JP2016134306A - 電子光学装置及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電が発生した場所を特定することができる電子光学装置を提供する。【解決手段】電子光学装置は、荷電粒子又は電磁波をビームとして発生させるビーム発生手段と、検査対象にビームを照射する１次光学系と、検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、ビーム発生手段と１次光学系と２次光学系とを収容する鏡筒と、１次光学系においてビームに電圧を印加すると共に、ビームを通過させる第１の管７０１と、２次光学系において二次荷電粒子に電圧を印加すると共に、二次荷電粒子を通過させる第２の管７０２〜７０４と、第１の管７０１又は第２の管７０２〜７０４の周囲に巻かれた複数のコイルＬ１〜Ｌ８と、複数のコイルＬ１〜Ｌ８にそれぞれ接続された複数の電流計Ａ１〜Ａ８とを備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、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する電子光学装置、及び、その電子光学装置を用いて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する。

二次荷電粒子を捕捉して画像データを形成する電子光学装置は、検査対象の表面に光線を照射する１次光学系と、検査対象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検出器に拡大投影する２次光学系とを有する。１次光学系は、光線を放出する光源や、光線の角度を変更するミラーを備えている。２次光学系は、複数の静電レンズや、ニューメリカルアパーチャ等を備えている。

これらの１次光学系及び２次光学系には高い電圧がかけられている。例えば、検査対象に対向して配置された２次光学系の静電レンズには、検査対象の試料面で発生した光電子を加速させるために、１０ｋＶ〜５０ｋＶの引き出し電圧がかけられている。

特開２００７−３３５７８６号公報

上記したように電子光学装置の内部では、非常に大きな電圧がかけられているため、放電が起こることがあった。１次光学系、２次光学系は、真空状態を保持した鏡筒内に収容されているため、放電した箇所を特定するためには、鏡筒を開けてみて、放電の痕跡を特定するほかなく、放電対策のために、電子光学装置の開発が遅滞することがあった。

放電が発生した場所を特定する技術としては、特許文献１に記載された技術が知られている。この方法は、電子銃で放電が発生したのか、高圧電源で放電が発生したのかを特定するために、電子銃及び高圧電源のそれぞれにセンサアンプを容量結合させ、センサアンプによって検出される信号波形を同期させる技術である。この方法は、放電がどこで発生するか分からない電子光学装置に適用することは難しい。

本発明は、上記の背景に鑑み、放電が発生した場所を特定することができる電子光学装置及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明の電子光学装置は、荷電粒子又は電磁波をビームとして発生させるビーム発生手段と、検査対象に前記ビームを照射する１次光学系と、前記検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、前記ビーム発生手段と前記１次光学系と前記２次光学系とを収容する鏡筒と、前記鏡筒内で発生する電流または電圧を検知出来る電子回路とを備える。ここで、前記電子回路は、前記鏡筒内に配置されたコイルと、前記コイルに接続された電流計又は電圧計とを備えてもよく、さらに、前記鏡筒内に複数のコイルが配置され、前記複数のコイルのそれぞれに接続される複数の電流計又は電圧計を備えてもよい。

このように鏡筒内にコイルを配置しておくことにより、放電が発生した際には、放電電流によって発生した磁界をコイルで検出することにより、放電が発生した箇所を特定することができる。また、鏡筒内には複数のコイルを配置しておくことにより、放電が発生した箇所をより詳細に特定することができる。

前記電子光学装置において、前記コイルは、放電が生じるおそれのある場所に配置し、放電した電流がコイルの内部を通過するような場所に配置してもよい。例えば、前記コイルは、前記ビームまたは前記二次荷電粒子の軌道を囲むように巻かれていてもよい。また、前記電子光学装置が、前記１次光学系において前記ビームに電圧を印加すると共に前記ビームを通過させる第１の管と、前記２次光学系において前記二次荷電粒子に電圧を印加すると共に前記二次荷電粒子を通過させる第２の管とを備える場合、前記コイルは、前記第１の管又は前記第２の管の周囲に巻かれていてもよい。また、前記コイルは、高電圧を印加する部材とアースとの間に配置されていてもよい。このような場所にコイルを配置することによって放電によって流れる電流がコイルの内部を通過することになり、コイルに比較的大きな電流が流れ、またそれに応じた電圧がかかるため、コイルによって放電した場所を適切に検出することができる。

本発明の電子光学装置は、前記電流計又は電圧計での計測値を記録する記録装置を備えてもよい。記録装置に計測値を記録しておくことにより、放電が発生した箇所を後から分析することができる。

また、本発明の検査装置は、上記の電子光学装置を備える。これにより、放電が発生した箇所を特定することができる。

本発明によれば、鏡筒内に設けたコイルから発生する電流または電圧を検知することにより、放電が発生した箇所を特定することができるという効果を有する。

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２Ａの線Ａ−Ａに沿って見た図である。 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。 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１のローダハウジングを示す図であって、図２Ａの線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。 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。 主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。 主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。 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。 本発明の一実施形態に係る図である。 本実施の形態の電子光学装置が放電発生場所を特定するための構成を示す図である。 図１０に示すコイルＬ１〜コイルＬ３を含む回路を模式的に示す図である。 （ａ）ケース１の放電が起こったときの電流波形を示す図である。（ｂ）ケース３の放電が起こったときの電流波形を示す図である。 （ａ）図９に示す電子光学装置において放電のおそれがある箇所を説明した図である。（ｂ）コイルＬの配置を示す図である。 コイルの配置を別の例を示す図である。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。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。

＜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。

＜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。

＜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。

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、引き出し電界を高くすると、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。

＜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。

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、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。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。

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。

＜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、電子光学装置は鏡筒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。電子光学装置７０は、電子ビームの軌道形成を行う際に、基準電圧場を設定するための管７０１を有し、一次光線の光軸は管７０１の中を通る。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。

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。電子光学装置は、ウェハＷから放出される二次荷電粒子を取り出し、検出器７６１へ運ぶ基準電圧場を設定するための管７０２〜７０４を有し、二次荷電粒子は管７０２〜７０４の中を通る。

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。

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。

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。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。

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によって結像した二次ビームは、ミラー１０００１の穴を通過する。

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。二次ビームは、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。

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。

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。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。

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。

＜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。

＜放電検出＞
図１０は、本実施の形態の電子光学装置７０が放電発生場所を特定するための構成を示す図である。図１０では、管７０１〜７０４を点線で模式的に示している。上述したとおり、管７０１〜７０４には高い電圧が印加されている。電子光学装置７０は、管７０１〜７０４の周囲に巻かれた複数のコイルＬ１〜Ｌ８を有している。それぞれのコイルＬ１〜Ｌ８には電流計Ａ１〜Ａ８が接続されており、コイルＬ１〜Ｌ８を流れる電流を検出する。また、各電流計Ａ１〜Ａ８は、記録装置１１０に接続されており、電流計Ａ１〜Ａ８で計測したデータは記録装置１１０に記録される。

図１１は、図１０に示すコイルＬ１〜コイルＬ３を含む回路を模式的に示す図である。放電が発生したときにコイルＬ１〜Ｌ３に流れる電流について説明する。図１１に示すように、管７０４には、高い電圧が印加されている。この管７０４では、例えば、ケース１〜３に示すようにＰ１〜Ｐ３の各箇所で放電が発生する可能性がある。もちろん、放電が発生する箇所はこれらに限定されるものではない。Ｐ１の箇所において放電が発生したとすると、管７０４に印加された高電圧は、Ｐ１の箇所でアースに短絡することになるため、放電電流はコイルＬ１にのみ流れ、コイルＬ２、Ｌ３にはほとんど流れない。したがって、各コイルＬ１〜Ｌ３の電流計Ａ１〜Ａ３では、図１２（ａ）に示すような電流波形が得られる。もし、ケース３のようにＰ３の箇所で放電が発生したとすると、２次光学系に印加された高電圧は、Ｐ３の箇所でアースに短絡することになるため、放電電流はコイルＬ１〜Ｌ３のいずれにも流れる。したがって、各コイルＬ１〜Ｌ３の電流計Ａ１〜Ａ３では、図１２（ｂ）に示すような電流波形が得られる。ここでは、コイルＬ１〜Ｌ３を例として説明したが、他のコイルＬ４〜Ｌ８についても同様である。

このように、放電が発生する箇所によって各コイルＬ１〜Ｌ８に流れる電流波形が異なるので、電流波形から放電が発生した場所を特定することができる。

以上、本発明の電子光学装置及び検査装置について実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。

上記した実施の形態では、複数のコイルＬ１〜Ｌ８を管７０１〜７０４の周囲に巻くように配置した例を挙げて説明したが、複数のコイルを配置する場所は管７０１〜７０４の周囲に限定されるものではない。１次光学系、２次光学系には高電圧がかかっているので、管７０１〜７０４に限らず、１次光学系、２次光学系を取り囲むようにして複数のコイルを配置してもよい。また、放電の発生が予想される場所に個別に配置してもよい。例えば、高電圧が印加される部材の近傍や、高電圧が印加される部材とアースとの間や、電圧を印加する部材のうちでとがった箇所の近傍等である。

図１３（ａ）は、図９に示す電子光学装置７０の静電レンズ１０００６及びニューメリカルアパーチャ１０００８の近傍を拡大して示した図である。静電レンズ１０００６には高電圧が印加されており、静電レンズ１０００６の角部からニューメリカルアパーチャ１０００８の角部への放電が予想されるとする。この場合、図１３（ｂ）に示すように、放電電流が内部を通過するようにコイルＬを配置する。これにより、放電予想箇所において実際に放電が生じた場合には、コイルＬに流れる電流またはコイルにかかる電圧によって放電を検出することができる。

また、上記した実施の形態では、筒状のコイルＬ１〜Ｌ８を管７０１〜７０４を取り囲むように配置する例を挙げて説明したが、平板状のコイルを用いることも可能である。図１４は、平板状のコイルＬ１〜Ｌ６を管７０４の周囲に貼り付けた例を示す図である。ここでは、管７０４のみを示しているが、管７０１〜７０３についても同様の構成を採用する。この構成により、コイルＬ１〜Ｌ６の内部を放電電流が貫通すれば、コイルＬ１〜Ｌ６に発生する電流または電圧により、放電箇所に加えて放電の方向を特定することができる。

上記した実施の形態では、複数のコイルＬ１〜Ｌ８に流れる電流を検知する例を挙げて説明したが、複数のコイルＬ１〜Ｌ８に電圧計を接続しておき、放電が発生したときにコイルＬ１〜Ｌ８にかかる電圧を検知することによって放電箇所を特定してもよい。

上記した実施の形態では、コイルＬ１〜Ｌ８及びコイルＬ１〜Ｌ８に接続された電流計を用いる例を挙げて説明したが、本発明は、上記構成に限らず、鏡筒内に発生した電圧または電流を検出できる電子回路を用いることが可能である。

本発明によれば、鏡筒内に設けた複数のコイルに発生する電流または電圧を検知することにより、放電が発生した箇所を特定することができるという効果を有し、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等に有用である。

１ 半導体検査装置
１０ カセットホルダ
２０ ミニエンバイロメント装置
３０ 主ハウジング
４０ ローダハウジング
５０ ステージ装置
６０ ローダ
７０ 電子光学装置

Claims (8)

1. 荷電粒子又は電磁波をビームとして発生させるビーム発生手段と、
   検査対象に前記ビームを照射する１次光学系と、
   前記検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、
   前記ビーム発生手段と前記１次光学系と前記２次光学系とを収容する鏡筒と、
   前記鏡筒内で発生する電流または電圧を検知出来る電子回路と、
   を備える電子光学装置。
2. 前記電子回路は、
   前記鏡筒内に配置されたコイルと、
   前記コイルに接続された電流計又は電圧計と、
   を備える請求項１に記載の電子光学装置。
3. 前記鏡筒内に複数のコイルが配置され、
   前記複数のコイルのそれぞれに接続される複数の電流計又は電圧計を備える請求項２に記載の電子光学装置。
4. 前記コイルは、前記ビームまたは前記二次荷電粒子の軌道を囲むように巻かれている請求項２又は３に記載の電子光学装置。
5. 前記１次光学系において前記ビームに電圧を印加すると共に、前記ビームを通過させる第１の管と、
   前記２次光学系において前記二次荷電粒子に電圧を印加すると共に、前記二次荷電粒子を通過させる第２の管と、
   を備え、
   前記コイルは、前記第１の管又は前記第２の管の周囲に巻かれている請求項４に記載の電子光学装置。
6. 前記コイルは、高電圧を印加する部材とアースとの間に配置される請求項２又は３に記載の電子光学装置。
7. 前記電流計又は電圧計での計測値を記録する記録装置を備える請求項２乃至６のいずれかに記載の電子光学装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電子光学装置を備えた検査装置。

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