JPWO2016125864A1 - 検査装置 - Google Patents

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Abstract

電子線検査装置において、電子ビームの軌道路を構成する鏡筒内部の基準電圧を高くし、二次電子による電子ビームの信号量や加速度の増大を実現し、分解能を高める。電子ビームを試料（３）表面に照射する一次電子光学系と、試料（３）から放出される二次電子を検出器（５）の電子検出面に結像させる二次電子光学系を備え、検出器（５）で検出された信号から試料（３）表面の電子像を取得して試料（３）を検査する電子線検査装置において、二次電子光学系が組み込まれる鏡筒内部に、内層（８２ａ）と外層（８２ｃ）に導電体、中間層（８２ｂ）に絶縁体が積層されてなる筒体（８）を設置し、この筒体（８）の内部に電子軌道路を形成するとともに、筒体の外側に二次電子光学系を構成する部材（Ｍｌａ）が配置された構成を有する。

Description

本発明は、検査装置に関する。
半導体基板の検査に、電子ビームを対象試料に照射し、試料から放出される二次電子を検出することで試料表面の電子像を得て試料を検査する電子線検査装置が知られている。
特開２００７−２９４８５０号公報 国際公開ＷＯ２００２／００１５９６号 特開２００７−４８６８６号公報 特開平１１−１３２９７５号公報 特許第４３３２９２２号公報 特許第３０１４２１０号公報
本発明の課題は、より高性能な検査装置を提供すること、また、そのために必要な技術を提供することである。
本発明の一態様によれば、以下に説明する検査装置が提供される。
検査装置を高性能化できる。
本発明の一実施形態の電子線検査装置の概略構成図である。 図１の電子線検査装置の電子コラムからステージに至る概略構成図である。 鏡筒の概略構成図である。 検出器の概略構成図である。 ＮＡアパーチャ機構の概略構成を示す図である。 筒体の概略構成を示す断面図である。 筒体の他の形態の概略構成を示す断面図である。 ビーム位置補正器の概略構成を示す断面図である。 図８中のＡ−Ａ線断面図（Ａ）とＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）である。 磁場レンズと小型磁場レンズの設置状態を示す図である。 検出器のセンサと筒体の端部の間に補正電極を設けた形態の概略構成図である。 図１１の補正電極を構成する分割電極（Ａ）と緩和電極（Ｂ）の概略平面図である。 図１１の補正電極の鏡筒への取り付け部分を拡大して示した図である。を構成する分割電極（Ａ）と緩和電極（Ｂ）の概略平面図である。 検出器にブランク部材を取り付けてセンサの周囲を囲った形態の概略構成図である。 従来の静電偏向器の一例の断面図である。 本実施形態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１７Ａの線Ａ−Ａに沿って見た図である。 図１６に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図１６の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。 一実施形態に係る本実施形態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１６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１６のローダハウジングを示す図であって、図１７の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。 ウエハラックの拡大図であって、［Ａ］は側面図で、［Ｂ］は［Ａ］の線Ｅ−Ｅに沿って見た断面図である。 主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。 主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。 図１６の検査装置の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。 本実施形態の一実施形態に係る図である。 （ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。 （ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。 （ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。 （ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。 （ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るメインチャンバ内と、メインチャンバの上部に設置された電子光学装置を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係る電子像追従式の電子線検査装置の構成を示す図である。 （ａ）本実施形態の一実施形態に係る二次ビームがウエハ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）本実施形態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）本実施形態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。 本実施形態の一実施形態に係る高速偏向器による偏向によって二次ビーム像に生じる偏向歪を説明する図である。 本実施形態の一実施形態に係る中間電極の構成を示す図である。 本実施形態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。 本実施形態の一実施形態に係る高速偏向器を二次ビームの進行方向から見た図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と各種信号のタイミングチャートを示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。 （ａ）試料であるウエハＷに形成されたダイを示す図である。 （ｂ）ステップアンドリピートによって順に取得されたフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を示す図である。 （ｃ）フレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を繋いだ合成画像を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。 （ａ）試料であるウエハＷに形成されたダイを示す図である。 （ｂ）ステップアンドリピートによって順に取得されたフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を示す図である。 （ｃ）画像処理装置におけるダイ−ダイ比較を説明する図である。 本実施形態の一実施の形態に係る電子線検査装置におけるダイ−ダイ比較検査のフロー図である。 本実施形態の一実施形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るビーム整形用多極子の構成を示す断面図である。 本実施形態の一実施形態に係るウエハの表面における視野領域の移動範囲と一次ビームの照射範囲との関係を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係る検査システムの構成を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係るセル−セル比較の場合のセル周期、及びダイ−ダイ比較の場合のエッジ許容値を説明する図である。 本実施形態の一実施形態に係る検査システムの動作を示すフロー図である。 本実施形態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５０に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図５０の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。 本実施形態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５２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）本実施形態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）本実施形態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）本実施形態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。 本実施形態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。 本実施形態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。 本実施形態の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図である。 本実施形態の一実施形態に係る対物レンズの磁束密度を示す図である。 本実施形態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５９に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図５９の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。 本実施形態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６１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）本実施形態の一実施形態に係る二次ビームがウエハ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）本実施形態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）本実施形態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。 本実施形態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。 本実施形態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。 （ａ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６の断面図である。（ｂ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６における一次ビームＢ１〜Ｂ４の出射位置を示す図である。 複数の電磁極９０を模式的に示す斜視図である。 シールド部材９１の断面を斜めから見た図を模式的に示す図である。 本実施形態に係るウィーンフィルター７２６における一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の集束特性を示す図である。 変形例に係るウィーンフィルター７２６の断面図である。 （ａ）比較例に係るウィーンフィルター７２６’の断面図である。（ｂ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６’における一次ビームＢ１〜Ｂ４の出射位置を示す図である。 比較例に係るウィーンフィルター７２６’における一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の集束特性を示す図である。
以下、本発明に係る複数の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
１：第１の実施形態
［技術分野］
本実施形態は、半導体基板のフォトマスクやウェハの回路パターンの欠陥や異物の有無の検査など、試料表面の極めて微細な状態を検査したり評価したりする際に利用される電子線検査装置に係り、電子ビームを面で試料に照射し、試料の二次元の電子像を検出器のセンサ面に結像させる写像投影方式の構造のものに関する。
［背景技術］
半導体集積回路の製造工程において、半導体基板の検査に、電子ビームを対象試料に照射し、試料から放出される二次電子（二次電子の他にミラー電子、反射電子などの放出電子を含み、これらを総称して二次電子という。）を検出することで試料表面の電子像を得て試料を検査する電子線検査装置が用いられている。
また、図１５に示されるように、チャージアップの発生を抑制するため、筒状基材２０００内に配置された静電電極２００１の内側に導電層２００２、外側に絶縁層２００３と導電層２００４を積層して静電偏向器を構成することが知られている（例えば上記特許文献１参照）。
［本実施形態の概要］
［本実施形態が解決しようとする課題］
近時の半導体製造技術の進展により、半導体デバイスの高集積化、回路パターンの微細化が進み、例えばウェハ上に１０ｎｍ〜２０ｎｍの線幅のパターンを形成する製造装置の開発が露光技術の進歩により現実なものとなってきている。
かかる超微細なパターンの欠陥検査においては、ウェハ上に線幅１０ｎｍ〜２０ｎｍのパターンが形成され、マスク上ではこの４倍〜５倍、つまり４０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の線幅のパターンが形成されている場合、これらのパターンの欠陥の有無の検査では、ウェハ上は２ｎｍ〜５ｎｍのサイズの欠陥、マスク上では１０ｎｍ〜２５ｎｍのサイズの欠陥を認識する必要がある。しかし、従来の光学式の検査装置においては、分解能が不足し、パターン認識ができないのが実状である。分解能に優れるＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）方式は、検査画像の取得に多大の時間を要し、半導体回路の製造ラインで利用することは困難である。
分解能を高めるべく二次電子による電子ビームの信号量や加速度の増大を実現するには、電子ビームの軌道路を構成する鏡筒内部の基準電圧を高くすることが必要となる。
しかし、従来の電子線検査装置は、通常、電子ビームの軌道路内をＧＮＤの基準に設定して用いる構造となっており、軌道路内を高電圧にするための手段や機能を備えた構造のものはない。
分解能を高めるための手段として、静電レンズや偏向器を用いたのでは、鏡筒のサイズが大きくなり、高電圧を供給するための高価な電源が必要となり、前記図１５に示されるように、鏡筒内に組み込まれる各磁場レンズを多層構造に構成したのでは、鏡筒内の電子通過領域の断面積が大きくなり、コイルサイズや使用電力も大きくなって鏡筒が大型化してしまうという問題がある。
鏡筒を大型化することなく、従来構造の装置よりも検査の分解能を高めるためには、鏡筒内部の基準電圧を高くする機能を備えた新たな装置の開発が必要である。
前記の通り、ＳＥＭ方式は分解能に優れるが、マスク上で２０ｎｍの欠陥を検出しようとすると、回路パターンに電子ビームを複数回走査させなければならず、一つのマスクの検査に時間がかかり過ぎてしまう。既存のＳＥＭ方式を用いて半導体製造ラインに設置される検査装置の仕様を達成することは技術的に困難である。
ＰＥＭ（写像投影方式電子顕微鏡）方式の検査装置であれば、電子ビームを面でマスクに照射し、マスクから放出される二次電子による二次元の検査画像を検出器のセンサ面に生成するため、マスクの検査を短時間で行うことが可能であるが、微細な構造の検査や解析をより高精度且つ高速度で行えるようにするには、二次電子による電子ビームの軌道路である鏡筒内部の基準電圧を高電圧して電子ビームを高エネルギー化することが不可決であり、また、量産仕様に沿った半導体の製造ラインに設置して使用するためには、検査装置をコンパクトに構成するという要請も満たす必要がある。
本実施形態は従来の技術が有するこのような問題点に鑑み、超微細パターンなどの試料面の微細な観察像を高精度且つ高分解能で取得して、試料の欠陥検査を高速度で行うことができ、半導体集積回路の製造ラインにおいて実用可能なコンパクトな構成の電子線検査装置を提供することを課題とする。
［課題を解決するための手段］
前記の通り、従来の検査装置にあっては、鏡筒内部の基準電圧を高くするため手段、機能はなく、そもそも基準電圧を高くすること自体が困難である。
電子ビームの軌道路内をＧＮＤの基準に設定している従来構造の装置にあっては、電子ビームの信号量や加速度の増大を図るには、試料電位を負の高電圧に設定するしかなく、これでは電子ビームが高電子量となることに伴う電子反発による収差の増加を抑えることができず、鮮明な電子像が得られなくなって逆に検査の分解能は低下することとなる。また、電子ビームが入射するセンサ面を備えた検出器はＧＮＤ電位で作動させる必要があるため、試料電位が高圧であるとセンサのリップル精度が不足し、さらに高電位の電子ビームが入射することでセンサ面に大きなダメージを及ぼし、劣化が著しく実用的ではない。
そこで、前記課題を解決するべく本実施形態は、電子ビームを試料表面に照射する一次電子光学系と、試料から放出される二次電子を検出器の電子検出面に結像させる二次電子光学系を備え、検出器で検出された信号から試料表面の電子像を取得して試料を検査する電子線検査装置において、二次電子光学系が組み込まれる鏡筒内部に、内層と外層に導電体、中間層に絶縁体が積層されてなる筒体を設置し、この筒体の内部に電子軌道路を形成するとともに、筒体の外側に二次電子光学系を構成する部材が配置された構成を有することを特徴とする。
これによれば、本実施形態の前記構成を採用することで、鏡筒内部における電子ビームの軌道路の基準電圧を高くする機能を備えた装置の開発が具現化される。そして、電子ビームを高電子量にしたときに生じる電子反発による収差の増加を抑制して収差低減及び処理能力の向上が図られ、鏡筒内部の基準電圧として、従来装置の２倍〜３０倍の高電圧を用いて、高エネルギーの電子ビーム像を形成することが可能となる。
また、電子軌道路の内面を筒体、その外側に各磁場レンズと磁場アライナを配置することで、磁場レンズ類の各々を導体と絶縁体の積層断面構造に設ける必要がなく、磁場レンズ類のコイルサイズや使用電力を小さくすることが可能となり、鏡筒をコンパクトなサイズに構成することができる。
前記構成の電子線検査装置において、電子軌道路の絶縁性を高めるため、筒体を構成する中間層の絶縁体の上下端部に外方へ張り出した鍔部をそれぞれ設けて、内外層の導電体の端部間の沿面距離を増大させた構成とすることが好ましい。また、筒体を構成する中間層の絶縁体が、下端部に薄肉の段差部を有する上部絶縁体と上端部に薄肉の段差部を有する下部絶縁体からなり、互いの段差部を接合し継ぎ合わせて、一体の筒体を構成することができる。
また、本実施形態は、前記構成の電子線検査装置において、鏡筒の検出器前段の電子軌道路上に、電子軌道路に面する内面に導電体、その外側に絶縁体を重ねて筒状に形成されていて、その上方から中央に円形断面空間を有する上部、多面形断面空間を有する中間部、及び円形断面空間を有する下部を連ねた形状に設けられ、且つ上部の円形断面空間は下部に接続する筒体の内径よりも大きくして設けられているとともに、前記中間部の多面断面空間部の外側の絶縁体内部に偏向用コイルを設けて構成されたビーム位置補正器が設置された構成を有することを特徴とする。
これによれば、電子線検査装置のステージの稼働により発生する振動や磁場変動により、電子軌道路中を通る電子ビームの位置も変動を来たすが、これをビーム位置補正器により高精度で補正して、電子ビームが本来入射する検出器センサ面の素子位置に、電子ビームの位置を正確に補正することができる。
前記偏向用コイルは、高速で高精度の偏向動作を達成するため、電子軌道路を通る電子ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向可能に設け、１〜１００ｋＨｚの偏向周波数に対応可能に構成してあることが好ましい。
また、前記中間部は、例えば内部が正方形断面の空間部となるように周囲に四面を配置し、各面内に設けた偏向用コイルにより、電子ビームの軌道をＸ，Ｙ方向に偏向し得るように形成することができる。多面形断面空間部は、内部を空間部として周囲を８面形や１２面形、或いはそれ以上の多面形に形成し、各周面の外側に偏向用コイルを設けて、前記空間部を通る電子ビームの軌道を多面に配置した偏向用コイルにより高精度で制御できるように構成してもよい。
前記構成の検査装置において、鏡筒の電子軌道路内に筒体よりも大径の拡幅部が複数設けられ、鏡筒の外部に設けられていて真空ポンプと接続した排気管と各拡幅部が接続管で接続された構成を有することが好ましい。
電子軌道路内の真空度が低い場合、電子と残留ガス粒子との反応によってコンタミが生成され、それが軌道路内壁やアパーチャ（開口部）、検出器のセンサ面に付着して性能劣化を来たすことがある。本実施形態によれば、電子軌道路上で、磁場レンズ類が配置される部分には筒体が設置され、その他の部分は大径の拡幅部として広い断面領域を確保しており、各拡幅部に接続された排気管を通して電子軌道路内を効率的に真空排気することができるので、電子軌道路内を高真空排気して高い真空度に保つことができ、コンタミの付着による性能劣化を効果的に防止することができる。
真空ポンプと接続した排気管は、鏡筒の電子軌道路内の５倍以上の排気性能（コンダクタンス）を備えていることが好ましい。
前記構成の検査装置において、鏡筒に組み込まれた二次電子光学系は、試料側から対物レンズ、ビーム分離器、リレーレンズ、ＮＡ機構、ズームレンズム機構、拡大レンズ機構、ビーム位置補正器及び検出器の順で配置されており、結像倍率に関わりなく、ＮＡ機構の開口位置にクロスオーバーが形成されるようにした構成を有することが好ましい。
また、ＮＡ機構は、複数の開口部（例えば径の異なるアパーチャ等）を設置可能であり、それぞれＸ方向とＹ方向に沿って変位し得るように構成されているとともに、前記開口部に高電圧、例えば０〜１００ｋＶ程度までを印加する機能及び開口部を通る電子ビームの吸収電流測定機能を有することが好ましい。
ＮＡ機構の開口位置にクロスオーバーが形成されるようにし、その後段にズームレンズ系を配置することにより、倍率変動時にクロスオーバー位置が変動することなく、高精度の電子ビーム像を得ることができる。
また、前記構成の検査装置において、筒体の外側に配置された磁場レンズの近傍に補助用の小型磁場レンズが設置された構成を有することが好ましい。
これによれば、磁場レンズの動作により電子ビーム、或いは電子像の回転が起きた際に、小型磁場レンズを作動して所定のＸ，Ｙ方向に電子ビームや電子像を回転変位させて、その位置を調整することが可能となる。
さらに、前記構成の検査装置において、検出器がそのセンサ面に沿って変位又は回転可能に設けられていること、すなわち検出器に回転機構を装備させてセンサの素子の配置方向を変位し得るように設けられていることが好ましい。
これによれば、鮮明な電子像を得るために、試料が保持されたステージの移動方向とセンサの素子の配置パターンの方向を合わせることが有効であり、また、前記補助用の小型磁場レンズにより電子ビームや電子像の回転方向の位置調整が可能であることと相俟って、電子ビームや電子像の検出器のセンサ面への入射位置のズレを極力微少にすることが可能であり、高ＭＴＦを達成して、高コントラストで高分解能の電子像を得ることができる。
またさらに、前記構成の検査装置において、検出器が、試料の引き出し電圧に対してセンサ面の電圧を適宜に調整可能に構成してあることが好ましい。
鏡筒内の基準電圧を高くして高エネルギーの電子像を形成する場合、検出器のセンサ表面が従来装置の如く接地（ＧＮＤ）されていると、試料の電位がＧＮＤの場合は電子ビームが検出器の手前で減速して検出器に入射せず、センサ面に電子像を形成することができない。また、試料に負電圧を印加すると、試料周囲の絶縁構造や配線の複雑さが増加してコスト高及びステージ精度の低下を来たす。この場合は、試料の負電圧と検出器との電圧差のエネルギーで電子ビームは検出器に入射することとなる。すなわち、試料電圧と検出器の電圧の差を適切に設定できるように設けることが安定動作確保のために重要となる。
本実施形態によれば、検出器のセンサ面の電圧を調整可能に設けてあるので、電圧を適宜に調整することで電子ビームのセンサに対する入射エネルギーを制御してセンサのゲインが調整され、これにより、最適な輝度で高分解能の電子像を取得することが可能となる。センサの劣化も抑えられる。
試料の引き出し電圧に対するセンサ面の電圧は、−１０ｋＶ〜＋１０ｋＶの範囲で調整可能に設けることができる。高分解能の電子像を得るには、０〜１０ｋＶの範囲、さらには少なくとも３ｋＶ〜５ｋＶの範囲で調整可能に設けることが好ましい。
なお、試料と検出器の電圧の差（ΔＶ）が大きすぎると、例えばΔＶ＞１０ｋＶであると、電子ビームが高電子量であるためセンサ内部の電子衝突エネルギーが大きくなりすぎて、素子がダメージを受け、センサが早期に劣化してしまう。
前記構成の検査装置において、一次電子光学系により電子ビームが照射されて二次電子を放出する試料表面は接地（ＧＮＤ）されており、二次電子が前記高電圧の筒体内部を通って検出器のセンサ面に入射させるには、試料表面との電位差を検出器に与えて、例えば０〜＋１０ｋｖの入射エネルギーを二次電子が持った状態で検出器のセンサに入射するように設ける必要がある。
この場合に、電子ビームの入射エネルギーに対応させて０〜＋１０ｋｖで制御させるセンサに対して、カメラをＧＮＤ電位で作動させることは、センサとカメラの間の絶縁を図ることが構造的に難しく実用的ではなく、カメラを含む検出器全体をセンサと同じ電位で作動するように構成することが好ましい。さらに、カメラを含む検出器自体を、筒体に付加される高電圧と同等の電圧に耐えうるような耐圧構造とすることは困難である。
よって、前記構成の検査装置において、検出器はフローティング電源（非接地配線方式）により作動するように構成することが好ましい。そして、検出器と筒体の間に絶縁フランジ等を配置して両部材の絶縁を確保し、また、フローティング電源で作動するカメラを含む検出器の周囲を絶縁カバーで囲うように設けてあることが好ましい。
前記構成の検査装置において、検出器をフローティング電源により作動させる場合、センサを含む周囲の部材、例えばカメラやそのフランジなどの構成部材が同電位にしないと部材間の絶縁が必要となって設計が難しく、また、絶縁物を挟むと信号配線が長くなって通信速度の遅延をもたらすことになる。
よって、前記構成の検査装置において、検出器のセンサ、座板及び座板上に設置されたカメラの電位が同電位となるように構成してあることが好ましい。
この場合、鏡筒の外側は接地されており、検出器は鏡筒の上端に配置された状態で鏡筒との境界に絶縁フランジのような絶縁物を設置して、確実に電気的絶縁が確保されるように構成する必要がある。また、この絶縁物が鏡筒内部の電子軌道路に露出しているとチャージアップが生じる虞があることから、絶縁物と電子軌道路の間に検出器と同電位のブランク材を設置し、ブランク材で電子軌道路と絶縁物とを隔てることで、センサ面とその周辺の電位分布が均等に保たれるようにすることが好ましい。
前記のように検出器をフローティングにして動作させ、試料の引き出し電圧に対してセンサ面の電圧を調整可能に構成することで、二次電子のセンサへの入射エネルギーを適宜に変えることができ、これにより検出器のゲインを制御することが可能となる。
センサ入力面の一画素当りの電子の入力数はセンサの仕様で決まり、センサに入力した電子の数をセンサ内で増加させる割合であるゲインが決まると、得られる電子像である画像のノイズレベルが決まる。例えばゲインを下げた場合に、センサの一画素当りに入力する電子の数を増やすことが可能となり、これにより画像のノイズの比率が下がることになる。つまり、ゲインを変えることでセンサに入射する電子の数をコントロールすることができ、センサ面の電圧を適宜に調整して二次電子の入射エネルギーを制御し、センサのゲインを調整することで、センサへの入射電子数を所望の数に制御して画像のノイズレベルを上げたり下げたりするなどのノイズレベルを所望の比率に調整することが可能となる。
前記構成の検査装置において、鏡筒内の筒体に高電圧で印加される試料の引き出し電圧（例えば試料の電位がＧＮＤ、筒体内面の高圧印加部が１０ｋＶ以上の高圧のとき）に比べて、検出器のセンサ面の電圧が小さく電位差が大きい場合に、二次電子は筒体内部を通ってセンサ面に入射する経路上で、電位差により移動速度が急激に減速し、この際、センサの周辺部分の画像に歪みが生じることがある。この画像の歪みは、センサの周辺部分が特に大きく生じ、センサの中央部分の画像を解析するのには支障はないが、センサ全面に亘る広い領域の画像を解析しようとした場合に、綺麗な画像が得られず、解析精度は低下する。
よって、前記構成の検査装置において、二次電子に急激な電圧変化を与えることに起因して生じる画像の歪みを制御するため、検出器のセンサの入力面の前方に、センサに対する二次電子の入射速度及び入射位置を制御するための補正電極が設置されていることが好ましい。
前記補正電極は、例えば鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた板状の緩和電極により構成することができる。
また、鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた板状の電極であって当該貫通孔の周方向に沿って等間隔で、且つ貫通孔を挟む対向位置を一対として複数対に分割された分割電極を含んで構成することができる。
補正電極は、高電圧が印加された筒体の上端と検出器のセンサとの間の電界を緩和することを目的として設置されるものであり、例えば前記緩和電極と分割電極を組み合わせ、電子軌道路上で分割電極をセンサに近い側に配置して両電極を間に絶縁物を介して平行に並べ、それぞれの電極に筒体に印加される引き出し電圧と検出器のセンサ面の電圧との電圧差の範囲内の電圧を印加し、二次電子に何段階かの電圧の変化を与えるようにすることで、急減な電圧変化による画像の歪みの発生を抑制するように機能するものである。
例えば、前記のように緩和電極と分割電極を配置し、筒体内部電圧（ＶＨ）として筒体に５０ｋＶが印加され、検出器のセンサ面の電圧（ＶＳ）が５ｋＶである場合に両部材間の電位差を緩和するにあたり、緩和電極（ＶＣ１）に２０ｋＶを印加して減速電界を生じさせ、緩和電極内を通る二次電子を２０ｋＶの印加電圧速度に緩和させた状態で、分割電極（ＶＣ２）の対となっている各電極に２０ｋｖ±５ｋｖ（ＶＣ１±ΔＶ）の電圧を各々印加して、センサ面に向かう二次電子の進行方向を適宜且つ強制的に調整することで、センサ全体に亘り正確な位置に二次電子を入射させ、画像に歪みが発生することを抑止するようになっている。
さらに、例えば以下の関係を有していればより好ましい。
ＶＣ１＝０．４〜０．６×ＶＨ
ＶＣ２＝ＶＣ１±ΔＶ
ΔＶ＝０．２〜０．７×ＶＣ１
なお、補正電極は、少なくとも一つの緩和電極と一つの分割電極を平行に並べて構成されていることが好ましいが、緩和電極と分割電極をそれぞれ複数枚平行に並べて構成されていてもよい。緩和電極は、中央に円形の貫通孔が開けられた電極であれば、板状の電極の他にブロック状や他の形状の電極を用いることができる。また、分割電極は、貫通孔の周方向に沿って電極が四分割された構成のものが好適に用いることができるが、８分割や１２分割された構成のものを用いてもよい。
［図面の簡単な説明］
［図１］本実施形態の一実施形態の電子線検査装置の概略構成図である。
［図２］図１の電子線検査装置の電子コラムからステージに至る概略構成図である。
［図３］鏡筒の概略構成図である。
［図４］検出器の概略構成図である。
［図５］ＮＡアパーチャ機構の概略構成を示す図である。
［図６］筒体の概略構成を示す断面図である。
［図７］筒体の他の形態の概略構成を示す断面図である。
［図８］ビーム位置補正器の概略構成を示す断面図である。
［図９］図８中のＡ−Ａ線断面図（Ａ）とＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）である。
［図１０］磁場レンズと小型磁場レンズの設置状態を示す図である。
［図１１］検出器のセンサと筒体の端部の間に補正電極を設けた形態の概略構成図である。
［図１２］図１１の補正電極を構成する分割電極（Ａ）と緩和電極（Ｂ）の概略平面図である。
［図１３］図１１の補正電極の鏡筒への取り付け部分を拡大して示した図である。を構成する分割電極（Ａ）と緩和電極（Ｂ）の概略平面図である。
［図１４］検出器にブランク部材を取り付けてセンサの周囲を囲った形態の概略構成図である。
［図１５］従来の静電偏向器の一例の断面図である。
本実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、例えば半導体の回路パターンを検査する写像投影型観察装置に適用した本実施形態の電子線検査装置の概略全体構成を示している。同図に示されるように、電子線検査装置１０００は、試料キャリア（ロードボート）１００と、ミニエンバイロメント２００と、ロードロック３００と、トランスファチャンバ４００と、メインチャンバ５００と、防振台６００と、電子コラム７００と、画像処理ユニット８１０と制御ユニット８２０を有する処理ユニット８００と、ステージ９００とを備えて構成されている。電子コラム７００は、メインチャンバ５００の上部に取り付けられている。
試料キャリア１００には、検査対象となる半導体回路などの試料が収納されている。ミニエンバイロメント２００には、図示され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などが設けられている。試料キャリア１００内の試料は、ミニエンバイロメント２００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われる。アライメントされた試料は、大気中の搬送ロボットによりロードロック３００に搬送される。
ロードロック３００は、図示されない真空ポンプにより、その内部が大気から真空状態へと排気され、圧力が一定値（例えば１Ｐａ）以下になると、前記試料が、トランスファチャンバ４００に配置された図示されない真空中の搬送ロボットにより、メインチャンバ５００へと搬送される。このように、常に真空状態であるトランスファチャンバ４００に搬送ロボットが配置されているので、圧力変動によりパーティクルなど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５００の内部には、Ｘ方向、Ｙ方向、及びθ（回転）方向に移動するステージ９００が設けられている。ステージ９００上に、後述する試料保持装置６が設置され、前記トランスファチャンバ４００からメインチャンバ５００へと搬送された試料が試料保持装置６でステージ９００上に保持される。メインチャンバ５００は、図示されない真空制御系により真空状態が維持されるように制御される。また、メインチャンバ５００は、前記ロードロック３００及びトランスファチャンバ４００とともに防振台６００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５００には、一つの電子コラム７００が設置されている。この電子コラム７００からの検出信号は、画像処理ユニット８１０に送られて処理される。制御ユニット８２０は、画像処理ユニット８１０などを制御し、この制御により画像処理ユニット８１０は、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の処理動作が可能となっている。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、後に信号処理が行われる。
画像処理ユニット８１０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、また、必要に応じて、コンソールのモニ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、欠陥マップ、欠陥サイズ分布／マップ、欠陥分類、パッチ画像などである。
図２及び図３は、前記チャンバ５００に設置されたステージ９００を含む電子コラム７００の概略構成を示しており、図中、符号１は一次電子光学系、２は二次電子光学系、３は試料、４はビーム補正器、５は検出器、６は試料保持装置、７は鏡筒、８は筒体、９は排気管、１０は真空ポンプをそれぞれ示している。
一次電子光学系１は、電子ビーム供給手段である電子銃（図示せず）、電子ビームの形状を制御するレンズ１１、電子ビームの進行方向を制御するアライナ１２を備えて構成してある。一次電子光学系１は、電子銃から放出された電子ビームを、レンズ１１でその形状を整え、さらにアライナ１２でその進行方向を制御して、試料保持装置６上に保持された試料３に導くように設けてある。
二次電子光学系２は、静電電極２１、レンズ２２、ビーム分離器２３、レンズ２４、ＮＡ（開口）機構２５、拡大レンズ２６，２７、投影レンズ２８及びビーム補正器４を備えて、一次電子光学系１によって導かれた電子ビームが試料３に照射されることにより試料表面から放出される二次電子を、前記各レンズ類により検出器５のセンサ面に結像させるように構成してある。
図３に示されるように、磁場レンズＭＩａ、磁場アライナ（図示せず）は、各レンズの中心に電子ビームの軌道を調整するために各レンズ付近に設けられており、また、磁場レンズＭＩａと磁場アライナを含む二次電子光学系２を構成する前記各部材は、鏡筒７の電子軌道路７１に沿って設けられた筒体８の外側に配置されている。
詳しくは、本形態における二次電子光学系２は、従来装置よりも収差を大幅に小さくするため、以下のように構成してある。
先ず、試料３の上方に静電電極２１を配置して、電子軌道路７１を通る電子ビームのエネルギーが高くなるように、試料３の引き出し電圧（例えば、試料と筒体内面に印加される電圧差、又は静電電極が設置されている場合は試料と静電電極に印加される電圧差）を従来装置の１．５倍〜１５倍程度の大きさに設定してある。
また、電子ビームの照射により試料表面又は試料近傍から放出された二次電子を、レンズ２２によりビーム分離器２３の中心部に結像して、ビーム分離器２３による電子像の収差及び歪みが低減されるように設けてある。
さらに、レンズ２４によりＮＡ機構２５の開口位置にクロスオーバーを形成し、ＮＡ機構２５の後段に設けたズームレンズ２６，２７と投影レンズ２８とで所定倍率に拡大された後、ビーム補正器４で結像位置が補正されて検出器５に高精度の電子像が結像されるように設けてある。ＮＡ機構２５とビーム補正器４の構成は後述する。
検出器５は、例えば二次電子を倍増するＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）と、倍増された電子を光に変換する蛍光板と、変換された光信号を画像信号として取り込むＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）−ＣＣＤカメラを用い、そのセンサ面に沿って適宜な角度回転し得るように設けてあるとともに、試料３の引き出し電圧に対してセンサ面の電圧を適宜な電圧に、例えば−１０ｋＶ〜＋１０ｋＶの範囲で調整可能な機能を備えて構成してある。検出器５のセンサ面への入射位置のズレを補正する方法については後述する。
詳しくは、図４に示されるように、検出器５は、そのセンサ５１を、中央にセラミック製のパッケージ５２ａを有する座板５２に支持させ、この座板５２を、真空に保持される電子軌道路７１にセンサ５１が臨むように向けるとともに、パッケージ５２ａの周辺部に設けられた座板５２のメタルフランジ５２ｂを、後述する鏡筒７の上端の開口部位であり接地（ＧＮＤ）される接続フランジ７３上に絶縁フランジ５３を介して取り付け、センサ５１の検出信号が座板５２上に設置されたカメラ５４に入力されるように設置して電気的に接続したカメラ５４とセンサ５１の電位を、バイアス電圧を発生する、電気的に非接地のフローティングの電源５６から電力供給を受けて−１０ｋＶ〜＋１０ｋＶの範囲で変化させることができるように構成してある。
また、検出器５は、そのセンサ５１、座板５２、座板５２上のカメラ５４などのセンサ５１を含む周囲の部材が、センサ５１と同電位となるように構成して、絶縁フランジ５３上に支持させてある。
なお、検出器５はフローティング電源５６で作動するように設けられており、安全のため、検出器５のカメラ５４などの電圧変化が起こる部位に対して作業者などが接触することを防止するため、絶縁フランジ５３上方からのカメラ５４の周囲に亘り絶縁カバー５５で囲ってあることが好ましい。座板５２のパッケージ５２ａとメタルフランジ５２ｂは、互いの内周縁部を銀ロウ付けや溶融接合により、或いはＯリングを挟んで気密的に接合することができる。絶縁カバー５５としては塩化ビニル樹脂やアクリル樹脂などの合成樹脂材を用いることができる。カメラ５４との絶縁距離が十分大きく確保されているときは、ステンレスやアルミニウムなどのメタルカバーを用いることができる。
検出器５は、電源５６から電力供給を受けてセンサ５１の入力面のバイアス電位を適宜に調整することで、電子軌道路７１内を高エネルギーで移動する二次電子がセンサ５１の前面で減速され、これにより検出器５のゲイン調整を可能とするとともに、二次電子が高エネルギーでセンサ５１に入射することによってセンサ素子内にダメージが蓄積されることを抑制し、検出器５の早期劣化を防止できるようになっている。また、センサ５１のゲインが二次電子の入射エネルギーにより変化する特性を利用して、バイアス電位を調整して二次電子の入射速度を適宜に調整することでセンサ５１のゲインを適宜に設定して、センサ５１の出力に適したゲインを選択することができるように設けてある。例えば、電子軌道路７１を通る二次電子数が多すぎてセンサ５１で検出される電子像が飽和するような場合には、センサ５１の電位を試料３の電位である試料電位に近づけて、二次電子の入射エネルギーを下げることでゲインが低下するように設定すれば、飽和しない適切な輝度の撮像を行うことが可能となる。
なお、かかる構成の検出器５を用いると、センサ５１の前面においてエネルギー変化をおこす二次電子による電子像が歪みなどを発生する場合がある。その場合、図３に示されるように、センサ５１の入力面前方に補正用の電極５８を設けて二次電子のセンサ５１に対する入射位置を補正することで、歪みなどの影響を低減してエネルギー変化に起因する電子像の劣化を抑制することが可能である。補正用の電極５８を配置した形態については後述する。
検出器５のセンサ面に結像された電子像は、検出器５で電気信号に変換されて画像データが形成され、この画像データは、前記画像処理ユニット８１０に送られて試料３の欠陥の判別などの検査処理が行われる。検出器５から画像処理ユニット８１０へのデータの転送は、図４に示されるように、光ファイバーを用いた絶縁ケーブル５７により行われ、これにより低ノイズで安全な機器間の通信・データ転送が可能となっている。検出器５は、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅｅｍ）−ＣＣＤカメラやＥＢ−ＴＤＩセンサを用いて構成されていてもよい。
試料保持装置６は、ステージ９００上に設けられた静電チャックからなり、この静電チャックに試料３が設置される。或いは試料３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。試料保持装置６は、試料３を保持した状態で、ステージ９００によって、その試料保持面をＸ方向やＹ方向、Ｚ方向（θ：回転方向）に沿って変位可能に設けてある。
鏡筒７は、図３に示されるように、その内部に一次電子光学系１から試料３に向かう一次電子と試料３から放出されて検出器５に至る二次電子が通る空間である電子軌道路７１を備え、両光学系の各部材を組み込んで構成してある。
試料３から検出器５に至る電子軌道路７１には筒体８が設置されて、当該筒体８の内側に電子軌道路７１を形成しており、二次電子光学系２を構成する前記各部材と各磁場レンズＭＩａ及び磁場アライナ（図示せず）は筒体８の外側に配置してある。
また、鏡筒７の電子軌道路７１の、筒体８及び磁場レンズＭＩａが配置されていない部分は、筒体８よりも大径の拡幅部７２となっており、各拡幅部７２と鏡筒７の外部に設けられた排気管９とを接続管９１で各々接続し、排気管９を通して真空ポンプ１０で電子軌道路７１内を高真空排気して、電子軌道路７１内を高い真空度に保つことができるように設けてある。
また、鏡筒７の拡幅部７２には、前記ＮＡ機構２５を設置することができる。
図５は拡幅部７２に設置されるＮＡ機構２５の一例の形態を示しており、ＮＡ機構２５は、開口部（アパーチャ等）２５ａを複数設置可能であり、それぞれＸ方向とＹ方向に沿って変位し得るように構成するとともに、開口部２５ａに高電圧を印加する機能及び開口部２５ａを通る電子ビームの吸収電流測定機能を具備した構成とすることができる。
詳しくは、鏡筒７の拡幅部７２の内部を、後述する筒体８の内層の導電体８２ａと外層の円筒管８１にそれぞれ通ずる導電体７２ａ，７２ｂで区画するとともに両導電体７２ａ，７２ｂ間に絶縁体７２ｃを設置して、これら導電体７２ａ，７２ｂ及び絶縁体７２ｃで囲われた電子軌道路７１中に、ＮＡ機構２５の移動機構２５ｂで支持された開口部２５ａを配置した構成としてある。
すなわち、ＮＡ機構２５の開口部２５ａとその周囲の電位は、電子軌道路７１内の基準電位と電位差があると電位差によって二次電子の軌道が曲がってしまうなどの悪影響が生じることから、電子軌道路７１の基準電位と同じにするべく、当該電子軌道路７１と同電位の導電体７２ａで開口部２５ａを囲った構造としてある。
また、導電体７２ａが高電位、例えば＋２０ｋＶになった場合に、鏡筒７内部の周囲のＧＮＤ電位の部材との電位差が大きくなって放電が発生する虞もあることから、導電体７２ａとその外側の導電体７２ｂの間に絶縁体７２ｃを配置して、電位差による影響の低減を図った構造としてある。
前記の通り、ＮＡ機構２５は複数の開口部２５ａを搭載可能であり、例えば異なるサイズのアパーチャ等の開口部２５ａを設置してそれらを選択的に配置することで、試料３の検査速度に対応させて、試料３の電子像の像質を適宜に設定することが可能である。このとき、開口部２５ａの設置部は高電圧となるので、移動機構２５ｂのＧＮＤ電位部材との間を絶縁部材で接続する構成をとっている。
筒体８は、図６に示されるように、非磁性体の金属製の導電管である外部円筒管８１の内側に、内層と外層に導電体８２ａ，８２ｃ、中間層に絶縁体８２ｂが積層されてなる内部円筒管８２を一体に嵌め入れた形状に構成してある。
導体／絶縁体／導体の３層構造となっている内部円筒管８２は、その外層の導電体８２ｃを接地し、内層の導電体８２ａに例えば１０ｋＶ〜１００ｋＶの高電圧を印加し得るように構成してある。内部円筒管８２の絶縁体８２ｂとしては、例えばセラミックや絶縁樹脂を用いることができる。例えばポリイミド樹脂は１００ｋＶ／ｍｍ以上の耐電圧を有しており、前記の如く内層の導電体８２ａに１００ｋＶ、外層の導電体８２ｃをＧＮＤとした場合でも、その間に０．５ｍｍ以上の厚さがあれば絶縁が確保されるので、絶縁体８２ｂとして好適である。
また、筒体８の他の形態として、図７に示されるように、前記と同様に非磁性体の金属製の導電管である円筒管８３の内側に、絶縁体８４と導電体８５を積層設置して導体／絶縁体／導体の３層構造の円筒管を形成するとともに、絶縁体８４の上下端部に、円筒管８３の端部よりも外方へ張り出した鍔部８４ａ，８４ａをそれぞれ設けた構成のものとしてもよい。このようにすることで、高電位の内層の導電体８５とＧＮＤ電位の円筒管８３の端部間の空間距離及び沿面距離が、絶縁体８４の鍔部８４ａを介することで増大して絶縁を確実に確保することができる。
また、筒体８同士を上下に接続するなど、内層の導電体８５を高圧管の上部接続や下部接続する場合、接続部における接合面積確保のために、導電体８５はその端部が外方へ突出した構造にあるが、そのような構造に対応するためにも、当該導電体８５の突出した端部に重なるように絶縁体８４の端部に鍔部８４ａを設けた構造が必要となる。
また、同図に示されるように、絶縁体８４は、下端部に薄肉の段差部８４１ａを有する上部絶縁体８４１と、上端部に薄肉の段差部８４２ａを有する下部絶縁体８４２を、互いの段差部８４１ａ，８４２ａを接合し一体に継ぎ合わせて構成され、上下の絶縁体８４１，８４２の沿面距離が段差部８４１ａ，８４２ａを介して十分に確保された構造としてある。段差部同士の接合は、樹脂接着剤を用いて固着一体化することが可能であり、これにより強固な絶縁構造の筒体８を形成することが可能となる。
なお、絶縁体８４の鍔部８４ａを介した導電体８５と円筒管８３の端部間の沿面距離と、段差部８４１ａ，８４２ａを介した上下の絶縁体８４１，８４２の沿面距離は、例えば内層の導電体８５と外層の円筒管８３に５０ｋＶの電位差を与える場合は５０ｍｍ以上の沿面距離が確保されていること、つまり、設定される電位差１ｋＶについて１ｍｍ以上の沿面距離が設定されていることが、絶縁確保のためには好ましい。
また、図２に示されるように、鏡筒７の検出器５の前段に位置する電子軌道路７１上には、ビーム位置補正器４を設置してある。
ビーム位置補正器４は、図８及び図９に示されるように、電子軌道路７１に面する内面に導電体４１、その外側に絶縁体４２を重ね、且つ上方からその中央に円形断面空間を有する上部４ａ、四角形の断面空間を有する中間部４ｂ、及び円形断面空間を有する下部４ｃを一体に連ねた筒状に設けられているとともに、中間部４ｂの外側の絶縁体４２の内部に偏向用コイル４３を配置して構成してある。
また、上部４ａと下部４ｃの中央はそれぞれ円形の開口部４ａ１、４ｃ１となっており、この内、上部４ａの開口４ａ１は、下部４ｃに接続する筒体８の内径よりも大きく設けてある。中間部４ｂの中央は正方形断面の空間部４ｂ１となっている。
中間部４ｂの各面に設置された偏向用コイル４３は、１〜１００ｋＨｚの偏向周波数に対応可能に設けられており、各々の作動により電子軌道路７１を通る電子ビームをＸ方向とＹ方向、さらに斜め方向を含むＸ，Ｙ両方向で区画される重畳面内全域に亘って高速で偏向動作して、検出器５に入射する電子ビームの位置を補正することができるように設けてある。
ビーム位置補正器４の内面に設けた導電体４１は、非磁性体の金属、例えばチタンやリン青銅などを用いることができ、また、絶縁体４２の内面に導電性物資をコーティングしたり導電性のパイプを挿入設置したりしたものでもよい。
絶縁体４２は、セラミックや絶縁樹脂を用いることができ、導電体４１と偏向用コイル４３を所定位置に配置した後、樹脂モールドやセラミック片の組み付けなどによって絶縁体４２を組み立てて構成することができる。
また、図１０に示されるように、二次電子光学系２を構成する各磁場レンズＭＩａの近傍には、補助用の小型磁場レンズＭＩａ１が設置され、磁場レンズＭＩａの動作により電子ビーム、或いは電子像の回転が起きた際に、小型磁場レンズＭＩａ１を作動して所定のＸ，Ｙ方向に電子ビームや電子像を回転変位させて位置調整ができるように設けてある。
このように構成された検査装置を用いた試料３の検査は、電子軌道路７１に高電圧を印加して電子のエネルギー量を増した状態で、電子銃から放射された電子ビームを試料３に照射し、試料表面から放出される二次電子を検出器５のセンサ面に結像させて、試料表面の電子像を取得することにより行うことができる。
この際、検出器５で電子像を連続的に取得する検査動作を行うときは、以下の手順で電子像のＸ，Ｙ方向の位置の補正が行われる。
先ず、試料３のパターンの縦ラインなどに沿ってＹ方向パターンを選定する。その選定されたパターンのＹ方向に試料保持装置６とともにステージ９００を移動し、或いはＸ，Ｙ方向に組み合わせて移動する。次いで、前記小型磁場レンズＭＩａ１により、検出器５のセンサのＹ方向に略合うように、例えば±１度以内に納まるように、電子像を回転変位し、その後、検出器５の回転機構を作動させてＹ方向の微調整を行い、センサ面に入射される電子像の位置を補正する。その後、前記電子像の撮像を行なって、縦ラインのＸ方向の位置のズレが小さくなるように微調整する。
そして、ビーム位置補正器４により、Ｘ，Ｙ方向のビーム振動による位置ズレ補正量の調整を行うことで、ステージの振動（Ｘ，Ｙ方向）による電子像の位置ズレを極力微少にすることができ、高ＭＴＦを達成し、高分解能でコントラストに優れた試料３の電子像を得ることができる。
図１１は本実施形態の電子線検査装置の他の形態を示し、これは、センサ５１の入力面と筒体８との間に大きな電位差があることに起因する電子像の歪みの影響を低減するため、センサ５１の入力面前方に、二次電子のセンサ５１への入射速度及び入射位置を制御するための補正用の電極５８を設けたものである。
図示した形態の補正電極５８は、中央に円形の貫通孔５８Ａ３が開けられた板状の電極であって当該貫通孔５８Ａ３の周方向に沿って等間隔で且つ貫通孔を挟む対向位置を一対として二対、つまり四つに分割した分割電極５８Ａと、中央に円形の貫通孔５８Ｂ１が開けられた板状の緩和電極５８Ｂにより構成されており、電子軌道路７１上で分割電極５８Ａをセンサ５１に近い側、緩和電極５８Ｂを筒体８の端部に近い側にそれぞれ配置するとともに、両電極の間に絶縁材５８Ｃを挟んで適宜な間隔を開けて平行に並べて設置し、筒体８からセンサ５１に向かう二次電子が両電極の貫通孔５８Ａ３，５８Ｂ１を通ってセンサ５へと入力するように設けてある。
補正電極５８は、筒体８の上端とセンサ５１との間の電界を緩和することを目的として設置され、前記分割電極５８Ａと緩和電極５８Ｂに、筒体８に印加される引き出し電圧とセンサ５の入力面の電圧との電圧差の範囲内の電圧を印加して、二次電子に電圧の変化を与えるようにすることで、急減な電圧変化による画像の歪みの発生を抑制するように機能するものである。
例えば、筒体８に５０ｋｖ、検出器５のセンサ５１に５ｋｖの電圧がそれぞれ印加されている場合に、緩和電極５８Ｂに２０ｋｖを印加して減速電界を生じさせ、緩和電極５８Ｂ内を通る二次電子を２０ｋｖの印加電圧速度に緩和してセンサ５１への入射速度を制御する。
そして、この状態で、図１２（Ａ）に示されるように、分割電極５８Ａの対となっている電極５８Ａ１，５８Ａ１と、電極５８Ａ２，５８Ａ２とに、２０ｋｖ±５ｋｖの異なる大きさの電圧を印加して、二次電子の進行方向をＸ，Ｙ方向に沿って強制的に変位させることで、センサ５１に対する入射位置を制御してセンサ５１全体に亘って正確な位置に二次電子を入射させ、画像に歪みが発生することを抑止するようになっている。
なお、補正電極５８を構成する分割電極５８Ａと緩和電極５８Ｂは、図１３に示されるように、その周辺が、鏡筒７の内周面に固定された絶縁体５８Ｃに取り付けられて平行に支持され、図示されない電圧印加手段により、接地された鏡筒７の外側をＧＮＤレベルとした電圧が印加されるように設けてある。
このように、検出器５のセンサ５１の入力面の前方に補正電極５８を設置することで、電子像の歪みの発生を効果的に抑制することが可能である。具体的には、センサ面に形成される電子像は、補正電極５８を設けない場合に、センサ面の端部ではセンサ面の中央部に対して１０倍以上の歪みが発生していたのに対し、補正電極５８を設けた場合には、センサ面の端部の歪みをセンサ面の中央部に対して２倍以下の量に抑えられることが確認されている。
図１４は本実施形態の電子線検査装置のさらに他の形態を示し、これは、鏡筒７と検出器５とを絶縁する絶縁フランジ５３の内側であって、センサ５１が取り付けられた座板５２のパッケージ５２ａの下面に、センサ５１の周囲を囲うようにしてメタルフランジ５２ｂに導電材からなるブランク材５９を一体に設置したものである。ブランク材５９にもセンサ５１と同電位の電圧が印加される。
同図に示されるように、ブランク材５９は、絶縁フランジ５３と鏡筒７内側の電子軌道路７１の間に設置されて、ブランク材５９で電子軌道路７１と絶縁フランジ５３とを隔ており、これにより絶縁物が鏡筒７の内部に露出していることによるチャージアップの発生を防止し、センサ５１の入力面とその周辺の電位分布が均等に保たれるようになっている。
先に述べた通り、本実施形態の電子線検査装置は、二次元の検査画像を検出器のセンサ面に形成する写像投影方式の検査装置において、微細な構造の検査や解析をより高精度且つ高速度で行えるようにすることを技術的課題として開発されたものである。
かかる技術的課題を解決する手段として、先ず、写像投影方式で高精度且つ低収差で撮像された検査画像を得るには、電子線軌道路内を高電圧基準に設定してセンサ面に入射する電子ビームの高エネルギー化を図ることが不可欠である。しかし、量産仕様に沿った製造ラインに設置して使用する従来の検査装置にあっては、鏡筒内部を高電圧基準に設定した場合に装置が大型化して実用的でないことから、そのようなことは行われていなかった。
本実施形態では、装置を大型化せずに、電子軌道路内を高電圧基準にする手段について鋭意研究を行った結果、電子軌道路を形成する筒体を鏡筒内部に配置し、この筒体内部を高電圧基準にするとともに、筒体の外側に二次電子光学系を構成する部材を配置することで、電子ビームの高エネルギー化と装置のコンパクト化の両方の要請が達成されることを見出し、本実施形態の装置を開発するに至ったものである。
一方、従来の装置構成の検出器では、高エネルギー化した電子ビームをセンサ面に入射して有効な電子像を生成することはできない。
検出器のセンサとしてＥＢ−ＴＤＩセンサやＥＢ−ＣＣＤセンサ（電子打ち込み型内蔵管）の利用は、他のセンサと比較して分解能に優れ、高分解能の検査画像を得るために好適であるが、これらのセンサは入射する電子ビームのエネルギーが高すぎると劣化が激しく実用に耐えない。また、電子軌道路上の電子ビームの電位と比較してセンサの入射面の電圧が小さく電位差が大きいと、電位差によりセンサ面に形成される電子像の歪みが大きくなってしまう。
このような技術的問題に対し、本実施形態では、センサやカメラを含む検出器全体を、フローティング電源によって同電位で作動させることで前者の問題の解決を図り、また、検出器のセンサ面の前方に補正電極を配置して、センサ面に入射する電子ビームを適正な電位に調整することで、後者の問題の解決を図ることで、高精度且つ低収差の撮像を可能としたものである。
このように、本実施形態の電子線検査装置は、鏡筒内部の筒体の内側を高電圧基準に設定する、検出器の電圧をフローティング電源により制御する、センサの入射面の直前に補正電極を設ける、という従来にはない新たな着想の技術的手段を組み入れることで、従来装置では達成が不可能であった、写像投影方式で微細な構造の検査や解析をより高精度且つ高速度で行えるようにするという性能及び機能を実現したものである。
なお、実施の形態で説明し、図示した電子線検査装置の各構成要素の形態は一例であり、本実施形態はこれに限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。
以上、第１の実施形態から、例えば次のような態様が想到される。
［付記１］
電子ビームを試料表面に照射する一次電子光学系と、試料から放出される二次電子を検出器の電子検出面に結像させる二次電子光学系を備え、検出器で検出された信号から試料表面の電子像を取得して試料を検査する電子線検査装置において、
二次電子光学系が組み込まれる鏡筒内部に、内層と外層に導電体、中間層に絶縁体が積層されてなる筒体を設置し、この筒体の内部に電子軌道路を形成するとともに、筒体の外側に二次電子光学系を構成する部材が配置された構成を有することを特徴とする電子線検査装置。
［付記２］
筒体を構成する中間層の絶縁体の上下端部に外方へ張り出した鍔部をそれぞれ設けて、内外層の導電体の端部間の沿面距離を増大させた構成を有することを特徴とする付記１に記載の電子線検査装置。
［付記３］
筒体を構成する中間層の絶縁体が、下端部に薄肉の段差部を有する上部絶縁体と上端部に薄肉の段差部を有する下部絶縁体からなり、互いの段差部を接合し一体に継ぎ合わせて構成されていることを特徴とする付記１又は２に記載の電子線検査装置。
［付記４］
鏡筒の検出器前段の電子軌道路上に、電子軌道路に面する内面に導電体、その外側に絶縁体を重ねて筒状に形成されていて、その上方から中央に円形断面空間を有する上部、多面形断面空間を有する中間部、及び円形断面空間を有する下部を連ねた形状に設けられ、且つ上部の円形断面空間は下部に接続する筒体の内径よりも大きくして設けられているとともに、前記中間部の多面断面空間部の外側の絶縁体内部に偏向用コイルを設けて構成されたビーム位置補正器が設置された構成を有することを特徴とする付記１〜３の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記５］
偏向用コイルが電子軌道路を通る電子ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向可能に設けられているとともに、１〜１００ｋＨｚの偏向周波数に対応可能に構成してあることを特徴とする付記４に記載の電子線検査装置。
［付記６］
鏡筒の電子軌道路内に筒体よりも大径の拡幅部が複数設けられ、鏡筒の外部に設けられていて真空ポンプと接続した排気管と各拡幅部が接続管で接続された構成を有することを特徴とする付記１〜５の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記７］
鏡筒に組み込まれた二次電子光学系は、試料側から対物レンズ、ビーム分離器、リレーレンズ、ＮＡ機構、ズームレンズム機構、拡大レンズ機構、ビーム位置補正器及び検出器の順で配置されており、結像倍率に関わりなく、ＮＡ機構の開口位置にクロスオーバーが形成されるようにした構成を有することを特徴とする付記１〜６の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記８］
ＮＡ機構は、複数の開口部を設置可能であり、それぞれＸ方向とＹ方向に沿って変位し得るように構成されているとともに、前記開口部に高電圧を印加する機能及び開口部を通る電子ビームの吸収電流測定機能を有することを特徴とする付記７に記載の電子線検査装置。
［付記９］
筒体の外側に設けられた磁場レンズの近傍に補助用小型磁場レンズが設置された構成を有することを特徴とする付記１〜８の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記１０］
検出器がそのセンサ面に沿って回転可能に設けられていることを特徴とする付記１〜９の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記１１］
検出器が、試料の引き出し電圧に対してセンサ面の電圧を適宜に調整可能に構成してあることを特徴とする付記１〜１０の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記１２］
検出器がフローティング電源により作動するように構成してあることを特徴とする付記１〜１１の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記１３］
検出器のセンサ、座板及び座板上に設置されたカメラの電位が同電位となるように構成してあることを特徴とする付記１２に記載の電子線検査装置。
［付記１４］
検出器のセンサの入力面の前方に、センサに対する二次電子の入射速度及び入射位置を制御するための補正電極が設置された構成を有することを特徴とする付記１〜１３の何れかに記載の電子線検査装置。
［付記１５］
補正電極は、鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた緩和電極により構成されたことを特徴とする付記１４に記載の電子線検査装置。
［付記１６］
補正電極は、鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた板状の電極であって当該貫通孔の周方向に沿って等間隔で、且つ貫通孔を挟む対向位置を一対として複数対に分割された分割電極を含んで構成されたことを特徴とする付記１４又は１５に記載の電子線検査装置。
［符号の説明］
１０００ 電子線検査装置、１００ 試料キャリア、２００ ミニエンバイロメント、３００ ロードロック、４００ トランスファチャンバ、５００ メインチャンバ、６００
防振台、７００ 電子コラム ８００ 処理ユニット、８１０ 画像処理ユニット、８２０ 制御ユニット、９００ ステージ、１ 一次電子光学系、２ 二次電子光学系、３
試料、４ ビーム位置補正器、５ 検出器、６ 試料保持装置、７ 鏡筒、７１ 電子軌道路、８ 筒体、９ 排気管、１０ 真空ポンプ
２：第２の実施形態
［技術分野］
本実施形態は、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。
［背景技術］
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二次ビーム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、上記特許文献５参照）。
［本実施形態の概要］
［本実施形態が解決しようとする課題］
しかしながら、二次ビームを偏向する際に二次元ＣＣＤセンサ上に投影される像の端の方で歪みが生じ、また、試料を載置したステージが振動すると、同期期間中に二次元ＣＣＤセンサ上に投影される像がずれてしまうという問題がある。
そこで、本実施形態は、精度の高い電子像追従式の検査装置を提供することを目的の一つとする。
［課題を解決するための手段］
本実施の形態の検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、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１次光学系と、前記一次ビームを前記試料に照射することで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、前記ステージの振動を検出する振動検出手段とを備える。前記２次光学系は、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向する偏向器を含む。前記検査装置は、さらに、前記ステージの移動及び前記振動検出手段の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記偏向器の前記多極子を制御して重畳電界を調整する偏向器制御部を備えている。
この構成によって、偏向器によって、二次ビームの像の歪みや、ステージの振動による二次ビームの像のずれが軽減ないし解消するので、より精度の高い電子像追従型の検査装置を提供できる。
［本実施形態の効果］
本実施形態の一態様によれば、偏向器によって、二次ビームの像の歪みや、ステージの振動による二次ビームの像のずれが軽減ないし解消するので、より精度の高い電子像追従型の検査装置を提供できる。
［図面の簡単な説明］
［図１６］本実施形態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１７の線Ａ−Ａに沿って見た図である。
［図１７Ａ］図１６に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図１６の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
［図１７Ｂ］一実施形態に係る本実施形態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１８］図１６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１９］図１６のローダハウジングを示す図であって、図１７の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。
［図２０］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。
［図２１］主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
［図２２］主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。
［図２３］図１６の検査装置の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。
［図２４］本実施形態の一実施形態に係る図である。
［図２５］（ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。
［図２６］（ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。
［図２７］（ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。
［図２８］（ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。
［図２９］（ａ）変形例の電子光学装置に用いる光学系の概略構成図である。 （ｂ）ウエハＷの表面から光電子が放出されている様子を示す図である。
［図３０］本実施形態の一実施形態に係るメインチャンバ内と、メインチャンバの上部に設置された電子光学装置を示す図である。
［図３１］本実施形態の一実施形態に係る電子像追従式の電子線検査装置の構成を示す図である。
［図３２］（ａ）本実施形態の一実施形態に係る二次ビームがウエハ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）本実施形態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）本実施形態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。
［図３３］本実施形態の一実施形態に係る高速偏向器による偏向によって二次ビーム像に生じる偏向歪を説明する図である。
［図３４］本実施形態の一実施形態に係る中間電極の構成を示す図である。
［図３５］本実施形態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。
［図３６］本実施形態の一実施形態に係る高速偏向器を二次ビームの進行方向から見た図である。
［図３７］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と各種信号のタイミングチャートを示す図である。
［図３８Ａ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｂ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｃ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｄ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｅ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｆ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｇ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｈ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｉ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｊ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｋ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｌ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３８Ｍ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ａ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｂ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｃ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｄ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｅ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｆ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｇ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｈ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図３９Ｉ］本実施形態の一実施形態に係るステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。
［図４０］（ａ）試料であるウエハＷに形成されたダイを示す図である。 （ｂ）ステップアンドリピートによって順に取得されたフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を示す図である。 （ｃ）フレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を繋いだ合成画像を示す図である。
［図４１］本実施形態の一実施形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。
［図４２］（ａ）試料であるウエハＷに形成されたダイを示す図である。 （ｂ）ステップアンドリピートによって順に取得されたフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を示す図である。 （ｃ）画像処理装置におけるダイ−ダイ比較を説明する図である。
［図４３］本実施形態の一実施の形態に係る電子線検査装置におけるダイ−ダイ比較検査のフロー図である。
［図４４］本実施形態の一実施形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。
［図４５］本実施形態の一実施形態に係るビーム整形用多極子の構成を示す断面図である。
［図４６］本実施形態の一実施形態に係るウエハの表面における視野領域の移動範囲と一次ビームの照射範囲との関係を示す図である。
［図４７］本実施形態の一実施形態に係る検査システムの構成を示す図である。
［図４８］本実施形態の一実施形態に係るセル−セル比較の場合のセル周期、及びダイ−ダイ比較の場合のエッジ許容値を説明する図である。
［図４９］本実施形態の一実施形態に係る検査システムの動作を示すフロー図である。
以下、本実施形態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、本実施形態を実施する場合の一例を示すものであって、本実施形態を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本実施形態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。また、先行の実施形態とは別個に符号を付していることに留意されたい。
図１６及び図１７Ａ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１６及び図１７Ａ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１７Ａ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１７Ａ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１６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１７Ｂに示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（記載せず）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱２４は、角筒状の箱本体５０１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類及びファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケット（図示せず）、ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、ファンモータ５０７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー６０のロボット式の第１の搬送ユニット６１により、基板を出し入れする。
なお、カセットｃ内に収納される基板すなわちウエハは、検査を受けるウエハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウエハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、ＣＭＰ、イオン注入等を受けた基板すなわちウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウエハが、カセット内に収納される。カセットｃ内に収容されるウエハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のウエハと第１の搬送ユニット６１で保持できるように、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２を上下移動できるようになっている。
＜ミニエンバイロメント装置＞
図１６ないし図１８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１８に示されるように、ミニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に取り付けられていて、気体（この実施形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット２３１と、ミニエンバイロメント空間２１内において底壁２２２の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト２３２と、回収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２３３とを備えている。この実施形態では、気体供給ユニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気をつくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間２１内に配置された第１の搬送ユニット６１による搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウエハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間全面に亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャットダウンすることもできる。ハウジング２２の周壁２２３のうちカセットホルダ１０に隣接する部分には出入り口２２５が形成されている。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３ないし０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空間２１内でなくその外側に設けてもよい。
排出装置２４は、第１の搬送ユニット６１のウエハ搬送面より下側の位置で第１の搬送ユニット６１の下部に配置された吸入ダクト２４１と、ハウジング２２の外側に配置されたブロワー２４２と、吸入ダクト２４１とブロワー２４２とを接続する導管２４３と、を備えている。この排出装置２４は、第１の搬送ユニット６１の周囲を流れ下り、第１の搬送ユニット６１により発生する可能性のある塵埃を含んだ気体を、吸入ダクト２４１により吸引し、導管２４３、２４４及びブロワー２４２を介してハウジング２２の外側に排出する。この場合、ハウジング２２の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。
ミニエンバイロメント空間２１内に配置されたプリアライナ２５は、ウエハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウエハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ウエハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出してウエハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくようになっている。プリアライナ２５は検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このプリアライナ２５自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。
なお、図示しないが、プリアライナ２５の下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナ２５から排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するようにしてもよい。
＜主ハウジング＞
図１６及び図１７Ａ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１６、図１７Ａ及び図１９において、ローダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジング本体４３を備えている。ハウジング本体４３は底壁４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間でウエハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口４３６及び４３７が形成されている。このローダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間２１と第１のローディングチャンバ４１との連通を選択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。シャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２７１、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装置２７３とを有している。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触してそれらに固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。更に、仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４６が設けられている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置２０を介して床からの振動がローダハウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ハウジング２２とローダハウジング４０との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけばよい。
第１のローディングチャンバ４１内には、複数（本実施形態では２枚）のウエハを上下に隔てて水平の状態で支持するウエハラック４７が配設されている。ウエハラック４７は、図２０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１６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１６において左右方向）に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。そのホルダ５５のウエハ載置面５５１上にウエハを解放可能に保持する。ホルダは、ウエハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置５０は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面５５１上でホルダに保持されたウエハを電子光学装置７０から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１６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１７Ａで左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＸテーブルとしてもよい。
＜ローダー＞
ローダー６０は、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２内に配置されたロボット式の第１の搬送ユニット６１と、第２のローディングチャンバ４２内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット６３とを備えている。
第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１に関して軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回転可能になっている多節のアーム６１２を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つの部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆動部６１１内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸６１３に取り付けられている。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ1−Ｏ1に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウエハを把持する把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は、公知の構造の昇降機構６１５により上下方向に移動可能になっている。
この第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２がカセットホルダ１０に保持された二つのカセットｃの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセットｃ内に収容されたウエハをアームの上に載せ、或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図１７Ａに示すような状態）、アームがプリアライナ２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアーム６１２が再び伸びてアーム６１２に保持されたウエハをプリアライナ２５に載せる。プリアライナ２５から前記と逆にしてウエハを受け取った後は、アーム６１２は更に回転し第２のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７にウエハを受け渡す。なお、機械的にウエハを把持する場合にはウエハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウエハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。
第２の搬送ユニット６３も第１の搬送ユニット６１と構造が基本的に同じであり、ウエハの搬送をウエハラック４７とステージ装置５０の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。
上記ローダー６０では、第１及び第２の搬送ユニット６１及び６３は、カセットホルダ１０に保持されたカセットからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０上への及びその逆のウエハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ウエハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウエハのウエハラックへの載置及びそこからの取り出し、及び、ウエハのステージ装置５０への載置及びそこからの取り出しのときだけである。したがって、大型のウエハ、例えば直径３０ｃｍや４５ｃｍのウエハの移動もスムースに行うことができる。
＜ウエハの搬送＞
次にカセットホルダ１０に支持されたカセットｃからワーキングチャンバ３１内に配置されたステージ装置５０までへのウエハの搬送について、順を追って説明する。
カセットホルダ１０は、上述したように人手によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが、また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施形態において、カセットｃがカセットホルダ１０の昇降テーブル１１の上にセットされると、昇降テーブル１１は昇降機構１２によって降下されカセットｃが出入り口２２５に整合される。
カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットｃに設けられたカバー（図示せず）が開き、また、カセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセットｃ内及びミニエンバイロメント空間２１内を外部から遮断する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０側に出入り口２２５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口２２５を開く。
一方、第１の搬送ユニット６１のアーム６１２は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この説明ではＭ２の方向）で停止しており、出入り口２２５が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されているウエハのうち１枚を受け取る。なお、アーム６１２と、カセットｃから取り出されるべきウエハとの上下方向の位置調整は、この実施形態では第１の搬送ユニット６１の駆動部６１１及びアーム６１２の上下移動で行うが、カセットホルダ１０の昇降テーブル１１の上下動で行ってもよいし、或いはその両者を行ってもよい。
アーム６１２によるウエハの受け取りが完了すると、アーム６１２は縮み、シャッタ装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム６１２は軸線Ｏ1−Ｏ1の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アーム６１２は伸びて、先端に載せられ或いはチャックで把持されたウエハをプリアライナ２５の上に載せ、プリアライナ２５によってウエハの回転方向の向き（ウエハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると第１の搬送ユニット６１はアーム６１２の先端にプリアライナ２５からウエハを受け取った後、アーム６１２を縮ませ、方向Ｍ４に向けてアーム６１２を伸長できる姿勢になる。するとシャッタ装置２７の扉２７２が動いて出入り口２２６及び４３６を開き、アーム６１２が伸びてウエハを第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置２７が開いてウエハラック４７にウエハが受け渡される前に、仕切壁４３４に形成された開口４３５はシャッタ装置４６の扉４６１により気密状態で閉じられている。
第１の搬送ユニット６１によるウエハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の上に設けられた気体供給ユニット２３１からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウエハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット６１周辺の空気の一部（この実施形態では供給ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置２４の吸入ダクト２４１から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジング２２の底部に設けられた回収ダクト２３２を介して回収され再び気体供給ユニット２３１に戻される。
ローダハウジング４０の第１のローディングチャンバ４１内のウエハラック４７内に第１の搬送ユニット６１によりウエハが載せられると、シャッタ装置２７が閉じて、ローディングチャンバ４１内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ４１内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ４１内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバ４１の真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャンバ４１内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置４６が動作して扉４６１で密閉していた出入り口４３５を開き、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２が伸びて先端の把持装置でウエハラック４７から１枚のウエハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して）。ウエハの受け取りが完了するとアーム６３２が縮み、シャッタ装置４６が再び動作して扉４６１で出入り口４３５を閉じる。なお、シャッタ装置４６が開く前にアーム６３２は予めウエハラック４７の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャッタ装置４６が開く前にシャッタ装置４５の扉４５２で出入り口４３７、３２５を閉じていて、第２のローディングチャンバ４２内とワーキングチャンバ３１内との連通を気密状態で阻止しており、第２のローディングチャンバ４２内は真空排気される。
シャッタ装置４６が出入り口４３５を閉じると、第２のローディングチャンバ４２内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ４１内よりも高真空度で真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット６３のアーム６３２はワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０では、Ｙテーブル５２が、Ｘテーブル５３の中心線Ｘ0−Ｘ0が第２の搬送ユニット６３の回動軸線Ｏ2−Ｏ2を通るＸ軸線Ｘ1−Ｘ1とほぼ一致する位置まで、図１７Ａで上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図１７Ａで最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第２のローディングチャンバ４２がワーキングチャンバ３１の真空状態と略同じになると、シャッタ装置４５の扉４５２が動いて出入り口４３７、３２５を開き、アーム６３２が伸びてウエハを保持したアーム６３２の先端がワーキングチャンバ３１内のステージ装置５０に接近する。そしてステージ装置５０の載置面５５１上にウエハを載置する。ウエハの載置が完了するとアーム６３２が縮み、シャッタ装置４５が出入り口４３７、３２５を閉じる。
以上は、カセットｃ内のウエハをステージ装置５０上に搬送するまでの動作について説明したが、ステージ装置５０に載せられて処理が完了したウエハをステージ装置５０からカセットｃ内に戻すには前述と逆の動作を行う。また、ウエハラック４７に複数のウエハを載置しておくため、第２の搬送ユニット６３でウエハラック４７とステージ装置５０との間でウエハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニット６１でカセットｃとウエハラック４７との間でウエハの搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。
具体的には、ウエハラック４７に、既に処理済のウエハＡと未処理のウエハＢがある場合、（１）まず、ステージ装置５０に未処理のウエハＢを移動し、処理を開始し、（２）この処理中に、処理済ウエハＡを、アーム６３２によりステージ装置５０からウエハラック４７に移動し、未処理のウエハＣを同じくアーム６３２によりウエハラック４７から抜き出し、プリアライナ２５で位置決めした後、ローディングチャンバ４１のウエハラック４７に移動する。このようにすることで、ウエハラック４７の中は、ウエハＢを処理中に、処理済のウエハＡが未処理のウエハＣに置き換えることができる。
また、検査や評価を行うこのような装置の利用の仕方によっては、ステージ装置５０を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのウエハラック４７からウエハを移動することで、複数枚のウエハを同時処理することもできる。
図２１及び図２２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２１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２２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２２に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになっている。
図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置２０と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置２０と同じ方法で床上に配置され得る。
上記の実施形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（Ａ）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
（Ｂ）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
（Ｃ）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを、一体的に振動防止装置を介して支持したので、外部の環境に影響されずにステージ装置５０への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
＜電子光学装置＞
電子光学装置７０は、ハウジング本体３２に固定された鏡筒７１を備え、その中には、図２３に概略図示するような、一次光源光学系（以下単に「１次光学系」という。）７２と、二次電子光学系（以下単に「２次光学系」という。）７４とを備える光学系と、検出系７６とが設けられている。１次光学系７２は、光線を検査対象であるウエハＷの表面に照射する光学系で、光線を放出する光源１００００と、光線の角度を変更するミラー１０００１とを備えている。この実施形態では、光源から出射される光線１００００Ａの光軸は、検査対象のウエハＷから放出される光電子の光軸（ウエハＷの表面に垂直）に対して斜めになっている。検出系７６は、レンズ系７４１の結像面に配置された検出器７６１及び画像処理部７６３を備えている。
＜光源（光線光源）＞
本実施形態においては、光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いている。ＤＵＶレーザ光源１００００からは、ＤＵＶレーザ光が出射される。なお、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶの光及びレーザ、そしてＸ線及びＸ線レーザ等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が放出される光源であれば他の光源を用いてもよい。
＜１次光学系＞
１次光学系７２は、光源１００００より出射される光線によって一次光線を形成し、ウエハＷ面上に矩形、又は円形（楕円であってもよい）ビームを照射する。光源１００００より出射される光線は、対物レンズ光学系７２４を通ってステージ装置５０上のウエハＷに一次光線として照射される。
＜２次光学系＞
ウエハＷ上に照射された光線により発生する光電子による二次元の画像を、ミラー１０００１に形成された穴を通り抜け、静電レンズ（トランスファーレンズ）１０００６及び１０００９によりニューメリカルアパーチャ１０００８を通して視野絞り位置で結像させ、後段のレンズ７４１で拡大投影し、検出系７６で検知する。この結像投影光学系を２次光学系７４と呼ぶ。
このとき、ウエハＷにはマイナスのバイアス電圧が印加されている。静電レンズ７２４（レンズ７２４−１及び７２４−２）とウエハＷとの間の電位差で試料面上から発生した光電子を加速させ、色収差を低減させる効果を持つ。この対物レンズ光学系７２４における引き出し電界は、３ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍであり、高い電界になっている。引き出し電界を増加させると、収差の低減効果があり、分解能が向上するという関係にある。一方で、引き出し電界を増加させると、電圧勾配が大きくなり放電が発生しやすくなる。したがって、引き出し電界は、適切な値を選んで用いることが重要である。レンズ７２４（ＣＬ）によって規定倍率に拡大された電子はレンズ（ＴＬ１）１０００６により収束され、ニューメリカルアパーチャ１０００８（ＮＡ）上にクロスオーバ（ＣＯ）を形成する。また、レンズ（ＴＬ１）１０００６とレンズ（ＴＬ２）１０００９の組み合わせにより、倍率のズームを行うことが可能である。その後レンズ（ＰＬ）７４１で拡大投影し、検出器７６１におけるＭＣＰ（Micro Channel Plate）上に結像させる。本光学系ではＴＬ１−ＴＬ２間にＮＡを配置し、これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。
＜検出器＞
２次光学系で結像されるウエハからの光電子画像は、まずＭＣＰで増幅されたのち、蛍光スクリーンに当たって光の像に変換される。ＭＣＰの原理としては直径６〜２５μｍ、長さ０．２４〜１．０ｍｍという非常に細い導電性のガラスキャピラリを数百万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキャピラリが、独立した電子増幅器として働き、全体として電子増幅器を形成する。
この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれたＦＯＰ（Fiber Optical Plate）系でＴＤＩ（Time Delay integration）−ＣＣＤ（Charge Coupled Device）上に１対１で投影される。また、他の方法としては蛍光材のコートされたＦＯＰがＴＤＩセンサ面に接続されて真空中にて電子／光変換された信号がＴＤＩセンサに導入される場合がある。このほうが、大気中に置かれた場合よりも、透過率やＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の効率がよい。例えば透過率及びＭＴＦにおいて「×５」〜「×１０」の高い値が得られる。このとき、検出器としては、上述したように、ＭＣＰ＋ＴＤＩを用いることがあるが、その代わりに、ＥＢ（Electron Bombardment）−ＴＤＩ又は、ＥＢ−ＣＣＤを用いてもよい。ＥＢ−ＴＤＩを用いると、ウエハＷの表面２１から発生し、２次元像を形成している光電子が、直接ＥＢ−ＴＤＩセンサ面に入射するので、分解能の劣化がなく像信号の形成ができる。例えば、ＭＣＰ＋ＴＤＩであると、ＭＣＰで電子増幅した後、蛍光材やシンチレータ等により電子／光変換が行われ、その光像の情報がＴＤＩセンサに届けられることになる。それに対して、ＥＢ−ＴＤＩ、ＥＢ−ＣＣＤでは、電子／光変換、光増情報の伝達部品／損失がないので、像の劣化がなく、センサに信号が届く。例えば、ＭＣＰ＋ＴＤＩを用いたときは、ＥＢ−ＴＤＩやＥＢ−ＣＣＤを用いたときと比べて、ＭＴＦやコントラストが１／２〜１／３になる。
なお、この実施形態において、対物レンズ系７２４は、１０ないし５０ｋＶの高電圧が印加され、ウエハＷは設置されているものとする。
＜写像投影方式の主な機能の関係とその全体像の説明＞
図２４に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略図示している。図２４において、検査装置は鏡筒７１、光源筒７０００及びチャンバ３２を有している。光源筒７０００内部には、光源１００００が設けられており、光源１００００から照射される光線（一次光線）の光軸上に１次光学系７２が配置される。また、チャンバ３２の内部には、ステージ装置５０が設置され、ステージ装置５０上にはウエハＷが載置される。
鏡筒７１の内部には、ウエハＷから放出される二次ビームの光軸上に、カソードレンズ７２４（７２４−１及び７２４−２）、トランスファーレンズ１０００６及び１０００９、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８、レンズ７４１及び検出器７６１が配置される。なお、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄板である。
検出器７６１の出力は、コントロールユニット７８０に入力され、コントロールユニット７８０の出力は、ＣＰＵ７８１に入力される。ＣＰＵ７８１の制御信号は、光源制御ユニット７１ａ、鏡筒制御ユニット７１ｂ及びステージ駆動機構５６に入力される。光源制御ユニット７１ａは、光源１００００の電源制御を行い、鏡筒制御ユニット７１ｂは、カソードレンズ７２４、レンズ１０００６及び１０００９、レンズ７４１のレンズ電圧制御と、アライナ（図示せず）の電圧制御（偏向量制御）を行う。
また、ステージ駆動機構５６は、ステージの位置情報をＣＰＵ７８１に伝達する。さらに、光源筒７０００、鏡筒７１、チャンバ３２は、真空排系（図示せず）と繋がっており、真空排気系のターボポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。また、ターボポンプの下流側には、通常ドライポンプ又はロータリーポンプによる粗引き真空排気装置系が設置されている。
一次光線が試料に照射されると、ウエハＷの光線照射面からは、二次ビームとして光電子が発生する。二次ビームは、カソードレンズ７２４、ＴＬレンズ群１０００６と１０００９、レンズ（ＰＬ）７４１を通って検出器に導かれ結像する。
カソードレンズ７２４は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、ウエハＷ側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。そのため、カソードレンズ７２４は両テレセントリックとなっていると効果的である。カソードレンズ７２４によって結像した二次ビームは、ミラー１０００１の穴を通過する。
二次ビームを、カソードレンズ７２４が１段のみで結像させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、２段のダブレッドレンズ系にして、１回の結像を行わせる。この場合、その中間結像位置は、レンズ（ＴＬ１）１０００６とカソードレンズ７２４の間である。また、このとき上述したように、両テレセントリックにすると収差低減に大変効果的である。二次ビームは、カソードレンズ７２４及びレンズ（ＴＬ１）１０００６により、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８上に収束してクロスオーバを形成する。カソードレンズ７２４とレンズ（ＴＬ１）１０００６との間で一回結像し、その後、レンズ（ＴＬ１）１０００６とレンズ（ＴＬ２）１０００９によって中間倍率が決まり、レンズ（ＰＬ）７４１で拡大されて検出器７６１に結像される。つまり、この例では合計３回結像する。
レンズ１０００６、１０００９、レンズ７４１はすべて、ユニポテンシャルレンズ又はアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、通常は外側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。また、このレンズ構造に限らず、レンズ７２４の１段目又は２段目、又は両方にフォーカス調整用電極を所持する構造、又はダイナミックに行うフォーカス調整用電極を備え、４極である場合や５極である場合がある。また、ＰＬレンズ７４１についても、フィールドレンズ機能を付加して、軸外収差低減を行い、かつ、倍率拡大を行うために、４極又は５極とすることも有効である。
二次ビームは、２次光学系により拡大投影され、検出器７６１の検出面に結像する。検出器７６１は、電子を増幅するＭＣＰと、電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部との中継及び光学像を伝達させるためのレンズやその他の光学素子と、撮像素子（ＣＣＤ等）とから構成される。二次ビームは、ＭＣＰ検出面で結像し、増幅され、蛍光板によって電子は光信号に変換され、撮像素子によって光電信号に変換される。
コントロールユニット７８０は、検出器７６１からウエハＷの画像信号を読み出し、ＣＰＵ７８１に伝達する。ＣＰＵ７８１は、画像信号からテンプレートマッチング等によってパターンの欠陥検査を実施する。また、ステージ装置５０は、ステージ駆動機構５６により、ＸＹ方向に移動可能となっている。ＣＰＵ７８１は、ステージ装置５０の位置を読み取り、ステージ駆動機構５６に駆動制御信号を出力し、ステージ装置５０を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
また、拡大倍率の変更は、レンズ１０００６及び１０００９のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野全面に均一な像が得られる。なお、本実施形態では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するために、２次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、単位ピクセルあたり放出される電子量を一定になるように１次光学系のレンズ条件を設定する。
＜プレチャージユニット＞
プレチャージユニット８１は、図１６に示されるように、ワーキングチャンバ３１内で電子光学装置７０の鏡筒７１に隣接して配設されている。本検査装置では検査対象である基板すなわちウエハに電子線を照射することによりウエハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、光線の照射により生じる光電子の情報をウエハ表面の情報とするが、ウエハ材料、照射する光やレーザの波長やエネルギ等の条件によってウエハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウエハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウエハ表面の帯電量にむらがあると光電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。そこで、本実施形態では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部８１１を有するプレチャージユニット８１が設けられている。検査するウエハの所定の箇所に光やレーザを照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージユニットの荷電粒子照射部８１１から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウエハ表面のチャージアップは予め検出対象であるウエハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージユニット８１を動作させる。
＜電子光学装置のバリエーション＞
以下に、半導体検査装置１の電子光学装置７０の種々の変形例を説明する。以下では、上述の電子光学装置７０と異なる点を主に説明し、電子光学装置７０と同様の構成については電子光学装置７０と同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
図２５は、第１の変形例の電子光学装置７０Ａに用いる光学系の概略構成図である。電子光学装置７０Ａは、光源１００００、カソードレンズ７２４（カソードレンズ７２４−１及び７２４−２）、静電レンズ１０００６、静電レンズ１０００９、ニューメリカルアパーチャ１０００８、レンズ７４１、及び検出系７６を有している。光源１００００には、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、電子光学装置７０と同様、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源１００００からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いてもよい。
図２５（ａ）に示すように、本変形例では、ウエハＷの裏面側に光源１００００を設ける。光源１００００から発生したレーザ１００００Ａは、ステージ装置５０上のウエハＷの裏面に一次ビームとして照射される。レーザ１００００Ａが一次ビームとしてウエハＷに照射されると、ウエハＷ上のパターンに従う二次元の二次電子画像が発生する。その光電子の二次元画像は、カソードレンズ７２４−１及びカソードレンズ７２４−２を通過し、静電レンズ１０００６で収束されて、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８位置付近でクロスオーバを形成する。静電レンズ１０００６及び静電レンズ１０００９はズーム機能を有しており、これにより二次電子画像の倍率を制御できる。静電レンズ１０００９を通過した二次電子画像は、後段のレンズ７４１で拡大されて、検出系７６に結像する。
図２５（ｂ）は、ウエハＷの表面Ｐ１及びＰ２から光電子が放出されている様子を示している。ウエハＷの表面のうち、Ｐ１で示す部分が光電子が発生しやすい材料であり、Ｐ２で示す部分が光電子が出にくい材料であるとき、裏面からのレーザ照射により部分Ｐ１は多くの光電子を発生するが、部分Ｐ２からは少量の光電子しか発生しない。したがって、部分Ｐ１と部分Ｐ２で構成されるパターン形状について、光電子によるパターンの大きなコントラストが得られる。
上述した図２５に示す例は、サンプルであるウエハＷの裏面からのレーザ又は光を照射する例であるが、表面にレーザ又は光の照射する例を図２６〜図２９を参照して説明する。用いるレーザや光は、ＤＵＶレーザ光源を用いているが、電子光学装置７０と同様に、ＵＶ光、ＤＵＶ光、ＥＵＶ光、Ｘ線等、ランプ光源やレーザ光源等、光源からの光が照射された基板から光電子が出る光源であれば他の光源を用いてもよい。
図２６、図２７の電子光学装置７０Ｂ、７０Ｃは、それぞれ電子光学装置７０と同様の装置及び照射系及び２次光学系を有している。また、図２６、図２７は、ウエハＷの表面に凹凸があり、凹部と凸部から出る光電子の量が異なり、それによるコントラストが形成されて高分解能の撮像が可能となる例を示している。ウエハＷの凹凸部の材質の差異、及び、一次ビーム照射の波長により、凹部からの光電子量が凸部よりも多かったり、また逆の場合があったりする。電子光学装置７０Ｂ、７０Ｃは、この様な光電子放出量の差異により高分解能を達成する。
また、図２８、図２９は、凹凸を有するウエハＷの表面からの光電子量の差異による像形成は、図２６、図２７と同様であるが、1次ビームの照射系が異なる角度で照射される例を示している。図２６、図２７の例では、一次ビームは、ほぼウエハＷの表面に対して垂直に近い角度で照射されるが、図２８、図２９の電子光学装置７０Ｄ、７０Ｅでは、一次ビームは、ウエハＷの表面に対して斜めに照射される。この場合、一次ビームは、レーザとミラー、レンズを用いてウエハＷの表面に導入されることもあるが、ファイバ等を用いて、ウエハＷの表面に照射することも可能である。ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、Ｘ線などの短い波長の場合、通常の石英ファイバでは、レーザや光の伝達効率が悪いことがある。中空ファイバや中空管を用いること効率よく伝達可能である。
また、上述したように、一次ビームの照射角度については、特に表面にパターンのあるウエハにおいて角度の影響を受ける場合があるので、そのようなときに、照射する光やレーザの角度の最適化を行い、すなわち、パターンや欠陥のＳ／Ｎやコントラストが最も高い条件を選んで、照射する角度を選ぶことが可能である。
＜電子光学装置のさらなる変形例＞
図３０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光学装置７０Ｆを示している。電子光学装置７０Ｆの検査対象（試料）は、ウエハＷである。ウエハ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ウエハ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。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。この変形例では、電子光学装置７０Ｆは、写像投影式検査装置である。
写像投影方式検査装置としての電子光学装置７０Ｆは、電子ビームを生成する１次光学系７２と、ウエハＷを設置するステージ装置５０と、ウエハ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（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡８７１とを備える。検出器７６１は、本例では２次光学系７４に含まれてよい。また、画像処理部７６３は本実施形態の画像処理部に含まれてよい。
１次光学系７２は、電子ビームを生成し、ウエハ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とを有する。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、ウエハ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、電子ビームをウエハ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、ウエハ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、ウエハ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、ウエハ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は、ウエハＷ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、ステージ装置５０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ装置５０の表面には、静電チャック等のウエハ固定機構が備えられていてもよい。
ステージ装置５０上にはウエハＷがあり、ウエハ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〕でウエハ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、二次放出電子は、ウエハ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、ウエハ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７４１、７４３と、ＮＡアパーチャ７４２と、アライナ７４４と、検出器７６１とを有する。電子は、ウエハＷから反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、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７４１、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、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７６１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７６１には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）及びＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤが適用されてよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するＴＤＩに伝達される。こうして電子が検出される。
ここでは、検出器７６１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。
また、ＥＢ−ＴＤＩの他に、ＥＢ−ＣＣＤが備えられてよい。ＥＢ−ＴＤＩとＥＢ−ＣＣＤが交換可能であり、任意に切り替えられてよい。このような構成を用いることも有効である。
電子光学装置７０Ｆについて、さらに説明する。ウエハ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ウエハＷの異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、ウエハ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、ウエハ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。ウエハ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。
ここで、２次光学系７４が、ＮＡアパーチャ７４２、検出器７６１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−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３０では、ＮＡアパーチャ７４２とＥＢ−ＣＣＤ７４５が、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７４１、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、ウエハ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、ウエハ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、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。
＜電子像追従式の電子線検査装置＞
（背景）
従来より、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二次ビーム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。
（課題）
しかしながら、二次ビームを偏向する際に二次元ＣＣＤセンサ上に投影される像の端の方で歪みが生じ、また、試料を載置したステージが振動すると、同期期間中に二次元ＣＣＤセンサ上に投影される像がずれてしまうという問題がある。
そこで、本実施の形態では、精度の高い電子像追従式の検査装置を提供することを目的とする。
（解決手段）
本実施の形態の検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、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１次光学系と、前記一次ビームを前記試料に照射することで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、前記ステージの振動を検出する振動検出手段とを備える。前記２次光学系は、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向する偏向器を含む。前記検査装置は、さらに、前記ステージの移動及び前記振動検出手段の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記偏向器の前記多極子を制御して重畳電界を調整する偏向器制御部を備えている。
この構成によれば、偏向器によって、二次ビームの像の歪みや、ステージの振動による二次ビームの像のずれが軽減ないし解消するので、より精度の高い電子像追従型の検査装置を提供できる。
前記２次光学系は、前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、電圧が印加される第３の高圧基準管及び第４の高圧基準管を備え、前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管とは、前記試料と前記偏向器との間で分離しており、前記第４の高圧基準管に印加される第４の電圧は、前記第３の高圧基準管に印加される第３の電圧より低く、前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管との間に、前記第３の電圧より低く前記第４の電圧より高い中間電圧が印加される中間電極が設けられてよい。
二次ビームの電子エネルギーが高すぎると、偏向器において二次ビームを偏向するために高い偏向電圧が必要となり、そうすると、二次ビームの高速偏向が困難になる。よって、二次ビームの電子エネルギーは、偏向器の手前で小さくしておくことが望ましい。このため、第３の高圧基準管よりも印加電圧が低い第４の高圧基準管を設けるが、第３の高圧基準管と第４の高圧基準管との間の電圧変化によって生じる二次ビームに湾曲収差が生じ、二次ビームの像に歪が生じることになる。そこで、上記の構成のように、中間電極を設けてそこの中間電圧を印加することで、そのような湾曲収差を低減ないし解消することができる。
前記検査装置は、さらに、前記第４の高圧基準管に印加する前記第４の電圧を調整する電圧調整部を備えていてよい。
この構成によって、二次元センサに入射する二次ビームのエネルギーを調整して、二次元センサにおけるゲインを調整でき、すなわち２次元ビームの像の輝度調整が可能となる。
前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備えていてよく、前記２次光学系は、さらに、前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管とを備えていてよく、前記第１の電圧と、前記第２の電圧と、前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しくてよい。
前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備えていてよく、前記２次光学系は、さらに、前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管とを備えていてよく、前記第２の電圧と前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第１の電圧は前記第２の電圧より小さく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しくてよい。
第１の高圧基準管内にアパーチャを設けて、そのアパーチャによってエミッションの例えば５０％以上を吸収する場合には、リーク電流量が比較的大きくなり、またその変動も比較的大きくなり、それによる放電等の影響が出てしまうが、この構成により、１次光学系の高圧基準管に印加する第１の電圧を低くするので、１次光学系における放電リスクを低減できる。
前記第１の電圧と、前記ビーム分離器に印加する偏向電圧とが互いに等しくてよい。
この構成により、ビーム分離器から試料に入射する一次ビームのレンズ作用や収差の増大を抑えることができる。また、第１の高圧基準管とビーム分離器とに同一の電源を用いることができる。
前記試料における前記一次ビームの照射領域は固定されており、前記偏向器によって前記二次ビームを偏向することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が前記照射領域内で往復移動してよい。
この構成によって、二次ビームの視野領域よりも十分に広い一次ビームの照射領域が確保されて、その中を視野領域が往復移動することができる。
前記ビーム分離器は、前記偏向器による前記二次ビームの偏向方向の変更に同期して前記一次ビームの偏向方向を変更することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が往復移動されるのに同期して、前記視野領域をカバーするように前記試料における前記一次ビームの照射領域を往復移動してよい。
この構成によって、視野領域の往復移動に追従するように照射領域も往復移動するので、一次ビームの照射領域は視野領域をカバーするだけの大きさがあればよい。
本実施の形態の検査方法は、試料をステージに載置して連続的に移動させ、前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成する検査方法であって、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向し、前記ステージの振動を検出し、前記ステージの移動及び振動の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記多極子を制御して重畳電界を調整する。
この構成によっても、二次ビームの偏向によって、二次ビームの像の歪みや、ステージの振動による二次ビームの像のずれが軽減ないし解消するので、より精度の高い電子像追従型の検査方法を提供できる。
（実施の形態）
図３１は、電子像追従式の電子線検査装置の構成を示す図である。本実施の形態の電子線制御装置は、上記の実施の形態の電子線検査装置と基本的構成は同じであり、図３１において上記の実施の形態の電子線検査装置と同様の構成については、同じ符号を用いて、適宜説明を省略する。以下では、上記の実施の形態の電子線検査装置において、上記の実施の形態の電子線検査装置とは異なる部分を主に説明する。
電子線検査装置は、主ハウジング３０と、主ハウジング３０の上に設けられた光学電子装置７０Ｇと、主ハウジング３０の内部に設けられたステージ装置５０と、制御装置２と、検出器７６１と、画像処理部７６３とを備えている。光学電子装置７０Ｇは、２次光学系７４と、２次光学系７４の下方に斜め方向に連結する１次光学系７２とを備えている。
１次光学系７２には、レーザ光源７２１１と、電光面カソード７２１２と、レンズ７２２とを備え、これらによって生成される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。
検出器７６１は、二次元センサ７６１１としてＥＢ−ＣＭＯＳセンサを備えている。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。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。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。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。
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変更制御装置として機能するとともに、電子光学装置７０Ｇ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、ウエハ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によってウエハ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、このウエハＷの移動制御を行う。
図３２（ａ）は、二次ビームがウエハ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３２（ａ）に示すように、ウエハ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、ウエハ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、このウエハＷが右方向に移動していく間、その移動に伴って、位置Ａ１にあったウエハ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、ウエハ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にあったウエハ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にあったウエハ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はウエハ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にあったウエハ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、ウエハ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、ウエハ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３２（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ウエハ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３２（ｃ）に示すように、一次ビームの照射領域をウエハ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、試料であるウエハ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、ウエハ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。
図３３は、高速偏向器７４９による偏向によって二次ビーム像に生じる偏向歪を説明する図である。図３３において、実線は理想的な二次ビーム像であり、破線はひずんでしまった二次ビーム像を示している。図３３に示すように、高速偏向器７４９によって変更可能な視野領域の中央から離れるほど、歪みが大きくなる。その結果、本来二次ビーム像においてｐ１の位置に得られるべきウエハＷの部分の像がｐ１´の位置に得られてしまっている。
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３４は、中間電極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。
図３５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り、図３６は、高速偏向器を二次ビームの進行方向（電子光学装置７０Ｇのコラムの軸線方向）から見た図である。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。図３６に示すように、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重の地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、この地場レンズ用コイル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、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、ウエハ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３１に戻って、振動補正について説明する。上述のように、ウエハ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、このウエハ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によるウエハ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は常にウエハＷの同一の部分の二次ビーム像を撮像しているが、ウエハ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、ウエハ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に保持されたウエハＷをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１６において上下方向）に、更にウエハ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。
本実施の形態の電子線検査装置では、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にて検出されたウエハ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、ウエハ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、本来のウエハＷの移動だけでなく、レーザ干渉計５７２にて検出されたウエハ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、ウエハ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、ウエハＷの意図しない振動も含むウエハ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７０Ｇを含む電子線検査装置では、ウエハＷが移動している間に、ウエハＷの移動に同期して、ウエハ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、及びウエハ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、上記の電子線検査装置において、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。
＜電子像追従式の電子線検査装置における撮像関連信号生成ユニット＞
（背景）
上述のように、試料が移動している間に、試料の移動に同期して、試料の同じ部分の二次ビームが二次元センサの同じ部分に入射するように二次ビームを偏向する電子像追従式の電子線検査装置において、試料の移動に追従して視野領域を移動させながら二次元センサにおいて試料上のある領域の撮影が終了すると、偏向器は二次元センサの視野領域を追従によって移動した分だけ戻して、試料の新たな領域の撮影を開始する。
（課題）
偏向器が二次ビームを偏向することで試料の移動に追従して視野領域を移動させる場合において、偏向器による二次ビームの偏向量が大きいところでは、二次元センサに投影される二次ビーム像の歪が大きくなり、また、視野領域の移動速度が安定しない等の理由により精度が低下するという問題がある。
本実施の形態は、電子像追従式の検査装置において、検査の精度を高めることを目的とする。
（解決手段）
本実施の形態の検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、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１次光学系と、前記一次ビームを前記試料に照射することで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次光学系とを備える。前記２次光学系は、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向する偏向器を含む。前記偏向器は、前記二次ビームの偏向量に応じて、前記二次ビームの像の歪を補正するように前記二次ビームを偏向する。
この構成により、偏向器による二次ビームの偏向量に応じて二次ビーム像の歪が補正されるので、二次ビームの歪を適切に補正できる。
前記偏向器は、前記二次ビームの偏向量が大きいほど前記歪の補正量を大きくしてよい。
この構成により、偏向量が大きいほど大きくなる歪を適切に補正できる。
前記二次元センサは、前記偏向器が、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように前記二次ビームを偏向する撮像期間の初期に、フロントポーチ期間を置いた後に、前記二次ビームの像の生成を開始してよい。
撮像期間の初期は偏向器による二次ビームの偏向量が大きく、また、偏向器による視野領域の移動の速度が安定していないので、この構成により、そのような期間（フロントポーチ期間）に二次ビームの像を生成しないようにすることで、二次ビームの像の精度を向上できる。
前記二次センサは、前記偏向器が、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように前記二次ビームを偏向する撮像期間の終期に、バックポーチ期間を確保して、前記二次ビームの像の生成を終了してよい。
撮像期間の初期は偏向器による二次ビームの偏向量が大きいので、この構成により、そのような期間（バックポーチ期間）に二次ビームの像を生成しないようにすることで、二次ビームの像の精度を向上できる。
本実施の形態の検査方法は、試料をステージに載置して連続的に移動させ、前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成する検査方法であって、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向し、前記二次ビームの偏向では、前記二次ビームの偏向量に応じて、前記二次ビームの像の歪を補正するように前記二次ビームを偏向する。
この構成によっても、二次ビームの偏向量に応じて二次ビーム像の歪が補正されるので、二次ビームの歪を適切に補正できる。
（実施の形態）
図３７は、ステージ位置と各種信号のタイミングチャートを示している。上述のように、本実施の形態の電子線検査装置では、試料が移動している間に、試料の移動に同期して、高速偏向器７４９が、試料の同じ部分の二次ビームが二次元センサの同じ部分に入射するように二次ビームを偏向する。以下、この偏向を「ＥＯ補正」という。ＥＯ補正では、試料のある領域の撮影が終わった後に、次の領域の撮影を行うべく、高速偏向器７４９は、二次元センサ７６１１の視野領域をもとの位置に戻す。
高速偏向器７４９が二次元センサの視野領域をもとの位置に戻している間（帰線期間）は、撮影は行わないブランキング期間となる。従って、このブランキング期間となる帰線期間を短くすることが望ましい。一方で、帰線期間を短くするためにあまりに高速に視野領域をもとに戻すと、オーバーシュートが発生して、目標とするもとの位置に戻すのにかえって時間がかかってしまう。そこで、本実施の形態では、一定の帰線期間を確保して、二次元センサの視野領域をもとの位置に戻す。即ち、図３７に示すように、試料の検査の際には、視野領域が試料の移動に追従して移動する撮像期間Ｔａと、撮影領域をもとに戻す帰線期間Ｔｂとが交互に繰り返される。
図３７に示すように、ステージの位置を示すステージ目標座標２２０１が一定速度で増加するときに、撮像期間Ｔａでは、試料上の視野領域の位置の目標値を示す視野領域目標座標２２０２は一定であり、帰線期間Ｔｂでは視野領域目標座標が試料上の次の領域に移動する。試料の検査はスタート信号２２０３によって開始される。ＥＯ補正値２２０４は、撮像期間Ｔａでは一定のレートで減少し、帰線期間Ｔｂの間に、撮像期間Ｔａの開始時の値まで上昇する。これによって、視野領域は撮像期間Ｔａでは一定速度で試料に追従して移動し、その後、帰線期間Ｔｂの間にもとの位置まで戻ることになる。
図３８Ａ〜図３８Ｍは、ステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。ステージ位置と視野領域の関係は、図３８Ａから順に、図３８Ｂ、図３８Ｃ、・・・と移行する。図３８Ａ〜図３８Ｍの例では、図３２（ｂ）に示すように、一次ビームの照射領域が固定されている。試料であるウエハＷの照射領域にて生じて二次元センサ７６１１に向かう二次ビーム２３０２は、高速偏向器７４９にて偏向されて二次センサ７６１１まで到達する。図３８Ａの状態では、高速偏向器７４９は、ウエハＷの領域Ｙ２からの二次ビームが視野領域２３０１の二次ビーム像２３０３として、ちょうど二次元センサ７６１に入射するように、二次ビーム２３０２を偏向している。二次元センサ７６１１に投影される二次ビーム像２３１は、ウエハＷの領域Ｙ２の像である。
図３８Ａは、領域Ｙ２の撮像を開始するタイミングを示しており、図３７における撮像期間Ｔａ（Ｙ２）の開始時点の状態を示している。図３８Ａでは、このときの領域Ｙ２の上流側端をスタート地点Ｓと表示している。ウエハＷが右向きに移動して、領域Ｙ２の上流端が終了地点Ｅに達するまで、視野領域２３０１はウエハＷの移動とともに右向きに移動する。なおスタート地点Ｓから終了地点Ｅまでの距離は、視野領域のウエハＷの移動方向の長さより短い。
図３８Ａ〜図３８Ｍにおいて、画像データ７６１２は、二次元センサ７６１１からの転送されるデータを示し、例えば、図３８Ａには、すでに撮像を終えた領域Ｙ１の画像データ７６１２（Ｙ１）が示されている。画像データ７６１２は、図３８Ａ〜図３８Ｍにおいて右方向に転送され、二次元センサ７６１１と垂直方向に重複する部分がなくなったときに、二次元センサ７６１１からの転送が完了したことを示している。また、図３８Ａ〜図３８Ｍにおいて、二次元センサ７６１１は色が薄いほど多くの量の二次ビームの入射を受けて電荷が蓄積されていることを示している。
図３８Ａの状態からウエハＷが右側に移動すると図３８Ｂの状態となる。図３８Ｂに示すように、視野領域はウエハＷが移動した分だけ移動して、二次元センサ７６１１には、依然として領域Ｙ１の二次ビーム像２３０３が投影されている。高速偏向器７４９による二次ビーム２３０２の偏向量（図３７のＥＯ補正値２２０４）は、図３８Ａに比べて小さくなっている。図３８Ｃの状態になると、高速偏向器７４９による二次ビーム２３０２の偏向量はゼロとなり、図３８Ｄの状態になると高速偏向器７４９は、二次ビーム２３０２を逆方向に変更させる。
このようにして領域Ｙ２の右端が終了地点Ｅに到達する図３８Ｅの状態になると、このときにはすでに領域Ｙ１の画像データ７６１２（Ｙ１）は、二次元センサ７６１１からの転送が完了しており、二次元センサ７６１１はこれまでに得られた領域Ｙ２の画像データ７６１２（Ｙ２）の転送を開始する。一方、視野領域２３０１は、右端がスタート地点Ｓに位置するもとの位置まで戻り始める。なお、図３８Ａ〜図３８Ｅは、図３７における撮像期間Ｔａ（Ｙ２）に対応する。
図３８Ｆは、視野領域２３０１がもとの位置に戻っている帰線期間の状態を示している。この帰線期間には二次元センサ７６１１は撮像（露光）を行わないが、二次元センサ７６１１には、領域Ｙ２と領域Ｙ３の境界、及び領域Ｙ２の一部と領域Ｙ３の一部の二次ビーム像が投影されることになる。図３８Ｇに示すように視野領域の右端がスタート地点Ｓまで戻ると、二次元センサ７６１１には領域Ｙ２の隣の領域Ｙ３の二次ビーム像が投影され、二次センサ７６１１は撮像を開始する。図３８Ｆ〜図３８Ｇは、図３７の帰線期間Ｔｂ（Ｙ２）に対応している。
図３８Ｇの状態は、図３８Ａの状態と対応している。以下、二次元センサ７６１１は、図３８Ａ〜図３８Ｆと同様にして、図３８Ｆ〜図３８Ｋのように領域Ｙ３の二次ビーム像２３０３を撮像する。この場合にも、領域Ｙ３の撮像を開始する（領域Ｙ３の右端がスタート地点Ｓにある）図３８Ｇの状態から領域Ｙ３の撮像を終了する（領域Ｙ３の右端が終了地点Ｅに達した）図３８Ｋの状態まで、視野領域２３０１はウエハＷとともに移動し、その結果、二次元センサ７６１１にはこの間常に領域Ｙ３の二次ビーム像２３０３が投影される。図３８Ｇ〜図３８Ｋは、図３７の撮像期間Ｔａ（Ｙ３）に対応している。
図３８Ｋの状態、すなわち、領域Ｙ３の撮像が終了した後には、図３８Ｅ〜図３８Ｇと同様にして、図３８Ｋ〜図３８Ｍのように視野領域２３０１がもとの位置に戻る。図３８Ｋ〜図３８Ｍは、図３７における帰線期間Ｔｂ（Ｙ３）に対応している。
図３９Ａ〜図３９Ｉは、ステージ位置と視野領域との関係を模式的に示す図である。図３９Ａ〜図３９Ｉは、ステージ位置と視野領域との関係を図３８Ａ〜図３８Ｍと同様に時系列に示しているが、図３９Ａ〜図３９Ｉでは、ステージ位置と視野領域との関係をウエハＷに垂直な面から見た様子を示している。図３９Ａ〜図３９Ｉにおいて、２次光学系７４の鏡筒２４０１及び検出器７６１の鏡筒２４０３の位置は固定されており、２次光学系７４の鏡筒２４０１に対してウエハＷが＋Ｙ方向（図４１Ａ〜図４１Ｉの上方向）に移動している。一次ビームの照射領域２４０２は、鏡筒２４１に対して固定されており、二次元センサ７６１１は、鏡筒２４０３に対して固定されている。
図３９Ａの状態では、領域Ｙ１からの二次ビームが視野領域２３０１の二次ビーム２３０３として二次元センサ７６１１に入射するように二次ビーム２３０２が高速偏向器７４９で偏向されている。図３９Ａでは、照射領域２４０２の下半部分に領域Ｙ１が位置しているが、高速偏向器７４９で偏向された結果、この領域Ｙ１からの二次ビームが二次元センサ７６１１に入射している。なお、このとき、二次ビーム２３０２は、高速偏向器７４９での変更によって鏡筒２４０３の上側の部分に投影されている。
図３９Ｂに示すように、ウエハＷが上側に移動して領域Ｙ１が照射領域２４０２の中央にくると、高速偏向器７４９は二次ビーム２３０２を偏向せず、二次ビーム２３０２はそのまま検出器７６１に到達する。このとき、領域Ｙ１の二次ビーム像２３０３は、二次元センサ７６１１に投影される。図３９Ｃに示すようにウエハＷがさらに上側に移動して、領域Ｙ１が照射領域２４０２の上側の部分になると、高速偏向器７４９は、この部分の二次ビーム像２３０３を二次元センサ７６１１に投影すべく、二次ビーム２３０２を偏向する。図３９Ａ〜図３９Ｃは、図３７の撮像期間Ｔａ（Ｙ１）に対応している。
このようにして領域Ｙ１を追従した撮像が終了すると、高速偏向器７４９は、図３９Ｄに示すように、領域Ｙ１の隣の領域Ｙ２からの二次ビーム像が二次元センサ７６１１に投影されるように、二次ビーム２３０２を偏向する。そして、図３９Ｄの状態から、ウエハＷの上方への移動に伴って上方に移動する領域Ｙ２からの二次ビーム像２３０３が二次元センサ７６１１に入射するように、二次ビーム２３０２を偏向する。なお、図３９Ｃ〜図３９Ｄは、図３７の帰線期間Ｔｂ（Ｙ１）に対応している。
以下、高速偏向器７４９は、図３９Ａ〜図３９Ｃと同様にして、図３９Ｄ〜図３９Ｆに示すように、常に領域Ｙ２からの二次ビーム像２３０３が二次元センサ７６１に投影されるように、二次ビーム２３０２を偏向することで、視野領域２３０１を領域Ｙ２に追従して移動させる。この図３９Ｄ〜図３９Ｆは、図３７の撮像期間Ｔａ（Ｙ２）に対応している。
その後、高速偏向器７４９は、図３９Ｇに示すように、視野領域２３０１を領域Ｙ３に移動させて、図３９Ｇ〜図３９Ｉに示すように、領域Ｙ３からの二次ビーム像２３０３を二次元センサ７６１１に投影する。図３９Ｆ〜図３９Ｇは、図３７の帰線期間Ｔｂ（Ｙ２）に対応し、図３９Ｇ〜図３９Ｉは、図３７の撮像期間Ｔａ（Ｙ３）に対応する。
図３７に戻って露光期間について説明する。本実施の形態では、上述の撮像期間Ｔａの間すべて露光するのではなく、撮像期間Ｔａの初期にフロントポーチ期間Ｔｃをおいた後に、露光トリガ２２０６によって露光信号２２０５をオンにして、露光を開始し、撮像期間Ｔａの終期にバックポーチ期間Ｔｄを確保して、フロントポーチ期間Ｔｃの終了からバックポーチ期間Ｔｄの開始までの間を露光期間Ｔｅとする。
図３７では、撮像期間Ｔａが終了すると直ちにＥＯ補正値２２０４を増加させ、撮像期間Ｔａになると直ちにＥＯ補正２２０４を減少させるように示されているが、実際には、撮像期間Ｔａの初期には、高速偏向器７４９による視野領域の変更の速度を一定にするのに多少の時間がかかる。また、図３８Ａ〜図３８Ｍ及び図３９Ａ〜図３９Ｉからも明らかなように、撮像期間Ｔａの初期と終期には、高速偏向器７４９による偏向量が大きく、このような場合には、二次ビーム像２３０３に生じる歪（図３３参照）も大きくなる。
よって、速度が安定せず、かつ二次ビーム像の歪も大きい撮像期間Ｔａの初期、及び二次ビーム像の歪が大きい撮像期間Ｔａの終期には、露光、すなわち二次元センサ７６１１による撮像は行わないようにする。露光期間Ｔｅが終了して露光信号２２０５が立ち下がると同時に、画像転送トリガ２２０７が立ち上がって、それまで二次元センサ７６１１に蓄積された二次ビーム像２３０３の画像転送が開始される。
ブランキング信号２２０８は、視野領域２３０１がウエハＷを追従するのとは逆方向に戻る帰線期間Ｔｂにオンになり、フロントポーチ期間Ｔｃ及びバックポーチ期間Ｔｄを含む撮像期間Ｔａにオフになる。
ウエハＷの１ラインのすべての領域（図３７の例では領域Ｙ１〜Ｙ４）の撮像が終了すると、最後の帰線期間Ｔｂ（Ｙ４）よりもさらに画像転送完了待ち時間Ｔｆが経過した後に、スタート信号２２０３を立ち下げて検出器７６１の処理を終了する。高速偏向器７４９は、最後の帰線期間Ｔｂ（Ｙ４）よりもさらに補正終了オフセット期間Ｔｇが経過した後に、ＥＯ補正値２２０４を０に戻して処理を終了する。
上述のように、本実施の形態では、撮像期間Ｔａの初期と終期では高速偏向器７４９による二次ビームの偏向量が大きく、そのため二次ビーム像に生じる歪（図３３参照）も大きくなるため、撮像期間Ｔａの初期と終期を除く期間を露光期間Ｔｅとしているが、この露光期間Ｔｅのなかでも、高速偏向器７４９による二次ビームの偏向量が大きいほど二次ビーム像の歪が大きくなることには変わりない。
そこで、偏向制御装置としての制御装置２は、単純にステージの位置に応じてＥＯ補正を行うのではなく、偏向量に応じて二次イメージの歪が大きくなることを考慮して、ＥＯ補正値に歪補正値を重畳して、偏向を行うための制御信号を高速偏向器７４９に出力する。このときの歪補正値は、ＥＯ補正値が大きいほど、すなわち高速偏向器７４９による二次ビームの偏向量が大きいほど、ＥＯ補正値に対する補正量が大きくなるように設定される。歪補正値は、露光期間Ｔｅの開始から時間の経過に伴って小さくなり、高速偏向器７４９の偏向量が０となるタイミングで０となり、その後、露光期間Ｔｅが終了するまで上昇する。
このように、歪補正値はＥＯ補正値に対応しているので、ＥＯ補正値と歪補正値とを対応付けたルックアップテーブルを用意しておいて、制御装置２は、ＥＯ補正値に対応する歪補正値をそのルックアップテーブルから読み出して、歪み補正値を取得してよい。なお、偏向制御装置としての制御装置２が、ＥＯ補正及び歪み補正に加えて、振動補正も行うことは上述した通りである。
＜電子像追従式の電子線検査装置における検査処理＞
（背景）
試料を載置したステージを連続的に移動させるとともに、検出器における視野領域がステージとともに移動する試料の撮像領域を追従するように、試料から発生して検出器に入力する二次ビームを偏向する電子像追従式の電子線検査装置では、試料のある撮像領域の撮像が終了すると、視野領域をもとに戻して、撮像領域を隣接する新たな撮像領域に移動させるステップアンドリピートによって試料の二次ビーム像を取得する。
試料には複数のダイが繰り返し形成されている。検査手法としては、得られた二次ビーム像に基づいて、試料に形成されたダイ同士の比較を行うことで試料の検査を行うダイ−ダイ比較、及び各ダイから得られた二次ビーム像をデータベース上の基準となる画像と比較することで試料の検査を行うダイ−データベース比較が知られている。
ステップアンドリピートの検査において、試料上の撮像領域を変更する際に、ステージの振動やＥ×Ｂフィルタのノイズ等があると、撮像領域どうしの間に隙間ができ、検査の取りこぼしが発生する。そこで、ステップアンドリピートの検査では、隣接する撮像領域どうしの一部を重畳させて互いにオーバラップ領域を持たせて二次ビーム像を取得する。
（課題）
しかしながら、隣接する撮像領域どうしにオーバラップ領域を持たせて二次ビーム像を取得してダイ−ダイ比較やダイ−データベース比較を行うと以下の問題が生じる。以下では、ダイ−ダイ比較の場合を例として問題点を説明する。
図４０（ａ）は、試料であるウエハＷに形成されたダイを示す図である。図４０（ａ）では、ダイＤ１と、その下方にダイＤ１に隣接して形成されたダイＤ２を示している。図４０（ｂ）は、ステップアンドリピートによって順に取得されたフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像を示している。撮像領域をウエハＷの上から下に向けて、互いに一部がオーバラップするように移動させながら、各撮像領域について二次ビーム像を取得した場合には、図４０（ｂ）に示すようなフレームＡ〜Ｅの二次ビーム像が得られる。
二次ビーム像ＡにはダイＤ１の上側部分の二次ビーム像が含まれており、二次ビーム像ＢにはダイＤ１の下側部分の二次ビーム像とダイＤ２の上側の一部の二次ビーム像が含まれており、二次ビーム像ＣにはダイＤ２の上側部分の二次ビーム像が含まれており、二次ビーム像ＤにはダイＤ２の下側部分の二次ビーム像が含まれている。このような複数のフレームＡ〜Ｄの二次ビーム像が取得されたときに、これらをそのまま繋いで合成画像を生成すると、図４０（ｃ）に示すように、実際の試料とは異なる不連続な二次ビーム像が得られる。
そこで、本実施の形態では、ステップアンドリピートの検査において、試料上の撮像領域を変更する際の検査の抜けを防止できる検査装置を提供する。
（解決手段）
本実施の形態の検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、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１次光学系と、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームによる二次ビーム像を生成する二次元センサを含む検出器と、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向して、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、前記２次光学系による前記二次ビームの偏向及び前記検出器による前記二次ビーム像の生成を制御する制御装置と、前記検出器で生成された前記二次ビームの像に基づいて検査を行う検査処理装置とを備える。前記制御装置は、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射することで前記検出器にて生成された前記二次ビームの像を１フレームの二次ビーム像として、隣り合うフレームの前記二次ビーム像が互いにオーバラップ部分を有するように、前記二次ビームの偏向及び前記検出器による前記二次ビーム像の生成を制御し、前記検査処理装置は、各フレームの一部又は全体の前記二次ビーム像を比較対象と比較することで、検査を行う。
この構成により、隣り合うフレームにはオーバラップ部分が確保されるので、このオーバラップの幅程度のフレームのずれが許容され、検査の抜けを防止できる。また、オーバラップ部分を考慮して複数のフレームを繋ぎ合わせることで合成画像を生成してその合成画像について比較対象と比較することはせず、得られたフレーム画像の一部又は全体の二次ビーム像を比較対象と比較するので、合成画像を生成することによる処理負荷を回避できる。
前記試料には繰り返しパターンである複数のダイが形成されており、前記検査処理装置は、異なるダイの対応する部分の二次ビーム像を別々のフレームから抜き出して、それらを互いの比較対象として互いに比較して、検査を行ってよい。
この構成により、ダイ−ダイ比較による検査を行うことができる。
本実施の形態の検査方法は、試料をステージに載置して連続的に移動させ、前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成し、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向し、前記二次ビームの偏向及び前記二次ビーム像の生成を制御し、前記二次ビームの像に基づいて検査を行う。前記検査方法は、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射することで前記二次ビーム像を１フレームの二次ビーム像として、隣り合うフレームの前記二次ビーム像が互いにオーバラップ部分を有するように、前記二次ビームの偏向及び前記検出器による前記二次ビーム像の生成を制御し、各フレームの一部又は全体の前記二次ビーム像を比較対象と比較することで、検査を行う。
この構成によっても、隣り合うフレームにはオーバラップ部分が確保されるので、このオーバラップの幅程度のフレームのずれが許容され、検査の抜けを防止できる。また、オーバラップ部分を考慮して複数のフレームを繋ぎ合わせることで合成画像を生成してその合成画像について比較対象と比較することはせず、得られたフレーム画像の一部又は全体の二次ビーム像を比較対象と比較するので、合成画像を生成することによる処理負荷を回避できる。
（実施の形態）
図４１は、本実施の形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。図４１において、上記の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を適宜省略する。電子線検査装置は、主ハウジング３０と、ステージ装置５０と、電子光学装置７０と、検出器７６１と、画像処理部７６３と、制御装置２とを備えている。
主ハウジング３０は、ワーキングチャンバを画成する。ステージ装置５０は、主ハウジング３０内に配置される。試料であるウエハＷはステージ装置５０に載置される。ステージ装置５０は、ウエハＷの平面方向に移動することで、ウエハＷを電子光学装置７０に対して移動させる。電子光学装置７０は、主ハウジング３０の上に取り付けられる。電子光学装置７０は、ウエハＷに一次ビームを照射するための１次光学系７２、及びウエハＷから発生した二次ビームを検出器７６１に導くための２次光学系７４を備えている。検査器７６１は、２次元光学系７４によって投影される二次ビームを受けて二次ビーム像を生成する二次元センサ７６１１を備えている。
画像処理部７６３は、検出器７６１の二次元センサ７６１１で得られた複数の二次ビーム像に対して画像処理を行う。画像処理部７６３は、特に、検査処理装置として、複数の二次ビーム像を用いてウエハＷの検査を行う。本実施の形態では、検査処理装置としての画像処理部７６３は、二次ビーム像を用いてダイ−ダイ比較を行うことによりウエハＷの検査を行う。制御装置２は、ステージ装置５０、電子光学装置７０、及び検出器７６１を制御する。制御装置２は、特に、偏向制御装置９０として、電子光学装置７０の高速偏向器７４９を制御する。
図４２は、本実施の形態の電子線検査装置によるダイ−ダイ比較の検査を説明する図である。図４２（ａ）及び（ｂ）は、図４０（ａ）及び（ｂ）に対応しており、図４２（ａ）に示すようなダイＤ１及びダイＤ２が縦方向に並ぶウエハＷがあったときに、図４２（ｂ）に示すようにフレームＡ〜Ｅの二次ビーム像がこの順に得られたことを示している。
図４２（ｃ）は、本実施の形態の画像処理部７６３におけるダイ−ダイ比較を説明する図である。画像処理部７６３は、まず、ダイＤ１の一部の二次ビーム像を含むフレームＡについて、その二次ビーム像と一部又は全部が対応する別のダイ（ダイＤ２）の二次ビーム像を他のフレームから探索する。そのとき、フレームＡより後のフレームＣ、フレームＤ、フレームＥをこの撮像順に、探索の対象とする。なお、本実施の形態の場合は、フレームサイズ、オーバラップライン数、及びダイサイズから隣り合うフレーム（例えば、フレームＡとフレームＢ）の中に異なるダイの対応する部分は存在しえないので、各フレームについて、その次の次のフレームから、それ以降のフレームについて、異なるダイの対応する部分を探索する。
図４１に示すように、画像処理部７６３には、ピクセルサイズ、フレームサイズ、オーバラップライン数、ダイサイズの情報が与えられ、保存されている。なお、フレームサイズ及びオーバラップライン数の情報は制御装置２にも同様に与えられて、制御装置２に保存されている。制御装置２は、フレームサイズに応じてズームレンズを制御し、オーバラップライン数に応じて高速偏向器７４９を制御する。画像処理部７６３は、ピクセルサイズ、フレームサイズ、オーバラップライン数、及びダイサイズを用いて、順に得られる各フレームの二次ビーム像のどこにダイの先頭が位置しているかを確定する。
まず、画像処理部７６３は、フレームＡとフレームＣについて対応部分を探索する。図４２（ｃ）の第一段に示すように、フレームＡの上部がダイＤ１の上部の二次ビーム像であり、フレームＣの下部がダイＤ２の上部の二次ビーム像であり、画像処理部７６３は、これらが対応すると判定する。なお、フレームＣの下部の何ライン目にダイＤ２の二次ビーム像の先頭があるかは、上述のように、ピクセルサイズ、フレームサイズ、オーバラップライン数、及びダイサイズから求めることができる。画像処理部７６３は、図４２（ｃ）の第一段のように、フレームＡにおけるダイＤ１の二次ビーム像の一部とフレームＣにおけるダイＤ２の二次ビーム像の一部とを、異なるダイの対応する部分の部分画像として判定すると、それらの部分画像を比較して、それらが一致するかを判定する。画像の一致の判定には、パターンマッチング等の公知の技術を用いることができる。
次に、画像処理部７６３は、フレームＡとフレームＤについて対応部分を探索する。図４２（ｃ）の第二段に示すように、フレームＡの下部がダイＤ１の中段の二次ビーム像であり、フレームＤの上部がダイＤ２の中段の二次ビーム像であり、画像処理部７６３は、上記と同様にして、これらが対応すると判定する。そして、画像処理部７６３は、図４２（ｃ）の第二段のように、フレームＡにおけるダイＤ１の二次ビーム像の一部とフレームＤにおけるダイＤ２の二次ビーム像の一部とを、異なるダイの対応する部分の部分画像として判定すると、それらの部分画像を比較して、それらが一致するかを判定する。
フレームＡについてはフレーム全体について検査が終わったので、画像処理部７６３は、次にフレームＢについて、それより後のフレームとの比較を行う。画像処理部７６３は、まず、フレームＢとフレームＤについて対応部分を探索する。図４２（ｃ）の第三段に示すように、フレームＢの上部がダイＤ１の中段の二次ビーム像であり、フレームＤの下部がダイＤ２の中段の二次ビーム像であり、画像処理部７６３は、これらが対応すると判定する。そして、画像処理部７６３は、図４２（ｃ）の第三段のように、フレームＢにおけるダイＤ１の二次ビーム像の一部とフレームＤにおけるダイＤ２の二次ビーム像の一部とを、異なるダイの対応する部分の部分画像として判定すると、それらの部分画像を比較して、それらが一致するかを判定する。
次に、画像処理部７６３は、フレームＢとフレームＥについて対応部分を探索する。図４２（ｃ）の第四段に示すように、フレームＢの下部がダイＤ１の中段の二次ビーム像であり、フレームＥの中段がダイＤ２の中段の二次ビーム像であり、画像処理部７６３は、これらが対応すると判定する。そして、画像処理部７６３は、図４２（ｃ）の第四段のように、フレームＢにおけるダイＤ１の二次ビーム像の一部とフレームＥにおけるダイＤ２の二次ビーム像の一部とを、異なるダイの対応する部分の部分画像として判定すると、それらの部分画像を比較して、それらが一致するかを判定する。
フレームＢについてはフレーム全体について検査が終わったので、画像処理部７６３は、次にフレームＣについて、それより後のフレームとの比較を行う。画像処理部７６３は、フレームＣとフレームＥについて対応部分を探索する。図４２（ｃ）の第五段に示すように、フレームＣの上部がダイＤ１の下部の二次ビーム像であり、フレームＥの中段がダイＤ２の下部の二次ビーム像であり、画像処理部７６３は、これらが対応すると判定する。そして、画像処理部７６３は、図４２（ｃ）の第五段のように、フレームＣにおけるダイＤ１の二次ビーム像の一部とフレームＥにおけるダイＤ２の二次ビーム像の一部とを、異なるダイの対応する部分の部分画像として判定すると、それらの部分画像を比較して、それらが一致するかを判定する。
画像処理部７６３は、ここで、ダイＤ１の全体についてダイＤ２とのダイ−ダイ比較による検査が終了したので、検査処理を終了する。
図４３は、本実施の形態の電子線検査装置におけるダイ−ダイ比較による試料の検査のフロー図である。まず、電子線検査装置によってステップアンドリピートの二次ビーム像の撮像が行われ、複数のフレームの二次ビーム像が取得される（ステップＳ２８１）。このとき、上述のように、隣り合うフレームどうしが一部でオーバラップするように、撮像が行われる。次に、検査対象のフレーム（検査フレーム）に含まれるダイの二次ビーム像に対応する、他のダイの二次ビーム像を含む他のフレーム（比較フレーム）が探索される（ステップＳ２８２）。なお、取得された複数のフレームは、その取得順で検査フレームとなる。比較フレームが見つかると、検査フレームと比較フレームとで、対応するダイの部分を撮像した二次ビーム像の部分どうしが比較される（ステップＳ２８３）。
比較において不一致があった場合には、その旨の結果を出力するが、図４３のフロー図ではこの処理は図示を省略している。比較が終了すると、次に、検査フレームの全体について比較が完了したかが判断され（ステップＳ２８４）、未だ比較されていない部分がある場合には（ステップＳ２８４にてＮＯ）、その部分について、比較フレームの探索（ステップＳ２８２）及び比較（ステップＳ２８３）が行われる。
検査フレームの全体について比較が完了すると（ステップＳ２８４にてＹＥＳ）、次にすべてのダイの検査が完了したかが判断される（ステップＳ２８５）。すべてのダイの検査が完了していない場合には（ステップＳ２８５にてＮＯ）、検査フレームを取得順で次のフレームに切り替えて（ステップＳ２８６）、ステップＳ２８２に戻り、上記の処理を繰り返す。すべてのダイの検査が完了した場合には（ステップＳ２８５にてＹＥＳ）、検査処理を終了する。
上記から明らかなように、ダイＤ１とダイＤ２において複数のフレームで撮像される部分（フレームがオーバラップする部分）については、フレームの複数の組み合わせで比較が行われ、複数回の検査が行われている。よって、フレームに多少のずれがあった場合にも、いずれかのフレームで撮像されていれば、いずれかの比較が行われることになり、従って、設定されたオーバラップライン数程度のフレームのずれは許容され、フレームのずれによる検査漏れを防止できる。
また、上記の実施の形態では、各フレーム画像を繋ぎ合わせてダイ全体の合成画像を生成してそれらの合成画像どうしを比較するのではなく、異なるダイの対応する部分を各フレームから抜き出して互いに比較するので、合成画像を生成する処理が不要となり、処理を高速化でき、かつ、上述のように、オーバラップ部分について複数回の比較による検査を行うことで精度を向上できる。
なお、上記の実施の形態では、主走査方向である縦方向に複数のフレームをオーバラップさせることを説明したが、副走査方向（図４２の横方向）についても、フレームをオーバラップさせてよい。この場合には、副走査方向について、設定されたオーバラップライン数程度のフレームのずれが許容されることになる。
また、上記の実施の形態では、ダイ−ダイ比較による検査を行う場合について説明したが、ダイ−データベース比較による検査においても、上記と同様に、隣り合うフレームどうしにオーバラップ領域を持たせてもよい。
＜電子像追従式の電子線検査装置における一次ビームの整形＞
（背景）
試料を載置したステージを連続的に移動させるとともに、検出器における視野領域がステージとともに移動する試料の撮像領域を追従するように、試料から発生して検出器に入力する二次ビームを偏向する電子像追従式の電子線検査装置では、一次ビームも常に試料の視野領域を照射していなければならない。これを実現する手法としては、試料の移動に同期させて照射領域を移動させる方法と、検出器の視野領域の移動範囲をすべてカバーする照射領域を有する一次ビームを照射する方法とがある。
後者、すなわち、検出器の視野領域の移動範囲をすべてカバーする照射領域を有する一次ビームを照射する場合には、一次ビームの照射範囲を移動させる必要がなく、そのための構成を必要としない点で有利である。
（課題）
しかしながら、検出器の視野領域の移動範囲をすべてカバーする照射領域を有する一次ビームを照射する場合には、試料の撮像範囲でない部分にも一次ビームを照射することになるので、エネルギーの損失が発生する。従って、このようなエネルギーの損失は小さいほうがよく、そのためには、視野領域の移動範囲をカバーする最小限の範囲とすることが望ましい。
そこで、本実施の形態では、検出器の視野領域の移動範囲をすべてカバーする照射領域を有する一次ビームを照射する電子像追従式の電子線検査装置において、一次ビームのエネルギー損失を小さくすることを目的とする。
（解決手段）
本実施の形態の検査装置は、試料を載置して連続的に移動するステージと、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１次光学系と、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームによる二次ビーム像を生成する二次元センサを含む検出器と、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向して、前記二次ビームを前記二次元センサに導く２次光学系とを備えている。１次光学系は、前記一次ビームの断面形状を前記試料の移動方向に対応する方向に引き伸ばすよう前記一次ビームを整形する多極子を備えている。
この構成により、一次ビームの断面形状は試料の移動方向に対応する方向に引き伸ばされるので、試料の移動方向に垂直な方向に無駄に断面積を広けることによるエネルギーの損失を抑えることができる。
前記多極子は、前記１次光学系による前記一次ビームの光路上における前記一次ビームの焦点よりも前記試料に近い位置で、前記一次ビームを整形してよい。
この構成により、一次ビームを容易に整形できる。また、焦点よりも近い位置には、大きなレンズが配置されるので、この構成により、大きなレンズとの干渉を避けて１次光学系内に多極子を配置できる。
前記多極子は、前記一次ビームの断面形状が、前記二次ビームの偏向によって移動する前記検出器の視野領域のすべてをカバーする形状となるように、前記一次ビームを整形してよい。
この構成により、視野領域の移動に応じて一次ビームを移動させる必要がなく、そのための構成を設ける必要がなくなる。
前記多極子は、前記一次ビームの断面形状が楕円となるように、前記一次ビームを整形する。
この構成により、断面円形の一次ビームを整形して検出器の視野領域のすべてをカバーする断面形状にすることができる。
本実施の形態の検査方法は、試料をステージに載置して連続的に移動させ、前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成し、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、前記二次ビームを偏向し、多極子を用いて前記一次ビームの断面形状を前記試料の移動方向に対応する方向に引き伸ばすよう前記一次ビームを整形する。
この構成によっても、一次ビームの断面形状は試料の移動方向に対応する方向に引き伸ばされるので、試料の移動方向に垂直な方向に無駄に断面積を広けることによるエネルギーの損失を抑えることができる。
（実施の形態）
図４４は、本実施の形態に係る電子線検査装置の構成を示す図である。電子線検査装置は、１次光学系７２と２次光学系７４とを含む電子光学装置７０と、検出器７６１とを備えている。１次光学系７２は、電子ビームを生成し、ウエハＷに向けて照射する。１次光学系７２は、電子銃７２１と、レンズ７２２と、アパーチャ７２３と、Ｅ×Ｂフィルタ７２６と、レンズ７２７と、第１の高圧基準管７０１と、ビーム整形用多極子７３１とを備えている。１次光学系７２は、さらに、レーザ光源７２１１と電光面カソード７２１２とを含む電子銃７２１と、電子銃７２１から発生した電子ビーム（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。電子銃７２１は、断面円形の電子ビームを生成する。
レンズ７２２及びアパーチャ７２３は、一次ビームを整形するとともに、一次ビームの方向を制御する。Ｅ×Ｂフィルタ７２６は、一次ビームに磁界と電界によるローレンツ力を与えることで、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ７２６に入射した一次ビームを鉛直下方向に偏向し、ウエハＷの表面に照射する。レンズ７２７は、一次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。
ビーム整形用多極子７３１は、電子銃７２１で生成された一次ビームを整形する。上述のように、電子銃７２１で生成された一次ビームは断面が円形状であるが、ビーム整形用多極子７３１は、一次ビームの断面が楕円形状になるように、一次ビームの進行方向と垂直な方向に、一次ビームを引き伸ばす。ビーム整形用多極子７３１は、レンズ７２２による焦点よりも先に配置される。この位置にビーム整形用多極子７３１を設けることで、図４４に示すように、レンズ７２２からある程度離してビーム整形用多極子７３１を配置することができる。また、焦点より後段で整形することで整形が容易となる。
図４５は、ビーム整形用多極子の構成を示す断面図である。本実施の形態のビーム整形用多極子７３１は、図４５に示すように、電極７３１ａ〜７３１ｄからなる４極子である。なお、ビーム整形用多極子７３１は、８極子や１２極子であってもよい。断面が円形である一次ビームｂは、４極子が形成する電磁場によって、縦方向に引き伸ばされ、断面が楕円形の一次ビームｂ´に整形される。一次ビームｂ´の断面形状としての楕円形は、縦横比が例えば１：２程度であってよい。
図４６は、ウエハＷの表面における視野領域の移動範囲と一次ビームの照射範囲との関係を示す図である。一次ビームは、ビーム整形用多極子７３１によって整形された結果、断面形状が楕円形になるので、ウエハＷの表面における照射範囲ＥＦも楕円形状となる。この照射範囲ＥＦは、視野領域の移動範囲ＶＦ、すなわち視野領域が移動したときの軌跡をすべてカバーする。
視野領域が一方向に往復を繰り返すことで、ステップアンドリピートによる電子像追従式の電子線検査が実現されるので、照射領域ＥＦがこの視野領域となり得るすべての領域である移動範囲ＶＦの全体をカバーしていれば、視野領域がこの移動範囲ＶＦ内のどこにあっても、１次ビームが照射されて、確かに二次ビームが生成されることになる。視野領域の移動範囲ＶＦは、図４６に示すように、２つの視野領域をウエハＷの移動方向（ステップアンドリピートにおける主走査方向）に隣接して並べた範囲であり、照射領域ＥＦはこのような移動範囲ＶＦをカバーするように、ウエハＷの移動方向に長い楕円形状である。
＜ソフトウェアによる再検査シミュレーション＞
（背景）
試料に生じている欠陥を検査する検査システムにおいて、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。
（課題）
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、本実施の形態は、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できる検査システムを提供する。
（解決手段）
本実施の形態の検査システムは、検査装置と、シミュレーション装置とからなり、検査装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてセル−セル比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力し、シミュレーション装置は、前記二次ビーム像について、セル−セル比較検査におけるセル周期を変更した再検査シミュレーションを行い、検査結果を出力する。
この構成によれば、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なセル周期を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査システムは、検査装置と、シミュレーション装置とからなり、検査装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてダイ−ダイ比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力し、シミュレーション装置は、前記二次ビーム像について、ダイ−ダイ比較検査におけるエッジ許容値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によれば、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なエッジ許容値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査システムは、検査装置と、シミュレーション装置とからなり、検査装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について画像処理フィルタによるフィルタ処理をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力し、シミュレーション装置は、前記二次ビーム像について、画像処理フィルタを変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によれば、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適な画像フィルタを得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査システムは、検査装置と、シミュレーション装置とからなり、検査装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてシェーディング補正をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力し、シミュレーション装置は、前記二次ビーム像について、シェーディング補正値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によれば、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なシェーディング補正値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
上記の検査システムにおいて、前記検査装置は、前記二次ビーム像から所定の閾値以上の欠陥を検出して前記欠陥画像を生成し、前記シミュレーション装置は、さらに、前記閾値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力してよい。
この構成によれば、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適な閾値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態のシミュレーション装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてセル−セル比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について、セル−セル比較検査におけるセル周期を変更した再検査シミュレーションを行い、検査結果を出力する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なセル周期を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態のシミュレーション装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてダイ−ダイ比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について、ダイ−ダイ比較検査におけるエッジ許容値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なエッジ許容値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態のシミュレーション装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について画像処理フィルタによるフィルタ処理をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について、画像処理フィルタを変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適な画像フィルタを得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態のシミュレーション装置は、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてシェーディング補正をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について、シェーディング補正値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なシェーディング補正値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査結果レビュープログラムは、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてセル−セル比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得するシミュレーション装置にて実行されることで、前記シミュレーション装置に、前記二次ビーム像について、セル−セル比較検査におけるセル周期を変更した再検査シミュレーションを行い、検査結果を出力するシミュレーション処理部を構成する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なセル周期を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査結果レビュープログラムは、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてダイ−ダイ比較検査を行って欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得するシミュレーション装置にて実行されることで、前記シミュレーション装置に、前記二次ビーム像について、ダイ−ダイ比較検査におけるエッジ許容値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力するシミュレーション処理部を構成する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なエッジ許容値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査結果レビュープログラムは、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像について画像処理フィルタによるフィルタ処理をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得するシミュレーション装置にて実行されることで、前記シミュレーション装置に、前記二次ビーム像について、画像処理フィルタを変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力するシミュレーション処理部を構成する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適な画像フィルタを得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
本実施の形態の検査結果レビュープログラムは、試料に一次ビームを照射して、試料からの二次ビームによって二次ビーム像を取得し、前記二次ビーム像についてシェーディング補正をした上で欠陥画像を取得し、前記欠陥画像及び前記二次ビーム像を出力する検査装置から、前記二次ビーム像を取得するシミュレーション装置にて実行されることで、前記シミュレーション装置に、前記二次ビーム像について、シェーディング補正値を変更した再検査シミュレーションを行い、再検査結果を出力するシミュレーション処理部を構成する。
この構成によっても、検査装置での実際の検査を繰り返すことなく、最適なシェーディング補正値を得るための再検査シミュレーションを行うことができる。よって、検査条件を最適化するための時間を短縮でき、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。
（実施の形態）
図４７は、本実施の形態の検査システムの構成を示す図である。検査システムは、検査装置１００と、シミュレーション装置２００とを備えている。検査装置１００は、上記の実施の形態の任意の電子線検査装置であってよい。検査装置１００は、主ハウジング３０と、主ハウジング３０の上に設置された電子光学装置７０と、主ハウジング３０内に設けられたステージ装置５０と、電子光学装置７０の上に設置された検出器７６１と、検出器７６１に接続された画像処理部７６３とを備えている。
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ウエハＷに面ビームである一次ビームを照射して、それによってウエハ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、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。
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。
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４８は、セル−セル比較の場合のセル周期、及びダイ−ダイ比較の場合のエッジ許容値を説明する図である。いま、ウエハＷの表面には、図４８に示すように、複数のダイＤ１、Ｄ２が形成されており、それぞれのダイは、中央にセル領域Ｃを有し、かつセル領域の左下に「Ａ」が形成されているとする。また、セル領域Ｃには、複数の「Ｆ」の繰り返しパターン（セル）が形成されているとする。
検査条件パラメータとしてのセル周期とは、検査装置１００がセル−セル比較による検査を行う際の主走査方向（図４８の例では下向き）の繰り返しパターンの周期ｐである。画像処理部７６３におけるセル−セル比較の際にこの周期が正しくなければ、セル−セル比較による検査結果は正しく得られない。そこで、シミュレーション処理部２０１は、検査装置１００から得た未処理画像についてセル周期を変更しながらセル−セル比較をし直して、最適なセル周期を求める。
検査条件としてのエッジ許容値とは、検査装置１００がダイ−ダイ比較による検査を行う際に、エッジ部分について欠陥を検出するための閾値である。図４８に示すように、ダイ−ダイ比較において、比較対象である「Ａ」のエッジ部分で差分ｄが生じやすい。よって、エッジ部分について、エッジ以外の部分と同じ閾値を用いて欠陥であるか否かの判断をすると、エッジ部分から疑似欠陥が生じやすくなる。そこで、エッジ部分については、欠陥として検出するための閾値を他の部分と比較して大きく設定する。このエッジ部分について大きく設定された閾値がエッジ許容値である。エッジ許容値を小さくしすぎるとエッジから疑似欠陥が検出されてしまい、エッジ許容値を大きくしすぎるとエッジに生じている真の欠陥を検出することができない。そこで、シミュレーション処理部２０１は、検査装置１００から得た未処理画像についてエッジ許容値を変更しながらダイ−ダイ比較をし直して、最適なエッジ許容値を求める。
以下、上記のように構成された検査システムの動作を説明する。図４９は、検査システムの動作を示すフロー図である。まず、検査装置１００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、検査装置１００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検査装置１００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、本実施の形態の検査システムによれば、検査装置１００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で検査装置１００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、検査装置１００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。
［産業上の利用可能性］
本実施形態によれば、偏向器によって、二次ビームの像の歪みや、ステージの振動による二次ビームの像のずれが軽減ないし解消するので、より精度の高い電子像追従型の検査装置を提供できるという効果を有し、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置等として有用である。
以上、第２の実施形態から、例えば次のような態様が想到される。
［付記１］
試料を検査する検査装置であって、
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１次光学系と、
前記一次ビームを前記試料に照射することで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、
前記ステージの振動を検出する振動検出手段とを備え、
前記２次光学系は、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向する偏向器を含み、
前記検査装置は、さらに、前記ステージの移動及び前記振動検出手段の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記偏向器の前記多極子を制御して重畳電界を調整する偏向器制御部を備えたことを特徴とする検査装置。
［付記２］
前記２次光学系は、前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、電圧が印加される第３の高圧基準管及び第４の高圧基準管を備え、
前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管とは、前記試料と前記偏向器との間で分離しており、
前記第４の高圧基準管に印加される第４の電圧は、前記第３の高圧基準管に印加される第３の電圧より低く、
前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管との間に、前記第３の電圧より低く前記第４の電圧より高い中間電圧が印加される中間電極が設けられたことを特徴とする付記１に記載の検査装置。
［付記３］
前記第４の高圧基準管に印加する前記第４の電圧を調整する電圧調整部をさらに備えたことを特徴とする付記２に記載の検査装置。
［付記４］
前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備え、
前記２次光学系は、さらに、
前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、
前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管と、
を備え、
前記第１の電圧と、前記第２の電圧と、前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しいことを特徴とする付記２又は３に記載の検査装置。
［付記５］
前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備え、
前記２次光学系は、さらに、
前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、
前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管と、
を備え、
前記第２の電圧と前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第１の電圧は前記第２の電圧より小さく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しいことを特徴とする付記２又は３に記載の検査装置。
［付記６］
前記第１の電圧と、前記ビーム分離器に印加する偏向電圧とが互いに等しいことを特徴とする付記４又は５に記載の検査装置。
［付記７］
前記試料における前記一次ビームの照射領域は固定されており、前記偏向器によって前記二次ビームを偏向することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が、前記照射領域内で往復移動することを特徴とする付記１ないし６のいずれか一項に記載の検査装置。
［付記８］
前記ビーム分離器は、前記偏向器による前記二次ビームの偏向方向の変更に同期して前記一次ビームの偏向方向を変更することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が往復移動されるのに同期して、前記視野領域をカバーするように前記試料における前記一次ビームの照射領域を往復移動することを特徴とする付記１ないし６のいずれか一項に記載の検査装置。
［付記９］
試料をステージに載置して連続的に移動させ、
前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、
前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成する検査方法であって、
前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向し、
前記ステージの振動を検出し、前記ステージの移動及び振動の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記多極子を制御して重畳電界を調整することを特徴とする検査方法。
［符号の説明］ 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、７０Ａ〜７０Ｇ：光学電子装置、７６１：検出器、７６１１：二次元センサ、７６３：画像処理部、７２：１次光学系、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
３．第３の実施形態
［技術分野］
本実施形態は、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。
［背景技術］
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）。
このような従来の検査装置に於いて、分解能向上とスループット向上を両立させるために、二次電子の加速電位を大きくする事が求められる。加速電位が５ｋｅＶよりも大きな光学系のレンズは、静電レンズでは実現が難しいため、電磁レンズで構成される。その２次光学系の対物レンズとして、分解能向上の観点から磁界界浸型の電磁レンズが用いられる。磁界界浸型の電磁レンズは、物面、焦点、もしくは像面が、レンズコイルで発生させた磁界に入り込む（界浸）ように構成されたレンズである。
［本実施形態の概要］
［本実施形態が解決しようとする課題］ しかしながら、２次光学系の対物レンズとして磁界界浸型の電磁レンズを用いると、視野の周辺で著しく二次電子量が低下し、かつ、周辺のボケが光学設計で予測される値よりも著しく増大する現象が発生した。収差理論を元にした光学設計では確認されなかった現象であるため、軌道計算で詳細に確認した所、レンズ磁界の中から出発する軌道で、光軸から外れた位置から光軸と平行に出発する軌道は、光軸と交わらない事がわかった。各軌道に於ける光軸と最も接近する位置での離軸距離は、出発位置（物面）の光軸との離軸距離（物高）に比例していた。したがって、従来通りの手法で、光路上に開口絞りを置いて開き角を調整しようとした際に、物高の大きなビームは、信号量の少ない開き角の大きなビームしか開口絞りを通過できないために二次電子量が低下し、また、開き角に依存する収差が大きくなって、設計で想定したよりも大きなボケが発生する事がわかった。
本実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたもので、２次光学系の光軸以外の位置から光軸と平行に出射した二次電子が１点で光軸と交わる対物レンズを備えた検査装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本実施形態の検査装置は、、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電子ビームを所定の大きさの面形状に照射する１次光学系と、対物レンズを有し、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子を加速させ、前記二次電子を写像投影して検出器に導く２次光学系と、を備え、前記対物レンズは、第１のコイルと、前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い箇所に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、を備え、前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されるように構成されている。
この構成によれば、２次光学系の光軸上における試料面の位置で、第１のコイルの磁束密度が第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされる。したがって、２次光学系の光軸以外の位置から光軸と平行に出射した二次電子が１点で光軸と交わる。これにより、視野の周辺で著しく二次電子量が低下したり、周辺のボケが光学設計で予測される値よりも著しく増大するといった現象の発生を抑制する事ができる。
また、本実施形態の検査装置では、対物レンズは、ヨークと試料との間に配置され、非磁性材を材料として構成される加速電極を備えてもよい。
この構成によれば、加速電極を設けることにより、十分な加速電圧を確保することができ、収差を小さくすることができる。
本実施形態の対物レンズは、試料を検査する検査装置に備えられる対物レンズであって、
前記検査装置では、ステージ上の試料に対して電子ビームが所定の大きさの面形状に照射され、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子が写像投影されて検出器に導かれ、前記対物レンズは、第１のコイルと、前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い位置に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、を備え、前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されるように構成されている。
この対物レンズによっても、上記の検査装置と同様に、２次光学系の光軸上における試料面の位置で、第１のコイルの磁束密度が第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされる。したがって、視野の周辺で著しく二次電子量が低下したり、周辺のボケが光学設計で予測される値よりも著しく増大するといった現象の発生を抑制する事ができる。
［本実施形態の効果］
本実施形態によれば、視野の周辺で著しく二次電子量が低下したり、周辺のボケが光学設計で予測される値よりも著しく増大するといった現象の発生を抑制する事ができる。
［図面の簡単な説明］
［図５０］本実施形態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５１］図５０に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図５０の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
［図５２］本実施形態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５３］図５２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。
［図５４］（ａ）本実施形態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）本実施形態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）本実施形態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。
［図５５］本実施形態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。
［図５６］本実施形態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。
［図５７］本実施形態の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図である。
［図５８］本実施形態の一実施形態に係る対物レンズの磁束密度を示す図である。
以下、本実施形態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、本実施形態を実施する場合の一例を示すものであって、本実施形態を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本実施形態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。また、先行の実施形態とは別個に符号を付していることに留意されたい。
図５０及び図５１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５０及び図５１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。
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。
＜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５１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５１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５０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５０及び図５１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５０及び図５１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５０及び図５１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５０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５０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５０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５１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５１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５１で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図５１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５２は、電子光学装置７０の構成を示す図である。図５３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５２及び図５３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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）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（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（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）または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。
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５３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、二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５２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５２では、図５０及び図５１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５４（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５４（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５４（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５４（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５５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５２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５０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５２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５６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。
＜対物レンズ＞
図５７は、本実施の形態の検査装置の２次光学系に用いられる対物レンズ７３０の構成を示す図である。図５７に示すように、対物レンズ７３０は、第１のコイル７３０１、第２のコイル７３０２（キャンセル用コイル）、ヨーク７３０３、加速電極７３０４を備えている。第１のコイル７３０１は、メインコイルであり、第２のコイル７３０２は、キャンセル用コイルである。第２のコイル７３０２は、２次光学系の光軸に沿って第１のコイル７３０１と並ぶように配置されており、例えば、第１のコイル７３０１の試料面側（図５７における下側）に配置されている。ヨーク７３０３は、第１のコイル７３０１を収容する第１の収容部７３０６と、第２のコイル７３０２を収容する第２の収容部７３０７を備えており、それぞれの収容部に対して、２次光学系の光軸に近い位置に光軸と同心の円環状の切れ目７３０８を有している。ヨーク７３０３は、磁性体で構成される。試料と２次光学系の間には電位差があり、試料から出発した二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速される。加速電極７３０４は、ヨーク７３０３と試料との間に配置されており、この場合、ヨーク７３０３の試料面側（図５７における下側）に配置されている。
第２のコイル７３０２は、第１のコイル７３０１とは非対称に設計されてもよい。すなわち、第２のコイル７３０２のサイズや巻き数は、第１のコイル７３０１のサイズや巻き数と異なってもよい。例えば、第２のコイル７３０２のサイズは、第１のコイル７３０１のサイズより小さく、第２のコイル７３０２の巻き数は、第２のコイル７３０２の巻き数より少なくてもよい。また、第２のコイル７３０２の流される電流値は、第１のコイル７３０１に流される電流値より小さくてもよい。さらに、第２のコイル７３０２は、第１のコイル７３０１と反対の磁場を発生させるように構成されている。例えば、第２のコイル７３０２の巻き方向は、第１のコイル７３０１の巻き方向と反対である（この場合、第２のコイル７３０２に流される電流の向きと、第１のコイル７３０１に流される電流の向きは同じである）。あるいは、第２のコイル７３０２に流される電流の向きと、第１のコイル７３０１に流される電流の向きは反対である（この場合、第２のコイル７３０２の巻き方向は、第１のコイル７３０１の巻き方向と同じである）。この対物レンズ７３０は、非対称のダブルギャップレンズで構成されているともいえる。
図５８は、本実施の形態の対物レンズ７３０の磁束密度を示す図である。図５８に示すように、２次光学系の光軸上における試料面の位置（試料面上）において、第１のコイル７３０１の磁束密度は、第２のコイル７３０２の磁束密度によりキャンセルされる。この場合、試料面上において、第１のコイル７３０１の磁束密度と第２のコイル７３０２の磁束密度の和がゼロである。
本実施の形態の対物レンズ７３０によれば、２次光学系の光軸上における試料面の位置で、第１のコイル７３０１の磁束密度が第２のコイル７３０２の磁束密度によりキャンセルされると、２次光学系の光軸以外の位置から光軸と平行に出射した二次電子は１点で光軸と交わるので、そこに開口絞りを配置する事により、試料面上の広い視野に亘って開口絞りを通過する開き角分布が一定になり、開き角分布の不均一に起因する信号量の不均一や収差の不均一の問題が発生しない。同時に、物体側テレセントリックな光学系を構成する事が可能になる。
また、本実施の形態の対物レンズ７３０によれば、さらに加速電極７３０４を設けることにより、十分な加速電圧を確保することができ、収差を小さくすることができる。
以上、本実施形態の実施の形態を例示により説明したが、本実施形態の範囲はこれらに限定されるものではなく、付記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。
例えば、上記の実施の形態では、試料面上において、第１のコイル７３０１の磁束密度と第２のコイル７３０２の磁束密度の和がゼロである場合について説明したが、第１のコイル７３０１の磁束密度と第２のコイル７３０２の磁束密度の和は必ずしもゼロでなくてもよい。すなわち、試料面上において、第１のコイル７３０１の磁束密度と第２のコイル７３０２の磁束密度の和はゼロに近い値でもよく、２次光学系の視野内の位置から光軸と平行に出発した二次電子が、開口絞りの位置で、光軸との離軸距離が開口径の例えば２０％以内であれば、開き角分布の不均一に起因する信号量の不均一や収差の不均一の問題に影響せず、また、物体側テレセントリックな光学系を構成する事にも支障がない。
以上、第３の実施形態から、例えば次のような態様が想到される。
［付記１］
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電子ビームを所定の大きさの面形状に照射する１次光学系と、
対物レンズを有し、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子を加速させ、前記二次電子を写像投影して検出器に導く２次光学系と、
を備え、
前記対物レンズは、
第１のコイルと、
前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、
磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い箇所に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、
を備え、
前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、
前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されることを特徴とする検査装置。
［付記２］
前記対物レンズは、前記ヨークと前記試料との間に配置され、非磁性材を材料として構成される加速電極を備える、付記１に記載の検査装置。
［付記３］
試料を検査する検査装置に備えられる対物レンズであって、
前記検査装置では、ステージ上の試料に対して電子ビームが所定の大きさの面形状に照射され、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子が写像投影されて検出器に導かれ、
前記対物レンズは、
第１のコイルと、
前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、
磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い位置に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、
を備え、
前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、
前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されることを特徴とする対物レンズ。
［符号の説明］
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、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、７３０：対物レンズ、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、７３０１：第１のコイル、７３０２：第２のコイル、７３０３：ヨーク、７３０４：加速電極、７３０６：第１の収容部、７３０７：第２の収容部、７３０８：切れ目
４．第４の実施形態
［技術分野］
本実施形態は、直交する電界と磁界から構成され、電子ビームのエネルギー分離器であるウィーンフィルターに関する。
［背景技術］
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への電子照射によって試料から出射した電子ビーム（以下二次ビームと記す）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５参照）。
また、試料に照射する電子ビーム（以下一次ビームと記す）の試料へ入射するエネルギーが数ｅＶになると、照射領域の電流密度の均一化のみならず、試料への入射角分布の均一性も求められるようになり、それも考慮した電子光学系の設計が必要になる。
ウィーンフィルターで光軸が曲げられる一次ビームにおいて、電界方向と磁界方向の集束特性の差が生じることについては、特許文献２で述べられているが、一次ビームの曲げ角度が４５°程度になると、もはや収差と呼べない程の著しい差が生じる。
［本実施形態の概要］
［本実施形態が解決しようとする課題］
一次ビームの電子光学系を設計する上で、段落０００４で記したような電界方向と磁界方向の集束特性の差はない方が好ましい。さらに、それはウィーンフィルター単体で実現できる方が好ましい。特許文献２では、電極の角度を変化させる事で実現しているが、多極子の電磁極で構成されるウィーンフィルターにおいては、そのような構成は採用しづらい。
本実施形態は、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。本実施形態の目的は、多極子の電磁極で構成され、かつ一次ビームの電界方向と磁界方向の集束特性の差が生じにくいウィーンフィルターを提供する。
［課題を解決するための手段］
本実施形態の一態様によれば、試料に一次ビームを照射し、これによって前記試料から発生した二次ビームに基づいて前記試料の検査を行う検査装置に用いられ、斜め上方から入射した前記一次ビームの向きをほぼ鉛直下方向に変えて出射し、かつ、鉛直上向きに入射した前記二次ビームの向きをほとんど変えずに出射させるウィーンフィルターであって、前記二次ビームの光軸を中心として等角度間隔で８個以上配置され、導電材料かつ軟磁性材料からなる電磁極と、それぞれの前記電磁極の周りに巻回されたコイルと、前記電磁極の周囲を覆うように配置されるシールド部材と、を備え、前記電磁極には、一次ビームが偏向する方向に均一平行電界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電位を印加可能であり、前記コイルには、一次ビームが偏向する方向に均一平行磁界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電流を印加可能であり、前記シールド部材には、斜め上方から前記一次ビームが入射する第１ビーム孔と、前記電磁極により偏向された前記一次ビームが出射し、かつ、前記試料から発生した前記二次ビームが入射する第２ビーム孔と、前記二次ビームが出射する第３ビーム孔と、が設けられ、前記第１ビーム孔の出口面は非水平である、ウィーンフィルターが提供される。
前記第１ビーム孔の出口面が非水平であることで、斜め上方から入射される一次ビームの集束特性を改善できる。
望ましくは、前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、に応じて設定される。
前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、のずれを減少させる角度に設定されてもよい。
また、前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束位置と、磁界方向の集束位置と、のずれを減少させる角度に設定されてもよい。
斜め上方４５度から前記一次ビームが前記第１ビーム孔に入射し、前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、略９０度であってもよい。
また、前記電磁極は、前記均一平行電界および前記均一平行磁界に加えて、四極子電界または四極子磁界を重畳してもよい。
［実施形態の効果］
本実施形態によれば、新たな光学要素を付加することなく、一次ビームの二方向集束を達成できる。また、シールド部材の形状を変化させるだけなので、特許文献２のように、電極や磁極の形状を非対称に変化させる必要がないので、より簡便に二方向集束が実現でき、同時に二次ビームの直進性を損ないがちな要因がない。
［図面の簡単な説明］
［図５９］本実施形態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６０］図５９に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図５９の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。
［図６１］本実施形態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６２］図６１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。
［図６３］（ａ）本実施形態の一実施形態に係る二次ビームがウエハ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）本実施形態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）本実施形態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。
［図６４］本実施形態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。
［図６５］本実施形態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。
［図６６］（ａ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６の断面図である。（ｂ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６における一次ビームＢ１〜Ｂ４の出射位置を示す図である。
［図６７］複数の電磁極９０を模式的に示す斜視図である。
［図６８］シールド部材９１の断面を斜めから見た図を模式的に示す図である。
［図６９］本実施形態に係るウィーンフィルター７２６における一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の集束特性を示す図である。
［図７０］変形例に係るウィーンフィルター７２６の断面図である。
［図７１］（ａ）比較例に係るウィーンフィルター７２６’の断面図である。（ｂ）本実施形態に係るウィーンフィルター７２６’における一次ビームＢ１〜Ｂ４の出射位置を示す図である。
［図７２］比較例に係るウィーンフィルター７２６’における一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の集束特性を示す図である。
以下、本実施形態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、本実施形態を実施する場合の一例を示すものであって、本実施形態を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本実施形態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。また、先行の実施形態とは別個に符号を付していることに留意されたい。
図５９及び図６０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５９及び図６０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。
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。
＜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６０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６０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５９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５９及び図６０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５９及び図６０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５９及び図６０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５９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５９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５９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６０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。
図５９及び図６０に示すように、本実施の形態のステージ装置１は、第１及び第２の試料Ｗを載置して連続的に移動し、第１の電子光学装置７０１の一次光学系７６が第１の試料Ｗに一次ビームを照射している間に、第２の電子光学装置７０２の一次光学系は第２の試料に一次ビームを照射するようになっている。このような態様によれば、複数の試料Ｗの検査に要する時間を大幅に短縮することができる。
＜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６０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６０で上方に移動し、また、Ｘテーブル５３は図６０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６１は、電子光学装置７０の構成を示す図である。図６２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６１及び図６２に示すように、電子光学装置７０は、電子ビームを生成する一次光学系７２と、試料Ｗからの二次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる二次光学系７４と、それらの電子を検出する検出器７６１と、を備えている。検出器７６１には、検出器７６１からの信号を処理する画像処理部７６３が接続されている。
一次光学系７２は、電子ビームを生成し、試料Ｗに、検出器７６１の検出サイズをカバーする領域を一括照射する構成である。一次光学系７２は、電子銃７２１と、レンズ７２２と、アパーチャ７２３と、ウィーンフィルター７２６と、レンズ７２７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。生成された電子ビームは加速され、レンズ７２２及びアパーチャ７２３によって整形される。そして、ウィーンフィルター７２６にて、電子ビームは、磁界によるローレンツ力と電界によるクーロン力の影響を受け、斜め上方から入射して、鉛直下方向に偏向され、試料Ｗに向かう。レンズ７２７は、ウィーンフィルター７２６付近に形成された中間像を試料Ｗに投影する。一次ビームは、試料Ｗ付近で減速され、試料Ｗに入射する、もしくは試料Ｗ近傍で反射される。
一次光学系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。一次ビームの試料Ｗへの入射エネルギー（ランディングエネルギー）は、試料電位と電子銃の加速電位との差で定義されるが、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。
ウィーンフィルター７２６の電界と磁界の条件を調整することにより、一次電子ビームの試料Ｗへの入射角を定めることができる。例えば、一次ビームが、試料Ｗに対して垂直に入射するように、ウィーンフィルター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に対する一次光学系の電子ビームの入射角度をわずかに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、異物に対してわずかな入射角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し、同時に、ミラー電子の軌道が二次光学系光軸中心から外れない条件を形成することができるために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。一次ビームは、ランディングエネルギーＬＥ５〜１０〔ｅＶ〕で試料Ｗの表面２１に照射される。予めチャージアップされた異物によって一次ビームの電子が異物に接触せずに跳ね返される。こうして生成されたミラー電子が二次光学系７４により検出器７６１に導かれる。同時に、チャージアップされていない試料Ｗの表面２１に照射された一次ビームによる二次放出電子も生成される。しかし、ランディングエネルギーＬＥ５〜１０〔ｅＶ〕程度の電子照射による二次電子放出効率は０に近い上、二次電子は、試料Ｗの表面２１からＬａｍｂｅｒｔのｃｏｓ則に近い角度分布で放出されるため、二次電子は二次電子光学系のアパーチャ７４２によりそのほとんどがカットされ、検出器７６１に到達する二次電子割合は、低い値であり、例えば、０．５〜４．０％程度である。一方、一次電子に対するミラー電子の割合はほぼ１であり、かつ、散乱は二次電子の角度分布よりも少ないので、ミラー電子は、高い透過率で検出器７６１に到達する。したがって、異物由来の信号が、高いコントラストで検出される。
また、異物由来のミラー電子の像は、チャージアップした異物が形成する局所電界の効果によって、実際の大きさよりも大きく検出器７６１に投影される。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。拡大された異物のサイズが、検出器７６１の画素サイズの３倍以上あれば、異物として検出可能であるから、二次光学系７４の投影倍率を小さくして検出器７６１の画素サイズを大きくして一度に検出できる面積を大きくすることにより、高速・高スループットな検査が実現できる。
例えば、異物のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、検出器７６１の画素サイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上の検出器７６１の画素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。
二次光学系７４は、試料Ｗから反射した電子もしくは試料Ｗの表面２１から放出された二次電子の分布を、検出器７６１に拡大投影する手段である。二次光学系７４は、レンズ７２７、７４０、７４１、と、ＮＡアパーチャ７４２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７２７及びウィーンフィルター７２６を再度通過する。そして、電子は二次光学系７４に導かれる。二次光学系７４においては、レンズ７４０、ＮＡアパーチャ７４２、レンズ７４１を通して試料Ｗ由来の電子信号を検出器７６１に結像させる。
ＮＡアパーチャ７４２は、二次系の透過率・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７４２のサイズを選択することが好適である。
例えば、一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、二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、二次光学系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、二次元イメージセンサ７６１１を含んでいる。二次元イメージセンサ７６１１には、二次元方向に複数の画素が配列されている。
二次元イメージセンサ７６１１には、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）半導体センサを適用することができる。例えば、二次元イメージセンサ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（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）及びコントラストを得ることが可能となる。また、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、二次元イメージセンサとして、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、二次元イメージセンサ７６１１には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）または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。
なお、二次元イメージセンサ７６１１の画素数は、２ｋ×２ｋ〜１０ｋ×１０ｋとすることができる。また、二次元イメージセンサ７６１１のデータレートは、１０ＧＰＰＳ以下とすることができる。さらに、二次元イメージセンサ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上の二次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する二次光学系７４においてフォーカス制御が行われる。試料Ｗの二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。
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。試料Ｗの表面２１の一点から出射した二次放出電子は、概ねＬａｍｂｅｒｔの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、二次放出電子は、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、一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、二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、ビームの二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、レンズ７４１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。
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二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、二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６１に示すように、一次光学系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、一次光学系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１０〜１／１０とすることができる。
二次光学系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、二次ビームを任意の方向に偏向すると同時に、４極子場、６極子場および８極子場を重畳して印加することにより、偏向に伴って発生する収差を低減することができる。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。
なお、二次光学系７４の結像倍率は１０〜１００００倍とすることができ、二次元イメージセンサ７６１１の１画素で捉える試料のサイズを１〜１０００ｎｍ（１〜１０００ｎｍ／ｐｉｘｅｌ）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、最小欠陥感度を１〜２００ｎｍ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、二次元イメージセンサ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６１では、図５９及び図６０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６３（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６３（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イメージセンサ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イメージセンサ７６１１上の同じ位置に結像するように、タイムステップｄｔ毎に二次ビームの偏向方向と偏向量を変更する。即ち、高速偏向器７４９は、二次元イメージセンサ７６１１から見ると二次ビーム像が一定時間静止しているように、動作させる。なお、タイムステップｄｔは、試料Ｗの移動速度ｖと二次光学系７４の結像倍率の絶対値Ｍとを積算した二次元イメージセンサ７６１１上の移動速度（像面移動速度）とｄｔとの積が、二次元イメージセンサ７６１１の１画素の大きさを超えない程度である事が望ましく、動作周期としては１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが好適である。
このような二次ビームの偏向方向と偏向量の変更（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、二次元イメージセンサ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、二次元イメージセンサ７６１１は試料Ｗの同じ領域について、二次ビーム像を撮像することになる。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、現在位置Ａ１にある試料Ｗの先の撮像領域の隣接領域の二次ビーム像を撮像する。二次元イメージセンサ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、試料Ｗの移動に追従して、試料Ｗの部分の二次ビーム像が常に二次元イメージセンサ７６１１上の同じ位置に結像するように、高速偏向器７４９によって二次ビームの偏向方向と偏向量をタイムステップｄｔ毎に変更させる。
上記のように二次元イメージセンサ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６３（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６３（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。このときの一次ビームの照射領域の変更は、ウィーンフィルター７２６より電子銃７２１側に配置した高速偏向器（図示せず）によって一次ビームの偏向方向と偏向量を変更することによって行うことができる。
二次光学系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ウィーンフィルター７２６との間に設けられ、第３の高圧基準管７０３は、ウィーンフィルター７２６よりも二次元イメージセンサ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、試料Ｗを接地電位、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。検出器７６１への電子ビームの好適入射エネルギーはその設計段階で予め決まっており、例えば、５ｋｅＶとすると、Ｖ５は５ｋＶである。Ｖ１（＝Ｖ２＝Ｖ３）は、一次ビームや二次ビームの空間電荷効果の影響や取扱の容易さから決定され、２０〜５０ｋＶが望ましい。また、ＮＡアパーチャ７４２に於いて二次ビームの過半はカットされるので、ＮＡアパーチャ７４２から検出器７６１までの光路中の空間電荷効果の影響は軽微であるから、第３の高圧基準管７０３と第４の高圧基準管７０４の接続部はＮＡよりも検出器７６１側に設けられる。このことは、第４の高圧基準管７０４内に配置される高速偏向器７４９の電圧電源の高速応答性を確保する上でも好適である。
一方で、異なる２つの電位が接することにより、バイポテンシャルレンズが形成される。この電位差は強いレンズ作用を起こし、また、接する２つの高圧基準管の電位差によって決まるがゆえに固定焦点距離であるので、このレンズ要素の電子光学設計に於ける取扱いが非常に難しい。
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７５０を設けて、この中間電極にＶ３ともＶ４とも異なる電位を印加する。多くはＶ３よりも小さくＶ４よりも大きい電位であるが、Ｖ３より大きくても良いし、Ｖ４より小さくても良い。また、Ｖ３もしくはＶ４と同電位でも良い。これによって、異なる電位が接することによって発生するレンズ作用を調整することができる。さらに、中間電極７５０を、投影レンズ７４１の物面付近に配置して、投影レンズ７４１のフィールドレンズとして用いた。
図６４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５ｋＶ〜２０ｋＶ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、光軸に対して周方向に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。
投影レンズ７４１には、ダブルギャップ型磁場レンズを採用している。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、二次ビームの像をほぼ無回転で投影させることができる。また、上側コイル７４１１と下側コイル７４１２の磁束の比を変化させることで、像の回転を微調整し、Ｓ字歪と呼ばれる磁場レンズ特有の歪を低減することができる。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。
高速偏向器７４９は、投影レンズ７４１の像側焦点位置付近に配置されることが望ましい。
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、後述の位置変動補正も行うが、これらの機能は制御装置２によって本来の位置とのずれを元に算出された偏向場を重畳して印加することで実現される。
図６１に戻って、位置変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、意図しない位置変動が加わることがある。上述のように、視野領域の移動の一周期の間には、二次元イメージセンサ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に意図しない位置変動が加わると、二次元イメージセンサ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５９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を位置変動検出手段として用いて、位置変動補正を行う。レーザ干渉計５７２にて検出された試料Ｗの意図しない位置変動は、制御装置２に入力される。制御装置２には、試料Ｗが意図しない位置変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の意図しない位置変動も考慮して、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が意図しない位置変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の意図しない位置変動も含む試料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イメージセンサ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、試料Ｗの意図しない位置変動によるコンタミネーションを補正する位置変動補正器としても機能するので、二次元イメージセンサ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。一次光学系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、一次光学系は、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Ｖ５と同調して可変としてもよい。このとき、第４の電圧Ｖ４（とＶ５）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（とＶ５）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、二次元イメージセンサ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６１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、図示しない二次元イメージ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６５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。
次に、図６１および図６２に示したウィーンフィルター７２６について詳しく説明する。ウィーンフィルター７２６は、そこで発生する直交する平行磁界と平行電界の効果により、一次光学系７２からの一次ビームを偏向して下方の試料Ｗに導くとともに、試料Ｗで発生した二次ビームを上方の検出器７６１に導くものである。まずは、比較例を説明する。
図７１は、比較例に係るウィーンフィルター７２６’の断面図である。図７１（ａ）に示すウィーンフィルター７２６’は、複数の電磁極９０’と、個々の電磁極９０’に巻回されたコイル（図示せず）と、シールド部材９１’とを有する。
シールド部材９１’は、電磁極９０’とコイルを覆うように配置され、シールド部材９１’内に磁界及び電界を閉じ込める。シールド部材９１’には、入射孔９２’と、中間孔９３’と、出射孔９４’とが形成されている。入射孔９２’に一次ビームが入射する。この一次ビームは電磁極９０’が発生する磁界と電界の作用で偏向し、中間孔９３’から出射する。さらに、試料Ｗから発生した二次ビームは中間孔９３’に入射し、直進して出射孔９４’から出射する。
ここで、図６１及び図６２に示すように一次ビームは斜め上方から（より正確には、鉛直方向とはずれた角度から）入射されるので、入射孔９２’は一次ビームの入射角度に沿った斜めの孔となっている。そして、比較例においては、入射孔９２’の出口面９２ｂ’は水平面上にある。
図７１（ｂ）に示すように、入射孔９２’に入射される一次ビームは空間的な拡がりを持っている。ここでは、一次ビーム光軸を中心に３０°ピッチで配置されたビームＢ１〜Ｂ４が、一次ビーム光軸と平行に入射孔９２’からウィーンフィルター７２６’の内部に入射する様子を示す。
図７２は、比較例に係るウィーンフィルター７２６’において、図７１（ｂ）に示した一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の、一次光学系の光軸に対する相対距離の推移を示す図である。同図の横軸は一次光学系の光軸の進行方向距離である。また、同図の縦軸は、一次光学系の光軸との相対位置である。
図示のように、電界方向に対しては、入射孔９２’の中心から外れた位置から一次光学系の光軸と平行に入射した一次ビームＢ１〜Ｂ４は、入射孔９２’を通過した後一次光学系の光軸に近づき、やがて特定の距離ｚｏで一点に集束する。しかしながら、磁界方向に対しては、入射孔９２’の中心から外れた位置から一次光学系の光軸と平行に入射した一次ビームＢ１〜Ｂ４は入射孔９２’を通過後一旦一次光学系の光軸から遠ざかり、中間孔９３’の手前付近から一転一次光学系の光軸に近づくようになる。このような一次ビームの軌道が何故発生するかについては、まだ明確にはわかっていないが、おそらく、一次ビーム入射側に位置する電磁極９０’の電位（正に大）とシールド部材９１’の間に発生する電界（ポテンシャルの変化）により、軌道の位置による偏向特性に差が生じてこのような結果になっているものと思われる。いずれにせよ、このような極端な非スティグマティックな集束特性は、光学設計の難易度が増し、また、この非スティグマティックな集束特性を補正するための新たな光学要素を追加する必要が生じる。
そこで、本実施形態では次のようにする。
図６６は、本実施形態に係るウィーンフィルター７２６の断面図である。図６６（ａ）に示すように、ウィーンフィルター７２６は、複数（８つ以上）の電磁極９０と、電磁極９０を覆うように配置されたシールド部材９１とを有する。電磁極９０は一次ビームを偏向させ、二次ビームを直進させるための磁界及び電界を発生させる。シールド部材９１は、例えばパーマロイＣのような軟磁性体から成る。シールド部材９１には、入口面９２ａ及び出口面９２ｂを有する入射孔９２と、中間孔９３と、出射孔９４とが設けられる。なお、入射孔９２に物理的な入口面９２ａ及び出口面９２ｂがあるわけではないが、仮想的な面を想定してこのように呼ぶ。入射孔９２は、一次ビームを通過させる用途として１か所あれば良いが、電場および磁場の対称性を考慮して、二次ビームの光軸に対して回転対称に複数か所開いていても良い。
図６７は、複数の電磁極９０を模式的に示す斜視図である。本ウィーンフィルター７２６は二次ビームの光軸に対して周方向に等間隔に並んだ８つの導電材料かつ軟磁性材料からなる電磁極９０から構成される。また、各電磁極９０にはコイル９０ａが巻回されている。個々の電磁極９０は、それぞれ異なる電位を印加可能であり、一次ビームが入射する方向を基準として、個々の電磁極９０の配置位相角の余弦に電圧ＶＥをかけた電位を各電磁極９０に印加すると、電磁極９０で囲まれた二次ビーム光軸近傍に均一平行電界が発生する。また、個々のコイル９０ａには、それぞれ異なる電流を与える事が可能であり、一次ビームが入射する方向を基準として、個々の電磁極９０の配置位相角の正弦に電流ＩＢをかけた電流を各コイル９０ａに与える事で、先述の均一平行電界と直交する均一平行磁界が二次ビームの光軸近傍に発生する。この電界及び磁界により、８つの電磁極９０の内側の空間（以下、ビーム通過孔９０ｂという）を通る一次ビームが偏向される。さらに、電圧ＶＥと電流ＩＢを調整する事によって、入射孔９２から入射した一次ビームが偏向されて中間孔９３から出射し、かつ中間孔９３から入射した二次ビームが直進して、出射孔９４から出射する。
図６８は、シールド部材９１の断面を斜めから見た図を模式的に示す図である。図６６（ａ）および図６８を参照して、シールド部材９１の形状について説明する。なお、本実施形態では、一次ビームが斜め４５度上方から（より詳しくは、鉛直方向から４５度傾けた角度）入射されることを想定している。
シールド部材９１は、シールド部材９１中の磁束密度がその材料の飽和磁束密度の例えば半分以下で使用するように厚さや配置を考慮して設計される。また、電磁極９０で発生される均一平行電界と均一平行磁界が限られた領域にのみ存在するようにするため、シールド部材９１の電子の出入孔に於いては、電子軌道に沿って一定度の長さを持つシールド形状にする事が肝要である。
シールド部材９１下部は、中央が鉛直上向きに屈曲しており、この屈曲した面９１ａにより中間孔９３が形成される。同じ中間孔９３形状は、シールド部材９１下部の中央を鉛直下向きに屈曲させても、シールド部材９１下部の板厚を大きくしても実現できるが、いずれも電磁極９０との距離が小さくなり、シールド部材９１内の磁束密度が大きくなるので、本構成が望ましい。
シールド部材９１上部の上面に於いて、一次ビームの軌道と概ね直交する面９１ｂを形成し、そこに入射孔９２を形成する。さらに、シールド部材９１上部の上面の中央を鉛直下向きに屈曲させ、この屈曲した面９１ｃに出射孔９４が形成される。面９１ｂは、一次ビームの軌道に沿ったシールドの長さが例えば入射孔９２の直径の５倍以上あれば、一次ビームとの交差角が概ね直角でなくても構わない。
シールド部材９１上部の下面は、ほぼ鉛直方向の面９１ｄを形成し、そこに入射孔の出口面９２ｂが設けられる。鉛直方向の面の上端は水平方向に屈曲して延び、その後鉛直下向きに伸びている。
入射孔９２の入口面９２ａは一次ビームと直交しており、より詳しくは水平方向から４５度傾けて設けられる。また、入射孔９２は一次ビームの入射角度に合わせて、斜め４５度に傾いている。また、本実施形態では、比較例と異なり、入射孔９２の出口面９２ｂは非水平であり、より詳しくは鉛直である。この出口面９２ｂから出射した一次ビームが、電磁極９０によって発生した電界及び磁界内に入射する。
中間孔９３は、電磁極９０におけるビーム通過孔９０ｂの下方にあり、電磁極９０により偏向された一次ビームが、ウィーンフィルター７２６の下方に置かれた試料Ｗに向かって出射する。また、中間孔９３には試料Ｗから発生した二次ビームが入射する。二次ビームは、電磁極９０が発生する平行電界によるクーロン力と平行磁界によるローレンツ力の釣り合いによって、偏向されることなく鉛直上向きに進む。
出射孔９４は、電磁極９０におけるビーム通過孔９０ｂの上方にあり、二次ビームがウィーンフィルター７２６の上方に配置された検出器に向かって出射する。
なお、図６６（ｂ）に示すように、入射孔９２に入射される一次ビームは空間的な拡がりを持っている。ここでは、一次ビーム光軸を中心に３０°ピッチで配置されたビームＢ１〜Ｂ４が、一次ビーム光軸と平行に入射孔９２の入口面９２ａからウィーンフィルター７２６の内部に入射する様子を示す。
図６９は、本実施形態に係るウィーンフィルター７２６における一次ビームＢ１〜Ｂ４の電界方向及び磁界方向の、一次光学系の光軸に対する相対距離の推移を示す図である。同図の縦軸および横軸は図７２と同様である。本実施形態によれば、ビームＢ１〜Ｂ４のいずれも、電界方向及び磁界方向のいずれにも、特定の距離ｚｏで集束している。
このように、比較例（図７１および図７２）と本実施形態（図６６〜図６９）とで集束特性が異なる理由は、シールド部材９１の形状が異なり、そのためシールド部材９１内に形成される電位分布、電界、磁界、並びにその端面への入射角が異なるためである。より詳しく説明する。
裏克己著「ナノ電子光学」（共立出版）１６３〜１６５ページにあるとおり、磁界端面へ非垂直に電子ビームが入射すると、電子ビームに対して、入射角に応じて、集束する方向に力が作用したり、発散する方向に力が作用したりする。同様な事が電界端面に於いても起こり得る。ただし、端面斜め入射により発生する力は、比較例に於いて、電界方向に発散方向、磁界方向に集束方向であり、軌道計算の結果とは逆方向である。よって、別の効果、例えば、電子ビームの持つポテンシャルとウィーンフィルター内の軌道周辺の空間電位の違いによって発生する力、が支配的に作用している可能性もある。
いずれにせよ、シールド部材９１の形状、特に入射孔９２における出口面９２ｂの角度（つまり、電磁極９０によって発生した電界及び磁界への入射角度）は、数値解析を利用して、入射される一次ビームの電界方向の集束特性、及び、磁界方向の集束特性に応じて適宜定めればよい。より具体的には、出口面９２ｂの角度は、電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性とのずれが減少するような（望ましくは一致するような）角度に設定される。言い換えると、出口面９２ｂの角度は、電界方向の集束位置と、磁界方向の集束位置とのずれが減少するような（望ましくは一致するような）角度に設定される。
図７０は、変形例に係るウィーンフィルター７２６の断面図であり、図６６との相違点を中心に説明する。本変形例では、一次ビームが斜め３５度上方から入射されることを想定している。ウィーンフィルター７２６においても、入射孔９２における出口面９２ｂは非水平である。
シールド部材９１上部の下面の形状、および、シールド部材９１上部の上面の形状は、図６６とほぼ同様であるが、面９１ｂの傾斜角度が異なる。
シールド部材９１上部の下面は、ほぼ５５°に傾斜した面９１ｄを形成し、そこに入射孔の出口面９２ｂが設けられる。傾斜した面９１ｄの上端は水平方向に延び、その後鉛直下向きに屈曲している。
入射孔９２の入口面９２ａは一次ビーム入射角とほぼ直交するように傾斜して設けられる。また、入射孔９２は一次ビームの入射角度に合わせて、斜め３５度になっている。入射孔９２の出口面９２ｂはやはり傾いており、この出口面９２ｂから出射した一次ビームが、電磁極９０によって発生した電界及び磁界に入射される。
このように、一次ビームが４５以外の角度で入射される場合も、その入射角度に合わせてシールド部材９１の形状、特に入射孔９２における出口面９２ｂの角度を上述したように適宜定めればよい。
このように、本実施形態では、入射孔９２の出口面９２ｂを非水平とし、一次ビームの入射角度に合わせて適切な角度に設定する。すると、入射孔９２から一次ビームの光軸と平行に入射した一次ビームは、磁界方向と電界方向でほぼ同じ進行距離で一点に集束する。したがって、新たな光学要素を付加することなく、一次ビームの二方向集束を達成できる。また、シールド部材の形状を変化させるだけであり、電極や磁極の形状を非対称に変化させる必要がないので、より簡便に二方向集束が実現でき、同時に二次ビームの直進性を損ないがちな要因がない。
本実施形態で、８極以上の電磁極９０で構成する理由は、単に、ビーム通過孔９０ｂに亘って広い範囲で均一平行電界と均一平行磁界を形成する、というだけではない。単純に直交する均一平行電界と均一平行磁界を与えただけでは、二次ビームに於いて、例えビーム直進条件に調整してビームを通過させても、電界方向のみに集束作用が発生する。これは、通過ビームのポテンシャルと、空間の電位分布の差異によって発生する作用であり、なくす事はできない。これにより、ウィーンフィルターの電子ビーム進行方向下流側に開口アパーチャを配置する際、電界方向と磁界方向で最適位置が異なってしまうため、最適位置に配置できないという問題があった。
本実施形態の電磁極９０であれば、四極子電界や四極子磁界をビーム通過孔９０ｂに重畳して発生させる事が可能であり、発生した四極子電界や四極子磁界によって、電界方向のビーム集束作用を緩和させ、同時に磁界方向に新たに集束作用を付与する事で、直進通過ビームの二方向集束が達成でき、開口アパーチャも最適位置に配置可能となる。
重畳して発生させる四極子電界や四極子磁界は、両方発生してもよいが、どちらか片方でも二方向集束は達成可能である。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
以上、第４の実施形態から、例えば次のような態様が想到される。
［付記１］
試料に一次ビームを照射し、これによって前記試料から発生した二次ビームに基づいて前記試料の検査を行う検査装置に用いられ、斜め上方から入射した前記一次ビームの向きをほぼ鉛直下方向に変えて出射し、かつ、鉛直上向きに入射した前記二次ビームの向きをほとんど変えずに出射させるウィーンフィルターであって、
前記二次ビームの光軸を中心として等角度間隔で８個以上配置され、導電材料かつ軟磁性材料からなる電磁極と、
それぞれの前記電磁極の周りに巻回されたコイルと、
前記電磁極の周囲を覆うように配置されるシールド部材と、を備え、
前記電磁極には、一次ビームが偏向する方向に均一平行電界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電位を印加可能であり、
前記コイルには、一次ビームが偏向する方向に均一平行磁界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電流を印加可能であり、
前記シールド部材には、
斜め上方から前記一次ビームが入射する第１ビーム孔と、
前記電磁極により偏向された前記一次ビームが出射し、かつ、前記試料から発生した前記二次ビームが入射する第２ビーム孔と、
前記二次ビームが出射する第３ビーム孔と、が設けられ、
前記第１ビーム孔の出口面は非水平である、ウィーンフィルター。
［付記２］
前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、に応じて設定される、付記１に記載のウィーンフィルター。
［付記３］
前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、のずれを減少させる角度に設定される、付記１または２に記載のウィーンフィルター。
［付記４］
前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束位置と、磁界方向の集束位置と、のずれを減少させる角度に設定される、付記１乃至３のいずれかに記載のウィーンフィルター。
［付記５］
斜め上方４５度から前記一次ビームが前記第１ビーム孔に入射し、
前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、略９０度である、付記１乃至４のいずれかに記載のウィーンフィルター。
［付記６］
前記電磁極は、前記均一平行電界および前記均一平行磁界に加えて、四極子電界または四極子磁界を重畳する、付記１乃至５のいずれかに記載のウィーンフィルター。
［符号の説明］
９０：電磁極、９０ａ：コイル、９０ｂ：ビーム通過孔、９１：シールド部材、９１ａ〜９１ｄ：面、９２：入射孔、９２ａ：入口面、９２ｂ：出口面、９３：中間孔、９４：出射孔
なお、以上説明した各実施形態を任意に組み合わせてもよい。

Claims (34)

  1. 電子ビームを試料表面に照射する一次電子光学系と、試料から放出される二次電子を検出器の電子検出面に結像させる二次電子光学系を備え、検出器で検出された信号から試料表面の電子像を取得して試料を検査する電子線検査装置において、
    二次電子光学系が組み込まれる鏡筒内部に、内層と外層に導電体、中間層に絶縁体が積層されてなる筒体を設置し、この筒体の内部に電子軌道路を形成するとともに、筒体の外側に二次電子光学系を構成する部材が配置された構成を有することを特徴とする電子線検査装置。
  2. 筒体を構成する中間層の絶縁体の上下端部に外方へ張り出した鍔部をそれぞれ設けて、内外層の導電体の端部間の沿面距離を増大させた構成を有することを特徴とする請求項１に記載の電子線検査装置。
  3. 筒体を構成する中間層の絶縁体が、下端部に薄肉の段差部を有する上部絶縁体と上端部に薄肉の段差部を有する下部絶縁体からなり、互いの段差部を接合し一体に継ぎ合わせて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子線検査装置。
  4. 鏡筒の検出器前段の電子軌道路上に、電子軌道路に面する内面に導電体、その外側に絶縁体を重ねて筒状に形成されていて、その上方から中央に円形断面空間を有する上部、多面形断面空間を有する中間部、及び円形断面空間を有する下部を連ねた形状に設けられ、且つ上部の円形断面空間は下部に接続する筒体の内径よりも大きくして設けられているとともに、前記中間部の多面断面空間部の外側の絶縁体内部に偏向用コイルを設けて構成されたビーム位置補正器が設置された構成を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電子線検査装置。
  5. 偏向用コイルが電子軌道路を通る電子ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向可能に設けられているとともに、１〜１００ｋＨｚの偏向周波数に対応可能に構成してあることを特徴とする請求項４に記載の電子線検査装置。
  6. 鏡筒の電子軌道路内に筒体よりも大径の拡幅部が複数設けられ、鏡筒の外部に設けられていて真空ポンプと接続した排気管と各拡幅部が接続管で接続された構成を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電子線検査装置。
  7. 鏡筒に組み込まれた二次電子光学系は、試料側から対物レンズ、ビーム分離器、リレーレンズ、ＮＡ機構、ズームレンズム機構、拡大レンズ機構、ビーム位置補正器及び検出器の順で配置されており、結像倍率に関わりなく、ＮＡ機構の開口位置にクロスオーバーが形成されるようにした構成を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電子線検査装置。
  8. ＮＡ機構は、複数の開口部を設置可能であり、それぞれＸ方向とＹ方向に沿って変位し得るように構成されているとともに、前記開口部に高電圧を印加する機能及び開口部を通る電子ビームの吸収電流測定機能を有することを特徴とする請求項７に記載の電子線検査装置。
  9. 筒体の外側に設けられた磁場レンズの近傍に補助用小型磁場レンズが設置された構成を有することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の電子線検査装置。
  10. 検出器がそのセンサ面に沿って回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電子線検査装置。
  11. 検出器が、試料の引き出し電圧に対してセンサ面の電圧を適宜に調整可能に構成してあることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電子線検査装置。
  12. 検出器がフローティング電源により作動するように構成してあることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の電子線検査装置。
  13. 検出器のセンサ、座板及び座板上に設置されたカメラの電位が同電位となるように構成してあることを特徴とする請求項１２に記載の電子線検査装置。
  14. 検出器のセンサの入力面の前方に、センサに対する二次電子の入射速度及び入射位置を制御するための補正電極が設置された構成を有することを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の電子線検査装置。
  15. 補正電極は、鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた緩和電極により構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の電子線検査装置。
  16. 補正電極は、鏡筒内部の筒体の上端と検出器のセンサの間の部分に少なくとも一つ以上設置された、中央に円形の貫通孔が開けられた板状の電極であって当該貫通孔の周方向に沿って等間隔で、且つ貫通孔を挟む対向位置を一対として複数対に分割された分割電極を含んで構成されたことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の電子線検査装置。
  17. 試料を検査する検査装置であって、
    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１次光学系と、
    前記一次ビームを前記試料に照射することで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、
    前記ステージの振動を検出する振動検出手段とを備え、
    前記２次光学系は、前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向する偏向器を含み、
    前記検査装置は、さらに、前記ステージの移動及び前記振動検出手段の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記偏向器の前記多極子を制御して重畳電界を調整する偏向器制御部を備えたことを特徴とする検査装置。
  18. 前記２次光学系は、前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、電圧が印加される第３の高圧基準管及び第４の高圧基準管を備え、
    前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管とは、前記試料と前記偏向器との間で分離しており、
    前記第４の高圧基準管に印加される第４の電圧は、前記第３の高圧基準管に印加される第３の電圧より低く、
    前記第３の高圧基準管と前記第４の高圧基準管との間に、前記第３の電圧より低く前記第４の電圧より高い中間電圧が印加される中間電極が設けられたことを特徴とする請求項１７に記載の検査装置。
  19. 前記第４の高圧基準管に印加する前記第４の電圧を調整する電圧調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の検査装置。
  20. 前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備え、
    前記２次光学系は、さらに、
    前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、
    前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管と、
    を備え、
    前記第１の電圧と、前記第２の電圧と、前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しいことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の検査装置。
  21. 前記１次光学系は、前記一次ビームの経路に沿って、該経路の外周に、第１の電圧が印加される第１の高圧基準管を備え、
    前記２次光学系は、さらに、
    前記第１光学系から照射された前記一次ビームを前記試料に向けて偏向するビーム分離器と、
    前記ビーム分離器と前記試料との間の前記一次ビーム及び前記二次ビームの経路に沿って、該経路の外周に設けられた、第２の電圧が印加される第２の高圧基準管と、
    を備え、
    前記第２の電圧と前記第３の電圧とは互いに等しく、前記第１の電圧は前記第２の電圧より小さく、前記第４の電圧と前記検出器の検出電圧である第５の電圧とは互いに等しいことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の検査装置。
  22. 前記第１の電圧と、前記ビーム分離器に印加する偏向電圧とが互いに等しいことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の検査装置。
  23. 前記試料における前記一次ビームの照射領域は固定されており、前記偏向器によって前記二次ビームを偏向することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が、前記照射領域内で往復移動することを特徴とする請求項１７ないし２２のいずれか一項に記載の検査装置。
  24. 前記ビーム分離器は、前記偏向器による前記二次ビームの偏向方向の変更に同期して前記一次ビームの偏向方向を変更することで、前記二次元センサに前記二次ビームの像が形成される前記試料の領域である視野領域が往復移動されるのに同期して、前記視野領域をカバーするように前記試料における前記一次ビームの照射領域を往復移動することを特徴とする請求項１７ないし２２のいずれか一項に記載の検査装置。
  25. 試料をステージに載置して連続的に移動させ、
    前記ステージ上の前記試料に対して一次ビームを照射し、
    前記一次ビームを前記試料に照射することで前記試料から発生した二次ビームを二次元センサに導いて二次ビーム像を生成する検査方法であって、
    前記ステージの移動に同期して、前記ステージの移動によって前記試料が移動している間に、前記試料の同じ部分から発生した二次ビームが前記二次元センサの同じ部分に入射するように、多極子によって重畳電界を発生させることで前記二次ビームを偏向し、
    前記ステージの振動を検出し、前記ステージの移動及び振動の検出値に基づいて、前記二次ビームの像の歪を軽減ないし解消し、前記ステージの振動による前記二次ビームの像のずれを軽減ないし解消するように、前記多極子を制御して重畳電界を調整することを特徴とする検査方法。
  26. 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電子ビームを所定の大きさの面形状に照射する１次光学系と、
    対物レンズを有し、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子を加速させ、前記二次電子を写像投影して検出器に導く２次光学系と、
    を備え、
    前記対物レンズは、
    第１のコイルと、
    前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、
    磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い箇所に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、
    を備え、
    前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、
    前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されることを特徴とする検査装置。
  27. 前記対物レンズは、前記ヨークと前記試料との間に配置され、非磁性材を材料として構成される加速電極を備える、請求項２６に記載の検査装置。
  28. 試料を検査する検査装置に備えられる対物レンズであって、
    前記検査装置では、ステージ上の試料に対して電子ビームが所定の大きさの面形状に照射され、前記電子ビームの照射により前記試料から発生した二次電子が写像投影されて検出器に導かれ、
    前記対物レンズは、
    第１のコイルと、
    前記２次光学系の光軸に沿って前記第１のコイルと並ぶように配置され、かつ、前記第１のコイルとは非対称に設計される第２のコイルと、
    磁性材から構成され、前記第１のコイルを収納する第１の収容部および前記第２のコイルを収容する第２の収容部を有し、前記第１の収容部および前記第２の収容部のそれぞれについて前記２次光学系の光軸に近い位置に前記光軸と同心の円環状の切れ目を有するヨークと、
    を備え、
    前記試料と前記２次光学系の間には電位差があり、前記試料から出発した前記二次電子はその電界で所定のポテンシャルまで加速され、
    前記２次光学系の光軸上における試料面の位置において、前記第１のコイルの磁束密度が、前記第２のコイルの磁束密度によりキャンセルされるように前記第１のコイルおよび前記第２のコイルのそれぞれに電流が印加されることを特徴とする対物レンズ。
  29. 試料に一次ビームを照射し、これによって前記試料から発生した二次ビームに基づいて前記試料の検査を行う検査装置に用いられ、斜め上方から入射した前記一次ビームの向きをほぼ鉛直下方向に変えて出射し、かつ、鉛直上向きに入射した前記二次ビームの向きをほとんど変えずに出射させるウィーンフィルターであって、
    前記二次ビームの光軸を中心として等角度間隔で８個以上配置され、導電材料かつ軟磁性材料からなる電磁極と、
    それぞれの前記電磁極の周りに巻回されたコイルと、
    前記電磁極の周囲を覆うように配置されるシールド部材と、を備え、
    前記電磁極には、一次ビームが偏向する方向に均一平行電界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電位を印加可能であり、
    前記コイルには、一次ビームが偏向する方向に均一平行磁界を二次ビームの光軸近傍に発生させるように、それぞれ異なる電流を印加可能であり、
    前記シールド部材には、
    斜め上方から前記一次ビームが入射する第１ビーム孔と、
    前記電磁極により偏向された前記一次ビームが出射し、かつ、前記試料から発生した前記二次ビームが入射する第２ビーム孔と、
    前記二次ビームが出射する第３ビーム孔と、が設けられ、
    前記第１ビーム孔の出口面は非水平である、ウィーンフィルター。
  30. 前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、に応じて設定される、請求項２９に記載のウィーンフィルター。
  31. 前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束特性と、磁界方向の集束特性と、のずれを減少させる角度に設定される、請求項２９または３０に記載のウィーンフィルター。
  32. 前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、前記一次ビームの電界方向の集束位置と、磁界方向の集束位置と、のずれを減少させる角度に設定される、請求項２９乃至３１のいずれかに記載のウィーンフィルター。
  33. 斜め上方４５度から前記一次ビームが前記第１ビーム孔に入射し、
    前記第１ビーム孔の出口面と水平面との間の角度は、略９０度である、請求項２９乃至３２のいずれかに記載のウィーンフィルター。
  34. 前記電磁極は、前記均一平行電界および前記均一平行磁界に加えて、四極子電界または四極子磁界を重畳する、請求項２９乃至３３のいずれかに記載のウィーンフィルター。

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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10777377B2 (en) * 2017-02-05 2020-09-15 Kla-Tencor Corporation Multi-column spacing for photomask and reticle inspection and wafer print check verification
EP4163950A1 (en) 2017-02-07 2023-04-12 ASML Netherlands B.V. Method and apparatus for charged particle detection
JP7181305B2 (ja) * 2018-03-09 2022-11-30 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 信号電子検出性能を向上させたマルチビーム検査装置
US11177108B2 (en) * 2018-03-30 2021-11-16 Hitachi High-Tech Corporation Charged particle beam application apparatus
US11087950B2 (en) * 2018-05-29 2021-08-10 Kla-Tencor Corporation Charge control device for a system with multiple electron beams
EP3871043A1 (en) 2018-10-23 2021-09-01 ASML Netherlands B.V. Inspection apparatus
US11967482B2 (en) * 2019-03-08 2024-04-23 Hitachi High-Tech Corporation Charged particle beam device
JP7095180B2 (ja) * 2019-05-31 2022-07-04 株式会社日立ハイテク ビーム偏向デバイス、収差補正器、モノクロメータ、および荷電粒子線装置
CN110660634B (zh) * 2019-08-28 2022-05-06 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 用于带电粒子束的多极型偏转器和带电粒子束成像设备
US11538714B2 (en) * 2020-05-21 2022-12-27 Applied Materials, Inc. System apparatus and method for enhancing electrical clamping of substrates using photo-illumination
US11315819B2 (en) * 2020-05-21 2022-04-26 Applied Materials, Inc. System apparatus and method for enhancing electrical clamping of substrates using photo-illumination
US11875967B2 (en) 2020-05-21 2024-01-16 Applied Materials, Inc. System apparatus and method for enhancing electrical clamping of substrates using photo-illumination
JP7411521B2 (ja) * 2020-09-03 2024-01-11 株式会社ニューフレアテクノロジー 荷電粒子ビーム調整方法、荷電粒子ビーム描画方法、および荷電粒子ビーム照射装置
CN114464127A (zh) * 2020-11-02 2022-05-10 鸿富泰精密电子（烟台）有限公司 显示面板Mura补偿方法、系统、电子装置及存储介质
CN113702789B (zh) * 2021-08-11 2022-07-29 电子科技大学 一种用于行波管高能量小半径电子注的检测方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6452370A (en) * 1987-08-24 1989-02-28 Hitachi Ltd Potential measuring apparatus
JPH0322339A (ja) * 1989-06-19 1991-01-30 Nikon Corp 走査電子顕微鏡
JPH03225736A (ja) * 1990-01-29 1991-10-04 Jeol Ltd 写像型エネルギー分析装置用光学装置
JPH05266855A (ja) * 1992-03-19 1993-10-15 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡
JP2000149853A (ja) * 1998-11-06 2000-05-30 Nikon Corp 観察装置およびその調整方法
JP2000173520A (ja) * 1998-11-30 2000-06-23 Advantest Corp 粒子線装置
JP2000215843A (ja) * 1999-01-21 2000-08-04 Nikon Corp 検査装置および検査方法
JP2014209460A (ja) * 2013-03-28 2014-11-06 株式会社荏原製作所 電子線検査装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3014210B2 (ja) * 1991-08-08 2000-02-28 日本電子株式会社 直接写像型反射電子顕微鏡
JPH11132975A (ja) 1997-10-31 1999-05-21 Toshiba Corp 電子ビームを用いた検査方法及びその装置
JP2001093455A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Nikon Corp 電子ビーム装置
WO2002001597A1 (fr) * 2000-06-27 2002-01-03 Ebara Corporation Appareil d'inspection a faisceau de particules chargees et procede de fabrication d'un dispositif utilisant cet appareil d'inspection
EP1296352A4 (en) 2000-06-27 2007-04-18 Ebara Corp INVESTIGATION DEVICE FOR LOADED PARTICLE RAYS AND METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT ELEVATED WITH THIS INSPECTION DEVICE
US7109483B2 (en) * 2000-11-17 2006-09-19 Ebara Corporation Method for inspecting substrate, substrate inspecting system and electron beam apparatus
WO2002045153A1 (en) * 2000-12-01 2002-06-06 Ebara Corporation Inspection method and apparatus using electron beam, and device production method using it
US6853143B2 (en) * 2002-01-09 2005-02-08 Ebara Corporation Electron beam system and method of manufacturing devices using the system
US7212017B2 (en) * 2003-12-25 2007-05-01 Ebara Corporation Electron beam apparatus with detailed observation function and sample inspecting and observing method using electron beam apparatus
JP4256300B2 (ja) * 2004-05-28 2009-04-22 株式会社東芝 基板検査方法および基板検査装置
JP5403852B2 (ja) 2005-08-12 2014-01-29 株式会社荏原製作所 検出装置及び検査装置
JP2007294850A (ja) 2006-03-30 2007-11-08 Tokyo Electron Ltd 静電偏向器及び電子線照射装置及び基板処理装置及び基板処理方法及び基板の製造方法
US7521687B2 (en) 2006-03-30 2009-04-21 Tokyo Electron Limited Static electricity deflecting device, electron beam irradiating apparatus, substrate processing apparatus, substrate processing method and method of manufacturing substrate
JP4795883B2 (ja) * 2006-07-21 2011-10-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン検査・計測装置
JP2008135336A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Jeol Ltd ウィーンフィルタ
JP5103033B2 (ja) * 2007-03-02 2012-12-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線応用装置
US9134261B2 (en) * 2013-04-22 2015-09-15 Ebara Corporation Inspection apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6452370A (en) * 1987-08-24 1989-02-28 Hitachi Ltd Potential measuring apparatus
JPH0322339A (ja) * 1989-06-19 1991-01-30 Nikon Corp 走査電子顕微鏡
JPH03225736A (ja) * 1990-01-29 1991-10-04 Jeol Ltd 写像型エネルギー分析装置用光学装置
JPH05266855A (ja) * 1992-03-19 1993-10-15 Hitachi Ltd 走査電子顕微鏡
JP2000149853A (ja) * 1998-11-06 2000-05-30 Nikon Corp 観察装置およびその調整方法
JP2000173520A (ja) * 1998-11-30 2000-06-23 Advantest Corp 粒子線装置
JP2000215843A (ja) * 1999-01-21 2000-08-04 Nikon Corp 検査装置および検査方法
JP2014209460A (ja) * 2013-03-28 2014-11-06 株式会社荏原製作所 電子線検査装置

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