WO2002056332A1 - Appareil et procede d'inspection a faisceau d'electrons, et procede de fabrication de dispositif comportant l'appareil d'inspection - Google Patents

Description

明細書 電子線による検査装置、 検査方法、 及びその検査装置を用いたデバイス製造方

技術分野

本発明は、 電子ビームを用いてゥエーハなどの検査対象の表面に形成されたパ ターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、 詳しくは、 半導体製造工程における ゥェ一ハの欠陥を検出する場合のように、 電子ビームを検査対象に照射してその 表面の性状に応じて変化する二次電子量から画像データを形成し、 その画像デ一 夕に基づいて検査対象の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査 する検査装置、 検査方法、 並びにそのような検査装置を用いて歩留まり良くデバ イスを製造するデバイス製造方法に関する。 背景技術

半導体プロセスにおいて、 デザインルールは 1 0 0 n mの時代を迎えようとし ており、 また生産形態は D R AMに代表される少品種大量生産から S O C ( S i l i c o n o n c h i ) 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ってきている。 従来より、 半導体プロセスにおける各 工程後にゥエー八の欠陥検査が行われている。 そして、 半導体デバイスの高集積 ィ匕、 パターンの微細化に伴い、 高分解能、 高スループットの欠陥検査装置が要求 されている。 というのは、 1 0 0 n mデザインルールのゥエーハー基板の欠陥を 調べるためには、 1 0 0 n m以下の分解能が必要だからである。 また、 半導体デ パ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 一プットが要求されるからである。 さらに、 半導体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、 欠陥検査装置に要求されている。

この種の欠陥検査装置としては、 従来より、 光方式の欠陥検査装置が使用され ている。 しかしならが、 光方式の欠陥検査装置においては、 その分解能は使用す る光の波長の 1 Z 2が限界であり、 実用化されている可視光の例では 0 . 2 111 程度である。 このように、 光方式の欠陥検査装置においては、 分解能が要求に追 いっかないという問題点があった。 さらに、 光方式の欠陥検査装置では、 半導体 ゥエー八に生じた電気的な導通不良（オープン、 ショート不良など）、すなわち、 コンタクト不良検査をすることができなかった。

そこで、 最近、 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 装置が開発されてきている。

かかる電子ビーム方式欠陥検査装置では、 通常、 走査型電子ビーム方式 （S E M方式） が実用化されており、 その分解能は 0 . 1 x mと比較的に高くなつてお り、 電気的欠陥 （配線の断線、 導通不良、 ビアの導通不良等） も検査可能となつ ている。 しかし、 S E Mを応用した欠陥検査装置では、 ビーム電流量と検出器の 応答速度に限界があり、 そのために、 欠陥検査に多くの時間を必要としていた。 例えば、 検査時間には 8時間 Z枚 （2 0 c mゥェ一ハ） も要し、 検査時間は非常 に長く、 スループット （単位時間当たりの検査量） が光方式の欠陥検査装置など の他のプロセス装置に比べて低いという問題点がある。 また、 電子ビーム方式欠 陥検査装置は、 非常に高価であるという問題点もある。 そのため、 半導体製造の 各工程の後に使用することは困難な状態にあり、 現状では重要な工程の後、 例え ばエッチング、 成膜 （銅メツキを含む）、 又は C M P (化学機械研磨） 平坦化処理 後等に使用されている。

このような走査型電子ビーム方式 （S E M方式） を用いた欠陥検査装置を更に 説明すると、 かかる欠陥検査装置では、 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ゥェ一ハなどの試料を照射する。 一方、 ゥェ一ハを載置したステージを、 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、 ゥェ一八上の観察領域を電子ビームで平面状に照射する。 電子ビームの走査幅は一般に数 1 0 0 mである。 前記細く絞られた電子ビーム (一次電子線と呼ぶ） 照射によりゥエーハなどの試料から二次電子が発生し、 こ の二次電子を検出器 (シンチレ一夕 +フォトマルチプライヤー (光電子増倍管） 又は半導体方式の検出器 （P I Nダイオード型） 等） で検出する。 電子ビームの 照射位置の座標と二次電子の量 （信号強度） を合成して画像化し、 記憶装置に記 憶し、 あるいは CRT (ブラウン管） 上に画像を出力する。 以上は SEM (走査 型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（通 常は S i )ゥエー八の欠陥を検出する。 （スループットに相当する）検査速度は、 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. 1 (分解能と同じと考えてよい）、電流値 100 nA、検出器の応答速度 10 0 MHzが現在の最高値となっており、 この場合で、 上述したように、 20 cm 径のゥエーハー枚あたり約 8時間の検査時間がかかっている。 このように、 走査 型電子ビーム方式の欠陥検査装置では、 検査速度が、 光方式の欠陥検査装置など の他のプロセス装置に比べてきわめて遅い （1Z20以下） ことが大きな問題点 となっている。

本発明は、 かかる問題点に鑑みなされたもので、 ゥエーハなどの試料の欠陥を 検出する検査速度を向上させることを目的とする。 発明の概要

本発明は、 走査型電子ビーム方式 （SEM方式） の欠点である検査速度を向上 する方法として、 電子ビームを用いた写像投影方式と呼ばれる方式を利用した欠 陥検査装置に係るものである。 以下にその写像投影方式について説明をする。 写像投影方式においては、 試料の観察領域が一次電子線で一括して照射 （走査 は行わず一定の面積を照射） され、 照射された領域から発生した二次電子をレン 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 +蛍光板） 上に電子 線の画像として結像させるようになつている。 そして、 かかる結像画像が、 二次 元 CCD (固体撮像素子）又は TD I -CCD (ラインイメージセンサー）により、 電気信号に変換され、 画像情報として、 CRT上に出力され又は記憶装置に記憶 される。 この画像情報から試料ゥエーハ （工程途中の半導体 （S i ) ゥェ一八） の欠陥が検出される。 CCDの場合、 ステージの移動方向は短軸方向であり （長 軸方向でもかまわない）、移動はステップアンドリピート方式である。 TD I— C CDの場合のステージ移動は、 積算方向に連続移動をする。 TD I— 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 TD I—CCDを 使用する。 分解能は結像光学系 （二次光学系） の倍率及び精度等できまり、 ある 実験例では 0. 0 5 mの分解能が得られている。 この実験例において、 分解能 を 0. l mとし、 一方、 電子線照射条件に関して、 ゥエーハ上の検査領域を 2 00 mX 50 mとし、 一次電子線の量 （電流値） を 1. 6 Aとしたとき、 検査時間は 20 cmのゥエーハ 1枚当たり 1時間程度であった。 すなわち、 写像 投影方式では、 SEM方式に比較して 8倍の検査速度が得られている。 なお、 こ の実験例で使われた TD I— CCDの仕様は 2048画素 （ピクセル） X 5 1 2 段でラインレートが 3. 3 n s (ライン周波数 300 kHz) であった。

この例の照射面積は T D I— C C Dの仕様に合わせているが、 照射対象物によ つて、 照射面積を変更することもある。

さらに、 写像投影方式を用いた電子線検査装置の概要を説明する。

この電子線検查装置は、 電子銃から放出された電子線を所望の形状 （例えば、 矩形若しくは楕円形等） に成形し、 成形された電子ビームを検査されるべき試料 (例えばウェハ若しくはマスク等、 以下ではしばしばウェハとして説明する） の 表面上に一括照射する一次電子光学系と、 ウェハから放出された二次電子を検出 器に照射する二次電子光学系と、 二次電子を受けて光学的像に変換し、 ウェハの 像を結像させる検出器と、 検出器を制御するための制御装置とを備えている。 一 次電子光学系は、 電子ビームを放出する電子銃と、 電子ビームを所定の断面形状 のビームに成形する一次系静電レンズとを備えている。 一次電子光学系は、 ゥェ 八の表面に垂直な方向に対し一定の角度を有していて、.電子銃を最上部にして順 に配置されている。 一次電子光学系と二次電子光学系との間には、 電界と磁界と が直交する場により電子ビームを偏向すると共にウェハからの二次電子を分離す るための EXB偏向器 （ウィーンフィルター又は EXB分離器とも言う） が、 ゥ ェハ Sの表面に垂直な方向に沿って配置されている。 二次電子光学系は、 EXB 分離器で分離されたウェハからの二次電子の光軸に沿って、 ウェハの表面に対し て垂直な方向に配置されており、 二次電子を偏向して集束する二次系静電レンズ を備えている。

電子銃は、 電子放出材 （力ソード） を加熱することにより電子を放出する熱電 子線源タイプが用いられている。 力ソードとしての電子放出材 （ェミツ夕） は、 ランタンへキサボライド （L aB₆) が用いられている。 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。 ランタンへキサポライド （LaB₆) の力ソードは、 その先端を円錐形状 にしたものが使用されているが、 円錐の先端を切り落とした円錐台形状のものを 使用してもよい。 円錐台先端の直径は 1 00 程度である。 他の方式としては 電界放出型の電子線源あるいは熱電界放出型の電子線源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 1 00 X 25〜400 Χ 1 00 ιη ²) を大きな電流 （1 iA程度） で照射する場合は L a B₆を用いた熱電子源が最 適である。なお、 S EM方式では一般に熱電界放出型電子線源が使用されている。 もちろん、 本実施例において、 熱電子線源の代わりに、 電界放出型の電子線源あ るいは熱電界放出型の電子線源を使用してもよい。 熱電界放出電子線源とは、 電 子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、 更に電子線放出部を加熱 することにより、 電子放出を安定させた方式のことである。

一次電子光学系は、 電子銃より照射される一次電子ビームを形成すると共に、 かかる一次電子ビームを所望の形、 例えば、 矩形、 又は円形 （楕円） に形成し、 このような矩形、 又は円形 （楕円） の一次電子ビ一ムをゥエーハ面上に照射する 部分を構成している。 一次電子光学系に設けられたレンズの条件を制御する事に より一次電子ビームのビームサイズや一次電子ビームの電流密度を制御できる。 また、 一次電子光学系と二次電子光学系との連結部に設けられた E X Bフィル夕 一 （ウィーンフィルター） により、 一次電子ビームはその方向が変えられゥエー 八に垂直に入射させることができる。

電子銃には、 更に、 ウェーネルト、 トリプルアノードレンズ、 及びガン絞りな どが設けられている。 L aB₆で構成された力ソードから放出した熱電子は、 ゥ エーネルト、 トリブルアノ一ドレンズでガン絞り上にクロスォ一パー像として結 像させられる。

一次電子光学系には、 更に、 一次電子ビームのレンズへの入射角を適正化する 照明視野絞りと、 NA絞りとが設けられている。 照明視野絞りでレンズへの入射 角を適正化した一次電子ビームを一次系静電レンズを制御することによって、 回 転非対称の形で NA絞り上に結像させ、 その後ウェハ面上に面照射する。 一次系 静電レンズの後段は、 3段 4極子 （QL) と、 1段の開口収差補正用電極で構成 されている。 4極子レンズはァライメント精度が厳しいといった制約はあるが、' 回転対称レンズに比べ強い収束作用を持つ特徴があり、 回転対称レンズの球面収 差に相当する開口収差を開口収差補正電極に適切な電圧を印加するとで補正を行 うことができる。 これにより、 所定の領域に均一な面ビームを照射出来る。

二次電子光学系は、 対物レンズに相当する静電レンズ（CL)、 中間レンズ （T L) と、 視野絞り （FA) 位置と、 視野絞り位置に対して検出器側に設けられた 後段のレンズ （PL) とを備えている。 このようにして、 ウェハ上に照射された 電子ビームにより発生する二次元の二次電子画像は、 対物レンズに相当する静電 レンズ （CL：)、 中間レンズ (TL) により視野絞り位置で結像させられ、 後段の レンズ （PL) で拡大投影させられる。 この結像投影光学系が、 二次電子光学系 と呼ばれている。

ウェハにはマイナスのバイアス電圧 （減速電界電圧） が印加されていることが 好ましい。 減速電界は照射.ビームに対して減速の効果を持ち、 試料のダメージを 低減させるとともに、 静電レンズ （CL) とウェハ間の電位差で試料面上から発 生した二次電子を加速させ、 色収差を低減させる効果を持つ。 静電レンズ（CL) によって収束した電子は中間レンズ （TL) で視野絞り （FA) 上に結像させ、 その像を後段のレンズ (PL) で拡大投影し、 マイクロチャンネルプレート (M CP) 上に結像させる。 本光学系では静電レンズ CL一中間レンズ TL間にニュ —メリカルアパーチャ N A (N e ume r i c a 1 A e r t u r e) を配置 し、 これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。

また、 電子光学系の製造上の誤差や、 EXBフィルター （ウィーンフィル夕一） を通過することによって発生する像の非点収差や異方性倍率を補正するため、 静 電 8極子のスティグメータ （ST I G) を配置し補正を行い、 軸ズレに対しては 各レンズ間に配置した偏向器 （〇P) で補正を行う。 これにより視野内における 均一な分解能での写像光学系が達成できる。

EXB偏向器は、 電極と磁極を直交方向に配置し、 電界と磁界を直交させた電 磁プリズム光学系のユニットである。 電磁界を選択的に与えると、 一方向からそ の場に入射する電子ビームは偏向させられ、 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、 これにより一次電子ビームは偏向され、 ウェハ上に 垂直に照射し、 二次電子ビームは検出器に向け直進することができる。

二次光学系で結像されるウェハからの二次電子画像は、 まずマイクロチャンネ ルプレート （M C P ) で増幅されたのち、 蛍光スクリーンにあたり光の像に変換 される。 M C Pの原理としては直径 6〜2 5 m、 長さ 0 . 2 4〜1 . 0蒯とい う非常に細い導電性のガラスキヤビ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、 一本一本のキヤビラリが、 独立した二次電 子増幅器として働き、 全体として二次電子増幅器を形成する。

この検出器により光に変換された画像は、 真空透過窓を介して大気中に置かれ た又は真空フィードスルーを兼ねたリレー光学系で、 T D I一 C C D上に 1対 1 で投影される。. 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の一実施例に係る写像投影方式の電子線検査装置の全体構成図 を示す。

図 2は、 電子線検査装置における E X B偏向器（すなわち、 電子ビーム偏向部） の詳細な構成を示した横断面図を示す。

図 3は、 図 2における A— A線に沿う縦断面構造を示した断面図を示す。

図 4は、 複数の一次電子線を二次元に走査しながら試料表面の観察領域を照射 する、 写像投影方式の電子線検査装置の全体構成図を示す。

図 5は、 図 4に示す装置において一次電子線の照射方法を説明するための図で ある。

図 6は、 本発明の別の実施例に係る電子線検査装置を模式的に示す構成図であ る。

図 7は、 図 6に示す電子線検査装置の制御装置をより詳細に示すプロック図で ある。

図 8は、'ウェハの検査の手順を示す図である。

図 9は、 ラインセンサの画素の配列を示す図である。 図 1 0は、 関連する技術の写像投影型電子線検査装置の構成を示す図である。 図 1 1は、 本発明のさらに別の実施例に係る写像投影型の電子線検査装置を示 す構成図である。

図 1 2は、 本発明の別の実施例に係る写像投影型の電子線検査装置を概略的に 示す図である。

図 1 3 (A) 及び図 1 3 (B ) は、 図 1 2に示す磁気レンズの動作原理を説明 する図である。

図 1 4は、 図 1 2に示す磁気レンズの配置例を示す図である。

図 1 5は、 図 1.2に示す磁気レンズの他の配置例を示す図である。

図 1 6は、 本発明の別の実施例に係る電子線検査装置の概略構成を示す図であ る。

図 1 7は、 図 1 6の電子線検査装置の鏡筒を変形し複数としたマルチ鏡筒の配 置図である。

図 1 8は、 各電極及び試料に、 それぞれ電圧を与えた時の軸上ポテンシャルの 分布を示すグラフ。

図 1 9は、 本発明の電子線検査装置としての荷電ビーム検査装置に設けられる 差動排気構造の一実施例を示した図である。

図 2 0は、 差動排気構造の変形例を示す図であって、 高純度不活性ガスの噴出 口の向きを外周側に向けて形成した状態を示す図である。

図 2 1は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 差動排気構造に真空 室を設けた図である。

図 2 2 ( a ) は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 ステージに高 さ調整用の部材を設けた図であり、 鏡筒がステージの一端部の近傍に位置してい る状態を示す。

図 2 2 ( b ) は、 図 2 2 ( a ) と同様のステージに高さ調整用の部材を設けた 図であり、 鏡筒がステージの他端部の近傍に位置している状態を示す。

図 2 3は、 本発明による荷電ビーム装置の変形例であって、 ステージに高さ調 整機構を設けた図である。

図 2 4は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 ステージにより移動 される試料の可動範囲を不活性ガスが充満した容器で覆った状態 ¾示す図である _c 図 2 5は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 ステージが移動する 範囲の全体を不活性ガスが充満した容器で覆った状態を示す図である。

図 2 6は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 不活性ガスが充満し た容器に真空室を連接した状態を示す図である。

図 2 7は、 差動排気.構造の他の変形例を示す図であって、 真空排気経路の一つ の実施形態を図解的に示した図である。

図 2 8は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 真空排気経路の別の 変形例を図解的に示した図である。

図 2 9は、 差動排気構造の他の変形例を示す図であって、 不活性ガスの循環経 路を図解的に示した図である。

図 3 0は、 本発明の別の実施例に係る荷電ビーム装置をウェハ欠陥検査装置に 適用した図である。

図 3 1は、 本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチ ヤー卜である。

図 3 2は、 図 3 1のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィ一ェ 程を示すフローチャートである。

図 3 3は本発明の検査手順を示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態

次ぎに、写像投影方式の主な機能の関係とその全体像をより明瞭にするために、 本願発明の一実施例に係る写像投影方式の電子線検査装置を具体的に説明する。 図 1に本実施の形態による写像投影方式の電子線検査装置の全体構成図を示す。 但し、 一部構成を省略して図示してある。

図 1において、 電子線検査装置は一次コラム 1、 二次コラム 2およびチャンバ 一 3を有している。 一次コラム 1の内部には、 電子銃 4が設けられており、 電子 銃 4から照射される電子ビーム （一次ビーム） の光軸上に一次光学系 5.が配置さ れる。 また、 チャンパ一 3の内部には、 ステージ 6が設置され、 ステージ 6上に は試料 Wが載置される。 一方、 二次コラム 2の内部には、 試料 Wから発生する二次ビームの光軸上に、 力ソードレンズ 8、 二ュ一メ二カルアパーチャ 9、 ウィーンフィルタ 1 .0、 第 2 レンズ 1 1、 フィールドアパーチャ 1 2、 第 3レンズ 1 3、 第 4レンズ 1 4およ び検出器 1 5が配置される。 なお、 ニューメニカルアパーチャ 9は、 開口絞りに 相当するもので、 円形の穴が開いた金属製 （M o等） の薄板である。 そして、 開 口部が一次ビームの集束位置および力ソードレンズ 8の焦点位置になるように配 置されている。 したがって、 力ソードレンズ 8とニューメニカルアパーチャ 2 9 とは、 テレセントリックな電子光学系を構成している。

一方、 検出器 1 5の出力は、 コントロールユニット 1 6に入力され、 コント口 ールュニット 1 6の出力は、 C P U 1 7に入力される。 C P U 1 7の制御信号は、 一次コラム制御ュニット 1 8、 二次コラム制御ュニット 1 9およびステージ駆動 機構 7に入力される。 一次コラム制御ユニット 1 8は、 一次光学系 5のレンズ電 圧制御を行い、 二次コラム制御ユニット 1 9は、 力ソードレンズ 8、 第 2レンズ 1 1ないし第 4レンズ 1 4のレンズ電圧制御およびウィーンフィルタ 1 0に印加 する電磁界制御を行う。

また、 ステージ駆動機構 7は、 ステージの位置情報を C P U 1 7に伝達する。 さらに、 一次コラム 1 8、 二次コラム 1 9、 チャンバ一 3は、 真空排気系 （不図 示） と繋がっており、 真空排気系のターボポンプ等により排気されて、 内部は真 空状態を維持している。

電子銃 4からの一次ビームは、一次光学系 5によってレンズ作用を受けながら、 ウィーンフィル夕 1 0に入射する。 ここでは、 電子銃のチップとしては、 矩形陰 極で大電流を取り出すことができる L a B ₆を用いる。 また、 一次光学系 5は、 非回転対称の四重極または八重極の静電 （または電磁） レンズを使用する。 これ は、 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、 または楕円形状に整 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つの円柱ロッド （四重極） 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、 四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。 一次光学系 5を通過した一次ビームは、 ウィーンフィルタ 1 0の 偏向作用により軌道が曲げられる。 ウィーンフィルタ 1 0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 == v Bのウイ一 ン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、 それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。 一次ビームに対しては、 磁界による力 F Bと電界による力 F Eとが発生し、 ビー ム軌道は曲げられる。 一方、 二次ビームに対しては、 力 F Bと力 F Eとが逆方向 に働くため、 互いに相殺されるので二次ビームはそのまま直進する。

一次光学系 5のレンズ電圧は、 光源像がニューメニカルアパーチャ 9の開口部 で結像するように、 予め設定されている。 すなわち、 光学顕微鏡でいうケーラー 照明が実現される。 この二.ユーメニカルァパ一チヤ 9は、 装置内に散乱する余計 な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、'試料 Wのチヤージアツプゃ汚染 を防いでいる。

一次ビームが試料に照射されると、 試料のビーム照射面からは、 二次ビームと して、 二次電子、 反射電子または後方散乱電子が発生する。

二次ビームは、 力ソ一ドレンズ 8によるレンズ作用を受けながら、 レ ズを透 過する。

ところで、 カソードレンズ 8は、 3枚の電極で構成されている。 一番下の電極 は、 試料 Wに対して、 正の電界を形成し、 2次電子を引き込み、 効率よくレンズ 内に導くように設計されている。

また、 レンズ作用は、 カゾードレンズ 8の 1番目、 2番目の電極に電圧を印加 し、 3番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。 一方、 ニューメニカルアバ 一チヤ 9は、 力ソードレンズ 8の焦点位置、 すなわち試料 Wからのパックフォー カス位置に配置されている。 したがって、 視野中心外 （軸外） から出た電子ビー ムの光束も、 平行ビームとなって、 このニューメニカルアパーチャ 9の中心位置 を、 けられが生じることなく通過する。

なお、 ニューメニカルアパーチャ 9は、 二次ビームに対しては、 第 2レンズ 1 1ないし第 4レンズ 1 4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 9を通過した二次ビームは、 ウィーンフィルタ 1 0の偏向作用を 受けずに、 そのまま直進して通過する。

二次ビームを、 力ソードレンズ 8のみで結像させると、 倍率の色収差及び歪曲 収差が発生しやすい。 'そこで、 第 2レンズ 1 1と合わせて、 1回の結像を行わせ る。 二次ビームは、 力ソードレンズ 8および第 2レンズ 1 1により、 フィールド アパーチャ 1 2上で中間結像を得る。 この場合、 通常、 二次光学系として必要な 拡大倍率が、 不足することが多いため、 中間像を拡大するためのレンズとして、 第 3レンズ 1 3、 第 4レンズ 1 4を加えた構成にする。 二次ビームは、 第 3レン ズ 1 3、 第 4レンズ 1 4各々により拡大結像し、 ここでは、 合計 3回結像する。 なお、 第 3レンズ 1 3と第 4レンズ 1 4とを合わせて 1回 （合計 2回） 結像させ てもよい。

また、 第 2レンズ 1 1ないし第 4レンズ 1 4はすべて、 ュニポテンシャルレン ズまたはァインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。 各レンズ は、 3枚電極の構成で、 通常は外側の 2電極をゼロ電位とし、 中央の電極に印加 する電圧で、 レンズ作用を行わせて制御する。 また、 中間の結像点には、 フィー ルドアパーチャ 1 2が配置されている。 フィールドアパーチャ 1 2は光学顕微鏡 の視野絞りと同様に、 視野を必要範囲に制限しているが、 電子ビームの場合、 余 計なビームを、 後段の第 3レンズ 1 3および第 4レンズ 1 4と共に遮断して、 検 出器 1 5のノイズ発生や汚染を防いでいる。 なお、 拡大倍率は、 この第 3レンズ 1 3および第 4レンズ 1 4のレンズ条件（焦点距離）を変えることで設定される。 二次ビームは、 二次光学系により拡大投影され、 検出器 1 5の検出面に結像す る。 検出器 1 5は、 電子を増幅するマイクロチャンネルプレート （M C P ) と、 電子を光に変換する蛍光板と、 真空系と外部との中継および光学像を伝達させる ためのレンズやその他の光学系と、 撮像素子 （C C D等） とから構成される。 二 次ビームは、 M C P検出面で結像し、 増幅され、 蛍光板によって電子は光信号に 変換され、 撮像素子によって光電信号に変換される。

コントロールユニット 1 6は、 検出器 1 5から試料の画像信号を読み出し、 C P U 1 7に伝達する。 C P U 1 7は、 画像信号からテンプレートマッチング等に よってパターンの欠陥検査を実施する。 また、 ステージ 6は、 ステージ駆動機構 7により、 X Y方向に移動可能となっている。 C P U 1 7は、 ステージ 6の位置 を読み取り、 ステージ駆動機構 7に駆動制御信号を出力し、 ステージ 6を駆動さ せ、 順次画像の検出、 検査を行う。

さらに、 二次ビームに対しては、 試料 Wからの全ての主光線が、 力ソードレン ズ 8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 9を通過 するので、 周辺光もけられることがなく、 試料周辺部の画像輝度が低下すること がない。 また、 電子が有するエネルギーのばらつきによって、 結像する位置が異 なる、 いわゆる倍率色収差が起こる （特に、 二次電子は、 エネルギーのばらつき が大きいため、 倍率色収差が大きい） が、 力ソードレンズ 8の焦点位置に、 ニュ ーメニカルアパーチャ 9を配置することで、 この倍率色収差を抑えることができ る。

また、 拡大倍率の変更は、 二ュ一メ二カルアパーチャ 9の通過後に行われるの で、 第 3レンズ 1 3、 第 4レンズ 1 4のレンズ条件の設定倍率を変えても、 検出 側での視野全面に均一な像が得られる。 なお、 本実施例では、 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に、 二次光学系のレ ンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、 それに伴って決まる試料面上の有効視 野と、 試料面上に照射される電子ビームとを、 同一の大きさになるように一次光 学系のレンズ条件を設定する。

すなわち、 倍率を上げていけば、 それに伴って視野が狭くなるが、 それと同時 に電子ビームの照射エネルギー密度を上げていくことで、 二次光学系で拡大投影 されても、 検出電子の信号密度は、 常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。 また、 本実施例の電子線検査装置では、 一次ビームの軌道を曲げて、 二次ビ一 ムを直進させるウィーンフィルタ 1 0を用いたが、 それに限定されず、 一次ビー ムの軌道を直進させ、 二次ビームの軌道を曲げるウィーンフィルタを用いた構成 の検査装置でもよい。 また、 本実施例では、 矩形陰極と四極子レンズとから矩形 ビームを形成したが、 それに限定されず、 例えば円形ビームから矩形ビームゃ楕 円形ビームを作り出してもよいし、 円形ビームをスリッ卜に通して矩形ビームを 取り出してもよい。 ウィーンフィルタすなわち E X B偏向器としての電子ビーム偏向部 1 0の詳細 な構造について、 図 2、 及び図 2の A— A線に沿う縦断面を示した図 3を用いて 説明する。 図 2に示すように、 電子ビーム偏向部の場は、 写像投影光学部 （試料 に電子ビームが照射されて、 試料表面に応じて発生した二次電子及び反射電子の 一次元像又は二次元像を電子ビーム検出器上に結像させる部分） の光軸に垂直な 平面内において、 電界と磁界とを直交させた構造、 即ち E X B構造とする。

ここで、 電界は凹面状の曲面を持つ電極 1 0— 1及び 1 0 — 2により発生させ る。 電極 1 0— 1及び 1 0 - 2が発生する電界は、 それぞれ制御部 1 0 a及び 1 0 dにより制御される。 一方、 電界発生用の電極 1 0— 1及び 1 0— 2と直交す るように、 電磁コイル 1 0— 1 a及び 1 0— 2 a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 1 0— 1、 1 0— 2は点対象である。（同 心円でも構わない。）

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一 ムの挙動は、 図 3に示されるようになる。 照射された電子ビーム 1 aは、 電極 1 0 - 1及び 1 0— 2が発生する電界と、 電磁コイル 1 0— 1 a及び 1 0— 2 a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。 ここで、照射電子ビーム 1 aの電子ビーム偏向部 1 0への入射位置及び角度は、 電子のエネルギーが決定されると一義的に決定される。 さらに、 二次電子 2 aが 直進するように、 電界及び磁界の条件、 即ち v B = Eとなるように電極 1 0— 1 及び 1 0 — 2が発生する電界と、 電磁コイル 1 0— 1 a及び 1 0— 2 aが発生す る磁界とを、 それぞれの制御部 1 0 a及び 1 0 d、 1 0 c及び 1 0 bが制御する. ことで、 二次電子は電子ビーム偏向部 1 0を直進して、 写像投影光学部に入射す る。 ここで、 Vは電子 2 aの速度 （mZ s ) , Bは磁場 （T)、 Εは電界 (V/m) であ- 3。

次ぎに、 写像投影方式を利用した欠陥検査装置の別の実施例を説明する。

写像投影方式を利用した欠陥検査装置においては、 ①電子線を一括照射するた めに、 試料表面上でチャージアップしやすいこと、 ②本方式で得られる電子線電 流に限界が有り （1 . 6 A程度） 検査速度向上の妨げとなっているという問題 点があった。

本実施例では、 一次電子線を複数とし、 前記複数の一次電子線を二次元 （X— Y方向） に走査しながら （すなわち、 ラスタ一スキャンしながら) 試料表面の観 察領域を照射し、 二次電子光学系に写像投影方式を採用することによって解決す ることができる。 この実施例では、 前述の写像投影方式の利点を持つとともに、 この写像方式の課題である①電子線を一括照射するために、 試料表面上でチヤ一 ジアップしやすいこと、 ②本方式で得られる電子線電流に限界が有り （1 . ら β Α程度） 検査速度向上の妨げとなっていること、 については、 複数の一次電子線 を走査することにより解決できる。 即ち、 電子線照射点が移動するので電荷が逃 げやすく、 チャージアップが減少する。 また、 複数の電子線の本数を増やすこと により、 容易に電流値を増加できる。 この実施例において、 例えば、 4本の一次 電子線を使う場合、 一本の電子線電流が 5 0 0 n A (電子線の径 1 0 ^ m) で合 計 2 Aが得られた。 1 6本程度には容易に一次電子線の数を増やすことが可能 であり、 この場合で 8 Aを得ることが原理的に可能である。 複数の一次電子線 を走査する場合、 当該複数の一次電子線による照射量が、 照射領域に均一になる ように照射することにより、 前記のようにラスタスキャンに限らず、 リサ一ジュ 図形などの他の形状の走査を行うことができる。 従って、 ステージの走査方向は 複数の電子線の走査方向に垂直である必要は無い。

この実施例に用いられる電子線源として、 熱電子線源 （電子放出材を加熱する ことにより電子を放出する方式） を使用することができる。 この場合も、 電子放 出 （ェミッタ） 材は L a B ₆とすることが好ましい。 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も可能である。 複数の電子線を得るために、 2通りの方法を用いることができる。 一つは、 一本 のェミッタ （矣起が一つ）から一本の電子線引き出し、複数の穴のあいた薄板（開 口板） を通すことにより、 複数の一次電子線を得る方法である。 もう一つの方法 は、 一本のェミッタに複数の突起を形成してそこから直に複数の一次電子線を引 き出す方法である。 いずれの場合も電子線は突起の先端から放出されやすい性質 を利用している。 他の方式の電子線源、 例えば熱電界放出型の電子線も使用可能 である。 熱電界放出電子線源とは、 電子放出材に高電界をかけることにより電子 を放出させ、 更に電子線放出部を加熱することにより、 電子放出を安定させた方 式のことである。

次に、 複数の一次電子線を二次元 （X— Y方向） に走査しながら （すなわち、 ラスタースキャンしながら） 試料表面の観察領域を照射し、 二次電子光学系に写 像投影方式を採用した上記実施例を図 4及び図 5を参照しながらより詳細に説明 する。

下記実施例では、 複数の一次電子線を得る方法として、 一本のェミッタに複数 の突起を形成してそこから直に複数の一次電子線を引き出す方法を採用している。 図 4に示されるように、 電子銃 2 0から放出された 4本の電子線 2 1 (2 1 - 1、 2 1 - 2, 2 1— 3、 2 1 - 4) は開口 5 0— 1で整形され、 2段のレンズ 22— 1、 2 2— 2でウィーンフィルタ 2 3の偏向中心面に 1 O ^mX l 2 τη の楕円状に結像され、 図の紙面垂直方向に偏向器 2 6によりラスタースキャンさ れ、 4本の電子線全体として lmmx 0. 2 5 mmの矩形領域を均一にカバーす るように結像される。 ウイーンフィルタとしての EXB 2 3で偏向された複数の 電子線はニューメリカルアパーチャ一 NAでクロスォ一パーを結び、 レンズ 2 4 で 1Z5に縮小され試料 Wに 2 0 0 ^ X 5 0 mをカバーし、 かつ試料面に垂直 になるように照射、 投影される。 試料から放出されたパターン画像 （試料像 F) の情報を持った 4本の 2次電子線 2 5は、 レンズ 2 4、 2 7 - 1 , 2 7— 2で拡 大され、 MCP 2 8— 1上に全体として 4本の電子線 2 5で合成された矩形画像 (拡大投影像 F ') として結像する。 この二次電子線 2 5による拡大投影像 F' は、 MCP 2 8— 1で 1万倍に増感され、 蛍光部 2 8— 2により光に変換され、 TD I (T i me D e l a y I n t e g r a t i o n) - C CD 2 9で試料の連 続移動速度に同期された電気信号となり、 画像表示部 3 0で連続した画像として 取得され、 CRT上等に出力した。

電子線照射部は試料表面をできるだけ均一に、 かつ照射むらを少なくして、 矩 形状に電子線で照射 "'る必要があり、 また、 スループットをあげるためにはより 大きな電流で照射領域を電子線照射する必要がある。 従来の電子線照射むらは士 1 0 %程度であり画像のコントラストむらが大きく、 また、 電子線照射電流は照 射領域において 5 0 0 nA程度と少ないために、 高いスループットが得られない という問題があった。 また、 走査型電子線顕微鏡 （SEM) 方式に比べて、 本方 式は広い画像観察領域を一括して電子線照射するためにチャージアップによる結 像障害が生じゃすいという問題があつた。

本実施例の一次電子線照射方法を図 5に示す。 一次電子線 21は、 4本の電子 線 21— 1、 21— 2、 21— 3、 21—4で構成されている。、 それぞれのビー ムは 2 ^mX 2. 4 mの楕円状しており、それぞれ 1本当り 200 ΠΙΧ 12. 5 mの矩形領域をラスタ一スキャンし、 それらが重なり合わないように足し合 わせて全体として 200 mX 50 mの矩形領域を照射する。 21— 1のビ一 ムは 21 - 1 ' へ有限の時間で到達し次にピームスポット径分 （10 xm) ずれ た 21— 1の直下 （21— 2方向） にほとんど時間損失なしに戻り、 再度前記と 同じ有限の時間で 21—1〜21—1' に平行に 21— 1 ' の直下 （ 21— 2 ' 方向） に移動し、 これを繰り返して図の点線で示す矩形の照射領域の 1Z4 (2 00 mx 12. 5 /m) を走査した後はじめの点 21— 1に戻りこれを高速に 繰り返す。 他の電子線 21— 2〜21— 4も電子線 21— 1と同様に同じ速度で 走査を繰り返し、 全体として図の矩形の照射領域 （200 mX 50 m) を均 一に高速に照射する。 均一に照射できれば、 前記のラスタ一スキャンでなくても 良い。 例えばリサ一ジュ形を描くように走査しても良い。 従って、 ステージの移 動方向は図に示す方向 Aである必要は無い。 即ち、 ステージの移動方向はスキヤ ン方向 （図の横方向の高速走査方向） に垂直である必要は無い。 本実施例では電 子線照射むらは土 3 %程度で照射できた。 照射電流は 1本の電子線当たり 250 n Aで試料表面で全体として、 4本の電子ビームで 1. 0 Aを得ることができ た （従来の 2倍）。 電子線の本数を増やすことにより、 電流を増加でき、 高スルー プットを得る.ことができる。 また、 照射点が従来に比べて小さく （面積で約 1ノ 80) また移動しているのでチャージアップは従来の 1/20以下に抑えること ができた。

図中には示していないが、 本装置には、 レンズの他に、 制限視野絞り、 電子線 の軸調整のための 4極またはそれ以上の極数を有する偏向器（ァライナー）、非点 収差補正器（スティグメータ）、 さらにビーム形状を整形する複数の 4重極レンズ (4極子レンズ） 等電子線の照明、 結像に必要なユニットを備えている。 次に、 写像投影方式の電子線検査装置の別の実施例を説明する。 当該実施例に 係る電子線検査装置は、 試料 （例えばウェハ若しくはマスク） 特に、 最小線幅が

0 . 1 m 以下のデバイスパターンを有するウェハ等の欠陥検査を、 高いスル一 プットでかつ高い信頼性で行えるようにしたものである。

まず、 本実施例の概要について説明する。

本実施例に係る写像投影方式の電子線検査装置は、 電子銃から放出した電子線 を矩形の電子ビームに成形し、 その電子ビームをウェハの表面に照射し、 ウェハ 面から放出された二次電子の像を検出器に結像させる。 このような写像投影方式 の欠陥検査用の電子線検査装置は、 走査型電子顕微鏡のビームスポット径よりも 大きい矩形状又は面状のビームを使用し、 その照射領を一括して結像させ、 画像 を取得する。 従って、 走査型に比べて高いスループット化の要求を満足させるこ とができる。 また、 この装置においては、 ステー を連続的に移動させてウェハ 全面を走査することによりウェハから放出された二次電子を蛍光板で光学的像に 変換し、 変換された像をラインセンサ （T D I— C C D) で撮像する。

このようなラインセンサでは、 図 9に示されているように、 直交した 2軸の 1 軸方向 （図で左右方向） に C 1ないし C nのライン状に並べられている n個の C C D画素列が他の軸方向 （図で上下方向） に R OW— 1ないし R OW— mの m個 並べられて、 C C Dアレイを構成している。 各 C C D画素列に蓄積された電荷は 外部からの一垂直クロック信号により一度に垂直方向へ C C D—画素分だけ転送 される （即ち電荷が矢印 Eの方向に移動する） 。 ある時点で R OW— 1に撮像さ れた n個の画素のライン画像は、 クロック信号が与えられたときに R OW— 2に 転送される。 続けてクロック信号が与えられると R OW— 2に転送されたライン 画像は垂直方向に更に一画素分だけ移動し R OW— 3に転送される。 こようにし て画像の移動に追従して R OW— mまで電荷の転送が繰り返し行われて最終的に 水平出力レジス夕から画像データとしてラインセンサの外部に取り出される。 しかしながら、 ラインセンサの電荷移動時間 （以下、 ラインレートと呼ぶ） を 一定として撮像を行うと、 ステージの移動速度の変動に伴って走査型電子顕微鏡 方式による欠陥検査装置では問題とならないラインセンサの電荷移動の非同期に 起因した像ぼけを生じる。 更に、 ウェハ全面検査に伴う焦点機構により電子光学 系の倍率変動が生じ、 ウェハ上の画素サイズが変化するために最適ラインレート が変動し、 それにより同様な像ぼけが生じる。

本実施例の一つの目的は、 ラインセンサのラインレートを常にステージの移動 速度と同期させ、 電荷移動の非同期により生じる像ぼけを回避することができる 欠陥検査用の電子線検査装置を提供することである。

本実施例の他の目的は、 電子光学系の倍率変動に伴う像ぼけを回避することが できる欠陥検査用の電子線検査装置を提供することである。

そこで、 本実施例に係る写像投影方式の欠陥検査用の電子線検査装置では、 電 子銃から放出された電子線を所望の形状に成形し、 該成形された電子ビ一ムを検 査されるべき試料面上に照射する一次電子光学系と、 前記試料から放出された二 次電子を結像する二次電子光学系と、 前記結像された二次電子像を蛍光板を介し て光学像に変換し、 ラインセンサで検出させる検出器とを備えた写像投影型の欠 陥検査用の電子線検査装置において、 前記ラインセンサに設けられた画素列にお' いて撮像されたライン画像を転送するときの電荷移動時間を、 試料を移動させる ステージの移動速度に連動して制御する制御装置を設けている。 ステージの移動 速度を検出し、 最適なラインレートを算出してフィードパックすることにより、 ラインセンサのラインレートを常にステージの移動速度と同期させ、 電荷移動の 非同期により生じる像ぼけを回避することができる。

また、 本実施例に係る電子線検査装置の一つ変形例では、 前記ラインセンサの 電荷移動時間を前記電子光学系の倍率の変動に連動して制御するように構成され ている。 それにより、 ウェハ全面検査に伴う焦点機構により電子光学系の倍率変 動が生じた場合でも、 電荷移動の非同期により生じる像ぼけを回避することがで さる。

また、他の変形例において、前記二次電子光学系の二次電子を倍増するために、 前記蛍光板の前段にマイクロチヤンネルプレートを配置している。

また、 他の変形例において、 前記ステージの位置を測定するためのレーザ干渉 計を備えている。 それにより、 ステージの位置情報をレーザ干渉計から検出し、 ステージの移動速度から最適なラインレートを算出してフィ一ドバックすること ができ、 ラインセンサのラインレートを常にステージの移動速度と同期させ、 電 荷移動の非同期により生じる像ぼけを回避することができる。

以下図面を参照して、 本実施例に係る写像投影方式の欠陥検査用の電子線検査 装置をより具体的に説明する。

図 6において、 本実施例の欠陥検査用の電子線検査装置 1 0 0 1が模式的に示 されている。 この欠陥検査用の電子線検査装置 1 0 0 1ば、 電子銃から放出され た電子線を所望の形状 （例えば、 矩形、 若しくは楕円形等） に成形し、 成形され た電子ビームを検査されるべき試料 （例えばウェハ若しくはマスク等、 本実施例 においては以下ウェハと呼ぶ） Sの表面上に照射する一次電子光学系 1 0 0 2と、 ウェハ Sから放出された二次電子を検出器に拡大投影する二次電子光学系 1 0 0 3と、 二次電子を受けて光の像に変換し、 更に電気信号に変換する検出器 1 0 0 4と、 検出器 1 0 0 4を制御するための制御装置 1 0 0 5 (図 7 ) とを備えてい る。

一次電子光学系 1 0 0 2は、 電子線 1 0 2 1を放出する電子銃 1 0 2 2と、 電 子線 1 0 2 1を所定の断面形状のビームに成形する一次系静電レンズ 1 0 2 3と を備え、 それらは、 図 6に示すように、 ウェハ Sの表面に垂直な方向に対し一定 の角度を有していて、 電子銃 1 0 2 2を最上部にして順に配置されている。 一次 電子光学系 1 0 0 2は更に、 電界と磁界とが直交する場により電子ビームを偏向 すると共にウェハ Sからの二次電子を分離するための E X B分離器 Γ0 2 4と、 静電対物レンズ 1 0 2 5とを備え、 これらはウェハ Sの表面に垂直な方向に沿つ て配置されている。

二次電子光学系 1 0 0 3は、 E X B分離器1 0 2 4で分離されたウェハ Sから の二次電子 1 0 3 1の光軸 Aに沿って、 ウェハ Sの表面に対して垂直な方向に配 置されており、二次電子を拡大投影する二次系静電レンズ 1 0 3 2を備えている。 検出装置 1 0 0 4は、 M C P (マイク口チャンネルプレー卜) 1 0 4 1と、 二 次電子光学系からの二次電子を光の像に変換する蛍光板 1 0 4 2と、 該光の像を 検出するラインセンサ 1 0 4 3と、 検出されたウェハ画像情報を格納するメモリ — 1 0 4 4と、 ウェハ画像を表示する C R Tモニター 1 0 4 5とを備えている。 制御装置 1 0 0 5は、 図 7において示されているように、 ステ一ジの位置を測 定するレーザ一干渉計 1 0 5 1と、 レーザー干渉計 1 0 5 1からの位置信号を変 換する A_/D変換器 1 0 5 '2と、 レーザー干渉計 1 0 5 1からの位置信号に基づ いて最適ラインレートを演算し出力するラインレート制御部 1 0 5 3と、 ライン レート制御部 1 0 5 3からの出力信号を変換する D ZA変換器 1 0 5 4と、 ライ ンレート制御部 1 0 5 3からの信号に基づいてラインセンサー 1 0 4 3を.制御す' るラインセンサ一制御部 1 0 5 5とを備えている。

上記各構成要素は公知のものであってもよく、 それらの構造の詳細説明は省略 する。

上記構成の電子線検査装置 1 0 0において、 電子銃 1 0 2 2から放出された電 子は、 加速されて電子ビーム 1 0 2 1として一次系静電レンズ 1 0 2 3でその断 面形状が矩形状又は楕円状に成形される。 成形ざれた電子ビ一ムは、 E X B分離 器 1 0 2 4の偏向主面より僅かに上側で矩形又は楕円の像を結像するようにされ る。 E X B分離器 1 0 2 4に入射し結像したビーム像は、 そこでウェハ Sの表面 に垂直な方向に偏向され、 静電対物レンズ 1 0 2 5により縮小減速されてウェハ S上を照射する。

電子ビームの照射によってウェハ Sから放出された二次電子 1 0 3 1は、 静電 対物レンズ 1 0 2 5で収束され E X B分離器 1 0 2 4に入射される。 E X B分離 器 1 0 2 4により二次系静電レンズ 1 0 3 2の方向に向けられた二次電子線は、 二次系静電レンズ 1 0 3 2を通過し、 更に M C P 1 0 4 1上に拡大投影される。

M C P 1 0 1に入射した二次電子 1 0 3 1はそこで増倍されて、 蛍光板 1 0 4 2を照射する。 蛍光板 1 0 4 2に照射された二次電子 1 0 3 1はそこで光の像 に変換される。 この画像はラインセンサ 1 0 4 3により検出され、 電気信号に変 換される。 電気信号に変換されたウェハ画像データは、 光ファイバ一ケーブルを 介してウェハ画像情報としてパーソナルコンピュータのメモリ一 1 0 4 4に格納 される。 このウェハ画像情報は C R Tモニターに表示されて欠陥が検出される。 次に、 制御装置 1 0 0 5の作用について図 6及び図 7を参照して説明する。 検 査されるウェハ Sは X— Yステージ 1 0 0 6の上に配置されている。 上記で説明 したような方法でウェハを検査する塲合において、 X— Yステージ 1 0 0 6を一 定速度で Y方向に移動させ、 X—Yステージ駆動速度とウェハ上のピクセルサイ ズから算出されるラインレートを定数としてラインセンサ制御部 1 0 5 5に設定 し、 .ラインセンサ 1 0 4 3の画像を C R Tモニター 1 0 4 5に表示させる。 同期 がとれていない場合、 X—Yステージの速度変動と同期したステージ走査方向に 垂直なステージ速度とラインレートとの非同期に起因する縞模様が数本生成され て、 像ぼけが生じることとなる。

そのような縞模様による像ぼけを解消するべく、 制御装置 1 0 0 5は以下のよ うな制御を行う。 X— Yステージ 1 0 0 6の移動位置はレーザー干渉計で測定さ れ、 そのシリアル出力信号はクロック周波数 2 0 0メガヘルツ、 1 6ピットで A /D変換器 1 0 5 2によりデジタル信号に変換され、 現在のステージの位置情報 X tがラインレー卜制御部 1 0 5 3に出力される。 それと共に、 ラインレート制 御部 1 0 5 3には 1サイクル前の位置情報 X t — 1及び遅延時間も入力される。 ラインレート制御部 1 0 5 3は、 これらの位置情報と遅延時間からステージの速 度成分を算出し、 更に、 ステージの速度成分及びウェハ上の画素サイズから最適 ラインレートの計算を行い、 それらの情報信号を出力する。 この出力信号はクロ ック周波数 2 0 0メガヘルツ、 1 6ピットで D ZA変換器 1 0 5 4でアナログ信 号に変換され、 ラインセンサ制御部 1 0 5 5に入力される。 ラインセンサ 1 0 4 3のラインレートはラインセンサ制御部 1 0 5 5からの信号により制御される。 ラインセンサ制御部 1 0 5 5のコマンドによりラインセンサ 1 0 4 3のラインレ ートを更新して、 画像の像ぼけを回避することが可能となる。 この場合、 X— Y ステージの振動周期が数マイクロ秒より十分大きいことに対して、 入出力を含む 制御装置 1 0 0 5全体の時間遅れは十分に小さい。

本実施例による上記電子線検査装置を使用してウェハの実際の検査を行った。 図 8において、 約 1 3 O mm X 1 3 O mmのウェハ検査領域 S 1の左上の検査開 始点 S 2をまず電子ピ一ム 1 0 2 1の照射領域の中心に移動させた後、 X— Yス テージ 1 0 0 6を + Y方向に 1 O mm/ s e cで移動しながらウェハの検査を行 つた。 従って、 ウェハ検査領域 S 1は矢印 Bの方向に検査される。 次に、 X— Y ステージ 1 0 0 6を一 X方向に移動させた後、 — X方向に 5 0 0ミクロンほどス テツプ移動させる。 従って、 ウェハ検査領域 S 1は矢印 Cの方向に移されること となる。 次に、 X— Yステージ 1 0 0 6を— Y方向に移動させながらウェハの検 查を行った。 この場合ウェハ検査領域 S 1は矢印 Dの方向に検査される。 このよ うにして、 走査を繰り返しながらウェハ検査領域 S 1の全面の検査を行った。 検査開始点 S 2から X— Yステージ 1 0 0 6を + Y方向にステージ速度 1 0 m m/ s e cで移動しながら走査を行ったときには、 ステージ速度変位 ± 1 0 %程 度の変動を周期 2 . 5ミリ秒毎に繰り返した。 この場合、 3 0 0キロへルツ付近 の周波数を有するラインレートは、 ラインレート制御部 1 0 5 3によってステー ジの速度変位と同期した振動を繰り返すことにより、 像ぼけのない良好な画像を 取得することができた。

また、 X— Yステージ 1 0 0 6を一 Y方向にステージ速度 1 O mm s e cで 移動しながら走査を行ったときも、 + Y方向に走査を行ったときと同様なステー ジ速度変位を示したが、 同様な制御を行うことにより良好な画像を取得すること ができた。

本実施例によれば、 以下のような効果を奏する。

( 1 )ラインセンサのラインレートを制御するラインセンサ制御部の外部入力に、 ラインレート制御部で算出した最適なラインレート信号をフィードパックするこ とにより、 ラインセンサのラインレートが X— Yステージの移動速度と常時同期 し、 ラインセンサの電荷移動遅延により生じる像ぼけを回避することができる。

( 2 ) ウェハ全面検査に伴う自動焦点機構により電子光学系の倍率変動が生じた 場合でも、 ラインセンサ制御部の外部入力に、 ラインレート制御部で算出した最 適なラインレート信号をフィードバックすることにより、 電荷移動の非同期によ り生じる像ぼけを回避することができる。

( 3 ) X— Yステージの振動、 又は X— Yステージ駆動モータの速度変動に伴う ラインセンサによる画像の像ぼけを能動的に制御できる。

次ぎに、 写像投影方式の電子線検査装置の別の実施例を説明する。 当該実施例 に係る電子線検査装置は、 多目的な電子線検査装置に関する。

まず、 本実施例に係る写像投影方式の電子線検査装置の関連技術について説明 する。

写像投影方式の電子線検査装置は、 一般に 1つの電子線照射部を有する。 この 場合、 電子線を試料表面に対し斜め方向から電子線を照射し試料表面に垂直の方 向から電子線を取り出すと、試料表面の凹凸により陰影が生じる問題があるので、 ウィーンフィルタ ( E X Bフィルタ） を用いて斜め方向の電子線を偏向し試料表 面に対し垂直方向に入射するようにし、 一方試料からの二次電子は、 試料表面か ら垂直方向に取出し、 偏向を受けないようにウィーンフィル夕の電界及び磁界の 強度を設定している。

図 1 0は、 関連する技術の写像投影型電子線検査装置装置 2 0 3 4の構成を示 すブロック図である。 この電子線検査装置 2 0 3 4は、 試料 2 1 1 0に 1次電子 線 2 1 0 2を照射する電子銃 2 0 0 1、 1次電子線 2 1 0 2の照射により試料表 面から発生した 2次電子 2 1 1 1を検出し画像信号を生成する検出部 2 1 1 4、 電極 2 1 0 6及び磁石 2 1 0 7を備えるウイーンフィルタ 2 1 0 5、 1次電子線 2 1 0 2を成形する第 1レンズ系 2 0 0 3及び第 2レンズ系 2 0 0 4、 ウィーン フィルタ 2 1 0 5と試料 2 1 1 0との間に配置される第 3レンズ系 2 1 0 8及び 第 4レンズ系 2 1 0 9、 ウィーンフィルタ 2 1 0 5と検出部 2 1 1 4との間に配 置される第 6レンズ系 2 1 1 2及び第 7レンズ系 2 1 1 3を備える。 この電子線 検査装置において、 ウィーンフィルタ 2 1 0 5は、 電子銃 2 0 0 1から照射され た一次電子線 2 1 0 2を偏向するが試料表面から放出される 2次電子 2 1 1 1は 直進するように設定され、 照射一次電子線 2 1 0 2を試料表面へ垂直に入射させ ている。 このような装置は、 例えば、 特開平 1 1— 1 3 2 9 7 5号公報に開示さ れる。

このような電子線検査装置は、 単機能であり、 ウェハのサイズが 8インチ、 1 2インチ、 1 5インチと大型化するにつれて電子線検査装置の床面積が大きくな り、 しかも種々の検査や測定を行う必要があるため、 クリ一ンルームに占める電 子線検査装置の床面積の割合が増加する問題を生じている。

本実施例一つの目的は、 1台の電子線検査装置で複数の機能を有する電子線検 査装置を提供し、 少ない電子線検査装置台数でプロセス途中のウェハの検査を可 能にすることである。 本実施例の他の目的は、 複数の機能を有する電子線検査装 置を備えることにより半導体製造設備のクリーンルームに占める電子線検査装置 の床面積の割合を減少することである。 本実施例のその他の目的及び利点は、 以 下の説明において明らかにされる。 ，

そこで、 本実施例に係る写像投影方式の欠陥検査用の電子線検査装置では、 1 次電子線を試料に照射し試料表面から発生する 2次電子を検出することにより試 料表面の状態を検査する多目的電子線検査装置であって、 1次電子線を発生する 電子源、 1次電子線を整形するレンズ系、 1次電子線を走査する光学系、 試料を 支持する試料ステージ、 2次電子を検出器へ向かわせる光学系、 及び 2次電子を 検出して画像信号を生成する検出器を有し、 試料表面の欠陥検出、 試料表面の欠 陥レビュー、 パターン線幅測定、 及びパターン電位測定の.内少なくとも 2つの機 能を有する。 2つの機能は、 試料表面の欠陥検出、 及び試料表面の欠陥レビュー であることができる。

本実施例に係る多目的電子線検査装置において、 試料表面の欠陥検出が画像信 号により得られる画像をパターンデータと比較するか又はダイ同士の画像を比較 することにより行われ、 試料表面の欠陥レビューがウェハ表面上における 1次電 子線の走査と同期させたモニタ一上のビームの走査により得られる画像観察によ り行われ、 パターン線幅測定がウェハ表面上における 1次電子線の走査がパター ンの短辺方向に行われそのときの 2次電子像により行われ、 パターン電位測定が 試料表面に最も近い電極に負の電位を与え試料表面の高い電位を持つパターンか ら放出される 2次電子を選択的に試料側へ追い戻すことにより行われることがで きる。

1次電子線を試料に照射し試料表面から発生する 2次電乎を検出することによ り試料表面の状態を検査する本実施例に係る多目的電子線検査装置は、 1次電子 線を矩形、 円形、 及ぴスポットの内の少なくとも 2種類に整形可能なレンズ系、 電子線を任意の方向に走査するための偏向系を有する 1次電子光学系、 試料から 放出される 2次電子を試料表面から検出器へ向わせる検出系を有し、 欠陥を自動 的に検出する機能及び欠陥の位置情報を出力する機能を有し、 更に上記欠陥の形 状を観察可能にする機能を有する。 検出系は、 写像投影光学系を含むものである ことができる。 また検出系は、 2次電子倍増管を含むものであり得る。

本実施例に係る多目的電子線検査装置の組合せは、 当該多目的電子線検査装置 を 1以上の列に複数台ずつ配置し、 それらの試料ステージを共通とし共通の試料 ステージ上の試料を検査可能とする。 また多目的電子線検査装置の各々が複数の 1次電子線を試料へ照射するものであることができる。 このような組合せにより 検査工程のスループット （単位時間当たりの検査量） を高めることがきる。

以下図面を参照して、 本実施例に係る欠陥検査用の多目的電子線検査装置をよ り具体的に説明する。

図 1 1は、 多目的電子線検査装置 2030を示す概要図である。 電子線検査装 置 20 30は、 一次電子線 210 2を発生する電子銃 200 1等を収容する鏡筒 20 2 8及び鏡筒 2028の下方を覆うシールドケース 2029を備える。 シー ルドケース 2029は、 ウェハ （試料） 2 1 10を収容レ、 鏡筒の下方と連通さ れ、 鏡筒内と同様に排気され真空にされる。 鏡筒 2028は、 その内部に、 電子 銃 20 0 1、 一次電子線 2 1 02をウェハ表面 2 1 1 0へ照射するためのコンデ ンサレンズ 2002、 2003、 2004、 矩形開口 20 0 5、 円形開口 20 0 6、 レンズ 2024、 2025、 偏向器 2007、 ウイーンフィルタ 2009、 一次電子線が照射されるウェハ表面 2 1 1 0から放出される 2次電子に作用する レンズ系 20 1 2、 20 1 0、 2 0 1 5、 201 7、 マイクロチャンネルプレー ト 20 1 8、 シンチレ一夕 20 1 8 ' 、 光ファイバ一束 2 0 1 9を収容する。 シ 一ルドケース 2029は、ステンレスで作った場合は別途磁気遮蔽が必要であり、 強磁性体で作った場合は磁気遮蔽を無くすことも可能にされる。

電子線検査装置 2030において、 電子銃 2001から放出された一次電子線 2 1 0 2は、 コンデンサレンズ 2 002、 2003、 20 04、 矩形開口 200 5、 円形開口 2006、 レンズ 2 024、 2025、 偏向器 2007、 ウィーン フィルタ 2009等を通り、 ウェハ （試料） 表面 1 1 1 0へ照射される。 電子銃 20 0 1から放出された一次電子線 2 1 02は、 コンデンサレンズ 2002、 2 0 0 3、 2 004で収束され、 矩形開口 2005又は後方の円形開口 2006を 一様な強度で照射する。 図 1 1の装置においては、 レンズ 2024及び 202 5 を調整することにより、 ウェハ表面 2 1 1 0上に、 矩形開口 20 05の縮小像、 円形開口 2006の縮小像又はクロスォ一パーの縮小像を選択形成可能にされる。 また偏向器 2007を作動させることにより、 ウェハ表面上で一次電子線 2 1 0 2を走査することが可能になっている。

図 1 1の電子線検査装置 203 0において、 ウェハ表面の画像は、 次のように 作成される。 即ち、 一次電子線 2 102が照射されたウェハ表面 21 1 0から放 出される 2次電子が、 レンズ系 2 0 1 2、 2 0 1 0、 2 0 1 5、 2 0 1 7を経て マイクロチャンネルプレート 2 0 1 8上に結像され、 その後面のシンチレ一夕 2 0 1 8 ' で光の像に変換され、 光ファイバ一束 2 0 1 9、 2 0 2 0で外部へ取出 され、 2次元 C C D 2 0 2 7により電気信号に変換され画像が作成される。 この 作成された画像をパターンデ一夕と比較 （自動パターン整合手順） したり、 隣り のダイ （すなわち、 同じゥェ一八上に配列された隣のチップ） の同じ場所で作成 された画像同志を比較する、 即ちダイ同志を比較する （欠陥比較処理機） ことに よって欠陥を自動的に検出し、 欠陥位置を出力 （欠陥後処理機） できる。 このよ うに、 電子線検査装置 2 0 3 0は、 写像投影方式の電子線検査装置の機能を有し ている。

図 1 1の電子線検査装置 2 0 3 0において、 モニター 2 0 2 3の輝度変調は次 のように行う。 即ち、 ウェハ表面 2 1 1 0に隣接するレンズ 2 0 1 2に特定の電 圧を与えることにより、 2次電子の軌道 2 0 1 4をウェハ表面の縁部に隣接する 2次電子倍増管 2 0 2 1へ向け、 2次電子を 2次電子倍増管 2 0 2 1で増幅し、 得られた電気信号を増幅器 2 0 2 2により増幅し、 モニター 2 0 2 3の輝度変調 に用いる。

図 1 1の電子線検査装置 2 0 3 0において、 ウェハ表面の欠陥の観察は、 次の ようにして行うこともできる。 即ち、 偏向器 2 0 0 7を作動させウェハ表面 2 1 1 0上での一次電子線 2 1 0 2の走査と同期してモニタ一 2 0 2 3のビームを走 査し、 得られた画像、 即ち S E M画像とパターンデータによる画像とを比較する ことによりウェハ表面の欠陥の観察を行う。 このように、 電子線検査装置 2 0 3 0は、 走査型電子ビーム方式 （S E M方式） を用いた電子線検査装置の機能をも 有している。 したがって、 偏向器 2 0 0 7を作動させて、 ウェハ表面上で一次電 子線を矩形又は長方形のパターンの例えば短辺方向に走査することにより、 モニ ター 2 0 2 3で得られた 2次電子像により長辺方向に沿って配列されたパターン 線幅を測定するができる。

また、 電子線検査装置 2 0 3 0を写像投影方式として用いた場合でも、 走査型 電子ビーム方式として用いた場合でも、 ウェハ表面 2 1 1 0に隣接するレンズ 2 0 1 2の最もウェハに近い方の電極 2 0 1 2 aに負の電位を与えることによって、 ウェハ表面の高い電位を持つパターンから放出された 2次電子を選択的にウェハ 側へ追い戻すことによって、 パターンの電位を評価して、 ゥエーハに生じた電気 的な導通不良 （オープン、 ショート不良など）、 すなわち、 コンタクト不良をより 正確に検査する'ことができる。

電子線検査装置 2 0 3 0の写像投影方式と走査型電子ビーム方式との切換は、 制御装置 2 9 0 0により行うことができるようになつている。

本実施例多目的電子線検査装置は、 上述のように、 1台の装置により、 欠陥検 出、 欠陥レビュー、 パターン線幅測定、 パターン電位測定等多目的の検査及び測 定を行うことができるので、 クリーンルーム内に多くの床面積を占めることがな く、 それ故、 デバイス製造装置を多く配置することができ、 クリーンルームの有 効利用を図ることができる。

次ぎに、 写像投影方式の電子線検査装置の別の実施例を説明する。 当該実施例 に係る電子線検査装置は、 最小線幅が 0 . 1ミクロン以下の高密度パターンの形 状観察や欠陥検査を高精度且つ高信頼性で行うのに適した電子線検査装置に関す るものである。

上記のように、 半導体デバイスの高密度化に伴ない、 半導体ゥェ一八等の基板 の表面の欠陥を高精度に検査する必要が生じ、 これに応えるものとして、 写像投 影型電子線検査装置が提案されている。 この写像投影型電子線検査装置は、 試料 の表面に電子銃から一次電子線を照射し、 それによつて試料から生成された二次 電子線をマイクロチャンネルプレートに結像させて電子を増倍した後、 シンチレ 一夕によって電子線をその強度を表す光に変換し、 これを T D I一 C C Dで検出 して電気信号へ変換し、 この電気信号を試料の走査に同期させることにより、 連 続した画像を得るものである。

しかしながら、 こうした写像投影型の電子線検査装置においては、 ステージの 移動方向を T D I 一 C C Dの受光面の配列方向と精度良く一致させる必要があり、 その精度は、 製作時の加工精度や組立て精度等の機械的精度に依存している。 し かし、 近年の 0 . 1ミクロン以下の形状観察や欠陥検査を対象とする装置におい ては、 関連する技術では、 必要とする精度を達成することが困難であるという問 題があった。 本実施例は、 機械的精度で達成することが不可能であった、 試料の走査方向と

T D I - C C D受光面の配列方向との高精度のァラインメントを達成可能にし、 信頼性の高い形状観察及び欠陥検査を行うことができる電子線検査装置を提供す ることを目的とする。

そこで、 本実施例に係る写像投影方式の欠陥検査用の電子線検査装置では、 一 次電子線により試料を照射する電子照射部と、 該一次電子線の照射により前記試 料から生成された二次電子線を光学的に処理して前記試料の画像を生成する光学 系と、 該画像を受け取るマイクロチャンネルプレートと、 該マイクロチャンネル プレートの出力をシンチレ一夕で光に変換した後、 該光信号を電気信号へ変換す る C C Dと、 該 C C Dの出力を処理する画像表示部と、 前記試料を移動させるス テージとを備えてなり、 前記ステージによって前記試料を走査する電子線検査に おいて、 前記試料と前記マイクロチャンネルプレートとの間に、 前記画像を回転 させる磁気レンズが配置されている。

前記磁気レンズは、 前記光学系の終段のレンズと前記マイクロチャンネルプレ 一卜との間に位置してもよい。

前記磁気レンズは、 前記マイクロチャンネルプレートに最も近いクロスオーバ 一位置に配置してもよい。

前記磁気レンズは、 前記終段のレンズに関して前記マイク口チャンネルプレー トとは反対側の前記終段のレンズに最も近い結像位置に配置してもよい。

図 1 2は、 本実施例に係る電子線検査装置の構成を概略的に示す図で、 該電子 線検査装置は写像投影型の電子線検査装置として実現されている。同図において、 電子線検査装置は電子銃 3 0 0 1を備え、 電子銃 3 0 0 1から放出された一次電 子線 3 0 0 2は矩形の開口で整形され、 2段のレンズ 3 0 0 3、 3 0 0 4を経て、 電極 3 0 0 5と磁石 3 0 0 6とを有するウィーン'フィルタ 3 0 0 7に入射する。 このとき、 一次電子線 3 0 0 2は、 ウィーン 'フィルタ 3 0 0 7の面に例えば 1 mm X 0 . 2 5 mm角で結像される。 ウィーン .フィルタ 3 0 0 7で一次電子線 3 0 0 2は進路を変更され、 レンズ 3 0 0 8、 3 0 0 9を通過して 1 Z 5に縮小 された後、 ステージ S上の試料 3 0 1 0に垂直に投影される。 試料 3 0 1 0は、 例えばゥエー八であり、 その表面には回路パターンが形成されている。 一次電子線 3002によって照射されて、 試料 3010の表面から二次電子線 が放出され、 また、 一次電子線 3002の一部は試料 3010の表面で反射され る。 これらの反射電子線及び二次電子線 301 1は、 試料 3010上の回路パ夕 —ンを表す情報を含んでいる。 次電子線 301 1はレンズ 3009、 3008 を経てウィーン ·フィルタ 300.7を直進し、 一次電子線 3002の経路から外 れた経路を経て静電型レンズ系のレンズ 3012、 3013を通過する。 二次電 子線 301 1はレンズ 3009、 3008、 3012、 3013によつて拡大さ れる。

静電型レンズ系の最終段のレンズ 30 13から出た二次電子線 30 1 1は磁気 レンズ 30 14を通った後、 マイクロチャンネルプレート 30 15上に矩形の像 として結像する。ここに磁気レンズ 3014を配置した理由については後述する。 結像された矩形の像はマイクロチャンネルプレート 3015によって 1万倍に増 感されて蛍光部 3016を照射する。 これにより、 蛍光部 30 16は増感された 矩形の画像を光に変換し、 変換された光はリレー光学系 30 17を経て TD I一 C CD 3018を照射する。 そこで、 TD I CCD 3018は入射した光を、 試 料 30 10を移動ステージによって走査する走査速度に同期した電気信号へ変換 し、 連続した画像として画像処理部 30 19へ与える。

こうして画像処理部 3019により取得された画像は、 オンタイムでの複数の セルの画像比較や複数のダイの画像の比較による試料 3010の表面の欠陥の検 出に供される。 画像処理部 3019で検出された試料 3010上の欠陥の形状の 特徴、 数及び位置座標等は、 必要に応じて、 CRT上に表示され、 また記録され る。

なお、 上記の試料表面の形状観察や欠陥検査においては、 試料 30 10の基板 が例えば酸化膜ゃ窒化膜が用いられることがあって表面構造が違うことや、 製造 工程が異なることを考慮して、 適切な条件の下で荷電粒子を試料 30 1 0に照射 し、 最適な照射条件で照射を行った後、 画像を取得して形状観察や欠陥検査を行 うことが望ましい。

さらに、 2次電子だけでなく散乱電子や反射電子による画像も上記のように取 得できるが、 ここでは 2次電子画像を取得した場合について述べている。 ここで、 図 1 3を用いて、 図 1 2に示す磁気レンズ 1 3 0 4の動作原理を説明 する。 磁気レンズ 1 3 0 4は、 上から見て環状の形状をしていると共に、 その横 断面は左右に U字形状が表される形状となっている。 図 1 3の （A) 及び （B ) は、 磁気レンズ 1 3 0 4の中心部分のみを表した図である。 図 1 3の （A) 及び (B ) に示すように、 磁気レンズ 3 0 1 4のポールピースの中心を二次電子線 3 0 1 1が通過するとき、 上側のポールピース 3 0 2 1 aと下側のポールピース 3 0 2 1 bとの間に配置された図示しない環状のコイルにより上下のポールピース を通って磁路が形成されて、 二次電子線 3 0 1 1に磁界が印加され、 それによつ て、 二次電子線 3 0 1 1は、 二次電子線 3 0 1 1の光軸中心に対して矢印 3 0 2 2で示す方向に回転させられる。 このときの二次電子線 3 0 1 1の回転量は、 ポ ールピース 3 0 2 1 a及び bを通って二次電子線 3 0 1 1に印加される磁界を強 くすればするほど大きくなる。

この原理を利用すると、 例えば、 磁気レンズ 3 0 1 4をレンズ 3 0 1 3とマイ クロチャンネルプレート 3 0 1 5との間に配置し、 磁気レンズ 3 0 1 4が発生す る磁界の強度を調整することにより、 試料 3 0 1 0から放出された二次電子線 3 0 1 1がマイクロチャンネルプレート 3 0 1 5上に結像したときの画像を回転さ せることができる。 したがって、 磁気レンズ 3 0 1 4の磁界強度の調整により、 移動ステージ Sで試料 3 0 1 0を走査するときの走査方向と T D I - C C D 3 0 1 8の受光面の積算方向とを一致させることが可能になる。

また、 磁気レンズ 3 0 1 4を静電型レンズ系の最終段のレンズ 3 0 1 3とマイ クロチャンネルプレ一ト 3 0 1 5との間に配置すると、 静電型レンズ系に対して 影響 （例えば、 静電型レンズ系の倍率を変えてしまったり、 収差や歪みを生じさ せたりすること） を与えることなく、 磁気レンズ 3 0 1 4による二次電子線 3 0 1 1の回転、 したがって、 結像画像の回転を行うことができる。

実際、 図 1 2に示すように、 磁気レンズ 3 0 1 4を最終段のレンズ 3 0 1 3と マイクロチャンネルプレート 3 0 1 5との間に配置した場合、 試料 3 0 1 0の走 査方向と T D I C C D 3 0 1 8の受光面の配列方向とを予め機械的に ± 1度以内 に調整した後、 磁気レンズ 3 0 1 4の磁界強度を変えて二次電子線の回転角度を 測定したところ、 二次'電子線の回転を ± 1 0秒以内の角度で行い得ることがわか つた。 これは、 角度精度が、 （視野寸法 / 2) X (角度精度） < (1Z10) X (ピクセル寸法） の関係を満たせばよく、 したがって、 角度精度く （1/204 8 X 5) r a d= 9. 77 X 10 ^_5 r a d = 20. 2秒であることによる。

上で説明した磁気レンズ 3014は、 図 14又は図 15に示す位置に配置され ることが望ましい。 図 14は、.これまで説明したとおり、磁気レンズ 30 14は、 静電型レンズ系の最終段のレンズ 30 13とマイクロチャンネルプレート 30 1 5との間の、 レンズ 3013に最も近いクロスオーバー位置 3031に配置され る。 これにより、磁気レンズ 3014の二次電子線に対する回転作用が利用でき、 しかも写像投影系の静電レンズ系の合焦条件に与える影響を殆ど無視し得る位に することができる。

一方、 図 15においては、 磁気レンズ 3014は、 静電型レンズ系の最終段の レンズ 3013に関してマイクロチャンネルプレート 301 5とは反対の側の、 レンズ 3013に最も近い結像位置 3041に配置される。結像位置 3041は、 試料 3010の表面及びマイクロチヤンネルプレート 301 5の二次電子線入射 面と共役の位置であり、 磁気レンズ 3014の回転作用以外のいかなるレンズ作 用も働かない位置である。 このため、 磁気レンズ 30 14は、 試料 3010の走 査方向と TD I -CCD 3018の受光面の配列方向とのずれを補正する作用を 行うだけである。 換言すると、 磁気レンズ 3014により、 こうした方向のずれ を容易に補正することができる。 また、 磁気レンズ 3014による回転作用によ り写像投影系の静電型レンズ系が影響されて収差や歪みを生じることがないので、 図 14に示す配置と同等又はそれ以上の優れた精度を達成することができる。 以上、 本実施例に係る電子線検査装置の説明から理解されるように、 この実施 例は、 試料の走査方向と TD I一 CCDの受光面の配列方向とを容易に一致させ ることができるので、 これらの方向の不一致に起因する画像のぼけを除去又は最 小化することができ、 分解能が 0. 1ミクロン以下という優れた分解能の下で信 頼性の高い形状観察や欠陥検査が可能になるという格別の効果を奏する。

また、 この実施例においては、 TD I—CCDの段数を増やしても、 試料に対 する走査の方向と TD I一 CCD受光面の配列方向との不一致による画像ボケが 少ないため、 一層高い段数の TD I— CCDを使用することが可能になり、 一層 高感度の電子線検査を提供することができ、 したがって高スループットを実現す ることができるという効果も奏される。

次ぎに、 電子線検査装置の別の実施例を説明する。 本実施例は、 単一又は複数 の電子線を使用し固体試料表面の評価を行う電子線検査装置に関し、 特に最小線 幅 0 . 1 m以下のパターンを有するウェハ、 マスク等の試料の評価を、 高スル 一プット （時間当たり処理量） 、 高精度、 高信頼性をもって行う電子線検査装置 に関する。 評価項目は、 半導体ウェハ等の試料の欠陥検査、 線幅測定、 重ね精度 測定、高時間分解能の電位コントラスト測定等である。電位コントラスト測定は、 ウェハの表面下の電気的な欠陥や、 ウェハ表面上の微小粒子の測定を可能にする ものである。

本実施例において、 電子線の寸法 Dは、 電子線の試料表面上の像の径寸法 （直 径又は対角線長） を意味するものとする。 また、 本実施例において、 電子線の間 隔は、 隣接する電子線の試料表面上における隣接する像の中心間の距離を意味す るものとする。

まず、 本実施例に係る電子線検査装置の関連技術について説明する。

ウェハの被評価試料の欠陥等を評価する、 この種の電子線検査装置は、例えば、 特開平 9一 3 1 1 1 1 2号公報に開示される。 この公報は、 1次電子線をマスク、 ウェハ等のパターンが形成された被検査試料に照射し被検査試料からの 2次電子 を利用するパターン検査装置を開示する。 また、 関連技術においては、 対物レン ズと被検査試料の間に減速電界を印加し、 1次電子線を細く絞り被検査試料に照 射し被検査試料からの 2次電子を高率良く検出している。 また、 半球状のメッシ ュから成る 2次零子エネルギーフィルターを利用して試料の表面のパターンの電 位コントラストを測定している。

この種の関連技術で用いられている減速電界型対物レンズは、 2次電子を全て 通過させるので電位コントラストを測定することが困難である。 また半球状のメ ッシュ電極から成る 2次電子フィルターは、 対物レンズと試料間にメッシュ電極 を設けると対物レンズの像面距離が長くなり、軸上色収差係数が大きくなる問題、 及び 1次電子線ビームを細く絞ることができないか又は細く絞ろうとするとビー ム電流が小さくなる問題を有する。 更にメッシュ電極は、 メッシュの近傍を通る 1次電子線の軌道を不規則に曲げるので、 ビームがボケを生じだり、 走査歪が生 じる問題を有する。

本実施例の目的は、 このような関連技術の問題に鑑みなされたものであり、 1 次電子線を細く絞りながら大きなビーム電流を得ることができ、 電位コントラス トの測定が可能であり走査歪のない電子線検査を提供することにある。

本実施例の電子線検査は、 少なくとも 3枚の軸対称電極を有する単ポテンシャ ル静電レンズ、 即ち電子銃に近い側の電極（上側電極）、試料に近い方の電極（試 料側電極、 下側電極） 及び両者の間の中央電極、 を有する静電レンズによって試 料表面に 1次電子線を合焦させ偏向器で 1次電子線 'を走査させることによつて試 料から発生する 2次電子を検出し試料表面の評価を行う。 電子線検査は、 下側電 極に試料表面より低い電位の電圧を与えることによって試料表面上のパターンの 電位コントラストを得るようにしている。

本実施例の電子線検査においては、 電位コントラストを得る必要のない評価を 行う時、 試料側電極（下側電極） に対してアースに近い電圧が与えられる。 また、 下側電極に与える電圧を大きく変化した時の合焦条件の調整は、 中央電極に与え る正の高圧を変えることにより行われる。

本実施例の電子線検査においては、 合焦条件を高速で小変化させる時は、 静電 レンズの中央電極より電子銃側の電極（上側電極） に与える電圧を調整して行う。 本実施例においては、 電位分布を与えられた試料表面からの 2次電子の発生の変 化により、 コン卜ラスト像が得られる。

以下、 図面を参照して、 本実施例の具体的な内容を詳細に説明する。 図 1 6は、 本実施例に係る電子線検査の概略構成を示す概要図である。図 1 6に示すように、 電子銃 4 0 2 0は、ウェーネルト 4 0 2 1の内部に配置される力ソ一ド 4 0 2 2、 ウェーネルト 4 0 2 1の下部に配置されるアノード 4 0 2 3を備え、 1次電子線 が力ソード 4 0 2 2からアノード 4 0 2 3に向けて放出され、 アノード 4 0 2 3 を通過した電子線は、 軸合せ偏向器 4 0 2 4、 4 0 2 5で軸合せされ、 コンデン サレンズ 4 0 3 4、 4 0 3 5、 4 0 3 6の中心を通るようにされる。

力ソード 4 0 2 2が、 熱電界放出力ソード （T E F力ソード） である場合は、 力ソード 4 0 2 2から放出された 1次電子線は、 コンデンサレンズ 4 0 3 4、 4 0 3 5、 4 0 3 6によって試料表面への結像倍率が調整され 1次電子線 4 0 1 6 とされ、 対物レンズ 4 0 3 2、 4 0 3 8、 4 0 3 9で試料 4 0 3 3の表面へ合焦 される。 そして 1次電子線 4 0 1 6は、 E X B分離器 4 0 3 0の偏向中心にクロ スォ一パを作り、 静電偏向器 4 0 2 7及び E X B分離器 4 0 2 9、 4 0 3 0 ©内 電磁偏向器 4 0 2 9により 2段偏向され、 試料 4 0 3 3の表面上をラスタ走査す る。

図 1 6の電子線検査において、 試料の検査は、 1次電子線により試料 3 3の表 面 X方向 （図 1 6において紙面に垂直方向） の所定幅を X方向に走査しながらス テージ 4 0 4 1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 （一 定の領域） の検査が終了すると、 ステージ 4 0 4 1を X方向へ所定幅又はそれよ り僅かに大きい幅だけ移動させ、 隣のストライプ （隣接する領域） を検査する。 1次電子線 4 0 1 6が試料 4 0 3 3の表面上をラスタ走査で照射することにより 試料 4 0 3 3の走査点から 2次電子が放出される。

試料 4 0 3 3上の照射点から放出された 2次電子は、 対物レンズ 4 0 3 1の中 央電極 4 0 3 9の高電圧、 上側電極 4 0 3 8及び下側電極 4 0 3 2の接地電圧、 並びに試料 4 0 3 3の負の高電圧で形成される 2次電子に対する加速電界により '電子銃側へ引上げられ、 £ズ8分離器4 0 2 9、 4 0 3 0で 1次光学系から偏向 され図 1 6の点線の方向の軌道を取り、 2次電子線検出器 4 0 2 8で検出され、 S E M像 （走查型電子顕微鏡像） が形成される。 試料 4 0 3 3の電位コントラス トを評価する場合は、 対物レンズ 4 0 3 1の試料側電極 4 0 3 2に試料電位より 低い電位の電圧を与えることによって、 軸上ポテンシャル分布を次に述べる図 1 8のように試料の表面より低くなるようにする。 図 1 6に示す制御装置 4 9 0 0 により、 所望の電位の電圧を、 上側電極 4 0 3 8、 中央電極 4 0 3 9及び下側電 極 4 0 3 2にそれぞれ与えることができるようになつている。

図 1 8は、 上側電極 4 0 3 8、 中央電極 4 0 3 9、 下側電極 4 0 3 2、 及び試 料 4 0 3 3に、 それぞれ 4 . 5 k V, 8 k V、 3 5 0 V , 5 0 0 Vをそれぞれ与 えた時の軸上ポテンシャルの分布を示す。 図 1 8において、 横軸は、 Z軸、 すな わち試料 4 0 3 3の面に対して垂直に伸びる軸線の距離を表しており、 基準点の 0 mmは、 上側電極 4 0 3 8から前記軸線に向けて垂直に伸びる線と前記軸線と の交点となっている。 したがって、 図中の 4 . 0 0 0 mmは、 前記交点からの距' 離を示している。 図 1 8において、 図示されていないが、 点 4 0 0 2の対応する 位置に試料 4 0 3 3が配置されており、 点 4 0 0 1と点 4 0 0 2との間の中央位 置に対応する位置に下側電極 4 0 3 2が配置されており、 点 4 0 0 3の対応する 位置に中央電極 4 0 3 9が配置されている。 下側電極 4 0 3 2に試料電位より低 い電位の電圧が与えられているので、 図 1 8の点 4 0 0 1と点 4 0 0 2の範囲で 軸上ポテンシャルが試料 3 3の表面より低くなつている。 2次電子の内の高い電 位を持つパターンから発生したものは、 ポテンシャルエネルギーが低くその速度 が低いことから、 点 4 0 0 1と点 4 0 0 2間のポテンシャル障壁により、 試料側 へ追い戻され検出されない。 一方、 2次電子の内の低い電位を持つパターンから 発生したものは、 ポテンシャルエネルギーが高くより大きな速度を持っているの で、 このポテンシャル障壁を越えて検出器 2 8へ達する。

試料側 （下側） 電極 4 0 3 2に試料よりも低い電位を与えると、 中央電極 4 0

3 9と下側電極 4 0 3 2の間に大きい電界が発生するので、 両者の間は、 上側電 極 4 0 3 8と中央電極 4 0 3 9の間より広くする方がよい。 また中央電極 4 0 3

9と下側電極 4 0 3 2との間の電界が大きくなることにより、 レンズ作用が強く なり過ぎ、 合焦条件が大きくずれることになる。 これを補正するためには、 中央 電極 4 0 3 9に与える正の高電圧を大きく変化させ、 より低い電圧を与えれば良 い。

図 1 6の電子線検査におけるレンズ構造 （コンデンサレンズ 4 0 3 4、 4 0 3 5、 4 0 3 6 ) は、 一体のセラミックス 4 0 2 6から削り出して作り、 その表面 に選択的に金属をコ一ティングすることによって電極を形成することにより、 鏡 筒 4 0 4 0の外径を小さくすることができる。 図 1 7は、 小さくした外径の鏡筒

4 0 4 0を 4筒 X 2列に配置した様子を示す。 図 1 7の例では、 2次電子検出器 4 0 2 8を隣接する光学系と干渉しない側へ向け、 8インチのウェハ上に 8本の 鏡筒 4 0 4 0を配置した。 図 1 7の 8本の鏡筒 4 0 4 0 (各々の外径が 4 0 mm Φ以下の場合） の配置により、 試料ステージ 4 0, 4 1を y方向へ移動させながら 評価を行うと、 単一の鏡筒 4 0 4 0を使用する場合の 8倍のスループット （時間 当り処理量） を得ることができる。 試料 4 0 3 3のパ夕ーン段差や材質の差で画像を作る場合は、 2次電子検出効 率は、 大きい方が良い。 その場合は、 試料側電,極 4 0 3 2にはアースに近い電位 を与えれば良い。その時の中央電極 4 0 3 9に与える電圧は、正の高電圧となる。 また試料の表面の凹凸等に応答させるためダイナミックに焦点合せを行う場合は、 アースに近い電圧の上側電極 4 0 3 8に与える電圧を調整する。 この場合は、 制 御電圧を高速で変化させることが可能である。

なお、 本実施例の電子線検査装置は、 走査型電子ビーム方式 （S E M方式） の 電子線検査装置として説明したが、 本実施例の特徴部分は、 写像投影型の電子線 検査装置にも適用可能である。

本実施例の電子線検査装置は、 3枚の軸対称電極を有する静電レンズの試料に 近い方の電極に試料表面より低い電位の電圧を与えることによって、 対物レンズ の像面距離が長くなり軸上色収差係数が大きくなることや 1次電子線ビームを細 く絞ることができない等の問題を生じることがない。 この場合、 1次電子線の試 科表面への合焦は、 中央電極に与える正の高圧を変えることにより調整保持され る。 電位コントラストを得る必要のない時は、 試料に近い側の電極にアースに近 い電圧を与えることにより 2次電子の検出を効率良く行うことができる。

次に、 本発明の別の実施例を説明する。 本実施例は、 2次元又は 3次元の方向 に移動可能なステージ （以下、 単にステージと呼ぶ） 上に設置された試料に対し て荷電ビームとしての電子線を照射する荷電ビーム装置、 及びステージ上に試料 を搬送する方法に関する。

まず、 本実施例に係る荷電ビーム装置の関連技術について説明する。

ステージ上に設置された試料に対して荷電ビームを照射する、 この種の荷電ビ ーム装置としての電子線装置においては、 荷電ビームの通路全体を真空環境にす る必要性から、 ステージ全体を真空容器内に設置している。 また、 真空中でステ ージを機能させるには、 大気中でステージを作動させるのと異なり、 ステージの ァクチユエ一夕、 ガイド部の支持構造や潤滑、 及び材料等に特別の配慮が必要で あつ 7こ。

例えば、 ァクチユエ一夕に関しては、 真空中にサーポモータを配置する場合に は、 放熱が困難であるためサーポモ一夕を高温仕様にしたりサ一ポモータの仕様 条件に制限を設ける必要が生じたり、 回転軸の潤滑に固体潤滑剤や真空グリスを 使用しなければならない。 一方、 大気側にサーボモータを配置する場合には、 回 転導入部に磁性流体シール等の真空シール機構を設けると共に、 ステージに X方 向と Y方向のガイドの他にもう一段のガイドを設けて、 サーポモータが X方向ま たは Y方向のガイドと共に移動することを要しない構造にする必要があり、 大気 中で作動するステージに比べて構造が複雑で大型になっていた。

ガイド部の支持構造に関しては、 大気中で使用される高精度のステージに対し て使用されるような静圧を利用した空気軸受が、 真空環境のもとでは使用できな レ^ また、 クロスローラーベアリング等の高精度転がり軸受を使用する場合にお いても、 大気中で用いられる潤滑剤よりも潤滑性が劣る真空グリスや、 低蒸気圧 のフッ素系潤滑油を、 潤滑剤として使用しなければならなかった。 このため、 真 空用の高精度ステージを製作するのが困難であった。

ステージの材料に関しては、 真空中での放出ガス量が少ない材料を選定する必 要があり、 アルミニウム材はあまり使用されず、 また、 材料の表面積を小さくす るために部品表面の仕上げにも格別の配慮を必要としていた。

真空用のステージ機構には、 上記の他にも、 ステージを内蔵する真空容器、 試 料を大気中から真空環境内に移送するためのロードロック室、 試料の真空搬送機 構、 真空容器の真空配管、 バルブ類、 及び真空ポンプ等が必要であった。

また、 試料は真空中に載置されるので、 試料を固定する方法として吸着力で固 定するような真空チャックが使用できず、 静電チャックまたは試料の表面もしく は側面を固定子で押さえる機械式チャックを使用しなければならなかった。 しか しながら、 静電チャックには、 高価かつパ一ティクルを吸着し易く、 一部のタイ プの静電チャックでは除電に時間を要するといった問題点があり、 一方、 機械式 チヤックには、 平坦に保持する事が不可能な上に試料の表面または側面を固定子 で押さえなければならず、 試料であるウェハの裏面以外にチャックを接触させた くないという半導体メーカの要求を満足できないという問題点があった。

以上に述べたように、 関連する荷電ビーム装置は、 ステージを真空環境内に設 けなければならないため、 装置の製造コストが高く、 大きな設置面積や占有面積 を必要とし、 機構が複雑で装置の保守管理も困難であった。 更に、 一般的には、 大気に曝された'物体を真空排気すると、 その表面に吸着さ れたガス分子が離脱してくるため、 所定の真空度を得るためにはある程度の排気 時間を必要とする。 この離脱してくるガスのほとんどは、 高い真空度では水分子 (即ち、 大気中で表面に吸着した水蒸気） である。 従って、 大気に曝された試料 を十分に真空排気せずに荷電ビーム照射領域に搬送した場合には、 荷電ビーム照 射領域の真空環境内に搬送された途端に試料面に吸着されていたガス分子が放出 されて、 荷電ビーム照射領域の真空度を悪化させてしまい、 求められる所定の性 能での処理が行えないという問題点も従来からあった。 従って、 試料面やステー ジの構成部品の表面から荷電ビーム照射領域内に放出されるガスの量を大幅に減 少させかつ放出ガスを迅速に排気することが求められている。

本実施例の一つの目的は、 ステージのァクチユエ一夕やガイド機構等の構造を 大気中に設けることにより、 荷電ビーム装置をコンパクトで低い製造コストで製 造可能なものとすることである。

他の目的は、 試料や荷電ビームの光学系といつた真空環境が必要な箇所のみを 真空に維持して、 試料及び荷電ビーム光学系等がパ一ティクルや放出ガスで汚染 されないようにすることである。

別の目的は、 試料面やステージの構成部品の表面から真空中に放出されるガス の量を従来より大幅に減少させることができる荷電ビーム装置を提供することで ある。

さらに、 別の目的は、 試料面やステージの構成部品の表面から真空中に放出さ れるガスの量を従来より大幅に減少させることができるような、 荷電ビーム装置 内に試料を搬送する方法を提供することである。

本実施例に係る荷電ビーム装置においては、 ステージ上に置かれた試料の表面 に荷電ビームを照射する装置において、 荷電ビームが照射される箇所の近傍のみ' を所定の真空度に保っために、 荷電ビームが照射される領域を中心として少なく とも一重の差動排気構造を設け、 さらに、 前記差動排気構造の外周側に、 不活性 ガスを試料面に対して噴出する構造を設けるようにしている。 このように構成し たことにより、 ステージは大気中で使用するものを利用できることとなり、 荷電 ビーム装置をコンパク卜で低い製造コス卜で製造可能なものとすることができる。 更に、 大気側から試料面にパ一ティクルが侵入することを防止すると共に、 試料 が大気に直接触れる機会を減少させることができ、 荷電ビーム照射領域での放出 ガスを減少させることができる。

本実施例に係る荷電ビーム装置の別の変形例において、 不活性ガスを噴出する 構造は、 試料面に噴出された不活性ガスが荷電ビーム照射領域を中心として主に 外側方向に流出するように形成されている。 これによつて、 差動排気部の真空排 気が容易になり、 差動排気構造をコンパクトに形成したり、 差動排気用の真空ポ ンプを小容量のものとすることが可能になる。

荷電ビーム装置の別の変形例において、 差動排気構造は、 高い真空度の差動排 気通路と、 低い真空度の差動排気通路とを備え、 これらの差動排気通路は、 前記 差動排気構造の下流側では相互に連通しかつ連通後は同一の配管を介して排気す るようにされ、 前記差動排気構造の上流側では前記高い真空度の差動排気通路よ りも前記低い真空度の差動排気通路の方が排気抵抗が大きくなるように形成され ている。 これによつて、 差動排気通路及び Z又は真空ポンプの数を少なくするこ とができ、 荷電ビーム装置の小型化、 低コスト化を達成することが可能となる。 荷電ビーム装置の別の変形例において、 差動排気構造の下に入り込むステージ の表面が、 ステージ上に載置された試料の表面と同一の高さになるように、 ステ 一ジに更なる微調整用の高さ調整機構が設けられている。 これによつて、 試料面 とステージの表面との間に段差がなくなり、 ステージの可動範囲全域において差 動排気部とステージ間の隙間が一定に維持されるのでステージの可動範囲全域で 差動排気機能を正常に動作させることが可能となる。

荷電ビーム装置の別の変形例において、 試料を所定の位置に移動させるステー ジが移動する範囲の全体もしくは試料の可動範囲を、 不活性ガスが充満した容器 で常に覆うようにした。 このように構成したことにより、 試料面へ侵入するパ一 ティクルをさらに減少することができると共に、 試料面やステージが大気に暴露 されないため、 試料面やステージ構成部品の表面から真空中に放出されるガス量 をさらに減少させることが可能である。

荷電ビーム装置の別の変形例において、 不活性ガスが充満した容器には、 締切 弁を介して真空容器が連接されており、 試料は前記真空容器を介して前記不活性 ガスが充満した容器内に出入りされるようにしている'。 即ち、 試料を真空容器に 挿入した後、 真空容器を所定の圧力まで真空排気し、 次に真空容器内に高純度の 不活性ガスを導入した後、 締切弁を開けて、 高純度の不活性ガスで充満された真 空容器内のステージに試料を設置するようにした。このような構成と手順により、 試料はまず真空容器内に置かれて一旦真空排気され、 その表面からガスが大量に 放出されて清浄になり、 その後真空容器内に高純度不活性ガスが導入されること により、 試料は高純度不活性ガス中をステージまで搬送される。 従って、 試料が 荷電ビーム照射領域に挿入されて真空環境内に置かれても、 試料の表面からは高 純度不活性ガスが放出されるだけである。 高純度不活性ガスは物体の表面との吸 着エネルギーが非常に小さいために極短時間で試料の表面から放出されるので、 荷電ビーム照射領域の真空度を悪化させることがない。 このように、 荷電ビーム 照射領域を高い真空度に維持しやすくなり、 また、 試料面を汚染する恐れも減少 させることができる。

荷電ビーム装置の別の変形例において、 試料面に噴出された不活性ガスが、 真 空ポンプ及び/またはコンプレッサにより回収されかつその後加圧されて、 再度 試料面に噴出されるように、 不活性ガスの循環機構を設けている。 これにより、 高純度不活性ガスを再利用できるので、 高純度不活性ガスを節約でき、 また、 本 装置が設置された室内に高純度不活性ガスを排出しないので高純度不活性ガスに よる窒息等の事故が発生する危険性も解消する。 ここで、 不活性ガスとしては、 窒素 （N ₂) 、 アルゴン （A r ) 及びキセノン （X e ) 等が挙げられる。

本実施例の別の変形例は試料の搬送方法を提供するものである。 即ち、 上記の ような不活性ガスが充満 ύた容器に締切弁を介して真空容器が連結された荷電ビ ーム装置を用意することと、 試料を前記荷電ビーム装置の真空容器内に挿入した 後、 前記真空容器を所定の圧力まで真空排気することと、 前記真空容器内に不活 性ガスを導入した後、 締切弁を開放して、 不活性ガスが充満した容器内のステー ジに前記試料を設置することとを備えている。 このような方法により荷電ビーム 照射領域を高い真空度に維持しやすくすることができる。

更に別の変形例は、 上記のような荷電ビーム装置もしくは試料の搬送方法の発 明を利用して、 半導体ゥェ八の表面の欠陥を検査するウェハ欠陥検査装置を提供 するものである。 これにより、低いコストで、 設置面積および占有面積が小さく、 かつ信頼性の高いゥェ八欠陥検査装置を提供することができる。

別の変形例は、 上記のような荷電ビーム装置もしくは試料の搬送方法を利用し て、 半導体ウェハの表面に半導体デバイスの回路パターンを露光する露光装置を 提供するものである。 これにより、 低いコストで設置面積及び占有面積が小さく 信頼性の高い荷電ビーム露光装置を提供することができる。

別の変形例は、 上記のような荷電ビーム装置もしくは試料の搬送方法を利用し た半導体製造方法を提供するものである。 これにより、 半導体製造方法の ί氐コス ト化を図ることができる。

以下図面を参照して、本実施例に係る荷電ビーム装置について詳細に説明する。 図 1 9は、 荷電ビーム装置の実施形態を示す図であり、 荷電ビーム装置の一部 を拡大して示している。 符号 5 0 0 1は荷電ビーム 5 0 5 0を試料 5 0 0 2に照 射するための光学系を収容する公知の構造の鏡筒であり、 その先端部のみが示さ れている。 鏡筒 5 0 0 1の先端部を囲むようにして、 差動排気部 5 0 0 4が取り 付けられている。 差動排気部 5 0 0 4の中心部の穴 5 0 4 1は、 荷電ビーム 5 0 5 0に影響を与えない程度の大きさが必要である。 試料 5 0 0 2はステージ 5 0 0 3上に載置されており、 ステージ 5 0 0 3と共に移動する。 差動排気部 5 0 0 4と試料の表面 （以下試料面と呼ぶ） 5 0 2 1との間に数ミクロンから数百ミク ロン程度の微少隙間が維持されるように、 鏡筒 5 0 0 1は装置の架台 （図 2 4 ) に固定されている。 なお、 鏡筒中の光学系は本発明の要旨ではないので詳細な説 明は省略する。

差動排気部 5 0 0 4には、 中心から半径方向外側に向かって、 差動排気用の環 状溝 5 0 0 5及び 5 0 0 6が形成されており、 それぞれ真空配管 5 0 0 8及び 5 0 0 9に連通されている。 差動排気部 5 0 0 4の外周側から荷電ビームに向かつ て流入してくるガスを環状溝 5 0 0 5及び 5 0 0 6を介して真空排気することに よって、 荷電ビーム照射領域に漏洩してくるガスの流量を許容以下に抑え、 荷電 ビーム領域を所定の真空度に維持する。 このため、 環状溝 5 0 0 5が環状溝 5 0 0 6より高い真空度になりかつ荷電ビーム照射領域へのガスの漏洩量が許容以下 になるように、 または荷電ビーム照射領域よりも環状溝 5 0 0 5の方が高い真空 度になるように、 環状溝 5 0 0 5の形状、 環状溝 5 0 0 5の排気流路の形状、 試 料面 5 0 2 1と差動排気部 5 0 0 4の間の隙間 5 0 5 1、 真空配管及び真空ボン プの性能が適宜決定される。 差動排気を行うための環状溝は差動排気構造を構成 し、これらは図 1 9では二重に形成されているがこれに限定されるものではなく、 荷電ビーム照射領域の真空度の程度及び環状溝や真空配管等の構成により一重で 形成してもよく、 三重以上で形成してもよい。

差動排気部 5 0 0 4の環状溝 5 0 0 6の外周側には更に環状溝 5 0 0 7が形成 されており、 配管 5 0 1 0に連通されている。 この配管 5 0 1 0を通じて高純度 不活性ガスが供給され、 環状溝 5 0 0 7から試料面に噴出される。 噴出された高 純度不活性ガスの一部は環状溝 5 0 0 6により吸引されて荷電ビーム照射領域へ 排出され、 残りはその反対方向に流れて差動排気部の外周から外へ排出される。 このように、 高純度不活性ガスが外側に向かって流れてシールドとして作用する ため、 大気は高純度不活性ガスの流れに妨げられて荷電ビーム照射領域へ流れ込 むことがない。 この高純度不活性ガスによるシ一ルド機構を設けなければ、 外気 の流入によってパーティクルや大気中の水蒸気等が荷電ビーム照射領域に侵入し、 試料面や鏡筒 5 0 0 1内のレンズ等を汚染し、 荷電ビームによるウェハの検査や ウェハ上へのパターンの露光等の作業に対して悪影響を与えるおそれがある。 こ れに対して、 本発明のような高純度不活性ガスを噴出させる機構を設けることに より、 パーティクルや大気中の水蒸気等の侵入が妨げられるので、 試料やレンズ 等を汚染することがなくなり、 ウェハの検査や露光等の作業が問題なく行える。 なお、 符号 5 0 0 4 a (図 2 0 ) で示すように、 差動排気部 5 0 0 4の外径を 外側に延長し、 試料面を覆う面積を大きくすることにより、 パーティクルや水蒸 気を更に侵入しにくくさせる効果を奏することができる。

図 2 0は荷電ビーム装置の別の変形例を示している。 この変形例では、 高純度 不活性ガスの噴出口 5 0 0 7 aの向きを外周側に向けて形成しており、 従って、 ガスは試料面 5 0 2 1と差動排気部 5 0 0 4との間で矢印 Aの方向に、 勢い良く 外側に流れる。高純度不活性ガスの噴出口 5 0 0 7 aの形状をこのように形成し、 かつ高純度不活性ガスの供給圧力を大気圧に対して適切な値まで加圧して高純度 不活性ガスの噴出速度を適切な値に設定することにより、 高純度不活性ガスの流 れがェジェクタのような作用をして矢印 Bのような流れが発生し、 差動排気部 5 0 0 4の内径側を負圧に維持することができる。 それにより、 外気側のパーティ クルや水蒸気等の汚染物質が侵入する可能性を更に低減することが可能となると 共に、 真空排気の効果も得られるため、 差動排気機構における真空排気の負荷を 軽減することができ、 差動排気部 5 0 0 4、 真空配管 5 0 0 8及び 5 0 0 9、 及 び真空ポンプの小型化を図ることが可能となる。

また、 差動排気部 5 0 0 4にべ一キング用ヒー夕 B Hを設けて差動排気部を加 熱し、 環状溝 5 0 0 5及び 5 0 0 6から真空配管 5 0 0 8及び 5 0 0 9へ流れる ガスを加熱膨張させ、 排気効率を高めて、 差動排気による高真空度を更に容易に 達成できるようにしてもよい。

図 2 1は、 荷電ビーム装置の別の変形例を示している。 この変形例では、 差動 排気部 5 0 0 4に真空室 5 0 1 1を設けてあり、 この真空室 5 0 1 1は高真空側 の排気通路 5 0 0 5 aと低真空側の排気通路 5 0 0 6 aに連通している。 また、 差動排気用の高真空側の環状溝 5 0 0 5及び低真空側の環状溝 5 0 0 6は、 それ ぞれ高真空側の排気通路 5 0 0 5 a及び低真空側の排気通路 5 0 0 6 aに連通し ており、 真空室 5 0 1 1は真空配管 5 0 0 8 aにより真空に保たれている。 低真空側の排気通路 5 0 0 6 aは高真空側の排気通路 5 0 0 5 aに対してコン ダクタンスが極めて小さく形成されている。 従って、 それぞれの排気通路 5 0 0 5 a及び 5 0 0 6 aの下流側の圧力は双方とも真空室 5 0 1 1内の圧力となって いて同一であるが、 上流側での環状溝 5 0 0 5及ぴ 5 0 0 6の圧力は相互に大き く相違し、 環状溝 5 0 0 6は低真空度を、 環状溝 5 0 0 5は高真空度をそれぞれ 維持し、 差動排気が適切に行えるようになつている。

このように排気通路を形成することにより、 真空配管が 5 0 0 8 aのみで済む ことになり、 装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。

図 2 2は、 荷電ビーム装置の更に別の変形例を示しており、 図 2 2 aは鏡筒が ステージの一端部の近傍に位置している状態を、 図 2 2 bは鏡筒がステージの他 端部の近傍に位置している状態を示す。 この変形例では、 ステージの表面 5 0 3 1に試料 5 0 0 2が載置されており、 試料 5 0 0 2の周囲には板状部材 5 0 6 0 及び 5 0 6 1が取り付けられている。 板状部材 5 0 6 0及び 5 0 6 1は、 それら 板状部材の上面 5 6 0 1及び 5 6 1 1が試料の表面 5 0 2 1と同一の高さとなる ように、 ステージの表面 5 0 3 1からの高さが調整されている。 このような高さ 調整機構を取り付けることにより、 ステージが移動したり、 ステージに対する鏡 筒の位置が 5 0 0 や 5 0 0 'で示される位置（図 2 2 a及び図 2 2 b ) に移 動しても、 差動排気部 5 0 0 4 ' (又は 5 0 0 4 " ) とステージの表面 5 0 3 1も しくは試料面 5 0 2 1との間の隙間 5 0 5 1 ' (又は 5 0 5 1 " )は常に一定に維 持されるため、 差動排気が適切に行われ荷電ビーム照射領域は常に所定の真空度 を維持することができる。

図 2 3は、 荷電ビ一ム装置の更に別の変形例を示している。 それぞれ厚さが異 なる多くの試料を連続的に処理する場合は、 試料の厚さに応じて容易に高さ調整 を行うことが必要である。 そのため、 本変形例では、 ステージ 5 0 0 3の凹部 5 0 3 2内に配置された、 試料を支持固定する試料台 （本実施形態では例えば、 静 電チャックによる試料固定台） 5 0 6 3の下に上下機構 5 0 6 2が設けられてい る。 上下機構 5 0 6 2を試料 5 0 0 2の高さに応じて上下することによりステー ジの表面と試料面との高さが一致するように調整される。 試料面とステージの表 面との高さのずれは小さいほど良く、サブミクロンの程度にすることが好ましい。 このため、 上下機構としては圧電素子を使った微小調整機構等が設けられてもよ レ 上下機構の調整範囲を越えるような厚さの試料を処理する場合には、 試料台 5 0 6 3の側部に調整部材 5 0 6 0 '及び 5 0 6 を設け、 この調整部材を試料 の厚さに合わせて交換するようにしてもよい。

なお、 調整部材 5 0 6 0 '及び 5 0 6 1 'は、 試料とステージの形状に応じて、 単一部品であってもよく、 或いは 2個以上の部品に分割してもよい。 また、 調整 部材 5 0 6 0 '、 5 0 6 1 '及び上下機構 5 0 6 2は、 試料が例えば 8ィンチサイ ズのウェハから 1 2インチサイズのウェハまで大きさが変化しても、 その試料の 大きさに合わせて部品交換するだけでいずれの大きさにも対応できるように構成 することが望ましい。

図 2 4は、 荷電ビーム装置の別の変形例を示している。 ステージ 5 0 0 3の上 に試料 5 0 0 2が載置されており、 試料はステージ 5 0 0 3の移動に伴って、 可 動範囲 Lで示された範囲を移動する。 一方、 鏡筒 5 0 0 1は架台 5 0 1 4に固定 されており、 鏡筒 5 0 0 Γの先端にはその先端を囲繞するように差動排気部 5 0 0 4が設けられ、 差動排気部 5 0 0 4と試料面 5 0 2 1又はステージの表面 5 0 3 1との間で差動排気と高純度不活性ガスの吹き付けが行われる。 そして、 試料 5 0 0 2の可動範囲 Lを完全に覆うように容器 5 0 1 2がステージ 5 0 0 3上に 取り付けられ、 試料面 5 0 2 1又は板状部材 5 0 6 0， 5 0 6 1と容器 5 0 1 2 の下面との間には微小な隙間 5 0 5 2が設けられている。 差動排気部 5 0 0 4か ら吹き出された高純度不活性ガスは、 差動排気部 5 0 0 4と試料面 5 0 2 1又は 板状部材 5 0 6 0 , 5 0 6 1との間の隙間 5 0 5 1を通って容器 5 0 1 2の中に 吹き出し、 それと同量のガスが微小な隙間 5 0 5 2から容器 5 0 1 2の外に吹き 出される。

このような構成にすることにより、 容器 5 0 1 2の中は常時高純度不活性ガス で充満され、 微小な隙間 5 0 5 2から外気が侵入することもなく、 清浄に保たれ る。 従って、 容器 5 0 1 2内を試料が移動しても、 試料はパーティクルや水蒸気 等により汚染されるおそれもなくなり、 荷電ビーム照射領域を高度の真空状態に 安定させ易くなり、 試料面や鏡筒のレンズ等を汚染するおそれもなくなり、 装置 の信頼性や稼働率を向上することができる。

図 2 5は、 荷電ビーム装置の別の変形例である。 この変形例では、 容器 5 0 1 5は、 図 2 4の場合とは異なり試料の可動範囲のみならずステージ 5 0 0 3を完 全に包囲するように形成され、 差動排気部 5 0 0 4から吹き出された高純度不活 性ガスは排出管 5 0 1 6を通って排出される。 このような構成も図 2 4の変形例 と同様な効果を奏するが、 それ以上に、 容器 5 0 1 5がステージ 5 0 0 3を完全 に覆っているため、 外気からパーティクルや水蒸気等の汚染物質が侵入する可能 性を完全に除去することができ、 装置の信頼性や稼働率を更に向上することがで きる。 '

なお、 図 2 4の容器 5 0 1 2及び図 2 5の容器 5 0 1 5とも、 それらの内部の 圧力は、 隙間 5 0 5 2又は排出管 5 0 1 6から高純度不活性ガスが排出されるべ く大気圧より若干高めにする程度でよいため、 容器はカバー程度の簡単な構造で 十分であり、 これらの容器を設けても装置の大きさゃコストへ与える影響は小さ い„ 図 2 6は、 荷電ビーム装置の別の変形例を示している。 本変形例は、 図 2 5に 示された変形例と同様にステージ 5 0 0 3を完全に覆いかつ内部に高純度不活性 ガスを満たした容器 5 0 1 7を設けており、 この容器 5 0 1 7には、 試料のロー ド及ぴアンロードを行う真空容器 5 0 2 7が連接されている。 真空容器 5 0 2 7 には、 真空配管 5 0 2 9と高純度不活性ガスの供給配管 5 0 3 0が接続されてお り、 更に容器 5 0 1 7との間には締切弁 5 0 2 8が設けられている。

本変形例のこのような構成において、 荷電ビーム装置は以下のような方法で処 理を Tつ。

まず、 真空容器 5 0 2 7の開閉蓋 （図示されていない） を開けて、 荷電ビーム により処理を行いたい試料 5 0 0 2を真空容器 5 0 2 7の中に入れ、 開閉蓋を気 密に閉鎖し、 真空配管 5 0 2 9により真空容器 5 0 2 7を所定の真空度まで排気 する。 次に、 高純度不活性ガスを供給配管 5 0 3 0から供給して真空容器内を高 純度不活性ガスで満たす。 真空容器 5 0 2 7の内圧が容器 5 0 1 7の内圧と同じ 圧力になったとき、 締切弁 5 0 2 8を矢印 Cの方向に動かして試料 5 0 0 2を容 器 5 0 1 7の中に入れ、 試料搬送機構 （図示せず） によって試料 5 0 0 2をステ ージ 5 0 0 3の所定位置に載置する。 即ち、 試料を真空容器 5 0 2 7に挿入した 後、 真空容器 5 0 2 7を所定の圧力まで真空排気し、 次に真空容器 5 0 2 7内に 高純度の不活性ガスを導入した後、 締切弁を開けて、 高純度の不活性ガスで充満 された真空容器内のステージ 5 0 0 3に試料 5 0 0 2を設置する。 その後、 ステ ージ 5 0 0 3を移動させて試料 5 0 0 2を荷電ビーム照射領域に移送し荷電ビー ムによる処理を行う。

このようにすれば、 真空排気により清浄になった試料面 5 0 2 1は、 荷電ビー ム照射領域に搬送されるまで高純度の不活性ガスで常時覆われており、 大気に曝 されることがない。 従って、 荷電ビーム照射領域に試料が搬入されて、 再度真空 環境に曝されても、 試料面 5 0 2 1から放出されるガスは、 試料面を覆っていた 高純度不活性ガスだけであるため極短時間で排気されてしまい、 荷電ビーム照射 領域の真空度は悪化しない。 このように荷電ビーム照射領域を高い真空度に維持 しゃすくなり、 試料面を汚染するおそれも減少させることができる。

図 2 7は、 荷電ビーム装置の真空排気経路の一つの実施形態を図解的に示した ものである。 この実施形態では、 鏡筒 5 0 0 1の内部を真空排気するための配管 5 0 1 3が超高真空ポンプ 5 0 1 8に接続されている。 更に、 差動排気部 5 0 0 4の高真空用配管 5 0 0 8は超高真空ポンプ 5 0 2 0に接続されており、 低真空 用配管 5 0 0 9は超高真空ポンプ 5 0 2 0 粗引き配管に接続されて粗引きボン プ 5 2 0 1により排気される。 更に、 高純度不活性ガスとして、 例えば、 窒素ガ スが窒素ガス源 5 0 2 2から配管 5 0 1 0を介して差動排気部 5 0 0 4に供給さ れる。

図 2 8は、 荷電ビーム装置の真空排気経路の別の変形例を図解的に示したもの である。 この変形例では、 鏡筒 5 0 0 1を真空排気する配管 5 0 1 3と差動排気 部 5 0 0 4の高真空用配管 5 0 0 8とを合流させて超高真空ポンプ 5 0 1 8に接 続して超高真空ポンプ 5 0 1 8で排気するようにし、 一方、 差動排気部 5 0 0 4 の低真空用配管 5 0 0 9を超高真空ポンプ 5 0 1 8の粗引き配管に接続させて粗 引きポンプ 5 0 1 9により排気するようにしている。 このような構成により、 図 2 7の実施形態よりも真空ポンプの数を減少させることができる。

なお、 上記超高真空ポンプとしては、 例えば、 夕一ポ分子ポンプやイオンボン プ等が適用でき、 粗引きポンプとしては、 例えば、 ドライポンプやダイヤフラム ポンプ等が適用できる。

図 2 9は、 荷電ビーム装置の別の変形例を示したものであり、 不活性ガスの循 環経路を図解的に示している。高純度不活性ガスが満たされた容器 5 0 1 5内に、 鏡筒 5 0 0 1に設けられた差動排気部 5 0 0 4から高純度不活性ガスが供給され る。 供給された高純度不活性ガスは排出管 5 0 1 6を介して容器 5 0 1 5から排 出され、 コンプレッサ 5 0 2 3により加圧される。 加圧された高純度不活性ガス は配管 5 0 2 5を介してコールドトラップや高純度フィル夕等のガス浄化装置 5 0 2 4へ送られて清浄化された後、 配管 5 0 1 0を介して再度差動排気部 5 0 0 4に送られかつ容器 5 0 1 5内に供給される。 この場合、 ガス浄化装置は、 ガス を循環させても純度の劣化に問題がない場合は設けなくてもよい。

差動排気部 5 0 0 4から供給される高純度不活性ガスは、 差動排気機構によつ て吸引され、 低真空用配管 5 0 0 9及び高真空用配管 5 0 0 8を介して超高真空 ポンプ 5 0 2 0及び粗引きポンプ 5 2 0 1により排気される。 耝引きポンプ 5 2 0 1の排気側に設けられた配管 5 0 2 6はコンプレサ 5 0 2 3の排気側の配管 5 0 2 5に接続されているので、 この経路を通った高純度不活性ガスも配管 5 0 1 0を介して再度差動排気部 5 0 0 4に供給される。

このようにして、 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室内に高純度不活性ガスを排出す ることもないため、不活性ガスによる窒息等の事故が発生するおそれも解消する。 次に、 図 3 0を参照して、 本実施例に係る写像投影型の荷電ビーム装置をゥェ 八欠陥検査装置に適用した一つの変形例について説明する。

本変形例において、 一次光学系の鏡筒 5 0 7 0の電子銃 5 0 7 1で生成された 電子ビーム Eはレンズ群 5 0 7 2を通って所定の断面形状に成形される。 成形さ れた電子ビーム （荷電ビーム） 5 0 5 0は、 ウィーンフィルタ 5 0 7 3により軌 道を変更され、 被検査試料であるウェハ 5 0 0 2に垂直に入射する。 それにより 試料面から二次電子が放出され、 この二次電子は対物レンズ 5 0 7 4により加速 されてウイーンフィルタ 5 0 7 3を直進した後、 レンズ部 5 0 7 5で拡大されて 検出部 5 0 7 6に写像投影される。 検出部 5 0 7 6では二次電子の投影画像を生 成する。 この画像は画像処理され、 必要に応じて他の箇所の画像と比較され、 ゥ ェハの表面に欠陥があるか否かが判定され、 所定の方法でその結果を装置に記録 し且つ表示する。

差動排気部 5 0 0 .4 , 容器 5 0 1 5、 真空配管 5 0 0 8および 5 0 0 9、 及び 高純度不活性ガス供給用の配管 5 0 1 0等の構成及びそれらの作用は上述の図 1 9ないし図 2 9に関連して説明した実施形態のものと同様である。 高純度不活性 ガスは図中の矢印 Dで示されているように容器 5 0 1 5内を流れ、 排出管 5 0 1 6から排出される。

本実施例によれば、 以下のような効果を奏することが可能である。

( 1 ) 真空環境が必要な箇所のみを真空に維持することが可能なため、 ステージ は大気中で使用するものを利用でき、 荷電ビーム装置をコンパクトで低い製造コ ストで製造可能なものとすることができる。

( 2 ) 大気側から試料面にパーティクルが侵入することを防止すると共に、 試料 が大気に直接触れる機会を減少させることができるため、 試料及び荷電ビーム光 学系等がパーティクルや水蒸気等で汚染されることを防止できる。

(3) 試料面やステージの構成部品の表面から真空環境内に放出されるガスの量 を大幅に減少させることができるため、 荷電ビーム照射領域を高い真空度に維持 することが可能である。

(4) 大気中で使用するステージをそのまま利用することができるので、 ステ一 ジのガイドに対して静圧気体軸受を用いることも可能となり、 リニアモータ等の 高精度ァクチユエ一夕と組み合わせることにより、 荷電ビーム装置用のステージ を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にすることが 可能である。

次に図 31及び図 32を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実 施例を説明する。

図 3 1は、 本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチ ヤートである。 この実施例の製造工程は以下の主工程を含んでいる。

(1)ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備するウェハ準備工程） (ステップ 6400)

(2) 露光に使用するマスクを製造するマスク製造工程 （又はマスクを準備する マスク準備工程） （ステップ 6401)

(3) ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程 （ステップ 64 02)

(4) ウェ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 6403 )

(5) できたチップを検査するチップ検査工程 （ステップ 6404)

なお、 上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。

これらの主工程中の中で、 半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが (3) のウェハプロセッシング工程である。 この工程では、 設計された回路パ夕 ーンをウェハ上に順次積層し、 メモリや MP Uとして動作するチップを多数形成 する。 このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。

(A) 絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、 或いは電極部を形成する金属薄膜等を 形成する薄膜形成工程 （ C V Dやスパッタリング等を用いる） ( B ) この薄膜層やゥェ八基板を酸化する酸化工程

( C) 薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマスク （レチクル） を用 いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程

(D) レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程 （例え ばドライエッチング技術を用いる）

(E ) イオン ·不純物注入拡散工程

( F ) レジスト剥離工程

(G) 加工されたウェハを検査する工程

なお、 ウェ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。

図 3 2は、 図 3 1のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィーェ 程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。

( a ) 前段の工程で回路パターンが形成されたウェ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 6 5 0 0 )

( b ) レジストを露光する工程 （ステップ 6 5 0 1 )

( c ) 露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程 （ステ ップ 6 5 0 2 )

( d ) 現像されたレジストパターンを安定化するためのァニール工程 （ステップ 6 5 0 3 )

上記の半導体デバイス製造工程、 ウェハプロセッシング工程、 リソグラフィ一 工程については、 周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。

上記（G) の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法、 欠陥検査装置を用いると、 微細なパターンを有する半導体デパイスでも、スループット良く検査できるので、 全数検査も可能となり、 製品の歩留まりの向上、 欠陥製品の出荷防止が可能と成 る。

上記（G)の検査工程における検査手順について述べる。

一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、 またスループットも他のプ ロセス装置に比べて低いために、 現状では最も検査が必要と考えられている重要 な工程 （例えばエッチング、 成膜 （メツキを含む）、 又は C M P (化学機械研磨） 平坦化処理等） の後に使用されている。

検査されるゥエーハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、 超精密 X— Yステ ージ上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定され、 以後、 （図 3 3の検 査フロー） の手順に従って欠陥検査等が行われる。 はじめに光学顕微鏡により、 必要に応じて各ダイの位置確認や、 各場所の高さ検出が行われ記憶される （ステ ップ 7 0 0 1 )。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。 次にゥエー八の種類 （どの工程後か、 ゥェ —ハのサイズは 2 0 c mか 3 0 c mか等） に応じたレシピの情報を装置に入力し (ステップ 7 0 0 2 )、 以下検査場所の指定 （ステップ 7 0 0 3 )、 電子光学系の 設定、 検査条件の設定等 （ステップ 7 0 0 4 ) を行なった後、 画像取得を行ない ながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行なう （ステップ 7 0 0 5 )。セル同士の 比較、 ダイ比較等が、 アルゴリズムを備えた高速の情報処理システムにより検査 が行なわれ、必要に応じて C R T等に結果を出力や、メモリーへ記憶を行なう（ス テツプ 7 0 0 6 )。 欠陥にはパーティクル欠陥、 形状異常 （パターン欠陥）、 及び 電気的欠陥等 （配線又はビア等の断線及び導通不良等） が有り、 これらを区別し たり欠陥の大きさや、 キラー欠陥 （チップの使用が不可能になる重大な欠陥等） の分類を自動的にリアルタイムで行うことも出来る。 電気的欠陥の検出はコント ラスト異状を検出することで達成される。例えば導通不良の場所は霉子線照射（5 O O e V程度） により、 通常正に帯電し、 コントラストが低下するので正常な場 所と区別ができる。 この場合の電子線照射手段とは、 通常検査用の電子線照射手 段以外に別途、 電位差によるコントラストを際立たせるために設けた低電位 （ェ ネルギー） の電子線発生手段 （熱電子発生、 U VZ光電子） を含む。 検査対象領 域に検査用の電子線を照射する前に、 この低電位（エネルギー）の電子線を発生 · 照射している。 検查用の電子線を照射すること自体正に帯電させることができる 写像投影方式の場合は、 仕様によっては、 別途低電位の電子線発生手段を設ける 必要はない。 また、 ゥエーハ等の試料に基準電位に対して、 正又は負の電位をか けること等による （素子の順方向又は逆方向により流れ易さが異なるために生じ る） コントラストの違いから欠陥検出が出来る。 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 検査試料の電気的欠陥を検査する方法としては、 本来電気的に絶縁されている 部分とその部分が通電状態にある場合では、 その部分の電位が異なることを利用 することもできる。

それは、 まず、 試料に事前に電荷を付与することで、 本来電気的に絶縁されて いる部分の電位と、 本来電気的に絶縁されている部分であるが、 何らかの原因で 通電状態にある部分の電位とに電位差を生じさせ、 その後本発明のビームを照射 することで、 電位差があるデータを取得し、 この取得データを解析して、 通電状 態となつていることを検出する。

上記各実施例において、 電子ビームが発生すると、 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電位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の表面には絶縁体としての有機物 質が堆積する。 このように、 電極の表面の帯電により徐々に当該電極の表面に堆 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次のよう にして行う。 すなわち、 絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して、 真空中 で水素や酸素あるいはフッ素及びそれらを含む化合物 HF, 〇₂， H₂0， C_MF_N 等のプラズマを作り出し、 空間内のブラズマ電位を電極面にスパッ夕が生じる電 位（数 kV、 例えば 20 V〜5 kV)に維持することで、 有機物質のみ酸化、 水素 化、 フッ素化により除去する。

なお、 本願は上記実施例に限定されるものではなく、 例えば、 上記実施例の要 素を任意に組み合わせても良い。

本願の検査とは、 単に欠陥等の不良状態の有無を検出するだけでなく、 検査結 果の評価も行う場合も含む。

The entire disclosure of Japanese Patent Applications Nos. 2001-2722 filed on January 10, 2001, 2001-75865 filed on March 16, 2001, 2001-92748 filed on March 28, 2001, 2001-125349 filed on April 24, 2001 and 2001-189325 filed on June 25, 2001 including specification, claims, drawings and summary is incorporated herein by reference in its entirety.

Claims

請求の'範囲

1 . 電子銃から放出された一次電子線を所望の形状に成形し、 該成形された一次 電子線を検査されるべき試料面上に照射する一次電子光学系と、

前記試料から放出された二次電子を拡大投影する二次電子光学系と.、

前記拡大投影された二次電子像を蛍光板を介して光の像に変換し、 ラインセン サで撮像する検出装置と、

前記ラインセンサに設けられた画素列において撮像されたライン画像を転送す るときの電荷移動時間を、 試料を移動させるステージの移動速度に連動して制御 する制御装置とを備えた写像投影型の電子線検査装置。

2 . 請求項 1に記載の電子線検査装置において、

前記制御装置は、 前記ラインセンサの電荷移動時間を前記一次及び二次の電子 光学系の倍率の変動に連動して制御する電子線検査装置。

3 . 請求項 1に記載の電子線検査装置において、

前記検出装置は、 前記蛍光板の前段に配置された、 前記二次電子光学系の二次 電子を増倍するマイクロチヤンネルプレートを備えている電子線検査装置。

4 . 請求項 1に記載の電子線検査装置において、

前記ステージの位置を測定するレーザ干渉計を更に備えている電子線検査装置。

5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の電子線検査装置を使用してプロセス途 中のウェハの評価を行うことを特徴とする、 デバイス製造方法。

6 . 電子銃から放出された一次電子線をを検査すべき試料面上に照射する一次電 子光学系と、

前記試料から放出された二次電子を拡大投影する二次電子光学系と、

前記拡大投影された二次電子像に基づいて画像信号を生成する第 1の検出器と、 前記一次電子線を前記試料面上で走査する偏向器と、

前記走査された一次電子線の前記試料面上への照射により、 前記試料から放出 された二次電子に基づいて画像信号を生成する第 2の検出器とを備えた多目的電

7 . 請求項 6に記載の多目的電子線検査装置において、 前記第 1の検出器から出力される前記画像信号に基づいて、 試料表面の欠陥検 出、 試料表面の欠陥レビュー、 及び試料表面上のパターン電位測定のうちの少な くとも一つを行うことができる多目的電子線^査装置。

8 . 請求項 6に記載の多目的電子線検査装置において、

前記第 2の検出器から出力される前記画像信号に基づいて、 試料表面の欠陥検 出、 試料表面の欠陥レビュー、 試料表面上のパターン線幅測定、 及び試料表面上 のパターン電位測定うちの少なくとも一つを行うことができる多目的電子線検査

9 . 請求項 6に記載の多目的電子線検査装置において、

試料表面の欠陥検出、 試料表面の欠陥レビュー、 試料表面上のパターン線幅測 定、 及び試料表面上のパ夕一ン電位測定のうち少なくとも 2つを行うことができ る多目的電子線検査装置。

1 0 . 請求項 9に記載の多目的電子線検査装置において、

前記試料表面の欠陥検出は、 画像信号により得られる画像をパターンデータと 比較するか又はダイ同士の画像を比較することにより行われ、

試料表面の欠陥レビューは、 ウェハ表面上における 1次電子線の走査と同期さ せたモニター上のビームの走査により得られる画像観察により行われ、

試料表面上のパターン線幅測定は、 ウェハ表面上における 1次電子線の走査が パターンの短辺方向に行われるときの 2次電子像により行われ、

パターン電位測定は、 試料表面に最も近い電極に負の電位を与え試料表面の高 い電位を持つパターンから放出される 2次電子を選択的に試料側へ追い戻すこと により行われる多目的電子線検查装置。

1 1 . 1次電子線を試料に照射し試料表面から発生する 2次電子を検出すること により試料ステージ上の試料表面の状態を検査する多目的電子線検査装置であつ て、

1次電子線を矩形、 円形、 及びスポットの内の少なくとも 2種類に成形可能な レンズ系と、

電子線を任意の方向に走査するための偏向系を有する 1次電子光学系と、 試料から放出される 2次電子を試料表面から検出器へ向わせる検出系と、 欠陥を自動的に検出すると共に欠陥の位置情報を出力じ、 更に上記欠陥の形状 を観察可能にする制御部とを有する多目的電子線検査装置。

1 2 . 請求項 1乃至 3のいずれか 1項の多目的電子線検査装置を 1以上の列に複 数台ずつ配置し、 それらの試料ステージを共通とし共通の試料ステージ上の試料 を検査可能とした多目的電子線検査装置の組合せ。

1 3 . 請求項 6乃至 1 2のいずれか 1項の多目的電子線検査装置又はその組合せ を用いてプロセス途中の半導体ゥェハを検査することを特徴とするデパイス製造 方法。

1 4 . 一次電子線により試料を照射する電子照射部と、

該一次電子線の照射により前記試料から生成された二次電子線を拡大投影して 前記試料の画像を生成する二次光学系と、

該画像を受け取るマイクロチャンネルプレートと、

該マイクロチャンネルプレートの出力をシンチレ一夕で光に変換した後、 該光 信号を電気信号へ変換する T D I— C C Dと、

該 T D I—C C Dの出力を処理する画像表示部と、 前記試料を移動させるステ '一ジとを備え、

前記ステージによって前記試料を走査しており、

前記試料と前記マイクロチャンネルプレートとの間に配置された、 前記画像を 回転させる磁気レンズを備えた電子線検査装置。

1 5 . 請求項 1 4に記載の電子線検査装置において、

前記磁気レンズが、 前記光学系の終段のレンズと前記マイクロチャンネルプレ 一卜との間に位置する電子線検査装置。

1 6 . 請求項 1 5に記載の電子線検査装置において、

前記磁気レンズが、 前記マイクロチヤンネルプレートに最も近いクロスオーバ 一位置に配置される電子線検査装置。

1 7 . 請求項 1 4に記載の電子線検査装置において、

前記磁気レンズが、 前記終段のレンズに関して前記マイクロチャンネルプレー トとは反対側の前記終段のレンズに最も近い結像位置に配置される電子線検査装 ' 1 8 . 請求項 1 4ないし 1 7のいずれか 1項に記載の電子線検査装置を用いたこ とを特徴とするデバイス製造方法。

1 9 . 電子銃からの 1次電子線を試料表面に合焦させ走査させることによって試 料から発生する 2次電子を検出し試料表面の評価を行う電子線検査装置であって、 軸対称の中央電極と、 中央電極より試料に近い方に配置される下側電極と、 中 央電極より電子銃に近い方に配置される上側電極とを有する、 1次電子線を試料 表面に合焦させるための静電レンズと、

試料表面上のパターンの電位コントラズトを得る時に、 下側電極に試料表面よ り低い電位の電圧を与える制御装置とを備える電子線検査装置。

2 0 . 請求項 1 9に記載の電子線検査装置において、

電位コントラストを得る必要のない評価の時は、 前記制御装置は、 上記下側電 極にアースに近い電圧を与える電子線検査装置。

2 1 . 請求項 2 0に記載の電子線検査装置において、

下側電極に与える電圧を大きく変化させた時に生じる静電レンズの合焦条件の ずれを、 前記制御装置が、 中央電極に与える正の高圧を変えることにより調整す ることを特徴とする電子線検査装置。

2 2 . 請求項 2 0に記載の電子線検査装置において、

前記制御装置が、 上側電極に与える電圧を調整することによって、 静電レンズ の合焦条件を高速に且つ小さく変化させることができる電子線検査装置。

2 3 . 請求項 1 9に於いて上記電子銃、 静電レンズ、 走査手段、 2次電子検出手 段から成る光学系を複数同一試料上に配置し、 試料上の検査を上記複数の光学系 で同時に行うことを特徴とする電子線を用いた検査方法。

2 4 . 請求項 1 9乃至 2 2のいずれか 1項の電子線検査装置を用いてプロセス途 中のゥェハの評価を行うことを特徴とするデパイス製造方法。

2 5 . ステージ上に置かれた試料の表面に荷電ビームを照射する装置であって、 荷電ビームが照射される箇所の近傍のみを所定の真空度に保っために、 荷電ビ ームが照射される領域を中心として設けられた少なくとも一重の差動排気装置と、 前記差動排気装置の外周側に、 不活性ガスを試料面に対して噴出する不活性ガ ス噴出装置とを備えた荷電ビーム装置。

2 6 . 請求項 2 5に記載の荷電ビーム装置において、

試料を所定の位置に移動させるステージが移動する範囲の全体もしくは試料の 可動範囲を常に覆う、不活性ガスが充満した容器をさらに備えた荷電ビーム装置。 2 7 . 請求項 2 6に記載の荷電ビーム装置において、

前記不活性ガスが充満した容器には、 締切弁を介して真空容器が連接されてお り、

試料は、 前記真空容器を介して前記不活性ガスが充満した容器内に出入り可能 となっている荷電ビーム装置。

2 8 . 請求項 2 7に記載の荷電ビーム装置を提供するステップと、

試料を前記荷電ビーム装置の真空容器内に挿入した後、 前記真空容器を所定の 圧力まで真空排気するステップと、

前記真空容器内に不活性ガ を導入した後、 締切弁を開放して、 不活性ガスが 充満した容器内のステージに前記試料を設置するステップとを備えた試料の搬送 方法。

2 9 . 請求項 2 5ないし 2 7のいずれか 1項に記載の荷電ビーム装置もしくは請 求項 2 8に記載の搬送方法を使用して、 半導体ゥェ八の表面の欠陥を検査するゥ ェ八欠陥検査装置。

3 0 . 請求項 2 9の装置を用いた半導体製造方法。

3 1 . 試料を移動可能に保持するステージと、

試料の観察領域を一次電子線で一括して照射する照射装置と、

照射された試料の観察領域から発生した二次電子を、 レンズ系を介して、 電子 線の画像として一括して結像させて検出する検出器と、

前記結像画像を電気信号に変換する変換装置と、

電気信号に変換された画像情報を記憶する記憶装置とを備えた写像投影型の電

3 2 . 請求項 3 1に記載の電子線検査装置において、

前記変換装置は、 画素列を有するラインセンサを備えており、

さらに、 前記画素列において撮像されたライン画像を転送するときの電荷移動 時間を、 試料を移動させるステージの移動速度に連動して制御する制御装置を備 えた電子線検査装置。

3 3 . 請求項 3 2に記載の電子線検査装置において、

さらに、

前記一次電子線を走査しながら試料を照射する偏向器と、

前記一次電子線の走査しながらの照射により、 試料から発生した二次電子を検 出する第 2の検出器とを備えている電子線検査装置。

3 4 . 請求項 3 2に記載の電子線検査装置において、

さらに、 前記試料と前記検出器との間に配置された、 前記画像を回転させる磁 気レンズを備えた電子線検査装置。

3 5 . 請求項 3 2に記載の電子線検査装置において、

さらに、 1次電子線を試料の観察領域に合焦させるための静電レンズを備え、 前記静電レンズは、 軸対称の中央電極と、 中央電極より試料に近い方に配置さ れる下側電極と、 中央電極より電子銃に近い方に配置される上側電極とを有して おり、

前記電子線検査装置は、 さらに、 試料の観察領域上のパターンの電位コントラ ストを得るために、 下側電極に試料表面より低い電位の電圧を与える電圧付与装 置を備える電子線検査装置。

3 6 . 請求項 3 2に記載の電子線検査装置において、

一次電子線が照射される試料の観察領域の近傍のみを所定の真空度に保っため に、 一次電子線が照射される観察領域を中心として設けられた少なくとも一重の 差動排気装置と、

前記差動排気装置の外周側に、 不活性ガスを試料面に対して噴出する不活性ガ ス噴出装置とを備えた電子線検査装置。