JPH0451441A - パターン検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子顕微鏡、イオン顕微鏡などの集束された
電子線またはイオン線を用いた荷電粒子線装置を使用し
て、半導体ウェハなどに形成された微細回路パターンな
どの被検査対象を観察、検査する方法に関するものであ
る。特に、超小型の走査型電子顕微鏡の応用に関するも
ので、これを用いた、立体などの形状観察、検査、自動
測定の手段に係る。

〔従来の技術〕

従来の荷電粒子線装置、特に走査型電子顕微鏡を用いた
試料の観察、検査は、１つの電子源より出された電子線
を試料に照射し、試料から発生する二次電子あるいは反
射電子等を、１つないし２つの検出器で検出することに
より、試料を観察したり、検査したり、あるいパターン
幅等を測長するものである。また、立体形状を観察する
ために、７′ｌ）Ｋ。

ジャーナル　オブ　エレクトロン　マイクロスコビイ、
第３４巻、第４号（１９８５年）、第３２８頁から３３
７頁（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　
ｖｏｌ。

３４、Ｎｏ、４．ｐｐ、３２８−３３７）に記載のよう
に、２つの検出器を用いた立体形状測定法なども報告さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、照射電子線に対し、試料をチルトさせ
て、異なる角度から電子線を照射することによって、試
料をいろいろな方向から観察でき、また種々の測定等が
できるものである。しかし、照射電子線は従来位置が固
定されており、異なる角度から電子線を照射するために
は、試料のチルト移動やそれに伴う観察位置のずれを補
正するＸＹＺ移動などの移動機構が必要である。また、
異なる角度で試料に電子線を照射し、これにより得た画
像を処理しなければ、精度の高い観察や立体形状の測定
を行うことはできない。

また、観察対象の１つであるＬ　Ｓ　王は、その微細化
、多層化が進み、複雑なパターンを精度良く観察、検査
、あるいは測定するためには、従来の技術だけでは、今
後対応ができないと予想される。

また、液晶デイスプレィ基板やプリント基板、その他の
電子材料、あるいは生物試料等についても、求められる
精度がますまず高くなっており、従来の技術だけでは、
今後対応ができないと考えられる。

本発明の目的は、いかなる試料であっても、その形状を
、精度高く検出できるようにした、形状観察、検査、あ
るいは形状の自動測定手段を提供することにある。特に
、ＬＳＩの微細化、多層化に十分対応できるようにした
立体形状の観察手段、あるいは立体形状の測定手段を提
供することにある。

本発明の他の目的は、従来にない、簡便で、かつ新しい
観察、検査、計測する手段を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、荷電粒
子線を複数用いることにした。複数の荷電粒子線を時分
割で、あるいは同時に、試料に照射し、試料から発生す
る二次電子、あるいは反射電子等を検出して、試料の形
状を観察、検査、あるいは形状の自動測定を行う。

」−記の目的を達成するために、本発明においては、複
数の荷電粒子源により複数の荷電粒子線を発生させるか
、または、一個の荷電粒子源から発生する一個の荷電粒
子線を、荷電粒子源を試料に対し順次移動することによ
り、等測的に複数発生させることにした。これにより、
荷電粒子線を、種々の角度から試料に照射し、試料から
発生する二次電子、あるいは反射電子等を検出して、試
料の形状を観察、検査、あるいは形状の自動測定を行う
。

また、上記の目的を達成するために、検出器で検出され
る二次電子や反射電子等の強度を用いて、観察や立体形
状の測定を行うことにした。

さらに、上記の目的を達成するために、各照射荷電粒子
線に対し、それぞれに二次電子や反射電子等を検出する
検出器を配置する構成とした。

＝Ｉ１．．’ さらに、複数の荷電粒子線に対して、それぞれに配置し
た二次電子あるいは反射電子等の検出器により得られた
像を、それぞれ表示することにした。

さらに、少なくとも２種の角度の荷電粒子線を試料に走
査し、試料より発生する二次電子、または反射電子等を
少なくとも２つの検出器で検出し、検出器の和（片側の
みでも可）信号よりステレオ法により試料の断面形状を
測定するか、検出器の差信号から試料の断面形状を測定
するか、または、これらを合成することにより断面形状
を測定することにした。

また、複数の荷電粒子線を試料に照射するため、複数の
荷電粒子の線源を用いて複数の荷電粒子線を発生させ、
加速電圧、倍率、照射位置、照射角度などの条件に関し
、いずれかを異なる条件に設定して、同時に、あるいは
時分割で、試料に照射することにした。

また、上記目的を達成するために、荷電粒子線を集束さ
せる対物レンズとして、静電型対物レン９　＼ ズを使用することにした。この静電型対物レンズは、荷
電粒子線を通過するための開口をそれぞれ有する２つの
電極により構成する。これら２つの電極のうち荷電粒子
源に近い側にある第１電極の電圧をこれと対向する試料
側の第２電極に対して、上記荷電粒子線が負に帯電した
粒子線である場合には正電位に、正に帯電した粒子線で
ある場合には負電位に保持することによって荷電粒子線
に対する集束作用を生じさせ、この静電型対物レンズの
レンズ主面を上記第２電極の下面よりも試料側の位置に
形成させるものである。また、検査において、従来の光
学的検出手段の代わりに使用することにした。

〔作用〕

」―記した発明によれば、荷電粒子線を複数用いること
により、試料の立体的形状の複雑さや試料表面の傾きの
状態によらず、その立体形状が高精度に観察、測定でき
る。また、照射荷電粒子線に対し、対象パターンの影と
なる領域もその影響を受けることなく、立体形状を観察
、測定できる。

さらに、これらは、試料をチルトさせなくても実現可能
であり、試料を静止した状態で観察、測定可能である。

上記した発明によれば、荷電粒子線を複数用いることに
より、試料のチルトなどの移動機構がなくても、試料を
静止した状態で、ステレオ観察などが容易にできる。さ
らに、高倍、低倍の同時観察なども容易にできる。さら
に、高加速、低加速での同時観察なども容易にできる。

さらに、試料の表裏同時観察なども容易にできる。

また、上記した発明によれば、次のような作用効果が得
られる。静電対物レンズの主面を、第二電極と試料の中
間に位置させることによって、試料を対物レンズの中に
置かず、第二電極よりも下方（試料側）に配置した場合
でも十分に短焦点距離でのレンズ使用が可能になり、小
さいレンズ収差を実現できる。従って、本発明による対
物レンズ構成を用いた場合、大面積の試料であっても、
これを小さく分割することなく、対物レンズの下方にそ
のまま配置して高分解能での試料観察ができる。

また、本発明による対物レンズは、その構成が簡単な二
電極静電レンズであるため、荷電粒子線装置全体の超小
型化がはじめて可能となり、従来は、試料側をチルトさ
せるための機構などが考えられていたが、本発明により
試料のみならず、荷電粒子源や対物レンズ側を移動させ
ることが可能となり、上記した手段を容易に実現できる
。

さらに、本発明の荷電粒子線装置によれば、試料を対物
レンズからある程度酸れた位置においても、何ら分解能
を損なうことなく試料の観察ができ、またこの空間的余
裕を利用できること、また、超小型であることから、単
に試料を入れる真空チャンバが共通であるといった意味
でなく、複数の荷電粒子線を用いることによる相乗的、
相加的効果を得るという意味で、また他の観察、計測手
段との複合化による別の効果を得るという意味で意義が
大きく、例えば焦点合わせの高精度化や長寸法の測定精
度向上なども期待できる。また、検査において、従来の
光学的検出手段の代わりに使用できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説
明する。なお、以下の実施例では、本発明を集束電子線
を用いる装置、特に走査型電子顕微鏡に適用した場合に
ついて述べるが、本発明はそれのみに限定されるもので
なく集束イオン線を用いる装置にも適用できるものであ
る。

第１図は、本発明による超小型の走査型電子顕微鏡を用
いた、断面形状測定が可能な荷電粒子線観察装置の実施
例を示す構成ブロック図である。

第１図において、この断面形状測定が可能な荷電粒子線
観察装置は、同図に示すように、例えば２０度間隔で配
置された多数（この場合は８個、勿論この個数は任意で
ある）の走査型電子顕微鏡１−ｎ（ｎ＝１〜８）からな
る電子顕微鏡部１と、これに接続された断面形状算出部
２よりなる。各走査電子顕微鏡には、それぞれ二次電子
または反射電子の検出器ｎ−７、ｎ−８が各照射電子線
に対称な位置に２個ずつ配置されている。また、試料．
１４ １０を保持してＸＹＺの３方向の移動及び回転が可能な
試料ステージ９と試料ステージ９の駆動部１２からなる
。複数の走査型電子顕微鏡１−　ｎは、照射する電子線
が一点で集束することが可能なように、円弧上にチルト
して配置する。

この構成において、一つの電子顕微鏡が順次選択され、
例えば１−１が選択されると、断面形状算出部２は、電
子顕微鏡１−１の検出器１−７゜１−８の和信号からス
テレオ法により断面形状算出を行うステレオ法算出部、
差信号からパターンによる影の影響を考慮した照度差ス
テレオ法により断面形状算出を行う照度差ステレオ法算
出部からなっており、これらの出力を合成して断面形状
を求める。以下、検出器１−７．１−８を、１−１３を
省略して表現し、７．８と記す。

第１３図は、第１図において使用されている各走査型電
子顕微鏡１−ｎの電子光学系の構成図である。図におい
て、電子源１０１から放出された電子線１０２は、２つ
の電極１０３．１０４からなる対物レンズによって試料
１０６上に集束される。この対物レンズを構成する２つ
の電極］０３．１０４のうち、電子源１０１側にある第
一電極１０３の電圧を試料１０６側にある第二電極１０
４（アース電位にある）に対して正側の電圧とし、この
電圧を調整して、第一電極１０３と第二電極１０４との
間の電界を調節することで、対物レンズのレンズ作用が
調節される。これにより対物レンズのレンズ主面が第二
電極１０４の下側に形成される。さらに、電子線１０２
は、第一電極１０３に囲まれていることによって、第一
電極１０３と同電位に保たれている空間内において、静
電型または磁界型の偏向器１．０５により偏向され、試
料１０６上で二次元的に走査される。電子線１０２の照
射によって試料１０６から発生した二次電子または反射
電子は、電子線１０２の対称の位置で、チルト軸に垂直
な面内に配置された２組の二次電子検出器または反射電
子検出器７，８によって検出され、この検出信号を映像
信号として制御、表示装置１．１０内の表示部において
試料１０６の画像が得られる。

静電型の対物レンズとした場合、磁界型レンズの場合の
ように励磁コイルを巻く必要がないため、レンズ自体を
非常に小型化できる。例えば、従来の磁界型レンズの大
きさが直径約１００〜１′５０ｍｍであるのに対し、静
電型対物レンズでは直径１０胴以下にすることも容易に
実現できる。従って、第１図に示したような多数の走査
型電子顕微鏡を並べることも初めてできるようになった
。

次に、断面形状算出部２について説明する。

断面形状算出部２は、断面形状算出全体を制御する制御
部１３と、２つの左、右の検出器７，８の出力す、ｃの
和信号ｄを求める和信号検出部１４と、２つの検出器７
，８の出力す、　　ｃの差信号ｅを求める差信号検出部
１５と、和信号検出部１４の出力ｄからステレオ法によ
り断面形状算出を行うステレオ法算出部１６と、差信号
検出部１５の出力ｅからパターンによる影の影響を考慮
した照度差ステレオ法により断面形状算出を行う照度差
ステレオ法算出部１７と、ステレオ法算出部１６の算出
結果ｆを記憶するステレオ法記憶部１８と、照度差ステ
レオ法算出部１７の算出結果ｇを、記憶する照度差ステ
レオ法記憶部１９と、算出に用いる走査型電子顕微鏡の
チルト角ＯＩを記憶するＯ１１記憶２０と、走査型電子
顕微鏡のチルト角０２を記憶するθ２２記憶２１と、走
査型電子顕微鏡１の倍率Ｍを記憶する倍率記憶部２２と
、ステレオ法記憶部１８に記憶した算出結果ｆと照度差
ステレオ法記憶部１９に記憶した算出結果ｇを合成する
波形合成部２３と、波形合成部２３の合成結果りを表示
するデイスプレィ２４と、パラメーター人力に用いるＣ
ＲＴ２５と、同じくキーボード２６とから成る。

第２図は第１図の実施例における処理の流れを示すフロ
ーチャートである。第２図により上記構成をもつ装置の
動作について説明する。まず、ステップ３ｏではパラメ
ータ入力を行い、ここでＣＲＴ２５とキーボード２６よ
りｘ、ｙ座標とチルト角０１．０２と倍率Ｍを入力して
、チルト角０１、θ２は各々θ１．０２記憶部２ｏ、２
１に記憶し、倍率Ｍは倍率記憶部２２に記憶しておく。

ステラ１８　。

プ３１では試料ステージ９の移動を行い、ここで制御部
１３からの指令によりステージ駆動部１２で設定したｘ
＋Ｖ座標に移動して、算出に用いる走査型電子顕微鏡を
選ぶ。ステップ３２では画像入力を行い、ここで選択し
た電子銃より電子ビームを放出させ、試料１０から放出
される２次電子または反射電子を２つの左、右の検出器
７，８で検出して電気信号に変換し、この検出器７，８
で検出された電気信号す、　　ｃは和信号検出部１４と
差信号検出部１５に送られる。和信号検出部１４は２つ
の電気信号す、ｃの和信号ｄを検出し、差信号検出部１
５は２つの電気信号す、ｃの差信号ｅを検出して、ステ
レオ法算出部１６では和信号ｄを一画面分記憶し、照度
差ステレオ法算出部１７では差信号ｅを一画面分記憶す
る。

次のステップ３３ではステップ３１と同様に、こんどは
チルト角０２の走査型電子顕微鏡を選ぶ。

ステップ３４ではステップ３２と同様に画像入力を行い
、ここでステレオ法算出部１６では和信号ｄを一画面分
光はどと違う所に記憶し、照度差ステレオ法記憶部１７
では差信号ｅを一画面分光はどと違う所に記憶する。ス
テップ３５ではステレオ法による断面形状算出をステレ
オ法算出部１６で行い、ここで和信号ｄを用いるのはパ
ターンによる影の影響を除いて信号をバランスさせるた
めであり、断面形状算出結果ｆはステレオ法記憶部１８
に記憶しておく。ステップ３６ではパターンによる影の
影響を考慮した照度差ステレオ法による断面形状算出を
照度差ステレオ法算出部１７で行い、ここで、２つのチ
ルト角０１．０２に対する差信号ｅを用いることにより
パターンによる影の影響を除くことができ、断面形状算
出結果ｇは照度差ステレオ法記憶部１９に記憶しておく
。ステップ３７では、ステレオ法による断面形状算出結
果ｆと照度差ステレオ法による断面形状算出結果ｇの波
形合成を波形合成部２３で行い、その合成結果りを出力
する。最後に、ステップ３８では、合成結果りをデイス
プレィ２４上に表示する。

第２図では、どの電子顕微鏡を選び、電子線を照射する
か、すなわちチルト角０１．０２のバラス１９　。

−タをＣＲＴ２５とキーボード２６を用いてマニュアル
で入力したが、電子顕微鏡１−１から１８のうち、例え
ば隣接する２つを、順次自動で選択し、断面形状をそれ
ぞれ算出してもよい。この場合、後述するように照度差
ステレオ法の検出精度の良いチルト角に対応する断面形
状を最終的に出力する。

第３図は、第１図の実施例における波形合成の例を示す
説明図である。第３図において、第３図ａは測定対象の
試料１０の断面形状、ｂは左方の検出器７の出力信号波
形、Ｃは右方の検出器８の出力信号波形、ｄはｂとＣの
和信号波形、ｅはｂとＣの差信号波形、ｆはステレオ法
算出部１６の出力信号波形、ｇは照度差ステレオ法算出
部１７の出力信号波形、ｈはｆとｇをもちいた波形合成
信号波形で、これらの波形の記号す、　　ｃ、　　ｄ、
　　ｅ。

ｆ、　ｇは、第１図中の信号す、　ｃ、　ｄ、　ｅ、　
　ｆ。

ｇの記号と対応している。第３図より、第３図のａの断
面形状に対して、ｆのステレオ法算出部］６の出力信号
波形では急峻な変化しか捉えておら、２０　。

ず、緩やかな変化はわからないし、また、第３図のｇの
照度差ステレオ部１６の出力信号波形では緩やかな変化
は捉えているが、急峻な変化の部分では実際の断面形状
とのずれが生じていることがわかる。そこで、急峻な変
化の部分では、第３図のｆのステレオ法算出部１６の出
力信号波形を用い、緩やかな変化の部分ではｇの照度差
ステレオ法算出部１７の出力信号波形を用いるように波
形合成を波形合成部２３で、次に述べる方法で行えばｈ
の波形合成信号波形のように、測定対象の形状によらず
断面形状を算出することができる。

ここで、第１図の波形合成部２３では、次の３つの場合
に分けて、ステレオ法算出部１６の算出結果ｆと照度差
ステレオ法算出部１７の算出結果ｇを合成する。まず、
第１は左が画面の左端で、右側が特徴点で、ステレオ法
により、高度が定まっている場合であり、この場合には
照度差ステレオ法の算出結果ｇに定数を加えて右端が一
致するようにする。第２は、右が画面の右端で、左側が
特徴点であり、この場合には第１の場合と同様に、２１ ．２２　。

左端が一致するように、定数を加える。第３は、両端と
も特徴点で、ステレオ法により高度が決定されている場
合である。この場合にはその左端高度をｚＬ’、右端高
度をＺＲ’　とし、ステレオ法で算出された左端と右端
の高度を各々ＺＬ、ＺＲとするとき、この区間にＮ画素
あるものとして、照度差ステレオ法の算出結果ｇを次の
ように変換する。

Ｚ、”＝７．＋（ｚＬ’　　ＺＴ、）　＋ｉ　（（ＺＲ
’ＺＲ）−（ＺＬ’−Ｚ、、））／Ｎ ここでｉ−〇のとき左端で、ｉ＝Ｎのとき右端とする。

第４図は、第１図のステレオ法算出部１６の構成を示す
ブロック図である。第４図において、ステレオ法算出部
１６は制御部１３からの切り替え信号により、和信号検
出部１４からの和信号ｄを０、画像記憶部４２または０
２画像記憶部４３に切り替えて記憶する切り替え部４１
とチルト角０１のときの和信号ｄを記憶する０１画像記
憶部４２と、チルト角０２のときの和信号ｄを記憶する
０２画像記憶部４３と、パターンの特徴点（段差部分の
上端と下端）を求める特徴点算出部４４と、２つの画像
の対応関係を相関値により求める対応点算出部４５と、
パターンの特徴点と、Ｏｌ、０２記憶部２０．２１から
のチルト角０１．０２および倍率記憶部２２からの倍率
Ｍより高さを算出する演算部４６とからなる。

第５図は第４図のパターンの特徴点の算出部の説明図で
ある。第５図により、ステレオ法算出部１６の動作につ
いて説明する。まず、切り替え部４１による和信号ｄの
０１．０２画像記憶部４２．４３への記憶までが終わっ
たとすると、次に特徴点算出部４４においてチルト角０
１の画像よりパターンの特徴点の座標を求める。第５図
において、ｉはパターンの段差部分の断面形状ａを示し
、ここで求めたい特徴点は段差部分の上端と下端であっ
て第５図のｉ中の点Ａと点Ｂにあたる。そこで、ｊ−ｍ
の和信号ｄの波形中で点Ａ、点Ｂに対応する座標ＸＡ、
Ｘｎを求める。段差部分の上端Ａに対する座標ＸＡにつ
いては、ｊ−ｍに示すように例えば和信号ｄの波形中の
最大値をとる矢印点の座′・う３゜ 、′、°１ 標Ｘへより求める。また段差部分の下端Ｂに対する座標
ＸＢについては、第５図のｊ−ｍに示すような例えば４
手法がある。ｊは、和信号ｄの波形中の最小値をとる矢
印点の座標よりＸＢを求める手法であり、ｋは和信号ｄ
の波形中の最大値と最小値の間を１００％としたときに
最小値から０％となる矢印点の座標よりｘＢを求める手
法であり、ｎはあらかじめ対象の試料１０に対して最適
値を求めておくものとし、ｎとして例えば５０％などが
考えられる。第５図の１は、和信号ｄの波形中かあら水
平部分と傾斜部分を抽出し、各部分で直線近似して一点
鎖線で示す直線り、、　　Ｌ２を求、その交点である矢
印点の座標よりｘＢを求める手法であり、ｍは和信号ｄ
の波形中の最大傾斜の矢印点すなわちｍ′の和信号ｄの
微分波形の最大値の点の座標よりｘＢを求める手法であ
る。これらの手法のうち、どれが適当かは試料１０の材
質や走査型電子顕微鏡ｊの加速電圧などの条件によって
変化するので、測定条件に合った手法を測定者が選択す
る。なお、特徴点は、測定者が画像をデイ、２４　。

スプレィ２４で見ながら、ＣＲＴ２５とキーボード２６
により人力してもよい。

」二部したパターンの特徴点の算出後は、対応点算出部
４５において、チルト角θ、の画像中の特徴点を含む微
小領域とチルト角０２の画像中の微小領域の対応を求め
る。この対応を求めるために、例えば、相関値を用い、
相関値の最も大きくなった領域を採用するものとする。

そこで、対応点算出部４５は相関値を求める手段と相関
値の最大値を求める手段からなり、この対応が求められ
ることにより、０１画像および０２画像中の特徴点が決
定される。こうして決定された０１画像中の特徴点の座
標Ｘ□、　ＸＢ、と、０２画像中の特徴点の座標ＸＡ２
．　ＸＢ２と、走査型電子顕微鏡の倍率Ｍと、チルト角
０１．０□とにより、次の式により特徴点間の高度差り
を求める。

ｈ　＝（（ＸＡ］、／ｌａｎθ−ＸＡ２／ｓｊ、ｎａ）
−（ＸＢＩ／ｌａｎ［１−ＸＢ２／５ｉｎｆｌ）　）７
Ｍ ただし、ｅ＝０２−０．である。

第６図は、第１図の照度差ステレオ法検出部１１鰍 、２６ ７のパターンの影の影響を考慮した照度差ステレオ法の
説明図である。第６図において、図示のようにパターン
により影となる部分があるため、パターンの近くでは実
際の断面形状からの測定誤差が生じる。例えばチルト角
ＯＩのときの２つの左、右の検出器７．８の二次電子ま
たは反射電子の強度を各々ＳＬＹ、　　ＳＲＩとし、図
示のように円で示す放出二次電子または反射電子がパタ
ーンの影となる角をｖＡ、　ＶＢと定義し、入射電子ビ
ーム（垂直軸）と試料１０の面素の垂線Ｎとのなす画素
の傾き角をΦとする。このとき、スキャニング・マイク
ロスコピイ第１巻、第３号（１９８７年）、第９６３頁
から第９７３頁（Ｓｃａｎｎｊｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｙ。

Ｖｏｌ、　１　、Ｎｏ、３（１９８７）　、ｐｐ、９６
３−９７３）によると、次式が成り立つ。

５ＬＩ＝　ｃ　ｏ　ｓ　’Φ−（ＣＯ８ＷＡ−ｓｉｎΦ
）ＳＲＩ　＝　ＣＯｓ　’Φ°　（ｃｏｓｔＦｎ＋ｓｉ
ｎΦ）ここで、チルト角Ｏ８のときの強度Ｓ　Ｌｌ、　
　ＳＲ□の差 ＳＬＩ　　５Ｒ１＝　ｃ　ｏ　ｓ　　’Φ・　（ｃｏｓ
ｌＦ＊−ｃｏｓＶＢ−２ｓｉｎΦ） を考え、パターンの影の影響を考慮せず、パターンの影
となる角ｖ、＝ｖｎ−ｏ’　とするとＳＬＩ　　５ＲＩ
＝　ＣＯＳ−’Φ・　（−２ｓｉｎΦ）となり、強度Ｓ
ｔ−＋＋　ＳＲＩの差は、画素の傾き角Φのみの関数と
なるので、あらかじめＳｌ、Ｉ　　ＳＲＩとΦの関係を
求めておき、測定したＳＬＩ　　ＳＲＩからΦが求めら
れる。しかし、パターンの影のあるところでは、実際の
断面形状からの誤差が生じる。

そこで、次のようにする。チルト角Ｏ０からチルト角０
２に変化させたときの検出器７．８の二次電子または反
射電子の強度をＳｌ２、ＳＲ２とすると、Ｓ　Ｌ２＝　
ＣＯｓ−’　（Φ十ΔΦ）−（ａｏｓｖ、−ｓ　ｉｎ（
Φ十ΔΦ）） ＳＲ２＝ｃｏｓ’（Φ十へΦ）　・（ｃｏｓ’Ｆ、−ｓ
　ｉｎ（Φ十ΔΦ）） が成り立つ。ただし、ΔΦ−０２−０１である。Ｔ９、
曹、を消去すると、 ｔａｎΦ＝　（（Ｓｚ２５Ｒ２）ｃｏ　ｓΔΦ−（ＳＬ
。

ＳＲ，）ｓｉｎＡΦ） 、２７　。

、２８　。

／（１−ｃＯ８ΔΦ−（Ｓｌ２　５Ｒ２）ｓｉｎΔΦ） となる。したがって、２種類のチルト角θ２．０゜のと
きの２つの検出器７．８の出力す、　　ｃの差ＳＬＩ　
　ＳＲＩ、Ｓ、、２ＳＲ□と、チルト角０２．０１の差
ΔΦとにより、パターンの影の影響を受けずに面素の傾
き角Φが求められる。この傾き角Φを積分し、倍率Ｍを
掛けることにより、断面形状が得られる。

第７図は、第１図の照度差ステレオ法算出部１−７の構
成ブロック図である。第７図において、照度差ステレオ
法算出部１７は、上記した機能を実現するもので、制御
部１３からの切り替え信号により差信号検出部１５から
の差信号ｅを０１．０２画像記憶部６２．６３に切り替
えて記憶する切り替え部６１と、チルト角Ｏ１のときの
差信号ｅを記憶する００画像記憶部６２と、チルト角θ
２のときの差信号ｅを記憶する０２画像記憶部６３と、
面素の傾き角Φを求める演算部６４と、面素の傾き角Φ
を積分して試料１ｏの断面形状を求める積分部６５とか
らなる。この構成により、第６図で説明したとおり、ま
ず切り替え部６１による差信号ｅのＯｌ、０２画像の０
１．０２画像記憶部６２．６３への記憶までが終わった
とすると、演算部６４において、チルト角Ｏ１，０２の
ときの差信号検出部１５からの差信号ｅの強度差ＳＬＩ
　　ＳＲＩ、ＳＬｘ　　ＳＲ□と、チルト角θ７、Ｏｏ
の差ΔΦとにより、パターンの影の影響を受けずに面素
の傾き角Φが求められる。この傾き角Φを積分し、倍率
Ｍを掛けることにより、試料１０の断面形状が得られる
。

第１図において、２０度間隔で配置された８個の各電子
顕微鏡１−１〜１−８は時分割で動作させる。照射する
電子線は、偏向制御部を介して、ブランキングコイル等
により時分割駆動し、検出器及び断面形状算出部はスイ
ッチャ等で切り替えて時分割駆動させる。二次電子をシ
ンチレータにより検出する場合、検出器に高電圧を印加
するので、スイッチャは、この高電圧もオン、オフし、
切り替えることになる。反射電子な検出する場合は、高
電圧を印加しないので、このオン、オフは、２９ ．３０　。

不要である。

照度差ステレオ法は、急峻な面には、二次電子等の発生
の仕方により本来適用精度が悪い。しかし、検出器７，
８の信号がほぼ等しいものに対応する電子顕微鏡を選ぶ
と、試料面に垂直な方向に近い照射電子線をもつ顕微鏡
が選ばれる。照度差ステレオ法は照射する電子線に対し
て垂直な面に近い面の法線方向の検出精度が高いので、
得られた立体形状はきわめて高精度なものとなる。従っ
て、第１図では８個の電子線を照射する構成としたが、
電子線をより細かな刻み角で複数照射するため、電子線
照射個数を例えば１５個に増やせば、精度はより向上す
る。

このような構成にすれば、試料のもつ面の傾きによって
、試料をチルトさせることがないので、試料の移動に要
する時間やロス試別をチルト移動した場合の観察位置の
ずれを補正する必要もなく、しかも、最適な傾きの照射
電子線を瞬時に選べるので、どんなに複雑な立体でも、
高速に精度の高い立体形状測定が可能になる。また、試
料室は、基本的に試料をチルトする必要がないので、ｘ
Ｙ面内で移動できるだけの大きさでよく、それ以上、大
きくする必要はない。

上記した例では、複数の角度から電子線を照射するため
に、複数の電子顕微鏡を配置したが、１つの電子顕微鏡
を、照射する電子線が試料上の一点で集束するように、
円弧上に順次移動させ、得られる像により上記処理を施
しても、同等の効果が得られる。

なお、第１図では、各走査電子顕微鏡を試料と同一の空
間内に配置してはいるが、別の真空引き手段により真空
引きしている。これらは、共通の真空引き手段により真
空引きしてもかまわない。

上記第１図の構成は、自動で立体形状の測定をする方法
であるが、同一の構成で、有力なステレオ観察手段を提
供できる。これは、例えば、角度０１、θ２に対応する
二つの異なる角度の電子顕微鏡をブランキングコイル等
により時分割で選び、また検出器はスイッチャ等で切り
替えて時分割駆動させ、それぞれの二次電子像や反射電
子像をモ二タ表示し、観察者の左右の眼に独立に与える
ことにより実現できる。これにより、観察者には、試料
が立体的に見える。図１では各電子顕微鏡の検出器をチ
ルト軸に垂直な面内複数個ずつに配置したが、この場合
は、このような配置、個数に関する制約はない。

また、第８図に示すように、このステレオ観察手段を２
式設け、かつこの間隔をＸＹＺマニピュレータで可変で
き、たとえば、試料がＬＳＩウェハの場合、チップの間
隔に設定できるようにすると、対応する位置のパターン
の比較が容易にできるので、２チツプ比較が実現でき、
そのパターンの良し悪しが瞬時にしてわかる。

また、第１図の構成において、他の観察手段として、例
えば、二つの角度Ｏ８，０２に対応する電子顕微鏡の加
速電圧を高加速と低加速の２種類の異なる値に設定し、
それぞれの二次電子像や反射電子像をモニタ表示すれば
、高加速でも低加速でも同時に（実際には、ブランキン
グコイル等により、電子線を時分割に切り換え、検出器
はスイッチャ等で切り替えて時分割駆動させる）、観察
することが可能である。このようにすれば、例えばＬ　
Ｓ　Ｉの例では、低加速電圧で表面層のパターンを、高
加速電圧でかなり内部のパターンまで同時に観察するこ
とができる。また、加速電圧の変更に伴う軸調整等の調
整作業はまったく不要となる。

勿論、図１のような構成にすれば、３種類以上の加速電
圧を設定することもでき、より多数の加速電圧で観察で
きる。モニタ表示は、複数のモニタに別々に表示しても
よいが、モニタ画面内に小さく別の画面を表示するよう
なこともできる。このような表示は、以下に述べる他の
実施例にも適用できる。

また、第１図では、すべての電子顕微鏡をチルトして配
置したが、これらは、平行に配置しても構わない。配置
方法は、任意でよい。検出器の個数についても同様であ
る。

同様に、第１図のような構成にすれば、例えば、二つの
角度θ２、θ２に対応する電子顕微鏡の倍率を、高倍と
低倍の２種類の異なる値に設定し、それぞれの二次電子
像や反射電子像をモニタ表示すれば、高倍、低倍の両方
で同時に観察することも可能である。このようにすれば
、低倍で位置決めし、高倍で詳細に観察することができ
る。勿論、３種類以上の倍率を設定することもできる。

また、ずべての電子顕微鏡を平行に配置しても構わない
し、配置方法は任意である。

また、電子顕微鏡が超小型であることから、第９図のよ
うに試料を挾むように複数の電子顕微鏡１−１．１−２
を配置すれば、試料１ｏの表裏同時観察も初めて可能と
なる。それぞれの電子顕微鏡には検出器７あるいは（及
び）８が配置されている。生物試料などを観察する場合
、試料の任意の方向から観察したいケースが多々ある。

特に、試料の表面だけでなく、裏面も観察したいケース
がある。また、液晶デイスプレィの基板のように、１０
インチもの大きさの、きわめて大型の試料を観察する場
合、従来、裏面観察には、試料を真空試料室から出して
裏返してまた入れ、真空引きするという、手間のかかる
作業を行う必要があった。

第９図の配置によれば、このような表裏同時観察を簡単
に行うことが可能になる。この場合、試料への焦点合わ
せを容易にするため、試料室のなかに、電子銃や対物レ
ンズなどからなる電子顕微鏡すべてを入れることが望ま
しい。電子顕微鏡はＸＹＺｅアクチュエータで可動させ
る。これは、本発明の電子顕微鏡が超小型であることか
ら、従来の試料室の空間内にすべてを入れることができ
、従って、試料室の真空度は従来のポンプ等の手段で容
易に達成できることにより、初めて可能になった。

同様に、第１図のような電子線顕微鏡の構成にすれば、
高解像度大面積観察手段が提供できる。

これは、一つ一つの電子線顕微鏡では、高倍率で試料を
観察し、これらを時分割で切りかえ、しかも、少しずつ
オーバラップするように異なる場所を観察する。そして
、二次電子像や反射電子像を、例えばメモリなどの記憶
手段に記憶し、画像が連続的につながるように合成して
（連続する必要は必ずしもないが、画像の順序はあわせ
る必要がある）、モニタ表示する。モニタ表示は、複数
の千二夕に順次表示してもよいが、高解像度モニタを使
用して同一モニタ画面に表示してもよい。これにより、
高倍であり、かつ視野の広い画像が得られる。勿論、複
数の電子顕微鏡を試料に対し、二次元的に配置すれば、
より高視野の画像が得られるのは言うまでもない。これ
により、位置決めも簡単にできる。複数の電子顕微鏡は
、チルｌ−してもよいが、同一方向から観察できるよう
に、平行に配置してもよい。

また、第１図のような電子線顕微鏡の構成で、無影像を
得ることもできる。第１図の説明では、電子線をブラン
キングコイルにより時分割照射するとしたが、これらを
同時に照射する。検出器は、第１図の中央の電子顕微鏡
のものを使用する。これらは、検出器７，８の和信号で
もよいし、片方のみでもよい。このようにすれば、パタ
ーンの凹凸による影のない観察ができる。特に、反射電
子像の場合は、この効果が顕著である。勿論、この場合
は、第１図の紙面に垂直な面内なとでも電子線を照射で
きるように、複数の電子顕微鏡を配置すれば、より影の
ない観察が可能になる。ただし、これらの場合、他の焦
点合わせ手段で、電子線が一点に集まるように、試料を
Ｚ移動しておく必要がある。

次に、上記焦点合わせの方法の一例を示す。

これも、第１図に示した構成により、実現できる。試料
の観察面に対し、なるべく垂直な方向及びそれとなるべ
く平行に近い方向の二つの電子顕微鏡を選び、同時に電
子線を照射する。そして、垂直な方向の電子顕微鏡の検
出器の出力にモニタし、得られた画像の解像度が高くな
るように、試料をＺ移動させる。従来は、一つの電子線
のみで、焦点合わせを行っていたが、斜方からの電子線
の効果により、極めて精度の高い焦点合わせができる。

これは、二つの電子線が、Ｚ方向の一点でのみ電子線が
集束するため、位置が一致し、この場合のみ、鮮明な像
が得られるのに対し、その他の場合は試料上の異なる位
置に電子線が照射されるため不鮮明な像しか得られない
ことによる。しか．３８ も、二つの電子線は角度が大きく異なるため、Ｚ移動に
対して極めて敏感である。なお、検出器の出力は、検出
器７．８の和信号でもよいし、片方のみでもよい。実際
の運用に当っては、試料面の傾きは観察前には、不明で
あるので、選ぶ電子線は、例えば８０度といった大きく
角度の異なる二つを選ぶ。

この原理を応用して、立体形状を測定することもできる
。即ち、試料を微小な量ΔＺだけＺ移動させては像を検
出する。ΔＺは、例えば、１μｍとする。そして、±５
０／１．ｍの範囲で検出した複数枚の画像より、各画像
内で焦点の合った領域と、ΔＺの関係を求めることによ
り、試料の高さを算出できる。また、複数の画像から、
焦点の合った領域を合成すれば、焦点深度の深い画像を
得ることもできる。これらは、光な用いた画像に対して
行っている手法が適用できる。これらは、超小型の電子
顕微鏡により初めて、電子線を用いた画像に対して可能
になったもので、これにより、光学式にくらべ、高解像
度でしかも極めて焦点深度の深い鮮明な観察ができる。

また、これらとは異なる応用として、複数の電子線を同
時に利用できる場合、長寸法の測定ができる。第１０図
に示すように、２つの走査型電子顕微鏡１−１、］−２
により、ひとつの試料１０上に電子線を時分割で照射し
、かつ電子線間隔をレーザ測長器等により計り、かつ、
試料上でそれぞれの二次電子や反射電子の像から短寸法
を計ることにより、非常に長い試料でも精度高く試料の
寸法を測長できる。電子線間隔は、レーザ測長器等によ
り計るのであるが、これは、電子線源の間隔や、電子線
を走査、偏向しないときの電子線間隔等に等価な距離で
ある、基準位置間隔を計るものである。各照射電子線で
は、基準位置からの寸法を検出器７あるいは（及び）８
を用いて測定する。このような構成にすれば、機械的に
試料等を動かすことなく、静止した状態で計ることがで
きるので、従来、長寸法では測定精度が悪かったが、こ
れら長寸法試料でも精度を向上させることが可能となる
。上記例では、検出器７．８は、より測３９＼。

定精度を向トさせるため、各電子線に対し対称となる位
置で、かつ測定方向に平行に配置した。さらに、第１０
図では、試料室にレーザ測長器を入れた構成としたが、
このようにすれば空気の揺らぎの影響等がなく、測定精
度がさらに向上しうる。

また、従来のパターン検査装置や異物検査装置に、電子
顕微鏡を組み合わせると、さらに効果がある。この例を
第１１図を用いて説明する。第１１図において、試料ス
テージ９ａ上の試料１０、例えばＬＳＩウェハを、照明
ランプ７１により照明し、これを対物レンズ７０を介し
てＴＶカメラ７２を用いて、そのパターンの画像を検出
する。

検出した画像は、メモリ７６から読みだして、比較判定
部７３で互いに比較し、不一致を欠陥として出力する。

また、メモリから読みだすと同時に、このメモリに検出
した画像を記憶し、次の比較に使用する。メモリには、
チップの長さ分だけ画像を記憶する。このようなパター
ン検査装置において、出力した欠陥は、不一致となった
ものであるが、その原因等はわからない。そのため、検
査袋、４０　。

置を使用する場合、欠陥と判定されたパターンを光学顕
微鏡を備えた目視観察系により目視でその原因等を判断
していた。この種の方法について、本出願人らは特開昭
６３−３２３２７６号に述べている。しかし、光学顕微
鏡では、解像度の点で、その原因までわかるのは０．３
から０．５μｍ程度以上の大きさをもつ欠陥だけであっ
た。そこで、第１１図に示すように、この（」視観察系
に、光学顕微鏡の代わりに、本発明の小型電子顕微鏡１
を使用する。欠陥の座標等は、座標管理部７５により行
う。試料ステージ９ａ、９ｂは、同一のエア定盤（図示
せず）上に載せている。勿論、対物レンズ７０と電子顕
微鏡１を同一の試料室に入れることも技術的に可能であ
る。この考えは、すでに本出願人らが特開昭６０−２１
８８４５号において述べており、これらはすでに実用化
されている。

この場合、試料ステージを９ａ、９ｂを共通にすること
ができ、座標管理が簡便になる。このような構成にする
と、非常に小さい欠陥まで、その原因分析ができるよう
になる。また、真空中で検査丁ｈ ４２へ するので、空気の揺らぎ等の影響をうけないため、微小
な異物、欠陥まで検出できるというメリットがある。

また、第１１図において、次のような使用もできる。検
査装置でもっとも検出したい欠陥は、最上層のパターン
に発生したものであり、必ずしも下地のパターンに発生
した欠陥は検出しなくてもよい場合がある。そこで、電
子顕微鏡により低加速でパターンを検出し、最上層検出
部７４で、例えば２植化等の処理を行えば、検出される
パターンは表面層のパターンのみである。この検出され
たパターンを用いて、検査装置で検出された欠陥をマス
キング処理してやれば、表面層の欠陥だけが出力される
。これにより、ウェハパターンの設計情報を何ら使うこ
となく、初期の目的が実現される。

第１−１図では、パターン検査装置を用いて説明したが
、これらは異物を検出する、レーザなどの光学的手段を
もつ異物検査装置においてもそのままあてはまるもので
ある。

勿論、これらの荷電粒子線装置を光学的検出手段の代わ
りにそのまま用いてもよい。即ち、第１１図において、
対物レンズ７０やＴＶカメラ７２、照明７１からなる光
学的検出手段を、走査型電子顕微鏡に置き換えることが
できる。シンチレータ等で検出した二次電子や反射電子
等の像を用いて、欠陥判定を行い、不一致を欠陥として
出力したり、第１２図に示すように異物検出を行う。第
１２図では、パターン付きウェハの異物検査を行うため
、パターン検査と同じように、不一致を異物として出力
する比較判定部７３を用いた。これは、パターンも、特
にパターンエツジでは二次電子や反射電子が多くでるた
め、これを打ち消すために必要なものである。勿論パタ
ーンのない鏡面ウェハの場合は、単にシンチレータ等の
検出器出力を２植化するだけで異物が検出できる。また
、第１２図において、走査型電子顕微鏡を２個、シンチ
レータ等の検出器をウェハ」二方に１個設けたが、これ
らは第１図に示した複数の走査型電子顕微鏡と、複数の
検出器により構成してもよい。複数の検出、４３　。

器出力は、これらの和をとって出力し、比較判定しても
よいし、それぞれで異物検出を行い、結果を合成しても
よい。

以上、本発明による、複数の電子線を照射する電子線観
察装置による観察、検査、寸法測定等について説明した
。これらは、単に試料を入れる真空チャンバが共通であ
るといった意味でなく、相加的、相乗的作用により、大
きな効果が得られるものである。

〔発明の効果〕

上記した発明によれば、荷電粒子線を複数用いることに
より、試料の立体的形状の複雑さや試料表面の傾きの状
態によらず、その立体形状が高精度に観察、検査、測定
できる。また、照射荷電線に対し、対象パターンの影と
なる領域もその影響を受けることなく、立体形状を観察
、検査、測定できる。さらに、これらは、試料をチルト
させなくても実現可能であり、試料を静止した状態で観
察、検査、測定可能である。

上記した発明によれば、荷電粒子線を複数用い／１４ ることにより、試料のチルトなどの移動機構がなくても
、試料を静止した状態で、ステレオ観察などが容易にで
きる。さらに、高倍、低倍の同時観察なども容易にでき
る。さらに、高加速、低加速での同時観察なども容易に
できる。さらに試料の表裏同時観察なども容易にできる
。

また、上記した発明によれば、次のような作用効果が得
られる。静電対物レンズの主面を、第二電極と試料の中
間に位置させることによって、試料を対物レンズの中に
置かず、第二電極よりも下方（試料側）に配置した場合
でも十分に短焦点距離でのレンズ使用が可能になり、小
さいレンズ収差を実現できる。従って、本発明による対
物レンズ構成を用いた場合、大面積の試料であっても、
これを小さく分割することなく、対物レンズの下方にそ
のまま配置して高分解能での試料観察ができる。

また、本発明による対物レンズは、その構成が簡単な二
電極静電レンズであるため、荷電粒子線装置全体の超小
型化がはじめて可能となり、従来は、試料側をチルトさ
せるための機構などが考えられていたが、本発明により
試料のみならず、荷電粒子源や対物レンズ側を移動させ
ることが可能どなり、上記した実施例を容易に実現でき
る。

さらに、本発明の荷電粒子線装置によれば、試料を対物
レンズからある程度離れた位置においても、何ら分解能
を損なうことなく試料の観察ができ、またこの空間的余
裕を利用できること、また、悠小型であることから、単
に試料を入れる真空チャンバが共通であるといった意味
でなく、複数の荷電粒子線を用いることによる相乗的、
相加的効果を得るという意味で、また他の観察、計測手
段との複合化による別の効果を得るという意味で意義が
大きく、例えば焦点合わせの高精度化や長寸法の測定精
度向上なども期待できる。また、検査において、従来の
光学的検出手段の代わりに使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子線を用いた断面形状測定、ス
テレオ観察、高低倍同時観察、高低加速電圧同時観察な
どが可能な荷電粒子線観察装置の実施例を示す構成ブロ
ック図、第２図は第１図の処理の流れを示すフローチャ
ート図、第３図は第１図の波形合成の説明図、第４図は
第１図のステレオ法算出部の構成ブロック図、第５図は
第４図のパターン特徴点算出法の説明図、第６図は第１
図の照度差ステレオ法の説明図、第７図は第１図の１ａ
度差ステレオ法算出部の構成ブロック図、第８図はステ
レオ観察による２チツプ比較の説明図、第９図は試料の
同時観察装置の実施例を示す図、第１０図は長寸法測定
装置の実施例を示す図、第１１図はパターン検査装置へ
の応用を説明する図、第１−２図は異物検査装置への応
用を説明する図、第１３図は静電レンズで構成された走
査型荷電粒子線装置の断面図である。 １・・・走査型電子顕微鏡部、２・・・断面形状算出部
、７．８・・・検出器、９・・・試料ステージ、１０・
・・試料、１２・・・ステージ制御部、１３・・・制御
部、１４・・・和信号検出部、１５・・・差信号検出部
、１６・・・ステレオ法算出部、１７・・・照度差ステ
レオ法算出部、１８　・ステレオ法記憶部、１９・・・
照度差ステレオ法記憶部、２ｏ・・Ｏ１記憶部、２１・
・・ｏ２記憶部、２２　倍率記憶部、２３・・・波形合
成部、２４・・・デイスプレィ、２５−ＣＲＴ、２６・
・キーボード、７０・・・対物レンズ、７１・・・照明
、７２・・・ＴＶカメラ、７３・・・欠陥判定部、７４
・・最上層検出部、７５・座標管理部、１．０１・・・
電子源、１０２・・・電子線、１０３・・・第１電極、
１．０４・・・第２電極、１ｏ訃・・偏向器、１０６・
・・試料、１０８・・・二次電子、１゜９・・・二次電
子検出器、１１０・・・制御・表示装置。 ６４８　。 第 づ 凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の荷電粒子線を試料に照射し、試料から発生す
   る二次電子、あるいは反射電子等を検出して、試料の形
   状を観察、検査、あるいは形状の自動測定を行う荷電粒
   子線観察装置。 ２、複数の荷電粒子線を試料に照射するため、複数の荷
   電粒子の線源を用いて複数の荷電粒子線を発生させ、時
   分割で、試料に照射するか、または、一個の荷電粒子の
   線源を用いて、これを試料に対して空間的に移動させ、
   試料に順次照射することを特徴とする請求項１記載の荷
   電粒子線観察装置。 ３、上記複数の荷電粒子線は、試料上の一点に集束させ
   ることが可能な配置であることを特徴とする、請求項１
   あるいは２記載の荷電粒子線観察装置。 ４、上記複数の荷電粒子線に対し、それぞれに、試料か
   ら発生する二次電子、あるいは反射電子等を検出する検
   出器を備えたことを特徴とする、請求項１あるいは２あ
   るいは３記載の荷電粒子線観察装置。 ５、上記複数の荷電粒子線に対し、それぞれに、試料か
   ら発生する二次電子、あるいは反射電子等を検出する検
   出器を複数個備えたことを特徴とする、請求項１あるい
   は２あるいは３あるいは４記載の荷電粒子線観察装置。 ６、上記複数の荷電粒子線に対し、それぞれに、試料か
   ら発生する二次電子、あるいは反射電子等を検出する検
   出器を複数個備え、得られた像をそれぞれに表示するこ
   とを特徴とする、請求項５記載の荷電粒子線観察装置。 ７、少なくとも２種の角度の荷電粒子線を試料に走査し
   、試料より発生する二次電子、または反射電子等を少な
   くとも２つの検出器で検出し、検出器の和（片側のみで
   も可）信号より、ステレオ法により試料の断面形状を測
   定するか、検出器の差信号から試料の断面形状を測定す
   るか、または、これらを合成することにより断面形状を
   測定することを特徴とする請求項１あるいは２あるいは
   ３あるいは４あるいは５あるいは６記載の荷電粒子線観
   察装置。 ８、複数の荷電粒子線を試料に照射するため、複数の荷
   電粒子の線源を用いて複数の荷電粒子線を発生させ、加
   速電圧、倍率、照射位置、照射角度などの条件に関し、
   いずれかを異なる条件に設定して、同時に、あるいは時
   分割で、試料に照射することを特徴とする請求項１記載
   の荷電粒子線観察装置。 ９、上記複数の荷電粒子線に対し、それぞれに、試料か
   ら発生する二次電子、あるいは反射電子等を検出する検
   出器を複数個備え、これらをそれぞれ表示することを特
   徴とする請求項８記載の荷電粒子線観察装置。 １０、複数の荷電粒子線を試料に照射するため、複数の
   荷電粒子の線源を用いて複数の荷電粒子線を発生させ、
   かつこれらは一点で集束する点をもつように、また照射
   角度を異なる条件に設定して、同時に、試料上に照射し
   、得られる像質により、焦点合わせを行うことを特徴と
   する請求項８記載の荷電粒子線観察装置。 １１、複数の荷電粒子の線源を用いて複数の荷電粒子線
   を発生させ、時分割で、試料に照射し、レーザ測長器等
   の測定手段により荷電粒子線の間隔を測定し、かつ、試
   料から発生する二次電子、あるいは反射電子等をそれぞ
   れ検出して基準位置からの寸法を測長することにより、
   試料の長寸法を測定することを特徴とする請求項１ある
   いは２記載の荷電粒子線観察装置。 １２、荷電粒子線を発生する粒子源や荷電粒子線を集束
   させる対物レンズ、及び二次電子や反射電子等を検出す
   る検出器などからなる荷電粒子線観察装置全体を、観察
   試料と同一の空間内にいれ、相互に移動できる構成にし
   たことを特徴とする荷電粒子線観察装置。 １３、光学的にパターンを検出する手段と、検出したパ
   ターンを比較する手段よりなるパターン検査装置におい
   て、目視観察系に荷電粒子線装置を備えたことを特徴と
   するパターン検査装置。 １４、光学的にパターンを検出する手段と、検出したパ
   ターンを比較する手段よりなるパターン検査装置におい
   て、荷電粒子線装置による表面層検出手段を備え、表面
   層の欠陥を検出できるようにしたことを特徴とするパタ
   ーン検査装置。 １５、光学的に異物を検出する手段よりなる異物検査装
   置において、目視観察系に荷電粒子線装置を備えたこと
   を特徴とする異物検査装置。 １６、荷電粒子線を試料上に集束させる対物レンズは、
   荷電粒子線を通過させるための開口をそれぞれ有する相
   対向する２つの電極と上記試料に近い側の第２電極とよ
   りなる静電型対物レンズであり、上記第１電極の電位が
   上記第２電極の電位に対して、上記荷電粒子線が負に帯
   電した粒子線である場合には正の電位に、正に帯電した
   粒子線である場合には負の電位に保たれ、かつ、この静
   電型対物レンズのレンズ主面は第２電極の下面よりも試
   料側の位置に形成されていることを特徴とする荷電粒子
   線装置を用いた請求項１から１５記載の荷電粒子線観察
   装置あるいは検査装置。