(57)【要約】【課題】ミラー光学系を用いたパターン検査において、スループットおよび精度のいずれについても優れた検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】実施形態の検査装置は、電子線照射手段と、電圧印加手段と、格子パターンが形成された実質的に平坦な部材と、第１の検出器と、を持つ。前記電子線照射手段は、電子線を生成し、第１の電圧で試料に向けて照射する。前記電圧印加手段は、前記第１の電圧と逆符号の電圧であって前記第１の電圧の絶対値を上回る絶対値を有する第２の電圧を前記試料に印加可能である。前記部材は、前記第２の電圧により前記試料に到達する前に鏡面反射した電子線がフォーカスする位置に設けられる。前記第１の検出器は、前記鏡面反射した電子線が前記部材に入射することにより発生する二次電子を検出して信号を出力する。【選択図】図１
2015002114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を生成し、第１の電圧で試料に向けて斜めに照射する電子線照射手段と、
前記第１の電圧と逆符号の電圧であって前記第１の電圧の絶対値を上回る絶対値を有する第２の電圧を前記試料に印加可能な電圧印加手段と、
前記第２の電圧により前記試料に到達する前に鏡面反射した電子線がフォーカスする位置に設けられ、格子パターンが形成された実質的に平坦な部材と、
前記鏡面反射した電子線が前記部材に入射することにより発生する二次電子を検出して信号を出力する第１の検出器と、
前記信号を処理して前記電子線の鏡面反射面における電位分布を取得する電位分布取得手段と、
前記電子線照射ユニットと前記試料との間に配置され、前記電子線照射ユニット側から入射する電子線については前記試料に対して実質的に垂直の方向で出射し、前記試料側から入射する電子線については直進して出射するように電子線の軌道を制御する電界磁界型偏向器と、
を備え、
前記部材は、複数の格子パターンが各面に形成された多面体で構成されて前記電界磁界型偏向器よりも前記電子線照射ユニットの側に配置され、
前記部材を回転させて格子パターンの切り替えを行う駆動手段をさらに備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
電子線を生成し、第１の電圧で試料に向けて照射する電子線照射手段と、
前記第１の電圧と逆符号の電圧であって前記第１の電圧の絶対値を上回る絶対値を有する第２の電圧を前記試料に印加可能な電圧印加手段と、
前記第２の電圧により前記試料に到達する前に鏡面反射した電子線がフォーカスする位置に設けられ、格子パターンが形成された実質的に平坦な部材と、
前記鏡面反射した電子線が前記部材に入射することにより発生する二次電子を検出して信号を出力する第１の検出器と、
を備える検査装置。
【請求項３】
前記信号を処理して前記電子線の鏡面反射面における電位分布を取得する電位分布取得手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記電位分布取得手段は、
前記部材の検出面における第１の格子像を取得し、シミュレーションによる軌道計算から予め準備した複数の第２の格子像と前記第１の格子像との間でフィッティングを行い、前記第１の格子像に最も近似する第２の格子像のシミュレーションに用いた電位分布を前記鏡面反射面における電位分布として出力することを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
電子線を生成し、第１の電圧で試料に向けて照射することと、
前記第１の電圧と逆符号の電圧であって前記第１の電圧の絶対値を上回る絶対値を有する第２の電圧を前記試料に印加することと、
前記第２の電圧により前記試料に到達する前に鏡面反射した電子線の放出方向に関する軌跡情報を取得し、前記軌跡情報から前記試料の表面における電位分布を算出することと、
を備える検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化進展に伴い、歩留に悪影響を及ぼす欠陥やパーティクルのサイズもまた小さくなってきており、検出が非常に困難となってきている。このために分解能の高い電子ビーム光学系を利用した検査方法が種々提案されている。
【０００３】
そのような検査方法のひとつとして、ミラー光学系を用いた検査方法がある。ミラー光学系は、一次電子線の加速電圧をわずかに越える逆電界を観察試料に印加することによって試料表面電位の空間分布をモニタする手法である。このモニタ手法によれば、一次電子線が試料表面で跳ね返される際には、表面電位の等電位面の勾配を拡大するように反射方向が決まるため、微小な表面欠陥によって誘起される表面電位分布を高感度で検出することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、従来の検査方法では、スループットに優れた手法ではフォーカス位置が変動してパターン像が大きく変動することがあり、この一方、高精度の手法では、スループットの点で劣るなど、検査の精度およびスループットを共に満足させる手法は未だ提案されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４３９３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５７，ｐｐ．５１３９−５１４４（１９８５）
【非特許文献２】日立評論９４，Ｎｏ．０２，ｐｐ２０２−２０３（Ｆｅｂ．，２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ミラー光学系を用いたパターン検査において、スループットおよび精度のいずれについても優れた検査装置および検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の検査装置は、電子線照射手段と、電圧印加手段と、格子パターンが形成された実質的に平坦な部材と、第１の検出器と、を持つ。前記電子線照射手段は、電子線を生成し、第１の電圧で試料に向けて照射する。前記電圧印加手段は、前記第１の電圧と逆符号の電圧であって前記第１の電圧の絶対値を上回る絶対値を有する第２の電圧を前記試料に印加可能である。  前記部材は、前記第２の電圧により前記試料に到達する前に鏡面反射した電子線がフォーカスする位置に設けられる。前記第１の検出器は、前記鏡面反射した電子線が前記部材に入射することにより発生する二次電子を検出して信号を出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１の検査装置による二次電子検出の説明図。
【図３Ａ】理想格子像の一例を示す図。
【図３Ｂ】取得された歪み格子像の一例を示す図。
【図３Ｃ】等電位面で鏡面反射した電子ビームの着地誤差を表すベクトル量の例を示す図。
【図３Ｄ】得られた電位分布の一例を示す図。
【図３Ｅ】図３Ｄから変換された濃淡画像を示す図。
【図４】等電位面が勾配を有する場合のミラー電子の着地点を求める方法の説明図。
【図５】実施形態２による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】実施形態３による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】実施形態４による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図８】実施形態５による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】実施形態６による検査装置の概略構成を示すブロック図。
【図１０】実施形態１による検査方法の概略手順を示すフローチャート。
【図１１】図１０に示す軌跡情報取得の具体的な手順を示すフローチャート。
【図１２】実施形態２による検査方法の具体的手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。
【００１１】
（Ａ）検査装置
（１）実施形態１
図１は、実施形態１による検査装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の検査装置は、電子光学系と、電圧源５と、試料トレイ６と、二次電子生成部材１０と、二次電子検出器１２と、電位分布取得ユニット３３と、制御ユニット３１と、欠陥検査ユニット３５と、モニタ１３とを備える。電子光学系は、電子銃１と、偏向コイル７と、対物レンズ８ａ，８ｂとを含む。
【００１２】
電子銃１は、制御ユニット３１から制御信号を入力されて電子ビームＥＢを生成し、試料Ｓに向けて出射する。電子ビームＥＢは、図示しないコンデンサレンズなどによってそのビーム束を調整された後、２つの対物レンズ８ａ，８ｂにより焦点位置が調整される。偏向コイル７は、制御ユニット３１に接続され、制御ユニット３１から制御信号を入力されて電子ビームＥＢを偏向することにより、試料Ｓ上の所望の領域を電子ビームＥＢで走査する。
【００１３】
試料Ｓは、試料トレイ６の上面に保持され、この試料トレイ６を介して電圧源５からバイアス電位を印加される。このバイアス電位は、電子ビームＥＢの入射電圧と逆符号の電位であり、その絶対値が電子ビームＥＢの入射電圧よりも大きくなるよう設定されている。このため、試料Ｓに向けて入射する電子ビームＥＢは、試料表面近傍の等電位面４で鏡面反射され、二次電子生成部材１０の検出面に入射する。対物レンズ８ａ，８ｂは、等電位面４からの反射電子ＥＢが二次電子生成部材１０の検出面でジャストフォーカスするようにそれぞれの焦点位置が調整されている。
【００１４】
本実施形態において、電子銃１、対物レンズ８ａ，８ｂおよび偏向コイル７は、例えば電子線照射手段に対応する。また、電圧源５は例えば電圧印加手段に対応する。さらに、本実施形態において、電子ビームＥＢの入射電圧は例えば第１の電位に対応し、バイアス電位は例えば第２の電位に対応する。
【００１５】
電子光学系、試料トレイ６、二次電子生成部材１０および二次電子検出器１２は、図示しない真空チャンバ（図８の符号２３参照）に収納される。この真空チャンバは、図示しない真空ポンプに接続されて真空引きされ、高真空の状態で検査が行われる。
【００１６】
電子ビームＥＢが入射した二次電子生成部材１０の検出面からは、二次電子ＳＥが放出する。  
二次電子検出器１２は、電位分布取得ユニット３３に接続され、二次電子生成部材１０からの二次電子ＳＥを検出し、信号を出力して電位分布取得ユニット３３へ送る。
【００１７】
電位分布取得ユニット３３は、二次電子検出器１２、制御ユニット３１、欠陥検査ユニット３５およびディスプレイ１３に接続される。電位分布取得ユニット３３は、二次電子検出器１２からの信号を処理することにより、等電位面４で鏡面反射した電子ビームＥＢの放出方向に関する軌跡情報を取得し、格子像としてディスプレイ１３により表示させる他、電子ビームＥＢの鏡面反射面における電位分布を取得して欠陥検査ユニット３５に送る。メモリＭＲは、電位分布取得ユニット３３に接続され、後に詳述する理想格子の情報を格納する。
【００１８】
欠陥検査ユニット３５は、電位分布取得ユニット３３から送られた電位分布情報を用いて試料Ｓの欠陥の有無を判定し、欠陥個数の解析などにより試料Ｓの欠陥に関する情報を出力し、ディスプレイ１３に表示させる。図１に示す例では、後に詳述する歪み格子像１４がディスプレイ１３に表示されている。
【００１９】
制御ユニット３１は、電子銃１、偏向コイル７、電位分布取得ユニット３３および欠陥検査ユニット３５に接続され、制御信号を生成してこれらの部材を制御する。
【００２０】
図２は、二次電子生成部材１０の斜視図を含む図１の要部の拡大図である。本実施形態の二次電子生成部材１０は、図２に示すように規則的な格子パターンで形成される。なお、図２において、等電位面４は一点鎖線で示し、電子ビームＥＢの軌道は実線で示し、二次電子の軌道は点線で示した。
【００２１】
図１に示す検査装置の動作について図２乃至図４を参照して説明する。
【００２２】
電子銃１で生成され試料Ｓに向けて出射した電子ビームＥＢは、偏向コイル７によって走査され、等電位面４で鏡面反射した電子ビームＥＢが二次電子生成部材１０の検出面に入射し、この検出面から二次電子ＳＥが放出する。放出した二次電子ＳＥは二次電子検出器１２に検出されて電気信号に変換され、電位分布取得ユニット３３に送られる。電位分布取得ユニット３３は、二次電子検出器１２から送られた信号を処理して像を形成し、偏向コイル７に同期させてディスプレイ１３に表示させる。これにより、通常の走査型電子顕微鏡によるＳＥＭ像形成原理と同様の原理によって二次電子生成部材１０の検出面に作られた格子像１４（図１参照）が表示される。
【００２３】
像形成に際してのフォーカス位置の調整は、格子像１４の濃淡値の変化がもっとも急峻となるような通常のオートフォーカス方法を用いることができる。等電位線の勾配（図４のθ参照）が大きく変動する場合には異物の存在箇所付近でデフォーカスするが、デフォーカスは格子を構成する線要素をぼかすだけで格子ひずみにはほとんど影響を及ぼさないため、像取得後に細線化などの処理によって格子を構成する線要素の中心軸を取得すればよい。フォーカスの調整は、像取得後の調整に限ることなく、電子ビームＥＢの走査中にダイナミックにフォーカスを調整することとしてもよい。
【００２４】
試料Ｓの表面が平坦であって異物などによる欠陥ＤＦ（図１参照）が存在しない場合には、歪みのない格子像が形成される。このような理想的な格子像の一例を図３Ａの格子像ＩＭ１０に示す。
【００２５】
しかしながら、図１に示すように、試料Ｓの表面に欠陥ＤＦが存在する場合には、鏡面反射が起こる等電位面４は試料面に平行な平面でなく、欠陥ＤＦのサイズ・形状に依存して局所的な勾配を有することになる。このため、等電位面４のうち勾配を有する箇所で鏡面反射した一次電子は、平坦な箇所で反射した場合と比較してその放出方向がずれ、得られる格子像は図３Ｂに示す格子像ＩＭ２０のように歪んだものになる。
【００２６】
電位分布取得ユニット３３は、等電位面４の勾配に起因して放出方向がずれた電子ビームＥＢの二次電子生成部材１０検出面上での着地位置のズレを算出する。このようなズレ量は、光てこの原理を用いて求めることができる。この算出方法の一例について図４を参照しながら説明する。
【００２７】
すなわち、図４に示すように、二次電子生成部材１０の検出面をＳＤ、試料Ｓの試料面をＳＰとし、ＳＤとＳＰとの距離をＬ、電子ビームＥＢが入射した点における等電位面４の勾配をθとすると、θによって反射方向をそらされた電子ビームＥＢの着地位置Ｐ２は、光てこの原理によって元の位置Ｐ１から以下の式で表わされる量だけずれる：
２Ｌｔａｎθ                                            式（１）
よって、例えばＬ＝１０ｍｍ，θ＝５°とした場合、検出面ＳＤ上では本来の位置から１．７ｍｍずれた位置に相当する。このずれを検出するためには、検出面ＳＰ上に約０．１ｍｍ間隔の、例えば正方格子を形成しておけば十分である。このようにして電位分布取得ユニット３３は、歪んだ格子像ＩＭ２０から格子点を抽出する。
【００２８】
二次電子生成部材１０の作成方法としては、例えば結晶シリコンの平坦基板を基体とし、例えば縦横の格子間隔が約０．１ｍｍの規則格子パターンを形成する場合、例えば約０．１ｍｍ刻みの正方格子を印刷した透明シートをフォトマスクとし、簡便な投影露光装置を用いて感光体上に縮小投影を施し、その後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を含む水溶液、またはフッ酸および硝酸を含む水溶液などによってウェットエッチングすれば容易に得ることができる。
【００２９】
二次電子生成部材１０を作成するための基体の材料としては実質的に平坦なものであれば検出面を加工することができ、二次電子が多く得られる原子番号の大きい金属またはその化合物を適時用いることが可能である。また、より微細な、または凹凸の少ない異物を検出するためには、さらに微細な格子パターンを形成することが望ましく、必要な分解能に応じてドライエッチング、ケガキなどの種々の加工方法を用いることが可能である。なお、本明細書において「実質的に平坦」とは二次電子生成部材１０から発生して二次電子検出器１２に向かう二次電子の軌道に影響を及ぼさない程度の微細な凹凸を含むという趣旨である。
【００３０】
例えば上述の方法により歪んだ格子像を取得した後、電位分布取得ユニット３３は、歪んだ格子像と理想格子像との重ね合わせを行うことにより、歪んだ格子と理想格子との対応づけを行う。重ね合わせには、例えば画像のアフィン変換を用いることができる。この際、まず並進操作に相当する変換を行なって多くの格子点がマッチするように相関を計算するが、試料の厚みの変化などによって倍率誤差や回転誤差が生じる場合はその成分に対しても最小自乗法による重ねあわせを実施する。
【００３１】
次に、電位分布取得ユニット３３は、歪んだ格子と理想格子との間で対応する位置に対する着地誤差をベクトル量として算出する。得られたベクトル量の一例を図３Ｃに示す。図３Ｃでは、図３Ａの理想格子像ＩＭ１０と図３Ｂの歪んだ格子像ＩＭ２０との間で対応する格子について算出したベクトル量を矢印に表した。
【００３２】
次いで、電位分布取得ユニット３３は、得られたベクトル量から、電子ビームＥＢ１回の走査による表面電位勾配を算出する。これは、前述した式（１）を逆に用いることで容易に算出でき、平面座標の関数の形態で取得することができる。電位分布取得ユニット３３は、このようにして各走査毎に取得した表面電位勾配をメモリＭＲに逐次格納し、全検査領域に亘って走査が終了すると、メモリＭＲに蓄積された表面電位勾配を合成することにより試料Ｓの表面上で電子ビームＥＢの鏡面反射面における電位分布を取得する。
【００３３】
図３Ｄは、図３Ｃに示すベクトル量から得られた電位分布を等高線表示したものである。また、図３Ｅに示すように、得られた電位分布から通常の欠陥検査と同様の濃淡画像に変換することも可能である。
【００３４】
以上のようにして得られた電位分布の情報は、電位分布取得ユニット３３から欠陥検査ユニット３５に送られる。欠陥検査ユニット３５は、電位分布取得ユニット３３から送られたデータに対して画像比較や個数のカウントなどの処理を行うことにより、試料Ｓの欠陥に関する情報を取得し、ディスプレイ１３に表示させる。
【００３５】
上述の説明では、二次電子生成部材１０上に規則格子構造が配置されている場合について説明したが、格子構造はこれに限ることなく、不規則な格子構造でも良く、さらには格子サイズが広い分布を持っている構造が望ましい。このような構造には、複雑な表面電位分布を発生させる様々な欠陥の検出に対してフレキシビリティを持たせることができるという利点がある。
【００３６】
このような構造を持つ不規則格子としては、平坦基板上にスパッタリングなどで成膜した粒径分布の大きい金粒子などの金属膜の粒界、シリコン多結晶の粒界などが簡便に利用できる。これらは通常の電子顕微鏡の分解能を調査する目的で用いられることもあり、ＳＥＭ像の解釈も簡単である。
【００３７】
また、非常に広い格子サイズ分布を実現するのには、非晶質物質の結晶粒界または熱的もしくは機械的に破砕した薄膜の破砕面を用いると好適である。破砕面としては、例えば半導体プロセスなどで用いられるシリコン酸化膜を適当な膜厚で平坦基板上に製膜した後、急速な温度変化や機械的衝撃を付与して意図的にクラックを発生させ、そのクラックを利用する方法が一例として使用できる。この場合、その破壊した膜が剥離しないように、粘性率のきわめて高いイオン液体でコーティングして二次電子生成部材１０の検出面として利用すれば、電子ビームＥＢを照射しても二次電子生成部材１０の表面が帯電しないので好適に用いることができる。不規則格子を用いる場合であっても、画像の重ね合わせによって対応位置を特定することは容易である。
【００３８】
二次電子生成部材１０の格子構造についての以上の説明は、本実施形態に限ることなく、以下の第２乃至第６の全ての実施形態についても同様に適用される。
【００３９】
（２）実施形態２
図５は、実施形態２による検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１との対比により明らかなように、本実施形態の検査装置は、対物レンズ８ｂと試料Ｓとの間に配置されたウィーンフィルタ１６をさらに備え、二次電子生成部材１０をウィーンフィルタ１６の上方、すなわち試料Ｓとは反対の側で二次電子生成部材１０よりも電子銃１の側に配置した点にある。
【００４０】
図５に示す検査装置のその他の構成は、図１に示す検査装置と実質的に同一である。ウィーンフィルタ１６は、本実施形態において例えば電界磁界型偏向器に対応する。  
実施形態１による検査装置では、電子ビームＥＢが試料Ｓに対して斜めに入射するため、図示しないコンデンサレンズなどで一旦絞られた電子ビームＥＢのビーム束が等電位面４で広がってしまい、その分だけ分解能が劣化するという問題がある。
【００４１】
これに対して本実施形態の検査装置によれば、試料Ｓ上にウィーンフィルタ１６を配置し、入射ビームはその方向を曲げられて試料Ｓに対して概略垂直に入射し、この一方、等電位面４で鏡面反射した電子ビームは軌道を曲げられることなく真上に配置した二次電子生成部材１０に入射する。  
これにより、より分解能が向上した検査装置が提供される。
【００４２】
（３）実施形態３
図６は、実施形態３による検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１との対比により明らかなように、本実施形態の検査装置の特徴は、等電位面４と二次電子生成部材１０との間に配置された電磁レンズ１５をさらに備える点にある。図６に示す検査装置のその他の構成は、図１に示す検査装置と実質的に同一である。
【００４３】
このように本実施形態の検査装置によれば、二次電子生成部材１０の検出面よりも等電位面４で鏡面反射した電子ビームＥＢが入射する側に電磁レンズ１５を配設することにより、二次電子生成部材１０の検出面上の格子像をディスプレイ１３上で観察するために適切な二次電子生成部材１０上の走査幅を調整することが可能になる。
【００４４】
さらに、等電位面４および二次電子生成部材１０間に電磁レンズ１５を配設することにより、試料Ｓと二次電子生成部材１０との間の距離や二次電子生成部材１０上に加工する格子パターンの大きさを設計する際の自由度を向上させることができる。なお、微小な欠陥を検出するためには二次電子生成部材１０上の格子パターンの格子サイズを小さくする必要があり、そのような場合には電磁レンズ１５としては拡大光学系を用いることが望ましい。
【００４５】
（４）実施形態４
図７は、実施形態４による検査装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の検査装置は、上述した各実施形態のように二次電子生成部材１０上での格子像による検査モード（以下、「ミラーモード」という）に加え、通常の高倍率でのＳＥＭ像による検査モード（以下、「レビューモード」という）に対応可能な構成となっている。図５との対比により明らかなように、電子ビームＥＢを生成して試料Ｓに向けて照射するための電子光学系はミラーモードおよびレビューモードの双方について共通であるため、僅かな点数の構成要素を増設することにより、１台の装置で表面電位分布の取得から欠陥の分類までを可能にした。
【００４６】
図５の構成に追加の装置構成として本実施形態の検査装置は、対物レンズ１７と、二次電子検出器２２と、信号処理部３７と、ディスプレイ２３とをさらに備え、また、図５の試料トレイ６に代えて３次元方向および回転方向に試料Ｓを移動可能なステージ２６と、ステージ２６を駆動するステージ駆動ユニット２８とをさらに備える。本実施形態において、対物レンズ１７、二次電子検出器２２、信号処理部３７、ディスプレイ２３、ステージ２６、およびステージ駆動ユニット２８は、例えばＳＥＭ像作成ユニットに対応する。
【００４７】
制御ユニット３１は、ミラーモードとレビューモードとの切り替えを行う。制御ユニット３１は、対物レンズ１７、二次電子検出器２２、信号処理部３７、ディスプレイ２３、およびステージ駆動ユニット２８にも接続され、制御信号を生成してこれらの構成要素に送ることにより、レビューモードでの検査を実行する。制御ユニット３１は、本実施形態において例えばモード切換ユニットに対応する。
【００４８】
本実施形態の検査装置の動作としては、まず、ミラーモードでの検査により上述した第１および第２の実施形態と同様に広い検査範囲で試料Ｓ表面の電位分布を取得し、欠陥ＤＦの有無を判定する。欠陥ＤＦが存在すると判定した場合には、制御ユニット３１がレビューモードに切り替わる。
【００４９】
レビューモードでは、先ず制御ユニット３１が制御信号を生成してステージ駆動ユニット２８に送り、欠陥の存在が認められた位置が視野に入るようにステージ２６を駆動する。次いで、制御ユニット３１が制御信号を電圧源５に送り、電子ビームＥＢがジャストフォーカスで試料Ｓに照射するように試料Ｓのバイアス電位を変更する。
【００５０】
続いて制御ユニット３１が電子銃１および偏向コイル７を制御し、短い偏向幅で試料Ｓ上で電子ビームＥＢを走査し、試料Ｓの表面から発生する二次電子ＳＥを二次電子検出器２２で検出し、得られた信号を信号処理部３７が処理して高倍率でのＳＥＭ像を生成し、そのデータを欠陥検査ユニット３５に送る。欠陥検査ユニット３５は、ＳＥＭ像を分類・解釈することにより欠陥ＤＦの分析を行い、その結果をディスプレイ２３に表示させる。
【００５１】
このように、本実施形態の検査装置によれば、１台の装置で表面電位分布の取得から欠陥の分析までを連続して実施できるので、異物発生の原因特定のＴＡＴ（Ｔｕｒｎ  Ａｒｏｕｎｄ  Ｔｉｍｅ）が向上する。
【００５２】
二次検出器２２は、二次検出器１２と異り、二次電子生成部材１０の検出面近傍ではなく対物レンズ１７の近傍に配置することが望ましい。これにより、試料Ｓからの二次電子の収率が向上する。
【００５３】
（５）実施形態５
図８は、実施形態による検査装置の概略構成を示すブロック図である。図５との対比により明らかなように、本実施形態の検査装置は、図５に示す電位分布取得ユニット３３に代えて
電位分布取得ユニット３９を備える。本実施形態の検査装置のその他の構成は、図５の検査装置と実質的に同一である。
【００５４】
図５の電位分布取得ユニット３３では、二次電子生成部材１０からの二次電子を検出して得られた格子像に対し、光てこの原理に基づく解析を行うことにより、電子ビームＥＢの反射面における表面電位勾配を算出した。これに対して本実施形態の検査装置が備える電位分布取得ユニット３９は、シミュレーションにより予め準備された多数の格子像と、二次電子生成部材１０から得られた実際の格子像とのフィッティングにより表面電位勾配を求める。
【００５５】
欠陥ＤＦは様々な形状や材質でできているため、必ずしも光てこの原理に基づく解析が一義的に解を持たないほど極端な格子歪みが生じる場合がある。本実施形態の検査装置によれば、このような場合に帰納的に電位分布を算出することが可能である。
【００５６】
シミュレーションによる格子像は、例えば試料Ｓ上の鏡面反射面での様々な電位分布をコンピューター上に生じさせ、そこに電子ビームＥＢを照射した場合の軌道計算を行なうことにより取得可能である。試料表面の電位分布の算出方法は、鏡像法や帯電シミュレーションなどの既存の方法を利用することができる。シミュレーションによる格子像はメモリＭＲに格納され、電位分布取得ユニット３９により引き出されて使用される。
【００５７】
本実施形態において、実際の格子像は例えば第１の格子像に対応し、シミュレーションによる格子像は例えば第２の格子像に対応する。
【００５８】
（６）実施形態６
図９は、実施形態６による検査装置の概略構成を示すブロック図である。図７との対比により明らかなように、本実施形態の検査装置の特徴は、図７の二次電子生成部材１０に代えて二次電子生成部材１９を備え、モータ２１およびモータ駆動電源２２をさらに備える点にある。
【００５９】
二次電子生成部材１９は、各面に異なる間隔の格子パターンが形成された多角柱で構成され、その中心軸に挿入された回転軸２５で支えられる。回転軸２５の二次電子生成部材１９側と反対側の端部は、真空チャンバ２３の対応する壁面を貫通してモータ２１の回転軸に連結される。モータ２１は、駆動電源２４に接続されて電源の供給を受けるとともに、制御ユニット３１に接続されて制御ユニット３１から送られる制御信号に従って駆動され、鏡面反射からの電子ビームＥＢが所望の面の格子パターンに入射するように二次電子生成部材１９を回転させる。
【００６０】
なお、回転軸２５が挿入される壁面の貫通孔は、真空チャンバ２３内の高真空を保持するため磁性流体シール２０により封止される。本実施形態の検査装置のその他の構成は、図７に示す検査装置と実質的に同一である。
【００６１】
本実施形態の検査装置によれば、多角柱の二次電子生成部材１９を回転させるだけで所望の格子パターンが形成された側面を容易に選択することができる。これにより、試料Ｓおよび欠陥ＤＦの材質や形状、サイズ等に応じて所望の検出分解能の格子像を簡易な装置構成で得ることができる。
【００６２】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の検査装置によれば、試料の手前で鏡面反射した電子ビームがフォーカスする位置に設けられ、格子パターンが形成された実質的に平坦な部材を持つことにより、試料表面に欠陥やパーティクルが有る場合に取得される歪んだ格子像から鏡面反射面における電位分布を取得するので、欠陥やパーティクルによる空間電位分布の状態の変化の有無を、統計的根拠をもって判定することが可能となる。これにより、製造装置やプロセス、材料などのトラブルを的確に検出できる検査装置が提供される。
【００６３】
（Ｂ）検査方法
（１）実施形態１
図１０は、実施形態１による検査方法の概略手順を示すフローチャートである。  
先ず、試料Ｓに向けて電子線（図１の電子ビームＥＢ参照）を照射し（ステップＳ１）、試料Ｓに電子線の入射電圧と逆符号の電位であってその絶対値が電子線の入射電圧よりも大きいバイアス電圧を試料Ｓに印加することにより、試料Ｓの手前で電子線を鏡面反射させる（ステップＳ２）。
【００６４】
次いで、鏡面反射する電子線の放出方向に関する軌跡情報を取得し、得られた軌跡情報から試料Ｓの表面の電位分布を算出する（ステップＳ３）。  
その後は、画像比較や個数のカウントなどの処理を行うことにより、試料Ｓの欠陥に関する情報を出力する。
【００６５】
図１０のステップＳ３のより具体的な手順につき、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６６】
試料Ｓ上の所定領域を電子線で走査し、試料Ｓの手前で鏡面反射した電子線を格子パターン（図２の二次電子生成部材１０参照）に入射させ、該格子パターンから発生する二次電子を検出し、得られた信号を処理して格子パターン上での格子像である第１の格子像を取得する（ステップＳ３１）。
【００６７】
次に、試料Ｓの表面が平坦であって異物などによる欠陥ＤＦ（図１参照）が存在しない場合に得られる格子パターン上の理想的な格子像である第２の格子像と、ステップＳ３１で得られた第１の格子像とを重ね合わせ、相互の格子点を対応付ける（ステップＳ３２）。
【００６８】
続いて、対応する格子点同士で位置ずれがあるかどうかを判断する（ステップＳ３３）。位置ずれが全く無い場合には第１の格子像が第２の格子像と一致し、その走査領域では欠陥ＤＦが存在しないと判断し、他に検査すべき領域が残っている場合には（ステップＳ３５）、他の領域の走査に進み（（ステップＳ３６）、上述したステップＳ３１乃至Ｓ３４の手順を繰り返す。
【００６９】
位置ずれがある場合には、第１の格子像が第２の格子像と一致していないので、鏡面反射面において等電位面に勾配が発生したために、この勾配に起因して反射した電子線の放出方向のずれによる格子パターンの表面での着地位置のズレを、例えば光てこの原理を利用して算出し、第１および第２の格子像間で対応する位置に対する着地誤差をベクトル量として算出し、得られたベクトル量から電子線の１回の走査による表面電位勾配を算出する（ステップＳ３４）。未だ第１の格子像が取得されていない検査領域がある場合には（ステップＳ３５）、次の領域の走査に進み（ステップＳ３６）、上述したステップＳ３１乃至Ｓ３４の手順を繰り返す。
【００７０】
全検査量域に亘って各走査毎の表面電位勾配を算出すると（ステップＳ３５ＹＥＳ）、得られた表面電位勾配を合成して電位分布として出力する（ステップＳ３７）。
【００７１】
（２）実施形態２
図１２のフローチャートを参照しながら実施形態２による検査方法について説明する。本実施形態の特徴は、鏡面反射する電子線の放出方向に関する軌跡情報から試料Ｓの表面の電位分布を算出する方法が上述した第１の実施の形態と異なる。その他の手順、すなわち図１０のステップＳ１およびＳ２に記載の手順は第１の実施の形態と同一である。
【００７２】
図１２に示すように、試料Ｓの手前で鏡面反射した電子線を格子パターン（図２の二次電子生成部材１０参照）に入射させ、該格子パターンから発生する二次電子を検出し、得られた信号を処理して格子パターン上での格子像である第１の格子像を取得する（ステップＳ３０１）。
【００７３】
次いで、シミュレーションによる軌跡計算から予め準備した複数の第２の格子像を取得し、該第２の格子像とステップＳ３０１で取得した第１の格子像との間でフィッティングを行う（ステップＳ３０２）。
【００７４】
フィッティングの結果、第１の格子像に最も近似する第２の格子像のシミュレーション上の電位分布を試料Ｓの表面電位分布として出力する（ステップＳ３０３）。
【００７５】
シミュレーションによる格子像は、例えば電子線の鏡面反射面での様々な電位分布をコンピューター上に生じさせ、そこに電子ビームを照射した場合の軌道計算を行なうことにより取得可能である。試料表面の電位分布の算出方法は、鏡像法や帯電シミュレーションなどの既存の方法を利用することができる。
【００７６】
本実施形態の検査方法によれば、試料Ｓ上の欠陥ＤＦの形状・材質に依存して前述した実施形態１による解析が必ずしも一義的に解を持たないほど極端な格子歪みが生じる場合に、帰納的に電位分布を算出することが可能になる。
【００７７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の検査方法によれば、鏡面反射した電子線の放出方向に関する軌跡情報から前記試料の表面における電位分布を算出するので、フォーカス位置に対して画像のコントラストが大きく変動することのない検査方法が提供される。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば上述した実施形態５の検査装置では、実施形態２の検査装置の電位分布取得ユニット３３に代替して電位分布取得ユニット３９を備える態様について説明したが、これに限ることなく、電位分布取得ユニット３９は、実施形態１、３、４、および６についても電位分布取得ユニット３３に代えて適用することができる。また、レビューモードを実現する構成は、実施形態４および６に限ることなく、実施形態１、２、および５にも配設可能である。さらに、実施形態６の多角柱による二次電子生成部材１９およびその駆動機構も他の実施形態１乃至５のいずれにも適用可能である。上述の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７９】
１…電子銃、４…電子ビームを反射する等電位面、５…電圧源、１０，１９…二次電子生成部材、１２，２２…二次電子検出器、１５…電磁レンズ、１６…ウィーンフィルタ、２０…磁性流体シール、２１…モータ、２２…モータ駆動電源、２３…真空チャンバ、２６…ステージ、３１…制御ユニット、３３，３９…電位分布取得ユニット、３５…欠陥検査ユニット、３７…ＳＥＭ像作成ユニット、ＥＢ…電子ビーム、ＭＲ…メモリ、ＳＥ…二次電子。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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３Ｅ】
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