特許 5890652 試料観察装置及び試料観察方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5890652

(24)【登録日】2016年2月26日

(45)【発行日】2016年3月22日

(54)【発明の名称】試料観察装置及び試料観察方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/28 20060101AFI20160308BHJP

   H01J 37/12 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/18 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/21 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/24 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/075 20060101ALI20160308BHJP

   H01J 37/16 20060101ALI20160308BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20160308BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/28 B

   H01J37/12

   H01J37/147 B

   H01J37/18

   H01J37/21 B

   H01J37/24

   H01J37/244

   H01J37/22 502H

   H01J37/22 502A

   H01J37/075

   H01J37/16

   H01L21/66 J

【請求項の数】7

【全頁数】42

(21)【出願番号】特願2011-236586(P2011-236586)

(22)【出願日】2011年10月28日

(65)【公開番号】特開2013-97869(P2013-97869A)

(43)【公開日】2013年5月20日

【審査請求日】2014年5月13日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】230104019

【弁護士】

【氏名又は名称】大野 聖二

(74)【代理人】

【識別番号】230112025

【弁護士】

【氏名又は名称】小林 英了

(74)【代理人】

【識別番号】100106840

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 耕司

(74)【代理人】

【識別番号】100131451

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 理

(74)【代理人】

【識別番号】100167933

【弁理士】

【氏名又は名称】松野 知紘

(74)【代理人】

【識別番号】100174137

【弁理士】

【氏名又は名称】酒谷 誠一

(74)【代理人】

【識別番号】100133042

【弁理士】

【氏名又は名称】佃 誠玄

(74)【代理人】

【識別番号】100184181

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 裕史

(72)【発明者】

【氏名】狩俣 努

(72)【発明者】

【氏名】小濱 達也

(72)【発明者】

【氏名】吉川 省二

(72)【発明者】

【氏名】畠山 雅規

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２９４０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０３６９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３２８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１８４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７６８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０５８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７２９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９９／０５０６５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００１５１４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０５５６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５７３６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ３７／００−３７／０２、３７／０５、３７／０９−３７／１８、

３７／２１−３７／２４４、３７／２５２−３７／３６、

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、２１／６４−２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステージに載置された試料に電子線を照射して試料からの電子線を検出することにより、試料を観察する試料観察装置であって、
筒体と、複数の電子線照射検出系とを有する１つの電子コラムを備え、
複数の電子線照射検出系の各々は、前記試料に照射される電子線及び前記試料からの電子線が通る電子線路を形成し、
複数の電子線照射検出系の各々は、前記筒体内で積層されるレンズ、デフレクタ、及び検出器を含む複数の部品を有し、
前記１つの電子コラムは、前記複数の電子線照射検出系を同時に用いることで、複数の電子線を同時に前記試料に照射し、かつ、前記試料からの複数の電子線を同時に検出して、前記試料を観察し、
前記電子コラムは、さらに、前記筒体の外周面に沿って設けられ、かつ外部電源を前記部品に接続するための導電線が配線された配線フィルムを有し、
前記筒体及び前記配線フィルムにおける、前記部品の端子に対応する位置に配線孔が設けられ、
前記配線孔に挿入されるコンタクトピンによって、前記部品の端子と前記配線フィルムの導電線とが電気的に接続される
ことを特徴とする試料観察装置。

【請求項2】

前記電子コラムは、さらに、前記筒体に被せられる電子銃ハウジングを有し、
前記電子銃ハウジングは、前記各電子線路に複数の電子線を照射するための複数の電子銃を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の試料観察装置。

【請求項3】

前記電子銃は、
レーザ光を発射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発射されたレーザ光によるプラズマ小空間を形成するためのガス封入管と、
前記ガス封入管から放出される不可視光線を伝搬するファイバと、
前記ファイバの先端に設けられ、前記ファイバを伝搬してきた不可視光線を受けて電子を放出する光電材料と、
前記光電材料から放出された電子を引き出すアノードと、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。

【請求項4】

前記検出器は、
前記試料から前記電子線路を通って戻ってくる電子線を曲げて電子を捕集して、捕集した電子を、その電子の量に応じた強度の光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータから入射された前記光を伝達するライトガイドと、
前記ライトガイドによって伝達されて入射された前記光の強度に応じた信号を出力する光電子増倍管と、
を備え、
前記信号に基づいて、前記試料からの電子の量を測定することを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。

【請求項5】

前記電子銃ハウジングは、前記複数の電子銃にそれぞれ対応する複数のハウジング孔を備え、
前記試料観察装置は、さらに、バルブを備え、
前記バルブは、前記複数のハウジング孔をそれぞれ囲う複数のＯリングと、前記複数のハウジング孔にそれぞれ対応する複数のバルブ孔とを備え、前記複数のＯリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、
前記バルブが前記電子銃ハウジングに対して移動することにより、前記Ｏリングで前記ハウジング孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させる
ことを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。

【請求項6】

前記筒体は、下端部に、前記複数の電子線照射検出系にそれぞれ対応する複数の筒体孔を備え、
前記試料観察装置は、さらに、バルブを備え、
前記バルブは、前記複数の筒体孔をそれぞれ囲う複数のＯリングと、前記複数の筒体孔にそれぞれ対応する複数のバルブ孔とを備え、前記複数のＯリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、
前記バルブが前記筒体に対して移動することにより、前記Ｏリングで前記筒体孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させる
ことを特徴とする請求項２に記載の試料観察装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか一項に記載の試料観察装置を用いて行う試料観察方法であって、
前記複数の電子線照射検出系を同時に用いて、複数の電子線により前記試料を観察し、それらの観察結果を合成して観察画像を生成することを特徴とする試料観察方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料に電子線を照射して試料からの電子線を検出することにより試料を観察する試料観察装置及び試料観察方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、半導体製造の分野において、ウェハやマスクなどの試料基板の欠陥検査等のために試料観察装置が用いられる。近年、半導体大規模集積回路（ＬＳＩ）の集積度の向上に伴って、ウェハやマスクに形成されるパターンはますます微細化しており、それに伴って、欠陥として検出すべき対象のサイズも小さくなっている。したがって、欠陥検査等のために試料基板を観察する際には、分解能の高い試料観察装置が求められる。

【0003】

分解能の高い試料観察装置として、走査電子顕微鏡（Scanning electron microscope：ＳＥＭ）を用いることができる。走査電子顕微鏡は、細く絞った電子線を試料表面に照射して試料表面を走査し、電子線の照射によって試料から生じる２次電子や反射電子（以下単に「２次電子等」という）の強度を検出して、その強度を走査位置に応じた位置に配置することで観察画像を生成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−７６４７４号公報

【特許文献2】特開２００８−１４１１４１号公報

【特許文献3】特開２００７−１５７５７５号公報

【特許文献4】国際公開第２００９／１２５７０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この観察画像において、単位画素が小さいほど画質が高くなるが、通常、単位画素は、電子線の直径の１／２程度より大きなサイズとされる。例えば、直径１００ｎｍの電子線を用いる場合は、単位画素のサイズは５０ｎｍ以上とされる。例えば、単位画素のサイズが５０ｎｍであって、１画素を３ｎｓで走査する場合には、１ｃｍ^２の面積の中には５０ｎｍ四方の単位画素が４×１０^１０個含まれるので、１ｃｍ^２を走査するのに１２０秒必要になる。したがって、例えば直径３００ｍｍのウェハの表面全体を走査するのには、９０時間以上かかることになる。ウェハやマスクの大型化に伴って、観察に要する時間も長時間化しており、これが生産速度の歩留まりの要因の一つとなっている。

【0006】

観察所要時間を短くするために、走査速度を速くするということが考えられる。ここで、観察画像の画質は２次電子等の量によるので、画質を落とさずに走査速度を速くするためには、単位時間当たりに検出する２次電子等の量を多くしなければならず、そのために照射する電子線の量を多くする（電流を大きくする）必要がある。

【0007】

しかしながら、電子線には、同一空間に多くの電子があると、それらの負電荷によるクーロン効果によって電子同士が互いに反発しあい、電子線が広がってしまうという性質（空間電荷効果）がある。また、この電子線の広がりは、加速電圧が低いほど大きくなる。よって、分解能（即ち電子線の径）を決めると、電流の最大値が原理的に限定され、それによって最高走査速度も限定されてしまい、それ以上走査速度を上げることはできないことになる。

【0008】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電子線を走査して試料を観察するにあたって、高い分解能を有するとともに、電子線の走査に要する時間を短くできる試料観察装置及び方法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】

【0009】

上記従来の課題を解決するために、本発明の試料観察装置は、ステージに載置された試料に電子線を照射して試料からの電子線を検出することにより、前記試料を観察する試料観察装置であって、前記試料に電子線を照射して、前記試料からの電子線を検出するための１つの電子コラムを備え、前記１つの電子コラムは、それぞれ前記試料に照射される電子線及び試料からの電子線が通る電子線路を形成する複数の電子線照射検出系 を有し、前記複数の電子線照射検出系を同時に用いることで、複数の電子線を同時に前記試料に照射して、前記試料を観察する構成を有している。

【0010】

この構成により、試料観察装置は、１つの電子コラムの中に複数の電子線照射検出系を有し、それらの複数の電子線照射検出系を同時に用いて複数の電子線を同時に試料に照射して試料を観察するので、試料を観察するための電子線の走査に要する時間を短縮することができる。また、複数の電子線を同時に試料に照射するために、１つの電子線照射検出系を有する従来の電子コラムを複数用いるのではなく、１つの電子コラムの中に複数の電子線照射検出系を構成したので、隣り合う電子線の間隔を短くすることができ、これにより、試料に対して同時に照射できる電子線の数を多くすることができる。ここで、電子線照射検出系とは、電子銃から放出された電子線を集束、偏向して試料に照射するための電子線路を形成するとともに、その電子線路を通ってきた試料からの電子線を検出するシステムをいう。上記の試料観察装置では、このようなシステムが１つの電子コラムに複数形成される。

【0011】

上記の試料観察装置において、前記電子コラムは、１つの筒体と、前記筒体に被せられる電子銃ハウジングとを有し、さらに、前記電子線照射検出系ごとに、前記筒体内で積層されるレンズ、デフレクタ、及び検出器を含む複数の部品と、前記電子銃ハウジング内に収容されて、前記各電子線路に電子線を照射するための複数の電子銃とを有していてよい。この構成により、１つの電子コラムに、複数の電子線照射検出系に対応する複数セットの複数の部品及び電子銃が設けられるので、装置の小型化を実現できる。

【0012】

上記の試料観察装置において、前記レンズは静電レンズであり、前記デフレクタは静電デフレクタであってよい。一般的には、電子線照射検出系のレンズ及びデフレクタとしては、静電方式のレンズ及びデフレクタのほか、磁場方式のレンズ及びデフレクタを採用することも考えられる。しかしながら、本発明の試料観察装置は、上述のように、１つの電子コラムの中に複数の電子線照射検出系が形成されており、隣り合う電子線照射検出系の距離が近い。この場合に、磁場方式のレンズ及びデフレクタを用いると、磁場漏れによる隣の電子線照射検出系への影響が顕著となる。これに対して、本発明の試料観察装置では、静電方式のレンズ及びデフレクタを用いているので、隣り合う距離が近い複数の電子線照射検出系が形成された電子コラムにおいても、磁場漏れによる影響を回避できる。また、磁場方式のレンズ及びデフレクタは、コイル及びその周りに巻かれたヨークを必要とし、大型化してしまう。上記の試料観察装置は、レンズ及びデフレクタを静電方式にしているので、磁場方式にした場合の装置の大型化を回避できる。このように、レンズ及びデフレクタに静電方式を採用することで、１つの電子コラムの中により多くの電子線照射検出系を構成することができ、試料に対して同時に照射できる電子線の数を多くすることができる。

【0013】

上記の試料観察装置において、前記筒体内にて積層される複数の部品の各々の間には、それぞれ、抵抗１０^９〜１０^１２Ωｃｍの導電性のセラミックからなるスペーサが配設されてよい。この構成により、電子コラムの熱膨張を抑え、組み立て精度を高くできる。

【0014】

上記の試料観察装置において、複数の前記スペーサは、同じ材料で構成されてよい。この構成により、すべてのスペーサの熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム全体として熱膨張による影響を小さくできる。

【0015】

上記の試料観察装置において、前記筒体は、前記スペーサと同じ材料で構成されてよい。この構成により、電子コラムの組み立て精度をより高くできる。

【0016】

上記の試料観察装置において、前記スペーサは、前記電子線路に対して露出していてよい。この構成により、スペーサを電子線路から隠す構成と比べて、電子コラムを小型化できる。

【0017】

上記の試料観察装置において、前記電子コラムは、さらに、前記筒体の外周面に沿って設けられ、かつ外部電源を前記部品に接続するための導電線が配線された配線フィルムを有し、前記筒体及び前記配線フィルムにおける、前記部品の端子に対応する位置に配線孔が設けられ、前記配線孔に挿入されるコンタクトピンによって、前記部品の端子と前記配線フィルムの導電線とが電気的に接続されてよい。この構成により、筒体内の各部品と外部電源との電気的な接続を実現できる。

【0018】

上記の試料観察装置において、前記筒体の配線孔と前記コンタクトピントが螺合することにより、前記コンタクトピンが保持されてよい。この構成により、特別な保持部材を必要とすることなく、コンタクトピンを筒体に保持できる。

【0019】

上記の試料観察装置において、前記配線フィルムは、前記導電線となる金属層と前記金属層の両面を挟む絶縁層とで構成され、前記配線フィルムの配線孔には前記導電線のフランジが形成され、前記フランジに前記コンタクトピンの頭部が当接することで、前記コンタクトピンと前記導電線とが電気的に接続されてよい。この構成により、コンタクトピンと配線フィルム内の導電線との接触面積を大きくすることができ、接続不良の可能性を低減できる。

【0020】

上記の試料観察装置において、前記配線フィルムと前記筒体との間に、さらに接地コーディングが介在してよい。この構成により、配線フィルムと筒体との間に隙間があった場合にも、その隙間で放電されることを防止できる。

【0021】

前記デフレクタは、互いに対向する２つの電極を含む複数の電極を有し、前記互いに対向する２つの電極のうちの、一方からその端子への導電線はデフレクタの表面に配線され、他方からその端子への導電線はデフレクタの裏面に配線されてよい。このように配線をすることで、１つの電子コラムに複数の電子線照射検出系を形成することによって必要となる平面内の多くの導電線を互いに干渉することなく形成できる。

【0022】

前記電子銃は、レーザ光を発射するレーザ光源と、前記レーザ光源から発射されたレーザ光によるプラズマ小空間を形成するためのガス封入管と、前記ガス封入管から放出される不可視光線を伝搬するファイバと、前記ファイバの先端に設けられ、前記ガス封入管から放出されて前記ファイバを伝搬してきた不可視光線を受けて電子を放出する光電材料と、前記光電材料から放出された電子を引き出すアノードとを備えたものであってよい。この構成により、電子銃ハウジングには、少なくともファイバの先端部分、そこに設けられた光電材料、及びアノードのみを収容すればよく、他の構成要素は大気中に配置することが可能であるので、電子銃から照射する電子線同士の間隔を小さくすることができ、１つの電子コラムの中により多くの電子線照射検出系を構成することができ、試料に対して同時に照射できる電子線の数を多くすることができる。また、出力を上げた場合にも、確実にファイバの先端のみから電子を放出することが可能であり、照射ビームが望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減して、観察画像の解像度を向上できる。

【0023】

前記電子銃は、レーザ光を発射するレーザ光源と、前記レーザ光源から発射されたレーザ光によるプラズマ小空間を形成するためのガス封入管と、前記ガス封入管から放出される不可視光線の一部を通過させるアパーチャと、前記アパーチャが入力面に設けられ、前記アパーチャを通過した不可視光線を伝搬する基材と、前記基材の出力面に設けられ、前記基材を伝搬してきた不可視光線を受けて電子を放出する光電材料と、前記光電材料から放出された電子を引き出すアノードとを備えたものであってよい。この構成により、電子銃ハウジングには、少なくともアパーチャ、基材及び光電材料からなる電子放出素子とアノードのみを収容すればよく、他の構成要素は大気中に配置することが可能であるので、電子銃から照射する電子線同士の間隔を小さくすることができ、１つの電子コラムの中により多くの電子線照射検出系を構成することができ、試料に対して同時に照射できる電子線の数を多くすることができる。また、出力を上げた場合にも、確実に光電材料のみから電子を放出することが可能であり、照射ビームが望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減して、観察画像の解像度を向上できる。さらに、この構成により、エネルギー幅の狭い電子線をより多く放出できる。また、構造が簡単であるのでコストを抑えることもできる。さらに、この構成により、ウェネルトが必要ないので、ビームが広がりを抑えて透過率を向上できる。

【0024】

上記の試料観察装置において、前記検出器は、前記試料から前記電子線路を通って戻ってくる電子線を曲げて電子を捕集して、捕集した電子を増幅させる電子増幅器と、前記電子増幅器にて増幅されて前記電子増幅器から放出された電子を吸収するアノードとを備え、前記アノードで吸収した電子の量に基づいて、前記試料からの電子の量を測定してよい。この構成により、照射のための電子線路と検出のための電子線路とを別々に用意する必要はなく、１つの電子線路で照射及び検出を行なうことができるので、１つの電子線照射検出系を小型化でき、１つの電子コラムの中に形成する電子線照射検出系の数を増やすことができる。

【0025】

上記の試料観察装置において、前記検出器は、前記試料の表面から、前記電子線照射検出系の走査幅の２００倍以上離れた距離に設置されてよい。この構成により、試料からの電子線を高効率で捕集できる。

【0026】

上記の試料観察装置において、前記検出器は、前記試料から前記電子線路を通って戻ってくる電子線を曲げて電子を捕集して、捕集した電子を、その電子の量に応じた強度の光に変換するシンチレータと、前記シンチレータから入射された前記光を伝達するライトガイドと、前記ライトガイドによって伝達されて入射された前記光の強度に応じた信号を出力する光電子増倍管とを備え、前記信号に基づいて、前記試料からの電子の量を測定してよい。この構成によっても、照射のための電子線路と検出のための電子線路とを別々に用意する必要はなく、１つの電子線路で照射及び検出を行なうことができるので、１つの電子線照射検出系を小型化でき、１つの電子コラムの中に形成する電子線照射検出系の数を増やすことができる。

【0027】

上記の試料観察装置において、前記検出器は、複数の前記シンチレータを備え、前記複数のシンチレータにおける電子の捕集率の分布に応じて、補正を行なってよい。この構成により、補集できる電子の量を増加できるとともに、場所による補集率の分布に基づいて、試料からの電子を均等に補集し、補集位置が偏らないように補正することもできる。

【0028】

上記の試料観察装置において、前記シンチレータは、入射した電子を前記光電子倍増管に向けて反射する斜ミラーを内蔵していてよい。この構成により、光電子倍増管に効率よく光を伝達できる。

【0029】

上記の試料観察装置において、前記電子銃ハウジングは、前記複数の電子銃にそれぞれ対応する複数のハウジング孔を備え、前記電子線観察装置は、さらに、バルブを備え、前記バルブは、前記複数のハウジング孔をそれぞれ囲う複数のＯリングと、前記複数のハウジング孔にそれぞれ対応する複数のバルブ孔とを備え、前記複数のＯリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、前記バルブが前記電子銃ハウジングに対して移動することにより、前記Ｏリングで前記ハウジング孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させてよい。この構成により、バルブの位置を僅かに移動させるという簡単な操作で電子銃からの電子線を通過させたり、電子銃ハウジングを密閉したりできる。

【0030】

上記の試料観察装置において、前記筒体は、下端部に、前記複数の電子線照射検出系にそれぞれ対応する複数の筒体孔を備え、前記電子線観察装置は、さらに、バルブを備え、前記バルブは、前記複数の筒体孔をそれぞれ囲う複数のＯリングと、前記複数の筒体孔にそれぞれ対応する複数の筒体孔とを備え、前記複数のＯリングが囲う領域と前記複数のバルブ孔とは位置がずれて前記バルブに設けられており、前記バルブが前記筒体に対して移動することにより、前記Ｏリングで前記筒体孔を塞ぎ、又は、前記電子銃からの電子線を前記バルブ孔に通過させてよい。この構成によっても、バルブの位置を僅かに移動させるという簡単な操作で電子銃からの電子線を通過させたり、電子銃ハウジング及び筒体からなる空間を密閉したりできる。

【0031】

上記の試料観察装置において、前記デフレクタは、マクロ走査を行うために第１の交流電圧が印加される上側電極と、ミクロ走査を行うために第１の交流電圧よりも振幅が小さく周波数が高い第２の交流電圧が印加される下側電極とを有していてよい。この構成により、ミクロ走査では照射する電子線を高周波で偏向できるので、走査速度が速くなり、試料の検査時間を短縮できる。

【0032】

上記の試料観察装置において、前記複数の電子線照射検出系の各々の前記上側電極は、電源を共有してよい。この構成により、コストを削減できるとともに、電子コラムを小型化できる。

【0033】

本発明の別の態様は、上記のいずれかの試料観察装置を用いて行う試料観察方法であって、前記複数の電子線照射検出系を同時に用いて、複数の電子線により前記試料を観察し、それらの観察結果を合成して観察画像を生成する構成を有している。この構成により、複数の電子線照射検出系を同時に用いて複数の電子線を同時に試料に照射して試料を観察するので、試料を観察するための電子線の走査に要する時間を短縮することができる。

【0034】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々電子線の照射位置特性を予め取得して、かつ記憶しておき、前記電子線照射検出系より得られた各々の結果を前記照射位置特性に応じて較正してよい。

【0035】

本発明の試料観察方法では、複数の電子線照射検出系を１つの電子コラム内に有する試料観察装置を用いて試料の観察を行っているので、各電子線照射検出系から照射される電子線の位置を正確に検知しておかなければ、各電子線照射検出系における観察結果を合成する際に、誤差ができてしまい、観察画像が不連続になってしまう。上記の試料観察方法によれば、各電子線照射検出系における観察結果が、各電子線照射検出系の照射位置特性に応じて較正されるので、合成によって連続した観察画像が得られる。

【0036】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々における基準の電子線を用いて、テストマークを検出し、前記テストマークを検出したときのステージとの相対的な位置関係に基づいて、前記複数の電子線照射検出系の各々の前記照射位置特性を取得してよい。この構成によれば、テストマークを利用して容易に各電子線検出系の照射位置特性を取得できる。

【0037】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々の前記照射位置特性は、前記電子線照射検出系の複数の倍率について取得してよい。この構成によれば、電子線照射検出系の各倍率に応じて、照射位置特性が得られ、より正確な較正を行うことができる。

【0038】

上記の試料観察方法において、前記ステージに載置された試料の複数の点について、フォーカス調整値を予め取得して、かつ記憶しておき、前記複数の電子線照射検出系により前記試料を観察するときに、前記試料の観察位置に応じて、前記フォーカス調整値に応じて前記複数の電子線照射検出系のフォーカス調整を行ってよい。この構成によれば、ステージの傾き、試料の傾き、及び／又は電子コラムの傾き等による観察画像の画質低下（ピンボケ）を軽減できる。

【0039】

上記の試料観察方法において、前記試料は、同一パターンの複数のダイがマトリクス状に配置されたものであり、前記複数のダイ同士を比較することにより、ダイの欠陥を観察してよい。この構成により、複数の電子線照射検出系を１つの電子コラム内に有する試料観察装置を用いて試料のダイ／ダイ比較によるダイの欠陥検査を行うことができる。

【0040】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々がそれぞれの担当するダイを観察し、前記電子線照射検出系における観察結果同士を比較することにより、前記ダイの欠陥を観察してよい。この構成によれば、各電子線照射検出系からの検査結果を比較することで、ダイ／ダイ比較を行うことができる。

【0041】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々において、前記担当するダイが観察できる位置にないときに観察を停止してよい。この構成によれば、ダイのピッチと電子線照射検出系の配列ピッチとが合わない場合にも、各電子線照射検出系からの検査結果を比較することで、ダイ／ダイ比較を行うことができる。

【0042】

上記の試料観察方法において、前記複数の電子線照射検出系の各々において、照射される電子線の前記電子線照射検出系による偏向とステージの移動とを繰り返すことで、複数のダイにおける互いに対応する一部分の観察を終了した後に、当該一部分について観察結果同士を比較してよい。この構成によれば、電子線の偏向可能範囲よりも大幅にサイズの大きいダイについて、電子線照射検出系ごとのダイ／ダイ比較を行なう事ができるとともに、比較可能な部分のデータが得られた段階で比較を行なうので、必要とされるメモリ容量を抑える事ができる。

【発明の効果】

【0043】

本発明によれば、試料観察装置は、１つの電子コラムの中に複数の電子線照射検出系を有し、それらの複数の電子線照射検出系を同時に用いて複数の電子線を同時に試料に照射して試料を観察するので、分解能を低下させることなく、試料を観察するための電子線の走査に要する時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】本発明の実施の形態における電子コラムの構成を示す図

【図2】本発明の実施の形態における電子線検査装置の全体構成を示す図

【図3】本発明の実施の形態における筒体の平面図

【図4】本発明の実施の形態における筒体の他の例の平面図

【図5】本発明の実施の形態におけるＴＦＥ電子銃の構成を示す図

【図6】本発明の実施の形態における他の形態の電子銃の電子銃の構成を示す図

【図7】本発明の実施の形態における電子放出ファイバの先端部分の拡大図

【図8】本発明の実施の形態における他の形態の電子銃の電子銃の構成を示す図

【図9】従来のスペーサ配置構造を示す図

【図10】本発明の実施の形態における集束レンズの周縁部の拡大縦断面図

【図11】本発明の実施の形態におけるＦＰＣの一部領域を示す図

【図12】本発明の実施の形態における集束レンズの周縁部の拡大縦断面図

【図13】本発明の実施の形態における集束レンズの配線の断面構造を示す図

【図14】本発明の実施の形態における第１デフレクタが金属からなる場合の配線構造を示す図

【図15】本発明の実施の形態における第１デフレクタとその下のスペーサを示す分解斜視図

【図16】本発明の実施の形態における第１デフレクタが本体とその表面に形成された金属めっきとからなる場合の配線構造を示す図

【図17】本発明の実施の形態における第１デフレクタが８極の電極を有する場合の印加電圧の関係を説明するための図

【図18】本発明の実施の形態における１つの電子コラムに２つの電子線照射検出系が形成されている場合の第１デフレクタの配線構造を示す図

【図19】図１８のＡ−Ａ断面図

【図20】本発明の実施の形態におけるＭＣＰ＋アノード型の検出器の構成を示す図

【図21】本発明の実施の形態におけるシンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型の検出器の構成を示す図

【図22】本発明の実施の形態におけるバルブ構造を示す図

【図23】本発明の実施の形態におけるバルブ機構の他の例を示す図

【図24】従来のデフレクタの構成を示す図

【図25】本発明の実施の形態におけるデフレクタの構成を示す図

【図26】本発明の実施の形態における各電子線照射検出系の基準ビームの位置関係を示す図

【図27】本発明の実施の形態におけるフォーカスマップ作成のための試料の測定点の例を示す図

【図28】（ａ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチとダイのピッチとの関係を示す図（電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合） （ｂ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチとダイのピッチとの関係を示す図（電子線照射検出系のピッチとダイのピッチが等しい場合） （ｃ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチとダイのピッチとの関係を示す図（電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合）

【図29】（ａ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第１ステップ）を示す図 （ｂ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第２ステップ）を示す図 （ｃ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第３ステップ）を示す図 （ｄ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第４ステップ）を示す図 （ｅ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第５ステップ）を示す図

【図30】（ａ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第１ステップ）を示す図 （ｂ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第２ステップ）を示す図 （ｃ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第３ステップ）を示す図 （ｄ）本発明の実施の形態における電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームによってダイを走査する手順（第４ステップ）を示す図

【図31】本発明の実施の形態における照射ビームの偏向可能範囲よりも１つのダイの大きさがはるかに大きい場合の試料と照射ビームと照射ビームの偏向可能範囲との関係を示す図

【図32】本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順を示す図

【図33】（ａ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第１ステップ）を示す図 （ｂ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第２ステップ）を示す図 （ｃ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第３ステップ）を示す図 （ｄ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第４ステップ）を示す図 （ｅ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第５ステップ）を示す図 （ｆ）本発明の実施の形態における照射ビームによってダイを走査する手順（第６ステップ）を示す図

【発明を実施するための形態】

【0045】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。以下では、電子線を用いて試料を観察する試料観察装置として、ウェハやマスクの欠陥を検査するための電子線検査装置を説明する。

【0046】

１．全体構成
図２は、電子線検査装置１０００の全体構成を示す図である。図２に示すように、電子線検査装置１０００は、試料キャリア（ロードポート）９０１と、ミニエンバイロメント９０２と、ロードロック９０３と、トランスファチャンバ９０４と、メインチャンバ９０５と、除振台９０６と、電子コラム９０７と、画像処理ユニット９０８と、制御ユニット９０９とを備えている。電子コラム９０７は、メインチャンバ９０５の上部に取り付けられる。

【0047】

試料キャリア９０１には、検査対象となる試料が収納されている。ミニエンバイロメント９０２には、図示しない大気中の搬送ロボット、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る。試料キャリア９０１内の試料は、ミニエンバイロメント９０２内に搬送され、その中で、試料アライメント装置によってアライメント作業が行なわれる。試料は、大気中の搬送ロボットにより、ロードロック９０３に搬送される。

【0048】

ロードロック９０３は、大気から真空状態へと、真空ポンプにより排気される。圧力が一定値（例えば１Ｐａ）以下になると、トランスファチャンバ９０４に配置された図示しない真空中の搬送ロボットにより、メインチャンバ９０５に搬送される。このように、常に真空状態であるトランスファチャンバ９０４にロボットが配置されるので、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。

【0049】

メインチャンバ９０５には、ｘ方向、ｙ方向、及びθ（回転）方向に移動するステージ９１０が設けられ、ステージ９１０の上に静電チャックが設置される。静電チャックには試料そのものが設置される。あるいは、試料は、パレットや治具に設置された状態で静電チャックに保持される。メインチャンバ９０５は、図示しない真空制御系により、真空状態が維持されるよう制御される。また、メインチャンバ９０５、トランスファチャンバ９０４及びロードロック９０３は、除振台９０６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。

【0050】

また、メインチャンバ９０５には１つの電子コラム９０７が設置されている。この電子コラム９０７からの検出信号は画像処理ユニット９０８に送られて処理される。制御ユニット９０９は、画像処理ユニット９０８等を制御する。画像処理ユニット９０８は、この制御により、オンタイムの信号処理及びオフタイムの信号処理の両方が可能である。オンタイムの信号処理は、検査を行なっている間に行なわれる。オフタイムの信号処理を行う場合、画像のみが取得され、後に信号処理が行われる。

【0051】

画像処理ユニット９０９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データを表示することが可能である。表示されるデータは、例えば、観察画像、検査領域、異物数マップ、異物サイズ分布／マップ、異物分類、パッチ画像等である。

【0052】

２．マルチＳＥＭ構造
次に、電子コラム９０７について説明する。本実施の形態の電子コラム９０７は、１つの筒体内に複数の電子銃および各電子銃からの電子線が通過する電子線路を備え、電子線照射検出系が複数形成されたマルチＳＥＭである。図１は、電子コラム９０７の構成を示す図である。電子コラム９０７のハウジングは、筒体５０と電子銃ハウジング６０によって構成される。筒体５０には、後述する各種の部品１０〜１９が収納される。筒体５０は、円筒形状であり、電子銃ハウジング６０は筒体の上部開口に被せられ、上部が密閉された円筒状の部品である。なお、筒体５０は、中空の四角柱であってもよい。

【0053】

筒体５０内には、上から第１デフレクタ（アライナ）１０、集束レンズ１１、第２デフレクタ（アライナ）１２、アパーチャ１３、検出器１４、第３デフレクタ（アライナ）１５、対物レンズ１６、第４デフレクタ（アライナ）１７、第５デフレクタ（アライナ）１８、電極１９の各部品が、それぞれの間にスペーサ２０〜２８を介在させて、この順に積層される。上記の各部品は、上下方向に対応する部分に孔を有し、これらの孔によって電子線路ＥＰが形成される。

【0054】

図３は、本実施の形態の筒体５０の平面図である。図３は、筒体５０が円筒形状である例を示している。筒体５０の中には、二列に並んだ合計８つの電子線路ＥＰが形成されている。図４は、本実施の形態の筒体５０の他の例の平面図である。図４は、筒体５０が四角柱形状である例を示している。この場合にも、筒体５０の中には、二列に並んだ合計８つの電子線路ＥＰが形成されている。

【0055】

図１に戻って、電子銃ハウジング６０内には、電子銃３０、３０と、真空ポンプ４０が収納される。電子銃３０、３０は、ＴＦＥ（Thermal Field Emission）電子銃（熱電界放出電子銃）やＦＥ（Field Emission）電子銃（電界放出電子銃）であってよい。また、真空ポンプ４０は、イオンポンプであってよく、ゲッタポンプであってもよい。

【0056】

複数の電子線を同時に試料に照射して走査を行う場合には、電子線路同士の間隔を小さくして、試料に同時に照射できる電子線の本数（電子線照射検出系の個数）を多くすることが有利である。電子コラムが大型化して電子線同士の間隔が大きくなると、同時に走査できる電子線の本数が少なくなり、マルチＳＥＭのメリットが減少してしまう。例えば、幅２００ｍｍの試料に対して、各電子線照射検出系の間の最小間隔が１００ｍｍであれば、幅方向に２つより多い電子線を同時に照射することはできない。

【0057】

ここで、１つの試料に同時に複数の電子線を照射するための構成としては、例えば、１つの電子線照射検出系が設けられた筒体からなる電子コラムを複数並べた構成を採用することもできる。これに対して、本実施の形態では、１つの筒体内に複数の電子線照射検出系を形成しているので、１つの電子線照射検出系が設けられた筒体からなる電子コラムを複数並べる場合と比較して、各電子線間の距離を小さくでき、試料に対して同時に照射できる（走査できる）電子線の本数を多くすることができる。

【0058】

３．電子銃
上述のように、電子銃３０には、従来のＴＦＥ電子銃やＦＥ電子銃を用いることができるが、以下に説明する他の形態の電子銃を用いてもよい。

【0059】

３−１．ＴＦＥ電子銃
まず、ＴＦＥ電子銃を説明する。図５は、ＴＦＥ電子銃の構成を示す図である。ＴＦＥ電子銃３１は、先端が尖ったカソードチップ３１１と、ウェネルト３１２と、アノード３１３を備える。ＴＦＥ電子銃３１の幅方向のサイズは２０ｍｍ程度であり、従って、２つのＴＦＥ電子銃３１を最大限に近づけると、照射される電子線のピッチは２０ｍｍ程度となる。なお、上記の構成において、カソードチップ３１１、ウェネルト３１２、及びアノード３１３のほかに、ヒータ用電源３１４及びウェネルト用電源３１６が、電子銃ハウジング６０に収容される。

【0060】

カソードチップ３１１には、ヒータ用電源３１４からヒータ用電圧が印加され、カソード用電源３１５から−５０〜−１０ｋＶ程度のカソード用電圧が印加される。また、ウェネルト３１２には、ウェネルト用電源３１６から可変電圧が印加される。

【0061】

カソードチップ３１１は、ヒータ用電圧を印加されることで、温度が上昇して電子が放出され易い状態になる。カソードチップ３１１は、さらにカソード用電圧を印加されることで、その先端付近から電子を放出する。アノード３１３は、カソードチップ３１１の先端付近から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

【0062】

３−２．他の形態の電子銃（１）
図６は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃３２は、レーザダイオード３２１、第１レンズ３２２、磁場コイル３２３、ガス封入管３２４、第２レンズ３２５、及び電子放出ファイバ３２６を備えており、電子放出ファイバ３２６の先端から電子を放出する。また、電子放出ファイバ３２６の先端の先には、ウェネルト３２７、アノード３２８が備えられており、電子銃３２はこれらの構成によって、電子放出ファイバ３２６の先端から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

【0063】

レーザダイオード３２１は、レーザ光源として、レーザ光を発射する。第１レンズ３２２は、レーザダイオード３２１から発射されたレーザ光を集光する。第１レンズ３２２は、ガス封入管３２４内でレーザ光を集束させるように、設計、配置される。ガス封入管３２４内では、集光されたレーザ光によってプラズマ小空間（スポットプラズマ）が形成される。このとき、磁場コイル３２３が誘導磁場を形成することで、プラズマ状態ができやすくなり、また、プラズマの形状をコントロールする（例えば、丸くする等）ことができる。

【0064】

ガス封入管３２４内におけるプラズマ小空間の発生によって、ＤＵＶ（深紫外線）、ＵＶ（紫外線）、Ｘ線等の電磁波（不可視光線）が発生し、これが第２レンズ３２５によって集光されて、電子放出ファイバ３２６の入力端（図６の左端）に入力される。

【0065】

図７は、電子放出ファイバ３２６の先端部分の拡大図である。電子放出ファイバ３２６は、コア３２６１と、クラッド３２６２と、ＣｒやＣｒＮ等のメタルコート３２６３と、光電材料３２６４からなる。電子放出ファイバ３２６として、例えばガラス材料からなるファイバや石英ガラスからなるファイバを用いることが可能である。電子放出ファイバ３２６の先端付近は、テーパー形状になっており、先端では、コア３２６１の端部が直径０．５〜５０ｎｍの大きさに形成されている。クラッド３２５２はコア３２６１の周りに形成されている。光電材料３２６４は、この先端に設けられており、コア３２６１とクラッド３２６２の先端にコーティングされている。なお、光電材料３２６４は、コア３２６１の先端にのみコーティングされてもよい。光電材料３２６４は、Ａｕ又はＲｕからなり、その厚さは１０〜２０ｎｍである。光電材料３２６４は、光が当たるとその光量に応じた量の電子を発生する。

【0066】

メタルコート３２６３は、クラッド３２６２の外側と光電材料３２６４の周辺部（光電材料３２６４がクラッド３２６２の先端をコーティングしている部分）に形成される。メタルコート３２６３は、０〜−１０ｋＶの電源に接続される。メタルコート３２６３は、光電材料３２６４の周辺部に重なることで、光電材料３２６４とも電気的に接続される。また、メタルコート３２６３が光電材料３２６４の周辺部に重なることで、コア３２６１から染み出たＤＵＶによる光電子発生部の広がりを抑えることが可能となる。メタルコート３２６３は、このような構成によって、電源と光電材料３２６４とを電気的に接続する導電線として機能し、電源の電圧を光電材料３２６４に印加する。

【0067】

このような構成の電子放出ファイバ３２６の入力端からコア３２６１内に入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、コア３２６１とクラッド３２６２との境界での全反射を繰り返して、出力端（図６の右端）に向かって進む。コア３２６１を伝搬してきたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、電子放出ファイバ３２６の先端部分で、光電材料３２６４に入射される。光電材料３２６４は、この入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線の強度に応じた電子を放出する。

【0068】

電子放出ファイバ３２６の先端、即ち光電材料３２６４から放出された電子は、ウェネルト３２７及びアノード３２８によって引き出されて、第１デフレクタ１０等によって形成される電子線路に導かれる。

【0069】

このような電子銃３２の構成要素のうち、真空中、すなわち電子銃ハウジング６０内に収容しなければならないのは、電子放出ファイバ３２６の先端部分、ウェネルト３２７及びアノード３２８のみであり、他の構成要素は大気中に配置することが可能である。このため、電子銃３２は、１つの電子コラム９０７に複数の電子線照射検出系を構成するマルチＳＥＭ構造において、電子線同士の間隔を小さくすることができ、電子コラム９０７内の限られた範囲内により多くの電子線照射検出系を形成できるという点で有利である。

【0070】

また、上述のＴＦＥ電子銃３１では、出力を上げると、カソードチップの先端だけではなく、先端の周りからも電子が放出されるようになり、電子線は余計な軌道を通り、チャージアップを引き起こすおそれがある。これに対して、電子銃３２では、確実に電子放出ファイバ３２６の先端のみから電子を放出することが可能であり、照射する電子線（以下、「照射ビーム」ともいう。）が望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減し、ＴＦＥ電子銃３１と比較して観察画像の解像度を向上できる。

【0071】

さらに、電子銃３２から照射される電子線のエネルギー幅は０．０５〜０．５ｅＶ程度と狭く、電子銃３２は、ＴＦＥ電子銃３１と比較して、均一なエネルギーをもった電子をより多く放出できる。

【0072】

３−３．他の形態の電子銃（２）
図８は、他の形態の電子銃の構成を示す図である。この電子銃３３は、電子銃３２と同様に、レーザダイオード３３１、第１レンズ３３２、磁場コイル３３３、ガス封入管３３４、及び第２レンズ３３５を備えている。電子銃３３は、電子銃３２の電子放出ファイバ３２６の代わりに、電子放出素子３３６を備えており、電子放出素子３３６の電子放出面（出力面）から電子を放出する。また、電子放出素子３３６の電子放出面の先には、ウェネルト３３７、アノード３３８が備えられており、これらによって、電子放出素子３３６の電子放出面から放出された電子を引き出して、電子線を電子線路に導く。

【0073】

レーザダイオード３３１は、レーザ光源として、レーザ光を発射する。第１レンズ３３２は、レーザダイオード３３１から発射されたレーザ光を集光する。第１レンズ３３２は、ガス封入管３３４内でレーザ光を集束させるように、設計、配置される。ガス封入管３３４内では、集光されたレーザ光によってプラズマ小空間（スポットプラズマ）が形成される。このとき、磁場コイル３３３が誘導磁場を形成することで、プラズマ状態ができやすくなり、また、プラズマの形状をコントロールする（例えば、丸くする等）ことができる。

【0074】

ガス封入管３３４内におけるプラズマ小空間の発生によって、ＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線が発生し、これが第２レンズ３３５によって集光されて、電子放出素子３３６の入力面（図８の左側面）に入力される。

【0075】

電子放出素子３３６は、石英からなる基材３３６１と、基材３３６１の入力面側に形成されたアパーチャ３３６２と、メタルコート３３６３と、基材３３６１の出力面側に設けられた光電材料３３６４とからなる。光電材料３３６４は、Ａｕ又はＲｕからなり、その厚さは１０〜２０ｎｍである。光電材料３２６４は、光が当たるとその光量に応じた量の電子を発生する。

【0076】

メタルコート３３６３は、基材３３６１の出力面側に形成される。メタルコート３３６３は、０〜−１０ｋＶの電源に接続される。メタルコート３３６３は、光電材料３３６４の周辺部に重なることで、光電材料３３６４とも電気的に接続される。メタルコート３３６３は、このような構成によって、電源と光電材料３３６４とを電気的に接続する導電線として機能し、電源の電圧を光電材料３３６４に印加する。

【0077】

このような構成の電子放出素子３３６の入力面からアパーチャ３３６２を通って基材３３６１内に入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、出力面（図８の右端）に向かって進む。基材３３６１を伝搬してきたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線は、基材３３６１の出力面側で、光電材料３３６４に入射される。光電材料３３６４は、この入射されたＤＵＶ、ＵＶ、Ｘ線等の不可視光線の強度に応じた電子を放出する。

【0078】

電子放出素子３３６の出力面、即ち光電材料３３６４から放出された電子は、アノード３３８によって引き出されて、第１デフレクタ１０等によって形成される電子線路に導かれる。

【0079】

このような電子銃３３の構成要素のうち、真空中、すなわち電子銃ハウジング６０内に収容しなければならないのは、電子放出素子３３６及びアノード３３８のみであり、他の構成要素は大気中に配置することが可能である。このため、電子銃３３は、１つの電子コラム９０７に複数の電子線照射検出系を構成するマルチＳＥＭ構造において、電子線同士の間隔を短くすることができ、電子コラム９０７内の限られた範囲内により多くの電子線照射検出系を形成できるという点で有利である。

【0080】

また、電子銃３３では、確実に電子放出素子３３６の光電材料３３６４のみから電子を放出することが可能であり、照射ビームが望まない軌道を通ることによる観察画像のぼけを防止ないしは軽減し、ＴＦＥ電子銃３１と比較して観察画像の解像度を向上できる。さらに、電子銃３３から照射される電子線のエネルギー幅は０．０５〜０．５ｅＶ程度と狭く、電子銃３３は、ＴＦＥ電子銃３１と比較して、均一なエネルギーをもった電子をより多く放出できる。また、電子銃３３は、ＴＦＥ電子銃３１と比較して、ウェネルトが不要であるという点でも有利である。また、電子銃３３は、簡単な構造であるので、安価に製造でき、そのコストは従来のＴＦＥ電子銃の１／３〜１／５程度でよい。

【0081】

さらに、電子銃３３では、ウェネルトを用いないことで、発生した電子線の透過率を高くできるというメリットもある。即ち、ウェネルトがあると、１ｓｔクロスオーバーのサイズ及び位置が、電子のエネルギー、ウェネルト電圧、アノード電圧により変化して、照射ビームが広がり、その結果透過率が悪くなることがある。これに対して、電子銃３３では、ウェネルトを用いないので、光電材料３３６４を実質的な光源として、発生した電子線の透過率を高くできる。

【0082】

４．静電レンズ
集束レンズ１１及び対物レンズ１６は、静電レンズである。一般的には、集束レンズ１１及び対物レンズ１６を磁場レンズとすることも可能であるが、磁場レンズは、コイルの周りにヨークを巻く構成であるので、電子コラムが大型化してしまう。本実施の形態では、上述のように、電子コラム９０７はマルチＳＥＭとして構成され、１つの筒体５０内に複数の電子線照射検出系が形成される。本実施の形態では、静電レンズを採用しているので、磁場レンズのように電子コラム９０７が大型化することはなく、限られた範囲の中により多くの電子線照射検出系を設けることができ、それによって、試料に同時に照射可能な（試料を同時に走査可能な）電子線の本数を多くできる。

【0083】

また、磁場レンズの場合には、磁場が外に漏れて、近くの他の電子線照射検出系に干渉してしまうことがある。１つの筒体５０内に複数の電子線照射検出系を有するマルチＳＥＭでは、隣り合う電子線照射検出系の間の距離が比較的近くなるため（例えば、１０〜３０ｍｍ）、磁場漏れの影響が顕著になる。これに対して、本実施の形態では、マルチＳＥＭの電子コラム９０７において、静電レンズを採用することで、そのような磁場漏れによる他の電子線照射検出系への影響を回避できる。このように静電レンズを採用した場合には、磁場レンズを採用した場合と比べて、Ｓ／Ｎ比が５〜３０倍に改善され、１００〜２００電子／画素で検査が可能になる。これは、電流値を大きくしたときでもエネルギー分散を小さくできること、及び、１次ビームレンズ系の透過率を高くできること、及び、磁場レンズによる漏れ磁場のノイズ発生要因がないこと等が大きな要因である。

【0084】

なお、１つのビーム照射を行う１つのＳＥＭの場合には、組立後や、真空装置等への取付後、ＳＥＭ動作を行うまでの立上げ時間が短い。磁場方式は、電磁コイル及び周囲のヨーク等の温度変化と抵抗変化に影響されやすいため、安定するまでに時間がかかる。静電式では、定電圧電源であるので、安定した設定電圧がすぐに印加可能である。このような、ロスタイムの低減は、磁場方式の場合と比較して、１／５０〜１／１２０程度になる。また、磁場方式では、電子線のエネルギーやレンズ磁場の変化に伴い、照射ビームが回転するため、偏向器による偏向方向に変化が生じるので、都度、偏向方向の補正を行う調整が必要となる。これに対して、静電方式では、照射ビームの回転がなく偏向方向の変動がなく、ｘ、ｙ方向に安定した偏向を行うことができる。また、上述したように、静電方式は、小型が可能であり、安定した動作ができる。よって、複数の光学系を並べたときに、単位領域に多くの光学系を設置することが可能となる。つまり、照射ビーム間の距離が短いマルチＳＥＭが可能となる。

【0085】

また、同様の理由により、第１デフレクタ１０、第２デフレクタ１２、ア第３デフレクタ１５、第４デフレクタ１７、及び第５デフレクタ１８もそれぞれ静電デフレクタとしている。これにより、上記と同様に装置の小型化を可能とし、かつ磁場漏れによる影響を回避できる。

【0086】

５．スペーサ
上述のように、筒体５０内には、上下方向に隣接する各部品の間の距離が所定の距離となるように、各部品の間にスペーサ２０〜２８が配設されている。スペーサ２０〜２８は、導電性を有するセラミックで構成される。スペーサ２０〜２８の抵抗は、１０^９〜１０^１２Ωｃｍである。好ましくは、スペーサ２０〜２８の抵抗は、１０^１０〜１０^１１Ωｃｍである。また、筒体５０もスペーサ２０〜２８と同じ材料で構成される。このように、スペーサ２０〜２８や筒体５０をセラミックで構成することにより、熱膨張を小さく抑えることができる。また、すべてのスペーサ２０〜２８をセラミックで構成することにより、すべてのスペーサ２０〜２８について熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム９０７全体として熱膨張による影響を小さくできる。また、筒体５０や各部品１０〜１９も同じ材料とすることで、電子コラム９０７全体としての熱膨張による影響をより小さくできる。

【0087】

また、セラミックは、サブミクロンレベルの高精度を実現できるので、すべてのスペーサ２０〜２８を同一材料のセラミックで構成することで、金属の精度に影響されずに、電子コラム９０７の組み立てにおける同軸度等の精度をスペーサ２０〜２８の精度と同レベル（サブミクロンレベル）にできる。さらに、筒体５０及び各部品１０〜１９もスペーサ２０〜２８と同じ材料で構成することで、電子コラム９０７の組み立て精度をより向上できる。

【0088】

さらに、スペーサを上記のように高抵抗とすることで、電子コラムの小型化にも寄与する。図９は、従来のスペーサ配置構造を示す図である。図９の従来の構造において、上側部品８５１と下側部品８５２との間には、スペーサ８５３が設けられているが、スペーサを照射ビームＩＢから隠す位置に配置されており、このために、電子コラムが大型化していた。これに対して、本実施の形態では、上記のように高抵抗のセラミックのスペーサを採用したことで、スペーサ２０〜２８を照射ビームに対して露出させることができ、図１に示すように平板状の各部品の間に直接スペーサを配置させることができるので、省スペース化が可能となる。

【0089】

６．配線構造
次に、電子コラム９０７における各部品１０〜１９の配線構造について説明する。各部品１０〜１９には、電源との電気的な接続をするための導電線を筒体５０の外部に引き出す必要がある。

【0090】

６−１．配線の縦断面構造
以下、集束レンズ１１を例に、本実施の形態の電子コラムにおける配線の縦断面構造を説明する。

【0091】

６−１−１．集束レンズ１１が金属で構成されている場合
図１０は、集束レンズ１１の周縁部の拡大縦断面図である。図１０の例は、集束レンズ１１が金属で構成されている場合の配線構造を示している。筒体５０には、その外周面に沿って外周面を覆うように、配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）７０が設けられている。図１１は、ＦＰＣ７０の一部領域を示す図である。ＦＰＣ７０は、ポリイミド樹脂層７１、導電形成層７２、ポリイミド樹脂層７３の３層構造を有する。導電形成層７２には銅からなる導電線ＥＬが形成される。

【0092】

ＦＰＣ７０及び筒体５０には、集束レンズ１１の端子に対応する位置に配線孔７４、５１が設けられており、この配線孔７４、５１に導電性のコンタクトピン８０が挿入される。コンタクトピン８０の軸部には、ねじ山が形成されており、筒体５０の配線孔５１にはねじ溝が形成されており、コンタクトピン８０と筒体５０とが螺合することで、コンタクトピン８０が筒体５０に保持される。

【0093】

配線孔７４は、ポリイミド樹脂層７１においては、コンタクトピン８０の頭部の径と同じ又はそれより大きいサイズを有し、導電形成層７２及びポリイミド樹脂層７３においては、コンタクトピン８０の軸部の径と同じ又はそれより大きい（頭部の径よりは小さい）サイズを有し、導電形成層７２の外側表面にフランジ部７４１が形成されている。コンタクトピン８０が筒体５０に螺合して、コンタクトピン８０の頭部がＦＰＣ７０のフランジ部７４１に当接することにより、コンタクトピン８０と導電線ＥＬとが電気的に接続されるとともに、コンタクトピン８０の筒体５０の厚さ方向の位置決めがなされる。

【0094】

集束レンズ１１は、金属でできており、それ自体が電極とされる。集束レンズ１１には、配線孔７４、５１に対応する位置に、端子としてのコンタクト孔１１１が形成されており、その内面にはねじ溝が形成されている。コンタクトピン８０は、配線孔５１のねじ溝に螺合して、さらにその先でコンタクト孔１１１に螺合し、その先端がコンタクト孔１１１の底に当接することで、金属の集束レンズ１１とコンタクトピン８０とが電気的に接続する。

【0095】

以上の構成により、導電線ＥＬと集束レンズ１１とがコンタクトピン８０を介して電気的に接続される。導電線ＥＬは、図１１に示すようにＦＰＣ７０内部の導電形成層７２に形成されており、適当な箇所で、さらに外部の配線を介して電源と接続される。即ち、導電形成層７２に形成された導電線ＥＬは、外部電源を、コンタクトピン８０を介して電子コラム９０７の部品に接続する。

【0096】

また、筒体５０の表面及び／又はＦＰＣ７０の裏面には、配線孔７４、５１の部分を除いて、金属の接地コーティング９０が施されている。上記の配線構造によって供給される電圧は１００Ｖから大きい場合には１万Ｖ程度にもなるので、筒体５０とＦＰＣ７０との間に僅かな隙間が形成されると、そこにスパークが発生してしまい、各部品やＦＰＣ７０に損傷をきたすことがある。この接地コーティング９０は、筒体５０とＦＰＣ７０との隙間にかかる高電圧をグランドに放電することで、そのようなスパークの発生を防止することができる。

【0097】

６−１−２．集束レンズ１１が金属めっきされている場合
図１２は、集束レンズ１１の周縁部の拡大縦断面図である。図１２の例は、集束レンズ１１が金属めっきされている場合の配線構造を示している。筒体５０には、その外周面に沿って外周面を覆うように、図１１で示した配線フィルムとしてのフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）７０が設けられている。

【0098】

ＦＰＣ７０及び筒体５０には、集束レンズ１１に対応する位置に配線孔７４、５１が設けられており、この配線孔７４、５１に導電性のコンタクトピン８０が挿入される。コンタクトピン８０の軸部には、ねじ山が形成されており、筒体５０の配線孔５１にはねじ溝が形成されており、コンタクトピン８０と筒体５０とが螺合することで、コンタクトピン８０が筒体５０に保持される。

【0099】

コンタクトピン８０が筒体５０に螺合して、コンタクトピン８０の頭部がＦＰＣ７０のフランジ部７４１に当接することにより、コンタクトピン８０と導電線ＥＬとが電気的に接続されるとともに、コンタクトピン８０の筒体５０の厚さ方向の位置決めがなされる。

【0100】

集束レンズ１１は、絶縁体（具体的にはセラミック）の本体１１２の表面に導電線となる金属めっき１１３がされた構造を有する。集束レンズ１１には、配線孔７４、５１に対応する位置に、端子となるコンタクト孔１１１が形成されている。コンタクト孔１１１内には、内周面にねじ溝が形成された筒状のメタルブッシュ１１４が圧入されている。コンタクト孔１１１の底には、金属めっき１１３に電気的に接続されるビア１１５が形成されている。ビア１１５は、本体１１２の表面に、コンタクト孔１１１に連通するビア孔を形成するとともに、そのビア孔に金属を注入することで形成される。ビア１１５は、ビア孔から注入されて、コンタクト孔１１１の底にまで達する。金属めっき１１３は、このようにビア１１５が形成された後の本体１１２の表面に形成されて、金属めっき１１２とビア１１５とが電気的に接続される。

【0101】

以上の構成により、導電線ＥＬと集束レンズ１１の金属めっき１１３とがコンタクトピン８０及びビア１１５を介して電気的に接続される。導電線ＥＬは、図１１に示すようにＦＰＣ７０内部の導電形成層７２に形成されており、適当な箇所で、さらに外部の配線を介して電源と接続される。即ち、導電形成層７２に形成された導電線ＥＬは、外部電源を、コンタクトピン８０を介して電子コラム９０７の部品に接続する。

【0102】

また、筒体５０の表面及び／又はＦＰＣ７０の裏面には、配線孔７４、５１の部分を除いて、金属の接地コーティング９０が施されている。上記の配線構造によって供給される電圧は１００Ｖから大きい場合には１万Ｖ程度にもなるので、筒体５０とＦＰＣ７０との間に僅かな隙間が形成されると、そこにスパークが発生してしまい、各部品やＦＰＣ７０に損傷をきたすことがある。この接地コーティング９０は、筒体５０とＦＰＣ７０との隙間にかかる高電圧をグランドに放電することで、そのようなスパークの発生を防止することができる。

【0103】

上記の構成によれば、集束レンズ１１の本体１１２がセラミックで構成されるので、上述したように、その熱膨張による変形量は小さく、サブミクロンレベルの高精度を実現できる。また、集束レンズ１１の本体１１２をセラミックで構成し、スペーサ２０〜２８や筒体５０もセラミックで構成することにより、それらの部品の熱膨張率を同じにすることができ、電子コラム９０７の組み立てにおける同軸度等の精度をサブミクロンレベルにできる。

【0104】

６−２．配線の横断面構造
次に、電子コラム９０７における各部品１０〜１９への配線の横断面構造について説明する。

【0105】

６−２−１．集束レンズ
まず、集束レンズ１１の配線の横断面構造を説明する。以下では、１つの電子コラムに２つの電子線照射検出系が形成されている場合を説明する。図１３は、集束レンズの配線の断面構造を示す図である。図１３に示すように、電子コラム９０７の筒体５０の内部には、２つの電子線照射検出系が並んで形成されている。

【0106】

集束レンズ１１の上側及び下側にそれぞれ配置されるスペーサ２０、２１は、筒体５０の内周に合致する外周形状を有する。スペーサ２０、２１には、電子線照射検出系の電子線路ＥＰに対応して円形の孔２０１、２１１が形成されている。スペーサ２０、２１の間には、集束レンズ１１が設けられる。図１３の例では、集束レンズ１１はセラミックからなる本体１１２に金属めっき１１３が被覆されることで構成されている。集束レンズ１１の本体１１２は、筒体５０の内周に合致する外周形状を有する。

【0107】

集束レンズ１１の本体１１２には、スペーサ２０、２１の孔２０１、２１１にそれぞれ対応する位置に、スペーサ２０、２１の孔２０１、２１１より大きい範囲の金属めっき１１３が被覆されている。これらの金属めっき１１３は、各集束レンズ１１の電極となる。２つの集束レンズ１１におけるそれぞれの電極は電気的に分離されている。

【0108】

集束レンズ１１の本体１１２には、スペーサ２０、２１の孔２０１、２１１にそれぞれ対応する位置に、スペーサ２０、２１の孔２０１、２１１より小さい円形の孔１１６が形成されている。これらの孔２０１、１１６、２１１によって、電子線路ＥＰが形成される。スペーサ２０、２１に形成された孔２０１、２１１からは、孔１１６が形成された集束レンズ１１（の金属めっき１１３部分、即ち電極）が露出している。

【0109】

集束レンズ１１の電極は１極であり、電極への配線も各集束レンズ１１につき１本である。この電極への配線は、図１３に示すように、集束レンズ１１における筒体５０に最も近い箇所から、筒対５０の外側に引き出すことができる。なお、図１３では、筐体５０の外周に設けられるＦＰＣ７０は図示を省略している。図１３の例では、図１０にて説明したように、集束レンズ１１に対してコンタクトピン８０１を直接ねじ込んで、集束レンズ１１内にて電極とコンタクトピン８０１との電気的接触を実現する。

【0110】

なお、上記の形態については、変形が可能である。例えば、２つの集束レンズ１１の電極からそれぞれ導電線を引き出してそれらの導電線を筒体５０内で合流させた後に、１つのコンタクトピン８０１を用いて筒体５０外に引き出すようにしてもよい。この場合に、１つのコンタクトピン８０１は例えば２つの電子線照射検出系の中間の位置から筒体５０にねじ込むことができる。また、各集束レンズ１１の電極を接触させて、一方の電極とコンタクトピン８０１とを電気的に接続してもよい。

【0111】

また、上記の形態では、セラミックからなる本体１１２に対して、２つの電子線照射検出系にそれぞれ対応する位置に金属めっき１１３を被覆することで２つの集束レンズ１１を構成した。本体を金属で構成する場合には、金属で構成された本体に対して、１つのコンタクトピン８０１を接続すればよい。

【0112】

６−２−２．デフレクタ
次に、デフレクタの配線の横断面構造を説明する。

【0113】

６−２−２−１．１つの電子コラムに１つの電子線照射検出系が形成される場合
まず、１つの電子コラム９０７に１つの電子線照射検出系が形成される場合のデフレクタの配線構造について説明する。

【0114】

６−２−２−１−１．デフレクタが金属で構成されている場合
図１４は、デフレクタ自体が金属からなる場合の配線構造を示す図である。図１５は、デフレクタとその下のスペーサを示す分解斜視図である。この例のデフレクタ１００は、４極の電極を有する。デフレクタ１００は各々扇形形状を有する４つの電極１０１に分かれている。各電極１０１の外周は、筒体５０の内周に合致する。各電極１０１が、それぞれ間隙１０２を空けて、外周を筒体５０の内周に当接させて配置されると、中央部には、電子線路ＥＰとなる円形の孔が形成される。

【0115】

デフレクタ１００の下に設けられるスペーサ２００は、下の部品とのスペースを確保するためのドーナツ状の縦方向スペーサ部分２０１と隣り合う電極同士の間のスペースを確保するために縦方向スペーサ部分２０１から起立した４つの周方向スペーサ部分２０２からなる。デフレクタ１００の各電極１０１は、スペーサ２００の縦方向スペーサ部分２０１を介して下の部品の上に配置されるとともに、スペーサ２００の周方向スペーサ部分２０２を介して互いに間隙１０２を空けて配置される。

【0116】

各電極１０１に対しては、筒体５０の外部からそれぞれコンタクトピン８０２がねじ込まれて、各コンタクトピン８０２と各電極１０１との電気的な接続が確保される。電極１０１とコンタクトピン８０２との接続構造は、図１０にて説明した通りである。なお、図１４においても、ＦＰＣ７０は図示を省略している。

【0117】

６−２−２−１−２．デフレクタが金属めっきされている場合
図１６は、デフレクタ１１０がセラミックからなる本体１０３とその表面に形成された金属めっき１０６とからなる場合の配線構造を示す図である。この例においても、デフレクタ１１０には４極の電極が形成されている。デフレクタ１１０の本体１０３は、中央に円形の孔が明けられたドーナツ形状であり、その孔から四方に切欠き１０５が切られている。隣り合う切欠き１０５同士の間が電極１０４となる。円形の孔の周りには金属めっき１０６が被覆されている。金属めっき１０６は、切欠き１０５によって分離しており、これによって４つの電極１０４が構成されている。

【0118】

デフレクタ１１０の下に配置されるスペーサ２１０は、内側にデフレクタ１１０の孔よりも大きな孔を有するドーナツ形状である。

【0119】

各電極１０４に対しては、筒体５０の外部からそれぞれコンタクトピン８０３がねじ込まれて、各コンタクトピン８０３と各電極１０４との電気的な接続が確保される。電極１０４の金属めっき１０６とコンタクトピン８０３との接続構造は、図１２にて説明した通りである。なお、図１６においても、ＦＰＣ７０は図示を省略している。

【0120】

６−２−２−２．１つの電子コラムに複数の電子線照射検出系が形成される場合
次に、１つの電子コラムに複数の電子線照射検出系が形成される場合のデフレクタの配線構造を、第１デフレクタ１０を例にして説明する。図１４及び１６にて説明したように、１つの電子コラムに１つの電子線照射検出系が形成される場合には、コンタクトピンを電極に直接接続することができた。即ち、上の電極については、コンタクトピンを上から筒体５０を貫通させて、電極に到達させ、右の電極については、コンタクトピンを右から筒体５０を貫通させて、電極に到達させ、下の電極については、コンタクトピンをしたから筒体５０を貫通させて、電極に到達させ、左の電極については、コンタクトピンを左から筒体５０を貫通させて、電極に到達させ、このようにして各電極から放射状にコンタクトピンを配置して筒体５０の外部に配線を引き出すことができた。しかしながら、１つの筒体５０内に複数の電子線照射検出系が形成される場合には、デフレクタも複数存在することになり、各電極から放射線状にコンタクトピンを設けて配線を筒体５０の外部に引き出すことはできない。そこで、本実施の形態においては、配線を以下に説明する構造とする。

【0121】

まず、デフレクタの電極について説明する。図１７は、第１デフレクタ１０が８極の電極を有する場合の印加電圧の関係を説明するための図である。第１デフレクタ１０では、電子線路ＥＰを挟んで対向する電極にはそれぞれ大きさが等しく正負が互いに逆である電圧を印加する。図１７の例では、電極（１）と電極（ａ）とは、電子線路ＥＰを挟んで対極の位置にあるので、これらの間には大きさが等しく正負が互いに反転した電圧が印加される。例えば、電極（１）には３０Ｖ、電極（ａ）には−３０Ｖの電圧が印加される。同様に電極（２）と電極（ｂ）、電極（３）と電極（ｃ）、及び電極（４）と電極（ｄ）についても、同様に大きさが等しく正負が互いに反転した電圧が印加される。

【0122】

そして、これらの大きさが等しく正負が互いに反転した電圧が印加される、対向する電極からの導電線は、互いに近い位置から筒体５０の外部に引き出すことが望ましい。本実施の形態では、このことを考慮して、配線構造を工夫する。

【0123】

図１８は、１つの電子コラムに２つの電子線照射検出系が形成されている場合の第１デフレクタ１０の配線構造を示す図である。図１８において、筒体５０内には、２つの第１デフレクタ１０が形成されるが、両者は配線構造を含めて左右対称であるため、図の簡略化のため、左側の第１デフレクタ１０についてのみ、配線の構造を図示し、かつ符号を付して、説明する。

【0124】

図１８の例では、２つの第１デフレクタ１０は各々４極の電極を有する。図１８の例では２つの第１デフレクタ１０が各々４極の電極を有するが、１つの電子コラムには、例えば図３で示したように８つの第１デフレクタ１０が構成されることがあり、かつ、図１７で示したように、１つの第１デフレクタ１０が８つの電極を有することもある。この場合には、電極は全部で６４個となる。このように電極の数が多くなると、それらの電極から筒体５０の外部への導電線は、互いに干渉することなく、かつ、上述のように対向配置され印加電圧が正負反転した電極への導電線の筒体５０外への取り出し位置が近くなるように構成する必要がある。

【0125】

そこで、本実施の形態では、互いに対向する２つの電極の導電線について、一方は本体１０３の上面を利用して配線し、他方は本体１０３の下面を利用して配線する。図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図である。以下、図１８及び図１９を参照して、配線の構造を説明する。

【0126】

図１８の例では、電極１０４１と電極１０４３とが対向し、電極１０４２と電極１０４４とが対向する。電極１０４１については、金属めっきの電極部分１０６１ａから、本体１０３の上面を利用して、金属めっきの配線部分１０６１ｂが引き出され、本体１０３の上面から下に向かってビア１０６１ｃが形成されている。電極１０４１と対向配置される電極１０４３については、金属めっきの電極部分１０６３ａから、本体１０３の下面を利用して、金属めっきの配線部分１０６３ｂが引き出され、本体１０３の下面から上に向かってビア１０６３ｃが形成されている。

【0127】

電極１０４１のビア１０６１ｃと電極１０４３のビア１０６３ｃとは近接して形成される。ビア１０６１ｃに対応する部分にコンタクトピン８０４１がねじ込まれ、ビア１０６３ｃに対応する部分にコンタクトピン８０４３がねじ込まれる。コンタクトピン８０４１、８０４３とビア１０６１ｃ、１０６３ｃとの接続方法は、図１２で示した通りである。

【0128】

同様に、電極１０４４については、金属めっきの電極部分１０６４ａから、本体１０３の上面を利用して、金属めっきの配線部分１０６４ｂが引き出され、本体１０３の上面から下に向かってビア１０６４ｃが形成されている。電極１０４２については、金属めっきの電極部分１０６２ａから、本体１０３の下面を利用して、金属めっきの配線部分１０６２ｂが引き出され、本体１０３の下面から上に向かってビア１０６２ｃが形成されている。

【0129】

電極１０４４のビア１０６４ｃと電極１０４２のビア１０６２ｃとは近接して形成される。ビア１０６４ｃに対応する部分にコンタクトピン８０４４がねじ込まれ、ビア１０６２ｃに対応する部分にコンタクトピン８０４２がねじ込まれる。コンタクトピン８０４４、８０４２とビア１０６４ｃ、１０６２ｃとの接続方法は、図１２で示した通りである。

【0130】

このよう配線構造とすることで、１つの電子コラム９０７に複数の電子線照射検出系を形成することによって必要となる平面内の多くの配線を互いに干渉することなく形成できる。

【0131】

７．検出器
上述のように、電子コラム９０７は、電子線照射検出系の中に検出器１４を備えている。電子線は、電子銃３０から放出されて電子線路を通って試料に照射される。試料に電子線が照射されると、その部分から２次電子等が発生する。２次電子等は、引き上げ電界によって、電子線照射検出系を通って、照射ビームＩＢの方向とは逆方向に進む。検出器１４は、このようにして試料から逆行してくる２次電子等を捕集して検出する。以下では、検出器の具体的構成として、２つの実施の形態を説明する。

【0132】

７−１．ＭＣＰ＋アノード型
図２０は、本実施の形態のＭＣＰ＋アノード型の検出器の構成を示す図である。検出器（ＭＣＰ＋アノード型）１４１は、電子銃３０からの照射ビームＩＢを中心として、それを取り囲むように管１４１４を有する。管１４１４は、基準電位（通常はＧＮＤ電位）を維持している。検出器１４１は、さらに、絶縁性のセラミック１４１１、アノード１４１２、電子増幅器としてのマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）１４１３を備えている。

【0133】

セラミック１４１１は、支持体として、管１４１４、アノード１４１２、及びＭＣＰ１４１３を支持する。セラミック１４１１の中央には支持孔が設けられており、この支持孔で管１４１４の外周面を支持する。セラミック１４１１の上面には、セラミック１４１１が帯電しないように導電膜１４１５がコーティングされている。なお、導電膜１４１５のコーティングに代えて、導電材料部品が設置されてもよく、もしくは、セラミック１４１１に対してその表面層の抵抗を低下させる処理がなされてもよい。

【0134】

アノード１４１２及びＭＣＰ１４１３には、管１４１４を通すための孔が設けられている。アノード１４１２及びＭＣＰ１４１３は、管１４１４とは接触せずに、管１４１４の周囲を取り囲んでいる。ＭＣＰ１４１３はアノード１４１２の下側に設けられ、アノード１４１２はセラミック１４１１の下側に設けられる。ＭＣＰ１４１３及びアノード１４１２は、いずれも支持体としてのセラミック１４１１に支持される。

【0135】

照射ビームＩＢは、管１４１４を通過した後、対物レンズ、デフレクタ等を通過して、試料ＳＭに照射される。照射ビームＩＢによって試料から放出された２次電子等ＳＥは、引き上げ電界によって、電子線路の中心付近を通過して上流方向に引き上げられ、ＭＣＰ１４１３に近づくと、中心付近から外れて、ＭＣＰ１４１３に入射する。その軌道は、図２０に示すように、ＭＣＰ１４１３の前で外側に向けて湾曲する。このような軌道を容易に形成するため、即ちＭＣＰ１４１３への２次電子等ＳＥの引き込み量を増加させるために、ＭＣＰ１４１３の入力面には、正電圧が印加される。例えば、ＭＣＰ１４１３の入力面に０〜５００Ｖ程度の電圧を印加することで引き込み量を増加させることができる。

【0136】

ＭＣＰ１４１３には、２次電子等ＳＥのＭＣＰ入力端（ＭＣＰｉｎ）１４１６とＭＣＰ出力端（ＭＣＰｏｕｔ）１４１７が設けられている。ＭＣＰ出力端１４１７には、通常３００〜２０００Ｖ程度の高い正電圧が印加されている。これにより、ＭＣＰ入力端１４１６に入射した電子が、ＭＣＰ１４１３の微細チューブ内で電子増幅を繰り返し、ＭＣＰ出力端１４１７より放出されて、アノード１４１２に吸収される。このとき、アノード１４１２には、通常、ＭＣＰ出力端１４１７よりも３００〜３０００Ｖ高い電圧が印加されている。よって、電子量を増幅してＭＣＰ出力端１４１７から放出された電子は、アノード１４１２方向に引き出されて、アノード１４１２に衝突して吸収される。

【0137】

アノード１４１２の電流値を直接測定し、又は、アノード１４１２の電流値を電圧に変換して測定することにより、試料からの２次電子等ＳＥの放出量を測定することができる。また、照射ビームＩＢをデフレクタ等により走査しながら試料からの２次電子等ＳＥの量を取得して、その時刻を区切りながら電子量の強度を２次元的に示すと検査画像としての２次電子像を得ることができる。この場合、時間区切りと場所とが対応することになる。

【0138】

従来の方式では、部品自体の大きさ耐電圧のために、小型化が困難であり、また、小型化できたとしても、２次電子等の捕集率が低かった。本実施の形態によれば、静電レンズにより１つの筒体に複数の電子線照射検出系を設けたマルチＳＥＭを小型化できる。そして、捕集率を低下させないための工夫として以下の構成を有している。即ち、試料表面での走査幅が例えば１〜２００μｍであるときに、試料表面から走査幅の２００倍以上離れた距離に検出器１４が設置されている。試料表面から検出器１４までの距離が近すぎると、検出器１４の外周部にて試料表面からの２次電子等を捕集する効率を上げることが困難になる。本実施の形態では、上記の構成としたことにより、４０〜８０％の捕集率を達成できる。

【0139】

このように、本実施の形態は、１つの筒体に複数の電子線照射検出系を設けたマルチＳＥＭにおける小型化と高い補集効率とを両立させることができ、２００〜２０００ＭＰＰＳのデータレートを実現できる。

【0140】

７−２．シンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型
図２１は、本実施の形態のシンチレータ＋ライトガイド＋ＰＭＴ型の検出器の構成を示す図である。検出器１４８は、電子銃３０からの電子ビームＩＢを中心として、それを取り囲むように管１４１４を有する。管１４１４は、基準電位（通常はＧＮＤ電位）を維持している。検出器１４１は、さらに、絶縁性のセラミック１４１１、シンチレータ１４１９、ライトガイド１４２０、光電子増倍管としてのフォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）１４２１を備えている。

【0141】

セラミック１４１１の中央には支持孔が設けられており、この支持孔で管１４１４の外周面を支持する。セラミック１４１１の上面には、セラミック１４１１が帯電しないように導電膜１４１５がコーティングされている。なお、導電膜１４１５のコーティングに代えて、導電材料部品が設置されてもよく、もしくは、セラミック１４１１に対してその表面層の抵抗を低下させる処理がなされてもよい。

【0142】

シンチレータ１４１９、ライトガイド１４２０、及びＰＭＴ１４２１は、同一平面に設けられている。照射ビームＩＢを基準として、シンチレータ１４１９は最も内側に設けられ、その外側にライトガイド１４２０が設けられ、さらにその外側にＰＭＴ１４２１が設けられる。シンチレータ１４１９は、棒状であり、管１４１４の周囲に８本設けられる。シンチレータ１４１９は、長手方向が照射ビームＩＢを中心とする円の半径方向に向くように配置される。

【0143】

照射ビームＩＢは、管１４１４を通過した後、対物レンズ、デフレクタ等を通過して、試料ＳＭに照射される。照射ビームＩＢによって試料ＳＭから放出された２次電子等ＳＥは、引き上げ電界によって、電子線路の中心付近を通過して上流方向に引き上げられ、シンチレータ１４１９に近づくと、中心付近から外れて、シンチレータ１４１９に入射する。その軌道は、図２１に示すように、シンチレータ１４１９の前で外側に向けて湾曲する。このような軌道を容易に形成するため、即ちシンチレータ１４１９への２次電子等ＳＥの引き込み量を増加させるために、シンチレータ１４１９の入力面には、正電圧が印加される。例えば、シンチレータ１４１９の入力面に０〜５００Ｖ程度の電圧を印加することで引き込み量を増加させることができる。

【0144】

シンチレータ１４１９は、入射された電子を、その電子の量に応じた強度の光に変換する。シンチレータ１４１９には、正電圧を印加可能とするとともに、電子から光に変換されたときに透過率を低減させないように、その表面（上面又は底面）に、電極として透明導電膜が被覆される。このようにして、シンチレータ１４１９に入射した電子は光に変換されて、その光はライトガイド１４２０に入射する。光はライトガイド１４２０を伝達して、ＰＭＴ１４２１に入射する。ＰＭＴ１４２１は、入射された光を電子に変換し、さらにその電子に対して電子増幅を行ない、電子信号として出力する。この電子信号は、ＰＭＴ１４２１に入射した光の強度に対応している。

【0145】

なお、シンチレータ１４１９の本数は８本に限られず、２本、４本、１２本、１６本、又は他の本数であってもよい。また、シンチレータ１４１９は複数本でなく、１本であってもよい。複数本のシンチレータ１４１９を用いることで、補集できる２次電子等の量を増加できる。また、複数本のシンチレータ１４１９を用いることで、検出器１４の場所による補集率の分布を測定して、２次電子等を均等に補集できているか、２次電子等の補集位置が偏っているかを検知することができる。

【0146】

そして、２次電子等の補集位置が偏っている場合には、その補正を直ちに行なうことが可能である。捕集位置が偏っていると、ダメージの進行が場所によって異なることになるので、位置変動が起こったときに、異なる電流量（輝度）になる。このような場合には、その都度校正を行う必要が生じるので装置としてはロスタイムが多くなる。２次電子等を均一に捕集できている場合には、状態変動時においても直ちには輝度変動がない状態で動作できるので、捕集位置の偏りの検知とその補正を直ちに行なうことにより、正常状態に戻すことができる。

【0147】

また、シンチレータの中に斜ミラーを内蔵してもよい。この場合、電子がシンチレータの表面で光に変換された後、その光はミラーによってＰＭＴ１４２１に向けて反射されるので、光は効率よくＰＭＴ１４２１に伝達される。さらに、斜ミラー表面に電子／光変換膜がコーティングされてもよい。この場合には、ミラー表面で電子／光変換が行われるので、変換後直ちにＰＭＴ方向に反射されて、効率よくＰＭＴに光を伝達できる。

【0148】

８．バルブ機構
上述のように、電子銃ハウジング６０内は、真空ポンプ４０によって真空状態にされる。電子線検出装置１００には定期的なメンテナンスが必要とされるが、メンテナンスの際に、電子銃ハウジング６０の真空状態を保持するために、バルブ構造が用いられる。すなわち、電子銃ハウジング６０をバルブによって密閉空間とすることで、メンテナンスの際にも電子銃ハウジング６０を真空状態に保つことができる。

【0149】

図２２は、本実施の形態のバルブ構造を示す図である。上述のように、電子銃ハウジング６０内には、電子銃３０、３０が備えられており、真空ポンプ４０によって真空状態とされている。メンテナンスの際には、この電子銃ハウジング６０を含む電子コラム９０７が大気中に晒されることになるが、この場合に、バルブ６１を閉めて電子銃ハウジング６０を密閉する。

【0150】

電子銃ハウジング６０には、照射ビームＩＢを通過させる位置にハウジング孔６２が設けられている。電子銃ハウジング６０の下方にはバルブ６１が設けられる。バルブ６１には、電子銃ハウジング６０に対応する位置にバルブ孔６１２が設けられる。そして、バルブ６１における電子銃ハウジング６０に対向する面（上面）には、Ｏリング６１３、６１４が設けられる。

【0151】

電子線検査装置１０００の使用時には、バルブ６１は、Ｂ位置に位置する。Ｂ位置では、バルブ６１のバルブ孔６１２と電子銃ハウジング６０のハウジング孔６２とが一致する。Ａ位置では、Ｏリング６１３、６１４がそれぞれ電子銃ハウジング６０のハウジング孔６２を囲う。メンテナンスの際に電子銃ハウジング６０を閉じる際には、バルブ６１は、Ｂ位置からＡ位置に移動して、Ａ位置からさらに上方に移動することで、Ｏリング６１３、６１４によって、電子銃ハウジング６０のハウジング孔６２を閉じて、電子銃ハウジング６０を密閉状態とする。なお、バルブ６１のＢ位置からＡ位置への移動、及びＡ位置からＢ位置への移動において、横方向の移動と縦方向の移動を任意に組み合わせてよく、斜めに移動してもよい。

【0152】

このように、本実施の形態においては、バルブ６１に照射ビームＩＢを通過させるバルブ孔６１２と電子銃ハウジング６０を密閉するためのＯリング６１３、６１４とを形成し、バルブ６１を横方向にずらすことで、バルブ６１のハウジング孔６２が電子銃ハウジング６０のハウジング孔６２と一致させたり、Ｏリング６１３、６１４が電子銃ハウジング６０のハウジング孔６２を囲ったりできるので、簡単な操作で電子銃ハウジング６０からの照射ビームＩＢを通過させたり、電子銃ハウジング６０を密閉したりできる。

【0153】

図２３は、本実施の形態のバルブ機構の他の例を示す図である。上述のようなバルブ機構は、図２３に示すように、筒体５０の下端部に設けてもよい。筒体５０の下端部には、照射ビームＩＢを通過させる位置に筒体孔５２が設けられている。電子線検査装置１０００の使用時には、バルブ６１は、Ｂ位置に位置する。Ｂ位置では、筒体５０の筒体孔５２とバルブ６１のバルブ孔６１２とが一致する。Ａ位置では、Ｏリング６１３、６１４がそれぞれ筒体５０の筒体孔５２を囲う。

【0154】

メンテナンスの際に電子銃ハウジング６０及び筒体５０を閉じる際には、バルブ６１は、Ｂ位置からＡ位置に移動して、Ａ位置からさらに上方に移動することで、Ｏリング６１３、６１４によって、筒体５０の筒体孔５２を閉じて、電子銃ハウジング６０及び筒体５１で構成される空間を密閉状態とする。なお、バルブ６１のＢ位置からＡ位置への移動、及びＡ位置からＢ位置への移動において、横方向の移動と縦方向の移動を任意に組み合わせてよく、斜めに移動してもよい。

【0155】

この実施の形態においても、バルブ６１に、照射ビームＩＢを通過させるバルブ孔６１２と電子銃ハウジング６０及び筒体５０で構成される空間を密閉するためのＯリング６１３、６１４とを形成し、バルブ６１横方向にずらすことで、バルブ６１のバルブ孔６１２を筒体５０の筒体孔５２と一致させたり、Ｏリング６１３、６１４が筒体５０の筒体孔５２を囲ったりできるので、簡単な操作で電子銃ハウジング６０からの照射ビームＩＢを通過させたり、電子銃ハウジング６０及び筒体５０で構成される空間を密閉したりできる。

【0156】

９．デフレクタ
デフレクタは、電子銃３０から照射される照射ビームＩＢを走査のために偏向する。図２４は、従来のデフレクタの構成を示す図である。デフレクタ１７０は、単一の板材の電極からなり、電子線路に孔が形成されている。デフレクタ１７０の孔を通過する照射ビームＩＢは、電圧の大きさに応じた角度だけ変更される。デフレクタ１７０には、±６０Ｖの交流電圧が印加される。デフレクタ１７０に交流電圧を印加することにより、その電圧振幅に従って照射ビームＩＢが偏向されて、照射ビームＩＢによる試料の走査が行われる。この従来の構成によれば、デフレクタ１７０に印加する±６０Ｖの交流電圧の周波数を上げようとしても限界があり、それによって照射ビームＩＢの走査の周波数も制限されることになる。

【0157】

図２５は、本実施の形態のデフレクタの構成を示す図である。本実施の形態のデフレクタ１８０は、２枚の板状の電極１８１及び１８２からなる。両電極１８１及び１８２には、それぞれ、電子線路に孔が形成されている。この孔を通過した照射ビームＩＢは、各電極１８１及び１８２に印加された電圧に応じた角度だけ偏向する。本実施の形態では、上側電極１８１には±５５Ｖの交流電圧を印加し、下側電極１８２には、±５Ｖの交流電圧を印加する。

【0158】

デフレクタ１８０では、上記の構成によって、上側電極１８１に印加する交流電圧を用いてマクロ走査を行い、下側電極１８２に印加する交流電圧を用いてミクロ走査を行なう。マクロ走査を行なうために上側電極１８１に印加される交流電圧の周波数は、ミクロ走査を行なうために下側電極１８２に印加される交流電圧の周波数よりも大きい。上側電極１８１によってある基準方向に偏向されている照射ビームＩＢに対して、下側電極１８２に印加された電圧を振幅させることで、当該基準方向を基準とする小さな範囲で照射ビームＩＢがさらに偏向されて、試料を走査する（ミクロ走査）。この範囲内で可能な主走査及び副走査を行うと、上側電極１８１に印加される電圧が変更されて、基準方向が偏向される（マクロ走査）。

【0159】

そして、新たな基準方向を基準として、下側電極１８２に印加された電圧を振幅させることで、当該基準方向を基準とする小さな範囲で照射ビームＩＢがさらに偏向されて、試料を走査する（ミクロ走査）。このように、マクロ走査とミクロ走査を繰り返すことで、マクロ走査によって偏向可能な範囲内の走査が終了すると、ステージが移動して、次の新たな領域について、上記と同様のミクロ走査及びマクロ走査が行われる。

【0160】

ミクロ走査では、±５Ｖという低電圧で照射ビームＩＢを偏向するので、周波数の高い電源を使用することができ、これにより、走査速度を速くして、試料の検査時間を短縮できる。

【0161】

なお、上記では、１つのデフレクタ１８０のみを説明したが、上述のように、本実施の形態の電子コラム９０７では、１つの筒体に複数の電子線照射検出系が設けられるので、上記で説明したデフレクタ１８０が水平方向に複数設けられることになる。このとき、複数の上側電極１８１及び複数の下側電極１８２のそれぞれに電源を設けてもよいし、複数の上側電極１８１については、共通の電源を用いることもできる。この場合には、下側電極１８２には、−４．５Ｖ〜５．５Ｖというオフセットされた交流電極を印加する。このように、並列に設けた複数のデフレクタが電源を共有することで、コストを削減できるだけでなく、電子コラム９０７の小型化にも寄与する。

【0162】

上記の電子線検査装置１０００を用いて試料の検査を行なう方法を説明する。以下では、方形の半導体集積回路のダイがマトリクス状に配列して形成されて、同一パターンが繰り返して形成された試料として、その試料の検査方法を説明する。本実施の形態の検査方法では、複数のダイの同一のパターン同士を比較してその違いを欠陥として検出するダイ／ダイ比較を行なう。

【0163】

１０．キャリブレーション
上述のように、本実施の形態の電子線検査装置１０００では、電子コラム９０７に複数（８つ）の電子線照射検出系が設けられている。検査の際には、これらの複数の電子線照射検出系を同時に用いて、複数の電子線により検査を行ない、それらの検査結果を合成して検査画像を生成する。このとき、複数の電子線照射検出系の倍率及び電子線の照射位置がずれていると、複数の電子線照射検出系によりそれぞれ得られた検査結果を合成しても正確に合成された検査画像が得られない。そこで、各電子線照射検出系の倍率及び電子線の照射位置の特性（キャリブレーション情報）を予め取得して記憶しておき、各電子線照射検出系より得られた検査結果をそれらの特性に応じて較正する。

【0164】

この較正のために、まず、各電子線照射検出系のデフレクタを作動させないで、各電子銃から電子線を直線的に照射した状態で（このときの電子線を「基準ビーム」という。）、ステージを移動させながら、各電子線照射検出系で順にテスト試料の表面に印刷されたテストマークを検出し、各電子線照射検出系について、そのテストマークを検出したときの倍率及びステージの移動距離（即ち、基準ビームの照射位置座標）を求める。

【0165】

図２６は、各電子線照射検出系の基準ビームＲＢの位置関係を示す図である。本実施の形態では、図２６に示すように、縦２列に並んだ第１〜第８の８つの電子線照射検出系から第１〜第８の基準ビームＲＢ１〜ＲＢ８が照射される。

【0166】

【表1】

【表2】

【0167】

表１及び表２は、第１電子線照射検出系を基準の電子線照射検出系として、１００倍（表１）及び１０００倍（表２）の倍率でテスト試料のテストマークを観察したときの他の電子線照射検出系の倍率比及び座標位置（キャリブレーション情報）を取得した結果を示す表である。理想的には、基準となる第１電子線照射検出系の倍率に対する他の電子線照射検出系の倍率の比はすべて１．０００（第１電子線照射検出系と同じ倍率）となり、各電子照射系の座標は、図２６に示す距離に従うことになる。

【0168】

しかしながら、現実には誤差によって、理想通りとはならず、各電子線照射検出系にて検出された結果の連続性を確保するためには、キャリブレーション情報を用いて、検出結果を較正する必要がある。これらのキャリブレーション情報を予め取得して画像処理装置１６０に記憶しておき、各電子線照射検出系からの検査結果に基づいて検査画像を合成する際に、これらのキャリブレーション情報に基づいて各電子線照射検出系からの検査結果に対して較正を行なう。

【0169】

上記の構成によれば、複数の電子線照射検出系を同時に用いて試料の検査を行なうにあたって、各電子線照射検出系の本来の位置からの僅かなズレを補正して、正確に合成された検査画像を取得することができる。

【0170】

１１．フォーカスマップの作成
試料の検査を行なう際には、試料がステージ１１０に載せられる。ステージ１００に載せられた試料と複数の電子線照射検出系を備えた電子コラム９０７とは、理想的には垂直になる。しかしながら、ステージ１１０の傾き、試料の傾き、及び／又は電子コラム９０７の傾きによって、試料の表面と電子コラム９０７とが正確に垂直にならないことがある。この場合に試料を電子コラム９０７で走査すると、試料の場所によって電子コラム９０７と試料の表面との距離が変化し、各電子線照射検出系におけるピントが合わないことになる。そこで、本実施の形態の電子線検査装置１０００では、検査対象である試料がステージに載置された後に、試料表面の複数の点についてフォーカス調整を行なってフォーカス調整値を取得して、フォーカスマップを生成する。

【0171】

図２７は、本実施の形態のフォーカスマップ作成のための試料の測定点の例を示す図である。これらの測定点１〜１３において、フォーカス調整を行い、合焦するフォーカス調整値（ないしは、試料表面の高さ情報）を記憶しておく。測定点以外の箇所については、周辺の測定点におけるフォーカス調整値から補完してフォーカス調整値を求める。検査の際には、記憶されたフォーカスマップに従って自動的にフォーカス調整を行う。

【0172】

このように、ステージに載置された試料の複数の測定点についてフォーカス調整値を取得して、フォーカスマップを作成しておくことで、検査の際には試料中の位置に応じて適切にフォーカス調整を行なうことができる。

【0173】

１２．ダイ／ダイ比較
上述のように、本実施の形態の電子線検査装置１０００は、ダイ／ダイ比較によってダイの検査を行なう。試料には、矩形状の同一パターンを有するダイが繰り返し形成されているので、各電子線照射検出系が異なるダイを検査することで、相違があるところを欠陥として検出するダイ／ダイ比較を行なうことができる。

【0174】

本実施の形態では、複数の電子線照射検出系の各々がそれぞれの担当するダイを検査し、各電子線照射検出系における検査結果同士を比較することにより、ダイ／ダイ比較を行う。しかしながら、試料上のパターンの繰り返しピッチ（ダイのピッチ）と電子線照射検出系の配列ピッチ（即ち、隣り合う電子線照射検出系の間の距離）とは必ずしも一致しない。電子線照射検出系のピッチが検査対象のパターンのピッチより大きい場合もあれば、小さい場合もある。

【0175】

図２８（ａ）〜（ｃ）は、照射ビームＩＢ１〜８のピッチ（すなわち、電子線照射検出系のピッチ）とダイのピッチとの関係を示す図であり、図２８（ａ）は、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合の照射ビームＩＢ１〜８とダイとの関係を示す図であり、図２８（ｂ）は、電子線照射検出系のピッチとダイのピッチとが同じである場合の照射ビームＩＢ１〜８とダイとの関係を示す図であり、図２８（ｃ）は、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合の照射ビームＩＢ１〜８とダイとの関係を示す図である。

【0176】

１２−１．ダイが照射ビームの偏向可能範囲より小さい場合
１２−１−１．電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合
図２９（ａ）〜（ｅ）は、図２８（ａ）に示すように、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームＩＢ１及びＩＢ２によってそれぞれダイＤ１及びＤ２を走査する手順を示す図である。なお、図２９では、マクロ走査のみを図示しており、以下の説明もマクロ走査の手順について説明する。図２９において、照射ビームは、左から右に主走査を行い、上から下に副走査を行う。また、図２９において、各ダイＤ１、Ｄ２は、主走査を４回行うことで走査される。この主走査は、照射ビームを偏向することで行われる。

【0177】

図２９（ａ）の段階では、照射ビームＩＢ１及び照射ビームＩＢ２によって、同時にそれぞれダイＤ１及びダイＤ２を走査する。図２９の例では、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きいので、照射ビームＩＢ２は、ダイＤ２の第３ラインから走査を始めることになる。照射ビームＩＢ１及びＩＢ２の走査によって、２ラインの主走査が終わって、図２９（ｂ）の段階にくると、照射ビームＩＢ２は、ダイＤ２の最終ラインの走査が終わったことになる。よって、この後は照射ビームＩＢ２による走査は停止するとともに、照射ビームＩＢ１による走査はその後も続ける。図２９（ｃ）の段階にくると、照射ビームＩＢ１によるダイＤ１の走査が完了する。

【0178】

その後、ステージを移動させることによって、図２９（ｄ）に示すように、照射ビームＩＢ２をダイＤ２の左上に位置させて、照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の上２ラインの走査を行う。このとき、照射ビームＩＢ１による走査は停止する。照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の上２ラインの走査が終わると、図２９（ｅ）に示すように、照射ビームＩＢ１によるダイＤ１の走査及び照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の走査が完了する。

【0179】

以上の走査手順によって、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合にも、第１電子線照射検出系によるダイＤ１の検出結果と第２電子線照射検出系によるダイＤ２の検出結果とを比較して、ダイ／ダイ比較による試料の検査を行うことができる。

【0180】

１２−１−２．電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合
図３０（ａ）〜（ｄ）は、図２８（ｃ）に示すように、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合に、照射ビームＩＢ１及びＩＢ２によってそれぞれダイＤ１及びダイＤ２を走査する手順を示す図である。図３０においても、マクロ走査のみを図示している。図３０において、各ダイＤ１、Ｄ２は、主走査を８回行うことで走査される。

【0181】

図３０（ａ）の段階では、照射ビームＩＢ２によってダイＤ２を走査することはできないので、照射ビームＩＢ１によってダイＤ１を走査するのみで、照射ビームＩＢ２による操作は停止する。図３０（ｂ）の段階になると、照射ビームＩＢ２がダイＤ２の上端に達したので、照射ビームＩＢ１によるダイＤ１の走査と、照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の走査とを同時に並行して行う。

【0182】

照射ビームＩＢ１及びＩＢ２の走査によって、８ラインの主走査が終わって、図３０（ｃ）の段階にくると、照射ビームＩＢ１は、ダイＤ１の最終ラインの走査が終わったことになる。よって、この後は照射ビームＩＢ１による走査は停止するとともに、照射ビームＩＢ２による走査はその後も続ける。図３０（ｄ）の段階にくると、照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の走査も完了する。

【0183】

以上の走査手順によって、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより小さい場合にも、第１電子線照射検出系によるダイＤ１の検出結果と第２電子線照射検出系によるダイＤ２の検出結果とを比較して、ダイ／ダイ比較による試料の検査を行うことができる。

【0184】

１２−２．ダイが照射ビームの偏向可能範囲より大きい場合
上記の実施の形態では、１つのダイの大きさが、デフレクタによって照射ビームを偏向できる範囲より小さかった。よって、図２９に示すダイＤ１のように、ダイの角から捜査を開始すれば、そのダイについては、ステージを移動させることなく、照射ビームの偏向のみで、ダイの操作を完了することができた。以下では、照射ビームの偏向可能範囲よりも１つのダイの大きさがはるかに大きい場合の照射ビームＩＢ１及びＩＢ２によってそれぞれダイＤ１及びダイＤ２を走査する手順を説明する。

【0185】

図３１は、照射ビームの偏向可能範囲よりも１つのダイの大きさがはるかに大きい場合の試料と照射ビームと照射ビームの偏向可能範囲との関係を示す図である。図３１において、斜線で示した単位走査範囲ｓａは、照射ビームＩＢ１を偏向することで走査できる範囲であり、他の照射ビームについても単位走査範囲の大きさは同じである。図３１では、照射ビームのピッチがダイのピッチより大きい場合を示している。また、図３１では、縦２列に並んだ６つの照射ビームＩＢ１〜６を示している。

【0186】

この場合に、照射ビームＩＢ１とダイＤ１との関係を考えると、以下の手順で照射ビームＩＢ１によってダイＤ１を走査することができる。図３２は、照射ビームＩＢ１によってダイＤ１を走査する手順を示す図である。なお、図３２では、単位走査範囲ｓａ１について、マクロ走査のみを図示している。図３２において、照射ビームは、左から右に主走査を行い、上から下に副走査を行う。

【0187】

また、図３２の例では、ダイＤ１の縦方向の長さは、単位走査範囲の縦方向の長さの７倍であり、縦方向７回ステージ移動をすることにより、縦方向の走査を完了できる。また、ダイＤ１の縦方向の長さは、単位走査範囲の縦方向の長さの７倍であり、縦方向７回ステージ移動をすることにより、縦方向の走査を完了できる。ダイＤ１の縦方向の長さは、単位走査範囲の縦方向の長さの７倍であり、縦方向７回ステージ移動をすることにより、縦方向の走査を完了できる。ダイＤ１の横方向の長さも、単位走査範囲の横方向の長さの７倍であり、横方向７回ステージ移動をすることにより、横方向の走査を完了できる。各単位走査範囲の走査は、照射ビームを偏向することで行われる。

【0188】

照射ビームＩＢ１は、ダイＤ１の左上から走査を開始する。まず、ステージを固定した状態で照射ビームＩＢ１を偏向することで、単位走査範囲ｓａ１１を走査する。単位走査範囲ｓａ１１の走査が完了すると、照射ビームＩＢ１が単位走査範囲ｓａ１２に位置するように、単位走査範囲の高さ分だけステージを上に移動させる。そして、その位置でステージを固定して、照射ビームＩＢ１を偏向することで、単位走査範囲ｓａ１２を走査する。

【0189】

このような照射ビームＩＢ１の偏向による走査及び単位走査範囲分のステージの移動を繰り返して（以下、「ステップ＆リピート走査」という。）、単位走査範囲ｓａ１７、即ちダイＤ１の最下の単位走査範囲の操作を終えると、照射ビームＩＢ１が単位走査範囲ｓａ２１に位置するように、ステージを移動させる。ステップ＆リピート走査を続けていって、単位走査範囲ｓａ７７を走査し終わると、ダイＤ１のすべての面の走査が完了する。

【0190】

図３３（ａ）〜（ｆ）は、図３３（ａ）に示すように、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きい場合に、照射ビームＩＢ１及びＩＢ２によってそれぞれダイＤ１及びＤ２を走査する手順を示す図である。なお、図３３では、走査が完了した単位走査範囲を斜線で示してある。

【0191】

図３３（ａ）の段階では、照射ビームＩＢ１によるダイＤ１の走査と照射ビームＩＢ２によるダイＤ２の走査が同時に開始される。図３３の例では、電子線照射検出系のピッチがダイのピッチより大きいので、照射ビームＩＢ１は、ダイＤ１の左上の単位走査範囲ｓａ１１１から走査を開始するが、照射ビームＩＢ２は、ダイＤ２の最左の列の上から４番目の単位走査範囲から走査を始めることになる。

【0192】

照射ビームＩＢ１及びＩＢ２によるステップ＆リピート走査によって、４セットの単位走査範囲の走査及びステージ移動が行われて、図３３（ｂ）の段階にくると、照射ビームＩＢ２は、ダイＤ２の左下の単位走査範囲ｓａ２１７の走査の走査を完了する。よって、この後は照射ビームＩＢ２による走査は停止するとともに、照射ビームＩＢ１によるステップ＆リピート走査はその後も続ける。図３３（ｃ）の段階にくると、照射ビームＩＢ１は、ダイＤ１の左下の単位走査範囲ｓａ１１７の走査の走査を完了する。

【0193】

次に、図３３（ｄ）に示すように、照射ビームＩＢ２がダイＤ２の左上の単位走査範囲ｓａ２１１に位置するように、ステージを上に移動させる。そして、照射ビームＩＢ２のみによって３セットの単位走査範囲の走査及びステージ移動を行う。この間、照射ビームＩＢ１による走査は停止する。３セットの単位走査範囲の走査及びステージ移動が終わって、照射ビームＩＢ２がダイＤ２の単位走査範囲ｓａ２１３の操作を終えると、図３３（ｅ）に示すように、ダイＤ１及びダイＤ２の左端の列の走査が完了する。この時点でダイＤ１とダイＤ２について、対応する位置のダイ／ダイ比較を行なうことができる。

【0194】

次に、図３３（ｆ）に示すように、照射ビームＩＢ１がダイＤ１の左から２番目の列の最上の単位走査範囲ｓａ１２１に位置するように、ステージを上に移動させる。以下、同様にして、ダイＤ１及びダイＤ２のそれぞれの左から２番目の列の走査をすべて完了させて、左から２番目の列についてダイ／ダイ比較を行なう。このようにして右端の列の走査及びダイ／ダイ比較が終わると、ダイＤ１とダイＤ２の全面についてダイ／ダイ比較が完了する。

【0195】

以上の走査手順によって、ダイが照射ビームの偏向可能範囲より大きい場合にも、第１電子線照射検出系によるダイＤ１の検出結果と第２電子線照射検出系によるダイＤ２の検出結果とを比較して、ダイ／ダイ比較による試料の検査を行うことができる。

【0196】

なお、図３１〜３３を参照して説明した実施の形態では、照射ビームを偏向することで単位走査範囲の走査をした後にステージを移動させて、新たな単位走査範囲を照射ビームの変更により走査するというステップ＆リピート走査を行ったが、ステージ移動を連続的に行なってもよい。

【0197】

以上説明したように、電子線検査装置１０００は、ステージ１１０に載置された試料ＳＭに電子線を照射して、試料ＳＭからの電子線を検出することにより、試料ＳＭを観察する試料観察装置であって、試料ＳＭに電子線を照射して、試料ＳＭから放出される２次電子等ＳＥを検出するための１つの電子コラム９０７を備え、この電子コラム９０７には、それぞれ照射ビームＩＢ及び試料ＳＭからの２次電子等ＳＥが通る電子線路を形成する複数の電子線照射検出系を有している。電子線検査装置１０００は、複数の電子線照射検出系を同時に用いることで、複数の電子線を同時に試料ＳＭに照射して、試料ＳＭを検査する。

【0198】

このように、本実施の形態の電子線検査装置１０００は、１つの電子コラム９０７の中に複数の電子線照射検出系を有し、それらの複数の電子線照射検出系を同時に用いて複数の電子線で同時に試料を操作するので、分解能を低下させることなく、試料を走査するのに要する時間を短縮することができる。また、１つの電子コラムの中に複数の電子線照射検出系を形成したので、複数の電子線を同時に試料に照射するために１つの電子線照射検出系を有する従来の電子コラムを複数用いる場合と比較して、隣り合う電子線の間隔を短くすることができ、これにより、試料に対して同時に照射できる電子線の数を多くすることができる。

【産業上の利用可能性】

【0199】

以上のように、本発明は、分解能を低下させることなく、試料を観察するための電子線の走査に要する時間を短縮することができ、電子線を用いて試料を観察する試料観察装置等として有用である。

【符号の説明】

【0200】

１０ 第１デフレクタ（アライナ）
１０１ 電極
１０２ 間隙
１０３ 本体
１０４ 電極
１０５ 切欠き
１０６ 金属めっき
１０６１ａ、１０６２ａ、１０６３ａ、１０６４ａ 金属めっきの電極部分
１０６１ｂ、１０６２ｂ、１０６３ｂ、１０６４ｂ 金属めっきの配線部分
１０６１ｃ、１０６２ｃ、１０６３ｃ、１０６４ｃ ビア １１ 集束レンズ
１１１ コンタクト孔
１１２ 本体
１１３ 金属めっき
１１４ メタルブッシュ
１１５ ビア
１１６ 孔
１２ 第２デフレクタ（アライナ）
１３ アパーチャ
１４ 検出器
１４１ 検出器
１４１１ セラミック（支持体）
１４１２ アノード
１４１３ マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
１４１４ 管
１４１５ 導電膜
１４１６ ＭＣＰ入力端（ＭＣＰｉｎ）
１４１７ ＭＣＰ出力端（ＭＣＰｏｕｔ）
１４１９ シンチレータ
１４２０ ライトガイド
１４２１ フォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）（光電子倍増管）
１５ 第３デフレクタ（アライナ）
１６ 対物レンズ
１７ 第４デフレクタ（アライナ）
１７０ デフレクタ
１８ 第５デフレクタ（アライナ）
１８０ デフレクタ
１８１ 上側電極
１８２ 下側電極
１９ 電極
２０〜２８ スペーサ
２０１ 孔
２１１ 孔
３０ 電子銃
３１ ＴＦＥ電子銃
３１１ カソードチップ
３１２ ウェネルト
３１３ アノード
３１４ ヒータ用電源
３１５ カソード用電源
３１６ ウェネルト用電源
３２ 電子銃
３２１ レーザダイオード
３２２ 第１レンズ
３２３ 磁場コイル
３２４ ガス封入管
３２５ 第２レンズ
３２６ 電子放出ファイバ
３２６１ コア
３２６２ クラッド
３２６３ メタルコート
３２６４ 光電材料
３２７ ウェネルト
３２８ アノード
３３ 電子銃
３３１ レーザダイオード
３３２ 第１レンズ
３３３ 磁場コイル
３３４ ガス封入管
３３５ 第２レンズ３
３３６ 電子放出素子
３３６１ 基材
３３６２ アパーチャ
３３６３ メタルコート
３３６４ 光電材料
３３８ アノード
４０ 真空ポンプ
５０ 筒体
５１ 配線孔
５２ 筒体孔
６０ 電子銃ハウジング
６１ バルブ
６１２ バルブ孔
６１３、６１４ Ｏリング
６２ ハウジング孔６２
７０ フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）
７１ ポリイミド樹脂層
７２ 導電形成層
７３ ポリイミド樹脂層
７４ 配線孔
７４１ フランジ部
８０、８０１、８０２、８０３、８０４１〜８０４４ コンタクトピン
９０ 接地コーティング
９００ 電子線検査装置
９０１ 試料キャリア（ロードポート）
９０２ ミニエンバイロメント
９０３ ロードロック
９０４ トランスファチャンバ
９０５ メインチャンバ
９０６ 除振台
９０７ 電子コラム
９０８ 画像処理ユニット
９０９ 制御ユニット
９１０ ステージ
８５１ 上側部品
８５２ 下側部品
８５３ スペーサ
ＩＢ 照射ビーム
ＥＰ 電子線路
ＳＥ ２次電子等
ＥＬ 導電線
ＥＴ 電極
ＳＭ 試料
ＲＢ 基準ビーム
Ｄ ダイ
ｓａ 単位走査範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】