JP2017198588A - パターン検査装置 - Google Patents

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Abstract

【目的】電子ビームを用いたパターン検査においてステップアンドリピート動作に起因する検査を行えない時間を短縮することが可能なパターン検査装置を提供する。【構成】本発明の一態様のパターン検査装置１００は、複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを用いて、パターンが形成された基板上を走査する電子ビームカラム１０２と、基板を載置する、移動可能なＸＹステージ１０５と、基板にマルチビームを照射することに起因して基板から放出される２次電子群を検出する検出器２２２と、ステージの移動に追従するように、検出器を移動させる駆動機構１３４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、パターン検査装置に関する。例えば、電子ビームを照射して放出されるパターン像の２次電子画像を取得してパターンを検査する検査装置に関する。
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。
そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。
検査手法としては、拡大光学系を用いて半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
上述したパターン検査装置では、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像することにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームによるマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる（例えば、特許文献１参照）。かかるマルチビームを含む電子ビームを用いたパターン検査装置では、検査対象基板の小領域毎にビームを走査して２次電子を検出する。その際、ビームを走査している間は検査対象基板の位置を固定し、走査終了後に次の領域へと検査対象基板の位置を移動させる、いわゆるステップアンドリピート動作が行われる。パターン検査では、検査対象基板のほぼ全面を検査する必要があるので、かかる検査対象基板は、通常、モータ等で駆動される重量の重いステージ上に配置される。かかる重いステージでは、移動後に減衰させることが難しい。さらに、かかるステージは上述したように検査対象基板のほぼ全面を検査する必要があるので長いストロークで移動する。かかる長いストロークで移動するステージでは、移動後に減衰させるための減衰機構も大きな機構が必要となる。よって、重量が重く、かつ長いストロークで移動するステージを短期間で減衰させるためには、さらに大きな減衰機構が必要となる。しかし、限られた空間の中で大きな減衰機構を配置することは難しい。そのため、限られた空間に配置可能な減衰機構を用いることになるが、かかる場合、ステップ動作後にステージを所定の位置精度内に停止するように収束させる静定に時間がかかる。かかる静定時間が例えば２０ｍｓ必要であったとすると、ステップアンドリピート動作を行う回数×２０ｍｓの時間が実際の検査を行っていない無駄な時間として必要になるといった問題があった。一方で、検査時間の短縮が求められている。
特開２００２−２０８３７１号公報
そこで、本発明の一態様は、電子ビームを用いたパターン検査においてステップアンドリピート動作に起因する検査を行えない時間を短縮することが可能なパターン検査装置を提供する。
本発明の一態様のパターン検査装置は、
複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを用いて、パターンが形成された基板上を走査するカラムと、
基板を載置する、移動可能なステージと、
基板にマルチビームを照射することに起因して基板から放出される２次電子群を検出する検出器と、
ステージの移動に追従するように、検出器を移動させる駆動部と、
を備えたことを特徴とする。
また、ステージはステップアンドリピート動作を行い、
ステップアンドリピート動作におけるステージが停止する場合に静定するまでのステージの振動に追従するように検出器を移動させると好適である。
また、ステージの振動を測定するレーザ干渉装置をさらに備え、
駆動部は、レーザ干渉装置によって測定された振動データを用いて、検出器を移動させると好適である。
本発明の一態様のパターン検査装置は、
複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを用いて、パターンが形成された基板上を走査するカラムと、
基板を載置する、移動可能なステージと、
基板にマルチビームを照射することに起因して基板から放出される２次電子群を検出する複数の検出器と、
ステージの移動に追従するように、複数の検出器を移動させる複数の駆動部と、
複数の検出器によって検出された各データを合成し、パターンの画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、電子ビームを用いたパターン検査においてステップアンドリピート動作に起因する検査を行えない時間を短縮できる。よって、検査時間を短縮できる。
実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の一部を示す上面概念図である。 実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。 実施の形態１におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１の比較例における画像検出機構の構成の一例を示す図である。 実施の形態１の比較例におけるステージ位置分布を示す図である。 実施の形態１における画像検出機構の構成の一例を示す図である。 実施の形態１における検出器の位置とステージの位置と基板位置との関係を示すタイムチャート図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。光学画像取得部１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ部材２０３、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、複数の検出器２２２，２２４、複数の検出器ステージ１３０，１３２、及び複数の駆動機構１３４，１３６が配置されている。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる複数のチップパターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、上述したように、露光用マスクやシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。検出器２２２，２２４は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。
制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、検出位置制御回路１４０、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、制御計算機１１０の制御の下にステージ制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。
複数の検出器２２２，２２４は、ＸＹステージ１０５上方で、後述するマルチビームの光路を取り囲むように、かつ、それぞれ検出面がＸＹステージ１０５上に配置される基板１０１表面と光軸との交点に向かって、複数の検出器ステージ１３０，１３２のうちの対応する検出器ステージ上に配置される。例えば、それぞれ検出面が、ＸＹステージ１０５上に配置される基板１０１表面と例えば１５°〜７５°の角度を持って斜めに配置される。より好ましくは、３０°〜６０°の角度を持って斜めに配置される。例えば、４５°の角度を持って斜めに配置される。
ここでは、一例として、２つの検出器２２２，２２４を示しているが、これに限るものではなく、さらに、多くの検出器を配置してもよい。２つの検出器２２２，２２４を配置する場合には、マルチビームの光路を挟んで対向する位置、或いは、マルチビームの光軸を支点に９０°回転した位置に配置されると良い。
また、複数の検出器２２２，２２４を載置した複数の検出器ステージ１３０，１３２は、制御計算機１１０の制御の下に検出位置制御回路１４０により駆動される。図１の例では、検出器ステージ１３０上に検出器２２２が配置され、検出器ステージ１３２上に検出器２２４が配置される。複数の検出器ステージ１３０，１３２は、それぞれ載置した検出器の検出面に対して、平行な２次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）駆動系を有する対応する駆動機構１３４（或いは１３６）によって移動可能となっている。また、駆動機構１３４，１３６は、後述するようにＸＹステージ１０５を停止させる際の静定中に生じる振動の最大振幅の２倍と同程度のストローク、或いは最大振幅の２倍＋α程度のストローク、検出器ステージ１３０，１３２を駆動できればよい。また、検出器２２２，２２４はマルチビームの１回の照射により照射可能な照射領域と同程度の領域で２次電子を検出できればよい。よって、検出器２２２，２２４の検出面は基板１０１面に比べて十分小さくできる。よって、検出器ステージ１３０，１３２の大きさもＸＹステージ１０５に比べて十分小さくできる。よって、複数の駆動機構１３４，１３６の各軸の駆動系もＸＹステージ１０５の駆動機構１４２に比べて十分小型化できる。よって、検出器ステージ１３０，１３２の停止時の静定中の振動は無視できる。複数の駆動機構１３４，１３６の各軸の駆動系は、それぞれ、例えばピエゾ素子を用いることができる。ピエゾ素子を用いることで高速応答に対応できる。
上述した例では、複数の駆動機構１３４，１３６が、それぞれ３軸方向に駆動できる場合を示したが、これに限るものではない。後述するように、パターン検査のステップアンドリピート動作におけるステップ方向にＸＹステージ１０５が移動した場合に、ＸＹステージ１０５を停止させる際の静定中に生じる振動は、その多くはステップ方向及びステップ方向とは逆方向に生じる。よって、基板１０１へのビーム照射位置は、振動方向とは逆の方向に振幅分だけずれることになる。よって、２次電子群３００が放出される位置も同様に振動方向とは逆の方向に振幅分だけずれることになる。よって、検出器２２２，２２４においてもかかるずれと同様にずれた位置で検出する必要がある。そのため、かかる２次電子群３００が放出される位置のずれ方向と同様に検出位置がずれ検出面に沿ってずれる方向に検出器２２２，２２４をずらすことができる１軸駆動ができればよい。
電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないカソードとアノード間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定のバイアス電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビームとなって放出される。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、及び対物レンズ２０７は、例えば電子レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４には、後述するように複数の個別ブランキング機構がブランキング基板上に配置され、各個別ブランキング機構への制御信号は、ブランキング制御回路１２６から出力される。偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。
基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された半導体ウェハである場合には、かかるチップ（ダイ）パターンのパターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。
ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。
図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ部材２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｎ列×縦（ｙ方向）ｍ列（ｎ，ｍは一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）に３２×３２列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。或いは、その他の構成であってもよい。
図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の一部を示す上面概念図である。なお、図３において、電極２４，２６と制御回路４１の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図３に示すように、図２に示した成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が図示しない基板（例えばシリコン基板）上に開口される。そして、基板上の各通過孔２５の近傍位置に、該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の電極２４，２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の例えば電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の２つの電極２４，２６の他方（例えば、電極２６）は、グランド接続される。また、各制御回路４１は、制御信号用の数ビット、例えば５〜１０ビットの配線が接続される。各制御回路４１は、例えば数ビットの配線の他、クロック信号線および電源用の配線等が接続される。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、電極２４，２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。ブランキング制御回路１２６から各制御回路４１用の制御信号が出力される。各制御回路４１内には、図示しないシフトレジストが配置され、例えば、ｎ×ｍ本のマルチビームの１列分の制御回路内のシフトレジスタが直列に接続される。そして、例えば、ｎ×ｍ本のマルチビームの１列分の制御信号がシリーズで送信され、例えば、ｎ回のクロック信号によって各ビームの制御信号が対応する制御回路４１に格納される。
各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。マルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。個別ブランキング制御を行うことで、異常ビームを検査から排除できる。
なお、図３の例では個別ブランキング機構４７を示しているが、これに限るものではない。マルチビーム２０全体を一括してブランキング制御する機構であっても構わない。
次に検査装置１００における光学画像取得部１５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ部材２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ部材２０３には、矩形の複数の穴（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。
ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、個別ブランキング機構によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（マルチビーム２０全体）が同方向に一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のｎ×ｍ本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１から放出される、マルチビーム２０の各ビームに対応する２次電子の束となる２次電子群３００は、複数の検出器２２２，２２４に入射することによって検出される。言い換えれば、マルチビーム２０の各ビームについて、１本のビームが照射された基板１０１の１か所の位置から放出された２次電子群３００を複数の検出器２２２，２２４によって検出する。これにより、基板１０１の各位置の検出データの情報量を増やすことができる。
図４は、実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。図４に示すように、基板１０１の検査領域３０には、例えば、ｘ，ｙ方向に向かってアレイ状にそれぞれ所定の幅で複数のチップ３２（ダイ）が形成される。各チップ３２は、例えば、３０ｍｍ×２５ｍｍのサイズで基板１０１上に形成される。パターン検査は、チップ３２毎に実施されることになる。各チップ３２の領域は、例えば、一回のマルチビーム２０全体の照射で照射可能な照射領域３４と同じｘ，ｙ方向幅で複数の単位検査領域３３に仮想分割される。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のチップ３２の４つ角のいずれか（例えば左上端）の単位検査領域３３の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、スキャン動作が開始される。実施の形態１では、例えば、ステップアンドリピート動作を繰り返すことで、照射領域３４を例えばｘ方向に照射領域３４の幅で順次ずらしながら各単位検査領域３３をマルチビーム２０により走査していく。ｙ方向に同じ段のｘ方向に並ぶすべての単位検査領域３３の走査が終了したら、ステージ位置をｙ方向に移動させて、ｙ方向に同じ次の段のｘ方向に並ぶ各単位検査領域３３をマルチビーム２０により同様に走査していく。かかる動作を繰り返し、１つのチップ３２の領域の走査が終了したら、ＸＹステージ１０５を移動させて、次のチップ３２の４隅のいずれか（例えば左上端）の単位検査領域３３の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、同様の動作を行う。かかる動作を繰り返すことで、すべてのチップ３２について走査していく。
図５は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。図５において、チップ３２の領域は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、測定用画素３６（単位照射領域）となる。そして、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な複数の測定用画素２８（１ショット時のビームの照射位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う測定用画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチＰとなる。図５の例では、隣り合う４つの測定用画素２８で囲まれると共に、４つの測定用画素２８のうちの１つの測定用画素２８を含む正方形の領域で１つのグリッド２９を構成する。図５の例では、各グリッド２９は、４×４画素で構成される場合を示している。
図６は、実施の形態１におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。図６では、ある１つの単位検査領域３３（照射領域３４）を走査する場合の一例を示している。１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｎ１×ｍ１個のグリッド２９が配列されることになる。ｎ×ｍ個のマルチビーム２０がすべて使用される場合には、ｎ１×ｍ１個のグリッド２９は、ｎ×ｍ個のグリッド２９になる。１つの単位検査領域３３にマルチビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させたら、その位置でＸＹステージ１０５を停止させ、当該単位検査領域３３を照射領域３４として当該単位検査領域３３内を走査（スキャン動作）する。マルチビーム２０を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのグリッド２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各ビームは、担当グリッド２９内の同じ位置に相当する１つの測定用画素２８を照射することになる。図６の例では、各ビームは、１ショット目に担当グリッド２９内の最下段の右から１番目の測定用画素３６を照射する。そして、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括してｙ方向に１測定用画素３６分だけビーム偏向位置をシフトさせ、２ショット目に担当グリッド２９内の下から２段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。同様に、３ショット目に担当グリッド２９内の下から３段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。４ショット目に担当グリッド２９内の下から４段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。次に、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括して最下段の右から２番目の測定用画素３６の位置にビーム偏向位置をシフトさせ、同様に、ｙ方向に向かって、測定用画素３６を順に照射していく。かかる動作を繰り返し、１つのビームで１つのグリッド２９内のすべての測定用画素３６を順に照射していく。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で各穴２２と同数の複数のショットに応じた２次電子の束による２次電子群３００が一度に検出される。
以上のように、マルチビーム２０全体では、単位検査領域３３を照射領域３４として走査することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのグリッド２９を走査することになる。そして、ＸＹステージ１０５が停止した状態で、１つの単位検査領域３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次の単位検査領域３３にステップ動作をして、ＸＹステージ１０５が停止した状態で、かかる隣接する次の単位検査領域３３の走査（スキャン）を行う。かかるステップアンドリピート動作を繰り返し、各チップ３２の走査を進めていく。マルチビーム２０のショットにより、その都度、照射された測定用画素３６から２次電子群３００が周囲上方に放出され、複数の検出器２２２，２２４にて検出される。複数の検出器２２２，２２４の各検出器は、各測定用画素３６から周囲上方に放出された２次電子群３００のうち、同じ方向に放出された２次電子群３００を測定用画素３６毎（或いはグリッド２９毎）に検出する。
以上のようにマルチビーム２０を用いて走査することで、シングルビームで走査する場合よりも高速にスキャン動作（測定）ができる。
なお、上述した例では、１画素３６毎にビームのＯＮ／ＯＦＦを行っている場合を説明したが、これに限るものではない。グリッド２９毎に、同じグリッド２９を対応する１つのビームが走査する間、連続ビームで走査しても構わない。言い換えれば、ステップ動作の間はビームＯＦＦにすればよい。
図７は、実施の形態１の比較例における画像検出機構の構成の一例を示す図である。図７において、基台中にステージ３０５が配置され、ステージ３０５は、ステージ駆動装置３４２によってステップアンドリピート動作に合わせて移動させられる。また、ステージ３０５の位置は、ステージ３０５上のミラー３１２を用いたレーザ干渉計３２２で測定する。そして、ステージ３０５停止中にカラム３０２からステージ３０５上の検査対象基板３０１に電子ビームを照射し、検査対象基板３０１からの２次電子を画像検出器３２２で検出する。図７において、画像検出器３２２は固定されている。
図８は、実施の形態１の比較例におけるステージ位置分布を示す図である。実施の形態１の比較例における検査対象基板３０１は、上述したように、重量の重いステージ３０５上に配置される。さらに、かかるステージ３０５は上述したように検査対象基板３０１のほぼ全面を検査する必要があるので長いストロークで移動する。このような、重量が重く、かつ長いストロークで移動するステージ３０５では、図８に示すように、ステップ動作後にステージ３０５を所定の位置精度内に停止するように収束させる静定に時間がかかる。よって、上述したように、比較例では、ステップアンドリピート動作を行う回数×静定時間が実際の検査を行っていない実際の検査を行っていない無駄な時間として必要になるといった問題があった。
図９は、実施の形態１における画像検出機構の構成の一例を示す図である。図９では、図１に示した構成の一部を示している。上述したように、実施の形態１では、各チップ３２内のビーム走査について、単位検査領域３３毎に、ＸＹステージ１０５はステップアンドリピート動作を行う。注目する単位検査領域３３が照射領域３４に入る位置でＸＹステージ１０５を停止させ、電子ビームカラム１０２（カラム）は、複数の電子ビームにより構成されるマルチビーム２０を用いて、パターンが形成された基板１０１上を走査する。そして、複数の検出器２２２，２２４が、基板１０１にマルチビーム１０１を照射することに起因して基板１０１から放出される２次電子群を検出する。但し、実施の形態１では、図８に示した比較例とは異なり、静定時間中にスキャン動作を開始する。そのために、実施の形態１では、複数の駆動機構１３４，１３６が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、複数の検出器２２２，２２４のうち、それぞれ対応する検出器２２２（或いは検出器２２４）を移動させる。具体的には、複数の駆動機構１３４，１３６が、ステップアンドリピート動作におけるＸＹステージ１０５が停止する場合に静定するまでのＸＹステージ１０５の振動に追従するように複数の検出器２２２，２２４のうち、それぞれ対応する検出器２２２（或いは検出器２２４）を移動させる。ＸＹステージ１０５の振動は、レーザ測長システム１２２（レーザ干渉装置）によって測定される。測定されたＸＹステージ１０５の振動データ（位置情報）は、位置回路１０７に出力される。そして、位置回路１０７から検出位置制御回路１４０に出力される。検出位置制御回路１４０は、複数の駆動機構１３４，１３６がレーザ測長システム１２２によって測定された振動データを用いて、ＸＹステージ１０５の振動に追従するように複数の検出器２２２，２２４のうち、それぞれ対応する検出器２２２（或いは検出器２２４）を移動させるように複数の駆動機構１３４，１３６を制御する。
例えば、複数の検出器２２２，２２４が光軸を挟んでｘ方向に対向する位置に配置され、ＸＹステージ１０５のステップ動作が−ｘ方向に移動する場合について説明する。ＸＹステージ１０５が−ｘ方向に−ｘ１だけ振動した場合、マルチビームの照射位置は設計上の照射位置よりもｘ方向にｘ１だけずれることになる。放出される２次電子が示す情報も当然設計上の照射位置よりもｘ方向にｘ１だけずれた位置の情報になる。光軸よりもｘ方向側に配置される検出器２２２は、固定されたままだと設計上の照射位置の情報としてかかる２次電子を検出してしまう。そのため、駆動機構１３４は、図９（図１）中において、検出器ステージ１３０を斜め上方に移動させることで検出器２２２の検出位置を検出面に沿って斜め下方にｘ１だけずれさせる。これにより、検出器２２２は、検出面に沿って設計上の照射位置よりも斜め下方（検出面のｘ方向）にｘ１だけずれた位置で２次電子を検出できる。他方、光軸よりも−ｘ方向側に配置される検出器２２４は、固定されたままだと設計上の照射位置の情報としてかかる２次電子を検出してしまう。そのため、駆動機構１３６は、図１中において、検出器ステージ１３２を斜め下方に移動させることで検出器２２４の検出位置を検出面に沿って斜め上方にｘ１だけずれさせる。これにより、検出器２２４は、検出面に沿って設計上の照射位置よりも斜め上方（検出面のｘ方向）にｘ１だけずれた位置で２次電子を検出できる。
逆に、ＸＹステージ１０５がｘ方向にｘ２だけ振動した場合、マルチビームの照射位置は設計上の照射位置よりも−ｘ方向にｘ２だけずれることになる。放出される２次電子が示す情報も当然設計上の照射位置よりも−ｘ方向にｘ２だけずれた位置の情報になる。光軸よりもｘ方向側に配置される検出器２２２は、固定されたままだと設計上の照射位置の情報としてかかる２次電子を検出してしまう。そのため、駆動機構１３４は、図９（図１）中において、検出器ステージ１３０を斜め下方に移動させることで検出器２２２の検出位置を検出面に沿って斜め上方に−ｘ２だけずれさせる。これにより、検出器２２２は、検出面に沿って設計上の照射位置よりも斜め上方（検出面の−ｘ方向）に−ｘ２だけずれた位置で２次電子を検出できる。他方、光軸よりも−ｘ方向側に配置される検出器２２４は、固定されたままだと設計上の照射位置の情報としてかかる２次電子を検出してしまう。そのため、駆動機構１３６は、図１中において、検出器ステージ１３２を斜め上方に移動させることで検出器２２４の検出位置を検出面に沿って斜め下方に−ｘ２だけずれさせる。これにより、検出器２２４は、検出面に沿って設計上の照射位置よりも斜め下方（検出面の−ｘ方向）に−ｘ２だけずれた位置で２次電子を検出できる。
図１０は、実施の形態１における検出器の位置とステージの位置と基板位置との関係を示すタイムチャート図である。ステップ移動の終了位置までＸＹステージ１０５が到達すると、ＸＹステージ１０５は、駆動機構１４２等によって停止するために減衰させられる。その際、図１０（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１０５は、振動する。かかる振動時間が静定時間となる。しかし、実施の形態１では、図１０（ａ）に示すように、ＸＹステージ１０５の振動に追従するように複数の検出器２２２，２２４が移動する。複数の検出器２２２，２２４は、振動によってずれる基板１０１上の照射位置から放出される２次電子を検出器でも同様にずれた位置で検出するように複数の検出器２２２，２２４の配置位置に応じて所定の方向に移動する。その結果、ＸＹステージ１０５と検出器２２２との間の相対位置（及びＸＹステージ１０５と検出器２２４との間の相対位置）は、停止状態を保つことができる。よって、図１０（ｃ）に示すように、ＸＹステージ１０５の停止時の静定開始時点からスキャン動作（画像取得）ができる。このように、スキャン動作（画像取得）時間をＸＹステージ１０５の停止時の静定時間に重ねることができる。よって、ステップアンドリピート動作に起因する検査を行えない時間を短縮できる。
マルチビームスキャン及び２次電子検出工程として、以上のように、光学画像取得部１５０は、複数の電子ビームが所定のピッチＰで配置されたマルチビーム２０を用いて、複数の図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、マルチビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、２次電子群３００を検出する。走査（スキャン）の仕方、及び２次電子群３００の検出の仕方は上述した通りである。検出器２２２，２２４によって検出された各測定用画素３６からの２次電子群３００の検出データは、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、１つのチップ３２分の検出データが蓄積された段階で、チップパターンデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。
一方、マルチビームスキャン及び２次電子検出工程と並行或いは前後して、参照画像が作成される。
参照画像作成工程として、展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が半導体基板の場合には、半導体基板に露光用マスクのマスクパターンを露光転写する際の基板上の露光イメージが定義された露光イメージデータに基づいて、複数の画素３６で構成されるグリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。露光イメージデータの代わりに、複数の図形パターンを基板１０１に露光転写する露光用マスクを形成するための元になる描画データ（設計データ）を用いても良い。展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が露光用マスクの場合には、複数の図形パターンを基板１０１に形成するための元になる描画データ（設計データ）に基づいて、複数の画素３６で構成されるグリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。光学画像は、グリッド２９単位の画像よりも解像度を粗くして、グリッド２９を１つの画素とする単位検査領域３３単位の画像を作成してもよい。かかる場合、参照画像も同様に、グリッド２９単位の画像よりも解像度を粗くして、グリッド２９を１つの画素とする単位検査領域３３単位の画像を作成すればよい。グリッド２９を１つの画素とする場合には、グリッド２９内のパターンが占める占有率を階調値にすればよい。
具体的には、以下のように動作する。まず、展開回路１１１は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ（或いは露光イメージデータ）を読み出し、読み出された描画データ（或いは露光イメージデータ）に定義された各照射領域３４の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。
ここで、描画データ（或いは露光イメージデータ）に定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。
かかる図形データとなる描画データ（或いは露光イメージデータ）が展開回路１１１に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。かかるマス目は、測定用画素３６と同サイズにすればよい。なお、グリッド２９を画素とする場合には、かかるマス目は、グリッド２９と同サイズにすればよい。
次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。検出回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、電子光学系によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにしてグリッド２９の測定画像（光学画像）と比較する設計画像（参照画像）を作成する。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、それぞれメモリに格納される。
図１１は、実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。図１１において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２、合成部５４、位置合わせ部５８、及び比較部６０が配置される。合成部５４、位置合わせ部５８、及び比較部６０といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。合成部５４、位置合わせ部５８、及び比較部６０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。
転送された検出器２２２（２２４）毎のチップパターンデータは、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、記憶装置５０に一時的に格納される。同様に、参照画像データは、設計上の各位置を示す情報と共に、記憶装置５２に一時的に格納される。ここで、実施の形態１では、基板１０１上の同じ位置から放出される２次電子群３００を複数の検出器２２２，２２４で検出している。そこで、合成部５４（画像生成部）は、複数の検出器２２２，２２４によって検出された各データを合成し、パターンの画像を生成する。１つの検出器で検出されたデータよりも情報量が多いため、高精度な２次元画像を作成できる。或いは、情報量が多いため、３次元画像を作成してもよい。光学画像が３次元画像である場合には、参照画像も同様に３次元画像にすればよい。
次に、位置合わせ部５８は、画素３６より小さいサブ画素単位で、光学画像（測定画像）と参照画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。
そして、比較部６０は、当該光学画像と参照画像とを画素３６毎に比較する。比較部６０は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。グリッド２９を画素する画像の場合は、画素３６をグリッド２９と読み替えればよい。
以上のように、実施の形態１によれば、電子ビームを用いたパターン検査においてステップアンドリピート動作に起因する検査を行えない時間を短縮できる。よって、検査時間を短縮できる。
以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した例では、基板１０１上の同じ位置から放出される２次電子群３００を複数の検出器２２２，２２４で検出する場合を説明したが、これに限るものではない。基板１０１上の各位置の情報量が少なくなっても構わない場合や、基板１０１上の同じ位置から放出される２次電子群３００を光学系の磁場や電場等で一方向に誘導できる場合等には、１つの検出器で検出してもよい。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。
２０ マルチビーム
２２ 穴
２４，２６ 電極
２５ 通過孔
２９ グリッド
３０ 検査領域
３２ チップ
３３ 単位検査領域
３４ 照射領域
２８，３６ 画素
４１ 制御回路
４７ 個別ブランキング機構
５０，５２ 記憶装置
５４ 合成部
５８ 位置合わせ部
６０ 比較部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２２ レーザ測長システム
１２０ バス
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３０，１３２ 検出器ステージ
１３４，１３６ 駆動機構
１４０ 検出位置制御回路
１４２ 駆動機構
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ部材
２０４ ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１６ ミラー
２２２，２２４ 検出器
３００ ２次電子群
３０１ 基板
３０２ カラム
３０５ ステージ
３１２ ミラー
３２２ 検出器
３３２ レーザ干渉計
３４２ ステージ駆動装置

Claims (4)

  1. 複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを用いて、パターンが形成された基板上を走査するカラムと、
    前記基板を載置する、移動可能なステージと、
    前記基板に前記マルチビームを照射することに起因して前記基板から放出される２次電子群を検出する検出器と、
    前記ステージの移動に追従するように、前記検出器を移動させる駆動部と、
    を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
  2. 前記ステージはステップアンドリピート動作を行い、
    前記ステップアンドリピート動作における前記ステージが停止する場合に静定するまでの前記ステージの振動に追従するように前記検出器を移動させることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
  3. 前記ステージの振動を測定するレーザ干渉装置をさらに備え、
    前記駆動部は、前記レーザ干渉装置によって測定された振動データを用いて、前記検出器を移動させることを特徴とする請求項２又は３記載のパターン検査装置。
  4. 複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを用いて、パターンが形成された基板上を走査するカラムと、
    前記基板を載置する、移動可能なステージと、
    前記基板に前記マルチビームを照射することに起因して前記基板から放出される２次電子群を検出する複数の検出器と、
    前記ステージの移動に追従するように、前記複数の検出器を移動させる複数の駆動部と、
    前記複数の検出器によって検出された各データを合成し、前記パターンの画像を生成する画像生成部と、
    を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
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