【課題】電子線装置のスループット向上、精度向上等の改善を目的とする。
【解決手段】本発明に係る電子線装置においては、電子線を放出する単一の電子銃と、コンデンサレンズと、複数の孔を設けた開口板と、Ｅ×Ｂ分離器と、対物レンズを有し、前記電子銃からの電子線を検査されるべき試料面上に照射する第一次光学系と、前記試料から放出され、前記対物レンズで加速され、かつ前記Ｅ×Ｂ分離器で前記第一次光学系から分離された二次電子を、二次電子検出装置に入射させる第二次光学系とを備え、前記コンデンサレンズを２段として前記電子銃に隣接して配置し、前記２段のコンデンサレンズの後方に前記開口板を配置し、電子線を前記開口板に照射して複数の電子ビームを形成するようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電子ビーム（又は電子線）を用いて試料の表面に形成されたパターンの欠陥の検査等をする装置に関し、特に、半導体製造工程におけるウエハの欠陥を検出する場合のように、電子ビームを試料に照射してその表面の性状に応じて変化する二次電子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて試料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または評価する装置、並びにそのような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】
【０００２】
本発明に関連する装置の従来技術については、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた装置が既に市販されている。この装置は細く絞った電子線を非常に間隔の小さいラスタ幅でラスタ走査を行い、走査に伴って試料から放出される二次電子を二次電子検出器で検出してＳＥＭ画像を形成し、そのＳＥＭ画像を基本画像と比較して欠陥を抽出するものである。
【０００３】
しかし、ＳＥＭを応用した欠陥検査装置では、ビーム寸法が小さく、当然画素寸法が小さく、ラスタ幅も小さいため、欠陥検査に多くの時間を必要としていた。また、高スループットにするため、試料に照射するビーム幅を大きくすると、照射されている領域内で帯電のバラツキが生じ、良好なＳＥＭ像が得られない問題があった。
【０００４】
これに対して、近年では、高スループットを得るために、複数の電子ビーム（マルチビーム）を同時に試料面に照射するようにしたマルチビーム検査装置の開発が行われているが、適正な精度をもって高スループットを得るには、多くの改善が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明では、マルチビーム検査装置の種々の改善を行うことを基本的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電子線を放出する単一の電子銃と、コンデンサレンズと、複数の孔を設けた開口板と、Ｅ×Ｂ分離器と、対物レンズを有し、前記電子銃からの電子線を検査されるべき試料面上に照射する第一次光学系と、前記試料から放出され、前記対物レンズで加速され、かつ前記Ｅ×Ｂ分離器で前記第一次光学系から分離された二次電子を、二次電子検出装置に入射させる第二次光学系とを備え、前記コンデンサレンズを２段として前記電子銃に隣接して配置し、前記２段のコンデンサレンズの後方に前記開口板を配置し、電子線を前記開口板に照射して複数の電子ビームを形成するようにした。
【０００７】
また、本発明では、電子線を放出する単一の電子銃と、コンデンサレンズと、複数の孔を設けた開口板と、Ｅ×Ｂ分離器と、対物レンズを有し、前記電子銃からの電子線を検査されるべき試料面上に照射する第一次光学系と、前記試料から放出され、前記対物レンズで加速され、かつ前記Ｅ×Ｂ分離器で前記第一次光学系から分離された二次電子を、二次電子検出装置に入射させる第二次光学系とを備え、前記コンデンサレンズを２段として前記電子銃に隣接して配置し、前記２段のコンデンサレンズの間に前記開口板を配置し、電子線を前記開口板に照射して複数の電子ビームを形成するようにした。
【０００８】
また、本発明では、前記電子銃は空間電荷制限条件で動作するようにした。
【０００９】
また、本発明では、前記電子銃に隣接するコンデンサレンズの励起状態を変化させることでクロスオーバの位置を変更することにより、前記電子銃から放出された電子線のうち強度が大きい部分の放射方向の位置を前記開口板の小孔の領域に合わせるようにした。
【００１０】
更に本発明では、プロセス途中のウエハ等の試料を、上記の如き電子線装置を用いて検査するようにしたデバイス製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る電子線検査装置の実施例としての半導体検査装置を説明する。
半導体検査装置の全体構造概要
図１及び図２において、本実施例の半導体検査装置１の主要構成要素が立面及び平面で示されている。
【００１２】
本実施例の半導体検査装置１は、複数枚のウエハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、ワーキングチャンバを画成する主ハウジング３０と、ミニエンバイロメント装置２０と主ハウジング３０との間に配置されていて、二つのローディングチャンバを画成するローダハウジング４０と、ウエハをカセットホルダ１０から主ハウジング３０内に配置されたステージ装置５０上に装填するローダー６０と、主ハウジングに取り付けられた電子光学装置（すなわち電子線を用いて検査を行う装置）７０と、を備え、それらは図１及び図２に示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置１は、更に、真空の主ハウジング３０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウエハに電位を印加する電位印加機構８３（図８に図示）と、電子ビームキャリブレーション機構８５（図１０に図示）と、ステージ装置上でのウエハの位置決めを行うためのアライメント制御装置８７を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。
【００１３】
上記半導体検査装置の各部は、いずれも図示されていない真空ポンプ、真空バルブ、真空ケージ、真空配管等から構成され、後述する電子光学系、検出器部、ワーキングチャンバ内を所定のシーケンスに従い真空排気する。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニターを行い、異常時にはインターロック機能により隔離バルブ（図示せず）によるチャンバと排気系間の遮断等の緊急制御を行い、各部において必要な真空度を確保する。真空ポンプとしては、主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてルーツ式ドライブポンプを使用することができる。ステージ上のウエハ（電子線照射部）の周囲の圧力は１０^−３〜１０^−６Ｐａ、好ましくは、１０^−４〜１０^−６Ｐａとされる。
カセットホルダ
カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２５枚）のウエハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセットｃ（例えば、アシスト社製のＳＭＩＦ，ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個（この実施例では２個）保持するようになっている。このカセットホルダとしては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ１０に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようになっている。カセットホルダ１０は、この実施例では、自動的にカセットｃが装填される形式であり、例えば昇降テーブル１１と、その昇降テール１１を上下移動させる昇降機構１２とを備え、カセットｃは昇降テーブル上に図２で鎖線図示の状態に装填され、その後、図２で実線図示の状態に自動的に回転されミニエンバイロメント装置内の（後述の）第１の搬送ユニット６１によるウエハの出し入れを可能とする位置とされ、昇降テーブル１１により図１で鎖線で示す状態に降下される。カセットｃ内に収容されるウエハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のウエハを第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の搬送ユニットのアームは上下移動できるようになっている。第１の搬送ユニット６１とカセットｃとの関係は、図１２に示してある。
【００１４】
なお、カセットｃ内に収納される基板すなわちウエハは、検査を受けるウエハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウエハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、エッチング成膜工程（銅メッキを含む）、ＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理、イオン注入等を受けた基板すなわちウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウエハが、カセット内に収納される。
ミニエンバイロンメント装置
図１ないし図３において、ミニエンバイロメント装置２０は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間２１を画成するハウジング２２と、ミニエンバイロメント空間２１内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置２３と、ミニエンバイロメント空間２１内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置２４と、ミニエンバイロメント空間２１内に配設されていて試料としての基板すなわちウエハを粗位置決めするプリアライナー２５とを備えている。
【００１５】
ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有していてい、ミニエンバイロメント空間２１を外部から遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図３に示されるように、ミニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に取り付けられていて、気体（この実施例では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット２３１と、ミニエンバイロメント空間内において底壁２２２の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト２３２と、回収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２３３とを備えている。この実施例では、気体供給ユニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気をつくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間２１内に配置された後述する第１の搬送ユニットによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウエハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間全面に亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャットダウンすることもできる。ハウジング２２の周壁２２３のうちカセットホルダ１０に隣接する部分には出入り口２２５（図１）が形成されている。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５を閉じるようにしてもよい。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３〜０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空間内でなくその外側に設けてもよい。
【００１６】
排出装置２４は、前記搬送ユニットのウエハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置された吸入ダクト２４１と、ハウジング２２の外側に配置されたブロワー２４２と、吸入ダクト２４１とブロワー２４２とを接続する導管２４３と、を備えている。この排出装置２４は、搬送ユニットの周囲を流れ下り搬送ユニットにより発生する可能性のある塵埃を含んだ気体を、吸入ダクト２４１により吸引し、導管２４３、２４４及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側に排出する。この場合、ハウジング２２の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。
【００１７】
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたプリアライナー２５は、ウエハに形成されたオリエンテーションフラットや、ウエハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出してウエハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくようになっている。プリアライナーは請求項に記載された発明の試料の座標を決める機構の一部を構成し、試料の粗位置決めを担当する。このプリアライナー自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。
【００１８】
なお、図示しないが、プリアライナーの下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナーから排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するようにしてもよい。
ワーキングチャンバ
図１及び図２において、ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレーム３６上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置３７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれたフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲む周壁３２３とを備えていてワーキングチャンバ３１を外部から隔離している。底壁３２１は、この実施例では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。この実施例において、ハウジング本体及びハウジング支持装置３３は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム３６が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置３７で阻止するようになっている。ハウジング本体３２の周壁３２３のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウエハ出し入れ用の出入り口３２５が形成されている。
【００１９】
なお、防振装置は、空気バネ、磁気軸受け等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のものでよいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。ワーキングチャンバ３１は公知の構造の真空装置（図示せず）により真空雰囲気に保たれるようになっている。台フレーム３６の下には装置全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。この制御装置は、制御系は主にメインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラから構成されている。
【００２０】
メインコントローラにはマン−マシンインターフェースが備えられており、オペレータの操作はここを通して行われる（種々の指示／命令、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入力等）。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウエハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラへのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のＺ方向（二次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系へフィードバックし、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、及びステージからの信号の授受は、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。
【００２１】
制御コントローラは主に電子線光学系の制御（電子銃、レンズ、アライナー、ウィーンヒルター用等の高精度電源の制御等）を担う。具体的には照射領域に、倍率が変わったときにも常に一定の電子電流が照射されるようにすること、各倍率に対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の、各オペレーションモードに対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の制御（連動制御）が行われる。
【００２２】
ステージコントローラは主にステージの移動に関する制御を行い精密なＸ方向およびＹ方向のμｍオーダーの移動（±０．５μｍ程度の誤差）を可能にしている。また、本ステージでは誤差精度±０．３秒程度以内で、回転方向の制御（θ制御）も行われる。
ローダハウジング
図１、図２及び図４において、ローダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジング本体４３を備えている。ハウジング本体４３は底壁４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間でウエハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口４３６及び４３７が形成されている。このローダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間２１と第１のローディングチャンバ４１との連通を選択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。シャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２７１、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装置２７３とを有している。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触してそれらに固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。更に、仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４６が設けられている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ハウジング２２とローダハウジング４０との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。
【００２３】
第１のローディングチャンバ４１内には、複数（この実施例では２枚）のウエハを上下に隔てて水平の状態で支持するウエハラック４７が配設されている。ウエハラック４７は、図５の示されるように、矩形の基板４７１の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱４７２を備え、各支柱４７２にはそれぞれ２段の支持部４７３及び４７４が形成され、その支持部の上にウエハＷの周縁を載せて保持するようになっている。そして後述する第１及び第２の搬送ユニットのアームによりウエハを把持するようになっている。
【００２４】
ローディングチャンバ４１及び４２は、図示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置（図示せず）によって高真空状態（真空度としては１０^−５〜１０^−６Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになっている。この場合、第１のローディングチャンバ４１を低真空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第２のローディングチャンバ４２を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保ち、ウエハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような構造を採用することによってローディングチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるウエハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバを採用することによって、後述するマルチビーム型電子装置原理と共に、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。
【００２５】
第１及び第２のローディングチャンバ４１及び４２は、それぞれ真空排気配管と不活性ガス（例えば乾燥純窒素）用のベント配管（それぞれ図示せず）が接続されている。これによって、各ローディングチャンバ内の大気圧状態は不活性ガスベント（不活性ガスを注入して不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するのを防止する）によって達成される。このような不活性ガスベントを行う装置自体は公知の構造のものでよいので、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
なお、電子線を使用する本発明の検査装置において、後述する電子光学系の電子源として使用される代表的な六硼化ランタン（ＬａＢ_６）等は一度熱電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めないために肝要であるが、電子光学系が配置されているワーキングチャンバにウエハを搬入する前段階で上記のような雰囲気制御を行うことにより、より確実に実行できる。
ステージ装置
ステージ装置５０は、主ハウジング３０の底壁３２１上に配置された固定テーブル５１と、固定テーブル上でＹ方向（図１において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５２と、Ｙテーブル上でＸ方向（図１において左右方向）に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。そのホルダ５５のウエハ載置面５５１上にウエハを解放可能に保持する。ホルダは、ウエハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置５０は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面５５１上でホルダに保持されたウエハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１において上下方向）に、更にウエハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めできるようになっている。なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウエハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウエハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し制御する。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置されている。
【００２７】
電子ビームに対するウエハの回転位置や、Ｘ、Ｙ位置を、予め後述する信号検出系或いは画像処理系に入力することで得られる信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたウエハチャック機構は、ウエハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになっていて、ウエハの外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ウエハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランプピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。
ローダーの全体構造
ローダー６０は、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２内に配置されたロボット式の第１の搬送ユニット６１と、第２のローディングチャンバ４２内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット６３とを備えている。
【００２８】
第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１に関して軸線Ｏ_１−Ｏ_１の回りで回転可能になっている多節のアーム６１２を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施例では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つの部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆動部６１１内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸６１３に取り付けられている。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ_１−Ｏ_１の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ_１−Ｏ_１に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウエハを把持する把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は、公知の構造の昇降機構６１５により上下方向に移動可能になっている。
【００２９】
この第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２がカセットホルダに保持された二つのカセットｃの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセットｃ内に収容されたウエハＷ（図１２）を１枚、把持装置６１６により把持して取り出す。その後アームが縮み（図２に示すような状態）、アームがプリアライナー２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたウエハをプリアライナー２５に載せる。プリアライナーから前記と逆にしてウエハを受け取った後はアームは更に回転し第２のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ４１内のウエハ受け４７にウエハを受け渡す。なお、機械的にウエハを把持する場合にはウエハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウエハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。
【００３０】
第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ウエハの搬送をウエハラック４７とステージ装置の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。
【００３１】
上記ローダー６０では、第１及び第２の搬送ユニット６１及び６３は、カセットホルダに保持されたカセットからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０上への及びその逆のウエハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ウエハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウエハのウエハラックへの載置及びそこからの取り出し及びウエハのステージ装置への載置及びそこからの取り出しのときるだけである。したがって、大型のウエハ、例えば直径３０ｃｍのウエハの移動もスムースに行うことができる。
ローダーによる搬送（カセット→ワーキングチャンバ）
次にカセットホルダに支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウエハの搬送を順を追って説明する。
【００３２】
カセットホルダ１０は、前述のように人手によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが、また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施例において、カセットｃがカセットホルダ１０の昇降テーブル１１の上にセットされると、昇降テーブル１１は昇降機構１２によって降下されカセットｃが出入り口２２５に整合される。
【００３３】
カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットに設けられたカバーが開き、さらにまたカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。なお、ミニエンバイロメント装置２０側に出入り口２２５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口２２５を開く。
【００３４】
一方第１の搬送ユニット６１のアーム６１２は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この説明ではＭ１の方向）で停止しており、出入り口２２５が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されているウエハのうち１枚を受け取る。なお、アームと、カセットから取り出されるべきウエハとの上下方向の位置調整は、この実施例では第１の搬送ユニット６１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行うが、カセットホルダの昇降テーブルの上下動で行っても或いはその両者で行ってもよい。
【００３５】
アーム６１２によるウエハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャッタ装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム６１２は軸線Ｏ_１−Ｏ_１の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウエハをプリアライナー２５の上に載せ、そのプリアライナーによってウエハの回転方向の向き（ウエハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ユニット６１はアームの先端にプリアライナー２５からウエハを受け取ったのちアームを縮ませ、方向Ｍ４に向けてアームを伸長できる姿勢になる。するとシャッタ装置２７の扉２７２が動いて出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸びてウエハを第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置２７が開いてウエハラック４７にウエハが受け渡される前に、仕切壁４３４に形成された開口４３５はシャッタ装置４６の扉４６１により気密状態で閉じられている。
【００３６】
上記第１の搬送ユニットによるウエハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置のハウジングの上部に設けられた気体供給ユニット２３１からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウエハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施例では供給ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジングの底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され再び気体供給ユニット２３１に戻される。
【００３７】
ローダハウジング４０の第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７内に第１の搬送ユニット６１によりウエハが載せられると、シャッタ装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ４１内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ４１内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバの真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャンバ４１内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置４６が動作して扉４６１で密閉していた出入り口４３４を開き、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が伸びて先端の把持装置でウエハ受け４７から１枚のウエハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して）。ウエハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１で出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ装置４６が開く前にアーム６３２は予めウエハラック４７の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャッタ装置４６が開く前にシャッタ装置４５の扉４５２で出入り口４３７、３２５を閉じていて、第２のローディングチャンバ４２内とワーキングチャンバ３１内との連通を気密状態で阻止しており、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気される。
【００３８】
シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じると、第２のローディングチャンバ内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６１のアームはワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ３１内のステージ装置では、Ｙテーブル５２が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ_０−Ｘ_０が第２の搬送ユニット６３の回動軸線Ｏ_２−Ｏ_２を通るＸ軸線Ｘ_１−Ｘ_１とほぼ一致する位置まで、図２で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図２で最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第２のローディングチャンバがワーキングチャンバの真空状態と略同じになると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り口４３７、３２５を開き、アームが伸びてウエハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置に接近する。そしてステージ装置５０の載置面５５１上にウエハを載置する。ウエハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
【００３９】
以上は、カセットｃ内のウエハをステージ装置上に搬送するまでの動作に付いて説明したが、ステージ装置に載せられて処理が完了したウエハをステージ装置からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ウエハラック４７に複数のウエハを載置しておくため、第２の搬送ユニットでウエハラックとステージ装置との間でウエハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニットでカセットとウエハラックとの間でウエハの搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。
ワーキングチャンバの変形例
図６において、主ハウジングの支持方法の変形例がで示されている。図６（Ａ）に示された変形例では、ハウジング支持装置３３ａを厚肉で矩形の鋼板３３１ａで構成し、その鋼板の上にハウジング本体３２ａが載せられている。したがって、ハウジング本体３２ａの底壁３２１ａは、前記実施例の底壁に比較して薄い構造になっている。図６（Ｂ）に示された変形例では、ハウジング支持装置３３ｂのフレーム構造体３３６ｂによりハウジング本体３２ｂ及びローダハウジング４０ｂを吊り下げて状態で支持するようになっている。フレーム構造体３３６ｂに固定された複数の縦フレーム３３７ｂの下端は、ハウジング本体３２ｂの底壁３２１ｂの四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持するようになっている。そして防振装置３７ｂは、フレーム構造体３３６ｂと台フレーム３６ｂとの間に配置されている。また、ローダハウジング４０もフレーム構造体３３６に固定された吊り下げ部材４９ｂによって吊り下げられている。ハウジング本体３２ｂのこの図６［Ｂ］に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになっている。
【００４０】
図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。
電子光学装置の構造
電子光学装置７０は、ハウジング本体３２に固定された鏡筒７１を備え、その中には、図７及び図８に概略図示するような、一次電子光学系（以下単に一次光学系）７２と、二次電子光学系（以下単に二次光学系）７４とを備える電子光学系と、検出系７６とが設けられている。一次光学系７２は、電子線を試料であるウエハＷの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃７２１と、電子銃７２１から放出された一次電子線を集束する静電レンズすなわちコンデンサレンズ７２２と、コンデンサレンズ７２２の下方に配置されかつ複数の開口が形成されていて一次電子線を複数の一次電子ビームすなわちマルチビームに形成するマルチ開口板７２３と、一次電子ビームを縮小する静電レンズである縮小レンズ７２４と、ウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器７２５と、対物レンズ７２６と、を備え、それらは、図７に示されるように電子銃７２１を最上部にして順に、しかも電子銃から放出される一次電子線の光軸が試料Ｓの表面に鉛直になるように配置されている。
【００４１】
電子銃は熱電子線源を用いている。電子放出（エミッタ）材はＬａＢ_６である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。複数の電子線を得るには、２通りの方法、すなわち、１つは一本のエミッタ（突起がひとつ）から一本の電子線を引き出し、他の一つは一本のエミッタに複数の突起を形成してそこから複数の電子線を引き出す方法、があるが、本発明に係る実施例では、主に後者の方法を採用している。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。尚、熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電界放出電子線源とは、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。
【００４２】
ウィーンフィルタは、図１４に示すように、静電偏向器と電磁偏向器とにより構成されている。静電偏向器は、真空容器中に設けられた一対の電極（静電偏向電極）７２５−１を備え、ｘ軸方向に電界を生成する。これら静電偏向電極７２５−１は、絶縁スペーサ７２５−２を介して真空容器の真空壁７２５−３に取り付けられており、これらの電極間距離Ｄは、静電偏向電極７２５−１のｙ軸方向の長さ２Ｌよりも小さく設定されている。このような設定により、ｚ軸（光軸）の周りの形成される電界強度が一様な範囲を比較的大きくすることができるが、理想的にはＤ＜Ｌであれば、電界強度が一様な範囲をより大きくすることができる。
【００４３】
すなわち、電極の端縁からＤ／２の範囲は、電界強度が一様ではないため、電界強度がほぼ一様な領域は、一様ではない端部領域を除いた中心部の２Ｌ−Ｄの領域となる。このため、電界強度が一様な領域が存在するためには、２Ｌ＞Ｄとする必要があり、さらに、Ｌ＞Ｄと設定することにより、電界強度が一様な領域がより大きくなる。
【００４４】
電磁偏向器は、真空壁７２５−３の外側に設けられ、ｙ軸方向に磁界を生成する。該電磁偏向器は、電磁コイル７２５−４及び電磁コイル７２５−５を備え、これらコイルはそれぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に磁界を生成する。コイル７２５−５だけでもｙ軸方向の磁界を生成できるが、コイル４を設け電界と磁界との直交度を向上させている。すなわち、コイル７２５−４によって生成された−ｘ軸方向の磁界成分によって、コイル７２５−５によって生成された＋ｘ軸方向を打ち消すことによって、電界と磁界との直交度を良好にすることができる。
【００４５】
図１５は、本発明のウィーンフィルタの他の実施例を示している。この実施例では、静電偏向電極７２５−１が６極設けられている点で、図１４に実施例と相違している。これら静電偏向電極１には、それぞれの電極の中央と光軸（ｚ軸）とを結んだ線と電界の方向（ｘ軸方向）との角度をθｉ（ｉ＝０，１，２，３，４，５）としたときに、ｃｏｓθｉに比例する電圧ｋ・ｃｏｓθｉ（ｋは定数）が供給される。ただし、θｉは、任意の角度である。
【００４６】
図１５に示した実施例においても、第１の実施例と同様に、ｘ及びｙ軸方向の磁界を生成するコイル及び５を設け、直行度の修正を行う。
【００４７】
この実施例によれば、図１４の実施例に比べて、電界強度が一様な領域をさらに大きくすることができる。
【００４８】
図１４及び図１５に示したウィーンフィルタにおいては、磁界を生成するためのコイルをサドル型に形成しているが、トロイダル型のコイルを用いてもよい。
【００４９】
縮小レンズ７２４及び対物レンズ７２６の像面湾曲収差の影響をなくすため、マルチ開口板７２３に形成される複数（この実施例では９個）の開口７２３ａは、図８に示されるように光軸を中心とした円周上に形成され、しかもその開口のＸ軸上への投影像のＸ方向の間隔Ｌｘが同じになるように配置されている。
【００５０】
二次光学系７４は、Ｅ×Ｂ型偏向器７２５により一次光学系から分離された二次電子を通す２段の静電レンズである拡大レンズ７４１及び７４２と、マルチ開口検出板７４３を備えている。マルチ開口検出板７４３に形成される開口７４３ａは、一次光学系のマルチ開口板７２３に形成されている開口７２３ａと一対一で対応するようになっている。
【００５１】
検出系７６は、二次光学系７４のマルチ開口検出板７４３の各開口７４３ａに対応してそれに近接して配置された複数（この実施例では９個）検出器７６１と、各検出器７６１にＡ／Ｄ変換器７６２を介して電気的に接続された画像処理部７６３とを備えている。
電子光学装置の動作
次に、上記構成の電子光学装置７０の動作に付いて説明する。
【００５２】
電子銃７２１から放出された一次電子線は、一次光学系７２のコンデンサレンズ７２２によって集束されて点Ｐ１においてクロスオーバを形成する。一方、コンデンサレンズ７２２によって集束された一次電子線は、マルチ開口板の複数の開口７２３ａで成形されて複数の一次電子ビームが形成され、縮小レンズ７２４によって縮小されて位置Ｐ２に投影される。位置Ｐ２で合焦した後、更に対物レンズ７２６によってウエハＷの表面上に合焦される。一方、一次電子ビームは縮小レンズ７２４と対物レンズ７２６との間に配置された偏向器７２７によってウエハＷの表面上を走査するように偏向される。一次電子線によるウエハＷ表面の走査態様としては、例えば、図１６に示す。すなわち、この例では、等間隔にされた４本の電子線１０１−１０４を、図で見て、左から右へ走査し、それぞれの走査の右端に来ると、ウエハを支持しているステージが、図で見て、下から上へ所定ステップ距離だけ上方へ動き、電子線はそれぞれの走査の左端に戻り、再び右方への走査を行い、これを繰り返すことにより、ウエハの所要領域の走査を行う。
【００５３】
合焦された複数（この実施例では９本）の一次電子ビームによって試料Ｓは複数の点が照射され、照射されたこれらの複数の点からは二次電子が放出される。この二次電子は、対物レンズ７２６の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器７２５で偏向されて二次光学系７４に投入される。二次電子による像は偏向器７２５に関して位置Ｐ２より近い位置Ｐ３において焦点を結ぶ。これは、一次電子ビームがウエハ面上で５００ｅＶのエネルギを有しているのに対して、二次電子が数ｅｖのエネルギしか有していないためである。
【００５４】
位置Ｐ３で合焦された二次電子の像は２段の拡大レンズ７４１、７４２でマルチ開口検出板７４３の対応する開口７４３ａに合焦され、その開口を通過し、各開口７４３ａに対応して配置された検出器７６１で検出する。検出器７６１は、検出した電子線を、その強度を表す電気信号に変換する。このようにして変換された電気信号は、各検出器７６１から出力されてそれぞれＡ／Ｄ変換器７６２にデジタル信号に変換された後、画像処理部７６３に入力される。画像処理部７６３は入力されたデジタル信号を画像データに変換する。画像処理部７６３には、一次電子線を偏向させるための走査信号が供給されるようになっているので、画像処理部はウエハの面を表す画像を形成することになる。この画像を設定器（図示せず）に予め設定された標準パターンと、比較器（図示せず）において比較することによってウエハＷの被検出（評価）パターンの良否を検出する。
【００５５】
更に、レジストレーションによりウエハＷの被測定パターンを一次光学系の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンする事によって線幅評価信号を取り出し、これを適宜校正することによって、ウエハの表面に形成されたパターンの線幅を測定することができる。
【００５６】
ここで上記画像には、２次電子だけではなく、散乱電子や反射電子による画像を取得できるが、ここでは２次電子画像を取得を選択した場合について述べる。
【００５７】
なお、一次光学系のマルチ開口板７２３の開口を通過した一次電子ビームをウエハＷの表面に合焦させ、ウエハから放出される二次電子を検出器７６１に結像させる際に、一次光学系で生じるコマ収差、軸上色収差及び視野非点という３つの収差による影響を最小にするよう特に配慮する必要がある。
【００５８】
また、複数の一次電子ビーム間の間隔と、二次光学系との関係については、一次電子ビーム間の間隔を二次光学系の収差よりも大きい距離だけ離せば複数のビーム間のクロストークを無くすことができる。
【００５９】
なお、電子光学装置が作動すると、ウエハ物質等が蒸発して、偏向器等の様々な電子光学エレメントに絶縁物質が堆積し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。絶縁物質の除去は絶縁物質の堆積する領域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のプラズマを励起し、絶縁物質のみ酸化除去する。
電子光学装置のプレチャージユニット
プレチャージユニット８１は、図１に示されるように、ワーキングチャンバ３１内で電子光学装置７０の鏡筒７１に隣接して配設されている。本検査装置では試料である基板すなわちウエハに電子線を走査して照射することによりウエハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウエハ表面の情報とするが、ウエハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってウエハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウエハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウエハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。そこで、本実施例では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部８１１を有するプレチャージユニット８１が設けられている。検査するウエハの所定の箇所に検査電子を照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージユニットの荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウエハ表面のチャージアップは予めウエハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージユニット８１を動作させる。
【００６０】
また、このプレチャージユニットでは一次電子線をぼかして照射してもよい。
【００６１】
プレチャージは、検査試料であるウエハの電気的欠陥を検査することにも利用することができる。すなわち、本来電気的に絶縁されている部分が何らかの原因で通電状態にあると、プレチャージを行った場合、適正に絶縁されている部分との比較において、帯電状態が異なるので、一次電子ビームを照射して、それに基づき発生する二次電子を検知することにより、当該ウエハの電気的欠陥の有無を検査することができるのである。
電子光学装置の電位印加装置
図９において、電位印加機構８３は、ウエハから放出される二次電子発生率が、ウエハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウエハを載置するステージの設置台に±数Ｖの電位を印加することにより二次電子の発生を制御するものである。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有しているエネルギーを減少し、ウエハに１００〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。
【００６２】
電位印加機構８３は、図９に示されるように、ステージ装置５０の載置面５４１と電気的に接続された電圧印加装置８３１と、チャージアップ調査及び電圧決定システム（以下調査及び決定システム）８３２とを備えている。調査及び決定システム８３２は、電子光学装置７０の検出系７６の画像形成部７６３に電気的に接続されたモニター８３３と、モニター８３３を監視するオペレータ８３４と、オペレータ８３４が制御するＣＰＵ８３５とを備えている。ＣＰＵ８３５は、前記電圧印加装置８３１並びに偏向器７２７に信号を供給するようになっている。
【００６３】
上記電位印加機構は、試料であるウエハが帯電し難い電位を探し、その電位を印加するように設計されている。
電子光学装置の電子ビームキャリブレーション機構
図１０において、電子ビームキャリブレーション機構８５は、前記回転テーブル上でウエハの載置面５４１の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用のそれぞれ複数のファラデーカップ８５１及び８５２を備えている。ファラデーカップ８５１は細いビーム用（約φ２μｍ）で、ファラデーカップ８５２は太いビーム用（約φ３０μｍ）である。細いビーム用のファラデーカップ８５１では回転テーブルをステップ送りすることで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のファラデーカップ８５２ではビームの総電流量を計測する。ファラデーカップ８５１及び８５２は、上表面が載置面５４１上に載せられたウエハＷの上表面と同じレベル（高さ）になるように配置されている。このようにして電子銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使用しているうちにその放出量が変化するためである。
電子光学装置のアラインメント制御装置
アライメント制御装置８７は、ステージ装置５０を用いてウエハＷを電子光学装置７０に対して位置決めさせる装置であって、ウエハを光学顕微鏡８７１を用いた広視野観察による概略合わせ（電子光学系によるよりも精度が低い測定）、電子光学装置７０の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でウエハを検査するのは、ウエハのパターンの検査を自動的に行うために、電子線を用いた狭視野でウエハのパターンを観察してウエハライメントを行う時に、電子線によるアライメントマークを容易に検出する必要があるからである。
【００６４】
光学顕微鏡８７１は、ハウジングに設けられ（ハウジング内で移動可能に設けられていてもよい）ており、光学顕微鏡を動作させるための光源も図示しないがハウジング内に設けられている。また高倍率の観察を行う電子光学系は電子光学装置７０の電子光学系（一次光学系７２及び二次光学系７４）を共用するものである。その構成を概略図示すれば、図１１に示されるようになる。ウエハ上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置５０のＸステージ５３をＸ方向に動かすことによってウエハの被観察点を光学顕微鏡の視野内に移動させる。光学顕微鏡８７１で広視野でウエハを視認してそのウエハ上の観察すべき位置をＣＣＤ８７２を介してモニタ８７３に表示させ、観察位置をおおよそ決定する。この場合光学顕微鏡の倍率を低倍率から高倍率に変化させていってもよい。
【００６５】
次に、ステージ装置５０を電子光学装置７０の光軸と光学顕微鏡８７１の光軸との間隔δｘに相当する距離だけ移動させて光学顕微鏡で予め決めたウエハ上の被観察点を電子光学装置の視野位置に移動させる。この場合、電子光学装置の軸線Ｏ_３−Ｏ_３と光学顕微鏡８７１の光軸Ｏ_４−Ｏ_４との間の距離（この実施例ではＸ軸線に沿った方向にのみ両者は位置ずれしているものとするが、Ｙ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしていてもよい）δｘは予めわかっているのでその値δｘだけ移動させれば被観察点を視認位置に移動させることができる。電子光学装置の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学系により高倍率で被観察点をＳＥＭ撮像して画像を記憶したり、モニタ７６５に表示させる。
【００６６】
このようにして電子光学系による高倍率でウエハの観察点をモニタに表示させた後、公知の方法によりステージ装置５０の回転テーブル５４の回転中心に関するウエハの回転方向の位置ずれすなわち電子光学系の光軸Ｏ_３−Ｏ_３に対するウエハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターのＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれを検出する。そしてその検出値並びに別途得られたウエハに設けられた検査マークのデータ或いはウエハのパターンの形状等に関するデータに基づいてステージ装置５０の動作を制御してウエハのアライメントを行う。
検査シーケンス（要約）
電子光学装置によるウエハ（資料）検査は、図１３に示すごとく要約することができる。すなわち、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。次にウエハの種類（どの工程後か、ウエハのサイズは２０ｃｍか３０ｃｍか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し、以下検査場所の指定、電子光学系の設定、検査条件の設定を行なった後、画像取得を行ないながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行なう。セル同士の比較、ダイ比較等が、アルゴリズムを備えた高速の情報処理システムにより検査が行なわれ、必要に応じてＣＲＴ等に結果を出力や、メモリーへ記憶を行なう。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電位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電子線照射（５００ｅＶ程度）により、通常正に帯電し、コントラストが低下するので正常な場所と区別ができる。この場合の電子照射装置とは、通常検査用の電子線照射装置以外に別途、電位差によるコントラストを際立たせるために設けた、低電位のエネルギーの電子線発生装置をいう。試料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。検査用の電子線を照射すること自体、正に帯電させることが出来る写像投影方式の場合は、使用によっては、別途低電位の電子線発生装置を設ける必要はない。また、ウエ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。線幅測定装置及び合わせ精度装置にも利用できる。
上記実施例に係る検査装置における効果
上記実施例に係る検査装置においては、特に、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）複数の電子線すなわちマルチビームを用いた検査装置の各構成機器を機能的に組み合わせることができたため、高いスループットで試料を処理することができる。
（ロ）エンバイロメント空間内に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら試料の検査を行うことができる。
（ハ）プレチャージユニットを設けているので、絶縁物でできたウエハも帯電による影響を受けがたい。
ワーキングチャンバ内の真空度の維持（ステージの改良１）
ウエハ、すなわち、本発明に係る装置における試料である試料を支持するステージに対して非常に高精度な位置決めが要求される場合には、ステージを（高圧ガスによる支持を行う）静圧軸受けによって非接触支持する構造が採用されている。この場合、静圧軸受けから排出される高圧ガスが直接真空チャンバに入らないように、高圧ガスを排気する差動排気機構を静圧軸受けに隣接して形成することによって、真空チャンバの真空度を維持している。
【００６７】
かかる従来技術によるステージの一例が図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示されている。同図の構造において、真空チャンバＣを構成するハウジング１４′−２に、電子ビームを発生し試料に照射する電子線検査装置の鏡筒１−２の先端部すなわち電子ビーム照射部２−２が取り付けられている。鏡筒内部は真空配管１８−２によって真空排気されており、チャンバＣは真空配管１９′−２によって真空排気されている。そして、電子ビームは鏡筒１−２の先端部２−２から、その下に置かれたウエハ等の試料Ｗに対して照射される。
【００６８】
試料Ｗは試料台ｔに公知の方法により取り外し可能に保持されており、試料台ｔはＸＹステージ（以下単にステージ）３′−２のＹ方向可動部４′−２の上面に取り付けられている。上記Ｙ方向可動部４′−２には、ステージ３−２のＸ方向可動部５′−２のガイド面５ａ′−２と向かい合う面（図１７（Ａ）において左右両面及び下面）に静圧軸受け９′−２が複数取り付けられており、この静圧軸受け９′−２の作用によりガイド面との間に微小隙間を維持しながらＹ方向（図１７（Ｂ）で左右方向）に移動できる。さらに静圧軸受けの周りには、静圧軸受けに供給される高圧ガスが真空チャンバＣの内部にリークしないように差動排気機構が設けられている。この様子を図１８に示す。静圧軸受け９−２の周囲に二重に溝ｇ１−２とｇ２−２が構成されており、これらの溝は図示されていない真空配管と真空ポンプにより常時真空排気されている。このような構造により、Ｙ方向可動部４′−２は真空中を非接触状態で支持されＹ方向に自在に移動することができるようになっている。これらの二重の溝ｇ１−２とｇ２−２は可動部４′−２の静圧軸受け９′−２が設けられている面にその静圧軸受けを囲むようにして形成されている。
【００６９】
このＹ方向可動部４′−２を搭載しているＸ方向可動部５′−２は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）からも明らかなように、上方に開口している凹形の形状を有していて、そのＸ方向可動部５′−２にもまったく同様の静圧軸受け及び溝が設けられていて、ステージ台６′−２に対して非接触で支持されており、Ｘ方向に自在に移動することができる。
【００７０】
これらのＹ方向可動部４′−２とＸ方向可動部５′−２の移動を組み合わせることによって、試料Ｗを鏡筒の先端部すなわち電子ビーム照射部２−２に関して水平方向任意の位置に移動させ、試料の所望の位置に電子ビームを照射することができる。
【００７１】
上記の静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージでは、差動排気機構を設けたため、大気中で使用される静圧軸受け式ステージに比べて構造が複雑で大型になり、ステージとしての信頼性が低く、高コストになるという問題があった。
【００７２】
そこで、本発明では、ＸＹステージの差動排気機構をなくして構造が簡単で、しかも、ワーキングチャンバ内の真空度を維持することができるようにした電子線検査装置を提供する。
改良ステージを備える電子線検査装置
以下において、ステージの改良を行った本発明に係る電子線検査装置の実施例を説明する。なお、図１７（Ａ），図１７（Ｂ）の従来例及び実施例において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。なお、この明細書中で「真空」とは当該技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。
【００７３】
図１９には改良されたステージを備える電子線検査装置の第１の実施例が示されている。
【００７４】
電子ビームを試料に向かって照射する鏡筒１−２の先端部すなわち電子ビーム照射部２−２が真空チャンバＣを画成するハウジング１４−２に取り付けられている。鏡筒１−２の直下には、ＸＹステージ３−２のＸ方向（図１９において左右方向）の可動テーブル上に載置されている試料Ｗが配置されるようになっている。この試料Ｗは高精度なＸＹステージ３−２によって、その試料面上の任意の位置に対して正確に電子ビームを照射させることができる。
【００７５】
ＸＹステージ３−２の台座６−２はハウジング１４−２の底壁に固定され、Ｙ方向（図１９において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５−２が台座６−２の上に載っている。Ｙテーブル５−２の両側面（図１９において左右側面）には、台座６−２に載置された一対のＹ方向ガイド７ａ−２及び７ｂ−２のＹテーブルに面した側に形成された凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＹ方向ガイドのほぼ全長に亘ってＹ方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け１１ａ−２、９ａ−２、１１ｂ−２、９ｂ−２、がそれぞれ設けられ、これらの静圧軸受けを介して高圧ガスを吹き出すことにより、Ｙテーブル５−２はＹ方向ガイド７ａ−２、７ｂ−２に対して非接触で支持され、Ｙ方向に円滑に往復運動できるようになっている。また、台座６−２とＹテーブル５−２との間には、公知の構造のリニアモータ１２−２が配置されており、Ｙ方向の駆動をそのリニアモータで行うようになっている。Ｙテーブルには、高圧ガス供給用のフレキシブル配管２２−２によって高圧ガスが供給され、Ｙテーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を通じて上記静圧軸受け９ａ−２ないし１１ａ−２及び９ｂ−２ないし１１ｂ−２に対して高圧ガスが供給される。静圧軸受けに供給された高圧ガスは、Ｙ方向ガイドの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出してＹテーブルを案内面に対してＸ方向とＺ方向（図１９において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
【００７６】
Ｙテーブル上にはＸテーブル４−２がＸ方向（図１９において左右方向）に移動可能に載置されている。Ｙテーブル５−２上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド７ａ−２、７ｂ−２と同じ構造の一対のＸ方向ガイド８ａ−２、８ｂ−２（８ａ−２のみ図示）がＸテーブル４−２を間に挟んで設けられている。Ｘ方向ガイドのＸテーブルに面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブルの側部（Ｘ方向ガイドに面した側部）には凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＸ方向ガイドのほぼ全長に亘って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル４−２の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け１１ａ−２、９ａ−２、１０ａ−２、１１ｂ−２、９ｂ−２、１０ｂ−２と同様の静圧軸受け（図示せず）が同様の配置で設けられている。Ｙテーブル５−２とＸテーブル４−２との間には、公知の構造のリニアモータ１３−２が配置されており、ＸテーブルのＸ方向の駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そして、Ｘテーブル４−２にはフレキシブル配管２１−２によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けからＸ方向ガイドの案内面に対して噴出されることによって、Ｘテーブル４−２がＹ方向ガイドに対して高精度に非接触で支持されている。真空チャンバＣは公知の構造の真空ポンプ等に接続された真空配管１９−２、２０ａ−２、２０ｂ−２によって排気されている。配管２０ａ−２、２０ｂ−２の入口側（真空チャンバ内側）は台座６−２を貫通してその上面において、ＸＹステージ３−２から高圧ガスが排出される位置の近くで開口しており、真空チャンバ内の圧力が静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。
【００７７】
鏡筒１−２の先端部すなわち電子ビーム照射部２−２の周囲には、差動排気機構２５−２が設けられ、真空チャンバＣ内の圧力が高くても電子ビーム照射空間３０−２の圧力が十分低くなるようにしてある。すなわち、電子ビーム照射部２−２周囲に取り付けられた差動排気機構２５−２の環状部材２６−２は、その下面（試料Ｗ側の面）と試料との間で微少隙間（数ミクロンから数百ミクロン）４０−２が形成されるように、ハウジング１４−２に対して位置決めされており、その下面には環状溝２７−２が形成されている。環状溝２７−２は排気管２８−２により図示しない真空ポンプ等に接続されている。したがって、微少隙間４０−２は環状溝２７−２及び排気口２８−２を介して排気され、真空チャンバＣから環状部材２６−２によって囲まれた空間３０−２内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてしまう。これにより、電子ビーム照射空間３０−２内の圧力を低く保つことができ、電子ビームを問題なく照射することができる。
【００７８】
この環状溝は、チャンバ内の圧力、電子ビーム照射空間３０−２内の圧力によっては、二重構造或いは三重構造にしてもよい。
【００７９】
静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、試料表面に付着して電子ビーム照射空間の真空度を悪化させてしまう。
【００８０】
なお、以上の説明において、試料Ｗは通常Ｘテーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外し可能に保持したりＸＹステージ３−２に対して微少な位置変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置されているが、試料台の有無及びその構造は本願発明の要旨には関係ないので、説明を簡素化するために省略されている。
【００８１】
以上に説明した電子線検査装置では、大気中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステージと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで電子線検査装置用のＸＹステージに対して実現できる。
【００８２】
なお、以上説明した静圧ガイドの構造や配置及びアクチュエータ（リニアモータ）はあくまでも一実施例であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやアクチュエータならば何でも適用できる。
【００８３】
次に差動排気機構の環状部材２６−２及びそれに形成される環状溝の大きさの数値例を図２０に示す。なお、この例では環状溝は２７ａ−２及び２７ｂ−２の二重構造を有しており、それらは半径方向に隔てられている。
【００８４】
静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構の環状部材２６−２及び環状溝等の寸法を、図２０に示されるようにすれば、電子ビーム照射空間３０−２内の圧力を１０^−４Ｐａ（１０^−６Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【００８５】
図２１において、第２の実施例が示されている。ハウジング１４−２によって画成された真空チャンバＣには、真空配管７４−２、７５−２を介してドライ真空ポンプ５３−２が接続されている。また、差動排気機構２５−２の環状溝２７−２は排気口２８−２に接続された真空配管７０−２を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ５１−２が接続されている。更に、鏡筒１−２の内部は、排気口１８−２に接続された真空配管７１−２を介して、ターボ分子ポンプ５２−２が接続されている。これらのターボ分子ポンプ５１−２、５２−２は、真空配管７２−２、７３−２によってドライ真空ポンプ５３−２に接続されている。（本図では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを１台のドライ真空ポンプで兼用したが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、真空配管の内径や長さに応じて、それらを別系統のドライ真空ポンプで排気する場合も考えられる。）
ＸＹステージ３−２の静圧軸受けには、フレキシブル配管２１−２、２２−２を通して高純度の不活性ガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス等）が供給される。静圧軸受けから噴出したこれらのガス分子は真空チャンバ内に拡散し、排気口１９−２、２０ａ−２、２０ｂ−２を通してドライ真空ポンプ５３−２によって排気される。また、差動排気機構や電子ビーム照射空間に侵入したこれらのガス分子は環状溝２７−２或いは鏡筒１−２の先端部から吸引され、排気口２８−２及び１８−２を通ってターボ分子ポンプ５１−２及び５２−２によって排気され、ターボ分子ポンプから排出された後ドライ真空ポンプ５３−２によって排気される。
【００８６】
このように、静圧軸受けに供給された高純度不活性ガスはドライ真空ポンプに集められて排出される。
【００８７】
一方、ドライ真空ポンプ５３−２の排気口は、配管７６−２を介して圧縮機５４−２に接続され、圧縮機５４−２の排気口は配管７７−２、７８−２、７９−２及びレギュレータ６１−２、６２−２を介してフレキシブル配管２１−２、２２−２に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ５３−２から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機５４−２によって再び加圧されレギュレータ６１−２、６２−２で適正な圧力に調整された後、再びＸＹテーブルの静圧軸受けに供給される。
【００８８】
なお、静圧軸受けに供給されるガスは上述したようにできるだけ高純度にし、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ及び圧縮機は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。また、圧縮機の排出側配管７７−２の途中にコールドトラップやフィルタ等（６０−２）を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることも有効である。
【００８９】
こうすることによって、高純度不活性ガスを循環させて再利用できるので、高純度不活性ガスを節約でき、また、本装置が設置された部屋に不活性ガスをたれ流さないので、不活性ガスによる窒息等の事故が発生する恐れもなくすことができる。
【００９０】
なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系６３−２が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンバＣや真空配管７０−２〜７５−２及び加圧側配管７６−２〜８０−２を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。
【００９１】
また、ドライ真空ポンプ５３−２に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ５３−２と圧縮機５４−２を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。
【００９２】
更に、鏡筒の排気に用いる超高真空ポンプには、ターボ分子ポンプの代わりにイオンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合は、この部分には循環配管系を構築することはできないことになる。また、ドライ真空ポンプの代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することももちろん可能である。
改良されたステージを備える電子線検査装置における効果
上記の如きステージを備える本発明に係る電子線検査装置においては、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ（差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ上の試料に対して電子ビームによる処理を安定に行うことができる。
（ロ）電子ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、電子ビームによる試料への処理を安定化させることができる。
（ハ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提供することができる。
（ニ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供することができる。
（ホ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
ワーキングチャンバ内の真空度の維持（ステージの改良２）
上記ワーキングチャンバ内の真空度の維持（ステージの改良１）において述べた従来技術に係る静圧軸受けと差動排気機構を組み合わせたステージでは、ステージが移動する際に、静圧軸受けに対向するガイド面は、静圧軸受け部の高圧ガス雰囲気とチャンバ内の真空環境の間を往復運動する。この時ガイド面では、高圧ガス雰囲気に曝されている間にガスが吸着し、真空環境に露出されると吸着していたガスが放出されるという状態が繰り返される。このためステージが移動する度に、チャンバ内の真空度が悪化するという現象が起こり、上述した電子ビームによる露光や検査や加工等の処理が安定に行えず、このために、試料が汚染されてしまうという問題もあった。
【００９３】
本発明では、このような従来装置における問題をも解消することを目的に、以下に説明するごとき改良したステージを備えた電子線検査装置を提供する。
改良されたステージを備えた電子線検査装置
（第１の実施例）
図２２（Ａ），図２２（Ｂ）は、その第１の実施例が示されている。
【００９４】
ステージ３−３のＹ方向可動部５−３の上面には＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図２２（Ｂ）で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板１４−３が取り付けられ、Ｘ方向可動部６−３の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部５０−３が構成されるようになっている。また、Ｘ方向可動部６−３の上面にも同様の仕切り板１２−３が±Ｘ方向（図２２（Ａ）で左右方向）に張り出すように構成されており、ステージ台７−３の上面との間に常に絞り部５１−３が形成されるようになっている。ステージ台７−３は、ハウジング８−３内において底壁の上に公知の方法で固定されている。
【００９５】
このため、試料台４−３がどの位置に移動しても常に絞り部５０−３と５１−３が形成されるので、可動部５−３及び６−３の移動時にガイド面６ａ−３や７ａ−３からガスが放出されても、絞り部５０−３と５１−３によって放出ガスの空間Ｃへの移動が妨げられるため、電子ビームが照射される試料近傍の空間２４−３の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。
【００９６】
ステージの可動部３−３の側面及び下面並びに可動部６−３の下面には、静圧軸受け９−３の周囲に、図２に示されるような差動排気用の溝が形成されていてこの溝によって真空排気されるため、絞り部５０−３、５１−３が形成されている場合は、ガイド面からの放出ガスはこれらの差動排気部によって主に排気されることになる。このため、ステージ内部の空間１３−３や１５−３の圧力は、チャンバＣ内の圧力よりも高い状態になっている。したがって、空間１３−３や１５−３を、差動排気溝１７−３や１８−３で排気するだけでなく、真空排気する箇所を別に設ければ空間１３−３や１５−３の圧力を下げることができ、試料近傍２４−３の圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真空排気通路１１−１・３と１１−２・３とが設けられている。排気通路はステージ台７−３及びハウジング８−３を貫通してハウジング８−３の外部に通じている。また、排気通路１１−２はＸ方向可動部６−３に形成されＸ方向可動部６−３の下面に開口している。
【００９７】
また、仕切り板１２−３及び１４−３を設置すると、チャンバＣと仕切り板が干渉しないようにチャンバを大きくする必要が生じるが、仕切り板を伸縮可能な材料や構造にすることによってこの点を改善することが可能である。この実施例としては、仕切り板をゴムで構成したり蛇腹状にして、その移動方向の端部を、仕切り板１４−３の場合はＸ方向可動部６−３に、仕切り板１２−３の場合はハウジング８−３の内壁にそれぞれ固定する構成とすることが考えられる。
（第２の実施例）
図２３には、第２の実施例が示されている。
【００９８】
この実施例では、鏡筒の先端部すなわち電子ビーム照射部２−３の周囲に、試料Ｓの上面との間に絞り部ができるように円筒状の仕切り１６−３が構成されている。このような構成では、ＸＹステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇しても、仕切りの内部２４−３は仕切り１６−３で仕切られており真空配管１０−３で排気されているので、チャンバＣ内と仕切りの内部２４−３との間に圧力差が生じ、仕切り内部の空間２４−３の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り１６−３と試料面との隙間は、チャンバＣ内と照射部２−３周辺の圧力をどの程度に維持するかによって変わるが、凡そ数十μｍないし数ｍｍ程度が適当である。なお、仕切り１６−３内と真空配管とは公知の方法により連通されている。
【００９９】
また、電子ビーム照射装置では、試料Ｓに数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料を試料の近傍に設置すると放電を起こす恐れがある。この場合には、仕切り１６−３の材質をセラミックス等の絶縁物で構成すれば、試料Ｓと仕切り１６−３との間で放電を起こすことがなくなる。
【０１００】
なお、試料Ｓ（ウエハ）の周囲に配置したリング部材４−１・３は試料台４−３に固定された板状の調整部品であり、ウエハのような試料の端部に電子ビームを照射する場合であっても、仕切り１６−３の先端部全周に亘って微小隙間５２−３が形成されるように、ウエハと同一の高さに設定されている。これによって、試料Ｓのどの位置に電子ビームが照射しても、仕切り１６−３の先端部には常に一定の微小隙間５２−３が形成され、鏡筒先端部周囲の空間２４−３の圧力を安定に保つことができる。
（第３の実施例）
図２４には、前述のワーキングチャンバ内の真空度の維持（ステージの改良１）において説明したものと実質的に同じ内容を有する第３の実施例が示されている。
【０１０１】
鏡筒１−３の電子ビーム照射部２−３の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り１９−３が設けられている。仕切り１９−３は円筒状の形状をしており、その内部に円周溝２０−３が形成され、その円周溝からは上方に排気通路２１−３が延びている。その排気通路は内部空間２２−３を経由して真空配管２３−３に繋がれている。仕切り１９−３の下端は試料Ｓの上面との間に数十μｍないし数ｍｍ程度の微小隙間を形成している。
【０１０２】
このような構成では、ステージの移動に伴ってステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇し先端部すなわち電子ビーム照射部２−３にガスが流入しようとしても、仕切り１９−３が試料Ｓとの隙間を絞ってコンダクタンスを非常に小さくしているためガスは流入を邪魔され流入量は減少する。更に、流入したガスは、円周溝２０−３から真空配管２３−３へ排気されるため、電子ビーム照射部２−３の周囲の空間２４−３へ流入するガスはほとんどなくなり、電子ビーム照射部２−３の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。
【０１０３】
仕切り１９−３に設けられる作動排気構造は、図１９ないし図２１に示したものとすることができる。
（第４の実施例）
図２５は、第４の実施例を示している。
【０１０４】
チャンバＣと電子ビーム照射部２−３の周囲には仕切り２６−３が設けられ、電子ビーム照射部２−３をチャンバＣから隔てている。この仕切り２６−３は、銅やアルミニュウム等の熱伝導性の良い材料からなる支持部材２９−３を介して冷凍機３０−３に連結されており、−１００℃ないし−２００℃程度に冷却されている。部材２７−３は冷却されている仕切り２６−３と鏡筒の間の熱伝導を阻害するためのものであり、セラミックスや樹脂材等の熱伝導性の悪い材料から成っている。また、部材２８−３はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り２６−３の下端に形成され試料Ｓと仕切り２６−３が放電することを防ぐ役割を持っている。
【０１０５】
このような構成により、チャンバＣ内から電子ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切り２６−３で流入を阻害される上、流入しても仕切り２６−３の表面に凍結捕集されてしまうため、電子ビーム照射部２４−３の圧力を低く保つことができる。
【０１０６】
なお、冷凍機としては、液体窒素による冷却や、Ｈｅ冷凍機、パルスチューブ式冷凍機等の様様な冷凍機が使用できる。
（第５の実施例）
図２６は、第５の実施例を示している。
【０１０７】
ステージ３−３の両可動部には、図２２に示したのと同様に仕切り板１２−３、１４−３が設けられており、試料台４−３が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによってステージ内の空間１３−３とチャンバＣ内とが絞り５０−３、５１−３を介して仕切られる。更に、電子ビーム照射部２−３の周りには図２３に示したのと同様の仕切り１６−３が形成されており、チャンバＣ内と電子ビーム照射部２−３のある空間２４−３が絞り５２−３を介して仕切られている。このため、ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間１３−３に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チャンバＣの圧力上昇は低く抑えられ、空間２４−３の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、電子ビーム照射空間２４−３の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り１６−３に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り１９−３（図２４）としたり、図２５に示したように冷凍機で冷却された仕切り２６−３とすることによって、空間２４−３を更に低い圧力で安定に維持することができるようになる。
改良されたステージ（２）を備える電子線検査装置の効果
上記のごとき電子線検査装置においては、次のような効果を得ることができる。
（イ）ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、電子ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する電子ビームによる処理を高精度に行うことができる。
（ロ）静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して電子ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって電子ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
（ハ）電子ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、電子ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。
（ニ）真空チャンバ内が、電子ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に電子ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、電子ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
（ホ）ステージが移動した時の圧力上昇を低く抑えることが可能になる。
（ヘ）ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑えることが可能である。
（ト）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検査装置を提供することができる。
（チ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。
（リ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ電子ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
スループットの向上（複数光学系（鏡筒）を有する電子光学装置）
上記実施例に係る検査装置の電子光学装置では、単一の電子源から放出する電子線を複数の開口を備える開口板を通してマルチビームすなわち複数のビームを形成し、これによりウエハの検査を行う鏡筒を備える単一の電子光学系により、スループットの向上を図っているが、本発明では複数の鏡筒（光学系）を備え、これら複数の光学系により同時に複数の範囲（従って、広い範囲）の検査を可能とすることにより、スループットを更に向上させるようにした電子光学装置を提供する。
（複数光学系（鏡筒）電子光学装置の第１の実施例）
第１の実施例では、図２８に示すように、４個の電子光学系（鏡筒）１ａ−４、１ｂ−４、１ｃ−４、１ｄ−４（個々の最大外径６０ａ−４、６０ｂ−４、６０ｃ−４、６０ｄ−４）が、ウエハＷの検査面を走査するため、ステージ４８−４（即ちウエハ）の移動方向２１−４に垂直な方向にウエハＷ上で一列に配置される。
【０１０８】
電子光学系１ａ−４、１ｂ−４、１ｃ−４、１ｄ−４のそれぞれは、基本的には、図７に示した同様の構造を有するものであり、電子銃１−４、コンデンサレンズ２−４、マルチ開口板３−４、開口絞り４−４、コンデンサレンズ５−４、Ｅ×Ｂ分離器７−４、静電偏向器６−４，８−４、対物レンズ１０−４、拡大レンズ１２−４、１３−４、検出器開口板１４−４、検出器１５−４、偏向器２０−４、ステージ４８−４、コントローラ５０−４、ディスプレイ５２−４を有する。
【０１０９】
図２７（ａ）には、図２８の光学系のうちの１つの光学系１ａ−４の１次電子線照射装置（１次光学系）及び２次電子線検出装置の上面から見た位置関係が模式的に示されている。ここで、輪郭６０ａ−４は１次電子線照射系の最大外径を示し、この最大外径６０ａ−４の直径方向に沿って等間隔に一列に並んでいるのが、マルチ開口板３−４の開口１７−４を通過した１次電子線のマルチ開口領域１６−４である。１８−４は上記した２次電子検出器の光軸であり、マルチ開口領域１６−４の電子線の照射によりウエハから発生した２次電子のマルチビームは、Ｅ×Ｂ分離器７−４で偏向された後、光軸１８−４に沿って進行し拡大されてから各々のビームが検出器１５−４のマルチ検出素子で検出されるように１次電子線照射系及び２次電子線検出系の相対位置関係が定められている。図より明らかに、マルチ開口領域１６−４即ちマルチ開口１７−４の各々は、各々のマルチ検出素子に対応しており、マルチビームが途中でクロストークすることはないことがわかる。
【０１１０】
本実施例の電子光学装置を構成する他の光学系１ｂ−４、１ｃ−４…も、上記と同様の１次電子線照射装置、Ｅ×Ｂ分離器及び２次電子検出装置を各々有する。コントローラ５０−４及びステージ４８−４は共有とすることができる。但し、コントローラ５０−４の一部の機能である２次電子画像の信号処理回路等は、コントローラに内臓する代わりに必要に応じて各光学系毎に設けてもよい。これら複数の光学系１ａ−４、１ｂ−４、．．．．は１枚のウエハＷの上方で並列に配置され１枚のウエハＷ上の夫々異なる領域に１次電子を照射し、各領域から発生した２次電子を各々検出する。
【０１１１】
各光学系は互いに干渉しないように、各光学系の２次光学系の光軸１８−４がこの列方向に垂直な方向即ちステージ移動方向２１−４に沿って互い違いに逆向きに配置されている。この場合、マルチ開口領域１６−４の並び及び検出器１５−４のマルチ検出素子の並びも、ステージ移動方向２１−４に直角方向となる。
【０１１２】
８”（約２０ｃｍ）ウエハの場合１次電子線照射装置の最大外径を４０ｍｍφとすれば、図２８の並びの場合、８”ウエハ上で５本の光学系を配置することが可能となるが、周辺部はウエハの外部に出ることが多いので、実際には、４光学系程度となる。最大外径を３０ｍｍφにできれば、６本程度配置することができる。
【０１１３】
次に、この電子光学装置の作用を説明する。
【０１１４】
光学系１ａ−４〜１ｄ−４の電子銃１から各々放出された単一の１次電子線は、コンデンサレンズ２−４で収束され、開口絞り４−４でクロスオーバー像を形成する。この途中で１次電子線は、マルチ開口板３−４に照射される。マルチ開口１７−４を通過した数のビームが形成されるので、本実施例では各光学系毎に７本のマルチビームを形成する。これらのマルチビームは、コンデンサレンズ５−４によってＥ×Ｂ分離器７−４の主面１１−４に結像され、更に対物レンズ９−４によってウエハＷ上に縮小結像される。このとき、ウエハ上には、各光学系毎に７つの照射スポット（図２８参照）が形成され、各照射スポットから２次電子が放出される。静電偏向器６−４及び８−４は、マルチビームをステージ移動方向２１−４に垂直な方向に沿って、隣接するビーム間隔より僅かに広い領域を偏向させる。この偏向によって、ウエハ上の照射スポットはビームの並び方向を切れ目なく走査できる。この間、ステージ４８−４は移動方向２１−４に沿って、所定幅で逐次、同期的に連続移動制御されるので、ウエハの検査面全体を走査可能となる。例えば４本の光学系でビームの並び方向の検査可能な幅を２ｍｍとすると、２０回程度のステージ連続移動で、４光学系の場合、１６０ｍｍ角の評価ができる。
【０１１５】
ウエハの各照射スポットから発生した２次電子のマルチビームは略垂直上方に進行し、加速されてＥ×Ｂ分離器７−４に至り、そこに存在する場Ｅ×Ｂによって光軸５５−４に対して所定角度をなす方向に偏向され、２次光学系の光軸１８−４に沿って進行する。これらの２次電子のマルチビームは、拡大レンズ１２−４及び１３−４によって互の間隔が拡大され、検出器開口板１４−４を通過してマルチ検出素子１５−４の各々で検出される。このとき、偏向器６−４、８−４による１次電子線の偏向で生じる２次電子線の位置変位は、補正偏向器１９−４によって相殺される。即ち、１次電子線の走査の如何に係らず、２次電子のマルチビームの各々は、常に検出器開口板１４−４の対応する開口を通過し、その背面にある対応する検出素子で検出される。
【０１１６】
マルチ検出素子１５−４は、２次電子線強度を示す信号をコントローラ５０−４に出力する。コントローラ５０−４は、各光学系１ａ−４〜１ｄ−４の検出素子１５−４からの出力信号を１次電子線の偏向制御及びステージ４８−４の移動制御と同期して逐次受信し、最終的に半導体ウエハＷの検査面全体に亘る２次電子線の強度分布画像を得る。
【０１１７】
コントローラ５０−４は、メモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しないウエハの２次電子線画像と、実際に検出された２次電子線画像とを比較照合して、欠陥部分を自動的に検出する。また、同じダイを多数有するウエハの場合、検出されたダイ同士の検出画像を比較することによっても欠陥部分を検出できる。このとき、検出画像をディスプレイ５２−４に表示すると共に欠陥部分と判定された部分をマーク表示してもよい。これによって、オペレータは、ウエハＷが実際に欠陥を持つか否かを最終的に確認、評価することができる。
【０１１８】
このような欠陥検査方法の具体例を図３０乃至図３２に示す。まず、図３０には、１番目に検出されたダイの画像３１−４及び２番目に検出された他のダイの画像３２−４が示されている。３番目に検出された別のダイの画像が１番目の画像３１−４と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像３２−４の３３−４の部分が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。
【０１１９】
図３１には、ウエハ上に形成されたパターンの線幅を測定する例が示されている。ウエハ上の実際のパターン３４−４を３５−４の方向に走査したときの実際の２次電子の強度信号が３６−４であり、この信号が予め較正して定められたスレッシホールドレベル３７−４を連続的に超える部分の幅３８−４をパターン３４−４の線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。
【０１２０】
図３２には、ウエハ上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する例が示されている。図２７（ｂ）に示す構成において、対物レンズ９−４とウエハＷとの間に軸対称の電極３９−４を設け、例えばウエハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えておく。このときの−２Ｖの等電位面は４０−４で示されるような形状とする。ここで、ウエハに形成されたパターン４１−４及び４２−４は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、パターン４１−４から放出された２次電子は等電位面４０−４で２ｅＶの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁４０−４を越え、軌道４３−４に示すように電極３９−４から脱出し、検出器１５−４で検出される。一方、パターン４２−４から放出された２次電子は−２Ｖの電位障壁を越えられず、軌道４４−４に示すようにウエハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン４１−４の検出画像は明るく、パターン４２−４の検出画像は暗くなる。かくして、電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することができる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。
【０１２１】
図２７（ｂ）において、ブランキング偏向器２０−４を設け、この偏向器２０−４によって１次電子線を開口絞り４−４の開口外側部分に所定周期で偏向させ、当該ビームを短時間のみ通して他の時間は遮断することを繰り返すことによって、短いパルス幅のビーム束を作ることが可能となる。このような短パルス幅ビームを用いて上記したようなウエハ上の電位測定等を行えば、高時間分解能でデバイス動作を解析可能となる。即ち、本電子光学装置をマルチビームのいわゆるＥＢテスターとして使用することが可能となる。
【０１２２】
第１の実施例では、ステージ４８−４の戻り動作が少ないので、ステージ移動に要する無駄時間を減少させることができる。
（第２の実施例）
第２の実施例に係る電子光学装置は、複数の光学系がウエハＷ上で２行ｍ列（ｍ＞１）に配置された構成に関する。
【０１２３】
図２９には、６個の光学系が２行３列に配列された構成例の上面図が示されている。なお、電子光学装置及び各光学系の具体的な構成要素については第１の実施例とほぼ同様であるので、同一の符号を附して詳細な説明を省略する。
【０１２４】
図２９では、６個の光学系の１次電子線照射装置の最大外径は、夫々６０ａ−４〜６０ｆ−４によって示されている。複数の光学系は、各々が互いに干渉しないように各２次光学系の光軸１８−４（２次電子線の経路）が行の並び方向に沿ってウエハ外側に向かうように配置される。列の数ｍは、好ましくは３、４列程度であるが、これ以外の２列、或いは４列以上であってもよい。
【０１２５】
また、マルチ開口領域１６−４及びマルチ検出器１５−４は１つの光学系で３行３列の配列とし、収差が少ない範囲内に可能な限り多くのマルチビーム及び検出素子が入るようにしている。ステージ４８−４は、逐次ステップ移動を繰り返し動作させることで、水平面内を移動される。検査方法については第１実施例と同様である。
【０１２６】
第２の実施例では、光学系（鏡筒）数を多くし、更に１つの光学系に、より多くのマルチビーム及び検出素子を設けたので、半導体ウエハ検査工程のスループットを更に向上させることができる。
（複数光学系（鏡筒）電子光学装置の効果）
以上詳細に説明したように本発明に係る複数光学系電子光学装置によれば、１次電子の照射及び２次電子の検出を単独で行うことができる光学系を複数設け、試料上の異なる領域を評価できるようにしたので、高分解能を維持しつつスループットを大幅に向上させることができる、という優れた効果が得られる。
マルチビーム検査装置における電子光学系の軸合わせ
上述したマルチビーム検査装置においては、その電子光学系の軸合わせが重要である。本発明では、以下のような、軸合わせの装置を備える電子ビーム検査装置を提供する。（一次光学系の軸合わせ）
図３３は、本発明における軸合わせを説明するための電子光学系を示しており、その構成及び作用については、前述のマルチビーム検査装置と実質的に同じであり、それらについての説明の重複は避ける。
【０１２７】
この電子光学系は、前述のものと同様に、電子銃１−５、コンデンサレンズ２−５、縮小レンズ６−５、静電偏向器５−５、１２−５、軸対称電極１１−５及び対物レンズ９−５を含む一次光学系と、拡大レンズ１４−５、１５−５を含む二次光学系とを有しており、まず、一次電子光学系における軸合わせについて説明する。ここで、軸合わせとは、マルチビームの軸線と光学系の光軸とを整合させることをいう。
【０１２８】
一次光学系におけるレンズ、すなわち、コンデンサ・レンズ２−５、縮小レンズ６−５、対物レンズ９−５に対する軸合わせは、基本的には、それらのレンズの励起電圧を小さく変化させたとき、少なくとも２つのビーム位置の試料面上での動き量が同じ大きさになるように調整することにより行う。この場合の２つのビームとは、マルチビームの中心から等距離にあるビーム（たとえば、図に示した点を中心とする円周上のビーム）とする。
【０１２９】
また、対物レンズ９−５の軸合わせは次のようにして行うことができる。まず、図３４に示すように、試料１０−５の面上の、複数の一次電子ビームが結像する各位置（黒丸で示す）に、ＸラインとＹラインとの組合わせからなる（各ビームの基準照射位置を示す）マーカー２１−５、２２−５、・・・・、２ｎ−５を設け、各マーカーへの一次電子ビームの合焦条件を測定する。この測定は、複数の一次電子ビームをｘ方向に走査したときの信号のコントラストとｙ方向に走査したときの信号のコントラストとを少なくとも３つの対物レンズ励起電圧について行い、その測定結果を、励起電圧に対するｘ方向及びｙ方向のコントラストの変化としてグラフ化する。求めたグラフから、例えば、ｘ方向のコントラストが最大になる励起電圧をＶｏｘ、ｙ方向のコントラストが最大になる励起電圧をＶｏｙとすると、合焦条件は（Ｖｏｘ＋Ｖｏｙ）／２となる。少なくとも２つの電子ビーム、例えば、前述のように、光軸を中心とする円の直径方向に対向する２つの電子ビームについての合焦条件の差が最小になるように、対物レンズ９の軸合わせ条件を求める。即ち合焦条件の差が最小であるという事は２つのビームか対物レンズの軸からの距離の差が最小の位置を通る事を意味している。
【０１３０】
以上のように、マルチビーム電子光学系での軸合わせを行うことにより、複数の一次電子ビームを用いることにより、欠陥検査やＣＤ検査等の各種検査を、精度を落とすことなく、スループットを高めることができる、
（二次光学系の軸合わせ）
次に、二次光学系における軸合わせについて説明する。
【０１３１】
図３５は、上記と同様のマルチビーム電子光学系を示している。図示の通り、この電子光学系の二次電子光学系は、第１の拡大レンズ、９−６、第２の拡大レンズ１０−６、マルチ開口板１１−６，検出器１２−６、第１の偏向器１９−６、第２の偏向器２０−６、クロスオーバ絞り２１−６を有している。
【０１３２】
この二次光学系の軸合わせに関し、ここでは、第２の拡大レンズ１０−６と検出用マルチ開口板１１−６との間のクロスオーバに絞り２１−６を設けた場合について述べる。
【０１３３】
図３５において、走査信号発生回路２２−６からの信号は、偏向信号発生回路２３−６から出た偏向信号に重畳され、第１の偏向器１９−６および第２の偏向器２０−６からなる二段偏向器へと与えられる。これらの二段偏向器１９−６，２０−６は、光軸に直交して設けられ、第２の拡大レンズ１０−６への軸合わせを行うモードと、絞り２１−６への軸合わせを行うモードとがある。これらのモードにおいては、走査信号発生回路２２−６と偏向信号発生回路２３−６とで、両偏向器１９−６，２０−６に与える信号の強度比がモード毎にあらかじめ決められた値に設定されており、それによって偏向器１９−６，２０−６が制御される。例えば、第２の拡大レンズ１０−６の軸合わせ時には、偏向器１９−６の出力が１に、偏向器２０−６の出力が−１．５にされ、絞り２−６１の軸合わせ時には、第２の拡大レンズ１０−６の主面が偏向中心になるよう信号の強度比が決められる。
【０１３４】
画像処理部１４−６は、偏向器１９−６，２０−６による絞り２１−６上での電子線の走査に同期して画像を形成する。走査信号を、偏向器１９−６，２０−６と、画像処理部１４−６の画像形成回路とに与え、マルチ検出器１２−６の一つからの信号を画像データとして画像処理部１４−６に与えると、画像処理部１４−６の画像形成回路の走査信号に対応したアドレスのうち、絞り２１−６を通った電子線に対応したアドレスにのみ検出器１２−６からの強い信号が入力されるので、光軸が合っている場合、図３６（ａ）のような絞り画像２４−６が形成される。
【０１３５】
光軸が合っていない場合は、図３６（ｂ）のように、ｘ，ｙの走査信号がゼロの場所と離れたアドレスに、信号強度が強い絞り画像２５−６が形成される。そこで、偏向信号発生回路２３−６の出力を変化させて偏向器１９−６，２０−６に供給する。すると偏向器１９−６，２０−６は、二次電子線Ｂ２を偏向させ、図３６（ａ）に示すように、走査信号ｘ，ｙともゼロとなるアドレスと絞りの像とを一致させることができる。このとき、軸合わせが終了したことになる。また、この状態を、絞り中心を通過したと呼ぶ。偏向信号発生回路２３−６は、偏向信号発生装置と、該偏向信号発生装置の出力を変化させて偏向装置へと供給する装置とを兼ねている。
【０１３６】
上記の方法は、軸合わせに人を関与させず、自動的に行わせることができる。
【０１３７】
この電子光学系では、上記の如き軸合わせにより以下の如き効果を奏することができる。
【０１３８】
絞りに関する軸合わせを自動的に行うことができる。
【０１３９】
走査用の偏向器と軸合わせ用の偏向器とを兼用できるので、偏向器の数が半分で済む。
【０１４０】
マルチビームに対する軸合わせも可能となった。
【０１４１】
二次光学系の絞りを、Ｅ×Ｂ分離器とマルチ検出器との間に設けることにより、一次光学系の絞りとは無関係に二次光学系の絞りを決められる。
（ウィーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器への軸合わせ）
以上で説明した検査装置における電子光学装置において用いられているＥ×Ｂ分離器は、試料の表面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となっていて、電界、磁界、電子のエネルギー及びその速度の関係が一定の条件を満たしたときには電子を直進させそれ以外のときには偏向させる作用を有するが、Ｅ×Ｂ分離器の構造上電界及び磁界が一様に分布している領域と、それらの分布が一様でない領域とが存在する。マルチビームを用いた電子線検査装置を使用して精度の良い欠陥検査を行うためには、それぞれの電子ビームについてのＥ×Ｂ分離器への軸合わせ、即ち、Ｅ×Ｂ分離器の電界及び磁界が一様な領域を求め、その領域にそれぞれの電子ビームを進行させるように調整を行う必要がある。
【０１４２】
しかしながら、Ｅ×Ｂ分離器をマルチビームによる電子線検査装置に使用する場合には、Ｅ×Ｂ分離器の電界及び磁界が一様な領域とＥ×Ｂ分離器を通るマルチビームの領域とが同程度にまで広い領域に亘り広がっている。従って、各電子ビームのＥ×Ｂ分離器への軸合わせの調整が不十分である場合には、マルチビームの内の幾つかの電子ビームは当該電界及び磁界が一様な領域から逸れてビームの特性に悪影響を及ぼし、視野の端部での歪みや像のぼけが増大する。
【０１４３】
本発明は、マルチビームによる電子線検査装置にＥ×Ｂ分離器を使用することにより生じる像の歪みやぼけを解消するため、Ｅ×Ｂ分離器へのマルチビームの軸合わせを行う方法をも提供する。
【０１４４】
以下図面を参照して、Ｅ×Ｂ分離器へのマルチビームの軸合わせを説明する。
【０１４５】
図３７に示される電子線検査装置１の光学系は、上述した検査装置のものと実質的に同様の構成を有しており、第一次光学系１０−７と、第二次光学系３０−７と、検出装置４０−７と、検査されるべき試料をＸ方向及びＹ方向に移動するＸ−Ｙステージ８０−７とを備えている。第一次光学系１０−７は、電子線を試料すなわちウエハＷの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃１１−７と、電子銃から放出された電子線を偏向する静電レンズ１２−７と、直線状に並べられた複数の小孔（本実施形態では１３ａ−７ないし１３ｈ−７の８個）が形成された第一のマルチ開口板１３−７と、静電偏向器１４−７と、第一のマルチ開口板１３−７を通過したマルチビームを偏向する静電縮小レンズ１５−７と、マルチビームを走査する静電偏向器１６−７と、Ｅ×Ｂ分離器１７−７と、静電対物レンズ１８−７と、電子ビームを軸合わせするための軸合わせ装置１９−７とを備え、それらは、図３７に示すように電子銃１１−７を最上部にして順に、かつ電子銃から放出される電子線の光軸Ａが試料Ｗに垂直になるように配置されている。なお、電子銃１１−７の内部にはカソードを直線状に並べられた多数の突起形状にした突起部（本実施形態では、例えば、図３７に示すように１１ａ−７ないし１１ｈ−７の８個）が形成されている。
【０１４６】
第二次光学系３０−７は、第一次光学系１０−７のＥ×Ｂ分離器１７−７の近くで光軸Ａに対して傾斜している光軸Ｂに沿って配置された２つの静電拡大レンズ３１−７及び３２−７と、第一のマルチ開口板１３−７の小孔の数及び配列に合わせて形成された複数の小孔（本実施形態では３３ａ−７ないし３３ｈ−７の８個）が形成された第二のマルチ開口板３３−７と、を備えている。
【０１４７】
検出装置４０−７は第二のマルチ開口板３３−７の各開口毎に検出器４１−７を備えている。また、各検出器４１−７は増幅器４２−７を介して画像処理部４３−７と接続され、画像処理部４３−７は更に静電偏向器１６−７に与えた信号と同じ信号が与えられている。
【０１４８】
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。
【０１４９】
次に上記構成の電子線検査装置１−７の動作について説明する。
【０１５０】
単一の電子銃１１−７の多数の突起部（１１ａ−７ないし１１ｈ−７）からは８方向に電子線が放出される。放出された電子線Ｃは静電レンズ１２−７で集束されてクロスオーバーＣ１を形成する。静電レンズ１２−７で集束された電子線Ｃは第一のマルチ開口板１３−７を照射して、第一のマルチ開口板１３−７に直線状に並べて（例えばＸ方向に）形成された複数の小孔（１３ａ−７ないし１３ｈ−７）を通過して８本のマルチビームにされる。これらマルチビームのそれぞれの電子ビームは、静電縮小レンズ１５−７により縮小されて点５０−７で示された位置に投影され、点５０−７で合焦した後、静電対物レンズ１８−７により試料Ｗに合焦される。第一のマルチ開口板１３−７から出たマルチビームは静電縮小レンズ１５−７と静電対物レンズ１８−７の間に配置された静電偏向器１６−７により、同時に試料Ｗの表面を走査するように偏向される。
【０１５１】
合焦されたマルチビームにより試料Ｗの８個の点が照射され、これらの照射された点から放出された二次電子は、静電対物レンズ１８−７の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器１７−７で偏向され、二次光学系に投入される。二次電子の像は点５０−７よりも静電対物レンズに近い点５１−７に結像する。これは一次のマルチビームの各々が５００ｅＶのエネルギーを有するのに対して、二次電子は数ｅＶのエネルギーしか有していないためである。結像した二次電子は光軸Ｂに沿って移動されて静電拡大レンズ３１−７及び３２−７に入射する。これらの静電拡大レンズを通過した二次電子は第二のマルチ開口板３３−７の複数の小孔（３３ａ−７ないし３３ｈ−７）の位置に結像する。この小孔を通過した電子は対応する検出器４１−７により検出される。この場合、第一のマルチ開口板１３−７の小孔１３ａ−７を通った電子ビームにより試料Ｗで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３３−７の小孔３３ａ−７を通して、第一のマルチ開口板の小孔１３ｂ−７を通った電子ビームにより試料Ｗで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３３−７の小孔３３ｂ−７を通して、第一のマルチ開口板の小孔１３ｃ−７を通った電子ビームにより試料Ｗで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３２−７の小孔３３ｃ−７を通して、と言ったように、電子ビームにより試料面で放出された二次電子は第一のマルチ開口板１３−７の各小孔に対応する第二のマルチ開口板３３−７の各小孔を通ってそれぞれの検出器４１−７に入射する。
【０１５２】
それぞれの検出器４１−７は、検出した二次電子をその強度を表す電気信号へ変換する。各検出器から出力された電気信号は増幅器４２−７によってそれぞれ増幅された後、画像処理部４３−７によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部４３−７には一次の電子ビームを偏向させるための走査信号が更に供給されるので、画像処理部４３−７は試料Ｗの表面を表す画像を表示する。この画像を標準パターンと比較することにより試料Ｗの欠陥を検出することができる。
【０１５３】
ここで、第一のマルチ開口板１３−７の小孔を通過した各電子ビームを試料面に合焦させ、試料Ｗから放出された二次電子を検出器４１−７で検出する際に、第一次光学系で生じる歪み、像面湾曲及び視野非点という３つの収差による影響を最小にするように特に配慮する必要がある。
【０１５４】
静電偏向器１６−７及びＥ×Ｂ分離器１７−７の磁界に走査信号を印加することにより、試料Ｗが二次元的に走査されて、走査型電子顕微鏡信号が画像処理部４３−７に表示される。試料Ｗの表面にはマーカ（３７の＋字形の記号）２０−７が設けられており、このマーカ２０−７の大きさは５ミクロンである一方、８本の電子ビームは相互に１００ミクロン程度離れた位置に結像される。従って、マーカ２０−７の像は１本の電子ビームのみで走査して画像処理部４３−７に表示することができる。
【０１５５】
次に、複数の電子ビームの軸合わせ方法について説明する。電子ビームのＥ×Ｂ分離器１７−７への軸合わせは軸合わせ装置１９−７を用いて行われる。まず、８本の電子ビームの内で、第一のマルチ開口板１３−７の一番右端の小孔１３ｈ−７により形成された電子ビームのみで試料上のマーカ２０−７を走査するように、Ｘ−Ｙステージ８０−７の位置を決定した後、静電偏向器１６−７とＥ×Ｂ分離器１７−７の磁界に走査信号を与えることによりマーカ２０−７を二次元的に走査して検出器４１−７で検出し、画像処理部４３−７にマーカ２０−７の像を表示させる。この状態で、Ｅ×Ｂ分離器１７−７に印加する電圧を基準値と基準値＋１０ボルトで周期的に変動させる。この場合、画像処理部４３−７には、図３７に示されているように、相互に位置移動量４４−７だけ離れた２つのマーカの像が表示される。この位置移動量４４−７は、小孔１３ｈ−７を通った電子ビームがＥ×Ｂ分離器１７−７の電圧変動により偏向された偏向量に対応する。この位置移動量４４−７の値は記憶しておく。
【０１５６】
次に、第一のマルチ開口板１３−７の一番左端の小孔１３ａ−７により形成された電子ビームのみで試料上のマーカ２０−７を走査するように、Ｘ−Ｙステージ８０−７の位置を決定し、マーカ２０−７を走査して検出器４１−７で検出し、画像処理部４３−７にマーカ２０−７の像を表示させる。この小孔１３ａ−７により形成された電子ビームは、第一次光学系１０−７の光軸Ａに対して上記小孔１３ｈ−７により形成された電子ビームとは反対側で等距離に位置しており、従って、これら２本の電子ビームは相互に最も遠い距離に位置していることとなる。この状態で、Ｅ×Ｂ分離器１７−７に印可する電圧を基準値と基準値＋１０ボルトで周期的に変動させる。この場合も同様に、画像処理部４３−７には相互に位置移動量４４′−７だけ離れた２つのマーカの像が表示される。この位置移動量４４′−７は、小孔１３ａ−７を通った電子ビームがＥ×Ｂ分離器１７−７の電圧変動により偏向された偏向量に対応する。この位置移動量４４′−７の値も記憶しておく。
【０１５７】
更に、軸合わせ装置１９−７の電圧を別の種々の値に設定し、以下、小孔１３ｈ−７を通った電子ビームと小孔１３ａ−７を通った電子ビームについて上記と同様の操作を行い、それぞれについて位置移動量４４−７および４４′−７を求める。
【０１５８】
その後、２つの位置移動量４４−７と４４′−７の差が最も小さくなるような軸合わせ装置１９−７の電圧値を求め、軸合わせ装置１９−７をその電圧値に固定することにより、Ｅ×Ｂ分離器に入射する電子ビームの軸合わせが完了する。それにより、Ｅ×Ｂ分離器の電界及び磁界が一様な領域内に複数の電子ビームを配置することができる。
【０１５９】
複数の電子ビームの軸合わせの別の方法として、直線状に並んだ電子ビームに替えて、第一のマルチ開口板１３−７及び第二のマルチ開口板３３−７に、第一の光学系の光軸Ａの周囲で当該光軸から等距離の位置に複数個（本実施形態では４個）の小孔をそれぞれ設けることにより、４本のマルチビームを形成しても良い。４本のマルチビームは全て光軸Ａから等距離の位置にあるため、Ｅ×Ｂ分離器１７−７の電圧を変化させたときに、これら４本のマルチビームの位置移動量が同じになるように軸合わせする必要がある。従って、８本のビームの内４本の電子ビームそれぞれについて、軸合わせ操作が必要である。
【０１６０】
また、４本の電子ビームが入射する位置に４個のマーカを設け、それらのマーカの像を画像処理部４３−７の４個のモニターで表示して、それぞれの位置移動量４４−７、４４′−７を同時に測定してもよい。
【０１６１】
更に、画像処理部４３−７を使わずに、コンピュータ制御により自動的にマーカ２０−７の位置移動量を測定し、自動的に軸合わせするようにしてもよい。この場合は、マーカ２０−７は＋字マークよりも、Ｘ方向とＹ方向のライン＆スペースのマーカの方が適している。
【０１６２】
以上の如き電子線検査装置においては、次の如き効果を奏することができる。
（１）マルチビームの各々の電子ビームをＥ×Ｂ分離器の電界及び磁界が一様に分布する領域内に安定的に配置し、全電子ビームを細く絞ることができる。
（２）個々の電子ビームが直線状に並んだ状態のマルチビームの場合は、第一次光学系の光軸に対して対称的に位置している２本の電子ビームのみの軸合わせ調整で足りる。
（３）Ｅ×Ｂ分離器の電界及び磁界が一様に分布する領域をマルチビームを通す余裕があるか否かを調査することができる。
（４）レンズ磁場の対称位置を探し、その方向に電子ビームを進行させる場合のウォーブラー操作と類似の操作で、Ｅ×Ｂ分離に入射する電子ビームの軸合わせを行うことができる。
マルチビームとマルチ開口板の開口との整合
マルチビームを発生させる電子銃は、高輝度を得るために指向性の強いビームを発生させる必要があるが、この指向性の強いビームをマルチ開口板に入射させて強いマルチビームを得るには、電子銃からのビーム強度の大きい領域とマルチ開口板の開口位置とを正確に一致させる必要がある。
【０１６３】
また、試料面のパターンの評価を効率よくおこなうためには、試料面に入射されるマルチビームの試料面における並び方向と試料面上のパターンの方向、すなわち座標軸とを正確に一致させる必要がある。 本発明は、このような視点から、ビーム発生源からマルチ開口板に入射されるビームの強い領域とマルチ開口板の開口位置とを一致させ、また、そこから得られるマルチビームの試料面上における並び方向と試料面のパターン方向とを正確に一致させることができるようにしている。
【０１６４】
その実施例を以下に説明する。
【０１６５】
図３８において１−８は電子銃であり、カソード３−８と、ウェーネルト電極つまり集束電極５−８と、アノード７−８とを備えている。カソード３−８は、円錐台形のＬａＢ_６の単結晶に複数の小突起、つまり電子線放出端が円周上に並んだ形状に形成されている。ウェーネルト電極５−８は、該電極に負の深いバイアス電圧を与えると、電子銃が作るクロスオーバー９−８はカソード側に移動し、カソードの円周上の電子線放出端から放出された電子線の軌道は図の点線位置１１−８から実線位置１３−８の方へ移動する。逆に、ウェーネルト電極５−８に負の浅いバイアス電圧を与えると実線から点線の方へ移動する。
【０１６６】
アノード７−８は、通常接地されており、該アノードから出たビームはコンデンサレンズ１５−８で収束され、１７−８にクロスオーバーを作る。クロスオーバー１７−８の電子銃側にはマルチ開口板１９−８が設けられており、該マルチ開口板に照射されたビームは該マルチ開口板の開口で小さいマルチビームに整形される。
【０１６７】
電子銃１−８よりマルチ開口板１９−８にビームを照射する際、軸合わせコイル２１−８によって、マルチ開口板の中心Ｏ１と該マルチ開口板に入射される全ビームの中心０２とを軸合わせする。すなわち、図３９に示すように、マルチ開口板の中心Ｏ１と該マルチ開口板に入射される全ビームの中心Ｏ２とがずれていると、マルチ開口板１９−８の小さな開口ａ１−ａ７と、該マルチ開口板に照射されるビームのビーム強度の大きい領域ｂ１−ｂ７とが一致せず、マルチ開口板１９−８から出たビーム間に強度の差が出る。したがって、軸合わせコイル２１−８によりマルチ開口板１９−８に入射するビームの中心Ｏ２とマルチ開口板の中心Ｏ１とが一致するように全てのビームを平行移動させ、マルチ開口板の各開口ａ１−ａ７から出たビーム強度が一様になるように調整する。
【０１６８】
上記軸合わせコイル２１−８で軸合わせ調整したマルチビームとマルチ開口板の開口との関係が図４０に示してある。この図から明らかなように、マルチ開口板１９−８に入射する全ビームの中心Ｏ２とマルチ開口板の中心Ｏ１とが一致しているだけではマルチ開口板に入射するビームのビーム強度の大きい領域ｂ１−ｂ７とマルチ開口板１９−８の開口位置ａ１−ａ７とは必ずしも一致しておらず、調整が不十分であることがわかる。すなわち、マルチ開口板の開口ａ１−ａ７は、ビーム強度の大きい領域ｂ１−ｂ７との間に放射方向（半径方向）の位置ずれ４１−４と方位角方向（周方向）のずれ４３−４とがあり、マルチ開口板に入射するビームのビーム強度の余り強くない領域ｃ１−ｃ７内にある場合がある。そこで、本発明では、ビーム強度の大きい領域ｂ１−ｂ７とマルチ開口板の開口位置ａ１−ａ７とを一致させるべく、両者間の放射方向（半径方向）位置と方位角方向（周方向）とを合わせるべく調整可能とした。
【０１６９】
放射方向の位置合わせは、ウェーネルト電極５−８に与えるバイアス電圧を調整することによってなし得る。すなわち、ビーム強度の強い領域ｂ１−ｂ７を放射方向（半径方向）外側に移動させるには、ウェーネルト電極５−８に与える負の電圧を深くすればよい。逆に、ビーム強度の強い領域を放射方向内側に移動させるには、ウェーネルト電極に与える負の電圧を浅くすればよい。なお、図示例は、電子銃１−８がクロスオーバー９−８を作る場合の例であるが、電子銃がクロスオーバーを作らず発散する一方のビームを作る場合は、ウェーネルト電極５−８に与える負の電圧を浅くするとビーム強度の強い領域は放射方向外側へ移動し、逆に負の電圧を深くすると、放射方向内側へ移動する。このようにして、マルチ開口板１９−８に入射するビーム強度が大きい領域ｂ１−ｂ７とマルチ開口板の開口ａ１−ａ７との放射方向位置が一致するように調整する。
【０１７０】
次に、方位角方向の合わせは、電子銃１−８とマルチ開口板１９−８との間に設けた回転レンズ３５−８により、マルチ開口板１９−８に入射するマルチビームを光軸周りに回転させてもよく、あるいはマルチ開口板１９−８に回転機構３７−８を設け、マルチ開口板１９−８を光軸周りに回転させてもよい。このようにして、ビーム強度の強い領域ｂ１−ｂ７とマルチ開口板の開口ａ１−ａ７との方位角方向を一致させることができる。
【０１７１】
また、マルチ開口板１９−８と試料２９−８との間に回転レンズ３９−８を設け、マルチ開口板１９−８から出たマルチビームを光軸まわりに回転調整することにより、試料面上におけるマルチビームの並び方向を試料面の座標軸（例えば、ｘ座標）に正確に合わせることによって試料面の走査を効率よくおこなうことができる。
【０１７２】
なお、縮小レンズ２３−８より下にはマルチビームを試料面上で走査するための偏向器が設けられていて、この偏向方向は座標軸に別途合わされている。回転レンズ３９−８をこれらの偏向器より下に設けると偏向方向もずれるので、回転レンズは縮小レンズ２３−８より上が良い。
【０１７３】
なお、図示の例では、電子銃１−８とマルチ開口板１９−８との間に設けた回転レンズ３５−８と、マルチ開口板１９−８と試料２９−８との間に設けた回転レンズ３９−８と、さらに、マルチ開口板を光軸まわりに回転できる回転機構３７−８とを使用しているが、マルチ開口板１９−８に入射するビームのビーム強度の大きい領域ｂ１−ｂ７や、マルチ開口板の開口ａ１−ａ７位置、あるいは試料面上のマルチビームの並び状況等によっては、これら回転レンズ３５−８，３９−８と回転機構３７−８とを適宜組み合わせて使用すればよい。 以上から、下記のような作用効果が得られる。
【０１７４】
（１） 電子銃が作る強いビームの放射方向の位置とマルチ開口板の開口の放射方向位置とを合わせることがで、これによって強力なビームを得ることができる。
【０１７５】
（２） 電子銃が作る強いビーム領域の光軸まわりの方位角方向を、マルチ開口板の開口の方位角方向とを合わせることができ、これによって強力なビームを得ることができる。
【０１７６】
（３） 試料面でのマルチビームの並び方向を試料面の座標軸に正確に合わせることができ、これによって精度高い評価をおこなうことができる。
二次電子線画像と基準画像とのずれ
これまで述べた検査装置では、一次電子線を試料表面の被検査領域に照射して取得した二次電子線の画像と、予め用意された基準画像との間に位置ずれが発生し、欠陥検出の精度を低下させるという可能性がある。この位置ずれは、一次電子線の走査領域がウエハに対してずれ、検査パターンの一部が二次電子線の検出画像内から欠落するとき、特に大きな問題となり、単にマッチング領域を検出画像内で最適化する技術だけでは対処できない。これは、特に、高精細パターンの検査では致命的欠点となり得る。
【０１７７】
本発明では、このような点に鑑み、被検査画像と基準画像との位置ずれによる欠陥検査精度の低下を防止するようにしている。
【０１７８】
以下、その実施例を説明する。
【０１７９】
図４２には、本発明に係る欠陥検査装置の概略構成が示されている。
【０１８０】
すなわち、この欠陥検査装置では、一次電子線を放出する電子銃２−１０、放出された一次電子線を集束、成形させる静電レンズ８−１０、マルチ開口１２−１０、成形された一次電子線を半導体ウエハＷに略垂直に当たるようにビームを直進させるＥ×Ｂ偏向器２４−１０、一次電子線をウエハＷ上に結像させる対物レンズ１８−１０、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ウエハＷを載置した状態で水平面内を移動可能なステージ６０−１０、一次電子線の照射によりウエハＷから放出された二次電子線を二次電子検出器３６−１０に導く静電レンズ２８−１０、３０−１０、導かれた二次電子を検出する検出器３６−１０、及び、装置全体を制御すると共に、検出器３６−１０により検出された二次電子信号に基づいて検出画像を形成する画像形成回路４０−６、その画像に基づいてウエハＷの欠陥を検出する処理を実行する制御部４２−１０を含んで構成される。
【０１８１】
検出器３６−１０は、静電レンズ２８−１０、３０−１０によって集められた二次電子を電気信号に変換する。例えば、図４７にその詳細を示すように、検出器３６−１０は、マルチビームの数に等しい検出器を有し、検出器数の二次電子信号を並列に画像形成回路４０−１０に出力する。４０−１０で形成された二次源画像は制御部４２−１０に送られる。
【０１８２】
制御部４２−１０は、図４２に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体５２−１０と、本体５２−１０の処理結果を表示するＣＲＴ４８−１０と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部５０−１０と、を備える、勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部１６−９を構成してもよい。
【０１８３】
制御部本体５２−１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器３６−１０から受信した電気信号から形成したウエハＷの二次電子画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域５４−６が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないウエハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部５６−１０が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域５４−６から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウエハＷの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム５８−６が格納されている。この欠陥検出プログラム５８−６は、詳細を更に後述するように、基準画像記憶部５６−１０から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出し、欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示する機能を有する。このとき、ＣＲＴ４８−１０の表示部に二次電子画像４６−１０を表示するようにしてもよい。
【０１８４】
次に、上記欠陥検査装置の作用を図４４乃至図４６のフローチャートを例にして説明する。
【０１８５】
先ず、図４４のメインルーチンの流れに示すように、試料となるウエハＷをステージ６０−１０の上にセットする（ステップ３００−９）。これは、図示しないローダーに多数格納されたウエハＷを一枚毎に自動的にステージ６０−１０にセットする形態であってもよい。
【０１８６】
次に、ウエハＷ表面のＸＹ平面上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得する（ステップ３０４−９）。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図４８に示すように、例えばウエハ検査表面３４−９上に、参照番号３２ａ−９、３２ｂ−９、．．．３２ｋ−９、．．．で示す矩形領域のことであり、これらは、ウエハの検査パターン３０−９の回りで、部分的に重なり合いながら位置がずらされていることがわかる。例えば、図４２に示されたように、１６個の被検査領域の画像３２−９（被検査画像）が取得される。ここで、図４２に示す画像は、矩形の桝目が１画素（或いは、画素より大きいブロック単位でもよい）に相当し、このうち黒塗りの桝目がウエハＷ上のパターンの画像部分に相当する。このステップ３０４−９の詳細は図４５のフローチャートで後述する。
【０１８７】
次に、ステップ３４−９で取得した複数の被検査領域の画像データを記憶部５４−６に記憶された基準画像データと、各々比較照合し（図３のステップ３０８−９）、上記複数の被検査領域により網羅されるウエハ検査面に欠陥が有るか否かが判定される。この工程では、いわゆる画像データ同士のマッチング処理を実行するが、その詳細については図４６のフローチャートで後述する。
【０１８８】
ステップ３０８−９の比較結果より、上記複数の被検査領域により網羅されるウエハ検査面に欠陥が有ると判定された場合（ステップ３１２−９肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ３１８−９）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ４８−１０の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像４６−１０を表示してもよい。このような欠陥ウエハを直ちに試料室３−９から取り出し、欠陥の無いウエハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ３１９−９）。
【０１８９】
ステップ３０８−９の比較処理の結果、ウエハＷに欠陥が無いと判定された場合（ステップ３１２−９否定判定）、現在試料となっているウエハＷについて、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ３１４−９）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ３１４−９肯定判定）、ステージ６０−１０を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにウエハＷを移動させる（ステップ３１６−９）。その後、ステップ３０２−９に戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。
【０１９０】
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ３１４−９否定判定）、或いは、欠陥ウエハの抜き取り工程（ステップ３１９−９）の後、現在試料となっているウエハＷが、最終のウエハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウエハが残っていないか否かが判定される（ステップ３２０−９）。最終のウエハでない場合（ステップ３２０−９否定判定）、検査済みウエハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のウエハをステージ６０−１０にセットする（ステップ３２２−９）。その後、ステップ３０２−９に戻って当該ウエハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウエハであった場合（ステップ３２０−９肯定判定）、検査済みウエハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。
【０１９１】
次に、ステップ３０４−９の処理の流れを図４５のフローチャートに従って説明する。
【０１９２】
図４５では、先ず、画像番号ｉを初期値１にセットする（ステップ３３０−９）。この画像番号は、複数の被検査領域画像の各々に順次付与された識別番号である。次に、セットされた画像番号ｉの被検査領域について画像位置（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）を決定する（ステップ３３２−９）。この画像位置は、被検査領域を画定させるための該領域内の特定位置、例えば該領域内の中心位置として定義される。現時点では、ｉ＝１であるから画像位置（Ｘ_１，Ｙ_１）となり、これは例えば図７に示された被検査領域３２ａ−９の中心位置に該当する。全ての被検査画像領域の画像位置は予め定められており、例えば制御部１６−９のハードディスク上に記憶され、ステップ３３２−９で読み出される。
【０１９３】
次に、図４２の対物レンズ１８−１０を通過する一次電子線がステップ３３２−９で決定された画像位置（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）の被検査画像領域に照射されるように、偏向制御器４２−１０が偏向電極２２−１０と２４−１０に電位を加える（図４５のステップ３３４−９）。
【０１９４】
次に、電子銃２−１０から一次電子線を放出し、静電レンズ４−６、１４−１０、Ｅ×Ｂ偏向器２４−１０、対物レンズ１８−１０及び偏向電極２２−１０と２４−１０を通して、セットされたウエハＷ表面上に照射する（ステップ３３６−９）。このとき、一次電子線は、偏向電極２２−１０と１４−１０の作り出す電場によって偏向され、ウエハ検査表面３４−９上の画像位置（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）の被検査画像領域全体に亘って走査される。画像番号ｉ＝１の場合、被検査領域は３２ａ−９となる。
【０１９５】
一次電子線が走査された被検査領域からは二次電子が放出される。そこで、発生した二次電子線を静電レンズ２８−１０と３０−１０により検出器３６−１０に結像させる。検出器３６−１０は、集収された二次電子線を検出し、検出素子毎の電気信号を出力し、画像形成回路４０−６でデジタル画像データに変換出力する（ステップ３３８−９）。そして、検出した画像番号ｉのデジタル画像データを二次電子画像記憶領域５４−６に転送する（ステップ３４０−９）。
【０１９６】
次に、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ３４２−９）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉ_ＭＡＸ、を越えているか否かを判定する（ステップ３４４−９）。このｉ_ＭＡＸは、取得すべき被検査画像の数であり、図４２の上述した例では、「１６」である。
【０１９７】
画像番号ｉが一定値ｉ_ＭＡＸを越えていない場合（ステップ３４４−９否定判定）、再びステップ３３２−９に戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像位置（Ｘ_ｉ＋１，Ｙ_ｉ＋１）を再び決定する。この画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）からＸ方向及び／又はＹ方向に所定距離（ΔＸ_ｉ，ΔＹ_ｉ）だけ移動させた位置である。図７の例では、被検査領域は、（Ｘ_１，Ｙ_１）からＹ方向にのみ移動した位置（Ｘ_２，Ｙ_２）となり、破線で示した矩形領域３２ｂ−９となる。なお、（ΔＸ_ｉ，ΔＹ_ｉ）（ｉ＝１，２，．．．ｉ_ＭＡＸ）の値は、ウエハ検査面３４−９のパターン３０−９が検出器３６−１０の視野から実際に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領域の数及び面積から適宜定めておくことができる。
【０１９８】
そして、ステップ３３２−９乃至３４２−９の処理をｉ_ＭＡＸ個の被検査領域について順次繰り返し実行する。これらの被検査領域は、図７に示すように、ｋ回移動した画像位置（Ｘ_ｋ，Ｙ_ｋ）では被検査画像領域３２ｋ−９となるように、ウエハの検査面３４−９上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされていく。このようにして、図４２に例示した１６個の被検査画像データが画像記憶領域８−９に取得される。取得した複数の被検査領域の画像３２−９（被検査画像）は、図４２に例示されたように、ウエハ検査面３４−９上のパターン３０−９の画像３０ａ−９を部分的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。
【０１９９】
インクリメントした画像番号ｉがｉ_ＭＡＸを越えた場合（ステップ３４４−９肯定判定）、このサブルーチンをリターンして図４４のメインルーチンの比較工程（ステップ３０８−９）に移行する。
【０２００】
なお、ステップ３４０−９でメモリ転送された画像データは、検出器３６−１０により検出された各画素毎の二次電子の強度値（いわゆるベタデータ）からなるが、後段の比較工程（図４４のステップ３０８−９）で基準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を施した状態で記憶領域５８−６に格納しておくことができる。このような演算処理には、例えば、画像データのサイズ及び／又は濃度を基準画像データのサイズ及び／又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理などがある。更には、単純なべたデータではなく、高精細パターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの特徴を抽出した特徴マトリクスにデータ圧縮変換しておいてもよい。このような特徴マトリクスとして、例えば、Ｍ×Ｎ画素からなる２次元の被検査領域を、ｍ×ｎ（ｍ＜Ｍ，ｎ＜Ｎ）ブロックに分割し、各ブロックに含まれる画素の二次電子強度値の総和（若しくはこの総和値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値）を、各マトリックス成分としてなる、ｍ×ｎ特徴マトリックスなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ表現で記憶しておく。本発明の実施例でいう画像データとは、単なるべたデータは勿論のこと、このように任意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含する。
【０２０１】
次に、ステップ３０８−９の処理の流れを図４６のフローチャートに従って説明する。
【０２０２】
先ず、制御部４２−１０のＣＰＵは、基準画像記憶部５４−６（図４２）から基準画像データをＲＡＭ等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ３５０−９）。この基準画像は、図４２では参照番号４６−１０で表される。そして、画像番号ｉを１にリセットし（ステップ３５２−９）、記憶領域８−９から画像番号ｉの被検査画像データをワーキングメモリ上に読み出す（ステップ３５４−９）。
【０２０３】
次に、読み出した基準画像データと、画像ｉのデータとをマッチングして、両者間の距離値Ｄ_ｉを算出する（ステップ３５６−９）。この距離値Ｄ_ｉは、基準画像と、被検査画像ｉとの間の類似度を表し、距離値が大きいほど基準画像と被検査画像との差異が大きいことを表している。この距離値Ｄ_ｉとして類似度を表す量であれば任意のものを採用することができる。例えば、画像データがＭ×Ｎ画素からなる場合、各画素の二次電子強度（又は特徴量）をＭ×Ｎ次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、このＭ×Ｎ次元空間上における基準画像ベクトル及び画像ｉベクトル間のユークリッド距離又は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算することもできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨大になるので、上記したようにｍ×ｎ特徴ベクトルで表した画像データ同士の距離値を演算してもよい。
【０２０４】
次に、算出した距離値Ｄ_ｉが所定の閾値Ｔｈより小さいか否かを判定する（ステップ３５８−９）。この閾値Ｔｈは、基準画像と被検査画像との間の十分な一致を判定する際の基準として実験的に求められる。
【０２０５】
距離値Ｄ_ｉが所定の閾値Ｔｈより小さい場合（ステップ３５８−９肯定判定）、当該ウエハＷの当該検査面３４−９には「欠陥無し」と判定し（ステップ３６０−９）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像のうち１つでも基準画像と略一致したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このように全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いので、高速判定が可能となる。図４２の例の場合、３行３列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く略一致していることがわかる。
【０２０６】
距離値Ｄ_ｉが所定の閾値Ｔｈ以上の場合（ステップ３５８−９否定判定）、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ３６２−９）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉ_ＭＡＸを越えているか否かを判定する（ステップ３６４−９）。
【０２０７】
画像番号ｉが一定値ｉ_ＭＡＸを越えていない場合（ステップ３６４−９否定判定）、再びステップ３５４−９に戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。
【０２０８】
画像番号ｉが一定値ｉ_ＭＡＸを越えた場合（ステップ３６４−９肯定判定）、当該ウエハＷの当該検査面３４−９には「欠陥有り」と判定し（ステップ３６６−９）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなければ、「欠陥有り」と判定する。
【０２０９】
上記実施例では、画像データ同士のマッチングを行う際に、画素間のマッチング及び特徴ベクトル間のマッチングのいずれかとしたが、両者を組み合わせることもできる。例えば、最初、演算量の少ない特徴ベクトルで高速マッチングを行い、その結果、類似度の高い被検査画像については、より詳細な画素データでマッチングを行うという２段階の処理によって、高速化と精度とを両立させることができる。
【０２１０】
また、本発明では、被検査画像の位置ずれを一次電子線の照射領域の位置ずらしのみで対応したが、マッチング処理の前若しくはその間で画像データ上で最適マッチング領域を検索する処理（例えば相関係数の高い領域同士を検出してマッチングさせる）と本発明とを組み合わせることもできる。これによれば、被検査画像の大きな位置ずれを本発明による一次電子線の照射領域の位置ずらしで対応すると共に、比較的小さな位置ずれを後段のデジタル画像処理で吸収することがまた、図４４のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステップ３１２−９で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し１回の照射で試料のほぼ全検査領域をカバーできれば、ステップ３１４−９及びステップ３１６−９を省略することができる。
【０２１１】
以上のようにすることにより、試料上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、これらの被検査領域の画像と基準画像とを比較することによって、試料の欠陥を検査するようにしたので、被検査画像と基準画像との位置ずれによる欠陥検査精度の低下を防止できる、という優れた効果が得られる。
照射ポイントの設計ポイントからのずれの修正
上述した図４２の検査装置においては、また、次のような点の改良も行われるようにしている。すなわち、ステージ上に向けて照射される前記複数の１次電子ビームの位置、姿勢（回転状態）、又は１次電子ビーム間距離に関して、設計値との間にずれが生じている場合に、適切な検査ができなくなるので、そのような設計値との間にずれが生じている場合に、当該ずれを較正ないしは修正できるようにするということである。
【０２１２】
説明の都合上、重複するが、図４２に示す装置の概略を先ず説明する。電子銃２−１０から放出された電子線は、コンデンサ・レンズ４−１０によって集束されて点６−１０においてクロスオーバを形成する。
【０２１３】
コンデンサ・レンズ４−１０の下方には、複数の開口を有する第１のマルチ開口板８−１０が配置され、これによって光軸１０−１０を有する複数の１次電子ビーム１２−１０が形成される。
【０２１４】
第１のマルチ開口板８−１０によって形成された複数の１次電子ビーム１２−１０のそれぞれは、縮小レンズ１４−１０によって縮小されて点１６−１０に投影される。点１６−１０で合焦した後、対物レンズ１８−１０によって試料２０−１０に合焦される。第１のマルチ開口板８−１０から出た複数の１次電子ビーム１２−１０は、縮小レンズ１４−１０と対物レンズ１８−１０との間に配置された走査装置としての偏向器２２−１０により、同時に試料２０−１０の面上を走査するよう偏向される。なお、複数の１次電子ビーム１２−１０の走査は、偏向器２２−１０だけで行ってもよいが、偏向器２２−１０と後述するＥ×Ｂ分離器とを用いて行っても良い。
【０２１５】
縮小レンズ１４−１０及び対物レンズ１８−１０の像面湾曲収差の影響を無くすため、図４９に示すように、マルチ開口板８−１０には、９つの小開口８ａ−１０ないし８ｉ−１０が円周方向に沿って配置されており、そのＸ方向への投影したものは等間隔となる構造となっている。マルチ開口板８−１０の小開口８ａ−１０ないし８ｉ−１０を通過した１次電子ビーム１２−１０は、小開口８ａ−１０ないし８ｉ−１０の配置構造にしたがって、円周方向に沿った９つのビーム１２ａ−１０ないし１２ｉ−１０となる（図５０参照）。本実施態様においては、小開口を円周方向に沿って配置したがこのように円周方向に配置する必要はかならずしもなく、直線方向に沿って配置してもよい。また、小開口の数を９つとしたが、少なくとも２つあればよい。
【０２１６】
合焦された複数の１次電子ビーム１２−１０によって、試料２０−１０上では複数の点が照射される。照射されたこれらの複数の点から放出される２次電子ビームは、対物レンズ１８−１０の電界に引かれて細く集束され、分離装置としてのＥ×Ｂ分離器２４−１０で偏向され、これによって、１次電子ビームを試料２０−１０に照射するための１次光学系から離れて、２次光学系に投入される。
【０２１７】
なお、図４２において、１７−１０は軸合せ偏向器を示しており、１９−１０は軸対称電極を示している。また、複数の１次電子ビーム１２−１０を回転させることができる回転レンズ２３−１０が、電子ビーム形成装置の一部を構成するマルチ開口板８−１０と分離装置としてのＥ×Ｂ分離器２４−１０との間に設けられている。より具体的に説明すれば、回転レンズ２３−１０は、本実施態様においては点６−１０の近傍に設けられている。回転レンズ２３−１０は、当該回転レンズ２３−１０のコイルに流す励磁電流の強さに応じて複数の１次電子ビーム１２−１０を光軸の回りに回転させることができる。
【０２１８】
２次光学系は拡大レンズ２８−１０、３０−１０を有しており、これらの拡大レンズ２８−１０、３０−１０を通過した２次電子ビームは、第２マルチ開口板３４−１０の複数の開口３４ａ−１０ないし３４ｉ−１０に結像する。そして、マルチ開口を通って複数の検出器３６ａ−１０ないし３６ｉ−１０で検出される。第２のマルチ開口板３４−１０は検出器３６ａ−１０ないし３６ｉ−１０の前に配置されている。開口３４ａ−１０ないし３４ｉ−１０は、第２のマルチ開口板３４−１０の円周方向に沿って形成されており、第１のマルチ開口板８−１０に形成された複数の開口８ａ−１０ないし８ｉ−１０と一対一に対応している。この関係を示すために、図４９では、第２マルチ開口板３４−１０の開口３４ａ−１０ないし３４ｉ−１０が点線で示されている。検出器３６ａ−１０ないし３６ｉ−１０は、第２マルチ開口板３４−１０の開口３４ａ−１０ないし３４ｉ−１０に対向して配置されており、したがって、第２マルチ開口板３４−１０の開口３４ａ−１０ないし３４ｉ−１０と同様に円周方向に沿って設けられている（図４２では、図示の便宜上、検出器３６ａ−１０ないし３６ｉ−１０は概略的に示されている）。
【０２１９】
各検出器３６ａ−１０ないし３６ｉ−１０は、検出した２次電子ビームを、その強度を表す電気信号へ変換する。こうした各検出器から出力された電気信号は増幅器３８−１０によってそれぞれ増幅された後、画像処理部４０−１０によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部４０−１０には、偏向器２２−１０に与えられた１次電子ビームを偏向させるための走査信号と同じ信号が制御装置４２−１０により供給される。画像処理部４０−１０は、走査信号の位置データと２次電子信号の濃淡信号とから前記画像データを合成して、試料２０−１０の被走査面を表す画像を構成ないしは表示することができる。
【０２２０】
画像処理部４０−１０は、制御装置４２−１０とデータ通信可能に接続される。制御装置４２−１０は、図４２に示されたように、一例として汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体４４−１０と、この処理結果や２次電子画像４６−１０等を表示するＣＲＴ４８−１０と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部５０−１０と、を備えている。勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御装置４２−１０を構成してもよい。
【０２２１】
制御部本体４４−１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成されている。制御部本体４４−１０には、記憶装置５２−１０が接続されている。記憶装置５２−１０は、例えば、ハードディスクから構成することができる。記憶装置５２−１０上には、画像処理部４０−１０から受信した試料２０−１０の２次電子画像データを記憶するための２次電子画像記憶領域５４−１０、予め欠陥の存在しない試料の基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部５６−１０が割り当てられている。更に、記憶装置５２−１０上には、電子線装置全体を制御する制御プログラム、試料の評価プログラム、試料に向けて照射される複数の１次電子ビームの位置、姿勢（回転状態）、又は電子ビーム間距離に関して、設計値との間にずれが生じている場合に、当該ずれを較正ないしは修正するための制御プログラム５８−６が格納されている。この１次電子ビームのずれを較正する制御方法に関しては詳細を後述するが、当該較正は試料の評価を行う前に実行され、これによって、１次電子ビームの初期設定がなされる。
【０２２２】
２次電子画像記憶領域５４−１０に記憶された試料２０−１０の被走査面を表す画像データは、基準画像記憶部５６−１０に記憶された予め欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較され、これにより、試料２０−１０の欠陥を検出するようになっている。また、後述する較正（すなわち、レジストレーション）により試料２０−１０の被評価パターンを１次光学系の光軸１０−１０の近くへ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜に較正することにより、試料２０−１０上のパターンの線幅を測定することもできる。
【０２２３】
ステージ６０−１０のＸ方向端部にはレーザミラーすなわちレーザ反射鏡６２−１０が設けられており、移動鏡を構成する。対物レンズには固定鏡が配置されている。レーザ発振器６４−１０からのレーザービームを固定鏡で反射させたビームと移動鏡と固定鏡で反射させたビームとを干渉させることにより、固定鏡と移動鏡の距離を常時測定し、測定信号を制御装置４２−１０に送信することによって、ステージ６０−１０のＸ方向の位置を測定することができるようになっている。また、ステージ６０−１０のＹ方向端部にも図示しないレーザ移動鏡と対物レンズにＹ方向測定用の固定鏡が設けられており、同様に、ステージ６０−１０の外側に位置決めして設けられたレーザ発振器（図示せず）からのレーザービームを２つの反射鏡で反射させた時の干渉により、ステージ６０−１０のＹ方向の位置を測定することができるようになっている。
【０２２４】
ステージ６０−１０の一端側には、マーカ台６６−１０が設けられており、マーカ台６６−１０の表面は、ＸＹ座標面（図５０参照）を構成している。図５０に示されているように、マーカ台６６−１０には、ビーム位置測定用のマーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０が設けられている。マーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０はＸ軸方向に沿ってほぼ平行に設けられており、Ｘ軸との平行度はあらかじめ測定され装置定数として制御装置４２−１０の記憶装置５２−１０に記憶されている。なお、図５０では、マーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０間の中心が点Ｏとして表されている。
【０２２５】
上述したステージ駆動装置を用いてステージ６０−１０をＸ及びＹ方向に移動し、１次電子ビーム１２−１０がマーカ台６６−１０の表面を照射することができる位置までステージ６０−１０を移動することができる。このとき、１次電子ビーム１２−１０によりマーカ台６６−１０の表面上に周方向に沿った複数の照射ポイント１２ａ−１０ないし１２ｉ−１０が形成される（すなわち、マーカ台６６−１０の表面上には、図５０に示されるように、１次電子ビーム１２ａ−１０ないし１２ｉ−１０が形成される）。マーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０間の距離は、マーカ検出時の走査幅より小さくなるように形成されている。これにより、１つの１次電子ビームが２つのマーカを同一走査で照射する事がない。また、一次ビームと検出器はきちんと対応が取れているので、他の１次電子ビームがマーカを走査した時に発生する信号と間違える事はない。
【０２２６】
次に１次電子ビームの較正方法について図５１ないし図５３（ｃ）に基づいて説明する。
【０２２７】
まず、ステージ駆動装置を用いてステージ６０−１０を駆動してマーカ台６６−１０を光軸の下に移動し、光軸１０−１０とマーカ６６ａ−１０，６６ｅ−１０間の中心点Ｏとの位置合わせ行う（図５１のステップ６８−１０）。この位置合わせは所定の誤差の範囲に収まるようにすればよい。例えば、１次電子ビームをＸ及びＹ方向に所定範囲だけ走査し、照射ポイント１２ａ−１０及び１２ｅ−１０を形成するＸ軸上にある１次電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０により、マーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０が検出されるのを確認することによって行うことができる。このようにして、光軸１０−１０とマーカ台６６−１０との間の位置合わせが行われたときに、例えば、図５２（ａ）に示されているように、１次電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０はマーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０の近傍に照射される。これによって、１次電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０の所定範囲のＸ及びＹ方向の走査により、１次電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０はマーカ６６ａ−１０−１、６６ｅ−１０を横切ることが可能となる。図５２（ａ）に示されている例では、マーカ６６ａ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０の照射ポイントまでの距離は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向において、マーカ６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ｅ−１０の照射ポイントまでの距離よりも長くなっている。すなわち、これらの例においては、マーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０の照射ポイントまでの距離が、予測値に対する複数の１次電子ビームのずれ（すなわち、マルチビームのずれ）を表している。
【０２２８】
また、上記のように、光軸１０−１０とマーカ台６６−１０との間の位置合わせが行われたとき、レーザ反射鏡６２−１０及びレーザ測長器６４−１０を用いてステージ６０−１０の位置を算出し、この位置情報をマーカ位置の装置定数として記憶装置５２−１０に記憶させる。通常、上記のような光軸１０−１０とマーカ台６６−１０との間の位置合わせは、電子線装置の初期設定として一度行うだけでよい。また、上記のような位置合わせに基づいて測定されたマーカ位置の装置定数は、後述する較正処理に基づいて更新される。
【０２２９】
次に、１次電子ビーム相互の位置の測定を行う。なお、本実施態様においては、マーカ台にマーカを２つ設け、２つのマーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０の付近に照射ポイントを形成する２つの電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０を前記マーカを横切るように走査することによって、１次電子ビーム相互の位置の測定を行っている。このような本実施態様の内容を明瞭にするために、図５２ないし図５３（ｃ）においては他の電子ビームｂ−ｄ、ｆ−ｉが省略されている。
【０２３０】
まず、記憶装置に記憶させられた制御プログラム５８−１０の指示にしたがって、制御装置４２−１０が偏向器２２−１０を制御して、図５２（ａ）に示されているように電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０をマーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０に向けてＸ方向に走査する（図５１のステップ７０−１０）。このとき、１次電子ビーム１２ｅ−１０が先にマーカ６６ｅ−１０を横切り、次いで、１次電子ビーム１２ａ−１０がマーカ６６ａ−１０を横切るので、図５３（ａ）に示されているように、１次電子ビーム１２ｅ−１０と関係する検出器３６ｅ−１０からまず信号９０−１０が出力され、次に、１次電子ビーム１２ａ−１０と関係する検出器３６ａ−１０から信号９２−１０が出力される。図５３（ａ）の横軸は時間を表しており、縦軸は信号強度を表している。１次電子ビームのＸ方向の走査速度（μｍ／μｓｅｃ）はあらかじめわかっているので、２つの信号９０−１０、９２−１０が出力される時間から、Ｘ方向におけるマーカ６６ａ−１０と１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）との間の距離と、Ｘ方向におけるマーカ６６ｅ−１０と１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）との間の距離を算出することができる。もちろん、２つの信号９０−１０、９２−１０の間の時間から、１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）と１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）との間の距離を算出することもできる。
【０２３１】
次に、２つの信号９０−１０、９２−１０の間の時間差を算出し、この時間差が設計値の許容誤差の範囲内にあるか否か判断する（図５１のステップ７２−１０：当該ステップ７２−１０が測定装置を構成している）。許容誤差の範囲内にない場合、制御装置４２−１０の指示により、図４２に示した中間レンズ１４−１０と対物レンズ１８−１０をズーム動作、即ち物点位置８−１０と像点位置２０−１０を変えないで縮小率を変化させる（図５１のステップ７４−１０：当該ステップ７４−１０が２段レンズ制御装置を構成している）。これによって、マーカ６６ａ−１０に対する１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）のＸ方向の位置と、マーカ６６ｅ−１０に対する１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）のＸ方向の位置とを変えることができる。このようにして、ステップ７０−１０、７２−１０及び７４−１０を繰り返し、信号９０−１０の波形と信号９２−１０の波形がほぼ同じ時間に現れる様に調節される。これによって、マーカ台６６−１０上での、Ｘ方向におけるマーカ６６ａ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）までの距離と、Ｘ方向におけるマーカ６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）までの距離とをほぼ等しくできる（図５２（ｂ）参照）。そして、２つの信号９０−１０、９２−１０の間の時間差が許容誤差の範囲内にあると判断された場合、このときの中間レンズ１４−１０と対物レンズ１８−１０の励起電圧が記憶装置５２−１０に記憶される（ステップ７３−１０）。
【０２３２】
次に、記憶装置５２−１０に記憶させられた制御プログラム５８−１０の指示にしたがって、制御装置４２−１０が偏向器２２−１０を制御して、図５２（ｂ）に示されているように電子ビーム１２ａ−１０、１２ｅ−１０をマーカ６６ａ−１０、６６ｅ−１０に向けてＹ方向に走査する（図５１のステップ７６−１０）。このとき、１次電子ビーム１２ｅ−１０が先にマーカ６６ｅ−１０を横切り、次いで、１次電子ビーム１２ａ−１０がマーカ６６ａ−１０を横切るので、図５３（ｂ）に示されているように、１次電子ビーム１２ｅ−１０に対応する検出器３６ｅ−１０からまず信号９４−１０が出力され、次に、１次電子ビーム１２ａ−１０に対応する検出器３６ａ−１０から信号９６−１０が出力される。図５３（ｂ）の横軸は時間を表しており、縦軸は信号強度を表している。１次電子ビームのＹ方向の走査速度（μｍ／μｓｅｃ）もあらかじめわかっているので、２つの信号９０−１０、９２−１０が出力される時間から、Ｙ方向におけるマーカ６６ａ−１０と１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）との間の距離と、Ｙ方向におけるマーカ６６ｅ−１０と１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）との間の距離を算出することができる。
【０２３３】
次に、２つの信号９４−１０、９６−１０の間の時間差を算出し、この時間差が設計値の許容誤差の範囲内にあるか否か判断する（図５１のステップ７８−１０）。許容誤差の範囲内になく、図５３（ｂ）の様に信号９４−１０が先に出現する場合、図５２（ｂ）の矢印で示されているように、１次電子ビームは、中心点Ｏを中心として反時計方向に回転している。このようなずれ場合、制御装置４２−１０が図４２に示した回転レンズ２３−１０に供給される励磁電流の強さを調整して（図５１のステップ８０−１０）、１次電子ビームを時計方向に回転させ、ステップ７６−１０、７８−１０及び８０−１０を繰り返して、信号９４−１０と信号９６−１０が許容値以内に同時に出現するようにする。これによって、マーカ台６６−１０上での、Ｙ線方向におけるマーカ６６ａ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）までの距離と、Ｙ線方向におけるマーカ６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）までの距離とをほぼ等しくできる。換言すれば、マーカ６６ａ−１０とマーカ６６ｅ−１０との間に引かれるラインと、１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）と１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）との間に引かれるラインとが、ほぼ平行となる（すなわち、回転誤差が生じない状態となる）。そして、２つの信号９４−１０、９６−１０の間の時間差が許容誤差の範囲内にあると判断された場合、このときの回転レンズ２３−１０の電流量が記憶装置５２−１０に記憶される（ステップ７９−１０）。
【０２３４】
以上のようにステップ６８−１０から８０−１０までの較正処理を行うことによって、図５２（ｃ）に示されているように、マーカ台６６−１０上での、Ｘ方向におけるマーカ６６ａ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）までの距離ｘａと、Ｘ方向におけるマーカ６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）までの距離ｘｅとがほぼ等しくなると共に、マーカ台６６−１０上での、Ｙ線方向におけるマーカ６６ａ−１０から１次電子ビーム１２ａ−１０（すなわち、照射ポイント１２ａ−１０）までの距離ｙａと、Ｙ線方向におけるマーカ６６ｅ−１０から１次電子ビーム１２ｅ−１０（すなわち、照射ポイント１２ｅ−１０）までの距離ｙｅとがほぼ等しくなる。
【０２３５】
最後に光軸の位置とマーク位置の位置合わせ量を以下に示すように算出あるいは測定する。
【０２３６】
上述した較正処理から、Ｘ方向へ走査した時に、信号９０−１０と信号９２−１０はほぼ同時に出力されると共に、Ｙ方向へ走査した時に、信号９４−１０と信号９６−１０もほぼ同時に出力されるようになる。したがって、このことは、図５３（ｃ）に示されるように、信号９０−１０が出力されるときの偏向器２２−１０の偏向電圧と信号９２−１０が出力されるときの偏向器２２−１０の偏向電圧とが等しく、また、信号９４−１０が出力されるときの偏向器２２−１０の偏向電圧と信号９６−１０が出力されるときの偏向器２２−１０の偏向電圧も等しいということを意味している。一方、前述したように、信号９０−１０と信号９２−１０がほぼ同時に出力されるときのレンズ１４−１０と１８−１０の励起電圧と信号９４−１０と信号９６−１０がほぼ同時に出力されるときの回転レンズ２３−１０の励起電流が記憶されている（図５１のステップ７３−１０、７９−１０）。また、偏向器２２−１０の偏向感度（μｍ／ｍＶ）が記憶装置５２−１０に記憶されている。よって、この既知の偏向感度（μｍ／ｍＶ）から、Ｘ方向へ走査した時の前記偏向電圧に基づいて、１次電子ビームとマーカの位置がＸ方向に何μｍずれているか（すなわち、ｘａ及びｘｅの距離）を算出し、また、Ｙ方向に走査した時の前記偏向電圧に基づいてビームとマーカの位置がＹ方向に何μｍずれているか（すなわち、ｙａ及びｙｅの距離）を算出する（図５１のステップ８４−１０）。これらのずれ値を、レーザ干渉計により測定され且つ記憶装置に記憶されているステージ位置データに加算することによって、新しいマーカ位置の装置定数を更新する（図５１のステップ８６−１０）。
【０２３７】
図５２（ａ）（ｂ）及び図５３（ａ）（ｂ）に示した測定ではステージが振動していても測定誤差を与えない。図５２（ｃ）及び図５３（ｃ）に示した測定でも、測定を行った時刻でのレーザ測長器の読みに偏向感度から算出した寸法を加算するのであるからステージの振動は誤差にならない。このことから図５２（ｃ）及び図５３（ｃ）に示した測定はステージの走行中に測定を行ってもよい。
【０２３８】
上記実施態様によれば、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有する半導体ウエハを、高スループット且つ高信頼性で評価を行うことが可能になる。また、複数の１次電子ビーム（マルチビーム）のビーム間隔、回転、ビームとマーカ間の位置を、ステージの振動の影響を受けることなく測定ができる。さらに、１次電子ビームをマーカ台のＸＹ座標に正確に合わせられるので、画像形成時に複雑な演算を行わなくてよい。
【０２３９】
上記較正方法は、記憶装置に記憶されたプログラムにしたがって制御装置を制御することによって行われるが手動により画像情報を目視しながら行ってもよい。
【０２４０】
なお、本実施態様においては、１次電子ビームの数を９つとして、そのうち２つのビームを利用して較正処理する方法を説明したが、較正処理するためには１次電子ビームの数は少なくとも２つあればよい。
【０２４１】
以上のように本願発明によれば、位置測定用マーカに対する照射ポイントの位置ずれを測定し、位置ずれを測定した場合に当該位置ずれに基づいて、複数の１次電子ビームの照射ポイントを較正するようにしたので、ステージ上に向けて照射される複数の電子ビームの位置、姿勢（回転状態）、又は電子ビーム間距離に関して、設計値との間にずれが生じている場合でも、高分解能、高スループットで試料の欠陥を検出することができる。
収差の補正（クロスオーバ位置の調整）
前述の如き電子線検査装置においては、対物レンズの近傍に形成されるクロスオーバ位置を調整するのに、従来は、アパーチャを配置し、該アパーチャを光軸方向に移動させながらビーム径を測定し、測定されたビーム径が最小になる位置をクロスオーバ位置として行っている。
【０２４２】
しかしながら、この調整方法は、アパーチャが、それに隣接するレンズの特性に影響を与え、その特性が大幅に異なってしまい、設計通りのレンズ特性を得ることができなくなってしまうという問題がある。
【０２４３】
一方、複数の電子線の全てあるいはその一部は、光軸から離れた位置を通るため、クロスオーバ位置は、像歪み、倍率色収差、回転色収差、像面湾曲収差、視野非点等の収差に影響を与え、特に、倍率色収差、回転色収差への影響は大きい。
【０２４４】
本発明は、上述のような点に鑑み、レンズ特性に影響を及ぼさないように、対物レンズの近傍に形成されるクロスオーバ位置の調整を行うことができ、それにより収差の補正を行うことができるようにすることも目的としている。
【０２４５】
以下、本発明におけるクロスオーバ位置の調整につき説明する。
【０２４６】
図５４は、この調整の説明のための電子光学系の概略図であり、実質的には、これまで説明してきた電子光学系と同じものである。
【０２４７】
この電子光学系において、第１のマルチ開口板３−１１によって形成される複数の一次電子線２０−１１のそれぞれは、縮小レンズ５−１１によって縮小されて点１５−１１に投影される。点１５−１１で合焦した後、対物レンズ７−１１によって試料Ｗに合焦される。また、複数の一次電子線２０−１１は、縮小レンズ５−１１によって集束されて点２４−１１においてクロスオーバを形成する。このクロスオーバ位置２４−１１は、対物レンズ７−１１の近傍にあり、より具体的には、後述するＥ×Ｂ分離器６−１１と対物レンズ７−１１との間に位置する。このＺ方向の位置を調整することにより倍率と回転の色収差、歪み、ランディング角、コマ収差のうち一つをほとんど０にできる。
【０２４８】
図５４において、符号１７−１１は軸合わせ偏向器を示しており、符号１８−１１は軸対称電極を示している。また、複数の一次電子線２０−１１を回転させることができる回転レンズ２２−１１が、電子線形成装置の一部を構成するマルチ開口板３−１１と分離装置としてのＥ×Ｂ分離器６−１１との間に設けられている。より具体的に説明すると、回転レンズ２２−１１は、点４−１１の近傍に設けられている。回転レンズ２２−１１は、回転レンズ２２−１１のコイルに流す励磁電流の強さに応じて複数の一次電子線２０−１１を光軸の回りに回転させることができる。
【０２４９】
試料Ｗは、ステージ６０−１１に載置されている。ステージ６０−１１は、図示しないステージ駆動装置によりＸ方向（図５４において左右方向）、Ｙ方向（図５４の面に対して直交する方向）、及びＺ軸線方向（図５４において上下方向）に移動できるようになっている。
【０２５０】
参照番号３１−１１は、レーザ発振器を示しており、レーザ発振器３１−１１は、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、ハーフミラー６１−１１により２ビームに分割される。ハーフミラー６１−１１を透過した一方のビームは、ステージ６０−１１のＸ方向端部に設けられた移動鏡４０−１１に到達し、他方のビームは、全反射ミラー６２−１１で反射されて、対物レンズ７−１１に設けられた固定鏡３９−１１に到達し、各々反射される。移動鏡４０−１１で反射されたビームは、ハーフミラー６１−１１を透過してレシーバー６３−１１に導かれ、固定鏡３９−１１で反射されたビームは、全反射ミラー６２−１１及びハーフミラー６１−１１で再び反射されてレシーバー６３−１１に導かれる。レシーバ６３−１１には、移動鏡４０−１１及び固定鏡３９−１１からの反射ビームの干渉光が検出される。検出信号は、ＣＰＵ３２−１１に送信され、ＣＰＵ３２−１１によって、移動鏡４０−１１及び固定鏡３９−１１間のＸ方向及びＹ方向の距離、すなわち、ステージ６０−１１のＸＹ座標位置が検出される。また、ステージ６０−１１上には、図示しないマーカが設けられており、上記ステージ駆動装置によりステージ６０−１１をＸ方向及びＹ方向に移動させ、一次電子線２０−１１がマーカの表面を走査することができる位置までステージ６０−１１を移動することができる。
【０２５１】
従って、一次電子線２０−１１がマーカ上を走査することによって、ビーム位置を検出することができる。ＣＰＵ３２−１１は、電子銃１−１１のカソード３０−１１のカソード電源２５−１１と接続されており、ＣＰＵ３２−１１の制御によって、カソード３０−１１に印可する電圧を、数１０〜数１００Ｖで周期的に変化させて、この変化させたときのビーム位置をＣＰＵ３２−１１によって検出することにより、ビームの移動を測定することができる。すなわち、カソード３０−１１に印可する電圧を、数１０〜数１００Ｖで周期的に変化させて、試料Ｗ上における複数の一次電子線２０−１１の放射方向又は光軸を中心とする回転方向への移動を測定することができる。この電圧を変えることはビームエネルギーを変化させることに対応する。放射方向又は回転方向への移動が最小になることは、倍率の色収差又は回転の色収差が最小になることを意味する。
【０２５２】
そして、この一次電子線２０−１１の移動が最小になるように、ＣＰＵ３２−１１によって上記調整を行うことにより、対物レンズ７−１１の近傍において複数の一次電子線２０−１１が形成するクロスオーバ位置２４−１１の光軸方向の調整を行うことができる。この結果、倍率の色収差又は回転の色収差を最小にするクロスオーバ２４−１１のＺ方向位置が測定されたことになる。この調整は、対物レンズ７−１１の軸合わせを行った後に行うことが好ましい。対物レンズ７−１１の軸合わせは、偏向器２１−１１に軸合わせ電源電圧を重畳させて行うことができる。
【０２５３】
前述したように、従来においては、アパーチャを用いてクロスオーバ位置の調整を行っていたため、電子光学レンズ特性に影響を与え、その特性が大幅に異なってしまうとい問題があったが、上記実施の形態によれば、カソード３０−１１に印可する電圧を変化させて、試料Ｗ上における複数の一次電子線２０−１１の上記移動が最小になるように調整することにより、対物レンズ７−１１の近傍において複数の一次電子線２０−１１が形成するクロスオーバ位置２４−１１の光軸方向の調整を行っているため、レンズ特性に影響を及ぼさないように上記調整を行うことができる。
【０２５４】
また、上述のようにして、対物レンズ７−１１の近傍において複数の一次電子線２０−１１が形成するクロスオーバ位置２４−１１の光軸方向の調整を行うことにより、像歪み、倍率色収差、回転色収差、コマ収差、視野非点等の収差のうちのいずれか一つを補正することができると共に、ランディング角を補正することができる。また、前述の如く、図８等に示すような開口板を用いた場合には、像歪み及び像面湾曲収差は問題なく、視野非点やランディング角も影響はないので、倍率色収差及び回転色収差を補正すればよい。また、この場合において、対物レンズ７−１１として静電レンズを用いた場合には、回転色収差は関係ないため、倍率色収差のみを補正すればよい。また、倍率色収差を補正することにより、一次電子線（マルチビーム）の数を多くすることができ、ウエハやマスクなどの試料の評価を高スループットで行うことができる。
ノイズの低減
本発明に係る電子線検査装置においては、高い信頼性で検査を行うにはピクセル当たりの二次電子検出量を４０００個／ピクセル程度とすることが必要である。従って、電子ビームの強度を大きくする必要がある。
【０２５５】
電子銃は、それが温度制限領域で動作している場合は電子線のショット雑音が大きいが、空間電荷制限領域で動作している場合は電子線のショット雑音が前者の場合の約１３％程度に小さくなることが知られている。従って、信号のＳ／Ｎ比を効率よく大きくするためには、電子銃を空間電荷制限領域で動作させることが好ましい。その結果、同じＳ／Ｎ比を得るのに（０．１３）^２≒０．０１７位のピクセル当りの二次電子検出数でよい事になる。
【０２５６】
しかしながら、電子銃を温度制限領域で動作させる場合には、ウェーネルト電圧あるいは制御アノード電圧を変えることにより、輝度やエミッション電流を変えることなく電子線のクロスオーバー位置を任意の位置に変更するように制御できる。従って、電子銃からの電子線の強度が大きい放射方向を、開口板の複数の孔の領域に容易に合わせることが可能である。 一方、電子銃を空間電荷制限領域で動作させる場合には、ウェーネルト電圧あるいは制御アノード電圧を変えると、輝度やエミッション電流が大きく変動するため、クロスオーバーの垂直方向位置を制御することが困難になる。従って、電子銃からの電子線の強度が大きい放射方向を、開口板の小孔の領域に合わせることが困難となるという問題がある。
【０２５７】
本発明では、電子銃を空間電荷制限領域で動作させ、電子線のショット雑音を小さくすることのできる電子線検査装置を提供する。
【０２５８】
以下、そのような電子線検査装置の実施例につき説明する。
【０２５９】
図５５において、電子線検査装置１−１２が模式的に示されており、この電子線検査装置１−１２は、前述の電子線検査装置とほぼ同一の構成を有しており、第一次光学系１０−１２と、第二次光学系３０−１２と、検出装置４０−１２と、制御装置５０−１２とを備えている。第一次光学系１０−１２は、電子銃１１−１２と、電子線を集束するコンデンサレンズ１２−１２、１３−１２と、開口板１４−１２と、軸合わせ用の静電偏向器１５−１２，１６−１２と、ブランキング用のナイフエッジ１７−１２と、開口板１４−１２を通過した電子ビームを縮小する縮小レンズ１８−１２と、静電偏向器１９−１２と、Ｅ×Ｂ分離器２０−１２と、対物レンズ２１−１２とを備え、それらは電子銃１１−１２を最上部にして、かつ電子銃から放出される電子線の光軸Ａが試料の表面Ｓに垂直になるように配置されている。また、電子銃の後方に軸合わせ用の静電偏向器２３−１２が及びコンデンサレンズ１２−１２と１３−１２との間に軸合わせ用の静電偏向器２４−１２、２５−１２が、それぞれ配置されている。電子銃１１−１２のカソード１１１−１２は、複数の小突起が電子線の数だけ光軸Ａに対して同心状に配置された構造である。また、電子銃１１−１２もウェーネルト電極１１２−１２及びアノード１１３−１２を備えており、ウェーネルト電極１１２−１２のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃を空間電荷制限領域内で制御することができる。
【０２６０】
第二次光学系３０−１２は、Ｅ×Ｂ分離器２０−１２の近くで光軸Ａに対して傾斜している光軸Ｂに沿って配置された２つの静電拡大レンズ３１−１２、３２−１２と、二次元的に配列された複数の小孔が形成された開口板３３−１２とを備えている。
【０２６１】
検出装置４０−１２は、検出器４１−１２と、増幅器４２−１２と、画像処理部４３−１２とを備えている。制御装置５０−１２は、偏向器制御部５１−１２と、画像処理部４３−１２及び偏向器制御部５１−１２を制御するコンピュータ５２−１２とを備えている。
【０２６２】
この電子線検査装置における動作は、これまでの述べた装置と同じである。電子銃１１−１２のウェーネルト電極１１２−１２のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃１１−１２を空間電荷制限領域内で制御することができる。
【０２６３】
図５６には、他の電子線検査装置１’−１２が示されている。図５６において、図５５に示された装置と同じ構成要素には同じ符号を付し、対応はするが異なる構成を有するものについては同じ符号の上に「’」の記号を付して表す。
【０２６４】
この実施例による電子線検査装置１’−１２も第一の実施例と同様に、第一次光学系１０’−１２と、第二次光学系３０−１２と、検出装置４０−１２と、制御装置５０−１２とを備えている。
【０２６５】
第一次光学系１０’−１２は、電子銃１１’−１２と、電子線を集束するコンデンサレンズ１２−１２、１３−１２と、複数の小孔１４１−１２が形成された開口板１４’−１２と、軸合わせ用の静電偏向器１５−１２，１６−１２と、ブランキング用のナイフエッジ１７−１２と、開口板１４’−１２を通過した電子ビームを縮小する縮小レンズ１８−１２と、静電偏向器１９−１２と、Ｅ×Ｂ分離器２０−１２と、対物レンズ２１−１２とを備え、それらは電子銃１１−１２を最上部にして、かつ電子銃から放出される電子線の光軸Ａが試料の表面Ｓに垂直になるように配置されている。また、第一の実施例と同様に、第一次光学系１０−１２には、電子銃の後方に軸合わせ用の静電偏向器２３−１２が及びコンデンサレンズ１２−１２と１３−１２との間に軸合わせ用の静電偏向器２４−１２、２５−１２が、それぞれ配置されている。
【０２６６】
電子銃１１’−１２のカソード１１１’−１２は、複数の小突起が電子線の数だけ光軸Ａに対して同心状に配置された構造である。また、電子銃１１’−１２もウェーネルト電極１１２−１２及びアノード１１３−１２を備えており、ウェーネルト電極１１２−１２のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃を空間電荷制限領域内で制御することができる。
【０２６７】
本実施例においては、開口板１４’−１２は、コンデンサレンズ１２−１２の後方であって、コンデンサレンズ１２−１２により形成されたクロスオーバーＣ１の後方に配置されており、開口板１４’−１２の後方にコンデンサレンズ１３−１２が配置されている。
【０２６８】
第二次光学系３０−１２、検出装置４０−１２及び制御装置５０−１２の構成及びそれらの配置は第一の実施例の場合と全く同様である。
【０２６９】
上記構成において、電子銃１１’−１２から放出された複数の電子線Ｃは、アノード１１２−１２の近傍にクロスオーバーＣ１を形成し、クロスオーバーＣ１からあまり大きくない拡がり角度で発散する。発散した電子線は焦点距離の短いコンデンサレンズ１２−１２で集束され、コンデンサレンズ１２−１２の近傍にクロスオーバーＣ２を形成する。開口板１４’−１２はクロスオーバーＣ２から十分離れた位置に配置されている。クロスオーバーＣ２から発散した電子線Ｃは、開口板１４’−１２を照射し、開口板１４’−１２に形成された複数の小孔１４１−１２を通過してマルチビームにされる。これらマルチビームはコンデンサレンズ１３−１２で集束されてクロスオーバーＣ３に結像する。この位置にはブランキング用のナイフエッジ１７−１２が配置されている。複数の小孔１４１−１２を通過した電子ビームは縮小レンズ１８−１２により縮小されてＣ４に投影される。Ｃ４で合焦した後、電子ビームは試料Ｓに向かって進み、対物レンズ２１−１２により試料Ｓに結像する。開口板１４’−１２により形成されたマルチビームは、コンピュータ及び偏向器制御部からの指令により走査用の静電偏向器１９−１２を介して、同時に試料Ｓの面上を走査するように制御される。
【０２７０】
それ以後の動作は図５５の装置の場合と同様である。
【０２７１】
上記第一の実施例及び第二の実施例の双方において、コンデンサレンズ１２−１２の励起を変えて、クロスオーバーＣ２の垂直方向位置を図５６の点Ｃ５に示すような電子銃側の位置に移動させれば、電子銃１１−１２，１１’−１２からの電子線のうち強度が強い部分の放射方向位置を、開口板１４−１２，１４’−１２の位置において外側（矢印Ｄ）へ拡げるように方向付けすることができる。逆に、クロスオーバーＣ２の垂直方向位置をコンデンサレンズ１３−１２側の位置に移動させれば、電子銃１１−１２，１１’−１２からの電子線のうち強度が強い部分の放射方向位置を、開口板１４−１２，１４’−１２の位置において内側へ狭めるように方向付けすることができる。このように電子線の強度が強い部分の放射方向位置を、開口板１４−１２，１４’−１２の小孔の領域に合わせるように調整できる。これらの調整は電子銃１１’−１２の条件を変更することなく、コンデンサレンズ１２−１２の励起のみを変えることにより容易に行われる。従って、電子銃を空間電荷制限領域で任意の条件で動作させることができ、電子線が発生させるショット雑音を、温度制限領域で動作させた場合と比較して１．８％程度に大幅に小さくすることができる。
【０２７２】
上記の通り、図５５及び図５６に示した電子線検査装置においては、（１）電子銃を空間電荷制限領域で動作することができるので、電子線のショット雑音を大幅に小さくすることができ、それにより、二次電子の雑音も小さくすることができる。
異常ドース
上述のマルチビーム検査装置では、スループット向上のために単にステージの移動速度を速くすると、試料に照射される電子ビームの総電流量（以下「ドーズ」と呼ぶ）が低下し、試料画像が劣化するため、ステージの移動速度を速くした分だけ、電子銃から出射される電子ビームの電流量を増加させる必要がある。
【０２７３】
従って、従来のマルチビーム検査装置における高速検査は、ステージを連続的に高速移動させながら、かつ大電流ビームを試料面上に連続照射させることにより行われている。
【０２７４】
しかしながら、上記のような態様で高速検査を行っても、検査途中で何らかの原因でステージが止まったり移動速度が遅くなったりすることはあり得る。
【０２７５】
このようなステージの停止や低速化の事態が高速検査中に発生すると、大電流ビームが試料面の同一箇所又はその近傍に当たり続け、ドーズが急激に増大する。試料にとって許容できるドーズには限界があり、このドーズの許容範囲を越えるまで電子ビームの照射が続くと、試料にコンタミネーションやチャージアップが生じたり、最悪の場合には試料が破壊される場合もある。
【０２７６】
本発明では、このような点に鑑み、試料と電子ビームとを相対移動させながら、試料に対して電子ビームを照射するに当たり、上記相対移動の停止や低速化によるドーズの急激な増大を防止し、試料を保護できるマルチビーム検査装置を提供する。
【０２７７】
以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【０２７８】
図５７は、マルチビーム検査装置にドーズ制御機能を組み込んだ場合を例示的に示している。
【０２７９】
このマルチビーム検査装置１−１３は、実質的には前述の電子線検査装置と同じ構成とされているが、ステージを停止させた状態で試料画像を取得する動作モード（以下「観察モード」と呼ぶ）と、ステージを移動させながら高速で試料画像を取得する動作モード（以下「検査モード」と呼ぶ）とを切り替え可能に構成されている。このマルチビーム検査装置１−１３は、上記検査モードにおける動作が何らかの原因で異常状態となったときに、ステージ上の試料を保護する機構（以下「試料保護機構」と呼ぶ）が設けられていることを特徴とする。
【０２８０】
このマルチビーム検査装置１−１３は、前述のマルチビーム検査装置と同様に一次光学系１０−１３と、二次光学系３０−１３と、検出装置４０−１３と、チャンバー（図示されていない）とを備えている。
【０２８１】
一次光学系１０−１３は、最上部に電子銃１１−１３が配置されている。電子銃１１−１３は、陰極から放出された熱電子を加速すると共に集束し、電子線として出射するものである。この電子銃１１−１３の陰極には複数の電子線を取り出すことができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ_６）が１１ａ−１３で示されているように加工されている。
【０２８２】
また、電子銃１１−１３には電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃを制御すると共に、電子銃１１−１３の電源をオン・オフ制御する電子銃制御ユニット２０−１３が接続されている。さらに、電子銃１１−１３の位置調整などを行うガンアライメント機構（図示されていない）やガンアライナ（図示されていない）も設けられている。
【０２８３】
また、電子銃１１−１３から出射される電子線の光軸Ａ上には、２段構成の静電レンズ１２−１３，１５−１３と、マルチ開口板１３−１３と、一次偏向器１６−１３とが配置されている。マルチ開口板１３−１３には、直線状に並べられた複数の小孔が形成されており、電子銃１１−１３から出射された電子線を複数の電子ビーム（以下「一次ビーム」と呼ぶ）に形成する。
【０２８４】
第一次光学系１０−１３の各静電レンズ１２−１３，１５−１３は、回転軸対照の３極又は２極の静電レンズ（又は電磁レンズ）である。各静電レンズ１２−１３，１５−１３のレンズ電圧を最適化することによって、出射電子を損失することなく一次ビームの寸法を任意の寸法に整形することができる。各静電レンズのレンズ電圧は、第一次光学系１０−１３に接続された第一次光学系制御ユニット２１−１３によって制御される。
【０２８５】
また、一次偏向器１６−１３は静電偏向器または電磁偏向器で構成される。例えば、一次偏向器１６−１３が８つの電極からなる静電偏向器の場合、Ｘ軸に沿って対向する電極への印加電圧を変化させることで、一次ビームの軌道をＸ方向に偏向することができる。また、Ｙ軸に沿って対向する電極への印加電圧を変化させることで、一次ビームの軌道をＹ方向に偏向することができる。
【０２８６】
一次偏向器１６−１３の各電極への印加電圧は、一次偏向器１６−１３に接続された一次偏向器制御ユニット２２−１３によって制御される。
【０２８７】
なお、電子銃制御ユニット２０−１３，第一次光学系制御ユニット２１−１３、及び一次偏向器制御ユニット２２−１３は、ホストコンピュータ２３−１３に接続されている。
【０２８８】
試料Ｌを載置すると共にＸＹ方向に移動可能なステージ８０−１３が設置されている。このステージ８０−１３には、後述する所定のリターディング電圧Ｖｒが印加されている。
【０２８９】
また、ステージ８０−１３にはステージ制御ユニット２４−１３が接続されている。このステージ制御ユニット２４−１３は、ステージ８０−１３をＸＹ方向に駆動すると共に、レーザ干渉計（図示されていない）を用いてステージ８０−１３のＸＹ位置を読み取り（データレートは例えば１０Ｈｚ）、ＸＹ位置信号をホストコンピュータ２３−１３に出力する。また、ステージ制御ユニット２４−１３は読み取ったＸＹ位置に基づいてステージ８０−１３の移動速度を検出し、速度信号をホストコンピュータ２３−１３に出力する。
【０２９０】
第二次光学系３０−１３の内部には、第二次光学系３０−１３の光軸Ｂに沿って静電対物レンズ３１−１３、Ｅ×Ｂ分離器３２−１３、第２の静電レンズ３３−１３、及び第３の静電レンズ３４−１３が配置されている。
【０２９１】
静電対物レンズ３１−１３は、例えば３枚の電極で構成されていて、静電対物レンズ３１−１３の下（即ち、試料Ｌ側）から１番目の電極と２番目の電極（いずれも図示されていない）とに所定の電圧が印加され、３番目の電極（図示されていない）はゼロ電位に設定される。このような静電対物レンズの構成は当業者には公知のものである。
【０２９２】
Ｅ×Ｂ分離器３２−１３は、電磁プリズムとして作用する偏向器であり、ウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ、ここで、ｖは荷電粒子の速度、Ｅは電界、Ｂは磁界を表し、Ｅ⊥Ｂである）を満たす荷電粒子（例えば一次ビーム）のみを直進させ、それ以外の荷電粒子（例えば二次電子）の軌道を曲げることができる。
【０２９３】
第２の静電レンズ３３−１３及び第３の静電レンズ３４−１３は全てユニポテンシャルレンズまたはアインツエルレンズと呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、それぞれ３枚の電極で構成されている。各静電レンズは通常、外側の２つの電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることでレンズ作用が制御される。
【０２９４】
上記の静電対物レンズ３１−１３、第２の静電レンズ３３−１３，第３の静電レンズ３４−１３の各レンズ電圧、及びＥ×Ｂ分離器３２−１３に印加する電磁界は、第二次光学系３０−１３に接続された第二次光学系制御ユニット２５−１３によって制御される。
【０２９５】
検出装置４０−１３はマルチ開口板４１−１３及び検出器４２−１３を備えている。マルチ開口板４１−１３は第３の静電レンズ３４−１３の像面に配置され、隣接する一次ビームからの二次電子が混入しないように制限する。また、マルチ開口板４１−１３には、マルチ開口板１３３の小孔の数及び配列に合わせた状態で直線状に並べられた、複数の小孔が形成されている。
【０２９６】
検出器４２−１３は、電子を光に変換する蛍光体と、光を電気信号に変換するＰＭＴ（ホトマルチプライヤチューブ）とを備えている。マルチ開口板４１−１３と検出器４２−１３の間には、高電界が印加されているので、マルチ開口板４１−１３の小孔の近傍には凸レンズ作用があり、小孔に近づいた二次電子は全てこれらの小孔を通過する。各検出器４２−１３は画像処理ユニット４３−１３に接続されている。
【０２９７】
なお、第二次光学系制御ユニット２５−１３及び画像処理ユニット４３−１３は、ホストコンピュータ２３−１３に接続されている。また、ホストコンピュータ２３−１３にはＣＲＴ２６−１３が接続されている。
【０２９８】
次に上記構成のマルチビーム検査装置１−１３における一次ビーム及び二次電子の軌道等について順に説明する。
［一次ビーム］
一次ビームは、電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃに応じた電流量で出射される。以下、電子銃１１−１３から出射される一次ビームの電流量を「電子銃電流量Ｉａ」と呼ぶ。電子銃１１−１３からの一次ビームは第一次光学系１０−１３のレンズ作用を受けながら通過して一次偏向器１６−１３に達する。一次偏向器１６−１３の電極に電圧が印加されないとき、一次偏向器１６−１３の偏向作用は一次ビームに及ばないので、一次ビームは一次偏向器１６−１３を通過し、Ｅ×Ｂ分離器３２−１３の中心部に入射する。次に、一次ビームは静電対物レンズ３１−１３を介してマルチビーム状態で試料Ｌに照射される。
【０２９９】
ところで、試料Ｌに照射される一次ビームの電流量（以下「照射電流量Ｉｂ」と呼ぶ）は、上記電子銃電流量Ｉａに比べてはるかに少なくなっている。しかし、照射電流量Ｉｂと電子銃電流量Ｉａとの対応関係は既知であり、また、電子銃電流量Ｉａと電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃとの対応関係も既知であるため、照射電流量Ｉｂと加速電圧Ｖａｃとの関係も既知となる。
【０３００】
従って，電子銃制御ユニット２０−１３では、電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃを制御することにより、一次ビームの照射電流量Ｉｂを所望の値に設定することができる。照射電流量Ｉｂの設定値に関する情報は、電子銃制御ユニット２０−１３からホストコンピュータ２３−１３に対して出力される。
【０３０１】
因みに、照射電流量Ｉｂは、表１に示されるように、後述する観察モード時と検査モード時とで異なる値に設定される。
【０３０２】
【表１】

【０３０３】
一方、試料Ｌにおける一次ビームの照射領域の形状は、第一次光学系１０−１３のレンズ電圧を制御することにより、任意の寸法に調整される。試料Ｌに対して照射電流量Ｉｂにより各一次ビーム間で均一に照射することができる。
【０３０４】
ここで、ステージ８０−１３を停止させている場合（例えば、観察モード）のドーズＤｏは、各一次ビームの合計面積Ｓ、一次ビームの照射時間Ｔとすると、次式（１）で表される。つまりドーズＤｏは、照射電流量Ｉｂと照射時間Ｔとに比例して増大する。
【０３０５】
Ｄｏ ∝ Ｉｂ×Ｔ／Ｓ・・・・・・・（１）
また、ステージ８０−１３を移動させている場合（例えば検査モード）のドーズＤｖは、ステージ８０−１３の移動速度（Ｖ≠０）を用いると、次式（２）で表される。つまり、ドーズＤｖは、照射電流量Ｉｂに比例し、ステージの移動速度Ｖに逆比例して増大する。
【０３０６】
Ｄｖ ∝ Ｉｂ／Ｖ／Ｓ・・・・・・・（２）
しかし、試料Ｌにとって許容できるドーズには限界があり、このドーズの許容範囲を越えるまで一次ビームが照射されると、試料Ｌにコンタミネーションやチャージアップが生じたり、最悪の場合には試料Ｌが破壊することもある。このため、試料Ｌのドーズの許容範囲に関するデータが、試料Ｌの種類ごとに予め定められ、ホストコンピュータ２３−１３の記憶部に格納されている。このドーズの許容範囲に関するデータは、後述する試料保護機構で利用される。
【０３０７】
なお、一次ビームの照射領域のＸＹ位置は、一次偏向器１６−１３の印加電圧を制御して一次ビームの軌道を偏向させることにより、試料Ｌ上を移動させることができる。
［二次ビーム］
試料Ｌに一次ビームが照射されると、その照射領域内の試料Ｌから二次電子、反射電子、又は後方散乱電子のうち、少なくとも１種からなる電子ビーム（以下「二次ビーム」と呼ぶ）が発生する。この二次ビームは、照射領域の二次元画像情報を有する。なお、上記のように一次ビームが試料面に対して垂直に照射されるので、二次電子は影のない鮮明な像を有することになる。
【０３０８】
ここで、試料Ｌを載置するステージ８０−１３にはリターディング電圧Ｖｒが印加されているため、試料Ｌと静電対物レンズ３１−１３の電極との間には、二次ビームに対して加速電界が形成される。従って、試料Ｌから発生した二次ビームは静電対物レンズ３１−１３に向けて加速される。
【０３０９】
そして、二次ビームは静電対物レンズ３１−１３によって集束作用を受け、Ｅ×Ｂ分離器３２−１３の偏向作用を受けて偏向され、第２の静電レンズ３３−１３を介してマルチ開口板４１−１３の各小孔に結像する。この場合、一次ビームにより試料面で放出された二次ビームはマルチ開口板１３−１３の各小孔に対応するマルチ開口板４−１３の各小孔に結像する。
【０３１０】
試料Ｌから発生した二次ビームの結像を、静電対物レンズ３１−１３と第２の静電レンズ３３−１３とで協同して行うことにより、レンズ収差の発生を抑制することができる。
【０３１１】
マルチ開口板４１−１３の小孔に結像したマルチビームの二次元像は、検出器４２−１３の蛍光板で光に変換されたのち、ＰＭＴで電気信号に変換される。
【０３１２】
ここで、本実施例と請求項との対応関係を示しておく。請求項に記載の「移動装置」はステージ８０−１３，ステージ制御ユニット２４−１３に対応し、「測定装置」は電子銃制御ユニット２０−１３，ステージ制御ユニット２４−１３，ホストコンピュータ２３−１３に対応し、「判断装置」はホストコンピュータ２３−１３に対応し、「制御装置」は一次偏向器１６−１３，一次偏向器制御ユニット２２−１３，ホストコンピュータ２３−１３に対応に対応する。
【０３１３】
次に、上記のように構成されたマルチビーム検査装置１−１３の動作について説明する。マルチビーム検査装置１−１３の動作には、ステージ８０−１３を停止された状態で試料Ｌの画像を取得する観察モードと、ステージ８０−１３を移動させながら高速に試料Ｌの画像を取得する検査モードとがある。いずれのモードにおいても、マルチビーム検査装置１では試料Ｌにおけるサイズが各マルチビームで０．１ミクロンとなるように調整されている。
【０３１４】
まず、観察モードについて説明する。
【０３１５】
観察モードにおいて、ステージ制御ユニット２４−１３は、ステージ８０−１３をＸＹ方向に駆動し、試料Ｌの中の観察したい領域（例えば欠陥個所を含む領域）を一次ビームの照射領域内に位置決めする。位置決め後、ステージ８０−１３は停止される。
【０３１６】
また、電子銃制御ユニット２０−１３は、電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃを制御し、一次ビームの照射電流量Ｉｂを６２．５ｎＡ（表１参照）に設定する。
【０３１７】
さらに、画像処理ユニット４３−１３からの信号は、ホストコンピュータ２３−１３からの観察用タイミング信号に基づいて、順次転送される。
【０３１８】
この観察モードによれば、試料Ｌの中の観察したい領域（例えば欠陥箇所を含む領域）の画像を常時ＣＲＴ２６−１３に表示させることができる。
【０３１９】
また、この観察モードによれば、所定のテストパターンを撮像することで、第一次光学系１０−１３や第二次光学系３０−１３のフォーカス調整、収差調整、検出器４２−１３における輝度調整等の装置調整を行うこともできる。
【０３２０】
次に、検査モードにおける試料画像の取得動作について説明する。
【０３２１】
検査モードにおいて、電子銃制御ユニット２０−１３は電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃを制御し、一次ビームの照射電流量Ｉｂを６２．５ｎＡ（表１参照）に設定する。
【０３２２】
また、画像処理ユニット４３−１３は、ホストコンピュタ２３−１３からの観察用タイミング信号に基づいて駆動パルスを供給する。その結果一次偏向器１６−１３走査信号と検出器４２−１３の強度信号からＳＥＭ画像が形成される。
【０３２３】
この検査モードによれば、ステージ８０−１３を高速移動させながら試料画像の撮像動作を実行するので、試料Ｌの比較的広い領域又は全体から連続的にかつ短時間で試料画像を取り込むことができる。
【０３２４】
なお、検査モードでの試料画像の取得が完了すると、ホストコンピュータ２３−１３は、画像情報に対してテンプレートマッチング等を実行することで、試料Ｌの欠陥箇所を特定することができる。
【０３２５】
このような検査モードでは、検査速度を速くするため、ステージ８０−１３の移動速度を速くすると共に、一次偏向器１６−１３への走査信号も速く設定しており、移動速度及び転送レートを速くした分だけ、一次ビームの照射電流量Ｉｂも強く設定している。すなわち、上記検査モードは、ステージ８０−１３を連続的に高速移動させながら、かつ大電流ビームを試料に連続照射させることにより、高速検査を行うものである。
【０３２６】
従って、上記高速検査中に、何らかの原因でステージが停止したり、移動速度が遅くなったりすると、大電流ビームが試料の同一箇所又はその近傍に当たり続け、ドーズが急激に増大する（前述の数式（１）及び（２）参照）。
【０３２７】
しかし、試料Ｌにとって許容できるドーズには限界があり、このドーズの許容範囲を超えるまで一次ビームが照射されると、試料Ｌにコンタミネーションやチャージアップが生じたり、最悪の場合には、試料Ｌが破壊する可能性もある。
【０３２８】
そこで、本実施例のマルチビーム検査装置には、以下で説明するような、試料Ｌを保護するための試料保護機構が組み込まれている。
【０３２９】
図５８（ａ），図５８（ｂ）には、上記試料保護機構の一つの実施例におけるフローチャートが示されている。図５８（ａ），図５８（ｂ）において、ホストコンピュータ２３−１３は、外部から入力される検査モードの指令を受け取ると（Ｓ１０）、試料の試料Ｌに関するドーズの許容範囲データを記憶部から取得する（Ｓ１１）。
【０３３０】
次いでホストコンピュータ２３−１３は、ステージ制御ユニット２４−１３から入力されるステージ８０−１３の移動速度Ｖに関する信号を取得し、この移動速度Ｖと一次ビームの照射電流量Ｉｂと照射領域の面積Ｓとに基づいて（式（２）参照）、試料Ｌへの実際のドーズＤｖを算出する（Ｓ１２）。
【０３３１】
そして、ホストコンピュータ２３−１３は、Ｓ１１で取得したドーズの許容データと、Ｓ１２で算出した実際のドーズＤｖとを比較し（Ｓ１３）、実際のドーズＤｖの方が小さければ、Ｓ１２に戻って処理を繰り返す。従って、実際のドーズＤｖが許容データよりも小さい限り、上述の検査モードにおける試料画像の取得動作が連続して行われる。
【０３３２】
一方、ホストコンピュータ２３−１３は、Ｓ１２で算出した実際のドーズＤｖが許容範囲データよりも大きくなると、現在行われている検査モードが異常であると判断し、一次偏向器制御ユニット２２−１３に対して異常通知を出力する（Ｓ１４）。
【０３３３】
一次偏向器制御ユニット２２−１３は、ホストコンピュータ２３−１３からの異常通知を受け取ると（Ｓ２１）、一次偏向器１６−１３に対してブランキング電圧を印加し、一次ビームの軌道を大きく偏向させる（Ｓ２２）、即ち、ブランキングする。その結果、試料Ｌに大電流の一次ビームが照射されない状態となる。従って、試料Ｌにコンタミネーションやチャージアップが生じたり、試料が破壊するといった最悪の事態を回避できる。
【０３３４】
なお、上記の実施例では、ホストコンピュータ２３−１３からの異常通知を一次偏向器制御ユニット２２−１３に出力し、一次偏向器１６−１３により一次ビームをブランキングする例を説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【０３３５】
例えば、ホストコンピュータ２３−１３からの異常通知を電子銃制御ユニット２０−１３に出力し、電子銃１１の電源をオフにすることによって電子銃１１−１３の電子放出を停止させても良い。
【０３３６】
また、一次ビームの軌道上に、一次偏向器１６−１３以外の偏向器が配置されている場合には、これら他の偏向器を用いて上記と同様のブランキング制御を行っても良い。
【０３３７】
更に、上記の試料保護機構の実施例では、ホストコンピュータ２３−１３からの異常通知によって一次ビームを完全に遮断し、一次ビームが試料Ｌに照射されない状態とする例を示したが、一次ビームの照射を制御し、一次ビームの電流密度（＝照射電流量Ｉｂ／（照射領域の面積Ｓ））を下げることでも、ドーズの急激な増大を防止できる。
【０３３８】
具体的には、一次偏向器１６−１３を用いて一次ビームの軌道を高速かつ広範囲で偏向させ、試料上での照射領域が同じ箇所に留まらないようにする方法がある。
【０３３９】
また、第一次光学系１０−１３を用いて一次ビームの断面を拡大することにより、照射領域の面積Ｓを広げる方法でも、一次ビームの電流密度を下げ、ドーズの急激な増大を防止できる。
【０３４０】
更に、電子銃１１−１３の加速電圧Ｖａｃを制御して一次ビームの出射電流量Ｉａを下げる方法でも、同様に、ドーズの増大を防止できる。
【０３４１】
また、上述の実施例では、ステージ制御ユニット２４−１３によって検出されたステージ８０−１３の移動速度に基づいて、実際のドーズＤｖを算出する例を説明したが、本発明はこの構成に限定されない。
【０３４２】
例えば、試料Ｌのドーズが増大すると試料から発生する二次ビームの量も増大するので、二次ビームの発生量を検出すると共に、二次ビームの発生量と試料Ｌのドーズとの対応関係を利用することによって、実際のドーズＤｖを検知することができる。
【０３４３】
ちなみに、二次ビームの発生量の測定は、検出器４２−１３の出力を時々モニターする事によって測定することもできる。
【０３４４】
更に、試料Ｌのドーズが増大すると試料画像が明るくなりコントラスト比が低下するため、試料画像のコントラスト比を検出すると共に、このコントラスト比と試料Ｌのドーズとの対応関係を利用することによって、実際のドーズＤｖを検知することもできる。
【０３４５】
ちなみに、試料画像のコントラスト比の検出は、画像処理ユニット４３−１３内のメモリに格納された各受光画素の濃度値の平均値と、予め定められた濃度値のしきい値との比較により可能となる。
【０３４６】
また、上述の実施例では、ホストコンピュータ２３−１３の記憶部に、試料Ｌのドーズの許容範囲データを格納しておき、この許容範囲データと実際のドーズＤｖとを比較することにより検査モードが異常か否かを判断する例を説明したが、本発明はこの構成に限定されない。
【０３４７】
例えば、試料のドーズの許容範囲データに基づいて、予め、ステージ８０−１３の移動速度の許容範囲データを算出しておき、この移動速度の許容範囲データをホストコンピュータ２３−１３の記憶部に格納してもよい。この場合、ステージ８０−１３の移動速度の許容範囲データと、実際のステージ８０−１３の移動速度とを比較することで、検査モードの異常を判断することができる。
【０３４８】
同様に、試料Ｌのドーズの許容データに基づいて、予め、二次ビームの発生量の許容範囲データを算出しておき、この二次ビームの発生量の許容範囲データをホストコンピュータ２３−１３の記憶部に格納してもよい。この場合、二次ビームの発生量の許容範囲データと、実際の二次ビームの発生量とを比較することで、検査モードの異常を判断することができる。
【０３４９】
更に、試料Ｌのドーズの許容範囲に基づいて、予め、画像情報のコントラスト比の許容範囲データを算出しておき、このコントラスト比の許容範囲データをホストコンピュータ２３−１３の記憶部に格納してもよい。この場合、画像情報のコントラスト比の許容範囲データと、実際の画像情報のコントラスト比とを比較することで、検査モードの異常を判断することができる。
【０３５０】
また、上述の実施例では、検査モードにおける試料画像の取得中に一次ビームを偏向させない（照射領域を移動させない）例を説明したが、一次ビームを偏向させながら（照射領域を移動させながら）試料画像を取得する場合にも、本発明は適用可能である。
【０３５１】
以上のように、本発明は、単一ビームのＳＥＭを含め、一次ビームと試料とを相対移動させながら試料画像を取得する構成のものであれば、いずれにも適用できる。
【０３５２】
以上から分かるように、上記の電子線検査装置によれば、試料と電子ビームとを相対移動させながら、試料に対して電子ビームを照射するに当たり、上記相対移動の停止や低速化によるドーズの急激な増大を防止し、試料を保護することができるので、大電流ビームを用いた高速処理（特に高速検査）に対する信頼性を向上させることができる。
偏向器、ウィーンフィルタ等の制御素子
前述のごとく電子線検査装置においては、その電子光学系を形成するエレメントとして、静電偏向器、静電レンズ、ウィーンフィルタなどがある。
【０３５３】
図６１は、従来の静電偏向器１００−１４の平面図であり、図６２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図６１のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示している。静電偏向器１００−１４は８極の金属電極１０１−１４が各々、絶縁外筒１０２−１４の内側に固定用ねじ１０３−１４、１０４−１４で取り付けられたものである（図６１、図６２（ａ））。また、各金属電極１０１−１４への電圧印加用配線１０５−１４は配線用ねじ１０６−１４（図６２（ｂ））を用いて金属電極１０１−１４に直接固定される。
【０３５４】
この静電偏向器１００−１４において、各金属電極１０１−１４の内側面１０１ａ−１４に囲まれた空間１０７−１４には、各金属電極１０１−１４への印加電圧に応じた静電界が形成される。したがって、空間１０７−１４を中心軸Ｚに沿って通過する荷電粒子線は、空間１０７−１４に形成された静電界に応じて偏向される。
【０３５５】
ここで、隣り合う金属電極１０１−１４間の隙間部分１０８−１４は一直線の形状ではなく、２度折れ曲がった後に絶縁外筒１０２−１４に到達する形状になっている。これは、空間１０７−１４を通過する荷電粒子線から絶縁外筒１０２−１４の露出部分１０９−１４が直視できないようにするためである。この構造により、絶縁外筒１０２−１４の帯電が防止され、空間１０７−１４内の静電界を各金属電極１０１−１４への印加電圧に応じて精密に制御することができる。
【０３５６】
しかしながら、上記の静電偏向器１０１−１４は構造が複雑で部品点数が多く、低コスト化や小型化が難しいという課題があった。また、静電偏向器１００−１４を構成する８極の金属電極１０１−１４は、金属製の円筒を絶縁外筒１０２−１４の内側にねじ止めした後に分割したものであるため、その分角精度を高めることが困難であった。更に、金属電極１０１−１４の内側面１０１ａ−１４に囲まれた空間１０７−１４の真円度を高めることも困難であった。
【０３５７】
そこで、近年、上記の金属電極１０１−１４の代わりに、メッキなどの表面処理によって絶縁体上に形成された膜状の電極（メッキ電極）を用いることが提案された。メッキ電極を用いた静電偏向器では、電極ねじ止め固定が不要であり、部品点数の削減及び小型化が図られる。
【０３５８】
しかし、メッキ電極を用いた静電偏向器において、上記した従来の静電偏向器１００−１４と同様、電圧印加用配線をメッキ電極にねじ止めで直接固定しようとすると、メッキ電極の表面に穴が開いてしまう可能性がある。メッキ電極に穴が開いていると、荷電粒子線が通過する空間内の静電界分布に歪みが生じてしまい、荷電粒子線に対する偏向制御を高精度に行うことができなくなる。
【０３５９】
このため、静電偏向器のなかには、メッキ電極が形成された絶縁体の支持部をメッキ電極と共に絶縁外筒の端部から突出させ、この突出部分に電界印加用配線を接続させることにより、メッキ電極の表面に穴が開かないようにしているものがある。しかし、この配線構造は複雑であり、また、突出部分に接続した電圧印加用配線の被覆（絶縁体）が、隣り合うメッキ電極間の隙間から見えてしまう可能性もあった。
【０３６０】
なお、その他の荷電粒子線制御素子（静電レンズなど）においても、上述した静電偏向器と同様、メッキ電極を用いて構成することが望まれている。この場合でも、メッキ電極に対する電界印加用配線をどのように接続させるかの工夫が望まれる。
【０３６１】
この発明は上記の点に鑑み、メッキなどの表面処理によって絶縁体上に形成された電極の表面を高精度に保ちつつ、この電極に対して簡素な構成で電圧印加用配線を接続可能とする荷電粒子線制御素子すなわち電子レンズや偏向器を提供する。
【０３６２】
図５９は、偏向器やウィーンフィルタとして使用される、本発明に係る荷電粒子線制御素子の一つの実施の形態を概略的に示す上面図であり、図６０は、荷電粒子線制御素子の縦断面図である。図５９及び図６０において、荷電粒子線制御素子は絶縁物製の基体部１−１４を有する。基体部１−１４は軸Ａを中心とする筒状であり、外側面２−１４、端面３−１４、３’−１４及び内側面４−１４を形成する貫通穴５−１４で定義される構造を有する。使用時に、軸Ａは光軸と一致され、貫通穴５−１４は軸Ａと同軸である。筒状の基体部１−１４には、電極を分離する溝６−１４が軸Ａに平行な方向に且つ放射状に形成される。図に示すように、それぞれの溝６−１４は同一の折れ曲がった形状であり、各溝６−１４の終端に円形の貫通穴７−１４が形成される。更に、図６０に示すように、荷電粒子線制御素子１−１４の上下に、即ち、対向する端面３−１４、３’−１４の近くに、貫通穴５−１４と同径の貫通穴を有するシールド用の導体円板２１−１４がそれぞれ設置される。
【０３６３】
こうした構造において、内側面４−１４と対向する端面３−１４、３’−１４は、絶縁のための非コーティング面１０−１４を除き、金属コーティングが施される。具体的には、内側面４−１４には、斜線で示すように、溝６−１４によって互いに切り離された複数の電極８−１４が形成され、各端面３−１４、３’−１４にも、電極８−１４と電気的に接続された複数の導体部９−１４が形成される。更に、内側面４−１４に形成された電極８−１４から貫通穴７−１４に到る溝６−１４の内面にも、斜線で示すように、金属がコーティングされる。但し、貫通穴７−１４の内面と、貫通穴７−１４から外側面２−１４に到る端面１０−１４は金属コーティングされない。こうして、それぞれの溝６−１４と非コーティング面１０−１４とによって電気的に分離され、かつ、相互に電気的に接続された電極８−１４及び導体部９−１４からなる複数の導電部分が形成される。図５９に示す実施の形態においては、溝６−１４は８個形成され、したがって、相互に電気的に接続された電極８−１４及び導体部９−１４も８個形成される。
【０３６４】
なお、必要であれば、外側面２−１４の一部分にも、導体部９−１４と電気的に接続された導体部を形成するようにしてもよい。
【０３６５】
それぞれの電極８−１４に対する配線１１−１４としては細線が用いられ、該細線は外側面２−１４に、又は端面３−１４、３’−１４のうち一方にボンディングされる。配線１１−１４を外側面２−１４から取り出す場合には荷電粒子線制御素子１−１４の外径が大きくなり、また、配線１１−１４を端面３−１４から取り出すときには、荷電粒子線制御素子の光軸Ａに沿う方向のスペースが余分に必要になる。図５９及び図６０は、配線１１−１４を一方の端面３−１４から取り出す例を示している。
【０３６６】
軸Ａ及び対向する貫通穴７を含む面におけるシールド円板２１−１４と基体部１−１４の端面３−１４との間の距離をＤとし、軸Ａに近い側の電極８−１４の面と軸Ａに近い側の貫通穴７−１４の面との間の半径方向の距離をＬとするとき、Ｌ／Ｄ＜４．０とすることが望ましい。これにより、基体部１−１４の貫通穴７−１４の内面が帯電したとき、その帯電により生じる電位が軸Ａの近くを通過する荷電粒子線に対して与える影響を１／１０００以下に抑えることが可能になる。
【０３６７】
図５９に示す荷電粒子線制御素子は、前述の如き電子線検査装置における静電偏向器やＥ×Ｂ分離器又はウィーン・フィルタとして使用される。
【０３６８】
以上の説明から分かるように、本発明に係る荷電粒子制御素子は、メッキなどの表面処理によって絶縁体上に形成された電極の表面を高精度に保ちつつ、該電極に対して簡素な構成で電圧印加用配線を接続することができ、荷電粒子線制御素子及び荷電粒子線装置の小型化、低コスト化、並びに荷電粒子線制御素子の軌道制御の高精度化を実現することができる。
半導体デバイスの製造方法
以上から明らかな通り、本発明に係る検査装置は、高スループットを可能とするので、ウエハ等の試料を、そのプロセス（処理）途中で、同プロセスに支障を与えることなく、適宜検査することを可能とする。そのような検査をプロセス途中において行うようにした半導体デバイスの製造方法を、図６３及び図６４を参照して説明する。
【０３６９】
図６３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ャートである。この実施例の工程は以下の主工程を含んでいる。
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを準備するウエハ準備工程）
（２）露光に使用するマスクを製造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）
（３）ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを一個づつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
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。
【０３７０】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリーやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。
（１）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板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
（４）レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）加工されたウエハを検査する工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【０３７１】
図６４は、図６３のウエハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。リソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
（１）前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
（２）レジストを露光する工程
（３）露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程
（４）現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程
上記の半導体デバイス製造工程、ウエハプロセッシング工程、及びリソグラフィー工程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。
【０３７２】
上記（７）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バイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【０３７３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々の変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０３７４】
【図１】図１は、本発明に係る検査装置の主要構成要素を示す立面図であって、図２の線Ａ−Ａに沿って見た図である。
【図２】図２は、図１に示す検査装置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３は、図１のミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。
【図４】図４は、図１のローダハウジングを示す図であって、図２の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
【図５Ａ】図５（Ａ）は、ウエハラックの拡大側面図である。
【図５Ｂ】図５（Ｂ）は、（Ａ）の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面図である。
【図６Ａ】図６（Ａ）は、主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
【図６Ｂ】図６（Ｂ）は、主ハウジングの支持方法の他の変形例を示す図である。
【図７】図７は、図１の検査装置の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、図７の電子光学装置の一次光学系に使用されているマルチ開口板の開口の位置関係を示す図である。
【図９】図９は、電位印加機構を示す図である。
【図１０Ａ】図１０（Ａ）は、電子ビームキャリブレーション機構の側面図である。
【図１０Ｂ】図１０（Ｂ）は、同機構の平面図である。
【図１１】図１１は、ウエハのアライメント制御装置の概略説明図である。
【図１２】図１２は、カセットホルダとミニエンバイロンメント装置の拡大断面側面図である。
【図１３】図１３は、電子光学装置による検査工程を示す図である。
【図１４】図１４は、ウィーンフィルタの断面平面図である。
【図１５】図１５は、ウィーンフィルタの断面側面図である。
【図１６】図１６は、一次電子ビームを試料であるウエハに照射する態様を示す図である。
【図１７Ａ】図１７（Ａ）は、従来の電子線検査装置の真空チャンバ及びＸＹステージの正面図である。
【図１７Ｂ】図１７（Ｂ）は、同側面図である。
【図１８】図１８は、上記ＸＹステージに使用されている差動排気装置の説明図である。
【図１９】図１９は、本発明の電子線検査装置の一実施例の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図２０】図２０は、図１９に示された装置に設けられた作動排気機構の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、図１９に示された装置のガスの循環配管系を示す図である。
【図２２】図２２（Ａ）は、本発明の電子ビーム装置の一実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す正面図、図２２（Ｂ）は同側面図である。
【図２３】図２３は、本発明の電子ビーム装置の他の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の電子ビーム装置の別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図２５】図２５は、本発明の電子ビーム装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の電子ビーム装置の更に別の実施形態の真空チャンバ及びＸＹステージを示す図である。
【図２７】図２７（ａ）は、本発明に係る複数鏡筒の電子光学装置の１つの鏡筒の光学系の概略上面図、図２７（ｂ）は、同側面図である。
【図２８】図２８は、本発明に係る複数鏡筒の電子光学装置における複数光学系の第１の配列形態を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明に係る複数鏡筒の電子光学装置における複数光学系の第２の配列形態を示す図である。
【図３０】図３０は、パターン欠陥検出方法を説明するための図である。
【図３１】図３１は、線幅測定方法を説明するための図である。
【図３２】図３２は、電位コントラスト測定方法を説明するための図である。
【図３３】図３３は、電子光学系における軸合わせを説明するための図である。
【図３４】図３４は、軸合わせのために用いられる、図３３の試料の上に設けられるマーカーを示す図である。
【図３５】図３５は、二次光学系の軸合わせを説明するための電子光学系の図である。
【図３６ａ】図３６（ａ）は、光軸合わせが終了した状態での絞り画像とアドレスとの位置関係を示す図である。
【図３６ｂ】図３６（ｂ）は、光軸合わせ途中での絞り画像とアドレスとの位置関係を示す図である。
【図３７】図３７は、本発明に従ってウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂ分離器）への軸合わせを行う、電子線装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図３８】図３８は、本発明の電子線装置の要部の一例を概略的に示す図である。
【図３９】図３９は、図３８の装置における電子ビームとマルチ開口板の開口との調整前の対応関係を示す図である。
【図４０】図４０は、図３８の装置における電子ビームとマルチ開口板の開口との軸合わせ後の対応関係を示す図である。
【図４１】図４１は、図３８の装置における電子ビームとマルチ開口板の開口との本発明による調整後の対応関係を示す図である。
【図４２】図４２は、基準画像と被検査画像との位置ずれを防止するための装置を備えた本発明に係る欠陥検査装置の概略構成図であり且つ本発明に従って照射ポイントと設計ポイントとのずれの較正を行う電子線検査装置の概略構成図である。
【図４３】図４３は、図４２の欠陥検査装置で取得される複数の被検査画像及び基準画像の例を示す図である。
【図４４】図４４は、図４２の欠陥検査装置におけるウエハ検査のメインルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４５】図４５は、図４４における複数の被検査画像データ取得工程（ステップ３０４−９）のサブルーチンの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図４６】図４６は、図４４における比較工程（ステップ３０８−９）のサブルーチンの詳細な流れを示すフローチャートである。
【図４７】図４７は、図４２の欠陥検査装置の検出器の具体的構成例を示す図である。
【図４８】図４８は、半導体ウエハの表面上で部分的に重なり合いながら互いから位置がずらされた複数の被検査領域を概念的に示す図である。
【図４９】図４９は、第１のマルチ開口板の概略正面図である。
【図５０】図５０は、マーカ台の概略平面図である。
【図５１】図５１は、複数の電子ビームの照射位置を較正するための方法を示すフローチャートである。
【図５２ａ】図５２（ａ）は、複数の１次電子ビームのマーカ台での照射位置をＸ軸に沿って較正する方法を示す概略図である。
【図５２ｂ】図５２（ｂ）は、複数の１次電子ビームのマーカ台での照射位置をＹ軸に沿って較正する方法を示す概略図である。
【図５２ｃ】図５２（ｃ）は、光軸の位置とマーク位置との位置合わせを説明するための概略図である。
【図５３ａ】図５３（ａ）は、複数の１次電子ビームをマーカ台でＸ軸に沿っ走査したときに出力される信号波形を示す図である。
【図５３ｂ】図５３（ｂ）は、複数の１次電子ビームをマーカ台でＹ軸に沿っ走査したときに出力される信号波形を示す図である。
【図５３ｃ】図５３（ｃ）は、１次電子ビームの照射位置が較正されたときの偏向電圧と信号強度との関係を示す図である。
【図５４】図５４は、クロスオーバ位置調節の説明のための電子光学系の概略図である。
【図５５】図５５は、本発明によりショット雑音を抑制する方法を説明するための、電子線検査装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図５６】図５６は、ショット雑音を抑制する方法を説明するための、他の電子線検査装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図５７】図５７は、マルチビーム検査装置にドーズ制御機能を組み込んだ電子線検査装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図５８】図５８（ａ），図５８（ｂ）は、一つの実施例に係る試料保護機構における作動フローチャートである。
【図５９】図５９は、この発明に係る荷電粒子線制御素子の一つの実施の形態の構成を概略的に示す図である。
【図６０】図６０は、図５９の荷電粒子線制御素子の断面図である。
【図６１】図６１は、従来の静電偏向器の上面図である。
【図６２】図６２（ａ）は図６１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図６２（ｂ）は図６１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６３】図６３は、本発明に係る検査装置を用いてプロセス途中のウエハを検査するようにしたデバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図６４】図６４は、リソグラフィー工程を示すフローチャートである。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を放出する単一の電子銃と、コンデンサレンズと、複数の孔を設けた開口板と、Ｅ×Ｂ分離器と、対物レンズを有し、前記電子銃からの電子線を検査されるべき試料面上に照射する第一次光学系と、
前記試料から放出され、前記対物レンズで加速され、かつ前記Ｅ×Ｂ分離器で前記第一次光学系から分離された二次電子を、二次電子検出装置に入射させる第二次光学系とを備え、
前記コンデンサレンズを２段として前記電子銃に隣接して配置し、前記２段のコンデンサレンズの後方に前記開口板を配置し、電子線を前記開口板に照射して複数の電子ビームを形成するようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子線を放出する単一の電子銃と、コンデンサレンズと、複数の孔を設けた開口板と、Ｅ×Ｂ分離器と、対物レンズを有し、前記電子銃からの電子線を検査されるべき試料面上に照射する第一次光学系と、前記試料から放出され、前記対物レンズで加速され、かつ前記Ｅ×Ｂ分離器で前記第一次光学系から分離された二次電子を、二次電子検出装置に入射させる第二次光学系とを備え、
前記コンデンサレンズを２段として前記電子銃に隣接して配置し、前記２段のコンデンサレンズの間に前記開口板を配置し、電子線を前記開口板に照射して複数の電子ビームを形成するようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、前記電子銃は空間電荷制限条件で動作するようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、前記電子銃に隣接するコンデンサレンズの励起状態を変化させることでクロスオーバの位置を変更することにより、前記電子銃から放出された電子線のうち強度が大きい部分の放射方向の位置を前記開口板の小孔の領域に合わせるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の電子線装置を用いてプロセス途中のウエハーの評価を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５Ａ】

【図５Ｂ】

【図６Ａ】

【図６Ｂ】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０Ａ】

【図１０Ｂ】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７Ａ】

【図１７Ｂ】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６ａ】

【図３６ｂ】

【図３７】

【図３８】

【図３９】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３】

【図４４】

【図４５】

【図４６】

【図４７】

【図４８】

【図４９】

【図５０】

【図５１】

【図５２ａ】

【図５２ｂ】

【図５２ｃ】

【図５３ａ】

【図５３ｂ】

【図５３ｃ】

【図５４】

【図５５】

【図５６】

【図５７】

【図５８】

【図５９】

【図６０】

【図６１】

【図６２】

【図６３】

【図６４】

【公開番号】特開２００６−３３９１６９（Ｐ２００６−３３９１６９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３１８０２（Ｐ２００６−２３１８０２）
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【分割の表示】特願２００２−５４０１８１（Ｐ２００２−５４０１８１）の分割
【原出願日】平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】