説明

異物付着防止機能を備えた電子線検査装置及び方法

【課題】試料表面に異物が付着することを極力防止することができる電子線検査装置を提供する。
【解決手段】試料２００を配置したステージ１００が真空排気可能な真空チャンバ１１２の内部に設置されており、該試料２００の周囲を包囲する位置に集塵電極１２２が配置されている。集塵電極１２２には、試料２００に印加される電圧と同じ極性で絶対値が等しいかそれ以上の電圧が印加される。これにより、集塵電極１２２にパーティクル等の異物が付着するので、試料表面への異物付着を低減することができる。集塵電極を用いる代わりに、ステージを包含する真空チャンバの壁面に凹みを形成するか、又は、所定の電圧が印加されるメッシュ構造の金属製平板を壁面に敷設してもよい。また、中央に貫通孔１２４ａを有する隙間制御板１２４を試料２００及び集塵電極１２２の上方に間隙制御板１２４を配置することにより、異物付着をより低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置及び検査方法に関し、特に、試料表面（表、裏及び外周端面）に異物が付着するのを防止しつつ電子線を用いて試料表面を高感度で検査することができる電子線検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線検査装置は、半導体ウェハ等の試料の表面に一次電子ビームを照射し、該試料表面から放出された二次電子又はミラー電子を検出して試料表面の画像を取得し、該画像に基づいて試料表面の欠陥、パターン評価等の検査を行うために用いられている。
【０００３】
また、半導体ウェハ等の試料を検査又は処理のために大気中及び真空中を搬送するが、このような搬送中に、例えば１００ｎｍ以下のパーティクル等の異物が試料表面に付着することを防止して、パターン上のキラー欠陥となる異物が試料表面に付着することを低減させることができれば、歩留まりが大きく向上されることが知られている。キラー欠陥は、半導体やＬＳＩ製造プロセスで、そのまま放置しておくと、配線幅や絶縁抵抗値が不十分な値となり、性能を著しく劣化させてしまうため、修正、不良判定等の何らかの処理が必要な欠陥である。
【０００４】
特に、電子線検査装置では、該装置が発生するパーティクル等の異物が試料表面に付着することを低減させることにより、高精度な測定・検査結果を得ることができる。これによって、試料表面への異物付着プロセスを特定し改善することができるので、例えば露光プロセスにおける欠陥を低減させたりすることができる。
【０００５】
従来、試料の搬送に関連して、パーティクル等の異物を極力発生させないような対策が行われている。例えば、試料の大気搬送系では、高機能フィルタとダウンフローを有するミニエンバイラメントを備え、このミニエンバイラメントの中に大気搬送系を格納するようにしている。更に、除電装置により試料の除電を行うことで、試料表面にパーティクルが付着することを抑制している。また、試料の真空搬送系では、ロードロックによって圧力の変動を制御すること等が行われている。しかしながら、微小サイズ、特に１００ｎｍ以下のパーティクル等の異物を低減することは、一般に困難であった。
【０００６】
このような問題点に鑑み、本出願人は、試料表面上の異物を検出し、試料を水平方向に移動させ、試料表面に対向し近接して配置された吸着用電極を、前記異物の帯電極性と異なる極性に帯電させ、接近する異物を該吸着用電極に静電吸着することで、試料表面上の異物検出を行うとともに、異物が検出されたときには、試料表面上の異物を除去するようにした試料表面上の異物除去方法を既に提案している（特開２００９−４１６１号公報（特許文献１）参照）。
【０００７】
また、プラズマ処理装置内に浮遊するパーティクルを集塵電極により積極的に集め、四重極リニアトラップ等を用いて特定の場所に蓄積し、これらを電気的に検出する、もしくはレーザ散乱光を用いて検出するようにしたパーティクルモニタも提案されている（特開２０１０−５６２７０号公報（特許文献２）参照）。
【０００８】
ＬＳＩのデザインルールの超微細化に伴い、試料表面への付着を防止する異物のサイズがより微小化し、検査装置等の動作によって発生するパーティクル等の異物の試料表面への付着が重大な問題となってきており、その対応が必要になってきている。
しかしながら、従来の異物付着防止機構では、例えば１００ｎｍ以下の微小なパーティクル等の異物が試料表面へ付着することを防止することが困難であった。特に、真空チャンバ内のステージ等に試料が設置されて電子線検査装置によって試料表面の検査等が行われている場合、装置自体からのパーティクル等の異物の発生を抑制することについて何ら考慮されていなかった。
【０００９】
特許文献１に記載の従来例は、試料表面に異物が付着したことを検出し、その後、付着した異物を試料表面から除去するようにしており、試料表面に異物が付着するのを防止することができるものではない。また、特許文献２に記載の従来例において、集塵電極は、例えばパーティクルモニタの先端に設けられており、プラズマ処理装置内に浮遊するパーティクルを集めるためのものであって、試料表面にパーティクルが付着するのを防止することができるものではない。
【００１０】
また、真空チャンバ内を真空排気する時の空気の流れによって生じる静電気が真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物を帯電させ、その帯電したパーティクル等の異物が、検査する試料表面に静電的に誘引されて付着し、試料表面を汚染する場合がある。従来の試料表面の検査に用いられる真空チャンバは、こうした、真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物が静電的に試料表面に誘引されることに対する対策が何ら施されておらず、こうした残留物に対しては、清掃を持って対処していた。このため、真空チャンバ内の清掃で除去できなかった残留物が試料表面に付着することを防止することが強く求められていた。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、その第１の目的は、試料表面に異物が付着することを極力防止できるようにした異物付着防止方法、及び試料表面に異物が付着するのを極力防止しつつ電子線を用いて試料表面を検査できるようにした電子線検査装置を提供することを目的としている。
【００１２】
また、特開２００５−２３５７７７号公報（特許文献３）には、電子線検査装置を用いた試料表面の観察方法が記載されており、該従来の方法では、開放欠陥や欠落欠陥が存在する部分で生じる画像中の濃淡（階調差）を利用している。開放欠陥や欠落欠陥といった欠陥が存在する部分では、正常部では本来生じることのない濃淡（階調差）が画像中に現れるため、従来の方法では、半導体ウェハの表面から得たウェハ表面画像を本来の（無欠陥試料の）表面画像と比較し、本来現れるはずのない濃淡が認められた場合に、当該部位を開放欠陥や欠落欠陥として判定するという手法を採用している。
【００１３】
しかしながら、特許文献３に開示されている観察方法では、観察対象の試料の構造や材料等によっては観察部位の階調差がもともと小さく、欠落欠陥や開放欠陥の検出が困難な場合があるという問題があった。
加えて、特に開放欠陥については、開放欠陥が存在する部位の画像が、正常部位の画像よりも濃くなる（より黒くなる）場合と薄くなる（より白くなる）場合とがある。このため、欠陥の検出や欠陥の種類を分類することが極めて困難であるという問題があった。
【００１４】
このような問題点に鑑み、本発明者らは、配線構造の欠陥検出において、欠陥部位と正常部位の階調差が大きく、白黒の濃淡の差が明確な試料面画像を取得し、欠陥の検出が容易な試料面観察方法を提供することを目的として検討を重ねた結果、特許文献３に開示された試料面観察方法が抱えていた問題は、欠落欠陥と開放欠陥を同一条件下で同時に検出を行う点にあると考えるに至り、新たな試料面観察方法を提案した（特開２００９−８７８９３号公報（特許文献４）参照）。
【００１５】
特許文献４には、絶縁材料と導電性材料を含む配線が形成された試料面に電子ビームを照射し、該試料面の構造情報を得た電子を検出することにより、試料面画像を取得して該試料面を観察する試料面観察方法であって、試料面画像における絶縁材料と導電性材料との輝度を等しくした状態で、電子ビームを試料面に照射することで絶縁材料と導電性材料以外の部分を容易かつ確実に検出することとし、さらに、試料面画像における絶縁材料及び導電性材料の輝度と異なる輝度の点を、試料面の開放欠陥として検出することで、開放欠陥を容易かつ確実に検出することを可能とする試料面観察方法が開示されている。
【００１６】
また、特許文献４には、試料面画像における絶縁材料と導電性材料との輝度差が最大となる状態で、電子ビームを試料面に照射することにより、欠落欠陥の周囲との識別が容易な試料面画像を取得して欠落欠陥の検出を容易かつ確実にすることとし、さらに、上記輝度差が最大となる状態を、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子となるミラー電子領域において定めることとして、効果的に欠落欠陥を検出することを可能とする試料面観察方法も開示されている。
【００１７】
しかしながら、本発明者らは、試料面に絶縁領域と導電領域が形成されている場合に、試料面の観察を高コントラストで行い、欠落欠陥や開放欠陥の検出のみならず、欠陥種類の分類も容易なものとする手法および装置についての検討を更に重ねたところ、上記特許文献４に開示の手法は更に改善する余地があるとの結論に至った。
したがって、本発明の第２の目的は、上記した第１の目的を達成しつつ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００９−４１６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５６２７０号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５７７７号公報
【特許文献４】特開２００９−８７８９３号公報
【発明の概要】
【００１９】
上記した第１の目的を達成するため、本発明は、電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡ（開口数）を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
前記ステージに配置される試料に第１電圧を印加する第１電源と、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも１つの第１電極と、
前記第１電圧と同じ極性を有し、かつ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第２電圧を、前記第１電極に印加する第２電源と
を備えていることを防止することを特徴とする電子線検査装置を提供する。
【００２０】
上記した本発明に係る電子線検査装置はさらに、前記第１電極の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも１つの第２電極と、前記第１電圧と同じ極性を有し、且つ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第３電圧を前記第２電極に印加する第３電源とを備えていることが好ましい。また、前記ステージの上方に設置された間隙制御板であって、電子線を通過させる貫通孔を内部に有し、前記ステージに配置される試料の表面を覆う隙間制御板を備えていることが好ましく、さらに、前記ステージの周囲を囲繞するカバーを設けることにより、ステージに向けた塵又はパーティクルの流入を防止することが好ましい。
【００２１】
上記した本発明に係る電子線装置はさらに、前記第１電源に接続された１対の端子と前記第２電源に接続された１対の端子とを備えた端子台と、前記端子台の２対の端子にそれぞれ一方の端部が接続された２対の接続線を有するケーブルと、前記端子台を収納しているとともに前記ケーブルの一部分を湾曲した状態で収納した箱であって、該箱内の塵又はパーティクルを集塵する電極をさらに収容している箱と、前記ケーブルの２対の接続線それぞれの他方の端部に接続された２対の端子であって、前記第１及び第２電圧を試料及び前記第１電極に印加するための２対の端子を備え、かつ前記ステージに固定された固定板とを備え、前記箱と前記固定板との間の前記ケーブルの部分は直線状に延在保持されており、前記ステージの移動に連れて前記箱内の前記ケーブルの湾曲した部分が前記ステージの移動方向に伸縮するよう構成されていることが好ましい。
【００２２】
上記した第１の目的を達成するために、本発明はまた、電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡを規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設置された装置であって、該チャンバ内を真空状態にする過程で該真空チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該真空チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去する装置と
を備えていることを特徴とする電子線検査装置を提供する。
【００２３】
上記した第１の目的を達成するために、本発明はさらに、電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡ（開口数）を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバであって、少なくとも１つの穴が壁面に設けられているか、又は任意の電圧が印加されるメッシュ構造の平板が壁面に敷設されているチャンバと
を備えていることを特徴とする電子線検査装置を提供する。
【００２４】
上記した本発明に係る電子線検査装置において、前記電子ビーム源は、面状の電子ビームを発生するよう構成されていることが好ましい。
また、電子線検査装置はさらに、試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御する電子光学系制御電源と、前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整可能とするアパーチャ調節機構とを備え、前記アパーチャ調節機構により、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにすることが好ましい。これにより、上記した第２の目的を達成することができる。すなわち、上記した第１の目的を達成しつつ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易に行うことができる。
【００２５】
また、上記したアパーチャ調整機構を備えている本発明に係る電子線検査装置において、前記二次電子光学系はＮＡ（開口数）を規定するための複数のパーチャを備えており、該複数のアパーチャは、それぞれの径が異なっており、前記アパーチャ調節機構により複数のアパーチャの１つが選択されて、該選択されたアパーチャを、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過できるようにすることが好ましい。
さらに、平面状の横断面を有する電子ビームを用いる場合、検出器は、EB-CCD又はEB-TDIであることが好適である。
【００２６】
上記した第１の目的を達成するために、本発明はまた、電子線検査装置を用いて試料の表面を検査する方法を提供し、該方法は、
ステージに試料を配置するステップと、
前記ステージに配置された試料に第１電圧を印加するステップと、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵するための第１電極に、試料に印加された電圧と同じ極性を有し、かつ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第２電圧を印加するステップと、
電子銃より電子ビームを放射し、該電子ビームを、一次電子光学系を介して前記ステージ上に配置された試料に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器に導き、該検出器で検出するステップと
を含むことを特徴としている。
【００２７】
上記した本発明に係る方法はさらに、前記第１電極の周囲を包囲する位置に配置される第２電極に、前記第１電圧と同じ極性を有し、かつ前記第２電圧の絶対値以上の絶対値を有する第３電圧を印加するステップを含んでいることが好ましい。
【００２８】
上記した第１の目的を達成するために、本発明はさらに、電子線検査装置を用いて試料の表面を検査する方法を提供し、該方法は、
試料をステージ上に配置するステップと、
内部に前記ステージが設置されているチャンバを真空排気するステップと、
前記チャンバ内に配置された装置により、前記チャンバ内を真空状態にする過程で該チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去するステップと、
電子銃から電子ビームを放射し、該電子ビームを一次電子光学系を介して試料上に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器に導き、該検出器で検出するステップと
を含んでいることを特徴としている。
【００２９】
上記した本発明に係る方法において、前記電子銃から照射される電子ビームは面状であり、該方法はさらに、試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御するステップと、ＮＡ（開口数）を規定する前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整するステップとを含み、前記アパーチャの位置の調節により、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにすることが好ましい。
さらに、該方法において、前記二次電子光学系は、それぞれ径が異なる複数のアパーチャを備え、前記調整するステップは、前記複数のアパーチャの１つを選択して、該選択されたアパーチャの位置を、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過するように調整するステップを含んでいることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用可能な一例の電子線検査装置の概要を示した図である。
【図２】本発明を適用可能な第１の実施形態の試料観察システムの概要を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態の電子線検査装置の要部概要を示す縦断正面図である。
【図４】図３の横断平面図であり、ステージ、試料及び第１の実施形態の集塵電極の関係を示す平面図である。
【図５】本発明に係る、ステージ、試料及び第２の実施形態の集塵電極の関係を示す平面図である。
【図６】本発明に係る、ステージ、円形状の試料及び第３の実施形態の集塵電極の関係を示す平面図である。
【図７】本発明に係る、ステージ、円形状の試料及び第４の実施形態の集塵電極の関係を示す平面図である。
【図８】本発明に係る、試料、集塵電極及び隙間制御板を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明に係る、ステージの詳細を示す図である。
【図１０】本発明に係る、真空チャンバ内に配置された配線ボックス及びステージの概要を示す図である。
【図１１】本発明に係る、試料、他の集塵電極及び隙間制御板を拡大して示す断面図である。
【図１２】本発明に係る、試料、更に他の集塵電極及び隙間制御板を拡大して示す断面図である。
【図１３】本発明に係る、試料、及び更に他の集塵電極を拡大して示す断面図である。
【図１４】本発明に係る、試料、及び更に他の集塵電極及び隙間制御板を拡大して示す断面図である。
【図１５】並行平板からなる電極間の平等電界中に存在する絶縁物から成るパーティクルに誘電分極による力が作用した時の力関係を示す図である。
【図１６】一方を平板とした一対の電極間の不平等電界中に存在する絶縁物から成るパーティクルに誘電分極による力が作用した時の力関係を示す図である。
【図１７】一方を平板とした一対の電極間の平等電界中に存在する絶縁物から成るパーティクルに誘電分極による力が作用した時の力関係を示す図である。
【図１８】本発明に係る、電子線検査装置に備えられる他の真空チャンバを示す概要図である。
【図１９】本発明に係る、真空チャンバ内の平面構造を構成する壁の一例を示す斜視図である。
【図２０】図１９の断面図である。
【図２１】本発明に係る、真空チャンバ内の平面構造を構成する壁の他の例を示す斜視図である。
【図２２】図２１の断面図である。
【図２３（Ａ）】撮像電子ビームの照射エネルギと取得された画像中の材料コントラストとの関係の一例を示した図であり、照射エネルギ帯域により得られる異なる画像の一例を示した図である。
【図２３（Ｂ）】撮像電子ビームの照射エネルギと取得された画像中の材料コントラストとの関係の一例を示した図であり、撮像電子ビームの照射エネルギと検出器電流との相関関係を示した図である。
【図２４】試料面の構造情報を得たミラー電子と二次電子の角度の相違を模式的に示した図であり、横軸が実効ランディングエネルギ（ＬＥ）である。
【図２５】ランディングエネルギ（ＬＥ）に対する試料面の階調の変化を示した図である。
【図２６（Ａ）】試料表面の構造情報を得た電子の軌道の例を示した側面図である。
【図２６（Ｂ）】試料表面の構造情報を得た電子の軌道の例を、可動ＮＡアパーチャの下側から見た場合の部分拡大図である。
【図２７（Ａ）】ミラー電子の場合の、高い材料コントラストを得るためのＮＡアパーチャ板の最適位置を説明するための図である。
【図２７（Ｂ）】二次電子の場合の、高い材料コントラストを得るためのＮＡアパーチャ板の最適位置を説明するための図である。
【図２８（Ａ）】コンタクトプラグ構造を有する試料の断面構造を示した図である。
【図２８（Ｂ）】コンタクトプラグ構造を有する試料表面の取得画像の一例を示した図である。
【図２９（Ａ）】実機テストにより、電子ビームのランディングエネルギ（ＬＥ）を変化させて、図２８（Ａ）に示したコンタクトプラグ構造の表面画像を得た際のコントラストを測定した結果を示す表である。
【図２９（Ｂ）】図２９（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図３０（Ａ）】実機テストにより得られた、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの関係を示す測定結果の表である。
【図３０（Ｂ）】図３０（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【図３１（Ａ）】導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより高いコントラストが得られることを、補充的に説明するための図であり、実機テストにより得られた、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離しない場合の、導電領域（Ｃｕ）と絶縁領域（ＳｉＯ２）のそれぞれの材料における二次電子放出効率およびコントラストの、ランディングエネルギ（ＬＥ）依存性を示す測定結果の表である。
【図３１（Ｂ）】図３１（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【図３２（Ａ）】実機テストにより、試料表面の導電領域と絶縁領域の面積比（パターン幅）を変化させたときのコントラストを、低加速電子ビーム装置を用いたＬＥＥＭ方式とＳＥＭ方式とで測定した結果を示す表である。
【図３２（Ｂ）】図３２（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図３３】本発明に係る電子線検査装置の全体構成例を示した図である。
【図３４（Ａ）】図３３に示した電子線検査装置に用いられる可動式のＮＡ調整用アパーチャ板の実施形態を示す図である。
【図３４（Ｂ）】図３３に示した電子線検査装置に用いられる可動式のＮＡ調整用アパーチャ板の別の実施形態を示す図である。
【図３５】本発明に係る、高分解能観察のために好ましい検出器の構成の一例を示した図である。
【図３６（Ａ）】導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）下で取得した画像を示す模式図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３６（Ｂ）】絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）下で取得した画像を示す模式図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３６（Ｃ）】絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）下で、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３７（Ａ）】導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）下で取得した画像を示す模式図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３７（Ｂ）】絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）下で取得した画像を示す模式図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３７（Ｃ）】絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）下で、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図であり、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。
【図３８（Ａ）】実機テストにより、試料表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）の最適値を決定するために行った測定結果を示す表である。
【図３８（Ｂ）】図３８（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図３９（Ａ）】実機テストにより、試料表面に照射する帯電電子ビームのドーズ量の最適値を決定するために行った測定結果を示す表である。
【図３９（Ｂ）】図３９（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図４０（Ａ）】ＮＡ結像モードによる電子分布の位置確認の測定結果を示す表であり、ビームドーズ量［ｍＣ／ｃｍ２］と当該ドーズ量の帯電電子ビームを照射した際の、絶縁材料の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態のずれ、すなわち、導電材料の表面構造情報を得た電子ｅｃの分布状態からどれだけシフトしたかを示す表である。
【図４０（Ｂ）】図４０（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【図４１（Ａ）】帯電状態にある試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）の最適値を決定するために行った測定結果を示す図であり、照射エネルギ（ＬＥ）、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、及びコントラスト示す表である。
【図４１（Ｂ）】図４１（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図４２（Ａ）】ＮＡアパーチャの位置調整によるコントラストの反転について説明するための図であり、ＮＡアパーチャの中心位置を、導電領域から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置（規格化位置＝０）からＹ方向に移動（規格化位置＝１．０まで）させた際の、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、及びコントラストの測定結果を示す表である。
【図４２（Ｂ）】図４２（Ａ）に示した測定結果をグラフ化した図である。
【図４３】ＮＡアパーチャの位置調整に伴うコントラスト反転の様子を概念的に説明するための図である。
【図４４】本発明の試料観察方法における、電子軌道シフト量のドーズ量依存性を決定する手順、および、材料コントラストの反転を確認する手順を例示により説明するためのフローチャートである。
【図４５】本発明の試料観察方法の手順を例示により説明するためのフローチャートである。
【図４６】本発明の試料観察方法の手順の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図４７（Ａ）】実機テストにより、本発明の手法により欠陥検査を行った結果を説明するための図であり、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表である。
【図４７（Ｂ）】実機テストにより、本発明の手法により欠陥検査を行った結果を説明するための図であり、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表である。
【図４７（Ｃ）】図４７（Ａ）及び（Ｂ）に示した欠陥検出結果を総合して欠陥検出の可否を纏めた表である。
【図４８】本発明に係る、試料表面の検査における加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤとランディングエネルギＬＥと試料表面電位ΔＶとの関係を制御するための構成を示す模式図である。
【図４９】本発明に係る、検査対象である試料表面の平均輝度ｍｅａｎＤＮとランディングエネルギＬＥとの関係を示す図である。
【図５０】本発明に係る、検査対象である試料表面の輝度差ΔＤＮと表面電位変化量との関係を示す図である。
【図５１】（ａ）〜（ｄ）は、試料表面に対して照射するランディングエネルギＬＥを変化させた時に得られる試料表面の画像情報の例を示す図である。
【図５２】本発明に係る、検査対象である試料表面に対して事前に照射するランディングエネルギＬＥを変化させた時の試料表面電位ΔＶとの関係を示す図である。
【図５３（Ａ）】試料表面に対して基準となるランディングエネルギＬＥ０とランディングエネルギＬＥとを照射して得られた輝度分布の一例を示す図である。
【図５３（Ｂ）】図５３（Ａ）に示した輝度分布から試料表面電位分布ΔＶを求めた一例を示す図である。
【図５４】検査対象の試料が少なくとも２種類の材料で構成される例を示す概略斜視図である。
【図５５（Ａ）】試料の厚さ方向に対する電子の貫通率（透過率）のモデルを示す概略図である。
【図５５（Ｂ）】試料の厚さ方向に対する電子の貫通率（透過率）のモデルを示す概略図である。
【図５６】本発明に係る第２の実施形態の試料観察システム全体の概略図である。
【図５７】本発明に係る第３の実施形態の試料観察システム全体の概略図である。
【図５８】本発明に係る、試料表面の電位分布の調整方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
図１は、本発明を適用可能な電子線検査装置の全体構成例の概略を示した図である。この電子線検査装置は、写像投影型の低加速電子ビーム装置であり、電子ビーム源３１０と、一次系レンズ３２０と、コンデンサレンズ３３０と、電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）３４０と、トランスファーレンズ３５０と、開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）調整用のＮＡ調整用アパーチャ板３６０と、プロジェクションレンズ３７０と、検出器４００と、画像処理装置５００と、観察対象となる試料２００を載置するためのステージ１００と、照射エネルギ設定供給部６００とを備えている。
【００３２】
ＮＡ調整用アパーチャ板３６０には、少なくとも１つのＮＡアパーチャ３６１が設けられており、このＮＡアパーチャ３６１により開口数（ＮＡ）が決定される。ＮＡアパーチャ３６１は平面内での位置調整が可能であり、後述するＥ×Ｂ３４０の作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に検出器４００に導くことができる。なお、この電子線検査装置は、必要に応じて、試料２００の表面に電子ビームを照射して試料表面を帯電させるための帯電ビーム照射手段７００を備える構成としてもよい。
【００３３】
試料２００の表面は、絶縁領域と導電領域を有しており、該試料表面の観察は、電子ビーム源３１０からの電子ビームの照射により行われる。電子ビーム源３１０は、例えば、電子源３１１と、ウェーネルト電極３１２と、アノード３１３とを備えており、電子源３１１で電子を発生させ、ウェーネルト電極３１２で電子を引き出し、アノード３１３で電子を加速して、試料表面に向けて照射する。
【００３４】
電子ビーム源３１０は、複数の画素を同時に撮像できるような、複数画素を包含できる所定の面積を有する面状の電子ビームを生成するように構成しても良い。これにより、１回の電子ビームの試料表面への照射で、複数画素を同時に撮像することができ、広い面積の二次元画像を高速に取得することができる。
【００３５】
照射エネルギ設定手段３１０は、電子ビーム源３１０から射出される電子ビームの照射エネルギを設定する手段である。照射エネルギ設定供給手段３１０は、負極が電子源に接続された可変電圧源を備え、電子ビーム源３１０に電力を供給し、電子源３１１から電子を発生させる。電子ビームの照射エネルギは、試料２００の電位と、電子ビーム源３１０の電子源３１１に備えられたカソードの電位との差により定められる。よって、照射エネルギ設定供給部６００は、その可変電圧源の電圧（以後、「加速電圧」と呼ぶ。）を調整することにより、照射エネルギを調整及び設定することができる。
【００３６】
本発明に係る電子線検査装置においては、照射エネルギ設定供給部６００により電子ビームの照射エネルギが適切な値に設定され、取得される画像のコントラストが高められる。本発明では、電子ビームの照射エネルギは、撮像電子ビームの照射により試料２００の表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に設定されるが、その照射エネルギの具体的な設定方法については、後述する。
【００３７】
一次系レンズ３２０は、電子ビーム源３１０から射出された電子ビームを電磁場の作用により偏向させ、試料２００の表面上の所望の照射領域に導くための手段である。なお、一次系レンズ３２０は、複数であっても１つであってもよい。各一次系レンズ３２０として、例えば、四極子レンズが用いられる。
【００３８】
Ｅ×Ｂ（Ｅ×Ｂ偏向器）３４０は、電子ビーム又は電子に電界と磁界を付与し、ローレンツ力により電子ビーム又は電子を方向付けし、電子ビーム又は電子を所定の方向に向かわせるための手段である。Ｅ×Ｂ３４０は、電子ビーム源３１０から射出された電子ビームについては、試料２００の表面に向かわせるローレンツ力を発生させるように、電界と磁界が設定される。
【００３９】
また、Ｅ×Ｂ３４０は、試料表面への電子ビームの照射により、該試料表面の構造情報を得た電子については、そのまま上方に直進させ、検出器４００の方向に向かわせるように電界と磁界が設定される。なお、後述するように、撮像電子ビームの照射により試料表面の構造情報を得た電子は、Ｅ×Ｂ３４０の作用により、電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて、電界と磁界により方向付けがなされる。
Ｅ×Ｂ３４０の作用により、試料表面に入射する電子ビームと、当該入射電子ビームとは逆向きに進行する試料表面から生じた電子とを、分離することができる。なお、Ｅ×Ｂは、ウィーンフィルタと呼んでもよい。
【００４０】
コンデンサレンズ３３０は、電子ビームを試料２００の表面に結像させるとともに、試料表面の構造情報を得た電子を収束させるためのレンズである。よって、コンデンサレンズ３３０は、試料２００の最も近傍に配置される。
トランスファーレンズ３５０は、Ｅ×Ｂ３４０を通過した電子を、検出器４００の方向に導くともに、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１付近でクロスオーバーを結ばせるための光学手段である。
【００４１】
ＮＡ調整用アパーチャ板３６０は、通過電子数を調整するための手段である。ＮＡ調整用アパーチャ３６０は、その中央部に、開口数（ＮＡ）を決める孔部であるＮＡアパーチャ３６１を有している。ＮＡアパーチャ３６１は、トランスファーレンズ３５０により導かれた試料表面からの電子を通過させて検出器４００への通路となるとともに、撮像の雑音となる電子が検出器４００に向かうのを遮断し、通過電子数を調整する。また、上述したように、このＮＡアパーチャ３６１は、平面内で位置調整可能であり、Ｅ×Ｂ３４０の作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に検出器４００に導くことができる。その詳細については後述する。なお、ＮＡアパーチャ３６１は孔径が異なる複数種類のものが設けられていてもよい。この場合、所望の孔径のＮＡアパーチャがＮＡアパーチャ移動機構（不図示）により選択される。
【００４２】
プロジェクションレンズ３７０は、ＮＡ調整用アパーチャ３６１を通過した電子について、検出器４００の検出面上に像を結像させるための最終焦点調整手段である。
【００４３】
検出器４００は、電子ビームが試料表面に照射され、試料表面の構造情報を得た電子を検出して、試料表面の画像を取得するための手段である。検出器４００として、種々の検出器を使用可能であるが、例えば、並列画像取得を可能にするＣＣＤ（Charge Coupled Device）検出器や、ＴＤＩ（Time Delay Integration）−ＣＣＤ検出器を使用することができる。ＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤ等の二次元画像撮像型の検出器４００を用い、電子ビーム源３１０に複数画素を含む所定の面積を照射できる面ビームを用いることにより、１箇所のビーム照射で並列撮像による広い面積の画像取得が可能となり、試料表面の観察を高速で行うことができる。なお、ＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤは、光を検出して電気信号を出力する検出素子であるので、検出器４００にＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤを適用する場合には、電子を光に変換する蛍光板や、電子を増倍するＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を必要とするので、検出器４００には、それらも含まれるようにする。
【００４４】
検出器４００は、EB-CCD又はEB-TDIを用いるようにしてもよい。EB-CCD及びEB-TDIは、二次元画像撮像型の検出器である点は、ＣＣＤ及びＴＤＩ−ＣＣＤと同様であるが、電子を直接検出し、光−電子間の変換を経ることなく、そのまま電気信号を出力するものである。よって、上述のような蛍光板やＭＣＰを必要とせず、途中の信号ロスが減少するので、高分解能な画像取得が可能となる。
【００４５】
画像処理装置５００は、検出器４００から出力された電気信号を記憶し該記憶された信号に基づいて、試料２００の表面の画像を生成する装置である。具体的には、検出器４００から出力された座標情報及び輝度情報に基づいて、二次元画像を生成する。表面に絶縁材料と導電材料を含む試料２００を観察するためには、絶縁領域と導電領域とに輝度差が発生して、コントラストの高い画像が取得されることが好ましいが、画像処理装置５００においては、良好な画像が取得できるように、必要な画像処理及び画像生成を行う。
【００４６】
ステージ１００は、上面に試料２００を載置して、試料２００を支持する手段である。ステージ１００は、試料表面２０１の被観察領域の全体に電子ビームの照射が可能なように、水平面内（ＸＹ面内）のＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、水平面内で回転可能である。また、必要に応じて、鉛直方向（Ｚ方向）に移動可能として試料２００の表面の高さを調整できるように構成されていてもよい。ステージ１００を移動可能に構成さする場合には、例えば、モータやエア等の移動手段を設けるようにすればよい。
【００４７】
帯電電子ビーム照射手段７００は、電子ビーム源３１０から撮像用の撮像電子ビームを照射する前に、試料２００を帯電させるために設けられる。帯電電子ビーム照射手段７００は、必要に応じて設けられる。なお、試料表面を撮像する前に、該試料表面に予め電子ビームを照射すると、導電領域は帯電せずにその電位は接地電位のままであるのに対し、絶縁領域が負に帯電する。従って、これら導電領域と絶縁領域との間に、材料に応じた電位差を形成することができる。そしてこの電位差により、導電領域と絶縁領域とのコントラストを高めることができる。よって、撮像電子ビームの前に、帯電電子ビームを試料表面に照射したい場合に、帯電電子ビーム照射手段７００を設ければよい。
【００４８】
なお、帯電電子ビーム照射手段７００を別途設けることなく、電子ビーム源３１０が帯電電子ビーム照射手段を兼ねるようにしてもよい。つまり、帯電電子ビームは、帯電電子ビーム照射手段７００を用いずに、電子ビーム源３１０から照射してもよい。そして、この帯電電子ビームの照射に続いて、撮像用の電子ビームを試料２００の表面に照射するようにしてもよい。
【００４９】
よって、帯電電子ビーム照射手段１２０は、例えば、帯電電子ビームを試料表面２０１に照射したい場合であって、かつ、帯電電子ビームの照射の後、直ちに撮像用の電子ビームを照射したい場合等に設けるようにしてもよい。一般的に、撮像電子ビームと帯電電子ビームは照射エネルギが異なるので、帯電電子ビーム照射手段７００を設けることにより、帯電電子ビーム照射と撮像電子ビーム照射の間の照射エネルギの調整を不要とし、迅速な撮像を行うことができる。よって、観察時間の短縮等の要請が高い場合には、帯電電子ビーム照射手段７００を設けることにより、観察時間短縮の要請に応えることができる。
【００５０】
試料２００は通常、その表面に、絶縁材料からなる絶縁領域と導電材料からなる導電領域とを含む。試料２００は、種々の形状のものが適用され得るが、例えば、半導体ウェハ、レチクル等の基板状の試料が用いられる。本発明に係る電子線検査装置は、試料表面の絶縁領域が、導電領域よりも面積比が大きい場合にも、好適に試料表面を観察することができるように構成することが好ましい。このような構成により、例えば、半導体ウェハのコンタクトプラグや、レチクルのコンタクト構造についても、良好に試料表面の画像を取得し、観察を行うことができる。
【００５１】
なお、導電材料及び絶縁材料には種々の材料が適用され得るが、例えば、導電材料としてＷ（タングステン）等のプラグ材料、絶縁材料として半導体ウェハの絶縁層として利用されるＳｉＯ２（シリコン酸化膜）等が適用されてもよい。
図１の電子線検査装置は、上述したように、写像投影型の電子線検査装置であるが、ＳＥＭ型の電子線検査装置も本発明の電子線検査装置として適用可能である。
【００５２】
図２は、本発明に係る電子線検査装置を備えた第１の実施形態の試料観察システム（検査システム）の全体構成例を示した図で、この試料観察システムは、写像投影型の電子光学系と、光学顕微鏡による試料観察、及びＳＥＭ型電子光学系による試料観察が可能な、複合型試料観察システムとして構成されている。
【００５３】
図２に示した複合型の試料観察システムは、試料キャリア１９００と、ミニエンバイロメント１８００と、ロードロック１６２０と、トランスファーチャンバ１６１０と、メインチャンバ１６００と、写像投影型の電子コラム１３００と、画像処理装置５００とを備えている。ミニエンバイロメント１８００には、大気搬送ロボット、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ている（図示せず）。また、常に真空状態のトランスファーチャンバ１６１には、真空用搬送ロボットが設けられており（図示せず）、これにより、圧力変動によるパーティクル等の発生を最小限に抑制することが可能である。
【００５４】
メインチャンバ１６００には、水平面内（ＸＹ平面内）でＸ方向、Ｙ方向、およびθ(回転)方向に移動可能なステージ１００が設けられており、該ステージ１００上には静電チャック（図３の１２０）が設置されている。試料そのもの或いはパレットや冶具に設置された状態の試料は、この静電チャックによりステージ１００上に載置される。
メインチャンバ１６００の内部は、真空制御系１５００により、真空状態が保たれるように圧力制御される。また、メインチャンバ１６００、トランスファーチャンバ１６１０及びロードロック１６２０は、除振台１７００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。
【００５５】
メインチャンバ１６００には電子コラム１３００が設置されている。この電子コラム１３００には、図１に示した電子ビーム源３１０及び一次系レンズ３２０を含む一次光学系と、コンデンサレンズ３３０、Ｅ×Ｂ３４０、トランスファーレンズ３５０、ＮＡ調整用アパーチャ３６０板、及びプロジェクションレンズ３７０を含む二次光学系と、試料２００からの二次電子及びミラー電子を検出する検出器４００が設置されている。また、電子コラム１３００の関連構成要素として、試料の位置合わせに用いる光学的顕微鏡１４００や、レビュー観察に用いるＳＥＭ１４５０が備えられている。
【００５６】
検出器４００からの信号は、画像処理装置５００に送られて信号処理される。信号処理は、観察を行っているオンタイム中の処理と画像のみ取得して後で処理するオフライン処理の両方が可能である。画像処理装置５００で処理されたデータはハードディスクやメモリなどの記録媒体に保存される。また、必要に応じて、コンソールのモニタに表示することが可能である。例えば、観察領域・欠陥マップ・欠陥分類・パッチ画像等である。このような信号処理を行うため、システム制御部９５０が備えられている。また、電子コラム系１３００に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１１８０が備えられている。電子光学系制御電源１１８０には、電子ビーム源３１０の電子源３１１に電力を供給する電源６００と、該電源を制御する照射エネルギ制御手段が含まれ、また、後述する試料の電位を設定するための電源及びその制御手段、並びに、後述する集塵電極へ印加する電圧の電源及びその制御手段が含まれている。
【００５７】
次に、試料の搬送機構について説明する。ウェハ、マスクなどの試料は、ロードポート１９００より、ミニエンバイロメント１８００中に搬送され、その中でアライメント作業がおこなわれる。さらに、試料は、大気搬送ロボットによりロードロック１６２０に搬送される。ロードロック１６２０内では、真空ポンプ（図示せず）により、大気状態から真空状態となるように排気がなされる。この排気によりロードロック１６２０内が一定圧力（例えば、１Ｐａ程度）以下になると、試料は、トランスファーチャンバ１６１０に設けられた真空搬送ロボットによりロードロック１６２０からメインチャンバ１６００に搬送され、ステージ１００が有する静電チャック機構の上に設置される。
【００５８】
図２のシステムにおいては、写像投影型電子線装置すなわち電子光学系１３００とＳＥＭ型電子光学系１４５０に共通するステージ１００上に試料２００が搭載されるため、試料２００が写像投影型の電子光学系１３００とＳＥＭ型の電子光学系１４５０との間を移動したときに、座標関係が一義的に求まり、同一部位の特定を高精度で容易に行うことができる。
【００５９】
つまり、分離された別々の検査装置の間で試料の移動を行う場合、別々のステージに試料を配置する必要があるため、試料のアライメントを夫々行う必要があり、このように、試料のアライメントを行っても、同一場所の特定誤差は５〜１０μｍ以上となってしまう。特に、パターンのない試料の場合は、位置基準が特定できないため、その誤差は更に大きくなる。
【００６０】
この例によれば、写像投影型の電子光学系１３００とＳＥＭ型の電子光学系１４５０との間で試料２００の移動を行った場合でも、高精度で同一場所を特定できるので、高精度で場所の特定が可能となり、例えば１μｍ以下の精度が可能となる。これにより、パターン及びパターン欠陥の検査を写像投影型の電子光学系１３００で行った場合、その検出した欠陥の特定及び詳細観察（レビュー）をＳＥＭ型の電子光学系１４５０で行う場合に大変有効となる。つまり、場所の特定ができるので、存在の有無（無ければ擬似検出）が判断できるだけでなく、欠陥の正確なサイズや形状を高速に行うことが可能となる。別々の装置であるとパターン欠陥とその特定に多くの時間を費やしてしまう。
【００６１】
本発明によれば、写像投影型及びＳＥＭ型の電子光学系が同一チャンバに搭載されているシステムを用いることにより、特に、１００ｎｍ以下の超微小なパターンの検査とその判定及び分類を効率よく、また、高速に行うことができる。
【００６２】
次に、図３−図２３を参照して、本発明に係る、試料表面にパーティクル等の異物が付着することを防止するための構成について、詳細に説明する。以下の例では、試料２００として、表面層に導電性の薄膜、例えば、Ｓｉ（ドープを含む），Ｃｒ，ＴａＮ，ＴａＢＮ，ＣｒＮ，Ｒｕ，Ｔａ，ＷまたはＣｕ等の薄膜を有する矩形状のマスクまたは円形の半導体ウェハを使用する。薄膜の最表面は、ＴａＢＯ，ＴａＯまたはＳｉ０２等の絶縁膜であっても良い。また、マスクとしては、例えば、石英やクオーツ基板に薄膜が形成されているものや、ＳｉウェハにＬＳＩ用の回路パターン膜構造が形成されているものが用いられる。
【００６３】
図３は、図１に示した本発明に係る電子線検査装置のステージ１００及びその周囲の部分を詳細に示す縦断正面図であり、図４は、図３の横断平面図である。図３及び図４に示すように、本発明に係る電子線検査装置は、真空排気可能な真空チャンバ１１２を備え、該真空チャンバ１１２の内部に、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在なステージ１００が配置されている。そして、ステージ１００の上面に、この例では、矩形状のマスクからなる試料２００を保持したホルダ１１８が静電チャック１２０を介して設置されている。
【００６４】
ステージ１００は、試料（マスク）２００の有効領域の撮像や欠陥検査が可能なように、試料２００の有効距離＋助走距離（検査最高速度＊速度安定化時間）のストロークの移動領域を有している。例えば、Ｘ方向及びＹ方向の試料２００の有効距離３００ｍｍで、助走距離１００ｍｍ／ｓ＊０．５ｓ＝５０ｍｍのとき、ステージ１００は、４００ｍｍのストロークの移動領域を有する。
【００６５】
ステージ１００上に設置された試料２００と所定間隔離間して、該試料２００の全周囲を包囲する位置に、矩形枠状に連続して延びる、横断面矩形状の集塵電極１２２が配置されている。更に、ステージ１００に配置された試料（マスク）２００及び集塵電極１２２の上方に位置して、中央に貫通孔１２４ａを有する隙間制御板１２４が、真空チャンバ１２の内周面と僅かな隙間を持って水平に配置されている。この貫通孔１２４ａ内には、電子線検査装置の光学系要素すなわちコンデンサレンズ３３０が位置し、このコンデンサレンズ３３０を通して、ステージ１００上に配置された試料２００の表面に電子線が照射される。貫通孔１２４ａの大きさは、コンデンサレンズ３３０の外形よりも僅かに大きな大きさに設定されている。
【００６６】
集塵電極１２２は、磁場による電子線の曲がりや軌道変化を除くため、リン青銅やＴｉ等の非磁性材料で構成されている。電子線には、一次系の照射電子線、試料２００から放出される二次放出電子線及び試料２００の近傍で反射するミラー電子線等が含まれる。
【００６７】
隙間制御板１２４は、例えばリン青銅、ＴｉまたはＳＵＳ材等の、例えば板厚が０．３〜５ｍｍの平板で構成されている。電位を安定させたり汚染を防止したりするため、隙間制御板１２４として、Ａｕ，Ｐｔ，ＲｕまたはＯｓ等がコーティングされているものを用いることが好ましい。そして、隙間制御板１２４は、ステージ１００がその移動領域内を移動しても、集塵電極１２２が隙間制御板１２１の外側にはみ出さない領域をカバーする大きさに設定されている。これにより、ステージ１００が移動して、ステージ１００に配置された試料２００が真空チャンバ１１２内の最も偏った位置に移動した時に電界分布が崩れてパーティクルの軌道が変化することを防止して、パーティクルが試料２００まで飛んできて該試料の表面に付着することを防止することができる。なお、隙間制御板１２４は、必ずしも必要ではない。このことは、以下の各例においても同様である。
【００６８】
この例では、図４に示すように、矩形枠状に連続した集塵電極１２２を使用して、ステージ１００上に配置した試料２００の全周囲を集塵電極１２２で一体に包囲し、これによって、集塵電極１２２の長さ方向に沿った位置に隙間が生じて電界の不均一な部位が生じ、いわゆる電界の隙間から、パーティクルが集塵電極２２で包囲された内部に侵入してしまうことを防止することができる。
【００６９】
集塵電極１２２は、必ずしも試料２００の全周囲を包囲する必要はなく、集塵電極１２２で形成される電界が試料２００の周囲を包囲できれば良い。例えば、図５に示すように、直線状に延びる４つの集塵電極１２２ａを試料２００の各辺のほぼ全長に亘って延びるように配置して、試料２００の角近傍を除いてほぼ全外周を集塵電極１２２ａで包囲するようにしても良く、また図示しないが、直線状に延びる集塵電極が途中で互いに分離されるようにしてもよい。この場合、互いに隣接する集塵電極の間に電界の歪みが発生するが、集塵電極によって必要な電位の分布が得られればよい。例えば、二次元で考えて、集塵電極の幅をＤ、集塵電極の電極間の距離をＬとした時、Ｄ／Ｌ≧４であれば問題ない。このことは、以下の各実施例においても同様である。
【００７０】
図３〜図５に示した例では、試料２００として矩形のマスクを使用している。円形の半導体ウェハを試料として使用する時には、図６に示すように、ステージ１００上に円形のホルダ１１８ａで保持した円形の試料（半導体ウェハ）２００ａを設置し、該試料の周囲に円形リング状に連続した集塵電極１２２ｂを配置することで、試料２００ａの全周囲を一体に包囲する。この場合、図７に示すように、半円状の一対の集塵電極１２２ｃを真円となるように互いに対峙させて配置して、ステージ１００上に配置した円形の試料（半導体ウェハ）２００ａのほぼ全周囲を集塵電極１２２ｃで包囲するようにしても良く、また図示しないが、３以上の集塵電極を円周方向に沿って延びるように互いに離間させて配置するようにしても良い。
いずれの場合にも、ステージ１００上に配置された試料２００を取り囲む１又は複数の全ての集塵電極１２２に所定の電圧が印加して集塵を行い、その後に、電子ビーム源３１０（図１参照）から電子ビームを発生して、ステージ１００上の試料２００に電子ビームが照射される。そして、これにより試料から放出された二次電子又は試料表面及びその近傍から反射されたミラー電子を、検出器４００（図１参照）で検出し、画像処理装置５００において画像処理が行われ、試料表面の画像が得られる。
【００７１】
図８は、試料２００、集塵電極１２２及び隙間制御板１２４を拡大して示す図である。図８に示すように、試料２００には、該試料の表面に所定の電圧を印加する第１電源１２８が接続され、集塵電極１２２には、該集塵電極に所定の電圧を印加する第２電源１３０が接続される。集塵電極１２２の厚さは、例えば０．１〜５ｍｍである。集塵電極１２２の幅Ｗ１は、広ければ広い程良いが、広くなればなる程、真空チャンバ１１２内に占める集塵電極１２２のサイズが大きくなるため、一般には５〜５０ｍｍである。試料２００と集塵電極１２２との距離Ｌ１は、集塵電極１２２の幅Ｗ１との関係で、例えば０．５Ｌ１＜Ｗ１＜５Ｌ１の関係を満たす範囲で用いることが好ましい。
【００７２】
この例では、第１電源１２８を通して、試料２００の表面に、例えば−１〜−５ｋＶの電圧が印加され、集塵電極１２２には、第２電源１３０を通して、試料２００に印加される電圧と同じ極性で、試料２００に印加される電圧よりも絶対値が、例えば０．５〜５ｋＶ大きな電圧が印加される。つまり、例えば試料２００に−３ｋＶの電圧が印加される時には、集塵電極１２２には、−３．５〜−８ｋＶ、例えば−５ｋＶの電圧が印加される。
【００７３】
真空チャンバ１１２は、鉄材やアルミニウムなどの金属材料製でアース電位である。そして、真空チャンバ１１２の内部に存在するパーティクル等の異物が静電気等により帯電すると、試料２００の電位が負の場合では、正に帯電したパーティクル等の異物が電界に引かれて試料２００に向けて飛んでくる。
【００７４】
この例によれば、負の電位が印加される試料２００の全周囲を集塵電極１２２で包囲し該集塵電極１２２に試料２００に印加される電圧よりも負に大きな電圧を印加することにより、電界に引かれて飛んでくるパーティクル等の異物の大部分を集塵電極１２２で捕捉することができ、パーティクル等の異物が試料２００に向けて飛んで行って該試料の表面に付着する確率を大幅に低減することができる。これによって、試料２００の表面に異物が付着することを大幅に低減することができる。
【００７５】
この例では、さらに、集塵電極１２２から離れた軌道を通って試料２００の表面にパーティクル等の異物の付着を防止する隙間制御板１２４を備えている。隙間制御板１２４を備えることにより、集塵電極２２から離れた軌道を通るパーティクル等の異物に対する集塵電極１２２の吸引力が落ち、このため集塵電極１２２にパーティクル等の異物が捕捉される確率が距離に反比例して落ちる。異物補足の確率を低下させないために、試料２００に負の電圧を印加するとき、試料２００と集塵電極１２２との間の電界強度Ａが負（Ａ＜０）となるようにすることで、集塵電極１２２の吸引力を上げて、集塵電極１２２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を高めることができる。その上で、隙間制御板１２４と集塵電極１２２との間の電界強度（絶対値）Ｂが０．１≦Ｂ（絶対値）≦１０ｋＶ／ｍｍの関係を持つようにすることで、集塵電極１２２にパーティクル
等の異物が捕捉される確率を更に高めることができる。
【００７６】
例えば、試料２００に−１〜−５ｋＶの負の電圧を印加し、集塵電極１２２に試料２００に印加する負の電圧より−０．５〜−５ｋＶだけ負に大きな−１．５〜−１０ｋＶの負の電圧を印加する。隙間制御板１２４がアース電位のとき、試料２００と集塵電極１２２との距離Ｌ１＝１０ｍｍ、隙間制御板１２４と集塵電極１２２との距離Ｚ１＝８ｍｍとすると、試料２００と集塵電極１２２と間の電界強度Ａは負（Ａ＜０）となり、隙間制御板１２４と集塵電極１２２との間の電界強度（絶対値）Ｂ＝０．１９〜１．２５ｋＶ／ｍｍ（＝１．５〜１０ｋＶ／８ｍｍ）、特に、集塵電極１２２に−５ｋＶの電圧を印加すると、電界強度（絶対値）Ｂ＝０．６２５ｋＶ／ｍｍ（＝５ｋＶ／８ｍｍ）となって、有効な条件となる。このとき、空間の耐電圧として、１０ｋＶ／ｍｍを超えないようにすることで、空間で放電が起きることを防止することができる。
【００７７】
図９は、ステージ１００の詳細を示す。図９に示すように、ステージ１００は、Ｘステージ１３２とＹステージ１３４とを互いに積層して構成され、Ｘステージ１３２とＹステージ１３４との間には超音波モータ１３６が介装されている。ステージ１００の上面の集塵電極１２２の外方を包囲する位置には、上端が集塵電極１２２の上方に達する第１防塵カバー１４０が配置され、超音波モータ１３６の外側方には、該超音波モータ３６の収納部の開口端を閉塞する第２防塵カバー１４２が配置されている。
【００７８】
第１防塵カバー１４０を設置することで、試料２００の表面に向けてパーティクル等の異物が飛散して該表面に付着するのを防止することができる。また、パーティクルの発生源となる超音波モータ１３６の外側方に第２防塵カバー１４２を配置することで、超音波モータ１３６から飛散するパーティクル等の異物が真空チャンバ１１２の内部に飛散することを防止することができる。パーティクル等の異物の発生源から真空チャンバ１１２の内部にパーティクル等の異物が飛散することを防止することは、ピエゾアクチュエータ等の壁面を擦って駆動するタイプのモータ等を使用する場合に特に有効である。
【００７９】
この例では、図１０に詳細に示すように、真空チャンバ１１２の内部に密閉構造の配線ボックス１５０が配置されている。この配線ボックス１５０は、ケーブルの曲げや擦れによって該ケーブルから発生するパーティクル等の異物が真空チャンバ１１２の内部に飛散することを防止するためのものである。この例では、試料２００が配置されたステージ１００の移動等に伴うケーブル１５２の曲げが発生する部位が全て配線ボックス１５０の中に入っている。より詳細に説明すると、試料２００に所定の電圧を印加するための電源（図１の８００、図１１〜図１４の１２８）及び集塵電極１２２に所定の電圧を印加するための電源（図１１〜図１３の１３０）は、配線ボックス１５０の外部に設けられている。これら外部電源と端子台１５６との電気的接続は、端子台１５６から延びるケーブル（不図示）、及び、真空チャンバ１１２に設置されているフィードスルーを介して、外部電源に接続される。端子台１５６には、試料及び集塵電極への電源電圧印加用の２対の端子が設けられており、また、ケーブル１５２は電源電圧搬送用の２対の電源線を含み、２対の電源線それぞれの一端が端子台１５６の２対の端子に電気的に接続されている。なお、図示のように、ケーブル１６０の一端は、端子台１５６の近傍に配置された移動可能な移動板１５８に機械的に固定されている。移動板１５８と端子台１５６との間のケーブルの長さは、移動板１５８の移動範囲を考慮して余裕をもって設定される。一方、ステージ１００には固定板１５４が固定されており、該固定板にも、試料及び集塵電極への電圧印加用の２対の端子が設けられており、これら端子に、ケーブル１５２の対応する電源線が電気的に接続されかつ機械的に結合される。
そして、図示のように、ステージ１００に固定した固定板１５４に接続されたケーブル１５２は、ステージ１００から配線ボックス１５０に向けて直線状に延び、配線ボックス１５０に設けたスリット１５０ａを通過して配線ボックス１５０の内部に達し、しかる後、下方に向けて１８０°屈曲して反転している。そして、上述したように、ケーブル１５２の他端は、配線ボックス１５０の内部に配置した移動板１５８に機械的に固定されかつ先端が端子台１５６に接続されている。これにより、ステージ１００がＸ方向に移動した時、ケーブル１５２の配線ボックス１５０内の屈曲部１５２ａのみに曲げが生じる。
【００８０】
配線ボックス１５０の内部には、Ｙ方向（図１０の紙面に直交する方向）に沿って延びてケーブル１５２の案内となるガイドローラ１６０が配置されており、ステージ１００がＹ方向に移動した時に、ローラガイド１６０に沿ってＹ方向に移動し、かつ移動板１５８が移動するので、移動板１５８までのケーブル１５２にＹ方向のストレスが掛からないようになっている。
なお、上記した実施形態においては、移動可能な移動板１５８を設けているが、ケーブル１５２の屈曲部５２ａの伸縮のみによって、ステージ１００のＸ方向及びＹ方向の移動に伴うケーブル１５２の変動を吸収できるようにすれば、移動板の代わりに固定板を用いてケーブル５２を機械的に固定してもよい。
【００８１】
このように、ケーブル１５２の曲げ部が全て配線ボックス１５０内にあり、かつ、配線ボックス１５０の外部に通じる孔が小さいために、配線ボックス１５０内で発生したパーティクル等の異物が配線ボックス１５０の外に出る確率が大幅に減少して、その大部分が配線ボックス１５０の内壁に付着する。更にこの例では、配線ボックス１５０の内部に配線ボックス用の集塵電極１６２を配置し、該集塵電極１６２にパーティクル等の異物捕捉用の電圧を印加することにより、配線ボックス１５０からパーティクル等の異物が外側に飛散する確率をより大幅に低下させることができる。
【００８２】
なお、（１）ケーブルの長さを揃える、（２）インシュロック等でケーブルを固定して補正する、（３）ケーブルをフラットケーブルにする、といった対策を施すことで、複数のケーブルの擦れによるパーティクル発生を低減することができる。つまり、複数のケーブルの長さを揃えて固定すると、ケーブル束が一体となり、ステージが移動したときにケーブルに曲がりが生じるが、そのときのケーブル相互の擦れを低減させて、パーティクル等の異物の発生を低減させることができる。また、ケーブルをフラットケーブルにすることにより、複数の配線を一つのケーブルにすることが可能となり、ケーブル相互の擦れが無くなる。なお、多数配線を有するフラットケーブルが直ぐに使用できないときには、上記（１）と（２）とを組合せることが有効である。
【００８３】
上記の例では、横断面矩形状の集塵電極１２２を使用しているが、図１１に示すように、横断面円形の集塵電極１２２ｄを使用してもよい。この集塵電極１２２ｄの直径Ｄは、試料２００と集塵電極１２２ｄとの距離Ｌ２との関係で、０．５Ｌ２＜Ｄ＜５Ｌ２の関係を満たす範囲で用いることが好ましい。集塵電極１２２ｄの直径Ｄをこれより小さくすると集塵電極１２２ｄの捕捉確率が低下し、これより大きくても集塵電極１２２ｄの捕捉確率は変わらず、場合によっては、余計なパーティクル等の異物の捕捉を誘引することになる。
【００８４】
また、上記の例では、試料２００と所定間隔離間した位置に集塵電極１２２を配置し、試料２００に印加される電圧と同じ極性で試料２００に印加される電圧よりも絶対値が大きな電圧を集塵電極１２２に印加するようにしているが、図１２に示すように、試料２００の外周縁部に内周縁部を接触させつつ、該試料の全周囲を包囲するように、矩形枠状に連続した、横断面矩形状の集塵電極１２２ｅを配置し、第１電源１２８を通じて試料２００に印加される電圧と同じ電圧を、第２電源１３０を通じて集塵電極１２２ｅに印加するようにしても良い。この集塵電極１２２ｅの厚さは、例えば０．１〜５ｍｍで、幅Ｗ２は、前述の集塵電極１２２と同様で、例えば５〜５０ｍｍである。
【００８５】
図１２の例では、試料２００の外形よりも小さい内形を有する集塵電極１２２ｅを使用し、集塵電極１２２ｅの内周縁部を試料１６の外周縁部に接触させているが、図１３に示すように、矩形枠状で、内形を試料２００の外形より僅かに大きくした集塵電極１２２ｆを使用し、試料２００の全周囲を集塵電極１２２ｆが僅かな隙間Ｓを空けて包囲するように、該集塵電極１２２ｆを配置するようにしても良い。この隙間Ｓは、例えば１〜５００μｍである。
【００８６】
図１２の例では、第１電源１２８を通して、試料２００に、例えば−１〜−５ｋＶの負の電圧が印加され、集塵電極１２２ｅにも、第２電源１３０を通して、試料２００に印加される電圧と同じ電圧、つまり、例えば試料２００に−３ｋＶの電圧が印加される時には、−３ｋＶの電圧が印加される。
【００８７】
前述と同様に、試料２００の電位が負の場合では、正に帯電したパーティクル等の異物が電界に引かれて試料２００に向けて飛んでくる。図１２の例によれば、試料２００の電位と同電位の集塵電極１２２ｅが試料２００の全周囲を包囲する位置に配置されているため、電界に引かれて飛んでくるパーティクル等の異物の大部分は、集塵電極１２２ｅで捕捉される。このように、試料２００の周囲に配置した集塵電極１２２ｅでパーティクル等の異物の大部分を捕捉することができるので、試料２００の表面に飛んできて該表面に付着するパーティクル等の異物を少なくし、これによって、試料２００の表面に異物が付着するのを防止することができる。
【００８８】
図１２の例では、集塵電極１２２ｅと隙間制御板１２４との距離をＺ２とした時、集塵電極１２２ｅの幅Ｗ２との関係で、Ｗ２＞４Ｚ２の時に特に効果的である。また、集塵電極１２２ｅと隙間制御板１２４と間の電圧密度Ｂの大きさ（絶対値）を０．１ｋＶ／ｍｍより大きくした時（Ｂ（絶対値）＞０．１ｋＶ／ｍｍ）、更に有効になる。
【００８９】
図１４は、前述の図８に示す例と図１２に示す例とを組合せた更に他の例を示す。この例では、試料２００の外周縁部に内周縁部を接触させつつ、該試料の全周囲を包囲するように、例えば矩形枠状に連続した、横断面矩形状の第１集塵電極１７０を配置し、第１集塵電極１７０と所定間隔離間した位置に、該第１集塵電極１７０の全周囲を包囲するように、例えば矩形枠状に連続した、横断面矩形状の第２集塵電極１７２を配置している。そして、第１集塵電極１７０には第２電源１７４を接続し、第２集塵電極１７２には第３電源１７６を接続している。
【００９０】
なお、上述のように、直線状に延びる第２集塵電極を第１集塵電極の各辺のほぼ全長に亘って延びるように配置して、第１集塵電極のほぼ全外周を第２集塵電極で包囲するようにしても良く、また直線状に延びる第２集塵電極が途中で互いに分離されるようにしてもよい。
【００９１】
図１４の例では、前述と同様に、第１電源１２８を通して、試料２００に、例えば−１〜−５ｋＶの電圧が印加され、第１集塵電極１７０に、試料２００に印加される電圧と同じ電圧、例えば試料２００に−３ｅＶが印加されるときには−３ｅＶが印加される。更に、第２集塵電極１７２には、試料２００に印加される電圧と同じ極性で試料２００に印加される電圧よりも絶対値が、例えば０．５〜５ｋＶ大きな電圧が印加される。つまり、例えば試料２００に−３ｋＶの電圧が印加される時には、第２集塵電極１７２には、−３．５〜−８ｋＶ、例えば−５ｋＶの電圧が印加される。
【００９２】
この例にあっても、前述の図８等に示す例とほぼ同様に、試料１６に負の電圧を印加する時、試料２００と第２集塵電極１７２との間の電界強度Ａが負（Ａ＜０）となるようにすることで、第２集塵電極１７２の吸引力を増大して、第２集塵電極１７２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を高めることができる。その上で、隙間制御板１２４と第２集塵電極１７２との間の電界強度（絶対値）Ｂが０．１≦Ｂ（絶対値）≦１０ｋＶ／ｍｍの関係を持つようにすることで、第２集塵電極１７２にパーティクル等の異物が捕捉される確率を更に高めることができる。
【００９３】
第１集塵電極１７０は、前述の図１１に示す集塵電極１２２ｅと同様に、厚さは、例えば０．１〜５ｍｍで、幅Ｗ３は、例えば５〜５０ｍｍである。また、第２集塵電極１７２は、前述の図６に示す集塵電極１２２と同様に、厚さは、例えば０．１〜５０ｍｍで、幅Ｗ４は、例えば５〜５０ｍｍ程度である。
【００９４】
そして、例えば、試料２００及び第１集塵電極１７０に、−１〜−５ｋＶの負の電圧を印加し、第２集塵電極１７２に試料２００及び第１集塵電極１７０に印加する負の電圧より−０．５〜−５ｋＶだけ負に大きな−１．５〜−１０ｋＶの負の電圧を印加する。隙間制御板１２４がアース電位のとき、隙間制御板１２４と第２集塵電極１７２との距離Ｚ８＝８ｍｍとすると、試料２００と第２集塵電極１７２と間の電界強度Ａは負（Ａ＜０）となり、隙間制御板１２４と第２集塵電極１７２との間の電界強度（絶対値）Ｂ＝０．１９〜１．２５ｋＶ／ｍｍ（＝１．５〜１０ｋＶ／８ｍｍ）、特に、集塵電極１２２に−５ｋＶの電圧を印加すると、電界強度（絶対値）Ｂ＝０．６２５ｋＶ／ｍｍ（＝５ｋＶ／８ｍｍ）となって、有効な条件となる。このとき、空間の耐電圧として、１０ｋＶ／ｍｍを超えないようにすることで、空間で放電が起きることを防止することができる。
【００９５】
図１５〜図１７を参照して、パーティクル等の異物の付着防止について、されに詳細に説明する。
図１５に示すように、並行平板からなる電極間の平等電界中（ｑ＋＝ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。しかし、電界が不平等電界の場合、誘電分極によって生じた電荷によってパーティクルは飛散してしまう。また、図１６に示すように、一方を平板とした一対の電極間の不平等電界中（ｑ＋≠ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在すると、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極して飛散するが、図１７に示すように、一方を平板とした一対の電極間の平等電界中（ｑ＋＝ｑ−）では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。
【００９６】
このように、図１６及び図１７に示すように、パーティクル等の異物が飛散する確率は、パーティクル等の異物が誘電分極する前に有している初期電荷ｑ０に大きく支配されると考えられる。この残留物が有する初期電荷ｑ０は、主に真空排気時の空気の流れによって生じる静電気で付与されると考えられる。
【００９７】
図１８は、電子線検査装置に備えられる他の真空チャンバ１１２ａを示す。この真空チャンバ１１２ａの内部には、試料２００を配置するステージ１００と、電子線検査装置の一次電子光学系及び二次電子光学系が配置される。真空チャンバ１１２ａには、２つの真空ポンプ１９０ａ，１９０ｂが接続され、これら２つの真空ポンプには、共通のドライポンプ１９２が接続されている。そして、真空チャンバ１１２ａの内部には、真空チャンバ１１２ａの清掃によって除去できなかったパーティクル等の異物（残留物）を静電気で帯電させないために、Ｘ線やＵＶ線を用いて気体を電離させ、その電離気体で電離気体中にある物体の表面の静電気を除去する除電装置１９４が設置されている。
【００９８】
図１８の例よれば、真空チャンバ１１２ａ内の真空排気を開始するのと同時に若しくは真空排気を開始するより前に除電装置１９４を動作させ、また、真空チャンバ１１２ａ内の真空排気を行っている真空排気中も、除電装置１９４を動作させ続ける。つまり、真空チャンバ１１２ａ内の空気の流れが無くなり、空気の流れによって静電気が発生しなくなるまで、除電装置１９４を動作させ続ける。このようにして、真空チャンバ１１２ａ内のパーティクル等の異物（残留物）の帯電を防止し、その初期電荷ｑ０＝０（図１６参照）とすることで、不平等電界による誘電分極が引き起こす飛散の確率を低下させることができる。
【００９９】
また、真空チャンバの清掃によって除去できずに真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物は、例え微小軽量であっても、重力の作業で、真空チャンバ内の平面構造の上面に沈殿する。
【０１００】
図１９は、例えば図２に示す真空チャンバ１１２や図１８に示す真空チャンバ１１２ａの内部の上面、底面及び側面を構成する平面構造の一例を示す斜視図であり、図２０は、図１９の断面図である。図１９及び図２０に示すように、例えば真空チャンバ１１２または１１２ａ（図２及び図１８参照）の平面構造は、内面に多数の格子状の穴１９６ａが設けられた壁体１９６で構成されている。このように、壁体１９６の内面に多数の格子状の穴１９６ａを設けることで、この穴１９６ａの底部に真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物Ｐをその重力によって沈殿させる。図２０に示すように、格子状の穴１９６ａの静電シールド効果によって、格子状の穴１９６ａの底までは電界が入り込まず、このため、格子状の穴１９６ａの底部に沈殿した異物（残留物）Ｐは、静電気による引力を受けることなく飛散することはない。これによって、例えば真空チャンバ１１２または１１２ａの内部に配置された試料２００の表面に、真空チャンバ１１２または１１２ａ内に残留するパーティクル等の異物が付着することを防止することができる。
図１９の実施例においては、壁体１９６に格子状すなわち行列状に複数の穴１９ａを設けているが、穴の数は１以上の任意の数であってもよく、穴の大きさは、該穴に沈殿したパーティクル等が静電シールド効果によって飛散することがないように設定すればよい。また、複数の穴を設けた場合、格子状に配列することなく、任意の配列とすることができる。
【０１０１】
図２１は、図１に示す真空チャンバ１１２または図１８に示す真空チャンバ１１２ａの平面構造を構成する壁の他の例を示す斜視図であり、図２２は、図２１の断面図である。図２１及び図２２に示すように、真空チャンバ１１２または１１２ａ（図２及び図１８）の平面構造は、平板状の壁体１９８と該壁体１９８と所定間隔離間して平行に敷設されたメッシュ構造の平板１９９とから構成される。メッシュ構造の平板１９９は、網目状、網状などの金属性の板で構成され、独立した電源１０２に接続されている。
【０１０２】
図２１及び図２２に示した実施例においては、真空チャンバ１１２または１１２ａ内に残留するパーティクル等の異物Ｐを、その重力によって、メッシュ構造の平板１９９を通過させて壁体１９８の表面に到達させる。壁体１９８は、メッシュ構造の平板１００に覆われているため、電界は、メッシュ構造の平板１９９で遮られて壁体１９８の表面まで到達しない。このため、壁体１９８の表面に到達した異物（残留物）Ｐは、静電気による引力を受けることなく飛散することはない。これによって、例えば真空チャンバ１１２または１１２ａの内部に配置された試料の表面に真空チャンバ１１２または１１２ａ内に残留するパーティクル等の異物が付着することを防止することができる。
【０１０３】
特に、メッシュ構造の平板１９９に独立して電圧が印加できるようにすることで、真空チャンバ内に残留するパーティクル等の異物Ｐをメッシュ構造の平板１９９に積極的に誘引し、異物Ｐの重力の作用と相まって、該異物Ｐを、例えば真空チャンバ１１２または１１２ａの平面構造を構成する壁体１９８の表面に沈殿させ且つ沈着させることができる。
【０１０４】
次に、本発明に係る、試料２００の表面に絶縁領域と導電領域とが形成されている場合に、試料表面の画像を高コントラストで行うことができるようにするための構成を説明する。
【０１０５】
図２３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示した写像投影型の電子線検査装置を用いて画像を取得する場合の、撮像用の電子ビームの照射エネルギと取得された画像中の材料コントラストとの関係の一例を示した図である。材料コントラストとは、導電材料から発生する電子と絶縁材料から発生する電子との差に起因して形成されるコントラストを意味する。図２３（Ａ）は照射エネルギ帯域により得られる画像の一例を示した図であり、図２３（Ｂ）は撮像用の電子ビームの照射エネルギと検出器電流との相関関係を示したグラフである。
【０１０６】
図２３（Ｂ）において、横軸は撮像用の電子ビームの照射エネルギ（ランディングエネルギ（ＬＥ）とも称される）を示し、縦軸は検出器４００における検出器電流の大きさを示している。また、図２３（Ｂ）において、実線は１０〜３００μｍのアパーチャ径を有するＮＡ調整用アパーチャ板３６０を用いた場合の特性曲線であり、一点鎖線は、１０００〜３０００μｍのアパーチャ径を有するＮＡ調整用アパーチャ板３６０を用いた場合の特性曲線である。この図に示した例では、ランディングエネルギ（ＬＥ）２〜１０ｅＶは「二次電子領域」、−２〜２ｅＶは「遷移領域」、−２ｅＶ以下は「ミラー電子領域」である。
【０１０７】
なお、「二次電子」とは、電子ビームが試料２００の表面に衝突し、これにより試料２００から放出される電子のことを言う。二次電子は、試料表面に電子ビームが衝突し、試料２００から放出される電子であれば、いわゆる二次電子の他、入射エネルギと反射エネルギが略等しい反射電子や、後方に散乱する後方散乱電子等を含んでよいが、「二次電子領域」において主として検出されるのは、試料２００からの放出の仕方がコサイン則に従う二次電子である。
【０１０８】
また、「ミラー電子」とは、試料２００の表面に向かって照射された電子ビームが、試料表面に衝突せず、試料表面の近傍で進行方向を逆向きとして反射する電子のことを意味する。例えば、試料表面の電位が負電位であり、電子ビームのランディングエネルギが小さい場合には、電子ビームは試料表面近傍の電界により、試料表面に衝突せず、逆向きに進行方向を変える現象が認められる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法においては、このような、試料表面に衝突することなく、進行方向を逆向きとして反射した電子をミラー電子と称する。
【０１０９】
図２３（Ｂ）において、ランディングエネルギ（ＬＥ）２〜１０ｅＶの二次電子領域では、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のアパーチャ径の相違により、検出電流が大きく異なっている。これは、二次電子の試料表面放出角がコサイン則で表されるため、ＮＡ調整用アパーチャ３６０の位置での電子の広がりが大きいためである。
【０１１０】
そして、ランディングエネルギ（ＬＥ）を２ｅＶ以下に低下させるに従い、ミラー電子が少しずつ増加し、ミラー電子と二次電子が混在する「遷移領域」となるが、図２３（Ｂ）に示すように、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のアパーチャ径の大きさの相違による検出器電流の差は小さい。
【０１１１】
また、ランディングエネルギ（ＬＥ）が−２ｅＶ以下になると、ミラー電子領域に入って二次電子の放出は認められなくなり、ミラー電子の放出量は一定となる。この領域では、検出器電流は、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のアパーチャ径に依存しない。このことから、ミラー電子は、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置では、φ３００μｍ以下でφ１０μｍ以上のあたりに集束していると考えられる。これは、ミラー電子は、試料表面に衝突せず反射されるため、指向性が良く、直進性が高いためである。
【０１１２】
なお、図２３（Ｂ）に示した例において、アパーチャ径が１０μｍ未満の場合の特性曲線は実線で示したものと同様のものとなり、アパーチャ径が３０００μｍよりも大きい場合の特性曲線は破線で示したものと同様のものとなると考えられる。しかし、ここでは、ノイズ増大による測定限度の理由から、アパーチャ径を１０μｍ以上、及び、３０００μｍ以下とした。
【０１１３】
図２４は、試料の表面の構造情報を得たミラー電子と二次電子の角度の相違を模式的に示した図で、横軸が実効ランディングエネルギ（ＬＥ）である。図２４において、ミラー電子領域と遷移領域のそれぞれについて、実効ランディングエネルギと電子の挙動との関係が示されている。
【０１１４】
図２４には、実効ランディングエネルギ（ＬＥ）が０ｅＶ以下の領域がミラー電子領域となる例が示されている。この図に示したように、ミラー電子は、照射電子ビームが試料表面に衝突することなく試料表面の前方に反射する。この場合、照射ビームが試料表面に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料表面に対して垂直に反射する。その結果、ミラー電子の進行方向は一定となる。
【０１１５】
これに対して、遷移領域においては、照射電子ビームのうちのある部分は試料表面に衝突することなく試料表面の前方に反射するミラー電子となるが、照射用の一部の電子ビームは試料表面に衝突して試料の内部から外部へと二次電子を放出する状態となる。ここで、ミラー電子領域と同様に、照射ビームが試料表面に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料表面に対して垂直に反射し、ミラー電子の進行方向は一定となる。一方、二次電子の方は、その放出量が試料表面の法線と放出方向（観測方向）との成す角度の余弦に比例するように、いわゆる「コサイン則」に従い、種々の方向に放出される。そして、ランディングエネルギが高くなる程（図２４の右側になる程）、二次電子のミラー電子に対する割合が高くなる。
つまり、図２４に示すように、ミラー電子は進行方向が一定で良好な指向性を有するが、二次電子は、コサイン則に従って種々の方向に進行し指向性は高くないことが分かる。
【０１１６】
上述した例では、ランディングエネルギが−２ｅＶ〜２ｅＶの範囲が遷移領域、つまりミラー電子と二次電子が混在する領域となる。しかし、このようなランディングエネルギ範囲は観察対象となる試料により変動し得る。本発明者等は、種々の実験を重ねた経験から、遷移領域のランディングエネルギの照射電子ビームを利用すると、試料表面のパターンの高コントラスト観察、とりわけ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面を高コントラストで観察するのに効果的であることを見いだした。
【０１１７】
本発明者らの検討によれば、遷移領域の最低照射エネルギをＬＥＡとし最高照射エネルギをＬＥＢとしたときに、一次系の撮像用の電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されることが好ましいことが分かった。以下、これについて詳細に説明する。
【０１１８】
図２５は、ランディングエネルギ（ＬＥ）に対する試料表面の階調の変化を示した図である。階調は、検出器４００で取得する電子数に比例している。図２５に示すように、ランディングエネルギ（ＬＥ）がＬＥＡ以下の領域がミラー電子領域、ランディングエネルギー（ＬＥ）がＬＥＢ以上の領域が二次電子領域、ランディングエネルギ（ＬＥ）がＬＥＡ以上でＬＥＢ以下の領域が遷移領域である。
本発明者らが種々の実験を重ねた経験によれば、多くの場合、ＬＥＡ〜ＬＥＢが、−５ｅＶ〜＋５ｅＶの範囲が好ましい範囲であることが確認されている。
【０１１９】
そして、絶縁領域と導電領域でミラー電子の形成状況の差により階調差が生じ、当該階調差が大きいほど高いコントラストが形成されることになる。つまり、材料や構造の違いにより、ミラー電子の形成状況の差が生じて階調差が形成されるのである。取得された画像中の絶縁領域と導電領域との間に高いコントラストを生じさせるためには、上述したランディングエネルギ（ＬＥ）をどのように設定するのかが極めて重要である。具体的には、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ（例えば、−５ｅＶ〜＋５ｅＶ）の領域、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶ（例えば、−５ｅＶ〜＋１０（＝５＋５）ｅＶ）の領域のランディングエネルギ（ＬＥ）を用いるのが、高いコントラストを得るために大変有効である。
【０１２０】
再び図２３（Ａ）及び（Ｂ）に戻り、各発生電子領域における絶縁材料と導電材料とのコントラストについて説明する。なお、導電材料と絶縁材料は、導体又は絶縁体で形成された材料であれば、種々の材料を使用可能であるが、例えば、導電材料はＷ（タングステン）、絶縁材料はＳｉＯ２（シリコン酸化膜）等が使用可能である。
【０１２１】
図２３（Ａ）に、各発生電子領域のランディングエネルギ（ＬＥ）の照射用の電子ビームにより取得された画像中の材料コントラストの一例を示す。図２３（Ａ）には、二次電子領域、遷移領域及びミラー電子領域における材料コントラストの例が示されている。まず、ミラー電子領域における材料コントラストに着目すると、導電材料と絶縁材料とで輝度に差が無く、材料コントラストは得られない。これは、ミラー電子領域では、試料表面より手前ですべての照射電子が反射されるので、導電材料と絶縁材料との間に輝度の差、すなわち電子数の差が生じないためである。
【０１２２】
また、遷移領域と二次電子領域の何れにおいても、導電材料と絶縁材料とで輝度差が生じているが、遷移領域の方が、導電材料と絶縁材料の輝度差が大きく、その結果、材料コントラストが高くなっている。これは、遷移領域では、二次電子のみならず、指向性の高いミラー電子も検出されるため、その分だけ信号量が増加して輝度が高まるためであると考えられる。
このように、二次電子とミラー電子が混在する遷移領域で試料表面の画像を取得すれば、導電材料と絶縁材料との間の材料コントラストを高めることができる。
【０１２３】
なお、遷移領域において、撮像前に、予め試料表面に電子ビームの照射を行うと、導電材料の電位は接地電位のままである反面、絶縁材料は帯電してマイナス数ｅＶ程度電位が変化する。その結果、導電材料の構造情報を得た電子と絶縁材料の構造情報を得た電子とでは、そのエネルギ（速度）が異なることとなる。
【０１２４】
そして、このような速度の異なる電子がＥ×Ｂ３４０（図１）を通過する際には、下記の理由により、それぞれの速度に応じて軌道のずれ（軌道シフト）が生じる。
Ｅ×Ｂ３４０は、電場Ｅと磁場Ｂの発生手段であり、Ｅ×Ｂ３４０を通過する電子は、電場によるＦＥ＝ｅ・Ｅの力と、磁場によるＦＢ＝ｅ・（ｖ×Ｂ）の力を受ける。ここで、ｅは電子の電荷１．６０２×１０−１９Ｃであり、ＥおよびＢはそれぞれ、電場〔Ｖ／ｍ〕および磁場〔Ｗｂ／ｍ２〕である。
【０１２５】
これらの力のうち、電場によるＦＥ＝ｅ・Ｅの力は電子の速度ｖ〔ｍ／ｓ〕に依存しないのに対し、磁場によるＦＢ＝ｅ・（ｖ×Ｂ）の力は電子の速度ｖ〔ｍ／ｓ〕に依存する。
【０１２６】
通常は、導電性基板すなわち試料から出射された電子がＥ×Ｂ３４０を直進する条件（ウィーン条件）が設定されているが、上述した理由により電子の速度ｖ〔ｍ／ｓ〕が変化すると、磁場の作用により受ける力が変化するため、Ｅ×Ｂ３４０を通過した電子の軌道がシフトする。
【０１２７】
すなわち、上述したとおり、Ｅ×Ｂ３４０は、電子ビームの照射により試料表面の構造情報を得た電子の軌道を、電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて方向付けする手段である。そして、上述した電子軌道のシフトを利用して、導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子の何れか一方を、ＮＡアパーチャ３６１を通過させて、選択的に検出器４００に導くことが可能である。
なお、遷移領域は、二次電子とミラー電子が混在するエネルギ領域であるから、このエネルギ領域では、絶縁領域からの二次電子とミラー電子の電子軌道は何れも、シフトを生じる。
【０１２８】
図２６（Ａ）及び（Ｂ）は、試料２００の表面の構造情報を得た電子の軌道の一例を示した模式図で、図２６（Ａ）は電子軌道の側面図であり、図２６（Ｂ）は可動ＮＡアパーチャの下側から見た電子軌道の部分拡大図である。
【０１２９】
図２６（Ａ）において、試料２００には、試料用電源１２８により、負電位が印加されている。試料２００は、導電材料２０２の上を絶縁材料２０３が覆っており、絶縁材料２０３の切れ目であるホール２０４から、導電材料２０２が露出している。例えば、レチクルのコンタクト構造は、図２６（Ａ）に示す試料２００のように、ホール２０４の底面が導電材料２０２で構成された形状となっている場合が多い。なお、簡略化のため、電子線検査装置の構成要素としては、Ｅ×Ｂ３４０と、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０と、検出器４００のみが示されている。
【０１３０】
図２６（Ａ）において、電子ビームＥＢが右上方から射出され、Ｅ×Ｂ３４０により電子ビームが偏向されて試料２００に垂直に入射している。そして、試料表面の構造情報を得た電子のうち、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃは直進してＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１を通過する。一方、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉは、Ｅ×Ｂ３４０の作用により軌道がシフトし、ＮＡアパーチャ３６１の周辺のＮＡ調整用アパーチャ板３６０の部材に衝突して、ＮＡアパーチャ３６１を通過しない。その結果、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃは検出器４００に到達する一方、絶縁領域２０１の構造情報を得た電子ｅｉは検出器４００には到達しない。
【０１３１】
レチクルのコンタクト構造においては、試料２００の表面の大部分を絶縁材料２０３が占め、一部（ホール２０４の底面）に導電材料２０２を含む構造が多い。このような構造において、導電材料２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃのみを検出器４００に導き、絶縁材料２０１の表面構造情報を得た電子ｅｉを検出器４００に到達させないことにより、極めて高いコントラストの画像を取得することができる。
これとは逆に、絶縁材料２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉのみを検出器４００に導き、導電材料２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃを検出器４００に到達させないことによっても、極めて高いコントラストの画像を取得することができる。
【０１３２】
このようなコントラストの反転の手法は、特に、試料表面上の導電材料と絶縁材料の面積が同等程度のパターン中に存在する欠落欠陥（ショート欠陥）および開放欠陥（オープン欠陥）の検出に有効である。導電材料と絶縁材料の何れか一方の材料の面積が他方の材料の面積に比較して顕著に狭いパターンでは、広い面積の材料領域中に顕著に狭い面積の材料領域が点在する状態となる。広い面積の材料領域からの電子は検知器に至るまでの光路中で僅かに拡散するから、この拡散作用により、狭い面積の材料領域からの電子により得られる像は本来の像よりも小さなものとなり、欠陥検出がし難くなってしまう。例えば、シリコン基板上に設けられた広い絶縁領域中に、顕著に狭い面積のコンタクトプラグ形状の導電領域が点在して形成されている構造（コンタクトプラグ構造）では、導電領域からの電子により形成される画像は、絶縁領域からの電子の拡散（廻り込み）により、本来の面積よりも狭い画像として得られてしまう。
【０１３３】
なお、ここで、電子ｅｃ、ｅｉには、ミラー電子及び二次電子の双方が含まれるものとする。また、このような材料の種類に応じた発生電子の分離検出は、レチクルのみならず、半導体ウェハ等のライン／スペースパターンにおいても同様に適用することができる。
【０１３４】
図２６（Ｂ）は、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の下側から見た、ＮＡアパーチャ３６１と、導電材料２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃ及び絶縁材料２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの関係を説明するための拡大図である。
図２６（Ｂ）に示した例では、長方形状のＮＡ調整用アパーチャ板３６０の一部に形成された孔部であるＮＡアパーチャ３６１は、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃがＮＡアパーチャ３６１を通過させる一方、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉの大部分をＮＡ調整用アパーチャ板３６０により遮って、ＮＡアパーチャ３６１を通過できない位置に調整されている。
【０１３５】
ミラー電子についてみると、導電材料２０２と絶縁材料２０３の電子軌道は、ＮＡ調整用アパーチャ３６０の位置がクロスオーバー点となり、最小スポットの１００μｍとなる。よって、Ｅ×Ｂ３４０による軌道シフトを利用し、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０によって、光学的な分解能を失わずに導電材料２０２の構造情報を得た電子ｅｃを選択的に分離することが容易である。
【０１３６】
上述した帯電による、導電材料と絶縁材料との間の電位差が大きいほど、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置における位置移動も大きい。従って、当該帯電電位差を大きくすれば、大きな孔径のＮＡアパーチャ３６１を用いても、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉの分離が可能となる。そして、大きな孔径のＮＡアパーチャ３６１を用いることにより、検出電子数を増加させて画像を形成することが可能となる。
【０１３７】
なお、撮像用の電子ビームを照射する前に、試料２００の絶縁領域２０３に帯電電子ビームを照射する場合には、図１に示した電子ビーム源３１０、又は設置されている場合には帯電電子ビーム照射手段７００を用いて、検出器４００による撮像を行わない状態で、帯電電子ビームを試料２００の表面に照射すればよい。この場合、絶縁領域２０３にのみ帯電電子ビームを照射するようにしてもよいが、導電領域２０２は、帯電電子ビームを照射しても、表面電位はゼロ電位となるので、特に区別せず、所定の照射エネルギの帯電電子ビームを、試料２００の撮像領域に照射してもよい。
【０１３８】
図２７（Ａ）及び（Ｂ）は、高い材料コントラストを得るためのＮＡアパーチャ３６１の最適位置を、ミラー電子の場合と二次電子の場合のそれぞれについて説明するための図である。図２７（Ａ）は、ミラー電子の場合のＮＡ調整用アパーチャ板３６０の最適ＮＡアパーチャ３６１位置を示した図であり、図２７（Ｂ）は、二次電子の場合の最適ＮＡアパーチャ位置を示した図である。また、図２７（Ａ）及び（Ｂ）において、黒で示された円が、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃを示し、灰色で示された円が、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを示している。これらの図に示したように、ミラー電子と二次電子のそれぞれの軌道の広がりの相違により、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置におけるＮＡアパーチャ３６１の最適位置は異なる。
【０１３９】
図２７（Ｂ）において、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置において、導電領域２０２の構造情報を得た二次電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た二次電子ｅｉの電子軌道シフト量の差は約１００μｍであるが、これらの電子分布の大部分は重なっている。これは、上述したように、二次電子はコサイン則に従って種々の方向に進行するために指向性が高くないためである。よって、二次電子による材料コントラストを高めるためには、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１の中心を、導電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置に合わせるのが、最適であると考えられる。このような位置にＮＡアパーチャ３６１の中心を合わせると、試料２００の導電領域２０２から放出された電子ｅｃの最も電子密度の高い部分を中心として電子ｅｃを検出することができる。
【０１４０】
しかしながら、図２７（Ｂ）に示すように、絶縁領域２０３から放出された電子ｅｉの電子軌道も、ほぼ導電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道と重なっているため、両者を分離して検出することはできない。よって、二次電子の放出領域においては、材料コントラストは、導電領域２０２から放出された二次電子ｅｃと絶縁領域２０３から放出された二次電子ｅｉ自体の信号の相違に基づいて、両者を区別することになる。
【０１４１】
これに対して、図２７（Ａ）においては、導電領域２０２の構造情報を得たミラー電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得たミラー電子ｅｉでは、電子軌道シフト量の差が顕著に表れる。図２７（Ａ）に示した例では、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置において、導電領域２０２の構造情報を得たミラー電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得たミラー電子ｅｉの電子軌道シフト量の差は約１００μｍであるが、これらの電子分布の大部分は重ならず、実質的に分離されている。これは、上述したように、ミラー電子は進行方向が一定で良好な指向性を有するためである。
【０１４２】
このような場合、例えば、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃがＮＡアパーチャ３６１を総て通過する一方、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉが殆どＮＡアパーチャ３６１を通過できないような配置とすることが容易である。そして、そのようなＮＡアパーチャ３６１の位置調整を行えば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離し、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃのみを多く検出器４００に導くことができる。その結果、導電領域２０２と絶縁領域２０３の材料コントラストを高くすることができる。つまり、遷移領域において発生するミラー電子を利用すれば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを分離することが可能であり、その結果、高い材料コントラストの画像の取得が容易になる。
【０１４３】
通常、このような分離を行うためには、複数の磁界と電界から構成される色収差補正器（モノクロメータ）が必要であるが、本発明に係る電子線検査装置及び試料観察方法によれば、色収差補正器を設置しなくても、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０に設けるＮＡアパーチャ３６１の位置調整のみにより、高い材料コントラストの画像を取得することができる。
【０１４４】
なお、図２６及び図２７においては、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃを選択的に検出器４００に導き、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを検出器４００に導かない例を説明している。しかし、Ｅ×Ｂ３４０の設定とＮＡ調整用アパーチャ板３６０の配置及びアパーチャ３６１の径の調整により、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを選択的に検出器４００に導き、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃを検出器４００に導かない態様とすることが可能である。
【０１４５】
導電領域２０２の構造情報を取得した電子ｅｃと、絶縁領域２０３の構造情報を取得した電子ｅｉのうち、いずれの電子を選択的に検出器４００に導いて検出するかは、用途に応じて適宜自由に設定すればよい。
【０１４６】
上述したとおり、本発明に係る電子線検査装置は、絶縁領域と導電領域を有する試料表面に撮像用の電子ビームを照射する電子ビーム源と、該電子ビームの照射により試料表面の構造情報を得た電子が、撮像用の電子ビームの入射方向と逆向きに進行する速度に応じて、電界と磁界により前記電子を方向付けする電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）と、該電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）により方向付けされた電子を検出し、該検出された電子から試料表面の画像を取得する検出器と、撮像用の電子ビームの照射エネルギを、電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に設定する照射エネルギ設定手段と、開口数（ＮＡ）を定めるＮＡアパーチャの位置を面内で調整可能とするＮＡアパーチャ移動機構と、試料表面に電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させるための帯電電子ビーム照射手段とを備えている。そして、ＮＡアパーチャ移動機構によるＮＡアパーチャの位置調整により、上記Ｅ×Ｂの作用により方向付けが異なる導電領域の構造情報を得た電子と絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に検出器に導くことができる。
【０１４７】
また、画像処理装置５００に、導電領域の構造情報を得た電子により得られた画像により欠落欠陥（ショート欠陥）の存否を判定し、絶縁領域の構造情報を得た電子により得られた画像により開放欠陥（オープン欠陥）の存否を判定する演算機能（演算部）を設けることにより、電子線検査装置をショート欠陥及びオープン欠陥の検出装置として用いることができる。
【０１４８】
さらに、本発明の試料観察方法は、上記構成の電子線検査装置を用いて実行可能であり、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像取得と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像取得を行うことにより、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易に行うことができる。以下に、本発明の試料観察方法について説明する。
【０１４９】
本発明の試料観察方法では、絶縁領域と導電領域を有する試料表面に、試料表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に調整されるように撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）を調整し、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像取得と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像取得を行う。つまり、本発明の試料観察方法では、導電領域と絶縁領域とでコントラストが反転する関係にある条件下において、画像取得が行われる。
【０１５０】
上述したとおり、遷移領域において発生するミラー電子を利用すれば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを分離することが可能であり、その結果、高いコントラストの画像の取得が容易になる。本発明の試料観察方法はこの原理を利用するものであるので、該方法の特徴の理解を容易にするために、予め、導電領域と絶縁領域のコントラストの形成に関しての基本的な検討結果について説明をしておく。
【０１５１】
図２８（Ａ）は、図２６（Ａ）に関連して説明した試料２００の構造であって、試料２００が複数のコンタクトプラグを有する場合の断面構造を示した図であり、図２８（Ｂ）は、該コンタクトプラグ構造を有する試料２００の表面の取得画像の一例を示した図である。
【０１５２】
図２８（Ａ）において、半導体基板であるシリコン基板２０５の上に、絶縁領域２０３及び導電領域２０２が形成されている。絶縁領域２０３は、ＳｉＯ２で形成されている。また、導電領域２０２は、タングステン（Ｗ）の材料で、コンタクトプラグ形状で構成されている。試料の表面には、絶縁領域２０３をベースとした中に、複数の導電領域２０２が点又は円として形成されている。
【０１５３】
図２８（Ｂ）は、試料観察により取得された試料表面２０１の画像の一例を示した図である。この画像は、導電領域２０２から発生する電子を選択的に検出するようにＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１の位置の調整を行い、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得されたものである。その結果、絶縁領域２０３が黒く画像のベースを占め、その中から白い円形の導電領域２０２が浮かび上がるような高いコントラストの画像となっている。
【０１５４】
このように、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより、コントラストを高めることができる。その結果、絶縁領域２０３を導電領域２０２の区別が容易な画像を取得することができ、欠陥等の観察や検査も容易に行うことが可能となる。
【０１５５】
これとは逆に、絶縁領域２０３から発生する電子を選択的に検出するようにＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１の位置の調整を行えば、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像が取得されることとなるから、図２８（Ｂ）とは逆に、絶縁領域２０３が高輝度で白くなり、導電領域２０２が低輝度で白くなる画像が取得される。
【０１５６】
次に、高コントラストの画像を取得するための条件設定例について説明する。
図２９（Ａ）及び（Ｂ）は、高コントラストの画像を取得するためのランディングエネルギ（ＬＥ）条件を検討した結果を例示により説明するための図である。この例では、電子ビーム源３１０の電子源３１１のカソードの電圧を−３９９５〜−４００５ｅＶとして、試料２００の表面電圧を−４０００ｅＶに設定した。また、遷移領域は、ランディングエネルギ（ＬＥ）を−１ｅＶとして最適化を行った。電子ビームの照射電流密度は、０．１ｍＡ／ｃｍ２〕とし、検出器４００の画素サイズは、５０ｎｍ／ｐｉｘとした。ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１のアパーチャ径はφ１５０μｍとし、帯電電子ビームによるプレドーズ量は１ｍＣ／ｃｍ２とした。
【０１５７】
図２９（Ａ）は、上述の条件下で、電子ビームのランディングエネルギ（ＬＥ）を変化させ、図２８（Ａ）に示した断面構造を有するコンタクトプラグを観察した際のコントラストを測定した結果を纏めた表であり、図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【０１５８】
図２９（Ｂ）のグラフにおいて、横軸がランディングエネルギ（ＬＥ）、縦軸が取得された画像の平均階調を示している。絶縁領域の特性曲線は、略正方形の点を結んだ曲線として示され、導電領域の特性曲線は、菱形の点を結んだ曲線として示されている。また、絶縁領域と導電領域の平均階調から、コントラストを算出した結果が、三角の点を結んだ曲線として示されている。なお、コントラストは、下記の式（１）を用いて算出した。
コントラスト
＝｜導電材料の平均階調−絶縁材料の平均階調｜
／（導電材料の平均階調＋絶縁材料の平均階調） （１）
【０１５９】
図２９（Ａ）及び（Ｂ）において、ランディングエネルギ（ＬＥ）＝−１ｅＶのときに、コントラストが０．８で最高となっている。ランディングエネルギ（ＬＥ）＝−１ｅＶは、既に図２３（Ａ）及び（Ｂ）に関連して説明したように、試料２００からの電子がミラー電子と二次電子が混在している遷移領域にある。また、図２３（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、−５ｅＶはミラー電子領域のランディングエネルギ（ＬＥ）であり、５ｅＶは二次電子領域のランディングエネルギ（ＬＥ）であって、何れにおいてもコントラストは低い。
最高のコントラストは、ランディングエネルギ（ＬＥ）が遷移領域にある場合に得られることが分かる。
【０１６０】
図３０（Ａ）及び（Ｂ）は、図２８（Ａ）に示した試料２００を用いて実機テストにより得られた、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を説明するための図である。図３０（Ａ）は、帯電電子ビームのドーズ量とコントラストとの相関関係を示した測定結果の表であり、図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。なお、電子線検査装置の種々の設定条件と、測定対象の試料は、上述のとおりであるので、その説明を省略する。また、コントラストは、帯電電子ビームを試料表面に照射した後に該試料表面の撮像を行って得られた画像中の絶縁領域と導電領域の平均階調から、上式（１）により演算した。
【０１６１】
図３０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯電電子ビームのドーズ量が高くなるにつれてコントラストは高くなるが、あるドーズ量でコントラストは飽和する。図３０（Ａ）及び（Ｂ）に示した例では、撮像前の試料表面に予め１ｍＣ／ｃｍ２以上の帯電電子ビームを照射しても、コントラストは０．８のままである。つまり、帯電電子ビームのドーズ量が１ｍＣ／ｃｍ２以上のときに、コントラストは飽和している。これは、帯電電子ビームのドーズ量が１ｍＣ／ｃｍ２以上のときに、試料表面の絶縁領域２０３の帯電が飽和して負電位となり、安定したコントラストが得られることを意味している。
【０１６２】
図３１（Ａ）及び（Ｂ）は、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより高いコントラストが得られることを、補充的に説明するための図であり、図２８（Ａ）に示した試料２００（ただし、導電材料としてＷの代わりにＣｕを用いた）を用いて実機テストにより得られた値を示す図である。図３１（Ａ）は、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離しない場合の、導電領域（Ｃｕ）と絶縁領域（ＳｉＯ２）のそれぞれの材料における二次電子放出効率およびコントラストの、ランディングエネルギ（ＬＥ）依存性を纏めた表である。また、図３１（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【０１６３】
導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離しない場合には、得られるコントラストは、各材料がもつ二次電子の放出効率に応じた輝度の差のみに依存する。つまり、ＮＡアパーチャ３６１の位置調整により、何れかの領域からの構造情報を得た電子のみを強調した画像を取得することにより得られるコントラストは生じ得ない。
【０１６４】
図３１（Ａ）、（Ｂ）に示した結果によれば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶
縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離しない場合、得られるコントラストは高々０．４程度であり、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより得られるコントラスト（例えば、上述の０．８）に比較して、顕著に低いものでしかない。
【０１６５】
つまり、本発明のように、遷移領域において発生するミラー電子を利用し、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得したり、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離を行わずに試料観察して得られる画像に比較して、顕著に高いコントラストを得ることが可能となる。
【０１６６】
図３２（Ａ）は、図２８（Ａ）に示した試料２００の表面の導電領域２０２と絶縁領域２０３の面積比（パターン幅）を変化させたときのコントラストを、写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いたＬＥＥＭ（Low-energy Electron Microscopy：低エネルギ電子顕微鏡）方式とＳＥＭ方式とを用いて実機テストにより得られた測定結果を比較して示した図である。図３２（Ｂ）は、図３２（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。なお、ここで示した測定結果は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像に基づくものであり、上述の種々の設定条件下で得られたものであるので、その説明を省略する。
【０１６７】
ＬＥＥＭ方式の電子線検査装置及び試料観察方法は、図２７（Ｂ）に示したように、主に導電領域２０２が高輝度で明るいため、導電領域２０２の面積比が低下すると、周囲からの干渉を受けにくいので、コントラストは高くなる。一方、ＳＥＭ方式（例えば、ランディングエネルギ１０００ｅＶ程度）は、材料の二次電子放出係数で絶縁材料２０３の方が明るく、その割合が増加すると、導電領域２０２の信号が二次電子の軌道の広がりにより消されてしまい、コントラストは極めて低くなる。
【０１６８】
図３２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導電領域２０２対絶縁領域２０３の面積比が小さいときには、まだコントラストの差が比較的小さく、導電領域：絶縁領域＝１：２のときには、コントラストの差は０．３程度に抑えられている。しかしながら、絶縁領域２０３の試料表面における面積が増加するにつれて、ＬＥＥＭ方式のコントラストは増加するが、従来からのＳＥＭ方式のコントラストは低下している。導電領域：絶縁領域＝１：１０の場合においては、コントラスト差は０．７５に達している。
【０１６９】
このように、ＬＥＥＭ方式の試料観察は、導電材料２０２の割合が低い試料２００の観察には特に有効であり、すなわち、試料表面で絶縁材料２０３の割合が大きいコンタクト構造の場合の観察には、コントラストの高い画像を取得することができ、大きな利点を有する。また、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、試料表面で絶縁材料２０３の割合が低く、導電材料２０２の割合が高い試料２００に対しても、効果的に観察を行うことができる。
【０１７０】
図３３は、本発明に係る電子線検査装置の第２の実施形態を示す概略図である。該第２の実施形態は、図１に示した実施形態と基本的構成は共通する。つまり、図３３に示した電子線検査装置は、写像投影型の電子線検査装置であり、電子ビーム源３１０と、一次系レンズ３２０と、コンデンサレンズ３３０と、Ｅ×Ｂ３４０と、トランスファーレンズ３５０と、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ａと、プロジェクションレンズ３７０と、検出器４００と、画像処理装置５００と、ステージ１００と、エネルギ設定供給部６００とを備えている点で、図１に示した構成と共通する。図３３に示した電子線検査装置において、図１に示した電子線検査装置と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
図３３に示していないが、第２の実施形態の電子線検査装置においても、必要に応じて、帯電電子ビーム照射手段７００（図１）を備えていてもよいことも同様である。
【０１７１】
図３３に示した電子線検査装置の図１に示した電子線検査装置と相違する構成は、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ａが、可動式かつ複数選択式のＮＡ調整用アパーチャ移動機構を備えている点である。つまり、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ａにはアパーチャ径の異なる複数種類のＮＡアパーチャ３６１、３６２が設けられており、開口数（ＮＡ）を定めるこれらのＮＡアパーチャ３６１、３６２が、ＮＡアパーチャ移動機構（不図示）により、面内で位置調整可能（切替可能）に構成されている。
【０１７２】
図３３に示した電子線検査装置において、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ａは、サイズの異なる複数のＮＡアパーチャ３６１、３６２を備え、水平方向に移動させることによりＮＡアパーチャ３６１とＮＡアパーチャ３６２との切り替えを行うことができる。これにより、所望の開口数（ＮＡ）を設定することができるので、試料２００の種類や、試料表面の構造等の種々の条件に応じて、最適な開口数（ＮＡ）のＮＡアパーチャを選択し、材料コントラストの高い試料表面の画像を取得することが可能となる。
【０１７３】
上述したように、ＮＡ移動機構を有することにより、試料表面からの信号を効果的に選択して、高いコントラストを得ることができる。このとき、図２〜図１４に対して説明した内容と構成を更に追加すると有効である。それは、本発明のような超微細なパターンや異物検査においては、装置自体が発生する異物やパーティクルをなくす、又は、極力少なくする必要がある。それは、本装置を用いた検査が、試料の洗浄後、露光前、等に用いられる場合が多く、そのときに、異物やパーティクルが付着するとその異物やパーティクルによる露光時の欠陥の増加または洗浄後のプロセスへの欠陥増加になるからである。そのため、図２〜図１４で説明したような方法・装置により、極力異物やパーティクルが付着することを防ぐことにより、装置としての信頼性が保たれるのである。また、図2のように、ＳＥＭを同一チャンバに乗せた装置であると、発生した異物やパーティクルを検査後すぐに確認できるので、工程の効率化に有効であり、さらに、他の独立したレビュー装置に試料を入れることによる異物やパーティクル付着を防ぐ効果がある。
【０１７４】
図３４（Ａ）及び（Ｂ）は、上述した可動式のＮＡ調整用アパーチャ板３６０ａの構成例を示した図である。図３４（Ａ）は、該アパーチャ板をスライド移動式のＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂとして構成した場合の一例を示した上面図であり、図３４（Ｂ）は、アパーチャ板を回転移動式のＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｃとして構成した場合の一例を示した上面図である。
【０１７５】
図３４（Ａ）において、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂは、複数のＮＡアパーチャ３６１、３６２、３６３を備えており、これらのＮＡアパーチャの径は各々異なっている。また、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂは、長手方向の両側に、スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６５を備えている。このように、長方形の板状のＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂに複数のＮＡアパーチャ３６１、３６２、３６３を形成し、スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６５により、水平方向への移動を可能に構成すれば、用途に応じてＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂのアパーチャ径及びＮＡアパーチャ位置を調整することができ、試料２００の種類や用途に対応して、最適な試料表面の画像を取得することが可能となる。
【０１７６】
スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６５は、例えば、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂを上下からレール状部材で挟み込む構造で、リニアモータ等の駆動機構を有していてもよいし、回転式のレール部材でＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｂを挟持し、回転式モータで回転レール部材を回転させて移動させてもよい。スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６５は、用途に応じて種々の形態とすることができる。
【０１７７】
図３４（Ｂ）に示したＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｃは、円盤状の板に複数のＮＡアパーチャ３６１〜３６４を有し、中心に回転式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６６を備える。ＮＡアパーチャ３６１〜３６４の径は、各々異なり、ＮＡアパーチャ３６１が最も大きく、ＮＡアパーチャ３６２はＮＡアパーチャ３６１よりも径が小さく、さらに、ＮＡアパーチャ３６３はＮＡアパーチャ３６２よりも径が小さく、ＮＡアパーチャ３６４が最も径が小さくなっている。
【０１７８】
回転式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構３６６は、回転式のモータ等を駆動機構として用い、回転移動により、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０ｃのアパーチャ径を切り替えるような構成としてもよい。
【０１７９】
図３３、図３４（Ａ）及び（Ｂ）に例示した構成の電子線検査装置によれば、ＮＡ調整用アパーチャ３６０ａ〜６０ｃを、複数のＮＡアパーチャ３６１〜３６４の間で選択可能、かつ位置の調整可能な構成とすることにより、用途や試料２００の種類にも柔軟に対応でき、様々な条件下においても最適なコントラスト画像を取得することができる。なお、ＮＡアパーチャの数は、図示のものに限定されずにより任意複数のアパーチャを備えてもよい。
【０１８０】
図３５は、高分解能観察のために好ましい、図１及び図３３に示した電子線検査装置の検出器４００の構成の一例を示した図である。検出器４００に、電子直接入射型のEB-CCD又はEB-TDIを使用した場合、従来採用されているＭＣＰ、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）、蛍光板及びＴＤＩに対比して、ＭＣＰとＦＯＰ透過による劣化が無いので、従来の３倍程度のコントラスト画像を取得することができる。特に、コンタクト構造のホール底面（図２６（Ａ）の２０２）からの光を検出する際、従来型の検出器では、スポット（ドット）がなだらかになってしまうが、図３５の検出器４００によれば、コントラストが広量となる。また、ＭＣＰ使用によるゲイン劣化が無いため、有効画面上の輝度ムラが無く交換周期が長い。よって、検出器４００のメインテナンスの費用及び時間を削減することができる。このように、EB-CCD及びEB-TDIは、高コントラストの画像の取得及び耐久性等の面で好ましい。
【０１８１】
図３５を参照して、EB-CCD及びEB-TDIの使用態様の一例について、説明する。図３５に例示した検出器４００は、EB-TDI４８２と、EB-CCD４８１を切り替えて、用途に応じて双方を交換可能に使えるように構成されている。EB-CCD４８１及びEB-TDI４８２は、電子ビームを受け取る電子センサであり、検出面に直接に電子を入射させる。EB-CCD４８１は、電子ビームの光軸調整、画像撮像条件の調整と最適化を行うのに使用される。一方、EB-TDI４８２を使用する場合には、EB-CCD４８１を移動機構Ｍによって光軸から離れた位置に移動させてから、EB-CCD４８１を使用するときに求めた条件を使用して又はそれを参考にしてEB-TDI４８２による撮像を行って、試料表面の観察を行う。
【０１８２】
上記したように、このような構成の検出器４００は、EB-CCD４８１を使用するときに求めた電子光学条件を用いて又はそれを参考にして、EB-TDI４８２による半導体ウェハの画像取得を行うことができる。EB-TDI４８２による試料表面の検査の後に、EB-CCD４８１を使用してレビュー撮像を行い、パターンの欠陥評価を行うことも可能である。このとき、EB-CCD４８１では、画像の積算が可能であり、それによるノイズの低減が可能で、高いＳ／Ｎで欠陥検出部位のレビュー撮像が可能となる。このとき、更に、EB-CCD４８１の画素がEB-TDI４８２の画素に比べてより小さいものを用いると有効である。つまり、写像投影光学系で拡大された信号のサイズに対して、多くのピクセル数で撮像することが可能となり、より高い分解能で検査や欠陥の種類等の分類・判定のための撮像が可能となる。
【０１８３】
なお、EB-TDI４８２は、電子を直接受け取って電子像を形成するために使用することができるよう、画素を二次元的に配列した例えば矩形形状をしており、画素サイズは、例えば１２〜１６μｍである。一方、EB-CCD４８１の画素サイズは、例えば６〜８μｍのものが使用される。
また、EB-TDI４８２は、パッケージ４８５の形に形成され、パッケージ４８５自体がフィードスルーの役目を果たし、パッケージのピン４８３は大気側にてカメラ４８４に接続される。
【０１８４】
図３５に示した構成を採用することにより、FOP、ハーメチック用の光学ガラス、光学レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等の欠点を解消することができる。
【０１８５】
上述したとおり、遷移領域において発生するミラー電子を利用し、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離することにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得したり、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離を行わずに試料観察して得られる画像に比較して、顕著に高いコントラストを得ることが可能となる。
【０１８６】
また、図３３の説明で述べた方法及び装置を用いて、更に上述した図３５の方法・装置を用いると大変有効である。EB-CCDまたはEB-TDIを用いる方式では、検出器起因の劣化要因が非常に小さく抑えられるので、コントラスト劣化が小さく、よって高いコントラストの像を得ることが可能となる。よって、ＮＡの位置調整によるコントラストの高い像を得る条件形成のときや、検査のときに、高精度にてＮＡ位置の違いによる像のコントラストの変化が明確に分かるために、高精度のＮＡ位置調整が可能となるのである。さらに、高いコントラスト像が得られるためにパターン検査や異物検査の検査感度を高くできるのである。よって、図２に説明したＳＥＭが同一チャンバにある装置では、検査結果に基づいて、欠陥のレビューを行う場合でも、より微小な欠陥のレビューを短時間に行うことが実現できるのである。また、装置の使用により、異物やパーティクルの付着を防ぐことは必要であり、図３３で説明したのと同様に図３〜１４の方法・装置を用いると大変有効となる。レビュー等のために他の装置に試料を導入して動作させることだけで、異物やパーティクルの付着量は増加するのである。同一チャンバにあれば、試料に対して、搬送回数の低減、ロードロックを通過する回数の低減、ステージ゛動作の低減が達成され、更に、同一ステージ゛上にあると、レビュー時の位置ずれが小さく（１／５〜１／２０）、欠陥位置を探す時間やFOV（視野）を変化させる回数の低減ができるのである。
【０１８７】
しかし、本発明者らの検討によれば、観察対象となる試料の表面に絶縁領域と導電領域が形成されており、その試料表面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出する必要がある場合には、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得するか、或いはこれとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することのみでは、何れか一方の種類の欠陥の検出は容易になる反面、他方の種類の欠陥の検出がし難くなる場合が生じ得ることが分かってきた。
【０１８８】
具体的には、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、欠落欠陥の検出は容易になる反面、開放欠陥（オープン欠陥）の検出がし難くなる場合がある。これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、開放欠陥（オープン欠陥）の検出は容易になる反面、欠落欠陥（ショート欠陥）の検出がし難くなる場合がある。
【０１８９】
本発明に係る試料観察方法は、このような知見に基づき、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とを行い、これらの画像に基づいて、試料表面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することとしている。
【０１９０】
つまり、本発明に係る試料観察方法では、絶縁領域と導電領域を有する試料表面に、該試料表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に調整された照射エネルギ（ＬＥ）の撮像電子ビームを照射し、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料表面の画像を、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）とで取得する。なお、これらの画像は、Ａ条件に続いてＢ条件で取得されてもよく、Ｂ条件に続いてＡ条件で取得されてもよい。
【０１９１】
図３６（Ａ）〜（Ｃ）は、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）下で取得した画像と絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）下で取得した画像のそれぞれにおける、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の現れ方を概念的に示すための図である。ここで、欠落欠陥（ショート欠陥）は、ＷやＣｕなどの導電材料でライン状に形成された領域（導電領域）の一部に短絡（ショート）がある状態であり、開放欠陥（オープン欠陥）は、導電材料でライン状に形成された領域（導電領域）の一部が断線（オープン）している状態である。
【０１９２】
具体的には、これらＡ条件およびＢ条件はそれぞれ、ＮＡアパーチャ板３６１（図１）の位置調整により、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃのみを多く検出器４００に導くことおよび絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉのみを多く検出器４００に導くことにより実現される。
【０１９３】
図３６（Ａ）はＷやＣｕなどの導電材料の領域（導電領域）２０２とＳｉＯ２などの絶縁材料の領域（絶縁領域）２０３とを有する試料２００の表面を模式的に表した図である。図３６（Ａ）の（ａ）は、ライン状に形成された導電材料の一部領域に欠落欠陥（ショート欠陥）２０４がある状態を示しており、（ｂ）はライン状に形成された導電材料の一部領域に開放欠陥（オープン欠陥）２０５がある状態を示している。
【０１９４】
また、図３６（Ｂ）は、上記した試料表面に、該試料表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に調整された照射エネルギ（ＬＥ）の撮像電子ビームを照射し、該電子ビームの照射を受けた試料表面の画像を、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）で取得した画像を模式的に表した図である。図３６（Ｂ）の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図３６（Ａ）の（ａ）及び（ｂ）に対応している。
【０１９５】
図３６（Ｃ）は、上記と逆の撮像条件とし、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）として、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図である。図３６（Ｃ）の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図３６（Ａ）の（ａ）及び（ｂ）に対応している。
【０１９６】
図３６（Ｂ）を参照すると、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）で取得した画像では、導電領域の輝度が相対的に高いことに起因して、欠落欠陥（ショート欠陥）は強調されて実際の欠陥サイズよりも大きく表れている（図３６（Ｂ）の（ａ））。これとは逆に、絶縁領域の輝度が相対的に低いことに起因して、開放欠陥（オープン欠陥）は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている（図３６（Ｂ）の（ｂ））。
【０１９７】
一方、図３６（Ｃ）を参照すると、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）で取得した画像では、絶縁領域の輝度が相対的に高いことに起因して、欠落欠陥（ショート欠陥）は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている（図３６（Ｃ）の（ａ））。
これとは逆に、導電領域の輝度が相対的に低いことに起因して、開放欠陥（オープン欠陥）は実際の欠陥サイズよりも大きく表れている（図３６（Ｂ）の（ｂ））。
同様の現象は、欠陥が不完全な場合であっても生じる。
【０１９８】
図３７（Ａ）の（ａ）はライン状に形成された絶縁材料の一部領域に不完全な欠落欠陥（ショート欠陥）２０６がある状態を示しており、図３７（Ａ）の（ｂ）はライン状に形成された絶縁材料の一部領域に不完全な開放欠陥（オープン欠陥）２０７がある状態を示して
いる。
【０１９９】
図３７（Ｂ）は、上述した撮像電子ビームの照射条件下で、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）で取得した画像を模式的に表した図で、図３７（Ｂ）の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図３７（Ａ）の（ａ）及び（ｂ）に対応している。
【０２００】
図３７（Ｃ）は、上記と逆の撮像条件とし、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）として、コントラストを反転させて取得した画像を模式的に表した図で、図３７（Ｃ）の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図３７（Ａ）の（ａ）及び（ｂ）に対応している。
【０２０１】
図３７（Ｂ）を参照すると、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）で取得した画像では、導電領域の輝度が相対的に高いことに起因して、不完全欠落欠陥（不完全ショート欠陥）は強調されて実際の欠陥サイズよりも大きく表れている（図３７（Ｂ）の（ａ））。これとは逆に、絶縁領域の輝度が相対的に低いことに起因して、不完全開放欠陥（不完全オープン欠陥）は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている（図３７（Ｂ）の（ｂ））。
【０２０２】
一方、図３７（Ｃ）を参照すると、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）で取得した画像では、絶縁領域の輝度が相対的に高いことに起因して、不完全欠落欠陥（不完全ショート欠陥）は実際の欠陥サイズよりも小さく表れている（図３７（Ｃ）の（ａ））。これとは逆に、導電領域の輝度が相対的に低いことに起因して、不完全開放欠陥（不完全オープン欠陥）は実際の欠陥サイズよりも大きく表れている（図３７（Ｂ）の（ｂ））。
【０２０３】
このような現象が起こる理由は、下記のような理由によるものと考えられる。すなわち、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件（Ａ条件）で画像を取得する場合には、欠落欠陥（ショート欠陥）や開放欠陥（オープン欠陥）の近傍の導電材料から放出された電子が拡散し、その作用により、欠落欠陥（ショート欠陥）部分はより広く、開放欠陥（オープン欠陥）部分はより狭く、撮像される。これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件（Ｂ条件）で画像を取得する場合には、欠落欠陥（ショート欠陥）や開放欠陥（オープン欠陥）から放出された電子が拡散し、その作用により、欠落欠陥（ショート欠陥）部分はより狭く、開放欠陥（オープン欠陥）部分はより広く、撮像される。
【０２０４】
このように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とを行うこととすれば、これらのコントラストが反転した画像に基づいて、試料表面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。
以下に、具体例に基づいて説明する。
【０２０５】
本実施例で用いた試料は、図３６（Ａ）〜（Ｃ）及び図３７（Ａ）〜（Ｃ）に示したものと同様のライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）が形成されたパターンを有するものであり、その表面には、導電材料であるＣｕの領域（導電領域）２０２と絶縁材料であるＳｉＯ２の領域（絶縁領域）２０３が形成され、ライン幅およびスペース幅は何れも４３ｎｍである。
【０２０６】
図３８（Ａ）及び（Ｂ）は、この試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図３８（Ａ）は、照射エネルギ（ＬＥ）、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図３８（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図で、横軸には照射エネルギ（ＬＥ）を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像は、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０（図１）のＮＡアパーチャ３６１の中心を、導電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。なお、階調を示す［ＤＮ］は「Digital Number」を表し、黒と白階調を８ｂｉｔで表したもので、ＤＮ＝０は黒を、ＤＮ＝２５５は白を意味する画素情報である。
この例では、照射エネルギ（ＬＥ）が３．２ｅＶのときに最も高いコントラスト（０．４１）が得られている。
【０２０７】
図３９（Ａ）及び（Ｂ）は、この試料の表面に照射する帯電電子ビームのドーズ量の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図３９（Ａ）は、ビームドーズ量［ｍＣ／ｃｍ２］、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図３９（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはビームドーズ量［ｍＣ／ｃｍ２］を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像もまた、ＮＡ調整用アパーチャ６０のＮＡアパーチャ板３６１の中心を、導電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。ビームドーズ量は、ビーム電流密度と照射時間の積で定義される。
【０２０８】
この例では、ドーズ量に伴ってコントラストは高くなるが、概ね２ｍＣ／ｃｍ２のドーズ量でコントラストは飽和している。つまり、高いコントラストで撮像するために照
射すべき帯電電子ビームのドーズ量は、概ね２ｍＣ／ｃｍ２程度で十分であることが分かる。
【０２０９】
本発明では、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉとの分離を行うことにより高いコントラストを得て、欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の双方を高感度・高精度で検出することとしている。このような導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉとの分離はＮＡアパーチャの位置調整により行うことが可能であることから、本発明では、ＮＡ結像モードにより試料表面の導電領域および絶縁領域からの電子の分布を直接観察することにより、ＮＡアパーチャの位置調整を高い精度で行うことを可能としている。以下に、具体的な手順の例を説明する。
【０２１０】
ＮＡ調整用アパーチャ板３６０と検出器４００との間に設けられているプロジェクションレンズ３７０を所定の電圧である５５００Ｖとし、ＮＡ結像モードにより、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０の位置における導電領域２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃ及び絶縁領域２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉのそれぞれの分布の位置関係を確認した。具体的には、帯電電子ビームのドーズ量を変化させ、当該ドーズ量の変化に伴って、絶縁領域２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態（軌道の中心）が、導電領域２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃの分布状態（軌道の中心）からどれだけシフトするかを確認した。
【０２１１】
図４０（Ａ）及び（Ｂ）は、ＮＡ結像モードによる電子分布の位置確認の結果を説明するための図である。図４０（Ａ）は、ビームドーズ量［ｍＣ／ｃｍ２］とドーズ量の帯電電子ビームを照射した際の、絶縁材料２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態のずれ、すなわち、導電材料２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃの分布状態からどれだけシフトしたかを纏めた表である。また、図４０（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはビームドーズ量［ｍＣ／ｃｍ２］を、左縦軸には絶縁材料２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態のシフト量を示している。ここで、シフト方向をＹ方向とした。なお、左縦軸に示した電子ｅｉの分布状態のシフト量は規格化した値として示している。このシフト量の規格化は、導電材料からの電子を通すＮＡアパーチャの位置を０とし、コントラストが反転する条件でのＮＡアパーチャの位置を１として行った。また、上述した帯電電子ビームのドーズ量の最適化実験の結果に基づき、帯電電子ビームの照射量の上限値を２ｍＣ／ｃｍ２とした。さらに、参考のため、Ｌ＆Ｓ幅が３５ｎｍの試料およびＬ＆Ｓ幅が６５ｎｍの試料についても同様の実験を行った。
【０２１２】
図４０（Ａ）及び（Ｂ）に示した結果によれば、帯電電子ビームのドーズ量と絶縁領域２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態のずれ量はほぼ比例している。従って、帯電電子ビームのドーズ量の最適化実験の結果を考慮すると、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを分離して高いコントラストを得るためには、帯電電子ビームの照射量を２ｍＣ／ｃｍ２程度とし、さらに、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１を所定の量だけＹ方向にずらすことで、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃを選択的に検出器４００に導く条件と絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを選択的に検出器４００に導く条件での撮像を行えばよいことが分かる。
【０２１３】
また、図４０に示した結果によれば、配線幅（Ｌ＆Ｓ幅）が広い試料では、絶縁領域体積が大きい分だけ、基板電位の変化（ΔＶ）が大きくなり、そのため絶縁材料２０３の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布のシフト量も大きい。これとは逆に、配線幅（Ｌ＆Ｓ幅）が細くなるに従って絶縁材料の体積が小さくなるため、基板電位の変化（ΔＶ）は小さくなり、そのため、高いコントラストを得ることが難しくなる。
【０２１４】
上述したとおり、帯電電子ビームの照射により導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離が容易になり、その結果、高いコントラストを得易くなる。これは、帯電電子ビームの照射により基板電位が変化（ΔＶ）し、これにより絶縁材料の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布がシフトすることによる。このことは、基板電位の変化量（ΔＶ）から、絶縁材料の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布がシフト量を推定することができることを意味する。
【０２１５】
図４１（Ａ）及び（Ｂ）は、帯電状態にある試料の表面に照射される撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）の最適値を決定するために行った実験結果を示したものである。図４１（Ａ）は、照射エネルギ（ＬＥ）、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図４１（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図で、横軸には照射エネルギ（ＬＥ）を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、このときの撮像も、ＮＡ調整用アパーチャ板３６０のＮＡアパーチャ３６１の中心を、導電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置に合わせて行っている。
【０２１６】
図４１（Ｂ）を図３８（Ｂ）と比較すると、帯電状態にある試料の表面に撮像電子ビームが照射された場合（図４１（Ｂ））には、非帯電状態にある試料の表面に撮像電子ビームが照射された場合（図３８（Ｂ））に比較して、高いコントラスト（７．８）が得られ、これに対応する照射エネルギ（ＬＥ）は低エネルギ側にシフトしている。これは、既に説明したように、試料表面の絶縁領域が帯電状態にあるために基板電位が変化（約１Ｖ）し、その結果、絶縁領域２０３から放出された電子ｅｉの軌道の中心が帯電領域２０２から放出された電子ｅｃの軌道の中心と顕著にずれたために、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離の度合いが大きくなったためである。
【０２１７】
従って、予め、試料表面の帯電状態（基板電位）により最適照射エネルギ（ＬＥ）がどのように変化するかを知っておくことにより、絶縁領域２０３から放出された電子ｅｉの軌道の中心のずれ量を推定することが可能である。つまり、基板電位から電子ｅｉの軌道の中心位置のシフト量が推定できる。具体的には、帯電前後の照射エネルギ（ＬＥ）のシフト量から基板電位のシフト量を読み取る。上述したように、帯電状態が変化するとそれに伴って電子のエネルギ（速度）が変化することとなり、電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）を通過する際に受けるＦ＝ｅ・（ｖ×Ｂ）の力も変化するから、Ｅ×Ｂ通過時の軌道シフト量を計算することができる。そして、このＥ×Ｂ通過時の軌道シフト量からＮＡアパーチャの位置におけるシフト量が計算できるから、電子ｅｉの軌道の中心位置の実際のシフト量を検証することができる。
【０２１８】
図４２（Ａ）及び（Ｂ）は、ＮＡアパーチャの位置調整によるコントラストの反転について説明するための図である。図４２（Ａ）は、ＮＡアパーチャの中心位置を、導電領域から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置（規格化位置＝０）からＹ方向に移動（規格化位置＝１．０まで）させた際の、導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］、およびコントラストを表として纏めたものである。また、図４２（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図で、横軸にはＮＡアパーチャの中心位置［規格化位置］を、左縦軸には導電材料と絶縁材料それぞれの輝度［ＤＮ］を、右縦軸にはコントラストを示している。なお、この際の撮像は、帯電電子ビームを試料表面に２ｍＣ／ｃｍ２照射し、導電材料の輝度が最大となるＮＡアパーチャの中心位置を規格化位置＝０として行った。ここで、「規格化位置」とは、上述したとおり、導電材料の電子を通すＮＡアパーチャの位置を０、コントラストの反転するＮＡアパーチャの位置を１とした場合の相対的な座標を示す。
【０２１９】
図４２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＮＡアパーチャの位置を規格化位置＝０からＹ方向にずらしてゆくと、導電材料の輝度が低下する一方で絶縁材料の輝度は高くなり、その結果、コントラストは徐々に低くなる。そして、ＮＡアパーチャの中心位置が規格化位置＝０．６では導電材料の輝度と絶縁材料の輝度は等しくなり、コントラストが得られなくなる。さらにＮＡアパーチャの位置をＹ方向にずらしてゆくと、導電材料の輝度は更に低下する一方で絶縁材料の輝度は更に高くなり、その結果、コントラストは反転して徐々に高くなる。このように、ＮＡアパーチャの位置を調整することにより、コントラストを反転させることができる。
【０２２０】
図４３は、ＮＡアパーチャの位置調整に伴うコントラスト反転の様子を概念的に説明するための図で、ＮＡアパーチャの中心位置が導電領域から放出された電子ｅｃの軌道の中心に略一致した位置（規格化位置ＮＰ＝０）にあるときには、主として電子ｅｃが検出器に導かれる。ＮＡアパーチャの中心位置をＹ方向にずらしてゆくと、ＮＡアパーチャを通過できる電子ｅｃの量は減少する一方でＮＡアパーチャを通過できる電子ｅｉの量は増大し、規格化位置ＮＰ＝０．６では、両者の電子量は一致して輝度に差が生じなくなり、コントラストが得られなくなる。さらにＮＡアパーチャの中心位置をＹ方向にずらしてゆくと、ＮＡアパーチャを通過できる電子ｅｃの量は更に減少する一方でＮＡアパーチャを通過できる電子ｅｉの量は更に増大し、規格化位置ＮＰ＝１．０では、両者の電子量は逆転してコントラストが反転する。
【０２２１】
図４４は、本発明の試料観察方法における、電子軌道シフト量のドーズ量依存性を決定する手順、および、材料コントラストの反転を確認する手順を例示により説明するためのフローチャートである。なお、個々のステップにつき既に説明した部分については、その詳細は省略する。
【０２２２】
先ず、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）を上述した遷移領域に調整し（Ｓ１０２）、絶縁領域と導電領域を有する観察対象試料の表面に撮像電子ビームを照射する（Ｓ１０３）。
ＮＡアパーチャ移動機構によりＮＡアパーチャの位置を面内で調整して、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃの軌道の中心にＮＡアパーチャの中心位置を合わせる（Ｓ１０４）。そして、この状態で、絶縁領域と導電領域の輝度の差、すなわち材料コントラストが最大となるように、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）を調整する（Ｓ１０５）。
【０２２３】
次に、試料表面に所定のドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させ（Ｓ１０６）、帯電状態にある絶縁領域からの電子ｅｉの軌道の中心がＮＡアパーチャの位置でどの程度シフトしたかを確認する（Ｓ１０７）。以後、ステップＳ１０６とステップＳ１０７を繰り返し、帯電状態にある絶縁領域からの電子ｅｉの軌道シフト量のドーズ量依存性を求める（Ｓ１０８）。
【０２２４】
帯電状態にある絶縁領域からの電子ｅｉの軌道シフト量のドーズ量依存性が求められたら（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、そのデータに基づいて適正なドーズ量を決定する（Ｓ１０９）。
適正ドース量の決定後、再度、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）の調整を行う。具体的には、上記手順で決定された適正ドーズ量の帯電電子ビームを試料表面に照射し、この状態で材料コントラストが最大となる照射エネルギ（ＬＥ）を決定する（Ｓ１１０）。そして、この照射エネルギ（ＬＥ）の撮像電子ビームが照射された試料表面の画像を取得して、材料コントラストを測定する（Ｓ１１１）。ステップＳ１０７に関連して説明したとおり、このときのＮＡアパーチャの中心位置は導電領域の構造情報を得た電子ｅｃの軌道の中心にあるから、上記取得画像中の輝度は、導電領域が相対的に高く絶縁領域が相対的に低い。
【０２２５】
続いて、適正ドーズ量の帯電電子ビーム照射を行った際の電子ｅｉの軌道シフト量だけＮＡアパーチャの中心位置を移動させ、ＮＡアパーチャの中心位置を電子ｅｉの軌道中心に一致させる。そして、この状態で再度、材料コントラストを測定する（Ｓ１１２）。
【０２２６】
既に説明したように、このようなＮＡアパーチャの中心位置調整を行えば、材料コントラストは反転し、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像が取得されているはずである。従って、この材料コントラストの反転が確認されれば（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、終了となる（Ｓ１１４）。もし、材料コントラストの反転が確認されない場合には（Ｓ１１３：Ｎｏ）、ここまでの手順に何らかの問題があるはずであるから、ステップＳ１０２に戻ってやり直す。
【０２２７】
上述の手順により、電子軌道シフト量のドーズ量依存性、および、材料コントラストの反転確認がなされ、本発明の試料観察に必要な条件設定が完了する。
図４５は、本発明の試料観察方法の手順を例示により説明するためのフローチャートである。なお、個々のステップにつき既に説明した部分については、その詳細は省略する。
【０２２８】
本発明に係る好ましい態様の試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料表面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ（ＬＥ）の撮像電子ビームを照射するステップＳ２０３と、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料表面からの構造情報を得た電子を検出して試料表面画像を取得するステップＳ２０５、Ｓ２０７を備えている。上述したように、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、試料表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域に調整されており、試料表面画像の取得のステップは、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ２０５と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ２０７とを含む。
【０２２９】
上述したように、撮像電子ビーム照射ステップＳ２０３に先立ち、試料表面に適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させておくこととすれば（Ｓ２０２）、基板電位が変化する結果、絶縁領域から放出された電子ｅｉの軌道の中心と帯電領域から放出された電子ｅｃの軌道の中心とのずれが大きくなり、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離の度合いも大きくなる。上述の適正ドーズ量は、既に説明したようにステップＳ１０９で予め決定されており、電子ビーム照射による絶縁領域の帯電が飽和するドーズ量とすることが好ましい。
【０２３０】
ステップ２０３で撮像電子ビームを試料表面に照射した状態で、ＮＡアパーチャの中心位置を導電領域の構造情報を得た電子ｅｃの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする（Ｓ２０４）。この条件下で得られる画像は、導電領域の輝度が相対的に高く絶縁領域の輝度が相対的に低い画像となる（Ｓ２０５）。
【０２３１】
次いで、ＮＡアパーチャの中心位置を絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする（Ｓ２０６）。この条件下で得られる画像は、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像となる（Ｓ２０７）。つまり、ステップＳ２０５で得られた画像とは、コントラストが反転した画像となっている。
なお、ステップＳ２０６におけるＮＡアパーチャの位置調整は、ステップＳ１０７で予め求められている電子ｅｉの軌道シフト量に基づき、当該軌道シフト分だけＮＡアパーチャの位置を調整するようにしてもよい。
【０２３２】
図４６は、本発明の試料観察方法の手順の他の例を説明するためのフローチャートである。図４５で示した手順とは、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ３０５に続いて、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ３０７が実行される点において相違している。
【０２３３】
つまり、この態様の試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料表面に材料コントラストが最大となる照射エネルギ（ＬＥ）の撮像電子ビームを照射するステップＳ３０３と、該撮像電子ビームの照射を受けた試料表面からの構造情報を得た電子を検出して試料表面画像を取得するステップＳ３０５、Ｓ３０７を備えている。そして、試料表面の画像の取得のステップは、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ３０５と、導電領域の輝度が導絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得が行われるステップＳ３０７とを含んでいる。
【０２３４】
図４５の手順と同様に、撮像電子ビーム照射ステップＳ３０３に先立ち、試料表面に適正ドーズ量の帯電電子ビームを照射して絶縁領域を帯電させておくこととすれば（Ｓ３０２）、基板電位が変化する結果、絶縁領域から放出された電子ｅｉの軌道の中心と帯電領域から放出された電子ｅｃの軌道の中心とのずれが大きくなり、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃと絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの分離の度合いも大きくなる。
【０２３５】
ステップ３０３で撮像電子ビームを試料表面に照射した状態で、ＮＡアパーチャの中心位置を絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする（Ｓ３０４）。この条件下で得られる画像は、絶縁領域の輝度が相対的に高く導電領域の輝度が相対的に低い画像となる（Ｓ３０５）。
【０２３６】
次いで、ＮＡアパーチャの中心位置を導電領域の構造情報を得た電子ｅｃの軌道の中心に合わせて材料コントラストを最大にする（Ｓ３０６）。この条件下で得られる画像は、導電領域の輝度が相対的に高く絶縁領域の輝度が相対的に低い画像となる（Ｓ３０７）。つまり、ステップＳ３０５で得られた画像とは、コントラストが反転した画像となっている。
【０２３７】
なお、ステップＳ３０６におけるＮＡアパーチャの位置調整は、ステップＳ１０７で予め求められている電子ｅｉの軌道シフト量に基づき、当該軌道シフト分だけ、シフト方向とは反対の方向に、ＮＡアパーチャの位置を調整するようにしてもよい。
【０２３８】
上述したように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、欠落欠陥（ショート欠陥）の検出は容易になる反面、開放欠陥（オープン欠陥）の検出がし難くなる場合がある。また、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得した場合には、開放欠陥（オープン欠陥）の検出は容易になる反面、欠落欠陥（ショート欠陥）の検出がし難くなる場合がある。従って、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出するためには、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得するか、或いはこれとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することのみでは、不十分である。
【０２３９】
本発明に係る試料観察方法によれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像の取得とが行われるため、これらの画像に基づいて、試料表面上の欠落欠陥と開放欠陥の双方を高い精度で検出することが可能となる。
【０２４０】
つまり、上述の本発明に係る試料観察方法により得られた試料表面の画像を用いれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像により欠落欠陥（ショート欠陥）の存否を高感度・高精度で検出し、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像により開放欠陥（オープン欠陥）の存否を高感度・高精度で検出することができるため、高感度・高精度の試料検査方法としての利用も可能である。
【０２４１】
以下に、上述の手法により試料表面の欠陥検査を実施した例について説明する。
観察対象として、図３６（Ａ）〜（Ｃ）及び図３７（Ａ）〜（Ｃ）に示したものと同様に、導電材料であるＣｕの領域（導電領域）と絶縁材料であるＳｉＯ２の領域（絶縁領域）のライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを有する試料を準備した。なお、ライン幅およびスペース幅は何れも４３ｎｍとした。このＬ＆Ｓパターンの導電領域の一部に、種々のサイズの欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）を形成し、これらの欠陥を検出することとした。
【０２４２】
試料観察に際しては、電子源ビームの加速電圧を−４００５Ｖ、試料２００の表面電位を−４００２．６Ｖとした。従って、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、試料表面の構造情報を得た電子がミラー電子と二次電子の双方を含む遷移領域にある２．４ｅＶとなる。また、ＮＡアパーチャ６１の孔径は１００〜３００μｍとし、撮像に先立つ帯電電子ビームの照射により絶縁領域を帯電させ（帯電量２ｍＣ／ｃｍ２）、撮像電子ビームの電流密度を１ｍＡ／ｃｍ２として撮像を行った。なお、欠陥検査時の検査ピクセルサイズは、電子光学系レンズの倍率設定により２９ｎｍ角とした。また、検査速度は５０ＭＰＰＳ（Mega Pixels Per Second）とした。
【０２４３】
図４７（Ａ）〜（Ｃ）は、上記の条件で欠陥検査を行った結果を説明するための図である。図４７（Ａ）は導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、図４７（Ｂ）は絶縁領域の輝度が絶導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像による欠陥検出の可否を纏めた表、そして、図４７（Ｃ）は上記２つの欠陥検出結果を総合して欠陥検出の可否を纏めた表である。なお、これらの表中、欠陥検出されたものは「丸」とし、欠陥検出できなかったものは「×」とし、両方の検査で欠陥検出されたものは「二重丸」とした。
【０２４４】
これらの結果から分かるように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば欠落欠陥（ショート欠陥）の検出が高精度で行える一方、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば開放欠陥（オープン欠陥）の検出が高精度で行える。このことは、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば開放欠陥（オープン欠陥）を見落とすことがあり、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像によれば欠落欠陥（ショート欠陥）を見落とすことがあり得ることを意味している。
【０２４５】
これに対して、本発明のように、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下で取得された画像と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で取得した画像とにより、欠陥の存否を判断することとすれば、少なくとも２５ｎｍよりも大きなサイズの欠落欠陥（ショート欠陥）と開放欠陥（オープン欠陥）の双方を、高感度・高精度で検出することができる。
【０２４６】
これまで説明してきた本発明の電子線検査装置及び試料観察方法は、例えば、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウェハを加工した後の当該半導体ウェハの表面の観察や検査に用いることができる。本発明に係る電子線検査装置及び試料観察方法を用いて、試料表面に絶縁領域と導電領域を有する半導体ウェハを観察し、高コントラストの画像を取得して半導体ウェハの良否を検査することにより、欠陥の無い半導体ウェハの製造のための有力な手段となる。このように、本発明に係る電子線検査装置及び試料観察方法は、半導体製造方法に好適に適用することができる。
【０２４７】
ところで、走査型や写像投影型の電子顕微鏡すなわち電子線検査装置を用いて、試料表面の配線検査や欠陥検査を行う場合、大気搬送中の大気との摩擦及び真空中の電子線の照射によって、試料表面がチャージアップ（帯電）してしまう。試料表面にチャージアップが発生することにより、試料表面に照射する電子線が試料内のチャージアップされた二次電子の影響を受けて検出されるため試料の像がぼけるという問題が生じていた。
【０２４８】
上述した試料にチャージアップが発生することにより試料の像がぼける問題に対応するものとして、例えば、国際公開第１９９９−０４６７９８号公報（特許文献５）の試料の欠陥検査方法が提案されている。この試料の欠陥検査方法では、フォーカスする距離の違いを試料上のチャージアップ量に換算している。また、特開２００２−０３３０６８号公報（特許文献６）に開示された試料の欠陥検査では、走査形電子顕微鏡を用いており、試料のチャージアップを抑制するため、リターディング電圧を試料に印加している。
【０２４９】
チャージアップした試料の除電方法では、概ね大気若しくはある種の気体中において、イオン等に電離した気体を利用していた。しかし、この除電方法では、除電した後も大気搬送中に大気との摩擦によって試料が再びチャージアップする可能性がある。また、真空中の電子線照射による試料のチャージアップを除電する場合にも一度大気側まで戻さなければならず、効率が良くなかった。
しかしながら、特許文献５に開示された方法では、チャージアップした試料のフォーカスする距離の違いを示すマップ（電圧マップ）を作成し、そのマップに基づいてチャージアップした試料のフォーカスを変化させているにすぎず、試料表面のチャージアップを除電するものではなかった。また、特許文献６に開示されたでは、電子線照射による試料のチャージアップを抑制するため、リターディング電圧ＲＴＤを印加しているにすぎず、再び試料表面がチャージアップする可能性があり、自然帯電による試料表面のチャージアップは除電されていなかった。
【０２５０】
以下に、本発明に係る、電子線による帯電のみならず大気などによる自然帯電による試料表面のチャージアップを効率よく除電する試料表面の検査方法について説明する。
まず、本発明の実施の形態に係る試料表面の電位分布の設定原理について、詳細に説明する。
【０２５１】
図４８は、本発明の実施の形態に係る試料表面の検査における加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤとランディングエネルギＬＥと試料表面電位ΔＶとの関係を示す概念図である。図４８は、図１又は図３３に示した電子線検査装置のステージ１００（図４８では図示せず）上に試料２００が載置されており、この試料２００に向けて電子銃３１０から電子線ＥＢが照射されている。電子銃３１０から発生した電子線をグランドに対して加速させるため、電子銃３１０に例えば−４ｋＶから−７ｋＶの範囲の電圧を印加する。この電圧を、加速電圧Ｖａｃｃという。また、試料２００に、例えば−４ｋＶを印加すると、グランドに対して加速した電子線ＥＢから見た試料２００の電位ΔＶは、加速電圧Ｖａｃｃが−４ｋＶの場合は０Ｖであり、加速電圧Ｖａｃｃが−７ｋＶの場合は−３ｋＶとなる。この試料２００に印加する電圧をリターディング電圧ＲＴＤという。加速電圧Ｖａｃｃからリターディング電圧ＲＴＤを引いた値、つまりグランドに対して加速した電子線ＥＢから見た試料２００の電位がランディングエネルギＬＥである。このランディングエネルギＬＥは下記の式（２）で表される。
ランディングエネルギＬＥ
＝リターディング電圧ＲＴＤ−加速電圧Ｖａｃｃ （２）
【０２５２】
しかし、試料２００は自然帯電や、試料２００への事前の電子線の照射等によって試料の電位は０Ｖではない。よって、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆは、試料の表面電位をΔＶとした時に下記の式（３）で表される。
ＬＥｅｆｆ＝ＬＥ＋ΔＶ （３）
すなわち、図１に示す実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆは、数式（３）に数式（２）を代入することにより、図４８に示す、以下の数式（４）で表すことができる。
実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆ
＝リターディング電圧ＲＴＤ−加速電圧Ｖａｃｃ＋試料表面電位ΔＶ （４）
【０２５３】
図４９は、図４８に示した実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆと、電子線を試料表面に照射して検出される試料表面の平均輝度ｍｅａｎＤＮとの関係の一例を示す。図４９は、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを、例えば、０ｅＶ〜７ｅＶで変化させた電子線ＥＢを試料表面に照射して、試料表面から戻ってくる電子線ＥＢを試料表面の画像情報として明るさ（輝度）に変換した場合の平均輝度ｍｅａｎＤＮと実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆ［ｅＶ］との関係を示す。図２において、例えば、電子線ＥＢを照射する前の試料２００の電位は、ある一定値（ここでは、例えば０Ｖ）であるとする。実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆが０Ｖの電子線ＥＢを試料表面に照射した時の平均輝度ｍｅａｎＤＮを、図４９では「Ａ」として示す。この平均輝度ｍｅａｎＤＮ「Ａ」を標準輝度とし、標準輝度Ａに対応する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを基準ランディングエネルギＬＥ０とする。ここで、試料表面の平均輝度ｍｅａｎＤＮは、照射した電子線が試料表面に対して反射又は励起等によって戻ってくる電子線を検出して輝度に変換したものである。この電子線を試料表面に照射して検出される電子線には、試料内から放出される二次電子と、試料表面を反射するミラー電子と、が含まれる。
【０２５４】
図４９に示す実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの関係から、試料表面の平均輝度ｍｅａｎＤＮが一定の場合、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆは一定であって、上記した数式（４）から、試料表面電位ΔＶを求めることができる。なお、図４９に示す実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの関係は、例えば、試料表面の絶縁物領域に対して実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆの電子線を照射して、その試料表面から戻ってくる電子線を輝度に変換することにより求めてもよい。
【０２５５】
次に、図５０を参照して、図４９に示す実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの関係から、試料表面電位ΔＶの判定について説明する。図５０は、試料の表面電位ΔＶと輝度差ΔＤＮとの関係を示す図である。図５０は、試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギＬＥ０を、例えば、２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時の標準輝度Ａと、試料表面の任意の領域にランディングエネルギＬＥの電子線を照射した時の平均輝度ｍｅａｎＤＮとの輝度差ΔＤＮを縦軸に示し、輝度差ΔＤＮによって換算される試料表面電位ΔＶを横軸に示す。
【０２５６】
例えば、試料表面の任意の領域に電子線を照射して、試料表面の平均輝度分布（輝度差）ΔＤＮを検出したとする。ここで、試料表面の任意の領域の輝度差△ＤＮを
平均輝度ｍｅａｎＤＮ−標準輝度Ａ＝輝度差△ＤＮ
として求める時、平均輝度分布（輝度差）△ＤＮ＞０、すなわち、輝度差△ＤＮが標準輝度Ａより明るくなる場合と、平均輝度分布（輝度差）△ＤＮ＜０、すなわち、輝度差△ＤＮが標準輝度Ａより暗くなる場合について検討する。試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギＬＥ０を、例えば、２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時、平均輝度ｍｅａｎＤＮが標準輝度Ａに対して明るくなれば、図５０に示すように、試料表面電位ΔＶが負側にシフトしていること、すなわち、負帯電していることを示し、平均輝度ｍｅａｎＤＮが標準輝度Ａに対して暗くなっていれば、図５０に示すように、試料表面電位ΔＶが正側にシフトしていること、すなわち、正帯電していることを示す。具体的には、まず、試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギＬＥ０を、例えば、２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時、検出される輝度を例えば１００とし、この検出される輝度１００を標準輝度Ａとする。次に、試料表面の任意の領域に、任意のランディングエネルギＬＥを、例えば、３．５ｅＶに設定した電子線を照射した時、輝度が１３０であった。この時、標準輝度Ａと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの輝度差ΔＤＮが３０であり、図５０から試料表面電位ΔＶは、−１Ｖとなり、負帯電していることがわかる。
【０２５７】
次に、図５１を参照して、試料表面の任意の領域に照射する電子線の実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを調整したときに検出される輝度差ΔＤＮについて説明する。図５１の（ａ）〜（ｄ）は、試料表面に対して照射する電子線の実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを変化させた場合の一例を示す図である。なお、図５１の（ａ）〜（ｄ）では、一例として試料表面が酸化物である場合について説明する。
【０２５８】
図５１の（ａ）に示す「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ無」の画像は、試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギＬＥ０を２．５ｅＶに設定した電子線のみを照射した時に検出された試料表面の輝度を表している。この時の輝度を標準輝度Ａとする。この時に試料表面の任意の領域に照射した電子線のランディングエネルギＬＥを基準ランディングエネルギＬＥ０とする。
【０２５９】
図５１の（ｂ）に示す「３ｅＶ」の画像は、図５１の（ａ）と同一の試料表面の領域に対して、予め任意のランディングエネルギＬＥを３ｅＶに設定した電子線を照射した後、基準ランディングエネルギＬＥ０を２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時に検出された試料表面の輝度を表している。この場合、輝度は標準輝度Ａより明るくなっており、試料表面が負帯電していることがわかる。
【０２６０】
図５１の（ｃ）に示す「８ｅＶ」の画像は、上記図５１の（ａ）と同一の試料表面の領域に対して、予め任意のランディングエネルギＬＥを８ｅＶに設定した電子線を照射した後、基準ランディングエネルギＬＥ０を２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時に検出された試料表面の輝度を表している。この場合、輝度は標準輝度Ａより暗くなっており、試料表面が正帯電していることがわかる。
【０２６１】
同様に、図５１の（ｄ）に示す「１８ｅＶ」の画像は、図５１の（ａ）と同一の試料表面の領域に対して、予め任意のランディングエネルギＬＥを１８ｅＶに設定した電子線を照射した後、基準ランディングエネルギＬＥ０を２．５ｅＶに設定した電子線を照射した時に検出された試料表面の輝度を表している。この場合、輝度は標準輝度Ａより暗くなっており、試料表面が正帯電していることがわかる。このように、基準ランディングエネルギＬＥ０を照射した時に検出される標準輝度Ａと、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを調整したときに検出される輝度とを比較することで、試料表面の電位ΔＶを求めることができる。
【０２６２】
次に、図５１の（ａ）〜（ｄ）に示した試料表面に対してＰｒｅ−Ｄｏｓｅにより任意のランディングエネルギＬＥ［ｅＶ］を設定した電子線を照射したときに検出される画像情報（輝度差ΔＤＮ）により、試料表面電位ΔＶを判定することについて図５２を参照して説明する。なお、試料表面電位ΔＶは、図５０に示した輝度差ΔＤＮから求めることにする。
【０２６３】
図５２は、試料表面の任意の領域に対して任意のランディングエネルギＬＥを変化させて電子線を照射した時、すなわち、「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ」を実行し、続いて基準ランディングエネルギＬＥ０を設定した電子線を照射した時の試料表面電位ΔＶの変化を示す図である。図５２では、まず、試料表面の任意の領域に対して「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ」を実行する。この「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ」を実行する際は、試料表面の任意の領域に対して、任意のランディングエネルギＬＥを、例えば、３、８、１４、２２ｅＶに各々設定した電子線を照射している。続いて、試料表面の任意の領域に対して、基準ランディングエネルギＬＥ０を、例えば、２．５ｅＶに設定した電子線を照射している。これら「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ」を含む電子線照射により検出される平均輝度ｍｅａｎＤＮと標準輝度Ａから輝度差ΔＤＮを求め、この輝度差ΔＤＮを用いて図５０を参照して試料表面電位ΔＶを求めている。
【０２６４】
図５１の（ａ）〜（ｄ）に示した輝度差ΔＤＮから判定される試料表面の電位ΔＶは、事前に試料表面の任意の領域に対して、任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を照射すること、すなわち、Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅを実行することにより、標準輝度Ａよりも明るくなるランディングエネルギＬＥ（負帯電）と、標準輝度Ａよりも暗くなるランディングエネルギＬＥ（正帯電）と、があることがわかる。このことからＰｒｅ−Ｄｏｓｅによる電子線照射を実行する際に、その電子線のランディングエネルギＬＥを任意に調整することによって、試料表面の電位を予め正帯電若しくは負帯電させることが可能であることがわかる。
【０２６５】
以上の結果により、試料表面に照射する電子線に設定する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを変化させることで、試料表面の電位ΔＶを正側若しくは負側に帯電できるということは、任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を試料表面に照射した時に得られる平均輝度ｍｅａｎＤＮから基準ランディングエネルギＬＥ０を設定した電子線を試料表面に照射した時に得られる標準輝度Ａを差し引いて得られる輝度差△ＤＮ、つまり、試料表面電位の正帯電及び負帯電の判定結果に対して、逆の帯電作用をするランディングエネルギＬＥを設定した電子線を試料表面の任意の領域に照射することで、その領域の帯電状態を標準電位に戻す（若しくは、任意の電位状態にする）ことが可能になる。以下の実施形態では、この原理を利用して試料表面の帯電を除電又は任意の電位に設定する機能を試料表面の検査装置に適用したことに特徴がある。
【０２６６】
図５３（Ａ）は任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を試料表面の各領域に照射した時に得られる輝度差ΔＤＮの分布を明るさ分布とし、その領域毎の明るさ（輝度差ΔＤＮ）分布をＸ−Ｙ座標系に示し、図５３（Ｂ）は、図５３（Ａ）に示した各領域の輝度差ΔＤＮから換算した試料表面の各領域の電位（ΔＶ）の分布をＸ−Ｙ座標系に示す。図５３（Ａ）に示す明るさ分布では、任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を試料表面の各領域に照射した時に得られる輝度を標準輝度Ａとし、試料表面の任意の領域を実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを設定した電子線を試料表面の各領域に照射して得られる平均輝度との差分を示す輝度差ΔＤＮを、その電子線を照射した領域毎に示している。
【０２６７】
図５３（Ａ）に示す各領域の輝度差ΔＤＮを求め、各領域の輝度差ΔＤＮを図５０に示した試料表面電位ΔＶと輝度差ΔＤＮとの関係を参照することで、各領域の標準輝度Ａからの輝度差ΔＤＮを試料表面電位ΔＶの分布として得ることができる。図５３（Ｂ）は、図５３（Ａ）に示す各領域の輝度差ΔＤＮから試料表面電位ΔＶを判定した結果、その電位ΔＶの分布が−１Ｖ、０Ｖ、＋０．５Ｖ、＋１Ｖである場合を示している。
【０２６８】
図５３（Ａ）及び（Ｂ）から得た、試料表面の各領域の位置情報（Ｘ，Ｙ座標）と試料表面の各領域の電位情報と、図５２に示したＰｒｅ−Ｄｏｓｅによって調整することのできる試料表面の電位とを利用することにより、図５３（Ｂ）に示す試料表面電位ΔＶが＋１Ｖの領域には、Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅによって試料表面の電位を−１Ｖに帯電させる任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を照射する事によって、その電位ΔＶが＋１Ｖの領域を０Ｖにすることができる。同様に、Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅによって、−１Ｖ、＋０．５Ｖの電位に帯電した他の領域に対して任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を照射する事によって、その他の領域も０Ｖにすることができる。また、Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅによって、試料表面の各領域の電位を一様に０Ｖにするだけでなく、試料表面の各領域の電位を任意の電位に設定して、一様な電位分布に設定することも可能である。
【０２６９】
また、上記Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅを利用して、試料表面に照射する電子線の実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを調整することによって、試料表面を暗視野（正帯電）又は明視野（負帯電）に設定できる。試料表面を暗視野に設定する場合は、主に試料上（例えばＳｉやＣｒの導体上）にある異物（絶縁物からなるもの）の検査を行うときである。このとき、試料表面の全体を暗視野にすることで、試料上の異物を光らせて検出することが可能になる。
【０２７０】
図５４は、検査対象の試料の具体例を示す斜視図である。図５４に示す試料は、基板２３０上にパターン部２４０が形成された例である。この試料に対して、主にパターン検査を行うときは、試料表面を明視野に設定する必要がある。この試料のパターン検査において、白黒のコントラストを検出してパターン部２４０の欠陥等を検査する場合（例えば、試料の最上面を構成する物質が酸化物であり、その下面がＣｒを中心とした導電体やＳｉを検査する場合）は、検査対象を「白」として検出する材料にあわせて（異なる材質によってパターンが形成されている場合、そのどちらか一方の材料）、その検査対象部分の輝度が明るくなるように、すなわち、明視野になるように試料全体に照射する電子線の実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを調整する。
【０２７１】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る試料表面の電位分布を設定する方法では、任意のランディングエネルギＬＥを設定した電子線を照射して、試料表面の電位分布を知りたい領域をスキャンし、その領域の輝度を検出し、標準輝度とスキャンした領域の輝度との輝度差を求め、このスキャン領域毎の輝度差△ＤＮの（Ｘ，Ｙ）分布を求める。この輝度差△ＤＮの（Ｘ，Ｙ）分布について標準輝度との差分を求めることで、ある領域における標準輝度に対応する基準ランディングエネルギＬＥ０からのランディングエネルギＬＥのずれ、つまり、ある領域における試料表面の電位△Ｖ［Ｖ］の変化を判定することができる。また、この試料表面の電位△Ｖ［Ｖ］の変化に応じて、上記Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅを実行することにより試料表面の電位分布を調整することもできる。
【０２７２】
ここで、試料表面の電位ΔＶが、正電位と負電位に帯電する原理について説明する。試料表面に照射される一次電子線を発生する電子銃の電子電流値から電子密度Ｊｅが算出される。この電流密度Ｊｅとブランキング信号（電子線を停止させる信号）のブランキング解除時間τs（電子線を照射している時間）から試料表面のＤｏｓｅ量が以下に示す式（５）で表される。なお、ブランキング信号のブランキングとは、試料表面に一次電子線を照射しないときに、一時的に一次電子線を遮断することをいう。
Ｄｏｓｅ＝Ｊｓ・τs （５）
【０２７３】
試料表面の情報、例えば、レジスト（例えば、絶縁物：酸化物）の厚みをｄ、そのレジストの比誘電率εrとすると、試料表面の単位面積あたりの静電容量Ｃ０は以下の式（６）で表される。
Ｃ０＝εr・ε０・Ｓ／ｄ （６）
（ここで、Ｓは単位面積１ｃｍ２、ε０は真空中の誘電率とする。）
また、Ｃ０Ｖ＝Ｑにより、Ｑは以下に示す式（７）で表される。
Ｑ＝Ｃ０・ΔＶ （７）
ここで、Ｑは試料表面に照射された総電子量であり、試料表面にランディングエネルギ
ＬＥ［ｋｅＶ］を設定した電子線を照射させた時、二次電子放出率をηとすると、総電子量Ｑは以下の式（８）で表される。
Ｑ＝Ｄｏｓｅ・(１−η) （８）
ここで式（７）及び式（８）により、
Ｑ＝Ｄｏｓｅ・（１−η）＝Ｃ０・ΔＶ
となり、この数式を二次電子放出率ηについて解くと、以下に示す式（９）で表される。
η＝１−（Ｃ０・ΔＶ）／Ｄｏｓｅ （９）
式（９）は、二次電子放出率ηが試料表面を構成する物質の比誘電率εrと一義的に関係している事を表している。
【０２７４】
すなわち、式（９）に式（６）を代入して、物質の比誘電率εrについて解くと、以下に示す式（１０）により、二次電子放出率ηと物質の比誘電率εrとの関係を表すことができる。
η＝１−{（ε０・Ｓ・ΔＶ）／（ｄ・Ｄｏｓｅ）}・εr （１０）
【０２７５】
また、図５０に示したように、試料表面の電位上昇分は、検出した平均輝度と対応させることができるので、電子線の照射条件等から検査された輝度差ΔＤＮの分布（断面階調等）から、逆に試料表面の電位分布を知ることができる。
【０２７６】
次に、試料の厚さ方向に対する電子の貫通率（透過率）のモデルを示す概念図である図５５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、該貫通率（透過率）について説明する。
先ず、図５５（Ａ）を参照して、試料の二次電子放出率η＜１の場合について説明する。図５５（Ａ）に示すように、試料表面に入射される電子により、試料表面から放出される二次電子の量が入射される電子の量より少ない場合、試料内部に蓄積される総電子量Ｑはトータールとして「負」となる。したがって、試料表面に入射される電子の量をＤｏｓｅ＿ｉｎ、試料表面から放出される二次電子の量をＤｏｓｅ＿ｏｕｔとすると、総電子量Ｑは以下の式（１１）で表される。
Ｑ＝Ｄｏｓｅ＿ｉｎ−Ｄｏｓｅ＿ｏｕｔ＜０ （１１）
【０２７７】
式（１０）で表した関係から、二次電子放出率ηは下記の式（１２）で表される。
η＝Ｄｏｓｅ＿ｏｕｔ／Ｄｏｓｅ＿ｉｎ （１２）
式（１１）から試料表面に発生する電位ΔＶの変化は下記の式（１３）で表される。
Ｄｏｓｅ＿ｉｎ（１−η）＜０ （１３）
【０２７８】
また、図５５（Ｂ）に示すように、電子銃から照射される一次電子線における電子エネルギや試料の厚さの関係から、一次電子の一部が試料を貫通（透過）する場合、試料内部に蓄積される総電子量Ｑは、透過した一次電子の量をＤｏｓｅ＿ｔｈとすると、下記の式（１４）で表される。
Ｑ＝Ｄｏｓｅ＿ｉｎ−Ｄｏｓｅ＿ｏｕｔ−Ｄｏｓｅ＿ｔｈ （１４）
【０２７９】
次に、一次電子の透過率α＝Ｄｏｓｅ＿ｔｈ／Ｄｏｓｅ＿ｉｎとすると、試料内部に蓄積される総電子量Ｑは下記の式（１５）で表される。
Ｑ＝Ｄｏｓｅ＿ｉｎ（１−η−α） （１５）
ここで、試料表面の電位ΔＶの上昇分は、式（１５）と式（７）との関係から透過率αは下記の式（１６）により求めることができる。
α＝１−η−（ΔＶ・Ｃ０／Ｄｏｓｅ） （１６）
（ただし、Ｄｏｓｅ＿ｔｈ＝Ｄｏｓｅとする）
【０２８０】
図５５（Ｂ）の場合はＱ＝０なので、透過率αは、下記の式（１７）により求めることができる。
α＝１−η （１７）
透過率αは照射する電子線のランディングエネルギＬＥと試料の厚さｔ（特にレジストの厚さ）の関数であるので、α＝ｆ（ＬＥ、ｔ）とすると、ｆ（ＬＥ、ｔ）＝１−ηを満たす条件では、試料表面の電位ΔＶの上昇分を０とすることができ、試料表面のチャージアップ（帯電）による影響を最小限にとどめることができる。逆に試料の厚さｔがわかっていれば、ランディングエネルギＬＥとの組合せで透過率αをコントロールし、ｆ（ＬＥ、ｔ）＝α＞１−ηならば試料表面を正電位に、ｆ（ＬＥ、ｔ）＝α＜１−ηならば試料表面を負電位に帯電させる条件として使い分けることができる。この原理を利用すると、試料表面に局所的に存在する電位分布を調べ、且つその電位を打ち消すランディングエネルギＬＥを設定した電子線を照射することで、電位分布を均一化することができる。
【０２８１】
以上説明したように、試料の検査において電子線を利用する試料表面の観測装置や試料表面の検査装置では、観測若しくは検査したい試料表面の大部分を占める表面材料の物性に合わせて、試料に照射する電子線のエネルギを設定している。この設定において、上述のように、ｆ（ＬＥ、ｔ）＝１−ηとなるように電子線のエネルギを設定することにより、試料表面の帯電による影響を最小限にとどめ、鮮明な画像や高感度の検査結果を得ることができる。例えば、同じ材料で構成される試料において厚さｔが異なる試料表面に電子線を照射する場合、まず、明らかに電子線が透過しない条件（α＝０）を設定した一次電子線を照射して、試料表面の二次電子放出率ηを求めることができれば、同じ材料からからなる試料の厚さｔが薄い（照射した電子線が貫通する可能性がある厚さ）領域における電子線の貫通率（透過率α）を算出することが可能となる。また、上述の輝度差（ΔＤＮ）、Ｄｏｓｅ量、試料表面の電位ΔＶの変化量といったパラメータを用いることにより、試料表面の静電容量Ｃの分布や二次電子放出率ηの分布、更には試料の厚さｔ等の分布も調べることが可能となる。
【０２８２】
図５６及び図５７は、上記に原理を説明した試料表面の電位調整方法に基づいて、試料表面の電位分布を調整することを特徴とするが可能な、本発明に係る第２及び第３の実施形態の試料観察システムの概略構成を示す図である。図５６では、電子線検査装置として、写像投影型電子顕微鏡を使用した場合の構成例を示しており、図５７では、電子線検査装置として、走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を使用した場合の構成例を示している。
【０２８３】
図５６の試料観察システムにおいて、写像投影型電子顕微鏡２１００は、一次電子線を発生する電子線発生源２１２０と、一次電子線を試料２００に導くための一次電子光学系２１３０と、一次電子線を照射することで試料２００から戻ってくる二次電子線を撮像素子２１５０に導くための二次電子光学系２１４０と、一次電子線を照射することで試料２００から戻ってくる二次電子線を画像として捉える撮像素子２１５０と、試料２００を搭載する少なくとも一方向に可動するＸＹステージ２１１２とから構成され、それぞれが真空チャンバ２１７２、２１７４、２１７６の中に収容されている。
【０２８４】
電子線発生源２１２０には、熱電子放出型電子銃２１３２を用いている。この熱電子放出型電子銃２１３２は主にＬａＢ６（六ホウ化ランタン）を用いているが、タングステンからなるフィラメントや、Ｔｈ−Ｗ（トリエーテッドタングステン）、Ｗ２Ｃ（炭化タングステン）等のタングステン系や、（Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｃａ（カルシウム））ＣＯ３からなる酸化物陰極等を用いても良い。
【０２８５】
一次電子光学系２１３０は、熱電子放出型電子銃２１３２から発生した第一の電子線を、試料２００に導く手段であり、アパーチャ２１２２と静電レンズ２１２４とを備えている。
熱電子放出型電子銃２１３２から発生した第一の電子線は、その断面が一次電子光学系２１３０のアパーチャ２１２２及び静電レンズ２１２４により円、楕円又は矩形に成形されて、試料１１０に導かれて照射される。円、楕円又は矩形に成形された第一の電子線の大きさ（ビーム径）は、概ね撮像素子２１５０であるＴＤＩ、EB-TDI、ＣＣＤ、EB-CCD等の素子面積より若干大きめの広さに成形されることが望ましい。また、一次電子線の大きさは、撮像素子２１５０毎に調整されてもよいし、または、一番大きい撮像素子２１５０の大きさに合わせて成形されてもよい。
【０２８６】
一次電子線は、一次電子光学系２１３０で任意のエネルギに加速する加速電圧Ｖａｃｃと、リターディング電圧ＲＴＤとの組み合わせを調整することで、試料２００に照射する時の第一の電子線のランディングエネルギＬＥが調整される。加速電圧Ｖａｃｃは、例えば、加速電圧調整部２１６２により調整され、リターディング電圧ＲＴＤは、例えばＸＹステージ２１１２に設けてある試料電圧調整部２１６６により調整される。一次電子線のエネルギを設定する加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤとの組み合わせは、試料２００から得る所望の情報に応じて変更される。
【０２８７】
例えば、試料２００の二次電子像を取得する場合は、加速電圧Ｖａｃｃを、例えば、１００ｅＶ〜数１０００ｅＶに設定し、リターディング電圧ＲＴＤを二次電子光学系２１４０の設定電圧（二次光学系２１４０のＥ×Ｂフィルタ２１３４の直進条件）に設定する。試料２００に照射される一次電子線と試料２００を構成する材料との間で起きる完全弾性衝突によって発生する電子（ミラー電子）像を取得する場合は、リターディング電圧ＲＴＤを調整する。また、試料２００の帯電した表面電位の影響によって、試料に照射する一次電子線が試料２００の表面近傍で跳ね返ってくるミラー電子の像を取得する場合には、ランディングエネルギＬＥを０ｅＶ〜数１０ｅＶに設定することで得ることができる。つまり、加速電圧Ｖａｃｃとリターディング電圧ＲＴＤの組み合わせを変更することで、図２に示したようなランディングエネルギＬＥと輝度差の関係を得ることができる。
【０２８８】
ＸＹステージ２１１２は、試料２００を支持する支持台であり、少なくとも水平方向に移動可能である。ＸＹステージ２１１２は、防振台２１１４上に支持され、防振台２１１４により、床からの振動がＸＹステージ２１１２に伝達されないように構成されている。また、ＸＹステージ２１１２は、外部のステージ制御ユニット２１６４によりその動作が制御される。ＸＹステージ２１１２には、上述したように試料２００に印加するリターディング電圧ＲＴＤを調整する試料電圧調整部２１６６が設けられ、試料２００に印加するリターディング電圧ＲＴＤを調整して加速電圧Ｖａｃｃとともに一次電子線のランディングエネルギＬＥを設定する。
【０２８９】
二次電子光学系２１４０は、Ｅ×Ｂフィルタ２１３４と、複数の静電レンズ２１３６から構成されている。図５６に示す写像投影型電子顕微鏡の場合、一次電子光学系２１３０は二次電子光学系２１４０の光学軸に対して斜めに配置されている。熱電子放出型電子銃２１３２から発生した一次電子線は、電界と磁界からなるＥ×Ｂフィルタ２１３４の作用により試料２００に対して垂直又は概ね垂直に照射され、試料２００から戻る二次電子線は、二次電子光学系２１４０のＥ×Ｂフィルタ２１３４を図中の垂直方向に直進して複数の静電レンズ２１３６の作用により撮像素子２１５０に導かれる。なお、Ｅ×Ｂフィルタ２１３４は、一次電子光学系２１３０と二次電子光学系２１４０との双方に含まれることになる。ここで、Ｅ×Ｂフィルタ２１３４は、磁界と電界を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子（本実施形態では電子線）の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直行させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。すなわち、一次電子線に対しては、Ｅ×Ｂフィルタ２１３４により磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが発生し、一次電子線の軌道が曲げられ、試料に導かれる。一方、二次電子線に対しては、Ｅ×Ｂフィルタ２１３４により磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが逆方向に働くため、互いに力が相殺されて二次電子線は撮像素子２１５０に導かれる。
【０２９０】
撮像素子２１５０は、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ、時間遅延積分）によるスキャン撮像も可能としている。ＴＤＩの前には、電子を増幅するＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ−ＣｈａｎｎｅｌＰｌａｔｅ、マイクロチャンネルプレート）、増幅された電子を光に変換する蛍光板及び光をＴＤＩに導く為のＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）等が備えられている。また、ＴＤＩの代わりに、電子（第二の電子線）を直接受けて画像に変換できるEB-TDIを用いてもよい。また、スキャン画像以外の静止画像の撮像を行う場合は、ＴＤＩの変わりにＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて、EB-TDIの代わりにEB-CCDを用いてもよい。更に、ＴＤＩの前にEB-CCDを設けて、スキャン像はＴＤＩを、スチル像はEB-CCDを用いるようにしてもよい。撮像素子２１５０は、試料表面から発生する電子（第二の電子線）を複数画素で同時に面として検出できる素子であれば、種々の形態の撮像素子１５０を適用することができる。
【０２９１】
撮像素子２１５０は、記憶装置２１５２に接続され、記憶装置２１５２は、制御部２１６０に接続されている。この制御部２１６０は、リターディング電圧調整部２１６６及び加速電圧調整部２１６２を有している。
【０２９２】
ＸＹステージ制御ユニット２１６４は、制御部２１６０により制御されて、ＸＹステージ２１１２の移動方向と移動距離等を制御し、ＸＹステージ２１１２上の試料２００の表面が照射される電子線に対して所望の位置になるようにする。
【０２９３】
ＸＹステージ２１１２を収容する真空チャンバ２１７４の隣には、ゲート弁２２１８の開閉により連通可能に予備環境室２２１４が配置されている。予備環境室２２１４は、検査前後の試料２００を待機させる仮置場２２１６を備えている。また、予備環境室２２１４には、真空排気が可能なターボ分子ポンプ２２１２とドライポンプ２２１０とが備えられ、真空チャンバ２１７２、２１７４、２１７６及び予備環境室２２１４内の真空排気が可能に構成されている。なお、ターボ分子ポンプ２２１２及びドライポンプ２２１０は、必要に応じて、各真空チャンバ２１７２、２１７４、２１７６に更に設けられてもよい。
【０２９４】
記憶装置２１５２は、撮像素子２１５０で取得された試料表面の画像情報を記憶する。記憶装置２１５２で記憶された試料表面の画像情報は、制御部２１６０に出力される。制御部２１６０では、リターディング電圧調整部２１６６及び加速電圧調整部２１６２を制御することによって一次電子線に対する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを調整し、ステージ制御ユニット２１６４を制御することによって、試料表面の任意の領域に一次電子線が照射されるように、ＸＹステージ２１１２の移動位置を制御する。撮像素子２１５０は、試料表面から戻ってくる二次電子線を検出し、検出した試料表面の画像を記憶装置２１５２に出力して記憶する。記憶装置２１５２は、記憶した画像を制御部２１６０に出力する。制御部２１６０は、記憶装置２１５２から入力される試料表面の画像から電位分布判定部２１６３によって試料表面の電位分布を判定し、判定した電位分布に基づいて、電位分布補正部２１６４によって試料表面の電位分布を任意の電位分布に調整する。
【０２９５】
電位分布判定部２１６３は、上述の原理において説明した方法を用いて試料２００の表面の電位分布を判定する。電位分布補正部２１６４は、上述の原理において説明した方法を用いて試料２００の表面の電位分布を任意の電位分布に調整する。
【０２９６】
ここで、制御部１６０において実行される試料表面の電位分布の調整方法について図５８に示すフローチャートを参照して説明する。図５８に示すように、ステップＳ４０１において、検査対象の試料２００に照射する一次電子線に設定する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆの調整をリターディング電圧調整部２１６６及び加速電圧調整部２１６２にて行う。実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを設定した一次電子線を試料２００の表面に照射し、試料２００の表面から戻ってくる二次電子線を撮像素子２１５０で検出し、検出した試料表面の画像を平均輝度に変換する。検査対象の試料２００は、予備環境室２２１４の仮置場２２１６からゲート弁２２１８の開閉により真空チャンバ２１７４内に搬入される。そして、搬入された試料２００の表面には、加速電圧調整部２１６２とリターディング電圧調整部２１６６とによって調整された実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆが設定された一次電子線が照射される。この実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを設定した一次電子線の照射は、上記Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅに相当する。実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを設定した一次電子線は、試料２００の表面の検査対象領域または試料２００の表面の全領域に対して検査レシピ（試料（マスク）の特性や材料等）により指定された倍率と同じ倍率で照射される。照射した一次電子線により試料２００から戻ってくる二次電子線を撮像素子２１５０によって検出し、検出した画像を平均輝度に変換し、試料２００の電位分布と位置情報を有する輝度分布を取得する。
【０２９７】
次いで、基準ランディングエネルギＬＥ０を設定した一次電子線を試料２００の表面の検査対象領域または試料２００の表面の全領域に対して照射する。以上の「Ｐｒｅ−Ｄｏｓｅ」を含む電子線照射により検出される平均輝度ｍｅａｎＤＮと標準輝度Ａから輝度差ΔＤＮを求め、この輝度差ΔＤＮを用いて、図５０のグラフから、試料２００の表面の検査対象領域または全体領域の電位ΔＶを求める。
【０２９８】
次に、ステップＳ４０２において、取得した試料２００の輝度分布は、制御部２１６０の電位分布判定部２１６２によって、試料表面の標準輝度Ａと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの差分から輝度差ΔＤＮを求める。そして、図５０のグラフを参照して輝度差ΔＤＮから試料２００の表面の測定対象領域毎に電位ΔＶを換算する。
【０２９９】
次に、ステップＳ４０３において、試料２００の電位分布の補正は、取得した試料２００の表面の測定対象領域毎の電位ΔＶと位置情報（Ｘ−Ｙ座標）から、試料２００の各領域の電位を打ち消す、若しくは任意の電位に帯電させるようなランディングエネルギＬＥの調整をリターディング電圧調整部２１６６及び加速電圧調整部２１６２にて行う。ステップＳ４０１において一次電子線を照射した試料２００の領域毎にランディングエネルギＬＥを調整しながら再度試料表面に一次電子線を照射して、試料２００の帯電を除電または任意の電位に設定する。この除電または電位設定により試料２００の各検査領域の電位が全て均一になり、試料の各検査領域の帯電状態の違いにより一次電子線を照射した時に検出される画像に感度のばらつきが生じにくくなり、又、繰り返し試料を検査する場合でも検査領域に電位分布のばらつきが生じにくくなる。
【０３００】
試料２００を検査する際に帯電の影響は、リターディング電圧ＲＴＤの調整により再度除電することができる。また、試料２００の表面の電位をリターディング電圧ＲＴＤで調整する場合、検査装置の検査速度、電子銃の電流密度により試料に対するＤｏｓｅ量が判るので、一度の検査において試料２００の表面の電位上昇量は予め求めることができ、その電位上昇分をリターディング電圧ＲＴＤの調整で補正することにより、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを一定にすることができる。すなわち、試料２００の表面の標準輝度と平均輝度との輝度差ΔＤＮを電位分布に換算し、この換算した電位分布を用いることによって、試料２００の表面の電位を均一に設定（０Ｖに除電）、若しくは、任意の電位（正電位又は負電位）に設定することができる。
【０３０１】
次に、検査対象の試料２００を交換する場合、又は、再度試料２００を検査する場合について説明する。試料２００を交換し、又は再度検査する場合に、試料表面の電位分布が変化してしまうこと、さらに、全体の試料表面の電位分布が変化してしまうことがある。したがって、試料交換時や同一試料の再検査時に、検査毎に、ランディングエネルギＬＥの調整を行う必要がある。この場合、試料２００の表面の任意の領域における輝度を調べ、上述した試料２００の輝度分布を利用して、この輝度分布から取得した標準輝度Ａと平均輝度ｍｅａｎＤＮとの差分でランディングエネルギＬＥの調整を行うことにより、試料２００の表面の電位分布を再度均一に調整することが可能である。
【０３０２】
上述したように、実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆは、ランディングエネルギＬＥ以外の最適化されたパラメータ（例えば、検査装置のＮＡ位置やそのサイズ、ウィーン条件、電流密度）を検査レシピ（試料（マスク）の特性等）に従って設定することで、再現性の良い検査が実現できる。
【０３０３】
なお、電子線検査装置は、試料表面のパターンの欠陥を検査する場合、試料表面の異物を検出する場合、試料表面に形成された多層膜上の異物や部分的若しくは局所的に厚みの違う箇所を検出する場合、更には、試料表面に構成されたパターン（図５４参照）と多層膜中に構成されたパターンの両方の形状を検出し試料の電位を比較する場合がある。それぞれ、その試料表面の検査に適した実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆで検査が可能であり、また複数回、組合せの違うランディングエネルギＬＥ若しくは同じランディングエネルギＬＥで荷電粒子（電子線）を照射し検査することも可能である。なお、試料表面に照射する電子線は、荷電粒子線に限定されず、試料表面に電位差を生じさせ、試料から電子線が戻ってくることが期待できるビーム例えば高速原子ビームであっても良い。
【０３０４】
複数回電子線を試料表面に照射する場合、例えば試料上の異物を検査する場合、初回は試料表面の電位分布から得た情報を元に、やや正電位に帯電する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを例えば１０ｅＶ〜３０ｅＶに設定した電子線を試料表面に照射し、次に、試料上の異物の輝度が最大に出来るランディングエネルギＬＥを例えば３．５ｅＶに設定した電子線を試料表面に照射して検査すると、高感度で試料上の異物を検出することが可能である。
【０３０５】
また、試料表面のパターン検査をする際、試料表面が少なくとも二種類の材料から構成される場合、初回は「試料表面の電位分布」（図５０参照）から得た情報を元に、その一方が明るくなるように、やや負電位に帯電する実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆを例えば２ｅＶ〜７ｅＶに設定した電子線を照射し、検査時のランディングエネルギＬＥは初回の照射によって生じる一方の材料の輝度と、他方の材料の輝度との差、つまりコントラストが最大になるようなランディングエネルギＬＥを例えば、２ｅＶ〜５ｅＶに設定した電子線を試料表面に照射して検査を行うと、高感度で試料表面の電位分布を検査することが可能である。
【０３０６】
図５８に示した試料表面の電位分布の調整方法は、図２に示した試料観察システムにおいても実行可能である。すなわち、図２のシステムのシステム制御部９５０を、図５６の試料観察システムの制御部２１６０と同様な機能が実行できるように構成することにより、電位分布の調整が可能である。
【０３０７】
図５７に示した試料観察システムにおいては、上述したように電子線検査装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）３２００を使用しており、該ＳＥＭ３２００は、一次電子線を発生する電子線発生源である熱電子放出型電子銃３３２０と、一次電子線を試料２００に導き、スキャンするための一次電子光学系３３００と、試料表面に一次電子線をスキャンすることで試料表面から戻ってくる二次電子線を検出する検出器３１００を備えた二次電子光学系３４００と、試料２００を搭載する少なくとも一方向に可動するＸＹステージ２１１２とから構成され、それぞれが真空チャンバ３７２０、３７４０、３７６０の中に納められている。
【０３０８】
熱電子放出型電子銃３３２０は主にＬａＢ６を用いているが、タングステンからなるフィラメントや、Ｔｈ−Ｗ、Ｗ２Ｃ等のタングステン系や、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ３からなる酸化物陰極等を用いてもよい。
【０３０９】
一次電子光学系３３００は、熱電子放出型電子銃３３２０から発生した一次電子線を、試料２００に導く手段であり、Ｅ×Ｂフィルタ３３４０と、複数の静電レンズ又は電磁レンズ３２４０から構成されている。図５７に示すＳＥＭ３２００の場合、二次電子光学系３４００は、一次電子光学系３３００の光学軸に対して斜めに配置されている。電子銃３３２０から発生した一次電子線は、複数の電磁レンズ３２４０によって細い電子線に絞られ、電界と磁界からなるＥ×Ｂフィルタ３３４０の作用により試料２００に対して垂直又は概ね垂直に照射され、試料２００から戻る二次電子線は、一次電子光学系３４００のＥ×Ｂフィルタ３３４０を図中の左方向に直進して検出器３１００に導かれる。なお、Ｅ×Ｂフィルタ３３４０は、一次電子光学系３３００と二次電子光学系３４００との双方に含まれることになる。
【０３１０】
二次電子光学系３４００は、試料表面から戻ってくる二次電子線を検出する検出器３１００を含んでいる。検出器３１００は二次電子増倍管を主に用いている。検出器３１００は制御部３１６０に接続されている。
図５７において、図５６と同一参照番号で示されている構成要素は図５６のものと同一であり、したがって、その小生な説明を省略する。
【０３１１】
図５６及び図５７の試料観察システムは、パターンの欠陥を検査する場合と、試料上の異物を検出する場合と、試料上に構成された多層膜上の異物や部分的若しくは局所的に厚みの違う箇所を検出する場合、更に試料上に構成されたパターン（図５４参照）と多層膜中に構成されたパターンの両方の形状を検出し試料の電位を比較する場合がある。それぞれ、その試料表面の検査に適した実効的なランディングエネルギＬＥｅｆｆで検査が可能であり、また複数回、組合せの違うランディングエネルギＬＥ若しくは同じランディングエネルギＬＥで荷電粒子（電子線）を照射し検査することも可能である。ここで、試料表面に照射する電子線は、荷電粒子線に限定されず、試料表面に電位差を生じさせ、試料から電子線が戻ってくることが期待できるビーム例えば高速原子ビームであっても良い。
【０３１２】
以上、本発明の異物付着防止方法及び電子線検査方法について、種々の実施形態をあげて説明した。これら本発明の異物付着防止方法及び電子線検査装置によれば、試料の周囲を包囲する位置に配置した集塵電極により試料に向けて飛んでくるパーティクル等の異物をブロックすることができるので、パーティクル等の異物が試料表面に付着することを防止することができる。また、試料表面にパーティクル等の異物が付着することを防止することができるので、特に、試料表面の１００ｎｍ以下の超微細パターン、構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査を、高精度で効率的に行うことができる。
【０３１３】
また、本発明によれば、試料表面に絶縁領域と導電領域とが形成されている場合でも、試料表面の高コントラストの画像を得ることができるとともに、欠陥の種類（欠落欠陥か解放欠陥か）を容易に分類することができる。さらにまた、本発明によれば、試料表面のチャージアップを効率よく除電することができるので、チャージアップによる試料画像のぼけを防止することができる。したがって、異物付着の防止の効果と相まって、極めて高精度の検査をすることができる。
【０３１４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、これらの実施形態に種々の変形及び置換を加えることができることは言うまでもない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡ（開口数）を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
前記ステージに配置される試料に第１電圧を印加する第１電源と、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも１つの第１電極と、
前記第１電圧と同じ極性を有し、かつ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第２電圧を、前記第１電極に印加する第２電源と
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記第１電極の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも１つの第２電極と、
前記第１電圧と同じ極性を有し、且つ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第３電圧を前記第２電極に印加する第３電源と
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記ステージの上方に設置された間隙制御板であって、電子線を通過させる貫通孔を内部に有し、前記ステージに配置される試料の表面を覆う隙間制御板
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記ステージの周囲を囲繞するカバーであって、該ステージに向けた塵又はパーティクルの流入を防止するカバー
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記第１電源に接続された一対の端子と前記第２電源に接続された一対の端子とを備えた端子台と、
前記端子台の２対の端子にそれぞれ一方の端部が接続された２対の接続線を有するケーブルと、
前記端子台を収納しているとともに前記ケーブルの一部分を湾曲した状態で収納した箱であって、該箱内の塵又はパーティクルを集塵する電極をさらに収容している箱と、
前記ケーブルの２対の接続線それぞれの他方の端部に接続された２対の端子であって、前記第１及び第２電圧を試料及び前記第１電極に印加するための２対の端子を備え、かつ前記ステージに固定された固定板と
を備え、前記箱と前記固定板との間の前記ケーブルの部分は直線状に延在保持されており、前記ステージの移動に連れて前記箱内の前記ケーブルの湾曲した部分が前記ステージの移動方向に伸縮するよう構成されていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項６】
電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡを規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設置された装置であって、該チャンバ内を真空状態にする過程で該真空チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該真空チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去する装置と
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項７】
電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとＮＡ（開口数）を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバであって、少なくとも１つの穴が壁面に設けられているか、又は任意の電圧が印加されるメッシュ構造の平板が壁面に敷設されているチャンバと
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項８】
請求項１−７いずれかに記載の電子線検査装置において、前記電子ビーム源は、面状の電子ビームを発生するよう構成されていることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御する電子光学系制御電源と、
前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整可能とするアパーチャ調節機構と
を備え、前記アパーチャ調節機構により、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにしたことを特徴とする電子線検査装置。
【請求項１０】
請求項９記載の電子線検査装置において、
前記二次電子光学系はＮＡ（開口数）を規定するための複数のアパーチャを備えており、
該複数のアパーチャは、それぞれの径が異なっており、
前記アパーチャ調節機構により複数のアパーチャの１つが選択されて、該選択されたアパーチャを、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過できるようにした
ことを特徴とする電子線検査装置。
【請求項１１】
請求項８記載の電子線検査装置において、前記検出器は、EB-CCD又はEB-TDIであることを特徴とする電子線検査装置。
【請求項１２】
電子線検査装置を用いて試料の表面を検査する方法であって、
ステージに試料を配置するステップと、
前記ステージに配置された試料に第１電圧を印加するステップと、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵するための第１電極に、試料に印加された電圧と同じ極性を有し、かつ該第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第２電圧を印加するステップと、
電子銃より電子ビームを放射し、該電子ビームを、一次電子光学系を介して前記ステージ上に配置された試料に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器に導き、該検出器で検出するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、該方法はさらに、
前記第１電極の周囲を包囲する位置に配置される第２電極に、前記第１電圧と同じ極性を有し、かつ前記第１電圧の絶対値以上の絶対値を有する第３電圧を印加するステップ
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１４】
電子線検査装置を用いて試料の表面を検査する方法であって、
試料をステージ上に配置するステップと、
内部に前記ステージが設置されているチャンバを真空排気するステップと、
前記チャンバ内に配置された装置により、前記チャンバ内を真空状態にする過程で該チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去するステップと、
電子銃から電子ビームを放射し、該電子ビームを一次電子光学系を介して試料上に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器に導き、該検出器で検出するステップと
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法において、前記電子銃から照射される電子ビームは面状であり、該方法はさらに、
試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御するステップと、
ＮＡ（開口数）を規定する前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整するステップと
を含み、前記アパーチャの位置の調節により、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記二次電子光学系は、それぞれ径が異なる複数のアパーチャを備えており、前記調整するステップは、
前記複数のアパーチャの１つを選択して、該選択されたアパーチャの位置を、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過するように調整するステップ
を含んでいることを特徴とする方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３（Ａ）】
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【図２３（Ｂ）】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６（Ａ）】
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【図２６（Ｂ）】
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【図２７（Ａ）】
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【図２７（Ｂ）】
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【図２８（Ａ）】
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【図２８（Ｂ）】
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【図２９（Ａ）】
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【図２９（Ｂ）】
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【図３０（Ａ）】
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【図３０（Ｂ）】
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【図３１（Ａ）】
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【図３１（Ｂ）】
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【図３２（Ａ）】
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【図３２（Ｂ）】
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【図３３】
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【図３４（Ａ）】
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【図３４（Ｂ）】
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【図３５】
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【図３６（Ａ）】
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【図３６（Ｂ）】
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【図３６（Ｃ）】
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【図３７（Ａ）】
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【図３７（Ｂ）】
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【図３７（Ｃ）】
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【図３８（Ａ）】
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【図３８（Ｂ）】
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【図３９（Ａ）】
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【図３９（Ｂ）】
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【図４０（Ａ）】
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【図４０（Ｂ）】
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【図４１（Ａ）】
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【図４１（Ｂ）】
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【図４２（Ａ）】
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【図４２（Ｂ）】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７（Ａ）】
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【図４７（Ｂ）】
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【図４７（Ｃ）】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３（Ａ）】
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【図５３（Ｂ）】
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【図５４】
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【図５５（Ａ）】
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【図５５（Ｂ）】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【公開番号】特開２０１２−６４５６７（Ｐ２０１２−６４５６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９０４０（Ｐ２０１１−１６９０４０）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】

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