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JP3943022B2 - 基板検査装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【技術分野】
半導体プロセスにおいて、デザインルールは、１００ｎｍの時代を迎えようとしており、また生産形態はＤＲＡＭに代表される少品種大量生産からＳＯＣ（Silicon on chip）のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。本発明は、半導体プロセスにおける各工程後のウェーハの検査に用いられる装置に関し、電子ビームを用いた基板検査装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。１００ｎｍデザインルールのウェーハ基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の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、検査装置の主流になると予想されている。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検査装置の開発が要求されている。光方式での分解能は、使用する光の波長の１／２が限界と言われており、実用化されている可視光の例では０．２μｍ程度である。
【０００３】
一方、電子ビームを使用する方式では、通常、走査型電子顕微鏡方式（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ウェーハ）である。電子顕微鏡方式はまた、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、検査時間は非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。
【０００４】
一般に、検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜（銅メッキも含む）、又は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）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試料を照射する。一方、ステージを電子ビームの走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子ビームで照射する。電子ビームの走査幅は、一般に数１００μｍである。前記細く絞られた電子ビーム（一次電子線と呼ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器（シンチレータ＋フォトマルチプレーヤー（光電子増倍管）又は半導体方式の検出器（ＰＩＮダイオード型）等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、或いは、ＣＲＴ（ブラウン管）上に画像を出力する。以上はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（通常はＳｉ）ウェーハの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当する）は、一次電子線の量（電流値）、ビーム径、検出器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と同じと考えてよい）、電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが現在の最高値であり、この場合、検査速度は２０ｃｍ径のウェーハ１枚当たり約８時間と言われている。
【０００６】
上記のＳＥＭ方式の検査装置を更に高速にする（スループットを上げる）ため、写像投影方式と呼ばれる新たな方式が提案された。この方式によれば、試料の観察領域を一次電子線で一括して照射し（走査は行わず、一定の面積を照射する）、照射された領域からの二次電子をレンズ系により、一括して検出器（マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）＋蛍光板）上に電子線の画像として結像させる。該結像画像を二次元ＣＣＤ（固体撮像素子）又はＴＤＩ−ＣＣＤ（ラインイメージセンサー）により、画像情報を電気信号に変換し、この画像情報から試料ウェーハ（工程途中の半導体（Ｓｉ）ウェーハ）の欠陥を検出する。
【０００７】
そこで、高スループットという利点を有する上記写像投影方式の欠陥検査装置を用いて、基板等を高精度且つ効率的に検査するためのシステム全体の構築が希求されている。例えば、検査対象をその写像投影光学装置の照射位置までクリーンな状態で供給し、アライメントする他のサブシステムとの間の関連性を考慮した検査装置全体の構造については今までほとんど明らかにされていなかった。更に、検査対象となるウェーハの大径化が進められ、サブシステムもそれに対応可能にする要請もでてきている。
【０００８】
検査システムでは、チャンバー内で真空を維持することも重要な項目の１つである。欠陥検査装置等の超精密加工を施す装置においては、試料を真空中で精度良く位置決めするステージが使用されているが、該ステージに対して非常に高精度な位置決めが要求される場合には、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に排気されないように、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、真空チャンバの真空度を維持している。このようなステージとして、図２９[A]、[B]に示すように、静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージが提案されている。ステージが移動する際に、静圧軸受け９−７に対向するガイド面６ａ−７や７ａ−７は、静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とチャンバ内の真空環境の間を往復運動する。この時ガイド面では、高圧ガス雰囲気に曝されている間にガスが吸着し、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。このためステージが移動する度に、チャンバＣ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が安定に行えなかったり、試料が汚染されてしまうという問題があった。
【０００９】
また、静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージ（図２９[A]、[B]、図３２）では、差動排気機構を設けたため、大気中で使用される静圧軸受け式ステージに比べて構造が複雑で大型になり、ステージとしての信頼性が低く、高コストになるという問題があった。
【００１０】
写像投影方式の電子線装置それ自体に関しては、試料面上の複数のピクセルからの信号を同時に取り出せるため、高いスループットでパターン検査を行うことができる利点があるが、複数のピクセルに同時に電子線を照射するため、試料が帯電するという問題点がある。一方、プロセス途中でウェーハ上の位置合わせ用のマークを検出する場合は、パターン検査における写像投影を行う程の視野は必要ではなく、より狭い視野で十分であり、むしろピクセル寸法をより小さくしなければマーク検出精度が不足するという問題点がある。
【００１１】
また、ＭＣＰは、長時間使用によって総出力電荷量（スクリーン電流×時間）が増加するために、ＭＣＰ増倍率が低下し、欠陥検査装置において連続的かつ長時間欠陥画像の撮像を行う際に、同一ＭＣＰ印加電圧においては、欠陥画像コントラストが変化又は劣化する等の問題点を有する。
【００１２】
更に、画像ビーム電流量の増幅率は、第１のＭＣＰと第２のＭＣＰとの間に印加される電圧で規定され、例えば、１．４ｋＶ印加で１×１０4の増幅率となる。また、第２のＭＣＰから出力される画像ビームの拡がりを抑制するため、第２のＭＣＰと蛍光面の間に３ｋＶ程度の電圧が印加される。従来の電子線装置の検出器においては、撮像センサーと真空フランジが別個に形成され、信号線が長くなり、信号遅延や外乱を受け易く、検出器を高速駆動できず、検査のスループット（時間当たり処理量）を低くさせる要因となっていた。
【００１３】
更に、電子ビームを用いて欠陥検査を行うためには、撮像された画像のコントラストを一定に維持するよう、電子銃に流す放出電流を制御する必要があり、通常は、放出電流の制御はＬａＢ6（６ホウ化ランタン）等の、電子銃の下流に備えられたウェーネルト電極の印加電圧を調整することによって行われていた。図１５は、ウェーネルト電極に印加される電圧（単位ボルト）と電子銃の放出電流（単位マイクロアンペア）との関係を示すグラフであり、ウェーネルト電極に印加される電圧が−３００ボルトよりも高くなると放出電流が急激に増大することがわかる。
【００１４】
しかしながら、ウェーネルト電極への印加電圧を一定に保持するという条件下で電子銃を長時間動作させると、電子銃から放出されるＬａやＢ等を含む酸化膜がウェーネルト電極の内側に付着して絶縁膜を形成し、この絶縁膜はプラスに帯電する。これは、電子銃から放出された電子はウェーネルト電極への印加電圧程度の加速エネルギーを持っており、こうした電子が上記絶縁膜と衝突すると、絶縁膜はウェーネルト電極への流入電子以上の二次電子を放出するためである。実際、ウェーネルト電極への印加電圧がプラス方向にシフトすることにより、電子銃の放出電流は漸増し、放出電流を一定に保持することが困難であるという問題があった。
【００１５】
一方、従来の走査型電子顕微鏡としての機能を有する検査装置では、写像投影方式に比べて、試料が帯電するという問題点はなく、またマーク検出精度も十分であるという利点を有する。個別的には、次の問題を解決する必要がある。
【００１６】
例えば、試料ウェーハの評価作業を行うに際し、ウェーハにビアが形成されている場合には注意を要する。対物レンズとウェーハとの間に大きな減速電界を印加し、且つ、一次電子線をある一定値以上流すと、ビアと対物レンズの間で放電が生じ、ウェーハに形成されたデバイスパターンを破損してしまう恐れがあるからである。このような放電を起こしやすいウェーハと起こしにくいウェーハとがあり、それぞれのウェーハにおける放電が生じる条件（減速電界電圧値および一次電子線量）は異なる。
【００１７】
また、パターンのエッジ部分は、二次電子放出率が高いためにぎらついてしまうことが知られている。二次電子放出率が高いと、検出器で出力される二次電子線の検出信号は、その信号強度が大きくなり、その結果、この検出信号が、欠陥によって発生した信号等をマスキングするため、検査率を劣化させてしまうという問題があった。
【００１８】
従来例のウェーハの加工状態の評価装置においては、ウェーハ全面を検査しており、そのため、ウェーハ表面の任意の点が電子ビームの光軸上に一致するように、ワーキング・チャンバ内でウェーハを移動させている。したがって、従来例の評価装置においては、ウェーハを移動させる距離だけ前後左右に広がった底面積が必要となり、評価装置の床面積が必然的に大きくなってしまう。床面積が大きくなってしまうことは、クリーンルームを有効に活用することに逆行しており、評価装置の小型化が求められている。
【００１９】
また、ウェーハ全面を検査するために、１ウェーハ当たり数時間（数時間／ウェーハ）の検査時間を必要としている。一方、ウェーハの加工装置におけるスループットが１時間当たり約１００ウェーハ（約１００ウェーハ／時間）であり、したがって、ウェーハの検査時間が加工時間の数十倍にもなっている。このように、評価装置のスループットが加工装置のスループットとマッチしていないため、検査時間を短縮することにより、これらスループットを整合させることが切望されている。
【００２０】
半導体デバイスのゲート酸化膜は、年々薄くなる傾向にあり、２００５年には１ｎｍ、２００５年には０．５ｎｍ程度になると考えられている。また、被検査試料に形成されたパターンの最小線幅ｄも小さくなり、それに比例して評価の画素サイズ（pixel size）を小さくすることが必要である。他方、信号のＳ／Ｎ比を一定量得るためには、ピクセル当りの２次電子の検出量を一定量得ることが必要であり、そのため単位面積当りの１次電子の量が大きくなる傾向にある。従って、ゲート酸化膜は、薄くなることにより損傷（破壊を含む）され易くなり、またドーズは増加するのでゲート酸化膜の両側に発生する電圧が増加し、それによりゲート酸化膜は、更に損傷され易くなる傾向にある。従って、被検査試料の薄いゲート酸化膜等を損傷させない電子線装置を提供することが希求されている。
【００２１】
また、スループットを可能な限り向上させる必要があり、検査工程前に行われるプロセスの処理時間程度の処理時間で一枚のウェーハのような試料（以下試料）を評価可能なことが望まれている。そこで、一枚の試料のチップのうち任意の少数のチップを評価することによって一枚当たりの評価時間を短くすることも考えられる。
【００２２】
更に、一次ビームをマルチビーム化することに伴なう収差をいかに抑制するかについてはほとんど考慮されていなかった。特に、一次ビームの収差の内、最も大きい収差である像面湾曲収差が発生しないような光学系でマルチビームを作る方法が希求されている。
【００２３】
上記のような写像投影方式及びマルチビーム走査方式の電子線装置を利用した欠陥検査システムでは、画像認識技術の向上により微細化したパターンの欠陥検出の高速化及び高精度化を図ることも提案されている。しかしながら、従来技術では、一次電子線を試料表面の被検査領域に照射して取得した二次電子線の画像と、予め用意された基準画像との間に位置ずれが発生し、欠陥検出の精度を低下させるという問題があった。この位置ずれは、一次電子線の照射領域がウェーハに対してずれ、検査パターンの一部が二次電子線の検出画像内から欠落するとき、特に大きな問題となり、単にマッチング領域を検出画像内で最適化する技術だけでは対処できない。これは、特に、高精細パターンの検査では致命的欠点となり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、スループット良く且つ高精度で試料の欠陥の検出が可能な電子ビームを用いた写像投影方式の基板検査装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る基板検査装置は、
ａ． 特定幅を有する電子線を発生させるビーム発生装置と、
ｂ． 前記電子線を検査対象となる基板の表面に到達させる、１次電子光学系と、
ｃ． 前記基板から発生した２次電子を捕捉して検出系へと導く、２次電子光学系と、
ｄ． 前記検出系により得られた２次電子線の検出信号に基づいて２次電子画像を形成する画像処理系と、
ｅ． 前記基板を少なくとも１つの自由度で連続的に移送可能に保持する、ステージと、
ｆ． 前記基板の検査室と、
ｇ． 前記検査室に前記基板を搬入出可能な基板搬送機構と、
ｈ． 前記画像処理系により形成された２次電子画像に基づいて、前記検査室に搬入された基板の欠陥位置を検出可能な画像処理解析装置と、
ｉ． 前記検査室の除振機構と、
ｊ． 前記検査室の真空雰囲気を保持可能な真空系と、
ｋ． 画像処理解析装置により検出された前記基板の欠陥位置を表示し及び／又は記憶する、制御系と、
を有し、
前記検出系は、２次電子による電子像を光信号に変換するファイバーオプティックプレートと、前記検査室の真空系を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達するフィードスルー装置が設けられ、該フィードスルー装置は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部と、該フィードスルー部に固着され、大気側へ電気信号を取り出すための電気導入ピンと、前記フィードスルー部の前記真空雰囲気側に設けられ、前記ファイバーオプティックプレートから出力された光学像をデジタル電気信号に変換する機能素子と、該機能素子と前記電気導入ピンとを接続する配線とを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明は、検査対象となる基板を検査室に搬入し、該検査室の真空を保持し、該検査室を除振し、該基板を少なくとも１つの自由度で連続的に移動し、特定幅を有する電子線を照射し、該電子線を前記基板の表面に１次電子光学系を介して到達させ、該基板から発生した２次電子を２次電子光学系を介して捕捉して検出系へと導き、該検出系により得られた２次電子線の検出信号に基づいて画像処理系にて２次電子画像を形成し、該画像処理系により形成された２次電子画像に基づいて、該基板の欠陥位置を検出し、検出された前記基板の欠陥位置を表示し、及び／又は、記憶し、検査の終了した前記基板を前記検査室から搬出する、各工程によって実行される。
【００２７】
本発明によれば、特定幅を有する電子線を照射し、基板を少なくとも１つの自由度で連続的に移送しながら、基板の欠陥を検出するため、スループットを向上させることができる。更に、検査室への基板の出し入れ、検査室の真空の保持、除振により、高精度且つ効率的に基板の欠陥を連続的に行うことができる、全体的な欠陥検査システムを構築することができる。
【００２８】
更に、本発明のフィードスルー装置によれば、フィードスルー部にセンサー機能を有するＣＣＤやＴＤＩセンサー等を始めとする機能素子を設け、機能素子からデジタル信号が電気導入ピンを介して大気系の撮像カメラ等に出力される。即ち、光を電気信号に変換するＣＣＤやＴＤＩセンサーの機能のみを真空中に設け、残りの機能を大気に設けている。これにより、信号線が短くなることから信号遅延がなく外乱も少なく、センサーを高速駆動することが可能となり、欠陥検査のスループットを向上できるという作用効果を奏する。
好ましくは、フィードスルー部の表面に配線が膜状に形成される。更に、電気導入ピンが１０ＭＨｚ以上の信号周波数を伝達するようにしてもよい。
【００２９】
本発明の好ましい態様の基板検査装置は、清浄気体を検査前の前記基板に流して該基板への塵埃の付着を阻止するミニエンバイロメント装置と、該ミニエンバイロメント装置と前記検査室との間に配置されていて、それぞれ独立して真空雰囲気に制御可能になっている少なくとも二つのローディングチャンバと、を更に有し、前記基板搬送機構は、前記ミニエンバイロメント装置と前記ローディングチャンバの一つ内との間で前記基板を移送可能な搬送ユニット及び前記一つのローディングチャンバ内と前記ステージ上との間で前記基板を移送可能な別の搬送ユニットを有するローダーを含み、前記除振機構は、前記検査室及び前記ローディングチャンバの間に介設された振動遮断装置を含むことを特徴とする。これによって、検査室内の真空を適切に保ち、基板への塵埃の付着を適切に防止することができる。
【００３０】
更に好ましくは、検査室内に配置された前記基板に電子線を照射して該基板の帯電むらを減少するプレチャージユニット及び該基板に電位を印加する電位印加機構と、を備えることを特徴とする。
【００３１】
また、好ましくは、前記１次電子光学系に対する前記基板の位置決めのために該基板の表面を観察してアライメントを制御するアライメント制御装置と、前記ステージ上の該基板の座標を検出するレーザ干渉測距装置とを備え、前記アライメント制御装置により該基板に存在するパターンとを利用して検査対象の座標を決めることを特徴とする。
【００３２】
更に好ましい態様の検出系は、前記２次電子を増幅するＭＣＰ、該増幅された２次電子を光信号に変換する蛍光板及び該光信号を画像情報として取り出すＣＣＤカメラ又はラインセンサーとを備え、前記ＭＣＰの印加電圧が、該欠陥を含む画像の最適露光量を決定するために、ＭＣＰの増幅率変化に伴って制御されることを特徴とする。かくして、ＭＣＰの長時間使用による像倍率の低下を防止し、常に同レベルの画像欠陥コントラストを維持できる。
【００３３】
別の好ましい態様の検出系は、前記２次電子を増幅するＭＣＰ、該増幅された２次電子を光信号に変換する蛍光板及び該光信号を画像情報として取り出すＣＣＤカメラ又はラインセンサーとを備え、前記電子ビームのエミッション電流が、該欠陥を含む画像の最適露光量を決定するために、ＭＣＰの増幅率変化に伴って制御されることを特徴とする。
【００３４】
ＭＣＰの印加電圧が、現在のＭＣＰ印加電圧−ＭＣＰゲイン曲線を参照して決定されてもよい。前記ＭＣＰ印加電圧又はビームのエミッション電流が電子ビームの投影倍率又は該ラインセンサーのラインレートの変化に伴って制御されてもよい。
【００３５】
好ましい態様のビーム発生手段は、ウェーネルト電極を備えた電子線源であり、前記電子線源に流れる放出電流を一定に保持するよう、前記ウェーネルト電極に対する印加電圧を時間の経過と共に制御するための制御部を更に備えることを特徴とする。好ましくは、前記電子線源が、ＬａＢ6からなるカソードを有する電子銃を備えることを特徴とする。更に好ましくは、カソードの先端に、直径１００ミクロン以上の平坦な〈１００〉単結晶面が設けられることを特徴とする。
【００３６】
好ましい態様のステージは、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による真空シール機構とを設け、前記基板上の電子ビームが照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部との間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設け、電子ビーム照射領域と前記静圧軸受け支持部との間に圧力差が生じるようにしたことを特徴とする。この態様のステージによれば、試料を載置するＸＹステージの支持機構に静圧軸受けによる非接触支持機構を適用し、かつ静圧軸受けに使用する高圧ガスが真空チャンバ内にもれないように静圧軸受けの周囲に差動排気による真空シール機構を設けることによって、ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置との間にコンダクタンスを小さくする仕切りを形成することによって、ステージのスライド部が高圧ガス部から真空環境へ移動する度にスライド部表面に吸着していたガスが放出されても、荷電ビーム照射位置に該放出ガスが届きにくくなっているため、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、上記の構成をとることによって、試料面上の荷電ビーム照射位置の真空度を安定させ、かつステージを高精度に駆動させることができるため、試料表面を汚染することなく、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。
【００３７】
更に好ましくは、前記仕切りが差動排気構造を内蔵していることを特徴とする。この態様によれば、静圧軸受け支持部と荷電ビーム照射領域との間に仕切りを設け、その仕切りの内部に真空排気経路を配置して差動排気機能を持たせるので、静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
【００３８】
更に好ましくは、前記仕切りがコールドトラップ機能を有していることを特徴とする。一般に１０-7Ｐａ以上の圧力領域では、真空中の残留ガス及び材料表面から放出されるガスの主要成分は水分子である。したがって、水分子を効率的に排出することができれば高い真空度を安定して維持し易い。そこで、−１００℃〜−２００℃程度に冷却したコールドトラップを上記仕切り部に設ければ、静圧軸受け側で発生した放出ガスをコールドトラップで凍結捕集することができるので、荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。このコールドトラップは、水分子だけに有効なのではなく、清浄な真空の阻害要因である油類等の有機系ガス分子の除去にも有効であることは言うまでもない。
【００３９】
更に好ましくは、前記仕切りが、荷電ビーム照射位置の近傍及び静圧軸受け近傍の２カ所に設けられていることを特徴とする。この態様によれば、コンダクタンスを小さくする仕切りを、荷電ビーム照射位置の近傍と静圧軸受けの近傍の２箇所に形成することになるので、真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。このようにすることによって、静圧軸受け室において放出ガスによる圧力上昇が生じても、もともと圧力を高めに設定してある室なので圧力変動率としては低く抑えることができる。したがって、中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
【００４０】
好ましくは、前記ステージの静圧軸受けに供給されるガスが、ドライ窒素もしくは高純度の不活性ガスであることを特徴とする。
【００４１】
好ましくは、前記ステージの、少なくとも静圧軸受けに面する部品表面に放出ガスを低減するための表面処理を施したことを特徴とする。
【００４２】
別の好ましい態様のステージは前記検査室のハウジング内に収容されかつ静圧軸受けにより該ハウジングに対して非接触で支持されており、該ステージが収容されたハウジングは真空排気され、前記基板面上に電子ビームを照射する部分の周囲には、該基板面上の該電子ビームが照射される領域を排気する差動排気機構が設けられたことを特徴とする。本態様によれば、真空チャンバ内に漏れ出た静圧軸受け用の高圧ガスは、まず真空チャンバに接続された真空排気用配管によって排気される。そして荷電ビームが照射される領域を排気する差動排気機構を荷電ビームを照射する部分の周囲に設けることによって、荷電ビーム照射領域の圧力を真空チャンバ内の圧力より大幅に減少させ、荷電ビームによる試料への処理が問題なく実施できる真空度を安定して達成することができる。すなわち、大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ（差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うことができる。
【００４３】
好ましくは、前記ステージの静圧軸受けに供給されるガスはドライ窒素もしくは高純度の不活性ガスであり、該ドライ窒素もしくは高純度不活性ガスは、該ステージを収納するハウジングから排気された後加圧され、再び前記静圧軸受けに供給されることを特徴とする。本態様によれば、真空のハウジング内の残留ガス成分は高純度の不活性ガスとなるので、試料表面やハウジングにより形成される真空チャンバ内の構造物の表面を水分や油分等で汚染する恐れがない上に、試料表面に不活性ガス分子が吸着しても、差動排気機構或いは荷電ビーム照射領域の高真空部に晒されれば速やかに試料表面から離脱するので、荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料への処理を安定化させることができる。
【００４４】
本発明の別の態様に係る基板検査装置は、
ａ． 基板の検査室と、
ｂ． 前記検査室の真空雰囲気を保持可能な真空系と、
ｃ． 前記基板を前記検査室へ搬出入する搬送機構と、
ｄ． 特定幅を有する電子線を発生させるビーム発生装置と、
ｅ． 前記電子線を検査対象となる基板の表面に到達させる、１次電子光学系と、
ｆ． 前記基板から発生した２次電子を捕捉して検出系へと導く、２次電子光学系と、
ｇ． 前記検出系により得られた２次電子線の検出信号に基づいて２次電子画像を形成する画像処理系と、
ｈ． 前記画像処理系により形成された２次電子画像に基づいて、前記検査室に搬入された基板の欠陥位置を検出可能な画像処理解析装置と、
ｉ． 前記画像処理解析装置により検出された前記基板の欠陥位置を表示し及び／又は記憶する、制御系と、
を有し、
前記検出系は、２次電子による電子像を光信号に変換するファイバーオプティックプレートと、前記検査室の真空系を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達するフィードスルー装置が設けられ、該フィードスルー装置は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部と、該フィードスルー部に固着され、大気側へ電気信号を取り出すための電気導入ピンと、前記フィードスルー部の前記真空雰囲気側に設けられ、前記ファイバーオプティックプレートから出力された光学像をデジタル電気信号に変換する機能素子と、該機能素子と前記電気導入ピンとを接続する配線とを有することを特徴とする。
【００４５】
本発明の好ましい態様は、前記所定幅の電子ビームを基板に照射して前記２次電子光学系により２次電子画像を前記検出系に投影することによる写像投影機能の他に、前記所定幅より細い電子ビームを成形し、該細い電子ビームを基板面上に照射しかつ該基板上で走査し、該基板から放出された２次電子線を検出する走査検出機能を更に有することを特徴とする。写像投影する機能と二次放出線を検出する機能の両機能がそれぞれ有する利点を利用することにより、検査されるべき試料が帯電し易いか又は帯電し難いかに対応して両機能を切り換えることにより、一つのパターン検査装置で、高い信頼性でかつ高いスループットでパターン検査が行え、また、パターン検査に先だって行われるレジストレーションでのマーク検出も高い精度で行うことができる。
【００４６】
一枚の基板を検査する間に、該基板の状態に対応して、前記写像投影機能及び前記走査検出機能を適宜切り換えることが可能とするのが好ましい。また、好ましくは、同一の基板において帯電し難い試料部分は、前記写像投影機能を使用してパターン検査を行い、帯電し易い試料部分は、前記走査検出機能を使用してパターン検査を行うことを特徴とする。更に好ましくは、ウェーハプロセッシング工程におけるレジストレーションのためのマーク検出時は前記走査機能を使用し、その後のパターン欠陥検査時は前記写像投影機能を 使用することを特徴とする。
【００４７】
本発明の基板検査装置の好ましい態様の前記画像処理系は、前記基板上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、 基準画像を記憶する記憶手段と、前記画像処理系により取得された複数の被検査領域の画像と、前記記憶手段に記憶された前記基準画像とを比較することによって前記基板の欠陥を判断する欠陥判断手段と、を更に含む。
【００４８】
この態様では、画像取得手段が、試料上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、欠陥判断手段が、取得された複数の被検査領域の画像と、予め記憶された基準画像とを比較することによって試料の欠陥を判断する。このように本発明は、位置の異なる被検査領域の画像を複数取得できるようにしたので、基準画像と位置ずれの少ない被検査画像を後工程で選択的に利用することができ、位置ずれによる欠陥検出精度の低下を抑えることができる。その上、試料及び画像取得手段が、通常では検査パターンの一部が被検査画像領域から欠落するような位置関係にあったとしても、互いに位置をずらされた複数の被検査領域の画像が網羅するいずれかの領域には、全検査パターンが入る可能性はきわめて高いので、このようなパターンの一部欠落による欠陥検出の誤りを防止することができる。
【００４９】
比較手段は、例えば、取得された複数の被検査領域の各画像と基準画像との間でいわゆるマッチング演算を行い、複数の被検査領域のうち少なくとも１つの画像が基準画像と実質的に差が無かった場合、当該試料に欠陥無しと判断する。逆に、全ての被検査領域の画像が基準画像と実質的な差があった場合、当該試料に欠陥有りと判断することで高精度に欠陥検出を行う。
【００５０】
前記ビーム発生手段は、電子ビームを前記複数の被検査領域に各々照射し、前記検出系は、前記複数の被検査領域から放出された２次電子線を各々検出するようにしてもよい。これは、前記電子ビームを偏向させることにより、該電子ビームを前記複数の被検査領域に順次照射させる偏向手段を更に備えることで実現される。
【００５１】
上記基板検査装置を用いてプロセス途中又はその後の基板の欠陥を検出することができる。
【００５２】
本発明の作用効果及び他の利点は、次の図面を参照して、発明の詳細な説明を参酌するとき、より明らかとなろう。
【実施例】
【００５３】
（第１実施例；写像投影型の欠陥検査システム）
図１には、本発明の第１実施例に係る、写像投影型の電子線装置１−１を用いた欠陥検査システムの概略の全体構成が示されている。同図に示すように、電子線装置１−１は、１次コラム２１−１、２次コラム２２−１及び検査チャンバー２３−１を有する。尚、本願の検査とは、検査の結果を評価する評価装置を含む。
【００５４】
１次コラム２１−１の内部には、カソード８−１及びアノード９−１から構成された電子銃１１−１が設けられており、電子銃１１−１から照射される電子ビーム１２−１（１次ビーム）の光軸上に１次光学系１０−１が配置される。また、検査チャンバー２３−１の内部には、ステージ２６が設置され、該ステージ２６上には、試料として基板Ｓ（例えばウェーハ等）が載置される。
【００５５】
１次光学系１０−１は、非回転対称の四重極又は八極の静電（又は電磁）レンズ２５−１を使用する。これは、Ｘ軸、Ｙ軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを２段、３段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、又は、楕円形状に整形することができる。具体的には、静電レンズを用いた場合、４本の円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位にし、互いに逆の電圧特性を与える。なお、４重極レンズとして円柱形ではなく、静電偏向器で、通常使用される円形板を４分割した形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型化を図ることができる。
【００５６】
電子銃１１−１として熱電子線源を使用することができる。電子放出（エミッタ）材料は、ＬａＢ６である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。先端を円錐形状にしたもの又は円錐の先端を切り落とした円錐台形状のものを使用している。円錐台先端の直系は１００μｍ程度である。他の方式としては、電界放出型の電子線源或いは熱電界放出型のものが使用されているが、本発明の場合のように比較的広い領域（例えば、１００×２５〜４００×１００μｍ２）を大きな電流（１μＡ程度）で照射する場合はＬａＢ６を用いた熱電子源が最適である。（ＳＥＭ方式では、一般に熱電界放出電子線源が使用されている）。尚、熱電子線源は、電子放出材料を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電界放出電子線源とは、電子放出材料に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。
【００５７】
一方、２次コラム２２−１の内部には、基板Ｓに対して略垂直方向（基板Ｓから発生する２次電子線（２次ビーム）の略進行方向）に、その光軸が合致された２次光学系２０−１及び検出器３５−１が配置される。２次光学系２０−１は、カソードレンズ２８−１、ニューメニカルアパーチャ２９−１、第２レンズ３１−１、Ｅ×Ｂ分離ユニット（ウィーンフィルター）３０−１、第３レンズ３３−１、フィールドアパーチャ３２−１、第４レンズ３４−１、偏向器３５’−１が配置される。なお、ニューメニカルアパーチャ２９−１は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄板である。そして、開口部が１次ビームの集束位置及びカソードレンズ２８−１の焦点位置になるように配置されている。従って、カソードレンズ２８−１とニューメニカルアパーチャ２９−１とは、２次電子線に対してテレセントリックな電子光学系を構成している。
【００５８】
また、検出器３５−１は、主要には、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４−１と、電子を光に変換する蛍光スクリーン１５−１と、真空系と外部とを中継する真空透過窓１６−１と、光学像を伝達させるためのファイバーオプティカルプレート（ＦＯＰ）１７−１と、光学像を検出する多数の素子からなるＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１と、を含む。ＭＣＰ１４−１の原理としては、直径６〜２５μｍ、長さ０．２４から１．０ｍｍという非常に細いガラスキャピラリを数百万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキャピラリが、独立した２次電子増幅器として働き、全体として２次電子増幅器を形成する。ＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１は、メモリ３４−１を介してコントロールユニット３６−１に接続される。
【００５９】
図１の欠陥検査システム全体を制御するための制御系は、主に、マン−マシンインターフェースを備えるコントロールユニット３６−１、並びに、コントロールユニット３６−１に入力された情報に基づいて、電子線装置１−１により得られた２次電子画像から欠陥検査を行うと共に、各構成要素を制御する制御ユニットを制御指令するＣＰＵ３７−１から構成される。
【００６０】
コントロールユニット３６−１には、マン−マシンインターフェースとして、図示しない操作盤が備えられており、オペレータは、該操作盤を介して欠陥検査システムに種々の指示／命令を与えることができる（例えば、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入力等）。また、コントロールユニット３６−１には、液晶又はＣＲＴ等のディスプレイ２４−１が接続され、各種指令の確認画像、ＣＰＵ３７−１からの情報の表示、及び、メモリ３４−１内に記憶された２次電子画像を適宜表示することができる。
【００６１】
ＣＰＵ３７−１は、電子光学系へのフィードバッグ信号等の授受、及び、ステージからの信号の授受を、夫々、１次及び２次コラム制御ユニット３８−１、３９−１、及び、ステージ駆動機構４０−１の図示しないステージコントローラを介して行われる。
【００６２】
１次及び２次コラム制御ユニット３８−１、３９−１は、主に電子線光学系の制御（電子銃、レンズ、アライナー、ウィーンフィルター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すること、各倍率に対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の、各オペレーションモードに対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の制御（連動制御）が行われる。
【００６３】
ステージコントローラは、主にステージの移動に関する制御を行い精密なＸ方向及びＹ方向のμｍオーダーの移動（±０．５μｍ程度の誤差）を可能にしている。また、本ステージでは、誤差精度±０．３秒程度以内で、回転方向の制御（θ制御）も行われる。
【００６４】
その他のＣＰＵ３７−１の制御機能として、搬送機構４１−１の図示しない搬送コントローラの制御、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウェーハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラへのコマンドの伝達や情報の受け取り等が挙げられる。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グさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のＺ方向（二次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系へフィードバッグし、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。
【００６５】
１次コラム２１−１、２次コラム２２−１、検査チャンバー２３−１は、真空排気系（図示せず）と繋がっている。真空排気系は、真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシーケンスに従い、真空排気を行う。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニターを行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブによるチャンバー間又はチャンバーと排気系間の遮断等の緊急制御を行い、各部において必要な真空度を確保する。真空ポンプとしては主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としては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。
（クリーナー）
電子線装置１−１が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は、電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的な除去は、絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して、真空中で水素、酸素や窒素、或いは、フッ素及びそれらを含む化合物、ＨＦ、Ｏ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、ＣＭＦＮ等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位（数ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ）に維持することで、有機物質の酸化、水素化、フッ素化により除去する。
【００６６】
（Ｅ×Ｂユニット）
ここで、上記したＥ×Ｂユニット３０−１（ウィーンフィルター）の詳細な構造について、図２、及び、図２のＡ−Ａ線に装縦断面を示した図３を用いて、更に詳細に説明する。
【００６７】
Ｅ×Ｂユニット３０−１は、電極と磁極を直交方向に配置し、電界と磁界とを直交させた電磁プリズム光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子ビームは偏向され、その反対方向から入射する電子ビームは，電界から受ける力と磁界から受ける力の影響が相殺される条件（ウィーン条件）を作ることが可能で、これにより１次電子ビームは偏向され、ウェーハ上に垂直に照射し、２次電子ビームは検出器に向かって略直進することができる。
【００６８】
図２に示すように、Ｅ×Ｂユニット３０−１の場は、光軸に垂直な平面内において、電界と磁界とを直交させた構造、即ち、Ｅ×Ｂ構造としている。
【００６９】
ここで、電界は、凹面状の曲面を持つ電極５０ａ−１及び５０ｂ−１により発生させる。電極５０ａ−１及び５０ｂ−１が発生する電界は、夫々制御部５３ａ−１及び５３ｂ−１により制御される。一方、電界発生用の電極５０ａ−１及び５０ｂ−１と直交するように、電磁コイル５１ａ−１及び５１ｂ−１を配置させることにより、磁界を発生させている。尚、電界発生用の電極５０ａ−１及び５０ｂ−１は、点対称である（同心円でも構わない）。
【００７０】
この場合は、磁界の均一性を向上させるために、平行平板形状を有するポールピースを持たせて、磁路を形成している。Ａ−Ａ線に沿う縦断面における電子ビームの挙動は、図３に示される。照射された電子ビーム６１ａ−１及び６１ｂ−１は、電極５０ａ−１及び５０ｂ−１が発生する電界と、電磁コイル５１ａ−１及び５１ｂ−１が発生する磁界とによって偏向された後、試料面上に対して垂直方向に入射する。
【００７１】
ここで、照射電子ビーム６１ａ−１及び６１ｂ−１の電子ビーム偏向部への入射位置及び角度は、電子のエネルギーが決定されると一義的に決定される。更に、２次電子６２ａ−１及び６２ｂ−１が直進するように、電界及び磁界の条件、即ち、ｖＢ＝Ｅ（即ち、ｅｖＢ＝ｅＥ；ｅは電荷（Ｃ））となるように、電極５０ａ−１及び５０ｂ−１が発生する電界と、電磁コイル５１ａ−１及び５１ｂ−１が発生する磁界とを、各々の制御部５３ａ−１及び５３ｂ−１、５４ａ−１及び５４ｂ−１が制御することにより、２次電子は電子ビーム偏向部２７を直進して検出系に入射する。ここで、Ｖは電子３２の速度（ｍ／ｓ）、Ｂは磁場（Ｔ）、Ｅは電界（Ｖ／ｍ）である。
【００７２】
次に、本実施例に係る電子線装置１−１の動作について図１を用いて説明する。
本電子線装置１−１は、試料の観察領域を１次電子線で一括して照射し（走査は行わず、一定の面積を照射する）、照射された領域からの２次電子をレンズ系により、一括して検出器（マイクロチャンネルプレート＋蛍光板）上に電子線の画像として結像させるものである。
（１次ビーム）
電子銃１１−１からの１次ビーム（一例として、電子銃のチップとしては、矩形陰極で大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる）は、１次光学系１０−１によりレンズ作用（整形及び結像）を受けながら、ウィーンフィルター３０−１に入射し、該ウィーンフィルター３０−１の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルター３０−１は、磁界と電界を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。１次ビームに対しては、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが同方向に働き、ビーム軌道は曲げられる。一方、２次ビームに対しては、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働くため、互いに相殺されるので、２次ビームはそのまま直進する。
【００７３】
１次光学系１０−１のレンズ電圧は、１次ビームがニューメニカルアパーチャ２９−１の開口部で結像するように予め設定されている。このニューメニカルアパーチャ２９−１は、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料Ｓのチャージアップや汚染を防いでいる。更に、ニューメニカルアパーチャ２９−１とカソードレンズ２８−１とは二次ビームに対してテレセントリックな電子光学系を構成しているが一次ビームに対してはそうではなく、カソードレンズ２８−１を透過した１次ビームは僅かに発散するビームになり、試料Ｓに均一且つ一様に照射する。この一様な照射は、光学顕微鏡でいうケーラー証明である。
（２次ビーム）
１次ビームが試料に照射されると、試料のビーム照射面からは、２次ビームとして、２次電子、反射電子又は後方散乱電子が発生する。２次ビームは、カソードレンズ２８−１によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。
【００７４】
ところで、カソードレンズ２８−１は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料Ｓ側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に指向性が小さい２次電子）を引き込み、効率良くレンズ内に導くように設計されている。
【００７５】
また、レンズ作用は、カソードレンズ２８−１の１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極をゼロ電位にすることで行なわれる。従って、視野中心外（軸外）から出た電子ビームの平行ビームは、このニューメニカルアパーチャ２９−１の中心位置を、けられが生じることなく通過する。
【００７６】
なお、ニューメニカルアパーチャ２９−１は、２次ビームに対しては、第２レンズ３１−１〜第４レンズ３４−１のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニューメニカルアパーチャ２９−１を通過した２次ビームは、ウィーンフィルター３０−１の偏向作用を受けずに、そのまま直進して通過する。なお、２次ビームには、２次電子、反射電子、或いは、後方散乱電子があるが、これらの電子のうち、この場合は、２次電子を選択して説明している。
【００７７】
２次ビームを、カソードレンズ２８−１のみで結像させると、倍率色収差と歪収差が大きくなる。そこで、第２レンズ３１−１と合わせて、１回の結像を行なわせる。２次ビームは、カソードレンズ２８−１及び第２レンズ３１−１により、ウィーンフィルター３０−１上で中間結像を得る。この場合、通常、２次光学系として必要な拡大倍率が、不足することが多いため、中間像を拡大するためのレンズとして、第３レンズ３３−１、第４レンズ３４−１を加えた構成とする。２次ビームは、第３レンズ３３−１、第４レンズ３４−１の各々により拡大結像し、ここでは合計２回結像する。なお、第３レンズ３３−１と第４レンズ３４−１とを合わせて１回（合計１回）結像させてもよい。
【００７８】
また、第２レンズ３１−１〜第４レンズ３４−１は、全てユニポテンシャルレンズ又はアインツェルレンズと呼ばれる回転対称型のレンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、通常は外側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧でレンズ作用を行なわせて制御する。また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ３２−１が配置されている。フィールドアパーチャ３２−１は、光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限しているが、電子ビームの場合、余計なビームが、後段の第４レンズ３４−１に入射するのを遮断して、検出器３５−１のチャージアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率は、第３レンズ３３−１及び第４レンズ３４−１のレンズ条件（焦点距離）を変えることで設定される。
【００７９】
２次ビームは、２次光学系により拡大投影され、先ずマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４−１で増倍された後、蛍光スクリーン１５−１に当たり光の像に変換される。光に変換された画像は、真空透過窓１６−１を介して大気中に置かれたファイバーオプティカルプレート（ＦＯＰ）１７−１を介してＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１上に１対１で投影される。検出された画像信号は、電気信号に変換され、メモリ３４−１に一時的に記憶される。
【００８０】
コントロールユニット３６−１は、メモリ３４−１から試料Ｓの画像信号を読み出し、ＣＰＵ３７−１に伝達する。このとき、画像情報をディスプレイ２４−１上に出力してもよい。ＣＰＵ３７−１は、画像信号からテンプレートマッチングや、ダイ対ダイの相互比較等によって基板Ｓのパターンの欠陥検査を実施する。
【００８１】
２次電子画像の取得を実行している間に、ＣＰＵ３７−１は、ステージ２６−１の位置を読み取り、ステージ駆動機構４０−１に駆動制御信号を出力し、ステージ２６−１を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。検出素子としてＣＣＤを用いる場合、ステージ２６−１の移動方向は短軸方向であり（長軸方向でも構わない）、移動はステップアンドリピート方式である。検出素子としてＴＤＩ−ＣＣＤを用いる場合のステージ移動は、積算方向に連続移動をする。ＴＤＩ−ＣＣＤでは、画像を連続的に取得できるので、欠陥検査を連続で行う場合は本実施例のようにＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１を使用する。分解能は、結像光学系（２次光学系）の倍率と精度等で決まり、実施例では、０．０５μｍの分解能が得られている。この例において、分解能が０．１μｍ、電子線照射条件が２００μｍ×５０μｍの領域に１．６μＡのとき、検査時間は２０ｃｍのウェーハ１枚当たり１時間程度であり、ＳＥＭ方式の８倍が得られる。ＴＤＩ−ＣＣＤの仕様は、例えば、２０４８画素（ピクセル）×５１２段でラインレートが３．３μｓ（ライン周波数３００ｋＨｚ）である。この例の照射面積はＴＤＩ−ＣＣＤ１８−１の仕様に合わせているが、照射対象物によって、照射面積を変更することもある。
【００８２】
本実施例の検査装置１−１では、ニューメニカルアパーチャ２９−１に光源像が結像され、且つ、ＦＡ開口が試料面に結像しているので、１次ビームに対しては、ビームを試料に均一に照射させることができる。即ち、ケーラー照明条件を容易に実現することができる。
【００８３】
更に２次ビームに対しては、試料Ｓからの全ての主光線が、カソードレンズ２８−１に垂直（レンズ光軸に平行）に入射し、ニューメニカルアパーチャ２９−１を通過するので、周辺光もけられることがなく、試料周辺部の画像輝度が低下することもない。また、電子が有するエネルギーのばらつきによって、結像する位置が異なる現象、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、２次電子は、エネルギーのばらつきが大きいため、倍率色収差が大きい）が、カソードレンズ２８−１ト２番目のレンズ２４−１の２つのレンズで結像させることにより、この倍率色収差を抑えることができる。
【００８４】
また、拡大倍率の変更は、ニューメニカルアパーチャ２９−１の通過後に行なわれるので、第３レンズ３３−１、第４レンズ３４−１のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野前面に均一な像が得られる。なお、本実施例では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するため、２次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、それに伴って決まる試料面上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームとを、同一の大きさになるように１次光学系のレンズ条件を設定する。
【００８５】
即ち、倍率を上げていけば、それに伴って視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射エネルギー密度を上げていくことで、２次光学系で拡大投影されても、検出電子の電流密度は、常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。
【００８６】
また、本実施例の検査装置では、１次ビームの軌道を曲げて２次ビームを直進させるウィーンフィルター３０−１を用いたが、それに限定されず、１次ビームの軌道を例えば１５°曲げ、２次ビームの軌道を曲げるウィーンフィルタを用いた構成の検査装置でもよい。特に、その場合は５°がよい。また、本実施形態では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成したが、それに限定されず、例えば、円形陰極から円形ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビームをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。
【００８７】
また、複数のビームを走査して全体に電子線が照射領域を均一に照射するようにしてもよい。このとき、複数ビームが夫々の決められた領域を任意に（但し、合計の照射が均一になるように）走査するようにする。
【００８８】
（検査手順）
次に、図１の欠陥検査システムを用いた基板Ｓの欠陥検査の手順を説明する。
【００８９】
一般に、電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程（例えばエッチング、成膜、又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理等）の後に使用されている。
【００９０】
検査される基板Ｓ（ウェーハ）は、真空系により真空に保持された検査チャンバー２３−１内に、搬送機構４１−１を通して搬送され、超精密ステージ２６−１上に位置合わせした後、静電チャック機構等により固定され、以後、図４（検査フロー）の手順に従って欠陥検査等が以下のように行われる。なお、検査の間、除振機構（図示せず）により検査チャンバーを除振するのが好ましい。
【００９１】
最初に光学顕微鏡（図示せず）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、ウェーハの種類（どの工程の後か、ウェーハのサイズは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、前述した電子線装置１−１の動作に従って画像取得を行いながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行う。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われ、必要に応じてディスプレイ２４−１等に結果を出力したり、メモリ３４−１に記憶したりする。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）欠陥等があり、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により達成される。例えば導通不良の場所は、電子線照射（５００ｅＶ程度）により、通常、正に帯電し、コントラストが低下するので正常な場所と区別することができる。この場合の電子線照射の手段とは、通常、検査用の電子線照射手段以外に、別途、電位差によるコントラストを際立たせるため設けた、低電位エネルギーの電子線発生手段（例えば、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、この低電位の電子線を発生、照射している。また、ウェーハ等の試料に、基準電位に対して正又は負の電位をかけること等による（素子の順方向又は逆方向により流れ易さが異なるために生じる）コントラストの違いから欠陥検出ができる。これは、線幅測定装置及び合わせ精度測定にも利用できる。
【００９２】
検査の終了した基板Ｓは、搬送機構４１−１により検査チャンバー２３−１から搬出される。
（第２実施例）
第２実施例に係るパターン検査装置は、写像投影する機能と、走査型電子顕微鏡としての機能（すなわち、一次電子ビームを走査して発生した二次放出線を検出する機能）との二つの機能を併せ持っており、これら各機能は後述するように電気的な操作だけで容易に切り換えることができる。
【００９３】
第２実施例のパターン検査装置は、図１に示す電子線装置１−１の構成を用い、該電子線装置に走査型電子顕微鏡としての機能を持たせることによって実現できる。
【００９４】
写像投影する機能は主として帯電し難い試料のパターン検査に使用され、一方、走査型電子顕微鏡としての機能は、主として帯電し易い試料のパターン検査若しくはパターン検査に先だって行われるレジストレーションでのマーク検出に使用される。ここで帯電し易い試料材料としては、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコン等が表面に成膜されているウェーハであり、帯電し難い試料材質としては、ベアシリコン及びアルミコートシリコン等が挙げられる。また、帯電し易いか又は帯電し難いかの判定は、以下の基準により決定される。即ち、シリコンウェーハの表面の何パーセントが絶縁膜で覆われているか、或いは導電膜が島状に孤立しているか互いに繋がっているか等で判断される。
【００９５】
写像投影する機能は、第１の実施例で説明したので、詳細な説明を省略する。なお、本実施例を写像投影機能で使用した場合、一例として、静電対物レンズ２８−１により試料（例えば、ウェーハ等）Ｓ上に縮小結像される電子ビームの照射領域は、２５０ミクロン角であり、２次電子線は、２次光学系２０−１により３００倍に拡大されて、ＭＣＰ１４−１に入射する。
【００９６】
次に、走査型電子顕微鏡としての機能について図１を用いて説明する。第２実施例のパターン検査装置では、１次光学系１０−１において静電（又は電磁）レンズ２５−１の後段に、１次電子ビームを偏向可能な走査用偏向器１９−１を設置する。
【００９７】
カソード８−１から放出された電子線１２−１はアノード９−１で加速され、１次光学系１０−１の所定位置に設けられた成形開口でその断面形状が長方形に成形される。成形された電子ビームは、次に、回転軸非対称の四重極又は八重極の静電（又は電磁）レンズ２５−１でレンズ条件を調整することにより、細く絞られる。すなわち、電子ビームはその長方形形状のうち長径方向の縮小率を特に大きくし、短径方向の縮小率はある程度の縮小率に留めることにより、Ｅ×Ｂ分離器３０−１の偏向主面より僅かに上側で計算上では１００ナノメートルの正方形となるように調整される。但し、実際の装置ではレンズの収差があるため、Ｅ×Ｂ分離器３０−１の偏向主面より僅かに上側で１２０ナノメートル直径の円形ビームとなった。Ｅ×Ｂ分離器３０−１に入射した円形電子ビームは、そこで試料Sの表面に垂直な方向に偏向されかつ静電対物レンズ２８−１により１／４に縮小されて試料の表面で約３０ナノメートル直径の電子ビームに収束される。走査用偏向器１９−１を操作してこの３０ナノメートル直径の電子ビームを試料Ｓの表面で二次元的に走査することにより、試料上で５ミクロン角ないし１００ミクロン角の領域が走査される。
【００９８】
試料Ｓから放出された二次放出線は、静電対物レンズ２８−１に印加された、二次放出線に対する加速電界で加速され該静電対物レンズを通過し、Ｅ×B分離器３０−１に入射される。Ｅ×B分離器３０−１に入射された二次放出線は、上記写像投影する機能の場合と全く同じレンズ条件で、２次光学系２０−１の静電中間レンズ３１−１及び静電拡大レンズ３３−１を通りＭＣＰ１４−１に入射する。
【００９９】
ＭＣＰ１４−１に入射した二次放出線は写像投影する機能の場合と同様に、蛍光スクリーン１５−１を照射してパターン画像を結像し、ＦＯＰ１７−１を通過してＣＣＤカメラ１８−１により検出されかつ電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ１８−１からの電気信号を全チャンネルに亘り電気的に加算することにより、信号強度を得ることができる。従って、位置情報は走査時間から取得することができる。
【０１００】
写像投影する機能と走査型電子顕微鏡としての機能との切り替えは、４極子レンズ２５−１を構成する各レンズの倍率を変更すること、走査用偏向器１９−１に走査信号を与えること、及びCCDカメラ１８−１からの出力信号を写像投影する機能としての通常の信号処理を行うか、又は全チャンネルを電気的に加算する走査型電子顕微鏡としての処理とするかを決定することだけで、全て電気的な操作により行うことができる。
【０１０１】
第２の実施例によれば、以下のような効果を奏することが可能である。
（１）写像投影する機能と走査型電子顕微鏡としての機能との二つの機能の切り換えは、４極子レンズ及び４極子偏向器の条件、走査用偏向器への操作信号及びCCDカメラからの信号処理を全て電気的に変更するだけで、容易に切り換えることができるから、一枚のウェーハに異種のチップが形成されていて帯電し易いチップと、帯電し難いチップが存在していても、パターン検査中に迅速に両機能を切り換えて、効率よく検査できる。
（２）レジストレションでのマーク検出の場合には、走査範囲を数ミクロン角に小さくすることにより、一ピクセルの寸法を５ナノメートルと小さくして高精度のマーク検出を行うことができる。
（３）パターン検査の場合には、一ピクセルの寸法をＣＣＤカメラの画素と写像投影する機能における倍率とから決定される５０ナノメートルとすることにより、パターン検査を高いスループットで行うことができる。
（第３実施例）
第３実施例の欠陥検査装置は、図１の電子線装置１−１を用いた欠陥検査システムを用いるので、本欠陥検査装置の構成に関する詳細な説明は、同一の符号を附して省略する。
【０１０２】
図１のＭＣＰ１４−１は、使用時間を横軸に取りＭＣＰ１４−１の増倍率を縦軸に取ると、図５から明らかなように、使用時間の増加に伴って、増倍率が低下する。また、ＭＣＰ印加電圧を横軸に取りＭＣＰ増倍率を縦軸に取ると、図６のＭＣＰ印加電圧とＭＣＰ増倍率の相関関係を示すグラフからも明らかなように、飽和値まで単調に増加する。そこで、本発明においては、図７に示されるような制御を行うＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３を使用する。このＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３は、ＭＣＰ使用時間から現在のＭＣＰ増倍率を算出し、現在の使用時間に対するＭＣＰ印加電圧−ＭＣＰ増倍曲線からＭＣＰ増倍率が常に一定となるようにＭＣＰ印加電圧の制御を行う。つまり、図６の矢印の方向にＭＣＰ印加電圧をシフトさせる。このような制御によって撮像された欠陥を含む画像は、長時間の連続使用にも関わらず、常に一定のコントラスト画像が得られる。更に、このＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３は、ラインセンサのラインレートが現在の２倍に変化すれば、現在の２倍のＭＣＰ増倍率にするＭＣＰ印加電圧となるように制御を行い、また、倍率が現在の２倍に変化すれば、現在の４倍のＭＣＰ増倍率にするＭＣＰ印加電圧となるように制御を行い、これらのパラメータの変化に対しても画像コントラストが一定になるようにしている。なお、図７はＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３のフローチャートを示す図である。
【０１０３】
次に、詳細な具体例をウェーハの欠陥検査について説明する。
【０１０４】
図８に示されるような欠陥検査用の試料としてウェーハＷをＸ−Ｙステージ２６−１に搭載し、そのウェーハＷ上に上記欠陥検査装置１−１により１次電子ビームを照射してウェーハＷを同図の矢印Ａで示されるように上下に走査することによってウェーハ全面の撮像をおこない、ラインセンサ１８−１の画像はＰＣメモリ３４−１に格納させた。これらの欠陥検査をＭＣＰ印加電圧制御回路４０−３で１０００時間程度連続して行った。その結果、０時間使用のＭＣＰ倍増率は、約４５００であったが、１０００時間使用後には同一のＭＣＰ印加電圧１２００Ｖで、Ｇ２は約３０００に変化していた（図５）。ところが、本発明のＭＣＰ印加電圧制御回路によってＭＣＰ増配率を変化させたところ、ＭＣＰ印加電圧は、約１２００Ｖから約１４００Ｖまでシフトしていき、ＭＣＰ増倍率は、常に一定で約４５００を示していた。また、このような方法で撮像された欠陥画像は、１０００時間に亘ってほぼ同程度のコントラスト画像を有していた。
【０１０５】
本実施例によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）長時間の欠陥検査を行っても欠陥画像のコントラストの変化及び劣化を抑えることができる。
（ロ）ＭＣＰ印加電圧の制御又はビームのエミッション電流を制御することによってＭＣＰの長時間使用による増倍率の低下を防止し、それによって常に同レベルの欠陥画像コントラストを維持できる。
（ハ）ＭＣＰの印加電圧を、現在のＭＣＰ印加電圧−ＭＣＰゲイン曲線を参照して決定することにより常に同レベルの欠陥画像コントラストを維持できる。
（ニ）欠陥検査において、スループットを低下させることなくその性能を向上させることができる。
（第４実施例）
図９は、本発明の実施例のフィードスルー装置の概略平面図であり、図１０は、図９のフィードスルー装置の線Ａ−Ａに沿う概略断面図である。図９のフィードスルー装置１０−４は、半導体パッケージを形成する半導体デバイスにより構成される。図１０に示すように、フィードスルー装置１０−４は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部２−４、フィードスルー部２−４に固着される少なくとも１本の電気導入ピン５−４、少なくとも１本の電気導入ピン５−４と図示しない機能素子とを接続する配線９−４、及び金属フランジ１−４を備える。
【０１０６】
フィードスルー部２−４は、電気的絶縁能力を持つ材料、一般的にはアルミナベースのセラミックにより形成される。フィードスルー部２−４は、シェル３−４を介し金属フランジ１−４に結合される。シェル３−４は、コバールや４２合金といった金属から形成され、フィードスルー部２−４と金属フランジ１−４との間の熱膨張係数の違いに起因する熱応力による破損を防ぐ役割を果す。フィードスルー部２−４とシェル３−４との接合は、例えばモリブデン−マンガンメタライズと銀ロウによって封着される。また、シエル３−４と金属フランジ１−４との結合は、例えばＴＩＧ全周溶接のような方法で気密処理が施される。
【０１０７】
フィードスルー部２−４は、パターンメタライズ部４−４及びダイ（機能素子）６−４を備える。パターンメタライズ部４−４とピン５−４とが銀ロウを介し封着される。ダイ６−４は、フィードスルー部２−４の片面に形成されるダイボンディング部７−４に固着される。ダイ６−４は、センサ、電気回路及び半導体素子を含む機能素子により構成される。フィードスルー部２−４は、それを介し圧力状態及びガス種が異なることができるようにされる。
【０１０８】
図１０においてフィードスルー部２−４の真空側表面にダイ６−４が配置され、ダイ６−４は、真空絶縁されたピン５−４の電流導入端子に接続される。ピン５−４は、またダイ６−４の電気信号を電流導入端子を介し、大気中へ取出せるように配置される。図９及び図１０に示すフィードスルー装置１０−４は、真空絶縁できる機能を備える半導体パッケージ、具体的には、ＣＣＤ、ＴＤＩ等の半導体デバイスを収容するパッケージにより構成される。このフィードスルー装置１０−４は、図１３を参照して後述するように、写像投影系を含む半導体デバイスの欠陥を検出する検出器として用いられる。
【０１０９】
図９及び図１０の装置において、図示しない機能素子は、フィードスルー部２−４の真空側表面に制作される。電気導入ピン５−４と図示しない機能素子とを接続する接続配線９−４は、フィードスルー部２−４の表面に膜状に形成される。フィードスルー部２−４は、金属フランジ１−４に溶接されるか、又はシェル３−４を介し結合される。
【０１１０】
ダイボンディング部７−４は、図１０に示すように、フィードスルー部２−４の一部に落とし込みを形成しても良いし、しなくても良い。固着方法は、接着剤、粘着テープ、低融点金属によるロウ付けを使用することができる。真空中で使用する場合は、真空中での脱ガス量の少ないものが望ましい。図１０の実施例においては、ダイパッド部８−４とパターンメタライズ部４−４との間の電気的接続手段として接続配線９−４を用いたが、それに替えて、フリップチップ接続又は通常の電気配線を用いることが可能である。
【０１１１】
図１１は、本発明の他の実施例のフィードスルー装置の概略平面図であり、機能素子６−４の平面の４分の１を示すものである。図１２は、図１１のフィードスルー装置の線Ｂ−Ｂに沿う概略断面図である。図１１及び図１２は、ピン５−４の数の多いフィードスルー装置２０−４を示す。フィードスルー部２−４と図示しない金属フランジとの封着方法は、図１０の実施例と同様である。
【０１１２】
図１１及び図１２のようにピン５の本数が多く、下方パターンメタライズ１２−４のみで全ての配線を形成できない時は、表面上に上方パターンメタライズ１６−４を施した配線板１５−４を重ねて設置し、ダイ６−４と下方パターンメタライズ１２−４及び上方パターンメタライズ１６−４間を下方接続配線１９−４及び上方接続配線１８−４を用いて電気的に接続する。上方パターンメタライズ１６−４とピン５−４との間の電気的接続は、ロウ付けでも、ハンダ付けでも、あるいはワイヤボンディングでも良い。
【０１１３】
図１３は、本発明のフィードスルー装置１０−４又は２０−４を組込んだウェーハ欠陥検査装置３０−４の概略縦断面図である。図１３のウェーハ欠陥検査装置３０−４は、電子ビーム４１−４を真空チャンバ２１−４内へ放出する電子銃２２−４、静電レンズ群で構成される照明光学系２３−４、検査すべきウェーハを支持するステージ２４−４、静電レンズ群で構成される写像投影光学系２６−４、及び検出器４０−４を備える。
【０１１４】
図１３に示すように、検出器４０−４は、二次電子像を増幅するＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）３１−４、ＭＣＰ３１−４により増幅された電子像を光信号に変換する蛍光板３２−４、蛍光板３２−４に密着配置され蛍光板３２−４で変換された光学像を伝達するＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート、符号２８−４で示す）、及びＦＯＰ２８−４から出力された光学像をデジタル電気信号に変換する２０−４（機能素子６−４）及びフィードスルー装置１０−４、フィードスルー装置の直上に配置されフィードスルー装置の電気信号を変換する撮像カメラ２９−４を備える。フィードスルー装置１０−４は、真空チャンバ２１−４内の真空系を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達する。ＭＣＰ３１−４、蛍光板３２−４及びＦＯＰ２８−４は、共通の支持部材により支持され、ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー２７−４を形成する。
【０１１５】
図１３のウェーハ欠陥検査装置３０−４において、電子銃２２−４から放出された電子ビーム４１−４は、照明光学系２３−４により偏向、成形され、ステージ２４−４上のウェーハ２５−４の表面に照射される。電子ビームの照射によりウェーハ２５−４から放出される二次電子は、写像投影光学系２６−４により所定倍率でＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー２７−４上に結像される。ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリー２７−４上に結像された二次電子像は、増倍され蛍光板３２−４により光信号に変換されフィードスルー装置１０−４に入射され、フィードスルー装置上の機能素子によりデジタル信号に変換され、このデジタル信号が撮像カメラ２９−４へ伝達される。撮像カメラ２９−４において、デジタル信号が後段の画像処理装置（図示しない）に取り込み可能な形式の信号に変換され、出力され、ウェーハの欠陥検査等に用いられる。
【０１１６】
本発明の第４実施例によれば、フィードスルー部に固着される少なくとも１本の電気導入ピン、及び前記少なくとも１本の電気導入ピンと機能素子とを接続する接続配線を備え、前記機能素子は、センサーを含むことにより、撮像センサーと真空フランジを別個に形成するものに比べ、信号線が短いので信号遅延がなく外乱も少なく、センサーを高速駆動することが可能であり、欠陥検査のスループットを向上できる。
【０１１７】
本発明の第４の実施例に係るフィードスルー装置を組込んだ電子線装置を用いるウェーハの欠陥検査装置は、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、高いスループットで検査でき、欠陥製品の出荷を防止できる。
（第５実施例）
図１４は、この発明に係る欠陥検査装置の一つの実施の形態の構成を概略的に示している。同図の検査装置は、図１４の実施例と同様の写像投影型の欠陥検査装置であり、電子銃１−５から放出された一次電子線５−５は一次電子光学系を経て試料１０−５を照射し、該照射によって試料１０−５から放出された二次電子線を二次電子光学系を介して検出器１４−５に導き、試料１０−５の表面のパターンを表す画像データを取得することにより欠陥検査を行うものである。
【０１１８】
電子銃１−５はＬａＢ6からなるカソードを備え、該カソードの先端には、直径１００ミクロン以上の平坦な〈１００〉単結晶面が形成されている。電子銃１−５から放出された一次電子線５−５は、一次電子光学系において、ウェーネルト電極２−５によって放出電流量を制御された後、複数枚の陽極３−５によって加速されてガン・アパーチャ４−５にクロスオーバーを結ぶ。その後、一次電子線５−５は静電レンズ６−５に入射して断面形状が矩形又は楕円形となるよう整形され、アラインメント用電極７−５を直進してウィーン・フィルタ８−５に進入する。ウィーン・フィルタ８−５によって一次電子線５−５は試料１０−５に垂直に入射するように偏向され、Ｘ−Ｙステージ９−５の上に配置された試料１０−５を照射する。このときの一次電子線５−５の断面形状は例えば４００ミクロン×６００ミクロンの楕円形である。試料１０−５には所定のリターディング電圧が印加されているため、一次電子線５は所定のランディング・エネルギとなって試料１０−５を照射し、二次電子線を放出させる。
【０１１９】
こうして試料１０−５から放出された二次電子線は、ウィーン・フィルタ８−５を直進し、二次電子光学系の静電レンズ１１−５によって所定のレンズ倍率で拡大された後、マイクロチャンネルプレート１２−５上に結像する。マイクロチャンネルプレート１２−５に結像された二次電子線はマイクロチャンネルプレート１２によって増倍されて蛍光板１３−５に投影される。蛍光板１３−５によって二次電子線は光へ変換されてＣＣＤカメラやラインセンサ等の検出器１４−５に入力される。これによって、試料１０−５の表面のパターンの画像が取得され、画像処理部１５−５に供給される。
【０１２０】
更に、図１４の欠陥検査装置は、ウェーネルト電極２−５及び陽極３−５に印加する電圧を制御するための制御部１６−５と、制御部１６−５からの指令に基づいた大きさの電圧をウェーネルト電極２−５及び陽極３−５に供給する電源１８−５とを備えている。制御部１６−５を設けたのは、電子銃１−５の放出電流を或る値に保持するためには、ウェーネルト電極２−５に対する印加電圧を、放出開始からの経過時間と共に変えればよいからである。ただし、ウェーネルト電極２−５への印加電圧を変えると、一次電子線のクロスオーバー径が変化してしまう。これを防止するため、制御部１６−５は、常にガン・アパーチャ４−５の中心で一次電子線がクロスオーバーを結ぶよう、ウェーネルト電極２−５に印加する電圧を変えると同時に、陽極３−５に印加する電圧をも変化させる。こうした制御を行うことにより、画像処理部１５−５は一定のコントラストの画像を取得することが可能になる。
【０１２１】
これを実現するため、図１４の欠陥検査装置においては、電子銃１−５の放出電流を一定に保持するために必要な、放出開始からの経過時間とウェーネルト電極２−５への印加電圧との関係、及び、ガン・アパーチャ４−５の中心で一次電子線がクロスオーバーを結ぶのに必要な、ウェーネルト電極２−５への印加電圧の変化と陽極３−５に印加する電圧との関係を予め測定しておき、当該放出電流について、経過時間と印加電圧との関係を制御部１６−５内にルックアップ・テーブル１７−５の形で記憶させておく。
【０１２２】
そこで、図１４の欠陥検査装置を稼動させるとき、制御部１６−５は放出開始からの経過時間を監視し、所定の時間間隔でルックアップ・テーブル１７−５を参照して、電子銃１−５の放出電流を一定に保持するよう、放出開始からの経過時間に対応する印加電圧を表す値をルックアップ・テーブル１７−５から読み出し、その値を電源１８−５に与えることで、ウェーネルト電極２−５に対する印加電圧を、当該経過時間に対応する大きさに設定する。同時に、制御部１６−５は、このときのウェーネルト電極２−５への印加電圧の変化に対応する陽極３−５の印加電圧を表す値もルックアップ・テーブル１７−５から読み出し、その値を電源１８−５に与えることで、陽極３−５に対する印加電圧を所望の値に調整する。
【０１２３】
実際に、図１４に示す構成の欠陥検査装置において、放出電流が３０マイクロアンペアという一定値を保つようにするため、放出開始からの経過時間と共にウェーネルト電極２−５にどの程度の電圧を印加すべきかを測定したところ、図１５に示すように、ウェーネルト電極２−５への印加電圧は、放出開始時には−３００ボルト程度、１０時間後では−３５０ボルト程度、１００時間後には−４００ボルト程度、１０００時間後には−４５０ボルト程度であった。しかも、１０００時間経過後であっても、一次電子線のクロスオーバーをガン・アパーチャ４−５の中心に結ばせるよう制御することができた。
【０１２４】
図１４の結果とは対照的に、ウェーネルト電極に印加される電圧（単位ボルト）と電子銃の放出電流（単位マイクロアンペア）との関係を示す従来技術のグラフである図１６は、、ウェーネルト電極に印加される電圧が−３００ボルトよりも高くなると放出電流が急激に増大することがわかる。
【０１２５】
以上、第５の実施例に係る電子線装置についての説明から理解されるように、本実施例は、電子銃からの放出電流が一定に保持されるようにウェーネルト電極への印加電圧を時間の経過と共に変えるようにしたので、試料の画像を一定のコントラストで取得することができ、試料に欠陥検査を高スループット且つ高信頼性をもって行うことができるという格別の効果を奏する。
（第６の実施例）
図１で前述した搬送機構４０−１、除振機構及び真空系等を含む欠陥検査システム全体の更に詳細なシステムを第６の実施例として説明する。
【０１２６】
図１７及び図１８において、第６の実施例の半導体検査装置１の主要構成要素が立面及び平面で示されている。
【０１２７】
本実施例の半導体検査装置１は、複数枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、ワーキングチャンバを画成する主ハウジング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、ウェー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ー６０と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置７０と、を備え、それらは図１７及び図１８に示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置１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、ウェーハに電位を印加する電位印加機構８３（図２５に図示）と、電子ビームキャリブレーション機構８５（図２７に図示）と、ステージ装置上でのウェーハの位置決めを行うためのアライメント制御装置８７を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。
【０１２８】
カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２５枚）のウェーハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット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（この実施例では２個）保持するようになっている。このカセットホルダとしては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ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、この実施例では、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、カセットｃは昇降テーブル上に図１８で鎖線図示の状態で自動的にセット可能になっていて、セット後、図１８で実線図示の状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第１の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブル１１は図１７で鎖線図示の状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ、或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
【０１２９】
図２８に示す別の実施例では、複数の３００ｍｍ基板Ｗを箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（図示せず）に収納した状態で収容し、搬送保管等を行う。この基板反応箱２４は、角筒状の箱本体５０１と、基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア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、基板Ｗを保持するための溝型ポケットと、ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、ファンモータ５０７と、から構成されている。本実施例では、ローター６０のロボット式の第１の搬送ユニット６１により、基板を出し入れする。
【０１３０】
なお、カセットｃ内に収納される基板すなわちウェーハは、検査を受けるウェーハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウェーハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、ＣＭＰ、イオン注入等を受けた基板すなわちウェーハ、表面に配線パターンが形成されたウェーハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウェーハが、カセット内に収納される。カセットｃ内に収容されるウェーハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のウェーハと後述する第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになっている。
【０１３１】
図１７ないし図１９において、ミニエンバイロメント装置２０は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間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内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置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検査対象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリアライナー２５とを備えている。
【０１３２】
ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有していてい、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を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図１９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に取り付けられていて、気体（この実施例では空気）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、ミニエンバイロメント空間内において底壁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。この実施例では、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清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気をつくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間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、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウェーハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間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確保することができる。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。ウェー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。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空間内でなくその外側に設けてもよい。
【０１３３】
排出装置２４は、前記搬送ユニットのウェーハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置された吸入ダクト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。
【０１３４】
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたアライナー２５は、ウェーハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウェーハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ウェーハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出して
ウェーハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくようになっている。プリアライナーは請求項に記載された発明の検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このプリアライナー自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。
【０１３５】
なお、図示しないが、プリアライナーの下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナー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。
【０１３６】
図１７及び図１８において、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いて、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とを備えていて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、この実施例では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。この実施例において、ハウジング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で阻止するようになっている。ハウジング本体３２の周壁３２３のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウェーハ出し入れ用の出入り口３２５が形成されている。
【０１３７】
なお、防振装置は、空気バネ、磁気軸受け等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のものでよいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。ワーキングチャンバ３１は公知の構造の真空装置（図示せず）により真空雰囲気に保たれるようになっている。台フレーム３６の下には装置全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。
【０１３８】
図１７、図１８及び図２０において、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とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間でウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口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及び主ハウジング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上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間２１と第１の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、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。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ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と密に接触してそれら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によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置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公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ハウジング２２とローダハウジング４０との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。
【０１３９】
第１のローディングチャンバ４１内には、複数（この実施例では２枚）のウェーハを上下に隔てて水平の状態で支持するウェーハラック４７が配設されている。ウェーハラック４７は、図２１の示されるように、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ェーハＷの周縁を載せて保持するようになっている。そして後述する第１及び第２の搬送ユニットのアームの先端を隣接する支柱間からウェーハに接近させてアームによりウェーハを把持するようになっている。
【０１４０】
ローディングチャンバ４１及び４２は、図示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置（図示せず）によって高真空状態（真空度としては１０-5〜１０-6Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになっている。この場合、第１のローディングチャンバ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ち、ウェーハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような構造を採用することによってローディングチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるウェーハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバを採用することによって、後述するマルチビーム型電子線装置の原理と共に、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。
【０１４１】
第１及び第２のローディングチャンバ４１及び４２は、それぞれ真空排気配管と不活性ガス（例えば乾燥純窒素）用のベント配管（それぞれ図示せず）が接続されている。これによって、各ローディングチャンバ内の大気圧状態は不活性ガスベント（不活性ガスを注入して不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するのを防止する）によって達成される。このような不活性ガスベントを行う装置自体は公知の構造のものでよいので、その詳細な説明は省略する。
【０１４２】
なお、電子線を使用する本発明の検査装置において、後述する電子光学系の電子源として使用される代表的な六硼化ランタン（ＬａＢ6）等は一度熱電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めないために肝要であるが、電子光学系が配置されているワーキングチャンバにウェーハを搬入する前段階で上記のような雰囲気制御を行うことにより、より確実に実行できる。
【０１４３】
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１７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１７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。そのホルダ５５のウェーハ載置面５５１上にウェーハを解放可能に保持する。ホルダは、ウェーハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置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、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面５５１上でホルダに保持されたウェーハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１７において上下方向）に、更にウェーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めできるようになっている。なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウェーハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウェーハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御する。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ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公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。
【０１４４】
電子ビームに対するウェーハの回転位置やＸ、Ｙ位置を予め後述する信号検出系或いは画像処理系に入力することで得られる信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたウェーハチャック機構は、ウェーハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになっていて、ウェーハの外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ウェーハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランクピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。
【０１４５】
なお、この実施例では図１８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。
【０１４６】
ローダー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。
【０１４７】
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は任意の構造のものを使用できるが、この実施例では、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内に設けられた公知の構造の駆動機構（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の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ1−Ｏ1に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、には公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウェーハを把持する把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は、公知の構造の昇降機構６１５により上下方向に移動可能になっている。
【０１４８】
この第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２がカセットホルダに保持された二つのカセットｃの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセットｃ内に収容されたウェーハを１枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図１８に示すような状態）、アームがプリアライナー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ェーハをプリアライナー２５に載せる。プリアライナーから前記と逆にしてウェーハを受け取った後はアームは更に回転し第２のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ４１内のウェーハ受け４７にウェーハを受け渡す。なお、機械的にウェーハを把持する場合にはウェーハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウェーハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。
【０１４９】
第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ウェーハの搬送をウェーハラック４７とステージ装置の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。
【０１５０】
上記ローダー６０では、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ェーハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ウェーハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウェーハのウェーハラックへの載置及びそこからの取り出し及びウェーハのステージ装置への載置及びそこからの取り出しのときるだけである。したがって、大型のウェーハ、例えば直径３０ｃｍのウェーハの移動もスムースに行うことができる。
【０１５１】
次にカセットホルダに支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウェーハの搬送を順を追って説明する。
【０１５２】
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。この実施例において、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。
【０１５３】
カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きまたカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置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。
【０１５４】
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先端でカセット内に収容されているウェーハのうち１枚を受け取る。なお、アームと、カセットから取り出されるべきウェーハとの上下方向の位置調整は、この実施例では第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、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或いはその両者で行ってもよい。
【０１５５】
アーム６１２によるウェーハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャッタ装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム６１２は軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウェーハをプリアライナー２５の上に載せ、そのプリアライナーによってウェーハの回転方向の向き（ウェーハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ユニット６１はアームの先端にプリアライナー２５からウェーハを受け取ったのちアームを縮ませ、方向Ｍ４に向けてアームを伸長できる姿勢になる。するとシャッタ装置２７の扉２７２が動いて出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸びてウェーハを第１のローディングチャンバ４１内のウェーハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置２７が開いてウェーハラック４７にウェー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により気密状態で閉じられている。
【０１５６】
上記第１の搬送ユニットによるウェーハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置のハウジングの上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ェーハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施例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。
【０１５７】
ローダハウジング４０の第１のローディングチャンバ４１内のウェーハラック４７内に第１の搬送ユニット６１によりウェーハが載せられると、シャッタ装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ４１内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ４１内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバ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内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、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ェーハ受け４７から１枚のウェーハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して）。ウェーハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１で出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ装置４６が開く前にアーム６３２は予めウェーハラック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で出入り口４３７、３２５を閉じていて、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内との連通を気密状態で阻止しており、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気される。
【０１５８】
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内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット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１８で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図１８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がワーキングチャンバ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、アームが伸びてウェーハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置に接近する。そしてステージ装置５０の載置面５５１上にウェーハを載置する。ウェーハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
【０１５９】
以上は、カセットｃ内のウェーハをステージ装置上に搬送するまでの動作に付いて説明したが、ステージ装置に載せられて処理が完了したウェーハをステージ装置からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ウェーハラック４７に複数のウェーハを載置しておくため、第２の搬送ユニットでウェーハラックとステージ装置との間でウェーハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニットでカセットとウェーハラックとの間でウェーハの搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。
【０１６０】
具体的には、第２の搬送ユニットのウェーハラック４７に、既に処理済みのウェーハＡと、未処理のウェーハＢとがある場合、以下の手順に従う。
(1) 先ず、ステージ装置５０に未処理のウェーハＢを移動し、処理を開始する。
(2) この処理中に、処理済みウェーハＡを、アームによりステージ装置５０からウェーハラック４に移動し、未処理のウェーハＣを同じくアームによりウェー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ー４１のウェーハラック４７に移動する。このようにすることにより、ウェーハラック４７の中には、ウェーハＢを処理中に、処理済みのウェーハＡを未処理のウェーハＣに置き換えることができる。
【０１６１】
また、検査及び評価を行う、当該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、夫々の装置に一つのウェーハラック４７からウェーハを移動することにより、複数枚のウェーハを同じく処理することもできる。
【０１６２】
図２２及び２３において、主ハウジングの支持方法の変形例が示されている。図２２に示された変形例では、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、前記実施例の底壁に比較して薄い構造になっている。図２３に示された変形例では、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を吊り下げて状態で支持するようになっている。フレーム構造体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するようになっている。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。ハウジング本体３２ｂのこの図２３に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになっている。
【０１６３】
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外のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。
【０１６４】
電子光学装置７０は、図１に示す写像投影型の電子線装置を用いることができる。代替例として、図２４に示す別の写像投影型の電子線装置を用いてもよい。同図で略示された写像投影型電子線装置は、ハウジング本体３２に固定された鏡筒７１を備え、その中には、一次電子光学系（以下単に一次光学系）７２と、二次電子光学系（以下単に二次光学系）７４とを備える電子光学系と、検出系７６とが設けられている。一次光学系７２は、電子線を検査対象であるウェーハＷの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃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からなるレンズ系７２２と、ウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器７２３と、対物レンズ系７２４と、を備え、それらは、図２４に示されるように電子銃７２１を最上部にして順に配置されている。この実施例の対物レンズ系７２４を構成するレンズは減速電界型対物レンズである。この実施例では、電子銃７２１から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェーハＷに照射される照射光軸（ウェーハの表面に垂直になっている）に関して斜めになっている。対物レンズ系７２４と検査対象であるウェーハＷとの間には電極７２５が配置されている。この電極７２５は一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源７２６によって電圧制御されるようになっている。
【０１６５】
二次光学系７４は、Ｅ×Ｂ型偏向器７２４により一次光学系から分離された二次電子を通す静電レンズから成るレンズ系７４１を備えている。このレンズ系７４１は二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能する。
【０１６６】
検出系７６は、レンズ系７４１の結像面に配置された検出器７６１及び画像処理部７６３を備えている。
【０１６７】
次に、上記構成の電子光学装置７０の動作に付いて説明する。
【０１６８】
電子銃７２１から放出された一次電子線は、レンズ系７２２によって集束される。収束された一次電子線はＥ×Ｂ型偏向器７２３に入射され、ウェーハＷの表面に垂直に照射されるように偏向され、対物レンズ系７２４によってウェーハＷの表面上に結像される。
【０１６９】
一次電子線の照射によってウェーハから放出された二次電子は、対物レンズ系７２４によって加速され、Ｅ×Ｂ型偏向器７２３に入射し、その偏向器を直進して二次光学系のレンズ系７４１により検出器７６１に導かれる。そして、その検出器７６１によって検出され、その検出信号が画像処理部７６３に送られる。
【０１７０】
なお、この実施例において、対物レンズ系７２４は、１０ないし２０ｋＶの高電圧が印加され、ウェーハは設置されているものとする。
【０１７１】
ここで、ウェーハＷにビアｂがある場合に、電極７２５に与える電圧を−２００Ｖとすると、ウェーハの電子線照射面の電界は、０〜−０．１Ｖ／ｍｍ（−はウェーハＷ側が高電位であることを示す）となった。この状態で、対物レンズ系７２４とウェーハＷとの間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えたが、二次電子の検出効率が若干下がってしまう。したがって、電子線を照射し二次電子を検出する一連の動作を、例えば４回行い、得られた４回分の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度を得た。
【０１７２】
また、ウェーハにビアｂがない場合に、電極７２５に与える電圧を＋３５０Ｖとしても、対物レンズ系７２４とウェーハとの間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えた。この場合、電極７２５に与えた電圧によって二次電子が集束され、対物レンズ７２４によっても更に集束されるので、検出器７６１における二次電子の検出効率は向上した。よって、ウェーハ欠陥装置としての処理も高速となり、高いスループットで検査が行えた。
【０１７３】
プレチャージユニット８１は、図１７に示されるように、ワーキングチャンバ３１内で電子光学装置７０の鏡筒７１に隣接して配設されている。本検査装置では検査対象である基板すなわちウェーハに電子線を走査して照射することによりウェーハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウェーハ表面の情報とするが、ウェーハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってウェーハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウェーハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウェーハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。そこで、本実施例では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部８１１を有するプレチャージユニット８１が設けられている。検査するウェーハの所定の箇所に検査電子を照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージユニットの荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウェーハ表面のチャージアップは予め検出対称であるウェーハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージユニット８１を動作させる。
【０１７４】
また、このプレチャージユニットでは一次電子線をぼかして照射してもよい。
【０１７５】
図２５において、電位印加機構８３は、ウェーハから放出される二次電子情報（二次電子発生率）が、ウェーハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウェーハを載置するステージの設置台に±数Ｖの電位を印加することにより二次電子の発生を制御するものである。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有しているエネルギーを減速し、ウェーハに１００〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。
【０１７６】
電位印加機構８３は、図２５に示されるように、ステージ装置５０の載置面５４１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、電子光学装置７０の検出系７６の画像形成部７６３に電気的に接続されたモニター８３３と、モニター８３３に接続されたオペレータコンソール８３４と、オペレータコンソール８３４に接続されたＣＰＵ８３５とを備えている。ＣＰＵ８３５は、前記電圧印加装置８３１に信号を供給するようになっている。
【０１７７】
上記電位印加機構は、検査対象であるウェーハが帯電し難い電位を探し、その電位を印加するように設計されている。
【０１７８】
図２６において、電子ビームキャリブレーション機構８５は、前記回転テーブル上でウェーハの載置面５４１の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用のそれぞれ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（約φ２μｍ）で、ファラデーカップ８５２太いビーム用（約φ３０μｍ）である。細いビーム用のファラデーカップ８５１では回転テーブルをステップ送りすることで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のファラデーカップ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上に載せられたウェーハＷの上表面と同じレベルになるように配置されている。このようにして電子銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使用しているうちにその放出量が変化するためである。
【０１７９】
図２７に示すアライメント制御装置８７は、ステージ装置５０を用いてウェーハＷを電子光学装置７０に対して位置決めさせる装置であって、ウェーハを光学顕微鏡８７１を用いた広視野観察による概略合わせ（電子光学系によるよりも倍率が低い測定）、電子光学装置７０の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でウェーハを検査するのは、ウェーハのパターンの検査を自動的に行うためには、電子線を用いた狭視野でウェーハのパターンを観察してウェーハライメントを行う時に、電子線によりアライメントマークを容易に検出する必要があるからである。
【０１８０】
光学顕微鏡８７１は、ハウジングに設けられ（ハウジング内で移動可能な設けられていてもよい）ており、光学顕微鏡を動作させるための光源も図示しないがハウジング内に設けられている。また高倍率の観察を行う電子光学系は電子光学装置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。その構成を概略図示すれば、図２７に示されるようになる。ウェーハ上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置５０のＸステージ５３をＸ方向に動かすことによってウェーハの被観察点を光学顕微鏡の視野内に移動させる。光学顕微鏡８７１で広視野でウェーハを視認してそのウェーハ上の観察すべき位置をＣＣＤ８７２を介してモニタ８７３に表示させ、観察位置をおおよそ決定する。この場合光学顕微鏡の倍率を低倍率から高倍率に変化させていってもよい。
【０１８１】
次に、ステージ装置５０を電子光学装置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て光学顕微鏡で予め決めたウェーハ上の被観察点を電子光学装置の視野位置に移動させる。この場合、電子光学装置の軸線Ｏ3−Ｏ3と光学顕微鏡８７１の光軸Ｏ4−Ｏ4との間の距離（この実施例ではＸ軸線に沿った方向にのみ両者は位置ずれしているものとするが、Ｙ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしていてもよい）δｘは予めわかっているのでその値δｘだけ移動させれば被観察点を視認位置に移動させることができる。電子光学装置の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学系により高倍率で被観察点をＳＥＭ撮像して画像を記憶したり又はＣＣＤ７６１を介してモニタ７６５に表示させる。
【０１８２】
このようにして電子光学系による高倍率でウェーハの観察点をモニタに表示させた後、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ェー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に対するウェーハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターのＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれを検出する。そしてその検出値並びに別途得られたウェーハに設けられた検査マークのデータ或いはウェーハのパターンの形状等に関するデータに基づいてステージ装置５０の動作を制御してウェーハのアライメントを行う。
【０１８３】
第６の実施例によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
（ロ）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
（ハ）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
（ニ）プレチャージユニットを設けているので、絶縁物でできたウェーハも帯電による影響を受けがたい。
（第７の実施例）
第７の実施例は、ステージの改善に関する。本実施例を説明する前に従来のステージを説明する。
【０１８４】
半導体ウェーハ等の試料表面等に電子ビーム等の荷電ビームを照射することによって、その試料表面上を半導体回路等のパターンで露光し若しくは試料表面上に形成されたパターンを検査する装置、或いは荷電ビームを照射することによって試料に対して超精密加工を施す装置においては、試料を真空中で精度良く位置決めするステージが使用されている。
【０１８５】
かかるステージに対して非常に高精度な位置決めが要求される場合には、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に排気されないように、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、真空チャンバの真空度を維持している。
【０１８６】
かかる従来技術によるステージの一例が図２９に示されている。同図の構造において、真空チャンバＣを構成するハウジング８−７に、荷電ビームを発生し試料に照射する荷電ビーム装置の鏡筒１の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−７が取り付けられている。鏡筒内部は真空配管１０−７によって真空排気されており、チャンバＣは真空配管１１−７によって真空排気されている。そして、荷電ビームは鏡筒１−７の先端部２−７から、その下に置かれたウェーハ等の試料Ｓに対して照射される。
【０１８７】
試料Ｓは試料台４−７に公知の方法により取り外し可能に保持されており、試料台４−７はＸＹステージ（以下単にステージ）３−７のＹ方向可動部５−７の上面に取り付けられている。上記Ｙ方向可動部５−７には、ステージ３−７のＸ方向可動部６−７のガイド面６ａ−７と向かい合う面（図２９［Ａ］において左右両面及び下面）に静圧軸受け９−７が複数取り付けられており、この静圧軸受け９−７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２９［Ｂ］で左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受けの周りには、静圧軸受けに供給される高圧ガスが真空チャンバＣ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３０に示す。静圧軸受け９−７の周囲に二重に溝１８−７と１７−７が構成されており、これらの溝は図示され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方向可動部５−７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できるようになっている。これらの二重の溝１８−７と１７−７は可動部５−７の静圧軸受け９−７が設けられている面にその静圧軸受けを囲むようにして形成されている。なお、静圧軸受け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。
【０１８８】
このＹ方向可動部５−７を搭載しているＸ方向可動部６−７は、図２９からも明らかなように、上方に開口している凹形の形状を有していて、そのＸ方向可動部６−７にもまったく同様の静圧軸受け及び溝が設けられていて、ステージ台７−７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。
【０１８９】
これらのＹ方向可動部５−７とＸ方向可動部６−７の移動を組み合わせることによって、試料Ｓを鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−７に関して水平方向任意の位置に移動させ、試料の所望の位置に荷電ビームを照射することができる。
【０１９０】
上記の静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージでは、ステージが移動する際に、静圧軸受け９−７に対向するガイド面６ａ−７や７ａ−７は、静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とチャンバ内の真空環境の間を往復運動する。この時ガイド面では、高圧ガス雰囲気に曝されている間にガスが吸着し、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。このためステージが移動する度に、チャンバＣ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が安定に行えなかった、試料が汚染されてしまうという問題があった。
【０１９１】
以下図面を参照して、上記問題を解決するためなされた本発明の第７の実施例に係る電子線装置の実施例を説明する。なお、図２９の従来例及び複数の実施例において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。
【０１９２】
図３１において、第７の実施例の第１の実施態様が示されている。
【０１９３】
ステージ３のＹ方向可動部５−７の上面には＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図３１［Ｂ］で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板１４−７が取り付けられ、Ｘ方向可動部６−７の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部５０−７が構成されるようになっている。また、Ｘ方向可動部６−７の上面にも同様の仕切り板１２−７が±Ｘ方向（図３１［Ａ］で左右方向）に張り出すように構成されており、ステージ台７−７の上面との間に常に絞り部５１−７が形成されるようになっている。ステージ台７−７は、ハウジング８−７内において底壁の上に公知の方法で固定されている。
【０１９４】
このため、試料台４−７がどの位置に移動しても常に絞り部５０−７と５１−７が形成されるので、可動部５−７及び６−７の移動時にガイド面６ａ−７や７ａ−７からガスが放出されても、絞り部５０−７と５１−７によって放出ガスの移動が妨げられるため、荷電ビームが照射される試料近傍の空間２４−７の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。
【０１９５】
ステージの可動部３−７の側面及び下面並びに可動部６−７の下面には、静圧軸受け９−７の周囲に、図３０に示されるような差動排気用の溝が形成されていてこの溝によって真空排気されるため、絞り部５０−７、５１−７が形成されている場合は、ガイド面からの放出ガスはこれらの差動排気部によって主に排気されることになる。このため、ステージ内部の空間１３−７や１５−７の圧力は、チャンバＣ内の圧力よりも高い状態になっている。したがって、空間１３−７や１５−７を、差動排気溝１７−７や１８−７で排気するだけでなく、真空排気する箇所を別に設ければ空間１３−７や１５−７の圧力を下げることができ、試料近傍２４−７の圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真空排気通路１１−１−７と１１−２−７とが設けられている。排気通路はステージ台７−７及びハウジング８−７を貫通してハウジング８−７の外部に通じている。また、排気通路１１−２−７はＸ方向可動部６−７に形成されＸ方向可動部６−７の下面に開口している。
【０１９６】
また、仕切り板１２−７及び１４−７を設置すると、チャンバＣと仕切り板が干渉しないようにチャンバを大きくする必要が生じるが、仕切り板を伸縮可能な材料や構造にすることによってこの点を改善することが可能である。この実施例としては、仕切り板をゴムで構成したり蛇腹状にして、その移動方向の端部を、仕切り板１４−７の場合はＸ方向可動部６−７に、仕切り板１２−７の場合はハウジング８−７の内壁にそれぞれ固定する構成とすることが考えられる。
【０１９７】
図３２において、第２の実施態様が示されている。
【０１９８】
この実施態様では、鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部２の周囲に、試料Ｓの上面との間に絞り部ができるように円筒状の仕切り１６−７が構成されている。このような構成では、ＸＹステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇しても、仕切りの内部２４−７は仕切り１６−７で仕切られており真空配管１０−７で排気されているので、チャンバＣ内と仕切りの内部２４−７との間に圧力差が生じ、仕切り内部の空間２４−７の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り１６−７と試料面との隙間は、チャンバＣ内と照射部２−７周辺の圧力をどの程度に維持するかによって変わるが、凡そ数十μｍないし数ｍｍ程度が適当である。なお、仕切り１６−７内と真空配管とは公知の方法により連通されている。
【０１９９】
また、荷電ビーム照射装置では、試料Ｓに数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料を試料の近傍に設置すると放電を起こす恐れがある。この場合には、仕切り１６−７の材質をセラミックス等の絶縁物で構成すれば、試料Ｓと仕切り１６−７との間で放電を起こすことがなくなる。
【０２００】
なお、試料Ｓ（ウェーハ）の周囲に配置したリング部材４−１−７は試料台４−７に固定された板状の調整部品であり、ウェーハのような試料の端部に荷電ビームを照射する場合であっても、仕切り１６−７の先端部全周に亘って微小隙間５２−７が形成されるように、ウェーハと同一の高さに設定されている。これによって、試料Ｓのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕切り１６−７の先端部には常に一定の微小隙間５２−７が形成され、鏡筒先端部周囲の空間２４−７の圧力を安定に保つことができる。
【０２０１】
図３３において、更に別の第３の実施態様が示されている。
【０２０２】
鏡筒１−７の荷電ビーム照射部２−７の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り１９−７が設けられている。仕切り１９−７は円筒状の形状をしており、その内部に円周溝２０−７が形成され、その円周溝からは上方に排気通路２１−７が延びている。その排気通路は内部空間２２−７を経由して真空配管２３−７に繋がれている。仕切り１９−７の下端は試料Ｓの上面との間に数十μｍないし数ｍｍ程度の微小隙間を形成している。
【０２０３】
このような構成では、ステージの移動に伴ってステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部２−７にガスが流入しようとしても、仕切り１９−７が試料Ｓとの隙間を絞ってコンダクタンスを非常に小さくしているためガスは流入を邪魔され流入量は減少する。更に、流入したガスは、円周溝２０−７から真空配管２３−７へ排気されるため、荷電ビーム照射部２−７の周囲の空間２４−７へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照射部２−７の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。
【０２０４】
図３４において、更に別の第４の実施態様が示されている。
【０２０５】
チャンバＣと荷電ビーム照射部２−７の周囲には仕切り２６−７が設けられ、荷電ビーム照射部２−７をチャンバＣから隔てている。この仕切り２６−７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２９−７を介して冷凍機３０−７に連結されており、−１００℃ないし−２００℃程度に冷却されている。部材２７−７は冷却されている仕切り２６−７と鏡筒の間の熱伝導を阻害するためのものであり、セラミックスや樹脂材等の熱伝導性の悪い材料から成っている。また、部材２８−７はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り２６−７の下端に形成され試料Ｓと仕切り２６−７が放電することを防ぐ役割を持っている。
【０２０６】
このような構成により、チャンバＣ内から荷電ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切り２６−７で流入を阻害される上、流入しても仕切り２６−７の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム照射部２４−７の圧力を低く保つことができる。
【０２０７】
なお、冷凍機としては、液体窒素による冷却や、Ｈｅ冷凍機、パルスチューブ式冷凍機等の様様な冷凍機が使用できる。
【０２０８】
図３５において、更に別の第５の実施態様が示されている。
【０２０９】
ステージ３−７の両可動部には、図３１に示したのと同様に仕切り板１２−７、１４−７が設けられており、試料台４−７が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによってステージ内の空間１３−７とチャンバＣ内とが絞り５０−７、５１−７を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部２−７の周りには図３２に示したのと同様の仕切り１６−７が形成されており、チャンバＣ内と荷電ビーム照射部２−７のある空間２４−７が絞り５２−７を介して仕切られている。このため、ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間１３−７に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チャンバＣの圧力上昇は低く抑えられ、空間２４−７の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射空間２４−７の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り１６−７に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り１９−７としたり、図３３に示したように冷凍機で冷却された仕切り２６−７とすることによって、空間２４−７を更に低い圧力で安定に維持することができるようになる。
【０２１０】
鏡筒１−７内に設けられる電子線装置は、必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。例えば、図１等に示す写像投影型、図４１等に示す走査型のいずれも適用可能である。
【０２１１】
第７の実施例によれば、適宜、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。
（ロ）静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
（ハ）荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。
（ニ）真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
（ホ）第１の実施態様によれば、ステージが移動した時の圧力上昇を低く抑えることが可能になる。
（ヘ）第２の実施態様によれば、ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑えることが可能である。
（ト）第３の実施態様によれば、ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検査装置を提供することができる。
（チ）第４の実施態様によれば、ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。
（リ）第５の実施態様によれば、ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
（第８の実施例）
第８の実施例は、ステージの改善に関する。本実施例を説明する前に従来のステージを説明する。
【０２１２】
第７の実施例と同様の従来技術によるステージの一例が図３６に示されている。同図の構造において、真空チャンバＣを構成するハウジング１４′−８に、荷電ビームを発生し試料に照射する荷電ビーム装置の鏡筒１の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８が取り付けられている。鏡筒内部は真空配管１８−８によって真空排気されており、チャンバＣは真空配管１９′−８によって真空排気されている。そして、荷電ビームは鏡筒１−８の先端部２−８から、その下に置かれたウェーハ等の試料Ｓに対して照射される。
【０２１３】
試料Ｓは試料台ｔに公知の方法により取り外し可能に保持されており、試料台ｔはＸＹステージ（以下単にステージ）３′−８のＹ方向可動部４′−８の上面に取り付けられている。上記Ｙ方向可動部４′−８には、ステージ３−８のＸ方向可動部５′−８のガイド面５ａ′−８と向かい合う面（図３６［Ａ］において左右両面及び下面）に静圧軸受け９′−８が複数取り付けられており、この静圧軸受け９′−８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３６［Ｂ］で左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受けの周りには、静圧軸受けに供給される高圧ガスが真空チャンバＣ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３７に示す。静圧軸受け９−８の周囲に二重に溝ｇ１とｇ２が構成されており、これらの溝は図示され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方向可動部４′−８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できるようになっている。これらの二重の溝ｇ１とｇ２は可動部４′−８の静圧軸受け９′−８が設けられている面にその静圧軸受けを囲むようにして形成されている。なお、静圧軸受け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。
【０２１４】
このＹ方向可動部４′−８を搭載しているＸ方向可動部５′−８は、図３６からも明らかなように、上方に開口している凹形の形状を有していて、そのＸ方向可動部５′−８にもまったく同様の静圧軸受け及び溝が設けられていて、ステージ台６′−８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。
【０２１５】
これらのＹ方向可動部４′−８とＸ方向可動部５′−８の移動を組み合わせることによって、試料Ｓを鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８に関して水平方向任意の位置に移動させ、試料の所望の位置に荷電ビームを照射することができる。
【０２１６】
上記の静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージでは、差動排気機構を設けたため、大気中で使用される静圧軸受け式ステージに比べて構造が複雑で大型になり、ステージとしての信頼性が低く、高コストになるという問題があった。
【０２１７】
以下図面を参照して、上記問題を解決するためなされた本発明の第８の実施例に係る電子線装置の実施形態を説明する。なお、図３６の従来例及び実施形態において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。なお、この明細書中で「真空」とは当該技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。
【０２１８】
図３８において、第８の実施例の第１の実施態様が示されている。
【０２１９】
荷電ビームを試料に向かって照射する鏡筒１−８の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８が真空チャンバＣを画成するハウジング１４−８に取り付けられている。鏡筒１−８の直下には、ＸＹステージ３−８のＸ方向（図３８において左右方向）の可動テーブル上に載置されている試料Ｓが配置されるようになっている。この試料Ｓは高精度なＸＹステージ３−８によって、その試料面上の任意の位置に対して正確に荷電ビームを照射させることができる。
【０２２０】
ＸＹステージ３の台座６−８はハウジング１４−８の底壁に固定され、Ｙ方向（図３８において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５が台座６−８の上に載っている。Ｙテーブル５−８の両側面（図３８において左右側面）には、台座６−８に載置された一対のＹ方向ガイド７ａ−８及び７ｂ−８のＹテーブルに面した側に形成された凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＹ方向ガイドのほぼ全長に亘ってＹ方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け１１ａ−８、９ａ−８、１１ｂ−８、９ｂ−８、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５はＹ方向ガイド７ａ−８、７ｂ−８に対して非接触で支持され、Ｙ方向に円滑に往復運動できるようになっている。また、台座６−８とＹテーブル５−８との間には、公知の構造のリニアモータ１２−８が配置されており、Ｙ方向の駆動をそのリニアモータで行うようになっている。Ｙテーブルには、高圧ガス供給用のフレキシブル配管２２−８によって高圧ガスが供給され、Ｙテーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を通じて上記静圧軸受け９ａ−８ないし１１ａ−８及び９ｂ−８ないし１１ｂ−８に対して高圧ガスが供給される。静圧軸受けに供給された高圧ガスは、Ｙ方向ガイドの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出してＹテーブルを案内面に対してＸ方向とＺ方向（図３８において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
【０２２１】
Ｙテーブル上にはＸテーブル４−８がＸ方向（図３８において左右方向）に移動可能に載置されている。Ｙテーブル５−８上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド７ａ−８、７ｂ−８と同じ構造の一対のＸ方向ガイド８ａ−８、８ｂ−８（８ａ−８のみ図示）がＸテーブル４−８を間に挟んで設けられている。Ｘ方向ガイドのＸテーブルに面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブルの側部（Ｘ方向ガイドに面した側部）には凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＸ方向ガイドのほぼ全長に亘って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル４−８の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け１１ａ−８、９ａ−８、１０ａ−８、１１ｂ−８、９ｂ−８、１０ｂ−８と同様の静圧軸受け（図示せず）が同様の配置で設けられている。Ｙテーブル５−８とＸテーブル４−８との間には、公知の構造のリニアモータ１３−８が配置されており、ＸテーブルのＸ方向の駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そして、Ｘテーブル４−８にはフレキシブル配管２１−８によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けからＸ方向ガイドの案内面に対して噴出されることによって、Ｘテーブル４−８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。真空チャンバＣは公知の構造の真空ポンプ等に接続された真空配管１９−８、２０ａ−８、２０ｂ−８によって排気されている。配管２０ａ−８、２０ｂ−８の入口側（真空チャンバ内側）は台座６−８を貫通してその上面において、ＸＹステージ３−８から高圧ガスが排出される位置の近くで開口しており、真空チャンバ内の圧力が静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。
【０２２２】
鏡筒１−８の先端部すなわち荷電ビーム照射部２−８の周囲には、差動排気機構２５−８が設けられ、真空チャンバＣ内の圧力が高くても荷電ビーム照射空間３０−８の圧力が十分低くなるようにしてある。すなわち、荷電ビーム照射部２−８周囲に取り付けられた差動排気機構２５−８の環状部材２６−８は、その下面（試料Ｓ側の面）と試料との間で微少隙間（数ミクロンから数百ミクロン）４０−８が形成されるように、ハウジング１４−８に対して位置決めされており、その下面には環状溝２７−８が形成されている。環状溝２７−８は排気管２８−８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４０−８は環状溝２７−８及び排気口２８−８を介して排気され、真空チャンバＣから環状部材２６−８によって囲まれた空間３０−８内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてしまう。これにより、荷電ビーム照射空間３０−８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。
【０２２３】
この環状溝は、チャンバ内の圧力、荷電ビーム照射空間３０−８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。
【０２２４】
静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、試料表面に付着して荷電ビーム照射空間の真空度を悪化させてしまうからである。
【０２２５】
なお、以上の説明において、試料Ｓは通常Ｘテーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外し可能に保持したりＸＹステージ３−８に対して微少な位置変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置されているが、試料台の有無及びその構造は本願発明の要旨には関係ないので、説明を簡素化するために省略されている。
【０２２６】
以上に説明した荷電ビーム装置では、大気中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステージと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで荷電ビーム装置用のＸＹステージに対して実現できる。
【０２２７】
なお、以上説明した静圧ガイドの構造や配置及びアクチュエータ（リニアモータ）はあくまでも一実施例であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやアクチュエータならば何でも適用できる。
【０２２８】
次に差動排気機構の環状部材２６−８及びそれに形成される環状溝の大きさの数値例を図３９に示す。なお、この例では環状溝は２７ａ−８及び２７ｂ−８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。
【０２２９】
静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構の環状部材２６−８及び環状溝等の寸法を、図３９に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間３０−８内の圧力を１０-4Ｐａ（１０-6Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【０２３０】
なお、差動排気機構は、荷電ビーム照射空間３０−８内の圧力を所定圧力に維持できるならば、その形状も本実施形態のような同心円状に限らず、矩形や多角形でもよい。更に、全周ではなく、周囲の一部に設けられてもよい。
【０２３１】
図４０において、第８実施例の第２の態様が示されている。ハウジング１４−８によって画成された真空チャンバＣには、真空配管７４−８、７５−８を介してドライ真空ポンプ５３−８が接続されている。また、差動排気機構２５−８の環状溝２７−８は排気口２８−８に接続された真空配管７０−８を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ５１−８が接続されている。更に、鏡筒１−８の内部は、排気口１８−８に接続された真空配管７１−８を介して、ターボ分子ポンプ５２−８が接続されている。これらのターボ分子ポンプ５１−８、５２−８は、真空配管７２−８、７３−８によってドライ真空ポンプ５３−８に接続されている。（本図では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを１台のドライ真空ポンプで兼用したが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、真空配管の内径や長さに応じて、それらを別系統のドライ真空ポンプで排気する場合も考えられる。）
ＸＹステージ３−８の静圧軸受けには、フレキシブル配管２１−８、２２−８を通して高純度の不活性ガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス等）が供給される。静圧軸受けから噴出したこれらのガス分子は真空チャンバ内に拡散し、排気口１９−８、２０ａ−８、２０ｂ−８を通してドライ真空ポンプ５３−８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２７−８或いは鏡筒１−８の先端部から吸引され、排気口２８−８及び１８−８を通ってターボ分子ポンプ５１−８及び５２−８によって排気され、ターボ分子ポンプから排出された後ドライ真空ポンプ５３−８によって排気される。
【０２３２】
このように、静圧軸受けに供給された高純度不活性ガスはドライ真空ポンプに集められて排出される。
【０２３３】
一方、ドライ真空ポンプ５３−８の排気口は、配管７６−８を介して圧縮機５４−８に接続され、圧縮機５４−８の排気口は配管７７−８、７８−８、７９−８及びレギュレータ６１−８、６２−８を介してフレキシブル配管２１−８、２２−８に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ５３−８から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機５４−８によって再び加圧されレギュレータ６１−８、６２−８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。
【０２３４】
なお、静圧軸受けに供給されるガスは上述したようにできるだけ高純度にし、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ及び圧縮機は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。また、圧縮機の排出側配管７７の途中にコールドトラップやフィルタ等（６０−８）を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることも有効である。
【０２３５】
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。
【０２３６】
なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系６３−８が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンバＣや真空配管７０−８〜７５−８及び加圧側配管７６−８〜８０−８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。
【０２３７】
また、ドライ真空ポンプ５３−８に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ５３−８と圧縮機５４−８を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。
【０２３８】
更に、鏡筒の排気に用いる超高真空ポンプには、ターボ分子ポンプの代わりにイオンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合は、この部分には循環配管系を構築することはできないことになる。また、ドライ真空ポンプの代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することももちろん可能である。
【０２３９】
鏡筒１−８内に設けられる電子線装置は、必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。例えば、図１等に示す写像投影型、図４１等に示す走査型のいずれも適用可能である。
【０２４０】
第８の実施例によれば、適宜、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ（差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うことができる。
（ロ）荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料への処理を安定化させることができる。
（ハ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提供することができる。
（ニ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供することができる。
（ホ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
（第９実施例）
図１の欠陥検査システムは、走査型の電子線装置に置き換えることができる。そのような走査型電子線装置に関する、本発明の第９実施例の構成と動作とを、図４１を用いて説明する。同図において、電子銃１−９はウェーネルト３１−９とカソード３２−９とを備え、直径が１０ミクロン程度の、クロスオーバーを有する一次電子線を放出する。こうして放出された一次電子線は、軸合わせ用偏向器３３−９，３４−９を経てコンデンサ・レンズ２−９を通過し、コンデンサ・レンズ２−９によって集束され、偏向器１２−９およびウィーン・フィルタ８−９を通過した後、対物レンズ９−９によって縮小されて１００ｎｍ以下のプローブを形成する。そして、ステージＳ−９上に載置された試料１０−９の表面に形成された、例えば矩形の複数の回路パターンの一つの上に結像される。試料１０−９は、偏向器１２−９および４０−９を用いて一次電子線による走査が行われる。
【０２４１】
一次電子線による走査の結果、試料１０−９上のパターンから放出された二次電子線は、対物レンズ９−９の電界によって引かれて加速され、ウィーン・フィルタ８−９によって光軸Ｌから逸れるように偏向されて一次電子線から分離される。こうして二次電子線は二次電子線検出部４１−９によって検出される。二次電子検出部４１−９は、入射した二次電子線の強度を表す電気信号を出力する。この二次電子検出部４１−９から出力された電気信号は、その対応の増幅器（図示せず）によって増幅された後、画像処理部４２−９に入力される。
【０２４２】
図４１に示すように、電子銃１−９，軸合わせ用偏向器３３−９，３４−９、コンデンサ・レンズ２−９、偏向器１２−９、ウィーン・フィルタ８−９、対物レンズ９−９および二次電子検出部４１−９は、試料１０−９の所与の範囲に対応する径の鏡筒４３−９内に収納されて、一つの電子線走査・検出系４４−９が構成され、一つの電子線走査・検出系４４−９によって、試料１０−９上の回路パターンが走査される。実際には、試料１０−９の表面には複数のダイが形成されている。電子線走査・検出系４４−９と同様の構成の電子線走査・検出系（図示せず）が、鏡筒４３−９と並列する形で、試料１０−９上の異なるダイの同じ場所を走査するよう配置される。
【０２４３】
電子線走査・検出系４４−９について既に説明したとおり、それぞれの電子線走査・検出系内の二次電子検出系から出力された電気信号は、画像処理部４２−９に入射される。そこで、画像処理部４２−９は、それぞれの検出系から入力された電気信号を２値化情報に変換し、この２値化情報を、電子線走査信号を参照して画像データに変換する。これを実現するため、静電偏向器１２−９に与えられた信号波形が画像処理部４２−９に供給される。試料１０−９の表面に形成されたダイ毎に得られた画像データは、適宜の記憶手段に蓄積されると共に、基準のダイパターンと比較される。これにより、試料１０−９の表面上に形成された複数のダイパターンの一つひとつについて欠陥を検出することができる。
【０２４４】
なお、図４１に示す実施の形態においては、試料１０−９上の或るダイパターンを表す画像データとの比較のために画像処理部４２−９が使用する基準の回路パターンとしては、種々のものを使用することができ、例えば、その画像データを生じる走査が行われたダイパターンのＣＡＤデータから得られた画像データを用いることができる。
【０２４５】
ウィーン・フィルタ８−９は静電偏向器３９−９とその周囲を取り巻くよう設置された電磁偏向器４０−９とを備えている。この電磁偏向器４０−９として、例えば、白金合金を用いた永久磁石を電磁コイルの代わりに使用することが望ましい。これは、真空中で電流を流すことが適切でないからである。また、偏向器１２−９は一次電子線の方向を対物レンズ９−９の軸と一致させるための軸合わせ装置を兼用する。
【０２４６】
電子線装置・検出系４４−９において、コンデンサ・レンズ２−９と対物レンズ９−９を作製するには、まず、セラミックスを図４１に示す断面形状を有するよう高精度加工し、加工済みのセラミックスの表面に選択的に金属をコーティングして上部電極３５−９、中央電極３６−９および下部電極３７−９を形成する。上部電極３５−９にはアースに近い電圧が与えられ、中央電極３６−９には、金属の電流導入端子３８−９から正または負の、絶対値の大きい電圧が印加され、これにより、レンズ作用が得られる。
【０２４７】
このように、コンデンサ・レンズ２−９および対物レンズ９−９をセラミックスの削り出しで作製するため、これらのレンズを高精度に加工することが可能であり、外径寸法を小さくすることができる。したがって、例えば、コンデンサ・レンズ２−９および対物レンズ９−９の外径を直径２０ｍｍ以下にすると、直径２００ｍｍのウェーハの直径１４０ｍｍの範囲を検査する場合には、６個の電子線走査・検出系を配置することができ、６倍のスループットを得ることができる。
【０２４８】
以下に本発明による電子線装置の実施の形態における特徴部分を説明する。対物レンズ９−９は、静電レンズとされ、該レンズのいずれかの電極には正の高電圧が印加されている。一方、試料ウェーハ１０−９には負の高電圧が電圧源２０−９によって印加されている。これにより、対物レンズ９−９と試料ウェーハ１０−９との間には、減速電界が形成される。
【０２４９】
ウェーハ１０−９がビア付きウェーハである場合、ビアに一次電子線が入射すると、ビアはタングステン等の高原子番号金属でできているので、多量の二次電子を放出することになる。また、ビアの近傍は、減速電界のため局部的にさらに大きい電界が生じている。これらの理由で、ビア付きのウェーハは放電が非常に起こりやすい状況にある。
【０２５０】
しかしながら、このような条件がそろっても、直ちに放電が起こるわけではない。まず、電界の大きい部分の残留気体が局所的に発光する、コロナ放電が起こり、次いで火花放電という過渡状態を経てアーク放電に移行する。本明細書では、このコロナ放電の時期から火花放電の始めにかけてを「放電の前駆現象」と呼ぶ。
【０２５１】
この放電の前駆現象の時期で、ビーム電流を下げて一次電子線を一定量以下にするか、または、対物レンズ９−９と試料ウェーハ１０−９との間の減速電界電圧を下げることにより、あるいは、これら双方の処置を行うことにより、アーク放電に至ることは避けられ、ウェーハの破壊も防止できることが判明した。
【０２５２】
また、放電を起こしやすいウェーハと起こしにくいウェーハとでは、どの程度の減速電界電圧および一次電子線量ならば放電を起こさないかが異なるため、これらの値を低レベルで固定することなく、それぞれのウェーハについて放電を起こさないための限界値を知ることが望ましい。
【０２５３】
図４１に示す本発明の電子線装置においては、試料ウェーハ１０−９と対物レンズ９−９との間の放電あるいは放電の前駆現象を検出して信号を発生するための検出器として、ＰＭＴ１９−９および試料電流計２１−９が設けられている。ＰＭＴ１９−９はコロナ放電およびアーク放電の発光を検出し、試料電流計２１−９はコロナ放電時およびアーク放電時の異常な電流を検出することができる。
【０２５４】
放電前駆現象時に、ＰＭＴ１９−９がコロナ放電の発光を検出するか、試料電流計２１−９が異常な電流を検出すると、これらの情報はＣＰＵ２２−９に入力される。このときの減速電界の電圧および電子銃１−９のビーム電流値（一次電子線量に対応）が、放電を起こさない条件を判断する基礎データとなる。ＣＰＵ２２−９は、発光または異常電流あるいはこれらの双方を示す入力に応答して、放電が生じないよう、減速電界の電圧２０−９を下げるか、電子銃１−９にフィードバック信号を送ってビーム電流を下げて一次電子線を一定量以下にするなどの制御を行う。ＣＰＵ２２−９は、これらの制御の双方を行ってもよい。
【０２５５】
ＰＭＴ１９−９および試料電流計２１−９は、双方が使用されることが好ましいが、その一方を省略することもできる。
【０２５６】
図４２は、一枚のウェーハ上におけるデバイスの配置を示す。円形ウェーハ５０−９から複数の長方形チップ５１−９を取るのであるが、符号５２−９、５３−９で示すように、完全な１チップ分に満たない欠損チップが周辺の領域に存在する。これらの欠損チップ領域についてもまた、通常のリソグラフィを行い、各種プロセスも完全チップ５１−９の領域と同様の処理が行われる。一方、これらの欠損チップは、製品として用いられることはないので、この一部領域が破壊されても問題はない。そこで、これらの欠損チップの領域を用いて、放電の前駆現象を検出するだけにとどまらず、破壊をおそれずに放電現象の検出まで行うようにすれば、放電を起さない条件をより正確に判断することができる。この場合、ＰＭＴ１９−９はアーク放電の発光を検出し、試料電流計２１−９はアーク放電時の異常電流を検出してＣＰＵ２２−９に信号を送ることになる。また、ＣＰＵ２２−９は、放電を生じない限界値としての減速電界の電圧値およびビーム電流値（一次電子線量に対応）を正確に指示することができる。
【０２５７】
第９実施例の電子線装置によれば、放電しやすいウェーハ、しにくいウェーハのそれぞれについて、放電しない条件を個々に判断することができる。
【０２５８】
また、ウェーハの周辺における欠損（不完全）チップの領域を利用して放電現象の検出まで行えば、放電を起こさない限界条件を正確に知ることができる。また、正常な（完全な）チップの領域を利用した場合でも、放電前駆現象の検出にとどめれば、正常なチップを破損することなく、放電を起こさない条件を有効程度に知ることができる。いずれにしろ、正常なチップを破壊することがないので、高スループットの条件で、すなわち二次電子検出効率の良い条件でウェーハの評価作業を行うことができる。マルチビームを用いればさらに高スループットとなる。
（第１０実施例）
以下、本発明の第１０実施例に係る走査型電子線装置の実施例について図面を参照しながら説明する。図４３は、本発明の第１０実施例に係る電子線装置を概略的に示す。図４３に示すように、電子線装置は、構成が同じ複数の電子光学鏡筒６０−１０（図示の例では８個）を試料４３−１０上に並設して構成されている。このうちの一つの電子光学鏡筒６−１０は、電子銃２０−１０と、一次電子線の軸合わせを行うための軸合わせ電極２４−１０，２５−１０と、コンデンサレンズ６１−１０と、一次電子ビーム走査用の静電偏向器２７−１０と、電磁偏向器２９−１０と静電偏向器３０−１０とから構成されたＥ×Ｂ分離器６２−１０と、対物レンズ４１−１０と、電位コントラスト測定用の軸対称電極４２−１０と、一次電子線から分離された二次電子線が結像され、二次電子線の検出信号を検出する検出手段としての検出器２８−１０とを有している。
【０２５９】
電子銃２０−１０は、ショットキーシールド２１−１０とＴＦＥカソード２２−１０とアノード２３−１０とで構成され、一次電子線を放出するためのものである。電子銃２０−１０から放出された一次電子線は、軸合わせ電極２４−１０，２５−１０によってコンデンサレンズ６１−１０に対して軸合わせが行われ、コンデンサレンズ６１−１０によって集束される。コンデンサレンズ６１−１０によって集束された一次電子線は、対物レンズ４１−１０によって試料４３−１０に結像される。これと同時に、静電偏向器２７−１０とＥ×Ｂ分離器６２−１０の電磁偏向器２９−１０とで、試料４３−１０の面上を走査するように偏向される。電磁偏向器２９−１０による偏向角は、静電偏向器２７−１０の偏向角の略二倍になるように設定されているため、偏向色収差は、ほとんど生じない。
【０２６０】
試料４３−１０上の走査点から放出された二次電子線は、対物レンズ４１−１０の中央電極に印加された正の高電圧で引かれて加速され、Ｅ×Ｂ分離器６２−１０によって一次光学系から分離され、二次光学系に投入されて、検出器２８−１０に結像される。
【０２６１】
検出器２８−１０は、結像された二次電子線を、その強度を表す電気信号（二次電子線の検出信号）として、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２−１０に出力する。より具体的に説明すると、検出器２８−１０から出力された電気信号は、まず、増幅器１−１０によって増幅され、その後、ローパスフィルター（ＬＰＦ）２−１０に出力される。ローパスフィルター２−１０は、通過帯域の周波数の電気信号のみを通過させるものであり、ローパスフィルター２−１０を通過した電気信号は、Ａ／Ｄ変換器３−１０によってアナログ信号からデジタル信号に変換されて、画像形成装置４−１０に送信される。また、画像形成装置４−１０には、偏向器制御電源５−１０から静電偏向器２７−１０及び電磁偏向器２９−１０に与えられた一次電子線を偏向させるための走査信号がさらに供給される。画像形成装置４−１０は、走査信号と電気信号とから画像データを合成して、試料４３−１０の被走査面を表す画像を構成ないしは表示することができる。この画像データを、欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較することにより、試料４３−１０の欠陥を検出することができる。
【０２６２】
次に、本発明の特徴部分であるローパスフィルター２−１０について説明する。ローパスフィルター２−１０は、上述の通り、通過帯域の周波数の電気信号のみを通過させるものである。図４４（Ａ）には、試料上のパターンを示している。このパターンは、エッチングによって０．５μｍ掘られた部分３１−１０と、エッチングされていない部分３２−１０とが交互に形成されていて、エッチングされていない部分３２−１０は、エッチングされた部分３１−１０よりも０．５μｍ高くなっている。
【０２６３】
図４４（Ｂ）及び（Ｃ）は、画像形成装置４−１０によって受信された上記電気信号（二次電子線の検出信号）の波形を示しており、図４４（Ｂ）は、検出器２８−１０から出力された電気信号がローパスフィルター２−１０を通過させずに画像形成装置４−１０に受信された場合の信号波形を示し、一方、図４４（Ｃ）は、検出器２８−１０から出力された電気信号がローパスフィルター２−１０を通過して画像形成装置４−１０に受信された場合の信号波形を示している。なお、ピクセル周波数は１０ＭＨｚとし、増幅器１−１０は、周波数を１００ＭＨｚまで通している。また、ローパスフィルター２−１０は、３ｄｂ信号が落ちる周波数が２０ＭＨｚ、１２ｄｂ／オクターブの周波数特性を有しているものである。
【０２６４】
図４４（Ｂ）に示す信号波形は、符号３３−１０で示すように、パターンのエッジ部分で電気信号の強度が大きくなっているのがわかる。また、符号３４−１０で示すように、パターンの溝の端部では電気信号の強度が小さいのがわかる。一方、図４４（Ｃ）に示す信号波形は、符号３５−１０で示すように、パターンのエッジ部分では図４４（Ｂ）に示すものに比べて電気信号の強度が小さくなっているのがわかる。また、符号３６−１０で示すように、パターンの溝の端部では図４４（Ｂ）に示すものに比べて窪みが小さくなっているのがわかる。
【０２６５】
このように、検出器２８−１０から出力された電気信号を、ローパスフィルター２−１０を通過させて画像形成装置４−１０に受信させることにより、パターンのエッジ部分等の、二次電子放出率の高い部分における電気信号の強度を小さくすることができる。従って、二次電子放出率の高い部分における電気信号が、欠陥によって発生した信号等をマスキングするのを防止し、欠陥検出率を向上させることができる。
【０２６６】
また、アルミパターンの場合には、エッジ部分の電気信号の強度はそれ程大きくならないため、このような場合には、高周波数信号を画像形成装置４−１０に受信させた方が忠実なパターン画像を得ることができる。従って、上記ローパスフィルター２−１０を、遮断周波数を可変することができるようにしておけば、あらゆるパターンの画像データを良好に検出することができ、より検査率を向上させることができる。
【０２６７】
また、上記実施例では、ローパスフィルター２−１０は、増幅器１−１０とＡ／Ｄ変換器３−１０との間に設けられているが、検出器２８−１０と増幅器１−１０との間に設けてもよいし、あるいは、Ａ／Ｄ変換器３−１０と画像形成装置４−１０との間に設けてもよい。
【０２６８】
また、ショット雑音ｉn 2は、ｉn 2＝２ｅＩＢで表すことができ、信号の帯域Ｂを小さくすれば、雑音が小さくなり、Ｓ／Ｎ比の大きい信号を得ることができる。ここで、ｅは電子の電荷、Ｉは電流を示す。
【０２６９】
また、図４３に示すように、コンデンサレンズ６１−１０は、一体の絶縁材料としてのセラミックを加工して複数の電極を形成し、その表面に選択的に金属コーティングを施すことによって形成されたレンズである。コンデンサレンズ６１−１０の複数の電極は、上部電極４４−１０、中央電極４５−１０、及び下部電極４６−１０で構成されており、コンデンサレンズ６１−１０は、リード線取付金具４７−１０を介して電圧が印加される。また、対物レンズ４１−１０も、コンデンサレンズ６１−１０と同様に、一体の絶縁材料としてのセラミックを加工して複数の電極を形成し、その表面に選択的に金属コーティングを施すことによって形成されたレンズである。このように、加工されたコンデンサレンズ６１−１０及び対物レンズ４１−１０は、外径の小さいレンズにすることができるため、電子光学鏡筒６−１０の外径を小さくすることができ、一枚の試料４３−１０上に数多くの電子光学鏡筒６−１０を並設させることができる。
【０２７０】
第１０実施例によれば、一次電子線を試料に結像し、上記試料から放出された二次電子線を検出手段に結像するよう構成された電子光学鏡筒を、複数並設してなる電子線装置において、ローパスフィルターを備え、上記検出手段は、二次電子線の検出信号を上記ローパスフィルターに出力するため、二次電子放出率が高く且つ狭い幅のパルス状の波形を示す検出信号の信号強度を小さくし、欠陥検出率を向上させることができる。
（第１１実施例）
まず、図４５を参照して、本発明の第１１の実施例に係る半導体デバイスのウェーハの加工状態を評価する評価装置を説明する。
【０２７１】
図４５において、１−１１は電子ビームを放出する電子銃、２−１１はカソード、３−１１はアノード、４−１１、５−１１、２７−１１は偏向器、２６−１１はコンデンサレンズ、２９−１１及び３０−１１はそれぞれ偏向器であり、Ｅ×Ｂ分離器を構成している。３１−１１は対物レンズ、３３−１１は検査試料であるウェーハ、２８−１１は電子ビーム検出器である。また、１２−１１は画像形成装置、１３−１１は走査制御装置であり、走査制御装置１３−１１は、電子ビームを走査するための走査信号を偏向器２７−１１及び２９−１１に供給するためのものである。
【０２７２】
図４５の評価装置において、電子銃１−１１から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ２６−１１及び対物レンズ３１−１１によって、ウェーハ３３−１１の表面に結像され、また、偏向器２７−１１及び２９−１１によって、ウェーハ３３−１１の面を走査される。ウェーハ３３−１１を保持したステージ（不図示）を固定した状態で、偏向器２７−１１及び２９−１１は走査制御回路１３−１１により制御され、その一方が電子ビームをＸ軸方向に、他方が電子ビームをＹ軸方向に走査させる。これにより、ウェーハ３３−１１を固定した状態で、ウェーハ表面がラスタスキャンされ、ウェーハ３３−１１表面の所定エリア内のすべての点に電子ビーム・スポットが結像される。
【０２７３】
このとき、１回のラスタスキャンによって電子ビームがウェーハの予め設定した検査領域全体が走査されない場合、ウェーハ３３−１１を搭載したステージがＸ軸方向及び／又はＹ軸方向にステップ移動され、前回走査されたエリアに隣接するエリアが、同様にして走査される。
【０２７４】
ウェーハ３３−１１上に電子ビームが結像されることによって放出された２次電子ビームは、Ｅ×Ｂ分離器すなわち偏向器２９−１１、３０−１１によって偏向され、２次電子ビーム検出器２８−１１によって電気信号に変換され、検出出力信号として画像形成装置１２−１１に供給される。
【０２７５】
コンデンサレンズ２６−１１は、一体のセラミックス製の円筒から、図４５に示したように断面が軸対称形状でかつ３つのアームを有するように削り出され、これらアーム表面に選択的に金属をコーティングすることにより、上部電極３４−１１、中央電極３５−１１、及び下部電極３６−１１が形成されている。中央電極３５−１１は、電流導入端子３７−１１より給電され、上部電極３４−１１及び下部電極３６−１１はそれぞれ、コンデンサレンズ２６−１１の外周部にコーティングされた金属部分を給電端子として給電される。コンデンサレンズ２６−１１を、このように一体形成された軸対称レンズにより構成することにより、外形寸法を小型化することができ、その直径を約４０ｍｍにすることができた。
【０２７６】
対物レンズ３１−１１も、コンデンサレンズ２６−１１とほぼ同様な構造及び寸法に形成されている。
【０２７７】
画像形成装置１２−１１には、走査制御装置１３−１１からの走査信号も供給されており、検出器出力信号は、走査信号に対応づけられピクセル位置の信号として、画像データ記憶装置（不図示）に格納される。これにより、ウェーハ３３−１１の表面画像が画像形成装置１２−１１により形成される。
【０２７８】
このようにして形成されたウェーハ表面の画像は、一致／不一致検出装置（不図示）において、予め格納されている標準のすなわち無欠陥の画像パターンとピクセル毎に対比され、不一致のピクセルが検出された場合に、ウェーハに欠陥があると認定している。あるウェーハの評価結果が大多数のウェーハの評価結果と相違している場合、該ウェーハ欠陥があると判定してもよい。また、ウェーハ表面の画像をモニタ・スクリーンに表示し、経験を積んだオペレータ等が画像を監視してウェーハ表面の欠陥を検査してもよい。
【０２７９】
さらに、ウェーハ上に形成された配線パターン及び電極パターン等の線幅を測定する場合、評価すべきパターン部分を光軸上又はその間近に移動させ、該部分をライン・スキャンすることによって線幅評価用の電気信号を取り出し、必要に応じて較正を行うことによって、線幅を検出する。
【０２８０】
このような構成を有する評価装置において、本発明においては、加工装置によって加工されたウェーハ表面を検査するために、評価装置を加工装置の近傍に配置し、しかも、評価装置全体の動作を制御装置（不図示）によって、該加工装置の１枚当たりの加工時間にぼほ等しい検査時間となるように、ウェーハ表面の所定の１つ又は複数のエリアからなる領域のみを検査するよう制御する。この制御においては、まず、評価装置にウェーハを固定し、評価装置の制御装置にウェーハの必要最小の評価項目とウェーハ１枚当たりの加工所要時間とを入力する。評価項目は、例えば、加工装置がリソグラフィ装置であれば、最小線幅のバラツキであり、加工装置がエッチング装置であれば、欠陥検査である。次いで、制御装置は、入力された評価項目と入力された加工所要時間に基づいて、ウェーハ１枚当たりの加工状態評価時間が加工所要時間以内又はほぼ等しくなるように、ウェーハの評価面積を決定する。
【０２８１】
所定の領域のみを検査するため、ウェーハ３３−１１を評価装置中で移動させる範囲が少なくなるので、ウェーハ表面全体を検査する場合と対比して、評価装置の床面積を小さくすることができる。また、評価時間と加工時間をほぼ一致させているため、評価装置のスループットが加工装置のスループットとほぼ一致するので、欠陥が発見された場合等において、欠陥状態に対応して加工装置の動作異常等を発見することが容易となる。
【０２８２】
本発明の第１１実施例に係る評価装置の第２の態様を説明する。この第２の態様においては、図４５に示した第１の態様の評価装置を１ユニットの鏡筒とし、図４６に示したように、鏡筒を８個、４ｘ２（Ｘ軸方向に４個、Ｙ軸方向に２個）のアレイ状に複数配置することによって、評価装置を構成している。
【０２８３】
第１の態様に関連して説明したように、コンデンサレンズ２６−１１及び対物レンズ３１−１１を約４０ｍｍに小型化した結果、鏡筒の外形直径を約４２ｍｍとすることができた。したがって、４２ｍｍ直径の鏡筒を用いると、８インチ（約２０３ｍｍ）のウェーハ上に、図４６に示したように、鏡筒をＸ軸方向に４本密接配列することができ、その全長が１８９ｍｍ（１４７ｍｍ＋４２ｍｍ）となる。また、図４６に示すように、Ｙ軸方向にも鏡筒を密接配置して４ｘ２配置とすることにより、ウェーハ表面を８個の電子ビームで同時にラスタスキャンすることができる。
【０２８４】
なお、複数の鏡筒の配置関係及び個数は、図４６に示したものに限定されず、ＭｘＮ配列（Ｍ、Ｎは任意の正の整数）を採用することができることは勿論である。その場合、光軸のＸ方向間隔が等しくなるよう配置する必要がある。
【０２８５】
複数の鏡筒を用いた第２の態様においても、第１の態様の場合と同様に、評価装置は加工装置の近傍に配置され、しかも、制御装置（不図示）によって、該加工装置の１枚当たりの加工時間にぼほ等しい検査時間となるように、制御される。この場合、複数の鏡筒を用いたことにより検査時間を短くすることができので、加工時間によっては、ウェーハ表面全体を検査領域としてもよい。また、何枚かのウェーハは表面全体を検査するが、他のウェーハは検査を省略してもよい。要は、１枚当たり又は１ロット当たりの加工時間と検査時間とがほぼ一致するように、設定すればよい。
【０２８６】
第２の態様の場合も、ウェーハ載置用のステージを移動させる範囲が少なくなり、評価装置の床面積を小さくすることができる。また、評価装置のスループットが加工装置のスループットとほぼ一致するので、欠陥が発見された場合等において、加工装置の動作異常等を発見することが容易となる。
【０２８７】
また、加工時間が特に短い加工装置での加工状態を評価するには、２枚に１枚、あるいは３枚に１枚等のように、抜き取り検査を行うことにより、１ロット当たりの評価時間を加工装置の加工時間とほぼ一致させればよい。
【０２８８】
第１１の実施例は、以上のように構成されているので、半導体デバイスのウェーハの評価装置を小型化することができるとともに、該評価装置のスループットをウェーハの加工装置のスループットと整合させることができる。これにより、欠陥を有するウェーハが検出された時点で、リアルタイムで加工装置の動作をチェックすることができるので、欠陥を有するウェーハを不要に製造しつづける恐れが低減する。
（第１２実施例）
図面を参照し本発明の第１２の実施例を説明する。図４７は、ＭＴＦ、（ＭＴＦ）2、ＩP、（ＭＴＦ）4ＩPとＤ／ｄの関係を示すグラフであり、図４８は、本発明の第１２の実施例に係る走査型電子線装置の光学系の概略構成を示すブロック図である。図４８に示すように、電子銃２０−１２は、ウエーネルト２１−１２の内部に配置されるＴＦＥカソード２２−１２、ウエーネルト２１−１２の外部に配置されるアノード２３−１２を備え、電子線がＴＦＥカソード２２−１２からアノード２３−１２に向けて放出され、アノード２３−１２を通過した電子線は、軸合せ偏向器２４−１２、２５−１２でコンデンサレンズ３４−１２、３５−１２、３６−１２の中心を通るように軸合せされる。
【０２８９】
コンデンサレンズ３４−１２、３５−１２、３６−１２で集束された電子線は、Ｅ×Ｂ分離器３０−１２の偏向中心にクロスオーバを作り、更に対物レンズ３１−１２で試料３３−１２に合焦される。コンデンサレンズの下方に配置される静電偏向器２７−１２及びＥ×Ｂ分離器３０−１２に重ねて配置される電磁偏向器２９−１２により電子線が試料３３−１２の表面を走査する。試料３３−１２の走査点から放出された２次電子が対物レンズ３１−１２の作る電界により加速され細く集束され対物レンズ３１−１２を通過する。集束された２次電子は、対物レンズ３１−１２の直上に配置されるＥ×Ｂ分離器３０−１２により１次電子線から離れる点線の方向へ偏向され２次電子検出器２８−１２で検出され、画像信号とされる。
【０２９０】
図４８の電子線装置において、試料の欠陥検査は、電子線により試料３３−１２の表面の２００μｍ幅をｘ方向（図４８において紙面に垂直方向）に走査しながらステージ３８−１２をｙ方向へ連続移動させて行われる。試料のｙ方向の端まで２００μｍ幅（一定の領域）の欠陥検査が終了すると、ステージ３８−１２をｘ方向へ２０１μｍだけ移動させ、隣のストライプ（隣接する領域）を検査する。一定の領域の幅より１μｍだけ多く移動させるため１μｍの非検査領域が残るが、これにより走査領域の重なりを避け、試料の損傷を防止することができる。また電子線走査のデータを取込まない時間は、電子線を試料に照射しないことにより、試料の損傷を最小とすることができる。
【０２９１】
上記の事例では、走査領域の重なりを避けるため１μｍの非検査領域が残るが、面積で僅か０．５％であり、実際上大きい問題にはならない。そして走査歪を小さくし、ステージ３８−１２の首振り（yaw）や蛇行を正確にビーム位置にフィードバックすることにより、非検査領域の比率を０．０５％とすることができる。
【０２９２】
図４９は、図４７の電子線装置の鏡筒４０−１２を変形し複数としたマルチ鏡筒の配置図である。図４９のマルチ鏡筒は、図４８の電子線装置において、軸対称レンズを、絶縁物表面に金属をコーティングして作ることにより、外径寸法を小さくし、８インチウェーハ上に複数の鏡筒４０−１２を配置可能にしたものである。図４９は、鏡筒４０−１２を４筒×２列に配置した様子を示す。図４９の複数の鏡筒４０−１２を使用する場合において、隣接する鏡筒の走査幅を、図４８の場合と同様に調節することにより、走査領域の間に重なりが生じないようにされる。また電子線走査のデータを取込まない時間は、電子線を試料に照射しないことにより、試料の損傷が最小にされる。
【０２９３】
図４７は、ビーム径Ｄの電子線で試料上のピッチ２ｄの周期パターンを走査した時の変調伝達関数ＭＴＦ、（ＭＴＦ）2、ビーム電流ＩP、（ＭＴＦ）4ＩPとＤ／ｄの関係を示すグラフである。図４７において、曲線１は、ビーム径Ｄの電子線の強度分布をガウス分布としたときのＭＴＦとＤ／ｄの関係（依存性）を示す。図４７において、曲線２は、ビーム電流ＩPとＤ／ｄの関係を示す。曲線３は、ＭＴＦの曲線を４乗した値（ＭＴＦ）4を示す。
【０２９４】
電子線装置において、１次電子線のビーム電流をＩP、１画素を走査する時間をｔ、素電荷をｅとすると、Ｓ／Ｎ比は、次の式（１）となる（品田他、ＬＳＩテスティングシンポジウム／２０００会議録、Ｈ１２．１１．９−１０、１５１頁）。
【０２９５】
Ｓ／Ｎ＝（ＩP・ｔ）1/2／[３（２ｅ）1/2] ‐‐‐‐‐-（１）
ビーム径が有限であることにより、ピッチが２ｄである周期パターンを走査したとき、信号コントラストが（ＭＴＦ）倍に減るとすると、式（１）は、次の式（２）となる。
【０２９６】
Ｓ／Ｎ＝（ＩP・ｔ）1/2・（ＭＴＦ）／[３（２ｅ）1/2] ‐‐（２）
一方、単位面積当りの照射量であるドーズＣは、次の式（３）で表される。
【０２９７】
Ｃ＝ＩP・ｔ‐‐‐‐‐-（３）
測定時間ｔは、Ｓ／Ｎ比が大きいと小さい値を取ることができ、Ｓ／Ｎ比が小さいと測定時間ｔは、大きい値にしないと必要な画像が得られない。情報理論から測定時間ｔは、（Ｓ／Ｎ）2に逆比例すること、即ち、ｔ ∝ １／（Ｓ／Ｎ）2が知られている。それ故、式（３）は、次の式で表される。
【０２９８】
Ｃ ∝ ＩP／（Ｓ／Ｎ）2ｔ‐‐‐‐‐-（３’）
一般的に、ゲート酸化膜の破壊防止の観点からは、ドーズＣは、小さくすることが望まれ、また、スループットを大きくするため、測定時間ｔは短くすることが望まれる。これら２つの要求を満たすためには、（ドーズＣ）×（測定時間ｔ）の積を最小にすればよいから、その積の逆数Ｑ、即ち、
Ｑ＝１／[（ドーズＣ）×（測定時間ｔ）]を最大にすればよい。
【０２９９】
式（３’）及び上記の測定時間ｔ ∝ １／（Ｓ／Ｎ）2を代入すると、
Ｑ＝（Ｓ／Ｎ）4／ＩP
式（２）を代入すると、
Ｑ＝[（ＩP・ｔ）1/2／[３（２ｅ）1/2]]4（ＭＴＦ）4／ＩP
Ｑ＝[（ＩP）2・ｔ2／[８１×４ｅ2]]（ＭＴＦ）4／ＩP
Ｑ ∝（ＭＴＦ）4・ＩP‐‐‐‐-（４）
以上から、本発明において、ゲート酸化膜の破壊を最小限にして、スループットを最大にする条件は、（ＭＴＦ）4・ＩPを最大にすることである。
【０３００】
図４７において、曲線１は、直径Ｄの電子線の強度分布をガウス分布としたときのＭＴＦとＤ／ｄの関係（依存性）を示す。図４７において、曲線２は、電子線電流ＩPの相対値と電子線の直径Ｄの関係を示す。曲線３は、ＭＴＦの曲線を４乗した値（ＭＴＦ）4を示す。式（４）のＱ値は、（ＭＴＦ）4とＩPの積として、即ちＱ ＝ａ（ＭＴＦ）4・ＩPとして、曲線４となる。曲線４は、Ｄ／ｄが０．７５のとき最大値となり、Ｄ／ｄが０．７５から外れると急激に減少する曲線となる。
【０３０１】
Ｑは、Ｄ／ｄが０．６５〜０．８５のとき、Ｑの最大値とほぼ同様の値であり、この時のＭＴＦの値は、０．５５〜０．７である。またＤ／ｄが０．５５〜１．０の範囲にあれば、Ｑは、Ｑの最大値から大きく離間せず良好であり、ＭＴＦ値は、０．４２−０．８である。図４７矢印参照。従って、Ｄ／ｄを０．５５〜１．０にあるようにビーム径Ｄを決めれば、Ｓ／Ｎ比（信号／雑音比）をほぼ最大にできる。
【０３０２】
以上は、単一の電子銃とマルチ開口板で複数の電子線を作る場合について述べたが、複数の電子銃から放出される電子線を単一の光学系で試料面へ投影する場合についても、複数の電子銃から放出される電子線がクロスオーバを形成するので、同様のシミュレーションが成立する。また単一ビームの場合は空間電荷効果が大きくなく、ビーム電流ＩPは、球面収差が優勢の場合、（ビーム径Ｄ）8/3に比例するので、図４７の曲線２に示すようになる。
【０３０３】
本発明の第１２実施例に係る電子線装置は、重複走査を許す電子線装置に比較すると、ゲート酸化膜を損傷させないでドーズを２倍にできる。またデータを取込まない時間にビームを出さないようにすることによって、更に１〜２割ドーズを多くすることができる。また本発明の電子線装置においては、ドーズを小さくしスループットを大きくする妥協点が見つかり、ゲート酸化膜を損傷させないで高スループが得られる。また本発明によるとマルチ鏡筒の場合にも重複する走査領域を無くすることができる。また本発明によるとシングルビームを用いる場合又は複数の電子線を用いる場合の（Ｄ／ｄ）の最適値が明らかになり、ビーム電流が少なすぎたり、ＭＴＦが小さすぎたりする問題を解消することができる。
（第１３実施例）
以下、図面を参照して本発明の第１３実施例に係る評価装置を説明する。
【０３０４】
図５０は複数のチップ（又は）ダイが形成されたシリコンウェーハ１−１３の平面図で、図には合計で３６個のチップが形成されている。本実施例によれば、これらのチップのうちハッチングが施された４個のチップ３のみの欠陥検査等の評価を行い、残りの３２個のチップ２−１３については評価を省略して一枚のウェーハの評価を完了させるものである。
【０３０５】
これに対して、従来の評価方法では、同じ数のチップを有するウェーハに対して、図５１で同じくハッチングを施して示されているように、中央部にある２４個のチップに付いて評価を行い、残りの１２個のチップについては評価を省略して一枚のウェーハの評価を完了させていた。このように多数のチップの評価を行うため、一枚当たり７時間程度の評価時間が必要になっていた。この場合、ウェーハを載置したＸＹステージをＹ方向に連続移動させながら評価を行うため、ＸＹステージは高い精密度を要し、しかもＸＹステージの移動量が大きいため資料室は大きくなり、フットプリントは大面積を必要としていた。
【０３０６】
しかるに、本実施例によれば、図５０で概略的に示されているように、上記４個のチップの位置にそれぞれ、合計で４個の鏡筒１０−１３を配置し、１個の鏡筒で１個のチップを評価するようにしている。このため、ウェーハが載遣されているＸＹステージはチップ１個分の距離だけステップアンドリピート方式で移動すればよくなる。したがって、ＸＹステージの移動量はその分小さくなって資料室も小さくて済み、しかもＸＹステージは連続移動を必要としなくなるのでステージを安価に製造できる。
【０３０７】
図５２に、第１３実施例に係る電子線装置の鏡筒１０−１３内を概路的に示す。同図において、本実施例の電子線装置は、一次電子光学系（以下単に光学系）１１−１３と、二次電子光学系（以下二次光学系）３１−１３と、二次電子を検出する検出系４１−１３を備えている。
【０３０８】
一次光学系１１−１３は、電子線をウェーハＳの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃１２−１３と、電子銃１２−１３から放出された電子線を集束するコンデンサレンズ１３−１３と、複数の小さな開口が形成された開口板１４−１３と、電子線を集束する縮小レンズ１８−１３と、軸合わせ偏向器１６−１３と、非点補正レンズ１７−１３と、レンズ１８−１３と、走査用偏向器１９−１３と、Ｅ×Ｂ型分離器２０−１３と、対物レンズ２２−１３とを備え、それらは、図５２に示されるように電子銃１２−１３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がウェーハＷの表面に鉛直になるように配置されている。
【０３０９】
電子銃１２−１３は、本実施例では、Ｗ−Ｚｒの雷界放出チップ１２２−１３をフィラメント１２３−１３にスポット溶接してカソード１２１−１３をつくり、そのカソードの電界放出チップ１２２−１３の先端をショットキーシールド１２４−１３より少し突出させた状態でつくられている。そしてこの電子銃からは５本の電子線が放出されるようになっている。一次光学系のその他の機器の各々の構造、機能は公知のものでよいので説明は省略する。開口板１４−１３に形成される開口１４１−１３は４個で、光軸からの距離が全て同じになるように光軸を中心とする一つの円上に配置される。この開口１４１−１３の配置状態は図５２［Ｂ］において実線で示される４個の小さな円で示される。なお、２１−１３はＥ×Ｂ分離器用の磁場発生コイルである。
【０３１０】
二次光学系３１−１３は一次光学系のＥ×Ｂ分離器により一次光学系から分離された二次電子を検出系に送るもので、拡大レンズ３２−１３、３３−１３とマルチ検出板３４−１３とを備えている。検出系４１−１３は、マルチ検出板３４−１３の各開口毎に配置された検出器４２−１３と、各検出器に接続された処理装置４３−１３とを備えている。マルチ検出板３４−１３にも一次光学系の開口板１４−１３の開口に合わせて同一円上に４個の開口３４１−１３が形成され、それらの開口３４１−１３は図５２［Ｂ］で破線で示される円のように、開口板１４−１３の開口１４１−１３より大きく形成されている。マルチ検出板３４−１３の開口３４１−１３は、４本の電子ビームによって発生された４本の二次電子線の像と中心がほぼ一致するように形成されている。なお、Ｓｔはウェーハが上に載せられたステージであり、Ｃは試料室である。
【０３１１】
上記電子線装置１０−１３において、電子銃１２−１３から放出された５本の電子線は、１５−１３においてクロスオーバーをつくるようにコンデンサレンズ１３−１３により集束される。コンデンサレンズを通った電子線のうち光軸の電子線は開口板１４−１３により遮断されるが他の４本の電子線はそれぞれ対応する開口１４１−１３を通して縮小レンズ１８−１３に向かって進む。これら４本の電子線すなわち電子ビームは、縮小レンズ１８−１３により面２５−１３で縮小像をつくり、更に対物レンズ２２−１３によりウェーハＷの表面に結像する。
【０３１２】
ウェーハ上に各点から放出された二次電子は、対物レンズ２２−１３により加速され、Ｅ×Ｂ分離器２０−１３により一次光学系１１−１３から分離され二次光学系３１−１３に進む。この二次電子は拡大レンズ３２−１３、３３−１３により各点の像をマルチ開口板３４−１３の位置で結像される。マルチ開口板３４−１３の各開口に隣接して配置された検出器４２−１３は２０ｋＶ程度の高電圧が印加されているので、開口に近づいた二次電子は全て開口を通過する。二次電子の代表的な軌道が３５−１３で示されている。開口３４１−１３で結像された二次電子の像は対応する検出器４２−１３により検出され、処理装置４３−１３によって処理される。
【０３１３】
本実施例においては、８インチウェーハ或いは１２インチウェーハに対して複数の鏡筒を配置するため、セラミックスの表面に金属コーティングを施して製作した光学部品をつくり、外径形状の小型化を図った。複数の鏡筒の外側を、真空壁と、磁気シールド兼用のパーマロイの外囲器で囲んだ。代表的なセラミックスの偏向器について図５３を参照して説明する。
【０３１４】
図５３［Ａ］は静電偏向器又は非点補正レンズの端面から見た図である。外側面５１−１３、内面５２−１３、端面５３−１３を有するセラミックスのパイプ状の部品に電極を分離するスリット５７−１３を設け、絶縁保持に必要な面５８−１３、５９−１３を除き金属（ＮｉＰ、白金）で無電界メッキ及び電界メッキを行った。その後光軸に平行な貫通穴５５−１３を形成した。最後にアルミニュウムのリード線６０−１３をワイヤボンディングで６１−１３のように結線した。
【０３１５】
図５２［Ｂ］は軸対称レンズの実施例であるユニポテンシャルレンズの断面図である。上部電極６２−１３、下部電極６４−１３にはアースに近い電圧が与えられ、中央電極６３−１３には高電圧或いは負の高電圧が与えられる。空洞６５−１３は金属コーティングのエッジ６９−１３と７０−１３との距離を離してエッジ間の放電を避けるための構造である。６８−１３は中央電極６３−１３に高電圧を与えるための溝で内面には金属コーティングが施されている。
【０３１６】
本発明の第１３実施例によれば、次のような効果を奏することができる。
（イ）少数のチップしか評価しないので試料一枚当たりの評価時間を短縮できる。
（ロ）鏡筒を複数にし、一つの鏡筒の電子ビームを複数にすることによって、ビーム数に逆比例させて評価時間を短縮できる。
（ハ）セラミックスの静電偏向器、レンズを用いるので、光学系の外径を小さくでき、一枚の試料上に多くの光学系を配置できる。
（第１４実施例）
図５４は本発明の第１４実施例に係る電子線装置を示す。電子銃１−１４の中心にはＬａＢ6単結晶がマルチエミッターとなるよう加工されたカソード２−１４が配置されている。
【０３１７】
カソードから放出された電子線はコンデンサレンズ３−１４で集束され、クロスオーバを形成する。レンズ３−１４とクロスオーバの間にマルチ開口板４−１４が設けられ、カソード２−１４からの各ビームの強度が強い場所に開口がほぼ一致するように配置されている。マルチ開口板を通過したビームは２段の縮小レンズ５−１４，７−１４で縮小され、さらに対物レンズ１０−１４で縮小されて半導体基板等の試料面１１−１４に結像される。図において、６−１４及び８−１４は、第１及び第２の縮小像を示す。
【０３１８】
試料面１−１４から放出された電子線は、対物レンズ１０−１４が作る加速電界で細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器９−１４で偏向されて一次光学系から分離され、同一円上に開口が設けられたマルチ開口検出板１４−１４を通過され検出器１５−１４で検出され、信号処理される。
【０３１９】
ＬａＢ6単結晶カソード２−１４の詳細な先端形状を図５５(平面図)、及び、図５６(側面図)に示す。
【０３２０】
図示のように、該カソードは全体的には２ｍｍφの円筒形のＬａＢ6単結晶から作られており、その先端を４５°の角度２２−１４に削り、さらに先端面２４−１４にその周縁に沿った三角形状断面の環状突起２３−１４を残し、さらに該環状突起を切削して４５°の斜面２６−１４を有する四角錐をなす突起すなわちエミッタ領域２５−１４を複数形成してある。エミッタ領域は、図５５で見て、当該先端面２４−１４の中心線（当該電子線装置における一次電子光学形の光軸に一致する）と直交するｘ軸方向の線（一次電子線が試料で走査される方向の線）に投影したときに、その投影されたエミッタ領域のｘ方向間隔が等間隔をなすようにされている。各エミッタ領域間の領域及びエミッタ領域より内側の先端面２４−１４からは電子が放出されないように、エミッタ領域先端とこれら領域との間の高さの差を十分にとってある。
【０３２１】
本発明の第１４実施例によれば、単一の電子銃によって適正なマルチビームを生じることができる。また、像面湾曲がほぼ補正できるので同じ収差で多くのビームを作れ、検査装置のスループットを大幅に向上できる。更に、ＬａＢ6単結晶カソードを用いると空間電荷制限領域で電子銃を動作できるので高Ｓ／Ｎ比の測定ができる。
（第１５実施例）
図５７には、本発明の第１５の実施例に係る欠陥検査装置の概略構成が示されている。この欠陥検査装置は、いわゆるマルチカラム型の検査装置で、図１の電子線装置１−１と同様の構成である。即ち、一次電子線を放出する電子銃１−１５、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ２−１５、成形された一次電子線を電場Ｅ及び磁場Ｂの直交する場で半導体ウェーハ５に略垂直に当たるように直進させるＥ×Ｂ偏向器３−１５、偏向された一次電子線をウェーハ５−１５上に結像させる対物レンズ１０−１５、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ウェーハ５−１５を載置した状態で水平面内を移動可能なステージ４−１５、一次電子線の照射によりウェーハ５−１５から放出された二次電子線を検出する検出器７−１５、及び、装置全体を制御すると共に、検出器７−１５により検出された二次電子信号に基づいてウェーハ５−１５の欠陥を検出する処理を実行する制御部１６−１５を含んで構成される。
【０３２２】
また、縮小レンズ２−１５と対物レンズ１０−１５との間には、一次電子線をウェーハ５上で走査するための偏向電極１１−１５が介在されている。この偏向電極１１−１５には、該偏向電極の電場を制御する偏向制御器１２−１５が接続されている。この偏向制御器１２−１５は、制御部１６−１５に接続され、制御部１６−１５からの指令に応じた電場が偏向電極１１−１５で生成されるように該偏向電極を制御する。なお、偏向制御器１２−１５は、偏向電極１１−１５に与える電圧を制御する電圧制御装置として構成することができる。
【０３２３】
検出器７−１５は、検出信号を出力し、画像形成回路２０−１５で二次電子画像に変換する。
【０３２４】
制御部１６−１５は、図５７に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体１４−１５と、本体１４−１５の処理結果を表示するＣＲＴ１５−１５と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部１８−１５と、を備える、勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部１６−１５を構成してもよい。
【０３２５】
制御部本体１４−１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器７−１５から受信した電気信号から作られたウェーハ５−１５の二次電子画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域８−１５が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないウェーハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１３−１５が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域８−１５から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハ５−１５の欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム９−１５が格納されている。この欠陥検出プログラム９−１５は、詳細を更に後述するように、基準画像記憶部１３−１５から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出し、欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示する機能を有する。このとき、ＣＲＴ１５−１５の表示部に二次電子画像１７−１５を表示するようにしてもよい。
【０３２６】
次に、第１実施形態に係る欠陥検査装置の作用を図５９乃至図６１のフローチャートを例にして説明する。
【０３２７】
先ず、図５９のメインルーチンの流れに示すように、検査対象となるウェーハ５−１５をステージ４−１５の上にセットする（ステップ３００Ｓ）。この詳細な機構は、第６の実施例を適用することができる。
【０３２８】
次に、ウェーハ５−１５表面のＸＹ平面上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得する（ステップ３０４Ｓ）。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図６２に示すように、例えばウェーハ検査表面３４−１５上に、参照番号３２ａ−１５、３２ｂ−１５、．．．３２ｋ−１５、．．．で示す矩形領域のことであり、これらは、ウェーハの検査パターン３０−１５の回りで、部分的に重なり合いながら位置がずらされていることがわかる。例えば、図５８に示されたように、１６個の被検査領域の画像３２−１５（被検査画像）が取得される。ここで、図５８に示す画像は、矩形の桝目が１画素（或いは、画素より大きいブロック単位でもよい）に相当し、このうち黒塗りの桝目がウェーハ５−１５上のパターンの画像部分に相当する。このステップ３０４Ｓの詳細は図６０のフローチャートで後述する。
【０３２９】
次に、ステップ３０４Ｓで取得した複数の被検査領域の画像データを記憶部１３−１５に記憶された基準画像データと、各々比較照合し（図５９のステップ３０８Ｓ）、上記複数の被検査領域により網羅されるウェーハ検査面に欠陥が有るか否かが判定される。この工程では、いわゆる画像データ同士のマッチング処理を実行するが、その詳細については図６１のフローチャートで後述する。
【０３３０】
ステップ３０８Ｓの比較結果より、上記複数の被検査領域により網羅されるウェーハ検査面に欠陥が有ると判定された場合（ステップ３１２Ｓ肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ３１８Ｓ）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ１５−１５の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像１７−１５を表示してもよい。このような欠陥ウェーハを直ちに試料室３−１５から取り出し、欠陥の無いウェーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ３１９Ｓ）。
【０３３１】
ステップ３０８Ｓの比較処理の結果、ウェーハ５−１５に欠陥が無いと判定された場合（ステップ３１２Ｓ否定判定）、現在検査対象となっているウェーハ５−１５について、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ３１４Ｓ）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ３１４Ｓ肯定判定）、ステージ４−１５を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにウェーハ５−１５を移動させる（ステップ３１６Ｓ）。その後、ステップ３０４Ｓに戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。
【０３３２】
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ３１４Ｓ否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き取り工程（ステップ３１９Ｓ）の後、現在検査対象となっているウェーハ５−１５が、最終のウェーハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残っていないか否かが判定される（ステップ３２０Ｓ）。最終のウェーハでない場合（ステップ３２０Ｓ否定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のウェーハをステージ４−１５にセットする（ステップ３２２Ｓ）。その後、ステップ３０２Ｓに戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ３２０Ｓ肯定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。
【０３３３】
次に、ステップ３０４Ｓの処理の流れを図６０のフローチャートに従って説明する。
【０３３４】
図６０では、先ず、画像番号ｉを初期値１にセットする（ステップ３３０Ｓ）。この画像番号は、複数の被検査領域画像の各々に順次付与された識別番号である。次に、セットされた画像番号ｉの被検査領域について画像位置（Ｘi，Ｙi）を決定する（ステップ３３２Ｓ）。この画像位置は、被検査領域を画定させるための該領域内の特定位置、例えば該領域内の中心位置として定義される。現時点では、ｉ＝１であるから画像位置（Ｘ1，Ｙ1）となり、これは例えば図６２に示された被検査領域３２ａ−１５の中心位置に該当する。全ての被検査画像領域の画像位置は予め定められており、例えば制御部１６−１５のハードディスク上に記憶され、ステップ３３２Ｓで読み出される。
【０３３５】
次に、図５７の偏向電極１１−１５を通過する一次電子線が、ステップ３３２Ｓで決定された画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域に照射されるように、偏向制御器１２−１５が偏向電極１１−１５に電位を加える（図６０のステップ３３４Ｓ）。
【０３３６】
次に、電子銃１−１５から一次電子線を放出し、静電レンズ２−１５、Ｅ×Ｂ偏向器３−１５、対物レンズ１０−１５及び偏向電極１１−１５を通して、セットされたウェーハ５−１５表面上に照射する（ステップ３３６Ｓ）。このとき、一次電子線は、偏向電極１１−１５の作り出す電場によって偏向され、ウェーハ検査表面３４−１５上の画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域全体に亘って照射される。画像番号ｉ＝１の場合、被検査領域は３２ａ−１５となる。
【０３３７】
一次電子線が走査された被検査領域からは二次電子が放出される。そこで、発生した二次電子線を検出器７−１５に集束させる。検出器７−１５は、二次電子線を検出し、電気信号を出力する。次に、画像形成回路２０−１５にて該電気信号をデジタル画像データに変換出力する（ステップ３３８Ｓ）。そして、形成され画像番号ｉのデジタル画像データを二次電子画像記憶領域８−１５に転送する（ステップ３４０Ｓ）。
【０３３８】
次に、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ３４２Ｓ）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ３４４Ｓ）。このｉMAXは、取得すべき被検査画像の数であり、図５８の上述した例では、「１６」である。
【０３３９】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ３４４Ｓ否定判定）、再びステップ３３２Ｓに戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像位置（Ｘi+1，Ｙi+1）を再び決定する。この画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置（Ｘi，Ｙi）からＸ方向及び／又はＹ方向に所定距離（ΔＸi，ΔＹi）だけ移動させた位置である。図６２の例では、被検査領域は、（Ｘ1，Ｙ1）からＹ方向にのみ移動した位置（Ｘ2，Ｙ2）となり、破線で示した矩形領域３２ｂ−１５となる。なお、（ΔＸi，ΔＹi）（ｉ＝１，２，．．．ｉMAX）の値は、ウェーハ検査面３４−１５のパターン３０−１５が検出器７−１５の視野から実際に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領域の数及び面積から適宜定めておくことができる。
【０３４０】
そして、ステップ３３２Ｓ乃至３４２Ｓの処理をｉMAX個の被検査領域について順次繰り返し実行する。これらの被検査領域は、図６２に示すように、ｋ回移動した画像位置（Ｘk，Ｙk）では被検査画像領域３２ｋ−１５となるように、ウェーハの検査面３４−１５上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされていく。このようにして、図５８に例示した１６個の被検査画像データが画像記憶領域８−１５に取得される。取得した複数の被検査領域の画像３２−１５（被検査画像）は、図５８に例示されたように、ウェーハ検査面３４−１５上のパターン３０−１５の画像３０ａ−１５を部分的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。
【０３４１】
インクリメントした画像番号ｉがｉMAXを越えた場合（ステップ３４４Ｓ肯定判定）、このサブルーチンをリターンして図５９のメインルーチンの比較工程（ステップ３０８Ｓ）に移行する。
【０３４２】
なお、ステップ３４０でメモリ転送された画像データは、検出器７−１５により検出された各画素毎の二次電子の強度値（いわゆるベタデータ）からなるが、後段の比較工程（図５９のステップ３０８Ｓ）で基準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を施した状態で記憶領域８−１５に格納しておくことができる。このような演算処理には、例えば、画像データのサイズ及び／又は濃度を基準画像データのサイズ及び／又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理などがある。更には、単純なベタデータではなく、高精細パターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの特徴を抽出した特徴マトリクスにデータ圧縮変換しておいてもよい。このような特徴マトリクスとして、例えば、Ｍ×Ｎ画素からなる２次元の被検査領域を、ｍ×ｎ（ｍ＜Ｍ，ｎ＜Ｎ）ブロックに分割し、各ブロックに含まれる画素の二次電子強度値の総和（若しくはこの総和値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値）を、各マトリックス成分としてなる、ｍ×ｎ特徴マトリックスなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ表現で記憶しておく。本発明の実施形態でいう画像データとは、単なるべタデータは勿論のこと、このように任意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含する。
【０３４３】
次に、ステップ３０８Ｓの処理の流れを図６１のフローチャートに従って説明する。
【０３４４】
先ず、制御部１６−１５のＣＰＵは、基準画像記憶部１３−１５（図５７）から基準画像データをＲＡＭ等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ３５０Ｓ）。この基準画像は、図５８では参照番号３６−１５で表される。そして、画像番号ｉを１にリセットし（ステップ３５２Ｓ）、記憶領域８−１５から画像番号ｉの被検査画像データをワーキングメモリ上に読み出す（ステップ３５４Ｓ）。
【０３４５】
次に、読み出した基準画像データと、画像ｉのデータとをマッチングして、両者間の距離値Ｄiを算出する（ステップ３５６Ｓ）。この距離値Ｄiは、基準画像と、被検査画像ｉとの間の類似度を表し、距離値が大きいほど基準画像と被検査画像との差異が大きいことを表している。この距離値Ｄiとして類似度を表す量であれば任意のものを採用することができる。例えば、画像データがＭ×Ｎ画素からなる場合、各画素の二次電子強度（又は特徴量）をＭ×Ｎ次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、このＭ×Ｎ次元空間上における基準画像ベクトル及び画像ｉベクトル間のユークリッド距離又は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算することもできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨大になるので、上記したようにｍ×ｎ特徴ベクトルで表した画像データ同士の距離値を演算してもよい。
【０３４６】
次に、算出した距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さいか否かを判定する（ステップ３５８Ｓ）。この閾値Ｔｈは、基準画像と被検査画像との間の十分な一致を判定する際の基準として実験的に求められる。
【０３４７】
距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さい場合（ステップ３５８Ｓ肯定判定）、当該ウェーハ５−１５の当該検査面３４−１５には「欠陥無し」と判定し（ステップ３６０Ｓ）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像のうち１つでも基準画像と略一致したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このように全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いので、高速判定が可能となる。図５８の例の場合、３行３列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く略一致していることがわかる。
【０３４８】
距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈ以上の場合（ステップ３５８Ｓ否定判定）、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ３６２Ｓ）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ３６４Ｓ）。
【０３４９】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ３６４Ｓ否定判定）、再びステップ３５４Ｓに戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。
【０３５０】
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えた場合（ステップ３６４Ｓ肯定判定）、当該ウェーハ５−１５の当該検査面３４−１５には「欠陥有り」と判定し（ステップ３６６Ｓ）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなければ、「欠陥有り」と判定する。
【０３５１】
本発明の欠陥検査装置においては、上記したマルチカラム型の電子線装置のみならず、いわゆるマルチビームによる走査型の電子線装置を利用することができる。これを第１５実施例における第２の態様として図６３を用いて説明する。
【０３５２】
図６３は、本発明に係る電子線装置の一つの実施形態を概略的に示す図で、同図において、電子銃６１−１５から放出された電子線は、コンデンサレンズ６２−１５によって集束されて点６４−１５においてクロスオーバを形成する。
【０３５３】
コンデンサレンズ６２−１５の下方には、複数の開口を有する第１のマルチ開口板６３−１５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。第１のマルチ開口板６３−１５によって形成された一次電子線の夫々は、縮小レンズ６５−１５によって縮小されて点７５−１５に投影される。点７５−１５で合焦した後、対物レンズ６７−１５によって試料６８−１５に合焦される。第１のマルチ開口板６３−１５から出た複数の一次電子線は、縮小レンズ６５−１５と対物レンズ６７−１５との間に配置された偏向器８０−１５により、同時に試料６８−１５の面上を走査するように偏向される。
【０３５４】
縮小レンズ６５−１５及び対物レンズ６７−１５の像面湾曲収差が発生しないように、図６３に示すように、マルチ開口板６３−１５は、円周上に小開口が配置され、そのＸ方向へ投影したものは等間隔となる構造となっている。
【０３５５】
合焦された複数の一次電子線によって、試料６８−１５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放出された二次電子線は、対物レンズ６７−１５の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器６６−１５で偏向され、二次光学系に投入される。二次電子像は、点７５−１５より対物レンズ６７−１５に近い点７６−１５に焦点を結ぶ。これは、各一次電子線は試料面上で５００ｅＶのエネルギーを持っているのに対し、二次電子線は数ｅＶのエネルギーしか持っていないためである。
【０３５６】
二次光学系は、拡大レンズ６９−１５、７０−１５を有しており、これらの拡大レンズ６９−１５、７０−１５を通過した二次電子線は、第２マルチ開口板７１−１５の複数の開口に結像する。そして、これらの開口を通って複数の検出器７２−１５で検出される。なお、検出器７２−１５の前に配置された第２のマルチ開口板７１−１５に形成された複数の開口と、第１のマルチ開口板６３−１５に形成された複数の開口とは一対一に対応している。
【０３５７】
夫々の検出器７２−１５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する。こうした各検出器から出力された電気信号は増幅器７３−１５によって夫々増幅された後、画像処理部７４−１５によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部７４−１５には、一次電子線を偏向させるための走査信号が偏向器８０−１５から更に供給されるので、画像処理部７４−１５は試料６８−１５の面を表す画像を表示する。この画像は、第１５実施例における第１の態様で説明した位置の異なる複数の被検査画像（図５８）のうち１つの画像に相当している。この画像を基準画像３６−１５と比較することにより、試料６８−１５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試料６８−１５上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、これを適宜に校正することにより、試料６８−１５上のパターンの線幅を測定することができる。
【０３５８】
ここで、第１のマルチ開口板６３−１５の開口を通過した一次電子線を試料６８−１５の面上に合焦させ、試料６８−１５から放出された二次電子線を検出器７２−１５に結像させる際、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３つの収差による影響を最小にするよう配慮した方がよい。
【０３５９】
次に、複数の一次電子線の間隔と、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ビーム間のクロストークを無くすことができる。
【０３６０】
図６３の走査型電子線装置においても、図５９及び図６０のフローチャートに従って、試料６８−１５の検査を行う。この場合、図６０のステップ３３２−１５の画像位置（Ｘi，Ｙi）は、マルチビームを走査して得られる複数のライン画像を合成した２次元画像の中心位置に対応する。この画像位置（Ｘi，Ｙi）は、後の工程で順次、変更されるが、これは、例えば偏向器８０−１５のオフセット電圧を変更することによって行う。偏向器８０−１５は、設定されたオフセット電圧の回りに電圧を変化させることによって、通常のライン走査を行う。勿論、偏向器８０−１５とは別体の偏向手段を設け、これにより画像位置（Ｘi，Ｙi）の変更を行ってもよい。
【０３６１】
以上が上記第１５の実施例の各態様であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。
【０３６２】
例えば、被検査試料として半導体ウェーハ５−１５を例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスク等を検査対象とすることもできる。
【０３６３】
また、本発明は、電子以外の荷電粒子線を用いて欠陥検出を行う装置にも適用できるばかりでなく、試料の欠陥を検査可能な画像を取得できる任意の装置にも適用可能である。
【０３６４】
更に、偏向電極８０−１５は、対物レンズ６７−１５とウェーハ６８−１５との間のみならず、一次電子線の照射領域を変更できる限り任意の位置に置くことができる。例えば、Ｅ×Ｂ偏向器６６−１５と対物レンズ６７−１５との間、電子銃６１−１５とＥ×Ｂ偏向器６６−１５との間などがある。更には、Ｅ×Ｂ偏向器６６−１５が生成する場を制御することによって、その偏向方向を制御するようにしてもよい。即ち、Ｅ×Ｂ偏向器６６−１５に偏向電極８０−１５の機能を兼用させてもよい。
【０３６５】
また、上記実施形態では、画像データ同士のマッチングを行う際に、画素間のマッチング及び特徴ベクトル間のマッチングのいずれかとしたが、両者を組み合わせることもできる。例えば、最初、演算量の少ない特徴ベクトルで高速マッチングを行い、その結果、類似度の高い被検査画像については、より詳細な画素データでマッチングを行うという２段階の処理によって、高速化と精度とを両立させることができる。
【０３６６】
また、本発明の実施形態では、被検査画像の位置ずれを一次電子線の照射領域の位置ずらしのみで対応したが、マッチング処理の前若しくはその間で画像データ上で最適マッチング領域を検索する処理（例えば相関係数の高い領域同士を検出してマッチングさせる）と本発明とを組み合わせることもできる。これによれば、被検査画像の大きな位置ずれを本発明による一次電子線の照射領域の位置ずらしで対応すると共に、比較的小さな位置ずれを後段のデジタル画像処理で吸収することができるので、欠陥検出の精度を向上させることができる。
【０３６７】
また、図５９のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステップ３１２Ｓで欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し１回の照射で試料のほぼ全検査領域をカバーできれば、ステップ３１４Ｓ及びステップ３１６Ｓを省略することができる。
【０３６８】
以上詳細に説明したように第１５実施例に係る欠陥検査装置によれば、試料上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、これらの被検査領域の画像と基準画像とを比較することによって、試料の欠陥を検査するようにしたので、被検査画像と基準画像との位置ずれによる欠陥検査精度の低下を防止できる、という優れた効果が得られる。
（第１６の実施例）
第１６の実施例は、上記第１乃至第１５の実施例で示した電子線装置を半導体デバイス製造工程におけるウェーハの評価に適用したものである。
【０３６９】
デバイス製造工程の一例を図６４のフローチャートに従って説明する。
【０３７０】
この製造工程例は以下の各主工程を含む。
(1) ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェーハを準備する準備工程）（ステップ１００Ｓ）
(2) 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ１０１Ｓ）
(3) ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程（ステップ１０２Ｓ）
(4) ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ１０３Ｓ）
(5) 組み立てられたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１０４Ｓ）
なお、各々の工程は、更に幾つかのサブ工程からなっている。
【０３７１】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
(1) 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
(2) 形成された薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
(3) 薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
(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) 加工されたウェーハを検査する検査工程
なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【０３７２】
上記ウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を図６５のフローチャートに示す。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
(1) 前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ２００Ｓ）
(2) レジストを露光する露光工程（ステップ２０１Ｓ）
(3) 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程（ステップ２０２Ｓ）
(4) 現像されたパターンを安定化させるためのアニール工程（ステップ２０３Ｓ）
以上の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程には周知の工程が適用される。
【０３７３】
上記(7)のウェーハ検査工程において、本発明の上記各実施例に係る電子線装置を用いた場合、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、二次電子画像の像障害が無い状態で高精度に欠陥を検査できるので、製品の歩留向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【０３７４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１実施例に係る、写像投影型の電子線装置を用いた欠陥検査システムの概略構成図である。
【図２】 図２は、図１の電子線装置で用いられるＥ×Ｂユニットの詳細な構成を示す上面図である。
【図３】 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿って取られたＥ×Ｂユニットの断面図である。
【図４】 図４は、図１の電子線装置の欠陥検査の流れを示すフローチャートである。
【図５】 図５は、本発明の第３実施例における、総使用時間とＭＣＰ倍増率との相関関係を示す図である。
【図６】 図６は、本発明の第３実施例における、ＭＣＰ印加電圧とＭＣＰ倍増率との相関関係を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の第３実施例における、ＭＣＰ印加電圧制御回路のフローチャートを示す図である。
【図８】 図８は、本発明の第３実施例における、ウェーハＷの検査手順を示す図である。
【図９】 図９は、本発明の第４実施例のフィードスルー装置の概略平面図である。
【図１０】 図１０は、図９のフィードスルー装置の線Ａ−Ａに沿う概略断面図である。
【図１１】 図１１は、本発明の第４実施例の他の形態のフィードスルー装置のほぼ４分の１を示す概略平面図である。
【図１２】 図１２は、図１１のフィードスルー装置の線Ｂ−Ｂに沿う概略断面図である。
【図１３】 図１３は、本発明の第４実施例に係るフィードスルー装置を組込んだ欠陥検査装置の概略縦断面図である。
【図１４】 図１４は、本発明の第５の実施例に係る欠陥検査装置を概略的に示す図である。
【図１５】 図１５は、第５の実施例において、電子銃からの放出電流を一定に保持するための、ウェーネルト電極印加電圧と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１６】 図１６は、第５の実施例の従来技術における、電子銃からの放出電流とウェーネルト電極印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】 図１７は、本発明の第６の実施例に係る検査装置の主要構成要素を示す立面図であって、図１８の線Ａ−Ａに沿って見た図である。
【図１８】 図１８は、図１７に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図１７の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
【図１９】 図１９は、図１７のミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。
【図２０】 図２０は、図１７のローダハウジングを示す図であって、図１８の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
【図２１】 図２１は、ウェーハラックの拡大図であって、［Ａ］は側面図で、［Ｂ］は［Ａ］の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面図である。
【図２２】 図２２は、主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
【図２３】 図２３は、主ハウジングの支持方法の別の変形例を示す図である。
【図２４】 図２４は、図１７の検査装置の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。
【図２５】 図２５は、電位印加機構を示す図である。
【図２６】 図２６は、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２７】 図２７は、ウェーハのアライメント制御装置の概略説明図である。
【図２８】 図２８は、基板出し入れ機構の別の態様を示す図である。
【図２９】 図２９は、本発明の第７の実施例における従来の荷電ビーム装置の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図である。
【図３０】 図３０は、図２９のＸＹステージに使用されている電子銃から放出される電子の強度分布を説明する図である。
【図３１】 図３１は、本発明の第７の実施例に係る荷電ビーム装置の一実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図である。
【図３２】 図３２は、本発明の第７の実施例に係る荷電ビーム装置の他の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図３３】 図３３は、本発明の第７の実施例に係る荷電ビーム装置の別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図３４】 図３４は、本発明の第７の実施例に係る荷電ビーム装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図３５】 図３５は、本発明の第７の実施例に係る荷電ビーム装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図３６】 図３６は、本発明の第８の実施例における従来の荷電ビーム装置の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図であって、［Ａ］が正面図で［Ｂ］が側面図である。
【図３７】 図３７は、図３６のＸＹステージに使用されている差動排気装置の説明図である。
【図３８】 図３８は、本発明の第８の実施例に係る荷電ビーム装置の一実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図３９】 図３９は、図３８に示された装置に設けられた差動排気機構の一例を示す図である。
【図４０】 図４０は、図３８に示された装置のガスの循環配管系を示す図である。
【図４１】 図４１は、本発明の第９実施例に係る電子線装置の概略構成図である。
【図４２】 図４２は、第９実施例において、一枚のウェーハ上におけるデバイスの配置を示す平面図である。
【図４３】 図４３は、本発明の第１０実施例に係る電子線装置を示す概略構成図である。
【図４４】 図４４は、図１０実施例において、試料上のパターンとこのパターンの二次電子線の検出信号を示す波形図である。
【図４５】 図４５は、本発明の第１１の実施例に係る評価装置の第１態様の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図４６】 図４６は、本発明の第１１の実施例に係る、複数の鏡筒を有する第２の態様の評価装置を説明するための、鏡筒の配置関係を表した説明図である。
【図４７】 図４７は、本発明の第１２の実施例における、ＭＴＦ、（ＭＴＦ）2、ＩP、（ＭＴＦ）4ＩPとＤ／ｄの関係を示すグラフである。
【図４８】 図４８は、本発明の第１２の実施例に係る、電子線装置の光学系の概略構成を示すブロック図である。
【図４９】 図４９は、図４７の電子線装置の鏡筒４０を変形し複数としたマルチ鏡筒の配置図である。
【図５０】 図５０は、本発明の第１３実施例に係る試料の評価方法を説明する図である。
【図５１】 図５１は、第１３実施例における従来のウェーハの評価方法を説明する図である。
【図５２】 図５２は、本発明の第１３実施例に係る評価装置の電子線装置を示す概略図である。
【図５３】 図５３は、第１３実施例において、セラミックスに表面処理してできた静電偏向器、軸対称レンズ又は非点補正レンズを示す図であり、［Ａ］は静電偏向器又は軸対称レンズの端面図であり、［Ｂ］は軸対称レンズの断面図である。
【図５４】 図５４は、本発明の第１４実施例に係る電子光学装置の概略構成図である。
【図５５】 図５５は、図５４の電子光学装置で用いられる電子銃の単結晶ＬａＢ６カソード先端の平面図である。
【図５６】 図５６は、図５４の電子光学装置で用いられる電子銃のカソードの側面図である。
【図５７】 図５７は、本発明の第１５の実施例に係る欠陥検査装置の概略構成図である。
【図５８】 図５８は、図５７の欠陥検査装置で取得される複数の被検査画像及び基準画像の例を示す図である。
【図５９】 図５９は、図５７の欠陥検査装置におけるウェーハ検査のメインルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図６０】 図６０は、図５９における複数の被検査画像データ取得工程（ステップ３０４Ｓ）のサブルーチンの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図６１】 図６１は、図５９における比較工程（ステップ３０８Ｓ）のサブルーチンの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図６２】 図６２は、半導体ウェーハの表面上で部分的に重なり合いながら互いから位置がずらされた複数の被検査領域を概念的に示す図である。
【図６３】 図６３は、第１５実施例に係る欠陥検査装置として使用可能な走査型電子線装置の構成図である。
【図６４】 図６４は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図６５】 図６５は、図６４の半導体デバイス製造プロセスのうちリソグラフィープロセスを示すフローチャートである。

Claims (12)

  1. 基板検査装置であって、
    ａ． 特定幅を有する電子線を発生させるビーム発生装置と、
    ｂ． 前記電子線を検査対象となる基板の表面に到達させる、１次電子光学系と、
    ｃ． 前記基板から発生した２次電子を捕捉して検出系へと導く、２次電子光学系と、
    ｄ． 前記検出系により得られた２次電子線の検出信号に基づいて２次電子画像を形成する画像処理系と、
    ｅ． 前記基板を少なくとも１つの自由度で連続的に移送可能に保持する、ステージと、
    ｆ． 前記基板の検査室と、
    ｇ． 前記検査室に前記基板を搬入出可能な基板搬送機構と、
    ｈ． 前記画像処理系により形成された２次電子画像に基づいて、前記検査室に搬入された基板の欠陥位置を検出可能な画像処理解析装置と、
    ｉ． 前記検査室の除振機構と、
    ｊ． 前記検査室の真空雰囲気を保持可能な真空系と、
    ｋ． 画像処理解析装置により検出された前記基板の欠陥位置を表示し及び／又は記憶する、制御系と、
    を有し、
    前記検出系は、２次電子による電子像を光信号に変換するファイバーオプティックプレートと、前記検査室の真空系を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達するフィードスルー装置が設けられ、該フィードスルー装置は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部と、該フィードスルー部に固着され、大気側へ電気信号を取り出すための電気導入ピンと、前記フィードスルー部の前記真空雰囲気側に設けられ、前記ファイバーオプティックプレートから出力された光学像をデジタル電気信号に変換する機能素子と、該機能素子と前記電気導入ピンとを接続する配線とを有することを特徴とする、基板検査装置。
  2. 前記機能素子はＣＣＤ又はＴＤＩセンサーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板検査装置。
  3. 前記フィードスルー部の表面に前記配線が膜状に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の基板検査装置。
  4. 清浄気体を検査前の前記基板に流して該基板への塵埃の付着を阻止するミニエンバイロメント装置と、
    前記ミニエンバイロメント装置と前記検査室との間に配置されていて、それぞれ独立して真空雰囲気に制御可能になっている少なくとも二つのローディングチャンバと、
    を更に有し、
    前記基板搬送機構は、
    前記ミニエンバイロメント装置と前記ローディングチャンバの一つ内との間で前記基板を移送可能な搬送ユニット及び前記一つのローディングチャンバ内と前記ステージ上との間で前記基板を移送可能な別の搬送ユニットを有するローダーを含み、
    前記除振機構は、
    前記検査室及び前記ローディングチャンバの間に介設された振動遮断装置を含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
  5. 前記検査室内に配置された前記基板に電子線を照射して該基板の帯電むらを減少するプレチャージユニット及び該基板に電位を印加する電位印加機構と、を備えることを特徴とする、請求項４に記載の基板検査装置。
  6. 前記１次電子光学系に対する前記基板の位置決めのために該基板の表面を観察してアライメントを制御するアライメント制御装置と、前記ステージ上の該基板の座標を検出するレーザ干渉測距装置とを備え、前記アライメント制御装置により該基板に存在するパターンとを利用して検査対象の座標を決めることを特徴とする、請求項４又は５に記載の基板検査装置。
  7. 前記検出系は、
    前記２次電子を増幅するＭＣＰ、該増幅された２次電子を光信号に変換する蛍光板及び該光信号を画像情報として取り出すＣＣＤカメラ又はラインセンサーとを備え、
    前記ＭＣＰの印加電圧が、該欠陥を含む画像の最適露光量を決定するために、ＭＣＰの増幅率変化に伴って制御されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
  8. 前記検出系は、
    前記２次電子を増幅するＭＣＰ、該増幅された２次電子を光信号に変換する蛍光板及び該光信号を画像情報として取り出すＣＣＤカメラ又はラインセンサーとを備え、
    前記電子ビームのエミッション電流が、該欠陥を含む画像の最適露光量を決定するために、ＭＣＰの増幅率変化に伴って制御されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
  9. 前記ビーム発生手段は、ウェーネルト電極を備えた電子線源であり、
    前記電子線源に流れる放出電流を一定に保持するよう、前記ウェーネルト電極に対する印加電圧を時間の経過と共に制御するための制御部を更に備え、
    前記電子線源が、ＬａＢ 6 からなるカソードを有する電子銃を備えることを特徴とする、請求項８に記載の基板検査装置。
  10. 前記ステージには、静圧軸受けによる非接触支持機構と差動排気による真空シール機構とを設け、
    前記基板上の電子ビームが照射される箇所と、前記ステージの静圧軸受け支持部との間にコンダクタンスが小さくなる仕切りを設け、
    電子ビーム照射領域と前記静圧軸受け支持部との間に圧力差が生じるようにしたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
  11. 前記仕切りが差動排気構造を内蔵していることを特徴とする、請求項１０に記載の基板検査装置。
  12. 基板検査装置であって、
    ａ． 基板の検査室と、
    ｂ． 前記検査室の真空雰囲気を保持可能な真空系と、
    ｃ． 前記基板を前記検査室へ搬出入する搬送機構と、
    ｄ． 特定幅を有する電子線を発生させるビーム発生装置と、
    ｅ． 前記電子線を検査対象となる基板の表面に到達させる、１次電子光学系と、
    ｆ． 前記基板から発生した２次電子を捕捉して検出系へと導く、２次電子光学系と、
    ｇ． 前記検出系により得られた２次電子線の検出信号に基づいて２次電子画像を形成する画像処理系と、
    ｈ． 前記画像処理系により形成された２次電子画像に基づいて、前記検査室に搬入された基板の欠陥位置を検出可能な画像処理解析装置と、
    ｉ． 前記画像処理解析装置により検出された前記基板の欠陥位置を表示し及び／又は記憶する、制御系と、
    を有し、
    前記検出系は、２次電子による電子像を光信号に変換するファイバーオプティックプレートと、前記検査室の真空系を外部に対し密封すると共に電気信号を外部へ伝達するフィードスルー装置が設けられ、該フィードスルー装置は、電気的絶縁材料からなるフィードスルー部と、該フィードスルー部に固着され、大気側へ電気信号を取り出すための電気導入ピンと、前記フィードスルー部の前記真空雰囲気側に設けられ、前記ファイバーオプティックプレートから出力された光学像をデジタル電気信号に変換する機能素子と、該機能素子と前記電気導入ピンとを接続する配線とを有することを特徴とする、基板検査装置。
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