JP2002208369A

JP2002208369A - 表面状態観察装置

Info

Publication number: JP2002208369A
Application number: JP2001005658A
Authority: JP
Inventors: Kiwa Sugiyama; 喜和杉山; Erika Kanematsu; えりか兼松
Original assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Current assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】二次光学系に歪曲収差が残存する場合であっ
ても装置の大型化を招かずに高分解能で観察することが
できる表面状態観察装置を提供する。【解決手段】一次電子ビームを試料に照射する一次光
学系と、一次電子ビームを試料に照射して得られる二次
電子ビームを集束する二次光学系と、二次光学系を介し
た二次ビームの光学像を撮像する撮像素子とを備えた表
面状態観察装置であって、撮像素子が備える画素Ｃ１〜
Ｃ１０２４を二次光学系の歪曲収差に応じて配列するこ
とにより、二次光学系において生ずる歪曲収差を補正す
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、電子ビームやイオ
ンビーム等の荷電粒子線又は光やＸ線等の電磁波を一次
ビームとして物体に照射し、一次ビームを物体に照射し
て得られる二次ビーム（二次電子、反射電子、後方散乱
光、反射光）を検出して物体の表面状態の観察や検査等
を行う表面状態観察装置に関する。

【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。走査型
電子顕微鏡は、物体表面の一点に電子ビームを照射し、
電子ビームを照射した点から発生する二次電子、反射電
子、及び後方散乱電子を検出し、かかる動作を照射する
電子ビームに対して物体を相対的に走査させつつ行うこ
とにより物体表面の画像を形成する。走査型電子顕微鏡
は、観察を行う領域全面に亘って電子ビームと物体とを
相対的に走査する必要があるため、観察に比較的長時間
を要するという問題がある。

【０００３】この問題を解決する装置として、近年、写
像型電子顕微鏡が案出されている。この写像型電子顕微
鏡は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線又は光
やＸ線等の電磁波を物体の観察面に面状に照射し、その
結果物体の表面から発生する二次電子、反射電子、及び
後方散乱電子を加速して集束し、電子光学系によりその
像を拡大投影して撮像面に結像させ、電子強度分布を光
強度分布に変換することにより物体の表面を観察する装
置である。物体に電子ビームを照射する写像型電子顕微
鏡は、例えば特開平１０−１９７４６２号公報や特開平
１１−６４２５６号公報に開示されている。

【０００４】特に、特開平１０−１９７４６２号公報に
開示された写像型電子顕微鏡は、観察する物体をステー
ジ上に載置し、ステージを移動させながら撮像面に結像
された二次元画像をＴＤＩ（Time-Delay-Integration；
時間遅延積分型）アレイＣＣＤ（Charge Coupled Devic
e）で検出している。ここで、ＴＤＩアレイＣＣＤの構
成を簡単に説明すると以下の通りである。ＴＤＩアレイ
ＣＣＤは、複数の行（例えば、２５６）と複数の列（例
えば、１０２４）とを有し、各行と列との交点位置に画
素が配列され、各行に配列された画素において蓄積され
た電荷を列毎に隣接する行に転送する構成である。換言
すると、ＴＤＩアレイＣＣＤは列数分の長さを有する行
数分のラインセンサと考えることができる。よって、Ｔ
ＤＩアレイＣＣＤにおける電荷の転送タイミングとステ
ージの移動タイミングとを同期させれば、電荷が転送さ
れる度に同じ信号が順次加算されるため、検出感度を向
上させることができる。

【０００５】写像型電子顕微鏡では、一般的に用いられ
るＣＣＤを用い、物体が載置されたステージを一定距離
だけ移動させてＣＣＤで撮像し、その後更にステージを
一定距離だけ移動させてＣＣＤで撮像を行う動作、即ち
ステージをステップ・アンド・リピート駆動して観察す
ることも可能である。しかしながら、ステージをステッ
プ・アンド・リピート駆動させて観察を行う場合より
も、物体が載置されたステージをスキャンしつつ観察を
行う方が機械的な精度等を考慮すると容易に実現するこ
とができる。更に、ＴＤＩアレイＣＣＤは高感度である
ために高速スキャンが可能である。かかる理由から、上
記公報に開示された写像型電子顕微鏡は、ステージを移
動させながら撮像面に結像された二次元画像をＴＤＩア
レイＣＣＤで高速且つ高感度で検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、物体の表面
状態を精密に検査するためには、物体表面からの二次電
子、反射電子、及び後方散乱電子を集束して撮像面に結
像させる二次光学系の収差、特に歪曲収差を極力抑える
必要がある。図８は、歪曲収差の一例を示す図である。
いま、図８（ａ）に示すように格子形状が物面（例え
ば、観察対象の物体の表面）に配置されている場合、二
次光学系に歪曲収差が生じている場合には、像面（例え
ば、撮像面）に結像される像は、例えば図８（ｂ）に示
したように樽型に変形する。かかる変形した像をＣＣＤ
で撮像した場合には、変形した分の誤差が生じた状態で
物体の表面が観察される。

【０００７】また、ＴＤＩアレイＣＣＤで図８（ｂ）に
示した像を撮像した場合にはＴＤＩアレイＣＣＤの構成
上、更に検出精度が悪化する。以下、その原因について
説明する。図９は、歪曲収差が生じている像をＴＤＩア
レイＣＣＤで検出した場合の検出精度の悪化を説明する
図である。いま、理解を容易にするため、物体上の観察
面に点光源があるとする。ＴＤＩアレイＣＣＤで観察す
る場合には、前述した通りステージを移動させながら観
察するため、物面（観察面）での点光源の軌跡ｔｒ１は
図９（ａ）に示した通り線状になる。二次光学系に歪曲
収差が生じていない場合には像面においても線状の軌跡
が結像することになる。

【０００８】しかしながら、二次光学系に歪曲収差が生
じている場合には、図８（ｂ）に示したように像面に結
像される像が変形するため、物面において点光源が移動
すると、像面における軌跡は直線とはならず、図９
（ｂ）に示したように曲線の軌跡ｔｒ２となる。かかる
曲線の軌跡ｔｒ２をＴＤＩアレイＣＣＤで検出すると、
ＴＤＩアレイＣＣＤの端部に位置する行ｒ１，ｒ３にお
いては、第ｊ（ｊは自然数）列の画素で観察され、ＴＤ
ＩアレイＣＣＤの中央部に位置する行ｒ２においては、
第ｉ（ｉはｉ＜ｊを満たす自然数）列の画素で検出され
る。前述したように、ＴＤＩアレイＣＣＤは蓄積した電
荷を順次隣接する行に転送しているため、物面における
点光源の像は像面において、第ｉ列と第ｊ列との間隔Δ
Ｘの幅だけぼけて観察される。このように、歪曲収差を
有する光学像をＴＤＩアレイＣＣＤで検出すると、像が
悪化してしまう。これは、像スキャン方向の分解能も同
様で、スキャン方向では、像面での点光源像のスキャン
速度が一定でなくなるので、蓄積電荷の転送との同期が
ずれ、像がぼける。以上説明した不具合を解消するため
には、二次光学系の歪曲収差をＴＤＩアレイＣＣＤの分
解能以下に設定する必要がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、二次光学系に歪曲収差が残存する場合であって
も装置の大型化を招かずに高分解能で観察することがで
きる表面状態観察装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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の観点による表面状態観察装
置は、一次ビーム（Ｂ１）を物体（４）上に照射する一
次光学系（１１）と、前記一次ビーム（Ｂ１）を前記物
体（４）に照射して得られる二次ビーム（Ｂ２）を集束
する二次光学系（２０）と、当該二次光学系（２０）を
介した二次ビーム（Ｂ２）を検出する検出手段（３０、
３４、３５）とを備えた表面状態観察装置であって、前
記二次光学系（２０）の光学特性に起因して前記検出手
段（３０、３４、３５）の検出面で生ずる歪曲収差に応
じた補正を行う補正手段を備え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て得
られる二次ビームが二次光学系の光学特性に起因して検
出面において歪曲収差を生じていても補正手段によって
歪曲収差が補正されるため、例え二次光学系の歪曲収差
を完全に補正しきれずに歪曲収差が残存していても高分
解能で観察することができる。尚、ここにいう一次ビー
ム及び二次ビームは、電子ビームやイオンビーム等の荷
電粒子線又は光やＸ線等の電磁波を含むものである。ま
た、本発明の第２の観点による表面状態観察装置は、第
１の観点による表面状態観察装置において、前記補正手
段が、前記検出手段（３０、３４、３５）の検出面にお
ける画素を前記歪曲収差に応じて配列してなることを特
徴としている。また、本発明の第３の観点による表面状
態観察装置は、第２の観点による表面状態観察装置にお
いて、前記物体（４）を載置した状態で移動可能なステ
ージ（４０）と、前記ステージ（４０）の位置情報を検
出する位置情報検出装置（４２）と、前記位置情報検出
装置（４２）によって検出された前記ステージ（４０）
の位置情報に基づいて、前記ステージ（４０）の移動に
同期させつつ前記検出手段（３０、３４、３５）に前記
二次ビーム（Ｂ２）を検出させる制御手段（３７）とを
具備することを特徴としている。また、本発明の第４の
観点による表面状態観察装置は、第３の観点による表面
状態観察装置において、前記位置情報検出装置（４２）
は、前記ステージ（４０）上に配置された移動鏡（４
１）と、該移動鏡（４１）の鏡面に対向して配置された
干渉計（４２）とを有することを特徴としている。ま
た、本発明の第５の観点による表面状態観察装置は、第
３の観点又は第４の観点による表面状態観察装置におい
て、前記検出手段（３０、３４、３５）が、時間遅延積
分型の撮像素子（３５）を備えることを特徴している。
また、本発明の第６の観点による表面状態観察装置は、
第１の観点による表面状態観察装置において、前記検出
手段（３０、３４、３５）が備える画素が、前記検出面
において二次元的に等間隔をもって配列され、前記補正
手段が、前記検出手段（３０、３４、３５）の各画素か
ら出力される画素信号を前記歪曲収差に応じて補正する
処理装置（３７）を含んでなることを特徴としている。
また、本発明の第７の観点による表面状態観察装置は、
第６の観点による表面状態観察装置において、前記二次
光学系（２０）の設計値から又は実測値から予め求めた
前記二次光学系（２０）の歪曲収差量を記憶する記憶手
段（４４）を更に備え、前記処理装置（３７）が、前記
記憶手段（４４）に記憶された歪曲収差量に基づいて前
記画素信号を補正することを特徴としている。また、本
発明の第８の観点による表面状態観察装置は、第６の観
点又は第７の観点による表面状態観察装置において、前
記物体（４）を載置した状態で移動可能なステージ（４
０）と、前記ステージ（４０）の移動に同期させつつ前
記検出手段（３０、３４、３５）に前記二次ビーム（Ｂ
２）を検出させる制御手段（３７）とを具備することを
特徴としている。また、本発明の第９の観点による表面
状態観察装置は、第１の観点から第８の観点による表面
状態観察装置において、前記一次ビーム（Ｂ１）が荷電
粒子線であり、前記二次ビーム（Ｂ２）が前記荷電粒子
線を前記物体（４）に照射して発生する発生する二次電
子、反射電子、及び後方散乱電子の少なくとも１つであ
ることを特徴としている。また、本発明の第１０の観点
による表面状態観察装置は、第９の観点による表面状態
観察装置において、前記検出手段（３０、３４、３５）
が、前記二次光学系（２０）によって集束された二次ビ
ーム（Ｂ２）を光子に変換する変換手段（３２）を備
え、当該変換手段（３２）で変換された光子を検出する
ことにより前記二次ビーム（Ｂ２）を検出することを特
徴としている。本発明の半導体素子は、上記表面状態観
察装置を用いて表面観察がされ、本発明のマイクロデバ
イスの製造方法は、上記表面状態観察装置を用いてマイ
クロデバイスの表面を観察する工程を含むことを特徴と
している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による表面状態観察装置について詳細に説明す
る。〔第１実施形態〕図１は、本発明の第１実施形態による
表面状態観察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ＸＹ
Ｚ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。

【００１２】本実施形態の表面状態観察装置は、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（物体）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へは一次ビームとしての一
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。

【００１３】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。

【００１４】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ビームとしての二次電
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２
４、結像レンズ前群２５、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。

【００１５】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。

【００１６】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）３１と、電子を光子に変換す
るための変換手段としての蛍光板３２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３３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３４を透過して、ＴＤＩ（Time-D
elay-Integration；時間遅延積分型）アレイＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device）の撮像素子３５に入射する。

【００１７】ここで、撮像素子３５の構成について説明
する。図２は、撮像素子３５としてのＴＤＩアレイＣＣ
Ｄの構成を示す機能ブロック図である。ＴＤＩアレイＣ
ＣＤは、水平方向（Ｘ軸方向）に１０２４個の画素Ｃ１
〜Ｃ１０２４を配列してライン状のＣＣＤ画素列が構成
されており、更に垂直方向（Ｙ軸方向）に２５６列のＣ
ＣＤ画素列Ｒ１〜Ｒ２５６を配列して構成される。ＣＣ
Ｄ画素列Ｒ１〜Ｒ２５６各々に配列された画素上の蓄積
電荷は、外部から供給される１垂直クロック信号によ
り、一度に垂直方向へ１つのＣＣＤ画素列分だけ転送さ
れるようになっている。

【００１８】撮像素子３５の撮像面（検出面）に結像し
た画像の内、ある時点でＣＣＤ画素列Ｒ１で撮像された
画像が、垂直方向に１ＣＣＤ画素列分だけ移動し、それ
と同期して垂直クロック信号が与えられると、ＣＣＤ画
素列Ｒ１の各画素で蓄積された画素信号はＣＣＤ画素列
Ｒ２へ転送される。ＣＣＤ画素列Ｒ２では、垂直クロッ
ク信号が与えられる前においてＣＣＤ画素列Ｒ１で撮像
された画像と同一の画像を撮像するので、ＣＣＤ画素列
Ｒ２内で蓄積される画像の電荷は２倍になる。続けて画
像が垂直方向にさらに１ＣＣＤ画素列分だけ移動し、同
期クロック信号が与えられると、蓄積画像はＣＣＤ画素
列Ｒ３に転送され、そこで３倍の画像電荷が蓄積され
る。以下順々に、画像の移動に追随してＣＣＤ画素列Ｒ
２５６まで電荷の転送と撮像とを繰り返し行うと、最初
にＣＣＤ画素列Ｒ１において蓄積された電荷の２５６倍
の電荷を蓄積した結果が水平出力レジスタＨＲからシリ
アルに画素信号として出力される。

【００１９】次に、撮像素子３５が有する各画素の配列
について説明する。図３は、撮像素子３５が有する画素
の撮像面における配列を示す図である。図３において、
符号Ｒ１〜Ｒ２５６を付した箇所は図２に示したＣＣＤ
画素列Ｒ１〜Ｒ２５６を示している。図３に示したよう
に、撮像素子３５が有する各画素は、二次光学系２０に
おいて生ずる歪曲収差に応じて配列されている。図３に
示した例では、撮像面の周辺部において各ＣＣＤ画素列
Ｒ１〜Ｒ２５６内に配列される画素Ｃ１〜Ｃ１０２４は
直線状に配列されておらず、しかも同一列に配列される
画素も直線状に配列されていない。

【００２０】撮像素子３５が有する各画素を図３に示し
たように二次光学系２０の歪曲収差に応じて配列するこ
とで、図９（ａ）に示した線状の軌跡ｔｒ１を観察した
場合には、撮像面に図９（ｂ）に示した曲線の軌跡ｔｒ
２が結像されるが、各画素は二次光学系２０の歪曲収差
に応じて配列されているため、撮像素子３５から出力さ
れる画素信号は線状の軌跡ｔｒ１を反映した信号、つま
り二次光学系２０に歪曲収差が無いとしたときに得られ
る画素信号が得られる。尚、以上説明した電子ビーム検
出器３０、リレーレンズ３４、及び撮像素子３５は本発
明にいう検出手段をなす。また、二次光学系２０の歪曲
収差を補正するよう配列されている撮像素子３５の画素
は補正手段をなす。

【００２１】図１に戻り、撮像素子３５にはコントロー
ルユニット３６が接続されている。コントロールユニッ
ト３６は、撮像素子３５から出力される画素信号をシリ
アルに読み出し、順次主制御系３７へ出力する。主制御
系３７はコントロールユニット３６から出力される画素
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３７は一次光学系制御部３８及び二次光学系制御
部３９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３６か
ら主制御系３７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。

【００２２】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４０
が配置されている。ＸＹステージ４０上の一端にはＬ字
型の移動鏡４１が取り付けられ、移動鏡４１の鏡面に対
向した位置に位置情報検出装置としてのレーザ干渉計４
２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４１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４２は、Ｘ軸に沿って移動鏡４
１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４１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４０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４０のＸＹ平面内における回転角が計測さ
れる。

【００２３】レーザ干渉計４２の計測結果は主制御系３
７に出力され、主制御系３７はこの計測結果に基づいて
駆動装置４３に対して制御信号を出力し、ＸＹステージ
４０のＸＹ平面内における位置を制御する。尚、主制御
系３７は、本発明にいう制御手段をなす。また、図示は
省略しているが、ＸＹステージ４０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。また、４４は、二次光
学系２０の設計値から又は実測値から予め求めた二次光
学系２０の歪曲収差量を記憶する記憶手段としての記憶
装置である。

【００２４】以上、本発明の一実施形態による表面状態
観察装置の構成について説明したが、次に本発明の一実
施形態による表面状態観察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
４は、本発明の一実施形態による表面状態観察装置の一
次電子ビームＢ１の軌道を示す図である。尚、図４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４に示し
たように照射レンズ１２，１３，１４によって形成され
た電場の影響を受けて集束及び発散する。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４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４にお
いて符号Ｐ_yを付して示した軌道となる。

【００２５】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。

【００２６】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、反射電子、及び後方散
乱電子を含む二次電子ビームＢ２が発生する。このう
ち、主に二次電子による二次電子ビームＢ２が観察用電
子ビームとなる。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Ｂ２の軌道について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による表面状態観察装置の
二次電子ビームＢ２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、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。

【００２７】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。このとき、二次光学系２０に歪曲収差が残存してい
る場合には、検出面に結像される像は、歪曲収差を反映
したものとなる。二次電子ビームＢ２が電子ビーム検出
器３０に入射すると、まずＭＣＰ３１によって電子数が
増幅され、その後蛍光板３２に入射して光子に変換され
る。蛍光板３２によって変換された光学像は、リレーレ
ンズ３４を介して撮像素子３５の撮像面に結像する。こ
のとき、蛍光板３２における試料４の像の大きさは撮像
素子３５の撮像面よりも大であるため、リレーレンズ３
４は蛍光板３２によって変換された光学像を所定の倍率
で縮小するよう設定される。

【００２８】次に、本発明の一実施形態による表面状態
観察装置が備えるイー・クロス・ビー２３について詳細
に説明する。図６は、本発明の一実施形態による表面状
態観察装置が備えるイー・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６（ａ）はイー
・クロス・ビー２３の構成を示す斜視図である。図６
（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６（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（＝ｑ
Ｅ）と磁界による力Ｆ_B（＝ｑｖＢ）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。

【００２９】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
６（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。

【００３０】以上、本発明の一実施形態による表面状態
観察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による表面状態観察装置の観察
時における動作について説明する。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４０上に載置さ
れ、主制御系３７は駆動装置４３を介してＸＹステージ
４０を駆動して、試料４を計測範囲に移動する。ここ
で、図７に示した試料４の表面状態を観察する場合を考
える。図７は、表面状態の観察を行う際の動作を説明す
るための図である。ここで、試料４の斜線を付した観察
対象領域４ａを観察する場合について考える。

【００３１】観察にあたり、主制御系３７はまず主制御
系３７は図示せぬ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３９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Ｂ
２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。そして、主制御系３７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１１、イー
・クロス・ビー２３、開口絞りＡＳ、第１アライナ２
２、及びカソードレンズ２１を介して一次電子ビームＢ
１を試料４に照射するとともに、駆動装置４３を介して
ＸＹステージ４０を一定速度で図７中Ｙ軸方向と平行な
方向（図中符号ｄを付して示した方向）へ移動させる。
試料４に一次電子ビームＢ１を照射することにより、試
料４の物体面から発生する二次電子ビームＢ２は二次光
学系２０で集光され、その像は電子ビーム検出器３０の
検出面に結像する。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３４を透過し
て画素が二次光学系２０の歪曲収差に応じて配列された
撮像素子３５の撮像面に結像する。撮像素子３５の結像
面に結像した光学像は、撮像素子３５によって画素信号
に光電変換される。

【００３２】図７において、符号５０を付した領域が撮
像素子３５で撮像される領域であるとし、領域５０中の
符号Ｒ１を付した線状の領域を図２及び図３に示したＣ
ＣＤ画素列Ｒ１が撮像し、符号Ｒ２５６を付した線状の
領域をＣＣＤ画素列Ｒ２５６が撮像するとする。図７に
示した状態から観察を開始したとすると、観察対象領域
４ａの座標（Ｘ１，Ｙ１）から（Ｘ１０２４，Ｙ１）ま
での光学像が、撮像素子３５をなすＴＤＩアレイＣＣＤ
のＣＣＤ画素列Ｒ１において光電変換されて、電荷が蓄
積される。試料４が−Ｙ軸方向に移動することにより、
撮像素子３５によって撮像される領域５０が符号ｄを付
した方向に移動し、領域５０が１ＣＣＤ画素列分だけ移
動すると、レーザ干渉計４２の計測結果に基づいて、主
制御系３７から撮像素子３５へ垂直クロック信号が１つ
送出される。

【００３３】垂直クロック信号が送出されてくると、撮
像素子３５のＣＣＤ画素列Ｒ１に蓄積されていた電荷
は、ＣＣＤ画素列Ｒ２に転送されるとともに、垂直クロ
ック信号が送出されてくる前にＣＣＤ画素列Ｒ１で撮像
されていた光学像は、ＣＣＤ画素列Ｒ２の位置に移動す
る。よって、ＣＣＤ画素列Ｒ２は、垂直クロック信号が
送出されてくる前にＣＣＤ画素列Ｒ１で撮像されていた
光学像と同様の光学像を、次の垂直クロック信号が送出
されてくるまで撮像することになる。また、ＣＣＤ画素
列Ｒ１は、観察対象領域４ａの座標（Ｘ１，Ｙ２）から
（Ｘ１０２４，Ｙ２1）までの光学像を撮像することに
なる。

【００３４】ここで、撮像素子３５として高感度のＴＤ
ＩアレイＣＣＤを用いて高速な観察を行うためには、電
荷を転送するＣＣＤ画素列で撮像されていた光学像と同
一の光学像が、電荷が転送されたＣＣＤが素列で撮像さ
れることが前提となる。二次光学系２０に歪曲収差が発
生している場合に画素が等間隔で配列された従来構成の
撮像素子を用いると、この前提を満たすことができない
ため、像分解能が悪化する。しかしながら、本実施形態
では、二次光学系２０の歪曲収差に応じて撮像素子３５
の画素が配列されているため、撮像素子３５の撮像面に
結像する光学像が二次光学系２０の歪曲収差を反映した
ものであっても、歪曲収差が補正されるため上記の前提
を満たすことができる。

【００３５】以下同様にして、ＣＣＤ画素列Ｒ１によっ
て撮像される領域５０の中のＲ１を付した線状の部分が
（Ｘ１，Ｙ２５６）から（Ｘ１０２４，Ｙ２５６）まで
の位置に達すると撮像は終了し、（Ｘ１，Ｙ１）から
（Ｘ１０２４，Ｙ１）までの試料画像が、コントロール
ユニット３６を介して初めて主制御系３７へ出力され始
める。次に送出されてくる垂直クロック信号からは、
（Ｘ１，Ｙ２）から（Ｘ１０２４，Ｙ２）までの試料画
像が主制御系３７へ出力され、以下順々に画像が主制御
系３７に取得されて観察が行われる。

【００３６】以上説明したように、本発明の一実施形態
による表面状態観察装置によれば、一次電子ビームＢ１
を試料４に照射して得られる二次電子ビームＢ２が二次
光学系２０の光学特性に起因して検出面において歪曲収
差を生じていても、撮像素子３５の有する画素を撮像面
において歪曲収差に応じて配列することにより撮像面に
おける歪曲収差を補正しているため、二次光学系２０の
歪曲収差を完全に補正できない場合であっても、撮像素
子３５から出力される画素信号は歪曲収差が補正された
ものとなり、その結果高分解能で観察することができる
という効果がある。また、観察対象の試料４をＸＹステ
ージ４０上に載置した状態でＸＹステージ４０を移動さ
せつつ試料４の表面状態が観察される。しかも、撮像素
子３５によって検出される像は歪曲収差が補正されたも
のであるため、試料４を高分解能で且つ短時間で観察す
ることができる。また、ＸＹステージをステップ・アン
ド・リピート駆動させて観察を行う場合よりも機械的な
精度等を考慮すると制御が容易であり、高分解能で検出
を行うことができるという効果がある。

【００３７】更に、本実施形態によれば、撮像素子３５
として検出感度の高いＴＤＩアレイＣＣＤを用いている
ため、特にＸＹステージ４０を移動させつつ検出を行う
場合には検出信号の強度不足を防止でき、その結果とし
て短時間で分解能の低下を招くことなく観察を行うこと
ができるという効果がある。また、撮像素子３５として
ＴＤＩアレイＣＣＤを用いて高分解能の検出を行う場合
には、前述したように撮像素子３５内において蓄積され
た電荷の転送方向と撮像面における光学像の移動方向と
を一致させる必要がある。二次光学系２０に歪曲収差が
生じている場合には、撮像素子３５内における電荷の転
送方向と撮像面における光学像の移動方向とが異なる
が、本実施形態では撮像素子３５の撮像面における画素
を二次光学系２０の歪曲収差に応じて配列することによ
り撮像素子内における電荷の転送方向と撮像面における
光学像の移動方向とを一致させることにより、分解能の
悪化を防止することができるという効果がある。

【００３８】以上、本発明の一実施形態による表面状態
観察装置について説明したが、次に本発明の他の実施形
態について説明する。上述した実施形態においては、撮
像素子３５が有する画素を撮像面内において二次光学系
２０の歪曲収差に応じて配列することにより二次光学系
２０の歪曲収差を補正していた。以下に説明する本発明
の他の実施形態では、撮像面内において画素が等間隔に
配列された撮像素子を用いて撮像し、撮像素子から出力
される画素信号を二次光学系２０の歪曲収差に応じて補
正している。以下、本発明の他の実施形態について説明
する。

【００３９】上述した実施形態では撮像素子３５として
ＴＤＩアレイＣＣＤを用いていたが、本発明の他の実施
形態では、撮像素子３５として画素が撮像面内において
等間隔に配列されたＣＣＤ、例えばインターラインＣＣ
Ｄを用いている。また、上述した実施形態では、コント
ロールユニット３６を介して入力される画素信号に対し
て主制御系３７は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していたが、本発明
の他の実施形態における主制御系３７は本発明にいう処
理装置として機能し、では画素信号に対してテンプレー
トマッチング等の画像処理を行う前にコントロールユニ
ット３６を介して入力される画素信号を二次光学系２０
の歪曲収差量に応じて補正する処理を行う。

【００４０】ここで、二次光学系２０の歪曲収差量は図
１に示した記憶装置４４に記憶されている。記憶装置４
４に記憶される歪曲収差量は、二次光学系２０の設計値
から又は二次光学系２０の歪曲収差量を実測して求めら
れる。二次光学系２０の歪曲収差量の実測値は、例えば
予め精密な格子パターンが形成された試験試料をＸＹス
テージ４０上に載置して、そのパターンを観察して得ら
れた格子パターンの画素信号と試験試料に形成した格子
パターンの設計値とのずれ量を求めることにより得られ
る。記憶装置４４に記憶される歪曲収差量は、例えば上
記ずれ量を撮像面の位置に応じて記憶しても良く、また
求められたずれ量を関数で近似し、近似した関数として
記憶しても良い。歪曲収差量を求める時期は任意であっ
ても良いが、定期的（例えば、毎日）に求めることが好
ましく、更には観察対象毎に求めることが精度を高く保
ったまま観察する上で好ましい。

【００４１】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が一次光学系１１、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を介して試料４に照射し、試料４から発生
する二次電子ビームＢ２が二次光学系２０を介して電子
ビーム検出器３０の検出面に結像し、更に電子ビーム検
出器３０の検出面に結像した像が蛍光板３２によって光
学像に変換され、光学像がリレーレンズ３４を介して撮
像素子３５の撮像面に結像するまでは前述した実施形態
と同様である。

【００４２】撮像素子３５の撮像面に結像した光学像
は、二次光学系２０に残存する歪曲収差の影響を受けて
おり、本実施形態では撮像素子３５が有する画素が撮像
面内において等間隔で配列されているため、撮像素子３
５から出力される画素信号は、二次光学系２０の歪曲収
差の影響を受けたものとなる。従って、例えば、試料４
に形成された直線状のパターンは、曲線のパターンとし
て観察される。

【００４３】二次光学系２０の歪曲収差の影響を受けた
画素信号が撮像素子３５から出力され、コントロールユ
ニット３６を介して主制御系３７に入力されると、主制
御系３７は記憶装置４４に記憶された歪曲収差量に基づ
いて歪曲収差を補正する処理を行う。このように、本実
施形態では、記憶装置４４に記憶された二次光学系２０
の歪曲収差に基づいて撮像素子３５から出力される画素
信号を補正しているため、二次光学系２０の歪曲収差が
経時的に変化する場合であっても、二次光学系２０の歪
曲収差に応じて画素信号を適切に補正することができ
る。

【００４４】ＸＹステージ４０が移動せずに試料４が静
止している状態では、撮像素子３５から出力される画素
信号は、時間とともに変化しないので、補正処理に要す
る時間が長くなっても良いが、ＸＹステージ４０を移動
させつつ試料４の表面状態を観察する場合には、１画面
毎（１フレーム）毎に補正処理を行う必要がある。記憶
装置４４に記憶された歪曲収差量に基づいて主制御系３
７が画素信号の補正処理を行うことが、二次光学系２０
の歪曲収差の経時変化に対応して画素信号を適切に補正
できるため好ましいが、仮に主制御系３５により補正処
理が時間的に間に合わない場合には、ある補正量で画素
信号を補正する専用のハードウェアを主制御系３７内に
設けて補正処理の高速化を図れば良い。また、近年のハ
ードウェアの処理能力の向上は目覚ましいため、主制御
系３５を構成するハードウェアの処理能力の向上に伴
い、記憶装置４４に記憶された歪曲収差量に基づいて主
制御系３７が画素信号の補正処理を問題なく行うことが
できる。

【００４５】以上、説明した本発明の他の実施形態によ
れば、二次光学系２０の歪曲収差を反映した画素信号が
二次光学系２０の歪曲収差に応じて補正されるため、試
料４を高分解能で観察することができる。また、この撮
像面に等間隔で画素が配列された一般的な撮像素子を用
いているため、装置のコスト上昇を抑えつつ高分解能で
観察することができる。また、二次光学系２０の設計値
から又は二次光学系２０の実測値から予め歪曲収差量を
求めておき、この歪曲収差量に基づいて主制御系３７が
各画素から出力される画素信号を補正しているため、経
時的な変化により又は装置の特性に応じて二次光学系２
０の歪曲収差が変化する場合であっても、二次光学系２
０の歪曲収差量に応じて画素信号を補正することができ
る。

【００４６】以上、本発明の一実施形態による表面状態
観察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、上述した一実施形態及び他の実施形態
では、一次ビームとして一次電子ビームＢ１を用い、一
次電子ビームＢ１を試料４に照射して得られる二次電
子、反射電子、及び後方散乱電子の少なくとも１つを含
む二次電子ビームＢ２を蛍光板３２で光電変換し、変換
された光学像を撮像素子３５で撮像する場合を例に挙げ
たが、例えば電子ビームの代わりにイオンビームを用い
ても良く、可視領域の光を試料４に照射して得られる光
学像を直接撮像素子３５で撮像するようにしても良い。
この場合においては、二次光学系２０が光学レンズを含
んで構成されるが、二次光学系２０の歪曲収差を完全に
補正するために二次光学系２０を構成する光学レンズの
数を増加させる必要がないため、装置の大型化を招かず
に高分解能で観察することができる。一次ビームとして
光を用いた場合には、二次ビームは光を物体表面に照射
して得られる反射光である。

【００４７】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に照射し、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。更に、本実施形態は線源からの電子
ビームにて試料の物体面を照明し像面ヘ結像する、いわ
ゆる面から面への写像投影光学系を備えているが、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。

【００４８】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、撮像素子３５の撮像面における画素を歪曲収差に応
じて配列することにより撮像面における歪曲収差を補正
しているため、二次光学系２０の歪曲収差を完全に補正
できない場合であっても、撮像素子３５の検出結果は歪
曲収差が補正されたものとなり、その結果高分解能で観
察することができる。また、二次光学系２０が光学レン
ズを含んで構成される場合には、歪曲収差を完全に補正
するために二次光学系２０を構成する光学レンズの数を
増加させる必要がないため、装置の大型化を招かずに高
分解能で観察することができる。

【００４９】また、本実施形態によれば、観察対象の物
体をＸＹステージ４０上に載置した状態でＸＹステージ
４０を移動させつつ撮像素子３５によって物体表面が観
察される。しかも、撮像素子３５によって検出される像
は歪曲収差が補正されたものであるため、物体を高分解
能で且つ短時間で観察することができる。また、ＸＹス
テージ４０をステップ・アンド・リピート駆動させて観
察を行う場合よりも機械的な精度等を考慮すると制御が
容易であり、高分解能で検出を行うことができる。ま
た、撮像素子３５として検出感度の高い時間遅延積分型
の撮像素子を用いた場合には、特にＸＹステージ４０を
移動させつつ検出を行うときに検出信号の強度不足を防
止でき、その結果として短時間で分解能の低下を招くこ
となく観察を行うことができる。また、時間遅延積分型
の撮像素子を用いて高分解能の検出を行う場合には、撮
像素子３５内における蓄積電荷の転送方向と撮像面にお
ける像の移動方向とを一致させる必要がある。二次光学
系２０に歪曲収差が生じている場合には、撮像素子内に
おける蓄積電荷の転送方向と検出面における像の移動方
向とが異なるが、本発明では撮像素子３５の撮像面にお
ける画素を歪曲収差に応じて配列することにより撮像素
子３５内における蓄積電荷の転送方向と撮像面における
像の移動方向とを一致させることにより、分解能の悪化
を防止することができる。

【００５０】また、本実施形態によれば、撮像素子３５
が備える画素が撮像面において二次元的に等間隔をもっ
て配列されて場合には、二次光学系２０において歪曲収
差が生じていると撮像素子３５の検出信号は歪曲収差を
反映したものとなる。しかしながら、歪曲収差を反映し
た検出信号が二次光学系２０の歪曲収差に応じて補正さ
れるため、物体を高分解能で観察することができる。ま
た、この発明では歪曲収差に応じて画素を配列した撮像
素子３５を製造する必要はなく、画素が二次元的に等間
隔に配列された一般的な撮像素子３５を用いることがで
きるため、装置のコスト上昇を抑えつつ高分解能で観察
することができる。

【００５１】また、本実施形態によれば、二次光学系２
０の設計値から又は二次光学系２０の実測値から予め歪
曲収差量を求めておき、この歪曲収差量に基づいて主制
御系３７が各画素から出力される画素信号を補正してい
るため、経時的な変化により又は装置の特性に応じて二
次光学系２０の歪曲収差が変化する場合であっても、二
次光学系２０の歪曲収差量に応じて画素信号を補正する
ことができる。また、撮像面内において二次元的に等間
隔に配列された一般的な撮像素子３５を用いた場合であ
っても、二次光学系２０における歪曲収差の影響を補正
しつつ、簡易な制御で且つ高速に観察することができ
る。

【００５２】次に、本発明の一実施形態によるマイクロ
デバイスの製造方法について説明する。図１０は、マイ
クロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パ
ネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の
製造例のフローチャートを示す図である。図１０に示す
ように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）におい
て、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導
体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現する
ためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１
（マスク製作ステップ）において、設計した回路パター
ンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ス
テップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコ
ン等の材料を用いてウェハを製造する。

【００５３】次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステッ
プ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意
したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステッ
プ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用
いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダ
イシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング
工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ス
テップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行う。このステップＳ
１５において、前述した本発明の一実施形態による表面
状態観察装置によって、マイクロデバイスの表面状態が
観察される。こうした工程を経た後にマイクロデバイス
が完成し、これが出荷される。尚、図１０に示したフロ
ーチャートでは、ステップＳ１４を経た後に、本発明の
一実施形態による表面状態観察装置によってマイクロデ
バイスの表面状態を観察している場合を例示している
が、ステップＳ１４のデバイスを組み立てる前に、ステ
ップＳ１３を経ることにより処理が終了したウェハの表
面状態を適宜観察してもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、一次ビームを物体に照射して得られる二次ビームが
二次光学系の光学特性に起因して検出面において歪曲収
差を生じていても補正手段によって歪曲収差が補正され
るため、例え二次光学系の歪曲収差を完全に補正しきれ
ずに歪曲収差が残存していても高分解能で観察すること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による表面状態観察装
置の構成を示す図である。

【図２】撮像素子３５としてのＴＤＩアレイＣＣＤの
構成を示す機能ブロック図である。

【図３】撮像素子３５が有する画素の撮像面における
配列を示す図である。

【図４】本発明の一実施形態による表面状態観察装置
の一次電子ビームＢ１の軌道を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態による表面状態観察装置
の二次電子ビームＢ２の軌道を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態による表面状態観察装置
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】表面状態の観察を行う際の動作を説明するた
めの図である。

【図８】歪曲収差の一例を示す図である。

【図９】歪曲収差が生じている像をＴＤＩアレイＣＣ
Ｄで検出した場合の検出精度の悪化を説明する図であ
る。

【図１０】マイクロデバイスの製造工程の一例を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

４試料（物体）１１一次光学系２０二次光学系３０電子ビーム検出器（検出手段）３２蛍光板（変換手段）３４リレーレンズ（検出手段）３５撮像素子（検出手段）３７主制御系（制御手段、処理装置）４０ＸＹステージ（ステージ）４１移動鏡４２レーザ干渉計（位置情報検出装置、干渉計）４４記憶装置（記憶手段）Ｂ１一次電子ビーム（一次ビーム）Ｂ２二次電子ビーム（二次ビーム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 37/29 Ｈ０１Ｊ 37/29 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者兼松えりか東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2F067 AA33 AA53 AA54 BB04 CC17 EE04 HH04 HH06 HH08 JJ05 KK04 KK08 LL02 LL16 PP12 RR35 SS13 4M106 BA02 CA38 DB04 DB05 DB12 DB14 DB20 DB30 DJ04 DJ07 DJ21 5C033 JJ05 JJ07 NN01 NP01 NP05 NP06 NP08 UU03 UU04 UU05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次ビームを物体表面上に照射する一次
光学系と、前記一次ビームを前記物体表面に照射して得
られる二次ビームを集束する二次光学系と、当該二次光
学系を介した二次ビームを検出する検出手段とを備えた
表面状態観察装置であって、前記二次光学系の光学特性に起因して前記検出手段の検
出面で生ずる歪曲収差に応じた補正を行う補正手段を備
えることを特徴とする表面状態観察装置。
【請求項２】前記補正手段は、前記検出手段の検出面
における画素を前記歪曲収差に応じて配列してなること
を特徴とする請求項１記載の表面状態観察装置。
【請求項３】前記物体を載置した状態で移動可能なス
テージと、前記ステージの位置情報を検出する位置情報検出装置
と、前記位置情報検出装置によって検出された前記ステージ
の位置情報に基づいて、前記ステージの移動に同期させ
つつ前記検出手段に前記二次ビームを検出させる制御手
段とを具備することを特徴とする請求項２記載の表面状
態観察装置。
【請求項４】前記位置情報検出装置は、前記ステージ
上に配置された移動鏡と、該移動鏡の鏡面に対向して配
置された干渉計とを有することを特徴とする請求項３記
載の表面状態観察装置。
【請求項５】前記検出手段は、時間遅延積分型の撮像
素子を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４記
載の表面状態観察装置。
【請求項６】前記検出手段が備える画素は、前記検出
面において二次元的に等間隔をもって配列され、前記補正手段は、前記検出手段の各画素から出力される
画素信号を前記歪曲収差に応じて補正する処理装置を含
んでなることを特徴とする請求項１記載の表面状態観察
装置。
【請求項７】前記二次光学系の設計値から又は実測値
から予め求めた前記二次光学系の歪曲収差量を記憶する
記憶手段を更に備え、前記処理装置は、前記記憶手段に記憶された歪曲収差量
に基づいて前記画素信号を補正することを特徴とする請
求項６記載の表面状態観察装置。
【請求項８】前記物体を載置した状態で移動可能なス
テージと、前記ステージの移動に同期させつつ前記検出手段に前記
二次ビームを検出させる制御手段とを具備することを特
徴とする請求項６又は請求項７記載の表面状態観察装
置。
【請求項９】前記一次ビームは荷電粒子線であり、前記二次ビームは前記荷電粒子線を前記物体に照射して
発生する発生する二次電子、反射電子、及び後方散乱電
子の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１か
ら請求項８の何れか一項に記載の表面状態観察装置。
【請求項１０】前記検出手段は、前記二次光学系によ
って集束された二次ビームを光子に変換する変換手段を
備え、当該変換手段で変換された光子を検出することに
より前記二次ビームを検出することを特徴とする請求項
９記載の表面状態観察装置。
【請求項１１】請求項１から請求項１０の何れか一項
に記載された表面状態観察装置を用いて表面観察がされ
た半導体素子。
【請求項１２】請求項１から請求項１０の何れか一項
に記載された表面状態観察装置を用いてマイクロデバイ
スの表面を観察する工程を含むことを特徴とするマイク
ロデバイスの製造方法。