(57)【要約】  【課題】検査装置に好適な磁場レンズ、磁場レンズを有する検査装置、ならびに、そのような磁場レンズに用いられるホイルコイルを製造する方法を提供する。  【解決手段】本発明の一態様によれば、電子ビームによって形成される像を拡大または縮小する磁場レンズ（７２４）であって、前記電子ビームの進路（９０）と対向する位置にギャップ（９２ａ）が設けられたヨーク（９２）と、巻回された薄膜から構成され、前記ヨーク（９２）の内側に設けられたホイルコイル（９２）であって、前記薄膜は、金属膜と、接着剤と、前記金属膜および前記接着剤の間に設けられた絶縁膜と、を含み、内側が前記電子ビームの進路（９０）となるホイルコイル（９２）と、を備える磁場レンズ（７２４）が提供される。【選択図】  図１０Ｂ
2017123271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームによって形成される像を拡大または縮小する磁場レンズであって、
前記電子ビームの進路と対向する位置にギャップが設けられたヨークと、
巻回された薄膜から構成され、前記ヨークの内側に設けられたホイルコイルであって、前記薄膜は、金属膜と、接着剤と、前記金属膜および前記接着剤の間に設けられた絶縁膜と、を含み、内側が前記電子ビームの進路となるホイルコイルと、を備える磁場レンズ。
【請求項２】
前記電子ビームの進路を含む平面における前記ホイルコイルの断面は、同平面における前記ヨークの断面と適合する形状である、請求項１に記載の磁場レンズ。
【請求項３】
前記電子ビームの進路を含む平面における前記ヨークおよび前記ホイルコイルの断面は略台形である、請求項１または２に記載の磁場レンズ。
【請求項４】
前記ヨークには冷却機構が設けられる、請求項１乃至３のいずれかに記載の磁場レンズ。
【請求項５】
前記ヨークの内側には、複数のホイルコイルが設けられ、
当該磁場レンズは、あるホイルコイルと、他のホイルコイルとの間に設けられた冷却機構を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の磁場レンズ。
【請求項６】
試料を載置して連続的に移動するステージ装置と、
電子ビームを前記ステージ装置上の前記試料に導く１次光学系と、
前記電子ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームの像を生成する検出器と、
前記二次ビームを前記検出器に導く２次光学系と、備え、
前記１次光学系または２次光学系は、請求項１乃至５のいずれかに記載の磁場レンズを含む、検査装置。
【請求項７】
略台形の薄膜を巻回することによって、断面が略台形であるホイルコイルを製造する方法。
【請求項８】
長方形の薄膜を円筒形に巻回する工程と、
円筒形に巻回された薄膜を斜めに切断する工程と、を備える、断面が略台形であるホイルコイルを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームによる像を拡大または縮小する磁場レンズおよびこれを有する検査装置、ならびに、このような磁場レンズに用いられるホイルコイルを製造する方法に関する。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００２／００１５９６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
【特許文献４】特開２０１２−２５３００７号公報
【特許文献５】特開２０１５−２０１２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、検査装置に好適な磁場レンズ、磁場レンズを有する検査装置、ならびに、そのような磁場レンズに用いられるホイルコイルを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、電子ビームによって形成される像を拡大または縮小する磁場レンズであって、前記電子ビームの進路と対向する位置にギャップが設けられたヨークと、巻回された薄膜から構成され、前記ヨークの内側に設けられたホイルコイルであって、前記薄膜は、金属膜と、接着剤と、前記金属膜および前記接着剤の間に設けられた絶縁膜と、を含み、内側が前記電子ビームの進路となるホイルコイルと、を備える磁場レンズが提供される。
このような構成によれば、線状コイルではなくホイルコイルを用いるため、冷却効率がよく、かつ、ホイルコイルの占積率を高くできる。よって、高い電力が用いられる検査装置にも好適である。
【０００７】
前記電子ビームの進路を含む平面における前記ホイルコイルの断面は、同平面における前記ヨークの断面と適合する形状であるのが望ましい。
具体的には、前記電子ビームの進路を含む平面における前記ヨークおよび前記ホイルコイルの断面は略台形であってもよい。
これにより、ホイルコイルの占積率を高くできる。
【０００８】
前記ヨークには冷却機構が設けられるのが望ましい。
ホイルコイルは熱伝導性が高いため、効率よく磁場レンズを冷却できる。
【０００９】
前記ヨークの内側には、複数のホイルコイルが設けられ、当該磁場レンズは、あるホイルコイルと、他のホイルコイルとの間に設けられた冷却機構を備えるのが望ましい。
これにより、磁場レンズを効率よく冷却できる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、試料を載置して連続的に移動するステージ装置と、電子ビームを前記ステージ装置上の前記試料に導く１次光学系と、前記電子ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームの像を生成する検出器と、前記二次ビームを前記検出器に導く２次光学系と、備え、前記１次光学系または２次光学系は、上記の磁場レンズを含む、検査装置が提供される。
このような上記の磁場レンズは冷却効率がよく、かつ、ホイルコイルの占積率が高いため、検査装置に適用できる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、略台形の薄膜を巻回することによって、断面が略台形であるホイルコイルを製造する方法が提供される。
この方法によれば、ヨークの断面が台形である場合に、断面が略台形であるホイルコイルを製造できる。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、長方形の薄膜を円筒形に巻回する工程と、円筒形に巻回された薄膜を斜めに切断する工程と、を備える、断面が略台形であるホイルコイルを製造する方法が提供される。
この方法によっても、ヨークの断面が台形である場合に、断面が略台形であるホイルコイルを製造できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁場レンズの冷却効率を向上でき、かつ、磁場レンズにおけるホイルコイルの占積率が高くすることができ、検査装置に好適である。また、磁場レンズにおけるヨークの形状に合わせたホイルコイルを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】光照射型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り、検査装置の全体構成を示す図である。
【図１０Ａ】第１の実施形態に係る磁場レンズ７２４の概略上面図である。
【図１０Ｂ】電子ビームの進路９０を含む平面（図１０ＡのＡ−Ａ線）における、磁場レンズ７２４の断面図である。
【図１１】ホイルコイル９１を説明する図である。
【図１２】第２の実施形態に係る磁場レンズ７２４’の断面図である。
【図１３Ａ】図１２のホイルコイル９１’の製造方法の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２のホイルコイル９１’の製造方法の一例を示す図である。
【図１４Ａ】図１２のホイルコイル９１’の製造方法の別の例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１２のホイルコイル９１’の製造方法の別の例を示す図である。
【図１５】第３の実施形態に係る磁場レンズ７２４’’の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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く、例えば露光マスクその他の任意の試料に適用可能である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
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を外部から遮蔽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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
＜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蔽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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
＜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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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。
【００４２】
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蔽する。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
＜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、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。図８は、「光照射型」の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。図８の電子光学装置（光照射型の電子光学装置）では、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。この光照射型の電子光学装置では、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。
【００５５】
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。
【００５６】
＜光源（光線光源）＞
図８の電子光学装置においては、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。
【００５７】
＜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。
【００５８】
＜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。
【００５９】
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。
【００６０】
＜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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
＜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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜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。
【００７７】
１次光学系７２または２次光学系７４に含まれるレンズ７２４は、像を拡大（または縮小）するズームレンズであり、磁場レンズを適用することができる。通常の磁場レンズには、銅線を巻回した線状コイルが用いられる。しかしながら、検査装置に用いるレンズ７２４には、時に３００Ｗに及ぶ高い電力が与えられる。この場合、線状コイルには熱がこもり、特性が安定するまでに時間がかかるという問題がある。そこで、本実施形態ではレンズ７２４をホイルコイルを用いた磁場レンズとする。以下、磁場レンズ７２４について詳しく説明する。
【００７８】
（第１の実施形態）
図１０Ａは、第１の実施形態に係る磁場レンズ７２４の概略上面図である。なお、符号９０は電子ビームの進路を示している。図１０Ｂは、電子ビームの進路９０を含む平面（図１０ＡのＡ−Ａ線）における、磁場レンズ７２４の断面図である。磁場レンズ７２４は、ホイルコイル９１と、ヨーク９２とを有する。ホイルコイル９１は薄膜を同軸状に巻回して形成された円筒形状であり、その内側の空洞が電子ビームの進路９０となる。ヨーク９２は、例えば鉄などの磁性体で形成された磁路であり、その内側にホイルコイル９１が設けられる。ヨーク９２の断面はほぼ矩形であるが、その一部には電子ビームの進路９０と対向するギャップ９２ａが設けられている。
【００７９】
外部の制御装置（不図示）からホイルコイル９１に電流を流すことで、ヨーク９２に磁場が発生する。ヨーク９２のギャップ９２ａから磁場が漏れ出し、これが電子ビームに対してレンズ作用をもたらす。磁場の大きさによって倍率を調整できる。
【００８０】
図１１は、ホイルコイル９１を説明する図である。図示のようにホイルコイル９１は長方形の薄膜９１ａを同軸状に巻回したものである。薄膜９１ａは、高さ（短辺）が１１ｍｍ程度、長さ（長辺）が数十ｍ程度である。また、薄膜９１ａは、銅などの金属膜９１ｂ、ポリイミドなどの絶縁膜９１ｃおよび接着剤９１ｄから構成される。金属膜９１ｂ、絶縁膜９１ｃおよび接着剤９１ｄの厚さは、それぞれ６３〜６５μｍ、３〜４μｍ、２〜３μｍ程度であり、薄膜９１ａ全体の厚さは７０μｍ程度である。すなわち、このような薄膜９１ａを巻回して得られるホイルコイル９１を用いることで、占積率（ヨーク９２内部おける金属膜９１ｂの割合）は９０％程度となる。
【００８１】
線状コイルの場合、銅線と銅線との間に隙間があり、かつ、銅線の被覆が大きな面積を占めるため、その占積率は７５％程度である。本実施形態ではホイルコイル９１を用いるため、線状コイルに比べて占積率を高くすることができる。
【００８２】
このような薄膜９１ａを巻回すると、ある周回における金属膜９１ｂと、その外側の周回における金属膜９１ｂとが、絶縁膜９２ｃによって絶縁されつつ、接着剤９１ｄによって強固に接着される。
【００８３】
図１０Ｂに示すように、ヨーク９２の外側（例えば上面）に冷却機構９３を設けてもよい。冷却機構９３は、放熱プレートであってもよいし、冷却水を循環させる機構であってもよい。ホイルコイル９１においては、金属膜９１ｂがヨーク９２の下部から上部まで面状につながっている。また、一般に金属膜の熱伝導率は高く、例えば銅の場合、４００Ｗ／Ｋ・ｍ程度である。そのため、ヨーク９２内で生じた熱は効率よく冷却機構９３に移動し、冷却機構９３によって冷却される。
【００８４】
線状コイルの場合、被覆の熱伝導率は低く、０．１Ｗ／Ｋ・ｍ程度であるので、冷却効率が低く、熱がこもりがちである。本実施形態ではホイルコイル９１を用いることで、冷却効率が高くなり、結果として、磁場レンズ７２４としての特性が安定する。
【００８５】
このように、第１の実施形態では、ホイルコイル９１を用いて磁場レンズ７２４を構成する。そのため、大きな電力が与えられる検査装置に本磁場レンズ７２４を用いる場合でも、高い冷却効率と高い占積率を実現できる。
【００８６】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、ヨーク９２の断面が矩形であった。しかしながら、発生させる磁場によってはヨークの断面を台形など非矩形にすることもある。以下に説明する第２の実施形態では、そのようなヨークに好適なホイルコイルを有する磁場レンズについて説明する。
【００８７】
図１２は、第２の実施形態に係る磁場レンズ７２４’の断面図であり、図１０Ｂと同様、電子ビームの進路９０を含む平面における断面図である。本実施形態では、ヨーク９２’の断面が台形であることに合わせて、ホイルコイル９１’の断面も台形となっている。より具体的には、ヨーク９２’の下部が傾斜していることに合わせて、ホイルコイル９１’の断面は、電子ビームの進路９０とほぼ平行な短辺９１Ａおよび長辺９１Ｂ、電子ビームの進路９０と直交する方向に延びて短辺９１Ａおよび長辺９１Ｂの上端どうしを結ぶ上辺９１Ｃ、短辺９１Ａおよび長辺９１Ｂの下端どうしを結ぶ下辺９１Ｄから構成される台形となっている。下辺９１Ｄは電子ビームの進路９０に近づくほど上辺９１Ｃから離れる方向に傾斜している。
【００８８】
このように、ホイルコイル９１’を円筒形状ではなく、下面が傾斜した形状とすることで、ヨーク９２’内部の隙間を減らし、ホイルコイル９１’の占積率を高くすることができる。
【００８９】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、図１２のホイルコイル９１’の製造方法の一例を示す図である。第１の実施形態と同様、長方形の薄膜を同軸状に巻回することで、円筒形（断面が長方形）のホイルコイル９１が形成される（図１３Ａ）。次いで、ホイルコイル９１の断面が図１２に示す台形となるよう、その内側を図１３Ａの破線に沿って斜めに切断する。これにより、図１３Ｂに示すホイルコイル９１’が形成される。具体的には、微細金属繊維の加工手法を応用できる。すなわち、図１３Ａの破線の下部を切れ刃９４を用いた旋盤切削などにより切削して、図１３Ｂのようにテーパ状とすることができる。
【００９０】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、図１２のホイルコイル９１’の製造方法の別の例を示す図である。本例では、図１４Ａに示すように、下辺９１ａ’Ｄが傾斜した台形の薄膜９１ａ’を用いる。薄膜の短辺９１ａ’Ａ、長辺９１ａ’Ｂ、上辺９１ａ’Ｃおよび下辺９１’ａＤが、それぞれホイルコイル９１’の短辺９１Ａ、短辺９１Ｂ、上辺９１Ｃおよび下辺９１Ｄに対応する。このような薄膜９１ａ’を巻回することで、図１２に示すホイルコイル９１’が形成される。なお、下辺９１ａ’Ｄは必ずしも直線状に傾斜していなくてもよく、図１４Ｂに示すように、階段状に傾斜していてもよい。
【００９１】
このように、第２の実施形態では、ホイルコイル９１’の断面を台形とする。そのため、ヨーク９２’の断面が台形である場合でも、占積率を高くすることができる。
【００９２】
（第３の実施形態）
次に説明する実施形態は、複数のホイルコイルがヨークの内部に設けられた磁場レンズである。
図１５は、第３の実施形態に係る磁場レンズ７２４’’の断面図であり、図１０Ｂと同様、電子ビームの進路９０を含む平面における断面図である。本実施形態でも、ヨーク９２’の断面が台形である。磁場レンズ７２４’’は、ヨーク９２’の内側に設けられた、断面が矩形のホイルコイル９１１ａ、９１１ｂおよび断面が台形のホイルコイル９１’を備えている。ヨーク９２’の下部が傾斜していることに合わせて、断面が台形のホイルコイル９１’が最下段に配置される。
【００９３】
また、磁場レンズ７２４’’は、ホイルコイル９１１ａとホイルコイル９１１ｂとの間に設けられた冷却機構９４ａと、ホイルコイル９１１ｂとホイルコイル９１’との間に設けられた冷却機構９４ｂとをさらに備えている。冷却機構９４ｂは、例えば冷却機構９３と同様の構成であってもよい。
【００９４】
このように、第３の実施形態では、ヨーク９２’内に複数のホイルコイルを設け、その間に冷却機構を設ける。そのため、磁場レンズ７２４’’をより効率よく冷却できる。
【００９５】
なお、上述した第２および第３の実施形態において、ヨークの断面は台形に限らず任意の形状でよく、ホイルコイルの断面をヨークの断面と適合する形状とすればよい。
【符号の説明】
【００９６】
５０：ステージ装置、７２：１次光学系、７４：２次光学系、７２４，７２４’：磁場レンズ、９１，９１’：ホイルコイル、９１ａ，９１ａ’：薄膜、９１ｂ：金属膜、９１ｃ：絶縁膜、９１ｄ：接着剤、
９２，９２’：ヨーク、９２ａ：ギャップ、９３：冷却機構、７６１：検出器、Ｗ：試料
【図１】
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【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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