JP2016028248A - 試料観察方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子ビームを用いて試料を観察する試料観察装置を提供する。【解決手段】試料２０に１次電子ビームを照射する１次光学系と、１次電子ビームの照射によって生じ試料２０の情報を得た２次電子ビームを検出する検出器７０と、２次電子ビームを検出器７０に結像させる２次光学系と、検出器７０にて検出された２次電子ビームから試料２０の画像を生成する画像生成手段とを含む。２次光学系は、調整可能なＮＡアパーチャ６２を含む。【選択図】図２３

Description

関連する出願
本出願では、下記の出願の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
（１）２００８年４月１１日に日本国に出願された特許出願番号２００８−１０３８３２（２）２００８年７月２日に日本国に出願された特許出願番号２００８−１７３９９４
（３）２００９年２月１３に日本国に出願された特許出願番号２００９−０３１０３２
（４）２００９年２月２６日に日本国に出願された特許出願番号２００９−０４４３９７（５）２００９年３月１２日に日本国に出願された特許出願番号２００９−０５９２０６
本発明は、電子ビームを用いて試料を観察する試料観察方法及び装置に関し、特に、低ランディングエネルギーの電子ビームを用いた観察技術に関する。
従来、例えば、半導体製造の分野では、ウエハ又はマスクなどの試料基板が観察される。従来の観察装置としては、光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。また、写像投影型観察装置を使用することも提案されている。写像投影型観察装置は、ＳＥＭよりも大きな径の電子ビームを照射して、広範囲の試料画像を取得する。
ところで、最近は、試料のパターンが微細化し、検出すべき異物のサイズも小さくなっている。例えばパターンサイズは１００ｎｍ以下になっている。また、１００ｎｍ以下の異物の検出が望まれている。しかしながら、従来の光学顕微鏡では、解像度が不足し、このような微細な対象の観察は困難である。ＳＥＭは、倍率を増大でき、微細な対象も観察できるが、観察時間が膨大になってしまう。写像投影型観察装置を用いる場合、観察時間は短いが、解像度が不足する。
このように、従来の観察技術では、対象物のサイズに限界があり、微細なサイズの対象物の観察が困難であった。その他にも、多様な対象物の観察に要求される十分な能力を提供することは容易でなかった。以下に、４つの観点で、より詳細に背景技術を説明する。
［背景１］ （異物観察）
電子線検査方法及び電子線検査装置
この背景技術において、本発明は、電子線検査方法及び電子線検査装置に関し、特に、試料に電子ビームを照射し、反射する電子を検出器により検出することにより試料表面上の異物の画像を取得する電子線検査方法及び電子線検査装置に関する。
特開平１１−１０８８６４号公報は、従来のパターン欠陥検査装置を開示している。この従来の装置は、電子源からの電子ビームを試料表面に照射する手段を有する。電子ビームは、一定の面積を持つ領域に同時に照射される。また、この従来の装置は、試料を保持し移動可能な試料ステージと、試料に照射された電子ビームが試料表面直前で反射されるような電圧を印加する手段と、表面直前で反射された電子ビームから一定の面積を有する画像を形成する手段と、画像を電気的な画像信号に変換する手段とを有する。従来の装置は、上記構成により試料表面上の一定の面積を有する領域の画像信号を取得し、取得された画像信号を他の領域の画像信号と比較し、パターン欠陥を検出する。
上述の従来の装置は、試料表面のパターン欠陥については検出を行うことができる。し
かしながら、従来の装置は、試料表面に存在する異物を効果的に検出することができな
い。
一方、半導体ウエハ等の試料には、処理工程中で、塵等の異物が試料表面に付着する場合がある。異物の検出は、半導体ウエハの品質管理のために重要である。しかし、異物検査に長時間を要することは、生産性の観点で好ましくない。
そこで、試料表面の異物を、高速かつ確実に検出することができる電子線検査方法及び電子線検査装置の提供が望まれる。
［背景２］ （絶縁領域及び導電領域の観察）
試料観察装置及び試料観察方法、及びこれを用いた半導体製造方法
この背景技術において、本発明は、試料観察装置及び試料観察方法、及びこれを用いた半導体製造方法に関し、特に、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に低エネルギーの撮像電子ビームを照射して試料面の画像を取得する技術に関する。
特表２００３−５００８２１号公報は、従来の二次電子放射顕微鏡を開示している。この従来装置は、まず、高エネルギーの第１のビームを照射する。第１の電子ビームは、１〔ｋｅＶ〕の水準の衝突エネルギーを有しており、並列マルチピクセル画像化に適したビームである。第１のビームは、サンプルの荷電を中性にし、或いは、正電荷蓄積を生じさせる。次に、従来装置は、衝突エネルギーが０〔ｅＶ〕の低エネルギービームを照射する。サンプル表面の正電荷が補償され、サンプルの表面電位が所定の電圧値に固定される。この状態で、二次電子が発生する。こうして、電荷蓄積の問題なく二次電子から画像を取得することができる。
しかしながら、上述の従来装置は、サンプルから放出された二次電子のみを検出し、二次電子のみから画像を取得している。二次電子の放出は、総てコサイン則に従っており、直進性に乏しい。そのため、良好な信号対雑音比で画像を取得するのが困難であった。
また、サンプルの表面に絶縁領域と導電領域が形成されている場合において、二次電子のみから取得された画像では、絶縁領域と導電領域の材料コントラストがあまり大きくない。そのため、サンプル表面の観察又は検査が困難な場合がある。
例えば、サンプルの絶縁領域と導電領域のバランスが偏っており、絶縁領域の面積の方が導電領域の面積よりも圧倒的に大きいとする（絶縁領域の面積比が非常に大きいとする）。この場合に、二次電子の画像では、絶縁領域と導電領域のコントラストが小さいために、検査が困難になる可能性がある。
そこで、試料面に絶縁領域と導電領域が形成されている場合に、試料面の観察を高コントラストで行うことができる技術を提供することが望まれる。
［背景３］ （パターンの観察）
試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置
この背景技術において、本発明は、電子ビームを用いて試料のパターンを観察する試料観察方法及び装置に関し、特に、低ランディングエネルギーの電子ビームを用いた微細パターンの観察技術に関する。
従来、例えば、半導体製造の分野では、ウエハ又はマスクなどの試料基板が観察される
。試料観察は、構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態の検査及び観察などのために行われる。試料基板の検査においては、高精度、高信頼性及び高スループットといった要求がある。そこで、これらの要求に応える試料観察技術の提供が望まれる。また、試料観察及び検査技術は、デバイス製造プロセスにおいても重要である。試料は、半導体材料、ＬＳＩ、金属材料、絶縁材料等である。
試料上のパターンを観察する場合、従来は、光学顕微鏡又は電子線観察装置が用いられる。代表的な電子線観察装置としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。ＳＥＭは、試料上で電子ビームを走査することにより、高倍率での観察を可能にする。ＳＥＭを用いる観察技術は例えば特開２００４−１７７４４６号公報に開示されている。
また、電子線観察装置としては、写像投影光学系を用いる観察装置も提案されている。以下、この種の観察装置を写像投影型観察装置という。写像投影型観察装置は、ＳＥＭと比べて大きな径の電子ビームを試料に照射し、電子ビームの径に応じた範囲の画像を生成する。このような観察装置は例えば特開平１１−１０８８６４号公報に開示されている。
ところで、最近は、試料上のパターンが微細化し、パターンサイズ（幅等）は１００ｎｍ以下に達している。そのため、従来の観察技術では、試料のパターンやパターン欠陥の観察が困難になっている。
すなわち、光学式の観察では、分解能が光の波長により制約される。パターンサイズが１００ｎｍ以下になると、光の波長にくらべてパターンサイズが小さくなり、その結果、十分な解像度が得られず、パターン欠陥の検出が困難になる。
また、ＳＥＭを用いたパターン観察及びパターン欠陥検査では、電子ビームのスポットサイズを小さくすることにより、分解能を増大できる。したがって、パターンサイズが１００ｎｍ以下であっても、パターンの観察が可能であり、パターン欠陥の検査も可能である。しかしながら、微細なパターンを観察するためには、画素サイズを小さくする必要があり、観察に膨大な時間がかかる。例えば、５０ｎｍの欠陥を検出するためには、１０ｎｍ程度の画素サイズが適用される。この場合、２００ＭＰＰＳ（Mega pixel per second）で検査が行われても、１ｃｍ2当たり１．４時間かかる。したがって、膨大な時間を要し、実用的ではない。
また、写像投影型観察装置は、大きな径の電子ビームを試料に照射して広い領域の画像を生成するように構成され、これにより、ＳＥＭよりも短時間に観察を行える。しかし、パターンサイズが１００ｎｍ以下になると、十分なコントラストが得られず、解像度が不足してしまう。
より詳細には、写像投影型観察装置では、１次光学系が電子ビームを試料に照射し、２次光学系が、試料から放出される２次電子の像を生成する。撮像範囲（ビーム照射範囲）は数十μｍ以上に設定可能であり、観察時間は短い。しかし、２次光学系の収差を十分に低減することができず、１００ｎｍ以下のパターンサイズの観察に要求される解像度を実現するのは容易でない。
そこで、上記背景の下、微細なパターンを観察できる技術を提供することが望まれる。
［背景４］ （複数の膜が形成された試料の観察）
膜付基板の検査方法及び検査装置
この背景技術において、本発明は、膜付基板の検査方法及び検査装置に関し、特に、荷
電粒子ビームを用いて膜付基板を検査する膜付基板の検査方法及び検査装置に関する。
特開２００４−１７７４４６号公報は、従来のマスク検査装置を開示している。この従来装置は、感応基板上に転写すべきデバイスパターンが形成されたレチクルを含むマスクを検査する。この従来装置は、撮像手段、記憶手段及び比較手段を備える。撮像手段は、電子線を検査対象に照射して、デバイスパターンの電子線透過像又は二次電子像（ＳＥＭ像）を変換し、パターンの実画像データを得る。実画像データが検査対象である。記憶手段は、パターンの設計データ及び設計基準を満たす基準画像データを記憶する。比較手段は、実画像データと基準画像データとを比較する。
上述の従来装置は、画像パターン同士の比較によってマスクを検査する。そのため、従来装置は、マスクの表面のデバイスパターンの欠陥の有無しか検査することができない。したがって、表面の下の形状や、異物の存在等を検査することができなかった。
そこで、膜付基板表面の下に存在する基板の形状や下層の膜等の形状を検出できる技術を提供することが望まれる。また、下層の膜等に存在する異物等を検出できる技術を提供することが望まれる。
本発明は、上記背景の下でなされたもので、その目的は、以下に述べるように従来は着目されていないエネルギー領域の電子ビームを利用して試料の観察能力を向上できる技術を提供することにある。
本発明は、電子ビームを用いて試料を観察する試料観察方法であって、前記試料に電子ビームを照射する照射ステップと、前記電子ビームの照射によって生じ前記試料の情報を得た観察対象電子を検出する検出ステップと、検出された前記観察対象電子から試料の画像を生成する画像生成ステップとを有し、前記照射ステップは、２次放出電子が検出される２次放出電子領域とミラー電子が検出されるミラー電子領域との間の遷移領域に設定されたランディングエネルギーを有する前記電子ビームを前記試料に照射することにより、前記観察対象電子として前記２次放出電子と前記ミラー電子を混在させ、前記検出ステップは、前記２次放出電子及び前記ミラー電子が混在した状態で検出を行う。
また、本発明は、電子ビームを用いて試料を観察する試料観察装置であって、試料が搭載されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じ前記試料の情報を得た観察対象電子を検出する２次光学系と、検出された前記観察対象電子から試料の画像を生成する画像処理部とを有し、前記１次光学系は、２次放出電子が検出される２次放出電子領域とミラー電子が検出されるミラー電子領域との間の遷移領域に設定されたランディングエネルギーを有する前記電子ビームを前記試料に照射することにより、前記観察対象電子として前記２次放出電子と前記ミラー電子を混在させ、前記２次光学系は、前記２次放出電子及び前記ミラー電子が混在した状態で検出を行う。
本発明の方法又は装置は、前記試料の表面に存在する異物の画像を生成してよい。本発明の方法又は装置は、絶縁領域と導電領域が形成された前記試料の画像を生成してよい。本発明の方法又は装置は、前記試料に形成されたパターンの画像を生成してよい。本発明の方法又は装置は、複数の膜が積層された前記試料の画像を生成してよい。本発明は、これらの対象の観察能力を向上できる。
（異物検査の態様） 本発明の一の態様は、電子線検査方法に関する。この方法は、試料表面に所定の照射領域を有する撮像電子ビームを照射し、反射した電子を検出器により検出することにより、前記試料表面及び前記試料表面上の異物の画像を取得する。この方法は、帯電用電子ビームの照射により前記異物を帯電させ、前記異物周辺に前記試料表面とは異なる電位分布を形成する異物帯電ステップと、前記撮像電子ビームの照射により前記異物から反射され、前記電位分布の作用により曲がった軌道を通って前記検出器に到達する前記電子を検出し、前記試料表面の倍率よりも前記異物の倍率が増大されている前記異物の拡大像を取得する拡大像取得ステップと、を有する。
（絶縁領域及び導電領域の観察の態様） 本発明の一の態様は、試料観察装置に関する。この装置は、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、前記撮像電子ビームの照射により前記試料面の構造情報を得た電子の方向付けを行うＥ×Ｂフィルタであって、前記撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する前記電子の速度に応じて、電界と磁界により前記電子の方向付けを行うＥ×Ｂフィルタと、該Ｅ×Ｂフィルタにより方向付けされた前記電子を検出し、検出された前記電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、前記撮像電子ビームの照射エネルギーを、前記電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に設定する照射エネルギー設定部と、を含む。
（パターン観察の態様） 本発明の一の態様は、試料観察方法に関する。この方法は、電子ビームを用いて試料のパターンを観察する。この方法は、前記試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出するステップと、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成するステップとを有し、前記電子ビームを照射するステップは、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。
（膜付基板の検査の態様） 本発明の一の態様は、膜付基板の検査方法に関する。前記膜付基板は、立体形状が形成された基板と、該基板上に積層形成された異なる材料からなる複数の膜とを有し、更に、前記膜付基板が、最上層の膜が除去されて下層の膜が露出した構造を含む。この方法は、前記基板上に前記立体形状が形成された領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記基板上に立体形状が形成されていない領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記下層の膜の表面電位とで、表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーを有する荷電粒子ビームを、前記膜付基板の表面に照射する工程と、前記膜付基板の表面電位の情報を取得した電子を検出し、前記膜付基板の表面の電位コントラストを取得する工程と、該電位コントラストに基づいて、前記最上層の膜の形状と、前記基板上に形成された立体形状とを同時に検出する工程と、を含む。
本発明は、上述のようにランディングエネルギーを適切に設定することにより、試料の観察能力を向上できる。
以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
図１Ａ〜図３４は、第１の観点についての図である。図１Ａは、本実施の形態に係る電子線検査方法で得られる画像及び概略原理を説明するための図であって、写像投影法により得られた異物の画像を示している。 図１Ｂは、従来のＳＥＭ型の異物検査装置で得られた異物の画像を示す図である。 図１Ｃは、試料上に異物が存在している状態を示した側面図である。 図２Ａは、本実施の形態との比較のために、従来の電子線検査方法を示した図であり、従来の光方式による電子線検査方法を示している。 図２Ｂは、従来のＳＥＭ方式による電子線検査方法を示した図である。 図３Ａは、異物検査方法により取得される異物の拡大像の一例を示した図である。 図３Ｂは、図３Ａと対応する断面階調の一例であり、ピクセル位置における断面階調を示した図である。 図４Ａは、ランディングエネルギーと二次電子との関係を示した図であって、二次放出電子の発生量を示している。 図４Ｂは、ミラー電子を示した図である。 図４Ｃは、２次放出電子を示した図である。 図５Ａは、ランディングエネルギーと、試料からの電子の信号強度／平均階調との関係の一例を示した図である。 図５Ｂは、図５Ａと異なる例を示した図である。 図６は、異物に電子ビームが照射されて電子が発生した状態を示した側面図である。 図７Ａは、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以下である場合における、試料表面及び異物の画像を示した図である。 図７Ｂは、異物の拡大像の階調値の一例を示した図であって、異物のｙ方向断面位置と階調値との関係を示している。 図８は、異物からミラー電子が発生した状態を示した側面図である。 図９Ａは、ミラー電子を発生させ易くするモードの説明図するために、試料表面上に帯電用電子ビームが照射された状態を示す側面図である。 図９Ｂは、試料表面の異物に撮像電子ビームが照射された状態を示す図である。 図１０は、ＬＥ１よりもＬＥ２が大きい場合の異物検査方法についての説明図である。 図１１は、ＬＥ１とＬＥ２とが等しく設定される場合の電子線検査方法の説明図である。 図１２は、ＬＥが１０〔ｅＶ〕より大きいときの画像を示した図である。 図１３Ａは、異物から二次放出電子が放出された状態を示した図であって、電位差が大きい状態の二次放出電子の挙動を示している。 図１３Ｂは、電位差が小さい状態の二次電子の挙動を示した図である。 図１３Ｃは、正帯電領域における二次放出電子の挙動を示した図である。 図１４は、電子線検査装置の構成を示した図である。 図１５は、異物に角度θで電子ビームが照射された状態を示した側面図である。 図１６Ａは、金属材料の異物を示した図である。 図１６Ｂは、金属材料の異物の拡大図である。 図１７は、ＥＢ−ＴＤとＥＢ−ＣＣＤとを切替可能な検出器を示す図である。 図１８Ａは、電子ビーム軌道条件を効率よく決定する方法に関する説明図であって、試料表面上に凹溝が形成された状態の断面図を示している。 図１８Ｂは、試料表面上に凹溝が形成された状態の断面図である。 図１９は、ファラデーカップを示した断面図である。 図２０は、異物の周辺の正常部からもミラー電子が生じる場合のフィルタリングの説明図である。 図２１は、異物検査装置の全体構成を示す図である。 図２２は、同一のメインチャンバに、写像光学式検査装置とＳＥＭ式検査装置が設置された電子線検査装置の一例を示した図である。 図２３は、メインチャンバとその上部の電子コラム系を示した図である。 図２４は、参考例として、従来のアパーチャを示した図である。 図２５は、アパーチャの形状の一例を示した図である。 図２６は、複数の孔を有するＮＡアパーチャの構成の例を示した図である。 図２７は、４つの孔を有するＮＡアパーチャの構成の例を示した図である。 図２８は、４つの孔を有するＮＡアパーチャの別の構成の例を示した図である。 図２９は、８つの孔を有するＮＡアパーチャの構成の例を示した図である。 図３０は、ステージ上に、ファラデーカップと、基準試料チップと、ＥＢ−ＣＣＤとを配置した構成を示した側面図である。 図３１は、試料上にサンプルが散布された状態を示した図である。 図３２は、サンプルと信号強度の関係の一例を示した図である。 図３３は、本実施の形態に係る電子線検査方法におけるビームエネルギーに対する階調特性を示した図である。 図３４は、ランディングエネルギーＬＥと画像の階調との関係を詳細に示した図である。 図３５〜図４９は、第２の観点についての図である。図３５は、実施の形態に係る試料観察装置の構成の一例を示した図である。 図３６Ａは、試料の画像の例であって、撮像電子ビームの照射エネルギーと材料コントラストの関係を示した図である。 図３６Ｂは、撮像電子ビームの照射エネルギーと検出器電流の関係を示した図である。 図３７は、ミラー電子と二次電子の角度の相違を模式的に示した図である。 図３８は、ランディングエネルギーに対する試料表面の階調の変化を示した図である。 図３９Ａは、試料面の構造情報を得た電子の軌道の一例を示した図である。 図３９Ｂは、図３９Ａと対応し、電子軌道を示す部分拡大図である。 図４０Ａは、電子の軌道の広がりとＮＡ調整アパーチャの最適位置の関係を示した図であって、ミラー電子のための最適ＮＡアパーチャ位置を示した図である。 図４０Ｂは、二次電子のための最適ＮＡアパーチャ位置を示した図である。 図４１Ａは、実験例１における試料の構造であって、コンタクトプラグの断面構造を示した図である。 図４１Ｂは、図４１Ａのコンタクトプラグ構造の画像の一例を示した図である。 図４２Ａは、実験例１に係る試料観察方法の測定結果を示す図であって、詳細には、電子ビームのランディングエネルギーを変化させてコンタクトプラグを観察した結果を示した表である。 図４２Ｂは、図４２Ａの測定結果に対応するグラフである。 図４３Ａは、実験例２に係る試料観察方法の測定結果を示した図であって、詳細には、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストの関係を示した測定結果の表である。 図４３Ｂは、図４３Ａの測定結果に対応するグラフである。 図４４Ａは、実験例３に係る試料観察方法の測定結果を示した図であって、詳細には、ＮＡアパーチャの位置とコントラストの関係を示した測定結果の表である。 図４４Ｂは、図４４Ａの測定結果に対応するグラフである。 図４５Ａは、実験例４に係る試料観察方法の測定結果を示した図であって、試料面とコントラストの関係を示した測定結果の表である。 図４５Ｂは、図４５Ａの測定結果と対応するグラフである。 図４６は、別の実施の形態に係る試料観察装置の構成の一例を示した図である。 図４７Ａは、可動式のＮＡ調整アパーチャの構成例を示す図であって、スライド移動式のＮＡ調整アパーチャを示した上面図である。 図４７Ｂは、可動式のＮＡ調整アパーチャの構成例を示した図であって、回転移動式のＮＡ調整アパーチャを示した上面図である。 図４８は、検出器の好適な構成の例を示した図である。 図４９は、試料観察装置の全体構成の例を示す図である。 図５０〜図６７は、第３の観点についての図である。図５０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と階調の関係を示す図である。 図５１は、遷移領域にてミラー電子及び２次放出電子が発生する現象を示す図である。 図５２は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーと階調の関係を示す図である。 図５３は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の例を示す図である。 図５４は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図５５は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図５６は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図５７は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の別の例を示す図である。 図５８は、試料検査装置の全体構成を示す図である。 図５９は、試料検査装置の主要部を示す図である。 図６０は、試料検査装置の一部であり、メインチャンバ、電子コラム及びＳＥＭを示す図である。 図６１は、アパーチャにおける信号強度の計測のためにＥＢ−ＣＣＤを備えた構成を示す図である。 図６２は、参考例として、従来のアパーチャを示した図である。 図６３は、アパーチャの形状の一例を示した図である。 図６４は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図６５は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図６６は、４つの孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図６７は、４つの孔を有するアパーチャ部材の別の構成の例を示した図である。 図６８〜図７８は、第４の観点についての図である。図６８は、本実施の形態に係る膜付基板の検査方法を実行する検査装置の概略構成を示す図である。 図６９は、ランディングエネルギーに応じた明るさの相違を示した図である。 図７０Ａは、膜付基板の表面電位を示した図であって、電子ビームが照射されるときの基板に形成された形状と膜に形成された形状の電位差の一例を示す。 図７０Ｂは、図７０Ａと対応するに膜付基板の断面構成を示した図である。 図７１は、膜付基板に構成されたパターンと形状欠陥の例を示した斜視図である。 図７２は、膜付き基板の画像の輝度分布と、表面電位分布と、断面構成の例を示す図である。 図７３は、膜付基板の別の例における、輝度分布と、表面電位と、断面構成を示す図である。 図７４は、静電容量の違いによる表面電位の違いを示した模式図である。 図７５は、多層膜の断面構造の例を示した図である。 図７６は、図７５とは異なる多層膜の断面構造の例を示した図である。 図７７は、本実施の形態に係る膜付基板の検査装置の全体構成の一例を示す図である。 図７８は、本実施の形態に係る膜付基板の検査装置の全体構成の別の例を示す図である。
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
上記のように、本発明は、遷移領域のランディングエネルギーを有する電子ビームを試料に照射する。遷移領域は、２次放出電子領域とミラー電子領域の間である。２次放出電子領域では、電子ビームを照射したときに、実質的に２次放出電子のみが検出される。ミラー電子領域では、実質的にミラー電子のみが検出される。これに対して、遷移領域では、ミラー電子と２次放出電子が混在する。遷移領域は、ランディングエネルギーが非常に小さい領域である。そして、遷移領域はこれまであまり着目されていなかった。本発明者は、このような遷移領域に着目し、ランディングエネルギーを遷移領域に設定し、これにより、観察能力の向上に成功した。
以下では、４つの観点について説明する。
第１の観点は、前述の［背景１］と対応し、異物観察に関する。
第２の観点は、前述の［背景２］と対応し、絶縁領域及び導電領域の観察に関する。
第３の観点は、前述の［背景３］と対応し、パターンの観察に関する。
第４の観点は、前述の［背景４］と対応し、複数の膜が形成された試料の観察に関する。
いずれの観点でも、上述の遷移領域が利用される。例えば、第１の観点において、遷移領域は、図５ＡのＬＥ≦１０［ｅＶ］であり、また、図５ＢのＬＥ≦５［ｅＶ］であり、図３３のＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢである。ここで、ＬＥはランディングエネルギーである。ＬＥＡ及びＬＥＢは、遷移領域の下限及び上限である。
本実施の形態において、一般的には、２次放出電子は、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を含む。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次放出電子の代表として、２次電子が説明されることがある。また、ミラー電子は、表面電位の作用で試料から反射される電子である。すなわち、ミラー電子は、試料に衝突することなく、試料から跳ね返ってくる。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。
［第１の観点］
第１の観点は、異物の観察に関し、特に、異物を検査する技術に関する。
本発明の目的は、試料表面の異物を、高速かつ確実に検出することができる電子線検査方法及び電子線検査装置を提供することにある。
本発明に係る電子線検査方法は、試料表面に所定の照射領域を有する撮像電子ビームを照射し、反射した電子を検出器により検出することにより、前記試料表面及び前記試料表面上の異物の画像を取得する電子線検査方法であって、帯電用電子ビームの照射により前記異物を帯電させ、前記異物周辺に前記試料表面とは異なる電位分布を形成する異物帯電ステップと、前記撮像電子ビームの照射により前記異物から反射され、前記電位分布の作用により曲がった軌道を通って前記検出器に到達する前記電子を検出し、前記試料表面の倍率よりも前記異物の倍率が増大されている前記異物の拡大像を取得する拡大像取得ステップと、を有する。
これにより、所定の照射領域を有する電子ビームを用いて電子線検査を行うので、広い面積を高速で検査できる。また、異物が周囲の試料表面よりも拡大された拡大像を取得できるので、確実に異物を検出することができる。
また、本発明において、前記異物帯電ステップは、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物を負極性にチャージアップさせてよく、前記拡大像取得ステップは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以下としてよく、前記異物の直前で反射するミラー電子を検出して前記異物の前記拡大像を取得してよい。
これにより、低ランディングエネルギー帯で発生し易いミラー電子を用いて、異物の拡大像を確実に検出することができる。
また、本発明において、前記異物帯電ステップは、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物の電位の絶対値を上げてよい。
これにより、背景となる試料表面と異物との電位差を大きくし、異物の拡大像のコントラストを高くし、電子線検査を容易にすることができる。
また、本発明において、前記帯電用電子ビームのランディングエネルギーは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーよりも大きくてよい。
これにより、高いランディングエネルギーの帯電用電子ビームの照射により、異物の負電位の絶対値を高くすることができる。したがって、撮像電子ビームの照射時にミラー電子を発生し易くすることができる。
また、本発明において、前記帯電用電子ビームのランディングエネルギーは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーよりも小さくてよい。
この構成は、適切な撮像電子ビームのランディングエネルギーが既知の場合に適している。上記構成により、撮像電子ビームを用いて異物の拡大像を取得するときに、異物表面の電位シフトが大きくなることを防ぐことができる。したがって、確実に拡大像を検出することができる。
また、本発明において、前記帯電用電子ビームと前記撮像電子ビームとでは、ランディ
ングエネルギーが等しく、ドーズ量が異なってよい。
これにより、電子ビームのランディングエネルギーを変化させることなく、ドーズ量により異物の帯電を制御することができる。したがって、容易な制御でもって異物の拡大像を検出できる。
また、本発明の方法は、前記撮像電子ビームを前記試料表面に対して非垂直に入射させてよい。
これにより、撮像電子ビームの入射角度を適切に調整し、より解像度の高い異物の拡大像を取得することができる。
また、本発明において、前記拡大像取得ステップは、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以上とし、前記異物から放出されて反射した二次放出電子を検出し、前記異物の拡大像を取得してよい。
これにより、異物から二次放出電子を発生させ、二次放出電子に基づいて異物の拡大像を取得し、電子線検査を行うことができる。
また、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーは、前記試料表面から反射される電子が総てミラー電子となる最高ランディングエネルギー以上であり、前記試料表面から反射される電子が総て二次放出電子となる最低ランディングエネルギーに５ｅＶを加えた値以下のランディングエネルギーであってよい。
言い換えれば、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦（ＬＥＢ＋５ｅＶ）に設定されてよい。ここで、ＬＥＡは、前記試料表面から反射される電子が総てミラー電子となる最高ランディングエネルギーであり、ＬＥＢは、前記試料表面から反射される電子が総て二次放出電子となる最低ランディングエネルギーである。
これにより、異物と周囲の試料表面との階調差が大きいランデシィングエネルギー帯を用いて電子線検査を行うことができる。したがって、コントラストの大きい画像取得により電子線検査を容易かつ確実に行うことができる。ここで、階調は画像の輝度を表し、階調差は輝度差を表す。
また、本発明において、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーは、前記試料表面から反射される電子がミラー電子と二次放出電子との混合又は二次放出電子のみであるランディングエネルギー帯の中であって、かつ、前記異物から反射される電子がミラー電子と二次放出電子の混合であるランディングエネルギー帯の中であって、かつ、前記試料表面の像と前記異物の拡大像との階調差が最大となるランディングエネルギーに設定されてよい。
これにより、周囲の背景と異物との最も階調差が大きくなる。したがって、異物を検出し易い状態で、異物の検出を行うことができる。
本発明に係る電子線検査装置は、試料を載置するステージと、所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する１次光学系と、前記試料から反射された電子を検出する検出器を有し、前記試料の所定の視野領域の画像を取得する２次光学系と、を備え、前記１次光学系は、帯電用電子ビームの照射により前記異物を帯電させて前記異物の電位分布を試料表面と異ならせ、次に撮像電子ビームを前記試料に
照射し、前記２次光学系は、前記異物から反射され、前記電位分布の作用を受けて曲がった軌道を通って前記検出器に到達する電子を検出し、前記試料表面の倍率よりも前記異物の倍率が増大されている前記異物の拡大像を取得する。
これにより、所定の大きさの照射領域を有する電子ビームにより、試料表面全体を高速に検査することができる。また、異物の像を周囲の像よりも拡大し、異物の検出を確実に行うことができる。
また、本発明において、前記１次光学系は、前記帯電用電子ビームの照射により前記異物をチャージアップさせ、次にランディングエネルギーが１０ｅＶ以下の前記撮像電子ビームを前記試料に照射してよく、前記２次光学系は、前記異物の直前で反射したミラー電子を前記検出器により検出し、前記異物の拡大像を取得してよい。
これにより、低ランディングエネルギーを用いて、異物を、ミラー電子が発生し易い状態にできる。ミラー電子を用いることにより、異物の拡大像を取得し易くなる。したがって、異物の検出をより確実にすることができる。
また、本発明では、前記ステージ上に、ファラデーカップ、基準試料チップ及びＥＢ−ＣＣＤの少なくとも１つが載置されてよい。
これにより、電子ビームのプロファイルを直接的に検出することができ、電子ビームの調整を適切に行うことができる。
また、本発明において、前記ステージ上には、基準試料チップが載置されてよく、前記基準試料チップは、円形状、十字形状又は矩形状のいずれかの形状パターンを有してよい。
これにより、ミラー電子が好適に発生するように電子ビームのビームプロファイルの調整を行うことができる。ミラー電子は異物の拡大像の検出に適しており、上記構成はミラー電子を適切に発生させることができる。
また、本発明において、前記１次光学系は、前記撮像電子ビームのランディングエネルギーを１０ｅＶ以上にしてよく、前記２次光学系は、前記異物から放出されて前記検出器に到達する二次放出電子を検出して、前記異物の拡大像を取得してよい。
これにより、異物から二次放出電子を発生させることによっても、異物の検出を行うことができる。
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャと交換可能なＥＢ−ＣＣＤを有してよい。
これにより、２次光学系を通過する２次電子ビームについて、直接的にプロファイルを測定できる。したがって、適切な調整を行うことができる。
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャは、前記ミラー電子の強度中心がアパーチャ中心位置に一致するように配置されてよい。
これにより、ＮＡアパーチャの位置を適切に配置して、ミラー電子信号を良好に検出できるとともに、二次放出電子の検出量を相対的に小さくできる。したがって、高コントラ
ストの画像を取得することができる。
また、本発明において、前記２次光学系は、ＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャ形状は、前記ミラー電子の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であってよい。
これにより、ミラー電子の強度分布に合わせた楕円形状のアパーチャが用いられる。したがって、より多くのミラー電子信号を検出することができ、高コントラストの画像を取得することができる。
また、本発明において、前記２次光学系は、複数のアパーチャを有するＮＡアパーチャを有してよく、該ＮＡアパーチャは、前記複数のアパーチャが前記ミラー電子の強度中心の周辺に位置するように配置されてよい。
ここでは、ＮＡアパーチャが、アパーチャ部材であり、複数のアパーチャが、アパーチャ部材に設けられた複数の開口である。上記構成により、ミラー電子の散乱方向に合わせてアパーチャの配置を行うことができる。そして、用途や性質に応じた適切なミラー電子の検出を行うことができる。
また、本発明において、前記２次光学系は、複数のアパーチャを有するＮＡアパーチャを備えてよく、該ＮＡアパーチャは、前記複数のアパーチャのうちのいずれかが前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されてよい。
ここでは、ＮＡアパーチャが、アパーチャ部材であり、複数のアパーチャが、アパーチャ部材に設けられた複数の開口である。上記構成により、散乱方向に特徴のある異物に対して有効な検査を行うことができる。異物の分類に役立つ検査を行うことも可能となる。
また、本発明において、前記２次光学系は、前記ＮＡアパーチャを移動させる移動機構を更に備えてよい。
これにより、ＮＡアパーチャの位置調整を、移動機構を用いて容易に行うことができる。
また、本発明において、前記１次光学系及び前記２次光学系は、前記試料上に散布されたサイズが既知の微小球体を用いて感度校正が行われた光学系であってよい。
これにより、高精度の感度校正を行うことができる。したがって、良好な条件で画像取得を行うことができる。
また、本発明の電子線検査装置は、前記ステージを収容するチャンバと、該チャンバに備えられたＳＥＭ式検査装置とを有してよく、前記検出器が取得した前記異物の拡大像の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させ、前記ＳＥＭ式検査装置で前記異物を詳細検査してよい。
これにより、迅速かつ高精度に異物のレビュー検査を行うことができ、異物検査を高速かつ高精度に行うことができる。
「発明の効果」
以上に説明したように、本発明によれば、異物検査を迅速に行うことができるとともに、異物の検出を確実かつ容易に行うことができる。
「発明の実施の形態」
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
図１Ａは、本実施の形態に係る電子線検査方法によって得られる画像を示している。図１を参照して本発明の概略的な原理を説明する。
図１Ａは、本実施の形態に係る写像投影法により得られた異物１０の画像８０を示している。異物サイズは４０〔ｎｍ〕である。図１Ａの画像において、異物１０の大きさは、ピクセルサイズ２×２〔μｍ〕の領域をおおよそ満たす程度である。ここで、ピクセルサイズとは、検出器の１画素に対応する試料上の実際のサイズである。ピクセルサイズは、観察可能な試料のサイズの最小単位のことを意味する。従って、図１Ａにおいては、実際の異物サイズは４０〔ｎｍ〕であるにも関わらず、表示された画像８０は、２×２〔μｍ〕の大きさに近い程度に拡大されている。このことは、ピクセルサイズが例えば１〔μｍ〕、１．５〔μｍ〕程度の大きさであっても、４０〔ｎｍ〕程度の異物１０を発見できることを意味する。
図１Ａにおいて、撮像用の電子ビームのランディングエネルギーは、１〔ｅＶ〕である。ピクセルサイズは１００〔ｎｍ〕である。従来、異物の実際のサイズが４０〔ｎｍ〕である場合には、ピクセルサイズが４０〔ｎｍ〕より小さいことが必要とされる。これに対して、本実施の形態は、光学倍率よりも拡大された異物１０の拡大像を取得することができる。
図１Ｂは、従来のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）型の異物検査装置で得られる異物１０の画像２８０を示している。異物サイズは４０〔ｎｍ〕である。図１Ｂにおいて、ピクセルサイズは、図１Ａと同様に２×２〔μｍ〕である。しかし、図１Ａと比較して、図１Ｂでは、異物１０の画像のサイズが相当に小さくなっていることが分かる。
このように、本実施の形態に係る電子線検査方法は、従来のＳＥＭ方式と比較して、異物１０のサイズが大幅に増大した画像を取得できる。つまり、異物１０からの検出信号が、光学倍率よりも拡大される。超微小サイズの異物に対しても高い感度を実現できる。更に、それだけでなく、実際の異物よりも大きなピクセルサイズを用いて異物を検出することができる。
図１Ｃは、試料２０上に異物１０が存在している状態を示した側面図である。図１Ｃにおいて、異物１０の表面は球面状である。そのため、表面から反射される電子は、垂直な軌道を通らず、広がるように軌道を変える。これは以下の理由による。異物１０が球面の表面形状を有するので、異物１０の電位分布は、試料表面２１とは異なる状態にある。そのため、マクロ的に試料表面２１を見ると、異物１０の存在する部分の電位分布が歪んでいる。そのために電子の軌道が変わる。この点、詳細は後述する。
図２Ａ及び図２Ｂは、比較のため、従来の電子線検査方法を示している。図２Ａは、従来の光方式による電子線検査方法を示している。光方式においては、いわゆる暗視野・散乱方式により異物１０が検出される。すなわち、試料２０の試料表面２１に光、レーザが照射され、散乱光が検出器１７０により検出される。ところが、従来の光方式では、異物１０のサイズが５０〜１００〔ｎｍ〕以下の超微小な異物や、有機物の付着等については、検出感度が低下する。そのため、適用が困難となってきた。感度低下の大きな要因は、光の波長よりも異物１０が小さくなり、Ｓ／Ｎが低下することであると考えられる。
図２Ｂは、従来のＳＥＭ方式による電子線検査方法を示している。ＳＥＭ方式では、電子ビームを絞ってピクセルサイズを小さくすることにより、超微小なパターン欠陥２２等を検出できる。例えば、対象異物サイズよりも小さいピクセルサイズを用いることができるので、高分解能で異物１０の検査を行うことができる。しかし、ピクセルサイズが小さいため、検査時間が膨大となり、現実的な時間での検査が困難であり、実用的ではない。
このように、従来は、超微小サイズ５０〜１００〔ｎｍ〕以下の異物の検査について、高感度、高速及び高スループットを実現する異物検査方法及び異物検査装置が存在しなかった。
図３Ａ及び図３Ｂは、異物検査方法により取得される異物１０の拡大像８０と、拡大像の断面階調の一例を示している。ここで、階調は、画像の輝度を表し、階調差は輝度差である。階調が大きいほど輝度も大きい。図３Ａが、拡大像８０の一例であり、より詳細には、中央の白領域が異物１０の拡大像８１であり、黒領域が、試料２０の表面像８２を示している。ここで、異物サイズ（直径）は４０〔ｎｍ〕であり、光学倍率は３００倍である。このとき、従来の異物検査方法によれば、異物１０の像のサイズは、４０〔ｎｍ〕×光学倍率３００＝１２〔μｍ〕である。図３Ａの本実施の形態では、異物１０の拡大像８１のサイズは、１９０〔μｍ〕となる。また、検出器のピクセルサイズは、１５〔μｍ〕である。
図３Ｂは、ピクセル位置における断面階調を示している。横軸がピクセル位置座標であり、縦軸が断面階調である。図３Ｂにおいて、三角形マーク（△）は、山形状（凸形状）の部分を示している。この部分は、階調が高くなっている領域であり、図３Ａの白い拡大像８１の部分に対応する。つまり、画像８０上の拡大像８１の横幅（三角形マーク△）は、１９０〔μｍ〕である。
ここで、検出器６５のピクセルサイズが１５〔μｍ〕である。そのため、従来の方法によれば、異物サイズは画像８０上では１２〔μｍ〕で表示される。よって、異物１０の画像は、１ピクセル以下の信号となってしまう。１ピクセルでは、異物１０を正確に表現することはできない。
一方、本実施の形態に係る異物検査方法によれば、異物１０の拡大像８１は、ピクセル数＝１２．７の像として検出可能である。よって、更に低倍率の大きなピクセルサイズで撮像可能である。大きなピクセルサイズで撮像が可能であれば、試料表面２１全体を高速で検査することが可能となる。したがって、高速かつ高スループットの異物検査が可能となる。例えば、異物サイズ１０〜３０〔ｎｍ〕のとき、ピクセルサイズが１００〜１０００〔ｎｍ〕でよい。このように異物サイズより大きいピクセルサイズの使用が可能となり、高速の異物検査が可能となる。
本実施の形態に係る電子線検査方法に適用される電子線検査装置は、写像投影方式の電子線コラム（１次光学系）を有している。ＳＥＭ方式では、電子ビームが絞られる。電子ビームのスポットサイズが、１ピクセル分のピクセルサイズとなる。一方、写像投影方式においては、電子ビームが、複数ピクセルを含む所定の面積領域を有する。このような電子ビームが試料２０に照射される。検出器は、複数ピクセルに対応する電子を同時に検出する。複数ピクセル分の像が形成され、画像信号として取得される。このように、写像投影光学系は、電子を試料表面２１に照射する電子照射系と、試料表面２１から反射された電子の像を拡大倍率にて形成する光学系と、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系とを有している。
図４Ａは、試料に照射される電子ビームのランディングエネルギーと、試料から放出さ
れる電子との関係を示している。より詳細には、図４Ａは、ランディングエネルギーを変化させながら電子ビームを試料２０に照射したときの、二次放出電子の発生量を示している。
図４Ａにおいて、横軸はランディングエネルギーＬＥ〔ｋｅＶ〕を示し、縦軸は、入射電子の量に対する二次放出電子の発生量の比を示している。
図４Ａにおいて、二次放出電子発生量が１より大きい場合は、打ち込まれる電子量よりも、放出される電子量の方が多い。したがって、試料は正に帯電する。図４Ａにおいては、正帯電領域は、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以上、１．５〔ｋｅＶ〕以下の領域である。
逆に、二次電子放出量が１より小さい領域では、試料２０に打ち込まれる電子量の方が、試料２０から放出される電子量よりも多い。したがって、試料２０は負帯電となる。図４Ａにおいては、負帯電領域は、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以下の領域と、ランディングエネルギーＬＥが１．５〔ｋｅＶ〕以上の領域である。
図４Ｂは、ミラー電子を示している。図４Ｂにおいて、試料表面２１上に異物１０が存在し、異物１０が負極性に帯電している。一定条件下で電子ビームが試料２０に照射されると、電子ビームの電子は異物１０に衝突せず、直前で向きを変えて反射する。このように、照射対象と衝突せず、直前で跳ね返ってくる電子を、ミラー電子という。照射される電子がミラー電子になるか否かは、異物１０の電位分布（電荷状態）と、異物１０に照射される電子ビームのランデシィングエネルギーとに依存する。例えば、異物１０が負極性にチャージアップした状態にあり、かつ、ランディングエネルギーがあまり高くなければ、電子ビームは、異物１０が有する負電界に跳ね返され、異物１０に衝突せずに反射し、ミラー電子になる。
図４Ｃは、二次放出電子を示している。図４Ｃにおいては、電子ビームが試料２０に照射され、試料表面２１に衝突し、その結果、試料から二次放出電子が放出されている。異物１０においても同様であり、電子ビームが異物１０に衝突し、異物１０から二次放出電子が放出される。
本実施の形態に係る電子線検査方法は、ミラー電子及び二次放出電子を用いて試料表面２１上に存在する異物１０を検出する。
図５Ａ及び図５Ｂは、試料２０及び異物１０に照射される電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、試料２０から反射される電子の信号強度／平均階調との関係の例を示している。ここで、「反射する」とは、電子ビームの照射により、試料２０又は異物１０から、電子ビームと略反対向きの電子が返ってくることを意味する。したがって、「反射する」は、試料２０又は異物１０に衝突せずに反射する電子と、試料２０又は異物１０に衝突してから放出されて反射する二次放出電子の双方を含む。
図５Ａは、照射される電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、反射する電子の信号強度／平均階調との関係の一例である。図５Ａにおいて、横軸が電子ビームのランディングエネルギーＬＥを示し、縦軸が信号強度／平均階調を示している。平均階調は、画像の輝度を表しており、信号強度と対応する。図５は、ランディングエネルギーＬＥが０［ｅＶ］付近の特性であり、図４よりも遙かに低いエネルギー帯の特性を示している。図５Ａにおいて、ランディングエネルギーＬＥ＝１０〔ｅＶ〕以下の領域が、ミラー電子による信号（白）が取得される領域である。一方、ランディングエネルギーＬＥ＝１０〔ｅＶ〕以上の領域が、二次放出電子による信号（黒）が取得される領域である。ミラー電子の
領域においては、ランディングエネルギーＬＥが下がる程、信号強度が増加していることが分かる。
図５Ｂは、図５Ａと異なる例を示しており、図５Ｂも、照射される電子ビームのランディングエネルギーと、反射する電子の信号強度／平均階調との関係を示す。図５Ｂにおいては、ランディングエネルギーＬＥ＝５〔ｅＶ〕以下の領域が、ミラー電子による信号（白）が取得される領域であり、ランディングエネルギーＬＥ＝５〔ｅＶ〕以上の領域が、二次放出電子による信号（黒）が取得される領域である。
図５Ｂの特性線は、図５Ａの特性線とは、ミラー電子の信号と二次放出電子の信号の境界のランディングエネルギーＬＥが５〔ｅＶ〕である点で異なっている。ミラー電子と二次放出電子とのランディングエネルギーＬＥの境界は、試料２０の特性や電子ビームのプロファイル等によって変化し、種々の値を取り得る。以後、本実施の形態に係る電子線検査方法及び電子線検査装置においては、図５Ａの例（境界のランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕である例）について説明する。しかし、本発明が、これに限定される訳ではない。図５Ｂに示したように、本発明は、境界のランディングエネルギーが１０〔ｅＶ〕以下の場合にも適用されてよく、例えば境界のランディングエネルギーが５〔ｅＶ〕でよい。
また、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、ランディングエネルギーが境界以下の領域は、本発明の遷移領域に相当し、ミラー電子と２次放出電子が混在する。また、ランディングエネルギーが境界以上の領域が、本発明の２次放出電子領域に相当する。上述したように、境界ランディングエネルギーは、図５Ａの例では１０［ｅＶ］であり、図５Ｂの例では５［ｅＶ］である。
図６は、試料２０の試料表面２１に異物１０が存在する状態を示す。図示のように、電子ビームの照射によって、電子が発生する。ランディングエネルギーＬＥ≦１０〔ｅＶ〕のときには、異物１０が負にチャージアップする。異物１０に電子ビームが入射すると、電子ビームの電子が、ミラー電子ｍｅとなる。したがって、電子は、異物１０の衝突することなく反射して検出器７０に到達する。一方、異物１０の存在しない正常部位（試料表面２１）では、１次電子ビームの照射により二次放出電子ｓｅが発生する。
ここで、「二次放出電子ｓｅ」とは、二次電子、反射電子、後方散乱電子のいずれかを意味する。それらが混在する場合も、「二次放出電子ｓｅ」に該当する。
このような二次放出電子に関しては、通常、放出率ηが小さい。特に、ランディングエネルギーＬＥが約５０〔ｅＶ〕以下の場合には、放出率η＜１．０である。ランディングエネルギーＬＥが０に近付くほど放出率が低下し、ランディングエネルギーＬＥ＝０では放出率がほぼ０になる。
また、電子の放出角度も分布を持っている。例えば、二次電子は、コサイン則に従って分布する。そのため、検出器７０に到達する電子の透過率は、写像光学投影系では数％以下である。
一方、ミラー電子ｍｅは、入射電子が異物１０に衝突する手前で反射することにより生じる。ミラー電子ｍｅは、入射した１次電子ビームの角度とほぼ対称な角度で、異物１０から反射して２次系のレンズ系へ入射する。したがって、散乱や放射分布が小さく、ミラー電子ｍｅは、ほぼ１００％の透過率で検出器７０に到達する。
図７Ａは、ランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕以下のときに取得される試料表
面２１上の異物１０の画像８０を示し、図７Ｂは、画像８０の階調値を示している。
図７Ａを参照すると、試料表面２１及び異物１０の画像では、異物１０の拡大像８１が、白領域で示され、試料表面２１の表面像８２が、黒領域で示されている。この場合、ミラー電子ｍｅが得られた部位では、輝度（階調）が非常に高い。
図７Ｂは、検出器７０の画像８０上の方向断面位置と、階調値との関係の一例である。ｙ方向の範囲には、異物１０の拡大像８１が含まれる。図７Ｂに示すように、例えば、ミラー電子ｍｅが得られていない部位に比べて、ミラー電子部分の階調は、３倍程度高くなる。したがって、高輝度及び高Ｓ／Ｎを実現できる。
図７Ｂの例では、ミラー電子ｍｅが得られている部位が、得られていない部位と比べて、３倍程度高い階調値ＤＮを示している。しかし、階調値の関係は、条件等により異なる。ミラー電子部分の階調値は、２〜１０倍程度の値を取り得る。
図８は、異物１０への電子ビームの照射によって、異物１０からミラー電子ｍｅが発生した状態を示している。異物１０の形状により、ミラー電子ｍｅの反射点のずれやチャージアップ電圧の不均一性が生じる。そのため、ミラー電子ｍｅは、軌道及びエネルギーに弱いずれを生じる。その結果、ミラー電子ｍｅが２次系のレンズ、ビームフィルタ等を通過すると、信号領域のサイズが大きくなる。
図８においては、異物１０の表面電位の影響により、ミラー電子ｍｅの反射方向が、放射状に広がる。その結果、検出器１０に到達した異物１０の信号においては、信号サイズが電子光学系の光学倍率よりも拡大される。拡大率は、例えば５〜５０倍である。
例えば、光学倍率１００倍の２次系があるとする。異物１０からの二次電子については、検出器７０での信号サイズは、理想的な計算によれば、１００倍×０．１〔μｍ〕＝１０〔μｍ〕である。
一方、異物１０のミラー電子ｍｅの信号サイズは、例えば、３０倍に拡大される。したがって、検出器７０に入射する信号のサイズは、３００〔μｍ〕になる。この現象は、単純に１００〔ｎｍ〕（０．１〔μｍ〕）を３００〔μｍ〕に拡大する拡大光学系と等価である。すなわち３０００倍の拡大光学系が達成される。このことは、異物１０より大きなピクセルサイズを使用可能であることを意味する。異物１０が１００〔ｎｍ〕であれば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕より大きくてよい。３００〜１０００〔ｎｍ〕のピクセルサイズを用いることが可能となる。
対象異物よりも大きなピクセルサイズを用いることにより、試料２０の試料表面２１の大きな領域を一度に検査できる。したがって、高速検査の点で大変効果的である。例えば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕の場合に比べて、ピクセルサイズ３００〔ｎｍ〕の検査速度は、９倍にできる。ピクセルサイズ５００〔ｎｍ〕では、検査速度を２５倍にできる。つまり、従来は一つの検査に２５時間掛かっていたとすると、本実施の形態では検査が１時間で済む。これに対して、ＳＥＭ方式は、異物サイズより小さいピクセルサイズで撮像を行わなければならない。これは、ＳＥＭ方式は高精度な形状画像を形成して、正常部との画像比較により異物を検出する方式だからである。
このように、写像投影光学系は、ミラー電子ｍｅと二次放出電子ｓｅとの輝度差（コントラスト）を大きくできるだけでなく、高速化をも実現することができる。
また、ランディングエネルギーＬＥ≦１０〔ｅＶ〕の場合、プレチャージを好適に使用
可能である。プレチャージは、撮像前に帯電用電子ビームを照射することによって実現される。
プレチャージは、異物１０のチャージアップ電圧を高くするために行われてよい。又は、プレチャージは、撮像時の異物１０の電位変化を小さくするために行われてよい。本異物検査方法では、帯電用ビームのランディングエネルギーＬＥ１により、チャージアップ電圧の変動量が制御される。例えば、種々のサイズ、種々の容量を有する異物１０が存在する。この場合に、あるチャージアップ電圧以下に帯電した異物１０が、ミラー電子を用いることにより検出される。又、周囲の試料電圧とチャージアップ電圧の差異により、ミラー電子の軌道が適切になり、これにより、ミラー電子の透過率が高い状態を形成できる。この点について後述にて詳細に説明する。
次に、プレチャージの方法について説明する。プレチャージには、３つの方法がある。
〔プレチャージ−１〕
図９及び図９Ｂは、第１のプレチャージモード（プレチャージ−１）を説明するための図である。ここでは、帯電用電子ビームのランデシィングエネルギーをＬＥ１、撮像電子ビームのランディングエネルギーをＬＥ２とする。プレチャージ−１は、ランディングエネルギーをＬＥ２＜ＬＥ１に設定し、これにより、ミラー電子を発生し易くする。
図９Ａでは、試料表面２１上に異物１０が存在しており、ランディングエネルギーＬＥ１の帯電用電子ビームが照射され、これによりプレチャージが行われる。プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１は撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも大きい。これにより、異物１０のチャージアップ電圧が大きくなり、撮像時に電子がミラー電子になり易くなる。つまり、異物１０の負電位の絶対値を大きくすることにより、異物１０の手前にチャージアップによる電界分布の反射点が形成される。したがって、入射する撮像電子ビームは、異物１０に衝突する前にミラー電子ｍｅとなって反射する。
図９Ｂでは、試料表面２１の異物１０に、撮像電子ビームが照射された状態を示している。図９Ｂにおいて、異物１０は、負にチャージアップされ、負電圧の電位分布を有している。撮像電子ビームは上記のようにランディングエネルギーＬＥ２を有する。入射電子は、異物１０の表面電位の作用を受けて、異物１０の衝突することなく、手前でミラー電子ｍｅとなり反射する。一方、試料表面２１からは、二次放出電子ｓｅが放出され、反射される。
このように、図９Ａ及び図９Ｂに示した構成によれば、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１が撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも大きく設定される。これにより、異物１０に照射された撮像電子ビームからミラー電子ｍｅが好適に生成され、異物１０の拡大像８１を取得することができる。
〔プレチャージ−２〕
図１０は、第２のプレチャージモード（プレチャージ−２）について説明するための図である。プレチャージ−２では、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１よりも撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２が大きく設定される。本異物検査方法においては、撮像時に適切な電位変動を起こしながら、撮像を行うことができる。
図１０において、横軸は、電子ビームのランディングエネルギーであり、縦軸は、異物１０の表面電位を示している。帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１は、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２よりも小さい。異物１０の表面電位は、ＬＥ１とＬＥ２との間で変化する。電位差△Ｖは図示のように小さい。
図１０のプレチャージ−２は、撮像に適切な撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２が予め分かっている場合に適している。単純に適切なランディングエネルギーＬＥ２の撮像電子ビームで撮像を行うと、撮像中に異物１０の表面電位が変動してしまい、正確な拡大像８１が得られない可能性がある。このような事態がプレチャージ−２におり回避される。プレチャージ−２の構成は、プリチャージにより異物１０の表面電位を制御して、最適点の近くの値まで持って行く。これにより、撮像時には、異物１０の表面電位の電位変化△Ｖを小さくできる。
〔プレチャージ−３〕
図１１は、第３のプレチャージモード（プレチャージ−３）について説明するための図である。プレチャージ−３では、帯電用電子ビームのランディングエネルギーＬＥ１が、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２と等しく設定される。そして、帯電用電子ビームと撮像電子ビームでは、ドーズ量を異ならせる。図１１において、横軸はドーズ量であり、縦軸は異物１０の表面電位を示している。
プレチャージ−３は、異物１０のチャージアップ電圧を安定させ、安定した撮像及び感度を実現するために有効である。図１１においては、ドーズ量の変化により、異物１０の表面電位が変動する。必要なドーズ量に近いドーズＤ１を与えるように、プレチャージが行われる。その後、ドーズＤ２が与えられて、撮像が行われる。このような構成が効果的であり、これにより、ドーズＤ２の撮像中における異物表面の電位変動△Ｖを小さく抑えることができる。したがって、安定した像質（形状、フォーカス等）を実現できる。
図９〜１１の３種のプレチャージにおいて、プレチャージの帯電用電子ビームのビーム源は、撮像電子ビームのビーム源と同一でよく、上記のプレチャージを行うようにビーム源の条件が制御されてよい。また、プレチャージ用のプレチャージユニットが、独立して設けられてよい。これにより、スループットを向上させることができる。
プレチャージユニットは、例えば、ＬａＢ6、Ｗフィラメント、ホローカソード、カー
ボンナノチューブ等で構成されたカソードを用いてよい。プレチャージユニットは、電子ビームを引き出すためのウェルネルトや、引き出し電極、照射領域を制御するためのレンズを用いてもよい。プレチャージユニットのビームサイズは、コラム系で通常照射されるビームサイズと同等か、多少大きめでよい。電子ビームのランディングエネルギーは、カソードと試料との電圧差で決まる。例えば、試料２０に負電圧−３０００〔Ｖ〕印加されているとする。また、電子ビームのランディングエネルギーが１０〔ｅＶ〕に設定されたとする。この場合、カソード電圧−３０１０〔Ｖ〕がカソードに印加されて、電子ビームが生成される。
「別の検査方法（ＬＥ＞１０〔ｅＶ〕の場合）」
図１２は、電子ビームのランディングエネルギーＬＥが１０〔ｅＶ〕より大きいときの、検出器７０で取得された画像８０ａを示している。図１２において、異物１０の拡大像８１ａは、黒信号で表され、試料２０の表面像８２ａは、白信号で表されている。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、撮像電子ビームの照射により、異物１０から二次放出電子ｓｅが放出される様子を示している。
図１３Ａは、異物１０がチャージアップし、異物１０と周囲の試料表面２１との電位差が大きくなっている状態における、二次放出電子ｓｅの挙動を示している。図１３Ａでは、異物１０が負にチャージアップしており、異物１０からの二次放出電子ｓｅの軌道が曲がっている。そのため、透過率（検出器７０に到達する電子の割合）が極端に低下する。
その結果、観察像では、異物部分の輝度が、周囲に比べ低下する。つまり、異物１０は、黒信号として検出される。
図１３Ｂは、異物１０と周囲の試料表面２１の電位差が小さい状態における、二次放出電子ｓｅの挙動を示している。図１３Ｂでは、異物１０と周囲の電位差が小さいので、異物１０からも試料表面２１からも略同様に電子が発生する。そのため、異物１０が周囲と区別し難い。つまり、取得された画像からは、異物１０を検出し難い。このような事態を回避することが望まれる。そこで、異物１０から二次放出電子ｓｅを検出する場合であっても、異物１０を帯電用電子ビームの照射によりチャージアップさせることが好適である。チャージアップ後に撮像電子ビームすることにより、前述のように異物１０の検出が容易になる。
図１３Ｃは、正帯電領域における二次放出電子ｓｅの挙動を示している。正帯電領域においては、二次放出電子ｓｅが、一旦異物１０に引き寄せられ、それから上に上昇する軌道を辿る。図示のように、異物１０の電位分布による影響を受けて、二次放出電子ｓｅの軌道が曲がり、検出器７０に到達する電子数が低下する。この現象は、図１３Ａと同様である。したがって、正帯電の場合にも、同様の現象が観察され、異物１０の拡大像８１ａは、黒信号の像として得られる。
また、本実施の形態に係る異物検査方法及び異物検査装置においては、スループットをより高くするために、電子線写像投影方式が用いられている。写像光学系を用いることにより、試料表面２１からの二次放出電子ｓｅ又はミラー電子ｍｅを用いて、高速及び高スループットにて、ウエハ、マスク等の異物検出を行うことが可能になり、例えば試料洗浄後の異物検出が好適にを行われる。上述したように、異物１０からの検出信号が光学倍率よりも拡大されるので、大きなピクセルサイズで超微小の異物１０の信号を得ることができ、これにより高速、高スループットが実現される。
例えば、異物信号のサイズを、実サイズの５〜５０倍に拡大できる。検出対象の異物サイズの３倍以上のピクセルサイズを適用することができる。このことは、特に、サイズが５０〜１００〔ｎｍ〕以下の異物１０に対して有効である。このサイズの異物１０は、光方式では検出が困難である。また、ＳＥＭ方式は、異物サイズより小さいピクセルサイズを用いる必要がある。そのため、小さい異物を検出しようとすると、スループットが著しく低下する。本実施の形態に係る電子線検査方法によれば、プロセス途中のウエハ上の異物１０を、写像投影方式を用いることにより高速に検出できる。また、拡大像８１、８１ａを得ることにより、確実に異物１０を検出することができる。
「電子検査装置」
図１４は、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。上述においては、異物検査方法の原理的な部分について主に説明した。ここでは、上述の異物検査方法を実行するのに適用される異物検査装置について説明する。従って、上述のすべての異物検査方法は、下記の異物検査装置に適用することができる。
電子線検査装置の検査対象は試料２０である。試料２０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなる試料２０の表面上の異物１０の存在を検出する。異物１０は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物１０の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。電子線検査装置は、ＳＥＭ方式装置でもよく、写像投影式装置でもよい。この例では、写像投影式検査装置に本発明が適用される。
写像投影方式の電子線検査装置は、電子ビームを生成する１次光学系４０と、試料２０と、試料を設置するステージ３０と、試料からの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系６０と、それらの電子を検出する検出器７０と、検出器７０からの信号を処理する画像処理装置９０（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡１１０と、レビュー用のＳＥＭ１２０とを備える。検出器７０は、本発明では２次光学系６０に含まれてよい。また、画像処理装置９０は本発明の画像処理部に含まれてよい。
１次光学系４０は、電子ビームを生成し、試料２０に向けて照射する構成である。１次光学系４０は、電子銃４１と、レンズ４２、４５と、アパーチャ４３、４４と、Ｅ×Ｂフィルタ４６と、レンズ４７、４９、５０と、アパーチャ４８とを有する。電子銃４１により電子ビームが生成される。レンズ４２、４５及びアパーチャ４３、４４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ４６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ４６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料２０の方に向かう。レンズ４７、４９、５０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。
１次光学系４０は、電子ビームを試料２０へ照射する。前述したように、１次光学系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。
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。
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。
図１５では、試料表面２１上に存在する異物１０に対して１次系電子ビームが照射されている。電子ビームの傾き角は、θである。角度θは例えば、±０．０５〜１０°の範囲であってよく、また好ましくは、±０．１〜±３°の範囲であってよい。
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。
図１４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。
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。
また、ミラー電子の像は、前述したように、光学倍率よりも大きい倍率で拡大される。拡大率は５〜５０倍に及ぶ。典型的な条件では、拡大率が２０〜３０倍であることが多い。このとき、ピクセルサイズが異物サイズの３倍以上であっても、異物を検出可能である。したがって、高速・高スループットで実現できる。
例えば、異物１０のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、ピクセルサイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像及び検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式等に比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。
２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く手段である。２次光学系６０は、レンズ６１、６３と、ＮＡアパーチャ６２と、アライナ６４と、検出器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。
ＮＡアパーチャ６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物１０からの信号（ミラー電子等）と周囲（正常部）の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物１０からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ６２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。
例えば、φ５０〜φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ６２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ６２のサイズを選択することが好適である。
例えば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度がほど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。
異物１０は、任意の種類の材料で構成されてよく、例えば半導体、絶縁物、金属等でよい。図１６Ａ及び図１６Ｂは、試料表面２１上にある金属材料の異物１０ａを示している。図１６Ｂは、金属材料の異物１０ａの拡大図である。図１６Ｂにおいて、異物１０ａは、金属又は半導体等でよく、又はそれらが混在してもよい。図示のように、異物表面に自然酸化膜１１等が形成されるので、異物１０は絶縁材料で覆われる。よって、異物１０の材料が金属であっても、酸化膜１１にてチャージアップが発生する。このチャージアップが本発明に好適に利用される。
図１４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。
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。
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１７に示すような使用方法が適用される。
図１７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。
図１７において、検出器７０は、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。
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。
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。
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−ＴＥＩ１７２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。
また、ＥＢ−ＴＤＩ７２は、パッケージ７５の形に形成される。パッケージ７５自体が、フィードスルーの役目を果たす。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。
図１７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。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、電子ビーム軌道の条件を効率よく決定する方法に関する説明図であり、この方法は、ミラー電子像を得るときに有効である。電子ビーム軌道の条件は、１次光学系４０、２次光学系６０のレンズ４２、４５、４７、４９、５０、６１、６３のレンズ条件及びアライナ６４のアライナ条件である。
図１８Ａは、シリコン基板の試料２０の試料表面２１上に、ポリシリコン層２３及び二酸化ケイ素膜２４の積層構造が設けられた構成を示している。積層構造の切れ目に凹溝２５が形成されている。図１８Ｂでは、シリコン基板の試料２０の試料表面２１上に、二酸化ケイ素層２４ａが形成されている。層の切れ目には、凹溝２５ａが形成されている。
図１８Ａは、ミラー電子ｍｅの信号強度の分布図ｍｅｓを示している。ミラー電子ｍｅが発生する領域にランディングエネルギーが設定されると、入射電子の軌道が曲がりやすくなり、パターンのエッジ部２６にてミラー電子ｍｅの発生が起こりやすくなり、凹溝２５のエッジ部２６の信号強度が高くなる。
図１８Ｂは、電子ビームＥＢが入射し、ミラー電子ｍｅが反射する軌道を示している。電子は、試料２０に入射し、一方のエッジ部２６ａで反射して略水平に進み、凹溝２５ａの反対側に移動し、反対側のエッジ部２６ａで反射して上昇する。こうして、凹溝２５ａのエッジ部でミラー電子が発生し易くなっている。
このような現象は、特に、凹状の対称構造で顕著である。対称構造は、例えば、ファラデーカップや十字溝構造等である。このとき、エッジ部２６、２６ａで発生するミラー電子の対称性が画像の解像度に影響する。画像において両エッジの階調差が±５％以下になるように、階調の対称性を達成することが望まれる。階調は画像の輝度であり、階調差は輝度差である。このような対称性が得られるようにレンズ条件及びアライナ条件を調整すると、ミラー電子でのレンズ及びアライナ条件を最適化できる。そして、解像度の良いミラー電子像を実現することが可能となる。この調整方法を用いない場合に比べて、Ｓ／Ｎを１０〜３０％向上でき、かつ調整時間を１０〜５０％程度短縮可能となる。
図１９は、ファラデーカップ３１を示した側断面図である。ファラデーカップ３１は、導体の開口３２と、カップ状の金属電極３３を備える。ファラデーカップ３１は、開口３２を通過した電子量を、電流計３４により測定する。開口３２は、例えば、直径３０〔μｍ〕程度の大きさであってよい。ファラデーカップ３１は凹溝形状を有するので、上述したようにエッジ部でミラー電子が発生し易い。したがって、調整を行うのにファラデーカップ３１を役立てることができる。
次に、本発明に係る異物検査方法を、図１４の異物検査装置に適用する例について説明する。
前出の図４Ａは、“２次電子イールド”−“ランディングエネルギーＬＥ”の相関を示している。この相関は、ＬＥ＞１０〔ｅＶ〕の電子ビームを使用して異物１０を検出するメカニズムを示している。異物１０に照射されるランディングエネルギーＬＥに応じて、二次電子放出率が異なる。そのため、負帯電状態と正帯電状態が形成される。例えば、絶縁物がＳｉＯ2である場合、下記の帯電状態が見られる。
５０〔ｅＶ〕≧ＬＥ：負帯電
５０＜ＬＥ≦１５００〔ｅＶ〕：正帯電
１５００〔ｅＶ〕＜ＬＥ：負帯電
いずれの場合も、異物１０がチャージアップして、異物とその周囲の電位が異なる値になり、異物周辺の電位分布がひずんだ状態になる。この歪んだ電界が、異物１０からの二次電子の軌道を大きく曲げ、透過率を低下させる。従って、異物から検出器に到達する電子の数が、異物の周囲と比較して極端に少なくなる。よって、異物の輝度が周囲より小さく（黒信号）なり、高いコントラストで異物１０を検出することが可能となる。異物の黒信号のサイズは、光学倍率よりも拡大される。５〜２０倍の拡大された異物の信号を捕らえることが可能である。この現象と検出は、上記の３つのエネルギー領域で同様に実現可能である。
次に、電子ビームを用いた写像投影方式の電子線コラム系の例を示す。試料２０は、ウエハ、露光用マスク、記録メディア等でよい。ウエハの場合、８〜１２インチのシリコンウエハに、ＬＳＩ製造途中の回路パターンが形成されてよい。又は、ウエハにはパターンが無くてもよい。ウエハは、成膜された後のパターンがない状態にあってもよい。また、ウエハは、成膜後、研磨やＣＭＰ等の平坦化処理された状態でもよい。また、ウエハは、成膜等の処理がなされる前の状態のＳｉ基板などでもよい。
この試料２０は、ｘ、ｙ、θの制御ステージ３０に設置されている。電子ビームは電子銃４１から出射される。レンズ４２、アパーチャ４３、４４、４重極レンズ４５、Ｅ×Ｂフィルタ４６等によりビーム照射領域と照射エネルギーが制御されて、試料表面に電子ビームが照射される。例えば、ビーム径が、φ３００［μｍ］（又は、２７０×８０〔μｍ〕程度の楕円）である。写像光学系は、試料表面２１からの放出電子の像を、拡大倍率５０〜５００倍にて、検出器７０に結像する。試料２０には負の電圧が印加されている。１次光学系４０の第一レンズ５０主面の電位は、正である。従って、試料２０近傍では、正の電界が形成されている。例えば、正電界は、１〜３〔ｋＶ／ｍｍ〕であってよい。検出器７０は、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）、蛍光板、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）、ＴＤＩで構成されている（内部構成は図示せず）。ＭＣＰが検出電子量の増倍を行い、蛍光板が電子を光信号に変換する。この２次元の光信号が、ＦＯＰにより伝達されて、ＴＤＩセンサにて像が形成され、信号が検出される。ＴＤＩを用いる場合、試料を連続的に移動しながら、２次元画像信号が取得される。したがって、画像信号取得を高速で行うことができる。画像処理機構が、ＴＤＩからの信号を処理し、電子像形成及び異物検出、異物分類判別を行う。
このような電子線コラム系を用いて、試料２０上の異物１０の検査を行う例を述べる。試料２０に照射される１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥが、２〔ｅＶ〕に設定される。ランディングエネルギーＬＥは、１次光学系４０の電子銃４１のカソード電圧と試料の電圧（印加電圧）との差である。この電子ビームの照射により、異物１０がチャージアップする。そして、異物１０に照射されるビームだけが、ミラー電子となる。ミラー電子は、２次光学系６０によって検出器７０に導かれる。異物１０のない正常部では、ビーム照射による２次放出電子が検出器７０に導かれる。２次放出電子は、２次電子、反射電子又は後方散乱電子である。これら電子が混在してもよい。
ここで、ＬＥが０に近いほど、２次放出電子の放出率ηが低下する。更に、表面からの放出方向は、発散分布を示す（例えば、２次電子の分布は、コサイン則に従う）。そのため、２次光学系６０にて検出器７０に到達する２次放出電子についての設計計算を行った場合、２次放出電子の到達率が、数％程度になる。このように、ミラー電子の到達率が高く、周囲部位の電子の到達率及び放出率が低い。そのため、相対的に大きな電子数の比、つまり輝度の差が発生する。したがって、大きなコントラスト及びＳ／Ｎを得ることが可能となる。例えば、ピクセルサイズが１００〔ｎｍ〕であり、異物１０の径がφ＝２０〔ｎｍ〕である場合に、Ｓ／Ｎが５〜１０になる。通常、Ｓ／Ｎ≧３で、検出及び検査が十分に可能である。したがって、本発明によれば、上記例のようなごく微小の異物１０の検査を、異物サイズより大きなピクセルサイズにて実現することが可能となる。
上述した装置系で、プレチャージの帯電用電子ビームを用いた例について説明する。
ＬＥ１は、プレチャージの帯電用電子ビームのランディングエネルギーであり、ＬＥ２は、撮像及び検査時の電子ビームのランディングエネルギーである。ＬＥ１＝１４〔ｅＶ〕、ＬＥ２＝１〔ｅＶ〕の条件にて、絶縁物の異物１０を効率よく検査できる。Ｓｉ、ＳｉＯ2膜、金属膜、ＳＯＩ、ガラスマスク等の面上の異物１０を検査可能である。この工
程では、検査領域全面に、ＬＥ１＝１４〔ｅＶ〕で、帯電用電子ビームが照射される。次に、ＬＥ２＝１〔ｅＶ〕で、撮像電子ビームが照射されて、異物１０の撮像及び検査が行われる。この工程の実施は、プレチャージ効果がどの程度の時間維持できるかに依存する。通常、除電処理等を施さなければ、１０〜３０時間程度、場合によっては１５０時間以上、プレチャージ効果を維持可能である。
この様なプレチャージを行った場合、プレチャージを行わない場合と比較して、ミラー電子形成の効果を大きくできる。そして、Ｓ／Ｎを３〜１０倍程度向上することが可能である。
ランディングエネルギーが、ＬＥ≦１０〔ｅＶ〕であって、特に、ＬＥ≦０〔ｅＶ〕の領域にある場合、正常部でミラー電子が形成され得る。この条件が設定されたとしても、本発明は、異物１０からのミラー電子が検出器７０に到達して、正常部のミラー電子が検知器７０に到達しない状況を形成することができ、異物１０の検査を高いＳ／Ｎで行うことが可能である。より詳細には、試料表面２１が平坦であり、電子ビームがほぼ垂直に入射される。正常部の入射ビームは、試料表面２１で減速される。そのため、電子の軌道が曲がり、２次光学系６０の中心から外れる。結果として、この現象が、正常部から検出器７０に導かれる電子数を低下させる。一方、異物１０からのミラー電子は、異物１０の曲面、または、斜面から上昇し、２次光学系６０の中心付近の軌道を通って、検出器７０に導かれる。よって、異物１０からのミラー電子信号は、高い透過率で検出器に導かれる。そして、高いＳ／Ｎを達成することが可能となる。この点について、図２０を用いて詳細に説明する。
図２０は、異物１０及び周辺の正常部からミラー電子が出る場合のフィルタリングを説明するための図である。図２０では、異物１０が試料２０上に存在した状態で電子ビームが照射され、異物１０及び試料表面２１の双方からミラー電子が反射している。このような場合において、本発明は、異物１０から反射されたミラー電子は検出器７０に到達し、正常部の試料表面２１からはミラー電子が検出器７０に到達しないという現象を起こす。つまり、異物１０がチャージアップし、異物と周囲の正常部（試料表面２１）との間に電位差が生じる。これにより、異物１０からのミラー電子と周囲の正常部の試料表面２１からのミラー電子とを分離することができる。
例えば、図１５において説明したように、１次電子ビームの入射角度が、垂直から少し傾けられ、中心からずらされる。これにより、ミラー電子の軌道が２次光学系６０の中心付近を通る条件を作ることが可能である。平坦な正常部では、ミラー電子の軌道がずれる。正常部からのミラー電子の軌道は、２次光学系６０の中心部からずれてしまい、その結果、検出器７０に到達する電子の数量、確率が低下する。または、正常部からのミラー電子は、２次光学系６０のコラムとの衝突によって迷走電子等になってしまう。よって、異物１０と周囲の試料表面２１との間で、検出器７０に到達する電子数量又は電子密度の差が発生する。これにより、大きな階調差、つまりコントラストを形成することが可能となる。
このとき、軌道のずれに影響を与える要素は、レンズ４７、４９、５０、６１、６３の強度、フォーカスであり、また、Ｅ×Ｂフィルタ４６及びＮＡアパーチャ６２である。レンズ４７、４９、５０、６１、６３については、異物１０からのミラー電子軌道が２次光学系６０の中心を通るような条件を得るように、フォーカス及び強度が調整されている。周囲の正常部（試料表面２１）からのミラー電子と、異物１０からのミラー電子とでは、レンズ入射角度及びフォーカスが異なる。そのため、正常部からのミラー電子は、２次光学系６０の中心からずれた軌道を通ることになる。また、ＮＡアパーチャ６２は、中心からずれた軌道を通るミラー電子を遮断し、検出器７０への到達量及び到達確率を低減する。更に、ミラー電子がＥ×Ｂフィルタ４６を通過するときに、異物１０からのミラー電子が後段のＮＡアパーチャ６２及び検出器７０に到達する軌道を通るように、Ｅ×Ｂフィルタ４６が調整されている。これにより、ミラー電子はＥ×Ｂフィルタ４６の通過時に適当に調整される。異物１０からのミラー電子と周囲の正常部（試料表面２１）からのミラー電子では、Ｅ×Ｂフィルタ４６への入射角度及び軸方向（Ｚ軸方向）のエネルギーが異なる。よって、正常部の試料表面２１から反射されたミラー電子は、後段のＮＡアパーチャ６２、レンズ６１、６３の中心から外れる。したがって、検出器７０に入射する確率が低下する。
通常、有効に使用できるＬＥ領域は、−３０〜０〔ｅＶ〕である。但し、２次光学系６０の光軸と試料面の角度が垂直からずれている場合、ＬＥが０〔ｅＶ〕以上でもミラー電子形成がなされる場合がある。また、パターンがあるウエハなどのように表面の微小凹凸がある試料においても、ＬＥが０〔ｅＶ〕以上でもミラー電子形成がなされる場合がある。例えば、−３０〜１０〔ｅＶ〕のＬＥ領域で、この様な状況が形成される可能性がある。
また、プレチャージを効果的に用いることにより、ＳＥＭにも本発明に係る電子線検査方法を適用することが可能である。例えば、ＳＥＭにおいても、以下のような条件でプレチャージを行ってから撮像及び検査を行うことにより、異物検査が可能である。
プレチャージＬＥ１： ０〜３０〔ｅＶ〕
撮像ＬＥ２： −５〜２０〔ｅＶ〕
例えば、プレチャージＬＥ１＝２５〔ｅＶ〕、撮像ＬＥ２＝５〔ｅＶ〕の条件で撮像が
行われる。そうすると、異物（絶縁物、又は絶縁物を含む物体）がチャージアップして、表面電位が負に帯電する（例えば−７Ｖ）。次に、撮像電子ビーム（ＬＥ２＝５〔ｅＶ〕）が照射される。これにより、異物のチャージアップしている部位だけでミラー電子が形成され、検出器７０にてミラー電子が取得される。異物１０のない正常部位は、２次放出電子を生じる（２次放出電子は、二次電子、反射電子、後方散乱電子のいずれかであり、又は、これらが混在してもよい）。２次放出電子の放出率が低いので、正常部の輝度が低い。異物１０のミラー電子と正常部の２次放出電子の輝度差（コントラスト）は大きく、したがって高い感度で異物１０を検出することが可能でとなる。
プレチャージを効率的に行うために、プレチャージ装置を撮像部の前に設けても良い。
また、ＳＥＭ方式にてプレチャージが行われない場合は、次の欠点が考えられる。通常、ＳＥＭ式では、パターンや異物１０の画像形成及び形状認識を適切に行うために、電子ビームのスポットサイズが、検出したいパターン欠陥や異物サイズ等の対象物サイズより小さく設定される。従って、ビームのスポットサイズと異物サイズの差異に起因して、異物１０の局所的及び時間的チャージアップの電位変化が起こる。そのため、安定した信号が得られない。または、安定したミラー電子を得ることが困難となる。よって、プレチャージにより異物１０の表面電位状態を安定させ、または、異物１０のチャージアップ状態及び電位を安定させ、その後、撮像を行うことが重要である。
また、従来のＳＥＭ式では、ビームスキャンが行われるので、試料２０に対するビーム入射角度が、スキャン位置に応じて大きく変化する。ミラー電子のビームが形成される場合、入射角度に応じてビームの反射角度が異なる。その結果、検出器７０に入る電子の確率が、スキャン位置に応じて大きく異なるという欠点がある。そのため、均一で精度の良い像を取得することが難しい。この欠点を克服するためには、試料に対する電子ビームの入射角度がほぼ垂直になるように、アライナ及びレンズ電圧の調整が連携して好適に行われる。
このように、本発明に係る電子線検査方法は、条件を適切にすることにより、ＳＥＭ式にも適用可能である。
図２１は、本発明が適用された電子線検査装置を示す。ここでは、全体的なシステム構成の例について説明する。
図２１において、異物検査装置は、試料キャリア１９０と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードロック１６２と、トランスファーチャンバ１６１と、メインチャンバ１６０と、電子線コラム系１００と、画像処理装置９０を有する。ミニエンバイロメント１８０には、大気中の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トランスファーチャンバ１６１には、真空中の搬送ロボットが設けられる。常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１にロボットが配置されるので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
メインチャンバ１６０には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するステージ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。
メインチャンバ１６０は、真空制御系１５０により、チャンバ内を真空状態が保たれるように制御される。また、メインチャンバ１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０上に載置され、床からの振動が伝達されないように構
成されている。
また、メインチャンバ１６０には電子コラム１００が設置されている。この電子コラム１００は、１次光学系４０及び２次光学系６０のコラムと、試料２０からの２次放出電子またはミラー電子等を検出する検出器７０を備えている。検出器７０からの信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信号処理が行われる。画像処理装置９０で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、検査領域、異物数マップ、異物サイズ分布／マップ、異物分類、パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられている。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられている。また、メインチャンバ１６０には、光学顕微鏡１１０や、ＳＥＭ式検査装置１２０が備えられていてもよい。
図２２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２２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。
まず、試料２０が同一のステージ３０に搭載されているので、試料２０が写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まる。したがって、異物の検出箇所等を特定するときに、２つの検査装置が同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。
上記構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とＳＥＭ式検査装置１２０が別々の装置として分離して構成される。そして、分離された別々の装置間で、試料２０が移動される。この場合、別々のステージ３０に試料２０の設置を行う必要があるので、２つの装置が試料２０のアライメントを別個に行う必要がある。また、試料２０のアライメントが別々に行われる場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。特に、パターンのない試料２０の場合には、位置基準が特定できないので、その誤差は更に大きくなる。
一方、本実施の形態では、図２２に示すように、２種類の検査において、同一のチャンバ１６０のステージ３０に試料２０が設置される。写像方式の電子コラム１００とＳＥＭ式検査装置１２０との間でステージ３０が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能である。よって、パターンのない試料２０の場合でも、高精度で位置の特定が可能となる。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。
このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、パターンの無い試料２０の異物検査が写像方式で行われる。それから、検出した異物１０の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ式検査装置１２０で行われる。正確な位置の特定ができるので、異物１０の存在の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、異物１０のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。
前述したように、異物検出用の電子コラム１００と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置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。
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。
次に、写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例について説明する。
上述では、写像投影型検査装置が異物を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。
この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。
より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。
上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。
次に、図２１に戻り、試料２０の搬送機構について説明する。
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。
図２３は、メインチャンバ１６０内と、メインチャンバ１６０の上部に設置された電子コラム系１００を示している。図１４と同様の構成要素については、図１４と同様の参照符号を付し、その説明を省略する。
試料２０は、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ３０に設置される。ステージ３
０と光学顕微鏡１１０により、高精度のアライメントが行われる。そして、写像投影光学系が電子ビームを用いて試料２０の異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、試料表面２１の電位が重要である。表面電位を測定するために、真空中で測定可能な表面電位測定装置がメインチャンバ１６０に取り付けられている。この表面電位測定器が、試料２０上の２次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する２次光学系６０ａにおいてフォーカス制御が行われる。試料２０の２次元的位置のフォーカスマップが、電位分布を元に製作される。このマップを用いて、検査中のフォーカスを変更制御しながら、検査が行われる。これにより、場所による表面円電位の変化に起因する像のボケや歪みを減少でき、精度の良い安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。
ここで、２次光学系６０ａが、ＮＡアパーチャ６２、検出器７０に入射する電子の検出電流を測定可能に構成され、更に、ＮＡアパーチャ６２の位置にＥＢ−ＣＣＤが設置できるように構成れている。このような構成は大変有利であり、効率的である。図２３では、ＮＡアパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５が、開口６７、６８を有する一体の保持部材６６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ６２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ６５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系６０ａが備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ６２、ＥＢ−ＣＣＤ６５は、真空中で動作するＸ、Ｙステージ６６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ６２及びＥＢ−ＣＣＤ６５についての位置制御及び位置決めが可能である。そして、ステージ６６には開口６７、６８が設けられているので、ミラー電子及び２次電子がＮＡアパーチャ６２又はＥＢ−ＣＣＤ６５を通過可能である。
このような構成の２次光学系６０ａの動作を説明する。まず、ＥＢ−ＣＣＤ６５が、２次電子ビームのスポット形状とその中心位置を検出する。そして、そのスポット形状が円形であって最小になるように、スティグメーター、レンズ６１、６３及びアライナ６４の電圧調整が行われる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置でのスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。
また、ビームスポットの中心位置が容易に検出可能となる。そこで、ビームスポット位置に、ＮＡアパーチャ６２の孔中心を配置するように、ＮＡアパーチャ６２の位置調整が可能となる。この点に関し、従来は、ＮＡアパーチャ６２の位置の調整を直接行うことができなかった。本実施の形態では、直接的にＮＡアパーチャ６２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、ＮＡアパーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。
また、異物１０の検査では、異物１０からのミラー信号を効率よく取得することが重要である。ＮＡアパーチャ６２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、ＮＡ位置では均一に広い領域（例えば、φ３〔ｍｍ〕）に到達する。したがって、２次電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でＮＡアパーチャ６２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の１／２０以下となる。したがって、ミラー電子は、ＮＡアパーチャ６２の位置に大変敏感である。ＮＡ位置でのミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にＮＡアパーチャ６２の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。
このような適切な位置へのＮＡアパーチャ６２の設置を実現するために、好ましい実施の形態では、ＮＡアパーチャ６２が、電子コラム１００の真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、ｘ、ｙ方向に移動される。ＮＡアパーチャ６２を移動させながら、信号強度が計測される。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置にＮＡアパーチャ６２の中心が設置される。
信号強度の計測には、ＥＢ−ＣＣＤ６５が大変有利に用いられる。これにより、ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器７０に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となるからである。
あるいは、ＮＡアパーチャ６２の位置と検出器７０の検出面の位置とが共役の関係を実現するように、アパーチャ配置が定められてよく、また、アパーチャと検出器の間にあるレンズ６３の条件が設定されてよい。この構成も大変有利である。これにより、ＮＡアパーチャ６２の位置のビームの像を、検出器７０の検出面に結像される。したがって、ＮＡアパーチャ６２の位置におけるビームプロファイルを、検出器７０を用いて観察することができる。
また、ＮＡアパーチャ６２のＮＡサイズ（アパーチャ径）も重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なＮＡサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度である。更に、ＮＡサイズは、好ましくは、ビーム径に対して＋１０〜１００〔％〕大きいサイズである。
この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。上記のアパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、異物１０のコントラストを高めることができる。
更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー信号は変化せず、異物１０の階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、異物１０のコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
また、ｘ、ｙ方向だけでなく、ｚ軸方向にアパーチャの位置調整を行えるように、アパーチャ等が構成されてよい。この構成も有利である。アパーチャは、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低減、及び、２次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
上述のように、ミラー電子は、ＮＡサイズと形状に非常に敏感である。よって、ＮＡサイズと形状と適切に選択することは、高いＳ／Ｎを得るために大変重要である。以下、そのような適切なＮＡサイズと形状の選択を行うための構成の例を説明する。ここでは、ＮＡアパーチャ６２のアパーチャ（孔）の形状についても説明する。
ここで、ＮＡパーチャ６２は、孔を有する部材（部品）である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり、孔がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャ関連の説明において、図２４〜図２８を参照するときは、部材（部品）とその孔を区別するため、部材をＮＡアパーチャと呼ぶ。そして、部材の孔を、アパーチャという。以下の説明において、符合６２、６２ａ〜６２ｄは、ＮＡアパーチャである。符号１６９、６９、６９ａ、６９ｂは、アパーチャ（孔）である。アパーチャ形状は、一般に、孔の形状を意味する。
図２４は、参考例であり、従来のアパーチャ１６９を示している。図２４に示すように、従来は、円形のアパーチャ１６９が固定位置に設置されていた。よって、上述のような適切なＮＡサイズと形状の選択はできなかった。
一方、本実施の形態に係る試料検査装置は、ＮＡアパーチャ６２の位置を２次元的又は３次元的に移動し、位置設定を行えるように構成されている。ＮＡアパーチャ６２の移動は、図２３において説明したＸ−Ｙステージ６６を用いて行われてよい。そして、複数のアパーチャから適当なアパーチャが適宜選択されてよく、そして、位置決めが行われてよい。また、一つのＮＡアパーチャ６２に複数のアパーチャ孔６９が設けられてよい。そして、それらの一つを選択するためにＮＡアパーチャ６２が移動されてよい（この構成も、複数のアパーチャからの選択に相当する）。また、他の移動機構が用いられてよい。例えば、Ｘ−Ｙステージ６６の代わりに、ＮＡアパーチャ６２がリニアモータにより移動されてよい。また、回転支持部材でＮＡアパーチャ６２が支持されてよく、通常の回転式のモータがＮＡアパーチャ６２の位置移動を行ってよい。以下、ＮＡアパーチャ６２の孔の形状に関する具体例について説明する。
図２５は、アパーチャ６９の形状の一例を示している。図２５において、アパーチャ６９は、楕円形の孔形状を有している。この孔形状は、ミラー電子信号の強度分布に合うように設定されている。この例では、アパーチャにおけるミラー電子の強度分布の測定結果において、強度分布がｙ方向に長い楕円形状である。ここで、ｙ方向とは、Ｅ×Ｂフィルタ４６で偏向される方向である。ｙ方向は、１次電子ビームの光軸の方向と一致する。つまり、ｙ方向の楕円形状の原因は、Ｅ×Ｂフィルタ４６での偏向成分であると考えられる。よって、効率よくミラー電子を捕捉するためには、ｙ方向に長軸を有するアパーチャ形状が大変有利である。これにより、従来よりもミラー電子の収率を高め、より高いＳ／Ｎ（例えば、×２以上）を得ることが可能となる。例えば、２次電子ビームの強度分布が、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕とする（これらの値は、半値全幅である）。楕円形のアパーチャ６９は、２次電子ビーム径に対して、プラス１０〜１００〔％〕の範囲で選択される。例えば、アパーチャサイズがｙ方向に１５０〔μｍ〕、ｘ方向に７５〔μｍ〕になるように、アパーチャが選択されてよい。
次に、図２６乃至図２９を用いて、複数のアパーチャ６９を有するＮＡアパーチャ６２の構成について説明する。ここでは、ＮＡアパーチャ６２ａ〜６２ｃがアパーチャ部材であり、アパーチャ６９ａが、アパーチャ部材に設けられた開口である。
図２６は、複数のアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ａの構成の一例を示している。図２６において、ＮＡアパーチャ６２ａは、２つの円形のアパーチャ６９ａを有する。この例では、ミラー電子の強度中心を基準に、２つの孔が±ｙ方向にずらした位置に配置される。ずれ量は、例えば、５０〔μｍ〕程度である。この構成は、異物１０から散乱された＋ｙ側と−ｙ側のミラー電子の双方を捕捉できる。したがって、この構成は、散乱したミラー電子の信号と、バックグラウンドの２次放出電子との信号量の差を大きくでき、高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。この理由を説明すると、２次放出電子の場合、散乱方向に飛散する量が少量に限られる。そのため、バックグラウンドが低減し、相対的にＳ／Ｎを向上させることができる。
図２７は、４つのアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ａの構成の一例を示している。図２７において、４個の円形のアパーチャ６９ａが、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されている。すなわち、２つのアパーチャ６９ａがｘ軸上に配置され、２つのアパーチャ６９ａがｙ軸上に配置され、４つのアパーチャ６９ａが中心（原点）から等距離に位置している。別の言い方では、４つのアパーチャ６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されて
いる。さらに簡単にいうと、４つのアパーチャ６９ａが菱形状に配置されている。これにより、異物１０からｘ方向とｙ方向の双方に散乱されたミラー電子が存在する場合にも、高Ｓ／Ｎで電子を取得することができる。
図２８は、４つのアパーチャ６９ａを有するＮＡアパーチャ６２ｃを示している。図２８の構成は、図２７の構成と異なる一例である。図２８においては、４個の円形のアパーチャ６９ａが、ｘｙ平面における第１象限から第４象限にそれぞれ配置されている。この例でも、４つのアパーチャ６９ａは、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されており、中心（原点）から等距離に配置されている。別の言い方では、４つのアパーチャ６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されている。このような形状のＮＡアパーチャ６２ｃにおいても、ミラー電子の信号強度が高くなる位置にアパーチャ６９ａを設けることができ、高Ｓ／Ｎの信号を取得することができる。
図２７及び図２８に示すように、アパーチャ６９ａの数が同じであって、それらの配置が異なってよい。これにより、用途に応じた適切なＮＡアパーチャ６２ｂ、６２ｃを用いることができる。これにより、各々の用途について、高いＳ／Ｎを取得することが可能となる。
図２９は、８つのアパーチャ６９ｂを有するＮＡアパーチャ６２ｄの構成の一例を示した図である。図２９に示すように、アパーチャ６９ｄの数は、４つよりも更に多くてもよい。図２９に示したＮＡアパーチャ６２ｄにおいては、ミラー電子の強度中心の回りの円周上に、複数のアパーチャ６９ｂが等間隔に配置されている。この構成は、円周上のどこかのアパーチャ６９ｂの位置に特異的に強い散乱をするミラー電子がある場合に有利である。そのようなミラー電子の適切な捕捉が可能となる。
また、図２６乃至図２９では、ミラー電子の信号の強度中心とアパーチャ６９ａ、６９ｂとの関係については、アパーチャ位置が強度中心とずれている。しかし、本発明はこれに限定されず、アパーチャ位置が強度中心と一致してよい。すなわち、一つのアパーチャ６９ａ、６９ｂが、ミラー電子強度中心と一致するように設置されてよい。この場合、他のアパーチャ６９ａ、６９ｂは、散乱したミラー電子の捕捉を行う。それらが強度中心のミラー電子とともに電子像に含まれる。このような合成像が検出器７０で得られる。このようにして、強いミラー電子と特異的に散乱されたミラー電子との合成像を取得することができる。したがって、高いＳ／Ｎを得ることができるとともに、散乱方向に特徴がある異物１０を効果的に検出できる。また、散乱方向の特徴を、異物１０の分類に役立てることも可能となる。
更に、本実施の形態によれば、使用するランディングエネルギーＬＥに対して、適切な形状のアパーチャ６９、６９ａ、６９ｂを選択することもできる。この選択も大変に有利な効果を提供する。ランディングエネルギーＬＥによりミラー電子の強度分布が変化する。そこで、本実施の形態の検査装置は、使用するランディングエネルギーＬＥに応じたサイズ及び形状を有するアパーチャ６９、６９ａ、６９ｂを用いるように構成されてよい。これにより強度分布に応じてアパーチャを調整でき、大変有利である。例えば、ミラー電子が、ｙ方向に長い楕円形状の強度分布を有する場合を考える。このとき、異なった２つの条件で撮像又は検査が行われるとする。例えば、１番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第１の値すなわちＬＥ＝３〔ｅＶ〕であるとする。第２番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第２の値すなわちＬＥ＝２〔ｅＶ〕とする。ここで、ランディングエネルギーＬＥが小さくなると、ＮＡアパーチャ６２、６２ａ〜６２ｄの位置ではミラー電子強度分布が大きくなる。このような分布変化に適合するように、ＮＡアパーチャ６２、６２ａ〜６２ｄが好適に選択される。例えば、第１のランディングエネルギーが用いられるときは、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕の楕円
のアパーチャ６９が選択されてよい。第２のランディングエネルギーが用いられるときは、ミラー電子強度分布が２倍程度大きく。そこで、ｙ方向に２００〔μｍ〕、ｘ方向に１００〔μｍ〕の楕円形状のアパーチャ６９が用いられてよい。このようにアパーチャを選択することにより、大変効果的にミラー電子を検出できる。
また、図１８において説明したファラデーカップ等の構成について再度説明する。これら構成は、図２３の電子線検査装置に設置されてよい。
図３０は、図２３のステージ３０を示している。ステージ３０上には、ファラデーカップ３１と、凹溝２５、２５ａを有する基準試料チップ２６と、ＥＢ−ＣＣＤ３７が設置されている。これにより、１次電子ビームの均一性及び照射位置を高い精度で監視（モニタ）でき、また、時間による１次電子ビームの変動を高い精度で監視できる。
この点に関し、従来は、１次電子ビームを直接監視する手段がなかった。そのために、従来は、定期的に、同一試料２０上の複数の点にファラデーカップ３１が載置され、ファラデーカップ３１により電子ビーム照射の像が取得される。この像が、ビームの評価及び調整に用いられていた。しかし、従来技術では、１次光学系４０と２次光学系６０ａの変動が重畳された画像しか得られない。それら２つの光学系の要因を分離し、評価及び調整することが煩雑であり、精度も悪かった。本実施の形態は、このような問題を解決できる。
また、本実施の形態によれば、１次電子ビームの電流密度分布も高精度で測定可能となる。１次光学系のレンズ４２、４５、アライナ、電子銃４１の電子放出制御系に対し、精度の良いフィードバックを行える。したがって、より均一なビームプロファイルの形成が可能となる。例えば、従来の電流密度分布の測定では、直系φ３０〔μｍ〕程度のファラデーカップが用いられる。そして、３０〔μｍ〕のピッチで、５点程度が測定される。このような測定では、ファラデーカップ３１の孔サイズによって分解能が制限される。また、一点ずつの測定が行われるので、時間が掛かる。そのため、電子ビームが照射された瞬間の分布を測定することができなかった。
本実施の形態に係る異物検査装置によれば、１次電子ビームのビームプロファイルを直接的に測定できる。そして、測定結果に基づいて、１次電子ビームを適切に調整することができる。
また、このような１次電子ビームの調整において、異物１０のサイズと信号強度又はＳ／Ｎとの関係を求めるために、本実施の形態は規格化されたサンプルを製作して用いてよい。このようなサンプルの使用により、大きな利点が得られる。例えば、試料の単一膜上に、サイズの分かっている規格化された微小球体が散布される。このような試料を用いて、感度校正を行うことが好適である。
図３１は、サンプル１５が散布された試料２０を示している。サンプル１５は、異物１０を模式的に代替する。そこで、異物１０に近いサイズを有し、異物１０に近い材質からなるサンプルを用いることが好ましい。例えば、サンプル１５は規格化された微小球体であり、材料はＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）である。超微粒子が用いられてもよい。試料２０は、Ｓｉ等の半導体ウエハでよい。半導体ウエハ上に膜が成膜されていてよい。試料２０は、膜が形成されたガラス基板でもよい。試料２０上の膜は、導電膜、絶縁膜のどちらであってもよい。例えば、半導体ウエハ上の膜は、ＳｉＯ2、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌ、
Ｗ等の膜でよい。また、ガラス基板上の膜は、例えば、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＢＮ、ＴａＢＯ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｏ等の膜でよい。
図３１において、サンプル１５の大きさが既知である。したがって、サンプル１５の画像を取得することにより、サンプル１５のサイズと、信号強度又はＳ／Ｎとの関係を求めることができる。
図３２は、図３１に示されるサンプル１５の画像を取得したときに得られる測定結果を示している。図３２は、サンプル１５と信号強度の関係の一例である。図３２において、横軸はサンプル１５のサイズであり、縦軸は信号強度である。縦軸は、Ｓ／Ｎであってもよい。サンプル１５のサイズを種々変化させることにより、サンプルサイズに対応する信号強度が求まる。信号強度から、図３２で示したように、グラフが作成される。これにより、異物１０のサイズと信号強度又はＳ／Ｎの関係を把握することができる。
上記では、サンプル１５として微小球体が用いられる。適当な球体のサイズは、特に、１００〔ｎｍ〕以下である。つまり、φ１〜φ１００〔ｎｍ〕の微小球体が、有利に用いられる。
これまで説明してきたように、本実施の形態に係る電子線検査装置及び電子線検査方法は、ナノオーダーの超微小な異物１０に対しても感度を有する。上記のような微小なサンプル１５は、微小な異物１０の検査のために特に有利に用いられる。
この点に関し、従来の光式の異物検査方式では、光の波長によって分解能が制約されるため、１００〔ｎｍ〕より小さいサイズの異物１０の検出が困難であった。本実施の形態に係る電子線検査装置及び電子線検査方法によれば、十分な感度が得られ、微小な異物１０を検出することができる。
次に、図３３を参照し、ランディングエネルギーの適切な設定を実現する実施の形態について、更なる説明を行う。
図３３は、本実施の形態に係る電子線検査方法におけるビームランディングエネルギーに対する階調特性を示している。この異物検査方法は、ベタ面またはパターン面を有する試料２０に対して適用されてよい（ベタ面は、パターンが無い面である。以下同じ）。本実施の形態は、図３３に示す特性を取得し、図３３の特性を用いてランディングエネルギーＬＥの領域を選択することに特徴を有する。階調特性（ランディングエネルギーＬＥに対する階調値の変化）は、検出される電子の種類と関係する。以下に電子の種類を示す。
ＬＥ＜ＬＥＡ： ミラー電子
ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ 二次放出電子とミラー電子の混在した状態
ＬＥＢ≦ＬＥ 二次放出電子
ここで、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の領域にＬＥを設定することにより、高いＳ／Ｎの像を取得することが可能となり、高感度の欠陥検査及び異物検査が可能となる。この設定の理由について説明する。例えば、ＳｉやＷなどのベタ面の上に異物１０があったとする。本実施の形態では、異物１０がチャージアップしてミラー電子を形成する。このとき、バックグラウンドであるベタ面（パターンが無い面）の階調が小さいことが望まれる。Ｓ／Ｎが高くなるからである。ベタ面の階調を小さくするためには、２次電子放出領域及び混在領域のエネルギー条件が適当である。混在領域は、ミラー電子と二次放出電子が混在する領域である。混在領域は、２次放出電子領域とミラー電子領域の間にあり、遷移領域に相当する。
混在領域は、図３３のＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢである。この領域では、異物１０からはミラー電子が発生し、バックグラウンドの試料２０からは２次放出電子が発生していると考えられる。ＬＥ＜ＬＥＡのミラー電子領域では、バックグラウンドからもミラー電子が発
生する。したがって、バックグラウンドの階調が高くなり、異物１０の階調とバックグランドの階調との差異が小さくなる。つまりＳ／Ｎが小さくなる。また、ＬＥＢよりもＬＥがずっと大きいエネルギー領域では、異物１０からも２次放出電子が発生してしまう。この場合も、Ｓ／Ｎが小さくなってしまう。
異物１０の検出を容易にするためには、異物１０の拡大像８１と、バックグラウンドの試料表面２１の表面像８２との階調差を最も大きくすることが好ましい。階調差は、図３３に示したランディングエネルギーＬＥに対する階調特性に依存する。また、図３３においては、一本の特性曲線が示されている。これに対して、本実施の形態は、例えば、異物１０の特性曲線と、純粋な試料２０の特性曲線との２本の特性曲線を好適に用いる。本実施の形態は、それらの２つの特性を比較し、最も階調差が大きい範囲のランディングエネルギーＬＥを用いてよい。これにより、ランディングエネルギーを適切に定めることができる。
上記に関し、異物１０の特性曲線と、試料表面２１の特性曲線との組み合わせに依存して、階調差が大きいエネルギー帯域が変化する。そこで、検査対象の特性曲線を用いてランディングエネルギーが好適に設定される。
また、これまでの実験的経験により、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の領域のＬＥが、大変有利に用いられ、大きな効果が得られる。このエネルギー領域を適用する方法及び構成は、これまで説明された任意の方法及び構成に対し、可能な範囲で適用されてよい。これにより、高いＳ／Ｎを取得することが可能となり、高感度、高速の欠陥検査及び異物検査が可能となる。
次に、図３４を用いて、異物１０の検出又は検査において効率的な１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥについて更に詳細に説明する。図３４は、１次系の電子ビームのランディングエネルギーＬＥと、画像の階調との関係を示している。図３４には、試料２０と異物１０との関係として、試料２０の階調特性と異物１０の階調特性が示されている。
図３３の説明で言及したように、ＬＥＡよりランデシィングエネルギーＬＥが小さい領域は、ミラー電子領域を示している。ミラー電子領域とは、試料２０上に異物１０の存在しない正常部からほぼ総てミラー電子のみが検出されるエネルギー領域である。
また、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＢより大きい領域は、２次電子領域を示している。２次電子領域は、試料２０の正常部からほぼ総て２次電子のみが検出される領域である。ここでは、簡単のため、２次電子に着目し、２次電子領域という用語を用いている。より詳細には、２次放出電子領域であり、２次放出電子が発生する。２次放出電子は、既に述べたように、２次電子、反射電子及び後方散乱電子を含んでよい。
また、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＡ以上ＬＥＢ以下の領域は、混在領域である。混在領域は、試料２０の正常部から、ミラー電子と２次電子の双方が検出される混在領域を示している。混在領域は、ミラー電子領域と２次電子領域の間の遷移領域である。
上述のように、照射する１次系の電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕のエネルギー領域に設定されるのが好ましい。このことについて、図３４を用いて、更に詳細に説明を行う。
図３４は、異物１０と、試料２０上の正常部との各々について、１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥに対する階調ＤＮの変化を示している。階調ＤＮ（Digital Nu
mber）は、検出器７０で検出される電子数に対応する。異物１０と試料２０との接触抵抗が高い場合、又は、異物１０が帯電した場合、異物１０は、周囲の正常部と異なる階調変化を示す。これは、異物１０の電位変化が発生し、ミラー電子が発生しやすくなるからである。発明者等の発見によれば、ＬＥＡ〜ＬＥＢの範囲が−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕である場合が、多く確認されている。そして、上述したように、正常部と比較して、異物１０は、１次系電子ビームのランディングエネルギーＬＥが高い状態でもミラー電子を生じさせる（ここで、ミラー電子は２次電子と混在してよい）。したがって、異物１０の撮像又は検査を行うときに、ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕が、使用するランディングエネルギーＬＥ領域として適している。例えば、ＬＥＡ〜ＬＥＢが−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕であるとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥ領域は、大変好ましくは、−５〔ｅＶ〕〜＋１０（＝５＋５）〔ｅＶ〕である。
また、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”は、基板の材料に関わらず、総ての種類の基板に対して有効である。例えば、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”は、パターン等の形成された基板に対しても、異物が表面に存在する基板等に対しても有効である。このＬＥ範囲は、更に、基板や異物の材料を問わず有効である。例えば、ガラス基板の観察においても、ランディングエネルギー範囲“ＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕”が好適に適用される。これにより、良好な画像を得ることができる。
ここで、異物１０が高いコントラストで撮像できる理由は、図３４から明らかである。図３４に示すように、異物１０と周囲の正常部では、輝度変化が異なる。そして、正常部と比べて、異物１０では、高ランディングエネルギーＬＥ（＝ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕）にて、ミラー電子が発生する。そのため、図示のように、異物１０と正常部の階調差ΔＤＮを大きく取ることができる。例えば、正常部の階調ＤＮが５０ＤＮであり、正常部の輝度変動（ノイズ）が３ＤＮであるとする。また、異物１０の階調ＤＮが１００ＤＮであるとする。この場合、階調差ΔＤＮ＝５０ＤＮ（＝１００ＤＮ−５０ＤＮ）である。そして、Ｓ／Ｎは、５０／３＝１６．７である。このようにして、高いＳ／Ｎ値を得ることができる。これは、まさに上述したＬＥＡ〜ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕のランディングエネルギーＬＥ領域で発生する現象である。この現象を利用することによって、高いコントラストでの撮像又は検査が可能となる。他のランディングエネルギーＬＥ領域では、異物１０のみをミラー電子発生状態にすることができず、したがって、上記のように異物１０と周囲の正常部とのコントラストを高くすることもできない。よって、異物１０の検出においては、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の範囲で検出を行うことが好ましい。
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
「産業上の利用可能性」
本発明は、電子線を用いて半導体ウエハ等の試料上の異物の存在の有無を検査し、又、欠陥の有無等を検査する電子線検査装置に利用することができる。
［第２の観点］
第２の観点は、絶縁領域及び導電領域の観察に関する。
本発明の目的は、試料面に絶縁領域と導電領域が形成されている場合に、試料面の観察を高コントラストで行うことができる技術を提供することにある。
本発明の試料観察装置は、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に撮像電子ビームを
照射する電子ビーム源と、前記撮像電子ビームの照射により前記試料面の構造情報を得た電子の方向付けを行うＥ×Ｂフィルタであって、前記撮像電子ビームの入射方向と逆向きに進行する前記電子の速度に応じて、電界と磁界により前記電子の方向付けを行うＥ×Ｂフィルタと、該Ｅ×Ｂフィルタにより方向付けされた前記電子を検出し、検出された前記電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、前記撮像電子ビームの照射エネルギーを、前記電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に設定する照射エネルギー設定部（帯電電子ビーム照射手段）と、を含む。
これにより、画像の材料コントラストが大きくなる遷移領域のエネルギー帯を用いて試料面の画像を取得することができる。したがって、高いコントラストにより絶縁領域と導電領域を識別できる画像を得ることができる。
また、本発明において、前記電子ビーム源は、前記撮像電子ビームを照射する前に、前記試料面の前記絶縁領域を帯電させるために予め帯電電子ビームを照射してよく、前記Ｅ×Ｂフィルタは、前記導電領域の構造情報を得た電子又は前記絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に前記検出器に導いてよい。
これにより、撮像前に電子ビームを予め照射することにより、絶縁領域を負に帯電させることができる。絶縁領域と、接地電位である導電領域との電位差を大きくできる。したがって、絶縁領域と導電領域の材料コントラストを一層高めることができる。
また、本発明の装置は、前記撮像電子ビームを照射する前に、前記試料面の前記絶縁領域を帯電させるために予め帯電電子ビームを照射する帯電電子ビーム照射部（帯電電子ビーム照射手段）を更に有してよく、前記Ｅ×Ｂフィルタは、前記導電領域の構造情報を得た電子又は前記絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に前記検出器に導いてよい。
これにより、絶縁領域を負に帯電させることができる。絶縁領域と、接地電位である導電領域との電位差を大きくできる。したがって、絶縁領域と導電領域の材料コントラストを一層高めることができる。また、帯電用の専用の電子ビーム照射部を用いることにより、帯電電子ビームと撮像電子ビームの切り替えを迅速に行うことができ、観察時間を短縮することができる。
また、本発明の装置は、アパーチャ径が異なる複数種類のＮＡアパーチャを有するＮＡ調整アパーチャと、該ＮＡ調整アパーチャを移動させるＮＡ調整アパーチャ移動機構とを有してよく、前記導電領域の構造情報を持つ前記電子が前記ＮＡアパーチャを通過するように、前記ＮＡアパーチャの位置と前記アパーチャ径を調整し、前記画像のコントラストを最適にしてよい。
ここで、ＮＡ調整アパーチャは、本発明に係る位置と径の少なくとも一方を調整できるアパーチャである。上記構成により、検出器付近でも、導電領域からの電子を絶縁領域からの電子と区別及び分離できる。したがって、導電領域からの電子を確実に検出でき、導電領域と絶縁領域との材料コントラストを一層高めることができる。
また、本発明において、前記検出器は、前記電子を直接検出するＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩであってよい。
これにより、電子を直接的に検出でき信号ロスの少ない高分解能型の検出器を用いて、高分解能の画像を取得することができる。
また、本発明において、前記試料面は、前記絶縁領域の面積が前記導電領域の面積より
大きい半導体ウエハ上に形成されたコンタクトプラグ、又は、レチクルのコンタクト構造を含んでよい。
半導体ウエハのコンタクトプラグや、レチクルのコンタクト構造では、絶縁領域の面積と比較して導電領域の面積が非常に小さい。すなわち導電領域の面積比が非常に小さい。このような場合に、本発明は、材料コントラストを高めることができ、画像中で導電領域が浮かび上がるような画像を取得することができる。こうして、絶縁材料の面積割合が多い試料に対しての観察又は検査を容易に行うことができる。
また、本発明の半導体製造方法は、半導体ウエハを加工する工程と、上記の試料観察装置を用いて、加工された前記半導体ウエハの試料面を観察する工程と、を含む。
これにより、半導体製造プロセスにおいて、材料コントラストの高い画像により半導体ウエハの良否を観察又は検査することができる。したがって、欠陥等の発見を容易に行うことができる。
また、本発明は、試料観察方法であって、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に撮像電子ビームを照射し、前記試料面の構造情報を得た電子を検出して前記試料面の画像を取得し、前記試料面に照射される前記撮像電子ビームが、前記電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域の照射エネルギーを有する。
これにより、導電材料と絶縁材料との間で画像中の材料コントラストが大きいエネルギー帯を用いて画像を取得することができる。したがって、観察を容易にできる画像を取得することができる。
また、本発明の方法は、前記撮像電子ビームの照射前に、前記試料面の前記絶縁領域を帯電させる帯電電子ビームを照射してよい。
これにより、絶縁領域を負に帯電させることができる。絶縁領域と、接地電位である導電領域との電位差を高めることができる。したがって、電子ビームの照射により生じる電子の速度を、材料によって異ならせることができる。そして、材料コントラストを一層高めることができる。
また、本発明の半導体製造方法は、半導体ウエハを加工する工程と、上記の試料観察方法を用いて、加工された前記半導体ウエハの試料面を観察する工程と、を含む。
これにより、材料コントラストの大きい画像を用いて、半導体製造プロセスにおける半導体ウエハの表面を観察又は検査することができる。したがって、欠陥等の発見を容易にすることができる。
「発明の効果」
本発明によれば、試料面の絶縁領域と導電領域についての材料コントラストの高い画像を取得することができる。
「発明の実施の形態」
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
図３５は、本発明の実施の形態に係る試料観察装置の構成の一例を示している。図３５において、試料観察装置は、電子ビーム源１０１０と、１次系レンズ１０２０と、コンデ
ンサレンズ１０３０と、Ｅ×Ｂ１０４０と、トランスファーレンズ１０５０と、ＮＡ（Numerical Aperture、開口数）調整アパーチャ１０６０と、プロジェクションレンズ１０７０と、検出器１０８０と、画像処理装置１０９０と、ステージ１１００と、照射エネルギー設定部１１１０と、電源１１１５とを備える。また、試料観察装置は、必要に応じて、帯電電子ビーム照射部１１２０を備えてもよい。更に図３５に示すように、試料観察装置の関連構成要素として、ステージ１１００の上に試料１２００が載置されている。試料１２００は、表面に試料面１２０１を有する。
上記構成において、１次系レンズ１０２０等は本発明の１次光学系を構成する。電子ビーム源も本発明では１次光学系に含まれてよい。また、トランスファーレンズ１０５０、ＮＡ調整アパーチャ１０６０、プロジェクションレンズ１０７０等が本発明の２次光学系を構成する。検出器１０８０も本発明では２次光学系に含まれてよい。また、画像処理装置１０９０は本発明の画像処理部に含まれる。
電子ビーム源１０１０は、電子ビームを試料１２００の試料面１２０１に照射する手段である。電子ビーム源１０１０は、例えば、電子源１０１１と、ウェーネルト電極１０１２と、アノード１０１３とを備える。電子ビーム源１０１０は、電子源１０１１で電子を発生させ、ウェーネルト電極１０１２で電子を引き出し、アノード１０１３で電子を加速して、電子ビームを試料面１２０１に向けて照射する。
電子ビーム源１０１０は、複数の画素を同時に撮像できるように、複数画素を包含できる所定の面積を有する電子ビームを生成してよい。このような径が大きい電子ビームを、面状の電子ビームと呼ぶことができる。これにより、試料面１２０１への１回の電子ビームの照射により、複数画素を同時に撮像することができる。したがって、広い面積の二次元画像を高速に取得することができる。
照射エネルギー設定部１１１０は、電子ビームの照射エネルギーを設定する手段である。照射エネルギー設定部１１１０は、電源１１１５を含む。電源１１１５は、電子ビーム源１０１０に電力を供給し、電子源１０１１から電子を発生させる。電子源１０１１から電子を発生させるため、電源１１１５の負極が電子源１０１１に接続される。電子ビームの照射エネルギーは、試料１２００と電子源カソードとの電位差により定められる。電子源カソードは、電子ビーム源１０１０の電子源１０１１に備えられたカソードである。よって、照射エネルギー設定部１１１０は、電源１１１５の電圧を調整することにより、照射エネルギーを調整及び設定することができる。以後、電源１１１５の電圧を、「加速電圧」と呼ぶ。本実施の形態においては、照射エネルギー設定部１１１０が電子ビームの照射エネルギーを適切な値に設定することにより、取得画像の材料コントラストを高める。照射エネルギーの具体的な設定方法については、後述する。
１次系レンズ１０２０は、電子ビーム源１０１０から発射された電子ビームに電界又は磁界を与えて、電子ビームを偏向させ、試料面１２０１の所望の照射領域に導くための光学手段である。図３５に示すように、複数の１次系レンズ１０２０が用いられてよい。１次系レンズ１０２０には、例えば、四極子レンズが適用されてよい。
Ｅ×Ｂ１０４０は、電子ビーム又は電子に電界と磁界を付与し、ローレンツ力により電子ビーム又は電子を方向付けし、電子ビーム又は電子を所定の方向に向かわせるための手段である。Ｅ×Ｂ１０４０の電界及び磁界は、電子ビーム源１０１０から発射された電子ビームを試料面１２０１の方向に向かわせるローレンツ力を発生するように設定される。また、電子ビームの試料面１２０１への照射により、試料面１２０１の構造情報を得た電子については、Ｅ×Ｂ１０４０の電界と磁界は、電子ビームをそのまま上方に直進させ、検出器１０８０の方向に向かわせるように設定される。これにより、試料面１２０１に入
射する電子ビームと、試料面１２０１側から生じて入射方向と逆向きに進行する電子とを分離することができる。Ｅ×Ｂは、ウィーンフィルタと呼ばれる。そこで、本発明では、Ｅ×Ｂフィルタという用語が用いられる。
コンデンサレンズ１０３０は、電子ビームを試料面１２０１に結像させるとともに、試料面１２０１の構造情報を得た電子を収束させるためのレンズである。よって、コンデンサレンズ１０３０は、試料１２００の最も近傍に配置される。
トランスファーレンズ１０５０は、Ｅ×Ｂ１０４０を通過した電子を、検出器１０８０の方向に導くともに、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１付近でクロスオーバーを生じさせるための光学手段である。
ＮＡ調整アパーチャ１０６０は、通過電子数を調整するための手段である。ＮＡ調整アパーチャ１０６０は、中央にＮＡアパーチャ１０６１を有する（すなわち、ＮＡ調整アパーチャ１０６０がアパーチャ部材であり、ＮＡアパーチャ１０６１が開口である）。ＮＡ調整アパーチャ１０６０は、試料面１２０１側から上昇してトランスファーレンズ１０５０により導かれた電子を通過させる検出器１０８０への通路として機能する。また、ＮＡ調整アパーチャ１０６０は、撮像の雑音となる電子が検出器１０８０に向かわないように電子を遮断し、通過電子数を調整する。本実施の形態において、ＮＡ調整アパーチャ１０６０は、試料面１２０１の導電領域の構造情報を得た電子又は絶縁領域の情報を得た電子の一方を選択的に通過させ、他方の電子を遮蔽する。詳細については後述する。
プロジェクションレンズ１０７０は、最終焦点調整手段であり、ＮＡ調整アパーチャ１０６０を通過した電子に作用して、検出器１０８０の検出面１０８１上に像を結像させる。
検出器１０８０は、試料面１２０１への電子ビーム照射により試料面１２０１の構造情報を得た電子を検出し、試料面１２０１の画像を取得するための手段である。検出器１０８０には、種々の検出器が適用され得る。検出器１０８０は、例えば、並列画像取得を可能にするＣＣＤ（Charge Coupled Device）検出器でよく、また、ＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤ検出器でよい。検出器１０８０がＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤ等の２次
元画像撮像型であり、電子ビーム源１０１０が複数画素を含む所定の面積へ面ビームを照射する。これにより、１箇所のビーム照射にて並列撮像が行われて、広い面積の画像が取得可能である。したがって、試料面１２０１の高速な観察が可能となる。ＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤは、光を検出して電気信号を出力する検出素子である。そのため、検出器１０８０にＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤを適用する場合には、電子を光に変換する蛍光板や、電子を増倍するＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）が必要である。これら構成も検出器１０８０に含まれてよい。
検出器１０８０は、ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩであってもよい。ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩは、二次元画像撮像型の検出器である点で、ＣＣＤ及びＴＤＩ−ＣＣＤと同様である。しかし、ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩは、電子を直接検出し、光−電子間の変換を経ることなく電気信号を出力する。したがって、上述のような蛍光板やＭＣＰが必要とされない。途中の信号ロスが減少するので、高分解能な画像取得が可能となる。検出器１０８０には、このような高分解能型のＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩが適用されてよい。
画像処理装置１０９０は、検出器１０８０から出力された電気信号に基づいて、試料面１２０１の画像を生成する装置である。具体的には、検出器１０８０から出力された座標情報及び輝度情報に基づいて、二次元画像が生成される。本実施の形態は、試料面１２０
１に絶縁材料と導電材料を含む試料１２００を観察する。絶縁領域と導電領域とに輝度差が発生し、材料コントラストの高い画像が取得されることが好ましい。このような要求に応え、良好な画像が取得できるように、画像処理装置１０９０が必要な画像処理及び画像生成を行う。
ステージ１１００は、上面に試料１２００が載置されることにより、試料１２００を支持する手段である。ステージ１１００は、試料面１２０１の被観察領域の総てに電子ビームの照射が可能なように、水平方向、例えばＸ−Ｙ方向に移動可能であってよく、また、水平方向に回転可能でよい。また、ステージ１１００は、必要に応じて、鉛直方向、つまりＺ方向に移動可能であってもよい。ステージ１１００を移動可能に構成するために、モータやエア等の移動手段が備えられてよい。
帯電電子ビーム照射部１１２０は、試料面１２０１を帯電させるために設けられたビーム照射手段である。試料面１２０１の帯電は、電子ビーム源１０１０が撮像用の撮像電子ビームを照射する前に行われる。帯電電子ビーム照射部１１２０は、必要に応じて設けられてよい。試料面１２０１を撮像する前に試料面１２０１の絶縁領域に予め電子ビームを照射すると、絶縁領域が負に帯電する。一方、導電領域は常に接地電位である。したがって、材料に応じた電位差を試料面１２０１に作ることが可能となる。この電位差により、導電領域と絶縁領域との材料コントラストを高めることができる。このように、撮像電子ビームの前に、帯電電子ビームを試料面１２０１に照射したい場合に、帯電電子ビーム照射部１１２０が好適に設けられる。
別の構成では、帯電電子ビーム照射部１１２０が用いられなくてよい。電子ビーム源１０１０が帯電電子ビームを照射し、次いで同じ電子ビーム源１０１０が撮像電子ビームを試料面１２０１に照射してよい。この構成でも、同様の帯電電子ビーム照射が可能である。よって、帯電電子ビーム照射部１１２０は、例えば、帯電電子ビームを試料面１２０１に照射したい場合であって、特に、帯電電子ビームの照射の後にすぐに撮像電子ビームを照射したい場合に設けられてよい。一般的に、撮像電子ビームと、帯電電子ビームとでは、照射エネルギーが異なる。帯電電子ビーム照射部１１２０を設けることにより、帯電電子ビーム照射と撮像電子ビーム照射の間の照射エネルギーの調整を不要とすることができる。したがって、迅速な撮像を行うことができる。観察時間の短縮等が強く要請される場合には、帯電電子ビーム照射部１１２０が好適に設けられる。これにより、観察時間短縮の要請に応えることができる。
試料１２００は、その表面の試料面１２０１に、絶縁材料からなる絶縁領域と、導電材料からなる導電領域とを含む。種々の形状の試料１２００が適用され得る。試料１２００は、例えば、半導体ウエハ、レチクル等の基板でよい。本実施形態に係る試料観察装置は、絶縁領域の面積比が導電領域よりも大きい場合に、好適に試料面１２０１を観察することができる。例えば、試料１２００が、半導体ウエハのコンタクトプラグや、レチクルのコンタクト構造である場合、導電領域の面積比が小さい。このような場合に、良好に試料面１２０１の画像を取得し、観察を行うことができる。なお、導電材料及び絶縁材料には、種々の材料が適用され得る。例えば、導電材料はＷ（タングステン）等のプラグ材料でよい。絶縁材料は、半導体ウエハの絶縁層として利用されるＳｉＯ2（シリコン酸化膜）
等でよい。
次に、図３５に係る試料観察装置を用いて実行される試料観察の内容について、具体的に説明する。
図３６Ａ及び図３６Ｂは、撮像電子ビームの照射エネルギーと材料コントラストの関係の一例を示している。図３６Ａは、照射エネルギー帯域によって異なる画像の例を示して
いる。図３６Ｂは、撮像電子ビームの照射エネルギーと検出器電流との相関関係を示している。
図３６Ｂにおいて、横軸は、撮像電子ビームの照射エネルギー（ランディングエネルギーＬＥ）を示し、縦軸は、検出器１０８０における検出器電流の大きさを示す。また、図３６Ｂにおいて、実線で示された特性曲線は、１０〜３００〔μｍ〕のアパーチャ径を有するＮＡ調整アパーチャ１０６０の傾向を示す。一点鎖線で示された特性曲線は、１０００〜３０００〔μｍ〕のアパーチャ径を有するＮＡ調整アパーチャ１０６０の傾向を示している。また、アパーチャ径１０〜３００［μｍ］の場合において、二次電子領域は、ＬＥ＝２〜１０〔ｅＶ〕であり、遷移領域は、ＬＥ＝−２〜２〔ｅＶ〕であり、ミラー電子領域は、ＬＥが−２〔ｅＶ〕以下の領域である。
ここで、二次電子は、本発明の二次放出電子に含まれ、図２の二次電子領域は本発明の二次放出電子領域の一例である。二次放出電子とは、試料面１２０１への電子ビームの衝突によって、試料１２００から放出される電子のことを言う。二次放出電子は、いわゆる二次電子の他に反射電子及び後方散乱電子等を含んでよい。反射電子は、入射エネルギーと略等しい反射エネルギーを有する電子である。後方散乱電子は、後方に散乱する電子である。しかし、二次放出電子の中で、二次電子が主に検出される。そこで、以下では、本発明について説明するために、二次電子が、主要な二次放出電子として説明されてよい。二次電子は、試料１２００からの放出の仕方がコサイン則に従うという性質を有する。
また、ミラー電子とは、試料面１２０１に衝突せずに反射する電子のことを意味する。より詳細には、電子ビームが、試料面１２０１に向かって進み、試料面１２０１に衝突せず、試料面１２０１近傍で進行方向を逆向きに変え、その結果、ミラー電子になる。例えば、試料面１２０１の電位が負電位であり、電子ビームのランディングエネルギーが小さいとする。この場合には、電子ビームは、試料面１２０１近傍の電界の作用を受け、試料面１２０１に衝突せず、逆向きに進行方向を変え、この現象がミラー電子を生じさせる。本実施形態に係る試料観察装置及び試料観察方法においては、ミラー電子は、上記のように、「試料面１２０１に衝突することなく、進行方向を逆向きとして反射する電子」である。
図３６Ｂにおいては、二次電子領域は、ランディングエネルギーＬＥ＝２〜１０〔ｅＶ〕の領域である。二次電子領域では、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のアパーチャ径の相違に依存して、検出電流が大きく異なっている。この理由は、二次電子の試料面放出角がコサイン則により決まり、電子の広がりがＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置で大きくなることにある。
ランディングエネルギーＬＥが２〔ｅＶ〕以下に低下すると、ミラー電子が少しずつ増加する。このエネルギー領域は、ミラー電子と二次電子が混在する遷移領域である。遷移領域では、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のアパーチャ径の大きさの相違による検出器電流の差は小さい。
ランディングエネルギーＬＥが−２〔ｅＶ〕以下になると、二次電子の放出は見られなくなり、ミラー電子の放出量は一定となる。この領域は、ミラー電子領域である。ミラー電子領域では、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のアパーチャ径のサイズに依存しては、検出器電流の差が見られない。このことから、ミラー電子は、ＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置では集束していると考えられる。集束範囲は、φ３００〔μｍ〕以下でφ１０〔μｍ〕以上のあたりであると考えられる。ミラー電子は、基板表面に衝突せずに反射されるので、指向性が良く、直進性が高く、集束範囲が狭くなる。
図２では、アパーチャ径が、１０〜３００〔μｍ〕及び１０００〜３０００〔μｍ〕である。これらは、実線と破線の２つの傾向を得るための適当な２つのアパーチャ径範囲として用いられた。アパーチャ径が１０〔μｍ〕未満又は３０００〔μｍ〕より大きい場合も、特性曲線は同じ傾向を示すと考えられる。ここでは、ノイズ増大による測定の限度のため、アパーチャ径が１０〔μｍ〕以上、３０００〔μｍ〕以下に定められた。
図３７は、照射電子ビームのランディングエネルギーＬＥに応じたミラー電子及び二次電子の発生現象を模式的に示している。ミラー電子及び二次電子は、どちらも試料面１２０１の構造情報を得る。ミラー電子及び二次電子では角度が相違しており、このことは、図３６Ａ及び図３Ｂを参照して説明した通りである。
図３７は、ミラー電子領域と遷移領域について、実効ランディングエネルギーと電子の挙動との関係を表している。
図３７の例では、ミラー電子領域は、実効ランディングエネルギーＬＥが０〔ｅＶ〕以下の領域である。ミラー電子領域においては、照射電子ビームが試料面１２０１に衝突せず、空中で反射してミラー電子になる。図３７に示すように、照射ビームが試料面１２０１に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子も垂直に反射し、電子の進行方向が一定である。
一方、遷移領域においては、ミラー電子は、試料面１２０１に衝突することなく、空中で向きを反転させ、反射している。この現象は、ミラー電子領域におけるミラー電子と同様である。しかし、一部の照射電子ビームは、試料面１２０１に衝突し、その結果、試料１２００の内部から空中に二次電子が放出される。ここで、照射電子ビームが試料面１２０１に対して鉛直に入射したので、ミラー電子が鉛直方向に反射している。しかし、二次電子は、コサイン則に従って種々の方向に拡散している。コサイン則の分布は、鉛直方向にコサインの関係を有する。ランディングエネルギーが高くなる程、二次電子の割合がミラー電子の割合に比べて大きくなる。
図３７に示すように、ミラー電子は進行方向が一定して良好な指向性を有するが、二次電子の進行方向はコサイン則に従って拡散し、指向性は良好でない。
上述した例では、遷移領域が−２〔ｅＶ〕〜２〔ｅＶ〕である。遷移領域は、ミラー電子と二次電子が混在する領域である。発明者等は、種々の実験の経験により、以下に述べるエネルギー範囲でこのような遷移現象（混在現象）が起こることと、その領域の使用がパターン撮像において大変効果的であることを見いだした。
照射する１次系の電子ビームにおいて、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕の領域であることが好ましい。
以下、この内容について詳細に説明を行う。図３８は、ランディングエネルギーＬＥに対する試料表面１２０１の階調の変化を示した図である。ここで、階調は、画像の輝度に対応し、そして、検出器１０８０で取得する電子数に比例している。
図３８では、ランディングエネルギーＬＥがＬＥＡ以下の領域が、ミラー電子領域である。ランディングエネルギーＬＥがＬＥＢ以上の領域が二次電子領域である。そして、ランディングエネルギーＬＥがＬＥＡ以上、ＬＥＢ以下の領域が、遷移領域である。本発明に関する多くの確認結果では、ＬＥＡ〜ＬＥＢの好ましい範囲が、−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕であった。つまり、ＬＥＡ及びＬＥＢが、好ましくは、−５〔ｅＶ〕≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦＋５〔ｅＶ〕の関係を満たす。
絶縁領域と導電領域では、ミラー電子の形成状況に差がある。これにより、特性線の差異が発生し、つまり階調差が発生して、階調差が大きなコントラストを形成する。つまり、材料や構造の違いによって、絶縁領域の特性線と導電領域の特性線が相互にずれ、階調差が形成される。そして、まさに、上述したランディングエネルギーＬＥの範囲が重要であることが発見された。−５〔ｅＶ〕≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦＋５〔ｅＶ〕、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕（例えば、−５〔ｅＶ〕〜＋１０（＝５＋５）〔ｅＶ〕）の領域でランディングエネルギーＬＥを用いることが、大変有効である。
図３６Ａに戻り、各々の発生電子領域における絶縁材料と導電材料とのコントラストについて説明する。導電材料及び絶縁材料は、導体及び絶縁体で形成された種々の材料であってよい。例えば、導電材料はＷ（タングステン）であり、絶縁材料はＳｉＯ2（シリコ
ン酸化膜）等でよい。
図３６Ａは、各々の発生電子領域における材料コントラストの一例であり、二次電子領域、遷移領域及びミラー電子領域の材料コントラストを示している。まず、ミラー電子領域における材料コントラストに着目すると、導電材料と絶縁材料で差が無い。ミラー電子領域においては、試料面１２０１より手前で電子が反射されるので、導電材料と絶縁材料のコントラスト差が無くなってしまうからである。また、遷移領域と二次電子領域では、ともに、導電材料と絶縁材料とで差がある。遷移領域の方が、導電材料と絶縁材料のコントラスト差が大きい。この理由は、検出される電子がミラー電子を含むことにあると考えられる。ミラー電子の指向性が良いので、信号量が増加し、コントラストが高まると考えられる。
このように、二次電子とミラー電子が混在する遷移領域で試料面１２０１の画像を取得することにより、導電材料と絶縁材料とのコントラストを高めることができる。
遷移領域において、試料表面３２０１の絶縁領域に、撮像前に予め電子ビームが照射されてよい。これにより、絶縁材料は帯電し、電位がマイナス数〔ｅＶ〕程度になる。一方、導電材料の電位は、一定の接地電位である。エネルギー差があるので、Ｅ×Ｂ１０４０では、導電材料の構造情報を得た電子と比較して、絶縁材料の構造情報を得た電子の軌道がずれる。したがって、適切な調整を行うことにより、検出器１０８０に到達する電子を、導電材料の構造情報を得た電子に限定することができる。また、遷移領域は、二次電子とミラー電子が混在するエネルギー領域である。二次電子とミラー電子が混在する場合、絶縁領域からの電子軌道が、双方の電子においてシフトする。ここで、電界方向の力は、Ｆ＝ｅ・Ｅ（ｅは電子の電荷１．６０２×１０-19〔Ｃ〕、Ｅは電界〔Ｖ／ｍ〕）である
。電子に働く力は速度ｖ〔ｍ／ｓ〕に依存しない。一方、磁界方向の力は、Ｆ＝ｅ・（ｖ×Ｂ）であり、電子の速度ｖ〔ｍ／ｓ〕に依存する。通常は、導電性基板から出射された電子が直進するように、Ｅ×Ｂ条件（ウィーン条件）が設定されている。しかし、電子の速度ｖ〔ｍ／ｓ〕が変化することにより、磁界方向の力が変化する。そのため、Ｅ×Ｂ１０４０の下流側（検出器１０８０側）で、電子の軌道がシフトする。
図３９Ａ及び図３９Ｂは、試料面１２０１の構造情報を得た電子の軌道の一例を示した模式図である。図３９Ａは、電子軌道の側面図であり、図３９Ｂは、電子軌道を示す部分拡大図である。
図３９Ａにおいて、試料１２００が下方に配置されている。試料１２００には、試料用電源１１０１により、負電位が印加されている。試料１２００では、導電材料１２０２の上を、絶縁材料１２０３が覆っている。ホール１２０４は、絶縁材料１２０３の切れ目である。導電材料１２０２がホール１２０４から露出して、試料面１２０１の一部を構成し
ている。例えば、レチクルのコンタクト構造においては、図３９Ａに示す試料１２００のように、ホール１２０４の底面が導電材料１２０２で構成されることが多い。また、試料観察装置の構成要素としては、Ｅ×Ｂ１０４０と、ＮＡ調整アパーチャ１０６０と、検出器１０８０のみが示されている。
図３９Ａにおいて、電子ビームＥＢが右上方から発射されている。電子ビームは、Ｅ×Ｂ１０４０により偏向されて、試料面１２０１に鉛直に入射している。そして、試料面１２０１の構造情報を得た電子のうちで、電子ｅｃは、導電領域１２０２の構造情報を得ている。この電子ｅｃは、直進してＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１を通過している。一方、電子ｅｉは、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子である。電子ｅｉは、軌道を変え、ＮＡアパーチャ１０６１の周辺へ進み、ＮＡ調整アパーチャ１０６０の部材部分に衝突している。つまり、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃは、検出器１０８０に到達し、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子ｅｉは、検出器１０８０に到達していない。
この例では、試料面１２０１の大部分を絶縁材料１２０３が占め、一部（ホール１２０４の底面）が導電材料１２０２である。このような構造が、レチクルのコンタクト構造では多く見られる。このような構造において、本実施の形態は、導電材料１２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃのみを検出器１０８０に導き、絶縁材料１２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉを検出器１０８０に到達させない。これにより、特異的に高コントラストの画像を取得することができる。ここで、電子ｅｃ、ｅｉは、ミラー電子及び二次電子の双方を含む。
また、このような材料種類に応じた電子の分離検出は、レチクル以外の試料に適用されてよく、例えば、半導体ウエハ等のライン／スペースパターンの検出にも同様に適用できる。
図３９Ｂは、ＮＡ調整アパーチャ１０６０を下側から見た拡大図を示している。長方形状のＮＡ調整アパーチャ１０６０の一部に、ＮＡアパーチャ１０６１が形成されている。電子ｅｃは、導電領域１２０２の構造情報を得ている。この電子ｅｃは、ＮＡアパーチャ１０６１内に含まれており、したがってＮＡアパーチャ１０６１を通過できる。一方、電子ｅｉは絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子である。電子ｅｉの大部分が、ＮＡ調整アパーチャ１０６０に遮られ、ＮＡアパーチャ１０６１を通過できない。
導電材料１２０２及び絶縁材料１２０３からのミラー電子の電子軌道は、ＮＡ調整用アパーチャ１０６０の位置にてクロスオーバー点を有し、最小スポットの１００〔μｍ〕となる。よって、Ｅ×Ｂ１０４０による軌道シフトを利用することにより、ＮＡ調整アパーチャ１０６０が、導電材料１２０２の構造情報を得た電子ｅｃを容易に選択的に分離できる。この分離は、光学的な分解能を失うことなく実行可能である。材料間で帯電電位の差が大きい場合には、ＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置での軌道シフトも大きい。したがって、より大きなアパーチャ径を有するＮＡ調整アパーチャ１０６０を使用可能であり、検出される電子の数を増大でき、画像を好適に形成することが可能となる。
撮像電子ビームを照射する前に試料面１２０１の絶縁領域１２０３に帯電電子ビームを照射する場合には、電子ビーム源１０１０が用いられてよい。また、帯電電子ビーム照射部１１２０が設置されている場合には、それが用いられてよい。検出器１０８０による撮像を行わない状態で、帯電電子ビームが試料１２００の試料面１２０１に照射されてよい。この場合、絶縁領域１２０３にのみ帯電電子ビームが照射されてよい。しかし、導電領域１２０２に帯電電子ビームが照射されても、表面電位はゼロ電位となる。したがって、導電領域１２０２と絶縁領域１２０３が特に区別されなくてよく、所定の照射エネルギー
の帯電電子ビームが、試料面１２０１の撮像領域に照射されてよい。
図４０Ａ及び図４０Ｂは、ＮＡアパーチャ１０６１の最適位置を説明する図であり、より詳細には、ＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置におけるミラー電子及び二次電子の軌道の広がりと、ＮＡアパーチャ１０６１の最適位置との関係を示す。図４０Ａは、ミラー電子に関して、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の最適位置を示す。図４０Ｂは、二次電子に関して、ＮＡアパーチャ１０６１の最適位置を示す。図４０Ａ及び図４０Ｂにおいて、黒い円が、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃを示す。灰色の円が、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子ｅｉを示している。
図４０Ｂに示すように、試料面１２０１の構造情報を得た電子が二次電子である場合には、導電領域１２０２から放出された電子ｅｃと絶縁領域１２０３から放出された電子ｅｉが、大部分の領域で重なっている。この場合、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の中心が、導電領域１２０２から放出された電子の軌道の中心に略一致する位置に合わされる。この位置が、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の最適位置であると考えられる。これにより、試料面１２０１の導電領域１２０２から放出された電子ｅｃが、電子ｅｃの電子密度の最高部分を中心として検出可能である。しかしながら、図４０Ｂに示すように、絶縁領域１２０３から放出された電子ｅｉの電子軌道も、導電領域１２０２から放出された電子ｅｃの軌道とほぼ重なっている。そのため、両者を分離して検出することはできない。よって、二次電子領域においては、導電領域１２０２から放出された二次電子ｅｃと絶縁領域１２０３から放出された二次電子ｅｉの信号の相違に基づいて、導電領域１２０２と絶縁領域１２０３を区別することになる。
一方、図４０Ａにおいては、導電領域１２０２の構造情報を得たミラー電子ｅｃと、絶縁領域１２０３の構造情報を得たミラー電子ｅｉでは、電子軌道に差が生じており、２つの電子軌道の中心が互いにずれた位置関係にある。このような場合に、例えば、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の位置が、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃが総て通過し、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子ｅｉがＮＡアパーチャ１０６１をあまり通過できないように配置される。これにより、導電領域の構造情報を得た多数の電子ｅｃのみが分離されて、検出器１０８０に導かれる。したがって、導電領域１２０２と絶縁領域１２０３の材料コントラストを高くすることができる。従来通常は、このような分離を行うためには、複数の磁界と電界から構成される色収差補正器（モノクロメータ）が必要である。しかし、本実施の形態に係る試料観察装置及び試料観察方法によれば、色収差補正器が設置されなくてよい。ＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置調整のみによって、同様の効果が得られ、好適な画像を取得することができる。
図３９Ａ〜図４０Ｂの例は、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃを選択的に検出器１０８０に導き、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子ｅｉを検出器１０８０に導かないように構成されている。しかし、逆の構成も可能であり、Ｅ×Ｂ１０４０の設定とＮＡ調整アパーチャ１０６０の配置及びアパーチャ径の調整により実現される。つまり、変形例は、絶縁領域１２０３の構造情報を得た電子ｅｉを検出器１０８０に選択的に導き、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃを検出器１０８０に導かないように構成される。このように、本実施の形態は、導電領域１２０２の構造情報を取得した電子ｅｃと、絶縁領域１２０３の構造情報を取得した電子ｅｉのどちらかを選択的に検出器８０に導く。いずれの電子を導き検出するかは、用途に応じて適宜自由に決定されてよい。
次に、測定結果の例について説明する。以下の実験例は、本実施の形態に係る試料観察装置及び方法により得られた、種々の条件での材料コントラストの測定結果を示す。
＜実験例１＞ 図４１Ａ及び図４１Ｂは、実験例１にて観察される試料１２００の構造
と、取得された画像の一例を示している。図４１Ａは、試料１２００であるコンタクトプラグの断面構造を示している。図４１Ｂは、コンタクトプラグ構造を有する試料面１２０１の取得画像の一例を示している。
図４１Ａでは、半導体基板であるシリコン基板１２０５の上に、絶縁領域１２０３及び導電領域１２０２が形成されている。絶縁領域１２０３は、ＳｉＯ2で形成されている。
また、導電領域１２０２は、タングステンの材料で形成され、コンタクトプラグ形状を有している。試料面１２０１の平面構造においては、絶縁領域１２０３がベースであり、導電領域１２０２が点又は円としてベースの中に形成されている。
図４１Ｂは、試料観察により取得された試料面１２０１の画像の一例であり、絶縁領域１２０３が、画像の黒いベース部分である。黒いベース中から、白い円形の導電領域１２０２が浮かび上がっている。このように、材料コントラストを高めることにより、本実施の形態は、絶縁領域１２０３と導電領域１２０２の区別が容易な画像を取得することができ、欠陥等の観察や検査も容易に行うことが可能となる。
図４１Ｂの例では、絶縁領域１２０３が低輝度で黒くなり、導電領域１２０２が高輝度で白くなる。この画像を得るために、上述したように、例えば、絶縁領域１２０３から発生する電子を選択的に検出するようにＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の位置が調整される。
次に、このような高コントラストの画像を取得するための試料観察方法の設定条件の一例について説明する。
図４２Ａ及び図４２Ｂは、試料観察方法の測定結果を示している。試料観察の設定条件は、以下の通りである。電子ビーム源１０１０の電子源１０１１のカソードの電圧が−３９９５〜−４０００５〔ｅＶ〕である。試料面１２０１の電圧が−４０００〔ｅＶ〕である。また、ランディングエネルギーＬＥが−１〔ｅＶ〕であり、これにより、ランディングエネルギーが遷移領域内で最適化された。電子ビームの照射電流密度は、０．１〔ｍＡ／ｃｍ2〕である。検出器１０８０の画素サイズは、５０〔ｎｍ／ｐｉｘ〕である。ＮＡ
調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１のアパーチャ径は、φ１５０〔μｍ〕である。帯電電子ビームによるプレドーズ量は１〔ｍＣ／ｃｍ2〕である。
図４２Ａは、上述の条件下で電子ビームのランディングエネルギーを変化させたときの、図４１Ａの断面構造を有するコンタクトプラグの観察結果を示した表である。図４２Ｂは、図４２Ａの測定結果のグラフである。
図４２Ｂにおいて、横軸が、ランディングエネルギーＬＥを示し、縦軸が、取得された画像の平均階調を示している。絶縁領域の特性曲線は、略正方形マークで表される点を結んだ曲線によって示される。導電領域の特性曲線は、ダイヤ形マークで表される点を結んだ曲線によって示されている。また、絶縁領域と導電領域の平均階調からコントラストが算出された。コントラストは、三角マークで表される点を結んだ曲線によって示されている。コントラストは、式（１）を用いて算出される。
コントラスト＝｜導電材の平均階調−絶縁材の平均階調｜
÷（導電材の平均階調＋絶縁材の平均階調）・・・（１）
このように、コントラストは、“導電材の平均階調−絶縁材の平均階調”の絶対値を、“導電材の平均階調＋絶縁材の平均階調”で割算した値である。
図４２Ａ、図４２Ｂにおいて、ランディングエネルギーＬＥ＝−１〔ｅＶ〕のときに、コントラストが０．８であり、最高である。ランディングエネルギーＬＥ＝−１〔ｅＶ〕
は、図３６Ｂにおいて説明したように、ミラー電子と二次電子が混在する遷移領域内である。したがって、遷移領域において最高の材料コントラストが得られていることが分かる。
上記の実施の形態では、ミラー電子又は２次放出電子が検出器の方向に直進するようにＥ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）の条件が設定されていた。しかし、本発明は上記に限定されない。例えば、１次ビーム（照射される電子ビーム）と２次ビーム（ミラー電子及び２次放出電子）の双方が直進しなくてもよい。すなわち、双方のビームが、Ｅ×Ｂフィルタの作用で偏向されてよい。また例えば、１次ビームが直進し、２次ビームが、Ｅ×Ｂフィルタの作用で偏向角度を有してよい。これらの構成も本発明の範囲に含まれる。
＜実験例２＞ 図４３Ａ及び図４３Ｂは、実験例２の測定結果を示している。図４３Ａは、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表である。図４３Ｂは、図４３Ａの測定結果のグラフである。試料観察装置の種々の設定条件と、測定対象の試料１２００は、実験例１と同様であり、説明を省略する。
実験例２においては、帯電電子ビームが試料面１２０１に照射され、それから、試料面１２０１が撮像された。図４３Ａ、図４３Ｂに示すように、撮像前に１〔ｍＣ／ｃｍ2〕
以上の帯電電子ビームが予め照射されたときに、コントラストが０．８以上となり、安定なコントラストが得られた。つまり、帯電電子ビームのドーズ量が１〔ｍＣ／ｃｍ2〕以
上のときに、試料面１２０１の絶縁領域１２０３の帯電が飽和して負電位となり、安定したコントラストが得られたことになる。
＜実験例３＞ 図４４Ａ及び図４４Ｂは、実験例３の測定結果を示している。図４４Ａは、ＮＡ調整アパーチャ１０６０の位置とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表である。図４４Ｂは、図４４Ａの測定結果のグラフである。試料観察装置の種々の設定条件及び測定対象の試料１２００は、実験例１と同様であり、説明を省略する。
図４４Ａ及び図４４Ｂでは、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の位置を調整しながら測定が行われた。その結果、アパーチャ位置が、中心位置である０〔μｍ〕のときに、最大のコントラスト０．８が得られた。つまり、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のＮＡアパーチャ１０６１の中心が光軸と一致するときに、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃを最も多く通過させることができる。また、中心からマイナス方向にＮＡ調整アパーチャ１０６０が移動するに従い、絶縁領域１２０３から生じる電子ｅｉとの干渉によってコントラストが低下する。逆に、中心からプラス方向にＮＡ調整アパーチャ１０６０が移動した場合も、やはり、導電領域１２０２の構造情報を得た電子ｅｃの信号が低下し、コントラストは低下する。この結果は、図４０Ａを参照して説明された事項と一致している。
＜実験例４＞ 図４５Ａ及び図４５Ｂは、実験例４の測定結果を示している。図４５Ａは、試料面１２０１とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表である。図４５Ｂは、図４５Ａの測定結果のグラフである。試料観察装置の種々の設定条件及び測定対象の試料１２００は、実験例１と同様であり、説明を省略する。
図４５Ａ及び図４５Ｂにおいては、実験例１〜３における測定結果の最適条件が適用された。そして、試料面１２０１の導電領域１２０２と絶縁領域１２０３の面積比を変化させながら、コントラストが測定された。この測定では、面積比は、パターン幅の比である。また、図４５Ａ及び図４５Ｂにおいて、ＬＥＥＭは、低エネルギー電子顕微鏡（Low-energy Electron Microscopy）であり、本実施の形態に係る試料観察装置の測定結果である。ＳＥＭは、従来の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）の測定結果であ
り、本発明との比較のために示されている。
本実施形態（ＬＥＥＭ）では、図４１Ｂに示したように、主に導電領域１２０２が高輝度で明るい。そのため、導電領域１２０２の面積比が低下すると、導電領域１２０２が周囲からの干渉を受けにくくなり、コントラストが高くなる。ＳＥＭ方式（例えば、ランデシィングエネルギーが１０００〔ｅＶ〕程度）では、材料の二次電子放出係数に依存して、絶縁材料１２０３が明るい。絶縁材料１２０３の面積割合が増加すると、導電領域１２０２の信号が、二次電子の軌道の広がりによって消されてしまう。その結果、コントラストは極めて低くなる。
図４５Ａ及び図４５Ｂに示すように、導電領域１２０２と絶縁領域１２０３との面積比が小さいときには、まだ、本実施の形態（ＬＥＥＭ）と従来のＳＥＭで、コントラストの差は比較的小さい。導電領域１２０２：絶縁領域１２０３＝１：２のときには、コントラストの差は０．３程度である。試料面１２０１における絶縁領域１２０３の面積が増加するにつれて、本実施形態（ＬＥＥＭ）のコントラストが増加する。一方、従来のＳＥＭのコントラストは、低下している。導電領域１２０２：絶縁領域１２０３＝１：１０の場合においては、コントラストの差は０．７５に達している。
このように、本実施形態に係る試料観察装置は、導電材料１２０２の面積割合が小さい試料１２００の試料面１２０１の観察には特に有効である。試料面１２０１が、絶縁材料１２０３の割合が大きいコンタクト構造を有する場合には、材料コントラストの高い画像を取得することができ、大きな利点が得られる。また、検出対象を逆にすれば、絶縁材料１２０３の割合が低く、導電材料１２０２の割合が高い試料面１２０１を有する試料１２００に対しても、効果的に観察を行うことができる。
〔別の実施の形態〕（アパーチャ移動機構）
図４６は、別の実施の形態に係る試料観察装置の構成の一例を示している。図４６において、試料観察装置は、電子ビーム源１０１０と、１次系レンズ１０２０と、コンデンサレンズ１０３０と、Ｅ×Ｂ１０４０と、トランスファーレンズ１０５０と、ＮＡ調整アパーチャ１０６０ａと、プロジェクションレンズ１０７０と、検出器１０８０と、画像処理装置１０９０と、ステージ１１００と、エネルギー設定部１１１０と、電源１１１５とを備える。また、必要に応じて、帯電電子ビーム照射部１１２０が備えられてよい。また、関連構成要素として、試料１２００が試料面１２０１を上面として、ステージ１１００上に載置されている。上記の説明に関し、本実施の形態の構成は、前述の図３５の実施の形態と同様である。図３５の実施の形態と同様の構成要素については、同一の参照符号が付されており、説明が省略される。
図３５の実施の形態との相違点として、図４６の試料観察装置では、ＮＡ調整アパーチャ１０６０ａが、可動式かつ複数選択式のＮＡ調整アパーチャ移動機構を備えている。
ＮＡ調整アパーチャ１０６０ａは、サイズの異なる複数のＮＡアパーチャ１０６１、１０６２を備えている。ＮＡ調整アパーチャ１０６０がアパーチャ部材であり、ＮＡアパーチャ１０６１、１０６２が開口である。ＮＡ調整アパーチャ１０６０ａが水平方向に移動することにより、ＮＡアパーチャ１０６１とＮＡアパーチャ１０６２が切替可能である。
このように、本実施の形態に係る試料観察装置は、アパーチャ径の異なる複数種類のＮＡアパーチャ１０６１、１０６２を有するＮＡ調整アパーチャ１０６０ａを備え、これらが交換可能に構成されている。これにより、試料１２００の種類及び試料面１２０１の構造等の種々の条件に応じて、最適なサイズのアパーチャを選択し、高い材料コントラストを有する画像を取得することが可能となる。
図４７Ａ及び図４７Ｂは、本実施の形態における可動式のＮＡ調整アパーチャの例を示している。図４７Ａは、スライド移動式のＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂの構成の一例を示した上面図である。図４７Ｂは、回転移動式のＮＡ調整アパーチャ１０６０ｃの構成の一例を示した上面図である。ＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂ、１０６０ｃがアパーチャ部材であり、ＮＡアパーチャ１０６１〜１０６４が開口である。
図４７Ａにおいて、ＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂは、アパーチャ径が異なる複数のＮＡアパーチャ１０６１、１０６２、１０６３を備えている。また、ＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂは、長手方向の両側に、スライド式のＮＡ調整アパーチャ移動機構１０６５を備える。
このように、本実施の形態では、長方形の板状のＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂに複数のＮＡアパーチャ１０６１、１０６２、１０６３が形成される。そして、スライド式のＮＡ調整アパーチャ移動機構１０６５により、ＮＡ調整アパーチャ１０６０が水平方向へ移動可能である。これにより、用途に応じてＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂのアパーチャ径及びアパーチャ位置を調整することができる。種々の試料１２００や用途に対応して試料面１２０１の最適な画像を取得することが可能となる。
スライド式のＮＡ調整アパーチャ移動機構１０６５は、例えば、ＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂを上下からレール状部材で挟み込みように構成される。移動機構は例えばリニアモータを有する。また、回転式のレール部材でＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂが挟時されてよく、回転式モータが回転レール部材を回転させてＮＡ調整アパーチャ１０６０ｂを移動してよい。スライド式のＮＡ調整アパーチャ移動機構１０６５は、用途に応じて種々の構成を有してよい。
図４７Ｂにおいて、ＮＡ調整用アパーチャ１０６０ｃは、円盤状の板であり、複数のＮＡアパーチャ１０６１〜１０６４を有し、中心に回転式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構１０６６を備える。ＮＡアパーチャ１０６１〜１０６４のアパーチャ径は異なっている。ＮＡアパーチャ１０６１が最も大きく、だんだんアパーチャ径が小さくなり、ＮＡアパーチャ１０６４が最も小さい。回転式のＮＡ調整用アパーチャ移動機構１０６６には、回転式モータ等が適用されてよい。
このように、本実施の形態に係る試料観察装置は、例えば、回転移動によってＮＡ調整アパーチャ１０６０ｃのアパーチャ径を切り替えるように構成されてよい。
本実施の形態によれば、複数のアパーチャサイズを選択可能であり、かつアパーチャ位置の調整が可能である。これにより、用途や試料１２００の種類にも柔軟に対応でき、様々な条件下においても最適なコントラストをもつ画像を取得することができる。
上記の説明では、アパーチャ位置が水平面上でｘ、ｙ方向に調整された。本発明の範囲で、アパーチャ位置は、回転方向の位置、すなわちアパーチャ角度も含んでよい。回転方向の位置調整は、アパーチャを水平面上で回転することにより行わてよく、回転中心は２次光学系の軸でよい。
また、上記の説明では、ＮＡ調整アパーチャ１０６０のが移動機構によって水平面上でｘ、ｙ方向）に移動された。しかし、本発明の範囲内で、移動機構は、ＮＡ調整アパーチャ１０６０を垂直方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されてよい。これにより、Ｚ方向にもアパーチャ位置調整が可能である。Ｚ軸方向は、２次光学系の軸方向である。例えば、Ｚ軸方向にもアパーチャが移動され、信号強度が測定され、信号強度が最も高くなる位置へ
とアパーチャ位置が調整されてよい。アパーチャは、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低減、及び、２次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
また、本実施の形態では、更に、アパーチャ形状も調整されてよい。アパーチャ形状は、アパーチャ高さにおけるミラー電子のスポット形状（プロファイル）に合うように好適に調整される。例えば、アパーチャ形状は、ミラー電子のスポット形状が強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形であってよい。これにより、ミラー電子の検出数を相対的に増加できる。また、複数のアパーチャ孔が、一つのアパーチャとして機能するように設けられてよい。それら複数のアパーチャ孔が、ミラー電子の強度中心の周辺に配置されてよく、また、強度中心を囲むように配置されてよく、用途や性質に応じて適切にミラー電子を検出できる。また、それら複数のアパーチャ孔の一つが、ミラー電子の強度中心と一致するように配置されてよく、散乱方向に特徴のある対象を適切に観察できる。
〔検出器の好適な構成〕
前述したように、電子の検出器は、ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩであってよい。ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩは、電子が直接入射されるように構成されている。これら検出器を用いることにより、高いコントラストを有する画像を取得できる。ＭＣＰ、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）、蛍光板及びＴＤＩからなる従来構成と比較すると、コントラス
トが３倍程度になる。これは、ＭＣＰとＦＯＰの透過による劣化が無いからである。特に、コンタクト構造のホール底面１２０２からの光を検出するとき、従来型の検出器では、スポット（ドット）がなだらかになってしまう。この点に関し、ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩは有利である。更に、ＭＣＰ使用によるゲイン劣化が無いので、有効画面上の輝度ムラが無く、交換周期が長い。よって、検出器のメインテナンスの費用及び時間を削減することができる。
このように、ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩは、高コントラストの画像の取得できる点で好ましく、また、耐久性等に関しても好ましい。ここでは、更に、ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩを使用する好適な例について説明する。
図４８は、検出器１０８０ａに構成を示している。検出器１０８０ａは、図３５等の検出器１０８０として好適に用いられる。検出器１０８０ａは、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１とＥＢ−ＴＤＩ１０８２とを有している。検出器１０８０ａ、ＥＢ−ＴＤＩ１０２とＥＢ−ＣＣＤ１０８１とを切り替え可能であり、用途に応じて双方を交換及び使用可能に構成されている。ＥＢ−ＣＣＤ１０８１及びＥＢ−ＴＤＩ１０８２は、電子ビームを受け取る電子センサであり、検出面に直接に電子を入射させる。この構成においては、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１は、電子ビームの光軸調整と、画像撮像条件の調整及び最適化を行うのに使用される。ＥＢ−ＴＤＩ１０８２を使用する場合には、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１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−ＣＣＤ１０８１を使用することにより求めた条件を使用し又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ１０８２により撮像が行われて、試料面１２０１が観察される。
本実施の形態では、例えば試料が半導体ウエハである。ＥＢ−ＣＣＤ１０８１を用いて電子光学条件が求められる。それから電子光学条件を用いて又は参考にして、ＥＢ−ＴＤＩ１０８２による半導体ウエハの画像が取得される。また、ＥＢ−ＴＤＩ１０８２を用いて試料面１２０１が検査され、次に、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１を使用してレビュー撮像が行われ、パターン欠陥が評価されてよい。このとき、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１は、画像を積算可能であり、それによりノイズの低減が可能で、高いＳ／Ｎで欠陥検出部位のレビュー撮像を行うことができる。ここで、更に有効な例では、ＥＢ−ＣＣＤ１０８１の画素がＥＢ−ＴＤＩ１０８２の画素よりも小さい。この構成は、写像投影光学系で拡大された信号の
サイズに対して、ピクセル数を多くできる。したがって、検査のため、また、欠陥の種類等の分類及び判定のために、より高い分解能で撮像を行うことが可能となる。
ＥＢ−ＴＤＩ１０８２は、電子を直接受け取って電子像を形成できるように、画素を二次元的に配列した構成を有している。ＥＢ−ＴＤＩ１０８２は例えば矩形形状を有し、画素サイズは、例えば１２〜１６〔μｍ〕である。一方、ＥＢ−ＣＣＤ１０７１の画素サイズは、例えば６〜８〔μｍ〕である。
また、図４８では、ＥＢ−ＴＤＩ１０８２は、パッケージ１０８５の形に形成される。パッケージ１０８５自体がフィードスルーの役目を果たす。パッケージのピン１０８３は大気側にてカメラ１０８４に接続される。
図４８の構成は、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を低減でき、光伝達時の収差及び歪みを低減でき、さらに、それら要因による画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等の欠点を解消することができる。
〔試料観察装置の全体構成〕
図４９は、本実施の形態に係る試料観察装置の全体構成の例を示している。図４９の構成は、図３５又は図４６の装置の周辺構成として好適に備えられる。
図４９において、試料観察装置は、試料キャリア１１９０と、ミニエンバイロメント１１８０と、ロードロック１１６２と、トランスファーチャンバ１１６１と、メインチャンバ１１６０と、電子コラム１１３０と、画像処理装置系１０９０とを備える。ミニエンバイロメント１１８０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を備える。トランスファーチャンバ１１６１は、真空中の搬送ロボットを備えている。常に真空状態のトランスファーチャンバ１１６１にロボットが備えられているので、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
メインチャンバ１１６０には、ｘ、ｙ、θ（回転）方向に移動するステージ１１００がありその上に静電チャックが設置されている。試料１２００そのものまたは試料１０２０がパレットや冶具に設置された状態で、静電チャックに設置される。
メインチャンバ１１６０は、真空制御系１１５０により、チャンバ内が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１１６０、トランスファーチャンバ１１６１及びロードロック１１６２は、除振台１１７０上に載置されており、床からの振動が伝達されないように構成されている。
また、メインチャンバ１１６０には電子コラム１１３０が設置されている。このコラムは、１次光学系、２次光学系及び検出器１０８０を備え、検出器１０８０は２次光学系に含まれる。１次光学系は、電子ビーム源１０１０及び１次系レンズ１０２０を含む。２次光学系は、コンデンサレンズ１０３０、Ｅ×Ｂ１０４０、トランスファーレンズ１０５０、ＮＡ調整アパーチャ１０６０、６０ａ〜６０ｃ及びプロジェクションレンズ１０７０を含む。検出器１０８０は、試料１２００からの二次電子及びミラー電子を検出する。また、電子コラム１１３０の関連構成要素として、光学的顕微鏡１１４０及びＳＥＭ１１４５が備えられている。光学的顕微鏡１１４０は試料１２００の位置合わせに用いられる。ＳＥＭ１１４５は、レビュー観察に用いられる。
検出器１０８０の信号は、画像処理装置系１０９０に送られて信号処理される。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、観察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１０９０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表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、観察領域、欠陥マップ、欠陥分類、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１０９５が備えられている。また、電子コラム系１１３０に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１１１８が備えられている。電子光学系制御電源１１１８は、電子ビーム源１０１０の電子源１０１１に電力を供給する電源１１１５と、電源１１１５を制御する照射エネルギー制御部１１１０を含む。
次に、試料１２００の搬送機構について説明する。
ウエハ、マスクなどの試料１２００は、ロードポートより、ミニエンバイロメント１１８０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１２００は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック１１６２に搬送される。ロードロック１１６２は、大気から真空へと、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１１６１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１１６２からメインチャンバ１１６０に、試料１２００が搬送される。そして、ステージ１０３０上の静電チャック機構上に試料１２００が設置される。
「写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を備えた構成について」
図４９においては、メインチャンバ１１６０に、電子コラム１１３０及びＳＥＭ１１４５が備えられている。電子コラム１１３０は、メインチャンバ１１６０と共に、本実施の形態に係る写像投影型の試料観察装置を構成している。したがって、本実施の形態の試料検査装置は、写像投影型観察装置とＳＥＭ型観察装置の両方を備えた複合型の観察装置を構成している。
本実施の形態では、ステージ１１００が移動可能に構成される。ステージであり、特に、電子コラム１１３０（写像投影型観察装置）の観察位置とＳＥＭ１１４５の観察位置との間で移動可能である。このような構成により、写像方式とＳＥＭという２種類の装置の両方を用いる場合に、観察及び検査を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観察装置で欠陥が検出され、それから、ＳＥＭで欠陥が詳細にレビューされる。以下、この特徴について更に詳細に説明する。
上記構成によれば、試料１２００が同じステージ１１００に搭載されたまま、電子コラム１１３０とＳＥＭ１１４５の両方が使用される。したがって、試料１２００（ステージ１１００）が電子コラム１１３０とＳＥＭ１１４５との間を移動したときに、座標関係が一義的に決まる。このことは、試料１２００の所定箇所を特定したり、欠陥箇所を特定するときに有利である。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。例えば、電子コラム１１３０により欠陥箇所が特定される。この欠陥箇所が、ＳＥＭ１１４５にて迅速に位置決めされる。
上記の複合型の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が、別々の真空チャンバに分かれて配置されたとする。分離された別々の装置間で試料を移動する必要があり、別々のステージに試料を設置する必要がある。そのため、２つの装置が試料のアライメントを別個に行う必要があり、時間がかかる。また、試料のアライメントを別々に行う場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。
一方、本実施の形態では、２種類の検査において、同一のチャンバ１１６０の同一のステージ１１００に、試料１２００が設置される。写像方式の電子コラム１１３０とＳＥＭ１１４５との間でステージ１１００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。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。
このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、試料１２００の検査が写像方式で行われ、欠陥が検査される。それから、検出した欠陥の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ１１４５で行われる。正確な位置の特定ができるので、欠陥の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、欠陥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。
「写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例」
上述では、写像投影型検査装置が欠陥を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。
この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。
より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。
上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。
以上に本実施の形態に係る試料観察装置及び方法について説明した。本実施の形態は、半導体製造プロセスに好適に適用される。半導体ウエハを加工した後の試料面１２０１の観察や検査のために、本実施の形態が好適に適用される。本実施の形態によれば、絶縁領域１２０３と導電領域１２０２を試料面１２０１に有する半導体ウエハを観察し、高いコントラストの画像を取得して、半導体ウエハの良否を検査することができる。これにより、欠陥の無い半導体ウエハを製造することができる。このように、本実施の形態は、半導体製造方法に好適に適用される。
上述した各種の構成は、用途に応じて適当に組み合わせられてよい。例えば、図３５の構成は、図４８及び図４９の構成と好適に組み合わされる。また、図４６の構成が、図４８及び図４９の構成と好適に組み合わせれる。
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
「産業上の利用可能性」
本発明は、半導体ウエハやレチクル等の基板の表面を観察する試料観察装置に利用することができ、また、欠陥を検出する試料欠陥検出装置に利用することができる。
［第３の観点］
第３の観点は、パターンの観察に関する。
本発明の目的は、微細なパターンを観察できる技術を提供することにある。
本発明は、電子ビームを用いて試料のパターンを観察する試料観察方法であって、前記試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出するステップと、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成するステップとを有し、前記電子ビームを照射するステップは、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。
上記構成において、本発明は、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が生じやすいというミラー電子発生現象の特性に着目している。凹パターンでのミラー電子発生量は、電子ビームのランディングエネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照射電子が効率よくミラー電子になるように、ランディングエネルギーが設定される。後述するようにランディングエネルギーは相当に低い値に設定されることになる。これにより、凹パターンでの解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。
本発明では、写像投影型観察装置が好適に用いられる。これにより、微細なパターンを短時間で観察することができる。
前記ランディングエネルギーは、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定されてよい。
これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。
前記ランディングエネルギーは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。ここで、ＬＥは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、ＬＥＡ及びＬＥＢは、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する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である。
これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。
前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍で他方のエッジに向かって曲り、前記他方のエッジの近傍で曲がってミラー電子になってよい。
これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。
前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って前記凹パターン内に侵入し、前記凹パターンの底部に衝突することなく進行方向を転換し、前記凹パターンの他方のエッジの近傍を通って、前記ミ
ラー電子になってよい。
これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。
本発明は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間の２次光学系にアパーチャを配置し、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。
これにより、パターンのコントラストを増大できる。より詳細には、試料から検出される電子は、ミラー電子と２次放出電子を含む。２次放出電子は広範囲に広がるのに対し、ミラー電子はあまり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調整することにより、アパーチャを通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大できる。したがって、パターンのコントラストを更に増大できる。
本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像のサイズに応じて前記アパーチャのサイズを調整してよい。また、本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の位置に応じて前記アパーチャの位置を調整してよい。また、本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の形状に応じて前記アパーチャの形状を調整してよい。
本発明は試料検査方法であってよく、上述の試料観察方法により前記ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査してよい。
これにより、本発明の試料観察方法を用いて微細なパターンを好適に検査できる。
本発明の試料観察装置は、試料が載置されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する２次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、前記１次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。
この構成も、上述したように、凹パターンでミラー電子が生じやすい現象に着目し、ミラー電子が生じやすいようにランディングエネルギーを調整する。これにより、パターン画像の解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。
前記１次光学系は、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定された前記ランディングエネルギーを有する前記電子ビームを照射してよい。
これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。
前記ランディングエネルギーは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。ここで、ＬＥは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、ＬＥＡ及びＬＥＢは、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する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である。
これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。
前記２次光学系は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間に配置されたアパーチャと、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。
これにより、上述したように、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調整できる。アパーチャを通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大でき、パターンのコントラストを更に増大できる。
本発明は、前記２次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャの位置が、前記ミラー電子の強度中心と前記アパーチャの中心が一致するように調整されてよい。
これにより、ミラー電子を良好に検出できるとともに、２次放出電子の検出量を相対的に低減できる。したがって、高いコントラストの画像を取得できる。
前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャの形状は、前記ミラー電子の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であってよい。
この構成では、ミラー電子の強度分布に応じて楕円形状のアパーチャが用いられる。これにより、高いコントラストの画像を取得できる。
前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、前記複数の孔が、前記ミラー電子の強度中心を囲むように配置されてよい。
この構成では、ミラー電子の散乱方向に応じて複数の孔が適切に配置される。これにより、用途や性質に応じて適切にミラー電子を検出することができる。また、複数の孔は強度中心の周辺に配置されてよい。
前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、前記複数の孔の一つが、前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されていてよい。
これにより、散乱方向に特徴のある観察対象を適切に観察できる。そして、観察対象の分類に有用な情報を得ることができる。
本発明は、複合型の試料観察装置であってよく、写像投影型観察装置と、前記写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置とを備えてよい。前記写像投影型観察装置が、上述の試料観察装置でよい。前記写像投影型観察装置及び前記ＳＥＭ型観察装置が、ステージを収容するチャンバに備えられてよく、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置とＳＥＭ型観察装置の観察位置との間で移動可能であってよい。
これにより、写像投影型観察装置とＳＥＭ型観察装置が共通のチャンバに搭載される。したがって、２つの装置を用いた観察を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観察装置でパターン欠陥が検出される。それから、ＳＥＭでパターン欠陥が詳細にレビューされる。このような欠陥検査を迅速かつ高精度に行うことができる。
本発明は、上述の試料観察装置を備えた試料検査装置であってよく、この検査装置は、前記画像処理部により前記ミラー電子から生成された前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査する。これにより、本発明の試料観察装置を用いて微細なパターンを好適に検査できる。
「発明の効果」
上述のように、本発明は、ランディングエネルギーを適切に設定することにより、微細なパターンを観察できる技術を提供することができる。
「発明の実施の形態」
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
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次光学系は、電子銃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。
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。本実施の形態は、主としてミラー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。
また、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。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。
図５０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の関係を示している。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ーである。電子銃に加速度電圧Ｖａｃｃが印可され、試料にリターディング電Ｖｒｔｄが印可されるとする。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。
また、図５０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。
図５０は、０［ｅＶ］付近の小さいエネルギー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。
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。
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。
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］）。
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。
図５１は、上記の遷移領域の現象を示している。図５１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次電子を放出する。ＬＥが大きくなるほど、２次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次電子のみ検出される。
次に、図５２は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの関係を示している。エッジ部は、凹部の両端に位置し、試料の高さが変化する部分である。図５２において、点線がエッジ部の階調特性を示し、実線が他の部分の階調特性を示す。他の部分の特性は、図５０の特性に対応する。
図５２に示すように、エッジ部とその他の部分では、特性線が異なっている。エッジ部の特性線は、ランディングエネルギーが大きくなる方向にずれている。すなわち、エッジ部では、遷移領域の上下限が大きく、遷移領域の上限はＬＥＢ＋５［ｅＶ］である。ここで、ＬＥＢは、エッジ以外の部位の遷移領域の上限である。このような特性線のシフトが生じるのは、形状、構造及び材料等がエッジ部と他の部分で異なるからである。そして、特性線のずれることにより、エッジ部と他の部分で階調差ΔＤＮが生じる。
次に、図５２に示されるようにエッジ部の特性が他の部位と異なる理由について、そして階調差ΔＤＮが生じる理由について検討する。
図５３は、試料の凹凸構造の例であり、微細なライン／スペース形状の断面を示している。例えば凸部がラインであり、凹部がスペースである。ライン幅及びスペース幅が１００μ以下である。図５３の形状では、導体（Ｓｉ）が凹凸形状を有している。そして、凸部の最上部に酸化膜（ＳｉＯ2等）が形成されている。
図５４は、図５３の構造に電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電
子が生じる現象を示している。図５４では、縦縞のパターンが形成されている。電子ビームが照射されると、照射電子が、凹部（溝）の一方のエッジの付近で軌道を変え、横方向に曲がり、溝の反対側のエッジに向かって進む。そして、照射電子は、反対側のエッジ付近で再び軌道を変え、上方に戻っていく。こうして、照射電子は、試料に衝突することなく、ミラー電子になる。このようにしてエッジで生じるミラー電子を、エッジミラー電子ということができる。エッジミラー電子は、両端のエッジから対称に生じる。図５５も、図５４と同様に、図５３の構造にて生じるエッジミラー電子を示している。図５５では、横縞のパターンが形成されている。
また、図５６は、照射電子がエッジミラー電子に変化する電子軌道のもう一つの例である。この例では、照射電子が、凹部の一方のエッジに向って入射し、一方のエッジの近傍を通るカーブ軌道に沿って凹部内に侵入し、凹部の底部に衝突することなく進行方向を転換し、凹部の他方のエッジの近傍を通って、ミラー電子になる。このようなミラー電子も、エッジミラー電子である。エッジ構造では、各照射電子が、図５４又は図５６の軌道を通り、或いは図５４及び図５６の中間的な軌道を通り、エッジミラー電子になると考えられる。
次に、電子の軌道がエッジ付近で曲がりやすい理由について説明する。図５４の構造では、導体の凸部の表面に酸化膜が形成されている。この構造では、試料表面の酸化膜が負に帯電する。そして、凹部内の導体の電位が、酸化膜の電位よりも相対的に高くなる。エッジ付近で電位が変化するために、電子の軌道が上述のように曲がりやすく、その結果、エッジミラー電子が生じる。
本実施の形態では、プレチャージを行うことも好適である。プレチャージは、試料観察の前に行われる電子ビームの照射である。プレチャージにより、試料の絶縁領域が負に帯電する（図５４等の例では、試料表面の酸化膜が負に帯電する）。プレチャージを行うことにより、絶縁領域の電位が安定する。これにより、エッジミラー電子が安定して発生し、図５２の特性が安定して得られる。したがって、試料観察を良好に行うことができ、試料観察結果を用いる検査の精度も向上できる。
プレチャージの電子ビームは、試料観察のための電子光学系を用いて照射されてよい。あるいは、別の電子銃が、プレチャージのために設けられてよい。
図５７は、試料の凹凸構造に関する別の例を示している。図５７も、ライン／スペース形状の断面である。図５７では、Ｓｉ面に、酸化膜（ＳｉＯ2等）の凸部が形成されてい
る。このような構造では、凹部の両側のエッジにて、等電位面が屈曲する。等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、図５７の構造においても、照射電子は、図５４〜図５６に示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。図５７の構造でもプレチャージが好適に行われ、これにより、凸部の酸化膜の電位を安定させることができる。
また、導電材のみによって凹凸構造が形成されることがある。この場合も、凹凸に沿って等電位面が形成される。そして、凹部の両側のエッジでは等電位面が屈曲する。この等電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、照射電子は、上述したような軌道を通り、エッジミラー電子になる。
また、導電材のみで凹凸面が形成されている場合でも、導電膜の表面には自然酸化膜が存在している。したがって、プレチャージを行うことが好適であり、これにより電位を安定させることができる。
以上に詳細に説明したように、試料の凹部では、電子が両端のエッジ付近を通ってＵターンし、エッジミラー電子になる。そのため、エッジミラー電子は、通常の部位のミラー電子よりも発生しやすい。その結果、図５２に示されるように、エッジ部では、エッジ以外の部分よりも、遷移領域が高いエネルギー側へと広がっている。
また、上記領域では、ミラー電子と２次放出電子が混在する。２次放出電子は、前述したように、２次電子、反射電子又は後方散乱電子である（あるいは、それらが混在している）。２次放出電子は、等方的に広がって放出される。そのため、検出器には、最大でも数％の電子しか到達しない。これに対して、エッジミラー電子は、照射電子がそのまま反射することにより生成される。したがって、エッジミラー電子については、透過率（検出器への到達率）がほぼ１００％である。したがって、高い輝度（階調）が得られ、周囲との階調差ΔＮが大きくなる。
上記のように、エッジ部では、ミラー電子が生じやすく、しかも、ミラー電子の透過率が大きい。その結果、図５２に示されるように、ランディングエネルギーＬＥが大きい方へと、エッジ部の階調特性線がずれ、エッジ部と他の部位の間に階調差ΔＤＮが生じる。
本実施の形態は、上記の現象を利用して、解像度が高くコントラストも大きいパターン画像を生成する。上記で説明された凹構造は、本発明の凹パターンに相当する。本実施の形態では、凹パターンで効率よくエッジミラー電子が生じるように、ランディングエネルギーを設定する。ランディングエネルギーＬＥは、図示のように、従来一般の観察技術と比べて非常に低い値に設定されることになる。このようなエネルギー設定により、パターンと周囲の階調差ΔＤＮが大きくなり、高い解像度と高いコントラストの画像が得られる。
具体的には、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５［ｅＶ］になるように、ランディングエネルギーＬＥが設定される。これにより、ミラー電子と２次電子が混在する領域にランディングエネルギーＬＥが設定される。
前述したように、本発明の研究結果では、−５［ｅＶ］≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦５［ｅＶ］である。例えば、ＬＥＡ＝−５［ｅＶ］、ＬＥＢ＝５［ｅＶ］であったとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥは、−５［ｅＶ］≦ＬＥ≦５＋５［ｅＶ］＝１０［ｅＶ］に設定される。さらに詳細には、ランディングエネルギーＬＥに依存してミラー電子と２次放出電子の混在の状況が変化し、階調差も変化する。ミラー電子の発生数が比較的小さい領域にランディングエネルギーＬＥを設定することで、大きな効果が得られると考えられる。
次に、上記の試料観察方法を実現するための試料観察装置について説明する。以下の説明では、試料観察装置が、試料検査装置に組み込まれており、試料のパターン欠陥の検査に用いられる。図５８は試料検査装置の全体構成を示しており、図５９は、試料検査装置の主要部を示している。
図５８を参照すると、試料検査装置２０１０は、試料キャリア２０１２と、ミニエンバイロメント２０１４と、ロードロック２０１６と、トランスファーチャンバ２０１８と、メインチャンバ２０２２と、電子コラム２０２４と、画像処理装置２０９０を有する。ミニエンバイロメント２０１４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２０１８には、真空中の搬送ロボットが設けられる。
メインチャンバ２０２２には、ｘ方向、ｙ方向及びθ（回転）方向に移動するようにス
テージ２０３０が設けられる。ステージ２０３０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そのものが設置される。または、試料は、パレットや冶具に設置された状態で静電チャックに保持される。
メインチャンバ２０２２は、真空制御系２０２６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２０２２、トランスファーチャンバ２０１８及びロードロック２０１６は、除振台２０２８上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。
また、メインチャンバ２０２２には電子コラム２０２４が設置されている。この電子コラム２０２４は、電子銃、レンズ、配線及びフィールドスルーを備え、更に、図示のように検出器２０７０を備えている。これら構成が、電子ビームによる写像投影のための１次光学系及び２次光学系を実現している。
検出器２０７０の出力信号は、画像処理装置２０９０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。このような信号処理を行うため、システムソフト２１４０が備えられている。システムソフト２１４０はコンピュータにてプログラムを実行することにより実現される。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２１３０が備えられている。また、メインチャンバ２０２２には、光学顕微鏡２１１０及びＳＥＭ式検査装置（ＳＥＭ）２１２０が備えられている。
図５８の試料検査装置２０１０では、ウエハ、マスクなどの試料が、試料キャリア２０１２（ロードポート）からミニエンバイロメント２０１４に搬送される。ミニエンバイロメント２０１４では、アライメント作業が行われる。
次に、試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック２０１６に搬送される。ロードロック２０１６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（例えば１〔Ｐａ〕程度）以下になると、トランスファーチャンバ２０１８に配置された真空中の搬送ロボットにより、試料がロードロック２０１６からメインチャンバ２０２２へ搬送される。試料は、ステージ２０３０上の静電チャック機構上に保持される。
メインチャンバ２０２２では、試料が検査される。ここでは、上述した本発明の試料観察方法を利用して、試料のパターンが検査される。また、後述するように、ＳＥＭ２１２０を持ちいて検査が行われる。検査が終了すると、試料は、逆の経路を通って、試料キャリア２０１２へと戻る。
次に、図５９を参照し、試料検査装置２０１０の主要部について説明する。図５９の構成は、図５８のメインチャンバ２０２２及び電子コラム２０２４などに相当する。
図５９において、試料検査装置２０１０は、電子ビームを生成する１次光学系２０４０と、試料２０２０を設置するステージ２０３０と、試料からの２次放出電子及びミラー電子の像を生成する２次光学系２０６０と、それらの電子を検出する検出器２０７０と、検出器２０７０からの信号を処理する画像処理装置２０９０とを備える。検出器２０７０は、本発明では２次光学系２０６０に含まれてよい。また、画像処理装置２０９０は本発明の画像処理部に含まれてよい。また、試料検査装置２０１０は、装置全体を制御するために制御部２１００を備えている。制御部２１００は、図５８のシステムソフト２１４０に
対応する。更に、試料検査装置２０１０には、位置合わせのために光学顕微鏡２１１０が設けられ、レビューのためにＳＥＭ２１２０が設けられている。
１次光学系２０４０は、電子ビームを生成し、試料２０２０に向けて照射する構成である。１次光学系２０４０は、電子銃２０４１と、レンズ２０４２、２０４５と、アパーチャ２０４３、２０４４と、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６と、レンズ２０４７、２０４９、２０５０と、アパーチャ２０４８とを有する。電子銃２０４１により電子ビームが生成される。レンズ２０４２、２０４５及びアパーチャ２０４３、２０４４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２０４６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２０４６に入射して、鉛直下方向に偏向され、試料２０２０の方に向かう。レンズ２０４７、２０４９、２０５０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。
写像投影光学系の１次光学系２０４０では、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６が特に重要である。Ｅ×Ｂフィルタ２０４６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２０２０に対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６の条件が設定される。つまり、Ｅ×Ｂフィルタ２０４０は、ウィーンフィルタとして使用される。ウィーンフィルタの条件は上記に限定されない。例えば、１次ビーム（照射される電子ビーム）と２次ビーム（ミラー電子及び２次放出電子）の双方が直進しなくてもよく、すなわち、Ｅ×Ｂフィルタの作用で偏向されてよい。また例えば、１次ビームが直進し、２次ビームが、Ｅ×Ｂフィルタの作用で偏向されてよい。これらの構成も本発明の範囲に含まれる。
１次光学系２０４０は、撮像のための電子ビームだけでなく、プレチャージのための電子ビームも照射してよい。あるいは、プレチャージのための電子銃等が設けられてもよい。
ステージ２０３０は、上述したように、試料２０２０を載置するための構成である。ステージ２０３０は、ｘｙ方向（水平方向）及びθ方向（水平面上での回転方向）に移動可能である。また、ステージ２０３０は、必要に応じてｚ方向（垂直方向）に移動可能であってもよい。ステージ２０３０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る。
２次光学系２０６０は、試料２０２０から反射した電子を、検出器２０７０に導く構成である。既に説明したように、ミラー電子及び２次放出電子が検出器２０７０に導かれる。２次光学系２０６０は、レンズ２０６１、２０６３と、アパーチャ２０６２と、アライナ２０６４と、検出器２０７０とを有する。電子は、試料２０２０から反射して、対物レンズ２０５０、レンズ２０４９、アパーチャ２０４８、レンズ２０４７及びＥ×Ｂフィルタ２０４６を再度通過する。そして、電子は２次光学系２０６０に導かれる。２次光学系２０６０においては、電子は、レンズ２０６１、アパーチャ２０６２、レンズ２０６３を通過し、アライナ２０６４で整えられて、検出器２０７０に検出される。
アパーチャ２０６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。本実施の形態では、アパーチャ２０６２のサイズ、位置及び形状が調整可能である。この調整を行うために、アパーチャ調整機構２２００が設けられている。アパーチャ調整は、観察画像における試料パターンのコントラストを大きくするために行われる。アパーチャ調整については後述する。
検出器２０７０は、２次光学系２０６０により導かれた電子を検出する構成である。検出器２０７０は、検出面に複数のピクセルを有する。検出器２０７０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２０７０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、光電変換又はシンチレータを用いて、電子が光に変換される。
また、検出器２０７０には、ＥＢ−ＴＤＩが適用されてよい。ＥＢ−ＴＤＩは、光電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。また、検出器２０７０には、ＥＢ−ＣＣＤが適用されてもよい。
制御部２１００は、コンピュータで構成され、試料検査装置２０１０の全体を制御する。制御部２１００は、図５８のシステムソフト２１４０と対応する。
制御部２１００は、電子銃２０４１を含む１次光学系２０４０を制御して、ランディングエネルギーＬＥを調整する。本実施の形態では、前述したように、試料２０２０のパターンにてエッジミラー電子が効率よく発生するように、ランディングエネルギーＬＥが設定される。また、制御部２１００は、１次光学系２０４０及び２次光学系２０６０を制御して、電子銃２０４１から検出器２０７０までの電子の軌道を制御及び調整する。より詳細には、電子ビームが電子銃２０４１から試料２０２０まで所定の適切な軌道を通り、さらに試料２０２０からの電子が検出器２０７０まで所定の適切な軌道を通るように、電子軌道が制御される。また、制御部２１００は、後述にて詳細に説明するように、アパーチャ調整機構２２００を制御して、アパーチャ調整を行わせる。
また、制御部２１００は、画像処理装置２０９０を制御して、検出器２０７０からの信号を処理して、試料２０２０のパターンの画像を生成させる。さらに、制御部２１００は、画像処理装置２０９０で生成された画像を処理し、パターン欠陥についての判定を行うように構成されている。
以上に、試料検査装置２０１０の各部の構成について説明した。次に、試料検査装置２０１０の動作を説明する。
試料検査装置２０１０は、電子ビームを試料２０２０に照射しながら、ステージ２０３０を水平方向に移動し、試料２０２０からの電子を検出器２０７０にて検出し、検出信号から試料２０２０の画像を生成する。電子ビームは、電子銃２０４１から発射され、１次光学系２０４０に導かれて、試料２０２０に照射される。入射過程では、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６にて電子ビームの向きが変えられる。本実施の形態では、写像投影法により検査が行われる。そのため、試料の比較的広い範囲を照射するように、大きな径の電子ビームが用いられる。例えば、直径３０〜１０００［μｍ］の円形のビームが用いられる。また、長軸が３０〜１０００［μｍ］の楕円形のビームが用いられてよい。楕円ビームの短径は、長径の１／２〜１／４でよい。
電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、上述の試料観察方法の説明で述べたように、エッジミラー電子がパターンのエッジにて発生しやすいように設定されている。具体的には、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５［ｅＶ］に設定される。ＬＥＡ、ＬＥＢは、図５０における遷移領域の下限及び上限であり、例えば、−５［ｅＶ］及び５［ｅＶ］である。
したがって、電子ビームが試料２０２０のパターンに照射されたときに、エッジミラー電子が発生する。より詳細には、電子ビームのうちで、一部の電子がパターンのエッジ付近に照射される。このようなエッジ付近への電子が、図５４〜図５６に例示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。
試料２０２０で生じた電子は、２次光学系２０６０によって検出器２０７０に導かれる。そして、電子の像が検出器２０７０の検出面に生成される。電子ビームの照射により、試料２０２０では、エッジミラー電子の他に、通常のミラー電子も生じ得る。また、ミラー電子の他に、２次放出電子も生じる。したがって、検出器２０７０には、これらの種類の電子の像が形成される。
検出器２０７０は、電子を検出して、検出信号を画像処理装置２０９０に送る。画像処理装置２０９０では、検出信号を処理して、試料２０２０の画像を生成する。ここで、本実施の形態では、ランディングエネルギーＬＥが適切に設定されており、検出器２０７０に多くのエッジミラー電子が到達する。すなわち、エッジミラー電子の検出数が、他の種類の電子と比べて多い。エッジミラー電子は、試料２０２０のパターンのエッジで生じる。したがって、試料２０２０の画像においては、パターンの階調（輝度）が大きくなる。そして、他の部分との階調差が大きくなる。したがって、パターンのコントラストが大きくなる。
制御部２１００は、このような試料２０２０の画像を用いて、パターン欠陥の判定を行う。制御部２１００は、パターンの欠陥の有無を判定してよく、欠陥の位置を検出してよく、さらに欠陥の種類を判定してよい。また、本実施の形態の試料検査装置２０１０は、パターン欠陥だけでなく、異物を検査してもよい。この場合、制御部２１００は、試料２０２０の画像を処理して、異物の有無を判定してよい。さらに、他の検査も行われてよい。
欠陥判定処理は、「ダイｔｏダイ（die to die）」であってよい。この処理は、試料２０２０の２つのダイの画像を比較する。より詳細には、順次得られる２つのダイの画像が比較される。２つのダイのパターンが相違する場合に、制御部２１００は、欠陥があると判定する。
欠陥判定処理は、「ダイｔｏ ａｎｙダイ（die to any die）」であってよい。この場合、試料２０２０から特定のダイの画像が得られ、判定基準として保持される。そして、判定基準のダイの画像が、他の多数のダイの画像と順番に比較される。この場合も、ダイのパターンが相違する場合に、制御部２１００は、欠陥があると判定する。
さらに、欠陥判定処理は、「ダイｔｏデータベース（die to database）」であってよ
い。この場合、ダイの画像が、設計データ等の登録データと比較される。設計データは例えばＣＡＤデータである。そして、ダイの画像が登録データと相違する場合に、制御部２１００は、欠陥があると判定する。
また、欠陥判定処理は、セル（ｃｅｌｌ）の欠陥を判定してよい。この場合、上述のダイの画像の代わりに、セルの画像が処理される。欠陥判定処理は、「セルｔｏセル（cell
to cell）」でもよく、「セルｔｏ ａｎｙセル（cell to any cell）」でもよく、「セルｔｏデータベース（cell to database）」でもよい。
このようにして、制御部２１００は、欠陥判定を行う。欠陥判定結果は、モニタに表示されてよく、記録媒体に記録されてよい。また、欠陥判定結果は、以下に説明するように、次の段階でＳＥＭ２１２０により利用されてよい。
「写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を備えた構成について」
図６０は、試料検査装置２０１０の一部であり、特に、メインチャンバ２０２２、電子コラム２０２４及びＳＥＭ２１２０を示している。電子コラム２０２４は、メインチャンバ２０２２と共に、写像投影型観察装置を構成している。したがって、本実施の形態の試料検査装置は、写像投影型観察装置とＳＥＭ型観察装置の両方を備えた複合型の観察装置を構成している。
図６０に示されるように、本実施の形態では、ステージ２０３０が移動可能であり、特に、電子コラム２０２４（写像投影型観察装置）の観察位置とＳＥＭ２１２０の観察位置との間で移動可能である。このような構成により、写像方式とＳＥＭという２種類の装置の両方を用いる場合に、観察及び検査を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観察装置でパターン欠陥が検出され、それから、ＳＥＭでパターン欠陥が詳細にレビューされる。以下、この特徴について更に詳細に説明する。
図６０の構成によれば、試料２０２０が同じステージ２０３０に搭載されたまま、電子コラム２０２４とＳＥＭ２１２０の両方が使用される。したがって、試料２０２０（ステージ２０３０）が電子コラム２０２４とＳＥＭ２１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に決まる。このことは、パターンの所定箇所を特定したり、パターン欠陥箇所を特定するときに有利である。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。例えば、電子コラム２０２４により欠陥箇所が特定される。この欠陥箇所が、ＳＥＭ２１２０にて迅速に位置決めされる。
上記の複合型の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が、別々の真空チャンバに分かれて配置されたとする。分離された別々の装置間で試料を移動する必要があり、別々のステージに試料を設置する必要がある。そのため、２つの装置が試料のアライメントを別個に行う必要があり、時間がかかる。また、試料のアライメントを別々に行う場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。
一方、本実施の形態では、図６０に示すように、２種類の検査において、同一のチャンバ２０２２の同一のステージ２０３０に、試料２０２０が設置される。写像方式の電子コラム２０２４とＳＥＭ２１２０との間でステージ２０３０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。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。
このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、試料２０２０の検査が写像方式で行われ、パターン及びパターン欠陥が検査される。それから、検出した欠陥の特定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ２１２０で行われる。正確な位置の特定ができるので、欠陥の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、欠陥のサイズや形状の詳細観察を高速に行うことが可能となる。
前述したように、欠陥検出用の電子コラム２０２４と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置２１２０とが別々に設けられると、欠陥位置の特定に多くの時間を費やしてしまう。このような問題が本実施の形態により解決される。
以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式によるパターンとパターン欠陥の撮像条件を用いて、超微小なパターン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２０２４とＳＥＭ式検査装置２１２０が同一チャンバ２０２２に搭載される。これにより、特に、１００〔ｎｍ〕以下の超微小なパターンの検査と、パターンの判定及び分類を、大変効率良く、高速に行うことができる。
「写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を用いる検査の別の例」
上述では、写像投影型検査装置が欠陥を検出し、ＳＥＭがレビュー検査を行う。しかし、本発明はこれに限定されない。２つの検査装置が別の検査方法に適用されてよい。それぞれの検査装置の特徴を組み合わせることにより、効果的な検査が可能となる。別の検査方法は、例えば、以下の通りである。
この検査方法では、写像投影型検査装置とＳＥＭが、異なる領域の検査を行う。更に、写像投影型検査装置に「セルｔｏセル（cell to cell）」検査が適用され、ＳＥＭに「ダイｔｏダイ（die to die）」検査が適用され、全体として効率よく高精度の検査を実現される。
より詳細には、写像投影型検査装置が、ダイの中で繰返しパターンが多い領域に対して、「セルｔｏセル」の検査を行う。そして、ＳＥＭが、繰返しパターンが少ない領域に対して、「ダイｔｏダイ」の検査を行う。それら両方の検査結果が合成されて、１つの検査結果が得られる。「ダイｔｏダイ」は、前述のように、順次得られる２つのダイの画像を比較する検査である。「セルｔｏセル」は、順次得られる２つのセルの画像を比較する検査であり、セルは、ダイの中の一部である。
上記の検査方法は、繰返しパターン部分では、写像投影方式を用いて高速な検査を実行し、一方、繰返しパターンが少ない領域では、高精度で疑似が少ないＳＥＭで検査を実行する。ＳＥＭは高速な検査に向かない。しかし、繰返しパターンが少ない領域は比較的狭いので、ＳＥＭの検査時間が長くなりすぎずにすむ。したがって、全体の検査時間を少なく抑えられる。こうして、この検査方法は、２つの検査方式のメリットを最大に活かし、高精度な検査を短い検査時間で行うことができる。
「アパーチャ調整」
次に、本実施の形態のもう一つの特徴であるアパーチャ調整について説明する。
まず、アパーチャ調整の概要を説明する。アパーチャ調整では、２次光学系２０６０のアパーチャ２０６２のサイズ、位置及び形状が、アパーチャ２０６２を通過するミラー電子に合うように調整される。この意味で、本実施の形態のアパーチャ２０６２は、可変アパーチャ（又は調整用アパーチャ等）と呼ぶことができる。調整目標は、アパーチャ２０６２の高さでのミラー電子のスポット（プロファイル）と、アパーチャ２０６２の孔とを極力一致させることである。ただし、実際にはミラー電子スポットとアパーチャ２０６２を完全に一致させることは困難である。したがって、実際には、ミラー電子スポットよりもある程度広く、アパーチャ２０６２が調整されてよい。
このようにしてアパーチャ２０６２を調整することにより、画像中のパターンのコントラストを増大できる。より詳細には、試料から検出される電子は、ミラー電子と２次放出電子を含む。既に説明したように、２次放出電子は広範囲に広がるのに対し、ミラー電子はあまり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャ２０６２を適切に調整することにより、アパーチャ２０６２を通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大できる。したがって、パターンのコントラストを更に増大できる。
アパーチャ２０６２は、アパーチャ調整機構２２００により調整される。具体的には、複数種類のアパーチャ２０６２が備えられてよい。複数種類のアパーチャ２０６２では、サイズ及び形状が異なる。それら複数種類のアパーチャ２０６２は一体的に構成されてもよく、別々の部材であってもよい。アパーチャ調整機構２２００は、光軸上で観察に用いられるアパーチャ２０６２を切り換え可能である。そして、アパーチャ調整機構２２００
は、制御部２１００の制御下で、複数種類のアパーチャ２０６２からミラー電子に応じたアパーチャ２０６２を選択し、光軸上に配置する。さらに、アパーチャ調整機構２２００は、ミラー電子に応じてアパーチャ２０６２の位置を調整する。こうして、アパーチャ２０６２のサイズ、形状及び位置が好適に調整される。
本発明の範囲内で、アパーチャ２０６２の位置は、２次光学系２０６０の軸に沿った方向の位置も含んでよい。したがって、アパーチャ調整機構２２００は、アパーチャ２０６２を水平方向（ＸＹ方向）に移動するだけでなく、光軸方向（Ｚ方向）に移動して、アパーチャ位置を最適化してよい。また、アパーチャ２０６２の位置は、回転方向の位置、すなわちアパーチャ角度も含んでよい。アパーチャ調整機構２２００は、アパーチャ２０６２を水平面上で回転してよく、回転中心は２次光学系２０６０の軸でよい。
上記のアパーチャ調整のためには、アパーチャにおけるミラー電子の像を測定することが効果的である。このミラー電子像は、上記のミラー電子スポットを表す。そこで、アパーチャにおけるミラー電子像に適合するように、アパーチャ２０６２が調整される。
アパーチャにおけるミラー電子像を測定するためには、ＥＢ−ＣＣＤ等の検出器がアパーチャの高さに好適に追加される。あるいは、アパーチャ２０６２と、検出器２０７０（図５９）とを、光学的に共役な位置に配置することが好適である。これにより、検出器２０７０にて、アパーチャ２０６２におけるミラー電子像が得られる。
以上に、アパーチャ調整の概要を説明した。次に、具体例を用いながら、アパーチャ調整についてさらに詳細に説明する。
（アパーチャ位置の調整）
パターン観察では、パターンからのミラー信号を効率よく取得することが重要である。アパーチャ２０６２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、アパーチャでは均一に広い領域に到達する。したがって、２次電子は、アパーチャ２０６２の位置に鈍感である。これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でアパーチャ２０６２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の１／２０以下となる。したがって、ミラー電子は、アパーチャ２０６２の位置に大変敏感である。アパーチャにおけるミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域となる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にアパーチャ２０６２の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。
このような適切な位置へのアパーチャ２０６２の設置を実現するために、アパーチャ調整機構２２００が、アパーチャ２０６２を、電子コラム２０２４の真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、ｘ、ｙ方向に移動させる。アパーチャ２０６２を移動させながら、信号強度が計測される。画像の輝度が、信号強度として求めれてよい。評価値は例えば輝度の合計である。そして、信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置に、アパーチャ２０６２の中心が設置される。
上記では、アパーチャ２０６２がｘｙ方向に移動された。本発明の範囲内で、アパーチャ２０６２がアパーチャ調整機構２２００により回動されて、アパーチャ２０６２の角度が調整されてもよい。そして、信号強度の計測結果に基づき、角度が設定されてよい。角度は、回転方向の位置であり、したがってアパーチャの角度も本発明ではアパーチャ位置に含まれる。アパーチャ２０６２の回転軸は、２次光学系２０６０の軸であってよい。ま
ず、上述したｘｙ方向の調整が行われ、信号強度が最も高い位置へとアパーチャ中心が調整されてよい。それから、アパーチャ２０６２が所定の小さい角度ずつ回転され、信号強度が最も高くなる角度へアパーチャ２０６２が調整されてよい。
また、ｘ、ｙ方向だけでなく、ｚ軸方向にアパーチャ２０６２の位置調整を行えるように、アパーチャ等が構成されてよい。ｚ軸方向は、２次光学系２０６０の軸方向である。この場合、ｚ軸方向にもアパーチャ２０６２が移動され、信号強度が測定され、信号強度が最も高くなる位置へとアパーチャ２０６２が調整されてよく、この構成も有利である。アパーチャ２０６２は、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低減、及び、２次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
（信号強度の計測の構成）
ここでは、信号強度計測のためのさらに好適な構成を説明する。
図６１は、図５９の試料検査装置の変形例である。図６１では、２次光学系２０６０ａの構成が、図５９の２次光学系２０６０と異なっており、具体的には、アパーチャの高さにＥＢ−ＣＣＤ２０６５が設けられている。アパーチャ２０６２とＥＢ−ＣＣＤ２０６５は、開口２０６７、２０６８を有する一体の保持部材であるＸＹステージ２０６６に設置されている。ＸＹステージ２０６６には開口２０６７、２０６８が設けられているので、ミラー電子及び２放出次電子がアパーチャ２０６２又はＥＢ−ＣＣＤ２０６５に到達可能である。
ＸＹステージ２０６６は、アパーチャ２０６２とＥＢ−ＣＣＤ２０６５を移動し、それらの位置制御及び位置決めを行う。これによりアパーチャ２０６２とＥＢ−ＣＣＤ２０６５が切り換えられ、そして、アパーチャ２０６２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ２０６５の画像取得が独立に行われる。ＸＹステージ２０６６は、アパーチャ調整機構２２００により駆動される（ＸＹステージ２０６６がアパーチャ調整機構２２００の一部であってよい）。
このような構成の２次光学系２０６０ａを用いる場合、まず、ＥＢ−ＣＣＤ２０６５を用いて、電子ビームのスポット形状とその中心位置が検出される。画像処理装置２０９０又は他の構成がＥＢ−ＣＣＤ２０６５の検出信号を処理して画像を生成してよい。制御部２１００が、検出信号の画像からミラー電子のスポット形状と中心位置を求めてよい。前述のようにミラー電子の輝度は、２次放出電子の輝度より大きい。したがって、ミラー電子のスポットが、周囲の２次放出電子の部分よりも明るくなる。そこで、例えば、輝度が所定値以上の領域が、ミラー電子のスポット（プロファイル）として特定される。また例えば、画像からエッジで囲まれた領域が、ミラー電子のスポットとして検出される。そして、制御部２１００は、ＸＹステージ２０６６を制御し、検出されたスポットの中心位置に、アパーチャ２０６２の孔中心を配置する。
以上に説明したように、本実施の形態では、ＥＢ−ＣＣＤ２０６５が大変有利に用いられる。ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器２０７０に入射する電子数を求めることができるので、定量的な信号強度の評価が可能となる。そして、このような計測結果を利用して、直接的にアパーチャ２０６２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、アパーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そして、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能となる。
また、図６１の構成は、アパーチャ２０６２を少しずつ動かしながら信号強度を計測す
るといった作業を不要にできる。したがって、計測時間の短縮にも有効である。
また、図６１の構成は、アパーチャ調整だけでなく、スポット形状の調整にも好適に利用される。制御部２１００は、スポット形状が極力円形に近く、最小になるように、スティグメーター、レンズ２０６１、２０６３及びアライナ２０６４の電圧調整を行う。この点に関し、従来は、アパーチャ２０６２におけるスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなかった。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正が可能となる。
また、図６１の構成では、ＥＢ−ＣＣＤ２０６５が検出器として設けられている。しかし、他の種類の検出器が設けられてもよい。
図６１では、ＥＢ−ＣＣＤ２０６５の追加により、アパーチャ２０６２におけるビーム像が得られた。しかし、別の構成によっても同様のビーム像を得ることが可能である。具体的には、ｚ方向において、アパーチャ２０６２と検出器２０７０の検出面の位置関係が、光学的に共役の関係になるように、アパーチャ２０６２を配置したり、あるいは、アパーチャ２０６２と検出器２０７０の間にあるレンズ２０６３の条件を設定する。この構成も大変有利である。これにより、アパーチャ２０６２の位置におけるビームの像が、検出器２０７０の検出面に結像される。したがって、アパーチャ２０６２におけるビームプロファイルを、検出器２０７０を用いて観察することができ、アパーチャ２０６２のミラー電子像が得られる。しかも、ＥＢ−ＣＣＤ２０６５を設けなくてもよい。
その他、上述の説明では、測定結果がアパーチャ位置調整に用いられた。制御部２１００は、測定結果を下記のアパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整にも好適に使用してよい。
（アパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整）
アパーチャ２０６２のサイズ（アパーチャ径）も本実施の形態では重要である。上述のようにミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度である。更に、アパーチャサイズは、好ましくは、ビーム径に対して＋１０〜１００〔％〕大きいサイズである。
この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。アパーチャサイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、パターンのコントラストを高めることができる。
更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー電子信号は変化せず、パターンの階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、パターンのコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
アパーチャ形状についても同様の原理が成り立つ。アパーチャ形状を、アパーチャ２０６２におけるミラー電子のスポット形状（プロファイル）に合わせることが好適である。これにより、ミラー電子信号を変えずに、アパーチャ２０６２を通過する２次放出電子を低減できる。したがって、パターンのコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。
上記のアパーチャサイズ及び形状の調整においても、上述した信号計測が行われてよい。アパーチャサイズ及び形状を少しずつ変えながら、信号計測が繰り返されてもよい。好
ましくは、図６１の構成を用いて、アパーチャ２０６２におけるミラー電子のスポットが計測される。あるいは、検出器２０７０とアパーチャ２０６２の位置関係を共役関係に設定することにより、検出器２０７０にてスポットの像が取得される。これにより、簡単かつ迅速にアパーチャサイズ及び形状を調整できる。
以上に説明したように、ミラー電子は、アパーチャサイズと形状に非常に敏感である。よって、アパーチャサイズと形状と適切に選択することは、高いＳ／Ｎを得るために大変重要である。
（アパーチャのバリエーションについて）
次に、本実施の形態に好適に適用されるアパーチャのバリエーションについて、図６２〜図６７を参照して説明する。
図５９等ではアパーチャ２０６２が単なる線で表されている。しかし、実際のアパーチャ２０６２は、孔を有する部材（部品）である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり、孔がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャのバリエーションの説明では、部材（部品）とその孔を区別するため、部材をアパーチャ部材と呼ぶ。そして、部材の孔を、アパーチャ孔という。その他の識別の方法として、アパーチャ部材をＮＡアパーチャ等と呼ぶことも可能である。
図６２〜図６７では、符合２０６２ａ〜２０６２ｄは、アパーチャ部材である。符号２１６９、２０６９、２０６９ａ、２０６９ｂは、アパーチャ孔を示す。アパーチャ形状は、一般に、アパーチャ孔の形状を意味する。アパーチャサイズ及び位置も、具体的にはアパーチャ孔のサイズ及び位置である。ここではアパーチャ部材とアパーチャ孔を区別するものの、本明細書の全体では一般的表現に従ってアパーチャ部材及びアパーチャ孔が単にアパーチャと呼ばれてよい。
図６２は、参考例であり、従来のアパーチャ孔２１６９を示している。図６２に示すように、従来は、円形のアパーチャ孔２１６９が固定位置に設置されていた。よって、上述のような適切なアパーチャサイズと形状の選択はできなかった。一方、本実施の形態に係る試料検査装置２０１０は、アパーチャを２次元的又は３次元的に移動し、アパーチャ調整を行えるように構成されている。
図６３は、アパーチャ形状の一例を示している。図６３において、アパーチャ孔２０６９は、楕円形である。この孔形状は、ミラー電子信号の強度分布に合うように設定されている。この例では、アパーチャ部材２０６２におけるミラー電子の強度分布の測定結果において、強度分布がｙ方向に長い楕円形状である。ここで、ｙ方向とは、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６で偏向される方向である。ｙ方向は、１次電子ビームの光軸の方向と一致する。ｙ方向の楕円形状の原因は、Ｅ×Ｂフィルタ２０４６での偏向成分であると考えられる。よって、効率よくミラー電子を捕捉するためには、ｙ方向に長軸を有するアパーチャ形状が大変有利である。これにより、従来よりもミラー電子の収率を高め、より高いＳ／Ｎ（例えば、×２以上）を得ることが可能となる。例えば、２次電子ビームの強度分布が、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕とする（これらの値は、半値全幅である）。楕円形のアパーチャ孔２０６９は、２次電子ビーム径に対して、プラス１０〜１００〔％〕の範囲で選択される。例えば、アパーチャサイズがｙ方向に１５０〔μｍ〕、ｘ方向に７５〔μｍ〕になるように、アパーチャ孔２０６９が選択されてよい。
次に、図６４乃至図６７を用いて、複数のアパーチャ孔を有するアパーチャ部材の構成について説明する。ここでは、複数のアパーチャ孔が、一つのアパーチャとして機能する。
図６４は、複数のアパーチャ孔２０６９ａを有するアパーチャ部材２０６２ａの構成の一例を示している。図６４において、アパーチャ部材２０６２ａは、２つの円形のアパーチャ孔２０６９ａを有する。この例では、ミラー電子の強度中心を基準に、２つの孔が±ｙ方向にずらした位置に配置される。ずれ量は、例えば、５０〔μｍ〕程度である。この構成は、散乱された＋ｙ側と−ｙ側のミラー電子の双方を捕捉できる。したがって、この構成は、散乱したミラー電子の信号と、バックグラウンドの２次放出電子との信号量の差を大きくでき、高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。この理由を説明すると、２次放出電子の場合、散乱方向に飛散する量が少量に限られる。そのため、バックグラウンドが低減し、相対的にＳ／Ｎを向上させることができる。
図６５は、４つのアパーチャ孔２０６９ａを有するアパーチャ部材２０６２ａの構成の一例を示している。図６５において、４つの円形のアパーチャ孔２０６９ａが、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されている。すなわち、２つのアパーチャ孔２０６９ａがｘ軸上に配置され、２つのアパーチャ孔２０６９ａがｙ軸上に配置され、４つのアパーチャ孔２０６９ａが中心（原点）から等距離に位置している。別の言い方では、４つのアパーチャ孔２０６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されている。さらに簡単にいうと、４つのアパーチャ孔２０６９ａが菱形状に配置されている。これにより、ｘ方向とｙ方向の双方に散乱されたミラー電子が存在する場合にも、高Ｓ／Ｎで電子を取得することができる。
図６６は、４つのアパーチャ孔２０６９ａを有するアパーチャ部材２０６２ｃを示している。図６６の構成は、図６５の構成と異なる一例である。図６６においては、４個の円形のアパーチャ孔２０６９ａが、ｘｙ平面における第１象限から第４象限にそれぞれ配置されている。この例でも、４つのアパーチャ孔２０６９ａは、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されており、中心（原点）から等距離に配置されている。別の言い方では、４つのアパーチャ孔２０６９ａは、原点の回りに等間隔に配置されている。このような形状のアパーチャ部材２０６２ｃにおいても、ミラー電子の信号強度が高くなる位置にアパーチャ孔２０６９ａを設けることができ、高Ｓ／Ｎの信号を取得することができる。
図６５及び図６６に示すように、アパーチャ孔２０６９ａの数が同じであって、それらの配置が異なってよい。これにより、用途に応じた適切なアパーチャ部材２０６２ｂ、２０６２ｃを用いることができる。そして、各々の用途について、高いＳ／Ｎを取得することが可能となる。
図６７は、８つのアパーチャ孔２０６９ｂを有するアパーチャ部材２０６２ｄの構成の一例を示した図である。図６７に示すように、アパーチャ孔２０６９ｄの数は、４つよりも更に多くてもよい。図６７に示したアパーチャ部材２０６２ｄにおいては、ミラー電子の強度中心の回りの円周上に、複数のアパーチャ孔２０６９ｂが等間隔に配置されている。この構成は、円周上のどこかのアパーチャ孔２０６９ｂの位置に特異的に強い散乱をするミラー電子がある場合に有利である。そのようなミラー電子の適切な捕捉が可能となる。
また、図６４乃至図６７では、ミラー電子の信号の強度中心とアパーチャ孔２０６９ａ、２０６９ｂとの関係については、アパーチャ位置が強度中心とずれている。しかし、本発明はこれに限定されず、アパーチャ位置が強度中心と一致してよい。すなわち、一つのアパーチャ孔が、ミラー電子強度中心と一致するように設置されてよい。この場合、他のアパーチャ孔は、散乱したミラー電子の捕捉を行う。それら電子が強度中心のミラー電子とともに電子像に含まれる。このような合成像が検出器２０７０で得られる。このようにして、強いミラー電子と特異的に散乱されたミラー電子との合成像を取得することができる。したがって、高いＳ／Ｎを得ることができるとともに、散乱方向に特徴がある観察対
象を効果的に検出できる。また、散乱方向の特徴を、観察対象の分類に役立てることも可能となる。
（ランディングエネルギーに応じたアパーチャ調整）
更に、本実施の形態によれば、使用するランディングエネルギーＬＥに対して、適切なアパーチャ孔形状及びサイズを選択することもできる。この選択も大変に有利な効果を提供する。ランディングエネルギーＬＥによりミラー電子の強度分布が変化する。そこで、本実施の形態の検査装置は、使用するランディングエネルギーＬＥに応じたアパーチャサイズ及び形状を選択するように構成されてよい。これにより強度分布に応じたアパーチャ調整ができ、大変有利である。例えば、ミラー電子が、ｙ方向に長い楕円形状の強度分布を有する場合を考える。異なった２つの条件で撮像又は検査が行われるとする。例えば、１番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第１の値すなわちＬＥ＝３〔ｅＶ〕であるとする。第２番目の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第２の値すなわちＬＥ＝２〔ｅＶ〕とする。ここで、ランディングエネルギーＬＥが小さくなると、アパーチャ高さではミラー電子強度分布が大きくなる。このような分布変化に適合するように、アパーチャサイズ及び形状が好適に選択される。例えば、第１のランディングエネルギーが用いられるときは、ｙ方向に１００〔μｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕の楕円のアパーチャ孔２０６９が選択されてよい。第２のランディングエネルギーが用いられるときは、ミラー電子強度分布が２倍程度大きく。そこで、ｙ方向に２００〔μｍ〕、ｘ方向に１００〔μｍ〕の楕円形状のアパーチャ孔２０６９が用いられてよい。このようにして、大変効果的にミラー電子を検出できる。
（アパーチャ調整機構）
最後にアパーチャ調整機構について説明を補足する。本実施の形態では、複数のアパーチャ（アパーチャ部材）が一体化されてよい。すなわち、一つのアパーチャ部材に複数のアパーチャ孔が設けられてよい。複数のアパーチャ孔では、形状及びサイズが異なってよい。この場合、アパーチャ調整機構は、アパーチャ部材を移動することにより、アパーチャ孔を切り換え、アパーチャ形状及びアパーチャサイズを調整する。
別の例は、アパーチャが一体化されない構成である。すなわち、複数のアパーチャ部材が設けられ、各々アパーチャ部材が、アパーチャ孔を有している。複数のアパーチャ部材では、孔サイズ及び孔形状の少なくとも一方が異なる。この場合、アパーチャ調整機構は、アパーチャ部材を選択及び切り換えることにより、アパーチャ形状及びアパーチャサイズを調整する。
上記の２つの構成が組み合わされてよい。例えば、アパーチャ形状の種類ごとに、１つのアパーチャ部材が用意される。各アパーチャ部材は、同一形状でサイズが異なる複数のアパーチャ孔を有する。逆に、アパーチャサイズ毎に、１つのアパーチャ部材が用意される。この場合、各アパーチャ部材は、同一サイズで形状が異なる複数のアパーチャ孔を有してよい。
アパーチャ調整機構２２００は、アパーチャを移動及び切り換えるために任意の構成を有してよい。図６１の例に示されたＸＹステージが用いてアパーチャが移動及び切り換えられてよい。また、アパーチャがリニアモータにより移動及び切り換えられてよい。また、回転支持部材でアパーチャが支持されてよく、通常の回転式のモータがアパーチャを移動し、また、切り換えてよい。
以上に本実施の形態のアパーチャ調整について詳細に説明した。上記のアパーチャは、サイズ、位置及び形状の全部を変更可能であった。本発明はこのような構成に限定されない。本発明の範囲で、サイズ、位置及び形状の少なくとも１つが調整されてよい。
また、上記説明では、アパーチャ設定は随時変更可能であった。しかし、本発明の範囲で、アパーチャ設定は、調整後に固定されてもよい。この場合、まず、上述の原理に従ってアパーチャサイズ、位置、形状が調整及び決定されてよい。それから、決定されたアパーチャ仕様が固定的に用いられてよい。例えば上述の楕円形状のアパーチャが継続的に用いられてよい。
以上に本発明の実施の形態について説明した。本発明によれば、ランディングエネルギーを適切に調整することにより、試料の微細なパターンのコントラストを増大でき、したがって、微細なパターンを観察できる。
本発明は、特に、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が生じやすいというミラー電子発生現象の特性に着目している。このような特性は従来はパターン観察に活用されていなかった。凹パターンでのミラー電子発生量は、電子ビームのランディングエネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照射電子が効率よくミラー電子になるように、ランディングエネルギーが設定される。これにより、凹パターンでの解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。
本発明の技術は、ランディングエネルギーを相当に低い値に設定する。そこで、本発明の観察技術は、低ランディングエネルギー技術と呼んでよい。
本発明は、上記の低ランディングエネルギー技術を写像投影型観察装置に適用している。これにより、微細なパターンを短時間で観察することができる。
また、低ランディングエネルギーは、具体的には、ミラー電子と２次放出電子が混在する遷移領域に設定されてよい。また、ランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。このような設定により、パターン部分でミラー電子が発生しやすくなり、画像でのパターンのコントラストを増大できる。
また、本発明では、上述にて詳細に説明したように、アパーチャのサイズ、位置及び形状が好適に調整され、これにより、画像中のパターンのコントラストを更に増大することができる。
また、本発明では、写像投影型観察装置とＳＥＭが同一チャンバに備えられ、同一ステージを使用し、複合型の観察装置を構成する。これにより、２種類の検査を連続して行うときに、位置決めの時間が短くなり、かつ、位置決め精度が大幅に増大する。したがって、迅速かつ高精度な観察が可能になる。
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
「産業上の利用可能性」
以上のように、本発明にかかる試料観察技術は、半導体のウエハ又はマスクなどの検査において有用である。
［第４の観点］
第４の観点は、複数の膜が形成された試料の観察に関し、特に、下記の膜付基板の検査に関する。
本発明の目的は、膜付基板表面の下に存在する基板の形状や下層の膜等の形状を検出できる技術を提供することにある。また、本発明の目的は、下層の膜等に存在する異物等を検出できる技術を提供することにある。
本発明は、膜付基板の検査方法に関する。前記膜付基板は、立体形状が形成された基板と、該基板上に積層形成された異なる材料からなる複数の膜とを有し、更に、前記膜付基板が、最上層の膜が除去されて下層の膜が露出した構造を含む。膜付基板の検査方法は、前記基板上に前記立体形状が形成された領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記基板上に立体形状が形成されていない領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記下層の膜の表面電位とで、表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーを有する荷電粒子ビームを、前記膜付基板の表面に照射する工程と、前記膜付基板の表面電位の情報を取得した電子を検出し、前記膜付基板の表面の電位コントラストを取得する工程と、該電位コントラストに基づいて、前記最上層の膜の形状と、前記基板上に形成された立体形状とを同時に検出する工程と、を含む。
これにより、膜付基板表面の静電容量を利用することにより、膜付基板表面の最上層の膜の形状のみならず、表面からは見えない領域まで検査することができる。したがって、膜付基板の厚さ方向の形状も検査することができる。
また、本発明の方法は、前記電位コントラストに基づいて、異物を更に検出してよい。
これにより、電位コントラストに基づいて、膜付基板上又は膜付基板内に含まれる異物の存在を検出することができる。
また、本発明の方法は、前記荷電粒子ビームを、異なるランディングエネルギーで前記膜付基板の表面に複数回照射してよい。
これにより、膜付基板の表面の電位コントラストを取得し易い状態で、検査を行うことができる。
また、本発明は、前記荷電粒子ビームのランディングエネルギーを、照射毎に小さくしてよい。
これにより、膜付基板表面が、ミラー電子が発生しやすい状態になる。ミラー電子は、膜付基板に衝突する前に反射する電子である。上記構成により、ミラー電子が発生し易くなり、膜の形状を適切に検出することができる。
また、本発明は、基板上に積層形成された異なる材料からなる複数の膜の形状を検出する膜付基板の検査方法である。この方法は、前記膜の材料の種類及び厚さの相違に応じて前記膜付基板の表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーを有する荷電粒子ビームを前記膜付基板の表面に照射する工程と、前記膜付基板の表面電位の情報を取得した電子を検出し、前記膜付基板の表面の電位コントラストを取得する工程と、該電位コントラストに基づいて、前記複数の膜の形状を検出する工程と、を有する。
これにより、膜付基板表面の静電容量の相違を利用することにより、基板上に形成されら複数層の膜の形状を、膜付基板表面から検出することができる。したがって、膜付基板表面の画像を単純に取得しただけでは検出できない膜の形状欠陥を検出することができる。本発明においては、各々の膜の形状が好適に検出されてよい。
また、本発明において、前記複数の膜の形状は、部分的又は局所的に厚さが異なる形状
でよい。
これにより、部分的に生じた厚さムラを、膜の欠陥として検出することができる。
また、本発明は、前記電位コントラストに基づいて、異物を更に検出してよい。
これにより、膜中に異物が存在した場合に、電位コントラストの大きな変化により異物を検出することができる。したがって、膜中の異物を膜付基板の表面から検出することができる。
また、本発明は、前記荷電粒子ビームを、異なるランディングエネルギーで前記膜付基板の表面に複数回照射してよい。
これにより、膜付基板表面の状態を調整し、材料の厚さの相違に応じて膜付基板表面の電位コントラストの差が生じやすくできる。したがって、適切な条件下で膜付基板の検査を行うことが可能となる。
また、本発明は、前記荷電粒子ビームのランディングエネルギーを、照射毎に小さくしてよい。
これにより、膜付基板表面が、ミラー電子が発生しやすい状態になる。ミラー電子は、膜付基板に衝突する前に反射する電子である。上記構成により、ミラー電子が発生し易くなり、膜の形状を適切に検出することができる。
また、本発明において、前記複数の膜は、絶縁物の材料からなる膜を含んでよい。
これにより、絶縁膜を含む膜の検査においても、膜の形状を適切に検出することができ、形状欠陥を発見することができる。
また、本発明において、前記荷電粒子ビームのランディングエネルギーは、−１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下の範囲内にあってよい。より好ましくは、ランディングエネルギーは、−５ｅＶ以上、５ｅＶ以下の範囲内であってよい。
これにより、電位コントラストの変化が大きいミラー電子を好適に利用でき、多層膜の形状を検出することができる。
また、本発明は、膜付基板の検査装置であって、前記膜付基板は、立体形状が形成された基板と、該基板上に積層形成された異なる材料からなる複数の膜とを有し、更に、前記膜付基板が、最上層の膜が除去されて下層の膜が露出した構造を含む。膜付基板の検査装置は、前記基板上に前記立体形状が形成された領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記基板上に立体形状が形成されていない領域の直上にある前記最上層の膜の表面電位と、前記下層の膜の表面電位とで、表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーを有する荷電粒子ビームを、前記膜付基板の表面に照射する荷電粒子照射部（荷電粒子照射手段）と、前記膜付基板の表面電位の情報を取得した電子を検出し、前記膜付基板の表面の電位コントラストを取得する検出器と、該電位コントラストに基づいて、前記最上層の膜の形状と、前記基板上に形成された立体形状とを同時に検出する演算部（演算手段）と、を含む。
これにより、膜付基板表面の最上層の膜の形状のみならず、表面からは視認できない基板の立体形状を検出することができる。層の下の基板の欠陥も含む形状欠陥の検査を行う
ことができる。
また、本発明は、基板上に積層形成された異なる材料からなる複数の膜の形状を検出する膜付基板の検査装置である。この装置は、前記膜の材料の種類及び厚さの相違に応じて前記膜付基板の表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーを有する荷電粒子ビームを前記膜付基板の表面に照射する荷電粒子照射部（荷電粒子照射手段）と、前記膜付基板の表面電位の情報を取得した電子を検出し、前記膜付基板の電位コントラストを取得する撮像素子と、該電位コントラストに基づいて、前記複数の膜の形状を検出する演算部（演算手段）と、を有する。
これにより、多層膜の厚さムラ等の形状欠陥を膜付基板表面から検出することができる。１回の検査で多層膜全体の形状欠陥を検出できるので、検査効率を向上させることができる。本発明においては、各々の膜の形状が好適に検出されてよい。
「発明の効果」
上記のように、本発明によれば、膜付基板上の表面層だけでなく、下側に存在する膜や基板の形状を表面から検出することができる。
「発明の実施の形態」
以下に本発明の詳細な説明を述べる。以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。代わりに、発明の範囲は添付の請求の範囲により規定される。
図６８は、本実施の形態に係る膜付基板の検査方法を実行するための検査装置の概略構成を示している。
図６８において、膜付基板３０４０が載置されており、膜付基板３０４０の表面に電子銃３０６０ａから電子ビームが照射されている。電子ビームは、本発明の荷電粒子ビームの一例である。荷電粒子ビームはイオン等を利用したビームであってもよい。以下に説明する本実施の形態では、電子ビームが用いられる。膜付基板３０４０は、基板３０１０と、基板３０１０の上に形成された多層膜３０２０を有する。多層膜３０２０は、複数層３０２１〜３０２４からなる。本実施の形態は、種々の用途の膜付基板３０４０に適用されてよい。膜付基板３０４０は、例えば、レチクル（フォトマスク）に用いられる基板であってもよい。以下に説明される例においても、膜付基板３０４０が、レチクルに適用される。
基板３０１０は、膜付基板３０４０の主材料として用いられる基材であり、例えば、ブランクス等のガラス基板である。多層膜３０２０は、異なる材料からなる複数の膜３０２１〜３０２４から構成される。膜３０２１〜３０２４は、異なる材料からなる膜を２種類以上含んでいる。したがって、例えば２種類の材料が、膜３０２１〜３０２４として交互に積層されていてもよい。
図６８において、電子銃３０６０には、加速度電圧Ｖａｃｃが印加されている。膜付基板３０４０には、リターディング電圧ＲＴＤが印加されている。加速電圧（Ｖａｃｃ）は、電子銃から発生した電子をグランドに対して加速させるために印加される。加速電圧（Ｖａｃｃ）は、例えば−４０００〔Ｖ〕から−７０００〔Ｖ〕の任意の電圧である。
膜付基板３０４０であるレチクル表面に、例えば−４０００〔Ｖ〕の電圧が印加される。電子は、加速電圧によってグランドに対して加速されている。加速電圧が−４０００〔Ｖ〕の場合は、電子から見たレチクルの電圧は、０〔Ｖ〕である。加速電圧が−７０００〔Ｖ〕の場合は、電子から見たレチクルの電圧は、−３０００〔Ｖ〕である。
上記の説明において、レチクル（膜付基板３０４０）に印加される電圧が、リターディング電圧（ＲＴＤ）である。加速電圧からリターディング電圧を引いた値がランディングエネルギーＬＥである。すなわち、ランディングエネルギーＬＥは、グランドに対して加速した電子から見たレチクルの電圧である。
ランディングエネルギーＬＥの調整方法について説明する。概ね１００〔Ｖ〕単位での調整を行う場合は、加速度電圧Ｖａｃｃによって調整が行われる。１０Ｖ程度の微調整は、リターディング電圧ＲＴＤを変えることによって行われる場合もある。また、リターディング電圧ＲＴＤとは別の電圧が、レチクル最表面の電圧に重畳されているとする。このような場合は、例えば、チャージアップ等の影響で生じる。この場合、表面電圧ΔＶの補正が、リターディング電圧ＲＴＤの調整によって行われる。
図６８の例においては、加速電圧Ｖａｃｃが−４００５〔Ｖ〕であり、リターディング電圧ＲＴＤが−４００２〔Ｖ〕である。電子銃３０６０から発射された電子が膜付基板３０４０の表面に入射するとき、ランディングエネルギーＬＥは３〔ｅＶ〕である。
ＬＥ＝（ＲＴＤ−Ｖａｃｃ）×ｅ＝ ［−４００２−（−４００５）］×ｅ＝３［ｅＶ］
このように、膜付基板３０４０に照射される荷電粒子ビームのランディングエネルギーＬＥは、電子銃３０６０側の加速度電圧Ｖａｃｃと、膜付基板３０４０の表面に印加されるリターディング電圧ＲＴＤの調整により設定することができる。
ここで、本実施の形態では、ＳＥＭ式電子顕微鏡や写像投影型電子顕微鏡等が、荷電粒子ビームを用いて、膜付基板３０４０の表面を撮像する。膜付基板３０４０の表面の材料及び形状の違いと、ランディングエネルギーＬＥとに応じて、膜付基板３０４０の表面から返ってくる電子の量が異なる。材料の違いは、例えば、絶縁材料と導体の組合せ、誘電率の違う絶縁体の組合せ、さらにそれら全ての組合せである。また、形状の違いは、表面の凹凸等である。電子の量の差は、材料の違いによる明るさの違い、又は、表面形状の違いによる明るさの違いとして、膜付基板の表面の画像に現れる。材料の違いによる明るさの違いを、「材料コントラスト」と呼ぶ。また、表面形状の違いによる明るさの違いを、「形状コントラスト」と呼ぶ。
これらのコントラスト等は、表面電位の違いによって生じる現象である。膜付基板３０４０を構成する材料の違い又は形状の違いが、基板表面の電位の違いを生じる。この表面電位の違いが、表面から返ってくる電子の量の違いを生じさせる。
この電位の違いは材料の持つ特性によって生じる。材料特性は、例えば、導体のシート抵抗値であり、絶縁物の比誘電率である。また、導体と絶縁物の層状の構造では、厚みの相違による静電容量の差によって電位の違いが生じる。また、形状の相違に応じた電界分布の相違等によっても、電位の違いが生じる。
電子ビームの照射によって、表面電位の違いをより顕著にする事も可能である。また、自然帯電による電位の違いを利用することもできる。
基板上に多層膜（少なくとも二類の材料の積層された膜）が形成されており、多層膜の中に異物が存在したとする（異物が、多層膜の最表面には無い場合）。電子ビームの照射によって、多層膜内の異物の存在が最表面の電位の違いとして明確に現れれば、多層膜中の異物を電位の違いから検出することが可能となる。すなわち、多層膜中の異物の有無によって表面電位が異なるように電子ビームを照射することにより、異物の検出が可能になる。
図６９は、ランディングエネルギーＬＥの相違に応じた明るさの相違を示している。より詳細には、図６９は、ランディングエネルギーＬＥの違う電子ビームを基板に照射したときの、基板から戻ってくる二次放出電子の量の相違に基づく画像の明るさの相違を示している。図６９では、膜付基板３０４０の表面電位が０である（表面電位ΔＶ＝０）。
実際は、膜付基板３０４０の表面では、電子ビーム照射による帯電及び自然帯電により、そして、表面材料の誘電率及び二次電子放出効率などによっても、表面電位に分布が生じている。
図７０Ａ及び図７０Ｂは電子ビーム照射による電位差の一例であり、基板３０１０に形成された形状と、基板３０１０上の膜３０２０に形成された形状とにおける電位差を示す。図７０Ａは、膜付基板３０４０の表面電位を示した図である。図７０Ｂは、膜付基板３０４０の断面構成を示した図である。電位差の原理として、電位差は、静電容量の違い、及び最表面に露出している材料の違いによって生じる。
図７０Ｂにおいては、基板３０１０に窪み形状３０１１が形成されている。また、基板３０１０の上には、多層膜３０２０が形成されている。多層膜３０２０は、下層膜３０２１と、最上層膜３０２２とから構成されている。下層膜３０２１と、最上層膜３０２２は、異なる材料から構成されている。下層膜３０２１は、基板上の層を形成しており、基板３０１０の窪み形状３０１１を充填している。最上層膜３０２２は、下層膜３０２１の上に積層され、膜付基板３０４０の表面を形成している。最上層膜３０２２は、切れ目を構成する溝形状３０３０を有する。溝形状３０３０の底部では、下層膜３０２１が露出している。
膜付基板３０４０の大部分の領域において、下層膜３０２１及び最上層膜３０２２が均一の厚さを有する。基板３０１０上に窪み形状３０１１が形成された領域では、下層膜３０２１が、周囲よりも厚い形状を有する。最上層膜３０２２に溝形状３０３０が形成された領域では、最上層膜３０２２が欠落し、全体の厚みが薄く、そして、表面が下層膜３０２１で構成されている。
図７０Ｂに示される材料及び厚みの相違の影響を受けて、図７０Ａの表面電位に分布が生じている。この表面電位は、ランディングエネルギーの設定値ＬＥと実効値ＬＥｅに電位差ΔＶを生じさせる。より詳細には、同一のランディングエネルギーＬＥを有する電子ビームが膜付基板３０４０に照射されたとする。ＬＥは設定値であり、加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤの差である。また、膜付基板３０４０の表面におけるランディングエネルギーの実際の値を、実効ランディングエネルギーＬＥｅという。実効値ＬＥｅは、設定値ＬＥに対して電位差ΔＶだけ異なる。電子差ΔＶが表面電位に相当する。実効ランディングエネルギーＬＥｅは、ＬＥｅ＝ＬＥ+ΔＶで表される。
上記のように、膜付基板３０４０内に表面電位の分布があり、ΔＶが異なる領域が存在したとする。膜付基板３０４０の全体が、同一のランディングエネルギーＬＥを有する電子ビームの照射を受ける。その結果、実効ランディングエネルギーＬＥｅに差が生じる。このＬＥｅの差が、画像中の明るさの違いとして捉えられて、電位コントラストとして検出される。
画像中の明るさの差は、例えば、パターン、パーティクル又は膜中の異物を示している。図７０Ａ及び図７０Ｂの例では、立体的なパターンの形状によって、画像の明るさの差が生じる。図７０Ｂにおいて、基板３０１０の窪み形状３０１１の領域では、下層膜３０２１が周囲より厚く形成されている。この領域の直上では、表面電位が大きく低下してい
る。一方、溝形状３０３０は、最上層膜３０２２が除去された場所であり、下層膜３０２１が露出している。この領域の直上では、表面電位が、周囲よりもやや高い値を示している。このことから、下層膜３０２１と最上層膜３０２２の特性の差が分かる。下層膜３０２１の材料は、表面電位を大きく低下させる。下層膜３０２１の材料と比べると、最上層膜３０２２の材料では、表面電位低下の程度が小さい。
このように、本実施の形態に係る検査方法は、基板及び膜の形状及び材料によって表面電位が異なるように設定されたランディングエネルギーＬＥを有する電子ビームを照射する。より詳細には、「基板３０１０上に窪み形状３０１１等の立体形状が形成されている領域の直上の表面電位」と、「基板３０１０上に窪み形状３０１１等の立体形状が形成されていない領域の直上の表面電位」と、「最上層の膜３０２２に溝部３０３０等の立体形状が形成されており下層膜３０２１が露出した領域の表面電位」とで、表面電位を異ならせるように、ランディングエネルギーＬＥが設定される。本実施の形態の方法は、このような電子ビームを膜付基板３０４０の表面に照射し、表面電位の電位分布に基づく電位コントラストを取得する。これにより、膜付基板３０４０の形状を検出することができる。
図７１は、膜付基板３０４０に構成されたパターンと形状欠陥の例を示した斜視図である。図７１の例では、膜付基板３０４０が図７０Ｂに示した断面形状に対応しており、更に、形状欠陥３０３１、３０３２を有している。
より詳細には、図７０Ａと同様、図７１において、膜付基板３０４０はを基板３０１０と多層膜３０２０を有する。基板３０１０の上に、立体形状として窪み形状３０１１が形成されている。基板３０１０の上に下層膜３０２１が形成されており、下層膜３０２１の上に最上層膜３０２２が積層されている。最上層膜３０２２が、膜付基板３０４０の表面をなす。最上層膜３０２２において、溝形状３０３０の部分が除去されている。溝形状３０３０では、下層膜３０２１が露出して、膜付基板３０４０の表面を構成している。そして、溝形状３０３０の部分に、形状欠陥３０３１、３０３２が形成されている。設計パターンでは、溝形状３０３０の部分が長方形の形状を有し、すなわち、長方形の部分が最上層膜３０２２から除去される。しかし、図７１においては、横に突出するように形状欠陥３０３１が形成されている。また、溝形状３０３０が横に窪み、形状欠陥３０３２が形成されている。上記のように、図７１では、膜付基板３０４０の立体構造中で、横方向すなわち平面に沿った方向にパターン欠陥が形成されている。
本実施の形態によれば、膜付基板３０４０の表面の電位コントラストを取得することにより、上記のパターン欠陥部分についても、パターン形状が検出される。検出された形状を、設計形状と比較することにより、形状欠陥を把握及び検出できる。このようにして、本実施の形態によれば、表面形状、下層膜形状及び基板形状を含む広い範囲で、膜付基板３０４０の形状を検査でき、そして形状欠陥を検出することができる。
図７２は、パターン及び表面の異物によって生じる電位分布の電位コントラストの模式図である。最下段（符号（ｃ））は、断面構成であり、図７０Ｂの構成と対応している。中段（符号（ｂ））は、断面構成に電子ビームが照射されたときの表面電位分布を示している。最上段（符号（ａ））は、表面電位により生ずる画像中の輝度分布を示している。
図７２において、膜付基板３０４０の構成（符号（ｃ））は、図７０Ｂの構成と同様である。ただし、図７０Ｂと異なり、図７２においては、最上層膜３０２２の表面上に、異物３０５０が存在する。このように、膜付基板３０４０のパターン形状が設計通りに形成されていても、異物３０５０が存在する場合がある。本実施の形態によれば、このような異物３０５０を検出することもできる。以下、具体的な検査方法について説明する。
図７２において、中段の図（符号（ｂ））は、膜付基板３０４０の表面電位分布であり、更に、表面電位分布と、電位コントラスト像の輝度（階調）との関係を示している。表面電位に応じて輝度が変化することが分かる。図７０Ａを参照して既に説明したように、表面電位分布は、膜付基板３０４０の断面形状に対応する。基板３０１０の窪み形状３０１１の領域では、直上の表面電位が低下する。また、最上層膜３０２２の溝形状３０３０の場所では、下層膜３０２１が表面に露出しており、この領域では、表面電位が上昇している。一方、異物３０５０の存在する場所では、表面電位が低下している。異物３０５０の場所の表面電位は、窪み形状３０１１の領域の表面電位よりもさらに大きく低下している。このように、異物３０５０が存在する箇所は、基板３０１０や最上層３０２２のパターン形状とは異なる表面電位を示す。図７２の例においては、形状パターンの電位変化よりも、異物の電位変化が大きい。したがって、異物３０５０による電位変化を認識することができる。
上記の例のように、一般に、膜付基板３０４０のパターン形状の表面電位変化よりも、異物３０５０のよる表面電位変化が大きい場合が多いと考えられる。この特性に基づいて、異物３０５０の混入を検出することができる。図７２の中段の図には、表面電位と明るさの関係のグラフが付されている。このグラフは、膜付基板３０４０の表面電位の差が、電位コントラストの輝度に反映されることを示す。
図７２において、最上段の図（符号（ａ））は、表面電位に応じた輝度ＤＮを、電位コントラストの形式で示している。図示のように、輝度（階調）が場所によって異なり、そして、異物の有無によっても輝度が異なる。より詳細には、「基板３０１０上に立体形状の窪み形状３０１１が形成された領域の直上の輝度」と、「最上層膜３０２２に溝形状３０３０が形成された領域の直上の輝度」と、「基板３０１０上に下層膜３０２１と最上層３０２２が形成された領域の直上の輝度」と、「異物３０５０の存在する領域の直上の輝度」とについて、すべての輝度の相違が見られる。このように、本実施の形態に係る検査方法は、膜付基板３０４０の形状欠陥のみならず、異物の混入も検出することができる。
次に、電子ビームのランディングエネルギーの設定値について説明する。ここで使用されるランディングエネルギーは、０［ｅＶ］付近の低いエネルギーである。このような低エネルギー領域では、ランディングエネルギーに依存して、検出される電子の種類が変化する。検出される電子は、ミラー電子及び二次放出電子である。二次放出電子は二次電子、反射電子、後方散乱電子を含み、これらが混在してよい。二次電子が代表的な二次放出電子であるので、以下の説明では二次電子が例として用いられてよい。また、ミラー電子は、膜付基板３０４０の表面に衝突することなく、膜付基板３０４０から反射してくる電子のことを言う。電子ビームが膜付基板３０４０の直前で向きを変え、これによりミラー電子が生じる。
ランディングエネルギーが大きいときは、主に２次放出電子が検出される。この領域を、２次放出電子領域という。また、ランディングエネルギーが小さいときは、主にミラー電子が検出される。この領域をミラー電子領域という。２次放出電子領域とミラー電子領域の間の領域では、ミラー電子と２次放出電子が混在する。この領域を遷移領域又は混在領域という。遷移領域は、２次放出電子領域の下限（ＬＥＢ）と、ミラー電子領域の上限（ＬＥＡ）との間の領域である。２次放出電子領域を２次電子モードといい、ミラー電子領域をミラー電子モードといい、遷移領域をミラー・２次電子混在モードといってよい。
本実施の形態では、上記のエネルギー領域のうちで、遷移領域（混在領域）が好適に適用される。これにより、上述のような膜付基板３０４０の表面電位の電位コントラストを適切に取得することができる。
ミラー電子と２次電子は、二次電子光学系で異なる軌道を通る。したがって、遷移領域（ミラー・２次電子混在モード）用いた検査においても、アパーチャのサイズや位置の変更によってミラー電子のみ又は二次電子のみを選択的に抽出でき、所望の画像情報を取得することが可能である。
また、電子ビームの膜付基板３０４０への照射は、複数回行われてよい。この方法は、ミラー電子を発生させるため有効である。この点について詳細に説明する。
ミラー電子を発し易くするためにプレチャージを行うことが知られている。プレチャージでは、予め帯電用の電子ビームが照射される。この帯電用の電子ビームのランディングエネルギーは、電位コントラストを取得するときに照射される撮像用の電子ビームのランディングエネルギーより高く設定される。これにより、膜付基板３０４０の表面が予め、ある程度帯電し、ミラー電子が発生し易くなることが知られている。
本実施の形態は、上記の現象を利用するために、複数回のビーム照射を行う。例えば、まず、帯電用の高ランディングエネルギーの電子ビームが、膜付基板３０４０の表面に照射され、基板表面が帯電される。その後に、低ランディングエネルギーの電子ビームが照射され、膜付基板３０４０の表面の電位コントラストが取得される。
また、帯電用の電子ビームは、１回だけでなく、複数回、膜付基板３０４０の表面に照射されてよい。この場合、照射の度に、ランディングエネルギーが低減されてよい。例えば、前回（今回）のランディングエネルギーをＬＥｐとし、次回のランディングエネルギーをＬＥｎとする。この場合、ＬＥｐよりＬＥｎを小さくする。こうして、徐々に電子ビームのランディングエネルギーが低くなってよい。このような照射方法により、ミラー電子を発生させ易くすることができ、明度差の大きい電位コントラストを取得することができる。
以上に、本実施の形態に係る膜付基板の検査方法について説明した。本実施の形態の検査方法は、膜付基板３０４０の表面に荷電粒子ビームを照射し、膜付基板３０４０の静電容量等の相違により発生する表面電位分布から電位コントラストを取得し、膜付基板３０４０の基板３０１０及び最上層膜３０２２の形状を同時に検出することができる。更に、取得した電位コントラストが、設計通りのパターン形状に対応する所定の電位コントラストと比較され、これにより、異物３０５０の存在を検出することができる。
また、本実施の形態は、基板３０１０の立体形状が、窪み形状３０１１である場合を例に挙げて説明した。しかし、立体形状が例えば凸形状であっても、静電容量に影響を与え、その直上の表面電位を変化させる。したがって、立体形状は突起形状であってもよい。
「別の実施の形態」（図７３〜図７６）
次に、図７３を参照し、本発明のもう一つの実施の形態を説明する。図７３は、本実施の形態の検査方法を説明するための図である。ここでは、検査対象が膜付基板３０４０ａである。この検査対象の詳細構成が、上述の実施の形態と異なる。検査方法は上述の実施の形態と概ね同様である。よって、図６８及び図６９の説明は、以下に述べる膜付基板３０４０ａの検査にも適用されてよい。
図７３は、上述の実施の形態と異なる断面構成を示しており、さらに、断面構成と表面電位及び輝度との関係を示している。最下段（符号（ｃ））が、本実施の形態における膜付基板３０４０ａの断面構成を示している。中段（符号（ｂ））は、膜付基板３０４０ａの断面形状に対応した表面電位の一例を示す。更に、最上段（符号（ａ））は、表面電位に対応した輝度の電位コントラストの一例を示す。
図７３の基板構成では、基板３０１０ａの上に、多層膜３０２０ａが積層されている。多層膜３０２０ａは、基板３０１０ａ上に形成された第１の下層膜３０２１ａと、第１の下層膜３０２１ａ上に積層形成された第２の下層膜３０２２ａと、第２の下層膜３０２２ａの上に積層形成された第３の下層膜３０２３ａと、第３の下層膜３０２３ａ上に形成された最上層膜３０２４ａとから構成されている。最上層膜３０２４が膜付基板３０４０ａの表面である。
基板３０１０ａは、例えば、ブランクス等のガラス基板等から構成されたレチクル用の基板でよい。前述の実施の形態に係る図７０Ｂ等の構成と異なり、図７３では、基板３０１０ａの表面には立体形状が設けられていない。例えば、基板３０１０ａには、図７０Ｂの窪み形状が設けられていない。基板３０１０ａの上面は、平面である。このような場合にも、本実施の形態に係る検査方法を適用可能である。
多層膜３０２０ａは、少なくとも２種類以上の材料を含む複数の膜で構成される。図７３においては、４層の多層膜３０２０ａが適用されている。総ての膜３０２１ａ〜３０２４ａにおいて材料が異なっていてもよい。同じ材料の膜も存在してよく、要するに材料が部分的に重複してもよい。
多層膜３０２０ａの複数の膜３０２１ａ〜３０２４ａの各々に関し、立体的形状は意図されていない。各々の膜３０２１ａ〜３０２４ａは、均一な厚さの膜として構成されている。すなわち、各々の膜３０２１ａ〜３０２４ａにおいては、設計上の膜厚さが均一で一定である。しかしながら、実際に製造された膜付基板３０４０ａにおいては、欠陥等により、膜３０２１ａ〜３０２４ａが均一に形成されない場合がある。図７３においては欠陥３０３３、３０３４が、第３の下層膜３０２３ａと最上層膜３０２４ａに発生している。欠陥３０３３、３０３４は、局所的又は部分的に周囲と厚みが異なる箇所である。本実施の形態に係る検査方法は、このような欠陥、すなわち、均一の厚さを有する膜３０２１ａ〜３０２４ａにおける厚さムラの形状欠陥を検出できる。
また、図７３では、異物３０５０が、多層膜３０２０ａの内部、より詳細には、下層膜３０２３ａ内に存在する。本実施の形態に係る検査方法は、このような多層膜３０２０ａ中の下層膜３０２１ａ〜３０２３ａ内に存在する異物３０５０の検出も行う。
図７３において、中段の図（符号（ｂ））は、膜付基板３０４０ａの表面電位ΔＶを示した図である。基板表面に照射される電子ビームは、一定のランディングエネルギーＬＥを有する。したがって、実効ランディングエネルギーＬＥｅは、ＬＥ＋ΔＶになる。前出の図６９は、表面電位ΔＶが一定値０であって、ランディングエネルギーＬＥが変化させた時の明るさの違いを示している。しかし、ランディングエネルギーＬＥが一定であってΔＶが変化しても、ＬＥｅに応じて明るさが変わり、輝度特性は等価といえる。
図７３において、欠陥領域３０３３は、第３の下層膜３０２３ａが薄くなり、最上層膜３０２４ａが厚くなった形状欠陥の領域である。この欠陥領域３０３３については、直上の表面電位が低下している。また、欠陥領域３４は、第３の下層膜３０２３ａが厚くなり、最上層膜３０２４ａが薄くなった形状欠陥領域である。この欠陥領域３０３４についても、直上の表面電位が低下している。しかし、欠陥領域３０３４より欠陥領域３０３３の方が、低下量が大きい。すなわち、最上層膜が厚い場合の方が、表面電位が大きく低下している。また、異物３０５０の直上の表面電位も低下している。その異物部分の低下量は、欠陥領域３０３３の低下量よりも更に大きい。そして、異物部分の低下量が最も大きい。このように、多層膜３０２０ａ中の膜３０２３ａ、３０２４ａの不均一が、表面電位の変化として現れるとともに、異物３０５０の存在も表面電位の変化として現れる。
図７３において、最上段の図（符号（ａ））は、上記の表面電位の相違に応じた画像の輝度差を示しており、輝度変化は電位コントラストに相当する。この電位コントラストは、上述の膜付基板３０４０ａの表面電位を取得した画像にて観察される。表面電位よりは輝度差が若干小さくなっているが、表面電位分布が輝度差に反映される。したがって、輝度差に基づいて形状欠陥３０３３、３０３４及び異物３０５０を検出することができる。
図７４は、図７３の断面構成の拡大図であり、静電容量の違いによる表面電位の違いを説明するための模式図である。図７４において、ΔＶ０は、正常部位の表面電位であり、ΔＶ１、ΔＶ２は、形状欠陥３０３３、３０３４の直上の表面電位であり、ΔＶ３は異物３０５０の直上の表面電位である。表面電位ΔＶは、ΔＶ＝Ｑ／Ｃ、Ｃ＝（ｄ／ε0・εr）で表される。したがって、図７４のそれぞれの表面電位ΔＶ０〜ΔＶ３は、下記の式により表される。
ΔＶ０=ε0・Ｑ（２（εr1＋εr2）／ｄ0）
ΔＶ１＝ε0・Ｑ（（εr1／ｄ1）＋（εr2／（２ｄ0−ｄ1））＋（（εr1＋εr2）／ｄ0
））
ΔＶ２=ε0・Ｑ（（εr1／ｄ2）＋（εr2／（２ｄ0−ｄ2））＋（（εr1＋εr2）／ｄ0））
ΔＶ３=ε0・Ｑ（（（２εr1＋εr2）／ｄ0）＋（εr3／ｄ3））
ここで、図７４に示されるように、ｄ0〜ｄ2は膜厚であり、ｄ3は異物の厚さであり、εr1、εr2は、各膜の誘電率であり、εr3は異物の誘電率である。
また、同一のランディングエネルギーＬＥで膜付基板３０４０ａを照射した場合、図７４の４箇所では、実効ランディングエネルギーＬＥｅが以下の通りになる。
実効ＬＥ０＝ＬＥ＋ΔＶ０
実効ＬＥ１＝ＬＥ＋ΔＶ１
実効ＬＥ２＝ＬＥ＋ΔＶ２
実効ＬＥ３＝ＬＥ＋ΔＶ３
このように、実効ランディングエネルギーＬＥｅを、明るさの差として捉えることが出来る。
よって、膜や異物等の物質の誘電率が予め判っていれば、明るさの違いから膜の厚さの違いを観測及び計測することも可能である。このような静電容量の考え方は、図７０Ａ、図７０Ｂ等を参照した上述の実施の形態についての説明では言及されなかった。しかし、上述の実施の形態においても同様の原理を適用することができる。表面電位ΔＶによって実効ランディングエネルギーＬＥが変化し、それに応じて明るさの変化が生じる。したがって、図７２及び図７３に示されるように、明るさ（輝度）とランディングエネルギーＬＥの関係（図６９）に基づいて、表面電位分布を明るさの分布に変換できる。
次に、図７５及び図７６を用いて、検査対象の多層膜の断面構造について更に説明する。図７５及び図７６は、多層膜の断面構造のより具体的な例を示している。この構造は、上述の図７４の膜付基板に適用されてよい。
図７５においては、ガラス基板３０１０ｂ上に、多層膜２０２１ｂが形成されている。軟Ｘ線（ＥＵＶ：extreme-ultraviolet）を反射させるために、多層膜２０２１ｂは、モ
リブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）で構成され、キャッピング３０２２ｂで蓋をされている。多層膜３０２１ｂの上にバッファー層３０２３ｂが形成されており、バッファー層３０２３ｂは、クロムナイトライド（ＣｒＮ）やルテニウム（Ｒｕ）、ルテニウム合金からなる。バッファー層３０２３ｂの上に、パターンを形成するタンタルボロンナイトライド（ＴａＢＮ）の層３０２４ｂが形成されている。更に層３０２４ｂの上に、光検査時の
光の反射を防止するためのタンタルボロンオキサイド（ＴａＢＯ）の層３０２５ｂが形成されている。これらの膜が全体として多層膜３０２０ｂを構成している。
図７５においては、ゴミ等の異物３０５０が欠陥として、レチクルの最表面及び多層膜３０２０ｂに存在する。多層膜２０２０ｂ中では、積層された層の間に異物３０５０が存在する。異物３０５０は、パターン３０２８の転写時に致命的な欠陥となってしまう。そのため、それぞれの膜３０２１ｂ〜３０２５ｂが形成された段階、及び、ある程度複数の膜が形成された段階で、膜上及び膜中の異物を発見しなければならない。
図７６は、多層膜３０２０ｃの断面構造であって、図７５とは異なる例を示している。図７６の多層膜３０２０ｃは、光検査時の光の反射を防止するＴａＢＯの層３０２５ｂが無い点においてのみ、図７５の多層膜３０２０ｂと異なっている。図７５と同様の構成要素には同一の参照符号が付されており、説明は省略される。
図７６においても、異物３０５０が、多層膜３０２０ｃの最表面、パターン３０２８内、膜３０２１ｂ〜３０２４ｂの内部に混入する。そこで、図７５の場合と同様に、各膜３０２１ｂ〜３０２４ｂを形成する段階で、膜上又は膜中に存在する異物３０５０を発見する必要がある。
図７５及び図７６の多層膜３０２０ｂ、３０２０ｃは、図７０等を用いて説明された前述の実施の形態の膜付基板３０４０にも適用されてよい。図７５及び図７６の基板３０１０ｂ、３０１０ｃに形状パターンが設けられ、更に、最上層３０２５ｂ（ＴａＢＯ）又は最上層３０２４ｂ（ＴａＢＮ）に形状パターンが設けられ、これにより、図７５及び図７６の構成が図７０の膜付基板３０４０に該当する。このような膜付基板３０４０に対して、図７０等の実施の形態の検査方法が好適に適用可能である。
また、図７３〜図７６に示した本実施の形態に係る検査方法においても、図７０Ａ等に示された前述の実施の形態と同様に、電子ビームの照射が複数回行われて、電位コントラストが取得されてよい。図７３〜図７６の実施の形態では、多層膜３０２０ａ〜３０２０ｃ中の異物３０５０が検出され、また、形状欠陥領域３０３３、３０３４（部分的又は局所的に厚みの異なる箇所）が検出された。電子ビームの照射を複数回行うことにより、異物及び欠陥の電位分布が強調され、安定する。したがって、材料の相違に応じて、より強い電位コントラストを得ることができる。
更に、図７３〜図７６の実施の形態においても、図７０等の前述の実施の形態と同様に、ミラー電子が発生するように電子ビームが膜付基板３０４０ａに照射されてよい。ランディングエネルギーＬＥの範囲は、−１０〔ｅＶ〕以上５０〔ｅＶ〕以下等でよく、この範囲が前述図７０等の実施の形態にも適用されてよい。これにより、本実施の形態においても、ミラー電子を利用して、表面の電位コントラストを適切に取得することができる。
また、図７３〜図７６の実施の形態の例では、膜付基板３０４０ａにレチクルが適用されている。しかし、他のマスクにも本実施の形態が適用されてよい。また、半導体基板等に多層膜３０２０ａ〜３０２０ｃが形成されている場合にも、本実施の形態が適用されてよい。
以上に、本発明の実施の形態に係る検査方法について説明した。図７０等の実施の形態では、膜付基板３０４０が検査され、図７３等の実施の形態では、膜付基板３０４０ａが検査された。これらの実施の形態は、膜厚の相違や異物の存在によって生じる表面電位の違いを明るさの分布として捉えることができ、膜等の断面構造（深さ方向）の構造を知ることが出来る。そして、本実施の形態は、多層膜３０２０、３０２０ａ〜３０２０ｃ中に
存在する複数の膜３０２１、３０２２、３０２１ａ〜３０２４ａ、３０２１ｂ〜３０２５ｂの膜厚の違いを検出でき、また、異物３０５０を検出できる。したがって、膜等の断面構造（深さ方向）の構造を知ることが出来る。
また、本実施の形態によれば、検出された輝度差から、パターンの欠陥３０３１〜３０３４の位置や、異物３０５０の位置を知ることもできる。そこで、検出された欠陥が、設計上の基板表面に位置する場合、ＳＥＭ等別の検査装置を用いて欠陥箇所を改めて精密に検査をすることも可能である（レビュー検査）。また、検出された形状欠陥３０３１〜３０３４が、設計上で膜付基板３０４０、３０４０ａの表面以外の場所にあるとする。このような欠陥は、深さ方向の欠陥として処理される。例えば、欠陥検出位置で基板を切断して、検出された欠陥を確認することも出来る。
次に、本実施の形態に係る膜付基板の検査装置について説明する。本実施の形態の検査装置は、上述の図７０Ｂに示された膜付基板３０４０の検査にも、図７３〜図７６を参照して説明された膜付基板３０４０ａの検査にも適用可能である。
図７７は、本実施の形態の検査装置の全体的な構成の一例を示す。本実施の形態では、本発明が、写像投影型の電子顕微鏡に適用される。すなわち、写像投影型の検査装置が、本発明の検査方法に従って膜付基板３０４０、３０４０ａを検査する。
図７７に示すように、検査装置は、電子線源３０６５と、１次光学系３０７０と、撮像素子３０９０と、２次光学系３０８０と、ステージ３１００とから構成され、これら要素が、真空容器３０７５、３０８５、３１０５の中に収容されている。電子線源３０６５は、電子ビームを発生させる。１次光学系３０７０は、発生した電子ビームを基板に導く。撮像素子３０９０は、電子線を照射することによって基板から戻ってくる電子を捉えて画像信号を生成する。２次光学系３０８０は、電子線照射により基板から戻ってくる電子を撮像素子３０９０に導く。ステージ３１００は、膜付基板３０４０、３０４０ａを搭載する構成であり、少なくとも一方向に移動可能である。
撮像素子３０９０は、記憶装置３０９１を介して、演算処理部３０９２に接続されている。演算処理部３０９２はコンピュータで構成され、本発明の演算部に相当する。演算処理部３０９２は、ステージ３１００を制御するステージ制御ユニット３０９５に接続されている。上記構成において、撮像素子３０９０は電子の検出器として機能し、本発明では２次光学系に含まれてよい。また、撮像素子３０９０、記憶装置３０９１及び演算処理部３０９２は本発明では画像処理部を構成してよい。
また、ステージ３１００は、防振台３１０２の上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。ステージ３１００は真空容器（チャンバ）３１０５に収容されている。真空容器３１０５の隣には、予備環境室（ミニエンバイロメント）３１１０が設けられている。予備環境室３１１０の室内は密封され、清浄に保たれている。予備環境室３１１０内には、膜付基板３０４０、３０４０ａを載置する仮置場３１１１が収容されている。また、予備環境室３１１０には、ターボ分子ポンプ３１２０が設けられている。ターボ分子ポンプ３１２０は、ドライポンプ３１２１とともに予備環境室３１１０及び真空容器３０７５、３０８５、３１０５の真空排気を行うように構成されている。また、真空容器３１０５と予備環境室３１１０は、ゲート弁３１３０を用いて開放及び密封を行えるように構成されている。
電子線源３０６５は熱電子放出型の電子銃３０６０ａを用いている。この電子銃３０６０ａは主にＬＡＢ6を用いている。電子銃３０６０ａは、タングステンからなるフィラメ
ントや、Ｔｈ−Ｗ、Ｗ2Ｃ等のタングステン系や、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ3からなる酸
化物陰極等で構成されてもよい。電子線源３０６０（電子銃３０６０ａ）は本発明では１次光学系に含まれてよい。
一次光学系３０７０は、複数の静電レンズ３０７１、３０７２、３０７３、３０７４から構成されている。
撮像素子３０９０は、ＴＤＩ（Time Delay Integration）で構成されている。ＴＤＩは、スキャン撮像も可能な素子である。撮像素子３０９０は、ＭＣＰ、蛍光板、ＦＯＰを、ＴＤＩの前に備える。ＭＣＰが電子を増幅し、蛍光板が、増幅された電子を光に変換し、ＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）が、光をＴＤＩに導く。また、ＴＤＩの代わりにＥＢ−ＴＤＩが用いられてよい。ＥＢ−ＴＤＩは、電子を直接受けて画像に変換できる。また、スキャン画像以外のスチル像の撮像を行う場合は、ＴＤＩの代わりにＣＣＤが用いられてよい。また、ＥＢ−ＴＤＩの代わりにＥＢ−ＣＣＤが用いられてよい。更に、ＴＤＩの前にＥＢ−ＣＣＤを設けられてよく、ＴＤＩがスキャン像を生成し、ＥＢ−ＣＣＤがスチル像を生成してよい。
撮像素子３０９０は、膜付基板３０４０、３０４０ａの表面の電位コントラスト像を取得する。電位コントラスト像は、記憶装置３０９１に記憶される。記憶された電位コントラスト像は、演算処理部３０９２に送られる。演算処理部３０９２は、電位コントラスト像と設計パターンとの間で形状比較を行う。電位コントラスト像の形状が、設計パターンに対応しない場合、演算処理部３０９２は、形状欠陥３０３１〜３０３４が存在すると判定する。前述の検査方法が適用されてよく、これにより、演算処理部３０９２は、電位コントラスト像から、どのような形状欠陥が生じているかを判定することができる。また、演算処理部３０９２は、形状欠陥３０３１〜３０３４に該当しない欠陥を検出した場合に、異物３０５０が存在するとの判定を行うことができる。
二次光学系３０８０は、複数の静電レンズ３０８１、３０８２、３０８３から構成されている。図７７に示す例では、一次光学系３０７０が、二次光学系３０８０に対し斜めに配置されている。電子ビームは、電子銃３０６０ａから発射され、電界と磁界からなるＥ×Ｂフィルタ３０７６で向きを変える。電子ビームは、膜付基板３０４０、３０４０ａに対して垂直若しくは概ね垂直に照射される。そして、電子ビームは、膜付基板３０４０、３０４０ａから上昇し、Ｅ×Ｂフィルタ３０７６を直進し、二次光学系３０８０によって撮像素子３０９０に導かれる。
電子ビームは、一次光学系３０７０によって、円若しくは楕円または矩形に形成され、そして膜付基板３０４０、３０４０ａに導かれ、照射される。電子ビームのサイズは、概ね、撮像素子３０９０より若干大きく設定される。撮像素子３０９０は前述のようにＴＤＩ、ＥＢ−ＴＤＩ、ＣＣＤ、ＥＢ−ＣＣＤ等である。電子ビームの形状及びサイズは、撮像素子３０９０毎に調整されてよく、また、一番大きい撮像素子に合わせて設定されてよい。
電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤ（基板電圧）との組み合わせによって調整される。加速電圧Ｖａｃｃは、一次光学系３０７０で電子に付与される。加速電圧Ｖａｃｃは、例えば加速電圧設定部３０６１により設定されてよい。リターディング電圧ＲＴＤは、ステージ３１００に設けられた基板電圧調整機構３１０１によって決まる。
加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤの組み合わせは、膜付基板３０４０、４０ａから得たい情報に応じて変えることが出来る。例えば、膜付基板３０４０、３０４０ａの二次電子像を得るためには、加速電圧Ｖａｃｃが１００〔ｅＶ〕から数ｋ〔ｅＶ〕に
設定され、リターディング電圧ＲＴＤが二次系設定電圧（二次系についてのＥ×Ｂ直進条件）に設定される。また、膜付基板３０４０、３０４０ａから反射電子像を得るとする。反射電子は、照射電子と基板表面材料との間で起きる完全弾性衝突によって発生する電子である。反射電子像を得るためには、完全弾性衝突が起こるようなランディングエネルギーＬＥを実現するように、リターディング電圧ＲＴＤが調整される。ミラー電子像が得るためには、ランディングエネルギーＬＥが、−１０〜数１０〔ｅＶ〕に好適に設定される。より好ましくは、ランディングエネルギーＬＥが、−５［ｅＶ］以上、５［ｅＶ］以下（遷移領域）に設定される。ミラー電子は、既に述べたように、膜付基板３０４０、３０４０ａの表面電位によって、照射電子ビームが表面近傍で跳ね返ることにより生じる。より詳細には、前述の検査方法の説明にて詳しく述べたランディングエネルギーＬＥの範囲が好適に適用される。
前述の検査方法の説明では、各種の検査が説明された。例えば、図７１の検査は、パターンの形状欠陥３０３１、３０３２に対して行われ、また、図７２の検査は、膜付基板３０４０上の異物３０５０を検出する。また、図７３の検査は、膜付基板３０４０ａ上に構成された多層膜３０２０ａ〜３０２０ｃ中の異物３０５０を検出し、また、部分的若しくは局所的に厚みの違う箇所の形状欠陥領域３０３３、３０３４を検出する。更に、図７０Ｂの検査は、基板３０１０上に構成されたパターン３０１１の形状を検出し、また、多層膜３０２０中に構成されたパターン３０３０の形状を検出し、また、検出された形状の比較を行った。本実施の形態の検査装置では、ランディングエネルギーＬＥが、それぞれの検査に適した値に設定される。また本検査装置は、複数回のビーム照射を行ってよい。この場合、検査装置は、複数回のビーム照射でランディングエネルギーＬＥを変更してよい。また、検査装置は、同じランディングエネルギーＬＥのビーム照射を複数回行ってよい。
複数回電子ビームを照射する場合、照射回数は例えば２回である。この場合、初回のビーム照射のランデシィグエネルギーＬＥは、やや大きく設定される（例えば、２８〔ｅＶ〕）。次回のランディングエネルギーＬＥは、初回より小さく設定される（例えば、１５〔ｅＶ〕）。これにより、膜付基板３０４０、３０４０ａの表面の電位差が明確に現れ、その結果、検出感度を上げる事ができる。
また、電子ビームを複数回照射する場合は、初回照射の電子ビームのランディングエネルギーＬＥが、深さ方向のビーム到達位置を考慮して設定されることが好適である。この場合、初回照射のランディングエネルギーＬＥは、検査対象の膜３０２１、３０２２、３０２１ａ〜３０２４ａ、３０２１ｂ〜３０２５ｂの深さへ電子ビームが到達するように好適に調整される。これにより、特定の膜の深さ部分における電位差が明確に現れ、所望の深さの電位分布を電位コントラストとして捕らえることが出来る。こうして、膜３０２１、３０２２、３０２１ａ〜３０２４ａ、３０２１ｂ〜３０２５ｂの構造を３次元画像として好適に得ることができる。
本実施の形態では、荷電粒子ビームが電子ビームであった。本発明の範囲内で、荷電粒子ビームは電子ビーム以外のビームでよく、例えば、イオンビームでよい。また、荷電粒子ビーム以外のビームが適用されてよい。ただし、適用可能なビームは、基板表面に電位差を生じさせ、かつ、基板から電子が返ってくる事を期待できるビームである。例えば高速原子ビームが適用されてよい。
以上に説明したように、本実施の形態では、本発明の検査装置が、写像型電子顕微鏡に適用される。本実施の形態によれば、加速電圧設定部３０６１及び基板電圧調整機構３１０１が、電子ビームのランディングエネルギーＬＥを調整する。ベースの基板と基板上の各々の膜の材料と厚さに応じて表面電位が異なるように、ランディングエネルギーＬＥが
好適に設定される。そして、電子ビームの照射により得られた表面の電位コントラスト像に基づいて、膜付基板の形状を検出できる。特に、高さ方向の形状を検出でき、したがって、立体形状を検出できる。そして、膜付基板３０４０、３０４０ａに異物３０５０が混入している場合には、電位コントラスト像に基づいて異物３０５０の存在も検出できる。
図７８は、本発明の別の実施の形態に係る膜付基板の検査装置の全体構成を示している。本実施の形態では、本発明がＳＥＭ式電子顕微鏡に適用され、すなわち、ＳＥＭが本発明の検査方法に従って膜付基板３０４０、３０４０ａを検査する。この検査装置は、図７０Ｂに示された膜付基板３０４０の検査にも、図７３〜図７６に示された膜付基板３０４０ａの検査にも適用可能である。
図７８の検査装置は、電子線源３０６５ａと、１次光学系３０７０ａと、撮像素子３０９０ａと、ステージ３１００ａとを備え、これら要素が、真空容器３０７５ａ、３０８５ａ、３１０５ａの中に納められている。電子線源３０６５ａは電子ビームを発生する。１次光学系３０７０ａは、電子ビームを膜付基板３０４０、３０４０ａに導き、走査する。撮像素子３０９０ａは、電子線を走査しながら照射することによって膜付基板３０４０、３０４０ａから戻ってくる電子を捉え、電子から画像信号を生成する。ステージ３１００ａは、膜付基板３０４０、３０４０ａを搭載する構成であり、少なくとも一方向に移動可動である。
電子線源３０６５ａは、熱電子放出型の電子銃３０６０ｂを用いている。この電子銃３０６０ｂは、主にＬａＢ6を用いている。電子銃３０６０ｂは、タングステンからなるフ
ィラメントや、Ｔｈ−Ｗ、Ｗ2Ｃ等のタングステン系や、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ3からなる酸化物陰極等で構成されてもよい。
一次光学系３０７０ａは、レンズ３０７１ａ、３０７２ａ、３０７３ａで構成されている。これらレンズは、静電レンズでよく、また、電磁レンズでよく、あるいは、それらの両方でもよい。撮像素子３０９０ａは、一般には二次電子増倍管である。
本実施の形態に係る検査装置では、電子ビームが一次光学系３０７０ａで細いビームに絞られ、膜付基板上で走査される。そして、撮像素子３０９０ａが、膜付基板からの電子を検出し、画像を生成する。これにより、電位コントラスト画像が得られる。
その他の構成要素は、図７７の検査装置と同様でよい。したがって、同様の構成には同一又は類似の参照符号が付されており、説明は省略される。
このように、図７８の実施の形態においては、本発明が、ＳＥＭ型電子顕微鏡に適用されて、検査装置が構成される。本実施の形態でも、膜付基板３０４０、３０４０ａの形状検査や異物３０５０の検査を行うことができる。本実施の形態で実行される検査方法の詳細は、前述した通りである。
「産業上の利用性」
本発明は、電子線を用いてマスク等の膜付基板の形状及び異物を検査する検査装置に利用することができる。
以上に本発明について実施の形態を用いて詳細に説明した。上述のように本出願では、４つの観点が説明された。本発明の範囲内で、２つ以上の観点が組み合わされてよい。一つの観点の全体と、他の観点の全体とが組み合わされてよい。一つの観点における一部の構成が、他の観点に組み合わされてよい。また、一つの観点の一部と、他の観点の一部が組み合わされてよい。
以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。

Claims (16)

  1. 電子ビームを用いて試料を観察する試料観察装置であって、
    前記試料に１次電子ビームを照射する１次光学系と、
    前記１次電子ビームの照射によって生じ前記試料の情報を得た２次電子ビームを検出する検出器と、
    前記２次電子ビームを前記検出器に結像させる２次光学系と、
    前記検出器にて検出された前記２次電子ビームから試料の画像を生成する画像生成手段と、
    を含み、
    前記２次光学系は、調整可能なＮＡアパーチャを含むことを特徴とする試料観察装置。
  2. 前記ＮＡアパーチャは、その位置が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の試料観察装置。
  3. 前記ＮＡアパーチャは、ステージに設置され、前記ステージが移動されることでその位置が調整されることを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。
  4. 前記ＮＡアパーチャは、そのアパーチャ形状が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の試料観察装置。
  5. アパーチャ形状の異なる複数の前記ＮＡアパーチャが用意され、そのうちのいずれかを選択して用いることでアパーチャ形状が変更される請求項４に記載の試料観察装置。
  6. 前記ＮＡアパーチャは、複数のアパーチャを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の試料観察装置。
  7. 前記２次光学系は、さらに、ＥＢ−ＣＣＤと、前記ＮＡアパーチャ及び前記ＥＢ−ＣＣＤを保持する一体の保持部材とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の試料観察装置。
  8. 前記保持部材は、前記ＮＡアパーチャ及び前記ＥＢ−ＣＣＤが設置され、前記ＮＡアパーチャ及び前記ＥＢ−ＣＣＤにそれぞれ対応する位置に開口を有し、前記２次光学系の光軸と垂直な方向に移動可能なステージであることを特徴とする請求項７に記載の試料観察装置。
  9. 前記ＥＢ−ＣＣＤは、前記２次電子ビームの位置を検出し、
    前記ステージは、前記２次電子ビームの位置に応じて前記ＮＡアパーチャの位置調整を行うことを特徴とする請求項８に記載の試料観察装置。
  10. 前記ＥＢ−ＣＣＤは、前記ステージを移動させつつ前記２次電子ビームの強度を計測し、
    前記ステージは、前記２次電子ビームの強度に応じて前記ＮＡアパーチャの位置調整を行うことを特徴とする請求項８に記載の試料観察装置。
  11. 前記ＥＢ−ＣＣＤは、前記２次電子ビームの形状を検出し、
    前記２次光学系は、前記２次電子ビームの形状に応じて調整されることを特徴とする請求項８に記載の試料観察装置。
  12. 前記ステージは、前記２次光学系の光軸方向にも移動可能であり、前記２次電子ビーム
    のうちのミラー電子の形状に基づいて前記ＮＡアパーチャの前記光軸方向の位置調整を行うことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか一項に記載の試料観察装置。
  13. 前記１次光学系は、前記２次電子ビームに二次放出電子及びミラー電子が混在するようなランディングエネルギーを有するように、前記試料に前記１次電子ビームを照射し、
    前記検出器は、前記二次放出電子及び前記ミラー電子を検出し、
    前記画像生成手段は、前記検出器にて検出した前記二次放出電子及び前記ミラー電子から前記試料の表面上の異物の画像を生成することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の試料観察装置。
  14. 電子ビームを用いて試料を観察する試料観察方法であって、
    前記試料に１次電子ビームを照射する照射ステップと、
    前記１次電子ビームの照射によって生じ、前記試料の情報を得た２次電子ビームを、ＮＡアパーチャを含む２次光学系によって検出器に結像させる結像ステップと、
    前記検出器にて前記２次電子ビームを検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにて検出された前記２次電子ビームから試料の画像を生成する画像生成ステップと、
    を含み、さらに、
    前記ＮＡアパーチャを調整する調整ステップを含むことを特徴とする試料観察方法。
  15. 前記照射ステップは、前記１次電子ビームを第１の値のランディングエネルギーで照射する第１照射ステップと、前記１次電子ビームを第２の値のランディングエネルギーで照射する第２照射ステップとを含み、
    前記調整ステップは、前記第１照射ステップと前記第２照射ステップとの間に前記ＮＡアパーチャを調整することを特徴とする請求項１４に記載の試料観察方法。
  16. 前記第１の値は前記第２の値より大きく、
    前記調整ステップは、前記第１照射ステップにおける前記ＮＡアパーチャのアパーチャが、前記第１照射ステップにおける前記ＮＡアパーチャのアパーチャより小さくなるように、前記ＮＡアパーチャを調整することを特徴とする請求項１５に記載の試料観察方法。





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