(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子又は電磁波の何れか一つをビームとして発生させるビーム発生手段と、
ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に前記ビームを導き照射する１次光学系と、
可動式のニューメリカルアパーチャ、および前記検査対象から発生して当該ニューメリカルアパーチャを通過した二次荷電粒子を検出する第１検出器を有する２次光学系と、
前記第１検出器によって検出された二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、
前記可動式のニューメリカルアパーチャと前記第１検出器の間に設けられ、前記検査対象から発生する二次荷電粒子のクロスオーバ位置における位置及び形状を検出する第２検出器と
を備え、
前記第１検出器は、前記可動式のニューメリカルアパーチャの位置が前記第２検出器における検出結果に基づいて調整された状態で、前記二次荷電粒子を検出することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記ビームは、荷電粒子のビームであり、
前記ビーム発生手段は、
平面部を有する光透過部材からなる母材の前記平面部に光電子材料をコーティングして形成され、当該光電子材料に照射された光を受けて光電子を発生させる光電素子と、
前記光電素子の後段にそれぞれ所定の間隔で配置され、前記光電素子から発生された光電子を加速させる１枚以上のレンズと、
前記レンズの後段に配置されたニューメリカルアパーチャと、
前記ニューメリカルアパーチャの後段に配置されたカソードレンズと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記ビームは電磁波のビームであり、
前記ビーム発生手段は、波長の異なる複数の前記ビームを発生させることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４】
前記第１検出器は、前記検査対象の前記ビームが照射される面から発生する二次荷電粒子を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記第１検出器は、前記検査対象の前記ビームが照射される面とは反対側の面から発生する二次荷電粒子を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記第１検出器は、ＴＤＩを用いていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】
前記第２検出器は、ＥＢ−ＣＣＤを用いていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の検査装置。
【請求項８】
前記可動式のニューメリカルアパーチャは、開口部が十字穴形状またはスリットで形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の検査装置。
【請求項９】
前記検査対象を観察する光学顕微鏡及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）をさらに備え、
前記ビーム発生手段、前記１次光学系、前記２次光学系、前記画像処理系、前記光学顕微鏡及び前記ＳＥＭは、前記ワーキングチャンバに配設されることを特徴とする請求項１
乃至請求項８のいずれかに記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、詳しくは、検査対象の表面の性状に応じて変化する二次荷電粒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検査対象の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する検査装置、並びに検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体検査装置は、１００ｎｍデザインルールに対応した装置と技術であった。しかし、検査対象の試料は、ウエハ、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）マスク及び基板と多様化しており、現在は試料が５〜３０ｎｍのデザインルールに対応した装置及び技術が求められている。すなわち、パターンにおけるＬ／Ｓ（ライン／スペース）又はｈｐ（ハーフピッチ）のノードが５〜３０ｎｍの世代に対する対応が求められている。このような試料を検査装置で検査する場合、高分解能を得ることが必要になる。
【０００３】
ここで試料とは、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク（及びテンプレート）、半導体ウエハ、光学素子用基板、光回路用基板等である。これらは、パターンを有するものとパターンがないものとがある。パターンが有るものは、凹凸のあるものとないものとが有る。凹凸のないパターンは、異なった材料によるパターン形成がなされている。パターンがないものには、酸化膜がコーティングされているものと、酸化膜がコーティングされていないものとが有る。
【０００４】
ここで、従来技術の検査装置の課題をまとめると以下のとおりとなる。
【０００５】
第一に、分解能とスループットの不足の問題である。写像光学系の従来技術において、ピクセルサイズは５０ｎｍ、収差２００ｎｍ程度であった。さらに高分解能とスループットを向上させるには、収差低減、照射電流のエネルギ幅の低減、小ピクセルサイズ、電流量の増加が必要であった。
【０００６】
第二に、ＳＥＭ式の検査の場合、微細構造の検査になるほど、スループットの問題は大きくなる。より小さなピクセルサイズを用いないと像の解像が不足するからである。これらはＳＥＭが主にエッジコントラストによる像形成と欠陥検査を行うことに起因する。たとえば、５ｎｍＰｘサイズ、２００ＭＰＰＳであれば、およそ６ｈｒ/ｃｍ２となる。これは、写像投影式の２０〜５０倍の時間がかかり、検査において非現実的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／００１５９６号
【特許文献２】特開２００７−４８６８６号公報
【特許文献３】特開平１１−１３２９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来の検査装置の欠点に鑑み、検査精度を向上させ、５〜３０ｎｍのデザインルールにも適用できる検査方法及び検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
また、本発明の一実施形態によると、荷電粒子又は電磁波の何れか一つをビームとして発生させるビーム発生手段と、ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に前記ビームを導き照射する１次光学系と、可動式のニューメリカルアパーチャ、および前記検査対象から発生して当該ニューメリカルアパーチャを通過した二次荷電粒子を検出する第１検出器を有する２次光学系と、前記第１検出器によって検出された二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、前記可動式のニューメリカルアパーチャと前記第１検出器の間に設けられ、前記検査対象から発生する二次荷電粒子のクロスオーバ位置における位置及び形状を検出する第２の検出器とを備えることを特徴とする検査装置が提供される。
【００１０】
前記第１検出器は、前記可動式のニューメリカルアパーチャの位置が前記第２検出器における検出結果に基づいて調整された状態で、前記二次荷電粒子を検出してもよい。
【００１１】
前記ビームは、荷電粒子のビームであり、前記ビーム発生手段は、平面部を有する光透過部材からなる母材の前記平面部に光電子材料をコーティングして形成され、当該光電子材料に照射された光を受けて光電子を発生させる光電素子と、前記光電素子の後段にそれぞれ所定の間隔で配置され、前記光電素子から発生された光電子を加速させる１枚以上のレンズと、前記レンズの後段に配置されたニューメリカルアパーチャと、前記ニューメリカルアパーチャの後段に配置されたカソードレンズとを備えてもよい。
【００１２】
前記ビームは電磁波のビームであり、前記ビーム発生手段は、波長の異なる複数の前記ビームを発生させてもよい。
【００１３】
前記第１検出器は、前記検査対象の前記ビームが照射される面から発生する二次荷電粒子を検出させてもよい。
【００１４】
前記第１検出器は、前記検査対象の前記ビームが照射される面から発生する二次荷電粒子を検出させてもよい。
【００１５】
前記第１検出器は、前記検査対象の前記ビームが照射される面とは反対側の面から発生する二次荷電粒子を検出してもよい。
【００１６】
前記第１検出器は、ＴＤＩを用いていてもよい。
【００１７】
前記第２検出器は、ＥＢ−ＣＣＤを用いていてもよい。
【００１８】
前記可動式のニューメリカルアパーチャは、開口部が十字穴形状またはスリットで形成されていてもよい。
【００１９】
前記検査対象を観察する光学顕微鏡及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）をさらに備え、
前記ビーム発生手段、前記１次光学系、前記２次光学系、前記画像処理系、前記光学顕微鏡及び前記ＳＥＭは、前記ワーキングチャンバに配設されていてもよい。
【００２０】
上述した二次荷電粒子は、２次放出電子、ミラー電子、光電子の一部または混在したものである。電磁波を照射したときは、試料表面からは光電子が発生する。試料表面に電子線などの荷電粒子を照射したときは、試料表面から二次放出電子が発生する。または、ミラー電子が形成される。試料表面に電子線が衝突して発生するのが二次放出電子である。つまり、二次放出電子とは、二次電子、反射電子、後方散乱電子の一部または混在したものを示す。また、照射した電子線が試料表面に衝突しないで表面近傍にて反射したものをミラー電子という。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、検査精度が向上した検査方法及び検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一実施形態に係る本発明の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２Ａ】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２Ｂ】一実施形態に係る本発明の検査装置における基板搬入装置の他の実施例を示す概略断面図である。
【図３】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５】ウエハラックの拡大図であって、［Ａ］は側面図で、［Ｂ］は［Ａ］の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面図である。
【図６】主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
【図７】主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
【図８】図１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９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２６Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２６Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２６Ｃ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２７Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２７Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２９Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２９Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３２Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３２Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３２Ｃ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３２Ｄ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３２Ｅ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図３９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図４９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図５９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図６９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図７９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図８９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９６Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９６Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図９９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１００】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１０９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１１９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１２９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１３９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４５Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４５Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４５Ｃ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４６Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４６Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４７Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４７Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４８Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４８Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４８Ｃ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４９Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１４９Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５１Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５１Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５３Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５３Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５７Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５７Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５７Ｃ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１５９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６０Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６０Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６２Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６２Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１６９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１７９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１８９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９４Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９４Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９５Ａ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９５Ｂ】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図１９９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２００】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２０９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１４】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１５】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１６】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１７】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１８】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２１９】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２０】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２１】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２２】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２３】本発明の一実施形態に係る図である。
【図２２４】本発明の一実施形態に係る図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、検査対象として表面にパターンが形成された基板すなわちウエハを検査する半導体検査装置として説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の検査装置及び検査方法の例であって、これらに限定されるわけではない。
【００２４】
図１及び図２Ａにおいて、本実施形態の半導体検査装置１の主要構成要素が立面及び平面で示されている。
【００２５】
本実施形態の半導体検査装置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、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置７０と、光学顕微鏡３０００と、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）３００２を備え、それらは図１及び図２Ａ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１４に図示）と、電子ビームキャリブレーション機構８５（図１５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。電子光学装置７０は、鏡筒７１及び光源筒７０００を有している。電子光学装置７０の内部構造については、後述する。
【００２６】
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（この実施形態では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、この実施形態では、自動的にカセットｃが装填される形式であり、例えば昇降テーブル１１と、その昇降テール１１を上下移動させる昇降機構１２とを備え、カセットｃは昇降テーブル上に図２Ａで鎖線図示の状態で自動的にセット可能になっていて、セット後、図２Ａで実線図示の状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第１の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブル１１は図１で鎖線図示の状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ、或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
【００２７】
別の実施の態様では、図２Ｂに示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（記載せず）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱２４は、角筒状の箱本体５０１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類およびファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケット（図示せず）、ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、ファンモータ５０７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー６０のロボット式の第１の搬送ユニット６１２により、基板を出し入れする。
【００２８】
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、成膜工程、ＣＭＰ、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。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と後述する第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになっている。
【００２９】
ミニエンバイロメント装置
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検査対象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２５とを備えている。
【００３０】
ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有し、ミニエンバイロメント空間２１を外部から遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間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（この実施形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット２３１と、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。この実施形態では、気体供給ユニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて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が形成されている。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３ないし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。
【００３１】
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。
【００３２】
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたアライナ２５は、ウエハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウエハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ウエハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出してウエハの軸線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。プリアライナは請求項に記載された発明の検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このプリアライナ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。
【００３３】
なお、図示しないが、プリアライナ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。
【００３４】
主ハウジング
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、この実施形態では、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。この実施形態において、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
第１のローディングチャンバ４１内には、複数（本実施形態では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に示されるように、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の先端を隣接する支柱間からウエハに接近させてアームによりウエハを把持するようになっている。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御したりする。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置されている。なお、ステージ装置５０は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。
【００４１】
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クピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。
【００４２】
なお、この実施形態では図２で左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＸテーブルとしてもよい。
【００４３】
ローダー
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。
【００４４】
第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１に関して軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回転可能になっている多節のアーム６１２を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つの部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆動部６１１内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸６１３に取り付けられている。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ１−Ｏ１に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、には公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウ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。
【００４５】
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を１枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図２に示すような状態）、アームがプリアライナ２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたウエハをプリアライナ２５に載せる。プリアライナ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
ウエハの搬送
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について、順を追って説明する。
【００４９】
カセットホルダ１０は、上述したように人手によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが、また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施形態において、カセットｃがカセットホルダ１０の昇降テーブル１１の上にセットされると、昇降テーブル１１は昇降機構１２によって降下されカセットｃが出入り口２２５に整合される。
【００５０】
カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きまたカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０側に出入り口２２５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口２２５を開く。
【００５１】
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、この実施形態では第１の搬送ユニット６１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行うが、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或いはその両者で行ってもよい。
【００５２】
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Ｏ１−Ｏ１の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウエハをプリアライナ２５の上に載せ、そのプリアライナによってウエハの回転方向の向き（ウエハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ユニット６１はアームの先端にプリアライナ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。
【００５３】
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に設けられた気体供給ユニット２３１からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウエハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施形態では供給ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジング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。
【００５４】
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。
【００５５】
シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じると、第２のローディングチャンバ内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６１のアームはワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ３１内のステージ装置では、Ｙテーブル５２が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ０−Ｘ０が第２の搬送ユニット６３の回動軸線Ｏ２−Ｏ２を通るＸ軸線Ｘ１−Ｘ１とほぼ一致する位置まで、図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。
【００５６】
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。
【００５７】
具体的には、第２の搬送ユニットのウエハラック４７に、既に処理済のウエハＡと未処理のウエハＢがある場合、
（１）まず、ステージ装置５０に未処理のウエハＢを移動し、処理を開始する。（２）この処理中に、処理済ウエハＡを、アームによりステージ装置５０からウエハラック４７に移動し、未処理のウエハＣを同じくアームによりウエハラックから抜き出し、プリアライナで位置決めした後、ローディングチャンバ４１のウエハラック４７に移動する。
このようにすることで、ウエハラック４７の中は、ウエハＢを処理中に、処理済のウエハＡが未処理のウエハＣに置き換えることができる。
【００５８】
また、検査や評価を行うこのような装置の利用の仕方によっては、ステージ装置５０を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのウエハラック４７からウエハを移動することで、複数枚のウエハを同じ処理することもできる。
【００５９】
図６において、主ハウジングの支持方法の変形例が示されている。図６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、前記実施形態の底壁に比較して薄い構造になっている。図７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７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。
【００６０】
図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本外のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。
【００６１】
上記の実施形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（Ａ）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
（Ｂ）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
（Ｃ）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを、一体的に振動防止装置を介して支持したので、外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
【００６２】
電子光学装置
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８に概略図示するような、一次光源光学系（以下単に「１次光学系」という。）７２と、二次電子光学系（以下単に「２次光学系」という。）７４とを備える光学系と、検出系７６とが設けられている。１次光学系７２は、光線を検査対象であるウエハＷの表面に照射する光学系で、光線を放出する光源１００００と、光線の角度を変更するミラー１０００１とを備えている。この実施形態では、光源から出射される光線１００００Ａの光軸は、検査対象のウエハＷから放出される光電子の光軸（ウエハＷの表面に垂直）に対して斜めになっている。
【００６３】
検出系７６は、レンズ系７４１の結像面に配置された検出器７６１及び画像処理部７６３を備えている。
【００６４】
光源（光線光源）
本実施形態においては、光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いている。ＤＵＶレーザ光源１００００からは、ＤＵＶレーザ光が出射される。なお、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶの光及びレーザ、そしてＸ線及びＸ線レーザ等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が放出される光源であれば他の光源を用いても良い。
【００６５】
１次光学系
光源１００００より出射される光線によって一次光線を形成し、ウエハＷ面上に矩形、又は円形（楕円であってもよい）ビームを照射する部分で１次光学系と呼ぶ。光源１００００より出射される光線は、対物レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次光線として照射される。
【００６６】
２次光学系
ウエハＷ上に照射された光線により発生する光電子による二次元の画像を、ミラー１０００１に形成された穴を通り抜け、静電レンズ（トランスファーレンズ）１０００６及び１０００９によりニューメリカルアパーチャ１０００８を通して視野絞り位置で結像させ、後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。この結像投影光学系を２次光学系７４と呼ぶ。
【００６７】
このとき、ウエハにはマイナスのバイアス電圧が印加されている。静電レンズ７２４（レンズ７２４−１及び７２４−２）とウエハ間の電位差で試料面上から発生した光電子を加速させ、色収差を低減させる効果を持つ。この対物レンズ光学系７２４における引き出し電界は、３ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍであり、高い電界になっている。引き出し電界を増加させると、収差の低減効果があり、分解能が向上するという関係にある。一方で、引き出し電界を増加させると、電圧勾配が大きくなり放電が発生しやすくなる。したがって、引き出し電界は、適切な値を選んで用いることが重要である。レンズ７２４（ＣＬ）によって規定倍率に拡大された電子はレンズ（ＴＬ１）１０００６により収束され、ニューメリカルアパーチャ１０００８（ＮＡ）上にクロスオーバ（ＣＯ）を形成する。また、レンズ（ＴＬ１）１０００６とレンズ（ＴＬ２）１０００９の組み合わせにより、倍率のズームを行うことが可能である。その後レンズ（ＰＬ）７４１で拡大投影し、検出器７６１におけるＭＣＰ（Micro Channel Plate）上に結像させる。本光学系ではＴＬ１−ＴＬ２間にＮＡを配置し、これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。
【００６８】
検出器
２次光学系で結像されるウエハからの光電子画像は、まずマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり光の像に変換される。ＭＣＰの原理としては直径６〜２５μｍ、長さ０．２４〜１．０ｍｍという非常に細い導電性のガラスキャピラリを数百万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキャピラリが、独立した電子増幅器として働き、全体として電子増幅器を形成する。
【００６９】
この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれたＦＯＰ（Fiber Optical Plate）系でＴＤＩ（Time Delay integration）−ＣＣＤ（Charge Coupled Device）上に１対１で投影される。また、他の方法としては蛍光材のコートされたＦＯＰがＴＤＩセンサ面に接続されて真空中にて電子/光変換された信号がＴＤＩセンサに導入される場合がある。このほうが、大気中に置かれた場合よりも、透過率やＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の効率がよい。例えば透過率およびＭＴＦにおいて×５〜×１０の高い値が得られる。このとき、検出器としては、上述したように、ＭＣＰ＋ＴＤＩを用いることがあるが、その代わりに、ＥＢ（Electron Bombardment）−ＴＤＩまたは、ＥＢ−ＣＣＤを用いてもよい。ＥＢ−ＴＤＩを用いると、試料表面から発生し、２次元像を形成している光電子が、直接ＥＢ−ＴＤＩセンサ面に入射するので、分解能の劣化がなく像信号の形成ができる。例えば、ＭＣＰ＋ＴＤＩであると、ＭＣＰで電子増幅した後、蛍光材やシンチレータ等により電子／光変換が行われ、その光像の情報がＴＤＩセンサに届けられることになる。それに対して、ＥＢ−ＴＤＩ、ＥＢ−ＣＣＤでは、電子／光変換、光増情報の伝達部品／損失がないので、像の劣化がなく、センサに信号が届くのである。例えば、ＭＣＰ＋ＴＤＩを用いたときは、ＥＢ−ＴＤＩやＥＢ−ＣＣＤを用いたときと比べて、ＭＴＦやコントラストが１／２〜１／３になる。
【００７０】
なお、この実施形態において、対物レンズ系７２４は、１０ないし５０ｋＶの高電圧が印加され、ウエハＷは設置されているものとする。
【００７１】
写像投影方式の主な機能の関係とその全体像の説明
図９に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略図示している。
【００７２】
図９において、検査装置は鏡筒７１、光源筒７０００およびチャンバ３２を有している。光源筒７０００内部には、光源１００００が設けられており、光源１００００から照射される光線（一次光線）の光軸上に１次光学系７２が配置される。また、チャンバ３２の内部には、ステージ装置５０が設置され、ステージ装置５０上にはウエハＷが載置される。
【００７３】
一方、鏡筒７１の内部には、ウエハＷから放出される二次ビームの光軸上に、カソードレンズ７２４（７２４−１及び７２４−２）、トランスファーレンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８、レンズ７４１および検出器７６１が配置される。なお、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄板である。
【００７４】
一方、検出器７６１の出力は、コントロールユニット７８０に入力され、コントロールユニット７８０の出力は、ＣＰＵ７８１に入力される。ＣＰＵ７８１の制御信号は、光源制御ユニット７１ａ、鏡筒制御ユニット７１ｂおよびステージ駆動機構５６に入力される。光源制御ユニット７１ａは、光源１００００の電源制御を行い、鏡筒制御ユニット７１ｂは、カソードレンズ７２４、レンズ１０００６及び１０００９、レンズ７４１のレンズ電圧制御と、アライナ（図示せず）の電圧制御（偏向量制御）を行う。
【００７５】
また、ステージ駆動機構５６は、ステージの位置情報をＣＰＵ７８１に伝達する。さらに、光源筒７０００、鏡筒７１、チャンバ３２は、真空排系（図示せず）と繋がっており、真空排気系のターボポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。また、ターボポンプの下流側には、通常ドライポンプまたはロータリーポンプによる粗引き真空排気装置系が設置されている。
【００７６】
一次光線が試料に照射されると、ウエハＷの光線照射面からは、二次ビームとして光電子が発生する。
【００７７】
二次ビームは、カソードレンズ７２４、ＴＬレンズ群１０００６と１０００９、レンズ（ＰＬ）７４１を通って検出器に導かれ結像する。
【００７８】
ところで、カソードレンズ７２４は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料Ｗ側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。そのため、カソードレンズは両テレセントリックとなっていると効果的である。カソードレンズによって結像した二次ビームは、ミラー１０００１の穴を通過する。
【００７９】
二次ビームを、カソードレンズ７２４が１段のみで結像させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、２段のダブレッドレンズ系にして、１回の結像をおこなわせる。この場合、その中間結像位置は、レンズ（ＴＬ１）１０００６とカソードレンズ７２４の間である。また、このとき上述したように、両テレセントリックにすると収差低減に大変効果的である。二次ビームは、カソードレンズ７２４およびレンズ（ＴＬ１）レンズ１０００６により、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８上に収束されクロスオーバを形成する。レンズ７２４とレンズ（ＴＬ１）１０００６との間で一回結像し、その後、レンズ（ＴＬ１）１０００６とレンズ（ＴＬ２）１０００９によって中間倍率が決まり、レンズ（ＰＬ）７４１で拡大されて検出器７６１に結像される。つまり、この例では合計３回結像する。
【００８０】
また、レンズ１０００６、１０００９、レンズ７４１はすべて、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、通常は外側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。また、このレンズ構造に限らず、レンズ７２４の１段目または２段目、または両方にフォーカス調整用電極を所持する構造、またはダイナミックにおこなうフォーカス調整用電極を備え、４極である場合や５極である場合がある。また、ＰＬレンズ７４１についても、フィールドレンズ機能を付加して、軸外収差低減を行い、かつ、倍率拡大を行うために、４極または５極とすることも有効である。
【００８１】
二次ビームは、２次光学系により拡大投影され、検出器７６１の検出面に結像する。検出器７６１は、電子を増幅するＭＣＰと、電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部との中継および光学像を伝達させるためのレンズやその他の光学素子と、撮像素子（ＣＣＤ等）とから構成される。二次ビームは、ＭＣＰ検出面で結像し、増幅され、蛍光板によって電子は光信号に変換され、撮像素子によって光電信号に変換される。
【００８２】
コントロールユニット７８０は、検出器７６１からウエハＷの画像信号を読み出し、ＣＰＵ７８１に伝達する。ＣＰＵ７８１は、画像信号からテンプレートマッチング等によってパターンの欠陥検査を実施する。また、ステージ装置５０は、ステージ駆動機構５６により、ＸＹ方向に移動可能となっている。ＣＰＵ７８１は、ステージ装置５０の位置を読み取り、ステージ駆動機構５６に駆動制御信号を出力し、ステージ装置５０を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
【００８３】
また、拡大倍率の変更は、レンズ１０００６及び１０００９のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野全面に均一な像が得られる。なお、本実施形態では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するために、２次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、単位ピクセルあたり放出される電子量を一定になるように１次光学系のレンズ条件を設定する。
【００８４】
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。本検査装置では検査対象である基板すなわちウエハに電子線を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、光線の照射により生じる光電子の情報をウエハ表面の情報とするが、ウエハ材料、照射する光やレーザの波長や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光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、本実施形態では、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光やレーザを照射する前に、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検出対象である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。
【００８５】
図１０は、本発明によるプレチャージユニットの一実施の形態の要部を示す。
【００８６】
荷電粒子８１８は荷電粒子照射線源８１９からウエハＷへ、バイアス電源８２０で設定された電圧で加速されて照射される。被検査領域８１５は領域８１６とともに既に前処理の荷電粒子照射を行った場所を示し、領域８１７は荷電粒子照射を行っている場所を示す。この図では試料基板Ｗを図の矢印の方向に走査しているが、往復走査を行う場合は、図示点線で示すように、荷電粒子線源８１９をもう一台一次電子線源の反対側に設置し、試料基板Ｗの走査方向に同期して交互に荷電粒子線源８１９、８１９をオン、オフすれば良い。この場合、荷電粒子のエネルギが高すぎると試料基板Ｗの絶縁部からの二次電子収率が１を超えてしまい、表面が正に帯電し、またそれ以下でも二次電子が生成すると現象が複雑となり、照射効果が減少するので、二次電子の生成が激減する１００ｅＶ以下（理想的には０ｅＶ以上で３０ｅＶ以下）のランディング電圧に設定するのが効果的である。
【００８７】
図１１は本実施形態におけるプレチャージユニットの第２の実施形態を示す。本図は荷電粒子線として電子線８２５を照射するタイプの照射線源を示す。照射線源は、熱フィラメント８２１、引きだし電極８２４、シールドケース８２６、フィラメント電源８２７、電子引き出し電源８２３から構成されている。引き出し電極８２４は厚さ０．１ｍｍで、幅０．２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのスリットが設けられており、直径０．１ｍｍのフィラメント８２１との位置関係は３電極電子銃の形態となっている。シールドケース８２６には幅１ｍｍ長さ２ｍｍのスリットが設けられており、引出し出極８２４とは距離１ｍｍの間隔とし、両者のスリットセンターが一致する様に組み上げられている。フィラメントの材質はタングステン（Ｗ）で２Ａの電流を流し、引き出し電圧２０Ｖ、バイアス電圧−３０Ｖで数μＡの電子電流が得られている。
【００８８】
ここに示した例は一つの例であり、例えば、フィラメント材質はＴａ、Ｉｒ、Ｒｅ等の高融点金属や、トリアコートＷ、酸化物陰極等が使用でき、その材質、線径、長さによりフィラメント電流が変わることは言うまでもない。また、その他の種類の電子銃でも電子線照射領域、電子電流、エネルギが適当な値に設定できるものであれば使用する事が可能である。
【００８９】
図１２は第３の実施例を示す。本荷電粒子線としてイオン８２９を照射するタイプの照射線源を示す。本照射線源はフィラメント８２１、フィラメント電源８２２、放電電源８２７、陽極シールドケース８２６から構成されており、陽極８２８とシールドケース８２６には１ｍｍ×２ｍｍの同じサイズのスリットが明けられており、１ｍｍ間隔で両スリットの中心が一致する様に組み立てられている。シールドケース８２６内にパイプ８３１を介してＡｒガス８３０を１Ｐａ程度導入し、熱フィラメント８２１によるアーク放電タイプで動作させる。バイアス電圧は正の値に設定する。
【００９０】
図１３は第４の実施例であるプラズマ照射方式の場合を示す。構造は図２０と同様である。動作も上記と同様、熱フィラメント８２１によるアーク放電タイプで動作させるが、バイアス電位を０Ｖにすることにより、ガス圧によりプラズマ８３２がスリットからしみだし、試料基板に照射される。プラズマ照射の場合は他の方法に比べて正負両方の電荷を持つ粒子の集団のため試料基板表面の正負どちらの表面電位も０に近づけることが可能となる。
【００９１】
ウエハＷに接近して配置された荷電粒子照射部８１９は、図１０ないし図１３に示す構造のものであり、ウエハＷの酸化膜や窒化膜の表面構造の違いや、異なる工程後毎のそれぞれのウエハＷに対して適当な条件により、荷電粒子８１８を照射するようになっており、ウエハＷに対して最適な照射条件で照射を行った後、すなわち、ウエハＷの表面の電位を平滑化、もしくは荷電粒子により飽和させた後に、照射する光、またはレーザ、または、電子線７１１と、二次荷電粒子７１２により画像を形成し、欠陥を検出するようになっている。
【００９２】
以上説明した通り、本実施形態においては、荷電粒子照射による測定の直前処理によって、帯電による測定画像歪みが生じないか、生じてもわずかであるので欠陥を正しく測定できる。
【００９３】
また、従来では使用が問題となっていた照射量の光、レーザ、または１次電子線を、大量に照射してステージを走査できるので、光電子、二次放出電子、ミラー電子等の二次荷電粒子も多量に検出され、Ｓ／Ｎ比の良い検出信号が得られ、欠陥検出の信頼性が向上する。
【００９４】
また、Ｓ／Ｎ比が大きいので、より早くステージを走査しても良好な画像データを作製でき、検査のスループットを大きくすることができる。
【００９５】
電位印加機構
図１４において、電位印加機構８３は、ウエハから放出される二次荷電粒子の発生率や２次系の透過率が、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荷電粒子の発生を制御するものである。また、１次系に電子線の照射を行う場合には、この電位印加機構により、照射電子が当初有しているエネルギを減速し、ウエハに０〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギとするための用途も果たす。また、試料であるウエハの基準電圧を形成することになり、２次系を移動する電子のエネルギを決定することになる。
【００９６】
電位印加機構８３は、図１４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８３３と、モニタ８３３に接続されたオペレータ８３４と、オペレータ８３４に接続されたＣＰＵ８３５とを備えている。ＣＰＵ８３５は、前記電圧印加装置８３１に信号を供給するようになっている。
【００９７】
上記電位印加機構は、検査対象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。
【００９８】
検査試料の電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、その部分の電圧が異なることを利用することもできる。
【００９９】
それは、まず、試料に事前に電荷を付与することで、本来電気的に絶縁されている部分の電圧と、本来電気的に絶縁されている部分であるが、何らかの原因で通電状態にある部分の電圧とに電圧差を生じさせ、その後本発明のビームを照射することで、電圧差があるデータを取得し、この取得データを解析して、通電状態となっていることを検出する。
【０１００】
照射ビームキャリブレーション機構
図１５において、照射ビームキャリブレーション機構８５は、前記回転テーブル５４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、８５２及び標準試料８５３を備えている。標準試料８５３は、パターンのないベタ面の部位と格子パターンの基準ピッチが形成されている格子パターン等を含んだものが用いられる。ベタ面は、導電性材料が用いられる。これらの部位に光やレーザを照射したとき、ビームの照射領域を計測できるように、低倍にて照射した部位から生じる光電子像を撮像して、その階調プロファイルより求めることができる。導電性であると表面電位が安定しているので安定した測定ができる。また、格子パターンがあるとピッチが分かっているので例えば２μｍピッチ、照射部位の光電子像のプロファイルから照射部の大きさとピッチの関係から照射部位のサイズと強度のプロファイルを測定することができる。また、ファラデーカップを用いることもできる。ファラデーカップを用いる場合では、孔のある部位に光又はレーザを照射して、得られた照射領域の光電子像を取得する。そして、ファラデーカップの孔のサイズが分かっているのでそのサイズと照射領域のサイズを比較することにより照射領域のサイズと座標を測定することができる。また、照射ビームに電子ビームを用いた時は、本来のファラデーカップの使用が可能である。ファラデーカップに電子線が入射すると電子ビームの電流測定ができるのである。ファラデーカップ８５１は細いビーム用（約φ２μｍ）、ファラデーカップ８５２は太いビーム用（約φ３０μｍ）の２種類がある。細いビーム用のファラデーカップ８５１では回転テーブル５４をステップ送りすることで、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。
【０１０１】
アライメント制御装置
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倍率が低い測定）、電子光学装置７０の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でウエハを検査するのは、ウエハのパターンの検査を自動的に行うためには、光またはレーザ照射による光電子像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、光電子像によりアライメントマークを容易に検出する必要があるからである。この時、光電子の代わりに、照射ビームとして電子線を用いることも可能である。
【０１０２】
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（１次光学系７２及び２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１６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により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。
【０１０３】
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Ｏ３−Ｏ３と光学顕微鏡８７１の光軸Ｏ４−Ｏ４との間の距離（この実施形態ではＸ軸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撮像して画像を記憶したり又は検出器７６１を介してモニタ７６５に表示させたりする。この時、１次系として光またはレーザビームを照射して、光電子像を利用することができる。また、１次系として、電子線を用いた場合には、２次放出電子やミラー電子像を得て、アライメントに利用できる。
【０１０４】
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した表示させた後、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電子光学系の光軸Ｏ３−Ｏ３に対するウエハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターンの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。
【０１０５】
真空排気系
真空排気系は真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシーケンスに従い真空排気を行う。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニタを行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等の緊急制御を行い、真空度の確保をする。真空ポンプとしては主排気にターボ分子ポンプを用いることができる。
【０１０６】
粗引き用としてルーツ式のドライポンプを使用する。検査場所（電子線照射部）の圧力は１０−３〜１０−５Ｐａ、好ましくはその１桁下の１０−４〜１０−６Ｐａが実用的である。
【０１０７】
制御系
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。
【０１０８】
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カ等）。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ヘのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のＺ方向（２次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系ヘフィードバックし、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。
【０１０９】
制御コントローラは主に１次光学系及び２次電子光学系の制御（光源またはレーザ光源、ミラー、光学系レンズ、電子光学系レンズ、アライナ、ウィーンフィルタ用など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照射ビーム密度が保持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への自動電圧設定等の制御（連動制御）が行われる。また、倍率が変わったときに、検出器が取得するＰｘ当たりの電子数（電子数／Ｐｘ）が一定になるように照射ビーム密度を変化させる制御を行うと効果的である。一定の輝度で倍率が異なる電子像が得ることができる。
【０１１０】
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オーダの移動（±０．０５μｍ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±０．１秒程度以内で、回転方向の制御（θ制御）も行われる。
【０１１１】
電極の清掃
本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的な除去は絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して真空中で水素や酸素あるいはフッ素及びそれらを含む化合物ＨＦ、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＭＦＮ等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位（数ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ）に維持することで、有機物質のみ酸化、水素化、フッ素化により除去する。
【０１１２】
ステージ装置の変形例
図１７は、本発明による検出装置におけるステージ装置の一変形例を示す。ステージ９３のＹ方向可動部９５の上面には＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図１７［Ｂ］で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板９１４が取り付けられ、Ｘ方向可動部９６の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部９５０が構成されるようになっている。また、Ｘ方向可動部９６の上面にも同様の仕切り板９１２が±Ｘ方向（図１７［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９７の上面との間に常に絞り部９５１が形成されるようになっている。ステージ台９７は、ハウジング９８内において底壁の上に公知の方法で固定されている。
【０１１３】
このため、試料台９４がどの位置に移動しても常に絞り部９５０と９５１が形成されるので、可動部９５及び９６の移動時にガイド面９６ａや９７ａからガスが放出されても、絞り部９５０と９５１によって放出ガスの移動が妨げられるため、荷電ビームが照射される試料近傍の空間９２４の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。
【０１１４】
ステージの可動部９５の側面及び下面並びに可動部９６の下面には、静圧軸受け９０の周囲に、図１８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９５０、９５１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９１３や９１５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９１３や９１５を、差動排気溝９１７や９１８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９１３や９１５の圧力を下げることができ、試料近傍９２４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９１−１と９１−２とが設けられている。排気通路はステージ台９７及びハウジング９８を貫通してハウジング９８の外部に通じている。また、排気通路９１−２はＸ方向可動部９６に形成されＸ方向可動部９６の下面に開口している。
【０１１５】
また、仕切り板９１２及び９１４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たりして、その移動方向の端部を、仕切り板９１４の場合はＸ方向可動部９６に、仕切り板９１２の場合はハウジング９８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。
【０１１６】
図１９において、ステージ装置の第２の変形例が示されている。
【０１１７】
この実施態様では、鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２の周囲に、試料Ｗの上との間に絞り部ができるように円筒状の仕切り９１６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９２４は仕切り９１６で仕切られており真空配管７１０で排気されているので、チャンバＣ内と仕切りの内部９２４との間に圧力差が生じ、仕切り内部の空間９２４の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り９１６と試料面との隙間は、チャンバＣ内と照射部７２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９１６内と真空配管とは公知の方法により連通されている。
【０１１８】
また、荷電ビーム照射装置では、試料Ｗに数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料を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９１６の材質をセラミックスまたは、ポリイミドコート（１０〜５０μｍ程度）の導電材料等の表面が絶縁物で構成すれば、試料Ｗと仕切り９１６との間で放電を起こすことがなくなる。
【０１１９】
なお、試料Ｗ（ウエハ）の周囲に配置したリング部材９４−１は試料台９４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荷電ビームを照射する場合であっても、仕切り９１６の先端部全周に亘って微小隙間９５２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Ｗのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕切り９１６の先端部には常に一定の微小隙間９５２が形成され、鏡筒先端部周囲の空間９２４の圧力を安定に保つことができる。
【０１２０】
図２０において、別の変形例が示されている。
【０１２１】
鏡筒７１の荷電ビーム照射部７２の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り９１９が設けられている。仕切り９１９は円筒状の形状をしており、その内部に円周溝９２０が形成され、その円周溝からは上方に排気通路９２１が延びている。その排気通路は内部空間９２２を経由して真空配管９２３に繋がれている。仕切り９１９の下端は試料Ｗ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。
【０１２２】
このような構成では、ステージの移動に伴ってステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部７２にガスが流入しようとしても、仕切り９１９が試料Ｗ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９２０から真空配管９２３へ排気されるため、荷電ビーム照射部７２の周囲の空間９２４へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照射部７２の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。
【０１２３】
図２１において、さらに他の変形例が示されている。
【０１２４】
チャンバＣと荷電ビーム照射部７２の周囲には仕切り９２６が設けられ、荷電ビーム照射部７２をチャンバＣから隔てている。この仕切り９２６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９２９を介して冷凍機９３０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９２７は冷却されている仕切り９２６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９２８はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り９２６の下端に形成され試料Ｗと仕切り９２６が放電することを防ぐ役割を持っている。
【０１２５】
このような構成により、チャンバＣ内から荷電ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切り９２６で流入を阻害される上、流入しても仕切り９２６の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム照射部９２４の圧力を低く保つことができる。このように、凍結ガス補修器やクライオパネルを用いて真空排気すると、局所排気に大変有効である。
【０１２６】
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。
【０１２７】
図２２において、さらに他の変形例が示されている。
【０１２８】
ステージ９３の両可動部には、図１７に示したのと同様に仕切り板９１２、９１４が設けられており、試料台９４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９１３とチャンバＣ内とが絞り９５０、９５１を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部７２の周りには図１９に示したのと同様の仕切り９１６が形成されており、チャンバＣ内と荷電ビーム照射部７２のある空間９２４が絞り９５２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９１３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９２４の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射空間９２４の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り９１６に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り９１９としたり（図２０参照）、図２１に示したように冷凍機で冷却された仕切り９２６としたりすることによって、空間９２４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。
【０１２９】
これらの実施例によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（Ａ）ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。
（Ｂ）静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
（Ｃ）荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。
（Ｄ）真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
（Ｅ）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。
（Ｆ）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。
（Ｇ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検査装置を提供することができる。
（Ｈ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。
（Ｉ）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
【０１３０】
なお、図１７−２２のステージ装置を図１のステージ装置５０に適用できることは明らかである。
【０１３１】
図２３ないし図２５を参照して本発明によるＸＹステージの他の実施形態を説明する。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。
【０１３２】
図２３において、ＸＹステージの他の実施態様が示されている。
【０１３３】
荷電ビームを試料に向かって照射する鏡筒７１の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２が真空チャンバＣを画成するハウジング９８に取り付けられている。鏡筒７１の直下には、ＸＹステージ９３のＸ方向（図２３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９３によって、その試料面上の任意の位置に対して正確に荷電ビームを照射させることができる。
【０１３４】
ＸＹステージ９３の台座９０６はハウジング９８の底壁に固定され、Ｙ方向（図２３において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル９５が台座９０６の上に載っている。Ｙテーブル９５の両側面（図２３において左右側面）には、台座９０６に載置された一対のＹ方向ガイド９０７ａ及び９０７ｂ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９１１ａ、９０９ａ、９１１ｂ、９０９ｂ、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９５はＹ方向ガイド９０７ａ、９０７ｂ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９０６とＹテーブル９５との間には、公知の構造のリニアモータ９３２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９３４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９０９ａないし９１１ａ及び９０９ｂないし９１１ｂ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２３において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
【０１３５】
Ｙテーブル上にはＸテーブル９６がＸ方向（図２３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９５上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド９０７ａ、９０７ｂと同じ構造の一対のＸ方向ガイド９０８ａ、９０８ｂ（９０８ａのみ図示）がＸテーブル９６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９６の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け９１１ａ、９０９ａ、９１０ａ、９１１ｂ、９０９ｂ、９１０ｂ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９５とＸテーブル９６との間には、公知の構造のリニアモータ９３３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９６にはフレキシブル配管９３１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９６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９１９、９２０ａ、９２０ｂによって排気されている。配管９２０ａ、９２０ｂの入口側（真空チャンバ内側）は台座９０６を貫通してその上面において、ＸＹステージ９３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。
【０１３６】
鏡筒７１の先端部すなわち荷電ビーム照射部７２の周囲には、差動排気機構９２５が設けられ、真空チャンバＣ内の圧力が高くても荷電ビーム照射空間９３０の圧力が十分低くなるようにしてある。すなわち、荷電ビーム照射部７２周囲に取り付けられた差動排気機構９２５の環状部材９２６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）９４０が形成されるように、ハウジング９８に対して位置決めされており、その下面には環状溝９２７が形成されている。環状溝９２７は排気管９２８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９４０は環状溝９２７及び排気口９２８を介して排気され、真空チャンバＣから環状部材９２６によって囲まれた空間９３０内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてしまう。これにより、荷電ビーム照射空間９３０内の圧力を低く保つことができ、荷電ビームを問題なく照射することができる。
【０１３７】
この環状溝は、チャンバ内の圧力、荷電ビーム照射空間９３０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。
【０１３８】
静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、試料表面に付着して荷電ビーム照射空間の真空度を悪化させたりしてしまうからである。また、工場での使用では、コストも大きな運用要因となるので、クリーンドライエアを用いることがある。この時、不純物を除去するために、各種化学フィルタを用いる、パーティクルを低減するために、超高精度フィルタを用いることがある。例えば、１μｍフィルタと３ｎｍフィルタを直列で用いてクリーンドライエアを導入する等がある。
【０１３９】
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９３に対して微少な位置変更を行ったりする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実施例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。
【０１４０】
以上に説明した荷電ビーム装置では、大気中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステージと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで荷電ビーム装置用のＸＹステージに対して実現できる。
【０１４１】
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。例えば、ｙ方向がリニアモータでｘ方向が超音波モータの組合せ、ｙ方向がリニアモータでｘ方向がエア駆動位置決めステージの組合せ、ｙ方向がリニアモータでｘ方向がボールネジのパルスモータ駆動の組合せ等が適応できる。
【０１４２】
次に差動排気機構の環状部材９２６及びそれに形成される環状溝の大きさの数値例を図２４に示す。なお、この例では環状溝は９２７ａ及び９２７ｂ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。
【０１４３】
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９２６及び環状溝等の寸法を、図２４に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間９３０内の圧力を１０−４Ｐａ（１０−６Ｔｏｒｒ）にすることができる。
【０１４４】
図２５において、ＸＹステージの他の実施態様が示されている。ハウジング９８によって画成された真空チャンバＣには、真空配管９７４、９７５を介してドライ真空ポンプ９５３が接続されている。また、差動排気機構９２５の環状溝９２７は排気口９２８に接続された真空配管９７０を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ９５１が接続されている。更に、鏡筒７１の内部は、排気口７１０に接続された真空配管９７１を介して、ターボ分子ポンプ９５２が接続されている。これらのターボ分子ポンプ９５１、９５２は、真空配管９７２、９７３によってドライ真空ポンプ９５３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。）
【０１４５】
ＸＹステージ９３の静圧軸受けには、フレキシブル配管９２１、９２２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９１９、９２０ａ、９２０ｂを通してドライ真空ポンプ９５３によって排気される。また、差動排気機構や荷電ビーム照射空間に侵入したこれらのガス分子は環状溝９２７或いは鏡筒７１の先端部から吸引され、排気口９２８及び７１０を通ってターボ分子ポンプ９５１及び９５２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９５３によって排気される。
【０１４６】
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。
【０１４７】
一方、ドライ真空ポンプ９５３の排気口は、配管９７６を介して圧縮機９５４に接続され、圧縮機９５４の排気口は配管９７７、９７８、９７９及びレギュレータ９６１、９６２を介してフレキシブル配管９３１、９３２に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ９５３から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機９５４によって再び加圧されレギュレータ９６１、９６２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。
【０１４８】
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９７７の途中にコールドトラップやフィルタ等（９６０）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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系９６３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９７０〜９７５及び加圧側配管９７６〜９８０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。
【０１５１】
また、ドライ真空ポンプ９５３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９５３と圧縮機９５４を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。
【０１５２】
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。
【０１５３】
（実施形態２）
ここで、図２６Ａを参照する。図２６Ａは、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００、ミラー１０００２及び１０００４、レンズ光学系７２４（７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００には、ＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線及びそれらのレーザ等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１５４】
光源１００００から２系統のレーザ光を発生させ、それぞれ、ミラー１０００２及び１００４に入射し、それらの反射面で反射し、ステージ装置５０上のウエハＷＦに向かって進行方向が曲げられる。ミラー１０００２及び１０００４の反射面で反射したレーザ光は、対物レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次ビームとして照射される。ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する二次放出光電子による二次元画像を、ミラー１０００２及び１０００４の間を通り抜けさせ、静電レンズ１０００６及び１０００９によりニューメリカルアパーチャ１０００８を通して視野絞り位置で結像させ後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。
【０１５５】
図２７Ａは、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０の概略構成図である。本実施形態においては、一次レンズ系の構成が実施形態１とは異なる以外は、実施形態１と同様であり、実施形態１における図９の説明を参照すればよい。また、図２６、２７において、上述した例はレーザが２系統の導入の形態であるが、１系統の導入でもよい。例えば、図２６Ｂ、図２７Ｂにおいて光源１００００から光またはレーザが発生し、１系統の光１００００Ａが２次光学系にあるミラー１０００２によって反射され、試料面に到達する(１０００Ｂはなし)。このとき、例えば、２次光学系内に設置されたミラーが、２次光学系中心軸より離れた位置にあり、１〜１０ｍｍ等、そのミラーによる反射位置も２次光学系軸中心から離れた位置になる。よって、試料への照射角度は垂直ではなく角度を持ったものとなる。２次光学系軸（ｚ軸）に対する角度をθｐとすると、この角度θｐで照射光が試料面に照射される。この使用方法では、凹凸の片方のエッジに照射されるがもうひとつのエッジ部には陰になり照射されにくい。これにより、片方のエッジのコントラストを高くして凹凸パターンの撮像を行うことが可能となる。また、２系統に限らず多数系統も可能である。この場合は、多数系統の場合にすると角度θｐの異なるレーザまたは光の導入画可能となるので、より均一性の高いビーム照射が行える。または、偏りの強いビーム照射が行える。レーザまたは光のビーム系統は例えば３〜２０系統が可能であるが、もっと多くてもよい。２次光学系の中心軸対象の照射を行うと均一性がよくなり、均一性の高い光電子像が得られる。また、非対称的にレーザまたは光の複数ビーム系統を照射すると偏りの強いビーム照射となる。このとき、局所的に高いコントラストが得られる像となる。又、ミラーについては、図２６Ｃに示すように、一つの構造体であって、１系統でも複数の系統でもミラーとして使用できるものを用いることが可能である。例えば、三角構造体であって中心部に穴が開いており、斜面がミラー機能有する構造となっている。このとき、表面は導電材料でコートされていることまたは、導電材料でできていることが重要である。中心部の穴は、試料表面からの光電子が通過する。よって、絶縁材料があるとチャージアップによる電位変化により軌道の変化や収差劣化等の悪影響が出るからである。穴は断面形状が円形状の場合が多いが角形状でもよい。軸対象の形状が好ましい。形状は、面がすべて角形状の５面体でもよいし、斜面と上面が平面であり、側面が曲面であってもよい。重要なのはミラー機能を有する斜面の面粗さ(例えば平均面粗さＲａ)が照射するレーザまたは光の波長のより小さいことである。１／２〜１／１６程度が好ましい。波長より面粗度が大きいと散乱光の増加と反射率の低下がおこり、効率低下となる。また、このミラー構造では、図２６、２７、２９の２系統のビーム照射や複数系統のビーム照射においても、部品はこのミラーひとつでよい。ミラー部１０００２とミラー部１０００４は一体のミラーでよいのである。具体的には、母材がガラスでミラー面と他の部位にアルミコートされたものを用いることができる。このとき、ミラー面の面粗さは上述したように、波長��り小さい値である。また、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、カーボン、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒのいずれか、または、複数材料がミラー面のアルミコートの上に極薄膜状態にてコートされてもよい。
【０１５６】
（実施形態３）
本実施形態においては、実施形態２に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系において、光源１００００からの光を基板に照射するための光学系が異なる。その他の構成要素については、実施形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１５７】
図２８を参照する。図２８は、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００、ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂ、穴部１１００２、対物レンズ光学系７２４（７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００には、ＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１５８】
光源１００００からレーザ光を発生させ、それぞれ、ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂに入射する。ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂに入射した光は、ステージ装置５０上のウエハＷＦに向かって進行方向が曲げられ、対物レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次ビームとして照射される。ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する光電子の二次元画像を、穴部１１００２を通り抜けさせ、静電レンズ１０００６及び１０００９によりニューメリカルアパーチャ１０００８を通して視野絞り位置で結像させ後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。
【０１５９】
（実施形態４）
本実施形態においては、実施形態２に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系において、ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する二次元の二次電子画像を検出器に導く光学系が異なる。その他の構成要素については、実施形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１６０】
図２９Ａを参照する。図２９Ａは、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００、ミラー１０００２及び１０００４、対物レンズ光学系７２４、補正レンズ１２０００、ニューメリカルアパーチャ１０００８、フィールドレンズ１２００２、ズームレンズ１２００４、ズームレンズ１２００６、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１６１】
光源１００００から２系統のレーザ光（１０００Ａ及び１００００Ｂ）を発生させ、それぞれ、ミラー１０００２及び１００４に入射し、それらの反射面で反射し、ステージ装置５０上のウエハＷＦに向かって進行方向が曲げられる。ミラー１０００２及び１０００４の反射面で反射したレーザ光は、レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次ビームとして照射される。ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する二次放出光電子の二次元子画像を、ミラー１０００２及び１０００４の間を通り抜けさせ、補正レンズ１２０００によりニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８位置に収束しクロスオーバを形成する、後段のフィールドレンズ１２００２、ズームレンズ１２００４、ズームレンズ１２００６、静電レンズ光学系７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。フィールドレンズ１２００２で軸外収差の補正を行い、ズームレンズにより連続倍率設定を可能とし、静電レンズ７４１で検出器に結像して拡大投影する。なお、本実施形態においても、図２９Ｂに示すように、レーザを１系統で導入しても良い。この場合の効果は、図２６Ｂ、図２７Ｂで説明した効果と同様である。
【０１６２】
（実施形態５）
本実施形態においては、実施形態４に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系において、光源１００００からの光を基板に照射するための光学系が異なる。その他の構成要素については、実施形態４と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１６３】
図３０を参照する。図３０は、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００、ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂ、穴部１１００２、レンズ光学系７２４（カソードレンズ７２４−１及び７２４−２（図示せず））、補正レンズ１２０００、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８、フィールドレンズ１２００２、ズームレンズ１２００４、ズームレンズ１２００６、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１６４】
光源１００００から２系統のレーザ光を発生させ、それぞれ、ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂに入射する。ファイバープレート１１０００Ａ及び１１０００Ｂに入射した光は、レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次ビームとして照射される。ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する二次放出光電子の二次元画像を、補正レンズ１２０００により視野絞り位置で結像させ後段のフィールドレンズ１２００２、ズームレンズ１２００４、ズームレンズ１２００６、静電レンズ光学系７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。
【０１６５】
（実施形態６）
本実施形態においては、実施形態２に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系において、異なる波長の複数の光を基板に照射するようにしている点で光学系が異なる。その他の構成要素については、実施形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１６６】
図３１を参照する。図３１は、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００Ａ（波長λ１）及び１００００Ｂ（波長λ２）、ミラー１０００２及び１０００４、レンズ光学系７２４（カソードレンズ７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００Ａ及び１００００Ｂには、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源１００００Ａ及び１００００Ｂからの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１６７】
光源１００００Ａと光源１００００Ｂからは、異なる波長のレーザ光Ａ（波長λ１）及びＢ（λ２）が発生し、それぞれ、ミラー１０００２及び１０００４に入射し、それらの反射面で反射し、ステージ装置５０上のウエハＷＦに向かって進行方向が曲げられる。ミラー１０００２及び１０００４の反射面で反射したレーザ光は、対物レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷＦに一次ビームとして照射される。この異なる波長のレーザ光Ａ（波長λ１）及びＢ（λ２）は、ウエハＷに同時に照射されるようにしてもよく、交互に照射されるようにしてもよい。ウエハ上に照射された一次ビームにより発生する二次元の二次電子画像を、ミラー１０００２及び１０００４の間を通り抜けさせ、静電レンズ１０００６及び１０００９によりニューメリカルアパーチャ１０００８を通して視野絞り位置で結像させ後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。
【０１６８】
なお、本実施形態においては、二つの異なる波長の光源を用いたが、二つ以上の異なる波長の光源を用いてもよい。
【０１６９】
（実施形態７）
本実施形態においては、実施形態１に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系において、ウエハ基板に対する光源からの光の入射方向が異なる。その他の構成要素については、実施形態２と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１７０】
図３２Ａを参照する。図３２Ａは、本実施形態に係る本発明の検査装置１の電子光学装置７０に用いる光学系の概略構成図である。本実施形態に係る電子光学装置７０は、光源１００００、レンズ光学系７２４（カソードレンズ７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、静電レンズ光学系７４１並びに検出系７６を有している。本実施形態においては、光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。なお、実施形態１と同様の構成については、同じ符号を付けている。
【０１７１】
図３２Ａ（ａ）は、光源１００００からレーザ１００００Ａが発生し、ステージ装置５０上の試料Ｗの裏面に一次ビームとして照射される。一次ビームとして照射されるレーザ１００００Ａが試料Ｗに照射されると、ウエハ上のパターンに従う二次元の二次電子画像が発生し、その光電子の二次元画像を、カソードレンズ７２４−１とカソードレンズ７２４−２を通過し、静電レンズ１０００６で収束しニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８位置付近でクロスオーバを形成し、かつ、静電レンズ１０００６と及び静電レンズ１０００９はズーム機能を有しており倍率制御可能となっている。その後、後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６に結像する。
【０１７２】
図３２Ａ（ｂ）は、ウエハＷの表面Ｐ１及びＰ２から光電子が放出されている様子を示している。このとき、Ｐ１は光電子が発生しやすい材料であり、Ｐ２は光電子が出にくい材料であるとき、裏面からのレーザ照射によりＰ１は多くの光電子を発生するが、Ｐ２は少量しか光電子を発生しない。したがって、Ｐ１とＰ２で構成されるパターン形状について、光電子によるパターンのコントラストが大きく取得できるのである。
【０１７３】
上述した図３２Ａに示す例はサンプルの裏面からのレーザまたは光の照射の例であるが、表面へのレーザまたは光の照射の実施形態の例を図３２Ｂ、図３２Ｃ、図３２Ｄ、図３２Ｅに述べる。用いるレーザや光は、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、実施形態１と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いても良い。
【０１７４】
図３２Ｂ、図３２Ｃは、前述した図８、９、２６Ａ、２７Ａ、２９Ａと同様の装置及び照射系及び２次光学系を有している。また、図３２Ｂ、図３２Ｃでは、試料が凹凸の時、凹部と凸部からでる光電子の量が異なり、それによるコントラストが形成されて高分解能の撮像が可能となる例である。試料の凹凸部の材質の差異、および、１次ビーム照射の波長により、凹部からの光電子量が凸部よりも多かったり、また逆の場合があったりする。詳細の例は後述するが、この様な光電子放出量の差異により高分解能を達成する例である。
【０１７５】
また、図３２Ｄ、図３２Ｅは、凹凸を有する試料表面からの光電子量の差異による像形成が図３２Ｂ、図３２Ｃと同様の形態を示しており、1次ビームの照射系が異なる角度で照射される場合の例を示している。図３２Ｂ、図３２Ｃはほぼ試料面に対して垂直に近い角度の場合であるが、図３２Ｄ、図３２Ｅは、斜めの角度の場合の例である。この場合、レーザとミラー、レンズを用いて導入されることもあるが、ファイバ等を用いて、試料表面に照射することも可能である。ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、Ｘ線などの短い波長の場合、通常の石英ファイバでは、レーザや光の伝達効率が悪いことがある。中空ファイバや中空管を用いること効率よく伝達可能である。
【０１７６】
また、上述したように、１次ビームの照射角度については、特にパターンのある試料において角度の影響を受ける場合があるので、そのような時に、照射する光やレーザの角度の最適化を行い、つまり、最も、パターンや欠陥のＳ／Ｎやコントラストが高い条件を選んで、照射する角度を選ぶことが可能であり、また、重要である。
【０１７７】
（実施形態８）
光照射を用いる１次系に替る電子照射を用いる１次光学系を備えた電子光学装置
【０１７８】
これまで述べてきたのは、試料表面に照射するのが光やレーザ等であり、それにより、試料表面からは光電子が発生する形態を述べてきた。ここでは、光を照射する代わりに、電子ビームを照射する１次系の形態について述べる。まず、一般的な電子銃を備える検査装置の例を図３３に示す。図３３（ａ）は、全体構成を示し、図３３（ｂ）は、電子銃部分の拡大模式図である。但し、一部構成を省略図示している。
【０１７９】
図３３（ａ）において、検査装置は一次コラム７１−１、二次コラム７１−２およびチャンバ３２を有している。一次コラム７１−１の内部には、電子銃７２１が設けられており、電子銃７２１から照射される電子ビーム（一次ビーム）の光軸上に１次光学系７２が配置される。また、チャンバ３２の内部には、ステージ装置５０が設置され、ステージ装置５０上には試料Ｗが載置される。一方、二次コラム７１−２の内部には、試料Ｗ から発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ７２４、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２、ウィーンフィルタ７２３、第２レンズ７４１−１、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３、第３ レンズ７４１−２、第４レンズ７４１−３および検出器７６１が配置される。なお、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄板である。そして、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２は開口部が一次ビームの集束位置およびカソードレンズ７２４の焦点位置になるように配置されている。したがって、カソードレンズ７２４とニューメリカルアパーチャＮＡ−２とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。特に、カソードレンズ７２４が２段のダブレットレンズで第１中間結像点がＥ×Ｂ中心付近に形成する両テレセントリックの電子光学系を構成している場合もある。これは、片テレセントリックやテレセントリックでない場合に比べて、収差を小さくすることができ広視野の２次元電子像の高分解能結像を達成することができる。つまり、収差１／２〜１／３を実現することができる。
【０１８０】
一方、検出器７６１の出力は、コントロールユニット７８０に入力され、コントロールユニット７８０の出力は、ＣＰＵ７８１に入力される。ＣＰＵ７８１の制御信号は、一次コラム制御ユニット７１ａ、二次コラム制御ユニット７１ｂおよびステージ駆動機構５６に入力される。一次コラム制御ユニット７１ａは、１次光学系７２のレンズ電圧制御を行い、二次コラム制御ユニット７１ｂは、カソードレンズ７２４、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３のレンズ電圧制御およびウィーンフィルタ７２３に印加する電磁界制御を行う。また、ステージ駆動機構５６は、ステージの位置情報をＣＰＵ７８１に伝達する。さらに、一次コラム７１−１、二次コラム７１−２、チャンバ３２は、真空排気系（図示せず）と繋がっており、真空排気系のターボ分子ポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。
【０１８１】
（一次ビーム）
電子銃７２１からの一次ビームは、１次光学系７２によってレンズ作用を受けながら、ウィーンフィルタ７２３に入射する。ここでは、電子銃のチップとしては、矩形、円形フラット、曲面（例えばｒ＝５０μｍ程度）を有するものを利用でき、大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる。また、１次光学系７２は、回転軸非対称の四重極または八重極の静電（または電磁）レンズを使用する。これは、いわゆるシリンドリカルズレンズと同様にＸ軸、Ｙ軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを２段、または、３段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に整形することができる。具体的には、静電レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位にし、互いに逆の電圧特性を与える。なお、四重極レンズとして円柱形ではなく、静電偏向器で、通常使用される円形板を４分割した形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型化を図ることができる。
【０１８２】
１次光学系７２を通過した一次ビームは、ウィーンフィルタ７２３の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ７２３は、磁界と電界を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。一次ビームに対しては、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働くため、互いに相殺されるので二次ビームはそのまま直進する。１次光学系７２のレンズ電圧は、一次ビームがニューメリカルアパーチャＮＡ−２の開口部で結像するように、予め設定されている。このニューメリカルアパーチャＮＡ−２は、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料Ｗのチャージアップや汚染を防いでいる。さらに、フィールドアパーチャＮＡ−２とカソードレンズ７２４（図示しないが２段のダブレットレンズ）とは両テレセントリックな電子光学系を構成しているので、カソードレンズ７２４を透過した一次ビームは平行ビームになり、試料Ｗに均一かつ一様に照射する。すなわち、光学顕微鏡でいうケーラー照明が実現される。
【０１８３】
（二次ビーム）
一次ビームが試料に照射されると、試料のビーム照射面からは、二次ビームとして、二次電子、反射電子または後方散乱電子が発生する。又は、照射エネルギによってはミラー電子が形成される。二次ビームは、カソードレンズ７２４によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。ところで、カソードレンズ７２４は、３又は４枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料Ｗ 側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい２次放出電子及びミラー電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、カソードレンズ７２４の１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。又は、１番目、２番目、３番目の電極に電圧を印加し、４番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。４枚電極の時の第３電極はフォーカス調整に使用される。一方、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２は、カソードレンズ７２４の焦点位置、すなわち試料Ｗからのバックフォーカス位置に配置されている。したがって、視野中心外（軸外）から出た電子ビームの光束も、平行ビームとなって、このニューメリカルアパーチャＮＡ−２の中心位置を、けられが生じることなく通過する。なお、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３は、二次ビームに対しては、カソードレンズ７２４、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ７２３の偏向作用を受けずに、そのまま直進して通過する。なお、ウィーンフィルタ７２３に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギを持つ電子（例えば２次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみを検出器７６１に導くことができる。二次ビームを、カソードレンズ７２４は、試料表面から発生した２次放出電子の収差を決める重要なレンズとなる。そのため、あまり大きな倍率は期待できない。よって、収差を低減するために、２段のダブレットレンズ構造のカソードレンズとして、両テレセントリック構造にする。さらに、Ｅ×Ｂによって形成されるウィーンフィルタの発生する収差（非点収差等）を低減するため中間結像をこのＥ×Ｂ中間位置付近に設定する。これにより、収差の増大を抑える効果が大変大きい。そして、第２レンズ７４１−１によりビームを収束させ、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３付近にクロスオーバを形成する。また、第２レンズ７４１−１と第３レンズ７４１−２でズームレンズ機能を有しており、倍率制御が可能となる。この後段に、第４レンズ７４１−３があり、検出器面に拡大結像する。第４レンズは５段のレンズ構造であり、１、３、５段がＧＮＤとなっている。２段と４段に正の高電圧が印加され高電圧が印加されレンズが形成される。この時、２段目はフィールドレンズ機能を有し、この付近に第２中間結像を行う。この時、このフィールドレンズ機能により、軸外収差の補正を行うことができる。そして、第４段目のレンズ機能により拡大結像がなされる。この様に、ここでは、合計３回結像する。なお、カソードレンズと第２レンズ７４１−１とを合わせて 検出面に結像（合計２回）させてもよい。また、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３はすべて、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズでもよい。各レンズは、３枚電極の構成でもよい。通常は外側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。また、中間の結像点には、フィールドアパーチャＦＡ−２を配置してもよい（図示せず）。このフィールドアパーチャＦＡ−２は、第４レンズ７４１−３が５段レンズのとき２段目付近に設置され、３段レンズの時は１段目付近に設置される。このフィールドアパーチャＦＡ−２は、光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限しているが、電子ビームの場合、余計なビームを遮断して、検出器７６１のチャージアップや汚染を防いでいる。二次ビームは、２次光学系により拡大投影され、検出器７６１の検出面に結像する。検出器７６１は、電子を増幅するＭＣＰと、電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部との中継および光学像を伝達させるためのレンズやその他の光学素子と、撮像素子（ＣＣＤ等）とから構成される。二次ビームは、ＭＣＰ検出面で結像し、増幅され、蛍光板によって電子は光信号に変換され、撮像素子によって光電信号に変換される。コントロールユニット７８０は、検出器７６１から試料の画像信号を読み出し、ＣＰＵ７８１に伝達する。ＣＰＵ７８１は、画像信号からテンプレートマッチング等によってパターンの欠陥検査を実施する。また、ステージ装置５０は、ステージ駆動機構５６により、ＸＹ方向に移動可能となっている。ＣＰＵ７８１は、ステージ装置５０の位置を読み取り、ステージ駆動機構５６に駆動制御信号を出力し、ステージ装置５０を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
【０１８４】
このように、本実施形態の検査装置では、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２とカソードレンズ７２４とが、テレセントリックな電子光学系を構成しているので、一次ビームに対しては、ビームを試料に均一に照射させることができる。すなわち、ケーラー照明を容易に実現することができる。さらに、二次ビームに対しては、試料Ｗからの全ての主光線が、カソードレンズ７２４に垂直（レンズ光軸に平行）に入射し、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を通過するので、周辺光もけられることがなく、試料周辺部の画像輝度が低下することがない。また、電子が有するエネルギのばらつきによって、結像する位置が異なる、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、二次電子は、エネルギのばらつきが大きいため、倍率色収差が大きい）が、カソードレンズ７２４の焦点位置に、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を配置することで、この倍率色収差を抑えることができる。
【０１８５】
また、拡大倍率の変更は、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２の通過後に行われるので、第３レンズ７４１−２、第４レンズ７４１−３のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野全面に均一な像が得られる。なお、本実施形態では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するために、２次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、それに伴って決まる試料面上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームとを、同一の大きさになるように１次光学系のレンズ条件を設定する。
【０１８６】
すなわち、倍率を上げていけば、それに伴って視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射エネルギ密度を上げていくことで、２次光学系で拡大投影されても、検出電子の信号密度は、常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。また、本実施形態の検査装置では、一次ビームの軌道を曲げて、二次ビームを直進させるウィーンフィルタ７２３を用いたが、それに限定されず、一次ビームの軌道を直進させ、二次ビームの軌道を曲げるウィーンフィルタを用いた構成の検査装置でもよい。また、本実施形態では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成したが、それに限定されず、例えば円形ビームから矩形ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビームをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。
【０１８７】
この例では、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２とニューメリカルアパーチャＮＡ−３の２つのニューメリカルアパーチャを設置している。これは、照射電子量に応じて使い分けることができるのである。試料に対する照射電子量が少ない場合例えば、０．１〜１０ｎＡでは、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２により、１次ビームと２次ビームの収差を低減するために、ビーム径を選択する適切な径例えばφ３０〜φ３００μｍを用いる。しかし、照射電子量が増加すると、このニューメリカルアパーチャＮＡ−２はコンタミ付着によりチャージアップが起こり逆に像質を劣化させてしまうことがある。この時は、比較的大きな穴径、例えばφ５００〜φ３０００μｍのニューメリカルアパーチャＮＡ−２として、周辺の迷走電子のカットに用いる。そして、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３により２次ビームの収差と透過率の規定と決めるために用いる。ニューメリカルアパーチャＮＡ−３は１次ビームが照射されないためにコンタミ付着が少なく、チャージアップによる像劣化が無いのである。よって、照射電流量の大小により、ニューメリカルアパーチャ径を選択して用いると大変効率的である。
【０１８８】
この様な形態の１次ビームに電子照射を行うとき、電子光学装置７０の１次光学系７２として電子銃を使用する半導体検査装置１においては、大きな照射電流を得ようとする場合に、電子のエネルギ幅が広がってしまうという問題がある。以下に図を用いながら詳細に説明する。図３３（ｂ）は、一般的な電子銃２３００を備えた電子光学装置７０の１次光学系７２の模式図である。
【０１８９】
電子銃２３００においては、カソード２３１０に熱電子発生のための加熱電源２３１３より加熱電流を流す。また、カソード２３１０には加速電圧Ｖａｃｃを加速電源２３１４により設定する。一方、カソード２３１０に対して、相対的に正電圧を有し、例えば３０００〜５０００Ｖの電圧差を有するようにアノード２３１１に電圧を印加する。カソード２３１０が−５０００Ｖの場合、アノード２３１１は０Ｖでもよい。このときエミッションの量は、ウェネルト２３１２に印加する電圧により制御される。ウェネルト２３１２は加速電圧Ｖａｃｃに重畳されている。例えば、重畳電圧：０〜−１０００Ｖである。Ｖａｃｃとの電圧差が大きいとエミッション量は小さくなり、小さいとエミッションは大きくなる。また、ウェネルト電圧により最初にできるクロスオーバ（ファーストクロスオーバ：１ｓｔＣＯ）位置も軸方向にずれる。また、カソード中心とウェネルト、アノード中心がずれていれば、ｚ軸に垂直なｘ、ｙ方向にも位置ずれが起こる。放出されたエミッションは広がっている。この内、有効なビームを選択し、また、ビーム形状を決定するのがフィールドアパーチャＦＡ２３２０である。そのときのエミッションに対する透過率は通常０．１〜０．５%である。例えば、エミッション５μＡで照射電流５〜２５ｎＡである。よって、例えば、１μＡの照射電流を得ようとすると、２００μＡ〜１ｍＡのエミッシンが必要となる。この時、エミッションが大きくなることにより、カソードからファーストクロスオーバ、ファーストクロスオーバからフィールドアパーチャＦＡに至る軌道において、ベルシュ効果により電子のエネルギ幅が広がってしまう。例えば、ＦＡ位置で１．２eＶから１０〜５０eＶに広がる。
【０１９０】
エネルギ幅は特に低ＬＥ時に問題となる。試料表面近傍での電子の軌道がｚ方向の広がりが大きくなるからである。図を基に説明する。図３４は、試料表面に照射される電子ビームの照射電流の強度（量）とエネルギの状態及び試料表面に照射されたビームの状態を示す図である。図３４（ａ）は、試料表面に照射されるビームの照射電流の強度とエネルギの状態を示し、図３４（ｂ）は、試料表面に照射されるビームの状態を示す。試料に対して照射するビームの照射電流のエネルギが最適の場合のビームをビームｃとし、ビームの照射電流のエネルギが低い場合のビームをビームａ、ビームの照射電流が最大の場合のビームをビームｂとする。また、ビームの照射電流のエネルギが高い場合のビームをビームｄとする。電子ビームのエネルギと照射電流の強度（量）の関係は、ＬａＢ６などの熱電子形成方式では、マクセル分布に従い、図３４（ａ）のような分布となる。このとき、上述のしたようにエネルギの高低による特徴有する電子ビームをビームａ〜ビームｄとした。
【０１９１】
一例として、高いエネルギのビームｄが試料表面に丁度衝突する場合を図３４（ｂ）に示す。このとき、ビームｄは表面に衝突して反射しない（ミラー電子形成なし）。一方、ビームｃ、ビームｂ、ビームａはそれぞれ反射電位点において反射する。つまりミラー電子が形成される。そして、エネルギが異なるビームｃ、ビームｂ、ビームａが反射する軸方向位置、つまり、Ｚ位置が異なる。このＺ位置の差異ΔＺが生じる。このΔＺが大きいほど、２次光学系で結像される像のボケが大きくなる。つまり、同じ表面位置で形成されたミラー電子が結像面における位置ズレを起こすからである。特にミラー電子においては、エネルギずれが反射点のずれ・途中軌道のずれを起こすので影響が大きい。これらのことは、ミラー電子によって形成される像、または、ミラー電子＋２次放出電子により形成される像において、同様のことが言える。また、照射する電子ビームのエネルギ幅が大きいとこのような悪影響が大きくなる（ΔＺが大きくなる）。よって、エネルギ幅を狭くした状態で試料表面に照射できる１次ビームがあると大変有効となる。そのために発明したのが、以降にて説明する図３５〜図４１に示すような電子発生源と１次光学系である。これらは、従来型に比べ、電子ビームのエネルギ幅を狭くできるだけでなく、１次系のビームの透過率を飛躍的に高くすることが可能であるため、狭いエネルギ幅にて大電流を試料表面に照射することが可能となる。つまり、上述のΔＺが小さくできるため、２次光学系における結像面における位置ずれが小さくなり、低収差、高解像度、大電流化、高スループットを実現することが可能となる。通常、ＬａＢ６などの熱電子方式の電子源（Ｇｕｎ）では、電子発生部で２ｅＶ程度のエネルギ幅を有する。そして、発生電流量を増加するにしたがって、クーロン反発などによるベルシュ効果等でエネルギ幅は更に増加する。例えば、電子源のエミッション電流を５μＡ→５０μＡにすると、エネルギ幅は、例えば０．６ｅＶ→８．７ｅＶに広がる、つまり、電流値を１０倍にするとエネルギ幅は１５倍程度に広がるのである。更に、途中の１次光学系の通過中に空間電荷効果等のエネルギ幅は広がる。このような特徴に鑑み、狭いエネルギ幅の電子ビームを試料に到達させるためには、電子発生源でのエネルギ幅を小さくすること、及び、１次光学系の透過率を高くして電子発生源のエミッション電流を低減することがもっとも重要である。これまでそれを実現する手段がなかったが、本発明はそれらを実現するものである。これらについての効果・説明は、後ほど図３５〜図４１に示す実施例にて説明する。
【０１９２】
また、電子ビームの強度（量が高い場合、ビームｂ）が撮像するのに最適であるとは限らない。例えば、マクセル分布に準じるエネルギ分布を有する場合、エネルギの低い部位にビーム強度（量）の最大がある場合が多い（ビームｂ）。このとき、ビームｂよりも高いエネルギのビームが多くあるため、それらによって形成される像と異なる像質になる場合がある。つまり、ビームｄは試料に衝突してしまいそれによる２次放出電子像を形成する場合、また、相対的にビームｂはエネルギが低いので、試料表面の凹凸に影響が小さくミラー電子が形成されやすいため、つまり、表面の凹凸や電位差に影響が小さくミラー電子が形成され、像質として全体的にコントラストの低い像やぎらぎらした像になりやすいのである。経験的には、解像度の高い像は得にくい。特に、表面最上部に酸化膜がある場合は、表面に衝突する電子量の影響が大きくなるので、例えば、エミッション電流が小さい場合に比べ、エミッションが大きくなると（例えば１０倍）、それによりエネルギ幅が１０倍以上広がる。このとき、同一のランディングエネルギーＬＥで試料表面に電子ビームを照射すると、ビームｂよりエネルギの高い部位、例えばビームｄが試料表面に衝突する絶対量が増加し、そのために、酸化膜のチャージアップが大きくなる。そのチャージアップの影響にてミラー電子の軌道や結像条件が乱れて正常な撮像ができなくなる場合がある。このことが、照射電流を増加できない原因のひとつであった。このような状況では、ビームｄが試料表面に衝突する量を低減して、酸化膜の電位変化を小さく抑えることができるエネルギのビームｃを用いることができる（最適エネルギのビーム）。これにより、試料に衝突するビームの量を抑制して安定した像を得ることが可能となる。ただし、図３４（ａ）より分かるように、ビームｃはビームｂよりも強度（量）が低い。最適エネルギのビームｃを最大強度のビームｂに近づけることができると、その分、像形成に寄与する電子量が増えて、スループットを増加することができる。そのためには、狭いエネルギ幅にして、試料表面に衝突する電子を低減することが重要である。本発明はそれを実現するものであり、図３５〜図４１にてその実施例を述べる。
【０１９３】
また、図３４（ｂ）において、ＬＥを徐々に高くしていくと、ビームｄが試料表面に衝突して、次にビームｃが衝突し、衝突する電子ビームが増加すると、それにより発生する２次放出電子が増加する。このような、ミラー電子と２次放出電子の混在する領域を遷移領域と呼ぶ。全ての１次ビームが試料表面に衝突するとミラー電子はなくなり２次放出電子のみとなる。また、衝突する電子がない場合、全てミラー電子となる。
【０１９４】
さらに、ウェネルト電圧を変えてエミッションを変えるときにファーストクロスオーバ位置も変化してしまうので、その都度、下流にあるアライナやレンズ調整を行う必要もあった。
【０１９５】
また、半導体の検査においては、新たな技術に対応して、ＥＵＶマスク検査（極端紫外線リソグラフィ用マスクの検査）やＮＩＬ検査（ナノインプリントリソグラフィ用マスク検査）等の１０ｎｍレベルの欠陥検査が必要とされている。このために、半導体検査装置には、収差を下げて分解能を上げることが求められている。
【０１９６】
収差低減して分解能を上げるには、特に２次光学系の収差を下げることが必要であるが、写像系が劣化する要因は、いわゆるエネルギ収差（色収差ともいう。）及びクーロンブルアにある。そこで、２次光学系の収差をよくするために、短時間で加速エネルギを高くすることが求められている。
【０１９７】
そこで、このような問題を解決するために、本発明者は、新たな光電子発生装置を備えた１次光学系及び該１次光学系を有する電子光学装置を発明した。この１次光学系は光源としてＤＵＶ光又はＤＵＶレーザを用いる。但し光源はこれに限定されるものではなく、ＵＶ、ＥＵＶ又はＸ線を用いてもよい。以下にその内容を、図３５を基に説明する。
【０１９８】
図３５に示すように、本１次光学系２０００は、概略、光源（図示せず）、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０、光電子発生装置２０２０、アライナ２０３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２０４０、カソードレンズ（ＣＬ）２０５０を備える。
【０１９９】
フィールドアパーチャ２０１０は、後述する光電子発生装置２０２０の光電子面２０２１と、光源との間に配置され、所定の形状を有する穴が設けられている。光源からフィールドアパーチャ２０１０に向けて照射された光又はレーザは、フィールドアパーチャ２０１０の穴を通過して、光電子面２０２１に穴の形状の光又はレーザとして照射される。すなわち、光源から照射された光又はレーザは、これによって、光電子面２０２１から穴形状と同様の形状の光電子が発生する。なお、光源としては光電子を発生する波長のＤＵＶ（深紫外線）、ＵＶ（紫外線）、ＥＵＶ（極端紫外線）、Ｘ線等の光又はレーザを用いる。
【０２００】
光電子発生装置２０２０は、光電子面２０２１、３段の引き出しレンズである第１段レンズ２０２２、第２段レンズ２０２３、第３段レンズ２０２４で一つの引き出しレンズを構成している。また、ニューメリカルアパーチャ２０２５を備える。この引き出しレンズは、磁場レンズ又は静電レンズを用いるが、磁場レンズを用いる場合には、磁場補正器を、後述するニューメリカルアパーチャ２０２５付近に設ける。また、２次光学系のフィールドレンズ（図示せず）の下流付近や対物レンズ（図示せず）付近に設けることも有効である。像が磁場の影響で曲がってしまう場合があり、これを補正するためである。また、引き出しレンズの段数はこれに限定されるものではない。
【０２０１】
光電子面２０２１は、クォーツ、石英ガラス、コルツガラス、フッ化マグネシウムガラス等の光透過部材からなる母材に、光電子材料をコーティングしたものであり、平面部を有する。光電子材料としては、ルテニウム、金等のワークファンクションの低いもの（光電子発生効率のよい材料）が好適に用いられる。本実施の形態においては、母材にルテニウム、金等の光電子材料を１〜１０ｎｍの厚さでコーティングしたものを用いた。光電子面２０２１の形状は、例えば１０μｍ〜５０ｍｍの円形又は矩形を用いるがこれに限定されるものではない。光又はレーザは、母材のビューポートを透過して導入されて光電面に到達し、光電面では光電子が発生する。
【０２０２】
第１段レンズ２０２２、第２段レンズ２０２３、第３段レンズ２０２４からなる引き出しレンズ（引き出し電極）は、光電子面２０２１から発生した光電子を、光源から反対方向に引き出し、また引き出された光電子を加速する作用を行う。これらの引き出しレンズには、静電レンズを用いる。そして、引き出しレンズ２０２２、２０２３及び２０２４にはウェネルトは用いず、引き出し電界は一定とする。なお、第１引き出し電極２０２２、第２引き出し電極２０２３、第３引き出し電極２０２４には、片側テレセントリック又は両テレ線トリック構成を用いると好適である。非常に均一な引き出し電界領域を形成でき、発生した光電子を低損失で輸送できるからである。
【０２０３】
各引き出しレンズの印加電圧は、光電子面の電圧をＶ１、第１引き出し電極２０２２、第２引き出し電極２０２３、第３引き出し電極２０２４の電圧を、それぞれＶ２、Ｖ３、Ｖ４とするとき、一例として、Ｖ２及びＶ４は、Ｖ１＋３０００〜３００００Ｖ、Ｖ３はＶ４＋１００００〜３００００Ｖに設定する。ただしこれに限定されるものではない。
【０２０４】
光電子発生装置２０２０の第３引き出し電極２０２４と後述するアライナ２０３０との間には、ニューメリカルアパーチャ２０２５が配置される。ニューメリカルアパーチャ２０２５は、クロスオーバの形成位置、ビーム量、収差等有効ビームの選択を行う。
【０２０５】
アライナ２０３０は、第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２及び第３アライナ２０３３を有し、光軸条件の調整等に用いる。第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２は、静的な動作を行うアライナであり光軸条件を調整するときに用いるチルト、シフトの役割を果たす。一方、第３アライナ２０３３は、ダイナミック偏向器で高速動作を行うときに用いるアライナであり、例えば動的なブランキング動作等に用いる。
【０２０６】
アライナ２０３０の下流（試料側。以下各部材との位置関係で光源側を上流、試料側を下流という。）にはアパーチャ２０４０が配置される。アパーチャ２０４０は、ブランキング時のビームを受け、迷走電子カット及びビーム中心出し等に用いられる。また、アパーチャ２０４０の吸収電流の測定により電子ビーム量測定が可能となる。
【０２０７】
アパーチャ２０４０の下流には、２次光学系と交差する領域であるＥ×Ｂ領域があり、ここにＥ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）が設けられる。Ｅ×Ｂ偏向器は、一次電子ビームをその光軸が試料の面に垂直になるように偏向する。
【０２０８】
Ｅ×Ｂ領域の下流にはカソードレンズ２０５０が設けられる。カソードレンズ２０５０は、１次光学系と２次光学系とが共存するレンズである。カソードレンズ２０５０は、第１カソードレンズ２０５１及び第２カソードレンズ２０５２の２段から構成されてもよいし、１枚で構成されてもよい。カソードレンズ２０５０を２段から構成する場合には、第１カソードレンズ２０５１と第２カソードレンズ２０５２の間にクロスオーバを形成し、カソードレンズ１枚の場合には、カソードレンズ２０５０と試料との間にクロスオーバを形成する。
【０２０９】
なお、光電子量は、光電子面に照射される光又はレーザの強度により決定する。従って、本１次光学系２０００には、更に光源又はレーザ光源の出力調整を行う方式を適用してもよい。また、図示はしていないが、光源又はレーザ光源と母材との間に出力調整機構、例えば、アッテネータやビーム分離器等を更に設けてもよい。
【０２１０】
ここで、本発明に係る１次光学系２０００のクロスオーバの形成について、図を用いて説明する。図３６は本願発明に係る１次光学系２０００のクロスオーバの形成の模式図である。図３６においては、模式的に、光電子面で発生した光電子が試料に対して垂直に照射されているように表現されているが、実際には、Ｅ×Ｂ偏向器によって偏向されている。
【０２１１】
図３６に示すように、光源又はレーザ光源からフィールドアパーチャ２０１０を通して光電子面２０２１に光又はレーザ光が照射される。これによって光電子面２０２１で発生した光電子は、ニューメリカルアパーチャ２０２５の位置においてファーストクロスオーバが形成され、更にアパーチャ２０４０を経由して、Ｅ×Ｂ偏向器によって試料に垂直に偏向され、第１カソードレンズ２０５１と第２カソードレンズ２０５２の間においてクロスオーバが形成される。そしてこのクロスオーバを形成した光電子が、面ビームとして試料面に照射される。従って、光電子面２０２１の電子放出形状と試料面に照射する電子ビーム形状が共役となる。一方、一般的な電子銃を備えた１次光学系においては、図３３（ｂ）に示したように、カソード２３１０から発生された光電子は、カソード２３１０とアノード２３１１との間でファーストクロスオーバが形成され、アノード２３１１、フィールドアパーチャ２３２０を経由して試料面に照射される。従って、フィールドアパーチャ２３２０の形状と試料面に照射する電子ビーム形状が共役となる。
【０２１２】
本願発明に係る１次光学系２０００の印加電圧の設定について説明する。本願発明は一般的な電子銃と構成を異にし、光又はレーザを光電子面２０２１に照射し、発生した光電子を、後段の引き出しレンズで引き出して加速する。ウェネルトやサプレッサが無く均一な電界で加速するため、各構成要素に対する印加電圧の設定も一般的な電子銃と異なる。
【０２１３】
以下、図３５を基に説明する。各構成要素に対して印加する電圧を、それぞれ次のとおりとする。光電子面２０２１の電圧をＶ１、及び引き出しレンズを構成している電極の電圧をそれぞれ、第１引き出し電極２０２２の電圧をＶ２、第２引き出し電極２０２３の電圧をＶ３、第３引き出し電極の電圧２０２４をＶ４、ニューメリカルアパーチャ２０２５の電圧をＶ５、アパーチャ２０４０の電圧をＶ６とする。また、ウエハ表面電圧（リターディング電圧ともいう。）をＲＴＤとする。本願発明の１次光学系２０００においては、光電子面２０２１の電圧Ｖ１を基に記載すると、以下のように各構成要素に電圧を印加する。すなわち、低ＬＥの場合、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ４＝Ｖ１＋３０００〜３００００Ｖ。Ｖ３＝Ｖ４＋１００００〜３００００Ｖ。Ｖ５、Ｖ６＝基準電位。そして、本願発明に係る１次光学系の一実施形態においては、ＲＴＤ＝−５０００Ｖ、Ｖ１＝−５００５Ｖ、Ｖ２、Ｖ４＝ＧＮＤ、Ｖ３＝＋２００００Ｖと設定した。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。ただし、これは一例であり、各構成要素に対する印加電圧はこれに限定されるものではない。
【０２１４】
なお、基準電位をＶ０、検出器の電子が入る面の電圧をＤＶとして表すと、本願発明に係る１次光学系２０００におけるＲＴＤとの印加電圧関係は、次のような表１に表す設定が好適に用いられる。
【表１】
0005963453.tif 000002
【０２１５】
以上のような構成を備える本願発明に係る１次光学系２０００及び本願発明の１次光学系２０００を備えた電子光学装置は、以下のような効果を得ることができる。
【０２１６】
第１に、本願発明の１次光学系２０００は、非常に高い透過率を実現することができる。透過率は５〜５０％であり、一般的な電子銃を備えた１次光学系の透過率０．１〜０．５％に対して１０〜１００倍の透過率を確保できる。これは、第１に、平面カソード面と新たな引き出しレンズの構成により、非常に均一な引き出し電界領域を形成できるので、形成された光電子を低損失で輸送できるからである。発生光電子量の増減によっても引き出し電界分布は一定に保つことを実現している構成であり、それにより高透過率で安定した動作を実現している。一般的な電子銃の備えた１次光学系では、ウェネルトやサプレッサ機構が必要なため、発生電子量つまりエミッション量により電界分布が変わるため、均一な引き出し電界部が小さくなり有効ビーム領域が狭くなるため、透過率を高くすることが困難であるが、本願発明に係る１次光学系２０００は、ウェネルトやサプレッサ機構を必要としないため、透過率を高くできるからである。また、第二に、本願発明に係る１次光学系２０００は、ファーストクロスオーバ位置がレンズ下流にあるため、ニューメリカルアパーチャ等の設置が容易になるので、ビームの収差低減や、ベルシュ効果の低減が行い易い光学系が実現できるからである。一般的な電子銃の備えた１次光学系では、ファーストクロスオーバ位置がウェネルトの近傍にあるため、その位置にニューメリカルアパーチャ等を設置することが困難であり、また、エミッションにより位置がずれるので、たとえこの位置にニューメリカルアパーチャ等を設置できても有効に使用することが困難であった。本願発明に係る１次光学系２０００は、ファーストクロスオーバの位置をレンズ下流に置くことができるので、この問題を解消できるからである。
【０２１７】
第２に、本願発明に係る１次光学系２０００は、高分解能で高スループットを実現できる。上述したように高い透過率が実現できるため、高いスループット、例えば１μＡの電子照射量を得るのに、極めて少量のカソード放出電流量２〜１０μＡでよい。従ってベルシュ効果も非常に小さくてすむ。例えば、ニューメリカルアパーチャ位置において、エネルギ幅０．５〜１．２ｅＶである。よって、小エネルギ幅で電子照射量を増加できるので、２次光学系で結像するビームの位置ずれが小さく、高い解像度を維持することができる。以上の結果、高分解能で高スループットを実現できるのである。
【０２１８】
第３に、本願発明に係る１次光学系２０００は、常に安定した状態の光学系を維持可能である。なぜなら、本願発明に係る１次光学系２０００はファーストクロスオーバの位置ずれが生じないからである。
【０２１９】
次に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置の効果について以下に詳述する。
【０２２０】
第１に、上述した構成の１次光学系２０００を用いるため、光電子面の電子放出形状に対して、試料面に照射する電子ビーム形状を倍率×１０倍〜×０．１倍にすることが可能である。特に倍率×１以下の縮尺での使用が可能であるため、光電子面のサイズを小さくする必要がなく、発生する光電子密度を低く抑えることができる。これによって本願発明の１次光学系２０００を備える電子光学装置は、ベルシュ効果を低減してエネルギ幅の広がりを抑制することが可能となる。
【０２２１】
第２に、光電子面の電子発生部の軸中心について、引き出しレンズで形成される中心位置に光電子発生部を容易に形成することが可能となる。これは、光又はレーザをその軸中心位置に照射することにより達成できる。図３５及び図３６においては光源の位置を図示していないが、光源の位置に関わらず、レンズ及びミラー等を用いることで容易に達成できる。本願発明に係る１次光学系２０００は、主ハウジングに固定された鏡筒内に配置されるが、光電子の発生に光又はレーザを用いるので、光源は必ずしも鏡筒内に配置する必要がなく、例えば鏡筒の外部に設置してミラーレンズ等で光電子面の電子発生部の軸中心に導くことができる。従って、大気側に配置することができる為、本願発明に係る１次光学系２０００を用いた電子光学装置は、中心位置の調整が容易である。図３３（ｂ）に示した一般的な電子銃を用いた検査装置においては、カソード２３１０、ウェネルト２３１２、アノード２３１１及びフィールドアパーチャ２３２０の中心位置は、組立によりズレてしまう。また、大気開放を行った後に行うベーキングによる位置ずれ、つまり、温度変化による熱膨張と冷却の工程を受けることによる組立後の位置変動も生じる。これらのズレを補正するために、フィールドアパーチャ２３２０の上流に通常アライナを設け、このアライナで補正を行なっている。位置ずれがひどい場合には、分解、組立、調整、ベーキングを繰り返し行うことが必要になる。一方、本願発明に係る１次光学系２０００を用いた電子光学装置では、光又はレーザをその軸中心位置に照射するだけで、静電レンズで形成される中心位置に光電子発生部を容易に形成することができるため、組立によるズレが生じても簡易に調整できる。また、光源を大気側に配置することができるので、組立後の位置変動を受けにくく、また組立後の位置変動が生じた際にも容易に調整ができる。従って、作業工程の大幅短縮と低コスト化が可能となる。更に、光電子面の電子発生形状を決めるフィールドアパーチャ２０１０を大気側に配置することもできるため、容易にフィールドアパーチャ２０１０の交換作業を行うことができ、この点でも作業工程の大幅短縮と低コスト化を図ることができる。真空側にフィールドアパーチャがある場合、交換には、真空破壊、コラムの分解、組立、調整、真空廃棄、ベーキング、光軸調整等の作業が必要になるが、この作業がなくなるためである。
【０２２２】
第３に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、ビームサイズの自由度が向上する。光電子面の電子発生形状はフィールドアパーチャ２０１０によって決定されるので、円形や矩形に限らず、長方形や軸に非対称な形状も可能となる。本発明に係る１次光学系２０００を備える検査装置では、一例として、光電子面でφ１００μｍの円形で、試料面上でφ５０μｍ〜１００μｍの円形が可能であり、光電子面で１００×１００μｍの矩形で、試料面上で５０×５０μｍ〜１００×１００μｍの矩形が可能である。
【０２２３】
第４に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、真空中にある部品点数を大幅に削減できる。一般的な電子銃を備える電子光学装置においては、カソード中心、ウェネルト、アノード及びフィールドアパーチャ中心のズレ補正のために、図３３（ｂ）で示したフィールドアパーチャ２３２０の前方にアライナが必要になる。また、フィールドアパーチャ２３２０で形成されたビーム形状を試料面上に結像するために１から３段のレンズが必要となる。本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、これらの部品を必要としないので、真空中にある部品点数を大幅に削減できる。
【０２２４】
以上説明した本願発明に係る１次光学系を備える電子光学装置を、半導体検査装置に適用すれば、高分解能で高スループットを達成できるため、ＥＵＶマスク検査やＮＩＬマスク検査に好適である。また、低ＬＥ（ランディングエネルギー）の場合でも、高分解能を達成できる。
【０２２５】
（実施形態９）
１次光学系の第２の実施形態
本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態について説明する。図３７は、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態を示す図である。本１次光学系２１００は、概略、光源（図示せず）、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２１１０、光電子発生装置２１２０、アライナ２１３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２１４０、カソードレンズ（ＣＬ）２１５０、第一の管１００７１及びこれらの１次光学系を収容する第２の管（図示せず）を備える。本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態は、基準電位を高電圧とすることに特徴がある。以下、上述した本願発明に係る１次光学系との相違点を中心に説明する。
【０２２６】
本実施形態は、第１の管１００７１と第２の管とを備える二重構造を有し、光電子発生装置２１２０は、光電子面２１２１、１枚の引き出しレンズ２１２２及びニューメリカルアパーチャ２１２５を備える。
【０２２７】
第１の管１００７１は、基準電圧が高電圧の場合の、基準電圧を作るための管で、この第１の管に高電圧が印加される。第１の管１００７１は、引き出しレンズ２１２２、ニューメリカルアパーチャ２１２５及びアライナ２１３０のそれぞれに設けられた１次ビームを通過させる孔の内側に、孔に内接するように配置され、さらにアパーチャ２１４０の後段で径が大きく形成され、この径が大きく形成された箇所の内側にカソードレンズ２１５０が配設される。
【０２２８】
第１の管１００７１の材質は、磁性体でなければ特に限定されないが、銅の肉薄の管又はチタンの肉薄の管、プラスチックに銅めっき又はチタンめっきしたものを好適に用いる。これによって、第１の管１００７１に高電圧を印加した場合に第１の管１００７１の内部に磁場が形成され、光又はレーザ光が照射された光電子面２１２１で発生した１次電子ビームが高加速される。
【０２２９】
一方、図３７に図示していないが、第２の管は、上述したフィールドアパーチャ（ＦＡ）２１１０、光電子発生装置２１２０、アライナ２１３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２１４０、カソードレンズ（ＣＬ）２１５０、第一の管１００７１を覆い、ＧＮＤに設定される。これは、コラム装置の最外部構成となるので、この部位をＧＮＤに保持して、他の装置部位との導体接続、及び人が触れたときの感電防止、等のために構成されている。
【０２３０】
引き出しレンズは１枚で、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態においては、電磁レンズを用いる。他の構成については、上述した一実施形態と同様であるので説明は省略する。
【０２３１】
このような二重構造の管とすることで、本願発明に係る１次光学系２１００は、試料表面電圧をＧＮＤにし、二重管構造の内側の管である第１の管１００７１に高電圧を付加することにより、光電子面２１２１で発生した電子ビームを高加速させることができる。従って、本願発明に係る１次光学系は、高加速カラムということができる。
【０２３２】
本願発明（図３７参照）に係る１次光学系２１００は、各構成要素に対して印加する電圧を、それぞれ次のとおりとする。光電子面２１２１の電圧をＶ１、第１の管１００７１の電圧をＶ２、ニューメリカルアパーチャＮＡ２０２５の電圧をＶ５、アパーチャ２１４０の電圧をＶ６とする。また、ウエハ表面電圧（リターディング電圧ともいう。）をＲＴＤとする。低ＬＥ条件では、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６は基準電位である。そして、本願発明の一実施例においては、ＲＴＤ＝０、Ｖ１＝−５Ｖ、基準電位＝４００００Ｖと設定した。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。
【０２３３】
このとき、磁場レンズを用いると、派生する立て磁場(光軸方向の残留磁場)によりビームの回転が起こる。よって、光電子面で形成した２次元の光電子発生形状が発生部と磁場レンズ通過後で回転してしまうことがある。これを補正するために、回転補正レンズをNA付近または磁場レンズの下流位置に設置して影響を補正する。磁場レンズ下流位置の補正レンズは、磁場レンズになるべく近い位置（直後）に設置して回転補正を行うとよい。
【０２３４】
また、静電レンズの本願発明の１次光学系２０００（図３５参照）において、２重管構造の例は、光電子面２０２１電圧Ｖ１を基に記載すると、以下のように各構成要素に電圧を印加する。すなわち、低ＬＥの場合、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６は基準電位、Ｖ３＝基準電圧＋１０〜１００ｋＶである。そして、本願発明の一実施例においては、ＲＴＤ＝０、Ｖ１＝−５Ｖ、Ｖ２＝基準電位＋４００００Ｖ、Ｖ３＝６５０００Ｖと設定した。また、基準電圧が基準空間電圧となるように、これらのレンズを内蔵する管１があり、図３５のレンズ、アパーチャ、アライナはこの基準電圧が引火されている管１の中に内蔵される。そして、その外側に、ＧＮＤ電位を有する管２が設置されている。管１と管２の間は絶縁部品により固定されている。（管１と管２は図示せず）。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。
【０２３５】
本願発明に係る１次光学系２１００は、試料表面電圧ＲＴＤを０Ｖにしたままで検査できる効果が得られる。更に、本願発明に係る１次光学系２１００は、上述した本願発明に係る１次光学系２０００と同様の効果を得ることができる。また、本願発明に係る１次光学系を備える電子光学装置の効果も同様であるので、説明を省略する。
【０２３６】
１次光学系における光電子発生装置の変形例
本願発明に係る１次光学系における光電子発生装置の他の例を示す。図３８及び３９は、１次系の途中位置から、コラム内に設置されたミラーにより、光電子面に光またはレーザが導かれるときの例である。
【０２３７】
図３８は、基準電圧が高電圧、例えば、４０ｋＶ時の例である。即ち、本願発明に係る１次光学系２０００の第２の実施形態に適用した例である。このとき基準電圧を形成するため高電圧が印加される管１００７１にＶ２＝４０ｋＶの電圧が印加されている。管１００７１内は同一電圧空間である。よってこの例では、中心部に光電子の通る穴の開いたミラー、例えば三角ミラー２１７０を用いてＤＵＶ光または、ＵＶレーザを、図示されない管１０００７１に設けられた穴を通して導入し、この三角ミラー２１７０によって反射させて光電子面２１２１に照射する。そして、照射された面から光電子が発生し、この光電子がＥＸレンズ２１２０およびＮＡ２１２５、そして、下流のアライナを通過して、試料面に照射される。このとき、発生した光電子が１次系の軌道を形成するために、光電子面２１２１には規定値の電圧が印加されている。ＬＥ＝ＲＴＤ電圧−Ｖ１で決まる。
【０２３８】
一方、図３９は、図３８で示した例と同様に三角ミラー２０７０によって光電子を発生させる光又はレーザを光電子面に照射するものであり、基準電圧ＧＮＤの例である。即ち、本願発明に係る１次光学系２０００の一実施形態に適用した例である。このとき、例えば、Ｖ２、Ｖ４とＶ５がＧＮＤで、その付近が基準電圧空間とする。そして、図３８と同様のミラーを設置して、光・レーザを導入することが可能となる。このとき、発生する光電子の量は、光またはレーザの照射強度にて決まるので、照射する強度の制御が行われる。これは前述した強度の制御方法が用いられる。この時、ミラーはミラー表面と構造体全体が導体または、導体でコートされている。そして、その電位は基準電位と同じ電位になっている。空間電位を乱さないように同電位となっているのである。また、１次ビームがミラーの影響を受けずに通過できるように、ミラーの光軸中心部には穴が開いており、その穴を１次ビームが通過する。この穴内部においても基準電圧と同電位となるように、導体材料または導体がコートされ基準電圧部に接続されている。
【０２３９】
また、光電子発生の形状については２つの方法を示す。図３９を用いて説明する。１つは、コラム内にあるミラーの入射前に、ビーム系状を規定するＦＡアパーチャ２０１０を用いる。フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の形状のビーム形成を行い、そのビームを光電面に照射して、その形状の光電子を発生させる。このとき、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の投影サイズは、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０上流にあるレンズ位置により制御される。
【０２４０】
もうひとつの方法は、光電子面にパターンのマスキング材をコーティングする方法である。図４０は、光電子面にパターンのマスキング材をコーティングした例を本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に係る１次光学系２１００に用いる例を示す図である。図４０に示すように、光電子面２１２１にマスキング材２１２２をコーティングする。このマスキング材２１２２はパターン形状の穴があり、この穴部分はマスキング材がコーティングされていない。このコーティングによりその部位からは光電子が発生しないで、マスキング材がない部位から光電子が発生する。つまり、ＤＵＶ光が照射されたとき、マスキングされていないパターン状の光電面部位からパターン形状の光電子を発生する。このとき、マスキング材としては、光電子が発生しない材料をコーティングしておけばよい。ワークファンクションが大きな材料、または、発生効率が低い材料を用いればよい。例えば、カーボン、Ｐｔ、Ｃｒ等である。ただし、チャージアップすると電位不均一性を形成し、放出電子の軌道を曲げてしまう等悪影響を及ぼすので、導電性材料を用いる。
【０２４１】
図４１は、更に、効率を良くするため、透過した光またはレーザを反射させて、光電子面に再度照射する方法を示す図である。光電子面２１２１側から入射した光・レーザが反射面構造（反射面２１２３）を有する光・レーザ透過部材中で反射して光電子面２１２１に戻り再度照射が行われるのである。この方法だと、複数回光電子面２１２１に光またはレーザが照射されるので、効率が高くなる。例えば、光電子面２１２１の光／レーザの透過率が６０％とすると、透過した６０％の光／レーザを再度照射することにより照射回数に応じた光電子発生量の増加を得られる。この例に限らず、複数回照射する方法は有効である。特に、２〜５回までの照射がその有効性を得られる。それ以上では、光／レーザ強度が落ちてしまうので有効性は大きく低減する。このように、複数回照射が可能となると、入射する光・レーザの強度は、一回の場合の１／２〜１／５ですむ効果が期待できる。たとえば、照射光/レーザ強度が１Ｗ必要なときに、０．２〜０．５Ｗですむ。特に、大きな出力の光源を必要とする場合、光源自体がない場合やその運転管理コストが大きな場合がある。このとき、低出力光源が利用できるとそれらのコスト、効率、熱による影響、光導入系の素子劣化等の影響を低減できるので大変有効となる。
【０２４２】
なお、図４０及び図４１に説明した例は、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に係る１次光学系２１００に適用する例を示しているが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に係る１次光学系２０００に適用してもよい。
【０２４３】
（実施形態１０）
二重管構造鏡筒を有する半導体検査装置
上述したように、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に示した１次光学系２１００を備える電子光学装置７０は、各構成要素に印加する電圧の設定が、一般的な電子銃とは異なる。すなわち、基準電位Ｖ２を高電圧（一例として、＋４００００Ｖ。）としている。そこで、本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１は、第１に二重管構造としている。
【０２４４】
図４２を用いて説明する。図４２は、本発明の一実施形態に係る半導体検査装置の二重管構造を模式的に示す図である。図４２においては、第１の管及び第２の管を強調して示しているが、実際の第１の管及び第２の管の断面はこれと異なる。図４２に示すように、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置７０は、第１の管１００７１と第１の管１００７１の外部に設けられた第２の管１００７２の２つの管から構成される。言い換えれば、２重管構造としている。そして二重管構造の内部に、光源、１次光学系、２次光学系及び検出器が収容される。そして、第１の管１００７１に高電圧（一例として、＋４００００Ｖ。）を印加して、第２の管１００７２はＧＮＤとする。第１の管１００７１にて高電圧の空間基準電位Ｖ０を確保し、第２管でＧＮＤにして囲う。それにより、装置設置のＧＮＤ接続の実現及び感電を防ぐ。管１００７１は絶縁部品により管１００７２に固定されている。この管１００７２はＧＮＤであり、主ハウジング３０に取り付けられる。第１の管１００７１の内部に１次光学系２０００又、２次光学系及び検出系７６等が配設される。
【０２４５】
第１の管１００７１及び第２の管１００７２との、内部の隔壁は、ねじ等の部材に至るまで、磁場に影響を与えないように、非磁性材料で構成され、電子線に磁場が作用しないようにしている。なお図４２において図示はしていないが、第２の管１００７２の側面には空間が設けられ、内部に、光源及び光電子発生部等１次光学系２０００の一部が配設された突出部が接続される。同様に第１の管１００７１にも第２の管１００７２に設けられた空間と同様の空間が設けられ、光電子発生部で発生した光電子がこれらの空間を通して試料に照射される。なお、光源は、必ずしも第２の管１００７２の内部に設ける必要はなく、大気側に配置して、真空側の第２の管１００７２内に収容された光電子発生部に導入してもよい。しかし、１次光学系、２次光学系は、二重管構造の内部に必ず収容される。検出器は、第１の管１００７１内に設置される場合と第１と第２の管とは関係ない独立した電位にて設置される場合がある。これは、検出器の検出面の電位を任意に設定して、検出器に入射する電子のエネルギを適切な値に制御することを特徴としている。管１と管２にたいして絶縁部品により電位分離された状態において、検出器の検出センサ表面電位を任意の電圧を印加して動作可能とする。このとき、センサ表面電位ＶＤとすると、センサ表面に入射するエネルギはＶＤ−ＲＴＤで決まる。検出器にＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＴＤＩを用いた場合、センサのダメージを低減して長期間使用するために、入射エネルギを１〜７ｋｅＶで用いると有効である。
【０２４６】
更に本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１の他の構成について説明する。図４３は、本願発明の一実施形態に係る半導体検査装置１の全体構成を示す図である。図４３に示すように、本願発明の一実施形態に係る半導体検査装置１は、第２に第２真空チャンバ９００を有する。すなわち、半導体検査装置１に第２真空チャンバ９００を配設し、第２真空チャンバ９００内に高電圧を発生する電源９１０を配設するとともに、第１の管及び第２の管が収容された鏡筒７１と第２真空チャンバ９００とを接続管９２０で接続し、接続管９２０内に配線を配設している。これは、上述したように本願発明に係る電子光学装置７０は、従来と異なり、基準電位Ｖ０を高電圧にするからである。基準電位Ｖ０を高電圧にするために、本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１は、管を二重管構造にしている。そして、内側の第１の管１００７１に高電圧を印加する。このような高電圧を印加する場合、大気と真空のフィードスルーは大気側の耐圧が低いために沿面耐圧を確保するために、大きなフィードスルーを要する。例えば、１ｋＶ／ｍｍ耐圧として、４０ｋＶでは、４０ｍｍ以上の絶縁沿面距離を有する絶縁部品とそれに対する大きなコネクタが必要となる。このような大きなコネクタが多数あると鏡筒に設置部を設けることの占有部位が大きな割合をしめ、鏡筒サイズとそのコストが大きくなってしまう。そのため、本発明では、電源専用の真空チャンバを設ける。それにより出力からのフィードスルーが不要となるので、配線を電極まで接続すればよい。この時、電源からの発生ガスがコンタミ汚染要因となるので、配線途中で真空同通を切るために、絶縁部品に電源用真空チャンバと鏡筒とを真空絶縁すると有効である。また、高電圧の場合、配線が太くなる。半導体検査装置１においては、試料印加電圧を高くすると、太い配線がステージ周囲に多数設置する必要が生じる。ワーキングチャンバ内部にこのような径の大きな配線を配置すると、ステージ動作時に配線の移動を伴うため大きなトルクが必要となり、例えば、配線が壁面と擦れる力が大きくなりそれによるパーティクル発生が大きな問題になる。よって、試料電位をＧＮＤにして、基準電圧を高電圧にする方式は大変有効である。この時、検出器表面の電圧を制御して、センサダメージを低減するとさらに有効である。試料電位と、基準空間電位と、センサ表面電位を異なる値にする。その時、例えば、試料電位はＧＮＤ、基準電圧は１０〜５０ｋＶ、センサ表面電位は３〜７ｋＶとすると、大変有効となる。また、上述したように第２の真空チャンバ９００を配設して電源９１０を収容し、接続管９２０によって鏡筒等と接続し、接続管９２０内に配線を配設して真空配線を実現している。電源には外部から供給電源（ＡＣ１００ＶまたはＤＣ２４Ｖ等）が導入され、通信は光通信方式が用いられる。この供給電源程度であれば小さなフィードスルーで済むので大気側からの接続は容易である。
【０２４７】
また、上述したように、２重管構造を有するため、内側の管（管１）は高真空で、外側の管（管２）と内側の管（管１）の間は大気圧状態も可能である。このような時は、管１内に静電電極を設置することは、配線管１の壁で接続する数量が多いことと真空/大気のフィードスルーが大きくなることにより現実的ではないことが有る。このとき、レンズ、アライナ、補正器は磁場を使用したレンズ、アライナ、補正器が用いられる。これにより管１にフィードスルーを設置する必要が無くなり、高電圧の基準空間を形成する場合には有効である。この構造を用いることは、前述した実施形態の１〜９の形態に適用することも可能である。
【０２４８】
以上のような鏡筒、電源用第２真空チャンバ及び鏡筒と第２真空チャンバを接続する真空配線用の接続管の構成をいずれも二重構造とすることにより、上述した本願発明に係る１次光学系２０００を備える半導体検査装置１が提供される。ただし、これは一例であり、本願発明に係る１次光学系２０００を備える半導体検査装置１は、これに限定されるものではない。また、これまで述べてきた実施形態、例えば実施形態１〜９で示された１次系及び２次系の実施形態についても、本実施形態の２重管構造を用いて行うことも可能である。
【０２４９】
（実施形態１１）
クロスオーバ位置におけるビーム測定方法及び該方法を用いた１次照射電子ビーム及びＮＡ位置の調整方法並びに該調整方法を用いた半導体検査装置
上述した本願発明に係る１次光学系を備えた電子光学装置を用いた半導体検査方法について説明する。なお、以下の方法は、一般的な電子銃を備えた電子光学装置を用いた半導体検査装置にも適用できる。
【０２５０】
本実施の形態では、写像投影型観察装置（写像投影光学系を有する電子線観察装置）を用いて試料が観察される。この種の電子線観察装置は、１次光学系及び２次光学系を備える。１次光学系２０００は、光電子発生部から出射される電子ビームを試料に照射して、試料の構造等の情報を得た電子を生成する。２次光学系は、検出器を有し、電子ビームの照射により生成された電子の像を生成する。写像投影型観察装置では、大きな径の電子ビームが用いられ、広範囲の像が得られる。つまり、通常のＳＥＭのように絞られたスポットのビームではなく、面ビームで照射を行う。
【０２５１】
電子ビームを試料に照射すると、複数の種類の電子が２次光学系で検出される。複数種類の電子とは、ミラー電子、２次電子、反射電子、後方散乱電子である。本実施の形態では、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を、２次放出電子という。そして、ミラー電子と２次放出電子の特性を利用して、試料を観察する。ミラー電子とは、試料に衝突せず、試料の直前で跳ね返ってくる電子をいう。ミラー電子現象は、試料表面の電場の作用によって生じる。
【０２５２】
上述したように、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を、２次放出電子という。これら３種の電子が混在する場合も、２次放出電子という用語を用いる。２次放出電子のうちでは、２次電子が代表的である。そこで、２次電子が、２次放出電子の代表として説明されることがある。ミラー電子と２次放出電子の両者について、「試料から放出される」「試料から反射される」「電子ビーム照射により生成される」などの表現が用いられてよい。
【０２５３】
図４４は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの関係を示す図である。ランディングエネルギーＬＥとは、試料に照射される電子ビームに付与されるエネルギである。電子銃に加速度電圧Ｖａｃｃが印加され、試料にリターディング電Ｖｒｔｄが印加されるとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥは、加速電圧とリターディング電圧の差で表される。
【０２５４】
また、図４４において、縦軸の階調ＤＮは、２次光学系の検出器で検出された電子から生成した画像における輝度を表す。すなわち、階調ＤＮは、検出される電子の数を表す。多くの電子が検出されるほど、階調ＤＮが大きくなる。
【０２５５】
図４４は、０［ｅＶ］付近の小さいエネルギ領域における階調特性を示している。図示のように、ＬＥがＬＥＢより大きい領域（ＬＥＢ＜ＬＥ）では、階調ＤＮは、比較的小さい一定の値を示す。ＬＥがＬＥＢ以下、ＬＥＡ以上の領域（ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ）では、ＬＥが小さくなるほど、階調ＤＮが増大する。ＬＥがＬＥＡより小さい領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、階調ＤＮが、比較的大きい一定の値を示す。
【０２５６】
上記の階調特性は、検出される電子の種類と関係している。ＬＥＢ＜ＬＥの領域では、検出される殆どすべての電子が、２次放出電子である。この領域は、２次放出電子領域ということができる。一方、ＬＥ＜ＬＥＡの領域では、検出される殆どすべての電子が、ミラー電子である。この領域は、ミラー電子領域ということができる。図示のように、ミラー電子領域の階調は、２次放出電子領域の階調より大きい。これは、２次放出電子と比べて、ミラー電子の分布の範囲が小さいからである。分布範囲が小さいので、より多くの電子が検出器に到達でき、階調が大きくなる。
【０２５７】
また、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢの領域は、２次放出電子領域からミラー電子領域（又はその逆）への遷移領域である。この領域は、ミラー電子と２次放出電子が混在する領域であり、混在領域ということもできる。遷移領域（混在領域）では、ＬＥが小さくなるほど、ミラー電子の発生量が増大し、階調が増大する。
【０２５８】
ＬＥＡ及びＬＥＢは、遷移領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーを意味している。ＬＥＡ及びＬＥＢの具体的な値を説明する。本発明者の研究結果では、ＬＥＡが−５［ｅＶ］以上であり、ＬＥＢは５［ｅＶ］以下である（すなわち、−５［ｅＶ］≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦５［ｅＶ］）。
【０２５９】
遷移領域のメリットとしては次の通りである。ミラー電子領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、ビーム照射により発生する全ての電子がミラー電子になる。そのため、試料の形状に関係なく、検出される電子が全てミラー電子になり、試料の凹部でも凸部でも階調の差が小さくなり、パターンや欠陥のＳ／Ｎ及びコントラストが小さくなってしまう。したがって、ミラー電子領域を検査に使用するのは難しい場合がある。これに対して、遷移領域では、形状のエッジ部の部位にて特徴的かつ特異的にミラー電子が生じ、他の部位では２次放出電子が生じる。したがって、エッジのＳ／Ｎ及びコントラストを高くすることができる。したがって、遷移領域は検査を行うときに大変有効である。以下、この点について詳細に説明する。
【０２６０】
図４５は、上記の遷移領域の現象を示している。図４５は、遷移領域の現象を示す図である。図４５において、ミラー電子領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、総ての電子が、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。これに対して、遷移領域では、一部の電子が試料に衝突し、試料が２次放出電子を放出する。ＬＥが大きくなるほど、２次放出電子の割合が多くなる。そして、図示されないが、ＬＥがＬＥＢを超えると、２次放出電子のみ検出される。
【０２６１】
本発明では、２次放出電子領域、遷移領域、ミラー電子領域を含めて、及び、凹凸構造を有するパターン、凹凸が無いパターン、を含めて、照射電子ビームと画像形成をする２次光学系の電子ビームの条件作成と調整方法を発明したものである。本発明により飛躍的に効率よく、高精度の調整と条件作成を達成できる。それを下記に示す。
【０２６２】
本発明は、２次光学系の途中にあるクロスオーバ位置（以下、ＣＯ位置と記す。）に来ているビームの位置と形状を測定することが大きな特徴である。従来は、ＣＯ位置に来ているビームの測定を行わずに、ＮＡを移動して、画像をとり、その画像のコントラストを評価していた。これでは、膨大な時間が掛かってしまう。従来の手順は次のとおりである。
ａ.  ＣＯ位置と検出器の間にあるレンズで結像条件を形成する。
ｂ.  もし、ＮＡが有る場合は、口径の大きなものにする。または、取り外す。
ＣＯ全体が観察できたほうがよい。例えば、φ１０００〜φ５０００μｍ
ｃ.  ＣＯ位置のビームを撮像する。
【０２６３】
本発明では、この様な撮像及び調整を効率よく行うため、また、コンタミネーションによる劣化や交換・メンテナンス性の向上のため、機器の構成は後述するが、特徴的には、可動式ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を備えている。これにより、ＬＥに対するＣＯ位置でのビーム形状の測定例を図４６に示す。図４６は、ＬＥに対するＣＯ位置でのビーム形状の測定例を示す図である。図４６において、ＣＯ位置に来ているビームの形状を上段に示し、試料表面に照射されたビームのミラー領域、遷移領域、２次放出電子領域における現象を下段に示す。また、上段において、ミラー電子を黒点で示し、２次放出電子を円形で示している。ＬＥに対して、ミラー電子領域では、ミラー電子のみが観察される。遷移領域では、ミラー電子と２次放出電子が観察される。２次放出電子領域では２次放出電子のみ観察され、ミラー電子は観察されない。この撮像により得られた像データを用いて、ミラー電子の位置、サイズ、強度、及び、２次放出電子のサイズ、強度を測定する。
【０２６４】
また、この観察により、対象とする試料に照射電子ビームを当てた時に、３つの状態のうち、どの状態にあるのか即時に判断できるのである。従来は、照射条件と得られた像から、あいまいな予測を行っていた。この様な正確な状況判断ができなかった。また、電源設定精度による誤差、光軸条件による影響も正確に判断できなかった。これは、ミラー電子領域、遷移領域の形成が、ＬＥ、光軸条件に敏感であるため、それを制御する機器や条件の誤差にも影響を受けてしまうからである。例えば、電源の設定精度は一般に０．１％程度である。５０００Ｖ設定電源の設定誤差は、５Ｖにもなるのである。５Ｖの変化が起こると、遷移領域→ミラー領域、や、遷移領域→２次放出電子領域になることも充分ある。その確認ができなかったために、設定値によりミラー電子領域であろう、または、遷移領域であろう等のあいまいな予測しかできなかった。
【０２６５】
更に、本発明では、この測定を行う方法を用いて、１次照射電子ビームの調整と画像形成を行うＮＡ位置の設定方法について述べる。マスク、ウエハなどの試料の方向が２次光学系（コラム）の座標と位置調整が済んでいるものとする。
【０２６６】
図４７は、本発明の一実施形態に係る検査方法の試料に対する１次ビームの入射角度を示す図である。図４７に示すように、入射電子ビームの照射角度θと試料(または、コラム座標)に対する照射方向αとする。つまり、試料表面に対して垂直方向（Ｚ方向、２次光学系の光軸方向と同じ）からの角度をθとする。例えば、θ＝０のときは、試料面に対して垂直入射となる。θ＝９０度のときは、試料に対して水平入射となる。斜め方向であるθ＝４５度のときは、試料表面に対して４５度入射となる。また、θはＺ軸からの絶対値表示でよい。Ｚ軸に対して右側でも左側でも同じ角度であればθは同じ値となる。通常、θは、０〜４５度の範囲で用いられる。αの例としては、試料（または、コラム座標）においてＸ、Ｙ方向をＥ×ＢのＥ方向をＹ方向、Ｂ方向をＸ方向とする。例えば、Ｅ×ＢのＥ＋側（１次光学系がある方向）がＹ＋、Ｅ−側がＹ−としている。この時、試料を検出器側からみてＹ＋に対して右９０度方向がＸ＋となり、Ｘ−は左９０度方向である。また、例えば、試料が縦ライン／スペース(Ｌ／Ｓ)と横ライン／スペース（Ｌ／Ｓ）のパターン量域があるとき縦ラインがＹ方向で、横ラインがＸ方向になるように設置されているとわかりよい。このとき、例えば図４７（ａ）のように、Ｘ＋方向を０度とする試料入射角度αと決めることができる。α＝０のとき１次電子ビームの入射方向はＸ＋方向となる。斜め方向の一例であるα＝４５度のときはＸ＋、Ｙ＋の中間方向に斜め入射する４５度となる、これは、縦Ｌ／Ｓと横Ｌ／Ｓにたいして同様の１次電子ビームの照射方向を形成することが可能となる、そして、同様のラインとスペースからの電子信号を形成し、同様のコントラストとＳ／Ｎを得ることが可能となる。上述のθとαの値を調整したとき、２次光学系のＮＡアパーチャがあるＣＯ位置に来ているビーム観察を行うと、図４８のようになる。図４８は、ＣＯ位置のビーム観察の一例を示す図である。この例は、遷移領域での調整例である。
【０２６７】
２次放出電子のビームは、ＣＯ位置で、円形となっている。これは、試料に電子ビームが衝突したことによる表面からの放出電子なので、表面からの放出方向が等方的であるため、ＣＯ位置では円形となる。それに対し、ミラーは前記θとαに影響された方向に表面近傍で反射するため、ＣＯ位置において、θとαを反映した位置にミラー電子が形成される。
【０２６８】
例えば、試料に対する入射角度αのとき、ＣＯ位置では、２次放出電子の円形に対してαの角度方向に位置が形成される。そして、試料表面の垂直方向をＺとし、検出器方向をＺ＋とすると、Ｚに対する入射角度をθとする。このθの大小により、ＣＯ位置のミラー位置が影響を受ける。つまり、図４８にあるように、θ（絶対値）が大きいと２次放出電子のＣＯ中心からの距離Ｌｍが大きくなる。つまり、斜め入射のとき、入射角度θが大きいとミラー位置は２次放出電子のＣＯ中心から離れた位置に形成されるのである。また、１次電子ビームを垂直入射させると、２次放出電子のＣＯ中心位置にミラー位置が形成される。
【０２６９】
図４９にその例を記す。図４９は、１次電子ビームの入射角度によるミラー位置を示す図である。Ｘ方向の電子ビーム照射の場合、ミラー電子位置は２次放出電子のＣＯに対して、Ｘ軸上に形成される。Ｙ方向の電子ビーム照射の場合、ミラー電子位置は２次放出電子のＣＯに対して、Ｙ軸上に形成される。斜め方向αからの照射の場合、２次放出電子のＣＯにたいして、α方向にミラー電子位置が形成される。よく用いられるαは、０度、３０度、４５度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度である。また、θは、０〜４５度の範囲で用いられることが多い。また、高いコントラスト、Ｓ／Ｎがえられる凹凸表面を有するものでは、例えばＥＵＶマスクやナノインプリントマスクや半導体ウエハでは、０〜２０度の範囲で用いられることが多い。
【０２７０】
この１次系の入射角度の制御について、１次系のビームアライナを用いて行うことができる。また、Ｘ方向は１次系のビームアライナ、Ｙ方向はＥ×Ｂにより調整を行うことも可能である。また、Ｙ方向においては、Ｅ×Ｂの代わりにビームアライナを用いてもよい。
【０２７１】
本発明では、コントラスト、Ｓ／Ｎの高い電子画像条件を形成するため、ＮＡ位置の調整を行っている。これは、ミラー電子位置とＮＡ位置との関係により、得られる画像情報が異なり、像質が大きく変化するからである。例えば、
ａ．  ミラー電子の多く含んだ画像：ミラー電子位置付近にＮＡを設置
ｂ．  凹凸パターンで、凹部にミラー電子が多い凹白/凸黒の画像
ｃ．  凹凸パターンで、凹部にミラー電子が少ない凹黒/凸白の画像
ｄ．  コントラストが非対称な画像、縦/横パターン等
ｅ．  凹凸のエッジ部にミラー電子を形成した画像等、である。
【０２７２】
よって、要求する画像を得るためには、ミラー位置とＮＡ位置の関係を求めて設定する必要がある。従来は、起こっている現象の理解が不足していたこと、及び、調整方法が分からなかったので、闇雲に、ＮＡを移動させては画像を取得して条件を決めていた。本発明により、作業効率が上がり、大幅な時間・コスト削減が可能となった。このとき、ＮＡ位置を調整して設置するために、ＮＡ可動機構が必要である。また、二次元移動機構であるとさらに好適である。１次元移動では、ＭＣ（ミラー電子位置）が２次放出電子のＣＯ中心に対して、斜め方向または、移動できない軸方向（例えばｘ方向移動しかできないと、ｙ方向移動ができない）にあるときには、ＭＣとＣＯ中心位置の間にＮＡを設置することができないからである。
【０２７３】
図５０及び図５１には、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示している。図５０及び図５１は、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示す図である。また、凹凸パターンを有する試料に限らず、平坦な表面試料においても同様の条件調整方法が適用できる。平坦な試料であっても、そこに電位の変化や材料の変化を捉えた画像の形成がしたい場合には、変化をとりやすい条件を本発明により求め、作成できるのである。例えば、平坦試料面にある微小異物、洗浄残り、コンタミネーション等の検出や、導電材料と絶縁材料の混在パターン検出等へ適用できるのである。この場合も、前述と同様に、欠陥やパターンのコントラスト、Ｓ／Ｎが高い条件を求めるために、上述の条件作成方法を用いることができる。そして、従来できなかった高感度の検出を実現できる。このような調整ができることにより、従来、画像を見ながら行っていた方法に比べ、コントラスト×１．２〜×２、Ｓ／Ｎ×１．５〜×５を得られる場合が確認され、また、調整時間Ｔｃと再現性に大変有効であり、例えば、従来に比べＴｃ＝１／２〜１／１０を得られるのである。
【０２７４】
ＮＡ設置位置の分類としては、大きく分けて、ミラー電子位置の周囲に設置する場合と、離れた位置におく場合がある。離れた位置ほど、ミラー電子の影響が小さくなる。
【０２７５】
以下に、像形成の例を示す。
【０２７６】
１）凹凸パターンで凹部白/凸部黒信号の像
局所的にミラー形成が起こり、その部位の電子量増加により高コントラスト、高Ｓ／Ｎが得られる例である。
【０２７７】
図５２は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの関係を示す図である。エッジ部は、凹部の両端に位置し、試料の高さが変化する部分である。図５２において、点線がエッジ部の階調特性を示し、実線が他の部分の階調特性を示す。他の部分の特性は、図４４の特性に対応する。
【０２７８】
図５２に示すように、エッジ部とその他の部分では、特性線が異なっている。エッジ部の特性線は、ランディングエネルギーが大きくなる方向にずれている。すなわち、エッジ部では、遷移領域の上下限が大きく、遷移領域の上限はＬＥＢ＋５［ｅＶ］である。ここで、ＬＥＢは、エッジ以外の部位の遷移領域の上限である。このような特性線のシフトが生じるのは、形状、構造及び材料等がエッジ部と他の部分で異なるからである。そして、特性線のずれることにより、エッジ部と他の部分で階調差ΔＤＮが生じる。
【０２７９】
次に、図５２に示されるようにエッジ部の特性が他の部位と異なる理由について、そして階調差ΔＤＮが生じる理由について検討する。
【０２８０】
図５３は、試料の凹凸構造の例であり、微細なライン／スペース形状の断面を示す図である。例えば凸部がラインであり、凹部がスペースである。ライン幅及びスペース幅が１００μ以下である。図５３（ａ）の形状では、導体（Ｓｉ）が凹凸形状を有している。そして、凸部の最上部に酸化膜（ＳｉＯ２等）が形成されている。同様に図５３（ｂ）の形状では、凸部の最上部にＴａＢＯが形成されている。
【０２８１】
図５４は、図５３（ａ）の構造に電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。図５４では、縦縞のパターンが形成されている。電子ビームが照射されると、照射電子が、凹部（溝）の一方のエッジの付近で軌道を変え、横方向に曲がり、溝の反対側のエッジに向かって進む。そして、照射電子は、反対側のエッジ付近で再び軌道を変え、上方に戻っていく。こうして、照射電子は、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。このようにしてエッジで生じるミラー電子を、エッジミラー電子ということができる。エッジミラー電子は、両端のエッジから対称に生じる。図５５も、図５４と同様に、図５３（ａ）の構造にて生じるエッジミラー電子を示す図である。図５５では、横縞のパターンが形成されている。このとき、遷移領域で行っているので、エッジミラー発生部以外の電子は、表面に衝突して二次放出電子を発生する。そのため、例えばエッジ部のミラー電子と他の部位の二次放出電子によりパターンのコントラスト及びＳ／Ｎが決まる。ミラー電子の透過率が高いために高いコントラスト及びＳ／Ｎが得られる。また、パターン形状や２次光学系の性能によっては、エッジミラーを完全に分解して画像形成ができない場合がある。例えば、２次光学系の収差低減が不足するためエッジミラー電子が一体となって観察される。よって、スペース部がエッジミラーによる白信号、ライン部が二次放出電子による黒信号で観察される場合がある。また、１次電子ビームの入射方向によっては、エッジ部の１方向にのみエッジミラーが生じる場合がある。このときも、スペースがエッジミラーによる白信号、ライン部が二次放出電子による黒信号で観察される場合がある。
【０２８２】
また、図５６は、照射電子がエッジミラー電子に変化する電子軌道のもう一つの例を示す図である。この例では、照射電子が、凹部の一方のエッジに向って入射し、一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って凹部内に侵入し、凹部の底部に衝突することなく進行方向を転換し、凹部の他方のエッジの近傍を通って、ミラー電子になる。このようなミラー電子も、エッジミラー電子である。エッジ構造では、各照射電子が、図５４又は図５６の軌道を通り、或いは図５４及び図５６の中間的な軌道を通り、エッジミラー電子になると考えられる。
【０２８３】
次に、電子の軌道がエッジ付近で曲がりやすい理由について説明する。図５３は、導体の凸部の表面に酸化膜が形成されている例を示す図である。図５３の構造では、導体の凸部の表面に酸化膜が形成されている。この構造では、試料表面の酸化膜が負に帯電する。そして、凹部内の導体の電位が、酸化膜の電位よりも相対的に高くなる。エッジ付近で電位が変化するために、電子の軌道が上述のように曲がりやすく、その結果、エッジミラー電子が生じる。
【０２８４】
本実施の形態では、プレチャージを行うことも好適である。プレチャージは、試料観察の前に行われる電子ビームの照射である。プレチャージにより、試料の絶縁領域が負に帯電する（図５４等の例では、試料表面の酸化膜が負に帯電する）。プレチャージを行うことにより、絶縁領域の電位が安定する。これにより、エッジミラー電子が安定して発生し、図５２の特性が安定して得られる。したがって、試料観察を良好に行うことができ、試料観察結果を用いる検査の精度も向上できる。
【０２８５】
プレチャージの電子ビームは、試料観察のための電子光学系を用いて照射されてよい。あるいは、別の電子銃が、プレチャージのために設けられてよい。
【０２８６】
図５７は、試料の凹凸構造に関する別の例を示している。図５７も、ライン／スペース形状の断面である。図５７では、Ｓｉ面に、酸化膜（ＳｉＯ２等）の凸部が形成されている。このような構造では、凹部の両側のエッジにて、等電位面が屈曲する。等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、図５７の構造においても、照射電子は、図５４〜図５６に示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。図５７の構造でもプレチャージが好適に行われ、これにより、凸部の酸化膜の電位を安定させることができる。
【０２８７】
また、導電材のみによって凹凸構造が形成されることがある。この場合も、凹凸に沿って等電位面が形成される。そして、凹部の両側のエッジでは等電位面が屈曲する。この等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、照射電子は、上述したような軌道を通り、エッジミラー電子になる。また、図５３ｂの構造においてＴａＢＯがない場合の構造マスクでも同様に考えてよい。これは、ＥＵＶマスクの場合である。
【０２８８】
また、導電材のみで凹凸面が形成されている場合でも、導電膜の表面には自然酸化膜が存在している。したがって、プレチャージを行うことが好適であり、これにより電位を安定させることができる。
【０２８９】
以上に詳細に説明したように、試料の凹部では、電子が両端のエッジ付近を通ってＵターンし、エッジミラー電子になる。そのため、エッジミラー電子は、通常の部位のミラー電子よりも発生しやすい。その結果、図５２に示されるように、エッジ部では、エッジ以外の部分よりも、遷移領域が高いエネルギ側へと広がっている。
【０２９０】
また、上記領域では、ミラー電子と２次放出電子が混在する。２次放出電子は、前述したように、２次電子、反射電子又は後方散乱電子である（あるいは、それらが混在している）。２次放出電子は、等方的に広がって放出される。そのため、検出器には、最大でも数％の電子しか到達しない。これに対して、エッジミラー電子は、照射電子がそのまま反射することにより生成される。したがって、エッジミラー電子については、透過率（検出器への到達率）がほぼ１００％である。したがって、高い輝度（階調）が得られ、周囲との階調差ΔＮが大きくなる。
【０２９１】
上記のように、エッジ部では、ミラー電子が生じやすく、しかも、ミラー電子の透過率が大きい。その結果、図５２に示されるように、ランディングエネルギーＬＥが大きい方へと、エッジ部の階調特性線がずれ、エッジ部と他の部位の間に階調差ΔＤＮが生じる。
【０２９２】
本実施の形態は、上記の現象を利用して、解像度が高くコントラストも大きいパターン画像を生成する。上記で説明された凹構造は、本発明の凹パターンに相当する。本実施の形態では、凹パターンで効率よくエッジミラー電子が生じるように、ランディングエネルギーＬＥを設定する。ランディングエネルギーＬＥは、図示のように、従来一般の観察技術と比べて非常に低い値に設定されることになる。このようなエネルギ設定により、パターンと周囲の階調差ΔＤＮが大きくなり、高い解像度と高いコントラストの画像が得られる。
【０２９３】
具体的には、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５［ｅＶ］になるように、ランディングエネルギーＬＥが設定される。これにより、ミラー電子と２次電子が混在する領域にランディングエネルギーＬＥが設定される。
【０２９４】
前述したように、本発明の研究結果では、−５［ｅＶ］≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦５［ｅＶ］である。例えば、ＬＥＡ＝−５［ｅＶ］、ＬＥＢ＝５［ｅＶ］であったとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥは、−５［ｅＶ］≦ＬＥ≦５＋５［ｅＶ］＝１０［ｅＶ］に設定される。さらに詳細には、ランディングエネルギーＬＥに依存してミラー電子と２次放出電子の混在の状況が変化し、階調差も変化する。ミラー電子の発生数が比較的小さい領域にランディングエネルギーＬＥを設定することで、大きな効果が得られると考えられる。
【０２９５】
２）凹凸パターンで凹部黒／凸部白信号の像
局所的にミラー形成が起こり、そのミラーが検出器に届かないことにより黒信号となり、高コントラスト、高Ｓ／Ｎが得られる例である。
【０２９６】
凹部で形成されたミラー電子が側壁等に衝突する。又は、軌道がずれて、上方のＣＯ位置または、検出器位置まで届かないために、凹部の信号が減少し、黒信号として検出される。
【０２９７】
この時、図５２において、凹部の信号特性がｂで、その他の部位がｃである。凸部の信号は、ミラー電子の場合、ミラー電子＋２次放出電子の場合、２次放出電子の場合がある。このとき、凹部のミラー電子が側壁面に衝突する場合、そこからは側面材料からの二次放出電子が発生する。そして、凸部のミラー電子が、到達電子量が多いため白信号として画像を形成する。このとき二次放出電子は黒信号を形成する。この凹黒信号、凸部白信号により凹凸パターン、つまりライン／スペース構造のコントラストおよびＳ／Ｎが高い条件を得ることができ、感度の高い欠陥検査が可能となる。また、凸部からはミラー電子と１次電子ビームの一部が試料表面に衝突することによる二次放出電子を含んでいる場合がある。このときも、凸部からの電子の検出器への到達電子量が多いため、凹部黒信号、凸部白信号により凹凸パターン、つまりライン／スペース構造のコントラストおよびＳ／Ｎが高い条件を得ることができ、感度の高い欠陥検査が可能となる。このとき、最表面層の材料の影響も受ける。ＳｉＯ２やＴａＢＯなどの酸化膜が側面の材料よりも二次放出電子量が多い場合がある。その時はさらに高いコントラストおよびＳ／Ｎを得ることが可能となる。また、このとき、凹部で形成されたミラー電子は大きく軌道がはずれ、またはＮＡを通過できない位置に軌道が外れるものや、側壁に衝突するものが多くある場合がある。そのときは、上述と同様に凹部からの電子は、凹部への入射１次ビームの１部が側壁に衝突して発生する二次放出電子となり、量的には少量となるため黒信号となる。それに対して、凸部は、ミラー電子、ミラー電子と二次放出電子の混在、または二次放出電子の場合があるが、いずれにせよ、入射１次ビームの全量が影響するため、凸部の電子量が相対的に凹部よりも多く取得できるので、高いコントラストおよびＳ／Ｎを得ることが可能となる。
【０２９８】
この場合も、上述した、１次照射電子ビームの入射角度θとα及び２次光学系のミラー位置とＮＡ位置の相対関係により大きく影響を受ける。ＮＡ位置の条件により凹部のミラー電子をカットすることも可能である。この様な調整を行い、凹凸パターンの高いコントラスト、Ｓ／Ｎを得る条件を求めて設定する。
【０２９９】
（ＣＯ位置におけるビーム測定機構・・・第２検出器）
ＣＯ位置におけるビームの位置、形状を測定することにより多様なパターンに対して、電子ビームの条件作成と高精度の調整が可能となる。このような調整を行うために、可動式のニューメリカルアパーチャを備えると有効である。特に、２軸（ｘ、ｙ方向）方向に可動できるものが必要となる。また、レンズ条件によりｚ方向にＣＯ位置が変化する場合があるので、ｘ、ｙ、ｚの３軸方向に移動できると更に好適である。
【０３００】
しかし、可動式のニューメリカルアパーチャを備えても、検出器が一個では、調整のたびに検出器を用いることになる。２次光学系で結像されるマスクやウエハからの電子画像は、検出器のマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり光の像に変換される。この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれたＦＯＰ系でＴＤＩ−ＣＣＤ上に１対１で投影される。調整のたびに頻繁に検出器を用いると、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）等の損傷が進行し、検出器の頻繁な交換が必要となる。これは、２次光学系の光軸調整や電子像の調整を行うときは、静止像を用いるため、静止像中の電子強度分布が長時間保持される。つまり、電子量が多い部位と少ない部位が一定時間以上保たれた状態で撮像されることになる。このとき、電子量が多い部位と少ない部位の素子劣化は異なるため、局所的にゲインの差が発生するため検出器事態のゲインのムラが生じてくる。これは、次の段階で検査を行うときに擬似欠陥量を増加する等検出性能を劣化させる要因となる。よって、静止像を撮像する場合はもうひとつの検出器を有すると好適である。検査時には、検出器はステージを動かしながら取得電子分布の異なる部位を短時間に変えながら連続して撮像する為、ゲインのムラによる劣化は少ない。
【０３０１】
そこで、このような検出器の頻繁な交換を必要とせず、且つ、ＣＯ位置におけるビームの位置、形状を測定する手段、及光軸の調整を行うものとして、更にＣＯ位置におけるビーム測定用の検出器として、検査用検出器の直前に第２検出器を設ける。図５８は、本願発明に係る第２検出器の原理を示す図である。図５８（ａ）は、本願発明の２次光学系を示す図であり、図５８（ｂ）は、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８位置における２次放出電子及びミラー電子の電子ビームを、レンズを通して第２検出器７６−２に結像させることを示す図である。図５８（ｂ）に示すニューメリカルアパーチャ１０００８と検出系７６との間に、本願発明の一実施形態に係る第２検出器７６−２を設け、可動式のニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を移動させて、第２検出器でＣＯ位置のビームの位置及び形状を撮像すればよい。ここで、ＣＯ位置（またはＮＡ位置）のビーム形状・位置は、静止画を撮像できればよい。第２検出器７６−２で撮像した情報を基に調整を繰り返し、調整後に検査を行う。
【０３０２】
ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を経由した二次放出電子やミラー電子は、検出器のセンサ面で結像する。この結像した２次元電子画像を第２検出器７６−２で取得し、電気信号に変換して、画像処理ユニットに送る。ＣＯ位置の電子ビーム像が第２検出器７６−２で撮像できるように、ニューメリカルアパーチャ１０００８と第２検出器７６−２との間に、トランスファーレンズ又は、拡大投影用静電レンズを使用してもよい。
【０３０３】
第２検出器７６−２としては、ＥＢ−ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ型ＥＢ−ＣＣＤを用いることができる。素子サイズは第１検出器（検出器７６１）であるＥＢ−ＴＤＩの素子サイズの１／２から１／３の大きさでよい。これによって第１検出器よりも小さいＰｘサイズの撮像が可能となる。Ｐｘサイズとは、素子サイズを光学倍率で割った値で、試料表面上の画像分割サイズのことである。例えば、素子サイズ１０μｍ□で倍率１０００倍のときＰｘサイズ＝１０μｍ／１０００倍＝１０ｎｍとなる。第１検出器よりも小さい素子サイズを有する第２検出器であれば、第１検出器よりも小さいＰｘサイズでの表面観察が可能となるのである。第１検出器のＥＢ−ＴＤＩ、第２検出器のＥＢ−ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳ型ＥＢ−ＣＣＤは、光電子変換機構及び光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面または、ＥＢ−ＣＣＤセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコントラストを得ることが可能となる。従来のＥＢ−ＣＣＤと比べるとＣ−ＭＯＳ型のＥＢ−ＣＣＤはバックグランドのノイズを著しく低減できるので、検出器起因のノイズ低減に大変効果があり、どう条件の撮像を行ったときに従来よりも、コントラスト向上、Ｓ／Ｎ向上を行うことができる。特に、取得電子数が少ないときに有効である。ノイズ低減において従来型ＥＢ−ＣＣＤの１／３〜１／２０程度の効果がある。
【０３０４】
ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を通して検出器面で結像するビームを第２検出器７６−２で検出し、検出したビームの位置及び形状によって、電子ビームの条件作成とニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８等の位置を調整する。第２検出器７６−２による検出結果によって各種の調整が行われた後、検出系７６を用いた試料の検査を行う。従って、検出系７６は検査時のみに使用する為、検出系７６の交換頻度を抑制できる。また、第２検出器７６−２は静止画のみを撮像するので、劣化が生じても検査には影響しない。このような、結像条件を達成するためには、例えば、第１検出器に電子像を結像する条件、第２検出器に結像する条件、ＣＯ位置のビームを観察するためにＣＯ位置に来ているビーム形状を第２検出器に結像する条件等において、これらの調整は、図３３（ａ）の例を参照するとトランスファーレンズ１０００９のレンズ強度を調整して第１検出器用と第２検出器用に最適な条件を求めてある結像条件を用いる場合がある。また、トランスファーレンズ１０００９の変わりにレンズ７４１を用いてもよい。レンズ中心−検出器間の距離が変わるので、それによりトランスファーレンズ１０００９とレンズ７４１を用いたときで倍率が変わるので、好適なレンズと倍率を選んで行えばよい。
【０３０５】
上述した第２検出器７６−２は、上述したＣＯ位置におけるビームの位置、形状を測定して電子ビームの条件作成と高精度の調整を行う本願発明に係る調整方法と併せて用いることで効果が得られる。また、この第２検出器７６−２は、本願発明に係る新たな光電子発生部を備える電子光学装置だけでなく、一般的な電子銃を備える電子光学装置に適用してもよい。本実施例は、上述の実施形態１〜実施形態１１で述べてきた装置にも適用可能である。上記のビーム、ＮＡ位置の調整方法の例では、１次ビームが電子ビームの時の例を述べたが、照射系が光またはレーザのときにも適用できる。レーザまたは光を照射して光電子が試料表面から発生し、該光電子のクロスオーバサイズやその中心位置とＮＡ設置位置との関係を適切に行うときに用いることができる。これにより、解像度のよい光電子像の形成が可能となるである。
【０３０６】
また、他の例として、図５８（ｃ）に示すように、ＮＡ位置に、ＮＡと連動してｘ、ｙ方向に移動することができる第３検出器７６−３を有することも可能である。例えば、ＮＡの設置プレートに第３検出器７６−３が一体に設置されていてよい。このとき、ＮＡ位置に来ているビームの形状・位置を観察するためにこのプレートを移動して、第３検出器７６−３の中心が光軸中心に来る座標に移動して、きているビームを直接第３検出器７６−３で観察することができる。これにより、後段のレンズ調整を行う必要はなくなる。
【０３０７】
（実施形態１２）
同一チャンバ内に光学顕微鏡及びＳＥＭを備える検査装置
なお、上述した検出器で試料の検査を行った場合、更にＳＥＭでの観察が必要になる場合がある。そこで、写像光学式検査装置とＳＥＭが同一のチャンバに設置されていると大変有効である（図５９参照）。たとえば、ＥＵＶマスク、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）マスクなどの微細なパターンの検査においては、写像光学方式のパターンとパターン欠陥の撮像条件を用いて高感度で超微小なパターンの検査を行うことが要求される。写像光学式検査装置とＳＥＭが同一のチャンバに設置されている場合、同一のステージに試料が搭載されており、その試料に対して、写像方式とＳＥＭの両方で観察及び検査が可能となる。このときの使用方法とそのときのメリットは次のようである。
【０３０８】
第一に、同一のステージに搭載されているため、試料が写像方式との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まるため、同一部位の特定が高精度で容易にできる。分離された別々の装置にて試料の移動を行う場合、別のステージに設置を行うため試料のアライメントをそれぞれ行う必要があることと、それを行っても同一場所の特定誤差は５〜１０μｍ以上となってしまう。現行の装置では、このような位置誤差のために、欠陥場所とずれた場所をレビューしてしまって、欠陥が無い部位を誤って撮像してしまい、欠陥判定がなしと誤って判断される場合が生じる。特に、パターンのない試料の場合は、位置基準が特定できないため、その誤差は更に大きくなる。パターンがある場合に比べ、２〜１０倍程度である。
【０３０９】
第二に、同一のチャンバとステージに設置されているため、写像方式とＳＥＭの移動を行った場合でも、高精度で同一場所を特定できるので、高精度で場所の特定が可能となる。例えば１μｍ以下の精度が可能で、０．０５〜１μｍの範囲内に、観察したい異物や欠陥の位置を移動できる。このことにより、パターン及びパターン欠陥の検査を写像方式で行った場合、その検出した欠陥の特定及び詳細観察（レビュー）をＳＥＭで行う場合大変有効となる。場所の特定ができるので、存在の有無（無ければ擬似検出）が判断できるだけでなく、欠陥の正確なサイズ・形状を高速に行うことが可能となる。別装置であるとパターン欠陥とその特定に多くの時間を費やす。
【０３１０】
これまで述べてきた、写像光学方式のパターンとパターン欠陥の撮像条件を用いて高感度で超微小なパターンの検査を行うことと、このような写像光学方式とＳＥＭが同一チャンバに搭載されている装置系を用いると、特に、１００ｎｍ以下の超微小なパターンの検査とその判定・分類を大変効率よく、また、高速に可能とすることができる。以下に実施例について詳述する。
【０３１１】
（実施例１）
これまで説明した光学顕微鏡、写像光学系、ＳＥＭがひとつのチャンバに設置されている場合、次の機能と機構を有することが特徴となる。
【０３１２】
上記、光学顕微鏡、写像光学系、ＳＥＭのそれぞれの光学系の中心を求めておくこと、そしてそれら中心の座標関係をメモリ等に記憶しておくこと、及び、記憶されたそれらの光学系の中心座標に移動できることが重要であり、そのための機構を備えるとよい。一つのチャンバ内に、同じステージに設置された試料について、同一場所を観察するときに、該記憶された光学中心間をＰＣの制御画面よりボタンまたは、クリック操作により簡単に、移動できる。その精度は、同一のステージ上に設置されているために、高精度にて移動・位置静止が可能となる。例えば、０．０５〜１μｍの精度が可能となる。また、停止時の制御を工夫すれば、０．０５〜０．１μｍの精度が可能となる。その制御例として、複数回の停止許容値を用いて静止させることが挙げられる。例えば許容値Ａ≦１μｍ、許容値Ｂ≦０．１μｍの２種類の許容値を用いる。１番目の停止制御に許容値Ａを用いて、その後に許容値Ｂを用いて停止させる。このように複数の許容値を用いて、かつ、段階的に許容値の小さい値を使用するとスムースに効率よく高精度で停止を行うことができる。
【０３１３】
（アライメント手順）
このような、動作を可能とするために必要なことが、それぞれの光学系、つまり、光学顕微鏡、写像光学系、ＳＥＭにおける、試料のアライメントと写像光学系における検出器のセンサのアライメントとＳＥＭの像形成におけるアライメントの関係である。これらをどのように決めておくかによって、作業工程、その時間や位置精度、擬似判定・欠陥種の分類の性能に影響を与える。本件では、効率的で高精度に行うために次の手順で行っている。
【０３１４】
ａ）光学顕微鏡によって試料のアライメントを決定する（図６０参照）。
【０３１５】
これは、ステージの移動方向と試料の方向を一致させる作業を行い試料の方向を決定することである。例えば、回転ステージ等により、試料を回転させ、ステージの移動方向（ｙ方向）に試料のｙ方向が一致するように試料の回転角θsを決定する。例えば、代表的なパターンのマークが試料のｙ方向上に２ヶ所以上ある場合、例えば、２箇所ｙ方向で１０〜３００ｍｍ程度離れているパターンまたはマークを用いる。このとき、光学顕微鏡の光学中心上に該当する２つのパターンまたは、マークがくるように資料の回転角θｓ求めて、決定する。このとき、パターンマッチングなどの画像処理を行うことにより、アライメント精度は、１／１０〜１／１００Ｐｘを得ることができる。
【０３１６】
ｂ）写像光学系の電子の画像を検出する検出器の回転角θｔを決定する（図６０、図６１参照）。
【０３１７】
この角度は、ＴＤＩセンサ（時間積分型ＣＣＤ−ＴＤＩセンサ）、または、ＣＣＤセンサのｙ方向(ｙ方向に各画素が並んでいる方向)をステージの移動方向に合致させるため、回転角θｔを調整して決定する。具体例として、次の作業を行う。パターンまたは、マークを用いて、ｙ方向の距離１０〜３００ｍｍ程度離れているものを用いる。上記ａ）により、ステージ移動方向と試料の回転θｓが調整され、ステージ移動方向ｙと試料のｙ方向が高精度で調整されているため、例えば、１／１０００〜１／１０００００ｒａｄ、または、高精度調整により１／１００００〜１／１０００００ｒａｄ内に調整されている。この状態で、ステージをｙ方向に移動させ、それに同期させてＴＤＩ画像を取得し、パターン又は、マークのＴＤＩ画像の解像が最も良い状態、例えば、コントラストが最大となる回転角θｔを求める。用いるパターンとしては、Ｙ方向に１次元のＬ／Ｓパターン等が用いられる。回転角θｔがずれているとＬ／Ｓパターンがボケて、コントラストが低くなる。回転角θｔが適正値になるとコントラストが上昇し、最適値を求めることができる。この作業を行うことにより、ステージ移動方向ｙとＴＤＩまたはＣＣＤセンサのｙ方向のズレを、１／１０００〜１／１０００００ｒａｄにすることができる。また高精度に調整することにより、１／１００００〜１／１０００００ｒａｄにすることが可能となる。
【０３１８】
ｃ）次に、ＴＤＩの画像フレームの中心座標を求める（図６２、図６３参照）。
【０３１９】
ＴＤＩ画像は、２次元の連続像であるので、画像処理により、連続像をフレームに分割する。例えば、１０００×１０００Ｐｘ、２０００×２０００Ｐｘ、４０００×４０００Ｐｘ等を１フレームにする。これらの各フレームの中心が目標位置となるように調整・決定されている。ここで、目標座標を決定する方法の例を挙げる。
【０３２０】
Ａ）例えば、特徴のあるパターン部やマーク部を用いる。これらの光学顕微鏡における光学中心位置に設置して、それらの座標値を記憶する。そして、これらのパターン部やマーク部がＴＤＩ像のフレーム中心になるように、ＴＤＩ像の取得開始位置や終了位置を決定する。このｙ方向位置の調整は、画像処理上、つまりフレーム分割をする開始位置のパラメータ調整を行っても良い。フレームを分割する開始位置を１Ｐｘ単位で調整できることにより容易に調整できる。例えば、１Ｐｘ５０ｎｍであれば、５０ｎｍの精度で調整可能となる、通常、１０〜５００ｎｍ／Ｐｘで用いられる。
【０３２１】
Ｂ）ｘ方向位置の調整は、センサのｘ方向中心位置に目標のパターンやマークがくるように、光学中心の座標位置関係を微調整する。又は、最終段の偏向器によって微調整を行うことができる。この場合、１／１０Ｐｘ〜１０Ｐｘの精度で調整が可能である、また、１／１０〜１Ｐｘでの調整がよく用いられる。
【０３２２】
Ｃ）次に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の光学中心に目標のパターン又はマークがくることを確認する。ズレがある場合には、光学中心間の座標関係を修正する。つまり、目標パターン又はマークが、光学顕微鏡の中心と写像光学系のＴＤＩ像のフレーム中心とＳＥＭ画像の中心にあることを確認し、それが許容値以内であることを確認して決定する。目標のパターン又はマークが、光学顕微鏡、写像光学系のＴＤＩ像のフレーム、ＳＥＭ像の中心から許容値以内に入っていることを確認し、各光学中心位置間の距離を決定してメモリ等に記憶する。許容値は１μｍ以下にすることが可能である。また、高精度の調整により、０．１μｍ以下の許容値にすることもできる。
【０３２３】
Ｄ）その他、もし、写像光学系で用いる検出器がＣＣＤや電子を直接センサ面に入射させて像を形成するＥＢ−ＣＣＤの場合、ステージは静止状態にて画像を取得するので、その静止像の中心に光学中心がくるように調整・決定し、光学顕微鏡、写像光学系のＥＢ−ＣＣＤ像、ＳＥＭ像の光学中心にパターン又はマークが許容値以内にくるように調整・決定される。その手順や許容値は上記と同様である。
【０３２４】
上記の様に、Ａ）光学顕微鏡でアライメントを行うステップと、Ｂ）写像光学系で検出器センサの方向（ｙ方向：センサの積算方向）のアライメントを行うステップと、Ｃ）光学顕微鏡・写像光学系・ＳＥＭの光学中心を求め相関の座標を記憶するステップと、を有することが本発明の特徴である。また、写像光学系のＴＤＩ像を用いる場合では、ＴＤＩ像のフレーム中心を求めるステップが、Ｂ）のステップ中に必要となる。
【０３２５】
また、Ｃ）のステップの中で、ＳＥＭ像に関しては、更に精度を求めるときに次のことを行うことが可能である。ＳＥＭ像の像フレームを形成するｘ方向とｙ方向を調整し決定すること。目標の方向は上記Ａ）、Ｂ）が終了している段階で、パターン又は、マークのＳＥＭ像取得を行い、ｘ、ｙ方向のズレを抽出して補正する。補正する手段は、ｘとｙの偏向する方向を微少量ずつずらして一致させる。これを可能とするため、ＳＥＭの画像を形成するための、つまり走査するための偏向器は８極以上のもが用いられる。これにより、偏向角度の制御が１／１０００〜１／１０００００ｒａｄの角度調整が可能となる。この作業内容を、Ｃ）のステップ中で行うこともできる。
【０３２６】
本発明の装置系の使用例では、上述の検査前作業ステップが済んだ後に、写像光学系にて、ＴＤＩ像を用いて欠陥検査を行う。そして、該検査結果のパッチ画像と座標値が出力されメモリ等に記憶されている、次に、ＳＥＭでレビューを行う場合、ＴＤＩ像で欠陥検出した部位をＳＥＭでレビュー撮像して、欠陥又は擬似の判定を行う。
【０３２７】
このとき、画像処理装置によりＳＥＭ像による欠陥判定と擬似判定を行うことができる。これに関して下記の方法がある。
【０３２８】
第一に、ＳＥＭ画像同士の比較  ：ＳＥＭによるレファレンス部画像との比較。
【０３２９】
第二に、ＳＥＭ像とＴＤＩ像（パッチ像）との比較。パッチ像とは、検査途中で取得された欠陥画像でありＴＤＩスキャン画像から検出した欠陥部付近を切り取ってメモリに保存したものである。通常、５０〜２００Ｐｘ程度で行われる。この値が画像の長辺のとき、短辺は１〜１／３を用いると好適である。
【０３３０】
特に、第二の方法では、ＳＥＭ像のｘ、ｙ方向がズレているとパターンマッチング等の画像処理がうまくいかないので、ＳＥＭ像におけるｘ、ｙ方向の調整・決定作業を行っておく必要がある。例えば、パターンの位置ズレによりパターン不整合が生じる。
【０３３１】
また、ＳＥＭ像のｘ、ｙ方向のズレ補正においては、画像処理で行う方法もある。ＳＥＭ像のｘ、ｙ補正量を予め求めておき、ＴＤＩ像との画像比較時に補正を行って比較する方法も可能である。
【０３３２】
（実施例２）
本実施例では、ＳＥＭでレビューを行うときに付着するコンタミネーションをクリーニングすることが可能である。
【０３３３】
ＳＥＭ観察を行うとカーボンなどのコンタミネーションが付着することが知られている。ＳＥＭレビュー観察を行うとコンタミネーションが付着するのでそれ自体が欠陥として発生することがある。特に、ビーム走査の端部領域では、コンタミネーションが多く発生する。
【０３３４】
このような問題を解決するために、本発明では、２つの方法を用いている。
【０３３５】
第一に、ＳＥＭ観察を行うときに、コンタミネーション反応ガスを導入して、ＳＥＭ観察を行いながら試料表面のクリーニングを同時に行う方法である。
【０３３６】
第二に、ＳＥＭ観察後、写像光学系でクリーニングを行う方法である。コンタミネーションとの反応性のあるガスの導入がある場合とない場合が可能である。
【０３３７】
上記の第一の方法では、酸素、酸素＋Ａｒなどの不活性ガス、ＳＦ６等のフッ素系ガス等を導入しながら、ＳＥＭレビュー観察を行うことを特徴とする。これにより、ＳＥＭ観察中にコンタミネーションが発生するが、上述のガスを導入することにより、発生したコンタミネーションと反応して昇華等ガス状態にして除去することが可能となる。このとき、ガス導入量を調整してＳＥＭ画像の解像度に影響のない程度にすることが重要である。作用は次のようである。真空容器内の残留ガス粒子が電子ビームによって励起されＣやＨと重合してカーボンやＤＬＣなどのコンタミネーションとなって表面に付着する。その量はビームの照射量や時間に比例した関係で成長する。このとき、コンタミネーションと反応性を有する酸素などの上記ガスを導入すると、電子線の照射により、該ガス粒子が励起され活性ガス粒子として酸素ラジカル等のコンタミネーションとの反応性ガス粒子が形成される。そして、該活性ガス粒子がコンタミネーションと反応して、例えば、ＣＯ、ＣＯ２等のガス粒子となって除去される。結果として、コンタミネーション付着の少ない状態でＳＥＭ観察が可能となる。
【０３３８】
上記の第二の方法は、ＳＥＭレビュー観察を行った後に、高速にコンタミネーション除去を実現するクリーニング方法である。電子線照射としては面ビームを照射する写像光学系の照射ビームを用いる。この時、上記の反応性ガスを導入して、面ビームが該ガス粒子に照射されることにより活性ガス粒子として酸素ラジカルなどのガス粒子を形成し、コンタミネーションを除去する。コンタミネーション除去作用は上述と同様である。この面ビームを用いる利点は、高速に処理できる点である。面ビームとして例えば、２００×２００μｍのビームで、速度３０ｍｍ/ｓでステージ移動すると、約３０分程度で１００ｍｍ□の面積領域を照射してクリーニングすることが可能となる。ＳＥＭ式の２〜３倍以上の高速でのコンタミネーション除去処理が可能となる。このとき、効率的にコンタミネーション除去を行うため、ＳＥＭレビューを行った境界部領域のコンタミネーション除去を行うと効率的である。該領域に、コンタミネーション発生が多いため、その領域のコンタミネーション除去を行うことにより、大幅に、コンタミネーションの欠陥を低減できるので、実用的にはその領域のクリーニングで充分な場合が多い。
【０３３９】
以上の説明した、光学顕微鏡、写像光学系、ＳＥＭがひとつのチャンバに設置されている半導体検査装置の全体図が、すでに説明した図４３である。すでに詳細の構成はそれぞれ説明しているので、説明は割愛するが、このような構成とすることにより、上述したように、高精度で場所の特定が可能となり、アライメント調整が簡易になる。また、１００ｎｍ以下の超微小なパターンの検査とその判定・分類を大変効率よく、また、高速に可能とすることができる。なお、この実施形態は、前述した実施形態１〜１１の装置形態にも適用できる。同様の写像光学系を有する装置に本実施形態のＳＥＭ及び光学顕微鏡を同じ装置系に有して検査、レビューを行うと大変有効である。
【０３４０】
（実施形態１３）
パーティクル対策
微細化技術に伴い、パーティクルの影響は大きくなるので付着しない防止策の要求が強くなる。本技術のように５〜３０ｎｍの異物やパターンサイズの欠陥検査を行う装置を実現するときに、パーティクルの付着防止も同レベルのサイズのパーティクル付着防止が必要となる。この点については従来のどの装置においても不十分であったが、本発明により実現可能となる。本発明の検査装置及び検査方法に用いるパーティクル対策について図６４及び図６５を参照しながら説明する。従来の対策からの変更点だけを記載する。
【０３４１】
天井カバー取付
（効果）
天井から落下するパーティクルからの保護
天井カバーは試料がステージにより移動する領域をカバーするように取り付けられている。これにより、コラム上部から試料のあるメインチャンバに落ちてくるパーティクルが試料に付着しないようする効果が得られる。また、マスク等の試料表面の周囲には導体の導通カバーがありマスク表面と同電位となっている。そして、この導通カバーは先端部の厚みが１０μｍ〜３００μｍ程度であり、裏面が試料表面の導電膜がある領域に接触し導通している。導通カバー近傍におけるマスク表面電位の変化の影響がなるべく小さくなるように上述した厚みになっている。このとき導通カバーの幅は試料から外側方向に１０〜３０ｍｍ程度ある。このような構造のときに、導通カバーと天井カバーの距離を小さくすることで、この空間に入ってきたパーティクルが導通カバーと天井カバーに衝突・付着する確立を増加させて、試料表面にパーティクルが侵入するのを防ぐことができる。また、ＲＴＤ電圧が掛かる試料表面をＧＮＤ電位の天井カバーで覆うことにより、天井カバーより上方のパーティクルが電界により引き寄せられることを防ぐことができる。
【０３４２】
集塵器
（効果）
ＲＴＤ電圧の掛かる試料の周りに同じ電圧の掛かる電極を配置して、周りから寄って来るパーティクルを吸引・吸着することができる集塵器を備えている。この集塵器の例では、電極が１段の場合と複数段ある場合がある。例えば、２段の例では、内側・外側の電極で異なった電圧を与えて集塵効果を増加することも可能である。例えば、試料表面電位よりも高い電位と低い電位の電圧をどちらかに印加して、正電荷を有するパーティクルは印加電圧の低い集塵電極に吸着され、負電荷を有するパーティクルは印加電圧の高い集塵電極に吸着される。このようにして、試料表面にパーティクルが到達しないようにすることができる。
【０３４３】
超音速モーターカバー
（特徴）
真空チャンバ内で用いている可動部品において、例えば、超音波モータ等、真空チャンバ内で発塵源となる部品をカバーで覆う。更にそのカバーに電圧を印加する事で積極的にカバーにてパーティクルを吸引・吸着する。
【０３４４】
走行板可動部に走行板カバーを配置する事で走行板に付着したパーティクルを捕集することができる。
【０３４５】
ステージケーブル
（特徴）
真空チャンバ内で稼動するステージケーブルを一体型のフラットケーブル（テフロン（登録商標））にする事でケーブル同士の擦れによるパーティクル発生を低減した。
【０３４６】
フラットケーブル接触面はケーブルベース（テフロン(登録商標)）を設け、ケーブルと金属との擦れを無くした。これは、通常のケーブルは断面が丸い芯線を樹脂が覆うものが多い。これが複数ある場合は、複数のケーブルを束ねてインシュロック等で束ねることになる。このとき、ステージ移動に伴い束ねたケーブルが移動・変形することにより、ケーブル同士が擦れてパーティクルの発生となる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜１２の装置に適用することも可能である。
【０３４７】
（実施形態１４）
（光電子像特有の軸調）
本発明の検査装置及び検査方法における光電子像特有の軸調について説明する。
【０３４８】
例としては、図２６及び図２７及びそれらの実施形態が適用でき、また参考となる。試料表面にＤＵＶレーザを照射し、試料表面から光電子を発生して２次光学系で検出器に拡大結像し、２次元の光電子像を撮像する。この光電子像の結像条件の設定で２次光学系のＲＴＤ条件、例えば−４０００Ｖに対し、光電子放出によって表面電位が正帯電する。この表面電位によって、ＲＴＤ−４０００Ｖからずれるので、そのずれ量をＲＴＤの電位を変更することで補正する。
【０３４９】
（波長の異なる光を同時照射する）
本発明の検査装置及び検査方法において波長の異なる光を試料Ｗに同時照射する例について説明する。
【０３５０】
ＥＵＶマスクで、凹凸構造を有するパターンが有る試料の場合、凸部である最表面層がＴａＢＯで、凹部がＲｕの場合、波長によってＴａＢＯとＲｕのコントラストがＴａＢＯ＞Ｒｕ（λ=２６６ｎｍ）であったり、ＴａＢＯ＜Ｒｕ（λ=２４４ｎｍ）であったりする。つまり、この二種類の波長を同時にＴａＢＯとＲｕでパターンが構成される試料表面に照射した場合、パターンが消失し、パターンを構成する材料以外（たとえば異物）が検出されることになる。これは、パーティクルの検査や、またパターン凹部（Ｒｕ）の欠陥（異物）の検出感度を上げることができる。
【０３５１】
波長の異なる光を同時に照射する場合、それぞれの量子効率が異なるので、ＴａＢＯとＲｕのコントラストが消えるよう、それぞれのＤＵＶ光強度またはＤＵＶレーザ教度を調整する必要がある。このとき、レーザ照射の場合、偏光フィルタを用い、レーザの偏光面と偏光フィルタの偏光面との角度の調整により、試料表面へのレーザ照射強度を調整する。また、光の波長によって量子効率が異なるので、試料表面の材料によって、その表面電位の変化量が異なる。
【０３５２】
先述のＲＴＤ−４０００Ｖで検出器表面電位ＧＮＤの場合、光電子のエネルギは４０００ｅＶとなる。このときの２次光学系レンズ条件をＲＴＤの調整で最適化するにあたり、予め白信号(相対的に光電子量発生が多い)として見たい材料にあわせ、他の材料はレンズ条件から大きく外すために、予め検査用に用いる波長とは異なる波長の光（Ｌａｓｅｒ）を照射することで、コントラスト差を大きくし、信号強度を強くすることができる。図３３（ａ）と図３５〜図４２が対象の例として、光電面チップにＬａｓｅｒを照射し、そこから発生した光電子を、１次光学系によって試料表面に誘導し、１次ビームとして光電子の照射を試料表面に行い、該試料表面からの２次放出電子が２次光学系によって検出器に拡大・結像される。この時、光電面チップに照射するＬａｓｅｒの波長は光電面を構成する材料の仕事関数より大きく、かつ、限り無く近いエネルギの光がよい。これは、そうする事によって、光電子の持つ運動エネルギの分散量を極めて小さくすることができる。つまり、１次電子ビームのエネルギ幅を従来式に比べて小さくすることができる。これによって、試料表面に１次ビーム（光電子）を照射して発生する２次放出電子またはミラー電子のエネルギ分散も小さくなり、その結像系において、収差の小さい鮮明が画質を得ることができる。光電面チップ構造は、レーザ透過性の良い母材の片方の表面に光電材料をコーティングしてある。例えば、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、等。コーティング面の裏側よりレーザを照射して、コーティング面より光電子が発生し、レーザ照射とは反対方向に光電子が放出される。こうすることで、Ｌａｓｅｒ照射軸と光電子の軸とに角度をつける必要がなく、Ｇｕｎの構造をコンパクトにできる。
【０３５３】
（実施形態１５）
２重ＰＯＤを搬送する大気搬送
本発明の検査装置及び検査方法における２重ＰＯＤを搬送する大気搬送について図６６を参照して説明する。
【０３５４】
（動作・条件）
２重ＰＯＤは、マスク等の試料を包む箱が２重構造となっているものである。インナーＰＯＤは隙間や穴があるのでロードロック中ではアウターＰＯＤがあいていればよい。このとき、インナーＰＯＤは下板と上板の構成になっている。下板に近接してＥＵＶマスクパターン表面が設置されている。このとき、動作フローは、次の通りである。アウターＰＯＤオープナー⇒インナーＰＯＤオープナー⇒回転ユニット⇒反転ユニット⇒除電ユニット⇒パレット搭載ユニット⇒ロードロックチャンバ。
【０３５５】
（作用・効果・メリット）
２重ＰＯＤ対応ではあるが、インナーＰＯＤオープナーでマスクを単体で取り出すこと動作フローなので、１重ＰＯＤと２重ＰＯＤを併用して用いることも可能である。なお、本実施形態は、実施形態１〜実施形態１４にも適用可能である。
【０３５６】
（実施形態１６）
小型ＳＥＭ関連
本発明の検査装置及び検査方法に用いる小型ＳＥＭについて図６７を参照して説明する。
【０３５７】
欠陥検出装置（写像型電子線検査装置）と同一チャンバ内で、検出した欠陥を走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭ）によって、より高い倍率でレビューすることを特徴とする。
【０３５８】
（効果）
同一チャンバ内でレビューできるので、サンプルの装置間移動が無く、時間効率がよく、サンプルを汚すこともない。
【０３５９】
上記ＳＥＭによるレビュー結果に基づいて、検出された欠陥が、実欠陥であるか擬似欠陥であるかの判定を行うことを特徴とする。
【０３６０】
（効果）
レビューした画像データを用いて、自動欠陥分類（ＡＤＣ）を行い欠陥検出結果の信頼性を高める。
【０３６１】
上記、レビューを行うために使用するＳＥＭは、全ての電子レンズが静電レンズによって構成されていることを特徴とする。
【０３６２】
静電レンズによって構成されたＳＥＭは、低倍の観察においても画像のゆがみが小さいので、このＳＥＭをアライメントマークの観察にも用いることができる。
【０３６３】
（効果）
電磁レンズの場合、低倍で低ひずみの画像を得るためには、ビームの走査形状を補正するためのシステムが必要であるが、静電レンズでは不要でありシステムが単純。また、電磁レンズではレンズ構成のコイルに電流を流して磁場を発生させレンズ場を形成する。そのため、装置立ち上げから温度安定、抵抗安定状態になるまで、つまり、安定したレンズ動作状態になるまで通常、１〜５時間程度かかる。これに対して、静電レンズは、定電圧電源を用いるため所定の電圧出力設定を行うと数分程度で安定状態となる。このように、条件安定性や変更の対応性が優れている。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜１５に適用可能である。
【０３６４】
（実施形態１７）
レーザビーム調整方法
本発明の検査装置及び検査方法に用いるレーザビームの調整方法について説明する。図２６〜図３１及び関連する実施形態に適用可能で、それらが対象となる例である。
【０３６５】
試料面から放出される光電子の解像度を高めるためには、２次系のレンズ等の電圧を最適な値に設定する、いわゆる光軸調整の作業が必要になる。光軸調整は最初低倍率の像を観察して大まかな軸調整をしておき、徐々に倍率を上げて高精度の軸調整を行うという手順を踏むのが通常である。
【０３６６】
像観察に寄与する光電子の量は、倍率が高くなるほど少なくなる。つまり、光電子密度が一定であれば、倍率が高くなりＰｘサイズが小さくなると、１Ｐｘ当たりの光電子量がＰｘサイズ縮小にしたがって減少するのである。したがって、パワーを変えずに低倍率から高倍率にすると、信号量が不足して暗い像しかえられなくなる。逆に高倍率で最適なレーザーパワーに保ったまま低倍率で観察すると、光電子数が多すぎて飽和し、必要なコントラストがとれなくなる。そのため、レーザ光のパワーを調整することが必要となるが、レーザ本体ではパワー調整が出来ない場合も多い。そのような場合は、可変ビームスプリッタ、アッテネータ、偏光素子、レンズ等の光学素子によって試料面に到達するレーザービームパワーを調整することができる。
【０３６７】
可変ビームスプリッタは平板状の光学素子でレーザビームに対する角度を調整することにより透過光の割合が変化するものである。
【０３６８】
アッテネータは可変ビームスプリッタ等の光学素子を複数組み込んで一体化し、取り扱いを容易にしたものである。
【０３６９】
偏光素子はビームの偏光状態によって透過率を変えたり、位相をかえて偏光状態を変化させたりするものである。偏光板や波長板、偏光解消板などがあり、これらを組み合わせることによって特定の偏光状態のみを透過させ、光のパワーを制御することが可能である。
【０３７０】
レンズについては、たとえば集光用平凸レンズの位置を変えることによって焦点距離が変化し、パワープロファイルを変化させることによって観察範囲の局所的なパワー密度を変化させ、光電子量の多／少を制御することができる。そのほか、レンズ、あるいは石英ガラス等の光透過物質の厚さや数を調整したり、ミラーの反射回数を増減してパワーを調整したりしても良い。
【０３７１】
レーザのパワーを調整する方法は、上記のように素子を利用するもの以外にも下記の方法もある。たとえば、ミラーの角度を変えて、ビームの照射位置を変えると、観察面のパワー密度が変化する。パワー密度の高い部分を観察部分に照射すると多量の光電子が得られるし、パワー密度の低い部分を観察部分に照射すると少量の光電子が得られる。
【０３７２】
パワーの異なる２種類以上の光源を使用する方法も考えられる。たとえば低倍率観察の場合は、紫外領域のパワーの少ない水銀キセノンランプを用いて、高倍率観察用の場合はＹＡＧ４倍波の固体レーザやＡｒイオンレーザの２倍波のガスレーザを用いることができる。このとき、水銀キセノンランプはファイバで真空中に導き、ファイバ出口から直接、あるいはミラー等の光学素子を介して試料面に照射することができる。
【０３７３】
レーザから射出されたレーザビームは第一ミラー、集光レンズ、第二ミラーによって合成石英製のビューポートを透過して真空チャンバ内に導かれる。ビューポートを透過後、コラムの軸中心付近に設置された三角ミラーで反射され、電子ビームの軸中心から約０．１〜３０度ずれた角度で試料面に照射される。
【０３７４】
三角ミラーは軸中心を電子ビームが通過できるように直径０．５〜５．０ｍｍの穴が開いたミラーで、合成石英やりん青銅の表面にアルミニウムをコーティングしたものである。三角ミラーの穴を通過する電子ビームが電場によって曲げられないように、三角ミラーの電位はアース電位等の空間電位と同じにする。合成石英でミラーを製作する場合は、穴の中もアルミニウムでコーティングし、導電性を確保する必要がある。
【０３７５】
レーザのパワーを調整するために、たとえばレンズの後段に偏光素子やビームスプリッタ、アッテネータ等を配置してもよい。
【０３７６】
上記はミラーやレンズを大気側に配置する方法を説明したが、これらのレンズやミラーをすべて真空チャンバ内に配置しても良い。
【０３７７】
（実施形態１８）
ビームの試料面への入射角θ入射方向α制御する検査装置
本発明の検査装置及び検査方法に用いる１次電子ビームの試料面への入射角θ入射方向α制御する方法について説明する。
【０３７８】
（従来技術との差）
写像投影型の電子ビーム装置において、電子ビームのＬＥをミラー電子と２次放出電子の双方を含む遷移領域とし、ＮＡ位置を最適化し、導電材料から放出される電子を取り出してラインアンドスペースパターンやコンタクトプラグを高コントラストで観察することが国際公開公報ＷＯ２００９／１２５６０３に開示されている。
【０３７９】
また、特願２０１０−０９１２９７の［０２０５］にＮＡ面を検出器に結像させるレンズ条件でＮＡ面での電子分布を観察しながらＮＡ位置の最適化の方法が開示されている。本願では、１次ビームの入射角と試料面への入射方向を制御しさらに高コントラスト画像を得る方法を見出した。
【０３８０】
特願２０１０−０９１２９７の図６（Ｂ）にＮＡ面の観察模式図を示されている（図６８）。
【０３８１】
発明者らは、このＮＡ結像光学条件におけるクロスオーバ（ＣＯ）像において１次ビームのＬＥを２次放出電子とミラー電子の遷移領域にしても、ｅｃの分布の中に試料に当たった２次電子の分布（ＣＯ）とは別に試料に当たらず跳ね返されたミラー電子の分布（ＭＣ）が存在することを知見した（図６９）。
【０３８２】
上記ＮＡ結ぶ像条件出ＬＥを変化させた像を特願２０１０−０９１２９７の図３の模式
図との対応で、ＮＡ結像の模式図を図７０に示す。このとき、ＬＥＡより低いランディングエネルギーのときミラー電子領域、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢのとき、ミラー電子と２次放出電子の混在する遷移領域、ＬＥＢ＜ＬＥのとき２次放出電子領域である。そして、一例として、ＬＥＡ＝０ｅＶであるときの例で以下に説明する。１次ビームにエネルギ分布は例えばＬａＢ６チップの場合に２ｅＶ程度存在するために、ランディングエネルギーＬＥ＝０ｅＶの時に、負のＬＥの電子も少なからず存在する場合がある。例えば、図７０で、ＣＯとＭＣが同時に発現するときがある。
【０３８３】
図７０にその例を示す。一番右の図が２次放出電子のＣＯ断面で、左に移行するに従いミラー電子の放出量が増え２次放出電子が減るためにＣＯが小さくなり、ＭＣが出現し徐々にその強度が増す。ＬＥが負になると、ＭＣのみが存在する。この電子分布の大きさはミラー電子または２次放出電子の放出角度分布を表している場合がある。
【０３８４】
ミラー電子は、１次ビームは試料面の電位によって放物線を描いて反対方向に軌道を変えて、ＮＡ面でＭＣを形成する場合がある。つまり、ビームの入射角によって、ＭＣの位置を制御できる。
【０３８５】
一方、試料に当たって放出される２次放出電子は、１次ビーム（電子）とは別であるために入射角の影響を受けない。
【０３８６】
照射位置を変えずに、入射角のみを変える方法は、１次コラムに搭載された２段偏向器（ＢＡ１、２）を使用して実現できる（図７１）。
【０３８７】
Ｘ方向またはＹ方向の２段偏向器の電圧と入射角のデータを図７２に示す。
【０３８８】
高分解能化するためにＮＡ径を小さくしようとした場合、ＣＯに対して、ＭＣ位置が重要になってきた。
【０３８９】
高い分解能を得ようと、ＣＯ中心にＮＡを配置すると１次ビームが垂直入射の場合にはＭＣがＮＡを主に通過して像を形成する（図７３）。ＭＣは試料面の情報を有していないので良好な画像が得られない。
【０３９０】
そこで１次ビームの入射角を変えて、ＭＣを上下左右にオフセットし配置することで高分解能画像を得る工夫を検討した。
【０３９１】
Ｌ＆Ｓパターンを観察した場合には上下に配置した場合にＭＣの光の影響で横パターンの凸（ライン）部が光やすく、左右に配置した場合には縦パターンの凸（ライン）部の電子密度が高くなりやすい。また、縦と横パターンのコントラストが不均一になりやすい。ビーム入射角θをＸ、Ｙを同じ角度を動かして、入射方向４５°方向にした場合には、ＭＣ位置もＮＡ面内で４５°方向となる。縦と横のパターンが同じコントラストの良好な画像が得られた。
【０３９２】
図７４の例では、入射方向はＸ＋方向を０°とし、反時計廻りに角度を定義している。
【０３９３】
電圧は図７２において所望の入射角となる偏向器の電圧を設定すれば良い。図７４にＮＡ結像の模式図とミラー電子の軌道模式図を軌道Ａで示した。
【０３９４】
ＭＣをＮＡに近づけると、パターンのＳＮは向上するがコントラストは劣化し、逆にＮＡから遠ざけるとＳＮは劣化するがコントラストは減少する場合がある。ＭＣは中心からＮＡ径の２〜３倍の距離に最適な位置関係が存在することが実験的に確かめられた。
【０３９５】
ＭＣ位置の調整方法は、ＮＡ結像を観察しながら簡単で確実に実施できる。
【０３９６】
一方、試料上のパーティクル観察の場合には、左右方向よりも（Ｘ方向）上下方向（Ｘ方向）で高い感度が得られる場合があることが実験的に確かめられた。
【０３９７】
また、ＭＣを左または右（Ｘ方向）に配置した場合には像の左右が明るくなってＹ方向にスキャン撮像する場合に左右どちらかが明るくなってしまう。この場合もＭＣをＣＯ中心からＮＡ径の２〜３倍ほど離して置くのが望ましい。
【０３９８】
これらの観察、検査にＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＴＤＩを用いる利点は国際公開公報ＷＯ２００９／１２５６０３の［０４０３］、［０４０４］段落を参照。なお、本実施例は、先述した実施形態１〜１７にも適用可能である。
【０３９９】
（実施例１）
［第１ステップ］
試料：Ｃｕ／ＳｉＯ２ 配線パターン（図７５参照）
加速電圧：−４００５［Ｖ］
試料面電位：−４００２．６［Ｖ］
ＬＥ＝２．４［ｅＶ］
電流密度：１［ｍＡ／ｃｍ２］
２次光学系  ＮＡ結像  ＴＬ２−２；５５５０［Ｖ］
検出器にＥＢ−ＣＣＤカメラを使用し、ＮＡ結像条件でＭＣとＣＯを観察した。
入射角θ＝１００［ｍｒａｄ］で試料面に対して照射方向α＝４５［°］から入射するように、アライナＢＡ１，２の値を設定した（図７６）。
【０４００】
［第２ステップ］
電子光学系の倍率設定  ２９ｎｍ□(ピクセル)
ＮＡ穴径３０〜１００ｕｍとして、ウエハ上の２５ｎｍＬ＆Ｓパターンを観察した。
ＢＡ１，２とＮＡ位置を微調整し、Ｌ＆Ｓ（ライン・アンド・スペース）のパターンが縦横ともに同等になるようした。
【０４０１】
［第３ステップ］
ＭＣ位置を試料面上４５°とし、入射角を２０〜２００［ｍｒａｄ］の範囲で変化し、Ｌ＆ＳパターンのコントラストとＳ／Ｎを測定した。Ｓ／ＮはコントラストをＷ面の平均諧調の標準偏差σで割った
もので定義した。
【０４０２】
ＮＡ径に対するＭＣの相対位置を図７７に示す。図７７より、相対位置２．５辺りでコントラスト及びＳ／Ｎともに良好な画像が得られている。
【０４０３】
ＭＣの相対位置とコントラストＳ／Ｎの相関を図７８に示す。
【０４０４】
［第４ステップ]
ステージ速度：１〜２０ｍｍ／ｓ
データレート：５０〜１０００ＭＰＰＳ 
ＴＤＩカメラを使用し、スキャンしながらウエハ上の検査動作を実施した所、２５ｎｍ相当の欠陥検出が出来た。
【０４０５】
（実施例２）
［第１ステップ］
試料 : φ３０ｎｍφＷコンタクトプラグ／ＳｉＯ２構造については特願２０１０−０９１２９７の図７を参照。
加速電圧：−４００５ ［ｅＶ］
試料面電位：−４００２ ［ｅＶ］
ＬＥ＝２．４［ｅＶ］
電流密度：１［ｍＡ／ｃｍ２］
光学系  ＮＡ結像  ＴＬ２−２ ；５５５０［Ｖ］
ＥＢ−ＣＣＤカメラでＮＡ結像でのミラー電子（ＭＣ）とクロスオーバー（ＣＯ）を確認し、２段の偏向器ＢＡ１，２を使用して以下のように配置する（図７９参照）。
ＢＡ１，２の値を調整し、入射角１００［ｍｒａｄ］試料面に対して０［°］Ｙ方向から入射する（図８０参照）。
【０４０６】
［第２ステップ］
電子光学系の倍率設定  ２９ｎｍ□(ピクセル)
ＮＡ穴径 ３０〜１００ｕｍとして、ウエハ上のＷプラグを観察し、上記［第３ステップ］のコントラストとＳＮの相関を測定した。この場合も相対位置２．５辺りで最適な像が得られた。
【０４０７】
［第３ステップ］
ステージ速度：１〜２０ｍｍ／ｓ
データレート：５０〜１０００ＭＰＰＳ 
ＴＤＩカメラを使用し、スキャン撮像しながらウエハ上のプラグの検査を実施したところ、φ３０ｎｍのプラグ構造の欠陥検査が可能となった。特願２０１０−０９１２９７の図１９のビームドーズや図２２のコントラスト反転の原理を適用して、さらに高コントラスト検査することも可能である。
【０４０８】
（実施例３）
［第１ステップ］
試料  ：Ｓｉ上のパーティクル 
実施例２の［第１ステップ］と同様の条件で入射角の調整を行なった。
【０４０９】
［第２ステップ］
電子光学系の倍率設定  １００ｎｍ□（ピクセル）
ＮＡ穴径３０〜１００ｕｍとして、ウエハ上のパーティクルを観察し、上記［第３ステップ］のコントラストとＳＮの相関を測定した。この場合も相対位置２．５辺りで最適な像が得られた。
【０４１０】
［第３ステップ］
ステージ速度：１〜２０ｍｍ／ｓ
データレート：５０〜１０００ＭＰＰＳ
この条件でＴＤＩカメラを使用し、スキャン撮像しながらウエハ上のパーティクルの検査を実施したところ、φ１０〜３０ｎｍサイズの検査が可能となった。
【０４１１】
（実施形態１９）
本発明の検査装置及び検査方法に用いる高圧電源を図８１に示す。
図８１（ａ）、図８１（ｂ）に重畳型の高電圧発生装置と応用例を示す。図８１（ａ）の高電圧発生部について、高電圧発生部は２０ｋＨｚの交流信号を高圧絶縁トランスで受け異なる電位の重畳を可能とする。絶縁トランスの出力側は整流回路で直流に変換される。２０ｋＨｚの交流信号は過渡的なノイズの発生を防ぐ意味から正弦波や立ち上がりの急峻でない矩形波が望まれる。直流出力は高電圧出力を得るためのエネルギ源であり、これをインバーターにより交流信号に変換する。ここでも、前記のように過渡的なノイズの発生を防ぐ意味から正弦波や立ち上がりの急峻でない矩形波が望まれる。交流信号に変換された後、昇圧トランスにより数ｋＶに変換され昇圧整流回路により目的の電圧に昇圧された直流電圧に変換される。昇圧整流回路はコッククロフト・ウォルトンの回路が一般的である。昇圧された直流高電圧出力は分圧され電圧制御機能のブロックの中で電圧指令値と比較され、比較値が最小にフィードバック制御され、出力電圧を一定に保つ。電圧指令値及びモニタ出力は光電変換され、光ファイバにより入力または出力される。光電変換の手段は、電圧値に比例した周波数に変換し、光の２値信号にして伝送し、受信側では逆変換して電圧値に戻す方法が旧来から行われているが、この方法は広義のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換に属するため、ほかにも公知手段が適用可能である。
【０４１２】
高圧電源をコラムと分離した場合、その接続には、高圧コネクタ、高圧ケーブル、高圧真空導入端子が必要となる。これらは大気中での耐電圧が必要となるため、十分な沿面距離を保つ必然性から、使用電圧に比例して大型化が必須となる。したがって装置の小型化の大きな阻害要因となる。ちなみに、通常の市販コネクタは３０ｋＶ耐圧で長さ２００ｍｍ直径５０ｍｍ程度が必要となる。一方、１×１０−４Ｐａ以下の真空圧力においては、媒介となる気体分子の密度が疎になり、大気中と比較し空間の耐電圧が著しく向上する。本発明では、この利点を活かし、高電圧の発生ブロックを光学系に隣接する空間内に設け、高電圧の発生と供給を高真空の中で実現する。光学系はより高真空を要求されること、及び、コンタミの付着を極度に嫌うことから、光学系と高電圧発生部は隔壁で分離し、高電圧はこの隔壁を通過して供給され、それぞれ別の排気系で排気される。この高電圧発生ユニットに対しては、高圧発生用の大気側から低電圧の交流または直流電圧の供給と電圧の制御等を行う制御通信系の光または信号ケーブルの接続が必要となるが、電位的には著しく低くおよそ数十Ｖ以下であるため、小型の真空導入端子で問題なく、装置の小型化を図ることができる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜１８にも適用可能である。
【０４１３】
（実施形態２０）
ＥＯ補正
本発明の検査装置及び検査方法におけるＥＯ補正の例について説明する。
【０４１４】
（概要）
試料の例としてウエハで説明する。ウエハに限らず露光マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク及びテンプレートも同様に用いることができる。
【０４１５】
ウエハ上からのビームをＴＤＩで撮像するにあたり、ウエハの位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはウエハはＸ−Ｙステージ上に有り、機械的な位置決めがなされる事から、その精度は数１００μｍから数１０ｎｍ、応答速度は数秒から数ｍｓが現実的な値である。
【０４１６】
一方、デザインルールは数１０ｎｍに向かって微細化されていることから、上記機械的な位置決めのみを頼りに撮像する事は応答時間と位置決め精度のオーダがデザインルール及び撮像精度のオーダとかけ離れており正確な像を取得する上で著しい障害となる。
【０４１７】
撮像のシーケンスはステップ（ｘ軸）と定速度スキャン（ｙ軸）の組み合わせで実行され、比較的動的な制御を行う（ｙ軸）は、制御残差が一般的に大きく像のボケを防ぐ意味から、より高度な制御を要求される。
【０４１８】
これらの項目に鑑み、高精度かつ応答性の優れたＸ−Ｙステージを有する事は勿論であるが、更に、ステージでまかなえない、撮像部に対するビームの制御精度、速度を実現する為、ＥＯ補正の機能を考案した。
【０４１９】
基本的な方式は、ステージ上のウエハの位置はレーザ干渉計システムとｘ−ｙの軸上に設置されたバーミラーにより、サブｎｍのオーダで数マイクロ秒の時間遅れ以内にその位置を正確に認識し、自動制御ループにより機械的アクチェータを駆動し、目標位置に時間的な遅れと残差を伴いながら位置付けられる。この制御によって位置決めされた結果の制御残差は制御装置内部で発生される目標位置とレーザ干渉計システムによって得られた現在位置との差分により求められる。一方、ビームは数々の電極を経た後に、補正用偏向電極を経由して撮像装置に導かれる。補正用偏向電極は、ウエハ上の距離に換算しておおよそ数十μｍ程度の偏向が可能な感度を有し、これに電圧を印加する事で、二次元的に任意の位置にビームを偏向する事が可能である。制御残差は演算装置で演算を実行された後、Ｄ／Ａコンバータによって電圧に変換され、残差を相殺する向きに補正用偏向電極の印加がなされる。以上の構成によりレーザ干渉計の分解能に近い補正を実行する事が可能となる。
【０４２０】
他の方式としてｘ軸（ステップ方向）は上記手段を用い、Ｙ軸（スキャン方向）は撮像素子であるＴＤＩの転送クロックを、ステージの移動速度に同期させ転送する方式も考案した。
【０４２１】
図８２にＥＯ補正の概念を示す。１から目標位置への指示が出力され、機械アクチェータを含む制御フィードバックループ２、４、５に付与される。この部分がステージに該当する。駆動され、位置変位が出た結果は５の位置検出器によりフィードバックがかかり、駆動系の位置変位は、位置指示からの目標位置に収斂してゆくが制御系の利得が有限の為、残差が発生する。現在位置を６の位置出力系（ここではレーザ干渉計を用いる）によりサブｎｍのオーダで検出し、１の位置指示装置との差分を残差検出器により検出し、７の高圧高速増幅器を使用して９．１０の偏向電極に印加し、残差を相殺する向きに電圧を印加し本来この機能なき場合には１３の如く発生する変動分を１４の様に減ずる機能を有する。
【０４２２】
図８３に具体的な機器構成を提示する。
【０４２３】
ＸＹステージはＸ軸駆動用のサーボモータ２ならびに１のエンコーダによりＸ軸の駆動と大まかな位置、及び速度の検出を行い円滑なサーボ特性を実現する。本例では、サーボモータを用いているが、リニアモータ、超音波モータ等のアクチェータにおいても同様な構成が可能である。２０はこのモータを駆動する電力増幅器である。Ｘ軸の精密な位置情報は７ミラー１１干渉計１２レシーバ１３レーザ光源１４干渉計ボードの組み合わせによりサブｎｍの分解能を有する位置検出機能を実現している。
【０４２４】
Ｙ軸も直行する同様の機能であり、１０、２２、４、５、６より構成されている。
【０４２５】
１９Ｘ−Ｙステージコントローラはこれらの機器を統括して制御する事により、二次元的にステージを動作可能とし、精度数１００μから数１０ｎｍ、応答速度数秒から数ｍｓの性能を実現する。一方１９からはＸ基準値、Ｙ基準値が２３ＥＯ補正器に出力され１４からの３２ビットバイナリー形式で出力される位置情報を高速の１５バッファボードを経由して現在位置を２３ＥＯ補正器は受け取る。内部で演算を行った後２５、２４の高圧高速増幅器により電圧増幅した後、２８、２９、３０、３１からなる偏向電極に印加し、残差分を補正すべく偏向を行い、位置ズレを極少にした画像情報電子ビームを２６ＴＤＩ（撮像素子）へ導く。２７は後述するが、２６の転送速度を決定するタイミング信号を発生する部分である。
【０４２６】
次に本装置におけるスキャン方向の目標位置の発生機能について述べる。
【０４２７】
ＥＯ補正は目標位置と実際の位置の差分を求め、差分を相殺するように電子ビームを偏向して位置の補正を行う機能であるが、補正範囲はおおよそ数十μｍの範囲に限定される。
【０４２８】
これは電極感度、高圧高速増幅器のダイナミックレンジ、ノイズレベル、Ｄ/Ａコンバータのビット数等により決定されている。ところが、スキャン時のステージの実際の位置は、制御ループのゲインが有限であることに起因して停止時と比較し、目標位置に対し、大幅なズレを生じる。２０ｍｍ/ｓで走行した場合、目標位置との乖離は約４００μｍ程度となり、そのまま差分を演算して出力しても補正範囲を大幅に超越して系が飽和してしまう。
【０４２９】
この現象を防ぐ為に本装置では次のような手段を用い、この問題を回避している。
【０４３０】
図８４にこの概念を図示する。１はステージの目標位置でありスキャン時は等速運動である為、時間とともに直線的に増加する。一方実際の制御された結果のステージの機械的位置３は数ミクロンの機械的振動を含み約４００μｍ程度の定常偏差２を有する。この定常偏差を除去する手段としては、フィルタを用いて、実走行時の位置情報を平滑化する事が考えられるが、この場合、フィルタの時定数により必ず、遅れが生じ、リプルを無視出来る程の時定数を持たせると、測定開始エリアが大幅に限定され、全体の計測時間の大幅な増加につながる欠点を有していた。そこで本案では、この定常偏差を検出する為に少なくとも前回にスキャンした時点での現在位置と目標位置との差分を少なくとも２の１６乗程度積算し、これをサンプル回数で除する事で、目標位置と、現在位置との定常偏差の平均値５を求め今回のスキャン時には目標位置４から５を引いて合成された目標位置６として演算を行い図８５の５に図示するような、ダイナミックレンジ範囲内でＥＯ補正が可能な構成を実現した。
【０４３１】
図８６にブロック図を図示する。目標値１は現在位置２と引き算され、３のブロック内で前期の積算演算をスキャン時に実行する。一方３には前回同様にして求めた定常偏差の平均値が４より出力されている。５引き算器により１から４を引き合成目標位置６としこの値と干渉計からの現在位置７とを引き算して、応答の遅れやリプルのないＥＯ補正データ８を実現している。
【０４３２】
図８７に図８６における３のブロック差分平均検出の構造について図示する。３、４にて積算を実行し、６の累積カウンタの値により５のデータセレクタのワードを選択し割り算相等を実行し、定常偏差の平均値を出力する事を実現している。 
【０４３３】
図８８にＴＤＩの転送クロックの一例について記述する。ＴＤＩは光電素子をスキャン方向に多段に接続し、各撮像素子の電荷を後続する素子に伝送する事で感度の向上とランダムノイズの低減を目的とした撮像素子であるが、図８８に示す如く、ステージ上の撮像対象と、ＴＤＩ上の画素が一対一に対応している事が重要でこの関係が崩れると、像のボケを生じる。同期関係にある場合、１−１、１−２、２−１、２−２同期がずれた場合３−１、３−２、４−１、４−２ＴＤＩの転送は外部からのパルスに同期して次段への転送が実行されるため、ステージの移動が１画素分移動したところで、転送パルスを発生させればこれが実現できる。
【０４３４】
しかしながら、現在主流のレーザ干渉計の位置情報出力は３２ビットのバイナリー出力を１０ＭＨｚの自己の内部クロックに同期して出力する形式である為、そのままでは容易に実現できない。また、分解能を数十ｎｍとすると、転送パルスの精度も重要となり、高速高精度なデジタル処理を必要とする。本件で考案した方式をＨ−１に図示する。
【０４３５】
図８９の説明。レーザ干渉計の位置情報及び１０Ｍの同期信号は１より本回路に導入される。２の１０ＭＣＬＯＣＫは４のＰＬＬにより同期した１００ＭＨｚのクロックを発生し、各回路に供給する。この同期信号１０ステート毎に演算処理を実行する方式をとっている。２２、に今回の位置情報が保持され、２４に前回の値が保持されている。この両者の差分を２６で演算し、１０ステート毎の位置の差分を２７から出力する。この差分値をパラレルシリアルコンバータ１４にパラレル値としてロードし、１００ＭＨＺのクロックに同期して差分を１６よりシリアルパルスの個数として出力する。１５も同様の機能であるが、１１、１２、１３、６、７、８と組み合わせて、１０ステート毎に休みなく、動作が可能な様構成してある。結果として１０Ｍ毎に位置差分に応じたシリアルパルスが１６の和回路より１７カウンタに出力される。レーザ干渉計の分解能を０．６ｎｍ、１画素を４８ｎｍとすると１８の比較器を８０にセットしておけば、カウンタが1画素相等になったタイミングで１９のパルスが出力される。この信号をＴＤＩの外部からの転送パルスとする事で、ステージ速度の変動があった場合でもそれに同期した動作を可能とし、ボケ、ブレの防止を実現できた。
【０４３６】
図９０にタイミングチャートを図示する。
【０４３７】
１は干渉計座標（位置）情報で数字は位置を例として示す。２はＰＬＬにより作成された１００ＭＨＺの同期信号である。バンクＡはパラレルシリアルコンバータ（図８９における１４）系列の動作タイミングでバンクＢは同じく図８９における１５のそれである。位置情報を記憶するラッチタイミング７の後差分演算タイミング８を実行しパラレルシリアルコンバータ（図８９における１４）に値をロードし次の１０Ｍクロック３の１サイクルの時間を利用して４の出力を実行する。バンクＢは１０Ｍクロック３の１サイクル遅れたタイミングで同様の動作を実行し無理なく６のパルス発生を実現している。なお、本実施例は、前述の実施形態１〜１９にも適用可能である。
【０４３８】
（実施形態２１）
本発明の検査装置及び検査方法に用いるパレットの例について図９１を参照して説明する。
【０４３９】
（構成、構造）
［ベース］アルミナｏｒチタン製。静電チャック吸着面（平面度が必要）。ＲＴＤコンタクト部を設ける。マスクを支持するピンを設ける。
［ハンドリング部］アルミナｏｒチタン製。大気及び真空ロボットでのハンドリング位置。
［額縁］リン青銅orチタン製。マスク上面を端から１．２ｍｍ程度覆う。
[印加ピン]リン青銅。マスク上面にＲＴＤを印加する。ベースの印加部から配線にて印加ピンに引き回す。
【０４４０】
（動作・条件）
パレット内にマスク設置時に別の駆動機構を使用することで額縁を上下させる。
【０４４１】
（作用・効果・メリット）
マスク単体ではなく、パレットを使うと下記の効果が得られる。
【０４４２】
本発明によるパレットを用いると、マスクの裏面の一部分の支持を行う。パターン形成部の接触はない。よって、静電チャックによるマスクへの傷及び異物付着防止が可能となる。つまり、直接マスクを静電チャック機構上に設置するとマスクの裏面にキズが付いたり、異物の付着する悪影響が生じたりする。特に、ＥＵＶマスクや、ナノインプリントマスクの場合、高精度の設置条件が求められるのでパーティクルサイズについても小さなサイズの付着防止が必要となる。例えば、ＥＵＶマスクの裏面で３０〜５０ｎｍサイズ、ナノインプリントでは露光不良となるので３〜２０nmの異物の防止が必要となる。
【０４４３】
本発明のパレットは、額縁の内周部の一部にマスク表面に電圧印加を行うための接触機構を有している。そのため、額縁がマスク印加電圧と同電位にしてあるので、マスク端部での電位均一性を達成することができ、かつ、額縁設置により安定したマスク表面（表面の導電膜）への電圧印加が可能となる。つまり、安定したマスク上部からのＲＴＤ電圧を印加できる。
【０４４４】
補正リングの効果を額縁に持たせる事で真空中での稼動部をなくした。つまり、パレット設置により真空中での移動となるのでマスクとその設置部材との移動はない。よって擦れることがないので、異物の付着防止に有効である。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜２０にも適用可能である。
【０４４５】
（実施形態２２）  真空可動部への高電圧印加方法
本発明の検査装置及び検査方法に用いる真空可動部への高電圧印加方法について図９２を参照して説明する。
【０４４６】
印加
真空チャンバ内に試料を搬送し、その試料に電圧を印加することにより機能を果たす装置において、写像光学式電子線検査装置においては試料に印加する電圧は−４０００［Ｖ］±５［Ｖ］、また、前述した図４２の例において試料に印加する電圧は−２０〜−５０［ｋＶ］の高電圧電源を可動部に印加する場合がある。このとき、真空チャンバのステージ上、（例えばｘ、ｙステージ上）に、高電圧電源を設置して、可動ケーブルとして高電圧ラインを使用することをさけ、つまり可動しないケーブル配線で高電圧を試料に印加するようにする。さらに、大気側からの電気的な引き込み線を低圧信号ラインに限定することで、高電圧を容易に使用できるようにする。高電圧電源からの配線ケーブルは太くなるので、可動しないことによりパーティクル発生を低減するだけでなく、大きなフィードスルーが不要となり設計・製作の効率化が可能でコスト低減になる。
【０４４７】
また、上述したように試料に印加する高電圧電源はステージ等の可動部上に設置されていて、高電圧の配線は可動部には存在しない。また、試料に印加する高電圧には外部より低電圧電源が重畳されるようになっており、ここで高電圧の電圧値の制御をできるものとする。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜２１にも適用可能である。
【０４４８】
（実施形態２３）
欠陥検査装置における欠陥検出率向上化の手法
本発明の検査装置及び検査方法を用いた欠陥検査装置における欠陥検出率向上化の手法について図９３及び９４を参照して説明する。それぞれの図において、（ａ）は電子顕微鏡写真を示し、（ｂ）はその模式図である。この電子顕微鏡写真は、写像投影方式においてＮＡ位置におけるビームの形状を撮像したものである。それは、ＮＡと検出器の間にあるレンズによりＮＡ位置のビーム形状の像を検出器面に結像する条件を形成して撮像する。それにより、ビームの形状・プロファイル・中心位置等の情報を得て、所望のビーム位置（ミラー電子）を所望の位置に調整可能及びＮＡを最適な位置に設定可能となる。
【０４４９】
写像投影方式による欠陥検査装置を二次放出電子とミラー電子の両方を使って画像を取得する条件において、垂直入射している一次電子ビームの入射角を変更することにより、欠陥検出感度を向上させる手法である。
【０４５０】
上記装置において、垂直入射している一次電子ビームの入射角を変更することにより、実際の欠陥サイズより大きく検出器に投影させて欠陥検出感度を向上させる手法である。
【０４５１】
ミラー電子のビーム中心であるミラーセンターの位置はＮＡ結像画像を取得した際に、クロスオーバ中心に対してスキャン方向側に１００〜８００μｍの範囲で位置調整する。
【０４５２】
ミラーセンターの位置をクロスオーバ中心に合わせたときより、クロスオーバ中心からスキャン方向に遠ざける方向に調整すると、欠陥より出てくる高輝度の領域が拡大されていく。
【０４５３】
欠陥のない部位では、２次放出電子が発生し、欠陥のある部位はミラー電子が形成される場合、上述の調整を行うとミラー電子の領域が拡大されることにより、高輝度の領域が広がることを活用して、微小欠陥の検出感度が向上する。
【０４５４】
（実施形態２４）
試料表面電位均一安定供給化試料表面電位均一安定供給化
本発明の検査装置及び検査方法における試料表面電位均一安定供給化の例について図９５及び図９６（Ａ）、９６（Ｂ）を参照して説明する。
【０４５５】
写像投影方式による欠陥検査装置では、試料表面に電圧を印加する必要がある。
【０４５６】
試料表面に与えられた電圧を変化させることで、表面状態の見え方・欠陥の見え方などを調整している。
【０４５７】
即ち、試料表面の電圧分布が一様でないと、電圧分布の違いにより条件が変わり再現性などの問題になる。
【０４５８】
そこで、試料表面の電圧分布が均一になるように印加方法を提案する。
【０４５９】
現状はマスク表面に接触する部分を一ヶ所設け、それに高電圧電源からの出力をつなげることで高電圧を試料表面に印加する。
【０４６０】
試料に接触している面積を広げる。
【０４６１】
試料印加電極が取り付けられている部分を額縁とよび、これは上下に昇降させることで試料を内部に搬入できる。
【０４６２】
額縁が降りた状態で、試料印加電極が試料表面に接触し、試料に均一に電圧を供給することができる（図９６Ａ参照）。
【０４６３】
更に、別な額縁構造を用いると均一で安定印加に有効である。その例を図９６（Ｂ）に示す。図９６Ｂに示す額縁の下面図（図９６Ｂ（ｂ））と上面図（図９６Ｂ（ｃ））を参考にすると、上面は突起のない滑らかな仕上げ面の額縁構造である。例えば１９５×１９５ｍｍ□のチタンまたはりん青銅の板材であり、内部に１４６×１４６ｍｍの穴があいている。そして、裏面に示すように３箇所に突起部がある。突起部は突起高さ１０〜２００μｍ程度である。この突起の先端は尖っていてもよい。この額縁（カバー）を用いてマスクの表面層に規定値の電圧印加を行う。本発明では、マスクがパレットに設置されている。パレットにマスク支持ピンがありその上にＥＵＶマスクなどの露光用マスクが設置されている。マスク支持ピンはパーティクル発生が少ない部材が用いられる。金属部材にポリイミド、テフロン(登録商標)、フッ素樹などの脂樹脂がコートされたもの、また、部材自体が樹脂であるものなどが用いられる。この支持ピンのマスク設置位置はマスク内部の１４２×１４２ｍｍよりも外側での接触がなされる。それより内部では露光装置などにマスクが設置されたときに、異物やパーティクルが付着するとマスクが斜めに傾いてしまう影響が出るので、その領域に異物やパーティクルの付着を防ぐためである。また、マスクの側面と下面との角部に支持ピンを接触させて固定することも可能である。その場合は接触部が規定角度の斜めになった面構造を有する。また、ステージ移動時のマスクの位置変動を防ぐために、位置固定用のマスク固定ガイドピンを設けて接触固定させることも可能である。
【０４６４】
ＥＵＶマスクがこのように設置されているとする。通常ＥＵＶマスクは最表面に絶縁膜がありその下部に導電膜がある。よって、マスク表面への安定で均一な電圧印加を行うためには、最表面の絶縁膜を破って導電幕に引火する必要がある。そのとき、図９６Ｂに示す突起部を有する額縁（カバー）が有効となる。額縁にはマスク表面に印加すべき規定の電圧が掛かっている。そして、図９６Ａのように、額縁をマスク上方から設置する。そのとき、この突起部が絶縁膜を破り下部の導電膜に達して安定した電圧印加を行うことができる。この突起部があるとその部位がマスクへの印加部となるため印加部位が特定できること、つまり場所を制御して印加できる。また、３点の接触になるので、マスク上面と額縁の平行度が制度よく設置できるメリットが得られる。２点での設置では、額縁が傾き、４点以上の設置ではどの突起が実際に絶縁膜を破り導電膜に印加しているのか特定するのが難しいからである。また、同様に、突起部がない場合は、どの部位にてマスクに接触しているのか特定が難しくなる。マスク交換のたびに異なった接触状態になる可能性があるのである。このとき、ＥＵＶマスクの絶縁膜厚さは、通常１０〜２０ｎｍであるため、それを破るのに適した額縁重量にしておけばよい。
【０４６５】
また、額縁が接触したときに、マスク面と額縁の段差を小さくする必要がある。段差による電界分布の不均一が生じるからである。マスク端部、つまり、額縁に近い部位で検査を行うときに、電界分布の不均一性によって、電子軌道がずれて、座標と電子画像の中心位置のずれが生じることがある。このため、額縁とマスク面の段差を最小限に小さくする必要があるのである。本発明では、１０〜２００μｍに抑えた構造になっている。好ましくは、１０〜１００μｍの段差にするのがよい。また、額縁のマスク接触面付近は板厚を薄くする手法も可能である。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜２３にも適用可能である。
【０４６６】
（実施形態２５）
光／レーザ照射による光電子像形成
本発明の検査装置及び検査方法における光／レーザ照射による光電子像形成について説明する。対象になる試料としては、図５３（ａ）、（ｂ）、図５７のような凹凸のある試料がある。これらは、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク及びテンプレート、及び、半導体ウエハ等がある。
【０４６７】
（フィードスルー＋三角ミラーによる試料への照射）
参考となる図は、図２６〜図３２の形態が適用できる実施例である。
三角ミラーは真空中、他のミラーレンズは大気中の説明は上述している。光源以外は真空中に設置する形態もある。ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、Ｘ線等のエネルギの高い光を照射すると、その経路にある大気、チリ、ほこり等があると、光散乱やゆらぎが起こり照射系の不安定性を増加させる、また、レンズやミラー等の光学素子の表面の劣化を招く。つまり、素子表面の酸化膜形成、光が当たる部位の膜質劣化、ほこり、ちり付着による面劣化が起こる。真空中に工学部品を設置することにより、このような問題を大幅に低減できる方法、および装置である。この場合、メインコラムと接する別チャンバにし、大気中にて光軸調整が終わった後、光学系の真空排気を行う。光学系のみの別チャンバであれば、大気開放／真空排気が容易に可能となる。電子工学系のコラムと真空導通があると、メインコラム、メインチャンバも一緒に大気開放を行う必要があるため、関係ない部位の真空排気および大気開放を行わないといけなくなる。このことは大変なコストと時間の損失となる。
【０４６８】
（大気側ミラー・レンズ系による光軸調整、レンズ位置による照射サイズ調整）
メインコラム外側のミラーレンズ系にてメインコラム内の光軸および光照射する位置・サイズの調整を行うことができる。メインコラムに光を導入する前に、２つ以上のミラーにて、光軸の調整、つまり、シフト、チルトを行う。それにより、試料の照射位置に照射光の中心が来るように調整を行う。そのとき、試料面の垂直方向に対する角度、つまり入射角の調整も行うことができる。
【０４６９】
また、照射光のサイズの調整はレンズの位置を光軸方向に変えて設置することにより可能である。例えば、焦点距離ｆ３００ｍｍであれば、レンズ位置から試料面の位置までの距離をｆより短く、または、長くすることにより、照射する光のサイズを調整できる。φ５〜φ１０００μｍ、レーザ出射光径の１／２００〜×１倍程度。
【０４７０】
（２次系倍率対応の光出力調整をアッテネータで行い、２次系光学調整）
メインコラムの光軸調整、つまり、光電子の軸調整において、光照射を行ってその光電子を用いるとき、メインコラムの光軸の倍率に応じて、光の照射量を制御する必要がある。これは、同一の光照射密度(量)であれば、低倍の場合、検出器に到達する電子量が多くなり、高倍率の場合は、電子量が少なくなるのである。高倍率にあわせた光密度照射を行うと、低倍においては、検出する電子量が多くなりすぎて、検出器で飽和することがある。そのため、照射する光の密度を変えるため、メインコラム外側の光学経路にアッテネータまたは、ビームスプリッタを設置して、照射する光のパワーを調整することが可能である。光源自体は安定動作のために、出力変化をさせないほうがよい。また、照射サイズを変えないで行うときに特に有効である。また、照射する光の密度を変えるために、光の照射サイズを変えることが可能である。低倍のときに、光照射の密度を低減させて調整を行い、高倍率において照射するサイズを小さくして光密度を高くして画像調整を行う。また、導入する光出力の調整と照射する光のサイズ制御を併用して像調整を行うことも可能である。
【０４７１】
（λ＜２６４ｎｍ:Ｒｕ白信号、ＴａＢＯ黒信号、λ＞２６４ｎｍ：Ｒｕ黒信号、ＴａＢＯ白信号）
材料のワークファンクションＷＦは、その値のエネルギよりも大きなエネルギを照射すると光を放出する材料固有の値である。そのＷＦに対応する光波長をλＷＦとする。試料のＷＦより高いエネルギの波長を選択し光電子量を多く発生する撮像とＷｆより低いエネルギの波長を選択し光電子量が少ない状況で撮像する方法がある。
【０４７２】
また、複数の材料が混在している試料において、つぎの特徴を有する撮像方法が本発明で可能となる。このとき、例えば２つの材料１と材料２がある場合、それぞれ、ＷＦ１、λＷＦ１、ＷＦ２、λＷＦ２とする。照射する光の波長λとする。
【０４７３】
Ａ  ：  λ＜λＷＦ１＜λＷＦ２の場合
材料１と材料２で、光電子の放出効率が高いほうが白信号、低いほうが黒信号のコントラストで観察される。
【０４７４】
Ｂ:  λＷＦ１＜λ＜λＷＦ２の場合
材料１については、光エネルギ＜ＷＦ１となるので、材料１からは光電子が大幅に減少する。よって、材料１は黒、材料２は白（相対的な電子量の多いほうを白、少ないほうを黒信号と呼ぶ）で観察される。
【０４７５】
Ｃ:  λＷＦ１＜λＷＦ２＜λの場合
光エネルギ＜ＷＦ１、ＷＦ２となるので、材料１、材料２の両方の光電子量は大幅に減少する。よって、双方とも白、黒の判別が難しい状況になる。
【０４７６】
このように、光の波長を選択して、複数材料のワークファンクションよりも高いエネルギの光、またはレーザを照射することにより、光電子量の差に起因するコントラストを得ることが可能となり、かつ、光電子のエネルギ幅は、２次電子等に比べ、小さいので（例えば、１／５〜１／２０)、収差が小さく、高解像度を達成できるのである。
【０４７７】
上記Ａの場合、材料１に光電子放出効率が高く、材料２に光電子放出効率が低い材料を選ぶと、高コントラストでの撮像が可能となる（コントラスト０．５〜１．０）。
【０４７８】
上記Ｂの場合、材料１はλＷＦ１より低いエネルギの波長を与えるので、材料１の光電子量は低いが、材料２はＷＦ２より高いエネルギの波長の光（またはレーザ）を照射するので、材料２は多くの光電子を発生する。よって、相対的に、材料２が白、材料１が黒信号で高いコントラストにて、パターンを撮像することが可能となる。
【０４７９】
上記Ｃの場合、材料１も材料２のワークファンクションより低いエネルギの波長を照射するので、光電子は少ない状態である。このとき、ワークファンクション（仕事関数）の低い異物等の欠陥があると、その欠陥が光電子を発生し、検出できるのである。
【０４８０】
このように、マスク、ＥＵＶマスク、半導体ウエハ、ナノインプリントマスク等、複数種の材料で構成されている試料に対して、各材料のワークファンクションに対して、照射する光または、レーザの波長を選択（レーザのエネルギを選択）して、光電子量を多く発生させる波長を選別して撮像すると大変効率的で有効であり、高解像度のパターン撮像および高感度の異物撮像を行うことができる。このとき、２種類の材料の場合は、相対的に光電子量の多／少を形成する方法を、用いると有効である。また、３種類以上であれば、１種類だけ光電子量が多い状態を形成すると有効である。このとき、上述のマスク、ＥＵＶマスク、半導体ウエハ、ナノインプリントマスク等の試料の場合では、凹凸構造を形成している場合が多い。そのときは特に有効である。それは、最上段のｔｏｐ層だけ、光電子量が多い条件を形成して撮像または欠陥検査を行うことができる。このとき、パターン系状がクリアに撮像できるのでパターン欠陥撮像および検査に有効である。また、凹部の底面の材料の光電子量が多い条件を選択すると、凹部の欠陥の観察または検査に大変有効である。このとき、更に、パターンのサイズ、例えば、ライン／スペース、ハーフピッチ(ｈｐ)サイズ、または、穴形状のサイズが光の波長より小さいときに特に有効である。例えば、光検査装置であると、照射した光の散乱光を用いて、パターン等の欠陥を観察または検査するが、波長よりも小さなサイズでは、波長限界により分解能が大きく低下するので散乱光によるパターンの分解能が大きく低下して、パターンの観察または検査が困難となる。それに対して、本発明の光電子を用いる方式では、パターンサイズが波長より短い場合でも、高解像度にてパターンの観察または検査が可能となるのである。それは、上述したように、１）材料のワークファンクションに対して、波長を選択して、コントラストを高くすることができること、および、２）波長より小さいパターンにおいても、近接場の形成にて光電子発生が行えるので、パターン系状を反映した光電子の発生をすることができるので、高コントラストおよび高分解能を達成することができるのである。例えば、ｔｏｐ層の光電子量だけが多い状態を形成すれば、ｔｏｐつまり、ライン部（凸部）が白いパターンを形成できるのである。また、凹の底面だけが光電子が多い条件を形成すれば、凹部(スペース部)が白信号にて、かつ、高解像度を達成して観察、または検査が行えるのである。これらの条件を形成するときに、上述のＡ、Ｂ、Ｃの方式を選択して行うのである。また、このとき、３種類以上の材料があるときは、例えば、ｔｏｐ層、凹部、壁部があるとき、これらのときも、同様に、ｔｏｐ層だけ光電子量が多い条件を形成すること。凹部(スペース部)だけが光電子量が多い状態を形成すること、および、壁部だけが、光電子量が多い状態を形成することが可能である。
【０４８１】
また、これらの状態の撮像および検査を組み合わせて用いると更に有効である。例えば、ｔｏｐ層（凸部）のみ光電子量が多い状態と凹部（スペース）だけが光電子が多い状態の観察または検査を行い、双方の結果から欠陥を夫々抽出すると、パターン形状欠陥も、凹部にある微小異物欠陥や膜異常等のパターン欠陥を検出できるので、もれなく観察または検査を行うことが可能となる。また、上述した、ｔｏｐ層の光電子が多い状態と凹部の光電子が多い状態を同時に形成し、観察または検査を行うことが可能である。このとき、組合わされた画像になるので、パターンの解像は悪くなり、グレー（白・黒の中間職的な色調）状態となる。そして、欠陥がある部位がこの色調から大きくずれて、白くまたは黒くなり、異物やパターンの欠陥だけ検出をすることが用意となる。特に、パターン上にある異物の欠陥では、ｔｏｐ層の上に乗っている異物であれば検出が容易であるが、凹凸パターンの凹部にある微小異物の場合に対して、大変有効となる。この微小異物のみ白くまたは黒くなり、高いコントラストにて検出ができるからである。それは、材料が異なる場合ではワークファンクションが異なることによる項電子量が異なる効果、また、同質の材料であれば、微小異物による凹部内の電位分布が変化して、光電子の軌道が変化して、到達する光電子が多い場合には、相対的に白信号で観察され、少ない場合には黒信号で観察される。また、この微小異物の光電子量が少ない場合では黒信号、多い場合では白信号で観察される。また、これらを利用して検査が行われる。
【０４８２】
例えば、ＥＵＶマスクの場合、ｔｏｐ層がＴａＢＯ、凹部がＲｕの構造がよく用いられている。そして、Ｒｕのワークファンクションが４．７ｅＶで相当波長が２６４ｎｍとなる。
【０４８３】
このとき、照射する光またはレーザの波長λを上述のＡ、Ｂ、Ｃの条件のように選択すること、または、組合せることにより、ｔｏｐ層を白信号、凹部を白信号で観察または検査する場合を選んで形成することができるのである。
【０４８４】
例えば、λ＜２６４ｎｍで、凹部のＲｕの光信号が多い状態つまり、白信号での観察または検査が可能である。また、λ＞２６４ｎｍの場合、ｔｏｐ層のＴａＢＯが白信号で観察および検査できる。
【０４８５】
このとき、光または（および）レーザの照射において、多方向からの照射を行うことにより縦、横、斜め方向のあるライン／スペースパターン等において、対象性のある画像形成の形成が可能となる。このとき、４方向ｏｒ８方向から照射等を行うことが可能となる。また、Ｔ／Ｍ方向を選択または、組み合わせて、光またはレーザの照射を行うと大変有効である。
【０４８６】
これは、パターンの方向とそれに対する光またはレーザの照射方向と偏光方向によって、パターン面に形成される近接場（波長より小さいパターンサイズ領域にて伝達されるエネルギ場）の分布が大きく異なるため、高コントラストが得られる条件を選んで用いることができる。
【０４８７】
つまり、ｔｏｐ層で強い近接場が得られる条件や凹部で強い近接場が得られる条件を選んで観察または検査を行うことが可能となる。
【０４８８】
このとき、単一波長のレーザを用いたときに、干渉や回折の影響を受けることがある。これらの影響により不要な白／黒パターンが形成されることがある。この影響を回避するために、波長幅を広くする。例えば、±１〜２ｎｍ。または、波長の異なるレーザを同時に照射する、等が有効である。
【０４８９】
また、この問題については、偏光方向を単一ではなくマルチ方向にすると大変有効である。干渉や回折の影響を大幅に低減できる。また、連続的に偏光方向を変化させながらの撮像をすることも有効である。１フレームの撮像を行う時間内に、偏光方向を変化させることにより露光時間内でできる画像は積分された画像となり、回折・干渉の影響の小さい画像を得ることが可能となる。なお、本実施例は、前述した実施形態１〜２４にも適用可能である。
【０４９０】
ＥＵＶ光照射による散乱光を用いた検査方法・装置
装置系について述べた図１〜図２５と同様の方法及び装置を用いて、ＥＵＶマスクの検査を行うことが可能である。この例では、試料への照射はＥＵＶ光である。そして、ＥＵＶマスクの凹凸パターンから反射した光（またはＥＵＶ光）によるパターン形状をミラー系で結像し検出器で検出する。その後の信号処理にて欠陥の検出を行うことが可能である。検査はセル／セル、ダイ／ダイ、ダイ／データベース等が可能である。ＥＵＶ露光では波長１３．５ｎｍが用いられている。これに限らず、軟Ｘ線領域での波長に対して同様の方法及び装置系を用いることができる。
【０４９１】
ＥＵＶは波長が短いので大気中での伝達及び照射、検査像形成は損失が大きく、また、大気粒子のイオン形成によるコンタミやノイズ増加等、不効率である。よって、真空装置系での光伝達・照射・像形成が必要となる。このとき、本発明の真空装置系を適用することが可能となる。
【０４９２】
ＥＵＶ照射については、図８、９、図２６〜図３２に関連して述べた実施例と同様である。これまで述べた実施例と異なるのはＥＵＶマスクからの反射または散乱される光またはＥＵＶ光によるパターンを１次光学系にて形成するところである。２次系はミラー電子や２次放出電子ではないので、電子用の静電レンズや電磁レンズの代わりに、ＥＵＶ用の反射ミラーが用いられる拡大光学系であり、該光学系により検出器に結像して拡大投影される。光学倍率は５００〜３０００倍程度であり、そのとき、例えば、Ｌ／Ｓパターンについて３〜４Ｐｘ／ラインが達成される。ＥＵＶ光の照射の長所は凹凸パターンの凹部の反射率が高いことである。また、側壁部や凸部はＥＵＶ光に対して吸収層となっているので、凹部の反射光強度が高く、凸部の反射光強度が低いので、高いコントラストとＳ／Ｎを達成できるのである。このとき、検出器としては、ＥＢ−ＴＤＩやＥＢ−ＣＣＤを用いることができる。ＥＵＶ光はエネルギが高いので電子入射でなくても感度があるからである。また、ＥＢ−ＣＣＤにより光学系や像形成条件の調整を行うことができる。
【０４９３】
また、検査では、ＥＢ−ＴＤＩを用いて連続した検査像を形成し、高速に検査を行うことができる。このとき、ステージとＥＢ−ＴＤＩとは連携した動作が行われ、像の積算により取得光量を増加して高いＳ／Ｎの検査像取得と高速検査を行うことが可能となる。ＥＢ−ＴＤＩ、ＥＢ−ＣＣＤは真空中にセンサ部が設置されている。これらの検出器に限らずセンサ部が真空中に設置することのできる検出器で、かつ、２次元像を形成することができる素子であれば適用可能である。例えば、シンチレータ＋ＴＤＩ等である。また、ＥＵＶ反射光の光学系である１次光学系については、ＥＵＶによる反射や光電子発生によるノイズ低減のために、コラム表面や、ミラー以外の部材の表面にＴａＢＮやカーボンの薄膜コートを行うことができる。
【０４９４】
また、ＥＵＶマスクｔｏｐ層に酸化膜がある場合、ＥＵＶ光照射によるＥＵＶマスク表面のチャージアップの抑制のために、図１９２にある試料付近に制御電極を設けて、試料表面の電位をコントロールすることができる。
【０４９５】
例えば、ＥＵＶマスク自体は、ＧＮＤ接地されているとき、ｔｏｐ層の酸化膜にＥＵＶ光が照射されると酸化膜から光電子が放出されて該酸化膜が正に帯電する。これを抑制するために、マスク方面付近にマイナス電界を発生させて、つまり、相対的にマスク方面が正電位となるようにする。それにより、発生した光電子がまた、酸化膜に戻ってきてチャージアップ抑制ができるのである。このほか、ＥＵＶマスク表面の電位を３〜１０Ｖ程度、負電位に印加しておく方法も有効である。なお、本実施例は、前述した実施形態１〜２５のうち、２次光学系以外に、同様に適用できる。
【０４９６】
（治具による照射光の軸調整方法）
撮像または検査を行うときに用いる第１の形態の光またはレーザの照射機構と、それとは別に、調整用に用いる第２の形態の光またはレーザを用いることを特徴とする。この第２の形態の光またはレーザは、調整用にもちいられる。このとき、第２の形態の光は、レンズやコラムに組み込まれ、照射位置が固定されているものであり、予め、照射位置が測定されており、ほぼ、電子光学系の中心位置に照射光が位置するものである。また、導入機構の機械組立て精度により、その位置が例えば、±１００μｍ以内にあるものを用いる。そのとき、光またはレーザのビームのサイズは、設置誤差よりも大きなものを用いる。例えば、組立て精度＋２００〜２０００μｍ程度。用いた例では、φ１ｍｍ（楕円でもよい  １×１．５ｍｍの楕円等)である。このとき、ファイバとレンズによる導入機構を用いることができる。それによると、設置する機械精度により照射位置が決まるので、取り扱いが容易、および、設置位置の再現性がよいのである。第２の形態の光導入系を調整に用いると大変効率的である。
【０４９７】
調整１：電子光学系の光軸調整に用いる。光電子が試料表面から放出され、その光電子はＩＩ次電子光学系により検出器に導かれる。この場合、光またはレーザの面ビームが照射され、２次元の面状の光電子が放出されて２次電子光学系にて検出器に導かれるのである。面の光電子は、２次元の光電子による像が形成され、それが２次光学系により検出器に拡大投影される。このとき、第２の形態の光導入により、光電子の像を形成し、２次光学系の光軸中心条件を求めることができる。予め求めた光軸条件および対物レンズの中心位置(物面位置)を求めておく。それにより、その位置にマーク（特徴のあるパターン、ファラデーカップ等が用いられる）を設置する。それにより対物レンズ中心位置が決まる。次に、このマークの位置にビームが照射されるように第１の形態の光またはレーザの導入系の調整を行う。このときミラー、レンズ、光源による構成であり、２つ以上のミラーとレンズにより、照射位置とサイズの調整を行うのである。このとき、第１の形態にて求めた対物レンズ中心のマークがあるので、そこに第２の形態の光またはレーザの明射を行えばよい。このマークがあることにより大変効率的に第１の光またはレーザの導入系の光軸調整が可能となる。もし、第２の光学系がない場合、第１の光学系の組立て後第１の光導入系にて光軸調整を行わないといけないので、初期に、対物レンズ中心が不明な状態でその位置を探すことになる。つまり、ラフに、光電子像が見える状況を形成し、その状態にて、２次光学系の調整つまり、対物レンズ中心位置を求め、そこにマークを設置して、その後、第１の光導入系の光軸調整を行うことになる。そのため、ラフな状況からの対物レンズ中心だしと第１形態の光導入系のラフな光軸調整を行い、双方の軸調整を交互に行いながら、最終的な２次光学系の軸調整と第１形態の光導入系の軸調整を行う必要がある。よって、第２形態の光導入系により、常に、２次光学系の軸調整が済んでいる状況を形成しておくこととは大変効率的である。
【０４９８】
また、治具を用いて第１の光導入系の軸調整を行うことも可能である。穴の開いたガイド板とその下にパワーメータを設置して、ガイド板の穴を通過した量が最大になるよう用に第１の光導入系の光軸調整を行う。このとき、予めガイド板の穴位置が対物レンズの中心位置に来る座標を求めておく。
【０４９９】
（光＋ＥＢ  照射式）
１次系を２種類有する場合の実施形態について述べる。
【０５００】
光またはレーザ照射による光電子像と電子ビーム照射による２次放出電子および／またはミラー電子（ミラー電子を有する場合とない場合とがある）の組合せによる像形成を行うことも大変有効である。ここで、２次放出電子とは、２次電子、反射電子、後方散乱電子の一部または混在した状態をいう。特に、低ＬＥ時には、それらの区別が難しい。
【０５０１】
図７〜図９、図２６〜図３１の光またはレーザを試料に照射する形態と図３３ａ〜図４２の１次系に電子ビームで試料を照射する形態の融合を行った形態である。実施形態の例を図１９６、図１９７、図１９８に示す。試料が凹凸形状の場合の例を以下に述べる。
【０５０２】
この例は、１次ビームとして、レーザ照射(または光)と電子ビーム照射を同時に行うときの例である。照射方式としては、同時、時間的に交互に照射等が可能である。このときのレーザ照射と電子ビーム照射を行ったときの特徴をそれぞれ述べ、融合したときに起こる効果・作用を述べる。
【０５０３】
レーザ照射を行ったときｔｏｐ層（凸部）の光電子量が多く白信号で、電子ビームが照射されたときにｔｏｐ層の２次放出電子が多く白信号の場合、光電子像と２次放出電子像を組み合わせることで、ｔｏｐ層の電子量を増加でき（光電子白＋２次放出電子および／またはミラー電子白）、つまり、ｔｏｐ層（凸部）が白、凹部が黒となる像が形成でき、コントラストおよびＳ／Ｎの増加が可能となる。
【０５０４】
反対に、凹部の光電子が多く凹部が白信号で、２次放出電子の凹部の電子量が多く凹部が白信号で観察される場合、レーザ照射と電子ビーム照射を同時に行うと（組合せ）、凹部が白（光電子白＋２次尾表出電子および／またはミラー電子白）、ｔｏｐ層（凸部）黒で形成される像のコントラストおよびＳ／Ｎを増加することができる。このとき、白信号とは、他の部位に比べて検出される電子数が多く、相対的に輝度が高い、つまり、白で撮像可能であるということである。
【０５０５】
図３３（ａ）に示すように、電子ビームを用いる場合は２次ビームとの分離を行うため（２次ビームの直進を行うウィーンフィルタ条件等を用いる）、Ｅ×Ｂ等の電子ビーム分離器が必ず必要となる。そのため、電子ビームとレーザまたは光ビームを融合した形態にも、そのような電子ビーム分離器が必要となる。図１９６、図１９７、図１９８にはその例を示している。
【０５０６】
図１９６、図１９７と図１９８の違いは、次の通りである。図１９６と図１９７は、Ｅ×Ｂよりも試料側にてレーザー（または光）の導入する機構を有している。そして、図１９８はＥ×Ｂよりも検出器側でレーザー（または光）を導入する機構を有しているのである。例えば、図１９６、図１９７では、カソードレンズにレーザ導入用の穴を設けて、チャンバ外部にてミラー等でアライメント調整された状態でレーザを試料に照射する方式や、ファイバ＋レンズ等をカソードレンズに導入して、レーザ照射を行う等が可能である。また、図１９８は、図２６で説明したのと同様のミラー部材を２次系のコラム中に設置して、コラム外部からレーザを導入して試料にレーザ（または光）を照射することが可能となる。図１９８は、レーザ照射と電子ビーム照射による凸部の電子量が多い（白信号）場合を示しているが、その反対の凹部の電子量が多い（白信号）場合も図１９６と同様に行うことが可能である。
【０５０７】
また、１次系の電子ビームについては、図３５〜図４１に示すような実施形態で説明した電子ビームを用いるとより有効である。大電流で狭帯域エネルギの電子ビームを照射できるので、形成される２次放出電子やミラー電子のエネルギが狭帯域となり、収差とボケの少ない高解像度の像を実現できる。また、レーザ照射による光電子のエネルギは２次放出電子よりも狭帯域であるため、融合／組合せを行ってもエネルギの狭帯域状態を保持してできるため、電子量は増加するがエネルギ幅は広がらないですむというメリットがある。これは、スループットをあげるために照射するレーザや電子ビームを増加したときに、像質を劣化させないで実現できるので大変有効・有用である。
【０５０８】
また、逆に光電子が白、２次放出電子が黒の場合の組合せも可能である。この場合、組み合わされた像はグレーつまり、白と黒の中間色となり、パターンの解像度、コントラストは低下する。このとき、欠陥だけが白信号が強くなる、または黒が強くなる観察を行うことが可能となる。このとき、例えば、光照射に感度の高い欠陥であれば、光電子量の増減により白または黒の信号形成が行える。また、電子照射による感度の高い欠陥であれば、２次放出電子の電子量の増減により、白または黒信号形成を行うことが可能となる。
【０５０９】
また、光電子が黒、２次放出電子が白の場合の組合せも同様に可能である。ＥＵＶマスクの例では、ｔｏｐ層のＴａＢＯと凹部のＲｕに対して下記の組み合わせを行うことが可能となる。
【０５１０】
（Ｒｕ白／ＴａＢＯ黒の光電子像と２次放出電子および／またはミラー電子による像の組合せ・Ｒｕ黒／ＴａＢＯ白の光電子像と２次放出電子および／またはミラー電子像の組合せ）
これにより、高いコントラストとＳ／Ｎを実現でき、感度の高いパターン欠陥の検査および異物の検査を行うことが可能となる。
【０５１１】
低ＬＥ像に対して、酸化膜電位安定化を光照射で行う。電子照射エネルギ−５ｅＶ＜ＬＥ＜１０ｅＶである、低ＬＥの像に対して、特に、ｔｏｐ層の材質が酸化膜のときに大変有効である。ｔｏｐ層が酸化膜のとき、低ＬＥ電子線照射により、酸化膜は負の電圧に帯電が起こる。その影響により像質劣化が起こる、また、電流密度を上げられないことが起こる。このとき、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、Ｘ線等の光またはレーザの照射を行い、該酸化膜の電位を制御することができる。これらの光を照射すると光電子が発生することにより、正の帯電を起こすことが可能である。よって、低ＬＥとこれらの光またはレーザの明射を同時または間欠的に行うことにより、酸化膜の電位を一定に制御することが可能となるのである。一定に保たれたことにより、像質が安定し、電流密度を増やしても安定した像形成が可能となるので、スループット向上が可能となる。
【０５１２】
（光電子カソード１次系）
基準電圧がＧＮＤではなく、高電圧の場合に用いられる例を図３７に示す。この例では、基準電圧が＋４００００Ｖである。その基準電圧がコラム内で統一して電場が形成できるように、筒状の管ある。この管を管１とする。そして、４００００Ｖ印加されており基準電圧を形成している。また、光電子面に近いところは、等電位線（分布）光電面と平行になっている。また、そのため、レンズは磁場レンズが用いられている。また、アライナは電磁アライナが用いられている。また、ＮＡや他のアパーチャは基準電位であり、管構造に設置されている。この管１は、高電圧が印加されるため外側にもうひとつの管２がある。この管２がＧＮＤになっており、装置としてＧＮＤ接続が可能となっているのである。管１と管２は耐電圧のある絶縁物にて絶縁されており、必要な印加電圧が保持さえている。ここには記してないが、２次光学系の基準電圧が高電圧にするために、１次系の基準電圧を制御しているのである。したがって、２次光学系は、１次光学系と同様に、管が２重構造のコラムとなっている。内側の管に高電圧が印加され、外側の管がＧＮＤになっている。その電圧差は１次系と同様に保持されている。また、管１が導体でありこの管１の外周部にポリイミドやエポキシなどの樹脂材料がコーティングされていてもよい。さらに、その樹脂材料の外周部に導電材料がコーティングされており、そのコーティングされた導電材料がＧＮＤとなっていてもよい。それにより、該樹脂材料の内側が高電圧の基準電圧であり、外側がＧＮＤとなっており、他のＧＮＤ接続及びＧＮＤ設置できる部品の組み立てが可能となる。また、この外側に導体のシールド管の管２があってもよい。この管２はパーマロイや純鉄の磁性体であり、外部磁場の遮断が可能となる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２５、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０５１３】
（実施形態２６）
ＥＯ補正
本発明の検査装置及び検査方法に用いるＥＯ補正の例について説明する。
【０５１４】
Ａ．概要
ウエハ上からのビームをＴＤＩで撮像するにあたり、ウエハの位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはウエハはＸ−Ｙステージ上に有り、機械的な位置決めがなされる事から、その精度は数１００μから数１０ｎｍ、応答速度は数秒から数ｍｓが現実的な値である。
【０５１５】
一方、デザインルールは数１０ｎｍに向かって微細化されており、したがって、線幅が数１０ｎｍの配線や、直径数１０ｎｍのビアを検査し、それらの形状欠陥や電気的欠陥の検出及び直径数１０ｎｍのゴミの検出が必要となる。上記機械的な位置決めのみを頼りに撮像する事は応答時間と位置決め精度のオーダがデザインルール及び撮像精度のオーダとかけ離れており正確な像を取得する上で著しい障害となる。
【０５１６】
撮像のシーケンスはステップ（ｘ軸）と定速度スキャン（ｙ軸）の組み合わせで実行され、比較的動的な制御を行う（ｙ軸）は、制御残差が一般的に大きく像のボケを防ぐ意味から、より高度な制御を要求される。
【０５１７】
これらの項目に鑑み、高精度かつ応答性の優れたＸ−Ｙステージを有する事は勿論であるが、更に、ステージでまかなえない、撮像部に対するビームの制御精度、速度を実現するため、ＥＯ補正の機能を備えている。
【０５１８】
基本的な方式は、ステージ上のウエハの位置はレーザ干渉計システムとｘ−ｙの軸上に設置されたバーミラーにより、サブｎｍのオーダで数マイクロ秒の時間遅れ以内にその位置を正確に認識し、自動制御ループにより機械的アクチェータを駆動し、目標位置に時間的な遅れと残差を伴いながら位置付けられる。この制御によって位置決めされた結果の制御残差は制御装置内部で発生される目標位置とレーザ干渉計システムによって得られた現在位置との差分により求められる。一方、ビームは数々の電極を経た後に、補正用偏向電極を経由して撮像装置に導かれる。補正用偏向電極は、ウエハ上の距離に換算しておおよそ数百μｍ以下、好ましくは百μｍ以下、より好ましくは数十μｍ以下の偏向が可能な感度を有し、これに電圧を印加する事で、二次元的に任意の位置にビームを偏向する事が可能である。制御残差は演算装置で演算を実行された後、Ｄ／Ａコンバータによって電圧に変換され、残差を相殺する向きに補正用偏向電極印加される。以上の構成によりレーザ干渉計の分解能に近い補正を実行する事が可能となる。
【０５１９】
他の方式としてＸ軸（ステップ方向）は上記手段を用い、Ｙ軸（スキャン方向）は撮像素子であるＴＤＩの転送クロックを、ステージの移動速度に同期させ転送する方式も考案した。
【０５２０】
図９７にＥＯ補正の概念を示す。目標位置への指示９５・１が出力され、機械アクチェータを含む制御フィードバックループ９５・２に付与される。この部分がステージに該当する。駆動され、位置変位が出た結果は位置検出器９５・３によりフィードバックがかかり、駆動系の位置変位は、位置指示からの目標位置に収斂してゆくが、制御系の利得が有限の為、残差が発生する。現在位置を位置出力系９５・４（ここではレーザ干渉計を用いる）によりサブｎｍのオーダで検出し、位置指示装置９５・１との差分を残差検出器９５・５により検出し、高圧高速増幅器９５・６を使用して偏向電極９５・７に印加し、残差を相殺する向きに電圧を印加し、本来この機能なき場合には９５・８の如く発生する変動分を９５・９の様に減ずる機能を有する。
【０５２１】
図９８に具体的な機器構成を提示する。ＸＹステージ９６・１はＸ軸駆動用のサーボモータ９６・２ならびにエンコーダ９６・３によりＸ軸の駆動と大まかな位置、及び速度の検出を行い円滑なサーボ特性を実現する。本例では、サーボモータを用いているが、リニアモータ、超音波モータ等のアクチェータにおいても同様な構成が可能である。９６・６・はこのモータを駆動する電力増幅器である。Ｘ軸の精密な位置情報はミラー９６・７、干渉計９６・８、レシーバ９６・９、レーザ光源９６・１０、干渉計ボード９６・１１の組み合わせによりサブｎｍの分解能を有する位置検出機能を実現している。
【０５２２】
Ｙ軸も直交するＸ軸と同様の機能であり、サーボモータ９６・１２、増幅器９６・１３、ミラー９６・１４、干渉形９・５、レシーバ９６・１６より構成されている。Ｘ−Ｙステージコントローラ９６・１７はこれらの機器を統括して制御する事により、ステージの二次元的な動作を可能とし、１０００μｍ〜１ｎｍの精度、好ましくは１００μｍ〜２ｎｍの精度、より好ましくは１μｍ〜２ｎｍの精度、更に好ましくは０．１μｍ〜２ｎｍの精度を達成しており、応答速度は数１０００ｍｓ以下、好ましくは数１０ｍｓ以下、より好ましくは数ｍｓ以下の性能を実現する。一方、Ｘ−Ｙステージコントローラ９６・１７からはＸ基準値、Ｙ基準値がＥＯ補正器９６・１８に出力され、干渉形９６・１１からの３２ビットバイナリー形式で出力される位置情報を高速のバッファボード９６・１９を経由して現在位置をＥＯ補正器９６・１８は受け取る。内部で演算を行った後、高圧高速増幅器９６・２０、９６・２１により電圧増幅した後、偏向電極９６・２２に印加し、残差分を補正すべく偏向を行い、位置ズレを極少にした画像情報電子ビームをＴＤＩ（撮像素子）９６・２３へ導く。９６・２４は後述するが、ＴＤＩ９６・２３の転送速度を決定するタイミング信号を発生する部分である。
【０５２３】
次に本装置におけるスキャン方向の目標位置の発生機能について述べる。ＥＯ補正は目標位置と実際の位置の差分を求め、差分を相殺するように電子ビームを偏向して位置の補正を行う機能であるが、補正範囲はおおよそ数十μｍの範囲に限定される。これは電極感度、高圧高速増幅器のダイナミックレンジ、ノイズレベル、Ｄ／Ａコンバータのビット数等により決定されている。ところが、スキャン時のステージの実際の位置は、制御ループのゲインが有限であることに起因して停止時と比較し、目標位置に対し、大幅なズレを生じる。２０ｍｍ/ｓで走行した場合、目標位置との乖離は約４００μｍ程度となり、そのまま差分を演算して出力しても補正範囲を大幅に超越して系が飽和してしまう。この現象を防ぐ為に本装置では次のような手段を用い、この問題を回避している。図９９にこの概念を図示する。
【０５２４】
９７・１はステージの目標位置でありスキャン時は等速運動である為、時間とともに直線的に増加する。一方、実際の制御された結果のステージの機械的位置９７・２は数ミクロンの機械的振動を含み約４００μｍ程度の定常偏差９７・３を有する。この定常偏差を除去する手段としては、フィルタを用いて、実走行時の位置情報を平滑化する事が考えられるが、この場合、フィルタの時定数により必ず、遅れが生じ、リプル（ノイズとなる電圧変動）を無視出来る程の時定数を持たせると、測定開始エリアが大幅に限定され、全体の計測時間の大幅な増加につながる欠点を有していた。そこで本案では、この定常偏差を検出するために、少なくとも前回にスキャンした時点での現在位置と目標位置との差分を本実施の形態においては少なくとも２の１６乗程度積算し、これをサンプル回数で除する事で、目標位置と現在位置との定常偏差の平均値９７・４を求め、今回のスキャン時には目標位置９７・５から平均値９７・４を引いて合成された目標位置９７・６として演算を行い、図１００の９８・１に図示するような、ダイナミックレンジ範囲内でＥＯ補正が可能な構成を実現した。なお、積算数は、目標精度が得られればよいので、この値に限られるものではなく、より少ない積算段数でもよい。
【０５２５】
図１０１にブロック図を図示する。目標値９９・１は現在位置９９・２と引き算され、９９・３のブロック内で前期の積算演算をスキャン時に実行する。一方、９９・３には前回同様にして求めた定常偏差の平均値が９９・４より出力されている。引き算器９９・５により９９・１から９９・４を引き合成目標位置９９・６とし、この値と干渉計からの現在位置９９・７とを引き算して、応答の遅れやリプルのないＥＯ補正データを実現している。
【０５２６】
図１０２に図１０１における９９・３のブロック差分平均検出の構造について図示する。１００・１、１００・２にて積算を実行し、累積カウンタ１００・３の値によりデータセレクタ１００・４のワードを選択し割り算相等を実行し、定常偏差の平均値を出力する事を実現している。
【０５２７】
図１０３にＴＤＩの転送クロックのアイデアについて記述する。ＴＤＩは光電素子をスキャン方向に多段に接続し、各撮像素子の電荷を後続する素子に伝送する事で感度の向上とランダムノイズの低減を目的とした撮像素子であるが、図１０１に示す如く、ステージ上の撮像対象と、ＴＤＩ上の画素が一対一に対応している事が重要でこの関係が崩れると、像のボケを生じる。同期関係にある場合を１−１、１−２、２−１、２−２に示し、同期がずれた場合を３−１、３−２、４−１、４−２に示す。ＴＤＩの転送は外部からのパルスに同期して次段への転送が実行されるため、ステージの移動が１画素分移動したところで、転送パルスを発生させればこれが実現できる。
【０５２８】
しかしながら、現在主流のレーザ干渉計の位置情報出力は３２ビットのバイナリー出力を１０ＭＨｚの自己の内部クロックに同期して出力する形式である為、そのままでは容易に実現できない。また、分解能を数十ｎｍとすると、転送パルスの精度も重要となり、高速高精度なデジタル処理を必要とする。本件で考案した方式を図１０４に図示する。同図において、干渉計の位置情報及び１０ＭＨｚの同期信号はバッファ１０２・１より本回路に導入される。１０ＭＨｚクロック１０２・２はＰＬＬ１０２・３により同期した１００ＭＨｚのクロックを発生し、各回路に供給する。この同期信号１０２・４の１０ステート毎に演算処理を実行する方式をとっている。１０２・５に今回の位置情報が保持され、１０２・６に前回の値が保持されている。この両者の差分を１０２・７で演算し、１０ステート毎の位置の差分を１０２・８から出力する。この差分値をパラレルシリアルコンバータ１０２・９にパラレル値としてロードし、１００ＭＨｚのクロックに同期して差分を１０２・１０よりシリアルパルスの個数として出力する。１０２・１１も同様の機能であるが、１０２・１２、１０２・１３、と組み合わせて、１０ステート毎に休みなく、動作が可能な様構成してある。結果として１０ＭＨｚ毎に位置差分に応じたシリアルパルスが和回路１０２・１０よりカウンタ１０２・１４に出力される。レーザ干渉計の分解能を０．６ｎｍ、１画素を４８ｎｍとすると比較器１０２・１５を８０にセットしておけば、カウンタが１画素相等になったタイミングで１９のパルスが出力される。この信号をＴＤＩの外部からの転送パルスとする事で、ステージ速度の変動があった場合でもそれに同期した動作を可能とし、ボケ、ブレの防止を実現できた。
【０５２９】
図１０５にタイミングチャートを図示する。１は干渉計座標（位置）情報で数字は位置を例として示す。２はＰＬＬにより作成された１００ＭＨＺの同期信号である。バンクＡはパラレルシリアルコンバータ１０２・９の動作タイミングで、バンクＢは同じく１０２・１１のそれである。位置情報を記憶するラッチタイミング７の後、差分演算タイミング８を実行しパラレルシリアルコンバータ１０２・９に値をロードし次の１０Ｍクロック３のサイクルの時間を利用して４の出力を実行する。バンクＢは１０Ｍクロック３の１サイクル遅れたタイミングで同様の動作を実行し無理なく６のパルス発生を実現している。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２６及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０５３０】
（実施形態２７）
異物（パーティクル）付着防止方法及び電子線検査装置
本発明の検査装置及び検査方法における異物付着防止方法について説明する。
【０５３１】
以下、図面（図１０６及び図１０７）を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の例では、試料として、表面層に導電性の薄膜、例えば、Ｓｉ（ドープを含む）、Ｃｒ、ＴａＮ、ＴａＢＮ、ＣｒＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＷまたはＣｕ等の薄膜を有する矩形状のマスクまたは円形の半導体ウエハを使用し、試料表面にパーティクル等の異物が付着することを防止するようにしている。薄膜の最表面は、ＴａＢＯ、ＴａＯまたはＳｉＯ２等の絶縁膜であっても良い。マスクとしては、例えば、石英やクォーツ基板に薄膜が形成されているものや、ＳｉウエハにＬＳＩ用の回路パターン膜構造が形成されているものが用いられる。なお、以下の各例において、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【０５３２】
図１０６は、本発明の実施形態の電子線検査装置の要部概要を示す縦断正面図で、図１０７は、図１０６の横断平面図である。図１０６及び図１０７に示すように、電子線検査装置１０には、真空排気可能な真空チャンバ１２が備えられ、真空チャンバ１２の内部には、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在なＸ−Ｙステージ１４が配置されている。そして、Ｘ−Ｙステージ１４の上面に、この例では、矩形状のマスクからなる試料１６を保持したホルダ１８が静電チャック２０を介して設置されている。
【０５３３】
Ｘ−Ｙステージ１４は、試料（マスク）１６の有効領域の撮像や欠陥検査が可能なように、試料１６の有効距離＋助走距離（検査最高速度＊速度安定化時間）のストロークの移動領域を有している。例えば、Ｘ方向及びＹ方向の試料１６の有効距離３００ｍｍで、助走距離１００ｍｍ／ｓ×０．５ｓ＝５０ｍｍのとき、Ｘ−Ｙステージ１４は、４００ｍｍのストロークの移動領域を有する。
【０５３４】
Ｘ−Ｙステージ１４上に設置された試料１６と所定間隔離間して該試料１６の全周囲を包囲する位置に、矩形枠状に連続して延びる、横断面矩形状の集塵電極２２が配置されている。更に、Ｘ−Ｙステージ１４に設置された試料（マスク）１６及び集塵電極２２の上方に位置して、中央に貫通孔２４ａを有する隙間制御板２４が、真空チャンバ１２の内周面と僅かな隙間を持って水平に配置されている。この貫通孔２４ａ内には、電子線検査装置の光学系要素２６が位置し、この光学系要素２６を通して、Ｘ−Ｙステージ１４上に設置された試料１６の表面に電子線が照射される。この貫通孔２４ａの大きさは、光学系要素２６の外形よりも僅かに大きな大きさに設定されている。
【０５３５】
集塵電極２２は、磁場による電子線の曲がりや軌道変化を除くため、リン青銅やＴｉ等の非磁性材料で構成されている。電子線には、１次系の照射電子線、試料１６から放出される２次放出電子線及び試料１６の近傍で反射するミラー電子線等が含まれる。
【０５３６】
隙間制御板２４は、例えばリン青銅、ＴｉまたはＳＵＳ材等の、例えば板厚が０．３〜５ｍｍの平板で構成されている。電位を安定させたり汚染を防止したりするため、隙間制御板２４として、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｕまたはＯｓ等がコーティングされているものを用いても良い。そして、隙間制御板２４は、Ｘ−Ｙステージ１４がその移動領域内を移動しても、集塵電極２２が隙間制御板２１の外側に食み出さない領域をカバーする大きさに設定されている。これにより、Ｘ−Ｙステージ１４が移動して、Ｘ−Ｙステージ１４に設置された試料１６が真空チャンバ１２内の最も偏った位置に移動した時に電界分布が崩れてパーティクルの軌道が変化することを防止して、パーティクルが試料１６まで飛んできて試料１６の表面に付着することを防止することができる。なお、隙間制御板２４は、必ずしも必要ではない。このことは、以下の各例においても同様である。
【０５３７】
この例では、図１０７に示すように、矩形枠状に連続した集塵電極２２を使用して、Ｘ−Ｙステージ１４上に設置した試料１６の全周囲を集塵電極２２で一体に包囲し、これによって、集塵電極２２の長さ方向に沿った位置に隙間が生じて電界の不均一な部位が生じ、いわゆる電界の隙間から、パーティクルが集塵電極２２で包囲された内部に侵入してしまうことを防止するようにしている。
【０５３８】
集塵電極２２は、必ずしも試料１６の全周囲を包囲する必要はなく、集塵電極２２で形成される電界が試料１６の周囲を包囲できれば良い。例えば、図１０８に示すように、直線状に延びる集塵電極２２ａを試料１６の各辺のほぼ全長に亘って延びるように配置して、試料１６のほぼ全外周を集塵電極２２ａで包囲するようにしても良く、また図示しないが、直線状に延びる集塵電極が途中で互いに分離されるようにしてもよい。この場合、互いに隣接する集塵電極の間に電界の歪みが発生するが、集塵電極によって必要な電位の分布が得られればよい。例えば、２次元で考えて、集塵電極の幅をＤ、集塵電極の電極間の距離をＬとした時、Ｄ／Ｌ≧４であれば問題ない。このことは、以下の各例においても同様である。
【０５３９】
上記の例では、試料１６として矩形のマスクを使用している。円形の半導体ウエハを試料１６ａとして使用する時には、図１０９に示すように、Ｘ−Ｙステージ１４上に円形のホルダ１８ａで保持した試料（半導体ウェハ）１６ａを設置し、試料１６ａの周囲に円形リング状に連続した集塵電極２２ｂを配置することで、試料１６ａの全周囲を一体に包囲することができる。この場合、図１１０に示すように、半円状の一対の集塵電極２２ｃを真円となるように互いに対峙させて配置して、Ｘ−Ｙステージ１４上に設置した試料（半導体ウェハ）１６ａのほぼ全周囲を集塵電極２２ｃで包囲するようにしても良く、また図示しないが、複数の集塵電極を円周方向に沿って延びるように互いに離間させて配置するようにしても良い。
【０５４０】
図１１１は、試料１６、集塵電極２２及び隙間制御板２４を拡大して示す図である。図１１１に示すように、試料１６には、試料１６の表面に所定の電圧を印加する第１電源２８が接続され、集塵電極２２には、集塵電極２２に所定の電圧を印加する第２電源３０が接続される。集塵電極２２の厚さは、例えば０．１〜５ｍｍである。集塵電極２２の幅Ｗ１は、広ければ広い程良いが、広くなればなる程、真空チャンバ１２内に占める集塵電極２２のサイズが大きくなるため、一般には５〜５０ｍｍである。試料１６と集塵電極２２との距離Ｌ１は、集塵電極２２の幅Ｗ１との関係で、例えば０．５Ｌ１＜Ｗ１＜５Ｌ１の関係を満たす範囲で好ましく用いられる。
【０５４１】
この例では、第１電源２８を通して、試料１６の表面に、例えば−１〜−５ｋＶの電圧が印加され、集塵電極２２には、第２電源３０を通して、試料１６に印加される電圧と同じ極性で、試料１６に印加される電圧よりも絶対値が、例えば０．５〜５ｋＶ大きな電圧が印加される。つまり、例えば試料１６に−３ｋＶの電圧が印加される時には、集塵電極２２には、−３．５〜−８ｋＶ、例えば−５ｋＶの電圧が印加される。
【０５４２】
真空チャンバ１２は、鉄材やアルミニウムなどの金属材料製でアース電位である。そして、真空チャンバ１２の内部に存在するパーティクル等の異物が静電気等により帯電すると、試料１６の電位が負の場合では、正に帯電したパーティクル等の異物が電界に引かれて試料１６に向けて飛んでくる。
【０５４３】
この例によれば、負の電位が印加される試料１６の全周囲を集塵電極２２で包囲し該集塵電極２２に試料１６に印加される電圧よりも負に大きな電圧を印加することにより、電界に引かれて飛んでくるパーティクル等の異物の大部分を集塵電極１８で捕捉して、パーティクル等の異物が試料１６に向けて飛んで行って該試料１６の表面に付着する確率を大幅に低減できる。これによって、試料１６の表面に異物が付着するのを防止することができる。
【０５４４】
この例では、集塵電極２２から離れた軌道を通って試料１６の表面にパーティクル等の異物の付着を防止する隙間制御板２４を備えている。このように、隙間制御板２４を備えると、集塵電極２２から離れた軌道を通るパーティクル等の異物に対する集塵電極２２の吸引力が落ち、このため集塵電極２２にパーティクル等の異物が捕捉される確率が距離に反比例して落ちる。このため、試料１６に負の電圧を印加する時、試料１６と集塵電極２２との間の電界強度Ａが負（Ａ＜０）となるようにすることで、集塵電極２２の吸引力を上げて、集塵電極２２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を高めることができる。その上で、隙間制御板２４と集塵電極２２との間の電界強度（絶対値）Ｂが０．１≦Ｂ（絶対値）≦１０ｋＶ／ｍｍの関係を持つようにすることで、集塵電極２２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を更に高めることができる。
【０５４５】
例えば、試料１６に−１〜−５ｋＶの負の電圧を印加し、集塵電極２２に試料１６に印加する負の電圧より−０．５〜−５ｋＶだけ負に大きな−１．５〜−１０ｋＶの負の電圧を印加する。隙間制御板２４がアース電位のとき、試料１６と集塵電極２２との距離Ｌ１＝１０ｍｍ、隙間制御板２４と集塵電極２２との距離Ｚ１＝８ｍｍとすると、試料１６と集塵電極２２と間の電界強度Ａは負（Ａ＜０）となり、隙間制御板２４と集塵電極２２との間の電界強度（絶対値）Ｂ＝０．１９〜１．２５ｋＶ／ｍｍ（＝１．５〜１０ｋＶ／８ｍｍ）、特に、集塵電極２２に−５ｋＶの電圧を印加すると、電界強度（絶対値）Ｂ＝０．６２５ｋＶ／ｍｍ（＝５ｋＶ／８ｍｍ）となって、有効な条件となる。このとき、空間の耐電圧として、１０ｋＶ／ｍｍを超えないようにすることで、空間で放電が起きることを防止することができる。
【０５４６】
図１１２は、Ｘ−Ｙステージ１４の詳細を示す。図１１２に示すように、Ｘ−Ｙステージ１４は、Ｘステージ３２とＹステージ３４とを互いに積層して構成され、Ｘステージ３２とＹステージ３４との間には超音波モータ３６が介装されている。そして、Ｘ−Ｙステージ１４の上面の集塵電極２２の外方を包囲する位置には、上端が集塵電極２２の上方に達する第１防塵カバー４０が配置され、超音波モータ３６の外側方には、該超音波モータ３６の収納部の開口端を閉塞する第２防塵カバー４２が配置されている。
【０５４７】
このように第１防塵カバー４０を設置することで、試料１６の表面に向けてパーティクル等の異物が飛散して該表面に付着するのを防止することができる。また、パーティクルの発生源となる超音波モータ３６の外側方に第２防塵カバー４２を配置することで、超音波モータ３６から飛散するパーティクル等の異物が真空チャンバ１２の内部に飛散することを防止することができる。このように、パーティクル等の異物の発生源から真空チャンバ１２の内部にパーティクル等の異物が飛散することを防止することは、ピエゾアクチュエータ等の壁面を擦って駆動するタイプのモータ等を使用する場合に特に有効である。
【０５４８】
この例では、図１１３に詳細に示すように、真空チャンバ１２の内部に密閉構造の配線ボックス５０が配置されている。この配線ボックス５０は、ケーブルの曲げや擦れによって該ケーブルから発生するパーティクル等の異物が真空チャンバ１２の内部に飛散することを防止するためのものである。この例では、Ｘ−Ｙステージ１４の移動等に伴うケーブル５２の曲げが発生する部位が全て配線ボックス５０の中に入っている。つまり、ケーブル５２の一端は、Ｘ−Ｙステージ１４に固定した固定板５４に接続されている。そして、ケーブル５２は、Ｘ−Ｙステージ１４から配線ボックス５０に向けて直線状に延び、配線ボックス５０に設けたスリット５０ａを通過して配線ボックス５０の内部に達し、しかる後、下方に向けて１８０°屈曲して反転している。そして、ケーブル５２の他端は、配線ボックス５０の内部に配置した端子台５６に設置した移動板５８に接続されている。これにより、Ｘ−Ｙステージ１４がＸ方向に移動した時、ケーブル５２の配線ボックス５０内の屈曲部５２ａのみに曲げが生じるようになっている。
【０５４９】
配線ボックス５０の内部には、Ｙ方向に沿って延びてケーブル５２の案内となるガイドローラ６０が配置されており、Ｘ−Ｙステージ１４がＹ方向に移動した時に、移動板５８がローラガイド６０に沿ってＹ方向に移動し、これによって、移動板５８までのケーブル５２にＹ方向のストレスが掛からないようになっている。図示しないが、端子台５６から延びるケーブルは、配線ボックス５０に設けた配線孔を通過して、真空チャンバ１２に設置されているフィードスルーに接続されている。
【０５５０】
このように、ケーブル５２の曲げ部が全て配線ボックス５０内にあると、配線ボックス５０の外部に通じる孔が小さいために、配線ボックス５０内で発生したパーティクル等の異物が配線ボックス５０の外に出る確率が大幅に減少して、その大部分が配線ボックス５０の内壁に付着する。更にこの例では、配線ボックス５０の内部に配線ボックス用集塵電極６２を配置し、配線ボックス用集塵電極６２にパーティクル等の異物捕捉用の電圧を印加することにより、配線ボックス５０からパーティクル等の異物が外側に飛散する確率を大幅に低下させるようにしている。
【０５５１】
なお、（１）ケーブルの長さを揃える、（２）ケーブルタイ（結束バンド）等でケーブルを固定して補正する、（３）ケーブルをフラットケーブルにする、といった対策を施すことで、複数のケーブルの擦れによるパーティクル発生を低減することができる。つまり、複数のケーブルの長さを揃えて固定すると、ケーブル束が一体となり、Ｘ−Ｙステージが移動したときにケーブルに曲がりが生じるが、そのときのケーブル相互の擦れを低減させて、パーティクル等の異物の発生を低減させることができる。また、ケーブルをフラットケーブルにすることにより、複数の配線を一つのケーブルにすることが可能となり、ケーブル相互の擦れが無くなる。なお、多数配線を有するフラットケーブルが直ぐに使用できないときには、上記（１）と（２）とを組合せることが有効となる。
【０５５２】
上記の例では、横断面矩形状の集塵電極２２を使用しているが、図１１４に示すように、横断面円形の集塵電極２２ｄを使用してもよい。この集塵電極２２ｄの直径Ｄは、試料１６と集塵電極２２ｄとの距離Ｌ２との関係で、例えば０．５Ｌ２＜Ｄ＜５Ｌ２の関係を満たす範囲で好ましく用いられる。集塵電極２２ｄの直径Ｄをこれより小さくすると集塵電極２２ｄの捕捉確率が低下し、これより大きくても集塵電極２２ｄの捕捉確率は変わらず、むしろ、余計なパーティクル等の異物の捕捉を誘引することになる。
【０５５３】
また、上記の例では、試料１６と所定間隔離間した位置に集塵電極２２を配置し、試料１６に印加される電圧と同じ極性で試料１６に印加される電圧よりも絶対値が大きな電圧を集塵電極２２に印加するようにしているが、図１１５に示すように、試料１６の外周縁部に内周縁部を接触させつつ、該試料１６の全周囲を包囲するように、矩形枠状に連続した、横断面矩形状の集塵電極２２ｅを配置し、第１電源２８を通じて試料１６に印加される電圧と同じ電圧を、第２電源を通じて集塵電極２２ｅに印加するようにしても良い。この集塵電極２２ｅの厚さは、例えば０．１〜５ｍｍで、幅Ｗ２は、前述の集塵電極２２と同様、例えば５〜５０ｍｍである。
【０５５４】
この例では、試料１６の外形よりも小さいな内形を有する集塵電極２２ｅを使用し、集塵電極２２ｅの内周縁部を試料１６の外周縁部に接触させているが、図１１６に示すように、例えば矩形枠状で、内形を試料１６の外形より僅かに大きくした集塵電極２２ｆを使用し、試料１６の全周囲を集塵電極２２ｆが僅かな隙間Ｓを空けて包囲するように該集塵電極２２ｆを配置するようにしても良い。この隙間Ｓは、例えば１〜５００μｍである。
【０５５５】
この例では、第１電源２８を通して、試料１６に、例えば−１〜−５ｋＶの負の電圧が印加され、集塵電極２２ｅにも、第２電源３０を通して、試料１６に印加される電圧と同じ電圧、つまり、例えば試料１６に−３ｋＶの電圧が印加される時には、−３ｋＶの電圧が印加される。
【０５５６】
前述と同様に、試料１６の電位が負の場合では、正に帯電したパーティクル等の異物が電界に引かれて試料１６に向けて飛んでくる。この例によれば、試料１６の電位と同電位の集塵電極２２ｅが試料１６の全周囲を包囲する位置に配置されているため、電界に引かれて飛んでくるパーティクル等の異物の大部分は、集塵電極２２ｅで捕捉される。このように、試料１６の周囲に配置した集塵電極２２ｅでパーティクル等の異物の大部分を捕捉することで、試料１６の表面に飛んできて該表面に付着するパーティクル等の異物を少なくし、これによって、試料１６の表面に異物が付着するのを防止することができる。
【０５５７】
この例では、集塵電極２２ｅと隙間制御板２４との距離をＺ２とした時、集塵電極２２ｅの幅Ｗ２との関係で、Ｗ２＞４Ｚ２の時に特に効果的である。また、集塵電極２２ｅと隙間制御板２４と間の電圧密度Ｂの大きさ（絶対値）を０．１ｋＶ／ｍｍより大きくした時（Ｂ（絶対値）＞０．１ｋＶ／ｍｍ）、更に有効になる。
【０５５８】
図１１７は、前述の主に図１１１に示す例と、図１１５に示す例とを組合せた更に他の例を示す。この例では、試料１６の外周縁部に内周縁部を接触させつつ、該試料１６の全周囲を包囲するように、例えば矩形枠状に連続した、横断面矩形状の第１集塵電極７０を配置し、第１集塵電極７０と所定間隔離間した位置に、該第１集塵電極７０の全周囲を包囲するように、例えば矩形枠状に連続した、横断面矩形状の第２集塵電極７２を配置している。そして、第１集塵電極７０には第２電源７４を接続し、第２集塵電極７２には第３電源７６を接続している。
【０５５９】
なお、前述と同様に、直線状に延びる第２集塵電極を第１集塵電極の各辺のほぼ全長に亘って延びるように配置して、第１集塵電極のほぼ全外周を第２集塵電極で包囲するようにしても良く、また直線状に延びる第２集塵電極が途中で互いに分離されるようにしてもよい。
【０５６０】
この例では、前述と同様に、第１電源２８を通して、試料１６に、例えば−１〜−５ｋＶの電圧が印加され、第１集塵電極７０には、試料１６に印加される電圧と同じ電圧、例えば試料１６に−３ｅＶが印加されるときには−３ｅＶが印加される。更に、第２集塵電極７２には、試料１６に印加される電圧と同じ極性で試料１６に印加される電圧よりも絶対値が、例えば０．５〜５ｋＶ大きな電圧が印加される。つまり、例えば試料１６に−３ｋＶの電圧が印加される時には、第２集塵電極７２には、−３．５〜−８ｋＶ、例えば−５ｋＶの電圧が印加される。
【０５６１】
この例にあっても、前述の図１１１等に示す例とほぼ同様に、試料１６に負の電圧を印加する時、試料１６と第２集塵電極７２との間の電界強度Ａが負（Ａ＜０）となるようにすることで、第２集塵電極７２の吸引力を上げて、第２集塵電極７２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を高めることができる。その上で、隙間制御板２４と第２集塵電極７２との間の電界強度（絶対値）Ｂが０．１≦Ｂ（絶対値）≦１０ｋＶ／ｍｍの関係を持つようにすることで、第２集塵電極７２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を更に高めることができる。
【０５６２】
第１集塵電極７０は、前述の図１１５に示す集塵電極２２ｅと同様に、厚さは、例えば０．１〜５ｍｍで、幅Ｗ３は、例えば５〜５０ｍｍである。また、第２集塵電極７２は、前述の図１１１に示す集塵電極２２と同様に、厚さは、例えば０．１〜５０ｍｍで、幅Ｗ４は、例えば５〜５０ｍｍ程度である。
【０５６３】
そして、例えば、試料１６及び第１集塵電極７０に、−１〜−５ｋＶの負の電圧を印加し、第２集塵電極７２に試料１６及び第１集塵電極７０に印加する負の電圧より−０．５〜−５ｋＶだけ負に大きな−１．５〜−１０ｋＶの負の電圧を印加する。隙間制御板２４がアース電位のとき、隙間制御板２４と第２集塵電極７２との距離Ｚ８＝８ｍｍとすると、試料１６と第２集塵電極７２と間の電界強度Ａは負（Ａ＜０）となり、隙間制御板２４と第２集塵電極７２との間の電界強度（絶対値）Ｂ＝０．１９〜１．２５ｋＶ／ｍｍ（＝１．５〜１０ｋＶ／８ｍｍ）、特に、集塵電極２２に−５ｋＶの電圧を印加すると、電界強度（絶対値）Ｂ＝０．６２５ｋＶ／ｍｍ（＝５ｋＶ／８ｍｍ）となって、有効な条件となる。このとき、空間の耐電圧として、１０ｋＶ／ｍｍを超えないようにすることで、空間で放電が起きることを防止することができる。
【０５６４】
図１１８は、電子線検査装置の他の実施形態を示す概要図である。この例は、試料１６を設置したＸ−Ｙステージ１６を内部に配置した真空チャンバ１２に、写像式光学検査装置８０、ＳＥＭ式検査装置８２及び光学顕微鏡８４を設置して、真空チャンバ１２内のＸ−Ｙステージ１４に設置されている試料１６に対して、写像光学式検査装置８０とＳＥＭ式検査装置８２の両方で観察及び検査ができるようにしている。
【０５６５】
この例によれば、写像光学式検査装置８０とＳＥＭ式検査装置８２に共通するＸ−Ｙステージ１４上に試料１６が搭載されているため、試料１６が写像光学式検査装置８０とＳＥＭ式検査装置８２との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まり、同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。
【０５６６】
つまり、分離された別々の検査装置の間で試料の移動を行う場合、別々のステージに試料を設置する必要があるため、試料のアライメントを夫々行う必要があり、このように、試料のアライメントを行っても、同一場所の特定誤差は５〜１０μｍ以上となってしまう。特に、パターンのない試料の場合は、位置基準が特定できないため、その誤差は更に大きくなる。
【０５６７】
この例によれば、写像光学式検査装置８０とＳＥＭ式検査装置８２との間で試料１６の移動を行った場合でも、高精度で同一場所を特定できるので、高精度で場所の特定が可能となり、例えば１μｍ以下の精度が可能となる。これにより、パターン及びパターン欠陥の検査を写像光学式検査装置８０で行った場合、その検出した欠陥の特定及び詳細観察（レビュー）をＳＥＭ式検査装置８２で行う場合に大変有効となる。つまり、場所の特定ができるので、存在の有無（無ければ擬似検出）が判断できるだけでなく、欠陥の正確なサイズや形状を高速に行うことが可能となる。別々の装置であるとパターン欠陥とその特定に多くの時間を費やす。
【０５６８】
これまで述べてきたように、試料１６の表面にパーティクル等の異物が付着することを防止しながら、写像光学式検査装置とＳＥＭ式検査装置が同一チャンバに搭載されている装置系を用いることにより、特に、１００ｎｍ以下の超微小なパターンの検査とその判定及び分類を効率よく、また、高速に行うことができる。
【０５６９】
図１１９に示すように、並行平板からなる電極間の平等電界中（ｑ＋＝ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。しかし、電界が不平等電界の場合、誘電分極によって生じた電荷によってパーティクルは飛散してしまう。同様に、図１２０に示すように、一方を平板とした一対の電極間の不平等電界中（ｑ＋≠ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在すると、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極して飛散するが、図１２１に示すように、一方を平板とした一対の電極間の平等電界中（ｑ＋＝ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。
【０５７０】
つまり、図１２０及び図１２１に示すように、パーティクル等の異物が飛散する確率は、パーティクル等の異物が誘電分極する前に有している初期電荷ｑ０に大きく支配されると考えられる。この残留物が有する初期電荷ｑ０は、主に真空排気時の空気の流れによって生じる静電気で付与されると考える。
【０５７１】
図１２２は、電子検査装置に備えられる他の真空チャンバ１２ａを示す。この真空チャンバ１２ａの内部には、試料１６を設置したＸ−Ｙテーブル１４が配置される。真空チャンバ１２ａには、２つの真空ポンプ９０ａ、９０ｂが接続され、この２つの真空ポンプ９０ａ、９０ｂには、共通のドライポンプ９２が接続されている。そして、真空チャンバ１２ａの内部には、真空チャンバ１２ａの清掃によって除去できなかったパーティクル等の異物（残留物）を静電気で帯電させないために、軟Ｘ線やＵＶ線を用いて気体を電離させ、その電離気体で電離気体中にある物体の表面の静電気を除去する除電装置９４が設置されている。
【０５７２】
この例よれば、真空チャンバ１２ａ内の真空排気を開始するのと同時、若しくは真空排気を開始するより前に除電装置９４を動作させ、また、真空チャンバ１２ａ内の真空排気を行っている真空排気中も除電装置９４を動作させ続ける。つまり、真空チャンバ１２ａ内の空気の流れが無くなり、空気の流れによって静電気が発生しなくなるまで除電装置９４を動作させ続ける。このようにして、真空チャンバ１２ａ内のパーティクル等の異物（残留物）の帯電を防止し、その初期電荷ｑ０＝０（図１２１参照）とすることで、不平等電界による誘電分極が引き起こす飛散の確率を減らすことが出来る。
【０５７３】
また、真空チャンバの清掃によって除去できずに真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物は、例え微小軽量であっても、重力の作業で、真空チャンバ内の平面構造の上面に沈殿する。
【０５７４】
図１２３は、例えば図１０６等に示す真空チャンバ１２や図１２２に示す真空チャンバ１２ａの平面構造を構成する壁の一例を示す斜視図で、図１２４は、図１２３の断面図である。図１２３及び図１２４に示すように、例えば真空チャンバ１２または１２ａ（図１０６及び図１２２等参照）の平面構造を構成する壁は、内面に多数の格子状の穴９６ａが設けられた壁体９６で構成されている。このように、壁体９６の内面に多数の格子状の穴９６ａを設けることで、この穴９６の底部に真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物Ｐをその重力によって沈殿させる。格子状の穴９６の静電シールド効果によって、格子状の穴９６ａの底までは電界が入り込まず、このため、格子状の穴９６の底部に沈殿した異物（残留物）Ｐは、静電気による引力を受けることなく飛散することはない。これによって、例えば真空チャンバ１２または１２ａの内部に配置された試料１６の表面に真空チャンバ１２または１２ａ内に残留するパーティクル等の異物が付着することを防止することができる。
【０５７５】
図１２５は、例えば図１０６等に示す真空チャンバ１２または図１２２に示す真空チャンバ１２ａの平面構造を構成する壁の他の例を示す斜視図で、図１２６は、図１２５の断面図である。図１２５及び図１２６に示すように、真空チャンバ１２または１２ａ（図１０６及び図１２２等参照）の平面構造を構成する壁は、平板状の壁体９８と該壁体９８と所定間隔離間して平行に敷設されたメッシュ構造の平板１００とから構成され、メッシュ構造の平板１００は、独立した電源１０２に接続されている。
【０５７６】
これにより、例えば真空チャンバ１２または１２ａ内に残留するパーティクル等の異物Ｐを、その重力によって、メッシュ構造の平板１００を通過させて壁体９８の表面に到達させる。壁体９８は、メッシュ構造の平板１００に覆われているため、電界は、メッシュ構造の平板１００で遮られて壁体９８の表面まで到達しない。このため、壁体９８の表面に到達した異物（残留物）Ｐは、静電気による引力を受けることなく飛散することはない。これによって、例えば真空チャンバ１２または１２ａの内部に配置された試料１６の表面に真空チャンバ１２または１２ａ内に残留するパーティクル等の異物が付着することを防止することができる。
【０５７７】
特に、このメッシュ構造の平板１００に独立して電圧が印加できるようにすることで、真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物Ｐをメッシュ構造の平板１００に積極的に誘引し、異物Ｐの重力の作用と相まって、該異物Ｐを、例えば真空チャンバ１２または１２ａの平面構造を構成する壁体９８の表面に沈殿させ且つ沈着させることができる。
【０５７８】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２７、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０５７９】
（実施形態２８）
基板をトレイへ搭載する基板搭載装置及びトレイに対する基板の位置決め方法
本発明の検査装置及び検査方法において、基板をトレイへ搭載する基板搭載装置及びトレイに対する基板の位置決め方法について説明する。
【０５８０】
以下、本発明の実施の形態の基板搭載装置について、図面を用いて説明する。
【０５８１】
本実施の形態では、基板が、例えば、ＥＵＶ露光装置で使用されるマスクである。そして、基板搭載装置が、例えば、マスク用の基板検査装置に備えられる。
【０５８２】
図１２７及び図１２８は、基板搭載装置が備えられた検査装置を示している。基板搭載装置について詳細に説明する前に、検査装置の概要を説明する。
【０５８３】
図１２７は、検査装置１を上方から見た図である。図１２７に示されるように、検査装置１は、大気搬送部３と真空搬送部５に大きく分けられる。大気搬送部３は基板を大気中で扱い、真空搬送部５は基板を真空中で扱う。大気搬送部３と真空搬送部５は、開閉可能な隔壁で仕切られている。
【０５８４】
大気搬送部３は、ミニエンバイロメント室といわれる。大気搬送部３に隣接してスミフポッド７が設けられている。また大気搬送部３には、大気搬送ロボット９、基板回転反転ユニット１１、基板搭載ユニット１３、除電ユニット１５及びファンフィルタユニット（ＦＦＵ）が設けられている。
【０５８５】
スミフポッド７は、検査前後の基板（マスク）を保持する構成である。大気搬送ロボット９は大気中で基板を搬送するロボットである。基板回転反転ユニット１１は、大気搬送ロボット９から基板を受け取り、回転及び反転させることができる。基板搭載ユニット１３は、トレイに基板を搭載する。基板搭載ユニット１３が本実施の形態の基板搭載装置である。除電ユニット１５は、検査前後に基板の除電処理を行う。ファンフィルタユニット（ＦＦＵ）は、図示されないが、大気搬送部３のミニエンバイロメント室内の上部に設けられている。より詳細には、ＦＦＵは、大気搬送ロボット９、基板回転反転ユニット１１、基板搭載ユニット１３、除電ユニット１５等の上方であって天井又はその付近に設けられている。
【０５８６】
また、真空搬送部５にはロードロックチャンバ１７、トランスファーチャンバ１９、第１ターボ分子ポンプ２１、メインチャンバ２３、検査鏡筒２５及び第２ターボ分子ポンプ２７が設けられている。
【０５８７】
ロードロックチャンバ１７には、２つのＣＣＤカメラ２９が配置されている。ＣＣＤカメラ２９は後述するように基板の位置決めに用いられる。トランスファーチャンバ１９は、ロードロックチャンバ１７からメインチャンバ２３へ基板を搬送するためのチャンバである。トランスファーチャンバ１９には真空搬送ロボット３１が備えられている。真空搬送ロボット３１は真空内で基板を搬送するロボットである。また、第１ターボ分子ポンプ２１は、ロードロックチャンバ１７及びトランスファーチャンバ１９を真空にする。メインチャンバ２３及び検査鏡筒２５は、基板に荷電粒子ビームを照射して基板を検査する構成である。第２ターボ分子ポンプ２７は、メインチャンバ２３及び検査鏡筒２５を真空にする。
【０５８８】
図１２８は、メインチャンバ２３及び検査鏡筒２５を横方向から見た図である。メインチャンバ２３はステージ３３を備える。ステージ３３には、基板を保持したトレイが載置される。ステージ３３は、トレイを水平方向に移動する構成であり、Ｘ、Ｙ、θ方向にトレイを移動する。Ｘ、Ｙ方向は互いに直交する軸に沿った方向であり、θは回転軸周りの角度であり、すなわち回転移動も行われる。
【０５８９】
検査鏡筒２５は、メインチャンバ２３の上側に接続されている。検査鏡筒２５は、電子銃３５、一次レンズ系３７、二次レンズ系３９及び検出器４１を備える。電子銃３５は荷電粒子ビーム源である。電子銃３５及び一次レンズ系３７は、電子ビーム照射系であり、基板へ電子ビームを照射する。電子ビームは、ウィーンフィルタ４３で偏向され、対物レンズ系４５を通り、基板に照射される。電子ビームが基板に照射されると、基板は、基板の情報を持つ信号を放出する。信号は、例えば、二次放出電子（二次電子、反射電子、後方散乱電子）又はミラー電子である。この信号が、対物レンズ系４５、ウィーンフィルタ４３、二次レンズ系３９を通り、検出器４１に到達し、検出器４１で検出される。
【０５９０】
検出器４１は、画像処理部４７に接続されており、検出された信号を画像処理部４７に供給する。画像処理部４７は、画像処理機能を持ったコンピュータで構成されており、欠陥検査の処理を行う。すなわち、画像処理部４７は、検出器４１で検出された信号から試料の像を形成し、さらに、試料の像を処理して欠陥の検出及び判定を行う。
【０５９１】
また、図１２８に示されるように、検査装置１は制御部４９を備える。制御部４９はコンピュータで構成されており、検査装置１の全体を制御して検査を実行する構成である。制御部４９は、図示のように、メインチャンバ２３、検査鏡筒２５及び画像処理部４７を制御する。これにより、制御部４９は、基板（トレー）を移動させ、基板に電子ビームを照射し、画像処理部４７に基板の画像を生成させる。
【０５９２】
制御部４９は、検査条件を制御することができ、具体的には、電子ビームのビームエネルギー、倍率、ドーズ量などを制御する。ビームエネルギーは具体的には基板に電子ビームが照射されるときのランディングエネルギーである。
【０５９３】
本実施の形態では、検査装置１が、写像投影式の検査装置である。写像投影式の検査装置では、電子ビームが、２次元画素群に対応するビームサイズ（ビーム径）を有しており、つまり、ある程度のサイズを有している。試料上の照射領域も、２次元画素群に応じた面積を有する。検出器４１で検出される信号も、２次元画素群に対応する。そして、検出器４１は、２次元画素群に対応する検知能力を有し、例えば、２次元の検知面を有するＣＣＤで構成されている。
【０５９４】
写像投影式の検査装置をＳＥＭ式の検査装置と比較する。ＳＥＭでは電子ビームが細く、１画素に対応する。ＳＥＭでは電子ビームが走査されて、１画素の計測が繰り返され、そして、計測値が集積されて、試料の像が得られる。ＳＥＭ式の検査装置では電子ビームが１画素のビームサイズを有するのに対して、写像投影型の検査装置では電子ビームが複数画素群に対応するビームサイズを有する。写像投影型の検査装置は、微細な欠陥を検査できる。また、写像投影型の検査装置は、パターン欠陥に限られず、複数種類の検査を行うことができる。例えば、写像投影型の検査装置は、パーティクル等の異物検査にも使用可能であり、さらには、多層膜中欠陥検査にも使用可能である。
【０５９５】
図１２７に戻り、検査装置１の全体的な動作を説明する。大気搬送ロボット９は、スミフポッド７から基板を取り出して、除電ユニット１５に搬送する。除電ユニット１５は基板の除電を行う。また、基板は大気搬送ロボット９により基板回転反転ユニット１１に搬送され、基板の反転及び回転が必要に応じて行われる。さらに、大気搬送ロボット９が基板を基板搭載ユニット１３に搬送する。基板搭載ユニット１３では、予め用意されたトレイに基板が搭載される。
【０５９６】
基板がトレイに搭載されると、大気搬送ロボット９は、トレイを保持してロードロックチャンバ１７に搬送する。このとき、大気搬送部３と真空搬送部５の隔壁が開かれる。ロードロックチャンバ１７では、ＣＣＤカメラ２９が基板のマークを撮影する。これによりマーク位置が検出される。真空搬送ロボット３１は、ロードロックチャンバ１７からメインチャンバ２３へトレイを搬送し、メインチャンバ２３のステージ３３にトレイを載置する。このとき、マーク検出結果に基づいて基板が位置決めされる。
【０５９７】
基板は、トレイへ搭載されるときに、基板搭載ユニット１３により位置決めされる。そして、更に、上記のようにステージ３３へ搭載されるときに、ＣＣＤカメラ２９の検出結果に基づき基板が位置決めされる。前者の位置決めを「仮位置決め」といい、後者の位置決めを「本位置決め」ということができる。実際の基板検査過程では、本位置決めの後に、光学顕微鏡を用いて更なる位置決めが行われてよい。光学顕微鏡は、電子線検査装置と共にメインチャンバ２３に配置される。光学顕微鏡の光学像を用いて基板がトレイと共に位置決めされ、それから電子線を用いて基板が検査される。ここでは、例えば、光学顕微鏡で検出された欠陥位置へ電子線が照射されるように基板が位置決めされる。
【０５９８】
メインチャンバ２３では、図１２８を用いて説明したように、基板が電子ビーム照射により検査される。検査終了後の基板は、メインチャンバ２３からトランスファーチャンバ１９を通ってロードロックチャンバ１７へと、真空搬送ロボット３１により搬送される。
【０５９９】
そして、大気搬送ロボット９が、ロードロックチャンバ１７から基板搭載ユニット１３へと基板を搬送する。基板搭載ユニット１３にて基板がトレイから外される。基板は基板回転反転ユニット１１に搬送され、必要に応じて回転及び反転される。続いて、基板が除電ユニット１５に搬送されて、除電が行われる。そして、基板は大気搬送ロボット９によりスミフポッド７へと戻される。
【０６００】
以上に検査装置１の全体的な構成及び動作を説明した。上記構成は典型的なシステム構成例であり、また、上記動作は典型的な動作パターン例である。そのため、以上で説明した検査装置部を図９の１次ビームが光で、二次ビームが光電子を利用する検査装置に置き換えても良く、本発明の範囲で検査装置の構成及び動作は上記の例に限定されない。
【０６０１】
「基板搭載装置」
次に、本実施の形態の基板搭載装置について詳細に説明する。基板搭載装置は、既に述べたように図１２７の基板搭載ユニット１３に相当し、大気搬送ロボット９と共に機能して基板をトレイに搭載する。基板は、例えばマスクであり、より詳細には、例えば、一辺が６インチの正方形で厚さが６．３５ｍｍのガラス製マスクである。
【０６０２】
図１２９〜図１３８は、本実施の形態の基板搭載装置を示している。図１２９〜図１３２は、トレイ無しの状態の基板搭載装置５１を示し、図１３３〜図１３６は、トレイと共に基板搭載装置５１を示している。図１２９は基板搭載装置５１の平面図であり、図１３０は、図１２９の基板搭載装置５１を矢印Ａの方向から見た図であり、図１３１は、図１２９の基板搭載装置５１を矢印Ｂの方向から見た図であり、図１３２は、図１２９の基板搭載装置５１を矢印Ｃ方向から見た図であって、トレイＴ及び基板Ｓの対角線に沿って切断した図である。同様に、図１３３は基板搭載装置５１の平面図であり、図１３４は、図１３３の基板搭載装置５１を矢印Ｄの方向から見た図であり、図１３５は、図１３３の基板搭載装置５１を矢印Ｅの方向から見た図であり、図１３６は、図１３３の基板搭載装置５１を矢印Ｆの方向から見た図であって、トレイＴ及び基板Ｓの対角線に沿って切断した図である。また、図１３７及び図１３８は、説明のために基板搭載装置５１を模式的に示す簡略図である。
【０６０３】
基板搭載装置５１は、トレイＴに基板Ｓを搭載する装置である。基板搭載装置５１は、概略的には、ステージ５３、リフト機構５５、クランプ機構５７、トレイ保持機構５９及び額縁ドロップ機構６１で構成される。以下では、まずトレイＴの構成を説明し、それから基板搭載装置５１の各種構成について説明する。
【０６０４】
「トレーＴ」
図１３３〜図１３８を参照し、トレイＴの構成を説明する。図１３７等に示されるように、トレイＴは、トレイ本体７１と額縁７３とで構成される。トレイＴは例えばセラミック製である。
【０６０５】
トレイ本体７１は平板状であり、四角形の基板Ｓに対応して略四角形の形状を有する。トレイ本体７１からは複数の基板搭載ピン７５が突出しており、基板Ｓはこれら基板搭載ピン７５に支持される。ピン本数は４である。このような構成により、基板Ｓは、基板搭載ピン７５と小さい接触面積で接触し、そして、トレイ本体７１に直接接触することなく浮いた状態で保持される。また、基板搭載ピン７５は、基板Ｓが滑りにくい表面を有しており、これにより、搬送中の基板Ｓのずれが防止される。
【０６０６】
額縁７３は、トレイ本体７１に支持されており、基板Ｓを取り囲む。額縁７３は、検査時に基板Ｓの上面に電位を付与するための構成であり、端子部７７を介して電位を付与する。また、額縁７３が基板Ｓを取り囲むことによりダミーとして機能する。基板Ｓの端部での等電位面の屈曲が軽減され、端部付近の電位を均一にでき、その結果、端部を含む基板全体の電位を均一にでき、検査精度を向上できる。また、額縁７３はトレイ本体７１に対して昇降可能である。図１３７に示されるように、下降時は、額縁表面と基板表面が同じ高さにあり、額縁７３が基板Ｓを取り囲む。図１３４及び図１３５に示されるように、額縁７３が上昇すると、トレイ本体７１と額縁７３の間に、挿入口７９が形成される。挿入口７９は、トレイ本体７１と額縁７３の間の隙間又は開口であり、挿入隙間といってもよい。挿入口７９は、基板Ｓの挿入及び抜取りを可能にし、また、基板Ｓへの位置決めのためのアクセスを可能にする。
【０６０７】
額縁７３のより詳細な構成を説明する。額縁７３は、額縁本体８１と、額縁本体８１から下方に延びる複数の額縁脚部８３を有する。
【０６０８】
図１３３及び図１３８に示されるように、額縁本体８１は、四角形の平板であり、四角形の開口８５を有する。額縁本体８１の材質は絶縁体でよく、例えばセラミックである。開口８５は、基板Ｓに応じた大きさを有する。基板Ｓは開口８５内に配置され、これにより基板Ｓが額縁７３に取り囲まれる。額縁本体８１と基板Ｓは直接接触しない。額縁本体８１と基板Ｓが全周にわたってほぼ一定の隙間を形成する。
【０６０９】
額縁７３の上面には額縁カバー８６が設置されている。図１３４を参照すると、額縁７３の上端の幅が額縁本体８３より少し広く、そして額縁７３の上端部分が少し内側に突出しており、この上端部分が額縁カバー８６に相当する。図１４３は額縁カバー８６を模式的に示している。図１４３に示されるように、額縁カバー８６は、薄い平板である。額縁カバー８６は外側端部にてＬ字状に下向きに折れ曲がっており、そして、図示のように額縁本体８１の側面にねじ等で固定されている（額縁カバー８６は額縁本体８１の上面等の他の場所に固定されてもよい）。額縁カバー８６の材質は導電材であり、例えば銅である。額縁カバー８６の外周形状は額縁本体８１とほぼ同様である。しかし、額縁カバー８６の開口は、額縁本体８１の開口８５より小さく、したがって、額縁カバー８６は額縁本体８１よりも内側に突出している。基板Ｓが搭載されたとき、額縁カバー８６の内周縁は、基板Ｓの外周縁と重なり、接触する。このような重なりが生じるように、額縁カバー８６の開口サイズが定められている。したがって、上方から見たときに、額縁カバー８６は、額縁７３（額縁本体８１）と基板Ｓの隙間をカバーする。このような額縁カバー８６を設けることにより、基板Ｓの縁部における等電位面の屈曲を軽減することができる。額縁カバー８６は、図１３７、図１３８等の模式図では省略されている。
【０６１０】
額縁本体８１には、２つの端子部７７が設けられている。端子部７７は、開口８５に突出している。そして、基板Ｓが開口８５内に配置されたとき、端子部７７が基板Ｓの上面に接する。上述したように、端子部７７は、基板検査時に基板Ｓの上面に電位を付与するために用いられる。また、上述の額縁カバー８６は、これら端子部７７を除く額縁全周にて基板Ｓと額縁７３の隙間を覆っている。
【０６１１】
額縁脚部８３の本数は４であり、これら４本の額縁脚部８３が、額縁本体８１の４隅の近くにそれぞれ配置されている。図１３７に示されるように、下降時は、額縁脚部８３がトレイ本体７１に支持され、額縁本体８１がトレイ本体７１の上方に位置し、そして、額縁上面が基板搭載ピン７５上の基板Ｓの上面とほぼ同じ高さに位置する（図１４３に示されるように、詳細には、額縁本体８１の上面が基板上面と同じ高さに位置する。額縁カバー８６の上面は、基板上面とほぼ同じ高さに位置するが、詳細にはカバー厚さだけ基板上面よりも少し上にある。以下同じ）。額縁７３が上昇すると、トレイ本体７１と額縁本体８１の間に挿入口７９が形成され、基板Ｓの出し入れや、基板Ｓへのアクセスが可能になる。
【０６１２】
また、図１３４及び図１３５に示されるように、額縁７３の昇降動作をガイドするために、昇降ガイド８７が設けられている。昇降ガイド８７は、トレイ本体７１から突出するガイド棒である。この昇降ガイド８７が、額縁脚部８３のガイド穴に挿入されている。これにより、額縁７３は、トレイ平面に対して垂直方向にのみ移動できる。
【０６１３】
また、図１３３等に示されるように、トレイ本体７１は、複数の突出縁部８９を有する。本実施の形態では、４つの突出縁部８９が、トレイ本体７１の４隅にそれぞれ設けられている。突出縁部８９は、額縁７３よりも外側へ突出する部分である。より詳細には、トレイ本体７１の各隅に壁部が設けられ、壁部の上端から外側へ突出縁部８９が突出している。突出縁部８９は、後述するように、搬送ロボットによるトレイＴの支持に用いられ、また、額縁７３の上昇時にトレイ本体７１を保持するために用いられる。
【０６１４】
「ステージ」
ステージ５３は、トレイＴを保持する構成である。図１２９及び図１３０等に示されるように、ステージ５３は、ステージベース９１を有する。ステージベース９１には複数のステージ柱９３が立設されている。本実施の形態では、トレイＴの４隅に対応する位置に、４本のステージ柱９３が設けられている。そして、これら４本のステージ柱９３によりトレイ本体７１の４隅が支持される。トレイＴは、水平方向に移動可能に保持されており、後述するクランプ機構５７による位置決め時に移動可能である。
【０６１５】
図１２９等に示されるように、ステージ５３には、さらに、基板有無検知センサ９５、トレイ有無検知センサ９７、基板斜め置き検知センサ９９及びトレイ斜め置き検知センサ１０１が設けられている。これらセンサはステージベース９１に取り付けられている。
【０６１６】
「リフト機構」
リフト機構５５は、額縁７３及び基板Ｓをトレイ平面に対して垂直方向に移動して、これら額縁７３及び基板Ｓを昇降させる構成である。
【０６１７】
図１３０、図１３４、図１３７等に示されるように、リフト機構５５は、平板状のリフト部材であるリフトプレート１１１を有する。リフトプレート１１１は、リフト機構５５のための昇降シリンダ１１３により駆動されて、トレイＴより下の所定範囲で昇降する。
【０６１８】
リフトプレート１１１からは、複数の額縁保持ピン１１５及び複数の基板保持ピン１１７が上向きに突出している。基板保持ピン１１７と額縁保持ピン１１５は、ほぼ同じ高さである。
【０６１９】
額縁保持ピン１１５は、本発明の額縁保持部材に相当し、額縁７３の下面に対応する位置に配置されており、リフトプレート１１１と共に昇降する。本実施の形態では、４本の額縁保持ピン１１５が、額縁７３の４本の額縁脚部８３にそれぞれ対応する位置に配置されている。図１３４及び図１３５に示されるように、リフト機構５５の上昇時、額縁保持ピン１１５は、トレイ本体７１の穴を通り抜け、額縁脚部８３の下面に当接し、額縁７３を持ち上げ、そして、トレイ本体７１と額縁７３の間に挿入口７９を形成する。
【０６２０】
また、基板保持ピン１１７は、本発明の基板保持部材に相当し、位置決め時の基板Ｓ３の下面に対応する位置に配置されており、リフトプレート１１１と共に昇降する。図１３３に示されるように、本実施の形態では、４本の基板保持ピン１１７が、トレイＴの４本の基板搭載ピン７５とずれて配置されている。また、図１３４及び図１３５に示されるように、リフト機構５５の上昇時、基板保持ピン１１７も、額縁保持ピン１１５と同様に、トレイ本体７１の穴を通り抜けて上昇する。基板保持ピン１１７の先端は、トレイＴの基板搭載ピン７５の先端よりも少し上に達する。これにより、基板Ｓは、基板搭載ピン７５に搭載される前に、基板保持ピン１１７に保持される。
【０６２１】
ここで、トレイＴの基板搭載ピン７５に搭載されるときの高さ方向の基板Ｓの位置を、基板搭載高さという。また、上記のリフト機構５５の基板保持ピン１１７に保持されるときの高さ方向の基板Ｓの位置を、基板保持高さという。上記のように基板保持高さは基板搭載高さより上である。更に、基板保持高さは、上述の挿入口７９に対応した高さにある。この基板保持高さへ基板保持ピン１１７が到達し、そして基板Ｓが、基板搭載ピン７５に搭載される前に基板保持ピン１１７により基板保持高さに保持され、そして基板Ｓが後述のようにクランプされる。
【０６２２】
また、基板保持ピン１１７は、滑りやすい材質、例えばポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ、登録商標）でできている。これにより、基板Ｓの位置決めが容易である。
【０６２３】
また、図１３０等に示されるように、リフト機構５５は、額縁保持ピン１１５の高さを調節する額縁保持高さ調節機構１１９及び基板保持ピン１１７の高さを調節する基板保持高さ調節機構１２１を有する。額縁保持高さ調節機構１１９はねじ構造を有する。額縁保持ピン１１５の外周に雄ねじが設けられ、この雄ねじがリフトプレート１１１の雌ねじに係合しており、額縁保持ピン１１５を回すことによりピン高さを調節できる。基板保持高さ調節機構１２１も同様のねじ構造を有する。このような構成により、額縁保持高さ調節機構１１９及び基板保持高さ調節機構１２１は、額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７の高さを独立して調節できる。
【０６２４】
「クランプ機構」
クランプ機構５７は、基板ＳをトレイＴに対して位置決めするための構成である。本実施の形態では、クランプ機構５７が、トレイ平面に平行な方向に移動し、そして、基板ＳとトレイＴの両方を一度のクランプ動作でクランプする。以下にクランプ機構５７の詳細を説明する。
【０６２５】
図１３３、図１３６、図１３７及び図１３８等に示されるように、クランプ機構５７は、複数のクランプ体で構成される。本実施の形態の例ではクランプ体の数が２つであり、固定側クランプ体１３１及び従動側クランプ体１３３が設けられている。固定側クランプ体１３１と従動側クランプ体１３３は、基板Ｓ及びトレイＴの対角線に沿って向き合って配置されている。
【０６２６】
固定側クランプ体１３１及び従動側クランプ体１３３は、固定側シリンダ１３５及び従動側シリンダ１３７にそれぞれ連結されている。固定側クランプ体１３１が固定側シリンダ１３５により直線状に駆動され、また、従動側クランプ体１３３が従動側シリンダ１３７により直線上に駆動され、これにより、クランプ機構５７が開閉する。これら固定側シリンダ１３５及び従動側シリンダ１３７は、本発明のクランプ移動機構に相当する。
【０６２７】
固定側クランプ体１３１は、固定側の２本のトレークランプアーム１３９及び２本の基板クランプアーム１４１を有する。トレークランプアーム１３９及び基板クランプアーム１４１は、トレイＴへ向けて延びている。トレークランプアーム１３９の高さはトレイ本体７１の高さと対応しており、基板クランプアーム１４１の高さは、リフト機構５５の基板保持ピン１１７に支持されたときの基板保持高さと対応しており、したがって、基板クランプアーム１４１がトレークランプアーム１３９よりも上方に位置する。
【０６２８】
２本のトレークランプアーム１３９は、図示のように水平方向に離れており、各トレークランプアーム１３９がトレークランプ部１４３を先端付近に有する。トレークランプ部１４３は、保持ピンで構成されており、位置決めのためのクランプ時にトレイＴに接する部位である。クランプ機構５７の移動方向が、トレイＴの対角線に沿っており、したがって、接触面に対して斜めである。そこで、トレークランプ部１４３のピンは、トレークランプアーム１３９からトレイ対角線に向けて斜めに突き出している。
【０６２９】
基板クランプアーム１４１もトレークランプアーム１３９と同様の構成を有している。すなわち、２本の基板クランプアーム１４１が水平方向に離れており、各基板クランプアーム１４１が基板クランプ部１４５を先端付近に有する。基板クランプ部１４５は、保持ピンで構成されており、位置決めのためのクランプ時に基板Ｓに接する部位である。クランプ機構５７の移動方向が、基板Ｓの対角線に沿っており、したがって、接触面に対して斜めである。そこで、基板クランプ部１４５のピンは、基板クランプアーム１４１から基板対角線に向けて斜めに突き出している。
【０６３０】
また、基板Ｓの外形はトレイＴよりも小さい。そのため、図１３２に示されるように、基板クランプアーム１４１は、トレークランプアーム１３９よりも多く突き出している。
【０６３１】
次に、従動側クランプ体１３３について説明する。固定側クランプ体１３１と比べると、従動側クランプ体１３３は、幅狭の形状を有している。
【０６３２】
従動側クランプ体１３３は、固定側クランプ体１３１と同様に、トレイＴへ向かって突出するトレークランプアーム１４７及び基板クランプアーム１４９を有しており、トレークランプアーム１４７の高さがトレイ本体７１の高さと対応しており、基板クランプアーム１４９の高さが、リフト機構５５の基板保持ピン１１７に支持されたときの基板Ｓの高さと対応している。トレークランプアーム１４７の本数は固定側と同様に２本である。一方、基板クランプアーム１４９の本数は固定側と異なり、１本のみである。
【０６３３】
２本のトレークランプアーム１４７は、アーム間隔が狭い点と、アーム長が短い点を除き、固定側と同様の構成を有する。すなわち、２本のトレークランプアーム１４７は水平方向に離れており、各トレークランプアーム１４７がトレークランプ部１５１を先端付近に有する。トレークランプ部１５１は保持ピンで構成されており、クランプ時にトレイＴに接する。トレークランプ部１５１のピンはトレイ対角線に向けて斜めに突き出している。
【０６３４】
基板クランプアーム１４９は上述のように１本である。アーム先端に基板クランプ部１５３が設けられている。基板クランプ部１５３は、アーム先端を切り欠くことにより形成された凹部である。基板クランプ部１５３は、クランプ時に、凹部の両側の縁部にて、基板Ｓの端面の２箇所にそれぞれ当接する。
【０６３５】
本実施の形態では、従動側のトレークランプ部１５１がトレイＴに接触するより先に基板クランプ部１５３が基板Ｓに接触するように、トレークランプアーム１４７及び基板クランプアーム１４９が配置されている。また、図１３２に示されるように、基板クランプアーム１４９は、直動ガイド１５５上に配置されており、クランプ移動方向に沿って直線状に移動可能である。また、基板クランプアーム１４９の背後にはバネ式プッシャ１５７が配置されている。バネ式プッシャ１５７は本発明の付勢部に相当する。基板クランプアーム１４９とその基板クランプ部１５３はバネ式プッシャ１５７により基板Ｓへ向けて弾性的に付勢される。そして、基板Ｓのクランプの反力で基板クランプ部１５３が基板Ｓに押されたときに、基板クランプ部１５３は、基板Ｓへ向けて弾性的に付勢されつつ、従動側クランプ体１３３上で後退可能である。上記弾性構造の機能については後述する。
【０６３６】
また、クランプ機構５７では、固定側クランプ体１３１にトレークランプ位置調節機構１５９及び基板クランプ位置調節機構１６１が設けられている。
【０６３７】
トレークランプ位置調節機構１５９は、各々のトレークランプ部１４３に設けられており、トレイＴへ向けてのトレークランプ部１４３の突出量を調節する機構である。トレークランプ位置調節機構１５９はねじ構造を有する。トレークランプ部１４３の保持ピンの外周に雄ねじが設けられ、この雄ねじがトレークランプアーム１３９の雌ねじに係合しており、保持ピンを回すことによりピン高さを調節できる。基板クランプ位置調節機構１６１は、各々の基板クランプ部１４５に設けられており、基板Ｓへ向けての基板クランプ部１４５の突出量を調節する機構である。基板クランプ位置調節機構１６１もトレークランプ位置調節機構１５９と同様のねじ構造を有している。このような構成により、固定側クランプ体１３１のトレークランプ部１４３及び基板クランプ部１４５の突出量を独立して調節できる。
【０６３８】
また、従動側クランプ体１３３も、固定側クランプ体１３１と同様に、トレークランプ位置調節機構１６３を有する。トレークランプ位置調節機構１６３は各々のトレークランプ部１５１に設けられており、固定側と同様のねじ構造を有する。
【０６３９】
また、本実施の形態の例では、トレイＴが４箇所でクランプされ、基板Ｓも４箇所でクランプされる。しかし、クランプ点の数は上記に限定されない。クランプ点の必要最小数は、トレイ及び基板の形状によって異なる。例えば、基板が円形である場合に、基板が３点でクランプされてもよい。
【０６４０】
「トレイ保持機構」
図１３０、図１３１、図１３４及び図１３７等に示されるように、トレイ保持機構５９は、トレイ平面に対して垂直方向の駆動機構である。トレイ保持機構５９は、トレイ本体７１へ向けて下降してトレイ本体７１と当接する複数のトレイ保持ピン１７１を有する。トレイ保持ピン１７１は本発明のトレイ保持部材に相当する。図１３１に示されるように、トレイ保持ピン１７１は、ピン取付アーム１７３に取り付けられており、ピン取付アーム１７３がトレイ保持機構５９用の昇降シリンダ１７５に連結されており、昇降シリンダ１７５によりトレイ保持ピン１７１が昇降される。
【０６４１】
トレイ保持機構５９は、額縁７３の上昇時にトレイ本体７１が上昇するのを防ぐ機能をもつ。すなわち、トレイ保持機構５９は、リフト機構５５が額縁７３を持ち上げるときにトレイ保持ピン１７１を下降させてトレイ本体７１に当接させ、これにより、トレイ本体７１を拘束し、上昇を防ぐ。
【０６４２】
本実施の形態では、トレイ保持ピン１７１の本数が４である。これら４本のトレイ保持ピン１７１は、トレイ本体７１の４隅の突出縁部８９にそれぞれ対応するように配置されており、下降時に突出縁部８９に当接及び押圧する。このように、突出縁部８９の上面は、トレイ保持ピン１７１の当接部位として機能する。さらに、突出縁部８９の下面は、トレイ搬送時のロボットによる支持面としても機能する。
【０６４３】
また、図１３１に示されるように、トレイ保持機構５９は、トレイ保持ピン１７１の高さを調節する高さ調節機構１７７を有する。高さ調節機構１７７は、リフト機構５５の調節機構と同様のねじ構造を有している。すなわち、トレイ保持ピン１７１の外周に雄ねじが設けられ、この雄ねじがピン取付アーム１７３の雌ねじに係合しており、トレイ保持ピン１７１を回すことによりピン高さを調節できる。
【０６４４】
「額縁ドロップ機構」
図１３０、図１３１、図１３４及び図１３７等に示されるように、額縁ドロップ機構６１は、トレイ平面に対して垂直方向の駆動機構である。額縁ドロップ機構６１は、額縁７３へ向けて下降して額縁７３を押圧する複数の額縁ドロップピン１８１を有する。額縁ドロップピン１８１は、本発明の額縁ドロップ部材に相当する。図１３１に示されるように、額縁ドロップピン１８１は、ピン取付アーム１８３に取り付けられており、ピン取付アーム１８３が額縁ドロップ機構６１用の昇降シリンダ１８５に連結されており、昇降シリンダ１８５により額縁ドロップピン１８１が昇降される。
【０６４５】
本実施の形態では、額縁ドロップピン１８１の本数が４本であり、それぞれ額縁７３の上方に配置されている。額縁ドロップ機構６１は、クランプ機構５７による位置決め終了後の額縁リフト解除時に額縁ドロップピン１８１を下降させて額縁７３を押圧させ、額縁７３をトレイ本体７１に確実に着地させる。額縁７３の着地が検出されてよく、これにより確実な下降動作が保証される。
【０６４６】
また、図１３１に示されるように、額縁ドロップ機構６１は、額縁ドロップピン１８１の高さを調節する高さ調節機構１８７を有する。高さ調節機構１８７も、リフト機構５５の調節機構と同様のねじ構造を有している。すなわち、額縁ドロップピン１８１の外周に雄ねじが設けられ、この雄ねじがピン取付アーム１８３の雌ねじに係合しており、額縁ドロップピン１８１を回すことによりピン高さを調節できる。
【０６４７】
以上に本実施の形態に係る基板搭載装置５１の各部の構成について説明した。次に、基板搭載装置５１の動作を説明する。
【０６４８】
図１３９及び図１４０は、基板搭載装置５１の動作の概要を模式的に示している。図１３９に示されるように、基板Ｓの搭載前、トレイＴはステージ５３に既に配置されている。額縁７３は下降しており、額縁脚部８３にてトレイ本体７１に支持されている。
【０６４９】
リフト機構５５は下降しており、額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７も下方に位置している。クランプ機構５７は開いており、固定側クランプ体１３１及び従動側クランプ体１３３は後退し、所定の退避位置にある。さらに、トレイ保持機構５９及びドロップ機構６１は上昇しており、トレイ保持ピン１７１及び額縁ドロップピン１８１はトレイＴの上方に位置している。
【０６５０】
搭載動作が開始すると、まず、トレイ保持機構５９がトレイ保持ピン１７１を下降させる。トレイ保持ピン１７１は、トレイ本体７１の突出縁部８９に当接し、トレイ本体７１を押さえつける。
【０６５１】
そして、リフト機構５５が額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７を上昇させる。額縁保持ピン１１５は、トレイ本体７１の穴を通り抜けて、額縁脚部８３の下面に当接し、額縁７３を持ち上げる。このとき、額縁７３は、額縁脚部８３に設けられた直動タイプの昇降ガイド８７（図１３５）に案内されて鉛直方向に上昇する。
【０６５２】
また、基板保持ピン１１７も、額縁保持ピン１１５と同様に、トレイ本体７１の穴を通り抜けて上昇する。基板保持ピン１１７の先端は、トレイＴの基板搭載ピン７５の先端よりも少し上に達する。
【０６５３】
額縁保持ピン１１５が額縁７３を持ち上げたことにより、トレイ本体７１と額縁本体８１との間に挿入口７９が形成される。この挿入口７９から、基板搬送部（基板搬送手段）であるロボットにより基板Ｓが挿入され、基板保持高さの基板保持ピン１１７上に置かれる。基板Ｓは、図１３３の矢印Ｄの方向から挿入される。基板保持ピン１１７がトレイＴの基板搭載ピン７５よりも突出しているので、基板Ｓは、基板搭載ピン７５ではなく基板保持ピン１１７に保持される。上記ロボットは、図１２７の大気搬送ロボット９である。例えば、搬送ロボットがフォーク型のアームを有し、アーム先端で基板Ｓの下面を支持し、アームを伸ばして基板Ｓを挿入する。
【０６５４】
ここで、本実施の形態では、額縁保持ピン１１５の先端の高さと基板保持ピン１１７の先端の高さはほぼ同じである。しかし、額縁脚部８３の下面が基板Ｓの下面より下方に位置している。基板保持ピン１１７が基板Ｓの下面に当接するのよりも早く、額縁保持ピン１１５が額縁脚部８３の下面に当接する。そして、リフト機構５５は、額縁脚部８３の高さの分だけ、額縁７３を高く持ち上げることができる。その結果、額縁本体８１は、基板保持ピン１１７の先端の基板保持高さより上に到達し、十分な大きさの挿入口７９を形成できる。
【０６５５】
次に、図１４０に示されるように、クランプ機構５７が、トレイＴに対して基板Ｓを位置決めする。本実施の形態では、クランプ機構５７がトレイＴ及び基板Ｓを一度にクランプすることにより、基板Ｓを正確に位置決めする。
【０６５６】
図１４１は、クランプ動作を説明する図である。図示のように、クランプ開始前は、固定側クランプ体１３１及び従動側クランプ体１３３は、トレイＴ及び基板Ｓから離れている。クランプ開始時（位置決め開始時）、まず、固定側クランプ体１３１が固定側シリンダ１３５（図１３６）に駆動されて、所定の固定側クランプ位置まで移動して停止する。
【０６５７】
次に、従動側クランプ体１３３が従動側シリンダ１３７により駆動されて、トレイＴの端部及び基板Ｓの端部に当接し、トレイＴ及び基板Ｓを固定側クランプ体１３１へ向けて押圧する。従動側のトレークランプ部１５１がトレイ本体７１を固定側のトレークランプ部１４３に向けて押圧し、従動側の基板クランプ部１５３が基板Ｓを固定側の基板クランプ部１４５に向けて押圧する。
【０６５８】
これにより、トレイ本体７１と基板Ｓが一度のクランプ動作でクランプされる。トレイ本体７１及び基板Ｓは、固定側クランプ体１３１に当接する位置にて位置決めされる。これにより、基板ＳとトレイＴとの相対的位置関係が決まり、したがって基板ＳがトレイＴに対して位置決めされる。
【０６５９】
クランプが完了すると、従動側クランプ体１３３が後退して基板Ｓ及びトレイＴから離れ、続いて、固定側クランプ体１３１が後退して基板Ｓ及びトレイＴから離れ、こうしてクランプが解除される。
【０６６０】
上記のようにして、本実施の形態によれば、トレイＴと基板Ｓが一度のクランプ動作で同時に位置決めされる。固定側クランプ体１３１は、トレークランプ部１４３と基板クランプ部１４５が一体的に設けられた構成を有し、これらの位置関係が固定されている。このような固定側クランプ体１３１にトレイＴ及び基板Ｓが押圧される。その結果、トレイＴ及び基板Ｓのそれぞれの位置、そしてトレイＴに対する基板Ｓの位置が、トレークランプ部１４３と基板クランプ部１４５の位置関係に対応して決定される。したがって、高い位置決め精度が得られる。
【０６６１】
また、本実施の形態では、上記のように固定側クランプ体１３１が前進し、その後で従動側クランプ体１３３が前進する。このようにクランプ機構５７を構成することにより、トレイ移動量を少なくできるという利点も得ることができる。
【０６６２】
また、クランプ動作では、固定側のクランプ力よりも従動側のクランプ力が小さくなるように、固定側シリンダ１３５及び従動側シリンダ１３７が制御される。固定側クランプ力は、固定側シリンダ１３５が固定側クランプ体１３１を固定する力であり、従動側クランプ力は、従動側シリンダ１３７が従動側クランプ体１３３を移動する力である。このようなクランプ力の設定により、固定側クランプ体１３１のずれを防ぎ、高い位置決め精度が得られる。
【０６６３】
また、本実施の形態では、既に説明したように基板保持ピン１１７がトレイＴの基板搭載ピン７５よりも上に突出する。したがって、図１４０に示されるように、位置決め時は、基板Ｓが基板搭載ピン７５ではなく基板保持ピン１１７に保持されている。基板搭載ピン７５は後段の搬送を考慮して滑りにくい表面を有しているのに対して、基板保持ピン１１７は滑りやすい表面を有している。したがって、基板Ｓは水平方向に動きやすい状態におかれている。これにより、位置決め時の基板Ｓの損傷を防ぐことができる。また、基板Ｓが適正位置へ確実に移動するので、位置決め精度も向上できる。
【０６６４】
また、前述したように、本実施の形態では、従動側クランプ体１３３が、基板クランプアーム１４９を直動ガイド１５５上に有しており、かつ、基板クランプアーム１４９の後ろ側にバネ式プッシャ１５７が配置されている。この構成はクランプ時に下記のように機能する。
【０６６５】
図１４２を参照すると、本実施の形態では、従動側のトレークランプ部１５１がトレイＴに接触するより先に基板クランプ部１５３が基板Ｓに接触するように、トレークランプアーム１４７及び基板クランプアーム１４９が配置されている。
【０６６６】
したがって、従動側クランプ体１３３が移動していくと、最初に基板クランプ部１５３が基板Ｓに当接し、押圧する。基板Ｓの反対側が固定側クランプ体１３１に当接し、基板Ｓからの反力でバネ式プッシャ１５７が縮み、基板クランプアーム１４９は直動ガイド１５５上で後退する。この時点で、基板Ｓはバネ式プッシャ１５７のバネ力でクランプされる。続いてトレークランプ部１５１がトレイＴに当接し、押圧する。そして、基板ＳとトレイＴの両方がクランプされ、位置決めされる。
【０６６７】
ここで、仮に直動ガイド１５５及びバネ式プッシャ１５７が設けられていないとする。この場合、寸法誤差によりトレークランプ部１５１と基板クランプ部１５３の一方が対象物に当接できず、そのため、位置決め精度が低下する。本実施の形態では、上記構成により、トレークランプ部１５１と基板クランプ部１５３が確実にトレイＴ及び基板Ｓに当接でき、位置決め精度を向上できる。
【０６６８】
また、本実施の形態は、トレイＴではなく基板Ｓに弾性構造を適用している。基板ＳはトレイＴと比べて重要が小さく、更に、基板Ｓは位置決め時にリフト機構５５の基板保持ピン１１７に保持されている。したがって、基板Ｓは動きやすく、そして、バネ等を介して押圧された場合でも、より確実に位置決めのために移動できる。これにより、更に位置決め精度を向上できる。
【０６６９】
図１４０に戻ると、位置決めが完了し、クランプが解除された後、リフト機構５５が下降し、額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７も下降する。額縁７３が下降し、額縁脚部８３がトレイ本体７１に支持され、額縁７３は元の位置に戻る。また、基板Ｓが下降し、基板搭載ピン７５に支持される。基板Ｓの上面と額縁７３の上面は同じ高さになる（前述のように、詳細には額縁本体８１の上面が基板上面と同じ高さに位置し、額縁カバー８６の上面は基板上面より少し高い位置にある）。額縁７３の端子部７７は、基板Ｓの上面に接する。また、額縁カバー８６は、基板Ｓの全周（２つの端子部７７の部分を除く）に渡って、額縁７３と基板Ｓの隙間を覆う。
【０６７０】
リフト機構５５が下降するとき、額縁ドロップ機構６１が額縁ドロップピン１８１を下降させる。額縁ドロップピン１８１は、額縁７３の上面に当接し、押圧する。これにより、額縁ドロップ機構６１は額縁７３の下降を補助する。額縁７３は、自重に加えて、額縁ドロップピン１８１の作用を受け、確実に元の位置まで下降する。
【０６７１】
次に、額縁ドロップ機構６１が額縁ドロップピン１８１を上昇させ、トレイ保持機構５９がトレイ保持ピン１７１を上昇させる。これにより、一連の搭載動作が完了する。搭載動作が完了すると、ロボットが、基板Ｓが搭載されたトレイＴを搬送する。ロボットはアームを有し、アームでトレイ本体７１の突出縁部８９の下面を支持する。このロボットは、前述した通り、図１２７の大気搬送ロボット９であり、トレイＴをロードロックチャンバ１７へと搬送する。
【０６７２】
以上に、基板ＳをトレイＴに位置決めしながら搭載する動作を説明した。次に、トレイＴから基板Ｓを取り外すときの動作を説明する。
【０６７３】
本実施の形態では、基板搭載装置５１が検査装置に備えられている。検査が終了すると、トレイＳがロボットにより搬送され、基板搭載装置５１のステージ５３に載せられる。このとき、基板搭載装置５１は、上記の搭載完了時と同じ状態にある。すなわち、基板搭載装置５１では、リフト機構５５が下降しており、額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７も下方に位置している。クランプ機構５７は開いており、固定側クランプ体１３１及び従動側クランプ体１３３は後退し、所定の退避位置にある。また、トレイ保持機構５９及びドロップ機構６１は上昇しており、トレイ保持ピン１７１及び額縁ドロップピン１８１はトレイＴの上方に位置している。
【０６７４】
まず、トレイ保持機構５９がトレイ保持ピン１７１を下降させ、トレイ本体７１を押さえつける。続いて、リフト機構５５が額縁保持ピン１１５及び基板保持ピン１１７を上昇させる。額縁７３は上昇し、トレイ本体７１と額縁本体８１の間に挿入口７９が形成される。額縁７３の端子部７７は基板Ｓの上面から離れる。額縁カバー８６も基板Ｓの上方へ移動する。また、基板Ｓはリフト機構５５の基板保持ピン１１７により持ち上げられる。これにより、基板Ｓは、トレイ上の基板搭載ピン７５から離れて浮き上がる。
【０６７５】
続いて、ロボットがアームを伸ばし、挿入口７９から基板Ｓにアクセスし、基板Ｓの下面を支持し、基板Ｓを挿入口７９から取り出す。基板Ｓは、図１３３の矢印Ｄと反対方向に取り出される。
【０６７６】
ここで、上記の基板取出動作の前に、再度位置決めが実行されてよい。具体的には、額縁が上昇した後、クランプ機構５７により位置決めが行われる。位置決め動作は、基板搭載過程の位置決めと同様でよい。それからロボットにより基板Ｓが取り出される。このように再度位置決めを行うことにより、搬送の確実性を増すことができる。
【０６７７】
基板Ｓが取り出されると、リフト機構５５が下降し、額縁７３が元の位置に戻る。このとき、額縁ドロップ機構６１が額縁ドロップピン１８１を下降させ、額縁７３の下降を補助する。続いて、額縁ドロップ機構６１が額縁ドロップピン１８１を上昇させ、トレイ保持機構５９がトレイ保持ピン１７１を上昇させる。これにより、一連の基板取外しの動作が完了する。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態に適用できる。
【０６７８】
「その他の実施の形態」
上述では本発明の基板搭載装置について説明した。本発明のその他の実施の形態は、例えば下記の通りである。
上記の基板搭載装置又は方法を用いてトレイに搭載されたマスクに荷電粒子ビームを照射してマスクを検査するマスク検査装置又は方法。
上記の基板搭載装置又は方法を用いてトレイに搭載されたマスクに荷電粒子ビームを照射して、マスク製作工程の検査を行うマスク製造装置又は方法。
上記のマスク検査装置又は方法により検査されたマスク。上記のマスク製造装置又は方法により製造されたマスク。
上記のマスクを用いて半導体装置を製造する半導体製造装置又は方法。
上記のマスクを用いて製造された半導体装置。上記の半導体製造装置又は方法により製造された半導体装置。
【０６７９】
マスクの種類としては、例えばＣｒマスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスクが挙げられる。Ｃｒマスクは光露光に用いられ、ＥＵＶマスクはＥＵＶ露光に用いられ、ナノインプリントマスクは、ナノインプリントによるレジストパターン形成に用いられる。これらのマスクの各々について、パターンが形成されたマスクが検査の対象であってよい。また、パターン形成前の膜が形成された状態のマスク（ブランクス）が検査の対象であってよい。
【０６８０】
以下、上記実施の形態により得られたマスクを適用可能な半導体装置の製造方法を述べる。この製造方法は、下記の工程（１）〜（５）を含む。
（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１個ずつ切り出し、動作可能にするチップ組立工程（５）チップを検査するチップ検査工程
【０６８１】
上記（３）のウエハプロセッシング工程では、設計された回路パターンがウエハ上に順次積層され、メモリ、ＭＰＵ等として動作する多数のチップが形成される。このウエハプロセッシング工程は、以下の複数の工程を含む。
（Ａ）絶縁層となる誘電体薄膜、配線部及び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、スパッタリング等を用いる）
（Ｂ）薄膜層及びウエハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層及びウエハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
（Ｄ）レジストパターンに従って薄膜層及び基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程
（Ｆ）レジスト剥離工程
（Ｇ）加工されたウエハを検査する工程
【０６８２】
ウエハプロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われる。（Ｃ）のリソグラフィー工程は、下記の通りである。
（ａ）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
（ｂ）レジストを露光する工程
（ｃ）露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程
（ｄ）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
【０６８３】
以上に本発明の好適な実施の形態について説明した。上述したように、本発明によれば、クランプ機構がトレイ及び基板の両方を一度のクランプ動作でクランプする。このクランプ動作は、複数のクランプ片で異なる方向からトレイ及び基板を押圧する動作である。基板平面に平行に移動するクランプ機構を用いるので、基板を傾斜させることなく位置決めできる。また、トレークランプ部と基板クランプ部を一体に備えたクランプ体でトレイと基板を一度にクランプするので、トレークランプ部と基板クランプ部の位置関係に応じてトレイ対して基板が位置決めされ、トレイと基板の位置関係が正確に定まる。したがって、トレイに対して基板を高精度に位置決めできる。
【０６８４】
また、本発明によれば、上述のように基板とトレイを一度の動作でクランプするので、基板だけでなくトレイの位置決めも同時に行えるという利点も得られる。
【０６８５】
また、本発明によれば、クランプで基板に接するので、基板への接触をなるべく避けられる。位置決め完了後にクランプを解除することが好適であり、接触時間を低減できる。したがって、本発明によれば、基板になるべく接触せずに、位置決めを好適に行うことができる。
【０６８６】
特に、上記の実施の形態の例では、基板がマスクであり、基板搭載装置が、荷電粒子型の検査装置（特に写像投影型の検査装置）に設けられている。この場合、マスクの両面を順次検査することがあり、マスクの両面への接触を極力避ける必要がある。したがって、基板搭載も、マスクの位置決めも、マスクになるべく接することなく高精度に行うことが求められる。本発明によれば、このようなマスク検査の要求に好適に応えることができる。
【０６８７】
また、本発明に適用されるマスクは、例えば、一辺が６インチの正方形で、厚さが６．３５ｍｍのガラス製マスクであり、ウエハと比べて重量が大きいが、このようなマスクも上述の基板搭載装置によれば好適に位置決めできる。
【０６８８】
また、本発明が適用される検査装置は、例えば上述の実施の形態で示されたように真空チャンバ中でマスク検査を行うが、このような場合にも本発明は好適にマスクを位置決めできる。
【０６８９】
また、上記の実施の形態の例において、検査装置全体から見ると、基板搭載装置は、基板の仮位置決めを行っている。本位置決めは後段で行われる。すなわち、ロードロックチャンバでＣＣＤカメラにより基板のマークが検出され、マーク位置に基づきメインチャンバでのトレーセット位置が制御され、これにより本位置決めが行われる。この本位置決めの精度は、仮位置決めの精度の影響を受ける。例えば、仮位置決め精度が低いためにＣＣＤカメラの視野を広げると、ＣＣＤカメラの倍率が下がり、本位置決め精度が低下する。本発明によれば、このような本位置決め精度の低下も防ぐことができ、検査精度を向上できる。
【０６９０】
本発明のその他の利点を説明する。本発明によれば、複数のクランプ体として、固定側クランプ体と従動側クランプ体が設けられてよい。まず、固定側クランプ体が所定の固定側クランプ位置に配置されてよく、それから、従動側クランプ体が移動してトレイ及び基板を固定側クランプ体へ向けて押圧してよい。固定側クランプ体のトレークランプ部と基板クランプ部の位置関係がクランプ時に固定されていてよい。これにより、固定側クランプ体と従動側クランプ体が連携し、固定側クランプ体のトレークランプ部と基板クランプ部の位置関係により規定される所定の位置へと基板を正確に位置決めできる。また、固定側クランプ体が前進してから従動側クランプ体が前進するので、位置決め過程でのトレイ移動量を少なくできるという利点も得ることができる。
【０６９１】
また、従動側クランプ体では、トレークランプ部がトレイに接触するより先に基板クランプ部が基板に接触するようにトレークランプ部及び基板クランプ部が配置されてよく、クランプ時に基板クランプ部を基板へ向けて弾性的に付勢する付勢部が設けられてよい。付勢部は、基板のクランプの反力で従動側の基板クランプ部が基板から押圧されたときに基板クランプ部を後退可能にしてよい。付勢部は例えば弾性部材であり、従動側の基板クランプ部の背後に配置されてよい。弾性部材は例えばバネである。このような構成により、トレークランプ部と基板クランプ部の寸法誤差による位置決め精度の低下を防ぎ、高精度で基板を位置決めできる。また、トレイと比べて重量が小さくて動きやすい基板に弾性構造を適用することにより、さらに位置決め精度を向上できる。
【０６９２】
また、本発明によれば、クランプ体は、トレークランプ部のトレイへ向けての突出量を調節するトレークランプ位置調節機構と、基板クランプ部の基板へ向けての突出量を調節する基板クランプ位置調節機構とを有してよい。トレークランプ部の突出量と基板クランプ部の突出量は独立して調節されてよい。このような構成により、クランプ体のトレークランプ部及び基板クランプ部の突出量を調節でき、更に位置決め精度を向上できる。
【０６９３】
また、本発明によれば、基板搭載装置が、位置決め時の基板に対応する位置に配置されており昇降可能な複数の基板保持部材を有してよい。基板が複数の基板保持部材によりトレイの基板搭載高さより上の基板保持高さに保持された状態でクランプ機構が基板をクランプしてよい。これにより、基板がトレイから離れた状態で基板がクランプされるので、位置決め時のトレイと基板の摺動を回避できる。したがって、基板になるべく接触せずに位置決めを行うことができ、また、摺動による位置決め精度低下を防ぐことができ、更に、摺動による基板損傷を防ぐこともできる。
【０６９４】
また、本発明によれば、トレイが、トレイ本体と、トレイ本体から上昇可能であり基板を取り囲む額縁を含んでよい。基板搭載装置が、額縁に対応する位置に配置されており昇降可能な複数の額縁保持部材を有してよい。額縁保持部材が額縁を持ち上げることにより、基板の挿入及びクランプ体の挿入のための挿入口を額縁とトレイ本体の間に形成してよい。これにより、基板周囲の額縁から基板上面に電位を付与できる。また、額縁で基板を取り囲むことで、基板縁部付近の電位を均一にできる。額縁が基板縁部に適当に接することが好適であり、これにより電位を好適に均一化できる。上記の実施の形態では、額縁と基板の隙間を覆うように額縁カバーが設けられ、額縁カバーが基板縁部に接する。さらに、本発明では額縁を持ち上げるので、基板上面に電位を付与するために額縁を設けた場合でも、クランプ機構と額縁との干渉を防ぎ、クランプによる位置決めを好適に行うことができる。
【０６９５】
より具体的には、上記の実施の形態で説明したようにリフト機構が設けられてよい。リフト機構は、額縁に対応する位置に配置された複数の額縁保持部材と、基板に対応する位置に配置された複数の基板保持部材とを有してよく、複数の額縁保持部材及び複数の基板保持部材を連動して昇降させてよい。そして、リフト機構は、額縁保持部材を上昇させて額縁を持ち上げることにより、基板の挿入及びクランプ体の挿入のための挿入口を額縁とトレイ本体の間に形成してよい。更に、リフト機構は、基板保持部材を上昇させてトレイの基板搭載高さよりも上であって挿入口に応じた高さである基板保持高さへ基板保持部材を突出させてよい。基板は、挿入口を通して挿入可能になり、基板保持高さで基板保持部材に保持される。クランプ体も挿入口を通して干渉無しに挿入可能である。
【０６９６】
このような構成により、挿入口の形成のために額縁を適切に持ち上げることができる。また、位置決め時にトレイから離れた上方の位置に基板を適切に保持することができる。したがって上述した本発明の利点が好適に得られる。更に、額縁保持部材と基板保持部材を共通のリフト機構に設けることにより構成を簡単にできる。
【０６９７】
また、本発明によれば、額縁が、基板を取り囲む額縁本体と、額縁本体から下方に延びる額縁脚部とを有してよい。額縁脚部の下面が基板の下面より下方に位置してよい。額縁保持部材が額縁脚部に対応する位置に配置されてよく、額縁脚部を支持することにより、基板保持部材による基板保持高さよりも上に額縁本体を位置させて、挿入口を形成してよい。この構成により、基板保持部材と額縁保持部材が同時に同じ距離だけ上昇した場合でも、基板保持高さより高い位置へ額縁本体を持ち上げることができ、額縁本体とトレイ本体の間に基板及びクランプの挿入口を好適に形成できる。したがって、リフト機構の構成を簡単にできる。
【０６９８】
また、本発明によれば、基板搭載装置が、額縁保持部材の高さを調節する額縁保持高さ調節機構と、基板保持部材の高さを調節する基板保持高さ調節機構とを有してよい。額縁保持部材の高さと基板保持部材の高さは独立して調節されてよい。この構成により、額縁保持部材の高さ及び基板保持部材の高さを調節でき、額縁と基板の位置関係を好適に調節できる。
【０６９９】
また、本発明によれば、トレイ保持機構が設けられてよい。トレイ保持機構は、トレイ本体に対応する位置に配置されたトレイ保持部材を有してよく、トレイ保持部材を昇降させてよい。リフト機構が額縁を持ち上げるときにトレイ保持機構がトレイ保持部材を下降させてトレイ本体に当接させ、トレイ本体の上昇を防いでよい。この構成により、額縁上昇に伴ってトレイ本体が上昇するのを防ぎ、トレイと基板の同時クランプによる位置決めを好適に行える。
【０７００】
また、本発明によれば、トレイ本体が、額縁よりも外側に突出する突出縁部を有してよく、突出縁部の上面がトレイ保持部材の当接面であってよく、突出縁部の下面がトレイを搬送する搬送ロボットの支持面であってよい。この構成により、トレイ本体の突出縁部を、基板搭載時のトレイ保持と搭載完了後のトレイ搬送の両方に用いることができる。これら２つの機能を簡素な構成で実現できる。
【０７０１】
また、本発明によれば、額縁ドロップ機構が設けられてよい。額縁ドロップ機構は、額縁に対応する位置に配置された額縁ドロップ部材を有してよく、額縁ドロップ部材を昇降させてよい。額縁リフト解除時に額縁ドロップ機構が額縁ドロップ部材を下降させて額縁を押圧させてよい。この構成により、基板及びクランプとの干渉防止のために持ち上げられた額縁を、基板を取り囲む位置へ確実に戻すことができる。
【０７０２】
また、本発明では、基板が、半導体製造用のマスクでよい。また、基板が四角形でよい。従来は円形基板の位置決め機構が一般的に用いられているが、四角形のマスクの位置決めには適用できない。本発明によれば四角形のマスクの位置決めを好適に行える。ただし、本発明の範囲内で、基板はマスクに限定されず、ウエハでもよい。また、基板形状も四角形に限定されず、円形でもよい。図１４４は、基板形状が円形である場合の基板搭載装置の例を示している。円形基板は例えばウエハである。図示のように、基板に合わせてトレイ形状も円形に変更されている。基板及びトレイの形状変更に適合するための変更を除き、図１４４の基板搭載装置２０１は上述の実施の形態と概ね同様の構成を有してよい。図１４４の基板搭載装置２０１は、上述した本発明の各種構成、すなわちステージ、リフト機構、クランプ機構、トレイ保持機構、ドロップ機構等を同様に備えてよい。横方向から見た構成（断面の構成を含む）も上述した四角形基板についての実施の形態と概ね同様でよい。
【０７０３】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０７０４】
以上のように、本発明は、トレイに対して基板を高精度に位置決めできる基板搭載技術として有用である。
【０７０５】
（実施形態２９）
試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた検査方法及び装置
本発明の検査装置及び検査方法における試料観察方法及び装置の例について説明する。
【０７０６】
［第１の観点］
第１の観点は、異物の観察に関し、特に、異物を検査する技術に関する。
【０７０７】
本発明の目的は、試料表面の異物を、高速かつ確実に検出することができる電子線検査方法及び電子線検査装置を提供することにある。
【０７０８】
本発明に係る電子線検査方法は、試料表面に所定の照射領域を有する撮像電子ビームを照射し、反射した電子を検出器により検出することにより、前記試料表面及び前記試料表面上の異物の画像を取得する電子線検査方法であって、帯電用電子ビームの照射により前記異物を帯電させ、前記異物周辺に前記試料表面とは異なる電位分布を形成する異物帯電ステップと、前記撮像電子ビームの照射により前記異物から反射され、前記電位分布の作用により曲がった軌道を通って前記検出器に到達する前記電子を検出し、前記試料表面の倍率よりも前記異物の倍率が増大されている前記異物の拡大像を取得する拡大像取得ステップと、を有する。
【０７０９】
これにより、所定の照射領域を有する電子ビームを用いて電子線検査を行うので、広い面積を高速で検査できる。また、異物が周囲の試料表面よりも拡大された拡大像を取得できるので、確実に異物を検出することができる。
【０７１０】
また、本発明において、前記異物帯電ステップは、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物を負極性にチャージアップさせてよく、前記拡大像取得ステップは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以下としてよく、前記異物の直前で反射するミラー電子を検出して前記異物の前記拡大像を取得してよい。
【０７１１】
これにより、低ランディングエネルギー帯で発生し易いミラー電子を用いて、異物の拡大像を確実に検出することができる。
【０７１２】
また、本発明において、前記異物帯電ステップは、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物の電位の絶対値を上げてよい。
【０７１３】
これにより、背景となる試料表面と異物との電位差を大きくし、異物の拡大像のコントラストを高くし、電子線検査を容易にすることができる。
【０７１４】
また、本発明において、前記帯電用電子ビームのランディングエネルギーは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーよりも大きくてよい。
【０７１５】
これにより、高いランディングエネルギーの帯電用電子ビームの照射により、異物の負電位の絶対値を高くすることができる。したがって、撮像電子ビームの照射時にミラー電子を発生し易くすることができる。
【０７１６】
また、本発明において、前記帯電用電子ビームのランディングエネルギーは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーよりも小さくてよい。
【０７１７】
この構成は、適切な撮像電子ビームのランディングエネルギーが既知の場合に適している。上記構成により、撮像電子ビームを用いて異物の拡大像を取得するときに、異物表面の電位シフトが大きくなることを防ぐことができる。したがって、確実に拡大像を検出することができる。
【０７１８】
また、本発明において、前記帯電用電子ビームと前記撮像電子ビームとでは、ランディングエネルギーが等しく、ドーズ量が異なってよい。
【０７１９】
これにより、電子ビームのランディングエネルギーを変化させることなく、ドーズ量により異物の帯電を制御することができる。したがって、容易な制御でもって異物の拡大像を検出できる。
【０７２０】
また、本発明の方法は、前記撮像電子ビームを前記試料表面に対して非垂直に入射させてよい。
【０７２１】
これにより、撮像電子ビームの入射角度を適切に調整し、より解像度の高い異物の拡大像を取得することができる。
【０７２２】
また、本発明において、前記拡大像取得ステップは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以上とし、前記異物から放出されて反射した二次放出電子を検出し、前記異物の拡大像を取得してよい。
【０７２３】
これにより、異物から二次放出電子を発生させ、二次放出電子に基づいて異物の拡大像を取得し、電子線検査を行うことができる。
【０７２４】
また、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーは、前記試料表面から反射される電子が総てミラー電子となる最高ランディングエネルギー以上であり、前記試料表面から反射される電子が総て二次放出電子となる最低ランディングエネルギーに５ｅＶを加えた値以下のランディングエネルギーであってよい。
【０７２５】
言い換えれば、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦（ＬＥＢ＋５ｅＶ）に設定されてよい。ここで、ＬＥＡは、前記試料表面から反射される電子が総てミラー電子となる最高ランディングエネルギーであり、ＬＥＢは、前記試料表面から反射される電子が総て二次放出電子となる最低ランディングエネルギーである。
【０７２６】
これにより、異物と周囲の試料表面との階調差が大きいランデシィングエネルギー帯を用いて電子線検査を行うことができる。したがって、コントラストの大きい画像取得により電子線検査を容易かつ確実に行うことができる。ここで、階調は画像の輝度を表し、階調差は輝度差を表す。
【０７２７】
また、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーは、前記試料表面から反射される電子がミラー電子と二次放出電子との混合又は二次放出電子のみであるランディングエネルギー帯の中であって、かつ、前記異物から反射される電子がミラー電子と二次放出電子の混合であるランディングエネルギー帯の中であって、かつ、前記試料表面の像と前記異物の拡大像との階調差が最大となるランディングエネルギーに設定されてよい。
【０７２８】
これにより、周囲の背景と異物との最も階調差が大きくなる。したがって、異物を検出し易い状態で、異物の検出を行うことができる。
【０７２９】
本発明に係る電子線検査装置は、試料を載置するステージと、所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する１次光学系と、前記試料から反射された電子を検出する検出器を有し、前記試料の所定の視野領域の画像を取得する２次光学系と、を備え、前記１次光学系は、帯電用電子ビームの照射により前記異物を帯電させて前記異物の電位分布を試料表面と異ならせ、次に撮像電子ビームを前記試料に照射し、前記２次光学系は、前記異物から反射され、前記電位分布の作用を受けて曲がった軌道を通って前記検出器に到達する電子を検出し、前記試料表面の倍率よりも前記異物の倍率が増大されている前記異物の拡大像を取得する。
【０７３０】
これにより、所定の大きさの照射領域を有する電子ビームにより、試料表面全体を高速に検査することができる。また、異物の像を周囲の像よりも拡大し、異物の検出を確実に行うことができる。
【０７３１】
また、本発明において、前記１次光学系は、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物をチャージアップさせ、次にランディングエネルギーが１０ｅＶ以下の前記撮像電子ビームを前記試料に照射してよく、前記２次光学系は、前記異物の直前で反射したミラー電子を前記検出器により検出し、前記異物の拡大像を取得してよい。
【０７３２】
これにより、低ランディングエネルギーを用いて、異物を、ミラー電子が発生し易い状態にできる。ミラー電子を用いることにより、異物の拡大像を取得し易くなる。したがって、異物の検出をより確実にすることができる。
【０７３３】
また、本発明では、前記ステージ上に、ファラデーカップ、基準試料チップ及びＥＢ−ＣＣＤの少なくとも１つが載置されてよい。
【０７３４】
これにより、電子ビームのプロファイルを直接的に検出することができ、電子ビームの調整を適切に行うことができる。
【０７３５】
また、本発明において、前記ステージ上には、基準試料チップが載置されてよく、前記基準試料チップは、円形状、十字形状又は矩形状のいずれかの形状パターンを有してよい。
【０７３６】
これにより、ミラー電子が好適に発生するように電子ビームのビームプロファイルの調整を行うことができる。ミラー電子は異物の拡大像の検出に適しており、上記構成はミラー電子を適切に発生させることができる。
【０７３７】
また、本発明において、前記１次光学系は、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以上にしてよく、前記２次光学系は、前記異物から放出されて前記検出器に到達する二次放出電子を検出して、前記異物の拡大像を取得してよい。
【０７３８】
これにより、異物から二次放出電子を発生させることによっても、異物の検出を行うことができる。
【０７３９】
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャと交換可能なＥＢ−ＣＣＤを有してよい。
【０７４０】
これにより、２次光学系を通過する２次電子ビームについて、直接的にプロファイルを測定できる。したがって、適切な調整を行うことができる。
【０７４１】
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャは、前記ミラー電子の強度中心がアパーチャ中心位置に一致するように配置されてよい。
【０７４２】
これにより、ＮＡアパーチャの位置を適切に配置して、ミラー電子信号を良好に検出できるとともに、二次放出電子の検出量を相対的に小さくできる。したがって、高コントラストの画像を取得することができる。
【０７４３】
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャ形状は、前記ミラー電子の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であってよい。
【０７４４】
これにより、ミラー電子の強度分布に合わせた楕円形状のアパーチャが用いられる。したがって、より多くのミラー電子信号を検出することができ、高コントラストの画像を取得することができる。
【０７４５】
また、本発明において、前記２次光学系は、複数のアパーチャを有するＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャは、前記複数のアパーチャが前記ミラー電子の強度中心の周辺に位置するように配置されてよい。
【０７４６】
ここでは、ＮＡアパーチャが、アパーチャ部材であり、複数のアパーチャが、アパーチャ部材に設けられた複数の開口である。上記構成により、ミラー電子の散乱方向に合わせてアパーチャの配置を行うことができる。そして、用途や性質に応じた適切なミラー電子の検出を行うことができる。
【０７４７】
また、本発明において、前記２次光学系は、複数のアパーチャを有するＮＡアパーチャを備えてよく、該ＮＡアパーチャは、前記複数のアパーチャのうちのいずれかが前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されてよい。
【０７４８】
ここでは、ＮＡアパーチャが、アパーチャ部材であり、複数のアパーチャが、アパーチャ部材に設けられた複数の開口である。上記構成により、散乱方向に特徴のある異物に対して有効な検査を行うことができる。異物の分類に役立つ検査を行うことも可能となる。
【０７４９】
また、本発明において、前記２次光学系は、前記ＮＡアパーチャを移動させる移動機構を更に備えてよい。
【０７５０】
これにより、ＮＡアパーチャの位置調整を、移動機構を用いて容易に行うことができる。
【０７５１】
また、本発明において、前記１次光学系及び前記２次光学系は、前記試料上に散布されたサイズが既知の微小球体を用いて感度校正が行われた光学系であってよい。
【０７５２】
これにより、高精度の感度校正を行うことができる。したがって、良好な条件で画像取得を行うことができる。
【０７５３】
また、本発明の電子線検査装置は、前記ステージを収容するチャンバと、該チャンバに備えられたＳＥＭ式検査装置とを有してよく、前記検出器が取得した前記異物の拡大像の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させ、前記ＳＥＭ式検査装置で前記異物を詳細検査してよい。
【０７５４】
これにより、迅速かつ高精度に異物のレビュー検査を行うことができ、異物検査を高速かつ高精度に行うことができる。
【０７５５】
「発明の効果」
以上に説明したように、本発明によれば、異物検査を迅速に行うことができるとともに、異物の検出を確実かつ容易に行うことができる。
【０７５６】
「発明の実施の形態」
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
【０７５７】
図１４５Ａは、本実施の形態に係る電子線検査方法によって得られる画像を示している。図１４５を参照して本発明の概略的な原理を説明する。
【０７５８】
図１４５Ａは、本実施の形態に係る写像投影法により得られた異物１０の画像８０を示している。異物サイズは４０〔ｎｍ〕である。図１４５Ａの画像において、異物１０の大きさは、ピクセルサイズ２×２〔μｍ〕の領域をおおよそ満たす程度である。ここで、ピクセルサイズとは、検出器の１画素に対応する試料上の実際のサイズである。ピクセルサイズは、観察可能な試料のサイズの最小単位のことを意味する。従って、図１４５Ａにおいては、実際の異物サイズは４０〔ｎｍ〕であるにも関わらず、表示された画像８０は、２×２〔μｍ〕の大きさに近い程度に拡大されている。このことは、ピクセルサイズが例えば１〔μｍ〕、１．５〔μｍ〕程度の大きさであっても、４０〔ｎｍ〕程度の異物１０を発見できることを意味する。
【０７５９】
図１４５Ａにおいて、撮像用の電子ビームのランディングエネルギーは、１〔ｅＶ〕である。ピクセルサイズは１００〔ｎｍ〕である。従来、異物の実際のサイズが４０〔ｎｍ〕である場合には、ピクセルサイズが４０〔ｎｍ〕より小さいことが必要とされる。これに対して、本実施の形態は、光学倍率よりも拡大された異物１０の拡大像を取得することができる。
【０７６０】
図１４５Ｂは、従来のＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）型の異物検査装置で得られる異物１０の画像２８０を示している。異物サイズは４０〔ｎｍ〕である。図１４５Ｂにおいて、ピクセルサイズは、図１４５Ａと同様に２×２〔μｍ〕である。しかし、図１４５Ａと比較して、図１４５Ｂでは、異物１０の画像のサイズが相当に小さくなっていることが分かる。
【０７６１】
このように、本実施の形態に係る電子線検査方法は、従来のＳＥＭ方式と比較して、異物１０のサイズが大幅に増大した画像を取得できる。つまり、異物１０からの検出信号が、光学倍率よりも拡大される。超微小サイズの異物に対しても高い感度を実現できる。更に、それだけでなく、実際の異物よりも大きなピクセルサイズを用いて異物を検出することができる。
【０７６２】
図１４５Ｃは、試料２０上に異物１０が存在している状態を示した側面図である。図１４５Ｃにおいて、異物１０の表面は球面状である。そのため、表面から反射される電子は、垂直な軌道を通らず、広がるように軌道を変える。これは以下の理由による。異物１０が球面の表面形状を有するので、異物１０の電位分布は、試料表面２１とは異なる状態にある。そのため、マクロ的に試料表面２１を見ると、異物１０の存在する部分の電位分布が歪んでいる。そのために電子の軌道が変わる。この点、詳細は後述する。
【０７６３】
図１４６Ａ及び図１４６Ｂは、比較のため、従来の電子線検査方法を示している。図１４６Ａは、従来の光方式による電子線検査方法を示している。光方式においては、いわゆる暗視野・散乱方式により異物１０が検出される。すなわち、試料２０の試料表面２１に光、レーザが照射され、散乱光が検出器１７０により検出される。ところが、従来の光方式では、異物１０のサイズが５０〜１００〔ｎｍ〕以下の超微小な異物や、有機物の付着等については、検出感度が低下する。そのため、適用が困難となってきた。感度低下の大きな要因は、光の波長よりも異物１０が小さくなり、Ｓ／Ｎが低下することであると考えられる。
【０７６４】
図１４６Ｂは、従来のＳＥＭ方式による電子線検査方法を示している。ＳＥＭ方式では、電子ビームを絞ってピクセルサイズを小さくすることにより、超微小なパターン欠陥２２等を検出できる。例えば、対象異物サイズよりも小さいピクセルサイズを用いることができるので、高分解能で異物１０の検査を行うことができる。しかし、ピクセルサイズが小さいため、検査時間が膨大となり、現実的な時間での検査が困難であり、実用的ではない。
【０７６５】
このように、従来は、超微小サイズ５０〜１００〔ｎｍ〕以下の異物の検査について、高感度、高速及び高スループットを実現する異物検査方法及び異物検査装置が存在しなかった。
【０７６６】
図１４７Ａ及び図１４７Ｂは、異物検査方法により取得される異物１０の拡大像８０と、拡大像の断面階調の一例を示している。ここで、階調は、画像の輝度を表し、階調差は輝度差である。階調が大きいほど輝度も大きい。図１４７Ａが、拡大像８０の一例であり、より詳細には、中央の白領域が異物１０の拡大像８１であり、黒領域が、試料２０の表面像８２を示している。ここで、異物サイズ（直径）は４０〔ｎｍ〕であり、光学倍率は３００倍である。このとき、従来の異物検査方法によれば、異物１０の像のサイズは、４０〔ｎｍ〕×光学倍率３００＝１２〔μｍ〕である。図１４７Ａの本実施の形態では、異物１０の拡大像８１のサイズは、１９０〔μｍ〕となる。また、検出器のピクセルサイズは、１５〔μｍ〕である。
【０７６７】
図１４７Ｂは、ピクセル位置における断面階調を示している。横軸がピクセル位置座標であり、縦軸が断面階調である。図１４７Ｂにおいて、三角形マーク（△）は、山形状（凸形状）の部分を示している。この部分は、階調が高くなっている領域であり、図１４７Ａの白い拡大像８１の部分に対応する。つまり、画像８０上の拡大像８１の横幅（三角形マーク△）は、１９０〔μｍ〕である。
【０７６８】
ここで、検出器６５のピクセルサイズが１５〔μｍ〕である。そのため、従来の方法によれば、異物サイズは画像８０上では１２〔μｍ〕で表示される。よって、異物１０の画像は、１ピクセル以下の信号となってしまう。１ピクセルでは、異物１０を正確に表現することはできない。
【０７６９】
一方、本実施の形態に係る異物検査方法によれば、異物１０の拡大像８１は、ピクセル数＝１２．７の像として検出可能である。よって、更に低倍率の大きなピクセルサイズで撮像可能である。大きなピクセルサイズで撮像が可能であれば、試料表面２１全体を高速で検査することが可能となる。したがって、高速かつ高スループットの異物検査が可能となる。例えば、異物サイズ１０〜３０〔ｎｍ〕のとき、ピクセルサイズが１００〜１０００〔ｎｍ〕でよい。このように異物サイズより大きいピクセルサイズの使用が可能となり、高速の異物検査が可能となる。
【０７７０】
本実施の形態に係る電子線検査方法に適用される電子線検査装置は、写像投影方式の電子線コラム（１次光学系）を有している。ＳＥＭ方式では、電子ビームが絞られる。電子ビームのスポットサイズが、１ピクセル分のピクセルサイズとなる。一方、写像投影方式においては、電子ビームが、複数ピクセルを含む所定の面積領域を有する。このような電子ビームが試料２０に照射される。検出器は、複数ピクセルに対応する電子を同時に検出する。複数ピクセル分の像が形成され、画像信号として取得される。このように、写像投影光学系は、電子を試料表面２１に照射する電子照射系と、試料表面２１から反射された電子の像を拡大倍率にて形成する光学系と、検出器７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置系とを有している。
【０７７１】
図１４８Ａは、試料に照射される電子ビームのランディングエネルギーと、試料から放出される電子との関係を示している。より詳細には、図１４８Ａは、ランディングエネルギーを変化させながら電子ビームを試料２０に照射したときの、二次放出電子の発生量を示している。
【０７７２】
図１４８Ａにおいて、横軸はランディングエネルギーＬＥ〔ｋｅＶ〕を示し、縦軸は、入射電子の量に対する二次放出電子の発生量の比を示している。
【０７７３】
図１４８Ａにおいて、二次放出電子発生量が１より大きい場合は、打ち込まれる電子量よりも、放出される電子量の方が多い。したがって、試料は正に帯電する。図１４８Ａにおいては、正帯電領域は、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以上、１．５〔ｋｅＶ〕以下の領域である。
【０７７４】
逆に、二次電子放出量が１より小さい領域では、試料２０に打ち込まれる電子量の方が、試料２０から放出される電子量よりも多い。したがって、試料２０は負帯電となる。図１４８Ａにおいては、負帯電領域は、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以下の領域と、ランディングエネルギーＬＥが１．５〔ｋｅＶ〕以上の領域である。
【０７７５】
図１４８Ｂは、ミラー電子を示している。図１４８Ｂにおいて、試料表面２１上に異物１０が存在し、異物１０が負極性に帯電している。一定条件下で電子ビームが試料２０に照射されると、電子ビームの電子は異物１０に衝突せず、直前で向きを変えて反射する。このように、照射対象と衝突せず、直前で跳ね返ってくる電子を、ミラー電子という。照射される電子がミラー電子になるか否かは、異物１０の電位分布（電荷状態）と、異物１０に照射される電子ビームのランデシィングエネルギーとに依存する。例えば、異物１０が負極性にチャージアップした状態にあり、かつ、ランディングエネルギーがあまり高くなければ、電子ビームは、異物１０が有する負電界に跳ね返され、異物１０に衝突せずに反射し、ミラー電子になる。
【０７７６】
図１４８Ｃは、二次放出電子を示している。図１４８Ｃにおいては、電子ビームが試料２０に照射され、試料表面２１に衝突し、その結果、試料から二次放出電子が放出されている。異物１０においても同様であり、電子ビームが異物１０に衝突し、異物１０から二次放出電子が放出される。
【０７７７】
本実施の形態に係る電子線検査方法は、ミラー電子及び二次放出電子を用いて試料表面２１上に存在する異物１０を検出する。
【０７７８】
図１４９Ａ及び図１４９Ｂは、試料２０及び異物１０に照射される電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、試料２０から反射される電子の信号強度／平均階調との関係の例を示している。ここで、「反射する」とは、電子ビームの照射により、試料２０又は異物１０から、電子ビームと略反対向きの電子が返ってくることを意味する。したがって、「反射する」は、試料２０又は異物１０に衝突せずに反射する電子と、試料２０又は異物１０に衝突してから放出されて反射する二次放出電子の双方を含む。さらに、「放出する」、「生成する」も同様である。
【０７７９】
図１４９Ａは、照射される電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、反射する電子の信号強度／平均階調との関係の一例である。図１４９Ａにおいて、横軸が電子ビームのランディングエネルギーＬＥを示し、縦軸が信号強度／平均階調を示している。平均階調は、画像の輝度を表しており、信号強度と対応する。図１４９は、ランディングエネルギーＬＥが０[ｅＶ]付近の特性であり、図１４８よりも遙かに低いエネルギ帯の特性を示している。図１４９Ａにおいて、ランディングエネルギーＬＥ＝１０〔ｅＶ〕以下の領域が、ミラー電子による信号（白）が取得される領域である。一方、ランディングエネルギーＬＥ＝１０〔ｅＶ〕以上の領域が、二次放出電子による信号（黒）が取得される領域である。ミラー電子の領域においては、ランディングエネルギーＬＥが下がる程、信号強度が増加していることが分かる。
【０７８０】
図１４９Ｂは、図１４９Ａと異なる例を示しており、図１４９Ｂも、照射される電子ビームのランディングエネルギーと、反射する電子の信号強度／平均階調との関係を示す。図１４９Ｂにおいては、ランディングエネルギーＬＥ＝５〔ｅＶ〕以下の領域が、ミラー電子による信号（白）が取得される領域であり、ランディングエネルギーＬＥ＝５〔ｅＶ〕以上の領域が、二次放出電子による信号（黒）が取得される領域である。
【０７８１】
図１４９Ｂの特性線は、図１４９Ａの特性線とは、ミラー電子の信号と二次放出電子の信号の境界のランディングエネルギーＬＥが５〔ｅＶ〕である点で異なっている。ミラー電子と二次放出電子とのランディングエネルギーＬＥの境界は、試料２０の特性や電子ビームのプロファイル等によって変化し、種々の値を取り得る。以後、本実施の形態に係る電子線検査方法及び電子線検査装置においては、図１４９Ａの例（境界のランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕である例）について説明する。しかし、本発明が、これに限定される訳ではない。図１４９Ｂに示したように、本発明は、境界のランディングエネルギーが１０〔ｅＶ〕以下の場合にも適用されてよく、例えば境界のランディングエネルギーが５〔ｅＶ〕でよい。
【０７８２】
また、図１４９Ａ及び図１４９Ｂにおいて、ランディングエネルギーが境界以下の領域は、本発明の遷移領域に相当し、ミラー電子と２次放出電子が混在する。また、ランディングエネルギーが境界以上の領域が、本発明の２次放出電子領域に相当する。上述したように、境界ランディングエネルギーは、図１４９Ａの例では１０［ｅＶ］であり、図１４９Ｂの例では５［ｅＶ］である。
【０７８３】
図１５０は、試料２０の試料表面２１に異物１０が存在する状態を示す。図示のように、電子ビームの照射によって、電子が発生する。ランディングエネルギーＬＥ≦１０〔ｅＶ〕のときには、異物１０が負にチャージアップする。異物１０に電子ビームが入射すると、電子ビームの電子が、ミラー電子ｍｅとなる。したがって、電子は、異物１０の衝突することなく反射して検出器７０に到達する。一方、異物１０の存在しない正常部位（試料表面２１）では、１次電子ビームの照射により二次放出電子ｓｅが発生する。
【０７８４】
ここで、「二次放出電子ｓｅ」とは、二次電子、反射電子、後方散乱電子のいずれかを意味する。それらが混在する場合も、「二次放出電子ｓｅ」に該当する。
【０７８５】
このような二次放出電子に関しては、通常、放出率ηが小さい。特に、ランディングエネルギーＬＥが約５０〔ｅＶ〕以下の場合には、放出率η＜１．０である。ランディングエネルギーＬＥが０に近付くほど放出率が低下し、ランディングエネルギーＬＥ＝０では放出率がほぼ０になる。
【０７８６】
また、電子の放出角度も分布を持っている。例えば、二次電子は、コサイン則に従って分布する。そのため、検出器７０に到達する電子の透過率は、写像光学投影系では数％以下である。
【０７８７】
一方、ミラー電子ｍｅは、入射電子が異物１０に衝突する手前で反射することにより生じる。ミラー電子ｍｅは、入射した１次電子ビームの角度とほぼ対称な角度で、異物１０から反射して２次系のレンズ系へ入射する。したがって、散乱や放射分布が小さく、ミラー電子ｍｅは、ほぼ１００％の透過率で検出器７０に到達する。
【０７８８】
図１５１Ａは、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以下のときに取得される試料表面２１上の異物１０の画像８０を示し、図１５１Ｂは、画像８０の階調値を示している。
【０７８９】
図１５１Ａを参照すると、試料表面２１及び異物１０の画像では、異物１０の拡大像８１が、白領域で示され、試料表面２１の表面像８２が、黒領域で示されている。この場合、ミラー電子ｍｅが得られた部位では、輝度（階調）が非常に高い。
【０７９０】
図１５１Ｂは、検出器７０の画像８０上の方向断面位置と、階調値との関係の一例である。ｙ方向の範囲には、異物１０の拡大像８１が含まれる。図１５１Ｂに示すように、例えば、ミラー電子ｍｅが得られていない部位に比べて、ミラー電子部分の階調は、３倍程度高くなる。したがって、高輝度及び高Ｓ／Ｎを実現できる。
【０７９１】
図１５１Ｂの例では、ミラー電子ｍｅが得られている部位が、得られていない部位と比べて、３倍程度高い階調値ＤＮを示している。しかし、階調値の関係は、条件等により異なる。ミラー電子部分の階調値は、２〜１０倍程度の値を取り得る。
【０７９２】
図１５２は、異物１０への電子ビームの照射によって、異物１０からミラー電子ｍｅが発生した状態を示している。異物１０の形状により、ミラー電子ｍｅの反射点のずれやチャージアップ電圧の不均一性が生じる。そのため、ミラー電子ｍｅは、軌道及びエネルギに弱いずれを生じる。その結果、ミラー電子ｍｅが２次系のレンズ、ビームフィルタ等を通過すると、信号領域のサイズが大きくなる。
【０７９３】
図１５２においては、異物１０の表面電位の影響により、ミラー電子ｍｅの反射方向が、放射状に広がる。その結果、検出器１０に到達した異物１０の信号においては、信号サイズが電子光学系の光学倍率よりも拡大される。拡大率は、例えば５〜５０倍である。
【０７９４】
例えば、光学倍率１００倍の２次系があるとする。異物１０からの二次電子については、検出器７０での信号サイズは、理想的な計算によれば、１００倍×０．１〔μｍ〕＝１０〔μｍ〕である。
【０７９５】
一方、異物１０のミラー電子ｍｅの信号サイズは、例えば、３０倍に拡大される。したがって、検出器７０に入射する信号のサイズは、３００〔μｍ〕になる。この現象は、単純に１００〔ｎｍ〕（０．１〔μｍ〕）を３００〔μｍ〕に拡大する拡大光学系と等価である。すなわち３０００倍の拡大光学系が達成される。このことは、異物１０より大きなピクセルサイズを使用可能であることを意味する。異物１０が１００〔ｎｍ〕であれば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕より大きくてよい。３００〜１０００〔ｎｍ〕のピクセルサイズを用いることが可能となる。
【０７９６】
対象異物よりも大きなピクセルサイズを用いることにより、試料２０の試料表面２１の大きな領域を一度に検査できる。したがって、高速検査の点で大変効果的である。例えば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕の場合に比べて、ピクセルサイズ３００〔ｎｍ〕の検査速度は、９倍にできる。ピクセルサイズ５００〔ｎｍ〕では、検査速度を２５倍にできる。つまり、従来は一つの検査に２５時間掛かっていたとすると、本実施の形態では検査が１時間で済む。これに対して、ＳＥＭ方式は、異物サイズより小さいピクセルサイズで撮像を行わなければならない。これは、ＳＥＭ方式は高精度な形状画像を形成して、正常部との画像比較により異物を検出する方式だからである。
【０７９７】
このように、写像投影光学系は、ミラー電子ｍｅと二次放出電子ｓｅとの輝度差（コントラスト）を大きくできるだけでなく、高速化をも実現することができる。
【０７９８】
また、ランディングエネルギーＬＥ≦１０〔ｅＶ〕の場合、プレチャージを好適に使用可能である。プレチャージは、撮像前に帯電用電子ビームを照射することによって実現される。
【０７９９】
プレチャージは、異物１０のチャージアップ電圧を高くするために行われてよい。又は、プレチャージは、撮像時の異物１０の電位変化を小さくするために行われてよい。本異物検査方法では、帯電用ビームのランディングエネルギーＬＥ１により、チャージアップ電圧の変動量が制御される。例えば、種々のサイズ、種々の容量を有する異物１０が存在する。この場合に、あるチャージアップ電圧以下に帯電した異物１０が、ミラー電子を用いることにより検出される。又、周囲の試料電圧とチャージアップ電圧の差異により、ミラー電子の軌道が適切になり、これにより、ミラー電子の透過率が高い状態を形成できる。この点について後述にて詳細に説明する。
【０８００】
次に、プレチャージの方法について説明する。プレチャージには、３つの方法がある。
【０８０１】
〔プレチャージ−１〕
図１５３Ａ及び図１５３Ｂは、第１のプレチャージモード（プレチャージ−１）を説明するための図である。ここでは、帯電用電子ビームのランデシィングエネルギーをＬＥ１、撮像電子ビームのランディングエネルギーをＬＥ２とする。プレチャージ−１は、ランディングエネルギーをＬＥ２＜ＬＥ１に設定し、これにより、ミラー電子を発生し易くする。
【０８０２】
図１５３Ａでは、試料表面２１上に異物１０が存在しており、ランディングエネルギーＬＥ１の帯電用電子ビームが照射され、これによりプレチャージが行われる。プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１は撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも大きい。これにより、異物１０のチャージアップ電圧が大きくなり、撮像時に電子がミラー電子になり易くなる。つまり、異物１０の負電位の絶対値を大きくすることにより、異物１０の手前にチャージアップによる電界分布の反射点が形成される。したがって、入射する撮像電子ビームは、異物１０に衝突する前にミラー電子ｍｅとなって反射する。
【０８０３】
図１５３Ｂでは、試料表面２１の異物１０に、撮像電子ビームが照射された状態を示している。図１５３Ｂにおいて、異物１０は、負にチャージアップされ、負電圧の電位分布を有している。撮像電子ビームは上記のようにランディングエネルギーＬＥ２を有する。入射電子は、異物１０の表面電位の作用を受けて、異物１０の衝突することなく、手前でミラー電子ｍｅとなり反射する。一方、試料表面２１からは、二次放出電子ｓｅが放出される。
【０８０４】
このように、図１５３Ａ及び図１５３Ｂに示した構成によれば、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１が撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも大きく設定される。これにより、異物１０に照射された撮像電子ビームからミラー電子ｍｅが好適に生成され、異物１０の拡大像８１を取得することができる。
【０８０５】
〔プレチャージ−２〕
図１５４は、第２のプレチャージモード（プレチャージ−２）について説明するための図である。プレチャージ−２では、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１よりも撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２が大きく設定される。本異物検査方法においては、撮像時に適切な電位変動を起こしながら、撮像を行うことができる。
【０８０６】
図１５４において、横軸は、電子ビームのランディングエネルギーであり、縦軸は、異物１０の表面電位を示している。帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１は、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも小さい。異物１０の表面電位は、ＬＥ１とＬＥ２との間で変化する。電位差ΔＶは図示のように小さい。
【０８０７】
図１５４のプレチャージ−２は、撮像に適切な撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２が予め分かっている場合に適している。単純に適切なランディングエネルギーＬＥ２の撮像電子ビームで撮像を行うと、撮像中に異物１０の表面電位が変動してしまい、正確な拡大像８１が得られない可能性がある。このような事態がプレチャージ−２におり回避される。プレチャージ−２の構成は、プリチャージにより異物１０の表面電位を制御して、最適点の近くの値まで持って行く。これにより、撮像時には、異物１０の表面電位の電位変化△Ｖを小さできる。
【０８０８】
〔プレチャージ−３〕
図１５５は、第３のプレチャージモード（プレチャージ−３）について説明するための図である。プレチャージ−３では、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１が、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２と等しく設定される。そして、帯電用電子ビームと撮像電子ビームでは、ドーズ量を異ならせる。図１５５において、横軸はドーズ量であり、縦軸は異物１０の表面電位を示している。
【０８０９】
プレチャージ−３は、異物１０のチャージアップ電圧を安定させ、安定した撮像及び感度を実現するために有効である。図１５５においては、ドーズ量の変化により、異物１０の表面電位が変動する。必要なドーズ量に近いドーズＤ１を与えるように、プレチャージが行われる。その後、ドーズＤ２が与えられて、撮像が行われる。このような構成が効果的であり、これにより、ドーズＤ２の撮像中における異物表面の電位変動ΔＶを小さく抑えることができる。したがって、安定した像質（形状、フォーカス等）を実現できる。
【０８１０】
図１５３〜図１５５の３種のプレチャージにおいて、プレチャージの帯電用電子ビームのビーム源は、撮像電子ビームのビーム源と同一でよく、上記のプレチャージを行うようにビーム源の条件が制御されてよい。また、プレチャージ用のプレチャージユニットが、独立して設けられてよい。これにより、スループットを向上させることができる。
【０８１１】
プレチャージユニットは、例えば、ＬａＢ６、Ｗフィラメント、ホローカソード、カーボンナノチューブ等で構成されたカソードを用いてよい。プレチャージユニットは、電子ビームを引き出すためのウェルネルトや、引き出し電極、照射領域を制御するためのレンズを用いてもよい。プレチャージユニットのビームサイズは、コラム系で通常照射されるビームサイズと同等か、多少大きめでよい。電子ビームのランディングエネルギーは、カソードと試料との電圧差で決まる。例えば、試料２０に負電圧−３０００〔Ｖ〕印加されているとする。また、電子ビームのランディングエネルギーが１０〔ｅＶ〕に設定されたとする。この場合、カソード電圧−３０１０〔Ｖ〕がカソードに印加されて、電子ビームが生成される。
【０８１２】
「別の検査方法（ＬＥ＞１０〔ｅＶ〕の場合）」
図１５６は、電子ビームのランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕より大きいときの、検出器７０で取得された画像８０ａを示している。図１５６において、異物１０の拡大像８１ａは、黒信号で表され、試料２０の表面像８２ａは、白信号で表されている。
【０８１３】
図１５７Ａ〜図１５７Ｃは、撮像電子ビームの照射により、異物１０から二次放出電子ｓｅが放出される様子を示している。
【０８１４】
図１５７Ａは、異物１０がチャージアップし、異物１０と周囲の試料表面２１との電位差が大きくなっている状態における、二次放出電子ｓｅの挙動を示している。図１５７Ａでは、異物１０が負にチャージアップしており、異物１０からの二次放出電子ｓｅの軌道が曲がっている。そのため、透過率（検出器７０に到達する電子の割合）が極端に低下する。その結果、観察像では、異物部分の輝度が、周囲に比べ低下する。つまり、異物１０は、黒信号として検出される。
【０８１５】
図１５７Ｂは、異物１０と周囲の試料表面２１の電位差が小さい状態における、二次放出電子ｓｅの挙動を示している。図１５７Ｂでは、異物１０と周囲の電位差が小さいので、異物１０からも試料表面２１からも略同様に電子が発生する。そのため、異物１０が周囲と区別し難い。つまり、取得された画像からは、異物１０を検出し難い。このような事態を回避することが望まれる。そこで、異物１０から二次放出電子ｓｅを検出する場合であっても、異物１０を帯電用電子ビームの照射によりチャージアップさせることが好適である。チャージアップ後に撮像電子ビームすることにより、前述のように異物１０の検出が容易になる。
【０８１６】
図１５７Ｃは、正帯電領域における二次放出電子ｓｅの挙動を示している。正帯電領域においては、二次放出電子ｓｅが、一旦異物１０に引き寄せられ、それから上に上昇する軌道を辿る。図示のように、異物１０の電位分布による影響を受けて、二次放出電子ｓｅの軌道が曲がり、検出器７０に到達する電子数が低下する。この現象は、図１５７Ａと同様である。したがって、正帯電の場合にも、同様の現象が観察され、異物１０の拡大像８１ａは、黒信号の像として得られる。
【０８１７】
また、本実施の形態に係る異物検査方法及び異物検査装置においては、スループットをより高くするために、電子線写像投影方式が用いられている。写像光学系を用いることにより、試料表面２１からの二次放出電子ｓｅ又はミラー電子ｍｅを用いて、高速及び高スループットにて、ウエハ、マスク等の異物検出を行うことが可能になり、例えば試料洗浄後の異物検出が好適に行われる。上述したように、異物１０からの検出信号が光学倍率よりも拡大されるので、大きなピクセルサイズで超微小の異物１０の信号を得ることができ、これにより高速、高スループットが実現される。
【０８１８】
例えば、異物信号のサイズを、実サイズの５〜５０倍に拡大できる。検出対象の異物サイズの３倍以上のピクセルサイズを適用することができる。このことは、特に、サイズが５０〜１００〔ｎｍ〕以下の異物１０に対して有効である。このサイズの異物１０は、光方式では検出が困難である。また、ＳＥＭ方式は、異物サイズより小さいピクセルサイズを用いる必要がある。そのため、小さい異物を検出しようとすると、スループットが著しく低下する。本実施の形態に係る電子線検査方法によれば、プロセス途中のウエハ上の異物１０を、写像投影方式を用いることにより高速に検出できる。また、拡大像８１、８１ａを得ることにより、確実に異物１０を検出することができる。
【０８１９】
「電子検査装置」
図１５８は、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。上述においては、異物検査方法の原理的な部分について主に説明した。ここでは、上述の異物検査方法を実行するのに適用される異物検査装置について説明する。従って、上述のすべての異物検査方法は、下記の異物検査装置に適用することができる。
【０８２０】
電子線検査装置の検査対象は試料２０である。試料２０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなる試料２０の表面上の異物１０の存在を検出する。異物１０は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物１０の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。電子線検査装置は、ＳＥＭ方式装置でもよく、写像投影式装置でもよい。この例では、写像投影式検査装置に本発明が適用される。
【０８２１】
写像投影方式の電子線検査装置は、電子ビームを生成する１次光学系４０と、試料２０と、試料を設置するステージ３０と、試料からの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系６０と、それらの電子を検出する検出器７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置９０（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡１１０と、レビュー用のＳＥＭ１２０とを備える。検出器７０は、本発明では２次光学系６０に含まれてよい。また、画像処理装置９０は本発明の画像処理部に含まれてよい。
【０８２２】
１次光学系４０は、電子ビームを生成し、試料２０に向けて照射する構成である。１次光学系４０は、電子銃４１と、レンズ４２、４５と、アパーチャ４３、４４と、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、レンズ４７、４９、５０と、アパーチャ４８とを有する。電子銃４１により電子ビームが生成される。レンズ４２、４５及びアパーチャ４３、４４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ４６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ４６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料２０の方に向かう。レンズ４７、４９、５０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。
【０８２３】
１次光学系４０は、電子ビームを試料２０へ照射する。前述したように、１次光学系４０は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像電子ビームの双方の照射を行う。実験結果では、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５〜２０〔ｅＶ〕である。
【０８２４】
この点に関し、異物１０と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップ電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２の相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物１０の上方の位置（検出器７０により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。本発明は、このＬＥ１とＬＥ２との差異が望ましくは５〜２０〔ｅＶ〕であることを見い出した。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０〜４０〔ｅＶ〕であり、更に好ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。
【０８２５】
また、写像投影光学系の１次光学系４０では、Ｅ×Ｂフィルタ４６が特に重要である。Ｅ×Ｂフィルタ４６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、試料２０に対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ４６の条件を設定可能である。更に感度を増大するためには、例えば、試料２０に対する１次系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５〜１０度であり、好ましくは０．１〜３度程度である。
【０８２６】
図１５９では、試料表面２１上に存在する異物１０に対して１次系電子ビームが照射されている。電子ビームの傾き角は、θである。角度θは例えば、±０．０５〜１０°の範囲であってよく、また好ましくは、±０．１〜±３°の範囲であってよい。
【０８２７】
このように、異物１０に対して所定の角度θの傾きを持って電子ビームを照射させることにより、異物１０からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次系光軸中心から外れない条件を形成することができ、したがって、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物１０をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。
【０８２８】
図１５８に戻る。ステージ３０は、試料２０を載置する手段であり、ｘ−ｙの水平方向及びθ方向に移動可能である。また、ステージ３０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ３０の表面には、静電チャック等の試料固定機構が備えられていてもよい。
【０８２９】
ステージ３０上には試料２０があり、試料２０の上に異物１０がある。１次系光学系４０は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０〔ｅＶ〕で試料表面２１に電子ビームを照射する。異物１０がチャージアップされ、１次光学系４０の入射電子が異物１０に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系６０により検出器７０に導かれる。このとき、二次放出電子は、試料表面２１から広がった方向に放出される。そのため、２次放出電子の透過率は、低い値であり、例えば、０．５〜４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物１０で形成される。したがって、異物１０の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の二次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。
【０８３０】
また、ミラー電子の像は、前述したように、光学倍率よりも大きい倍率で拡大される。拡大率は５〜５０倍に及ぶ。典型的な条件では、拡大率が２０〜３０倍であることが多い。このとき、ピクセルサイズが異物サイズの３倍以上であっても、異物を検出可能である。したがって、高速・高スループットで実現できる。
【０８３１】
例えば、異物１０のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、ピクセルサイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像及び検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式等に比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。
【０８３２】
２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く手段である。２次光学系６０は、レンズ６１、６３と、ＮＡアパーチャ６２と、アライナ６４と、検出器７０とを有する。電子は、試料２０から反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、アパーチャ４８、レンズ４７及びＥ×Ｂフィルタ４６を再度通過する。そして、電子は２次光学系６０に導かれる。２次光学系６０においては、レンズ６１、ＮＡアパーチャ６２、レンズ６３を通過して電子が集められる。電子はアライナ６４で整えられて、検出器７０に検出される。
【０８３３】
ＮＡアパーチャ６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物１０からの信号(ミラー電子等)と周囲(正常部)の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物１０からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。
【０８３４】
例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ６２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。
【０８３５】
例えば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度がほぼ３°である。この場合、ミラー電子の軌道が通過できる程度のＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。例えば、適当なサイズはφ２５０〔μｍ〕である。ＮＡア
パーチャ（径φ２５０〔μｍ〕）に制限されるために、２次放出電子の透過率は低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。例えば、アパーチャ径をφ２０００からφ２５０〔μｍ〕にすると、バックグランド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。
【０８３６】
異物１０は、任意の種類の材料で構成されてよく、例えば半導体、絶縁物、金属等でよい。図１６０Ａ及び図１６０Ｂは、試料表面２１上にある金属材料の異物１０ａを示している。図１６０Ｂは、金属材料の異物１０ａの拡大図である。図１６０Ｂにおいて、異物１０ａは、金属又は半導体等でよく、又はそれらが混在してもよい。図示のように、異物表面に自然酸化膜１１等が形成されるので、異物１０は絶縁材料で覆われる。よって、異物１０の材料が金属であっても、酸化膜１１にてチャージアップが発生する。このチャージアップが本発明に好適に利用される。
【０８３７】
図１５８に戻る。検出器７０は、２次光学系６０により導かれた電子を検出する手段である。検出器７０は、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７０には、種々の二次元型センサを適用することができる。例えば、検出器７０には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）及びＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤが適用されてよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するＴＤＩに伝達される。こうして電子が検出される。
【０８３８】
ここでは、検出器７０にＥＢ−ＴＤＩを適用した例について説明する。ＥＢ−ＴＤＩは、光電変換機構・光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物１０の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ−ＴＤＩを用いると、小さい異物１０の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２〜２倍に達する。
【０８３９】
また、ＥＢ−ＴＤＩの他に、ＥＢ−ＣＣＤが備えられてよい。ＥＢ−ＴＤＩとＥＢ−ＣＣＤが交換可能であり、任意に切り替えられてよい。このような構成を用いることも有効である。例えば、図１６１に示すような使用方法が適用される。
【０８４０】
図１６１は、ＥＢ−ＴＤＩ７２と、ＥＢ−ＣＣＤ７１を切り替え可能な検出器７０を示す。２つのセンサは用途に応じて交換可能であり、両方のセンサを使うことができる。
【０８４１】
図１６１において、検出器７０は、真空容器７５に設置されたＥＢ−ＣＣＤ７１及びＥＢ−ＴＤＩ７２を備える。ＥＢ−ＣＣＤ７１及びＥＢ−ＴＤＩ７２は、電子ビームを受け取る電子センサである。電子ビームｅは検出面に直接に入射される。この構成においては、ＥＢ−ＣＣＤ７１は、電子ビームの光軸調整を行うために使用され、また、画像撮像条件の調整と最適化を行うために使用される。一方、ＥＢ−ＴＤＩ７２を使用する場合には、ＥＢ−ＣＣＤ７１が移動機構Ｍによって光軸から離れた位置に移動される。それから、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用することにより求められた条件を使用し、又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ７２により撮像が行われる。画像を用いて、評価又は測定が行われる。なお、移動機構Ｍは、ＥＢ−ＣＣＤ７１を移動させる方向（Ｘ方向）だけでなく、３軸（例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向）に移動可能に構成し、ＥＢ−ＣＣＤ７１の中心を電子光学系の光軸中心に対して微調整できるように構成してもよい。
【０８４２】
この検出器７０においては、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用することにより求められた電子光学条件を用いて又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ７２による半導体ウエハの異物検出を行うことができる。
【０８４３】
ＥＢ−ＴＤＩ７２による異物検査の後に、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用してレビュー撮像が行われてよく、異物種や異物サイズ等の欠陥評価が行われてよい。ＥＢ−ＣＣＤ７１では、画像の積算が可能である。積算によりノイズを低減可能である。したがって、高いＳ／Ｎで欠陥検出部位のレビュー撮像を行うことが可能である。更に、ＥＢ−ＴＤＩ７２の画素に比べてＥＢ−ＣＣＤ７１の画素が小さいことが有効である。つまり、写像投影光学系で拡大された信号のサイズに対して、撮像素子のピクセル数を多くすることができる。したがって、より高い分解能を有する画像を得ることができる。この画像は、検査や欠陥の種類等の分類・判定のために用いられる。
【０８４４】
ＥＢ−ＴＤＩ７２は、画素を二次元的に配列した構成を有し、例えば矩形形状を有している。これにより、ＥＢ−ＴＤＩ１７２は、電子ビームｅを直接受け取って電子像を形成可能である。画素サイズは、例えば１２〜１６〔μｍ〕である。一方、ＥＢ−ＣＣＤ７１の画素サイズは、例えば６〜８〔μｍ〕である。
【０８４５】
また、ＥＢ−ＴＤＩ７２は、パッケージの形に形成される。パッケージ自体が、フィードスルーＦＴの役目を果たす。パッケージのピン７３は、大気側にてカメラ７４に接続される。
【０８４６】
図１６１に示す構成は、種々の欠点を解消できる。解消される欠点は、ＦＯＰ、ハーメチック用の光学ガラス、光学レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等である。
【０８４７】
図１６２Ａ及び図１６２Ｂは、電子ビーム軌道の条件を効率よく決定する方法に関する説明図であり、この方法は、ミラー電子像を得るときに有効である。電子ビーム軌道の条件は、１次光学系４０、２次光学系６０のレンズ４２、４５、４７、４９、５０、６１、６３のレンズ条件及びアライナ６４のアライナ条件である。
【０８４８】
図１６２Ａは、シリコン基板の試料２０の試料表面２１上に、ポリシリコン層２３及び二酸化ケイ素膜２４の積層構造が設けられた構成を示している。積層構造の切れ目に凹溝２５が形成されている。図１６２Ｂでは、シリコン基板の試料２０の試料表面２１上に、二酸化ケイ素層２４ａが形成されている。層の切れ目には、凹溝２５ａが形成されている。
【０８４９】
図１６２Ａは、ミラー電子ｍｅの信号強度の分布図ｍｅｓを示している。ミラー電子ｍｅが発生する領域にランディングエネルギーが設定されると、入射電子の軌道が曲がりやすくなり、パターンのエッジ部２６にてミラー電子ｍｅの発生が起こりやすくなり、凹溝２５のエッジ部２６の信号強度が高くなる。
【０８５０】
図１６２Ｂは、電子ビームＥＢが入射し、ミラー電子ｍｅが反射する軌道を示している。電子は、試料２０に入射し、一方のエッジ部２６ａで反射して略水平に進み、凹溝２５ａの反対側に移動し、反対側のエッジ部２６ａで反射して上昇する。こうして、凹溝２５ａのエッジ部でミラー電子が発生し易くなっている。
【０８５１】
このような現象は、特に、凹状の対称構造で顕著である。対称構造は、例えば、ファラデーカップや十字溝構造等である。このとき、エッジ部２６、２６ａで発生するミラー電子の対称性が画像の解像度に影響する。画像において両エッジの階調差が±５％以下になるように、階調の対称性を達成することが望まれる。階調は画像の輝度であり、階調差は輝度差である。このような対称性が得られるようにレンズ条件及びアライナ条件を調整すると、ミラー電子でのレンズ及びアライナ条件を最適化できる。そして、解像度の良いミラー電子像を実現することが可能となる。この調整方法を用いない場合に比べて、Ｓ／Ｎを１０〜３０％向上でき、かつ調整時間を１０〜５０％程度短縮可能となる。
【０８５２】
図１６３は、ファラデーカップ３１を示した側断面図である。ファラデーカップ３１は、導体の開口３２と、カップ状の金属電極３３を備える。ファラデーカップ３１は、開口３２を通過した電子量を、電流計３４により測定する。開口３２は、例えば、直径３０〔μｍ〕程度の大きさであってよい。ファラデーカップ３１は凹溝形状を有するので、上述したようにエッジ部でミラー電子が発生し易い。したがって、調整を行うのにファラデーカップ３１を役立てることができる。
【０８５３】
次に、本発明に係る異物検査方法を、図１５８の異物検査装置に適用する例について説明する。
【０８５４】
前出の図１４８Ａは、“２次電子イールド”−“ランディングエネルギーＬＥ”の相関を示している。この相関は、ＬＥ＞１０〔ｅＶ〕の電子ビームを使用して異物１０を検出するメカニズムを示している。異物１０に照射されるランディングエネルギーＬＥに応じて、二次電子放出率が異なる。そのため、負帯電状態と正帯電状態が形成される。例えば、絶縁物がＳｉＯ２である場合、下記の帯電状態が見られる。
５０〔ｅＶ〕≧ＬＥ：負帯電
５０＜ＬＥ≦１５００〔ｅＶ〕：正帯電
１５００〔ｅＶ〕＜ＬＥ：負帯電
【０８５５】
いずれの場合も、異物１０がチャージアップして、異物とその周囲の電位が異なる値になり、異物周辺の電位分布がひずんだ状態になる。この歪んだ電界が、異物１０からの二次電子の軌道を大きく曲げ、透過率を低下させる。従って、異物から検出器に到達する電子の数が、異物の周囲と比較して極端に少なくなる。よって、異物の輝度が周囲より小さく(黒信号)なり、高いコントラストで異物１０を検出することが可能となる。異物の黒信号のサイズは、光学倍率よりも拡大される。５〜２０倍の拡大された異物の信号を捕らえることが可能である。この現象と検出は、上記の３つのエネルギ領域で同様に実現可能である。
【０８５６】
次に、電子ビームを用いた写像投影方式の電子線コラム系の例を示す。試料２０は、ウエハ、露光用マスク、記録メディア等でよい。ウエハの場合、８〜１２インチのシリコンウエハに、ＬＳＩ製造途中の回路パターンが形成されてよい。又は、ウエハにはパターンが無くてもよい。ウエハは、成膜された後のパターンがない状態にあってもよい。また、ウエハは、成膜後、研磨やＣＭＰ等の平坦化処理された状態でもよい。また、ウエハは、成膜等の処理がなされる前の状態のＳｉ基板などでもよい。
【０８５７】
この試料２０は、ｘ、ｙ、θの制御ステージ３０に設置されている。電子ビームは電子銃４１から出射される。レンズ４２、アパーチャ４３、４４、４重極レンズ４５、Ｅ×Ｂフィルタ４６等によりビーム照射領域と照射エネルギが制御されて、試料表面に電子ビームが照射される。例えば、ビーム径が、φ３００［μｍ］（又は、２７０×８０〔μｍ〕程度の楕円）である。写像光学系は、試料表面２１からの放出電子の像を、拡大倍率５０〜５００倍にて、検出器７０に結像する。試料２０には負の電圧が印加されている。１次光学系４０の第一レンズ５０主面の電位は、正である。従って、試料２０近傍では、正の電界が形成されている。例えば、正電界は、１〜３〔ｋＶ／ｍｍ〕であってよい。検出器７０は、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）、蛍光板、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）、ＴＤＩで構成されている（内部構成は例えば図２１９参照）。ＭＣＰが検出電子量の増倍を行い、蛍光板が電子を光信号に変換する。この２次元の光信号が、ＦＯＰにより伝達されて、ＴＤＩセンサにて像が形成され、信号が検出される。ＴＤＩを用いる場合、試料を連続的に移動しながら、２次元画像信号が取得される。したがって、画像信号取得を高速で行うことができる。画像処理機構が、ＴＤＩからの信号を処理し、電子像形成及び異物検出、異物分類判別を行う。
【０８５８】
このような電子線コラム系を用いて、試料２０上の異物１０の検査を行う例を述べる。試料２０に照射される１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥが、２〔ｅＶ〕に設定される。ランディングエネルギーＬＥは、１次光学系４０の電子銃４１のカソード電圧と試料の電圧(印加電圧)との差である。この電子ビームの照射により、異物１０がチャージアップする。そして、異物１０に照射されるビームだけが、ミラー電子となる。ミラー電子は、２次光学系６０によって検出器７０に導かれる。異物１０のない正常部では、ビーム照射による２次放出電子が検出器７０に導かれる。２次放出電子は、２次電子、反射電子又は後方散乱電子である。これら電子が混在してもよい。
【０８５９】
ここで、ＬＥが０に近いほど、２次放出電子の放出率ηが低下する。更に、表面からの放出方向は、発散分布を示す（例えば、２次電子の分布は、コサイン則に従う）。そのため、２次光学系６０にて検出器７０に到達する２次放出電子についての設計計算を行った場合、２次放出電子の到達率が、数％程度になる。このように、ミラー電子の到達率が高く、周囲部位の電子の到達率及び放出率が低い。そのため、相対的に大きな電子数の比、つまり輝度の差が発生する。したがって、大きなコントラスト及びＳ／Ｎを得ることが可能となる。例えば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕であり、異物１０の径がφ＝２０〔ｎｍ〕である場合に、Ｓ／Ｎが５〜１０になる。通常、Ｓ／Ｎ≧３で、検出及び検査が十分に可能である。したがって、本発明によれば、上記例のようなごく微小の異物１０の検査を、異物サイズより大きなピクセルサイズにて実現することが可能となる。
【０８６０】
上述した装置系で、プレチャージの帯電用電子ビームを用いた例について説明する。
【０８６１】
ＬＥ１は、プレチャージの帯電用電子ビームのランディングエネルギーであり、ＬＥ２は、撮像及び検査時の電子ビームのランディングエネルギーである。ＬＥ１＝１４〔ｅＶ〕、ＬＥ２＝１〔ｅＶ〕の条件にて、絶縁物の異物１０を効率よく検査できる。Ｓｉ、ＳｉＯ２膜、金属膜、ＳＯＩ、ガラスマスク等の面上の異物１０を検査可能である。この工程では、検査領域全面に、ＬＥ１＝１４〔ｅＶ〕で、帯電用電子ビームが照射される。次に、ＬＥ２＝１〔ｅＶ〕で、撮像電子ビームが照射されて、異物１０の撮像及び検査が行われる。この工程の実施は、プレチャージ効果がどの程度の時間維持できるかに依存する。通常、除電処理等を施さなければ、１０〜３０時間程度、場合によっては１５０時間以上、プレチャージ効果を維持可能である。
【０８６２】
この様なプレチャージを行った場合、プレチャージを行わない場合と比較して、ミラー電子形成の効果を大きくできる。そして、Ｓ／Ｎを３〜１０倍程度向上することが可能である。
【０８６３】
ランディングエネルギーが、ＬＥ≦1０〔ｅＶ〕であって、特に、ＬＥ≦０〔ｅＶ〕の領域にある場合、正常部でミラー電子が形成され得る。この条件が設定されたとしても、本発明は、異物１０からのミラー電子が検出器７０に到達して、正常部のミラー電子が検知器７０に到達しない状況を形成することができ、異物１０の検査を高いＳ／Ｎで行うことが可能である。より詳細には、試料表面２１が平坦であり、電子ビームがほぼ垂直に入射される。正常部の入射ビームは、試料表面２１で減速される。そのため、電子の軌道が曲がり、２次光学系６０の中心から外れる。結果として、この現象が、正常部から検出器７０に導かれる電子数を低下させる。一方、異物１０からのミラー電子は、異物１０の曲面、または、斜面から上昇し、２次光学系６０の中心付近の軌道を通って、検出器７０に導かれる。よって、異物１０からのミラー電子信号は、高い透過率で検出器に導かれる。そして、高いＳ／Ｎを達成することが可能となる。この点について、図１６４を用いて詳細に説明する。
【０８６４】
図１６４は、異物１０及び周辺の正常部からミラー電子が出る場合のフィルタリングを説明するための図である。図１６４では、異物１０が試料２０上に存在した状態で電子ビームが照射され、異物１０及び試料表面２１の双方からミラー電子が反射している。このような場合において、本発明は、異物１０から反射されたミラー電子は検出器７０に到達し、正常部の試料表面２１からはミラー電子が検出器７０に到達しないという現象を起こす。つまり、異物１０がチャージアップし、異物と周囲の正常部（試料表面２１）との間に電位差が生じる。これにより、異物１０からのミラー電子と周囲の正常部の試料表面２１からのミラー電子とを分離することができる。
【０８６５】
例えば、図１５９において説明したように、１次電子ビームの入射角度が、垂直から少し傾けられ、中心からずらされる。これにより、ミラー電子の軌道が２次光学系６０の中心付近を通る条件を作ることが可能である。平坦な正常部では、ミラー電子の軌道がずれる。正常部からのミラー電子の軌道は、２次光学系６０の中心部からずれてしまい、その結果、検出器７０に到達する電子の数量、確率が低下する。または、正常部からのミラー電子は、２次光学系６０のコラムとの衝突によって迷走電子等になってしまう。よって、異物１０と周囲の試料表面２１との間で、検出器７０に到達する電子数量又は電子密度の差が発生する。これにより、大きな階調差、つまりコントラストを形成することが可能となる。
【０８６６】
このとき、軌道のずれに影響を与える要素は、レンズ４７、４９、５０、６１、６３の強度、フォーカスであり、また、Ｅ×Ｂフィルタ４６及びＮＡアパーチャ６２である。レンズ４７、４９、５０、６１、６３については、異物１０からのミラー電子軌道が２次光学系６０の中心を通るような条件を得るように、フォーカス及び強度が調整されている。周囲の正常部（試料表面２１）からのミラー電子と、異物１０からのミラー電子とでは、レンズ入射角度及びフォーカスが異なる。そのため、正常部からのミラー電子は、２次光学系６０の中心からずれた軌道を通ることになる。また、ＮＡアパーチャ６２は、中心からずれた軌道を通るミラー電子を遮断し、検出器７０への到達量及び到達確率を低減する。更に、ミラー電子がＥ×Ｂフィルタ４６を通過するときに、異物１０からのミラー電子が後段のＮＡアパーチャ６２及び検出器７０に到達する軌道を通るように、Ｅ×Ｂフィルタ４６が調整されている。これにより、ミラー電子はＥ×Ｂフィルタ４６の通過時に適当に調整される。異物１０からのミラー電子と周囲の正常部（試料表面２１）からのミラー電子では、Ｅ×Ｂフィルタ４６への入射角度及び軸方向（Ｚ軸方向）のエネルギが異なる。よって、正常部の試料表面２１から反射されたミラー電子は、後段のＮＡアパーチャ６２、レンズ６１、６３の中心から外れる。したがって、検出器７０に入射する確率が低下する。
【０８６７】
通常、有効に使用できるＬＥ領域は、−３０〜０〔ｅＶ〕である。但し、２次光学系６０の光軸と試料面の角度が垂直からずれている場合、ＬＥが０〔ｅＶ〕以上でもミラー電子形成がなされる場合がある。また、パターンがあるウエハなどのように表面の微小凹凸がある試料においても、ＬＥが０〔ｅＶ〕以上でもミラー電子形成がなされる場合がある。例えば、−３０〜１０〔ｅＶ〕のＬＥ領域で、この様な状況が形成される可能性がある。
【０８６８】
また、プレチャージを効果的に用いることにより、ＳＥＭにも本発明に係る電子線検査方法を適用することが可能である。例えば、ＳＥＭにおいても、以下のような条件でプレチャージを行ってから撮像及び検査を行うことにより、異物検査が可能である。
プレチャージＬＥ１：０〜３０〔ｅＶ〕
撮像ＬＥ２：−５〜２０〔ｅＶ〕
【０８６９】
例えば、プレチャージＬＥ１＝２５〔ｅＶ〕、撮像ＬＥ２＝５〔ｅＶ〕の条件で撮像が行われる。そうすると、異物（絶縁物、又は絶縁物を含む物体）がチャージアップして、表面電位が負に帯電する（例えば−７Ｖ）。次に、撮像電子ビーム（ＬＥ２＝５〔ｅＶ〕）が照射される。これにより、異物のチャージアップしている部位だけでミラー電子が形成され、検出器７０にてミラー電子が取得される。異物１０のない正常部位は、２次放出電子を生じる（２次放出電子は、二次電子、反射電子、後方散乱電子のいずれかであり、又は、これらが混在してもよい）。２次放出電子の放出率が低いので、正常部の輝度が低い。異物１０のミラー電子と正常部の２次放出電子の輝度差（コントラスト）は大きく、したがって高い感度で異物１０を検出することが可能でとなる。
【０８７０】
プレチャージを効率的に行うために、プレチャージ装置を撮像部の前に設けても良い。
【０８７１】
また、ＳＥＭ方式にてプレチャージが行われない場合は、次の欠点が考えられる。通常、ＳＥＭ式では、パターンや異物１０の画像形成及び形状認識を適切に行うために、電子ビームのスポットサイズが、検出したいパターン欠陥や異物サイズ等の対象物サイズより小さく設定される。従って、ビームのスポットサイズと異物サイズの差異に起因して、異物１０の局所的及び時間的チャージアップの電位変化が起こる。そのため、安定した信号が得られない。または、安定したミラー電子を得ることが困難となる。よって、プレチャージにより異物１０の表面電位状態を安定させ、または、異物１０のチャージアップ状態及び電位を安定させ、その後、撮像を行うことが重要である。
【０８７２】
また、従来のＳＥＭ式では、ビームスキャンが行われるので、試料２０に対するビーム入射角度が、スキャン位置に応じて大きく変化する。ミラー電子のビームが形成される場合、入射角度に応じてビームの反射角度が異なる。その結果、検出器７０に入る電子の確率が、スキャン位置に応じて大きく異なるという欠点がある。そのため、均一で精度の良い像を取得することが難しい。この欠点を克服するためには、試料に対する電子ビームの入射角度がほぼ垂直になるように、アライナ及びレンズ電圧の調整が連携して好適に行われる。
【０８７３】
このように、本発明に係る電子線検査方法は、条件を適切にすることにより、ＳＥＭ式にも適用可能である。
【０８７４】
図１６５は、本発明が適用された電子線検査装置を示す。ここでは、全体的なシステム構成の例について説明する。
【０８７５】
図１６５において、異物検査装置は、試料キャリア１９０と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードロック１６２と、トランスファーチャンバ１６１と、メインチャンバ１６０と、電子線コラム系１００と、画像処理装置９０を有する。ミニエンバイロメント１８０には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ１６１には、真空中の搬送ロボットが設けられる。常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１にロボットが配置されるので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
【０８７６】
メインチャンバ１６０には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するステージ３０が設けられ、ステージ３０の上に静電チャックが設置されている。静電チャックには試料２０そのものが設置される。または、試料２０は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。
【０８７７】
メインチャンバ１６０は、真空制御系１５０により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。
【０８７８】
また、メインチャンバ１６０には電子コラム１００が設置されている。この電子コラム１００は、１次光学系４０及び２次光学系６０のコラムと、試料２０からの２次放出電子またはミラー電子等を検出する検出器７０を備えている。検出器７０からの信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置９０で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、検査領域、異物数マップ、異物サイズ分布／マップ、異物分類、パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられている。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられている。また、メインチャンバ１６０には、光学顕微鏡１１０や、ＳＥＭ式検査装置１２０が備えられていてもよい。
【０８７９】
図１６６は、同一のメインチャンバ１６０に、写像光学式検査装置の電子コラム１００と、ＳＥＭ式検査装置１２０とを設置する場合の構成の一例を示している。図１６６に示すように、写像光学式検査装置と、ＳＥＭ式検査装置１２０が同一のチャンバ１６０に設置されていると、大変有利である。同一のステージ３０に試料２０が搭載されており、試料２０に対して、写像方式とＳＥＭ方式の両方での観察又は検査が可能となる。この構成の使用方法と利点は、以下の通りである。
【０８８０】
まず、試料２０が同一のステージ３０に搭載されているので、試料２０が写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まる。したがって、異物の検出箇所等を特定するときに、２つの検査装置が同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。
【０８８１】
上記構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とＳＥＭ式検査装置１２０が別々の装置として分離して構成される。そして、分離された別々の装置間で、試料２０が移動される。この場合、別々のステージ３０に試料２０の設置を行う必要があるので、２つの装置が試料２０のアライメントを別個に行う必要がある。また、試料２０のアライメントが別々に行われる場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。特に、パターンのない試料２０の場合には、位置基準が特定できないので、その誤差は更に大きくなる。
【０８８２】
一方、本実施の形態では、図１６６に示すように、２種類の検査において、同一のチャンバ１６０のステージ３０に試料２０が設置される。写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間でステージ３０が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能である。よって、パターンのない試料２０の場合でも、高精度で位置の特定が可能となる。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。
【０８８３】
このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、パターンの無い試料２０の異物検査が写像方式で行われる。それから、検出した異物１０の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ式検査装置１２０で行われる。正確な位置の特定ができるので、異物１０の存在の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、異物１０のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。
【０８８４】
前述したように、異物検出用の電子コラム１００と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置１２０が別々に設けられると、異物１０の特定に多くの時間を費やしてしまう。また、パターンのない試料の場合は、その困難度合いが高まる。このような問題が本実施の形態により解決される。
【０８８５】
以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式による異物１０の撮像条件を用いて、超微小な異物１０が高感度で検査される。さらに、写像光学方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０が同一チャンバ１６０に搭載される。これにより、特に、３０〔ｎｍ〕以下の超微小な異物１０の検査と、異物１０の判定及び分類を、大変効率良く、高速に行うことができる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０８８６】
次に、写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例について説明する。
【０８８７】
上述では、写像投影型検査装置が異物を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。
【０８８８】
この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。
【０８８９】
より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。
【０８９０】
上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。
【０８９１】
次に、図１６５に戻り、試料２０の搬送機構について説明する。
【０８９２】
ウエハ、マスクなどの試料２０は、ロードポートより、ミニエンバイロメント１８０中に搬送され、その中でアライメント作業がおこなわれる。試料２０は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２に搬送される。ロードロック１６２は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が、一定値（１〔Ｐａ〕程度）以下になると、トランスファーチャンバ１６１に配置された真空中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２からメインチャンバ１６０に、試料２０が搬送される。そして、ステージ３０上の静電チャック機構上に試料２０が設置される。
【０８９３】
図１６７は、メインチャンバ１６０内と、メインチャンバ１６０の上部に設置された電子コラム系１００を示している。図１５８と同様の構成要素については、図１５８と同様の参照符号を付し、その説明を省略する。
【０８９４】
試料２０は、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ３０に設置される。ステージ３０と光学顕微鏡１１０により、高精度のアライメントが行われる。そして、写像投影光学系が電子ビームを用いて試料２０の異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、試料表面２１の電位が重要である。表面電位を測定するために、真空中で測定可能な表面電位測定装置がメインチャンバ１６０に取り付けられている。この表面電位測定器が、試料２０上の２次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する２次光学系６０ａにおいてフォーカス制御が行われる。試料２０の２次元的位置のフォーカスマップが、電位分布を元に製作される。このマップを用いて、検査中のフォーカスを変更制御しながら、検査が行われる。これにより、場所による表面円電位の変化に起因する像のボケや歪みを減少でき、精度の良い安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。
【０８９５】
ここで、２次光学系６０ａが、ＮＡアパーチャ６２、検出器７０に入射する電子の検出電流を測定可能に構成され、更に、ＮＡアパーチャ６２の位置にＥＢ−ＣＣＤが設置できるように構成れている。このような構成は大変有利であり、効率的である。図１６７では、ＮＡアパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５が、開口６７、６８を有する一体の保持部材６６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ６２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ６５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系６０ａが備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ６２、ＥＢ−ＣＣＤ６５は、真空中で動作するＸ、Ｙステージ６６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ６２及びＥＢ−ＣＣＤ６５についての位置制御及び位置決めが可能である。そして、ステージ６６には開口６７、６８が設けられているので、ミラー電子及び２次放出電子がＮＡアパーチャ６２又はＥＢ−ＣＣＤ６５を通過可能である。
【０８９６】
このような構成の２次光学系６０ａの動作を説明する。まず、ＥＢ−ＣＣＤ６５が、２次電子ビームのスポット形状とその中心位置を検出する。そして、そのスポット形状が円形であって最小になるように、スティグメーター、レンズ６１、６３及びアライナ６４の電圧調整が行われる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置でのスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。
【０８９７】
また、ビームスポットの中心位置が容易に検出可能となる。そこで、ビームスポット位置に、ＮＡアパーチャ６２の孔中心を配置するように、ＮＡアパーチャ６２の位置調整が可能となる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置の調整を直接行うことができなかった。本実施の形態では、直接的にＮＡアパーチャ６２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、ＮＡアパーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。
【０８９８】
また、異物１０の検査では、異物１０からのミラー信号を効率よく取得することが重要である。ＮＡアパーチャ６２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次放出電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、ＮＡ位置では均一に広い領域（例えば、φ３〔ｍｍ〕）に到達する。したがって、２次放出電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でＮＡアパーチャ６２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の１／２０以下となる。したがって、ミラー電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に大変敏感である。ＮＡ位置でのミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にＮＡアパーチャ６２の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。
【０８９９】
このような適切な位置へのＮＡアパーチャ６２の設置を実現するために、好ましい実施の形態では、ＮＡアパーチャ６２が、電子コラム１００の真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、ｘ、ｙ方向に移動される。ＮＡアパーチャ６２を移動させながら、信号強度が計測される。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置にＮＡアパーチャ６２の中心が設置される。
【０９００】
信号強度の計測には、ＥＢ−ＣＣＤ６５が大変有利に用いられる。これにより、ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器７０に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となるからである。
【０９０１】
あるいは、ＮＡアパーチャ６２の位置と検出器７０の検出面の位置とが共役の関係を実現するように、アパーチャ配置が定められてよく、また、アパーチャと検出器の間にあるレンズ６３の条件が設定されてよい。この構成も大変有利である。これにより、ＮＡアパーチャ６２の位置のビームの像を、検出器７０の検出面に結像される。したがって、ＮＡアパーチャ６２の位置におけるビームプロファイルを、検出器７０を用いて観察することができる。
【０９０２】
また、ＮＡアパーチャ６２のＮＡサイズ（アパーチャ径）も重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なＮＡサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度である。更に、ＮＡサイズは、好ましくは、ビーム径に対して＋１０〜１００〔％〕大きいサイズである。
【０９０３】
この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。上記のアパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、異物１０のコントラストを高めることができる。
【０９０４】
更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー信号は変化せず、異物１０の階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、異物１０のコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
【０９０５】
また、ｘ、ｙ方向だけでなく、ｚ軸方向にアパーチャの位置調整を行えるように、アパーチャ等が構成されてよい。この構成も有利である。アパーチャは、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低減、及び、２次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
【０９０６】
上述のように、ミラー電子は、ＮＡサイズと形状に非常に敏感である。よって、ＮＡサイズと形状と適切に選択することは、高いＳ／Ｎを得るために大変重要である。以下、そのような適切なＮＡサイズと形状の選択を行うための構成の例を説明する。ここでは、ＮＡアパーチャ６２のアパーチャ（孔）の形状についても説明する。
【０９０７】
ここで、ＮＡパーチャ６２は、孔を有する部材（部品）である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり、孔がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャ関連の説明において、図１６８〜図１７２を参照するときは、部材（部品）とその孔を区別するため、部材をＮＡアパーチャと呼ぶ。そして、部材の孔を、アパーチャという。以下の説明において、符合６２、６２ａ〜６２ｄは、ＮＡアパーチャである。符号１６９、６９、６９ａ、６９ｂは、アパーチャ（孔）である。アパーチャ形状は、一般に、孔の形状を意味する。
【０９０８】
図１６８は、参考例であり、従来のアパーチャ１６９を示している。図１６８に示すように、従来は、円形のアパーチャ１６９が固定位置に設置されていた。よって、上述のような適切なＮＡサイズと形状の選択はできなかった。
【０９０９】
一方、本実施の形態に係る試料検査装置は、ＮＡアパーチャ６２の位置を２次元的又は３次元的に移動し、位置設定を行えるように構成されている。ＮＡアパーチャ６２の移動は、図１６７において説明したＸ−Ｙステージ６６を用いて行われてよい。そして、複数のアパーチャから適当なアパーチャが適宜選択されてよく、そして、位置決めが行われてよい。また、一つのＮＡアパーチャ６２に複数のアパーチャ孔６９が設けられてよい。そして、それらの一つを選択するためにＮＡアパーチャ６２が移動されてよい（この構成も、複数のアパーチャからの選択に相当する）。また、他の移動機構が用いられてよい。例えば、Ｘ−Ｙステージ６６の代わりに、ＮＡアパーチャ６２がリニアモータにより移動されてよい。また、回転支持部材でＮＡアパーチャ６２が支持されてよく、通常の回転式のモータがＮＡアパーチャ６２の位置移動を行ってよい。以下、ＮＡアパーチャ６２の孔の形状に関する具体例について説明する。
【０９１０】
図１６９は、アパーチャ６９の形状の一例を示している。図１６９において、アパーチャ６９は、楕円形の孔形状を有している。この孔形状は、ミラー電子信号の強度分布に合うように設定されている。この例では、アパーチャにおけるミラー電子の強度分布の測定結果において、強度分布がｙ方向に長い楕円形状である。ここで、ｙ方向とは、Ｅ×Ｂフィルタ４６で偏向される方向である。ｙ方向は、１次電子ビームの光軸の方向と一致する。つまり、ｙ方向の楕円形状の原因は、Ｅ×Ｂフィルタ４６での偏向成分であると考えられる。よって、効率よくミラー電子を捕捉するためには、ｙ方向に長軸を有するアパーチャ形状が大変有利である。これにより、従来よりもミラー電子の収率を高め、より高いＳ／Ｎ（例えば、×２以上）を得ることが可能となる。例えば、２次放出電子ビームの強度分布が、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕とする（これらの値は、半値全幅である）。楕円形のアパーチャ６９は、２次放出電子ビーム径に対して、プラス１０〜１００〔％〕の範囲で選択される。例えば、アパーチャサイズがｙ方向に１５０〔μｍ〕、ｘ方向に７５〔μｍ〕になるように、アパーチャが選択されてよい。
【０９１１】
次に、図１７０乃至図１７３を用いて、複数のアパーチャ６９を有するＮＡアパーチャ６２の構成について説明する。ここでは、ＮＡアパーチャ６２ａ〜６２ｃがアパーチャ部材であり、アパーチャ６９ａが、アパーチャ部材に設けられた開口である。
【０９１２】
図１７０は、複数のアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ａの構成の一例を示している。図１７０において、ＮＡアパーチャ６２ａは、２つの円形のアパーチャ６９ａを有する。この例では、ミラー電子の強度中心を基準に、２つの孔が±ｙ方向にずらした位置に配置される。ずれ量は、例えば、５０〔μｍ〕程度である。この構成は、異物１０から散乱された＋ｙ側と−ｙ側のミラー電子の双方を捕捉できる。したがって、この構成は、散乱したミラー電子の信号と、バックグラウンドの２次放出電子との信号量の差を大きくでき、高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。この理由を説明すると、２次放出電子の場合、散乱方向に飛散する量が少量に限られる。そのため、バックグラウンドが低減し、相対的にＳ／Ｎを向上させることができる。
【０９１３】
図１７１は、４つのアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ａの構成の一例を示している。図１７１において、４個の円形のアパーチャ６９ａが、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されている。すなわち、２つのアパーチャ６９ａがｘ軸上に配置され、２つのアパーチャ６９ａがｙ軸上に配置され、４つのアパーチャ６９ａが中心（原点）から等距離に位置している。別の言い方では、４つのアパーチャ６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されている。さらに簡単にいうと、４つのアパーチャ６９ａが菱形状に配置されている。これにより、異物１０からｘ方向とｙ方向の双方に散乱されたミラー電子が存在する場合にも、高Ｓ／Ｎで電子を取得することができる。
【０９１４】
図１７２は、４つのアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ｃを示している。図１７２の構成は、図１７１の構成と異なる一例である。図１７２においては、４個の円形のアパーチャ６９ａが、ｘｙ平面における第１象限から第４象限にそれぞれ配置されている。この例でも、４つのアパーチャ６９ａは、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されており、中心（原点）から等距離に配置されている。別の言い方では、４つのアパーチャ６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されている。このような形状のＮＡアパーチャ６２ｃにおいても、ミラー電子の信号強度が高くなる位置にアパーチャ６９ａを設けることができ、高Ｓ／Ｎの信号を取得することができる。
【０９１５】
図１７１及び図１７２に示すように、アパーチャ６９ａの数が同じであって、それらの配置が異なってよい。これにより、用途に応じた適切なＮＡアパーチャ６２ｂ、６２ｃを用いることができる。これにより、各々の用途について、高いＳ／Ｎを取得することが可能となる。
【０９１６】
図１７３は、８つのアパーチャ６９ｂを有するＮＡアパーチャ６２ｄの構成の一例を示した図である。図１７３に示すように、アパーチャ６９ｄの数は、４つよりも更に多くてもよい。図１７３に示したＮＡアパーチャ６２ｄにおいては、ミラー電子の強度中心の回りの円周上に、複数のアパーチャ６９ｂが等間隔に配置されている。この構成は、円周上のどこかのアパーチャ６９ｂの位置に特異的に強い散乱をするミラー電子がある場合に有利である。そのようなミラー電子の適切な捕捉が可能となる。
【０９１７】
また、図１７０乃至図１７３では、ミラー電子の信号の強度中心とアパーチャ６９ａ、６９ｂとの関係については、アパーチャ位置が強度中心とずれている。しかし、本発明はこれに限定されず、アパーチャ位置が強度中心と一致してよい。すなわち、一つのアパーチャ６９ａ、６９ｂが、ミラー電子強度中心と一致するように設置されてよい。この場合、他のアパーチャ６９ａ、６９ｂは、散乱したミラー電子の捕捉を行う。それらが強度中心のミラー電子とともに電子像に含まれる。このような合成像が検出器７０で得られる。このようにして、強いミラー電子と特異的に散乱されたミラー電子との合成像を取得することができる。したがって、高いＳ／Ｎを得ることができるとともに、散乱方向に特徴がある異物１０を効果的に検出できる。また、散乱方向の特徴を、異物１０の分類に役立てることも可能となる。
【０９１８】
更に、本実施の形態によれば、使用するランディングエネルギーＬＥに対して、適切な形状のアパーチャ６９、６９ａ、６９ｂを選択することもできる。この選択も大変に有利な効果を提供する。ランディングエネルギーＬＥによりミラー電子の強度分布が変化する。そこで、本実施の形態の検査装置は、使用するランディングエネルギーＬＥに応じたサイズ及び形状を有するアパーチャ６９、６９ａ、６９ｂを用いるように構成されてよい。これにより強度分布に応じてアパーチャを調整でき、大変有利である。例えば、ミラー電子が、ｙ方向に長い楕円形状の強度分布を有する場合を考える。このとき、異なった２つの条件で撮像又は検査が行われるとする。例えば、１番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第１の値すなわちＬＥ＝３〔ｅＶ〕であるとする。第２番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第２の値すなわちＬＥ＝２〔ｅＶ〕とする。ここで、ランディングエネルギーＬＥが小さくなると、ＮＡアパーチャ６２、６２ａ〜６２ｄの位置ではミラー電子強度分布が大きくなる。このような分布変化に適合するように、ＮＡアパーチャ６２、６２ａ〜６２ｄが好適に選択される。例えば、第１のランディングエネルギーが用いられるときは、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕の楕円のアパーチャ６９が選択されてよい。第２のランディングエネルギーが用いられるときは、ミラー電子強度分布が２倍程度大きく。そこで、ｙ方向に２００〔μｍ〕、ｘ方向に１００〔μｍ〕の楕円形状のアパーチャ６９が用いられてよい。このようにアパーチャを選択することにより、大変効果的にミラー電子を検出できる。
【０９１９】
また、図１６２において説明したファラデーカップ等の構成について再度説明する。これら構成は、図１６７の電子線検査装置に設置されてよい。
【０９２０】
図１７４は、図１６７のステージ３０を示している。ステージ３０上には、ファラデーカップ３１と、凹溝２５、２５ａを有する基準試料チップ２６と、ＥＢ−ＣＣＤ３７が設置されている。これにより、１次電子ビームの均一性及び照射位置を高い精度で監視（モニタ）でき、また、時間による１次電子ビームの変動を高い精度で監視できる。
【０９２１】
この点に関し、従来は、１次電子ビームを直接監視する手段がなかった。そのために、従来は、定期的に、同一試料２０上の複数の点にファラデーカップ３１が載置され、ファラデーカップ３１により電子ビーム照射の像が取得される。この像が、ビームの評価及び調整に用いられていた。しかし、従来技術では、１次光学系４０と２次光学系６０ａの変動が重畳された画像しか得られない。それら２つの光学系の要因を分離し、評価及び調整することが煩雑であり、精度も悪かった。本実施の形態は、このような問題を解決できる。
【０９２２】
また、本実施の形態によれば、１次電子ビームの電流密度分布も高精度で測定可能となる。１次光学系のレンズ４２、４５、アライナ、電子銃４１の電子放出制御系に対し、精度の良いフィードバックを行える。したがって、より均一なビームプロファイルの形成が可能となる。例えば、従来の電流密度分布の測定では、直系φ３０〔μｍ〕程度のファラデーカップが用いられる。そして、３０〔μｍ〕のピッチで、５点程度が測定される。このような測定では、ファラデーカップ３１の孔サイズによって分解能が制限される。また、一点ずつの測定が行われるので、時間が掛かる。そのため、電子ビームが照射された瞬間の分布を測定することができなかった。
【０９２３】
本実施の形態に係る異物検査装置によれば、１次電子ビームのビームプロファイルを直接的に測定できる。そして、測定結果に基づいて、１次電子ビームを適切に調整することができる。
【０９２４】
また、このような１次電子ビームの調整において、異物１０のサイズと信号強度又はＳ／Ｎとの関係を求めるために、本実施の形態は規格化されたサンプルを製作して用いてよい。このようなサンプルの使用により、大きな利点が得られる。例えば、試料の単一膜上に、サイズの分かっている規格化された微小球体が散布される。このような試料を用いて、感度校正を行うことが好適である。
【０９２５】
図１７５は、サンプル１５が散布された試料２０を示している。サンプル１５は、異物１０を模式的に代替する。そこで、異物１０に近いサイズを有し、異物１０に近い材質からなるサンプルを用いることが好ましい。例えば、サンプル１５は規格化された微小球体であり、材料はＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）である。超微粒子が用いられてもよい。試料２０は、Ｓｉ等の半導体ウエハでよい。半導体ウエハ上に膜が成膜されていてよい。試料２０は、膜が形成されたガラス基板でもよい。試料２０上の膜は、導電膜、絶縁膜のどちらであってもよい。例えば、半導体ウエハ上の膜は、ＳｉＯ２、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ等の膜でよい。また、ガラス基板上の膜は、例えば、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＢＮ、ＴａＢＯ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｏ等の膜でよい。
【０９２６】
図１７５において、サンプル１５の大きさが既知である。したがって、サンプル１５の画像を取得することにより、サンプル１５のサイズと、信号強度又はＳ／Ｎとの関係を求めることができる。
【０９２７】
図１７６は、図１７５に示されるサンプル１５の画像を取得したときに得られる測定結果を示している。図１７６は、サンプル１５と信号強度の関係の一例である。図１７６において、横軸はサンプル１５のサイズであり、縦軸は信号強度である。縦軸は、Ｓ／Ｎであってもよい。サンプル１５のサイズを種々変化させることにより、サンプルサイズに対応する信号強度が求まる。信号強度から、図１７６で示したように、グラフが作成される。これにより、異物１０のサイズと信号強度又はＳ／Ｎの関係を把握することができる。
【０９２８】
上記では、サンプル１５として微小球体が用いられる。適当な球体のサイズは、特に、１００〔ｎｍ〕以下である。つまり、φ１〜φ１００〔ｎｍ〕の微小球体が、有利に用いられる。
【０９２９】
これまで説明してきたように、本実施の形態に係る電子線検査装置及び電子線検査方法は、ナノオーダーの超微小な異物１０に対しても感度を有する。上記のような微小なサンプル１５は、微小な異物１０の検査のために特に有利に用いられる。
【０９３０】
この点に関し、従来の光式の異物検査方式では、光の波長によって分解能が制約されるため、１００〔ｎｍ〕より小さいサイズの異物１０の検出が困難であった。本実施の形態に係る電子線検査装置及び電子線検査方法によれば、十分な感度が得られ、微小な異物１０を検出することができる。
【０９３１】
次に、図１７７を参照し、ランディングエネルギーの適切な設定を実現する実施の形態について、更なる説明を行う。
【０９３２】
図１７７は、本実施の形態に係る電子線検査方法におけるビームランディングエネルギーに対する階調特性を示している。この異物検査方法は、ベタ面またはパターン面を有する試料２０に対して適用されてよい（ベタ面は、パターンが無い面である。以下同じ）。本実施の形態は、図１７７に示す特性を取得し、図１７７の特性を用いてランディングエネルギーＬＥの領域を選択することに特徴を有する。階調特性（ランディングエネルギーＬＥに対する階調値の変化）は、検出される電子の種類と関係する。以下に電子の種類を示す。
ＬＥ＜ＬＥＡ：  ミラー電子
ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ  二次放出電子とミラー電子の混在した状態
ＬＥＢ≦ＬＥ  二次放出電子
【０９３３】
ここで、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の領域にＬＥを設定することにより、高いＳ／Ｎの像を取得することが可能となり、高感度の欠陥検査及び異物検査が可能となる。この設定の理由について説明する。例えば、ＳｉやＷなどのベタ面の上に異物１０があったとする。本実施の形態では、異物１０がチャージアップしてミラー電子を形成する。このとき、バックグラウンドであるベタ面（パターンが無い面）の階調が小さいことが望まれる。Ｓ／Ｎが高くなるからである。ベタ面の階調を小さくするためには、二次放出電子領域及び混在領域のエネルギ条件が適当である。混在領域は、ミラー電子と二次放出電子が混在する領域である。混在領域は、２次放出電子領域とミラー電子領域の間にあり、遷移領域に相当する。
【０９３４】
混在領域は、図１７７のＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢである。この領域では、異物１０からはミラー電子が発生し、バックグラウンドの試料２０からは２次放出電子が発生していると考えられる。ＬＥ＜ＬＥＡのミラー電子領域では、バックグラウンドからもミラー電子が発生する。したがって、バックグラウンドの階調が高くなり、異物１０の階調とバックグランドの階調との差異が小さくなる。つまりＳ／Ｎが小さくなる。また、ＬＥＢよりもＬＥがずっと大きいエネルギ領域では、異物１０からも２次放出電子が発生してしまう。この場合も、Ｓ／Ｎが小さくなってしまう。
【０９３５】
異物１０の検出を容易にするためには、異物１０の拡大像８１と、バックグラウンドの試料表面２１の表面像８２との階調差を最も大きくすることが好ましい。階調差は、図１７７に示したランディングエネルギーＬＥに対する階調特性に依存する。また、図１７７においては、一本の特性曲線が示されている。これに対して、本実施の形態は、例えば、異物１０の特性曲線と、純粋な試料２０の特性曲線との２本の特性曲線を好適に用いる。本実施の形態は、それらの２つの特性を比較し、最も階調差が大きい範囲のランディングエネルギーＬＥを用いてよい。これにより、ランディングエネルギーを適切に定めることができる。
【０９３６】
上記に関し、異物１０の特性曲線と、試料表面２１の特性曲線との組み合わせに依存して、階調差が大きいエネルギ帯域が変化する。そこで、検査対象の特性曲線を用いてランディングエネルギーが好適に設定される。
【０９３７】
また、これまでの実験的経験により、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の領域のＬＥが、大変有利に用いられ、大きな効果が得られる。このエネルギ領域を適用する方法及び構成は、これまで説明された任意の方法及び構成に対し、可能な範囲で適用されてよい。これにより、高いＳ／Ｎを取得することが可能となり、高感度、高速の欠陥検査及び異物検査が可能となる。
【０９３８】
次に、図１７８を用いて、異物１０の検出又は検査において効率的な１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥについて更に詳細に説明する。図１７８は、１次系の電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、画像の階調との関係を示している。図１７８には、試料２０と異物１０との関係として、試料２０の階調特性と異物１０の階調特性が示されている。
【０９３９】
図１７７の説明で言及したように、ＬＥＡよりランデシィングエネルギーＬＥが小さい領域は、ミラー電子領域を示している。ミラー電子領域とは、試料２０上に異物１０の存在しない正常部からほぼ総てミラー電子のみが検出されるエネルギ領域である。
【０９４０】
また、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＢより大きい領域は、２次放出電子領域を示している。２次放出電子領域は、試料２０の正常部からほぼ総て２次電子のみが検出される領域である。２次放出電子は、既に述べたように、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を含む。
【０９４１】
また、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＡ以上ＬＥＢ以下の領域は、混在領域である。混在領域は、試料２０の正常部から、ミラー電子と２次放出電子の双方が検出される混在領域を示している。混在領域は、ミラー電子領域と２次放出電子領域の間の遷移領域である。
【０９４２】
上述のように、照射する１次系の電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕のエネルギ領域に設定されるのが好ましい。このことについて、図１７８を用いて、更に詳細に説明を行う。
【０９４３】
図１７８は、異物１０と、試料２０上の正常部との各々について、１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥに対する階調ＤＮの変化を示している。階調ＤＮ（Digital Number）は、検出器７０で検出される電子数に対応する。異物１０と試料２０との接触抵抗が高い場合、又は、異物１０が帯電した場合、異物１０は、周囲の正常部と異なる階調変化を示す。これは、異物１０の電位変化が発生し、ミラー電子が発生しやすくなるからである。発明者等の発見によれば、ＬＥＡ〜ＬＥＢの範囲が−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕である場合が、多く確認されている。そして、上述したように、正常部と比較して、異物１０は、１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥが高い状態でもミラー電子を生じさせる（ここで、ミラー電子は２次放出電子と混在してよい）。したがって、異物１０の撮像又は検査を行うときに、ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕が、使用するランディングエネルギーＬＥ領域として適している。例えば、ＬＥＡ〜ＬＥＢが−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕であるとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥ領域は、大変好ましくは、−５〔ｅＶ〕〜＋１０（＝５＋５）〔ｅＶ〕である。
【０９４４】
また、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”は、基板の材料に関わらず、総ての種類の基板に対して有効である。例えば、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”は、パターン等の形成された基板に対しても、異物が表面に存在する基板等に対しても有効である。このＬＥ範囲は、更に、基板や異物の材料を問わず有効である。例えば、ガラス基板の観察においても、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”が好適に適用される。これにより、良好な画像を得ることができる。
【０９４５】
ここで、異物１０が高いコントラストで撮像できる理由は、図１７８から明らかである。図１７８に示すように、異物１０と周囲の正常部では、輝度変化が異なる。そして、正常部と比べて、異物１０では、高ランディングエネルギーＬＥ（＝ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕）にて、ミラー電子が発生する。そのため、図示のように、異物１０と正常部の階調差ΔＤＮを大きく取ることができる。例えば、正常部の階調ＤＮが５０ＤＮであり、正常部の輝度変動（ノイズ）が３ＤＮであるとする。また、異物１０の階調ＤＮが１００ＤＮであるとする。この場合、階調差ΔＤＮ＝５０ＤＮ（＝１００ＤＮ−５０ＤＮ）である。そして、Ｓ／Ｎは、５０／３＝１６．７である。このようにして、高いＳ／Ｎ値を得ることができる。これは、まさに上述したＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕のランディングエネルギーＬＥ領域で発生する現象である。この現象を利用することによって、高いコントラストでの撮像又は検査が可能となる。他のランディングエネルギーＬＥ領域では、異物１０のみをミラー電子発生状態にすることができず、したがって、上記のように異物１０と周囲の正常部とのコントラストを高くすることもできない。よって、異物１０の検出においては、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の範囲で検出を行うことが好ましい。また、この実施例で述べてきたことに関して、図４５〜図５０に関する実施形態で述べてきた調整方法、つまり、ＮＡアパーチャ位置における２次放出電子のクロスオーバの中心位置に対してミラー電子（ミラーセンターＭＣ）とＮＡアパーチャ位置（ｘ、ｙ方向）の相対関係位置を調整・制御して決定する方法を用いる。それにより、効率的・効果的に高いコントラスト、及び欠陥のＳ／Ｎを得ることができる。
【０９４６】
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
【０９４７】
本発明は、電子線を用いて半導体ウエハ等の試料上の異物の存在の有無を検査し、又、欠陥の有無等を検査する電子線検査装置に利用することができる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０９４８】
（実施形態３０）
プラットフォーム
本発明の検査装置及び検査方法におけるプラットフォームの例について説明する。
【０９４９】
本実施形態においては、本発明の検査装置及び検査方法をマスク（ＥＵＶマスク、ＮＩＬ）用に用いた例について、上述の実施形態においてウエハ用に用いた本発明の検査装置及び検査方法と異なる部分（反転、回転ユニット、パレット搭載ユニット、除電ユニット）を中心に説明する。
【０９５０】
図１７９及び１８０を参照する。ＳＭＩＦ等のカセットにあるマスクは、大気搬送ロボットにより搬送される。マスクの表面、裏面のどちらかを検査する。また、ステージに設置する方向を選んで検査する。カセットにおいてある状態と同じであれば、反転は不要である。マスクの方向を９０度、１８０度等変えて、検査を行う場合には、回転ユニットにて方向を選んで、設置する。カセットにある方向と同じであれば、作業不要である。その後、ロボットによりパレット搭載ユニットに設置される。マスクがパレットに搭載されて、パレットごと搬送される。パレット搭載時には、位置決め機構があり、例えば、対角上の角に設置する方向を決める方向アダプタ等を用いる。これにより、ラフな方向を決める。例えば、±１〜１０ｍｒａｄ（ラジアン）である。除電ユニットは、マスクの帯電を解除するために行う。静電気や前工程のプロセスや検査において、光や電子等電気的な影響を受けることがあると、表面にチャージアップが残っている。これを解除して、いつも、均質な表面電位状態を保ち、安定した検査を行うために、大気搬送部で除電を行う。除電は、Ｘ線照射型、ＵＶ照射型、イオン照射型等が用いられる。その後、ＬＬチャンバに搬送される。ＬＬチャンバでは、真空排気され、真空状態にする。この時、スロー排気を初期に行いその後排気速度を上げることで、付着パーティクルの低減と真空形成時間の短縮化を行う。ＬＬチャンバでは、マスクのアライメント補正量を求めるため、ＣＣＤカメラが設置されている。これにより、どの程度の回転方向のズレレがあるか、測定し、ステージ上の回転ステージでの補正量を割り出す。もし、補正量を超える量であれば、再度、パレット搭載ユニットに戻して、マスクの設置をやり直す。真空搬送ロボットはトタンスファーチャンバにある。常に真空状態のチャンバに設置することにより、ロボットに付着するパーティクルを防ぐこと及びロボットからの発塵を防ぐ。ＬＬが規定の真空度になると、ゲートバルブを開にして、パレット及びマスクを真空搬送ロボットが搬送する。そして、メインチャンバにあるステージ上に設置する。ステージはＸ、Ｙ、θの３軸制御ができる。精度を保つため、θステージの回転角は小さく最大±１〜３度である。これは、プリアライメントで達成できる範囲内でよい。そのことにより、θステージの精度、剛性を高めることができる。回転角が大きいと大きなクリアランスが必要となり、角度制御精度と剛性が劣化するのである。ステージ上に設置されたパレットは静電チャックにより、設置固定される。ステージ上には、ファラデーカップ、校正試料、標準試料がある。ステージ位置検出は、ウエハの場合と同様、レーザ干渉計による位置検出と制御が行われる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜２９、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０９５１】
（実施形態３１）
本発明の検査装置及び検査方法における異物検査における別の例について説明する。
【０９５２】
（ＥＯ調整方法）
上述のパターンのＥＯ調整方法にて述べたように、異物検査に用いるＥＯ条件も、ＮＡ位置に来ているビームの分布測定を行い、また、ミラー電子の位置制御を行うことで、高感度の異物検査を実現できる。パターン検査の実施例で、ＮＡ位置でのビーム観察、及び入射角度θ、αを調整して決めることができる図１８１参照する。異物検査の場合、パターンのないベタ面の場合が多い。よって、αに対しては、あまり精度を要求しない。但し、検出欠陥の座標合わせができることが必要である。この時、ＮＡとの相関もパターン検査と同様に決めることが可能である。
【０９５３】
特に、サイズ５〜３０ｎｍの微小な異物に対する感度を上げるため、ミラー電子位置を、２次放出電子のＣＯ中心から離れた距離にすると効果的である。つまり、入射電子角度θを大きくすると効果的である。（試料から垂直軸をｚ軸、０度とする）。それは、垂直入射よりも大きな角度で入射すると、表面の電位の不均一の影響を受け易いからである。つまり、ｚ方向におけるエネルギに対する表面の電位差が影響するが、垂直入射よりも水平入射に近いほど、ｚ方向の速度成分に影響を受け易く、よって周辺の正常部の電子軌道との差が大きく出るのである。もう一つの要因は、異物のチャージアップの不均一性を発生させ易いことである。簡単に言うと、ビーム明射の影ができ易く、照射された部位とされない部位の電位差がおおきくなり、急激な電位分布変化が異物近傍で形成される、よってその影響を受け、軌道が変化し易いことが挙げられる。この様な作用により、感度が向上するのである。その概念図を図１８２に示す。サイズ５〜３０ｎｍの微小な異物の検出に高感度で検査する時は、入射角度１０〜３０度程度が効果的であることが試験結果より得られている。又、この時、正常部位からのミラー電子信号をなるべく取得しないようにする。異物からのミラーだけを取得するように、ＮＡ位置を決定する。具体的には、２次放出電子のＣＯ中心とＭＣ位置の中間にＮＡを設置する。そして、好ましくは、ＭＣ位置（ミラー電子位置）にかからない程度のぎりぎりの位置にＮＡを設置する。また、更に好ましくは、ＭＣ端部とＮＡ端部との距離が１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍがよい。これは、大きな面積の検査を行うと、いろんな要因により、ＭＣ位置の変動が起こることがあるので、そのような時に安定して、高Ｓ／Ｎで異物検出を達成するために、上述の距離を保つことが重要である。また、ＭＣの方向はどの方向でもよいが、その方向に信号が出易い。つまり、球状の異物である場合、その方向に楕円信号として得られる。これは、信号が拡大されて得られることを意味している。つまり、異物サイズよりも大きなサイズで信号が得られるため、異物よりも大きなＰｘサイズでの検査が可能となる。これは、特に微小な異物検査のスループットに大変有効である。例えば、異物サイズ１０ｎｍのとき、本発明では、１００ｎｍＰｘにても検出が可能である。それは、１０ｎｍＰｘを使用する場合に比べて、×１００倍のスループット差が生じるのである。本発明では、およそ、検出したい最小異物サイズの×５〜５０倍のＰｘサイズを用いることが可能である。また、特に、難しい超微小異物：５〜３０ｎｍサイズの場合、×２〜×１０を用いると有効である。これは、ＳＥＭ式では、異物検出の場合、異物の１／３〜１／１０のＰｘサイズが必要になるため、本発明との差は、Ｐｘサイズだけでも、×６〜×１００の差異が生じ、膨大なスループットの差がある。また、光式では、１／２波長サイズほど度の異物検出が限界であるため、もはや、本発明で対象としている微小異物の検出はできない。
【０９５４】
また、方向に関しては、Ｙ方向、又はＸ方向にＭＣとＮＡを設置するとｘ、ｙ軸に対して対称てきな信号をえられ、斜めでは、非対称になる。これらは、対象の試料や異物により、感度の高いほうを選んで使い分けを行う。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３０、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０９５５】
（実施形態３２）
本実施形態においては、本発明の検査装置及び検査方法に用いるＮＡ（ニューメリカルアパーチャ）の例について説明する。
【０９５６】
（ＮＡ形状）
パターン検査および異物検査においては、通常よく用いられる円形の穴のＮＡに比べ、図１８３及び図１８４に示すような系所のＮＡを用いるとより効果的である。高いコントラスト、Ｓ／Ｎ、および電子量を得られ、感度向上、スループット増大ができる。
【０９５７】
パターン検査では、ｙ方向とｘ方向で縦横パターンのコントラストが異なる場合がある。そのようなときに十字穴形状を用いると縦のコントラストが強い電子信号と横のコントラストの強い電子信号の情報を合成することができ、高いコントラストで電子量を増加でき、高いＳ／Ｎを得ることができる。
【０９５８】
スリットでは、より縦信号の情報を強く取得する、または横方向の情報を多く取得する等の方向による特徴を有する電子情報を取得するときに有効である。パターンの場合では、例えば、Ｅ×Ｂ等によりｘとｙ方向のクロスオーバ点（ＣＯｘ、ＣＯｙ）がｚ方向にずれることがある。そのようなときに、ｘ方向のＣＯｘにｙ方向に長い穴が開いているスリットを用いて、ｙ方向の電子情報の量と収差の規定を行い、ｙ方向のＣＯｙにｘ方向に長い穴のスリットを用いて、ｘ方向の電子情報の量と収差を規定する。このようにして、電子量と収差の制御を行い、高いコントラストおよびＳ／Ｎが得られ、また、電子量を増加できるので、円形穴に比べ感度向上、スループット向上ができる。
【０９５９】
上記のＮＡにより、感度向上×１．４〜×５、電子量増加×１．５〜×１０が可能となり大変有効である。
【０９６０】
また、図１８４に示すＮＡ形状は、特に、異物検査のときに有効である。凹局部を有する形状Ａとスリット型である。異物検査のときに、ミラー電子にかからない位置にＮＡを設置することが有効であるが、そのミラー電子の強度が高いＭＣ位置に近い位置に設置すると高い異物信号のＳ／Ｎが得られる場合がある。そのとき、図１８４に示すようなＮＡを用いると大変有効である。円形穴では、凸形状穴であるので、ＭＣ付近の電子情報が多く取得できないこと、および、ＭＣの位置変動があるとすぐにその影響を受けやすい問題がある。その問題を解決する方法として、図１８４に示す形状がある。スリットおよび凹曲部を有する形状であれば、ＭＣに近づけることが容易で、ＭＣ付近の電子情報を多く得ることができる。また、ＭＣ位置の変動に対しても、ＭＣ形状に沿った凹曲形状、または、スリット（線状）の穴形状が、ＭＣに接近する側にあるので、ＭＣ位置の変動に対しても、その影響を受けない距離に設置しても。凸形状穴の円形よりも多くの周辺電子情報を得ることができる。これは、異物のミラー電子信号と周囲正常部位の２次放出電子信号の混在した電子情報の中で、異物だけがミラー電子で輝度が高くなることを利用している。このとき、ＭＣの電子情報が混入すると、ミラー電子が画像全域に加わるので、異物と周囲との諧調差(輝度差、電子量差も同じ意味）が低下し、Ｓ／Ｎが低下するのである。
【０９６１】
図１８４の下方に示すのは、そのような状態を示した概念図で、ＭＣとＮＡ設置状態の例を示している。ＭＣは通常、円形である、このとき、各ＮＡがＭＣ端部から同じ距離Ｌ１に穴端部がくるように設置する。また、穴の幅、直径(Ｌ２)は同じとする。このとき、円形状に比べ、凹曲型とスリット型は面積が大きいことおよびＭＣに近い位置での面積が大きい事により、ＭＣに近い電子信号の取得が可能となる。
【０９６２】
また、図１８５及び図１８６は、ＭＣとＮＡを設置する位置関係の例である。このような設置の位置関係を用いて、パターン検査、異物検査に用いることが可能である。また、照射する電子ビームの条件やプリチャージ条件等については、前述の実施形態２９の使用形態を用いることが可能であり、大変有効である。
【０９６３】
（実施形態３３）
本実施形態においては、図８に示す本発明の検査装置における変形実施形態について説明する。電極７２５を更に備えている以外は、図８に示す本発明の検査装置と同様であるので、繰り返しの説明は省略している。図１８７に示すように、ウエハＷにビアｂがある場合に、電極７２５に与える電圧を４０００Ｖ〜−４００Ｖとすると、ウエハの電子線照射面の電界は、２．０ｋＶ〜−０．２ｋＶ／ｍｍ（−はウエハＷ側が高電位であることを示す）にすることができる。この様に試料表面の電界強度（表面から垂直方向  Ｚ軸方向）を高くしたり低くしたりできる。つまり、放電しやすい試料の場合は電界強度を低くして放電の起こさないようにすることが可能となる。この状態で、対物レンズ系７２４とウエハＷとの間に放電は発生せずに、ウエハＷの欠陥検査は行えたが、光電子の検出効率が若干下がってしまう。したがって、光線を照射し光電子を検出する一連の動作を、例えば４回行い、得られた４回分の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度を得る。
【０９６４】
また、ウエハにビアｂがない場合には、比較的高い電界強度を用いることができる。電極７２５に与える電圧を＋３０００Ｖとしても、対物レンズ系７２４とウエハとの間に放電は発生せずに、ウエハＷの欠陥検査は行える。この場合、電極７２５に与えた電圧によって引き上げ電界が増加し、対物レンズの収差を低減できるため、分解能が向上し、高いコントラスト及びＳ／Ｎを達成できる。よって、高感度及び高いスループットで検査が行える。
【０９６５】
（電極）
対物レンズ７２４とウエハＷとの間には、電子線の照射光軸に対して略軸対称である形状の電極７２５が配置されている。電極７２５の形状の一例を図１８８及び図１８９に示す。
【０９６６】
図１８８及び図１８９は、電極７２５の斜視図であり、図１８８は、電極７２５が軸対称に円筒形状である場合を示す斜視図であり、図１８９は、電極７２５が軸対称に円盤形状である場合を示す斜視図である。
【０９６７】
本実施形態では、図１８８に示すように電極７２５が円筒形状として説明するが、電子線の照射光軸に対して略軸対称であれば、図１８９に示すような円盤形状であってもよい。
【０９６８】
更に、電極７２５には、対物レンズ７２４とウエハＷとの間における放電を防止する電界を発生する為に、ウエハＷへの印加電圧（本実施形態では接地されているので、電位は０Ｖ）よりも低い所定の電圧（負電位）が電源７２６によって印加されている。この時のウエハＷと対物レンズ７２４との間の電位分布について図１９０を参照して説明する。
【０９６９】
図１９０は、ウエハＷと対物レンズ７２４との間の電圧分布を示すグラフである。
【０９７０】
図１９０において、電子線の照射光軸における位置を横軸として、ウエハＷから対物レンズ７２４の位置までの電圧分布を示している。
【０９７１】
電極７２５が無かった従来の電子線装置においては、対物レンズ７２４からウエハＷまでの電圧分布は、対物レンズ７２４に印加した電圧を最大値として、接地しているウエハＷまでなだらかに変化している。（図１９０に示す「従来」）
【０９７２】
一方、本実施形態の電子線装置においては、対物レンズ７２４とウエハＷとの間に電極７２５が配置され、且つ電極７２５には、ウエハＷへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）が電源７２６によって印加されているので、ウエハＷの電界が弱められる。（図１９０に示す「電極有り」）
【０９７３】
よって、本実施形態の電子線装置においては、ウエハＷにおけるビアｂ近傍に電界が集中せずに高電界とはならない。そして、ビアｂに電子線が照射されて２次電子が放出されても、この放出された２次電子は、残留ガスをイオン化する程には加速されないので、対物レンズ７２４とウエハＷとの間に放電が防止できる。
【０９７４】
また、対物レンズ７２４とビアｂとの間での放電が防止できるので、ウエハＷのパターン等を放電破損することはない。
【０９７５】
また、上記実施形態においては、対物レンズ７２４とビアｂのあるウエハＷとの間の放電が防止できるが、電極７２５に負電位を印加しているので、負電位の大きさによっては、検出器７６１による２次電子の検出感度が低下する場合もある。よって検出感度が低下した場合は、上述したように、電子線を照射し２次電子を検出する一連の動作を複数回に渡って行い、得られた複数の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度（信号のＳ／Ｎ比）を得るようにすればよい。
【０９７６】
本実施形態では、一例として、検出感度を信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）として説明している。
【０９７７】
ここで、上記の２次電子検出動作について、図１９１を参照して説明する。
【０９７８】
図１９１は、電子線装置の２次電子検出動作を示すフローチャートである。
【０９７９】
まず、検出器７６１によって被検査試料からの２次電子を検出する（ステップ１）。次に、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が所定の値以上であるかの判断を行う（ステップ２）。ステップ２において、信号対雑音比が所定値以上である場合は、検出器７６１による２次電子の検出は十分であるので、２次電子検出動作は完了する。
【０９８０】
一方、ステップ２において、信号対雑音比が所定値未満である場合は、電子線を照射し２次電子を検出する一連の動作を４Ｎ回行い、平均化処理を行う（ステップ３）。ここで、Ｎの初期値は「１」に設定されているので、ステップ３において初回は、２次電子の検出動作が４回行われる。
【０９８１】
次に、Ｎに「１」を加算してカウントアップして（ステップ４）、ステップ２において再度、信号対雑音比が所定の値以上であるかの判断を行う。ここで、信号対雑音比が所定値未満である場合は、再度ステップ３に進み、今度は２次電子の検出動作を８回行う。そして、Ｎをカウントアップして、信号対雑音比が所定値以上となるまで、ステップ２〜４を繰り返す。
【０９８２】
また、本実施形態では、電極７２５にウエハＷへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）を印加することにより、ビアｂのあるウエハＷに対する放電防止について述べたが、２次電子の検出効率が低下する場合がある。
【０９８３】
よって、被検査試料がビアの無いウエハ等、対物レンズ７２４との間で放電が生じにくい種類の被検査試料であった場合は、検出器７６１における２次電子の検出効率が高くなるように、電極７２５に印加する電圧を制御することができる。
【０９８４】
具体的には、被試験試料が接地されている場合であっても、電極７２５に印加する電圧を、被試験試料への印加電圧よりも高い所定の電圧にする、例えば、＋１０Ｖとする。また、この時、電極７２５と被検査試料との距離は、電極７２５と被検査試料との間に放電が生じない距離に配置する。
【０９８５】
この場合、被検査試料への電子線の照射によって発生した２次電子は、電極７２５に印加された電圧によって発生した電界によって、電子線源７２１側に加速される。そして、対物レンズ７２４に印加された電圧によって発生した電界によって、更に、電子線源７２１側に加速されて収束作用を受けるので、検出器７６１に多くの２次電子が入射し検出効率を高くすることができる。
【０９８６】
また更に、電極７２５は軸対称であるので、被検査試料に照射する電子線を収束するレンズ作用も持つ。従って、電極７２５に印加する電圧によって、１次電子線をより細く絞ることもできる。また、電極７２５によって１次電子線を細く絞ることもできるので、対物レンズ７２４との組み合わせにより、より低収差の対物レンズ系を構成することもできる。このようなレンズ作用が可能な程度に、電極７２５は略軸対称であればよい。
【０９８７】
上記実施例の電子線装置によれば、被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を制御する電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の電界を制御することができる。
【０９８８】
また、被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を弱くする電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の放電を無くすることができる。
【０９８９】
また、対物レンズへの印加電圧を低下させる等変更していないので、２次電子を、効率的に対物レンズを通過させられるので、検出効率を向上させ、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることができる。
【０９９０】
また、被検査試料の種類によって、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くする為の電圧を制御することができる。
【０９９１】
例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極の電圧を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、放電を防止できる。
【０９９２】
また、半導体ウエハのビアの有無によって、電極に与える電圧を変更する、即ち、半導体ウエハの電子線の照射面における電界強度を弱くする為の電圧を変更することができる。
【０９９３】
例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極による電界を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、特にビアやビア周辺における放電を防止できる。
【０９９４】
また、ビアと対物レンズとの間での放電が防止できるので、半導体ウエハのパターン等を放電破損することはない。
【０９９５】
また、電極に与える電位を被検査試料に与える電荷よりも低くしたので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。
【０９９６】
また、電極に与える電位を負電位とし、被検査試料は接地したので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３３、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０９９７】
（実施形態３４）
本実施形態においては、図８に示す本発明の検査装置における変形実施形態について説明する。図１９２において、本実施の形態によるプレチャージユニットを備えた撮像装置が模式的に示されている。この撮像装置は、１次光学系７２と、２次光学系７４と、検出系７６と、対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段８４０とを備えている。本実施形態においては、上述の実施形態１と同様の構成については、説明を省略する。
【０９９８】
対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段８４０は、この実施例では、対象Ｗとその対象Ｗに最も近接した１次光学系７２の静電レンズ７２４との間で対象Ｗに接近させて配置された電極８４１と、電極８４１に電気的に接続された切換スイッチ８４２と、その切換スイッチ８４２の一方の端子８４３に電気的に接続された電圧発生器８４４と、切換スイッチ８４２の他方の端子８４５に電気的に接続された電荷検出器８４６とを備えている。電荷検出器８４６は高いインピーダンスを有している。タイミングジェネレータ８４９が、検出系７６のＣＣＤ７６２及び画像処理部７６３、電荷低減手段８４０の切換スイッチ８４２、電圧発生器８４４並びに電荷検出器８４６及び８４８に動作タイミングを指令するようになっている。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３３、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【０９９９】
（実施形態３５）
デバイス製造方法
次に図１９３及び図１９４を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【１０００】
図１９３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。この実施例の製造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）（ステップ１４００）
（２）露光に使用するマスクを製造するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ１４０１）
（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（ステップ１４０２）
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ１４０３）
（５）できたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１４０４）
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。
【１００１】
これらの主工程中の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウ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。
（Ａ）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する
薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（Ｂ）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
（Ｄ）レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程
（Ｆ）レジスト剥離工程
（Ｇ）加工されたウ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。
【１００２】
図１９４Ａは、図１９３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。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
（ａ）前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ１５００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ１５０１）
（ｃ）露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程（ステップ１５０２）
（ｄ）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（ステップ１５０３）
【１００３】
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、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。
【１００４】
上記（Ｇ）の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査も可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能と成る。
【１００５】
検査手順
上記（Ｇ）の検査工程における検査手順について述べる。
一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程（例えばエッチング、成膜、又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理等）の後に使用されている。
【１００６】
検査されるウエハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、超精密Ｘ−Ｙステージ上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定され、以後、（図１９４Ｂ）の手順に従って欠陥検査等が行われる。はじめに光学顕微鏡により、必要に応じて各ダイの位置確認や、各場所の高さ検出が行われ記憶される。光学顕微鏡はこの他に欠陥等の見たい所の光学顕微鏡像を取得し、電子線像との比較等にも使用される。次にウエハの種類（どの工程後か、ウエハのサイズは２０ｃｍか３０ｃｍか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し、以下検査場所の指定、電子光学系の設定、検査条件の設定等を行なった後、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（配線又はビア等の断線及び導通不良等）欠陥等が有り、これらを区別したり、欠陥の大きさや、キラー欠陥（チップの使用が不可能になる重大な欠陥等）の分類を自動的にリアルタイムで行ったりすることも出来る。電気的欠陥の検出はコントラスト異状を検出することで達成される。例えば導通不良の場所は電子線照射（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。この場合の電子線照射手段とは、通常検査用の電子線照射手段以外に別途、電位差によるコントラストを際立たせるために設けた低電位（エネルギー）の電子線発生手段（熱電子発生、ＵＶ／光電子）をいう。検査対象領域に検査用の電子線を照射する前に、この低電位（エネルギー）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できる写像投影方式の場合は、仕様によっては、別途低電位の電子線発生手段を設ける必要はない。また、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測定にも利用できる。
【１００７】
上述したプロセスにおいて必要となる検査及び検査プロセスを行うときに、これまで述べてきた、全ての実施例が適用可能である。また、装置系として述べてきた図１〜図２５の機能・機構・特徴を有する全ての装置系への適用が可能である。それにより、大変効率的な検査が、ウエハやマスクの製造プロセス工程で実施できるのである。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３４、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１００８】
（実施形態３６）
ＨＤＤ用基板、ヘッド素子の検査
本発明では、ウエハ、露光用マスクに限らず、ＨＤＤ用基板の検査にも適用できる。以下に適用例を述べるが、効果・作用は半導体ウエハやマスクに対するものと同様である。
【１００９】
例えば、ＨＤＤ用基板では、ガラスやアルミの基板に磁性層ｔｏｐ層が磁性体でその上に薄い潤滑層があるのが通常である。この基板に対しては、２種類の検査が実施可能である。一つは、基板製造時の異物、パーティクル付着とキズの検査。もう一つは表面形成の膜質異常の検査である。
【１０１０】
アルミやガラス基板自体にキズがあったり、製造や洗浄後に異物・パーティクルが付着したりしていると、上部に形成される磁性膜等が正常に成膜できなくなる。平坦度が悪くなり凹凸ができるのである。近年の高密度媒体では、基板とヘッドの浮上量が５ｎｍ前後になっているので、凹凸はそれより小さいことが必要である。つまり、異物もサイズ≧５ｎｍの付着を防止する必要がある。キズの凹凸も同様である。よって、本発明の検査装置によりそれらの異物やキズの検査に適用でき、高速、高感度での検査が可能となる。その原理・効果・作用は前述した内容と同様である。
【１０１１】
また、基板形成時に不良が生じたとき、例えば、保護膜のピンホールや磁性膜の成分不均一等があると、膜上の電位分布の負均一性が生じる場合がある。例えば、損傷のない程度で一定の電荷を基板表面に与えてやると均質であれば均一な表面電位となるが、保護膜にピンホールがあったり、磁性層の不均質があったりすると、表面電位が不均一になる。そのとき、分解能（Ｐｘサイズを小さくして）を高めて検査を行うことにより、表面電位に対応したミラー電子及び２次放出電子の分量比を観察・測定することができる。つまり、セル／セル検査を適用して均一であれば部位による電子信号の分量比の変化は小さいが、不均一であれば分量比に差異が生じるので、それを欠陥として検出することができる。
【１０１２】
方式・手段についてはこれに限らないが、本発明の方法および装置を用いて、ＨＤＤ用基板の欠陥検査が可能となるのである。これは、従来の技術に比べて高速で高感度で行うことができる。それは、対象欠陥が超微小になってきたために、光学式検査装置では感度不足であり、分解能の高いＳＥＭでは膨大な時間がかかるからである。
【１０１３】
また、同様に磁気ヘッドの製造プロセスにおける欠陥検査も可能である。磁気ヘッドの製造プロセスでは、半導体ウエハの製造プロセスと同様の工程プロセスが行われているので、形状欠陥及び膜質不良について、上述したように効率的に欠陥検査が可能である。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３５、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０１４】
（実施形態３７）
ステージ装置
本発明の検査装置及び検査方法に用いるステージ装置について説明する。
【１０１５】
図１９５Ａ、図１９５Ｂにステージ装置の構成を示す。
【１０１６】
図１９５Ａ、図１９５Ｂに示すように、本発明の検査装置のステージ装置１は、ハウジング４の底壁上に配置されたＹ軸ベース盤２と、該２の上にＹ軸方向に平行に配置するガイドレール３の案内によってＹ軸方向に移動するＹステージ５と、該５の上にＹ軸方向と垂直方向のＸ軸方向に平行に配置するＸガイドレール６の案内によってＸ軸方向に移動するＸステージ７によって、ＸＹ軸方向に移動自在な該７に搭載したマスクプレート８とを備えている。本ステージ装置１の主な機能は、マスクプレート８に搭載されたマスク２２の検査を目的として、電子光学系装置のコラム２１から照射される電子ビーム検査光２６に対し、該２２をＸステージ７によるＸ軸方向のスキャン移動とＹステージ５によるＹ軸方向のステップ移動との繰り返し動作によって規定領域内を移動させることにある。Ｘステージ７は規定の移動方向を伴う速度と移動距離に従いＸ軸方向にスキャン移動させ、Ｙステージ５は規定の移動方向と移動距離に従いＹ軸方向にステップ移動させている。ここで、マスク２２はパレット（図示省略）上に固定されており、該パレットをマスクプレート８に施した静電チャック（図示省略）によって固定されている。また、本ステージ装置１を配置するハウジング４は、除振台２３の４箇所によって支持された定盤２４の面上に設置することで床２５からの外乱振動の影響が低減されている。また、本ステージ装置１は、ハウジング４によって覆われ１０−４Ｐａ程度の真空度の周囲雰囲気で運用される。従って、発ガス、発熱あるいは発塵を極力防止するため、駆動系のＸサーボモータ９、Ｙサーボモータ１１はハウジング４の外側に配置されている。Ｘステージ７、Ｙステージ５は、該４の側壁と真空シールを施したＸ動力伝達シャフト１０、Ｙ動力伝達シャフト１２を介して駆動され、該９の制御管理にはエンコーダ２７が、同様に該１１の制御管理にはエンコーダ２８が用いられている。また、マスク２２を搭載するマスクプレート８の位置計測には、該８のＸ軸側に配置したＸステージミラー１９とＸインターフェロメータ１３と、該１３を支持するＸインターフェロメータ台１５と、Ｙ軸側に配置したＹステージミラー２０とＹインターフェロメータ１４と、該１４を支持するＹインターフェロメータ台１６と、その他、レーザーヘッド等光学部品（図示省略）及び光電信号変換するＡＸＩＳボード（図示省略）とで構成したレーザ干渉計システムを備え、Ｘ測長光１７とＹ測長光１８の計測によりＸステージ７、Ｙステージ５の各位置を高精度に計測をしている。ステージ制御系（図示省略）は、駆動系のＸサーボモータ９、Ｙサーボモータ１１に対し、前記のレーザ干渉計システムで得たＸＹ軸方向の位置信号によって各軸をフィードバック制御することで、サブミクロン程度の高精度なステージの位置決め制御を行っている。
【１０１７】
本実施例では、マスク検査のスキャン移動をＸ軸方向、ステップ移動をＹ軸方向としたが、マスク検査方向に合わせスキャン移動をＹ軸方向、とステップ移動をＸ軸方向としても良い。また、ステージ装置１の駆動系は、電子ビーム検査光を扱うことから高非磁性を考慮した空気圧駆動機構あるいは真空雰囲気を保持する差動排気方式によってステージガイドレールを気体静圧軸受とし各ステージを非接触式にするステージ装置１としても良い。
【１０１８】
（実施形態３８）
レーザ照射位置制御
例えば、図３５に示す構成において、光電子面２０２１の所定位置にレーザのスポット中心を照射することが必要である。これは、該スポット位置から電子（光電子）が発生するので、その位置が電子発生位置となるからである。その位置から出た電子（光電子）は１次系の中を通って試料面に照射される。このとき、電子（光電子）が直近のレンズに入射するときは、レンズの中心位置を通る必要がある。レンズ中心からずれると、電子（光電子）の軌道が曲がってしまうからである。この軌道の曲がりが大きいと、電子（光電子）がコラム壁にぶつかったり、アライナ（偏向器）による軌道修正範囲を超えて軌道修正ができなくなったりする場合がある。レンズと光電子発生部の間に、アライナがない場合では、光電子発生部の位置によりレンズ内の通過する軌道が決まる。つまり、ずれた位置にレーザを照射し、ずれた位置から光電子が発生すると、レンズ中心を電子ビームが通らない。
【１０１９】
本実施形態においては、この問題を解決するため、図３５に示す光電子面２０２１の所定位置にレーザのスポット中心を照射することができる構成の例について、図１９９を用いて説明する。図１９９（ａ）の光電子面２０２１における断面の模式図に示すように、光電子面２０２１は、母材２０２１１、光電子材料２０２１２、導電材料２０２１３、保持部材２０２１４、およびレーザ照射用アパーチャ２０２１５を備えている。母材２０２１１は、クォーツ、石英ガラス、コルツガラス、フッ化マグネシウムガラス等の光透過部材である。光電子材料２０２１２は、ルテニウム、金等のワークファンクションの低いもの（光電子発生効率のよい材料）が好適に用いられ、母材２０２１１にコーティングされている。導電材料２０２１３は、クロム等の導電性の低いものが好適に用いられる。保持部材２０２１４は、導電性の材料で構成され、母材２０２１１等を保持する。図１９９（ａ）に示すように、光電子材料２０２１２、導電材料２０２１３、および保持部材２０２１４は電気的に接続されている。これらにレーザ照射用アパーチャ２０２１５が電気的に接続されていてもよい。
【１０２０】
レーザ照射用アパーチャ２０２１５は、モリブデン、タンタルなどの反射材料が好適に用いられ、母材２０２１１のレーザの入射側に設けられている。レーザ照射用アパーチャ２０２１５の表面は、レーザの反射強度を光電子材料２０２１２よりも強く（高く）するために面粗度の良いものを用いることが望ましく、例えば、鏡面研磨、または面粗度Ｒａ１μｍ以下であることが望ましい。また、この例では、図１９９（ｂ）のレーザ照射用アパーチャ２０２１５の上面図に示すように、レーザ照射用アパーチャ２０２１５は、直径ｄ１（３〜５ｍｍ程度）の円盤状部材の中心部に直径ｄ２の内径領域２０２１６が設けられている。照射されたレーザがレーザ照射用アパーチャ２０２１５で反射されると、その反射光の反射強度は、次に述べる光電子材料２０２１２で反射される反射光の反射強度よりも強くなる。一方、レーザが内径領域２０２１６を通過して光電子材料２０２１２で反射されると、その反射光の反射強度は、レーザ照射用アパーチャ２０２１５で反射された場合より弱くなる。なお、反射光強度は、反射光の光路上に設置した光量計などにより測定すればよい。
【１０２１】
レーザはＤＵＶレーザで、たとえば、波長２６６ｎｍや２４４ｎｍの波長のレーザを用いることが可能である。固体レーザやガスレーザを使用することができる。レーザに限らず、波長２７０ｎｍ以下の波長を発するランプ光の使用も可能である。固体レーザでは、例えば、ＹＡＧレーザの４倍波や５倍波などの高調波のレーザを用いることができる。また、ガスレーザでは、Ａｒイオンレーザやエキシマレーザを用いることができる。
【１０２２】
レーザは、レーザ照射用アパーチャ２０２１５の内径領域２０２１６を通過すると、光電子材料２０２１２に到達し、光電子を発生させる。レーザの照射位置が内径領域２０２１６にある状態（例えば、まずは、レーザの照射位置を適当に変え、下記に示す反射光強度の変化から、レーザの照射位置が内径領域２０２１６となる位置を求める。）から、ミラー等の光学系を制御系によって制御して照射位置を＋Ｘ方向に移動させる。レーザの照射位置が内径領域２０２１６の端部（レーザ照射用アパーチャ２０２１５の内径側端部）に到達すると、図１９９（ｃ）に示すように、光量計などにより測定された反射光強度が上昇する。この端部の位置（ｘ１，ｙ１）が制御系によって記録される。ミラー等の光学系を制御系によって制御して照射位置を−Ｘ方向に移動させる。レーザの照射位置が内径領域２０２１６の反対側の端部（レーザ照射用アパーチャ２０２１５の内径側端部）に到達すると、光量計などにより測定された反射光強度が上昇する。この端部の位置（ｘ２，ｙ２）が制御系によって記録される。この動作により（ｘ１、ｙ１）から（ｘ２、ｙ２）に移動したときのミラー角度移動量が制御系によって記録される。図１９９（ｃ）に示す例では、（ｘ１、ｙ１）はＰＬ、（ｘ２、ｙ２）はＰＲに対応する。ミラー移動調整の最小メモリ（最小調整量もしくは制御量）当りの座標移動量が制御系によって算出される。ｘ方向はΔｘ、ｙ方向はΔｙ。例えば、最小調整量(メモリ)当り、５μｍ等。
【１０２３】
このとき、レーザ照射用アパーチャ２０２１５の内径側の端部４箇所の座標が制御系の制御によって記録される。例えば、上下左右位置（ＰＬ、ＰＲ、ＰＵ、ＰＤ）などの座標が記録される。これにより、内径領域２０２１６の中心Ｃ（０，０）が定まる。なお、ＰＬ、ＰＲ、ＰＵ、ＰＤの座標でなくとも、ｘ方向に照射位置を移動させたときの端部２箇所、ｙ方向に照射位置を移動させたときの端部２箇所の座標が求まれば、中心Ｃ（０，０）が定まる。ｘ方向の２箇所の座標を（ｘａ，ｙ０）、（ｘｂ，ｙ０）とし、ｙ方向の２箇所の座標を（ｘ０，ｙａ）、（ｘ０，ｙｂ）としたときには、中心Ｃは（（ｘａ＋ｘｂ）／２，（ｙａ＋ｙｂ）／２）として決めることができる。
【１０２４】
この後、内径領域２０２１６内、つまり、これらの４つの座標内の位置において、電子ビームがレンズ中心を通過するレーザ照射位置、すなわち、レンズ中心軸上の光電子材料２０２１２の位置Ｐ（ｘ，ｙ）の座標を、制御系が認識可能となる。このようにして、制御系は、レーザ照射位置の把握を行い、つまり、照射位置の座標を求めて記録する。このことにより、レーザ、ミラー、レンズ（光電発生装置２０２０）の位置関係が変わったときでも、制御系は、位置Ｐ（ｘ，ｙ）に再度レーザを照射することが可能となる。このレーザ照射位置制御は、試料を検査する前に行う。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３７、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０２５】
また、光電子面２０２１は、別の構成例として、図２００に示す構成であってもよい。図１９９（ａ）に示す母材２０２１１の光電子材料２０２１２が位置する側は、保持部材２０２１４により保持されるための段差を有する形状あったが、本実施形態における図２００の例では、平面になっている。また、保持部材２０２１４は、ネジ等の部材２０２１７により、母材２０２１１等を両側から挟み込むようにして保持する。
【１０２６】
（実施形態３９）
１次系の軸調整
前述の実施形態３８で述べたように、レーザ照射位置を位置Ｐ（ｘ，ｙ）に調整するときに、電子ビームの軌道がレンズ中心を通るように設定する方法を説明する。例えば、図３５に示す光電発生装置２０２０において、電子ビームの軌道がレンズ中心を通る場合には、図２０１のＥＢ１に示すように、レンズ２０２２、２０２３、２０２４のパワー（レンズパワー）を変えても、レンズ通過後の電子ビームの軌道は変わらない。一方、電子ビームの軌道がレンズ中心からずれた位置を通る場合には、レンズパワーを変えると、図２０１のＥＢ２、ＥＢ３に示すように、レンズ通過後の電子ビームの軌道が変わる。本実施形態における構成は、この特性を利用している。
【１０２７】
図２０１に示す本実施形態の光電発生装置２０２０は、図３５と同じ形態である。計測用にアパーチャ２０４０とアライナ２０３０を用いて測定する。アライナ２０３０のうち一式、例えば、２０３１を用いればよい。２０３２、２０３３を用いてもよい（このとき、ニューメリカルアパーチャ２０２５は、測定に問題のない大きなサイズを用いても良い、例えばφ５００~φ２０００μｍ）。測定用アパーチャ２０４０は、電子ビームが照射された結果生じる吸収電流が測定可能に構成されている。
【１０２８】
アライナ２０３０（図３５では例えば２０３１）を用いて電子ビームの軌道が測定アパーチャ２０４０の穴の端部から反対側の端部となる偏向量（例えば偏向電圧や偏向に必要な電流等）を求めるように、制御系が制御する。つまり、図２０１に示すように、アライナ２０３０の偏向電圧を変えて、電子ビームの軌道が測定用アパーチャ２０４０に当たる（電子ビームが測定用アパーチャ２０４０の穴を通過しない）状態（ＥＢ３）→電子ビームの軌道が測定用アパーチャ２０４０の穴を通過する状態（ＥＢ１，ＥＢ２）→電子ビームの軌道が再び測定用アパーチャ２０４０に当たる状態（ＥＢ４）になるように、電子ビームの軌道をずらしていき、アライナ２０３０の偏向電圧に対する測定用アパーチャ２０４０の吸収電流を測定する。この測定を行うと、図２０２に示すように、測定用アパーチャ２０４０での吸収電流が測定され、「電子ビーム全量吸収（吸収電流大）」→「穴通過による電子ビーム吸収減少（吸収電流小）」→「電子ビーム全量吸収（吸収電流大）」となる。レンズパワー（ＧＬパワー）を複数変えてこれを行う。
【１０２９】
図２０２（ａ）に示すように、ＧＬパワー大、小において、吸収電流が最も減少した偏向量（吸収電流が最小となるＢＡ電圧（偏向電圧、以下同じ。））が同じであれば、電子ビームが測定用アパーチャ２０４０の穴の中心を通過する軌道であることになる。一方、図２０２（ｂ）に示すように、ＧＬパワー大、小において、吸収電流が最小となるＢＡ電圧が異なっている場合には、レンズ中心からずれた軌道であることになる。制御系は、レーザを照射する位置を変えながら、ＧＬパワー大、小において吸収電流が最小となるＢＡ電圧が同じ電圧となる位置、すなわち、電子ビームの軌道がレンズ中心を通るレーザ照射位置を求め、その座標を電子ビームがレンズ中心を通過するレーザ照射位置Ｐ（ｘ，ｙ）として記録する。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０３０】
（実施形態４０）
レーザ照射サイズ制御
前述の実施形態３８、３９で述べたように、光電子面２０２１に照射されるレーザの照射位置の制御に加えて、レーザの照射サイズ（スポット径）は、試料に照射される電子ビームのサイズに影響するため重要なパラメータである。スポット径の調整において、光源から出力されたレーザをレンズ、ミラーを用いるだけでは所望のサイズに調整できない場合がある。スポット径２ω０は、２ω０＝（４λ／π）（Ｆ／Ｄ）で表される。ここで、λは光の波長、Ｆはレンズの焦点距離、Ｄはレンズ位置でのレーザの直径を示している。この式からわかるように、スポット径は、焦点距離に比例し、レンズの位置でのレーザの直径に反比例する。したがって、スポット径を小さくするためには、光源からのレーザをビームエキスパンダにより直径を大きくしてレンズに入射する方法、および短焦点レンズを用いる方法がある。スポット径を小さくするための方法は、前述のレーザ照射位置の制御方法と組み合わせて、レーザの照射位置、スポット径を適切に調整することに有効である。
【１０３１】
ビームエキスパンダを用いる場合の例を、図２０３を用いて説明する。図２０３に示すように、光源１００００から出力される直径Φｄ１のレーザは、ビームエキスパンダ８１０においてＡ倍に拡大されて直径Φｄ２のレーザとなって、レンズ焦点Ｆ１のレンズ８２０に入射する。レーザは、ミラー８３０で反射し、真空を維持するための真空容器８５０に設けられた透明窓８４０を通過して、レンズ焦点Ｆ１に対応する位置に設置された光電子材料２０２１２に到達する。このとき、光電子材料２０２１２におけるレーザのスポット径は、最小で２ω０＝（４λ／π）（Ｆ１／Φｄ２）となる。この例では、レーザは、λ＝２６６ｎｍのＣＷ（Continuous wave）であるものとする。なお、実施形態３８におけるレーザ照射位置の調整は、このミラー８３０の角度を変更するなどして調整されればよい。また、レンズ８２０をレーザの光軸に沿って移動させる移動機構８２５が設けられていてもよい。この移動機構８２５によってレンズ８２０が移動することにより、光電子材料２０２１２におけるレーザのスポット径を変化させることもできる。
【１０３２】
この例において、ビームエキスパンダが有る場合または無い場合について、レンズの焦点距離と最小スポット径との関係を図２０４に示す。図２０４に示すように、レンズ焦点距離が長くなるほどスポット径が大きくなり、ビームエキスパンダが有る場合には、無い場合に比べてスポット径が小さくなる。
【１０３３】
続いて、ミラー８３０と真空容器８５０の間に短焦点レンズを用いる場合の例を、図２０５を用いて説明する。図２０５に示すように、光源１００００から出力される直径Φｄ１のレーザは、ミラー８３０で反射し、レンズ焦点Ｆ２のレンズ８２１に入射する。レーザは、真空を維持するための真空容器８５０に設けられた透明窓８４０を通過して、レンズ焦点Ｆ２に対応する位置に設置された光電子材料２０２１２に到達する。
【１０３４】
なお、レンズ８２１をレーザの光軸に沿って移動させる移動機構８２５が設けられていてもよい。この移動機構８２５によってレンズ８２１が移動することにより、光電子材料２０２１２におけるレーザのスポット径を変化させることもできる。また、このレンズ８２１は、短焦点レンズであるため、ミラー８３０より光電子材料２０２１２側に位置している。そのため、ミラー８３０によってレーザ照射位置が調整されると、レーザがレンズ８２１の中心からずれることがある。したがって、このずれを補正するために、移動機構８２５は、光軸を法線とする面内でレンズ８２１を移動させるようにしてもよい。なお、また、図２０３で説明したビームエキスパンダ８１０（図２０５では図示せず）が併用されてもよい。
【１０３５】
また、レンズ８２１よりも短焦点のレンズ焦点Ｆ３のレンズ８２２を用いることもできる。レンズ８２０、８２１は、真空容器８５０の外側の大気側に設置されていたが、この場合には、図２０６に示すように、真空容器８５０の内部にレンズ８２２が設置されればよい。このレンズ８２２に対しても前述のとおり移動機構８２５が設けられていてもよい。この場合であっても、図２０３で説明したビームエキスパンダ８１０（図２０５では図示せず）が併用されてもよい。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜３９、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０３６】
（実施形態４１）
図３５に示す光電発生装置２０２０において、レンズ群２０２２、２０２３、２０２４の後段にアライナ２０６０を追加した構成を、図２０７を用いて説明する。本実施形態においては、図３５に示す構成と同様の構成については、説明を省略する。アライナ２０６０は、第１アライナ２０６１および第２アライナ２０６２を有する。第１アライナ２０６１、第２アライナ２０６２は、第３段レンズ２０２４とニューメリカルアパーチャ２０２５の間に設置され、第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２と同様に静的な動作を行うアライナである。ただし、前述したとおり、第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２は、試料への電子ビームの照射位置を制御するために用いられる一方、第１アライナ２０６１、第２アライナ２０６２は、ニューメリカルアパーチャ２０２５の穴の中心を電子ビームが通過するように制御するために用いられる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４０、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０３７】
（実施形態４２）
ズーム機能付き光電面１次系
図３５、図２０７などに示す構成において、試料に照射する電子ビームのサイズの制御を行うズーム機能を有するようにすることもできる。ここでは、実施形態４１で述べた図２０７の構成にズーム機能を有するようにした場合について、図２０８を用いて説明する。本実施形態においては、図２０７に示す構成と同様の構成については、説明を省略する。
【１０３８】
図２０８に示す構成は、図２０７に示す構成に加えて、ニューメリカルアパーチャ２０２５と第１アライナ２０３１との間に、レンズ群２０９１、２０９２、２０９３が設置されている（３枚の電極により１つのレンズを構成）。図３５、図２０７、図２０８においても、電極２０２２、２０２３、２０２４はこれらの構成により１群のレンズを構成する。図２０８の、この実施形態では、レンズ２０２２、２０２３、２０２４をＥＬ１（ＥＬ：Electrostatic Lensの略、以下同じ。）といい、レンズ２０９１、２０９２、２０９３をＥＬ２といい、アライナ２０６０をアライナ１といい、アライナ２０３０をアライナ２という。なお、さらに、ニューメリカルアパーチャがレンズ２０９３と第１アライナ２０３１との間に設置されていてもよい。この場合、１次光学系２０００は、２つのニューメリカルアパーチャを有することになる。
【１０３９】
本実施形態のズームレンズ構成にすることにより、試料に照射される電子ビームのサイズの制御を行うことが可能となる。これは、光電子面２０２１に照射されるレーザの照射サイズが同一条件で、ＥＬ１およびＥＬ２によるズーム機能により、試料に照射する電子ビームのサイズを制御することが可能となる。例えば、光電子面２０２１に照射するレーザのサイズに対して×０．１〜×３０程度の制御が可能となる。
【１０４０】
試料面上での電子ビームのサイズを変更する必要は、２次系（試料の電子像を形成する光学系）の倍率に対応して必要となる。２次系の倍率が変動すると、試料面上の視野（検出器で電子像として撮像される領域）サイズが変化する。そのため、倍率の変動に対応して電子ビームのサイズを変更する必要が生じる。例えば、視野を３０×１５μｍから２００×１００μｍに変更したとき、電子ビームのサイズもそれをカバーするサイズに変更する必要があり、例えば、６０×３０μｍの楕円や矩形で照射された電子ビームを、３００×１５０μｍの楕円や矩形の電子ビームに変更する必要が生じる。
【１０４１】
このとき、光電子面２０２１におけるレーザの照射サイズの変更にて対応することも可能であるが、レーザの照射サイズの変更を行うためには、レーザ光学系を交換、調整する必要があり時間がかかること、また、小さい視野に対応した小さいレーザのスポット径を形成すると、レーザ密度が変化して光電子量の変化が生じる。また、光電子量に不安定性が生じる場合もある。このとき、前述した１次系のズーム機能を用いると、同一のレーザの照射サイズであっても、試料面上の電子ビームの照射領域の制御を行うことができる。したがって、このズーム機能を有する構成は非常に有効である。
【１０４２】
この実施形態における構成は、アライナ１およびアライナ２の２つのアライナを設けた例である。アライナ１は、電子ビームの軌道が、ニューメリカルアパーチャ２０２５およびＥＬ２の中心を通過させるために用いられる。レンズ中心に対しては、２次系にあるアライナと併用して使用することもある。
【１０４３】
図２０８に示す各構成要素に対して印加する電圧の例を示す。光電子面２０２１の電圧をＶ１、及び引き出しレンズを構成している電極の電圧をそれぞれ、第１引き出し電極２０２２の電圧をＶ２、第２引き出し電極２０２３の電圧をＶ３、第３引き出し電極の電圧２０２４をＶ４、（ここで、電極２０２２，２０２３，２０２４の構成にて１つの静電レンズを形成する）、ニューメリカルアパーチャ２０２５の電圧をＶ５、第３アライナ２０３３の電圧をＶ６、レンズ電極２０９１の電圧をＶ６、レンズ電極２０９２の電圧をＶ７、レンズ電極２０９３の電圧をＶ８、アパーチャ２０４０の電圧をＶ９とする。また、ウエハ表面電圧（リターディング電圧ともいう。）をＲＴＤとする。本実施形態の１次光学系２０００においては、光電子面２０２１の電圧Ｖ１を基に記載すると、以下のように各構成要素に電圧を印加する。すなわち、低ＬＥの場合、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８＝Ｖ１＋３０００〜３００００Ｖ。Ｖ３、Ｖ７＝Ｖ４＋１００００〜３００００Ｖ。Ｖ５、Ｖ９＝基準電位。そして、本実施形態に係る１次光学系の一例としては、ＲＴＤ＝−５０００Ｖ、Ｖ１＝−５００５Ｖ、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８＝ＧＮＤ、Ｖ３＝＋２００００Ｖ、Ｖ７＝＋１７０００Ｖと設定した。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。ただし、これは一例であり、各構成要素に対する印加電圧はこれに限定されるものではない。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４１、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０４４】
（実施形態４３）
放電防止スペーサ形状
レンズ７２４などの各レンズの引き出し電極は、電極間距離が限られている。そのため、電極間に挟み込まれる絶縁体のスペーサの壁面が平面状（断面が直線状）である場合には、沿面耐圧が不足する場合がある。この場合には、図２０９に示す構成を用いることが有効である。図２０９に示す例では、電極７２４１、７２４２の間に設けられるスペーサ７２４５は、コマ状のスペーサが３個連なった構成であり、表面が波状になっている。また、スペーサ７２４５は、表面抵抗が１０８〜１０１２Ω・ｃｍセラミック等の絶縁体で構成され、微量のリーク電流が流れることでチャージアップを低減している。なお、コマ上のスペーサは３個に限らず、更に多くても少なくてもよく、４個〜１２個程度で用いる場合もある。
【１０４５】
沿面耐圧が不足する場合、１ｋＶ／ｍｍ以上の値（例えば電極７２４１、７２４２の電位差が２０ｋＶ、Ｄ＝２０ｍｍ以下となる場合）となるとき、図２０９（ａ）の形状のスペーサ７２４５を用いる。これは、側面が凹凸形状となっており、沿面距離での電界が１ｋＶ／ｍｍ以下となっている。このとき、接続する電極７２４１、７２４２の面と、凹部で接続するのが図２０９（ａ）に示すスペーサ７２４５であり、凸部で接続するのが図２０９（ｂ）に示すスペーサ７２４６である。
【１０４６】
このとき、電極と凹部で接続するスペーサ７２４５と、凸部で接続する接続するスペーサ７２４６とでは、対放電性が大きく異なる。優良なのは、図２０９（ａ）に示すスペーサ７２４５である。例えば、ａ点で放電が起こったときに、Ｌ／ｄが大きいと、凹部で放電が収束し、外側との放電が発生する確率が下がってくる。これは、凹部では、電界変動が小さいので、つまり同じような電位空間であるため、外部に電子が飛散しにくいからである。よって、電極間の放電が発生しにくい状態で安定する。それに対し、図２０９（ｂ）に示すスペーサ７２４６では、凸部で電極７２４１、７２４２と接続するので、ｂ点で放電が発生すると、スペーサ７２４６外部との放電を引き起こしやすい。これは、スペーサ７２４６外部の空間がすぐそばにあるので、そちらへ電子が飛散する確立が、図２０９（ａ）に示すスペーサ７２４５と比べ増加するからである。また、ｂ点から近傍に放電が起こったとしても、そこから発生する電子が周囲に飛散しさらに放電を引き起こす等、２次的要因も大きくなる。通常、電位の変動が大きい部位、この場合ａ点、ｂ点で放電が起こる可能性が高い。図２０９（ａ）に示すスペーサ７２４５の場合、特に、Ｌ／ｄが大きい方が好ましい。例えば、Ｌ／ｄ≧４、更に、耐放電性を高くして、かつ、製造上可能性を満足するには、Ｌ／ｄ≧４〜１０程度でもちいると好適である。
【１０４７】
このスペーサ７２４５を用いたレンズは、例えば、図２０９（ｃ）に示す構成で用いられる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４２、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０４８】
（実施形態４４）
汚染防止
前述した実施形態１３、２７のように、パーティクルを防止するための構成は、他の構成も取り得る。例えば、図２１０に示すように、レンズ７２４の周囲には、放電防止のためのギャップＧを挟み電圧シールドバリアＶＢが設置されることもある。図２１０（ａ）はレンズ７２４の中心軸を通る面での断面を模式的に示した図であり、図２１０（ｂ）は試料Ｗからレンズ７２４の方向を見た場合の各構成を示す図である。この図２１０の構成では、レンズ７２４に高圧電圧が印加されると、ギャップＧの部分に対応する試料Ｗの表面（汚染領域ＣＡ）に異物が堆積して汚染される場合がある。
【１０４９】
この汚染を防止する方法として、本実施形態では二種類の構成（図２１１、図２１２）を説明する。図２１１（ａ）、図２１２（ａ）はレンズ７２４の中心軸を通る面での断面を模式的に示した図であり、図２１１（ｂ）、図２１２（ｂ）は試料Ｗからレンズ７２４の方向を見た場合の各構成を示す図である。
【１０５０】
第１の構成の例は、図２１１に示すように、ギャップＧを中心が開口した円盤状の絶縁体シールドＩＳ１により塞ぐ構成である。絶縁体ＩＳ１は、セラミック、ＳｉＯ２等で構成され、電圧シールドバリアＶＢに取り付けられることでギャップＧを塞ぐように構成される。この例では、絶縁体ＩＳ１を電圧シールドバリアＶＢの試料Ｗ側に取り付けている。なお、ギャップを絶縁体ＩＳ１で完全に塞がずに、ギャップと絶縁体ＩＳ１の間に隙間を設け、ギャップＧを狭くしてもよい。このように、ギャップＧを塞ぐ、または狭くするように、絶縁体シールドＩＳ１を設けることで、試料Ｗの汚染領域ＣＡにおける異物の堆積をなくす、または低減することができる。
【１０５１】
第２の構成の例は、図２１２に示すように、レンズ７２４の側面を囲むようにした筒状の絶縁体シールドＩＳ２を設置する構成である。絶縁体シールドＩＳ２は、セラミック、ＳｉＯ２等で構成され、レンズ７２４に固定されている。絶縁体シールドＩＳ２とレンズ７２４とは、熱膨張率が異なっている。この熱膨張率の違いを利用して、レンズを冷やしてから絶縁体シールドＩＳ２に挿入して常温に戻るときに固定されるような冷やしばめ（cooling fit）を用いて絶縁体シールドＩＳ２とレンズ７２４とが固定される。ネジ等で固定すると公差の存在により位置決め精度の低下を招くが、本実施形態のように密着して固定することで、レンズの中心軸の位置合わせが行い易くなる。
【１０５２】
この構成によれば、レンズ７２４からの電界の影響により異物が試料Ｗへ到達するのを、絶縁体シールドＩＳ２の存在により電気的に抑制するため、試料Ｗの汚染領域ＣＡにおける異物の堆積をなくす、または低減することができる。なお、絶縁体シールドＩＳ１、ＩＳ２ともに、表面抵抗が１０８〜１０１２Ω・ｃｍとなることで表面に微量なリーク電流が流れ、チャージアップを低減することができる。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４３、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０５３】
（実施形態４５）
放電防止
前述したステージ装置５０の位置制御が、レーザ干渉測距装置を用いて行われる場合は、図２１３に示す構成により行われる。レンズ７２４とステージ装置５０の各構成との位置関係について、側面方向から見た場合を図２１３（ａ）に示し、上面方向から見た場合を図２１３（ｂ）に示す。ステージ装置５０には、ｘ軸方向の位置制御を行うためのレーザ干渉計用ミラー５１０ｘとｙ軸方向の位置制御を行うためのレーザ干渉計用ミラー５１０ｙが設置されている。レーザ干渉計用ミラー５１０ｘには、レーザ干渉計５１１ｘからレーザが照射される。レーザ干渉計用ミラー５１０ｙには、レーザ干渉計５１１ｙからレーザが照射される。
【１０５４】
レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙは、試料Ｗと同じ高さ（試料Ｗの表面の位置）でレーザを反射するようになっていることが望ましい。これは、アッベの原理から示されるように、試料Ｗの高さと異なるほど、測定位置の誤差が大きくなるためである。図２１４に示すように、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘがΦ傾いていた場合、レーザｂの位置での誤差は、レーザｂの高さＨｂと試料Ｗの高さＨｗとの差（Ｈｂ−Ｈｗ）×ｔａｎΦとなる。Φが非常に小さければｔａｎΦ≒Φ。そのため、誤差は、レーザｂの高さＨｂと試料Ｗの高さＨｗとの差（Ｈｂ−Ｈｗ）が大きいほど、誤差が大きくなる。したがって、レーザｂの高さＨｂと試料Ｗの高さＨｗとの差（Ｈｂ−Ｈｗ）＝０、すなわち、レーザａは、試料Ｗの高さでレーザ干渉計用ミラー５１０ｘに照射されることが望ましい。
【１０５５】
そのため、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙは、試料Ｗの高さＨｗよりも高い必要がある。なぜならば、特に、組立精度を向上させるために、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙにセラミックを使用する場合には、セラミック表面を鏡面仕上げとしてミラーを形成している。この場合、加工時の要請により上端部から数ｍｍ（例えば３ｍｍ程度）は仕様外のエリアが必要となる。図２１５に示すように、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙの高さＨｒは、レーザが照射される高さＨｗ（試料Ｗの高さ（試料Ｗの表面の位置））よりも、例えば３ｍｍ長くする必要がある。また、試料Ｗの表面と鏡筒最下部電極７２Ｄとの距離は、光学設計時に決められた距離であり、本実施形態では４ｍｍである。したがって、本実施形態では鏡筒最下部電極７２Ｄとレーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙとの距離は１ｍｍとなる。そのため、ステージ装置５０の位置によっては、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙの上端部が、高圧電圧が印加されているレンズ７２４に近づきすぎて放電してしまう場合がある。したがって、この放電が発生しないようにステージ装置５０の位置が決められる必要がある。
【１０５６】
図２１６の側面から見た模式図に示すように、鏡筒最下部電極７２Ｄは、高圧電圧（この例では２０ｋＶ）が印加されるレンズ７２４とは絶縁体ＩＳを介して固定され、接地（ＧＮＤ）されている。本実施形態では絶縁耐圧の設計値は４ｋＶ／ｍｍとしている。そのため、図２１６に示すように２０ｋＶの電圧が印加されているレンズ７２４の下端部から５ｍｍの範囲には、ステージ装置５０、試料Ｗ、レーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙ等（特にレーザ干渉計用ミラー）が入らないようにする必要がある。
【１０５７】
そこで、図２１７の上面から見た模式図に示すように、レンズ７２４の下端部からレーザ干渉計用ミラー５１０ｘ、５１０ｙまでは、水平方向のギャップＧｄが４．５８ｍｍ以上離れた状態としておかないと、４ｋＶ／ｍｍ以上の電界が発生する状況が生じてしまう。そのため、このギャップＧｄが４．５８ｍｍ以上となる範囲でステージ装置５０の可動範囲が制限され、ステージ装置５０は、その可動範囲で制御系によって位置が制御される。図２１７に示す例は、ギャップＧｄが４．５８ｍｍ以上となる範囲で、レーザ干渉計５１１ｘ、５１１ｙにステージ装置５０を最も近づけた状態である。つまり、ローディングチャンバ４０から主ハウジング３０内にあるステージ装置５０に試料Ｗを受け渡す時、又は、主ハウジング３０内にあるステージ装置５０からローディングチャンバ４０に試料を受け渡す時、レーザ干渉計の上部がレンズによって放電しない位置（前記可動範囲となる位置）に、ステージ装置５０を移動するように位置制御する。図２１７に示すステージ装置５０の位置（主ハウジング３０の、レーザ干渉計５１１ｘ又は、５１１ｙが設置されている壁側と対向する壁側）で試料Ｗの受け渡しを行う必要があるため、ローディングチャンバ４０との出入り口となるシャッタ装置４５は、図２１７に示す２ヶ所のいずれか（主ハウジング３０の、レーザ干渉計５１１ｘ又は、５１１ｙが設置されている壁側と対向する壁側）に設置する必要がある。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４４、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０５８】
（実施形態４６）
光電子面２０２１に照射される光の光源１００００の種類については前述しているが、さらに他の光源であってもよい。例えば、ＦＵＶランプ、エキシマランプ、重水素ランプ、キセノンランプ等である。また、ＬＤ（Laser Diode）を集光してスポットプラズマを形成し、その励起光を光源とするＬＤ励起光源ランプを用いてもよい。この励起光は、レンズおよびミラーの少なくとも一方を用いて光電子面２０２１に導入されてもよい。また、この励起光は、レンズおよびミラーの少なくとも一方で光ファイバに導入し、その光ファイバから光電子面２０２１に導入されてもよい。また、磁場を用いてプラズマの制御をしてもよい。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４５、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【１０５９】
（実施形態４７）
図１６１における説明では、検出系７０においてＥＢ−ＴＤＩを用いた例を説明したが、ＴＤＩを用いた場合の他の構成例について説明する。本実施形態においては、上述の図１６１に示す構成と同様の構成については、説明を省略する。
【１０６０】
まず、図１６１に示す検出系７０は、ＥＢ−ＴＤＩ７２を使用する場合には、ＥＢ−ＣＣＤ７１が移動機構Ｍによって光軸から離れた位置に移動される構成であったが、第１の例として、図２１８に示すように、移動機構Ｍには回転シャフトＳが連結されていてもよい。図２１８（ａ）において、必要な回路や基板等を内蔵する平板状のＥＢ−ＣＣＤ７１の一端に回転シャフトＳの一端が連結され、回転シャフトＳの他端は移動機構Ｍに連結される。図２１８（ｂ）、（ｃ）は、図２１８（ａ）に示す構成を移動機構Ｍの方から見た図である。ＥＢ−ＣＣＤ７３を用いる場合には、図２１８（ｂ）に示すように、ＥＢ−ＣＣＤ７３に電子ビームｅが入射するよう、ＥＢ−ＣＣＤ７３のセンサ面が電子ビームｅに垂直になるよう移動される。一方、ＥＢ−ＴＤＩ７２を使用する場合には、図２１８（ｃ）に示すように、移動機構Ｍによって回転シャフト２１を回転させてＥＢ−ＣＣＤ７３を電子光学系の光軸に平行になるよう移動させる。したがって、電子ビームｅはＥＢ−ＣＣＤ７３に入射せず、ＥＢ−ＴＤＩ７２に入射する。
【１０６１】
図２１８に示す回転を利用する移動機構Ｍは、図１６１で説明した１軸方向の移動を利用する移動機構に比べ、サイズ及び重量を例えば１／２〜１／１０まで低減することができるという利点がある。
【１０６２】
第２の例として、検出系７０は、ＥＢ−ＴＤＩ７２ではなく、図２１９に示すように、１つのパッケージに形成されたＴＤＩセンサ７２１、ＦＯＰ７２２、蛍光板７２３及びＭＣＰ７２４が用いられる構成であってもよい。ＴＤＩセンサ７２１の出力ピンはワイヤボンディングその他の接続手段でフィードスルーＦＴのピン７３に接続される。この場合には前述したとおり、ＭＣＰ７２４が検出電子量の増倍を行い、蛍光板７２３が電子を光信号に変換する。この２次元の光信号が、ＦＯＰ７２２により伝達されて、ＴＤＩセンサ７２１にて像が形成され、信号が検出される。図２１９においては、移動機構Ｍについては、ＥＢ−ＣＣＤ７１を回転させる場合ａおよび電子ビームの光軸から離れた位置に移動させる場合ｂを併記したが、いずれか一方が採用されればよい。図２１９（ｂ）、（ｃ）は、ＥＢ−ＣＣＤ７１を回転させる移動機構Ｍが採用された場合の図２１９（ａ）に示す構成を移動機構Ｍの方から見た図である。なお、電子増幅が不要である場合には、図２２０に示すように、検出系７０にはＭＣＰ７２４が用いられなくてもよい。
【１０６３】
また、検出系７０は、図２２１（ａ）に示すＥＢ−ＴＤＩ７２が用いられる構成と、図２２１（ｂ）に示すＥＢ−ＣＣＤ７１が用いられる構成とが、切り替えて使用できる構成であってもよい。このとき、検出系７０は、図２２１（ａ）に示すＥＢ−ＴＤＩ７２が用いられる構成に代えて、図２２２（ａ）に示す構成、または図２２２（ｂ）に示す構成としてもよい。
【１０６４】
続いて、ＥＢ−ＴＤＩ７２の動作説明をする。図２２３は、ＥＢ−ＴＤＩ７２のセンサ面７２Ｓにおける画素Ｐ１１〜Ｐｉｊを示す平面図である。同図において、矢印Ｔ１はセンサ面７２Ｓの積算方向を示し、Ｔ２は積算方向Ｔ１と垂直な方向、すなわち、ステージ装置５０の連続移動方向を示す。本実施形態では、ＥＢ−ＴＤＩ７２の画素Ｐ１１〜Ｐｉｊは、積算方向Ｔ１に５００段（積算段数ｉ＝５００）、ステージ装置５０の連続移動方向Ｔ２に４０００個（ｊ＝４０００）配置される。
【１０６５】
図２２４はＥＢ−ＴＤＩ７２と二次荷電粒子との位置関係を概略的に示す図である。図２２４において、試料Ｗから放出された二次荷電粒子ＥＢが或る時間だけ試料Ｗの同一個所から放出されるとき、二次荷電粒子ＥＢは、ステージ装置５０の連続移動に伴って、写像投影型光学系ＭＯ上の一連の場所ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、・・・、ｉに対してａからｉの順に順次入射する。写像投影型光学系ＭＯへ入射された二次荷電粒子ＥＢは写像投影型光学系ＭＯ上の一連の場所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、・・・、Ｉから順次放出される。このとき、ＥＢ−ＴＤＩ７２の積算方向Ｔ１へのチャージ積算移動をステージ装置５０の連続移動と同期させると、写像投影型光学系ＭＯの場所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、・・・、Ｉから放出される二次荷電粒子ＥＢはセンサ面７２Ｓの同一個所へ順次入射され、積算段数ｉだけチャージを積算することが可能である。このようにして、センサ面７２Ｓの各画素Ｐ１１〜Ｐｉｊはより多くの放射電子の信号を取得することができ、それにより、高いＳ／Ｎ比を実現し、且つ、二次元電子像を高速で得ることができる。写像投影型光学系ＭＯは例えば３００倍の倍率を有する。
【１０６６】
前述したＥＢ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＴＤＩについては、以下のような特徴を有している。
（Ａ）電子の入射エネルギによりゲインが一義的に決まる。
（Ｂ）電子の入射エネルギが高くなるとセンサゲインが上昇する。
（Ｃ）電子の入射エネルギ帯域に対して、有効なセンサの厚み（電子を蓄積しやすい厚み）が形成されている。厚みが薄すぎると電子の蓄積量が少なくなり、厚すぎると電子が蓄積されにくい。
（Ｄ）電子が直接入射できるセンサである。
（Ｅ）表面照射型だけでなく背面（裏面）照射型のセンサを用いることも可能である。
（Ｆ）センサ表面に電圧（ＧＮＤまたは一定電圧）が印加可能である。
（Ｇ）センサ周囲にノイズカットカバーを有していてもよい。
（Ｈ）センサおよびカメラの少なくとも一方の電圧をフローティングにすることができる（基準電位を外部より制御可能な構成とすることができる）。
（Ｉ）センサゲイン＝最大蓄積電荷量／最大取得電子数
なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４６、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
【図１】
0005963453.tif 000003
【図２Ａ】
0005963453.tif 000004
【図２Ｂ】
0005963453.tif 000005
【図３】
0005963453.tif 000006
【図４】
0005963453.tif 000007
【図５】
0005963453.tif 000008
【図６】
0005963453.tif 000009
【図７】
0005963453.tif 000010
【図８】
0005963453.tif 000011
【図９】
0005963453.tif 000012
【図１０】
0005963453.tif 000013
【図１１】
0005963453.tif 000014
【図１２】
0005963453.tif 000015
【図１３】
0005963453.tif 000016
【図１４】
0005963453.tif 000017
【図１５】
0005963453.tif 000018
【図１６】
0005963453.tif 000019
【図１７】
0005963453.tif 000020
【図１８】
0005963453.tif 000021
【図１９】
0005963453.tif 000022
【図２０】
0005963453.tif 000023
【図２１】
0005963453.tif 000024
【図２２】
0005963453.tif 000025
【図２３】
0005963453.tif 000026
【図２４】
0005963453.tif 000027
【図２５】
0005963453.tif 000028
【図２６Ａ】
0005963453.tif 000029
【図２６Ｂ】
0005963453.tif 000030
【図２６Ｃ】
0005963453.tif 000031
【図２７Ａ】
0005963453.tif 000032
【図２７Ｂ】
0005963453.tif 000033
【図２８】
0005963453.tif 000034
【図２９Ａ】
0005963453.tif 000035
【図２９Ｂ】
0005963453.tif 000036
【図３０】
0005963453.tif 000037
【図３１】
0005963453.tif 000038
【図３２Ａ】
0005963453.tif 000039
【図３３】
0005963453.tif 000040
【図３４】
0005963453.tif 000041
【図３５】
0005963453.tif 000042
【図３６】
0005963453.tif 000043
【図３７】
0005963453.tif 000044
【図３８】
0005963453.tif 000045
【図４２】
0005963453.tif 000046
【図４３】
0005963453.tif 000047
【図４４】
0005963453.tif 000048
【図４５】
0005963453.tif 000049
【図４６】
0005963453.tif 000050
【図４７】
0005963453.tif 000051
【図４８】
0005963453.tif 000052
【図４９】
0005963453.tif 000053
【図５０】
0005963453.tif 000054
【図５１】
0005963453.tif 000055
【図５２】
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【図５３】
0005963453.tif 000057
【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
0005963453.tif 000060
【図５７】
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【図５８】
0005963453.tif 000062
【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
0005963453.tif 000082
【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
0005963453.tif 000087
【図８８】
0005963453.tif 000088
【図８９】
0005963453.tif 000089
【図９０】
0005963453.tif 000090
【図９１】
0005963453.tif 000091
【図９２】
0005963453.tif 000092
【図９７】
0005963453.tif 000093
【図９８】
0005963453.tif 000094
【図９９】
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【図１００】
0005963453.tif 000096
【図１０１】
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【図１０２】
0005963453.tif 000098
【図１０３】
0005963453.tif 000099
【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
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【図１３８】
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【図１３９】
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【図１４０】
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【図１４１】
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【図１４２】
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【図１４３】
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【図１４４】
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【図１４５Ａ】
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【図１４５Ｂ】
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【図１４５Ｃ】
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【図１４６Ａ】
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【図１４６Ｂ】
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【図１４７Ａ】
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【図１４７Ｂ】
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【図１４８Ａ】
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【図１４８Ｂ】
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【図１４８Ｃ】
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【図１４９Ａ】
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【図１４９Ｂ】
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【図１５０】
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【図１５１Ａ】
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【図１５１Ｂ】
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【図１５２】
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【図１５３Ａ】
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【図１５３Ｂ】
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【図１５４】
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【図１５５】
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【図１５６】
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【図１５７Ａ】
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【図１５７Ｂ】
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【図１５７Ｃ】
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【図１５８】
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【図１５９】
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【図１６０Ａ】
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【図１６０Ｂ】
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【図１６１】
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【図１６２Ａ】
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【図１６２Ｂ】
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【図１７０】
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【図１７１】
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【図１７５】
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【図１７６】
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【図１８０】
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【図１８５】
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【図１８７】
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【図１８８】
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【図１８９】
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【図１９０】
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【図１９１】
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【図１９２】
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【図１９３】
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【図１９４Ａ】
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【図１９５Ａ】
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【図１９５Ｂ】
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【図１９９】
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【図２００】
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【図２０１】
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【図２０６】
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【図２０７】
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【図２０８】
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【図２０９】
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【図２１０】
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【図２１１】
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【図２１２】
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【図２１４】
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【図２１５】
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【図２１６】
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【図２１７】
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【図２１８】
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【図２１９】
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【図２２０】
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【図２２１】
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【図２２２】
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【図２２３】
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【図２２４】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３２Ｄ】
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【図３２Ｅ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図６４】
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【図６５】
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【図８１】
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【図８２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６Ａ】
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【図９６Ｂ】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１９６】
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【図１９７】
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【図１９８】
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