JP2002245960A - 荷電粒子ビーム装置及びそのような装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察対象の試料に生ずるチャージアップに起
因する焦点位置のずれを操作者の手を煩わすことなく補
正することができ、その結果として試料がチャージアッ
プしている場合であっても焦点のあった鮮明な観察及び
高精度の欠陥検査を行うことができる荷電粒子ビーム欠
陥検査装置及び方法を提供する。 【解決手段】 主制御系３４は、試料１０上に一次電子
ビームＢ１を照射した際に生ずるチャージアップ量に応
じ、試料面におけるマルチビームＢ１の焦点ずれ量を示
す電圧マップを予め作成し記憶装置４３に記憶する。主
制御系３４は、試料１０の観察を行う際に記憶装置４３
に記憶された電圧マップを読み出し、対物レンズ８に印
加する電圧又は試料１０に印加する電圧を制御してマル
チビームＢ１の焦点位置を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビーム欠
陥検査装置及び方法に係り、特に電子ビームやイオンビ
ーム等の荷電粒子線を用いて半導体基板や液晶基板等の
物体面の観察や欠陥の検査等を行う荷電粒子ビーム欠陥
検査装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子はプレーナ技術を用いて半導
体基板表面に微細なパターンを形成したものであるが、
半導体素子の小型化の要求によりそのパターンは微細化
され、高集積化されている。かかる半導体素子の表面状
態の観察及び欠陥検査を行うために電子ビーム（電子
線）等の荷電粒子を用いた荷電粒子線顕微鏡が用いられ
ている。従来から荷電粒子顕微鏡として一般的に知られ
ており、使用頻度が高い顕微鏡は走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ：Scanning Electron Microscope）である。近
年、走査型電子顕微鏡以外にマルチビームを用いた電子
顕微鏡が案出されており、このマルチビ−ムを用いた電
子顕微鏡の荷電粒子線光学系の開発が行われている。以
下、マルチビームを用いた光学系の構成について簡単に
説明する。

【０００３】荷電粒子発生源としての電子銃から放出さ
れた照明用の電子線としての一次電子ビームは、マルチ
開口を通過することによってマルチビーム化され、一次
光学系を通過して、イー・クロス・ビー（Ｅ×Ｂ）と呼
ばれる電磁プリズムに入射する。イー・クロス・ビーを
通過した後の一次電子ビームは、試料の物体面を落射照
明する。物体面に一次電子ビームが照射されると、物体
面で反射する比較的エネルギーの高い反射電子ビーム
と、物体面から放出される低エネルギーの二次電子ビー
ムとが発生する。

【０００４】これらの物体面から放出される電子ビーム
のうち、通常二次電子ビームが結像に用いられる。観察
用の電子線としての二次電子ビームは、対物レンズを通
過して、イー・クロス・ビーに入射する。イー・クロス
・ビーを通過した二次電子ビームは、結像光学系として
の二次光学系を通過して、複数の電子ビーム検出器に入
射する。この電子ビーム検出器に入射した二次電子ビー
ムによって得られる情報に基づいて物体面の観察や欠陥
検査等を行うことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した走
査型電子顕微鏡やマルチビーム電子顕微鏡の電子ビーム
等の荷電粒子を物体に照射して物体の観察や欠陥結果を
行う装置では、荷電粒子を試料の物体面に照射している
ため、試料がチャージアップする。試料の物体面に対し
て一様な分布を有する荷電粒子を照射してもチャージア
ップの程度は材料に応じて異なる。よって、例えば半導
体素子のように、配線が形成された箇所におけるチャー
ジアップ量と酸化防止膜が形成された箇所におけるチャ
ージアップ量は異なるため、チャージアップ量の分布
（物体の蓄積荷電量に応じた物体の表面電圧分布）が生
ずる。

【０００６】また、チャージアップが生じた部分におい
て発生する二次電子ビームの初期エネルギーと、チャー
ジアップが全く生じない部分において発生する二次電子
ビームの初期エネルギーとは異なる。よって、チャージ
アップが全く生じてない部分に結像させるように一次光
学系の焦点位置を合わせても、チャージアップが生じた
部分において一次電子ビームに対しては焦点位置が合わ
ない。従って、かかるチャージアップが生じた部分につ
いて観察をより正確に行うためには、一次光学系を制御
してこの焦点位置のずれを補正する必要がある。しかし
ながら、焦点位置のずれを補正するには操作者が手動で
試料毎に補正する必要があり極めて煩雑な作業となる。

【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であり、観察対象の試料にチャージアップが生じてお
り、このチャージアップに起因する焦点位置のずれを操
作者の手を煩わすことなく補正することができ、その結
果として試料がチャージアップしている場合であっても
焦点のあった鮮明な観察を行うことができるとともに高
精度の欠陥検査を行うことができる荷電粒子ビーム装置
及び方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１の観点による荷電粒子ビーム装置は、
複数の荷電粒子ビームを一次ビームとして物体表面上に
照射する照射手段と、一次ビームの照射により前記物体
表面から発生する二次電子を複数の検出器で検出する二
次光学系とを有し、物体表面上に照射される一次ビーム
の間隔は、二次光学系の分解能より大きい間隔とされ、
一次ビームを照射した際に生ずる物体表面の蓄積荷電量
に応じた前記物体表面の電圧分布を検出する検出手段と
を具備することを特徴とする。

【０００９】この発明によれば、複数の一次ビームを物
体表面に照射した際に該表面に生ずる蓄積荷電量に応じ
た電圧分布を検出手段によって検出しているため、物体
表面の蓄積荷電に起因して生ずる諸問題（焦点位置のず
れ、像歪等）を解決する情報が得られる。

【００１０】また、本発明の第２の観点による荷電粒子
ビーム装置は、複数の荷電粒子ビームを一次ビームとし
て物体表面上に照射する照射手段と、一次ビームの照射
により物体表面から発生する二次電子を複数の検出器で
検出する二次光学系とを有し、物体表面上に照射される
一次ビームの間隔は、二次光学系の分解能より大きい間
隔とされ、一次ビームを照射した際に生ずる物体表面の
蓄積荷電量に応じた電子検出手段の検出面における二次
ビームの焦点ずれ量を予め検出する焦点ずれ量検出手段
と、前記焦点ずれ量検出手段によって検出された前記焦
点ずれ量に応じて前記一次ビームの焦点位置を制御する
焦点制御手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、焦点ずれ量検出手段に
よって、物体上に一次ビームを照射した際に生ずる蓄積
荷電量に応じた検出面における二次ビームの焦点ずれ量
を予め検出し、この検出された焦点ずれ量に応じて一次
ビームの焦点位置を補正している。よって、物体に蓄積
荷電が生じた場合であっても物体の像を合焦した状態で
観察することができるため、焦点のあった鮮明な観察を
行うことができるとともに、高精度の欠陥検査を行うこ
とができる。

【００１２】また、本発明の第３の観点による荷電粒子
ビーム装置は、物体表面の高さを検出する高さ検出手段
を更に具備し、焦点制御手段は、焦点ずれ量と高さ検出
手段の検出結果との双方に基づいて前記一次ビームの焦
点位置を制御することを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、物体に生ずる蓄積荷電
に起因する一次電子の焦点ずれ量を補正するのみなら
ず、物体の高さ位置を検出し、検出された高さも考慮し
て一次ビームの焦点位置を制御している。よって、例え
ば物体に反りが生じている場合においても物体の像を合
焦した状態で観察することができるため、焦点のあった
鮮明な観察を行うことができるとともに、高精度の欠陥
検査を行うことができる。

【００１４】また、本発明の第４の観点による荷電粒子
ビーム装置は、更に、物体に所定の電圧を印加する電圧
印加手段を具備し、焦点制御手段は、電圧印加手段を介
して物体に印加する電圧を制御することにより一次ビー
ムの焦点位置を制御することを特徴とする。

【００１５】この発明によれば、マルチビーム光学系の
複雑な制御を行わずとも、単に物体に印加する電圧を変
えるだけで一次ビームの焦点位置を制御することができ
るので、一次電子ビームの焦点位置の制御が容易にな
り、その結果としてスループットの向上が期待できると
ともに焦点のあった鮮明な観察及び高精度の欠陥検査を
容易に行うことできる。

【００１６】更に、本発明の第５の観点によれば、複数
の荷電粒子ビームを一次ビームとして物体表面上に照射
し、該照射に基づき前記物体表面から発生する二次電子
を、前記物体表面での一次ビームの間隔より小さい分解
能をもって検出して前記物体表面の評価をする荷電粒子
ビームを用いた評価方法であって、一次ビームを照射し
た際に生ずる前記物体表面の蓄積荷電量に応じた前記一
次ビームの焦点位置のずれ量を予め検出し、検出したず
れ量に応じて当該一次ビームの焦点位置を制御すること
を特徴とする電子ビーム欠陥検査方法を提供する。ま
た、この方法を用いてプロセス途中あるいは終了後のウ
ェハを評価する事を特徴とするデバイス製造方法を提供
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る荷電粒子ビーム欠陥検査装置の実施形態について詳細
に説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態による荷電粒
子ビーム欠陥検査装置の構成を示す図である。尚、以下
の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系
を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の
位置関係について説明する。図１に示したＸＹＺ直交座
標系では、試料の物体面内にＸＹ平面を設定し、試料の
物体面の法線方向をＺ軸方向に設定してある。図１中の
ＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面
に設定され、Ｚ軸が鉛直下方向に設定される。

【００１９】本実施形態の荷電粒子ビーム欠陥検査装置
は、主として電子ビームをマルチビーム化して試料に導
くための一次コラム１９と、電子ビームを試料に照射し
た際に発生する二次電子ビームを電子ビーム検出器１３
の検出面に集束させるための二次コラム２０と、観測対
象である試料１０を収容するチャンバー３０とから構成
されている。一次コラム１０の光軸はＺ軸に設定され、
二次コラム２０の光軸はＺ軸と約３０度の傾に設定され
る。よって、一次コラム１９から二次コラム２へは一次
ビームＢ１が垂直から入射する。一次コラム１９、二次
コラム２０、及びチャンバー３０には真空排気系（図示
省略）が繋がっており、真空排気系が備えるターボポン
プ等の真空ポンプにより排気されており、これらの内部
は真空状態に維持される。

【００２０】一次コラム１内部には熱電子放出型電子銃
１が設けられており、この熱電子放出型電子銃１から照
射される一次電子ビームＢ１の光軸上に一次光学系１９
が配置される。ここで、熱電子放出型電子銃１のチップ
としては、例えば複数個の突起を直線上に並べたランタ
ンヘキサボライト（ＬａＢ₆）を用いることが好まし
い。一次光学系１９は、マルチ開口絞り３、照射レンズ
２，４，６，８、アパーチャ７で構成されている。ここ
で、照射レンズ２，４，６，８は電子レンズであり、軸
対称レンズが用いられる。一次光学系１９が備える照射
レンズ２，４，６，８のマルチ電子ビームＢ１に対する
収束特性は印加する電圧を変えることにより変化する。
尚、照射レンズ２，４，６，８は、ユニポテンシャルレ
ンズ又はアインツェルレンズと称される回転軸対称型の
レンズであってもよい。

【００２１】二次コラム２０内には二次光学系が配置さ
れている。二次光学系２０は試料１０にマルチ電子ビー
ムＢ１を照射した場合に生ずる二次電子ビームＢ２を収
束して電子ビーム検出器１３の検出面に結像させるため
のものであり、試料１０側から−Ｚ方向へ順に対物レン
ズ８、開口絞り７、イー・クロス・ビー９、拡大レンズ
１１、拡大レンズ１２、が配置されてなるものである。

【００２２】二次光学系２０が備えるマルチ開口絞りＦ
１３は、対物レンズ８と拡大レンズ１１，１２、試料１
０の物体面と共役な位置関係に設定されている。また、
二次光学系２０の拡大レンズ１１及び拡大レンズ１２は
電子レンズであり、円形レンズが用いられる。尚、対物
レンズ８、拡大レンズ１１、及び拡大レンズ１２は、ユ
ニポテンシャルレンズ又はアインツェルレンズと称され
る回転軸対称型のレンズであってもよい。また、二次光
学系２０が備える対物レンズ８、結像レンズ１１、及び
結像レンズ１２の二次電子ビームＢ２に対する収束特
性、つまり二次電子ビームＢ２の焦点位置は印加する電
圧を変えることにより変化する。また、イー・クロス・
ビー２３の一次電子ビームＢ１及び二次電子ビームＢ２
に対する偏向特性は印加する電圧又は電流を変えること
により変化する。

【００２３】更に、二次光学系２０が備える−Ｚ方向に
はマルチ開口検出器１３が配置される。このマルチ開口
検出器１３の検出面には電子ビームＢ１を試料１０に照
射したときに放出される二次電子ビームＢ２が二次光学
系２０によって結像される。ここで、マルチ開口検出器
１３は、電子を選択通過するためのマルチ開口と、電子
を光に変換するための蛍光体と、蛍光体から放出された
光を電気信号に変えるＰＭＴとから構成されている。検
出器１４，１５，１６から画像信号を出力する。

【００２４】主制御系３４はコントロールユニット３３
から出力される画像信号に対して、例えばテンプレート
マッチング等の画像処理を行って試料１０の欠陥の有無
を判断する。また、主制御系３４は一次光学系制御部３
５及び二次光学系制御部３６に制御信号を出力して一次
光学系１９及び二次光学系２０の光学特性の制御及びイ
ー・クロス・ビー８の電磁界制御を行う。尚、コントロ
ールユニット３３から主制御系３４へ出力される画像信
号をＣＲＴ（Cathod Ray Tube）等の表示装置へ表示
させれば試料１０の像は表示装置へ表示されることにな
る。更に、主制御系３４は送光系３７ａ及び受光系３７
ｂからなるＺセンサに制御信号を出力し、試料１０のＺ
軸方向における位置座標を計測する。更に、主制御系３
４は試料１０のチャージアップ量（試料の蓄積荷電量に
応じた試料の表面電圧分布）を間接的に計測する。

【００２５】ここで、送光系３７ａ及び受光系３７ｂか
らなるＺセンサの構成について説明する。本実施形態の
荷電粒子ビーム欠陥検査装置が備えるＺセンサは、試料
１０に対して斜め方向から照明光を照射して試料１０の
Ｚ軸方向の位置を検出するものである。図２は、本発明
の一実施形態による荷電粒子ビーム欠陥検査装置が備え
るＺセンサの構成を示す側面図である。図２に示したよ
うに、送光系３７ａは光源５０、照明レンズ５１、送光
スリット５２、平行平面板５３、及び投影レンズ５４か
らなる。また、受光系３７ｂは集光レンズ５５、振動ミ
ラー５６、平行平面板５７、受光スリット５８、及びシ
リコン・フォト・ダイオード５９からなる。図２におい
て光源５０から射出された照明光は照明レンズ５１を透
過した後、送光スリット５２を照明する。送光スリット
５２を通過した照明光は、平行平面板５３及び投影レン
ズ５４を順に通過して不図示の真空窓を介して試料１０
を斜め方向から照明して送光スリット５２のスリット像
を形成する。ここで、平行平面板５３は図２中Ｙ軸に平
行な回転軸を中心に回転自在に構成されており、光源５
０から射出された照明光の進行方向をシフトするために
配置される。平行平面板５３の回転角、即ち照明光のシ
フト量は制御部６０により制御される。尚、試料１０に
照射される照明光の入射角θは、試料１０の物体面を確
実に捉え、高い検出感度を得るために７０度以上に設定
される。

【００２６】試料１０の表面における反射光は不図示の
真空窓を介して集光レンズ５５で集光された後、振動ミ
ラー５６に入射する。振動ミラー５６は図中Ｙ軸方向に
平行な軸を中心として一定周期で振動している。振動ミ
ラー５６により反射された光は平行平面板５７を透過し
て受光スリット５８に至り、受光スリット５８を通過し
た光のみがシリコン・フォト・ダイオード５９に入射
し、その光量が検出される。シリコン・フォト・ダイオ
ード５９の検出結果は制御部６０へ出力され、試料１０
のＺ方向の変位量が求められる。この変位量は図１に示
した主制御系３４へ出力される。ここで、平行平面板５
７は前述の平行平面板５３と同様に、図中Ｙ軸に平行な
回転軸を中心に回動自在に構成されており、試料１０に
よって反射された照明光の進行方向をシフトするために
配置され、そのシフト量は制御部６０により制御され
る。

【００２７】次に、以上の構成におけるＺセンサの計測
原理について説明する。図３は、Ｚセンサの計測原理を
説明するための図である。いま、試料１０の物体面の位
置が図３中のＺ１の位置にあるとし、このとき入射角θ
で入射する照明光Ｔは試料１０の物体面で反射され、反
射光Ｔ１となる。次に、試料１０のＺ位置がΔＺだけ変
位し、物体面が図３中のＺ２の位置になり、試料１０の
物体面において反射される光は反射光Ｔ２になったとす
る。このとき送光スリット５２のスリット像が形成され
る位置がΔＸだけ移動し、反射光Ｔ２は反射光Ｔ１に対
して横方向の変位ｈを有する。この変位は幾何学的に求
めることができ、以下の（１）式で表される ｈ＝２・ΔＺ・ｓｉｎθ ・・・（１） 従って、前記（１）式から明らかなように、変位ｈを計
測することで試料１０のＺ軸方向の変位ΔＺを求めるこ
とができる。ここで、前述したように平行平面板５３，
５７を回転させることにより照明及び試料１０表面の反
射光の光路をシフトさせたとき、シリコン・フォト・ダ
イオード５９が検出する試料１０のＺ軸方向の位置が変
化する。よって、平行平面板５３，５７を回転させる際
に以下の（２），（３）式を共に満足するように制御す
ることで、試料１０がＺ軸方向に変位しても送光スリッ
ト５２のスリット像の検出位置の変位ΔＸを生じずに試
料１０のＺ軸方向の位置を計測することができる。

【００２８】ｈ／２＝ｈ１・Ｍ１ ・・・（２） ｈ／２＝ｈ２・Ｍ２ ・・・（３） ここで、ｈ１：投影光学系の平行平面板５３の回転によ
る照明光の平行シフト量 ｈ２：集光光学系の平行平面板５７の回転による反射光
の平行シフト量 Ｍ１：送光スリット５２から試料１０までの光学系の倍
率の逆数 Ｍ２：試料１０から受光スリット５８までの光学系の倍
率の逆数 である。尚、前記（２），（３）式におけるｈ／２は、
２つの平行平面板５３，５７を同時に回転させ、試料１
０上における送光スリット５２のスリット像の位置を変
動させないための条件である。

【００２９】ここで、前述したように、シリコン・フォ
ト・ダイオード５９は振動ミラー５６の回転角と受光ス
リット５８のスリット幅によって決定される信号、つま
りいわゆる光電顕微鏡の原理による信号を検出すること
になる。この検出信号により制御部６０によって受光ス
リット５８上の光の横方向の変位を求める。次に、この
変位置から平行平面板５３，５７がある角度で配置され
たときの光のシフト量を差し引いて、更に集光レンズ５
５の倍率Ｍ２分を加味することで試料１０のＺ軸方向の
位置を検出する。そして、制御部６０にて平行平面板５
３，５７の回転による試料１０上でのＺ軸方向の変位置
を求め、この変位量を先にシリコン・フォト・ダイオー
ド５９にて求めた変位量に加算して、最終的に試料１０
のＺ方向の変位量を算出する。算出した変位量は図１中
の主制御系３４へ出力され。試料１０のＺ軸方向の位置
調整等の処理を行う。

【００３０】図１に戻り、４２は試料１０に対して負の
電圧を設定する可変電源であり、試料１０の設定電圧は
主制御系３４によって制御される。ここで、試料１０を
負の電圧に設定するのは、一次電子ビームＢ１を試料１
０に照射したときに放出される二次電子ビームＢ２を対
物レンズ８の方向、つまり−Ｚ方向へ加速させるためで
ある。また、主制御系３４には制御装置４３が接続され
る。この制御装置４３は、一次光学系１９の焦点位置を
制御する、試料１０のＺ軸方向の位置情報、試料１０に
設定した負の電圧、及びマルチ検出器から画像形成回路
３３は主制御系３４の制御により画像信号を形成する。

【００３１】この記憶装置４３を設ける理由は、試料１
０にチャージアップが生じている場合であっても、チャ
ージアップに起因する一次電子ビームＢ１の焦点位置の
ずれの補正量を求め、マルチ検出器１４，１５，１６の
検出面に二次電子ビームを結像させて試料１０上に生じ
た欠陥を検出することができる程度の鮮明な画像を得る
ためである。このために、本実施形態においては、試料
１０の観察及び欠陥検査を行う前に、チャージアップの
量に応じた焦点位置のずれを示すマップ（以下、電圧マ
ップと称する）を作成する。ここで、電圧マップは焦点
位置のずれ量を直接記憶することができればそのまま記
憶することが好ましい。しかしながら、本実施形態にお
いては、焦点位置のずれを一次光学系１９に印加する電
圧又は試料１０に印加する電圧により制御しているた
め、電圧マップには焦点位置を調整するために必要な電
圧が記憶される。この電圧マップの作成方法及び作成し
た電圧マップに基づいて焦点位置を補正する際の動作の
詳細については後述する。

【００３２】次に、チャンバー３０内の構成について説
明する。チャンバー３０の内部には、試料１０を載置し
た状態でＸＹ平面内で移動自在に構成されたＸＹステー
ジ３８が配置されている。ＸＹステージ３８上の一端に
はＬ字型の移動鏡３９が取り付けられ、移動鏡３９の鏡
面に対向した位置にレーザ干渉計４０が配置されてい
る。図１では簡略化して図示しているが、移動鏡３９は
Ｘ軸に垂直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反
射面を有する平面鏡より構成されている。また、レーザ
干渉計４０は、Ｘ軸に沿って移動鏡３９にレーザビーム
を照射する２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿っ
て移動鏡３９にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ
干渉計より構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及び
Ｙ軸用の１個のレーザ干渉計により、ＸＹステージ３８
のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個
のレーザ干渉計の計測値の差により、ＸＹステージ３８
のＸＹ平面内における回転角が計測される。

【００３３】レーザ干渉計４０の計測結果は主制御系３
４に出力され、主制御系３４はこの計測結果に基づいて
駆動装置４１に対して制御信号を出力し、ＸＹステージ
３８のＸＹ平面内における位置を制御する。また、図示
は省略しているが、ＸＹステージ３８以外に試料１０の
Ｚ軸方向の位置を変化させることができるＺステージや
試料１０の物体面のＸＹ平面に対する傾斜を制御するチ
ルトステージを設けることが好ましい。尚、本実施形態
においては、理解を容易にするため、試料１０の一例と
して図４に示した試料１０を考える。図４は、試料１０
の一例を示す上面図である。図４に示した試料１０は半
導体ウェハであり、試料１０の物体面１０ａには複数の
ショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，〜，ＳＡｎ（ｎは自然
数）が設定されているとする。そして、各々のショット
領域ＳＡ１〜ＳＡ２には同一のパターンが形成されてい
るとする。

【００３４】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置の構成について説明したが、次に本
発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠陥検査装置の
一次電子ビームＢ１と二次電子ビームＢ２の軌道につい
て概略を説明する。図１で本発明の一実施形態による荷
電粒子ビーム欠陥検査装置のマルチビームＢ１の主光線
の軌道が破線で示されている。熱電子放出型電子銃１か
ら放出された一次電子ビームＢ１は、図１に示したよう
に照射レンズ２，４，６，８によって形成された電場の
影響を受けて集束及び発散される。ここで、熱電子放出
型電子銃１が有するマルチ突起を有する形状のチップの
突起の並び方向をｘ軸方向に設定し、それに直角の方向
をｙ軸方向に設定する。カソードの突起方向に放出され
た電子ビームはコンデンサレンズ２で集束され、マルチ
開口板３を通過してマルチビームとなる。

【００３５】レンズ４による集束作用を受けた後、マル
チビームＢ１はイー・クロス・ビー９に入射する。イー
・クロス・ビー９を通過したマルチビームＢ１は開口絞
り７に達し、この位置で熱電子放出型電子銃１０のクロ
スオーバーの像を形成する。開口絞り７を通過したマル
チビームＢ１は、対物レンズ８による作用を受けて、試
料１０を照射する。

【００３６】試料１０にマルチビームＢ１が照射される
と、試料１０からは試料１０の表面形状、材質分布、電
位の変化等に応じた分布の二次電子ビームＢ２及び反射
電子ビームが発生する。このうち、主に二次電子ビーム
Ｂ２が観察用電子ビームとなる。前述したように、二次
電子ビームＢ２の初期エネルギーは低く、０．５〜２ｅ
Ｖ程度である。

【００３７】次に、試料１０から発生した二次電子ビー
ムＢ２の軌道について説明する。図１で、本発明の一実
施形態による荷電粒子ビーム欠陥検査装置の二次電子ビ
ームＢ２の軌道は実線で示されている。尚、図１におい
ては理解を容易にするため、二次光学系２０が備える部
材の一部の図示を省略している。

【００３８】試料１０から放出された二次電子ビームＢ
２は、二次光学系２０が備える対物レンズ８、開口絞り
７、イー・クロス・ビー９を順に通過する。二次電子ビ
ームＢ２がイー・クロス・ビー９を通過するとき３５°
Ｙ軸方向へ偏向される。図１では二次光学系については
ＹＺ面について示されている。結像レンズ１１によって
収束され、試料１０の像をマルチ開口絞り１３の位置に
結像する。マルチ開口絞り１３を通過した二次電子ビー
ムＢ２は電子ビーム検出器１４，１５，１６で検出され
る。ここでマルチビームＢ１の間隔は二次光学系の分解
能より若干大きい間隔で照射される。従って一つのマル
チビームから放出された二次電子が隣の検出器に入る恐
れがない様に設計される。なお、マルチビーム間は走査
を行う事により、全面を観察する事ができる。

【００３９】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置の構成について説明したが、次に前
記構成における本発明の一実施形態の荷電粒子ビ−ム欠
陥検査装置の焦点位置を合わせる際の動作について図１
を参照して概説する。まず、観察対象の試料１０をロー
ダ（図示省略）上に載置すると、試料１０はローダによ
ってチャンバ３０内に搬送される。試料１０がチャンバ
３０内に搬入されると、ＸＹステージ３８上に載置され
る。試料１０がＸＹステージ３８上に載置されると主制
御系３４は駆動装置４１を介してＸＹステージ３８を駆
動して、試料１０を計測範囲に移動する。試料１０のＸ
Ｙ平面内における移動を終了すると、主制御系３４は二
次光学系２０の倍率を例えば低倍率に設定して広い計測
範囲を確保する。

【００４０】以上の処理が終了すると、主制御系３４は
送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサを制御
して試料１０のＺ軸方向の位置を計測する。主制御系３
４はＺセンサの計測結果に基づいて制御信号を一次光学
系制御部３５へ出力して第１光学系１９の焦点を調整
し、試料１０へマルチビームか焦点を合わせて照射され
る様にする。つまり、試料１０のＺ軸方向の位置に応じ
てマルチビームＢ２の焦点位置は変わるため、Ｚセンサ
にて試料１０のＺ軸方向の位置を計測して第１光学系１
９の焦点を調整する必要がある。

【００４１】そして、主制御系３４は熱電子放出電子銃
１に対して電子の放出を開始させ、一次光学系１９、イ
ー・クロス・ビー９、開口絞り７、及び対物レンズ２１
を介して一次電子ビームＢ１を試料１０の物体面上に照
射し、試料１０の物体面から発生する二次電子ビームＢ
２を二次光学系２０で集光し、その像をマルチ穴検出器
１３の検出面に結像させる。マルチ穴検出器１３を通過
した電子は蛍光体で光に、さらにＰＭＴで画像信号に変
換され、変換された画像信号が画像処理回路３３に入力
される。主制御系３４は入力される画像に基づいてテン
プレートマッチング等の画像処理を行って欠陥の有無の
判断を行う。

【００４２】試料１０を拡大して観察する場合には、主
制御系３４は一次光学系制御部３５に対して制御信号を
出力してマルチビームの走査幅を小さくする。このとき
も主制御系３４はＺセンサの計測結果に基づいて一次光
学系１９の焦点を調整して試料１０への一次電子ビーム
Ｂ１の焦点位置を試料面１０に設定する。このように、
通常は試料１０のＺ軸方向の位置ずれに起因する焦点位
置のずれを補正して試料１０の物体面の観察及び欠陥検
査が行われる。

【００４３】ところで、マルチビームＢ１を試料に照射
することにより試料１０にチャージアップが生じている
場合には、試料１０への一次電子ビームＢ１のランディ
ングエネルギーが、チャージアップが生じていない場合
の試料１０への一次電子ビームＢ１のランディングエネ
ルギーよりも大であるため、試料１０のＺ軸方向の位置
ずれに起因する焦点位置のずれを補正したとしても一次
電子ビームＢ１の像の位置、つまり焦点位置はずれる。
よって、この焦点位置のずれを調整するためには試料１
０のチャージアップ量に応じたずれ量を検出し、このず
れ量の分だけ一次電子ビームＢ１の焦点位置を調整すれ
ばよい。

【００４４】また、可変電源４２を制御することにより
チャージアップが生じている際の試料１０への一次電子
ビームＢ１のランディングエネルギーの値を、チャージ
アップが生じていない場合における試料１０への一次電
子ビームＢ１のランディングエネルギーの値と等価にす
ることで、チャージアップが生じていない場合における
試料１０への一次電子ビームＢ１のランディングエネル
ギーの値と等価になるので、対物レンズに印加する電圧
はＺセンサの計測結果のみに基づいて行えば良いことに
なる。

【００４５】チャージアップ量に応じた一次電子ビーム
Ｂ１の焦点位置のずれ量を調整するためには予め試料１
０のチャージアップ量と一次電子ビームＢ１の焦点位置
のずれ量が分からなければならない。このため、本実施
形態においては試料１０の観察及び欠陥検査を行う前
に、予めチャージアップの量に応じた一次電子ビームＢ
１の焦点位置のずれを示す電圧マップを作成している。
チャージアップ量は試料１０の表面形状、材質分布、電
位の変化等によって変化するが、その平均値を試料１０
全体のチャージアップ量として電圧マップを作成しても
良い。

【００４６】また、図４に示したように、物体面１０a
に複数のショット領域ＳＡ１〜ＳＡｎが形成された試料
１０の場合には、１つのショット領域（例えば、ショッ
ト領域ＳＡ１）に対する電圧マップを作成し、その電圧
マップを他のショット領域を計測する際の焦点位置調整
に用いても良い。また、通常、半導体素子の製造にあた
っては複数枚のウェハがロット単位で処理される。よっ
て、予め作成した電圧マップは同一ウェハ内の複数のシ
ョット領域を計測する際の焦点位置調整に用いるのみな
らず、同一パターンがショット領域に形成された他のウ
ェハの計測を行うときにも前記の電圧マップを用いるよ
うにしても良い。 ［電圧マップの第１作成方法］次に、電圧マップの作成
方法について説明する。図５は、電圧マップの第１作成
方法を示すフローチャートである。電圧マップの第１の
作成方法は、図１に示した荷電粒子ビーム欠陥検査装置
が試料１０をＺ軸方向に移動させることが可能なＺステ
ージを有する場合についての電圧マップの作成方法であ
る。電圧マップの作成が開始されると、まず１つのショ
ット領域内に計測範囲が配置されるよう試料１０のＸＹ
面内における位置及び一次光学系１９の合焦条件を設定
し、試料１０に所定の負の電圧を印加する。次に、送光
系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサを用いて試
料１０のＺ軸方向の位置を計測し（ステップＳ１）、こ
の計測結果に基づいて主制御系３４が駆動装置４１を介
してＺステージを駆動して試料１０を予め設定されたＺ
位置に配置させる（ステップＳ２）。試料１０を予め設
定されたＺ位置に配置した後、主制御系３４は試料１０
にチャージアップが生じていないとした場合において、
試料１０に合焦される対物レンズ８に印加する電圧を調
整する（ステップＳ３）。

【００４７】試料１０にチャージアップが生じている場
合には、かかる調整を行っても一次電子ビームＢ１の焦
点位置はずれている。そこで、例えばマルチ検出器１
４，１５，１６からコントロールユニット３３を介して
主制御系３４に入力される画像信号をモニタしながら対
物レンズ８に印加する電圧を微調整してマルチビームＢ
１の焦点位置を調整する（ステップＳ４）。ここで、マ
ルチビームＢ１の焦点位置を調整するために対物レンズ
８に印加した電圧が、試料１０が配置されているＺ位置
における電圧マップとなる。作成された電圧マップは、
主制御系３４が記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ
５）。以上の処理を行うことにより、図１に示した荷電
粒子ビーム欠陥検査装置が試料１０をＺ軸方向に移動さ
せることが可能なＺステージを有する場合についての電
圧マップが作成される。 ［電圧マップの第２作成方法］以上説明した電圧マップ
の第１作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥検査装置がＺス
テージを有し、試料１０のＺ軸方向の位置を可変するこ
とができる場合の電圧マップの作成方法である。しかし
ながら、試料１０が載置されるＸＹステージ３８等のス
テージはチャンバ３内、即ち真空中に配置されているた
め、チャンバ３内における構造の簡略化の要請からＺス
テージを設けない場合がある。このような場合にＸＹス
テージ３８の平坦性が悪かったり、観測対象の試料１０
に反りが生じているときには、ＸＹステージ３８をＸＹ
平面内に移動させるだけで試料１０のＺ軸方向における
位置が変化する。

【００４８】かかる場合には、まず送光系３７ａ及び受
光系３７ｂからなるＺセンサを用いて試料１０のＺ軸方
向の位置を計測し、この計測結果に基づいて主制御系３
４が対物レンズ８に印加する電圧を制御して、試料１０
のＺ軸方向の位置に応じたマルチビームＢ１の焦点位置
合わせを行い、マルチビームＢ１の焦点位置合わせを行
えば良いと考えられる。ここで、マルチビームＢ１の焦
点位置合わせのために対物レンズ８に印加させる電圧
は、試料１０のＺ軸方向の位置ずれに起因する電圧の変
化量と、チャージアップに起因する電圧の変化量とを合
わせた電圧である。

【００４９】よって、例えば同じＺ位置に配置されたチ
ャージアップ量が異なる２つの試料へのマルチビームＢ
１の焦点位置を共に試料面に合わせるためには、対物レ
ンズ８に印加する電圧を、試料１０のＺ軸方向の位置ず
れに起因する電圧変化量と、チャージアップに起因する
電圧変化量とを合わせた電圧変化量とに分離する必要が
ある。換言すると、これらの電圧を合わせた電圧を電圧
マップとして作成してもチャージアップ量に応じた焦点
位置を補正する電圧マップとしての意味がなく、これら
の電圧を分離した電圧マップを作成しないとチャージア
ップ量に応じた焦点位置の調整を行うことはできない。

【００５０】以下に説明する電圧マップの第２作成方法
は、荷電粒子ビーム欠陥検査装置がＺステージを備えな
いために試料１０のＺ軸方向の位置を可変させることが
できない場合における電圧マップの作成方法である。図
９は、電圧マップの第２作成方法を示すフローチャート
である。電圧マップの作成が開始されると、まず１つの
ショット領域内部に計測範囲が配置されるよう試料１０
のＸＹ面内における位置及び対物レンズ８の電圧を設定
し、試料１０に所定の負の電圧を印加して電圧マップ作
成の準備を行う。

【００５１】次に、主制御系３４は試料１０にチャージ
アップが生じていないとした場合において、試料１０に
マルチビームＢ１が結像するよう対物レンズ８に印加す
る電圧を設定する（ステップＳ１０）。この設定処理が
終了すると、主制御系３４は駆動装置４１を介してＸＹ
ステージ３８を駆動して試料１０をＸＹ平面内において
移動させつつ送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺ
センサを用いて試料１０のＺ軸方向の位置を計測する。
そして、主制御系３４は二次光学系２０に印加している
電圧、Ｚセンサにて計測された試料１０のＺ軸方向の位
置、及び検出器郡１４，１５，１６からコントロールユ
ニット３３を介して主制御系３４に入力される画像信号
を対応させて記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ１
１）。

【００５２】次に、主制御系３４は、試料１０を移動さ
せる範囲全てについて移動処理が終了したか否かを判断
する（ステップＳ１２）。試料１０を移動させる範囲
は、試料１０の物体面１０ａに複数のショット領域（図
４参照）が形成されている場合には、例えば１つのショ
ット領域に設定される。試料１０を移動させる範囲の残
りがあると判断された場合（ステップＳ１２の判断結果
が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ１１に戻り、
試料１０の移動を行いつつＺセンサにて試料１０のＺ軸
方向の位置が計測され、対物レンズ８に印加している電
圧、試料１０のＺ軸方向の位置、及び画像信号を対応さ
せて記憶装置４３に記憶させる処理が繰り返し行われ
る。

【００５３】一方、設定された移動範囲全てに亘って移
動処理が終了したと判断された場合（ステップＳ１２の
判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、主制御系３４
は、二次光学系２０に印加する電圧を制御して二次電子
ビームＢ２の焦点位置を変更する（ステップＳ１３）。
ここで、マルチビームＢ１の焦点位置を変更する量は、
予め対物レンズ８の焦点深度をシミュレーションにて求
めておき、求めた焦点深度に応じて設定する。尚、電圧
マップの第２作成方法においては、マルチビームＢ１の
焦点位置の調整は、図１中の対物レンズ８に印加する電
圧及びイー・クロス・ビー９に印加する電圧又は電流を
ともに制御しながら行う。

【００５４】マルチビームＢ１の焦点位置が変更される
と、予め設定された焦点を可変する範囲全てに亘って焦
点を可変する処理が終了したか否かが判断される（ステ
ップＳ１４）。焦点を可変する範囲がまだあると判断さ
れた場合（ステップＳ１４における判断結果が「ＹＥ
Ｓ」である場合）にはステップＳ１１に戻り、前述した
処理が繰り返される。ステップＳ１４からステップＳ１
１に処理が戻る場合には、ステップＳ１３にてマルチビ
ームＢ１の焦点位置が変更されているので、ステップＳ
１１において記憶装置４３に記憶される対物レンズ８に
印加している電圧の値は異なった値となる。ステップＳ
１４において、予め設定された焦点を可変する範囲全て
に亘って焦点を可変する処理が終了したと判断された場
合（ステップＳ１４における判断結果が「ＮＯ」である
場合）には処理ステップＳ１５へ進む。

【００５５】ステップＳ１５では、主制御系３４は以上
の処理で記憶装置４３に記憶した画像信号に対して画像
処理を施し、ショット領域全面において焦点があった画
像信号抽出する処理が行われる。この処理では、例えば
信号のコントラストに基づいて焦点が合っているか否か
が判断される。そして、主制御系３４は抽出した画像信
号に対応して記憶されている対物レンズ８の印加電圧と
Ｚセンサの計測結果とを取得する（ステップＳ１６）。

【００５６】次に、主制御系３４は、ステップＳ１６に
て取得したＺセンサの計測結果で示される位置に試料１
０が配置されている場合に、試料１０にチャージアップ
が生じていないと仮定したときにマルチビームＢ１を試
料面に焦点を合わせることができる対物レンズ８に印加
する電圧をシミュレーションにより算出する（ステップ
Ｓ１７）。そして、ステップＳ１６の処理にて焦点が合
った画像信号に対応して記憶されている対物レンズ８の
印加電圧とステップＳ１７でシミュレーションによって
算出した印加電圧との差を電圧マップとして記憶装置４
３に記憶させる（ステップＳ１８）。

【００５７】以上の処理を行うことにより、試料１０の
Ｚ軸方向の位置ずれに起因する焦点位置のずれと試料１
０に生じているチャージアップに起因する焦点位置のず
れとを分離することができる。よって試料１０のチャー
ジアップ量に応じた焦点位置のずれを補正するための電
圧マップが作成される。このようにして生成された電圧
マップは図１に示した荷電粒子ビーム欠陥検査装置が試
料１０をＺ軸方向に移動させるＺステージを有しない場
合について用いることができる。 ［電圧マップの第３作成方法］以上説明した電圧マップ
の第２作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥検査装置がＺス
テージを備えない場合であって、マルチビームＢ１の焦
点位置を対物レンズ８に印加する電圧を制御するときに
用いる電圧マップの作成方法であった。電圧マップの第
３作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥検査装置がＺステー
ジを備えない点において電圧マップの第２作成方法の場
合と同様であるが、可変電源４２を制御して試料１０に
印加する負の電圧を変えることによりマルチビームＢ１
の焦点位置を変化させて電圧マップを作成している点に
おいて異なる。以下、電圧マップの第３作成方法につい
て説明する。

【００５８】図７は、電圧マップの第３作成方法を示す
フローチャートである。電圧マップの作成が開始される
と、１つのショット領域内部に計測範囲が配置されるよ
う試料１０のＸＹ面内における位置及び対物レンズ８の
電圧を設定して電圧マップ作成の準備を行う。次に、主
制御系３４は試料１０にチャージアップが生じていない
とした場合において試料１０に印加する電圧を設定する
（ステップＳ２０）。次に、主制御系３４は駆動装置４
１を介してＸＹステージ３８を駆動して試料１０をＸＹ
平面内において移動させつつ送光系３７ａ及び受光系３
７ｂからなるＺセンサを用いて試料１０のＺ軸方向の位
置を計測する。

【００５９】そして、主制御系３４は試料１０にチャー
ジアップが生じていないと仮定した場合に、Ｚセンサの
計測結果に試料１０が配置されたときにマルチビームＢ
１を試料面に焦点を合わせることができる電圧を対物レ
ンズ８に印加してマルチビームの焦点位置を設定する
（ステップＳ２１）。この処理は、試料１０のＺ軸方向
の位置ずれに起因する焦点位置のずれの影響を除くため
に行われる処理である。尚、この処理を行っても試料１
０にチャージアップが生じているため、試料面にマルチ
ビームＢ１の焦点位置が配置されるとは限らない。

【００６０】次に、主制御系３４は、試料１０に印加し
た電圧と、撮像素子３２からコントロールユニット３３
を介して主制御系３４に入力される画像信号とを対応さ
せて記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ２２）。ス
テップＳ２２の処理が終了すると、主制御系３４は、試
料１０を移動させる範囲全てについて移動処理が終了し
たか否かを判断する（ステップＳ２３）。試料１０を移
動させる範囲は、試料１０の物体面１０ａに複数のショ
ット領域（図４参照）が形成されている場合には、例え
ば１つのショット領域に設定される。試料１０を移動さ
せる範囲の残りがあると判断された場合（ステップＳ２
３の判断結果が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ
２１に戻り、前述した処理が繰り返し行われる。

【００６１】一方、設定された移動範囲全てに亘って移
動処理が終了したと判断された場合（ステップＳ２３の
判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、主制御系３４
は、可変電源４２を制御して、試料１０に印加する電圧
を僅かに偏向して、マルチビームＢ１の焦点位置を変え
る（ステップＳ２４）。前述した電圧マップの第２作成
方法では、マルチビームＢ１の焦点位置を対物レンズ８
に印加する電圧を制御することにより変えており、イー
・クロス・ビー９におけるウィーン条件を満足させるた
めに、図１中の結像レンズ前群２，４及び結像レンズ後
群８に印加する電圧及びイー・クロス・ビー９に印加す
る電圧又は電流をともに制御しなければならなかった。
これに対し、ステップＳ２４の処理では試料１０に印加
する電圧を偏向してマルチビームＢ１の焦点位置を変え
ているため、イー・クロス・ビー９におけるウィーン条
件はイー・クロス・ビー９に印加する電圧または電流を
制御しなくとも満足されるため、制御が簡単化される。

【００６２】試料１０に印加する電圧を制御してマルチ
ビームＢ１の焦点位置が変更されると、予め設定された
電圧を可変する範囲全てに亘って焦点を可変する処理が
終了したか否かが判断される（ステップＳ２５）。焦点
を可変する範囲がまだあると判断された場合（ステップ
Ｓ２５における判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には
ステップＳ２１に戻り、前述した処理が繰り返される。
ステップＳ２５からステップＳ２１に処理が戻る場合に
は、ステップＳ２４にて試料１０に印加する電圧が変更
されているので、ステップＳ２２において制御装置４３
に記憶される試料１０に印加される電圧の値は異なった
値となる。ステップＳ２５のおいて、予め設定された電
圧を可変する範囲全てに亘って試料１０に印加する電圧
を可変する処理が終了したと判断された場合（ステップ
Ｓ２５における判断結果が「ＮＯ」である場合）には処
理がステップＳ２６へ進む。

【００６３】ステップＳ２６では、主制御系３４は以上
の処理で記憶した画像信号に対して画像処理を施し、シ
ョット領域全面において焦点があった画像信号を抽出す
る処理が行われる。この処理では、電圧マップの第２作
成方法の場合と同様に例えば信号のコントラストに基づ
いて焦点が合っているか否かが判断される。そして、主
制御系３４は抽出した画像信号に対応して記憶されてい
る試料の印加電圧を取得し（ステップＳ２７）、ここで
取得した試料１０の印加電圧と、試料１０にチャージア
ップが生じていない場合における試料１０の印加電圧と
の差を電圧マップとして記憶させる（ステップＳ２
８）。

【００６４】以上の処理を行うことにより、試料１０の
Ｚ軸方向の位置ずれに起因する焦点位置のずれと試料１
０に生じているチャージアップに起因する焦点位置のず
れとを分離することができる。よって試料１０のチャ−
ジアップ量に応じた焦点位置のずれを補正するための電
圧マップが作成される。このようにして生成された電圧
マップは図１に示した荷電粒子ビーム欠陥検査装置が試
料１０をＺ軸方向に移動させるＺステージを有しない場
合について用いることができる。以上、電圧マップの作
成方法について説明したが、次に作成した電圧マップを
用いて試料１０のチャージアップに起因するマルチビー
ムＢ１の焦点位置ずれを補正する際の動作について説明
する。 ［第１作成方法により作成された電圧マップを用いた焦
点位置の補正］まず、１つのショット領域内に計測範囲
が配置されるよう試料１０のＸＹ面内における位置及び
対物レンズ８の電圧を設定し、試料１０に所定の負の電
圧を印加する。次に、試料１０のＺ軸方向の位置を送光
系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサにより計測
する。この計測結果に基づいて主制御系３４は駆動装置
４１を介してＺステージを駆動して試料１０を予め設定
されたＺ位置に配置させる。

【００６５】試料１０を予め設定されたＺ位置に配置し
た後、主制御系３４は試料１０にチャージアップが生じ
ていないとした場合において、マルチビームＢ１が試料
面に結像するよう対物レンズ８に印加する電圧を調整す
る。次に、主制御系３４は記憶装置４３に記憶されてい
る電圧マップを読み出して、この電圧マップに基づいて
対物レンズ８に印加する電圧を調整してマルチビームＢ
１の焦点位置を試料面に配置して、二次電子ビームＢ２
の像を検出面に結像させ、焦点位置のあった像を得る。 ［第２作成方法により作成された電圧マップを用いた焦
点位置の補正］まず、第１作成方法により作成された電
圧マップを用いて補正を行う場合と同様に、１つのショ
ット領域内に計測範囲が配置されるよう試料１０のＸＹ
面内における位置及び対物レンズ８の電圧を設定し、試
料１０に所定の負の電圧を印加する。次に、試料１０の
Ｚ軸方向の位置を送光系３７ａ及び受光系３７ｂからな
るＺセンサにより計測する。この計測結果に基づいて主
制御系３４は、試料１０にチャージアップが無いとした
場合においてマルチビームＢ１の焦点位置が試料面上に
配置されるよう対物レンズ８に印加する電圧を設定す
る。

【００６６】そして、記憶装置４３から電圧マップを読
み出して対物レンズ８に印加する電圧を調整してマルチ
ビームＢ１の焦点位置を試料面に配置して、二次電子ビ
ームＢ２の像を検出面に結像させ、焦点位置のあった像
を得る。 ［第３作成方法により作成された電圧マップを用いた焦
点位置の補正］最初に、１つのショット領域内に計測範
囲が配置されているよう試料１０のＸＹ面内における位
置及び一次光学系１９の走査幅を設定し、Ｚセンサにて
試料１０のＺ軸方向の位置を計測する。そして、試料１
０にチャージアップが生じていないと仮定した場合に、
Ｚセンサの計測結果に試料１０を配置したときにマルチ
ビームＢ１を試料面に焦点を合わせることができる電圧
を対物レンズ８に印加してマルチビームＢ１の焦点位置
を設定する。

【００６７】次に、主制御系３４は記憶されている電圧
マップを読み出して、試料１０にチャージアップが生じ
ていない場合において試料１０に印加する電圧を記憶装
置から読み出した電圧マップで補正した値の電圧を試料
１０に印加することにより二次電子ビーム３４の焦点位
置を補正する。尚、第３作成方法により作成された電圧
マップを用いて焦点位置を補正する場合には、試料１０
に印加する電圧を補正して試料１０へのマルチビームＢ
１のランディングエネルギーを調整し、その結果として
マルチビームＢ１の焦点位置を補正している。よって、
イー・クロス・ビー９におけるウィーン条件は満足され
るため、制御を簡単化することができる。尚、観察を行
ったショット領域以外のショット領域を観察する場合に
も、以上説明した第１〜第３作成方法により作成された
電圧マップ各々を用いて各々の方法により焦点位置の調
整を行って観察を行う。

【００６８】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置について説明したが、本発明は前記
実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に
変更が可能である。例えば、前述の電圧マップの第１作
成方法においては、対物レンズに印加する電圧を制御す
ることによって電圧マップを作成するとともに、マルチ
ビームＢ１の焦点位置の補正を行っていたが、試料１０
に印加する電圧に関する電圧マップを作成するようにし
てもよい。また、前記実施形態においては、試料１０上
に複数のショット領域が設定されており、１つのショッ
ト領域に対して電圧マップを生成する場合について説明
したが、低倍率の観察を行う場合には試料１０のチャー
ジアップ量の平均値を試料１０全体のチャージアップ量
として電圧マップを作成するとともに、この電圧マップ
に基づいて焦点位置の補正を行うようにしても良い。

【００６９】また、前記実施形態においては、イー・ク
ロス・ビー９を用いて一次電子ビームＢ１を直進試料１
０に照射させ、試料１０から発生した二次電子ビームＢ
２を偏向させる場合について説明した。しかしながら、
本発明はこれに限られず、一次電子ビームＢ１を偏向さ
せて、二次電子ビームＢ２を直進させる電磁プリズムを
用いても良い。また本実施形態では、電子ビームを用い
た荷電粒子線写像投影光学系について示したが、電子ビ
ームの代わりにイオンビームを用いた荷電粒子線写像投
影光学系としても良い。更に、本実施形態のマルチビー
ム光学系は、線源からの電子ビームにて試料の物体面を
複数のビームで照明し像面へ結像する、いわゆるマルチ
ビームの荷電粒子線光学系であり、観察装置及び検査装
置の単体装置としてではなく、半導体露光装置等にも簡
単に応用することができる。更に、本実施形態において
は、物体の蓄積荷電に起因する焦点位置ずれの補正に関
して説明を行ってきたが、物体の表面電圧分布を検出す
ることにより、そのデータを像歪の解析やその補正にも
利用することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の第１の
観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置によれば、一次
ビームを物体に照射した際に生ずる物体の蓄積荷電量に
応じた物体の表面電圧分布を検出手段によって検出して
いるため、物体の蓄積荷電に起因して生ずる諸問題（焦
点位置のずれ、像歪等）を解決する情報が得られるとい
う効果がある。

【００７１】本発明の第２の観点による荷電粒子ビーム
欠陥検査装置によれば、焦点ずれ量検出手段によって、
物体上に一次ビームを照射した際に生ずる蓄積荷電量に
応じた検出面における二次ビームの焦点ずれ量を予め検
出し、焦点制御手段がこの検出された焦点ずれ量に応じ
て一次ビームの焦点位置を補正している。よって、物体
に蓄積荷電が生じた場合であっても物体の像を合焦した
状態で観察することができるため、焦点のあった鮮明な
観察を行うことができるとともに、高精度の欠陥検査を
行うことができるという効果がある。

【００７２】また、本発明の第３の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置によれば、予め物体の蓄積荷電に起
因する一次電子ビームの焦点ずれ量を記憶手段に記憶
し、物体の観察を行う際に記憶手段に記憶した焦点ずれ
量を読み出して一次ビームの焦点位置を制御するように
している。よって、例えば物体が半導体基板であり、そ
の表面には同一のパターンが形成された複数のショット
領域が設定されている場合には各々のショット領域毎の
一次電子ビームの焦点ずれ量を検出する必要がなく、１
つのショット領域に対してのみ焦点ずれ量を検出すれば
よい。また、各々のショット領域の観察を行う場合に
は、記憶された共通の焦点ずれ量を用いて焦点位置を制
御すれば良いためスループット、即ち単位時間に観察す
ることができる物体の数を高くすることができるという
効果がある。また、同一の処理工程を経た複数の物体、
例えば１ロット内の複数枚の基板を観察する場合にも物
体毎に焦点ずれ量を検出することがないため、複数の物
体を観察する場合においてもスループットの向上に資す
ることができるという効果がある。

【００７３】また、本発明の第４の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置によれば、物体に生ずる蓄積荷電に
起因する一次電子の焦点ずれ量を補正するのみならず、
物体の高さ位置を検出し、検出された高さも考慮して一
次ビームの焦点位置を制御している。よって、例えば物
体に反りが生じている場合においても物体の像を合焦し
た状態で観察することができるため、焦点のあった鮮明
な観察を行うことができるとともに、高精度の欠陥検査
を行うことができる。

【００７４】また、本発明の第５の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置によれば、検出された物体の高さと
検出された焦点ずれ量とを対応させて記憶し、観察を行
う際にはこれらの双方に基づいて一次ビームの焦点位置
を制御するようにしているので、例えば物体に反りが生
じている場合においても焦点のあった鮮明な観察を高い
スループットで行うことができるという効果がある。

【００７５】また、本発明の第７の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置によれば、写像電子光学系の複雑な
制御を行わずとも、単に物体に印加する電圧を変えるだ
けで一次ビームの焦点位置を制御することができるの
で、一次電子ビームの焦点位置の制御が容易になり、そ
の結果としてスループットの向上が期待できるとともに
焦点のあった鮮明な観察及び高精度の欠陥検査を容易に
行うことができるという効果がある。

【００７６】また、本発明の第８の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置によれば、予め物体の蓄積荷電に起
因する一次電子ビームの焦点ずれ量を記憶手段に記憶
し、物体の観察を行う際に記憶手段に記憶した焦点ずれ
量を読み出して物体に印加する電圧を制御して一次ビー
ムの焦点位置を制御するようにしている。よって、第３
の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置と同様に、例
えば物体が半導体基板であり、その表面には同一のパタ
ーンが形成された複数のショット領域が設定されている
場合には各々のショット領域毎の一次電子ビームの焦点
ずれ量を検出する必要がなく、１つのショット領域に対
してのみ焦点ずれ量を検出すればよい。また、各々のシ
ョット領域の観察を行う場合には記憶された共通の焦点
ずれ量を用いて焦点位置を制御すれば良いためスループ
ット、即ち単位時間に観察することができる物体の数を
高くすることができるという効果がある。また、同一の
処理工程を経た複数の物体、例えば１ロット内の基板を
観察する場合にも物体毎に焦点ずれ量を検出することが
ないため、複数の物体を観察する場合においてもスルー
プットの向上に資することができるという効果がある。

【００７７】また、本発明の第９の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置及び第１０の観点による荷電粒子ビ
ーム欠陥検査装置によれば、高さ検出手段によって物体
の高さを検出し、物体の高さを考慮して物体の蓄積荷電
に起因する焦点ずれ量を求めている。よって、荷電粒子
ビーム欠陥検査装置の構成の簡略化のため、物体の高さ
位置を変えるステージを有していなくとも、物体の高さ
ずれに起因する焦点ずれ量と物体の蓄積荷電に起因する
焦点ずれ量とを分離して得ているため、物体に蓄積電荷
が生じている場合に、蓄積荷電に起因する焦点ずれ量を
補正する際には極めて好適であるという効果がある。

【００７８】また、本発明の荷電粒子ビーム欠陥検査方
法によれば、上述の本発明の荷電粒子ビーム欠陥検査装
置と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置の構成を示す図である。

【図２】 本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置が備えるＺセンサの構成を示す側面図であ
る。

【図３】 Ｚセンサの計測原理を説明するための図であ
る。

【図４】 試料１０の一例を示す上面図である。

【図５】 電圧マップの第１作成方法を示すフローチャ
ートである。

【図６】 電圧マップの第２作成方法を示すフローチャ
ートである。

【図７】 電圧マップの第３作成方法を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 熱電子放出型電子銃（荷電粒子源） ８ 対物レンズ（照射手段、検出電子光学系） ９ イー・クロス・ビー（照射手段、検出電子光学系） １０ 試料（物体） １３ マルチ開口検出器（電子検出手段） １９ 一次光学系（照射手段） ２０ 二次光学系（検出電子光学系） ３４ 主制御系（検出手段、焦点ずれ量検出手段、焦点
制御手段、合焦位置演算手段） ３７ａ 送光系（高さ検出手段） ３７ｂ 受光系（高さ検出手段） ４２ 可変電源（電圧印加手段） ４３ 記憶装置（記憶手段） ＡＳ 開口絞り（照射手段） Ｂ１ 一次電子ビーム（一次ビーム） Ｂ２ 二次電子ビーム（二次ビーム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｃ ５Ｃ０３３ Ａ Ｈ０１Ｊ 37/21 Ｂ Ｈ０１Ｊ 37/21 37/29 37/29 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｃ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者 浜島 宗樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 中筋 護 東京都大田区羽田旭町11番１号 荏原マイ スター株式会社内 (72)発明者 野路 伸治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 佐竹 徹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 2F067 AA62 CC17 EE00 FF01 HH06 HH13 JJ05 KK04 2G001 AA03 BA07 CA03 DA06 EA04 GA01 GA06 GA09 GA12 GA13 JA02 JA03 JA11 KA03 LA11 MA05 2G011 AA01 AC06 AE01 2G132 AD15 AF13 AL11 4M106 BA02 BA14 CA38 DB04 DB05 DB12 DB14 DB20 DB30 DE01 DE11 DE21 DJ21 DJ24 5C033 MM03 UU02 UU04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の荷電粒子ビームを一次ビームとし
   て物体表面上に照射する照射手段と、 前記一次ビームの照射により前記物体表面から発生する
   二次電子を複数の検出器で検出する二次光学系とを有
   し、物体表面上に照射される前記一次ビームの間隔は、
   前記二次光学系の分解能より大きい間隔とされ、 前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体表面の蓄
   積荷電量に応じた前記物体表面の電圧分布を検出する検
   出手段とを具備することを特徴とする荷電粒子ビーム装
   置。
2. 【請求項２】 複数の荷電粒子ビームを一次ビームとし
   て物体表面上に照射する照射手段と、 前記一次ビームの照射により前記物体表面から発生する
   二次電子を複数の検出器で検出する二次光学系とを有
   し、物体表面上に照射される前記一次ビームの間隔は、
   前記二次光学系の分解能より大きい間隔とされ、 前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体表面の蓄
   積荷電量に応じた前記物体表面における一次ビームの焦
   点ずれ量を予め検出する焦点ずれ量検出手段と、 前記焦点ずれ量検出手段によって検出された前記焦点ず
   れ量に応じて前記一次ビームの焦点位置を制御する焦点
   制御手段とを具備することを特徴とする荷電粒子ビーム
   装置。
3. 【請求項３】 前記物体表面の高さを検出する高さ検出
   手段を更に具備し、 前記焦点制御手段は、前記焦点ずれ量と前記高さ検出手
   段の検出結果との双方に基づいて前記一次ビームの焦点
   位置を制御することを特徴とする請求項２記載の荷電粒
   子ビーム装置。
4. 【請求項４】 前記物体に所定の電圧を印加する電圧印
   加手段を具備し、 前記焦点制御手段は、前記電圧印加手段を介して前記物
   体に印加する電圧を制御することにより前記一次ビーム
   の焦点位置を制御することを特徴とする請求項２から請
   求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 【請求項５】 複数の荷電粒子ビームを一次ビームとし
   て物体表面上に照射し、該照射に基づき前記物体表面か
   ら発生する二次電子を、前記物体表面での一次ビームの
   間隔より小さい分解能をもって検出して前記物体表面の
   評価をする荷電粒子ビームを用いた評価方法であって、 前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体表面の蓄
   積荷電量に応じた当該一次ビームの焦点位置のずれ量を
   予め検出し、 検出したずれ量に応じて前記一次ビームの焦点位置を制
   御することを特徴とする電子ビーム欠陥検査方法。
6. 【請求項６】 請求項５の方法を用いてプロセス途中あ
   るいは終了後のウェハを評価する事を特徴とするデバイ
   ス製造方法。