JP2020174018A - 検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 検査時間を大幅に短縮できる検査装置を提供する。【解決手段】 検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、ステージ上の試料に対して一次ビームを照射する一次光学系と、ステージ上の試料にリターディング電圧を印加するリターディング電源と、一次ビームのランディングエネルギーが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、リターディング電圧を変更する電圧制御部と、一次ビームを試料に照射することにより試料から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサを含む検出器と、二次ビームを二次元センサに導く２次光学系と、を備える。電圧制御部は、二次元センサの１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されるように、二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧に重畳する。【選択図】 図１８

Description

本発明は、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、詳しくは、検査対象の表面の性状に応じて変化する二次荷電粒子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて検査対象の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する検査装置に関する。
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。
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。
特許文献１〜３には、従来の検査装置の構成が記載されている。
国際公開ＷＯ２００２／００１５９６号 特開２００７−４８６８６号公報 特開平１１−１３２９７５号公報
ところで、従来、検査装置の一次光学系として、熱電子放出型の六ホウ化ランタン（ＬａＢ6）を用いたものが知られている。図１５に示すように、ＬａＢ6を用いた一次光学系の場合、ＬａＢ6から放出される電子のエネルギー分散が比較的大きいことから、ある検査エネルギー条件を選択した際に、その裾野の強度の弱いエネルギーの部分においてプレチャージエネルギー条件を実現することができる。この効果により、ＬａＢ6を用いた一次光学系では、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能である。しかしながら、検査エネルギー条件とは独立に、的確なプレチャージエネルギー条件を選択することができないという不都合がある。
一方、検査装置の一次光学系として、レーザ光が照射されることにより一次ビームを発生する光電面を用いたものの開発が進められている。図１６Ａに示すように、光電面を用いた一次光学系の場合、光電面から放出される電子のエネルギー分散が比較的小さいことから、ある検査エネルギー条件を選択した場合に、その裾野の強度の弱いエネルギーの部分でプレチャージエネルギー条件を同時に実現することはできないものの、図１６Ｂに示すように、リターディング電圧を変更することで、検査エネルギー条件とは独立に、的確なプレチャージエネルギー条件を選択することが可能である。
このような光電面を用いた一次光学系による検査手法としては、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作（視野幅だけ横に移動）を繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作を繰り返して検査を実施する、という検査手法が考えられる。しかしながら、この検査手法では、検査時間が長くかかるという不都合がある。また、検査領域の中の１つの小領域に着目した場合、プレチャージを実施してから検査を実施するまでの間に時間が空くため、検査を実施する時にプレチャージの効果が弱まっている可能性がある。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、検査時間を大幅に短縮できる検査装置を提供することにある。
本発明による検査装置は、
試料を検査する検査装置であって、
前記試料を載置して連続的に移動するステージと、
前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射する一次光学系と、
前記ステージ上の前記試料にリターディング電圧を印加するリターディング電源と、
前記一次ビームのランディングエネルギーが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、前記リターディング電圧を変更する電圧制御部と、
前記一次ビームを前記試料に照射することにより前記試料から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサを含む検出器と、
前記二次ビームを前記二次元センサに導く２次光学系と、
を備え、
前記電圧制御部は、前記二次元センサの１画素内で前記プレチャージエネルギー条件と前記検査エネルギー条件の両方が順に実現されるように、前記二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを前記リターディング電圧に重畳する。
本発明によれば、電圧制御部が二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧に重畳することで、二次元センサの１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現され得る。これにより、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能であり、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返して検査を実施する、という検査手法に比べて、検査時間を半分程度に短縮できる。また、試料面上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
本発明による検査装置において、前記電圧制御部は、前記ステージの位置に応じて前記二次元センサに転送クロックを出力する撮像コントローラと、前記撮像コントローラが出力した前記転送クロックに同期して前記パルスを前記リターディング電圧に重畳するパルス電源と、を有してもよい。
このような態様によれば、パルス電源が、リターディング電圧にパルスを重畳するタイミングとして、撮像コントローラが出力した転送クロックを利用するため、二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧に重畳するという機能を、単純な構成により実現することができる。
本発明による検査装置において、前記電圧制御部は、前記パルスのデューティ比を変更可能であってもよい。
このような態様によれば、電圧制御部によりパルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
本発明による検査装置は、
試料を検査する検査装置であって、
前記試料を載置して連続的に移動するステージと、
前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射する一次光学系と、
前記一次ビームを前記試料に照射することにより前記試料から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサを含む検出器と、
前記二次ビームを前記二次元センサに導く２次光学系と、
を備え、
前記一次光学系は、
レーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光が照射されることにより前記一次ビームを発生する光電面と、
前記光電面にカソード電圧を印加するカソード電源と、
前記一次ビームのランディングエネルギーが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、前記光電面側電圧を変更する光電面側電圧制御部と、
を有し、
前記光電面側電圧制御部は、前記二次元センサの１画素内で前記プレチャージエネルギー条件および前記検査エネルギー条件の両方を順に実現するように、前記二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを前記光電面側電圧に重畳する。
本発明によれば、光電面側電圧制御部が二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを光電面側電圧に重畳することで、二次元センサの１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現され得る。これにより、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能であり、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返して検査を実施する、という検査手法に比べて、検査時間を半分程度に短縮できる。また、試料面上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
本発明による検査装置において、前記光電面側電圧制御部は、前記ステージの位置に応じて前記二次元センサに転送クロックを出力する撮像コントローラと、前記撮像コントローラが出力した前記転送クロックに同期して前記パルスを前記光電面側電圧に重畳するパルス電源と、を有してもよい。
このような態様によれば、パルス電源が、光電面側電圧にパルスを重畳するタイミングとして、撮像コントローラが出力した転送クロックを利用するため、二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを光電面側電圧に重畳するという機能を、単純な構成により実現することができる。
本発明による検査装置において、前記光電面側電圧制御部は、前記パルスのデューティ比を変更可能であってもよい。
このような態様によれば、光電面側電圧制御部によりパルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
本発明によれば、検査時間を大幅に短縮できる。
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２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２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。 本発明の一実施形態に係る電子線検査装置の構成を示した図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、本発明が適用された電子線検査装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、同一のメインチャンバに、写像光学式検査装置の電子コラムと、ＳＥＭ式検査装置とを設置する場合の構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子コラム系の構成を示した図である。 本発明の一実施形態におけるＮＡ結像条件でのフォーカス調整の説明図である。 本発明の一実施形態におけるＮＡ結像条件でのフォーカス調整の説明図である。 本発明の一実施形態に係る図である。 ＬａＢ6から放出される電子のエネルギー分散を説明するための図である。 光電面から放出される電子のエネルギー分散を説明するための図である。 プレチャージエネルギー条件が実現されるようにリターディング電圧を変更した場合の、光電面から放出される電子のエネルギー分散を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、変調電源の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、変調電源の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、変調電源の構成の別例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、スキャン方法の第１工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、スキャン方法の第２工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、スキャン方法の第３工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る図であり、スキャン方法の第４工程を説明するための図である。
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５００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、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。
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。
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、第２の搬送ユニット６３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。
＜電子検査装置＞
図８は、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。上述においては、異物検査方法の原理的な部分について主に説明した。ここでは、上述の異物検査方法を実行するのに適用される異物検査装置について説明する。従って、上述のすべての異物検査方法は、下記の異物検査装置に適用することができる。
電子線検査装置の検査対象は試料２０である。試料２０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなる試料２０の表面上の異物１０の存在を検出する。異物１０は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物１０の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。電子線検査装置は、ＳＥＭ方式装置でもよく、写像投影式装置でもよい。この例では、写像投影式検査装置に本発明が適用される。
写像投影方式の電子線検査装置は、電子ビームを生成する１次光学系４０と、試料２０と、試料を設置するステージ３０と、試料からの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系６０と、それらの電子を検出する検出器７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置９０（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡１１０と、レビュー用のＳＥＭ１２０とを備える。検出器７０は、本発明では２次光学系６０に含まれてよい。また、画像処理装置９０は本発明の画像処理部に含まれてよい。
１次光学系４０は、電子ビームを生成し、試料２０に向けて照射する構成である。１次光学系４０は、電子銃４１と、レンズ４２、４５と、アパーチャ４３、４４と、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、レンズ４７、４９、５０と、アパーチャ４８とを有する。電子銃４１により電子ビームが生成される。レンズ４２、４５及びアパーチャ４３、４４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ４６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ４６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料２０の方に向かう。レンズ４７、４９、５０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。
１次光学系４０は、電子ビームを試料２０へ照射する。前述したように、１次光学系４０は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像電子ビームの双方の照射を行う。実験結果では、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５〜２０〔ｅＶ〕である。
この点に関し、異物１０と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップ電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２の相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物１０の上方の位置（検出器７０により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。本発明は、このＬＥ１とＬＥ２との差異が望ましくは５〜２０〔ｅＶ〕であることを見い出した。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０〜４０〔ｅＶ〕であり、更に好ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。
また、写像投影光学系の１次光学系４０では、Ｅ×Ｂフィルタ４６が特に重要である。Ｅ×Ｂフィルタ４６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、試料２０に対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ４６の条件を設定可能である。更に感度を増大するためには、例えば、試料２０に対する１次系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５〜１０度であり、好ましくは０．１〜３度程度である。
このように、異物１０に対して所定の角度θの傾きを持って電子ビームを照射させることにより、異物１０からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次系光軸中心から外れない条件を形成することができ、したがって、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物１０をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。
ステージ３０は、試料２０を載置する手段であり、ｘ−ｙの水平方向及びθ方向に移動可能である。また、ステージ３０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ３０の表面には、静電チャック等の試料固定機構が備えられていてもよい。
ステージ３０上には試料２０があり、試料２０の上に異物１０がある。１次系光学系４０は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０〔ｅＶ〕で試料表面２１に電子ビームを照射する。異物１０がチャージアップされ、１次光学系４０の入射電子が異物１０に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系６０により検出器７０に導かれる。このとき、二次放出電子は、試料表面２１から広がった方向に放出される。そのため、２次放出電子の透過率は、低い値であり、例えば、０．５〜４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物１０で形成される。したがって、異物１０の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の二次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。
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。
例えば、異物１０のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、ピクセルサイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像及び検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式等に比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。
２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く手段である。２次光学系６０は、レンズ６１、６３と、ＮＡアパーチャ６２と、アライナ６４と、検出器７０とを有する。電子は、試料２０から反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、アパーチャ４８、レンズ４７及びＥ×Ｂフィルタ４６を再度通過する。そして、電子は２次光学系６０に導かれる。２次光学系６０においては、レンズ６１、ＮＡアパーチャ６２、レンズ６３を通過して電子が集められる。電子はアライナ６４で整えられて、検出器７０に検出される。
ＮＡアパーチャ６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物１０からの信号(ミラー電子等)と周囲(正常部)の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物１０からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。
例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ６２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。
例えば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度がほぼ３°である。この場合、ミラー電子の軌道が通過できる程度のＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。例えば、適当なサイズはφ２５０〔μｍ〕である。ＮＡアパーチャ（径φ２５０〔μｍ〕）に制限されるために、２次放出電子の透過率は低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。例えば、アパーチャ径をφ２０００からφ２５０〔μｍ〕にすると、バックグランド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。
検出器７０は、２次光学系６０により導かれた電子を検出する手段である。検出器７０は、その表面に複数のピクセルを有する二次元センサ７１を含んでいる。検出器７０には、種々の二次元型センサを適用することができる。例えば、検出器７０には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）及びＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤが適用されてよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するＴＤＩに伝達される。こうして電子が検出される。
ここでは、検出器７０にＥＢ−ＴＤＩを適用した例について説明する。ＥＢ−ＴＤＩは、光電変換機構・光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物１０の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ−ＴＤＩを用いると、小さい異物１０の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２〜２倍に達する。
図９は、本発明が適用された電子線検査装置を示す。ここでは、全体的なシステム構成の例について説明する。
図９において、異物検査装置は、試料キャリア１９０と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードロック１６２と、トランスファーチャンバ１６１と、メインチャンバ１６０と、電子線コラム系１００と、画像処理装置９０を有する。ミニエンバイロメント１８０には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ１６１には、真空中の搬送ロボットが設けられる。常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１にロボットが配置されるので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
メインチャンバ１６０には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するステージ３０が設けられ、ステージ３０の上に静電チャックが設置されている。静電チャックには試料２０そのものが設置される。または、試料２０は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。
メインチャンバ１６０は、真空制御系１５０により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。
また、メインチャンバ１６０には電子コラム１００が設置されている。この電子コラム１００は、１次光学系４０及び２次光学系６０のコラムと、試料２０からの２次放出電子またはミラー電子等を検出する検出器７０を備えている。検出器７０からの信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置９０で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、検査領域、異物数マップ、異物サイズ分布／マップ、異物分類、パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられている。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられている。また、メインチャンバ１６０には、光学顕微鏡１１０や、ＳＥＭ式検査装置１２０が備えられていてもよい。
図１０は、同一のメインチャンバ１６０に、写像光学式検査装置の電子コラム１００と、ＳＥＭ式検査装置１２０とを設置する場合の構成の一例を示している。図１０に示すように、写像光学式検査装置と、ＳＥＭ式検査装置１２０が同一のチャンバ１６０に設置されていると、大変有利である。同一のステージ３０に試料２０が搭載されており、試料２０に対して、写像方式とＳＥＭ方式の両方での観察又は検査が可能となる。この構成の使用方法と利点は、以下の通りである。
まず、試料２０が同一のステージ３０に搭載されているので、試料２０が写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まる。したがって、異物の検出箇所等を特定するときに、２つの検査装置が同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。
上記構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とＳＥＭ式検査装置１２０が別々の装置として分離して構成される。そして、分離された別々の装置間で、試料２０が移動される。この場合、別々のステージ３０に試料２０の設置を行う必要があるので、２つの装置が試料２０のアライメントを別個に行う必要がある。また、試料２０のアライメントが別々に行われる場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。特に、パターンのない試料２０の場合には、位置基準が特定できないので、その誤差は更に大きくなる。
一方、本実施の形態では、図１０に示すように、２種類の検査において、同一のチャンバ１６０のステージ３０に試料２０が設置される。写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間でステージ３０が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能である。よって、パターンのない試料２０の場合でも、高精度で位置の特定が可能となる。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。
このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、パターンの無い試料２０の異物検査が写像方式で行われる。それから、検出した異物１０の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ式検査装置１２０で行われる。正確な位置の特定ができるので、異物１０の存在の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、異物１０のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。
前述したように、異物検出用の電子コラム１００と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置１２０が別々に設けられると、異物１０の特定に多くの時間を費やしてしまう。また、パターンのない試料の場合は、その困難度合いが高まる。このような問題が本実施の形態により解決される。
以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式による異物１０のアパーチャ結像条件を用いて、超微小な異物１０が高感度で検査される。さらに、写像光学方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０が同一チャンバ１６０に搭載される。これにより、特に、３０〔ｎｍ〕以下の超微小な異物１０の検査と、異物１０の判定及び分類を、大変効率良く、高速に行うことができる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。
次に、写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例について説明する。
上述では、写像投影型検査装置が異物を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。
この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。
より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。
上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。
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コラム系１００を示している。図８と同様の構成要素については、図８と同様の参照符号を付し、その説明を省略する。
試料２０は、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ３０に設置される。ステージ３０と光学顕微鏡１１０により、高精度のアライメントが行われる。そして、写像投影光学系が電子ビームを用いて試料２０の異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、試料表面２１の電位が重要である。表面電位を測定するために、真空中で測定可能な表面電位測定装置がメインチャンバ１６０に取り付けられている。この表面電位測定器が、試料２０上の２次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する２次光学系６０ａにおいてフォーカス制御が行われる。試料２０の２次元的位置のフォーカスマップが、電位分布を元に製作される。このマップを用いて、検査中のフォーカスを変更制御しながら、検査が行われる。これにより、場所による表面円電位の変化に起因する像のボケや歪みを減少でき、精度の良い安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。
ここで、２次光学系６０ａが、ＮＡアパーチャ６２、検出器７０に入射する電子の検出電流を測定可能に構成され、更に、ＮＡアパーチャ６２の位置にＥＢ−ＣＣＤが設置できるように構成れている。このような構成は大変有利であり、効率的である。図１１では、ＮＡアパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５が、開口６７、６８を有する一体の保持部材６６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ６２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ６５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系６０ａが備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ６２、ＥＢ−ＣＣＤ６５は、真空中で動作するＸ、Ｙステージ６６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ６２及びＥＢ−ＣＣＤ６５についての位置制御及び位置決めが可能である。そして、ステージ６６には開口６７、６８が設けられているので、ミラー電子及び２次放出電子がＮＡアパーチャ６２又はＥＢ−ＣＣＤ６５を通過可能である。
このような構成の２次光学系６０ａの動作を説明する。まず、ＥＢ−ＣＣＤ６５が、２次電子ビームのスポット形状とその中心位置を検出する。そして、そのスポット形状が円形であって最小になるように、スティグメーター、レンズ６１、６３及びアライナ６４の電圧調整が行われる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置でのスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。
また、ビームスポットの中心位置が容易に検出可能となる。そこで、ビームスポット位置に、ＮＡアパーチャ６２の孔中心を配置するように、ＮＡアパーチャ６２の位置調整が可能となる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置の調整を直接行うことができなかった。本実施の形態では、直接的にＮＡアパーチャ６２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、ＮＡアパーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。
また、異物１０の検査では、異物１０からのミラー信号を効率よく取得することが重要である。ＮＡアパーチャ６２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次放出電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、ＮＡ位置では均一に広い領域（例えば、φ３〔ｍｍ〕）に到達する。したがって、２次放出電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でＮＡアパーチャ６２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の１／２０以下となる。したがって、ミラー電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に大変敏感である。ＮＡ位置でのミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にＮＡアパーチャ６２の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。
このような適切な位置へのＮＡアパーチャ６２の設置を実現するために、好ましい実施の形態では、ＮＡアパーチャ６２が、電子コラム１００の真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、ｘ、ｙ方向に移動される。ＮＡアパーチャ６２を移動させながら、信号強度が計測される。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置にＮＡアパーチャ６２の中心が設置される。
信号強度の計測には、ＥＢ−ＣＣＤ６５が大変有利に用いられる。これにより、ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器７０に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となるからである。
あるいは、ＮＡアパーチャ６２の位置と検出器７０の検出面の位置とが共役の関係を実現するように、アパーチャ配置が定められてよく、また、アパーチャと検出器の間にあるレンズ６３の条件が設定されてよい。この構成も大変有利である。これにより、ＮＡアパーチャ６２の位置のビームの像を、検出器７０の検出面に結像される。したがって、ＮＡアパーチャ６２の位置におけるビームプロファイルを、検出器７０を用いて観察することができる。
また、ＮＡアパーチャ６２のＮＡサイズ（アパーチャ径）も重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なＮＡサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度である。更に、ＮＡサイズは、好ましくは、ビーム径に対して＋１０〜１００〔％〕大きいサイズである。
この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。上記のアパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、異物１０のコントラストを高めることができる。
更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー信号は変化せず、異物１０の階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、異物１０のコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
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。
上述のように、ミラー電子は、ＮＡサイズと形状に非常に敏感である。よって、ＮＡサイズと形状と適切に選択することは、高いＳ／Ｎを得るために大変重要である。以下、そのような適切なＮＡサイズと形状の選択を行うための構成の例を説明する。ここでは、ＮＡアパーチャ６２のアパーチャ（孔）の形状についても説明する。
ここで、ＮＡアパーチャ６２は、孔（開口）を有する部材（部品）である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり、孔（開口）がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャ関連の説明において、部材（部品）とその孔を区別するため、部材をＮＡアパーチャと呼ぶ。そして、部材の孔を、アパーチャという。アパーチャ形状は、一般に、孔の形状を意味する。
つづいて、図１２および図１３を用いて、ＮＡ結像条件でのフォーカス調整について説明する。図１２は、ミラー電子と二次放出電子のアパーチャでのクロスオーバーポイントの状態を横から見た図である。図１２では、ミラー電子の軌道が破線で示されており、二次放出電子の軌道が実線で示されている。
図１２に示すように、ミラー電子と二次放出電子では、ベストフォーカス位置に差（フォーカス値差：例えば、約０．５ｍｍ）がある。そして、フォーカスを変えていくと、二次放出電子の領域は、フォーカスがプラスになるに従って大きくなるのに対して、ミラー電子の領域は、あるフォーカス点て縦に長く横に細くなり、そのフォーカス点を境にして、フォーカスをプラス方向に変更すると、縦方向はつぶれて横方向は延びる、また、フォーカスをマイナス方向に変更すると、ピークが二つに分裂するように変化していく。
図１３には、フォーカスを変更して異物を撮像した場合の見え方が示されている。図１３（ａ）に示すように、フォーカスをマイナス方向にした場合、異物は黒く見える。一方、フォーカスをプラス方向にした場合、異物は白く見える。図１３（ｂ）では、試料表面からのミラー電子が破線で示されており、異物（欠陥）からのミラー電子が実線で示されている。図１３（ｂ）に示すように、フォーカスをマイナスからプラスに変更すると、アパーチャを透過する異物（欠陥）からのミラー電子の量が増える。
本実施の形態では、図８に示すように、一次ビームをＥ×Ｂフィルタ４６を経由して照射している。すなわち、一次ビームはＹ軸方向の斜め上方からＥ×Ｂフィルタ４６に入射している。この場合、Ｘ軸方向の入射角の調整は、一次系アライナのＸ軸方向の電極電圧を調整することにより行うことができる。また、Ｙ軸方向の入射角の調整は、Ｅ×Ｂフィルタ４６を用いて調整することができる。
＜１次光学系における光電子発生装置の変形例＞
１次光学系における光電子発生装置の他の例を示す。図１４は、１次系の途中位置から、コラム内に設置されたミラーにより、光電面に光またはレーザが導かれるときの例である。
図１４は、三角ミラー２０７０によって光電子を発生させる光又はレーザを光電面に照射するものであり、１次光学系２０００の基準電圧がＧＮＤの例である。このとき、例えば、Ｖ２、Ｖ４とＶ５がＧＮＤで、その付近が基準電圧空間とする。そして、中心部に光電子の通る穴の開いたミラー、例えば三角ミラー２０７０を設置して、ＤＵＶ光または、ＵＶレーザを図示されない管に設けられた穴を通して導入し、この三角ミラー２１７０によって反射させて光電面２０２１に照射する。そして、照射された面から光電子が発生し、この光電子がＥＸレンズ２０２０およびＮＡ２０２５、そして、下流のアライナを通過して、試料面に照射される。このとき、発生した光電子が１次系の軌道を形成するために、光電面２０２１には規定値の電圧が印加されている。一次ビームのランディングエネルギーＬＥと、試料２０に印加されるリターディング電圧ＲＴＤ電圧と、光電面２０２１に印加される光電面側電圧Ｖ１との間には、ＬＥ＝ＲＴＤ電圧−Ｖ１の関係が成り立つ。
光電面２０２１から発生する光電子の量は、光またはレーザの照射強度にて決まるので、照射する強度の制御が行われる。これは前述した強度の制御方法が用いられる。この時、ミラーはミラー表面と構造体全体が導体または、導体でコートされている。そして、その電位は基準電位と同じ電位になっている。空間電位を乱さないように同電位となっているのである。また、１次ビームがミラーの影響を受けずに通過できるように、ミラーの光軸中心部には穴が開いており、その穴を１次ビームが通過する。この穴内部においても基準電圧と同電位となるように、導体材料または導体がコートされ基準電圧部に接続されている。
また、光電子発生の形状については２つの方法を示す。図１４を用いて説明する。１つは、コラム内にあるミラーの入射前に、ビーム系状を規定するＦＡアパーチャ２０１０を用いる。フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の形状のビーム形成を行い、そのビームを光電面に照射して、その形状の光電子を発生させる。このとき、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の投影サイズは、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０上流にあるレンズ位置により制御される。
＜１次光学系：変調電源＞
次に、図１７及び図１８を参照して、本実施の形態による検査装置１００の構成について説明する。
図１７に示すように、検査装置１００は、試料２０を載置して連続的に移動するステージ３０と、ステージ３０上の試料２０に対して一次ビームを照射する一次光学系４０と、ステージ３０上の試料２０にリターディング電圧ＲＴＤを印加するリターディング電源８２と、一次ビームのランディングエネルギーＬＥが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、リターディング電圧ＲＴＤを変更する電圧制御部８０と、一次ビームを試料２０に照射することにより試料２０から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサ７１を含む検出器７０と、二次ビームを二次元センサ７１に導く２次光学系６０と、を備えている。
このうち二次元センサ７１は、ＴＤＩ方式のラインスキャンカメラ（以下、ＴＤＩカメラと呼ぶ）であり、ステージ３０上に載置された試料２０を連続的に移動（スキャン）させながら撮像することが可能である。
より詳しくは、二次元センサ７１の受光面には、格子状に画素（ピクセル）が並んでおり、各画素に入射した光の量に応じた電気信号が得られる。各画素で得られた信号は、像送り方向（撮像方向）の隣の段に一定の周期（送り速度）で送られ、更にその画素に入射した光の量に応じた信号が加算される。これを撮像方向の段数分だけ繰り返し、最終段まで加算されると、その最終段の信号が画像に追加される。そして、一定の周期後には次に最終段に来た信号が同様に画像に追加される。このようにして帯状の画像が連続的に連なった撮像画像が構成されていく。二次元センサ７１は、このようにして各段の信号を加算して段数分の加算画像を得ているため、高感度な撮像が可能である。
図１８に示すように、試料２０の検査は、試料２０上に一次ビームを照射しながらステージ３０を一定速度で移動（スキャン）することにより、連続的に帯状に検査画像を撮像して進めていく。試料２０の端まで移動すると、視野幅だけステージ３０を横に移動（ステップ）させ、今度は反対方向にステージ３０をスキャンさせる。これを繰り返して試料２０の全面を検査する。
ステージ３０の移動速度は、試料２０面上の画素寸法の設定値と検査速度の設定値によって決まる。検査画像の撮像は、ステージ３０の移動速度と二次元センサ７１（ＴＤＩカメラ）の画素の送り速度を同期させて行う。より詳しくは、レーザ干渉計（図示しない）からステージ３０の位置情報が後述する撮像コントローラ８１に入力され、撮像コントローラ８１は、ステージ３０が１画素分（たとえば１００ｍｍ）移動する毎に二次元センサ７１に転送クロックを出力する。転送クロックの周期は、たとえば３．６μｓｅｃである。二次元センサ７１は、画素の送り速度を撮像コントローラ８１から受け取る転送クロックに同期させる。
本実施の形態では、一次光学系４０は、レーザ光を発生するレーザ光源４９と、レーザ光が照射されることにより一次ビームを発生する光電面２０１１と、光電面２０１１にカソード電圧Ｖ１を印加するカソード電源８４と、を有している。一次ビームのランディングエネルギーＬＥと、試料２０に印加されるリターディング電圧ＲＴＤと、光電面２０２１に印加されるカソード電圧Ｖ１との間には、ＬＥ＝ＲＴＤ−Ｖ１の関係が成り立つ。
ところで、発明が解決しようとする課題の欄でも言及したように、熱電子放出型の六ホウ化ランタン（ＬａＢ6）を用いた一次光学系の場合、図１５に示すように、ＬａＢ6から放出される電子のエネルギー分散が比較的大きいことから、ある検査エネルギー条件を選択した際に、その裾野の強度の弱いエネルギーの部分においてプレチャージエネルギー条件を実現することができる。この効果により、ＬａＢ6を用いた一次光学系では、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能である。しかしながら、検査エネルギー条件とは独立に、的確なプレチャージエネルギー条件を選択することができないという不都合がある。
一方、本実施の形態の検査装置１００のように、レーザ光が照射されることにより一次ビームを発生する光電面２０１１を用いた一次光学系４０の場合、図１６Ａに示すように、光電面２０１１から放出される電子のエネルギー分散が比較的小さいことから、ある検査エネルギー条件を選択した場合に、その裾野の強度の弱いエネルギーの部分でプレチャージエネルギー条件を実現することはできないものの、図１６Ｂに示すように、リターディング電圧を変更することで、検査エネルギー条件とは独立に、的確なプレチャージエネルギー条件を選択することが可能である。
このような光電面２０１１を用いた一次光学系による検査手法としては、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作を繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作を繰り返して検査を実施する、という検査手法が考えられる。しかしながら、この検査手法では、検査時間が長くかかるという不都合がある。また、検査領域の中の１つの小領域に着目した場合、プレチャージを実施してから検査を実施するまでの間に時間が空くため、検査を実施する時にプレチャージの効果が弱まっている可能性がある。
そこで、本実施の形態の電圧制御部８０は、図１８に示すように、二次元センサ７１の１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されるように、二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧ＲＴＤに重畳するように構成されている。これにより、１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されることで、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能となる。また、試料２０面上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
図１７に示す例では、電圧制御部８３は、ステージ３０の位置に応じて二次元センサ７１に転送クロックを出力する撮像コントローラ８１と、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックに同期してパルスをリターディング電圧ＲＴＤに重畳するパルス電源８３と、を有している。
撮像コントローラ８１は、レーザ干渉計（図示しない）からステージ３０の位置情報を受け取り、ステージ３０の位置が１画素分移動する毎に転送クロックを出力する。二次元センサ７１は、画素の送り速度を撮像コントローラ８１から受け取る転送クロックに同期させる。
パルス電源８３は、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックを受け取り、リターディング電圧にパルスを重畳するタイミングとして利用する。すなわち、パルス電源８３は、リターディング電圧に重畳するパルスの周期を、撮像コントローラ８１から受け取る転送クロックに同期させる。
リターディング電源８２が出力するリターディング電圧ＲＴＤをＡ［Ｖ］、パルスの最大電圧を＋Ｂ［Ｖ］、最小電圧を−Ｃ［Ｖ］、カソード電圧Ｖ１をＤ［Ｖ］、プレチャージエネルギー条件を実現するランディングエネルギーＬＥをＬＥ１［Ｖ］、検査エネルギー条件を実現するランディングエネルギーＬＥをＬＥ２［Ｖ］とすると、ＬＥ１＝Ａ＋Ｂ−Ｄ、ＬＥ２＝Ａ−Ｃ−Ｄの関係が成り立つ。従って、所望のプレチャージエネルギー条件及び検査エネルギー条件が実現されるように、リターディング電圧、パルスの最大電圧、最小電圧、およびカソード電圧は、検査開始前にシミュレーション等に基づいて予め適切に設定される。
本実施の形態では、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックがパルス電源８３で利用されることで、リターディング電圧ＲＴＤにパルスが重畳される周期と、二次元センサ７１の画素の送り速度とが同期され、すなわち二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスがリターディング電圧ＲＴＤに重畳される。これにより、二次元センサ７１の１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されるとともに、プレチャージの効果が画素ごとに斑に生じることを防止できる。
図１８に示す例では、各画素の撮像周期の前半でリターディング電圧Ａ［Ｖ］にパルスの最大電圧＋Ｂ［Ｖ］が重畳されることでプレチャージが実施され、後半でリターディング電圧Ａ［Ｖ］にパルスの最小電圧−Ｃ［Ｖ］が重畳されることで検査が実施されているが、各画素でのプレチャージの時間が同じであれば、これに限定されない。各画素の撮像周期の前半で検査が実施され、後半でプレチャージが実施されてもよい。あるいは、各画素の撮像周期の前半でプレチャージが実施され、中盤で検査が実施され、後半で再びプレチャージが実施されてもよいし、各画素の撮像周期の前半で検査が実施され、中盤でプレチャージが実施され、後半で再び検査が実施されてもよい。
なお、必ずしも必須ではないが、電圧制御部８０は、パルスのデューティ比を変更可能であってもよい。パルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
以上のような本実施の形態によれば、電圧制御部８０が二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧に重畳することで、二次元センサ７１の１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現され得る。これにより、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能であり、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返して検査を実施する、という検査手法に比べて、検査時間を半分程度に短縮できる。また、試料面２０上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
また、本実施の形態によれば、パルス電源８３が、リターディング電圧ＲＴＤにパルスを重畳するタイミングとして、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックを利用するため、二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧ＲＴＤに重畳するという機能を、単純な構成により実現することができる。
また、本実施の形態によれば、電圧制御部８３によりパルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
＜１次光学系：変調電源の別例＞
次に、図１９を参照して、本実施の形態による検査装置１００の構成について説明する。以下の説明及び以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
図１９に示す例では、一次光学系４０は、レーザ光を発生するレーザ光源４９と、レーザ光が照射されることにより一次ビームを発生する光電面２０１１と、光電面２０１１にカソード電圧Ｖ１を印加するカソード電源８４と、一次ビームのランディングエネルギーＬＥが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、カソード電圧Ｖ１を変更するカソード電圧制御部８５と、を有している。一次ビームのランディングエネルギーＬＥと、試料２０に印加されるリターディング電圧ＲＴＤと、光電面２０２１に印加されるカソード電圧Ｖ１との間には、ＬＥ＝ＲＴＤ−Ｖ１の関係が成り立つ。
カソード電圧制御部８５は、二次元センサ２０１１の１画素内でプレチャージエネルギー条件および検査エネルギー条件の両方を順に実現するように、二次元センサ２０１１の画素の送り速度に同期したパルスをカソード電圧Ｖ１に重畳するように構成されている。これにより、１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されることで、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能となる。また、試料２０面上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
図１９に示す例では、カソード電圧制御部８５は、ステージ３０の位置に応じて二次元センサ７１に転送クロックを出力する撮像コントローラ８１と、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックに同期してパルスをカソード電圧Ｖ１に重畳するパルス電源８６と、を有している。
撮像コントローラ８１は、レーザ干渉計（図示しない）からステージ３０の位置情報を受け取り、ステージ３０の位置が１画素分移動する毎に転送クロックを出力する。二次元センサ７１は、画素の送り速度を撮像コントローラ８１から受け取る転送クロックに同期させる。
パルス電源８６は、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックを受け取り、カソード電圧Ｖ１にパルスを重畳するタイミングとして利用する。すなわち、パルス電源８６は、カソード電圧Ｖ１に重畳するパルスの周期を、撮像コントローラ８１から受け取る転送クロックに同期させる。
リターディング電源８２が出力するリターディング電圧ＲＴＤをＡ［Ｖ］、パルスの最大電圧を＋Ｃ［Ｖ］、最小電圧を−Ｂ［Ｖ］、カソード電圧Ｖ１をＤ［Ｖ］、プレチャージエネルギー条件を実現するランディングエネルギーＬＥをＬＥ１［Ｖ］、検査エネルギー条件を実現するランディングエネルギーＬＥをＬＥ２［Ｖ］とすると、ＬＥ１＝Ａ−（Ｄ＋Ｃ）、ＬＥ２＝Ａ−（Ｄ−Ｂ）の関係が成り立つ。従って、所望のプレチャージエネルギー条件及び検査エネルギー条件が実現されるように、リターディング電圧、パルスの最大電圧、最小電圧、およびカソード電圧は、検査開始前にシミュレーション等に基づいて予め適切に設定される。
本実施の形態では、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックがパルス電源８６で利用されることで、カソード電圧Ｖ１にパルスが重畳される周期と、二次元センサ７１の画素の送り速度とが同期され、すなわち二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスがカソード電圧Ｖ１に重畳される。これにより、二次元センサ７１の１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現されるとともに、プレチャージの効果が画素ごとに斑に生じることを防止できる。
なお、必ずしも必須ではないが、カソード電圧制御部８５は、パルスのデューティ比を変更可能であってもよい。パルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
以上のような本実施の形態によれば、カソード電圧制御部８５が二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスをカソード電圧に重畳することで、二次元センサ７１の１画素内でプレチャージエネルギー条件と検査エネルギー条件の両方が順に実現され得る。これにより、一度のスキャン動作にてプレチャージと検査の両方を実施可能であり、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作とを繰り返して検査を実施する、という検査手法に比べて、検査時間を半分程度に短縮できる。また、試料面２０上の各画素寸法に着目した場合、プレチャージを実施した直後に検査を実施することになるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することができる。
また、本実施の形態によれば、パルス電源８３が、カソード電圧にパルスを重畳するタイミングとして、撮像コントローラ８１が出力した転送クロックを利用するため、二次元センサ７１の画素の送り速度に同期したパルスをリターディング電圧ＲＴＤに重畳するという機能を、単純な構成により実現することができる。
また、本実施の形態によれば、カソード電圧制御部８５によりパルスのデューティ比を変更することで、プレチャージの効果量を調整することができ、様々な条件での検査を行うことができる。
＜スキャン方法＞
次に、図２０Ａ〜図２０Ｄを参照して、本実施の形態による検査装置のスキャン方法について説明する。
本実施の形態のスキャン方法では、まず、図２０Ａに示すように、プレチャージエネルギー条件を実現するようなリターディング電圧（プレチャージ電圧）が試料２０に印加された状態で、試料２０に一次ビームが照射されるとともに、試料２０を載置したステージ３０が一定速度で移動（スキャン）され（矢印Ａ１参照）、試料２０の帯状の検査領域２１１に対して連続的にプレチャージが実施される。
次に、図２０Ｂに示すように、検査条件を実現するようなリターディング電圧（検査電圧）が試料２０に印加された状態で、試料２０に一次ビームが照射されるとともに、試料２０を載置したステージ３０が一定速度で逆向きに移動（スキャン）され（矢印Ａ２参照）、試料２０の同じ検査領域２１１に対して連続的に検査が実施される。
次に、図２０Ｃに示すように、視野幅だけステージ３０が横に移動（ステップ）された後（矢印Ａ３参照）、試料にプレチャージ電圧が印加された状態で、試料２０に一次ビームが照射されるとともに、試料２０を載置したステージ３０が一定速度で移動（スキャン）され（矢印Ａ４参照）、前回の検査領域２１１の隣の検査領域２１２に対して連続的にプレチャージが実施される。
次に、図２０Ｄに示すように、試料２０に検査電圧が印加された状態で、試料２０に一次ビームが照射されるとともに、試料２０を載置したステージ３０が一定速度で逆向きに移動（スキャン）され（矢印Ａ５参照）、試料２０の同じ検査領域２１２に対して連続的に検査が実施される。
その後、図２０Ｃ及び図２０Ｄに示す工程が交互に繰り返されることで、試料２０全面に対してプレチャージと検査が交互に実施される。
以上のような本実施の形態によれば、検査領域に対してプレチャージエネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作を繰り返してプレチャージを実施した後に、同じ検査領域に対して検査エネルギー条件にてスキャン動作とステップ動作を繰り返して検査を実施する、という検査手法に比べて、検査時間は変わらないものの、検査領域の中の１つの小領域に着目した場合、プレチャージを実施してから検査を実施するまでの間の時間が短くなるため、プレチャージの効果を有効に利用して検査を実施することが可能である。
１００ 検査装置
２０ 試料
２０１１ 光電面
３０ ステージ
４０ 一次光学系
４６ Ｅ×Ｂフィルタ
４９ レーザ光源
６０ 二次光学系
７０ 検出器
７１ 二次元センサ
８０ 電圧制御部
８１ 撮像コントローラ
８２ リターディング電源
８３ パルス電源
８４ カソード電源
８５ カソード電圧制御部
８６ パルス電源

Claims (6)

  1. 試料を検査する検査装置であって、
    前記試料を載置して連続的に移動するステージと、
    前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射する一次光学系と、
    前記ステージ上の前記試料にリターディング電圧を印加するリターディング電源と、
    前記一次ビームのランディングエネルギーが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、前記リターディング電圧を変更する電圧制御部と、
    前記一次ビームを前記試料に照射することにより前記試料から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサを含む検出器と、
    前記二次ビームを前記二次元センサに導く２次光学系と、
    を備え、
    前記電圧制御部は、前記二次元センサの１画素内で前記プレチャージエネルギー条件と前記検査エネルギー条件の両方が順に実現されるように、前記二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを前記リターディング電圧に重畳する
    ことを特徴とする検査装置。
  2. 前記電圧制御部は、
    前記ステージの位置に応じて前記二次元センサに転送クロックを出力する撮像コントローラと、
    前記撮像コントローラが出力した前記転送クロックに同期して前記パルスを前記リターディング電圧に重畳するパルス電源と、を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
  3. 前記電圧制御部は、前記パルスのデューティ比を変更可能である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
  4. 試料を検査する検査装置であって、
    前記試料を載置して連続的に移動するステージと、
    前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射する一次光学系と、
    前記一次ビームを前記試料に照射することにより前記試料から発生した二次ビームの像を生成する二次元センサを含む検出器と、
    前記二次ビームを前記二次元センサに導く２次光学系と、
    を備え、
    前記一次光学系は、
    レーザ光を発生するレーザ光源と、
    前記レーザ光が照射されることにより前記一次ビームを発生する光電面と、
    前記光電面にカソード電圧を印加するカソード電源と、
    前記一次ビームのランディングエネルギーが検査エネルギー条件とプレチャージエネルギー条件の両方を実現するように、前記カソード電圧を変更するカソード電圧制御部と、
    を有し、
    前記カソード電圧制御部は、前記二次元センサの１画素内で前記プレチャージエネルギー条件および前記検査エネルギー条件の両方を順に実現するように、前記二次元センサの画素の送り速度に同期したパルスを前記カソード電圧に重畳する
    ことを特徴とする検査装置。
  5. 前記カソード電圧制御部は、
    前記ステージの位置に応じて前記二次元センサに転送クロックを出力する撮像コントローラと、
    前記撮像コントローラが出力した前記転送クロックに同期して前記パルスを前記カソード電圧に重畳するパルス電源と、を有する
    ことを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
  6. 前記カソード電圧制御部は、前記パルスのデューティ比を変更可能である
    ことを特徴とする請求項４または５に記載の検査装置。
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