JP2002033068A

JP2002033068A - 荷電粒子ビーム欠陥検査装置及び方法

Info

Publication number: JP2002033068A
Application number: JP2000215130A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishimura; 宏西村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31
Also published as: US6653631B2; US20020005484A1

Abstract

(57)【要約】【課題】観察対象の試料に生ずるチャージアップに起
因する焦点位置のずれを操作者の手を煩わすことなく補
正することができ、その結果として試料がチャージアッ
プしている場合であっても焦点のあった鮮明な観察及び
高精度の欠陥検査を行うことができる荷電粒子ビーム欠
陥検査装置及び方法を提供する。【解決手段】主制御系３４は、試料４上に一次電子ビ
ームＢ１を照射した際に生ずるチャージアップ量に応
じ、電子ビーム検出器３０の検出面における二次電子ビ
ームＢ２の焦点ずれ量を示す電圧マップを予め作成し記
憶装置４３に記憶する。主制御系３４は、試料４の観察
を行う際に記憶装置４３に記憶された電圧マップを読み
出し、二次光学系２０に印加する電圧又は試料４に印加
する電圧を制御して二次ビームＢ２の焦点位置を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

【０００３】荷電粒子発生源としての電子銃から放出さ
れた照明用の電子線としての一次電子ビームは、照明光
学系としての一次光学系を通過して、イー・クロス・ビ
ー（Ｅ×Ｂ）と呼ばれる電磁プリズムに入射する。イー
・クロス・ビーを通過した後の一次電子ビームは、その
断面形状が線形状若しくは矩形状又は円形状若しくは楕
円形状に整形された電子ビームとなって、対物光学系と
してのカソードレンズを通過した後、試料の物体面を落
射照明する。物体面に一次電子ビームが照射されると、
物体面で反射する比較的エネルギーの高い反射電子ビー
ムと、物体面から放出される低エネルギーの二次電子ビ
ームとが発生する。

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

【０００５】

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

【０００６】また、チャージアップが生じた部分におい
て発生する二次電子ビームの初期エネルギーと、チャー
ジアップが全く生じない部分において発生する二次電子
ビームの初期エネルギーとは異なる。よって、チャージ
アップが全く生じてない部分において発生する二次電子
ビームを電子ビーム検出器に結像させるように二次光学
系の焦点位置を合わせても、チャージアップが生じた部
分において発生する二次電子ビームに対しては焦点位置
が合わない。従って、かかるチャージアップが生じた部
分について観察をより正確に行うためには、二次光学系
を制御してこの焦点位置のずれを補正する必要がある。
しかしながら、焦点位置のずれを補正するには操作者が
手動で試料毎に補正する必要があり極めて煩雑な作業と
なる。

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

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の発明特定事項に実施
形態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、
本発明の構成又は各発明特定事項は、これら参照符号に
よって拘束されるものに限定されない。上記課題を解決
するために、本発明の第１の観点による荷電粒子ビーム
欠陥検査装置は、荷電粒子源（１０）からのビームを一
次ビーム（Ｂ１）として物体（４）上に照射する照射手
段（１１、２１、２２、２３、ＡＳ）と、前記一次ビー
ム（Ｂ１）の照射により前記物体（４）から発生する電
子を二次ビーム（Ｂ２）として検出し、前記物体（４）
を撮像する電子検出手段（３０、３１、３２）と、前記
一次ビーム（Ｂ１）を照射した際に生ずる前記物体
（４）の蓄積荷電量に応じた前記物体（４）の表面電圧
分布を検出する検出手段（３４）とを具備することを特
徴としている。この発明によれば、一次ビームを物体に
照射した際に生ずる物体の蓄積荷電量に応じた物体の表
面電圧分布を検出手段によって検出しているため、物体
の蓄積荷電に起因して生ずる諸問題（焦点位置のずれ、
像歪等）を解決する情報が得られる。また、本発明の第
２の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置は、荷電粒
子源（１０）からのビームを一次ビーム（Ｂ１）として
物体（４）上に照射する照射手段（１１、２１、２２、
２３、ＡＳ）と、前記一次ビーム（Ｂ１）の照射により
前記物体（４）から発生する電子を二次ビーム（Ｂ２）
として検出し、前記物体（４）を撮像する電子検出手段
（３０、３１、３２）と、前記一次ビーム（Ｂ１）を照
射した際に生ずる前記物体（４）の蓄積荷電量に応じた
前記電子検出手段（３０、３１、３２）の検出面におけ
る前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点ずれ量を予め検出する
焦点ずれ量検出手段（３４）と、前記焦点ずれ量検出手
段（３４）によって検出された前記焦点ずれ量に応じて
前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点位置を制御する焦点制御
手段（３４）とを具備することを特徴としている。この
発明によれば、焦点ずれ量検出手段によって、物体上に
一次ビームを照射した際に生ずる蓄積荷電量に応じた検
出面における二次ビームの焦点ずれ量を予め検出し、焦
点制御手段がこの検出された焦点ずれ量に応じて二次ビ
ームの焦点位置を補正している。よって、物体に蓄積荷
電が生じた場合であっても物体の像を合焦した状態で観
察することができるため、焦点のあった鮮明な観察を行
うことができるとともに、高精度の欠陥検査を行うこと
ができる。また、本発明の第３の観点による荷電粒子ビ
ーム欠陥検査装置は、第２の観点による荷電粒子ビーム
欠陥検査装置において、前記焦点ずれ量検出手段（３
４）により検出された焦点ずれ量を記憶する記憶手段
（４３）を具備し、前記焦点制御手段（３４）は、前記
記憶手段（４３）に記憶された焦点ずれ量に基づいて前
記二次ビーム（Ｂ２）の焦点位置を制御することを特徴
としている。この発明によれば、予め物体の蓄積荷電に
起因する二次電子ビームの焦点ずれ量を記憶手段に記憶
し、物体の観察を行う際に記憶手段に記憶した焦点ずれ
量を読み出して二次ビームの焦点位置を制御するように
している。よって、例えば物体が半導体基板であり、そ
の表面には同一のパターンが形成された複数のショット
領域が設定されている場合には各々のショット領域毎の
二次電子ビームの焦点ズレ量を検出する必要がなく、１
つのショット領域に対してのみ焦点ずれ量を検出すれば
よい。また、各々のショット領域の観察を行う場合に
は、記憶された共通の焦点ずれ量を用いて焦点位置を制
御すれば良いためスループット、即ち単位時間に観察す
ることができる物体の数を高くすることができる。ま
た、同一の処理工程を経た複数の物体、例えば１ロット
内の複数枚の基板を観察する場合にも物体毎に焦点ずれ
量を検出することがないため、複数の物体を観察する場
合においてもスループットの向上に資することができ
る。また、本発明の第４の観点による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置は、第２の観点による荷電粒子ビーム欠陥検
査装置又は第３の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装
置において、前記物体（４）の高さを検出する高さ検出
手段（３７ａ、３７ｂ）を更に具備し、前記焦点制御手
段（３４）は、前記焦点ずれ量と前記高さ検出手段（３
７ａ、３７ｂ）の検出結果との双方に基づいて前記二次
ビーム（Ｂ２）の焦点位置を制御することを特徴として
いる。この発明によれば、物体に生ずる蓄積荷電に起因
する二次電子の焦点ずれ量を補正するのみならず、物体
の高さ位置を検出し、検出された高さも考慮して二次ビ
ームの焦点位置を制御している。よって、例えば物体に
反りが生じている場合においても物体の像を合焦した状
態で観察することができるため、焦点のあった鮮明な観
察を行うことができるとともに、高精度の欠陥検査を行
うことができる。また、本発明の第５の観点による荷電
粒子ビーム欠陥検査装置は、第４の観点による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置において、前記記憶手段（４３）
は、前記高さ検出手段（３７ａ、３７ｂ）により検出さ
れた前記物体（４）の高さを前記焦点ずれ量と対応させ
て記憶し、前記焦点制御手段（３４）は、前記記憶手段
（４３）に対応づけられて記憶された焦点ずれ量と前記
物体（４）の高さとの双方に基づいて前記二次ビーム
（Ｂ２）の焦点位置を制御することを特徴としている。
この発明によれば、検出された物体の高さと検出された
焦点ずれ量とを対応させて記憶し、観察を行う際にはこ
れらの双方に基づいて二次ビームの焦点位置を制御する
ようにしているので、例えば物体に反りが生じている場
合においても焦点のあった鮮明な観察及び高精度の欠陥
検査を高いスループットで行うことができる。また、本
発明の第６の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置
は、第２の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置から
第５の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置の何れか
において、前記電子検出手段（３０、３１、３２）と前
記物体（４）との間に配置され、前記電子検出手段（３
０、３１、３２）の検出面に、前記二次ビーム（Ｂ２）
を結像させる写像電子光学系（２０）を具備し、前記焦
点制御手段（３４）は、前記写像電子光学系（２０）を
制御して前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点位置を制御する
ことを特徴としている。また、本発明の第７の観点によ
る荷電粒子ビーム欠陥検査装置は、第２の観点による荷
電粒子ビーム欠陥検査装置から第５の観点による荷電粒
子ビーム欠陥検査装置の何れかにおいて、前記物体
（４）に所定の電圧を印加する電圧印加手段（４２）を
具備し、前記焦点制御手段（３４）は、前記電圧印加手
段（４２）を介して前記物体（４）に印加する電圧を制
御することにより前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点位置を
制御することを特徴としている。この発明によれば、写
像電子光学系の複雑な制御を行わずとも、単に物体に印
加する電圧を変えるだけで二次ビームの焦点位置を制御
することができるので、二次電子ビームの焦点位置の制
御が容易になり、その結果としてスループットの向上が
期待できるとともに焦点のあった鮮明な観察及び高精度
の欠陥検査を容易に行うことができる。また、本発明の
第８の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置は、第７
の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置において、前
記焦点制御手段（３４）は、前記記憶手段（４３）に記
憶された焦点ずれ量に基づいて前記物体（４）に印加す
る電圧を制御して前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点位置を
制御することを特徴としている。この発明によれば、予
め物体の蓄積荷電に起因する二次電子ビームの焦点ずれ
量を記憶手段に記憶し、物体の観察を行う際に記憶手段
に記憶した焦点ずれ量を読み出して物体に印加する電圧
を制御して二次ビームの焦点位置を制御するようにして
いる。よって、第３の観点による荷電粒子ビーム欠陥検
査装置と同様に、例えば物体が半導体基板であり、その
表面には同一のパターンが形成された複数のショット領
域が設定されている場合には各々のショット領域毎の二
次電子ビームの焦点ズレ量を検出する必要がなく、１つ
のショット領域に対してのみ焦点ずれ量を検出すればよ
い。また、各々のショット領域の観察を行う場合には記
憶された共通の焦点ずれ量を用いて焦点位置を制御すれ
ば良いためスループット、即ち単位時間に観察すること
ができる物体の数を高くすることができる。また、同一
の処理工程を経た複数の物体、例えば１ロット内の基板
を観察する場合にも物体毎に焦点ずれ量を検出すること
がないため、複数の物体を観察する場合においてもスル
ープットの向上に資することができる。また、本発明の
第９の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置は、第２
の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置又は第３の観
点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置において、前記物
体（４）の高さを検出する高さ検出手段（３７ａ、３７
ｂ）と、前記電子検出手段（３０、３１、３２）と前記
物体（４）との間に配置され、前記電子検出手段（３
０、３１、３２）の検出面に、前記二次ビーム（Ｂ２）
を結像させる写像電子光学系（２０）と、前記物体
（４）に蓄積荷電が無いとした場合における、前記物体
（４）の高さと、前記電子検出手段（３０、３１、３
２）の検出面に対する前記写像電子光学系（２０）の合
焦位置との関係を模擬試験を行って求める合焦位置演算
手段（３４）とを更に具備し、前記焦点ずれ量検出手段
（３４）は、前記写像電子光学系（２０）の焦点位置を
変化させつつ前記高さ検出手段（３７ａ、３７ｂ）によ
って検出された前記物体（４）の高さと前記電子検出手
段（３０、３１、３２）の撮像結果とを対にして保存
し、保存した当該撮像結果の内、合焦状態にある撮像結
果に対応して保存されている高さに対する前記写像電子
光学系（２０）の焦点位置と、前記焦点位置演算手段に
よって求められている当該高さに対する前記写像電子光
学系（２０）の合焦位置との差から前記蓄積荷電量に応
じた前記電子検出手段（３０、３１、３２）の検出面に
おける前記二次ビーム（Ｂ２）の焦点ずれ量を検出する
ことを特徴としている。また、本発明の第１０の観点に
よる荷電粒子ビーム欠陥検査装置は、第２の観点による
荷電粒子ビーム欠陥検査装置又は第１の観点による荷電
粒子ビーム欠陥検査装置において、前記物体（４）に所
定の電圧を印加する電圧印加手段（４２）と、前記物体
（４）の高さを検出する高さ検出手段（３７ａ、３７
ｂ）と、前記電子検出手段（３０、３１、３２）と前記
物体（４）との間に配置され、前記電子検出手段（３
０、３１、３２）の検出面に、前記二次ビーム（Ｂ２）
を結像させる写像電子光学系（２０）と、前記物体
（４）に蓄積荷電が無いとした場合における、前記物体
（４）の高さと、前記電子検出手段（３０、３１、３
２）の検出面に対する前記写像電子光学系（２０）の合
焦位置との関係を模擬試験を行って求める合焦位置演算
手段（３４）とを更に具備し、前記焦点ずれ量検出手段
（３４）は、前記電圧印加手段を介して前記物体（４）
に印加する電圧を変化させつつ、前記高さ検出手段（３
７ａ、３７ｂ）によって得られる高さに応じて前記合焦
位置演算手段（３４）から求められる合焦位置に前記写
像電子光学系（２０）の焦点位置を合わせたときの前記
電子検出手段（３０、３１、３２）の撮像結果を保存
し、保存した当該撮像結果の内、合焦状態にある撮像結
果が得られる場合の前記物体（４）に印加する電圧の変
化量から前記蓄積荷電量に応じた前記電子検出手段（３
０、３１、３２）の検出面における前記二次ビーム（Ｂ
２）の焦点ずれ量を検出することを特徴としている。こ
れらの発明によれば、高さ検出手段によって物体の高さ
を検出し、物体の高さを考慮して物体の蓄積荷電に起因
する焦点ずれ量を求めている。よって、荷電粒子ビーム
欠陥検査装置の構成の簡略化のため、物体の高さ位置を
変えるステージを有していなくとも、物体の高さ位置の
ずれに起因する焦点ずれ量と物体の蓄積荷電に起因する
焦点ずれ量とを分離して得ることができる。従って、物
体の高さ位置を変えることができない場合に、蓄積荷電
に起因する焦点ずれ量を補正する際には極めて好適であ
る。また、本発明の荷電粒子ビーム欠陥検査方法は、荷
電粒子源からのビームを一次ビームとして物体上に照射
し、前記物体から発生する電子を二次ビームとして検出
して前記物体を撮像することにより前記物体表面の欠陥
を検査する荷電粒子ビーム欠陥検査方法であって、前記
一次ビームを照射した際に生ずる前記物体の蓄積荷電量
に応じた前記二次ビームの焦点位置のずれ量を予め検出
し、検出したずれ量に応じて前記二次電子ビームの焦点
位置を制御することを特徴としている。かかる本発明の
荷電粒子ビーム欠陥検査方法によれば、本発明の荷電粒
子ビーム欠陥検査装置と同様の効果が得られる。

【０００９】

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

【００１０】本実施形態の荷電粒子ビーム欠陥検査装置
は、主として電子ビームを加速して試料に導くための一
次コラム１と、電子ビームを試料に照射した際に発生す
る二次電子ビームを電子ビーム検出器３０の検出面に集
束させるための二次コラム２と、観測対象である試料４
を収容するチャンバー３とから構成されている。一次コ
ラム１の光軸はＺ軸に対して斜方向に設定され、二次コ
ラム２の光軸はＺ軸とほぼ平行に設定される。よって、
一次コラム１から二次コラム２へは一次電子ビームＢ１
が斜方向から入射する。一次コラム１、二次コラム２、
及びチャンバー３には真空排気系（図示省略）が繋がっ
ており、真空排気系が備えるターボポンプ等の真空ポン
プにより排気されており、これらの内部は真空状態に維
持される。

【００１１】一次コラム１内部には熱電子放出型電子銃
１０が設けられており、この熱電子放出型電子銃１０か
ら照射される一次電子ビームＢ１の光軸上に一次光学系
１１が配置される。ここで、熱電子放出型電子銃１０の
チップとしては、例えば矩形陰極で大電流を取り出すこ
とができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）を用い
ることが好ましい。一次光学系１１は、視野絞りＦＳ
１、照射レンズ１２，１３，１４、アライナ１５，１
６、スキャン用アライナ１７、アパーチャ１８等で構成
されている。ここで、照射レンズ１２，１３，１４は電
子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８
極子レンズ等が用いられる。一次光学系１１が備える照
射レンズ１２，１３，１４の一次電子ビームＢ１に対す
る収束特性は印加する電圧を変えることにより変化す
る。尚、照射レンズ１２，１３，１４は、ユニポテンシ
ャルレンズ又はアインツェルレンズと称される回転軸対
称型のレンズであってもよい。

【００１２】二次コラム２内には二次光学系２０が配置
されている。二次光学系２０は試料４に一次電子ビーム
Ｂ１を照射した場合に生ずる二次電子ビームＢ２を収束
して電子ビーム検出器３０の検出面に結像させるための
ものであり、試料４側から−Ｚ方向へ順にカソードレン
ズ２１、第１アライナ２２、開口絞りＡＳ、イー・クロ
ス・ビー２３、スティグメータ２４、結像レンズ前群２
５、第２アライナ２６、スティグメータ２７、視野絞り
ＦＳ２、結像レンズ後群２８、及び第３アライナ２９が
配置されてなるものである。

【００１３】二次光学系２０が備える視野絞りＦＳ２
は、カソードレンズ２１と結像レンズ前群２５に関し
て、試料４の物体面と共役な位置関係に設定されてい
る。また、二次光学系２０の結像レンズ前群２５及び結
像レンズ後群２８は電子レンズであり、例えば円形レン
ズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。尚、
カソードレンズ２１、結像レンズ前群２５、及び結像レ
ンズ後群２８は、ユニポテンシャルレンズ又はアインツ
ェルレンズと称される回転軸対称型のレンズであっても
よい。また、二次光学系２０が備えるカソードレンズ２
１、結像レンズ前群２５、及び結像レンズ後群２８の二
次電子ビームＢ２に対する収束特性、つまり二次電子ビ
ームＢ２の焦点位置は印加する電圧を変えることにより
変化する。また、イー・クロス・ビー２３の一次電子ビ
ームＢ１及び二次電子ビームＢ２に対する偏向特性及び
収束特性は印加する電圧又は電流を変えることにより変
化する。

【００１４】更に、二次光学系２０が備える第３アライ
ナ２９の−Ｚ方向には電子ビーム検出器３０が配置され
る。この電子ビーム検出器３０の検出面には電子ビーム
Ｂ１を試料４に照射したときに放出される二次電子ビー
ムＢ２が二次光学系２０によって結像される。ここで、
電子ビーム検出器３０は、電子を増幅するためのＭＣＰ
（Micro Channel Plate）と、電子を光に変換するため
の蛍光板と、真空状態に保たれた二次コラム２の外部に
蛍光板によって変換された光を放出するための真空窓と
から構成されている。電子ビーム検出器３０から放出さ
れた光、即ち試料４の光学像はリレーレンズ３１を透過
して、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子
３２に入射する。撮像素子３２は撮像面に入射した光を
光電変換して画像信号を出力する。撮像素子３２にはコ
ントロールユニット３３が接続されている。コントロー
ルユニット３３は、撮像素子３２から出力される画像信
号をシリアルに読み出し、順次主制御系３４へ出力す
る。

【００１５】主制御系３４はコントロールユニット３３
から出力される画像信号に対して、例えばテンプレート
マッチング等の画像処理を行って試料４の欠陥の有無を
判断する。また、主制御系３４は一次光学系制御部３５
及び二次光学系制御部３６に制御信号を出力して一次光
学系１１及び二次光学系２０の光学特性の制御及びイー
・クロス・ビー２３の電磁界制御を行う。尚、コントロ
ールユニット３３から主制御系３４へ出力される画像信
号をＣＲＴ（Cathod Ray Tube）等の表示装置へ表示さ
せれば試料４の像は表示装置へ表示されることになる。
更に、主制御系３４は送光系３７ａ及び受光系３７ｂか
らなるＺセンサに制御信号を出力し、試料４のＺ軸方向
における位置座標を計測する。更に、主制御系３４は試
料４のチャージアップ量（試料の蓄積荷電量に応じた試
料の表面電圧分布）を間接的に計測する。ここで、送光
系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサの構成につ
いて説明する。本実施形態の荷電粒子ビーム欠陥検査装
置が備えるＺセンサは、試料４に対して斜め方向から照
明光を照射して試料４のＺ軸方向の位置を検出するもの
である。

【００１６】図２は、本発明の一実施形態による荷電粒
子ビーム欠陥検査装置が備えるＺセンサの構成を示す側
面図である。図２に示したように、送光系３７ａは光源
５０、照明レンズ５１、送光スリット５２、平行平面板
５３、及び投影レンズ５４からなる。また、受光系３７
ｂは集光レンズ５５、振動ミラー５６、平行平面板５
７、受光スリット５８、及びシリコン・フォト・ダイオ
ード５９からなる。図２において光源５０から射出され
た照明光は照明レンズ５１を透過した後、送光スリット
５２を照明する。送光スリット５２を通過した照明光
は、平行平面板５３及び投影レンズ５４を順に通過して
不図示の真空窓を介して試料４を斜め方向から照明して
送光スリット５２のスリット像を形成する。ここで、平
行平面板５３は図２中Ｙ軸に平行な回転軸を中心に回動
自在に構成されており、光源５０から射出された照明光
の進行方向をシフトするために配置される。平行平面板
５３の回動角、即ち照明光のシフト量は制御部６０によ
り制御される。尚、試料４に照射される照明光の入射角
θは、試料４の物体面を確実に捉え、高い検出感度を得
るために７０度以上に設定される。

【００１７】試料４の表面における反射光は不図示の真
空窓を介して集光レンズ５５で集光された後、振動ミラ
ー５６に入射する。振動ミラー５６は図中Ｙ軸方向に平
行な軸を中心として一定周期で振動している。振動ミラ
ー５６により反射された光は平行平面板５７を透過して
受光スリット５８に至り、受光スリット５８を通過した
光のみがシリコン・フォト・ダイオード５９に入射し、
その光量が検出される。シリコン・フォト。ダイオード
５９の検出結果は制御部６０へ出力され、試料４のＺ方
向の変位量が求められる。この変位量は図１に示した主
制御系３４へ出力される。ここで、平行平面板５７は前
述の平行平面板５３と同様に、図中Ｙ軸に平行な回転軸
を中心に回動自在に構成されており、試料４によって反
射された照明光の進行方向をシフトするために配置さ
れ、そのシフト量は制御部６０により制御される。

【００１８】次に、以上の構成におけるＺセンサの計測
原理について説明する。図３は、Ｚセンサの計測原理を
説明するための図である。いま、試料４の物体面の位置
が図３中のＺ１の位置にあるとし、このとき入射角θで
入射する照明光Ｔは試料４の物体面で反射され、反射光
Ｔ１となる。次に、試料４のＺ位置がΔＺだけ変位し、
物体面が図３中のＺ２の位置になり、試料４の物体面に
おいて反射される光は反射光Ｔ２になったとする。この
とき送光スリット５２のスリット像が形成される位置が
ΔＸだけ移動し、反射光Ｔ２は反射光Ｔ１に対して横方
向の変位ｈを有する。この変位は幾何学的に求めること
ができ、以下の（１）式で表されるｈ＝２・ΔＺ・ｓｉｎθ ……（１）

【００１９】従って、上記（１）式から明らかなよう
に、変位ｈを計測することで試料４のＺ軸方向の変位Δ
Ｚを求めることができる。ここで、前述したように平行
平面板５３，５７を回転させることにより照明光及び試
料４表面の反射光の光路をシフトさせたとき、シリコン
・フォト・ダイオード５９が検出する試料４のＺ軸方向
の位置が変化する。よって、平行平面板５３，５７を回
転させる際に以下の（２），（３）式を共に満足するよ
うに制御することで、試料４がＺ軸方向に変位しても送
光スリット５２のスリット像の検出位置の変位ΔＸを生
じずに試料４のＺ軸方向の位置を計測することができ
る。ｈ／２＝ｈ１・Ｍ１ ……（２）ｈ／２＝ｈ２・Ｍ２ ……（３）

【００２０】ここで、ｈ１：投影光学系の平行平面板５
３の回転による照明光の平行シフト量ｈ２：集光光学系の平行平面板５７の回転による反射光
の平行シフト量Ｍ１：送光スリット５２から試料４までの光学系の倍率
の逆数Ｍ２：試料４から受光スリット５８までの光学系の倍率
の逆数である。尚、上記（２）、（３）式におけるｈ／２は、
２つの平行平面板５３，５７を同時に回転させ、試料４
上における送光スリット５２のスリット像の位置を変動
させないための条件である。

【００２１】ここで、前述したように、シリコン・フォ
ト・ダイオード５９は振動ミラー５６の回転角と受光ス
リット５８のスリット幅によって決定される信号、つま
りいわゆる光電顕微鏡の原理による信号を検出すること
になる。この検出信号により制御部６０によって受光ス
リット５８上の光の横方向の変位を求める。次に、この
変位量から平行平面板５３，５７がある角度で配置され
たときの光のシフト量を差し引いて、更に集光レンズ５
５の倍率Ｍ２分を加味することで試料４のＺ軸方向の位
置を検出する。そして、制御部６０にて平行平面板５
３，５７の回転による試料４上でのＺ軸方向の変位量を
求め、この変位量を先にシリコン・フォト・ダイオード
５９にて求めた変位量に加算して、最終的に試料４のＺ
方向の変位量を算出する。算出した変位量は図１中の主
制御系３４へ出力され、試料４のＺ軸方向の位置調整等
の処理を行う。

【００２２】図１に戻り、４２は試料４に対して負の電
圧を設定する可変電源であり、試料４の設定電圧は主制
御系３４によって制御される。ここで、試料４を負の電
圧に設定するのは、一次電子ビームＢ１を試料４に照射
したときに放出される二次電子ビームＢ２をカソードレ
ンズ２１の方向、つまり−Ｚ方向へ加速させるためであ
る。また、主制御系３４には記憶装置４３が接続され
る。この記憶装置４３は、二次光学系２０の焦点位置、
試料４のＺ軸方向の位置情報、試料４に設定した負の電
圧、及び撮像素子３２からコントロールユニット３３を
介して主制御系３４に入力される画像信号を記憶する。

【００２３】この記憶装置４３を設ける理由は、試料４
にチャージアップが生じている場合であっても、チャー
ジアップに起因する二次電子ビームＢ２の焦点位置のず
れの補正量を求め、電子ビーム検出器３０の検出面に二
次電子ビームを結像させて試料４上に生じた欠陥を検出
することができる程度の鮮明な画像を得るためである。
このために、本実施形態においては、試料４の観察及び
欠陥検査を行う前に、チャージアップの量に応じた焦点
位置のずれを示すマップ（以下、電圧マップと称する）
を作成する。ここで、電圧マップは焦点位置のずれ量を
直接記憶することができればそのまま記憶することが好
ましい。しかしながら、本実施形態においては、焦点位
置のずれを二次光学系２０に印加する電圧又は試料４に
印加する電圧により制御しているため、電圧マップには
焦点位置を調整するために必要な電圧が記憶される。こ
の電圧マップの作成方法及び作成した電圧マップに基づ
いて焦点位置を補正する際の動作の詳細については後述
する。

【００２４】次に、チャンバー３内の構成について説明
する。チャンバー３の内部には、試料４を載置した状態
でＸＹ平面内で移動自在に構成されたＸＹステージ３８
が配置されている。ＸＹステージ３８上の一端にはＬ字
型の移動鏡３９が取り付けられ、移動鏡３９の鏡面に対
向した位置にレーザ干渉計４０が配置されている。図１
では簡略化して図示しているが、移動鏡３９はＸ軸に垂
直な反射面を有する平面鏡及びＹ軸に垂直な反射面を有
する平面鏡より構成されている。また、レーザ干渉計４
０は、Ｘ軸に沿って移動鏡３９にレーザビームを照射す
る２個のＸ軸用のレーザ干渉計及びＹ軸に沿って移動鏡
３９にレーザビームを照射するＹ軸用のレーザ干渉計よ
り構成され、Ｘ軸用の１個のレーザ干渉計及びＹ軸用の
１個のレーザ干渉計により、ＸＹステージ３８のＸ座標
及びＹ座標が計測される。また、Ｘ軸用の２個のレーザ
干渉計の計測値の差により、ＸＹステージ３８のＸＹ平
面内における回転角が計測される。

【００２５】レーザ干渉計４０の計測結果は主制御系３
４に出力され、主制御系３４はこの計測結果に基づいて
駆動装置４１に対して制御信号を出力し、ＸＹステージ
３８のＸＹ平面内における位置を制御する。また、図示
は省略しているが、ＸＹステージ３７以外に試料４のＺ
軸方向の位置を変化させることができるＺステージや試
料４の物体面のＸＹ平面に対する傾斜を制御するチルト
ステージを設けることが好ましい。尚、本実施形態にお
いては、理解を容易にするため、試料４の一例として図
４に示した試料４を考える。図４は、試料４の一例を示
す上面図である。図４に示した試料４は半導体ウェハで
あり、試料４の物体面４ａには複数のショット領域ＳＡ
１，ＳＡ２，〜，ＳＡｎ（ｎは自然数）が設定されてい
るとする。そして、各々のショット領域ＳＡ１〜ＳＡｎ
には同一のパターンが形成されているとする。

【００２６】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置の構成について説明したが、次に本
発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠陥検査装置の
一次電子ビームＢ１と二次電子ビームＢ２の軌道につい
て詳細に説明する。図５は、本発明の一実施形態による
荷電粒子ビーム欠陥検査装置の一次電子ビームＢ１の軌
道を示す図である。尚、図５においては理解を容易にす
るため、一次光学系１１が備える部材の一部の図示を省
略している。熱電子放出型電子銃１０から放出された一
次電子ビームＢ１は、図５に示したように照射レンズ１
２，１３，１４によって形成された電場の影響を受けて
集束及び発散される。ここで、熱電子放出型電子銃１０
が有する矩形形状のチップの長軸方向をｘ軸方向に設定
し、短軸方向をｙ軸方向に設定すると、矩形陰極のｘ軸
方向断面に放出された電子の軌道は図５において符号Ｐ
_xを付して示した軌道となり、矩形陰極のｘ軸方向断面
に放出された電子の軌道は図５において符号Ｐ_yを付し
て示した軌道となる。

【００２７】照射レンズ１２，１３，１４による電場の
影響を受けた後、一次電子ビームＢ１は斜め方向からイ
ー・クロス・ビー２３に入射する。一次電子ビームＢ１
がイー・クロス・ビー２３に入射すると、その光路がＺ
軸に対してほぼ平行な方向に偏向される。イー・クロス
・ビー２３によって偏向された一次電子ビームＢ１は開
口絞りＡＳに達し、この位置で熱電子放出型電子銃１０
のクロスオーバーの像を形成する。開口絞りＡＳを通過
した一次電子ビームＢ１は、第１アライナ２２を通過し
た後、カソードレンズ２１によるレンズ作用を受けて、
試料４をケーラー照明する。

【００２８】試料４に一次電子ビームＢ１が照射される
と、試料４からは試料４の表面形状、材質分布、電位の
変化等に応じた分布の二次電子ビームＢ２及び反射電子
ビームが発生する。このうち、主に二次電子ビームＢ２
が観察用電子ビームとなる。前述したように、二次電子
ビームＢ２の初期エネルギーは低く、０．５〜２ｅＶ程
度である。次に、試料４から発生した二次電子ビームＢ
２の軌道について説明する。図６は、本発明の一実施形
態による荷電粒子ビーム欠陥検査装置の二次電子ビーム
Ｂ２の軌道を示す図である。尚、図６においては理解を
容易にするため、二次光学系２０が備える部材の一部の
図示を省略している。

【００２９】試料４から放出された二次電子ビームＢ２
は、二次光学系２０が備えるカソードレンズ２１、第１
アライナ２２、開口絞りＡＳ、イー・クロス・ビー２３
を順に通過する。二次電子ビームＢ２がイー・クロス・
ビー２３を通過すると、結像レンズ前群２５によって収
束され、試料４の像を視野絞りＦＳ２の位置に結像す
る。視野絞りＦＳ２を通過した二次電子ビームＢ２は結
像レンズ後群２８によって再度収束されて電子ビーム検
出器３０の検出面に試料４の物体面の拡大像が結像され
る。

【００３０】次に、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置が備えるイー・クロス・ビー２３に
ついて詳細に説明する。図７は、本発明の一実施形態に
よる荷電粒子ビーム欠陥検査装置が備えるイー・クロス
・ビー２３の構成及び動作原理を説明するための図であ
る。図７（ａ）はイー・クロス・ビー２３の構成を示す
斜視図である。図７（ａ）に示すように、熱電子放出型
電子銃１０から放出された一次電子ビームＢ１は、一次
光学系１１によるレンズ作用を受けて収束し、イー・ク
ロス・ビー２３に入射した後、イー・クロス・ビー２３
の偏向作用によりその軌道（光路）が曲げられる。これ
は、図７（ｂ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと
磁界Ｂの中を、電荷ｑの電子（一次電子ビームＢ１）
が、＋Ｚ方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電
界による力Ｆ_E（＝ｑＥ）と磁界による力Ｆ_B（＝ｑｖ
Ｂ）との合力を受けるためである。これによって、一次
電子ビームＢ１の軌道は、ＸＺ平面内で曲げられる。

【００３１】一方、一次電子ビームＢ１が照射された試
料４から発生した二次電子ビームＢ２は、カソードレン
ズ２１によるレンズ作用を受けて、カソードレンズ２１
の焦点位置に配置される開口絞りＡＳを通過し、イー・
クロス・ビー２３に入射した後、イー・クロス・ビー２
３をそのまま直進する。これは、以下の理由による。図
７（ｃ）に示すように、互いに直交する電界Ｅと磁界Ｂ
の中を、電荷ｑの電子（二次電子ビームＢ２）が、−Ｚ
方向に速度ｖにて進むとき、−Ｘ方向に働く電界による
力Ｆ_Eと、＋Ｘ方向に働く磁界による力Ｆ_Bとの合力を受
ける。このとき、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Bと
の絶対値は、等しく（Ｅ＝ｖＢ）なるように、即ちウィ
ーン条件を満たすように設定されている。従って、電界
による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Bとは互いに相殺され、二
次電子ビームＢ２が受ける見かけ上の力はゼロになり、
二次電子ビームＢ２はイー・クロス・ビー２３の中を直
進することになる。以上のように、イー・クロス・ビー
２３は、通過する電子ビームの光路を選択する、いわゆ
る電磁プリズムとしての機能をもつ。

【００３２】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置の構成について説明したが、次に上
記構成における本発明の一実施形態の荷電粒子ビーム欠
陥検査装置の焦点位置を合わせる際の動作について図１
を参照して概説する。まず、観察対象の試料４をローダ
（図示省略）上に載置すると、試料４はローダによって
チャンバ３内に搬送される。試料４がチャンバ３内に搬
入されると、ＸＹステージ３８上に載置される。試料４
がＸＹステージ３８上に載置されると主制御系３４は駆
動装置４１を介してＸＹステージ３８を駆動して、試料
４を計測範囲に移動する。試料４のＸＹ平面内における
移動を終了すると、主制御系３４は二次光学系２０の倍
率を例えば低倍率に設定して広い計測範囲を確保する。

【００３３】以上の処理が終了すると、主制御系３４は
送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサを制御
して試料４のＺ軸方向の位置を計測する。主制御系３４
はＺセンサの計測結果に基づいて制御信号を二次光学系
制御部３６へ出力して第２光学系２０の倍率を調整し、
試料４から放出される二次電子ビームＢ２の焦点位置を
電子ビーム検出器３０の検出面上に設定する。つまり、
試料４のＺ軸方向の位置に応じて二次電子ビームＢ２の
焦点位置は変わるため、Ｚセンサにて試料４のＺ軸方向
の位置を計測して第２光学系２０の倍率を調整する必要
がある。

【００３４】そして、主制御系３４は熱電子放出型電子
銃１０に対して電子の放出を開始させ、一次光学系１
１、イー・クロス・ビー２３、開口絞りＡＳ、第１アラ
イナ２２、及びカソードレンズ２１を介して一次電子ビ
ームＢ１を試料４の物体面上に照射し、試料４の物体面
から発生する二次電子ビームＢ２を二次光学系２０で集
光し、その像を電子ビーム検出器３０の検出面に結像さ
せる。電子ビーム検出器３０から放出された光、即ち試
料４の光学像はリレーレンズ３１を透過して撮像素子３
２により画像信号に光電変換され、変換された画像信号
がコントロールユニット３３を介して主制御系３４に入
力される。主制御系３４は入力される画像信号に基づい
てテンプレートマッチング等の画像処理を行って欠陥の
有無の判断を行う。

【００３５】試料４を拡大して観察する場合には、主制
御系３４は二次光学系制御部３６に対して制御信号を出
力して二次光学系２０の倍率を上げる。このときも主制
御系３４はＺセンサの計測結果に基づいて二次光学系２
０の倍率を調整して試料４から放出される二次電子ビー
ムＢ２の焦点位置を電子ビーム検出器３０の検出面上に
設定する。このように、通常は試料４のＺ軸方向の位置
ずれに起因する焦点位置のずれを補正して試料４の物体
面の観察及び欠陥検査が行われる。

【００３６】ところで、一次電子ビームＢ１を試料４に
照射することにより試料４にチャージアップが生じてい
る場合には、試料４から放出される二次電子ビームＢ２
の初期エネルギーがチャージアップが生じていない場合
に試料４から放出される二次電子ビームＢ２の初期エネ
ルギーよりも大であるため、試料４のＺ軸方向の位置ず
れに起因する焦点位置のずれを補正したとしても二次電
子ビームＢ２の像の位置、つまり焦点位置はずれる。よ
って、この焦点位置のずれを調整するためには試料４の
チャージアップ量に応じたずれ量を検出し、このずれ量
の分だけ二次電子ビームＢ２の焦点位置を調整すればよ
い。

【００３７】ここで、単に結像レンズ前群２５及び結像
レンズ後群２８に印加する電圧を制御して二次電子ビー
ムＢ２の焦点位置を変えたとしても、試料４の物体面か
ら放出される二次電子ビームＢ２の初期エネルギーが高
いため、イー・クロス・ビー２３におけるウィーン条件
が満たされなくなる。よって、チャージアップが生じて
いる場合において、二次電子ビームＢ２の焦点位置を調
整する際にはイー・クロス・ビー２３に印加する電圧又
は電流を制御してウィーン条件を満足させなければなら
ない。このように、試料４にチャージアップが生じてい
る場合には、主制御系３４は、結像レンズ前群２５及び
結像レンズ後群２８に印加する電圧及びイー・クロス・
ビー２３に印加する電圧又は電流をともに制御しなけれ
ばならないため複雑な制御になってしまう。

【００３８】この複雑な制御を避けるため、主制御系３
４の上記制御の内、ウィーン条件を満足するために行う
イー・クロス・ビー２３に印加する電圧又は電流の制御
を省略して制御を簡略化することも可能である。イー・
クロス・ビー２３に印加する電圧又は電流の制御を省略
する代わりに可変電源４２を制御することでウィーン条
件を満足させることができる。イー・クロス・ビー２３
に印加する電圧又は電流を制御してウィーン条件を満足
させる場合には印加する電圧と電流とを共に考慮しなけ
ればならなかったが、可変電源４２を制御してウィーン
条件を満足させるためには試料４に設定する負の電圧の
みを考慮すればよいため制御が簡略化される。尚、二次
電子ビームＢ２の焦点位置の調整は、試料４に設定する
負の電圧のみを考慮して簡略化した制御により行っても
良く、結像レンズ前群２５及び結像レンズ後群２８に印
加する電圧及びイー・クロス・ビー２３に印加する電圧
又は電流をともに制御しながら行うようにしても良い。

【００３９】つまり、可変電源４２を制御することによ
りチャージアップが生じている際に試料４から放出され
る二次電子ビームＢ２の初期エネルギーの値を、チャー
ジアップが生じていない場合において試料４から放出さ
れる二次電子ビームＢ２の初期エネルギーの値と等価に
することで、イー・クロス・ビー２３におけるウィーン
条件を満足している。尚、かかる制御を行うと二次電子
ビームＢ２の初期エネルギーが、チャージアップが生じ
てない場合において試料４から放出される二次電子ビー
ムＢ２の初期エネルギーの値と等価になるので、結像レ
ンズ前群２５及び結像レンズ後群２８に印加する電圧は
Ｚセンサの計測結果のみに基づいて行えば良いことにな
る。

【００４０】チャージアップ量に応じた二次電子ビーム
Ｂ２の焦点位置のずれ量を調整するためには予め試料４
のチャージアップ量と二次電子ビームＢ２の焦点位置の
ずれ量が分からなければならない。このため、本実施形
態においては試料４の観察及び欠陥検査を行う前に、予
めチャージアップの量に応じた二次電子ビームＢ２の焦
点位置のずれを示す電圧マップを作成している。チャー
ジアップ量は試料４の表面形状、材質分布、電位の変化
等によって変化するが、その平均値を試料４全体のチャ
ージアップ量として電圧マップを作成しても良い。

【００４１】また、図４に示したように、物体面４ａに
複数のショット領域ＳＡ１〜ＳＡｎが形成された試料４
の場合には、１つのショット領域（例えば、ショット領
域ＳＡ１）に対する電圧マップを作成し、その電圧マッ
プを他のショット領域を計測する際の焦点位置調整に用
いても良い。また、通常半導体素子の製造にあたっては
複数枚のウェハがロット単位で処理される。よって、予
め作成した電圧マップを同一ウェハ内の複数のショット
領域を計測する際の焦点位置調整に用いるのみならず、
同一パターンがショット領域に形成された他のウェハの
計測を行うときにも上記の電圧マップを用いるようにし
ても良い。

【００４２】〔電圧マップの第１作成方法〕次に、電圧
マップの作成方法について説明する。図８は、電圧マッ
プの第１作成方法を示すフローチャートである。電圧マ
ップの第１の作成方法は、図１に示した荷電粒子ビーム
欠陥検査装置が試料４をＺ軸方向に移動させることが可
能なＺステージを有する場合についての電圧マップの作
成方法である。電圧マップの作成が開始されると、まず
１つのショット領域内に計測範囲が配置されるよう試料
４のＸＹ面内における位置及び二次光学系２０の倍率を
設定し、試料４に所定の負の電圧を印加する。次に、送
光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサを用いて
試料４のＺ軸方向の位置を計測し（ステップＳ１）、こ
の計測結果に基づいて主制御系３４が駆動装置４１を介
してＺステージを駆動して試料４を予め設定されたＺ位
置に配置させる（ステップＳ２）。試料４を予め設定さ
れたＺ位置に配置した後、主制御系３４は試料４にチャ
ージアップが生じていないとした場合において、試料４
から放出される二次電子ビームＢ２が電子ビーム検出器
３０の検出面に結像するよう二次光学系２０に印加する
電圧を調整する（ステップＳ３）。

【００４３】試料４にチャージアップが生じている場合
には、かかる調整を行っても二次電子ビームＢ２の焦点
位置はずれている。そこで、例えば撮像素子３２からコ
ントロールユニット３３を介して主制御系３４に入力さ
れる画像信号をモニタしながら二次光学系２０に印加す
る電圧を微調整して二次電子ビームＢ２の焦点位置を調
整する（ステップＳ４）。ここで、二次電子ビームＢ２
の焦点位置を調整するために二次光学系２０に印加した
電圧が、試料４が配置されているＺ位置における電圧マ
ップとなる。作成された電圧マップは、主制御系３４が
記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ５）。以上の処
理を行うことにより、図１に示した荷電粒子ビーム欠陥
検査装置が試料４をＺ軸方向に移動させることが可能な
Ｚステージを有する場合についての電圧マップが作成さ
れる。

【００４４】〔電圧マップの第２作成方法〕以上説明し
た電圧マップの第１作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥検
査装置がＺステージを有し、試料４のＺ軸方向の位置を
可変することができる場合の電圧マップの作成方法であ
る。しかしながら、試料４が載置されるＸＹステージ３
８等のステージはチャンバ３内、即ち真空中に配置され
ているため、チャンバ３内における構造の簡略化の要請
からＺステージを設けない場合がある。このような場合
にＸＹステージ３８の平坦性が悪かったり、観測対象の
試料４に反りが生じているときには、ＸＹステージ３８
をＸＹ平面内に移動させるだけで試料４のＺ軸方向にお
ける位置が変化する。

【００４５】かかる場合には、まず送光系３７ａ及び受
光系３７ｂからなるＺセンサを用いて試料４のＺ軸方向
の位置を計測し、この計測結果に基づいて主制御系３４
が二次光学系２０に印加する電圧を制御して、試料４の
Ｚ軸方向の位置に応じた二次電子ビームＢ２の焦点位置
合わせを行い、二次電子ビームＢ２の焦点位置合わせを
行えば良いと考えられる。ここで、二次電子ビームＢ２
の焦点位置合わせのために二次光学系２０に印加させる
電圧は、試料４のＺ軸方向の位置ずれに起因する電圧
と、チャージアップに起因する電圧とを合わせた電圧で
ある。

【００４６】よって、例えば同じＺ位置に配置されたチ
ャージアップ量が異なる２つの試料から放出される二次
電子ビームＢ２の焦点位置を共に電子ビーム検出器３０
の検出面に合わせるためには、二次光学系２０に印加す
る電圧を、試料４のＺ軸方向の位置ずれに起因する電圧
と、チャージアップに起因する電圧とを合わせた電圧と
に分離する必要がある。換言すると、これらの電圧を合
わせた電圧を電圧マップとして作成してもチャージアッ
プ量に応じた焦点位置を補正する電圧マップとしての意
味がなく、これらの電圧を分離した電圧マップを作成し
ないとチャージアップ量に応じた焦点位置の調整を行う
ことはできない。

【００４７】以下に説明する電圧マップの第２作成方法
は、荷電粒子ビーム欠陥検査装置がＺステージを備えな
いために試料４のＺ軸方向の位置を可変させることがで
きない場合における電圧マップの作成方法である。図９
は、電圧マップの第２作成方法を示すフローチャートで
ある。電圧マップの作成が開始されると、まず１つのシ
ョット領域内部に計測範囲が配置されるよう試料４のＸ
Ｙ面内における位置及び二次光学系２０の倍率を設定
し、試料４に所定の負の電圧を印加して電圧マップ作成
の準備を行う。

【００４８】次に、主制御系３４は試料４にチャージア
ップが生じていないとした場合において、試料４から放
出される二次電子ビームＢ２が電子ビーム検出器３０の
検出面に結像するよう二次光学系２０に印加する電圧を
設定する（ステップＳ１０）。この設定処理が終了する
と、主制御系３４は駆動装置４１を介してＸＹステージ
３８を駆動して試料４をＸＹ平面内において移動させつ
つ送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサを用
いて試料４のＺ軸方向の位置を計測する。そして、主制
御系３４は二次光学系２０に印加している電圧、Ｚセン
サにて計測された試料４のＺ軸方向の位置、及び撮像素
子３２からコントロールユニット３３を介して主制御系
３４に入力される画像信号を対応させて記憶装置４３に
記憶させる（ステップＳ１１）。

【００４９】次に、主制御系３４は、試料４を移動させ
る範囲全てについて移動処理が終了したか否かを判断す
る（ステップＳ１２）。試料４を移動させる範囲は、試
料４の物体面４ａに複数のショット領域（図４参照）が
形成されている場合には、例えば１つのショット領域に
設定される。試料４を移動させる範囲の残りがあると判
断された場合（ステップＳ１２の判断結果が「ＮＯ」で
ある場合）には、ステップＳ１１に戻り、試料４の移動
を行いつつＺセンサにて試料４のＺ軸方向の位置が計測
され、二次光学系２０に印加している電圧、試料４のＺ
軸方向の位置、及び画像信号を対応させて記憶装置４３
に記憶させる処理が繰り返し行われる。

【００５０】一方、設定された移動範囲全てに亘って移
動処理が終了したと判断された場合（ステップＳ１２の
判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、主制御系３４
は、二次光学系２０に印加する電圧を制御して二次電子
ビームＢ２の焦点位置を変更する（ステップＳ１３）。
ここで、二次電子ビームＢ２の焦点位置を変更する量
は、予め二次光学系２０の焦点深度をシミュレーション
にて求めておき、求めた焦点深度に応じて設定する。
尚、電圧マップの第２作成方法においては、二次電子ビ
ームＢ２の焦点位置の調整は、図１中の結像レンズ前群
２５及び結像レンズ後群２８に印加する電圧及びイー・
クロス・ビー２３に印加する電圧又は電流をともに制御
しながら行う。

【００５１】二次電子ビームＢ２の焦点位置が変更され
ると、予め設定された焦点を可変する範囲全てに亘って
焦点を可変する処理が終了したか否かが判断される（ス
テップＳ１４）。焦点を可変する範囲がまだあると判断
された場合（ステップＳ１４における判断結果が「ＹＥ
Ｓ」である場合）にはステップＳ１１に戻り、前述した
処理が繰り返される。ステップＳ１４からステップＳ１
１に処理が戻る場合には、ステップＳ１３にて二次電子
ビームＢ２の焦点位置が変更されているので、ステップ
Ｓ１１において記憶装置４３に記憶される二次光学系２
０に印加している電圧の値は異なった値となる。ステッ
プＳ１４において、予め設定された焦点を可変する範囲
全てに亘って焦点を可変する処理が終了したと判断され
た場合（ステップＳ１４における判断結果が「ＮＯ」で
ある場合）には処理がステップＳ１５へ進む。

【００５２】ステップＳ１５では、主制御系３４は以上
の処理で記憶装置４３に記憶した画像信号に対して画像
処理を施し、ショット領域全面において焦点があった画
像信号を抽出する処理が行われる。この処理では、例え
ば信号のコントラストに基づいて焦点が合っているか否
かが判断される。そして、主制御系３４は抽出した画像
信号に対応して記憶されている二次光学系２０の印加電
圧とＺセンサの計測結果とを取得する（ステップＳ１
６）。

【００５３】次に、主制御系３４は、ステップＳ１６に
て取得したＺセンサの計測結果で示される位置に試料４
が配置されている場合に、試料４にチャージアップが生
じていないと仮定したときに二次電子ビームＢ２を電子
ビーム検出器３０の検出面に焦点を合わせることができ
る二次光学系２０に印加する電圧をシミュレーションに
より算出する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ
１６の処理にて焦点が合った画像信号に対応して記憶さ
れている二次光学系２０の印加電圧とステップＳ１７で
シミュレーションによって算出した印加電圧との差を電
圧マップとして記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ
１８）。

【００５４】以上の処理を行うことにより、試料４のＺ
軸方向の位置ずれに起因する焦点位置のずれと試料４に
生じているチャージアップに起因する焦点位置のずれと
を分離することができる。よって試料４のチャージアッ
プ量に応じた焦点位置のずれを補正するための電圧マッ
プが作成される。このようにして生成された電圧マップ
は図１に示した荷電粒子ビーム欠陥検査装置が試料４を
Ｚ軸方向に移動させるＺステージを有しない場合につい
て用いることができる。

【００５５】〔電圧マップの第３作成方法〕以上説明し
た電圧マップの第２作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥検
査装置がＺステージを備えない場合であって、二次電子
ビームＢ２の焦点位置を二次光学系２０に印加する電圧
を制御するときに用いる電圧マップの作成方法であっ
た。電圧マップの第３作成方法は、荷電粒子ビーム欠陥
検査装置がＺステージを備えない点において電圧マップ
の第２作成方法の場合と同様であるが、可変電源４２を
制御して試料４に印加する負の電圧を変えることにより
二次電子ビームＢ２の焦点位置を変化させて電圧マップ
を作成している点において異なる。以下、電圧マップの
第３作成方法について説明する。

【００５６】図１０は、電圧マップの第３作成方法を示
すフローチャートである。電圧マップの作成が開始され
ると、１つのショット領域内部に計測範囲が配置される
よう試料４のＸＹ面内における位置及び二次光学系２０
の倍率を設定して電圧マップ作成の準備を行う。次に、
主制御系３４は試料４にチャージアップが生じていない
とした場合において試料４に印加する電圧を設定する
（ステップＳ２０）。次に、主制御系３４は駆動装置４
１を介してＸＹステージ３８を駆動して試料４をＸＹ平
面内において移動させつつ送光系３７ａ及び受光系３７
ｂからなるＺセンサを用いて試料４のＺ軸方向の位置を
計測する。

【００５７】そして、主制御系３４は試料４にチャージ
アップが生じていないと仮定した場合に、Ｚセンサの計
測結果に試料４が配置されたときに二次電子ビームＢ２
を電子ビーム検出器３０の検出面に焦点を合わせること
ができる電圧を二次光学系２０に印加して二次電子ビー
ムの焦点位置を設定する（ステップＳ２１）。この処理
は、試料４のＺ軸方向の位置ずれに起因する焦点位置の
ずれの影響を除くために行われる処理である。尚、この
処理を行っても試料４にチャージアップが生じているた
め、電子ビーム検出器３０の検出面に二次電子ビーム２
０の焦点位置が配置されるとは限らない。

【００５８】次に、主制御系３４は、試料４に印加した
電圧と、撮像素子３２からコントロールユニット３３を
介して主制御系３４に入力される画像信号とを対応させ
て記憶装置４３に記憶させる（ステップＳ２２）。ステ
ップＳ２２の処理が終了すると、主制御系３４は、試料
４を移動させる範囲全てについて移動処理が終了したか
否かを判断する（ステップＳ２３）。試料４を移動させ
る範囲は、試料４の物体面４ａに複数のショット領域
（図４参照）が形成されている場合には、例えば１つの
ショット領域に設定される。試料４を移動させる範囲の
残りがあると判断された場合（ステップＳ２３の判断結
果が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ２１に戻
り、前述した処理が繰り返し行われる。

【００５９】一方、設定された移動範囲全てに亘って移
動処理が終了したと判断された場合（ステップＳ２３の
判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、主制御系３４
は、可変電源４２を制御して、試料４に印加する電圧を
僅かに変更して、二次電子ビームＢ２の焦点位置を変え
る（ステップＳ２４）。前述した電圧マップの第２作成
方法では、二次電子ビームＢ２の焦点位置を二次光学系
２０に印加する電圧を制御することにより変えており、
イー・クロス・ビー２３におけるウィーン条件を満足さ
せるために、図１中の結像レンズ前群２５及び結像レン
ズ後群２８に印加する電圧及びイー・クロス・ビー２３
に印加する電圧又は電流をともに制御しなければならな
かった。これに対し、ステップＳ２４の処理では試料２
４に印加する電圧を変更して二次電子ビームＢ２の焦点
位置を変えているため、イー・クロス・ビー２３におけ
るウィーン条件はイー・クロス・ビー２３に印加する電
圧又は電流を制御しなくとも満足されるため、制御が簡
単化される。

【００６０】試料４に印加する電圧を制御して二次電子
ビームＢ２の焦点位置が変更されると、予め設定された
電圧を可変する範囲全てに亘って焦点を可変する処理が
終了したか否かが判断される（ステップＳ２５）。焦点
を可変する範囲がまだあると判断された場合（ステップ
Ｓ２５における判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には
ステップＳ２１に戻り、前述した処理が繰り返される。
ステップＳ２５からステップＳ２１に処理が戻る場合に
は、ステップＳ２４にて試料４に印加する電圧が変更さ
れているので、ステップＳ２２において記憶装置４３に
記憶される試料４に印加される電圧の値は異なった値と
なる。ステップＳ２５において、予め設定された電圧を
可変する範囲全てに亘って試料４に印加する電圧を可変
する処理が終了したと判断された場合（ステップＳ２５
における判断結果が「ＮＯ」である場合）には処理がス
テップＳ２６へ進む。

【００６１】ステップＳ２６では、主制御系３４は以上
の処理で記憶装置４３に記憶した画像信号に対して画像
処理を施し、ショット領域全面において焦点があった画
像信号を抽出する処理が行われる。この処理では、電圧
マップの第２作成方法の場合と同様に例えば信号のコン
トラストに基づいて焦点が合っているか否かが判断され
る。そして、主制御系３４は抽出した画像信号に対応し
て記憶されている試料の印加電圧を取得し（ステップＳ
２７）、ここで取得した試料４の印加電圧と、試料４に
チャージアップが生じていない場合における試料４の印
加電圧との差を電圧マップとして記憶装置４３に記憶さ
せる（ステップＳ２８）。

【００６２】以上の処理を行うことにより、試料４のＺ
軸方向の位置ずれに起因する焦点位置のずれと試料４に
生じているチャージアップに起因する焦点位置のずれと
を分離することができる。よって試料４のチャージアッ
プ量に応じた焦点位置のずれを補正するための電圧マッ
プが作成される。このようにして生成された電圧マップ
は図１に示した荷電粒子ビーム欠陥検査装置が試料４を
Ｚ軸方向に移動させるＺステージを有しない場合につい
て用いることができる。以上、電圧マップの作成方法に
ついて説明したが、次に作成した電圧マップを用いて試
料４のチャージアップに起因する二次電子ビームＢ２の
焦点位置ズレを補正する際の動作について説明する。

【００６３】〔第１作成方法により作成された電圧マッ
プを用いた焦点位置の補正〕まず、１つのショット領域
内に計測範囲が配置されるよう試料４のＸＹ面内におけ
る位置及び二次光学系２０の倍率を設定し、試料４に所
定の負の電圧を印加する。次に、試料４のＺ軸方向の位
置を送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサに
より計測する。この計測結果に基づいて主制御系３４は
駆動装置４１を介してＺステージを駆動して試料４を予
め設定されたＺ位置に配置させる。

【００６４】試料４を予め設定されたＺ位置に配置した
後、主制御系３４は試料４にチャージアップが生じてい
ないとした場合において、試料４から放出される二次電
子ビームＢ２が電子ビーム検出器３０の検出面に結像す
るよう二次光学系２０に印加する電圧を調整する。次
に、主制御系３４は記憶装置４３に記憶されている電圧
マップを読み出して、この電圧マップに基づいて二次光
学系２０に印加する電圧を調整して二次電子ビームＢ２
の焦点位置を電子ビーム検出器３０の検出面に配置し
て、二次電子ビームＢ２の像を検出面に結像させ、焦点
位置のあった像を得る。

【００６５】〔第２作成方法により作成された電圧マッ
プを用いた焦点位置の補正〕まず、第１作成方法により
作成された電圧マップを用いて補正を行う場合と同様
に、１つのショット領域内に計測範囲が配置されるよう
試料４のＸＹ面内における位置及び二次光学系２０の倍
率を設定し、試料４に所定の負の電圧を印加する。次
に、試料４のＺ軸方向の位置を送光系３７ａ及び受光系
３７ｂからなるＺセンサにより計測する。この計測結果
に基づいて主制御系３４は、試料４にチャージアップが
無いとした場合において二次電子ビームＢ２の焦点位置
が電子ビーム検出器３０の検出面上に配置されるよう二
次光学系２０に印加する電圧を設定する。

【００６６】そして、記憶装置４３から電圧マップを読
み出して二次光学系２０に印加する電圧を調整して二次
電子ビームＢ２の焦点位置を電子ビーム検出器３０の検
出面に配置して、二次電子ビームＢ２の像を検出面に結
像させ、焦点位置のあった像を得る。尚、上記第１及び
第２作成方法により作成された電圧マップを用いて焦点
位置を補正する場合には、二次電子ビームＢ２の初期エ
ネルギーがチャージアップの分だけ大となり、イー・ク
ロス・ビー２３におけるウィーン条件が満足されないた
め主制御系３４は結像レンズ前群２５及び結像レンズ後
群２８に印加する電圧及びイー・クロス・ビー２３に印
加する電圧又は電流をともに制御する必要がある。

【００６７】〔第３作成方法により作成された電圧マッ
プを用いた焦点位置の補正〕最初に、１つのショット領
域内に計測範囲が配置されるよう試料４のＸＹ面内にお
ける位置及び二次光学系２０の倍率を設定し、Ｚセンサ
にて試料４のＺ軸方向の位置を計測する。そして、試料
４にチャージアップが生じていないと仮定した場合に、
Ｚセンサの計測結果に試料４を配置したときに二次電子
ビームＢ２を電子ビーム検出器３０の検出面に焦点を合
わせることができる電圧を二次光学系２０に印加して二
次電子ビームＢ２の焦点位置を設定する。

【００６８】次に、主制御系３４は記憶装置４３に記憶
されている電圧マップを読み出して、試料４にチャージ
アップが生じていない場合において試料４に印加する電
圧を記憶装置４３から読み出した電圧マップで補正した
値の電圧を試料４に印加することにより二次電子ビーム
３４の焦点位置を補正する。尚、第３作成方法により作
成された電圧マップを用いて焦点位置を補正する場合に
は、試料４に印加する電圧を補正して試料４から放出さ
れる二次電子ビームＢ２の初期エネルギーを調整し、そ
の結果として二次電子ビームＢ２の焦点位置を補正して
いる。よって、イー・クロス・ビー２３におけるウィー
ン条件は満足されるため、制御を簡単化することができ
る。尚、観察を行ったショット領域以外のショット領域
を観察する場合にも、以上説明した第１〜第３作成方法
により作成された電圧マップ各々を用いて各々の方法に
より焦点位置の調整を行って観察を行う。

【００６９】以上、本発明の一実施形態による荷電粒子
ビーム欠陥検査装置について説明したが、本発明は上記
実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に
変更が可能である。例えば、前述の電圧マップの第１作
成方法においては、二次光学系２０に印加する電圧を制
御することによって電圧マップを作成するとともに、二
次電子ビームＢ２の焦点位置の補正を行っていたが、試
料４に印加する電圧に関する電圧マップを作成するよう
にしてもよい。また、上記実施形態においては、試料４
上に複数のショット領域が設定されており、１つのショ
ット領域に対して電圧マップを生成する場合について説
明したが、低倍率の観察を行う場合には試料４のチャー
ジアップ量の平均値を試料４全体のチャージアップ量と
して電圧マップを作成するとともに、この電圧マップに
基づいて焦点位置の補正を行うようにしても良い。

【００７０】また、上記実施形態においては、イー・ク
ロス・ビー２３を用いて一次電子ビームＢ１を偏向させ
て試料４に照射させ、試料４から発生した二次電子ビー
ムＢ２を直進させる場合について説明した。しかしなが
ら、本発明はこれに限られず、一次電子ビームＢ１を直
進させて、二次電子ビームＢ２を偏向させる電磁プリズ
ムを用いても良い。また本実施形態では、電子ビームを
用いた荷電粒子線写像投影光学系について示したが、電
子ビームの代わりにイオンビームを用いた荷電粒子線写
像投影光学系としても良い。更に、本実施形態の荷電粒
子線写像投影光学系は、線源からの電子ビームにて試料
の物体面を照明し像面ヘ結像する、いわゆる面から面へ
の荷電粒子線写像投影光学系であり、観察装置及び検査
装置の単体装置としてではなく、半導体露光装置等にも
簡単に応用することができる。更に、本実施形態におい
ては、物体の蓄積荷電に起因する焦点位置ずれの補正に
関して説明を行ってきたが、物体の表面電圧分布を検出
することにより、そのデータを像歪の解析やその補正に
も利用することができる。

【００７１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の第１の
観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置によれば、一次
ビームを物体に照射した際に生ずる物体の蓄積荷電量に
応じた物体の表面電圧分布を検出手段によって検出して
いるため、物体の蓄積荷電に起因して生ずる諸問題（焦
点位置のずれ、像歪等）を解決する情報が得られるとい
う効果がある。本発明の第２の観点による荷電粒子ビー
ム欠陥検査装置によれば、焦点ずれ量検出手段によっ
て、物体上に一次ビームを照射した際に生ずる蓄積荷電
量に応じた検出面における二次ビームの焦点ずれ量を予
め検出し、焦点制御手段がこの検出された焦点ずれ量に
応じて二次ビームの焦点位置を補正している。よって、
物体に蓄積荷電が生じた場合であっても物体の像を合焦
した状態で観察することができるため、焦点のあった鮮
明な観察を行うことができるとともに、高精度の欠陥検
査を行うことができるという効果がある。また、本発明
の第３の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置によれ
ば、予め物体の蓄積荷電に起因する二次電子ビームの焦
点ずれ量を記憶手段に記憶し、物体の観察を行う際に記
憶手段に記憶した焦点ずれ量を読み出して二次ビームの
焦点位置を制御するようにしている。よって、例えば物
体が半導体基板であり、その表面には同一のパターンが
形成された複数のショット領域が設定されている場合に
は各々のショット領域毎の二次電子ビームの焦点ズレ量
を検出する必要がなく、１つのショット領域に対しての
み焦点ずれ量を検出すればよい。また、各々のショット
領域の観察を行う場合には、記憶された共通の焦点ずれ
量を用いて焦点位置を制御すれば良いためスループッ
ト、即ち単位時間に観察することができる物体の数を高
くすることができるという効果がある。また、同一の処
理工程を経た複数の物体、例えば１ロット内の複数枚の
基板を観察する場合にも物体毎に焦点ずれ量を検出する
ことがないため、複数の物体を観察する場合においても
スループットの向上に資することができるという効果が
ある。また、本発明の第４の観点による荷電粒子ビーム
欠陥検査装置によれば、物体に生ずる蓄積荷電に起因す
る二次電子の焦点ずれ量を補正するのみならず、物体の
高さ位置を検出し、検出された高さも考慮して二次ビー
ムの焦点位置を制御している。よって、例えば物体に反
りが生じている場合においても物体の像を合焦した状態
で観察することができるため、焦点のあった鮮明な観察
を行うことができるとともに、高精度の欠陥検査を行う
ことができる。また、本発明の第５の観点による荷電粒
子ビーム欠陥検査装置によれば、検出された物体の高さ
と検出された焦点ずれ量とを対応させて記憶し、観察を
行う際にはこれらの双方に基づいて二次ビームの焦点位
置を制御するようにしているので、例えば物体に反りが
生じている場合においても焦点のあった鮮明な観察を高
いスループットで行うことができるという効果がある。
また、本発明の第７の観点による荷電粒子ビーム欠陥検
査装置によれば、写像電子光学系の複雑な制御を行わず
とも、単に物体に印加する電圧を変えるだけで二次ビー
ムの焦点位置を制御することができるので、二次電子ビ
ームの焦点位置の制御が容易になり、その結果としてス
ループットの向上が期待できるとともに焦点のあった鮮
明な観察及び高精度の欠陥検査を容易に行うことができ
るという効果がある。また、本発明の第８の観点による
荷電粒子ビーム欠陥検査装置によれば、予め物体の蓄積
荷電に起因する二次電子ビームの焦点ずれ量を記憶手段
に記憶し、物体の観察を行う際に記憶手段に記憶した焦
点ずれ量を読み出して物体に印加する電圧を制御して二
次ビームの焦点位置を制御するようにしている。よっ
て、第３の観点による荷電粒子ビーム欠陥検査装置と同
様に、例えば物体が半導体基板であり、その表面には同
一のパターンが形成された複数のショット領域が設定さ
れている場合には各々のショット領域毎の二次電子ビー
ムの焦点ズレ量を検出する必要がなく、１つのショット
領域に対してのみ焦点ずれ量を検出すればよい。また、
各々のショット領域の観察を行う場合には記憶された共
通の焦点ずれ量を用いて焦点位置を制御すれば良いため
スループット、即ち単位時間に観察することができる物
体の数を高くすることができるという効果がある。ま
た、同一の処理工程を経た複数の物体、例えば１ロット
内の基板を観察する場合にも物体毎に焦点ずれ量を検出
することがないため、複数の物体を観察する場合におい
てもスループットの向上に資することができるという効
果がある。また、本発明の第９の観点による荷電粒子ビ
ーム欠陥検査装置及び第１０の観点による荷電粒子ビー
ム欠陥検査装置によれば、高さ検出手段によって物体の
高さを検出し、物体の高さを考慮して物体の蓄積荷電に
起因する焦点ずれ量を求めている。よって、荷電粒子ビ
ーム欠陥検査装置の構成の簡略化のため、物体の高さ位
置を変えるステージを有していなくとも、物体の高さず
れに起因する焦点ずれ量と物体の蓄積荷電に起因する焦
点ずれ量とを分離して得ているため、物体に蓄積電荷が
生じている場合に、蓄積荷電に起因する焦点ずれ量を補
正する際には極めて好適であるという効果がある。ま
た、本発明の荷電粒子ビーム欠陥検査方法によれば、上
述の本発明の荷電粒子ビーム欠陥検査装置と同様の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

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

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

【図３】Ｚセンサの計測原理を説明するための図であ
る。

【図４】試料４の一例を示す上面図である。

【図５】本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置の一次電子ビームＢ１の軌道を示す図であ
る。

【図６】本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置の二次電子ビームＢ２の軌道を示す図であ
る。

【図７】本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム欠
陥検査装置が備えるイー・クロス・ビー２３の構成及び
動作原理を説明するための図である。

【図８】電圧マップの第１作成方法を示すフローチャ
ートである。

【図９】電圧マップの第２作成方法を示すフローチャ
ートである。

【図１０】電圧マップの第３作成方法を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

４試料（物体）１０熱電子放出型電子銃（荷電粒子源）１１一次光学系（照射手段）２０二次光学系（写像電子光学系）２１カソードレンズ（照射手段、写像電子光学
系）２２第１アライナ（照射手段、写像電子光学系）２３イー・クロス・ビー（照射手段、写像電子光
学系）３０電子ビーム検出器（電子検出手段）３１リレーレンズ（電子検出手段）３２撮像素子（電子検出手段）３４主制御系（検出手段、焦点ずれ量検出手段、
焦点制御手段、合焦位置演算手段）４２可変電源（電圧印加手段）４３記憶装置（記憶手段）３７ａ送光系（高さ検出手段）３７ｂ受光系（高さ検出手段）ＡＳ開口絞り（照射手段）Ｂ１一次電子ビーム（一次ビーム）Ｂ２二次電子ビーム（二次ビーム）

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源からのビームを一次ビームと
して物体上に照射する照射手段と、前記一次ビームの照射により前記物体から発生する電子
を二次ビームとして検出し、前記物体を撮像する電子検
出手段と、前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体の蓄積荷
電量に応じた前記物体の表面電圧分布を検出する検出手
段とを具備することを特徴とする荷電粒子ビーム欠陥検
査装置。
【請求項２】荷電粒子源からのビームを一次ビームと
して物体上に照射する照射手段と、前記一次ビームの照射により前記物体から発生する電子
を二次ビームとして検出し、前記物体を撮像する電子検
出手段と、前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体の蓄積荷
電量に応じた前記電子検出手段の検出面における前記二
次ビームの焦点ずれ量を予め検出する焦点ずれ量検出手
段と、前記焦点ずれ量検出手段によって検出された前記焦点ず
れ量に応じて前記二次ビームの焦点位置を制御する焦点
制御手段とを具備することを特徴とする荷電粒子ビーム
欠陥検査装置。
【請求項３】前記焦点ずれ量検出手段により検出され
た焦点ずれ量を記憶する記憶手段を具備し、前記焦点制御手段は、前記記憶手段に記憶された焦点ず
れ量に基づいて前記二次ビームの焦点位置を制御するこ
とを特徴とする請求項２記載の荷電粒子ビーム欠陥検査
装置。
【請求項４】前記物体の高さを検出する高さ検出手段
を更に具備し、前記焦点制御手段は、前記焦点ずれ量と前記高さ検出手
段の検出結果との双方に基づいて前記二次ビームの焦点
位置を制御することを特徴とする請求項２又は請求項３
記載の荷電粒子ビーム欠陥検査装置。
【請求項５】前記記憶手段は、前記高さ検出手段によ
り検出された前記物体の高さを前記焦点ずれ量と対応さ
せて記憶し、前記焦点制御手段は、前記記憶手段に対応づけられて記
憶された焦点ずれ量と前記物体の高さとの双方に基づい
て前記二次ビームの焦点位置を制御することを特徴とす
る請求項４記載の荷電粒子ビーム欠陥検査装置。
【請求項６】前記電子検出手段と前記物体との間に配
置され、前記電子検出手段の検出面に、前記二次ビーム
を結像させる写像電子光学系を具備し、前記焦点制御手段は、前記写像電子光学系を制御して前
記二次ビームの焦点位置を制御することを特徴とする請
求項２から請求項５の何れか一項に記載の荷電粒子ビー
ム欠陥検査装置。
【請求項７】前記物体に所定の電圧を印加する電圧印
加手段を具備し、前記焦点制御手段は、前記電圧印加手段を介して前記物
体に印加する電圧を制御することにより前記二次ビーム
の焦点位置を制御することを特徴とする請求項２から請
求項５の何れか一項に記載の荷電粒子ビーム欠陥検査装
置。
【請求項８】前記焦点制御手段は、前記記憶手段に記
憶された焦点ずれ量に基づいて前記物体に印加する電圧
を制御して前記二次ビームの焦点位置を制御することを
特徴とする請求項７記載の荷電粒子ビーム欠陥検査装
置。
【請求項９】前記物体の高さを検出する高さ検出手段
と、前記電子検出手段と前記物体との間に配置され、前記電
子検出手段の検出面に、前記二次ビームを結像させる写
像電子光学系と、前記物体に蓄積荷電が無いとした場合における、前記物
体の高さと、前記電子検出手段の検出面に対する前記写
像電子光学系の合焦位置との関係を模擬試験を行って求
める合焦位置演算手段とを更に具備し、前記焦点ずれ量検出手段は、前記写像電子光学系の焦点
位置を変化させつつ前記高さ検出手段によって検出され
た前記物体の高さと前記電子検出手段の撮像結果とを対
にして保存し、保存した当該撮像結果の内、合焦状態に
ある撮像結果に対応して保存されている高さに対する前
記写像電子光学系の焦点位置と、前記焦点位置演算手段
によって求められている当該高さに対する前記写像電子
光学系の合焦位置との差から前記蓄積荷電量に応じた前
記電子検出手段の検出面における前記二次ビームの焦点
ずれ量を検出することを特徴とする請求項２又は請求項
３記載の荷電粒子ビーム欠陥検査装置。
【請求項１０】前記物体に所定の電圧を印加する電圧
印加手段と、前記物体の高さを検出する高さ検出手段と、前記電子検出手段と前記物体との間に配置され、前記電
子検出手段の検出面に、前記二次ビームを結像させる写
像電子光学系と、前記物体に蓄積荷電が無いとした場合における、前記物
体の高さと、前記電子検出手段の検出面に対する前記写
像電子光学系の合焦位置との関係を模擬試験を行って求
める合焦位置演算手段とを更に具備し、前記焦点ずれ量検出手段は、前記電圧印加手段を介して
前記物体に印加する電圧を変化させつつ、前記高さ検出
手段によって得られる高さに応じて前記合焦位置演算手
段から求められる合焦位置に前記写像電子光学系の焦点
位置を合わせたときの前記電子検出手段の撮像結果を保
存し、保存した当該撮像結果の内、合焦状態にある撮像
結果が得られる場合の前記物体に印加する電圧の変化量
から前記蓄積荷電量に応じた前記電子検出手段の検出面
における前記二次ビームの焦点ずれ量を検出することを
特徴とする請求項２又は請求項３記載の荷電粒子ビーム
欠陥検査装置。
【請求項１１】荷電粒子源からのビームを一次ビーム
として物体上に照射し、前記物体から発生する電子を二
次ビームとして検出して前記物体を撮像することにより
前記物体表面の欠陥を検査する荷電粒子ビーム欠陥検査
方法であって、前記一次ビームを照射した際に生ずる前記物体の蓄積荷
電量に応じた前記二次ビームの焦点位置のずれ量を予め
検出し、検出したずれ量に応じて前記二次電子ビームの焦点位置
を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム欠陥検査方
法。