特許 5969336 検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969336

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20160804BHJP

   H01J 37/285 20060101ALI20160804BHJP

   H01J 37/29 20060101ALI20160804BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20160804BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/20 A

   H01J37/285

   H01J37/29

   H01J37/09 A

   H01L21/66 J

【請求項の数】2

【全頁数】58

(21)【出願番号】特願2012-203379(P2012-203379)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-60002(P2014-60002A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100113549

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 守

(74)【代理人】

【識別番号】100115808

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 真司

(72)【発明者】

【氏名】吉川 省二

(72)【発明者】

【氏名】塚本 究

(72)【発明者】

【氏名】畠山 雅規

【審査官】 遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２８６３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８７５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７９５１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／０２，３７／０５，３７／０９−３７／２１，３７／２４，３７／２４４，３７／２５２−３７／２９５

Ｈ０１Ｌ ２１／６４−２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子又は電磁波の何れかをビームとして発生させるビーム発生手段と、
ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に、前記ビームを導き照射する１次光学系と、
前記検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、
検出された前記二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、
を備え、
前記検査対象の中央部分には中央平坦部が設けられ、前記中央平坦部の周縁には段差を介して周縁平坦部が設けられ、前記段差の周りには電界補正板が設置され、
前記電界補正板の表面の電極には、前記検査対象に印加される表面電圧と同程度の表面電圧が印加され、
前記電界補正板は、前記電極の下に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の下に設けられる静電チャック用電極とを有し、
前記静電チャック用電極に電圧を印加することにより、前記電界補正板が前記検査対象に密着されることを特徴とする検査装置。

【請求項2】

荷電粒子又は電磁波の何れかをビームとして発生させるビーム発生手段と、
ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に、前記ビームを導き照射する１次光学系と、
前記検査対象に照射される前記のビームの入射角度を制御する制御手段と、
前記検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、
検出された前記二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、
を備え、
前記検査対象の中央部分には中央平坦部が設けられ、前記中央平坦部の周縁には段差を介して周縁平坦部が設けられ、前記段差の近傍における前記二次荷電粒子の検出位置と前記ビームの入射角度との関係が、マッピングデータとして記憶部に記憶されており、
前記制御手段は、前記段差の近傍の検査をするときに、前記マッピングデータに基づいて、前記二次荷電粒子の検出位置のずれを補正するように前記ビームの入射角度を制御し、
前記２次光学系は、可動式のニューメリカルアパーチャと、前記ニューメリカルアパーチャの移動機構とを備え、
前記記憶部には、前記段差の近傍の複数箇所におけるミラー電子位置と前記ニューメリカルアパーチャの位置の関係をマッピングした第２のマッピングデータが記憶され、
前記段差の近傍の検査をするときに、前記第２のマッピングデータに基づいて、前記ミラー電子位置のずれに応じて前記ニューメリカルアパーチャが前記移動機構により移動されることを特徴とする検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、詳しくは、検査対象の表面の性状に応じて変化する二次荷電粒子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて検査対象の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する検査装置、並びに検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

ここで、従来技術の検査装置の課題をまとめると以下のとおりとなる。

【0005】

第一に、分解能とスループットの不足の問題である。写像光学系の従来技術において、ピクセルサイズは５０ｎｍ、収差２００ｎｍ程度であった。さらに高分解能とスループットを向上させるには、収差低減、照射電流のエネルギ幅の低減、小ピクセルサイズ、電流量の増加が必要であった。

【0006】

第二に、ＳＥＭ式の検査の場合、微細構造の検査になるほど、スループットの問題は大きくなる。より小さなピクセルサイズを用いないと像の解像が不足するからである。これらはＳＥＭが主にエッジコントラストによる像形成と欠陥検査を行うことに起因する。たとえば、５ｎｍＰｘサイズ、２００ＭＰＰＳであれば、およそ６ｈｒ/ｃｍ²となる。これは、写像投影式の２０〜５０倍の時間がかかり、検査において非現実的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２００２／００１５９６号

【特許文献2】特開２００７−４８６８６号公報

【特許文献3】特開平１１−１３２９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来の検査装置では、いわゆる「メサ構造」を有する試料を検査する場合に、メサ構造の端部（段差の近傍）で電界が不均一になり、コントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることが難しいという問題があった。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、メサ構造の端部でコントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることのできる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】

【0010】

本発明の検査装置は、荷電粒子又は電磁波の何れかをビームとして発生させるビーム発生手段と、ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に、ビームを導き照射する１次光学系と、検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、検出された二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、を備え、検査対象の中央部分には中央平坦部が設けられ、中央平坦部の周縁には段差を介して周縁平坦部が設けられ、段差の周りには電界補正板が設置され、電界補正板の表面の電極には、検査対象に印加される表面電圧と同程度の表面電圧が印加される。

【0011】

この本発明の検査装置では、電界補正板は、電極の下に設けられる絶縁層と、絶縁層の下に設けられる静電チャック用電極とを有し、静電チャック用電極に電圧を印加することにより、電界補正板が検査対象に密着されてもよい。

【0012】

また、本発明の検査装置は、荷電粒子又は電磁波の何れかをビームとして発生させるビーム発生手段と、ワーキングチャンバ内に保持した検査対象に、ビームを導き照射する１次光学系と、検査対象に照射されるのビームの入射角度を制御する制御手段と、検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する２次光学系と、検出された二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、を備え、検査対象の中央部分には中央平坦部が設けられ、中央平坦部の周縁には段差を介して周縁平坦部が設けられ、段差の近傍における二次荷電粒子の検出位置とビームの入射角度との関係が、マッピングデータとして記憶部に記憶されており、制御手段は、段差の近傍の検査をするときに、マッピングデータに基づいて、二次荷電粒子の検出位置のずれを補正するようにビームの入射角度を制御する。

【0013】

この本発明の検査装置では、制御手段は、可動式のニューメリカルアパーチャと、ニューメリカルアパーチャの移動機構であり、マッピングデータは、段差の近傍の複数箇所におけるミラー電子位置とニューメリカルアパーチャの位置の関係をマッピングしたデータであり、段差の近傍の検査をするときに、マッピングデータに基づいて、ニューメリカルアパーチャが移動機構により移動され、ミラー電子位置のずれを補正するようにビームの入射角度が制御されてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、メサ構造の端部でコントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることのできる検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る検査装置の主要構成要素を示す立面図であって、図２の線Ａ−Ａに沿って見た図である。

【図2A】図１に示す検査装置の主要構成要素の平面図であって、図１の線Ｂ−Ｂに沿って見た図である。

【図2B】本発明の一実施形態に係る検査装置における基板搬入装置の他の実施例を示す概略断面図である。

【図3】図１のミニエンバイロメント装置を示す断面図であって、線Ｃ−Ｃに沿って見た図である。

【図4】図１のローダハウジングを示す図であって、図２の線Ｄ−Ｄに沿って見た図である。

【図5】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6】主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。

【図7】主ハウジングの支持方法の変形例を示す図である。

【図8】光照射型の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る図であり、検査装置の全体構成を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る図であり、電子銃を備える検査装置の例を示す図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る図であり、試料表面に照射される電子ビームの照射電流の強度（量）とエネルギの状態及び試料表面に照射されたビームの状態を示す図である。

【図12】本発明の一実施形態に係る図であり、ＵＶ、ＥＵＶ又はＸ線を用いる１次光学系の例を示す図である。

【図13】本発明の一実施形態に係る図であり、１次光学系のクロスオーバの形成の模式図である。

【図14】本発明の一実施形態に係る図であり、１次光学系の第２の実施形態を示す図である。

【図15】本発明の一実施形態に係る図であり、１次系の途中位置から、コラム内に設置されたミラーにより、光電子面に光またはレーザが導かれるときの例を示す図である。

【図16】本発明の一実施形態に係る図であり、１次系の途中位置から、コラム内に設置されたミラーにより、光電子面に光またはレーザが導かれるときの例を示す図である。

【図17】本発明の一実施形態に係る図であり、光電子面にパターンのマスキング材をコーティングした例を、１次光学系の第２の実施形態に係る１次光学系に用いる例を示す図である。

【図18】本発明の一実施形態に係る図であり、透過した光またはレーザを反射させて、光電子面に再度照射する方法を示す図である。

【図19】本発明の一実施形態に係る半導体検査装置の二重管構造を模式的に示す図である。

【図20】本発明の一実施形態に係る半導体検査装置の全体構成を示す図である。

【図21】本発明の一実施形態に係る図であり、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの関係を示す図である。

【図22】本発明の一実施形態に係る図であり、遷移領域の現象を示す図である。

【図23】本発明の一実施形態に係る図であり、ＬＥに対するＣＯ位置でのビーム形状の測定例を示す図である。

【図24】本発明の一実施形態に係る図であり、第２検出器の原理を示す図である。

【図25】本発明の一実施形態に係る図であり、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。

【図26】本発明の一実施形態に係る図であり、ＥＢ−ＴＤＩと、ＥＢ−ＣＣＤを切り替え可能な検出器を示す図である。

【図27】本発明の一実施形態に係る図であり、本発明が適用された電子線検査装置を示す図である。

【図28】本発明の一実施形態に係る図であり、同一のメインチャンバに、写像光学式検査装置の電子コラムと、ＳＥＭ式検査装置とを設置する場合の構成の一例を示す図である。

【図29】本発明の一実施形態に係る図であり、光またはレーザを試料に照射する形態と、１次系に電子ビームで試料を照射する形態の融合を行った形態の例を示す図である。

【図30】本発明の一実施形態に係る図であり、光またはレーザを試料に照射する形態と、１次系に電子ビームで試料を照射する形態の融合を行った形態の例を示す図である。

【図31】本発明の一実施形態に係る図であり、光またはレーザを試料に照射する形態と、１次系に電子ビームで試料を照射する形態の融合を行った形態の例を示す図である。

【図32】本発明の一実施形態に係る図であり、試料表面電位均一安定供給化の例を示す図である。

【図33A】本発明の一実施形態に係る図であり、試料表面電位均一安定供給化の例を示す図である。

【図33B】本発明の一実施形態に係る図であり、試料表面電位均一安定供給化の例を示す図である。

【図34】本発明の一実施形態に係る検査方法の試料に対する１次ビームの入射角度を示す図である。

【図35】本発明の一実施形態に係る図であり、ＣＯ位置のビーム観察の一例を示す図である。

【図36】本発明の一実施形態に係る図であり、１次電子ビームの入射角度によるミラー電子位置を示す図である。

【図37】本発明の一実施形態に係る図であり、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示す図である。

【図38】本発明の一実施形態に係る図であり、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示す図である。

【図39】メサ構造の端部（段差に近い部分）を検査する様子を示す図である。

【図40】本発明の一実施形態に係る電界補正板の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、検査対象として表面にパターンが形成された基板すなわちウエハを検査する半導体検査装置として説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の検査装置及び検査方法の例であって、これらに限定されるわけではない。

【0017】

図１及び図２Ａにおいて、本実施形態の半導体検査装置１の主要構成要素が立面及び平面で示されている。

【0018】

本実施形態の半導体検査装置１は、複数枚のウエハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１０と、ミニエンバイロメント装置２０と、ワーキングチャンバを画成する主ハウジング３０と、ミニエンバイロメント装置２０と主ハウジング３０との間に配置されていて、二つのローディングチャンバを画成するローダハウジング４０と、ウエハをカセットホルダ１０から主ハウジング３０内に配置されたステージ装置５０上に装填するローダー６０と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置７０と、光学顕微鏡３０００と、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）３００２を備え、それらは図１及び図２Ａに示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置１は、更に、真空の主ハウジング３０内に配置されたプレチャージユニット８１と、ウエハに電位を印加する電位印加機構８３（図１４に図示）と、電子ビームキャリブレーション機構８５と、ステージ装置上でのウエハの位置決めを行うためのアライメント制御装置８７を構成する光学顕微鏡８７１とを備えている。電子光学装置７０は、鏡筒７１及び光源筒７０００を有している。電子光学装置７０の内部構造については、後述する。

【0019】

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

【0020】

別の実施の態様では、図２Ｂに示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体５０１の内側に固定した溝型ポケット（記載せず）に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱２４は、角筒状の箱本体５０１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体５０１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア５０２と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類およびファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体５０３と、基板Ｗを保持するための溝型ポケット（図示せず）、ＵＬＰＡフィルタ５０５、ケミカルフィルタ５０６、ファンモータ５０７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー６０のロボット式の第１の搬送ユニット６１２により、基板を出し入れする。

【0021】

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

【0022】

＜ミニエンバイロメント装置＞
図１ないし図３において、ミニエンバイロメント装置２０は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間２１を画成するハウジング２２と、ミニエンバイロメント空間２１内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置２３と、ミニエンバイロメント空間２１内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置２４と、ミニエンバイロメント空間２１内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウエハを粗位置決めするプリアライナ２５とを備えている。

【0023】

ハウジング２２は、頂壁２２１、底壁２２２及び四周を囲む周壁２２３を有し、ミニエンバイロメント空間２１を外部から遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間を雰囲気制御するために、気体循環装置２３は、図３に示されるように、ミニエンバイロメント空間２１内において、頂壁２２１に取り付けられていて、気体（この実施形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット２３１と、ミニエンバイロメント空間内において底壁２２２の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト２３２と、回収ダクト２３２と気体供給ユニット２３１とを接続して回収された空気を気体供給ユニット２３１に戻す導管２３３とを備えている。この実施形態では、気体供給ユニット２３１は供給する空気の約２０％をハウジング２２の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット２３１は、清浄空気をつくりだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間２１内に配置された後述する第１の搬送ユニットによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウエハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間全面に亘って流す必要もない。なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャットダウンすることもできる。ハウジング２２の周壁２２３のうちカセットホルダ１０に隣接する部分には出入り口２２５が形成されている。出入り口２２５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口２２５をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ウエハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３ないし０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニットはミニエンバイロメント空間内でなくその外側に設けてもよい。

【0024】

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

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

＜主ハウジング＞
図１及び図２Ａにおいて、ワーキングチャンバ３１を画成する主ハウジング３０は、ハウジング本体３２を備え、そのハウジング本体３２は、台フレーム３６上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置３７の上に載せられたハウジング支持装置３３によって支持されている。ハウジング支持装置３３は矩形に組まれたフレーム構造体３３１を備えている。ハウジング本体３２はフレーム構造体３３１上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁３２１と、頂壁３２２と、底壁３２１及び頂壁３２２に接続されて四周を囲む周壁３２３とを備えていてワーキングチャンバ３１を外部から隔離している。底壁３２１は、この実施形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。この実施形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置３３は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム３６が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置３７で阻止するようになっている。ハウジング本体３２の周壁３２３のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウエハ出し入れ用の出入り口３２５が形成されている。

【0028】

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

【0029】

＜ローダハウジング＞
図１、図２Ａ及び図４において、ローダハウジング４０は、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを画成するハウジング本体４３を備えている。ハウジング本体４３は底壁４３１と、頂壁４３２と、四周を囲む周壁４３３と、第１のローディングチャンバ４１と第２のローディングチャンバ４２とを仕切る仕切壁４３４とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁４３４には両ローディングチャンバ間でウエハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口４３５が形成されている。また、周壁４３３のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口４３６及び４３７が形成されている。このローダハウジング４０のハウジング本体４３は、ハウジング支持装置３３のフレーム構造体３３１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング４０にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング４０の出入り口４３６とミニエンバイロメント装置のハウジング２２の出入り口２２６とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間２１と第１のローディングチャンバ４１との連通を選択的に阻止するシャッタ装置２７が設けられている。シャッタ装置２７は、出入り口２２６及び４３６の周囲を囲んで側壁４３３と密に接触して固定されたシール材２７１、シール材２７１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉２７２と、その扉を動かす駆動装置２７３とを有している。また、ローダハウジング４０の出入り口４３７とハウジング本体３２の出入り口３２５とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ４２とワーキンググチャンバ３１との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４５が設けられている。シャッタ装置４５は、出入り口４３７及び３２５の周囲を囲んで側壁４３３及び３２３と密に接触してそれらに固定されたシール材４５１、シール材４５１と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉４５２と、その扉を動かす駆動装置４５３とを有している。更に、仕切壁４３４に形成された開口には、扉４６１によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置４６が設けられている。これらのシャッタ装置２７、４５及び４６は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置２０のハウジング２２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハウジング４０、主ハウジング３０に伝達されるのを防止するために、ハウジング２２とローダハウジング４０との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。

【0030】

第１のローディングチャンバ４１内には、複数（本実施形態では２枚）のウエハを上下に隔てて水平の状態で支持するウエハラック４７が配設されている。ウエハラック４７は、図５に示されるように、矩形の基板４７１の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱４７２を備え、各支柱４７２にはそれぞれ２段の支持部４７３及び４７４が形成され、その支持部の上にウエハＷの周縁を載せて保持するようになっている。そして後述する第１及び第２の搬送ユニットのアームの先端を隣接する支柱間からウエハに接近させてアームによりウエハを把持するようになっている。

【0031】

ローディングチャンバ４１及び４２は、図示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置（図示せず）によって高真空状態（真空度としては１０^-5〜１０^-6Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになっている。この場合、第１のローディングチャンバ４１を低真空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第２のローディングチャンバ４２を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保ち、ウエハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような構造を採用することによってローディングチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるウエハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバを採用することによって、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。

【0032】

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。

【0033】

＜ステージ装置＞
ステージ装置５０は、主ハウジング３０の底壁３２１上に配置された固定テーブル５１と、固定テーブル上でＹ方向（図１において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル５２と、Ｙテーブル上でＸ方向（図１において左右方向）に移動するＸテーブル５３と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル５４と、回転テーブル５４上に配置されたホルダ５５とを備えている。そのホルダ５５のウエハ載置面５５１上にウエハを解放可能に保持する。ホルダは、ウエハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置５０は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面５５１上でホルダに保持されたウエハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１において上下方向）に、更にウエハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めできるようになっている。なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウエハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウエハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御したりする。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ５２１、５３１及びエンコーダ５２２、５３２は、主ハウジング３０の外側に配置されている。なお、ステージ装置５０は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。

【0034】

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

【0035】

なお、この実施形態では図２Ａで左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＸテーブルとしてもよい。

【0036】

＜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。

【0037】

第１の搬送ユニット６１は、駆動部６１１に関して軸線Ｏ₁−Ｏ₁の回りで回転可能になっている多節のアーム６１２を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。第１の搬送ユニット６１のアーム６１２の一つの部分すなわち最も駆動部６１１側の第１の部分は、駆動部６１１内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸６１３に取り付けられている。アーム６１２は、軸６１３により軸線Ｏ₁−Ｏ₁の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ₁−Ｏ₁に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム６１２の軸６１３から最も離れた第３の部分の先端には、には公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウエハを把持する把持装置６１６が設けられている。駆動部６１１は、公知の構造の昇降機構６１５により上下方向に移動可能になっている。

【0038】

この第１の搬送ユニット６１は、アーム６１２がカセットホルダに保持された二つのカセットｃの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセットｃ内に収容されたウエハを１枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図２Ａに示すような状態）、アームがプリアライナ２５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたウエハをプリアライナ２５に載せる。プリアライナから前記と逆にしてウエハを受け取った後は、アームは更に回転し第２のローディングチャンバ４１に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ４１内のウエハ受け４７にウエハを受け渡す。なお、機械的にウエハを把持する場合にはウエハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウエハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。

【0039】

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

【0040】

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

【0041】

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

【0042】

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。

【0043】

カセットが出入り口２２５に整合されると、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開きまたカセットｃとミニエンバイロメントの出入り口２２５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。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。

【0044】

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

【0045】

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

【0046】

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

【0047】

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

【0048】

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

【0049】

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

【0050】

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

【0051】

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

【0052】

図６において、主ハウジングの支持方法の変形例が示されている。図６に示された変形例では、ハウジング支持装置３３ａを厚肉で矩形の鋼板３３１ａで構成し、その鋼板の上にハウジング本体３２ａが載せられている。したがって、ハウジング本体３２ａの底壁３２１ａは、前記実施形態の底壁に比較して薄い構造になっている。図７に示された変形例では、ハウジング支持装置３３ｂのフレーム構造体３３６ｂによりハウジング本体３２ｂ及びローダハウジング４０ｂを吊り下げて状態で支持するようになっている。フレーム構造体３３６ｂに固定された複数の縦フレーム３３７ｂの下端は、ハウジング本体３２ｂの底壁３２１ｂの四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持するようになっている。そして防振装置３７ｂは、フレーム構造体３３６ｂと台フレーム３６ｂとの間に配置されている。また、ローダハウジング４０もフレーム構造体３３６に固定された吊り下げ部材４９ｂによって吊り下げられている。ハウジング本体３２ｂのこの図７に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになっている。

【0053】

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

【0054】

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

【0055】

＜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、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。図８は、「光照射型」の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。なお、本発明の実施の形態の電子光学装置としては、後述する「電子照射型」の電子光学装置が用いられる。図８の電子光学装置（光照射型の電子光学装置）では、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。この光照射型の電子光学装置では、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。

【0056】

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。

【0057】

＜光源（光線光源）＞
図８の電子光学装置においては、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良い。

【0058】

＜１次光学系＞
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）ビームを照射する部分で１次光学系と呼ぶ。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ＷＦに一次光線として照射される。

【0059】

＜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。

【0060】

このとき、ウエハ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−ＴＬ
２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。

【0061】

＜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、まずマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり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。

【0062】

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。例えば透過率および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または、ＥＢ−ＣＣＤを用いてもよい。ＥＢ−ＴＤＩを用いると、試料表面から発生し、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のである。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。

【0063】

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。

【0064】

＜写像投影方式の主な機能の関係とその全体像の説明＞
図９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。

【0065】

図９において、検査装置は鏡筒７１、光源筒７０００およびチャンバ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。

【0066】

一方、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および検出器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。

【0067】

一方、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およ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。

【0068】

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、通常ドライポンプまた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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

ところで、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、試料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。

【0072】

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回の結像をおこなわせる。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およびレンズ（ＴＬ１）レンズ１０００６により、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８上に収束されクロスオーバを形成する。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。

【0073】

また、レンズ１０００６、１０００９、レンズ７４１はすべて、ユニポテンシャルレンズまた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段目または２段目、または両方にフォーカス調整用電極を所持する構造、またはダイナミックにおこな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極または５極とすることも有効である。

【0074】

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およ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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

＜プレチャージユニット＞
プレチャージユニット８１は、図１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。

【0078】

（実施形態１）
＜光照射を用いる１次系に替る電子照射を用いる１次光学系を備えた電子光学装置＞
これまで述べてきたのは、試料表面に照射するのが光やレーザ等であり、それにより、試料表面からは光電子が発生する形態を述べてきた。以下、本発明の実施の形態として、光を照射する代わりに、電子ビームを照射する「電子照射型」の１次系の形態について述べる。まず、一般的な電子銃を備える検査装置の例を図１０に示す。図１０（ａ）は、全体構成を示し、図１０（ｂ）は、電子銃部分の拡大模式図である。但し、一部構成を省略図示している。

【0079】

図１０（ａ）において、検査装置は一次コラム７１−１、二次コラム７１−２およびチャンバ３２を有している。一次コラム７１−１の内部には、電子銃７２１が設けられており、電子銃７２１から照射される電子ビーム（一次ビーム）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上には試料Ｗが載置される。一方、二次コラム７１−２の内部には、試料Ｗ から
発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ７２４、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２、ウィーンフィルタ７２３、第２レンズ７４１−１、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３、第３ レンズ７４１−２、第４レンズ７４１−３および検出器７６１が配置される
。なお、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３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。そして、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２は開口部が一次ビームの集束位置およびカソードレンズ７２４の焦点位置になるように配置されている。したがって、カソードレンズ７２４とニューメリカルアパーチャＮＡ−２とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。特に、カソードレンズ７２４が２段のダブレットレンズで第１中間結像点がＥ×Ｂ中心付近に形成する両テレセントリックの電子光学系を構成している場合もある。これは、片テレセントリックやテレセントリックでない場合に比べて、収差を小さくすることができ広視野の２次元電子像の高分解能結像を達成することができる。つまり、収差１／２〜１／３を実現することができる。

【0080】

一方、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、一次コラム制御ユニット７１ａ、二次コラム制御ユニット７１ｂおよびステージ駆動機構５６に入力される。一次コラム制御ユニット７１ａは、１次光学系７２のレンズ電圧制御を行い、二次コラム制御ユニット７１ｂは、カソードレンズ７２４、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３のレンズ電圧制御およびウィーンフィルタ７２３に印加する電磁界制御を行う。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、一次コラム７１−１、二次コラム７１−２、チャンバ３２は、真空排気系（図示せず）と繋がっており、真空排気系のターボ分子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。

【0081】

（一次ビーム）
電子銃７２１からの一次ビームは、１次光学系７２によってレンズ作用を受けながら、ウィーンフィルタ７２３に入射する。ここでは、電子銃のチップとしては、矩形、円形フラット、曲面（例えばｒ＝５０μｍ程度）を有するものを利用でき、大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる。また、１次光学系７２は、回転軸非対称の四重極または八重極の静電（または電磁）レンズを使用する。これは、いわゆるシリンドリカルズレンズと同様にＸ軸、Ｙ軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを２段、または、３段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に整形することができる。具体的には、静電レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位にし、互いに逆の電圧特性を与える。なお、四重極レンズとして円柱形ではなく、静電偏向器で、通常使用される円形板を４分割した形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型化を図ることができる。

【0082】

１次光学系７２を通過した一次ビームは、ウィーンフィルタ７２３の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ７２３は、磁界と電界を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。一次ビームに対しては、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働くため、互いに相殺されるので二次ビームはそのまま直進する。１次光学系７２のレンズ電圧は、一次ビームがニューメリカルアパーチャＮＡ−２の開口部で結像するように、予め設定されている。このニューメリカルアパーチャＮＡ−２は、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料Ｗのチャージアップや汚染を防いでいる。さらに、フィールドアパーチャＮＡ−２とカソードレンズ７２４（図示しないが２段のダブレットレンズ）とは両テレセントリックな電子光学系を構成しているので、カソードレンズ７２４を透過した一次ビームは平行ビームになり、試料Ｗに均一かつ一様に照射する。すなわち、光学顕微鏡でいうケーラー照明が実現される。

【0083】

（二次ビーム）
一次ビームが試料に照射されると、試料のビーム照射面からは、二次ビームとして、二次電子、反射電子または後方散乱電子が発生する。又は、照射エネルギによってはミラー電子が形成される。二次ビームは、カソードレンズ７２４によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。ところで、カソードレンズ７２４は、３又は４枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料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２次放出電子及びミラー電子）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。また、レンズ作用は、カソードレンズ７２４の１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。又は、１番目、２番目、３番目の電極に電圧を印加し、４番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。４枚電極の時の第３電極はフォーカス調整に使用される。一方、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２は、カソードレンズ７２４の焦点位置、すなわち試料Ｗからのバックフォーカス位置に配置されている。したがって、視野中心外（軸外）から出た電子ビームの光束も、平行ビームとなって、このニューメリカルアパーチャＮＡ−２の中心位置を、けられが生じることなく通過する。なお、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３は、二次ビームに対しては、カソードレンズ７２４、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ７２３の偏向作用を受けずに、そのまま直進して通過する。なお、ウィーンフィルタ７２３に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギを持つ電子（例えば２次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみを検出器７６１に導くことができる。二次ビームを、カソードレンズ７２４は、試料表面から発生した２次放出電子の収差を決める重要なレンズとなる。そのため、あまり大きな倍率は期待できない。よって、収差を低減するために、２段のダブレットレンズ構造のカソードレンズとして、両テレセントリック構造にする。さらに、Ｅ×Ｂによって形成されるウィーンフィルタの発生する収差（非点収差等）を低減するため中間結像をこのＥ×Ｂ中間位置付近に設定する。これにより、収差の増大を抑える効果が大変大きい。そして、第２レンズ７４１−１によりビームを収束させ、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３付近にクロスオーバを形成する。また、第２レンズ７４１−１と第３レンズ７４１−２でズームレンズ機能を有しており、倍率制御が可能となる。この後段に、第４レンズ７４１−３があり、検出器面に拡大結像する。第４レンズは５段のレンズ構造であり、１、３、５段がＧＮＤとなっている。２段と４段に正の高電圧が印加され高電圧が印加されレンズが形成される。この時、２段目はフィールドレンズ機能を有し、この付近に第２中間結像を行う。この時、このフィールドレンズ機能により、軸外収差の補正を行うことができる。そして、第４段目のレンズ機能により拡大結像がなされる。この様に、ここでは、合計３回結像する。なお、カソードレンズと第２レンズ７４１−１とを合わせて 検出面に結像（合計２回）させ
てもよい。また、第２レンズ７４１−１〜第４レンズ７４１−３はすべて、ユニポテンシャルレンズまた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もよい。各レンズは、３枚電極の構成でもよい。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、中間の結像点には、フィールドアパーチャＦＡ−２を配置してもよい（図示せず）。このフィールドアパーチャＦＡ−２は、第４レンズ７４１−３が５段レンズのとき２段目付近に設置され、３段レンズの時は１段目付近に設置される。このフィールドアパーチャＦＡ−２は、光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限しているが、電子ビームの場合、余計なビームを遮断して、検出器７６１のチャージアップや汚染を防いでいる。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およ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から試料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。

【0084】

「二次荷電粒子」には、２次放出電子、ミラー電子、光電子の一部または混在したものが含まれる。電磁波を照射したときは、試料表面からは光電子が発生する。試料表面に電子線などの荷電粒子を照射したときは、試料表面から「二次放出電子」が発生する、または、「ミラー電子」が形成される。試料表面に電子線が衝突して発生するのが「二次放出電子」である。つまり、「二次放出電子」とは、二次電子、反射電子、後方散乱電子の一部または混在したものを示す。また、照射した電子線が試料表面に衝突しないで表面近傍にて反射したものを「ミラー電子」という。

【0085】

このように、本実施形態の検査装置では、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２とカソードレンズ７２４とが、テレセントリックな電子光学系を構成しているので、一次ビームに対しては、ビームを試料に均一に照射させることができる。すなわち、ケーラー照明を容易に実現することができる。さらに、二次ビームに対しては、試料Ｗからの全ての主光線が、カソードレンズ７２４に垂直（レンズ光軸に平行）に入射し、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を通過するので、周辺光もけられることがなく、試料周辺部の画像輝度が低下することがない。また、電子が有するエネルギのばらつきによって、結像する位置が異なる、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、二次電子は、エネルギのばらつきが大きいため、倍率色収差が大きい）が、カソードレンズ７２４の焦点位置に、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２を配置することで、この倍率色収差を抑えることができる。

【0086】

また、拡大倍率の変更は、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２の通過後に行われるので、第３レンズ７４１−２、第４レンズ７４１−３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、それに伴って決まる試料面上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームとを、同一の大きさになるように１次光学系のレンズ条件を設定する。

【0087】

すなわち、倍率を上げていけば、それに伴って視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射エネルギ密度を上げていくことで、２次光学系で拡大投影されても、検出電子の信号密度は、常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。また、本実施形態の検査装置では、一次ビームの軌道を曲げて、二次ビームを直進させるウィーンフィルタ７２３を用いたが、それに限定されず、一次ビームの軌道を直進させ、二次ビームの軌道を曲げるウィーンフィルタを用いた構成の検査装置でもよい。また、本実施形態では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成したが、それに限定されず、例えば円形ビームから矩形ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビームをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。

【0088】

この例では、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２とニューメリカルアパーチャＮＡ−３の２つのニューメリカルアパーチャを設置している。これは、照射電子量に応じて使い分けることができるのである。試料に対する照射電子量が少ない場合例えば、０．１〜１０ｎＡでは、ニューメリカルアパーチャＮＡ−２により、１次ビームと２次ビームの収差を低減するために、ビーム径を選択する適切な径例えばφ３０〜φ３００μｍを用いる。しかし、照射電子量が増加すると、このニューメリカルアパーチャＮＡ−２はコンタミ付着によりチャージアップが起こり逆に像質を劣化させてしまうことがある。この時は、比較的大きな穴径、例えばφ５００〜φ３０００μｍのニューメリカルアパーチャＮＡ−２として、周辺の迷走電子のカットに用いる。そして、ニューメリカルアパーチャＮＡ−３により２次ビームの収差と透過率の規定と決めるために用いる。ニューメリカルアパーチャＮＡ−３は１次ビームが照射されないためにコンタミ付着が少なく、チャージアップによる像劣化が無いのである。よって、照射電流量の大小により、ニューメリカルアパーチャ径を選択して用いると大変効率的である。

【0089】

この様な形態の１次ビームに電子照射を行うとき、電子光学装置７０の１次光学系７２として電子銃を使用する半導体検査装置１においては、大きな照射電流を得ようとする場合に、電子のエネルギ幅が広がってしまうという問題がある。以下に図を用いながら詳細に説明する。図１０（ｂ）は、一般的な電子銃２３００を備えた電子光学装置７０の１次光学系７２の模式図である。

【0090】

電子銃２３００においては、カソード２３１０に熱電子発生のための加熱電源２３１３より加熱電流を流す。また、カソード２３１０には加速電圧Ｖａｃｃを加速電源２３１４により設定する。一方、カソード２３１０に対して、相対的に正電圧を有し、例えば３０００〜５０００Ｖの電圧差を有するようにアノード２３１１に電圧を印加する。カソード２３１０が−５０００Ｖの場合、アノード２３１１は０Ｖでもよい。このときエミッションの量は、ウェネルト２３１２に印加する電圧により制御される。ウェネルト２３１２は加速電圧Ｖａｃｃに重畳されている。例えば、重畳電圧：０〜−１０００Ｖである。Ｖａｃｃとの電圧差が大きいとエミッション量は小さくなり、小さいとエミッションは大きくなる。また、ウェネルト電圧により最初にできるクロスオーバ（ファーストクロスオーバ：１ｓｔＣＯ）位置も軸方向にずれる。また、カソード中心とウェネルト、アノード中心がずれていれば、ｚ軸に垂直なｘ、ｙ方向にも位置ずれが起こる。放出されたエミッションは広がっている。この内、有効なビームを選択し、また、ビーム形状を決定するのがフィールドアパーチャＦＡ２３２０である。そのときのエミッションに対する透過率は通常０．１〜０．５%である。例えば、エミッション５μＡで照射電流５〜２５ｎＡである。
よって、例えば、１μＡの照射電流を得ようとすると、２００μＡ〜１ｍＡのエミッシンが必要となる。この時、エミッションが大きくなることにより、カソードからファーストクロスオーバ、ファーストクロスオーバからフィールドアパーチャＦＡに至る軌道において、ベルシュ効果により電子のエネルギ幅が広がってしまう。例えば、ＦＡ位置で１．２eＶから１０〜５０eＶに広がる。

【0091】

エネルギ幅は特に低ＬＥ時に問題となる。試料表面近傍での電子の軌道がｚ方向の広がりが大きくなるからである。図を基に説明する。図１１は、試料表面に照射される電子ビームの照射電流の強度（量）とエネルギの状態及び試料表面に照射されたビームの状態を示す図である。図１１（ａ）は、試料表面に照射されるビームの照射電流の強度とエネルギの状態を示し、図１１（ｂ）は、試料表面に照射されるビームの状態を示す。試料に対して照射するビームの照射電流のエネルギが最適の場合のビームをビームｃとし、ビームの照射電流のエネルギが低い場合のビームをビームａ、ビームの照射電流が最大の場合のビームをビームｂとする。また、ビームの照射電流のエネルギが高い場合のビームをビームｄとする。電子ビームのエネルギと照射電流の強度（量）の関係は、ＬａＢ６などの熱電子形成方式では、マクセル分布に従い、図１１（ａ）のような分布となる。このとき、上述のしたようにエネルギの高低による特徴有する電子ビームをビームａ〜ビームｄとした。

【0092】

一例として、高いエネルギのビームｄが試料表面に丁度衝突する場合を図１１（ｂ）に示す。このとき、ビームｄは表面に衝突して反射しない（ミラー電子形成なし）。一方、ビームｃ、ビームｂ、ビームａはそれぞれ反射電位点において反射する。つまりミラー電子が形成される。そして、エネルギが異なるビームｃ、ビームｂ、ビームａが反射する軸方向位置、つまり、Ｚ位置が異なる。このＺ位置の差異ΔＺが生じる。このΔＺが大きいほど、２次光学系で結像される像のボケが大きくなる。つまり、同じ表面位置で形成されたミラー電子が結像面における位置ズレを起こすからである。特にミラー電子においては、エネルギずれが反射点のずれ・途中軌道のずれを起こすので影響が大きい。これらのことは、ミラー電子によって形成される像、または、ミラー電子＋２次放出電子により形成される像において、同様のことが言える。また、照射する電子ビームのエネルギ幅が大きいとこのような悪影響が大きくなる（ΔＺが大きくなる）。よって、エネルギ幅を狭くした状態で試料表面に照射できる１次ビームがあると大変有効となる。そのために発明したのが、以降にて説明する図１２〜図１８に示すような電子発生源と１次光学系である。これらは、従来型に比べ、電子ビームのエネルギ幅を狭くできるだけでなく、１次系のビームの透過率を飛躍的に高くすることが可能であるため、狭いエネルギ幅にて大電流を試料表面に照射することが可能となる。つまり、上述のΔＺが小さくできるため、２次光学系における結像面における位置ずれが小さくなり、低収差、高解像度、大電流化、高スループットを実現することが可能となる。通常、ＬａＢ６などの熱電子方式の電子源（Ｇｕｎ）では、電子発生部で２ｅＶ程度のエネルギ幅を有する。そして、発生電流量を増加するにしたがって、クーロン反発などによるベルシュ効果等でエネルギ幅は更に増加する。例えば、電子源のエミッション電流を５μＡ→５０μＡにすると、エネルギ幅は、例えば０．６ｅＶ→８．７ｅＶに広がる、つまり、電流値を１０倍にするとエネルギ幅は１５倍程度に広がるのである。更に、途中の１次光学系の通過中に空間電荷効果等のエネルギ幅は広がる。このような特徴に鑑み、狭いエネルギ幅の電子ビームを試料に到達させるためには、電子発生源でのエネルギ幅を小さくすること、及び、１次光学系の透過率を高くして電子発生源のエミッション電流を低減することがもっとも重要である。これまでそれを実現する手段がなかったが、本発明はそれらを実現するものである。これらについての効果・説明は、後ほど図１２〜図１８に示す実施例にて説明する。

【0093】

また、電子ビームの強度（量が高い場合、ビームｂ）が撮像するのに最適であるとは限らない。例えば、マクセル分布に準じるエネルギ分布を有する場合、エネルギの低い部位にビーム強度（量）の最大がある場合が多い（ビームｂ）。このとき、ビームｂよりも高いエネルギのビームが多くあるため、それらによって形成される像と異なる像質になる場合がある。つまり、ビームｄは試料に衝突してしまいそれによる２次放出電子像を形成する場合、また、相対的にビームｂはエネルギが低いので、試料表面の凹凸に影響が小さくミラー電子が形成されやすいため、つまり、表面の凹凸や電位差に影響が小さくミラー電子が形成され、像質として全体的にコントラストの低い像やぎらぎらした像になりやすいのである。経験的には、解像度の高い像は得にくい。特に、表面最上部に酸化膜がある場合は、表面に衝突する電子量の影響が大きくなるので、例えば、エミッション電流が小さい場合に比べ、エミッションが大きくなると（例えば１０倍）、それによりエネルギ幅が１０倍以上広がる。このとき、同一のランディングエネルギーＬＥで試料表面に電子ビームを照射すると、ビームｂよりエネルギの高い部位、例えばビームｄが試料表面に衝突する絶対量が増加し、そのために、酸化膜のチャージアップが大きくなる。そのチャージアップの影響にてミラー電子の軌道や結像条件が乱れて正常な撮像ができなくなる場合がある。このことが、照射電流を増加できない原因のひとつであった。このような状況では、ビームｄが試料表面に衝突する量を低減して、酸化膜の電位変化を小さく抑えることができるエネルギのビームｃを用いることができる（最適エネルギのビーム）。これにより、試料に衝突するビームの量を抑制して安定した像を得ることが可能となる。ただし、図１１（ａ）より分かるように、ビームｃはビームｂよりも強度（量）が低い。最適エネルギのビームｃを最大強度のビームｂに近づけることができると、その分、像形成に寄与する電子量が増えて、スループットを増加することができる。そのためには、狭いエネルギ幅にして、試料表面に衝突する電子を低減することが重要である。本発明はそれを実現するものであり、図１２〜図１８にてその実施例を述べる。

【0094】

また、図１１（ｂ）において、ＬＥを徐々に高くしていくと、ビームｄが試料表面に衝突して、次にビームｃが衝突し、衝突する電子ビームが増加すると、それにより発生する２次放出電子が増加する。このような、ミラー電子と２次放出電子の混在する領域を遷移領域と呼ぶ。全ての１次ビームが試料表面に衝突するとミラー電子はなくなり２次放出電子のみとなる。また、衝突する電子がない場合、全てミラー電子となる。

【0095】

さらに、ウェネルト電圧を変えてエミッションを変えるときにファーストクロスオーバ位置も変化してしまうので、その都度、下流にあるアライナやレンズ調整を行う必要もあった。

【0096】

また、半導体の検査においては、新たな技術に対応して、ＥＵＶマスク検査（極端紫外線リソグラフィ用マスクの検査）やＮＩＬ検査（ナノインプリントリソグラフィ用マスク検査）等の１０ｎｍレベルの欠陥検査が必要とされている。このために、半導体検査装置には、収差を下げて分解能を上げることが求められている。

【0097】

収差低減して分解能を上げるには、特に２次光学系の収差を下げることが必要であるが、写像系が劣化する要因は、いわゆるエネルギ収差（色収差ともいう。）及びクーロンブルアにある。そこで、２次光学系の収差をよくするために、短時間で加速エネルギを高くすることが求められている。

【0098】

そこで、このような問題を解決するために、本発明者は、新たな光電子発生装置を備えた１次光学系及び該１次光学系を有する電子光学装置を発明した。この１次光学系は光源としてＤＵＶ光又はＤＵＶレーザを用いる。但し光源はこれに限定されるものではなく、ＵＶ、ＥＵＶ又はＸ線を用いてもよい。以下にその内容を、図１２を基に説明する。

【0099】

図１２に示すように、本１次光学系２０００は、概略、光源（図示せず）、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０、光電子発生装置２０２０、アライナ２０３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２０４０、カソードレンズ（ＣＬ）２０５０を備える。

【0100】

フィールドアパーチャ２０１０は、後述する光電子発生装置２０２０の光電子面２０２１と、光源との間に配置され、所定の形状を有する穴が設けられている。光源からフィールドアパーチャ２０１０に向けて照射された光又はレーザは、フィールドアパーチャ２０１０の穴を通過して、光電子面２０２１に穴の形状の光又はレーザとして照射される。すなわち、光源から照射された光又はレーザは、これによって、光電子面２０２１から穴形状と同様の形状の光電子が発生する。なお、光源としては光電子を発生する波長のＤＵＶ（深紫外線）、ＵＶ（紫外線）、ＥＵＶ（極端紫外線）、Ｘ線等の光又はレーザを用いる。この場合、特に、波長λ≦２７０ｎｍ（すなわち、Ｅ≧４．７ｅＶ）のＤＵＶの光又はレーザが、好適に用いられる。

【0101】

光電子発生装置２０２０は、光電子面２０２１、３段の引き出しレンズである第１段レンズ２０２２、第２段レンズ２０２３、第３段レンズ２０２４で一つの引き出しレンズを構成している。また、ニューメリカルアパーチャ２０２５を備える。この引き出しレンズは、磁場レンズ又は静電レンズを用いるが、磁場レンズを用いる場合には、磁場補正器を、後述するニューメリカルアパーチャ２０２５付近に設ける。また、２次光学系のフィールドレンズ（図示せず）の下流付近や対物レンズ（図示せず）付近に設けることも有効である。像が磁場の影響で曲がってしまう場合があり、これを補正するためである。また、引き出しレンズの段数はこれに限定されるものではない。

【0102】

光電子面２０２１は、サファイア、ダイアモンド等の光透過部材からなる母材に、光電子材料をコーティングしたものであり、平面部を有する。なお、平面部を有する光電子面２０２１の構造は、平面カソードとも呼ぶ。この場合、光電子面２０２１の母材として、特に、サファイアやダイアモンドなどの熱伝導率の高い材料が、好適に用いられる。サファイアやダイアモンドの熱伝導率（サファイア：３０〜４０Ｗ／（Ｋ・ｍ）、ダイアモンド：５０〜１００Ｗ／（Ｋ・ｍ））は、石英や合成石英の熱伝導率（１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ））に比べて高いため、電子照射を受けた部分の熱を速やかに発散させることができる。したがって、光電子面２０２１の受けるダメージを低減させることができ、量子効率の低下や場所によって量子効率にムラが発生するのを抑えることができる。そして、光電子面２０２１の受けるダメージを低減させることができるため、電子照射のスポットサイズを小さく（パワー密度を高く）することができ、また、光電子材料の厚さを薄くすることができる。例えば、合成石英を母材とした場合、光電子面に２６６ｎｍの波長のＣＷレーザを８０００Ｗ／ｃｍ²のパワー密度で照射したときの量子効率は、１０００Ｗ／ｃｍ²のパワー密度で照射したときの量子効率の１／５に低下したのに対して、サファイアを母材とした場合には、量子効率の低下はみられなかった。なお、サファイアやダイアモンドは、天然のものだけでなく、人工のものを用いることもできる。光電子材料としては、ルテニウム、金等のワークファンクションの低いもの（光電子発生効率のよい材料）が好適に用いられる。例えば、本実施の形態においては、母材にルテニウム、金等の光電子材料を、５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さでコーティングしたものが用いられる。また、光電子面２０２１の形状は、母材の直径が例えば、５〜５０ｍｍ程度であり、その中心領域に光電子材料がコーティングされた領域がある。そのコーティング領域は、例えば、直径が２〜１０ｍｍ、好ましくは３〜５ｍｍである。この光電子材料の外側ではＣｒ等の導電膜がコートされており、この膜を通じて光電面への電圧印加が可能となっている。またこのＣｒ膜は、ＤＵＶレーザーの透過率が低く遮光を行い通過して余計な部材に照射されそこから発生するノイズを低減する、また、Ｃｒは上述のＡｕ、Ｒｕ等の光電子材料にくらべ、光電子発生効率が桁違いに小さいのでそこからの発生ノイズも低減する。

【0103】

その光電子材料がコートされている部位に、ＤＵＶレーザー等を照射するが、その直径が１０μｍ〜３００μｍ、好ましくは２０μｍ〜１５０μｍの円形、又は、一辺が１０μｍ〜３００μｍ、好ましくは１０μｍ〜１５０μｍの矩形が用いられるが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。光又はレーザは、母材のビューポートを透過して導入されて光電面に到達し、光電面では光電子が発生する。

【0104】

第１段レンズ２０２２、第２段レンズ２０２３、第３段レンズ２０２４からなる引き出しレンズ（引き出し電極）は、光電子面２０２１から発生した光電子を、光源から反対方向に引き出し、また引き出された光電子を加速する作用を行う。これらの引き出しレンズには、静電レンズを用いる。そして、引き出しレンズ２０２２、２０２３及び２０２４にはウェネルトは用いず、引き出し電界は一定とする。なお、第１引き出し電極２０２２、第２引き出し電極２０２３、第３引き出し電極２０２４には、片側テレセントリック又は両テレ線トリック構成を用いると好適である。非常に均一な引き出し電界領域を形成でき、発生した光電子を低損失で輸送できるからである。

【0105】

各引き出しレンズの印加電圧は、光電子面の電圧をＶ１、第１引き出し電極２０２２、第２引き出し電極２０２３、第３引き出し電極２０２４の電圧を、それぞれＶ２、Ｖ３、Ｖ４とするとき、一例として、Ｖ２及びＶ４は、Ｖ１＋３０００〜３００００Ｖ、Ｖ３はＶ４＋１００００〜３００００Ｖに設定する。ただしこれに限定されるものではない。

【0106】

光電子発生装置２０２０の第３引き出し電極２０２４と後述するアライナ２０３０との間には、ニューメリカルアパーチャ２０２５が配置される。ニューメリカルアパーチャ２０２５は、クロスオーバの形成位置、ビーム量、収差等有効ビームの選択を行う。

【0107】

アライナ２０３０は、第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２及び第３アライナ２０３３を有し、光軸条件の調整等に用いる。第１アライナ２０３１、第２アライナ２０３２は、静的な動作を行うアライナであり光軸条件を調整するときに用いるチルト、シフトの役割を果たす。一方、第３アライナ２０３３は、ダイナミック偏向器で高速動作を行うときに用いるアライナであり、例えば動的なブランキング動作等に用いる。

【0108】

アライナ２０３０の下流（試料側。以下各部材との位置関係で光源側を上流、試料側を下流という。）にはアパーチャ２０４０が配置される。アパーチャ２０４０は、ブランキング時のビームを受け、迷走電子カット及びビーム中心出し等に用いられる。また、アパーチャ２０４０の吸収電流の測定により電子ビーム量測定が可能となる。

【0109】

アパーチャ２０４０の下流には、２次光学系と交差する領域であるＥ×Ｂ領域があり、ここにＥ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）が設けられる。Ｅ×Ｂ偏向器は、一次電子ビームをその光軸が試料の面に垂直になるように偏向する。

【0110】

Ｅ×Ｂ領域の下流にはカソードレンズ２０５０が設けられる。カソードレンズ２０５０は、１次光学系と２次光学系とが共存するレンズである。カソードレンズ２０５０は、第１カソードレンズ２０５１及び第２カソードレンズ２０５２の２段から構成されてもよいし、１枚で構成されてもよい。カソードレンズ２０５０を２段から構成する場合には、第１カソードレンズ２０５１と第２カソードレンズ２０５２の間にクロスオーバを形成し、カソードレンズ１枚の場合には、カソードレンズ２０５０と試料との間にクロスオーバを形成する。

【0111】

なお、光電子量は、光電子面に照射される光又はレーザの強度により決定する。従って、本１次光学系２０００には、更に光源又はレーザ光源の出力調整を行う方式を適用してもよい。また、図示はしていないが、光源又はレーザ光源と母材との間に出力調整機構、例えば、アッテネータやビーム分離器等を更に設けてもよい。

【0112】

例えば、本実施の形態では、電子照射を行う際にエージング手順が実行されてもよい。エージング手順は、まず、（１）大きいビームサイズ（１〜２ｍｍ）で５時間の電子照射を行い、つぎに、（２）中程度のビームサイズ（１００〜３００μｍ）で２時間の電子照射を行い、その後、（３）小さいビームサイズ（１０〜１００μｍ）で電子照射を行う、という手順を順に行うものである。これにより、光電子面に付着した汚れやコンタミを除去することができるとともに、熱の安定条件をつくることができる。光電子面に付着した汚れやコンタミとは、例えば、カーボン、ハイドロカーボン、水分等である。熱の安定条件をつくることにより、熱状態の均一性が得られるとともに、熱上昇のときの光電子面のダメージを低減することができる。なお、（３）のビームサイズは、光電子源として使用するときのサイズ（使用サイズ）である。したがって、（２）のビームサイズは、使用サイズの３〜１０倍のビームサイズであり、（１）のビームサイズは、使用サイズの５００〜１０００倍のビームサイズである、とも云える。

【0113】

ここで、本発明に係る１次光学系２０００のクロスオーバの形成について、図を用いて説明する。図１３は本願発明に係る１次光学系２０００のクロスオーバの形成の模式図である。図１３においては、模式的に、光電子面で発生した光電子が試料に対して垂直に照射されているように表現されているが、実際には、Ｅ×Ｂ偏向器によって偏向されている。

【0114】

図１３に示すように、光源又はレーザ光源からフィールドアパーチャ２０１０を通して光電子面２０２１に光又はレーザ光が照射される。これによって光電子面２０２１で発生した光電子は、ニューメリカルアパーチャ２０２５の位置においてファーストクロスオーバが形成され、更にアパーチャ２０４０を経由して、Ｅ×Ｂ偏向器によって試料に垂直に偏向され、第１カソードレンズ２０５１と第２カソードレンズ２０５２の間においてクロスオーバが形成される。そしてこのクロスオーバを形成した光電子が、面ビームとして試料面に照射される。従って、光電子面２０２１の電子放出形状と試料面に照射する電子ビーム形状が共役となる。一方、一般的な電子銃を備えた１次光学系においては、図１０（ｂ）に示したように、カソード２３１０から発生された光電子は、カソード２３１０とアノード２３１１との間でファーストクロスオーバが形成され、アノード２３１１、フィールドアパーチャ２３２０を経由して試料面に照射される。従って、フィールドアパーチャ２３２０の形状と試料面に照射する電子ビーム形状が共役となる。

【0115】

本願発明に係る１次光学系２０００の印加電圧の設定について説明する。本願発明は一般的な電子銃と構成を異にし、光又はレーザを光電子面２０２１に照射し、発生した光電子を、後段の引き出しレンズで引き出して加速する。ウェネルトやサプレッサが無く均一な電界で加速するため、各構成要素に対する印加電圧の設定も一般的な電子銃と異なる。

【0116】

以下、図１２を基に説明する。各構成要素に対して印加する電圧を、それぞれ次のとおりとする。光電子面２０２１の電圧をＶ１、及び引き出しレンズを構成している電極の電圧をそれぞれ、第１引き出し電極２０２２の電圧をＶ２、第２引き出し電極２０２３の電圧をＶ３、第３引き出し電極の電圧２０２４をＶ４、ニューメリカルアパーチャ２０２５の電圧をＶ５、アパーチャ２０４０の電圧をＶ６とする。また、ウエハ表面電圧（リターディング電圧ともいう。）をＲＴＤとする。本願発明の１次光学系２０００においては、光電子面２０２１の電圧Ｖ１を基に記載すると、以下のように各構成要素に電圧を印加する。すなわち、低ＬＥの場合、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ４＝Ｖ１＋３０００〜３００００Ｖ。Ｖ３＝Ｖ４＋１００００〜３００００Ｖ。Ｖ５、Ｖ６＝基準電位。そして、本願発明に係る１次光学系の一実施形態においては、ＲＴＤ＝−５０００Ｖ、Ｖ１＝−５００５Ｖ、Ｖ２、Ｖ４＝ＧＮＤ、Ｖ３＝＋２００００Ｖと設定した。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。ただし、これは一例であり、各構成要素に対する印加電圧はこれに限定されるものではない。

【0117】

なお、基準電位をＶ０、検出器の電子が入る面の電圧をＤＶとして表すと、本願発明に係る１次光学系２０００におけるＲＴＤとの印加電圧関係は、次のような表１に表す設定が好適に用いられる。

【表1】

【0118】

以上のような構成を備える本願発明に係る１次光学系２０００及び本願発明の１次光学系２０００を備えた電子光学装置は、以下のような効果を得ることができる。

【0119】

第１に、本願発明の１次光学系２０００は、非常に高い透過率を実現することができる。透過率は５〜５０％であり、一般的な電子銃を備えた１次光学系の透過率０．１〜０．５％に対して１０〜１００倍の透過率を確保できる。これは、第１に、平面カソード面と新たな引き出しレンズの構成により、非常に均一な引き出し電界領域を形成できるので、形成された光電子を低損失で輸送できるからである。発生光電子量の増減によっても引き出し電界分布は一定に保つことを実現している構成であり、それにより高透過率で安定した動作を実現している。一般的な電子銃の備えた１次光学系では、ウェネルトやサプレッサ機構が必要なため、発生電子量つまりエミッション量により電界分布が変わるため、均一な引き出し電界部が小さくなり有効ビーム領域が狭くなるため、透過率を高くすることが困難であるが、本願発明に係る１次光学系２０００は、ウェネルトやサプレッサ機構を必要としないため、透過率を高くできるからである。また、第二に、本願発明に係る１次光学系２０００は、ファーストクロスオーバ位置がレンズ下流にあるため、ニューメリカルアパーチャ等の設置が容易になるので、ビームの収差低減や、ベルシュ効果の低減が行い易い光学系が実現できるからである。一般的な電子銃の備えた１次光学系では、ファーストクロスオーバ位置がウェネルトの近傍にあるため、その位置にニューメリカルアパーチャ等を設置することが困難であり、また、エミッションにより位置がずれるので、たとえこの位置にニューメリカルアパーチャ等を設置できても有効に使用することが困難であった。本願発明に係る１次光学系２０００は、ファーストクロスオーバの位置をレンズ下流に置くことができるので、この問題を解消できるからである。

【0120】

第２に、本願発明に係る１次光学系２０００は、高分解能で高スループットを実現できる。上述したように高い透過率が実現できるため、高いスループット、例えば１μＡの電子照射量を得るのに、極めて少量のカソード放出電流量２〜１０μＡでよい。従ってベルシュ効果も非常に小さくてすむ。例えば、ニューメリカルアパーチャ位置において、エネルギ幅０．５〜１．２ｅＶである。よって、小エネルギ幅で電子照射量を増加できるので、２次光学系で結像するビームの位置ずれが小さく、高い解像度を維持することができる。以上の結果、高分解能で高スループットを実現できるのである。

【0121】

第３に、本願発明に係る１次光学系２０００は、常に安定した状態の光学系を維持可能である。なぜなら、本願発明に係る１次光学系２０００はファーストクロスオーバの位置ずれが生じないからである。

【0122】

次に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置の効果について以下に詳述する。

【0123】

第１に、上述した構成の１次光学系２０００を用いるため、光電子面の電子放出形状に対して、試料面に照射する電子ビーム形状を倍率×１０倍〜×０．１倍にすることが可能である。特に倍率×１以下の縮尺での使用が可能であるため、光電子面のサイズを小さくする必要がなく、発生する光電子密度を低く抑えることができる。これによって本願発明の１次光学系２０００を備える電子光学装置は、ベルシュ効果を低減してエネルギ幅の広がりを抑制することが可能となる。

【0124】

第２に、光電子面の電子発生部の軸中心について、引き出しレンズで形成される中心位置に光電子発生部を容易に形成することが可能となる。これは、光又はレーザをその軸中心位置に照射することにより達成できる。図１２及び図１３においては光源の位置を図示していないが、光源の位置に関わらず、レンズ及びミラー等を用いることで容易に達成できる。本願発明に係る１次光学系２０００は、主ハウジングに固定された鏡筒内に配置されるが、光電子の発生に光又はレーザを用いるので、光源は必ずしも鏡筒内に配置する必要がなく、例えば鏡筒の外部に設置してミラーレンズ等で光電子面の電子発生部の軸中心に導くことができる。従って、大気側に配置することができる為、本願発明に係る１次光学系２０００を用いた電子光学装置は、中心位置の調整が容易である。図１０（ｂ）に示した一般的な電子銃を用いた検査装置においては、カソード２３１０、ウェネルト２３１２、アノード２３１１及びフィールドアパーチャ２３２０の中心位置は、組立によりズレてしまう。また、大気開放を行った後に行うベーキングによる位置ずれ、つまり、温度変化による熱膨張と冷却の工程を受けることによる組立後の位置変動も生じる。これらのズレを補正するために、フィールドアパーチャ２３２０の上流に通常アライナを設け、このアライナで補正を行なっている。位置ずれがひどい場合には、分解、組立、調整、ベーキングを繰り返し行うことが必要になる。一方、本願発明に係る１次光学系２０００を用いた電子光学装置では、光又はレーザをその軸中心位置に照射するだけで、静電レンズで形成される中心位置に光電子発生部を容易に形成することができるため、組立によるズレが生じても簡易に調整できる。また、光源を大気側に配置することができるので、組立後の位置変動を受けにくく、また組立後の位置変動が生じた際にも容易に調整ができる。従って、作業工程の大幅短縮と低コスト化が可能となる。更に、光電子面の電子発生形状を決めるフィールドアパーチャ２０１０を大気側に配置することもできるため、容易にフィールドアパーチャ２０１０の交換作業を行うことができ、この点でも作業工程の大幅短縮と低コスト化を図ることができる。真空側にフィールドアパーチャがある場合、交換には、真空破壊、コラムの分解、組立、調整、真空廃棄、ベーキング、光軸調整等の作業が必要になるが、この作業がなくなるためである。

【0125】

第３に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、ビームサイズの自由度が向上する。光電子面の電子発生形状はフィールドアパーチャ２０１０によって決定されるので、円形や矩形に限らず、長方形や軸に非対称な形状も可能となる。本発明に係る１次光学系２０００を備える検査装置では、一例として、光電子面でφ１００μｍの円形で、試料面上でφ５０μｍ〜１００μｍの円形が可能であり、光電子面で１００×１００μｍの矩形で、試料面上で５０×５０μｍ〜１００×１００μｍの矩形が可能である。

【0126】

第４に、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、真空中にある部品点数を大幅に削減できる。一般的な電子銃を備える電子光学装置においては、カソード中心、ウェネルト、アノード及びフィールドアパーチャ中心のズレ補正のために、図１０（ｂ）で示したフィールドアパーチャ２３２０の前方にアライナが必要になる。また、フィールドアパーチャ２３２０で形成されたビーム形状を試料面上に結像するために１から３段のレンズが必要となる。本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置は、これらの部品を必要としないので、真空中にある部品点数を大幅に削減できる。

【0127】

以上説明した本願発明に係る１次光学系を備える電子光学装置を、半導体検査装置に適用すれば、高分解能で高スループットを達成できるため、ＥＵＶマスク検査やＮＩＬマスク検査に好適である。また、低ＬＥ（ランディングエネルギー）の場合でも、高分解能を達成できる。

【0128】

（実施形態２）
＜１次光学系の第２の実施形態＞
本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態について説明する。図１４は、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態を示す図である。本１次光学系２１００は、概略、光源（図示せず）、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２１１０、光電子発生装置２１２０、アライナ２１３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２１４０、カソードレンズ（ＣＬ）２１５０、第一の管１００７１及びこれらの１次光学系を収容する第２の管（図示せず）を備える。本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態は、基準電位を高電圧とすることに特徴がある。以下、上述した本願発明に係る１次光学系との相違点を中心に説明する。

【0129】

本実施形態は、第１の管１００７１と第２の管とを備える二重構造を有し、光電子発生装置２１２０は、光電子面２１２１、１枚の引き出しレンズ２１２２及びニューメリカルアパーチャ２１２５を備える。

【0130】

第１の管１００７１は、基準電圧が高電圧の場合の、基準電圧を作るための管で、この第１の管に高電圧が印加される。第１の管１００７１は、引き出しレンズ２１２２、ニューメリカルアパーチャ２１２５及びアライナ２１３０のそれぞれに設けられた１次ビームを通過させる孔の内側に、孔に内接するように配置され、さらにアパーチャ２１４０の後段で径が大きく形成され、この径が大きく形成された箇所の内側にカソードレンズ２１５０が配設される。

【0131】

第１の管１００７１の材質は、磁性体でなければ特に限定されないが、銅の肉薄の管又はチタンの肉薄の管、プラスチックに銅めっき又はチタンめっきしたものを好適に用いる。これによって、第１の管１００７１に高電圧を印加した場合に第１の管１００７１の内部に磁場が形成され、光又はレーザ光が照射された光電子面２１２１で発生した１次電子ビームが高加速される。

【0132】

一方、図１４に図示していないが、第２の管は、上述したフィールドアパーチャ（ＦＡ）２１１０、光電子発生装置２１２０、アライナ２１３０、Ｅ×Ｂ偏向器（ウィーンフィルタ）（図示せず）、アパーチャ２１４０、カソードレンズ（ＣＬ）２１５０、第一の管１００７１を覆い、ＧＮＤに設定される。これは、コラム装置の最外部構成となるので、この部位をＧＮＤに保持して、他の装置部位との導体接続、及び人が触れたときの感電防止、等のために構成されている。

【0133】

引き出しレンズは１枚で、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態においては、電磁レンズを用いる。他の構成については、上述した一実施形態と同様であるので説明は省略する。

【0134】

このような二重構造の管とすることで、本願発明に係る１次光学系２１００は、試料表面電圧をＧＮＤにし、二重管構造の内側の管である第１の管１００７１に高電圧を付加することにより、光電子面２１２１で発生した電子ビームを高加速させることができる。従って、本願発明に係る１次光学系は、高加速カラムということができる。

【0135】

本願発明（図１４参照）に係る１次光学系２１００は、各構成要素に対して印加する電圧を、それぞれ次のとおりとする。光電子面２１２１の電圧をＶ１、第１の管１００７１の電圧をＶ２、ニューメリカルアパーチャＮＡ２０２５の電圧をＶ５、アパーチャ２１４０の電圧をＶ６とする。また、ウエハ表面電圧（リターディング電圧ともいう。）をＲＴＤとする。低ＬＥ条件では、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６は基準電位である。そして、本願発明の一実施例においては、ＲＴＤ＝０、Ｖ１＝−５Ｖ、基準電位＝４００００Ｖと設定した。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。

【0136】

このとき、磁場レンズを用いると、派生する立て磁場(光軸方向の残留磁場)によりビームの回転が起こる。よって、光電子面で形成した２次元の光電子発生形状が発生部と磁場レンズ通過後で回転してしまうことがある。これを補正するために、回転補正レンズをNA付近または磁場レンズの下流位置に設置して影響を補正する。磁場レンズ下流位置の補正レンズは、磁場レンズになるべく近い位置（直後）に設置して回転補正を行うとよい。

【0137】

また、静電レンズの本願発明の１次光学系２０００（図１２参照）において、２重管構造の例は、光電子面２０２１電圧Ｖ１を基に記載すると、以下のように各構成要素に電圧を印加する。すなわち、低ＬＥの場合、Ｖ１＝ＲＴＤ−１０Ｖ〜ＲＴＤ＋５Ｖ。Ｖ２、Ｖ５、Ｖ６は基準電位、Ｖ３＝基準電圧＋１０〜１００ｋＶである。そして、本願発明の一実施例においては、ＲＴＤ＝０、Ｖ１＝−５Ｖ、Ｖ２＝基準電位＋４００００Ｖ、Ｖ３＝６５０００Ｖと設定した。また、基準電圧が基準空間電圧となるように、これらのレンズを内蔵する管１があり、図１２のレンズ、アパーチャ、アライナはこの基準電圧が引火されている管１の中に内蔵される。そして、その外側に、ＧＮＤ電位を有する管２が設置されている。管１と管２の間は絶縁部品により固定されている。（管１と管２は図示せず）。以上のような電圧印加により、低ＬＥで、高分解能で高いスループットを実現できる。

【0138】

本願発明に係る１次光学系２１００は、試料表面電圧ＲＴＤを０Ｖにしたままで検査できる効果が得られる。更に、本願発明に係る１次光学系２１００は、上述した本願発明に係る１次光学系２０００と同様の効果を得ることができる。また、本願発明に係る１次光学系を備える電子光学装置の効果も同様であるので、説明を省略する。

【0139】

＜１次光学系における光電子発生装置の変形例＞
本願発明に係る１次光学系における光電子発生装置の他の例を示す。図１５及び図１６は、１次系の途中位置から、コラム内に設置されたミラーにより、光電子面に光またはレーザが導かれるときの例である。

【0140】

図１５は、基準電圧が高電圧、例えば、４０ｋＶ時の例である。即ち、本願発明に係る１次光学系２０００の第２の実施形態に適用した例である。このとき基準電圧を形成するため高電圧が印加される管１００７１にＶ２＝４０ｋＶの電圧が印加されている。管１００７１内は同一電圧空間である。よってこの例では、中心部に光電子の通る穴の開いたミラー、例えば三角ミラー２１７０を用いてＤＵＶ光または、ＵＶレーザを、図示されない管１０００７１に設けられた穴を通して導入し、この三角ミラー２１７０によって反射させて光電子面２１２１に照射する。そして、照射された面から光電子が発生し、この光電子がＥＸレンズ２１２０およびＮＡ２１２５、そして、下流のアライナを通過して、試料面に照射される。このとき、発生した光電子が１次系の軌道を形成するために、光電子面２１２１には規定値の電圧が印加されている。ＬＥ＝ＲＴＤ電圧−Ｖ１で決まる。

【0141】

一方、図１６は、図１５で示した例と同様に三角ミラー２０７０によって光電子を発生させる光又はレーザを光電子面に照射するものであり、基準電圧ＧＮＤの例である。即ち、本願発明に係る１次光学系２０００の一実施形態に適用した例である。このとき、例えば、Ｖ２、Ｖ４とＶ５がＧＮＤで、その付近が基準電圧空間とする。そして、図１５と同様のミラーを設置して、光・レーザを導入することが可能となる。このとき、発生する光電子の量は、光またはレーザの照射強度にて決まるので、照射する強度の制御が行われる。これは前述した強度の制御方法が用いられる。この時、ミラーはミラー表面と構造体全体が導体または、導体でコートされている。そして、その電位は基準電位と同じ電位になっている。空間電位を乱さないように同電位となっているのである。また、１次ビームがミラーの影響を受けずに通過できるように、ミラーの光軸中心部には穴が開いており、その穴を１次ビームが通過する。この穴内部においても基準電圧と同電位となるように、導体材料または導体がコートされ基準電圧部に接続されている。

【0142】

また、光電子発生の形状については２つの方法を示す。図１６を用いて説明する。１つは、コラム内にあるミラーの入射前に、ビーム系状を規定するＦＡアパーチャ２０１０を用いる。フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の形状のビーム形成を行い、そのビームを光電面に照射して、その形状の光電子を発生させる。このとき、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０の投影サイズは、フィールドアパーチャ（ＦＡ）２０１０上流にあるレンズ位置により制御される。

【0143】

もうひとつの方法は、光電子面にパターンのマスキング材をコーティングする方法である。図１７は、光電子面にパターンのマスキング材をコーティングした例を本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に係る１次光学系２１００に用いる例を示す図である。図１７に示すように、光電子面２１２１にマスキング材２１２２をコーティングする。このマスキング材２１２２はパターン形状の穴があり、この穴部分はマスキング材がコーティングされていない。このコーティングによりその部位からは光電子が発生しないで、マスキング材がない部位から光電子が発生する。つまり、ＤＵＶ光が照射されたとき、マスキングされていないパターン状の光電面部位からパターン形状の光電子を発生する。このとき、マスキング材としては、光電子が発生しない材料をコーティングしておけばよい。ワークファンクションが大きな材料、または、発生効率が低い材料を用いればよい。例えば、カーボン、Ｐｔ、Ｃｒ等である。ただし、チャージアップすると電位不均一性を形成し、放出電子の軌道を曲げてしまう等悪影響を及ぼすので、導電性材料を用いる。

【0144】

図１８は、更に、効率を良くするため、透過した光またはレーザを反射させて、光電子面に再度照射する方法を示す図である。光電子面２１２１側から入射した光・レーザが反射面構造（反射面２１２３）を有する光・レーザ透過部材中で反射して光電子面２１２１に戻り再度照射が行われるのである。この方法だと、複数回光電子面２１２１に光またはレーザが照射されるので、効率が高くなる。例えば、光電子面２１２１の光／レーザの透過率が６０％とすると、透過した６０％の光／レーザを再度照射することにより照射回数に応じた光電子発生量の増加を得られる。この例に限らず、複数回照射する方法は有効である。特に、２〜５回までの照射がその有効性を得られる。それ以上では、光／レーザ強度が落ちてしまうので有効性は大きく低減する。このように、複数回照射が可能となると、入射する光・レーザの強度は、一回の場合の１／２〜１／５ですむ効果が期待できる。たとえば、照射光/レーザ強度が１Ｗ必要なときに、０．２〜０．５Ｗですむ。特に、大
きな出力の光源を必要とする場合、光源自体がない場合やその運転管理コストが大きな場合がある。このとき、低出力光源が利用できるとそれらのコスト、効率、熱による影響、光導入系の素子劣化等の影響を低減できるので大変有効となる。

【0145】

なお、図１７及び図１８に説明した例は、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に係る１次光学系２１００に適用する例を示しているが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に係る１次光学系２０００に適用してもよい。

【0146】

（実施形態３）
＜二重管構造鏡筒を有する半導体検査装置＞
上述したように、本願発明に係る１次光学系の第２の実施形態に示した１次光学系２１００を備える電子光学装置７０は、各構成要素に印加する電圧の設定が、一般的な電子銃とは異なる。すなわち、基準電位Ｖ２を高電圧（一例として、＋４００００Ｖ。）としている。そこで、本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１は、第１に二重管構造としている。

【0147】

図１９を用いて説明する。図１９は、本発明の一実施形態に係る半導体検査装置の二重管構造を模式的に示す図である。図１９においては、第１の管及び第２の管を強調して示しているが、実際の第１の管及び第２の管の断面はこれと異なる。図１９に示すように、本願発明に係る１次光学系２０００を備える電子光学装置７０は、第１の管１００７１と第１の管１００７１の外部に設けられた第２の管１００７２の２つの管から構成される。言い換えれば、２重管構造としている。そして二重管構造の内部に、光源、１次光学系、２次光学系及び検出器が収容される。そして、第１の管１００７１に高電圧（一例として、＋４００００Ｖ。）を印加して、第２の管１００７２はＧＮＤとする。第１の管１００７１にて高電圧の空間基準電位Ｖ０を確保し、第２管でＧＮＤにして囲う。それにより、装置設置のＧＮＤ接続の実現及び感電を防ぐ。管１００７１は絶縁部品により管１００７２に固定されている。この管１００７２はＧＮＤであり、主ハウジング３０に取り付けられる。第１の管１００７１の内部に１次光学系２０００又、２次光学系及び検出系７６等が配設される。

【0148】

第１の管１００７１及び第２の管１００７２との、内部の隔壁は、ねじ等の部材に至るまで、磁場に影響を与えないように、非磁性材料で構成され、電子線に磁場が作用しないようにしている。なお図１９において図示はしていないが、第２の管１００７２の側面には空間が設けられ、内部に、光源及び光電子発生部等１次光学系２０００の一部が配設された突出部が接続される。同様に第１の管１００７１にも第２の管１００７２に設けられた空間と同様の空間が設けられ、光電子発生部で発生した光電子がこれらの空間を通して試料に照射される。なお、光源は、必ずしも第２の管１００７２の内部に設ける必要はなく、大気側に配置して、真空側の第２の管１００７２内に収容された光電子発生部に導入してもよい。しかし、１次光学系、２次光学系は、二重管構造の内部に必ず収容される。検出器は、第１の管１００７１内に設置される場合と第１と第２の管とは関係ない独立した電位にて設置される場合がある。これは、検出器の検出面の電位を任意に設定して、検出器に入射する電子のエネルギを適切な値に制御することを特徴としている。管１と管２に対して絶縁部品により電位分離された状態において、検出器の検出センサ表面電位を任意の電圧を印加して動作可能とする。このとき、センサ表面電位ＶＤとすると、センサ表面に入射するエネルギはＶＤ−ＲＴＤで決まる。検出器にＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＴＤＩを用いた場合、センサのダメージを低減して長期間使用するために、入射エネルギを１〜７ｋｅＶで用いると有効である。

【0149】

更に本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１の他の構成について説明する。図２０は、本願発明の一実施形態に係る半導体検査装置１の全体構成を示す図である。図２０に示すように、本願発明の一実施形態に係る半導体検査装置１は、第２に第２真空チャンバ９００を有する。すなわち、半導体検査装置１に第２真空チャンバ９００を配設し、第２真空チャンバ９００内に高電圧を発生する電源９１０を配設するとともに、第１の管及び第２の管が収容された鏡筒７１と第２真空チャンバ９００とを接続管９２０で接続し、接続管９２０内に配線を配設している。これは、上述したように本願発明に係る電子光学装置７０は、従来と異なり、基準電位Ｖ０を高電圧にするからである。基準電位Ｖ０を高電圧にするために、本願発明に係る電子光学装置７０を備える半導体検査装置１は、管を二重管構造にしている。そして、内側の第１の管１００７１に高電圧を印加する。このような高電圧を印加する場合、大気と真空のフィードスルーは大気側の耐圧が低いために沿面耐圧を確保するために、大きなフィードスルーを要する。例えば、１ｋＶ／ｍｍ耐圧として、４０ｋＶでは、４０ｍｍ以上の絶縁沿面距離を有する絶縁部品とそれに対する大きなコネクタが必要となる。このような大きなコネクタが多数あると鏡筒に設置部を設けることの占有部位が大きな割合をしめ、鏡筒サイズとそのコストが大きくなってしまう。そのため、本発明では、電源専用の真空チャンバを設ける。それにより出力からのフィードスルーが不要となるので、配線を電極まで接続すればよい。この時、電源からの発生ガスがコンタミ汚染要因となるので、配線途中で真空同通を切るために、絶縁部品に電源用真空チャンバと鏡筒とを真空絶縁すると有効である。また、高電圧の場合、配線が太くなる。半導体検査装置１においては、試料印加電圧を高くすると、太い配線がステージ周囲に多数設置する必要が生じる。ワーキングチャンバ内部にこのような径の大きな配線を配置すると、ステージ動作時に配線の移動を伴うため大きなトルクが必要となり、例えば、配線が壁面と擦れる力が大きくなりそれによるパーティクル発生が大きな問題になる。よって、試料電位をＧＮＤにして、基準電圧を高電圧にする方式は大変有効である。この時、検出器表面の電圧を制御して、センサダメージを低減するとさらに有効である。試料電位と、基準空間電位と、センサ表面電位を異なる値にする。その時、例えば、試料電位はＧＮＤ、基準電圧は１０〜５０ｋＶ、センサ表面電位は３〜７ｋＶとすると、大変有効となる。また、上述したように第２の真空チャンバ９００を配設して電源９１０を収容し、接続管９２０によって鏡筒等と接続し、接続管９２０内に配線を配設して真空配線を実現している。電源には外部から供給電源（ＡＣ１００ＶまたはＤＣ２４Ｖ等）が導入され、通信は光通信方式が用いられる。この供給電源程度であれば小さなフィードスルーで済むので大気側からの接続は容易である。

【0150】

また、上述したように、２重管構造を有するため、内側の管（管１）は高真空で、外側の管（管２）と内側の管（管１）の間は大気圧状態も可能である。このような時は、管１内に静電電極を設置することは、配線管１の壁で接続する数量が多いことと真空/大気の
フィードスルーが大きくなることにより現実的ではないことが有る。このとき、レンズ、アライナ、補正器は磁場を使用したレンズ、アライナ、補正器が用いられる。これにより管１にフィードスルーを設置する必要が無くなり、高電圧の基準空間を形成する場合には有効である。この構造を用いることは、前述した実施形態の１〜９の形態に適用することも可能である。

【0151】

以上のような鏡筒、電源用第２真空チャンバ及び鏡筒と第２真空チャンバを接続する真空配線用の接続管の構成をいずれも二重構造とすることにより、上述した本願発明に係る１次光学系２０００を備える半導体検査装置１が提供される。ただし、これは一例であり、本願発明に係る１次光学系２０００を備える半導体検査装置１は、これに限定されるものではない。また、これまで述べてきた実施形態、例えば実施形態１〜９で示された１次系及び２次系の実施形態についても、本実施形態の２重管構造を用いて行うことも可能である。

【0152】

（実施形態４）
＜クロスオーバ位置におけるビーム測定方法及び該方法を用いた１次照射電子ビーム及びＮＡ位置の調整方法並びに該調整方法を用いた半導体検査装置＞
上述した本願発明に係る１次光学系を備えた電子光学装置を用いた半導体検査方法について説明する。なお、以下の方法は、一般的な電子銃を備えた電子光学装置を用いた半導体検査装置にも適用できる。

【0153】

本実施の形態では、写像投影型観察装置（写像投影光学系を有する電子線観察装置）を用いて試料が観察される。この種の電子線観察装置は、１次光学系及び２次光学系を備える。１次光学系２０００は、光電子発生部から出射される電子ビームを試料に照射して、試料の構造等の情報を得た電子を生成する。２次光学系は、検出器を有し、電子ビームの照射により生成された電子の像を生成する。写像投影型観察装置では、大きな径の電子ビームが用いられ、広範囲の像が得られる。つまり、通常のＳＥＭのように絞られたスポットのビームではなく、面ビームで照射を行う。

【0154】

電子ビームを試料に照射すると、複数の種類の電子が２次光学系で検出される。複数種類の電子とは、ミラー電子、２次電子、反射電子、後方散乱電子である。本実施の形態では、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を、２次放出電子という。そして、ミラー電子と２次放出電子の特性を利用して、試料を観察する。ミラー電子とは、試料に衝突せず、試料の直前で跳ね返ってくる電子をいう。ミラー電子現象は、試料表面の電場の作用によって生じる。

【0155】

上述したように、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を、２次放出電子という。これら３種の電子が混在する場合も、２次放出電子という用語を用いる。２次放出電子のうちでは、２次電子が代表的である。そこで、２次電子が、２次放出電子の代表として説明されることがある。ミラー電子と２次放出電子の両者について、「試料から放出される」「試料から反射される」「電子ビーム照射により生成される」などの表現が用いられてよい。

【0156】

図２１は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの関係を示す図である。ランディングエネルギーＬＥとは、試料に照射される電子ビームに付与されるエネルギである。電子銃に加速度電圧Ｖａｃｃが印加され、試料にリターディング電Ｖｒｔｄが印加されるとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥは、加速電圧とリターディング電圧の差で表される。

【0157】

また、図２１において、縦軸の階調ＤＮは、２次光学系の検出器で検出された電子から生成した画像における輝度を表す。すなわち、階調ＤＮは、検出される電子の数を表す。多くの電子が検出されるほど、階調ＤＮが大きくなる。

【0158】

図２１は、０［ｅＶ］付近の小さいエネルギ領域における階調特性を示している。図示のように、ＬＥがＬＥＢより大きい領域（ＬＥＢ＜ＬＥ）では、階調ＤＮは、比較的小さい一定の値を示す。ＬＥがＬＥＢ以下、ＬＥＡ以上の領域（ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ）では、ＬＥが小さくなるほど、階調ＤＮが増大する。ＬＥがＬＥＡより小さい領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、階調ＤＮが、比較的大きい一定の値を示す。

【0159】

上記の階調特性は、検出される電子の種類と関係している。ＬＥＢ＜ＬＥの領域では、検出される殆どすべての電子が、２次放出電子である。この領域は、２次放出電子領域ということができる。一方、ＬＥ＜ＬＥＡの領域では、検出される殆どすべての電子が、ミラー電子である。この領域は、ミラー電子領域ということができる。図示のように、ミラー電子領域の階調は、２次放出電子領域の階調より大きい。これは、２次放出電子と比べて、ミラー電子の分布の範囲が小さいからである。分布範囲が小さいので、より多くの電子が検出器に到達でき、階調が大きくなる。

【0160】

また、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢの領域は、２次放出電子領域からミラー電子領域（又はその逆）への遷移領域である。この領域は、ミラー電子と２次放出電子が混在する領域であり、混在領域ということもできる。遷移領域（混在領域）では、ＬＥが小さくなるほど、ミラー電子の発生量が増大し、階調が増大する。

【0161】

ＬＥＡ及びＬＥＢは、遷移領域の最低ランディングエネルギー及び最高ランディングエネルギーを意味している。ＬＥＡ及びＬＥＢの具体的な値を説明する。本発明者の研究結果では、ＬＥＡが−５［ｅＶ］以上であり、ＬＥＢは５［ｅＶ］以下である（すなわち、−５［ｅＶ］≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦５［ｅＶ］）。

【0162】

遷移領域のメリットとしては次の通りである。ミラー電子領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、ビーム照射により発生する全ての電子がミラー電子になる。そのため、試料の形状に関係なく、検出される電子が全てミラー電子になり、試料の凹部でも凸部でも階調の差が小さくなり、パターンや欠陥のＳ／Ｎ及びコントラストが小さくなってしまう。したがって、ミラー電子領域を検査に使用するのは難しい場合がある。これに対して、遷移領域では、形状のエッジ部の部位にて特徴的かつ特異的にミラー電子が生じ、他の部位では２次放出電子が生じる。したがって、エッジのＳ／Ｎ及びコントラストを高くすることができる。したがって、遷移領域は検査を行うときに大変有効である。以下、この点について詳細に説明する。

【0163】

図２２は、上記の遷移領域の現象を示している。図２２は、遷移領域の現象を示す図である。図２２において、ミラー電子領域（ＬＥ＜ＬＥＡ）では、総ての電子が、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。これに対して、遷移領域では、一部の電子が試料に衝突し、試料が２次放出電子を放出する。ＬＥが大きくなるほど、２次放出電子の割合が多くなる。そして、図示されないが、ＬＥがＬＥＢを超えると、２次放出電子のみ検出される。

【0164】

本発明では、２次放出電子領域、遷移領域、ミラー電子領域を含めて、及び、凹凸構造を有するパターン、凹凸が無いパターン、を含めて、照射電子ビームと画像形成をする２次光学系の電子ビームの条件作成と調整方法を発明したものである。本発明により飛躍的に効率よく、高精度の調整と条件作成を達成できる。それを下記に示す。

【0165】

本発明は、２次光学系の途中にあるクロスオーバ位置（以下、ＣＯ位置と記す。）に来ているビームの位置と形状を測定することが大きな特徴である。従来は、ＣＯ位置に来ているビームの測定を行わずに、ＮＡを移動して、画像をとり、その画像のコントラストを評価していた。これでは、膨大な時間が掛かってしまう。従来の手順は次のとおりである。
ａ. ＣＯ位置と検出器の間にあるレンズで結像条件を形成する。
ｂ. もし、ＮＡが有る場合は、口径の大きなものにする。または、取り外す。
ＣＯ全体が観察できたほうがよい。例えば、φ１０００〜φ５０００μｍ
ｃ. ＣＯ位置のビームを撮像する。

【0166】

本発明では、この様な撮像及び調整を効率よく行うため、また、コンタミネーションによる劣化や交換・メンテナンス性の向上のため、機器の構成は後述するが、特徴的には、可動式ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を備えている。これにより、ＬＥに対するＣＯ位置でのビーム形状の測定例を図２３に示す。図２３は、ＬＥに対するＣＯ位置でのビーム形状の測定例を示す図である。図２３において、ＣＯ位置に来ているビームの形状を上段に示し、試料表面に照射されたビームのミラー領域、遷移領域、２次放出電子領域における現象を下段に示す。また、上段において、ミラー電子を黒点で示し、２次放出電子を円形で示している。ＬＥに対して、ミラー電子領域では、ミラー電子のみが観察される。遷移領域では、ミラー電子と２次放出電子が観察される。２次放出電子領域では２次放出電子のみ観察され、ミラー電子は観察されない。この撮像により得られた像データを用いて、ミラー電子の位置、サイズ、強度、及び、２次放出電子のサイズ、強度を測定する。

【0167】

また、この観察により、対象とする試料に照射電子ビームを当てた時に、３つの状態のうち、どの状態にあるのか即時に判断できるのである。従来は、照射条件と得られた像から、あいまいな予測を行っていた。この様な正確な状況判断ができなかった。また、電源設定精度による誤差、光軸条件による影響も正確に判断できなかった。これは、ミラー電子領域、遷移領域の形成が、ＬＥ、光軸条件に敏感であるため、それを制御する機器や条件の誤差にも影響を受けてしまうからである。例えば、電源の設定精度は一般に０．１％程度である。５０００Ｖ設定電源の設定誤差は、５Ｖにもなるのである。５Ｖの変化が起こると、遷移領域→ミラー領域、や、遷移領域→２次放出電子領域になることも充分ある。その確認ができなかったために、設定値によりミラー電子領域であろう、または、遷移領域であろう等のあいまいな予測しかできなかった。

【0168】

更に、本発明では、この測定を行う方法を用いて、１次照射電子ビームの調整と画像形成を行うＮＡ位置の設定方法について述べる。マスク、ウエハなどの試料の方向が２次光学系（コラム）の座標と位置調整が済んでいるものとする。

【0169】

（光電子カソード１次系）
基準電圧がＧＮＤではなく、高電圧の場合に用いられる例を図１４に示す。この例では、基準電圧が＋４００００Ｖである。その基準電圧がコラム内で統一して電場が形成できるように、筒状の管ある。この管を管１とする。そして、４００００Ｖ印加されており基準電圧を形成している。また、光電子面に近いところは、等電位線（分布）光電面と平行になっている。また、そのため、レンズは磁場レンズが用いられている。また、アライナは電磁アライナが用いられている。また、ＮＡや他のアパーチャは基準電位であり、管構造に設置されている。この管１は、高電圧が印加されるため外側にもうひとつの管２がある。この管２がＧＮＤになっており、装置としてＧＮＤ接続が可能となっているのである。管１と管２は耐電圧のある絶縁物にて絶縁されており、必要な印加電圧が保持さえている。ここには記してないが、２次光学系の基準電圧が高電圧にするために、１次系の基準電圧を制御しているのである。したがって、２次光学系は、１次光学系と同様に、管が２重構造のコラムとなっている。内側の管に高電圧が印加され、外側の管がＧＮＤになっている。その電圧差は１次系と同様に保持されている。また、管１が導体でありこの管１の外周部にポリイミドやエポキシなどの樹脂材料がコーティングされていてもよい。さらに、その樹脂材料の外周部に導電材料がコーティングされており、そのコーティングされた導電材料がＧＮＤとなっていてもよい。それにより、該樹脂材料の内側が高電圧の基準電圧であり、外側がＧＮＤとなっており、他のＧＮＤ接続及びＧＮＤ設置できる部品の組み立てが可能となる。また、この外側に導体のシールド管の管２があってもよい。この管２はパーマロイや純鉄の磁性体であり、外部磁場の遮断が可能となる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２５、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。

【0170】

「第２検出器」
検出器の頻繁な交換を必要とせず、且つ、ＣＯ位置におけるビームの位置、形状を測定する手段、及び光軸の調整を行うものとして、更にＣＯ位置におけるビーム測定用の検出器として、検査用検出器の直前に第２検出器を設ける。図２４は、本願発明に係る第２検出器の原理を示す図である。図２４（ａ）は、本願発明の２次光学系を示す図であり、図２４（ｂ）は、ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８位置における２次放出電子及びミラー電子の電子ビームを、レンズを通して第２検出器７６−２に結像させることを示す図である。図２４（ｂ）に示すニューメリカルアパーチャ１０００８と検出系７６との間に、本願発明の一実施形態に係る第２検出器７６−２を設け、可動式のニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を移動させて、第２検出器でＣＯ位置のビームの位置及び形状を撮像すればよい。ここで、ＣＯ位置（またはＮＡ位置）のビーム形状・位置は、静止画を撮像できればよい。第２検出器７６−２で撮像した情報を基に調整を繰り返し、調整後に検査を行う。

【0171】

ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を経由した二次放出電子やミラー電子は、検出器のセンサ面で結像する。この結像した２次元電子画像を第２検出器７６−２で取得し、電気信号に変換して、画像処理ユニットに送る。ＣＯ位置の電子ビーム像が第２検出器７６−２で撮像できるように、ニューメリカルアパーチャ１０００８と第２検出器７６−２との間に、トランスファーレンズ又は、拡大投影用静電レンズを使用してもよい。

【0172】

第２検出器７６−２としては、ＥＢ−ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ型ＥＢ−ＣＣＤを用いることができる。素子サイズは第１検出器（検出器７６１）であるＥＢ−ＴＤＩの素子サイズの１／２から１／３の大きさでよい。これによって第１検出器よりも小さいＰｘサイズの撮像が可能となる。Ｐｘサイズとは、素子サイズを光学倍率で割った値で、試料表面上の画像分割サイズのことである。例えば、素子サイズ１０μｍ□で倍率１０００倍のときＰｘサイズ＝１０μｍ／１０００倍＝１０ｎｍとなる。第１検出器よりも小さい素子サイズを有する第２検出器であれば、第１検出器よりも小さいＰｘサイズでの表面観察が可能となるのである。第１検出器のＥＢ−ＴＤＩ、第２検出器のＥＢ−ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳ型ＥＢ−ＣＣＤは、光電子変換機構及び光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面または、ＥＢ−ＣＣＤ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。従来のＥＢ−ＣＣＤと比べるとＣ−ＭＯＳ型のＥＢ−ＣＣＤはバックグランドのノイズを著しく低減できるので、検出器起因のノイズ低減に大変効果があり、どう条件の撮像を行ったときに従来よりも、コントラスト向上、Ｓ／Ｎ向上を行うことができる。特に、取得電子数が少ないときに有効である。ノイズ低減において従来型ＥＢ−ＣＣＤの１／３〜１／２０程度の効果がある。

【0173】

ニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８を通して検出器面で結像するビームを第２検出器７６−２で検出し、検出したビームの位置及び形状によって、電子ビームの条件作成とニューメリカルアパーチャ（ＮＡ）１０００８等の位置を調整する。第２検出器７６−２による検出結果によって各種の調整が行われた後、検出系７６を用いた試料の検査を行う。従って、検出系７６は検査時のみに使用する為、検出系７６の交換頻度を抑制できる。また、第２検出器７６−２は静止画のみを撮像するので、劣化が生じても検査には影響しない。このような、結像条件を達成するためには、例えば、第１検出器に電子像を結像する条件、第２検出器に結像する条件、ＣＯ位置のビームを観察するためにＣＯ位置に来ているビーム形状を第２検出器に結像する条件等において、これらの調整は、図１０（ａ）の例を参照するとトランスファーレンズ１０００９のレンズ強度を調整して第１検出器用と第２検出器用に最適な条件を求めてある結像条件を用いる場合がある。また、トランスファーレンズ１０００９の変わりにレンズ７４１を用いてもよい。レンズ中心−検出器間の距離が変わるので、それによりトランスファーレンズ１０００９とレンズ７４１を用いたときで倍率が変わるので、好適なレンズと倍率を選んで行えばよい。

【0174】

上述した第２検出器７６−２は、上述したＣＯ位置におけるビームの位置、形状を測定して電子ビームの条件作成と高精度の調整を行う本願発明に係る調整方法と併せて用いることで効果が得られる。また、この第２検出器７６−２は、本願発明に係る新たな光電子発生部を備える電子光学装置だけでなく、一般的な電子銃を備える電子光学装置に適用してもよい。本実施例は、上述の実施形態１〜実施形態１１で述べてきた装置にも適用可能である。上記のビーム、ＮＡ位置の調整方法の例では、１次ビームが電子ビームの時の例を述べたが、照射系が光またはレーザのときにも適用できる。レーザまたは光を照射して光電子が試料表面から発生し、該光電子のクロスオーバサイズやその中心位置とＮＡ設置位置との関係を適切に行うときに用いることができる。これにより、解像度のよい光電子像の形成が可能となるである。

【0175】

「電子検査装置」
図２５は、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。上述においては、異物検査方法の原理的な部分について主に説明した。ここでは、上述の異物検査方法を実行するのに適用される異物検査装置について説明する。従って、上述のすべての異物検査方法は、下記の異物検査装置に適用することができる。

【0176】

電子線検査装置の検査対象は試料２０である。試料２０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなる試料２０の表面上の異物１０の存在を検出する。異物１０は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物１０の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。電子線検査装置は、ＳＥＭ方式装置でもよく、写像投影式装置でもよい。この例では、写像投影式検査装置に本発明が適用される。

【0177】

写像投影方式の電子線検査装置は、電子ビームを生成する１次光学系４０と、試料２０と、試料を設置するステージ３０と、試料からの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系６０と、それらの電子を検出する検出器７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置９０（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡１１０と、レビュー用のＳＥＭ１２０とを備える。検出器７０は、本発明では２次光学系６０に含まれてよい。また、画像処理装置９０は本発明の画像処理部に含まれてよい。

【0178】

１次光学系４０は、電子ビームを生成し、試料２０に向けて照射する構成である。１次光学系４０は、電子銃４１と、レンズ４２、４５と、アパーチャ４３、４４と、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、レンズ４７、４９、５０と、アパーチャ４８とを有する。電子銃４１により電子ビームが生成される。レンズ４２、４５及びアパーチャ４３、４４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ４６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ４６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料２０の方に向かう。レンズ４７、４９、５０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。

【0179】

１次光学系４０は、電子ビームを試料２０へ照射する。前述したように、１次光学系４０は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像電子ビームの双方の照射を行う。実験結果では、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５〜２０〔ｅＶ〕である。

【0180】

この点に関し、異物１０と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップ電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２の相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物１０の上方の位置（検出器７０により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。本発明は、このＬＥ１とＬＥ２との差異が望ましくは５〜２０〔ｅＶ〕であることを見い出した。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０〜４０〔ｅＶ〕であり、更に好ましくは５〜２０〔ｅＶ〕である。

【0181】

また、写像投影光学系の１次光学系４０では、Ｅ×Ｂフィルタ４６が特に重要である。Ｅ×Ｂフィルタ４６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、試料２０に対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ４６の条件を設定可能である。更に感度を増大するためには、例えば、試料２０に対する１次系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５〜１０度であり、好ましくは０．１〜３度程度である。

【0182】

このように、異物１０に対して所定の角度θの傾きを持って電子ビームを照射させることにより、異物１０からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次系光軸中心から外れない条件を形成することができ、したがって、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物１０をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。

【0183】

図２５に戻る。ステージ３０は、試料２０を載置する手段であり、ｘ−ｙの水平方向及びθ方向に移動可能である。また、ステージ３０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ３０の表面には、静電チャック等の試料固定機構が備えられていてもよい。

【0184】

ステージ３０上には試料２０があり、試料２０の上に異物１０がある。１次系光学系４０は、ランディングエネルギーＬＥ−５〜−１０〔ｅＶ〕で試料表面２１に電子ビームを照射する。異物１０がチャージアップされ、１次光学系４０の入射電子が異物１０に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系６０により検出器７０に導かれる。このとき、二次放出電子は、試料表面２１から広がった方向に放出される。そのため、２次放出電子の透過率は、低い値であり、例えば、０．５〜４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物１０で形成される。したがって、異物１０の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の二次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。

【0185】

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。

【0186】

例えば、異物１０のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、ピクセルサイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像及び検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式等に比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。

【0187】

２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く手段である。２次光学系６０は、レンズ６１、６３と、ＮＡアパーチャ６２と、アライナ６４と、検出器７０とを有する。電子は、試料２０から反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、アパーチャ４８、レンズ４７及びＥ×Ｂフィルタ４６を再度通過する。そして、電子は２次光学系６０に導かれる。２次光学系６０においては、レンズ６１、ＮＡアパーチャ６２、レンズ６３を通過して電子が集められる。電子はアライナ６４で整えられて、検出器７０に検出される。

【0188】

ＮＡアパーチャ６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物１０からの信号(ミラー電子等)と周囲(正常部)の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物１０からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。

【0189】

例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ６２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。

【0190】

例えば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度がほぼ３°である。この場合、ミラー電子の軌道が通過できる程度のＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。例えば、適当なサイズはφ２５０〔μｍ〕である。ＮＡアパーチャ（径φ２５０〔μｍ〕）に制限されるために、２次放出電子の透過率は低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。例えば、アパーチャ径をφ２０００からφ２５０〔μｍ〕にすると、バックグランド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。

【0191】

図２５に戻る。検出器７０は、２次光学系６０により導かれた電子を検出する手段である。検出器７０は、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７０には、種々の二次元型センサを適用することができる。例えば、検出器７０には、ＣＣＤ（Charge 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。

【0192】

ここでは、検出器７０にＥＢ−ＴＤＩを適用した例について説明する。ＥＢ−ＴＤＩは、光電変換機構・光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物１０の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ−ＴＤＩを用いると、小さい異物１０の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２〜２倍に達する。

【0193】

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。例えば、図２６に示すような使用方法が適用される。

【0194】

図２６は、ＥＢ−ＴＤＩ７２と、ＥＢ−ＣＣＤ７１を切り替え可能な検出器７０を示す。２つのセンサは用途に応じて交換可能であり、両方のセンサを使うことができる。

【0195】

図２６において、検出器７０は、真空容器７５に設置されたＥＢ−ＣＣＤ７１及びＥＢ−ＴＤＩ７２を備える。ＥＢ−ＣＣＤ７１及びＥＢ−ＴＤＩ７２は、電子ビームを受け取る電子センサである。電子ビームｅは検出面に直接に入射される。この構成においては、ＥＢ−ＣＣＤ７１は、電子ビームの光軸調整を行うために使用され、また、画像撮像条件の調整と最適化を行うために使用される。一方、ＥＢ−ＴＤＩ７２を使用する場合には、ＥＢ−ＣＣＤ７１が移動機構Ｍによって光軸から離れた位置に移動される。それから、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用することにより求められた条件を使用し、又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ７２により撮像が行われる。画像を用いて、評価又は測定が行われる。なお、移動機構Ｍは、ＥＢ−ＣＣＤ７１を移動させる方向（Ｘ方向）だけでなく、３軸（例えばＸ、Ｙ、Ｚ方向）に移動可能に構成し、ＥＢ−ＣＣＤ７１の中心を電子光学系の光軸中心に対して微調整できるように構成してもよい。

【0196】

この検出器７０においては、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用することにより求められた電子光学条件を用いて又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ７２による半導体ウエハの異物検出を行うことができる。

【0197】

ＥＢ−ＴＤＩ７２による異物検査の後に、ＥＢ−ＣＣＤ７１を使用してレビュー撮像が行われてよく、異物種や異物サイズ等の欠陥評価が行われてよい。ＥＢ−ＣＣＤ７１では、画像の積算が可能である。積算によりノイズを低減可能である。したがって、高いＳ／Ｎで欠陥検出部位のレビュー撮像を行うことが可能である。更に、ＥＢ−ＴＤＩ７２の画素に比べてＥＢ−ＣＣＤ７１の画素が小さいことが有効である。つまり、写像投影光学系で拡大された信号のサイズに対して、撮像素子のピクセル数を多くすることができる。したがって、より高い分解能を有する画像を得ることができる。この画像は、検査や欠陥の種類等の分類・判定のために用いられる。

【0198】

ＥＢ−ＴＤＩ７２は、画素を二次元的に配列した構成を有し、例えば矩形形状を有している。これにより、ＥＢ−ＴＤＩ１７２は、電子ビームｅを直接受け取って電子像を形成可能である。画素サイズは、例えば１２〜１６〔μｍ〕である。一方、ＥＢ−ＣＣＤ７１の画素サイズは、例えば６〜８〔μｍ〕である。

【0199】

また、ＥＢ−ＴＤＩ７２は、パッケージの形に形成される。パッケージ自体が、フィードスルーＦＴの役目を果たす。パッケージのピン７３は、大気側にてカメラ７４に接続される。

【0200】

図２６に示す構成は、種々の欠点を解消できる。解消される欠点は、ＦＯＰ、ハーメチック用の光学ガラス、光学レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等である。

【0201】

図２７は、本発明が適用された電子線検査装置を示す。ここでは、全体的なシステム構成の例について説明する。

【0202】

図２７において、異物検査装置は、試料キャリア１９０と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードロック１６２と、トランスファーチャンバ１６１と、メインチャンバ１６０と、電子線コラム系１００と、画像処理装置９０を有する。ミニエンバイロメント１８０には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ１６１には、真空中の搬送ロボットが設けられる。常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１にロボットが配置されるので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。

【0203】

メインチャンバ１６０には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するステージ３０が設けられ、ステージ３０の上に静電チャックが設置されている。静電チャックには試料２０そのものが設置される。または、試料２０は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。

【0204】

メインチャンバ１６０は、真空制御系１５０により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。

【0205】

また、メインチャンバ１６０には電子コラム１００が設置されている。この電子コラム１００は、１次光学系４０及び２次光学系６０のコラムと、試料２０からの２次放出電子またはミラー電子等を検出する検出器７０を備えている。検出器７０からの信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置９０で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、検査領域、異物数マップ、異物サイズ分布／マップ、異物分類、パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられている。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられている。また、メインチャンバ１６０には、光学顕微鏡１１０や、ＳＥＭ式検査装置１２０が備えられていてもよい。

【0206】

図２８は、同一のメインチャンバ１６０に、写像光学式検査装置の電子コラム１００と、ＳＥＭ式検査装置１２０とを設置する場合の構成の一例を示している。図２８に示すように、写像光学式検査装置と、ＳＥＭ式検査装置１２０が同一のチャンバ１６０に設置されていると、大変有利である。同一のステージ３０に試料２０が搭載されており、試料２０に対して、写像方式とＳＥＭ方式の両方での観察又は検査が可能となる。この構成の使用方法と利点は、以下の通りである。

【0207】

まず、試料２０が同一のステージ３０に搭載されているので、試料２０が写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まる。したがって、異物の検出箇所等を特定するときに、２つの検査装置が同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。

【0208】

上記構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とＳＥＭ式検査装置１２０が別々の装置として分離して構成される。そして、分離された別々の装置間で、試料２０が移動される。この場合、別々のステージ３０に試料２０の設置を行う必要があるので、２つの装置が試料２０のアライメントを別個に行う必要がある。また、試料２０のアライメントが別々に行われる場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。特に、パターンのない試料２０の場合には、位置基準が特定できないので、その誤差は更に大きくなる。

【0209】

一方、本実施の形態では、図２８に示すように、２種類の検査において、同一のチャンバ１６０のステージ３０に試料２０が設置される。写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間でステージ３０が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能である。よって、パターンのない試料２０の場合でも、高精度で位置の特定が可能となる。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。

【0210】

このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、パターンの無い試料２０の異物検査が写像方式で行われる。それから、検出した異物１０の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ式検査装置１２０で行われる。正確な位置の特定ができるので、異物１０の存在の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、異物１０のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。

【0211】

前述したように、異物検出用の電子コラム１００と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置１２０が別々に設けられると、異物１０の特定に多くの時間を費やしてしまう。また、パターンのない試料の場合は、その困難度合いが高まる。このような問題が本実施の形態により解決される。

【0212】

以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式による異物１０の撮像条件を用いて、超微小な異物１０が高感度で検査される。さらに、写像光学方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０が同一チャンバ１６０に搭載される。これにより、特に、３０〔ｎｍ〕以下の超微小な異物１０の検査と、異物１０の判定及び分類を、大変効率良く、高速に行うことができる。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜２８、及び番号を付していない実施形態にも適用できる。

【0213】

次に、写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例について説明する。

【0214】

上述では、写像投影型検査装置が異物を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。

【0215】

この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。

【0216】

より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。

【0217】

上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。

【0218】

次に、図２７に戻り、試料２０の搬送機構について説明する。

【0219】

ウエハ、マスクなどの試料２０は、ロードポートより、ミニエンバイロメント１８０中に搬送され、その中でアライメント作業がおこなわれる。試料２０は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２に搬送される。ロードロック１６２は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が、一定値（１〔Ｐａ〕程度）以下になると、トランスファーチャンバ１６１に配置された真空中の搬送ロボットにより、ロードロック１６２からメインチャンバ１６０に、試料２０が搬送される。そして、ステージ３０上の静電チャック機構上に試料２０が設置される。

【0220】

（光＋ＥＢ 照射式）
１次系を２種類有する場合の実施形態について述べる。

【0221】

光またはレーザ照射による光電子像と電子ビーム照射による２次放出電子および／またはミラー電子（ミラー電子を有する場合とない場合とがある）の組合せによる像形成を行うことも大変有効である。ここで、２次放出電子とは、２次電子、反射電子、後方散乱電子の一部または混在した状態をいう。特に、低ＬＥ時には、それらの区別が難しい。

【0222】

図７〜図９の光またはレーザを試料に照射する形態と図１０ａ〜図１９の１次系に電子ビームで試料を照射する形態の融合を行った形態である。実施形態の例を図２９、図３０、図３１に示す。試料が凹凸形状の場合の例を以下に述べる。

【0223】

この例は、１次ビームとして、レーザ照射(または光)と電子ビーム照射を同時に行うときの例である。照射方式としては、同時、時間的に交互に照射等が可能である。このときのレーザ照射と電子ビーム照射を行ったときの特徴をそれぞれ述べ、融合したときに起こる効果・作用を述べる。

【0224】

レーザ照射を行ったときｔｏｐ層（凸部）の光電子量が多く白信号で、電子ビームが照射されたときにｔｏｐ層の２次放出電子が多く白信号の場合、光電子像と２次放出電子像を組み合わせることで、ｔｏｐ層の電子量を増加でき（光電子白＋２次放出電子および／またはミラー電子白）、つまり、ｔｏｐ層（凸部）が白、凹部が黒となる像が形成でき、コントラストおよびＳ／Ｎの増加が可能となる。

【0225】

反対に、凹部の光電子が多く凹部が白信号で、２次放出電子の凹部の電子量が多く凹部が白信号で観察される場合、レーザ照射と電子ビーム照射を同時に行うと（組合せ）、凹部が白（光電子白＋２次尾表出電子および／またはミラー電子白）、ｔｏｐ層（凸部）黒で形成される像のコントラストおよびＳ／Ｎを増加することができる。このとき、白信号とは、他の部位に比べて検出される電子数が多く、相対的に輝度が高い、つまり、白で撮像可能であるということである。

【0226】

図１０（ａ）に示すように、電子ビームを用いる場合は２次ビームとの分離を行うため（２次ビームの直進を行うウィーンフィルタ条件等を用いる）、Ｅ×Ｂ等の電子ビーム分離器が必ず必要となる。そのため、電子ビームとレーザまたは光ビームを融合した形態にも、そのような電子ビーム分離器が必要となる。図２９、図３０、図３１にはその例を示している。

【0227】

図２９、図３０と図３１の違いは、次の通りである。図２９と図３０は、Ｅ×Ｂよりも試料側にてレーザー（または光）の導入する機構を有している。そして、図３１はＥ×Ｂよりも検出器側でレーザー（または光）を導入する機構を有しているのである。例えば、図２９、図３０では、カソードレンズにレーザ導入用の穴を設けて、チャンバ外部にてミラー等でアライメント調整された状態でレーザを試料に照射する方式や、ファイバ＋レンズ等をカソードレンズに導入して、レーザ照射を行う等が可能である。また、図３１は、ミラー部材を２次系のコラム中に設置して、コラム外部からレーザを導入して試料にレーザ（または光）を照射することが可能となる。図３１は、レーザ照射と電子ビーム照射による凸部の電子量が多い（白信号）場合を示しているが、その反対の凹部の電子量が多い（白信号）場合も図２９と同様に行うことが可能である。

【0228】

また、１次系の電子ビームについては、図１２〜図１８に示すような実施形態で説明した電子ビームを用いるとより有効である。大電流で狭帯域エネルギの電子ビームを照射できるので、形成される２次放出電子やミラー電子のエネルギが狭帯域となり、収差とボケの少ない高解像度の像を実現できる。また、レーザ照射による光電子のエネルギは２次放出電子よりも狭帯域であるため、融合／組合せを行ってもエネルギの狭帯域状態を保持してできるため、電子量は増加するがエネルギ幅は広がらないですむというメリットがある。これは、スループットをあげるために照射するレーザや電子ビームを増加したときに、像質を劣化させないで実現できるので大変有効・有用である。

【0229】

また、逆に光電子が白、２次放出電子が黒の場合の組合せも可能である。この場合、組み合わされた像はグレーつまり、白と黒の中間色となり、パターンの解像度、コントラストは低下する。このとき、欠陥だけが白信号が強くなる、または黒が強くなる観察を行うことが可能となる。このとき、例えば、光照射に感度の高い欠陥であれば、光電子量の増減により白または黒の信号形成が行える。また、電子照射による感度の高い欠陥であれば、２次放出電子の電子量の増減により、白または黒信号形成を行うことが可能となる。

【0230】

また、光電子が黒、２次放出電子が白の場合の組合せも同様に可能である。ＥＵＶマスクの例では、ｔｏｐ層のＴａＢＯと凹部のＲｕに対して下記の組み合わせを行うことが可能となる。

【0231】

（Ｒｕ白／ＴａＢＯ黒の光電子像と２次放出電子および／またはミラー電子による像の組合せ・Ｒｕ黒／ＴａＢＯ白の光電子像と２次放出電子および／またはミラー電子像の組合せ）
これにより、高いコントラストとＳ／Ｎを実現でき、感度の高いパターン欠陥の検査および異物の検査を行うことが可能となる。

【0232】

低ＬＥ像に対して、酸化膜電位安定化を光照射で行う。電子照射エネルギ−５ｅＶ＜ＬＥ＜１０ｅＶである、低ＬＥの像に対して、特に、ｔｏｐ層の材質が酸化膜のときに大変有効である。ｔｏｐ層が酸化膜のとき、低ＬＥ電子線照射により、酸化膜は負の電圧に帯電が起こる。その影響により像質劣化が起こる、また、電流密度を上げられないことが起こる。このとき、ＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶ、Ｘ線等の光またはレーザの照射を行い、該酸化膜の電位を制御することができる。これらの光を照射すると光電子が発生することにより、正の帯電を起こすことが可能である。よって、低ＬＥとこれらの光またはレーザの明射を同時または間欠的に行うことにより、酸化膜の電位を一定に制御することが可能となるのである。一定に保たれたことにより、像質が安定し、電流密度を増やしても安定した像形成が可能となるので、スループット向上が可能となる。

【0233】

（実施形態５）
＜試料表面電位均一安定供給化試料表面電位均一安定供給化＞
本発明の検査装置及び検査方法における試料表面電位均一安定供給化の例について図３２、図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）を参照して説明する。写像投影方式による欠陥検査装置では、試料表面に電圧を印加する必要がある。試料表面に与えられた電圧を変化させることで、表面状態の見え方・欠陥の見え方などを調整している。即ち、試料表面の電圧分布が一様でないと、電圧分布の違いにより条件が変わり再現性などの問題になる。

【0234】

そこで、試料表面の電圧分布が均一になるように印加方法を提案する。現状はマスク表面に接触する部分を一ヶ所設け、それに高電圧電源からの出力をつなげることで高電圧を試料表面に印加する。試料に接触している面積を広げる。試料印加電極が取り付けられている部分を額縁とよび、これは上下に昇降させることで試料を内部に搬入できる。額縁が降りた状態で、試料印加電極が試料表面に接触し、試料に均一に電圧を供給することができる（図３３Ａ参照）。

【0235】

更に、別な額縁構造を用いると均一で安定印加に有効である。その例を図３３（Ｂ）に示す。図３３Ｂに示す額縁の下面図（図３３Ｂ（ｂ））と上面図（図３３Ｂ（ｃ））を参考にすると、上面は突起のない滑らかな仕上げ面の額縁構造である。例えば１９５×１９５ｍｍ□のチタンまたはりん青銅の板材であり、内部に１４６×１４６ｍｍの穴があいている。そして、裏面に示すように３箇所に突起部がある。突起部は突起高さ１０〜２００μｍ程度である。この突起の先端は尖っていてもよい。この額縁（カバー）を用いてマスクの表面層に規定値の電圧印加を行う。本発明では、マスクがパレットに設置されている。パレットにマスク支持ピンがありその上にＥＵＶマスクなどの露光用マスクが設置されている。マスク支持ピンはパーティクル発生が少ない部材が用いられる。金属部材にポリイミド、テフロン（登録商標）、フッ素樹などの脂樹脂がコートされたもの、また、部材自体が樹脂であるものなどが用いられる。この支持ピンのマスク設置位置はマスク内部の１４２×１４２ｍｍよりも外側での接触がなされる。それより内部では露光装置などにマスクが設置されたときに、異物やパーティクルが付着するとマスクが斜めに傾いてしまう影響が出るので、その領域に異物やパーティクルの付着を防ぐためである。また、マスクの側面と下面との角部に支持ピンを接触させて固定することも可能である。その場合は接触部が規定角度の斜めになった面構造を有する。また、ステージ移動時のマスクの位置変動を防ぐために、位置固定用のマスク固定ガイドピンを設けて接触固定させることも可能である。

【0236】

ＥＵＶマスクがこのように設置されているとする。通常ＥＵＶマスクは最表面に絶縁膜がありその下部に導電膜がある。よって、マスク表面への安定で均一な電圧印加を行うためには、最表面の絶縁膜を破って導電幕に引火する必要がある。そのとき、図３３Ｂに示す突起部を有する額縁（カバー）が有効となる。額縁にはマスク表面に印加すべき規定の電圧が掛かっている。そして、図３３Ａのように、額縁をマスク上方から設置する。そのとき、この突起部が絶縁膜を破り下部の導電膜に達して安定した電圧印加を行うことができる。この突起部があるとその部位がマスクへの印加部となるため印加部位が特定できること、つまり場所を制御して印加できる。また、３点の接触になるので、マスク上面と額縁の平行度が制度よく設置できるメリットが得られる。２点での設置では、額縁が傾き、４点以上の設置ではどの突起が実際に絶縁膜を破り導電膜に印加しているのか特定するのが難しいからである。また、同様に、突起部がない場合は、どの部位にてマスクに接触しているのか特定が難しくなる。マスク交換のたびに異なった接触状態になる可能性があるのである。このとき、ＥＵＶマスクの絶縁膜厚さは、通常１０〜２０ｎｍであるため、それを破るのに適した額縁重量にしておけばよい。

【0237】

また、額縁が接触したときに、マスク面と額縁の段差を小さくする必要がある。段差による電界分布の不均一が生じるからである。マスク端部、つまり、額縁に近い部位で検査を行うときに、電界分布の不均一性によって、電子軌道がずれて、座標と電子画像の中心位置のずれが生じることがある。このため、額縁とマスク面の段差を最小限に小さくする必要があるのである。本発明では、１０〜２００μｍに抑えた構造になっている。好ましくは、１０〜１００μｍの段差にするのがよい。また、額縁のマスク接触面付近は板厚を薄くする手法も可能である。なお、本実施形態は、前述の実施形態１〜４にも適用可能である。

【0238】

図３４は、本発明の一実施形態に係る検査方法の試料に対する１次ビームの入射角度を示す図である。図３４に示すように、入射電子ビームの照射角度θと試料(または、コラム座標)に対する照射方向αとする。つまり、試料表面に対して垂直方向（Ｚ方向、２次光学系の光軸方向と同じ）からの角度をθとする。例えば、θ＝０のときは、試料面に対して垂直入射となる。θ＝９０度のときは、試料に対して水平入射となる。斜め方向であるθ＝４５度のときは、試料表面に対して４５度入射となる。また、θはＺ軸からの絶対値表示でよい。Ｚ軸に対して右側でも左側でも同じ角度であればθは同じ値となる。通常、θは、０〜４５度の範囲で用いられる。αの例としては、試料（または、コラム座標）においてＸ、Ｙ方向をＥ×ＢのＥ方向をＹ方向、Ｂ方向をＸ方向とする。例えば、Ｅ×ＢのＥ＋側（１次光学系がある方向）がＹ＋、Ｅ−側がＹ−としている。この時、試料を検出器側からみてＹ＋に対して右９０度方向がＸ＋となり、Ｘ−は左９０度方向である。また、例えば、試料が縦ライン／スペース(Ｌ／Ｓ)と横ライン／スペース（Ｌ／Ｓ）のパターン量域があるとき縦ラインがＹ方向で、横ラインがＸ方向になるように設置されているとわかりよい。このとき、例えば図３４（ａ）のように、Ｘ＋方向を０度とする試料入射角度αと決めることができる。α＝０のとき１次電子ビームの入射方向はＸ＋方向となる。斜め方向の一例であるα＝４５度のときはＸ＋、Ｙ＋の中間方向に斜め入射する４５度となる、これは、縦Ｌ／Ｓと横Ｌ／Ｓに対して同様の１次電子ビームの照射方向を形成することが可能となる、そして、同様のラインとスペースからの電子信号を形成し、同様のコントラストとＳ／Ｎを得ることが可能となる。上述のθとαの値を調整したとき、２次光学系のＮＡアパーチャがあるＣＯ位置に来ているビーム観察を行うと、図３５のようになる。図３５は、ＣＯ位置のビーム観察の一例を示す図である。この例は、遷移領域での調整例である。

【0239】

２次放出電子のビームは、ＣＯ位置で、円形となっている。これは、試料に電子ビームが衝突したことによる表面からの放出電子なので、表面からの放出方向が等方的であるため、ＣＯ位置では円形となる。それに対し、ミラーは前記θとαに影響された方向に表面近傍で反射するため、ＣＯ位置において、θとαを反映した位置にミラー電子が形成される。

【0240】

例えば、試料に対する入射角度αのとき、ＣＯ位置では、２次放出電子の円形に対してαの角度方向に位置が形成される。そして、試料表面の垂直方向をＺとし、検出器方向をＺ＋とすると、Ｚに対する入射角度をθとする。このθの大小により、ＣＯ位置のミラー電子位置が影響を受ける。つまり、図３５にあるように、θ（絶対値）が大きいと２次放出電子のＣＯ中心からの距離Ｌｍが大きくなる。つまり、斜め入射のとき、入射角度θが大きいとミラー電子位置は２次放出電子のＣＯ中心から離れた位置に形成されるのである。また、１次電子ビームを垂直入射させると、２次放出電子のＣＯ中心位置にミラー電子位置が形成される。

【0241】

図３６にその例を記す。図３６は、１次電子ビームの入射角度によるミラー電子位置を示す図である。Ｘ方向の電子ビーム照射の場合、ミラー電子位置は２次放出電子のＣＯに対して、Ｘ軸上に形成される。Ｙ方向の電子ビーム照射の場合、ミラー電子位置は２次放出電子のＣＯに対して、Ｙ軸上に形成される。斜め方向αからの照射の場合、２次放出電子のＣＯに対して、α方向にミラー電子位置が形成される。よく用いられるαは、０度、３０度、４５度、６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度である。また、θは、０〜４５度の範囲で用いられることが多い。また、高いコントラスト、Ｓ／Ｎがえられる凹凸表面を有するものでは、例えばＥＵＶマスクやナノインプリントマスクや半導体ウエハでは、０〜２０度の範囲で用いられることが多い。

【0242】

この１次系の入射角度の制御について、１次系のビームアライナを用いて行うことができる。また、Ｘ方向は１次系のビームアライナ、Ｙ方向はＥ×Ｂにより調整を行うことも可能である。また、Ｙ方向においては、Ｅ×Ｂの代わりにビームアライナを用いてもよい。

【0243】

本発明では、コントラスト、Ｓ／Ｎの高い電子画像条件を形成するため、ＮＡ位置の調整を行っている。これは、ミラー電子位置とＮＡ位置との関係により、得られる画像情報が異なり、像質が大きく変化するからである。例えば、
ａ． ミラー電子の多く含んだ画像：ミラー電子位置付近にＮＡを設置
ｂ． 凹凸パターンで、凹部にミラー電子が多い凹白/凸黒の画像
ｃ． 凹凸パターンで、凹部にミラー電子が少ない凹黒/凸白の画像
ｄ． コントラストが非対称な画像、縦/横パターン等
ｅ． 凹凸のエッジ部にミラー電子を形成した画像等、である。

【0244】

よって、要求する画像を得るためには、ミラー電子位置とＮＡ位置の関係を求めて設定する必要がある。従来は、起こっている現象の理解が不足していたこと、及び、調整方法が分からなかったので、闇雲に、ＮＡを移動させては画像を取得して条件を決めていた。本発明により、作業効率が上がり、大幅な時間・コスト削減が可能となった。このとき、ＮＡ位置を調整して設置するために、ＮＡ可動機構が必要である。また、二次元移動機構であるとさらに好適である。１次元移動では、ＭＣ（ミラー電子位置）が２次放出電子のＣＯ中心に対して、斜め方向または、移動できない軸方向（例えばｘ方向移動しかできないと、ｙ方向移動ができない）にあるときには、ＭＣとＣＯ中心位置の間にＮＡを設置することができないからである。

【0245】

図３７及び図３８には、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示している。図３７及び図３８は、ミラー電子位置とＮＡ位置の例を示す図である。また、凹凸パターンを有する試料に限らず、平坦な表面試料においても同様の条件調整方法が適用できる。平坦な試料であっても、そこに電位の変化や材料の変化を捉えた画像の形成がしたい場合には、変化をとりやすい条件を本発明により求め、作成できるのである。例えば、平坦試料面にある微小異物、洗浄残り、コンタミネーション等の検出や、導電材料と絶縁材料の混在パターン検出等へ適用できるのである。この場合も、前述と同様に、欠陥やパターンのコントラスト、Ｓ／Ｎが高い条件を求めるために、上述の条件作成方法を用いることができる。そして、従来できなかった高感度の検出を実現できる。このような調整ができることにより、従来、画像を見ながら行っていた方法に比べ、コントラスト×１．２〜×２、Ｓ／Ｎ×１．５〜×５を得られる場合が確認され、また、調整時間Ｔｃと再現性に大変有効であり、例えば、従来に比べＴｃ＝１／２〜１／１０を得られるのである。

【0246】

ＮＡ設置位置の分類としては、大きく分けて、ミラー電子位置の周囲に設置する場合と、離れた位置におく場合がある。離れた位置ほど、ミラー電子の影響が小さくなる。

【0247】

＜メサ構造を有する試料の検査＞
（方法１）
本発明の検査装置では、メサ構造を有する試料（検査対象）の検査をするときのために、メサ構造の端部（段差に近い部分）の複数箇所におけるミラー電子位置とＮＡ位置の関係を予め求めてマッピングしておき、記憶部（メモリなど）にマッピングデータとして記憶しておく。そして、図３９に示すように、メサ構造の端部（段差３９１に近い部分）を検査するときには、そのマッピングデータを読み出して、ミラー電子位置のずれを補正するように（２次系のビームが常に同一位置にくるように）、１次系のビームの入射角度を制御する。１次系のビームの入射角度の制御は、例えば、二次元移動機構（または一次元移動機構）を用いてＮＡを二次元移動（または一次元移動）させることにより実行される。これにより、メサ構造の端部（段差３９１に近い部分）でもコントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることができる。なお、「メサ構造」とは、中央部分に中央平坦部（中央平面部）３９０が設けられ、その中央部分の周縁に段差３９１を介して周縁平坦部（周縁平面部）３９２が設けられた構造をいう（図３９参照）。本発明の検査装置は、メサ構造を有する試料（検査対象）だけでなく、凹凸パターンを有する試料（検査対象）の検査にも有用である。

【0248】

（方法２）
また、本発明の検査装置では、メサ構造を有する試料（検査対象）の検査をするときに、図４０に示すように、メサ構造の中央平坦部３９０の外周（段差３９１の周り）に電界補正板４００を設置してもよい。電界補正板は、例えば、表面の電極４０１と、その電極の下に設けられる絶縁層４０２と、その絶縁層の下に設けられる静電チャック用電極４０３とで構成される。電極４０１の材料としては、例えば、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｔｉなどが用いられる。絶縁層４０２の材料としては、絶縁性材料として、例えば、ポリイミド、テフロン（登録商標）、セラミックなどが用いられる。これらのように、非磁性の導電材料が好ましい。静電チャック用電極４０３の材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌなどが用いられる。

【0249】

電極４０１には、試料表面の導電膜（図示せず）に印加される表面電圧と同程度の表面電圧（例えば−５ｋＶ）が印加される。また、静電チャック用電極４０３に電圧を印加することで、静電チャック効果により、電界補正板（電極４０１）を検査対象に密着させることができる。これにより、電極表面の平坦性（電界の均一性）を確保することができ、メサ構造の段差３９１の近傍における電界の乱れを抑えることができる。このような電界補正板４００を用いることによっても、メサ構造の端部（段差３９１に近い部分）でコントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることができる。

【0250】

更に、上記の「方法１」と「方法２」とを組み合わせることが可能であり、高精度の電子画像の歪を補正することに効果がある。電界補正板により、補正された電界により、電子ビーム軌道は適正に補正される。それにより電子像の歪が補正されるが、完全に補正し切れない場合がある。そのときは、上述の「方法１」による方式を組み合わせると大変効果的である。像の歪、特に像端部における歪はＴＤＩ像にしたときに影響が出てくる。ＴＤＩセンサの積算する列に並ぶ素子からはみ出ると像がぼける等が起こるのである。この組合せの方式を用いると、画素に対して１／３−１／１０程度の歪を抑えることが可能となるため。端部における像ボケを低減したＴＤＩ像の取得が可能となる。このような高精度の補正は特にパターン検査時に有効となる。

【0251】

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

【産業上の利用可能性】

【0252】

以上のように、本発明にかかる検査装置は、メサ構造の端部でコントラストやＳ／Ｎの高い画像を得ることのできる半導体検査装置等として有用である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33A】

【図33B】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】