JP2016189335A - 試料観察方法及び試料観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察目的箇所を迅速かつ正確に特定し得る試料観察方法の提供【解決手段】本発明の試料観察方法は、写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試料観察方法である。本発明の試料観察方法では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像による試料観察、及び、ＳＥＭ画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることができる。これにより、上記３つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することができる。【選択図】図２１

Description

本発明は、電子ビームを用いて試料上のパターンを観察する試料観察方法及び装置に関
し、特に、低ランディングエネルギーの電子ビームを用いた微細パターンの観察技術に関
する。

半導体デバイスなどの製造分野では、ウエハやマスクなどの基板状の試料（試料基板）
の観察がなされる。試料観察は、構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態の確認
などの試料検査のために行われる。試料基板の検査においては、高精度、高信頼性及び高
スループットといった要求がある。そこで、これらの要求に応える試料観察技術の提供が
望まれる。また、このような試料観察技術及び試料検査技術は、デバイス製造プロセス中
においても頻繁に用いられる技術である。対象となる試料は、半導体材料、ＬＳＩ、金属
材料、絶縁材料等である。

試料上のパターンを観察する場合、従来は、光学顕微鏡又は電子線観察装置が用いられ
る。代表的な電子線観察装置としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。Ｓ
ＥＭは、試料上で電子ビームを走査することにより、高倍率での観察を可能にする。ＳＥ
Ｍを用いる観察技術は例えば特許文献１に開示されている。

また、電子線観察装置としては、写像投影光学系を用いる観察装置も提案されている。
以下、この種の観察装置を写像投影型観察装置という。写像投影型観察装置は、ＳＥＭと
比べて大きな径の電子ビームを試料に照射し、電子ビームの径に応じた範囲の画像を生成
する。このような観察装置は例えば特許文献２に開示されている。

特開２００４−１７７４４６号公報 特開平１１−１０８８６４号公報

ところで、最近は、試料上のパターンが微細化し、パターンサイズ（幅等）は１００ｎ
ｍ以下に達している。そのため、従来の観察技術では、パターンの形状やパターン欠陥の
観察が困難になっている。

すなわち、光学式の観察では、分解能が光の波長により制約される。パターンサイズが
１００ｎｍ以下になると、光の波長にくらべてパターンサイズが小さくなり、その結果、
十分な解像度が得られず、パターン欠陥の検出が困難になる。

一方、ＳＥＭを用いたパターン観察及びパターン欠陥検査では、電子ビームのスポット
サイズを小さくすることにより、分解能を高めることができる。したがって、パターンサ
イズが１００ｎｍ以下であっても、パターンの観察が可能であり、パターン欠陥の検査も
可能である。しかしながら、微細なパターンを観察するためには、画素サイズを小さくす
る必要があり、観察に膨大な時間がかかる。例えば、５０ｎｍのサイズの欠陥を検出する
ためには、画素サイズを１０ｎｍ程度として観察を行う必要がある。この場合、２００Ｍ
ＰＰＳ（Mega pixel per second）で検査が行われても、１ｃｍ²当たり１．４時間かかる
。したがって、１回の観察に膨大な時間を要し、実用的ではない。

また、写像投影型観察装置は、大きな径の電子ビームを試料に照射して広い領域の画像
を生成するように構成され、これにより、ＳＥＭよりも短時間に観察を行える。しかし、
パターンサイズが１００ｎｍ以下になると、十分なコントラストが得られず、解像度が不
足してしまう。

より詳細には、写像投影型観察装置では、１次光学系が電子ビームを試料に照射し、２
次光学系が、試料から放出される２次電子の像を生成する。撮像範囲（ビーム照射範囲）
は数十μｍ以上に設定可能であり、観察時間は短い。しかし、２次光学系の収差を十分に
低減することができず、１００ｎｍ以下のパターンサイズの観察に要求される解像度を実
現するのは容易でない。

本発明は、上記背景の下でなされたもので、その目的は、試料上の微細なパターンの観
察および検査を可能とする技術を提供することにある。

本発明の第１の態様の試料観察方法は、電子ビームを用いて試料上のパターンを観察す
る試料観察方法であって、前記試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビーム
の照射によって生じるミラー電子を検出するステップと、検出された前記ミラー電子から
試料の画像を生成するステップとを有し、前記電子ビームを照射するステップは、両側に
エッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パター
ンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電
子ビームを前記試料に照射する。

上記構成において、本発明は、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が
生じやすいというミラー電子発生現象の特性に着目している。凹パターンでのミラー電子
発生量は、電子ビームのランディングエネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照
射電子が効率よくミラー電子になるように、ランディングエネルギーが設定される。後述
するようにランディングエネルギーは相当に低い値に設定されることになる。これにより
、凹パターンでの解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる
。

本発明では、写像投影型観察装置が好適に用いられる。これにより、微細なパターンを
短時間で観察することができる。

前記ランディングエネルギーは、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定
されてよい。

これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に
設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。

前記ランディングエネルギーは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。こ
こで、ＬＥは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、ＬＥＡ及びＬＥＢは
、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高
ランディングエネルギーである。

これにより、パターンでミラー電子が生成するようにランディングエネルギーを適当に
設定でき、パターンのコントラストを増大することができる。

前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの
近傍で他方のエッジに向かって曲り、前記他方のエッジの近傍で曲がってミラー電子にな
ってよい。

これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切
に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。

前記照射電子は、前記凹パターンの一方のエッジに向って入射し、前記一方のエッジの
近傍を通るカーブ軌道に沿って前記凹パターン内に侵入し、前記凹パターンの底部に衝突
することなく進行方向を転換し、前記凹パターンの他方のエッジの近傍を通って、前記ミ
ラー電子になってよい。

これにより、パターンでミラー電子が生じる現象を上手く利用して、ミラー電子を適切
に検出でき、パターンのコントラストを増大することができる。

本発明は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間の２次光学系にアパーチャを
配置し、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを
通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。

これにより、パターンのコントラストを増大できる。より詳細には、試料から検出され
る電子は、ミラー電子と２次放出電子を含む。２次放出電子は広範囲に広がるのに対し、
ミラー電子はあまり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調
整することにより、アパーチャを通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を
相対的に増大できる。したがって、パターンのコントラストを更に増大できる。

本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像のサイズに応じ
て前記アパーチャのサイズを調整してよい。また、本発明は、前記アパーチャにおける前
記ミラー電子の像を生成し、該像の位置に応じて前記アパーチャの位置を調整してよい。
また、本発明は、前記アパーチャにおける前記ミラー電子の像を生成し、該像の形状に応
じて前記アパーチャの形状を調整してよい。

本発明は試料検査方法であってよく、上述の試料観察方法により前記ミラー電子から前
記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査してよい。

これにより、本発明の試料観察方法を用いて微細なパターンを好適に検査できる。

本発明の第１の態様の試料観察装置は、パターンを有する試料が載置されるステージと
、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じる
ミラー電子を検出する２次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成す
る画像処理部とを備え、前記１次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子
ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になる
ようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームを前記試料に照射する。

この構成も、上述したように、凹パターンでミラー電子が生じやすい現象に着目し、ミ
ラー電子が生じやすいようにランディングエネルギーを調整する。これにより、パターン
画像の解像度とコントラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。

前記１次光学系は、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定された前記ラ
ンディングエネルギーを有する前記電子ビームを照射してよい。

これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンの
コントラストを増大することができる。

前記ランディングエネルギーは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。こ
こで、ＬＥは前記電子ビームの前記ランディングエネルギーであり、ＬＥＡ及びＬＥＢは
、前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域の最低ランディングエネルギー及び最高
ランディングエネルギーである。

これにより、上述したように、ランディングエネルギーを適当に設定でき、パターンの
コントラストを増大することができる。

前記２次光学系は、前記試料から前記ミラー電子の検出器までの間に配置されたアパー
チャと、前記アパーチャのサイズ、位置及び形状の少なくとも一つを、前記アパーチャを
通過する前記ミラー電子に応じて調整してよい。

これにより、上述したように、ミラー電子に応じてアパーチャを適切に調整できる。ア
パーチャを通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的に増大でき、パ
ターンのコントラストを更に増大できる。

本発明は、前記２次光学系がアパーチャを有し、前記アパーチャの位置が、前記ミラー
電子の強度中心と前記アパーチャの中心が一致するように調整されてよい。

これにより、ミラー電子を良好に検出できるとともに、２次放出電子の検出量を相対的
に低減できる。したがって、高いコントラストの画像を取得できる。

前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャの形状は、前記ミラー電子
の強度分布の長手方向に応じた方向に長軸を有する楕円形状であってよい。

この構成では、ミラー電子の強度分布に応じて楕円形状のアパーチャが用いられる。こ
れにより、高いコントラストの画像を取得できる。

前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、
前記複数の孔が、前記ミラー電子の強度中心を囲むように配置されてよい。

この構成では、ミラー電子の散乱方向に応じて複数の孔が適切に配置される。これによ
り、用途や性質に応じて適切にミラー電子を検出することができる。

前記２次光学系がアパーチャを有してよく、前記アパーチャが複数の孔を有してよく、
前記複数の孔の一つが、前記ミラー電子の強度中心と一致するように配置されていてよい
。

これにより、散乱方向に特徴のある観察対象を適切に観察できる。そして、観察対象の
分類に有用な情報を得ることができる。

本発明は、複合型の試料観察装置であってよく、写像投影型観察装置と、前記写像投影
型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置とを備えてよい。前記写像投影型観察装置が、上述
の試料観察装置でよい。前記写像投影型観察装置及び前記ＳＥＭ型観察装置が、ステージ
を収容するチャンバに備えられてよく、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察
位置とＳＥＭ型観察装置の観察位置との間で移動可能であってよい。

これにより、写像投影型観察装置とＳＥＭ型観察装置が共通のチャンバに搭載される。
したがって、２つの装置を用いた観察を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写
像投影型観察装置でパターン欠陥が検出される。それから、ＳＥＭでパターン欠陥が詳細
にレビューされる。このような欠陥検査を迅速かつ高精度に行うことができる。

本発明の第２の態様の試料観察方法は、写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置と
は別のＳＥＭ型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察す
るための複合型の試料観察方法であって、前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察装
置、及び前記光学顕微鏡の３つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データと
して記憶し、該座標データに基づいて前記ステージを前記３つの光学中心間で移動させて
前記試料上の特定の箇所を前記３つの観察装置で個別に観察を行うことを特徴とする。

より具体的には、本発明の第２の態様の試料観察方法は、下記の各ステップを備えてい
る。（ａ）試料載置面であるＸＹ面内の回転並びにＸ方向及びＹ方向の移動が可能なステ
ージ上に特定のパターンの配列を有する試料を載置し、該特定のパターンの配列を含む領
域を光学顕微鏡観察して該特定のパターンの配列方向が前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向となる
ように前記ステージ上の試料位置を調整するステップ、（ｂ）上述の第１の態様の試料観
察方法により前記試料の特定のパターンの配列を含む領域のミラー電子画像を得て、前記
特定のパターンの配列の方向を前記ミラー電子画像のＸ方向又はＹ方向に一致させるとと
もに前記特定のパターンが前記ミラー電子画像のフレームの中央にくるように前記ミラー
電子の検出系を調整するステップ、（ｃ）前記試料の特定のパターンを含む領域をＳＥＭ
観察し、該試料の特定のパターンがＳＥＭ画像の所定の中央にくるようにＳＥＭ型観察装
置の光学系を調整するステップ、（ｄ）前記ステップ（ａ）、ステップ（ｂ）、ステップ
（ｃ）の調整後の各ステージの位置座標を相互に対応づけ、これら３つの位置座標の何れ
か１つから他の２つの位置座標の少なくとも一方を算出するステップ。

好ましくは、前記ステップ（ａ）、前記ステップ（ｂ）、前記ステップ（ｃ）、及び、
前記ステップ（ｄ）は、この順に実行される。

本発明の第２の態様の試料観察方法では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像
による試料観察、及び、ＳＥＭ画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のど
の位置に対応しているのかを相互に対応付けることができる。これにより、上記３つの観
察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした場
合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することができる。

本発明の第２の態様の試料検査方法は、本発明の第２の態様の試料観察方法により前記
ミラー電子から前記試料の画像を生成し、前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを
検査するステップを備えている。

本発明の第２の態様の試料検査方法は、更に、（ｆ）前記ステップ（ｅ）のパターン検
査で判定されたパターン不良個所をＳＥＭ観察して欠陥の真偽判定を行うステップを備え
ている態様とすることができる。

また、本発明の第２の態様の試料検査方法は、更に、（ｇ）前記ステップ（ｆ）で真の
欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類を行うステップを備えている態様とす
ることができる。

また、本発明の第２の態様の試料検査方法は、更に、（ｈ）前記ステップ（ｆ）で真の
欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電
子画像、及び、前記ＳＥＭ画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成するステップ
を備えている態様とすることができる。

本発明の第２の態様の試料検査方法によれば、微細なパターンを好適に検査できること
に加え、欠陥の真偽判定、欠陥種の分類、観察画像中での位置の特定も可能となる。

本発明の第２の態様の試料観察装置は、写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置
とは別のＳＥＭ型観察装置と、光学顕微鏡とを備え、前記写像投影型観察装置が、上述の
本発明の第１の態様の試料観察装置であり、前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察
装置、及び前記光学顕微鏡が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステー
ジが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記ＳＥＭ型観察装置の観察位置と前記光学
顕微鏡の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする。

本発明の第２の態様の試料観察装置は、前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察装
置、及び前記光学顕微鏡のそれぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、前
記ステージを前記３つの光学中心間で移動可能とする制御部を備えている態様とすること
もできる。

好ましくは、前記ステージは試料載置面内のＸ方向及びＹ方向に移動可能で且つＸＹ面
内で回転可能なステージである。

また、好ましくは、前記写像投影型観察装置の２次光学系に設けられた検出器は電子検
出面であるＸＹ面内での回転調整が可能に構成されている。

更に、好ましくは、前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記ステージの移動方向
であるＸ方向又はＹ方向に一致するように前記ステージ上の試料位置を調整するアライメ
ント部を備えている。

前記アライメント部は、前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンの配列方向
が前記写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのＸ方向又はＹ方向に一
致するように前記検出器を調整することができる。

また、前記アライメント部は、前記ＳＥＭ型観察装置で前記試料位置調整後の前記試料
上の特定のパターンを観察して得られた観察像がＳＥＭ画像の中心に位置するように前記
ＳＥＭ型観察装置の光学系を調整することができる。

本発明の第２の態様の試料観察装置は、前記試料の表面に付着した汚染物を除去するた
めのクリーニング用ガスを供給するガス供給部と、前記クリーニング用ガスを前記チャン
バ内へと導くガス導入部とを備えている態様としてもよい。

例えば、前記クリーニング用ガスは、前記汚染物と反応して除去作用を奏するガス又は
前記電子ビームの照射を受けて前記除去作用を奏するガスである。

本発明の第２の態様の試料観察装置では、光学顕微鏡による試料観察、ミラー電子画像
による試料観察、及び、ＳＥＭ画像による試料観察で得られた各画像が観察対象試料のど
の位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしている。これにより、上記３つの
観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとした
場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することができる。

本発明は、上述の第１又は第２の態様の試料観察装置を備えた試料検査装置であってよ
く、この検査装置は、前記画像処理部により前記ミラー電子から生成された前記試料の画
像を用いて前記試料のパターンを検査する。これにより、本発明の試料観察装置を用いて
微細なパターンを好適に検査できる。

前記画像処理部は、前記パターン検査で判定されたパターン不良個所をＳＥＭ観察して
欠陥の真偽判定を行う演算部を備えている態様としてもよい。

前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類が可能であるこ
とが好ましい。

さらに、前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前
記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記ＳＥＭ画像の少なくともひとつの画像
と対応づけて作成可能であることが好ましい。

上述のように、本発明は、照射電子が試料上の凹パターンにてＵターンしてミラー電子
になるようにランディングエネルギーが調整された電子ビームを観察対象である試料に照
射することとしたので、微細なパターンの観察および検査を可能とする技術の提供が可能
となる。

また、本発明の第２の態様の試料観察方法及び装置では、光学顕微鏡による試料観察、
ミラー電子画像による試料観察、及び、ＳＥＭ画像による試料観察で得られた各画像が観
察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしたので、上記３つ
の観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようとし
た場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することが可能となる。

図１は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーと階調の関係を示す図である。 図２は、遷移領域にてミラー電子及び２次放出電子が発生する現象を示す図である。 図３は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーと階調の関係を示す図である。 図４は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の例を示す図である。 図５は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図６は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図７は、電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が生じる現象を示す図である。 図８は、試料に形成されたパターンの凹凸構造の別の例を示す図である。 図９は、試料検査装置の全体構成を示す図である。 図１０は、試料検査装置の主要部を示す図である。 図１１は、試料検査装置の一部であり、メインチャンバ、電子コラム及びＳＥＭを示す図である。 図１２は、アパーチャにおける信号強度の計測のためにＥＢ−ＣＣＤを備えた構成を示す図である。 図１３は、参考例として、従来のアパーチャを示した図である。 図１４は、アパーチャの形状の一例を示した図である。 図１５は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図１６は、複数の孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図１７は、４つの孔を有するアパーチャ部材の構成の例を示した図である。 図１８は、４つの孔を有するアパーチャ部材の別の構成の例を示した図である。 図１９は、本発明の第２の態様の試料観察装置の一部の構成例を示す図である。 図２０は本発明の第２の態様の試料観察方法の基本的な概念を説明するための図である。 図２１は、本発明の第２の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を例示により説明するための図である。 図２２は、本発明の第２の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を例示により説明するための図である。 図２３（ａ）は、ＯＭ観察開始時のステージ上の試料を示している。図２３（ｂ）は、位置合わせ後のステージ上の試料を示している。 図２４は、アライメントが終了した後の試料上のパターンの延在乃至配列方向（図２４（ａ））、アライメント前の検出器７０のセンサの画素配列方向（図２４（ｂ））、及び、アライメント後の検出器７０のセンサの画素配列方向（図２４（ｃ））の相互の関係を説明するための図である。 図２５は、検出器のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向（図２５（ａ））、アライメント前の検出器で得られたアライメント用「＋」パターンのミラー電子画像の様子（図２５（ｂ））、及び、アライメント後の検出器で得られた上記パターンのミラー電子画像の様子（図２５（ｃ））の相互の関係を概念的に説明するための図である。 図２６は、検出器７のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方向（図２６（ａ））、アライメント後の検出器で得られたアライメント用「＋」パターンのミラー電子画像の様子（図２６（ｂ））、及び、画像フレームの中心座標のアライメントを実行した後のアライメント用「＋」パターンのミラー電子画像の様子（図２６（ｃ））の相互の関係を概念的に説明するための図である。 図２７は、本発明の第２の態様の試料観察装置に試料クリーニング機能を付加した装置の構成を概念的に説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本実施の形態では、写像投影型観察装置（写像投影光学系を有する電子線観察装置）を
用いて試料が観察される。この種の電子線観察装置は、１次光学系及び２次光学系を備え
る。１次光学系は、電子銃から出射される電子ビームを試料に照射して、試料の構造等の
情報を得た電子を生成する。２次光学系は、検出器を有し、電子ビームの照射により生成
された電子の像を生成する。写像投影型観察装置では、大きな径の電子ビームが用いられ
、広範囲の像が得られる。

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

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

図１は、試料に電子ビームを照射したときのランディングエネルギーＬＥと階調ＤＮの
関係を示している。ランディングエネルギーＬＥとは、試料に照射される電子ビームに付
与されるエネルギーである。電子銃に加速度電圧Ｖａｃｃが印加され、試料にリターディ
ング電Ｖｒｔｄが印加されるとする。この場合、ランディングエネルギーＬＥは、加速電
圧とリターディング電圧の差（ＬＥ＝Ｖａｃｃ−Ｖｒｔｄ）で表される。

また、図１において、縦軸の階調ＤＮは、２次光学系の検出器で検出された電子から生
成した画像における輝度を表す。すなわち、階調ＤＮは、検出される電子の数を表す。多
くの電子が検出されるほど、階調ＤＮが大きくなる。

図１は、０[ｅＶ]付近の小さいエネルギー領域における階調特性を示している。図示の
ように、ＬＥがＬＥＢより大きい領域（ＬＥＢ＜ＬＥ）では、階調ＤＮは、比較的小さい
一定の値を示す。ＬＥがＬＥＢ以下、ＬＥＡ以上の領域（ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ）では、
ＬＥが小さくなるほど、階調ＤＮが増大する。ＬＥがＬＥＡより小さい領域（ＬＥ＜ＬＥ
Ａ）では、階調ＤＮが、比較的大きい一定の値を示す。

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

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

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

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

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

次に、図３は、試料表面の凹凸構造のエッジ部におけるランディングエネルギーＬＥと
階調ＤＮの関係を示している。エッジ部は、凹部の両端に位置し、試料の高さが変化する
部分である。図３において、点線がエッジ部の階調特性を示し、実線が他の部分の階調特
性を示す。他の部分の特性は、図１の特性に対応する。

図３に示すように、エッジ部とその他の部分では、特性線が異なっている。エッジ部の
特性線は、ランディングエネルギーが大きくなる方向にずれている。すなわち、エッジ部
では、遷移領域の上下限が大きく、遷移領域の上限はＬＥＢ＋５[ｅＶ]である。ここで、
ＬＥＢは、エッジ以外の部位の遷移領域の上限である。このような特性線のシフトが生じ
るのは、形状、構造及び材料等がエッジ部と他の部分で異なるからである。そして、特性
線のずれることにより、エッジ部と他の部分で階調差ΔＤＮが生じる。

次に、図３に示されるようにエッジ部の特性が他の部位と異なる理由について、そして
階調差ΔＤＮが生じる理由について検討する。

図４は、試料の凹凸構造の例であり、微細なライン／スペース形状の断面を示している
。例えば凸部がラインであり、凹部がスペースである。ライン幅及びスペース幅が１００
μ以下である。図４の形状では、導体（Ｓｉ）が凹凸形状を有している。そして、凸部の
最上部に酸化膜（ＳｉＯ₂等）が形成されている。

図５は、図４の構造に電子ビームを照射したときに凹凸構造のエッジ部でミラー電子が
生じる現象を示している。図５では、縦縞のパターンが形成されている。電子ビームが照
射されると、照射電子が、凹部（溝）の一方のエッジの付近で軌道を変え、横方向に曲が
り、溝の反対側のエッジに向かって進む。そして、照射電子は、反対側のエッジ付近で再
び軌道を変え、上方に戻っていく。こうして、照射電子は、試料に衝突することなく、ミ
ラー電子になる。このようにしてエッジで生じるミラー電子を、エッジミラー電子という
ことができる。エッジミラー電子は、両端のエッジから対称に生じる。図６も、図５と同
様に、図４の構造にて生じるエッジミラー電子を示している。図６では、横縞のパターン
が形成されている。

また、図７は、照射電子がエッジミラー電子に変化する電子軌道のもう一つの例である
。この例では、照射電子が、凹部の一方のエッジに向って入射し、一方のエッジの近傍を
通るカーブ軌道に沿って凹部内に侵入し、凹部の底部に衝突することなく進行方向を転換
し、凹部の他方のエッジの近傍を通って、ミラー電子になる。このようなミラー電子も、
エッジミラー電子である。エッジ構造では、各照射電子が、図５又は図７の軌道を通り、
或いは図５及び図７の中間的な軌道を通り、エッジミラー電子になると考えられる。

次に、電子の軌道がエッジ付近で曲がりやすい理由について説明する。図５の構造では
、導体の凸部の表面に酸化膜が形成されている。この構造では、試料表面の酸化膜が負に
帯電する。そして、凹部内の導体の電位が、酸化膜の電位よりも相対的に高くなる。エッ
ジ付近で電位が変化するために、電子の軌道が上述のように曲がりやすく、その結果、エ
ッジミラー電子が生じる。

本実施の形態では、プレチャージを行うことも好適である。プレチャージは、試料観察
の前に行われる電子ビームの照射である。プレチャージにより、試料の絶縁領域が負に帯
電する（図５等の例では、試料表面の酸化膜が負に帯電する）。プレチャージを行うこと
により、絶縁領域の電位が安定する。これにより、エッジミラー電子が安定して発生し、
図３の特性が安定して得られる。したがって、試料観察を良好に行うことができ、試料観
察結果を用いる検査の精度も向上できる。

プレチャージの電子ビームは、試料観察のための電子光学系を用いて照射されてよい。
あるいは、別の電子銃が、プレチャージのために設けられてよい。

図８は、試料の凹凸構造に関する別の例を示している。図８も、ライン／スペース形状
の断面である。図８では、Ｓｉ面に、酸化膜（ＳｉＯ₂等）の凸部が形成されている。こ
のような構造では、凹部の両側のエッジにて、等電位面が屈曲する。等電位面の屈曲の影
響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、図８の構造においても、照射電子は、図５〜
図７に示された軌道を通り、エッジミラー電子になる。図８の構造でもプレチャージが好
適に行われ、これにより、凸部の酸化膜の電位を安定させることができる。

また、導電材のみによって凹凸構造が形成されることがある。この場合も、凹凸に沿っ
て等電位面が形成される。そして、凹部の両側のエッジでは等電位面が屈曲する。この等
電位面の屈曲の影響で、照射電子の軌道が曲がる。その結果、照射電子は、上述したよう
な軌道を通り、エッジミラー電子になる。

また、導電材のみで凹凸面が形成されている場合でも、導電膜の表面には自然酸化膜が
存在している。したがって、プレチャージを行うことが好適であり、これにより電位を安
定させることができる。

以上に詳細に説明したように、試料の凹部では、電子が両端のエッジ付近を通ってＵタ
ーンし、エッジミラー電子になる。そのため、エッジミラー電子は、通常の部位のミラー
電子よりも発生しやすい。その結果、図３に示されるように、エッジ部では、エッジ以外
の部分よりも、遷移領域が高いエネルギー側へと広がっている。

また、上記領域では、ミラー電子と２次放出電子が混在する。２次放出電子は、前述し
たように、２次電子、反射電子又は後方散乱電子である（あるいは、それらが混在してい
る）。２次放出電子は、等方的に広がって放出される。そのため、検出器には、最大でも
数％の電子しか到達しない。これに対して、エッジミラー電子は、照射電子がそのまま反
射することにより生成される。したがって、エッジミラー電子については、透過率（検出
器への到達率）がほぼ１００％である。したがって、高い輝度（階調）が得られ、周囲と
の階調差ΔＤＮが大きくなる。

上記のように、エッジ部では、ミラー電子が生じやすく、しかも、ミラー電子の透過率
が大きい。その結果、図３に示されるように、ランディングエネルギーＬＥが大きい方へ
と、エッジ部の階調特性線がずれ、エッジ部と他の部位の間に階調差ΔＤＮが生じる。

本実施の形態は、上記の現象を利用して、解像度が高くコントラストも大きいパターン
画像を生成する。上記で説明された凹構造は、本発明の凹パターンに相当する。本実施の
形態では、凹パターンで効率よくエッジミラー電子が生じるように、ランディングエネル
ギーを設定する。ランディングエネルギーＬＥは、図示のように、従来一般の観察技術と
比べて非常に低い値に設定されることになる。このようなエネルギー設定により、パター
ンと周囲の階調差ΔＤＮが大きくなり、高い解像度と高いコントラストの画像が得られる
。

具体的には、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５[ｅＶ]になるよ
うに、ランディングエネルギーＬＥが設定される。これにより、ミラー電子と２次電子が
混在する領域にランディングエネルギーＬＥが設定される。

前述したように、本発明の研究結果では、−５[ｅＶ]≦ＬＥＡ≦ＬＥＢ≦５[ｅＶ]であ
る。例えば、ＬＥＡ＝−５[ｅＶ]、ＬＥＢ＝５[ｅＶ]であったとする。この場合、ランデ
ィングエネルギーＬＥは、−５[ｅＶ]≦ＬＥ≦５＋５[ｅＶ]＝１０[ｅＶ]に設定される。
さらに詳細には、ランディングエネルギーＬＥに依存してミラー電子と２次放出電子の混
在の状況が変化し、階調差も変化する。ミラー電子の発生数が比較的小さい領域にランデ
ィングエネルギーＬＥを設定することで、大きな効果が得られると考えられる。

次に、上記の試料観察方法を実現するための試料観察装置について説明する。以下の説
明では、試料観察装置が、試料検査装置に組み込まれており、試料のパターン欠陥の検査
に用いられる。図９は試料検査装置の全体構成を示しており、図１０は、試料検査装置の
主要部を示している。

図９を参照すると、試料検査装置１０は、試料キャリア１２と、ミニエンバイロメント
１４と、ロードロック１６と、トランスファーチャンバ１８と、メインチャンバ２２と、
電子コラム２４と、画像処理装置９０を有する。ミニエンバイロメント１４には、大気中
の搬送ロボット、試料アライメント装置、クリーンエアー供給機構等が設けられる。トラ
ンスファーチャンバ１８には、真空中の搬送ロボットが設けられる。

メインチャンバ２２には、ｘ方向、ｙ方向及びθ(回転)方向に移動するようにステージ
３０が設けられる。ステージ３０の上に静電チャックが設置されている。静電チャックに
は試料そのものが設置される。または、試料は、パレットや冶具に設置された状態で静電
チャックに保持される。

メインチャンバ２２は、真空制御系２６により、チャンバ内を真空状態が保たれるよう
に制御される。また、メインチャンバ２２、トランスファーチャンバ１８及びロードロッ
ク１６は、除振台２８上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている
。

また、メインチャンバ２２には電子コラム２４が設置されている。この電子コラム２４
は、電子銃、レンズ、配線及びフィールドスルーを備え、更に、図示のように検出器７０
を備えている。これら構成が、電子ビームによる写像投影のための1次光学系及び２次光
学系を実現している。

検出器７０の出力信号は、画像処理装置９０に送られて処理される。オンタイムの信号
処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行
っている間に行われる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後で信
号処理が行われる。画像処理装置で処理されたデータは、ハードディスクやメモリなどの
記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタにデータを表示するこ
とが可能である。このような信号処理を行うため、システムソフト１４０が備えられてい
る。システムソフト１４０はコンピュータにてプログラムを実行することにより実現され
る。また、電子コラム系に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１３０が備えられてい
る。また、メインチャンバ２２には、光学顕微鏡１１０及びＳＥＭ式検査装置（ＳＥＭ）
１２０が備えられている。

図９の試料検査装置１０では、ウエハ、マスクなどの試料が、試料キャリア１２（ロー
ドポート）からミニエンバイロメント１４に搬送される。ミニエンバイロメント１４では
、アライメント作業がおこなわれる。

次に、試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック１６に搬送される。ロード
ロック１６は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が、一定値（
例えば１〔Ｐａ〕程度）以下になると、トランスファーチャンバ１８に配置された真空中
の搬送ロボットにより、試料がロードロック１６からメインチャンバ２２へ搬送される。
試料は、ステージ３０上の静電チャック機構上に保持される。

メインチャンバ２２では、試料が検査される。ここでは、上述した本発明の試料観察方
法を利用して、試料のパターンが検査される。また、後述するように、ＳＥＭ１２０を用
いて検査が行われる。検査が終了すると、試料は、逆の経路を通って、試料キャリア１２
へと戻る。

次に、図１０を参照し、試料検査装置１０の主要部について説明する。図１０の構成は
、図９のメインチャンバ２２及び電子コラム２４などに相当する。

図１０において、試料検査装置１０は、電子ビームを生成する１次光学系４０と、試料
２０を設置するステージ３０と、試料からの２次放出電子及びミラー電子の像を生成する
２次光学系６０と、それらの電子を検出する検出器７０と、検出器７０からの信号を処理
する画像処理装置９０とを備える。検出器７０は、２次光学系６０の一部に含まれる。ま
た、試料検査装置１０は、装置全体を制御するために制御部１００を備えている。制御部
１００は、図９のシステムソフト１４０に対応する。更に、試料検査装置１０には、位置
合わせのために光学顕微鏡１１０が設けられ、レビューのためにＳＥＭ１２０が設けられ
ている。

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

写像投影光学系の１次光学系４０では、Ｅ×Ｂフィルタ４６が特に重要である。Ｅ×Ｂ
フィルタ４６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めるこ
とができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、試料２０に
対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ４６の条件が設定される。

１次光学系４０は、撮像のための電子ビームだけでなく、プレチャージのための電子ビ
ームも照射してよい。あるいは、プレチャージのための電子銃等が設けられてもよい。

ステージ３０は、上述したように、試料２０を載置するための構成である。ステージ３
０は、ｘｙ方向（水平方向）及びθ方向（水平面上での回転方向）に移動可能である。ま
た、ステージ３０は、必要に応じてｚ方向（垂直方向）に移動可能であってもよい。ステ
ージ３０の表面には、静電チャック等の試料固定機構が備えられている。

２次光学系６０は、試料２０から反射した電子を、検出器７０に導く構成である。既に
説明したように、ミラー電子及び２次放出電子が検出器７０に導かれる。２次光学系６０
は、レンズ６１、６３と、アパーチャ６２と、アライナ６４と、検出器７０とを有する。
電子は、試料２０から反射して、対物レンズ５０、レンズ４９、アパーチャ４８、レンズ
４７及びＥ×Ｂフィルタ４６を再度通過する。そして、電子は２次光学系６０に導かれる
。２次光学系６０においては、電子は、レンズ６１、アパーチャ６２、レンズ６３を通過
し、アライナ６４で整えられて、検出器７０にて検出される。

アパーチャ６２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。本実施の形態
では、アパーチャ６２のサイズ、位置及び形状が調整可能である。この調整を行うために
、アパーチャ調整機構２００が設けられている。アパーチャ調整は、観察画像における試
料パターンのコントラストを大きくするために行われる。アパーチャ調整については後述
する。

検出器７０は、２次光学系６０により導かれた電子を検出する構成である。検出器７０
は、検出面に複数のピクセルを有する。検出器７０には、種々の二次元型センサを適用す
ることができる。例えば、検出器７０には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）及びＴＤ
Ｉ（Time Delay Integration）−ＣＣＤが適用されてよい。これらは、電子を光に変換し
てから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって
、光電変換又はシンチレータを用いて、電子が光に変換される。

また、検出器７０には、ＥＢ−ＴＤＩが適用されてよい。ＥＢ−ＴＤＩは、光電変換機
構及び光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ−ＴＤＩセンサ面に直接に入射する。した
がって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコント
ラストを得ることが可能となる。また、検出器７０には、ＥＢ−ＣＣＤが適用されてもよ
い。

制御部１００は、コンピュータで構成され、試料検査装置１０の全体を制御する。制御
部１００は、図９のシステムソフト１４０と対応する。

制御部１００は、電子銃４１を含む１次光学系４０を制御して、ランディングエネルギ
ーＬＥを調整する。本実施の形態では、前述したように、試料２０のパターンにてエッジ
ミラー電子が効率よく発生するように、ランディングエネルギーＬＥが設定される。また
、制御部１００は、１次光学系４０及び２次光学系６０を制御して、電子銃４１から検出
器７０までの電子の軌道を制御及び調整する。より詳細には、電子ビームが電子銃４１か
ら試料２０まで所定の適切な軌道を通り、さらに試料２０からの電子が検出器７０まで所
定の適切な軌道を通るように、電子軌道が制御される。また、制御部１００は、後述にて
詳細に説明するように、アパーチャ調整機構２００を制御して、アパーチャ調整を行わせ
る。

また、制御部１００は、画像処理装置９０を制御して、検出器７０からの信号を処理し
て、試料２０のパターンの画像を生成させる。さらに、制御部１００は、画像処理装置９
０で生成された画像を処理し、パターン欠陥についての判定を行うように構成されている
。

以上に、試料検査装置１０の各部の構成について説明した。次に、試料検査装置１０の
動作を説明する。

試料検査装置１０は、電子ビームを試料２０に照射しながら、ステージ３０を水平方向
に移動し、試料２０からの電子を検出器７０にて検出し、検出信号から試料２０の画像を
生成する。電子ビームは、電子銃４１から発射され、１次光学系４０に導かれて、試料２
０に照射される。入射過程では、Ｅ×Ｂフィルタ４６にて電子ビームの向きが変えられる
。本実施の形態では、写像投影法により検査が行われる。そのため、試料の比較的広い範
囲を照射するように、大きな径の電子ビームが用いられる。

電子ビームのランディングエネルギーＬＥは、上述の試料観察方法の説明で述べたよう
に、エッジミラー電子がパターンのエッジにて発生しやすいように設定されている。具体
的には、ランディングエネルギーＬＥが、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５[ｅＶ]に設定される
。ＬＥＡ、ＬＥＢは、図１における遷移領域の下限及び上限であり、例えば、−５[ｅＶ]
及び５[ｅＶ]である。

したがって、電子ビームが試料２０のパターンに照射されたときに、エッジミラー電子
が発生する。より詳細には、電子ビームのうちで、一部の電子がパターンのエッジ付近に
照射される。このようなエッジ付近への電子が、図５〜図７に例示された軌道を通り、エ
ッジミラー電子になる。

試料２０で生じた電子は、２次光学系６０によって検出器７０に導かれる。そして、電
子の像が検出器７０の検出面に生成される。電子ビームの照射により、試料２０では、エ
ッジミラー電子の他に、通常のミラー電子も生じ得る。また、ミラー電子の他に、２次放
出電子も生じる。したがって、検出器７０には、これらの種類の電子の像が形成される。

検出器７０は、電子を検出して、検出信号を画像処理装置９０に送る。画像処理装置９
０では、検出信号を処理して、試料２０の画像を生成する。ここで、本実施の形態では、
ランディングエネルギーＬＥが適切に設定されており、検出器７０に多くのエッジミラー
電子が到達する。すなわち、エッジミラー電子の検出数が、他の種類の電子と比べて多い
。エッジミラー電子は、試料２０のパターンのエッジで生じる。したがって、試料２０の
画像においては、パターンの階調（輝度）が大きくなる。そして、他の部分との階調差が
大きくなる。したがって、パターンのコントラストが大きくなる。

制御部１００は、このような試料２０の画像を用いて、パターン欠陥の判定を行う。制
御部１００は、パターンの欠陥の有無を判定してよく、欠陥の位置を検出してよく、さら
に欠陥の種類を判定してよい。また、本実施の形態の試料検査装置１０は、パターン欠陥
だけでなく、異物を検査してもよい。この場合、制御部１００は、試料２０の画像を処理
して、異物の有無を判定してよい。さらに、他の検査も行われてよい。

欠陥判定処理は、「ダイｔｏダイ（die to die）」であってよい。この処理は、試料２
０の２つのダイの画像を比較する。より詳細には、順次得られる２つのダイの画像が比較
される。２つのダイのパターンが相違する場合に、制御部１００は、欠陥があると判定す
る。

欠陥判定処理は、「ダイｔｏ ａｎｙダイ（die to any die）」であってよい。この場
合、試料２０から特定のダイの画像が得られ、判定基準として保持される。そして、判定
基準のダイの画像が、他の多数のダイの画像と順番に比較される。この場合も、ダイのパ
ターンが相違する場合に、制御部１００は、欠陥があると判定する。

さらに、欠陥判定処理は、「ダイｔｏデータベース（die to database）」であってよ
い。この場合、ダイの画像が、設計データ等の登録データと比較される。設計データは例
えばＣＡＤデータである。そして、ダイの画像が登録データと相違する場合に、制御部１
００は、欠陥があると判定する。

また、欠陥判定処理は、セル（ｃｅｌｌ）の欠陥を判定してよい。この場合、上述のダ
イの画像の代わりに、セルの画像が処理される。欠陥判定処理は、「セルｔｏセル（cell
to cell）」でもよく、「セルｔｏ ａｎｙセル（cell to any cell）」でもよく、「セ
ルｔｏデータベース（cell to database）」でもよい。

このようにして、制御部１００は、欠陥判定を行う。欠陥判定結果は、モニタに表示さ
れてよく、記録媒体に記録されてよい。また、欠陥判定結果は、以下に説明するように、
次の段階でＳＥＭ１２０により利用されてよい。

「写像投影型検査装置とＳＥＭの両方を備えた構成について」
図１１は、試料検査装置１０の一部であり、特に、メインチャンバ２２、電子コラム２
４及びＳＥＭ１２０を示している。電子コラム２４は、メインチャンバ２２と共に、写像
投影型観察装置を構成している。したがって、本実施の形態の試料検査装置は、写像投影
型観察装置とＳＥＭ型観察装置の両方を備えた複合型の観察装置を構成している。

図１１に示されるように、本実施の形態では、ステージ３０が移動可能であり、特に、
電子コラム２４（写像投影型観察装置）の観察位置とＳＥＭ１２０の観察位置との間で移
動可能である。このような構成により、写像方式とＳＥＭという２種類の装置の両方を用
いる場合に、観察及び検査を迅速かつ高精度に行うことができる。例えば、写像投影型観
察装置でパターン欠陥が検出され、それから、ＳＥＭでパターン欠陥が詳細にレビューさ
れる。以下、この特徴について更に詳細に説明する。

図１１の構成によれば、試料２０が同じステージ３０に搭載されたまま、電子コラム２
４とＳＥＭ１２０の両方が使用される。したがって、試料２０（ステージ３０）が電子コ
ラム２４とＳＥＭ１２０との間を移動したときに、座標関係が一義的に決まる。このこと
は、パターンの所定箇所を特定したり、パターン欠陥箇所を特定するときに有利である。
２つの検査装置が、同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。例えば、電子コ
ラム２４により欠陥箇所が特定される。この欠陥箇所が、ＳＥＭ１２０にて迅速に位置決
めされる。

上記の複合型の構成が適用されなかったとする。例えば、写像式光学検査装置とＳＥＭ
が、別々の真空チャンバに分かれて配置されたとする。分離された別々の装置間で試料を
移動する必要があり、別々のステージに試料を設置する必要がある。そのため、２つの装
置が試料のアライメントを別個に行う必要があり、時間がかかる。また、試料のアライメ
ントを別々に行う場合、同一位置の特定誤差は、５〜１０〔μｍ〕となってしまう。

一方、本実施の形態では、図１１に示すように、２種類の検査において、同一のチャン
バ２２の同一のステージ３０に、試料２０が設置される。写像方式の電子コラム２４とＳ
ＥＭ１２０との間でステージ３０が移動した場合でも、高精度で同一位置を特定可能であ
る。例えば、１〔μｍ〕以下の精度での位置の特定が可能である。

このような高精度の特定は、以下の場合に大変有利である。まず、試料２０の検査が写
像方式で行われ、パターン及びパターン欠陥が検査される。それから、検出した欠陥の特
定及び詳細観察（レビュー）が、ＳＥＭ１２０で行われる。正確な位置の特定ができるの
で、欠陥の有無（無ければ疑似検出）が判断できるだけでなく、欠陥のサイズや形状の詳
細観察を高速に行うことが可能となる。

前述したように、欠陥検出用の電子コラム２４と、レビュー用のＳＥＭ式検査装置１２
０とが別々に設けられると、欠陥位置の特定に多くの時間を費やしてしまう。このような
問題が本実施の形態により解決される。

以上に説明したように、本実施の形態では、写像光学方式によるパターンとパターン欠
陥の撮像条件を用いて、超微小なパターンが高感度で検査される。さらに、写像光学方式
の電子コラム２４とＳＥＭ式検査装置１２０が同一チャンバ２２に搭載される。これによ
り、特に、１００〔ｎｍ〕以下の超微小なパターンの検査と、パターンの判定及び分類を
、大変効率良く、高速に行うことができる。

「アパーチャ調整」
次に、本実施の形態のもう一つの特徴であるアパーチャ調整について説明する。

まず、アパーチャ調整の概要を説明する。アパーチャ調整では、２次光学系６０のアパ
ーチャ６２のサイズ、位置及び形状が、アパーチャ６２を通過するミラー電子に合うよう
に調整される。この意味で、本実施の形態のアパーチャ６２は、可変アパーチャ（又は調
整用アパーチャ等）と呼ぶことができる。調整目標は、アパーチャ６２の高さでのミラー
電子のスポット（プロファイル）と、アパーチャ６２の孔とを極力一致させることである
。ただし、実際にはミラー電子スポットとアパーチャ６２を完全に一致させることは困難
である。したがって、実際には、ミラー電子スポットよりもある程度広く、アパーチャ６
２が調整されてよい。

このようにしてアパーチャ６２を調整することにより、画像中のパターンのコントラス
トを増大できる。より詳細には、試料から検出される電子は、ミラー電子と２次放出電子
を含む。既に説明したように、２次放出電子は広範囲に広がるのに対し、ミラー電子はあ
まり広がらない。したがって、ミラー電子に応じてアパーチャ６２を適切に調整すること
により、アパーチャ６２を通過する２次放出電子を減らし、ミラー電子の検出量を相対的
に増大できる。したがって、画像中のパターンのコントラストを更に増大できる。

アパーチャ６２は、アパーチャ調整機構２００により調整される。具体的には、複数種
類のアパーチャ６２が備えられてよい。複数種類のアパーチャ６２では、サイズ及び形状
が異なる。それら複数種類のアパーチャ６２は一体的に構成されてもよく、別々の部材で
あってもよい。アパーチャ調整機構２００は、光軸上で観察に用いられるアパーチャ６２
を切り換え可能である。そして、アパーチャ調整機構２００は、制御部１００の制御下で
、複数種類のアパーチャ６２からミラー電子に応じたアパーチャ６２を選択し、光軸上に
配置する。さらに、アパーチャ調整機構２００は、ミラー電子に応じてアパーチャ６２の
位置を調整する。こうして、アパーチャ６２のサイズ、形状及び位置が好適に調整される
。

本発明の範囲内で、アパーチャ６２の位置は、２次光学系６０の軸に沿った方向の位置
も含んでよい。したがって、アパーチャ調整機構２００は、アパーチャ６２を水平方向（
ＸＹ方向）に移動するだけでなく、光軸方向（Ｚ方向）に移動して、アパーチャ位置を最
適化してよい。また、アパーチャ６２の位置は、回転方向の位置、すなわちアパーチャ角
度も含んでよい。アパーチャ調整機構２００は、アパーチャ６２を水平面上で回転してよ
く、回転中心は２次光学系６０の軸でよい。

上記のアパーチャ調整のためには、アパーチャにおけるミラー電子の像を利用すること
が効果的である。このミラー電子像は、上記のミラー電子スポットを表す。そこで、アパ
ーチャにおけるミラー電子像に適合するように、アパーチャ６２が調整される。

アパーチャにおけるミラー電子像を測定するためには、ＥＢ−ＣＣＤ等の検出器がアパ
ーチャの高さに好適に追加される。あるいは、アパーチャ６２と、検出器７０（図１０）
とを、光学的に共役な位置に配置することが好適である。これにより、検出器７０にて、
アパーチャ６２におけるミラー電子像が得られる。

以上に、アパーチャ調整の概要を説明した。次に、具体例を用いながら、アパーチャ調
整についてさらに詳細に説明する。

（アパーチャ位置の調整）
パターン観察では、パターンからのミラー信号を効率よく取得することが重要である。
アパーチャ６２の位置は、信号の透過率と収差を規定するので、大変に重要である。２次
電子は、試料表面から広い角度範囲で、コサイン則に従い放出され、アパーチャでは均一
に広い領域に到達する。したがって、２次電子は、アパーチャ６２の位置に鈍感である。
これに対し、ミラー電子の場合、試料表面での反射角度が、１次電子ビームの入射角度と
同程度となる。そのため、ミラー電子は、小さな広がりを示し、小さなビーム径でアパー
チャ６２に到達する。例えば、ミラー電子の広がり領域は、二次電子の広がり領域の１／
２０以下となる。したがって、ミラー電子は、アパーチャ６２の位置に大変敏感である。
アパーチャにおけるミラー電子の広がり領域は、通常、φ１０〜１００〔μｍ〕の領域と
なる。よって、ミラー電子強度の最も高い位置を求めて、その求められた位置にアパーチ
ャ６２の中心位置を配置することが、大変有利であり、重要である。

このような適切な位置へのアパーチャ６２の設置を実現するために、アパーチャ調整機
構２００が、アパーチャ６２を、電子コラム２４の真空中で、１〔μｍ〕程度の精度で、
ｘ、ｙ方向に移動させる。アパーチャ６２を移動させながら、信号強度が計測される。画
像の輝度が、信号強度として求めれてよい。評価値は例えば輝度の合計である。そして、
信号強度が最も高い位置が求められ、その求められた座標位置に、アパーチャ６２の中心
が設置される。

上記では、アパーチャ６２がｘｙ方向に移動された。本発明の範囲内で、アパーチャ６
２がアパーチャ調整機構２０により回動されて、アパーチャ６２の角度が調整されてもよ
い。そして、信号強度の計測結果に基づき、角度が設定されてよい。角度は、回転方向の
位置であり、したがってアパーチャの角度も本発明ではアパーチャ位置に含まれる。アパ
ーチャ６２の回転軸は、２次光学系６０の軸であってよい。まず、上述したｘｙ方向の調
整が行われ、信号強度が最も高い位置へとアパーチャ中心が調整されてよい。それから、
アパーチャ６２が所定の小さい角度ずつ回転され、信号強度が最も高くなる角度へアパー
チャ６２が調整されてよい。

また、ｘ、ｙ方向だけでなく、ｚ軸方向にアパーチャ６２の位置調整を行えるように、
アパーチャ等が構成されてよい。ｚ軸方向は、２次光学系６０の軸方向である。この場合
、ｚ軸方向にもアパーチャ６２が移動され、信号強度が測定され、信号強度が最も高くな
る位置へとアパーチャ６２が調整されてよく、この構成も有利である。アパーチャ６２は
、ミラー電子が最も絞られる位置に好適に設置される。これによりミラー電子の収差の低
減、及び、２次放出電子の削減を、大変効果的に行うことができる。したがって、より高
いＳ／Ｎを得ることが可能となる。

（信号強度の計測の構成）
ここでは、信号強度計測のためのさらに好適な構成を説明する。

図１２は、図１０の試料検査装置の変形例である。図１２では、２次光学系６０ａの構
成が、図１０の２次光学系６０と異なっており、具体的には、アパーチャの高さにＥＢ−
ＣＣＤ６５が設けられている。アパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５は、開口６７、６８を
有する一体の保持部材であるＸＹステージ６６に設置されている。ＸＹステージ６６には
開口６７、６８が設けられているので、ミラー電子及び２放出次電子がアパーチャ６２又
はＥＢ−ＣＣＤ６５に到達可能である。

ＸＹステージ６６は、アパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５を移動し、それらの位置制御
及び位置決めを行う。これによりアパーチャ６２とＥＢ−ＣＣＤ６５が切り換えられ、そ
して、アパーチャ６２の電流吸収とＥＢ−ＣＣＤ６５の画像取得が独立に行われる。ＸＹ
ステージ６６は、アパーチャ調整機構２００により駆動される（ＸＹステージ６６がアパ
ーチャ調整機構２００の一部であってよい）。

このような構成の２次光学系６０ａを用いる場合、まず、ＥＢ−ＣＣＤ６５を用いて、
電子ビームのスポット形状とその中心位置が検出される。画像処理装置９０又は他の構成
がＥＢ−ＣＣＤ６５の検出信号を処理して画像を生成してよい。制御部１００が、検出信
号の画像からミラー電子のスポット形状と中心位置を求めてよい。前述のようにミラー電
子の輝度は、２次放出電子の輝度より大きい。したがって、ミラー電子のスポットが、周
囲の２次放出電子の部分よりも明るくなる。そこで、例えば、輝度が所定値以上の領域が
、ミラー電子のスポット（プロファイル）として特定される。また例えば、画像からエッ
ジで囲まれた領域が、ミラー電子のスポットとして検出される。そして、制御部１００は
、ＸＹステージ６６を制御し、検出されたスポットの中心位置に、アパーチャ６２の孔中
心を配置する。

以上に説明したように、本実施の形態では、ＥＢ−ＣＣＤ６５が大変有利に用いられる
。ビームの２次元的な情報を知ることができ、検出器７０に入射する電子数を求めること
ができるので、定量的な信号強度の評価が可能となる。そして、このような計測結果を利
用して、直接的にアパーチャ６２の位置調整を行うことが可能となる。これにより、アパ
ーチャの高精度な位置決めが可能となり、電子像の収差が低減し、均一性が向上する。そ
して、透過率均一性が向上し、分解能が高く階調が均一な電子像を取得することが可能と
なる。

また、図１２の構成は、アパーチャ６２を少しずつ動かしながら信号強度を計測すると
いった作業を不要にできる。したがって、計測時間の短縮にも有効である。

また、図１２の構成は、アパーチャ調整だけでなく、スポット形状の調整にも好適に利
用される。制御部１００は、スポット形状が極力円形に近く、最小になるように、スティ
グメーター、レンズ６１、６３及びアライナ６４の電圧調整を行う。この点に関し、従来
は、アパーチャ６２におけるスポット形状及び非点収差の調整を直接行うことはできなか
った。このような直接的な調整が本実施の形態では可能となり、非点収差の高精度な補正
が可能となる。

また、図１２の構成では、ＥＢ−ＣＣＤ６５が検出器として設けられている。しかし、
他の種類の検出器が設けられてもよい。

図１２では、ＥＢ−ＣＣＤ６５の追加により、アパーチャ６２におけるビーム像が得ら
れた。しかし、別の構成によっても同様のビーム像を得ることが可能である。具体的には
、ｚ方向において、アパーチャ６２と検出器７０の検出面の位置関係が、光学的に共役の
関係になるように、アパーチャ６２が配置される。この構成も大変有利である。これによ
り、アパーチャ６２におけるビームの像が、検出器７０の検出面に結像される。したがっ
て、アパーチャ６２におけるビームプロファイルを、検出器７０を用いて観察することが
でき、アパーチャ６２のミラー電子像が得られる。しかも、ＥＢ−ＣＣＤ６５を設けなく
てもよい。

その他、上述の説明では、測定結果がアパーチャ位置調整に用いられた。制御部１００
は、測定結果を下記のアパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整にも好適に使用してよ
い。

（アパーチャサイズ及びアパーチャ形状の調整）
アパーチャ６２のサイズ（アパーチャ径）も本実施の形態では重要である。上述のよう
にミラー電子の信号領域が小さいので、効果的なサイズは、１０〜２００〔μｍ〕程度で
ある。更に、アパーチャサイズは、好ましくは、ビーム径に対して１０〜１００〔％〕大
きいサイズである。

この点に関し、電子の像は、ミラー電子と二次放出電子により形成される。アパーチャ
サイズの設定により、ミラー電子の割合をより高めることが可能となる。これにより、ミ
ラー電子のコントラストを高めることができ、つまり、パターンのコントラストを高める
ことができる。

更に詳細に説明すると、アパーチャの孔を小さくすると、アパーチャ面積に反比例して
２次放出電子が減少する。そのため、正常部の階調が小さくなる。しかし、ミラー電子信
号は変化せず、パターンの階調は変化しない。よって、周囲の階調が低減した分だけ、パ
ターンのコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。

アパーチャ形状についても同様の原理が成り立つ。アパーチャ形状を、アパーチャ６２
におけるミラー電子のスポット形状（プロファイル）に合わせることが好適である。これ
により、ミラー電子信号を変えずに、アパーチャ６２を通過する２次放出電子を低減でき
る。したがって、パターンのコントラストを大きくでき、より高いＳ／Ｎが得られる。

上記のアパーチャサイズ及び形状の調整においても、上述した信号計測が行われてよい
。アパーチャサイズ及び形状を少しずつ変えながら、信号計測が繰り返されてもよい。好
ましくは、図１２の構成を用いて、アパーチャ６２におけるミラー電子のスポットが計測
される。あるいは、検出器７０とアパーチャ６２の位置関係を共役関係に設定することに
より、検出器７０にてスポットの像が取得される。これにより、簡単かつ迅速にアパーチ
ャサイズ及び形状を調整できる。

以上に説明したように、ミラー電子は、アパーチャサイズと形状に非常に敏感である。
よって、アパーチャサイズと形状と適切に選択することは、高いＳ／Ｎを得るために大変
重要である。

（アパーチャのバリエーションについて）
次に、本実施の形態に好適に適用されるアパーチャのバリエーションについて、図１３
〜図１８を参照して説明する。

図１０等ではアパーチャ６２が単なる線で表されている。しかし、実際のアパーチャ６
２は、孔を有する部材（部品）である。一般に、部材がアパーチャと呼ばれることもあり
、孔がアパーチャと呼ばれることもある。以下のアパーチャのバリエーションの説明では
、部材（部品）とその孔を区別するため、部材をアパーチャ部材と呼ぶ。そして、部材の
孔を、アパーチャ孔という。その他の識別の方法として、アパーチャ部材をＮＡアパーチ
ャ等と呼ぶことも可能である。

図１３〜図１８では、符合６２ａ〜６２ｄは、アパーチャ部材である。符号１６９、６
９、６９ａ、６９ｂは、アパーチャ孔を示す。アパーチャ形状は、一般に、アパーチャ孔
の形状を意味する。アパーチャサイズ及び位置も、具体的にはアパーチャ孔のサイズ及び
位置である。ここではアパーチャ部材とアパーチャ孔を区別するものの、本明細書の全体
では一般的表現に従ってアパーチャ部材及びアパーチャ孔が単にアパーチャと呼ばれてよ
い。

図１３は、参考例であり、従来のアパーチャ孔１６９を示している。図１３に示すよう
に、従来は、円形のアパーチャ孔１６９が固定位置に設置されていた。よって、上述のよ
うな適切なアパーチャサイズと形状の選択はできなかった。一方、本実施の形態に係る試
料検査装置１０は、アパーチャを２次元的又は３次元的に移動し、アパーチャ調整を行え
るように構成されている。

図１４は、アパーチャ形状の一例を示している。図１４において、アパーチャ孔６９は
、楕円形である。この孔形状は、ミラー電子信号の強度分布に合うように設定されている
。この例では、アパーチャ部材６２におけるミラー電子の強度分布の測定結果において、
強度分布がｙ方向に長い楕円形状である。ここで、ｙ方向とは、Ｅ×Ｂフィルタ４６で偏
向される方向である。ｙ方向は、１次電子ビームの光軸の方向と一致する。ｙ方向の楕円
形状の原因は、Ｅ×Ｂフィルタ４６での偏向成分であると考えられる。よって、効率よく
ミラー電子を捕捉するためには、ｙ方向に長軸を有するアパーチャ形状が大変有利である
。

これにより、従来よりもミラー電子の収率を高め、より高いＳ／Ｎ（例えば、×２以上
）を得ることが可能となる。例えば、２次電子ビームの強度分布が、ｙ方向に１００〔μ
ｍ〕、ｘ方向に５０〔μｍ〕とする（これらの値は、半値全幅である）。楕円形のアパー
チャ孔６９は、２次電子ビーム径に対して、プラス１０〜１００〔％〕の範囲で選択され
る。例えば、アパーチャサイズがｙ方向に１５０〔μｍ〕、ｘ方向に７５〔μｍ〕になる
ように、アパーチャ孔６９が選択されてよい。

次に、図１５乃至図１８を用いて、複数のアパーチャ孔を有するアパーチャ部材の構成
について説明する。ここでは、複数のアパーチャ孔が、一つのアパーチャとして機能する
。

図１５は、複数のアパーチャ孔６９ａを有するアパーチャ部材６２ａの構成の一例を示
している。図１５において、アパーチャ部材６２ａは、２つの円形のアパーチャ孔６９ａ
を有する。この例では、ミラー電子の強度中心を基準に、２つの孔が±ｙ方向にずらした
位置に配置される。ずれ量は、例えば、５０〔μｍ〕程度である。この構成は、散乱され
た＋ｙ側と−ｙ側のミラー電子の双方を捕捉できる。したがって、この構成は、散乱した
ミラー電子の信号と、バックグラウンドの２次放出電子との信号量の差を大きくでき、高
いＳ／Ｎを得ることが可能となる。この理由を説明すると、２次放出電子の場合、散乱方
向に飛散する量が少量に限られる。そのため、バックグラウンドが低減し、相対的にＳ／
Ｎを向上させることができる。

図１６は、４つのアパーチャ孔６９ａを有するアパーチャ部材６２ａの構成の一例を示
している。図１６において、４つの円形のアパーチャ孔６９ａが、ｘ軸及びｙ軸に対称に
配置されている。すなわち、２つのアパーチャ孔６９ａがｘ軸上に配置され、２つのアパ
ーチャ孔６９ａがｙ軸上に配置され、４つのアパーチャ孔６９ａが中心（原点）から等距
離に位置している。別の言い方では、４つのアパーチャ孔６９ａは、原点の回りに等間隔
に配置されている。さらに簡単にいうと、４つのアパーチャ孔６９ａが菱形状に配置され
ている。これにより、ｘ方向とｙ方向の双方に散乱されたミラー電子が存在する場合にも
、高Ｓ／Ｎで電子を取得することができる。

図１７は、４つのアパーチャ孔６９ａを有するアパーチャ部材６２ｃを示している。図
１７の構成は、図１６の構成と異なる一例である。図１７においては、４個の円形のアパ
ーチャ孔６９ａが、ｘｙ平面における第１象限から第４象限にそれぞれ配置されている。
この例でも、４つのアパーチャ孔６９ａは、ｘ軸及びｙ軸に対称に配置されており、中心
（原点）から等距離に配置されている。別の言い方では、４つのアパーチャ孔６９ａは、
原点の回りに等間隔に配置されている。このような形状のアパーチャ部材６２ｃにおいて
も、ミラー電子の信号強度が高くなる位置にアパーチャ孔６９ａを設けることができ、高
Ｓ／Ｎの信号を取得することができる。

図１６及び図１７に示すように、アパーチャ孔６９ａの数が同じであって、それらの配
置が異なってよい。これにより、用途に応じた適切なアパーチャ部材６２ｂ、６２ｃを用
いることができる。そして、各々の用途について、高いＳ／Ｎを取得することが可能とな
る。

図１８は、８つのアパーチャ孔６９ｂを有するアパーチャ部材６２ｄの構成の一例を示
した図である。図１８に示すように、アパーチャ孔６９ｄの数は、４つよりも更に多くて
もよい。図１８に示したアパーチャ部材６２ｄにおいては、ミラー電子の強度中心の回り
の円周上に、複数のアパーチャ孔６９ｂが等間隔に配置されている。この構成は、円周上
のどこかのアパーチャ孔６９ｂの位置に特異的に強い散乱をするミラー電子がある場合に
有利である。そのようなミラー電子の適切な捕捉が可能となる。

また、図１５乃至図１８では、ミラー電子の信号の強度中心とアパーチャ孔６９ａ、６
９ｂとの関係については、アパーチャ位置が強度中心とずれている。しかし、本発明はこ
れに限定されず、アパーチャ位置が強度中心と一致してよい。すなわち、一つのアパーチ
ャ孔が、ミラー電子強度中心と一致するように設置されてよい。この場合、他のアパーチ
ャ孔は、散乱したミラー電子の捕捉を行う。それら電子が強度中心のミラー電子とともに
電子像に含まれる。このような合成像が検出器７０で得られる。このようにして、強いミ
ラー電子と特異的に散乱されたミラー電子との合成像を取得することができる。したがっ
て、高いＳ／Ｎを得ることができるとともに、散乱方向に特徴がある観察対象を効果的に
検出できる。また、散乱方向の特徴を、観察対象の分類に役立てることも可能となる。

（ランディングエネルギーに応じたアパーチャ調整）
更に、本実施の形態によれば、使用するランディングエネルギーＬＥに対して、適切な
アパーチャ孔形状及びサイズを選択することもできる。この選択も大変に有利な効果を提
供する。ランディングエネルギーＬＥによりミラー電子の強度分布が変化する。そこで、
本実施の形態の検査装置は、使用するランディングエネルギーＬＥに応じたアパーチャサ
イズ及び形状を選択するように構成されてよい。これにより強度分布に応じたアパーチャ
調整ができ、大変有利である。

例えば、ミラー電子が、ｙ方向に長い楕円形状の強度分布を有する場合を考える。異な
った２つの条件で撮像又は検査が行われるとする。例えば、１番目の撮像・検査条件では
、ランディングエネルギーが第１の値すなわちＬＥ＝３〔ｅＶ〕であるとする。第２番目
の撮像・検査条件では、ランディングエネルギーが第２の値すなわちＬＥ＝２〔ｅＶ〕と
する。ここで、ランディングエネルギーＬＥが小さくなると、アパーチャ高さではミラー
電子強度分布が大きくなる。このような分布変化に適合するように、アパーチャサイズ及
び形状が好適に選択される。

例えば、第１のランディングエネルギーが用いられるときは、ｙ方向に１００〔μｍ〕
、ｘ方向に５０〔μｍ〕の楕円のアパーチャ孔６９が選択されてよい。第２のランディン
グエネルギーが用いられるときは、ミラー電子強度分布が２倍程度大きくなる。そこで、
ｙ方向に２００〔μｍ〕、ｘ方向に１００〔μｍ〕の楕円形状のアパーチャ孔６９が用い
られてよい。このようにして、大変効果的にミラー電子を検出できる。

（アパーチャ調整機構）
最後にアパーチャ調整機構について説明を補足する。本実施の形態では、複数のアパー
チャ（アパーチャ部材）が一体化されてよい。すなわち、一つのアパーチャ部材に複数の
アパーチャ孔が設けられてよい。複数のアパーチャ孔では、形状及びサイズが異なってよ
い。この場合、アパーチャ調整機構は、アパーチャ部材を移動することにより、アパーチ
ャ孔を切り換え、アパーチャ形状及びアパーチャサイズを調整する。

別の例は、アパーチャが一体化されない構成である。すなわち、複数のアパーチャ部材
が設けられ、各々アパーチャ部材が、アパーチャ孔を有している。複数のアパーチャ部材
では、孔サイズ及び孔形状の少なくとも一方が異なる。この場合、アパーチャ調整機構は
、アパーチャ部材を選択及び切り換えることにより、アパーチャ形状及びアパーチャサイ
ズを調整する。

上記の２つの構成が組み合わされてよい。例えば、アパーチャ形状の種類ごとに、１つ
のアパーチャ部材が用意される。各アパーチャ部材は、同一形状でサイズが異なる複数の
アパーチャ孔を有する。逆に、アパーチャサイズ毎に、１つのアパーチャ部材が用意され
る。この場合、各アパーチャ部材は、同一サイズで形状が異なる複数のアパーチャ孔を有
してよい。

アパーチャ調整機構２００は、アパーチャを移動及び切り換えるために任意の構成を有
してよい。図１２の例に示されたＸＹステージを用いてアパーチャが移動及び切り換えら
れてよい。また、アパーチャがリニアモータにより移動及び切り換えられてよい。また、
回転支持部材でアパーチャが支持されてよく、通常の回転式のモータがアパーチャを移動
し、また、切り換えてよい。

以上に本実施の形態のアパーチャ調整について詳細に説明した。上記のアパーチャは、
サイズ、位置及び形状の全部を変更可能であった。本発明はこのような構成に限定されな
い。本発明の範囲で、サイズ、位置及び形状の少なくとも１つが調整されてよい。

また、上記説明では、アパーチャ設定は随時変更可能であった。しかし、本発明の範囲
で、アパーチャ設定は、調整後に固定されてもよい。この場合、まず、上述の原理に従っ
てアパーチャサイズ、位置、形状が調整及び決定されてよい。それから、決定されたアパ
ーチャ仕様が固定的に用いられてよい。例えば上述の楕円形状のアパーチャが継続的に用
いられてよい。

以下では、これまで説明してきた第１の態様の試料観察方法及び試料観察装置を基礎と
して考案された、複合的な試料観察方法及び試料観察装置について説明する。なお、これ
ら第２の態様の試料観察方法及び試料観察装置は、上述した第１の態様の試料観察方法又
は試料観察装置が備える構成や効果において共通する。よって、以下の説明においては繰
り返しての説明は省略する。

図１９は、本発明の第２の態様の試料観察装置の一部の構成例を示す図である。なお、
この図に示された構成以外は既に、図９、図１０、図１２等に図示されて説明もなされて
いるので以降の説明では省略する。この図に示すように、パターンを有する試料２０を載
置するステージ３０を収容するメインチャンバ２２には、１次ビーム系４０及び２次ビー
ム系６０を有する写像投影型観察装置の電子コラム２４とＳＥＭ１２０と光学顕微鏡１１
０が設けられている。また、ステージ３０は、電子コラム２４、ＳＥＭ１２０、光学顕微
鏡１１０のそれぞれで試料２０上の任意の位置を観察できるように、これら３つの観察装
置の間を移動可能に構成されている。

メインチャンバ２２内に設けられたステージ３０は、いわゆるＸＹステージ３０ａと回
転ステージ３０ｂを有しており、試料載置面であるＸＹ面内のＸ方向及びＹ方向に試料２
０を移動可能であるとともに、ＸＹ面内で試料２０を回転させることも可能なステージと
して構成されている。

写像投影型観察装置の２次ビーム系６０の上部に設けられた検出器７０は、制御部１０
０からの信号を受けて、電子検出面（Ｘ_dＹ_d面）内でのＸ_d方向及びＹ_d方向及び電子検出
面内での回転が可能に構成されている。

このような構成の複合型の試料観察装置では、写像投影型観察装置、ＳＥＭ型観察装置
、及び光学顕微鏡の３種の観察装置により、同一の試料の特定の箇所を観察したりパター
ンの検査をすることができる。

仮に、これら３種の観察装置を個別に用いて複合的観察を行おうとすると、ある装置の
ステージから他の装置のステージへと観察対象試料を移す必要があるが、このような試料
移動を行うと先の観察で特定された箇所を別の装置で再度特定し直す必要が生じて手間が
かかるのみならず、その再現性は高々１０μｍ程度と低いものとならざるを得ないから、
信頼性という観点からも問題がある。

例えば、ミラー電子画像を解析してパターン欠陥と思われる異常部の存在を確認し、当
該異常部の試料上の位置を特定したとする。そして、このパターン不良部が真の欠陥であ
るかどうかをＳＥＭ観察により判断しようとする場合には、写像投影型観察装置のステー
ジからＳＥＭ型観察装置のステージへと試料を移し、既にミラー電子画像の解析で特定さ
れているパターン不良部があるとされた試料上の位置を探してＳＥＭ観察を行うこととな
る。しかし、その位置を正確に再現できなければ、誤った場所を観察してしまったり、パ
ターン不良部が極めて小さなものである場合には当該パターンの異常を確認することさえ
できない場合も生じ得る。

これに対して、上述したような複合型の試料観察装置の構成とすれば、原理的には、試
料上の同一の場所を異なる種類の装置で観察することができる。試料を載置させるステー
ジの駆動制御は１μｍ以上の精度（１μｍ以下の誤差）とすることも可能であるから、サ
ブミクロンレベルでの高精度な観察位置特定を容易かつ迅速に行うことができ、しかも当
該特定の位置をＳＥＭ観察することで欠陥の真偽判定や欠陥種の判断などを容易に行うこ
とができる。

このような高精度での観察位置の特定を行うためには、例えば、制御部１００に記憶部
を設けておき、光学顕微鏡、写像投影型観察装置、及びＳＥＭ型観察装置、のそれぞれの
光学中心の位置関係を座標データとして記憶させ、この座標データに基づいてステージを
これら３つの光学中心間で移動可能とするようにすればよい。

例えば、ステージ３０上に特定のパターンの配列を有する試料２０を載置し、この特定
のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡１１０で観察する。このとき、基準となる特定
のパターンが光学顕微鏡の光学中心にくるようにステージ３０を移動させ、そのときのス
テージ移動量から光学顕微鏡の光学中心位置の座標を決める。このようにして決定された
光学顕微鏡の光学中心位置座標を、仮に、（ｘ_o，ｙ_o）であるとする。

次に、ステージを写像投影型観察装置の観察位置にまで移動させ、更に、上述の基準特
定パターンが写像投影型観察装置の光学中心にくるようにステージ３０を移動する。そし
て、ステージの移動量から写像投影型観察装置の光学中心位置の座標を決める。このよう
にして決定された写像投影型観察装置の光学中心位置座標を、仮に、（ｘ_t，ｙ_t）である
とする。

続いて、ステージをＳＥＭ型観察装置の観察位置にまで移動させ、更に、上述の基準特
定パターンがＳＥＭ型観察装置の光学中心にくるようにステージ３０を移動する。そして
、ステージの移動量からＳＥＭ型観察装置の光学中心位置の座標を決める。このようにし
て決定されたＳＥＭ型観察装置の光学中心位置座標を、仮に、（ｘ_s，ｙ_s）であるとする
。これらの操作を行うと、光学顕微鏡と写像投影型観察装置とＳＥＭ型観察装置の３つの
観察装置それぞれの光学中心の位置関係が座標データとして求められる。なお、これらの
座標データはステージの移動量から求められたものであるから、実際には、メインチャン
バ２２内でのステージ３０の位置を示す座標データに対応している。

観察装置それぞれの光学中心の位置関係を明確にしておくと、光学顕微鏡観察で特定さ
れた試料上の場所が仮に（ｘ_o，ｙ_o）であるとすると、同一の場所を写像投影型観察装置
で観察する時には試料を（ｘ_t，ｙ_t）に移動させればよく、ＳＥＭ型観察装置で観察する
時には試料を（ｘ_s，ｙ_s）に移動させればよい。また、このような切替処理は制御部１０
０において瞬時に実行されるから、高精度な位置合わせを迅速に行うことができる。

本発明の第２の態様の試料観察装置には、試料上の特定のパターンの配列方向がステー
ジの移動方向であるＸ方向又はＹ方向に一致するようにステージ上の試料位置を調整する
アライメント部を設けるようにしてもよい。このようなアライメント部は、例えば、制御
部１００内に設けることができる。

また、このアライメント部には、試料位置調整後の試料上の特定のパターンの配列方向
が写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのＸ方向又はＹ方向に一致す
るように検出器７０を調整する機能をもたせることができる。

さらに、このアライメント部には、ＳＥＭ型観察装置で試料位置調整後の試料上の特定
のパターンを観察して得られた観察像がＳＥＭ画像の中心に位置するようにＳＥＭ型観察
装置の光学系を調整する機能をもたせることができる。

次に、上述の複合型の試料観察装置を用いて観察を実行する際の手順を説明する。

図２０は本発明の第２の態様の試料観察方法の基本的な概念を説明するための図で、こ
の試料観察装方法は、写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察
装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試
料観察方法であって、写像投影型観察装置、ＳＥＭ型観察装置、及び光学顕微鏡の３つの
観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、該座標データに基づ
いてステージを上記３つの光学中心間で移動させて試料上の特定の箇所を３つの観察装置
で個別に観察を行うことを可能としている。

図２１及び図２２は、本発明の第２の態様の試料観察装置を用いて観察を実行する際の
手順を例示により説明するための図で、以下に説明するように、これらの試料観察方法は
、下記の各ステップを備えている。

すなわち、本発明の第２の態様の試料観察方法は、試料載置面であるＸＹ面内の回転並
びにＸ方向及びＹ方向の移動が可能なステージ上に特定のパターンの配列を有する試料を
載置し、該特定のパターンの配列を含む領域を光学顕微鏡観察して該特定のパターンの配
列方向が前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向となるように前記ステージ上の試料位置を調整するス
テップ（ａ）と、本発明の第１の態様の試料観察方法として既に説明した手法により試料
の特定のパターンの配列を含む領域のミラー電子画像を得て、上記特定のパターンの配列
の方向をミラー電子画像のＸ方向又はＹ方向に一致させるとともに上記特定のパターンが
ミラー電子画像のフレームの中央にくるようにミラー電子の検出系を調整するステップ（
ｂ）と、上記試料の特定のパターンを含む領域をＳＥＭ観察し、該試料の特定のパターン
がＳＥＭ画像の所定の中央にくるようにＳＥＭ型観察装置の光学系を調整するステップ（
ｃ）と、上記ステップ（ａ）、ステップ（ｂ）、ステップ（ｃ）の調整後の各ステージの
位置座標を相互に対応づけ、これら３つの位置座標の何れか１つから他の２つの位置座標
の少なくとも一方を算出するステップ（ｄ）とを備えている。

なお、図２１及び図２２に示した態様では、上述のステップ（ａ）、ステップ（ｂ）、
ステップ（ｃ）、及び、ステップ（ｄ）が、この順に実行される。

図２１を参照すると、先ず、観察対象であるパターンを有する試料をステージ３０上に
載置して観察をスタートする（Ｓ１０1）。次に、光学顕微鏡（ＯＭ）１１０によりステ
ージ３０上の試料２０の位置を確認し（Ｓ１０２）、ステージ上の試料位置が適正である
か否かを判断し（Ｓ１０３）、必要であれば（Ｓ１０３：Ｎｏ）、回転ステージ３０ｂに
より試料位置を調整する（Ｓ１０４）。

図２３（ａ）は、ＯＭ観察開始時のステージ３０上の試料２０を示している。この試料
２０には、縦横方向（Ｘ方向又はＹ方向）に延在するライン・アンド・スペースパターン
のほかに、当該ライン・アンド・スペースパターンの延在方向と平行又は垂直な方向に、
アライメント用として「＋」パターンが３つ配列されている。

この状態の試料は、アライメント用の「＋」パターンの配列方向が、ＸＹステージ３０
ａの移動方向（ここではＹ方向）とはθ_sだけずれている。このような載置状態では、他
の観察装置である写像投影型観察装置及びＳＥＭ型観察装置で同一箇所を観察しようとし
ても位置合わせ（アライメント）が容易ではなく精度も低くなってしまう。そこで、回転
ステージ３０ｂをθ_sだけ反時計回りに回転させて試料上のパターンの方向をＸＹステー
ジ３０ａの移動方向に合わせる。

図２３（ｂ）は、上記位置合わせ後のステージ３０上の試料２０を示しており、アライ
メントの精度は、例えば、１／１００〜１／１０００００ラジアン（ｒａｄ）とすること
ができる。

この状態で、例えば図２３（ｂ）中の３つの「＋」パターンの中央のものに注目してこ
の「＋」パターンが光学顕微鏡の光学中心に位置するようにステージ位置を調整する。そ
して、当該位置調整後のステージ位置から光学顕微鏡の光学中心位置の座標（ｘ_o，ｙ_o）
を求める。

このような試料位置のアライメントは、パターンマッチングなどの画像処理によって行
うようにしてもよい。画像処理を利用した場合のアライメント精度は、１／１０〜１／１
００ピクセル（Ｐｘ）とすることができる。また、このような画像処理は、例えば、光学
顕微鏡１１０で得られたＯＭ画像を画像処理装置９０で処理させるようにしてもよく、当
該画像処理結果に基づいて制御部１００内に設けられたアライメント部によりステージの
調整を行わせるようにしてもよい。

次に、写像光学系検出器７０の調整を行う。具体的には、検出器７０のセンサの画素配
列方向を確認し（Ｓ１０５）、センサの画素配列方向がステージ３０の移動方向（Ｘ方向
又はＹ方向）に一致しているかどうかを判断し（Ｓ１０６）、必要であれば（Ｓ１０６：
Ｎｏ）、検出器７０のθ_t調整を行う（Ｓ１０７）。

図２４は、上述の手順でアライメントが終了した後の試料上のパターンの延在乃至配列
方向（図２４（ａ））、アライメント前の検出器７０のセンサの画素配列方向（図２４（
ｂ））、及び、アライメント後の検出器７０のセンサの画素配列方向（図２４（ｃ））の
相互の関係を説明するための図である。

検出器７０のセンサの電子検出面７１には、ｐ₁₁〜ｐ_mnのｍ×ｎ個の画素が設けられて
いるとする。このとき、検出器７０のアライメント前の状態では、画素の配列方向（例え
ば、ｐ₁₁〜ｐ_1m及びｐ₁₁〜ｐ_m1）は、パターンの延在方向に一致しておらず、画素の配列
方向はアライメント用の「＋」パターンの配列方向とθ_tだけ傾いている（図２４（ｂ）
）。

このような状態は、写像光学系検出器の回転角θ_tは不適正と判断され（Ｓ１０６：Ｎ
ｏ）、検出器７０のθ_t調整を実行して、画素の配列方向をアライメント用の「＋」パタ
ーンの配列方向に一致させる（図２４（ｃ））。

図２５は、上記検出器７０のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方
向（図２５（ａ））、アライメント前の検出器で得られたアライメント用「＋」パターン
のミラー電子画像の様子（図２５（ｂ））、及び、アライメント後の検出器で得られた上
記パターンのミラー電子画像の様子（図２５（ｃ））の相互の関係を概念的に説明するた
めの図である。

アライメント前の検出器（図２４（ｂ））で得られたミラー電子画像では、検出器の画
素の配列方向がパターンの延在方向とθ_tだけ傾いているために、得られるパターン像及
びその配列方向も当該、ステージの移動方向（ここではＹ方向）に対してθ_tだけ傾いて
しまう（図２５（ｂ））。

これに対し、アライメント後の検出器（図２４（ｃ））で得られたミラー電子画像では
、検出器の画素の配列方向をパターンの配列方向に一致させたため、得られるパターン像
の配列方向はステージの移動方向（ここではＹ方向）に一致している（図２５（ｃ））。

上述のとおり、試料位置は既に、１／１００〜１／１０００００ラジアン（ｒａｄ）程
度の高い精度でアライメントされている。この状態でステージをＹ方向に移動させ、それ
に同期させてパターンのミラー電子画像を取得し、当該ミラー電子画像が最も良好となる
状態（例えば、コントラストが最大となる状態）に検出器の回転角θ_tを調整する。この
ような検出器のアライメントの精度は、試料位置調整と同様に、例えば、１／１００〜１
／１０００００ラジアン（ｒａｄ）とすることができる。

なお、上述のアライメントには、これまでの説明のように、特別なアライメント用パタ
ーン（マークを含む）を用いてもよいが、例えば上記例の試料上に設けられているライン
・アンド・スペースパターンをアライメント用に併用してもよい。

次に、上述の検出器のθ_t調整に続き、試料位置のアライメントで用いた「＋」パター
ンやマークがミラー電子画像のフレームの中心にくるように、写像投影型観察装置の光学
系の調整を行う。

具体的には、検出器のθ_t調整を終了した後に、ミラー電子画像の画像フレームの中心
座標の確認を行う（Ｓ１０８）。ミラー電子画像は２次元の連続像であるので、画像処理
により、連続像をフレームに分割することができる。例えば、１０００×１０００Ｐｘ、
２０００×２０００Ｐｘ、或いは４０００×４０００Ｐｘ等を１つのフレームとするよう
にミラー電子画像のフレーム分割を行うことができる。

図２６は、上記検出器７０のアライメント終了後の試料上のパターンの延在乃至配列方
向（図２６（ａ））、アライメント後の検出器で得られたアライメント用「＋」パターン
のミラー電子画像の様子（図２６（ｂ））、及び、画像フレームの中心座標のアライメン
トを実行した後のアライメント用「＋」パターンのミラー電子画像の様子（図２６（ｃ）
）の相互の関係を概念的に説明するための図である。

図２６（ｂ）に示した例では、３つのアライメント用「＋」パターンは、第１、第３、
及び、第５の画像フレーム中に映し出されているが、これらのパターンの中心は画像フレ
ームの中心からずれている。このような状態では画像フレームの中心座標は不適正と判断
され（Ｓ１０９：Ｎｏ）、画像フレームのｘｙ座標の調整が実行され（Ｓ１１０）、図２
６（ｃ）に図示したような適正状態となるようにアライメントされる。

画像フレームの中心位置のＸ方向の調整は、写像投影型観察装置の光学系を微調整する
等により行うことができる。この場合、１／１０Ｐｘ〜１０Ｐｘ程度の精度での調整が可
能である。

また、画像フレームの中心位置のＹ方向の調整は、Ｘ方向の調整と同様に写像投影型観
察装置の光学系を微調整する等により行うことができるが、フレーム分割の位置を変更す
ることによっても可能である。後者の調整は画像処理装置９０に入力するパラメータの変
更により容易に実行できる。

このようなアライメントを行った状態で、試料位置調整で用いた３つの「＋」パターン
の中央のものに注目してこの「＋」パターンが写像投影型観察装置の光学中心に位置する
ようにステージ位置を調整する。そして、当該ステージ位置から写像投影型観察装置の光
学中心位置の座標（ｘ_t，ｙ_t）を求める。

これに続いて、少なくとも上記３つの「＋」パターンの中央のものが含まれる領域をＳ
ＥＭ観察し、中央の「＋」パターンがＳＥＭ観察像中の概ね中心の位置にあることを確認
する。つまり、当該中央の「＋」パターンがＳＥＭ型観察装置の光学中心位置にあること
の確認を行う（Ｓ１１１）。そして、このときのステージの位置からＳＥＭ型観察装置の
光学中心の座標（ｘ_s，ｙ_s）を求め、既に求められている光学顕微鏡及び写像投影型観察
装置の光学中心の座標とともに、相互の位置関係としての座標データとして記憶する（Ｓ
１１２）。

なお、ＳＥＭ型観察装置の光学中心の位置（ｘ_s，ｙ_s）と他の光学中心の位置（ｘ_o，
ｙ_o）及び（ｘ_t，ｙ_t）との関係をより高い精度で決定する場合には、上述の３つの「＋
」パターンのうちの中央の「＋」パターンがＳＥＭ観察像中の中心にくるようにＳＥＭ型
観察装置の光学系を調整すればよい。

この場合、図２２に示したように、上述のステップＳ１１１に続き、ＳＥＭの光学中心
の座標と光学顕微鏡及び写像投影型観察装置の光学中心の座標との関係が所望する高い精
度で求められているかどうかを判断し（Ｓ１１３）、不十分と判断した場合には（Ｓ１１
３：Ｎｏ）、上述のＳＥＭの光学中心調整を実行する（Ｓ１１４）。

このような光学系の調整は電磁レンズ（偏向器）の調整により行うことができる。偏向
器として８極以上のものが用いられている場合には、１／１０００〜１／１０００００ｒ
ａｄ程度の高い精度での偏向角度制御が可能である。

本発明の第２の態様の試料観察装置は、検査装置としての利用も可能である。例えば、
上述の構成の試料観察装置に設けられている画像処理部により、ミラー電子画像に基づい
て試料上のパターンの検査を行うことができる。

このような試料検査装置は、画像処理部に演算部を設け、パターン検査で判定されたパ
ターン不良個所をＳＥＭ観察して欠陥の真偽判定を行う構成としてもよい。

また、上記演算部を用いて、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類を
行わせるようにしてもよい。

更に、上記演算部を用いて、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを
、光学顕微鏡像、ミラー電子画像、及び、ＳＥＭ画像の少なくともひとつの画像と対応づ
けて作成させるようにしてもよい。

このような態様に加え、試料クリーニング機能を有する試料観察装置とすることも可能
である。

図２７は、上述した本発明の第２の態様の試料観察装置に試料クリーニング機能を付加
した装置の構成を概念的に説明するための図で、この装置には、試料２０の表面に付着し
た汚染物を除去するためのクリーニング用ガスを供給するガス供給部１５０と、クリーニ
ング用ガスをメインチャンバ２２内へと導くガス導入部１６０とを備えており、流量調整
部１７０で流量調整されたクリーニング用ガスはガス導入部１６０の先端に設けられたノ
ズル１８０から、試料の表面に向けて射出される。

一般に、ＳＥＭ観察を行うと、試料表面にはカーボンなどの汚染物が付着する。このよ
うな汚染物は本来、観察対象試料とは無関係なものであるが、このような汚染物が電子線
照射等により特定の形状を有する偽欠陥となる可能性がある。そこで、図２７に示した態
様の試料観察装置では、メインチャンバ２２内にクリーニング用ガスを導き、ＳＥＭ観察
を行いながら、或いは、写像投影型観察装置に設けられている電子ビーム照射系を利用し
て、上記汚染物の除去を可能としている。

クリーニング用ガスとしては、汚染物と反応して除去作用を奏するガス又は前記電子ビ
ームの照射を受けて前記除去作用を奏するガスを用いることができる。

例えば、メインチャンバ２２内に酸素ガスや酸素とアルゴンの混合ガス、或いはＳＦ₆
等のフッ素系ガスを導入した状態でＳＥＭ観察を行う。ＳＥＭ観察中に試料上には汚染物
が付着するが、このような汚染物はメインチャンバ２２内に導入されている上記ガスと反
応して昇華性のガス（例えば、ＣＯガスやＣＯ₂ガス）などに変化し、試料表面から除去
されることとなる。

このほかにも、例えば、ＳＥＭ観察を行った後に写像投影型観察装置の電子ビーム照射
系から面ビームを試料上に照射し、広範囲にわたってクリーニングを行うことも可能であ
る。面ビームの試料上での照射面積が例えば２００×２００μｍ²である場合、３０ｍｍ
／ｓの速度でステージを移動させると、１００×１００ｍｍ²の面積範囲のクリーニング
を約３０分で完了することができる。

以上に本発明の実施の形態について説明した。本発明によれば、ランディングエネルギ
ーを適切に調整することにより、試料の微細なパターンのコントラストを増大でき、した
がって、微細なパターンを観察できる。

本発明は、特に、両側にエッジがあるために凹パターンではミラー電子が生じやすいと
いうミラー電子発生現象の特性に着目している。このような特性は従来はパターン観察に
活用されていなかった。凹パターンでのミラー電子発生量は、電子ビームのランディング
エネルギーに依存する。そこで、凹パターンにて照射電子が効率よくミラー電子になるよ
うに、ランディングエネルギーが設定される。これにより、凹パターンでの解像度とコン
トラストを増大でき、微細なパターンの観察が可能になる。

本発明の技術は、ランディングエネルギーを相当に低い値に設定する。そこで、本発明
の観察技術は、低ランディングエネルギー技術と呼んでよい。

本発明は、上記の低ランディングエネルギー技術を写像投影型観察装置に適用している
。これにより、微細なパターンを短時間で観察することができる。

また、低ランディングエネルギーは、具体的には、ミラー電子と２次放出電子が混在す
る遷移領域に設定されてよい。また、ランディングエネルギーＬＥは、ＬＥＡ≦ＬＥ≦Ｌ
ＥＢ＋５ｅＶに設定されてよい。このような設定により、パターン部分でミラー電子が発
生しやすくなり、画像でのパターンのコントラストを増大できる。

また、本発明では、上述にて詳細に説明したように、アパーチャのサイズ、位置及び形
状が好適に調整され、これにより、画像中のパターンのコントラストを更に増大すること
ができる。

また、本発明では、写像投影型観察装置とＳＥＭが同一チャンバに備えられ、同一ステ
ージを使用し、複合型の観察装置を構成する。これにより、２種類の検査を連続して行う
ときに、位置決めの時間が短くなり、かつ、位置決め精度が大幅に増大する。したがって
、迅速かつ高精度な観察が可能になる。

さらに、本発明の第２の態様の試料観察方法及び装置では、光学顕微鏡による試料観察
、ミラー電子画像による試料観察、及び、ＳＥＭ画像による試料観察で得られた各画像が
観察対象試料のどの位置に対応しているのかを相互に対応付けることとしたので、上記３
つの観察方法のうちのある方法で特定された観察目的個所を他の観察方法で観察しようと
した場合でも、上記観察目的箇所を迅速かつ正確に特定することが可能となる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限
定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんであ
る。

以上のように、本発明にかかる試料観察技術は、半導体のウエハ又はマスクなどの検査
において有用である。

１０ 試料検査装置
１２ 試料キャリア
１４ ミニエンバイロメント
１６ ロードロック
１８ トランスファーチャンバ
２０ 試料
２２ メインチャンバ
２４ 電子コラム
２６ 真空制御系
２８ 除振台
３０ ステージ
４０ １次光学系
４１ 電子銃
４２、４５、４７、４９、５０、６１、６３ レンズ
４３、４４、４８、６２ アパーチャ
６０、６０ａ ２次光学系
６４ アライナ
６５ ＥＢ−ＣＣＤ
６６ ＸＹステージ
６７、６８ 開口
６９、６９ａ、６９ｂ、１６９ アパーチャ孔
７０ 検出器
９０ 画像処理装置
１００ 制御部
１１０ 光学顕微鏡
１２０ ＳＥＭ
１３０ 電子光学系制御電源
１４０ システムソフト
１５０ ガス供給装置
１６０ ガス導入部
１７０ 流量調整部
１８０ ノズル
２００ アパーチャ調整機構

Claims (13)

1. 写像投影型観察装置と該写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置と光学顕微鏡により同一のステージ上に載置された試料を観察するための複合型の試料観察方法であって、
   前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察装置、及び前記光学顕微鏡の３つの観察装置それぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、該座標データに基づいて前記ステージを前記３つの光学中心間で移動させて前記試料上の特定の箇所を前記３つの観察装置で個別に観察を行うことを特徴とする複合型の試料観察方法。
2. 写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置とを備え、
   前記写像投影型観察装置は、パターンを有する試料が載置されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する２次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、前記１次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームであって、前記ランディングエネルギーが前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定されている電子ビームを前記試料に照射する写像投影型観察装置であり、
   前記写像投影型観察装置及び前記ＳＥＭ型観察装置が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記ＳＥＭ型観察装置の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする複合型の試料観察装置。
3. 写像投影型観察装置と、該写像投影型観察装置とは別のＳＥＭ型観察装置と、光学顕微鏡とを備え、
   前記写像投影型観察装置は、パターンを有する試料が載置されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する２次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、前記１次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームであって、前記ランディングエネルギーが前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定されている電子ビームを前記試料に照射する写像投影型観察装置であり、
   前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察装置、及び前記光学顕微鏡が、前記ステージを収容するチャンバに備えられ、前記ステージが、前記写像投影型観察装置の観察位置と前記ＳＥＭ型観察装置の観察位置と前記光学顕微鏡の観察位置との間で移動可能であることを特徴とする複合型の試料観察装置。
4. 前記写像投影型観察装置、前記ＳＥＭ型観察装置、及び前記光学顕微鏡のそれぞれの光学中心の位置関係を座標データとして記憶し、前記ステージを前記３つの光学中心間で移動可能とする制御部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の複合型の試料観察装置。
5. 前記ステージは試料載置面内のＸ方向及びＹ方向に移動可能で且つＸＹ面内で回転可能なステージであることを特徴とする請求項４に記載の複合型の試料観察装置。
6. 前記写像投影型観察装置の２次光学系に設けられた検出器は電子検出面であるＸＹ面内での回転調整が可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の複合型の試料観察装置。
7. 前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記ステージの移動方向であるＸ方向又はＹ方向に一致するように前記ステージ上の試料位置を調整するアライメント部を備えていることを特徴とする請求項５に記載の複合型の試料観察装置。
8. 前記アライメント部は、前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンの配列方向が前記写像投影型観察装置で得られたミラー電子画像のフレームのＸ方向又はＹ方向に一致するように前記検出器を調整することを特徴とする請求項７に記載の複合型の試料観察装置。
9. 前記アライメント部は、前記ＳＥＭ型観察装置で前記試料位置調整後の前記試料上の特定のパターンを観察して得られた観察像がＳＥＭ画像の中心に位置するように前記ＳＥＭ型観察装置の光学系を調整する請求項８に記載の複合型の試料観察装置。
10. パターンを有する試料が載置されるステージと、前記試料に電子ビームを照射する１次光学系と、前記電子ビームの照射によって生じるミラー電子を検出する２次光学系と、検出された前記ミラー電子から試料の画像を生成する画像処理部とを備え、前記１次光学系は、両側にエッジを有する凹パターンに前記電子ビームが照射されたときに照射電子が前記凹パターンにてＵターンしてミラー電子になるようにランディングエネルギーが調整された前記電子ビームであって、前記ランディングエネルギーが前記ミラー電子と２次放出電子が混在する領域に設定されている電子ビームを前記試料に照射する写像投影型観察装置を備え、
    前記画像処理部により前記ミラー電子から生成された前記試料の画像を用いて前記試料のパターンを検査することを特徴とする試料検査装置。
11. 前記画像処理部は、前記パターン検査で判定されたパターン不良個所をＳＥＭ観察して欠陥の真偽判定を行う演算部を備えている請求項１０に記載の試料検査装置。
12. 前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の欠陥種の分類が可能である請求項１１に記載の試料検査装置。
13. 前記演算部は、真の欠陥と判定されたパターン不良個所の座標ファイルを、前記光学顕微鏡像、前記ミラー電子画像、及び、前記ＳＥＭ画像の少なくともひとつの画像と対応づけて作成可能である請求項１２に記載の試料検査装置。