JP2022034866A - マルチ電子ビーム検査装置及びその調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチビームのうち所望の１本のビームを小径アパーチャに速やかに位置合わせする。【解決手段】マルチ電子ビーム検査装置は、マルチ電子ビーム全体を通過させる第１通過孔、前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な第２通過孔、第１スリット、及び前記第１スリットとは非平行となる第２スリットが設けられたビーム選択アパーチャ基板と、前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させるアパーチャ移動部と、前記マルチ電子ビームのうち、前記第１スリットを通過したビームの電流、及び前記第２スリットを通過したビームの電流を検出する第１検出器と、前記第１通過孔を通過した前記マルチ電子ビームが基板に照射されることに起因して、前記基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出する第２検出器と、を備え、前記第２検出器からの出力信号に基づいて前記基板の検査を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ電子ビーム検査装置及びその調整方法に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターンをウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。
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。半導体ウェーハ上に形成される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、半導体ウェー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。
また、歩留まりを低下させる要因の１つとして、半導体ウェー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挙げられる。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。
パターン欠陥の検査手法としては、半導体ウェー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、設計データ又は基板上の同一パターンを撮像した測定画像とを比較する方法が知られている。例えば、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」が挙げられる。比較した画像が一致しない場合、パターン欠陥有りと判定される。
検査対象の基板上を電子ビームで走査（スキャン）し、電子ビームの照射に伴い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が進んでいる。電子ビームを用いた検査装置として、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。マルチビームの照射にあたり、ビームのボケや歪みの補正を行うために、検査装置の調整が行われる。
検査装置の調整では、マルチビームのうち、特定の１本のビームを選択して使用することがある。従来、特定の１本のビームを選択するために、図１６に示すような、１本のビームのみ通過させる小径アパーチャ８１０が設けられたアパーチャ基板８００をマルチビーム８２０で２次元走査し、小径アパーチャ８１０を通過したビームを検出器で検出していた。マルチビーム８２０のいずれかのビームが小径アパーチャ８１０を通過するたびに検出器で信号が検出される。各ビームの検出位置及びアパーチャ基板８００の移動量から、ビーム分布を示す画像（マルチビーム像）を生成し、目的のビームが小径アパーチャ８１０を通過するようにアパーチャ基板８００を配置していた。
しかし、このような従来の手法は、マルチビーム像を得るために、マルチビーム８２０の各ビームが小径アパーチャ８１０を通過するようにアパーチャ基板を２次元走査する必要があることや、２次元走査しても必ずしもマルチビームが小径アパーチャ８１０を通過するとは限らずアパーチャ基板自体の位置調整を伴うことなどから、検査装置の調整に多大な時間を要していた。
特開２００５－３１７４１２号公報 特開２００６－２４６２４号公報 特開２０１９－２０４６９４号公報 特開２０１８－６７６０５号公報 特開２０１９－３６４０３号公報
本発明は、マルチビームのうち所望の１本のビームを小径アパーチャに速やかに位置合わせできるマルチ電子ビーム検査装置及びその調整方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様によるマルチ電子ビーム検査装置は、検査用電子ビームを放出する電子銃と、複数の通過孔が形成され、前記複数の通過孔を前記検査用電子ビームの一部がそれぞれ通過することでマルチ電子ビームを形成するアパーチャアレイ基板と、前記マルチ電子ビーム全体を通過させる第１通過孔、前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な第２通過孔、第１スリット、及び前記第１スリットとは非平行となる第２スリットが設けられたビーム選択アパーチャ基板と、前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させるアパーチャ移動部と、前記マルチ電子ビームのうち、前記第１スリットを通過したビームの電流、及び前記第２スリットを通過したビームの電流を検出する第１検出器と、
前記第１通過孔を通過した前記マルチ電子ビームがステージに載置された被検査基板に照射されることに起因して、前記被検査基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出する第２検出器と、を備え、前記第２検出器からの出力信号に基づいて前記被検査基板の検査を行うものである。
本発明の一態様によるマルチ電子ビーム検査装置の調整方法は、パターンが形成された基板にマルチ電子ビームが照射されることにより起因して、前記基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出し、検出した前記マルチ２次電子ビームの情報を用いて、前記パターンを検査するマルチ電子ビーム検査装置の調整方法であって、前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な通過孔、第１スリット、及び前記第１スリットとは非平行となる第２スリットが設けられたビーム選択アパーチャ基板を所定方向に移動させながら、前記マルチ電子ビームのうち、前記第１スリットを通過したビームの電流を検出する工程と、前記ビーム選択アパーチャ基板を前記所定方向に移動させながら、前記マルチ電子ビームのうち、前記第２スリットを通過したビームの電流を検出する工程と、前記第１スリットを通過したビームの電流及び前記第２スリットを通過したビームの電流の検出結果に基づいて、前記マルチ電子ビームの分布情報を算出する工程と、前記マルチ電子ビームの分布情報に基づいて前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させ、前記マルチ電子ビームの所定の１本のビームを前記通過孔に位置合わせする工程と、前記通過孔を通過したビームを用いてビーム調整を行う工程と、を備えるものである。
本発明によれば、マルチビームのうち所望の１本のビームを小径アパーチャに速やかに位置合わせできる。
本発明の実施形態によるパターン検査装置の概略構成図である。 成形アパーチャアレイ基板の平面図である。 ビーム選択アパーチャ基板の平面図である。 （ａ）（ｂ）はスリットのスキャン例を示す図である。 （ａ）はスリットでスキャンした際の検出結果の例を示す図であり、（ｂ）はマルチビームの例を示す図である。 （ａ）はスリットでスキャンした際の検出結果の例を示す図であり、（ｂ）は座標変換の例を示す図である。 マルチビームのビーム存在範囲を示す図である。 （ａ）（ｂ）はマルチビームの回転例を示す図である。 （ａ）（ｂ）はスリットでスキャンした際の検出結果の例を示す図である。 ビーム選択アパーチャ基板の平面図である。 マルチビームのビーム存在範囲を示す図である。 ビーム選択アパーチャ基板の平面図である。 開口部でスキャンした際の検出結果の例を示す図である。 （ａ）（ｂ）は開口部でスキャンした際の検出結果の例を示す図である。 ビーム選択アパーチャ基板の平面図である。 小径アパーチャのスキャン例を示す図である。
以下、実施の形態において、被検査基板上に形成されたパターンを撮像する（被検査画像を取得する）手法の一例として、電子ビームによるマルチビームを被検査基板に照射して２次電子像を撮像する構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るパターン検査装置の概略構成を示す。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、電子ビーム検査装置の一例である。また、検査装置１００は、マルチビーム検査装置の一例である。また、検査装置１００は、電子ビーム画像取得装置の一例である。また、検査装置１００は、マルチビーム画像取得装置の一例である。
図１に示すように、検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、静電レンズ２１０、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、ビーム選択アパーチャ基板２３０、電磁レンズ２０６、偏向器２１１、検出器２４０（第１検出器）、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレータ２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及びマルチ検出器２２２（第２検出器）が配置されている。
検査室１０３内には、ＸＹＺ方向に移動可能なステージ１０５が配置される。ステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１（試料）が配置される。基板１０１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１０１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（ウェハダイ）が形成されている。基板１０１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。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（ウェハダイ）が形成されることになる。
基板１０１は、パターン形成面を上側に向けてステージ１０５に配置される。また、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。
マルチ検出器２２２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、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路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、アパーチャ制御回路１３０、ビーム分布算出回路１４０、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９，１１１、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。
偏向制御回路１２８は、図示しないＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプを介して、主偏向器２０８、副偏向器２０９、偏向器２１１、偏向器２１８に接続される。
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。
ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。ステージ１０５は、水平方向及び回転方向に移動可能である。また、ステージ１０５は、高さ方向に移動可能となっている。
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ステージ１０５の位置を測長する。レーザ測長システム１２２により測定されたステージ１０５の移動位置は、位置回路１０７に通知される。
電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、静電レンズ２１０、電磁レンズ２２４、及びビームセパレータ２１４は、レンズ制御回路１２４により制御される。
静電レンズ２１０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アンプを介してレンズ制御回路１２４により制御される。静電レンズ２１０の上段及び下段電極基板には、グランド電位が印加される。
一括ブランキング偏向器２１２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１２６により制御される。
副偏向器２０９は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプを介して偏向制御回路１２８により制御される。主偏向器２０８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプを介して偏向制御回路１２８により制御される。偏向器２１８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプを介して偏向制御回路１２８により制御される。偏向器２１１は、２極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプを介して偏向制御回路１２８により制御される。
ビーム選択アパーチャ基板２３０は、マルチビーム２０の進行方向において、制限アパーチャ基板２１３よりも下流側、偏向器２１１よりも上流側に配置され、マルチビーム２０のうち個別ビームを選択的に単独で通過、若しくは全ビームを通過させることができる。ビーム選択アパーチャ基板２３０は、アパーチャ制御回路１３０の制御の下に、アパーチャ駆動機構１３２により駆動される。ビーム選択アパーチャ基板２３０は、水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能になっている。
検出器２４０は、偏向器２１１により偏向されたビームの電流を検出する。検出器２４０による検出信号は、ビーム分布算出回路１４０へ出力される。検出器２４０には、例えばファラデーカップやフォトダイオードを用いることができる。
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内の図示しないフィラメント（カソード）と引出電極（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、別の引出電極（ウェネルト）の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２００となって放出される。
図２は、成形アパーチャアレイ基板２０３の構成を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板２０３には、開口部２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで２次元状に形成されている。各開口部２２は、共に同じ寸法形状の矩形又は円形である。これらの複数の開口部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。
次に、検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。
電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、電磁レンズ２０２によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の開口２２が形成され、電子ビーム２００は、複数の開口部２２が含まれる領域を照明する。複数の開口部２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、複数の開口部２２をそれぞれ通過することによって、マルチビーム２０（マルチ１次電子ビーム）が形成される。
形成されたマルチビーム２０は、電磁レンズ２０５及び電磁レンズ２０６によって屈折させられ、結像およびクロスオーバーを繰り返しながら、ビーム選択アパーチャ基板２３０の大通過孔３１（図３参照）及びマルチビーム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２１４を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。そして、電磁レンズ２０７が、マルチビーム２０を基板１０１にフォーカスする。電磁レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされた（合焦された）マルチビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって一括して偏向され、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。
なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２１３の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２１３によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２１３の中心の穴を通過する。一括ブランキング偏向器２１２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が一括制御される。
基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されると、基板１０１からマルチビーム２０（マルチ１次電子ビーム）の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）が放出される。
基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２０７を通って、ビームセパレータ２１４に進む。
ビームセパレータ２１４は、マルチビーム２０の中心ビームが進む方向（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。そのため電子の進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２１４に上側から進入してくるマルチビーム２０には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレータ２１４に下側から進入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられ、マルチビーム２０から分離する。
斜め上方に曲げられ、マルチビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって偏向され、電磁レンズ２２４によって屈折させられ、マルチ検出器２２２に投影される。図１では、マルチ２次電子ビーム３００の軌道を屈折させずに簡略化して示している。
マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２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。そして、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、センサ内部で電子を像倍させ、増幅した信号で画素毎に２次電子画像データを生成する。
マルチ検出器２２２によって検出された２次電子の検出データ（測定画像：２次電子画像：被検査画像）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。このようにして、画像取得機構１５０は、基板１０１上に形成されたパターンの測定画像を取得する。
参照画像作成回路１１２は、基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ、又は基板１０１に形成されたパターンの露光イメージデータに定義された設計パターンデータに基づいて、マスクダイ毎に、参照画像を作成する。例えば、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。
設計パターン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。
図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路１１２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パターンの画像データに展開し、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。マス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。
次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、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。そのため、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パターンの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。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力される。
比較回路１０８は、基板１０１から測定された測定画像（被検査画像）と、対応する参照画像とを比較する。具体的には、位置合わせされた被検査画像と参照画像とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥候補と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９やメモリ１１８に格納されてもよいし、モニタ１１７に表示されてもよいし、プリンタ１１９からプリント出力されてもよい。
上述したダイ－データベース検査の他に、ダイ－ダイ検査を行っても良い。ダイ－ダイ検査を行う場合、同一基板１０１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。そのため、画像取得機構１５０は、マルチビーム２０（電子ビーム）を用いて、同じ図形パターン同士（第１と第２の図形パターン）が異なる位置に形成された基板１０１から一方の図形パターン（第１の図形パターン）と他方の図形パターン（第２の図形パターン）のそれぞれの２次電子画像である測定画像を取得する。この場合、取得される一方の図形パターンの測定画像が参照画像となり、他方の図形パターンの測定画像が被検査画像となる。取得される一方の図形パターン（第１の図形パターン）と他方の図形パターン（第２の図形パターン）の画像は、同じチップパターンデータ内にあっても良いし、異なるチップパターンデータに分かれていてもよい。検査の仕方は、ダイ－データベース検査と同様で構わない。
マルチビームを基板１０１に照射して検査を行う前に、試料面でのフォーカス調整、非点調整等の調整作業を行う必要がある。この調整作業は、複数のビームを使用すると行えないため、ビーム選択アパーチャ基板２３０を用いて、マルチビームのうち、特定の１本のビームを選択し、調整作業に使用する。
図３に示すように、ビーム選択アパーチャ基板２３０には、マルチビーム２０全体を通過させる大通過孔３１（大径アパーチャ）、マルチビーム２０のうち１本のビームを通過させる小通過孔３２（小径アパーチャ）、及び２本のスリット３３，３４が形成されている。
小通過孔３２の径は、ビーム選択アパーチャ基板２３０の表面における１本のビームのサイズよりも大きい。また、小通過孔３２の径は、ビームピッチ（隣接するビームの間隔）から１本のビームのサイズを減じた値よりも小さい。これにより、隣り合う２本のビームが同時に小通過孔３２を通過することが防止できる。
スリット３３，３４は、大通過孔３１と小通過孔３２との間に設けられている。例えば、スリット３３はｙ方向に沿って延在しており、スリット３４はｙ方向に対して角度θをなす傾斜方向に延在している。ここで、傾斜角θ（スリット３３の延在方向とスリット３４の延在方向との交差角度）は、０°＜θ＜９０°（または９０°＜θ＜１８０°）である。すなわち、スリット３４はスリット３３に対し非平行である。また、スリット３４の延在方向と、スリット３３の延在方向とは直交しない。傾斜角θは５°以上８５°以下（または９５°以上１７５°以下）が好ましい。但し、後述するように、傾斜角θは４５°及び１３５°以外に設定する必要がある。
スリット３３，３４の幅は、ビーム選択アパーチャ基板２３０の表面におけるビームピッチから１本のビームのサイズを減じた値よりも小さい。また、マルチビーム２０の異なるビームがスリット３３とスリット３４を同時に通過しないように、スリット３３とスリット３４とはマルチビーム２０のビームサイズ以上に離隔している。
マルチビーム２０のうち、特定の１本のビームを小通過孔３２に位置合わせし、通過させるには、マルチビームの分布情報（各ビームの位置情報）を取得する必要がある。
本実施形態では、マルチビーム２０をスリット３３，３４で順にスキャンし、スリット３３，３４を通過したビームを偏向器２１１で偏向して検出器２４０で検出する。検出器２４０の検出結果から、マルチビームの分布情報を取得する。
マルチビーム２０をスリット３３，３４でスキャンする際は、ビーム選択アパーチャ基板２３０をアパーチャ駆動機構１３２によって移動させる。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ビーム選択アパーチャ基板２３０を－ｘ方向に移動させる。これにより、マルチビーム２０がビーム選択アパーチャ基板２３０上を相対的に＋ｘ方向に移動し、スリット３３，３４により順次スキャンされる。
図５（ａ）は、スリット３３でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の検出結果の一例を示す。ここでは、説明の便宜上、図５（ｂ）に示すように、マルチビーム２０が９本（＝３×３）のビームＢ１～Ｂ９からなり、ビーム選択アパーチャ基板２３０表面でのビームサイズがＤ×Ｄであるとする。また、ビームＢ１～Ｂ９は、ｘ方向及びｙ方向に沿って所定のピッチで配列されているものとする。
図５（ａ）に示すように、ビームＢ１～Ｂ３がスリット３３を通過する時、ビームＢ４～Ｂ６がスリット３３を通過する時、ビームＢ７～Ｂ９がスリット３３を通過する時に、それぞれ検出結果にピークが現れる。ビーム分布算出回路１４０は、アパーチャ制御回路１３０からビーム選択アパーチャ基板２３０の移動量の情報を取得し、検出器２４０の検出波形と組み合わせて、ｘ方向におけるマルチビーム２０の存在範囲を算出する。
図６（ａ）は、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の検出結果の一例を示す。位置ｘ１は、スリット３４の長手方向の一端側にビームＢ１が重なり始めた位置である。位置ｘ２は、スリット３４の長手方向の他端側をビームＢ９が通過し終えた位置である。
ビーム分布算出回路１４０は、スリット３４の傾斜角θを考慮して、図６（ｂ）に示すように座標変換を行い、斜め方向（スリット３４の延在方向に対し直交する方向）におけるマルチビーム２０の存在範囲を算出する。
図５（ａ）及び図６（ｂ）に示す情報から、図７に示すように、マルチビーム２０の存在範囲が決まる。ビーム分布算出回路１４０は、検出器２４０の出力波形を解析し、マルチビーム２０の分布情報を算出する。
マルチビーム２０がスリット３３に対して直角平行になっている場合は、スリット３３でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の幅ａは、マルチビーム２０のビームサイズＤと等しくなり（ａ＝Ｄ）、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の幅ｂは、ｂ＝Ｄ（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）となる。この場合には、ビームピッチＰＢは出力波形のピーク間距離Ｌに等しいと判断でき、波形のピークはビーム位置と一致する。また、マルチビーム２０の中心ビームは、ビーム存在範囲の中心に位置する。
ビーム分布算出回路１４０は、これらの情報から、マルチビーム２０の各ビームの位置を特定できる。
マルチビーム２０がスリット３３に対して直角平行位置から回転し、ビームＢ１～Ｂ９の配列方向が、ｘ方向及びｙ方向に対し非平行になる場合には、スリット３３でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の幅ａは、マルチビーム２０のビームサイズＤよりも大きくなる（ａ＞Ｄ）。また、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の幅ｂは、ｂ＜Ｄ（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）となる。マルチビーム２０の中心ビームは、ビーム存在範囲の中心に位置する。
ビーム分布算出回路１４０は、以下の数式を用いて、マルチビーム２０の回転角度φ及びビームピッチＰＢを算出する。
Figure 2022034866000002
上記の数式からは、マルチビーム２０の回転角度φの絶対値は決まるが、符号が決まらず、回転角度φは一意に決まらない。すなわち、図８（ａ）（ｂ）に示すように、マルチビーム２０が時計回りに回転しているのか、又は反時計回りに回転しているのか定まらない。
図９（ａ）は反時計回りに５°回転しているマルチビーム２０をスリット３４でスキャンした場合の検出器２４０の出力波形を示し、図９（ｂ）は時計回りに５°回転しているマルチビーム２０をスリット３４でスキャンした場合の検出器２４０の出力波形を示す。スリット３４の傾斜角θは４０°としている。図９（ａ）（ｂ）から分かるように、マルチビーム２０が時計回りに回転している場合と、反時計回りに回転している場合とで、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の周波数やピークが異なる。
そのため、予めマルチビーム２０の回転角度φを振って、複数の回転角度φについて、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形を求めておく。若しくは計算によって同様の出力波形を求めておく。求めた出力波形は、スキャン波形情報として、記憶装置１１１に格納する。
ビーム分布算出回路１４０は、記憶装置１１１に格納されたスキャン波形情報を参照し、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形の周波数やピークから、マルチビーム２０の回転角度φを一意に決定する。ビーム分布算出回路１４０は、ビーム存在範囲、上記の数式から求めたビームピッチ、出力波形から求めた回転角度φ等を用いて、マルチビーム２０の各ビームの位置を特定する。
なお、スリット３４の傾斜角θが４５°（Ｙ軸を基準に逆方向に傾ける場合（以下、「逆方向の場合」と呼ぶ）は１３５°）の場合、マルチビーム２０が時計回りに回転している場合と、反時計回りに回転している場合とで、スリット３４でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形が同じになり、回転角度φを一意に決めることができない。そのため、上述したように、スリット３４の傾斜角θは４５°（逆方向の場合は１３５°）以外に設定する。また、スリット３４の傾斜角θと４５°との差をΔθとすると、Δθが１°以下、又は４０°以上になると回転角度φの極性が変わった時の波形差異が小さくなる。従って、スリット３４の傾斜角θは５°以上４４°以下、または４６°以上８５°以下（逆方向の場合は、９５°以上１３４°以下、または１３６°以上１７５°以下）であることが好ましい。
このようにして、マルチビーム２０の各ビームの位置を特定した後、ビーム選択アパーチャ基板２３０を移動し、特定の１本のビームを小通過孔３２に位置合わせする。小通過孔３２を通過した１本のビームを用いて、試料面でのフォーカス調整、非点調整等の調整作業を行う。
本実施形態では、２本のスリット３３，３４でマルチビーム２０を一方向に（１回）スキャンし、スリット３３，３４を通過したビームの電流を検出し、検出した波形からマルチビームの分布情報が得られる。図１６に示すように、マルチビーム８２０で小径アパーチャ８１０を２次元走査する手法と比較して、マルチビームの分布情報を容易に取得でき、マルチビームのうち所望の１本のビームを小径アパーチャに速やかに位置合わせできる。
図１０に示すように、ビーム選択アパーチャ基板２３０に、スリット３３と直交する方向（例えばｘ方向）に延在するスリット３５をさらに設けてもよい。スリット３５がマルチビーム２０をｙ方向に沿ってスキャンするように、ビーム選択アパーチャ基板２３０を移動させると、図１１に示すように、ｘ方向のマルチビーム存在範囲（ａ１）に加え、ｙ方向のマルチビーム存在範囲（ａ２）を知ることができる。これ以降は上記実施形態と同様であり、ａ１、ａ２がＤと等しい場合は、マルチビーム２０はビーム選択アパーチャ基板２３０と直角平行の位置関係にあると判断され、Ｄより大きい場合は直角平行位置から回転していると判断される。スリット３４はマルチビーム２０が回転している場合の角度を特定するために用いられる。スリット３５でマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形をさらに用いると、互いに直交する方向のビーム存在範囲を特定することができるため、ビーム存在位置のより正確な特定が可能となる。また、ａ１、ａ２を比較することでマルチビーム分布形状の異常を検知することもできるようになる。
上記実施形態では、延在方向の異なる２本のスリット３３、３４を設ける例について説明したが、図１２に示すように、延在方向の異なる２つの辺ｓ１、ｓ２を有する開口部３６を設けてもよい。図１２に示す例では、辺ｓ１がｙ方向に対して角度θをなす傾斜方向に延在し、辺ｓ２がｙ方向に沿って延在している。
図１２に示すビーム選択アパーチャ基板２３０を－ｘ方向に移動させ、マルチビーム２０が開口部３６を＋ｘ方向にスキャンした場合の検出器２４０の検出結果の一例を図１３に示す。開口部３６のスキャンでは、マルチビーム２０は、辺ｓ１及びｓ２を通って開口部３６を横切る。
図１３に示すように、検出器２４０の出力波形から、ビームピッチ、ｘ方向におけるマルチビーム２０の存在範囲ａ、及び斜め方向（辺ｓ１の延在方向に対し直交する方向）におけるマルチビーム２０の存在範囲ｂが求まる。
ａ＝Ｄ，ｂ＝Ｄ（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）であれば、マルチビーム２０とビーム選択アパーチャ基板２３０は直角平行の位置関係であり、ステップ状に現れる波形のステップ間隔をビームピッチとして特定することができる。また、中央のビーム位置は図１３のｘ方向ビーム存在位置の中央のステップ位置（図では右から２番目）中央となる。
一方、ａ＞Ｄ，ｂ＜Ｄ（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）である場合には、マルチビーム２０はビーム選択アパーチャ基板２３０と直角平行の位置関係から回転していると判断される。回転している場合には上記実施形態と同様に回転角の絶対値は分かるが、回転方向は特定できない。回転方向は辺ｓ１がマルチビーム２０を通過する際の検出器２４０の出力波形形状により特定することができる。
図１４（ａ）（ｂ）は、マルチビーム２０がビーム選択アパーチャ基板２３０に対して５°傾いている場合と、－５°傾いている場合の波形を示す。辺ｓ１により形成される波形のステップ数が異なっていることが分かる。この波形の違いを利用して回転角を判断する。
具体的にはビーム分布算出回路１４０が記憶装置１１１に予め格納されたスキャン波形情報を参照し、スリット３６の辺ｓ１がマルチビーム２０をスキャンした際の検出器２４０の出力波形のステップ数から、マルチビーム２０の回転角度φを一意に決定する。ビーム分布算出回路１４０は、ビーム存在範囲、数式１から求めたビームピッチ、出力波形から求めた回転角度φ等を用いて、マルチビーム２０の各ビームの位置を特定する。
開口部３６は、マルチビーム２０が辺ｓ１と辺ｓ２とに同時に重ならないようなサイズであることが好ましい。開口部３６の形状は三角形に限定されず、四角形や五角形等の多角形としてもよい。
図１５に示すように、開口部３６が、大通過孔３１の機能を兼ねていてもよい。
上記実施形態では、スリット３３～３６を通過したビームの電流を検出器２４０で検出する構成について説明したが、これに限らず、ビーム選択アパーチャ基板２３０自体が検出器となっていてもよい。この場合には得られるデータは反転する（ビーム選択アパーチャ基板２３０にビーム照射した場合だけ電流が観測される）が、同様の手順でビーム位置の特定が可能である。また、検出器２４０はビーム選択アパーチャ基板２３０からマルチ検出器２２２の間であれば設置することができる。例えば、マルチ検出器２２２を検出器２４０として使用することも可能である。
上記実施形態では、電子ビームを用いる例について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを用いてもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
２０ マルチ１次電子ビーム
３１ 大通過孔
３２ 小通過孔
３３，３４，３５ スリット
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
２０１ 電子銃
２２２ マルチ検出器
２３０ ビーム選択アパーチャ基板
３００ マルチ２次電子ビーム

Claims (6)

  1. 検査用電子ビームを放出する電子銃と、
    複数の通過孔が形成され、前記複数の通過孔を前記検査用電子ビームの一部がそれぞれ通過することでマルチ電子ビームを形成するアパーチャアレイ基板と、
    前記マルチ電子ビーム全体を通過させる第１通過孔、前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な第２通過孔、第１スリット、及び前記第１スリットとは非平行となる第２スリットが設けられたビーム選択アパーチャ基板と、
    前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させるアパーチャ移動部と、
    前記マルチ電子ビームのうち、前記第１スリットを通過したビームの電流、及び前記第２スリットを通過したビームの電流を検出する第１検出器と、
    前記第１通過孔を通過した前記マルチ電子ビームがステージに載置された被検査基板に照射されることに起因して、前記被検査基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出する第２検出器と、
    を備え、
    前記第２検出器からの出力信号に基づいて前記被検査基板の検査を行うマルチ電子ビーム検査装置。
  2. 前記第１スリットの延在方向と前記ビーム選択アパーチャ基板の移動方向とは直交し、
    前記第１スリットの延在方向と前記第２スリットの延在方向との交差角度θが０°＜θ＜４５°又は４５°＜θ＜９０°であ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検査装置。
  3. 前記ビーム選択アパーチャ基板には、前記第１スリットの延在方向と直交する方向に延在する第３スリットがさらに設けられており、
    前記アパーチャ移動部は、前記ビーム選択アパーチャ基板を第１スリットの延在方向と直交する方向に移動することで、前記マルチ電子ビームの一部が前記第１スリット及び前記第２スリットを通過するようにすると共に、前記ビーム選択アパーチャ基板を前記第１スリットの延在方向と平行な方向に移動することで、前記マルチ電子ビームの一部が前記第３スリットを通過するようにし、
    前記第１検出器は、前記第１スリットを通過したビームの電流、前記第２スリットを通過したビームの電流、及び前記第３スリットを通過したビームの電流を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  4. 検査用電子ビームを放出する電子銃と、
    複数の通過孔が形成され、前記複数の通過孔を前記検査用電子ビームの一部がそれぞれ通過することでマルチ電子ビームを形成するアパーチャアレイ基板と、
    前記マルチ電子ビーム全体を通過させる第１通過孔と、前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な第２通過孔と、第１辺及び前記第１辺とは非平行となる第２辺を有する開口部とが設けられたビーム選択アパーチャ基板と、
    前記マルチ電子ビームが、前記第１辺及び前記第２辺を通って前記開口部を横切るように前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させるアパーチャ移動部と、
    前記マルチ電子ビームのうち、前記開口部を通過したビームの電流を検出する第１検出器と、
    前記第１通過孔を通過した前記マルチ電子ビームがステージに載置された被検査基板に照射されることに起因して、前記被検査基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出する第２検出器と、
    を備え、
    前記第２検出器からの出力信号に基づいて前記基板の検査を行うマルチ電子ビーム検査装置。
  5. 前記第１検出器の検出結果に基づいて、前記マルチ電子ビームの分布情報を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  6. パターンが形成された基板にマルチ電子ビームが照射されることにより起因して、前記基板から放出される、反射電子を含むマルチ２次電子ビームを検出し、検出した前記マルチ２次電子ビームの情報を用いて、前記パターンを検査するマルチ電子ビーム検査装置の調整方法であって、
    前記マルチ電子ビームのうち１本のビームが通過可能な通過孔、第１スリット、及び前記第１スリットとは非平行となる第２スリットが設けられたビーム選択アパーチャ基板を所定方向に移動させながら、前記マルチ電子ビームのうち、前記第１スリットを通過したビームの電流を検出する工程と、
    前記ビーム選択アパーチャ基板を前記所定方向に移動させながら、前記マルチ電子ビームのうち、前記第２スリットを通過したビームの電流を検出する工程と、
    前記第１スリットを通過したビームの電流及び前記第２スリットを通過したビームの電流の検出結果に基づいて、前記マルチ電子ビームの分布情報を算出する工程と、
    前記マルチ電子ビームの分布情報に基づいて前記ビーム選択アパーチャ基板を移動させ、前記マルチ電子ビームの所定の１本のビームを前記通過孔に位置合わせする工程と、
    前記通過孔を通過したビームを用いてビーム調整を行う工程と、
    を備えるマルチ電子ビーム検査装置の調整方法。
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