JP6715603B2

JP6715603B2 - 検査装置

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Publication number: JP6715603B2
Application number: JP2016003722A
Authority: JP
Inventors: 當間　康; 康當間
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017126428A

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及び検査方法に関する。

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。

従来の半導体検査装置として、ステージの連続的な移動に伴う試料の移動と偏向手段による試料より発生した二次電子を一定方向に加速させたビーム（以下、二次ビームと表記する）の軌道の偏向とを同期させて制御することで、二次元ＣＣＤセンサ上で二次ビームの像を停止させ、その同期期間中に試料の同じ検出領域の像を二次元ＣＣＤセンサの同じ個所に投影させるようにした電子像追従式の電子光学装置を用いた電子線検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような検査装置の一次光学系として、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一次光学系の開発が進められている。従来、光を発生する光源としては、ガウス分布の光を発生するものが一般的であった。

特許第４３３２９２２号公報

しかしながら、ガウス分布の光を光電面に照射すると、光電面からもガウス分布の一次ビームが発生する。ガウス分布の一次ビームを用いると、試料の検査領域（ビーム照射領域）の中心部が明るく端部が暗くなり、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことのできる検査装置を提供することを目的とする。

本発明の検査装置は、試料を検査する検査装置であって、前記試料を載置するステージと、前記ステージ上の前記試料に対して１次ビームを照射する１次光学系と、前記１次ビームの照射により前記試料から発生した２次ビームを検出器に導く２次光学系と、を備え、前記１次光学系は、ガウス分布の光を出射する光源と、前記ガウス分布の光を均一分布の光に変換する光学部品と、前記均一分布の光が入射されることにより前記１次ビームを出射する光電面と、を備えている。

この構成により、光源から発生したガウス分布の光が、光学部品によって均一分布の光に変換されて、光電面に照射される。均一分布の光が光電面に照射されると、光電面から均一分布の一次ビームが発生する。均一分布の一次ビームを用いることにより、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことができる。

また、本発明の検査装置では、前記光電面は、真空チャンバ内に配置され、前記光学部品は、真空チャンバ外に配置されてもよい。

この構成により、光源と光学部品が真空チャンバ外に配置されるので、光源から発生した光に対する光学部品の位置の調整（微調整）を容易に行うことができる。

また、本発明の検査装置では、前記光学部品は、前記ガウス分布の光を前記均一分布の光に変換するフライアイレンズであってもよい。

この構成により、フライアイレンズを用いて、ガウス分布の光を均一分布の光に変換することができ、光電面から均一分布の一次ビームが発生させることができる。

また、本発明の検査装置では、前記光学部品は、前記ガウス分布の光を前記均一分布の光に変換するロッドレンズであってもよい。

この構成により、ロッドレンズを用いて、ガウス分布の光を均一分布の光に変換することができ、光電面から均一分布の一次ビームが発生させることができる。

また、本発明の検査装置では、前記１次光学系は、前記均一分布の光の前記光電面への結像倍率を設定するための結像レンズを備えてもよい。

この構成により、結像レンズを用いて、均一分布の光の光電面への結像倍率を適切に設定することができる。したがって、光学部品（フライアイレンズやロッドレンズ）と光電面との間の距離を適切に設定する（十分に確保する）ことができる。

本発明によれば、均一分布の一次ビームを用いることにより、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことができる。

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。本発明の一実施形態に係る電子光学装置の構成を示す図である。図３に示す電子光学装置におけるビーム経路を説明するための図である。（ａ）本発明の一実施形態に係る二次ビームが試料の移動に追従するように二次ビームを偏向する高速偏向器の動作を説明する図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る照射領域と視野領域との関係を示す図である。（ｃ）本発明の一実施形態に係る照射領域と視野領域との関係を示す図である。本発明の一実施形態に係る高速偏向器と結像レンズと中間電極との組み合わせユニットの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るシミュレーション装置の動作を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の変形例１を示す図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の変形例２を示す図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の変形例３を示す図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の他の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る１次光学系の他の構成の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の検査装置について、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２において、本実施形態による検査装置１の主要構成要素が立面及び平面で示されている。

本実施形態による検査装置１は、複数枚の試料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、試料をカセットホルダ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、主ハウジング３０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と、を備え、それらは図１及び図２に示されるような位置関係で配置されている。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、試料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上での試料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。

＜カセットホルダ＞
カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２５枚）の試料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２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２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。

なお、カセットｃ内に収納される試料は、検査を受ける試料であり、そのような検査は、半導体製造工程中で試料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試料、表面にパターンが形成された試料、又はパターンが未だに形成されていない試料が、カセット内に収納される。カセットｃ内に収容される試料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、任意の位置の試料を第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及び図２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試料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、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試料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。試料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の試料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（図示せず）と、吸入ダクト２４１とブロワーとを接続する導管（図示せず）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、導管及びブロワー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、試料に形成されたオリエンテーションフラット（円形の試料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、試料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試料の軸線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２において、ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレーム３６上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置３７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれたフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲む周壁３２３とを備えていてワーキングチャンバ３１を外部から隔離している。底壁３２１は、この実施形態では、上に載置されるステージ装置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試料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及び図２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試料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の周囲を囲んで周壁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の周囲を囲んで周壁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）の試料を上下に隔てて水平の状態で支持するサンプルラック４７が配設されている。サンプルラック４７は、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を備え、各支柱４７２にはそれぞれ２段の支持部が形成され、その支持部の上に試料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試料に接近させてアームにより試料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、試料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試料をワーキングチャンバ３１内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバ４１及び４２を採用することによって、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求されるレーザ光源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。

第１及び第２のローディングチャンバ４１及び４２には、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の試料載置面５５１上に試料を解放可能に保持する。ホルダは、試料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試料を電子光学装置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、更に試料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試料のノッチ或いはオリフラの位置を測定して試料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試料の回転位置や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試料の回転位置や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試料チャック機構は、試料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、試料の外周部の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。試料チャック機構は、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２で左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＸテーブルとしてもよい。

＜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試料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内に収容された試料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２に示すような状態）、アームがプリアライナ２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアーム６１２が再び伸びてアーム６１２に保持された試料をプリアライナ２５に載せる。プリアライナ２５から前記と逆にして試料を受け取った後は、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内のサンプルラック４７に試料を受け渡す。なお、機械的に試料を把持する場合には試料の周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これは試料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、試料の搬送をサンプルラック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試料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、試料のカセットからの取り出し及びそれへの挿入、試料のサンプルラックへの載置及びそこからの取り出し、及び、試料のステージ装置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、大型の試料、例えば直径３０ｃｍや４５ｃｍの試料の移動もスムースに行うことができる。

＜試料の搬送＞
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までへの試料の搬送について、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試料のうち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試料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による試料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試料をプリアライナ２５の上に載せ、プリアライナ２５によって試料の回転方向の向き（試料表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から試料を受け取った後、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が伸びて試料を第１のローディングチャンバ４１内のサンプルラック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が開いてサンプルラック４７に試料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による試料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）、搬送途中で塵埃が試料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内のサンプルラック４７内に第１の搬送ユニット６１により試料が載せられると、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サンプルラック４７から１枚の試料を受け取る（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）。試料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は予めサンプルラック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２で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図２で最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第２のローディングチャンバ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が伸びて試料を保持したアーム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上に試料を載置する。試料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内の試料をステージ装置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試料をステージ装置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、サンプルラック４７に複数の試料を載置しておくため、第２の搬送ユニット６３でサンプルラック４７とステージ装置５０との間で試料の搬送を行う間に、第１の搬送ユニット６１でカセットｃとサンプルラック４７との間で試料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、サンプルラック４７に、既に処理済の試料Ａと未処理の試料Ｂがある場合、（１）まず、ステージ装置５０に未処理の試料Ｂを移動し、処理を開始し、（２）この処理中に、処理済試料Ａを、アーム６３２によりステージ装置５０からサンプルラック４７に移動し、未処理の試料Ｃを同じくアーム６３２によりサンプルラック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のサンプルラック４７に移動する。このようにすることで、サンプルラック４７の中は、試料Ｂを処理中に、処理済の試料Ａが未処理の試料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サンプルラック４７から試料を移動することで、複数枚の試料を同時処理することもできる。

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＞
図３は、電子光学装置７０の構成を示す図である。図４は、電子光学装置７０におけるビーム経路を説明するための図である。電子光学装置７０の検査対象（試料）は、試料Ｗである。試料Ｗは、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなる試料Ｗの表面上の異物の存在を検出する。異物は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。

図３及び図４に示すように、電子光学装置７０は、電子ビームを生成する１次光学系７２と、試料Ｗからの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系７４と、それらの電子を検出する検出器７６１と、検出器７６１からの信号を処理する画像処理部７６３と、を備えている。

１次光学系７２は、電子ビームを生成し、試料Ｗに向けて照射する構成である。１次光学系７２は、電子銃７２１と、レンズ７２２、７２５と、アパーチャ７２３、７２４と、Ｅ×Ｂフィルタ７２６と、レンズ７２７、７２９、７３０と、アパーチャ７２８と、を有している。電子銃７２１は、レーザ光源７２１１と電光面カソード７２１２とを有しており、電子銃７２１により電子ビームが生成される。レンズ７２２、７２５及びアパーチャ７２３、７２４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ７２６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ７２６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料Ｗの方に向かう。レンズ７２７、７２９、７３０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。

１次光学系７２は、電子ビームを試料Ｗへ照射する。１次光学系７２は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像電子ビームの双方の照射を行う。実験結果では、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５〜２０〔ｅＶ〕である。

この点に関し、試料Ｗの表面２１上の異物と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップ電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２の相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物の上方の位置（検出器７６１により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。このＬＥ１とＬＥ２との差異は、望ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０〜４０〔ｅＶ〕であり、更に好ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。

Ｅ×Ｂフィルタ７２６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、試料Ｗに対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ７２６の条件を設定可能である。更に感度を増大するためには、例えば、試料Ｗに対する１次系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５〜１０度であり、好ましくは０．１〜３度程度である。

このように、異物に対して所定の角度θの傾きを持って電子ビームを照射させることにより、異物からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次系光軸中心から外れない条件を形成することができ、したがって、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。

ステージ装置５０上には試料Ｗがあり、試料Ｗの上に異物がある。１次光学系７２は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０〔ｅＶ〕で試料Ｗの表面２１に電子ビームを照射する。異物がチャージアップされ、１次光学系７２の入射電子が異物に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系７４により検出器７６１に導かれる。このとき、２次放出電子は、試料Ｗの表面２１から広がった方向に放出される。そのため、２次放出電子の透過率は、低い値であり、例えば、０．５〜４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物で形成される。したがって、異物の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の２次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。

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７４は、試料Ｗから反射した電子を、検出器７６１に導く手段である。２次光学系７４は、レンズ７４０、７４３と、ＮＡアパーチャ７４２と、アライナ７４４と、検出器７６１と、を有している。電子は、試料Ｗから反射して、対物レンズ７３０、レンズ７２９、アパーチャ７２８、レンズ７２７及びＥ×Ｂフィルタ７２６を再度通過する。そして、電子は２次光学系７４に導かれる。２次光学系７４においては、レンズ７４０、ＮＡアパーチャ７４２、レンズ７４３を通過して電子が集められる。電子はアライナ７４４で整えられて、検出器７６１に検出される。

ＮＡアパーチャ７４２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物からの信号(ミラー電子等)と周囲(正常部)の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ７４２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ７４２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。

例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ７４２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と２次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、２次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ７４２のサイズを選択することが好適である。

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７４２のサイズを選択することが好適である。例えば、適当なサイズはφ２５０〔μｍ〕である。ＮＡアパーチャ（径φ２５０〔μｍ〕）に制限されるために、２次放出電子の透過率は低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。例えば、アパーチャ径をφ２０００からφ２５０〔μｍ〕にすると、バックグランド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。

異物は、任意の種類の材料で構成されてよく、例えば半導体、絶縁物、金属等でよく、又はそれらが混在してもよい。異物表面には自然酸化膜等が形成されるので、異物は絶縁材料で覆われることになる。よって、異物の材料が金属であっても、酸化膜にてチャージアップが発生する。このチャージアップが本例に好適に利用される。

検出器７６１は、２次光学系７４により導かれた電子を検出する手段である。検出器７６１は、二次元センサ７６１１を含んでいる。二次元センサ７６１１には、二次元方向に複数の画素が配列されている。

二次元センサ７６１１には、ＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）半導体センサを適用することができる。例えば、二次元センサ７６１１には、ＥＢ−ＣＭＯＳセンサが適用されてよい。ＥＢ−ＣＭＯＳセンサは、電子ビーム（二次ビーム）をそれに直接入射させることができる。したがって、光電変換機構や光伝達機構による分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）及びコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ−ＣＭＯＳを用いると、小さい異物の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２〜２倍に達する。なお、二次元センサとして、ＥＢ−ＣＣＤセンサが用いられてもよく、ＥＢ−ＴＤＩセンサが用いられてもよい。

また、二次元センサ７６１１には、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）またはＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）−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。

なお、二次元センサ７６１１の画素数は、２ｋ×２ｋ〜１０ｋ×１０ｋとすることができる。また、二次元センサ７６１１のデータレートは、１０ＧＰＰＳ以下とすることができる。さらに、二次元センサ７６１１の画素サイズは１〜１５μｍとすることができる。

画像処理部７６３は、検出器７６１で得られた二次ビーム像に対して、ノイズリダクション処理、積算処理、サブピクセルアライメント等の画像処理を行う。この画像処理部７６３の処理速度は、１０ＧＰＰＳ以下とすることができる。

電子光学装置７０について、さらに説明する。試料Ｗは、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ装置５０に設置される。ステージ装置５０と光学顕微鏡８７１により、高精度のアライメントが行われる。そして、写像投影光学系が電子ビームを用いて試料Ｗの異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、試料Ｗの表面２１の電位が重要である。表面電位を測定するために、真空中で測定可能な表面電位測定装置がメインチャンバ１６０に取り付けられている。この表面電位測定器が、試料Ｗ上の２次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する２次光学系７４においてフォーカス制御が行われる。試料Ｗの２次元的位置のフォーカスマップが、電位分布を元に製作される。このマップを用いて、検査中のフォーカスを変更制御しながら、検査が行われる。これにより、場所による表面円電位の変化に起因する像のボケや歪みを減少でき、精度のよい安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。

図４に示す例では、２次光学系７４は、ＮＡアパーチャ７４２に入射する電子の検出電流を測定可能に構成され、更に、ＮＡアパーチャ７４２の位置にＥＢ−ＣＣＤ７４５が設置できるように構成されている。このような構成は大変有利であり、効率的である。ＮＡアパーチャ７４２とＥＢ−ＣＣＤ７４５とは、開口７４７、７４８を有する一体の保持部材７４６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ７４２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ７４５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系７４が備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ７４２、ＥＢ−ＣＣＤ７４５は、真空中で動作するＸ、Ｙステージ７４６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ７４２及びＥＢ−ＣＣＤ７４５についての位置制御及び位置決めが可能である。そして、ステージ７４６には開口７４７、７４８が設けられているので、ミラー電子及び２次放出電子がＮＡアパーチャ７４２又はＥＢ−ＣＣＤ７４５を通過可能である。

このような構成の２次光学系７４の動作を説明する。まず、ＥＢ−ＣＣＤ７４５が、２次電子ビームのスポット形状とその中心位置を検出する。そして、そのスポット形状が円形であって最小になるように、スティグメーター、レンズ７４０、７４３及びアライナ７４４の電圧調整が行われる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ７４２の位置でのスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。

また、ビームスポットの中心位置が容易に検出可能となる。そこで、ビームスポット位置に、ＮＡアパーチャ７４２の孔中心を配置するように、ＮＡアパーチャ７４２の位置調整が可能となる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ７４２の位置の調整を直接行うことができなかった。本実施の形態では、直接的にＮＡアパーチャ７４２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、ＮＡアパーチャ７４２の高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。

また、異物の検査では、異物からのミラー信号を効率よく取得することが重要である。ＮＡアパーチャ７４２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次放出電子は、試料Ｗの表面２１から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、ＮＡ位置では均一に広い領域（例えば、φ３〔ｍｍ〕）に到達する。したがって、２次放出電子は、ＮＡアパーチャ７４２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料Ｗの表面２１での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でＮＡアパーチャ７４２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、２次放出電子の広がり領域の１／２０以下となる。したがって、ミラー電子は、ＮＡアパーチャ７４２の位置に大変敏感である。ＮＡ位置でのミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にＮＡアパーチャ７４２の中心位置を配置することが、大変有利である。

このような適切な位置へのＮＡアパーチャ７４２の設置を実現するために、好ましい実施の形態では、ＮＡアパーチャ７４２が、電子コラムの真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、ｘ、ｙ方向に移動される。ＮＡアパーチャ７４２を移動させながら、信号強度が計測される。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置にＮＡアパーチャ７４２の中心が設置される。

信号強度の計測には、ＥＢ−ＣＣＤ７４５が大変有利に用いられる。これにより、ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器７６１に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となるからである。

あるいは、ＮＡアパーチャ７４２の位置と検出器７６１の検出面の位置とが共役の関係
を実現するように、アパーチャ配置が定められてよく、また、ＮＡアパーチャ７４２と検出器７６１の間にあるレンズ７４３の条件が設定されてよい。この構成も大変有利である。これにより、ＮＡアパーチャ７４２の位置のビームの像を、検出器７６１の検出面に結像される。したがって、ＮＡアパーチャ７４２の位置におけるビームプロファイルを、検出器７６１を用いて観察することができる。

また、ＮＡアパーチャ７４２のＮＡサイズ（アパーチャ径）も重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なＮＡサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度である。更に、ＮＡサイズは、好ましくは、ビーム径に対して＋１０〜１００〔％〕大きいサイズである。

この点に関し、電子の像は、ミラー電子と２次放出電子により形成される。上記のアパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、異物のコントラストを高めることができる。

更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー信号は変化せず、異物の階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、異物のコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。

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。

＜電子像追従方式＞
電子光学装置７０について、さらに説明する。図３に示すように、１次光学系７２は、一次ビームの経路に沿って、その経路を囲うように設けられた第１の高圧基準管７０１を備えている。なお、１次光学系７２において、エミッション電流は１０μＡ〜１０ｍＡとすることができ、透過率は２０〜５０％とすることができ、スポットサイズはφ１〜φ１００μｍとすることができ、照射領域のサイズ（照野サイズ）はφ１０〜φ１０００μｍとすることができ、光学系倍率は１／１〜１／１０とすることができる。

２次光学系７４における二次ビームの経路の途中には、高速偏向器７４９が設けられている。具体的には、高速偏向器７４９は、ＮＡアパーチャ７４２よりも検出器７６１側に設けられている。この高速偏向器７４９は、多極子（本実施の形態では、１２極）から構成され、８極子場及び６極子場を生成し、二次ビームを任意の方向に偏向する。この偏向方向（偏向量）は、偏向制御装置９０として機能する制御装置２によって制御される。高速偏向器７４９の構成についてはさらに後述する。なお、高速偏向器７４９に用いる多極子は、８極、４極等の多極子であってもよい。また、多極子は、６極子場のみを生成するものであっても、８極子場のみを生成するものであってもよい。

なお、２次光学系７４において、倍率は１０〜１００００倍とすることができ、二次元センサ７６１１の１画素で捉える試料のサイズを３〜１００ｎｍ（３〜１００ｎｍＰｘ）とすることができ、ＮＡアパーチャ７４２の透過率を１０〜５０％とすることができ、欠陥感度を１〜５０ｎｍとすることができる。

制御装置２は、上述のように高速偏向器７４９の偏向方向を制御する偏向制御装置として機能するとともに、電子光学装置７０のその他の動作を制御する電子光学制御装置、ステージ装置５０を制御するステージ制御装置、試料Ｗを搬送するための構成を制御する搬送制御装置、二次元センサ７６１１の撮像を制御する撮像制御装置等としても機能する。特に、本実施の形態では、検査中にステージ装置５０によって試料Ｗが一定速度で移動するが、制御装置２は、ステージ装置５０を制御して、この試料Ｗの移動制御を行う。なお、図３では、図１及び図２における固定テーブル５１、Ｙテーブル５２、Ｘテーブル５３及び回転テーブル５４の組に符号５６を付して示している。

図５（ａ）は、二次ビームが試料Ｗの移動に追従するように二次ビームを偏向する高速偏向器７４９の動作を説明する図である。図５（ａ）に示すように、試料Ｗが右方向に連続的に移動している場合において、高速偏向器７４９は、試料Ｗ上の位置Ａ１からの二次ビームが二次元センサ７６１１に二次ビーム像を結像するように二次ビームを偏向し、この試料Ｗが右方向に移動していく間、その移動に伴って、位置Ａ１にあった試料Ｗの部分の二次ビーム像が常に二次元センサ７６１１に結像するように、二次ビームの偏向方向を変更する。即ち、高速偏向器７４９は、二次元センサ７６１１に二次ビーム像が結像される空間上の絶対位置を、試料Ｗの移動に追従して移動させる。なお、高速偏向器７４９の偏向周期は１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚとすることができる。

このような二次ビームの偏向方向の変更（追従）によって、位置Ａ１にあった試料Ｗの部分が移動によって位置Ａ２の位置に到達するまでの間、二次元センサ７６１１には、常に、最初に位置Ａ１にあった試料Ｗの部分からの二次ビームが入射することになり、この期間（一周期）は、二次元センサ７６１１は試料Ｗの同じ領域について、二次ビーム像を撮影することになる。位置Ａ１にあった試料Ｗの部分が位置Ａ２に達すると、高速偏向器７４９は、視野領域を再び位置Ａ１に戻す。これによって、試料Ｗの新たな部分の二次ビーム像を撮影することができる。二次元センサ７６１１の視野領域が位置Ａ２から位置Ａ１に戻った後は、同様にして、高速偏向器７４９によって二次ビームの偏向方向が変更されることによって、試料Ｗの移動に追従して、二次元センサ７６１１の視野領域が位置Ａ１から位置Ａ２に向けて移動する。

上記のように二次元センサ７６１１の視野領域は、位置Ａ１と位置Ａ２との間を往復するが、視野領域には常に一次ビームが照射されていなければならない。これを実現するためには、図５（ｂ）に示すように、一次ビームの照射領域ＥＦが、位置Ａ１における視野領域ＶＦ１と位置Ａ２における視野領域ＶＦ２とをすべてカバーするように一次ビームを試料Ｗに照射すればよく、すなわち、照射領域ＥＦが視野領域２個分の大きさを有していればよい。この場合には、一次ビームの照射領域ＥＦは常にこの位置に固定しておくことができる。

また、図５（ｃ）に示すように、一次ビームの照射領域を試料Ｗ及び視野領域の移動に追従させて、位置Ａ１における照射領域ＥＦ１から位置Ａ２における照射領域ＥＦ２まで移動させてもよい。このときの１次ビームの照射領域の変更は、Ｅ×Ｂフィルタ７２６によって一次ビームの偏向方向を変更することによって行うことができる。

２次光学系７４には、試料である試料Ｗに近い方から順に第２の高圧基準管７０２、第３の高圧基準管７０３、及び第４の高圧基準管７０４が、それぞれ二次ビームの経路に沿って、この経路を囲うように設けられている。第２の高圧基準管７０２は、試料Ｗとビーム分離器としてのＥ×Ｂフィルタ７２６との間に設けられ、第３の高圧基準管７０３は、Ｅ×Ｂフィルタ７２６よりも二次元センサ７６１１側に設けられ、第４の高圧基準管７０４は、第３の高圧基準管７０３と検出器７６１との間に設けられる。ＮＡアパーチャ７４２は第３の高圧基準管７０３の内部に設けられ、高速偏向器７４９は第４の高圧基準管７０４の内部に設けられる。

第１の高圧基準管７０１、第２の高圧基準管７０２、第３の高圧基準管７０３、第４の高圧基準管７０４には、それぞれ第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２、第３の電圧Ｖ３、第４の電圧Ｖ４が印加される。実施の形態では、検出器７６１における検出電圧をＶ５とすると、これらの電圧は、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３、Ｖ３＞Ｖ４、Ｖ４＝Ｖ５の関係にある。すなわち、高速偏向器７４９で二次ビームを高速に偏向するために、第４の高圧基準管７０４に印加する電圧Ｖ４を第３の電圧Ｖ３より小さくして、二次ビームの電子エネルギーを小さくしている。ここで、第３の電圧Ｖ３は、例えば４０ｋＶであり、第４の電圧Ｖ４は、例えば５ｋＶである。

上述のように高速偏向器７４９で二次ビームを偏向するが、そのときの二次ビームの電子エネルギーが例えば１０ｋＶより大きいと、高速偏向器７４９における偏向電圧を高く
する必要があり、二次ビームの高速な偏向が困難でとなる。そこで、第４の高圧基準管７０４を第３の高圧基準管とは切り離して設けて、第４の高圧基準管７０４に印加する電圧を例えば５ｋＶ程度にまで落として、高速偏向器７４９に入射する二次ビームの電子エネルギーを小さくする必要がある。一方で、このような第３の電圧から第４の電圧への急激な変化によって、二次ビームに湾曲収差が生じ、検出器７６１に形成される二次ビームの像（二次ビーム像）に歪が生じてしまう。

そこで、本実施の形態では、第３の高圧基準管７０３と第４の高圧基準管７０４との間に、中間電極（緩和電極）７５０を設けて、この中間電極に、第３の電圧Ｖ３より大きく、第４の電圧Ｖ４より小さい中間電圧を印加する。これによって、上述の湾曲収差の発生を抑えることができ、よって二次ビーム像の歪を抑えることができる。

図６は、高速偏向器と結像レンズと中間電極との組み合わせユニットの構成を示す図である。中間電極７５０は、例えば４０ｋＶの第３の電圧を印加される第３の高圧基準管７０３と、例えば５ｋＶの第４の電圧を印加される第４の高圧基準管７０４との間に、第３の高圧基準管７０３及び第４の高圧基準管７０４に接することなく配置され、例えば１０ｋＶ〜１３ｋＶの中間電圧を印加される。

高速偏向器７４９は、二次ビームの偏向を高精度で行うため、上述のように１２極子構造を用いている。１２極は、等角度間隔で配置されており、制御装置２によって個別に電圧を印加することが可能である。第４の高圧基準管によって第４の電圧Ｖ４に重畳された高速偏向用の電源及びアンプを用いることで、高速偏向器７４９の電圧精度を向上させている。

結像レンズ７４１には、２重の磁場レンズ方式を採用している。上側コイル７４１１と下側コイル７４１２の磁束方向を逆にすることで、二次ビーム像を回転させることができる。また、この磁場レンズ用コイル７４１１、７４１２は、２配線方式であり、これによって一定電力で温度を安定化させることができる。第３の高圧基準管７０３による第３の電圧Ｖ３から第４の高圧基準管７０４による第４の電圧Ｖ４に電子エネルギーが変化した状態で結像を行うため、電位が変化した付近に結像レンズ７４１を配置し、その前段に電界変化によるレンズ効果の影響を緩和するための中間電極（電界緩和用電極）７５０を配置する。これにより、急激な電位変化による二次ビーム像の歪を抑えることができる。

二次ビーム像は、結像レンズ７４１による拡大結像を行う検出器７６１に近づくと、像が大きくなる。よって、二次ビーム像が小さい状態の結像レンズ７４１に近い位置で高速偏向を行うために、結像レンズ付近に高速偏向器７４９を設置する。即ち、二次ビーム像が大きくなると、二次ビームを偏向するのに要する偏向電圧が大きくなり、偏向感度が低下するため、高速偏向が困難になり、上述の歪補正精度が低下し、後述の振動補正精度も低下してしまう。よって、中間電極７５０、結像レンズ７４１、高速偏向器７４９は、二次ビームの進行方向にこの順でなるべく近く配置されることが望ましく、これらが一体となったユニットとして構成されるのが望ましい。

高速偏向器７４９は、試料Ｗの移動に追従するための偏向だけでなく、上述のような二次ビーム像の歪補正や、後述の振動補正も行うが、これらの機能は制御装置２によって１２極に個別に電圧を印加することで実現される。

図３に戻って、振動補正について説明する。上述のように、試料Ｗはステージ装置５０によって連続的に一定速度で移動し、高速偏向器７４９は、この試料Ｗの移動に追従して視野領域が移動するように二次ビームの偏向方向を変更するが、このとき、ステージ装置５０による試料Ｗの移動に、意図しない振動が与えられることがある。上述のように、視野領域の移動の一周期の間には、二次元センサ７６１１は常に試料Ｗの同一の部分の二次ビーム像を撮像しているが、試料Ｗに意図しない振動が加わると、二次元センサ７６１１の各画素に、試料Ｗの他の部分からの二次ビームが入射するというコンタミネーションが生じる。

上述のように、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、複数のテーブルを動作させることにより、ホルダ５５に保持された試料ＷをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１において上下方向）に、更に試料の支持面に垂直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めする。このための構成として、ホルダ５５にはミラー５７１が固定され、主ハウジング３０の内壁にはミラー５７１にレーザビームを照射して、ミラー５７１から反射して戻ってきたレーザが入射されるレーザ干渉計５７２が設けられる。

本実施の形態の検査装置１では、このホルダ５５に固定されたミラー５７１とレーザ干渉計５７２を振動検出手段として用いて、振動補正を行う。レーザ干渉計５７２にて検出された試料Ｗの意図しない振動は、制御装置２に入力される。制御装置２には、試料Ｗが意図しない振動をせずに移動した場合の高速偏向器７４９による二次ビームの偏向方向の変更が指示されているが、制御装置２は、本来の試料Ｗの移動だけでなく、レーザ干渉計５７２にて検出された試料Ｗの意図しない振動も考慮して、高速偏向器７４９による二次ビームの偏向方向を決定して、高速偏向器７４９を制御する。なお、制御装置２に、試料Ｗが意図しない振動をせずに移動した場合の高速偏向器７４９による二次ビームの偏向方向の変更が指示されていなくてもよく、この場合には、制御装置２は、レーザ干渉計５７２にて検出された、試料Ｗの意図しない振動も含む試料Ｗ（を保持したホルダ５５）の位置を検出して、この位置に基づいて高速偏向器７４９による二次ビームの偏向方向を決定して、高速偏向器７４９を制御してもよい。

以上のように、本実施の形態の電子光学装置７０を含む検査装置１では、試料Ｗが移動している間に、試料Ｗの移動に同期して、試料Ｗの同じ部分の二次ビームが二次元センサ７６１１の同じ部分に入射するように、二次ビームを偏向する高速偏向器７４９が、二次ビーム像の歪を補正する歪み補正器、及び試料Ｗの意図しない振動によるコンタミネーションを補正する振動補正器としても機能するので、二次元センサ７６１１では精度の高い二次ビーム像が得られる。

なお、第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２、第３の電圧Ｖ３、第４の電圧Ｖ４、検出電圧Ｖ５は、上記の例に限られず、例えば、Ｖ１＜Ｖ２、Ｖ２＝Ｖ３、Ｖ３＞Ｖ４、Ｖ４＝Ｖ５の関係であってもよく、すなわち、第１の電圧Ｖ１を第２の電圧Ｖ２及び第３の電圧Ｖ３より小さくしてもよい。１次光学系７２における第１の高圧基準管７０１に印加する電圧Ｖ１を小さくすると、第１の高圧基準管７０１における放電リスクを低減できる。即ち、１次光学系は、第１の高圧基準管７０１内にアパーチャ７２３があり、このアパーチャ７２３において電子銃７２１からのエミッションの５０％以上を吸収するので、リーク電流量は大きく、また、リーク電流量の変動も大きい。これに対して、第１の高圧基準管７０１に印加する第１の電圧Ｖ１を小さくすることで、放電のリスクを低減ないし解消できる。

また、上記の検査装置１において、第４の高圧基準管７０４に印加する第４の電圧Ｖ４を調整する電圧制御装置を設け、第４の電圧Ｖ４を可変としてもよい。このとき、第４の電圧Ｖ４は、例えば、±１ｋＶの範囲で調整可能としてよい。このように第４の電圧Ｖ４を調整することで、検出器７６１への入射する二次ビームの電子エネルギー（入射エネルギー）を調整できることになる。これによって、二次元センサ７６１１のゲイン（すなわち、二次ビーム像の輝度）を調整できる。
＜ソフトウェアによる再検査シミュレーション＞

図３に戻って、上述したように、電子光学装置７０は、ステージ装置５０に保持された試料である試料Ｗに面ビームである一次ビームを照射して、それによって試料Ｗから発生した二次ビームを検出器７６１に導く。検出器７６１は、図示しない二次元センサによって二次ビームを捕捉して二次ビーム像の画像を生成し、画像処理部７６３に出力する。

画像処理部７６３は、検査処理装置として、検出器７６１から入力された二次ビーム像に対して、像処理フィルタ（平均値（Ｍｅａｎ）フィルタ、ガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）フィルタ、中央値（Ｍｅｄｉａｎ）フィルタ等）を用いて画像処理を施し、シェーディング補正をした上で、セル−セル比較、ダイ−ダイ比較、ダイ−データベース比較等の比較処理によって検査を行う。具体的には、画像処理部７６３は、比較処理において差分が所定の閾値を超える部分を欠陥として検出して、欠陥画像を生成する。

画像処理部７６３は、設定された検査条件パラメータに従って検査を行う。この検査条件パラメータには、セル−セル比較の場合のセル周期、ダイ−ダイ比較の場合のエッジ許容値、欠陥を検出するための閾値、画像処理フィルタ、シェーディング補正値、ダイ−データベース比較のパラメータ、検出したくない欠陥の分類情報が含まれる。なお、この検出したくない欠陥の分類情報は、検査後にＳＥＭでの撮像を行って分類した結果として得られる。

ところで、試料に生じている欠陥を検査する検査装置において、真の欠陥を確実に検出し、かつ、欠陥でない箇所（疑似欠陥）を検出しないようにするためには、検出閾値等の検査条件を変えながら何度も検査を繰り返し、最適な検査条件を決定する必要がある。

しかしながら、検査を繰り返すと、検査条件の最適化に時間がかかるという問題がある。また、検査を繰り返すことで、試料にダメージが蓄積したり、試料が汚染されたりするといった問題も生じる。

そこで、試料に与えるダメージや試料の汚染を回避して少ない検査回数で検査条件を決定するために、本実施の形態の検査装置１には、シミュレーション装置２００が設けられている。画像処理部７６３は、欠陥画像とそれを生成するのに用いた未処理画像（二次ビーム像）をシミュレーション装置２００に出力する。

シミュレーション装置２００は、シミュレーション処理部２０１と、入力部２０２と、モニタ２０３と、を備えており、例えば入力手段とモニタと演算処理ユニット、メモリ、記憶装置、入出力ポート等を備えた汎用のコンピュータによって構成される。シミュレーション処理部２０１は、本実施の形態の検査結果レビュープログラムが演算処理ユニットによって実行されることで実現される。この検査結果レビュープログラムは、ネットワークを通じてシミュレーション装置２００に提供されてもよく、シミュレーション装置２００が記憶媒体に記憶された検索結果レビュープログラムを読み出すことでシミュレーション装置２００に提供されてもよい。このようにして提供された検索結果レビュープログラムは、シミュレーション装置２００の記憶装置に記憶され、そこから読み出されて実行されることで、シミュレーション処理部２０１が構成される。

シミュレーション処理部２０１は、検査装置１００から入力した二次ビーム像に対して、検査条件パラメータを変更しながら、再検査シミュレーションを行い、最適な検査条件パラメータを決定する。シミュレーション処理部２０１が再検査シミュレーションのために変更する検査条件パラメータには、セル−セル比較の場合のセル周期、ダイ−ダイ比較の場合のエッジ許容値、欠陥を検出するための閾値、画像処理フィルタ、シェーディング補正値、ダイ−データベース比較のパラメータ、検出したくない欠陥の分類情報等が含まれる。

図７は、シミュレーション装置２００の動作を示すフロー図である。まず、電子光学装置７０は検査を行い、画像処理部７６３は検査結果をシミュレーション装置２００に出力する（ステップＳ３３１）。このとき、画像処理部７６３は、検査結果とともに、その検査結果を得るのに用いた未処理画像（二次ビーム像）、及び検出したくない欠陥の分類情報もシミュレーション装置２００に出力する。シミュレーション装置２００では、シミュレーション処理部２０１がこの検査結果を読み込んで、欠陥画像を生成し、モニタ２０３に表示する（ステップＳ３３２）。

次に、シミュレーション処理部２０１は、検査条件を変更して再検査シミュレーションを実行し（ステップＳ３３３）、それによって得られた再検査結果を出力する（ステップＳ３３４）。この再検査シミュレーションでは、電子光学装置７０における検査と同様に、検出したくない欠陥の分類情報にある欠陥については検出しないようにする。シミュレーション処理部２０１は、ステップＳ３３４で得られた再検査結果を読み込んで、欠陥画像を生成し、モニタ２０３に出力する（ステップＳ３３５）。

次に、この再検査によって得られた欠陥画像を評価することで、検査条件が最適であるかが判断され（ステップＳ３３６）、検査条件が最適でなければ（ステップＳ３３６でＮＯ）、ステップＳ３３３に戻って、検査条件を変更して再検査シミュレーションを実行する（ステップＳ３３３）。このように検査条件パラメータを変えながらの再検査シミュレーションを繰り返して、検査条件が最適になったときは（ステップＳ３３６でＹＥＳ）、その最適になった検査条件を電子光学装置７０で採用する検査条件として決定し（ステップＳ３３７）、処理を終了する。シミュレーション処理部２０１は、検索条件が最適であるか否かは、例えば、入力部２０２からの入力に基づいて判断してよい。

以上のように、本実施の形態によれば、電子光学装置７０において実際の検査を行ったうえで、シミュレーション装置２００で電子光学装置７０から出力された欠陥画像及び未処理画像を用いて、検査条件を変えながら検査結果レビューソフトウェアによって再検査シミュレーションを行うので、少ない検査回数で検査条件の最適化が可能となり、検査条件を最適化するための時間を短縮できる。また、電子光学装置７０による実際の検査を繰り返す必要がないので、試料へのダメージを減少させることができ、試料の汚染を減少できる。

＜１次光学系：フライアイレンズ＞
図８は、本実施の形態の検査装置の１次光学系の構成を示す図である。図８に示すように、本実施の形態の検査装置では、１次光学系７２が、光源７２００と、フライアイレンズ７２０１と、光電面７２０２を備えている。光源７２００は、ガウス分布の光を出射する。フライアイレンズ７２０１は、光源７２００から出射された光（ガウス分布の光）を均一分布の光に変換する。光電面７２０２は、フライアイレンズ７２０１を通った均一分布の光が入射されることにより１次ビームを出射する。

この１次光学系７２は、均一分布の光の光電面７２０２への結像倍率を設定するための結像レンズ７２０３を備えている。そして、結像レンズ７２０３と光電面７２０２との間には、真空チャンバのビューポート７２０４が配置されている。すなわち、光電面７２０２は、真空チャンバ内に配置されており、フライアイレンズ７２０１は、真空チャンバ外に配置されている。なお、図９に示すように、真空チャンバのビューポート７２０４は、フライアイレンズ７２０１と結像レンズ７２０３の間に配置されてもよい。また、図１０に示すように、真空チャンバのビューポート７２０４は、光源７２００とフライアイレンズ７２０１の間に配置されてもよい。また、図１１に示すように、結像レンズ７２０３を用いる代わりに、凹レンズ７２０５と凸レンズ７２０６を組み合わせて用いてもよい。凹レンズ７２０５と凸レンズ７２０６の組み合わせによっても、結像レンズ７２０３と同様の役割を果たすことができ、均一分布の光の光電面７２０２への結像倍率を設定することができる。

フライアイレンズ７２０１の目標均一性は、例えば「（分布の最大値−最小値）／最大値＜０．０５」である。フライアイレンズ７２０１のアレイ数は、例えば、３×３で十分であるが、好ましくは５×５、より好ましくは７×７のものが使用される。均一性の高い光を得るためには、フライアイレンズ７２０１の１素子の寸法は大きいほうが好ましい。ただし、結像倍率との関係からは、１素子の寸法は小さいほうが好ましい。１素子の寸法は、例えば、０．２〜０．５ｍｍである。光の直径は、１素子の寸法とアレイ数にあわせて適宜設定することができる。光の直径は、例えば３ｍｍに設定される。

このような本実施の形態の検査装置によれば、１次光学系７２において、光源７２００から発生したガウス分布の光が、フライアイレンズ７２０１によって均一分布の光に変換されて、光電面７２０２に照射される。均一分布の光が光電面７２０２に照射されると、光電面７２０２から均一分布の一次ビームが発生する。均一分布の一次ビームを用いることにより、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことができる。

図８および図９の例では、光源７２００とフライアイレンズ７２０１が真空チャンバ外に配置されるので、光源７２００から発生した光に対するフライアイレンズ７２０１の位置の調整（微調整）を容易に行うことができる。また、本実施の形態では、結像レンズ７２０３を用いて、均一分布の光の光電面７２０２への結像倍率を適切に設定することができる。したがって、フライアイレンズ７２０１と光電面７２０２との間の距離を適切に設定する（十分に確保する）ことができる。

＜１次光学系：ロッドレンズ＞
図１２は、本実施の形態の検査装置の１次光学系の他の構成を示す図である。図１２に示すように、本実施の形態の検査装置では、１次光学系７２が、ロッドレンズ７２０７を備えている。ロッドレンズ７２０７は、光源７２００から出射された光（ガウス分布の光）を均一分布の光に変換する。図１２の例では、光電面７２０２は、真空チャンバ内に配置されており、ロッドレンズ７２０７は、真空チャンバ外に配置されている。

ロッドレンズ７２０７の目標均一性は、例えば「（分布の最大値−最小値）／最大値＜０．０５」である。ロッドレンズ７２０７の断面サイズ（径サイズ）は、光源７２００からの光がもれなく入射できるサイズであればよく、例えば、光の直径の１／ｅ²に設定される。また、均一性の高い光を得るためには、ロッドレンズ７２０７の長さは長いほうが好ましい。ただし、光の損失を考慮すると、ロッドレンズ７２０７の長さは短いほうが好ましい。ロッドレンズ７２０７の長さは、例えば、２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定される。

このような本実施の形態の検査装置によっても、１次光学系７２において、光源７２００から発生したガウス分布の光が、ロッドレンズ７２０７によって均一分布の光に変換されて、光電面７２０２に照射される。均一分布の光が光電面７２０２に照射されると、光電面７２０２から均一分布の一次ビームが発生する。均一分布の一次ビームを用いることにより、試料の検査領域全面で均一な検査を行うことができる。

なお、図１３に示すように、ロッドレンズ７２０７は、真空チャンバ内に配置されてもよい。また、ロッドレンズ７２０７の光出射面（図１３における下面）に、光電面７２０２が設けられてもよい。この場合、結像レンズ７２０３が不要となり、シンプルな構成とすることができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

１：検査装置、２：制御装置、３０：主ハウジング、５０：ステージ装置、５５：ホルダ、５７１：ミラー、５７２：レーザ干渉計、７０：電子光学装置、７６１：検出器、７６１１：二次元センサ、７６３：画像処理部、７２：１次光学系、７２００：光源、７２０１：フライアイレンズ、７２０２：光電面、７２０３：結像レンズ、７２０４：ビューポート、７２０５：凹レンズ、７２０６：凸レンズ、７２０７：ロッドレンズ、７４：２次光学系、７２１１：レーザ光源、７２１２：電光面カソード、７２２：レンズ、７０１：第１の高圧基準管、７０２：第２の高圧基準管、７０３：第３の高圧基準管、７０４：第４の高圧基準管、７４９：高速偏向器、７４２：ＮＡアパーチャ、７２６：Ｅ×Ｂフィルタ、７５０：中間電極、９０：偏向制御装置

Claims

試料を検査する検査装置であって、
前記試料を載置するステージと、
前記ステージ上の前記試料に対して１次ビームを照射する１次光学系と、
前記１次ビームの照射により前記試料から発生した２次ビームを検出器に導く２次光学系と、
を備え、
前記１次光学系は、
ガウス分布の光を出射する光源と、
前記ガウス分布の光を均一分布の光に変換する光学部品と、
前記均一分布の光が入射されることにより前記１次ビームを出射する光電面と、
を備え、
前記光学部品は、前記ガウス分布の光を前記均一分布の光に変換するフライアイレンズであることを特徴とする検査装置。
試料を検査する検査装置であって、
前記試料を載置するステージと、
前記ステージ上の前記試料に対して１次ビームを照射する１次光学系と、
前記１次ビームの照射により前記試料から発生した２次ビームを検出器に導く２次光学系と、
を備え、
前記１次光学系は、
ガウス分布の光を出射する光源と、
前記ガウス分布の光を均一分布の光に変換する光学部品と、
前記均一分布の光が入射されることにより前記１次ビームを出射する光電面と、
を備え、
前記光学部品は、前記ガウス分布の光を前記均一分布の光に変換するロッドレンズであることを特徴とする検査装置。
前記光電面は、真空チャンバ内に配置され、前記光学部品は、真空チャンバ外に配置される、請求項１または請求項２に記載の検査装置。