TWI473140B - 試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置 - Google Patents

試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置 Download PDF

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Description

試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置 [相關的申請案]
在本申請案中，係主張下列申請案的權益，該申請案的內容藉由援引而編入於此。
(1)2008年4月11日於日本提出申請之日本專利申請號碼2008-103832
(2)2008年7月2日於日本提出申請之日本專利申請號碼2008-173994
(3)2009年2月13日於日本提出申請之日本專利申請號碼2009-031032
(4)2009年2月26日於日本提出申請之日本專利申請號碼2009-044397
(5)2009年3月12日於日本提出申請之日本專利申請號碼2009-059206
本發明係關於使用電子束來觀察試料之試料觀察方法及裝置，尤其關於使用低著陸能量(Low Landing energy)的電子束之觀察技術。
以往，例如在半導體製造的領域中，係對晶圓或光罩等試料基板進行觀察。以往的觀察裝置，為人所知者有光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)。此外，亦提出有使用攝像投影式觀察裝置之方法。攝像投影式觀察裝置係照射直徑較SEM還大之電子 束，以取得寬廣範圍的試料畫像。
近來，隨著試料的圖型細微化，使得要檢測出之異物的尺寸亦隨著變小。例如圖型尺寸變成100nm以下。此外，亦要求可檢測出100nm以下的異物。然而，在以往的光學顯微鏡，由於解析度不足，而難以觀察如此細微的對象。 SEM雖然可增大倍率來觀察細微對象，但卻使觀察時間大為增加。當使用攝像投影式觀察裝置時，雖然觀察時間短，但解析度不足。
如此，以往的觀察技術中，對象物的尺寸受限而難以觀察細微尺寸的對象物。其他，亦不容易提供多種對象物的觀察所要求之充分的能力。以下係針對4種觀點來更詳細地說明背景技術。
[背景1](異物觀察) 電子線檢查方法及電子線檢查裝置
此背景技術中，本發明係關於電子線檢查方法及電子線檢查裝置，尤其關於將電子束照射至試料並藉由檢測器來檢測出反射的電子，藉此取得試料表面上之異物的畫像之電子線檢查方法及電子線檢查裝置。
日本特開平11-108864號公報，係揭示以往的圖型缺陷檢查裝置。此以往的裝置，係具有將來自電子源的電子束照射至試料表面之手段。電子束可同時照射至具有一定面積之區域。此外，此以往的裝置係具有：保持試料且可移動之試料承載台；以使照射至試料之電子束於試料表面前方反射之方式施加電壓之手段；從表面前方反射之電子 束形成具有一定面積之畫像之手段；以及將畫像轉換成電性畫像訊號之手段。以往的裝置，係藉由上述構成來取得試料表面上之具有一定面積的區域之畫像訊號，並將所取得之畫像訊號與其他區域之畫像訊號比較，來檢測出圖型缺陷。
上述以往的裝置，可對試料表面的圖型缺陷進行檢測。然而，以往的裝置無法有效地檢測出存在於試料表面之異物。
另一方面，在半導體晶圓等試料，於處理工序中會有塵埃等異物附著於試料表面之情形。異物的檢測對於在半導體晶圓的品質管理乃極為重要。然而，異物檢查耗費長時間者，就生產性的觀點來看，係較不理想。
因此，係期望可提供能夠高速且確實地檢測出試料表面的異物之電子線檢查方法及電子線檢查裝置。
[背景2](絕緣區域與導電區域之觀察) 試料觀察裝置及試料觀察方法，以及使用此之半導體製造方法
此背景技術中，本發明係關於試料觀察裝置及試料觀察方法，以及使用此之半導體製造方法，尤其關於將低能量的攝像電子束照射至形成有絕緣區域與導電區域之試料面，以取得試料面的畫像之技術。
日本特表2003-500821號公報，係揭示以往的二次電子發射顯微鏡。此以往的裝置，首先照射高能量的第1電子束。第1電子束係具有1[keV]水準的碰撞能量，為適合 於並列多畫素畫像化之電子束。第1電子束係使樣本的荷電成為中性，或是產生正電荷累積。接著，此以往的裝置係照射碰撞能量為0[keV]之低能量電子束。樣本表面的正電荷受到補償而使樣本的表面電位固定在預定電壓值。在此狀態下，係產生二次電子。如此，可在不會產生電荷累積的問題下從二次電子取得畫像。
然而，上述以往的裝置，僅檢測出從樣本所釋出之二次電子，而僅從二次電子取得畫像。二次電子的釋出，總的來說係依循餘弦法則，缺乏直行性。因而難以在良好的訊號雜訊比下取得畫像。
此外，當在樣本的表面形成有絕緣區域與導電區域時，在僅從二次電子所取得之畫像中，絕緣區域與導電區域的材料對比並不夠大。因此可能有難以進行樣本表面的觀察或檢查時。
例如，當樣本之絕緣區域與導電區域的均衡性較差，使絕緣區域的面積壓倒性的較導電區域的面積還大(絕緣區域的面積比極大)時。此時，二次電子的畫像中，由於絕緣區域與導電區域的對比較小，可能有難以進行檢查之情形。
因此，當試料面上形成有絕緣區域與導電區域時，係期望可提供能夠在高對比下進行試料面的觀察之技術。
[背景3](圖型之觀察) 試料觀察方法及裝置，以及使用此方法及裝置之試料檢查方法及裝置
此背景技術中，本發明係關於使用電子束來觀察試料的圖型之試料觀察方法及裝置。尤其關於使用低著陸能量的電子束之細微圖型的觀察技術。
以往，例如在半導體製造的領域中，係對晶圓或光罩等試料基板進行觀察。試料的觀察，係為了構造評估、放大觀察、材質評估、電性導通狀態之檢查及觀察等而進行。 在試料基板的檢查中，係要求高精度、高可靠度及高處理量。因此，係期望可提供能夠因應這些要求之試料觀察技術。此外，試料觀察及檢查技術，在裝置製造的製程中亦為重要。試料，例如為半導體材料、LSI、金屬材料、絕緣材料等。
當觀察試料上的圖型時，以往係使用光學顯微鏡或電子線觀察裝置。代表性的電子線觀察裝置，為人所知者有掃描式電子顯微鏡(SEM)。SEM係可藉由在試料上掃描電子束，而在高倍率下進行觀察。使用SEM之觀察技術，例如有日本特開2004-177446號公報所揭示者。
此外，電子線觀察裝置，亦提出有使用攝像投影光學系之觀察裝置。以下係將此類的觀察裝置稱為攝像投影式觀察裝置。攝像投影式觀察裝置係將直徑較SEM還大之電子束照射至試料，以生成因應電子束的直徑範圍的畫像。 此類的觀察裝置例如有日本特開平11-108864號公報所揭示者。
近來，隨著試料上圖型的細微化，使得圖型尺寸(寬度等)亦達到100nm以下。因此，以往的觀察技術中，難以進 行試料的圖型或圖型的缺陷之觀察。
亦即，在光學式的觀察中，解析度係受到光的波長之限制。當圖型尺寸為100nm以下時，由於圖型尺寸較光的波長還小，結果無法獲得充分的解析度，難以進行圖型缺陷之檢測。
此外，使用SEM之圖型觀察及圖型缺陷檢查中，藉由縮小電子束的束點尺寸，可增大解析度。因此，即使圖型尺寸為100nm以下，亦可進行圖型的觀察，並且可進行圖型缺陷的檢查。然而，為了觀察細微的圖型，必須縮小畫素尺寸，使觀察耗費大量時間。例如，為了檢測出50nm的缺陷，係應用10nm左右的畫素尺寸。此情形時，即使以200MPPS(Megapixel per Second：每秒百萬畫素)進行檢查，每1cm2 會花費1.4小時。所以需要龐大的時間而不具實用性。
此外，攝像投影式觀察裝置係構成為將較大直徑的電子束照射至試料以生成寬廣區域的畫像，藉此，可在較SEM為短的時間進行觀察。然而，當圖型尺寸為100nm以下時，無法獲得充分的對比，使解析度不足。
詳細而言，攝像投影式觀察裝置中，一次光學系係將電子束照射至試料，二次光學系係生成從試料所釋出之二次電子的像。攝像範圍(光束照射範圍)可設定在數十μm以上，所以觀察時間較短。然而，由於無法充分降低二次光學系的像差，所以難以實現100nm以下之圖型尺寸的觀察所要求之解析度。
因此，在上述背景下，係期望可提供能夠觀察細微圖型之技術。
[背景4](形成有複數層膜之試料的觀察) 附有膜的基板之檢查方法及檢查裝置
此背景技術中，本發明係關於附有膜的基板之檢查方法及檢查裝置，尤其關於使用荷電粒子束來檢查附有膜的基板之附有膜的基板之檢查方法及檢查裝置。
日本特開2004-177446號公報，係揭示以往的光罩檢查裝置。此以往的裝置，係對包含形成有要轉印至感應基板上之裝置圖型的光罩(reticle)之遮罩進行檢查。此以往的裝置，係具備攝像手段、記憶手段及比較手段。攝像手段係將電子線照射至檢查對象，並轉換裝置圖型的電子線透射像或二次電子像(SEM像)，而獲得圖型的實際畫像資料。實際畫像資料為檢查對象。記憶手段係記憶圖型的設計資料以及滿足設計基準之基準畫像資料。比較手段係比較實際畫像資料與基準畫像資料。
上述以往的裝置，係藉由畫像圖型彼此的比較來檢查遮罩。因此，以往的裝置僅能檢查遮罩表面之裝置圖型有無缺陷。因此無法檢查表面下的形狀以及異物的存在等。
因此，係期望可提供能夠檢測出存在於附有膜的基板之表面下之基板形狀，或是下層膜等的形狀之技術。此外，亦期望可提供能夠檢測出存在於下層膜等之異物等之技術。
本發明係在上述背景下創作而成，其目的在於提供一種，可使用如下所述之以往未受到關注之能量區域的電子束來提升試料的觀察能力之技術。
本發明為一種使用電子束來觀察試料之試料觀察方法，係具有：將電子束照射至前述試料之照射步驟；檢測出藉由前述電子束的照射所產生且獲得前述試料的資訊之觀察對象電子之檢測步驟；以及從檢測出之前述觀察對象電子生成試料的畫像之畫像生成步驟；前述照射步驟，係將具有設定在檢測出二次釋出電子之二次釋出電子區域與檢測出鏡像電子之鏡像電子區域之間的轉移區域之著陸能量之前述電子束照射至前述試料，藉此使前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在而作為前述觀察對象電子；前述檢測步驟，係在前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在之狀態下進行檢測。
此外，本發明為一種使用電子束來觀察試料之試料觀察裝置，係具有：裝載試料之承載台；將電子束照射至前述試料之一次光學系；檢測出藉由前述電子束的照射所產生且獲得前述試料的資訊之觀察對象電子之二次光學系；以及從檢測出之前述觀察對象電子生成試料的畫像之畫像處理部；前述一次光學系，係將具有設定在檢測出二次釋出電子之二次釋出電子區域與檢測出鏡像電子之鏡像電子區域之間的轉移區域之著陸能量之前述電子束照射至前述 試料，藉此使前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在而作為前述觀察對象電子；前述二次光學系，係在前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在之狀態下進行檢測。
本發明之方法或裝置，可生成存在於前述試料表面之異物的畫像。本發明之方法或裝置，可生成形成有絕緣區域與導電區域之前述試料的畫像。本發明之方法或裝置，可生成形成於前述試料之圖型的畫像。本發明之方法或裝置，可生成層疊有複數層膜之前述試料的畫像。本發明可提升這些對象的觀察能力。
(異物檢查的態樣)本發明的一種態樣，係關於電子線檢查方法。此方法係將具有預定照射區域之攝像電子束照射至試料表面，並藉由檢測器來檢測出經反射的電子，藉此取得前述試料表面以及前述試料表面上之異物的畫像。 此方法係具有：藉由照射帶電用電子束使前述異物帶電，而在前述異物周邊形成與前述試料表面為不同的電位分布之異物帶電步驟；以及檢測出藉由照射前述攝像電子束而從前述異物反射、且藉由前述電位分布的作用而通過彎曲的軌道到達前述檢測器之前述電子，而取得前述異物的倍率較前述試料表面的倍率更為增大之前述異物的放大像之放大像取得步驟。
(絕緣區域與導電區域之觀察的態樣)本發明的一種態樣，係關於試料觀察裝置。此裝置係包含：將攝像電子束照射至形成有絕緣區域與導電區域之試料面之電子束源；為進行藉由前述攝像電子束的照射來獲得前述試料面的構 造資訊之電子的定向之E×B濾波器，並且為因應往與前述攝像電子束的入射方向為相反方向行進之前述電子的速度，藉由電場與磁場來進行前述電子的定向之E×B濾波器；檢測出藉由該E×B濾波器進行定向後之前述電子，並從檢測出之前述電子取得前述試料面的畫像之檢測器；以及將前述攝像電子束的照射能量，設定在前述電子包含鏡像電子與二次電子兩者之轉移區域之照射能量設定部。
(圖型觀察的態樣)本發明的一種態樣，係關於試料觀察方法。此方法為使用電子束來觀察試料的圖型。此方法係具有：將電子束照射至前述試料之步驟；檢測出藉由前述電子束的照射所產生之鏡像電子之步驟；以及從檢測出之前述鏡像電子生成試料的畫像之步驟；前述照射電子束之步驟，係將著陸能量被調整成如下述者的前述電子束照射至前述試料，亦即，該著陸能量係被調整成，當將前述電子束照射至在兩側具有邊緣之凹圖型時，照射電子會在前述凹圖型進行迴轉而成為鏡像電子。
(附有膜的基板之檢查的態樣)本發明的一種態樣，係關於附有膜的基板之檢查方法。前述附有膜的基板，係具有形成有立體形狀的基板、以及層疊形成於該基板上之由不同材料所構成的複數層膜；此外，前述附有膜的基板係包含去除最上層的膜使下層膜暴露出之構造。此方法係具有：將設定成使得位於前述基板上之形成有前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、位於前述基板上之未形成前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的 膜之表面電位、及前述下層膜的表面電位之間的表面電位不同之著陸能量的荷電粒子束，予以照射至前述附有膜的基板之表面之工序；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比之工序；根據該電位對比，同時檢測出前述最上層的膜之形狀以及形成於前述基板上之立體形狀之工序。
本發明可藉由如上所述之適當地設定著陸能量，而提升試料的觀察能力。
如以下所說明，本發明存在著其他態樣。因此，本發明之揭示僅在於提供本發明的一部分態樣，並非用以限定在此所記載並提出申請之申請專利範圍。
以下係敘述本發明的詳細說明。以下的詳細說明及附加圖面，並非用以限定本發明。本發明的範圍係由以下的申請專利範圍所規定。
如上所述，本發明係將具有轉移區域的著陸能量之電子束照射至試料。轉移區域為二次釋出電子區域與鏡像電子(mirror electron)區域之間。在二次釋出電子區域中，當照射電子束時，實質上僅檢測出二次釋出電子。在鏡像電子區域中，實質上僅檢測出鏡像電子。相對於此，在轉移區域中，鏡像電子與二次釋出電子混合存在。轉移區域為著陸能量極小之區域。轉移區域至目前為止，並未受到太多關注。本發明人係著眼於此轉移區域，將著陸能量設 定在轉移區域，藉此已成功地提升觀察能量。
以下係說明4種觀點。
第1觀點係對應於前述[背景1]，乃關於異物觀察。
第2觀點係對應於前述[背景2]，乃關於絕緣區域與導電區域之觀察。
第3觀點係對應於前述[背景3]，乃關於圖型的觀察。
第4觀點係對應於前述[背景4]，乃關於形成有複數層膜之試料的觀察。
不論為何種觀點，皆利用上述轉移區域。例如，第1觀點中，轉移區域為第5A圖的LE≦10[eV]，此外，為第5B圖的LE≦5[eV]，第33圖的LEA≦LE≦LEB。在此，LE為著陸能量。LEA及LEB為轉移區域的下限及上限。
本實施形態中，一般而言，二次釋出電子係包含二次電子、反射電子及後方散射電子。即使在此三種電子混合存在時，亦使用二次釋出電子之用詞。亦有將二次電子說明為二次釋出電子的代表例之情況。此外，鏡像電子為因表面電位的作用從試料所反射之電子。亦即，鏡像電子並非與試料碰撞，而是從試料反彈者。關於鏡像電子與二次釋出電子兩者，亦可使用「從試料所釋出」「從試料所反射」「藉由照射電子束所生成」等之表現。
[第1觀點]
第1觀點係關於異物的觀察，尤其關於檢查異物之技術。
本發明之目的在於提供一種能夠高速且確實地檢測出 試料表面的異物之電子線檢查方法及電子線檢查裝置。
本發明之電子線檢查方法，係將具有預定照射區域之攝像電子束照射至試料表面，並藉由檢測器來檢測出反射的電子，藉此取得前述試料表面以及前述試料表面上之異物的畫像，係具有：藉由照射帶電用電子束而使前述異物帶電，並在前述異物周邊形成與前述試料表面為不同的電位分布之異物帶電步驟；以及檢測出藉由照射前述攝像電子束從前述異物反射、且藉由前述電位分布的作用通過彎曲的軌道到達前述檢測器之前述電子，而取得前述異物的倍率較前述試料表面的倍率更為增大之前述異物的放大像之放大像取得步驟。
藉此，由於使用具有預定照射區域之電子束進行電子線檢查，所以可高速地檢查寬廣面積。此外，由於可取得異物較周圍的試料表面更為放大之放大像，所以可確實地檢測出異物。
此外，於本發明中，前述異物帶電步驟，可藉由前述帶電用電子束的照射使前述異物充電至負極性；前述放大像取得步驟，可將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以下，並檢測出在前述異物的前方反射之鏡像電子而取得前述異物的前述放大像。
藉此，係使用在低著陸能量帶所容易產生之鏡像電子，而能夠確實地檢測出異物的放大像。
此外，於本發明中，前述異物帶電步驟，可藉由前述帶電用電子束的照射來提高前述異物之電位的絕對值。
藉此，可擴大成為背景之試料表面與異物之電位差，提高異物的放大像之對比，而容易進行電子線檢查。
此外，於本發明中，前述帶電用電子束的著陸能量，可設定為較前述攝像電子束的著陸能量還大。
藉此，藉由高著陸能量之帶電用電子束的照射，可提高異物之負電位的絕對值。因此，在攝像電子束的照射時，可容易產生鏡像電子。
此外，於本發明中，前述帶電用電子束的著陸能量，可設定為較前述攝像電子束的著陸能量還小。
此構成係適合於適當之攝像電子束的著陸能量為已知時。藉由上述構成，當使用攝像電子束來取得異物的放大像時，可防止異物表面的電位移位變大。因此可確實地檢測出放大像。
此外，於本發明中，在前述帶電用電子束與前述攝像電子束中，著陸能量可為相等，投入量可為不同。
藉此，可在不改變電子束的著陸能量下，藉由投入量來調整異物的帶電。因此，能以容易的控制而檢測出異物的放大像。
此外，本發明的方法，可使前述攝像電子束非垂直地入射於前述試料表面。
藉此，可適當地調整攝像電子束的入射角度，而取得解析度更高之異物的放大像。
此外，於本發明中，前述放大像取得步驟，可將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以上，並檢測出從前述 異物所釋出並反射之二次釋出電子，而取得前述異物的放大像。
藉此，可從異物產生二次釋出電子，並根據二次釋出電子取得異物的放大像，來進行電子線檢查。
此外，於本發明中，前述攝像電子束的著陸能量，可設定為：從前述試料表面所反射的電子皆成為鏡像電子之最高著陸能量以上，且為從前述試料表面所反射的電子皆成為二次釋出電子之最低著陸能量再加上5eV之值以下的著陸能量。
換言之，於本發明中，前述攝像電子束的著陸能量LE，可設定為LEA≦LE≦(LEB+5eV)。在此，LEA為從前述試料表面所反射的電子皆成為鏡像電子之最高著陸能量，LEB為從前述試料表面所反射的電子皆成為二次釋出電子之最低著陸能量。
藉此，可使用異物與周圍的試料表面之階調差較大的著陸能量帶，來進行電子線檢查。因此，可藉由取得對比較大的畫像而容易且確實地進行電子線檢查。在此，階調係表示畫像的亮度，階調差表示亮度差。
此外，於本發明中，前述攝像電子束的著陸能量，係可設定為：位於從前述試料表面所反射的電子為屬於鏡像電子與二次釋出電子之混合或僅為二次釋出電子之著陸能量帶中，並且位於從前述異物所反射的電子為屬於鏡像電子與二次釋出電子之混合之著陸能量帶中，並且是前述試料表面的像與前述異物的放大像之階調差為最大之著陸能 量。
藉此，可使周圍的背景與異物之階調差成為最大。因此，可在容易檢測出異物之狀態下進行異物的檢測。
本發明之電子線檢查裝置，係具備：載置試料之承載台；生成具有預定照射區域之電子束，並將該電子束朝向前述試料照射之一次光學系；以及具有檢測出從前述試料所反射的電子之檢測器，並取得前述試料之預定視野區域的畫像之二次光學系；前述一次光學系，係藉由帶電用電子束的照射使前述異物帶電，使前述異物的電位分布與試料表面為不同，接著將攝像電子束照射至前述試料；前述二次光學系，係檢測出從前述異物反射且接受前述電位分布的作用通過彎曲的軌道到達前述檢測器之電子，而取得前述異物的倍率較前述試料表面的倍率更為增大之前述異物的放大像。
藉此，可藉由具有預定尺寸的照射區域之電子束，高速地檢查全體試料表面。此外，亦可將異物的像放大較周圍的像更大，而確實地進行異物的檢測。
此外，於本發明中，前述一次光學系，可藉由前述帶電用電子束的照射使前述異物充電，接著將著陸能量10eV以下的前述攝像電子束照射至前述試料；前述二次光學系，可藉由前述檢測器檢測出在前述異物的恰好前方反射之鏡像電子，而取得前述異物的放大像。
藉此，可使用低著陸能量帶，使異物成為容易產生鏡像電子之狀態。藉由使用鏡像電子，容易取得異物的放大 像。因此可更確實地檢測出異物。
此外，於本發明中，於前述承載台上，可載置法拉第杯、基準試料片以及EB-CCD的至少1種。
藉此，可直接檢測出電子束的分布，而適當地進行電子束的調整。
此外，於本發明中，於前述承載台上，可載置基準試料片，前述基準試料片可具有圓形、十字形或矩形的任一種形狀圖型。
藉此，能夠以適當地產生鏡像電子之方式，進行電子束的光束分布之調整。鏡像電子係適合於異物的放大像之檢測，上述構成可適當地產生鏡像電子。
此外，於本發明中，前述一次光學系，可將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以上；前述二次光學系，可檢測出從前述異物所釋出並到達前述檢測器之二次釋出電子，而取得前述異物的放大像。
藉此，藉由從異物產生二次釋出電子，亦可進行異物的檢測。
此外，於本發明中，前述二次光學系可具有NA光圈以及可更換的EB-CCD。
藉此，關於通過二次光學系之二次電子束，可直接測定該分布。因此可進行適當的調整。
此外，於本發明中，前述二次光學系可具有NA光圈，該NA光圈係以使前述鏡像電子的強度中心與光圈中心位置一致之方式來配置。
藉此，可適當地配置NA光圈的位置，良好地檢測出鏡像電子訊號，並相對地降低二次釋出電子的檢測量。因此可取得高對比的畫像。
此外，於本發明中，前述二次光學系可具有NA光圈，該NA光圈形狀，可在因應前述鏡像電子的強度分布的長度方向之方向上具有長軸之橢圓形。
藉此，可使用配合鏡像電子的強度分布之橢圓形的光圈。因此可檢測出更多的鏡像電子訊號，而取得高對比的畫像。
此外，於本發明中，前述二次光學系可具有具備複數個光圈之NA光圈，該NA光圈係以使前述複數個光圈位於前述鏡像電子的強度中心的周邊之方式來配置。
在此，NA光圈為光圈構件，複數個光圈為設置在光圈構件之複數個開口。藉由上述構成，可配合鏡像電子的散射方向來配置光圈。此外，亦可適當地進行因應用途或性質之鏡像電子的檢測。
此外，於本發明中，前述二次光學系可具有具備複數個光圈之NA光圈，該NA光圈係以使前述複數個光圈中的任一個與前述鏡像電子的強度中心為一致之方式來配置。
在此，NA光圈為光圈構件，複數個光圈為設置在光圈構件之複數個開口。藉由上述構成，可對在散射方向具有特徵之異物進行有效的檢查。亦可進行有益於異物的分類之檢查。
此外，於本發明中，前述二次光學系尚可具備使前述 NA光圈移動之移動機構。
藉此，可使用移動機構容易地進行NA光圈的位置調整。
此外，於本發明中，前述一次光學系及前述二次光學系，可為使用散佈於前述試料上之尺寸為已知的微小球體來進行感度校正之光學系。
藉此，可進行高精度的感度校正。因此，可在良好的條件下進行畫像取得。
此外，本發明之電子線檢查裝置，可具有：收納前述承載台之處理室、以及設在該處理室之SEM式檢查裝置，並根據前述檢測器所取得之前述異物的放大像之位置資訊，使前述承載台移動，並且在前述SEM式檢查裝置詳細地檢查前述異物。
藉此，可迅速且高精度地進行異物的檢視檢查，並且高速且高精度地進行異物檢查。
「發明的效果」如以上所說明般，根據本發明，可迅速地進行異物檢查，並且可確實且容易地進行異物檢測。
「發明的實施形態」
以下係敘述本發明的詳細說明。以下的詳細說明及附加圖面，並非用以限定本發明者。本發明的範圍係由以下的申請專利範圍所規定。
第1A圖為顯示藉由本實施形態之電子線檢查方法所獲得之畫像。參考第1圖來說明本發明的概略原理。
第1A圖為顯示藉由本實施形態之攝像投影法所獲得 之異物10的畫像80。異物尺寸為40[nm]。第1A圖的畫像中，異物10的尺寸大約滿足像素尺寸2×2[μm]的區域。 在此，所謂像素尺寸，為檢測器之對應1個畫素之試料上的實際尺寸。像素尺寸係意味著可觀察之試料尺寸的最小單位。因此，第1A圖中，即使實際的異物尺寸為40[nm]，但所顯示之畫像80係放大至接近2×2[μm]的尺寸。此係意味著即使像素尺寸例如為1[μm]、1.5[μm]左右的尺寸，亦可顯現出40[nm]程度的異物10。
第1A圖中，攝像用電子束的著陸能量為1eV。像素尺寸為100[nm]。以往，當異物實際的尺寸為40[nm]時，像素尺寸必須形成較40[nm]還小。相對於此，本實施形態可取得較光學倍率更為放大之異物10的放大像。
第1B圖為顯示藉由以往之SEM(Scanning Electron Microscope)式的異物檢查裝置所獲得之異物10的畫像280。異物尺寸為40[nm]。第1B圖中，像素尺寸與第1A圖相同，為2×2[μm]。然而，與第1A圖比較，第1B圖中，可得知異物10的畫像尺寸相當地小。
如此，本實施形態之電子線檢查方法，相較於以往的SEM方式，可取得異物10的尺寸大幅地增大之畫像。亦即，來自異物10檢測訊號係較光學倍率更為擴大。即使對超微小的尺寸之異物，亦可實現高感度。再者，不僅如此，亦可使用較實際異物還大的像素尺寸來檢測異物。
第1C圖為顯示在試料20上存在有異物10之狀態的側視圖。第1C圖中，異物10的表面為球面狀。因此，從表 面反射的電子並不通過垂直的軌道，而是擴散地改變軌道。此係依據下列理由。由於異物10具有球面的表面形狀，所以異物10的電位分布處於與試料表面21不同之狀態。因此，當巨視地觀看試料表面21時，異物10所存在之部分的電位分布產生扭曲，因而使電子的軌道改變。此點將於之後詳細敘述。
第2A圖與第2B圖為顯示用於進行比較之以往的電子線檢查方法。第2A圖係顯示藉由以往的光方式所進行之電子線檢查方法。光方式中，係藉由所謂暗視野/散射方式來檢測異物10。亦即，將光或雷射照射至試料20的試料表面21，並藉由檢測器170檢測出散射光。在以往的光方式中，對於異物10的尺寸為50至100[nm]以下之超微小的異物或是有機物之附著等，會使檢測感度降低。所以逐漸變得難以應用。感度降低的較大因素，可考量為異物10較光的波長還小而使S/N降低者。
第2B圖為顯示以往之藉由SEM方式所進行之電子線檢查方法。SEM方式中，藉由聚焦電子束來縮小像素尺寸，可檢測出超微小圖型缺陷22等。例如，可使用較對象異物尺寸還小的像素尺寸，因此可在高解析度下進行異物10的檢查。然而，由於像素尺寸較小，所以檢查時間大幅增加，難以進行合理時間內的檢查，所以不具實用性。
如此，以往關於超微小尺寸50至100[nm]以下之異物的檢查，並不存在可實現高感度、高速及高處理量之異物檢查方法及異物檢查裝置。
第3A圖及第3B圖係顯示藉由異物檢查方法所取得之異物10的放大像80，以及放大像之剖面階調的一例。在此，階調係表示畫像的亮度，階調差為亮度差。階調愈大亮度愈大。第3A圖為放大像80的一例，詳細而言，中央的白區域為異物10的放大像81，黑區域為顯示試料20的表面像82。在此，異物尺寸(直徑)為40[nm]。光學倍率為300倍。此時，根據以往的異物檢查方法，異物10的像尺寸為40[nm]×光學倍率300=12[μm]。第3A圖之本實施形態中，異物10之放大像81的尺寸為190[μm]。此外，檢測器的像素尺寸為15[μm]。
第3B圖係顯示畫素位置的剖面階調。橫軸為畫素位置座標，縱軸為剖面階調。第3B圖中，三角形標記(△)表示山狀(凸狀)的部分。此部分為階調變高之區域，係對應於第3A圖之白色放大像81的部分。亦即，畫像10上之放大像81的橫寬(三角形標記△)為190[μm]。
在此，檢測器65的像素尺寸為15[μm]。因此，根據以往的方法，異物尺寸在畫像80上表示為12[μm]。因而異物10的畫像係成為1個像素以下的訊號。在1個像素中無法正確地呈現異物10。
另一方面，根據本實施形態之異物檢查方法，異物10的放大像81可作為像素數=12.7的像而檢測出。因此，可在更低倍率的較大像素尺寸進行攝像。若可在較大像素尺寸進行攝像，則可高速地檢查全體試料表面21。因此，可進行高速及高處理量的異物檢查。例如當異物尺寸為10至 30[nm]時，像素尺寸可為100至1000[nm]。如此，可使用較異物尺寸還大的像素尺寸來進行高速的異物檢查。
應用於本實施形態之電子線檢查方法的電子線檢查裝置，係具有攝像投影方式的電子線管柱(一次光學系)。在SEM方式中，電子束被縮小。電子束的光點尺寸係成為1個像素份的像素尺寸。另一方面，攝像投影方式中，電子束係具有包含複數個像素之預定的面積區域。將此電子束照射至試料20。檢測器同時檢測出對應於複數個像素之電子。藉此形成複數個像素份的像並作為畫像訊號而取得。 如此，攝像投影光學系係具備：將電子照射至試料表面21之電子照射系；以放大倍率來形成從試料表面21所反射之電子的像之光學系；檢測器70；以及處理來自檢測器70的訊號之畫像處理裝置系。
第4A圖為顯示照射至試料之電子束的著陸能量與從試料所釋出之電子之關係。詳細而言，第4A圖係顯示一邊改變著陸能量一邊將電子束照射至試料20時之二次釋出電子的產生量。
第4A圖中，橫軸為著陸能量LE[keV]，縱軸為相對於入射電子量之二次釋出電子的產生量之比。
第4A圖中，當二次釋出電子產生量大於1時，所釋出的電子量較所投入之電子量還多，因此，試料為正帶電。 第4A圖中，正帶電區域是著陸能量LE為10[eV]以上，1.5[keV]以下之區域。
相反的，在二次釋出電子產生量小於1之區域中，投 入至試料20之電子量較從試料20所釋出之電子量還多，因此，試料為負帶電。第4A圖中，負帶電區域是著陸能量LE為10[eV]以下之區域、以及著陸能量LE為1.5[keV]以上之區域。
第4B圖係顯示鏡像電子。第4B圖中，於試料表面21上存在有異物10，異物10為負極性帶電。當在一定的條件下將電子束照射至試料20時，電子束的電子不與異物10碰撞，而是正好在碰撞之前改變方向並反射。如此，係將不與照射對象碰撞並正好於碰撞前反彈回來之電子，稱為鏡像電子。所照射之電子是否為鏡像電子者，係與異物10的電位分布(電荷狀態)、與照射至異物10之電子束的著陸能量相依。例如，若異物10為被充電至負極性之狀態且著陸能量不是很高，則電子束被異物10所具有的負電場反彈回，不與異物10碰撞並被反射成為鏡像電子。
第4C圖係顯示二次釋出電子。第4C圖中，電子束被照射至試料20並與試料表面21碰撞，結果使二次釋出電子從試料被釋出。異物10中亦相同，電子束與異物10碰撞而使二次釋出電子從異物10被釋出。
本實施形態之異物檢查方法，係使用鏡像電子及二次釋出電子來檢測出存在於試料表面21上之異物10。
第5A圖及第5B圖係顯示照射至試料20及異物10之電子束的著陸能量LE、與從試料20所反射之電子的訊號強度/平均階調之關係的例子。在此，所謂「反射」，係意味著藉由電子束的照射，使與電子束為大致相反方向之電 子從試料20或異物10返回。因此，「反射」係包含未與試料20或異物10碰撞而反射之電子、以及與試料20或異物10碰撞後所釋出並反射之二次釋出電子兩者。
第5A圖為所照射之電子束的著陸能量LE與所反射之電子的訊號強度/平均階調之關係的例子。第5A圖中，橫軸為電子束的著陸能量LE，縱軸為訊號強度/平均階調。 平均階調係表示畫像的亮度，並與訊號強度對應。第5圖是著陸能量LE為0[eV]附近的特性，顯示出遠較第4圖還低之能量帶的特性。第5A圖中，著陸能量LE=10[eV]以下之區域，為取得依據鏡像電子所形成之訊號(白)之區域。 另一方面，著陸能量LE=10[eV]以上之區域，為取得依據二次釋出電子所形成之訊號(黑)之區域。鏡像電子的區域中，可得知著陸能量LE愈降低，訊號強度愈增加。
第5B圖係顯示與第5A圖為不同的例子，第5B圖亦顯示所照射之電子束的著陸能量與所反射之電子的訊號強度/平均階調之關係的例子。第5B圖中，著陸能量LE=5[eV]以下之區域，為取得依據鏡像電子所形成之訊號(白)之區域，著陸能量LE=5[eV]以上之區域，為取得依據二次釋出電子所形成之訊號(黑)之區域。
第5B圖的特性線與第5A圖的特性線，係就鏡像電子及二次釋出電子的訊號交界之著陸能量LE為5[eV]之點有所不同。鏡像電子及二次釋出電子之著陸能量LE的交界，係因試料20的特性或電子束的分布等而改變，可取得各種值。以下，本實施形態之電子線檢查方法及電子線檢查裝 置中，係說明第5A圖的例子(交界的著陸能量LE為10[eV]之例子)。然而，本發明並不限定於此，亦可適用於交界的著陸能量LE為10[eV]以下之情形，例如交界的著陸能量LE可為5[eV]。
此外，第5A圖及第5B圖中，著陸能量為交界以下之區域，係相當於本發明之轉移區域，鏡像電子及二次釋出電子係混合存在。此外，著陸能量為交界以上之區域，相當於本發明之二次釋出電子區域。如上所述，交界著陸能量在第5A圖的例子中為10[eV]，在第5B圖的例子中為5[eV]。
第6圖係顯示在試料20的試料表面21存在有異物10之狀態。如圖所示，藉由電子束照射而產生電子。著陸能量LE≦10[eV]時，異物10被充電為負。當電子束入射於異物10時，電子束的電子成為鏡像電子me。因此，電子不與異物10碰撞並反射而到達檢測器70。另一方面，在不存在異物10之正常部位(試料表面21)，係藉由一次電子束照射而產生二次釋出電子se。
在此，所謂「二次釋出電子se」，係意味著二次電子、反射電子及後方散射電子的任一種。在這些電子混合存在時，亦相當於「二次釋出電子se」。
關於上述的二次釋出電子，該釋出率η一般均較小。 尤其當著陸能量LE約50[eV]以下時，釋出率η<1.0。著陸能量LE愈接近於0，釋出率愈降低，著陸能量LE=0時，釋出率幾乎為0。
此外，電子的釋出角度亦具有分布。例如，二次電子係依循餘弦法則而分布。因此，到達檢測器70之電子的透射率，在攝像光學投影系中為數%以下。
另一方面，鏡像電子me係因入射電子在與異物10碰撞之前反射而藉此產生。鏡像電子me係在與所入射之一次電子束的角度幾乎呈對稱之角度，從異物10反射而入射至二次系的透鏡系。因此，散射或輻射分布較小，鏡像電子me係以幾乎為100%的透射率到達檢測器70。
第7A圖係顯示當著陸能量LE為10[eV]以下時所取得之試料表面21上之異物10的畫像80，第7B圖係顯示畫像80的階調值。
參照第7A圖，在試料表面21及異物10的畫像中，異物10的放大像81係顯示為白區域，試料表面21的表面像82顯示為黑區域。此時，在獲得鏡像電子me之部位中，亮度(階調)極高。
第7B圖係顯示檢測器70之畫像80上的y方向剖面位置與階調值的關係。於y方向的範圍，係包含異物10的放大像81。如第7B圖所示，例如相較於未獲得鏡像電子me之部位，鏡像電子部分的階調大約高3倍的程度。因此可實現高亮度及高S/N。
第7B圖的例子中，係顯示出獲得鏡像電子me之部位，較未取得之部位高3倍程度的階調值DN。然而，階調值的關係乃因條件等而有所不同。鏡像電子部分的階調，可取得大約2至10倍的值。
第8圖係顯示藉由對異物10之電子束的照射，從異物10產生鏡像電子me之狀態。由於異物10形狀的不同，而產生鏡像電子me之反射點的偏離或充電電壓的不均一性。因而使鏡像電子me於軌道及能量上產生較弱偏離。結果當鏡像電子me通過二次系的透鏡或光束濾波器時，訊號區域的尺寸變大。
第8圖中，由於異物10之表面電位的影響，鏡像電子me的反射方向呈輻射狀擴散。結果在到達檢測器70之異物10的訊號中，訊號尺寸較電子光學系的光學倍率更為放大。放大率例如約為5至50倍。
例如，假定為光學倍率100倍的二次系。關於來自異物10之二次電子，根據理想計算，檢測器70中之訊號尺寸為100倍×0.1[μm]=10[μm]。
另一方面，異物10之鏡像電子me的訊號尺寸例如放大為30倍。因此，入射至檢測器70之訊號的尺寸為300[μm]。此現象與單純將100[nm](0.1[μm])放大為300[μm]之放大光學系為等效。亦即達成3000倍的放大光學系。此係意味著可使用較異物10還大之像素尺寸。若異物10為100[nm]，則像素尺寸可較100[nm]還大。可使用300至1000[nm]的像素尺寸。
藉由使用較對象異物還大的像素尺寸，可一次檢查試料20的試料表面21之較大區域。因此，就高速檢查之觀點來看，乃具有極大的效果。例如，相較於像素尺寸為100[nm]之情況，像素尺寸為300[nm]時之檢查速度可成為 9倍。像素尺寸為500[nm]時，檢查速度可成為25倍。亦即，當以往一項檢查需花費25小時，本實施形態中可在1小時達成。相對於此，SEM方式必須以較異物尺寸為小之像素尺寸來進行攝像。此係因SEM方式為形成高精度的形狀畫像，並藉由與正常部的畫像比較來檢測出異物之方式之故。
如此，攝像投影光學系不僅可放大鏡像電子me與二次釋出電子se之亮度差(對比)，並且可實現高速化。
此外，當著陸能量LE≦10[eV]時，可適合地使用預充電。預充電可藉由在攝像前照射帶電用電子束來實現。
預充電可用以提高異物10的充電電壓來進行。或者是，預充電可用以降低攝像時之異物10的電位變化來進行。本異物檢查方法中，係藉由帶電用電子束的著陸能量LE1來控制充電電壓的變動量。例如，假定存在有具備各種尺寸、各種容量之異物10。此時，帶電有某充電電壓以下之異物10，可藉由利用鏡像電子來檢測。此外，可藉由周圍的試料電壓與充電電壓之差異，適當地形成鏡像電子的軌道，藉此可形成鏡像電子透射率較高之狀態。此點將於之後詳細說明。
接著說明預充電的方法。預充電有3種方法。
[預充電-1]
第9A圖及第9B圖為用以說明第1預充電模式(預充電-1)之圖。在此，將帶電用電子束的著陸能量設定為LE1，將攝像電子束的著陸能量設定為LE2。預充電-1，係將著 陸能量設定為LE2<LE1，藉此變得容易產生鏡像電子。
第9A圖中，係於試料表面21上存在有異物10，並照射著陸能量LE1的帶電用電子束而藉此進行預充電。預充電的著陸能量LE1較攝像電子束的著陸能量LE2還大。藉此，異物10的充電電壓增大，攝像時電子容易變成鏡像電子。亦即，藉由增加異物10之負電位的絕對值，可在異物10的面前形成因充電所形成之電場分布的反射點。因此，所入射之攝像電子束，係在與異物10碰撞前成為鏡像電子me而反射。
第9B圖中，係顯示將攝像電子束照射至試料表面21的異物10之狀態。第9B圖中，異物10被充電為負，而具有負電壓的電位分布。攝像電子束如上所述係具有著陸能量LE2。入射電子受到異物10之表面電位的作用，不會與異物10碰撞而在碰撞前成為鏡像電子me並反射。另一方面，從試料表面21釋出二次釋出電子se並反射。
如此，根據第9A圖及第9B圖所示之構成，帶電用電子束的著陸能量LE1被設定為較攝像電子束的著陸能量LE2還大。藉此，可從照射至異物10之攝像電子束適當地生成鏡像電子me而取得異物10的放大像81。
[預充電-2]
第10圖為用以說明第2預充電模式(預充電-2)之圖。 預充電-2中，攝像電子束的著陸能量LE2被設定為較帶電用電子束的著陸能量LE1還大。本異物檢查方法中，可在攝像時一邊產生適當的電位變動一邊進行攝像。
第10圖中，橫軸為電子束的著陸能量，縱軸為異物10的表面電位。帶電用電子束的著陸能量LE1較攝像電子束的著陸能量LE2還小。異物10的表面電位係在LE1與LE2之間產生變化。電位差△V如圖所示較小。
第10圖的預充電-2，係適用於預先得知適合攝像之攝像電子束的著陸能量LE2之情況。當單純以適當之著陸能量LE2的攝像電子束進行攝像時，於攝像中異物10的表面電位產生變動，而有無法獲得正確的放大像81之可能性。 此情況可藉由預充電-2來避免。預充電-2的構成，係藉由預充電來控制異物10的表面電位，並保持至最適點附近之值為止。藉此，於攝像時可縮小異物10的表面電位之電位變化△V。
[預充電-3]
第11圖為用以說明第3預充電模式(預充電-3)之圖。 預充電-3中，帶電用電子束的著陸能量LE1係設定為與攝像電子束的著陸能量LE2相等。帶電用電子束與攝像電子束中，係使投入量不同。第11圖中，橫軸為投入量，縱軸為異物10的表面電位。
預充電-3，對於使異物10的充電電壓穩定而實現穩定的攝像及感度者乃為有效。第11圖中，係隨著投入量的變化使異物10的表面電位產生變動。係以賦予接近於所需的投入量之投入量D1之方式來進行預充電。之後再賦予投入量D2來進行攝像。此構成具有效果，藉此可縮小投入量D2的攝像中之異物表面的電位變化△V。因此可實現穩定 的像質(形狀、焦距等)。
第9圖至第11圖的3種預充電中，預充電之帶電用電子束的電子束源可與攝像電子束的電子束源為相同，並以進行上述預充電之方式來控制電子束源的條件。此外，預充電用的預充電單元，可獨立地設置。藉此可提升處理量。
預充電單元例如可使用由LaB6 、W燈絲、中空陰極、碳奈米管等所構成之陰極。預充電單元亦可使用用以引出電子束之韋乃特陰極、引出電極或是用以控制照射區域之透鏡。預充電單元的電子束尺寸，可與一般以管柱系所照射之電子束尺寸相同或稍大。電子束的著陸能量係由陰極與試料之電壓差來決定。例如，假定對試料20施以負電壓-3000[V]。此外，電子束的著陸能量設定為10[eV]。此時，係對陰極施加陰極電壓-3010[V]而生成電子束。
「其他檢查方法(LE>10[eV]時)」
第12圖係顯示電子束的著陸能量LE較10[eV]還大時之檢測器70所取得的畫像80a。第12圖中，異物10的放大像81a係以黑訊號來表示，試料20的表面像82a以白訊號來表示。
第13A圖至第13C圖係顯示藉由攝像電子束的照射，從異物10釋出二次釋出電子se之模樣。
第13A圖係顯示對異物10充電使異物10與周圍的試料表面21之電位差變大之狀態之二次釋出電子se的動作。第13A圖中，異物10被充電為負，使來自異物10之二次釋出電子se的軌道彎曲。因此，透射率(到達檢測器 70之電子的比例)極端地降低。結果在觀察像中，異物部分的亮度較周圍還低。亦即，異物10作為黑訊號被檢測出。
第13B圖係顯示異物10與周圍的試料表面21之電位差變小之狀態之二次釋出電子se的動作。第13B圖中，由於異物10與周圍的電位差較小，所以從異物10與從試料表面21均產生大致相同的電子。因而難以區分異物與周圍。較理想為避免此情況。因此，即使在從異物10檢測出二次釋出電子se時，較理想為藉由帶電用電子束的照射將異物10充電。充電後藉由攝像電子束的照射，如前所述，容易檢測出異物10。
第13C圖係顯示正帶電區域之二次釋出電子se的動作。正帶電區域中，二次釋出電子se一旦靠近異物10，就會沿著上升之軌道往上。如圖所示，受到異物10的電位分布所造成之影響，使二次釋出電子se的軌道彎曲，到達檢測器70之電子數量降低。此現象與第13A圖相同。因此，正帶電時亦可觀察到同樣現象，而獲得作為黑訊號的像之異物10的放大像81a。
此外，在本實施形態之異物檢查方法及異物檢查裝置中，為了更為提高處理量，係使用電子線攝像投影方式。 藉由使用攝像光學系，可使用來自試料表面21之二次釋出電子se或鏡像電子me，以高速及高處理量來進行晶圓或遮罩等之異物檢測，可適當地進行例如在試料洗淨後的異物檢測。如上所述，由於來自異物10之檢測訊號較光學倍率更加放大，所以可在較大的像素尺寸下獲得超微小之異 物10的訊號，而能夠實現高速、高處理量。
例如，可將異物訊號的尺寸放大為實際尺寸的5至50倍。可適用檢測對象之異物尺寸的3倍以上之像素尺寸、此尤其對於尺寸為50至100[nm]以下的異物10為有效。 該尺寸的異物10，在光方式中難以檢測出。此外，SEM方式必須使用較異物尺寸還小的像素尺寸。因此，當欲檢測出較小異物時，處理量會顯著降低。根據本實施形態之電子線檢查方法，可藉由使用攝像投影方式而高速地檢測出製程中途之晶圓上的異物10。此外，藉由獲得放大像81、81而可確實地檢測出異物10。
「電子檢查裝置」
第14圖為顯示應用本發明之電子線檢查裝置的構成圖。上述中，主要說明異物檢查方法的原理部分。在此係說明於執行上述異物檢查方法時所應用之異物檢查裝置。因此，上述所有的異物檢查方法，可應用於以下所說明之異物檢查裝置。
電子線檢查裝置的檢查對象為試料20。試料20為矽晶圓、玻璃遮罩、半導體基板、半導體圖型基板或是具有金屬膜之基板等。本實施形態之電子線檢查裝置，係檢測出存在於由這些基板所形成之試料20的表面上之異物10。異物10為絕緣物、導電物、半導體材料或這些的複合體等。異物10的種類為粒子、洗淨殘留物(有機物)、表面的反應生成物等。電子線檢查裝置可為SEM方式裝置或攝像投影式裝置。此例中，係將本發明應用於攝像投影式檢 查裝置。
攝像投影方式的電子線檢查裝置係具備：生成電子束之一次光學系40、試料20、設置試料之承載台30、使來自試料之二次釋出電子或鏡像電子的放大像成像之二次光學系60、檢測出這些電子之檢測器70、處理來自檢測器70的訊號之畫像處理裝置90(畫像處理系)、對位用的光學顯微鏡110、以及檢視用的SEM120。檢測器70，於本發明中可包含於二次光學系60。此外，畫像處理裝置90可包含於本發明之畫像處理部。
一次光學系40係具有生成電子束並朝向試料20照射之構成。一次光學系40係具有：電子槍41、透鏡42、45、光圈43、44、E×B濾波器46、透鏡47、49、50、以及光圈48。藉由電子槍41來生成電子束。透鏡42、45及光圈43、44將電子束予以整形並控制電子束的方向。並藉由E×B濾波器46使電子束接受由磁場與電場所形成之勞倫茲力的影響。電子束從斜向入射至E×B濾波器46，往垂直下方向偏向並朝向試料20。透鏡47、49、50控制電子束的方向，並進行適當的減速以調整著陸能量LE。
一次光學系40係將電子束照射至試料20。如前所述，一次光學系40係進行預充電之帶電用電子束與攝像電子束兩者的照射。實驗結果中，預充電的著陸能量LE1與攝像電子束的著陸能量LE2之差異，較理想為5至20[eV]。
關於此點，係設定為當異物10與周圍具有電位差時，在負帶電區域照射預充電的著陸能量LE1。對應LE1之值， 充電電壓有所不同。此係由於LE1與LE2的相對比改變之故(LE2如上所述LE2係攝像電子束的著陸能量)。當LE1較大時，充電電壓變高，藉此在異物10的上方位置(更接近檢測器70之位置)形成反射點。對應此反射點的位置，鏡像電子的軌道與透射率產生變化。因此，係依據反射點來決定最適充電電壓條件。此外，當LE1過低時，鏡像電子的形成效率降低。本發明係發現到該LE1與LE2之差異較理想為5至20[eV]。此外，LE1之值較理想為0至40[eV]，更理想為5至20[eV]。
此外，在攝像投影光學系的一次光學系40中，E×B濾波器46尤為重要。藉由調整E×B濾波器46之電場與磁場的條件，可決定一次電子束角度。例如，能夠以使一次系的照射電子束與二次系的電子束幾乎垂直地入射於試料20之方式來設定E×B濾波器46的條件。再者，為了更為增大感度，例如，使一次系電子束的入射角度相對於試料20呈傾斜者，乃具效果。適當的傾斜角為0.05至10度，較理想為0.1至3度。
第15圖中，一次系電子束係照射至試料表面21上所存在之異物10。電子束的傾斜角為θ，角度θ可在例如±0.05至10°的範圍，此外，較理想為±0.1至±3°的範圍。
如此，以相對於異物10具有預定角度θ的傾斜來照射電子束，藉此可增強來自異物10之訊號。藉此，可形成鏡像電子的軌道不會偏離二次系光軸中心之條件。因此可提高鏡像電子的透射率。因此，當將異物10充電而引導鏡像 電子時，能夠極為有利地使用傾斜的電子束。
返回第14圖。承載台30為載置試料20之手段，可在x-y的水平方向及θ方向移動。此外，承載台30亦可因應必要而能夠在Z方向移動。承載台30的表面，可設置有靜電夾具等試料固定機構。
於承載台30上載置有試料20，試料20上有異物10。 一次光學系40係以著陸能量LE為-5至-10[eV]將電子束照射至試料表面21。異物10被充電，使一次光學系40的入射電子未與異物10接觸而反彈。藉此，鏡像電子藉由二次光學系60被導引至檢測器70。此時，二次釋出電子從試料表面21往擴散方向釋出。因此，二次釋出電子的透射率為較低之值，例如為0.5至4.0%。相對於此，由於鏡像電子的方向未產生散射，所以鏡像電子可達成幾乎100%的高透射率。鏡像電子係在異物10形成。因此，僅有異物10的訊號可產生高亮度(電子數較多之狀態)。與周圍的二次釋出電子之亮度的差異與比例增大，而能夠獲得高對比。
此外，如前所述，鏡像電子的的像係以較光學倍率更大之倍率被放大。放大率到達5至50倍。典型的條件下，放大率較多為20至30倍。此時，即使像素尺寸為異物尺寸的3倍以上，亦可檢測出異物。因此可實現高速、高處理量。
例如，當異物10的尺寸為直徑20[nm]時，像素尺寸可為60[nm]、100[nm]、500[nm]等。如此例般，可使用異 物的3倍以上之像素尺寸來進行異物的攝像及檢查。相較於SEM方式等，本方式由於可達到高處理量化，所以具有顯著優勢之特徵。
二次光學系60為將從試料20所反射之電子導入至檢測器70之手段。二次光學系60係具有透鏡61、63、NA光圈62、對準器64、以及檢測器70。電子從試料20反射，並再次通過物鏡50、透鏡49、光圈48、透鏡47及E×B濾波器46。然後電子被導入至二次光學系60。二次光學系60中，電子係通過透鏡61、NA光圈62、透鏡63而聚集。 電子於對準器64被整合並由檢測器70所檢測。
NA光圈62係具有規定二次系的透射率．像差之功用。 係以擴大來自異物10的訊號(鏡像電子等)與周圍(正常部)的訊號之差異之方式，選擇NA光圈62的尺寸及位置。或者是，以增大來自異物10的訊號相對於周圍的訊號之比例之方式，選擇NA光圈62的尺寸及位置。藉此可加大S/N。
例如，假定可在50至3000[μm]的範圍內選擇NA光圈62。並假定檢測出之電子中，鏡像電子與二次釋出電子混合存在。在此狀況下，為了提升鏡像電子像的S/N，光圈尺寸的選擇乃較為有利。此時，較理想為以可降低二次釋出電子的透射率並維持鏡像電子的透射率之方式來選擇NA光圈62的尺寸。
例如，當一次電子束的入射角度為3°時，鏡像電子的反射角度大約為3°。此時，較理想為選擇鏡像電子的軌道可通過之程度之NA光圈62的尺寸。例如，適當的尺寸為250[μm]。由於被NA光圈(徑250[μm])所限制，所以使二次釋出電子的透射率降低。因此可提升鏡像電子像的S/N。例如，當將光圈徑從2000改變為250[μm]時，可將背景階調(雜訊位準)降低至1/2以下。
異物10可由任意種類的材料所構成，例如為半導體、絕緣物、金屬等。第16A圖及第16B圖係顯示位於試料表面21上之金屬材料的異物10a。第16B圖為金屬材料的異物10a之放大圖。第16B圖中，異物10a可為金屬或半導體或是兩者混合存在者。如圖所示，由於在異物表面形成自然氧化膜11等，所以異物10係由絕緣材料所覆蓋。因此，即使異物的材料為金屬，但會因氧化膜11而產生充電。此充電現象可適當地利用於本發明。
返回第14圖。檢測器70為檢測出藉由二次光學系60所引導之電子之手段。檢測器70於其表面具有複數個像素。檢測器70可應用各種二次元型感測器。例如，檢測器70可應用CCD(Charge-Coupled Device：電荷耦合裝置)及TDI(Time Delay Integration：時間延遲整合)-CCD。 這些為將電子轉換成光之後再進行訊號檢測之感測器。因此，必須具有光電轉換等手段。所以可使用光電轉換或閃爍器以將電子轉換成光。光的像資訊被傳達至檢測出光之TDI。如此可檢測出電子。
在此，係說明將EB-TDI應用為檢測器70之例子。 EB-TDI不須具備光電轉換機構、光傳達機構。電子係直接入射於EB-TDI感測器面。因此，不會產生解析度的劣化且 可獲得高MTF(Modulation Transfer Function：調變轉移函數)及對比。以往，較小的異物10之檢測較不穩定。相對於此，當使用EB-TDI時，可提升較小異物10之弱訊號的S/N。因此可獲得更高感度。S/N的提升可達1.2至2倍。
此外，除了EB-TDI之外，亦可具備EB-CCD。EB-TDI與EB-CCD可互相更換，亦可任意切換。使用此構成亦為有效。例如，可應用第17圖所示之使用方法。
第17圖係顯示可切換EB-TDI72與EB-CCD71之檢測器70。兩個感測器可因應用途互相更換，或使用兩方的感測器。
第17圖中，檢測器70係具備EB-CCD71及EB-TDI72。 EB-CCD71及EB-TDI72為接受電子束之電子感測器。電子束e直接入射於檢測面。此構成中，EB-CCD71係用以進行電子束的光軸調整，此外，亦用以進行畫像攝像條件的調整與最適化。另一方面，當使用EB-TDI72時，EB-CCD71係藉由移動機構M移離光軸之位置。之後，係使用因使用EB-CCD71所求取之條件，或是以此為參考而藉由EB-TDI72進行攝像。並使用畫像來進行評估或測定。
此檢測器70中，係使用因使用EB-CCD71所求取之電子光學條件或參考該條件，來進行依據EB-TDI72所進行之半導體晶圓的異物檢測。
在依據EB-TDI72所進行之異物檢查後，可使用EB-CCD71來進行檢視攝像，或是進行異物種類或異物尺寸等之缺陷評估。EB-CCD71中，可進行畫像的積算。藉由積 算，可降低雜訊。因此可在高S/N下進行缺陷檢測部位的檢視攝像。再者，EB-CCD71的畫素較EB-TDI72小，為較為有效。亦即，相對於在攝像投影光學系所放大之訊號的尺寸，可增加攝像元件的像素數。因此可獲得具有更高解析度之畫像。此畫像係使用於檢查或缺陷的種類等之分類、判定。
EB-TDI72係具有二次元地排列配置畫素之構成，例如具有矩形形狀。藉此，可直接接受電子束e而形成電子像。 畫素尺寸例如為12至16[μm]。另一方面，EB-CCD71的畫素尺寸例如為6至8[μm]。
此外，EB-TDI72係形成為封裝件75的形狀。封裝件75本身具有饋通的功用。封裝件的針腳73係於大氣側與攝影機74連接。
第17圖所示之構成，可解決各種缺點。所解決之缺點，為FOP、密封用的光學玻璃、光學透鏡等所造成之光轉換損失、光傳達時之像差及扭曲、以及因此所產生之畫像分解劣化、檢測不良、高成本、大型化等。
第18A圖及第18B圖為關於有效率地決定電子束軌道條件之方法的說明圖，此方法在獲得鏡像電子像時為有效。電子束軌道條件，為一次光學系40、二次光學系60之透鏡42、45、47、49、50、61、63的透鏡條件及對準器64的對準條件。
第18A圖係顯示在矽基板的試料20之試粒表面21上設有多晶矽層23及二氧化矽膜的積層構造之結構。於積層 構造的縫隙形成有凹槽25。在第18B圖於矽基板的試料20之試料表面21上形成有二氧化矽層24a。於層的縫隙形成有凹槽25a。
第18A圖係顯示鏡像電子me之訊號強度的分布圖mes。當將著陸區域設定在產生鏡像電子me之區域時，入射電子的軌道容易彎曲，於圖型的邊緣部26容易引起鏡像電子me的產生，使凹槽25之邊緣部26的訊號強度提高。
第18B圖係顯示電子束EB入射使鏡像電子me反射之軌道。電子入射於試料20，於一方的邊緣部26a反射並大致水平地行進，往凹槽25a的相反側移動，於相反側的邊緣部26a反射而上升。如此，於凹槽25a的邊緣部容易產生鏡像電子。
此現象尤其在凹狀的對稱構造更為顯著。對稱構造，例如為法拉第杯或十字槽構造等。此時，於邊緣部26、26a所產生之鏡像電子的對稱性，會影響畫像的解析度。較理想為以使畫像中兩邊緣的階調差成為±5%以下之方式達成階調的對稱性。階調係表示畫像的亮度，階調差表示亮度差。當以獲得此對稱性之方式調整透鏡條件及對準條件時，可達到鏡像電子之透鏡及對準條件的最適化。然後可獲得解析度佳之鏡像電子像。相較於未使用此調整方法時，可將S/N提升10至30%，且將調整時間縮短10至50%。
第19圖為顯示法拉第杯31之側剖面圖。法拉第杯31係具備導體的開口32以及杯狀的金屬電極33。法拉第杯 31係藉由電流計34來測定通過開口32之電子量。開口32例如可為直徑30[μm]左右的尺寸。由於法拉第杯31具有凹槽形狀，所以如上所述，在邊緣部容易產生鏡像電子。 因此，進行調整時，可使法拉第杯31發揮功用。
接下來說明將本發明之異物檢查方法應用於第14圖之異物檢查裝置的例子。
前述第4A圖係顯示“二次釋出電子的產率”-“著陸能量LE”的相關。此相關係顯示出使用LE>10[eV]之電子束來檢測異物10之機制。對應照射至異物10之著陸能量LE，而使二次釋出電子率為不同。因此，係形成有負帶電狀態與正帶電狀態。例如，當絕緣物為SiO2 時，可觀看到下列帶電狀態。
50[eV]≧LE：負帶電
50<LE≦1500[eV]：正帶電
1500[eV]<LE：負帶電
不論何種情況，異物均被充電而使異物與其周圍的電位成為不同值，異物周邊的電位分布呈扭曲狀態。此扭曲的電場使來自異物10之二次電子的軌道產生較大彎曲，並使透射率降低。因此，從異物10到達檢測器70之電子數，較異物的周圍極端地降低。因此，異物的亮度較周圍還小(黑訊號)，能夠在高對比下檢測出異物10。異物之黑訊號的尺寸係較光學倍率更為放大。因此可獲得放大5至20倍後之異物的訊號。此現象與檢測於上述3個能量區域中可同樣地實現。
接下來顯示使用電子束之攝像投影方式的電子線管柱系的例子。試料20可為晶圓、曝光用遮罩、記錄媒體等。 為晶圓時，可在8至12吋的矽晶圓上形成LSI製造中途的電路圖型。或者是晶圓上無圖型。晶圓可為不具有成膜後的圖型之狀態。此外，晶圓亦可在成膜後進行研磨或CMP等之平坦化處理之狀態。此外，晶圓亦可為成膜等的處理前之狀態的Si基板等。
此試料20係設置在x、y、θ的承載台30。電子束從電子槍41所射出。並藉由透鏡42、光圈43、44、四極透鏡45、E×B濾波器46等來控制電子束照射區域及照射能量，而將電子束照射至試料表面。例如，電子束徑為300[μm](或是270×80[μm]左右的橢圓)。攝像光學系係以放大倍率50至500倍將來自試料表面21之釋出電子的像成像於檢測器70。對試料20施加負電壓。一次光學系40之第1透鏡50主面的電位為正。因此，在試料20附近形成正的電場。例如，正電場可為1至3[kV/mm]。檢測器70係由MCP(Micro Channel Plate：微通道板)、螢光板、FOP(Fiber Optical Plate：光纖板)、以及TDI所構成(內部構成未圖示)。MCP係進行檢測電子量的增倍，螢光板將電子轉換成光訊號。此二次元的光訊號係藉由FOP傳達，於TDI感測器形成像並檢測出訊號。當使用TDI時，可一邊連續地移動試料並取得二次元畫像訊號。因此，可高速進行畫像訊號的取得。畫像處理係處理來自TDI之訊號，並進行電子像形成及異物檢測、以及異物分類判別。
接著說明使用此電子線管柱系來進行試料20上之異物10的檢查之例子。照射至試料20之一次系電子束的著陸能量LE，係設定在2[eV]。著陸能量LE為一次光學系40之電子槍41的陰極電壓與試料的電壓(施加電壓)之差。藉由此電子束的照射，異物10被充電。僅照射至異物10之電子束，為鏡像電子。鏡像電子藉由二次光學系60被導入至檢測器70。在不具有異物10之正常部中，由於電子束的照射，使二次釋出電子被導入至檢測器70。二次釋出電子為二次電子、反射電子及後方散射電子。這些電子可混合存在。
在此，LE愈接近0，二次釋出電子的釋出率η愈降低。 再者，從表面之釋出方向係顯示發散分布(例如二次電子係依循餘弦法則)。因此，當對於藉由二次光學系60而到達檢測器70之二次釋出電子進行設計計算時，二次釋出電子的到達率為數%左右。如此，鏡像電子的到達率較高，周圍部位之電子的到達率及釋出率較低。因而產生相對較大之電子數的比，亦即產生亮度差。所以可獲得較大對比及S/N。例如，當像素尺寸為100[nm]，異物10的徑為=20[nm]時，S/N為5至10。一般而言，S/N≧3時，可充分地進行檢測及檢查。因此，根據本發明，可藉由較異物尺寸還大之像素尺寸，來實現上述例子所述之微小異物10的檢查。
接著說明在上述裝置系中，使用預充電的帶電用電子束之例子。
LE1為預充電之帶電用電子束的著陸能量，LE2為攝像 時及檢查時之電子束的著陸能量。在LE1=14[eV]，LE2=1[eV]的條件下，可有效率地檢查絕緣物的異物10。可檢查Si、SiO2 ，膜、金屬膜、SOI、玻璃遮罩等之面上的異物10。此步驟中，係在檢查區域全面上以LE1=14[eV]照射帶電用電子束。接著以LE2=1[eV]照射攝像電子束，來進行異物10的攝像及檢查。此步驟的實施，係與預充電效果可維持何種程度的時間相依。一般而言，若未進行除電處理，可維持10至30小時左右，因情況不同亦可維持150小時以上之預充電效果。
當進行此預充電時，相較於未進行預充電時，可提升鏡像電子形成的效果。並可將S/N提升3至10倍。
當著陸能量位於LE≦10[eV]，尤其在LE≦0[eV]之區域時，可於正常部形成鏡像電子。即使設定此條件，本發明亦可形成使來自異物10之鏡像電子到達檢測器70，且正常部的鏡像電子未到達檢測器70之狀況，而在高S/N下進行異物10的檢查。更詳細而言，試料表面21為平坦，且電子束為幾乎垂直地入射。正常部的入射電子束於試料表面21被減速。因此，電子的軌道彎曲而從二次光學系60的中心偏離。結果，此現象導致從正常部被導入至檢測器70之電子數減少。另一方面，來自異物10之鏡像電子，從異物10的曲面或斜面上升，通過二次光學系60之中心附近的軌道而被導入至檢測器70。因此，來自異物10之鏡像電子訊號，係以高透射率被導入至檢測器。並且可達成高S/N。此點係使用第20圖來詳細說明。
第20圖為用以說明當從異物10及周邊的正常部產生鏡像電子時之濾波的圖。第20圖中，係在異物10存在於試料20上之狀態下照射電子束，使鏡像電子從異物10及試料表面21兩者反射。此時，本發明係引起從異物10所反射之鏡像電子到達檢測器70，且從正常部的試料表面21所反射之鏡像電子未到達檢測器70之現象。亦即，異物10被充電，而在異物與周圍的正常部(試料表面21)之間產生電位差。藉此，可將來自異物10之鏡像電子與來自周圍正常部的試料表面21之鏡像電子予以分離。
例如，如第15圖所說明，一次電子束的入射角度從垂直稍微傾斜而從中心偏離。藉此，可製作出鏡像電子的軌道通過二次光學系60中心附近之條件。在平坦的正常部中，鏡像電子的軌道偏離。來自正常部之鏡像電子的軌道，從二次光學系60中心部偏離，結果使到達檢測器70之電子的數量及機率降低。或者是，來自正常部之鏡像電子，因與二次光學系60的管柱之碰撞而成為流離電子等。因此，於異物10與周圍的試料表面21之間，到達檢測器70之電子數量或電子密度產生差距。藉此可形成較大的階調差，亦即形成對比。
此時，對軌道偏離產生影響之因素，為透鏡47、49、50、61、63的強度及焦距，此外為E×B濾波器46及NA光圈62。關於透鏡47、49、50、61、63，係以獲得來自異物10之鏡像電子軌道通過二次光學系60的中心之條件的方式來調整焦距及強度。在來自周圍的正常部(試料表面21) 之鏡像電子與來自異物10之鏡像電子中，透鏡的入射角度與焦距為不同。因此，來自正常部之鏡像電子係通過從二次光學系60的中心偏離之軌道。此外，NA光圈62係阻斷通過從中心偏離之軌道的鏡像電子，而降低往檢測器70之到達量及到達機率。再者，當鏡像電子通過E×B濾波器46時，係以使來自異物10之鏡像電子通過到達至後段的NA光圈62及檢測器70之軌道的方式，調整E×B濾波器46。 藉此，鏡像電子可在通過E×B濾波器46時進行適當地調整。在來自異物10之鏡像電子與來自周圍的正常部(試料表面21)之鏡像電子中，往E×B濾波器46之入射角度及軸方向(Z軸方向)的能量為不同。因此，從正常部的試料表面21所反射之鏡像電子，係從後段的NA光圈62、透鏡61、63的中心偏離。所以使入射於檢測器70之機率降低。
一般而言，可有效使用之LE區域，為-30至0[eV]。 惟當二次光學系60的光軸與試料面角度從垂直偏離時，即使LE為0[eV]以上，亦可能有形成鏡像電子時。此外，在如具有圖型之晶圓等之表面具有微小凹凸之試料，即使LE為0[eV]以上，亦可能有形成鏡像電子之情形。例如在-30至10[eV]的LE區域中，會有形成此狀況之可能性。
此外，藉由有效地利用預充電，亦可將本發明之電子線檢查方法應用於SEM。例如，SEM中，亦可在下列條件下進行預充電後進行攝像及檢查，並藉此進行異物檢查。
預充電LE1：0至30[eV]
攝像LE2：-5至20[eV]
例如，在預充電LE1=25[eV]、攝像LE2=5[eV]之條件下進行攝像。如此，異物(絕緣物或包含絕緣物之物體)被充電，使表面電位成為負帶電(例如為-7V)。然後照射攝像電子束(LE2=5[eV])。藉此，僅於異物被充電之部位形成鏡像電子，並於檢測器70取得鏡像電子。不具有異物10之正常部位，係產生二次釋出電子(二次釋放電子係為二次電子、反射電子及後方散射電子的任一種或這些電子的混合存在)。由於二次釋出電子的釋出率較低，所以正常部的亮度較低。異物10的鏡像電子與正常部位的二次釋出電子之亮度差(對比)較大，因此可在高感度下檢測出異物10。
為了有效率地進行預充電，可在攝像部的前方設置預充電裝置。
此外，當於SEM方式中未進行預充電時，可能有下列缺點。一般在SEM方式中，為了適當地進行圖型或異物10的畫像形成及形狀辨識，係將電子束的光點尺寸設定為較所欲檢測之圖型缺陷或異物尺寸等之對象物尺寸還小。因此，起因於電子束的光點尺寸與異物尺寸之差異，而引起異物10之局部性且隨時間經過之充電的電位變化。因而無法獲得穩定的訊號。或者是難以獲得穩定的鏡像電子。因此，重要的是，藉由預充電使異物10的表面電位狀態達到穩定，或是使異物10的充電狀態及電位達到穩定後，再進行攝像。
此外，在以往的SEM方式中，由於進行電子束掃描，所以使電子束相對於試料20的入射角度，因應掃描位置產 生較大變化。當形成有鏡像電子的電子束時，會使電子束的反射角度因應入射角度有所不同。結果導致有電子進入於檢測器70之機率因應掃描位置產生較大變化之缺點。因此，難以取得均一且精度良好的影像。為了克服此缺點，係以使電子束相對於試料的入射角度幾乎呈垂直之方式，使對位器及透鏡電壓的調整連動而適當地進行。
如此，本發明之電子線檢查方法，可藉由適當地設定條件而應用於SEM方式。
第21圖係顯示應用本發明之電子線檢查裝置。在此係說明全體系統構成的例子。
第21圖中，異物檢查裝置係具有：試料載體190、微環境180、承載室162、傳輸室161、主處理室160、電子線管柱系100、及畫像處理裝置90。於微環境180中，設置有大氣中的搬運機械手臂、試料對位裝置、潔淨氣體供應機構等。於傳輸室161中，設置有真空中的搬運機械手臂。由於在經常處於真空狀態的傳輸室161配置機械手臂，所以可將因壓力變動所導致之粒子等的產生抑制在最低限度。
主處理室160中，設置有可在x方向、y方向及θ(旋轉)方向移動之承載台30。於承載台30上設置有靜電夾具。試料20被載置於靜電夾具。或者是，試料20在被設置在托板或治具(jig)之狀態下保持於靜電夾具。
主處理室160係藉由真空控制系150，被控制為將處理室內保持在真空狀態。此外，主處理室160、傳輸室161 及承載室162被載置於防振座170上，而構成為不會傳達來自地板的振動。
此外，於主處理室160設置有電子管柱100。此電子管柱100係具備一次光學系40及二次光學系60的管柱，以及檢測出來自試料20的二次釋出電子或鏡像電子等之檢測器70。來自檢測器70的訊號被傳送至畫像處理裝置90進行處理。可進行工作時間的訊號處理及停機時間的訊號處理兩者。工作時間的訊號處理是在進行檢查之間所進行。當進行停機時間的訊號處理時，僅取得畫像，再進行訊號處理。在畫像處理裝置90中所處理之資料，被保存在硬碟或記憶體等之記錄媒體。此外，可因應必要，將資料顯示於控制台的顯示器。所顯示的資料例如有檢查區域、異物數對照圖(map)、異物尺寸分布/對照圖、異物分類、參照(patch)畫像等。為了進行此訊號處理，係具備系統軟體140。此外，係具備應將電源供應至電子管柱系之電子光學系控制電源130。此外，於主處理室160亦可具備有光學顯微鏡110以及SEM式檢查裝置120。
第22圖係顯示在同一個主處理室160中設置有攝像光學式檢查裝置的電子管柱100與SEM式檢查裝置120時之構成的一例。如第22圖所示，當攝像光學式檢查裝置與SEM式檢查裝置120設置在同一個主處理室160時，乃極為有利。試料20可裝載在同一個承載台30，並且可對試料20進行攝像方式與SEM方式兩者的觀察或檢查。此構成的使用方法及優點如下所述。
首先，由於試料20裝載在同一個承載台30，所以當試料20在攝像方式的電子管柱100與SEM式檢查裝置120之間移動時，座標關係可單一地求取。因此，當對異物的檢測場所等進行特定時，兩個檢查裝置能夠以高精度容易地進行相同部位的特定。
假定無法應用上述構成。例如，攝像光學式檢查裝置與SEM式檢查裝置作為個別裝置而分離構成。在分離的各裝置之間使試料20移動。此時，由於必須在不同的承載台30上設置試料20，所以2個裝置必須分別進行試料20的對位。此外，當分別進行試料20的對位時，同一位置的特定誤差會成為5至10[μm]。尤其在不具有圖型之試料20時，由於無法特定出位置基準，所以該誤差變得更大。
另一方面，本實施形態中，如第22圖所示，在2種檢查中，係將試料20設置在同一個主處理室160的承載台30，即使當承載台30在攝像方式的電子管柱100與SEM式檢查裝置120之間移動時，亦能夠以高精度特定出同一位置。因此，即使在不具有圖型之試料20時，亦能夠以高精度特定出位置。例如可在1[μm]以下的精度特定出位置。
如此之高精度的特定，在以下情況中乃極為有利。首先，以攝像方式進行不具有圖型之試料20的異物檢查。然後以SEM式檢查裝置120來進行所檢測出之異物10的特定及詳細觀察(檢視)。由於可特定出正確位置，所以不僅可判斷異物10的存在與否(若無則為虛擬檢測)，亦可高速地進行異物10之尺寸或形狀的詳細觀察。
如前所述，當分別設置異物檢測用的電子管柱100與檢視用的SEM式檢查裝置120時，對於異物的特定會花費較多時間。此外，在不具有圖型之試料時，該困難程度會提高。此問題可藉由本實施形態來解決。
如以上所說明，本實施形態中，係使用依據攝像光學方式之異物10的攝像條件，以高感度來檢查超微小的異物10。並且將攝像光學方式的電子管柱100與SEM式檢查裝置120裝載於同一個主處理室160。藉此，尤其能夠極有效率地高速進行30[nm]以下之超微小異物10的檢查以及異物10的判定及分類。
接下來說明使用攝像投影式檢查裝置與SEM兩者之檢查的其他例子。
上述中，攝像投影式檢查裝置係檢測異物，SEM進行檢視檢查。然而，本發明並不限定於此，2個檢查裝置可應用於其他檢查方法。藉由組合各檢查裝置的特徵，可進行有效的檢查。其他檢查方法例如有下列所述者。
此檢查方法中，攝像投影式檢查裝置與SEM係進行不同領域的檢查。此外，「單元對比(Cell to Cell)檢查」適用於攝像投影式檢查裝置，「晶粒對比(Die to Die)檢查」適用於SEM，藉此，全體可實現高效率且高精度之檢查。
更詳細而言，對於在晶粒中重複圖型為較多之區域，攝像投影式檢查裝置係進行「單元對比」檢查。對於在晶粒中重複圖型為較少之區域，SEM進行「晶粒對比」檢查。 將兩者的檢查結果合成而獲得1個檢查結果。「晶粒對比」 為將依序獲得之2個晶粒的畫像進行比較之檢查。「單元對比」為將依序獲得之2個單元的畫像進行比較之檢查，單元為晶粒中的一部分。
上述檢查方法，在重複圖型部分中，係使用攝像投影方式來進行高速檢查，另一方面，在重複圖型較少之區域中，係以高精度且虛擬程度較少的SEM來執行檢查。SEM係不適於高速檢查。然而，由於重複圖型較少之區域為相對較窄，所以可在不會使SEM的檢查時間變得太長之下完成。因此，可將全體的檢查時間縮短。如此，此檢查方法係將2種檢查方式的優點活用為最大程度，而能夠在較短的檢查時間內進行高精度的檢查。
接著回到第21圖，說明試料的搬運機構。
晶圓、遮罩等試料20，係從載入埠被搬運至微環境180中，於此進行對位作業。然後試料20藉由大氣中的搬運機械手臂被搬運至承載室162。承載室162藉由真空泵浦從大氣排氣至真空狀態。當壓力低於一定值(例如1[Pa]程度)以下時，藉由配置在傳輸室161之真空中的搬運機械手臂，將試料20從承載室162搬運至主處理室160。試料20被設置在承載台30上的靜電夾具機構上。
第23圖係顯示主處理室160內，以及設置在主處理室160上部之電子管柱系100。與第14圖為相同的構成要素，係附加與第14圖相同的參照圖號並省略該說明。
試料20係設置在可於x、y、z、θ方向移動之承載台30上。藉由承載台30與光學顯微鏡110，可進行高精度的 對位。然後，攝像投影光學系使用電子束來進行試料20的異物檢查及圖型缺陷檢查。在此，試料表面21的電位為重要。為了測定表面電位，可於真空中進行測定之表面電位測定裝置，被安裝在主處理室160。此表面電位測定器，係測定試料20上之二次元的表面電位分布。根據測定結果，係於形成電子像之二次光學系60a中進行焦距控制。 試料20之二次元位置的焦距對照圖，係根據電位分布所製作。使用此對照圖，可一邊變更控制檢查中的焦距，一邊進行檢查。藉此，可減少因場所不同所導致之表面圓電位的變化所起因之像的模糊或扭曲，而能夠進行精度良好之穩定的畫像取得及檢查。
二次光學系60a係構成為可測定入射至NA光圈62、檢測器70之電子的檢測電流，此外，並可於NA光圈62的位置設置EB-CCD。此構成乃極為有利並且有效率。第23圖中，NA光圈62及EB-CCD65係設置在具有開口67、68之一體的保持構件66。此外，二次光學系60a係具備可分別獨立地進行NA光圈62的電流吸收與EB-CCD65的畫像取得之機構。為了實現此機構，NA光圈62、EB-CCD65係設置在於真空中動作之X、Y承載台66。因此，可對NA光圈62及EB-CCD65進行位置控制及定位。由於在承載台66設置有開口67、68，所以鏡像電子及二次電子可通過NA光圈62或EB-CCD65。
接下來說明此構成的二次光學系60a的動作。首先，EB-CCD65檢測出二次電子束的光點形狀及該中心位置、並 且以使該光點形狀成為圓形且為最小之方式，進行散光像差補償器(stigmator)、透鏡61、63及對準器64的電壓調整。關於此點，以往係無法在NA光圈62的位置直接進行光點形狀及散光像差的調整。如此的直接調整，於本實施形態中可進行，而能夠進行散光像差的高精度校正。
此外，係可容易檢測出電子束光點的中心位置。因此，能夠以將NA光圈62的孔中心配置在電子束光點位置之方式，進行NA光圈62的位置調整。關於此點，以往係無法直接進行NA光圈62的位置調整。本實施形態中，可直接進行NA光圈62的位置調整。藉此，可進行NA光圈的高精度定位，降低電子像的像差而提升均一性。此外，可取得透射率均一性提升，解析度較高且階調為均一之電子像。
此外，在異物10的檢查中，有效率地取得來自異物10的鏡像訊號者，乃極為重要。NA光圈62的位置，由於規定了訊號的透射率與像差，所以極為重要。二次電子，係從試料表面以寬廣角度的範圍依循餘弦法則被釋出，並且在NA位置中到達均一的寬廣區域(例如為3[mm])。因此，二次電子對於NA光圈62的位置較不敏感。相對於此，為鏡像電子時，於試料表面的反射角度，係與一次電子束的入射角度為同等程度。因此，鏡像電子顯現出較小的擴散，並且以較小的電子束直徑到達NA光圈62。例如，鏡像電子的擴散區域為二次電子之擴散區域的1/20以下。因此，鏡像電子對於NA光圈62的位置極為敏感。NA位置中之鏡像電子的擴散區域，一般為10至100[μm]。因此， 求取鏡像電子強度為最高之位置，並將NA光圈62的中心位置配置在該求取出的位置者，乃極為有利且重要。
為了實現將NA光圈62設置在適當的位置，較理想的形態中，係使NA光圈62在電子管柱100的真空中，以1[μm]的精度在x、y方向上移動。並一邊使NA光圈62移動，一邊測量訊號強度。然後求取訊號強度為最高之位置，並將NA光圈62的中心位置設置在該求取出的位置。
訊號強度的測量，使用EB-CCD65乃極為有利。此係由於藉此可得知電子束的二次元資訊，並求取入射至檢測器70之電子數，所以可進行定量性訊號強度的評估之故。
或者是，係以使NA光圈62的位置與檢測器70之檢測面的位置實現共軛關係之方式來決定光圈配置，並且設定位於光圈與檢測器之間之透鏡63的條件。此構成亦極為有利。藉此，可將NA光圈62的位置之電子束的像，成像於檢測器70的檢測面。因此，可使用檢測器70來觀察NA光圈62的位置之電子束分布。
此外，NA光圈62的NA尺寸(光圈徑)亦為重要。如上所述，由於鏡像電子的訊號區域較小，因此，有效的NA尺寸大約為10至200[μm]。再者，NA尺寸相對於電子束的直徑，較理想為大+10至100[%]之尺寸。
關於此點，電子像係藉由鏡像電子及二次釋出電子所形成。藉由上述光圈尺寸的設定，更可提高鏡像電子的比例。藉此可提高鏡像電子的對比，亦即提高異物10的對比。
更進一步詳細說明，當縮小光圈的孔時，二次釋出電 子與光圈面積呈反比例地減少。因此，正常部的階調變小。 然而，鏡像訊號不變，所以異物10的階調不變。因此，周圍階調的降低量，可提高異物10的對比，而獲得更高的S/N。
此外，係以不僅x、y方向，亦可於z軸進行光圈的位置調整之方式，來構成光圈等。此構成亦為有利。光圈較理想為設置在鏡像電子最為窄縮的位置。藉此，能夠極為有效地進行鏡像電子之像差的降低以及二次釋出電子的減少。因此能夠獲得更高的S/N。
如上所述，鏡像電子對於NA尺寸及形狀極為敏感。因此，適當地選擇NA尺寸及形狀者，對於獲得高S/N則為重要。以下說明用以適當地選擇NA尺寸及形狀之構成的例子。在此，亦說明NA光圈62之光圈(孔)的形狀。
在此，NA光圈62為具有孔之構件(零件)。一般而言，構件亦有稱為光圈者，孔亦有稱為光圈者。在以下與光圈相關的說明，當參照第24圖至第28圖時，為了區分構件(零件)與其孔，係將構件稱為NA光圈。將構件的孔稱為光圈。 以下的說明中，圖號62、62a至62d為NA光圈。圖號169、69、69a、69b為光圈(孔)。光圈形狀一般而言係指孔的形狀。
第24圖為參考例，係顯示以往的光圈169。如第24圖所示，以往，圓形的光圈169係設置在固定位置。所以無法進行上述適當的NA尺寸及形狀之選擇。
另一方面，本實施形態之試料檢查裝置，係構成為能 夠使NA光圈62的位置進行二次元或三次元地移動而進行位置設定。NA光圈62的移動，可使用第23圖中所說明之X-Y承載台66來進行。然後從複數個光圈中適當地選擇適合的光圈，之後再進行定位。此外，可於1個NA光圈62設置複數個光圈孔69。然後為了選擇當中一個而使NA光圈62移動(此構成亦相當於從複數個光圈中選擇)。此外，亦可使用其他的移動機構。例如，可藉由線性馬達使NA光圈62移動來取代X-Y承載台66。此外，可藉由旋轉支撐構件來支撐NA光圈62，或是以一般的旋轉式馬達來進行NA光圈62的位置移動。以下係說明關於NA光圈62的孔形狀之具體例。
第25圖係顯示光圈69之形狀的一例。第25圖中，光圈69具有橢圓形的孔形狀。此孔形狀係配合鏡像電子訊號的強度分布而設定。此例中，在光圈之鏡像電子強度分布的測定結果中，為強度分布往y方向較長之橢圓形狀。在此，所謂y方向，為在E×B濾波器46中所偏向之方向。y方向與一次電子束的光軸方向一致。亦即，y方向為橢圓形狀之原因，可考量為E×B濾波器46中的偏向成分。因此，為了有效率的捕集鏡像電子，於y方向具有長軸之光圈形狀，乃極為有利。藉此，可較以往更為提高鏡像電子的產率，而獲得更高的S/N(例如×2以上)。例如，假定二次電子束的強度分布於y方向為100[μm]，於x方向為50[μm](這些值均為半值全寬)。橢圓形的光圈69，相對於二次電子束直徑，可於正10至100[%]的範圍內選擇。例如， 能夠以使光圈尺寸於y方向成為150[μm]，於x方向成為75[μm]之方式來選擇光圈。
接著使用第26圖至第29圖，說明具有複數個光圈69之NA光圈62的構成。在此，NA光圈62a至62c為光圈構件，光圈69a為設置在光圈構件之開口。
第26圖係顯示具有複數個光圈69a之NA光圈62a的構成之一例。第26圖中，NA光圈62a具有2個圓形的光圈69a。此例中，以鏡像電子的強度中心為基準，將2個孔配置在往±y方向偏離之位置。偏離量例如為50[μm]左右。此構成可捕集從異物10所散射之+y側與-y側的鏡像電子兩者。因此，此構成可增大散射的鏡像電子訊號與背景的二次釋出電子之訊號量的差，而獲得高S/N。說明該理由，為二次釋出電子時，往散射方向飛散之量僅限於少量。因此可降低背景量而相對地提高S/N。
第27圖係顯示具有4個光圈69a之NA光圈62a的構成之一例。第27圖中，4個圓形的光圈69a係對稱地配置在x軸及y軸。亦即2個光圈69a配置在x軸上，2個光圈69a配置在y軸上，4個光圈69a位於距中心(原點)為等距離之位置上。換言之，4個光圈69a等間隔地配置在原點的周圍。更簡單來說，4個光圈69a配置為菱形狀。 藉此，即使存在有從異物10往x方向與y方向兩者散射之鏡像電子，亦能夠以高S/N取得電子。
第28圖係顯示具有4個光圈69a之NA光圈62c。第28圖的構成為與第27圖的構成不同之一例。第28圖中， 4個圓形的光圈69a分別配置在xy平面的第1象限至第4象限。此例中，4個光圈69a亦對稱地配置在x軸及y軸，且距中心(原點)等距離地配置。換言之，4個光圈69a等間隔地配置在原點的周圍。此形狀的NA光圈62c中，亦可將光圈69a設置在鏡像電子的訊號強度較高之位置上，而取得高S/N的訊號。
如第27圖及第28圖所示，光圈69a的數目可相同且該配置為不同。藉此，可因應用途而使用適當的NA光圈62b、62c。藉此，對於各種用途，可取得高S/N。
第29圖係顯示具有8個光圈69b之NA光圈62d的構成之一例。如第29圖所示，NA光圈62d的數目可較4個更多。第29圖所示之NA光圈62d中，複數個光圈69b係等間隔地配置在鏡像電子的強度中心之周圍的圓周上。此構成，當在圓周上某個光圈69b的位置上具有呈現特異的強散射之鏡像電子時為有利。藉此可適當地捕集鏡像電子。
此外，第26圖至第29圖中，關於鏡像電子訊號的強度中心與光圈69a、69b之關係，光圈位置係從強度中心偏離。然而，本發明並不限定於此。光圈位置可與強度中心一致。亦即，1個光圈69a、69b可設置為與鏡像電子強度中心一致。此時，其他光圈69a、69b係進行散射之鏡像電子的捕集。這些鏡像電子與強度中心的鏡像電子一同包含於電子像。於檢測器70中可獲得此合成像。如此，可取得強鏡像電子與呈現特異散射的鏡像電子之合成像。因此，不僅可獲得高S/N，並且能夠有效地檢測出在散射方向具 有特徵之異物10。此外，亦可使散射方向的特徵有益於異物10的分類。
再者，根據本實施形態，相對於所使用之著陸能量LE，可選擇適當形狀的光圈69、69a、69b。此選擇亦提供極為有利之效果。因著陸能量LE的不同使鏡像電子的強度分布產生變化。因此，本實施形態之檢查裝置，可構成為使用具有因應所使用之著陸能量LE的尺寸及形狀之光圈69、69a、69b。藉此，可因應強度分布來進行光圈調整，所以極為有利。例如可考量在鏡像電子具有y方向較長之橢圓形狀的強度分布之情況。此時，並假定於不同的2種條件下進行攝像或檢查。例如，在第1種攝像、檢查條件下，著陸能量為第1值，亦即LE=3[eV]。在第2種攝像、檢查條件下，著陸能量為第2值，亦即LE=2[eV]。在此，當著陸能量LE較小時，於NA光圈62、62a至62d的位置中，鏡像電子強度分布變大。因此，較理想為配合此分布變化來選擇NA光圈62、62a至62d。例如，當使用第1著陸能量時，可選擇y方向為100[μm]，x方向為50[μm]之橢圓形的光圈69。當使用第2著陸能量時，鏡像電子強度分布增大2倍。因此，可使用y方向為200[μm]，x方向為100[μm]之橢圓形的光圈69。如此，藉由選擇光圈，能夠極為有效地檢測出鏡像電子。
此外，再次說明在第18圖中所說明之法拉第杯等的構成。這些構成亦可設置在第23圖的電子線檢查裝置。
第30圖係顯示第23圖的承載台30。於承載台30上， 設置有法拉第杯31、具有凹槽25、25a之基準試料片26、以及EB-CCD37。藉此，能夠以高精度監視(monitor)一次電子束的均一性及照射位置，此外，亦能夠以高精度監視隨時間經過所導致之一次電子束的變動。
關於此點，以往並無直接監視一次電子束之手段。因此，以往係定時將法拉第杯31載置於同一試料20上的複數個點，並藉由法拉第杯31來取得電子束照射的像。此像係用於電子束的評估及調整。然而，以往技術中，僅能獲得一次光學系40及二次光學系60a的變動重疊之畫像。分離此2個光學系的因素並進行評估與調整者，乃極為繁瑣，精度亦較差。本實施形態可解決此問題。
此外，根據本實施形態，亦能夠以高精度測定一次光學系的電流密度分布。可對一次光學系的透鏡42、45、對準器、電子槍41的電子釋出控制系進行精度量好的回饋。 因此更能夠形成均一的電子束分布。例如，在以往的電流密度分布測定中，係使用直徑30[μm]左右的法拉第杯。 並且以30[μm]的間距測定5點左右。此測定中，解析度係受到法拉第杯31的孔尺寸所限制。此外，由於一次測定一點，所以會花費時間。因而無法測定照射電子束的瞬間之分布。
根據本實施形態之異物檢查裝置，可直接測定一次電子束的電子束分布。然後根據該測定結果，而適當地調整一次電子束。
此外，在上述一次電子束的調整中，為了求取異物10 的尺寸與訊號強度或S/N之關係，本實施形態可製作經標準化後的樣本來使用。藉由使用此樣本，可獲得較大優點。 例如，於試料的單一膜上，散佈有尺寸已知且經標準化後的微小球體。並可適當地使用此試料來進行感度校正。
第31圖係顯示散佈有樣本15之試料20。樣本15係示意性地取代異物10。因此，較理想為使用接近於異物10之尺寸，且由接近於異物10之材質所形成的樣本。例如，樣本15為經標準化後的微小球體，材料為PSL(聚苯乙烯乳膠)。亦可使用超微粒子。試料20可為Si等半導體晶圓。 膜亦可成膜於半導體晶圓上。試料20可為形成有膜之玻璃基板。試料20上的膜，可為導電膜或絕緣膜。例如，半導體晶圓上的膜可為SiO2 、Ta、Cu、Al、W等膜。玻璃基板上的膜，例如可為Cr、CrN、Ta、TaN、TaBN、TaBO、Si、Al、Mo等膜。
第31圖中，樣本15的尺寸為已知。因此，可藉由取得樣本15的畫像，而求取樣本15的尺寸與訊號強度或S/N之關係。
第32圖係顯示當取得第31圖所示之樣本15的畫像時所獲得之測定結果。第32圖為樣本15與訊號強度之關係的一例。第32圖中，橫軸為樣本15的尺寸，縱軸為訊號強度。縱軸亦可為S/N。藉由改變樣本15的各種尺寸，以求取對應於樣本尺寸之訊號強度。並且如第32圖所示，從訊號強度製作出圖表。藉此可掌握異物10的尺寸與訊號強度或S/N之關係。
上述中，樣本15係使用微小球體。適當的球體尺寸，尤其為100[nm]以下。亦即，可適當地使用1至100[nm]的微小球體。
如以上所說明，本實施形態之電子線檢查裝置及電子線檢查方法，對於奈米等級的超微小異物10亦具有感度。 上述微小樣本15，對於微小異物10的檢查特別有利。
關於此點，以往之光方式的異物檢查方式中，由於解析度受到光波長所限制，所以難以檢測出較100[nm]還小之尺寸的異物10。根據本實施形態之電子線檢查裝置及電子線檢查方法，可獲得充分感度而檢測出微小異物10。
接著參照第33圖，更進一步說明用以實現著陸能量的適當設定之實施形態。
第33圖係顯示本實施形態之電子線檢查方法之相對於光束著陸能量的階調特性。此異物檢查方法，可適用於具有空白面或圖型面之試料20(空白面為不具有圖型之面。以下相同)。本實施形態具有下列特徵，亦即取得第33圖所示的特性，並使用第33圖的特性來選擇著陸能量LE的區域。階調特性(相對於著陸能量LE之階調值的變化)，係與所檢測之電子的種類相關。以下顯示出電子的種類。
LE<LEA：鏡像電子
LEA≦LE≦LEB：二次釋出電子與鏡像電子混合存在之狀態
LEB≦LE：二次釋出電子
在此，藉由將LE設定在LEA≦LE≦LEB+5[eV]的區域，可取得高S/N的像，而能進行高感度的缺陷檢查及異物檢查。以下說明此設定的理由。例如，假定在Si或W等的空白面上具有異物10。本實施形態中，係將異物10充電而形成鏡像電子。此時，較理想為，作為背景之空白面(不具有圖型之面)的階調較小。此係因可提高S/N之故。為了降低空白面的階調，二次釋出電子區域及混合存在區域的能量條件較適當。混合存在區域為鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域。混合存在區域位於二次釋出電子區域與鏡像電子區域之間，相當於轉移區域。
混合存在區域為第33圖的LEA≦LE≦LEB。此區域中，可考量為從異物10產生鏡像電子，從背景的試料20產生二次釋出電子。在LE<LEA的鏡像電子區域中，亦從背景產生鏡像電子。因此，背景的階調提高，使異物10的階調與背景的階調之差異縮小。亦即使S/N縮小。此外，在LE遠較LEB還大之能量區域中，亦從異物10產生二次釋出電子。此時，S/N亦縮小。
為了容易檢查出異物10，較理想為使異物10的放大像81與背景之試料表面21的表面像82之階調差成為最大。階調差係與第33圖所示之相對於著陸能量LE的階調特性相依。此外，第33圖中，係顯示1條特性曲線。相對於此，本實施形態，例如可適當地使用異物10的特性曲線與純粹試料20的特性曲線之2條特性曲線。本實施形態，可比較此2種特性來使用階調差為最大之範圍的著陸能量 LE。藉此可適當的決定著陸能量LE。
關於上述，階調差較大之能量波段，係與異物10的特性曲線與試料表面21的特性曲線之組合相依而產生變化。因此，可使用檢查對象的特性曲線來適當地設定著陸能量。
此外，藉由以上的實驗經驗，可有效地利用LEA≦LE≦LEB+5[eV]的區域LE而獲得極大效果。應用此能量區域之方法及構成，能夠在可能的範圍內，應用於以上所說明的任意方法及構成。藉此，可取得高S/N，而能進行高感度且高速的缺陷檢查及異物檢查。
接著使用第34圖，更詳細說明在異物10的檢測或檢查中有效率之一次系電子束的著陸能量LE。第34圖係顯示一次系電子束的著陸能量LE與畫像的階調之關係。第34圖係顯示出試料20的階調特性與異物10的階調特性，作為試料20與異物10之關係。
如第33圖的說明中所提及，著陸能量LE較LEA還小之區域，係表示鏡像電子區域。所謂鏡像電子區域，是指從試料20上不存在異物10之正常部中，僅檢測出幾乎所有的鏡像電子之能量區域。
此外，著陸能量LE較LEB還大之區域，係表示二次電子區域。二次電子區域，為從試料20的正常部中，僅檢測出幾乎所有的二次電子之能量區域。在此為了簡化，係著眼於二次電子而使用二次電子區域這名詞。更詳細而言，為二次釋出電子區域並產生二次釋出電子。如已說明般， 二次釋出電子包含二次電子、反射電子及後方散射電子。
此外，著陸能量LE為LEA以上LEB以下之區域，係表示混合存在區域。混合存在區域，為從試料20的正常部中檢測出鏡像電子與二次電子兩者之混合存在區域。混合存在區域為鏡像電子與二次電子之間的轉移區域。
如上所述，照射一次系電子束的著陸能量LE，較理想為設定在LEA≦LE≦LEB或LEA≦LE≦LEB+5[eV]的能量區域。以下使用第34圖，更詳細說明此設定。
第34圖係顯示關於異物10與試料20上的正常部之各者的階調DN相對於一次系電子束的著陸能量LE之變化。 階調DN(Digital Number)係對應於檢測器70中所檢測之電子數。當異物10與試料20之接觸電阻較高時，或是異物10為帶電時，異物10係表示出與周圍的正常部之不同的階調變化。此係因產生異物10的電位變化而容易產生鏡像電子之故。根據本發明人等的發現，當LEA至LEB的範圍在-5[eV]至+5[eV]時，確認出較多此情況。此外，如上所述，與正常部比較，即使在一次系電子束的著陸能量LE為較高的狀態下，異物10亦產生鏡像電子(在此，鏡像電子可與二次電子混合存在)。因此，當進行異物10的攝像或檢查時，LEA至LEB +5[eV]適合作為所使用之著陸能量LE區域。例如，假定LEA至LEB為-5[eV]至+5[eV]。此時，著陸能量LE區域更理想為-5[eV]至+10(=5+5)[ev]。
此外，著陸能量範圍“LEA至LEB +5[eV]”者，不論基板材料為何，對所有種類的基板均為有效。例如，著陸 能量範圍“LEA至LEB +5[eV]”，對於形成有圖型等之基板，或是對於異物存在於表面之基板，均為有效。此LE的範圍亦不論基板或異物的材料為何，均為有效。例如，在玻璃基板的觀察中，可適當地應用著陸能量範圍“LEA至LEB +5[eV]”。藉此可獲得良好的畫像。
在此，能夠以較高對比來攝像異物10之理由，從第34圖中可明瞭。如第34圖所示，在異物10與周圍的正常部中，亮度變化有所不同。相較於正常部，在異物10中係於較高的著陸能量LE(=LEB +5[eV])產生鏡像電子。因此，如圖所示，可擴大異物10與正常部的階調差△DN。例如，假定正常部的階調DN為50DN，正常部的亮度變動(雜訊)為3DN。此外，假定異物10的階調DN為100DN。此時，階調差△DN=50DN(=100DN-50DN)。S/N為50/3=16.7。如此，可獲得高S/N值。此係在上述，LEA至LEB +5[eV]的著陸能量LE區域中所產生之現象。藉由利用此現象，可進行高對比的攝像或檢查。在其他著陸能量LE區域中，無法僅將異物10構成為鏡像電子產生狀態，因此，亦無法如上述般提高異物10與周圍的正常部之對比。因此，在異物10的檢測中，較理想為在LEA≦LE≦LEB+5[eV]的範圍進行檢測。
以上係說明就目前時點所考量之本發明的較佳實施形態，可理解的是對本實施形態能夠進行多種變形，並且申請專利範圍包含屬於本發明的真正精神與範圍內之所有變形。
「產業上的利用可能性」
本發明可利用於使用電子線來檢查半導體晶圓等試料上的異物之存在的有無，或是檢查缺陷的有無等之電子線檢查裝置。
[第2觀點]
第2觀點係關於絕緣區域與導電區域之觀察。
本發明之目的在於提供一種當試料面上形成有絕緣區域與導電區域時，能夠在高對比下進行試料面的觀察之技術。
本發明之試料觀察裝置係包含：將攝像電子束照射至形成有絕緣區域與導電區域之試料面之電子束源；為進行藉由前述攝像電子束的照射來獲得前述試料面的構造資訊之電子的定向之E×B濾波器，並且為因應往與前述攝像電子束的入射方向為相反方向行進之前述電子的速度，藉由電場與磁場來進行前述電子的定向之E×B濾波器；檢測出藉由該E×B濾波器進行定向後之前述電子，並從檢測出之前述電子取得前述試料面的畫像之檢測器；以及將前述攝像電子束的照射能量，設定在前述電子包含鏡像電子與二次電子兩者之轉移區域之照射能量設定部(帶電電子束照射手段)。
藉此，可使用畫像的材料對比變大之轉移區域的著陸能量帶，來取得試料面的畫像。因此，可獲得藉由高對比能辨識出絕緣區域與導電區域之畫像。
此外，於本發明中，前述電子束源，在照射前述攝像電子束前，可預先照射用以使前述試料面的前述絕緣區域 帶電之帶電電子束，前述E×B濾波器，可選擇性地將獲得前述導電區域的構造資訊之電子或是獲得前述絕緣區域的構造資訊之電子，導入至前述檢測器。
藉此，藉由在攝像前預先照射電子束，可使絕緣區域帶負電。可擴大絕緣區域與屬於接地電位之導電區域之電位差。因此，更能夠提高絕緣區域與導電區域的材料對比。
此外，本發明之裝置，尚可具有在照射前述攝像電子束前，為了使前述試料面的前述絕緣區域帶電而預先照射帶電電子束之帶電電子束照射部(帶電電子束照射手段)，前述E×B濾波器，可選擇性地將獲得前述導電區域的構造資訊之電子或是獲得前述絕緣區域的構造資訊之電子，導入至前述檢測器。
藉此，可使絕緣區域帶負電。可擴大絕緣區域與屬於接地電位之導電區域之電位差。因此，更能夠提高絕緣區域與導電區域的材料對比。此外，藉由使用帶電用的專用電子束照射部，可迅速地進行帶電電子束與攝像帶子束地切換，而能縮短觀察時間。
此外，本發明之裝置可具有：具有光圈徑為不同之複數種的NA光圈之NA調整光圈；以及使該NA調整光圈移動之NA調整光圈移動機構；以使具有前述導電區域的構造資訊之前述電子通過前述NA光圈之方式，調整前述NA光圈的位置與前述光圈徑，使前述畫像的對比達到最適化。
在此，NA調整光圈，為本發明之可調整位置及光圈徑的至少1種之光圈。藉由上述構成，即使在檢測器附近， 亦可區別並分離來自導電區域的電子以及來自絕緣區域的電子。因此，可確實地檢測出來自導電區域的電子，而能更進一步提高絕緣區域與導電區域的材料對比。
此外，於本發明中，前述檢測器可為直接檢測出前述電子之EB-CCD或EB-TDI。
藉此，可使用能夠直接檢測出電子且訊號損失較少之高解析度型的檢測器，而取得高解析度的畫像。
此外，於本發明中，前述試料面可包含前述絕緣區域的面積較前述導電區域的面積還大之形成在半導體晶圓上之接觸插栓，或是光罩的接觸構造。
在半導體晶圓的接觸插栓或是光罩的接觸構造中，導電區域的面積遠較絕緣區域的面積還小。亦即，導電區域的面積比極小。此時，本發明可提高材料對比，而取得在畫像中導電區域可浮現出之畫像。如此，可容易地對絕緣材料的面積比例較多之試料進行觀察或檢查。
此外，本發明之半導體製造方法係包含：加工半導體晶圓之工序；以及使用上述試料觀察裝置來觀察加工後之前述半導體晶圓的試料面之工序。
藉此，在半導體製程中，可藉由材料對比較高的畫像來觀察或檢查半導體晶圓的良好與否。因此可容易地發現缺陷等。
此外，本發明為一種試料觀察方法，係將攝像電子束照射至形成有絕緣區域與導電區域之試料面；檢測出獲得前述試料面的構造資訊之電子而取得前述試料面的畫像； 照射至前述試料面之前述攝像電子束，係具有前述電子包含鏡像電子與二次電子兩者之轉移區域的照射能量。
藉此，可使用在導電材料與絕緣材料之間畫像中的材料對比較大之能量帶，來取得畫像。因此可取得容易進行觀察之畫像。
此外，本發明之方法，可在照射前述攝像電子束前，照射使前述試料面的前述絕緣區域帶電之帶電電子束。
藉此，可使絕緣區域帶負電。可擴大絕緣區域與屬於接地電位之導電區域之電位差。因此，可藉由材料的不同，使藉由電子束的照射所產生之電子的速度成為不同。因此更能夠提高材料對比。
此外，本發明之半導體製造方法係包含：加工半導體晶圓之工序；以及使用上述試料觀察方法來觀察加工後之前述半導體晶圓的試料面之工序。
藉此，可使用材料對比較高的畫像來觀察或檢查半導體製程中之半導體晶圓的表面。因此可容易地發現缺陷等。
「發明的效果」根據本發明，可取得關於試料面的絕緣區域與導電區域之材料對比較高的畫像。
「發明的實施形態」
以下係敘述本發明的詳細說明。以下的詳細說明及附加圖面，並非用以限定本發明者。本發明的範圍係由以下的申請專利範圍所規定。
第35圖係顯示本發明的實施形態之試料觀察裝置之構成的一例。第35圖中，試料觀察裝置係具備：電子束源 1010、一次系透鏡1020、聚光透鏡1030、E×B1040、傳遞透鏡1050、NA(Numerical Aperture；開口數)調整光圈1060、投影透鏡1070、檢測器1080、畫像處理裝置1090、承載台1100、照射能量設定部1110、以及電源1115。此外，試料觀察裝置可因應必要而具備帶電電子束照射部1120。再者，如第35圖所示，作為試料觀察裝置的相關構成要素，係於承載台1100上載置有試料1200。試料1200於表面具有試料面1201。
上述構成中，一次系透鏡1020等，係構成本發明之一次光學系。電子束源在本發明中亦可包含於一次光學系。 此外，傳遞透鏡1050、NA調整光圈1060、投影透鏡1070等，係構成本發明之二次光學系。此外，檢測器1080於本發明中亦可包含於二次光學系。此外，畫像處理裝置1090包含於本發明之畫像處理部。
電子束源1010為將電子束照射至試料1200的試料面1201之手段。電子束源1010例如具備電子源1011、韋乃特電極1012、及陽極1013。電子束源1010藉由電子源1011產生電子，以韋乃特電極1012引出電子，以陽極1013使電子加速，而將電子束朝向試料面1201照射。
電子束源1010，係以可同時攝像複數個畫素之方式，生成具有可涵蓋複數個畫素之預定面積的電子束。可將如此直徑較大之電子束稱為面狀電子束。藉此，藉由將1次的電子束照射至試料面1201可同時攝像複數個畫素。因此，可高速取得寬廣面積的二次元畫像。
照射能量設定部1110，為設定電子束的照射能量之手段。照射能量設定部1110係包含電源1115。電源1115將電力供應至電子束源1010，並從電子源1011產生電子。 為了從電子源1011產生電子，係將電源1115的負極連接於電子源1011。電子束的照射能量，係藉由試料1200與電子源陰極之電位差所決定。電子源陰極為電子束源1010的電子源1011中所具備之陰極。因此，照射能量設定部1110，可藉由調整電源1115的電壓來調整及設定照射能量。以下，將電源1115的電壓稱為「加速電壓」。本實施形態中，係以照射能量設定部1110將電子束的照射能量設定在適當的值，藉此可提高取得畫像的材料對比。照射能量的具體設定方法將於之後詳述。
一次系透鏡1020為將電場或磁場賦予至從電子束源1010所發射之電子束，使電子束偏向並引導至試料面1201的期望照射區域之光學手段。如第35圖所示，可使用複數個一次系透鏡1020。一次系透鏡1020，例如可適用四極透鏡。
E×B1040為將電場與磁場賦予至電子束或電子，藉由勞倫茲力使電子束或電子定向，而使電子束或電子朝向特定方向之手段。E×B1040的電場及磁場，係設定為產生將從電子束源1010所發射之電子束朝向試料面1201的方向之勞倫茲力。此外，藉由將電子束照射於試料面1201，對於獲得試料面1201的構造資訊之電子，E×B1040的電場與磁場可設定為使電子直接朝上方直行並朝向檢測器1080 的方向。藉此，可將入射至試料面1201之電子束，與從試料面1201側所產生且往與入射方向為相反方向行進之電子予以分離。E×B稱為韋恩濾波器。因此，本發明中，係使用E×B濾波器之用詞。
聚光透鏡1030為使電子束成像於試料面1201，並且使獲得試料面1201的構造資訊之電子收斂之透鏡。因此，聚光透鏡1030係配置在最接近試料1200的旁邊。
傳遞透鏡1050為將通過E×B1040之電子引導至檢測器1080的方向，並且在NA調整光圈1060的NA光圈1061附近產生交越(crossover)之光學手段。
NA調整光圈1060為調整通過電子數之手段。NA調整光圈1060係於中央具有NA光圈1061(亦即，NA調整光圈1060為光圈構件，NA光圈1061為開口)。NA調整光圈1060，係具有使從試料面1201側上升並藉由傳遞透鏡1050所引導之電子通過之往檢測器1080的通路之功能。此外，NA調整光圈1060係以使成為攝像的雜訊之電子不會朝向檢測器1080之方式來阻隔電子，而調整通過電子數。本實施形態中，NA調整光圈1060係選擇性地使獲得試料面1201之導電區域的構造資訊之電子或是獲得絕緣區域的資訊之電子的一方通過，並遮蔽另一方的電子。詳細內容將於之後詳述。
投影透鏡1070為最終焦點調整手段，係作用於通過NA調整光圈1060之電子，並使像成像於檢測器1080的檢測面1081。
檢測器1080為檢測出藉由將電子束照射於試料面1201而獲得試料面1201的構造資訊之電子，並取得試料面1201的畫像之手段。檢測器1080可應用各種檢測器。 例如，檢測器1080可應用能夠進行並排畫像取得之CCD(Charge-Coupled Device：電荷耦合裝置)檢測器，此外亦可應用TDI(Time Delay Integration：時間延遲整合)-CCD檢測器。檢測器1080為CCD或TDI-CCD等之二次元畫像攝像型，電子束源1010將面狀電子束照射至包含複數個畫素之預定面積。藉此，可藉由1個場所的電子束照射而進行並排畫像，而能夠取得寬廣面積的畫像。因此，可進行試料面1201的高速觀察。CCD或TDI-CCD為檢測出光並輸出電性訊號之檢測元件。因此，當應用CCD或TDI-CCD為檢測器1080時，必須具備將電子轉換成光之螢光板，或是進行電子的倍增之MCP(Micro Channel Plate：微通道板)，此構成亦可包含於檢測器1080。
檢測器1080可為EB-CCD或EB-TDI。EB-CCD及EB-TDI就二次元畫像攝像型的檢測器之點來看，係與CCD及TDI-CCD相同。然而，EB-CCD及EB-TDI係直接檢測出電子，不需經過光-電子之間的轉換而輸出電性訊號。因此，不需具備上述螢光板或MCP。由於中途的訊號損失減少，所以可取得高解析度的畫像。檢測器1080可應用此高解析度式的EB-CCD或EB-TDI。
畫像處理裝置1090為根據從檢測器1080所輸出之電性訊號，而生成試料面1201的畫像之裝置。具體而言，係 根據從檢測器1080所輸出之座標資訊及亮度資訊，生成二次元畫像。本實施形態，係觀察在試料面1201包含絕緣材料與導電材料之試料1200。較理想為在絕緣區域與導電區域產生亮度差，並取得材料對比較高之畫像。因應此要求，畫像處理裝置1090係以可取得良好畫像之方式，進行所需之畫像處理及畫像生成。
承載台1100為藉由在上面載置試料1200而支撐試料1200之手段。承載台1100係以電子束可照射試料面1201的全部被觀察區域之方式而在水平方向上，例如X-Y方向上移動，此外，亦可在水平方向上旋轉。此外，承載台1100可因應必要而在垂直方向上，亦即Z方向上移動。為了將承載台1100構成為可移動，可具備馬達或氣壓等之移動手段。
帶電電子束照射部1120，為用以使試料面1201帶電而設置之電子束照射手段。試料面1201的帶電，係在電子束源1010照射攝像用攝像電子束之前所進行。帶電電子束照射部1120，可因應必要而設置。當在攝像試料面1201之前預先照射電子束於試料面1201的絕緣區域時，係使絕緣區域成為負帶電。另一方面，導電區域經常為接地電位。 因此，可在試料面1201上形成因應材料不同之電位差。藉由此電位差，可提高導電區域與絕緣區域之材料對比。如此，當欲在攝像電子束之前將帶電電子束照射至試料面1201時，可適當地設置帶電電子束照射部1120。
其他構成中，亦可不使用帶電電子束照射部1120。亦 可使電子束源1010照射帶電電子束，接著以相同的電子束源1010照射攝像電子束至試料面1201。此構成同樣可進行帶電電子束的照射。因此，帶電電子束照射部1120例如可在欲將帶電電子束照射至試料面1201時，尤其在帶電電子束的照射後立即照射攝像電子束時設置。一般而言，帶電電子束與攝像電子束中，照射能量有所不同。藉由設置帶電電子束照射部1120，可不需進行帶電電子束照射與攝像電子束照射之間之照射能量的調整。因此，可進行迅速的攝像。於強烈要求縮短觀察時間等時，可適當地設置帶電電子束照射部1120。藉此，可因應縮短觀察時間之要求。
試料1200，於該表面的試料面1201上包含由絕緣材料所形成之絕緣區域與由導電材料所形成之導電區域。可應用種種形狀的試料1200。試料1200，例如為半導體晶圓或光罩等基板。本實施形態之試料觀察裝置，當絕緣區域的面積比為較導電區域還大時，可適當地觀察試料面1201。例如，當試料1200為半導體晶圓的接觸插栓或是光罩的接觸構造時，導電區域的面積比為較小。此時，可良好地取得試料面1201的畫像並進行觀察。導電材料與絕緣材料可應用種種材料。例如，導電材料可為W(鎢)等的插栓材料。絕緣材料可為用作為半導體晶圓的絕緣層之SiO2 (氣化矽膜)等。
接下來，具體說明使用第35圖的試料觀察裝置所進行之試料觀察的內容。
第36A圖及第36B圖係顯示攝像電子束的照射能量與 材料對比之關係的一例。第36A圖係顯示因照射能量波段的不同而不同之畫像的例子。第36B圖係顯示攝像電子束的照射能量與檢測器電流之相關關係。
第36B圖中，橫軸為攝像電子束的照射能量(著陸能量LE)，縱軸為檢測器1080之檢測器電流的大小。此外，第36B圖中，實線所示之特性曲線，係顯現出具有10至300[μm]的光圈徑之NA調整光圈1060的傾向。一點鏈線所示之特性曲線，係顯現出具有100至3000[μm]的光圈徑之NA調整光圈1060的傾向。此外，在光圈徑10至300[μm]時，二次電子區域為LE=2至10[eV]，轉移區域為LE=-2至2[eV]，鏡像電子區域為LE=-2[eV]以下之區域。
在此，二次電子係包含於本發明之二次釋出電子，第2圖的二次電子區域為本發明之二次釋出電子區域的一例。所謂二次釋出電子，是指因電子束往試料面1201的碰撞而從試料1200所釋出之電子。二次釋出電子，除了所謂的二次電子之外，可包含反射電子及後方散射電子。反射電子為具有與入射能量大致相等之反射能量的電子。後方散射電子為往後方產生散射之電子。然而，二次釋出電子中，主要是檢測出二次電子。因此，為了說明本發明，以下係以二次電子為主要的二次釋出電子進行說明。二次電子係具有從試料1200釋出的方式為依循餘弦法則之性質。
此外，所謂鏡像電子，是指未與試料面1201碰撞而反射之電子。詳細而言，電子束朝向試料面1201前進，不與試料面1201碰撞，並且在試料面1201附近將行進方向改 變為相反方向而結果成為鏡像電子。例如，假定試料面1201的電位為負電位，且電子束的著陸能量LE較小。此時，電子束受到試料面1201附近的電場作用，不與試料面1201碰撞並且將行進方向改變為相反方向，此現象導致鏡像電子的產生。本實施形態之試料觀察裝置及試料觀察方法中，如上所述，鏡像電子為「未與試料面1201碰撞，並將行進方向改變為相反方向而反射之電子」。
第36B圖中，二次電子區域為著陸能量LE=2至10[eV]之區域。二次電子區域中，檢測電流係與NA調整光圈1060之光圈徑的不同相依而產生較大不同。該理由為二次電子的試料面釋出角度是由餘弦法則所決定，使電子的擴散在NA調整光圈1060的位置上增大之故。
當著陸能量LE降低至低於2[eV]以下時，鏡像電子逐漸增加。此能量區域為鏡像電子與二次電子混合存在之轉移區域。轉移區域中，由於NA調整光圈1060之光圈徑尺寸的不同所導致之檢測器電流的差較小。
當著陸能量LE低於-2[eV]以下時，未觀察到二次電子的釋出，且鏡像電子的釋出量為一定。此區域為鏡像電子區域。鏡像電子區域中，並未觀察到與NA調整光圈1060的光圈徑尺寸相依之檢測器電流的差。此可考量為鏡像電子在NA調整光圈1060的位置上收歛。收歛範圍在300[μm]以下10[μm]以上左右。由於鏡像電子不與基板表面碰撞而反射，所以指向性高，直行性高，且收歛範圍較窄。
第2圖中，光圈徑為10至300[μm]及1000至3000[μm]。此係用作為可獲得實線與虛線的2種傾向之適當的2種光圈徑範圍。當光圈徑為未滿10[μm]或是大於3000[μm]時，可考量為特性曲線顯現出相同傾向。在此，由於因雜訊增大所形成之測定的限度，所以光圈徑訂定為10[μm]以上3000[μm]以下。
第37圖係示意性顯示因應照射電子束的著陸能量LE之鏡像電子及二次電子的產生現象。鏡像電子及二次電子均獲得試料面1201的構造資訊。鏡像電子及二次電子中，角度為不同，此情形如參照第36A圖及第36B圖所說明般。
第37圖係表示關於鏡像電子區域與轉移區域，實效著陸能量與電子的動作之關係。
第37圖的例子中，鏡像電子區域為實效著陸能量LE為0[eV]以下之區域。鏡像電子區域中，照射電子束未與試料面1201碰撞，並於空中反射而成為鏡像電子。如第37圖所示，當照射電子束垂直入射於試料面1201時，鏡像電子亦垂直反射，使電子的行進方向為一定。
另一方面，轉移區域中，鏡像電子未與試料面1201碰撞，並於空中反轉方向而反射。此現象與鏡像電子區域中的鏡像電子相同。然而，一部分的照射電子束與試料面1201碰撞，結果使二次電子從試料1200的內部往空中釋出。在此，由於照射電子束垂直入射於試料面1201，所以鏡像電子往垂直方向反射。然而，二次電子係依循餘弦法則往各種方向擴散。餘弦法則的分布係於垂直方向具有餘弦的關 係。所以當著陸能量愈高，二次電子的比例較鏡像電子的比例愈大。
如第37圖所示，鏡像電子的行進方向雖一定且具有良好的指向性，但二次電子的行進方向依循餘弦法則擴散，指向性並非良好。
上述例子中，轉移區域為-2[eV]至2[eV]。轉移區域為鏡像電子與二次電子混合存在之區域。發明人們根據種種實驗經驗，發現到在以下所述之能量範圍中會引起此轉移現象(混合存在現象)，以及該區域的使用於圖型攝像中極具效果。
在所照射之一次系電子束中，著陸能量LE較理想為設定在LEA≦LE≦LEB或LEA≦LE≦LEB+5[eV]的區域。
以下詳細說明此內容。第38圖係顯示試料表面1201相對於著陸能量LE之階調的變化之圖。在此，階調係對應於畫像的亮度，並且與檢測器1080中所取得之電子數量成比例。
第38圖中，著陸能量LE為LEA以下之區域為鏡像電子區域。著陸能量LE為LEB以上之區域為二次電子區域。 此外，著陸能量LE為LEA以上LEB以下之區域為轉移區域。在關於本發明之許多確認結果中，LEA至LEB的較佳範圍在-5[eV]至+5[eV]。亦即，LEA及LEB較理想為滿足-5[eV]≦LEA≦LEB+5[eV]的關係。
絕緣區域與導電區域中，鏡像電子的形成狀況具有差異。藉此產生特性線的差異，亦即產生階調差，階調差會 形成較大對比。亦即，因材料或構造的不同，使絕緣區域的特性線與導電區域的特性線相互偏離，而形成階調差。 如此係發現到上述著陸能量LE的範圍極為重要之情形。在-5[eV]≦LEA≦LEB+5[eV]或是LEA≦LE≦LEB+5[eV](例如-5[eV]至+10(5+5)[eV])的區域中使用著陸能量LE者，乃極為有效。
返回第36A圖，說明各個產生電子區域之絕緣材料與導電材料的對比。導電材料及絕緣材料，可為以導體及絕緣體所形成之種種材料。例如，導電材料可為W(鎢)，絕緣材料可為SiO2 (氧化矽膜)等。
第36A圖為各個產生電子區域之材料對比的一例，係表示二次電子區域、轉移區域及鏡像電子區域的材料對比。首先著眼於鏡像電子區域的材料對比，導電材料與絕緣材料中，並不存在差異。在鏡像電子區域中，此係由於電子在試料面1201之面前反射，使導電材料與絕緣材料不存在對比差之故。此外，在轉移區域與二次電子區域中，導電材料與絕緣材料中均存在著差異。轉移區域中，導電材料與絕緣材料的對比差較大。此理由可考量為所檢測出之電子包含鏡像電子之故。由於鏡像電子的指向性良好，所以訊號量增加而使對比提高。
如此，藉由在二次電子與鏡像電子混合存在之轉移區域中取得試料面1201的畫像，可提高導電材料與絕緣材料的對比。
轉移區域中，於試料表面3201的絕緣區域，可在攝像 前預先照射電子束。藉此使絕緣材料帶電而使電位成為負數[eV]的程度。另一方面，導電材料的電位為一定的接地電位。由於具有能量差，所以在E×B1040中，相較於獲得導電材料的構造資訊之電子，獲得絕緣材料的構造資訊之電子的軌道產生偏離。因此，藉由進行適當的調整，可將到達檢測器1080之電子限定為獲得導電材料的構造資訊之電子。此外，轉移區域為鏡像電子與二次電子混合存在之能量區域。當二次電子與鏡像電子混合存在時，來自絕緣區域之電子的軌道，係於兩者的電子中產生移位。在此，電場方向的力為F=e．E(e為電子的電荷1.602×10-19 [C]、E為電場[V/m])。作用於電子之力，係不依存於速度[m/s]。 另一方面，磁場方向的力為F=e．(v×B)，係與電子的速度[m/s]相依。一般，係以使從導電性基板所射出之電子直行之方式，來設定E×B條件(韋恩條件)。然而，由於電子速度v[m/s]的變化，使磁場方向的力產生變化。因此，在E×B1040的下游側(檢測器1080側)，電子的軌道移位。
第39A圖及第39B圖為顯示獲得試料面1201的構造資訊之電子的軌道的一例之示意圖。第39A圖為電子軌道的側視圖，第39B圖為顯示電子軌道之部分放大圖。
第39A圖中，試料1200配置於下方。於試料1200，藉由試料用電源1101而施加有負電位。試料1200中，在導電材料1202上覆蓋有絕緣材料1203。孔1204為絕緣材料1203的缺口。導電材料1202從孔1204暴露出，並構成試料面1201的一部分。例如，在光罩的接觸構造中，如第 39A圖所示之試料1200，孔1204的底面較多為以導電材料1202所構成。此外，僅顯示出E×B1040、NA調整光圈1060、檢測器1080作為試料觀察裝置的構成要素。
第39A圖中，電子束EB係從右上方發射。電子束藉由E×B1040而偏向，並垂直入射於試料面1201。獲得試料面1201的構造資訊之電子中，電子ec係獲得導電區域1202的構造資訊。此電子ec係直行並通過NA調整光圈1060的NA光圈1061。另一方面，電子ei為獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子。此電子ei係改變軌道，往NA光圈1061的周邊行進並與NA調整光圈1060的構件部分碰撞。亦即，獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec到達檢測器1080，獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei未到達檢測器1080。
此例中，絕緣區域1203佔有試料面1201的大部分，一部分(孔1204的底面)為導電材料1202。此構造於光罩的接觸構造中為常見。此構造中，本實施形態係僅將獲得導電區域1202的表面構造資訊之電子ec引導至檢測器1080，獲得絕緣區域1203的表面構造資訊之電子ei並未到達檢測器1080。藉此可取得特異的高對比之畫像。在此，電子ec、ei包含鏡像電子與二次電子兩者。
此外，因應材料種類之電子的分離檢測，亦可應用於光罩以外的試料，例如，亦可同樣應用於半導體晶圓等之線/間距圖型的檢測。
第39B圖係顯示從下側觀看NA調整光圈1060之放大 圖。在長方形之NA調整光圈1060的一部分上，形成有NA光圈1061。電子ec係獲得導電區域1202的構造資訊。此電子ec包含於NA光圈1061內，因此可通過NA光圈1061。 另一方面，電子ei為獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子。此電子ei的大部分被NA調整光圈1060所遮蔽，無法通過NA光圈1061。
來自導電區域1202及絕緣區域1203之鏡像電子的電子軌道，在NA調整光圈1060的位置上具有交越點，並成為最小光點的100[μm]。因此，藉由利用因E×B1040所導致之軌道移位，可使NA調整光圈1060容易地選擇分離出獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec。此分離可在不會失去光學解析度下進行。當材料間的帶電電位差較大時，在NA調整光圈1060的位置上之軌道移位亦較大。因此，能夠使用具有更大的光圈徑之NA調整光圈1060，增加所檢測之電子數，而適當地形成畫像。
當在照射攝像電子束之前將帶電電子束照射至試料面1201的絕緣區域1203時，可使用電子束源1010。此外，當設置有帶電電子束照射部1120時，可使用此帶電電子束照射部1120。亦可在未依據檢測器1080進行攝像之狀態下，將帶電電子束照射至試料1200的試料面1201。此時，可將帶電電子束僅照射至絕緣區域1203。然而，即使將帶電電子束照射至導電區域1202，該表面電位亦為零電位。 因此，可不需特別區分導電區域1202及絕緣區域1203，而將預定照射能量的帶電電子束照射至試料面1201的攝 像區域。
第40A圖及第40B圖為說明NA光圈1061的最適位置之圖，詳細而言，係表示NA調整光圈1060的位置之鏡像電子及二次電子的軌道擴散、與NA光圈1061的最適位置之關係。第40A圖關於鏡像電子，係表示NA調整光圈1060之NA光圈1061的最適位置。第40B圖關於二次電子，係表示NA光圈1061的最適位置。第40A圖及第40B圖中，黑色圓表示獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec。灰色圓表示獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei。
如第40B圖所示，當獲得試料面1201的構造資訊之電子為二次電子時，從導電區域1202所釋出之電子ec與從絕緣區域1203所釋出之電子ei，於大部分區域會重疊。 此時，NA調整光圈1060之NA光圈1061的中心，係對準於與從導電區域1202所釋出之電子的軌道中心略呈一致之位置。此位置可考量為NA調整光圈1060之NA光圈1061的最適位置。藉此，從試料面1201的導電區域1202所釋出之電子ec，能夠以電子ec之電子密度最高部分為中心而檢測出。然而，如第40B圖所示，從絕緣區域1203所釋出之電子ei的電子軌道，亦幾乎與從導電區域1202所釋出之電子ec的軌道重疊。因此，無法分離兩者來檢測。因此，在二次電子區域中，係根據從導電區域1202所釋出之二次電子ec與從絕緣區域1203所釋出之二次電子ei之訊號的不同，來區分導電區域1202與絕緣區域1203。
另一方面，第40A圖中，在獲得導電區域1202的構造 資訊之電子ec與獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei中，電子軌道產生差異，2個電子軌道的中心處於互相偏離之位置關係。此時，例如將NA調整光圈1060之NA光圈1061的位置，配置為使所有獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec通過，使獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei不太能夠通過NA光圈1061。藉此，可僅分離出獲得導電區域的構造資訊之多數電子ec，並引導至檢測器1080。因此，可提高導電區域1202與絕緣區域1203的材料對比。以往，一般為了進行此分離，必須使用由複數個磁場與電場所構成之色像差校正器(單色計)。然而，根據本實施形態之試料觀察裝置及試料觀察方法，可不設置色像差校正器。僅藉由NA調整光圈1060的位置調整，可獲得同樣效果而取得適當的畫像。
第39A圖至第40B圖的例子，係構成為選擇性地將獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec引導至檢測器1080，並且使獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei不會被引導至檢測器1080。然而，亦可為相反的構成，並藉由E×B1040的設定與NA調整光圈1060的配置及光圈徑的調整來實現。亦即，變形例可構成為選擇性地將獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei引導至檢測器1080，並且使獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec不會被引導至檢測器1080。如此，本實施形態可選擇性地將獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec及獲得絕緣區域1203的構造資訊之電子ei中的任一種引導至檢測器1080。引導並檢 測出何種電子者，可因應用途而適當地自由決定。
接著說明測定結果的例子。以下的實驗例，係顯示藉由本實施形態之試料觀察裝置及方法所得之種種條件下的材料對比之測定結果。
<實驗例1>第41A圖及第41B圖係顯示於實驗例1所觀察之試料1200的構造與所取得之畫像的一例。第41A圖係顯示屬於試料1200之接觸插栓的剖面構造。第41B圖係顯示具有接觸插栓構造之試料1200的取得畫像的一例。
第41A圖中，在半導體基板之矽基板1205上，形成有絕緣區域1203及導電區域1202。絕緣區域1203係由SiO2 所形成。此外，導電區域1202係由鎢的材料所形成，並具有接觸插栓的形狀。試料面1201的俯視構造中，絕緣區域1203為基底，導電區域1202係作為點或圓的形狀而形成於基底中。
第41B圖為藉由試料觀察所取得之試料面1201的畫像的一例，絕緣區域1203為畫像中的黑色基底部分。白色圓形的導電區域1202從黑色基底中浮出。如此，藉由提高材料對比，本實施形態可取得容易區分絕緣區域1203及導電區域1202之畫像，並且容易地進行缺陷等的觀察或檢查。
第41B圖的例子中，絕緣區域1203為低亮度且較黑，導電區域1202為高亮度且較白。為了獲得此畫像，如上所述，例如以選擇性地檢測出從絕緣區域1203所產生之電子的方式，調整NA調整光圈1060之NA光圈1061的位置。
接下來說明用以取得如此的高對比畫像之試料觀察方 法的設定條件的一例。
第42A圖及第42B圖係顯示試料觀察方法的測定結果。試料觀察方法的設定條件如下所述。電子束源1010之電力源1011的陰極電壓為-3995至-40005[eV]。試料面1201的電壓為-4000[eV]。此外，著陸能量LE為-1[eV]，藉此，可使著陸能量於轉移區域內達到最適化。電子束的照射電流密度為0.1[mA/cm2 ]。檢測器1080的畫素尺寸為50[nm/pix]。NA調整光圈1060之NA光圈1061的光圈徑為150[μm]。帶電電子束的預投入量為1[mC/cm2 ]。
第42A圖為在上述條件下改變電子束的著陸能量時之具有第41A圖的剖面構造之接觸插栓的觀察結果之表。第42B圖為第42A圖的測定結果之圖表。
第42B圖中，橫軸為著陸能量LE，縱軸為所取得之畫像的平均階調。絕緣區域的特性曲線，係藉由連結以略呈正方形標記所表示之點的曲線來表示。導電區域的特性曲線，係藉由連結以菱形標記所表示之點的曲線來表示。此外，係從絕緣區域與導電區域的平均階調來算出對比。對比係藉由連結以三角標記所表示之點的曲線來表示。對比可使用式(1)來算出。
對比=|導電材的平均階調-絕緣材的平均階調|÷(導電材的平均階調+絕緣材的平均階調)………(1)
如此，對比為以“導電材的平均階調+絕緣材的平均階調”除“導電材的平均階調-絕緣材的平均階調”的絕對值之值。
第42A圖、第42B圖中，當著陸能量LE=-1[eV]時，對比為最高的0.8。如第36B圖所說明，著陸能量LE=-1[eV]為鏡像電子與二次電子混合存在之轉移區域內。因此，可得知在轉移區域內能夠獲得最高的材料對比。
上述實施形態中，係以使鏡像電子或二次釋出電子往檢測器的方向直行之方式來設定E×B濾波器(韋恩濾波器)的條件。然而，本發明並不限定於上述。例如一次電子束(所照射的電子束)與二次電子束(鏡像電子與二次釋出電子)兩者可不進行直行，亦即，可藉由E×B濾波器的作用使兩者的電子束偏向。此外，可為例如一次電子束為直行，二次電子束藉由E×B濾波器的作用而具有偏向角度。這些構成均包含於本發明的範圍。
<實驗例2>第43A圖及第43B圖係顯示於實驗例2的測定結果。第43A圖係顯示帶電電子束的投入量與對比之相關關係的測定結果之表。第43B圖為第43A圖的測定結果之圖表。試料觀察裝置的種種設定條件以及測定對象的試料1200，係與實驗例1相同，因此省略該說明。
實驗例2中，帶電電子束照射至試料面1201，之後將試料面1201攝像。如第43A圖、第43B圖所示，當在攝像前預先照射1[mC/cm2 ]以上的帶電電子束時，對比為0.8以上，可獲得穩定的對比。亦即，當帶電電子束的投入量為1[mC/cm2 ]以上時，試料面1201之絕緣區域1203的帶電飽和並成為負電位，而獲得穩定的對比。
<實驗例3>第44A圖及第44B圖係顯示於實驗例3 的測定結果。第44A圖係顯示NA調整光圈1060的位置與對比之相關關係的測定結果之表。第44B圖為第44A圖的測定結果之圖表。試料觀察裝置的種種設定條件以及測定對象的試料1200，係與實驗例1相同，因此省略該說明。
第44A圖及第44B圖中，係一邊調整NA調整光圈1060之NA光圈1061的位置，一邊進行測定。結果為，當光圈位置在中心位置的0[μm]時，可獲得最大的對比0.8。亦即，當NA調整光圈1060之NA光圈1061的中心與光軸一致時，可使最多之獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec通過。此外，隨著NA調整光圈1060從中心往負的方向移動，由於與從絕緣區域1203所產生之電子ei的干涉，使對比降低。相反的，在NA調整光圈1060從中心往正的方向移動，亦會使獲得導電區域1202的構造資訊之電子ec的訊號降低，導致對比的降低。結果為與參照第40A圖所說明之事項一致。
<實驗例4>第45A圖及第45B圖係顯示於實驗例4的測定結果。第45A圖係顯示試料面1201與對比之相關關係的測定結果之表。第45B圖為第45A圖的測定結果之圖表。試料觀察裝置的種種設定條件以及測定對象的試料1200，係與實驗例1相同，因此省略該說明。
第45A圖及第45B圖中，係應用實驗例1至3之測定結果的最適條件。然後一邊改變試料面1201之導電區域1202與絕緣區域1203的面積比，一邊測定對比。此測定中，面積比為圖型寬度之比。此外，第45A圖及第45B圖 中，LEEM是低能量電子顯微鏡(Low-energy Electron Microscopy)，為本實施形態之試料觀察裝置的測定結果。 SEM為以往之掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)的測定結果，係用來顯示與本發明之比較。
本實施形態(LEEM)中，如第41B圖所示，主要是導電區域1202為高亮度且較明亮。因此，當導電區域1202的面積比降低時，導電區域1202不易受到來自周圍的干涉，使對比提高。SEM方式(例如著陸能量約為1000[eV]左右)中，與材料的二次電子釋出係數相依，使絕緣材料1203較亮。當絕緣材料1203的面積比例增加時，導電區域1202的訊號係因二次電子之軌道的擴散而消失。結果使對比極低。
如第45A圖及第45B圖所示，當導電區域1202與絕緣區域1203的面積比為較小時，在本實施形態(LEEM)與以往的SEM中，對比差仍相對較小。當導電區域1202：絕緣區域1203=1：2時，對比差約為0.3。隨著試料面1201之絕緣區域1203的面積增加，本實施形態(LEEM)的對比增加。 另一方面，習知的SEM之對比降低。當導電區域1202：絕緣區域1203=1：10時，對比差達到0.75。
如此，本實施形態之試料觀察裝置，在導電材料1202的面積比例較小之試料1200的試料面1201觀察中尤其有效。當試料面1201具有絕緣材料1203的比例較大之接觸構造時，可取得材料對比較高的畫像，可獲得較大優點。 此外，若使檢測對象具有相反構成，則對於具有絕緣材料 1203的比例較低且導電材料1202的比例較高之試料面1201的試料1200，亦可進行有效的觀察。
[其他實施形態](光圈移動機構)
第46圖係顯示其他實施形態之試料觀察裝置之構成的一例。第46圖中，試料觀察裝置係具備：電子束源1010、一次系透鏡1020、聚光透鏡1030、E×B1040、傳遞透鏡1050、NA調整光圈1060a、投影透鏡1070、檢測器1080、畫像處理裝置1090、承載台1100、照射能量設定部1110、以及電源1115。此外，可因應必要而具備帶電電子束照射部1120。再者，作為相關構成要素，係以試料面1201為上面，於承載台1100上載置有試料1200。關於上述說明，本實施形態的構成係與前述第35圖的實施形態相同。關於與第35圖的實施形態為相同之構成要素，係附加相同參照圖號並省略該說明。
與第35圖的實施形態之相異點，為第46圖之試料觀察裝置中，NA調整光圈1060a具備可動式且為複數選擇式之NA調整光圈移動機構。
NA調整光圈1060a，係具備尺寸不同之複數個NA光圈1061、1062。NA調整光圈1060a為光圈構件，NA光圈1061、1062為開口。藉由使NA調整光圈1060a往水平方向移動，可切換NA光圈1061與NA光圈1062。
如此，本實施形態之試料觀察裝置，係具備具有光圈徑不同之複數種NA光圈1061、1062之NA調整光圈1060a，且這些NA光圈構成為可更換。藉此，可因應試料1200的 種類及試料面1201的構造等種種條件，選擇最適尺寸的光圈，而取得具有高材料對比之畫像。
第47A圖及第47B圖係顯示本實施形態之可動式NA調整光圈的例子，第47A圖係顯示滑動移動式的NA調整光圈1060b之構成的一例之俯視圖。第47B圖係顯示旋轉移動式的NA調整光圈1060c之構成的一例之俯視圖。NA調整光圈1060b、1060c為光圈構件，NA光圈1061至1064為開口。
第47A圖中，NA調整光圈1060b係具備光圈徑不同之複數個NA光圈1061、1062、1063。此外，NA調整光圈1060b係於長度方向的兩側，具備滑動式NA調整光圈移動機構1065。
如此，本實施形態中，係於長方形的板狀NA調整光圈1060b形成有複數個NA光圈1061、1062、1063。然後，可藉由滑動式NA調整光圈移動機構1065，使NA調整光圈1060往水平方向移動。藉此，可因應用途調整NA調整光圈1060b之光圈徑及光圈位置。可對應於各種試料1200或用途，取得試料面1201的最適畫像。
滑動式NA調整光圈移動機構1065，例如藉由軌道狀構件從上下方夾持NA調整光圈1060b而構成。移動機構例如具有線性馬達。此外，亦可藉由旋轉式的軌道構件夾持NA調整光圈1060b，或是藉由旋轉式馬達使旋轉軌道構件旋轉來移動NA調整光圈1060b。滑動式NA調整光圈移動機構1065可因應用途而具有種種構成。
第47B圖中，NA調整光圈1060c為圓盤狀的板，具有複數個NA光圈1061至1064，於中心具備旋轉式NA調整用光圈移動機構1066。NA光圈1061至1064的光圈徑不同。NA光圈1061最大，然後光圈徑逐漸縮小，NA光圈1064最小。旋轉式NA調整用光圈移動機構1066可應用旋轉式馬達等。
如此，本實施形態之試料觀察裝置，係構成為例如可藉由旋轉移動來切換NA調整光圈1060c的光圈。
根據本實施形態，可選擇複數種光圈尺寸，且可進行光圈位置的調整。藉此，可彈性的對應於用途或試料1200的種類，即使在種種條件下，亦可取得具有最佳對比之畫像。
上述說明中，光圈位置係在水平面上於x、y方向上調整。在本發明的範圍內，光圈位置亦包含旋轉方向的位置，亦即光圈角度。旋轉方向的位置調整，可使光圈在水平面上旋轉而藉此進行，旋轉中心可為二次光學系的軸。
此外，上述說明中，NA調整光圈1060係藉由移動機構在水平面上(x、y方向)移動。然而，在本發明的範圍中，移動機構亦可構成為使NA調整光圈1060能夠在垂直方向(Z方向)上移動。藉此，亦可於Z方向上進行光圈位置調整。Z軸方向為二次光學系的軸方向。例如，亦可使光圈在Z方向上移動，測定訊號強度，並將光圈位置調整至訊號強度為最高之位置。光圈較理想為設置在鏡像電子最為窄縮的位置。藉此，能夠極為有效地進行鏡像電子之像差 的降低以及二次釋出電子的減少。因此能夠獲得更高的S/N。
此外，本實施形態中，亦可調整光圈形狀。光圈形狀較理想為配合於光圈高度之鏡像電子的光點形狀(分布)來調整。例如，光圈形狀，可為鏡像電子的光點形狀在因應強度分布的長度方向之方向上具有長軸之橢圓形。藉此，可相對地增加鏡像電子的檢測數。此外，複數個光圈孔可作為一個光圈之功能而設置。這些複數個光圈孔可配置在鏡像電子之強度中心的周邊，此外，亦可配置為包圍強度中心，並因應用途或性質而適當地檢測出鏡像電子。此外，這些複數個光圈孔中的一個，可配置為與鏡像電子的強度中心一致，而能夠適當地觀察在散射方向上具有特徵之對象。
[檢測器的較佳構成]
如前所述，電子的檢測器可為EB-CCD或EB-TDI。 EB-CCD或EB-TDI係構成為電子直接入射。藉由使用該等檢測器可取得具有高對比的畫像。相較於由MCP、FOP(Fiber Optical Plate：光纖板)、螢光板及TDI所形成之以往構成，對比可達到3倍程度。此係由於不具有因MCP與FOP的透射所導致之劣化之故。尤其當檢測出來自接觸構造的孔底面1202的光時，以往的檢測器中，光點(點)會變得較平緩。關於此點，EB-CCD或EB-TDI係較為有利。再者，由於不具有因MCP的使用所導致之增益劣化，所以不會產生有效畫面上的亮度不一致，而更換周期變長。因此可降 低檢測器的維護費用及時間。
如此，EB-CCD及EB-TDI就可取得高對比的畫像之點來看，乃較為理想，此外，關於耐久性亦為理想。在此，更說明使用EB-CCD及EB-TDI之較佳的例子。
第48圖係顯示檢測器1080a的構成。檢測器1080a較理想可應用為第35圖等之檢測器1080。檢測器1080a係具備EB-CCD1081及EB-TDI1082。檢測器1080a係構成為可切換EB-CCD1081及EB-TDI1082，並因應用途更換兩者而使用。EB-CCD1081及EB-TDI1082為接受電子束之電子感測器，並使電子直接入射於檢測面。此構成中，EB-CCD1081係用以進行電子束的光軸調整，此外，亦用以進行畫像攝像條件的調整與最適化。另一方面，當使用EB-TDI1082時，EB-CCD1081係藉由移動機構M移動至離開光軸之位置。之後，係使用因使用EB-CCD1081所求取之條件或是以此為參考，藉由EB-TDI1082進行攝像來觀察試料面1021。
本實施形態中，試料例如為半導體晶圓。使用EB-CCD1081來求取電子光學條件。並使用電子光學條件或是以此為參考，來取得依據EB-TDI1082所進行之半導體晶圓的畫像。此外，使用EB-TDI1082檢查試料面1021，接著可使用EB-CCD1081來進行檢視攝像，並評估圖型缺陷。此時，EB-CCD1081可進行畫像的積算，藉此可降低雜訊，而在高S/N下進行缺陷檢測部位的檢視攝像。在此，在更有效的例子中，EB-CCD1081的畫素較EB-TDI1082的畫素還小。此構成中，亦即，相對於在攝像投影光學系所放大之訊號 的尺寸，可增加像素數。因此，為了進行檢查以及缺陷的種類等之分類及判定，能夠在更高解析度下進行攝像。
EB-TDI1082係以可直接接受電子而形成電子像之方式，具有二次元地排列配置畫素之構成。EB-TDI1082例如具有矩形形狀，畫素尺寸例如為12至16[μm]。另一方面，EB-CCD1081的畫素尺寸例如為6至8[μm]。
此外，第48圖中，EB-TDI1082係形成為封裝件1085的形狀。封裝件1085本身具有饋通的功用。封裝件的針腳1083係於大氣側與攝影機1084連接。
第48圖的構成，可降低FOP、密封用光學玻璃、光學透鏡等所造成之光轉換損失，並降低光傳達時之像差及扭曲，並且消除因這些因素所產生之畫像分解劣化、檢測不良、高成本、大型化等缺點。
[試料觀察裝置的全體構成]
第49圖係顯示本實施形態之試料觀察裝置的全體構成的例子。第49圖的構成，乃適合作為第35圖或第46圖之裝置的周邊構成。
第49圖中，試料觀察裝置係具有：試料載體1190、微環境1180、承載室1162、傳輸室1161、主處理室1160、電子線管柱1130、及畫像處理裝置1090。於微環境1180中，設置有大氣中的搬運機械手臂、試料對位裝置、潔淨氣體供應機構等。於傳輸室1161中，設置有真空中的搬運機械手臂。由於在經常處於真空狀態的傳輸室1161配置機械手臂，所以可將因壓力變動所導致之粒子等的產生抑制 在最低限度。
主處理室1160中，設置有可在x、y、θ(旋轉)方向上移動之承載台1100。於承載台1100上設置有靜電夾具。試料1200本身或是試料1200在被設置在托板或治具之狀態下被設置在靜電夾具。
主處理室1160係藉由真空控制系1150，被控制為將處理室內保持在真空狀態。此外，主處理室1160、傳輸室1161及承載室1162被載置於防振座1170上，而構成為不會傳達來自地板的振動。
此外，於主處理室1160設置有電子管柱1130。此電子管柱係具備一次光學系、二次光學系及檢測器1080。檢測器1080包含於二次光學系。一次光學系係包含電子束源1010及一次系透鏡1020。二次光學系係包含聚光透鏡1030、E×B1040、傳遞透鏡1050、NA調整光圈1060、60a至60c、以及投影透鏡1070。檢測器1080係檢測來自試料1200的二次電子及鏡像電子。此外，作為與電子管柱1130相關之構成要素，係具備光學顯微鏡1140及SEM1145。光學顯微鏡1140係使用於試料1200的對位。SEM1145使用於檢視觀察。
檢測器1080的訊號被傳送至畫像處理裝置1090進行訊號處理。可進行導通時間的訊號處理及關斷時間的訊號處理兩者。導通時間的訊號處理是在進行觀察之間所進行。當進行關斷時間的訊號處理時，僅取得畫像，再進行訊號處理。在畫像處理裝置1090中所處理之資料，被保存 在硬碟或記憶體等之記錄媒體。此外，可因應必要，將資料顯示於控制台的顯示器。所顯示的資料例如有觀察區域、缺陷對照圖、缺陷分類、參照畫像等。為了進行此訊號處理，係具備系統軟體1095。此外，係具備將電源供應至電子管柱系1130用之電子光學系控制電源1118。電子光學系控制電源1118係具備將電力供應至電子束源1010的電力源1011之電源1115，以及控制電源1115之照射能量控制部1110。
接著說明試料1200的搬運機構。
晶圓、遮罩等試料1200，係從載入埠被搬運至微環境1180中，於此進行對位作業。然後試料1200藉由大氣中的搬運機械手臂被搬運至承載室1162。承載室1162藉由真空泵浦從大氣排氣至真空狀態。當壓力低於一定值(例如1[Pa]程度)以下時，藉由配置在傳輸室1161之真空中的搬運機械手臂，將試料1200從承載室1162搬運至主處理室1160。試料1200被設置在承載台1030上的靜電夾具機構上。
「關於具備攝像投影式檢查裝置與SEM兩者之構成」
第49圖中，於主處理室1160具備有電子管柱1130及SEM1145。電子管柱1130與主處理室1160一同構成本實施形態之攝像投影式的試料觀察裝置。因此，本實施形態之試料檢查裝置，係構成具有攝像投影式檢查裝置與SEM式觀察裝置兩者之複合型的觀察裝置。
本實施形態中，承載台1100係構成為可移動。尤其是 承載台且可在電子管柱1130(攝像投影式觀察裝置)的觀察位置與SEM1145的觀察位置之間移動者。藉由此構成，當使用攝像方式與SEM之2種裝置的兩者時，可迅速且高精度地進行觀察及檢查。例如，在攝像投影式觀察裝置中檢測出缺陷，在SEM中詳細地檢視缺陷。以下更詳細地說明此特徵。
根據上述構成，可在試料1200裝載於同一個承載台1100之狀態下使用電子管柱1130及SEM1145兩者。因此，當試料1200(承載台1100)在電子管柱1130及SEM1145之間移動時，座標關係可單一地求取。此在特定出試料1200的預定場所或是特定出缺陷場所時為有利。2個檢查裝置能夠以高精度容易地特定出同一部位。例如，藉由電子管柱1130特定出缺陷場所。此缺陷場所於SEM1145迅速地被定位。
假定無法應用上述複合型的構成。例如，攝像光學式檢查裝置與SEM式檢查裝置被分別配置在不同的真空室。 必須在分離的各裝置之間使試料移動，並且必須將試料設置在不同的承載台。因此，2個裝置必須分別進行試料的對位而花費時間。此外，當分別進行試料的對位時，同一位置的特定誤差會成為5至10[μm]。
另一方面，本實施形態中，在2種檢查中，係將試料1200設置在同一個主處理室1160的承載台1100。即使當承載台1100在攝像方式的電子管柱1130與SEM1145之間移動時，亦能夠以高精度特定出同一位置。例如可在1 [μm]以下的精度特定出位置。
如此之高精度的特定，在以下情況中乃極為有利。首先，以攝像方式進行試料1200的檢查，來檢查缺陷。然後以SEM1145來進行所檢測出之缺陷的特定及詳細觀察(檢視)。由於可特定出正確位置，所以不僅可判斷缺陷的有無(若無則為虛擬檢測)，亦可高速地進行缺陷之尺寸或形狀的詳細觀察。
「使用具備攝像投影式檢查裝置與SEM兩者之檢查的其他例子」
上述中，攝像投影式檢查裝置係檢測缺陷，SEM進行檢視檢查。然而，本發明並不限定於此。2個檢查裝置可應用於其他檢查方法。藉由組合各檢查裝置的特徵，可進行有效的檢查。其他檢查方法例如有下列所述者。
此檢查方法中，攝像投影式檢查裝置與SEM係進行不同領域的檢查。此外，「單元對比(Cell to Cell)檢查」適用於攝像投影式檢查裝置，「晶粒對比(Die to Die)檢查」適用於SEM，藉此，全體可實現高效率且高精度之檢查。
詳細而言，對於在晶粒中重複圖型為較多之區域，攝像投影式檢查裝置係進行「單元對比」檢查。對於在晶粒中重複圖型為較少之區域，SEM進行「晶粒對比」檢查。 將兩者的檢查結果合成而獲得1個檢查結果。「晶粒對比」為將依序獲得之2個晶粒的畫像進行比較之檢查。「單元對比」為將依序獲得之2個單元的畫像進行比較之檢查，單元為晶粒中的一部分。
上述檢查方法，在重複圖型部分中，係使用攝像投影方式來進行高速檢查，另一方面，在重複圖型較少之區域中，係以高精度且虛擬程度較少的SEM來執行檢查。SEM不適於高速檢查。然而，由於重複圖型較少之區域為相對較窄，所以可在不會使SEM的檢查時間變得太長之下完成。因此，可將全體的檢查時間抑制縮短。如此，此檢查方法係將2種檢查方式的優點活用為最大程度，而能夠在較短的檢查時間內進行高精度的檢查。
以上係說明本實施形態之試料觀察裝置及方法。本實施形態可適合地應用於半導體製程。為了進行將半導體晶圓加工後之試料面1201的觀察或檢查，可適合地應用本實施形態。根據本實施形態，可觀察在試料面1201具有絕緣區域1203及導電區域1202之半導體晶圓，取得高對比的畫像，並檢查半導體晶圓的良好與否。藉此可製造出無缺陷之半導體晶圓。如此，本實施形態可適合地應用於半導體製造方法。
上述各種構成可因應用途而適當地組合。例如，第35圖的構成可與第48圖及第49圖的構成適當地組合。此外，第46圖的構成可與第48圖及第49圖的構成適當地組合。
以上係說明就目前時點所考量之本發明的較佳實施形態，可理解的是對本實施形態能夠進行多種變形，並且申請專利範圍包含屬於本發明的真正精神與範圍內之所有變形。
「產業上的利用可能性」
本發明可利用於觀察半導體晶圓或光罩等之基板的表面之試料觀察裝置，此外，可利用於檢測出缺陷之試料缺陷檢測裝置。
[第3觀點]
第3觀點係關於圖型的觀察。
本發明之目的在於提供一種能夠觀察細微圖型之技術。
本發明為一種使用電子束來觀察試料的圖型之試料觀察方法，係具有：將電子束照射至前述試料之步驟；檢測出藉由前述電子束的照射所產生之鏡像電子之步驟；以及從檢測出之前述鏡像電子生成試料的畫像之步驟；前述照射電子束之步驟，係將其著陸能量被調整成如下述的前述電子束照射至前述試料，亦即，該著陸能量係調整成，當將前述電子束照射至在兩側具有邊緣之凹圖型時，照射電子會在前述凹圖型進行迴轉成為鏡像電子。
在上述構成中，本發明係著眼於因在兩側具有邊緣而容易在凹圖型產生鏡像電子之鏡像電子產生現象的特性。 凹圖型中之鏡像電子的產生量，係與電子束的著陸能量相依。因此，係以在凹圖型使照射電子有效率地成為鏡像電子之方式來設定著陸能量。如後所述，著陸能量係設定成相當低的值。藉此，可增大在凹圖型中之解析度與對比，而能夠進行細微圖型的觀察。
於本發明中，係適合使用攝像投影式觀察裝置。藉此，可在短時間內進行細微圖型的觀察。
前述著陸能量，可設定在前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域。
藉此，能夠以在圖型中生成鏡像電子之方式適當地設定著陸能量，而增大圖型的對比。
前述著陸能量，可設定在LEA≦LE≦LEB+5eV。在此，LE為前述電子束的前述著陸能量，LEA及LEB為前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域的最低著陸能量及最高著陸能量。
藉此，能夠以在圖型中生成鏡像電子之方式適當地設定著陸能量，而增大圖型的對比。
前述照射電子，可朝向前述凹圖型之一方的邊緣入射，且在前述一方的邊緣附近朝向另一方的邊緣彎曲，並在前述另一方的邊緣附近彎曲而成為鏡像電子。
藉此，可順利地利用在圖型中產生鏡像電子之現象，適當地檢測出鏡像電子而增大圖型的對比。
前述照射電子，可朝向前述凹圖型之一方的邊緣入射，且沿著通過前述一方的邊緣附近之曲線軌道而進入於前述凹圖型內，並且在不會與前述凹圖型的底部碰撞下轉換行進方向，通過前述凹圖型之另一方的邊緣附近而成為鏡像電子。
藉此，可順利地利用在圖型中產生鏡像電子之現象，適當地檢測出鏡像電子而增大圖型的對比。
本發明可將光圈配置在從前述試料至前述鏡像電子的檢測器為止之間之二次光學系，並因應通過前述光圈之前 述鏡像電子，調整前述光圈之尺寸、位置及形狀的至少1種。
藉此，可增大圖型的對比。詳細而言，從試料所檢測出之電子，係包含鏡像電子與二次釋出電子。二次釋出電子可擴散至寬廣範圍，相對於此，鏡像電子較無法擴散。 因此，藉由因應鏡像電子來適當的調整光圈，可減少通過光圈之二次釋出電子，而相對地增加鏡像電子的檢測量。 因此更能夠增大圖型的對比。
本發明可生成前述光圈之前述鏡像電子的像，並因應該像的尺寸來調整前述光圈的尺寸。此外，本發明可生成前述光圈之前述鏡像電子的像，並因應該像的位置來調整前述光圈的位置。本發明可生成前述光圈之前述鏡像電子的像，並因應該像的形狀來調整前述光圈的形狀。
本發明可為試料檢查方法，並藉由上述試料觀察方法從前述鏡像電子生成前述試料的畫像，並使用前述試料的畫像來檢查前述試料的圖型。
藉此，可使用本發明之試料觀察方法來適當地檢查細微圖型。
本發明之試料觀察裝置係具備：載置試料之承載台；將電子束照射至前述試料之一次光學系；檢測出藉由前述電子束的照射所產生之鏡像電子之二次光學系；以及從檢測出之前述鏡像電子生成試料的畫像之畫像處理部；前述一次光學系，係將其著陸能量被調整成如下述者的前述電子束照射至前述試料，亦即，該著陸能量係調整成，當將 前述電子束照射至在兩側具有邊緣之凹圖型時，照射電子會在前述凹圖型進行迴轉成為鏡像電子。
在上述構成中，如上所述，亦著眼於容易在凹圖型產生鏡像電子之現象，以容易產生鏡像電子之方式來調整著陸能量。藉此，可增大圖型畫像之解析度與對比，而能夠進行細微圖型的觀察。
前述一次光學系，可照射具有設定在前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域之前述著陸能量的前述電子束。
藉此，如上所述，可適當地設定著陸能量，而增大圖型的對比。
前述著陸能量，可設定在LEA≦LE≦LEB+5eV。在此，LE為前述電子束的前述著陸能量，LEA及LEB為前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域的最低著陸能量及最高著陸能量。
藉此，如上所述，可適當地設定著陸能量，而增大圖型的對比。
前述二次光學系，可具備配置在從前述試料至前述鏡像電子的檢測器為止之間之光圈，並因應通過前述光圈之前述鏡像電子，調整前述光圈之尺寸、位置及形狀的至少1種。
藉此，如上所述，可因應鏡像電子而適當地調整光圈。 減少通過光圈之二次釋出電子，而相對地增加鏡像電子的檢測量。因此更能夠增大圖型的對比。
本發明中，前述二次光學系可具有光圈，前述光圈的位置可調整為使前述鏡像電子的強度中心與前述光圈的中心一致。
藉此，可良好地檢測出鏡像電子，並相對地降低二次釋出電子的檢測量。因此可取得高對比的畫像。
前述二次光學系可具有光圈，前述光圈的形狀，可在因應前述鏡像電子的強度分布的長度方向之方向上具有長軸之橢圓形狀。
在此構成中，可因應鏡像電子的強度分布來使用橢圓形狀的光圈。藉此可取得高對比的畫像。
前述二次光學系可具有光圈，前述光圈可具有複數個孔，前述複數個孔係以包圍前述鏡像電子的強度中心之方式來配置。
在此構成中，可因應鏡像電子的散射方向來適當地配置複數個孔。藉此，可因應用途或性質而適當地檢測出鏡像電子。此外，複數個孔可配置在強度中心的周邊。
前述二次光學系可具有光圈，前述光圈可具有複數個孔，前述複數個孔的一個，係以與前述鏡像電子的強度中心為一致之方式來配置。
藉此，可適當地觀察在散射方向具有特徵之觀察對象。亦可獲得有益於觀察對象的分類之資訊。
本發明可為複合型的試料觀察裝置，並具備攝像投影式觀察裝置，以及與前述攝像投影式觀察裝置為不同之SEM式觀察裝置。前述攝像投影式觀察裝置可為上述試料觀察 裝置。前述攝像投影式觀察裝置與前述SEM式觀察裝置，可設於收納有承載台之處理室內，前述承載台可在前述攝像投影式觀察裝置的觀察位置與SEM式觀察裝置的觀察位置之間移動。
藉此，可將攝像投影式觀察裝置與SEM式觀察裝置裝載於共通的處理室。因此，可使用2個裝置迅速且高精度地進行觀察。例如，藉由攝像投影式觀察裝置檢測出圖型缺陷。之後以SEM來詳細觀察圖型缺陷。所以可迅速且高精度地進行此種缺陷檢查。
本發明可為具備上述試料觀察裝置之試料檢察裝置，此檢察裝置係藉由前述畫像處理部，使用從前述鏡像電子所生成之前述試料的畫像來檢查前述試料的圖型。藉此，可使用本發明之試料觀察裝置來適當地檢查細微圖型。
「發明的效果」如上所述，本發明係提供一種可藉由適當地設定著陸能量來觀察細微圖型之技術。
「發明的實施形態」
以下係敘述本發明的詳細說明。以下的詳細說明及附加圖面，並非用以限定本發明。本發明的範圍係由以下的申請專利範圍所規定。
本實施形態中，係使用攝像投影式觀察裝置(具有攝像投影光學系之電子線觀察裝置)來觀察試料。此類的電子線觀察裝置係具備一次光學系及二次光學系。一次光學系，係將從電子槍所射出之電子束照射至試料，而生成獲得試料的構造等資訊之電子。二次光學系具有檢測器，並生成 因電子束的照射所生成之電子的像。攝像投影式觀察裝置中，係使用光徑較大之電子束，而獲得寬廣範圍的像。
當電子束照射至試料時，二次光學系檢測出複數種類的電子。所謂複數種類的電子，為鏡像電子、二次電子、反射電子及後方散射電子。本實施形態，主要是利用鏡像電子的特性來觀察試料。所謂鏡像電子，是指未與試料碰撞而在試料的面前反彈回來之電子。鏡像電子現象，係因試料表面的電場作用而產生。
此外，本實施形態中，係將二次電子、反射電子及後方散射電子稱為二次釋出電子。即使在此三種電子混合存在時，亦使用二次釋出電子之用詞。二次釋出電子中，二次電子乃具代表性。因此，亦有說明二次電子作為二次釋出電子的代表例之情況。關於鏡像電子與二次釋出電子兩者，亦可使用「從試料所釋出」「從試料所反射」「藉由電子束照射生成」等之表現。
第50圖係顯示將電子束照射至試料時之著陸能量LE與階調DN之關係。所謂著陸能量LE，為賦予至照射在試料之電子束的能量。假定將加速度電壓Vacc施加於電子槍，將遲滯電壓Vrtd施加於試料。此時，著陸能量LE係以加速度電壓與遲滯電壓之差來表示。
此外，第50圖中，縱軸的階調DN係表示從藉由二次光學系的檢測器所檢測出之電子所生成之畫像的亮度。亦即，階調DN係表示所檢測出之電子的數目。檢測出愈多的電子，階調DN愈大。
第50圖係顯示0[eV]附近之較小能量區域的階調特性。如圖所示，在LE較LEB還大之區域(LEB<LE)，階調DN表示出相對較小的一定值。在LE為LEB以下且為LEA以上之區域(LEA≦LE≦LEB)，LE愈小，階調DN愈增大。 在LE較LEA還小之區域(LE<LEA)，階調DN表示出相對較大的一定值。
上述階調特性係與所檢測出之電子的種類相關。在LEB<LE之區域中，所檢測出之幾乎全部的電子為二次釋出電子。可將此區域稱為二次釋出電子區域。另一方面，在LE<LEA之區域中，所檢測出之幾乎全部的電子為鏡像電子。 可將此區域稱為鏡像電子區域。如圖所示，鏡像電子區域的階調較二次釋出電子區域的階調還大。此係由於鏡像電子的分布範圍較二次釋出電子還小之故。由於分布範圍較小，更多的電子可到達檢測器而使階調增大。
此外，LEA≦LE≦LEB的區域為從二次釋出電子區域轉移至鏡像電子區域(或相反)之轉移區域。此區域為鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域，亦可稱為混合存在區域。轉移區域(混合存在區域)中，LE愈小，鏡像電子的產生量增大，階調DN增大。
LEA及LEB，係意味著轉移區域之最低著陸能量及最高著陸能量。接著說明LEA及LEB的具體值。在本發明人的研究結果中，LEA為-5[eV]以上，LEB為5[eV]以下(亦即，-5[eV]≦LEA≦LEB≦5[eV])。
轉移區域的優點如下所述。鏡像電子區域(LE<LEA) 中，藉由電子束照射所產生的所有電子為鏡像電子。因此，與試料形狀無關，所檢測出的電子全部為鏡像電子，不論在試料的凹部或凸部，階調差均變小，使圖型或缺陷的S/N及對比變小。因而有難以將鏡像電子區域使用於檢查之情況。相對於此，轉移區域中，係在形狀的邊緣部部位產生特徵性且特異性的鏡像電子，在其他部位產生二次釋出電子。因此，可提高邊緣的S/N及對比。所以使轉移區域在進行檢查時具有極大效果。以下詳細說明此點。
第51圖係顯示上述轉移區域之現象。第51圖中，在鏡像電子區域(LE<LEA)中，所有電子不會與試料碰撞而成為鏡像電子。相對於此，轉移區域中，一部分電子與試料碰撞而使試料釋出二次電子。LE愈大，二次電子的比例愈高。雖然圖中未顯示，但當LE超過LEB時，僅檢測出二次電子。
接下來，第52圖係顯示試料表面之凹凸構造的邊緣部之著陸能量LE與階調DN之關係。邊緣部為位於凹部的兩端，且試料的高度產生變化之區域。第52圖中，虛線表示邊緣部的階調特性，實線表示其他部分的階調特性。其他部分的特性係對應於第50圖的特性。
如第52圖所示，在邊緣部與其他部分中，特性線為不同。邊緣部的特性線往著陸能量LE變大之方向偏離。亦即，邊緣部中，轉移區域的上下限增大，轉移區域的上限為LEB+5[eV]。在此，LEB為邊緣以外的部位之轉移區域的上限。產生此特性線的移位者，係由於形狀、構造及材料 等在邊緣部與其他部分中有所不同之故。此外，由於特性線的偏離，在邊緣部與其他部分中產生階調差△DN。
接著，如第52圖所示，對於邊緣部的特性與其他部位不同之理由以及產生階調差△DN之理由進行探討。
第53圖係顯示試料之凹凸構造的例子，為顯示細微的線/間隔(space)形狀的剖面。例如凸部為線，凹部為間隔。 線寬及間隔寬為10μm以下。第53圖的形狀中，導體(Si)具有凹凸形狀。於凸部的最上部形成有氧化膜(SiO2 等)。
第54圖係顯示當照射電子束至第53圖的構造時於凹凸構造的邊緣部產生鏡像電子之現象。第54圖中，係形成縱向長條的圖型。當照射電子束時，照射電子於凹部(槽)之一方的邊緣附近改變軌道，往橫方向彎曲而朝向槽之相反側的邊緣前進。然後照射電子於相反側的邊緣附近再次改變軌道而返回上方。如此，照射電子未與試料碰撞而成為鏡像電子。可將如此於邊緣所產生之鏡像電子稱為邊緣鏡像電子。邊緣鏡像電子係從兩端的邊緣對稱地產生。第55圖與第54圖相同，亦顯示第53圖的構造中所產生之邊緣鏡像電子。第55圖中，係形成橫向長條的圖型。
此外，第56圖係顯示照射電子變化為邊緣鏡像電子之電子軌道的另一個例子。此例中，照射電子朝向凹部之一方的邊緣入射，並沿著通過一方的邊緣附近之曲線軌道進入至凹部內，未與凹部的底部碰撞而轉換行進方向，通過凹部之另一方的邊緣附近而成為鏡像電子。此鏡像電子亦為邊緣鏡像電子。在邊緣構造中，各照射電子通過第54圖 或第56圖的軌道，或是通過第54圖及第56圖之中間的軌道，而成為邊緣鏡像電子。
接下來說明電子的軌道容易於邊緣附近彎曲之理由。 第54圖的構造中，於導體的凸部表面形成有氧化膜。在此構造中，試料表面的氧化膜成為負帶電。凹部內的導體電位較氧化膜的電位亦相對地高。由於在邊緣附近電位產生變化，所以電子的軌道容易如上所述彎曲，結果產生邊緣鏡像電子。
本實施形態中，較理想亦進行預充電。預充電為試料觀察前所進行之電子束的照射。藉由預充電，使試料的絕緣區域成為負帶電(第54圖等的例子中，試料表面的氧化膜成為負帶電)。藉由進行預充電，可使絕緣區域的電位達到穩定。藉此可穩定地產生邊緣鏡像電子，且穩定地獲得第52圖的特性。因此，可良好地進行試料觀察，使用試料觀察結果之檢查的精度亦可提升。
預充電的電子束，可使用試料觀察用的電子光學系來照射。或是設置其他的電子槍以用於預充電。
第57圖係顯示關於試料的凹凸構造之其他例子。第57圖亦為線/間隔形狀的剖面。第57圖中，係於Si面形成有氧化膜(SiO2 等)的凸部。此構造中，於凹部兩側的邊緣上，等電位面產生反曲。由於等電位面之反曲的影響，使照射電子的軌道彎曲。結果為，於第57圖的構造中，照射電子亦通過第54圖至第56圖所示的軌道而成為邊緣鏡像電子。第57圖的構造中，較理想亦進行預充電。藉此， 可使凸部之氧化膜的電位達到穩定。
此外，亦有僅藉由導電材來形成凹凸構造者。此時，亦沿著凹凸來形成等電位面。此外，於凹部兩側的邊緣上，等電位面產生反曲。由於此等電位面之反曲的影響，使照射電子的軌道彎曲。結果為照射電子通過上述軌道而成為邊緣鏡像電子。
即使在僅藉由導電材來形成凹凸面時，於導電膜的表面存在有自然氧化膜。因此，較理想為進行預充電，藉此可使電位達到穩定。
如以上所詳細說明般，在試料的凹部中，電子通過兩端的邊緣附近產生迴轉而成為邊緣鏡像電子。因此，邊緣鏡像電子較一般部位的鏡像電子更容易產生。結果為，如第52圖所示，在邊緣部上，相較於邊緣以外的部分，轉移區域係往高能量側擴散。
此外，上述區域中，鏡像電子與二次釋出電子係混合存在。如前所述，二次釋出電子為二次電子、反射電子及後方散射電子(或是混合存在)。二次釋出電子係等向性地擴散釋出。因此，最大僅有數%的電子會到達檢測器。相對於此，邊緣鏡像電子係藉由照射電子的直接反射而生成。因此，關於邊緣鏡像電子，該透射率(至檢測器之到達率)幾乎為100%。因此，可獲得高亮度(階調)而增大與周圍之階調差△DN。
如上所述，在邊緣部中容易產生鏡像電子，且鏡像電子的透射率較大。結果如第52圖所示，當著陸能量LE往 較大時，邊緣部的階調特性線產生偏離，而在邊緣部與周圍之間產生階調差△DN。
本實施形態係利用上述現象，而生成解析度較高且對比較大之圖型畫像。上述所說明之凹構造，相當於本發明之凹圖型。本實施形態中，係以在凹圖型有效率地產生邊緣鏡像電子之方式來設定著陸能量。如圖所示，著陸能量LE係設定在遠較以往一般的觀察技術還低之值。藉由此能量設定，可使圖型與周圍之間的階調差△DN增大，而獲得高解析度與高對比之畫像。
具體而言，係以成為LEA≦LE≦LEB或是LEA≦LE≦LEB+5eV之方式來設定著陸能量LE。藉此，可在鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域中設定著陸能量LE。
如前所述，在本發明者的研究結果中，為-5[eV]≦LEA≦LEB≦5[eV]。例如，假定LEA為-5[eV]，LEB為5[eV]。 此時，著陸能量LE係設定在-5[eV]≦LE≦5+5[eV]=10[eV]。詳細而言，係與著陸能量LE相依而使鏡像電子與二次釋出電子混合存在之狀況改變，階調差亦改變。藉由將著陸能量LE設定在鏡像電子的產生數相對較小之區域，可獲得較大效果。
接著說明用以實現上述試料觀察方法之試料觀察裝置。以下的說明中，試料觀察裝置係組裝於試料檢查裝置中，並使用在試料之圖型缺陷的檢查。第58圖係顯示試料檢查裝置的全體構成，第59圖係顯示試料檢查裝置的主要部分。
參照第58圖，試料檢查裝置2010係具有：試料載體2012、微環境2014、承載室2016、傳輸室2018、主處理室2022、電子管柱2024、及畫像處理裝置2090。於微環境2014中，設置有大氣中的搬運機械手臂、試料對位裝置、潔淨氣體供應機構等。於傳輸室2018中，設置有真空中的搬運機械手臂。
主處理室2022中，設置有可在x方向、y方向及θ(旋轉)方向上移動之承載台2030。於承載台2030上設置有靜電夾具。試料被載置於靜電夾具。或者是，試料在被設置在托板或治具之狀態下保持於靜電夾具。
主處理室2022係藉由真空控制系2026，被控制為將處理室內保持在真空狀態。此外，主處理室2022、傳輸室2018及承載室2016被載置於防振座2028上，而構成為不會傳達來自地板的振動。
此外，於主處理室2022設置有電子管柱2024。此電子管柱2024係具備電子槍、透鏡、配線及饋通孔，此外，如圖所示，更具備檢測器2070。這些構成係用以實現依據電子束所進行之攝像投影的一次光學系及二次光學系。
檢測器2070的輸出訊號被傳送至畫像處理裝置2090並進行處理。可進行導通時間的訊號處理及關斷時間的訊號處理兩者。導通時間的訊號處理是在進行檢查之間所進行。當進行關斷時間的訊號處理時，僅取得畫像，之後進行訊號處理。在畫像處理裝置中所處理之資料，被保存在硬碟或記憶體等記錄媒體。此外，可因應必要，將資料顯 示於控制台的顯示器。為了進行此訊號處理，係具備系統軟體2140。系統軟體2140可藉由在電腦中執行程式而實現。此外，為將電源供應至電子管柱系係具備電子光學系控制電源2130。此外，於主處理室2022具備有光學顯微鏡2110以及SEM式檢查裝置(SEM)2120。
在第58圖的試料檢查裝置2010中，晶圓、遮罩等試料，係從試料載體2012(載入埠)被搬運至微環境2014。於微環境2014進行對位作業。
接著，試料藉由大氣中的搬運機械手臂被搬運至承載室2016。承載室2016藉由真空泵浦從大氣排氣至真空狀態。當壓力低於一定值(例如1[Pa]程度)以下時，藉由配置在傳輸室2018之真空中的搬運機械手臂，將試料從承載室2016搬運至主處理室2022。試料被保持在承載台2030上的靜電夾具機構上。
在主處理室2022中進行試料的檢查。在此，係利用上述本發明之試料觀察方法來檢查試料的圖型。此外，如後所述，係以SEM2120進行檢查。當檢查結束時，試料通過相反的路徑而返回至試料載體2012。
接著參照第59圖，說明試料檢查裝置2010的主要部分。第59圖的構成相當於第58圖的主處理室2022及電子管柱2024等。
第59圖中，試料檢查裝置2010係具備：生成電子束之一次光學系2040、設置試料2020之承載台2030、生成來自試料之二次釋出電子及鏡像電子的像之二次光學系 2060、檢測出這些電子之檢測器2070、以及處理來自檢測器2070的訊號之畫像處理裝置2090。檢測器2070，於本發明中可包含於二次光學系2060。此外，畫像處理裝置2090可包含於本發明之畫像處理部。此外，試料檢查裝置2010具備用以控制全體裝置之控制部2100。控制部2100係對應於第58圖的系統軟體2140。再者，於試料檢查裝置2010，設置有對位用的光學顯微鏡2110、以及檢視用的SEM2120。
一次光學系2040，具有生成電子束並朝向試料2020照射之構成。一次光學系2040係具有：電子槍2041、透鏡2042、2045、光圈2043、2044、E×B濾波器2046、透鏡2047、2049、2050、以及光圈2048。藉由電子槍2041來生成電子束。透鏡2042、2045及光圈2043、2044將電子束予以整形並控制電子束的方向。並藉由E×B濾波器2046，使電子束接受依據磁場與電場所形成之勞倫茲力的影響。電子束從斜向入射至E×B濾波器2046，往垂直下方向偏向並朝向試料2020。透鏡2047、2049、2050控制電子束的方向，並進行適當的減速以調整著陸能量LE。
在攝像投影光學式的一次光學系2040中，E×B濾波器2046尤為重要。藉由調整E×B濾波器2046之電場與磁場的條件，可決定一次電子束角度。例如，能夠以使一次系的照射電子束與二次系的電子束幾乎垂直地入射於試料2020之方式來設定E×B濾波器2046的條件。亦即，E×B濾波器2046係用作為韋恩濾波器。韋恩濾波器的條件並不限 定於上述。例如，一次電子束(所照射的電子束)與二次電子束(鏡像電子與二次釋出電子)兩者可不進行直行，亦即，可藉由E×B濾波器的作用而偏向。此外，例如，可為一次電子束為直行，二次電子束藉由E×B濾波器的作用而偏向。這些構成均包含於本發明的範圍。
一次光學系2040不僅是攝像用的電子束，亦可照射預充電用的電子束。或是設置有預充電用的電子槍等。
如上所述，承載台2030為用以載置試料2020之構成。 承載台2030可在x-y方向(水平方向)及θ方向(水平面上的旋轉方向)上移動。此外，承載台2030亦可因應必要而能夠在Z方向(垂直方向)上移動。承載台2030的表面上，可設置有靜電夾具等之試料固定機構。
二次光學系2060，為將從試料2020所反射之電子導入至檢測器2070之構成。如已說明般，鏡像電子與二次釋出電子被導入至檢測器2070。二次光學系2060係具有透鏡2061、2063、光圈2062、對準器2064、以及檢測器2070。 電子從試料2020反射，並再次通過物鏡2050、透鏡2049、光圈2048、透鏡2047及E×B濾波器2046。然後電子被導入至二次光學系2060。二次光學系2060中，電子係通過透鏡2061、光圈2062、透鏡2063，電子於對準器2064被調整並由檢測器2070所檢測。
光圈2062係具有規定二次系的透射率、像差之功用。 本實施形態中，可調整光圈2062的尺寸、位置及形狀。為了進行此調整，係設置光圈調整機構2200。光圈調整係為 了增大觀察畫像之試料圖型的對比而進行。關於光圈調整將於之後詳述。
檢測器2070為檢測出藉由二次光學系2060所引導之電子之構成。檢測器2070於檢測面具有複數個像素。檢測器2070可應用各種二次元型感測器。例如，檢測器2070可應用CCD(Charge-Coupled Device：電荷耦合裝置)及TDI(Time Delay Integration：時間延遲整合)-CCD。這些為將電子轉換成光之後再進行訊號檢測之感測器。因此，必須具有光電轉換等手段。所以可使用光電轉換或閃爍器以將電子轉換成光。
此外，檢測器2070亦可應用EB-TDI。EB-TDI不須具備光電轉換機構及光傳達機構。電子係直接入射於EB-TDI感測器面。因此，不會產生解析度的劣化且可獲得高MTF(Modulation Transfer Function：調變轉移函數)及對比。 此外，檢測器2070亦可應用EB-CCD。
控制部2100係由電腦所構成，並控制試料檢查裝置2010全體。控制部2100係對應於第58圖的系統軟體2140。
控制部2100控制包含電子槍2041之一次光學系2040，來調整著陸能量LE。本實施形態中，如前所述，係以在試料2020的圖型中有效率地產生邊緣鏡像電子之方式來設定著陸能量LE。此外，控制部2100控制一次光學系2040及二次光學系2060，來控制及調整從電子槍2041至檢測器2070為止的電子軌道。詳細而言，電子束從電子槍2041至試料2020為止通過預定的適當軌道，並且以使 來自試料2020的電子至檢測器2070為止通過預定的適當軌道之方式來控制電子軌道。此外，如之後所詳細說明，控制部2100係控制光圈調整機構2200來進行光圈調整。
此外，控制部2100控制畫像處理裝置2090，處理來自檢測器2070的訊號而生成試料2020的圖型畫像。再者，控制部2100係處理在畫像處理裝置2090中所生成之畫像，並進行關於圖型缺陷的判定而構成。
以上係說明試料檢查裝置2010的各部構成。接著說明試料檢查裝置2010的動作。
試料檢查裝置2010一邊將電子束照射至試料2020，一邊使承載台2030往水平方向移動，於檢測器2070檢測出來自試料2020的電子，並從檢測訊號生成試料2020的畫像。電子束從電子槍2041發射，被引導至一次光學系2040而照射至試料2020。於入射過程中，藉由E×B濾波器2046改變電子束的方向。本實施形態中，係藉由攝像投影法來進行檢查。因此係以照射試料之相對較寬廣的範圍之方式，使用較大直徑的電子束。例如，可使用直徑30至1000[μm]的圓形電子束。此外，亦可使用長軸為30至1000[μm]的橢圓形電子束。橢圓電子束的短徑可為長徑的1/2至1/4。
電子束的著陸能量LE，如上述試料觀察方法的說明所述般，係設定為邊緣鏡像電子容易於圖型的邊緣產生。具體而言，著陸能量LE可設定為LEA≦LE≦LEB+5eV。LEA、LEB為第50圖之轉移區域的下限及上限，例如為-5[eV]及 5[eV]。
因此，當電子束被照射至試料2020的圖型時，係產生邊緣鏡像電子。詳細而言，電子束中一部分電子被照射至圖型邊緣的附近，此照射至邊緣附近的電子，係通過第54圖至第56圖所示的軌道而成為邊緣鏡像電子。
試料2020中所產生之電子，係藉由二次光學系2060被導入至檢測器2070。電子像於檢測器2070的檢測面被生成。藉由電子束的照射，試料2020中，除了邊緣鏡像電子之外，亦可能產生一般的鏡像電子。此外，除了鏡像電子之外，亦產生二次釋出電子。因此，於檢測器2070係形成這些種類的電子像。
檢測器2070係檢測出電子，並將檢測訊號傳送至畫像處理裝置2090。畫像處理裝置2090中，係處理檢測訊號並生成試料2020的畫像。在此，本實施形態中，係適當的設定著陸能量LE，使較多的邊緣鏡像電子到達檢測器2070。亦即，邊緣鏡像電子的檢測數較其他種類的電子還多。邊緣鏡像電子係於試料2020的圖型邊緣產生。因此，試料2020的畫像中，圖型的階調(亮度)變大。並且與其他部分之階調差變大。所以可提高圖型的對比。
控制部2100係使用此試料2020的畫像，來進行圖型缺陷的判定。控制部2100可判定圖型缺陷的有無，可檢測出缺陷的位置，更可判定缺陷的種類。此外，本實施形態之試料檢查裝置2010，不僅可檢查圖型缺陷，亦可檢查異物。此時，控制部2100可處理試料2020的畫像，來判定 異物的有無。再者，亦可進行其他檢查。
缺陷判定處理，可為「晶粒對比(Die to Die)」。此處理係比較試料2020的2個晶粒畫像。詳細而言，係將依序獲得之2個晶粒的畫像進行比較。當2個晶粒的圖型不同時，控制部2100係判定具有缺陷。
缺陷判定處理，可為「晶粒與任意晶粒對比(Die to Any Die)」。此時，係從試料2020獲得特定的晶粒畫像，並保持為判定基準。然後將判定基準的晶粒畫像與其他多數的晶粒畫像依序比較。此時，當晶粒的圖型不同時，控制部2100係判定具有缺陷。
再者，缺陷判定處理，可為「晶粒與資料庫對比(Die to Database)」。此時，晶粒畫像係與設計資料等之登錄資料比較。設計資料例如為CAD資料。當晶粒畫像與登錄資料不同時，控制部2100係判定具有缺陷。
此外，缺陷判定處理可判定單元(Cell)的缺陷。此時係處理單元畫像來取代上述晶粒畫像。缺陷判定處理可為「單元對比(Cell to Cell)」、「單元與任意單元對比(Cell to Any Cell)」、「單元與資料庫對比(Cell to Database)」。
如此，控制部2100係進行缺陷判定。缺陷判定結果可顯示於顯示器，或是記錄於記錄媒體。此外，如以下所說明，缺陷判定結果可於下一階段由SEM2120所利用。
「關於具備攝像投影式檢查裝置與SEM兩者之構成」
第60圖係顯示試料檢查裝置2010的一部分，尤其是主處理室2022、電子管柱2024及SEM2120。電子管柱2024 與主處理室2022一同構成攝像投影式觀察裝置。因此，本實施形態之試料檢查裝置，係構成具有攝像投影式觀察裝置與SEM式觀察裝置兩者之複合型的觀察裝置。
如第60圖所示，本實施形態中，承載台2030係構成為可移動。尤其是可在電子管柱2024(攝像投影式觀察裝置)的觀察位置與SEM2120的觀察位置之間移動者。藉由此構成，當使用攝像方式與SEM之2種裝置的兩者時，可迅速且高精度地進行觀察及檢查。例如，在攝像投影式觀察裝置中檢測出圖型缺陷，在SEM中詳細地檢視圖型缺陷。 以下更詳細地說明此特徵。
根據第60圖的構成，可在試料2020裝載於同一個承載台2030之狀態下使用電子管柱2024及SEM2120兩者。 因此，當試料2020(承載台2030)在電子管柱2024及SEM2120之間移動時，座標關係可單一地求取。此在特定出圖型的特定場所或是特定出圖型缺陷場所時為有利。2個檢查裝置能夠以高精度容易地特定出同一部位。例如，藉由電子管柱2024特定出缺陷場所。此缺陷場所於SEM2120迅速地被定位。
假定無法應用上述複合型的構成。例如，攝像光學式檢查裝置與SEM被分別配置在不同的真空室。必須在分離的各裝置之間使試料移動，並且必須將試料設置在不同的承載台。因此，2個裝置必須分別進行試料的對位而花費時間。此外，當分別進行試料的對位時，同一位置的特定誤差會成為5至10[μm]。
另一方面，本實施形態中，如第60圖所示，在2種檢查中，係將試料2020設置在同一個主處理室2022的在同一個承載台2030。即使當承載台2030在攝像方式的電子管柱2024與SEM2120之間移動時，亦能夠以高精度特定出同一位置。例如可在1[μm]以下的精度特定出位置。
如此之高精度的特定，在以下情況中乃極為有利。首先，以攝像方式進行試料2020的檢查，來檢查圖型及圖型缺陷。然後以SEM2120來進行所檢測出之缺陷的特定及詳細觀察(檢視)。由於可特定出正確位置，所以不僅可判斷缺陷的有無(若無則為虛擬檢測)，亦可高速地進行缺陷之尺寸或形狀的詳細觀察。
如前所述，若分別設置缺陷檢測用電子管柱2024與檢視用SEM式檢查裝置，則將花費很多時間於缺陷位置的特定。藉由本實施形態可解決此項問題。
如以上所說明，本實施形態中，係使用依據攝像光學方式之圖型及圖型缺陷的攝像條件，以高感度來檢查超微小的圖型。並且將攝像光學方式的電子管柱2024與SEM式檢查裝置2120裝載於同一個主處理室2022。藉此，尤其能夠極有效率地高速進行100[nm]以下之超微小圖型的檢查以及圖型的判定及分類。
「使用具備攝像投影式檢查裝置與SEM兩者之檢查的其他例子」
上述中，攝像投影式檢查裝置係檢測缺陷，SEM進行檢視檢查。然而，本發明並不限定於此。2個檢查裝置可 應用於其他檢查方法。藉由組合各檢查裝置的特徵，可進行有效的檢查。其他檢查方法例如有下列所述者。
此檢查方法中，攝像投影式檢查裝置與SEM係進行不同領域的檢查。此外，於攝像投影式檢查裝置應用「單元對比(Cell to Cell)檢查」，於SEM應用「晶粒對比(Die to Die)檢查」，藉此，全體可實現高效率且高精度之檢查。
詳細而言，對於在晶粒中重複圖型為較多之區域，攝像投影式檢查裝置係進行「單元對比」檢查。對於在晶粒中重複圖型為較少之區域，SEM進行「晶粒對比」檢查。 將兩者的檢查結果合成而獲得1個檢查結果。「晶粒對比」為將依序獲得之2個晶粒的畫像進行比較之檢查。「單元對比」為將依序獲得之2個單元的畫像進行比較之檢查，單元為晶粒中的一部分。
上述檢查方法，在重複圖型部分中，係使用攝像投影方式來進行高速檢查，另一方面，在重複圖型較少之區域中，係以高精度且虛擬程度較少的SEM來執行檢查。SEM不適於進行高速檢查。然而，由於重複圖型較少之區域為相對較窄，所以可在不會使SEM的檢查時間變得太長之下完成。因此，可將全體的檢查時間縮短。如此，此檢查方法係將2種檢查方式的優點活用為最大程度，而能夠在較短的檢查時間內進行高精度的檢查。
「光圈調整」
接下來說明本實施形態的另一項特徵之光圈調整。
首先說明光圈調整的概要。光圈調整中，二次光學系 2060之光圈2062的尺寸、位置及形狀，係以配合通過光圈2062之鏡像電子的方式進行調整。就此涵義中，本實施形態之光圈2062亦可稱為可變光圈(或調整用光圈等)。調整目標，為使光圈2062的高度下之鏡像電子的光點(分布)與光圈2062的孔極力地達到一致。惟實際上難以使鏡像電子光點與光圈2062完全一致。因此，實際上可將光圈2062的孔，調整為較鏡像電子光點更寬廣某種程度。
如此，藉由調整光圈2062，可增大畫像中之圖型的對比。詳細而言，從試料所檢測出之電子，係包含鏡像電子與二次釋出電子。如已說明般，二次釋出電子係廣範圍地擴散，相對於此，鏡像電子較不會擴散。因此，藉由因應鏡像電子來適當地調整光圈2062，可減少通過光圈2062之二次釋出電子，並相對地增大鏡像電子的檢測量。因此，更可增大圖型的對比。
光圈2062係藉由光圈調整機構2200來調整。具體而言，可具備複數種光圈2062。在複數種光圈2062中，尺寸及形狀有所不同。這些複數種光圈2062可一體地構成，或是為個別的構件。光圈調整機構2200可切換在光軸上於觀察所使用之光圈2062。然後，光圈調整機構2200在控制部2100的控制下，從複數種光圈2062中選擇出因應鏡像電子之光圈2062，並配置在光軸上。再者，光圈調整機構2200因應鏡像電子來調整光圈2062的位置。如此，可適當地調整光圈2062的尺寸、形狀及位置。
在本發明的範圍中，光圈2062的位置亦可包含沿著二 次光學系2060的軸之方向上的位置。因此，光圈調整機構2200不僅可使光圈2062於水平方向(XY方向)上移動，並且亦可於光軸方向(Z方向)上移動，而達到光圈2062位置的最適化。光圈2062的位置亦可包含旋轉方向的位置，亦即光圈角度。光圈調整機構2200可使光圈2062於水平面上旋轉，該旋轉中心可為二次光學系2060的軸。
為了進行上述光圈調整，測定光圈的鏡像電子像，為有效的方式。此鏡像電子像係表示上述鏡像電子光點。因此，係以適合於光圈的鏡像電子像之方式來調整光圈2062。
為了測定光圈的鏡像電子像，較理想為於光圈的高度追加EB-CCD等檢測器。或者是將光圈2062與檢測器2070(第59圖)配置在光學共軛的位置。藉此，於檢測器2070可獲得光圈2062的鏡像電子像。
以上係說明光圈調整的概要。接下來使用具體例，詳細說明光圈調整。
(光圈位置的調整)
圖型觀察中，有效率地取得來自圖型的鏡像訊號者，乃極為重要。光圈2062的位置，由於規定了訊號的透射率與像差，所以極為重要。二次電子，係從試料表面以寬廣角度的範圍依循餘弦法則被釋出，並且在光圈中到達均一的寬廣區域。因此，二次電子對於光圈2062的位置較不敏感。相對於此，為鏡像電子時，於試料表面的反射角度，係與一次電子束的入射角度為同等程度。因此，鏡像電子顯現出較小的擴散，並且以較小的電子束直徑到達光圈 2062。例如，鏡像電子的擴散區域為二次電子之擴散區域的1/20以下。因此，鏡像電子對於光圈2062的位置極為敏感。光圈之鏡像電子的擴散區域，一般為10至100[μm]。因此，求取鏡像電子強度為最高之位置，並將光圈2062的中心位置配置在該求取出的位置者，乃極為有利且重要。
為了實現將光圈2062設置在該適當的位置，光圈調整機構2200係使光圈2062在電子管柱2024的真空中，以1[μm]的精度在x、y方向上移動。並一邊使光圈2062移動，一邊測量訊號強度。畫像的亮度可作為訊號強度來求取。 評估值例如為亮度的合計值。然後求取訊號強度為最高之位置，並將光圈2062的中心設置在該求取出的座標位置。
上述中，光圈2062係在xy方向上移動。在本發明的範圍內，光圈2062可藉由光圈調整機構2200來轉動，並調整光圈2062的角度。然後，可根據訊號強度的測量結果來設定角度。角度為旋轉方向的位置，因此，光圈的角度，於本發明中亦包含於光圈位置。光圈2062的旋轉軸可為二次光學系2060的軸。首先，進行上述xy方向的調整，將光圈中心調整至訊號強度為最高之位置。然後使光圈2062每次旋轉預定的小角度，將光圈2062調整至訊號強度成為最高之角度。
此外，係以不僅x、y方向，亦可於z軸方向進行光圈2062的位置調整之方式，來構成光圈等。z軸方向為二次光學系2060的軸方向。此時，光圈2062亦於z軸方向上 移動，測定訊號強度，並將光圈2062調整至訊號強度為最高之位置，此構成亦為有利。光圈2062較理想為設置在鏡像電子最為窄縮的位置。藉此，能夠極為有效地進行鏡像電子之像差的降低以及二次釋出電子的減少。因此能夠獲得更高的S/N。
(訊號強度測量的構成)
在此說明用於訊號強度測量之更理想的構成。
第61圖為第59圖之試料檢查裝置的變形例。第61圖中，二次光學系2060a的構成與第59圖的二次光學系2060不同，具體而言，係將EB-CCD2065設置在光圈的高度。光圈2062及EB-CCD2065係設置在具有開口2067、2068之一體的保持構件之XY承載台2066。由於在XY承載台2066設置有開口2067、2068，所以鏡像電子及二次釋出電子可到達光圈2062或EB-CCD2065。
XY承載台2066係使光圈2062及EB-CCD2065移動，來進行該等的位置控制及定位。藉此切換光圈2062及EB-CCD2065，而能夠獨立地進行光圈2062的電流吸收與EB-CCD2065的畫像取得。XY承載台2066係藉由光圈調整機構2200所驅動(XY承載台2066亦可為光圈調整機構2200的一部分)。
當使用此構成的二次光學系2060a時，首先使用EB-CCD2065，檢測出電子束的光點形狀及該中心位置。畫像處理裝置2090或其他構成，可處理EB-CCD2065的檢測訊號而生成畫像。控制部2100亦可從檢測訊號的畫像中，求取 鏡像電子的光點形狀及中心位置。如前所述，鏡像電子的亮度較二次釋出電子的亮度還大。因此，鏡像電子的光點較周圍的二次釋出電子部分還亮。因此，例如亮度為預定值以上之區域，可特定為鏡像電子的光點(分布)。此外，從畫像中，以邊緣所包圍之區域可檢測為鏡像電子的光點。然後，控制部2100控制XY承載台2066，將光圈2062的孔中心配置在所檢測出之光點的中心位置。
如以上所說明，本實施形態中，使用EB-CCD2065乃極為有利。由於藉此可得知電子束的二次元資訊，並求取入射至檢測器2070之電子數，所以可進行定量性訊號強度的評估。此外，可利用此測量結果直接的進行光圈2062的位置調整。藉此，可進行光圈的高精度定位，降低電子像的像差而提升均一性。此外，可取得透射率均一性提升，解析度較高且階調為均一之電子像。
此外，第61圖的構成，能夠不需進行一邊使光圈2062移動些許一邊測量訊號強度之作業。因此，亦可有效縮短測量時間。
此外，第61圖的構成，不僅使光圈調整，亦可適合利用於光點形狀的調整。控制部2100係以使光點形狀極力成為圓形且為最小之方式，進行散光像差補償器、透鏡2061、2063及對準器2064的電壓調整。關於此點，以往係無法直接進行光圈2062之光點形狀及散光像差的調整。如此的直接調整，於本實施形態中可進行，而能夠進行散光像差的高精度校正。
此外，第61圖的構成中，EB-CCD2065係設置為檢測器，然而，亦可設置其他種類的檢測器。
第61圖中，藉由EB-CCD2065的追加，可獲得光圈2062的電子束像。然而，藉由其他構成，亦可獲得同樣的電子束像。具體而言，係以在z方向上使光圈2062與檢測器2070之檢測面的位置關係成為光學共軛關係之方式來配置光圈2062，或是設定位於光圈2062與檢測器2070之間之透鏡2063的條件。此構成亦極為有利。藉此，可將光圈2062的位置之電子束的像，成像於檢測器2070的檢測面。 因此，可使用檢測器2070來觀察光圈2062的電子束分布，而獲得光圈2062的鏡像電子像。並且，亦可不設置EB-CCD2065。
此外，在上述的說明中，測定結果係使用在光圈位置調整。控制部2100係可將測定結果亦適合地使用在下述的光圈尺寸及光圈形狀的調整。
(光圈尺寸及光圈形狀的調整)
光圈2062的尺寸(光圈徑)，於本實施形態中亦為重要。如上所述，由於鏡像電子的訊號區域較小，因此，有效的尺寸大約為10至200[μm]。再者，光圈尺寸相對於電子束的直徑，較理想為大+10至100[%]之尺寸。
關於此點，電子像係藉由鏡像電子及二次釋出電子所形成。藉由光圈尺寸的設定，更可提高鏡像電子的比例。 藉此可提高鏡像電子的對比，亦即能提高圖型的對比。
更進一步詳細說明，當縮小光圈的孔時，二次釋出電 子與光圈面積呈反比例地減少。因此，正常部的階調變小。 然而，鏡像電子訊號不變，所以圖型的階調不變。因此，周圍階調的降低量，可提高圖型的對比，而獲得更高的S/N。
關於光圈形狀，同樣的原理亦成立。較理想為將光圈形狀配合於光圈2062之鏡像電子的光點形狀(分布)。藉此，可在不會改變鏡像電子訊號下，減少通過光圈2062之二次釋出電子。因此可提高圖型的對比，而獲得更高的S/N。
上述光圈尺寸及形狀的調整中，亦可使用訊號測量，可一邊稍微改變光圈尺寸及形狀一邊重複進行訊號測量。 較理想為，使用第61圖的構成來測量光圈2062之鏡像電子的光點。或者是，藉由將檢測器2070與光圈2062的位置關係設定為共軛關係，藉此於檢測器2070取得光點像。 藉此，可簡單且迅速地調整光圈尺寸及形狀。
如以上所說明，鏡像電子對於光圈尺寸及形狀極為敏感。因此，適當地選擇光圈尺寸及形狀者，對於獲得高S/N者為很重要。
(光圈的變形例)
接著參照第62圖至第67圖，說明適合地應用於本實施形態之光圈的變形例。
第59圖等中，光圈2062僅以線來表示。然而，實際的光圈2062為具有孔之構件(零件)。一般而言，構件亦有稱為光圈者，孔亦有稱為光圈者。在以下光圈變形例的說明，為了區分構件(零件)與孔，係將構件稱為光圈構件。 將構件的孔稱為光圈孔。關於其他辨識方法，亦可將光圈 構件稱為NA光圈等。
第62圖至第67圖中，圖號2062a至2062d為光圈構件。圖號2169、2069、2069a、2069b為光圈孔。光圈形狀，一般係指光圈孔的形狀。光圈尺寸及位置，具體而言為光圈孔的尺寸及位置。在此，雖區分光圈構件及光圈孔，但於本說明書的全體中，亦可依循一般的表達方式，將光圈構件及光圈孔僅稱為光圈。
第62圖為參考例，係顯示以往的光圈孔2169。如第62圖所示，以往，圓形的光圈孔2169係設置在固定位置。 所以無法進行上述適當的尺寸及形狀之選擇。另一方面，本實施形態之試料檢查裝置2010，係構成為能夠使光圈進行二次元或三次元地移動而進行光圈調整。
第63圖係顯示光圈形狀的一例。第63圖中，光圈孔2069為橢圓形。此孔形狀係配合鏡像電子訊號的強度分布而設定。此例中，在光圈構件2062之鏡像電子強度分布的測定結果中，為強度分布在y方向較長之橢圓形狀。在此，所謂y方向，為在E×B濾波器2046中所偏向之方向。y方向與一次電子束的光軸方向一致。亦即，y方向為橢圓形狀之原因，可考量為E×B濾波器2046中的偏向成分。因此，為了有效率的捕集鏡像電子，於y方向具有長軸之光圈形狀，乃極為有利。藉此，可較以往更為提高鏡像電子的產率，而獲得更高的S/N(例如為×2以上)。例如，假定二次電子束的強度分布於y方向為100[μm]，於x方向為50[μm](這些值均為半值全寬)。橢圓形的光圈孔2069，相 對於二次電子束直徑，可於正10至100[%]的範圍內選擇。例如，能夠以使光圈尺寸於y方向成為150[μm]，於x方向成為75[μm]之方式來選擇光圈孔2069。
接著使用第64圖至第67圖，說明具有複數個光圈孔之光圈構件的構成。在此，複數個光圈孔係作為一個光圈之功能。
第64圖係顯示具有複數個光圈孔2069a之光圈構件2062a的構成之一例。第64圖中，光圈構件2062a具有2個圓形的光圈孔2069a。此例中，以鏡像電子的強度中心為基準，將2個孔配置在往±y方向偏離之位置。偏離量例如為50[μm]左右。此構成可捕集所散射之+y側與-y側的鏡像電子兩者。因此，此構成可增大散射的鏡像電子訊號與背景的二次釋出電子之訊號量的差，而獲得高S/N。說明該理由，為二次釋出電子時，往散射方向飛散之量僅限於少量。因此可降低背景量而相對地提高S/N。
第65圖係顯示具有4個光圈孔2069a之光圈構件2062a的構成之一例。第65圖中，4個圓形的光圈孔2069a係對稱地配置在x軸及y軸。亦即2個光圈孔2069a配置在x軸上，2個光圈孔2069a配置在y軸上，4個光圈孔2069a位於距離中心(原點)為等距離之位置上。換言之，4個光圈孔2069a等間隔地配置在原點的周圍。簡單來說，4個光圈孔2069a配置為菱形狀。藉此，即使存在有往x方向與y方向兩者散射之鏡像電子，亦能夠以高S/N取得電子。
第66圖係顯示具有4個光圈孔2069a之光圈構件2062c。第66圖的構成為與第65圖的構成不同之一例。第66圖中，4個圓形的光圈孔2069a分別配置在xy平面的第1象限至第4象限。此例中，4個光圈孔2069a亦對稱地配置在x軸及y軸，且距離中心(原點)等距離地配置。換言之，4個光圈孔2069a等間隔地配置在原點的周圍。此形狀的光圈構件2062c中，亦可將光圈孔2069a設置在鏡像電子的訊號強度較高之位置上，而取得高S/N的訊號。
如第65圖及第66圖所示，光圈孔2069a的數目可相同且該等配置為不同。藉此，可因應用途而使用適當的光圈構件2062b、2062c。如此，對於各種用途，可取得高S/N。
第67圖係顯示具有8個光圈孔2069b之光圈構件2062d的構成之一例。如第67圖所示，光圈孔2069b的數目可較4個更多。第67圖所示之光圈構件2062d中，複數個光圈孔2069b係等間隔地配置在鏡像電子的強度中心之周圍的圓周上。此構成，當在圓周上某個光圈孔2069b的位置上具有呈現特異的強散射之鏡像電子時為有利。藉此可適當地捕集鏡像電子。
此外，第64圖至第67圖中，關於鏡像電子訊號的強度中心與光圈孔2069a、2069b之關係，為光圈位置係從強度中心偏離。然而，本發明並不限定於此。光圈位置可與強度中心一致。亦即，1個光圈孔可設置為與鏡像電子強度中心一致。此時，其他光圈孔係進行散射之鏡像電子的捕集。這些電子與強度中心的鏡像電子一同包含於電子 像。於檢測器2070中可獲得此合成像。如此，可取得強鏡像電子與呈現特異散射的鏡像電子之合成像。因此，不僅可獲得高S/N，並且能夠有效地檢測出在散射方向具有特徵之圖型。此外，亦可使散射方向的特徵有益於觀察對象的分類。
(因應著陸能量之光圈調整)
再者，根據本實施形態，相對於所使用之著陸能量LE，可選擇適當的光圈孔形狀及尺寸。此選擇亦提供極為有利之效果。因著陸能量LE的不同使鏡像電子的強度分布產生變化。因此，本實施形態之檢查裝置，可構成為因應所使用之著陸能量LE來選擇光圈尺寸及形狀。藉此，可因應強度分布來進行光圈調整，所以極為有利。例如可考量在鏡像電子具有y方向較長之橢圓形狀的強度分布之情況。並假定於不同的2種條件下進行攝像或檢查。例如，在第1攝像、檢查條件下，著陸能量為第1值，亦即LE=3[eV]。在第2攝像、檢查條件下，著陸能量為第2值，亦即LE=2[eV]。在此，當著陸能量LE較小時，於光圈高度中，鏡像電子強度分布變大。因此，較理想為配合此分布變化來選擇光圈尺寸及形狀。例如，當使用第1著陸能量時，可選擇y方向為100[μm]，x方向為50[μm]之橢圓形的光圈孔2069。當使用第2著陸能量時，鏡像電子強度分布增大2倍左右。因此，可使用y方向為200[μm]，x方向為100[μm]之橢圓形的光圈孔2069。如此，能夠極為有效地檢測出鏡像電子。
(光圈調整機構)
最後補充說明光圈調整機構。本實施形態中，複數個光圈(光圈構件)可形成一體化。亦即，於1個光圈構件中可設置複數個光圈孔。在複數個光圈孔中，形狀及尺寸可為不同。此時，光圈調整機構可藉由移動光圈構件來切換光圈孔，而調整光圈形狀及光圈尺寸。
其他例子有光圈未形成一體化之構成。亦即，設置複數個光圈構件，各光圈構件具有光圈孔。在複數個光圈構件中，孔尺寸及孔形狀的至少一方為不同。此時，光圈調整機構可藉由選擇並切換光圈構件，來調整光圈形狀及光圈尺寸。
亦可為上述2種構成的組合。例如，針對每個光圈形狀的種類，各準備1個光圈構件。各光圈構件係具有同一形狀且尺寸為不同之複數個光圈孔。相反的，針對每個光圈尺寸，各準備1個光圈構件。此時，各光圈構件可具有同一尺寸且形狀為不同之複數個光圈孔。
光圈調整機構2200可具有用以移動及切換光圈之任意構成。可使用第61圖的例子所示之XY承載台來移動及切換光圈。此外，光圈可藉由線性馬達來移動及切換。此外，可藉由旋轉支撐構件來支撐光圈，或是以一般的旋轉式馬達來移動光圈，或是可進行切換。
以上係詳細說明本實施形態之光圈調整。上述光圈，可變更尺寸、位置及形狀的全部。本發明並不限定於此構成。在本發明的範圍內，可調整尺寸、位置及形狀的至少 一種。
此外，上述說明中，光圈設定可隨時變更。然而，在本發明的範圍內，光圈設定可在調整後固定。此時，首先依循上述原理來調整及決定光圈尺寸、位置及形狀。然後將決定後的光圈規格固定地使用。例如可持續使用上述橢圓形狀的光圈。
以上係說明本發明之實施形態。根據本發明，藉由適當地調整著陸能量，可增大試料之細微圖型的對比，因此可觀察細微圖型。
本發明尤其著眼於因在兩側具有邊緣而容易在凹圖型產生鏡像電子之鏡像電子產生現象的特性。此特性於以往的圖型觀察中並未被活用。凹圖型中之鏡像電子的產生量，係與電子束的著陸能量相依。因此，係以在凹圖型使照射電子有效率地成為鏡像電子之方式來設定著陸能量。 藉此，可增大在凹圖型中之解析度與對比，而能夠進行細微圖型的觀察。
本發明之技術係將著陸能量設定在相當低的值。因此，本發明之觀察技術可稱為低著陸能量技術。
本發明係將上述低著陸能量技術應用於攝像投影式觀察裝置。藉此，可在短時間內進行細微圖型的觀察。
此外，低著陸能量，具體而言可設定在鏡像電子與二次釋出電子混合存在之轉移區域。此外，著陸能量LE可設定在LEA≦LE≦LEB+5eV。藉由此設定，可在圖型部分容易產生鏡像電子，而增大畫像中之圖型的對比。
此外，本發明中，如上述所詳細說明般，可適當地調整光圈的尺寸、位置及形狀，藉此，更能夠增大畫像中之圖型的對比。
此外，本發明中，可於同一處理室中具備攝像投影式觀察裝置及SEM，並使用同一承載台而構成複合式的觀察裝置。藉此，於連續地進行2種類的檢查時，縮短定位的時間並大幅地增大定位精度。因此可迅速且高精度地進行觀察。
以上係說明就目前時點所考量之本發明的較佳實施形態，可理解的是對本實施形態能夠進行多種變形，並且申請專利範圍包含位於本發明的真正精神與範圍內之所有變形。
「產業上的利用可能性」
如上所述，本發明之試料觀察技術，在半導體晶圓或遮罩等的檢查中乃為有用。
[第4觀點]
第4觀點係關於形成有複數層膜之試料的觀察，尤其關於下列附有膜的基板之檢查。
本發明之目的在於提供一種能夠檢測出存在於附有膜的基板之表面下之基板的形狀，或是下層膜等的形狀之技術。此外，本發明之目的在於提供一種能夠檢測出存在於下層膜等之異物等之技術。
本發明係關於附有膜的基板之檢查方法。前述附有膜的基板，係具有形成有立體形狀的基板、以及層合形成於 該基板上之由不同材料所構成的複數層膜；此外，前述附有膜的基板係包含去除最上層的膜使下層膜暴露出之構造。附有膜的基板之檢查方法，係具有：藉由將其著陸能量被設定成如下述者之荷電粒子束照射至前述附有膜的基板之表面之工序，其中，該著陸能量係使位於前述基板上之形成有前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、位於前述基板上之未形成立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、及前述下層膜的表面電位之間的表面電位不同；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比之工序；根據該電位對比，同時檢測出前述最上層的膜之形狀以及形成於前述基板上之立體形狀之工序。
藉此，可藉由利用附有膜的基板之表面的靜電電容，不僅可檢查附有膜的基板之表面最上層的膜形狀，並且可檢查至表面無法看到的區域為止。因此，亦可檢查附有膜的基板之厚度方向的形狀。
此外，本發明之方法，更可根據前述電位對比來檢測出異物。
藉此，可根據前述電位對比，檢測出附有膜的基板上或附有膜的基板內所包含之異物的存在。
此外，本發明之方法，可將前述荷電粒子束，以不同的著陸能量照射複數次至前述附有膜的基板之表面。
藉此，可在容易取得附有膜的基板之表面的電位對比 之狀態下進行檢查。
此外，本發明可在每經過一次的照射逐漸降低前述荷電粒子束的著陸能量。
藉此，可使附有膜的基板之表面成為容易產生鏡像電子之狀態。鏡像電子為在與附有膜的基板碰撞前所反射之電子。藉由上述構成，可容易產生鏡像電子而適當地檢測出膜的形狀。
此外，本發明為檢測出層合形成於基板上之由不同材料所構成的複數層膜的形狀之附有膜的基板之檢查方法。 此方法係具備：將具有經設定成因應前述膜的材料的種類及厚度之不同使前述附有膜的基板之表面電位為不同之著陸能量的荷電粒子束，予以照射至前述附有膜的基板之表面之工序；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比之工序；以及根據該電位對比，檢測出前述複數層膜的形狀之工序。
藉此，可藉由利用附有膜的基板之表面的靜電電容的不同，從附有膜的基板之表面檢測出形成於基板上之複數層膜的形狀。因此，能夠檢測出僅單純地取得附有膜的基板之表面的畫像，而無法檢測出膜的形狀缺陷。於本發明中，可適當地檢測出各層膜的形狀。
此外，於本發明中，前述複數層膜的形狀可為部分或局部厚度不同之形狀。
藉此，可檢測出部分產生的厚度不一致，作為膜的缺 陷。
此外，本發明復可根據前述電位對比來檢測出異物。
藉此，當膜中存在異物時，可藉由電位對比的較大變化來檢測出異物。因此，可從附有膜的基板之表面檢測出膜中的異物。
此外，本發明可將前述荷電粒子束，以不同的著陸能量照射複數次至前述附有膜的基板之表面。
藉此，可調整附有膜的基板之表面的狀態，因應材料厚度的不同而容易產生附有膜的基板之表面的電位對比差。因此，可在適當的條件下進行附有膜的基板之檢查。
此外，本發明可在每經過一次的照射逐漸降低前述荷電粒子束的著陸能量。
藉此，可使附有膜的基板之表面成為容易產生鏡像電子之狀態。鏡像電子為在與附有膜的基板碰撞前所反射之電子。藉由上述構成，可容易產生鏡像電子而適當地檢測出膜的形狀。
此外，於本發明中，前述複數層膜可包含由絕緣物的材料所形成之膜。
藉此，在包含絕緣膜之膜的檢查中，亦可適當地檢測出膜的形狀，而發現形狀缺陷。
此外，於本發明中，前述荷電粒子束的著陸能量，可設定在-10eV以上50eV以下的範圍內。較理想為，著陸能量設定在-5eV以上5eV以下的範圍內。
藉此，可適當地利用電位對比的變化較大之鏡像電 子，而檢測出多層膜的形狀。
此外，本發明為一種附有膜的基板之檢查裝置，前述附有膜的基板，係具有形成有立體形狀的基板、以及層合形成於該基板上之由不同材料所構成的複數層膜；此外，前述附有膜的基板係包含去除最上層的膜使下層膜暴露出之構造。附有膜的基板之檢查裝置係包含：藉由將具有被設定成如下述者之著陸能量的荷電粒子束照射至前述附有膜的基板之表面之荷電粒子照射部(荷電粒子照射手段)，其中，該著陸能量係使位於前述基板上之形成有前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、位於前述基板上之未形成立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、及前述下層膜的表面電位之間的表面電位不同；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比之檢測器；以及根據該電位對比，同時檢測出前述最上層的膜之形狀以及形成於前述基板上之立體形狀之運算部(運算手段)。
藉此，不僅可檢測出附有膜的基板之表面最上層的膜形狀，並且可檢查從表面所無法看到之基板的立體形狀。 因此，亦可進行包含層下方之基板的缺陷之形狀缺陷的檢查。
此外，本發明為檢測出層合形成於基板上之由不同材料所構成的複數層膜的形狀之附有膜的基板之檢查裝置。 此裝置係具有：將具有經設定成因應前述膜的材料的種類 及厚度之不同使前述附有膜的基板之表面電位為不同之著陸能量的荷電粒子束，予以照射至前述附有膜的基板之表面之荷電粒子照射部(荷電粒子照射手段)；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之電位對比之攝像元件；以及根據該電位對比，檢測出前述複數層膜的形狀之運算部(運算手段)。
藉此，可從附有膜的基板之表面檢測出多層膜之厚度不一致等的形狀缺陷。由於可在一次的檢查中檢測出多層膜全體的形狀缺陷，所以可提升檢查效率。於本發明中，可適當地檢測出各層膜的形狀。
「發明的效果」如上所述，根據本發明，不僅可檢測出附有膜的基板之表面層，並且可從表面檢測出存在於下側之膜或基板的形狀。
「發明的實施形態」
以下係敘述本發明的詳細說明。以下的詳細說明及附加圖面，並非用以限定本發明。本發明的範圍係由以下的申請專利範圍所規定。
第68圖係顯示用以執行本實施形態之附有膜的基板之檢查方法之檢查裝置的概略構成。
第68圖中，係載置附有膜的基板3040，並將來自電子槍3060a之電子束照射至附有膜的基板3040的表面。電子束為本發明之荷電粒子束的一例。荷電粒子束可為利用離子等之粒子束。以下所說明之本實施形態中，係使用電子束。附有膜的基板3040，係具備基板3010以及形成於 基板3010上之多層膜3020。多層膜3020係由複數層3021至3024所形成。本實施形態，可應用於各種用途之附有膜的基板3040。附有膜的基板3040例如可為光罩所使用之基板。以下所說明之例子中，附有膜的基板3040係適用於光罩。
基板3010是用作為附有膜的基板3040的主材料之基材，例如為空白玻璃等玻璃基板。多層膜3020係由以不同材料所構成之複數層膜3021至3024所形成。膜3021至3024係包含2種以上之不同材料所構成之膜。因此，例如2種材料可作為膜3021至3024而交互積層。
第68圖中，係對電子槍3060施加加速度電壓Vacc。 對附有膜的基板3040施加遲滯電壓RTD。加速電壓(Vacc)係用以將從電子槍所產生之電子相對於接地予以加速而施加。加速電壓(Vacc)例如為-4000[V]至-7000[V]之任意電壓。
在屬於附有膜的基板3040之光罩的表面，例如施加-4000[V]之電壓。電子係藉由加速電壓相對於接地被加速。當加速電壓為-4000[V]時，從電子所觀看之光罩的電壓為0[V]。當加速電壓為-7000[V]時，從電子所觀看之光罩的電壓為-3000[V]。
上述說明中，施加於光罩(附有膜的基板3040)之電壓，為遲滯電壓(RTD)。從加速電壓減去遲滯電壓後之值為著陸能量LE。亦即，著陸能量LE為從相對於接地被加速後之電子所觀看之光罩的電壓。
接下來說明著陸能量LE的調整方法。當大概以100[V]單位進行調整時，係藉由加速度電壓Vacc進行調整。10V程度的微調整，亦有藉由改變遲滯電壓RTD來進行之情況。此外，與遲滯電壓RTD不同之其他電壓，係假定重疊於光罩最表面的電壓。此時，例如因充電等的影響而產生。 此時，表面電壓△V的校正係藉由遲滯電壓RTD的調整來進行。
第68圖的例子中，加速電壓Vacc為-4005[V]，遲滯電壓RTD為-4002[V]。從電子槍3060所發射之電子入射於附有膜的基板3040的表面時，著陸能量LE為3[eV]。
LE=(RTD-Vacc)×e={-4002-(-4005)}×e=3[eV]
如此，照射至附有膜的基板3040之荷電粒子束的著陸能量LE，可藉由調整電子槍3060側的加速度電壓Vacc以及施加於附有膜的基板3040的表面之遲滯電壓RTD來設定。
在此，本實施形態中，SEM式電子顯微鏡或攝像投影式電子顯微鏡等，係使用荷電粒子束將附有膜的基板3040的表面予以攝像。因應附有膜的基板3040之表面的材料及形狀之不同，以及著陸能量LE，使從附有膜的基板3040的表面所反彈之電子的量有所不同。材料的不同，例如為絕緣材料與導體的組合、介電常數為不同之絕緣體的組合、以及這些的全部組合。此外，形狀的不同為表面的凹凸等。電子量的差，係作為因材料的不同所形成之亮度的不同，或是因表面形狀的不同所形成之亮度的不同，而顯 現於附有膜的基板3040的表面之畫像。係將因材料的不同所形成之亮度的不同稱為「材料對比」。此外，將因表面形狀的不同所形成之亮度的不同稱為「形狀對比」。
這些對比等為因表面電位的不同所產生之現象。構成附有膜的基板3040之材料的不同或形狀的不同，會產生基板表面之電位的不同。此表面電位的不同會產生從表面所反彈之電子量的不同。
此電位的不同係因材料所具有之特性的不同所產生。 材料特性例如為導體的薄片電阻值，為絕緣物的相對介電常數。此外，在導體與絕緣物的層狀構造中，係藉由因厚度不同所形成之靜電電容的差，而產生電位的不同。此外，亦藉由因應形狀不同之電場分布的不同等，而產生電位的不同。
藉由電子束的照射，亦可能使表面電位的不同變得更顯著。此外，亦可利用因自然帶電所形成之電位的不同。
係假定於基板上形成有多層膜(層合至少2種材料之膜)，且於多層膜中存在有異物(異物不存在於多層膜的最表面時)。藉由電子束的照射，若多層膜內之異物的存在作為最表面的電位不同而明確地顯現，則可從電位的不同檢測出多層膜中的異物。亦即，藉由以使表面電位因多層膜中之異物的有無而有所不同之方式照射電子束，可進行異物的檢測。
第69圖係顯示因應著陸能量LE的不同之亮度的不同。詳細而言，第69圖係顯示當將著陸能量LE為不同之 電子束照射至基板時，依據從基板所反彈之二次釋出電子量的不同所形成之畫像亮度的不同。第69圖中，附有膜的基板3040的表面電位為0(表面電位△V=0)。
實際上，在附有膜的基板3040的表面，係藉由因電子束的照射所形成之帶電及自然帶電，且藉由表面材料的介電常數及二次電子釋出效率等，使表面電位產生分布。
第70A圖及第70B圖係顯示因電子束的照射所形成之電位差的一例，係顯示形成於基板3010之形狀與形成於基板3010上的膜3020之形狀的電位差。第70A圖為顯示附有膜的基板3040的表面電位之圖。第70B圖為顯示附有膜的基板3040的剖面構成之圖。以電位差的原理而言，電位差係因靜電電容的不同、及暴露於最表面之材料的不同而產生。
第70B圖中，於基板3010形成有凹陷形狀3011。此外，於基板3010上形成有多層膜3020。多層膜3020係由下層膜3021與最上層膜3022所構成。下層膜3021與最上層膜3022係由不同材料所構成。下層膜3021係形成基板上的層，並充填基板3010的凹陷形狀3011。最上層膜3022層合於下層膜3021上，並形成附有膜的基板3040的表面。 最上層膜3022係具有構成缺口之槽形狀3030。於槽形狀3030的底部，下層膜3021暴露出。
在附有膜的基板3040的大部分區域中，下層膜3021與最上層膜3022具有均一的厚度。在凹陷形狀3011形成於基板3010上之區域中，下層膜3021具有較周圍為厚之 形狀。在槽形狀3030形成於最上層膜3022之區域中，最上層膜3022缺落而使全體厚度變薄，並以下層膜3021來構成表面。
受到第70B圖所示之材料及厚度的不同之影響，於第70A圖的表面電位產生分布。此表面電位導致在著陸能量的設定值LE與實效值LEe之間產生電位差△V。詳細而言，假定將具有同一著陸能量LE之電子束照射至附有膜的基板3040。LE為設定值為加速電壓Vacc與遲滯電壓RTD之差。此外，係將附有膜的基板3040表面之著陸能量實際值稱為實效著陸能量LEe。實效著陸能量LEe相對於設定值LE僅有電位差△V的不同。電位差△V相當於表面電位。 實效著陸能量LEe係表示為LEe=LE+△V。
如上所述，係假定於附有膜的基板3040內具有表面電位的分布，且存在有△V為不同之區域。附有膜的基板3040整體係接受具有同一著陸能量LE之電子束的照射。結果為，在實效著陸能量LEe產生差距。此LEe的差距係獲取為畫像中之亮度的不同，並檢測為電位對比。
畫像中的亮度差，係顯示出例如為圖型、粒子或是膜中的異物。第70A圖及第70B圖的例子中，係因立體的圖型形狀而產生畫像的亮度差。第70B圖中，在基板3010之凹陷形狀3011的區域中，下層膜3021形成為較周圍厚。 在此區域的正上方，表面電位大幅降低。另一方面，槽形狀3030為去除最上層膜3022後之場所，並使下層膜3021暴露出。在此區域的正上方，表面電位顯示較周圍略高之 值。從此結果來看，可得知下層膜3021與最上層膜3022的特性差。下層膜3021的材料使表面電位大幅降低。相較於下層膜3021的材料，最上層膜3022的材料中，表面電位降低的程度較小。
如此，本實施形態之檢查方法，係照射具有因基板及膜的形狀與材料之不同使表面電位成為不同之方式所設定之著陸能量LE的電子束。詳細而言，係藉由「於基板3010上形成有凹陷形狀3011等的立體形狀之區域正上方的表面電位」、「於基板3010上未形成凹陷形狀3011等的立體形狀之區域正上方的表面電位」、及「於最上層膜3022形成有槽形狀3030等的立體形狀且使下層膜3021暴露出之區域的表面電位」，使表面電位成為不同之方式來設定著陸能量。本實施形態之方法，係將此電子束照射至附有膜的基板3040的表面，而取得依據表面電位的電位分布之電位對比。藉此，可檢測出附有膜的基板3040的形狀。
第71圖係顯示附有膜的基板3040上所構成之圖型與形狀缺陷的例子之立體圖。第71圖的例子中，附有膜的基板3040對應於第70B圖所示之剖面形狀，且更具有形狀缺陷3031、3032。
詳細而言，與第70A圖相同，第71圖中，附有膜的基板3040係具備基板3010以及多層膜3020。於基板3010上，形成有凹陷形狀3011作為立體形狀。於基板3010上形成有下層膜3021，於下層膜3021上層合有最上層膜3022。最上層膜3022構成附有膜的基板3040的表面。最 上層膜3022中，係去除槽形狀3030的部分。在槽形狀3030，下層膜3021暴露出，並構成附有膜的基板3040的表面。此外，於槽形狀3030的部分，形成有形狀缺陷3031、3032。在設計圖型中，槽形狀3030的部分具有長方形的形狀，亦即，長方形的部分係從最上層膜3022被去除。然而，第71圖中，係以橫向突出之方式形成有形狀缺陷3031。 此外，槽形狀3030呈橫向凹陷，而形成形狀缺陷3032。 如上所述，第71圖中，在附有膜的基板3040的立體構造中，係在沿著橫向，亦即平面之方向形成有圖型缺陷。
根據本實施形態，藉由取得附有膜的基板3040表面的電位對比，對於上述圖型缺陷部分，亦可檢測出圖型形狀。 藉由將檢測出的形狀與設計形狀比較，可掌握並檢測出形狀缺陷。如此，根據本實施形態，可在包含表面形狀、下層膜形狀及基板形狀之廣泛範圍內，檢查附有膜的基板3040的形狀並檢測出形狀缺陷。
第72圖為藉由圖型及表面的異物所產生之電位分布的電位對比之示意圖。最下段(圖號(c))為剖面構成，係對應於第70B圖的構成。中段(圖號(b))為將電子束照射至剖面構成時之表面電位分布。最上段(圖號(a))係顯示藉由表面電位所產生之畫像中的亮度分布。
第72圖中，附有膜的基板3040的構成(圖號(c))係與第70B圖的構成相同。惟與第70B圖不同的是，第72圖中，於最上層膜3022的表面上存在有異物3050。如此，即使附有膜的基板3040的圖型形狀形成如設計般，亦有存在異 物3050時。根據本實施形態，亦可檢測出此異物3050。 以下說明具體的檢查方法。
第72圖中，中段的圖(圖號(b))為附有膜的基板3040的表面電位分布，並顯示表面電位分布與電位對比像的亮度(階調)之關係。可得知亮度因應表面電位而變化。如參照第70A圖所說明般，表面電位分布係對應於附有膜的基板3040的剖面形狀。在基板3010之凹陷形狀3011的區域中，正上方的表面電位降低。此外，在最上層膜3022之槽形狀3030的場所中，下層膜3021暴露於表面，在此區域中，表面電位上升。另一方面，在異物3050所存在的場所中，表面電位降低。異物3050之場所的表面電位，係遠較凹陷形狀3011之區域的表面電位大幅降低。如此，異物3050所存在的場所，係顯現出與基板3010或最上層膜3022的圖型形狀為不同之表面電位。第72圖的例子中，異物的電位變化較形狀圖型的電位變化還大。因此，可辨識出因異物3050所形成之電位變化。
如上述例子般，一般可考量為因異物3050所形成之表面電位變化，較附有膜的基板3040之圖型形狀的表面電位變化還大。根據此特性，可檢測出異物3050的混入。於第72圖之中段的圖中，附加有表面電位與亮度之關係的圖表。此圖表係表示出附有膜的基板3040之表面電位的差被反映至電位對比的亮度。
第72圖中，最上段的圖(圖號(a))係以電位對比的形式來顯示因應表面電位之亮度DN。如圖所示，亮度(階調) 係因場所有所不同，並且亦因異物的有無而使亮度不同。 詳細而言，關於「於基板3010上形成有立體形狀的凹陷形狀3011之區域正上方的亮度」、「於最上層膜3022形成有槽形狀3030之區域正上方的亮度」、「於基板3010上形成有下層膜3021與最上層膜3022之區域正上方的亮度」、及「異物3050所存在之區域正上方的亮度」，可觀察到所有亮度之不同。如此，本實施形態之檢查方法，不僅可檢測出附有膜的基板3040的形狀缺陷，亦可檢測出異物的混入。
接下來說明電子束之著陸能量的設定值。在此所使用之著陸能量，為0[eV]附近的低能量。在此低能量區域中，與著陸能量相依，所檢測出之電子的種類有所變化。所檢測出之電子為鏡像電子及二次釋出電子。二次釋出電子係包含二次電子、反射電子及後方散射電子，這些電子亦可混合存在。由於二次電子為代表性的二次釋出電子，所以在以下的說明中，可使用二次電子為例。此外，鏡像電子是指不與附有膜的基板3040的表面碰撞而從附有膜的基板3040反射之電子。電子束於即將抵達附有膜的基板3040之前改變方向，並藉此產生鏡像電子。
當著陸能量較大時，主要係檢測出二次釋出電子。將此區域稱為二次釋出電子區域。此外，當著陸能量較小時，主要係檢測出鏡像電子。將此區域稱為鏡像電子區域。在二次釋出電子區域與鏡像電子區域之間的區域中，鏡像電子與二次釋出電子混合存在。將此區域稱為轉移區域或混 合存在區域。轉移區域為二次釋出電子區域的下限(LEB)與鏡像電子區域的上限(LEA)之間之區域。亦可將二次釋出電子區域稱為二次電子模式，將鏡像電子區域稱為鏡像電子模式，將轉移區域稱為鏡像、二次電子混合存在模式。
本實施形態中，上述能量區域中，可適合地應用轉移區域(混合存在區域)。藉此，可適當地取得上述附有膜的基板3040之表面電位的電位對比。
鏡像電子與二次電子，在二次電子光學系中係通過不同軌道。因此，即使在使用轉移區域(鏡像、二次電子混合存在模式)之檢查中，亦可藉由光圈之尺寸或位置的變更，選擇性地僅抽出鏡像電子或二次電子，而取得期望的畫像資訊。
此外，電子束對附有膜的基板3040之照射可進行複數次。此方法對於產生鏡像電子為有效。以下詳細說明此點。
為了容易產生鏡像電子，進行預充電者乃為人所知。 預充電中，係預先照射帶電用電子束。此帶電用電子束的著陸能量，係設定為較取得電位對比時所照射之攝像用電子束的著陸能量還大。藉此，使附有膜的基板3040的表面預先帶電某種程度，而容易產生鏡像電子。
本實施形態為了利用上述現象，係照射複數次的電子束。例如，首先將帶電用之高著陸能量的電子束照射至附有膜的基板3040的表面，使基板表面帶電。之後照射低著陸能量的電子束，以取得附有膜的基板3040之表面的電位對比。
此外，帶電用電子束，不僅為一次，亦可照射複數次至附有膜的基板3040的表面。此時，可於每次照射逐漸降低著陸能量。例如，將上一次(此次)的著陸能量設定為LEp，並將下一次的著陸能量設定為LEn。此時，將LEn設定為較LEp還小。如此，可逐漸降低電子束的著陸能量。 藉由此照射方法，可更為容易產生鏡像電子，而取得亮度差較大之電位對比。
以上係說明本實施形態之附有膜的基板之檢查方法。 本實施形態之檢查方法，係將荷電粒子束照射至附有膜的基板3040的表面，並從因附有膜的基板3040之靜電電容等的不同所產生之表面電位分布取得電位對比，而能夠同時檢測出附有膜的基板3040之基板3010與最上層膜3022的形狀。然後，將所取得之電位對比與對應於設計的圖型形狀之預定的電位對比比較，而藉此可檢測出異物3050的存在。
此外，本實施形態係以基板3010的立體形狀為凹陷形狀3011之情況為例進行說明。然而，即使立體形狀例如為凸形狀，亦可對靜電電容產生影響使該正上方的表面電位改變。因此，立體形狀亦可為突起形狀。
「其他實施形態」(第73圖至第76圖)
接著參照第73圖，說明本發明的另一項實施形態。第73圖係用以說明本實施形態之檢查方法的圖。在此，檢查對象為附有膜的基板3040a，此檢查對象的詳細構成與上述實施形態不同。檢查方法大致與上述實施形態相同。因 此，第68圖及第69圖的說明，亦可應用於以下所述之附有膜的基板3040a的檢查。
第73圖係顯示與上述實施形態不同之剖面構成，並顯示剖面構成、表面電位及亮度之關係。最下段(圖號(c))係顯示本實施形態之附有膜的基板3040a的剖面構成。中段(圖號(b))係顯示對應於附有膜的基板3040a的剖面形狀之表面電位的一例。再者，最上段(圖號(a))係顯示對應於表面電位之亮度的電位對比的一例。
第73圖的基板構成中，於基板3010a上層合有多層膜3020a。多層膜3020a係由：形成於基板3010a上之第1下層膜3021a、層合形成於第1下層膜3021a上之第2下層膜3022a、層合形成於第2下層膜3022a上之第3下層膜3023a、及形成於第3下層膜3023a上之最上層膜3024a所構成。最上層膜3024a為附有膜的基板3040a的表面。
基板3010a可為由空白玻璃等的玻璃基板等所構成之光罩用的基板，與前述實施形態之第70B圖的構成不同，第73圖中，於基板3010a的表面並未設置立體形狀。例如，於基板3010a並未設置第70B圖的凹陷形狀。基板3010a的上面為平面。此情況下亦可應用本實施形態之檢查方法。
多層膜3020a係由包含至少2種以上的材料之複數層膜所構成。第73圖中，係應用4層多層膜3020a。所有的膜3021a至3024a中，材料可為不同，或是存在有相同材料的膜，總而言之，材料可部分重複。
關於多層膜3020a之複數層膜3021a至3024a的各 層，並未意圖性地形成立體形狀。各層膜3021a至3024a可構成為均一厚度的膜。亦即，各層膜3021a至3024a中，設計上的膜厚可為均一固定。然而，在實際上所製造之附有膜的基板3040a中，會有因缺陷等使膜3021a至3024a未均一地形成之情況。第73圖中，缺陷3033、3034係產生於第3下層膜3023a與最上層膜3024a。缺陷3033、3034為局部性或部分性厚度與周圍不同之場所。本實施形態之檢查方法，可檢測出此種缺陷，亦即可檢測出具有均一膜厚之膜3021a至3024a之厚度不一致的形狀缺陷。
此外，第73圖中，異物3050存在於多層膜3020a的內部，詳細而言，係存在於下層膜3023a內。本實施形態之檢查方法，亦進行存在於此多層膜3020a中的下層膜3021a至3023a內之異物3050的檢測。
第73圖中，中段的圖(圖號(b))係顯示附有膜的基板3040a的表面電位△V之圖。照射至基板表面之電子束，係具有一定的著陸能量LE。因此，實效著陸能量LEe為LE+△V。前述第69圖係顯示表面電位△V為一定值的0，並改變著陸能量LE時之亮度的不同。然而，即使著陸能量LE為一定且△V變化，亮度亦因應LEe而改變，亮度特性可說為等效。
第73圖中，缺陷區域3033為第3下層膜3023a較薄且最上層膜3024a較厚之形狀缺陷的區域。關於此缺陷區域3033，正上方的表面電位降低。此外，缺陷區域3034為第3下層膜3023a較厚且最上層膜3024a較薄之形狀缺 陷區域。關於此缺陷區域3034，正上方的表面電位亦降低。 然而，缺陷區域3033的降低量較缺陷區域3034還大。亦即，最上層膜較厚時，表面電位會大幅降低。此外，異物3050正上方的表面電位亦降低。該異物部分的降低量較缺陷區域3033的降低量更大。並且異物部分的降低量為最大。如此，不僅是多層膜3020a中之膜3023a、3024a的厚度不一致顯現為表面電位的變化，異物3050的存在亦顯現為表面電位的變化。
第73圖中，最上段的圖(圖號(a))係顯示因應上述表面電位的不同之畫像的亮度差，亮度變化相當於電位對比。此電位對比可由取得了上述附有膜的基板3040a的表面電位之畫像來觀察出。雖然亮度差較表面電位稍小，但表面電位分布被反映於亮度差。因此，可根據亮度差來檢測出形狀缺陷3033、3034及異物3050。
第74圖為第73圖之剖面構成的放大圖，係用以說明因靜電電容的不同所導致之表面電位的不同之示意圖。第74圖中，△V0為正常部位的表面電位，△V1、△V2為形狀缺陷3033、3034之正上方的表面電位、△V3為異物3050之正上方的表面電位。表面電位△V，係以△V=Q/C，C=(d/ε0 ．εr )所表示。因此，第74圖的各個表面電位△V0至△V3係由下列式所表示。
△V0=ε 0．Q(2(εr1 +εr2 )/d0 )
△V1=ε 0．Q((εr1 /d1 )+(εr2 /(2 d0 -d1 ))+((εr1 +εr2 )/d0 ))
△V2=ε 0．Q((εr1 /d2 )+(εr2 /(2 d0 -d2 ))+((εr1 +εr2 )/d0 ))
△V3=ε 0．Q(((2 εr1 +εr2 )/d0 )+(εr3 /d3 ))
在此，如第74圖所示，d0至d2為膜厚，d3為異物的膜厚，εr1 、εr2 ，為各膜的介電常數，εr3 為異物的介電常數。
此外，當以同一著陸能量LE照射附有膜的基板3040a時，在第74圖的4個場所中，實效著陸能量LEe如下所示。
實效LE0=LE+△V0
實效LE1=LE+△V1
實效LE2=LE+△V2
實效LE3=LE+△V3
如此，可將實效著陸能量LEe獲取為亮度差來檢測。
因此，若可預先得知膜或異物等物質的介電常數，則亦可從亮度的不同來觀測並測量膜厚度的不同。如此之靜電電容的考量方式，在參照上述第70A圖、第70B圖等之上述實施形態的說明中並未提及。然而，上述實施形態中，亦可應用同樣的原理。由於表面電位△V的不同使實效著陸能量LE變化，並因應於此而產生亮度的變化。因此，如第72圖及第73圖所示，根據亮度(明亮度)與著陸能量LE的關係(第69圖)，可將表面電位分布轉換為亮度分布。
接著使用第75圖及第76圖，更進一步說明檢查對象之多層膜的剖面構造。第75圖及第76圖係顯示多層膜的剖面構造之更具體的例子。此構造可應用於上述第74圖之 附有膜的基板。
第75圖中，於玻璃基板3010b上形成有多層膜3021b。為了使極紫外線(EUV：Extreme Ultraviolet)反射，多層膜3021b係由鉬(Mo)與矽(Si)所構成，並以覆蓋體3022b予以密封。於多層膜3021b上形成有緩衝層3023b，緩衝層3023b係由氮化鉻(CrN)或是釕(Ru)、釕合金所形成。於緩衝層3023b上，形成有用以形成圖型之氮化鉭硼(TaBN)的層3024b。復於層3024b上，形成有用以防止光檢查時的光反射之氧化鉭硼(TaBO)的層3025b。這些膜係構成多層膜3020b全體。
第75圖中，雜物等之異物3050係作為缺陷而存在於光罩的最表面及多層膜3021b。多層膜3020b中，於層合的層之間存在有異物3050。異物3050於圖型3028的轉印時係成為致命的缺陷。因此，在形成有各層膜3021b至3025b之階段，以及在形成某種程度之複數層膜之階段，必須發現膜上及膜中的異物。
第76圖為多層膜3020c的剖面構造，係顯示與第75圖不同之例子。第76圖的多層膜3020c，僅就不具有用以防止光檢查時的光反射之TaBO的層3025b之點，與第75圖的多層膜3020b不同。與第75圖為相同要素者，係附加同一圖號並省略該說明。
第76圖中，異物3050混入於多層膜3020c的最表面、圖型3028內、以及膜3021b至3024b的內部。因此，與第75圖相同，在形成各層膜3021b至3024b之階段，必須發 現存在於膜上及膜中的異物3050。
第75圖及第76圖的多層膜3020b、3020c，亦可應用於使用第70圖等所說明之前述實施形態的附有膜的基板3040。於第75圖及第76圖的基板3010b、3010c設置形狀圖型，然後在最上層3025b(TaBO)或最上層3024b(TaBN)設置形狀圖型，藉此，第75圖及第76圖的構成相當於第70圖之附有膜的基板3040。對此附有膜的基板3040，可適合地應用第70圖等之實施形態的檢查方法。
此外，在第73圖至第76圖所示之本實施形態的檢查方法中，與第70A圖所示之前述實施形態相同，電子束的照射可進行複數次來取得電位對比。在第73圖至第76圖之實施形態中，係檢測出多層膜3020a至3020c中的異物3050，此外，並檢測出形狀缺陷區域3033、3034(厚度為局部或部分不同之場所)。藉由進行複數次電子束的照射，可強調異物及缺陷的電位分布而達到穩定。因此，可因應材料的不同而獲得更強的電位對比。
再者，在第73圖至第76圖之實施形態中，亦與第70圖等之前述實施形態相同，能以產生鏡像電子之方式將電子束照射至附有膜的基板3040a。著陸能量LE的範圍可為-10[eV]以上50[eV]以下等，此範圍亦可應用於前述第70圖等之實施形態。藉此，本實施形態中，亦可利用鏡像電子而適當地取得表面的電位對比。
此外，在第73圖至第76圖之實施形態的例子中，附有膜的基板3040a係應用光罩。但本實施形態亦可應用於 其他遮罩。此外，即使是在半導體基板等形成有多層膜3020a至3020c時，亦可應用本實施形態。
以上係說明本發明之實施形態的檢查方法。在第70圖等之實施形態中，係檢查附有膜的基板3040，在第73圖等之實施形態中，係檢查附有膜的基板3040a。這些實施形態，可將藉由膜厚的不同或異物的存在所產生之表面電位的不同獲取為亮度的分布，而得知膜等之剖面構造(深度方向)的構造。本實施形態可檢測出存在於多層膜3020、3020a至3020c中之複數層膜3021、3022、3021a至3024a、3021b至3025b之膜厚的不同，並且可檢測出異物3050。 因此，可得知膜等之剖面構造(深度方向)的構造。
此外，根據本實施形態，亦可從所檢測出之亮度差，得知形狀(圖型的)缺陷3031至3034的位置及異物3050的位置。因此，當所檢測出之缺陷位於設計上的基板表面時，可使用SEM等之其他檢查裝置，再次精密地檢查缺陷場所(檢視檢查)此外，假定所檢測出之形狀缺陷3031至3034位於設計上之附有膜的基板3040、3040a之表面以外的場所。此缺陷係作為深度方向的缺陷來處理。例如，可在缺陷檢測位置將基板切斷，來確認所檢測出之缺陷。
接下來說明本實施形態之附有膜的基板之檢查裝置。 本實施形態之檢查裝置，亦可應用於上述第70B圖所示之附有膜的基板3040的檢查，以及參照第73圖至第76圖所說明之附有膜的基板3040a的檢查。
第77圖係顯示本實施形態之檢查裝置的全體構成的 一例。本實施形態中，本發明係應用於攝像投影式的電子顯微鏡。亦即，攝像投影式的檢查裝置，係依循本發明之檢查方法來檢查附有膜的基板3040、3040a。
如第77圖所示，檢查裝置係由：電子線源3065、一次光學系3070、攝像元件3090、二次光學系3080、及承載台3100所構成，這些要素係收納於真空容器3075、3085、3105中。電子線源3065係生成電子束。一次光學系3070係將所產生電子束引導至基板。攝像元件3090係將藉由電子束的照射從基板所返回之電子予以捕集而生成畫像訊號。二次光學系3080係將藉由電子束的照射從基板所返回之電子引導至攝像元件3090。承載台3100為裝載附有膜的基板3040、3040a之構成，可至少往一方向移動。
攝像元件3090係經由記憶裝置3091而連接於運算處理部3092。運算處理部3092係由電腦所構成，相當於本發明之運算部。運算處理部3092連接於控制承載台3100之承載台控制單元3095。上述構成中，攝像元件3090具有電子的檢測器之功能，在本發明中可包含於二次光學系。此外，攝像元件3090、記憶裝置3091及運算處理部3092，在本發明中可構成畫像處理部。
此外，承載台3100係載置於防振座3102上，而構成為不會傳達來自地板的振動。承載台3100被收納於真空容器(室)3105。於真空容器3105的旁邊，設置有預備環境室(Mini Environment)3110。預備環境室3110的室內被密封以保持潔淨。於預備環境室3110內，收納有載置附有膜的 基板3040、3040a之暫置處3111。此外，於預備環境室3110設置有渦輪分子泵浦3120。渦輪分子泵浦3120係與乾式泵浦3121一同構成為進行預備環境室3110與真空容器3075、3085、3105的真空排氣。此外，真空容器3105與預備環境室3110係使用閘閥3130來進行開放及密封而構成。
電子線源3065係使用熱電子釋出型的電子槍3060a。 此電子槍3060a主要使用LaB6 。電子槍3060a可由以鎢所形成之燈絲、Th-W、W2 C等之鎢系，或是(Ba、Sr、Ca)CO3 所形成之氧化物陰極等所構成。電子線源3060(電子槍3060a)，在本發明中可包含於一次光學系。
一次光學系3070係由複數個靜電透鏡3071、3072、3073、3074所構成。
攝像元件3090係由TDI(Time Delay Integration：時間延遲整合)所構成。TDI為亦可進行掃描攝像之元件。 攝像元件3090，係在TDI前方具備MCP、螢光板、FOP。MCP係進行電子的增幅，螢光板將增幅後的電子轉換成光，FOP(Fiber Optical Plate：光纖板)將光引導至TDI。此外，亦可使用EB-TDI來取代TDI。EB-TDI可直接接收電子而轉換成畫像。再者，於進行掃描畫像以外的靜止像攝影時，可使用CCD來取代TDI。並且可使用EB-CCD來取代EB-TDI。再者，可在TDI前方設置EB-CCD，使TDI生成掃描像，EB-CCD生成靜止像。
攝像元件3090係取得附有膜的基板3040、3040a之表 面的電位對比像。電位對比像被記憶於記憶裝置3091。所記憶之電位對比像被傳送至運算處理部3092。運算處理部3092進行電位對比像與設計圖型之間的形狀比較。當電位對比像的形狀未對應於設計圖型時，運算處理部3092係判定存在有形狀缺陷3031至3034。可應用前述檢查方法，藉此，運算處理部3092可從電位對比像中判定產生何種形狀缺陷。此外，運算處理部3092在檢測出不屬於形狀缺陷3031至3034之缺陷時，可判定存在有異物3050。
二次光學系3080係由複數個靜電透鏡3081、3082、3083所構成。第77圖所示之例子中，一次光學系3070係相對於二次光學系3080斜向配置。電子束從電子槍3060a發射，並且在由電場與磁場所構成之E×B濾波器3076改變方向。電子束係垂直或大致垂直地照射至附有膜的基板3040、3040a。然後電子束從附有膜的基板3040、3040a上升，於E×B濾波器3076直行，並藉由二次光學系3080被引導至攝像元件3090。
電子束係藉由一次光學系3070而形成為圓形或橢圓或矩形，然後被引導而照射至附有膜的基板3040、3040a。 電子束的尺寸大約設定為較攝像元件3090稍大。如前所述，攝像元件3090為TDI、EB-TDI、CCD、EB-CCD等。電子束的形狀及尺寸，可對每個攝像元件3090進行調整，或是配合最大的攝像元件來設定。
電子束的著陸能量LE，可藉由加速電壓Vacc與遲滯電壓RTD(基板電壓)之組合來調整。加速電壓Vacc於一次 光學系3070中被賦予至電子。加速電壓Vacc例如可藉由加速電壓設定部3061來設定。遲滯電壓RTD藉由設置在承載台3100之基板電壓調整機構3101來決定。
加速電壓Vacc與遲滯電壓RTD之組合，可因應欲從附有膜的基板3040、3040a所獲得之資訊來改變。例如，為了獲得附有膜的基板3040、3040a的二次電子像，加速電壓Vacc可設定在100[eV]至數k[eV]，遲滯電壓RTD設定在二次系設定電壓(關於二次系之E×B直行條件)。此外，係假定從附有膜的基板3040、3040a獲得反射電子像。反射電子為藉由在照射電子與基板表面材料之間所引起之完全彈性碰撞所產生之電子。為了獲得反射電子像，係以實現可引起完全彈性碰撞之著陸能量LE的方式來調整遲滯電壓RTD。為了獲得鏡像電子像，著陸能量LE較理想為設定在-10至數10[eV]。更理想為著陸能量LE設定在-5[eV]以上，5[eV]以下(轉移區域)。鏡像電子，如已說明，係藉由附有膜的基板3040、3040a的表面電位使照射電子束於表面附近反彈而藉此產生。詳細而言，可適合地應用前述檢查方法的說明中所詳細敘述之著陸能量LE的範圍。
在前述檢查方法的說明中，係說明各種檢查。例如，第71圖的檢查係對圖型的形狀缺陷3031、3032進行，此外，第72圖的檢查係檢測出附有膜的基板3040上的異物3050。此外，第73圖的檢查係檢測出附有膜的基板3040a上所構成之多層膜3020a至3020c中的異物3050，此外，可檢測出厚度局部或部分不同之場所的形狀缺陷3033、 3034。再者，第70B圖的檢查係檢測出構成在基板3010上之圖型3011的形狀，此外並檢測出構成在多層膜3020中之圖型3030的形狀，並進行檢測出之形狀的比較。本實施形態之檢查裝置中，著陸能量LE係設定在適合各種檢查之值。此外，本檢查裝置可進行複數次的電子束照射。此時，檢查裝置可在複數次的電子束照射中，變更著陸能量LE。 此外，檢查裝置亦可進行複數次相同著陸能量LE的電子束照射。
當照射複數次的電子束時，例如照射次數為2次。此時，第一次電子束照射的著陸能量LE設定為稍大(例如28[eV])。下一次電子束照射的著陸能量LE設定為較第一次稍小(例如15[eV])。藉此，可明確的顯現出附有膜的基板3040、3040a之表面的電位差，結果可提高檢測感度。
此外，當照射複數次的電子束時，第一次照射之電子束的著陸能量LE，較理想為考量到深度方向的電子束到達位置來設定。此時，第一次照射的著陸能量LE，較理想為調整至電子束可到達檢查對象的膜3021、3022、3021a至3024a、3021b至3025b的深度。藉此，可明確地顯現出特定的膜深度部分之電位差，將期望深度的電位分布獲取為電位對比。如此，可適合地獲得膜3021、3022、3021a至3024a、3021b至3025b的構造作為三次元畫像。
本實施形態中，荷電粒子數為電子束。在本發明的範圍內，荷電粒子數可為電子束以外的束，例如為離子束。 此外，亦可應用荷電粒子數以外的束。惟可應用的束，為 可期待在基板表面產生電位差，並且電子從基板返回者之束。例如可應用高速原子束。
如以上所說明，本實施形態中，本發明之檢查裝置係應用於攝像式電子顯微鏡。根據本實施形態，加速電壓設定部3061及基板電壓調整機構3101係調整電子束的著陸能量LE。可適合地設定著陸能量LE，使表面電位因應底層的基板與基板上的各層膜之材料與厚度的不同而不同。然後可根據藉由電子束的照射所獲得之表面的電位對比像，檢測出附有膜的基板的形狀。尤其可檢測出高度方向的形狀，因此可檢測出立體形狀。此外，即使在異物3050混入於附有膜的基板3040、3040a時，亦可根據電位對比像來檢測出異物3050的存在。
第78圖係顯示本發明的其他實施形態之附有膜的基板之檢查裝置的全體構成。本實施形態中，本發明係應用於SEM式電子顯微鏡，亦即，SEM係依循本發明之檢查方法來檢查附有膜的基板3040、3040a。此檢查裝置，亦可應用於第70B圖所示之附有膜的基板3040的檢查以及第73圖至第76圖所示之附有膜的基板3040a的檢查。
第78圖的檢查裝置係具備：電子線源3065a、一次光學系3070a、攝像元件3090a、及承載台3100a，這些要素係收納於真空容器3075a、3085a、3105a中。電子線源3065a係生成電子束。一次光學系3070a係將電子束引導至附有膜的基板3040、3040a並進行掃描。攝像元件3090a係藉由一邊掃描電子束一邊照射而將從附有膜的基板3040、 3040a所返回之電子予以捕集，並從電子生成畫像訊號。 承載台3100a為裝載附有膜的基板3040、3040a之構成，可至少往一方向移動。
電子線源3065a係使用熱電子釋出型的電子槍3060b。此電子槍3060b主要使用LaB6 。電子槍3060b可由以鎢所形成之燈絲、Th-W、W2 C等之鎢系，或是(Ba、Sr、Ca)CO3 所形成之氧化物陰極等所構成。
一次光學系3070a係由透鏡3071a、3072a、3073a所構成。這些透鏡可為靜電透鏡，此外，可為電磁透鏡，或是此兩種。攝像元件3090a一般為二次電子增倍管。
本實施形態之檢查裝置中，電子束於一次光學系3070a被縮小為較細的電子束，並於附有膜的基板上進行掃描。 然後，攝像元件3090a檢測出來自附有膜的基板之電子並生成畫像。藉此可獲得電位對比畫像。
其他構成要素與第77圖的檢查裝置相同。因此，對於同樣的構成，係附加同一或類似的參照圖號並省略該說明。
如此，第78圖的實施形態中，本發明係應用於SEM式電子顯微鏡而構成檢查裝置。本實施形態中，可進行附有膜的基板3040、3040a的形狀檢查或異物3050的檢查。本實施形態中所執行之檢查方法的詳細內容如前述所說明。
「產業上的利用可能性」
本發明可利用於使用電子線來檢查遮罩等之附有膜的基板之形狀及異物之檢查裝置。
以上係使用實施形態來詳細說明本發明，如上所述， 在本申請案中係說明4種觀點。在本發明的範圍內，可組合2種以上的觀點。可組合1種觀點的全體內容與其他觀點的全體內容。亦可將1種觀點的一部分構成組合於其他觀點。此外，亦可組合1種觀點的部分內容與其他觀點的部分內容。
以上係說明就目前時點所考量之本發明的較佳實施形態，可理解的是對本實施形態能夠進行多種變形，且在所提出之申請專利範圍中，亦包含位於本發明的真正精神與範圍內之所有變形。
10、10a、3050‧‧‧異物
11‧‧‧自然氧化膜
15‧‧‧樣本
20、1020、1200、2020‧‧‧試料
21‧‧‧試料表面
23‧‧‧多晶矽層
24‧‧‧二氧化矽膜
24a‧‧‧二氧化矽層
25、25a‧‧‧凹槽
26、26a‧‧‧邊緣部
30、66、1100、2030、3100、3100a‧‧‧承載台
31‧‧‧法拉第杯
32、67、68、2067、2068‧‧‧開口
34‧‧‧電流計
37、71、1081‧‧‧EB-CCD
40、3070、3070a、2040‧‧‧一次光學系
41、2041、3060、3060a、3060b‧‧‧電子槍
42、45、47、49、50、61、63、2042、2045、2047、2049、2050、2061、2063、3071a、3072a、3073a‧‧‧透鏡
43、44、48、2043、2044、2048、2062‧‧‧光圈
46、1040、2046、3076‧‧‧E×B濾波器
50、2050‧‧‧物鏡
60、60a、2060、3080‧‧‧二次光學系
66‧‧‧保持構件
62、62a至62d、1061至1064‧‧‧NA光圈
64、2064‧‧‧對準器
65、70、170、1080、2065、2070‧‧‧檢測器
69、69a、69b、169、2069、2069a、2069b、2169‧‧‧光圈孔
72、1082‧‧‧EB-TDI
73、1083‧‧‧針腳
74、1084‧‧‧攝影機
75、1085‧‧‧封裝件
80、80a、280‧‧‧畫像
81‧‧‧放大像
82、82a‧‧‧表面像
90、190、1090、2090‧‧‧畫像處理裝置(畫像處理系)
100、1130、2024‧‧‧電子管柱
110、1140、2110‧‧‧光學顯微鏡
120、1145、2120‧‧‧SEM
130、1118、2130‧‧‧電子光學系控制電源
140、1095、2140‧‧‧系統軟體
150、1150、2026‧‧‧真空控制系
160、1160、2022‧‧‧主處理室
161、1161、2018‧‧‧傳輸室
162、1162、2016‧‧‧承載室
170、1170、2028、3102‧‧‧防振座
180、1180、2014‧‧‧微環境
190、1190、2012‧‧‧試料載體
1010‧‧‧電子束源
1011‧‧‧電力源
1012‧‧‧韋乃特電極
1013‧‧‧陽極
1020‧‧‧一次系透鏡
1021、1201‧‧‧試料面
1030‧‧‧聚光透鏡
1050‧‧‧傳遞透鏡
1060、1060a、1060b、1060c‧‧‧NA調整光圈
1065、1066‧‧‧NA調整光圈移動機構
1070‧‧‧投影透鏡
1081‧‧‧檢測面
1101‧‧‧試料用電源
1110‧‧‧照射能量設定部
1115‧‧‧電源
1118‧‧‧電子光學系控制電源
1120‧‧‧帶電電子束照射部
1202‧‧‧導電材料
1203‧‧‧絕緣材料
1204‧‧‧孔
2010‧‧‧試料檢查裝置
2062a至2062d‧‧‧光圈構件
2066‧‧‧XY承載台
2100‧‧‧控制部
2200‧‧‧光圈調整機構
3010、3010a‧‧‧基板
3010b‧‧‧玻璃基板
3011‧‧‧凹陷形狀
3020、3020a、3020b、3020c‧‧‧多層膜
3021‧‧‧下層膜
3022、3024a‧‧‧最上層膜
3021a‧‧‧第1下層膜
3022a‧‧‧第2下層膜
3022b‧‧‧覆蓋體
3023a‧‧‧第3下層膜
3023b‧‧‧緩衝層
3024b、3025b‧‧‧層
3028‧‧‧圖型
3030‧‧‧槽形狀
3031、3032‧‧‧形狀缺陷
3040、3040a‧‧‧附有膜的基板
3061‧‧‧加速電壓設定部
3065、3065a‧‧‧電子線源
3075、3085、3105、3075a、3085a、3105a‧‧‧真空容器
3081、3082、3083‧‧‧靜電透鏡
3090、3090a‧‧‧攝像元件
3091‧‧‧記憶裝置
3092‧‧‧運算處理部
3095‧‧‧承載台控制單元
3101‧‧‧基板電壓調整機構
3105‧‧‧真空容器
3110‧‧‧預備環境室
3111‧‧‧暫置處
3120‧‧‧渦輪分子泵浦
3121‧‧‧乾式泵浦
3130‧‧‧閘閥
DN‧‧‧階調值
EB‧‧‧電子束
ec、ei‧‧‧電子
LE、LE1‧‧‧著陸能量
me‧‧‧鏡像電子
RTD‧‧‧遲滯電壓
se‧‧‧二次釋出電子
Vacc‧‧‧加速度電壓
第1A圖至第34圖為關於第1觀點之圖。第1A圖為用以說明藉由本實施形態之電子線檢查方法所獲得之畫像及概略原理之圖，係顯示藉由攝像投影法所獲得之異物的畫像。
第1B圖為顯示藉由以往之SEM式的異物檢查裝置所獲得之異物的畫像之圖。
第1C圖為顯示在試料上存在有異物之狀態的側視圖。
第2A圖為顯示用以與本實施形態進行比較之以往的電子線檢查方法之圖，係顯示藉由以往的光方式所進行之電子線檢查方法。
第2B圖為顯示以往之藉由SEM方式所進行之電子線檢查方法之圖。
第3A圖為顯示藉由異物檢查方法所取得之異物的放大像的一例之圖。
第3B圖為與第3A圖對應之剖面階調的一例，係顯示畫素位置的剖面階調之圖。
第4A圖為顯示著陸能量與二次電子之關係之圖，係顯示二次釋出電子的產生量。
第4B圖為顯示鏡像電子之圖。
第4C圖為顯示二次釋出電子之圖。
第5A圖為顯示著陸能量與來自試料之電子的訊號強度/平均階調之關係的一例之圖。
第5B圖為顯示與第5A圖為不同的例子之圖。
第6圖為顯示將電子束照射至異物而產生電子之狀態的側視圖。
第7A圖為顯示當著陸能量LE為10[eV]以下時之試料表面及異物的畫像之圖。
第7B圖為顯示異物之放大像的階調值的一例之圖，係顯示異物之y方向剖面位置與階調值的關係。
第8圖為顯示從異物產生鏡像電子之狀態的側視圖。
第9A圖係為了說明容易產生鏡像電子之模式，而將帶電用電子束照射至試料表面上之狀態的側視圖。
第9B圖為顯示將攝像電子束照射至試料表面的異物之狀態的圖。
第10圖為關於當LE2較LE1還大時之異物檢查方法的說明圖。
第11圖為關於當LE1及LE2設定為相同時之電子線檢查方法的說明圖。
第12圖為顯示LE較10[eV]還大時之畫像的圖。
第13A圖為顯示從異物釋出二次釋出電子之狀態的圖，係顯示電位差較大之狀態之二次釋出電子的動作。
第13B圖為顯示電位差較小之狀態之二次電子的動作。
第13C圖為顯示正帶電區域之二次釋出電子的動作之圖。
第14圖為顯示電子線檢查裝置的構成之圖。
第15圖為顯示以角度θ將電子束照射至異物之狀態的側視圖。
第16A圖為顯示金屬材料的異物之圖。
第16B圖為金屬材料的異物之放大圖。
第17圖為顯示可切換EB-TD與EB-CCD之檢測器的圖。
第18A圖為關於有效率地決定電子束軌道條件之方法的說明圖，係顯示於試料表面上形成有凹槽之狀態的剖面圖。
第18B圖為於試料表面上形成有凹槽之狀態的剖面圖。
第19圖為顯示法拉第杯之剖面圖。
第20圖為當從異物周邊的正常部亦產生鏡像電子時之濾波的說明圖。
第21圖為顯示異物檢查裝置的全體構成之圖。
第22圖為顯示在同一個主處理室中設置有攝像光學式檢查裝置與SEM式檢查裝置之電子線檢查裝置的一例之 圖。
第23圖為顯示主處理室與其上部的電子管柱系之圖。
第24圖為顯示以往的光圈作為參考例之圖。
第25圖為顯示光圈之形狀的一例。
第26圖為顯示具有複數個孔之NA光圈的構成例之圖。
第27圖為顯示具有4個孔之NA光圈的構成例之圖。
第28圖為顯示具有4個孔之NA光圈的其他構成例之圖。
第29圖為顯示具有8個孔之NA光圈的構成例之圖。
第30圖為顯示於承載台上配置有法拉第杯、基準試料片與EB-CCD之構成的側視圖。
第31圖為顯示於試料上散佈有樣本之狀態的圖。
第32圖為顯示樣本與訊號強度之關係的一例之圖。
第33圖為顯示本實施形態之電子線檢查方法之相對於射束能量的階調特性之圖。
第34圖為詳細顯示著陸能量與畫像的階調之關係的圖。
第35圖至第49圖為關於第2觀點之圖。第35圖為顯示實施形態之試料觀察裝置之構成的一例之圖。
第36A圖為試料之畫像的例子，係顯示攝像電子束的照射能量與材料對比之關係的圖。
第36B圖為顯示攝像電子束的照射能量與檢測器電流之關係的圖。
第37圖為示意性顯示鏡像電子與二次電子之角度的 不同之圖。
第38圖為顯示試料表面相對於著陸能量之階調的變化之圖。
第39A圖為顯示獲得試料面的構造資訊之電子軌道的一例之圖。
第39B圖為與第39A圖對應而顯示電子軌道之部分放大圖。
第40A圖為顯示電子軌道的擴展與NA調整光圈的最適位置之關係的圖，係顯示用於鏡像電子之最適NA光圈位置的圖。
第40B圖為顯示用於二次電子之最適NA光圈位置的圖。
第41A圖為實驗例1之試料的構造，係顯示接觸插栓的剖面構造之圖。
第41B圖為顯示第41A圖的接觸插栓構造之畫像的一例之圖。
第42A圖為顯示實驗例1之試料觀察方法的測定結果之圖，詳細而言，係顯示改變電子束的著陸能量並觀察接觸插栓之結果的表。
第42B圖為對應於第42A圖的測定結果之圖表。
第43A圖為顯示實驗例2之試料觀察方法的測定結果之圖，詳細而言，係顯示帶電電子束的投入量與對比之關係的測定結果之表。
第43B圖為對應於第43A圖的測定結果之圖表。
第44A圖為顯示實驗例3之試料觀察方法的測定結果之圖，詳細而言，係顯示NA光圈的位置與對比之關係的測定結果之表。
第44B圖為對應於第44A圖的測定結果之圖表。
第45A圖為顯示實驗例4之試料觀察方法的測定結果之圖，係顯示試料面與對比之關係的測定結果之表。
第45B圖為對應於第45A圖的測定結果之圖表。
第46圖為顯示其他實施形態之試料觀察裝置之構成的一例之圖。
第47A圖為顯示可動式NA調整光圈的構成例之圖，係顯示滑動移動式的NA調整光圈之俯視圖。
第47B圖為顯示可動式NA調整光圈的構成例之圖，係顯示旋轉移動式的NA調整光圈之俯視圖。
第48圖為顯示檢測器的較佳構成例之圖。
第49圖為顯示試料觀察裝置的全體構成例之圖。
第50圖至第67圖為關於第3觀點之圖。第50圖為顯示將電子束照射至試料時之著陸能量與階調之關係的圖。
第51圖為顯示於轉移區域產生鏡像電子與二次釋出電子之現象的圖。
第52圖為顯示試料表面之凹凸構造的邊緣部之著陸能量與階調之關係的圖。
第53圖為顯示形成於試料之圖型的凹凸構造的例子之圖。
第54圖為顯示當照射電子束時於凹凸構造的邊緣部 產生鏡像電子之現象的圖。
第55圖為顯示當照射電子束時於凹凸構造的邊緣部產生鏡像電子之現象的圖。
第56圖為顯示當照射電子束時於凹凸構造的邊緣部產生鏡像電子之現象的圖。
第57圖為顯示形成於試料之圖型的凹凸構造的其他例子之圖。
第58圖為顯示試料檢查裝置的全體構成之圖。
第59圖為顯示試料檢查裝置的主要部分之圖。
第60圖為顯示試料檢查裝置的一部分，為顯示主處理室、電子管柱及SEM之圖。
第61圖為顯示用於光圈之訊號強度的量測而具備EB-CCD之構成的圖。
第62圖為顯示以往的光圈作為參考例之圖。
第63圖為顯示光圈之形狀的一例之圖。
第64圖為顯示具有複數個孔之光圈構件的構成例之圖。
第65圖為顯示具有複數個孔之光圈構件的構成例之圖。
第66圖為顯示具有4個孔之光圈構件的構成例之圖。
第67圖為顯示具有4個孔之光圈構件的其他構成例之圖。
第68圖至第79圖為關於第4觀點之圖。第68圖為顯示用以執行本實施形態之附有膜的基板之檢查方法之檢查 裝置的概略構成之圖。
第69圖為顯示因應著陸能量之亮度的不同之圖。
第70A圖為顯示附有膜的基板之表面電位之圖，係顯示照射電子束時形成於基板之形狀與形成於膜之形狀的電位差之一例。
第70B圖為與第70A圖對應而顯示附有膜的基板之剖面構成的圖。
第71圖為顯示附有膜的基板上所構成之圖型與形狀缺陷的例子之立體圖。
第72圖(a)至(c)為顯示附有膜的基板之畫像的亮度分布、表面電位分布與剖面構成的例子之圖。
第73圖(a)至(c)為顯示附有膜的基板之其他例子的亮度分布、表面電位與剖面構成之圖。
第74圖為顯示靜電電容的不同所導致之表面電位的不同之示意圖。
第75圖為顯示多層膜的剖面構造的例子之圖。
第76圖為顯示與第75圖不同之多層膜的剖面構造的例子之圖。
第77圖為顯示本實施形態之附有膜的基板之檢查裝置的全體構成的一例之圖。
第78圖為顯示本實施形態之附有膜的基板之檢查裝置的全體構成的其他例子之圖。
該代表圖無元件符號及其所代表之意義。

Claims (26)

  1. 一種試料觀察方法，為使用電子束來觀察試料之試料觀察方法，其特徵為：將電子束照射至前述試料；檢測出藉由前述電子束的照射所產生且獲得前述試料的資訊之觀察對象電子；從檢測出之前述觀察對象電子生成試料的畫像；前述電子束的照射，係將具有設定在檢測出二次釋出電子之二次釋出電子區域與檢測出鏡像電子之鏡像電子區域之間的轉移區域之著陸能量之前述電子束，照射至前述試料，藉此使前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在而作為前述觀察對象電子；前述觀察對象電子的檢測，係包含前述二次釋出電子的檢測與前述鏡像電子的檢測；前述著陸能量係被設定成於前述試料上的異物及前述試料的邊緣部位產生前述鏡像電子，且從前述試料的其他部位產生前述二次釋出電子之強度。
  2. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中，前述畫像的生成，係生成存在於前述試料表面之異物的畫像。
  3. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中，前述畫像的生成，係生成形成有絕緣區域與導電區域之前述試料的畫像。
  4. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中，前述畫像的生成，係生成形成於前述試料之圖型的畫像。
  5. 如申請專利範圍第1項之試料觀察方法，其中，前述畫像的生成，係生成層合有複數層膜之前述試料的畫像。
  6. 一種試料觀察裝置，為使用電子束來觀察試料之試料觀察裝置，係具有：裝載試料之承載台；將電子束照射至前述試料之一次光學系；檢測出藉由前述電子束的照射所產生且獲得前述試料的資訊之觀察對象電子之二次光學系；以及從檢測出之前述觀察對象電子生成試料的畫像之畫像處理部；前述一次光學系，係將具有設定在檢測出二次釋出電子之二次釋出電子區域與檢測出鏡像電子之鏡像電子區域之間的轉移區域之著陸能量之前述電子束，照射至前述試料，藉此使前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在而作為前述觀察對象電子；前述二次光學系，係在前述二次釋出電子與前述鏡像電子混合存在之狀態下進行檢測。
  7. 一種電子線檢查方法，為將具有預定照射區域之攝像電子束照射至試料表面，並藉由檢測器來檢測出經反射的電子，藉此取得前述試料表面以及前述試料表面上之異物的畫像之電子線檢查方法，其特徵為：藉由帶電用電子束的照射使前述異物帶電，而在前述異物周邊形成與前述試料表面為不同的電位分布；檢測出藉由前述攝像電子束的照射從前述異物反 射、且藉由前述電位分布的作用通過彎曲的軌道到達前述檢測器之前述電子，而取得前述異物的倍率較前述試料表面的倍率更為增大之前述異物的放大像。
  8. 如申請專利範圍第7項之電子線檢查方法，其中，使前述異物帶電之步驟，係藉由前述帶電用電子束的照射將前述異物充電至負極性；取得前述放大像之步驟，係將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以下，並檢測出在前述異物的恰好前方反射之鏡像電子而取得前述異物的前述放大像。
  9. 如申請專利範圍第7項之電子線檢查方法，其中，取得前述放大像之步驟，係將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以上，並檢測出從前述異物所釋出並反射後之二次釋出電子，而取得前述異物的放大像。
  10. 如申請專利範圍第7項之電子線檢查方法，其中，前述攝像電子束的著陸能量係設定為：從前述試料表面所反射的電子位於屬於鏡像電子與二次釋出電子之混合或僅為二次釋出電子之著陸能量帶中，並且從前述異物所反射的電子位於屬於鏡像電子與二次釋出電子之混合之著陸能量帶中，並且前述試料表面的像與前述異物的放大像之階調差成為最大之著陸能量。
  11. 一種電子線檢查裝置，係具備：載置試料之承載台；生成具有預定照射區域之電子束，並將該電子束朝向前述試料照射之一次光學系；以及 具有檢測出從前述試料所反射的電子之檢測器，並取得前述試料之預定視野區域的畫像之二次光學系；前述一次光學系，係藉由帶電用電子束的照射使前述異物帶電，使前述異物的電位分布與試料表面為不同，接著將攝像電子束照射至前述試料；前述二次光學系，係檢測出從前述異物反射且接受前述電位分布的作用通過彎曲的軌道到達前述檢測器之電子，而取得前述異物的倍率較前述試料表面的倍率更為增大之前述異物的放大像。
  12. 如申請專利範圍第11項之電子線檢查裝置，其中，前述一次光學系係藉由前述帶電用電子束的照射將前述異物充電，接著將著陸能量10eV以下的前述攝像電子束照射至前述試料；前述二次光學系係藉由前述檢測器檢測出在前述異物的恰好前方反射之鏡像電子，而取得前述異物的放大像。
  13. 如申請專利範圍第11項之電子線檢查裝置，其中，前述一次光學系係將前述攝像電子束的著陸能量設定在10eV以上；前述二次光學系係檢測出從前述異物所釋出並到達前述檢測器之二次釋出電子，而取得前述異物的放大像。
  14. 一種試料觀察裝置，係包含：電子束源，係將攝像電子束照射至形成有絕緣區域 與導電區域之試料面；E×B濾波器，係進行藉由前述攝像電子束的照射來獲得前述試料面的構造資訊之電子的定向，並且因應往與前述攝像電子束的入射方向為相反方向行進之前述電子的速度，藉由電場與磁場來進行前述電子的定向；檢測器，係檢測出藉由該E×B濾波器進行定向後之前述電子，並從檢測出之前述電子取得前述試料面的畫像；以及照射能量設定部，係將前述攝像電子束的照射能量，設定在前述電子包含鏡像電子與二次電子兩者之轉移區域，並設定成於前述試料上的異物及前述試料的邊緣部位產生前述鏡像電子，且從前述試料的其他部位產生前述二次電子之強度；且前述電子的檢測，係包含前述鏡像電子的檢測及前述二次電子的檢測。
  15. 如申請專利範圍第14項之試料觀察裝置，其中，係具有：具有光圈徑為不同之複數種NA光圈之NA調整光圈；以及使該NA調整光圈移動之NA調整光圈移動機構；以使具有前述導電區域的構造資訊之前述電子通過前述NA光圈之方式，調整前述NA光圈的位置與前述光圈徑，使前述畫像的對比達到最適化。
  16. 一種試料觀察方法，其特徵為：將攝像電子束照射至形成有絕緣區域與導電區域之試料面； 檢測出已獲得前述試料面的構造資訊之電子而取得前述試料面的畫像；照射至前述試料面之前述攝像電子束，係具有前述電子包含鏡像電子與二次電子兩者之轉移區域的照射能量，並具有於前述試料上的異物及前述試料的邊緣部位產生前述鏡像電子，且從前述試料的其他部位產生前述二次電子之強度，而前述電子的檢測係包含前述鏡像電子的檢測及前述二次電子的檢測。
  17. 一種試料觀察方法，為使用電子束來觀察試料的圖型之試料觀察方法，其特徵為：將電子束照射至前述試料；檢測出藉由前述電子束的照射所產生之鏡像電子；從檢測出之前述鏡像電子生成試料的畫像；前述電子束的照射，係將著陸能量被調整成如下述者的前述電子束照射至前述試料，亦即，該著陸能量係被調整成，當將前述電子束照射至在兩側具有邊緣之凹圖型時，照射電子會在前述凹圖型進行迴轉而成為鏡像電子。
  18. 如申請專利範圍第17項之試料觀察方法，其中，前述著陸能量係設定在前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域。
  19. 一種試料觀察裝置，係具備：載置試料之承載台； 將電子束照射至前述試料之一次光學系；檢測出藉由前述電子束的照射所產生之鏡像電子之二次光學系；以及從檢測出之前述鏡像電子生成試料的畫像之畫像處理部；前述一次光學系係將著陸能量被調整成下述者的前述電子束照射至前述試料，亦即，該著陸能量係被調整成，當將前述電子束照射至在兩側具有邊緣之凹圖型時，照射電子會在前述凹圖型進行迴轉而成為鏡像電子。
  20. 如申請專利範圍第19項之試料觀察裝置，其中，前述一次光學系係照射具有設定在前述鏡像電子與二次釋出電子混合存在之區域之前述著陸能量的前述電子束。
  21. 如申請專利範圍第19項之試料觀察裝置，其中，前述二次光學系係具備：配置在從前述試料至前述鏡像電子的檢測器為止之間之光圈；以及因應通過前述光圈之前述鏡像電子，調整前述光圈之尺寸、位置及形狀的至少1種之光圈調整機構。
  22. 一種試料檢查裝置，其特徵為：係具備請專利範圍第19項之試料觀察裝置，並使用藉由前述畫像處理部從前述鏡像電子所生成之前述試料的畫像來檢查前述試料的圖型。
  23. 一種附有膜的基板之檢查方法，前述附有膜的基板，係具有形成有立體形狀的基板、以及層合形成於該基板上 之由不同材料所構成的複數層膜；此外，前述附有膜的基板係包含去除最上層的膜使下層膜暴露出之構造；前述附有膜的基板之檢查方法，係將著陸能量經設定成如下述者的荷電粒子束照射至前述附有膜的基板之表面，亦即，該著陸能量係使得位於前述基板上之形成有前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、位於前述基板上之未形成立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、及前述下層膜的表面電位將之間的表面電位不同；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比；根據該電位對比，同時檢測出前述最上層的膜之形狀以及形成於前述基板上之立體形狀。
  24. 一種附有膜的基板之檢查方法，為檢測出層合形成於基板上之由不同材料所構成的複數層膜的形狀之附有膜的基板之檢查方法，其特徵為：將具有經設定成因應前述膜的材料的種類及厚度之不同使前述附有膜的基板之表面電位為不同之著陸能量的荷電粒子束，予以照射至前述附有膜的基板之表面；檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比； 根據該電位對比，檢測出前述複數層膜的形狀。
  25. 一種附有膜的基板之檢查裝置，前述附有膜的基板係具有形成有立體形狀的基板、以及層合形成於該基板上之由不同材料所構成的複數層膜；此外，前述附有膜的基板係包含去除最上層的膜使下層膜暴露出之構造；前述附有膜的基板之檢查裝置係包含：荷電粒子照射部，係將著陸能量經設定成如下述者的荷電粒子束照射至前述附有膜的基板之表面，亦即，該著陸能量係使得位於前述基板上之形成有前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、位於前述基板上之未形成前述立體形狀的區域正上方之前述最上層的膜之表面電位、及前述下層膜的表面電位之間的表面電位不同；檢測器，檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比；以及運算部，根據該電位對比，同時檢測出前述最上層的膜之形狀以及形成於前述基板上之立體形狀。
  26. 一種附有膜的基板之檢查裝置，為檢測出層合形成於基板上之由不同材料所構成的複數層膜的形狀之附有膜的基板之檢查裝置，其特徵為具有：荷電粒子照射部，將具有經設定成因應前述膜的材料的種類及厚度之不同使前述附有膜的基板之表面電位為不同之著陸能量的荷電粒子束，予以照射至前述附 有膜的基板之表面；攝像元件，檢測出已取得前述附有膜的基板之表面電位的資訊之電子，以取得前述附有膜的基板之表面的電位對比；運算部，根據該電位對比，檢測出前述複數層膜的形狀。
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