JP2021009780A - マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査の精度および効率を向上させることができるマルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法を提供する。【解決手段】基板上にマルチ１次電子ビームを配置するビーム配置部を備え、ビーム配置部は、基板が載置されるステージの第１移動方向および第１移動方向に直交する第２移動方向に沿った正方格子状であって、マルチ１次電子ビーム全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態にマルチ１次電子ビームを配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法に関する。

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。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、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撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定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、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定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設計データ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測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。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には、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装置の他、検査対象基板上を電子ビームで走査（スキャン）して、電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される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。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。

特開２００４−２００５４９号公報

しかしながら、マルチビームを用いた検査装置において、マルチビームを全体として矩形状に配置した場合、四隅のビームがマルチビームの中心から離れるため、視野（ＦＯＶ）が大きくなり、ビームの収束性や歪の点で不利になる。一方、単純に四隅のビームを無効にしただけでは、マルチビームによって検査領域を過不足少なく走査することができない。このように、視野が大きくなる場合や検査領域を過不足少なく走査できない場合には、検査の精度および効率を向上させることが困難となる。

本発明の目的は、検査の精度および効率を向上させることができるマルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法を提供することにある。

本発明の一態様であるマルチ電子ビーム画像取得装置は、基板にマルチ１次電子ビームを照射して前記基板から放出されたマルチ２次電子ビームの像を取得するマルチ電子ビーム画像取得装置であって、前記基板上に前記マルチ１次電子ビームを配置するビーム配置部を備え、前記ビーム配置部は、前記基板が載置されるステージの第１移動方向および前記第１移動方向に直交する第２移動方向に沿った正方格子状であって、前記マルチ１次電子ビーム全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態に前記マルチ１次電子ビームを配置する。

上述のマルチ電子ビーム画像取得装置において、前記ビーム配置部は、前記第１移動方向を列方向、前記第２移動方向を行方向とした場合に、Ｋ行目のビーム本数とＮ−Ａ+Ｋ行目のビーム本数との和がＭ本になるように前記マルチ１次電子ビームを配置してもよい。但し、Ｍ：マルチ１次電子ビームを構成するビームの列数、Ｎ：マルチ１次電子ビームを構成するビームの行数、Ａ：列方向のビーム本数がＭよりも少ない行の数の１／２、Ｋ：１以上Ａ以下の任意の整数である。

上述のマルチ電子ビーム画像取得装置において、前記ビーム配置部は、１８０°回転対称となるように前記マルチ１次電子ビームを配置してもよい。

上述のマルチ電子ビーム画像取得装置において、前記ビーム配置部は、複数の開口部が設けられたアパーチャ部材を有し、前記複数の開口部は、前記第１移動方向および前記第２移動方向に沿って正方格子状に並んで設けられ、前記複数の開口部全体として見た場合に、四隅の開口部が欠落していてもよい。

本発明の一態様であるマルチ電子ビーム画像取得方法は、基板にマルチ１次電子ビームを照射して前記基板から放出されたマルチ２次電子ビームの像を取得するマルチ電子ビーム画像取得方法であって、前記基板上に、前記基板が載置されるステージの第１移動方向および前記第１移動方向に直交する第２移動方向に沿った正方格子状であって、前記マルチ１次電子ビーム全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態に前記マルチ１次電子ビームを配置する。

本発明によれば、検査の精度および効率を向上させることができる。

本実施形態によるパターン検査装置の一例を示す図である。 本実施形態によるパターン検査装置において、成形アパーチャアレイ基板の一例を示す平面図である。 本実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。 本実施形態によるパターン検査方法において、被検査画像取得工程を示す平面図である。 本実施形態によるパターン検査方法において、被検査画像取得工程における走査領域の走査を示す平面図である。 本実施形態によるパターン検査方法において、マルチ１次電子ビームの配置を説明するための説明図である。 本実施形態によるパターン検査方法において、マルチ１次電子ビームによって検査領域が過不足少なく走査される状態を示す平面図である。 マルチ１次電子ビームの配置の変形例を示す平面図である。 マルチ１次電子ビームの配置の他の変形例を示す平面図である。 マルチ１次電子ビームの配置の更に他の変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。また、実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（パターン検査装置）
以下の実施形態では、マルチ電子ビーム画像取得装置の一例として、マルチ電子ビームを用いて基板に形成されたパターンを検査するパターン検査装置について説明する。

図１は、本実施形態におけるパターン検査装置１の一例を示す図である。パターン検査装置１は、画像取得機構２と制御系回路３とを備えている。画像取得機構２は、電子ビームカラム２１（すなわち電子鏡筒）と、検査室２２とを備えている。電子ビームカラム２１内には、電子銃２３（すなわち放出源）と、電磁レンズ２４と、ビーム配置部およびアパーチャ部材の一例である成形アパーチャアレイ基板２５と、電磁レンズ２６と、静電レンズ２７と、一括ブランキング偏向器２８と、制限アパーチャ基板２９と、電磁レンズ２１０と、静電レンズ２１１と、電磁レンズ２１２（すなわち対物レンズ）とが配置されている。さらに、電子ビームカラム２１内には、主偏向器２１３と、副偏向器２１４と、静電レンズ２１５と、ビームセパレーター２１６と、偏向器２１７と、電磁レンズ２１８と、静電レンズ２１９と、電磁レンズ２２０と、静電レンズ２２１と、電磁レンズ２２２と、静電レンズ２２３と、マルチ検出器２２４とが配置されている。

検査室２２内には、少なくともＸＹＺ方向に移動可能なステージ２２５が配置される。ステージ２２５上には、検査対象となる基板４（すなわち試料）が配置される。基板４には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板４が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン（すなわちウェハダイ）が形成されている。基板４が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターンが形成されることになる。基板４は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ２２５に配置される。また、ステージ２２５上には、検査室２２の外部に配置されたレーザ測長システム５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２２６が配置されている。また、検査室２２上には、基板４面の高さ位置を測定する高さ位置センサ（すなわちＺセンサ）２２７が配置される。Ｚセンサ２２７は、投光器によって斜め上方から基板４面にレーザ光を照射し、照射されたレーザ光の反射光を受光器で受光し、受光された反射光を用いて基板４面の高さ位置を測定する。マルチ検出器２２４は、電子ビームカラム２１の外部で検出回路６に接続される。検出回路６は、パターンメモリ７に接続される。

制御系回路３では、パターン検査装置１全体を制御する制御計算機３１が、バス３２を介して位置検出回路３３、比較回路３４、参照画像作成回路３５、ステージ制御回路３６、静電レンズ制御回路３７、レンズ制御回路３８、ブランキング制御回路３９、偏向制御回路３１０、磁気ディスク装置等の記憶装置３１１、モニタ３１２、メモリ３１３、及びプリンタ３１４に接続されている。また、偏向制御回路３１０は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに接続される。ＤＡＣアンプ８Ａは、主偏向器２１３に接続され、ＤＡＣアンプ８Ｂは、副偏向器２１４に接続され、ＤＡＣアンプ８Ｃは、偏向器２１７に接続される。

また、パターンメモリ７は、比較回路３４に接続されている。また、ステージ２２５は、ステージ制御回路３６の制御の下で駆動機構９によって駆動される。駆動機構９は、例えば、マルチ１次電子ビームの光軸に直交するステージ座標系におけるｘ、ｙ方向（すなわち、水平方向）およびθ方向（すなわち、回転方向）にステージ２２５を駆動する３軸モータ等の駆動系を有している。３軸モータとしては、例えばステップモータを用いることができる。また、駆動機構９は、例えば、ピエゾ素子等を用いてＺ方向（すなわち高さ方向）にステージ２２５を移動可能となっている。レーザ測長システム５は、ミラー２２６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ステージ２２５の位置を測定し、測定された移動位置を位置検出回路３３に供給する。

電磁レンズ２４，２６，２１０，２１２，２１８，２２０，２２２およびビームセパレーター２１６は、レンズ制御回路３８により制御される。また、一括ブランキング偏向器２８は、２極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないＤＡＣアンプを介してブランキング制御回路３９により制御される。各静電レンズ２７，２１１，２１５，２１９，２２１，２２３は、例えば中央部が開口した３段以上の電極基板により構成され、中段電極基板が図示しないＤＡＣアンプを介して静電レンズ制御回路３７によって制御される。各静電レンズ２７，２１１，２１５，２１９，２２１，２２３の上段及び下段電極基板は、グランド電位に接続される。副偏向器２１４は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ８Ｂを介して偏向制御回路３１０によって制御される。主偏向器２１３は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ８Ａを介して偏向制御回路３１０によって制御される。偏向器２１７は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ８Ｃを介して偏向制御回路３１０によって制御される。

３つの静電レンズ２７，２１１，２１５によって構成される第１の静電レンズ群は、１次電子光学系すなわち照明光学系に配置される。静電レンズ２７は、電磁レンズ２６の磁場中に配置される。静電レンズ２１１は、電磁レンズ２１０の磁場中に配置される。静電レンズ２１５は、対物レンズである電磁レンズ２１２の磁場中に配置される。３つの静電レンズ２１９，２２１，２２３により構成される第２の静電レンズ群は、２次電子光学系すなわち検出光学系に配置される。静電レンズ２１９は、電磁レンズ２１８の磁場中に配置される。静電レンズ２２１は、電磁レンズ２２０の磁場中に配置される。静電レンズ２２３は、電磁レンズ２２２の磁場中に配置される。例えば、各静電レンズにおいて、３段の電極基板のうち中段電極基板が、各静電レンズに対応する電磁レンズの磁場中心高さ位置或いはレンズ主面に配置される。これにより、電磁レンズのレンズ作用によって電子の移動速度が遅くなっている状態、言い換えれば電子のエネルギーが小さくなっている状態で静電レンズによって電子ビームの軌道を修正することができるので、中段電極基板に印加する電位を小さくすることができる。

電子銃２３には、図示しない高圧電源回路が接続されている。電子銃２３は、内部に配置された図示しないフィラメント（すなわちカソード）と引出電極（すなわちアノード）との間に高圧電源回路から加速電圧が印加され、また、別の引出電極（すなわちウェネルト）に電圧が印加され、さらに、所定の温度でフィラメントが加熱されることで、フィラメントから放出された電子群を加速させて電子ビーム２００として放出させる。

図２は、成形アパーチャアレイ基板の一例を示す平面図である。図２の例において、成形アパーチャアレイ基板２５には、２次元状の横（ｘ方向）６列×縦（ｙ方向）６行の複数の穴（開口部）２５１が設けられている。

複数の穴２５１は、ステージ２２５の第１移動方向に沿ったｘ方向および第１移動方向に直交するステージ２２５の第２移動方向に沿ったｙ方向に沿って、所定のピッチで正方格子状に並んで設けられている。言い換えれば、ｘ方向において隣り合う穴２５１同士のｙ座標は同一であり、また、ｙ方向において隣り合う穴２５１同士のｘ座標は同一である。

なお、図２の例において、穴２５１のｘ方向のピッチとｙ方向のピッチとは同一であるが、ｘ方向のピッチとｙ方向のピッチとは異なっていてもよい。

また、複数の穴２５１は、複数の穴２５１全体として見た場合に、四隅の穴が欠落している。言い換えれば、ｘ方向の両端の穴２５１に外接するｙ方向に沿った線分と、ｙ方向の両端の穴２５１に外接するｘ方向に沿った線分とで囲まれる矩形領域（図２の破線部参照）の四隅には、穴が設けられていない。

図２の例において、複数の穴２５１は、同じ寸法の矩形状に形成されているが、各穴を同じ外径の円形状に形成してもよい。複数の穴２５１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１次電子ビーム２０が形成される。

図２に示すように四隅が欠落した正方格子状に穴２５１が設けられていることで、成形アパーチャアレイ基板２５は、後述するように、ステージ２２５の第１移動方向および第２移動方向に沿った正方格子状であって、マルチ１次電子ビーム２０全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態にマルチ１次電子ビーム２０を配置することができる。このように配置されたマルチ１次電子ビーム２０で、図４（Ｂ）および図７において後述する、周期的に幅が変動した形状を有しているストライプ４２に沿って基板４の検査領域を走査することで、基板４の検査領域を過不足少なく走査することができる。

次に、パターン検査装置１における画像取得機構２の動作について説明する。

電子銃２３から放出された電子ビーム２００は、電磁レンズ２４によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２５全体を照明する。そして、成形アパーチャアレイ基板２５の複数の穴２５１の位置に照射された一部の電子ビーム２００が複数の穴２５１を通過することによって、マルチ１次電子ビーム２０が形成される。

形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２６、２１０によって屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームのクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過して電磁レンズ２１２に進む。そして、電磁レンズ２１２は、マルチ１次電子ビーム２０を基板４にフォーカスする。対物レンズとしての電磁レンズ２１２によって基板４面上に焦点が合わされた（すなわち合焦された）マルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２１３及び副偏向器２１４によって一括して偏向され、各ビーム２０の基板４上のそれぞれの照射位置に照射される。なお、一括ブランキング偏向器２８によってマルチ１次電子ビーム２０全体を一括して偏向することで、制限アパーチャ基板２９の中心の穴から位置が外れたビームを制限アパーチャ基板２９によって遮蔽することもできる。

基板４の所望する位置にマルチ１次電子ビーム２０が照射されると、かかるマルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して、基板４から、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応する反射電子を含む２次電子の束であるマルチ２次電子ビーム３００が放出される。

基板４から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２１２及び静電レンズ２１５を通って、ビームセパレーター２１６に進む。

ここで、ビームセパレーター２１６はマルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（すなわち軌道中心軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。このため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１６に上側から侵入するマルチ１次電子ビーム２０に対しては、電界による力と磁界による力とが打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０は下方に直進する。一方、ビームセパレーター２１６に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００に対しては、電界による力と磁界による力とが同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられてマルチ１次電子ビーム２０から分離する。

斜め上方に曲げられてマルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１７によって更に曲げられ、電磁レンズ２１８，２２０，２２２によって屈折させられながらマルチ検出器２２４に投影される。マルチ検出器２２４は、例えば図示しないダイオード型の２次元センサを有する。マルチ検出器２２４は、２次元センサにマルチ２次電子ビーム３００を衝突させて２次元センサから電子を発生させることで、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を２次元電子画像データとして画素毎に検出する。マルチ検出器２２４は、検出された２次元電子画像データを検出回路６に出力する。

（パターン検査方法）
次に、図１のパターン検査装置１を適用したパターン検査方法について説明する。以下では、基板４として露光用マスク基板を用いる例について説明する。図３は、本実施形態によるパターン検査方法を示すフローチャートである。図４（Ａ）は、本実施形態によるパターン検査方法において、被検査画像取得工程を示す平面図である。図４（Ｂ）は、ストライプの詳細図である。図３に示すように、パターン検査方法は、被検査画像取得工程（ステップＳ１）と、参照画像作成工程（ステップＳ２）と、位置合わせ工程（ステップＳ３）と、比較工程（ステップＳ４）とを有する。

先ず、パターン検査装置１は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて基板４上に形成されるパターンの２次電子画像データを取得する被検査画像取得工程（ステップＳ１）を実施する。具体的には、パターン検査装置１は、以下のように動作する。

まず、対物レンズである電磁レンズ２１２によってマルチ１次電子ビーム２０を基板４面の基準位置に合焦した状態で、ステージ制御回路３６の制御の下で、駆動機構９によって基板４が載置されたステージ２２５を移動させる。ここで、ステージ制御回路３６および偏向制御回路３１０は、図４（Ａ）の破線矢印に示すように、パターンの欠陥を検査すべき基板４の検査領域４１を複数の短冊状に仮想的に分割したストライプ４２に沿って検査領域４１をマルチ１次電子ビーム２０で走査する制御を行う。なお、図４（Ａ）においては、ストライプ４２を簡略化して描いているが、実際のストライプ４２は、図４（Ｂ）に示すように、周期的に幅が変動した形状を有している。言い換えれば、図４（Ｂ）のストライプ４２は、第１移動方向（すなわちＸ方向）に沿って周期的に、ストライプ４２の第２移動方向（すなわちＹ方向）の両端部同士がストライプ４２の第２移動方向の中心Ｃに対して接近と離間を交互に繰り返す（すなわち、ストライプ幅の減少と増加を交互に繰り返す）形状を有している。なお、図４（Ｂ）においては、第２移動方向において隣り合う２本のストライプ４２の一方を実線で、他方を破線で描いている。図４（Ｂ）に示すように、第２移動方向において隣り合うストライプ４２同士は、ストライプ４２の第２移動方向の両端部同士が接近と離間を繰り返す周期は互いに同一であるが、当該接近および離間を開始する位置が、第１移動方向において互いにずれるように配置されている。すなわち、図４（Ｂ）に示すようにストライプ４２が第１移動方向（ｘ方向）に延びている（横長である）とみた場合に、第２移動方向（ｙ方向）において隣り合うストライプ４２同士は、第２移動方向における一端（上端）と第２移動方向における他端（下端）との第２移動方向における変動の周期と形状は同じで、位相がずれる形状を有している。また、第２移動方向において隣り合うストライプ４２同士は、中心Ｃ間の距離であるピッチが、ストライプ４２の最大幅よりも小さくなるように配置されている。すなわち、第２移動方向において隣り合うストライプ２４は、検査領域４１を隙間および重複なく敷き詰めるように配置されている。すなわち、検査領域４１は隙間のない形状である。具体的には、ステージ制御回路３６は、ストライプ４２に沿って（すなわち、ｘ方向に沿って）検査領域４１がマルチ１次電子ビーム２０で走査されるように駆動機構９を駆動制御する。なお、ストライプ４２に沿った方向が、ステージ２２５の第１移動方向であり、ストライプ４２に直交する方向が、ステージ２２５の第２移動方向である。また、偏向制御回路３１０は、ストライプ４２を構成する複数の走査領域４３毎に、マルチ１次電子ビーム２０全体を一括偏向して各走査領域４３をマルチ１次電子ビーム２０で走査するように副偏向器２１４を制御する。なお、ステージ２２５の移動は、走査領域４３を変更する毎にステージ位置が安定するまで整定時間（すなわち走査の待機時間）をとるステップアンドリピート方式によるものであってもよく、または、走査領域４３の変更毎に整定時間をとらない連続移動方式によるものであってもよい。

図５は、本実施形態によるパターン検査方法において、被検査画像取得工程における走査領域４３の走査を示す平面図である。図５には、四隅のビームが欠落した６行×６列の合計２４本のビーム２０１で構成されるマルチ１次電子ビーム２０が示されている。走査領域４３は、検査領域４１のうち、１回のマルチ１次電子ビーム２０の照射時（すなわち、ショット時）にマルチ１次電子ビーム２０で走査可能な領域である。

走査領域４３は、マルチ１次電子ビーム２０を構成する個々のビーム２０１で走査可能な複数のサブ走査領域４４毎に区分されている。マルチ１次電子ビーム２０を構成する個々のビーム２０１は、対応するサブ走査領域４４内の同じ位置を走査する。サブ走査領域４４毎のビーム２０１の走査は、既述したように副偏向器２１４によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。

副偏向器２１４によるマルチ１次電子ビーム２０の一括偏向において、各ビーム２０１の移動方向および移動量は同一である。これにより、マルチ１次電子ビーム２０は、常に正方格子状に配置された状態を維持する。言い換えれば、ｘ方向において隣り合うビーム２０１同士のｙ座標は同一に維持され、また、ｙ方向において隣り合うビーム２０１同士のｘ座標は同一に維持される。

また、マルチ１次電子ビーム２０は、マルチ１次電子ビーム２０全体として見た場合に、四隅のビームが欠落している。言い換えれば、ｘ方向の両端のサブ走査領域４４に外接するｙ方向に沿った線分と、ｙ方向の両端のサブ走査領域４４に外接するｘ方向に沿った線分とで囲まれる矩形領域（図５の破線部参照）の四隅には、ビーム２０１すなわち走査領域４３が配置されていない。

このようなマルチ１次電子ビーム２０を構成する各ビーム２０１によって対応するサブ走査領域４４の全体を走査することで、走査領域４３の全体を走査する。そして、この走査を、ステージ２２５を移動させながらストライプ４２上のすべての走査領域４３に対して繰り返す。

図６は、本実施形態によるパターン検査方法において、マルチ１次電子ビーム２０の配置を説明するための説明図である。検査領域４１を過不足少なく走査するため、マルチ１次電子ビーム２０は、成形アパーチャアレイ基板２５の穴２５１の配置によって、Ｋ行目のビーム本数とＮ−Ａ+Ｋ行目のビーム本数との和がＭ本になるように配置される。

ただし、マルチ１次電子ビーム２０の配置における列方向は、ステージ２２５の第１移動方向すなわちｘ方向に平行な方向である。また、マルチ１次電子ビーム２０の配置における行方向は、ステージ２２５の第２移動方向すなわちｙ方向に平行な方向である。また、Ｍは、マルチ１次電子ビーム２０を構成するビーム２０１の列数であり、図６の例において、Ｍは６である。また、Ｎは、マルチ１次電子ビーム２０を構成するビーム２０１の行数であり、図６の例において、Ｎは６である。また、Ａは、列方向のビーム本数がＭよりも少ない行の数の１／２であり、図６の例において、Ａは２である。また、Ｋは、１以上Ａ以下の任意の整数であり、図６の例において、Ｋは、１または２である。

より詳しくは、図６に示すように、Ｋ＝１行目のビーム本数である２本と、Ｎ−Ａ＋Ｋ＝（６−２＋１）＝５行目のビーム本数である４本との和は、６本すなわちＭ本である。また、Ｋ＝２行目のビーム本数である４本と、Ｎ−Ａ＋Ｋ＝（６−２＋２）＝６行目のビーム本数である２本との和は、６本である。

また、図６の例において、マルチ１次電子ビーム２０は、列方向および行方向のビーム本数が偶数本であり、また、１８０°回転対称になるように配置されている。

図７は、本実施形態によるパターン検査方法において、マルチ１次電子ビーム２０によって検査領域４１が過不足少なく走査される状態を示す平面図である。図７には、ｙ方向において隣接する２行のストライプ４２のそれぞれを構成する走査領域４３が示されている。各ストライプ４２は、図４（Ｂ）でも説明したように、周期的に幅が変動した形状を有している。

図６のように配置されたマルチ１次電子ビーム２０によれば、図７に示すように、検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を走査することができる。これにより、検査領域４１を過不足少なく走査することができるので、検査の精度および効率を向上させることができる。

なお、走査領域４３で検査領域４１を埋め尽くすようにするため、図７に示すように、ｙ方向において隣接するストライプ４２同士の間において、走査領域４３はｘ方向にずれている。このように走査領域４３のｘ方向の位置をずらす処理は、例えばステージ位置をずらすことで行うことができる。例えば、ステップアンドリピート方式であれば、ステージ２２５をずらした位置で走査を開始し、連続移動方式であれば、走査を開始するタイミングをずらすことで、走査領域４３のｘ方向の位置を調整することができる。

上述のように配置されたマルチ１次電子ビーム２０が基板４の所望する位置に照射されたことに起因して、基板４から、マルチ１次電子ビーム２０に対応する反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００が放出される。基板４から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、ビームセパレーター２１６に進み、斜め上方に曲げられる。斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１７で軌道を曲げられ、マルチ検出器２２４に投影される。マルチ検出器２２４は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を２次元電子画像データとして検出する。検出された２次元電子画像データは、検出順に検出回路６に出力される。検出回路６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの２次元電子画像データがデジタルデータに変換され、パターンメモリ７に格納される。

このようにして、パターン検査装置１は、基板４上に形成されたパターンの２次元電子画像データを被検査画像データとして取得する。取得された被検査画像データは、位置検出回路３３からの各位置を示す情報と共に、比較回路３４に転送される。比較回路３４は、転送された被検査画像データを一時的に記憶する。

参照画像作成工程（ステップＳ２）は、被検査画像取得工程（ステップＳ１）の後、または被検査画像取得工程（ステップＳ１）と並行して実施される。参照画像作成工程（ステップＳ２）において、参照画像作成回路３５は、被検査画像に対応する参照画像を作成する。具体的には、参照画像作成回路３５は、記憶装置３１１から基板４にパターンを形成する基になった設計データを読み出し、読み出された設計データを２値ないしは多値の画像データに変換し、変換された画像データに適切なフィルタ処理を施すことで参照画像データを作成する。そして、参照画像作成回路３５は、作成された参照画像データを比較回路３４に出力する。比較回路３４は、出力された参照画像データを一時的に記憶する。

位置合わせ工程（ステップＳ３）は、被検査画像取得工程（ステップＳ１）および参照画像作成工程（ステップＳ２）の後に実施される。

位置合わせ工程（ステップＳ３）において、比較回路３４は、記憶された被検査画像データと参照画像データとを読み出し、両画像データを位置合わせする。

位置合わせ工程（ステップＳ３）の後、比較回路３４は、比較工程（ステップＳ４）を実施する。すなわち、比較回路３４は、位置合わせされた被検査画像データと参照画像データとを比較することで、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、比較回路３４は、被検査画像データと参照画像データとの階調値差が判定閾値よりも大きければ欠陥と判定し、判定結果を記憶装置３１１、モニタ３１２、メモリ３１３若しくはプリンタ３１４に出力する。

なお、上述したダイ−データベース検査に限らず、ダイ−ダイ検査を行っても構わない。ダイ−ダイ検査を行う場合には、同じパターンが形成された走査領域４３の画像同士を比較し、比較結果に基づいて欠陥の有無を判定すればよい。また、基板４として半導体基板を用いる場合には、例えば、ｘ方向およびｙ方向に沿ってアレイ状に配置された半導体基板の複数のチップ毎に検査を行えばよい。チップ毎の検査においては、露光用マスク基板の場合と同様に、チップをｘ方向に沿った複数のストライプに仮想分割し、ストライプに沿ってマルチ１次電子ビーム２０でチップを走査すればよい。

以上述べたように、本実施形態によれば、上述したように四隅のビームが欠落した正方格子状に配置されたマルチ１次電子ビーム２０を用いることで、検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を走査することができる。これにより、検査領域４１を過不足少なく走査することができるので、検査の精度および効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、Ｋ行目のビーム本数とＮ−Ａ+Ｋ行目のビーム本数との和がＭ本になるようにマルチ１次電子ビーム２０を配置することで、検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を確実に走査することができる。

また、本実施形態によれば、１８０°回転対称になるようにマルチ１次電子ビーム２０を配置することで、マルチ１次電子ビーム２０を容易に配置することができる。

また、本実施形態によれば、検査領域４１を過不足少なく走査することができるマルチ１次電子ビーム２０の配置を成形アパーチャアレイ基板２５の穴２５１の配置によって簡便に実現することができる。なお、上述したマルチ１次電子ビーム２０の配置は、成形アパーチャアレイ基板２５の穴２５１の配置に加えて、または、穴２５１の配置に替えて、マルチ１次電子ビーム２０の偏向制御によって実現してもよい。

（変形例）
次に、マルチ１次電子ビーム２０の配置の変形例について説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｋ）は、マルチ１次電子ビーム２０の配置の変形例を示す平面図である。なお、図８（Ａ）〜図８（Ｋ）では、マルチ１次電子ビーム２０の配置を、サブ走査領域４４の配置として示している。図示はしないが、各サブ走査領域４４には、マルチ１次電子ビーム２０のうちの対応するビーム２０１が割り当てられている。

図５〜図７では、合計２４本のマルチ１次電子ビーム２０について説明したが、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数は、マルチ１次電子ビーム２０によって検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を走査できる限りにおいて、２４本には限定されない。

例えば、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数は４０本であってもよい。図８（Ａ）に示す２*ＳＱＲＴ（１２．５）は、図８（Ａ）内の双方向矢印で示される最も離れたビーム同士の距離を、正方形のサブ走査領域４４の一辺の長さを１とした場合の相対値として示したものである（以下、同様）。この距離が大きいほど、視野（ＦＯＶ）が大きいことを示している。図８（Ｂ）、図８（Ｃ）の例では、最も離れたビーム同士の距離は２*ＳＱＲＴ（１３．５）であるため、図８（Ａ）の方が、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）よりも視野が小さい。

また、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数は、図８（Ｄ）〜図８（Ｆ）に示すように６０本であってもよく、図８（Ｇ）に示すように８０本であってもよく、図８（Ｈ）に示すように９０本であってもよく、図８（Ｉ）に示すように１００本であってもよい。あるいは、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数は、図８（Ｊ）に示すように９６本であってもよく、図８（Ｋ）に示すように１０８本であってもよい。

図９は、マルチ１次電子ビーム２０の配置の他の変形例を示す平面図である。図５〜図７では、走査領域４３が互いに隣接する複数のサブ走査領域４４で区分されたひとまとまりの領域である例について説明したが、マルチ１次電子ビーム２０によって検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を走査できる限りにおいて、走査領域４３は、ひとまとまりの領域であることに限定されない。例えば、図９に示すように、走査領域４３は、ステージ２２５の第１移動方向（すなわち、ｘ方向）に間隔を空けて複数の分割領域４３ａに分割されていてもよい。図９の例においては、隣り合う分割領域４３ａの間の空隙部が、ｘ方向において隣接する他の走査領域４３の分割領域４３ａによって埋められている。

図１０は、マルチ１次電子ビーム２０の配置の更に他の変形例を示す平面図である。図７では、マルチ１次電子ビーム２０を１８０°回転対称になるように配置する例について説明した。これに対して、図１０に示すように、マルチ１次電子ビーム２０は、検査領域４１を重複および隙間なく埋め尽くす走査領域４３の全体を走査することができるのであれば、１８０°回転対称にならないように配置されていてもよい。

パターン検査装置１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、パターン検査装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ パターン検査装置
４ 基板
２５ 成形アパーチャアレイ基板
２２５ ステージ

Claims (6)

1. 基板にマルチ１次電子ビームを照射して前記基板から放出されたマルチ２次電子ビームの像を取得するマルチ電子ビーム画像取得装置であって、
   前記基板上に前記マルチ１次電子ビームを配置するビーム配置部を備え、
   前記ビーム配置部は、前記基板が載置されるステージの第１移動方向および前記第１移動方向に直交する第２移動方向に沿った正方格子状であって、前記マルチ１次電子ビーム全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態に前記マルチ１次電子ビームを配置することを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得装置。
2. 前記ビーム配置部は、前記第１移動方向を列方向、前記第２移動方向を行方向とした場合に、Ｋ行目のビーム本数とＮ−Ａ+Ｋ行目のビーム本数との和がＭ本になるように前記マルチ１次電子ビームを配置することを特徴とする請求項１に記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
   但し、
   Ｍ：マルチ１次電子ビームを構成するビームの列数
   Ｎ：マルチ１次電子ビームを構成するビームの行数
   Ａ：列方向のビーム本数がＭよりも少ない行の数の１／２
   Ｋ：１以上Ａ以下の任意の整数
3. 前記ビーム配置部は、１８０°回転対称となるように前記マルチ１次電子ビームを配置することを特徴とする請求項１または２に記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
4. 前記ビーム配置部は、複数の開口部が設けられたアパーチャ部材を有し、
   前記複数の開口部は、前記第１移動方向および前記第２移動方向に沿って正方格子状に並んで設けられ、前記複数の開口部全体として見た場合に、四隅の開口部が欠落していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
5. 前記マルチ電子ビーム画像取得装置は、前記基板の検査領域を仮想的に分割した複数のストライプであって、前記第１移動方向に沿って延びるとともに前記第２移動方向において隣り合う複数のストライプに沿って前記検査領域を前記マルチ１次電子ビームで走査し、
   前記ストライプは、前記第２移動方向における一端と前記第２移動方向における他端との前記第２移動方向における変動の周期と形状は同じで、位相がずれる形状を有し、前記検査領域は隙間のない形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
6. 基板にマルチ１次電子ビームを照射して前記基板から放出されたマルチ２次電子ビームの像を取得するマルチ電子ビーム画像取得方法であって、
   前記基板上に、前記基板が載置されるステージの第１移動方向および前記第１移動方向に直交する第２移動方向に沿った正方格子状であって、前記マルチ１次電子ビーム全体として見た場合に四隅のビームが欠落した状態に前記マルチ１次電子ビームを配置することを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得方法。

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