JP4239350B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子ビームを試料に照射し、試料から発生する二次ビームの二次元像を撮像して試料の画像情報を取り込む荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩの高集積化に伴って、ウエハやマスクなどの試料における欠陥の検出感度をより一層高めることが要求されている。また、検出感度の向上だけでなく、欠陥検出の高速化も望まれている。
そして、これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いたＥＢ検査装置の開発が進められている。ＥＢ検査装置では、試料に対して電子ビームを照射し、試料から発生する二次ビームの二次元像（試料像）をイメージセンサにより撮像し、取り込んだ試料の画像情報に基づいて欠陥検出を行う。
【０００３】
このようなＥＢ検査装置の中でも特開平１０−１９７４６２号公報に記載された装置では、図１８に示すように、撮像視野７１以上の大きさを有し電流密度が均一な電子ビーム（面状ビーム）７２を試料７３に照射することで、イメージセンサの撮像面に一括で試料像を投影し、画像情報の取り込みの高速化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した面状ビーム７２を試料７３に照射して画像情報を取り込む場合、画像情報の取り込みの対象となる試料７３の領域には、少なくとも１画面の撮像に掛かる時間にわたって電子が連続的に入射することになり、試料７３がチャージアップする問題があった。
【０００５】
試料７３のチャージアップとは、試料７３に入射する電子の量が試料７３から放出される電子（二次ビーム）の量よりも多くなる現象である。ちなみに、チャージアップの程度は、試料７３の組成や表面構造によって異なる。
電子が試料７３に入射する際のエネルギー（ランディングエネルギー）を調整することによりチャージアップを回避しようとしても、面状ビーム７２の照射領域は広く、その中に様々な組成や表面構造の部分が含まれるため、全体的なチャージアップの回避は困難である。
【０００６】
試料７３がチャージアップすると、画像の歪みや異常コントラストが発生する。つまり、正常な画像情報の取り込みが行えない。
なお、試料７３に入射する電子の総量（ドーズ量）を減らすことによりチャージアップを回避することはできるが、ドーズ量を減らすと画像のコントラストが低下してしまうため、好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、試料へのドーズ量を減らすことなくチャージアップを回避できる荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料に対して荷電粒子ビームを照射する照射手段と、荷電粒子ビームの照射によって試料から発生する二次ビームの二次元像を撮像する撮像手段とを備えた荷電粒子ビーム装置であって、照射手段は、荷電粒子ビームの断面を整形することにより、撮像手段の撮像視野のうち撮像視野よりも小さい一部領域のみに荷電粒子ビームを導く手段であり、１画面の撮像期間内に撮像視野を一部領域で複数回走査する移動手段をさらに備えたものである。
【０００９】
これにより、撮像視野内に位置する試料の各地点では、一部領域の中に位置するときに荷電粒子ビームが照射され、一部領域から外れているときに荷電粒子ビームが照射されない。移動手段によって一部領域と試料との相対位置が移動されるため、撮像手段による１画面の撮像時間内には、荷電粒子ビームが照射される期間と照射されない期間とが少なくとも１回ずつ含まれることになる。
【００１０】
したがって、荷電粒子ビームの照射によってチャージした電荷は、荷電粒子ビームが照射されない期間にディスチャージする。その結果、試料のチャージアップが回避される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態では、荷電粒子ビーム装置の一例として電子ビーム装置を説明する。第１実施形態の電子ビーム装置１０は、電子ビームを用いて試料の観察や検査を行う装置であり、ステージを静止させた状態で試料画像を取得する観察モードと、ステージを移動させながら高速に試料画像を取得する検査モードとを切り替え可能に構成されている。まず始めに、電子ビーム装置１０の全体構成について説明し、その後、各動作モードの説明を行う。
【００１３】
電子ビーム装置１０は、図１に示されるように、一次コラム１１と、二次コラム１２と、チャンバー１３とで構成されている。このうち一次コラム１１は、二次コラム１２の側面に対して斜めに取り付けられている。また、二次コラム１２の下部に、チャンバー１３が取り付けられている。これら一次コラム１１，二次コラム１２，チャンバー１３は、真空排気系（不図示）のターボポンプにより排気されて、内部の真空状態が維持される。
【００１４】
ここで、一次コラム１１、二次コラム１２およびチャンバー１３の構成について各々説明する。
〔一次コラム〕
一次コラム１１の内部には、電子銃２１が配置されている。電子銃２１は、陰極から放出された熱電子を加速すると共に集束し、電子ビームとして出射するものである。この電子銃２１の陰極には通常、矩形陰極で大電流を取り出すことができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ6）が用いられる。また、電子銃２１には、電子銃２１の位置調整などを行う不図示のガンアライメント機構やガンアライナも設けられている。
【００１５】
また、電子銃２１から出射される電子ビーム（以下「一次ビーム」という）の光軸上には、３段構成の一次光学系２３と、２段構成の一次偏向器２４とが配置されている。
一次光学系２３の各段は、回転軸非対称の四重極（または八重極）の静電レンズ（または電磁レンズ）にて構成され、いわゆるシリンドリカルレンズと同様、一次ビームを集束または発散させる。この一次光学系２３によれば、出射電子を損失することなく、一次ビームの断面を任意の形状（矩形状や楕円形状など）に整形することができる。なお、一次光学系２３の各段が静電レンズの場合、一次ビームの断面の整形は、各静電レンズへの印加電圧の最適化により行われる。
【００１６】
また、一次偏向器２４は、静電偏向器（または電磁偏向器）にて構成される。一次偏向器２４が静電偏向器の場合、各電極への印加電圧を変化させることで、一次ビームの経路を一次元方向または二次元方向に偏向させることができる。
なお、上記した一次コラム１１内の電子銃２１，一次光学系２３，一次偏向器２４には、一次コラム制御ユニット２６が接続されている。一次コラム制御ユニット２６は、電子銃２１の加速電圧、一次光学系２３の各段の印加電圧、一次偏向器２４の各電極の印加電圧を制御する。一次コラム制御ユニット２６は、ホストコンピュータ１４に接続されている。
【００１７】
〔チャンバー〕
チャンバー１３の内部には、試料１５を載置すると共にＸＹ方向に移動可能なステージ２８が設置されている。このステージ２８には、所定のリターディング電圧が印加されている。
また、ステージ２８には、ステージ制御ユニット２９が接続されている。ステージ制御ユニット２９は、ステージ２８をＸＹ方向に駆動すると共に、レーザ干渉計（不図示）を用いてステージ２８のＸＹ位置を読み取り（データレートは例えば１０Ｈｚ）、ＸＹ位置信号をホストコンピュータ１４に出力する。
【００１８】
〔二次コラム〕
二次コラム１２の内部には、試料１５から発生する二次ビーム（後述する）の光軸上に、カソードレンズ３１、ニューメニカルアパーチャ３２、ウィーンフィルタ３３、第２レンズ３４、フィールドアパーチャ３５、第３レンズ３６、第４レンズ３７、二次偏向器３８および検出器３９が配置される。このうちカソードレンズ３１，第２レンズ３４，第３レンズ３６，第４レンズ３７を総じて適宜「二次光学系」と言う。
【００１９】
カソードレンズ３１は、例えば３枚の電極にて構成され、下方（試料１５側）から１つ目と２つ目の電極に所定の電圧が印加され、３つ目の電極がゼロ電位に設定される。カソードレンズ３１と試料１５（ステージ２８）との間には、一次ビームを減速させ、二次ビームを加速させる電界が形成される。
ニューメニカルアパーチャ３２は、開口絞りに相当するもので、カソードレンズ３１の開口角を決定する。ニューメニカルアパーチャ３２は、円形の開口部を有する金属製（Ｍｏ等）の薄膜板であり、その開口部をカソードレンズ３１の焦点位置に一致させて配置される。このため、ニューメニカルアパーチャ３２とカソードレンズ３１とは、テレセントリックな電子光学系を構成する。これにより、光学顕微鏡で云うケーラー照明が実現される。
【００２０】
ウィーンフィルタ３３は、電磁プリズムとして作用する偏向器であり、ウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ。なお、ｖは荷電粒子の速度、Ｅは電界、Ｂは磁界を表し、Ｅ⊥Ｂである。）を満たす荷電粒子（例えば二次ビーム）のみを直進させ、それ以外の荷電粒子（例えば一次ビーム）の軌道を曲げることができる。
第２レンズ３４，第３レンズ３６，第４レンズ３７は、すべてユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズと呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、それぞれ３枚の電極で構成されている。各レンズは通常、外側の２つの電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることでレンズ作用が制御される。
【００２１】
フィールドアパーチャ３５は、第２レンズ３４と第３レンズ３６との間に配置され、光学顕微鏡の視野絞りと同様、視野を必要範囲に制限している。
二次偏向器３８は、上記した一次偏向器２４と同様の偏向器である。この二次偏向器３８によれば、二次ビームの経路を一次元方向または二次元方向に偏向できる。
【００２２】
検出器３９は、ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）４１と、蛍光板４２と、ビューポート４７と、光学リレーレンズ４６と、切替ミラー２５と、固定ミラー２７と、ＴＤＩ（Time Delay and Integration）アレイＣＣＤセンサ（以下「ＴＤＩセンサ」という）４３と、二次元ＣＣＤセンサ（以下「２Ｄセンサ」という）４４とから構成される。
【００２３】
ＭＣＰ４１は、電子を加速増倍する。蛍光板４２は、電子像を光学像に変換する。ビューポート４７は、検出器３９内を真空室Ａと大気室Ｂとに分けると共に、光学像を透過させる透過窓である。光学リレーレンズ４６は、光学像を約１／３に縮小する。切替ミラー２５は、光学リレーレンズ４６の光軸４６ａに対して斜めに配置され、光軸４６ａから退避自在である。固定ミラー２７は、切替ミラー２５の反射光軸上に斜めに配置される。ＴＤＩセンサ４３は、切替ミラー２５が光軸４６ａから退避されているとき（点線の状態）、光学像を撮像する。２Ｄセンサ４４は、切替ミラー２５が光軸４６ａに挿入されているとき（実線の状態）、光学像を撮像する。ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４は、複数の受光画素が二次元配列された撮像面を有するイメージセンサである。ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４には、画像処理ユニット４８が接続されている。
【００２４】
なお、上記した二次コラム１２の二次光学系（３１，３４，３６，３７）と二次偏向器３８と切替ミラー２５とには、二次コラム制御ユニット４９が接続されている。二次コラム制御ユニット４８と画像処理ユニット４９は、ホストコンピュータ１４に接続されている。また、ホストコンピュータ１４には、ＣＲＴ１６が接続されている。
【００２５】
次に、第１実施形態の電子ビーム装置１０における一次ビームおよび二次ビームの軌道などについて順に説明する。
〔一次ビーム〕
一次ビームは、電子銃２１の加速電圧に応じた電流量で出射される。電子銃２１からの一次ビームは、一次光学系２３のレンズ作用を受けながら通過して一次偏向器２４に達する。一次偏向器２４に電圧が印加されないとき、一次偏向器２４の偏向作用は一次ビームに及ばないので、一次ビームは一次偏向器２４を通過し、ウィーンフィルタ３３の中心部に斜めに入射する。
【００２６】
ウィーンフィルタ３３に入射した一次ビームは、ウィーンフィルタ３３の偏向作用により軌道が曲げられ、ニューメニカルアパーチャ３２の開口部に到達する。このとき、一次ビームはニューメニカルアパーチャ３２の開口部で結像する。
ニューメニカルアパーチャ３２とカソードレンズ３１とがテレセントリック光学系を構成しているため、ニューメニカルアパーチャ３２の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ３１を通過して平行ビームとなり、試料１５の表面に垂直かつ均一に照射される。
【００２７】
〔二次ビーム〕
試料１５に一次ビームが照射されると、その照射領域内の試料１５から、二次電子、反射電子、または後方散乱電子のうち、少なくとも１種からなる二次ビームが発生する。この二次ビームは、照射領域の二次元像を有する。なお、上記のように一次ビームが試料１５の表面に対し垂直に照射されるので、照射領域の二次元像は影のない鮮明な像となる。
【００２８】
試料１５からの二次ビームは、カソードレンズ３１によって集束作用を受け、ニューメニカルアパーチャ３２を通過すると共に、ウィーンフィルタ３３の偏向作用も受けずにそのまま直進し、第２レンズ３４を介してフィールドアパーチャ３５の開口部に結像する。
なお、ウィーンフィルタ３３に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ電子（例えば二次電子、反射電子、または後方散乱電子）のみを選択して通過させることができる。
【００２９】
そして、フィールドアパーチャ３５を通過した二次ビームは、後段に配置された第３レンズ３６と第４レンズ３７とによって集束や発散を繰り返し、二次偏向器３８を通過して、検出器３９の検出面に再結像される。
さらに、検出器３９の検出面に再結像した二次ビームは、検出器３９内のＭＣＰ４１を通過する際に加速増倍され、蛍光板４２で光に変換される。そして、蛍光板４２からの光は、光学リレーレンズ４６を介してＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に結像する。
【００３０】
このように、フィールドアパーチャ３５の開口部に得られた照射領域の中間像は、第３レンズ３６，第４レンズ３７を介して検出器３９の検出面に拡大投影され、蛍光板４２において光学像に変換されたのち、ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に投影される。ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に投影された試料像は、照射領域と相似形である。
【００３１】
この試料像は、撮像面を構成する複数の受光画素各々にて信号電荷に変換される。そして、各受光画素の信号電荷は、画像処理ユニット４８から入力される駆動パルスに応じて垂直方向および水平方向に順次転送され、画像処理ユニット４８に出力される。
画像処理ユニット４８は、ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４からの出力信号をＡ／Ｄ変換して内部のＶＲＡＭに格納し、試料１５の画像情報を生成してホストコンピュータ１４に出力する。
【００３２】
ホストコンピュータ１４は、画像処理ユニット４８から出力される画像情報に基づいて、ＣＲＴ１６に画像を表示させる。また、ホストコンピュータ１４は、画像情報に対してテンプレートマッチング等を実行することで、試料１５の欠陥箇所を特定する。
【００３３】
次に、上記のように構成された電子ビーム装置１０の動作について説明する。電子ビーム装置１０の動作には、ステージ２８を静止させた状態で２Ｄセンサ４４を用いて試料１５の画像情報を取り込む観察モードと、ステージ２８を一定速度で移動させながらＴＤＩセンサ４３を用いて高速に試料１５の画像情報を取り込む検査モードとがある。何れのモードにおいても、電子ビーム装置１０は、ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４の撮像面の１つの受光画素に対応する試料１５でのサイズが０．１μｍとなるように調整されている。
【００３４】
まず、観察モードについて説明する。
観察モードにおいて、二次コラム制御ユニット４９は、切替ミラー２５を光学リレーレンズ４６の光軸４６ａに挿入させる（実線の状態）。これにより、試料１５の照射領域の二次元像（光学像）が２Ｄセンサ４４に導かれる。なお、観察モードでは、二次コラム１２の電気的および機械的な設定状態が全て固定のまま保たれる。
【００３５】
ステージ制御ユニット２９は、ステージ２８をＸＹ方向に駆動し、試料１５の中の観察したい領域（例えば欠陥箇所を含む領域）を図２に示す撮像視野４４Ａ内に位置決めする。位置決め後、ステージ２８は静止される。以下、撮像視野４４Ａ内に位置決めされた試料１５の領域を「被観察領域１５Ａ」と言う。
撮像視野４４Ａは、二次光学系（３１，３４，３６，３７）と光学リレーレンズ４６と２Ｄセンサ４４の撮像面とで決定される大きさの視野である。例えば、２Ｄセンサ４４の撮像面が１００pix×１００pixの受光画素で構成されるとき、撮像視野４４Ａの大きさは、試料１５の表面上で１０μｍ×１０μｍとなる。
【００３６】
一方、一次コラム制御ユニット２６は、一次光学系２３の印加電圧を制御することにより一次ビームの断面を整形し、試料１５の表面における一次ビームの照射領域２１Ａ（図２）が撮像視野４４Ａよりも小さく細長い矩形状となるように縦横サイズ（アスペクト比）を設定する。照射領域２１Ａに導かれる一次ビームを「線状ビーム」と言う。線状ビームの照射領域２１Ａ内での電流密度はほぼ均一である。
【００３７】
なお、第１実施形態において、照射領域２１ＡはＹ方向に細長いとする。照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)の長さは撮像視野４４ＡのＹ方向に沿った長さに相当する。照射領域２１Ａの幅は撮像視野４４Ａの１ライン分に相当する。
さらに、一次コラム制御ユニット２６は、一次偏向器２４の印加電圧を制御することにより線状ビームの経路を偏向させ（図３）、照射領域２１Ａの位置を撮像視野４４Ａ内で往復移動させる（図２も参照）。照射領域２１Ａの往復移動は、照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)に垂直な方向(Ｘ)に沿って一次元的に行われる。往復移動の速さは一定が好ましい。
【００３８】
その結果、電子ビーム装置１０では、撮像視野４４Ａ内の被観察領域１５Ａが、照射領域２１Ａ（線状ビーム）によって繰り返し走査される。この走査中、２Ｄセンサ４４の撮像面４４Ｂ（図４）では、照射領域２１Ａに対応する細い矩形状の試料像２１Ｂが往復移動し、撮像面４４Ｂの各受光画素に信号電荷が蓄積されていく。
【００３９】
そして、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像に掛かる時間（撮像時間Ｔ１）が経過すると、撮像面４４Ｂの各受光画素に蓄積された信号電荷が画像処理ユニット４８に出力され、被観察領域１５Ａの画像情報が取り込まれる。
ここで、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像時間Ｔ１内に、被観察領域１５Ａを照射領域２１Ａ（線状ビーム）でＮ回走査する場合を考える。この場合、被観察領域１５Ａの各地点には、図５に示すように、線状ビームがＮ回に分けて間欠的に照射される。つまり、１画面の撮像時間Ｔ１内に、線状ビームの照射期間と非照射期間とが交互にＮ回繰り返される。
【００４０】
したがって、１回目の照射期間に線状ビームによってチャージした電荷は、２回目の線状ビーム照射が始まるまでの非照射期間にディスチャージされ、２回目の照射期間にチャージした電荷は、３回目の線状ビーム照射が始まるまでの非照射期間にディスチャージされ、という具合に、チャージした電荷が直ぐにディスチャージされるため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避できる。
【００４１】
なお、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像時間Ｔ１を一定とすれば、照射領域２１Ａ（線状ビーム）による被観察領域１５Ａの走査回数(Ｎ)が多いほど、１回の線状ビーム連続照射時間が短くなるため、照射期間内でのチャージ量そのものが低減し、チャージアップをより確実に回避することができる。
また、線状ビームの照射期間と非照射期間との時間比は、撮像視野４４Ａに対する照射領域２１Ａの面積比をＫとするとき（ただしＫ＜１）、Ｋ：(１−Ｋ)となる。例えば、Ｋ＝１／１００の場合、１％が線状ビームの照射時間、９９％がディスチャージに利用できる非照射期間となる。
【００４２】
なお、撮像視野４４Ａに対する照射領域２１Ａの面積比Ｋが小さいほど、線状ビーム連続照射時間が短くなるため、上記と同様に、照射期間内でのチャージ量そのものが低減し、チャージアップをより確実に回避することができる。さらに、この場合には、線状ビーム連続照射時間が短い分だけ非照射時間が長くなるため、チャージした電荷を確実にディスチャージでき、チャージアップ回避に有効である。
【００４３】
以上のように、撮像視野４４Ａよりも小さい線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて間欠的に照明するため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避でき、歪みのない正常な画像情報を取り込むことができる。
さらに、２Ｄセンサ４４によって取り込まれる画像情報のコントラストは、１画面の撮像時間Ｔ１内に被観察領域１５Ａに入射する電子の総量（ドーズ量）によって良否が決まるため、ドーズ量Ｄについて考察する。良好なコントラストの画像情報を取り込むためには、ドーズ量Ｄを最適な値(Ｄｂ)に設定しなければならない。
【００４４】
ドーズ量Ｄは、被観察領域１５Ａに照射される線状ビームの電流量Ａと撮像時間Ｔ１との積で表される。このため、ドーズ量Ｄを最適な値(Ｄｂ)に設定する場合、線状ビームの電流量Ａも高めの値（例えば２００ｎＡ）に設定されることになる。
線状ビーム（照射領域２１Ａ）の面積は小さいため、最適なドーズ量(Ｄｂ)とするために設定された線状ビームの電流量(Ａｂ)を電流密度Ａ１に換算すると、非常に高い値となる。
【００４５】
しかし、電子ビーム装置１０では、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による間欠照明を行うため、線状ビームの連続照射時間が短く、照射期間内でのチャージ量が極端に増加することはない。また、照射期間内にチャージした電荷は非照射期間内に確実にディスチャージできるため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避できる。
【００４６】
比較のため、被観察領域１５Ａに撮像視野４４Ａと同じ大きさの面状ビーム（図１８参照）を移動させずに照射する場合を考える。この場合のドーズ量Ｄを上記の最適な値(Ｄｂ)に設定するとき、面状ビームの電流量は線状ビームの電流量Ａと同様、高めの値（例えば２００ｎＡ）になる。
ただし、面状ビームの面積は広い（撮像視野４４Ａと同じ）ため、最適なドーズ量(Ｄｂ)とするために設定された面状ビームの電流量(Ａｂ)を電流密度Ａ２に換算しても、小さい値となる。
【００４７】
しかし、面状ビームを用いた場合、被観察領域１５Ａには撮像時間Ｔ１にわたって電子が連続的に入射することになり（図６）、被観察領域１５Ａにチャージした電荷をディスチャージできないため、被観察領域１５Ａのチャージアップは避けられない。
これに対し、第１実施形態の電子ビーム装置１０では、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による間欠照明を行うため、良好なコントラストの画像情報を取り込むために最適なドーズ量(Ｄｂ)とした場合でも、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００４８】
なお、上記した観察モードでは、撮像時間Ｔ１内での線状ビーム（照射領域２１Ａ）による走査が少なくとも１回行われれば（走査回数Ｎ≧１）、同様の高品質な画像情報を取り込むことができる。
ちなみに、上記した観察モードは、試料１５の欠陥箇所を含む領域の観察に限らず、所定のテストパターンを観察することで、一次光学系２３や二次光学系（３１，３４，３６，３７）のフォーカス調整，収差調整、検出器３９における輝度調整など、装置調整を行うこともできる。また、組成や表面構造の異なる各種試料を予め観察することで、次に述べる検査モードでの最適な検査条件（線状ビームのアスペクト比，電流量など）を設定することもできる。
【００４９】
次に、検査モードについて説明する。
検査モードにおいて、切替ミラー２５は光学リレーレンズ４６の光軸４６ａから退避される（点線の状態）。これにより、試料１５の照射領域２１Ａの二次元像（光学像）はＴＤＩセンサ４３に導かれる。
この場合の撮像視野４３Ａ（図７）は、二次光学系（３１，３４，３６，３７）と光学リレーレンズ４６とＴＤＩセンサ４３の撮像面とで決定される大きさの視野である。例えば、ＴＤＩセンサ４３の撮像面が２０００pix×５００pixの受光画素で構成されるとき、撮像視野４３Ａの大きさは、試料１５の表面上で２００μｍ×５０μｍとなる。
【００５０】
試料１５を載置するステージ２８は、一定速度で一方向(Ｘ)に移動される。このとき、試料１５の中の検査したい領域は撮像視野４３Ａを横切って移動する。以下、試料１５の検査したい領域のうち１画面分（「被検査領域１５Ｂ」と言う）に注目して説明を行う。被検査領域１５Ｂは、ステージ２８の移動に伴い、図８(ａ)〜(ｃ)に示すように撮像視野４３Ａを横切って移動する。
【００５１】
ステージ２８が移動すると、ステージ制御ユニット２９はレーザ干渉計（不図示）を用いて検知したステージ２８の位置信号をホストコンピュータ１４に出力する。ホストコンピュータ１４は、ステージ２８の位置信号に同期して画像処理ユニット４８を制御し、ＴＤＩセンサ４３を駆動させる。
ＴＤＩセンサ４３（図９）では、各受光画素の信号電荷が、画像処理ユニット４８から入力される駆動パルスに応じて垂直方向および水平方向に順次転送され、画像処理ユニット４８に出力される。なお、信号電荷の垂直転送は、上記したステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動（図８(ａ)〜(ｃ)）に同期しながら、水平ライン４３-1〜４３-Nごとに行われる。このため、ＴＤＩセンサ４３の各水平ライン４３-1〜４３-Nに蓄積される信号電荷は、垂直方向に隣接する水平ラインに転送される度に積算される。
【００５２】
このように、検査モードでは、ステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動とＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送とを同期制御させながら、上記の観察モードと同様の線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査する（図７）。
【００５３】
なお、検査モードにおける線状ビームは、照射領域２１Ａが撮像視野４３Ａよりも小さく細長い矩形状となるように整形されている。照射領域２１Ａの大きさは、長手方向(Ｙ)が２００μｍ、幅方向(Ｘ)が１μｍである。また、照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)はＴＤＩセンサ４３の水平方向に一致する。
このような線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査すると、ＴＤＩセンサ４３の撮像面４３Ｂ（図９）では、照射領域２１Ａに対応する細い矩形状の試料像が垂直方向に往復移動し（図４参照）、撮像面４３Ｂの各受光画素に信号電荷が蓄積されていく。
【００５４】
また同時に、撮像面４３Ｂの各受光画素に蓄積された信号電荷の垂直転送と、最終水平ライン４３-Nの信号電荷の水平転送とが、ステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動に同期して制御される。
そして、ＴＤＩセンサ４３による１画面の撮像時間Ｔ２が経過した時点で、画像処理ユニット４８には、被検査領域１５Ｂの画像情報が取り込まれたことになる。
【００５５】
このように、検査モードにおいても、撮像視野４３Ａよりも小さい線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて間欠的に照明するため、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、歪みのない正常な画像情報を取り込むことができる。
また、良好なコントラストの画像情報を取り込むために最適なドーズ量(Ｄｂ)とした場合でも、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００５６】
さらに、検査モードによれば、ステージ２８を高速移動させながら試料１５の画像情報を取り込むので、試料１５の比較的広い領域または全体から連続的にかつ短時間で画像情報の取り込みを行うことができる。
【００５７】
ステージ２８を高速移動させているため、ステージ２８の速度変動や機械的振動に起因する試料像の微小な位置ずれ（１μｍ以下）が発生する可能性もあるが、試料像の位置ずれは、二次偏向器３８に位置補正用電圧を供給することにより補正できる。
なお、上記した検査モードでは、線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査する（図７）に当たり、この走査とＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送とを同期制御することが好ましい。
【００５８】
この場合の同期制御も、ステージ２８が移動したときにステージ制御ユニット２９からホストコンピュータ１４に出力される上記の位置信号に基づいて行われる。上記の位置信号は、ステージ２８の移動とＴＤＩセンサ４３での垂直転送との同期制御に用いるものである。
ホストコンピュータ１４が上記の位置信号に同期して一次コラム制御ユニット２６を制御し、一次偏向器２４への印加電圧を変化させることで、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による繰り返し走査（図７）とＴＤＩセンサ４３での垂直転送（図９）とを同期制御できる。
【００５９】
その結果、ＴＤＩセンサ４３での１回の垂直転送から次の垂直転送までの間に、線状ビーム（照射領域２１Ａ）が少なくとも１回走査されることになる。したがって、被検査領域１５Ｂへのドーズ量が均一となり、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による照明むらを無くすことができる。
また、上記した検査モードでは、線状ビーム（照射領域２１Ａ）の長手方向がはＴＤＩセンサ４３の水平方向(Ｙ)に一致する例（図７）を説明したが、ＴＤＩセンサ４３の垂直方向(Ｘ)に細長い線状ビーム（照射領域２１Ｂ）を用いることもできる（図１０）。照射領域２１Ｂの大きさは、例えば、長手方向(Ｘ)を５０μｍ、幅方向(Ｙ)を１μｍとすればよい。この場合には、線状ビーム（照射領域２１Ｂ）で長手方向(Ｘ)に垂直な方向(Ｙ)に沿って走査することにより、同様に、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる
なお、上記した第１実施形態（観察モード，検査モード）では、細長い矩形状の線状ビームを例に説明したが、細長い楕円状の線状ビームを用いてもよい。線状ビームの幅は１ライン分に限らず、複数ライン分でもよい。また、細長い線状ビームに限らず、スポット状ビームを用いることもできる。この場合には、スポット状ビームで二次元方向(Ｘ)(Ｙ)に走査することにより、同様の高品質な画像取り込みが行われる。線状ビームやスポット状ビーム（一次ビーム）のアスペクト比は、試料１５の組成や表面構造に応じて設定すればよい（１０：１〜１０００：１）。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態の電子ビーム装置５０は、上記した電子ビーム装置１０（図１）の一次コラム１１内にアパーチャ構成板５１を設けると共に、２Ｄセンサ４４，切替ミラー２５，固定ミラー２７を省略したものであり、それ以外の構成が電子ビーム装置１０と同じである。
【００６１】
図１１に示すように、電子ビーム装置５０のアパーチャ構成板５１は、一次光学系２３の一段目の電子レンズ５２と二段目の電子レンズ５３との間に配置されている。アパーチャ構成板５１には、複数のスリット状開口部が等間隔で配列されている。
したがって、試料１５の表面における一次ビームの照射領域５４（一部領域）は、図１２に示すように、複数の細長い照射部分５５が一定の間隔を開けて規則的に配列された縞状パターンとなる。各々の照射部分５５の長手方向(Ｙ)はＴＤＩセンサ４３（図９）の水平方向に一致する。なお、照射領域５４の外形は、撮像視野４３Ａとほぼ同じ大きさである。また、一次ビームは、照射領域５４の外形が撮像視野４３Ａと一致するように照射される。
【００６２】
電子ビーム装置５０では、一次ビームの経路を偏向することなく、ＴＤＩセンサ４３を用いて試料１５の画像情報を取り込む。一次ビームの経路を偏向しないため、画像取り込み中には、上記の照射領域５４の外形が撮像視野４３Ａに一致したままとなる。
【００６３】
ただし、ＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送に同期して、試料１５を載置するステージ２８が一定速度で一方向(Ｘ)に移動されるため、試料１５の被検査領域１５Ｂは、図１３(ａ)〜(ｃ)に示すように、照射領域５４（複数の照射部分５５）を横切って移動することになる。ステージ２８およびステージ制御ユニット２９は請求項の「移動手段」に対応する。
【００６４】
その結果、被検査領域１５Ｂの各地点には、照射領域５４の各照射部分５５を通過する毎に間欠的に一次ビームが照射されることになる。つまり、ＴＤＩセンサ４３の１画面の撮像時間Ｔ２内に、一次ビームの照射期間と非照射期間とが交互に繰り返される（図５参照）。
一次ビームの照射期間は照射部分５５の幅に対応し、非照射時間は隣り合う照射部分５５どうしの間隔（隙間部分の幅）に対応する。繰り返し回数は照射領域５４を構成する照射部分５５の数に等しい。
【００６５】
このように、複数の照射部分５５によって一次ビームが間欠的に照射されるため、照射期間にチャージした電荷が非照射期間に直ぐディスチャージされ、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避できる。その結果、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
なお、照射部分５５の幅が狭いほど１回の一次ビーム連続照射時間が短くなるため、確実にチャージアップを回避でき、好ましい。また、照射領域５４を構成する照射部分５５の数が多いほど縞状パターンが細かくなるため、画像の明るさむらを平均化できる。
【００６６】
上記では照射領域５４を構成する各照射部分５５の長手方向(Ｙ)がステージ２８の移動方向(Ｘ)に垂直な例を説明したが、この例に限らない。例えば、図１４に示すように、各照射部分５７の長手方向がステージ２８の移動方向(Ｘ)に対して斜めを向いた照射領域５６でも、同様に、試料１５の被検査領域１５Ｂの各地点に一次ビームを間欠照射することができ、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００６７】
また、縞状パターンの照射領域５４，５６に限らず、図１５に示す格子状パターンの照射領域５８や図１６に示す蜂の巣状パターンの照射領域５９、またはメッシュ状パターンの照射領域であっても、同様に、被検査領域１５Ｂの各地点に一次ビームを間欠照射することができ、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００６８】
上記した照射領域５６，５８，５９によれば、ステージ２８の移動方向(Ｘ)に積分した一次ビーム電流量が等しくなるため、ＴＤＩセンサ４３によって明るさむらのない画像を取り込むことができる。これら照射領域５６，５８，５９の実現に当たっては、電子ビーム装置５０のアパーチャ構成部材５１に代えて、各々のパターンを形成可能な開口部が配列されたアパーチャ構成部材を設ければよい。
【００６９】
さらに、一次コラム１１内の一次偏向器２４に補正用電圧を供給して、一次ビームの経路を偏向させ、照射領域５６，５８，５９をステージ２８の移動方向(Ｘ)とは垂直な方向(Ｙ)に振動させることにより、明るさむらをさらに低減させることができる。
また、上記した照射領域５４，５６，５８，５９の外形は、撮像視野４３Ａより小さくても大きくても良い。
【００７０】
（第３実施形態）
第３実施形態の電子ビーム装置６０は、図１７に示すように、上記した電子ビーム装置５０（図１１）の電子銃２１に代えて面状の電子銃アレイ６１を設けると共に、アパーチャ構成板５１を省略し、一次光学系２３を２段構成にしたものである。それ以外の構成は電子ビーム装置５０と同じである。
【００７１】
電子ビーム装置６０の電子銃アレイ６１は、例えばフィールドエミッション電子銃アレイにて構成される。この電子銃アレイ６１では、発光パターンを自由に変えることができる。発光パターンの例には、上記した縞状パターン（図１２，図１４）、格子状パターン（図１５）、蜂の巣状パターン（図１６）などが挙げられる。
【００７２】
試料１５の表面における一次ビームの照射領域は、電子銃アレイ６１の発光パターンとほぼ同じとなる。このため、上記した電子ビーム装置５０の場合と同様に、ステージ２８を一方向(Ｘ)に移動させることで、試料１５の被検査領域１５Ｂの各地点に対する一次ビームの間欠照射が可能となる。
その結果、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像を取り込むことができる。
【００７３】
電子ビーム装置６０によれば、部品交換をしなくても、電子銃アレイ６１の発光パターンを変えるだけで、照射領域のパターンを変更することができる。
また、電子銃アレイ６１上において、発光パターンをステージ２８の移動方向(Ｘ)と垂直な方向(Ｙ)に振動させることで、明るさむらを低減することができる。
上記した第１〜第３実施形態では、一次ビームが試料１５に照射されるまでの経路（一次ビーム系）と、試料１５からの二次ビームが検出器３９に到達するまでの経路（二次ビーム系）とで、カソードレンズ３１，ウィーンフィルタ３３などを共用した電子ビーム装置を説明したが、一次ビーム系と二次ビーム系とを各々独立させて、各々にカソードレンズを備える構成であっても良い。
【００７４】
本発明は、電子ビーム以外の荷電粒子ビーム（イオンビームなど）を用いた装置（荷電粒子ビーム装置）にも適用可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、撮像手段による１画面の撮像時間内に荷電粒子ビームの照射期間と非照射期間とを少なくとも１回ずつ確保することができるため、荷電粒子ビームの照射によるチャージを非照射期間にディスチャージできる。その結果、試料のチャージアップが回避され、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電子ビーム装置１０の構成図である。
【図２】観察モードにおける線状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図３】一次ビームの経路の偏向を説明する図である。
【図４】２Ｄセンサ４４に投影された試料像を説明する図である。
【図５】線状ビームによる間欠照明を説明する図である。
【図６】面状ビームによる連続照明を説明する図である。
【図７】検査モードにおける線状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図８】撮像視野に対する試料１５の被検査領域の移動を説明する図である。
【図９】ＴＤＩセンサ４３の構成を示す概略図である。
【図１０】検査モードにおける照射領域の別の例を説明する図である。
【図１１】第２実施形態の電子ビーム装置５０の構成図である。
【図１２】縞状パターンを有する照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図１３】撮像視野に対する試料１５の被検査領域の移動を説明する図である。
【図１４】別の縞状パターンの照射領域を示す図である。
【図１５】格子状パターンの照射領域を示す図である。
【図１６】蜂の巣状パターンの照射領域を示す図である。
【図１７】第３実施形態の電子ビーム装置６０の構成図である。
【図１８】面状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電子ビーム装置
１１ 一次コラム
１２ 二次コラム
１３ チャンバー
１５ 試料
２１ 電子銃
２１Ａ，５４，５６，５７ 照射領域
２３ 一次光学系
２４ 一次偏向器
２５ 切替ミラー
２７ 固定ミラー
２８ ステージ
３１ カソードレンズ
３２ ニューメニカルアパーチャ
３３ ウィーンフィルタ
３４ 第２レンズ
３５ フィールドアパーチャ
３６ 第３レンズ
３７ 第４レンズ
３８ 二次偏向器
３９ 検出器
４１ ＭＣＰ
４２ 蛍光板
４３ ＴＤＩセンサ
４４ ２Ｄセンサ
４６ 光学リレーレンズ
４７ ビューポート
５１ アパーチャ構成板
５２，５３ 電子レンズ
６１ 電子銃アレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子ビームを試料に照射し、試料から発生する二次ビームの二次元像を撮像して試料の画像情報を取り込む荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＳＩの高集積化に伴って、ウエハやマスクなどの試料における欠陥の検出感度をより一層高めることが要求されている。また、検出感度の向上だけでなく、欠陥検出の高速化も望まれている。
そして、これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いたＥＢ検査装置の開発が進められている。ＥＢ検査装置では、試料に対して電子ビームを照射し、試料から発生する二次ビームの二次元像（試料像）をイメージセンサにより撮像し、取り込んだ試料の画像情報に基づいて欠陥検出を行う。
【０００３】
このようなＥＢ検査装置の中でも特開平１０−１９７４６２号公報に記載された装置では、図１８に示すように、撮像視野７１以上の大きさを有し電流密度が均一な電子ビーム（面状ビーム）７２を試料７３に照射することで、イメージセンサの撮像面に一括で試料像を投影し、画像情報の取り込みの高速化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した面状ビーム７２を試料７３に照射して画像情報を取り込む場合、画像情報の取り込みの対象となる試料７３の領域には、少なくとも１画面の撮像に掛かる時間にわたって電子が連続的に入射することになり、試料７３がチャージアップする問題があった。
【０００５】
試料７３のチャージアップとは、試料７３に入射する電子の量が試料７３から放出される電子（二次ビーム）の量よりも多くなる現象である。ちなみに、チャージアップの程度は、試料７３の組成や表面構造によって異なる。
電子が試料７３に入射する際のエネルギー（ランディングエネルギー）を調整することによりチャージアップを回避しようとしても、面状ビーム７２の照射領域は広く、その中に様々な組成や表面構造の部分が含まれるため、全体的なチャージアップの回避は困難である。
【０００６】
試料７３がチャージアップすると、画像の歪みや異常コントラストが発生する。つまり、正常な画像情報の取り込みが行えない。
なお、試料７３に入射する電子の総量（ドーズ量）を減らすことによりチャージアップを回避することはできるが、ドーズ量を減らすと画像のコントラストが低下してしまうため、好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、試料へのドーズ量を減らすことなくチャージアップを回避できる荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料に対して荷電粒子ビームを照射する照射手段と、荷電粒子ビームの照射によって試料から発生する二次ビームの二次元像を撮像する撮像手段とを備えた荷電粒子ビーム装置であって、照射手段は、荷電粒子ビームの断面を整形することにより、撮像手段の撮像視野のうち撮像視野よりも小さい一部領域のみに荷電粒子ビームを導く手段であり、１画面の撮像期間内に撮像視野を一部領域で複数回走査する移動手段をさらに備えたものである。
【０００９】
これにより、撮像視野内に位置する試料の各地点では、一部領域の中に位置するときに荷電粒子ビームが照射され、一部領域から外れているときに荷電粒子ビームが照射されない。移動手段によって一部領域と試料との相対位置が移動されるため、撮像手段による１画面の撮像時間内には、荷電粒子ビームが照射される期間と照射されない期間とが少なくとも１回ずつ含まれることになる。
【００１０】
したがって、荷電粒子ビームの照射によってチャージした電荷は、荷電粒子ビームが照射されない期間にディスチャージする。その結果、試料のチャージアップが回避される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態では、荷電粒子ビーム装置の一例として電子ビーム装置を説明する。第１実施形態の電子ビーム装置１０は、電子ビームを用いて試料の観察や検査を行う装置であり、ステージを静止させた状態で試料画像を取得する観察モードと、ステージを移動させながら高速に試料画像を取得する検査モードとを切り替え可能に構成されている。まず始めに、電子ビーム装置１０の全体構成について説明し、その後、各動作モードの説明を行う。
【００１３】
電子ビーム装置１０は、図１に示されるように、一次コラム１１と、二次コラム１２と、チャンバー１３とで構成されている。このうち一次コラム１１は、二次コラム１２の側面に対して斜めに取り付けられている。また、二次コラム１２の下部に、チャンバー１３が取り付けられている。これら一次コラム１１，二次コラム１２，チャンバー１３は、真空排気系（不図示）のターボポンプにより排気されて、内部の真空状態が維持される。
【００１４】
ここで、一次コラム１１、二次コラム１２およびチャンバー１３の構成について各々説明する。
〔一次コラム〕
一次コラム１１の内部には、電子銃２１が配置されている。電子銃２１は、陰極から放出された熱電子を加速すると共に集束し、電子ビームとして出射するものである。この電子銃２１の陰極には通常、矩形陰極で大電流を取り出すことができるランタンヘキサボライト（ＬａＢ6）が用いられる。また、電子銃２１には、電子銃２１の位置調整などを行う不図示のガンアライメント機構やガンアライナも設けられている。
【００１５】
また、電子銃２１から出射される電子ビーム（以下「一次ビーム」という）の光軸上には、３段構成の一次光学系２３と、２段構成の一次偏向器２４とが配置されている。
一次光学系２３の各段は、回転軸非対称の四重極（または八重極）の静電レンズ（または電磁レンズ）にて構成され、いわゆるシリンドリカルレンズと同様、一次ビームを集束または発散させる。この一次光学系２３によれば、出射電子を損失することなく、一次ビームの断面を任意の形状（矩形状や楕円形状など）に整形することができる。なお、一次光学系２３の各段が静電レンズの場合、一次ビームの断面の整形は、各静電レンズへの印加電圧の最適化により行われる。
【００１６】
また、一次偏向器２４は、静電偏向器（または電磁偏向器）にて構成される。一次偏向器２４が静電偏向器の場合、各電極への印加電圧を変化させることで、一次ビームの経路を一次元方向または二次元方向に偏向させることができる。
なお、上記した一次コラム１１内の電子銃２１，一次光学系２３，一次偏向器２４には、一次コラム制御ユニット２６が接続されている。一次コラム制御ユニット２６は、電子銃２１の加速電圧、一次光学系２３の各段の印加電圧、一次偏向器２４の各電極の印加電圧を制御する。一次コラム制御ユニット２６は、ホストコンピュータ１４に接続されている。
【００１７】
〔チャンバー〕
チャンバー１３の内部には、試料１５を載置すると共にＸＹ方向に移動可能なステージ２８が設置されている。このステージ２８には、所定のリターディング電圧が印加されている。
また、ステージ２８には、ステージ制御ユニット２９が接続されている。ステージ制御ユニット２９は、ステージ２８をＸＹ方向に駆動すると共に、レーザ干渉計（不図示）を用いてステージ２８のＸＹ位置を読み取り（データレートは例えば１０Ｈｚ）、ＸＹ位置信号をホストコンピュータ１４に出力する。
【００１８】
〔二次コラム〕
二次コラム１２の内部には、試料１５から発生する二次ビーム（後述する）の光軸上に、カソードレンズ３１、ニューメニカルアパーチャ３２、ウィーンフィルタ３３、第２レンズ３４、フィールドアパーチャ３５、第３レンズ３６、第４レンズ３７、二次偏向器３８および検出器３９が配置される。このうちカソードレンズ３１，第２レンズ３４，第３レンズ３６，第４レンズ３７を総じて適宜「二次光学系」と言う。
【００１９】
カソードレンズ３１は、例えば３枚の電極にて構成され、下方（試料１５側）から１つ目と２つ目の電極に所定の電圧が印加され、３つ目の電極がゼロ電位に設定される。カソードレンズ３１と試料１５（ステージ２８）との間には、一次ビームを減速させ、二次ビームを加速させる電界が形成される。
ニューメニカルアパーチャ３２は、開口絞りに相当するもので、カソードレンズ３１の開口角を決定する。ニューメニカルアパーチャ３２は、円形の開口部を有する金属製（Ｍｏ等）の薄膜板であり、その開口部をカソードレンズ３１の焦点位置に一致させて配置される。このため、ニューメニカルアパーチャ３２とカソードレンズ３１とは、テレセントリックな電子光学系を構成する。これにより、光学顕微鏡で云うケーラー照明が実現される。
【００２０】
ウィーンフィルタ３３は、電磁プリズムとして作用する偏向器であり、ウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ。なお、ｖは荷電粒子の速度、Ｅは電界、Ｂは磁界を表し、Ｅ⊥Ｂである。）を満たす荷電粒子（例えば二次ビーム）のみを直進させ、それ以外の荷電粒子（例えば一次ビーム）の軌道を曲げることができる。
第２レンズ３４，第３レンズ３６，第４レンズ３７は、すべてユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズと呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、それぞれ３枚の電極で構成されている。各レンズは通常、外側の２つの電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることでレンズ作用が制御される。
【００２１】
フィールドアパーチャ３５は、第２レンズ３４と第３レンズ３６との間に配置され、光学顕微鏡の視野絞りと同様、視野を必要範囲に制限している。
二次偏向器３８は、上記した一次偏向器２４と同様の偏向器である。この二次偏向器３８によれば、二次ビームの経路を一次元方向または二次元方向に偏向できる。
【００２２】
検出器３９は、ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）４１と、蛍光板４２と、ビューポート４７と、光学リレーレンズ４６と、切替ミラー２５と、固定ミラー２７と、ＴＤＩ（Time Delay and Integration）アレイＣＣＤセンサ（以下「ＴＤＩセンサ」という）４３と、二次元ＣＣＤセンサ（以下「２Ｄセンサ」という）４４とから構成される。
【００２３】
ＭＣＰ４１は、電子を加速増倍する。蛍光板４２は、電子像を光学像に変換する。ビューポート４７は、検出器３９内を真空室Ａと大気室Ｂとに分けると共に、光学像を透過させる透過窓である。光学リレーレンズ４６は、光学像を約１／３に縮小する。切替ミラー２５は、光学リレーレンズ４６の光軸４６ａに対して斜めに配置され、光軸４６ａから退避自在である。固定ミラー２７は、切替ミラー２５の反射光軸上に斜めに配置される。ＴＤＩセンサ４３は、切替ミラー２５が光軸４６ａから退避されているとき（点線の状態）、光学像を撮像する。２Ｄセンサ４４は、切替ミラー２５が光軸４６ａに挿入されているとき（実線の状態）、光学像を撮像する。ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４は、複数の受光画素が二次元配列された撮像面を有するイメージセンサである。ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４には、画像処理ユニット４８が接続されている。
【００２４】
なお、上記した二次コラム１２の二次光学系（３１，３４，３６，３７）と二次偏向器３８と切替ミラー２５とには、二次コラム制御ユニット４９が接続されている。二次コラム制御ユニット４８と画像処理ユニット４９は、ホストコンピュータ１４に接続されている。また、ホストコンピュータ１４には、ＣＲＴ１６が接続されている。
【００２５】
次に、第１実施形態の電子ビーム装置１０における一次ビームおよび二次ビームの軌道などについて順に説明する。
〔一次ビーム〕
一次ビームは、電子銃２１の加速電圧に応じた電流量で出射される。電子銃２１からの一次ビームは、一次光学系２３のレンズ作用を受けながら通過して一次偏向器２４に達する。一次偏向器２４に電圧が印加されないとき、一次偏向器２４の偏向作用は一次ビームに及ばないので、一次ビームは一次偏向器２４を通過し、ウィーンフィルタ３３の中心部に斜めに入射する。
【００２６】
ウィーンフィルタ３３に入射した一次ビームは、ウィーンフィルタ３３の偏向作用により軌道が曲げられ、ニューメニカルアパーチャ３２の開口部に到達する。このとき、一次ビームはニューメニカルアパーチャ３２の開口部で結像する。
ニューメニカルアパーチャ３２とカソードレンズ３１とがテレセントリック光学系を構成しているため、ニューメニカルアパーチャ３２の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ３１を通過して平行ビームとなり、試料１５の表面に垂直かつ均一に照射される。
【００２７】
〔二次ビーム〕
試料１５に一次ビームが照射されると、その照射領域内の試料１５から、二次電子、反射電子、または後方散乱電子のうち、少なくとも１種からなる二次ビームが発生する。この二次ビームは、照射領域の二次元像を有する。なお、上記のように一次ビームが試料１５の表面に対し垂直に照射されるので、照射領域の二次元像は影のない鮮明な像となる。
【００２８】
試料１５からの二次ビームは、カソードレンズ３１によって集束作用を受け、ニューメニカルアパーチャ３２を通過すると共に、ウィーンフィルタ３３の偏向作用も受けずにそのまま直進し、第２レンズ３４を介してフィールドアパーチャ３５の開口部に結像する。
なお、ウィーンフィルタ３３に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ電子（例えば二次電子、反射電子、または後方散乱電子）のみを選択して通過させることができる。
【００２９】
そして、フィールドアパーチャ３５を通過した二次ビームは、後段に配置された第３レンズ３６と第４レンズ３７とによって集束や発散を繰り返し、二次偏向器３８を通過して、検出器３９の検出面に再結像される。
さらに、検出器３９の検出面に再結像した二次ビームは、検出器３９内のＭＣＰ４１を通過する際に加速増倍され、蛍光板４２で光に変換される。そして、蛍光板４２からの光は、光学リレーレンズ４６を介してＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に結像する。
【００３０】
このように、フィールドアパーチャ３５の開口部に得られた照射領域の中間像は、第３レンズ３６，第４レンズ３７を介して検出器３９の検出面に拡大投影され、蛍光板４２において光学像に変換されたのち、ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に投影される。ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４の撮像面に投影された試料像は、照射領域と相似形である。
【００３１】
この試料像は、撮像面を構成する複数の受光画素各々にて信号電荷に変換される。そして、各受光画素の信号電荷は、画像処理ユニット４８から入力される駆動パルスに応じて垂直方向および水平方向に順次転送され、画像処理ユニット４８に出力される。
画像処理ユニット４８は、ＴＤＩセンサ４３または２Ｄセンサ４４からの出力信号をＡ／Ｄ変換して内部のＶＲＡＭに格納し、試料１５の画像情報を生成してホストコンピュータ１４に出力する。
【００３２】
ホストコンピュータ１４は、画像処理ユニット４８から出力される画像情報に基づいて、ＣＲＴ１６に画像を表示させる。また、ホストコンピュータ１４は、画像情報に対してテンプレートマッチング等を実行することで、試料１５の欠陥箇所を特定する。
【００３３】
次に、上記のように構成された電子ビーム装置１０の動作について説明する。電子ビーム装置１０の動作には、ステージ２８を静止させた状態で２Ｄセンサ４４を用いて試料１５の画像情報を取り込む観察モードと、ステージ２８を一定速度で移動させながらＴＤＩセンサ４３を用いて高速に試料１５の画像情報を取り込む検査モードとがある。何れのモードにおいても、電子ビーム装置１０は、ＴＤＩセンサ４３，２Ｄセンサ４４の撮像面の１つの受光画素に対応する試料１５でのサイズが０．１μｍとなるように調整されている。
【００３４】
まず、観察モードについて説明する。
観察モードにおいて、二次コラム制御ユニット４９は、切替ミラー２５を光学リレーレンズ４６の光軸４６ａに挿入させる（実線の状態）。これにより、試料１５の照射領域の二次元像（光学像）が２Ｄセンサ４４に導かれる。なお、観察モードでは、二次コラム１２の電気的および機械的な設定状態が全て固定のまま保たれる。
【００３５】
ステージ制御ユニット２９は、ステージ２８をＸＹ方向に駆動し、試料１５の中の観察したい領域（例えば欠陥箇所を含む領域）を図２に示す撮像視野４４Ａ内に位置決めする。位置決め後、ステージ２８は静止される。以下、撮像視野４４Ａ内に位置決めされた試料１５の領域を「被観察領域１５Ａ」と言う。
撮像視野４４Ａは、二次光学系（３１，３４，３６，３７）と光学リレーレンズ４６と２Ｄセンサ４４の撮像面とで決定される大きさの視野である。例えば、２Ｄセンサ４４の撮像面が１００pix×１００pixの受光画素で構成されるとき、撮像視野４４Ａの大きさは、試料１５の表面上で１０μｍ×１０μｍとなる。
【００３６】
一方、一次コラム制御ユニット２６は、一次光学系２３の印加電圧を制御することにより一次ビームの断面を整形し、試料１５の表面における一次ビームの照射領域２１Ａ（図２）が撮像視野４４Ａよりも小さく細長い矩形状となるように縦横サイズ（アスペクト比）を設定する。照射領域２１Ａに導かれる一次ビームを「線状ビーム」と言う。線状ビームの照射領域２１Ａ内での電流密度はほぼ均一である。
【００３７】
なお、第１実施形態において、照射領域２１ＡはＹ方向に細長いとする。照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)の長さは撮像視野４４ＡのＹ方向に沿った長さに相当する。照射領域２１Ａの幅は撮像視野４４Ａの１ライン分に相当する。
さらに、一次コラム制御ユニット２６は、一次偏向器２４の印加電圧を制御することにより線状ビームの経路を偏向させ（図３）、照射領域２１Ａの位置を撮像視野４４Ａ内で往復移動させる（図２も参照）。照射領域２１Ａの往復移動は、照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)に垂直な方向(Ｘ)に沿って一次元的に行われる。往復移動の速さは一定が好ましい。
【００３８】
その結果、電子ビーム装置１０では、撮像視野４４Ａ内の被観察領域１５Ａが、照射領域２１Ａ（線状ビーム）によって繰り返し走査される。この走査中、２Ｄセンサ４４の撮像面４４Ｂ（図４）では、照射領域２１Ａに対応する細い矩形状の試料像２１Ｂが往復移動し、撮像面４４Ｂの各受光画素に信号電荷が蓄積されていく。
【００３９】
そして、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像に掛かる時間（撮像時間Ｔ１）が経過すると、撮像面４４Ｂの各受光画素に蓄積された信号電荷が画像処理ユニット４８に出力され、被観察領域１５Ａの画像情報が取り込まれる。
ここで、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像時間Ｔ１内に、被観察領域１５Ａを照射領域２１Ａ（線状ビーム）でＮ回走査する場合を考える。この場合、被観察領域１５Ａの各地点には、図５に示すように、線状ビームがＮ回に分けて間欠的に照射される。つまり、１画面の撮像時間Ｔ１内に、線状ビームの照射期間と非照射期間とが交互にＮ回繰り返される。
【００４０】
したがって、１回目の照射期間に線状ビームによってチャージした電荷は、２回目の線状ビーム照射が始まるまでの非照射期間にディスチャージされ、２回目の照射期間にチャージした電荷は、３回目の線状ビーム照射が始まるまでの非照射期間にディスチャージされ、という具合に、チャージした電荷が直ぐにディスチャージされるため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避できる。
【００４１】
なお、２Ｄセンサ４４による１画面の撮像時間Ｔ１を一定とすれば、照射領域２１Ａ（線状ビーム）による被観察領域１５Ａの走査回数(Ｎ)が多いほど、１回の線状ビーム連続照射時間が短くなるため、照射期間内でのチャージ量そのものが低減し、チャージアップをより確実に回避することができる。
また、線状ビームの照射期間と非照射期間との時間比は、撮像視野４４Ａに対する照射領域２１Ａの面積比をＫとするとき（ただしＫ＜１）、Ｋ：(１−Ｋ)となる。例えば、Ｋ＝１／１００の場合、１％が線状ビームの照射時間、９９％がディスチャージに利用できる非照射期間となる。
【００４２】
なお、撮像視野４４Ａに対する照射領域２１Ａの面積比Ｋが小さいほど、線状ビーム連続照射時間が短くなるため、上記と同様に、照射期間内でのチャージ量そのものが低減し、チャージアップをより確実に回避することができる。さらに、この場合には、線状ビーム連続照射時間が短い分だけ非照射時間が長くなるため、チャージした電荷を確実にディスチャージでき、チャージアップ回避に有効である。
【００４３】
以上のように、撮像視野４４Ａよりも小さい線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて間欠的に照明するため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避でき、歪みのない正常な画像情報を取り込むことができる。
さらに、２Ｄセンサ４４によって取り込まれる画像情報のコントラストは、１画面の撮像時間Ｔ１内に被観察領域１５Ａに入射する電子の総量（ドーズ量）によって良否が決まるため、ドーズ量Ｄについて考察する。良好なコントラストの画像情報を取り込むためには、ドーズ量Ｄを最適な値(Ｄｂ)に設定しなければならない。
【００４４】
ドーズ量Ｄは、被観察領域１５Ａに照射される線状ビームの電流量Ａと撮像時間Ｔ１との積で表される。このため、ドーズ量Ｄを最適な値(Ｄｂ)に設定する場合、線状ビームの電流量Ａも高めの値（例えば２００ｎＡ）に設定されることになる。
線状ビーム（照射領域２１Ａ）の面積は小さいため、最適なドーズ量(Ｄｂ)とするために設定された線状ビームの電流量(Ａｂ)を電流密度Ａ１に換算すると、非常に高い値となる。
【００４５】
しかし、電子ビーム装置１０では、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による間欠照明を行うため、線状ビームの連続照射時間が短く、照射期間内でのチャージ量が極端に増加することはない。また、照射期間内にチャージした電荷は非照射期間内に確実にディスチャージできるため、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避できる。
【００４６】
比較のため、被観察領域１５Ａに撮像視野４４Ａと同じ大きさの面状ビーム（図１８参照）を移動させずに照射する場合を考える。この場合のドーズ量Ｄを上記の最適な値(Ｄｂ)に設定するとき、面状ビームの電流量は線状ビームの電流量Ａと同様、高めの値（例えば２００ｎＡ）になる。
ただし、面状ビームの面積は広い（撮像視野４４Ａと同じ）ため、最適なドーズ量(Ｄｂ)とするために設定された面状ビームの電流量(Ａｂ)を電流密度Ａ２に換算しても、小さい値となる。
【００４７】
しかし、面状ビームを用いた場合、被観察領域１５Ａには撮像時間Ｔ１にわたって電子が連続的に入射することになり（図６）、被観察領域１５Ａにチャージした電荷をディスチャージできないため、被観察領域１５Ａのチャージアップは避けられない。
これに対し、第１実施形態の電子ビーム装置１０では、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による間欠照明を行うため、良好なコントラストの画像情報を取り込むために最適なドーズ量(Ｄｂ)とした場合でも、被観察領域１５Ａのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００４８】
なお、上記した観察モードでは、撮像時間Ｔ１内での線状ビーム（照射領域２１Ａ）による走査が少なくとも１回行われれば（走査回数Ｎ≧１）、同様の高品質な画像情報を取り込むことができる。
ちなみに、上記した観察モードは、試料１５の欠陥箇所を含む領域の観察に限らず、所定のテストパターンを観察することで、一次光学系２３や二次光学系（３１，３４，３６，３７）のフォーカス調整，収差調整、検出器３９における輝度調整など、装置調整を行うこともできる。また、組成や表面構造の異なる各種試料を予め観察することで、次に述べる検査モードでの最適な検査条件（線状ビームのアスペクト比，電流量など）を設定することもできる。
【００４９】
次に、検査モードについて説明する。
検査モードにおいて、切替ミラー２５は光学リレーレンズ４６の光軸４６ａから退避される（点線の状態）。これにより、試料１５の照射領域２１Ａの二次元像（光学像）はＴＤＩセンサ４３に導かれる。
この場合の撮像視野４３Ａ（図７）は、二次光学系（３１，３４，３６，３７）と光学リレーレンズ４６とＴＤＩセンサ４３の撮像面とで決定される大きさの視野である。例えば、ＴＤＩセンサ４３の撮像面が２０００pix×５００pixの受光画素で構成されるとき、撮像視野４３Ａの大きさは、試料１５の表面上で２００μｍ×５０μｍとなる。
【００５０】
試料１５を載置するステージ２８は、一定速度で一方向(Ｘ)に移動される。このとき、試料１５の中の検査したい領域は撮像視野４３Ａを横切って移動する。以下、試料１５の検査したい領域のうち１画面分（「被検査領域１５Ｂ」と言う）に注目して説明を行う。被検査領域１５Ｂは、ステージ２８の移動に伴い、図８(ａ)〜(ｃ)に示すように撮像視野４３Ａを横切って移動する。
【００５１】
ステージ２８が移動すると、ステージ制御ユニット２９はレーザ干渉計（不図示）を用いて検知したステージ２８の位置信号をホストコンピュータ１４に出力する。ホストコンピュータ１４は、ステージ２８の位置信号に同期して画像処理ユニット４８を制御し、ＴＤＩセンサ４３を駆動させる。
ＴＤＩセンサ４３（図９）では、各受光画素の信号電荷が、画像処理ユニット４８から入力される駆動パルスに応じて垂直方向および水平方向に順次転送され、画像処理ユニット４８に出力される。なお、信号電荷の垂直転送は、上記したステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動（図８(ａ)〜(ｃ)）に同期しながら、水平ライン４３-1〜４３-Nごとに行われる。このため、ＴＤＩセンサ４３の各水平ライン４３-1〜４３-Nに蓄積される信号電荷は、垂直方向に隣接する水平ラインに転送される度に積算される。
【００５２】
このように、検査モードでは、ステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動とＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送とを同期制御させながら、上記の観察モードと同様の線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査する（図７）。
【００５３】
なお、検査モードにおける線状ビームは、照射領域２１Ａが撮像視野４３Ａよりも小さく細長い矩形状となるように整形されている。照射領域２１Ａの大きさは、長手方向(Ｙ)が２００μｍ、幅方向(Ｘ)が１μｍである。また、照射領域２１Ａの長手方向(Ｙ)はＴＤＩセンサ４３の水平方向に一致する。
このような線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査すると、ＴＤＩセンサ４３の撮像面４３Ｂ（図９）では、照射領域２１Ａに対応する細い矩形状の試料像が垂直方向に往復移動し（図４参照）、撮像面４３Ｂの各受光画素に信号電荷が蓄積されていく。
【００５４】
また同時に、撮像面４３Ｂの各受光画素に蓄積された信号電荷の垂直転送と、最終水平ライン４３-Nの信号電荷の水平転送とが、ステージ２８（被検査領域１５Ｂ）の移動に同期して制御される。
そして、ＴＤＩセンサ４３による１画面の撮像時間Ｔ２が経過した時点で、画像処理ユニット４８には、被検査領域１５Ｂの画像情報が取り込まれたことになる。
【００５５】
このように、検査モードにおいても、撮像視野４３Ａよりも小さい線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて間欠的に照明するため、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、歪みのない正常な画像情報を取り込むことができる。
また、良好なコントラストの画像情報を取り込むために最適なドーズ量(Ｄｂ)とした場合でも、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００５６】
さらに、検査モードによれば、ステージ２８を高速移動させながら試料１５の画像情報を取り込むので、試料１５の比較的広い領域または全体から連続的にかつ短時間で画像情報の取り込みを行うことができる。
【００５７】
ステージ２８を高速移動させているため、ステージ２８の速度変動や機械的振動に起因する試料像の微小な位置ずれ（１μｍ以下）が発生する可能性もあるが、試料像の位置ずれは、二次偏向器３８に位置補正用電圧を供給することにより補正できる。
なお、上記した検査モードでは、線状ビーム（照射領域２１Ａ）を用いて撮像視野４３Ａ内を繰り返し走査する（図７）に当たり、この走査とＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送とを同期制御することが好ましい。
【００５８】
この場合の同期制御も、ステージ２８が移動したときにステージ制御ユニット２９からホストコンピュータ１４に出力される上記の位置信号に基づいて行われる。上記の位置信号は、ステージ２８の移動とＴＤＩセンサ４３での垂直転送との同期制御に用いるものである。
ホストコンピュータ１４が上記の位置信号に同期して一次コラム制御ユニット２６を制御し、一次偏向器２４への印加電圧を変化させることで、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による繰り返し走査（図７）とＴＤＩセンサ４３での垂直転送（図９）とを同期制御できる。
【００５９】
その結果、ＴＤＩセンサ４３での１回の垂直転送から次の垂直転送までの間に、線状ビーム（照射領域２１Ａ）が少なくとも１回走査されることになる。したがって、被検査領域１５Ｂへのドーズ量が均一となり、線状ビーム（照射領域２１Ａ）による照明むらを無くすことができる。
また、上記した検査モードでは、線状ビーム（照射領域２１Ａ）の長手方向がはＴＤＩセンサ４３の水平方向(Ｙ)に一致する例（図７）を説明したが、ＴＤＩセンサ４３の垂直方向(Ｘ)に細長い線状ビーム（照射領域２１Ｂ）を用いることもできる（図１０）。照射領域２１Ｂの大きさは、例えば、長手方向(Ｘ)を５０μｍ、幅方向(Ｙ)を１μｍとすればよい。この場合には、線状ビーム（照射領域２１Ｂ）で長手方向(Ｘ)に垂直な方向(Ｙ)に沿って走査することにより、同様に、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる
なお、上記した第１実施形態（観察モード，検査モード）では、細長い矩形状の線状ビームを例に説明したが、細長い楕円状の線状ビームを用いてもよい。線状ビームの幅は１ライン分に限らず、複数ライン分でもよい。また、細長い線状ビームに限らず、スポット状ビームを用いることもできる。この場合には、スポット状ビームで二次元方向(Ｘ)(Ｙ)に走査することにより、同様の高品質な画像取り込みが行われる。線状ビームやスポット状ビーム（一次ビーム）のアスペクト比は、試料１５の組成や表面構造に応じて設定すればよい（１０：１〜１０００：１）。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態の電子ビーム装置５０は、上記した電子ビーム装置１０（図１）の一次コラム１１内にアパーチャ構成板５１を設けると共に、２Ｄセンサ４４，切替ミラー２５，固定ミラー２７を省略したものであり、それ以外の構成が電子ビーム装置１０と同じである。
【００６１】
図１１に示すように、電子ビーム装置５０のアパーチャ構成板５１は、一次光学系２３の一段目の電子レンズ５２と二段目の電子レンズ５３との間に配置されている。アパーチャ構成板５１には、複数のスリット状開口部が等間隔で配列されている。
したがって、試料１５の表面における一次ビームの照射領域５４（一部領域）は、図１２に示すように、複数の細長い照射部分５５が一定の間隔を開けて規則的に配列された縞状パターンとなる。各々の照射部分５５の長手方向(Ｙ)はＴＤＩセンサ４３（図９）の水平方向に一致する。なお、照射領域５４の外形は、撮像視野４３Ａとほぼ同じ大きさである。また、一次ビームは、照射領域５４の外形が撮像視野４３Ａと一致するように照射される。
【００６２】
電子ビーム装置５０では、一次ビームの経路を偏向することなく、ＴＤＩセンサ４３を用いて試料１５の画像情報を取り込む。一次ビームの経路を偏向しないため、画像取り込み中には、上記の照射領域５４の外形が撮像視野４３Ａに一致したままとなる。
【００６３】
ただし、ＴＤＩセンサ４３での信号電荷の垂直転送に同期して、試料１５を載置するステージ２８が一定速度で一方向(Ｘ)に移動されるため、試料１５の被検査領域１５Ｂは、図１３(ａ)〜(ｃ)に示すように、照射領域５４（複数の照射部分５５）を横切って移動することになる。ステージ２８およびステージ制御ユニット２９は請求項の「移動手段」に対応する。
【００６４】
その結果、被検査領域１５Ｂの各地点には、照射領域５４の各照射部分５５を通過する毎に間欠的に一次ビームが照射されることになる。つまり、ＴＤＩセンサ４３の１画面の撮像時間Ｔ２内に、一次ビームの照射期間と非照射期間とが交互に繰り返される（図５参照）。
一次ビームの照射期間は照射部分５５の幅に対応し、非照射時間は隣り合う照射部分５５どうしの間隔（隙間部分の幅）に対応する。繰り返し回数は照射領域５４を構成する照射部分５５の数に等しい。
【００６５】
このように、複数の照射部分５５によって一次ビームが間欠的に照射されるため、照射期間にチャージした電荷が非照射期間に直ぐディスチャージされ、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避できる。その結果、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像情報を取り込むことができる。
なお、照射部分５５の幅が狭いほど１回の一次ビーム連続照射時間が短くなるため、確実にチャージアップを回避でき、好ましい。また、照射領域５４を構成する照射部分５５の数が多いほど縞状パターンが細かくなるため、画像の明るさむらを平均化できる。
【００６６】
上記では照射領域５４を構成する各照射部分５５の長手方向(Ｙ)がステージ２８の移動方向(Ｘ)に垂直な例を説明したが、この例に限らない。例えば、図１４に示すように、各照射部分５７の長手方向がステージ２８の移動方向(Ｘ)に対して斜めを向いた照射領域５６でも、同様に、試料１５の被検査領域１５Ｂの各地点に一次ビームを間欠照射することができ、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００６７】
また、縞状パターンの照射領域５４，５６に限らず、図１５に示す格子状パターンの照射領域５８や図１６に示す蜂の巣状パターンの照射領域５９、またはメッシュ状パターンの照射領域であっても、同様に、被検査領域１５Ｂの各地点に一次ビームを間欠照射することができ、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【００６８】
上記した照射領域５６，５８，５９によれば、ステージ２８の移動方向(Ｘ)に積分した一次ビーム電流量が等しくなるため、ＴＤＩセンサ４３によって明るさむらのない画像を取り込むことができる。これら照射領域５６，５８，５９の実現に当たっては、電子ビーム装置５０のアパーチャ構成部材５１に代えて、各々のパターンを形成可能な開口部が配列されたアパーチャ構成部材を設ければよい。
【００６９】
さらに、一次コラム１１内の一次偏向器２４に補正用電圧を供給して、一次ビームの経路を偏向させ、照射領域５６，５８，５９をステージ２８の移動方向(Ｘ)とは垂直な方向(Ｙ)に振動させることにより、明るさむらをさらに低減させることができる。
また、上記した照射領域５４，５６，５８，５９の外形は、撮像視野４３Ａより小さくても大きくても良い。
【００７０】
（第３実施形態）
第３実施形態の電子ビーム装置６０は、図１７に示すように、上記した電子ビーム装置５０（図１１）の電子銃２１に代えて面状の電子銃アレイ６１を設けると共に、アパーチャ構成板５１を省略し、一次光学系２３を２段構成にしたものである。それ以外の構成は電子ビーム装置５０と同じである。
【００７１】
電子ビーム装置６０の電子銃アレイ６１は、例えばフィールドエミッション電子銃アレイにて構成される。この電子銃アレイ６１では、発光パターンを自由に変えることができる。発光パターンの例には、上記した縞状パターン（図１２，図１４）、格子状パターン（図１５）、蜂の巣状パターン（図１６）などが挙げられる。
【００７２】
試料１５の表面における一次ビームの照射領域は、電子銃アレイ６１の発光パターンとほぼ同じとなる。このため、上記した電子ビーム装置５０の場合と同様に、ステージ２８を一方向(Ｘ)に移動させることで、試料１５の被検査領域１５Ｂの各地点に対する一次ビームの間欠照射が可能となる。
その結果、被検査領域１５Ｂのチャージアップを回避でき、コントラストが良好で歪みのない高品質な画像を取り込むことができる。
【００７３】
電子ビーム装置６０によれば、部品交換をしなくても、電子銃アレイ６１の発光パターンを変えるだけで、照射領域のパターンを変更することができる。
また、電子銃アレイ６１上において、発光パターンをステージ２８の移動方向(Ｘ)と垂直な方向(Ｙ)に振動させることで、明るさむらを低減することができる。
上記した第１〜第３実施形態では、一次ビームが試料１５に照射されるまでの経路（一次ビーム系）と、試料１５からの二次ビームが検出器３９に到達するまでの経路（二次ビーム系）とで、カソードレンズ３１，ウィーンフィルタ３３などを共用した電子ビーム装置を説明したが、一次ビーム系と二次ビーム系とを各々独立させて、各々にカソードレンズを備える構成であっても良い。
【００７４】
本発明は、電子ビーム以外の荷電粒子ビーム（イオンビームなど）を用いた装置（荷電粒子ビーム装置）にも適用可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、撮像手段による１画面の撮像時間内に荷電粒子ビームの照射期間と非照射期間とを少なくとも１回ずつ確保することができるため、荷電粒子ビームの照射によるチャージを非照射期間にディスチャージできる。その結果、試料のチャージアップが回避され、高品質な画像情報を取り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の電子ビーム装置１０の構成図である。
【図２】観察モードにおける線状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図３】一次ビームの経路の偏向を説明する図である。
【図４】２Ｄセンサ４４に投影された試料像を説明する図である。
【図５】線状ビームによる間欠照明を説明する図である。
【図６】面状ビームによる連続照明を説明する図である。
【図７】検査モードにおける線状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図８】撮像視野に対する試料１５の被検査領域の移動を説明する図である。
【図９】ＴＤＩセンサ４３の構成を示す概略図である。
【図１０】検査モードにおける照射領域の別の例を説明する図である。
【図１１】第２実施形態の電子ビーム装置５０の構成図である。
【図１２】縞状パターンを有する照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【図１３】撮像視野に対する試料１５の被検査領域の移動を説明する図である。
【図１４】別の縞状パターンの照射領域を示す図である。
【図１５】格子状パターンの照射領域を示す図である。
【図１６】蜂の巣状パターンの照射領域を示す図である。
【図１７】第３実施形態の電子ビーム装置６０の構成図である。
【図１８】面状の照射領域と撮像視野とを説明する図である。
【符号の説明】
１０ 電子ビーム装置
１１ 一次コラム
１２ 二次コラム
１３ チャンバー
１５ 試料
２１ 電子銃
２１Ａ，５４，５６，５７ 照射領域
２３ 一次光学系
２４ 一次偏向器
２５ 切替ミラー
２７ 固定ミラー
２８ ステージ
３１ カソードレンズ
３２ ニューメニカルアパーチャ
３３ ウィーンフィルタ
３４ 第２レンズ
３５ フィールドアパーチャ
３６ 第３レンズ
３７ 第４レンズ
３８ 二次偏向器
３９ 検出器
４１ ＭＣＰ
４２ 蛍光板
４３ ＴＤＩセンサ
４４ ２Ｄセンサ
４６ 光学リレーレンズ
４７ ビューポート
５１ アパーチャ構成板
５２，５３ 電子レンズ
６１ 電子銃アレイ
Claims (6)
- 試料に対して荷電粒子ビームを照射する照射手段と、
前記荷電粒子ビームの照射によって前記試料から発生する二次ビームの二次元像を撮像する撮像手段とを備えた荷電粒子ビーム装置であって、
前記照射手段は、前記荷電粒子ビームの断面を整形することにより、前記撮像手段の撮像視野のうち撮像視野よりも小さい一部領域のみに前記荷電粒子ビームを導く手段であり、
１画面の撮像期間内に前記撮像視野を前記一部領域で複数回走査する移動手段をさらに備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記一部領域は、外形が線状である
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記一部領域は、複数の部分に分割され、該複数の部分が間隔を開けて配列されたものである
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記一部領域は、前記複数の部分が規則的に配列されたものである
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記移動手段は、前記荷電粒子ビームの経路を偏向して前記一部領域の位置を移動させる偏向手段を有し、
前記偏向手段は、１画面の撮像期間内に前記一部領域の位置を前記撮像視野内で繰り返し往復移動させる
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記撮像手段による撮像と前記移動手段による走査とを同期させて制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
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