(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置するとともに、該試料を移動させる移動機構を備えたステージと、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する１次光学系と、
前記電子ビームの前記試料への照射により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を検出し、所定の視野領域について前記試料の像を取得する２次光学系と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更可能な照射領域変更手段と、を備え、
該照射領域変更手段は、前記試料を移動させる方向に対する相対的移動方向において、前記所定の視野領域よりも前記所定の照射領域が先行するように前記所定の照射領域の位置を変更するとともに、前記所定の照射領域の前記所定の視野領域より先行する領域をプレチャージ領域とし、
前記２次光学系は検出器を含み、該検出器は、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器であり、前記試料の構造情報を得た電子を前記検出面上の各々の画素で検出する電子線装置。
【請求項２】
試料を載置するとともに、該試料を移動させる移動機構を備えたステージと、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する１次光学系と、
前記電子ビームの前記試料への照射により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を検出し、所定の視野領域について前記試料の像を取得する２次光学系と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更可能な照射領域変更手段と、を備え、
前記所定の照射領域は、前記所定の視野領域よりも大きい面積を有し、
該照射領域変更手段は、前記試料を移動させる方向に対する相対的移動方向において、前記所定の照射領域と前記所定の視野領域の中心を一致させるように、前記所定の照射領域の位置を変更し、
前記２次光学系は検出器を含み、該検出器は、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器であり、前記試料の構造情報を得た電子を前記検出面上の各々の画素で検出する電子線装置。
【請求項３】
前記ステージを収容する主ハウジングと、
該主ハウジングに隣接して設けられ、雰囲気制御可能な空間を画成する予備環境室と、
該予備環境室に隣接して設けられ、複数枚の前記試料を収納可能なカセットを保持するカセットホルダと、
前記主ハウジング内を真空排気する真空ポンプと、を更に有する請求項１又は２に記載の電子線装置。
【請求項４】
前記検出器は、ＣＣＤ、ＴＤＩ、ＥＢ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＴＤＩ、又はＭＣＰと蛍光板の組み合わせのいずれかである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子線装置。
【請求項５】
前記照射領域変更手段は、前記１次光学系に備えられた１次レンズ系を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子線装置。
【請求項６】
前記照射領域変更手段は、Ｅ×Ｂ分離器を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子線装置。
【請求項７】
前記試料は半導体ウエハであり、
前記２次光学系は、前記半導体ウエハのボルテージコントラスト像を取得することにより、前記半導体ウエハ内の配線における短絡又は導通不良を検出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電子線装置。
【請求項８】
取得した像に基づいて試料を観察する試料観察方法であって、
試料をステージ上に載置する試料載置工程と、
前記ステージを移動させ、載置された前記試料を移動させる試料移動工程と、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する電子ビーム照射工程と、
該電子ビーム照射工程により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器を用いて検出し、所定の視野領域について、前記試料の像を取得する像取得工程と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更する照射領域変更工程と、を有し、
前記照射領域変更工程は、前記試料を移動させる方向に対する相対的移動方向において、前記所定の照射領域が前記所定の視野領域に対して先行するように前記所定の照射領域の位置を変更するとともに、前記所定の照射領域の前記所定の視野領域より先行する領域をプレチャージ領域とする試料観察方法。
【請求項９】
取得した像に基づいて試料を観察する試料観察方法であって、
試料をステージ上に載置する試料載置工程と、
前記ステージを移動させ、載置された前記試料を移動させる試料移動工程と、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する電子ビーム照射工程と、
該電子ビーム照射工程により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器を用いて検出し、所定の視野領域について、前記試料の像を取得する像取得工程と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更する照射領域変更工程と、を有し、
前記所定の照射領域は前記所定の視野領域よりも大きな面積を有し、
前記照射領域変更工程は、前記試料を移動させる方向に対する相対的移動方向において、前記所定の照射領域と前記所定の視野領域の中心を一致させるように、前記所定の照射領域の位置を変更する試料観察方法。
【請求項１０】
前記ステージは、主ハウジング内に設けられるとともに、該主ハウジングに隣接して予備環境室が設けられ、
前記試料載置工程の前に、前記主ハウジングが真空排気される行程と、
前記試料を前記予備環境室から前記主ハウジングに搬送する工程と、を更に有する請求項８又は９に記載の試料観察方法。
【請求項１１】
前記二次元型検出器は、ＣＣＤ、ＴＤＩ、ＥＢ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＴＤＩ、又はＭＣＰと蛍光板の組み合わせのいずれかである請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の試料観察方法。
【請求項１２】
前記照射領域変更工程は、前記電子ビーム照射工程で用いられる１次光学系の１次レンズ系で前記電子ビームの照射方向を調整することにより行われることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の試料観察方法。
【請求項１３】
前記照射領域変更工程は、前記電子ビームの方向を変えるＥ×Ｂ分離器の電圧印加条件を変更することにより行われることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の試料観察方法。
【請求項１４】
前記試料は半導体ウエハであり、
前記像取得工程は、前記半導体ウエハのボルテージコントラスト像を取得することにより、前記半導体ウエハ内の配線における短絡又は導通不良を検出することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを用いた電子線装置及びこれを用いた試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体ウエハに電子ビームを照射する１次光学系と、半導体ウエハから放出された２次電子又は反射電子を検出し、その検出信号から画像データを生成する２次光学系とを有し、半導体ウエハの欠陥を検査する検査装置が知られている。
【０００３】
かかる電子ビームを用いたウエハ検査装置において、半導体ウエハの観察に当たり、ウエハ表面の帯電状態を均一にするため、観察の前に半導体ウエハに荷電粒子を照射するプリドーズ又はプレチャージと呼ばれる処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
かかるプリドーズ又はプレチャージ処理を行うため、電子ビーム源である鏡筒に隣接してプレチャージユニットを設け、電子ビームを照射してウエハの観察を行う前にプレチャージユニットから半導体ウエハに荷電粒子を照射し、帯電むらを無くすようにする。これにより、導体ウエハ表面の帯電状態が均一となり、像ムラの少ない均一画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／００１５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、プレチャージユニットによる荷電粒子を照射する照射領域は、２次光学系の検出器の検出領域である視野よりも大幅に広く設定されていた。従って、プレチャージの照射面積が広いため、観察したい部分以外の領域もチャージアップされることとなり、プレチャージの回数を重ねることにより、ウエハ上の素子が破壊されることがあった。
【０００７】
また、プレチャージの最適量は、ウエハの配線材料や絶縁材料によって異なるが、プレチャージユニットから照射される荷電粒子のドーズ量は、精密に制御できないという問題があった。
【０００８】
更に、プレチャージユニットを、電子ビーム源である鏡筒の他に加えて設けるため、電子源の交換が煩雑になるという問題があった。また、電子線によるウエハ検査は真空雰囲気下で行われるが、プレチャージの設置面積分余計に真空引きを行う必要があった。
【０００９】
そこで、本発明は、１次光学系にプレチャージの機能も持たせてプレチャージユニットの設置を省略できるとともに、試料に対するプレチャージの領域と量を制御し、試料に応じた最適なプレチャージを行うことができる電子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る電子線装置は、試料を載置するとともに、該試料を移動させる移動機構を備えたステージと、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する１次光学系と、
前記電子ビームの前記試料への照射により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を検出し、所定の視野領域について前記試料の像を取得する２次光学系と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更可能な照射領域変更手段と、を備え、
該照射領域変更手段は、前記試料を移動させる方向に対する相対的移動方向において、前記所定の視野領域よりも前記所定の照射領域が先行するように前記所定の照射領域の位置を変更するとともに、前記所定の照射領域の前記所定の視野領域より先行する領域をプレチャージ領域とし、
前記２次光学系は検出器を含み、該検出器は、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器であり、前記試料の構造情報を得た電子を前記検出面上の各々の画素で検出する。
【００１１】
これにより、試料に応じて、照射領域の位置と視野領域との位置関係を最適なものとすることができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に係る電子線装置において、
前記ステージは、前記試料を移動させる移動機構を備え、
前記照射領域変更手段は、前記所定の照射領域の前記試料に対する相対的な移動方向について、前記所定の照射領域の位置を前記所定の視野領域に対して変更することを特徴とする。これにより、電子ビームの照射時間の相違による、発生する電子の種類の相違を利用できる電子線装置とすることができる。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明に係る電子線装置において、
前記照射領域変更手段は、前記試料の移動方向に対して、前記所定の視野領域よりも前記所定の照射領域が先行するように前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、１次光学系から生成される電子ビームにプレチャージユニットの機能を兼ねさせることができ、プレチャージユニットを設けることなく試料表面の帯電状態を均一にすることができる。
【００１４】
第４の発明は、第２又は第３の発明に係る電子線装置において、
前記所定の照射領域は、前記所定の視野領域よりも大きい面積を有し、
前記照射領域変更手段は、前記所定の照射領域と前記所定の視野領域の中心を一致させるように、前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、プレチャージ量を少なく制御することができる。
【００１５】
第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明に係る電子線装置において、
前記試料は半導体ウエハであり、
前記２次光学系は、前記半導体ウエハのボルテージコントラスト像を取得することにより、前記半導体ウエハ内の配線における短絡又は導通不良を検出することを特徴とする。これにより、半導体ウエハ内の配線不良をボルテージコントラスト像により検出するウエハ欠陥検出装置として利用することができる。
【００１６】
第６の発明は、第２の発明に係る電子線装置において、
前記照射領域変更手段は、前記試料の移動方向に対して、前記所定の照射領域よりも前記所定の視野領域が先行するように前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、反射電子を有効に利用して、試料のミッシングプラグ欠陥を検出することができる。
【００１７】
第７の発明は、第６の発明に係る電子線装置において、
前記試料は半導体ウエハであり、
前記２次光学系は、前記半導体ウエハの表面画像を取得することにより、前記半導体ウエハのパターン欠陥を検出することを特徴とする。これにより、半導体ウエハ内の配線パターンの欠陥を検出することができる。
【００１８】
第８の発明は、取得した像に基づいて試料を観察する試料観察方法であって、
試料をステージ上に載置する試料載置工程と、
所定の照射領域を有する電子ビームを生成し、該電子ビームを前記試料に向けて照射する電子ビーム照射工程と、
該電子ビーム照射工程により発生した、前記試料の構造情報を得た電子を検出し、所定の視野領域について、前記試料の像を取得する像取得工程と、
前記所定の照射領域の位置を、前記所定の視野領域に対して変更する照射領域変更工程と、を有することを特徴とする試料観察方法。
【００１９】
これにより、試料に応じて、適切な照射領域と視野領域との位置関係に設定して試料を観察することができる。
【００２０】
第９の発明は、第８の発明に係る試料観察方法において、
前記ステージを移動させ、載置された前記試料を移動させる試料移動工程を更に有し、
前記照射領域変更工程は、前記所定の照射領域が前記試料に対して相対的に移動する方向について、前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、電子ビーム照射工程を利用して照射ドーズ量を調整し、照射時間と発生する電子との相違を利用して、適切な試料観察方法を設定することができる。
【００２１】
第１０の発明は、第９の発明に係る試料観察方法において、
前記照射領域変更工程は、前記試料の移動方向に対して、前記所定の照射領域が前記所定の視野領域に対して先行するように前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、プレチャージユニットを利用することなく電子ビーム照射工程でプレチャージと同様の効果を得ることができ、プレチャージ工程に要する労力を無くすることができる。
【００２２】
第１１の発明は、第９又は第１０の発明に係る試料観察方法において、
前記所定の照射領域は前記所定の視野領域よりも大きな面積を有し、
前記照射領域変更工程は、前記所定の照射領域と前記所定の視野領域の中心を一致させるように、前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、プレチャージ量が少なくなるように制御して試料観察を行うことができる。
【００２３】
第１２の発明は、第９〜１１のいずれか１つの発明に係る試料観察方法において、
前記試料は半導体ウエハであり、
前記像取得工程は、前記半導体ウエハのボルテージコントラスト像を取得することにより、前記半導体ウエハ内の配線における短絡又は導通不良を検出することを特徴とする。これにより、半導体ウエハ内の配線欠陥をボルテージコントラスト像により検出するウエハ欠陥検査方法として利用することができる。
【００２４】
第１３の発明は、第１０の発明に係る電子線装置において、
前記照射領域変更工程は、前記試料の移動方向に対して、前記所定の照射領域よりも前記所定の視野領域が先行するように前記所定の照射領域の位置を変更することを特徴とする。これにより、反射電子を確実に検出することができ、反射電子を利用してプラグ欠陥等を検出することができる試料観察方法とすることができる。
【００２５】
第１４の発明は、第１３の発明に係る電子線装置において、
前記試料は半導体ウエハであり、
前記像取得工程は、前記半導体ウエハの表面画像を取得することにより、前記半導体ウエハのパターン欠陥を検出することを特徴とする。これにより、ウエハパターン欠陥検査方法として利用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、プレチャージユニットを別途設けることなく、試料表面の帯電状態を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した実施の形態に係る電子線装置１００の全体構成図である。
【図２】電子ビームの照射領域１５と、２次光学系２０の視野領域２５との位置関係の態様図である。図２（Ａ）は、照射領域が視野領域に対して先行する態様を示した図である。図２（Ｂ）は、プレチャージ領域１６が少ない態様を示した図である。図２（Ｃ）は、視野領域２５が照射領域１５よりも先行している態様を示した図である。
【図３】検出器２２に達した電子量と、その電子の種類を経時的に示した図である。図３（ａ）は、試料Ｓの表面電位と、検出器到達電子数の関係を示した図である。図３（ｂ）は、試料Ｓへの電子線照射時間と、検出器到達電子数との関係を示した図である。
【図４】ウエハからの検出器到達電子数とランディングエネルギーとの関係図である。
【図５】実施例１に係る欠陥検出の例を説明するための図面である。図５（ａ）は、ウエハＷに、接地プラグ９１とオープンプラグ９４が形成された断面図を示した図である。図５（ｂ）は、電子ビームが照射された場合のウエハＷの表面電位変化を示した図である。
【図６】図５（ａ）に示したウエハＷにおいて、接地プラグ９１とオープンプラグ９４から放出された電子の検出器２２に到達する電子数の表面電位依存性を示した図である。
【図７】電子線照射時間と単位時間当たりの検出器到達電子数との関係を示した図である。
【図８】反射電子から継続的に電子を検出する検出方法の態様を示した図である。図８（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子放出領域における検出器到達合計電子数を示した図である。図８（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域までの検出器到達合計電子数を示した図である。図８（ｃ）は、オープンプラグ９４のミラー電子発生領域までの合計検出器到達電子数を示した図である。
【図９】オープンプラグ９４から反射電子を検出せずにオープンプラグ９４の検出を行う態様を示した図である。図９（ａ）は、オープンプラグ９４の２次電子放出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。図９（ｂ）は、オープンプラグ９４から２次電子とミラー電子が検出される領域において、合計検出器到達電子数を示した図である。
【図１０】ミラー電子発生領域における、合計検出器到達電子数を示した図である。
【図１１】実施例２に係る、ｎ＋-ｐプラグが形成されたウエハＷについて、オープン欠陥検査方法の態様の説明図である。図１１（ａ）は、ｎ＋-ｐプラグ９２が形成されたウエハＷの断面図である。図１１（ｂ）は、ウエハＷに電子ビームを照射した場合の表面電位の時間変化を示した図である。
【図１２】図１１（ａ）に示したウエハについて、検出器到達電子数の表面電位依存性を示した図である。
【図１３】ｎ＋-ｐプラグ９２とオープンプラグ９４に電子ビームを照射したときの、電子線照射時間と単位時間当たりの検出器到達電子数との関係を示した図である。
【図１４】反射電子の発生時から電子を検出してオープンプラグ９４を検出する検査方法の説明図である。図１４（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。図１４（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域において、合計検出器到達電子数を示した図である。図１４（ｃ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、合計検出器到達電子数を示した図である。
【図１５】オープンプラグ９４の反射電子を検出しない場合の検査方法に係る態様の説明図である。図１５（ａ）は、オープンプラグ９４が２次電子検出領域にあるときの、合計検出器到達電子数を示した図である。図１５（ｂ）は、オープンプラグ９４がミラー電子検出領域にあるときの、合計検出器到達電子数を示した図である。
【図１６】オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、オープンプラグ９４の検出を行う態様について説明するための図である。
【図１７】実施例３の検査対象となるウエハＷを説明するための図である。図１７（ａ）は、ｐ＋-ｎプラグが形成されたウエハＷの断面構造を示した図である。図１７（ｂ）は、ウエハＷに電子ビームを照射した場合の、電子照射時間と表面電位との関係図である。
【図１８】実施例３に係るウエハＷへの電子ビームの照射により発生した電子につき、検出器到達電子数の表面電位依存度を示した図である。
【図１９】実施例３に係るウエハの電子線照射時間と検出器到達電子数との関係図である。
【図２０】実施例３に係るウエハについて、反射電子を検出してオープンプラグ９４を検出する態様の説明図である。図２０（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。図２０（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。図２０（ｃ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。
【図２１】ｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、反射電子を利用せず、オープンプラグ９４を検出する態様の説明図である。図２１（ａ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。図２１（ｂ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域における合計検出器到達電子数を示した図である。
【図２２】オープンプラグ９４のミラー電子検出領域を利用して、オープンプラグ９４を検出する検出方法の態様説明図である。
【図２３】ミラー電子を利用した検査方法について、検査像の例を示した図である。図２３（ａ１）は、ウエハＷの表面を示した図である。図２４（ｂ１）〜（ｂ３）は、暗像モードの検出画像を示した図である。
【図２４】反射電子を利用してウエハＷの表面欠陥を検出する例を示した図である。図２４（ａ１）〜（ａ３）は、ウエハＷの表面を示した図である。図２４（ｂ１）〜（ｂ３）は、明像モードの検出画像を示した図である。
【図２５】ＶＣ−ＴＥＧの配線の一例である。図２５（ａ）は、正常なＶＣ−ＴＥＧの例を示した図である。図２５（ｂ）は、欠陥があるＶＣ−ＴＥＧの例を示した図である。
【図２６】ＶＣ−ＴＥＧの配線を、ミラー電子のみを用いて検査した態様図である。図２６（ａ）は、正常な場合の検出画像を示した図である。図２６（ｂ）は、欠陥がある場合の検出画像を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００２９】
図１は、本発明を適用した実施の形態に係る電子線装置１００の全体構成図である。図１において、本実施の形態に係る電子線装置１００は、１次光学系１０と、ステージ３０と、２次光学系２０とを備える。
【００３０】
１次光学系１０は、１次電子ビーム（１次電子線）を生成し、試料Ｓに向けて照射するための光学系である。本実施の形態に係る１次光学系は、電子ビーム（電子線）を用いた光学系であるので、１次電子光学系と呼んでもよい。１次光学系１０は、１次電子ビームを生成する電子銃１１と、生成した１次電子ビームの成形等行うアパーチャ１２と、１次電子ビームを集束する１次レンズ系１３とを備えてよく、これらは、真空容器５１の中に設けられてよい。なお、詳しくは後述するが、１次レンズ系１３は、１次電子ビームの照射方向を調整することができるので、１次電子ビームの照射領域の位置を変更することができる。従って、１次レンズ系１３は、１次電子ビームの照射領域変更手段としての役割も果たす。また、１次レンズ系１３により、１次電子ビームの試料Ｓ上での照射領域の相対移動も可能であるので、１次レンズ系１３は、１次電子ビームの移動機構としての役割も果たす。なお、１次電子ビームの照射領域を、照野と呼んでもよい。
【００３１】
１次光学系１０は、更にウィーンフィルタ１４と、対物レンズ系１８とを備えてもよい。Ｅ×Ｂ分離器１４は、ウィーンフィルタと呼んでもよく、平面上に直交する電界と磁界により、１次電子ビームの方向を変え、斜めから入射した１次電子ビームを試料Ｓのある鉛直方向下向きに向かわせる。そして、試料Ｓの構造情報を得た電子が発生したときには、それらの電子を、電界と磁界のローレンツ力により、そのまま鉛直上方へと送る。また、対物レンズ系１８は、１次電子ビームの最後の試料Ｓへの入射の微調整を行うためのレンズである。
【００３２】
なお、Ｅ×Ｂ分離器１４は、その電圧印加条件を調整することにより、１次電子ビームの照射領域を変更することができる。従って、照射領域変更手段としての役割を、１次光学系１０の１次レンズ系１３と同様に担ってよい。
【００３３】
また、対物レンズ系１５と試料Ｓとの間には、１次電子ビームの照射光軸に関して軸対象の形状の電極（図示せず）を配置し、電源電圧により電圧制御するようにしてもよい。これにより、電子ビームが試料Ｓに入射するランディングエネルギー等を調整するようにしてもよい。
【００３４】
ステージ３０は、試料Ｓを載置するための試料台である。ステージ３０は、例えば、モータ等の移動機構又は駆動機構を備え、水平面上のＸ−Ｙ方向に２次元的に移動可能なＸ−Ｙステージとして構成してもよい。また、ステージ３０は、主ハウジング６０の中に設けられてよく、更に主ハウジング６０内の防振台３２の上に設けられて支持されてよい。主ハウジング６０は、試料Ｓの検査等を行う処理室としてのワークチャンバを画成する。また、防振台３２は、振動遮断装置として床からの振動を遮断する役割を有し、主ハウジング６０の底壁上の振動が、ステージ３０に伝達するのを防止する。
【００３５】
ステージ３０は、例えば、複数のテーブルを用いて、固定テーブル（図示せず）上にＹ方向に移動するＹテーブル（図示せず）を載置し、Ｙテーブル上にＸ方向に移動するＸテーブル（図示せず）を設け、これらの動きの組合せでＸ−Ｙ方向に移動できるようにしてもよい。更に、Ｘテーブル上に回転可能な回転テーブル（図示せず）を設け、回転テーブル上にホルダ３１を配置し、ホルダ３１の試料載置面上に試料Ｓを固定して保持してもよい。ホルダ３１は、ウエハ等の試料Ｓを機械的又は静電チャック方式で固定保持し、検査等が終了したら開放できるように構成してよい。
【００３６】
ステージ３０は、サーボモータ等の移動機構又は駆動手段、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、例えば上述のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面上でホルダ３１に支持された試料Ｓを、照射される電子ビームに対して高い精度で位置決めできるように構成されてよい。位置決め制御は、ステージ制御ユニット３３により行うようにしてよい。位置決めは、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及び試料の支持面に鉛直な軸線周りの回転方向（θ方向）について行うようにしてもよい。なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ３１上の載置面の基準位置を微細径レーザーによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザー干渉測距装置）によって検知し、その位置をステージ制御ユニット３３内のフィードバック回路（図示せず）によって制御するようにしてもよい。また、例えば、試料Ｓが半導体ウエハである場合には、半導体ウエハのノッチ又はオリエンテーションフラットの位置を測定して、ウエハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブル（図示せず）を微小角度制御可能なステッピングモータ等により回転させて制御してもよい。なお、電子ビームに対するウエハの回転位置や、Ｘ、Ｙ位置を予め後述する信号検出系又は画像処理系に入力することで、得られる信号の基準化を図ることもできる。
【００３７】
２次光学系２０は、１次光学系１０による電子ビームの試料Ｓへ向けた照射により発生した、試料Ｓの試料構造の情報を得た電子を検出して試料Ｓの構造に関する像を得るための手段である。ここで、試料Ｓの試料構造の情報を得た電子には、電子ビームの試料Ｓへの入射により試料Ｓから放出された電子と、試料Ｓに入射する直前に反射した電子の双方を含んでよい。試料Ｓから放出された電子には、例えば、電子ビームの試料Ｓへの入射により弾性散乱により反射した、入射エネルギーをほぼ同様の反射エネルギーを有する反射電子、入射した電子ビームよりエネルギーの小さい２次電子の他、後方散乱電子等が含まれてよい。また、試料Ｓに入射する直前に、試料Ｓに入射することなく反射した電子には、ミラー電子が含まれてよい。ミラー電子は、例えば、試料Ｓの表面電位が、電子銃１１の加速電圧と同じ程度の大きさのときに発生させることができる。ミラー電子も、試料Ｓから放出された電子と同様に、試料Ｓの構造に関する情報を取得できるので、これに基づいて試料Ｓの試料構造の像を得ることができる。
【００３８】
２次光学系２０は、２次レンズ系２１と、検出器２２を備えている。２次レンズ系２１は、Ｅ×Ｂ分離器１４により、１次光学系１０から分離された２次電子を通すためのレンズであり、例えば静電レンズで構成されてよい。また、このレンズ系は、二次光学系２０を通過する電子から得られる像を拡大する拡大レンズとしても機能する。検出器２２は、２次レンズ系２１を通過した電子を検出し、試料Ｓの試料構造の像を取得するための手段であり、その検出面が２次レンズ系２１の結像面に配置されていることが好ましい。
【００３９】
検出器２２は、検出面上に複数の画素を備えた二次元型検出器が用いられる。従って、検出器２２は、試料Ｓの構造情報を得た電子を、検出面の各々の画素で検出し、検出面上に像を結像させる。本実施の形態に係る電子線装置１００は、検出電子の信号強度のみを、１画素ずつ検出して後でそれらを合成して像を得る走査型電子顕微鏡と異なり、所定の検出領域について像を投影させるので、写像投影型とも呼ばれている。本実施の形態に係る電子線装置１００の検出器２２には、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）−ＣＣＤ又はＥＢ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＴＤＩ等の二次元型の複数画素を備えた検出器が適用されてよい。ＣＣＤ及びＴＤＩ−ＣＣＤは、光の信号を検出するので、これらを適用する場合には、検出器２２は、電子量を増幅するＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ）及び電子を光に変換する蛍光板を備えてよい。また、ＥＢ−ＣＣＤ及びＥＢ−ＴＤＩは、電子を直接検出面で検出できるので、これらを利用する場合は、検出器２２にそのまま適用してよい。
【００４０】
なお、検出器２２の検出領域は、視野とも呼ばれており、本特許請求の範囲、明細書又は図面では、以後、視野領域と呼ぶこととする。検出器２２の視野領域は、２次光学系２０の２次レンズ系２１の配置や構成、検出器２２の配置等により定まるので、これらを固定すれば、視野領域は固定されることになる。
【００４１】
検出器２２は、検出面を有する検出ユニットの他、画像処理部（図示せず）を備えてよく、検出ユニットの検出面で検出された電子は、画像処理部にて画像処理が行われ、試料Ｓの試料構造についての画像電子データが取得されてよい。
【００４２】
記憶装置２３は、検出器２２の画像処理部で取得された画像電子データを記憶するための手段であり、通常用いられているメモリ等が適用されてよい。
【００４３】
コンピュータ４０は、ディスプレイ４１を備え、記憶手段２３で記憶された試料Ｓの試料構造画像を表示する。また、試料構造画像に基づいて、試料Ｓの状態解析を行い、それらの結果から、例えばステージ制御ユニット３３を制御するようにしてもよい。
【００４４】
次に、図１における本実施の形態に係る電子線装置１００に関連する構成要素について説明を行う。本実施の形態に係る電子線装置１００に関連する構成要素としては、光学顕微鏡（図示せず）と、ゲート弁６１と、予備環境室（ミニエンバイロメント室）７０と、プリアライナー７２と、フープ７３と、ターボ分子ポンプ７４と、ドライポンプ７５とを備える。
【００４５】
まず、図示されていないが、本実施の形態に係る電子線装置１００は、ステージ３０上での試料Ｓの位置決めを行うためのアライメント制御装置を構成する光学顕微鏡を更に備えてよい。今まで説明した、電子光学系である１次光学系及び２次光学系は、高倍率に設定されているので、試料Ｓの粗い位置合わせを行うには、倍率が高すぎる場合がある。そのような場合には、低倍率の光学顕微鏡を設け、まず光学顕微鏡を用いて粗いアライメントを行い、次に電子光学系を用いて精密なアライメントを行うようにしてもよい。
【００４６】
ゲート弁６１は、主ハウジング６０と予備環境室７０との間に配置されており、両室間の連通と密閉遮蔽を制御する弁である。ゲート弁６１を開放することにより、主ハウジング６０と予備環境室７０との間の試料Ｓの搬送を行い、ゲート弁６１を閉じることにより、主ハウジング６０内と予備環境室７０内の個別の圧力制御（真空制御）が可能となる。
【００４７】
予備環境室７０は、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間を画成するハウジング７１と、ミニエンバイロメント空間内で例えば清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置（図示せず）と、ミニエンバイロメント空間内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置（図示せず）と、ミニエンバイロメント空間内に配設されていて検査対象としての基板、ウエハ等の試料Ｓを粗位置決めするプリアライナー７２を備えている。また、ミニエンバイロメント空間内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに予備環境室７０をシャットダウンできるように構成してもよい。
【００４８】
ミニエンバイロメント空間内に配置されたプリアライナー７２は、例えば試料Ｓがウエハの場合には、ウエハに形成されたオリエンテーションフラット（オリフラ）や、ウエハの外周縁に形成された単数又は複数のＶ型の切り欠き（ノッチ）を光学的又は機械的に検出してウエハの軸線周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくように構成してよい。プリアライナー７２は、検査対象の粗位置決めを担当する。
【００４９】
フープ（Ｆｏｕｐ）７３は、複数枚、例えば２５枚程度のウエハ等の試料Ｓが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット（図示せず）を複数個保持するカセットホルダである。対象となる試料Ｓが半導体ウエハの場合は、カセット内に収納されるウエハは、これから検査を受けるウエハであり、検査は、半導体製造工程中でウエハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、例えば、成膜工程、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程、イオン注入工程等による処理を受けたウエハ、表面に配線パターンが形成されたウエハ又は配線パターンが未だに形成されていないウエハがカセット内に収納される。
【００５０】
ターボ分子ポンプ７４及びドライポンプ７５は、予備環境室７０内を真空排気するための真空ポンプである。大気圧及び低真空領域ではドライポンプ７５をまず動作させ、ある程度の真空度が得られた段階で、更に真空度を高めて高真空とするために、ターボ分子ポンプ７４を更に動作させる。これにより、予備環境室７０内を真空状態とすることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態に係る電子線装置１００の１次光学系には、真空ポンプが示されていないが、別途真空ポンプを設けて、１次光学系１０、主ハウジング６０、２次光学系２０内を真空に保つように構成してよい。また、ターボ分子ポンプ７４及びドライポンプ７５で、電子線装置１００の真空排気を兼用してもよい。
【００５２】
次に、図２を用いて、本実施の形態に係る電子線装置１００の、電子ビームの照射領域の位置を視野領域に対して変更させる態様について説明する。図２は、１次電子ビームの照射領域１５と、２次光学系２０の視野領域２５との位置関係の態様を示した図である。
【００５３】
図２（Ａ）は、照射領域が視野領域に対して先行する態様を示した図である。図２（Ａ）において、（Ａ−１）の態様は、視野領域２５に対して、電子ビームの照射領域１５の位置を紙面下側の−Ｙ方向に移動させた態様を示している。（Ａ−１）の態様において、試料Ｓは紙面上側の＋Ｙ方向に移動し、相対的に、電子ビームの照射領域１５及び視野領域２５は、試料Ｓの下側（−Ｙ側）の方に移動してゆくものとする。以下、図２に示す総ての態様についても、試料Ｓの移動方向は＋Ｙ方向、電子ビームの試料Ｓ上の相対的移動方向は−Ｙ方向であると仮定する。
【００５４】
（Ａ−１）の態様においては、試料Ｓの移動方向（＋Ｙ）に対して、照射領域１５が視野領域２５にプレチャージ領域１６の分だけ先行し、照射領域１５が視野領域２５の上側の領域の一部を覆っていない、非照射領域２６を有する状態を示している。これは、照射領域１５の面積を標準的な面積とし、そのまま照射領域１５の位置を−Ｙ方向に移動させる変更を行ったので、照射領域１５で照射できない部分が発生したためである。照射領域１５と視野領域２５は、この状態を保ったまま試料Ｓ上を相対移動する。
【００５５】
このような照射領域１５と視野領域２５との位置関係にあれば、照射領域１５は、試料Ｓの移動方向に対して、常に視野領域２５よりもプレチャージ領域１６の分だけ先行していることになる。従って、試料Ｓは、視野領域２５を検査する前に、プレチャージ領域１６の分だけプレチャージが行われたのと同様の効果を得ることができ、試料Ｓの表面電荷を均一にすることができる。また、非照射領域２６については、（Ａ−１）の状態では、非照射領域２６からは試料Ｓの構造情報を得た電子は発生せず、試料Ｓの構造情報を得ることはできないが、試料Ｓが＋Ｙ方向に移動することにより、照射領域１５の中に移動するので、一連の検査動作の中では、非照射領域２６についてもすぐ構造情報を得ることができるので、何ら問題は生じない。
【００５６】
なお、照射領域１５の位置の変更は、１次光学系１０の１次レンズ系１３により、１次電子ビームの照射方向を調整することにより行われてよく、１次レンズ系１３が照射領域変更手段の役割を果たしてよい。または、照射領域１５の位置の変更は、Ｅ×Ｂ分離器１４の電圧印加条件を変更することによって行われてもよく、Ｅ×Ｂ分離器１４に照射領域変更手段の役割を担わせてもよい。更に、プレチャージ領域１６の幅の大きさは、これらの照射領域変更手段により、制御が可能である。従って、１次電子ビームの電流密度、試料Ｓの移動速度等を総合的に勘案し、プレチャージ領域１６を定めることにより、プレチャージ量の精密な制御が容易に可能となる。
【００５７】
このように、（Ａ−１）の態様によれば、照射領域１５を視野領域２５に対して先行するように移動させることにより、プレチャージユニットを設けることなく、１次電子ビームのみでプレチャージを行ったのと同様の効果を得ることができる。しかも、プレチャージ領域１６を制御することにより、プレチャージに要するドーズ量も精密に制御できる。
【００５８】
（Ａ−２）の態様は、照射領域１５と視野領域２５の中心は一致するが、（Ａ−１）の態様における照射領域１５の面積を拡大し、視野領域２５の全体を照射領域１５で覆うようにしたものである。試料Ｓの移動方向（＋Ｙ）に対して先行するプレチャージ領域１６は、（Ａ−１）の態様と同様に、視野領域２５に対するプレチャージの機能を果たす。
【００５９】
（Ａ−２）の態様によれば、視野領域２５内に非照射領域２６を作らず、視野領域２５全体から均一に試料構造の情報を得た電子を発生させることができるので、像むらの少ない均一な像を取得することができる。
【００６０】
（Ａ−３）の態様は、（Ａ−２）の態様よりも照射領域１５の拡大率を低くし、更に照射領域１５の中心を視野領域２５よりも先行させるとともに、視野領域２５の全体を照射領域１５で覆った態様である。
【００６１】
（Ａ−３）の態様によれば、照射領域１５が視野領域２５全体を覆うことができる範囲でプレチャージ領域１６を最大限大きく取っているので、二次光学系２０の取得画像の画像むらを少なくするとともに、プレチャージ領域１６も可能な限り大きくしているので、限られた１次電子ビームの照射領域１５において、最大限のプレチャージ効果を得ることができる。
【００６２】
次に、図２（Ｂ）の態様について説明する。図２（Ｂ）は、プレチャージが少なくて済む場合の照射領域１５と視野領域２５との関係を示した図である。
【００６３】
（Ｂ−１）の態様においては、視野領域２５と照射領域１５の中心は一致し、プレチャージ領域１６があまり多くない状態で照射領域１５が視野領域２５を覆っている状態を示している。プレチャージ量があまり多く必要でないときには、（Ｂ−１）に示した様な態様としてもよい。
【００６４】
（Ｂ−１）の態様によれば、視野領域２５と照射領域１５を近い大きさとし、プレチャージ領域１６を小さく設定することにより、無駄なエネルギーを消費することなく、必要なプレチャージ量だけを効率よく得ることができる。
【００６５】
次に、図２（Ｃ）の態様について説明する。図２（Ｃ）は、試料Ｓの移動方向（＋Ｙ）に対して、視野領域２５が照射領域１５よりも先行している態様を示した図である。
【００６６】
（Ｃ−１）の態様においては、照射領域１５の面積を標準的な大きさとし、試料Ｓの移動方向（＋Ｙ）に対して、視野領域２５が先行し、照射領域１５が遅れるように照射領域１５の位置を紙面上側（＋Ｙ）方向に移動させる変更を行ったものである。
【００６７】
後に詳説するが、電子ビームを照射してから所定期間は、試料Ｓからは弾性散乱による反射電子が放出される。従って、この反射電子を有効に活用して、試料Ｓの構造を検査したい場合には、（Ｃ−１）の態様が好適である。なお、（Ｃ−１）の態様においても、視野領域２５の中に、非照射領域２６が発生するが、ステージ３０による試料Ｓの移動により、順次非照射領域２６にも電子ビームが照射されてゆくので、試料構造の画像取得には何ら問題は生じない。
【００６８】
（Ｃ−２）の態様は、視野領域２５と照射領域１５の中心は一致するが、（Ｃ−１）の態様と比較して照射領域１５を縮小し、試料Ｓの移動方向（±Ｙ方向）については、視野領域２５の方が照射領域１５よりもその幅が大きくなるようにした態様である。
【００６９】
（Ｃ−２）の態様によれば、無駄な１次電子ビームを試料Ｓに照射することなく、小さなエネルギーで反射電子を有効に活用した検査等を行うことができる。
【００７０】
（Ｃ−３）の態様は、電子ビームの照射手段として、点状のスポットビームを、Ｘ方向にスキャンさせた態様である。このように、視野領域２５をスポットビームで試料Ｓの移動方向に垂直にスキャンさせることによっても、試料Ｓから反射電子を発生させ、これを利用した検査等を行うことができる。
【００７１】
（Ｃ−４）の態様は、Ｙ方向には１画素分の細い線形ビームを用いて、視野領域２５の一部を照射した態様を示している。（Ｃ−２）と（Ｃ−３）の中間的な態様であり、（Ｃ−３）のように、スポットビームでＸ方向をスキャンすると、Ｘ方向にタイムラグが生じてしまうことから、かかるタイムラグを除去しつつ、最小の照射領域１５により反射電子を発生させることを可能とする態様である。
【００７２】
次に、図３を用いて、ウエハのプレチャージ量に伴って、２次光学系２０の検出器２２が受ける電子量や電子の種類が変化する現象について説明する。本願の発明者は、この現象を見出し、これを利用して本実施の形態に係る電子線装置１００及びこれを用いた試料観察方法を提案している。
【００７３】
図３は、検出器２２に達した電子量と、その電子の種類を経時的に示した図である。図３（ａ）は、試料Ｓの表面電位と、検出器２２への単位時間当たりの到達電子数の関係を示した図であり、横軸が試料Ｓの表面電位、縦軸が単位時間（秒）に検出器２２に到達した電子数を示している。
【００７４】
図３（ａ）において、２０ｅＶ程度までの低ランディングエネルギー領域においては、プレチャージ初期では、反射電子が検出されている。この反射電子の量は、照射された電子に比べて少ないため、電子ビームの照射領域１５は、時間の経過とともに負に帯電する。
【００７５】
負の帯電が進むとともに、照射領域の表面ポテンシャルが負に増大し、電子ビームによる入射電子の実効的なランディングエネルギーが、照射領域のポテンシャルに対して低下する。よって、入射電子が反射しにくくなる。この段階で、ウエハからは、２次電子が発生して放出されるようになる。これ以降も、電子ビームによる入射電子の実効的なランディングエネルギーが表面のポテンシャルエネルギーに比べて大きいときには、電子のランディングが継続し、ついにはウエハ表面のポテンシャルエネルギーが電子のランディングエネルギーと同じになる。すると、入射電子は照射領域１５に入射せず、ウエハ表面の直前で、ウエハ表面と接触せずに反射するようになる。これを、ミラー電子と呼ぶ。
【００７６】
図３（ａ）において、ミラー電子が発生したときには、ウエハの表面電位は、もはや電子が入射されないので一定となり、検出器２２への単位時間当たりの到達電子数も一定となることが示されている。
【００７７】
なお、図３（ａ）において、ウエハ表面の電位が固定されている場合において、表面ポテンシャルエネルギーが入射電子のランディングエネルギーより小さい場合には、常に反射電子が発生することになる。従って、例えば、ウエハ表面に接地電極がある場合には、その部分からは、常に反射電子が放出されることになる。
【００７８】
図３（ｂ）は、試料Ｓへの電子線照射時間と、検出器２２への単位時間当たりの到達電子数との関係を示した図であり、横軸が電子線照射時間、縦軸が検出器２２に単位時間（秒）に到達した電子数を示している。図３（ｂ）において、図３（ａ）の横軸が、表面電位から電子線照射時間に変更されている点で図３（ａ）と異なっている。
【００７９】
図３（ｂ）において、プレチャージが進んで電子線照射時間が経過するとともに、ウエハ表面のドーズ量が増加し、ウエハからは、最初は反射電子が発生し、次いで２次電子が発生し、最後にミラー電子が発生することが示されている。また、ミラー電子が発生する領域においては、電子線照射時間が増加しても、検出器２２に到達する単位時間当たりの電子数は、一定となることが示されている。
【００８０】
図４は、ウエハのタングステン領域から発生し、検出器２２に到達した電子数と、入射１次電子のランディングエネルギーとの関係を示した図である。図４において、横軸は１次電子ランディングエネルギー（ｅＶ）、縦軸は検出器到達電子数を示している。
【００８１】
図４において、反射電子と２次電子のグラフ曲線を比較すると分かるように、およそ２０ｅＶ程度までの低ランディングエネルギー領域では、反射電子は、２次電子に比べると、検出器２２まで到達する電子数が圧倒的に多い。これは、各々の電子の放出方向の分布の相違により、本実施の形態に係る写像投影型の電子線装置１００における、ウエハから検出器２２までの電子透過率に差異が生じたためと考えられる。ここで、電子透過率とは、ウエハから発生した電子のうち、２次光学系２０を通過して検出器２２まで到達できる電子の比率のことをいう。
【００８２】
２次電子は、いわゆる「コサインの法則」と呼ばれる放出方向の分布を持っており、ウエハのなす平面から垂直方向ではなく、垂直軸と角度を持った斜め方向に放出される分布を持つ。よって、一般的に、本実施の形態に係る電子線装置１００に採用されている写像投影型電子線装置においては、電子透過率はあまり大きくない。
【００８３】
一方、反射電子は、相対的に１次電子の入射方向と１８０度反転した方向に揃ってウエハから放出される。よって、本実施の形態に係る写像投影型電子線装置を採用した電子線装置１００の電子透過率も高まり、検出器２２に到達する電子数が、２次電子と比較して桁違いに増加していると考えられる。
【００８４】
つまり、反射電子を検査に用いると、従来の２次電子を用いた場合と比較すると、検出器２２に到達する電子数が著しく増加するため、検出器２２で同等の信号強度を得るために必要な１次電子数を大幅に削減することができるようになる。このため、ウエハの帯電を低減し、ダメージの少ない検査を実現することができる。
【００８５】
この、図４における、低ランディングエネルギー領域における電子の種類と検出器２２に到達する電子数との関係は、図３に示した図と符号する。
【００８６】
図３に戻ると、図３（ａ）、（ｂ）ともに、ウエハに１次電子線を照射し、検出器２２に到達する検出器到達電子数に着目すると、最初の状態では、一定の電子量を示している（第１の状態）。次いで、ウエハ表面が所定の電位Ｖ１になると、検出器２２に到達する電子の量（数）が減少する（第２の状態）。更にウエハのチャージアップを続けると、所定の電位Ｖ２において、検出器２２に到達する電子の量が急増する（第３の状態）。ここで、第１の状態においては、反射電子が検出器に到達し、第２の状態においては、２次電子が検出器２２に到達する。更に第３の状態においては、ウエハの帯電量が増加することにより１次電子ビームはウエハ表面に到達することができなくなり、ウエハ表面の直前で反射するいわゆるミラー電子の状態となる。ここで、例えば第１の状態におけるドーズ量は、０〜１
（μＣ／ｃｍ２）であり、第２の状態におけるドーズ量は０．５〜５（μＣ／ｃｍ２）であり、第３の状態におけるドーズ量は、３〜１０（μＣ／ｃｍ２）であってよい。
【００８７】
図３において説明した状態変化は、電子ビームが照射される部分がチャージアップされることが前提となっている。従って、上述のように、接地等により電位が固定されている部分については、チャージアップは生じない。つまり、配線のオープン欠陥等によりフローティング状態となっている部分については、表面ポテンシャルエネルギーが入射電子のランディングエネルギーより小さい場合には、常に反射電子が生じる。この現象を利用して、ウエハに形成された配線のオープン欠陥やショート欠陥を検出する、いわゆるボルテージコントラストによる欠陥検出が可能となる。
【００８８】
次に、本実施の形態に係る電子線装置１００を用いて、ウエハの欠陥を検出する種々の例について説明する。
【００８９】
〔実施例１〕
実施例１として、接地プラグが形成されたウエハにおいて、オープン欠陥を検出する例を説明する。
【００９０】
図５は、実施例１に係る欠陥検出の例を説明するための図面である。図５（ａ）は、ウエハＷに、接地プラグ９１とオープンプラグ９４が形成された断面図を示した図である。
【００９１】
図５（ａ）において、ウエハＷはｐ型シリコン基板８０を支持基板とし、その上にｐ＋高濃度不純物領域８２が積層されている。その上にＳｉＯ２酸化膜層８４が形成され、酸化膜層８４内の溝８５に接地プラグ９１が設けられており、導電型のｐ＋高濃度不純物領域８１に接続されている。接地プラグ９１は、例えばタングステン等により形成されてよい。接地プラグ９１は、導電型のｐ＋高濃度不純物領域８１に接続されているので、ｐ型シリコン基板８０と同電位である。一方、不良プラグであるオープンプラグ９４は、導電型のｐ＋高濃度不純物領域８１に接続されておらず、フローティング状態となっている。
【００９２】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の構成のウエハＷに対して、低ランディングエネルギーの１次電子ビームが照射された場合のウエハＷの表面電位の変化を示した図である。図５（ｂ）において、電子照射時間が増加しても、接地プラグ９１は電位が変化しないが、オープンプラグ９４には電子が蓄積するため、時間の経過とともに電位が負に増加している。
【００９３】
図６は、図５（ａ）に示したウエハＷにおいて、１次電子ビームの照射により、接地プラグ９１とオープンプラグ９４から放出された電子について、検出器２２に到達する電子数の表面電位依存性を示した図である。
【００９４】
図６において、接地プラグ９１は電位が接地電位に固定されているため、常に反射電子が検出される。一方、オープンプラグ９４は、時間の経過とともに負帯電が進行し、表面電位が負に増加するため、最初は反射電子が検出されるものの、次いで２次電子が、そして最後にはミラー電子が検出される。なお、実験によれば、１次電子ビームのランディングエネルギーに適切な値を選ぶと、図６に示すように、ミラー電子の検出量の方が、反射電子の検出量よりも多くすることができる。本発明を適用する実施例においては、１次電子ビームのランディングエネルギーに、そのような適切なエネルギーを選んでいるものとする。
【００９５】
図７は、図６と同じデータを、横軸を電子線照射時間に変えて表示した図である。縦軸は、検出器２２に到達した単位時間（秒）当たりの電子数を示している。
【００９６】
図７において、接地プラグ９１からは、常に反射電子が検出されているが、オープンプラグ９４からは、時間の経過とともに検出される電子の種類が異なるとともに、検出器到達電子数も異なってくることが示されている。本実施例に係る検査の態様では、かかる検出器到達電子数の時間経過に伴う相違に着目して、ウエハＷの検査を行う。
【００９７】
次に、図８を用いて、実施例１に係るオープンプラグの検出方法について説明する。図８は、２次光学系２０において最初に検出される反射電子から継続的に電子を検出する検出方法の態様を示した図である。
【００９８】
図８（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子放出領域において、オープンプラグ９４と接地プラグ９１から放出されて検出器２２に到達する合計電子数を比較して示した図である。図８（ａ）において、反射電子検出領域においては、オープンプラグ９４からも接地プラグ９１からも双方反射電子が放出されるため、両者の合計検出器到達電子数には差が出ない。従って、反射電子検出領域は、オープンプラグ９４と接地プラグ９１の取得像に差が出ず、検査には利用できない。
【００９９】
図８（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域までのオープンプラグ９４と接地プラグ９１から放出されて検出器２２に到達する合計電子数を比較して示した図である。接地プラグ９１からは反射電子が放出され続けるのに対し、オープンプラグ９４の方は、反射電子を放出する領域を過ぎ、２次電子を放出する領域に入ると、図７で説明したように、検出器到達電子数が大幅に減少する。従って、図８（ｂ）に示すように、オープンプラグ９４の合計検出器到達電子数が接地プラグ９１の合計検出器到達電子数よりも小さくなり、その差が明確になる。よって、２次光学系２０が取得するウエハＷの取得像には明暗の差ができ、電気的な差異を検出できるので、オープンプラグ９４を検出することができる。よって、図８（ｂ）の態様は、オープンプラグ９４の検査に利用することができる。
【０１００】
なお、図８（ｂ）に示す態様を実行するためには、電子ビーム照射の最初の段階に発生する反射電子から検出するので、視野先行型の図２（Ｃ）に示した態様を適用すればよい。ウエハＷの移動方向に対して、電子ビームの照射領域１５よりも視野領域２５が先行するように、照射領域１５の位置を後方（図２においては、＋Ｙ方向）に変更する。これにより、電子ビームの照射領域１５は総て最初から２次光学系２０で検出されるので、オープンプラグ９４が２次電子を放出する領域に入った段階で、オープンプラグ９４を検出することができる。
【０１０１】
図８（ｃ）は、オープンプラグ９４がミラー電子を発生するミラー電子発生領域におけるオープンプラグ９４と接地プラグ９１から発生する合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図８（ｃ）に示すように、ミラー電子領域に入ると、ミラー電子の発生量が反射電子の発生量よりも大きくなるため、オープンプラグ９４からの発生電子が接地プラグ９１の発生電子に追い付き始める。そうすると、オープンプラグ９４と接地プラグ９１の合計検出器到達電子数の差は、時間の経過とともに種々の場合が考えられる不確定な状態となり、両者の差は不明確になる。よって、図８（ｃ）の態様は、オープンプラグ９４の検出に適していない。
【０１０２】
このように、図８において説明したように、オープンプラグ９４の検出には、図８（ｂ）の態様のみが適する。従って、反射電子を利用してオープンプラグ９４の検出を行う態様においては、オープンプラグ９４が２次電子放出領域にある段階でウエハの画像を取得し、接地プラグ９１との区別を発見することにより、オープンプラグ９４の検出を行う。この場合には、視野領域２５が、照射領域１５よりも先行するように照射領域１５の位置を変更する。
【０１０３】
図９は、オープンプラグ９４から反射電子を検出せずに、２次電子とミラー電子を検出し、これに基づいてオープンプラグ９４の検出を行う態様を示した図である。
【０１０４】
図９（ａ）は、図７におけるオープンプラグ９４の２次電子放出領域における、オープンプラグ９４と接地プラグ９１からの合計検出器到達電子数を各々示した図である。図９（ａ）において、オープンプラグ９４からは２次電子のみが検出され、接地プラグ９１からは、反射電子のみが検出されている。両者の合計検出器到達電子量の差は大きく、よって、その取得像からは、高コントラストで両者の違いを検出できる。図９（ａ）の態様は、電気的な差異を検出するのに好ましい態様である。
【０１０５】
なお、このような、反射電子を検出せず、２次電子を検出する検査方法を実行するためには、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した、ウエハＷの移動に対して照射領域１５が視野領域２５よりも先行する配置関係において検査を行う。プレチャージ領域１６において、オープンプラグ９４から反射電子を放出させてしまい、視野領域２５においては、２次電子のみを検出するように設定すれば、図９（ａ）に係る検査方法の態様を実行することができる。
【０１０６】
図９（ｂ）は、オープンプラグ９４から２次電子とミラー電子が検出される領域において、オープンプラグ９４と接地プラグ９１からの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。
【０１０７】
図９（ｂ）において、接地プラグ９１からは反射電子のみが検出されているが、オープンプラグ９４においては、２次電子とミラー電子の双方が検出されている。図７において説明したように、反射電子と２次電子の発生量を比較する反射電子の発生量が大きく、反射電子とミラー電子の発生量を比較すると、ミラー電子の発生量が多いので、図９（ｂ）のオープンプラグ９４と接地プラグ９１の合計検出器到達電子数は、オープンプラグ９４からの検出電子数が接地プラグ９１からの検出電子数に時間の経過とともに追い付き、追い越してゆく関係にある。従って、両者の合計検出器到達電子数の差は、時間の経過とともに変化する不確定な大きさである。よって、図９（ｂ）に係る検査方法の態様は、オープンプラグ９４の検出には適さない。
【０１０８】
しかしながら、図９（ｂ）の態様においても、オープンプラグ９４からミラー電子が発生し始めた初期の段階であれば、オープンプラグ９４から検出される電子数は接地プラグ９１から検出される電子よりも明確に少ないので、取得像は暗くなり、両者を区別することは可能である。また、逆に、オープンプラグ９４からミラー電子が多量に発生するまで時間をかけた場合には、逆にオープンプラグ９４から検出される電子の方が、接地プラグ９１から検出される電子よりも多くなり、取得像はオープンプラグ９４の方が明るくなる。従って、電子ビーム照射時間（ドーズ量）を適切にコントロールできれば、図９（ｂ）に係る態様によっても、オープンプラグ９４と接地プラグ９１とを区別して取得像に明暗差を付け、電気的な差異を検出することが可能である。但し、この方法では、電子ビーム照射時間又はドーズ量の精密なコントロールが要求されるので、図９（ａ）に係る態様の方が、よりオープンプラグ検出には適する。
【０１０９】
図１０は、オープンプラグ９４がミラー電子を発生する領域において、オープンプラグ９４と接地プラグ９１からの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。
【０１１０】
図１０において、オープンプラグ９４からはミラー電子のみが検出され、接地プラグ９１からは反射電子のみが検出されている。図７において説明したように、ミラー電子の発生量は反射電子の発生量よりも多いので、オープンプラグ９４により発生するミラー電子の合計検出器到達電子数は接地プラグ９１から放出される反射電子よりも明確に多い。よって、オープンプラグ９４の取得像は接地プラグ９１の取得像よりも明るくなり、明暗差により両者を区別できる。
【０１１１】
なお、図１０に係る検査方法を実行するためには、図２（Ａ）、（Ｂ）の照射領域１５と視野領域２５との関係を用い、ウエハＷの移動方向に対して、照射領域１５が視野領域２５よりも先行するように照射領域変更を行う。図２（Ａ）、（Ｂ）におけるプレチャージ領域１６において、オープンプラグ９４の反射電子及び２次電子を放出させてしまい、視野領域２５では、ミラー電子のみを検出できるように設定する。この場合、プレチャージ領域１６で反射電子及び２次電子を放出させるので、プレチャージ領域は図９（ａ）で採用する態様よりも大きいことが望ましく、特に図２（Ａ）の（Ａ−１）又は（Ａ−３）の態様を好適に適用してもよい。
【０１１２】
今まで説明したように、実施例１に係る検査方法の態様においては、オープンプラグ９４の検出には、図８（ｂ）、図９（ａ）及び図１０に係る検査方法態様が適する。これらの態様によれば、総てウエハ表面電位のボルテージコントラストを利用することにより、オープンプラグ９４を接地プラグ９１から検出することができる。そして、これらの検査態様は、１次電子ビームの照射領域１５の視野領域２５に対する位置を変更することにより、種々の態様に容易に適応可能である。例えば、図８（ｂ）の態様であれば、図２（Ｃ）に係る視野先行型の（Ｃ−１）〜（Ｃ−４）の態様を適用してよい。図９（ａ）の態様であれば、図２（Ａ）、（Ｂ）に係る照射領域先行型を適用してよい。また、図１０に係る態様には、やはり図２（Ａ）、（Ｂ）に係る照射領域先行型を適用してよく、特に、プレチャージ領域が大きい図２（Ａ）の（Ａ−１）又は（Ａ−３）の態様が好適である。
【０１１３】
一方、図８（ａ）、（ｃ）及び図９（ｂ）に係る態様は、欠陥部と正常部の像の明るさの差が小さいことから、パターン表面の欠陥を観察するのに適している。特有の欠陥を検出するのではなく、ウエハのパターン表面の像を取得し、これを観察してパターン異常を発見するようにすれば、全般的なパターン欠陥検査として利用することができる。これらの検査態様を実行するには、やはり電子ビームの照射領域１５の視野領域２５に対する位置を変更すればよく、例えば図８（ａ）、（ｃ）に係る態様には、視野領域先行型の図２（Ｃ）に係る態様を適用するのが好ましく、図９（ｂ）に係る態様には、照射領域先行型の図２（Ａ）、（Ｂ）に係る態様を適用するのが好ましい。
【０１１４】
このように、図１に示した本実施の形態に係る電子線装置１００において、電子ビームの照射領域１５の視野領域２５に対する位置を種々変更することにより、実施例１に示した種々の検査態様を実行することができる。
【０１１５】
〔実施例２〕
次に、実施例２として、ｎ＋-ｐプラグが形成されたウエハＷについて、オープン欠陥を検出する実施例を説明する。
【０１１６】
図１１は、ｎ＋-ｐプラグが形成されたウエハＷについて、オープン欠陥を検出する検査方法の態様を説明するための図である。
【０１１７】
図１１（ａ）は、ｎ＋-ｐプラグ９２が形成されたウエハＷの断面図である。図１１（ａ）において、ｐ型シリコン基板８０の表面に反対導電型のｎ＋高濃度不純物領域８３が設けられている。そして、ｐ型シリコン基板８０の上には、ＳｉＯ２酸化膜層８４が積層され、ＳｉＯ２酸化膜層８４の溝８５内に、ｎ＋-ｐプラグ９２が形成されている。ｎ＋-ｐプラグ９２は、ｎ＋高濃度不純物領域８３を介して、ｐ型シリコン基板８０と電気的に接続されている。ｎ＋-ｐプラグ９２は、例えば、タングステン等の金属で構成されてよい。また、酸化膜層８４中には、フローティング状態のオープンプラグ９４が存在する。本実施例においては、かかるオープンプラグ欠陥を検出する検査方法の態様を示す。
【０１１８】
図１１（ａ）の断面構造を有するウエハＷに、電子ビームを照射すると、ｎ＋-ｐプラグ９２が形成された部分については、その表面電位が−１〜−２Ｖ程度の数Ｖに達してからは、微小電流がｐ型シリコン基板８０に流れる。これは、ｎ＋高濃度不純物領域８３とｐ型シリコン基板８０が空乏層（図示せず）を介して接続され、電子ビームが打ち込まれると、ｎ＋高濃度不純物領域８３とｐ型シリコン基板８０は順方向接続なため、所定の数Ｖに達するまでは電子が蓄積されるが、所定の数Ｖに達すると、ｐ型シリコン基板８０に電流となって電子が流れ込むからである。
【０１１９】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に係る構成のウエハＷに低ランディングエネルギーの電子ビームを照射した場合の、ウエハＷの表面電位の時間変化を示した図である。図１１（ｂ）において、ｎ＋-ｐプラグ９２は、上述のように所定の数Ｖ（例えば、−１〜−２Ｖ程度）に達するまでは表面電位が負に増加するが、所定の数Ｖに達したら、ｐ型シリコン基板８０に電流が流れ、一定値を示す。一方、オープンプラグ９４は、電子照射時間が経過するとともに電子が蓄積してゆくので、電子照射時間に比例して表面電位が負に増大している。
【０１２０】
図１２は、図１１（ａ）に示したｎ＋-ｐプラグ９２とオープンプラグ９４について、各々が発生する電子のうち、検出器に到達する電子数の表面電位依存性を示した図である。図１２において、オープンプラグ９４は、実施例１における説明と同様に、表面電位の変化に応じて、発生する電子の種類も、反射電子、２次電子、ミラー電子と変化してゆく。一方、ｎ＋-ｐプラグ９２は、表面電位が低い段階では反射電子が検出されるが、反射電子発生領域を超えて２次電子発生領域に入ると、途中で表面電位が一定となり、検出器到達電子数も一定となってしまう。これは、図１１（ｂ）において説明したように、ｎ＋-ｐプラグ９２の場合、表面電位は、例えば−１〜−２Ｖ程度で一定となり、それ以上負に増大しないので、その段階で電子の単位時間当たりの発生数も一定となってしまうからである。従って、１次電子ビームのランディングエネルギーを、例えば、ウエハＷの表面電位ポテンシャル変動量（例えば、−１〜−２Ｖ程度）より大きな数ｅＶ以上に選ぶと、図１２に示すように、反射電子と２次電子が検出されるが、ミラー電子は検出されない状態を作ることができる。
【０１２１】
図１３は、ｎ＋-ｐプラグ９２とオープンプラグ９４に電子ビームを照射したときの、電子線照射時間と単位時間当たりの検出器到達電子数との関係を示した図である。図１３は、図１２の横軸を、表面電位から電子線照射時間に変更している。
【０１２２】
図１３において、オープンプラグ９４の反射電子検出領域及び２次電子検出領域においては、ｎ＋-ｐプラグ９２とオープンプラグ９４の両方から同数の反射電子及び２次電子が検出されている。ところが、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域においては、オープンプラグ９４からはミラー電子が検出されるが、ｎ＋-ｐプラグ９２からは、そのまま２次電子が継続的に検出されている。これは、図１３において説明したように、ｎ＋-ｐプラグ９２の表面電位は、２次電子放出領域の所定の数Ｖで一定となってしまうので、その後に電子ビームを照射され続けても、単位時間当たり一定の２次電子しか放出しないためである。
【０１２３】
図１４は、図１１〜１３において説明した関係を利用して、反射電子の発生時から電子を検出してオープンプラグ９４を検出する検査方法を説明するための図であり、ｎ＋-ｐプラグ９２とオープンプラグ９４の合計検出器到達電子数を比較して示した図である。
【０１２４】
図１４（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子検出領域における、オープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２から検出される合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１４（ａ）において、オープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２の両方とも、同数の反射電子のみが検出されているので、両者の取得像に明度差は生じず、オープンプラグ９４の検出には不適である。
【０１２５】
図１４（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域において、それまでのオープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２とからの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１４（ｂ）において、オープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２の双方とも、同数の反射電子と２次電子が検出され、両者の合計検出器到達電子数には差が生じない。よって、図１４（ｂ）の態様は、オープンプラグ９４の検出には適さない。
【０１２６】
図１４（ｃ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、それまでのオープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２とからの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１４（ｃ）において、オープンプラグ９４は、反射電子、２次電子及びミラー電子の総ての種類の電子を検出しているが、ｎ＋-ｐプラグ９２は、反射電子と２次電子のみを検出している。そして、図１３に示したように、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域においては、オープンプラグ９４からのミラー電子検出量は、ｎ＋-ｐプラグ９２からの２次電子検出量を大きく上回っている。よって、図１４（ｃ）においても、オープンプラグ９４のミラー電子検出量がｎ＋-ｐプラグ９２よりも明らかに大きく、合計検出器到達電子数においても、オープンプラグ９４がｎ＋-ｐプラグ９２を大きく上回っている。従って、図１４（ｃ）の態様では、オープンプラグ９４の取得像の方がｎ＋-ｐプラグ９２の取得像よりも明るくなり、その明度差によりオープンプラグ９４を検出することができる。この態様は、ボルテージコントラストにより電気的差異を検出するのに好ましい態様であると言える。
【０１２７】
なお、図１４（ｃ）に係る態様を実行するためには、１次電子ビームのウエハＷへの照射により、初期の反射電子が発生した段階から発生電子を検出するので、照射領域変更手段１３、１４は、図２（Ｃ）における視野領域先行型の態様となるような照射領域１５の位置変更を行う。これにより、視野領域２５において反射電子の発生段階からウエハＷから発生した電子を総て検出することができ、本態様を実行することができる。このことは、オープンプラグ９４の検出には不適切であった図１４（ａ）、（ｂ）の態様についても同様であり、これらも反射電子の発生段階からウエハＷから発生した電子を検出するので、図２（Ｃ）に示した視野領域先行型の照射領域変更態様を適用する。
【０１２８】
図１５は、オープンプラグ９４の反射電子検出領域における電子を検出せず、２次電子発生以降の電子を検出する場合の検査方法に係る態様を説明するための図である。
【０１２９】
図１５（ａ）は、オープンプラグ９４が２次電子検出領域にあるときの、オープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２とからの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１５（ａ）において、オープンプラグ９４及びｎ＋-ｐプラグ９２の双方とも、２次電子が同数で検出されている。従って、両者の取得像には明暗の差は生ぜず、本態様はオープンプラグ９４の検出には適さない。
【０１３０】
図１５（ｂ）は、オープンプラグ９４がミラー電子検出領域にあるときの、オープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２とからの合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１５（ｂ）において、ｎ＋-ｐプラグ９２は２次電子のみを検出しているのに対し、オープンプラグ９４は、２次電子を検出した後にミラー電子を検出している。そして、図１５（ｂ）に示されているように、オープンプラグ９４のミラー電子の検出量は、ｎ＋-ｐプラグ９２の２次電子の検出量よりも大幅に大きく、合計検出器到達電子数においても、オープンプラグ９４の方が明らかに大きい。従って、オープンプラグ９４の２次光学系２０における取得像は、ｎ＋-ｐプラグ９２の取得像よりも明るくなり、両者の表面電位の差により、像に明暗の差をつけることが可能である。よって、図１５（ｂ）の態様は、オープンプラグ９４の検出等の電気的な差異を検出するのに好ましい検査態様である。
【０１３１】
なお、図１５に係る検査態様を実行するためには、照射領域変更手段１３、１４により、電子ビームの視野領域２５に対する照射領域１５の位置を図２（Ａ）、（Ｂ）に示す照射領域先行型の態様に変更する。図２（Ａ）、（Ｂ）において、プレチャージ領域１６で反射電子が放出されるような設定とし、視野領域２５では、オープンプラグ９４の２次電子検出領域
以降に発生する電子を検出するようにすれば、図１５（ａ）、（ｂ）の態様を実行できる。
【０１３２】
図１６は、オープンプラグ９４からミラー電子が検出される領域にあるときに、オープンプラグ９４の検出を行う態様について説明するための図である。図１６は、オープンプラグ９４がミラー電子検出領域にあるときにおけるオープンプラグ９４とｎ＋-ｐプラグ９２の合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図１６において、オープンプラグ９４からはミラー電子のみが検出され、ｎ＋-ｐプラグ９２では、２次電子のみが検出されている。これは、図１３において説明したように、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域では、ｎ＋-ｐプラグ９２からは２次電子しか検出されないからである。よって、合計検出器到達電子数において、オープンプラグ９４の検出電子数は、ｎ＋-ｐプラグ９２の検出電子数を大きく上回り、オープンプラグ９４の取得像の方が、ｎ＋-ｐプラグ９２の取得像よりも明るくなり、両者を区別できる。従って、図１６の態様は、ウエハＷの主に電気的な差異を検出するのに好ましい。
【０１３３】
なお、図１６の態様を実行するためには、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域のみを用い、反射電子と２次電子を検出しないので、照射領域変更手段１３、１４は、図２（Ａ）、（Ｂ）の照射領域先行型を適用するように照射領域１５の変更を行う。プレチャージ領域１６で、反射電子及び２次電子の双方を発生させてしまい、視野領域２５ではミラー電子のみを検出するように変更するので、プレチャージ領域１６は十分に大きい変更設定が好ましく、特に、図２（Ａ）の（Ａ−１）又は（Ａ−３）の態様を適用するようにしてもよい。
【０１３４】
今まで説明したように、実施例２においては、ボルテージコントラストを用いたオープン欠陥検出には、図１４（ｃ）、図１５（ｂ）及び図１６に示した検査方法の態様が適する。実施例２においても、実施例１と同様に、各々の態様を実行するため、照射領域変更手段１３、１４により、視野領域２５に対する照射領域１５の位置を、適切に変更する。例えば、図１４（ｃ）の態様であれば、反射電子から検出するので、視野先行型の図２（Ｃ）の態様になるように照射領域１５の位置変更を行い、図１５（ｂ）の態様であれば、照射領域先行型の図２（Ａ）、（Ｂ）の態様になるように照射領域１５の位置変更を行い、反射電子の放出が、プレチャージ領域１６の電子ビーム照射により終了するような設定とする。また、図１６の態様であれば、照射領域先行型の図２（Ａ）、（Ｂ）の態様になるように照射領域１５の位置変更を行うとともに、プレチャージ領域１６で、反射電子及び２次電子の放出が終了するように設定する。このように、照射領域変更手段１３、１４により、各々の検査態様に適した電子ビームの照射領域１５の位置変更を行うことにより、ウエハＷの種類等に応じた検査を行うことができる。
【０１３５】
なお、オープン欠陥の検出に適さなかった図１４（ａ）、（ｂ）及び図１５（ａ）の態様については、欠陥部と正常部の取得像の明暗差が小さいことから、ボルテージコントラストではなく、ウエハ表面の画像を取得し、これに基づいて配線パターンの欠陥を検査するのに利用することができる。この場合にも、照射位置変更手段１３により、適切な照射位置の変更を行なうことが好ましい。
【０１３６】
〔実施例３〕
次に、実施例３として、ｐ＋-ｎプラグが形成されたウエハＷにおいて、オープンプラグ欠陥を検出する検査方法の態様について説明する。
【０１３７】
図１７は、実施例３の検査対象となるウエハＷの性質を説明するための図である。図１７（ａ）は、ｐ＋-ｎプラグが形成されたウエハＷの断面構造を示した図である。
【０１３８】
図１７（ａ）において、検査対象となるウエハＷは、ｎ型シリコン基板８１が支持基板として備えられ、その表面に反対導電型のｐ＋高濃度不純物領域８２が設けられている。ｎ型シリコン基板の上には、ＳｉＯ２酸化膜層８４が形成され、酸化膜層８４の中の溝８５にはｐ＋-ｎプラグ９３が形成されている。ｐ＋-ｎプラグ９３は、ｐ＋高濃度不純物領域８３を介してｎ型シリコン基板８１と電気的に接続されている。また、酸化膜層８４中には、フローティング状態のオープンプラグ９４が存在する。本実施例においては、かかるオープンプラグ欠陥を検出する検査方法の態様を示す。
【０１３９】
図１７（ａ）において、ｐ＋-ｎプラグ９３に電子ビームが照射されると、ｐ＋高濃度不純物領域８３とｎ型シリコン基板８１には、ダイオードに逆方向電圧が徐々に印加されてゆく状態と同様になる。従って、ある一定の負電位までは、ｐ＋-ｎプラグ９３に電子が蓄積してゆくが、当該一定の負電位を超えると、ｐ＋-ｎプラグ９３からｎ型シリコン基板に逆方向電流が流れ始め、それ以上ｐ＋-ｎプラグ９３の電位が負に増大しなくなる現象が起きる。
【０１４０】
次に、図１７（ｂ）を用いて、図１７（ａ）に示した構造のウエハＷにおいて、ｐ＋-ｎプラグ９３及びオープンプラグ９４に電子ビームを照射した場合の状態変化について説明する。図１７（ｂ）は、ｐ＋-ｎプラグ９３及びオープンプラグ９４に電子ビームを照射した場合の、電子照射時間と表面電位との関係について示した図である。
【０１４１】
図１７（ｂ）において、オープンプラグ９４の方は、フローティング状態であるので、電子ビームの照射に伴い表面に電子が蓄積し、時間の経過に比例して表面電位が負に増大している。一方、ｐ＋-ｎプラグ９３については、図１７（ａ）において説明したように、所定の負電位までは、電子ビームの照射に比例してその表面電位が負に増大するが、ある一定の値に達すると、表面電位が一定の値のままになってしまう。これは、上述のように、ダイオードに逆電圧をかけていき、所定の電圧に達したときに逆電流が流れ出すのと同様の現象であるので、当該一定の値は、例えば絶対値が５Ｖ以下程度、即ち−５Ｖ以上程度の値になる場合が多い。この値は、デバイス毎に異なるが、実施例２に係る図１１で示した所定値（例えば、−１〜−２Ｖ程度）よりも、明らかに大きい値である。
【０１４２】
このように、ｐ＋-ｎプラグ９３が形成されたウエハＷについての実施例３に係る検査方法では、電子照射時間と表面電位との関係は、実施例２に係るｎ＋-ｐプラグ９２が形成されたウエハＷと同様の特性を示すものの、正常な配線用プラグが示す一定値の値は異なったものとなる。
【０１４３】
図１８は、図１７（ａ）に示したウエハＷに形成されたｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、各々が電子ビームの照射により発生した電子のうち、検出器に到達する電子数の表面電位依存度を示した図である。
【０１４４】
図１８において、オープンプラグ９４の方は、今までの説明と同様に、表面電位が負に増加するにつれて、反射電子、２次電子、ミラー電子と発生する電子の種類が変化する。一方、ｐ＋-ｎプラグ９３の方は、表面電位が低い段階ではオープンプラグ９４と同様に反射電子を発生し、次いで表面電位が負に増大するにつれて２次電子を発生するようになるが、２次電子の発生の途中段階で表面電位は一定となり、ミラー電子の発生にまでは至らない。そして、表面電位が一定となった点の電位は、実施例２で説明した図１２に示した一定電位の値よりも、負側に値が大きくなっている。これは、ｐ＋-ｎプラグ９３の場合においても、図１７（ｂ）に示したように、−５Ｖ以上程度の値で一定となるが、この値は、ｎ＋-ｐプラグ９２の場合の−１〜−２Ｖ程度よりも負側に大きい値であるので、図１２よりも負側に寄った点で一定となる。一方、ミラー電子が発生し始める値は、表面電子が−１０Ｖ、−２０Ｖというレベルの値であるから、ミラー電子検出領域までには至らない特性となる。
【０１４５】
図１９は、ｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、電子線照射時間と単位時間当たりの検出器到達電子数との関係を示した図である。図１８における横軸を、表面電位から電子線照射時間に変更している。
【０１４６】
図１９から、オープンプラグ９４は、電子線照射時間の経過とともにその発生電子が反射電子、２次電子、ミラー電子と変化してゆくが、ｐ＋-ｎプラグ９３は、反射電子検出領域を超えて２次電子検出領域に入ったら、ミラー電子検出領域には至らず、２次電子を発生し続けることが分かる。
【０１４７】
図２０は、ｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、反射電子から発生電子を検出してオープンプラグ９４を検出する態様について説明するための図である。
【０１４８】
図２０（ａ）は、オープンプラグ９４の反射電子検出領域において、オープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３とから検出された合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２０（ａ）において、オープンプラグ９４及びｐ＋-ｎプラグ９３の双方とも、反射電子が同数検出されているので、これらの取得像により明暗差は生じない。従って、この態様はオープンプラグ９４の検出には適さない。
【０１４９】
図２０（ｂ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域において、それまでオープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３とから検出された合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２０（ｂ）において、オープンプラグ９４及びｐ＋-ｎプラグ９３の双方とも、反射電子と２次電子が同数検出され、合計検出器到達電子数も同じであるので、両者の取得画像に明暗差は生じない。従って、この態様は、オープンプラグ９４の検出に適さない。
【０１５０】
図２０（ｃ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、それまでオープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３とから検出された合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２０（ｃ）において、オープンプラグ９４のミラー電子の検出数が大幅に増加しているが、ｐ＋-ｎプラグ９３の２次電子の増加分は小さく、従って両者の合計検出器到達電子数も、大幅にオープンプラグ９４の方がｐ＋-ｎプラグ９３を上回っている。従って、この態様では、オープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３の取得像で明暗差が生じ、そのボルテージコントラストによりオープンプラグ９４を検出することができる。よって、本態様は、オープンプラグ９４等の電気的差異の検出に適する。
【０１５１】
なお、図２０（ａ）〜（ｃ）に示した検出方法を実行するためには、反射電子を検出する必要があるので、図２（Ｃ）に係る視野先行型の態様のいずれかを適用する。照射領域変更手段１３、１４を用い、照射領域１５が視野領域２５より後行するように照射領域１５の位置を変更させることにより実行してよい。
【０１５２】
図２１は、ｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、反射電子を利用せず、オープンプラグ９４を検出する態様について説明するための図である。
【０１５３】
図２１（ａ）は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域において、オープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３の合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２１（ａ）において、オープンプラグ９４及びｐ＋-ｎプラグ９３の双方から同数の２次電子のみが検出されているので、両者の取得像には明暗差は生じない。従って、本態様は、オープンプラグ９４の検出には不適である。
【０１５４】
図２１（ｂ）は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、オープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３の合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２１（ｂ）において、オープンプラグ９４で２次電子及びミラー電子が検出され、ｐ＋-ｎプラグ９３では、２次電子のみが検出されている。そして、ミラー電子の検出電子数は、２次電子の検出電子数よりも大幅に多く、従って、オープンプラグ９４の合計検出器到達電子数は、ｐ＋-ｎプラグ９３の合計検出器到達電子数を大幅に上回っている。よって、２次光学系２０におけるオープンプラグ９４の取得像は、ｐ＋-ｎプラグ９３よりも明るい画像となり、両者のボルテージコントラストからオープンプラグ９４を検出することができる。従って、本態様は、電気的な差異を検出するのに好ましい態様である。
【０１５５】
なお、図２１に示した検査方法の態様は、照射領域変更手段１３、１４により、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した照射領域先行型に照射領域１５を変更することにより達成される。視野領域２５で反射電子を検出しないように、プレチャージ領域１６において、ウエハＷから反射電子を放出してしまうように設定を行う。
【０１５６】
図２２は、ｐ＋-ｎプラグ９３とオープンプラグ９４について、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域を利用して、オープンプラグ９４を検出する検出方法の態様を説明するための図である。図２２は、オープンプラグ９４のミラー電子検出領域において、オープンプラグ９４とｐ＋-ｎプラグ９３の合計検出器到達電子数を比較して示した図である。図２２において、オープンプラグ９４からはミラー電子のみが検出され、ｐ＋-ｎプラグ９３からは２次電子のみが検出されている。そして、ミラー電子の合計検出器到達電子数は、２次電子の合計検出器到達電子数よりも大幅に多いので、オープンプラグ９４の取得像はｐ＋-ｎプラグ９３の取得像よりも明るくなり、そのボルテージコントラストからオープンプラグ９４を検出できる。よって、本態様は、電気的な差異を検出するのに適している。
【０１５７】
なお、図２２に係る態様を実行するためには、オープンプラグ９４の反射電子検出領域及び２次電子検出領域を利用せずに、ミラー電子検出領域のみを利用するので、図２（Ａ）、（Ｂ）の照射領域先行型の態様を適用するのが好ましい。プレチャージ領域１６でオープンプラグ９４の反射電子及び２次電子を放出できるように、照射領域変更手段１３、１４により照射領域変更を行う。
【０１５８】
このように、実施例３に係るｐ＋-ｎプラグ９３が形成されたウエハＷのオープン欠陥を検出するためには、図２０（ｃ）、図２１（ｂ）及び図２２の検査方法の態様が適する。
【０１５９】
一方、図２０（ａ）、（ｂ）及び図２１（ａ）の態様は、明暗差が少ないので、ボルテージコントラストにより電気的な差異を検出する用途には適さないが、ウエハＷの表面画像を取得し、パターン欠陥を検査する用途には適する。
【０１６０】
これらの種々の態様を実行するため、照射領域変更手段１３、１４により、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示した照射領域１５の視野領域２５に対する位置変更の態様を選択して種々適用し、検査対象に応じた検査態様を適用することができる。
【０１６１】
図２３は、オープンプラグ９４の欠陥検査に当たり、図９、１０、１５、１６、２１及び２２に示したミラー電子を利用した検査方法について、検査像の例を示した図である。
【０１６２】
図２３において、（ａ１）〜（ａ３）は、接地プラグ９１が形成されたウエハＷ表面を示し、（ｂ１）〜（ｂ３）は、各々のウエハＷ表面に対応した、取得画像を示している。図２３（ａ１）において、照射領域１５の方が視野領域２５より大きく、照射領域１５が視野領域２５に対して先行する配置関係となっている。図２３中の−Ｙ方向の矢印は、照射領域１５及び視野領域２５の相対的移動方向を示し、実際には、ステージ３０が＋Ｙ方向に移動する。
【０１６３】
図２３（ｂ１）は、図２３（ａ１）に対応した検出器２２の検出面上の検出画像である。図２３（ａ１）において、電子ビームが照射された瞬間には、反射電子が検出され、視野領域全体が検出される。
【０１６４】
次に、ステージ３０が＋Ｙ方向又は電子ビームが−Ｙ方向にスキャンし、照射領域１５と視野領域２５が、図２３（ａ１）の位置関係を保ちつつ検査領域を移動してゆくが、図２３（ａ２）に示すように、オープンプラグ９４が含まれていた場合には、図２３（ｂ２）に示すように、その部分だけが明るく光る。そして、正常なプラグからは、ミラー電子は検出されない。
【０１６５】
このように、図２３に示す態様では、欠陥部（オープンプラグ９４）からの検出電子を増やすために、オープンプラグ９４の部分だけでミラー電子を検出するような条件に設定している。そして、他の正常なプラグからは、ミラー電子が検出されないように設定している。これを暗像モードと呼ぶが、図２３の態様では、ミラー電子は反射電子や２次電子に比べて十分に表面電位が大きいので、暗い画像の中で、欠陥プラグ９４だけが明るく光り、その検出が容易となる。
【０１６６】
なお、図２３（ａ３）に示すように、更にステージ３０又は電子ビームのスキャンを行い、オープンプラグ９４の存在しない視野領域２５に入れば、図２３（ｂ３）に示すように、暗像モードで暗い画像となる。
【０１６７】
このように、暗像モードを用いて、オープンプラグ９４を容易に検出することができる。
【０１６８】
図２４は、反射電子を選択的に利用して、ウエハＷの表面欠陥を検出する例を示した図である。
【０１６９】
図２４（ａ１）は、電子ビームの照射領域１５と視野領域２５とプラグ９１との配置関係を示した図である。図２４（ａ１）において、視野領域２５の方が、照射領域１５よりも先行する配置関係となっている。図２３と同様に、ステージ３０が＋Ｙ方向に移動するか、電子ビームが−Ｙ方向に移動して、検査領域が移動してゆく。従って、図２４（ａ１）は、ステージ３０の移動方向に対して、視野領域２５が照射領域１５に先行する位置に照射領域１５が変更されている。従って、視野領域２５では、総て最初にウエハＷに電子ビームが照射されるタイミングの電子を検出し続けることができる。よって、電子ビーム照射の最初の段階で発生する反射電子を検出し続けることになる。よって、この場合、図２４（ａ１）対応する検出器２２の検出面上の検出画像は、図２４（ｂ１）のようになり、視野領域２５の総てのプラグ９１の反射電子が検出され、像を形成している。
【０１７０】
次に、ステージ３０又は電子ビームが移動し、図２４（ａ２）の領域を照射するが、この領域でも反射電子を検出する。反射電子は、初期段階では、接地されていようとオープン（フローティング）状態であろうと、総て検出される。よって、図２４（ａ２）のパターンに、ミッシングプラグが存在しなければ、対応する検出画像は、図２４（ｂ２）のように、総てのプラグ９１の像が取得される。
【０１７１】
次いで、更にステージ３０又は電子ビームが移動し、図２４（ａ３）の領域を検査する。図２４（ａ３）においては、ミッシングプラグ９５が存在するとする。このとき、対応する検出画像は、図２４（ｂ３）のようになり、ミッシングプラグ９５の箇所は、プラグが検出されない画像となる。
【０１７２】
このように、反射電子を用いて、反射電子は、初期段階では金属があればその像が写されるという性質を利用することにより、ミッシングプラグを容易に検出することができる。
【０１７３】
以上、実施例１〜３において、接地プラグ９１、ｎ＋-ｐプラグ９２及びｐ＋-ｎプラグ９３がウエハＷ上に形成されている場合の、オープンプラグ９４を検出する方法の態様について説明したが、実際のウエハＷ製造プロセスでは、上記３種類の接地プラグ９１、ｎ＋-ｐプラグ９２及びｐ＋-ｎプラグ９３が同一ウエハＷ内に形成されているのが通常である。よって、実施例１〜３において、共通にオープンプラグ９４を検出できる態様を採用することが好ましい。そして、その態様は、実施例１において図８（ｂ）、図９（ｂ）及び図１０、実施例２において図１４（ｃ）、図１５（ｂ）及び図１６、実施例３において図２０（ｃ）、図２１（ｂ）及び図２２であり、反射電子を用いず、２次電子とミラー電子を利用する図９（ｂ）、図１５（ｂ）及び図２１（ｂ）の態様と、ミラー電子のみを利用する図１０、図１６及び図２２の態様において共通する。よって、これらの検出方法の態様を用いれば、ウエハＷのオープンプラグ９４を本実施の形態に係る電子線装置１００を用いて検出できる。これにより、プレチャージユニットを用いることなく、最小限のエネルギーでオープンプラグ９４を検出することができる。
【０１７４】
〔実施例４〕
次に、実施例４として、ＶＣ−ＴＥＧの電気的欠陥を検出する検査方法の態様について説明する。ここで、ＶＣ−ＴＥＧとは、ボルテージコントラスト検査におけるテスト・エレメント・グループのことであり、耐絡性の観点で構造上の寸法マージンを知るため、線幅や配線スペースを変えた複数のテスト・エレメント・グループのことを言う。
【０１７５】
ＶＣ−ＴＥＧで電気的欠陥を検出するには、図１０のミラー電子のみを利用する検査方法又は図９（ａ）に示した、オープンプラグ９４の反射電子を検出せず、２次電子検出領域での発生電子検出を行う検査方法が適している。ＶＣ−ＴＥＧは、基本的に構造は接地プラグ９１を有するパターンのウエハＷと同様であるので、実施例１において適用可能な検査方法の態様を好適に用いることができる。この点、図１０のミラー電子のみを利用する検査方法と、図９（ａ）に示した、オープンプラグ９４の２次電子検出領域における発生電子を検出する検査方法は、明確にボルテージコントラストを発生させることができた。また、図８（ｂ）の、反射電子及び２次電子を検出する検査方法も、適用可能である。
【０１７６】
一方、図８（ｃ）の、反射電子からミラー電子まで総て検出する検査方法と、図９（ｂ）の反射電子を検出せず２次電子とミラー電子を検出する検査方法も適用可能ではあるが、差別化するマージン量が少なく、条件設定が難しい。また、図８（ａ）の反射電子のみを用いる検査方法は、明暗差が殆ど無く、電気的欠陥の検出は困難であり、適用は難しい。
【０１７７】
ここで、図１０、図９（ａ）、（ｂ）の検査方法を用いるときには、照射領域変更の態様は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した照射領域先行型を用いるのが好ましい。また、図８（ｂ）、（ｃ）の態様の検査方法を用いるときには、図２（Ｃ）の視野領域先行型を用いるのが好ましい。
【０１７８】
図２５は、ＶＣ−ＴＥＧの配線の一例である。図２５（ａ）は、正常なＶＣ−ＴＥＧの例を示した図であり、図２５（ｂ）は、欠陥がある場合のＶＣ−ＴＥＧの例を示した図である。
【０１７９】
図２５（ｂ）に、図９（ａ）の検査方法を適用した場合を考える。図９（ａ）の検査方法は、オープンプラグ９４の２次電子検出領域において、発生電子を検出する方法である。この検査方法によれば、接地配線部分では、常に反射電子が検出され、フローティング配線部分９４では、２次電子が検出される。プラグがタングステンである場合を例にとれば、反射電子と２次電子では、反射電子の検出数が圧倒的に多いため、接地配線９１が明るく、フローティング配線部分９４が暗くなる。
【０１８０】
図２６は、図２５と同様のＶＣ−ＴＥＧの配線を、図１０に係るミラー電子のみを用いた検査方法で検査した態様を示した図である。図２６（ａ）は、正常な場合の検出画像を示した図である。図２６（ｂ）は、欠陥がある場合の検出画像を示した図である。
【０１８１】
図２６において、ミラー電子検出領域の発生電子を用いた場合には、接地配線部９１では反射電子が検出され、フローティング９４の部分では、ミラー電子が検出される。反射電子に比べて、ミラー電子の発生量が多いように１次電子ビームのランディングエネルギーの設定を行えば、接地配線９１が暗く、フローティング配線部分９４が明るくなる。
【０１８２】
このように、実施例４の態様によれば、ウエハＷのみならず、ＶＣ−ＴＥＧの配線を検査することもできる。
【０１８３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１８４】
１０    １次光学系
１１    電子銃
１２    アパーチャ
１３    １次レンズ系（照射領域変更手段）
１４    Ｅ×Ｂ分離器（照射領域変更手段）
１５    照射領域
１６    プレチャージ領域
１８    対物レンズ系
２０    ２次光学系
２１    ２次レンズ系
２２    検出器
２３    記憶装置
２５    視野領域
２６    非照射領域
３０    ステージ
３１    ホルダ
３２    防振台
３３    ステージ制御ユニット
４０    コンピュータ
４１    ディスプレイ
５１、５２    真空容器
６０    主ハウジング
６１    ゲート弁
７０    予備環境室（ミニエンバイロメント室）
７１    ハウジング
７２    プリアライナー
７３    フープ
７４    ターボ分子ポンプ
７５    ドライポンプ
８０    ｐ型シリコン基板
８１    ｎ型シリコン基板
８２    ｐ＋高濃度不純物領域
８３    ｎ＋高濃度不純物領域
８４    酸化膜層
８５    溝
９１    接地プラグ
９２    ｎ＋-ｐプラグ
９３    ｐ＋-ｎプラグ
９４    オープンプラグ
【図１】
0005719391.tif 000002
【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】
0005719391.tif 000020
【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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