JP6794516B2 - 検査装置 - Google Patents

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する。

試料に電子ビームを照射し、試料からの電子ビームを検出することにより試料を観察する検査装置やＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）が知られている（例えば、特許文献１〜６）。

従来の検査装置は、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。

国際公開第２００２／００１５９６号 特開２００７−４８６８６号公報 特開平１１−１３２９７５号公報 特開２０１２−２５３００７号公報 特開２０１５−２０１２５７号公報 特開２０１３−９７８６９号公報

本発明は、小型な検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、ステージに載置された試料に電子ビームを照射して試料からの電子ビームを検出することにより、試料を観察する検査装置であって、前記電子ビームを照射する電子銃と、アライメント電極を有し、前記アライメント電極に電圧を印加することで前記電子ビームのアライメントを行う偏向器と、前記電子ビームが通過可能な開口と、通過できない遮蔽部とを含むアパーチャ部材と、を備え、前記アライメント電極に印加される電圧に応じて、前記電子ビームに前記開口を通過させて前記試料に導くか、前記電子ビームを前記遮蔽部で遮蔽して前記試料に導かないかを切替可能である、検査装置が提供される。
この構成によれば、アライメントを行うアライメント電極を用いて電子ビームが試料に
導かれないようにする。そのため、電子ビームが試料に導かれないようにするための専用の電極や磁極を設ける必要がなく、１次光学系を小型化でき、ひいては検査装置全体を小型化できる。

前記試料の観察を行わない際のブランキング処理として、前記電子ビームを前記遮蔽部に導くための電圧が前記アライメント電極に印加されるのが望ましい。
これにより、ブランキング処理専用の電極や磁極を設けることなく、試料の観察を行わない際に試料に電子ビームが照射されるのを防止できる。

前記遮蔽部における前記電子ビームが当たる位置を分散させる電圧が前記アライメント電極に印加されるのがより望ましい。
これにより、遮蔽部のある一箇所の汚染が進むことを抑えることができる。

また、本発明の別の態様によれば、ステージに載置された試料に電子ビームを照射して試料からの電子ビームを検出することにより、試料を観察する試料観察装置であって、前記電子ビームを照射する電子銃と、アライメント電極を有し、前記アライメント電極に電圧を印加することで前記電子ビームのアライメントを行う偏向器と、前記電子ビームが内側を通る筒状の接地電極と、を備え、前記接地電極に印加される電圧に応じて、前記電子ビームを前記試料に導くか否かを切替可能である、検査装置が提供される。
この構成によれば、接地電極を用いて電子ビームが試料に導かれないようにする。そのため、電子ビームが試料に導かれないようにするための専用の電極や磁極を設ける必要がなく、１次光学系を小型化でき、ひいては検査装置全体を小型化できる。

前記試料の観察を行わない際のブランキング処理として、前記電子ビームの加速電圧より絶対値が大きい負の電圧が前記接地電極に印加されることにより、前記電子ビームは前記試料には到達しないようにするのが望ましい。
これにより、ブランキング処理専用の電極や磁極を設けることなく、試料の観察を行わない際に試料に電子ビームが照射されるのを防止できる。

前記電子ビームの加速電圧より絶対値が大きい負の電圧が前記接地電極に印加されることで、前記電子ビームの進行方向が変えられ、当該検査装置は、進行方向が変えられた電子ビームの飛散を防止するフードを備えるのが望ましい。
これにより、進行方向が変えられた電子ビームによって１次光学系が汚染されるのを抑制できる。
前記接地電極に接地電圧を供給することで、前記電子ビームが前記試料に導かれるのが望ましい。
上記の検査装置は、前記ブランキング処理のための専用の電極および磁極を有さないのが望ましい。

本発明によれば、検査装置を小型化できる。

電子線検査装置１０００Ａの全体構成を示す図である。 電子コラム９０７Ａの構成を示す図である。 ＳＥＭ９０７Ａを模式的に示す図である。 アパーチャ部材１３Ａの上面図である。 試料ＳＭを観察する際のＳＥＭ９０７の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 試料ＳＭを観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 アパーチャ部材４３に当たる電子ビームを模式的に示す図である。 変形例に係る電子コラム９０７Ａ’の構成を示す図である。 ＳＥＭ９０７Ａ’を模式的に示す図である。 試料ＳＭを観察する際のＳＥＭ９０７’の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 試料ＳＭを観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 フード７２３Ａを有するＳＥＭ９０７’の概略構成を示す模式図である。 ＴＦＥ電子銃の構成を示す図である。 他の形態の電子銃の構成を示す図である。 電子放出ファイバ３２６Ａの先端部分の拡大図である。 他の形態の電子銃の構成を示す図である。 従来のスペーサ配置構造を示す図である。 接地電極１１Ａの周縁部の拡大縦断面図である。 ＦＰＣ７０Ａの一部領域を示す図である。 接地電極１１Ａの周縁部の拡大縦断面図である。 集束レンズの配線の断面構造を示す図である。 デフレクタ自体が金属からなる場合の配線構造を示す図である。 デフレクタとその下のスペーサを示す分解斜視図である。 デフレクタ１１０Ａがセラミックからなる本体１０３Ａとその表面に形成された金属めっき１０６Ａとからなる場合の配線構造を示す図である。 本実施の形態のＭＣＰ＋アノード型の検出器の構成を示す図である。 本実施の形態のシンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型の検出器の構成を示す図である。 本実施の形態のバルブ構造を示す図である。 本実施の形態のバルブ機構の他の例を示す図である。 従来のデフレクタの構成を示す図である。 本実施の形態のデフレクタの構成を示す図である。 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３０の線Ａ−Ａに沿って見た図である。 図２９に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図２９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２９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２９のローダハウジングを示す図であって、図３０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。 電子線検査装置の構成を示した図である。 本発明が適用された電子線検査装置を示す図である。 第２の実施形態に係る１次光学系４０の概略構成を示す模式図である。 アパーチャ部材４３の上面図である。 試料２０を観察する際の１次光学系４０の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 試料２０を観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 アパーチャ部材４３に当たる電子ビームを模式的に示す図である。 変形例に係る１次光学系４０’の概略構成を示す模式図である。 試料２０を観察する際の１次光学系４０’の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 試料２０を観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。 フード７２３を有する１次光学系４０’の概略構成を示す模式図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、電子線を用いて試料を観察する試料観察装置として、ウェハやマスクの欠陥を検査するための電子線検査装置、より詳しくは、いわゆるＳＥＭ（Scanning Electron Microscope））に関する。

１．全体構成
図１は、電子線検査装置１０００Ａの全体構成を示す図である。図１に示すように、電子線検査装置１０００Ａは、試料キャリア９０１Ａと、ミニエンバイロメント９０２Ａと、ロードロック９０３Ａと、トランスファチャンバ９０４Ａと、メインチャンバ９０５Ａと、除振台９０６Ａと、電子コラム９０７Ａと、画像処理ユニット９０８Ａと、制御ユニット９０９Ａとを備えている。電子コラム９０７Ａは、メインチャンバ９０５Ａの上部に取り付けられる。

試料キャリア９０１Ａには、検査対象となる試料が収納されている。ミニエンバイロメント９０２Ａには、図示しない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。試料キャリア９０１Ａ内の試料は、ミニエンバイロメント９０２Ａ内に搬送され、その中で、試料アライメント装置によってアライメント作業が行なわれる。試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック９０３Ａに搬送される。

ロードロック９０３Ａは、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が一定値（例えば１Ｐａ）以下になると、トランスファチャンバ９０４Ａに配置された図示しない真空中の搬送ロボットにより、メインチャンバ９０５Ａに搬送される。このように、常に真空状態であるトランスファチャンバ９０４Ａ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９０５Ａには、ｘ方向、ｙ方向、及びθ（回転）方向に移動するステージ９１０Ａが設けられ、ステージ９１０Ａの上に静電チャックが設置される。静電チャックには試料そのものが設置される。あるいは、試料は、パレットや治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９０５Ａは、図示しない真空制御系により、真空状態が維持されるよう制御される。また、メインチャンバ９０５Ａ、トランスファチャンバ９０４Ａ及びロードロック９０３Ａは、除振台９０６Ａ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９０５Ａには１つの電子コラム９０７Ａが設置されている。この電子コラム９０７Ａからの検出信号は画像処理ユニット９０８Ａに送られて処理される。制御ユニット９０９Ａは、画像処理ユニット９０８Ａ等を制御する。画像処理ユニット９０８Ａは、この制御により、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、検査を行なっている間に行なわれる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後に信号処理が行われる。

画像処理ユニット９０８Ａ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、観察画像、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。

２．ＳＥＭ構造
次に、電子コラム９０７Ａについて説明する。本実施の形態の電子コラム９０７Ａは、筒体内に電子銃および電子銃からの電子線が通過する電子線路を備え、電子線照射検出系が形成されたＳＥＭである。図２は、電子コラム９０７Ａの構成を示す図である。電子コラム９０７Ａのハウジングは、筒体５０Ａと電子銃ハウジング６０Ａによって構成される。筒体５０Ａには、後述する各種の部品１０Ａ〜１９Ａが収納される。筒体５０Ａは、円筒形状であり、電子銃ハウジング６０Ａは筒体の上部開口に被せられ、上部が密閉された円筒状の部品である。なお、筒体５０Ａは、中空の四角柱であってもよい。

筒体５０Ａ内には、上から第１デフレクタ（アライナ）１０Ａ、接地電極１１Ａ、第２デフレクタ（アライナ）１２Ａ、アパーチャ１３Ａ、検出器１４Ａ、第３デフレクタ１５Ａ、対物レンズ１６Ａ、第４デフレクタ（アライナ）１７Ａ、第５デフレクタ（アライナ）１８Ａ、電極１９Ａの各部品が、それぞれの間にスペーサ２０Ａ〜２８Ａを介在させて、この順に積層される。第１デフレクタ１０Ａおよび第２デフレクタ１２Ａは静電偏向器である。また、接地電極１１Ａはデフレクタ（アライナ）であってもよいし、収束レンズであってもよい。上記の各部品は、上下方向に対応する部分に孔を有し、これらの孔によって電子線路ＥＰが形成される。

電子銃ハウジング６０Ａ内には、電子銃３０Ａと、真空ポンプ４０Ａとが収納される。電子銃３０Ａは、ＴＦＥ（Thermal Field Emission）電子銃（熱電界放出電子銃）やＦＥ（Field Emission）電子銃（電界放出電子銃）であってよい。また、真空ポンプ４０Ａは、イオンポンプであってよく、ゲッタポンプであってもよい。

ＳＥＭ９０７は、電子ビームを照射して試料ＳＭの表面に導く。しかしながら、試料ＳＭの表面に電子ビームが照射されると、照射されている領域と照射されていない領域との境界付近に、カーボンの堆積（いわゆるカーボンコンタミ）が発生したり、電子ビームが照射された領域が損傷したりする場合がある。そのため、観察時以外には試料に電子ビームが照射されないようにする必要があり、そのようにすることをブランキング処理という。

従来は、ブランキング処理を行うための専用の電極（あるいは磁極）を設け、この電極（あるいは磁極）に電圧を印加（あるいは磁場を発生）させて、電子ビームを大きく逸らすようにしていた。しかしながら、この場合、ブランキング用の電極（あるいは磁極）のためにＳＥＭ９０７が大型化してしまうという問題がある。
そこで、以下のようにしてＳＥＭ９０７の小型化を図る。

図３は、ＳＥＭ９０７の概略構成を示す模式図である。ＳＥＭ９０７は、電子銃３０Ａと、２段の静電偏向器１０Ａ，１２Ａと、これらに挟まれた接地電極１１Ａと、アパーチャ部材１３Ａとを有する。

電子銃３０Ａは、詳しくは後述するが、電子ビームを照射する。電子ビームの進路に沿って、かつ、電子銃３０Ａと試料ＳＭとの間に、静電偏向器１０Ａ、接地電極１１Ａ、静電偏向器１２Ａ、アパーチャ部材１３Ａが順に配置されている。

静電偏向器１０Ａ，１２Ａは、１または複数（例えば４極）のアライメント電極を有し、電子ビームを偏向・走査する。すなわち、制御装置（不図示）からアライメント電極に印加される電圧に応じて、電子ビームを直進させたり、所望の方向に偏向したりすることができる。アライメント電極は、例えばアルミナ円盤をベースとし、四極子の形状に加工した後、各電極に相当する部分に金メッキを施し、さらに各電極への電圧印加を行うための給電端子を円盤側面に配置した構造とすることができる。

接地電極１１Ａは導電性材料で形成された筒状の電極であり、その内側を電子ビームが通る。接地電極１１Ａには接地電圧が基準電圧として供給され、対物レンズとしても作用する。

図４は、アパーチャ部材１３Ａの上面図である。図示のようにアパーチャ部材１３Ａは円環形状であり、電子ビームが通過可能な開口１３Ａａと、電子ビームが通過できない遮蔽部１３Ａｂとから構成される。また、開口１３Ａａはアパーチャ部材１３Ａの中央に設けられ、その直下に試料ＳＭがある。

図５Ａは、試料ＳＭを観察する際のＳＥＭ９０７の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器１０Ａ，１２Ａのアライメント電極に適切な電圧を印加することで電子ビームのアライメントが行われ、図示のように、電子ビームはアパーチャ部材１３Ａの開口１３Ａａを通って、１次ビームとして試料ＳＭに到達する。この１次ビームが試料ＳＭに照射されることによって生じた２次ビームは、検出器１４Ａに到達する。

図５Ｂは、試料ＳＭを観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器１０Ａ，１２Ａのアライメント電極に適切な電圧を印加することで電子ビームは大きく逸れ、アパーチャ部材１３Ａの遮蔽部１３Ａｂに当たる。よって、電子ビームは試料ＳＭには到達しない。

このとき、図６に示すように、アライメント電極に印加する電圧を制御して、遮蔽部１３Ａｂの１か所ではなく、様々な位置に分散して電子ビームが当たるようにするのが望ましい。電子ビームによる汚染を分散させることができるためである。そのためには、静電偏向器１０Ａまたは１０Ｂに少なくとも４極のアライメント電極を設け、印加される電圧を時間変調し、電子ビームが当たる位置を円環状に変化させることが考えられる。

このように、静電偏向器１０Ａ，１２Ａのアライメント電極はアライナ機能およびブランキング機能の両方を持っており、印加する電圧によって、電子ビームに開口１３Ａａを通過させて試料ＳＭに導くか、電子ビームを遮蔽部１３Ａｂで遮蔽して試料ＳＭに導かないかを切替制御できる。

以上説明したように、図３に示すＳＥＭ９０７では、アライナを行うための電極を用いてブランキング処理も行う。そのため、ブランキング処理専用の電極（あるいは磁極）を設ける必要がなく、１次光学系を小型化でき、ひいては検査装置を小型化できる。

図７は、変形例に係る電子コラム９０７Ａ’の構成を示す図である。本電子コラム（ＳＥＭ）９０７Ａ’では、図２のものと異なり、アパーチャ部材１３Ａがなくてもよい。また、接地電極１１Ａが筒状であり、電子ビームの進行方向に沿う方向ができるだけ長いのが望ましい。

図７のＳＥＭ９０７Ａ’におけるブランキング処理について説明する。
図８は、ブランキング処理を説明するために、図７に示すＳＥＭ９０７Ａ’を模式的に示す図である。上述した図３のＳＥＭ９０７は、アパーチャ部材１３Ａを設けてこれに電
子ビームを導くことで、試料ＳＭに電子ビームが照射されないようにするものであった。これに対し次に説明する図８のＳＥＭ９０７’は、接地電極１１Ａを利用してブランキング処理を行うものである。以下、図３との相違点を中心に説明する。

ＳＥＭ７０９’は、電子銃３０Ａと、２段の静電偏向器１０Ａ，１２Ａと、これらに挟まれた接地電極１１Ａとを有するが、図３におけるアパーチャ部材１３Ａがなくてもよい。また、本実施形態の接地電極１１Ａは、筒状であり、電子ビームの進行方向に沿う方向ができるだけ長いのが望ましい。

図９Ａは、試料ＳＭを観察する際のＳＥＭ９０７’の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器１０Ａ，１２Ａのアライメント電極に適切な電圧を印加し、接地電極１１Ａに接地電圧を供給することで電子ビームのアライメントが行われ、図示のように、電子ビームは１次ビームとして試料ＳＭに到達する。この１次ビームが試料ＳＭに照射されることによって生じた２次ビームは検出器１４Ａ上に到達する。

図９Ｂは、試料ＳＭを観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。接地電極１１Ａに大きな電圧、より具体的には、電子銃３０Ａからの電子ビームの加速電圧（例えば２ｋＶ）より絶対値が大きい（望ましくは５％以上大きい）負の電圧を印加することで、電子ビームの進行方向が変化し、静電偏向器１２Ａを通過しない。結果として、電子ビームは試料ＳＭに到達しない。接地電極ＧＮＤにおける電子ビームの進行方向に沿う方向が長いほど、接地電極ＧＮＤに印加する電圧の絶対値を低くできる。

ここで、接地電極ＧＮＤによって進行方向が変えられた電子ビームがＳＥＭ９０７’内の静電偏向器１０Ａなどを汚染することも考えられる。そのため、図１０に示すように、接地電極１１Ａを覆うフード７２３Ａを設けてもよい。フード７２３Ａの少なくとも一部は、接地電極１１Ａと電子銃３０Ａとの間、あるいは、接地電極１１Ａと静電偏向器１０Ａとの間にある。フード７２３Ａを設けることで、ブランキング処理時に接地電極１１Ａによって進行方向が変えられた電子ビームが飛散するのを抑制できる。

このように、接地電極１１Ａに印加する電圧によって、電子ビームが試料ＳＭに到達するか、その進行方向が変えられて試料ＳＭに到達しないかを切替制御できる。

以上説明したように、図８では、接地電極１１Ａを用いてブランキング処理を行う。そのため、ブランキング処理専用の電極（あるいは磁極）を設ける必要がなく、ＳＥＭ９０７’を小型化できる。
なお、図３や図８に示す静電偏向器１０Ａ，１２Ａや接地電極１１Ａの配置順や数はあくまで一例にすぎない。

以下では、図２に示すＳＥＭ９０７Ａを前提として説明を続ける。
３．電子銃
上述のように、電子銃３０Ａには、従来のＴＦＥ電子銃やＦＥ電子銃を用いることができるが、以下に説明する他の形態の電子銃を用いてもよい。

３−１．ＴＦＥ電子銃
まず、ＴＦＥ電子銃を説明する。図１１は、ＴＦＥ電子銃の構成を示す図である。ＴＦＥ電子銃３１Ａは、先端が尖ったカソードチップ３１１Ａと、ウェネルト３１２Ａと、アノード３１３Ａを備える。ＴＦＥ電子銃３１Ａの幅方向のサイズは２０ｍｍ程度であり、従って、２つのＴＦＥ電子銃３１Ａを最大限に近づけると、照射される電子線のピッチは２０ｍｍ程度となる。なお、上記の構成において、カソードチップ３１１Ａ、ウェネルト
３１２Ａ、及びアノード３１３Ａのほかに、ヒータ用電源３１４Ａ及びウェネルト用電源３１６Ａが、電子銃ハウジング６０Ａに収容される。

カソードチップ３１１Ａには、ヒータ用電源３１４Ａからヒータ用電圧が印加され、カソード用電源３１５Ａから−５０〜−１０ｋＶ程度のカソード用電圧が印加される。また、ウェネルト３１２Ａには、ウェネルト用電源３１６Ａから可変電圧が印加される。

カソードチップ３１１Ａは、ヒータ用電圧を印加されることで、温度が上昇して電子が放出され易い状態になる。カソードチップ３１１Ａは、さらにカソード用電圧を印加されることで、その先端付近から電子を放出する。アノード３１３Ａは、カソードチップ３１１Ａの先端付近から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

３−２．他の形態の電子銃（１）
図１２は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃３２Ａは、レーザダイオード３２１Ａ、第１レンズ３２２Ａ、磁場コイル３２３Ａ、ガス封入管３２４Ａ、第２レンズ３２５Ａ、及び電子放出ファイバ３２６Ａを備えており、電子放出ファイバ３２６Ａの先端から電子を放出する。また、電子放出ファイバ３２６Ａの先端の先には、ウェネルト３２７Ａ、アノード３２８Ａが備えられており、電子銃３２Ａはこれらの構成によって、電子放出ファイバ３２６Ａの先端から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

レーザダイオード３２１Ａは、レーザ光源として、レーザ光を発射する。第１レンズ３２２Ａは、レーザダイオード３２１Ａから発射されたレーザ光を集光する。第１レンズ３２２Ａは、ガス封入管３２４Ａ内でレーザ光を集束させるように、設計、配置される。ガス封入管３２４Ａ内では、集光されたレーザ光によってプラズマ小空間（スポットプラズマ）が形成される。このとき、磁場コイル３２３Ａが誘導磁場を形成することで、プラズマ状態ができやすくなり、また、プラズマの形状をコントロールする（例えば、丸くする等）ことができる。

ガス封入管３２４Ａ内におけるプラズマ小空間の発生によって、ＤＵＶ（深紫外線）、ＵＶ（紫外線）、Ｘ線等の電磁波（不可視光線）が発生し、これが第２レンズ３２５Ａによって集光されて、電子放出ファイバ３２６Ａの入力端（図１２の左端）に入力される。

図１３は、電子放出ファイバ３２６Ａの先端部分の拡大図である。電子放出ファイバ３２６Ａは、コア３２６１Ａと、クラッド３２６２Ａと、ＣｒやＣｒＮ等のメタルコート３２６３Ａと、光電材料３２６４Ａからなる。電子放出ファイバ３２６Ａとして、例えばガラス材料からなるファイバや石英ガラスからなるファイバを用いることが可能である。電子放出ファイバ３２６Ａの先端付近は、テーパー形状になっており、先端では、コア３２６１Ａの端部が直径０．５〜５０ｎｍの大きさに形成されている。クラッド３２６２Ａはコア３２６１Ａの周りに形成されている。光電材料３２６４Ａは、この先端に設けられており、コア３２６１Ａとクラッド３２６２Ａの先端にコーティングされている。なお、光電材料３２６４Ａは、コア３２６１Ａの先端にのみコーティングされてもよい。光電材料３２６４Ａは、Ａｕ又はＲｕからなり、その厚さは１０〜２０ｎｍである。光電材料３２６４Ａは、光が当たるとその光量に応じた量の電子を発生する。

メタルコート３２６３Ａは、クラッド３２６２Ａの外側と光電材料３２６４Ａの周辺部（光電材料３２６４Ａがクラッド３２６２Ａの先端をコーティングしている部分）に形成される。メタルコート３２６３Ａは、０〜−１０ｋＶの電源に接続される。メタルコート３２６３Ａは、光電材料３２６４Ａの周辺部に重なることで、光電材料３２６４Ａとも電気的に接続される。また、メタルコート３２６３Ａが光電材料３２６４Ａの周辺部に重な
ることで、コア３２６１Ａから染み出たＤＵＶによる光電子発生部の広がりを抑えることが可能となる。メタルコート３２６３Ａは、このような構成によって、電源と光電材料３２６４Ａとを電気的に接続する導電線として機能し、電源の電圧を光電材料３２６４Ａに印加する。

このような構成の電子放出ファイバ３２６Ａの入力端からコア３２６１Ａ内に入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、コア３２６１Ａとクラッド３２６２Ａとの境界での全反射を繰り返して、出力端（図１２の右端）に向かって進む。コア３２６１Ａを伝搬してきたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、電子放出ファイバ３２６Ａの先端部分で、光電材料３２６４Ａに入射される。光電材料３２６４Ａは、この入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線の強度に応じた電子を放出する。

電子放出ファイバ３２６Ａの先端、即ち光電材料３２６４Ａから放出された電子は、ウェネルト３２７Ａ及びアノード３２８Ａによって引き出されて、第１デフレクタＡ等によって形成される電子線路に導かれる。

このような電子銃３２Ａの構成要素のうち、真空中、すなわち電子銃ハウジング６０Ａ内に収容しなければならないのは、電子放出ファイバ３２６Ａの先端部分、ウェネルト３２７Ａ及びアノード３２８Ａのみであり、他の構成要素は大気中に配置することが可能である。

また、上述のＴＦＥ電子銃３１Ａでは、出力を上げると、カソードチップの先端だけではなく、先端の周りからも電子が放出されるようになり、電子線は余計な軌道を通り、チャージアップを引き起こすおそれがある。これに対して、電子銃３２Ａでは、確実に電子放出ファイバ３２６Ａの先端のみから電子を放出することが可能であり、照射する電子線（以下、「照射ビーム」ともいう。）が望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減し、ＴＦＥ電子銃３１Ａと比較して観察画像の解像度を向上できる。

さらに、電子銃３２Ａから照射される電子線のエネルギー幅は０．０５〜０．５ｅＶ程度と狭く、電子銃３２Ａは、ＴＦＥ電子銃３１Ａと比較して、均一なエネルギーをもった電子をより多く放出できる。
３−３．他の形態の電子銃（２）

図１４は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃３３Ａは、電子銃３２Ａと同様に、レーザダイオード３３１Ａ、第１レンズ３３２Ａ、磁場コイル３３３Ａ、ガス封入管３３４Ａ、及び第２レンズ３３５Ａを備えている。電子銃３３Ａは、電子銃３２Ａの電子放出ファイバ３２６Ａの代わりに、電子放出素子３３６Ａを備えており、電子放出素子３３６Ａの電子放出面（出力面）から電子を放出する。また、電子放出素子３３６Ａの電子放出面の先には、ウェネルト３３７Ａ、アノード３３８Ａが備えられており、これらによって、電子放出素子３３６Ａの電子放出面から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

レーザダイオード３３１Ａは、レーザ光源として、レーザ光を発射する。第１レンズ３３２Ａは、レーザダイオード３３１Ａから発射されたレーザ光を集光する。第１レンズ３３２Ａは、ガス封入管３３４Ａ内でレーザ光を集束させるように、設計、配置される。ガス封入管３３４Ａ内では、集光されたレーザ光によってプラズマ小空間（スポットプラズマ）が形成される。このとき、磁場コイル３３３Ａが誘導磁場を形成することで、プラズマ状態ができやすくなり、また、プラズマの形状をコントロールする（例えば、丸くする等）ことができる。

ガス封入管３３４Ａ内におけるプラズマ小空間の発生によって、ＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線が発生し、これが第２レンズ３３５Ａによって集光されて、電子放出素子３３６Ａの入力面（図１４の左側面）に入力される。

電子放出素子３３６Ａは、石英からなる基材３３６１Ａと、基材３３６１Ａの入力面側に形成されたアパーチャ３３６２Ａと、メタルコート３３６３Ａと、基材３３６１Ａの出力面側に設けられた光電材料３３６４Ａとからなる。光電材料３３６４Ａは、Ａｕ又はＲｕからなり、その厚さは１０〜２０ｎｍである。光電材料３２６４Ａは、光が当たるとその光量に応じた量の電子を発生する。

メタルコート３３６３Ａは、基材３３６１Ａの出力面側に形成される。メタルコート３３６３Ａは、０〜−１０ｋＶの電源に接続される。メタルコート３３６３Ａは、光電材料３３６４Ａの周辺部に重なることで、光電材料３３６４Ａとも電気的に接続される。メタルコート３３６３Ａは、このような構成によって、電源と光電材料３３６４Ａとを電気的に接続する導電線として機能し、電源の電圧を光電材料３３６４Ａに印加する。

このような構成の電子放出素子３３６Ａの入力面からアパーチャ３３６２Ａを通って基材３３６１Ａ内に入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、出力面（図１４の右端）に向かって進む。基材３３６１Ａを伝搬してきたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、基材３３６１Ａの出力面側で、光電材料３３６４Ａに入射される。光電材料３３６４Ａは、この入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線の強度に応じた電子を放出する。

電子放出素子３３６Ａの出力面、即ち光電材料３３６４Ａから放出された電子は、アノード３３８Ａによって引き出されて、第１デフレクタＡ等によって形成される電子線路に導かれる。

このような電子銃３３Ａの構成要素のうち、真空中、すなわち電子銃ハウジング６０Ａ内に収容しなければならないのは、電子放出素子３３６Ａ及びアノード３３８Ａのみであり、他の構成要素は大気中に配置することが可能である。このため、電子銃３３Ａは、１つの電子コラム９０７Ａに複数の電子線照射検出系を構成するＳＥＭ構造において、電子線同士の間隔を短くすることができ、電子コラム９０７Ａ内の限られた範囲内により多くの電子線照射検出系を形成できるという点で有利である。

また、電子銃３３Ａでは、確実に電子放出素子３３６Ａの光電材料３３６４Ａのみから電子を放出することが可能であり、照射ビームが望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減し、ＴＦＥ電子銃３１Ａと比較して観察画像の解像度を向上できる。さらに、電子銃３３Ａから照射される電子線のエネルギー幅は０．０５〜０．５ｅＶ程度と狭く、電子銃３３Ａは、ＴＦＥ電子銃３１Ａと比較して、均一なエネルギーをもった電子をより多く放出できる。また、電子銃３３Ａは、ＴＦＥ電子銃３１Ａと比較して、ウェネルトが不要であるという点でも有利である。また、電子銃３３Ａは、簡単な構造であるので、安価に製造でき、そのコストは従来のＴＦＥ電子銃の１／３〜１／５程度でよい。

さらに、電子銃３３Ａでは、ウェネルトを用いないことで、発生した電子線の透過率を高くできるというメリットもある。即ち、ウェネルトがあると、１ｓｔクロスオーバーのサイズ及び位置が、電子のエネルギー、ウェネルト電圧、アノード電圧により変化して、照射ビームが広がり、その結果透過率が悪くなることがある。これに対して、電子銃３３Ａでは、ウェネルトを用いないので、光電材料３３６４Ａを実質的な光源として、発生した電子線の透過率を高くできる。

４．静電レンズ
接地電極１１Ａ及び対物レンズ１６Ａは、静電レンズである。一般的には、接地電極１１Ａ及び対物レンズ１６Ａを磁場レンズとすることも可能であるが、磁場レンズは、コイルの周りにヨークを巻く構成であるので、電子コラムが大型化してしまう。本実施の形態では、静電レンズを採用しているので、磁場レンズのように電子コラム９０７Ａが大型化することはない。

なお、磁場方式に比べて、静電式では、定電圧電源であるので、安定した設定電圧がすぐに印加可能である。このような、ロスタイムの低減は、磁場方式の場合と比較して、１／５０〜１／１２０程度になる。また、磁場方式では、電子線のエネルギーやレンズ磁場の変化に伴い、照射ビームが回転するため、偏向器による偏向方向に変化が生じるので、都度、偏向方向の補正を行う調整が必要となる。これに対して、静電方式では、照射ビームの回転がなく偏向方向の変動がなく、ｘ、ｙ方向に安定した偏向を行うことができる。また、上述したように、静電方式は、小型が可能であり、安定した動作ができる。

また、同様の理由により、第１デフレクタＡ、第２デフレクタ１２Ａ、第３デフレクタ１５Ａ、第４デフレクタ１７Ａ、及び第５デフレクタ１８Ａもそれぞれ静電デフレクタとしている。これにより、上記と同様に装置の小型化を可能となる。

５．スペーサ
上述のように、筒体５０Ａ内には、上下方向に隣接する各部品の間の距離が所定の距離となるように、各部品の間にスペーサ２０Ａ〜２８Ａが配設されている。スペーサ２０Ａ〜２８Ａは、導電性を有するセラミックで構成される。スペーサ２０Ａ〜２８Ａの抵抗は、１０９〜１０１２Ωｃｍである。好ましくは、スペーサ２０Ａ〜２８Ａの抵抗は、１０１０〜１０１１Ωｃｍである。また、筒体５０Ａもスペーサ２０Ａ〜２８Ａと同じ材料で構成される。このように、スペーサ２０Ａ〜２８Ａや筒体５０Ａをセラミックで構成することにより、熱膨張を小さく抑えることができる。また、すべてのスペーサ２０Ａ〜２８Ａをセラミックで構成することにより、すべてのスペーサ２０Ａ〜２８Ａについて熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム９０７Ａ全体として熱膨張による影響を小さくできる。また、筒体５０Ａや各部品１０Ａ〜１９Ａも同じ材料とすることで、電子コラム９０７Ａ全体としての熱膨張による影響をより小さくできる。

また、セラミックは、サブミクロンレベルの高精度を実現できるので、すべてのスペーサ２０Ａ〜２８Ａを同一材料のセラミックで構成することで、金属の精度に影響されずに、電子コラム９０７Ａの組み立てにおける同軸度等の精度をスペーサ２０Ａ〜２８Ａの精度と同レベル（サブミクロンレベル）にできる。さらに、筒体５０Ａ及び各部品１０Ａ〜１９Ａもスペーサ２０Ａ〜２８Ａと同じ材料で構成することで、電子コラム９０７Ａの組み立て精度をより向上できる。

さらに、スペーサを上記のように高抵抗とすることで、電子コラムの小型化にも寄与する。図１５は、従来のスペーサ配置構造を示す図である。図１５の従来の構造において、上側部品８５１Ａと下側部品８５２Ａとの間には、スペーサ８５３Ａが設けられているが、スペーサを照射ビームＩＢから隠す位置に配置されており、このために、電子コラムが大型化していた。これに対して、本実施の形態では、上記のように高抵抗のセラミックのスペーサを採用したことで、スペーサ２０Ａ〜２８Ａを照射ビームに対して露出させることができ、図２に示すように平板状の各部品の間に直接スペーサを配置させることができるので、省スペース化が可能となる。

６．配線構造
次に、電子コラム９０７Ａにおける各部品１０Ａ〜１９Ａの配線構造について説明する。各部品１０Ａ〜１９Ａには、電源との電気的な接続をするための導電線を筒体５０Ａの外部に引き出す必要がある。

６−１．配線の縦断面構造
以下、接地電極１１Ａを例に、本実施の形態の電子コラムにおける配線の縦断面構造を説明する。

６−１−１．接地電極１１Ａが金属で構成されている場合
図１６は、接地電極１１Ａの周縁部の拡大縦断面図である。図１６の例は、接地電極１１Ａが金属で構成されている場合の配線構造を示している。筒体５０Ａには、その外周面に沿って外周面を覆うように、配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）７０Ａが設けられている。図１７は、ＦＰＣ７０Ａの一部領域を示す図である。ＦＰＣ７０Ａは、ポリイミド樹脂層７１Ａ、導電形成層７２Ａ、ポリイミド樹脂層７３Ａの３層構造を有する。導電形成層７２Ａには銅からなる導電線ＥＬが形成される。

ＦＰＣ７０Ａ及び筒体５０Ａには、接地電極１１Ａの端子に対応する位置に配線孔７４Ａ、５１Ａが設けられており、この配線孔７４Ａ、５１Ａに導電性のコンタクトピン８０Ａが挿入される。コンタクトピン８０Ａの軸部には、ねじ山が形成されており、筒体５０Ａの配線孔５１Ａにはねじ溝が形成されており、コンタクトピン８０Ａと筒体５０Ａとが螺合することで、コンタクトピン８０Ａが筒体５０Ａに保持される。

配線孔７４Ａは、ポリイミド樹脂層７１Ａにおいては、コンタクトピン８０Ａの頭部の径と同じ又はそれより大きいサイズを有し、導電形成層７２Ａ及びポリイミド樹脂層７３Ａにおいては、コンタクトピン８０Ａの軸部の径と同じ又はそれより大きい（頭部の径よりは小さい）サイズを有し、導電形成層７２Ａの外側表面にフランジ部７４１Ａが形成されている。コンタクトピン８０Ａが筒体５０Ａに螺合して、コンタクトピン８０Ａの頭部がＦＰＣ７０Ａのフランジ部７４１Ａに当接することにより、コンタクトピン８０Ａと導電線ＥＬとが電気的に接続されるとともに、コンタクトピン８０Ａの筒体５０Ａの厚さ方向の位置決めがなされる。

接地電極１１Ａは、金属でできており、それ自体が電極とされる。接地電極１１Ａには、配線孔７４Ａ、５１Ａに対応する位置に、端子としてのコンタクト孔１１１Ａが形成されており、その内面にはねじ溝が形成されている。コンタクトピン８０Ａは、配線孔５１Ａのねじ溝に螺合して、さらにその先でコンタクト孔１１１Ａに螺合し、その先端がコンタクト孔１１１Ａの底に当接することで、金属の接地電極１１Ａとコンタクトピン８０Ａとが電気的に接続する。

以上の構成により、導電線ＥＬと接地電極１１Ａとがコンタクトピン８０Ａを介して電気的に接続される。導電線ＥＬは、図１６に示すようにＦＰＣ７０Ａ内部の導電形成層７２Ａに形成されており、適当な箇所で、さらに外部の配線を介して電源と接続される。即ち、導電形成層７２Ａに形成された導電線ＥＬは、外部電源を、コンタクトピン８０Ａを介して電子コラム９０７Ａの部品に接続する。

また、筒体５０Ａの表面及び／又はＦＰＣ７０Ａの裏面には、配線孔７４Ａ、５１Ａの部分を除いて、金属の接地コーティング９０Ａが施されている。上記の配線構造によって供給される電圧は１００Ｖから大きい場合には１万Ｖ程度にもなるので、筒体５０ＡとＦＰＣ７０Ａとの間に僅かな隙間が形成されると、そこにスパークが発生してしまい、各部品やＦＰＣ７０Ａに損傷をきたすことがある。この接地コーティング９０Ａは、筒体５０ＡとＦＰＣ７０Ａとの隙間にかかる高電圧をグランドに放電することで、そのようなスパ
ークの発生を防止することができる。
６−１−２．接地電極１１Ａが金属めっきされている場合

図１８は、接地電極１１Ａの周縁部の拡大縦断面図である。図１８の例は、接地電極１１Ａが金属めっきされている場合の配線構造を示している。筒体５０Ａには、その外周面に沿って外周面を覆うように、図１７で示した配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）７０Ａが設けられている。

ＦＰＣ７０Ａ及び筒体５０Ａには、接地電極１１Ａに対応する位置に配線孔７４Ａ、５１Ａが設けられており、この配線孔７４Ａ、５１Ａに導電性のコンタクトピン８０Ａが挿入される。コンタクトピン８０Ａの軸部には、ねじ山が形成されており、筒体５０Ａの配線孔５１Ａにはねじ溝が形成されており、コンタクトピン８０Ａと筒体５０Ａとが螺合することで、コンタクトピン８０Ａが筒体５０Ａに保持される。

コンタクトピン８０Ａが筒体５０Ａに螺合して、コンタクトピン８０Ａの頭部がＦＰＣ７０Ａのフランジ部７４１Ａに当接することにより、コンタクトピン８０Ａと導電線ＥＬとが電気的に接続されるとともに、コンタクトピン８０Ａの筒体５０Ａの厚さ方向の位置決めがなされる。

接地電極１１Ａは、絶縁体（具体的にはセラミック）の本体１１２Ａの表面に導電線となる金属めっき１１３Ａがされた構造を有する。接地電極１１Ａには、配線孔７４Ａ、５１Ａに対応する位置に、端子となるコンタクト孔１１１Ａが形成されている。コンタクト孔１１１Ａ内には、内周面にねじ溝が形成された筒状のメタルブッシュ１１４Ａが圧入されている。コンタクト孔１１１Ａの底には、金属めっき１１３Ａに電気的に接続されるビア１１５Ａが形成されている。ビア１１５Ａは、本体１１２Ａの表面に、コンタクト孔１１１Ａに連通するビア孔を形成するとともに、そのビア孔に金属を注入することで形成される。ビア１１５Ａは、ビア孔から注入されて、コンタクト孔１１１Ａの底にまで達する。金属めっき１１３Ａは、このようにビア１１５Ａが形成された後の本体１１２Ａの表面に形成されて、金属めっき１１２Ａとビア１１５Ａとが電気的に接続される。

以上の構成により、導電線ＥＬと接地電極１１Ａの金属めっき１１３Ａとがコンタクトピン８０Ａ及びビア１１５Ａを介して電気的に接続される。導電線ＥＬは、図１７に示すようにＦＰＣ７０Ａ内部の導電形成層７２Ａに形成されており、適当な箇所で、さらに外部の配線を介して電源と接続される。即ち、導電形成層７２Ａに形成された導電線ＥＬは、外部電源を、コンタクトピン８０Ａを介して電子コラム９０７Ａの部品に接続する。

また、筒体５０Ａの表面及び／又はＦＰＣ７０Ａの裏面には、配線孔７４Ａ、５１Ａの部分を除いて、金属の接地コーティング９０Ａが施されている。上記の配線構造によって供給される電圧は１００Ｖから大きい場合には１万Ｖ程度にもなるので、筒体５０ＡとＦＰＣ７０Ａとの間に僅かな隙間が形成されると、そこにスパークが発生してしまい、各部品やＦＰＣ７０Ａに損傷をきたすことがある。この接地コーティング９０Ａは、筒体５０ＡとＦＰＣ７０Ａとの隙間にかかる高電圧をグランドに放電することで、そのようなスパークの発生を防止することができる。

上記の構成によれば、接地電極１１Ａの本体１１２Ａがセラミックで構成されるので、上述したように、その熱膨張による変形量は小さく、サブミクロンレベルの高精度を実現できる。また、接地電極１１Ａの本体１１２Ａをセラミックで構成し、スペーサ２０Ａ〜２８Ａや筒体５０Ａもセラミックで構成することにより、それらの部品の熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム９０７Ａの組み立てにおける同軸度等の精度をサブミクロンレベルにできる。

６−２．配線の横断面構造
次に、電子コラム９０７Ａにおける各部品１０Ａ〜１９Ａへの配線の横断面構造について説明する。

６−２−１．集束レンズ
まず、接地電極１１Ａの配線の横断面構造を説明する。図１９は、集束レンズの配線の断面構造を示す図である。

接地電極１１Ａの上側及び下側にそれぞれ配置されるスペーサ２０Ａ、２１Ａは、筒体５０Ａの内周に合致する外周形状を有する。スペーサ２０Ａ、２１Ａには、電子線照射検出系の電子線路ＥＰに対応して円形の孔２０１Ａ、２１１Ａが形成されている。スペーサ２０Ａ、２１Ａの間には、接地電極１１Ａが設けられる。図１９の例では、接地電極１１Ａはセラミックからなる本体１１２Ａに金属めっき１１３Ａが被覆されることで構成されている。接地電極１１Ａの本体１１２Ａは、筒体５０Ａの内周に合致する外周形状を有する。

接地電極１１Ａの本体１１２Ａには、スペーサ２０Ａ、２１Ａの孔２０１Ａ、２１１Ａにそれぞれ対応する位置に、スペーサ２０Ａ、２１Ａの孔２０１Ａ、２１１Ａより大きい範囲の金属めっき１１３Ａが被覆されている。これらの金属めっき１１３Ａは、各接地電極１１Ａの電極となる。

接地電極１１Ａの本体１１２Ａには、スペーサ２０Ａ、２１Ａの孔２０１Ａ、２１１Ａにそれぞれ対応する位置に、スペーサ２０Ａ、２１Ａの孔２０１Ａ、２１１Ａより小さい円形の孔１１６Ａが形成されている。これらの孔２０１Ａ、１１６Ａ、２１１Ａによって、電子線路ＥＰが形成される。スペーサ２０Ａ、２１Ａに形成された孔２０１Ａ、２１１Ａからは、孔１１６Ａが形成された接地電極１１Ａ（の金属めっき１１３Ａ部分、即ち電極）が露出している。

接地電極１１Ａの電極は１極であり、電極への配線も各接地電極１１Ａにつき１本である。この電極への配線は、図１９に示すように、接地電極１１Ａにおける筒体５０Ａに近い箇所から、筒体５０Ａの外側に引き出すことができる。なお、図１９では、筒体５０Ａの外周に設けられるＦＰＣ７０Ａは図示を省略している。図１９の例では、図１６にて説明したように、接地電極１１Ａに対してコンタクトピン８０１Ａを直接ねじ込んで、接地電極１１Ａ内にて電極とコンタクトピン８０１Ａとの電気的接触を実現する。なお、上記の形態については、変形が可能である。

６−２−２．デフレクタ
次に、デフレクタの配線の横断面構造を説明する。

６−２−２−１．１つの電子コラムに１つの電子線照射検出系が形成される場合
まず、１つの電子コラム９０７Ａに１つの電子線照射検出系が形成される場合のデフレクタの配線構造について説明する。

６−２−２−１−１．デフレクタが金属で構成されている場合
図２０は、デフレクタ自体が金属からなる場合の配線構造を示す図である。図２１は、デフレクタとその下のスペーサを示す分解斜視図である。この例のデフレクタ１００Ａは、４極の電極を有する。デフレクタ１００Ａは各々扇形形状を有する４つの電極１０１Ａに分かれている。各電極１０１Ａの外周は、筒体５０Ａの内周に合致する。各電極１０１Ａが、それぞれ間隙１０２Ａを空けて、外周を筒体５０Ａの内周に当接させて配置される
と、中央部には、電子線路ＥＰとなる円形の孔が形成される。

デフレクタ１００Ａの下に設けられるスペーサ２００Ａは、下の部品とのスペースを確保するためのドーナツ状の縦方向スペーサ部分２０１Ａと隣り合う電極同士の間のスペースを確保するために縦方向スペーサ部分２０１Ａから起立した４つの周方向スペーサ部分２０２Ａからなる。デフレクタ１００Ａの各電極１０１Ａは、スペーサ２００Ａの縦方向スペーサ部分２０１Ａを介して下の部品の上に配置されるとともに、スペーサ２００Ａの周方向スペーサ部分２０２Ａを介して互いに間隙１０２Ａを空けて配置される。

各電極１０１Ａに対しては、筒体５０Ａの外部からそれぞれコンタクトピン８０２Ａがねじ込まれて、各コンタクトピン８０２Ａと各電極１０１Ａとの電気的な接続が確保される。電極１０１Ａとコンタクトピン８０２Ａとの接続構造は、図１６にて説明した通りである。なお、図２０においても、ＦＰＣ７０Ａは図示を省略している。

６−２−２−１−２．デフレクタが金属めっきされている場合
図２２は、デフレクタ１１０Ａがセラミックからなる本体１０３Ａとその表面に形成された金属めっき１０６Ａとからなる場合の配線構造を示す図である。この例においても、デフレクタ１１０Ａには４極の電極が形成されている。デフレクタ１１０Ａの本体１０３Ａは、中央に円形の孔が明けられたドーナツ形状であり、その孔から四方に切欠き１０５Ａが切られている。隣り合う切欠き１０５Ａ同士の間が電極１０４Ａとなる。円形の孔の周りには金属めっき１０６Ａが被覆されている。金属めっき１０６Ａは、切欠き１０５Ａによって分離しており、これによって４つの電極１０４Ａが構成されている。

デフレクタ１１０Ａの下に配置されるスペーサ２１０Ａは、内側にデフレクタ１１０Ａの孔よりも大きな孔を有するドーナツ形状である。

各電極１０４Ａに対しては、筒体５０Ａの外部からそれぞれコンタクトピン８０３Ａがねじ込まれて、各コンタクトピン８０３Ａと各電極１０４Ａとの電気的な接続が確保される。電極１０４Ａの金属めっき１０６Ａとコンタクトピン８０３Ａとの接続構造は、図１８にて説明した通りである。なお、図２２においても、ＦＰＣ７０Ａは図示を省略している。

７．検出器
上述のように、電子コラム９０７Ａは、電子線照射検出系の中に検出器１４Ａを備えている。電子線は、電子銃３０Ａから放出されて電子線路を通って試料に照射される。試料に電子線が照射されると、その部分から２次電子等が発生する。２次電子等は、引き上げ電界によって、電子線照射検出系を通って、照射ビームＩＢの方向とは逆方向に進む。検出器１４Ａは、このようにして試料から逆行してくる２次電子等を捕集して検出する。以下では、検出器の具体的構成として、２つの実施の形態を説明する。

７−１．ＭＣＰ＋アノード型
図２３は、本実施の形態のＭＣＰ＋アノード型の検出器の構成を示す図である。検出器（ＭＣＰ＋アノード型）１４１Ａは、電子銃３０Ａからの照射ビームＩＢを中心として、それを取り囲むように管１４１４Ａを有する。管１４１４Ａは、基準電位（通常はＧＮＤ電位）を維持している。検出器１４１Ａは、さらに、絶縁性のセラミック１４１１Ａ、アノード１４１２Ａ、電子増幅器としてのマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４１３Ａを備えている。

セラミック１４１１Ａは、支持体として、管１４１４Ａ、アノード１４１２Ａ、及びＭＣＰ１４１３Ａを支持する。セラミック１４１１Ａの中央には支持孔が設けられており、
この支持孔で管１４１４Ａの外周面を支持する。セラミック１４１１Ａの上面には、セラミック１４１１Ａが帯電しないように導電膜１４１５Ａがコーティングされている。なお、導電膜１４１５Ａのコーティングに代えて、導電材料部品が設置されてもよく、もしくは、セラミック１４１１Ａに対してその表面層の抵抗を低下させる処理がなされてもよい。

アノード１４１２Ａ及びＭＣＰ１４１３Ａには、管１４１４Ａを通すための孔が設けられている。アノード１４１２Ａ及びＭＣＰ１４１３Ａは、管１４１４Ａとは接触せずに、管１４１４Ａの周囲を取り囲んでいる。ＭＣＰ１４１３Ａはアノード１４１２Ａの下側に設けられ、アノード１４１２Ａはセラミック１４１１Ａの下側に設けられる。ＭＣＰ１４１３Ａ及びアノード１４１２Ａは、いずれも支持体としてのセラミック１４１１Ａに支持される。

照射ビームＩＢは、管１４１４Ａを通過した後、対物レンズ、デフレクタ等を通過して、試料ＳＭに照射される。照射ビームＩＢによって試料から放出された２次電子等ＳＥは、引き上げ電界によって、電子線路の中心付近を通過して上流方向に引き上げられ、ＭＣＰ１４１３Ａに近づくと、中心付近から外れて、ＭＣＰ１４１３Ａに入射する。その軌道は、図２３に示すように、ＭＣＰ１４１３Ａの前で外側に向けて湾曲する。このような軌道を容易に形成するため、即ちＭＣＰ１４１３Ａへの２次電子等ＳＥの引き込み量を増加させるために、ＭＣＰ１４１３Ａの入力面には、正電圧が印加される。例えば、ＭＣＰ１４１３Ａの入力面に０〜５００Ｖ程度の電圧を印加することで引き込み量を増加させることができる。

ＭＣＰ１４１３Ａには、２次電子等ＳＥのＭＣＰ入力端（ＭＣＰｉｎ）１４１６ＡとＭＣＰ出力端（ＭＣＰｏｕｔ）１４１７Ａが設けられている。ＭＣＰ出力端１４１７Ａには、通常３００〜２０００Ｖ程度の高い正電圧が印加されている。これにより、ＭＣＰ入力端１４１６Ａに入射した電子が、ＭＣＰ１４１３Ａの微細チューブ内で電子増幅を繰り返し、ＭＣＰ出力端１４１７Ａより放出されて、アノード１４１２Ａに吸収される。このとき、アノード１４１２Ａには、通常、ＭＣＰ出力端１４１７Ａよりも３００〜３０００Ｖ高い電圧が印加されている。よって、電子量を増幅してＭＣＰ出力端１４１７Ａから放出された電子は、アノード１４１２Ａ方向に引き出されて、アノード１４１２Ａに衝突して吸収される。

アノード１４１２Ａの電流値を直接測定し、又は、アノード１４１２Ａの電流値を電圧に変換して測定することにより、試料からの２次電子等ＳＥの放出量を測定することができる。また、照射ビームＩＢをデフレクタ等により走査しながら試料からの２次電子等ＳＥの量を取得して、その時刻を区切りながら電子量の強度を２次元的に示すと検査画像としての２次電子像を得ることができる。この場合、時間区切りと場所とが対応することになる。

従来の方式では、部品自体の大きさ耐電圧のために、小型化が困難であり、また、小型化できたとしても、２次電子等の捕集率が低かった。本実施の形態によれば、静電レンズによりＳＥＭを小型化できる。そして、捕集率を低下させないための工夫として以下の構成を有している。即ち、試料表面での走査幅が例えば１〜２００μｍであるときに、試料表面から走査幅の２００倍以上離れた距離に検出器１４Ａが設置されている。試料表面から検出器１４Ａまでの距離が近すぎると、検出器１４Ａの外周部にて試料表面からの２次電子等を捕集する効率を上げることが困難になる。本実施の形態では、上記の構成としたことにより、４０〜８０％の捕集率を達成できる。
このように、本実施の形態は、ＳＥＭにおける小型化と高い補集効率とを両立させることができ、２００〜２０００ＭＰＰＳのデータレートを実現できる。

７−２．シンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型
図２４は、本実施の形態のシンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型の検出器の構成を示す図である。検出器１４８Ａは、電子銃３０Ａからの電子ビームＩＢを中心として、それを取り囲むように管１４１４Ａを有する。管１４１４Ａは、基準電位（通常はＧＮＤ電位）を維持している。検出器１４１Ａは、さらに、絶縁性のセラミック１４１１Ａ、シンチレータ１４１９Ａ、ライトガイド１４２０Ａ、光電子増倍管としてのフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）１４２１を備えている。

セラミック１４１１Ａの中央には支持孔が設けられており、この支持孔で管１４１４Ａの外周面を支持する。セラミック１４１１Ａの上面には、セラミック１４１１Ａが帯電しないように導電膜１４１５Ａがコーティングされている。なお、導電膜１４１５Ａのコーティングに代えて、導電材料部品が設置されてもよく、もしくは、セラミック１４１１Ａに対してその表面層の抵抗を低下させる処理がなされてもよい。

シンチレータ１４１９Ａ、ライトガイド１４２０Ａ、及びＰＭＴ１４２１Ａは、同一平面に設けられている。照射ビームＩＢを基準として、シンチレータ１４１９Ａは最も内側に設けられ、その外側にライトガイド１４２０Ａが設けられ、さらにその外側にＰＭＴ１４２１Ａが設けられる。シンチレータ１４１９Ａは、棒状であり、管１４１４Ａの周囲に８本設けられる。シンチレータ１４１９Ａは、長手方向が照射ビームＩＢを中心とする円の半径方向に向くように配置される。

照射ビームＩＢは、管１４１４Ａを通過した後、対物レンズ、デフレクタ等を通過して、試料ＳＭに照射される。照射ビームＩＢによって試料ＳＭから放出された２次電子等ＳＥは、引き上げ電界によって、電子線路の中心付近を通過して上流方向に引き上げられ、シンチレータ１４１９Ａに近づくと、中心付近から外れて、シンチレータ１４１９Ａに入射する。その軌道は、図２４に示すように、シンチレータ１４１９Ａの前で外側に向けて湾曲する。このような軌道を容易に形成するため、即ちシンチレータ１４１９Ａへの２次電子等ＳＥの引き込み量を増加させるために、シンチレータ１４１９Ａの入力面には、正電圧が印加される。例えば、シンチレータ１４１９Ａの入力面に０〜５００Ｖ程度の電圧を印加することで引き込み量を増加させることができる。

シンチレータ１４１９Ａは、入射された電子を、その電子の量に応じた強度の光に変換する。シンチレータ１４１９Ａには、正電圧を印加可能とするとともに、電子から光に変換されたときに透過率を低減させないように、その表面（上面又は底面）に、電極として透明導電膜が被覆される。このようにして、シンチレータ１４１９Ａに入射した電子は光に変換されて、その光はライトガイド１４２０Ａに入射する。光はライトガイド１４２０Ａを伝達して、ＰＭＴ１４２１Ａに入射する。ＰＭＴ１４２１Ａは、入射された光を電子に変換し、さらにその電子に対して電子増幅を行ない、電子信号として出力する。この電子信号は、ＰＭＴ１４２１Ａに入射した光の強度に対応している。

なお、シンチレータ１４１９Ａの本数は８本に限られず、２本、４本、１２本、１６本、又は他の本数であってもよい。また、シンチレータ１４１９Ａは複数本でなく、１本であってもよい。複数本のシンチレータ１４１９Ａを用いることで、補集できる２次電子等の量を増加できる。また、複数本のシンチレータ１４１９Ａを用いることで、検出器１４Ａの場所による補集率の分布を測定して、２次電子等を均等に補集できているか、２次電子等の補集位置が偏っているかを検知することができる。

そして、２次電子等の補集位置が偏っている場合には、その補正を直ちに行なうことが可能である。捕集位置が偏っていると、ダメージの進行が場所によって異なることになる
ので、位置変動が起こったときに、異なる電流量（輝度）になる。このような場合には、その都度校正を行う必要が生じるので装置としてはロスタイムが多くなる。２次電子等を均一に捕集できている場合には、状態変動時においても直ちには輝度変動がない状態で動作できるので、捕集位置の偏りの検知とその補正を直ちに行なうことにより、正常状態に戻すことができる。

また、シンチレータの中に斜ミラーを内蔵してもよい。この場合、電子がシンチレータの表面で光に変換された後、その光はミラーによってＰＭＴ１４２１Ａに向けて反射されるので、光は効率よくＰＭＴ１４２１Ａに伝達される。さらに、斜ミラー表面に電子／光変換膜がコーティングされてもよい。この場合には、ミラー表面で電子／光変換が行われるので、変換後直ちにＰＭＴ方向に反射されて、効率よくＰＭＴに光を伝達できる。

８．バルブ機構
上述のように、電子銃ハウジング６０Ａ内は、真空ポンプ４０Ａによって真空状態にされる。電子線検出装置１００には定期的なメンテナンスが必要とされるが、メンテナンスの際に、電子銃ハウジング６０Ａの真空状態を保持するために、バルブ構造が用いられる。すなわち、電子銃ハウジング６０Ａをバルブによって密閉空間とすることで、メンテナンスの際にも電子銃ハウジング６０Ａを真空状態に保つことができる。

図２５は、本実施の形態のバルブ構造を示す図である。上述のように、電子銃ハウジング６０Ａ内には、電子銃３０Ａが備えられており、真空ポンプ４０Ａによって真空状態とされている。メンテナンスの際には、この電子銃ハウジング６０Ａを含む電子コラム９０７Ａが大気中に晒されることになるが、この場合に、バルブ６１Ａを閉めて電子銃ハウジング６０Ａを密閉する。

電子銃ハウジング６０Ａには、照射ビームＩＢを通過させる位置にハウジング孔６２Ａが設けられている。電子銃ハウジング６０Ａの下方にはバルブ６１Ａが設けられる。バルブ６１Ａには、電子銃ハウジング６０Ａに対応する位置にバルブ孔６１２Ａが設けられる。そして、バルブ６１Ａにおける電子銃ハウジング６０Ａに対向する面（上面）には、Ｏリング６１３Ａが設けられる。

電子線検査装置１０００Ａの使用時には、バルブ６１Ａは、Ｂ位置に位置する。Ｂ位置では、バルブ６１Ａのバルブ孔６１２Ａと電子銃ハウジング６０Ａのハウジング孔６２Ａとが一致する。Ａ位置では、Ｏリング６１３Ａがそれぞれ電子銃ハウジング６０Ａのハウジング孔６２Ａを囲う。メンテナンスの際に電子銃ハウジング６０Ａを閉じる際には、バルブ６１Ａは、Ｂ位置からＡ位置に移動して、Ａ位置からさらに上方に移動することで、Ｏリング６１３Ａによって、電子銃ハウジング６０Ａのハウジング孔６２Ａを閉じて、電子銃ハウジング６０Ａを密閉状態とする。なお、バルブ６１ＡのＢ位置からＡ位置への移動、及びＡ位置からＢ位置への移動において、横方向の移動と縦方向の移動を任意に組み合わせてよく、斜めに移動してもよい。

このように、本実施の形態においては、バルブ６１Ａに照射ビームＩＢを通過させるバルブ孔６１２Ａと電子銃ハウジング６０Ａを密閉するためのＯリング６１３Ａとを形成し、バルブ６１Ａを横方向にずらすことで、バルブ６１Ａのハウジング孔６２Ａが電子銃ハウジング６０Ａのハウジング孔６２Ａと一致させたり、Ｏリング６１３Ａが電子銃ハウジング６０Ａのハウジング孔６２Ａを囲ったりできるので、簡単な操作で電子銃ハウジング６０Ａからの照射ビームＩＢを通過させたり、電子銃ハウジング６０Ａを密閉したりできる。

図２６は、本実施の形態のバルブ機構の他の例を示す図である。上述のようなバルブ機
構は、図２６に示すように、筒体５０Ａの下端部に設けてもよい。筒体５０Ａの下端部には、照射ビームＩＢを通過させる位置に筒体孔５２が設けられている。電子線検査装置１０００Ａの使用時には、バルブ６１Ａは、Ｂ位置に位置する。Ｂ位置では、筒体５０Ａの筒体孔５２とバルブ６１Ａのバルブ孔６１２Ａとが一致する。Ａ位置では、Ｏリング６１３Ａがそれぞれ筒体５０Ａの筒体孔５２を囲う。

メンテナンスの際に電子銃ハウジング６０Ａ及び筒体５０Ａを閉じる際には、バルブ６１Ａは、Ｂ位置からＡ位置に移動して、Ａ位置からさらに上方に移動することで、Ｏリング６１３Ａによって、筒体５０Ａの筒体孔５２を閉じて、電子銃ハウジング６０Ａ及び筒体５１で構成される空間を密閉状態とする。なお、バルブ６１ＡのＢ位置からＡ位置への移動、及びＡ位置からＢ位置への移動において、横方向の移動と縦方向の移動を任意に組み合わせてよく、斜めに移動してもよい。

この実施の形態においても、バルブ６１Ａに、照射ビームＩＢを通過させるバルブ孔６１２Ａと電子銃ハウジング６０Ａ及び筒体５０Ａで構成される空間を密閉するためのＯリング６１３Ａとを形成し、バルブ６１Ａ横方向にずらすことで、バルブ６１Ａのバルブ孔６１２Ａを筒体５０Ａの筒体孔５２と一致させたり、Ｏリング６１３Ａが筒体５０Ａの筒体孔５２を囲ったりできるので、簡単な操作で電子銃ハウジング６０Ａからの照射ビームＩＢを通過させたり、電子銃ハウジング６０Ａ及び筒体５０Ａで構成される空間を密閉したりできる。
９．デフレクタ

デフレクタは、電子銃３０Ａから照射される照射ビームＩＢを走査のために偏向する。図２７は、従来のデフレクタの構成を示す図である。デフレクタ１７０Ａは、単一の板材の電極からなり、電子線路に孔が形成されている。デフレクタ１７０Ａの孔を通過する照射ビームＩＢは、電圧の大きさに応じた角度だけ変更される。デフレクタ１７０Ａには、±６０Ｖの交流電圧が印加される。デフレクタ１７０Ａに交流電圧を印加することにより、その電圧振幅に従って照射ビームＩＢが偏向されて、照射ビームＩＢによる試料の走査が行われる。この従来の構成によれば、デフレクタ１７０Ａに印加する±６０Ｖの交流電圧の周波数を上げようとしても限界があり、それによって照射ビームＩＢの走査の周波数も制限されることになる。

図２８は、本実施の形態のデフレクタの構成を示す図である。本実施の形態のデフレクタ１８０Ａは、２枚の板状の電極１８１Ａ及び１８２Ａからなる。両電極１８１Ａ及び１８２Ａには、それぞれ、電子線路に孔が形成されている。この孔を通過した照射ビームＩＢは、各電極１８１Ａ及び１８２Ａに印加された電圧に応じた角度だけ偏向する。本実施の形態では、上側電極１８１には±５５Ｖの交流電圧を印加し、下側電極１８２Ａには、±５Ｖの交流電圧を印加する。

デフレクタ１８０Ａでは、上記の構成によって、上側電極１８１Ａに印加する交流電圧を用いてマクロ走査を行い、下側電極１８２Ａに印加する交流電圧を用いてミクロ走査を行なう。マクロ走査を行なうために上側電極１８１Ａに印加される交流電圧の周波数は、ミクロ走査を行なうために下側電極１８２Ａに印加される交流電圧の周波数よりも大きい。上側電極１８１Ａによってある基準方向に偏向されている照射ビームＩＢに対して、下側電極１８２Ａに印加された電圧を振幅させることで、当該基準方向を基準とする小さな範囲で照射ビームＩＢがさらに偏向されて、試料を走査する（ミクロ走査）。この範囲内で可能な主走査及び副走査を行うと、上側電極１８１Ａに印加される電圧が変更されて、基準方向が偏向される（マクロ走査）。

そして、新たな基準方向を基準として、下側電極１８２Ａに印加された電圧を振幅させ
ることで、当該基準方向を基準とする小さな範囲で照射ビームＩＢがさらに偏向されて、試料を走査する（ミクロ走査）。このように、マクロ走査とミクロ走査を繰り返すことで、マクロ走査によって偏向可能な範囲内の走査が終了すると、ステージが移動して、次の新たな領域について、上記と同様のミクロ走査及びマクロ走査が行われる。

ミクロ走査では、±５Ｖという低電圧で照射ビームＩＢを偏向するので、周波数の高い電源を使用することができ、これにより、走査速度を速くして、試料の検査時間を短縮できる。

なお、第３の実施形態では、いわゆるシングルＳＥＭについて説明したが、電子銃ハウジング６０Ａ内に複数の電子銃３０を設けたいわゆるマルチＳＥＭとしてもよい。

第２の実施形態は、表面にパターンが形成された基板すなわちウエハや、露光マスクなどを検査対象として検査する検査装置を説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の検査装置及び検査方法の例であって、これらに限定されるわけではなく、その他の任意の試料に適用可能である。

図２９及び図３０Ａ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２９及び図３０Ａに示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置１は、更に、真空の主ハウジング３０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウエハに電位を印加する電位印加機構８３と、電子ビームキャリブレーション機構８５と、ステージ装置上でのウエハの位置決めを行うためのアライメント制御装置８７を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。電子光学装置７０は、鏡筒７１及び光源筒７０００を有している。電子光学装置７０の内部構造については、後述する。

＜カセットホルダ＞
カセットホルダ１０は、複数枚（例えば２５枚）のウエハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセットｃ（例えば、アシスト社製のＳＭＩＦ、ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個（この実施形態では２個）保持するようになっている。このカセットホルダとしては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ１０に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようになっている。カセットホルダ１０は、この実施形態では、自動的にカセットｃが装填される形式であり、例えば昇降テーブル１１と、その昇降テール１１を上下移動させる昇降機構１２とを備え、カセットｃは昇降テーブル上に図３０Ａ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３０Ａで実線図示の状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第１の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。また、昇降テーブル１１は図２９で鎖線図示の状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ、或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。

別の実施の態様では、図３０Ｂに示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（記載せず）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱２４は、角筒状の箱本体５０１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類およびファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケット（図示せず）、ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、ファンモータ５０７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー６０のロボット式の第１の搬送ユニット６１２により、基板を出し入れする。

なお、カセットｃ内に収納される基板すなわちウエハは、検査を受けるウエハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウエハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、ＣＭＰ、イオン注入等を受けた基板すなわちウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウエハが、カセット内に収納される。カセットｃ内に収容されるウエハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のウエハと後述する第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになっている。

＜ミニエンバイロメント装置＞
図２９ないし図３１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を外部から遮蔽する構造になっている。ミニエンバイロメント空間を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図３１に示されるように、ミニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に取り付けられていて、気体（この実施形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット２３１と、ミニエンバイロメント空間内において底壁２２２の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト２３２と、回収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２３３とを備えている。この実施形態では、気体供給ユニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気をつくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間２１内に配置された後述する第１の搬送ユニットによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウエハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間全面に亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャットダウンすることもできる。ハウジング２２の周壁２２３のうちカセットホルダ１０に隣接する部分には出入り口２２５が形
成されている。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３ないし０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空間内でなくその外側に設けてもよい。

排出装置２４は、前記搬送ユニットのウエハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置された吸入ダクト２４１と、ハウジング２２の外側に配置されたブロワー２４２と、吸入ダクト２４１とブロワー２４２とを接続する導管２４３と、を備えている。この排出装置２４は、搬送ユニットの周囲を流れ下り搬送ユニットにより発生する可能性のある塵埃を含んだ気体を、吸入ダクト２４１により吸引し、導管２４３、２４４及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側に排出する。この場合、ハウジング２２の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。

ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたアライナ２５は、ウエハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウエハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ウエハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出してウエハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくようになっている。プリアライナは請求項に記載された発明の検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このプリアライナ自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。

なお、図示しないが、プリアライナの下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナから排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するようにしてもよい。

＜主ハウジング＞
図２９及び図３０Ａにおいて、ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレーム３６上に配置された振動遮蔽装置すなわち防振装置３７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれたフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲む周壁３２３とを備えていてワーキングチャンバ３１を外部から隔離している。底壁３２１は、この実施形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。この実施形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置３３は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム３６が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置３７で阻止するようになっている。ハウジング本体３２の周壁３２３のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウエハ出し入れ用の出入り口３２５が形成されている。

なお、防振装置は、空気バネ、磁気軸受け等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のものでよいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。ワーキングチャンバ３１は公知の構造の真空装置（図示せず）により真空雰囲気に保たれるようになっている。台フレーム３６の下には装置全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。

＜ローダハウジング＞
図２９、図３０Ａ及び図３２において、ローダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジング本体４３を備え
ている。ハウジング本体４３は底壁４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間でウエハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口４３６及び４３７が形成されている。このローダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間２１と第１のローディングチャンバ４１との連通を選択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。シャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２７１、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装置２７３とを有している。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触してそれらに固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。更に、仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４６が設けられている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ハウジング２２とローダハウジング４０との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。

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３３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内に収容されていて次に欠陥検査されるウエハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバを採用することによって、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。

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２９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２９において左右方向）に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。そのホルダ５５のウエハ載置面５５１上にウエハを解放可能に保持する。ホルダは、ウエハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置５０は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面５５１上でホルダに保持されたウエハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図２９において上下方向）に、更にウエハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めできるようになっている。なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウエハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウエハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御したりする。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置されている。なお、ステージ装置５０は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。

電子ビームに対するウエハの回転位置やＸ、Ｙ位置を予め後述する信号検出系或いは画像処理系に入力することで得られる信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたウエハチャック機構は、ウエハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになっていて、ウエハの外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ウエハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランクピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。

なお、この実施形態では図３０Ａ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、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がカセットホルダに保持された二つのカセットｃの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセットｃ内に収容されたウエハを１枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図３０Ａに示すような状態）、アームがプリアライナ２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたウエハをプリアライナ２５に載せる。プリアライナから前記と逆にしてウエハを受け取った後は、アームは更に回転し第２のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ４１内のウエハ受け４７にウエハを受け渡す。なお、機械的にウエハを把持する場合にはウエハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウエハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。

第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ウエハの搬送をウエハラック４７とステージ装置の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。

上記ローダー６０では、第１及び第２の搬送ユニット６１及び６３は、カセットホルダに保持されたカセットからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０上への及びその逆のウエハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ウエハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウエハのウエハラックへの載置及びそこからの取り出し及びウエハのステージ装置への載置及びそこからの取り出しのときだけである。したがって、大型のウエハ、例えば直径３０ｃｍのウエハの移動もスムースに行うことができる。

＜ウエハの搬送＞
次にカセットホルダに支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウエハの搬送について、順を追って説明する。

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、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きまたカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮蔽する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０側に出入り口２２５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合
にはそのシャッタ装置が動作して出入り口２２５を開く。

一方、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この説明ではＭ１の方向）で停止しており、出入り口２２５が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されているウエハのうち１枚を受け取る。なお、アームと、カセットから取り出されるべきウエハとの上下方向の位置調整は、この実施形態では第１の搬送ユニット６１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行うが、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或いはその両者で行ってもよい。

アーム６１２によるウエハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャッタ装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム６１２は軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウエハをプリアライナ２５の上に載せ、そのプリアライナによってウエハの回転方向の向き（ウエハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ユニット６１はアームの先端にプリアライナ２５からウエハを受け取ったのちアームを縮ませ、方向Ｍ４に向けてアームを伸長できる姿勢になる。するとシャッタ装置２７の扉２７２が動いて出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸びてウエハを第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置２７が開いてウエハラック４７にウエハが受け渡される前に、仕切壁４３４に形成された開口４３５はシャッタ装置４６の扉４６１により気密状態で閉じられている。

上記第１の搬送ユニットによるウエハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置のハウジングの上に設けられた気体供給ユニット２３１からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウエハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施形態では供給ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジングの底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され再び気体供給ユニット２３１に戻される。

ローダハウジング４０の第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７内に第１の搬送ユニット６１によりウエハが載せられると、シャッタ装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ４１内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ４１内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバの真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャンバ４１内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置４６が動作して扉４６１で密閉していた出入り口４３４を開き、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が伸びて先端の把持装置でウエハ受け４７から１枚のウエハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して）。ウエハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１で出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ装置４６が開く前にアーム６３２は予めウエハラック４７の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャッタ装置４６が開く前にシャッタ装置４５の扉４５２で出入り口４３７、３２５を閉じていて、第２のローディングチャンバ４２内とワーキングチャンバ３１内との連通を気密状態で阻止しており、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気される。

シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じると、第２のローディングチャンバ内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６１のアームはワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ３１内のステージ装置
では、Ｙテーブル５２が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ₀−Ｘ₀が第２の搬送ユニット６３の回動軸線Ｏ₂−Ｏ₂を通るＸ軸線Ｘ₁−Ｘ₁とほぼ一致する位置まで、図３０Ａで上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図３０Ａで最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第２のローディングチャンバがワーキングチャンバの真空状態と略同じになると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り口４３７、３２５を開き、アームが伸びてウエハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置に接近する。そしてステージ装置５０の載置面５５１上にウエハを載置する。ウエハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。

以上は、カセットｃ内のウエハをステージ装置上に搬送するまでの動作に付いて説明したが、ステージ装置に載せられて処理が完了したウエハをステージ装置からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ウエハラック４７に複数のウエハを載置しておくため、第２の搬送ユニットでウエハラックとステージ装置との間でウエハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニットでカセットとウエハラックとの間でウエハの搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。

具体的には、第２の搬送ユニットのウエハラック４７に、既に処理済のウエハＡと未処理のウエハＢがある場合、
（１）まず、ステージ装置５０に未処理のウエハＢを移動し、処理を開始する。（２）この処理中に、処理済ウエハＡを、アームによりステージ装置５０からウエハラック４７に移動し、未処理のウエハＣを同じくアームによりウエハラックから抜き出し、プリアライナで位置決めした後、ローディングチャンバ４１のウエハラック４７に移動する。
このようにすることで、ウエハラック４７の中は、ウエハＢを処理中に、処理済のウエハＡが未処理のウエハＣに置き換えることができる。

また、検査や評価を行うこのような装置の利用の仕方によっては、ステージ装置５０を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのウエハラック４７からウエハを移動することで、複数枚のウエハを同じ処理することもできる。

図３４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３４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３５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３５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と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。

上記の実施形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（Ａ）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
（Ｂ）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
（Ｃ）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを、一体的に振動防止装置を介して支持したので、外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。

＜電子検査装置＞
図３６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。ここでは、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、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（検出ユニット）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。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 CoupledDevice）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３７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３７において、異物検査装置は、試料キャリア（ロードポート）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（電子光学系）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。

以上説明した検査装置の１次光学系４０について詳しく説明する。１次光学系４０は、電子ビームを照射して試料２０の表面に導く。しかしながら、試料２０の表面に電子ビームが照射されると、照射されている領域と照射されていない領域との境界付近に、カーボンの堆積（いわゆるカーボンコンタミ）が発生したり、電子ビームが照射された領域が損傷したりする場合がある。そのため、観察時以外には試料に電子ビームが照射されないようにする必要があり、そのようにすることをブランキング処理という。

従来は、ブランキング処理を行うための専用の電極（あるいは磁極）を設け、この電極（あるいは磁極）に電圧を印加（あるいは磁場を発生）させて、電子ビームを大きく逸らすようにしていた。しかしながら、この場合、ブランキング用の電極（あるいは磁極）のために１次光学系４０が大型化してしまうという問題がある。
そこで、以下のようにして１次光学系４０の小型化を図る。

図３８は、第１の実施形態に係る１次光学系４０の概略構成を示す模式図である。１次光学系４０は、電子銃４１と、２段の静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２と、これらに挟まれた接地電極ＧＮＤと、アパーチャ部材４３とを有する。なお、静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２および接地電極ＧＮＤは、図３６におけるレンズ４２とアパーチャ４３との間に設けられ得る。

電子銃４１は、例えばレーザ光を照射する光源およびレーザ光を電子ビームに変換する光電変換面などから構成され、電子ビームを照射する。電子ビームの進路に沿って、かつ、電子銃４１と試料２０との間に、静電偏向器ＧＡ１、接地電極ＧＮＤ、静電偏向器ＧＡ２、アパーチャ部材４３が順に配置されている。

静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２は、１または複数（例えば４極）のアライメント電極を有し、電子ビームを偏向・走査する。すなわち、制御装置（不図示）からアライメント電極に印加される電圧に応じて、電子ビームを直進させたり、所望の方向に偏向したりすることができる。アライメント電極は、例えばアルミナ円盤をベースとし、四極子の形状に加工した後、各電極に相当する部分に金メッキを施し、さらに各電極への電圧印加を行うための給電端子を円盤側面に配置した構造とすることができる。

接地電極ＧＮＤは導電性材料で形成された筒状の電極であり、その内側を電子ビームが通る。接地電極ＧＮＤには接地電圧が基準電圧として供給され、対物レンズとしても作用する。

図３９は、アパーチャ部材４３の上面図である。図示のようにアパーチャ部材４３は円環形状であり、電子ビームが通過可能な開口４３ａと、電子ビームが通過できない遮蔽部４３ｂとから構成される。また、開口４３ａはアパーチャ部材４３の中央に設けられ、その直下に試料２０がある。

図４０Ａは、試料２０を観察する際の１次光学系４０の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２のアライメント電極に適切な電圧を印加することで電子ビームのアライメントが行われ、図示のように、電子ビームはアパーチャ部材４３の開口４３ａを通って、１次ビームとして試料２０に到達する。この１次ビームが試料２０に照射されることによって生じた２次ビームは、２次光学系６０を介して検出器７６上に結像する（図３６参照）。

図４０Ｂは、試料２０を観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２のアライメント電極に適切な電圧を印加することで電子ビームは大きく逸れ、アパーチャ部材４３の遮蔽部４３ｂに当たる。よって、電子ビームは試料２０には到達しない。

このとき、図４１に示すように、アライメント電極に印加する電圧を制御して、遮蔽部４３ｂの１か所ではなく、様々な位置に分散して電子ビームが当たるようにするのが望ましい。電子ビームによる汚染を分散させることができるためである。そのためには、静電偏向器ＧＡ１またはＧＡ２に少なくとも４極のアライメント電極を設け、印加される電圧を時間変調し、電子ビームが当たる位置を円環状に変化させることが考えられる。

このように、静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２のアライメント電極はアライナ機能およびブランキング機能の両方を持っており、印加する電圧によって、電子ビームに開口４３ａを通過させて試料２０に導くか、電子ビームを遮蔽部４３ｂで遮蔽して試料２０に導かないかを切替制御できる。

以上説明したように、第２の実施形態では、アライナを行うための電極を用いてブランキング処理も行う。そのため、ブランキング処理専用の電極（あるいは磁極）を設ける必要がなく、１次光学系を小型化でき、ひいては検査装置を小型化できる。

上述した第２の実施形態における図３８は、アパーチャ部材４３を設けてこれに電子ビームを導くことで、試料２０に電子ビームが照射されないようにするものであった。これに対し次に説明する変形例は、接地電極ＧＮＤを利用してブランキング処理を行うものである。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４２は、変形例に係る１次光学系４０’の概略構成を示す模式図である。１次光学系
４０’は、電子銃４１と、２段の静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２と、これらに挟まれた接地電極ＧＮＤとを有するが、図３８におけるアパーチャ部材４３がなくてもよい。また、本実施形態の接地電極ＧＮＤは、筒状であり、電子ビームの進行方向に沿う方向ができるだけ長いのが望ましい。

図４３Ａは、試料２０を観察する際の１次光学系４０’の電子ビームの進路を模式的に示す図である。静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２のアライメント電極に適切な電圧を印加し、接地電極ＧＮＤに接地電圧を供給することで電子ビームのアライメントが行われ、図示のように、電子ビームは１次ビームとして試料２０に到達する。この１次ビームが試料２０に照射されることによって生じた２次ビームは、２次光学系６０を介して検出器７６上に結像する。

図４３Ｂは、試料２０を観察しない際、つまりブランキング時の電子ビームの進路を模式的に示す図である。接地電極ＧＮＤに大きな電圧、より具体的には、電子銃４１からの電子ビームの加速電圧（例えば２ｋＶ）より絶対値が大きい（望ましくは５％以上大きい）負の電圧を印加することで、電子ビームの進行方向が変化し、静電偏向器ＧＡ２を通過しない。結果として、電子ビームは試料２０に到達しない。接地電極ＧＮＤにおける電子ビームの進行方向に沿う方向が長いほど、接地電極ＧＮＤに印加する電圧の絶対値を低くできる。

ここで、接地電極ＧＮＤによって進行方向が変えられた電子ビームが１次光学系４１内の静電偏向器ＧＡ１などを汚染することも考えられる。そのため、図４４に示すように、接地電極ＧＮＤを覆うフード７２３を設けてもよい。フード７２３の少なくとも一部は、接地電極ＧＮＤと電子銃４１との間、あるいは、接地電極ＧＮＤと静電偏向器ＧＡ１との間にある。フード７２３を設けることで、ブランキング処理時に接地電極ＧＮＤによって進行方向が変えられた電子ビームが飛散するのを抑制できる。

このように、接地電極ＧＮＤに印加する電圧によって、電子ビームが試料２０に到達するか、その進行方向が変えられて試料２０に到達しないかを切替制御できる。

以上説明したように、本変形例では、接地電極ＧＮＤを用いてブランキング処理を行う。そのため、ブランキング処理専用の電極（あるいは磁極）を設ける必要がなく、１次光学系を小型化できる。
なお、図３８や図４２に示す静電偏向器ＧＡ１，ＧＡ２や接地電極ＧＮＤの配置順や数はあくまで一例にすぎない。

５０：ステージ装置、４０：１次光学系、４１：電子銃、４３：アパーチャ部材、４３ａ：開口、４３ｂ：遮光部、７２３：フード、ＧＡ１，ＧＡ２：静電偏向器、ＧＮＤ：接地電極、６０：２次光学系、７６：検出器、２０：試料、３０Ａ：電子銃、１０Ａ，１２Ａ：静電偏向器、１１Ａ：接地電極、９０７Ａ、９０７Ａ’：ＳＥＭ

Claims (3)

1. ステージに載置された試料に電子ビームを照射して試料からの電子ビームを検出することにより、試料を観察する検査装置であって、
   前記電子ビームを照射する電子銃と、
   アライメント電極を有し、前記アライメント電極に電圧を印加することで前記電子ビームのアライメントを行う偏向器と、
   前記電子ビームが内側を通る筒状の接地電極と、を備え、
   前記接地電極に印加される電圧に応じて、前記電子ビームを前記試料に導くか否かを切替可能であり、
   前記試料の観察を行わない際のブランキング処理として、前記電子ビームの加速電圧より絶対値が大きい負の電圧が前記接地電極に印加されることにより、前記電子ビームは前記試料には到達しない、検査装置。
2. 前記電子ビームの加速電圧より絶対値が大きい負の電圧が前記接地電極に印加されることで、前記電子ビームの進行方向が変えられ、
   当該検査装置は、進行方向が変えられた電子ビームの飛散を防止するフードを備える、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記接地電極に接地電圧を供給することで、前記電子ビームが前記試料に導かれる、請求項１または２に記載の検査装置。