(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁領域と導電領域を有する試料面を電子ビーム照射により観察する方法であって、
前記試料面に撮像電子ビームを照射する第１のステップと、
前記試料面の構造情報を得た電子を検出して前記試料面の画像を取得する第２のステップと、を備え、
前記第１のステップの撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、前記試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２次電子の双方を含む遷移領域に調整され、
前記第２のステップは、
前記導電領域の輝度が前記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サブステップＡと、
前記絶縁領域の輝度が前記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サブステップＢと、
を備え、さらに、
前記サブステップＡと前記サブステップＢの条件選択は、光学系に設けられ開口数（ＮＡ）を定める可動のＮＡアパーチャの位置調整により行われる、ことを特徴とする試料観察方法。
【請求項２】
前記撮像電子ビームの照射前に、前記試料面に帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させるステップを備えている、請求項１に記載の試料観察方法。
【請求項３】
前記第１のステップの前で且つ前記帯電電子ビームの照射後に、前記導電領域の輝度と前記絶縁領域の輝度の差で生じるコントラストを最大にする撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）を決定するステップを備え、
前記第１のステップにおける撮像電子ビームの照射を、前記コントラストが最大となる照射エネルギ（ＬＥ）で実行する、請求項２に記載の試料観察方法。
【請求項４】
前記帯電電子ビームの照射に先立ち、電子ビーム照射による前記絶縁領域の帯電が飽和するドーズ量を決定するステップを備え、
前記絶縁領域を帯電させるステップにおける帯電電子ビームの照射を、前記ドーズ量で実行する、請求項３に記載の試料観察方法。
【請求項５】
前記帯電電子ビームの照射前後での前記絶縁領域の構造情報を得た電子の軌道シフト量を予め求めておくステップを備え、該軌道シフト量に基づいて前記ＮＡアパーチャの位置調整を行う、請求項２乃至４の何れか１項に記載の試料観察方法。
【請求項６】
前記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、前記撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定される請求項１乃至５の何れか１項に記載の試料観察方法。
【請求項７】
前記試料面の観察は写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いて実行される、請求項１乃至６の何れか１項に記載の試料観察方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の試料観察方法により得られた試料面の画像を用いて前記試料面の欠陥の存否を判定する試料検査方法であって、
前記サブステップＡにより得られた画像Ａにより欠落欠陥（ショート欠陥）の存否を判定し、前記サブステップＢにより得られた画像Ｂにより開放欠陥（オープン欠陥）の存否を判定することを特徴とする試料検査方法。
【請求項９】
絶縁領域と導電領域を有する試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、
前記撮像電子ビームの照射により前記試料面の構造情報を得た電子が、前記撮像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、
前記電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）により方向付けされた前記電子を検出し、該検出された電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、
前記撮像電子ビームの照射エネルギを、前記電子がミラー電子と２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、
前記試料面に電子ビームを照射して前記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、
ＮＡアパーチャ移動機構は、前記ＮＡアパーチャが、前記Ｅ×Ｂの作用により方向付けが異なる前記導電領域の構造情報を得た電子と前記絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に前記検出器に導くことが可能に構成されている試料観察装置と、
前記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、前記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部と、
を備えている試料検査装置。
【請求項１０】
前記電子ビーム源が前記帯電電子ビーム照射手段を兼ねている、請求項９に記載の試料検査装置。
【請求項１１】
前記ＮＡアパーチャは複数種類設けられており、
該複数のＮＡアパーチャはそれぞれに径が異なるＮＡ調整用アパーチャであり、
前記ＮＡアパーチャ移動機構により、前記導電領域の構造情報を得た電子又は前記絶縁領域の構造情報を得た電子の少なくとも一方が通過して前記画像のコントラストを最適にするＮＡアパーチャが選択可能であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の試料検査装置。
【請求項１２】
前記検出器は、前記電子を直接検出するＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩである、請求項９乃至１１の何れか１項に記載の試料検査装置。
【請求項１３】
前記試料観察装置は写像投影型の低加速電子ビーム装置である、請求項９乃至１２の何れか１項に記載の試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、より詳細には、絶縁領域と導電領域が形成された試料面に低エネルギーの撮像電子ビームを照射して試料面の画像を取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体ウエハ等の試料面に電子ビームを照射し、試料面から放出された電子を検出してウエハ表面画像を取得し、これに基づいて半導体ウエハの開放欠陥（オープン欠陥）や欠落欠陥（ショート欠陥）等の欠陥を検出するようにした試料面観察方法が知られている（例えば、特開２００５−２３５７７７号公報（特許文献１）参照）。
【０００３】
このような従来の試料面観察方法では、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。従来の試料面観察方法では、半導体ウエハの表面から得たウエ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。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている観察方法では、観察対象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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、上述した従来の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２）。
【０００７】
特許文献２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。
【０００８】
また、特許文献２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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２３５７７７号公報
【特許文献２】特開２００９−８７８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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２に開示の発明は更に改善する余地があるとの結論に至った。
【００１１】
つまり、本発明の目的とするところは、絶縁領域と導電領域が形成されている試料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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明に係る試料観察方法は、絶縁領域と導電領域を有する試料面を電子ビーム照射により観察する方法であって、前記試料面に撮像電子ビームを照射する第１のステップと、前記試料面の構造情報を得た電子を検出して前記試料面の画像を取得する第２のステップと、を備え、前記第１のステップの撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、前記試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２次電子の双方を含む遷移領域に調整され、前記第２のステップは、前記導電領域の輝度が前記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サブステップＡと、前記絶縁領域の輝度が前記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サブステップＢと、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料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。
【００１４】
本発明に係る試料観察方法は、前記撮像電子ビームの照射前に、前記試料面に帯電電子ビームを照射して前記絶縁領域を帯電させるステップを備えている構成としてもよい。
【００１５】
かかる構成とすることにより、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との分離が顕著なものとなり、高いコントラストを得ることが容易になる。
【００１６】
また、本発明に係る試料観察方法は、前記サブステップＡと前記サブステップＢの条件選択は、光学系に設けられ開口数（ＮＡ）を定める可動のＮＡアパーチャの位置調整により行われる構成としてもよい。
【００１７】
かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを検知器に導くことが容易なものとなる。
【００１８】
また、本発明に係る試料観察方法は、前記第１のステップの前で且つ前記帯電電子ビームの照射後に、前記導電領域の輝度と前記絶縁領域の輝度の差で生じるコントラストを最大にする撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）を決定するステップを備え、前記第１のステップにおける撮像電子ビームの照射を、前記コントラストが最大となる照射エネルギ（ＬＥ）で実行する構成としてもよい。
【００１９】
かかる構成とすることにより、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との分離がなされた状態における高いコントラストの画像の取得が容易になる。
【００２０】
また、本発明に係る試料観察方法は、前記帯電電子ビームの照射に先立ち、電子ビーム照射による前記絶縁領域の帯電が飽和するドーズ量を決定するステップを備え、前記絶縁領域を帯電させるステップにおける帯電電子ビームの照射を、前記ドーズ量で実行する構成としてもよい。
【００２１】
かかる構成とすることにより、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との分離を効果的に行うことができる。
【００２２】
また、本発明に係る試料観察方法は、前記帯電電子ビームの照射前後での前記絶縁領域の構造情報を得た電子の軌道シフト量を予め求めておくステップを備え、該軌道シフト量に基づいて前記ＮＡアパーチャの位置調整を行う構成としてもよい。
【００２３】
かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを検知器に導くことを、迅速に実行することができる。
【００２４】
また、本発明に係る試料観察方法は、前記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、前記撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５ｅＶに設定されることが好ましい。
【００２５】
かかる照射エネルギの設定により、材料コントラストの高い画像を取得することが可能となる。
【００２６】
発明に係る試料観察方法は、例えば、写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いて実行される。
【００２７】
写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いることにより、本発明の試料観察方法を特別な装置改良等なく実行することができる。
【００２８】
本発明に係る試料検査方法は、上述の試料観察方法により得られた試料面の画像を用いて前記試料面の欠陥の存否を判定する試料検査方法であって、前記サブステップＡにより得られた画像Ａにより欠落欠陥（ショート欠陥）の存否を判定し、前記サブステップＢにより得られた画像Ｂにより開放欠陥（オープン欠陥）の存否を判定することを特徴とする。
【００２９】
かかる構成とすることにより、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で、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。
【００３０】
発明に係る試料観察装置は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、前記撮像電子ビームの照射により前記試料面の構造情報を得た電子が、前記撮像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、前記電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）により方向付けされた前記電子を検出し、該検出された電子から前記試料面の画像を取得する検出器と、前記撮像電子ビームの照射エネルギを、前記電子がミラー電子と２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、前記試料面に電子ビームを照射して前記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、ＮＡアパーチャ移動機構は、前記ＮＡアパーチャが、前記Ｅ×Ｂの作用により方向付けが異なる前記導電領域の構造情報を得た電子と前記絶縁領域の構造情報を得た電子を、選択的に前記検出器に導くことが可能に構成されていることを特徴とする。
【００３１】
かかる構成とすることにより、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料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。
【００３２】
発明に係る試料観察装置は、前記電子ビーム源が前記帯電電子ビーム照射手段を兼ねている構成としてもよい。
【００３３】
この場合、別途帯電電子ビーム照射手段を設けることなく、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との分離が顕著なものとして、高いコントラストの画像を得ることができる。
【００３４】
また、発明に係る試料観察装置は、前記ＮＡアパーチャは複数種類設けられており、該複数のＮＡアパーチャはそれぞれに径が異なるＮＡ調整用アパーチャであり、前記ＮＡアパーチャ移動機構により、前記導電領域の構造情報を得た電子又は前記絶縁領域の構造情報を得た電子の少なくとも一方が通過して前記画像のコントラストを最適にするＮＡアパーチャが選択可能である態様としてもよい。
【００３５】
かかる構成とすることにより、導電領域の構造情報を得た電子ｅｃを検知器に導くこと、逆に、絶縁領域の構造情報を得た電子ｅｉを検知器に導くことが容易なものとなる。
【００３６】
また、発明に係る試料観察装置の前記検出器は、例えば、前記電子を直接検出するＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩである。
【００３７】
かかる構成とすることにより、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ことが可能であるため、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。
【００３８】
発明に係る試料観察装置は、例えば、写像投影型の低加速電子ビーム装置である。
【００３９】
写像投影型の低加速電子ビーム装置を用いることにより、本発明の試料観察方法を特別な装置改良等なく実行することができる。
【００４０】
発明に係る試料検査装置は、上述の試料観察装置と、前記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、前記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部と、を備えている。
【００４１】
かかる構成とすることにより、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で、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。
【発明の効果】
【００４２】
上述したとおり、本発明に係る試料観察方法および試料観察装置によれば、導電領域の輝度が絶縁領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得と、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下での画像の取得とが行われ、これらの画像に基づいて、試料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。
【００４３】
また、本発明に係る試料観察方法および試料観察装置によれば、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との分離が顕著なものとなり、高いコントラストを得ることが容易になる。
【００４４】
さらに、本発明に係る試料検査方法および試料検査装置によれば、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基づく欠陥存否の判断により、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。
【００４５】
本発明は、例えば、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハを加工した後の当該半導体ウエハの表面の観察や検査に適用することができる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法を用いて、試料面に絶縁領域と導電領域を有する半導体ウエハを観察し、高コントラストの画像を取得して半導体ウエハの良否を検査することにより、欠陥の無い半導体ウエハの製造のための有力な手段となる。
【００４６】
このように、本発明によれば、絶縁領域と導電領域が形成されている試料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。本発明は、例えば、半導体ウエハやレチクル等の基板の表面を観察する試料観察装置や、欠陥を検出する試料欠陥検出装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明に係る試料観察装置の全体構成例を示した図である。
【図２】図２は、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る。図２（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２（Ｂ）は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３】図３は、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、横軸が実効ランディングエネルギ（ＬＥ）である。
【図４】図４は、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５】図５は、試料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ある。図５（Ａ）は電子軌道の側面図であり、図５（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。
【図６】図６は、高い材料コントラストを得るためのＮＡアパーチャの最適位置を、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６（Ａ）は、ミラー電子の場合のＮＡ調整用アパーチャの最適ＮＡアパーチャ位置を示した図であり、図６（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。
【図７】図７は、既に図２に関連して説明した試料の構造と、当該試料の観察により取得された画像の一例を示した図である。図７（Ａ）は、試料であるコンタクトプラグの断面構造を示した図であり、図７（Ｂ）は、コンタクトプラグ構造を有する試料面の取得画像の一例を示した図である。
【図８】図８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。図８（Ａ）は、電子ビームのランディングエネルギ（ＬＥ）を変化させ、図７（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８（Ｂ）は、図８（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【図９】図９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説明するための図である。図９（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９（Ｂ）は、図９（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【図１０】図１０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る。図１０（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１０（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図１１】図１１は、試料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方式とで比較した結果を示した図である。図１１（Ａ）は、試料面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１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の測定結果とグラフ化した図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る試料観察装置の第２の全体構成例を示した図である。
【図１３】図１３は、可動式のＮＡ調整用アパーチャの構成例を示した図である。図１３（Ａ）は、スライド移動式のＮＡ調整用アパーチャとして構成した場合の一例を示した上面図であり、図１３（Ｂ）は、回転移動式のＮＡ調整用アパーチャとして構成した場合の一例を示した上面図である。
【図１４】図１４は、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１５】図１５は、本発明に係る試料観察装置の第３の全体構成例を示した図である。
【図１６】図１６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。
【図１７】図１７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。
【図１８】図１８は、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実験結果を示したものである。図１８（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１８（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図１９】図１９は、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実験結果を示したものである。図１９（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１９（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図２０】図２０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２０（Ａ）は、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纏めた表である。また、図２０（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図２１】図２１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２１（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２１（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図２２】図２２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２２（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２２（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【図２３】図２３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ある。
【図２４】図２４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。
【図２５】図２５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。
【図２６】図２６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２７】図２７は、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る。図２７（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２７（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２７（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。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
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。
【００４９】
［試料観察装置の全体構成例］
図１は、本発明に係る試料観察装置の全体構成例を示した図である。この試料観察装置は、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１０と、１次系レンズ２０と、コンデンサレンズ３０と、電磁場発生手段（Ｅ×Ｂ）４０と、トランスファーレンズ５０と、開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）調整用のＮＡ調整用アパーチャ６０と、プロジェクションレンズ７０と、検出器８０と、画像処理装置９０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、照射エネルギ設定手段１１０と、電源１１５とを備えている。
【００５０】
ＮＡ調整用アパーチャ６０には、少なくとも１つのＮＡアパーチャ６１が設けられており、このＮＡアパーチャ６１により開口数（ＮＡ）が決定される。ＮＡアパーチャ６１は平面内での位置調整が可能とされ、後述するＥ×Ｂ４０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８０に導くことができる。なお、この試料観察装置は、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面２０１を帯電させるための帯電ビーム照射手段１２０を備える構成としてもよい。
【００５１】
試料面２０１は絶縁領域と導電領域を有しており、当該試料面２０１の観察は、電子ビーム源１０からの撮像電子ビームの照射により行われる。電子ビーム源１０は、例えば、電子源１１と、ウェーネルト電極１２と、アノード１３とを備えており、電子源１１で電子を発生させ、ウェーネルト電極１２で電子を引き出し、アノード１３で電子を加速して試料面２０１に向けて照射する。
【００５２】
電子ビーム源１０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してよい。これにより、１回の電子ビームの試料面２０１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。
【００５３】
照射エネルギ設定手段１１０は、電子ビーム源１０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。照射エネルギ設定手段１１０の電源１１５は、電子ビーム源１０に電力を供給し、電子源１１から電子を発生させる。電源１１５は、電子源１１から電子を発生させるため、負極が電子源１１に接続される。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１０の電子源１１に備えられたカソードの電位差により定められる。よって、照射エネルギ設定手段１１０は、電源１１５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。
【００５４】
本発明に係る試料観察装置においては、照射エネルギ設定手段１１０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面２０１の構造情報を得た電子がミラー電子と２次電子の双方を含む遷移領域に設定される。照射エネルギの具体的な設定方法については、後述する。
【００５５】
１次系レンズ２０は、電子ビーム源１０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、試料面２０１上の所望の照射領域に導くための手段である。なお、１次系レンズ２０は、複数設けられていてもよい。このような１次系レンズ２０には、例えば、四極子レンズが用いられる。
【００５６】
Ｅ×Ｂ４０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×Ｂ４０は、電子ビーム源１０から射出された電子ビームについては、試料面２０１の方向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。
【００５７】
また、Ｅ×Ｂ４０は、試料面２０１への電子ビームの照射により試料面２０１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８０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面２０１の構造情報を得た電子は、Ｅ×Ｂ４０の作用により、撮像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。
【００５８】
このようなＥ×Ｂ４０の作用により、試料面２０１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面２０１側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。
【００５９】
コンデンサレンズ３０は、電子ビームを試料面２０１に結像させるとともに、試料面２０１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３０は、試料２００の最も近傍に配置される。
【００６０】
トランスファーレンズ５０は、Ｅ×Ｂ４０を通過した電子を、検出器８０の方向に導くともに、ＮＡ調整用アパーチャ６０のＮＡアパーチャ６１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。
【００６１】
ＮＡ調整用アパーチャ６０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６０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６１を有している。ＮＡアパーチャ６１は、トランスファーレンズ５０により導かれた試料面２０１側からの電子を通過させて検出器８０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８０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６１は、平面内で位置調整可能であり、Ｅ×Ｂ４０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８０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ＮＡアパーチャがＮＡアパーチャ移動機構により選択されることとなる。
【００６２】
プロジェクションレンズ７０は、ＮＡ調整用アパーチャ６０を通過した電子について、検出器８０の検出面８１上に像を結像させるための最終焦点調整手段である。
【００６３】
検出器８０は、電子ビームが試料面２０１に照射され、試料面２０１の構造情報を得た電子を検出し、試料面２０１の画像を取得するための手段である。検出器８０は、種々の検出器８０が適用され得るが、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検出器が適用されてもよい。ＣＣＤやＴＤＩ−ＣＣＤ等の２次元画像撮像型の検出器８０を用い、電子ビーム源１０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、高速な試料面２０１の観察が可能となる。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８０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８０には、それらも含まれるようにする。
【００６４】
検出器８０は、ＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩを用いるようにしてもよい。図１で例示した試料観察装置の検出器８０には、ＥＢ−ＣＣＤ８１を用いている。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。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。
【００６５】
画像処理装置９０は、検出器８０から出力された電気信号に基づいて、試料面２０１の画像を生成する装置である。具体的には、検出器８０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。本実施形態に係る試料観察装置においては、試料面２０１に絶縁材料と導電材料を含む試料２００を観察するので、絶縁領域と導電領域とに輝度差が発生し、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９０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。
【００６６】
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ったり、水平面内で回転可能であったりしてよい。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面２０１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。
【００６７】
帯電電子ビーム照射手段１２０は、電子ビーム源１０から撮像用の撮像電子ビームを照射する前に、試料面２０１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１２０は、必要に応じて設けられてよい。
【００６８】
試料面２０１を撮像する前に、試料面２０１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面２０１に照射したい場合には、帯電電子ビーム照射手段１２０を設けるようにしてもよい。
【００６９】
なお、帯電電子ビーム照射手段１２０を別途設けることなく、電子ビーム源１０が当該帯電電子ビーム照射手段を兼ねる構成の試料観察装置としてもよい。
【００７０】
つまり、上述の帯電電子ビームは、帯電電子ビーム照射手段１２０を用いずに、電子ビーム源１０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、撮像電子ビームを試料面２０１に照射するようにしてもよい。
【００７１】
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、すぐに撮像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１２０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することができ、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１２０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。
【００７２】
試料２００は、その表面の試料面２０１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、半導体ウエハ、レチクル等の基板状の試料２００が適用されてよい。本発明に係る試料観察装置は、試料面２０１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面２０１を観察することができるように構成することとしてもよい。このような構成とすれば、例えば、半導体ウエ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、良好に試料面２０１の画像を取得し、観察を行うことができる。
【００７３】
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、導電材料にはＷ（タングステン）等のプラグ材料、絶縁材料には半導体ウエ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。
【００７４】
［試料観察の具体的内容］
次に、図１に例示した構成の試料観察装置を用いた試料観察の内容について、具体的に説明する。
【００７５】
図２は、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る。ここで、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２（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２（Ｂ）は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。
【００７６】
図２（Ｂ）において、横軸は撮像電子ビームの照射エネルギ（ランディングエネルギ（ＬＥ）とも呼ぶ。）を示し、縦軸は検出器８０における検出器電流の大きさを示している。また、図２（Ｂ）において、実線は１０〜３００〔μｍ〕のアパーチャ径を有するＮＡ調整用アパーチャ６０を用いた場合の特性曲線であり、一点鎖線は、１０００〜３０００〔μｍ〕のアパーチ・BR>レAを有するＮＡ調整用アパーチャ６０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）２〜１０〔ｅＶ〕は「二次電子領域」、−２〜２〔ｅＶ〕は「遷移領域」、−２〔ｅＶ〕以下は「ミラー電子領域」となっている。
【００７７】
なお、ここで、「二次電子」とは、電子ビームが試料面２０１に衝突し、試料２００から放出される電子のことを言う。二次電子は、試料面２０１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。
【００７８】
また、「ミラー電子」とは、試料面２０１に向かって照射された電子ビームが、試料面２０１に衝突せず、試料面２０１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、試料面２０１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、電子ビームは試料面２０１近傍の電界により、試料面２０１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、試料面２０１に衝突することなく、進行方向を逆向きとして反射してゆく電子をミラー電子と呼ぶ。
【００７９】
図２（Ｂ）において、ランディングエネルギ（ＬＥ）２〜１０〔ｅＶ〕の二次電子領域では、ＮＡ調整用アパーチャ６０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６０の位置での電子の広がりが大きいためである。
【００８０】
次に、ランディングエネルギ（ＬＥ）を２〔ｅＶ〕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、ＮＡ調整用アパーチャ６０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。
【００８１】
次に、ランディングエネルギー（ＬＥ）が−２〔ｅＶ〕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６０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６０の位置では、φ３００〔μｍ〕以下でφ１０〔μｍ〕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、基板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。
【００８２】
なお、図２（Ｂ）に示した例において、アパーチャ径が１０〔μｍ〕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３０００〔μｍ〕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、１０〔μｍ〕以上、及び、３０００〔μｍ〕以下とした。
【００８３】
図３は、試料面２０１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３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。
【００８４】
図３には、実効ランディングエネルギ（ＬＥ）が０〔ｅＶ〕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面２０１に衝突することなく試料面２０１の前方に反射する。この場合、照射ビームが試料面２０１に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料面２０１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。
【００８５】
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面２０１に衝突することなく試料面２０１の前方に反射するミラー電子となるが、一部の照射電子ビームは試料面２０１に衝突して試料２００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、照射ビームが試料面２０１に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料面２０１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、その放出量が試料面２０１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ている。そして、ランディングエネルギが高くなる程（図３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。
【００８６】
つまり、図３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。
【００８７】
上述した例では、ランディングエネルギが−２〔ｅＶ〕〜２〔ｅＶ〕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面を高コントラストで観察するのに大変効果的であることを見いだした。
【００８８】
本発明者等の検討によれば、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、１次系の撮像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。
【００８９】
以下、この内容について詳細に説明を行う。
【００９０】
図４は、ランディングエネルギ（ＬＥ）に対する試料面２０１の階調の変化を示した図である。ここで、階調は、検出器８０で取得する電子数に比例している。
【００９１】
図４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ＬＥＢ以下の領域が遷移領域である。
【００９２】
本発明者等が種々の実験を重ねた経験によれば、ＬＥＡ〜ＬＥＢが、−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕の範囲が好ましい範囲であることが多く確認されている。
【００９３】
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、−５〔ｅＶ〕〜＋５〔ｅＶ〕）の領域、又は、ＬＥＡ≦ＬＥ≦ＬＥＢ＋５〔ｅＶ〕（例えば、−５〔ｅＶ〕〜＋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。
【００９４】
再び図２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、種々の材料を適用してよいが、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）等が適用されてもよい。
【００９５】
図２（Ａ）に、各発生電子領域のランディングエネルギ（ＬＥ）の照射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２（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、試料面２０１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。
【００９６】
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。
【００９７】
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面２０１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。
【００９８】
なお、遷移領域において、撮像前に、予め試料表面２０１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。
【００９９】
そして、このような速度の異なる電子がＥ×Ｂ４０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。
【０１００】
Ｅ×Ｂ４０は、電場Ｅと磁場Ｂの発生手段であり、このＥ×Ｂ４０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―１９〔Ｃ〕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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
通常は、導電性基板から出射された電子がＥ×Ｂ４０を直進する条件（ウィーン条件）が設定されているが、上述したような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×Ｂ４０を通過した電子の軌道がシフトすることとなる。
【０１０３】
つまり、上述したとおり、Ｅ×Ｂ４０は、撮像電子ビームの照射により試料面２０１の構造情報を得た電子の軌道を、撮像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６１を通過させて、選択的に検出器８０に導くことが可能である。
【０１０４】
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。
【０１０５】
図５は、試料面２０１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５（Ａ）は電子軌道の側面図であり、図５（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。
【０１０６】
図５（Ａ）において、試料２００には、試料用電源１０１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が露出して試料面２０１を構成している。例えば、レチクルのコンタクト構造は、図５（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、試料観察装置の構成要素としては、Ｅ×Ｂ４０と、ＮＡ調整用アパーチャ６０と、検出器８０のみが示されている。
【０１０７】
図５（Ａ）において、電子ビームＥＢが右上方から射出され、Ｅ×Ｂ４０により電子ビームが偏向されて試料面２０１に垂直に入射している。そして、試料面２０１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６０のＮＡアパーチャ６１を通過する。一方、絶縁領域２０１の構造情報を得た電子ｅｉは、Ｅ×Ｂ４０の作用により軌道がシフトし、ＮＡアパーチャ６１の周辺のＮＡ調整用アパーチャ６０の部材に衝突してＮＡアパーチャ６１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８０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８０には到達しない。
【０１０８】
レチクルのコンタクト構造においては、試料面２０１の大部分を絶縁材料２０１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８０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８０に到達させないことにより、特異的に高いコントラストの画像を取得することができる。
【０１０９】
これとは逆に、絶縁材料２０１の表面構造情報を得た電子ｅｉのみを検出器８０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８０に到達させないことによっても、特異的に高いコントラストの画像を取得することができる。
【０１１０】
このようなコントラストの反転の手法は、特に、試料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。
【０１１１】
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、半導体ウエハ等のライン／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。
【０１１２】
図５（Ｂ）は、ＮＡ調整用アパーチャ６０の下側から見た、ＮＡアパーチャ６１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２０１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。
【０１１３】
この図に示した例では、長方形状のＮＡ調整用アパーチャ６０の一部に形成された孔部であるＮＡアパーチャ６１は、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃがＮＡアパーチャ６１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６０により遮ってＮＡアパーチャ６１を通過できない位置に調整されている。
【０１１４】
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６０の位置がクロスオーバー点となり、最小スポットの１００〔μｍ〕となる。よって、Ｅ×Ｂ４０による軌道シフトを利用し、ＮＡ調整用アパーチャ６０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。
【０１１５】
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６０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６１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６１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。
【０１１６】
なお、撮像電子ビームを照射する前に、試料面２０１の絶縁領域２０３に帯電電子ビームを照射する場合には、電子ビーム源１０か、又は設置されている場合には帯電電子ビーム照射手段１２０を用いて、検出器８０による撮像を行わない状態で、帯電電子ビームを試料２００の試料面２０１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、試料面２０１の撮像領域に照射するようにしてもよい。
【０１１７】
図６は、高い材料コントラストを得るためのＮＡアパーチャ６１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６（Ａ）は、ミラー電子の場合のＮＡ調整用アパーチャ６０の最適ＮＡアパーチャ６１位置を示した図であり、図６（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６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６０の位置におけるＮＡアパーチャ６１の最適位置は異なる。
【０１１８】
図６（Ｂ）において、ＮＡ調整用アパーチャ６０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概ね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６０のＮＡアパーチャ６１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６１の中心を合わせると、試料面２０１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。
【０１１９】
しかしながら、図６（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。
【０１２０】
これに対して、図６（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６（Ａ）に示した例では、ＮＡ調整用アパーチャ６０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概ね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。
【０１２１】
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６１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はあまりＮＡアパーチャ６１を通過できないような配置とすることが容易に可能である。そして、そのようなＮＡアパーチャ６１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８０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。
【０１２２】
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、本発明に係る試料観察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６０に孔部であるＮＡアパーチャ６１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。
【０１２３】
なお、図５及び図６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８０に導き、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを検出器８０に導かない例を説明している。しかし、Ｅ×Ｂ４０の設定とＮＡ調整用アパーチャ６０の配置及びアパーチャ径の調整により、絶縁領域２０３の構造情報を得た電子ｅｉを選択的に検出器８０に導き、導電領域２０２の構造情報を得た電子ｅｃを検出器８０に導かない態様とすることも可能である。
【０１２４】
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８０に導いて検出するかは、用途に応じて適宜自由に設定してよい。
【０１２５】
上述したとおり、本発明に係る試料観察装置は、絶縁領域と導電領域を有する試料面に撮像電子ビームを照射する電子ビーム源と、撮像電子ビームの照射により試料面の構造情報を得た電子が、撮像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、当該電磁場発生手段（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前記試料面の画像を取得する検出器と、撮像電子ビームの照射エネルギを、電子がミラー電子と２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が、選択的に検出器に導かれるように構成されている。
【０１２６】
また、画像処理装置９０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）を設けることとすれば、上記試料観察装置は試料検査装置として用いることが可能である。
【０１２７】
さらに、本発明の試料観察方法は、上記構成の試料観察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。
【０１２８】
以下に、本発明の試料観察方法について説明する。
【０１２９】
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面に、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２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。
【０１３０】
［導電領域と絶縁領域のコントラスト形成］
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。本発明はこの原理を利用するものであるので、本発明の試料観察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。
【０１３１】
図７は、既に図２に関連して説明した試料２００の構造と、当該試料２００の観察により取得された画像の一例を示した図である。図７（Ａ）は、試料２００であるコンタクトプラグの断面構造を示した図であり、図７（Ｂ）は、コンタクトプラグ構造を有する試料面２０１の取得画像の一例を示した図である。
【０１３２】
図７（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。試料面２０１は、絶縁領域２０３をベースとした中に、導電領域２０２が点又は円として形成されている平面構造となる。
【０１３３】
図７（Ｂ）は、試料観察により取得された試料面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６０のＮＡアパーチャ６１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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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６０のＮＡアパーチャ６１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７（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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
図８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１０の電子源１１のカソードの電圧を−３９９５〜−４００５〔ｅＶ〕として、試料面２０１の電圧を−４０００〔ｅＶ〕に設定した。また、遷移領域は、ランディングエネルギ（ＬＥ）を−１〔ｅＶ〕として最適化を行った。電子ビームの照射電流密度は、０．１〔ｍＡ／ｃｍ２〕とし、検出器８０の画素サイズは、５０〔ｎｍ／ｐｉｘ〕とした。ＮＡ調整用アパーチャ６０のＮＡアパーチャ６１のアパーチャ径はφ１５０〔μｍ〕とし、帯電電子ビームによるプレドーズ量は１〔ｍＣ／ｃｍ２〕とした。
【０１３８】
図８（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７（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８（Ｂ）は、図８（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。
【０１３９】
図８（Ｂ）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）を用いて算出される。
【０１４０】
0005465066.tif 000002
【０１４１】
図８（Ａ）、（Ｂ）において、ランディングエネルギ（ＬＥ）＝−１〔ｅＶ〕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）＝−１〔ｅＶ〕は、既に図２において説明したように、この試料２００において、ミラー電子と二次電子が混在する遷移領域にある。また、図２に示したように、−５〔ｅＶ〕はミラー電子領域のランディングエネルギ（ＬＥ）であり、５〔ｅＶ〕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。
【０１４２】
つまり、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。
【０１４３】
図９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説明するための図である。図９（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９（Ｂ）は、図９（Ａ）の測定結果をグラフ化した図である。なお、試料観察装置の種々の設定条件と、測定対象の試料２００は、上述のとおりであるので、その説明を省略する。
【０１４４】
帯電電子ビームを試料面２０１に照射した後に試料面２０１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）によりコントラストを測定した。図９（Ａ）、（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９に示した例では、撮像前の試料面２０１に予め１〔ｍＣ／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１〔ｍＣ／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１〔ｍＣ／ｃｍ２〕以上のときに、試料面２０１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。
【０１４５】
図１０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る。図１０（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１０（Ｂ）は、この表をグラフとして示した図である。
【０１４６】
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６１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。
【０１４７】
図１０（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２０３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２０３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。
【０１４８】
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２０３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２０３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。
【０１４９】
図１１は、試料面２０１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、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方式とで比較した結果を示した図である。図１１（Ａ）は、試料面２０１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１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の測定結果と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。
【０１５０】
ＬＥＥＭ方式の試料観察装置及び試料観察方法は、図６（Ｂ）において示したように、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。ＳＥＭ方式（例えば、ランディングエネルギ１０００〔ｅＶ〕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。
【０１５１】
図１１（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２０２：絶縁領域２０３＝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の試料面２０１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２０２：絶縁領域２０３＝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。
【０１５２】
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の試料面２０１の観察には特に有効であり、試料面２０１が絶縁材料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、絶縁材料２０３の割合が低く、導電材料２０２の割合が高い試料面２０１を有する試料２００に対しても、効果的に観察を行うことができる。
【０１５３】
［開口数（ＮＡ）選択可能なＮＡ調整用アパーチャの構成例］
図１２は、本発明に係る試料観察装置の第２の全体構成例を示した図で、図１に示したものと基本的構成は共通する。つまり、図１２に示した構成は、電子ビーム源１０と、１次系レンズ２０と、コンデンサレンズ３０と、Ｅ×Ｂ４０と、トランスファーレンズ５０と、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａと、プロジェクションレンズ７０と、検出器８０と、画像処理装置９０と、ステージ１００と、エネルギ設定手段１１０と、電源１１５とを備える点で、図１に示した構成と共通する。
【０１５４】
また、必要に応じて、帯電電子ビーム照射手段１２０を備えてよい点、並びに、関連構成要素として、試料２００が試料面２０１を上面としてステージ１００上に載置されている点も、図１に示した構成と同様である。
【０１５５】
一方、図１２に示した構成は、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａ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、図１に示した構成とは異なっている。つまり、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａにはアパーチャ径の異なる複数種類のＮＡアパーチャ６１、６２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６１、６２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。
【０１５６】
なお、図１２に示した試料観察装置において、図１に示した試料観察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。
【０１５７】
図１２に示した試料観察装置において、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａは、サイズの異なる複数のＮＡアパーチャ６１、６２を備えており、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａが水平方向（面内）に移動可能である。従って、ＮＡアパーチャ６１とＮＡアパーチャ６２の切り替えを行うことで、所望の開口数（ＮＡ）とすることができる。これにより、試料２００の種類や、試料面２０１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面２０１の画像を取得することが可能となる。
【０１５８】
図１３は、上述した可動式のＮＡ調整用アパーチャ６０ａの構成例を示した図である。図１３（Ａ）は、スライド移動式のＮＡ調整用アパーチャ６０ｂとして構成した場合の一例を示した上面図であり、図１３（Ｂ）は、回転移動式のＮＡ調整用アパーチャ６０ｃとして構成した場合の一例を示した上面図である。
【０１５９】
図１３（Ａ）において、ＮＡ調整用アパーチャ６０ｂは、複数のＮＡアパーチャ６１、６２、６３を備えており、これらのＮＡアパーチャのアパーチャ径は各々異なっている。また、ＮＡ調整用アパーチャ６０ｂ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６５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６０ｂに複数のＮＡアパーチャ６１、６２、６３を形成し、スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構６５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６０ｂ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、種々の試料２００や用途に対応して最適な試料面２０１の画像を取得することが可能となる。
【０１６０】
なお、スライド式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構６５は、例えば、ＮＡ調整用アパーチャ６０ｂを上下からレール状部材で挟み込み、リニアモータのような移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６０ｂ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６５は、用途に応じて種々の形態とすることができる。
【０１６１】
図１３（Ｂ）において、ＮＡ調整用アパーチャ６０ｃは、円盤状の板に複数のＮＡアパーチャ６１〜６４を有し、中心に回転式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構６６を備える。ＮＡアパーチャ６１〜６４のアパーチャ径は、各々異なり、ＮＡアパーチャ６１が最も大きく、ＮＡアパーチャ６２はＮＡアパーチャ６１よりもアパーチャ径が小さく、さらに、ＮＡアパーチャ６３はＮＡアパーチャ６２よりもアパーチャ径が小さく、アパーチャ径が小さく、ＮＡアパーチャ６４が最も小さくなっている。
【０１６２】
回転式ＮＡ調整用アパーチャ移動機構６６は、回転式のモータ等が適用されてよい。このように、例えば、回転移動により、ＮＡ調整用アパーチャ６０ｃのアパーチャ径を切り替えるような構成としてもよい。
【０１６３】
図１２及び図１３に例示した構成の試料観察装置によれば、ＮＡ調整用アパーチャ６０ａ〜６０ｃを、複数のＮＡアパーチャ６１〜６４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。
【０１６４】
［高分解能観察のための検出器の構成例］
図１４は、高分解能観察のために好ましい検出器８０ａの構成の一例を示した図である。検出器８０ａに、電子直接入射型のＥＢ−ＣＣＤ又はＥＢ−ＴＤＩを使用した場合、従来の構成であるＭＣＰ、ＦＯＰ（Fiber Optical Plate）、蛍光板及びＴＤＩの構成に比較すると、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ため、有効である。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８０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。
【０１６５】
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。以下に、ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩの使用態様の一例について説明する。
【０１６６】
図１４に例示した検出器８０ａは、ＥＢ−ＴＤＩ８２と、ＥＢ−ＣＣＤ８１を切り替え可能に、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。図１４において、検出器８０ａは、ＥＢ−ＣＣＤ８１及びＥＢ−ＴＤＩ８２を備えている。ＥＢ−ＣＣＤ８１及びＥＢ−ＴＤＩ８２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。この構成においては、ＥＢ−ＣＣＤ８１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−ＴＤＩ８２を使用する場合には、ＥＢ−ＣＣＤ８１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−ＣＣＤ８１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−ＴＤＩ８２による撮像を行って、試料面２０１の観察を行う。
【０１６７】
このような構成の検出器８０ａは、ＥＢ−ＣＣＤ８１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−ＴＤＩ８２による半導体ウエハの画像取得を行うことができる。ＥＢ−ＴＤＩ８２による試料面２０１の検査の後に、ＥＢ−ＣＣＤ８１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−ＣＣＤ８１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−ＣＣＤ８１の画素がＥＢ−ＴＤＩ８２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。
【０１６８】
なお、ＥＢ−ＴＤＩ８２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１２〜１６〔μｍ〕である。一方、ＥＢ−ＣＣＤ８１の画素サイズは、例えば６〜８〔μｍ〕のものが使用される。
【０１６９】
また、ＥＢ−ＴＤＩ８２は、パッケージ８５の形に形成され、パッケージ８５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８３は大気側にてカメラ８４に接続される。
【０１７０】
図１４に示した構成とすると、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。
【０１７１】
［複合型試料観察装置としての構成例］
図１５は、本発明に係る試料観察装置の第３の全体構成例を示した図で、この試料観察装置は、光学顕微鏡による試料観察及びＳＥＭによる試料観察も可能な、複合型試料観察装置として構成されている。
【０１７２】
図１５に示した複合型の試料観察装置は、試料キャリア１９０と、ミニエンバイロメント１８０と、ロードロック１６２と、トランスファーチャンバ１６１と、メインチャンバ１６０と、電子コラム１３０と、画像処理装置系９０とを備えている。ミニエンバイロメント１８０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。
【０１７３】
メインチャンバ１６０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、当該ステージ１００上には静電チャックが設置されている。試料２００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２００は、この静電チャックによりステージ１００上に載置される。
【０１７４】
メインチャンバ１６０の内部は、真空制御系１５０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１６０、トランスファーチャンバ１６１及びロードロック１６２は、除振台１７０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。
【０１７５】
メインチャンバ１６０には電子コラム１３０が設置されている。この電子コラム１３０には、電子ビーム源１０及び１次系レンズ２０を含む１次光学系と、コンデンサレンズ３０、Ｅ×Ｂ４０、トランスファーレンズ５０、ＮＡ調整用アパーチャ６０、６０ａ〜６０ｃ及びプロジェクションレンズ７０を含む２次光学系のコラムと、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８０が設置されている。また、電子コラム１３０の関連構成要素として、試料２００の位置合わせに用いる光学的顕微鏡１４０や、レビュー観察に用いるＳＥＭ１４５が備えられている。
【０１７６】
検出器８０からの信号は、画像処理装置系９０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９０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、システムソフト９５が備えられている。また、電子コラム系１３０に電源を供給すべく、電子光学系制御電源１１８が備えられている。電子光学系制御電源１１８の中には、電子ビーム源１０の電子源１１に電力を供給する電源１１５と、電源１１５を制御する照射エネルギ制御手段１１０が含まれている。
【０１７７】
次に、試料２００の搬送機構について説明する。
【０１７８】
ウエハ、マスクなどの試料２００は、ロードポート１９０より、ミニエンバイロメント１８０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２００は大気搬送ロボットによりロードロック１６２に搬送される。ロードロック１６２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１６２内が一定圧力（例えば、１〔Ｐａ〕程度）以下になると、試料２００は、トランスファーチャンバ１６１に設けられた真空搬送ロボットによりロードロック１６２からメインチャンバ１６０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。
【０１７９】
［本発明の基本的原理］
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２０３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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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面に、当該試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２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。
【０１８４】
図１６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。
【０１８５】
具体的には、既に図６（Ａ）において説明したように、これらＡ条件およびＢ条件はそれぞれ、ＮＡアパーチャ６１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８０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８０に導くことにより実現される。
【０１８６】
図１６（Ａ）はＷやＣｕなどの導電材料の領域（導電領域）３１０とＳｉＯ２などの絶縁材料の領域（絶縁領域）３２０とを有する試料面上の一部３００を模式的に表した図で、図１６（Ａ）（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）３３０がある状態を示しており、図１６（Ａ）（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）３４０がある状態を示している。
【０１８７】
また、図１６（Ｂ）は、上記試料面に、当該試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２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、図１６（Ｂ）（ａ）は図１６（Ａ）（ａ）に対応し、図１６（Ｂ）（ｂ）は図１６（Ａ）（ｂ）に対応している。
【０１８８】
さらに、図１６（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１６（Ｃ）（ａ）は図１６（Ａ）（ａ）に対応し、図１６（Ｃ）（ｂ）は図１６（Ａ）（ｂ）に対応している。
【０１８９】
図１６（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１６（Ｂ）（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１６（Ｂ）（ｂ））。
【０１９０】
一方、図１６（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１６（Ｃ）（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１６（Ｂ）（ｂ））。
【０１９１】
同様の現象は、欠陥が不完全な場合であっても生じる。
【０１９２】
図１７（Ａ）（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）３３５がある状態を示しており、図１７（Ａ）（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）３４５がある状態を示している。
【０１９３】
また、図１７（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１７（Ｂ）（ａ）は図１７（Ａ）（ａ）に対応し、図１７（Ｂ）（ｂ）は図１７（Ａ）（ｂ）に対応している。
【０１９４】
さらに、図１７（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１７（Ｃ）（ａ）は図１７（Ａ）（ａ）に対応し、図１７（Ｃ）（ｂ）は図１７（Ａ）（ｂ）に対応している。
【０１９５】
図１７（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１７（Ｂ）（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１７（Ｂ）（ｂ））。
【０１９６】
一方、図１７（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１７（Ｃ）（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１７（Ｂ）（ｂ））。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
以下に、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【実施例】
【０２００】
［材料コントラストの最適化］
本実施例で用いた試料は、図１６及び図１７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）３１０と絶縁材料であるＳｉＯ２の領域（絶縁領域）３２０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。
【０２０１】
図１８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１８（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１８（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６０のＮＡアパーチャ６１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」に意味であり、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。
【０２０２】
この例では、照射エネルギ（ＬＥ）が３．２［ｅＶ］のときに最も高いコントラスト（０．４１）が得られている。
【０２０３】
［帯電電子ビームのドーズ量の最適化］
図１９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１９（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１９（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６１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。ここで、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。
【０２０４】
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２［ｍＣ／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２［ｍＣ／ｃｍ２］程度で十分であることが分かる。
【０２０５】
［ＮＡ結像モードによる電子分布の位置確認］
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。
【０２０６】
ＮＡ調整用アパーチャ６０と検出器８０との間に設けられているプロジェクションレンズ７０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６０の位置における導電材料２０２の表面構造情報を得た電子ｅｃ及び絶縁材料２０１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、絶縁材料２０１の表面構造情報を得た電子ｅｉの分布状態（軌道の中心）が、導電材料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。
【０２０７】
図２０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２０（Ａ）は、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２０１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２０（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２０１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。
【０２０８】
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２［ｍＣ／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。
【０２０９】
図２０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材料２０１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２［ｍＣ／ｃｍ２］程度とし、さらに、ＮＡ調整用アパーチャ６０の孔部であるＮＡアパーチャ６１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８０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８０に導く条件での撮像を行えばよいことが分かる。
【０２１０】
また、図２０に示した結果によれば、配線幅（Ｌ＆Ｓ幅）が広い試料では、絶縁材料の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２０１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。
【０２１１】
［基板帯電時における最適照射エネルギ（ＬＥ）］
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。
【０２１２】
図２１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２１（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２１（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６０のＮＡアパーチャ６１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。
【０２１３】
図２１（Ｂ）を図１８（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２１（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１８（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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
［ＮＡアパーチャの位置調整によるコントラストの反転］
図２２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２２（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２２（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面に２［ｍＣ／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。
【０２１６】
この図に示すように、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。
【０２１７】
図２３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。
【０２１８】
［本発明の試料観察方法の手順］
図２４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。
【０２１９】
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）。
【０２２０】
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）。
【０２２１】
次に、試料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）。
【０２２２】
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）。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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）。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
図２５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面からの構造情報を得た電子を検出して試料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、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２次電子の双方を含む遷移領域に調整されており、試料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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
図２６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２５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。
【０２３４】
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、当該撮像電子ビームの照射を受けた試料面からの構造情報を得た電子を検出して試料面画像を取得するステップ（Ｓ３０５、Ｓ３０７）を備えている。そして、試料面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。
【０２３５】
図２５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。
【０２３６】
ステップ３０３で撮像電子ビームを試料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）。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
［本発明による試料検査例］
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。
【０２４３】
観察対象として、図１６及び図１７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。
【０２４４】
試料観察に際しては、電子源ビームの加速電圧を−４００５Ｖ、試料面２０１の電位を−４００２．６Ｖとした。従って、撮像電子ビームの照射エネルギ（ＬＥ）は、試料面の構造情報を得た電子がミラー電子と２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。  
【０２４５】
図２７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２７（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２７（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２７（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「○」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「◎」とした。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
これまで説明してきた本発明の試料観察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、半導体ウエハを加工した後の当該半導体ウエハの表面の観察や検査に用いることができる。本発明に係る試料観察装置及び試料観察方法を用いて、試料面に絶縁領域と導電領域を有する半導体ウエハを観察し、高コントラストの画像を取得して半導体ウエハの良否を検査することにより、欠陥の無い半導体ウエハの製造のための有力な手段となる。このように、本発明に係る試料観察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。
【０２４９】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２５０】
本発明は、絶縁領域と導電領域が形成されている試料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。本発明は、例えば、半導体ウエハやレチクル等の基板の表面を観察する試料観察装置や、欠陥を検出する試料欠陥検出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０２５１】
１０    電子ビーム源
１１    電子源
１２    ウェーネルト電極
１３    アノード
２０    １次系レンズ
３０    コンデンサレンズ
４０    Ｅ×Ｂ
５０    トランスファーレンズ
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ    ＮＡ調整用アパーチャ
６１、６２、６３、６４    ＮＡアパーチャ
６５、６６    ＮＡ調整用アパーチャ移動機構
７０    プロジェクションレンズ
８０、８０ａ    検出器
８１    ＥＢ−ＣＣＤ
８２    ＥＢ−ＴＤＩ
８３    ピン
８４    カメラ
８５    パッケージ
９０    画像処理装置
９５    システムソフト
１００    ステージ
１１０    照射エネルギ設定手段
１１５    電源
１１８    電子光学系制御電源
１２０    帯電電子ビーム照射手段
１３０    電子コラム
１４０    光学的顕微鏡
１４５    ＳＥＭ
１５０    真空制御系
１６０    メインチャンバ
１６１    トランスファーチャンバ
１６２    ロードロックチャンバ
１７０    防振台
１８０    ミニエンバイロメント
１９０    試料キャリア
２００    試料
２０１    試料面
２０２    導電領域（導電材料）
２０３    絶縁領域（絶縁材料）
２０４    ホール
２０５    シリコン基板
３００    試料面上の一部
３１０    導電材料の領域（導電領域）
３２０    絶縁材料の領域（絶縁領域）
３３０    欠落欠陥（ショート欠陥）
３３５    不完全な欠落欠陥（ショート欠陥）
３４０    開放欠陥（オープン欠陥）
３４５    不完全な開放欠陥（オープン欠陥）
【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】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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