(57)【要約】  【課題】  検査対象の表面粗さを検査する新規な検査装置を提供する。  【解決手段】  検査システム１００は、電子ビームを発生する電子源１０１と、電子源１０１から発生した電子ビームを試料Ｓに導く１次電子光学系１０２と、試料から発生するミラー電子を検出面で受けて検出する撮像装置１０４と、試料から発生したミラー電子を撮像装置１０４の撮像面に導く２次電子光学系１０５と、撮像装置１０４にて撮像されたミラー電子の分布の所定方向の半値幅に基づいて、校正情報を用いて試料の表面粗さを求める検査処理部１０７とを備えている。【選択図】  図１２
2016143651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子源と、
前記電子源から発生した電子ビームを検査対象に導く１次電子光学系と、
検査対象から発生するミラー電子を検出面で受けて検出する検出器と、
前記検査対象から発生したミラー電子を前記検出器の前記検出面に導く２次電子光学系と、
前記検出器にて検出されたミラー電子の分布に基づいて前記検査対象の表面粗さを求める検査処理部と、
を備えたことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の形状に基づいて、前記検査対象の表面粗さを求め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】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の所定の方向の広がりに基づいて前記検査対象の前記所定の方向の表面粗さを求めることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の所定の方向の半値幅に対応する前記所定の方向の表面粗さを記憶した校正情報を記憶しており、前記校正情報を利用して前記所定の方向の表面粗さを求めることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記校正情報は、前記検査対象の種類ごとに記憶されていることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
【請求項６】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の前記検出面における位置に基づいて、前記検査対象の表面傾きを求めることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項７】
前記１次電子光学系は、前記電子ビームを前記検査対象に面照射することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項８】
前記電子ビームの前記検査対象の表面でのランディングエネルギーが、前記検査対象から前記ミラー電子とともに２次電子が発生する大きさになるように設定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項９】
前記検査対象は金属であり、前記検査装置は金属の表面粗さを検査することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記検査対象は、表面に膜が形成された基板であり、前記検査装置は前記膜の表面粗さを検査することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項１１】
ステージ駆動機構をさらに備え、
前記ステージ駆動機構は、
ステージ載置台と、
前記ステージ載置台上を移動するステージと、
前記ステージ上に、その中心を回転軸として回転可能に設けられた、検査対象を載置するための検査対象載置プレートと、
前記検査対象載置プレートに、その中心から離れて設けられた第１のジグと、
前記前記ステージ載置台に対して固定され、前記第１のジグに係合可能な第２のジグと、
を備え、
前記第１のジグと前記第２のジグは、前記第１のジグと前記第２のジグとが係合した状態で前記ステージが移動することにより、前記第２のジグに対する第１のジグの移動が制限されることで、前記検査対象載置プレートを前記ステージ上で回転させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項１２】
検査対象に電子ビームを照射し、
前記検査対象から発生するミラー電子を検出面で検出し、
検出面にて検出された前記ミラー電子の分布に基づいて、前記検査対象の表面粗さを求める
ことを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象の表面粗さを検査する検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属等の検査対象の表面粗さは、従来、光センサの反射光の散乱を観察したり、断面諧調をフーリエ変換したり、または人間の目視による直観に頼って検査されていた。表面粗さの指標として、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６３８８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反射光の散乱の観察や目視による確認による表面粗さ検査は、あくまでも主観的なものであった。断面諧調をフーリエ変換することで定量的な表面粗さが得られるが、この結果は逆に人間の直観にそぐわないところがあった。
【０００５】
レーザによる表面粗さ検査は、表面の凹凸をレーザで測定し、検査長Ｌに対して凹凸を関数として取り込み、それぞれ算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ等を求めるものである。この方法では、ＪＩＳに従った定量的な表面粗さの評価は可能であるが、実際には人間の見た目の間隔にはそぐわない部分がある。
【０００６】
また、レーザによる表面粗さ検査は、ラインスキャン方式による検査であるので、検査対象の全体の検査が終わらないと、面全体の分布としての評価ができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、検査対象の表面粗さを定量的に検査できる改良された検査装置及び検査方法を提供することを目的の一つとする。また、本発明の他の目的は、検査対象の表面粗さの検査を高速に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の検査装置は、電子ビームを発生する電子源と、前記電子源から発生した電子ビームを検査対象に導く１次電子光学系と、検査対象から発生するミラー電子を検出面で受けて検出する検出器と、前記検査対象から発生したミラー電子を前記検出器の前記検出面に導く２次電子光学系と、前記検出器にて検出されたミラー電子の分布に基づいて前記検査対象の表面粗さを求める検査処理部とを備えた構成を有している。
【０００９】
ミラー電子の分布は検査対象の表面粗さを反映しているので、上記の構成により、ミラー電子の分布に基づいて、検査対象の表面粗さを検査できる。
【００１０】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の形状に基づいて、前記検査対象の表面粗さを求めてよい。
【００１１】
ミラー電子の分布の形状は検査対象の表面粗さを反映しているので、上記の構成により、ミラー電子の分布の形状に基づいて、検査対象の表面粗さを検査できる。
【００１２】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の所定の方向の広がりに基づいて前記検査対象の前記所定の方向の表面粗さを求めてよい。
【００１３】
ミラー電子の分布の所定の方向の広がりは検査対象の所定の方向の表面粗さを反映しているので、上記の構成により、ミラー電子の分布の所定の方向の広がりに基づいて、検査対象の所定の方向の表面粗さを検査できる。
【００１４】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の分布の所定の方向の半値幅に対応する前記所定の方向の表面粗さを記憶した校正情報を記憶していてよく、前記校正情報を利用して前記所定の方向の表面粗さを求めてよい。
【００１５】
この構成によれば、ミラー電子の所定の方向の広がりから検査対象の所定の方向の表面粗さを、校正情報を利用して高速に求めることができる。
【００１６】
前記校正情報は、前記検査対象の種類ごとに記憶されていてよい。
【００１７】
この構成により、各種の検査対象について表面粗さの検査を行うことができる。
【００１８】
前記検査処理部は、前記ミラー電子の前記検出面における位置に基づいて、前記検査対象の表面傾きを求めてよい。
【００１９】
この構成により、検査対象の表面の粗さに加えて、検査対象の表面の傾きも検査できる。
【００２０】
前記１次電子光学系は、前記電子ビームを前記検査対象に面照射してよい。
【００２１】
この構成によれば、ミラー電子の分布を高速に得ることができ、検査対象の検査を高速に行うことができる。
【００２２】
前記電子ビームの前記検査対象の表面でのランディングエネルギーが、前記検査対象から前記ミラー電子とともに２次電子が発生する大きさになるように設定されてよい。
【００２３】
この構成によれば、検出器においてミラー電子と２次電子の分布を得ることができる。
【００２４】
前記検査対象は金属であってよく、前記検査装置は金属の表面粗さを検査してよい。
【００２５】
この構成により、金属の表面粗さを検査する検査装置が提供される。
【００２６】
前記検査対象は、表面に膜が形成された基板であってよく、前記検査装置は前記膜の表面粗さを検査してよい。
【００２７】
この構成により、基板上の膜の形成状態を検査する検査装置が提供される。
【００２８】
前記検査装置は、ステージ駆動機構をさらに備えていてよい。前記ステージ駆動機構は、  ステージ載置台と、前記ステージ載置台上を移動するステージと、前記ステージ上に、その中心を回転軸として回転可能に設けられた、検査対象を載置するための検査対象載置プレートと、前記検査対象載置プレートに、その中心から離れて設けられた第１のジグと、前記前記ステージ載置台に対して固定され、前記第１のジグに係合可能な第２のジグと備え、前記第１のジグと前記第２のジグは、前記第１のジグと前記第２のジグとが係合した状態で前記ステージが移動することにより、前記第２のジグに対する第１のジグの移動が制限されることで、前記検査対象載置プレートを前記ステージ上で回転させる構成を有している。
【００２９】
この構成により、ステージをステージ載置台上で回転駆動させるための専用の駆動機構を設ける必要はなく、ステージをステージ載置台上で直線移動させて、その直線運動を回転運動に変換することで、検査対象載置プレート及びその上に載置された検査対象を回転させることができる。
【００３０】
本発明の別の態様は検査方法であって、検査対象に電子ビームを照射し、前記検査対象から発生するミラー電子を検出面で検出し、検出面にて検出された前記ミラー電子の分布に基づいて、前記検査対象の表面粗さを求める構成を有している。
【００３１】
この構成によっても、ミラー電子の分布に基づいて、検査対象の表面粗さを検査できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ミラー電子の分布に基づいて検査対象の表面粗さを検査する検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置の主要構成要素を示す立面図であって、図２の線Ａ−Ａに沿って見た図である。
【図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】本発明の一実施形態に係る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検査装置の全体構成図である。
【図１０】（ａ）本発明の第１の変形例に係る電子光学装置に用いる光学系の概略構成図  （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図
【図１１】（ａ）本発明の第２の変形例に係る電子光学装置に用いる光学系の概略構成図  （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図
【図１２】本発明の一実施形態に係る検査システムの構成を示す図
【図１３】（ａ）試料の表面（正常）の粗さを説明する図  （ｂ）試料の表面（粗密あり）の粗さを説明する図  （ｃ）試料の表面（凹凸あり）の粗さを説明する図  （ｄ）試料の表面（膜成分の凝集あり）の粗さを説明する図
【図１４】本発明の一実施形態に係る電子像の分布の例を示す図
【図１５】（ａ）本発明の一実施形態に係る電子像（ミラー電子）の明るさとランディングエネルギーとの関係の例を示すグラフ  （ｂ）本発明の一実施形態に係る電子像（２次電子）の明るさとランディングエネルギーとの関係の例を示すグラフ
【図１６】（ａ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（横方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｂ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（縦方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｃ）２次電子及びミラー電子の画像の例を示す図
【図１７】（ａ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（横方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｂ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（縦方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｃ）２次電子及びミラー電子の画像の例を示す図
【図１８】（ａ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（横方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｂ）試料の表面の光学顕微鏡による断面諧調（縦方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例を示す図  （ｃ）２次電子及びミラー電子の画像の例を示す図
【図１９】本発明の一実施形態に係る試料の表面の粗さとミラー電子の分布の関係の例を示す図
【図２０】（ａ）本発明の一実施形態に係るミラー電子の分布と断面諧調との関係（横方向）の例を示す図  （ｂ）本発明の一実施形態に係るミラー電子の分布と断面諧調との関係（縦方向）の例を示す図
【図２１】本発明の一実施形態に係るミラー電子の画像に対して想定円を設けた画面例を示す図
【図２２】（ａ）照射ビームとミラー電子の分布と試料の表面粗さ（Ｒ０）との関係を模式的に示す図  （ｂ）照射ビームとミラー電子の分布と試料の表面粗さ（Ｒ１）との関係を模式的に示す図
【図２３】（ａ）照射ビームとミラー電子の分布と試料の表面粗さ（Ｒ０）との関係を模式的に示す図  （ｂ）照射ビームとミラー電子の分布と試料の表面粗さ（Ｒ１）との関係を模式的に示す図
【図２４】本発明の第１の実施の形態のステージ駆動機構を示す図
【図２５】（ａ）本発明の一実施形態に係る凸型ジグ及び凹型ジグを示す斜視図  （ｂ）本発明の一実施形態に係る凸型ジグ及び凹型ジグを示す平面図
【図２６】本発明の一実施形態のθ方向のアライメント動作のフロー図
【図２７】（ａ）本発明の一実施形態の変形例に係るステージ駆動機構を示す平面図  （ｂ）本発明の一実施形態の変形例に係るステージ駆動機構を示すＡ−Ａ断面図
【図２８】（ａ）本発明の一実施形態のさらなる変形例に係るのステージ駆動機構の平面図  （ｂ）本発明の一実施形態のさらなる変形例に係るステージ駆動機構を示すＢ−Ｂ断面図  （ｃ）本発明の一実施形態のさらなる変形例に係るステージ駆動機構を示すＢ−Ｂ断面図
【図２９】（ａ）本発明の一実施形態の変形例に係る凸型ジグ及び凹型ジグを示す斜視図  （ｂ）本発明の一実施形態の変形例に係る凸型ジグ及び凹型ジグを示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態の半導体検査装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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と、電子ビームキャリブレーション機構と、ステージ装置５０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。
【００３７】
＜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、その昇降テーブル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２０内の第１の搬送ユニット６１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よいので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
【００３８】
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、フィルタ類及びファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケット（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６１により、基板を出し入れする。
【００３９】
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第１の搬送ユニット６１で保持できるように、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２を上下移動できるようになっている。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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２１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内に配置された第１の搬送ユニット６１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２１内でなくその外側に設けてもよい。
【００４２】
排出装置２４は、第１の搬送ユニット６１のウエハ搬送面より下側の位置で第１の搬送ユニット６１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、第１の搬送ユニット６１の周囲を流れ下り、第１の搬送ユニット６１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。
【００４３】
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたプリアライナ２５は、ウ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２５は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２５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。
【００４４】
なお、図示しないが、プリアライナ２５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２５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。
【００４５】
＜主ハウジング＞
図１及び図２Ａ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５０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３２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。
【００４６】
なお、防振装置３７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。
【００４７】
＜ローダハウジング＞
図１、図２Ａ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２０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２０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よい。
【００４８】
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。
【００４９】
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４１及び４２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３１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４１及び４２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レーザ光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。
【００５０】
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。
【００５１】
＜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７０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５０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よいので、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。
【００５２】
電子ビームに対するウエハの回転位置やＸ、Ｙ位置を後述する信号検出系或いは画像処理系に予め入力することで、検査の際に得られるウエハの回転位置やＸ、Ｙ位置を示す信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたウエハチャック機構は、ウエハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになっていて、ウエハの外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ウエハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランプピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。
【００５３】
なお、この実施形態では図２Ａ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。
【００５４】
＜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。
【００５５】
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、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。
【００５６】
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１０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２Ａ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６１２が再び伸びてアーム６１２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２５から前記と逆にしてウエハを受け取った後は、アーム６１２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内のウエハラック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。
【００５７】
第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニット６１と構造が基本的に同じであり、ウエハの搬送をウエハラック４７とステージ装置５０の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。
【００５８】
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１０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５０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や４５ｃｍのウエハの移動もスムースに行うことができる。
【００５９】
＜ウエハの搬送＞
次にカセットホルダ１０に支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウエハの搬送について、順を追って説明する。
【００６０】
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。
【００６１】
カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットｃに設けられたカバー（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ｃ内及びミニエンバイロメント空間２１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。
【００６２】
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Ｍ２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６１２と、カセットｃ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１０の昇降テーブル１１の上下動で行ってもよいし、或いはその両者を行ってもよい。
【００６３】
アーム６１２によるウエハの受け取りが完了すると、アーム６１２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６１２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、プリアライナ２５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第１の搬送ユニット６１はアーム６１２の先端にプリアライナ２５からウエハを受け取った後、アーム６１２を縮ませ、方向Ｍ４に向けてアーム６１２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。
【００６４】
第１の搬送ユニット６１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２０のハウジング２２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６１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２２の底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され再び気体供給ユニット２３１に戻される。
【００６５】
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４１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４３５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ラック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６３２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。
【００６６】
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４２内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ４１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６３のアーム６３２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５０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２Ａで上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図２Ａ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４２がワーキングチャンバ３１の真空状態と略同じになると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り口４３７、３２５を開き、アーム６３２が伸びてウエハを保持したアーム６３２の先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０に接近する。そしてステージ装置５０の載置面５５１上にウエハを載置する。ウエハの載置が完了するとアーム６３２が縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
【００６７】
以上は、カセットｃ内のウエハをステージ装置５０上に搬送するまでの動作について説明したが、ステージ装置５０に載せられて処理が完了したウエハをステージ装置５０からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を行う。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６３でウエハラック４７とステージ装置５０との間でウエハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニット６１でカセットｃとウエハラック４７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。
【００６８】
具体的には、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、処理を開始し、（２）この処理中に、処理済ウエハＡを、アーム６３２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６３２によりウエハラック４７から抜き出し、プリアライナ２５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。
【００６９】
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時処理することもできる。
【００７０】
図６及び図７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。
【００７１】
図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置２０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２０と同じ方法で床上に配置され得る。
【００７２】
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５０への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
【００７３】
＜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、２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。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。
【００７４】
＜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よい。
【００７５】
＜１次光学系＞
１次光学系７２は、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。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Ｗに一次光線として照射される。
【００７６】
＜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。
【００７７】
このとき、ウエハＷ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Ｗとの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。
【００７８】
＜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ＭＣＰで増幅されたのち、蛍光スクリーンに当たって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。
【００７９】
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。例えば透過率及び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又は、ＥＢ−ＣＣＤを用いてもよい。ＥＢ−ＴＤＩを用いると、ウエハＷの表面２１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。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。
【００８０】
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。
【００８１】
＜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。図９において、検査装置は鏡筒７１、光源筒７０００及びチャンバ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。
【００８２】
鏡筒７１の内部には、ウエハＷから放出される２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及び検出器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。
【００８３】
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及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。
【００８４】
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、通常ドライポンプ又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。
【００８５】
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、２次ビームとして光電子が発生する。２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。
【００８６】
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、ウエハ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７２４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７２４によって結像した２次ビームは、ミラー１０００１の穴を通過する。
【００８７】
２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回の結像を行わせる。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。２次ビームは、カソードレンズ７２４及びレンズ（ＴＬ１）１０００６により、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８上に収束してクロスオーバを形成する。カソードレンズ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。
【００８８】
レンズ１０００６、１０００９、レンズ７４１はすべて、ユニポテンシャルレンズ又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段目又は２段目、又は両方にフォーカス調整用電極を所持する構造、又はダイナミックに行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極又は５極とすることも有効である。
【００８９】
２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及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。２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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
＜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。
【００９３】
＜電子光学装置のバリエーション＞
以下に、半導体検査装置１の電子光学装置７０の種々の変形例を説明する。以下では、上述の電子光学装置７０と異なる点を主に説明し、電子光学装置７０と同様の構成については電子光学装置７０と同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００９４】
図１０は、第１の変形例の電子光学装置７０Ａに用いる光学系の概略構成図である。電子光学装置７０Ａは、光源１００００、カソードレンズ７２４（カソードレンズ７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６、静電レンズ１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、レンズ７４１、及び検出系７６を有している。光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、電子光学装置７０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よい。
【００９５】
図１０（ａ）に示すように、本変形例では、ウエハＷの裏面側に光源１００００を設ける。光源１００００から発生したレーザ１００００Ａは、ステージ装置５０上のウエハＷの裏面に一次ビームとして照射される。レーザ１００００Ａが一次ビームとしてウエハＷに照射されると、ウエハＷ上のパターンに従う二次元の２次電子画像が発生する。その光電子の二次元画像は、カソードレンズ７２４−１及びカソードレンズ７２４−２を通過し、静電レンズ１０００６で収束されて、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する。静電レンズ１０００６及び静電レンズ１０００９はズーム機能を有しており、これにより２次電子画像の倍率を制御できる。静電レンズ１０００９を通過した２次電子画像は、後段のレンズ７４１で拡大されて、検出系７６に結像する。
【００９６】
図１０（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。ウエハＷの表面のうち、Ｐ１で示す部分が光電子が発生しやすい材料であり、Ｐ２で示す部分が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部分Ｐ１は多くの光電子を発生するが、部分Ｐ２からは少量の光電子しか発生しない。したがって、部分Ｐ１と部分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大きなコントラストが得られる。
【００９７】
＜電子光学装置のさらなる変形例＞
図１１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光学装置７０Ｆを示している。電子光学装置７０Ｆの検査対象（試料）は、ウエハＷである。ウエハＷ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ウエハＷの表面上の異物の存在を検出する。異物は、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。この変形例では、電子光学装置７０Ｆは、写像投影式検査装置である。
【００９８】
写像投影方式検査装置としての電子光学装置７０Ｆは、電子ビームを生成する１次光学系７２と、ウエハＷを設置するステージ装置５０と、ウエハＷ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７４と、それらの電子を検出する検出器７６１と、検出器７６１からの信号を処理する画像処理部７６３（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡８７１とを備える。検出器７６１は、本例では２次光学系７４に含まれてよい。また、画像処理部７６３は本発明の画像処理部に含まれてよい。
【００９９】
１次光学系７２は、電子ビームを生成し、ウエハＷに向けて照射する構成である。１次光学系７２は、電子銃７２１と、レンズ７２２、７２５と、アパーチャ７２３、７２４と、Ｅ×Ｂフィルタ７２６と、レンズ７２７、７２９、７３０と、アパーチャ７２８とを有する。電子銃７２１により電子ビームが生成される。レンズ７２２、７２５及びアパーチャ７２３、７２４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７２６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７２６に入射して、鉛直下方向に偏向され、ウエハＷの方に向かう。レンズ７２７、７２９、７３０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。
【０１００】
１次光学系７２は、電子ビームをウエハＷへ照射する。１次光学系７２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。
【０１０１】
この点に関し、ウエハＷの表面２１上の異物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、異物の上方の位置（検出器７６１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。このＬＥ１とＬＥ２との差異は、望ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。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。
【０１０２】
Ｅ×Ｂフィルタ７２６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、ウエハＷに対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ７２６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、ウエハＷ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。
【０１０３】
このように、異物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。
【０１０４】
ステージ装置５０は、ウエハＷ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、ステージ装置５０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ装置５０の表面には、静電チャック等のウエハ固定機構が備えられていてもよい。
【０１０５】
ステージ装置５０上にはウエハＷがあり、ウエハＷの上に異物がある。１次光学系７２は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０〔ｅＶ〕でウエハＷの表面２１に電子ビームを照射する。異物がチャージアップされ、１次光学系７２の入射電子が異物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７４により検出器７６１に導かれる。このとき、２次放出電子は、ウエハＷの表面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。ミラー電子は異物で形成される。したがって、異物の信号だけが、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２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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
例えば、異物のサイズが直径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。
【０１０８】
２次光学系７４は、ウエハＷから反射した電子を、検出器７６１に導く手段である。２次光学系７４は、レンズ７４１、７４３と、ＮＡアパーチャ７４２と、アライナ７４４と、検出器７６１とを有する。電子は、ウエハＷから反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、アパーチャ７２８、レンズ７２７及びＥ×Ｂフィルタ７２６を再度通過する。そして、電子は２次光学系７４に導かれる。２次光学系７４においては、レンズ７４１、ＮＡアパーチャ７４２、レンズ７４３を通過して電子が集められる。電子はアライナ７４４で整えられて、検出器７６１に検出される。
【０１０９】
ＮＡアパーチャ７４２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７４２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からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ７４２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。
【０１１０】
例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ７４２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２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、２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７４２のサイズを選択することが好適である。
【０１１１】
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はほぼ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７４２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。
【０１１２】
異物は、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、金属等でよく、又はそれらが混在してもよい。異物表面には自然酸化膜等が形成されるので、異物は絶縁材料で覆われることになる。よって、異物の材料が金属であっても、酸化膜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例に好適に利用される。
【０１１３】
検出器７６１は、２次光学系７４により導かれた電子を検出する手段である。検出器７６１は、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７６１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７６１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。
【０１１４】
ここでは、検出器７６１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。
【０１１５】
また、ＥＢ−ＴＤＩの他に、ＥＢ−ＣＣＤが備えられてよい。ＥＢ−ＴＤＩとＥＢ−ＣＣＤは交換可能であり、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。
【０１１６】
電子光学装置７０Ｆについて、さらに説明する。ウエハＷは、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ装置５０に設置される。ステージ装置５０と光学顕微鏡８７１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ウエハＷの異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、ウエハＷの表面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、ウエハＷ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７４においてフォーカス制御が行われる。ウエハＷ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、精度のよい安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。
【０１１７】
ここで、２次光学系７４が、ＮＡアパーチャ７４２、検出器７６１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７４２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１１では、ＮＡアパーチャ７４２とＥＢ−ＣＣＤ７４５が、開口７４７、７４８を有する一体の保持部材７４６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ７４２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ７４５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系７４が備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ７４２、ＥＢ−ＣＣＤ７４５は、真空中で動作するＸ、Ｙステージ７４６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ７４２及びＥＢ−ＣＣＤ７４５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７４６には開口７４７、７４８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７４２又はＥＢ−ＣＣＤ７４５を通過可能である。
【０１１８】
このような構成の２次光学系７４の動作を説明する。まず、ＥＢ−ＣＣＤ７４５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７４１、７４３及びアライナ７４４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７４２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。
【０１１９】
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７４２の孔中心を配置するように、ＮＡアパーチャ７４２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７４２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７４２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７４２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。
【０１２０】
また、異物の検査では、異物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７４２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、ウエハＷの表面２１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７４２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、ウエハＷの表面２１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７４２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、２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７４２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７４２の中心位置を配置することが、大変有利である。
【０１２１】
このような適切な位置へのＮＡアパーチャ７４２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７４２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７４２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７４２の中心が設置される。
【０１２２】
信号強度の計測には、ＥＢ−ＣＣＤ７４５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７６１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。
【０１２３】
あるいは、ＮＡアパーチャ７４２の位置と検出器７６１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、ＮＡアパーチャ７４２と検出器７６１の間にあるレンズ７４３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７４２の位置のビームの像が、検出器７６１の検出面に結像される。したがって、ＮＡアパーチャ７４２の位置におけるビームプロファイルを、検出器７６１を用いて観察することができる。
【０１２４】
また、ＮＡアパーチャ７４２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。
【０１２５】
この点に関し、電子の像は、ミラー電子と２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、異物のコントラストを高めることができる。
【０１２６】
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、異物のコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
【０１２７】
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。
【０１２８】
＜表面粗さの検査＞
上記の検査装置を用いて、試料の表面粗さを検査できる。以下に、図１１に示した電子光学装置を採用した検査装置で試料の表面粗さを測定する場合を説明する。図１１に示した電子光学装置は、電子線を面で照射するので、ある面積においてその粗さの分布を直感的に知ることができる。
【０１２９】
即ち、図８や図１０に示した電子光学装置を採用した検査装置では、レーザを用いて線でスキャンをして検査を行うが、図１１の電子光学装置を採用した検査装置では、電子線を面照射するので、ミラー電子がすでに算術平均粗さＲａや最大高さＲｙの定義の任意の区間Ｌを有しており、ミラー電子は算術平均粗さＲａや最大高さＲｙに対応した分布をするので、ミラー電子の分布そのものが、視覚的に算術平均粗さＲａや最大高さＲｙを表している。よって、図１１の電子光学装置を採用した検査装置によれば、従来の検査装置にはない、感覚的な検査が可能となり、定量的でありながら人間の直観に近い検査結果を得ることができる。
【０１３０】
また、レーザを用いる検査装置では、表面粗さの測定精度はレーザの波長限界に拘束される。レーザを用いる検査装置において、表面の凹凸及び空間分解能は数１００ｎｍないし４０ｎｍ程度が限界である。これに対して、電子線を用いた図１１の電子光学装置を採用した検査装置では、表面の凹凸及び空間分解能を数１０ｎｍ以下にすることができ、これまで波長限界によって不可能であった領域での凹凸ないし表面粗さの検査が可能となる。
【０１３１】
図１２は、図１１の電子光学装置を採用した検査装置を含む検査システムの構成を示す図である。検査システム１００は、検査対象である試料の表面粗さの検査を行う。具体的には、検査システム１００は、金属の試料（サンプル）の表面又は、膜が形成された試料の表面（膜の表面）（以下単に「試料の表面」という。）の粗さの検査に用いられる。検査システム１００は、電子を放出する電子源（熱電子源）１０１と、電子源１０１より放出された電子を試料Ｓの表面に導くための１次電子光学系１０２と、電界と磁界からなるＥ×Ｂフィルタ１０３と、試料Ｓから戻ってくる電子の分布を画像として得るための検出器としての撮像装置１０４と、試料Ｓから戻ってくる電子を撮像装置１０４に導くための２次電子光学系１０５とを備えている。
【０１３２】
電子源１０１は、熱電子放出型又はショットキー型の電子銃である。１次電子光学系１０２は、四重極子等の静電１０２１を備えている。電子源１０１から照射された電子ビームは、１次電子光学系１０２にてその形状が整えられ、試料Ｓの表面に面照射される。このとき、電子ビームはＥ×Ｂフィルタ１０３を通過して試料Ｓの表面に導かれる。なお、Ｅ×Ｂフィルタ１０３の代わりにウィーンフィルタが用いられてもよい。
【０１３３】
試料Ｓの表面に電子ビームが照射されることにより、試料Ｓの表面から２次電子及びミラー電子が発生する。この２次電子及びミラー電子は、試料Ｓの近傍に配置されている電極によって撮像装置１０４側に加速される。加速された２次電子及びミラー電子は、Ｅ×Ｂフィルタ１０３を直進し、２次電子光学系１０５によって写像映像として撮像装置１０４で結像される。撮像装置１０４は、マルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）、蛍光板、及びＴＤＩ−ＣＣＤから構成される。なお、ＴＤＩ−ＣＣＤの代わりにＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩを用いてもよい。
【０１３４】
試料Ｓは防振構造を備えた試料保持台（ステージ）１０６の上に固定される。この試料保持台１０６は、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方に、連続的又はステップアンドリピート式に動くことができる。防振構造は、非接触型軸受から構成されることもある。電子ビームの形状は、撮像装置１０４の画素に相当する領域より広い範囲に均一な分布をもって照射されるように形成される。
【０１３５】
電子ビームが照射された試料Ｓの表面からは照射された電子ビームのエネルギーに応じて２次電子及びミラー電子が発生する。この２次電子及びミラー電子は、試料Ｓの近傍の電極によって所定の運動エネルギーまで加速され、２次電子光学系１０５に導かれる。試料Ｓに照射する電子ビームのエネルギーは、電子ビームの加速電圧と、試料Ｓに印加されているリーディング電圧の差分で決めることができる。
【０１３６】
２次電子光学系１０５は、電気的レンズ又は静電レンズで構成される。これらのレンズは、複数枚の同軸上に配置された開口部を有する電極、もしくは同軸上に配置された複数の電極群から構成され、これらのレンズがさらに複数段配置される。電気的レンズは、２次電子及びミラー電子の持つ画像情報を拡大し、かつ試料Ｓ上の位置情報及び表面情報を失わないように、２次電子及びミラー電子を写像情報として撮像装置１０４に導く。
【０１３７】
上述のように、検出器としての撮像装置１０４は、ＭＣＰ、蛍光板、及びＴＤＩ−ＣＣＤから構成される。撮像装置１０４に入射した電子はＭＣＰで増倍される。ＭＣＰで増倍された電子は、蛍光板にて光に変換され、この光信号がＴＤＩ−ＣＣＤに取り込まれ、ＴＤＩ−ＣＣＤから画像信号として出力される。なお、ＭＣＰ、蛍光板、及びＴＤＩ−ＣＣＤの代わりにＥＢ−ＣＣＤが用いられる場合には、２次電子及びミラー電子は、直接ＥＢ−ＣＣＤに入射して画像信号に変換される。
【０１３８】
撮像装置１０４にＴＤＩ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩが用いられる場合には、試料Ｓを保持する試料保持台１０６は、連続的に動くことが可能な構造となっている。また、ＴＤＩ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩの場合に、試料保持台１０６が連続的な動きだけでなく、移動と停止を繰り返すことも可能である。撮像装置１０４にＣＣＤ又はＥＢ−ＣＣＤを採用する場合には、試料保持台１０６は移動と停止を繰り返すことも可能である。
【０１３９】
試料保持台１０６の位置は、図示しないレーザ干渉計によって常に測定されている。レーザ干渉計は、予め指定された目標値とレーザ干渉計にて測定された現在値とを比較し、その残差に応じて、残差を補正するための信号をメインコンピュータ１０７に送信する。メインコンピュータ１０７は、制御ユニットとして機能し、残差を補正するための信号に基づいて、２次電子光学系１０５の静電レンズを制御する。検査システム１００は、試料保持台１０６の移動及び停止又はその間の速度斑、微小振動による２次電子及びミラー電子の起動の揺らぎを補正し、撮像装置１０４の撮像面（検出面）では常に安定した結像状態になるようにする補正機構を有している。試料保持台１０６にはブレーキが備わっており、停止時にブレーキを用いて停止し、停止中の微振動を抑制し、もしくはなくすことが可能である。
【０１４０】
撮像装置１０４がＴＤＩもしくはＥＢ−ＴＤＩの場合は、メインコンピュータ１０７は、試料保持台１０６の移動距離をレーザ干渉計により測定し、決められた距離を移動するごとに、ＴＤＩもしくはＥＢ−ＴＤＩの画像データを転送させる機能を有している。撮像装置１０４によって得られた画像データ（電気的画像情報）は、メインコンピュータ１０７に送られて、メインコンピュータ１０７の記憶部に記憶される。メインコンピュータ１０７は、ＴＤＩ−ＣＣＤを制御するための制御部としても機能し、この機能により、ＴＤＩ−ＣＣＤの制御タイミングと記憶タイミングとの同期がとられる。
【０１４１】
メインコンピュータ１０７は、検査処理部としても機能し、入力された画像データに対して検査処理としての信号処理、すなわち画像解析を行い、欠陥個所の特定、欠陥の種類の判別等とともに、表面粗さを求めて、検査結果をユーザに示すとともに記憶部に記憶する。メインコンピュータ１０７による検査処理についてはさらに後述する。
【０１４２】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、試料の表面粗さを説明する図である。図１３（ａ）〜（ｄ）は基板の表面に形成された膜の形状や膜質の変化の観察例である。図１３（ａ）は正常な膜の例を示している。正常な膜１３１は図１３（ａ）に示されるように、均一な膜面を有している。膜厚は例えば１〜３０ｎｍ程度である。なお、図１３の例では膜１３１は１層であるが、下膜があってもよい（多層膜であってよい）。また、観察できる膜としては、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、ＣｓＢｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ、Ｔａ、アルカリ金属、ＳｉＯ2、ＴａＢＮ、ＴａＢＯ、Ｓｉ、Ｍｏ等がある。
【０１４３】
図１３（ｂ）は、膜１３２に粗密が発生して膜の形状や形態が不均一となっている場合を示しており、図１３（ｃ）は膜１３３に凹部や凸部が発生して膜の形状や形態が不均一となっている場合を示しており、図１３（ｄ）は膜成分１３４の凝集等により、形状や組成が不均一となっている場合を示している。
【０１４４】
金属である試料Ｓの表面に電子ビームを比較的低いランディングエネルギー（低ランディングエネルギーＬＥ）で照射すると、２次電子とミラー電子との２種類の異なった電子が試料Ｓの表面から戻ってくる。ここで、低ランディングエネルギーＬＥとは、例えば１０ｅＶ以下程度のエネルギーである。また、２次電子とは、照射した電子の運動エネルギーが試料Ｓの表面を構成する電子に付与されて空間に放出された電子であり、その分布は一般的にコサイン法に従う。また、ミラー電子は、照射された電子が試料Ｓの表面の近傍であたかも鏡に反射した光のように反射して得られる電子である。ミラー電子は試料Ｓの表面の近傍で反射するので、２次電子とは異なり、コサイン法には従わず、指向性を持って反射する。
【０１４５】
これらの２種類の電子がある程度伝播されたある個所（図１２の撮像装置１０４）で、電子の平面分布状態を観察すると、図１４に示すような電子像の分布が得られる。図１４において、大きな円で分布する電子像１４１は２次電子であり、小さく高輝度で分布する電子像１４２はミラー像である。
【０１４６】
次に、ランディングエネルギーＬＥの違いによる反射の仕方の違いを説明する。図１５は、典型的な電子像の明るさとランディングエネルギーとの関係を示すグラフであり、（ａ）はミラー電子の輝度特性を示しており、（ｂ）は２次電子の輝度特性を示している。
【０１４７】
図１５（ｂ）に示すように、２次電子はランディングエネルギーＬＥに対してピークをもって分布する。照射される電子のエネルギーによって、試料Ｓの表面への電子の侵入の深さ、そこから脱出できる電子の分布、脱出した電子のエネルギー（概ね、ランディングエネルギーＬＥ−仕事杆数Ｗ）が決まり、よって２次電子の輝度特性は照射される電子のエネルギーによって決定される。よって、２次電子の場合は、ランディングエネルギーＬＥに対するピークの位置が金属の種類によって若干異なる。この違いは金属の仕事関数の違いに相当する。このような振る舞いは、照射電子が金属表面に衝突した際のエネルギー授受に起因するものであり、分布及びランディングエネルギーＬＥの特性から２次電子であると判断できる。
【０１４８】
一方、ミラー電子については、図１５（ａ）に示すように、ランディングエネルギーＬＥが０ｅＶ付近になると、戻ってくる電子の輝度分布が一定になってしまう。これは、試料Ｓの表面の電位との関係で、照射電子が試料Ｓの表面に衝突することなく１００％戻ってくるからであり、試料Ｓの表面に接触しないでどの位置で戻っても、電子の量は変わらないので、それ以上輝度が強くなることがないからである。また、ランディングエネルギーＬＥが２〜５ｅＶになると、ランディングエネルギーＬＥの特性としては、上述の２次電子を包含するようになるが、ミラー電子も試料Ｓの表面に接触を始めるので、試料Ｓの表面の形状（即ち表面粗さ）の情報を得るようになる。
【０１４９】
以上のように、低ランディングエネルギーによる試料Ｓの表面への電子ビームの照射から２次電子及びミラー電子の輝度分布が得られる。このミラー電子の分布形状は、２次電子の分布形状よりも顕著に試料Ｓの表面の情報を有している。図１６〜図１８は、試料Ｓの表面の光学顕微鏡による断面諧調（縦方向及び横方向）とそのときの２次電子及びミラー電子の分布の画像の例である。図１６〜図１８は、それぞれ異なる金属材料の例を示している。図１６〜図１８において、（ａ）は横方向（ｘ方向）の断面諧調であり、（ｂ）は縦方向（ｙ方向）の断面諧調であり、（ｃ）は２次電子１６１〜１８１及びミラー電子１６２〜１８２の画像である。図１６〜図１８からわかるように、ミラー電子１６２〜１８２は、試料Ｓの表面の粗さに対応して分布している。
【０１５０】
図１９は、試料Ｓの表面の粗さとミラー電子の分布の関係（校正曲線）を示す図である。試料Ｓの表面の粗さとミラー電子の分布の形状に相関がある場合は、それを利用して定量的かつ視覚的に試料Ｓの表面の粗さを評価できる。ここで、表面粗さは、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔等を用いて対応をとることができ、従来の測定方法との相関から、よりミラー電子の分布状態に定量性を持たせることができる。
【０１５１】
メインコンピュータ１０７の記憶部には、試料の種類（金属の種類、膜の種類）ごとに、図１９に示すような校正曲線が校正情報として記憶されている。検査処理部として機能するメインコンピュータ１０７（以下「検査処理部１０７」という。）は、検出されたミラー電子の分布（具体的にはその形状）に基づいて試料の表面粗さを求める。より具体的には、検査処理部１０７は、ミラー電子の分布の所定のＸ方向及びＹ方向の広がり（断面諧調）に基づいて、試料のＸ方向及びＹ方向の表面粗さを求める。
【０１５２】
図２０は、それぞれミラー電子の分布と断面諧調との関係を示す図であり、（ａ）はミラー電子の横方向の分布を示しており、（ｂ）はミラー電子の縦方向の分布を示している。図２０に示す半値幅を図１９の縦軸とすることができる。図２１は、ミラー電子の画像２１２に対して、試料Ｓの表面の粗さの範囲の上限を想定した想定円２１１（一般的には楕円）を設けた画面例の図である。この想定円２１１内にミラー電子２１２の分布が入っていれば、試料Ｓの表面の粗さが図１９で示した粗さ以内の分布であることを定量的かつ視覚的に確認できる。
【０１５３】
検査システム１００についてさらに説明する。検査システム１００は、図１６〜１８等に示したようなミラー電子の画像１６２〜１８２を得るために、試料Ｓの表面で発生した電子を撮像装置１０４に結像させるのではなく、途中のクロスオーバ点での電子の分布を撮像装置１０４に結像させる（ＮＡ結像）。これにより、撮像装置１０４では、試料Ｓの表面から発生した２次電子及びミラー電子が収束した状態の像を得ることができる。ミラー電子が試料Ｓの表面の粗さの情報を形状として有しているため、この収束した状態の分布の差を、２次電子やミラー電子の特徴の違いとして観察できる。
【０１５４】
図２２及び図２３は、照射する電子ビーム（照射ビーム）Ｉとミラー電子の分布Ｄと試料Ｓの表面粗さＲとの関係を模式的に示す図である。図２２は、試料Ｓの表面が水平である場合を示しており、図２３は、試料Ｓの表面が角度θで傾いている場合を示している。また、図２２（ａ）及び図２３（ａ）は表面粗さがＲ０の場合を示しており、図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）は、表面粗さがＲ０より小さいＲ１である場合を示している。
【０１５５】
図２２（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料Ｓの表面が水平である場合には、ミラー電子の中心は照射ビームＩの軸Ｃとほぼ一致する。図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料Ｓの表面が傾いており、あるいは試料Ｓの表面にうねりがある場合には、ミラー電子の分布（形状、面積）Ｓの中心が照射ビームＩの軸Ｃからずれる。そのずれΔＲは、傾きθに比例する。
【０１５６】
また、図２２（ａ）と図２２（ｂ）、及び図２３（ａ）と図２３（ｂ）をそれぞれ比較して分かるように、試料Ｓの表面が粗いほど（Ｒが大きいほど）、ミラー電子の分布Ｄの形状ないし面積が大きくなる。具体的には、図２２（ａ）の表面粗さＲ０は、図２２（ｂ）の表面粗さＲ１より大きく、よって図２２（ａ）のミラー電子の分布Ｄ０の形状ないし面積Ｓ０は、図２２（ｂ）のミラー電子の分布Ｄ１の形状ないし面積Ｓ１より大きい。また、図２３（ａ）の表面粗さＲ０は、図２３（ｂ）の表面粗さＲ１より大きく、よって図２３（ａ）のミラー電子の分布Ｄ０の形状ないし面積Ｓ０は、図２３（ｂ）のミラー電子の分布Ｄ１の形状ないし面積Ｓ１より大きい。
【０１５７】
検査処理部１０７は、電子ビーム（ミラー電子）を用いた表面粗さの検査とともに、試料Ｓの表面の傾き（うねり）を検査する。よって、検査処理部１０７は、試料Ｓの表面における数１０ｎｍオーダの凹凸とともに、試料Ｓの表面のうねりや傾きも測定することができる。よって、従来検査によって表面粗さを評価できなかったことで加工ができなかった領域で、試料Ｓの加工が可能となる。
【０１５８】
以上のように、本実施の形態の検査システム１００によれば、広い領域に発生する変化を高速で検査することができる。光電子は膜質に敏感であるため、高感度かつ高分解能で、膜の形状や組成の変化を検査できる。また、図１１で説明したように、ミラー電子の強度が最も高くなる位置にＮＡアパーチャ７４２の中心位置を位置するようにＮＡアパーチャ７４２が位置制御されるので、ミラー電子の画像のコントラストが大きくなり、よって、材質分析や材料種を判別した撮像を高速に行うことができる。
【０１５９】
＜ステージ駆動機構＞
以下では、試料を載せるためのステージ（試料ステージ）を駆動するためのステージ駆動機構を説明する。従来のステージ駆動機構では、試料ステージをＸ方向及びＹ方向に駆動するためのアクチュエータのみならず、試料ステージの回転方向（θ方向）を調整するために、θ駆動用の専用アクチュエータを必要としていた。しかし、このようなアクチュエータは、特に真空中で用いる場合には、発塵等の問題を抱えていた。
【０１６０】
そこで、本実施の形態では、試料ステージをＸ方向及びＹ方向に駆動するアクチュエータの動きを利用して、試料ステージのθ方向の動きに変換することで、θ調整用の専用のアクチュエータを必要とせず、発塵源の主要因の１つを取り除くことを目的とする。
【０１６１】
本実施の形態のステージ駆動機構は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びθ方向に可動し、Ｘ方向及びＹ方向に駆動するためのアクチュエータを有し、θ方向への回転は、Ｘ方向及びＹ方向に駆動するためのアクチュエータによるＸ方向及び／又はＹ方向の動きをθ方向の運動に変換する構成を有している。以下、図面を参照して具体的に説明する。
【０１６２】
図２４は、第１の実施の形態のステージ駆動機構を示す図である。ステージ駆動機構２４００は、ステージ載置台２４５０上にＸ−Ｙステージ２４１０が載置されて構成されている。なお、図２４では、２つのＸ−Ｙステージ２４１０が示されているが、これは異なる位置にあるＸ−Ｙステージ２４１０を示したものであり、実際にはステージ載置台２４５０上には１つのＸ−Ｙステージ２４１０が載置される。Ｘ−Ｙステージ２４１０は図示しない駆動機構によってステージ載置台２４５０上をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ独立に駆動される。ただし、本実施の形態では、Ｘ−Ｙステージ２４１０を回転方向（θ方向）に駆動する駆動機構を備えていない。
【０１６３】
Ｘ−Ｙステージ２４１０上には、円板状の試料を載置するための円形の試料載置プレート２４２０が設置される。試料載置プレート２４２０は、Ｘ−Ｙステージ２４１０とともに、ステージ載置台２４５０上をＸ方向及びＹ方向に駆動され、かつ、Ｘ−Ｙステージ２４１０に対してその軸周りに回転自在である。試料載置プレート２４２０は、Ｘ−Ｙステージ２４１０に対して、Ｘ方向及びＹ方向への平行移動は制限され、回転のみが許されている。試料載置プレート２４２０を、例えば、Ｘ−Ｙステージ２４１０の上面に形成された、試料載置プレート２４２０とほぼ同形状の凹部に嵌合することで、そのような平行移動の制限及び回転の許容を実現することができる。
【０１６４】
Ｘ−Ｙステージ２４１０上には、試料載置プレート２４２０の側面に接触することにより、試料載置プレート２４２０の回転を制限するブレーキ機構２４３０が設けられている。ブレーキ機構２４３０は、試料載置プレート２４２０の中心を挟んで対照的に２つ設けられる。ブレーキ機構２４３０は、ピエゾ素子等の電気素子で構成され、試料載置プレート２４２０に接触する制動位置と試料載置プレート２４２０に接触しない解放位置との間を駆動される。
【０１６５】
ステージ載置台２４５０の縁部には、Ｘ−Ｙステージ２４１０の直線運動を試料載置プレート２４２０の回転運動に変換するための機構の一部として、凸型ジグ２４４０が固定されている。試料載置プレート２４２０の縁部には、Ｘ−Ｙステージ２４１０の直線運動を試料載置プレート２４２０の回転運動に変換するための機構の一部として、凸型ジグ２４４０と係合するための凹型ジグ２４２１が形成されている。
【０１６６】
図２５は、凸型ジグ２４４０及び凹型ジグ２４２１を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。図２５に示すように、凸型ジグ２４４０はステージ載置台２４５０の縁部から内部に向けて水平に延びる棒状の支持部２４４１と、支持部２４４１の先端に形成された球体部２４４２とからなる。凹型ジグ２４２１は、試料載置プレート２４２０の縁部から外側に向けて突出して形成されており、外側から内側に向けてテーパ状に形成された凹部を有する。凹部の内側面は凹部の内側に向けて若干膨らんだ曲面（平面視では楕円曲線となる）として形成されている。
【０１６７】
凸型ジグ２４４０の支持部２４４１の延在方向と凹型ジグ２４２１の突出方向とが平行になるときに、凸型ジグ２４４０の先端の球体部２４４２が凹型ジグ２４２１の凹部に侵入して、両者が点接触する。凸型ジグ２４４０の支持部２４４１の延在方向と凹型ジグ２４２１の突出方向とが平行でない場合にも、凸型ジグ２４４０の支持部２４４１が凹型ジグ２４２１に干渉しない限り、凸型ジグ２４４０の球体部２４４２が凹型ジグ２４２１の凹部に侵入して、両者が点接触する。
【０１６８】
Ｘ−Ｙステージ２４１０が図２４に示す右下の位置にあるときは、試料載置プレート２４２０の凹型ジグ２４２１が凸型ジグ２４４０と係合している。この位置をθ調整用ポジションという。θ調整用ポジションは、検査動作で動くＸ−Ｙステージ２４１０の範囲外に設定されている。図２４の右下に示すように、Ｘ−Ｙステージ２４１０がθ調整用ポジションにあるときに、Ｘ−Ｙステージ２４１０をＸ方向に駆動すると、試料載置プレート２４２０は、凹型ジグ２４２１が係合する凸型ジグ２４４０によってそのＸ方向の駆動が制限されて、Ｘ−Ｙステージ２４１０に対して回転する。具体的には、Ｘ−Ｙステージ２４１０が＋Ｘ方向（図２４の右方向）に移動すると、試料載置プレート２４２０は時計回りに回転し、Ｘ−Ｙステージ２４１０が−Ｘ方向（図２４の左方向）に移動すると、試料載置プレート２４２０は反時計回りに回転する。
【０１６９】
次に、試料載置プレート２４２０のθ方向の調整方法を説明する。図２６は、θ方向のアライメント動作のフロー図である。まず、試料載置プレート２４２０に載置された試料に形成されたアライメントマークをＡ点として、その位置でのアライメントメークを撮像して、Ａ点の座標を取得する（ステップＳ２６２）。次に、Ｘ−Ｙステージ２４１０をＸ方向及びＹ方向に駆動して、Ａ点のアライメントマークとは別のアライメントマークがある位置（Ｂ点）に移動する（ステップＳ２６３）。そして、このＢ点で撮像をして、そのときの座標を取得する（ステップＳ６２４）。
【０１７０】
次に、Ａ点で得た座標とＢ点で得た座標とを比較（像マッチング）することにより、目標とするθ値からの回転角（ズレ）を計算する（ステップＳ２６５）。そして、計算された回転角の目標とするθ値からのずれが規定値以内であるか否かを判定し（ステップＳ２６６）、ずれが規定値以内である場合は（ステップＳ２６６にてＹＥＳ）、処理を終了し、ずれが規定値より大きい場合は（ステップＳ２６６にてＮＯ）、直線運動を回転運動に変換する機構を利用して先に計測したずれ量を補正すべきθ量を直線運動の移動距離に換算する（ステップＳ２６７）。
【０１７１】
そして、Ｘ−Ｙステージ２４１０をθ調整用ポジションに移動し（ステップＳ２６８）、試料載置プレート２４２０の凹型ジグ２４２１と、凸型ジグ２４４０とを噛み合わせる（ステップＳ２６９）。このとき、Ｘ−Ｙステージ２４１０が−Ｙ方向に移動することで、凸型ジグ２４４０と凹型ジグ２４２１とを噛み合わせることができる。その後、ブレーキ機構２４３０を駆動して、ブレーキを解除し（ステップＳ２７０）、Ｘ−Ｙステージ２４２をステップＳ２６７で計算された移動距離だけ（Ｘ方向に）直線移動させる（ステップＳ２７１）。Ｘ−Ｙステージ２４１０の移動が完了すると、ブレーキ機構２４３０を駆動して、ブレーキを作動させる（ステップＳ２７２）。Ｘ−Ｙステージ２４１０を＋Ｙ方向に移動させることで、凹型ジグ２４２１と凸型ジグ２４４０との噛み合わせを解除する（ステップＳ２７３）。
【０１７２】
以上のように、本実施の形態のステージ駆動機構２４００では、Ｘ−Ｙステージ２４１０の直線的な動きを利用して、試料載置プレート２４２０のθ方向のずれを補正する。また、θ方向のずれは、２つの位置でそれぞれ試料の中央付近を撮影することにより求める。ブレーキ機構２４３０は、θ方向の調整中に解除し、それ以外のときは試料載置プレート２４２０がＸ−Ｙステージ２４１０上で回転しないように、試料載置プレート２４２０の側面に接触する。
【０１７３】
図２７（ａ）及び（ｂ）は、変形例のステージ駆動機構を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。図２７において、上記の実施の形態と同様の要素については同じ符号を付して、その説明を省略する。ステージ駆動機構２７００では、試料載置プレート２７２０の下面の中心からずれた位置に、下方に突出する凸型ジグ２７２１が設けられている。Ｘ−Ｙステージ２７１０には、試料載置プレート２７２０の下面から突出する凸型ジグ２７２１に対応して、上面から下面まで貫通する孔２７１１が形成されている。試料載置プレート２７２０がＸ−Ｙステージ２７１０に載置されると、凸型ジグ２７２１は、この孔２７１１の内部に挿入される。
【０１７４】
ステージ載置台２４５０には、その載置面に、上方向に突出する凹型ジグ２７４０が設けられる。凸型ジグ２７２１及び凹型ジグ２７４０の形状は、上記の実施の形態の凸型ジグ２４４０及び凹型ジグ２４２１の形状と同じである。Ｘ−Ｙステージ２７１０がＹ方向に移動することで、凸型ジグ２７２１と凹型ジグ２７４とを噛み合わせることができる。凹型ジグ２７４０は、Ｘ−Ｙステージ２７１０がθ調整用ポジションにきたときに、凸型ジグ２７２１が凹型ジグ２７４０に噛み合う位置に設けられる。
【０１７５】
この変形例によっても、Ｘ−Ｙステージ２７１０がθ調整用ポジションに移動して、凸型ジグ２７２１と凹型ジグ２７４０とが係合し、この状態でＸ−Ｙステージ２７１０がＸ方向に移動すると、試料載置プレート２７２０は、凸型ジグ２７２１の位置でＸ方向の移動が制限され、Ｘ−Ｙステージ２７１０のＸ方向の移動によってＸ−Ｙステージ２７１０上で回転することになる。
【０１７６】
図２８（ａ）は、図２７のステージ駆動機構２７００に対するさらなる変形例のステージ駆動機構の平面図である。図２８（ｂ）及び（ｃ）は、図２８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。この変形例のステージ駆動機構２７００´では、凸型ジグ２８２１が試料載置台２８２０に対して上下方向に駆動される。試料載置台２８２０の回転角の調整を行う場合には、図２８（ｂ）に示すように、凸型ジグ２８２１は、凹型ジグ２７４０に係合する位置まで下げられる。回転角の調整が完了すると、図２８（ｃ）に示すように、凸型ジグ２８２１が上昇する。
【０１７７】
図２９（ａ）及び（ｂ）は、変形例の凸型ジグと凹型ジグの斜視図及び平面図である。図２９に示すように、凸型ジグ２９１０は支持部２９１１と先端部２９１２とからなり、凹型ジグ２９２０には、凹部が形成されている。先端部２９１２の側面はインボリュート曲線であり、凹型ジグ２９２の凹部の内側もインボリュート曲線である。このような構成によっても、図２５の例と同様に、凸型ジグ２９１０と凹型ジグ２９２０とが噛み合うときに、凸型ジグ２９１０と凹型ジグ２９２０とその接触部にて垂直な方向の線接触で接触する。
【０１７８】
このように、本変形例では、凸型ジグ２９１０及び凹型ジグ２９２０のいずれもがインボリュート曲線からなり、２つの線接触構造になっている。これにより、力を線で受けることで、耐摩耗性を図り、且つ、力の伝達方向が常に同じ方向に向くため、フリクションによる辺磨耗等を避け、その結果、接触部からの発塵を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明は、ミラー電子の分布に基づいて、検査対象の表面粗さを検査でき、検査対象の表面粗さを検査する検査装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１８０】
１００  検査システム
１０１  電子源
１０２  １次電子光学系
１０３  Ｅ×Ｂフィルタ
１０４  撮像装置
１０５  ２次電子光学系
１０６  試料保持台
１０７  メインコンピュータ（検査処理部）
２１１  想定円
２１２  ミラー電子
１６１、１７１、１８１  ２次電子の画像
１６２、１７２、１８２  ミラー電子の画像
２４１０  Ｘ−Ｙステージ
２４２０  試料載置プレート
２４２１  凹型ジグ
２４３０  ブレーキ機構
２４４０  凸型ジグ
２４４１  支持部
２４４２  球体部
２４５０  ステージ載置台
【図１】
2016143651.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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