JP5554852B2 - 試料検査装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体デバイス製造において用いられる、荷電粒子線を用いた半導体検査装置に関する。

半導体デバイス製造においては、ゲート電極や配線層間のコンタクトホールの寸法を測定するために走査電子顕微鏡式測長検査装置（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope、以下CD-SEMと記す）など一次電子線を利用した検査装置が荷電粒子線応用装置の１つの形態として用いられている。

ここで従来より用いられているSEM式半導体検査装置の電子光学系の概略を図１４に示す。

引き出し電極２の電圧により電子銃１から出た一次電子線２２（破線で示す）は、コンデンサレンズ３、走査偏向器５、絞り６、対物レンズ９等を通過して収束・偏向されて、半導体装置などの試料１０の検査位置に照射される。なお、コンデンサレンズ３、走査偏向器５、絞り６、対物レンズ９およびシールド電極１６は、光軸１８を中心軸とする軸対称形状に形成されている。

この試料１０には、一次電子線２２の減速用にリターディング電源２６より減速電圧（以下、リターディング電圧と記す）が印加されている。試料１０からは一次電子線２２の照射により二次電子線３２（破線で示す）が発生し、試料１０に印加されたリターディング電圧により加速され上方に移動する。加速された二次電子線２４は、このＥクロスＢ偏向器８により偏向され、二次電子検出器１４に入射する。この二次電子検出器１４では入射した二次電子２４が電気信号に変換され、プリアンプ（図示しない）によって増幅されて検査画像の信号用の輝度変調入力となり、検査領域の画像データが得られる。

半導体デバイス製造においては、試料１０は半導体ウェハであり、複数の矩形のチップが試料１０のほぼ全領域に亘って形成されている。そのため検査装置は試料１０の中央部のチップだけではなく、外側に形成されたチップの検査も行う場合がある。試料１０の外周部以外（例えば中央部）を検査する場合には、試料１０近傍の等電位面は光軸１８を中心軸とする軸対称分布となるが、試料１０の外周部を検査する場合には、図１５に示すように試料１０近傍の等電位面２０（破線で示す）の軸対称性が乱れてしまうという問題があった。このように等電位面２０の軸対称性が乱れてしまうと一次電子線２２が曲げられ、試料１０上の本来検査すべき位置（光軸１８と試料１１の表面とが交わる位置）から離れた位置３０に一次電子線２２が当たってしまう、いわゆる位置ずれの問題が生じる。

通常CD-SEMにおいては、機械的なステージを用いて粗い位置合わせを行い、その後SEM像を用いた高精度な位置合わせを行うことで、測長すべき位置を検出しているが、大きな位置ずれが起きた場合には、機械的なステージを用いて位置合わせした位置とSEM像を用いて位置合わせした位置とが遠く離れてしまうため、測長すべき位置への移動量が多くなってしまい、スループットの低下をもたらす原因となる。

またさらに試料である半導体ウェハは、直径300mmのものや、さらに直径450mmのものといった大口径化がますます進行しようとしている。このように半導体ウェハが大口径化するとその外縁の曲率が小さくなるため、そのウェハに作成される矩形のデバイスチップを、以前よりも半導体ウェハの外縁近くまで作成することが可能になる。それに伴い、半導体デバイス製造においては以前よりも、外縁のより近くまで検査したいという要求が高まっている。前述の位置ずれの量は、検査位置が半導体ウェハの外周であるほど大きくなることが知られており、前述した一次電子線の曲がりが引き起こす位置ずれの問題はより重要なものとなっている。

このような試料の外周部での等電位面２０の軸対称性の乱れを防止する技術として、試料（ここでは基板）のエッジと、試料である基板の表面と同じ高さに構成された基板ホルダとの間に導体リングを設け、その導体リングに電圧を印加する技術が特許文献１によって開示されている。またこの技術においては、基板エッジと基板ホルダとの間のギャップサイズに応じて、導体リングに印加する電圧を調節している。この技術の適用によって、基板近傍の電位分布の乱れを防止することは可能である。

特開２００４−２３５１４９号公報

しかしながら基板ホルダの製造においては、ある程度の寸法誤差が避けられず基板ホルダの表面には凹凸やうねりが存在する。また基板ホルダをボルトなどでステージに取り付ける際には、ボルトの締め付け具合で基板ホルダの変形が生じ、同様に表面には凹凸やうねりが発生する可能性がある。これらは基板エッジの観察位置（例えば１２時の位置と３時の位置）によって、基板の表面高さと基板ホルダの表面高さとに違いを引き起こす。このような場合は基板エッジと基板ホルダとの間のギャップサイズに応じて導体リングに印加する電圧を調節しても基板近傍の電位分布の乱れを完全に補正することはできない。さらに複数の基板ホルダに関しても、寸法誤差が避けられないため、基板エッジの観察位置による基板の表面高さと基板ホルダの表面高さの違いが、基板ホルダの固体差によって生じる。

その結果、複数の検査装置を比較した場合に、基板近傍の電位分布の乱れに違いが生じるため、検査装置の固体差（装置間差）につながる可能性がある。またさらに、半導体製造においては様々な試料、例えば反った半導体基板を試料として検査する場合がある。その場合にも前述したケースと同様に、エッジにおける基板の表面高さが観察位置（例えば１２時の位置と３時の位置）によって違いが生じるため、基板エッジと基板ホルダとの間のギャップサイズに応じて導体リングに印加する電圧を調節しても基板近傍の電位分布の乱れを完全に補正することはできない。

またさらに、基板を基板ホルダに設置するために搬送する際に、万が一、搬送に失敗した場合には、基板が導体リングに接触する可能性がある。その場合は基板が損傷を受けたり、接触によってパーティクルが発生し基板に付着することによって電子デバイスに欠陥が生じたりする可能性がある。

またさらに、特許文献１に記載の検査装置では異なる大きさの試料の観察に対応しにくいという問題がある。半導体デバイスの製造ラインでは半導体ウェハが処理され、それを試料として検査するが、試料の大きさは直径200mm（以下φ200と記す）もしくは直径300mm（以下φ300と記す）や、さらに大口径化した直径450mm（以下φ450と記す）といった大きさの異なるウェハを検査する場合がある。

このような場合、特許文献１に記載の装置では、試料の外側に設置した導体リングの表面が、試料である基板の表面と同じ高さに構成されているため、直径の異なる試料の検査に対応しにくい。例えばφ300ウェハ用の導体リングが設置されている試料台にφ450ウェハを載せようとした場合、導体リングの表面がφ300ウェハの表面と同じ高さになるように設置されているため、φ450ウェハが導体リングに干渉して試料台に載せることができなくなる。このような場合には特許文献１に記載の装置では、それぞれの半導体ウェハに適した２種類の導体リングを予め用意しておき交換する必要がある。例えばφ300ウェハを検査した後にφ450ウェハの試料を測定する場合には、φ300ウェハ用の導体リングからφ450ウェハ用の導体リングに交換・設置する必要があり、検査装置の試料搬送機構が複雑になるという欠点がある。

本発明は、半導体ウェハ試料の外周部を検査する場合に，外周部に生じる位置ずれを防止できる半導体検査装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、その上に試料を保持するための試料台と、試料台を移動させる手段と、試料の表面に荷電粒子ビームを照射するためのビーム源と、荷電粒子ビームを試料の表面に走査するビーム走査手段とを備えた半導体検査装置において、試料台が第１の大きさの試料もしくは第１の大きさの試料よりも大きな第２の大きさの試料をその上に保持可能であり、第１の大きさの試料の外縁よりも外側で且つ第２の大きさの試料の外縁よりも内側で且つ試料の下面よりも低い位置にある第１の電極と、第２の大きさの試料の外縁よりも外側にある第２の電極と、第１の電極または第２の電極に電圧を印加するための第１の電圧供給源と、試料の検査位置と試料の厚さと荷電粒子ビームの照射条件に応じてこの電圧供給源の電圧を分析するための分析部と、分析部の分析結果をもとにこの電圧供給源の電圧を制御するための制御部とをさらに有することによって達成される。

本発明において、好適には、試料台が試料として、第１の大きさの試料と第１の大きさの試料よりも大きな第２の大きさの試料を保持可能であり、試料台の表面が誘電体で形成されており、誘電体内部で且つ前記第１の大きさの試料の外縁よりも内側の位置に設けられた第１の電極と、誘電体内部で且つ第１の電極の外側で且つその内縁が第１の大きさの試料の外縁よりも内側で且つその外縁が第１の大きさの試料の外縁よりも外側の位置に設けられた第２の電極と、誘電体内部で且つ第２の電極よりも外側で且つ第２の大きさの試料の外縁よりも内側の位置に設けられた第３の電極と、誘電体内部で且つ第３の電極の外側で且つその内縁が第２の大きさの試料の外縁よりも内側で且つその外縁が第２の大きさの試料の外縁よりも外側の位置に設けられた第４の電極と、第１の電極に正の極性の電圧を印加するために設けられた第１の電圧供給源と、第２の電極に負の極性の電圧を印加するために設けられた第２の電圧供給源と、第３の電極に正の極性の電圧を印加するために設けられた第３の電圧供給源と、第４の電極に負の極性の電圧を印加するために設けられた第４の電圧供給源とを有し、第２の電極は、第１の大きさの試料または第２の大きさの試料を試料台に吸着し、更に第１の電位補正電極として機能し、第４の電極は、第２の大きさの試料を試料台に吸着し、更に第２の電位補正電極として機能し、分析部は、第２の電圧供給源または第４の電圧供給源の電圧を分析し、制御部は、分析部の分析結果をもとに第２の電圧供給源または第４の電圧供給源の電圧を制御する構成を有する。

本発明において、更に好適には、荷電粒子ビームを試料上に収束する対物レンズと、この対物レンズと試料との間に設けられ、荷電粒子ビームの光軸上に孔を有し、試料と等電位に保持されるシールド電極とを更に備え、第２の電極の外縁と第１の大きさの試料の外縁との間の半径方向の長さの差と、第４の電極の外縁と第２の大きさの試料の外縁との間の半径方向の長さの差との少なくとも一方と、試料の測定位置の中で最も外側を測定するときの測定位置と試料の外縁との間の距離との和が、シールド電極の前記孔の半径以上となるように形成される構成を有する。

また、上記の目的を達成するために、試料台の表面が誘電体で形成され、それに電圧を印加することによって第１の大きさの試料または第２の大きさの試料を試料台に吸着するために誘電体内部で且つ第１の大きさの試料の外縁よりも内側の位置に設けられた第３の電極と、それに電圧を印加することによって第１の大きさの試料または第２の大きさの試料を試料台に吸着するために誘電体内部で且つ第１の大きさの試料の外縁よりも内側で且つ第３の電極の外側の位置に設けられた第４の電極と、それに電圧を印加することによって第２の大きさの試料を試料台に吸着するために誘電体内部で且つ第１の大きさの試料の外縁よりも外側で且つ第２の大きさの試料の外縁よりも内側の位置に設けられた第５の電極と、それに電圧を印加することによって第２の大きさの試料を試料台に吸着するために誘電体内部で且つ第５の電極よりも外側で且つ第２の大きさの試料の外縁よりも内側の位置に設けられた第６の電極と、第３の電極と第５の電極の少なくともいずれかに電圧を印加するために設けられた第２の電圧供給源と、第２の電圧供給源と異なる極性の電圧を第４の電極と第６の電極の少なくともいずれかに印加するために設けられた第３の電圧供給源とをさらに有することによって達成される。

本発明の構成を備えることによって、試料外周部を検査する場合に生じる位置ずれを防止できる半導体検査装置を提供できる。更に、試料外周部にパターンを描画する場合に生じる位置ずれを防止できる電子描画装置等の応用装置が提供可能となる。

第１実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの構成を示す側断面図である。 第１実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図である 。 第１実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台を示す図であり、図２のA-A 断面を示す図である。 第１実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの対物レンズとシールド電極と試料台 の近傍を拡大した側断面図である。 第１実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭで用いる試料台の電位補正電極に印加 する直流電源の電位と一次電子の曲がり量、及び光軸と試料外縁との距離と試料台の 電位補正電極に印加する直流電源の電圧との関係を示す図である。 第２実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図である 。 第２実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台を示す図であり、図６のＢ- Ｂ断面を示す図である。 第２実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの対物レンズとシールド電極と試料台 の近傍を拡大した側断面図である。 第３実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図である 。 第４実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第５実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第６実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第６実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの対物レンズとシールド電極と試料 台の近傍を拡大した側断面図である。 従来のＣＤ−ＳＥＭの構成の一例を示す側断面図である。 図１４に示すＣＤ−ＳＥＭの対物レンズとシールド電極と試料台の近傍を 拡大した側断面図である。 第７実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第７実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台内部の電極が試料外縁より もはみ出している量と、試料の観察位置と、シールド電極の孔半径と、一次電子線の 曲がり量との関係を示す２つのグラフ図である。 第７実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第８実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台の構成を示す側断面図であ る。 第８実施例に用いられるＣＤ−ＳＥＭの試料台を示す図であり、図１９の Ｃ-Ｃ断面を示す図である。

以下、本発明の最良の形態を図面を用いて説明する。

以下、本発明を適用した荷電粒子線を用いた半導体検査装置の一例として、ＣＤ−ＳＥＭに適用した第１の実施例について図１〜図５を用いて詳しく説明する。

図１はＣＤ−ＳＥＭの電子光学系の概略図である。また、図２は本実施例のＣＤ−ＳＥＭで使用する試料台１１近傍を拡大した断面図である。そのうち、図２（Ａ）は試料１０としてφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の構成を示すものである。また、図３は本実施例で使用した試料台１１の図２におけるA-A断面を示した図である。なお、位置関係をわかりやすくするために、溝５０の内縁と、溝５０の外縁と、窪み５４の内縁を破線で示す。また、図４は、試料１０としてφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１とシールド電極１６および対物レンズ９の近傍の構成であり、特に試料１０の外縁から2mmの位置を検査している場合の構成を示すものとする。

なお、以下の説明において、大きさの異なる複数の試料１０を扱う場合に、直径が小さなものから第１の大きさ、第２の大きさと記すものとする。また、試料台中の複数の電極や、それらに電圧を印加する電源についても、全体的にあるいはその機能毎に、原則そのように記すものとする。さて、本実施例においては第1の大きさの試料１０はφ300ウェハであり、第２の大きさの試料１０はφ450ウェハとなる。

図１に示すように、引き出し電極２の電圧により電子銃１から出た一次電子線２２は、コンデンサレンズ３、走査偏向器５、絞り６、対物レンズ９等を通過して収束・偏向されて、試料台１１上に載置された試料１０の検査位置に照射される。検査位置を変える場合には、試料台１１下に設置されたＸ−Ｙステージ１５を用いて試料１０を移動させる。なお、本実施例においては試料１０を円盤形状の半導体ウェハとした。

さらに試料１０近傍に、リターディング電位と同電位を印加するシールド電極１６を設けることにより、試料１０近傍の電位分布の乱れが軽減される。なお、対物レンズ９などは、光軸１８（一点鎖線で示す）を中心軸とする軸対称形状に構成されている。

この試料１０には、一次電子線２２の減速用にリターディング電源２６より減速電圧（以下、リターディング電圧と記す）が印加されている。試料１０からは一次電子線２２の照射により二次電子２４が発生し、上方に移動する。

対物レンズ９の電子銃側には隣接してＥクロスＢ偏向器８が設けてある。このＥクロスＢ偏向器８は、一次電子線２２に対しては電界と磁界による偏向量が互いに打ち消し合い、二次電子２４に対しては、両者の重ね合わせで電子を偏向させる偏向器である。試料１０から上方に移動してきた二次電子２４は、このＥクロスＢ偏向器８により偏向され、二次電子検出器１４に入射する。この二次電子検出器１４では入射した二次電子２４が電気信号に変換され、プリアンプ（図示しない）によって増幅されて検査画像の信号用の輝度変調入力となり、検査領域の画像データが得られる。

また、試料台１１の試料１０の外側の領域には電位補正電極４４−２が形成されており、これには電圧可変式の直流電源４８が接続されている。後述するように、この直流電源４８の電圧はＣＤ−ＳＥＭの検査位置（光軸１８と試料１０の外縁との距離）に応じて制御される。そのため分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離と一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源４８の設定電圧を求め、制御部２９は直流電源４８をその設定電圧に制御する。

図２に示すように、試料１０の下面（裏面）には導電体の接触ピン４０がばね（図示しない）によって押さえつけられ接触しており、そこにはスイッチ４２を介してリターディング電源２６が接続されている。またスイッチ４２は導電性の試料台１１にも接続されており、このスイッチ４２をＯＮにすることにより試料１０および試料台１１にはリターディング電圧（負の電圧）が印加される。また、試料１０の外側の領域の試料台１１にはリング状の溝５０が形成され、その底面は試料１０の下面よりも低い位置となっている。そ
の溝５０の底面には絶縁体５２−１が設置され、その上にリング状の電位補正電極４４−１が設置されている。その電位補正電極４４−１にはスイッチ４６−１を介して電圧可変式の直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−１をＯＮにすることにより電位補正電極４４−１に負の電圧が印加される。そのとき、電位補正電極４４−１にはリターディング電源２６と直流電源４８とが直列に接続されており、また、電位補正電極４４−１と試料台１１とは絶縁体５２−１で電気的に絶縁されているため、電位補正電極４４−１を試料１０の電位よりも低い電位（絶対値が大きい負の電位）に保持することができる。その結果、試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。なお、試料１０が第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの場合は、電位補正電極４４−２には電圧を印加する必要が無いため、それに接続されているスイッチ４６−２はＯＦＦにしておくことが望ましい。なお、図３から明らかなように、好適にはリング状の電位補正電極４４−１、４４−２は円形状の試料１０、試料台１１に対し、ほぼ同心円状の形状を有している。

次に試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を図２（Ｂ）に示す。試料１０の外側の領域の試料台１１は試料１０の下面よりも低く構成され、窪み５４が構成されている。その窪み５４には絶縁体５２−２が設置され、その上にリング状の電位補正電極４４−２が設置されている。その電位補正電極４４−２にはスイッチ４６−２を介して電圧可変式の直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−２をＯＮにすることにより電位補正電極４４−２に負の電圧が印加される。そのとき、電位補正電極４４−２にはリターディング電源２６と直流電源４８とが直列に接続されており、また、電位補正電極４４−２と試料台１１とは絶縁体５２−２で電気的に絶縁されているため、電位補正電極４４−２を試料１０の電位よりも低い電位（絶対値が大きい負の電位）に保持することができる。その結果、試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。なお、試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合は、電位補正電極４４−１には電圧を印加する必要が無いため、それに接続されているスイッチ４６−１はＯＦＦにしておくことが望ましい。

次に図４に示すように、電位補正電極４４−２の電位を試料１０の電位よりも低く保持すると、試料１０と電位補正電極４４−２との間の電位差によって等電位面２０−２が試料１０の外側で盛り上がる。このような作用が無い場合には図１５に示すように等電位面２０−１が試料１０の外側で落ち込むが、本実施例の適用によって図４に示すように等電位面２０−２が盛り上がることによって等電位面２０−１が上方に押し上げられ、その結果、試料１０表面近傍の等電位面２０−１が光軸１８を中心とする軸対称分布となる。これにより試料１０の外周部を検査する場合でも、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。

なお、図４では試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合を示したが、図２（Ａ）に示したように試料１０が第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの場合でも、同様に電位補正電極４４−１の電位を試料１０の電位（リターディング電位）よりも低い電位（絶対値がより大きな負の電位）にすることによって等電位面２０−２を盛り上げ、試料１０の外側で等電位面２０−１を上方に押し上げることによって、等電位面２０−１が光軸１８を中心とする軸対称分布となる。これにより試料１０の外周部を検査する場合でも、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。

なお、試料１０には接触ピン４０を介してリターディング電圧を印加しているため、電位補正電極４４−１や電位補正電極４４−２の電位の影響を受けることなく、試料１０はリターディング電位に保持される。なお、接触ピン４０は、使用する試料１０のうち最も小さいもの（本実施例では第１の大きさである直径300mm）に接触できる位置に設置することによって、異なる大きさの試料１０にも対応できる。

なお、電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２に負の電圧を印加することによって等電位面２０−２を持ち上げるためには、前述したようにそれぞれの電位補正電極の電位を試料１０の電位すなわちリターディング電位よりも低い電位（絶対値が大きい負の電位）にする必要があり、そのためそれぞれの電位補正電極と試料１０とが接触しないような位置に設置する必要がある。また万が一、試料１０を試料台11の上に設置する際に搬送に失敗した場合でも試料１０と電位補正電極４４−２とが接触しないことが望ましい。そのため本実施例においては、試料台１１表面の試料１０の外側近傍の位置に溝５０および窪５４みを設け、そこに電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２をそれぞれ構成することにより、それぞれの電位補正電極が試料１０下面よりも下の位置にあることになる。これにより、大きさの異なる試料１０を試料台１１に設置した場合でも、また万が一、試料１０を試料台１１の上に設置する際に搬送に失敗した場合でも、試料１０がそれぞれの電位補正電極に接触・干渉する恐れが無く、それぞれの電位補正電極の電位を試料１０の電位すなわちリターディング電位よりも低い電位に有効に保持できる。

以上の構成により、異なる大きさの試料１０を検査する場合でも、外周部を検査する場合の一次電子線２２の曲がりを無くし、位置ずれを防止する効果が得られる。

なお図１５に示したように、電位補正電極４４−１もしくは電位補正電極４４−２に電圧を印加しない場合の試料１０の外側での等電位面２０−１の落ち込み方は、ＣＤ−ＳＥＭの検査位置すなわち光軸１８と試料１０外縁との距離によって変化する。また、電位補正電極４４−１もしくは電位補正電極４４−２に印加する電圧の大きさによって、等電位面２０−２の持ち上がり方が変わるため、試料１０近傍の等電位面２０−１の分布も変化する。そのため、一次電子線２２の曲がりを無くすために電位補正電極４４−１もしくは電位補正電極４４−２に印加すべき最適な電圧は、光軸１８と試料１０外縁との距離によって変化する。また、この最適電圧は、対物レンズ９の構造など検査装置の構造や、リターディング電位などによって変化する。本実施例を適用したＣＤ−ＳＥＭでは、リターディング電圧が-2500V、試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを検査する場合で、直流電源４８の電圧（電位補正電極４４−１の電位はこの電圧にリターディング電圧を加えたものとなる）と一次電子線２２の曲がり量との関係が、図５（Ａ）に示すようなグラフで示されることが発明者らの実験により確かめられた。また、このような実験から、一次電子線２２の曲がりが問題となる試料１０外縁から検査位置（光軸１８の位置）までの距離が１〜４ｍｍにおいて、一次電子線２２の曲がり量をゼロにするための直流電源４８の電圧すなわち最適電圧は図５（Ｂ）に示されることがわかった。このようなデータを予め得ておき、検査位置に応じて直流電源４８の電圧を変化させることによって、電位補正電極４４−１の電位を変化させ、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くすことができる。

なお、試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを検査する場合を例にして説明を行ったが、第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを検査する場合でも同様な方法で、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くすことができる。ただし、φ450ウェハとφ300ウェハとは厚さが異なるため、一次電子線２２の曲がりをゼロにするための直流電源４８の最適電圧は異なる。そのために試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合にも図５（Ａ）および図５（Ｂ）で示すようなデータを予め得ておくことが必要である。

以上のような、光軸１８と試料１０の外縁との距離に応じて制御する直流電源４８の電圧のデータは、図１に示す分析部２７に蓄えられており、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離と試料１０の厚さとリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源４８の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源４８を制御する。これにより電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くすことができる。

次に本発明の第２の実施例に関して、第1の実施例との差異について説明する。本発明の第１実施例においては、試料１０を試料台１１の上に載置していたが、積極的に試料１０を吸着させてはいなかった。それに対し、本実施例では静電チャックを試料台１１として用いることにより、試料１０を試料台１１に吸着し、強固に保持できる。以下、図６〜図８を用いて本実施例の構成について説明する。

図６（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合、図６（Ｂ）は試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成をそれぞれ示した図である。また図７は、図６（Ａ）に示した試料台１１のB-B断面を示す上方図である。なお、位置関係をわかりやすくするために、溝５０の内縁および外縁と、電位補正電極４４−１の内縁および外縁と、窪み５４の内縁と、電位補正電極４４−２の内縁と外縁とを破線で示す。また図８は、試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１とシールド電極１６および対物レンズ９の近傍の構成を示した図である。

図６に示すように、本実施例で使用する試料台１１は、セラミクスからなる誘電体部３４と金属ベース３５と、誘電体部３４の内部に設けられた吸着用電極３２−１〜４と、誘電体部３４の表面に形成された電位補正電極４４−１〜２とから成る。なお、電極３２−２の外縁は試料１０である第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの外縁と同じ径かわずかに小さな径に構成されている。同様に、電極３２−４の外縁は試料１０である第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの外縁と同じ径かわずかに小さな径に構成されている。

図６（Ａ）に示すように、試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合は、電極３２−１および電極３２−２にそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより、電極３２−１と電極３２−２とにそれぞれ正・負の電圧を印加できる。試料１０下面（裏面）にはスイッチ４２を介してリターディング電源２６に接続された接触ピン４０がばね（図示しない）で押しつけられており、このスイッチ４２をＯＮにすることによりリターディング電圧が印加される。また、負の電圧を印加する直流電源３８−１と正の電圧を印加する直流電源３８−２もリターディング電源２６と直列に接続されているため、電極３２−１と電極３２−２にはリターディング電位を基準とする正・負の電圧がそれぞれ印加される。その結果、クーロン力もしくはジョンソン・ラーベック力（Johnson-Rahbeck force）が生じ、試料１０が試料台１１表面に有効に吸着される。なお、試料台１１の表面にある試料１０を吸着するための吸着面は、試料１０が吸着されたときに試料１０が平坦になるように構成されている。また電極３２−１と電極３２−２とが、試料１０のほぼ全領域をカバーするように構成されることにより、試料１０の全領域で試料台１１への吸着力が発生し、その結果、反りがある試料１０でも平坦になるように吸着される。

試料１０の外側の領域の誘電体部３４表面にはリング状の溝５０が形成されており、その溝５０底面は試料１０の下面よりも低い位置となっている。また溝５０底面には導電性の膜（例えば金属の膜）をコーティングすることによりリング状の電位補正電極４４−１が形成されており、そこにはスイッチ４６−１を介して電圧可変式の直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−１をＯＮにすることにより電位補正電極４４−１に負の電圧が印加され、その結果、試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。これにより第1実施例と同様に、試料１０の外周部を検査する場合でも、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、試料１０が第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの場合は、電極３２−３および電極３２−４および電位補正電極４４−２には電圧を印加する必要が無いため、それぞれに接続されているスイッチ３６−３とスイッチ３６−４とスイッチ４６−２とはＯＦＦにしておくことが望ましい。

次に試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を図６（Ｂ）に示す。この場合は図６（Ａ）で示した第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハ使用時と同様に電極３２−１および電極３２−２にそれぞれ電圧を印加するのに加え、電極３２−３および電極３２−４にも電圧を印加する。これら電極３２−３および電極３２−４にはスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２にそれぞれ接続されている。そのためこれらスイッチ３６−１〜４をＯＮにすることによって、試料１０が試料台１１に吸着される。このとき、電極３２−１〜４が、試料１０のほぼ全領域をカバーするように構成されることにより、試料１０の全領域で試料台１１への吸着力が発生し、その結果、反りがある試料１０でも平坦になるように吸着される。

試料１０の外側の領域の誘電体部３４は試料１０の下面よりも窪み、低く構成されている。その表面には電位補正電極４４−２が形成されており、そこにはスイッチ４６−２を介して直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−２をＯＮにすることにより電位補正電極４４−２に負の電圧が印加され、その結果、試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。これにより図８に示すように、第1実施例と同様に試料１０の表面近傍の等電位面２０−１が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。また、試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合でも、電位補正電極４４−１は溝５０の底面に形成されているために試料１０と電位補正電極４４−１とが干渉もしくは接触することなく試料台１１の上に設置・吸着させることができる。なお、試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合は電位補正電極４４−１に電圧を印加する必要が無いため、スイッチ４６−１はＯＦＦにしておくことが望ましい。

なお、試料１０には接触ピン４０を介してリターディング電圧を印加しているため、電位補正電極４４や内側の電極３２−１や外側の電極３２−２の電位の影響を受けることなく、試料１０はリターディング電位に保持される。なお、使用する試料１０のうち最も小さいもの（本実施例では第１の大きさである直径300mm）に接触できる位置に設置することによって、異なる大きさの試料１０にも対応できる。以上の構成により、異なる大きさの試料１０を検査する場合でも、外周部を検査する場合の一次電子線２２の曲がりを防止し、位置ずれを無くす効果が得られる。

なお、接触ピン４０は前述したようにばねによって試料１０に押さえつけられているが、もし試料１０が試料台１１に吸着されていない場合には、接触ピン４０によって試料１０が押し上げられ、試料台１１から浮き上がったり、試料１０の接触ピン４０で押されている領域が凸にたわんだりする恐れがある。本実施例で用いたCD-SEMのようにナノメートルレベルの精度の測定が必要な場合には、これは測定精度の低下をもたらし望ましくない。それに対し、本実施例においては前述したように試料台１１として静電チャックを使用することで試料１０が試料台１１に強固に吸着されているため、接触ピン４０によって試料１０が押し上げられ試料台１１から浮き上がったり、試料１０の接触ピン４０で押されている領域がたわんだりする恐れは無く、測定精度の低下を防ぐことができる。

なお、第1実施例のように試料台１１として静電チャックを用いない場合は、反りがある試料１０の場合には試料１０の外縁の高さが360度全周に渡って均一とならない。この場合は試料１０の外縁付近を検査する場合に、周方向の位置によって試料外縁付近の等電位面２０−１の落ち込み方が変化することになる。その場合は直流電源４８の最適電圧が、光軸１８と試料１０外縁との距離および一次電子線２２の照射条件の他に検査位置の周方向の位置によって変化することになり、直流電源４８の制御が複雑になる。それに対し本実施例においては、試料台１１として静電チャックが用いられているため試料１０の全面で試料台１１に吸着され試料１１の反りが無くなり、その結果試料１１の外縁での高さが360度全周に渡って均一となる。そのため、直流電源４８の最適電圧を決定する因子は光軸１８と試料１０外縁との距離および試料１０の厚さおよび一次電子線２２の照射条件だけとなり直流電源４８の制御が容易になる。

なお、小さな試料１０（本実施例では第１の大きさであるφ300ウェハ）を検査する場合に用いる電位補正電極（本実施例では電位補正電極４４−１）は必ず試料１０の下面よりも低い位置に設置する必要があるが、最も大きな試料１０（本実施例では第２の大きさであるφ450ウェハ）を観察する場合に使用する電位補正電極（本実施例では電位補正電極４４−２）はその限りではなく、試料１０と電位補正電極とが接触しない位置ならば、試料１０の下面よりも高い位置に設置しても良い。しかしながら、試料１０を試料台１１上に設置する際に搬送に失敗した場合、電位補正電極４４−２が試料１０下面よりも高い位置にある構成では、電位補正電極４４−２と試料１０とが接触してしまう恐れがある。その場合には接触によって生じたパーティクルが試料１０に付着する恐れがあり、これは半導体製造の歩留まり低下の原因となるため望ましくない。そのため、最も大きな試料１０を観察する場合に使用する電位補正電極４４−２も、試料１０の下面よりも低い位置に設置することが望ましい。

また、本実施例のように試料台１１として静電チャックを使用する場合には、計測処理後にスイッチ３６−１〜４をＯＦＦにした後の試料１０の試料台１１への残留吸着を無くすことが重要である。そのためには正負の各電極の面積が等しいことが望ましく、本実施例においては電極３２−１と電極３２−２との面積が等しく、また、電極３２−３と電極３２−４との面積が等しいことが望ましい。

更に、図７より明らかな通り、リング状の電位補正電極４４−１、４４−２と同様、好適には各電極３２−２、３２−３、３２−４は円形状の電極３２−１に対し、ほぼ同心円状に形成されることが望ましい。

なお、本実施例において、誘電体部３４の誘電体としてセラミクスを例示したが、具体的にはアルミナやＳＩＣなどを用いる。またポリイミドなどのセラミクス以外の誘電体を用いて良いことは言うまでもない。

以上に示した試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離とリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源４８の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源４８を制御する。これにより電極３２−３もしくは電位補正電極４４−２の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。またさらに本実施例においては試料台１１として静電チャックを使用することで試料１０が試料台１１に強固に吸着されているため、接触ピン４０によって試料１０が押し上げられ試料台１１から浮き上がったり、試料１０の接触ピン４０で押されている領域がたわんだりする恐れは無く、測定精度の低下を防ぐことができる。

次に第３の実施例に関して、第２の実施例との差異について説明する。第２実施例においては静電チャックである試料台１１の誘電体部分３４の表面に溝５０もしくは窪み５４を設け、その底面に電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２をそれぞれ設置した。その場合は、通常の静電チャック構造を持つ試料台１１を製造する工程に加えて、誘電体部分３４に溝５０及び窪み５４を設ける工程と電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を形成する工程とが新たに必要になる。そこで本実施例では、比較的単純な構成で、試料１０の外側且つ試料１０の下面よりも下の位置に電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を設けることによって、試料１０の外縁近傍を検査する場合でも一次電子線の曲がりを防止する機構を実現した。以下図９を用いて第３の実施例について説明する。

図９（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。

吸着用電極３２−１および電極３２−２にそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。試料１０の外側の領域の誘電体部３４の内部にはリング状の電位補正電極４４−１が形成されており、そこにスイッチ４６−１を介して電圧可変式の直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−１をＯＮにすることにより電位補正電極４４−１に負の電圧が印加される。電位補正電極４４−１は比誘電率が８〜１０程度の誘電体（本実施例ではセラミクスとする）からなる誘電体部３４で覆われており、この誘電体部３４を通して試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。これにより第1および第２の実施例と同様に、試料１０の外周部を検査する場合でも、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、試料１０が第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの場合は、電極３２−３および電極３２−４および電位補正電極４４−２には電圧を印加する必要が無いため、それぞれに接続されているスイッチ３６−３やスイッチ３６−４やスイッチ４６−２はＯＦＦにしておくことが望ましい。

次に試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を図９（Ｂ）に示す。この場合は図９（Ａ）で示した第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハ使用時と同様に電極３２−１および電極３２−２にそれぞれ電圧を印加するのに加え、吸着用電極３２−３および電極３２−４にも電圧を印加する。これら電極３２−３および電極３２−４にはスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２にそれぞれ接続されている。そのためこれらスイッチ３６−１〜４をＯＮにすることによって、試料１０が試料台１１に吸着される。このとき、吸着用電極３２−１〜４が、試料１０のほぼ全領域をカバーするように構成されることにより、試料１０の全領域で試料台１１への吸着力が発生し、その結果、反りがある試料１０でも平坦になるように吸着される。

試料１０の外側の領域の誘電体部３４内部には電位補正電極４４−２が形成されており、そこにはスイッチ４６−２を介して電圧可変式の直流電源４８が接続されており、このスイッチ４６−２をＯＮにすることにより電位補正電極４４−２に負の電圧が印加され、その結果、試料１０の外側に等電位面２０−２が盛り上がる。これにより第1実施例と同様に試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、試料１０がφ450ウェハの場合は電位補正電極４４−１に電圧を印加する必要が無いため、スイッチ４６−１はＯＦＦにしておくことが望ましい。

なお、電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２は試料１０下面よりも低い位置にあり、且つ誘電体部３４に覆われているため試料１０と干渉もしくは接触する恐れが無い。

以上の構成の試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離とリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源４８の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源４８を制御する。これにより電位補正電極４４−１もしくは電位補正電極４４−２の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。

また、試料台１１として静電チャックが用いられているため試料１０の全面で試料台１１に吸着され試料１１の反りが無くなり試料１１の外縁での高さが360度全周に渡って均一となる。その結果第２実施例に示したように、直流電源４８の最適電圧を決定する因子は光軸１８と試料１０外縁との距離および試料１０の厚さおよび一次電子線２２の照射条件だけとなり直流電源４８の制御が容易になる。

また、本実施例においてはセラミクスから成る誘電体部３４の内部に電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を形成した。このような構成は、誘電体のグリーンシートに電極３２−１〜４および電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２の形状を、導体（例えばタングステン）を含んだペーストでスクリーン印刷法によって印刷し、そこに誘電体の別のグリーンシートを重ね、加熱加圧により積層して一体化した後に焼成することによって製造できる。そのため、第２実施例で示した構成のように誘電体部３４に溝５０や窪み５４を形成し、そこに電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を形成するという煩雑な製造工程を避けることができ、安価に試料台１１を製造することが
できる。

次に第４の実施例について説明する。第３実施例においては２種類の大きさの異なる試料１０を検査する際にそれぞれ使用する２つの電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を、試料台１１の誘電体部分３４の内部に設けた。それに対し本実施例では、大きな試料１０を試料台１１に吸着させるために使用する吸着用電極を、小さな試料１０を計測する際に電位補正電極として使用することによって、比較的単純な構成で大きさの異なる試料１０の計測に対応させる。以下図１０を用いて、第４の実施例の第１〜第３の実施例との差について説明する。

図１０（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図であり、電極３２−１および電極３２−２にそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。

第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハである試料１０の外側の領域の誘電体部３４の内部にはリング状の電極３２−３および電極３２−４が形成されており、スイッチ３６−３をＯＮにすることによって、リターディング電源２６に直列に接続された電圧可変式の電源３８−３によってリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が電極３２−３に印加され、その結果、試料１０の外側で、誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。これにより第1〜第３の実施例と同様に、試料１０の外周部を検査する場合でも、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、前述したように一次電子線２２の曲がりを防止するためには試料１０の外側の電極に印加する電圧を制御する必要があるため、電源３８−３を電圧可変式の直流電源とした。

なお、図１０（Ｂ）に示すように試料１０が第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハの場合は、第３実施例と同様に、スイッチ３６−５をＯＮにすることによって、誘電体部３４の試料１０の外側の領域に設置された電位補正電極４４−２にリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）を印加することによって、等電位面２０−２が盛り上がり、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、前述したように電源３８−３は電圧可変式の直流電源としたが、スイッチ３８−１〜５をＯＦＦにした後の試料台１１に対する試料１０の残留吸着を無くすためには、電圧可変式の直流電源３８−３と電圧可変式の直流電源３８−４の電圧を、正負逆の極性で且つ絶対値を等しくすることが望ましい。

以上に示した試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１〜第３実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離とリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源３８−３もしくは直流電源３８−５の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源３８−３もしくは直流電源３８−５を制御する。これにより電極３２−３もしくは電位補正電極４４−２の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。またさらに、大きな試料１０を試料台１１に吸着させるために使用する電極３２−３を、小さな試料１０を計測する際に電位補正電極として使用することによって、比較的単純な構成を用いて前述の効果を得ることができる。

次に第５の実施例に関して、第１〜４実施例との差異について説明する。第３実施例においては２種類の大きさの異なる試料１０を検査する際にそれぞれ使用する２つの電位補正電極４４−１および電位補正電極４４−２を、静電チャックである試料台１１の誘電体部分３４の内部に設けた。それに対し本実施例では、試料１０を試料台１１に吸着させるために使用する電極を、試料１０の外縁よりもはみ出させることによって、試料１０の外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果を得るものである。以下図１１を用いて説明する。

図１１（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。電極３２−１および電極３２−２にはそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して電圧可変式の直流電源３８−１および、同じく電圧可変式の直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。第３実施例においては電極３２−２の外縁を第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハである試料１０の外縁と同じ径か、もしくはわずかに小さな径にしていたが、本実施例においては電極３２−２の外縁の直径を第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハである試料１０の直径よりも3mm大きくなるように直径306mmに構成した。なお、負の電圧に設定された直流電源３８−２にはリターディング電源２６が直列に接続されており、その結果、電極３２−２にはリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が印加される。その結果試料１０の外側には、試料１０からはみ出している部分の電極３２−２から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。その結果、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なおこのときの電圧可変式の直流電源３８−２は、一次電子線２２の曲がりを無くすのに適した電圧に設定されることは言うまでも無い。またさらに、電圧可変式の直流電源３８−１は、スイッチ３８−１とスイッチ３８−２とをＯＦＦにした後の試料台１１に対する試料１０の残留吸着を無くすために、適した電圧に設定されることが望ましい。また、試料１０が第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハの場合は、電極３２−３と電極３２−４とに電圧を印加する必要が無いため、スイッチ３８−３とスイッチ３８−４とをＯＦＦにしておくことが望ましい。

次に、図１１（Ｂ）に試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大して示す。この場合には電極３２−１および電極３２−２に電圧を印加すると共に、電極３２−３および電極３２−４にも電圧を印加する。これらの電極にはスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４を介して電圧可変式の直流電源３８−３および電圧可変式の直流電源３８−４が接続されており、これらのスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４をＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。

第３実施例においては電極３２−４の外縁を第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハである試料１０の外縁と同じ径か、もしくはわずかに小さな径にしていたが、本実施例においては電極３２−４の外縁の直径をφ450ウェハである試料１０の直径よりも3mm大きくなるように直径456mmに構成した。なお、負の電圧に設定された直流電源３８−４にはリターディング電源２６が直列に接続されており、その結果、電極３２−４にはリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が印加される。その結果試料１０の外側には、試料１０からはみ出している部分の電極３２−４から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。その結果、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なおこのときの電圧可変式の直流電源３８−４は、一次電子線２２の曲がりを無くすのに適した電圧に設定されることは言うまでも無い。またさらに、その他の電圧可変式の直流電源３８−１〜３は、スイッチ３８−１〜４をＯＦＦにした後の試料台１１に対する試料１０の残留吸着を無くすために、それぞれ適した電圧に設定されることが望ましい。

以上に示した試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１〜第４実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離と試料１０の厚さとリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源３８−２もしくは直流電源３８−４の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源３８−２もしくは直流電源３８−４を制御する。これにより電極３２−２もしくは電極３２−４の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。

さらに本実施例においては、一次電子線２２の曲がりを防止するために試料１０を試料台１１に吸着させるための電極を用いるために、電位補正電極を新たに設けなくて良く、比較的単純な構成を用いて前述の効果を得ることができる。

なお、電極４４−１〜４は試料１０下面よりも低い位置にあり、且つ誘電体部３４に覆われているため試料１０と干渉もしくは接触する恐れが無く、その結果試料１０を試料台１１の上に有効に設置・吸着させると共に、外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果が得られる。

次に第６の実施例に関して、第１〜５実施例との差異について説明する。第３実施例においては２種類の大きさの異なる試料１０を検査する際にそれぞれ使用する電位補正電極を、静電チャックである試料台１１の誘電体部分３４の内部にそれぞれ１つずつ設けた。それに対し本実施例では、２種類の大きさの異なる試料１０に対応する電位補正電極を、試料１０の外側に同心円状電極を複数設けることによって、電位補正電極４４の上に盛り上がる等電位面２０−２の分布をきめ細かに制御することを可能にする効果を得るものである。

図１２（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置した場合、図１２（Ｂ）は試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成をそれぞれ示した図である。また図１３は、試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１とシールド電極１６および対物レンズ９の近傍の構成を示した図である。

図１２（Ａ）に示すように、電極３２−１および電極３２−２にはそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して電圧可変式の直流電源３８−１および、電圧可変式の直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。第３実施例においては誘電体部３４内部で且つ電極３２−２の外側に１つのリング状の電位補正電極４４−１を設置していたのに対し、本実施例では電極３２−２の外側にリング状の電位補正電極４４−１ａと、その外側にリング状の電位補正電極４４−１ｂを設ける。また、電位補正電極４４−１ａと電位補正電極４４−１ｂとにはそれぞれスイッチ４６−１ａとスイッチ４６−１ｂとを介して電圧可変式の直流電源４８ａと電圧可変式の直流電源４８ｂとが接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより電位補正電極４４−１ａと電位補正電極４４−１ｂとに負の電圧が印加される。さらに直流電源４８ａおよび直流電源４８ｂは、リターディング電源２６に直列に接続されているため試料１０よりも低い電位（絶対値がより大きい負の電位）に保持される。これにより試料１０の外側かつ電位補正電極４４−１ａと電位補正電極４４−１ｂの近傍に等電位面２０−２が盛り上がる。またさらに、直流電源４８ａよりも直流電源４８ｂをより低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）にすることにより、試料１０の外側で盛り上がる等電位面２０−２の分布を、図１２（Ａ）に示すように外側でより盛り上がる分布とすることができる。また逆に、直流電源４８ａよりも直流電源４８ｂを高い電圧（絶対値がより小さな負の電圧、もしくは正の電圧）にすることにより、等電位面２０−２の分布を、内側でより盛り上がる分布とすることができる。このように直流電源４８ａと直流電源４８ｂの電圧を制御することにより、等電位面２０−２の分布をきめ細かに制御することができる。

なお、試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを試料台１１に設置する場合には、電極３２−３と電極３２−４および電位補正電極４４−２ａと電位補正電極４４−２ｂとに電圧を印加する必要は無いため、それらに接続されたスイッチ３６−３とスイッチ３６−４とスイッチ４６−２ａとスイッチ４６−２ｂとはすべてＯＦＦにすることが望ましい。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置する場合には、電極３２−１および電極３２−２に電圧を印加すると共に、電極３２−３および電極３２−４にも電圧を印加する。これらの電極にはスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２が接続されており、これらのスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４をＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。

第３実施例においては誘電体部３４内部で且つ電極３２−４の外側に１つのリング状の電位補正電極４４−２を設置していたのに対し、本実施例では電極３２−４の外側にリング状の電位補正電極４４−２ａと、その外側にリング状の電位補正電極４４−２ｂを設ける。また、電位補正電極４４−２ａと電位補正電極４４−２ｂとにはそれぞれスイッチ４６−２ａとスイッチ４６−２ｂとを介して電圧可変式の直流電源４８ａと電圧可変式の直流電源４８ｂとが接続されており、これらのスイッチをＯＮにすることにより電位補正電極４４−２ａと電位補正電極４４−２ｂとに負の電圧が印加される。さらに直流電源４８ａおよび直流電源４８ｂは、リターディング電源２６に直列に接続されているため試料１０よりも低い電位（絶対値がより大きい負の電位）に保持される。これにより試料１０の外側かつ電位補正電極４４−２ａと電位補正電極４４−２ｂの近傍に等電位面２０−２が盛り上がる。またさらに、直流電源４８ａよりも直流電源４８ｂを低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）にすることにより、試料１０の外側で盛り上がる等電位面２０−２の分布を図１２（Ｂ）に示すように、外側でより盛り上がる分布とすることができる。なお逆に、直流電源４８ａよりも直流電源４８ｂを高い電圧（絶対値がより小さな負の電圧、もしくは正の電圧）にすることにより、等電位面２０−２の分布を、内側でより盛り上がる分布とすることができる。このように直流電源４８ａと直流電源４８ｂの電圧を制御することにより、試料１０の外側で盛り上がる等電位面２０−２の分布をきめ細かに制御することができる。

本実施例では図１３に示すように、直流電源４８ａよりも直流電源４８ｂをより低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）にすることにより、等電位面２０−２の分布が外側でより盛り上がる分布となり、その結果試料１０の表面近傍の等電位面２０−１が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。

以上に示した試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１〜第５実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離と試料１０の厚さとリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源４８ａもしくは直流電源４８ｂの設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源４８ａもしくは直流電源４８ｂを制御する。これにより電位補正電極４４−１ａや電位補正電極４４−１ｂもしくは電位補正電極４４−２ａや電位補正電極４４−２ｂの電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。

また、試料１０の外側で盛り上がる等電位面２０−２の分布をきめ細かに制御することにより、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１の分布の軸対称性を、より優れたものにすることができる。

なお、試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを試料台１１に設置する場合には、電位補正電極４４−１ａと電位補正電極４４−１ｂとに電圧を印加する必要は無いため、それらに接続されたスイッチ４６−１ａとスイッチ４６−１ｂとはＯＦＦにすることが望ましい。

以上の構成により、試料１０の外周部を検査する場合でも、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。

次に第７の実施例に関して説明する。第５実施例においては、試料１０を試料台１１に吸着させるために用いる電極を、試料１０の外縁よりもはみ出させることによって、試料１０の外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果を得た。しかしながらその電極のはみ出させる長さについては言及していない。本実施例においては、発明者らによる検討結果をもとに、電極の試料１０の外縁よりもはみ出させる長さについて説明する。

以下、第１〜６実施例との差異について図１１および図１６〜図１８を用いて説明する。

図１１は第５実施例の説明で用いた図であり、本実施例のＣＤ−ＳＥＭで使用する試料台１１近傍を拡大した断面図である。また、図１６は試料１０としてφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１と、試料１０と同電位に保持されるシールド電極１６、および対物レンズ９の近傍の構成を示す図であり、試料１０の外縁から1mm内側の位置を検査している場合の構成を示すものとする。また、図１７は、電極３２−２の試料１０からのはみ出し量と一次電子線２２の曲がり量との関係を示したグラフである。また、図１８は本実施例のＣＤ−ＳＥＭで使用する試料台１１近傍を拡大した断面図であり、図１１とは直流電源の構成を変えたものである。同図より明らかなように、直流電源３８−１は図１１の直流電源３８−３を兼用し、直流電源３８−２は直流電源３８−４は兼用している。

以下、それぞれの図を用いて説明を行う。先に説明したように図１１（Ａ）は第１の大きさの試料１０としてφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。本実施例においては第５実施例と同様に電極３２−２の外縁の直径をφ300ウェハである試料１０の直径よりも大きくなるように構成し、そこに接続した直流電源３８−２を負の電圧に設定し、さらにリターディング電源２６を直列に接続しており、その結果、電極３２−２にリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）を印加する。その結果、試料１０の外側には、試料１０からはみ出している部分の電極３２−２から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。その結果、図１６に示すように、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。なお、試料１０が第１の大きさであるφ300ウェハの場合は、電極３２−３と電極３２−４とに電圧を印加する必要が無いため、スイッチ３６−３とスイッチ３６−４とをＯＦＦにしておくことが望ましい。

なお図１６に示すように、本実施例で示される構成を適用してφ300ウェハである試料１０の外周部を検査する場合、測長位置つまり光軸と試料１０の外縁との間の距離Ｘと、電極３２−２の外縁が試料１０の外縁からはみ出ている長さＤＲ１（つまり、電極３２−２の外縁の半径と試料１０の半径との差）と、光軸の周りにほぼ同心円状に形成されたシールド電極１６の孔の半径Ｒ１は、等電位面２０−１の分布に影響を与え、その結果、一次電子線２２の曲がり量に影響することが発明者らの評価により明らかになった。

前述したように、一次電子線２２の曲がり量を低減するためにはシールド電極１６の孔で落ち込む等電位面２０−１を持ち上げるために、電極３２−２から等電位面２０−２を盛り上げる必要があるが、その場合、ＤＲ１を広げるほど等電位面２０−２を盛り上げる領域が広くなるため、等電位面２０−２を盛り上げる効果が強くなる。しかし、シールド電極１６の孔で落ち込む等電位面２０−１はシールド電極１６の孔よりも外側の領域には無いために、電極３２−２の外縁がシールド電極１６の孔の縁よりも外側になるようにＤＲ１を長くしたとしても、等電位面２０−２を盛り上げる効果の更なる増加にはつながらない。すなわち光軸１８から電極３２−２の外縁までの距離（Ｘ＋ＤＲ１）がＲ１以下の場合はＤＲ１を長くするほど一次電子線２２の曲がり量を低減できるが、Ｘ＋ＤＲ１がＲ１以上の場合は、一次電子線２２の曲がり量の低減効果は飽和する。

次にＤＲ１を変えた場合の一次電子線２２の曲がり量を発明者らが評価した結果を図１７に示す。図１７（Ａ）はリターディング電源２６によるリターディング電圧を−２２００Ｖ、対物レンズ９の電位を＋５０００Ｖとし、直流電源３８−２によりリターディング電圧に−８００Ｖを加えた電圧、つまり−３０００Ｖの電圧を電極３２−２に印加した場合の、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１と、光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘと、一次電子線２２の曲がり量との関係を示したグラフである。このグラフの横軸は、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１と光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘとの和に対する、シールド電極１６の孔半径Ｒ１の比、すなわち（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１であり、縦軸は一次電子線２２の曲がり量を示す。この図より、観察位置が試料１０外縁から１〜３mm内側のいずれの場合においても、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が大きくなるほど一次電子線２２の曲がり量が小さくなるが、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が１以上の領域で、各々ある値で収束していることがわかる。

図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）と同様に、観察位置が試料１０外縁から１〜３mm内側の場合において、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１と一次電子線２２の曲がり量との関係を示したグラフであり、横軸は図１７（Ａ）と同じであるが、その縦軸は図１７（Ａ）に示した一次電子線２２の曲がり量を、それぞれの観察位置における一次電子線２２の曲がり量が飽和した値で規格化したものである。

この図から、いずれの場合においても（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が１以上の領域で、規格化した一次電子線２２の曲がり量がほぼ１に収束していることがわかる。これらの結果から、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１を大きくすることによって一次電子線２２の曲がり量を小さくすることが可能であり、そのためには電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１と光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘとの和を、シールド電極１６の孔半径Ｒ１以上にすることが有効であることが示された。

なお、第１実施例で用いた図５のグラフと同様に、本実施例においても直流電源３８−２の電圧を下げる（負電圧の絶対値を上げる）ことによって一次電子線２２の曲がり量を低減することができる。その場合、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１を１以上になるように構成することによって、絶対値がより小さな直流電源３８−２の電圧で一次電子線２２の曲がり量を低減することができる。直流電源３８−２の出力電圧の絶対値が大きい場合には、必要な直流電源のコストが問題となるため、直流電源３８−２の電圧の絶対値の低減はコスト削減につながる。そのため（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が１以上になるように、はみ出し量ＤＲ１を広げることが重要である。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、第２の大きさの試料１０としてφ450ウェハを試料台１１に設置した場合には、電極３２−１および電極３２−２に、それぞれ直流電源３８−１および直流電源３８−２によって電圧を印加すると共に、リング状の電極３２−３およびリング状の電極３２−４にも電圧を印加する。これらの電極にはスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４を介して直流電源３８−３および直流電源３８−４がそれぞれ接続されており、これらのスイッチ３６−３およびスイッチ３６−４をＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。この場合においても、電極３２−４の外縁の直径をφ450ウェハである試料１０の直径よりも大きくなるように構成し、リターディング電源２６に直列に接続された直流電源３８−４を負の電圧に設定することにより、電極３２−４にはリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が印加される。

その結果、試料１０の外側には試料１０からはみ出している部分の電極３２−４から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。その結果、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸１８を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが小さくなり位置ずれが防止される。この場合も、試料１０がφ300ウェハの場合と同様に、試料１０であるφ450ウェハからはみ出ている電極３２−４のはみ出し量ＤＲ１と光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘとの和を、シールド電極１６の孔半径Ｒ１以上にする、つまり（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１を１以上にすることによって、より絶対値が小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がり量を有効に小さくでき、位置ずれを防止できる。

なお、以上の構成において直流電源３８−２は電圧固定式の直流電源としたが、それに限るものではなく電圧可変式のものでも良い。その場合には、第１の大きさの試料１０としてφ300ウェハもしくは第２の大きさの試料１０としてφ450ウェハが試料台１１に設置されている場合に、それぞれ直流電源３８−２もしくは直流電源３８−４の電圧を制御することにより等電位面２０−２の分布を最適化し、一次電子線２２の曲がり量をより有効に小さくすることができる。

以上に示した試料台１１を図１に示したCD-SEMに適用することにより、第１〜第６実施例と同様に、分析部２７は、Ｘ−Ｙステージ１５の座標から光軸１８と試料１０の外縁との距離を求め、その距離と試料１０の厚さとリターディング電圧など一次電子線２２の照射条件とに応じた直流電源３８−２もしくは直流電源３８−４の設定電圧を求め、制御部２９は、その電圧に直流電源３８−２もしくは直流電源３８−４を制御する。これにより電極３２−２もしくは電位補正電極３２−４の電位を制御し、一次電子線２２の曲がりを防止することで、試料１０の外周部を検査している場合でも位置ずれを無くす効果が得られる。

さらに本実施例においては、試料１０を試料台１１に吸着させるための電極を、一次電子線２２の曲がりを防止するために用いるために、電位補正電極を新たに設けなくて良く、比較的単純な構成を用いて前述の効果を得ることができる。また、電極３２−１〜４は試料１０下面よりも低い位置にあり、且つ誘電体部３４に覆われているため試料１０と干渉もしくは接触する恐れが無く、その結果、試料１０を試料台１１の上に有効に設置・吸着させると共に、試料１０の外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果が得られる。

なお本実施例においては、図１１に示すように電極３２−１〜４に電圧を印加するための電源として直流電源３８−１〜４の４つを使用したが、その個数に限定するものではなく、先に説明したとおり、図１８に示すように直流電源３８−１〜２の２つを使用しても構わない。図１８は図１１で示したものと試料台１１の構成は同じであるが、電極３２−１〜４に電圧を印加する電源の構成を変えている。

図１８（Ａ）は第１の大きさの試料１０としてφ300ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。円盤形状の電極３２−１およびリング状の電極３２−２にはそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して直流電源３８−１および直流電源３８−２がそれぞれ接続されており、スイッチ３６−１およびスイッチ３６−２をＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。また、図１８（Ｂ）は第２の大きさの試料１０としてφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。スイッチ３６−１〜４をＯＮにすることにより、正の電圧に設定された直流電源３８−１によって電極３２−１および電極３２−３に、負の電圧に設定された直流電源３８−２によって電極３２−２および電極３２−４に、電圧が印加され、試料１０が試料台１１に吸着される。

これにより、試料１０の外側には試料１０からはみ出している部分の電極３２−２もしくは電極３２−４から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がり、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが無くなり位置ずれが防止される。

なお、CD-SEMによる測長が終了した後に試料１０を速やかに搬出するためには、スイッチ３６−１〜４をＯＦＦにした後の、試料１０に対する試料台１１の残留吸着力を弱くすることが必要である。このためには、正の電極の領域の吸着部と負の電極の領域の吸着部とに蓄えられた電荷量を等しくすることが効果的であることが特開平１０−１５０１００号公報に示されている。

そのため、本実施例においては、電極３２−１を半径104mmの円盤、電極３２−２を内半径108mm、外半径159mmのリング、電極３２−３を内半径163mm、外半径198mmのリング、電極３２−４を内半径202mm、外半径234mmのリングとした。また、シールド電極１６の孔半径Ｒ１を10mm、最も外側の観察位置を試料１０の外縁より1mm内側、つまり光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘを最小で1mmとした。この構成においては、試料１０がφ300ウェハの場合は正電圧が印加されている電極の領域の吸着部は半径104mmの円盤、負電圧の電極の領域の吸着部は内半径108mm、外半径150mmのリングとなり、正負の極の吸着部の面積がほぼ等しくなり、それぞれの極の電極に印加される電圧の絶対値を等しくすることにより、試料１０に対する試料台１１の残留吸着力を弱くすることができる。また、光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘが1mm以上の場合に、Ｘとシールド電極１６の孔半径Ｒ１との和と、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１との比（（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１）が１以上となり、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

また、試料１０がφ450ウェハの場合は、正の電極の領域の吸着部は半径104mmの円盤および内半径163mm、外半径198mmのリングとなり、負電圧の電極の領域の吸着部は内半径108mm、外半径159mmのリングおよび内半径202mm、外半径225mmのリングとなり、正負の極の吸着部の面積がほぼ等しくなり、直流電源３８−１〜４の電圧の絶対値をそれぞれ等しくすることにより、試料１０に対する試料台１１の残留吸着力を弱くすることができる。また、光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘが1mm以上の場合に、Ｘとシールド電極１６の孔半径Ｒ１との和と、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１との比（（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１）が１以上となり、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

なお本実施例の場合は、シールド電極１６の孔半径Ｒ１を10mm、試料１０の最も外側の観察位置を試料１０の外縁より1mm内側、つまり光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘを最小で1mmとした。その場合は、試料１０からはみ出ている電極３２−２あるいは電極３２−４のはみ出し量ＤＲ１を9mm以上にすることにより、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。なお、光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘの極限の最小値は0mmであるため、電極３２−２あるいは電極３２−４のはみ出し量ＤＲ１をシールド電極１６の孔半径Ｒ１よりも大きくすることにより、試料１０の外縁付近を観察する場合でも、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

なお、本実施例においては、電極３２−１〜４を前述のような寸法で構成したが、それに限るものではない。

なお、本実施例においては絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくするために（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１を1以上にするために電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１を広げた。それに対し、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が1以上となるようにはみ出し量ＤＲ１を長くしても一次電子線２２の曲がり量は変わらないため、はみ出し量ＤＲ１の上限は、一次電子線２２の曲がり量という観点からは制限されない。しかしな
がら、２種類以上の大きさの試料１０に対応するために、はみ出し量ＤＲ１は、最大の大きさの試料１０の半径と最小の大きさの試料１０の半径との差以下にする必要がある。

次に第８の実施例に関して説明する。第７実施例では、試料１０を試料台１１に吸着させるために使用する電極を、試料１０の外縁よりもはみ出させることによって、試料１０の外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果を得たが、誘電体部３４の内部に電極３２−１〜４の4枚の電極を設置していた。それに対し、本実施例においては３枚の電極を用いて、異なる大きさの試料１０の検査に対応すると共に、試料１０の外周部の検査を行う場合の一次電子線２２の曲がりの防止を可能にする。以下、第１〜７実施例との差異について図１９と図２０を用いて説明する。

図１９は本実施例のＣＤ−ＳＥＭで使用する、移動機構であるステージ１５上の試料台１１近傍を拡大した断面図である。そのうち図１９（Ａ）は試料１０として第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハを、図１９（Ｂ）は試料１０として第２の大きさの試料１０であるφ450ウェハを、それぞれ試料台１１に設置した場合の試料台１１近傍の構成を拡大した図である。また、図２０は本実施例で使用した試料台１１の図１９（Ａ）におけるC-C断面を示した図である。なお、位置関係をわかりやすくするために、試料１０であるφ300ウェハもしくはφ450ウェハの外縁を破線で示す。

図１９（Ａ）に示すように、円盤形状の電極３２−１およびリング状の電極３２−２にはそれぞれスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２を介して正の電圧に設定された直流電源３８−１および、負の電圧に設定された直流電源３８−２が接続されており、スイッチ３６−１およびスイッチ３６−２をＯＮにすることにより、試料１０が試料台１１に吸着される。このとき、第５実施例および第７実施例と同様に、電極３２−２の外縁を第１の大きさの試料１０であるφ300ウェハである試料１０の外縁よりもはみ出すように構成した。負の電圧に設定された直流電源３８−２にはリターディング電源２６が直列に接続されており、その結果、電極３２−２にはリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が印加される。その結果、試料１０の外側には、試料１０からはみ出している部分の電極３２−２から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。

なお、第７実施例で説明した通り、光軸１８と試料１０外縁との間の距離をＸ、シールド電極１６の孔半径をＲ１、電極３２−２のはみ出し量ＤＲ１としたとき、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が１以上となるように構成することが重要である。以上の結果、試料１０の外周部を検査している場合でも、試料１０の表面近傍の等電位面２０−１（図示しない）が光軸を中心とする軸対称分布となり、一次電子線２２の曲がりが抑えられ位置ずれが防止される。

次に図１９（Ｂ）を用いて、第２の大きさの試料１０としてφ450ウェハを試料台１１に設置した場合の構成を説明する。この場合は、リターディング電源２６に直列に接続された直流電源３８−１および直流電源３８−２の極性を図１９（Ａ）の場合と反転させ、直流電源３８−１を負、直流電源３８−２を正の電圧に設定する。これらそれぞれの電源に接続されたスイッチ３６−１およびスイッチ３６−２をＯＮにすることによって電極３２−１および電極３２−２にそれぞれ電圧を印加すると共に、直流電源３８−１に接続されたスイッチ３６−３をＯＮにすることによってリング状の電極３２−３に電圧を印加する。このとき、負の電圧に設定された直流電源３８−１はリターディング電源２６と直列に接続されているため、電極３２−３にはリターディング電圧よりも低い電圧（絶対値がより大きな負の電圧）が印加される。その結果、試料１０の外側には、試料１０からはみ出している部分の電極３２−３から誘電体部３４を通して等電位面２０−２が盛り上がる。なおこの場合も前述した通り、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１が１以上となるように構成することが重要であり、その場合に絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

さらに本実施例においては、誘電体部３４の内部に設けた電極の枚数を３枚に抑えることができ、第７実施例よりもさらに単純な構成を用いて前述の効果を得ることができる。なお、検査処理後にスイッチ３６−１〜３をＯＦＦにした後の試料１０の試料台１１への残留吸着を無くすことが重要であり、そのためには試料１０と対向している正負の各電極の面積が等しいことが望ましい。そのため本実施例においては、試料１０としてφ300ウェハを検査している場合は電極３２−１に正、電極３２−２に負の電圧を印加するのに対し、試料１０としてφ450ウェハを検査している場合は電極３２−１と電極３２−３とに負、電極３２−２に正の電圧を印加した。これにより、それぞれの大きさの試料１０を検査する場合に試料１０と対向している正負の各電極の面積が等しくなり、検査処理後にスイッチ３６−１〜３をＯＦＦにした後の試料１０の試料台１１への残留吸着を無くすことが可能となる。

具体的には、シールド電極１６の孔半径Ｒ１を10mm、電極３２−１を半径104mmの円盤、電極３２−２を内半径108mm、外半径189.2mmのリング、電極３２−３を内半径193.2mm、外半径234mmのリングとした。この構成においては、試料１０がφ300ウェハの場合は正の電極の領域の吸着部は半径104mmの円盤、負の電極の領域の吸着部は内半径108mm、外半径150mmのリングとなり、正負の極の吸着部の面積がほぼ等しくなり、直流電源３８−１と直流電源３８−２の電圧の絶対値を等しくすることにより、試料１０に対する試料台１１の残留吸着力を弱くすることができる。また、例えば光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘが1mmの時に、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１は１以上となり、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

また、試料１０がφ450ウェハの場合は、正電圧の電極の領域の吸着部は内半径108mm、外半径189.2mmのリングとなり、一方、負電圧の電極の領域の吸着部は半径104mmの円盤および内半径193.2mm、外半径225mmのリングとなる。その結果、正負の極の吸着部の面積がほぼ等しくなり、直流電源３８−１および直流電源３８−２の電圧の絶対値をそれぞれ等しくすることにより、試料１０に対する試料台１１の残留吸着力を弱くすることができる。また、例えば光軸１８と試料１０外縁との間の距離Ｘが1mmの時に、（ＤＲ１＋Ｘ）／Ｒ１は１以上となり、絶対値がより小さな直流電源３８−２の負電圧で一次電子線２２の曲がりを小さくできる。

なお、本実施例においては、電極３２−１〜３を前述のような寸法で構成したが、それに限るものではない。

また本実施例においては、電極３２−１〜３は試料１０下面よりも低い位置にあり、且つ誘電体部３４に覆われているため試料１０と干渉もしくは接触する恐れが無く、その結果試料１０を試料台１１の上に有効に設置・吸着させると共に、外周部を検査する場合の位置ずれを防止する効果が得られる。

なお、第１〜第８の実施例においては、大きさの異なる試料１０としてφ300ウェハとφ450ウェハとを試料台１１に設置したがそれに限るものではなく、φ200ウェハとφ300ウェハとでも構わない。

また、第１〜第８の実施例においては、一次電子線を利用した検査装置としてＣＤ−ＳＥＭを例に取り説明したが、それに限るものではない。一次電子線を利用した他の検査装置に対しても本発明を適用することにより、本発明と同様に一次電子線の曲がりを防止し、いわゆる位置ずれを無くす効果が得られる。

更に、第１〜第８の実施例においては、荷電粒子として一次電子線を利用した検査装置を例に取り説明したが、それに限るものではない。例えばヘリウムやリチウムなどのイオンなどを利用した顕微鏡に対しても本発明は適用できる。その場合には本発明の第１〜第６とは異なり、荷電粒子が正の電位を持つため、試料に印加するリターディング電位や電位補正電極の電位を計測に適した極性および値にすることにより、本発明と同様に荷電粒子の曲がりを防止し、いわゆる位置ずれを無くす効果が得られる。

また更に、第１〜第８の実施例においては、荷電粒子線応用装置の一例として検査装置を例に取り説明したが、それに限るものではない。例えば同じ一次電子線を利用した装置として、感光性材料を塗布したウェハ上に一次電子線を照射することによって電子回路パターンを形成する一次電子線描画装置にも本発明を適用することにより、本発明と同様に荷電粒子の曲がりを防止し、いわゆる位置ずれを無くす効果が得られる。

以上説明したように本発明によれば、試料の外縁付近を検査する場合においても一次電子線など荷電粒子ビームの曲がりを防止することができ、位置ずれを無くすことができる。また、異なる大きさの試料を検査する場合においても同様な効果が得られるため、半導体検査装置などで有用である。

１…電子銃、２…引き出し電極、３…コンデンサレンズ、５…走査偏向器、６…絞り、８…ＥクロスＢ偏向器、９…対物レンズ、１０…試料、１１…試料台、１４…二次電子検出器、１５…Ｘ−Ｙステージ、１６…シールド電極、１８…光軸、２２…一次電子線、２４…二次電子、２６…リターディング電源、２７…分析部、２９…制御部、３２…電極、３４…誘電体部分、３５…金属ベース、３８…直流電源、４０…接触ピン、４２…スイッチ、４４…電位補正電極、４６…スイッチ、４８…直流電源、５０…溝、５２…絶縁体、５４…窪み。

Claims (17)

1. 試料が保持される試料台と、
   前記試料台を移動させる移動手段と、
   前記試料に照射する荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、
   前記試料に対して前記荷電粒子線を走査させる走査部と、
   前記試料台において前記試料を保持する面よりも低い位置に設けられ、かつ前記試料の外縁よりも外側に設けられ、前記試料に照射される前記荷電粒子線の照射位置を補正する第１の電極と、
   前記第１の電極に電圧を印加する第１の電圧源と、
   前記試料に対する前記荷電粒子線の照射位置に基づき前記第１の電極に印加する電圧を定め、かつ前記定められた電圧を印加するため前記第１の電圧源を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする試料検査装置。
2. 請求項１に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料または試料台へリターディング電圧を印加させるリターディング電源を有し、
   前記第１の電圧源は前記リターディング電源と電気的に直列に接続されることを特徴とする試料検査装置。
3. 請求項１に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料台における前記試料を保持する面よりも低い位置に設けられ、かつ前記第１の電極の外縁よりも外側に設けられた第２の電極と、
   前記第２の電極に電圧を印加する第２の電圧源とを有し、
   前記制御部は、前記試料に対する前記荷電粒子線の照射位置に基づき前記第２の電圧源の印加電圧を制御することを特徴とする試料検査装置。
4. 請求項１に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料台の内部に設けられ、前記試料を前記試料台へ吸着させる電位を生じさせる第３及び第４の電極を有することを特徴とする試料検査装置。
5. 請求項１に記載の試料検査装置であって、
   前記第１の電極はリング状であることを特徴とする試料検査装置。
6. 試料を保持する試料台と、
   前記試料台を移動させる移動手段と、
   前記試料に照射する荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、
   前記試料に前記荷電粒子線を走査する走査部と、
   前記試料台の内部に設けられ、前記試料を前記試料台へ吸着させる電位を生じさせる第１及び第２の電極とを有し
   前記第１の電極は、前記第２の電極よりも内側に設けられ、かつ第１の直流電圧が印加され、
   前記第２の電極の外縁は、前記試料の外縁よりも外側に設けられ、かつ前記第１の直流電圧と異なる極性である第２の直流電圧が印加されることを特徴とする試料検査装置。
7. 請求項６に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料もしくは試料台へリターディング電圧を印加させるリターディング電源を有し、
   前記第２の直流電圧を印加する電圧源は、前記リターディング電源と電気的に直列に接続されることを有することを特徴とする試料検査装置。
8. 請求項６に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料に対し前記荷電粒子線を集束させるレンズと、
   前記レンズよりも上方に設けられ、前記試料から生じた２次荷電粒子を偏向する偏向器と、
   前記レンズよりも上方に設けられ、前記偏向器により偏向された前記２次荷電粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする試料検査装置。
9. 請求項８に記載の試料検査装置であって、
   更に、前記試料台と前記レンズとの間に設けられ、前記荷電粒子線を通過させる孔を有する電極板を有することを特徴とする試料検査装置。
10. 請求項９に記載の試料検査装置であって、
    前記試料の検査位置の中で、前記試料の外縁からみた距離が最小となる距離を第１の距離とし、
    前記第２の電極の外縁において前記試料の外縁よりも外側に設けた距離と前記第１の距離との和は、前記電極板の孔の半径よりも大きいことを特徴とする試料検査装置。
11. 試料が保持される試料台と、
    前記試料台を移動させる移動手段と、
    前記試料に照射する荷電粒子線を発生させる荷電粒子源と、
    前記試料に対して前記荷電粒子線を走査させる走査部と、
    前記試料台において前記試料を保持する面よりも低い位置に設けられ、かつ前記試料の外縁よりも外側に設けられ、前記試料に照射される前記荷電粒子線の照射位置を補正する第１の電極と、
    前記第１の電極に電圧を印加する第１の電圧源と、
    前記第１の電極に印加する電圧を予め定め、かつ前記定められた電圧を印加するため前記第１の電圧源を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする試料検査装置。
12. 請求項１１に記載の試料検査装置であって、
    更に、前記試料もしくは試料台へリターディング電圧を印加させるリターディング電源を有し、
    前記第１の電圧源は前記リターディング電源と電気的に直列に接続されることを特徴とする試料検査装置。
13. 請求項１１に記載の試料検査装置であって、
    更に、前記試料台における前記試料を保持する面よりも低い位置に設けられ、かつ前記第１の電極の外縁よりも外側に設けられた第２の電極と、
    前記第２の電極に電圧を印加する第２の電圧源とを有し、
    前記制御部は、前記試料に対する前記荷電粒子線の照射位置に基づき前記第２の電圧源の印加電圧を制御することを特徴とする試料検査装置。
14. 請求項１１に記載の試料検査装置であって、
    更に、前記試料台の内部に設けられ、前記試料を前記試料台へ吸着させる電位を生じさせる第３及び第４の電極を有することを特徴とする試料検査装置。
15. 請求項１１に記載の試料検査装置であって、
    前記第１の電極はリング状であることを特徴とする試料検査装置。
16. 請求項１に記載の試料検査装置であって、
    更に、前記試料に対し前記荷電粒子線を集束させるレンズと、
    前記レンズよりも上方に設けられ、前記試料から生じた２次荷電粒子を偏向する偏向器と、
    前記レンズよりも上方に設けられ、前記偏向器により偏向された前記２次荷電粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする試料検査装置。
17. 請求項１１に記載の試料検査装置であって、
    更に、前記試料に対し前記荷電粒子線を集束させるレンズと、
    前記レンズよりも上方に設けられ、前記試料から生じた２次荷電粒子を偏向する偏向器と、
    前記レンズよりも上方に設けられ、前記偏向器により偏向された前記２次荷電粒子を検出する検出器とを有することを特徴とする試料検査装置。

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