ａ−２、９ａ−２、１１ｂ−２、９ｂ−２がそれぞれ設けられ、これらの静圧軸受けを介して高圧ガスを吹き出すことにより、Ｙテーブル５２は、Ｙ方向ガイド７ａ−２、７ｂ−２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、固定テーブル５１とＹテーブル５２との間には、Ｙ方向の駆動を行うための公知の構造のリニアモータ１２−２が配置されている。Ｙテーブル５２には、高圧ガス供給用のフレキシブル配管２２−２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、静圧軸受け９ａ−２〜１１ａ−２及び９ｂ−２〜１１ｂ−２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５２を案内面に対してＸ方向及びＺ方向（図２１において、図面の上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
【０１２５】
Ｙテーブル５２上にはＸテーブル５３がＸ方向（図２１において、図面の左右方向）に移動可能に載置されている。Ｙテーブル５２上には、Ｙテーブル用のＹ方向ガイド７ａ−２、７ｂ−２と同じ構造の一対のＸ方向ガイド８ａ−２、８ｂ−２（８ａ−２のみ図示）が、Ｘテーブル５３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５３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、該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５３の突部の上、下面及び側面には、先に説明した静圧軸受け１１ａ−２、９ａ−２、１０ａ−２、１１ｂ−２、９ｂ−２、１０ｂ−２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５２とＸテーブル５３との間には、Ｘテーブル５３の駆動を行うための公知の構造のリニアモータ１３−２が配置されている。Ｘテーブル５３にはフレキシブル配管２１−２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。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５３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。真空のワーキングチャンバ３１は、公知の構造の真空ポンプ等に接続された真空配管１９−２、２０ａ−２、２０ｂ−２によって排気される。配管２０ａ−２、２０ｂ−２の入口側（ワーキングチャンバ内側）は、固定テーブル５１を貫通してその上面において、ＸＹステージから高圧ガスが排出される位置の近くで開口しており、ワーキングチャンバ３１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。
【０１２６】
荷電ビーム照射部７２の周囲には、差動排気機構２５−２が設けられ、ワーキングチャンバ３１内の圧力が高くても、荷電ビーム照射空間３０−２の圧力が十分低くなるように構成されている。すなわち、荷電ビーム照射部７２の周囲に取り付けられた差動排気機構２５−２の環状部材２６−２は、その下面（ウエハＷ側の面）とウエハとの間で微少隙間（数ミクロン〜数百ミクロン）４０−２が形成されるように、主ハウジング３０に対して位置決めされており、その下面には、環状溝２７−２が形成されている。環状溝２７−２は排気管２８−２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４０−２は、環状溝２７−２及び排気口２８−２を介して排気され、ワーキングチャンバ３１から環状部材２６−２によって囲まれた荷電ビーム照射空間３０−２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、空間３０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。
【０１２７】
環状溝２７−２は、チャンバ内の圧力、荷電ビーム照射空間３０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。
【０１２８】
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主ハウジング３０の内面やステージ装置５０の構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、ウエハ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。
【０１２９】
なお、試料であるウエハＷは、通常、Ｘテーブル５３上に直接載置されるのでなく、ウエハを取り外し可能に保持したりＸＹステージに対して微少な位置変更を行うなどの機能を持たせたウエハ台すなわちホルダの上に載置されているが、ホルダの有無及びその構造は本願発明の要旨には関係ないので、上記説明においては、説明を簡素化するために省略している。
【０１３０】
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ステージとして実現できる。
【０１３１】
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例であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやアクチュエータであるならば、任意のものを適用可能である。
【０１３２】
図２２は、差動排気機構の環状部材２６−２及び該部材に形成される環状溝２７−２の大きさの数値例を示している。この例では、環状溝は、２つの環状溝２７−２ａ及び２７−２ｂ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。
【０１３３】
静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常、約２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。ワーキングチャンバ３１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、該チャンバ３１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２６−２及び環状溝等の寸法を、図２２に示したように設定することにより、荷電ビーム照射空間３０−２内の圧力を１０-4Ｐａ（１０-6Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【０１３４】
図２３は、図２１に示した実施形態におけるワーキングチャンバ３１に対する排気機構を示している。ワーキングチャンバ３１には、真空配管７４−２、７５−２を介して、ドライ真空ポンプ５３−２が接続されている。また、差動排気機構２５−２の環状溝２７−２は、排気口２８−２に接続された真空配管７０−２を介して、超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ５１−２に接続されている。更に、鏡筒７１の内部は、排気口１８−２に接続された真空配管７１−２を介して、ターボ分子ポンプ５２−２に接続されている。これらのターボ分子ポンプ５１−２、５２−２は、真空配管７２−２、７３−２によって、ドライ真空ポンプ５３−２に接続されている。（図２３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ある。）
ＸＹステージの静圧軸受けには、フレキシブル配管２１−２、２２−２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、ワーキングチャンバ３１内に拡散し、排気口１９−２、２０ａ−２、２０ｂ−２を通して、ドライ真空ポンプ５３−２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２７−２或いは鏡筒７１の先端部から吸引され、排気口２８−２、１８−２を通って、ターボ分子ポンプ５１−２、５２−２によって排気され、そしてその後、ドライ真空ポンプ５３−２によって排気される。このようにして、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。
【０１３５】
一方、ドライ真空ポンプ５３−２の排気口は、配管７６−２を介して圧縮機５４−２に接続され、圧縮機５４−２の排気口は、配管７７−２、７８−２、７９−２及びレギュレータ６１−２、６２−２を介して、フレキシブル配管２１−２、２２−２に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ５３−２から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機５４−２によって再び加圧され、レギュレータ６１−２、６２−２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。
【０１３６】
なお、静圧軸受けに供給されるガスは、上述したように、できるだけ高純度でかつ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７７−２の途中にコールドトラップやフィルタ等（６０−２）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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
循環配管系には高純度不活性ガス供給系６３−２が接続されており、該不活性ガス供給系は、ガスの循環を始める際に、ワーキングチャンバ３１や真空配管７０−２〜７５−２及び加圧側配管７６−２〜８０−２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。
【０１３９】
また、ドライ真空ポンプ５３−２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５３−２と圧縮機５４−２を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。更に、鏡筒７２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。
【０１４０】
上記した荷電ビーム照射部の構造及び排気機構によれば、ステージ装置を真空のワーキングチャンバ内で高精度に位置決めすることができ、また、照射部の圧力が上昇しにくいため、高精度の画像データを得ることができる。また、これらの構造は、図８に示した電子線装置の実施形態だけではなく、以下に説明する実施形態及びそれらの変形にも適用できることは勿論である。
【０１４１】
次に、本発明に係る電子線装置の電子光学系７０とウエハＷとの検査開始時の位置合わせについて、図２４を参照して説明する。ウエハ上には、通常、１又は複数のアライメントマークが形成されており、検査開始時に一次電子線を走査することによりアライメントマークを検出して、ウエハと電子線装置との位置決めを行っている。図２４は、位置合わせ時のアライメントマークと一次電子線による走査領域との関係を模式的に表しており、図２４において、Ｍ１〜Ｍ３はウエハ上のアライメントマーク、ＢＳ１〜ＢＳ９は９つの一次電子線によってウエハＷの表面上にそれぞれ形成されるビームスポット、Ｒ１〜Ｒ９はこれら一次電子線によって検査開始時に走査される領域、Ｚは電子線装置の一次光学系の光軸を示している。
【０１４２】
図２４において、アライメントマークＭ１〜Ｍ３のいずれかが光軸Ｚの近傍、すなわち領域Ｒ１〜Ｒ９のいずれにも含まれていない場合は、該アライメントマークの位置を検出することができない。また、アラインメントマークＭ３のように、２つの領域Ｒ７及びＲ８の両方に存在する場合には、１つのアライメントマークが２回検出されることになり、間違ったマーク検出が行われる可能性がある。
【０１４３】
一方、アライメントマークＭ１及びＭ２のように、１つの領域のみに存在する場合には、正確なマーク検出を行うことができる。すなわち、１つのアライメントマークを単一の一次電子線のみが走査している場合にのみ、それにより検出された信号をアライメント信号として利用する。また、図の例では、領域Ｒ１及びＲ６を走査する一次電子線が最も相互に離れており、また重複領域も少ないので、これらの一方の電子線をマーク検出用に利用するように、ＸＹステージを移動させることが好適である。このように設定することにより、最も広い領域を位置合わせ時に走査した場合でも、単一の電子ビームのみでアライメントマークを走査する場合と同じ条件を満足することができる。
【０１４４】
上記した位置合わせは、図８に示した実施形態の電子線装置の他、以降で説明する他の実施形態及びそれらの変形においても適用可能である。
【０１４５】
次に、本発明の電子線装置において採用可能な、Ｓ／Ｎ比を向上させるための方法について説明する。以下の説明においては、電子線のビーム径Ｄは、電子線のウエハ表面上の像の径寸法（直径又は対角線長）を意味するものとし、電子線の間隔は、隣接する電子線のウエハ表面上における隣接する像の中心間の距離を意味するものとする。また変調伝達関数ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）は、正弦波応答関数、コントラスト伝達関数とも呼ばれる光学系の性能評価法の１つであり、光学系を通した時の物体コントラストに対する像コントラストの比を意味するものとする。電子線装置によりパターンの欠陥を検出する場合においては、最小線幅は、検出すべき欠陥の最小寸法に相当する。
【０１４６】
なお、従来は、検出すべきパターンの最小線幅ｄと検査用電子線のビーム径Ｄとの比の最適値を明かにすることなく、経験的に、０．１μｍの最小線幅ｄを検出するには、０．１μｍφより十分小さいビーム径Ｄを使用し、最小線幅ｄが０．０５μｍのパターンを評価するには、０．０５μｍφより十分小さいビーム径Ｄのビームを用いていた。
【０１４７】
しかしながら、評価すべきパターンの最小線幅ｄに対して、電子線のビーム径Ｄが小さいと、解像度は上がるが、ビーム電流Ｉが小さくピクセル当りの二次電子数が少ないため、Ｓ／Ｎ比（信号／雑音比）が小さくなり、評価のスループットすなわち単位時間当り処理量が向上しないという問題があった。逆に、ビーム径Ｄが大きいと、パターン像がボケる、即ちＭＴＦが小さく、パターンのコントラストが低く高精度の検査を行うことができないという問題、及びＳ／Ｎ比が小さいため、評価の精度及びスループットを向上させることができないという問題があった。
【０１４８】
本発明者は、評価すべきパターンの最小線幅（又は欠陥サイズ）ｄに対する電子線のビーム径Ｄの比Ｄ／ｄと、Ｓ／Ｎ比との関係を明かにし、Ｓ／Ｎ比を最大にできるＤ／ｄ、及び高Ｓ／Ｎ比を与えることのできるＤ／ｄを求めることにより、高精度、高スループットで線幅の検出及び欠陥検出等ができるようにした。以下に、ビーム径の設定について、詳細に説明する。
【０１４９】
図２５は、Ｓ／Ｎ比が最大値又は最大値付近になるビーム径Ｄ／最小線幅ｄの値を求めるために使用されるグラフであり、本発明者によるシミュレーションの結果得られたものである。図２５において、グラフＧ１１はビーム径Ｄとビーム電流Ｉとの関係（Ｉ∝Ｄ４）を表し、グラフＧ１２はＤ／ｄとＭＴＦとの関係を表し、グラフＧ１３はＤ／ｄと（ＭＴＦ）2との関係を表し、グラフＧ１４はＤ／ｄと（ＭＴＦ）2Ｉとの関係を表している。これらのグラフＧ１１〜Ｇ１４は、以下のようにして生成された。
【０１５０】
まず、細く絞った一次電子線でウエハ表面を走査しウエハから発生される二次電子を検出する際に得られる信号のＳ／Ｎ比は、次の式で表すことができる。
Ｓ／Ｎ
＝｛信号／（オフセット値＋信号）｝（ＭＴＦ）（Ｎ*／２）1/2        （１）
ここで、ＭＴＦは、有限寸法のビームで有限寸法の一次元パターンを横断する方向に走査する際に得られる信号のコントラストの低下であり、ビーム径／最小線幅＝Ｄ／ｄの関数となる。Ｎ*は、走査の１ピクセル当りに検出される二次電子の数であり、ビーム電流Ｉと二次電子透過率の積に比例する。即ち、
Ｎ*∝（ビーム電流Ｉ）・（二次電子透過率）                    （２）
Ｓ／Ｎ比を最大にするには、（Ｓ／Ｎ）2を最大にすれば良いことから、式（１）及び式（２）から、式（３）が得られる。
（Ｓ／Ｎ）2∝（ＭＴＦ）2Ｉ                              （３）
ＭＴＦは、次の計算式により求めた。
ＭＴＦ＝Ｍａｘ（ｆ1，ｆ2のたたみ込み関数）              （４）
ｆ1＝１    ＮＰ／２≦ｘ＜（Ｎ＋１）Ｐ／２のとき
ｆ1＝０    （Ｎ＋１）Ｐ／２≦ｘ＜（ＮＰ／２）のとき      （５）
ｆ2＝１／σ√（２π）ｅｘｐ｛−ｘ2／２σ2｝              （６）
ただし、Ｎ：整数
Ｐ＝２．３４σ（Ｄ／ｄ）
σ：ガウス関数の定数で分散値
例えば、図２５のグラフの横軸の比Ｄ／ｄが１．０の時のＭＴＦの値は、Ｐ＝２．３４σとして、関数ｆ1を決め、関数ｆ2とのたたみ込み関数を求め、得られた関数の振幅（最小値は０だから最大値）を求めると、図２５の横軸の１．０に対するＭＴＦの値が求まる。
【０１５１】
同様にして上記の比Ｄ／ｄを０．５、１．５、２．０、・・・・・等としてＭＴＦの値を求め、その値をプロットすると、ＭＴＦとＤ／ｄとの関係を示すグラフＧ１２が得られる。
【０１５２】
このグラフＧ１２から（ＭＴＦ）２を求めてグラフＧ１３を作成し、そして、Ｉを表すグラフＧ１１と（ＭＴＦ）２を表すグラフＧ１３との積（ＭＴＦ）2Ｉとして計算することにより、式（３）の右辺を表すグラフＧ１４が得られる。
【０１５３】
図２５から明らかなように、グラフＧ１４は、Ｄ／ｄ≒１．１で（ＭＴＦ）2Ｉが最大値を取り、したがって、（Ｓ／Ｎ）2すなわちＳ／Ｎ比が最大となる。このときのＭＴＦは、ほぼ０．３５である。また、グラフＧ１４は、Ｄ／ｄが０．８〜１．４の範囲で、（ＭＴＦ）2Ｉ（すなわちＳ／Ｎ比）が最大値に近い値であることを示している。このときのＭＴＦは、０．２〜０．６である。更に、グラフＧ４によれば、Ｄ／ｄが０．９５〜１．２５の範囲であれば、Ｓ／Ｎ比がさらに良好であることを示している。このときのＭＴＦは、０．２５〜０．４５である。
【０１５４】
従って、Ｄ／ｄを１．１に極めて近似させることにより、最大のＳ／Ｎ比を得ることができ、Ｄ／ｄを０．９５〜１．２５の範囲に選択することにより、最大値に近いＳ／Ｎ比を得ることができ、Ｄ／ｄを０．８〜１．４の範囲に選択することにより、比較的高いＳ／Ｎ比を得ることができる。よって、どの程度のＳ／Ｎ比を得る必要があるかに応じて、Ｄ／ｄの値を設定すればよい。例えば、Ｄ／ｄ比を０．６６〜１．５の範囲にあるようにしてもよい。
【０１５５】
これをＭＴＦの範囲に換算して示すと、ＭＴＦが０．３５のとき、最大のＳ／Ｎ比を得ることができ、ＭＴＦが０．２５〜０．４５の範囲にあるとき、ほぼ最大値に近いＳ／Ｎ比を得ることができ、ＭＴＦが０．２〜０．６の範囲にあるとき、比較的高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【０１５６】
また、１台の電子線装置を用いて、評価すべきパターンの最小線幅ｄ１であって検査時間をＴにしたい場合と、例えば最小線幅ｄ２が２倍（ｄ２＝２ｄ１）で検査時間をＴ／４に短縮したい場合との、両方の要求がある場合等のように、２つ以上の検出モードを実行することが必要な場合がある。このように２つ以上の検出モードがある場合であって、ビーム径Ｄを変化させる時間を十分小さくできる場合には、それぞれの最小線幅ｄ１、ｄ２に対して使用するビーム径Ｄ１、Ｄ２を以下の２つの条件
０．８≦Ｄ１／ｄ１≦１．４
０．８≦Ｄ２／ｄ２≦１．４
を同時に満足するように、ビーム径Ｄ１、Ｄ２を変化させれば、それぞれの最小線幅に対して最も適した電子線を使用することができる。この場合、ビーム径の変化は、レンズを２段以上設け、ズーム作用で焦点面を変えずに、縮小率のみを可変にすることで実行することができる。この場合には、図８に示した電子線装置の電子光学系７０において、一次光学系のマルチ開口板７２３の開口７２３ａの縮小像位置をＺ軸（光軸）方向へ変化させることによって、開口７２３ａからウエハＷまでに関する縮小率を変化させ、Ｄ／ｄの値を例えば０．８〜１．４の範囲に入るようにビーム径Ｄを変化させる。これにより、Ｓ／Ｎ比をほぼ最大値に近い値にすることができる。
【０１５７】
上記したＳ／Ｎ比を向上させるためのビーム径Ｄの設定については、図８に示した実施形態の電子線装置の他、以降で説明する他の実施形態の電子線装置及びそれらの変形においても適用可能である。
【０１５８】
次に、図８に示した電子線装置を用いて、ウエハＷ上の配線パターンの短絡を検出する方法について説明する。上記したように、ウエハ面の欠陥検査、試料面に形成されたパターンの評価を行うには、ウエハをステージ装置５０上にセットし、ウエハ表面への複数の電子線の照射による電荷注入によって付与される電位に応じて変動する二次電子の放出量を、複数の検出器７６１で観測する。したがって、例えばＬＳＩを電子線により走査して電荷注入を行う場合、ＬＳＩの短絡配線部分は、電位の初期値が正常な配線部と異なり、これを利用することにより、短絡配線部分を検出することができる。
【０１５９】
なお、軸対称電極７３０にウエハＷよりも低い電圧を与えると、軸対称電極７３０は一定の電位障壁を形成する。二次電子は、ウエハＷのパターンが持っている電位によって、この電位障壁を越えたり又は電位障壁により阻止される。従って、一定の電位障壁を越えた二次電子のみが対応する各々の検出器７６１により検出され、パターンが持っている電位に依存して二次電子の検出量が増減することとなる。一方、ウエハのパターンには、電子ビームの照射によって電荷が注入され、それらの電荷の持つ静電容量に依存して決まる電位が発生する。従って、例えば、異なったチップであってもパターンが同一であれば、同じ静電容量を有し、電荷注入量が同じであれば、同じ電位を有すると想定することができる。このような論理に基づいて二次電子を観測し、同じ電位になることが予想されるパターンに関して、その予想値より低い電位が観測された場合には、パターンの短絡が存在していると判定することができる。
【０１６０】
以上の短絡の検出も、図８に示した実施形態の電子線装置に限らず、以降で説明する他の実施形態およびそれらの変形に適用可能である。
【０１６１】
次に、本発明に係る電子線装置において実行されるチャージアップによる影響の低減方法について説明する。従来、マルチビームすなわち複数の一次電子線をウエハ上に照射する方式の電子線装置においては、様々な技術的な課題が未解決のまま残されており、その課題の１つとして、ウエハ面に生じるチャージアップの問題がある。チャージアップ即ち帯電は、絶縁体や浮遊導体などが存在する被観察体すなわち試料において、入射する電子数と二次電子あるいは反射電子として放出される電子数とが同一でない場合に、照射部分が正又は負に帯電してしまう現象である。チャージアップは、絶縁体や浮遊導体などが存在する半導体ウエハにおいては避けられない現象であり、これが発生すると、ウエハ面を等電位にできないばかりか、局所的な帯電により視野内で電位が大きく異なる現象が発生してしまう。
【０１６２】
一方、二次電子等の低エネルギ電子を加速し、静電レンズで高倍率に拡大投影する場合、マルチビームは、軸上色収差のため結像できるエネルギ幅が狭く、視野全体でのエネルギの均一性に敏感である。よって、ウエハ面上の電位分布が大きく異なると、その近傍で像が歪んだり、結像できなかったりして、まともな観察ができなくなってしまうという問題がある。これに加えて、ウエハが帯電しすぎると、放電や絶縁破壊を起こして試料そのものを損傷させることもある。
【０１６３】
チャージアップの発生は、二次電子発生効率によって決定される。二次電子発生効率とは、発生する二次電子と反射電子の数を、ウエハに照射される電子で割った値であり、二次電子発生効率が１より大きい場合は、ウエハは正に帯電し、二次電子発生効率が１よりも小さい場合は、ウエハは負に帯電する。したがって、絶縁体や浮遊導体に対しては、極力二次電子の発生効率が１に近くなるように一次電子線を照射すれば、前記のような問題点は低減できることがわかるはずであるが、実際はそれ程単純ではない。
【０１６４】
その結果、半導体ウエハ上には、二次電子発生効率の異なる複数種の絶縁体や浮遊導体が混在する場合が多いので、これらをチャージアップさせずに画像を得ることが非常に困難であった。また、電位コントラスト像など、わざとある程度チャージアップさせないと観察できない像もあり、このような場合に、チャージアップの程度を制御することが困難であった。
【０１６５】
例えば、絶縁体を含む半導体ウエハの実際の例として、図２６に示すような断面構造を有するものについて検討する。図２６において、Ｓｕはシリコン基板であって半導体であり、ｍ１、ｍ２は別種の絶縁体であり、半導体ウエハの表面は、ＣＭＰ等のプロセスで平坦化されているため、光学顕微鏡観察ではもちろんのこと、通常のエッジ強調型のＳＥＭ観察でも、像コントラストが低く、良好な観察像を得ることができない。
【０１６６】
このウエハをランディングエネルギ（入射エネルギ）がＶ１の電子Ｅｂで照射すると、チャージアップが起こってランディングエネルギがシフトする。リーク電流がない限り、そのシフト量は、絶縁体ｍ１及びｍ２の二次電子発生効率を表す図２７の「Ａ」及び［ｂ］のグラフのａ、ｂまで達し、そこで平衡状態になる。その結果、チャージアップ電位はそれぞれ、Ｕs/A（＝ａ−Ｖ１）及びＵs/B（＝ｂ−Ｖ１）だけ上昇する。
【０１６７】
この場合、
Ｕmin＜Ｕs/A＜Ｕmax                      （７）
Ｕmin＜Ｕs/B＜Ｕmax                      （８）
の２つの不等式を同時に満足すればよいが、図２７のグラフにおいて、ランディングエネルギＶ１の位置を変えても、一般的には達成できない場合が多い。
【０１６８】
そこで、本発明に係る電子線装置７０においては、図２８に示すように、ランディングエネルギＶ１の電子に加えて、ランディングエネルギＶ２の電子Ｅｂ’でも照射する。ここで、ランディングエネルギＶ１及びＶ２は、図２９に示すように、絶縁体ｍ１及びｍ２の平衡点ａ及びｂを挟んで両側に位置するように設定する。
【０１６９】
二つの異なるエネルギを持つ電子で照明されたそれぞれの絶縁体ｍ１及びｍ２のチャージアップ電位は、次のようにして検出する。照射電子のエネルギＶに対する絶縁体ｍ１及びｍ２の二次電子効率曲線をそれぞれＦＡ（Ｖ）及びＦＢ（Ｖ）とする。また、ウエハ上のランディングエネルギＶ１及びＶ２の照射電子密度をそれぞれＩ１及びＩ２とする。これら二つのエネルギ照射により、絶縁体ｍ１及びｍ２の表面から放出される二次電子量密度Ｑ１及びＱ２はそれぞれ、以下のように表すことができる。
Ｑ１＝Ｉ１・ＦＡ(Ｖ１) + Ｉ２・ＦＡ(Ｖ２)
Ｑ２＝Ｉ１・ＦＢ(Ｖ１) + Ｉ２・ＦＢ(Ｖ２)
一般に、Ｑ１及びＱ２の値は、照射電子密度Ｉ１及びＩ２と同じでない。その結果、チャージアップが起こり、それぞれの絶縁体Ｕs/A及びＵs/B だけ表面電位の変化が生じた後に、平衡状態に達する。平衡状態は、以下のように表すことができる。
I1+I2 ＝ I1*FA(V1+Us/A)+I2*FA(V2+Us/A)          （９）
I1+I2 ＝ I1*FB(V1+Us/B)+I2*FB(V2+Us/B)          （１０）
これらの２つの式（９）及び（１０）は、Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）＝αとおいて変形すると、以下のように書き換えることができる。
1＝α*FA(V1+Us/A)+(1−α)*FA(V2+Us/A)            （１１）
1＝α*FB(V1+Us/B)+(1−α)*FB(V2+Us/B)            （１２）
Ｕs/A及びＵs/Bを、不等式（７）及び（８）を満たす特定の値に決め、Ｖ１、Ｖ２及び照射総電流密度に対するＩ１の比αの内の一つを規定値として、式（１１）及び（１２）が同時に成立するように残りの二つを演算して設定すれば、絶縁体を含んだウエハを良好なる結像状態で観察することができる。そして、その上で、照射総電流密度を調整することにより、最も好ましい照射条件で照明を行うことができる。
【０１７０】
なお、式（１１）、（１２）中のＶ１、Ｖ２及び照射総電流密度に対する比αの全てを変数として求めれば、３種類の絶縁体にまで対応できる。更に照射電子エネルギを１種増す毎に、新たなＶとＩの二つの変数が増すので、対応できる絶縁体は２種づつ増えていく。
【０１７１】
以上説明したように、複数の電子線によりウエハを同時に照射でき、各電子源からの電流量と入射エネルギを独立に制御できるので、各絶縁体又は浮遊導体のチャージアップによる表面電位の変化を、それぞれ目標値にするように電流量と入射エネルギを設定することができる。よって、各絶縁体又は浮遊導体のチャージアップによる表面電位の変化（Ｕs）を、像観察に必要な最低量（Ｕmin）と、ウエハ自身を損傷させることなくかつ歪みの少ない観察画像を得られる最大量（Ｕmax）との間になるように制御することができ、明瞭で歪みの無い画像を得ることができる。なお、視野内を均一な照射条件で照明することが好ましく、これにより、部分的なチャージアップや、視野内での照射むらに基づく画像の明暗がなくなり、より明瞭な画像を得ることができる。
【０１７２】
チャージアップによる表面電位の変化を目標値に制御するための上記方法は、図８に示した実施形態の電子線装置に適用可能であるだけでなく、以下に説明する他の実施形態及びそれらの変形に適用可能である。
【０１７３】
なお、少なくとも１つの電子銃の電流量とウエハへの入射エネルギとを時分割的に制御可能にすることにより、あたかも電流量と入射エネルギが異なる複数の電子銃を具備しているかのような効果を持たせることが好適である。チャージアップにおいては、時間的、空間的な重ね合わせが成り立つので、このようにしても、チャージアップの問題を低減することができる。
【０１７４】
この場合、二次電子を受光して電気信号に変える検出器は、二次電子−光変換器とＰＭＴ等の光電変換器を組み合わせて使用し、時分割的に切り換えて照射される照明の１周期分の電荷をＣＣＤに貯えた上で取り出すことにより、全ての異なる照明光に対する出力を加え合わせたものを出力することができる。この場合でも、視野内を均一な照明条件で照明することが好ましい。
【０１７５】
次に図８に示した電子線装置を用いて、ウエハＷを走査する方法について、図３０〜図３２を参照して説明する。
【０１７６】
１つの走査方法においては、図３０に示すように、ウエハＷは、分割された小領域２００単位で一次電子線が走査される。電子線装置では、一次電子線の視野が、小領域２００より少し大きい領域３００となるように、小領域２００が設定される。小領域２００は、一次電子線を電気的に偏向できる領域に対応している。ウエハから発生される二次電子を検出後、ウエハを移動させて次の小領域２００を照射するが、該次の領域は、隣接する小領域を少なくとも１以上スキップした未照射の小領域とする。荷電電荷は、時間とともに減少するので、照射済の小領域の帯電による影響が十分に小さく時間の経過後に、スキップした小領域を照射する。照射順序の選択方法の一例として、図３０に示したように、６４に分割した小領域を、「１」、「２」、「３」、……の順序で照射すると、１つの小領域を照射後の該小領域に隣接する小領域の照射まで、十分な時間をおくことができる。なお、ウエハＷを移動中に、照射済みの小領域から検出した二次電子に基づく検査を実行することが好適である。
【０１７７】
このような小領域の照射順序の選択は、１つの一次電子線を用いる電子線装置にも適用できる。
【０１７８】
図３１は、別の走査方法を示しており、この例では、ウエハＷをストライプ状の小領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、……に分割している。そして、一次電子線を小領域の短軸方向（Ｘ軸方向）に走査しながら、小領域の長軸方向（Ｙ軸方向）に移動させる。小領域を１つスキップさせる場合、走査しながら＋Ｙ軸方向にウエハを移動させ、小領域Ｒ１の照射を行い、次いで、ウエハをＸ軸方向へ移動させた後、−Ｙ軸方向にウエハを移動させながら小領域Ｒ３の照射を行う。順次、１つおきに照射を行い、小領域Ｒｉの照射後、小領域Ｒ（ｉ＋１）（ｉ＝１，２，…，ｎ−１）の照射を行う。
【０１７９】
図３２は、さらに別の走査方法を示している。この方法においては、小領域を走査により照射するに際して、走査を行う小領域に近い側から走査を開始し、遠い側へ進めるものである。すなわち、一列毎に走査を進める場合、小領域Ｒ１１を走査した後、小領域Ｒ１２をスキップして、小領域Ｒ１３走査するが、その場合、小領域Ｒ１の走査は、小領域Ｒ１３に近い点Ｐ１１から開始し、最も遠い点Ｐ１２で終了する。小領域Ｒ１１の走査が終了すると、ウエハＷをステップ移動させて、小領域Ｒ１３の走査を点Ｐ１３から開始し、点Ｐ１４まで行う。その後、小領域Ｒ１３に隣接するＲ１４をスキップして、小領域Ｒ１５をおこなう。その行が終了すると次の行に移動して、小領域毎に同様に走査を行う。このような走査方法によれば、帯電による影響を少なくすることができる。なお、直前に走査した小領域Ｒｉｊの走査終了点と離れている小領域の点から走査を開始すると言う前提で、小領域Ｒｉｊの終了後、隣接する小領域Ｒｉ（ｊ＋１）をスキップせずに、該小領域Ｒｉ（ｊ＋１）を走査してもよい。
【０１８０】
また、図３２の各小領域の走査において、例えば、小領域Ｒ２２に示すように、点Ｐ１５から走査を開始し、点Ｐ１６に到達した時点で点Ｐ１７に戻り、そして、点Ｐ１８まで走査する用にしてもよい。なお、小領域Ｒ２２内の破線は、帰線を示している。このように、各小領域内において、１つおきにラスタスキャンすることにより、直前の走査による影響を小さくすることができる。スキップする線を１本ではなく、任意の複数本とすることができる。
【０１８１】
図３０〜図３２に示した走査方法においては、小領域のスキップは、電気的に制御することができるので、時間的なロスはほとんどなく、しかも帯電による影響を少なくすることができる。
【０１８２】
以下に、本発明に係る電子線装置の図８に示した実施形態以外の種々の実施形態について説明する。
【０１８３】
図３３は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０の一実施形態を示している。この実施形態は、放出された電子をマルチビームに生成するためのマルチ開口板の複数の開口を、光軸の周りに回転させて調整する機能を持たせたものである。
【０１８４】
図３３に示すように、この実施形態の電子光学系７０は、電子線１７−３を発生する電子銃１−３と、電子線を照射されたウエハＷ表面からの二次電子をマルチ開口板１４−３の開口に結像させる二次光学系（写像投影部）２５−３を備えている。電子銃１−３は、ＺｒＯの熱電界放出電子銃であり、＜００１＞方位のタングステンの針状カソードにＺｒを溶接し、針の先端にＺｒを拡散させ、酸素雰囲気中で活性化させたものである。このように形成された電子銃１−３は、図３４のＸ−Ｙ平面上のビーム断面として示すように、光軸（すなわち図３３において紙面の上下方向であり、図３４において紙面と直交する方向であるＺ軸）の方向に強い電子線２０−３を放出するが、それよりさらに強い電子線１７−３を側面の４つの＜００１＞方位の方向へ放出することが知られている。この強い電子線１７−３は、図３４に示すように、光軸の周囲の４つの方向に放出される。
【０１８５】
図３４に示す５つの強い電子線１７−３、２０−３をコンデンサレンズ２−３により収束してクロスオーバ像５−３を形成する。コンデンサレンズ２−３とクロスオーバ像５−３との間に開口４−３ａを有するマルチ開口板４−３を光軸に垂直に配置する。マルチ開口板４−３は、光軸方向の電子線２０−３を捨て、光軸のまわりの４つの方向の強い電子線１７−３を通す４個の小さい開口４−３ａを有する。４個の開口４−３ａを通過した電子線は、縮小レンズ６−３、８−３で縮小され、ステージ装置５０上のウエハＷ上に、４個の直径１００ｎｍのマルチビームを結像させる。
【０１８６】
電子線１７−３の強度が最大の場所の中央部と開口４−３ａの位置は、一般に、光軸（Ｚ軸）を中心として所定角度ずれているので、回転レンズ３−３を設け、強い電子線１７−３を図３３において時計まわり方向へ回転させ、電子線１７−３の強度が最大の場所の中央部と開口４−３ａの位置を一致させる。また、ステージ装置５０によりウエハＷをＹ軸方向へ連続移動させながら、開口４−３ａを通過した４つの強い電子線１７−３をＸ軸方向へ走査させる。ウエハの評価を行うために、電子線１７−３のＸ軸方向へ投影した間隔は、いずれのビーム間においても等しいことが好ましい。これは、図９の［Ａ］を参照して説明した電子線装置の電子光学系７０の場合と同様である。
【０１８７】
回転レンズ３−３は、コンデンサレンズ２−３と同じＺ軸方向位置に配置される。回転レンズ３−３は、断面がコの字型の軸対象の強磁性体のコアと、その内部に光軸の周りに巻いたコイルとから構成されており、コイルに流す電流の強さで回転料を制御できる。されにコンデンサレンズ２−３は、上極及び下極が接地され、中央電極に負の高圧を与えたユニポテンシャルレンズとして構成されている。従って、各電子線は、中央電極位置でエネルギが小さく、回転レンズの小さい磁場で回転することができる。
【０１８８】
図３４は、走査方向（Ｘ軸方向）に平行の、光軸を通るＸ−Ｙ平面上の４つの強い電子線１７’−３を、Ｙ軸からの角度φ変位した位置に示している。図３５に示すように、Ｘ軸方向の間隔ｅ、ｆ、ｇが互いに等しいためには、
ｅ＝ｃｏｓφ−ｓｉｎφ、ｆ＝２ｓｉｎφ、及びｇ＝ｃｏｓφ−ｓｉｎφであるから、
２ｓｉｎφ＝ｃｏｓφ−ｓｉｎφ
を満たすように、角度φを設定すれば、４つの電子線１７’−３のＸ軸方向間隔ｅ、ｆ、ｇを等しくすることができる。
【０１８９】
４つの電子線１７’−３の角度φを調整する工程は、回転レンズ１８−３により行う。回転レンズ１８−３は、電子線１７’−３のクロスオーバ位置に一致させて配置し、回転レンズ１８−３の強度を変化させても、クロスオーバ像の倍率が変化しないようにする。
【０１９０】
ウエハＷから放出された二次電子は、対物レンズ４０−３で拡大され、ウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂフィルタ）２３−３の手前で約４倍の拡大像を作り、Ｅ×Ｂフィルタで図２８の右方へ偏向され、拡大レンズ１２−３、１３−３により、二次光学系側のマルチ開口板１４−３に結像される。マルチ開口板１４−３は４つの開口１４−３ａ（開口４−３ａよりも大きい）を備え、これらの近くへきた電子はすべて、その開口を通過して、検出器１５−３により検出される。しかしながら、４つの一次電子線１７’−３のそれぞれによりウエハ表面から発生された電子が対応する開口１４−３ａに入らず、隣接する開口へ入ることのないように、各開口１４−３ａの回転角度が各電子線１７’−３の回転角度に合っている必要がある。この回転角度を合わせる工程は、拡大レンズ１２−３、１３−３とマルチ開口板１４−３との間に配置した回転レンズ１９−３により実行される。
【０１９１】
図３３に示した電子光学系７０の分解能は、対物レンズ４０−３の収差により決定される。この収差を小さくするため、対物レンズ４０−３の近傍に磁気レンズ２１−３が配置される。磁気レンズ２１−３は、レンズ電界とレンズ磁界を重畳させ、収差を低減する。回転レンズ３−３のＺ軸（光軸）方向位置は、静電レンズ２−３の各電極に付与される電圧を考慮し、最も低い電圧を付与される電極位置に磁場の最大値が一致するような位置として設定される。図３３において、電子銃１−３から光軸方向へ放出される電子線２０−３は、対応する開口がマルチ開口板４−３に設けられておらず、したがって利用されていない。
【０１９２】
図３３に示した電子光学系７０において、ウエハ表面の欠陥検出は、得られた画像信号により生成される画像を標準のパターンデータと比較するか、又はダイ同士の検出画像間を比較することにより行われ、ウエハ表面の欠陥レビューは、ウエハ表面上における一次電子線の走査と同期させたモニタ上のビームの走査により得られる画像観察により行われる。また、パターン線幅測定は、ウエハ表面上における一次電子線の走査をパターンの短辺方向に行ってそのときに得られた画像に基づいて行われ、パターン電位測定は、ウエハ表面に最も近い電極に負の電位を与え、ウエハ表面の高い電位を持つパターンから放出される二次電子を選択的にウエハ側へ追い戻すことにより行われる。
【０１９３】
上記したように、図３３に示した電子光学系７０は、電子銃の近傍に回転レンズを設け、電子線を光軸のまわりに回転させ、電子線強度が最大の場所の中央部と穴すなわち開口の位置のずれを解消する。これにより、電子線強度が最大の場所の中央部と穴の位置が精度良く一致される。また、４つの強い電子線をウエハ上でＸ軸方向へ走査する工程において、回転レンズを設けて４つの電子線を回転させることにより、４つの電子線のＸ軸方向へ投影した間隔をいずれのビーム間においても等しくするように調整することができる。この回転レンズを、電子線のクロスオーバ位置に一致させて配置することにより、回転レンズの強度を変化させても、クロスオーバ像の倍率及び結像条件に影響を与えないようにすることが可能である。
【０１９４】
さらに、対物レンズの近傍に磁気レンズを備え、このレンズを調整することにより、光学系の分解能を決定する対物レンズの収差を小さくすることができる。この磁気レンズは、ウエハ上の開口像の近傍に配置されるため、クロスオーバ像の結像条件又は開口像の結像条件に影響を与えることなく、電子線の回転を制御できる。そして、レンズ電界とレンズ磁界を重畳させることにより、対物レンズの収差を低減することができる。さらにまた、二次光学系のマルチ開口板の検出用の開口の回転角度と二次電子線の回転角度を、拡大レンズ１２−３、１３−３と検出用の開口の間に配置した回転レンズ１９−３により、調整して一致させることができるので、二次電子線による像と検出開口の回転方向を一致させることができ、クロストークを小さくすることができる。
【０１９５】
なお、マルチビームの数が４個に限定されないことは、言うまでもない。
【０１９６】
図３６は、本発明に係る電子線装置の他の実施形態を示している。この実施形態は、特に、一次光学系におけるマルチビームを生成するためのマルチ開口板の構成、電子線の強度の時間変動を実時間で補正可能である点、並びに、マルチ開口板のバラツキや二次電子の透過率を増幅器の利得を調整することにより補正可能である点に特徴を有している。
【０１９７】
図３６に示した電子線装置は、一次光学系１０−４と、二次光学系２０−４と、検査部３０−４とを備えている。一次光学系１０−４は、電子線を放出する電子銃１１−４と、電子銃１１−４から放出された電子線を集束する静電レンズ１２−４と、複数の小開口が形成されたマルチ開口板（この実施形態では、電極として機能するので、開口板電極と称する）１３−４と、電子線を集束する静電中間レンズ１４−４と、静電偏向器１５−４と、Ｅ×Ｂ分離器兼偏向器１６−４と、静電偏向器１７−４と、静電対物レンズ１８−４とを備え、それらは、図３６に示したように、電子銃１１−４を最上部にして順に、しかも電子銃から放出される電子線の光軸ＯがウエハＷの表面（試料面）に鉛直になるように、配置されている。
【０１９８】
電子銃１１−４は、この実施形態では、熱電界放出が可能なように、先端を尖らせたタングステンの針にＺｒをコーティングした単一のカソードを有する熱電界放出電子銃である。なお、カソードのＺｒのコーティングは、その後、酸素雰囲気中で処理されてＺｒＯに変化し、仕事関数が下がる。この電子銃１１−４から放出される電子線の強度分布は、図３７にグラフＣＬで示したように、中央（光軸位置）が最大で、光軸から離れるにしたがって軸対称に減少する形状を有している。
【０１９９】
光軸から遠く離れても強度があまり減少しない電子銃として、ＬａＢ6カソードを持った電子銃を用いた方が良い場合もあるが、この場合は、電子銃のエミッタンスが大きく取れるため、多くのビームを作れる。また、この電子銃は、空間電荷制限領域で使う方が、がショット雑音が小さくて有利である。
【０２００】
開口板電極１３−４は、一次光学系１０−４の像面湾曲を補正するために、図３６及び図３８の「Ａ」に示したように、中央部分１３１−４が周囲の他の部分１３２−４よりも電子銃１１−１側に突出し、かつ四隅の部分１３４−４が反電子銃側に突出した３段の段付き構造になっている。開口板電極１３は、例えば、Ｔａ、Ｐｔ等の高融点金属でつくられており、この例では、図３８に示したように、３行３列で合計９個の開口すなわち小孔１３３−４ａ〜１３３−４ｉが形成されている。中央部分１３１−４には孔１３３−４ａが形成され、周囲の部分１３２−４には孔１３３−４（１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇ）が、更に四隅の部分１３４−４には孔１３３−４（１３３−４ｅ、１３３−４ｆ、１３３−４ｈ及び１３３−４ｉ）が形成され、図３８の［Ａ］に示したように配置されている。これらの孔の数は、９個に限定されるものではない。これらの孔は、例えば、２μｍφの円形で、隣接する孔の間のピッチは１０００μｍであるが、大きさ及びピッチは任意に選択できる。ただし、孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇは、光軸を中心とした同一の円周上に配置され、孔１３３−４ｅ、１３３−４ｆ、１３３−４ｈ及び１３３−４ｉは同一の円周上にされている。そして、この段付き構造のずれ量λは、一次光学系の像面湾曲に相当する値であり、光軸Ｏ上にある孔１３３−４ａが、他の孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇより像面湾曲に相当する値λで電子銃側に接近しており、かつ孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇが孔１３３−４ｅ、１３３−４ｆ、１３３−４ｈ及び１３３−４ｉより像面湾曲に相当する値λで電子銃側に接近している。なお、図３８の［Ａ］に示す開口板電極１３−４では、中央部分１３１−４が円形に突出させているが、方形に突出させてもよく、また中央部分１３１−４、部分１３２−４を部分１３４−４に対して円形に突出させてもよい。更に、開口板電極は、図３８の［Ｂ］において１３’−４で示したように、中央部が中高になる曲面形状にしてもよい。この場合、図３８の［Ａ］の開口板電極と同様に、孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇは光軸を中心とした同一の円周上に配置され、孔１３３−４ｅ、１３３−４ｆ、１３３−４ｈ及び１３３−４ｉは同一の円周上にされている。そして、光軸Ｏにある孔１３３−４ａが他の孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇより像面湾曲に相当する値λで電子銃側に接近しており、かつ孔１３３−４ｂ、１３３−４ｃ、１３３−４ｄ及び１３３−４ｇが孔１３３−４ｅ、１３３−４ｆ、１３３−４ｈ及び１３３−４ｉより像面湾曲に相当する値λで電子銃側に接近している。
【０２０１】
静電偏向器１５−４及び１７−４は、この実施形態では、８極静電偏向器である。８極静電偏向器１５−４及び１７−４、静電レンズ１２−４、１４−４及び１８−４自体は公知の構造のものであるから、それらの詳細な説明は省略する。Ｅ×Ｂ分離器すなわちＥ×Ｂ型偏向器１６−４については、図１０に示した。また、開口板電極に形成される小孔は、３行３列に限定されるものではなく、図３９に開口板電極１３”−４として示したように、孔１３５−４ａ〜１３５−４ｄの４個の円形の小孔とするか、或いは、１３６−４ａ及び１３６−４ｂの２個の円形の小孔とすると、各小孔を通過する電子線のビーム強度をほぼ同じにできる。また、光軸からの距離がそれぞれ等しいため、像面湾曲も補正する必要がない。
【０２０２】
図３６に戻って、二次光学系２０−４は、一次光学系のＥ×Ｂ型偏向器１６−４近くの焦点面ＦＰ近傍で光軸Ｏに対して所定の角度で傾斜している光軸Ｏ’に沿って配置された偏向レンズ２１−４及び２２−４と、マルチ開口板２３−４とを備えている。マルチ開口板２３−４には、開口（図３６では、３つの開口のみを図示）が、一次光学系のマルチ開口板１３−４の孔に対応して、３行３列で９個形成されている。電子光学系７０は、マルチ開口板２３−４の開口毎に、検出器３１−４（図３６では、３１−４ａ、３１−４ｂ、３１−４ｃのみ図示）を有している。それぞれの検出器３１−４にはそれぞれ増幅器３２−４（図３６では３２−４ａ、３２−４ｂ、３２−４ｃのみを図示）を介して、信号処理部３３−４（図３６では３３−４ａ、３３−４ｂ、３３−４ｃのみを図示）が接続されている。各増幅器には、利得調整器３４−４（図３６では３４−４ａ、３４−４ｂ、３４−４ｃのみを図示）がそれぞれ設けられ、その増幅器の利得或いはオフセット値を調整する。利得調整器３４−４は、共通の増幅器３５−４を介して開口板電極１３−４に電気的に接続され、該開口板電極を流れる電流の変化の信号を、利得調整器３４−４に送る。これは、熱電界放出電子銃１１−４から放出される電子線のビーム強度が時間的に変動するので、開口板電極１３−４をアースから絶縁しておき、ビーム電流を測定してビーム電流変動の測定値を二次電子信号の増幅率すなわち利得或いはオフセット値に実時間でフィードバックし、ビーム電流の変動が信号に影響を与えないようにするためである。なお、開口板電極に形成される孔の数は９個に限定されるものではないことは、上記した通りである。この場合、当然ながら、マルチ開口板２３−４に形成される開口、検出器、増幅器等の数も、それに合わせた数及び配置となる。また、開口の大きさは、２μｍφの円形で、隣接する開口間のピッチは１２００μｍである。開口板電極の孔及び開口板の開口は、円形だけでなく、方形に形成してもよい。
【０２０３】
次に、図３６に示した電子線装置の動作について説明する。単一のカソードを有する電子銃１１−４から放出された電子線は、コンデンサレンズすなわち静電レンズ１２−４により集束され、開口板電極１３−４を照射する。電子線は開口板電極１３−４に形成された複数の小孔１３３−４を通過して試料に向かって進み、途中に設けられた静電中間レンズ１４−４及び静電対物レンズ１８−４により縮小されてウエハＷの表面（試料面）に結像する。ウエハ面からは一次電子の照射により二次電子が放出され、その二次電子は、静電対物レンズ１８−４とウエハＷとの間に印加された、二次電子に対する加速電界で加速、収束され、比較的小さな口径のビームとなって静電対物レンズ１８−４を通過し、一次ビームの焦点面ＦＰの手前でほぼ焦点を結ぶ。二次電子は、焦点面ＦＰの位置において、Ｅ×Ｂ型偏向器１６−４により光軸Ｏ’に沿って移動するように偏向される。偏向された二次電子は、静電レンズ２１−４に入射する。静電レンズ２１−４は、ウエハ面で２ｅＶの電子に対してレンズ２１−４の手前に結像するように励磁されている。二次電子は、更に静電レンズ２２−４で拡大されて検出用のマルチ開口板２３−４において結像する。なお、開口板電極１３−４の各孔１３３−４を通ったビームによりウエハ面から放出された二次電子は、開口板２３−４の対応する開口を通して、対応する検出器に導かれる。
【０２０４】
上記のようにしてマルチ開口板２３−４で形成された像は、該開口板の各開口を介して、該開口板の背面に開口毎に配置された検出器３１−４により検出され、これらの検出器３１−４によって、電気信号に変換される。検出器からの信号は増幅器３２−４によって増幅され、それぞれ対応する信号処理回路３３−４に送られ、それらの信号処理回路により、ウエハ面の欠陥検査、形成されたパターンの線幅の測定、欠陥のレビュー等が行われる。そして、８極静電偏向器１５−４及び１７−４により、一次光学系１０−４を進む複数の電子線のビームでウエハ面の所定の区域を走査させて、その区域に付いての検査等を行なう。この場合、８極静電偏向器の偏向感度比を公知の方法により最適化することにより、偏向軌道が光軸上のＺ軸方向位置を静電対物レンズ１８−４の主面近傍のどの位置にするかによって、大きく偏向した時のビームボケを最小にすることができる。ウエハ面全体に付いてビームで走査するには、上記区域内でのビームの走査とウエハ面のＸ−Ｙ方向の移動とを組み合わせて行う。
【０２０５】
増幅器３４−４により信号を増幅する際には、開口板電極１３−４の小孔を通過した電子線量の不均一を補正するため、利得調整器により個々の増幅器毎に利得或いはオフセット値を調整する。この場合、電子線の照射により開口板電極を流れる電流の時間変動を測定し、その測定結果を利得調整器に入力させて利得或いはオフセット値の調整に使用することが可能である。なお、段付き形状の開口板電極１３−４と、利得或いはオフセット値を調整可能な増幅器とを組み合わせて使用した例について説明したが、平坦の開口板電極と利得を調整可能な増幅器とを組み合わせて使用してもよい。
【０２０６】
図３６に示した電子線装置を使用してウエハ面の欠陥検査、パターンの線幅の測定、欠陥のレビュー等を行うには、まず、開口板でビームを形成する小孔の大小、及び二次電子透過率の大小を予め補正するため、パターンが形成されていないウエハを所定の位置にセットして電子線装置を動作させる。そして、各増幅器３２−４の出力が同じになるように、各利得調整器３４−４により、それぞれの増幅器の利得とオフセット値を補正する。次に、検査すべきウエハをセットし、電子線装置を上述のように動作させて、ウエハ面から放出された二次電子を検出器により検出し、増幅器により増幅された電気信号を信号処理回路３３−４で処理する。この信号処理回路を、処理した信号を例えば図示しない比較回路で記憶部に記憶されている設計通りのパターンに関する参照データと比較することによって、ウエハに形成されたパターンの欠陥の有無や欠陥位置を検出する欠陥検出回路に置き代えることによって、欠陥検査を行うことができる。また、信号処理回路を線幅測定装置に置き代えれば、ウエハ面に形成されたパターンの線幅を測定できる。更に、信号処理回路に更にＣＲＴ等のモニタを接続すれば、欠陥のレビューが可能になる。更にまた、一次光学系のどこかにビームをブランキングする機能を持たせれば、ＥＢテスタとして使用することもできる。
【０２０７】
図３６に示した電子線装置によれば、電子銃からの電子線の強度の時間変動を実時間で補正することができるので、検査を正確に行うことができる。また、マルチ開口板のバラツキや二次電子の透過率を、増幅器の利得を調整することにより補正することができるので、各検出器からの出力にバラツキがない。
【０２０８】
図４０は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０を示している。この実施形態においては、図４０に示すように、電子銃１−５から放出された電子線を３段のコンデンサレンズ３−５、５−５、６−５で光源像を拡大させて最終レンズ８−５の入射瞳上に結像させる(図面中では、実線１６−５で示す)。コンデンサレンズ３−５のウエハＷ側には、光軸を中心にした同一円周上に等間隔で４つの穴を設けたマルチ開口板４−５が設けられ、それらの穴を通過した電子線は、２つのコンデンサレンズ５−５、６−５と対物レンズ８−５で縮小されて、ウエハＷ上に結像される（破線１４−５で示す）。対物レンズ８−５の電子銃側にはＥ×Ｂ分離器７−５が設けられており、一次電子ビームを進行方向の右へ１０°、二次電子ビームを進行方向の右に３０°偏向させる。すなわち、一次電子線のＥ×Ｂ分離器７−５の電界による偏向量は磁界による偏向量の半分に設定されている。電界による偏向色収差は、磁界による偏向色収差の半分であるから、電界による偏向色収差と磁界による偏向色収差は互いに打ち消し合い、偏向色収差をほぼ０にすることができる。さて、ウエハＷ上の４つの一次電子ビーム照射点から放出される二次電子は、拡大レンズ１０−５の手前に４つの拡大像を形成し、さらに該拡大レンズ１０−５で拡大され、４つの穴を有するマルチ開口板１１−５に像を結ぶ(一点鎖線１２−５で示す)。マルチ開口板の各穴の背後には検出器１３−５が配置され、結像された二次電子像を検出し、電子信号として出力する。
【０２０９】
Ｅ×Ｂ分離器７−５の偏向中心が一次電子ビームの結像点ではないので、一次電子ビームに偏向色収差が大きくなる恐れがあり、このため、磁界での偏向量を電界での偏向量の２倍にすることにより、偏向色収差を小さくしている。具体的には、電界で１０°左へ偏向し、磁界で右へ２０°偏向し、差し引き１０°右へ偏向する様にしている。これに対応し、ウエハＷは、入射する一次電子ビームを垂直に受けるために、１０°傾けて配置してある。もちろん、ウエハを水平にして一次光学系を１０°傾けてもよい。
【０２１０】
電子銃内部のカソード２−５は、熱電界放出電子銃のカソードで、光軸方向は＜１００＞方位で、＜３１０＞又は側面の<１００>方位の４つの方向に光軸方向より強いビーム放出があるので、＜１００＞方位の放出（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）は捨て、＜３１０＞または側面の＜１００＞方位の放出のみ下へ通すようにする。＜３１０＞または側面の<１００>方位の放射は十分広い方向に放出されるので、コンデンサレンズ３−５の励起を変え、対物レンズ８−５上のクロスオーバ寸法を大きく変えても、マルチ開口板４−５の各穴を照射するビーム電流はほとんど変らず、ビーム電流を不変にすることができる。
【０２１１】
コンデンサレンズ５−５、６−５をズームレンズ動作させ、即ち、クロスオーバ結像条件及び開口像結像条件を変えないで、クロスオーバの拡大率を可変としてビーム寸法やビーム電流を調整してもよい。また、２つのレンズをズームレンズにすることにより、ビーム間隔を調整するようにしてもよい。
【０２１２】
図４０に示した電子光学系７０によれば、一次光学系を４つのレンズで構成し、二次光学系を１つのレンズで構成しているので、構造が簡単であり、その制御、すなわち、ビーム間隔、ビーム寸法（径）、ビーム電流の制御が容易になる。クロスオーバは、すべてのレンズによる拡大により形成され、開口像は総てのレンズによる縮小により形成されるので、光学系が簡単になる。また、二次光学系において、対物レンズとＥ×Ｂ分離器後の１つのレンズで十分な拡大率が得られる。
【０２１３】
マルチ開口板４−５及び１１−５の開口は、対応して配置される必要があるが、４個に限定されず任意の複数個に設定可能であることは、勿論である。
【０２１４】
図４１は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０のさらに別の実施形態を示している。この実施形態は、レンズ段数を極力減少させ、簡単化したものである。レンズ段数が少ないため、一次電子線と二次電子線の合焦及び軸合わせを容易に行うことができ、しかも、電子線間のクロストークを低減することができるものである。
【０２１５】
図４１に示した電子光学系７０において、電子銃１−６の内部には、単結晶ＬａＢ6カソードが、円周上に突起が並んだ形状に加工され配置されている。電子銃から放出される電子線は、コンデンサレンズ３−６により集束され、マルチ開口板４−６に照射される。マルチ開口板４−６は、同一円上に設けられた９個の開口を有しているおり、Ｘ軸上に投影した場合の開口の相互の間隔が等しくなるように設定されている。これは、図８に示した電子線装置の電子光学系７０に関連して図９の［Ａ］に示した場合と同様である。また、後述する二次光学系のマルチ開口板１４−６の開口及び複数の検出器１５−６の配置関係も、図９の［Ａ］に示した場合と同様である。
【０２１６】
電子銃１−６から放出された電子線は、マルチ開口板４−６の開口を通過してマルチビーム化され、縮小レンズ５−６により点７−６に結像され、さらに、対物レンズ１０−６を介してウエハＷ上に結像される。対物レンズ１０−６は、中央電極に正の高電圧が印加されるユニポテンシャルで、これにより、複数の一次電子線すなわちマルチビームは、ウエハＷに射照されるときに減速される。
【０２１７】
一方、マルチビームの照射によりウエハから放出される二次電子は、対物レンズ１０−６が作る電界で加速され、静電偏向器８−６及び電磁偏向器９−９からなるＥ×Ｂフィルタにより二次光学系側へ偏向され、拡大レンズ１３−６を介して二次光学系用のマルチ開口板１４−６に合焦される。点線１８−６は、マルチビームの照射により放出された二次電子のうち、ウエハから垂直に出た二次電子の軌道であり、この二次電子がクロスオーバを作る位置に、二次電子の開口を決めるアパーチャ板２０−６を設けている。これにより、大きい収差のビーム取り除くことができる。
【０２１８】
図４１の電子光学系７０において、一次電子線と二次電子線の両方に共通する光路は、Ｅ×ＢフィルタとウエハＷの間で、レンズは対物レンズ１０−６しか存在しない。従って、一次電子線及び二次電子線に関するレンズの合焦やレンズの軸合せは簡単である。この点は、図８等に示した電子光学系においても同様である。即ち、図４１の電子光学系７０に関して言えば、対物レンズ１０−６は、一次電子線の合焦条件のみ満たせばよく、二次電子線の合焦は、例えば、マルチ開口板１４−６、開口アパーチャ板２０−６の位置を機械的に移動させることにより、行うことができる。
【０２１９】
対物レンズ１０−６への軸合せは、軸合せ装置１９−６により行えば二次電子の軸を狂わせないで行うことでき、拡大レンズ１３−６への軸合せは、Ｅ×ＢフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器を、一次電子線のウィーン条件を満たしながら偏向量を調整すれば、一次電子線の軸に影響を与えないで、レンズ１３−６への軸合せが可能である。
【０２２０】
ウエハＷ上のマルチビーム照射点から放出された二次電子が合焦されるマルチ開口板１４−６でのボケは、市販のソフトウェアでシミュレーションを行えば容易に計算できる。また、ウエハ上でのマルチビームのビーム間隔が決まっている場合には、マルチ開口板１４−６でのボケ量を、ウエハＷから該開口板１４−６迄の拡大率で割算することにより、ウエハ上でのボケが算出できる。このボケ量がビーム間隔より小さくなるように、開口アパーチャ板２０−６の口径を決めてもよい。他の方法としては、開口アパーチャ板２０−６の口径を一定の値とし、ウエハ上での値に換算した二次電子像のボケよりもマルチビーム間隔を大きくしてもよい。
【０２２１】
図４１に示した電子光学系７０においては、他の実施形態の電子光学系と同様に、一次電子線を減速するので収差が小さくなり、細く絞ることができる。また、二次電子を対物レンズで加速するので、光軸に対して大きい角度で放出された二次電子も対物レンズで細いビーム束に絞られ、よって、二次光学系の開口を小さくすることができる。
【０２２２】
図４２は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０の別の実施形態を示している。この実施形態においては、電子線をウエハＷの表面に照射する一次光学系１０−７と、ウエハＷから放出された二次電子を検出面に結像する電子線結像光学系としての二次光学系２０−７と、二次電子を検出する検出系３０−７とを備えている。同図において、電子銃１１−７から放出された電子線（一次電子線）は、静電レンズからなるコンデンサレンズ１２−７により集束されて、点ＣＯにおいてクロスオーバを形成する。このクロスオーバ点ＣＯに、ＮＡを決める開口１４１−７を有する絞り１４−７が配置されている。
【０２２３】
コンデンサレンズ１２−７の下方には、複数の開口を有するマルチ開口板１３−７が配置され、これによって複数の一次電子線が形成される。マルチ開口板１３−７によって形成された一次電子線のそれぞれは、静電レンズからなる縮小レンズ１５によって縮小されて、Ｅ×ＢフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器１６−７の偏向主面ＤＳに合焦される。そして、点ＤＳで合焦した後、静電レンズからなる対物レンズ１７−７によってウエハＷに合焦される。マルチ開口板１３−７から出た複数の一次電子ビームは、縮小レンズ１５−７と対物レンズ１７−７との間に配置された偏向器により、同時にウエハＷの表面上を走査するよう偏向される。
【０２２４】
縮小レンズ１５−７及び対物レンズ１７−７の像面湾曲収差を補正するため、図４２に示したように、マルチ開口板１３−７は、中央部から周辺部に向かうにしたがってコンデンサレンズ１２からの距離が大きくなるように、段が付けられた構造を有している。
【０２２５】
合焦された複数の一次電子線によって、ウエハＷ上の複数の点が照射され、照射されたこれらの複数の点から、二次電子が放出される。放出された二次電子は、対物レンズ１７−７の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器１６−７の手前の点ＦＰにおいて焦点を結ぶ。これは、各一次電子線がウエハＷの表面上で５００ｅＶのエネルギを持っているのに対して、二次電子線は数ｅＶのエネルギしか有していないためである。ウエハＷから放出された複数の二次電子線は、Ｅ×Ｂ分離器１４−７により、一次光学系１０−７の光軸の外方向に偏向されて一次電子線から分離され、二次光学系２０−７に入射する。
【０２２６】
二次光学系２０−７は、静電レンズからなる拡大レンズ２１−７、２２−７を備えており、これらの拡大レンズ２１−７、２２−７を通過した二次電子線は、二次光学系のマルチ開口板２３−７の複数の開口を通って複数の検出器３１−７に結像する。なお、検出器３１−７の前に配置されたマルチ開口板２３−７に形成された複数の開口と、一次光学系のマルチ開口板１３−７に形成された複数の開口とは１対１に対応し、また、複数の検出器３１−７もこれらに１対１に対応する。
【０２２７】
それぞれの検出器３１−７は、検出した二次電子線を、その強度を表す電気信号に変換する。こうして各検出器から出力された電気信号は増幅器３２−７によってそれぞれ増幅された後、画像処理部３３−７によって受信され、画像データに変換される。画像処理部３３−７には、一次電子線を偏向させるための走査信号が供給され、該走査信号に基づいて電気信号を処理することにより、画像処理部３３−７は、ウエハＷの表面を表す画像データを形成することができる。このようにして得られたウエハの画像を標準パターンと比較することにより、ウエハの欠陥を検出することができる。
【０２２８】
また、レジストレーションによりウエハを一次光学系の光軸の近くへ移動させ、そしてラインスキャンすることによって、線幅評価信号を取り出し、これを適宜に校正することにより、ウエハ上のパターンの線幅を測定することができる。
【０２２９】
一次光学系のマルチ開口板１３−７の開口を通過した一次電子線をウエハの表面上に合焦させ、ウエハから放出された二次電子を検出器３１−７に結像させる際に、一次光学系及び二次光学系で生じるコマ収差、像面湾曲、及び視野非点という三つの収差による影響を最小にするように特に配慮する必要がある。また、複数の一次電子線の照射点の間隔と二次光学系との関係については、一次電子線の間隔を、二次光学系の収差よりも大きい距離だけ離せば、複数の電子線の間のクロスストロークをなくすことができる。
【０２３０】
図４３は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０のさらに別の実施形態を示している。この実施形態においては、Ｅ×Ｂ分離器による偏向色収差を無くすことができるようにしたものである。
【０２３１】
すなわち、Ｅ×Ｂ分離器を用いた電子光学装置においては、Ｅ×Ｂ分離器が一次光学系に対して収差を持つことが避けられず、特に偏向色収差が大きい等の問題がある。この偏向色収差により、ウエハ表面で所定のビーム径となるように一次電子線を絞ることができない。
【０２３２】
図４３に示した電子光学系７０は、一次光学系２０−８、二次光学系３０−８、及び検出器１５−８を含む。一次光学系２０−８は、複数の一次電子線をウエハＷの表面（試料面）に照射する照射光学系であり、一次電子線を放出する電子銃１−８、二次元的に配列された複数の小孔４ａを有するマルチ開口板４−８、電子銃１−８から放出された一次電子線を集束する静電レンズ３−８、５−８、７−８、静電偏向器１６−８、Ｅ×Ｂ分離器９−８、開口絞り１７−８、静電レンズである対物レンズ１０−８を備えている。
【０２３３】
Ｅ×Ｂ分離器は、電磁偏向器による偏向角が静電偏向器の２倍に設計されている。したがって、Ｅ×Ｂ分離器９−８により、一次電子は図の左へαだけ偏向され、二次電子は右へ３αだけ偏向される。一次光学系をα（例えば、５°）傾けて設置する問題点があるが、一次電子線と二次電子線との分離は４α（例えば、２０°）となって容易に分離可能であり、Ｅ×Ｂ分離器による偏向色収差が一次電子線で発生しない利点がある。
【０２３４】
一次光学系２０−８は、図４３に示すように、電子銃１−８を最上部にして、該電子銃から放出された一次電子線の光軸ＰがウエハＷの表面に垂直になるように配置される。Ｅ×Ｂ分離器９−８で一次電子線に偏向色収差が発生しないため、一次電子線を細く絞ることができる。
【０２３５】
二次光学系３０−８は、一次光学系２０−８のＥ×Ｂ分離器の近傍で光軸Ｐに対し傾斜する光軸Ｑに沿って配置される静電レンズからなる拡大レンズ１２、及び二次元的に配列される複数の開口すなわち小孔１４−８ａを有するマルチ開口板１４−８を備える。検出器１５−８は、小孔１４−８ａ毎に検出要素１５−８ａを備える。マルチ開口板１４−８の小孔１４−８ａは、一次光学系のマルチ開口板４−８の小孔４−８ａの数及び配列に合わせた数及び配列にされる。複数の一次電子線の間のクロストークを無くするため、複数の一次電子線のウエハ表面の照射位置の間隔を、二次光学系の収差（対物レンズの二次電子に対する収差）より大きい距離とする。
【０２３６】
図４４〜図４６は、Ｅ×Ｂ分離器の図４３の電子光学系７０での作用原理を説明する斜視図であり、図４４は全体概略図、図４５は一次電子線に作用する力を示す概略図、図４６は二次電子線に作用する力を示す概略図である。図４４に示すように、磁界をかける磁極３１Ｂと電界をかける電極３１Ｅを９０°ずらして配置すると、一次電子線２０−８ａに対しては、図４５に示すように、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが逆方向に働いて、両者の差の分だけビーム軌道は曲げられる。すなわち、静電偏向器による偏向角をα、電磁偏向器による偏向角を２αとすると、αだけ偏向される。一方、二次電子線３０−８ａに対しては、図４６に示すように、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが同一方向に働いて、互いに強調されるので、二次電子線３０−８ａは、大きく曲げられ、上記の場合では、３αだけ偏向される。この構成は、荷電粒子ビームを加速電圧により偏向させるウィーンフィルタと同じであるが、本実施形態では、電磁プリズム（ビームスプリッタ）として機能させている。
【０２３７】
図４３に戻り、Ｅ×Ｂ分離器９−８を通過した一次電子線は、開口絞り１７−８に達し、この開口絞り１７−８の位置で、クロスオーバ像を形成する。開口絞り１７−８を通過した一次電子線は、対物レンズ１０−８によるレンズ作用を受けて、ウエハＷに達し、細く集束された状態でウエハ表面を照射する。
【０２３８】
一次電子線が照射されたウエハからは、二次電子線３０−８として、ウエハの表面形状、材質分布、電位の変化などに応じた分布の二次荷電粒子すなわち二次電子、錯乱電子、及び反射荷電粒子（反射電子）が放出され、いずれも仕様によっては利用できるが、ここでは、二次電子を選択した場合について述べる。
【０２３９】
放出された二次電子は、対物レンズ１０−８の作用を受け、対物レンズ１０−８の焦点位置に配置される開口絞り１７−８を通過し、Ｅ×Ｂ分離器９−８に達する。Ｅ×Ｂ分離器９−８によって形成される互いに直交した磁界Ｂと電界Ｅとは、ウエハＷからの二次電子がウィーン条件を満たすようには設定されていない。これにより、開口絞り１７−８を通過した二次電子は、このＥ×Ｂ分離器９−８により偏向され、複数段のレンズ１２−８、１３−８へ向う。
【０２４０】
図４３に示した電子光学系７０では、一次電子線及び二次電子線の両方の軌道を曲げるＥ×Ｂ分離器を用いたが、それに限定されずに、例えば、一次電子線の軌道を直進させ、二次電子線の軌道を曲げる電磁プリズムを用いてもよい。二次光学系のマルチ開口板１４−８には、多数の開口１４−８ａが設けられる。開口１４−８ａは、対物レンズ１０−８及びレンズ１２−８、１３−８に関してウエハＷと共役である。Ｅ×Ｂ分離器により偏向された二次電子は、更に、複数のレンズ１２−８、１３−８、及び開口１４−８ａを経て、検出器１５−８へ到達し、到達した二次電子の強度に対応する電気信号に変換される。
【０２４１】
図４７は、本発明に係る電子線装置を示している。この実施形態においては、電子銃１−９のカソード２−９から放出された電子線は、コンデンサレンズ３−９によって集束されて点５−９にクロスオーバを形成する。コンデンサレンズ３−９の下方には、複数の開口４−９ａを有するマルチ開口板４−９が配置され、これによって複数の一次電子線が形成される。マルチ開口板４−９によって形成された一次電子線の各々は、縮小レンズ６−９によって縮小され、対物レンズ８−９によってウエハＷに合焦される。マルチ開口板４−９から出た複数の一次電子線は、縮小レンズ６−９と対物レンズ８−９との間に配置された偏向器１９−９、２０−９により、同時にウエハＷの面上を走査するように偏向される。
【０２４２】
縮小レンズ６−９及び対物レンズ８−９の像面湾曲収差の影響を無くすために、マルチ開口板４−９の小開口４−９ａは、円周上に配置され、それら開口のＸ軸方向へ投影した点が等間隔に設定されている。これは、第１の実施形態の電子線装置７０について図９の「Ａ」を参照して説明した場合と同様である。合焦された複数の一次電子線によって、ウエハの複数の点が照射され、照射されるこれらの複数の点から放出される二次電子線は、対物レンズ８−９の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器７−９で偏向され、二次光学系を経て複数の検出器１３−９により検出される。
【０２４３】
二次光学系は、拡大レンズ１０−９、１１−９を有する。これらの拡大レンズ１０−９、１１−９を通過した二次電子線は、マルチ開口板１２−９の複数の開口１２−９ａに結像する。二次光学系のマルチ開口板１２−９の複数の開口１２ａと一次光学系のマルチ開口板４−９の複数の開口４−９ａは、１対１に対応する。各検出器１３−９は、検出した二次電子線をその強度を表す電気信号へ変換し、該電気信号は、増幅器１４−９により各々増幅されＡ／Ｄ変換された後、画像処理部１５−９に伝達されて、画像データへ変換される。画像処理部１５−９は、更に一次電子線を偏向させるための走査信号を供給され、ウエハの表面を表す画像を形成する。
【０２４４】
画像処理部１５−９において形成された試料表面を表す画像を標準パターンと比較することにより、ウエハの欠陥を検出することができる。またレジストレーションによりウエハの被評価パターンを一次光学系の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価信号を取出しこれを適宜に校正することにより、パターンの線幅を測定することができる。
【０２４５】
一次電子線をウエハＷの表面上へ合焦させ、ウエハから放出される二次電子線を検出系１２−９、１３−９に結像させる際は、一次光学系で生じる歪、軸上色収差、及び視野非点という３つの収差による影響を最小にすることが望ましい。複数の電子線の間隔と二次光学系の関係において、一次電子線の間隔の最小値を二次光学系の収差よりも大きくすることにより、検出される複数の電子線の間のクロストークを低減することができる。
【０２４６】
さらに、図４７の電子線装置においては、二次電子の検出器１３−９及び増幅器１４−９からなる信号経路の後段に、信号経路毎に、スイッチ（単極双投スイッチ）１６−９、２つのメモリ（メモリ０及びメモリ１）１７−９、及びスイッチ（双極単投スイッチ）１８−９が接続され、これらを介してデジタル信号がＣＰＵ１５−９に供給される。複数のスイッチ１６−９は同時に切り替えられ、また、複数のスイッチ１８−９も同時に切り替えられ、さらに、これら２組のスイッチは図示の状態から同時に切り替えられる。したがって、図示の状態で、ｉ回のラスタ走査に対応しているデジタル信号をメモリ０に記憶している間に、ｉ−１回のラスタ走査時に得られてメモリ１に記憶されているデジタル信号を該メモリ１からＣＰＵ１５−９に転送し、ｉ回のラスタ走査が終了した時点で２組のスイッチを切り替え、ｉ回のラスタ走査で得られてメモリ０に記憶されている信号をＣＰＵ１５−９に供給して処理すると同時に、ｉ＋１回のラスタ走査で得られる信号をメモリ１に記憶する。そしてまた、ｉ＋１回のラスタ走査が終了すると、２組のスイッチを反転させる。この結果、クロック周波数５００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高速走査を行っても、二次電子線の強度に対応する信号を忠実に転送することができる。
【０２４７】
図４８は、本発明に係る電子線装置に適用可能な電子光学系７０の他の実施形態を示している。この実施形態では、カソード３１−９、ウエーネルト３２−９、アノード３３−９の電極を備える電子銃３０−９、電子銃３０−９から放出される一次電子線をウエハＷへ結像させる一次光学系、及びウエハから発生される二次電子を検出器３８−９へ案内する二次光学系を含む。一次光学系において、電子銃３０−９から放出される一次電子線は、軸合せ偏向器３４−９、３５−９でコンデンサレンズ３６−９に軸合せされ、コンデンサレンズ３６−９で集束され、対物レンズ４１−９でウエハに合焦され、静電偏向器３７−９及び電磁偏向器２９−９で２段偏向され、ウエハ上を走査する。
【０２４８】
ウエハ上の一次電子線の走査点から発生する二次電子は、対物レンズ４１−９の中央電極４９−９の正の高電圧で加速され、細く集束され対物レンズを通過する。対物レンズ４１−９を通過した二次電子は、Ｅ×Ｂ分離器２９−９、４０−９で、図５１の右方へ偏向され、検出器３８−９で検出される。この場合、コンデンサレンズ３６−９及び対物レンズ４１−９が光学系の外径寸法を決める部品となるが、これらのレンズ３６−９、４１−９の外径寸法を小さくすることにより、この電子線装置の電子光学系７０の鏡筒を小外径とすることができる。
【０２４９】
鏡筒の外径が小さい場合、そのような鏡筒を１枚のウエハ上に複数個配置することができるので、複数の鏡筒により複数の電子線で同時に１枚のウエハに画像形成し評価することにより、高スループットでウエハの評価を行うことができる。
【０２５０】
図４９〜５１は、本発明に係る電子線装置の、電子光学系を複数配置した場合の実施形態を説明するための説明図である。
【０２５１】
図４９に示した実施形態においては、単体の電子光学系の鏡筒７１を４筒×２列に配置している。これは、コンデサレンズ及び対物レンズ等のサイズを小さくして鏡筒の外形サイズを小さくすることによって実現することができるが、これを、図４８に示した電子光学系を一例として説明する。
【０２５２】
図４８に示した電子光学系７０において、コンデンサレンズ３６−９及び対物レンズ４１−９を軸対称レンズとして構成し、これらのレンズの外径寸法を小さくするために、コンデンサレンズ３６−９を、一体のセラミックスの円柱４３−９から上部電極４４−９、中央電極４５−９、下部電極４６−９を削出し、削出されたセラミックス表面に金属をコーティングして製造する。対物レンズ４１−９も同様に、一体のセラミックスの円柱４７−９から上部電極４８−９、中央電極４９−９、下部電極５０−９を削出し、削出されたセラミックス表面に金属をコーティングして製造する。
【０２５３】
上記の製造方法により、各レンズの外径寸法を４０ｍｍφ以下にすることができ、８インチのウエハ表面に、図４９に示すように、鏡筒７１を４筒×２列に配置することができる。セラミックス表面にコーティングする金属材料は、仕事関数の大きい白金とすることによって電極間の小さい間隔に高い電圧を印加できることがわかった。この結果、軸上色収差を小さくでき小寸法のビームで大電流をうることができた。なお、図４８において、２６−９で示す部分は、コンデンサレンズ３６−９の中央電極４５−９に電圧を与えるための電圧導入端子である。また、図４９において、３８−９は、図４８に示した検出器を示している。
【０２５４】
図４８に示した電子光学系だけでなく、先に説明した任意の実施形態の電子光学系においても、コンデンサレンズ及び対物レンズを図４８に示した構造にすることにより、複数の鏡筒を同時にウエハ上に配置し検査することができる。
【０２５５】
図５０に示した実施形態は、４個の単体の電子光学系の鏡筒７１を一列に配置した例であり、この例では、各鏡筒７１の電子光学系において、一列の７個のマルチビームによりウエハＷを照射する形態を示している。したがって、２８個の電子線によりウエハを走査することができる。ウエハ全体を走査するために、ステージ装置（不図示）により、ウエハはＸ軸方向に連続移動され、Ｙ軸方向にステップ移動される。
【０２５６】
図５１に示した実施形態は、６個の単体の電子光学系の鏡筒７１を２行３列に配置して例である。この例では、各鏡筒７１の電子光学系において、３行３列のマルチビームによりウエハＷを照射する例を示している。したがって、同時に５４個の電子線でウエハを走査できる。
【０２５７】
このように、電子光学系を複数個配置し、各光学系において、ウエハ表面を照射するマルチビーム及び対応する複数の検出器を設けることにより、検査工程のスループット（単位時間当たりの検査量）を大幅に高めることがきる。
【０２５８】
図１に関連して先に説明したように、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ＸＹ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５２の手順に従って欠陥検査等が行われる。図５２に示すように、まず、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、データが記憶される。光学顕微鏡は、この他に欠陥等を監視し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。次にウエハの種類（どの工程後か、ウエハのサイズは２０ｃｍか３０ｃｍ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った後、画像取得を行いながら、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、検査結果をＣＲＴ等に出力したり、又は記憶装置に格納する。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できる。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、導通不良の場所に電子線照射（５００ｅＶ程度）すると、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。この場合の電子照射装置とは、通常、検査用の電子線照射装置以外に、電位差によるコントラストを際立たせるために別途設けた、低電位のエネルギの電子線発生装置（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の電子線を発生し照射している。検査用の電子線を照射すること自体で正に帯電させることができる写像投影方式の場合は、使用によっては、低電位の電子線発生装置を別途設ける必要はない。また、ウエハに、基準電位に対して正又は負の電位を印加すること等による（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、欠陥検出ができる。線幅測定装置及び合わせ制度装置にも利用できる。
【０２５９】
なお、電子線装置が作動すると、電子ビームの形成や偏向に使用される様々電極には有機物質が堆積する。このように表面に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などのプラズマを作り出し、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できる。
【０２６０】
次に、本発明の電子線装置用いてプロセス途中又はプロセス後に半導体ウエハを評価する工程を含んだ半導体デバイスの製造方法について説明する。
【０２６１】
図５６に示すように、半導体デバイス製造方法は、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程Ｓ５０１、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Ｓ５０２、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ５０３、ウエハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能な状態にするチップ組立工程Ｓ５０４、及び完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５０５によって構成されている。各工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【０２６２】
上記各工程の中で、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Ｓ５０２である。なぜなら、この工程において、ウエハ上に設計された回路パターンが形成され、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップが多数形成されるからである。
【０２６３】
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のサブ工程において実行されたウエハの加工状態を評価することが重要であり、該サブ工程について、以下に説明する。
【０２６４】
まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成するとともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜は、ＣＶＤやスパッタリング等により形成される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウエハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程Ｓ５０３によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウエハを検査する。
【０２６５】
このようなウエハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程Ｓ５０４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。
【０２６６】
図５７は、図５６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５７に示したように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程Ｓ５２１、露光工程Ｓ５２２、現像工程Ｓ５２３、及びアニール工程Ｓ５２４を含んでいる。
【０２６７】
レジスト塗布工程Ｓ５２１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Ｓ５２２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Ｓ５２３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Ｓ５２４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Ｓ５２１〜Ｓ５２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【０２６８】
このような半導体デバイスの製造工程において、検査が必要な処理工程後に欠陥等の検査を行うが、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、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）の後に使用することが好適である。
【０２６９】
このように、本発明による検査処理が高スループットであるマルチビームの電子線装置を用いて、検査が必要な各工程が終了後に欠陥等の検査を行いつつ半導体デバイスを製造するので、半導体デバイスそのものの製造も高スループットで行うことができる。したがって、製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷の防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２７０】
【図１】本発明に係る評価システムの主要構成要素を示す立面図である。
【図２】図１に示した評価システムの主要構成要素の平面図であって、図１の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
【図３】ウエハ搬送箱とローダとの関係を示す図である。
【図４】図１のミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、図１の線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。
【図５】図１のローダハウジングを示す図であって、図２の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
【図６】ウエハラックの拡大図であって、［Ａ］は側面図であり、［Ｂ］は［Ａ］の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面図である。
【図７】、主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
【図８】図１に示した評価システムに適用可能な本発明に係る電子線装置の一実施形態を示す概略図である。
【図９】図８に示した電子線装置の一次光学系及び二次光学系に使用されているマルチ開口板の開口の位置関係、及び一次電子線の走査方式を示す図である。
【図１０】［Ａ］及び［Ｂ］はそれぞれ、本発明に係る電子線装置に適用可能なＥ×Ｂ分離器の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に係る電子線装置に適用可能な電位印加機構を示す図である。
【図１２】本発明に係る電子線装置に適用可能な電子ビームキャリブレーション機構を説明する図であって、［Ａ］は側面図であり、［Ｂ］は平面図である。
【図１３】本発明に係る電子線装置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１４】従来例の電子線装置におけるＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図１５】図１４に示したＸＹステージの底部の状態を示す図である。
【図１６】本発明に係る電子線装置に適用可能な一実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図１７】本発明に係る電子線装置に適用可能な別の実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図１８】本発明に係る電子線装置に適用可能なさらに別の実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図１９】本発明に係る電子線装置に適用可能な他の実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図２０】本発明に係る電子線装置に適用可能なさらに他の実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図２１】本発明に係る電子線装置に適用可能な別の実施形態のＸＹステージと電子光学系の荷電ビーム照射部との関係を表す図である。
【図２２】図２１に示した実施形態に設けられる作動排出機構を示す図である。
【図２３】図２１に示した実施形態に設けられるガスの循環配管機構を示す図である。
【図２４】ウエハ上のアラインメントマークとマルチビームの走査領域との関係を示す説明図である。
【図２５】最適なビーム径設定のための、ビーム電流Ｉ、ＭＴＦ、ＭＴＦ２、ＭＴＦ２Ｉとビーム径Ｄ／最小線幅ｄとの関係を示すグラフである。
【図２６】試料であるウエハの断面構造を例示する図である。
【図２７】電子のランディングエネルギと二次電子発生効率の関係を示すグラフである。
【図２８】本発明に係る、ウエハに対する電子線調整を説明するための図である。
【図２９】２つの絶縁体それぞれに対するランディングエネルギと二次電子発生効率の関係を示すグラフである。
【図３０】本発明に係るウエハ上の電子線の走査方法を説明するための図である。
【図３１】本発明に係るウエハ上の電子線の他の走査方法を説明するための図である。
【図３２】本発明に係るウエハ上の電子線のさらに他の走査方法を説明するための図である。
【図３３】本発明に係る電子線装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図３４】図３３に示した電子線装置における電子銃から放出される電子線を光軸に直交するＸ−Ｙ平面上で示した断面図である。
【図３５】走査方向に平行の４つの電子線の位置を設計するための説明図である。
【図３６】本発明に係る電子線装置のさらに別の実施形態を示す概略図である。
【図３７】電子銃から放射される電子の強度分布を示すグラフである。
【図３８】図３６に示した電子線装置における開口板電極の２つの例を示す斜視図である。
【図３９】図３６に示した電子線装置における開口電極の他の例を示す平面図である。
【図４０】本発明に係る電子線装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図４１】本発明に係る電子線装置のさらに他の実施形態を示す概略図である。
【図４２】本発明に係る電子線装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図４３】本発明に係る電子線装置のさらに別の実施形態を示す概略図である。
【図４４】Ｅ×Ｂ分離器の作用を説明するための説明図である。
【図４５】Ｅ×Ｂ分離器の一次電子線に作用する力を示す説明図である。
【図４６】Ｅ×Ｂ分離器の二次電子線に対する力を示す説明図である。
【図４７】本発明に係る電子線装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図４８】本発明に係る電子線装置のさらに他の実施形態を示す概略図である。
【図４９】本発明に係る、電子線装置を複数配置した場合の実施形態を説明するための図である。
【図５０】本発明に係る、電子線装置を複数配置した場合の実施形態を説明するための図である。
【図５１】本発明に係る、電子線装置を複数配置した場合の実施形態を説明するための図である。
【図５２】本発明に係る評価方法を示すフローチャートである。
【図５３】本発明に係る半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図５４】図５３に示した工程のうちのリソグラフィ工程の詳細を示すフローチャートである。
【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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【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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