WO2006088141A1

WO2006088141A1 - 電子線装置

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Publication number: WO2006088141A1
Application number: PCT/JP2006/302845
Authority: WO
Inventors: Mamoru Nakasuji; Nobuharu Noji; Tohru Satake; Hirosi Sobukawa
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2006-08-24
Also published as: TW200636232A; TWI458967B; TW201506390A; US20100213370A1; KR101377106B1; TWI519779B; KR101279028B1; KR20120101157A; KR20070116602A; US9390886B2; TW201307833A

Abstract

　本発明は、評価領域を複数の副視野に分割し、１次電子線を副視野に順次照射し、副視野毎に試料面の情報を含んだ２次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得る電子線装置においてフレーム数／ｓｅｃの小さいエリアセンサを用いても高速の画像取得を可能にするものである。そのため、電子線装置の検出手段２６は、エリアセンサＣＣＤ１～ＣＣＤ１４と、エリアセンサの検出面に一端が結合されたオプティカルファイバ束２５と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の２次電子線が結像されるシンチレータが形成されたＦＯＰとからなる単位検出器２４-１を複数備える。電磁偏向器により、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの２次電子線を偏向して、単位検出器のＦＯＰ面上を移動させる。各単位検出器から、他の単位検出器の露光中に画像情報を取り出すことができるので、高速画像取得ができる。

Description

明細書

電子線装置

技術分野

[0001] 本発明は、表面にパターンが形成された試料の欠陥等を検査するための電子線装置に関し、より詳細には、半導体製造工程におけるウェハ等の試料に電子ビームを照射し、その表面の性状に応じて変化する二次電子等を捕捉して画像データを形成し、該画像データに基づヽて試料表面に形成されたパターン等の欠陥を高スループットで評価するための電子線装置に関する。

背景技術

[0002] 半導体製造プロセスにおいて、デザインルールは lOOnmの時代を迎えようとしており、また生産形態は DRAMに代表される少品種大量生産から SOC (Silicon on chip)のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる

[0003] そして、半導体デバイスの高集積ィ匕及びパターンの微細化に伴、、高分解能、高スループットの検査装置が要求されて、る。 lOOnmデザインルールのウェハの欠陥を調べるためには、 lOOnm以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積ィ匕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。

[0004] このような状況にぉ、て、光あるいは電子線の検出器として、 800Mピクセル Z秒程度の検出速度を有する TDI検出器が市販されている。また、一次元の線状画像の画像データをラインセンサを用いて取得する装置、及び 2次元画像の画像データを C CDや CMOSイメージセンサ等のエリアセンサで取得する写像投影型電子線装置も提案されている。

[0005] また、液晶基板上に複数の電子光学鏡筒を配置して、該液晶基板の欠陥を検査する装置も提案されている。 (NIKKEI MICRODEVICES 2002年 12月号、 28頁〜 30頁参照）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 上記した従来例における写像投影型電子線装置の CCD検出器として、 640 X 48 0画素を 100 sで露光可能な検出器がある。しかしながら、この CCDのフレーム数（ 1秒間に検出できる面数）に関する検出速度は、数フレーム Z秒であり、露光最小時間 100 /z sよりもはるかに遅いという問題がある。

[0007] また、液晶基板用の欠陥検査装置においては、液晶基板上に繰り返しパターンがあることを想定して、な、ため、複数の電子光学鏡筒の光軸のピッチをどのように設定しても、特に問題が生じないことから、光軸ピッチが固定されている。しかしながら、多数のダイを規則的に配置したウェハ等のように、繰り返しパターンが形成されている試料の検査を行うために、液晶基板用の複数の電子光学鏡筒を備えた欠陥検査装置を用いた場合、以下のような問題が生じる。

[0008] すなわち、ウェハ上のダイの配列ピッチは、デバイス製品が変わると相違することが一般的である力このように繰り返しパターンが相違する試料の欠陥検査においては、複数の電子光学鏡筒の光軸ピッチが固定されているので、パターンのピッチと光軸ピッチとがー致しないことがあり、その場合に、一部の光軸を検査に使用できないか、又は、検査に使用することができる光軸であっても、休止している期間が生じるという問題がある。

[0009] 本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その第 1の目的は、写像投影型の電子線装置にぉ、て、フレーム数/ secの小さ、エリアセンサを用いても、ギガへルツのオーダーの画像取得を行うことができるようにすることである。

[0010] 本発明の第 2の目的は、繰り返しパターンが形成されている試料を検査するための、複数の電子光学鏡筒を備えた電子線装置において、パターンのピッチと複数の電子光学鏡筒の光軸のピッチとが相違していることにより生じる問題を低減することである。

課題を解決するための手段

[0011] 上記した第 1の目的を達成するために、本発明は、試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、 1次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ 2次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装置であって、

検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたォプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の 2次電子線が結像されるシンチレータが形成された FOPとからなる単位検出器を複数備え、かつ電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの 2次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器の FOP面上を移動させる電磁偏向器を備えている

ことを特徴とする電子線装置を提供する。

[0012] 上記した電子線装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるように構成することが好ましい。この場合、電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の 2段の電磁レンズからなり、 2段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることが好ましい。

[0013] また、上記した電子線装置において、 1つのエリアセンサ力もの信号取り出しに要する時間を t、露光時間を t、電磁偏向器の整定時間を tとしたとき、単位検出器の

1 2 3

個数が、 t / (t +t )に近似する個数に設定されていることが好ましい。さらに、 1次

1 2 3

電子線は、マルチ電子ビームであるか、又は、複数の光軸を含み、 1次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズにより構成されていることが好ましい。

[0014] さらにまた、上記した電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることもできる。

[0015] 上記した第 2の目的を達成するために、本発明は、基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用いて基板を検査する電子線装置であって、基板を載置した回転可能なステージをダイピッチの情報に基づき回転させて基板を検査することを特徴とする電子線装置を提供する。 [0016] 上記した電子線装置において、複数の光軸は光軸のピッチ Dが二次元的に配置され、基板上には X軸方向のダイピッチが Lx、 Y軸方向のダイピッチが Lyでダイが配置され、複数の光軸を結ぶ線と X軸とのなす角度を Θとし、 n、 mを整数とした場合、 n X Lx-DXsin Θ =m X (ストライプ幅）の関係式を満たす n、 m及び Θを定めて基板を検査することが好ましい。この場合、整数 mを 1〜3の範囲内に設定し、かつ、上記関係式を満たす角度 Θとなるようステージを回転させてダイピッチが異なる場合の基板を検査することが好ましい。

[0017] 上記した第 2の目的を達成するために、本発明はまた、基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用いて基板の欠陥を検査する電子線装置であって、複数の光軸は X軸方向の光軸ピッチ Dxを有して配置され、基板上には X軸方向のダイピッチ Lx でダイが配置されている場合、標準ストライプの幅より小さな幅のストライプを 2番目の光軸が担当する最初のチップに設けて基板を検査することを特徴とする電子線装置を提供する。

[0018] 上記した第 2の目的を達成するために、本発明はさらに、基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用、て基板を検査する電子線装置であって、光軸は X軸方向の光軸ピッチ Dxを有して配置され、基板上には X軸方向のダイピッチ Lxでダイが配置されて、る場合にぉ、て、ダイの境界と光軸との差をストライプ幅で割った値が整数となるようにストライプ幅を調整して基板を検査することを特徴とする電子線装置を提供する。

[0019] 上記した本発明に係る電子線装置において、電子線装置は電子銃及び対物レンズを備え、電子銃はショットキー力ソード電子銃であり、対物レンズは静電レンズであることが好ましい。この場合、対物レンズは、 1枚の基板に複数の孔を設けて光軸を形成した基板を複数枚光軸方向に組み合わせて形成されてヽることが好ま、。図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明に係る欠陥検査装置を適用可能な半導体ウェハの検査システムの主要構成要素を示す立面図である。

[図 2]図 1に示した検査システムの主要構成要素の平面図であって、図 1の線 B— B に沿って見た図である。 [図 3]図 1に示した検査システムのウェハ搬送箱とローダとの関係を示す図である。

[図 4]図 1に示した検査システムのミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、図 1の線 C— Cに沿って見た図である。

[図 5]図 1に示した検査システムのローダハウジングを示す図であって、図 2の線 D— Dに沿って見た図である。

[図 6]図 1に示した検査システムの電子光学系に適用可能なウェハのァライメント制御装置の概略説明図である。

[図 7]本発明に係る第 1の実施形態の電子線装置を示す概略図である。

[図 8]図 7に示した電子線装置における走査順を説明するための図である。

[図 9]図 7に示した電子線装置における検出部の構成を示す図である。

[図 10]本発明に係る第 2の実施形態の電子線装置を示す概略図である。

[図 11]図 10に示した電子線装置に用いられる検出部の構成を示す図である。

[図 12]図 10に示した電子線装置におけるマルチ電子ビームの配列及びその走査を説明するための図である。

圆 13]従来例の電子線装置による電位分布検出おける問題点を説明するための説明図である。

[図 14]本発明に係る第 3の実施形態の電子線装置を示す概略図である。

[図 15]図 14に示した電子線装置における、試料上のビームの配置と 2次光学系で拡大された 2次電子像との関係を示す説明図である。

[図 16]本発明に係る第 4の実施形態の電子線装置を示す概略図である。

圆 17]X軸方向のダイピッチと複数の光軸のピッチとの関係を示す説明図である。圆 18]本発明に係る複数の光軸を有する電子線装置のレンズの構成を示す断面図である。

圆 19] (A)〜(C)は、本発明に係る複数の光軸を有する電子線装置において、 X軸方向の光軸ピッチとダイピッチとをどのように設定するかを説明するための説明図である。

[図 20] (A)及び (B)は、本発明に係る複数の光軸を有する電子線装置の対物レンズの構成を示す上面図及び断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0021] 本発明に係る欠陥検査装置の実施例を説明する前に、該欠陥検査装置を組み入れて使用することができる、半導体ウェハ用の検査システムの全体構成について説明する。

[0022] 図 1及び図 2は、検査システム 1の主要な構成要素を示す立面図及び平面図である。検査システム 1は、複数枚のウェハを収納したカセットを保持するカセットホルダ 1 0と、ミニエンバイロメント装置 20と、主ハウジング 30と、ミニエンバイロメント装置 20と主ハウジング 30との間に配置されていて、二つのローデイングチャンバを画成する口ーダハウジング 40と、ウェハをカセットホルダ 10から主ハウジング 30内に配置されたステージ装置 50上に装填するローダ 60と、主ハウジング 30内に配置され、ウェハであるウェハ Wを載置して移動させるステージ装置 50と、主ハウジング 30に取り付けられた電子光学系 70とを備え、それらは、図 1及び図 2に示したような位置関係で配置されている。検査システム 1は、また、真空の主ノヽウジング 30内に配置されたプレチヤージユニット 81と、ウェハに電位を印加する電位印加機構と、電子ビームキヤリブレーシヨン機構と、ステージ装置 50上でのウェハの位置決めを行うためのァライメント制御装置 87 (図 6に図示）を構成する光学顕微鏡 871とを備えている。検査システム 1 はさらに、これらの要素の動作を制御するための制御装置 2を備えている。

[0023] 以下に、検査システム 1の主要な要素（サブシステム)それぞれの構成について、詳細に説明する。

カセットホルダ 10

カセットホルダ 10は、複数枚（例えば 25枚）のウェハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット c (例えば、アシスト社製の SMIF、 FOUPのようなクローズドカセット）を複数個（この実施形態では 2個のカセット)保持するようになって!/、る。このカセットホルダとしては、カセットをロボット等により搬送して自動的にカセットホルダ 10に装填する場合には、それに適した構造のものを、また人手により装填する場合には、それに適したオープンカセット構造のものを、それぞれ任意に選択して設置できるようになつている。カセットホルダ 10は、この実施形態では、自動的にカセット c が装填される形式であり、例えば昇降テーブル 11と、その昇降テール 11を上下移動させる昇降機構 12とを備えている。カセット cは、昇降テーブル上に図 2において鎖線で示した状態に自動的に装填可能であり、装填後、図 2において実線で示した状態に自動的に回転され、ミニエンバイロメント装置 20内の第 1の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブル 11は、図 1において鎖線で示した状態に降下される。

[0024] 別の実施形態では、図 3に示すように、複数の 300mmウェハ Wを箱本体 501の内側に固定した溝型ポケット (不図示）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱 24は、角筒状の箱本体 501と基板搬送出入り口ドアの自動開閉装置とに連結されて、箱本体 501の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬送出入りドア 502と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類及びファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体 503と、ウェハ Wを保持するための溝型ポケット 5 07とから構成されている。この実施形態では、ローダ 60のロボット式の搬送ユニット 6 1により、ウェハを出し入れする。

[0025] なお、カセット c内に収納されるウェハは、半導体製造工程中でウェハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、 CMP、イオン注入等を受けたウェハ、表面に配線パターンが形成されたウエノ、、又は配線パターンが未だに形成されて!、な、ウェハが、検査のためにカセット c内に収納される。カセット c内に収容されるウェハは、多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されており、カセット中の任意の位置のウェハを、後述する第 1の搬送ユニットで保持できるようにするために、第 1の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになつている。

ミニエンバイロメント装置 20

図 4は、ミニエンノイロメント装置 20を図 1とは異なる方向から見た立面図である。この図 4並びに先の図 1及び図 2に示したように、ミニエンバイロメント装置 20は、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間 21を画成するハウジング 22と、ミニエンバイ口メント空間 21内で清浄空気等の気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置 23と、ミニエンバイロメント空間 21内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置 24と、ミニエンバイロメント空間 21内に配設されていて試料であるウェハの粗位置決めを行うブリアライナ 25とを備えている。

[0026] ハウジング 22は、頂壁 221、底壁 222及び四周を囲む周壁 223を有し、ミニエンバイロメント空間 21を外部力も遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間 21 を雰囲気制御するために、気体循環装置 23は、図 4に示されるように、ミニエンバイロメント空間 21内において、頂壁 221に下向きに取り付けられていて、気体 (この実施形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず)を通して清浄空気を真下に向力つて層流状に流す気体供給ユニット 231と、底壁 222 の上に配置されていて、底に向力つ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ュニット 231に戻す導管 233とを備えて、る。

[0027] 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、ミニエンバイ口メント空間 21内に配置された後述する第 1の搬送ュ-ットによる搬送面を通して流れるように供給され、これにより、搬送ユニットにより発生する恐れのある塵埃がウェハに付着するのを防止する。ノヽウジング 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。

[0028] 排出装置 24は、後に説明する搬送ユニットのウェ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一 242と、吸入ダクト 241とブロワ一 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及びプロヮー 242を介してハウジング 22の外側に排出する。

[0029] ミニエンバイロメント空間 21内に配置されたプリアライナ 25は、ウェハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウェハの外周に形成された平坦部分を言ヽ、以下にお、てオリフラと呼ぶ)や、ウェハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上の V型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出し、それに基づいて、ゥェハの軸線 O -0の周りの回転方向の位置を、約 ± 1度の精度で予め位置決めする。

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ブリアライナ 25は、ウェハであるウェハの座標を決める機構の一部を構成し、ウェハの粗位置決めを担当する。主ハウジング 30

図 1及び図 2に示したように、ワーキングチャンバ 31を画成する主ハウジング 30は、ハウジング本体 32を備え、そのハウジング本体 32は、台フレーム 36上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置 37の上に載せられたハウジング支持装置 33によつて支持されている。ハウジング支持装置 33は矩形に組まれたフレーム構造体 331を備えている。ハウジング本体 32は、フレーム構造体 331上に配設固定されており、フレーム構造体上に載せられた底壁 321と、頂壁 322と、底壁 321及び頂壁 322に接続されて四周を囲む周壁 323とを備え、ワーキングチャンバ 31を外部から隔離している。この実施形態においては、ハウジング 32本体及びノヽウジング支持装置 33は、剛構造に組み立てられて、て、台フレーム 36が設置されて!、る床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを、防振装置 37で阻止している。ハウジング 32の周壁 323の内、ローダノヽウジング 40に隣接する周壁には、ウェハ出し入れ用の出入り口 325が形成されている。

[0030] ワーキングチャンバ 31は、汎用の真空装置（図示せず）により、真空雰囲気に保たれる。台フレーム 36の下には、検査システム 1全体の動作を制御する制御装置 2が配置されている。

[0031] なお、検査システム 1においては、主ハウジング 30を含めて、種々のハウジングを真空排気しているが、そのための真空排気系は、真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、ウェハ室、ロードロック室等を、所定のシーケンスに従って真空排気を行う。各部においては、必要な真空度を達成するように、真空ノレブが制御される。そして、常時、真空度の監視を行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等によるチャンバ間又はチャンバと排気系との間の遮断緊急制御を行い、各部において必要な真空度を確保をする。真空ポンプとしては、主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてルーツ式のドライボンプを使用する。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。

ローダハウジング 40

図 5は、図 1とは別の方向力も見たローダハウジング 40の立面図を示している。図 5 並びに図 1及び図 2に示すように、ローダハウジング 40は、第 1のローデイングチャンノ lと第 2のローデイングチャンバ 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のローデイングチャンバ 41と第 2のローデイングチャンバ 42とを仕切る仕切壁 434とを有しており、 2つのローデイングチャンバを外部から隔離している。仕切壁 434には、 2つのローデイングチャンバ間でウェハ Wの受け渡しを行うための開口すなわち出入り口 435が形成されている。また、周壁 433のミニエンバイロメント装置 20及び主ハウジング 30に隣接した部分には、出入り口 436及び 437が形成されている。このローダハウジング 40のハウジング本体 43は、ハウジング支持装置 33のフレーム構造体 331上に載置されて支持されている。したがって、このローダハウジング 40にも、床の振動が伝達されない。

[0032] ローダハウジング 40の出入り口 436とミニエンバイロメント装置 20のハウジング 22 の出入り口 226とは整合されている力これら出入り口 436、 226の間には、ミニエンバイロメント空間 21とローデイングチャンバ 41との連通を選択的に阻止するシャツタ装置 27が設けられている。また、ローダハウジング 40の出入り口 437と主ハウジング 30のハウジング本体 32の出入り口 325とは整合されている力これら出入り口 436、 325の間には、ローデイングチャンバ 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ツタ装置 45が設けられている。更に、仕切壁 434に形成された開口には、扉 461により開口を閉じて、第 1及び第 2のローデイングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャツタ装置 46が設けられている。これらのシャツタ装置 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つている

[0033] 第 1のローデイングチャンバ 41内には、複数枚 (この実施形態では 2枚）のウェハ W を上下に隔てて水平に支持するウェハラック 47が配設されている。

[0034] 第 1及び第 2のローデイングチャンバ 41及び 42は、真空ポンプを含む汎用の真空排気装置（図示せず）によって、高真空状態 (真空度としては、 10— ⁵〜： LO— ⁶Pa)に雰囲気制御される。この場合、第 1のローデイングチャンバ 41を低真空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第 2のローデイングチャンバ 42を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保つことにより、ウェハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような 2 つのローデイングチャンバを備えたローデイングハウジング構造を採用することによつて、ウェハ Wをローデイングチャンバ力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。このようなローデイングチャンバ構造を採用することによって、欠陥等の検查のスループットを向上させ、更に、保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を、可能な限り高真空状態にすることができる。

[0035] 第 1及び第 2のローデイングチャンバ 41及び 42にはそれぞれ、真空排気配管と不活性ガス (例えば乾燥純窒素)用のベント配管 (それぞれ図示せず)が接続されてヽる。これによつて、各ローデイングチャンバ内の大気圧状態において、不活性ガスべント (不活性ガスを注入して、不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するのを防止する）が達成される。

[0036] なお、電子線を使用する本発明の主ハウジング 30において、電子光学系 70の電子源すなわち電子銃として使用される代表的な六硼化ランタン (LaB )等は、一度熱

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電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めないために肝要である。本発明においては、主ノヽゥジング 30の電子光学系 70が配置されているワーキングチャンバにウェハ Wを搬入する前段階で、上記のような雰囲気制御を行うことにより、酸素に接触する可能性が低減されるため、電子源の寿命を縮めてしまう可能性が低くなる。

ステージ装置 50

ステージ装置 50は、主ハウジング 30の底壁 321上に配置された固定テーブル 51 と、固定テーブル上で Y方向（図 1において紙面に垂直の方向）に移動する Yテープル 52と、 Yテーブル上で X方向（図 1において左右方向）に移動する Xテーブル 53と、 Xテーブル上で回転可能な回転テーブル 54と、回転テーブル 54上に配置されたホルダ 55とを備えている。該ホルダ 55のウェハ載置面 551上にウェハ Wを解放可能に保持する。ホルダ 55は、ウェハ Wを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる汎用の構造のものでよい。ステージ装置 50は、サーボモータ、ェンコ一ダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記した複数のテーブル 52〜54を動作させることにより、載置面 551上でホルダ 55に保持されたウェハ Wを電子光学系 70 力照射される電子ビームに対して X方向、 Y方向及び Z方向（図 1において上下方向）に、更には、ウェハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（ Θ方向）に、高い精度で位置決めすることができる。

[0037] なお、 Z方向の位置決めは、例えばホルダ 55上の載置面の位置を Z方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の参照位置を微細径レーザによる位置測定装置 (干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置をフィードバック回路 (不図示）によって制御したり、それと共に或いはそれに代えて、ゥェハのノッチ或、はオリフラの位置を測定して、ウェハの電子ビームに対する平面位置及び回転位置を検知し、回転テーブル 54を微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御する。ホルダ 55を設けずに、回転テーブル 54上にゥェハ Wを直接載置してもよ!、。ワーキングチャンバ 31内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置 50用のサーボモータ 521、 531及びエンコーダ 522、 53 2は、主ノヽウジング 30の外側に配置されている。

[0038] 電子ビームに対するウェハ Wの回転位置や X-Y座標位置を、後述する信号検出系或いは画像処理系に予め入力することによって、信号の参照化を図ることもできるローダ 60

ローダ 60は、ミニエンバイロメント装置 20のハウジング 22内に配置されたロボット式の第 1の搬送ユニット 61と、第 2のローデイングチャンバ 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、る。

[0039] 第 1の搬送ユニット 61は、駆動部 611に関して軸線 O - Oの回りで回転可能になつ

1 1

ている多節のアーム 612を有している。多節のアームとして任意の構造のものを使用できるが、この実施形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第 1の搬送ユニット 61のアーム 612の一つの部分すなわち最も駆動部 611側の第 1の部分は、駆動部 611内に設けられた汎用構造の駆動機構（図示せず）により、回転可能な軸 613に取り付けられている。アーム 612は、軸 613により軸線 O - O

1 1 の回りで回動可能であると共に、部分間の相対回転により全体として軸線 o - oに関

1 1 して半径方向に伸縮可能である。アーム 612の軸 613から最も離れた第 3の部分の先端には、汎用構造の機械式チャック又は静電チャック等のウェハ把持用の把持装置 616が設けられている。駆動部 611は、汎用構造の昇降機構 615により上下方向に移動可能である。

[0040] この第 1の搬送ユニット 61において、カセットホルダ 10中に保持された二つのカセット cの内のいずれか一方の方向 Ml又は M2 (図 2)に向かって、アーム 612が伸び、そして、カセット c内に収容されたウェハ Wをアームの上に載せるか又はアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後、アームが縮み（図 2に示した状態）、アームがプリアライナ 25の方向 M3に向力つ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ゥエノ、 Wをブリアライナ 25に載せる。ブリアライナ 25から前記と逆にしてウェハを受け取った後、アームは更に回転し、第 1のローデイングチャンバ 41に向力つて伸長できる位置（向き M4)で停止し、第 1のローデイングチャンバ 41内のウェハ受け 47に、ゥェハを受け渡す。なお、機械的にウェハを把持する場合には、ウェハの周縁部 (周縁から約 5mmの範囲）を把持する。これは、ウェハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線)が形成されており、周縁部以外の部分を把持すると、デバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。

[0041] 第 2の搬送ユニット 63も、第 1の搬送ユニット 61と構造が基本的に同じであり、ゥェハ Wの搬送を、ウェハラック 47とステージ装置 50の載置面上との間で行う点でのみ相違する。

[0042] 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じ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ゥェハの搬送を、ウェハをほぼ水平状態に保ったままで行う。そして、搬送ユニット 61、 6 3のアームが上下動するのは、単に、カセット cからのウェハの取り出し及びそれへの挿入、ウェハラックへのウェハの載置及びそこからの取り出し、並びに、ステージ装置 50へのウェハの載置及びそこからの取り出しのときるだけである。したがって、例えば直径 30cm等の大型のウェハであっても、その移動をスムースに行うことができる。

[0043] ここで、上記構成を有する検査システム 1にお、て、カセットホルダ 10に支持されたカセット cからワーキングチャンバ 31内に配置されたステージ装置 50までへのウェハの搬送を、順を追って説明する。

[0044] 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力また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施形態において、カセット cがカセットホルダ 10の昇降テープル 11の上にセットされると、昇降テーブル 11は昇降機構 12によって降下され、カセット cが出入り口 225に整合される。カセットが出入り口 225に整合されると、カセット c に設けられたカバー（不図示）が開き、また、カセット cとミニエンバイロメント装置 20の出入り口 225との間には、筒状の覆いが配置されて、カセット及びミニエンバイロメント空間 21を、外部から遮断する。なお、ミニエンバイロメント装置 20側に出入り口 225 を開閉するシャツタ装置が設けられている場合には、そのシャツタ装置が動作して、出入り口 225を開く。

[0045] 一方、第 1の搬送ユニット 61のアーム 612は、方向 Ml又は M2のいずれかに向いた状態 (この説明では、 Mlの方向）で停止しており、出入り口 225力開くと、アームが伸びてその先端でカセット cに収容されて、るウェハのうち 1枚を受け取る。

[0046] アーム 612によるウェハの受け取りが完了すると、該アームは縮み、シャツタ装置が動作して出入り口を閉じ (シャツタ装置がある場合）、次に、アーム 612は軸線 O - O

1 1 の回りで回動し、方向 M3に向けて伸長できる状態となる。そして、アームが伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウェハをブリアライナ 25の上に載せ、該プリアライナによって、ウェハの回転方向の向き（ウェハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を、所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると、第 1の搬送ュニット 61は、アーム 612の先端にプリアライナ 25からウェハを受け取った後にアームを縮ませ、方向 M4に向けてアームを伸長できる姿勢になる。すると、シャツタ装置 27の扉 272力動いて出入り口 226及び 436を開き、アーム 612が伸びてウェハを第 1の口ーデイングチャンバ 41内のウェハラック 47の上段側又は下段側に載せる。なお、シャッタ装置 27が開いてウェハラック 47にウェハが受け渡される前に、仕切壁 434に形成された開口 435は、シャツタ装置 46の扉 461により気密状態に閉じられている。

[0047] 上記した第 1の搬送ユニット 61によるウェハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置 20のハウジング本体 22に設けられた気体供給ユニット 231からは清浄空気が層流状に流れ (ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウェハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施形態では、供給ユニットから供給される空気の約 20%で主に汚れた空気）は、排出装置 24の吸入ダクト 241から吸引されて、ハウジング外に排出される。残りの空気は、ハウジング本体 22の底部に設けられた回収ダクト 232を介して回収され、再び気体供給ユニット 231に戻される。

[0048] ローダハウジング 40の第 1のローデイングチャンバ 41内のウェハラック 47に第 1の搬送ユニット 61によりウェハが載せられると、シャツタ装置 27が閉じて、ローデイングチャンバ 41を密閉する。すると、該ローデイングチャンバ 41内には空気が追い出されて不活性ガスが充填された後、その不活性ガスも排出されて、ローデイングチャンバ 41内は真空雰囲気となる。ローデイングチャンバ 41の真空雰囲気は、低真空度でよい。ローデイングチャンバ 41の真空度がある程度得られると、シャツタ装置 46が動作して、扉 461で密閉していた出入り口 434を開き、次いで、第 2の搬送ユニット 63のァーム 632が伸びて先端の把持装置でウェハ受け 47から 1枚のウェハを受け取る（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)。ウェハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャツタ装置 46が再び動作して扉 461により出入り口 435を閉じる。なお、シャツタ装置 46が開く前に、アーム 632は予めウェハラック 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、シャツタ装置 46が開く前 ίこ、シャツタ装置 45の扉 452【こより出人り口 437、 325を閉じて、第 2の口一ディングチャンバ 42内とワーキングチャンバ 31内との連通を阻止しており、かつ、第 2の口ーデイングチャンバ 42内は真空排気される。

[0049] シャツタ装置 46が出入り口 435を閉じると、第 2のローデイングチャンバ 42は再度真空排気され、第 1のローデイングチャンバ 41よりも高真空度で真空にされる。その間に、第 2の搬送ユニット 61のアームは、ワーキングチャンバ 31内のステージ装置 50 の方向に向、て伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ 31内のステージ装置 50では、 Υテーブル 52が、 Xテーブル 53の中心線 X—Xが第 2の搬送ュ-

0 0

ット 63の回動軸線 Ο - Οを通る X軸線 Χ -Χとほぼ一致する位置まで、図 2で上方に

2 2 1 1

移動し、また、 Xテーブル 53が図 2で最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第 2のローデイングチャンバ 42がワーキングチャンバ 31の真空状態と略同じになると、シャツタ装置 45の扉 452が動いて出入り口 437、 325を開き、アームが伸びて、ウェハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ 31内のステージ装置 50に接近する。そして、ステージ装置 50の載置面 551上にウェハ Wを載置する。ウェハの載置が完了するとアームが縮み、シャツタ装置 45力出入り口 437、 325を閉じる。

[0050] 以上は、カセット c内のウェハ Wをステージ装置 50の載置面 551上に搬送載置するまでの動作に付いて説明した。検査処理が完了したウエノ、 Wをステージ装置 50からカセット cに戻すには、前述と逆の動作を行う。また、ウェハラック 47に複数のウェハを載置して、るため、第 2の搬送ユニット 63がウェハラック 47とステージ装置 50との間でウェハの搬送を行っている間に、第 1の搬送ユニットがカセット cとウェハラック 47 との間でウェハの搬送を行うことができる。したがって、検査処理を効率良く行うことができる。

光学系 70

電子線装置を構成する電子光学系 70は、試料の画像を得るための系であり、試料に電子線を衝突させ、試料から放出された二次電子、反射電子、後方散乱電子を検出して試料の画像を生成する SEM装置又は写像投影型の任意の電子線装置を使用可能である。このような電子線装置を用いることにより、分解能を向上させることができる。なお、検出される電子は、試料の表面の情報を保持しているものであれば何でもよぐ例えば、試料の表面付近に逆電界を形成することにより、試料に直接衝突せずに、試料付近で反射するミラー電子 (広義には反射電子とも言う）、或いは試料を透過する透過電子等でもよヽ。

[0051] 特に、ミラー電子を用いた場合には、電子が試料に直接衝突しないので、チャージアップの影響が極めて小さ、と、う利点がある。

[0052] ミラー電子を利用する場合には、試料に、加速電圧よりも低い負の電位を印加し、試料付近に逆電界を形成する。この負の電位は、試料の表面付近で殆どの電子線が戻される程度の値に設定するのがよい。具体的には、電子銃の加速電圧よりも 0. 5〜1. OV以上低い電位に設定すればよい。例えば、加速電圧が- 4kVの場合、試料への印加電圧は- 4. OOOkV〜一 4. 050kVに設定するのが好ましい。更に望ましく ίま、 4. 0005kV〜一 4. 020kV力よく、更に好ましく ίま 4. 0005kV〜一 4. 01 OkVに設定するのが好適である。

[0053] 電子光学系 70は、主ハウジング 30に固定された鏡筒 71内に設けられており、試料 W上に電子ビームを照射するための電子銃と、電子銃からの電子ビームが試料上を走査するように、該電子ビームを偏向させる偏向器を備えた一次電子光学系と、電子ビームの試料上の走査により生成される、試料表面の情報を有する電子を導く二次電子光学系と、二次電子光学系により導かれた電子を検出して、試料表面の画像データを出力する検出器とを備えている。

[0054] また、電子銃が、複数の画素を含むように、 1又は複数本の電子ビームを試料上に照射するよう構成されており、検出器が、試料表面の情報を有する電子に基づき、試料表面の画像を検出器上に結像するよう構成されていることが好ましい。

[0055] 電子線以外に、 X線も利用してもよい。

プレチャージユニット 81

プレチャージユニット 81は、図 1に示したように、ワーキングチャンバ 31内で電子光学系 70の鏡筒 71に隣接して配設されている。本発明の検査システム 1では、ウェハに電子線を走査して照射することによってウェハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるため、ウェハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によって、ウェハ表面が帯電 (チャージアップ）することがある。更に、ウェハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。そして、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウェハ表面の情報として、るが、ウェハ表面の帯電量にむらがあると、二次電子の情報もむらを含み、正確な画像を得ることができない。そこで、この実施形態では、帯電むらを防止するために、プレチャージユニット 81が設けられている。該プレチャージユニット 81は荷電粒子照射部 811を含み、ウェハ上に検查のために一次電子を照射する前に、荷電粒子照射部 811から荷電粒子を照射することにより、帯電むらを無くす。なお、ウェハ表面の帯電状態は、電子光学系 70を用いて予めウェハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出することができ、そして、検出された帯電状態に基づいて、荷電粒子照射部 811からの荷電粒子の照射を制御する。プレチャージユニット 81では、一次電子線をぼ力して照射してもよい。

ァライメント制御装置 87

ァライメント制御装置 87は、ステージ装置 50を用いてウエノ、 Wを電子光学系 70に対して位置決めさせる装置である。ァライメント制御装置 87は、光学顕微鏡 871 (図 1 )を用いた広視野観察によるウェハの概略位置合わせである低倍率合わせ (電子光学系によるよりも倍率が低い位置合わせ)、電子光学系 70の電子光学系を用いたゥェハの高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンァライメント等の制御を行うようになっている。なお、このように低倍率でウェハを検査するのは、ウェ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ハのパターンを観察してウェハライメントを行うときに、電子線によるァ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。

[0056] 光学顕微鏡 871は、主ハウジング 30内に設けられている力主ハウジング 30内で移動可能に設けられていてもよい。光学顕微鏡 871を動作させるための光源 (不図示)も主ハウジング 30内に設けられて、る。また高倍率の観察を行う電子光学系は、電子光学系 70の一次電子光学系 72及び二次電子光学系 74を共用するものである

[0057] 図 6は、ァライメント制御装置 87の概略構成を示している。ウェハ W上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置 50の Xステージ又は Yステージを動かすことによって、ウェ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 87 1を用いて広視野でウェハを視認し、そのウェハ上の観察すべき位置を CCD872を介してモニタ 873に表示させ、観察位置すなわち被観察点の位置を、おおよそ決定する。この場合、光学顕微鏡 871の倍率を低倍率力高倍率に徐々に変化させていつてもよい。

[0058] 次に、ステージ装置 50を電子光学系 70の光軸と光学顕微鏡 871の光軸との間隔

δ Xに相当する距離だけ移動させることにより、光学顕微鏡 871を用いて予め決めたウェハ上の被観察点を電子光学系 70の視野位置に移動させる。この場合、電子光学系 70の軸線 Ο—Οと光学顕微鏡 871の光軸 Ο—Οとの間の距離 (この実施形態では、 X軸方向にのみ両者は位置ずれしているものとする力 Y軸方向に位置ずれしていてもよい） δ Xは予めわかっているので、その値 δ Xだけ移動させれば、被観察点を視認位置に移動させることができる。電子光学系 70の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学系により高倍率で被観察点を SEM撮像して画像を記憶したり、モニタ 765に表示させる。

[0059] このようにして、電子光学系によって高倍率でウェ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ゥェハの回転方向の位置ずれ、すなわち電子光学系の光軸 Ο— Οに対するウェハの

3 3

回転方向のずれ δ Θを検出し、また電子光学系 70に関する所定のパターの X軸及ひ Ύ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ハに設けられた検査マークのデータ、或いはウェハのパターンの形状等に関するデータに基づ、て、ステージ装置 50の動作を制御してウェハのァライメントを行う。制御装置 2の制御系は、主に、メインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラ力構成されている。

[0060] メインコントローラには、マン-マシンインターフェースが備えられており、オペレータの操作は、ここを通して行われる (種々の指示 z命令、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時等の必要な全てのコマンドの入力等）。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウェハの搬送、位置合わせの制御、制御コントローラやステージコントローラへのコマンドの伝達や情報の受け取り等も、メインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪ィ匕を補正するステージ振動補正機能、ウェハ観察位置の Z軸方向（二次電子光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系へフィードバックし、自動的に焦点を補正する自動焦点補正機能を備えている。電子光学系へのフィードバック信号等の授受、及びステージ装置力もの信号の授受は、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。

[0061] 制御コントローラは、主に電子光学系 70の制御、すなわち、電子銃、レンズ、ァライナ、ウィーンフィルタ用等の高精度電源の制御等を担う。具体的には、照射領域に、倍率が変わったときにも常に一定の電子電流が照射されるように電源を制御すること、各倍率に対応した各レンズ系ゃァライナへ自動的に電圧を設定すること等の、各ォペレーシヨンモードに対応した各レンズ系ゃァライナへの自動電圧設定等の制御 (連動制御）が行われる。

[0062] ステージコントローラは、主にステージの移動に関する制御を行い、精密な X軸方向および Y軸方向の μ mオーダーの移動（±0. 5 μ m程度の許容誤差)を可能にしている。また、ステージの移動制御では、誤差精度 ±0. 3秒程度以内で、回転方向の制御（Θ制御)も行われる。

[0063] 上記したように、検査されるウェハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、超精密のステージ装置 (X-Yステージ） 50上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定される。そして、欠陥検査工程では、光学顕微鏡により、必要に応じて各ダイの位置確認や、各場所の高さ検出が行われ、記憶される。光学顕微鏡は、この他に欠陥等の見たい所の光学顕微鏡像を取得し、電子線像との比較等にも使用される。次に電子光学系の条件設定を行い、電子線像を用いて、光学顕微鏡で設定された情報の修正を行い、精度を向上させる。

[0064] 次いで、ウェハの種類（どの工程後か、ウェハのサイズは 200mm力 300mmか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し、以下、検査場所の指定、電子光学系の設定、検査条件の設定等を行った後、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、ダイ比較等力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 CRT等に結果を出力や、メモリへ記憶を行う。

[0065] 次に、図 7を参照して、本発明の一実施形態に係る電子線装置を構成する電子光学系 70について説明する。なお、この電子光学系 70は、図 1及び図 2に示した検査システムに組み入れられて、ウェハ等の試料の検査にもちいられるものである。

[0066] 図 7に示した電子光学系 70は写像投影型であり、該電子光学系 70において、 LaB 力ソード 1-1、ウェーネルト 2-1、及びアノード 3-1からなる電子銃力放出された電

6

子線は、コンデンサレンズ 5-1で集束されて成形レンズ 9-1の手前にクロスオーバ像を形成する。このクロスオーバ像が形成される位置の手前には、成形用の開口が形成された開口板 8-1が配置されており、該開口により、電子線は正方形等の矩形に成形される。矩形に成形された電子線は、成形レンズ 9-1及び対物レンズ 12-1により縮小され、試料であるウェハ W上に照射される。このとき、コンデンサレンズ 5-1により形成されるクロスオーバ像は、成形レンズ 9-1で集束されて対物レンズ 12-1の主面に結像され、これにより、ケーラ照明条件が満足される。

[0067] そして、軸合わせコイル 4-1により、コンデンサレンズ 5-1の軸に電子線の軸が一致するように調整され、また、軸合わせコイル 6-1及び 7-1により、開口板 8-1の開口と成形レンズ 9-1の軸に電子線の軸が一致するように調整される。さらに、静電偏向器 10-1及び 11-1により、ウェハ W上で矩形の電子線力図 8に示した矢印の方向に順次移動するように偏向されるとともに、 E X B分離器 17-1及び 18-1の下方でも、 1 次電子線が 2次電子線と異なる軌道となるように調整される。

[0068] 対物レンズ 12-1は、レンズギャップ 13-1が試料 14-1の側に形成されたレンズであり、軸上色収差が小さぐさら〖こ、軸対称電極 15-1に高電圧を印加することにより、軸上色収差がより低減される構成を有している。対物レンズ 15-1の内部に配置された軸対称電極 16-1には電圧が印加され、この電圧を調整することによって、ウェハ W 上の照射領域が光軸から遠い場合の、 2次電子線により拡大レンズ 19-1及び 20-1 の手前に形成される像の位置が修正される。すなわち、軸対称電極 16-1に正の電圧を印加すると、電子線のエネルギが大きくなり、レンズ作用が小さくなる。このため、照射領域が光軸から離れている場合に、軸対称電極 16-1に正の電圧を調整して印加することにより、照射領域が光軸に近い場合の結像位置とほぼ同一位置に、像を形成することができる。

[0069] ただし、光軸から遠!ヽ副視野を照射した場合、光軸近傍を照射した場合と比べて、 2次電子線による像の回転量が僅かではあるが異なる。軸対称電極 16-1では、フォ一カスと回転量の両方を補正することができないので、拡大レンズ 19-1及び 20-1の内部に軸対称電極 21-1及び 22-1を設けている。そして、該電極に印加する電圧を調整することにより、どの副視野を照射しても、検出部 26-1における像の姿勢が、該検出部を構成する FOP (ファイバオプティカルプレート）の配列と一致するように補正される。磁気レンズ 19-1及び 20-1は、像の回転方向が逆方向となるような磁場を発生するように設計される。例えば、軸対称電極 21-1に正の電圧を印加し、軸対称電極 22-1に負の電圧を印加すると、磁気レンズ 19-1による回転量が減少し、また、印加する電圧を変化させることにより、回転量を制御することができる。このように、印加電圧の極性及びその値を調整することにより回転量を制御することができるので、コィル電流を調整することにより回転量を制御する場合に比べて、回転姿勢を容易かつ高速に調整することができる。

[0070] 検出部 26-1は、図 9に示すように、シンチレータが塗布された 14個の FOP24-l〜 24-14力もなる FOPを備えており、一次電子光学系の走査に同期して偏向動作する静電偏向器 23-1により、図 8に示したような順番で、 2次電子線が 14個の FOPに順次結像される。 14個のオプティカルファイバ束 25- 1が、 14個の FOPと 14個の CCD 検出器 (CCD1〜CCD14)との間を光学的に結合している。各オプティカルファイバ束は、 640行 X 480列に固定されたオプティカルファイバで構成されており、各ォプティカルファイバが 1つの画素に対応し、その径が好適には 7. δ μ τα である。

[0071] このように、検出部 26- 1は、 1つの FOP、 1つのオプティカルファイバ束（m行 X n 列に配置されたオプティカルファイノく）、及び 1つの CCD検出器の組み合わせを単位検出器とし、該単位検出器の複数をマトリックス状等に配列した構成を備えて!/、る。なお、 FOPの数及びオプティカルファイバの数及び径等は、上記に限定されないことは勿論である。

[0072] ここで、単位検出器の個数と FOPの露光時間との関係を説明する。

[0073] FOP24- i (i= l , 2, · · · , 14)は、例えば、最小露光時間が 100 sで、検出速度力 S700フレーム/ secである。 700フレーム/ secの検出速度の場合、サイクルタイムは 1. 43ms ( = 1Z700)となる。

[0074] 照射領域を移動させる偏向器 10-1及び 11-1も、 14個の FOPのいずれかを選択するための偏向器 23-1も静電偏向器であるので、 10 s程度の整定時間を容易に得ることができ、最小露光時間と偏向器の整定時間の合計は、 110 /z 3 ( = 100 s

+ 10 /Z S)となる。

[0075] 一方、 CCDからデータを取り出す時間は、 1. 33ms ( = 1. 43ms— 100 s)である。

[0076] このような構成において、 FOP24- 1を 100 μ s露光した後、該 FOP24- 1にォプティカルファイバ束を介して接続された CCD1からデータを取り出し始める。そして、偏向器を駆動整定しかつ FOP24-1の露光後（すなわち、前段の FOPの露光終了から 110 s後）に、同様にして、 FOP24- 2、 24-3、 · · ·、 FOP24- 14と順次露光し、また、各 FOPiの露光後（100 /z s後）に対応する CCDiからデータを取り出し始める。このとき、 CCD1からデータの取り出しを開始した後に、再度 FOP24-1の露光を開始するまでに、 110 s X 13 = 1. 43ms力力ることになる。した力 Sつて、再度 FOP24— 1 の露光を開始するまでの時間 1. 43ms後には、 CCD1からデータの取り出しは終了して、るので、新、像の取得を開始することができる。

[0077] 以上から明らかなように、各 CCD も信号取り出しに要する時間を t、露光時間を

1

t、静電偏向器の整定時間を tとしたとき、単位検出器の個数を、 t / (t +t )より大

2 3 1 2 3 きい個数に設定することにより、最適な速度でデータを取得することができる。

[0078] なお、ステージの移動方向は、図 8の Y軸方向であり、この方向にステージを移動させつつ、 +X軸方向及び X軸方向に交互に照射領域を移動させる。これにより、図 8の矢印に沿って照射領域を移動させることができる。 Y軸方向には、ステージの動きに追尾してビームを偏向し、フレームの端の副視野を照射した後、ステージの移動と逆の方向に 1視野分の偏向が行われる。

[0079] また、各 FOP24- iは、 7. 5 m φのオプティカルファイバを 640行 X 480列に配列固定し、その表面を研磨した後に、シンチレータを塗布することによって構成されている。オプティカルファイバは、入射端及び出射端でのファイバの配列が保持されて V、るので、オプティカルファイバを光信号が送られて!/、る間に像が歪むことがな!、。試料での画素寸法が 50nmの場合、電子光学系で試料を拡大させる必要があるが、倍率は 7500nmZ50nm= 150倍であるため、対物レンズで 10倍、拡大レンズで 15 倍を得ればよいので、拡大レンズを 2段レンズ (拡大レンズ 19及び 20)として構成することがでさる。

[0080] なお、上記した 100 μ sで 640 X 480の画素を露光すると、ピクセル周波数は、 640

X 480/ (100 X 10"⁶) = 3. 072GHzとなる。したがって、高速の画像取得を行うことができる。

[0081] 上記したように、第 1の実施形態の電子線装置は、検出面に複数の受光部を設け、それぞれ独立した CCD検出器に導き、 1つの CCD検出器からパターンデータを取りだしている間に他の CCDを露光することができるので、フレーム数 Zsecの小さい C CDを用いても、ギガへルックラスの画像取得を行うことができる。

[0082] また、軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子ビームの回転姿勢を高速で補正することができる。

[0083] 図 10は、本発明に係る第 2の実施形態の電子線装置を構成する電子光学系を示す説明図である。この実施形態の電子線装置において、電子銃 (不図示)からの電子線により形成されるクロスオーバ位置 41-1から放出される電子線をコンデンサレンズ 44-1で集束し、マルチ開口が形成されたマルチ開口板 47-1の手前にクロスォーバ像を形成する。該クロスオーバ像が形成された位置から発散された電子線をマルチ開口板 47-1に照射することによって、マルチ電子ビームを形成し、 NA開口 50-1 にクロスオーバを形成する。そして、縮小レンズ 51-1を介して対物レンズ 56-1の主面に拡大像を形成する。

[0084] このとき、マルチ開口板 47-1のマルチ開口を通過した電子線は、例えば 10行 X 1 0列のマルチ電子ビームとなり、縮小レンズ 51-1と対物レンズとで縮小され、試料であるウェハ W上に照射される。また、コンデンサレンズ 48-1は、複合レンズであり、 2 つのコイル電流を制御することによってビームの回転を制御することができる。縮小レンズ 51-1の内部には、ダイナミックフォーカス用の軸対称電極 52-1が設けられており、マルチ電子ビームの走査によって生じたビームの姿勢変化をダイナミックに補正することができる。

[0085] 1次電子光学系の軸（垂直方向）は、 E X B分離器 55-1からウェハ Wまでの軸と平行であるが、水平方向にオフセットされており、軸合わせ偏向器 53-1により、 E X B分離器 55-1の方向に電子線を偏向することにより、軸合わせを行う。一実施例では、水平方向のオフセット量 16mmが 6° に相当するように、軸合わせ偏向器 53-1と E X B分離器 55-1との位置が設定される。 E X B分離器 55-1では、静電偏向器により図面の右方向に 6° 偏向し、そして、電磁偏向器により左に 12° 偏向する。これにより、電子線は、 E X B分離器 55-1から垂直方向に進む。この分離器 55-1を電磁偏向器のみで構成してもよい。

[0086] ウェハ W上の走査は、偏向器 53-1と E X B分離器 55-1の静電偏向器に、三角波とのこぎり波とを重畳して行う。三角波は X軸方向の走査に使用され、のこぎり波は Y 軸方向にステージの動きに追尾してビームを連続移動させたり、視野端でステップ移動させるために使用される。

[0087] ウェハ W上に電子線が照射されることによりウェハ W上の照射点力放出された 2 次電子は、対物レンズ 56-1を通過し、 E X B分離器 55-1で例えば 18° 偏向されて 2次電子光学系に進む。 2次電子光学系では、拡大レンズ 58-1によってビーム間隔が拡大され、複数の検出器力なる検出部 60-1において電子線が検出される。このとき、静電偏向器 59-1には、 1次電子光学系における電子線の走査と同期する走査信号が印加され、これにより、同一の電子ビームにより生じる 2次電子線力常に同一の検出器に入射される。

[0088] 図 11は、図 10に示した電子線装置に採用可能な検出部 60-1の構成を示しており、該検出部 60- 1は、 4〜16 m φのオプティカルファイバ 25- iを 8行 8列に固定して形成された FOPiで真空窓を形成し、その真空側にシンチレータを塗布した面 93-1 を有し、 Oリングの当たり面 92-1で真空封止をしている。 FOPiの大気側の 64本のォプティカルファイバ 25-iは、それぞれ独立しており、 8行 X 8列の PMTの受光面の対応するものに接続される。各 PMT受光面は、面積が各オプティカルファイバの面積よりも大きいので、オプティカルファイバを受光面に接近させて、隣接する受光面にォプティカルファイバの光が混入されないようにするだけでよい。なお、 PMTを用いる代わりに、光電管等の任意の光電変換素子を用いることもできる。

[0089] 図 12は、図 10に示した電子線装置における、ウェハ上のマルチ電子ビームの照射配置すなわち光軸の関係を示している。図 12に示すように、この実施形態においては、 64本の電子線が 8行 X 8列のマトリックスに配置されており、隣接する照射位置すなわち光軸の間隔（ビーム間隔）は 403nmである。また、該マトリックスは X-Y直交座標に対して sin— lZe)回転されている。電子線の光軸のマトリックス配置を Χ-Υ 座標系に対してこのように回転させることにより、 X方向に電子線を走査する際に、マトリックスの走査線が重なり合うことがなぐかつ試料に対して隙間なぐあるいは等間隔に照射することができる。このような照射配置となる 64本の電子線を、同時に X軸方向に所定の走査幅だけ走査し、次に、 Y軸方向にラスタ幅（この例では、 50nm)の 60倍ステップ移動させた後、 X軸方向に走査幅だけ走査し、そして、 Y軸方向に再度ステップ移動させる。このような走査を反復実行する。

[0090] ところで、複数の画素に相当する領域に面積ビームを照射し、試料に電子線を入射させずに全反射させて (ミラー電子）、試料のポテンシャル像すなわち電位分布を表す画像を得る反射型写像顕微鏡が提案されている。しカゝしながら、このような反射型写像顕微鏡にぉ、ては、 1次電子ビームを試料面から離れた位置から反射させると、試料面の情報が含まれていない反射ビームとなってしまう。逆に、試料面に近すぎる位置力反射させると、試料面上の凹凸等で電子ビームが不規則に反射されてしまい、反射像が乱れてしまう。したがって、試料上のパターンの電位情報を有効に取り出すことができな、と、う問題がある。

[0091] この問題を回避するために、本発明は、全反射ではなく部分的に試料に入射電子が吸収される装置を提供する。

[0092] 図 13を参照して、上記した反射型写像顕微鏡の問題点を説明する。図 13において、（A)は、周期的なラインアンドスペースパターンにおいて、 1つおきのラインのパターン P1が + 1. IVの電位を有し、残りのラインのパターン P2が一 1. IVの電位を有している状態を示している。（A)において、参照番号 VI及び V2はそれぞれ、 + 1 . IVの等電位面及び OVの等電位面である。

[0093] このような状態で、電子線をパターンに照射した場合について説明する。このとき、電子のランディングエネルギは、 OVの電位のパターンへの入射時に OeVとし、電子線のエネルギ幅は LaB6電子銃によるものであって 2eVとする。

[0094] 集束された電子線 E1をパターン P1に照射すると、該パターン P1は + 1. IVの電位であるから、入射した電子は殆どすベて吸収され反射電子が少ない。すなわち、平均より leV小さいエネルギをもつ電子であっても、パターン P1に到達しても 0. leV のエネルギを有しているため、そのままパターン P1に吸収される。そのため、放出される 2次電子は小さぐ得られる信号レベルはほぼ 0である。 [0095] 一方、 1. IVの電位のパターン P2に電子線が照射されると、平均より + leV小さいエネルギの電子 E2は、 + 1. IVの等電位面 VIに到達した時点で速度が 0になり、逆方向に加速されることにより反射される。平均エネルギの電子 E3は、 0Vの等電位面に到達した時点で速度が 0になり、反射される。平均エネルギよりも + leV大きいエネルギの電子 E4は、パターン P2に入射する前に反射され、反射される電子の量は最大となる。

[0096] 従って、図 13の (A)に示したパターンを電子線で走査した場合に得られる信号波形は、図 13の（B)に示すようになる。

[0097] 次に、図 13の（C)に示すように、平坦な基板ではなく凹凸がある基板上のラインァンドスペースを電子線で走査した場合について、説明する。凹凸以外の条件は、図 1 3の (A)の場合と同様であり、したがって、図 13の (A)に関連して説明したように、電子はそのエネルギに依存して反射する。

[0098] すなわち、平均より leV低いエネルギの電子 E2は、 + 1. IVの等電位面 VIを少し過ぎた時点で速度が 0になり、逆方向に反射される。平均エネルギの電子 E3は、 OV の等電位面 V2から反射される。平均より leV大きいエネルギの電子 E4は、パターン P2に入射される直前に反射される。

[0099] し力しながら、図 13の（C)に示すように基板に凹凸がある場合には、等電位面 VI 及び V2が規則的ではないため、パターン P1及び P2の周辺部に電子線が照射された場合、電子は垂直方向に反射せずに等電位面への入射角に応じて反射するために、散乱が生じる。このため、 2次電子が検出器に到達しない確率が高くなり、信号強度が低くなるので、得られる信号波形は、図 13の（D)で表されるようになる。

[0100] また、入射する電子のエネルギ幅が 2eV以上の場合には、 + 1. IVのパターン P1 に照射された電子の一部が入射しなヽで反射され、ゼロレベルに対応する信号レべルがオフセットされてしまう。さらに、 1. IVのパターン P2に照射された電子の一部も該パターンに入射するので、 1レベルに対応する信号レベルを低下させる。従って、信号の振幅が小さくなつてしまう。

[0101] さらにまた、評価したいパターンの電位差が図 1に示した例の電位差よりも小さい場合にも、信号の振幅が小さくなる。 [0102] このような場合には、 FE電子銃や TFE又はショットキー力ソード電子銃を用いればよい。これは、 TFE等の電子銃は、放出エネルギ幅が小さいため、小さい電位差で入射電子が反射されたり吸収されたりする力である。

[0103] ところで、従来の入射電子を全反射させる電子線装置にお!、ては、電子銃のカソード電位 Vcと試料の電位 Vsとの関係を Vc >Vsと設定している。例えば、 Vc= -4kV

、 Vs= -4. OlkVである。

[0104] 一方、本発明の電子線装置においては、 Vc=Vs— (エネルギ幅） Z2と設定する。

これにより、本発明においては、平均的なエネルギの電子のウェハ表面でのランディングエネルギをほぼゼロとすることができる。

[0105] また、 2eVのエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合、ウェハ上に 2V程度の差の電位パターンがな!/、と、該電位パターンを表す信号波形を得ることができな、が、 0. 6eV程度のエネルギ幅の電子ビームを入射させた場合には、試料上の電位差が 0. 6V程度であっても、電位パターンを表す信号波形を得ることができる。

[0106] そして、上記した第 2の実施形態においては、 50nmの画素寸法に対してビーム間隔が 403nmであるため、図 13に関連して説明したような反射ビームの散乱が多少生じても、効率よく検出することができる。また、電位コントラスト像を高スループットで得ることがでさる。

[0107] 図 14は、本発明に係る第 3の実施形態の電子線装置における電子光学系を示している。この実施形態においては、例えば 3行 X 3列のマトリックス状に配置された複数の力ソード 61-1を用いた電子銃を用いている。また、各電子銃からマルチ電子ビームを放出できるようにしている。なお、力ソード 61-1は複数である力電子銃を構成するウェーネルト 62-1及びアノード 63-1は一体的構造であり、 1枚の板に複数の光軸に一致する位置に穴が開けられている。軸合わせ偏向器 64-1は、各々、 1枚のセラミック基板に光軸に相当する位置に穴を設け、 8極 (偏向電極)を絶縁分離する溝を形成し、絶縁に必要な部分を除いて、 NiPの無電解メツキ及び金属メツキを行うこと〖こよって、絶縁を保持しつつ電極が形成される。

[0108] コンデンサレンズ 65-1、縮小レンズ 66- 1、及び対物レンズ 67-1はそれぞれ、 2枚の板に光軸に相当する位置に穴が形成され、周隨こリブ構造にするための円筒構造を有し、その円筒構造の内部にレンズ励磁用のコイルが設けられている。周囲のリブ構造により、たわみを無視できる程度に小さくすることができる。対物レンズ 67-1は

、レンズギャップが試料すなわちウェハ Wの側に形成されており、これにより、軸上色収差を小さくすることができる。

[0109] E X B分離器 68-1は、 X偏向用コイルと Y偏向用コイルとの組み合わせで構成してもよぐまた、 X及び Y軸方向の一方の偏向用に永久磁石を用いてもよい。

[0110] マルチ開口板 63-1及び NA開口板 72-1は各々、 1枚の金属板にマルチ開口を設けることによって形成されるが、これらもまた、たわみを防止するためにリブ構造に形成される。

[0111] マルチ電子ビームの走査により発生する像面湾曲収差を補正するため、軸対称電極を対物レンズ 67-1の内部に設けてもよぐまた、走査によって生じた回転歪みを補正するため、軸対称電極を縮小レンズ 66-1の内部に設けてもよい。これら軸対称電極へ印加する電圧を調整することにより、上記したように、それぞれの回転を修正することがでさる。

[0112] 電子線の照射によりウェハ Wから放出された電子は、対物レンズ 67-1を通過後、 E

X B分離器 68-1により図 14の右方向に偏向されて 2次電子光学系に入る。 E X B分離器 68-1の後段には拡大レンズ 69-1が設けられており、該レンズにより、 2次電子線の相互の間隔が拡大されて、検出器 71-1において検出される。

[0113] ウェハ W上の走査は、軸合わせ偏向器 64-1と E X B分離器 68-1の静電偏向器の両方により実行される。そして、 1次電子線の走査に同期して、 2次電子線が静電偏向器 74-1により偏向される。

[0114] 検出器 7ト 1として、図 11に示した構成の検出器を用いることができる。

[0115] 図 15の（A)は、図 14に示した電子線装置を用いて、ウェハ上でのビームの配置（符号 70-1)と 2次電子光学系で拡大された 2次電子像 (丸印）との対応関係を、拡大レンズ 69-1と共に示したものである。図 15に示したように、各光軸に 3行 3列の電子ビームが配置され、拡大光学系で拡大され、それぞれが丸印で示した寸法に拡大されて、検出器 71-1で相互干渉がなく検出される。また、図 15の（B)は、電子線装置の基準となる X-Yステージの座標 (X-Y直交座標）と拡大された 2次電子像 (したがつてビーム配列）との関係を示して、る。

[0116] この X-Y直交座標とビーム配列との関係については、図 17を参照して以降で詳細に説明する。

[0117] 図 16は、本発明の第 3の実施形態に係る電子線装置を構成する電子光学系 70を示している。図 16に示した電子光学系 70は、電子銃 146と、一次電子光学系 140と、二次光学系 142と、検出部 144とを備える。一次電子光学系 140は、電子銃 146 力放出された電子線を検査対象であるウェハ Wの表面に照射する電子光学系であり、電子銃 146から放出された一次電子を集束する静電レンズからなるレンズ系 14 8と、複数の光軸すなわちマルチビームを形成するマルチ開口板 150と、ウィーンフィルタすなわち E X B分離器 152と、対物レンズ系 154とを備える。これらは、図 16に示されるように、電子銃 146を最上部として順に配置されてヽる。

[0118] この実施形態の対物レンズ系 154は、減速電界型対物レンズである。本実施形態では、電子銃 146から放出されかつマルチ開口 150により形成される一次電子線であるマルチビームのそれぞれの光軸力検査対象であるウェハ Wに照射される照射光軸（ウェハ Wの表面に垂直になっている）に関して斜めになつている。対物レンズ系 154と検査対象であるウェハ Wとの間には電極 156が配置されている。この電極 1 56は、一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状であり、電源 158によって電圧制御される。

[0119] 二次電子光学系 142は、 E X B型偏向器 152によって一次電子光学系 140から分離された二次電子を通過させる静電レンズからなるレンズ系 160を備えている。このレンズ系 160は、二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能する。

[0120] 検出部 144は、レンズ系 160の結像面に配置された検出器 162及び画像処理部 1 64を備えている。一次電子ビームの入射方向は、通常、 E X B分離器の E方向（電界の逆方向）であり、この方向と積算型のラインセンサ（TD1： time delay integration)の積算方向とは同じ方向となっている。

[0121] ここで、本発明に係るマルチビーム方式の電子線装置 (マルチ開口によりマルチビーム化された場合、及び、複数の電子光学鏡筒を並列配置したことによってマルチビームが生成される場合の両方を含む）を用いて、光軸ピッチとダイピッチとが異なつて、る場合のステージの回転設定にっ、て説明する。

[0122] 図 17ίま、ウエノヽ W上【こ複数の光軸 200—1、 202—1、 204—1、 206—1、 208—1、 21 0—1、 212—1、 214— 1力ダイ 216— 1の Υ軸方向の並びと略 45° の角度方向に並んでいる状態を示している。光軸 200-1〜214-1は、 X軸方向へ投影した間隔すなわち X軸方向ピッチ力ダイ 216-1の X軸方向の配列ピッチの整数倍になっていると好都合である力必ずしも整数倍になっているとは限らない。これは、デバイス製品が相違するとダイピッチが相違することが多いからである。図 17に示した例では、光軸 2 00-1〜214-1の X軸方向のピッチは、ダイの X軸方向の配列ピッチより僅かに小さい。これらのピッチ差は、 Lx— Dsin Θと表すことができる。ここで、 Lxはダイ 216-1の X軸方向の配列ピッチであり、 Dは光軸 200-1〜216-1の X軸方向ピッチであり、 Θ は Y軸と複数の光軸の並び方向とのなす角度である。

[0123] ウェハ Wを載せてヽる試料台 218-1を Y軸方向に連続的に移動させながらウェハ Wの欠陥等の検査が行われる。図 17で見て左端の光軸 200-1が最初のダイ (左から 1列目の最上部のダイ）の検査領域に達したとき、 2番目の光軸 202-1は、まだ 2個目のダイ (左から 2列目の最上部のダイ)達して、な、。これは、ダイの X軸方向ピッチが光軸の X軸方向ピッチよりも大きいからである。従って、 2列目以降のダイについて、まだ検査を行うことができない。 2番目の光軸 202-1が 2列目のダイの検査領域に入ってきても、即時に検査を行えるとは限らない。すなわち、光軸 202-1の位置がストライプの中央に一致しないと、検査を行うことができない。光軸の位置をストライプの中央に一致させる調整方法として、本発明においては、以下の 2つの方法がある。

[0124] 1番目の調整方法としては、上記したピッチ差 (Lx— Dsin Θ )を標準ストライプの幅

(すなわち 1スワース幅)で除算したときの値が整数 mとなるように、角度 Θの値を決めることである。このように角度 Θの値を決めると、 m回休んだ後、したがって、 m X (1ストライプの走査に要する時間）の後）に光軸 202-1による検査を開始でき、光軸 204- 1の場合は 2m回、光軸 206- 1の場合は 3m回、光軸 208- 1の場合は 4m回、光軸 2 10-1の場合は 5m回、光軸 212-1の場合は 6m回休んだ後に、検査を開始することができる。光軸 200-1により 1つのダイ列の検査を終了した後、光軸 214-1が担当するダイの検査が終了するまでに 7m回休むこととなる。 [0125] これらの休止を 0回にするためには、 mの値が 0、即ち、ダイ 216-1の X軸方向の配列ピッチ Lxと光軸 200-1〜214-1の X軸方向ピッチ Dsin 0が等しくなるように、 Θを決めればよい。その場合は、角度 Θを 45° 力大きくずらす必要があり、ウェハ Wを Θステージに載せ、試料台 218-1を算出した新たな角度 Θに設定し、そして、ダイの並び方向（Y軸方向）へ連続的に X-Yステージを移動させながら、検査を行う。

[0126] この場合、本発明に係る電子線装置においては、制御装置 2 (図 1)において、電子線装置の光軸ピッチ Dと、検査すべきウェハ Wの X軸方向のダイピッチ Lxと、ストライプ幅とを用いて、

(Lx-Dsin 0 )Z (ストライプ幅） =m

ただし、 m: 0又は正の整数

を満足する Θを求める。そして、回転ステージを得られた角度 Θだけ回転させるよう制御する。これにより、上記した 1番目の調整方法を実行することができる。

[0127] 2番目の調整方法としては、ストライプの境界を全てのダイ列で同じ場所とせず、ダィ列毎に可変にすることである。 (Lx-Dsin Θ ) / (ストライプ幅）の値が整数 m+余り αで表され、この余りの寸法 αのストライプを最初のストライプとすれば、休みを最小にして検査を行うことができる。 0ステージでウェハ Wを新たな角度 0に回転させれば、 ΕΟ系の走査方向も、角度 Θを変化させた分だけ回転させる必要がある。

[0128] この場合、本発明に係る電子線装置においては、制御装置 2において、電子線装置の光軸ピッチ Dと、検査すべきウェハ Wの X軸方向のダイピッチ Lxと、ストライプ幅とを用いて、

(Lx-Dsin 0 )Z (ストライプ幅） =m+ α

ただし、 m: 0又は正の整数を満足する Θを求める。そして、回転ステージ（ Θステージ)を得られた角度 Θだけ回転させ、かつ、 k列（k = 2, 3, · · ·)のダイの場合、 α幅の幅狭ストライプを最初のストライブとし、休止期間を mkX (ストライプ操作時間）とする。また、これに応じて、 2列目以降のダイをストライプに分割する座標 (X軸座標）を変換し、変換された座標に得られた画像データを対応付けて記憶する。 [0129] これにより、上記した 2番目の調整方法を実行することができる。

[0130] 上記においては、複数の光軸が 1行に配置されている例について説明した力複数行複数列に配置されている場合にも、同様にして Θを決定すればよい。例えば、図 15の（B)に示した X-Y座標とビーム照射位置との関係を、上記の手法で最適に設定することができる。

[0131] 図 16に示したマルチビーム方式の電子線装置において、対物レンズ 154及びコンデンサレンズ 148等のレンズを、図 18の断面図に示すように構成することができる。

[0132] 図 18【こお!ヽて、レンズ ίま、 3枚の基板 220— 1、 222—1、 224— 1を精度良く位置決めして、一 f列として光軸 214— 1と一致するように孑し 226— 1、 228—1、 230— 1を合わせる。両端の基板 220- 1、 222- 1を基準電位とし、中央の基板 224- 1はレンズ条件を満たすように電位を与える。対物レンズ 154の場合には正の高電位を印加し、コンデンサレンズ 148の場合には、収差を問題にしなくてよいので負の高電位を与える。対物レンズ 154が静電レンズの場合には、軸上色収差が大きいので、電子銃としては色分散の小さいショットキー力ソード電子銃と組み合わせるのがよい。偏向器や E X Bも必要であり、その詳細な構造は特願 2002- 316303 (特開 2004— 152608号公報）に記載されており、ここではその説明を省略する。図 18のレンズ構成を、図 14の電子線装置の対物レンズ 67-1として採用してもよい。

[0133] 上述の説明では、 X軸方向の光軸ピッチとダイピッチが等しくない場合について説明したが、一般には、光軸の間隔の sin Θ倍がダイのピッチの整数倍でよい。即ち、 ( nLx-Dsin 0 )Z (ストライプ幅） =m (m: 0又は正の整数、 n:正の整数）であればよい。更に、 mの値が大きいと、上述した休止期間が多くなるので、 mの値は 3以下となるように、回転ステージで角度 Θを調節することが望ましい。

[0134] 次に、 X軸方向の光軸ピッチとダイピッチとを調整しないで検査する場合について、図 19の (A)〜 (C)を参照して説明する。 Y軸方向の光軸間距離は、ダイの配列とは無関係に決めてもよい。好ましくは、 X軸方向の光軸間距離 Dx X sin Θは、 X軸方向のダイサイズ Lxと等しいか、若干小さい方がよい。ピッチが合っていないため、 1つの検査方法として、 2列目以降の光軸が担当するストライプについては、寸法の小さいストライプを最初に設け、 2番目のストライプ以降のストライプの中心が光軸上に合うようにする。 2列目の最初のストライプの境界は次に示す様にきめる。

[0135] 図 19の（B)を参照して説明する。符号 232-1は、ダイの X軸方向の境界であり、符号 234-1は、 2列目の光軸のビームが担当する最初のストライプの境界である。符号 236-1は、 2列目の光軸の検査前のストライプの左端の X軸座標である。符号 234-1 と符号 238- 1との間隔は、標準ストライプ幅

である。符号 236-1と符号 232-1との間隔が（2Lx-Dx)であるから、符号 232-1と符号 234-1との間を幅狭ストライプとすると、図 19の（B)に示すように、

2 X標準ストライプ幅 = (2Lx-Dx) +幅狭ストライプ

.·.幅狭ストライプ = 2 X標準ストライプ幅一（2Lx— Dx)

となる。一般には、

幅狭ストライプ = m X標準ストライプ幅一（n X Lx-Dx)

となる。ここで、 mは、（!1 1^: 0 ）7標準ストラィプ幅< 111になる最小の正の整数である。また nは、光軸のピッチがダイピッチの n倍に最も近い整数である。上述の符号 232-1と符号 234-1との間の幅狭ストライプの場合は、 m= 2、 n= 2である。

[0136] この場合も、制御装置 2 (図 1)において、上記した演算式を満足する m、 n及び幅狭ストライプ幅を演算する。 3列目以降も上記と同じ方法で決めた幅狭ストライプを最初に設け、その後は標準ストライプ幅で検査を行う。そして、幅狭ストライプを設けたことに応じて、 2列目以降のダイをストライプに分割する座標 (X軸座標）を変換し、変換された座標に、得られた画像データを対応付けて記憶する。

[0137] X軸方向の光軸ピッチとダイピッチとの間に整数倍の関係がない場合の他の方法を、図 19の（C)に基づいて説明する。符号 236-1は、 2列目の光軸のストライプ左端の X軸座標を示し、符号 232-1は、ダイの X軸方向の境界を示している。符号 236-1と符号 232-1との間の距離 2Lx-Dxが、ストライプ幅の整数倍であれば、全てのダイを同じ幅のストライプに分割して欠陥検査が行える。すなわち、

(m X Lx) / (ストライプ幅） =n

を満たすストライプ幅であって、 EO系の走査可能な視野寸法より小さいストライプ幅とすればよい。

[0138] 光軸を 2次元的に配置する場合の対物レンズの実施形態を、図 20の (A)及び (B) に示す。なお、図 20の（A)は上面図であり、図 20の（B)は図 20の（A)の B— B線に沿った断面図である。光軸 240-1は最初の列に 4本、第 2列及び第 3列に 6本ずつ、第 4列に 4本備えられ、ウェハ上に配置される。対物レンズ 242-1は、内側磁極 244- 1と、外側磁極 246-1がそれぞれ一枚の強磁性体の円板に孔加工が施され、光軸が共通となるように組み立てられる。そして、周辺部には、励磁コイル 248-1と、磁気回路 250- 1を有し、レンズギャップ 252-1がウェハ側に形成されていて、図示したように、レンズギャップ 252-1は、 2つの円錐の一部の形状をしている。すなわち、内側磁極 244-1の下面が円錐の外面の一部となっており、外側磁極 246-1の上面が円錐の内面の一部となっている。レンズギャップ 252-1は、該円錐の外面と内面とで形成されるギャップである。

光軸を 2次元的に配置する他の方法は、「親指サイズの電子顕微鏡」（参照：三好，応用物理，第 73卷第 4号， 2004)に示されているような小外径の鏡筒を二次元的に酉己置してちょい。

[0139] 本発明は上記したように構成されているので、写像投影型の電子光学系を備えた電子線装置において、フレーム数 Zsecの小さいエリアセンサを用いても、ギガヘルッのオーダーの画像取得を行うことができる。したがって、本発明に係る第 1〜第 4の実施形態の電子線装置を、半導体デバイスの製造過程での欠陥等の検査及び評価装置として使用することにより、検査及び評価を高スループット及び高精度で行うことができるので、半導体デバイスそのものの製造を高スループット及び高精度で行うことがでさる。

[0140] また、 X軸方向のダイピッチとマルチビームの光軸ピッチとが相違している場合であつても、それにより生じる問題を低減することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 試料面の評価領域を複数の副視野に分割し、 1次電子線を偏向器で偏向させることにより電子線を各副視野に順次照射し、各副視野毎に試料面の情報を含んだ 2次電子を検出手段により検出することにより、評価領域の情報を得るようにした電子線装 ¾【こ; i l /、て、

検出手段は、エリアセンサと、エリアセンサの検出面に一端が結合されたォプティカルファイバ束と、オプティカルファイバ束の他端に塗布され、副視野の 2次電子線が結像されるシンチレータが形成された FOPとからなる単位検出器を複数備え、電子線装置は、電子線を照射する副視野が移る毎に、該副視野からの 2次電子線を偏向して、検出手段を構成する複数の単位検出器の FOP面上を移動させる電磁偏向器を備えている

ことを特徴とする電子線装置。

[2] 請求項 1記載の電子線装置において、該装置はさらに、内部に軸対称電極を設けた電磁レンズを備え、該軸対称電極に印加する電圧を調整することにより、電子線の回転量を補正できるようにしたことを特徴とする電子線装置。

[3] 請求項 2記載の電子線装置において、電磁レンズは、それぞれの内部に軸対称電極が設けられた、電子線の回転方向が逆方向の 2段の電磁レンズからなり、 2段の電磁レンズそれぞれは、焦点距離と電子線回転量を独立に制御可能であることを特徴とする電子装置。

[4] 請求項 1〜3いずれかに記載の電子線装置において、 1つのエリアセンサからの信号取り出しに要する時間を t、露光時間を t、電磁偏向器の整定時間を tとしたとき、単

1 2 3

位検出器の個数が、 t / (t +t )に近似する個数に設定されていることを特徴とする

1 2 3

電子線装置。

[5] 請求項 1〜4いずれかに記載の電子線装置において、 1次電子線は、マルチ電子ビームであることを特徴とする電子線装置。

[6] 請求項 1〜4いずれかに記載の電子線装置において、光軸を複数含み、 1次光学系の複数の光軸は、複数のレンズギャップを有する磁極又は電極を有するレンズで構成されて！/ゝることを特徴とする電子線装置。

[7] 請求項 1〜6いずれかに記載の電子線装置において、試料は、電位が相違するパターンを含んでおり、評価領域の情報は、該電位の情報であることを特徴とする電子線装置。

[8] 基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用いて基板を検査する電子線装置であつて、基板を載置した回転可能なステージをダイピッチの情報に基づき回転させて基板を検査することを特徴とする電子線装置。

[9] 請求項 8記載の電子線装置において、複数の光軸は光軸のピッチ Dが二次元的に配置され、基板上には X軸方向のダイピッチ力 SLx、 Y軸方向のダイピッチが Lyでダイが配置され、複数の光軸を結ぶ線と X軸とのなす角度を Θとし、 n、 mを整数とした場合、 nX Lx-DXsin Θ =mX (ストライプ幅）の関係式を満たす n、 m及び Θを定めて基板を検査することを特徴とする電子線装置。

[10] 請求項 9記載の電子線装置において、整数 mを 1〜3の範囲内に設定して基板を検查することを特徴とする電子線装置。

[11] 請求項 9記載の電子線装置において、上記関係式を満たす角度 Θとなるようステージを回転させてダイピッチが異なる場合の基板を検査することを特徴とする電子線装置。

[12] 基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用いて基板の欠陥を検査する電子線装置であって、複数の光軸は X軸方向の光軸ピッチ Dxを有して配置され、基板上には X軸方向のダイピッチ Lxでダイが配置されてヽる場合、標準ストライプの幅より小さな幅のストライプを 2番目の光軸が担当する最初のチップに設けて基板を検査することを特徴とする電子線装置。

[13] 基板上に複数の光軸を有する電子光学系を用いて基板を検査する電子線装置であつて、光軸は X軸方向の光軸ピッチ Dxを有して配置され、基板上には X軸方向のダィピッチ Lxでダイが配置されて、る場合にぉ、て、ダイの境界と光軸との差をストライプ幅で割った値が整数となるようにストライプ幅を調整して基板を検査することを特徴とする電子線装置。

[14] 請求項 8〜13いずれかに記載の電子線装置において、電子線装置は電子銃及び対物レンズを備え、電子銃はショットキー力ソード電子銃であり、対物レンズは静電レンズであることを特徴とする電子線装置。

請求項 14記載の電子線装置において、対物レンズは、 1枚の基板に複数の孔を設けて光軸を形成した基板を複数枚光軸方向に組み合わせて形成されてヽることを特徴とする電子線装置。