JP7280418B2 - 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（Ｌ
ａＢ₆）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５０
２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２
１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ＨＥ
ＰＡ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２
５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３
０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５
２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５
５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５５
１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６
１６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６１
２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２３
２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４
３７、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４
７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３
２１ａ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４
０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Ｌ
Ｅ２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４
０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７
０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（Ch
arge 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３
０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２
０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１
２０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１～２
８、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３
０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２
０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、Ｎ
Ａ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１
０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、Ｎ
Ａ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Ｎ
Ａ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１
３（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８
２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２０２
１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７
１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２
０２１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２
１１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 (3)

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。
2. 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１に記載の検査装置。
3. 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１または２に記載の検査装置。

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