JP2000357483A - 荷電粒子線画像に基づく検査または計測方法およびその装置並びに荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チャージアップの少ない状態を保ち、像質の安
定した電子線画像を得ることが可能な、荷電粒子線を用
いた検査、計測方法およびその装置を提供する。 【解決手段】紫外光照射系３１、３０を照射制御手段３
２によって制御し、荷電粒子線の走査を走査制御手段１
８によって制御する。照射制御手段３２と走査制御手段
１８の制御は全体制御装置８によって行い、お互いを同
期させ、電子検出器１４からの信号を画像取り出し部２
７および画像処理回路２８において、画像化し、試料の
検査、測長を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に電子走査顕微
鏡等の荷電粒子線装置、並びに荷電粒子線装置を用いた
荷電粒子線画像に基づく半導体基板等のパターンの検査
または計測方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、特開昭６３−１３３
６４０号公報（従来技術１）、特開平１−１１９６６８
号公報（従来技術２）、特開平１−２４３４４９号公報
（従来技術３）、および特開平４−１５２５１９号公報
（従来技術４）が知られている。

【０００３】従来技術１には、半導体試料に電子ビーム
を照射し、試料より放出される２次電子を検出して試料
の各部位における電位を評価する電子ビームテスティン
グにおいて、半導体試料にレーザ光源やタングステンラ
ンプ等の光源からの光を照射することによる光導電効果
によって電子ビームの照射により試料表面に蓄積された
電荷を放散して帯電を防止することが記載されている。
また、従来技術２には、イオン源、イオン分析部及び加
速部を有するイオン注入装置において、セットされた表
面をＳｉＯ₂の絶縁膜で被覆されたＳｉウエハ全面に低
圧水銀灯またはＡｒＦレーザ（λ＝１９３ｎｍ）光源か
らの紫外線光を照射してＳｉＯ₂中にキャリアを励起さ
せ、イオン注入による＋電荷をディスクあるいはクラン
プを通じて直ちに放電させ、イオン注入によるチャージ
アップ起因する不具合（薄いＳｉＯ₂の絶縁膜破壊）を
なくすことが記載されている。即ち、従来技術２におい
ては、ＳｉとＳｉＯ₂の界面にエネルギを入射する必要
があるためＳｉＯ₂を透過する紫外線を用いることが記
載されている。

【０００４】また、従来技術３には、処理室内の半導体
装置のＳｉ基板の表面に絶縁膜が形成された配線修正箇
所にイオンビームを照射してスパッタ加工する際、並び
にスパッタ処理によって開けられた穴および新たな配線
を形成する位置にＷ（ＣＯ）₆等のガス雰囲気において
イオンビームを照射してＷ配線を形成する際、紫外線を
照射することによって絶縁膜の表面を励起する電子によ
り中和することが記載されている。また、従来技術４に
は、半導体装置の製造に際し、ドライエッチング、アッ
シング、プラズマＣＶＤ、電子ビーム露光、インプラ、
純水洗浄、ウエハＳＥＭのいずれかの半導体基板内に電
荷が蓄積される処理を行った後、該半導体基板表面に、
絶縁膜がＳｉＯ₂の場合３９８〜１４１ｎｍの波長、絶
縁膜がＳｉ₃Ｎ₄の場合６１７．３〜２４６．９ｎｍの波
長の紫外線を照射して荷電粒子のチャージアップの処理
を行うことが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体基板等に
形成されている配線パターンが益々微細化されてきてい
る。そのため、半導体基板等の試料に対して電子ビーム
等の荷電粒子ビームを照射し、試料から得られる２次電
子、反射電子等の荷電粒子を検出し、この検出される荷
電粒子の信号に基いて試料に形成された微細なパターン
の異物等を含む欠陥の検査や微細パターンの寸法を計測
する必要が生じてきている。また、半導体基板等の試料
においては、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄等の絶縁膜が少なくと
も一部分に形成されていて、この試料の表面に電子ビー
ム等の荷電粒子ビームを照射すると帯電してしまうこと
になる。

【０００６】しかしながら、上記従来技術１〜４の何れ
にも、半導体基板等の試料の表面に対して電子ビーム等
の荷電粒子ビームを照射し、試料から得られる２次電
子、反射電子等の荷電粒子の信号を検出する際、上記荷
電粒子ビームの照射によって絶縁物上に帯電する電荷に
よって生じる荷電粒子信号のずれやコントラストの低下
などを防止すると共に絶縁物上に紫外線を照射したとき
発生する光電子の影響を受けないようにする点について
考慮されていなかった。また、電子線装置などの荷電粒
子線装置の鏡筒内にある例えばアパーチヤなどに電子線
などの荷電粒子線が照射されることによって焦げつきが
生じて絶縁物が生成され、この絶縁物に荷電粒子線が照
射されることによってチャージアップが生じて鏡筒から
照射される電子ビーム等の荷電粒子ビームの位置および
スポット径などに変化が生じてしまうことになる。しか
しながら、上記従来技術１〜４の何れにおいても、この
点について考慮されていなかった。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
紫外光を照射することによって試料上の絶縁膜に電荷が
帯電するのを防止すると共に紫外光の照射によるノイズ
成分が含まれない正確で、かつ高コントラストの荷電粒
子画像を安定して検出できるようにして、高感度で、か
つ信頼性の高い試料上の微細パターンや微細な異物等の
欠陥を検査または微細パターンの寸法計測を実現できる
ようにした荷電粒子線画像に基づく検査または計測方法
およびその装置を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、半導体基板等の試料に対して、紫外光照射
によるＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁膜の下層へのダメー
ジを極力少なくし、しかも紫外光を照射することによっ
て試料上の絶縁膜に電荷が帯電するのを防止すると共に
紫外光の照射によるノイズ成分が含まれない正確で、か
つ高コントラストの荷電粒子画像を安定して検出できる
ようにして、高感度で、かつ信頼性の高い試料上の微細
パターンや微細な異物等の欠陥を検査または微細パター
ンの寸法計測を実現できるようにした荷電粒子線画像に
基づく検査または計測方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【０００８】また、本発明の更に他の目的は、鏡筒内へ
のチャージアップによる電子ビームなどの荷電粒子ビー
ムの位置・焦点位置・非点収差等の変動を防止した荷電
粒子線装置を提供することにある。また、本発明の更に
他の目的は、鏡筒内の電子銃等の荷電粒子源からの荷電
粒子線の放出効率を高めた荷電粒子線装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、荷電粒子源から発せられた荷電粒子を荷
電粒子光学系で集束し、この集束された荷電粒子ビーム
を偏向手段によって偏向させて絶縁膜を有する試料上に
対して走査照射し、この走査照射された荷電粒子ビーム
によって試料から発生する荷電粒子を荷電粒子検出器で
検出して荷電粒子画像を得、この得られた荷電粒子画像
を画像処理手段で画像処理して前記試料の検査または計
測を行う検査または計測過程と、前記試料に対して紫外
光照射手段により紫外光を照射して絶縁膜中の電子を励
起して導通化して帯電した電荷を逃がす導通化過程とを
有することを特徴とする荷電粒子線画像に基づく検査ま
たは計測方法である。また、本発明は、荷電粒子源から
発せられた荷電粒子を荷電粒子光学系で集束し、この集
束された荷電粒子ビームを偏向手段によって偏向させて
絶縁膜を有する試料上に対して走査照射し、この走査照
射された荷電粒子ビームによって試料から発生する荷電
粒子を荷電粒子検出器で検出して荷電粒子画像を得、こ
の得られた荷電粒子画像を画像処理手段で基準荷電粒子
画像と比較処理して前記試料上のパターンの検査または
計測を行う検査または計測過程と、前記試料に対して紫
外光照射手段により紫外光を照射して絶縁膜中の電子を
励起して導通化して帯電した電荷を逃がす導通化過程と
を有することを特徴とする荷電粒子線画像に基づく検査
または計測方法である。

【００１０】また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測方法において、導通化過程における
紫外光の照射を、検査または計測過程における荷電粒子
ビームを試料上の検査または計測の不要領域に対して走
査照射している期間において行うことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記荷電粒子線画像に基づく検査または
計測方法において、導通化過程における紫外光の照射
を、検査または計測過程における荷電粒子ビームを試料
上へ走査照射していない期間（例えばブランキング期
間）に同期させて行うことを特徴とする。また、本発明
は、前記荷電粒子線画像に基づく検査または計測方法に
おいて、導通化過程における紫外光の照射を、検査また
は計測過程における荷電粒子ビームを試料上へ走査照射
していない期間（例えばブランキング期間）において行
うことを特徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線
画像に基づく検査または計測方法において、導通化過程
における紫外光の照射を光量についてほぼ一定にして行
うことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測方法において、導通化過程における
紫外光の照射を光量についてほぼ一定にして行い、検査
または計測過程における荷電粒子検出器で検出される２
次元荷電粒子画像から前記紫外光の照射に基づくノイズ
成分を除去して２次元荷電粒子画像を得ることを特徴と
する。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基づく検
査または計測方法において、導通化過程における紫外光
の照射を光量について周期的に変化させて行い、検査ま
たは計測過程における荷電粒子検出器で検出される２次
元荷電粒子画像から前記紫外光の照射に基づく周期的な
ノイズ成分を除去して２次元荷電粒子画像を得ることを
特徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測方法において、導通化過程における
紫外光の照射を、試料上において検査または計測過程に
おける荷電粒子検出器で検出する視野外に行うことを特
徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基づ
く検査または計測方法において、導通化過程における紫
外光の波長を、２００ｎｍ以下にすることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明は、絶縁膜を有する試料を載
置するステージと、荷電粒子源と、該荷電粒子源から発
せられた荷電粒子を集束する荷電粒子光学系と、該荷電
粒子光学系で集束された荷電粒子ビームを偏向させて前
記ステージ上に載置された試料に対して走査照射する走
査手段と、該走査手段によって走査照射された荷電粒子
ビームによって試料から発生する荷電粒子を検出して荷
電粒子画像を得る荷電粒子検出器と、該荷電粒子検出器
から得られた荷電粒子画像を画像処理して前記試料の検
査または計測を行う画像処理手段と、前記試料上に紫外
光を照射して絶縁膜中の電子を励起して導通化して帯電
した電荷を逃がす紫外光照射手段とを備えたことを特徴
とする荷電粒子線画像に基づく検査または計測装置であ
る。また、本発明は、絶縁膜を有する試料を載置するス
テージと、荷電粒子源と、該荷電粒子源から発せられた
荷電粒子を集束する荷電粒子光学系と、該荷電粒子光学
系で集束された荷電粒子ビームを偏向させて前記ステー
ジ上に載置された試料に対して走査照射する走査手段
と、該走査手段によって走査照射された荷電粒子ビーム
によって試料から発生する荷電粒子を検出して荷電粒子
画像を得る荷電粒子検出器と、該荷電粒子検出器から得
られた荷電粒子画像を基準荷電粒子画像と比較処理して
前記試料の検査または計測を行う画像処理手段と、前記
試料上に紫外光を照射して絶縁膜中の電子を励起して導
通化して帯電した電荷を逃がす紫外光照射手段とを備え
たことを特徴とする荷電粒子線画像に基づく検査または
計測装置である。

【００１３】また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測装置において、更に、紫外光照射手
段における紫外光の照射を、走査手段により荷電粒子ビ
ームを試料上の検査または計測の不要領域に対して走査
照射している期間において行うように制御する制御手段
を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記荷電
粒子線画像に基づく検査または計測装置において、更
に、紫外光照射手段における紫外光の照射を、走査手段
により荷電粒子ビームを試料上へ荷電粒子ビームを走査
照射していない期間に同期させて行うように制御する制
御手段を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前
記荷電粒子線画像に基づく検査または計測装置におい
て、更に、紫外光照射手段における紫外光の照射を、走
査手段により荷電粒子ビームを試料上へ荷電粒子ビーム
を走査照射していない期間に行うように制御する制御手
段を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記荷
電粒子線画像に基づく検査または計測装置において、紫
外光照射手段を、照射される紫外光の光量がほぼ一定に
なるように構成することを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測装置における画像処理手段におい
て、荷電粒子検出器から得られた荷電粒子画像から前記
紫外光の照射に基づくノイズ成分を除去して２次元荷電
粒子画像を得るノイズ除去手段を有することを特徴とす
る。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基づく検査
または計測装置において、紫外光照射手段を、照射され
る紫外光の光量が周期的に変化するように構成すること
を特徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に
基づく検査または計測装置における画像処理手段におい
て、荷電粒子検出器から得られた荷電粒子画像から前記
紫外光の照射に基づく周期的なノイズ成分を除去して２
次元荷電粒子画像を得るノイズ除去手段を有することを
特徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基
づく検査または計測装置において、紫外光照射手段を、
紫外光の照射が試料上において前記荷電粒子検出器で検
出する視野外に行われるように構成することを特徴とす
る。また、本発明は、前記荷電粒子線画像に基づく検査
または計測装置における紫外光照射手段において、照射
する紫外光の波長が、２００ｎｍ以下になるように構成
することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、荷電粒子源と該荷電粒子
源から発せられた荷電粒子を集束する荷電粒子光学系と
該荷電粒子光学系で集束された荷電粒子ビームを偏向さ
せて前記ステージ上に載置された試料に対して走査照射
する走査手段とを備えた荷電粒子線の鏡筒を設け、該鏡
筒内の偏向手段によって走査照射された荷電粒子ビーム
によって試料から発生する荷電粒子を検出して荷電粒子
画像を得る荷電粒子検出器を設け、更に、前記荷電粒子
線の鏡筒内に紫外光を照射する紫外光照射手段を備えた
ことを特徴とする荷電粒子線装置である。また、本発明
は、荷電粒子源と該荷電粒子源から発せられた荷電粒子
を集束する荷電粒子光学系と該荷電粒子光学系で集束さ
れた荷電粒子ビームを偏向させて前記ステージ上に載置
された試料に対して走査照射する走査手段とを備えた荷
電粒子線の鏡筒を設け、該鏡筒内の偏向手段によって走
査照射された荷電粒子ビームによって試料から発生する
荷電粒子を検出して荷電粒子画像を得る荷電粒子検出器
を設け、更に、前記荷電粒子線の鏡筒内に紫外光を照射
して鏡筒内の帯電の除去あるいは汚染の清掃を行う紫外
光照射手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置で
ある。

【００１６】また、本発明は、前記荷電粒子線装置にお
いて、紫外光照射手段は、紫外線を荷電粒子源に照射し
て荷電粒子線の放出効率を高めるように構成したことを
特徴とする。また、本発明は、前記荷電粒子線装置にお
いて、紫外光照射手段は、紫外線を前記荷電粒子源また
は走査手段を構成するアパーチヤに照射するように構成
したことを特徴とする。

【００１７】以上説明したように、前記構成によれば、
紫外光を照射することによって試料上の絶縁膜に電荷が
帯電するのを防止すると共に紫外光の照射によるノイズ
成分が含まれない正確で、かつ高コントラストの荷電粒
子画像を安定して検出できるようにして、高感度で、か
つ信頼性の高い試料上の微細パターンや微細な異物等の
欠陥の検査または微細パターンの寸法計測を実現するこ
とができる。また、前記構成によれば、半導体基板等の
試料に対して、紫外光照射によるＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄等
の絶縁膜の下層へのダメージを極力少なくし、しかも紫
外光を照射することによって試料上の絶縁膜に電荷が帯
電するのを防止すると共に紫外光の照射によるノイズ成
分が含まれない正確で、かつ高コントラストの荷電粒子
画像を安定して検出できるようにして、高感度で、かつ
信頼性の高い試料上の微細パターンや微細な異物等の欠
陥の検査または微細パターンの寸法計測を実現すること
ができる。

【００１８】また、前記構成によれば、電子線装置など
の荷電粒子線装置の鏡筒内へのチャージアップによる電
子ビームなどの荷電粒子ビームの位置・焦点位置・非点
収差等の変動を防止することができ、安定した荷電粒子
線装置を実現することができ、その結果、高感度で、か
つ信頼性の高い試料上の微細パターンや微細な異物等の
欠陥を検査または微細パターンの寸法計測などを実現す
ることができる。また、前記構成によれば、電子線装置
などの荷電粒子線装置の鏡筒内の電子銃等の荷電粒子源
からの荷電粒子線の放出効率を高めることができ、高効
率の荷電粒子線装置を実現することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る荷電粒子線画像に基
づく検査または計測方法およびその装置並びに荷電粒子
線装置の実施の形態について図面を用いて説明する。図
１は、本発明に係る荷電粒子線装置の一実施例である電
子線装置の構成を示す図である。電子線装置１０は、真
空排気される鏡筒２内に、電子線を出射する電子銃とコ
ンデンサレンズと引き出し電極とを有する電子線源１１
と、電子線の照射をＯＮ、ＯＦＦするブランキング機構
１７と、電子線を偏向させる偏向素子１２と、電子線を
試料１６上に焦点を結ぶ電磁レンズ１３と、試料１６か
ら放出された例えば２次電子、反射電子等の電子を検出
する電子検出部とを設置し、更に真空排気される試料室
３内に、試料１６を載置した試料台２１を搭載するＸＹ
ステージ１５と、該ＸＹステージ１５の位置を正確に測
長する位置モニタ用測長器（図示せず）と、試料１６の
近傍に設けられたグリッド電極２４と、試料の高さを測
定する高さ測定器１９とを設置して構成される。電子線
源１１としては、電子ビーム電流を大きくとれる熱電界
放射型電子銃等で構成される。偏向素子１２としては、
偏向速度の速い静電偏向器等で構成される。電子検出部
は、例えば２次電子、反射電子等の電子を検出する電子
検出器１４を例えば対物レンズ１３の上方に設置して構
成する。電子検出器１４としては高速駆動可能な半導体
検出器が用いられる。そして、電子検出器１４の出力信
号は、鏡筒２の外に設置されたアンプ２７１で増幅され
る。また、高さ測定器１９は、レーザビームを試料上に
斜め方向から照射するレーザ光照射光学系および試料の
表面からの反射光のシフト位置を検出するリニアイメー
ジセンサを有する検出光学系から構成される。

【００２０】更に、電子線装置１０の鏡筒２には、鏡筒
内に紫外光を照射して鏡等内の汚染やチャージアップを
防ぐ紫外光照射系３０と、電子線による走査と同時に試
料１６に対して紫外光の照射を行って帯電の除去を行う
紫外光源３１とを備える。紫外光源３１は、Ａｒガスを
励起して１２６ｎｍの紫外光からなる励起光を放出する
エキシマランプや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波
（例えば１１８ｎｍのＶＵＶ光）や、Ａｒ₂のエキシマ
レーザ光源（１２６ｎｍの紫外光）や、Ｋｒ₂のエキシ
マレーザ光源（１４６ｎｍの紫外光）等で構成され、例
えば半導体基板等の試料１６上にあるＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ
₄等の絶縁膜に対して１５０ｎｍ以下の紫外光を照射し
て絶縁膜において価電子帯（充満体）中の電子を伝導帯
まで励起させて導通化して（電子的電気伝導を起こさせ
て）絶縁膜に帯電した電荷を負電位の試料台２１に逃が
すためのものである。紫外光源３１としては、上記光源
の他、Ａｒガス等のプラズマ光源から分光器等で１５０
ｎｍ以下の紫外光を取り出すように構成することも可能
である。紫外光照射系３０における光源も、同様な光源
で構成することができる。特に、紫外光源３１、および
紫外光照射系３０の光源としてレーザ光源等を用いて絶
縁膜等が加工されてしまう場合には、出射される紫外レ
ーザ光について高速で走査してドーズ量を低減したり、
ＭｇＦ₂、ＬｉＦ等の拡散板を用いて拡散させればよ
い。

【００２１】走査制御装置（偏向信号発生装置）１８
は、ＣＰＵ等から構成された全体制御装置８からの電子
線走査指令に基いて、ブランキング機構（電極）１７を
制御することにより電子線照射のＯＮ、ＯＦＦを制御
し、偏向素子１２を制御することにより電子線の偏向を
制御するものである。即ち、偏向信号発生装置１８は、
偏向素子１２に対して偏向信号を発生するが、このと
き、試料表面１６の高さ変動にともなう像倍率変動、電
磁レンズ１３の制御にともなう像回転を補償するように
偏向信号に補正を加えるものでもある。焦点位置制御装
置２０は、全体制御装置８からの電子線走査に先立つ試
料上の箇所について高さ検出手段１９で検出された試料
１６の表面の高さデータに基いて電子線を試料１６上に
焦点を結ぶように電磁レンズ１３を制御するものであ
る。また、焦点位置制御装置２０は、ステージ１５をＸ
ＹＺステージとして、焦点位置を直接制御する代わり
に、ステージ１５の高さを制御するようにしてもよい。
線源電位調整装置９は、全体制御装置８からの電位調整
指令に基いて電子線源１１に対する電位を調整するもの
である。グリッド電位調整手段２５は、全体制御装置８
からの電位調整指令に基いてグリッド電極２４に対する
ほぼ接地電位である電位を調整するものである。試料台
電位調整手段２２は、全体制御装置８からの電位調整指
令に基いて試料台２１に対する負電位を調整するもので
ある。これら線源電位調整装置９、グリッド電位調整手
段２５、および試料台電位調整手段２２の各々は、電子
線源１１、グリッド電極２４、および試料台２１に対す
る電位を調整することによって、電子線の検出条件が変
化し、得られる画像のコントラスト等の像質が制御され
るものである。

【００２２】ステージ制御装置２３は、全体制御装置８
からの指令に基いてＸＹステージ１５の位置を正確にモ
ニタしながらＸＹステージ１５の走行を制御する。

【００２３】このように電子線源１１から出射された電
子ビームは、電子線源１１に設けられたコンデンサレン
ズ（図示せず）、および電磁レンズ（対物レンズ）１３
によって試料面において画素サイズ程度のビーム径に絞
られて合焦点状態で照射されることになる。この際、試
料台２１によって試料１６に負電位を印加し、グリッド
電極２４にほぼ接地電位を印加することによって、対物
レンズ１３と試料１６との間で電子ビームを減速するこ
とで低加速電圧領域で高分解能化をはかる。更に、試料
１６に電子ビームが照射されると、試料１６から電子が
発生することになる。そして偏向素子１２による電子線
の例えばＸ方向への繰り返し走査と、ステージ１５によ
る試料１６のＹ方向の連続的な移動に同期して電子検出
器１４による試料１６から発生する電子を検出すること
で、試料の２次元の電子線像が連続的に得られる。

【００２４】ところで、リターディング方式では、グリ
ッド電極２４、および試料台電極２１により電位分布を
作り出して、実効的な加速電圧を低下させている。とこ
ろが、ステージ１５を移動させて検査・計測個所が試料
１６の周辺部に来たときでも、中央の時と変わらない電
位分布であるならば静的な歪みは生じないが、それには
電極（グリッド電極２４、および試料台電極２１）を無
限に大きくする必要がある。しかしながら、電極を無限
に大きくできないことからして、リターディング方式で
は、試料上の周辺部と中央部の磁界分布を等しくするこ
とが難しく、中央部の静的な歪みがないと定義すれば、
周辺部において静的な歪みが生じることになる。このよ
うに、試料上において磁界分布が歪むことにより、電子
ビームの走査が乱れ、その結果検出画像にも静的な歪み
が生じることになる。この対策として、検査・計測に先
立ち、予め既知の寸法または形状を有する繰り返しパタ
ーンを形成した標準試料を試料台２１に載置してステー
ジ１５に搭載し、該標準試料からの検出画像を画像取り
出し部２７で取り出して例えば画像メモリ２７７に記憶
させ、例えば全体制御装置８内のＣＰＵによって検出画
像の歪みを計測しておく。検査・計測時には、全体制御
装置８は、この計測歪みデータを用いて走査制御装置１
８に指令を出し、走査制御装置１８により電子ビームの
走査速度、走査地点（Ｘ座標およびＹ座標）を制御する
ことにより上記検出画像の静的な歪みが補正される。

【００２５】画像取り出し部２７は、図２に示すよう
に、電子検出器１４によって検出される電子検出信号を
増幅するアンプ２７１と、該アンプ２７１により増幅さ
れた電子検出信号をデジタル画像データ（階調画像デー
タ）に変換するＡ／Ｄ変換器２７２と、該Ａ／Ｄ変換器
２７２の出力を光信号に変換する光変換手段（発光素
子）２７３と、該光変換手段２７３で変換された光信号
を伝送する伝送手段（光ファイバケーブル）２７４と、
該伝送手段２７４で伝送された光信号をデジタル画像デ
ータに戻す電気変換手段（受光素子）２７５と、該電気
変換手段２７５から得られるデジタル画像データ（階調
画像データ）に対して前処理（画像補正）を行う前処理
回路（画像補正回路）２７６と、該前処理回路２７６で
補正されたデジタル画像信号を一時記憶する画像メモリ
２７７と、該画像メモリ２７７に記憶されたデジタル画
像信号を所望の時間だけ遅延させて比較すべき比較画像
信号（階調画像信号）ｇ０を作る遅延回路２７８とによ
って構成される。なお、画像メモリ２７７からは検出画
像信号（階調画像信号）ｆ０が出力される。

【００２６】このように光信号に変換して伝送するの
は、反射板２６からの電子を半導体検出器１４に導くた
めに、半導体検出器１４から光変換手段２７３までの構
成要素（半導体検出器１４、アンプ２７１、Ａ／Ｄ変換
器２７２、および光変換手段２７３）を正の高電位にフ
ローティングする必要があるからである。その結果、伝
送手段２７４は、高絶縁材料で形成されているため、光
変換手段２７３において正の高電位レベルにあった画像
信号が伝送手段２７４を通過後、電気変換手段２７５か
らはアースレベルの画像信号が得られることになり、画
像処理回路２８において画像処理が可能となる。前処理
回路２７６においては、図３に示すように、受光素子２
７５から得られるデジタル画像データ（階調画像デー
タ）に対して、暗レベル補正回路２７６１において暗レ
ベル補正が行われ、電子線の揺らぎ補正回路２７６２に
おいて電子ビーム電流の揺らぎ補正が行われ、シェーデ
ィング補正回路２７６３においてシェーディング補正が
行われ、その後補正されたデジタル画像データに対して
フィルタリング処理回路２７６４においてガウシアンフ
ィルタ、平均値フィルタ、あるいはエッジ強調フィルタ
などのフィルタリング処理を行って、画質を改善する。
更に、必要に応じて歪み補正回路２７６５において画像
の静的な歪みが補正されて２次元の画像メモリ２７７に
格納される。この歪み補正回路２７６５は、一旦検出さ
れた画像上で静的な歪みを補正するものである。即ち、
補正前の画素の座標を（ｘ，ｙ）、補正後の画素の座標
を（Ｘ，Ｙ）としたとき、これらの補正式の関係を予め
求めておくことによって静的な歪み（予め予測すること
ができる歪み）を補正することが可能となる。

【００２７】暗レベル補正回路２７６１における暗レベ
ル補正は、図４に示すように、全体制御部８から得られ
る走査ライン同期信号４２に基いて、受光素子２７５か
ら抽出されるビーム・ブランキング期間中における検出
信号４１を基準に暗レベルを補正する。即ち、暗レベル
を補正する基準信号は、ビーム・ブランキング期間中の
例えば特定位置における特定数画素の階調値の平均を暗
レベルとし、走査ライン毎に更新する。このように暗レ
ベル補正回路２７６１において、ビーム・ブランキング
期間中に検出される検出信号が、ライン毎に更新される
基準信号に暗レベル補正が行われる。特に、暗レベルを
算出する際、紫外光源３１から紫外光を試料１６に対し
て照射するのを中止するか、遮光手段３８で遮光し、紫
外光照射によって生じる光電子によるノイズ成分（暗レ
ベル）の発生をなくする必要がある。この場合は、ブラ
ンキング期間または検査・計測不要領域に電子ビームを
走査照射する期間において紫外光源３１からの紫外光を
試料１６上に照射しない場合である。次いで、電子線の
揺らぎ補正回路２７６２における電子線の揺らぎ補正
は、図４に示すように、暗レベル補正がなされた検出信
号４３を、補正周期（例えば１００ｋＨｚのライン単
位）で上記ビーム電流を検出するファラデーカップ（図
示せず）でモニタされたビーム電流４４で正規化して行
う。電子線の揺らぎには、急激な変動がないので、１〜
数ライン前に検出されたビーム電流を用いてもよい。

【００２８】次いで、シェーディング補正回路２７６３
におけるシェーディング補正は、図４に示すように、電
子線の揺らぎ補正された検出信号４５に対して、全体制
御装置８から得られるビーム走査位置４６による光量変
動を補正するものである。即ち、シェーディング補正
は、予め検出した基準明るさデータ４７を基に画素毎に
補正（正規化）を行うものである。シェーディング補正
用基準データ４７は、予め、シェーディング補正機能を
ｏｆｆにした上で検出し、この検出された画像データを
一旦画像メモリ（例えば２７７）に格納し、この格納さ
れた画像データを、全体制御装置８内に設けられた計算
機または上位の計算機においてソフトウエアで処理して
作成する。

【００２９】画像メモリ２７７は、紫外光を紫外光照射
系３０から照射して鏡等内の汚染やチャージアップを防
ぐ状態や、紫外光を紫外光源３１から電子線による走査
と同時に試料１６に対して照射して帯電の除去を行った
状態から検出される画像信号について全体制御装置８が
例えば表示手段３４等に出力して最適であるか否かを評
価するために設けた。更に、シフトレジスタ等で構成さ
れる遅延回路２７８は、前処理回路２７６から画質が改
善されたデジタル画像信号（階調画像信号）を一定時間
だけ遅延させるが、遅延時間を、全体制御装置８から得
て、例えばステージ１５がチップピッチ分移動する時間
にすれば、図８に示すように、遅延されたチップ（ダ
イ）ｎ画像（ｇ０）と遅延されていないチップ（ダイ）
ｍ画像（ｆ０）とは隣り合うチップ（ダイ）の同じ箇所
での画像信号となり、チップ比較検査が可能となる。ま
た、遅延時間を、全体制御装置８から得て、ステージ１
５がメモリセルのピッチ分移動する時間にすれば、図９
に示すように、遅延された信号（ｇ０）と遅延されてい
ない信号（ｆ０）とは隣り合うメモリセルの同じ箇所で
の画像信号となり、セル比較検査が可能となる。このよ
うに遅延回路２７８は、全体制御装置８から得られる情
報に基いて、読み出す画素位置を制御することによって
任意の遅延時間を選択できるように構成される。以上の
ようにして、画像取り出し部２７から、比較すべきデジ
タル画像信号（階調画像信号）ｆ０、ｇ０が取り出され
ることになる。なお、比較画像信号ｇ０は、比較する際
の基準となる画像であればよく、試料から選びだされた
セル画像もしくはチップ（ダイ）画像でもよく、また設
計情報に基いて作成された画像でもよい。

【００３０】画像処理回路２８は、全体制御装置８から
の指定されたアドレスに基いて読み出す領域を自由に設
定できる機能を有し、連続検出画像信号ｆ０と連続比較
画像信号ｇ０との各々を記憶する２次元の画像メモリ６
０ａ、６０ｂと、位置ずれ検出部２８１と、検出画像信
号ｆ４と比較画像信号ｇ４との各々を記憶して出力する
画像メモリ６１ａ、６１ｂと、欠陥判定部２８２と、欠
陥編集部２８３とで構成される。位置ずれ検出部２８１
は、画素単位の位置合わせ部２８１１と、階調補正部２
８１２と、画素単位以下の位置ずれ検出部２８１３とか
ら構成される。画素単位の位置合わせ部２８１１におい
ては、２次元の画像メモリ６０ａ、６０ｂの各々から、
動的な歪み（ステージ１５等の振動や試料上のパターン
分布によって生じる磁界の変化などがもたらす歪み）を
無視できる領域単位で切り出された各領域毎の検出画像
信号ｆ１（ｘ，ｙ）に対する比較画像信号ｇ１（ｘ，
ｙ）の位置ずれ量が０〜１画素の間になるように、いい
かえれば、ｆ１（ｘ，ｙ）とｇ１（ｘ，ｙ）との「整合
度」が最大となる位置が０〜１画素の間（即ち、画素単
位）になるように、例えばｇ１（ｘ，ｙ）の位置をずら
すことによって、検出画像信号としてはｆ２、比較画像
信号としてはｇ２が得られる。

【００３１】階調補正部２８１２は、画素単位の位置合
わせ部２８１１において、動的な歪み各領域毎に画素単
位の位置合わせ後、検出画像信号ｆ２と比較画像信号ｇ
２との階調値を補正する回路である。従って、階調補正
部２８１２に入力された段階では、互いに異なった階調
値の平均値と標準偏差を持っていたｆ２とｇ２とは、階
調補正部２８１２を経ることによって階調値の平均値と
標準偏差とが互いに等しい画像信号ｆ３とｇ３とにな
る。画素単位以下の位置ずれ検出部２８１３は、上記領
域単位に亘る画素以下の位置ずれ量（位置ずれ量は０〜
１の実数となる。）を算出する。領域単位に亘る画素以
下の位置ずれとは、図６に示すような状況である。図６
において、鎖線で示された四角の升目が画素を示し、電
子検出器１４で検出されてＡ／Ｄ変換器２７２でサンプ
リングされてデジタル値（階調値）に変換される単位で
ある。同図では領域単位毎の（領域単位に亘る）比較画
像ｇ３が領域単位毎の（領域単位に亘る）検出画像ｆ３
に対して、ｘ方向に２＊δｘ、ｙ方向に２＊δｙだけ位
置がずれている。整合度の測度としては、例えば、「差
の２乗和」(ΣΣ(ｆ３−ｇ３)²)を採用した例を示す。

【００３２】領域単位毎の検出画像ｆ３(ｘ，ｙ)と領域
単位毎の比較画像ｇ３(ｘ，ｙ)との中間位置を位置ずれ
量０とする。すなわち、図６に示す状況では、ｆ３はｘ
方向に−δｘ、ｙ方向に−δｙ、ｇ３はｘ方向に＋δ
ｘ、ｙ方向に＋δｙだけずれていると仮定する。δｘ、
δｙは整数ではないため、δｘ、δｙだけずらすには、
画素と画素の間の値を定義する必要がある。領域単位毎
の検出画像ｆ３をｘ方向に＋δｘ、ｙ方向に＋δｙだけ
ずらした領域単位毎の検出画像ｆ４、ｇ２をｘ方向に−
δｘ、ｙ方向に−δｙだけずらした領域単位毎の比較画
像ｇ４を、次に示す(数１)式および(数２)式のように定
義する。 ｆ４(ｘ，ｙ)＝ｆ３(ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ) (数１) ｇ４(ｘ，ｙ)＝ｇ３(ｘ−δｘ，ｙ−δｙ) (数２) (数１)(数２)式はいわゆる線形補間である。ｆ４とｇ４
との整合度ｅ３(δｘ，δｙ)は「差の２乗和」を採用す
ると次に示す(数３)式のようになる。 ｅ３(δｘ，δｙ)＝ΣΣ(ｆ４(ｘ，ｙ)−ｇ４(ｘ，ｙ))² (数３) ΣΣは領域単位内の合計である。画素以下の位置ずれ検
出部２８１３の目的は、領域単位においてｅ３(δｘ，
δｙ)が最小値をとるδｘの値δｘ０、δｙの値δｙ０
を求めることである。それには、上記(数３)式をδｘ，
δｙで偏微分した式を０とおいて、それをδｘ，δｙに
ついて解けばよい。このようにして画素以下の位置ずれ
検出部２８１３は、領域単位毎に画素以下の位置ずれ量
δｘ０、δｙ０が求まることになる。シフトレジスタ等
で構成された遅延回路６１ａ、６１ｂは、領域単位毎の
画素以下の位置ずれ検出部２８１３でδｘ０、δｙ０を
求めるのに要する時間分だけ画素信号ｆ３、ｇ３を遅延
させるためのものである。

【００３３】次に、欠陥判定部２８２について説明す
る。欠陥判定部２８２では、差分抽出回路２８２１にお
いて領域単位毎の検出画像ｆ３と領域単位毎の比較画像
ｇ３との差画像を作成する一方、閾値演算回路２８２２
において各画素に対する閾値を算出し、閾値処理部２８
２３において差画像の階調値と閾値を比較して欠陥か否
かを判定する。差分抽出回路２８２１は、計算上２＊δ
ｘ０、２＊δｙ０の位置ずれを有する領域単位の検出画
像ｆ３と領域単位の比較画像ｇ３との領域単位毎の差画
像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)を求める。この領域単位毎の差画像ｓ
ｕｂ(ｘ，ｙ)は、(数４)式のように表わされる。 ｓｕｂ(ｘ，ｙ)＝ｇ３(ｘ，ｙ)−ｆ３(ｘ，ｙ) (数４) 閾値演算回路２８２２は、遅延回路６１を経た領域単位
毎の画像ｆ３、ｇ３および、画素以下の位置ずれ検出部
２８１３から得られる領域単位毎の画素以下の位置ずれ
量δｘ０、δｙ０を用いて、欠陥候補か否かを判定す
る、領域単位毎の二つの閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，
ｙ)を算出する。thＨ(ｘ，ｙ)は、領域単位毎に得られ
る差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の上限を規定する閾値であり、
thＬ(ｘ，ｙ)は、領域単位毎に得られる差画像ｓｕｂ
(ｘ，ｙ)の下限を規定する閾値である。閾値演算回路２
８２２の構成を図７に示す。閾値演算回路２８２２にお
ける演算の内容を(数５)式および(数６)式で表すと次の
ようになる。

【００３４】 thＨ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋Ｂ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ) (数５) thＬ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−Ｂ(ｘ，ｙ)−Ｃ(ｘ，ｙ) (数６) ただし、Ａ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数７)式の関係で示さ
れ、領域単位毎に得られる画素以下の位置ずれ量δｘ
０、δｙ０を用いて、実質的に領域単位毎に得られる差
画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の値に応じて閾値を補正するための
項である。

【００３５】またＢ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数８)式の関
係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ３と分割
単位毎に得られる比較画像ｇ３との間において、パター
ンエッジの微小な位置ずれ(パターン形状の微小な差
異、パターン歪みも局所的に見ればパターンエッジの微
小な位置ずれに帰着する)を許容するための項である。
またＣ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数９)式の関係で示され、
領域単位毎に得られる検出画像ｆ３と領域単位毎に得ら
れる比較画像ｇ３との間において、階調値の微小な差異
を許容するための項である。

【００３６】 Ａ(ｘ，ｙ)＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊δｘ０−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−δｘ０)｝＋｛ ｄｙ１(ｘ，ｙ)＊δｙ０−ｄｙ２(ｘ，ｙ)＊(−δｙ０)｝＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０＋｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０ (数７) Ｂ(ｘ，ｙ)＝｜｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊α−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−α)｝｜＋｜｛ｄ ｙ１(ｘ，ｙ)＊β−ｄｙ２(ｘ，ｙ)＊(−β)｝｜＝｜｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２ (ｘ，ｙ)｝＊α｜＋｜｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊β｜ (数８) Ｃ(ｘ，ｙ)＝((ｍａｘ１＋ｍａｘ２)／２)＊γ＋ε (数９) ここで、α、βは０〜０．５の実数、γは０以上の実
数、εは０以上の整数である。ｄｘ１(ｘ，ｙ)は、次に
示す(数１０)式の関係で示され、領域単位毎に得られる
検出画像ｆ３(ｘ，ｙ)におけるｘ方向＋１隣りの画像と
の階調値の変化分を示す。 ｄｘ１(ｘ，ｙ)＝ｆ３(ｘ＋１，ｙ)−ｆ３(ｘ，ｙ) (数１０) また、ｄｘ２(ｘ，ｙ)は、次に示す(数１１)式の関係で
示され、領域単位毎に得られる比較画像ｇ３(ｘ，ｙ)に
おけるｘ方向−１隣りの画像との階調値の変化分を示
す。 ｄｘ２(ｘ，ｙ)＝ｇ３(ｘ，ｙ)−ｇ３(ｘ−１，ｙ) (数１１) また、ｄｙ１(ｘ，ｙ)は、次に示す(数１２)式の関係で
示され、領域単位毎に得られる検出画像ｆ３(ｘ，ｙ)に
おけるｙ方向＋１隣りの画像との階調値の変化分を示
す。

【００３７】 ｄｙ１(ｘ，ｙ)＝ｆ３(ｘ，ｙ＋１)−ｆ３(ｘ，ｙ) (数１２) また、ｄｙ２(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２４)式の関係で
示され、領域単位毎に得られる比較画像ｇ３(ｘ，ｙ)に
おけるｙ方向−１隣りの画像との階調値の変化分を示
す。 ｄｙ２(ｘ，ｙ)＝ｇ３(ｘ，ｙ)−ｇ３(ｘ，ｙ−１) (数１３) ｍａｘ１は、次に示す(数１４)式の関係で示され、領域
単位毎に得られる検出画像ｆ３(ｘ，ｙ)における自身も
含め、ｘ方向＋１隣りの画像、ｙ方向＋１隣りの画像の
最大階調値を示す。また、ｍａｘ２は、次に示す(数１
５)式の関係で示され、領域単位毎に得られる検出画像
ｇ３(ｘ，ｙ)における自身も含め、ｘ方向−１隣りの画
像、ｙ方向−１隣りの画像の最大階調値を示す。 ｍａｘ１＝ｍａｘ｛ｆ３(ｘ，ｙ)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ)，ｆ３(ｘ，ｙ＋１)，ｆ ３(ｘ＋１，ｙ＋１)｝ (数１４) ｍａｘ２＝ｍａｘ｛ｇ３(ｘ，ｙ)，ｇ３(ｘ−１，ｙ)，ｇ３(ｘ，ｙ−１)，ｇ ３(ｘ−１，ｙ−１)｝ (数１５) なお、閾値演算回路２８２２に入力されるパラメータ
α，β，γ，εは、試料１６である検査対象の種類（ウ
エハの品種、工程など）ごとにパラメータα，β，γ，
εの適切な値を記述した検査パラメータファイルを例え
ば全体制御装置８に接続した記憶装置３６に準備してお
き、検査開始時に、検査対象の品種を入力すると、その
ファイルが自動的に全体制御装置８にロードされて閾値
演算回路２８２２に提供できるようにしておくと好都合
である。閾値処理部２８２３は、差画像抽出回路２８２
１から得られる領域単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)、並
びに閾値演算回路２８２２から得られる領域単位毎の下
限の閾値thＬ(ｘ，ｙ)、および上限の閾値thＨ(ｘ，ｙ)
を用いて、次に示す(数１６)式の関係を満たせば、ある
領域単位における位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥候補、満
たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補と判定す
る。閾値処理部２８２３は、ある領域単位において非欠
陥候補画素は０、欠陥候補画素は１の値を持つ２値画像
ｄｅｆ(ｘ，ｙ)を出力する。

【００３８】 thＬ(ｘ，ｙ)≦ｓｕｂ(ｘ，ｙ)≦thＨ(ｘ，ｙ) (数１６) 欠陥編集部２８３では、ノイズ除去処理（例えば、２値
画像ｄｅｆ(ｘ，ｙ)に対して縮小・膨張の処理を行う。
例えば３×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素で
はないときには、その中心の画素として例えば０（非欠
陥候補画素）にして縮小処理を行って消去し、それを膨
張処理して元に戻すことを行う）によってノイズ的（例
えば３×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素では
ない。）な出力を削除したあと、近隣の欠陥候補部を一
つにまとめる欠陥候補部のマージ処理を行う。その後、
各領域単位毎において、一まとまりごとに、重心座標、
ＸＹ投影長（ｘ方向およびｙ方向における最大長さを示
す。なお、（Ｘ投影長の２乗＋Ｙ投影長の２乗）の平方
根は最大長さとなる。）、面積などの特徴量６２を算出
して全体制御装置８に対して出力する。

【００３９】以上説明したように、全体制御装置８によ
って制御される画像処理回路２８からは、電子ビームが
照射されて電子検出器１４で検出させる被検査対象物
（試料）１６上における所望の領域から被検査対象物１
６上の座標に応じて欠陥候補部の特徴量（例えば、重心
座標、ＸＹ投影長、面積など）６２が得られることにな
る。

【００４０】全体制御装置８では、検出画像上での欠陥
候補部の位置座標を被検査対象物（試料）１６上の座標
系に変換し、疑似欠陥の削除を行い、最終的に、被検査
対象物（試料）１６上での位置と画像処理回路２８にお
ける領域単位毎の欠陥編集部２８３から算出された特徴
量とからなる欠陥データをまとめる。なお、各画像メモ
リ６１ａ、６１ｂと閾値演算回路２８２２との間に、画
素以下の位置ずれ検出部２８１３から得られる領域単位
毎に画素以下の位置ずれ量δｘ０、δｙ０を基に検出画
像ｆ３と比較画像ｇ３との間で画素単位以下の位置ずれ
を補正する画素単位以下の位置ずれ補正回路を設けても
よい。この場合、閾値演算回路２８２２からの出力は、
上記(数５)式および(数６)式におけるＡ(ｘ，ｙ)項を削
除することができる。

【００４１】以上説明したように、ステージ１５を連続
移動しながら、偏向素子１２を駆動して電子ビームをス
テージの移動方向に交差する方向（例えば直交する方
向）に走査する。このとき試料１６から発生する例えば
２次電子を電子検出器１４で検出して画像切り出し部２
７に入力してＳＥＭ画像を連続的に得る。画像処理回路
２８は、遅延回路２７８で遅延された電子線比較画像と
遅延されていない電子線検出画像とを比較することによ
って比較検査を実現することができる。この場合、画像
の遅延量は繰り返しパターンピッチと一致させればよ
い。即ち、画像の遅延量は、図８に示すチップ（ダイ）
比較においては、チップ（ダイ）の繰り返し間隔であ
り、図９に示すセル比較においては、セルの繰り返し間
隔となる。なお、比較画像は、設計情報から生成された
基準画像であってもよいことは言うまでもない。即ち、
半導体ウエハなどに形成された微細回路パターンから検
出される電子顕微鏡画像に基づく比較により欠陥検査を
行うことができる。

【００４２】また、以上の説明では、欠陥検査を行う場
合について説明したが、画像処理回路２８において、比
較画像信号ｇとして基準パターンを用いれば、検出画像
信号ｆと基準パターンとの間の位置ずれ量が求まり、こ
の求まった位置ずれ量に応じてステージ１５等を移動さ
せることによって検出画像信号を基準パターンに合わせ
るアライメントを実現することもできる。また、画像処
理回路２８において、検出画像信号ｆに対してパターン
の線幅等について画素以下の精度で測定することも可能
となる。即ち、半導体装置の製造プロセス条件の設定や
モニタなどに使用される微細回路パターンの線幅や穴径
などを測定する走査型電子顕微鏡による測長装置におい
ても、同様に画像処理回路２８における画像処理により
測長を行うことができる。

【００４３】次に、励起光（紫外光）の照射によるノイ
ズ成分が含まれず、しかも帯電する電荷による位置ずれ
のない正確で、かつ高コントラストな電子線画像を画像
切り出し回路２７から得られるようにして、画像処理回
路２８において試料１６上の微細なパターンや微細な異
物等の検査や試料１６上の微細なパターン幅などの測長
などを行う実施例について説明する。まず、電子線エネ
ルギーと２次電子放出効率との関係について図１０を用
いて説明する。即ち、電子線のエネルギーが低い領域で
は２次電子放出効率が１以上で正に帯電しやすく、電子
線のエネルギーが高い領域では２次電子放出効率が１以
下で負に帯電しやすい。ところで、試料１６の電気的特
性（導電性パターンと絶縁性パターンとが混在する被検
査対象）を画像として検出する電位コントラストモード
では、電子線のエネルギーを低くして正に帯電しやすい
領域を使い、荷電粒子線のビーム径を絞って微細欠陥を
検出するためには、電子線のエネルギーを高くして負に
帯電しやすい領域を使うことが望ましい。即ち、電子線
のエネルギーを低くして２次電子放出効率を１以上にす
ることによって、電位コントラストを高め、絶縁物上の
配線パターンなどを観察しやすくすることができ、また
最表面のみを観察することができる。また、電子線のエ
ネルギーを高くして２次電子放出効率を１以下にするこ
とによって、解像度を向上させて微細欠陥を検出しやす
くすることができる。何れにしても、絶縁物を有する半
導体基板等の試料１６の表面には電子ビームを照射する
ことによって正または負に帯電することになる。

【００４４】ところが、この絶縁物を有する半導体基板
等の試料１６へ電荷が蓄積される（チャージアップが生
じる）と、電子検出器１４で検出される電子線画像の像
質が変化することになり、その結果例えば比較検査にお
いては虚報が生じ、測長においては誤差が生じることに
なる。例えば、図１１（ａ）に示すチャージアップが生
じていない電子線画像１１０に対して、チャージアップ
が局所的に生じると、図１１（ｂ）に示すようなコント
ラストが局所的に変化した電子線画像１１１が電子検出
器１４で検出され、チャージアップが全体に及んだ場合
には図１１（ｃ）に示すような電子線画像１１２が電子
検出器１４で検出されることになる。その結果、セル比
較検査の場合において、チャージアップによって電子線
画像のコントラストが局所的に変化すると、正常部でも
隣接セル間で明るさ（階調値）が異なってきて虚報が生
じることになる。また、チップ（ダイ）比較検査の場合
において、チャージアップによってチップ（ダイ）ｎの
コントラストがチップ（ダイ）ｍのコントラストと異な
る場合にはいたるところで虚報が生じることになる。

【００４５】また、電子線画像に基づく測長の場合、例
えば、図１２に示すチャージアップが生じていない電子
線画像（線幅がＷ１）１２０に対して、チャージアップ
が生じると図１３に示すような線幅Ｗ２が膨張した電子
線画像１２１が電子検出器１４で検出されることにな
り、その結果線幅Ｗ２が大きめに測長されることにな
る。図１２（ａ）はチャージアップが生じていない電子
線画像１２０を示し、図１２（ｂ）は走査線ａにおいて
測長される線幅Ｗ１を示す。図１３（ａ）はチャージア
ップが生じた場合の電子線画像１２１を示し、図１３
（ｂ）は走査線ａにおいて大きめに測長される線幅Ｗ２
を示す。また、チャージアップによって見かけ上の倍率
が異なり、図１４に示すように本来同じであるべき線幅
Ｗ３、Ｗ４が測定個所によって異なってくることにな
る。

【００４６】そこで、紫外光源３１から励起光である１
５０ｎｍ以下の紫外光を、半導体基板等の試料１６上の
電子線による観察視野とほぼ同じ個所に照射し、試料１
６上に存在するＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄等の絶縁膜におい
て、価電子帯（充満体）中の電子を伝導帯まで励起させ
て導電化して（電子的電気伝導を起こさせて）、絶縁膜
に帯電した電荷を負の電位が印加された試料台２１に逃
がすことによって帯電の除去が行われる。なお、絶縁膜
上に導電配線パターンが存在した場合には、１５０ｎｍ
以下の紫外光を照射することによって導電化して絶縁膜
に帯電した電荷を導電配線パターンを介して負の電位が
印加された試料台２１に逃がすことも可能である。ま
た、１５０ｎｍ以下の紫外光を照射するので、半導体基
板等において上記絶縁膜の下層に存在する能動素子等に
ダメージを及ぼすこともない。即ち、紫外光の波長とし
ては、光伝導効果を生じさせる波長であり、且つデバイ
スに損傷を与えないものであることが望ましい。よっ
て、チャージアップを生じさせる絶縁膜表面で吸収され
る波長が良い。例えば、チャージアップを生じさせる絶
縁膜の材質がＳｉＯ₂の場合、およそ１５５ｎｍ以下の
波長で吸収が始まり、光伝導効果を生じさせるために
は、およそ１３０ｎｍ以下の波長が必要である。但し、
光伝導効果を生じさせる波長は、ＳｉＯ₂の組成や光の
照射領域の状態により変化するため、ＳｉＯ₂の場合
は、１５０ｎｍ以下の光伝導効果を生じさせる波長の光
を照射する。Ｓｉ₃Ｎ₄の場合は、およそ２０５ｎｍの波
長から吸収が始まり、２３０ｎｍの波長より光伝導効果
が生じる。よって、Ｓｉ₃Ｎ₄の場合は２００ｎｍ以下の
波長を用いると良い。

【００４７】しかし、１５０ｎｍ以下の紫外光３９を上
記絶縁膜に照射した際、光電子が生起されて電子検出器
１４によりノイズ成分として検出されることになる。

【００４８】そこで、照射制御装置３２は、紫外光３
９、３９’が、電子線の視野と同じ箇所を照射するた
め、これと干渉しないように制御するためのものであ
る。即ち、照射制御装置３２は、図１５に示すように走
査制御装置１８からの水平走査信号１５１（特にこの信
号に含まれるブランキング信号）を受けてこれと同期し
た紫外光照射信号１５２を作成し、この作成され紫外光
照射信号１５２を基に例えばブランキングする期間にお
いて紫外光源３１を励起、またはその先にあるシャッタ
手段（回動等の運動するミラーも含む）３８を開放する
ことによって紫外光３９を照射するように制御する。ま
た、照射制御装置３２は、図１６に示すように全体制御
装置８から得られる検査領域信号１６１を基に、電子ビ
ームが検査領域外を走査している間にＯＮとなる紫外線
照射信号１６２を作成し、この作成され紫外光照射信号
１６２を基に例えば電子ビームが検査領域外を走査して
いる期間において紫外光源３１を励起、またはその先に
あるシャッタ手段（回動等の運動するミラー３８ｂも含
む）３８を開放して紫外光３９を照射するように制御す
る。

【００４９】なお、試料台２１に投入されて搭載される
半導体基板等の試料１６の表面には、投入する前の搬送
等によって帯電してしまう可能性があるので、電子線画
像検出する前に、全体制御装置８からの指令で、照射制
御装置３２は、紫外光源３１を励起、またはその先にあ
るシャッタ手段（回動等の運動するミラーも含む）３８
を開放することによって紫外光３９、３９’を照射して
半導体基板等の試料１６の絶縁膜を導電化し、蓄積電荷
を試料台２１へと逃がす必要がある。

【００５０】図１７（ａ）は、紫外光３９を照射するた
めのシャッタ手段３８の第１の実施例３８ａを示すもの
である。即ち、シャッタ手段３８の第１の実施例３８ａ
は、紫外光３９を通過する窓を穿設した回転部材で構成
する。そして、この回転部材を、例えばブランキング信
号に同期するように回動させることによって、ブランキ
ング期間において紫外光３９を試料１６上に照射するこ
とが可能となる。図１７（ｂ）は、紫外光３９を照射す
るためのシャッタ手段３８の第２の実施例３８ｂを示す
ものである。即ち、シャッタ手段３８の第１の実施例３
８ｂは、紫外光３９を反射するミラーを回動等の運動す
るように構成する。そして、この回動ミラーを、例えば
電子ビームが検査領域を走査している期間において回動
させて紫外光３９を検査領域から外し、電子ビームが検
査領域外を走査している期間においては回動させて戻す
ことにより紫外光３９を試料１６上に照射することが可
能となる。

【００５１】また、上記回動ミラーを用いることによっ
て紫外光３９を試料１６上において直線状に走査するこ
とが可能となり、絶縁膜上において直線状に沿って順順
に導通化が行われことになり、スリット状（細帯状）の
紫外光３９’を照射する場合とほぼ同様になる。図１８
は、試料台２１まで亘るようにスリット状（細帯状）の
紫外光３９’を照射する光学系と半導体基板１６上にス
リット状（細帯状）の紫外光３９’が照射された状態と
を示したものである。即ち、この光学系は、図１８
（ｂ）に示すように、紫外光源３１から出射した紫外光
をＭｇＦ₂、ＬｉＦ等の材料で形成されたレンズで構成
されたエキスパンダ５５によってビーム径を拡げ、Ｍｇ
Ｆ₂、ＬｉＦ等の材料で形成されたシリンドリカルレン
ズ５６で一軸方向に集束させることによってスリット状
（細帯状）の紫外光３９’を、負の電位が印加された試
料台２１まで亘るように半導体基板１６上に照射するも
のである。そして、この光学系を用いることによって、
紫外光３９’をスリット状（細帯状）にして負の電位が
印加された試料台２１まで亘るように照射することがで
き、半導体基板１６の中央部における絶縁膜上に帯電し
た電荷を試料台２１にすばやく逃がすことが可能とな
る。当然、絶縁膜上に配線パターンが形成されている場
合でも、該配線パターンを介して絶縁膜上に帯電した電
荷を逃がす必要も低減することができ、下層に位置する
能動素子に対してダメージを及ぼすことも低減すること
ができる。

【００５２】また、図１７に示す紫外光の照射をＯＮ、
ＯＦＦさせる光学系と図１８に示す光学系とを組み合わ
せることも可能である。以上説明したように、図１５に
示すように、電子ビームの水平走査の合間（ブランキン
グ期間）に同期して紫外光３９、３９’を照射するか、
あるいは図１６に示すように、試料１６上の検査不要領
域を電子ビームがスキャンしている間だけ紫外光３９、
３９’を照射することにより、光電子による影響を受け
ず、しかもチャージアップを低減した電子線画像を電子
検出器１４によって検出することが可能となる。即ち、
チャージアップによって電子線画像の像質に変化が生じ
る試料に対しても、電子線画像を検出または解析しない
期間に紫外光を照射することによって電子線画像に基づ
く安定した検査・測定を行うことができる。

【００５３】なお、検査不要領域を電子ビームがスキャ
ンしている間だけ紫外光３９、３９’を照射する場合、
図１９（ｂ）に示す如く検査不要領域であっても検査必
要領域に近い領域について電子ビームを走査している期
間においては紫外光３９、３９’を照射しなくても良
い。図１９（ａ）は、試料１６上において電子ビームを
走査する領域に対する検査必要領域と検査不要領域とを
示したものである。図１９（ｂ）は、電子ビームを走査
している期間において紫外光３９、３９’を照射する期
間を示したものである。この検査必要領域と検査不要領
域については、ＣＡＤシステムに接続されたネットワー
クや記録媒体等で構成される入力手段３５を用いて入力
される半導体基板等の試料１６の設計情報を基に全体制
御装置８において設定されて記憶装置３６に格納され
る。また、電子線装置を用いて詳細解析をしたい場合に
は、予め光学顕微鏡等を用いて半導体基板等の試料上の
欠陥の検査が行われるので、光学顕微鏡等から検出され
る欠陥検査の座標データをネットワークや記録媒体等で
構成される入力手段３５を用いて入力し、この入力され
る欠陥検査の座標データを基に詳細解析をしたい検査必
要領域が全体制御装置８において設定されて記憶装置３
６に格納されることになる。そこで、全体制御装置８
は、この記憶装置３６に設定された検査必要領域につい
て画像処理回路２８から編集された欠陥情報について解
析すればよい。また、全体制御装置８は、記憶装置３６
に設定された検査必要領域のデータを画像処理回路２８
に提供することによって、画像処理回路２８において欠
陥情報について編集もしくは解析すればよい。

【００５４】また、紫外光源３１として、例えばＡＣエ
キシマランプのように、例えば１０μｓ〜５０μｓ程度
の周期でポンピングが必要で、出射される紫外光の強度
が周期的に変動する場合には、走査制御装置１８は、全
体制御装置８または照射制御装置３２から得られる図２
０に示すように紫外光源３１の発光周期に同期して紫外
光の発光強度が弱まった期間Ｔｅにおいて、ブランキン
グをＯＦＦして電子ビームを試料１６上の検査・測定領
域に走査照射して電子検出器１４で電子線画像を検出す
るようにすれば、紫外光照射による光電子の影響を受け
ずに、チャージアップを低減した電子線画像を検出する
ことが可能となる。以上説明した実施例によれば、電子
ビームを検査必要領域に走査照射していない期間に紫外
光を照射することによって、帯電する電荷による位置ず
れのない正確で、かつ高コントラストな電子線画像を画
像切り出し回路２７から得ることができ、その結果、画
像処理回路２８において安定し、かつ高精度の検査・測
定を行うことができる。

【００５５】また、図１８に示すようなスリット状の紫
外光（紫外光ビームを図１７（ｂ）に示す回動されるミ
ラー３８ｂを用いて直線状に走査する場合も含む。）３
９’を、ステージ１５で走行する試料１６上において電
子ビームを走査照射する走査線（該走査線の方向は、ス
テージ１５の走行方向にほぼ直交する方向を向いてい
る。）の箇所に後追いさせて近接させ、しかも電子検出
器１４の視野外（試料１６上において偏向素子１２によ
って電子ビームが走査される領域外）に照射することに
よって、絶縁膜を導通化して帯電した電荷を逃がすこと
を可能にし、しかも紫外光照射によって発生する光電子
を電子検出器１４で検出するのを防止することができ
る。即ち、紫外光照射光学系（３１、５５、５６；３８
ｂ）による紫外光の照射位置を、電子検出器１４の視野
外（試料１６上において偏向素子１２によって電子ビー
ムが走査される領域外）で、できるだけ電子ビームの光
軸（電子ビームを走査照射する走査線）に近づけるよう
に構成する。この構成により、ステージ１５の走行によ
って、電子ビームが走査照射されて帯電された絶縁膜上
の箇所が後追いする状態で紫外光が照射されて導通化さ
れ、電荷を逃がすことが可能となる。従って、電子ビー
ムの走査照射によって絶縁膜上に電荷が蓄積されていく
ことを防止でき、しかも紫外光照射によって発生する光
電子を電子検出器１４で検出するのを防止することがで
き、その結果歪みのない、高コントラストの電子線画像
を検出することが可能となり、高感度で、かつ信頼性の
高い微細パターンに対する欠陥検査および寸法計測を実
現することができる。

【００５６】次に、画像切り出し回路２７内の前処理回
路２７６によって、紫外光照射による光電子の影響を除
去し、しかも紫外光照射によるチャージアップのない電
子検出画像を得る実施例について説明する。即ち、紫外
光源３１が例えばＤＣエキシマランプのように、励起光
である１５０ｎｍ以下の紫外光を時間的に変動せずに安
定して発光可能なものである場合には、これによる光電
子は電子検出器１４で検出される電子検出画像に小さな
オフセットとして乗ってくるだけなので、図３に示す暗
レベル補正回路２７６１で暗レベルとして補正除去すれ
ば、紫外光源３１から紫外光を照射したままで、チャー
ジアップのない電子検出画像を前処理回路２７６から得
ることができる。その結果、前処理回路２７６から得ら
れる電子線画像に基いて安定し、かつ高精度の検査・測
定を行うことができる。また、紫外光源３１として、例
えばＡＣエキシマランプやエキシマレーザ光源を用い
て、発光周期が一定（ｆｕ）の場合には、図２１に示す
ように、前処理回路２７６のフィルタリング処理回路２
７６４にノッチフィルタ２７６４ａを設けることによ
り、発光周波数（ｆｕ）をカットするようにすれば、ま
た、図２２に示すように、前処理回路２７６のフィルタ
リング処理回路２７６４にフーリエ変換回路２７６４ｂ
ａとフィルタリング回路２７６４ｂｂと逆フーリエ変換
回路２７６４ｂｃとからフィルタ回路２７６４ｂを設け
ることにより、発光周波数（ｆｕ）をカットするように
すれば、紫外光源３１から紫外光を一定の周期で発光し
たままで、紫外光照射による光電子の影響を除去し、し
かもチャージアップのない電子検出画像を前処理回路２
７６から得ることができる。

【００５７】次に、鏡筒内の汚染やチャージアップを防
止することにより、電子ビームの位置・焦点位置・非点
収差等の変動を防止して電子線画像に基づく検査・測長
の精度を向上させる実施例について説明する。即ち、鏡
筒内の汚染やチャージアップを防ぐために、図１に示す
ように、紫外光を鏡筒内に照射する紫外光照射系３０を
設けたことにある。この紫外光照射系３０も、全体制御
装置８からの指令に基いて照射制御装置３２によって制
御される。紫外光照射系３０の具体的構成を図２３に示
す。図１では、紫外光照射系３０により鏡筒２の横方向
から紫外光を直接照射したが、図２３では、紫外光源３
０１からの紫外光を光ファイバ或いは光を透過するガラ
スロッド３０２により、電子銃１１１やアパーチャ部
（引き出し電極におけるものとブランキング電極におけ
るものとを含む）１１２などの必要な箇所に照射するよ
う構成した。なお、１１３は、電子銃１１１から引き出
される電子線を集束させるコンデンサレンズである。ま
た、１１４は、電子銃取付部である。そして、電子銃１
１１は、電源に接続される。

【００５８】このように電子銃１１１に紫外光を照射す
ることによって、電子線の放出効率を高め、輝度の向上
を期待することができる。また、アパーチャ部１１２に
紫外光を照射することによって、電子線によるアパーチ
ャの焦げつき（絶縁物質化）で発生するチャージアップ
を防止することができる。なお、光ファイバやガラスロ
ッド３０２を用いず、ミラーなどで反射し、所望の領域
に紫外光を照射しても良い。以上説明したように、紫外
光照射系３０で紫外光を鏡筒内に照射するように構成し
たことにより、鏡筒内の汚染やチャージアップを防止す
ることが可能となり、電子ビームの位置・焦点位置・非
点収差等の変動を防止して電子線画像に基づく検査・測
長の精度を向上させることが可能となる。なお、以上電
子線装置の実施の形態について説明したが、集束イオン
ビーム装置等ほかの集束荷電ビーム装置でも同様に構成
できる。その場合、１１をイオン源に代えればよい。こ
の場合、電子検出器１４は荷電粒子検出器で構成すれば
よい。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、紫外光を照射すること
によって試料上の絶縁膜に電荷が帯電するのを防止する
と共に紫外光の照射によるノイズ成分が含まれない正確
で、かつ高コントラストの荷電粒子画像を安定して検出
できるようにして、高感度で、かつ信頼性の高い試料上
の微細パターンや微細な異物等の欠陥の検査または微細
パターンの寸法計測を実現することができる効果を奏す
る。また、本発明によれば、半導体基板等の試料に対し
て、紫外光照射によるＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁膜の
下層へのダメージを極力少なくし、しかも紫外光を照射
することによって試料上の絶縁膜に電荷が帯電するのを
防止すると共に紫外光の照射によるノイズ成分が含まれ
ない正確で、かつ高コントラストの荷電粒子画像を安定
して検出できるようにして、高感度で、かつ信頼性の高
い試料上の微細パターンや微細な異物等の欠陥の検査ま
たは微細パターンの寸法計測を実現することができる効
果を奏する。

【００６０】また、本発明によれば、電子線装置などの
荷電粒子線装置の鏡筒内へのチャージアップによる電子
ビームなどの荷電粒子ビームの位置・焦点位置・非点収
差等の変動を防止することができ、安定した荷電粒子線
装置を実現することができ、その結果、高感度で、かつ
信頼性の高い試料上の微細パターンや微細な異物等の欠
陥を検査または微細パターンの寸法計測などを実現する
ことができる。また、本発明によれば、電子線装置など
の荷電粒子線装置の鏡筒内の電子銃等の荷電粒子源から
の荷電粒子線の放出効率を高めることができ、高効率の
荷電粒子線装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷電粒子線装置の一実施例である
電子線装置（電子線画像に基づく検査・計測装置）の構
成を示す図である。

【図２】図１に示す画像切り出し回路の一実施例を示す
構成図である。

【図３】図２に示す前処理回路の一実施例を示す構成図
である。

【図４】図３に示す前処理回路で行う各種補正について
説明するための図である。

【図５】図１に示す画像処理回路の一実施例を示す構成
図である。

【図６】図５に示す画像処理回路において検出画像ｆ３
と比較画像ｇ３との間において画素単位以下の位置ずれ
が生じた場合を説明するための図である。

【図７】図５に示す閾値演算回路の具体的構成を示す図
である。

【図８】ダイ（チップ）比較検査について説明するため
の図である。

【図９】セル比較検査について説明するための図であ
る。

【図１０】電子線エネルギーと２次電子放出効率との関
係を示す図である。

【図１１】チャージアップによって像質の変化を説明す
るための図で、チャージアップがない場合の電子線画像
と、チャージアップが局所的に変化する場合の電子線画
像と、全体がチャージアップした場合の電子線画像とを
示す図である。

【図１２】チャージアップによって寸法の変化を説明す
るための図で、チャージアップがない場合の線幅計測
（測長）画像を示す図である。

【図１３】チャージアップによって寸法の変化を説明す
るための図で、チャージアップによって線幅が膨張した
場合の線幅計測（測長）画像を示す図である。

【図１４】チャージアップによって寸法の変化を説明す
るための図で、中央部と周辺部とで画像が歪んで測定箇
所において異なった線幅計測結果が得られることを示す
図である。

【図１５】照射制御装置によって制御される紫外光の照
射タイミングの第１の実施例を説明するための図であ
る。

【図１６】照射制御装置によって制御される紫外光の照
射タイミングの第２の実施例を説明するための図であ
る。

【図１７】図１に示す紫外光源に備えられたシャッタ手
段の実施例を示す図である。

【図１８】試料上にスリット状の紫外光を照射する紫外
光照射光学系の一実施例を説明するための図である。

【図１９】試料上において電子ビーム走査領域に対する
紫外光照射期間領域を示す図である。

【図２０】紫外光の強度を変化させる場合の走査制御装
置によって制御される電子検出時間を説明するための図
である。

【図２１】検出される電子線画像信号から所定の周波数
ｆｕの紫外光の照射によるノイズ成分をノッチフィルタ
で除去する実施例を説明するための図である。

【図２２】検出される電子線画像信号から所定の周波数
ｆｕの紫外光の照射によるノイズ成分をフーリエ変換、
フィルタリング、逆フーリエ変換によって除去する実施
例を説明するための図である。

【図２３】電子線装置の鏡筒内に紫外光を照射した場合
の図１に示す構成と異なる実施例を示した図である。

【符号の説明】 ２…鏡筒、３…試料室、８…全体制御装置、９…線源電
位調整装置、１０…電子線装置、１１…電子線源（イオ
ン源）、１２…偏向素子（走査手段）、１３…電磁レン
ズ（対物レンズ）、１４…電子検出器、１５…ステー
ジ、１６…試料、１７…ブランキング機構、１８…走査
制御装置、１９…高さ測定器、２０…焦点位置制御装
置、２１…試料台、２２…試料台電位調整装置、２３…
ステージ制御装置、２４…グリッド電極、２５…グリッ
ド電位調整装置、２６…反射板、２７…画像取り出し
部、２８…画像処理回路、３０…紫外光照射系、３１…
紫外光源、３２…照射制御装置、３４…表示手段、３５
…入力手段、３６…記憶装置、３８…シャッタ手段（紫
外光走査手段）、６０ａ、６０ｂ…画像メモリ、６１
ａ、６１ｂ…遅延回路、２７２…Ａ／Ｄ変換器、２７３
…発光素子、２７４…伝送手段、２７５…受光素子、２
７６…前処理回路、２７７…画像メモリ、２７８…遅延
回路、２７６１…暗レベル補正回路、２７６２…電子線
の揺らぎ補正回路、２７６４…フィルタリング処理回
路、２７６５…歪み補正回路、２８１…位置ずれ検出
部、２８１１…画素単位の位置合わせ部、２８１２…階
調補正部、２８１３…画素単位以下の位置ずれ検出部、
２８２…欠陥判定部、２８２１…差分抽出回路、２８２
２…閾値演算回路、２８２３…閾値処理部、２８３…欠
陥編集部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正浩 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 久邇 朝宏 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 二宮 拓 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 宮井 裕史 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 5C001 AA08 BB07 CC04 CC05 CC08

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子源から発せられた荷電粒子を荷電
   粒子光学系で集束し、この集束された荷電粒子ビームを
   偏向手段によって偏向させて絶縁膜を有する試料上に対
   して走査照射し、この走査照射された荷電粒子ビームに
   よって試料から発生する荷電粒子を荷電粒子検出器で検
   出して荷電粒子画像を得、この得られた荷電粒子画像を
   画像処理手段で画像処理して前記試料の検査または計測
   を行う検査または計測過程と、 前記試料に対して紫外光照射手段により紫外光を照射し
   て絶縁膜中の電子を励起して導通化して帯電した電荷を
   逃がす導通化過程とを有することを特徴とする荷電粒子
   線画像に基づく検査または計測方法。
2. 【請求項２】荷電粒子源から発せられた荷電粒子を荷電
   粒子光学系で集束し、この集束された荷電粒子ビームを
   偏向手段によって偏向させて絶縁膜を有する試料上に対
   して走査照射し、この走査照射された荷電粒子ビームに
   よって試料から発生する荷電粒子を荷電粒子検出器で検
   出して荷電粒子画像を得、この得られた荷電粒子画像を
   画像処理手段で基準荷電粒子画像と比較処理して前記試
   料上のパターンの検査または計測を行う検査または計測
   過程と、 前記試料に対して紫外光照射手段により紫外光を照射し
   て絶縁膜中の電子を励起して導通化して帯電した電荷を
   逃がす導通化過程とを有することを特徴とする荷電粒子
   線画像に基づく検査または計測方法。
3. 【請求項３】前記導通化過程における紫外光の照射を、
   前記検査または計測過程における荷電粒子ビームを試料
   上の検査または計測の不要領域に対して走査照射してい
   る期間において行うことを特徴とする請求項１または２
   記載の荷電粒子線画像に基づく検査または計測方法。
4. 【請求項４】前記導通化過程における紫外光の照射を、
   前記検査または計測過程における荷電粒子ビームを試料
   上へ走査照射していない期間に同期させて行うことを特
   徴とする請求項１または２記載の荷電粒子線画像に基づ
   く検査または計測方法。
5. 【請求項５】前記導通化過程における紫外光の照射を、
   前記検査または計測過程における荷電粒子ビームを試料
   上へ走査照射していない期間において行うことを特徴と
   する請求項１または２または４記載の荷電粒子線画像に
   基づく検査または計測方法。
6. 【請求項６】前記導通化過程における紫外光の照射を光
   量についてほぼ一定にして行うことを特徴とする請求項
   １または２記載の荷電粒子線画像に基づく検査または計
   測方法。
7. 【請求項７】前記導通化過程における紫外光の照射を光
   量についてほぼ一定にして行い、 前記検査または計測過程における荷電粒子検出器で検出
   される２次元荷電粒子画像から前記紫外光の照射に基づ
   くノイズ成分を除去して２次元荷電粒子画像を得ること
   を特徴とする請求項１または２記載の荷電粒子線画像に
   基づく検査または計測方法。
8. 【請求項８】前記導通化過程における紫外光の照射を光
   量について周期的に変化させて行い、 前記検査または計測過程における荷電粒子検出器で検出
   される２次元荷電粒子画像から前記紫外光の照射に基づ
   く周期的なノイズ成分を除去して２次元荷電粒子画像を
   得ることを特徴とする請求項１または２記載の荷電粒子
   線画像に基づく検査または計測方法。
9. 【請求項９】前記導通化過程における紫外光の照射を、
   前記試料上において前記検査または計測過程における荷
   電粒子検出器で検出する視野外に行うことを特徴とする
   請求項１または２記載の荷電粒子線画像に基づく検査ま
   たは計測方法。
10. 【請求項１０】前記導通化過程における紫外光の波長
    を、２００ｎｍ以下にすることを特徴とする請求項１ま
    たは２または３または４または５または６または７また
    は８記載の荷電粒子線画像に基づく検査または計測方
    法。
11. 【請求項１１】絶縁膜を有する試料を載置するステージ
    と、 荷電粒子源と、 該荷電粒子源から発せられた荷電粒子を集束する荷電粒
    子光学系と、 該荷電粒子光学系で集束された荷電粒子ビームを偏向さ
    せて前記ステージ上に載置された試料に対して走査照射
    する走査手段と、 該走査手段によって走査照射された荷電粒子ビームによ
    って試料から発生する荷電粒子を検出して荷電粒子画像
    を得る荷電粒子検出器と、 該荷電粒子検出器から得られた荷電粒子画像を画像処理
    して前記試料の検査または計測を行う画像処理手段と、 前記試料上に紫外光を照射して絶縁膜中の電子を励起し
    て導通化して帯電した電荷を逃がす紫外光照射手段とを
    備えたことを特徴とする荷電粒子線画像に基づく検査ま
    たは計測装置。
12. 【請求項１２】絶縁膜を有する試料を載置するステージ
    と、 荷電粒子源と、 該荷電粒子源から発せられた荷電粒子を集束する荷電粒
    子光学系と、 該荷電粒子光学系で集束された荷電粒子ビームを偏向さ
    せて前記ステージ上に載置された試料に対して走査照射
    する走査手段と、 該走査手段によって走査照射された荷電粒子ビームによ
    って試料から発生する荷電粒子を検出して荷電粒子画像
    を得る荷電粒子検出器と、 該荷電粒子検出器から得られた荷電粒子画像を基準荷電
    粒子画像と比較処理して前記試料の検査または計測を行
    う画像処理手段と、 前記試料上に紫外光を照射して絶縁膜中の電子を励起し
    て導通化して帯電した電荷を逃がす紫外光照射手段とを
    備えたことを特徴とする荷電粒子線画像に基づく検査ま
    たは計測装置。
13. 【請求項１３】更に、前記紫外光照射手段における紫外
    光の照射を、前記走査手段により荷電粒子ビームを試料
    上の検査または計測の不要領域に対して走査照射してい
    る期間において行うように制御する制御手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１１または１２記載の荷電粒子線
    画像に基づく検査または計測装置。
14. 【請求項１４】更に、前記紫外光照射手段における紫外
    光の照射を、前記走査手段により荷電粒子ビームを試料
    上へ荷電粒子ビームを走査照射していない期間に同期さ
    せて行うように制御する制御手段を備えたことを特徴と
    する請求項１１または１２記載の荷電粒子線画像に基づ
    く検査または計測装置。
15. 【請求項１５】更に、前記紫外光照射手段における紫外
    光の照射を、前記走査手段により荷電粒子ビームを試料
    上へ荷電粒子ビームを走査照射していない期間に行うよ
    うに制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項
    １１または１２記載の荷電粒子線画像に基づく検査また
    は計測装置。
16. 【請求項１６】前記紫外光照射手段を、照射される紫外
    光の光量がほぼ一定になるように構成することを特徴と
    する請求項１１または１２記載の荷電粒子線画像に基づ
    く検査または計測装置。
17. 【請求項１７】前記画像処理手段において、荷電粒子検
    出器から得られた荷電粒子画像から前記紫外光の照射に
    基づくノイズ成分を除去して２次元荷電粒子画像を得る
    ノイズ除去手段を有することを特徴とする請求項１６記
    載の荷電粒子線画像に基づく検査または計測装置。
18. 【請求項１８】前記紫外光照射手段を、照射される紫外
    光の光量が周期的に変化するように構成することを特徴
    とする請求項１１または１２記載の荷電粒子線画像に基
    づく検査または計測装置。
19. 【請求項１９】前記画像処理手段において、荷電粒子検
    出器から得られた荷電粒子画像から前記紫外光の照射に
    基づく周期的なノイズ成分を除去して２次元荷電粒子画
    像を得るノイズ除去手段を有することを特徴とする請求
    項１８記載の荷電粒子線画像に基づく検査または計測装
    置。
20. 【請求項２０】前記紫外光照射手段を、紫外光の照射
    が、前記試料上において前記荷電粒子検出器で検出する
    視野外に行われるように構成したことを特徴とする請求
    項１１または１２記載の荷電粒子線画像に基づく検査ま
    たは計測装置。
21. 【請求項２１】前記紫外光照射手段において、照射する
    紫外光の波長が、２００ｎｍ以下になるように構成する
    ことを特徴とする請求項１１または１２または１３また
    は１４または１５または１６または１７または１８また
    は１９または２０記載の荷電粒子線画像に基づく検査ま
    たは計測装置。
22. 【請求項２２】荷電粒子源と該荷電粒子源から発せられ
    た荷電粒子を集束する荷電粒子光学系と該荷電粒子光学
    系で集束された荷電粒子ビームを偏向させて前記ステー
    ジ上に載置された試料に対して走査照射する走査手段と
    を備えた荷電粒子線の鏡筒を設け、 該鏡筒内の偏向手段によって走査照射された荷電粒子ビ
    ームによって試料から発生する荷電粒子を検出して荷電
    粒子画像を得る荷電粒子検出器を設け、 更に、前記荷電粒子線の鏡筒内に紫外光を照射する紫外
    光照射手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
23. 【請求項２３】荷電粒子源と該荷電粒子源から発せられ
    た荷電粒子を集束する荷電粒子光学系と該荷電粒子光学
    系で集束された荷電粒子ビームを偏向させて前記ステー
    ジ上に載置された試料に対して走査照射する走査手段と
    を備えた荷電粒子線の鏡筒を設け、 該鏡筒内の偏向手段によって走査照射された荷電粒子ビ
    ームによって試料から発生する荷電粒子を検出して荷電
    粒子画像を得る荷電粒子検出器を設け、 更に、前記荷電粒子線の鏡筒内に紫外光を照射して鏡筒
    内の帯電の除去あるいは汚染の清掃を行う紫外光照射手
    段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
24. 【請求項２４】前記紫外光照射手段は、紫外線を荷電粒
    子源に照射して荷電粒子線の放出効率を高めるように構
    成したことを特徴とする請求項２２記載の荷電粒子線装
    置。
25. 【請求項２５】前記紫外光照射手段は、紫外線を前記荷
    電粒子源または走査手段を構成するアパーチヤに照射す
    るように構成したことを特徴とする請求項２２または２
    ３記載の荷電粒子線装置。