JP7093242B2 - 荷電粒子ビーム画像取得装置 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、荷電粒子ビーム画像取得装置に関する。例えば、荷電粒子ビームである電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの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。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、検査対象基板上を荷電粒子ビームである、例えば、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。かかる検査装置を含む電子ビーム画像取得装置では、電子ビームの照射環境及び電子ビームの検出環境を真空状態に保つ必要がある。そのため、真空チャンバ内に電子ビームが照射される試料を配置する必要がある。そして、チャンバ上に位置する電子鏡筒内に配置される照射光学系を使って、試料に電子ビームが照射される。また、チャンバ上に位置する電子鏡筒内に配置される検出光学系を使って、２次電子を検出する。ここで、チャンバ内を真空状態に保つ場合、チャンバ内圧と大気圧との差圧によって、チャンバ自身が変形してしまう。その結果、ビームが照射される試料と照射光学系及び検出光学系との相対的な位置関係に誤差が生じるため、高精度な画像の取得が困難になってしまうといった問題があった。
かかる真空容器の変形について、真空容器内の気圧変化に伴う真空容器の変形により光学系に伝達される変位量が小さい部分で支持された部材に光学系を載置する点が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、電子ビーム照射装置において、すべての光学系要素を変位量が小さい部分で支持することは困難である。
特開平０６－０９４９００号公報
本発明の一態様は、チャンバ内を真空状態にすることにより、チャンバ内圧と大気圧との差圧によって、チャンバ自身が変形する場合でも、位置関係の誤差を補正し易い装置及び方法を提供する。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム画像取得装置は、
試料が配置される直方体のチャンバと、
チャンバ上面の２本の対角線の交点を中心にして、チャンバ上面に載置される、試料に１次荷電粒子ビームを照射する１次荷電粒子ビーム光学系が配置される１次電子鏡筒と、
１次電子鏡筒の下部に接続され、１次荷電粒子ビームが試料に照射されることに起因して放出される２次荷電粒子ビームが通過する２次荷電粒子ビーム光学系が配置される２次電子鏡筒と、
を備えたことを特徴とする。
また、チャンバの底板内側面における、チャンバの内外圧の差圧により変形した状態での等高線上に配置される３点以上の複数のステージ支持部材と、
複数のステージ支持部材によって支持される、試料が載置される、高さ方向に移動可能なステージと、
をさらに備えると好適である。
また、２次電子鏡筒は、１次電子鏡筒の下部への接続により支持される他、チャンバ上面の外周部で支持され、
２次荷電粒子ビーム光学系は、偏向器を有し、
チャンバの内外圧の差圧により生じる２次電子鏡筒の回転方向誤差を偏向器による２次荷電粒子ビームの偏向によって補正すると好適である。
或いは、２次電子鏡筒は、１次電子鏡筒の下部への接続により支持される他、チャンバとは別体の鏡筒支持部材により支持され、
２次荷電粒子ビーム光学系は、偏向器を有し、
チャンバの内外圧の差圧により生じる２次電子鏡筒の回転方向誤差を偏向器による２次荷電粒子ビームの偏向によって補正すると好適である。
また、鏡筒支持部材は、中央部にチャンバとは隙間を空けた状態でチャンバ側面の４隅でチャンバに接続されると好適である。
本発明の一態様によれば、チャンバ内を真空状態にすることにより、チャンバ内圧と大気圧との差圧によって、チャンバ自身が変形する場合でも、位置関係の誤差を補正し易くできる。
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における大気圧下でのチャンバの状態と真空下でのチャンバの状態との一例を示す図である。 実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の一例を示す図である。 実施の形態１における大気圧下でのチャンバの変位と真空下でのチャンバの変位とを測定するための測定点の一例を説明するための図である。 実施の形態１における大気圧下でのチャンバの変位と真空下でのチャンバの変位との測定結果の一例を示す図である。 実施の形態１におけるチャンバの底板内側面における等高線とステージ支持部材の配置位置との関係の一例を示す図である。 実施の形態１におけるチャンバの底板内側面における等高線とステージ支持部材の配置位置との関係の他の一例を示す図である。 実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の他の一例を示す図である。 実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の他の一例を示す図である。
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として電子ビームを用いる場合について説明する。また、電子ビームの一例として、マルチビームを用いた装置について説明する。但し、電子ビームは、マルチビームに限るものではなく、シングルビームであっても構わない。また、電子ビーム画像取得装置の一例として、検査装置について説明する。但し、電子ビーム画像取得装置は、検査装置に限るものではなく、例えば、画像が取得可能な電子ビームを照射する装置であれば構わない。
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、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、１次電子ビームカラム１０２（１次電子鏡筒ともいう。）、検査室１０３（チャンバ）、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒ともいう。）、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。
１次電子ビームカラム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２０４、制限アパーチャ基板２０６、電磁レンズ２０５、対物レンズ２０７、偏向器２０８、ビームセパレーター２１０、及び偏向器２１２が配置されている。２次電子ビームカラム１０４内には、投影レンズ２１４、制限アパーチャ基板２１５、投影レンズ２１６、投影レンズ２１８、偏向器２１９、及び検出器２２２が配置されている。図１の例では、例えば、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２０４、制限アパーチャ基板２０６、電磁レンズ２０５、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８により１次電子ビーム光学系（１次荷電粒子ビーム光学系）が構成される。また、例えば、ビームセパレーター２１０、偏向器２１２、投影レンズ２１４、制限アパーチャ基板２１５、投影レンズ２１６、投影レンズ２１８、偏向器２１９、及び検出器２２２により２次電子ビーム光学系（２次荷電粒子ビーム光学系）が構成される。言い換えれば、１次電子ビームカラム１０２内には、基板１０１（試料）に１次電子ビームを照射する１次電子ビーム光学系が配置される。そして、２次電子ビームカラム１０４内には、１次電子ビームが基板１０１に照射されることに起因して放出される２次電子ビームが通過する２次電子ビーム光学系が配置される。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面及び高さ（Ｚ）方向に移動可能なステージ１０５が配置される。ステージ１０５では、ベース２３０上に例えばＸＹ平面に移動可能なＸＹステージ２３２が配置され、ＸＹステージ２３２上にＺ方向に移動可能なＺステージ２３４が配置される。ステージ１０５は、検査室１０３の底板内側面上に配置される３点以上の複数の支持台１０７によって支持される。具体的には、ベース２３０が３点以上の複数のステージ支持部材１０７によって支持される。また、検査室１０３内は、真空ポンプ５００によって真空引きされる。また、１次電子ビームカラム１０２内及び２次電子ビームカラム１０４内も同様に真空ポンプによって真空引きされる。
ＸＹ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。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（ウェハダイ）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。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２１１が配置されている。検出器２２２は、２次電子ビームカラム１０４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１２７、比較回路１０８、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、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、及びメモリ１１８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、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。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１２７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。
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と引出電極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。電磁レンズ２０２，２０４，２０５、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２１４，２１６，２１８は、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１０もレンズ制御回路１２４によって制御される。偏向器２０８、偏向器２１２、及び偏向器２１９は、それぞれ例えば４極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないＤＡＣ（デジタル・アナログ変換）アンプを介して偏向制御回路１２８に接続され、偏向制御回路１２８によって制御される。
また、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ１列×縦（ｙ方向）ｎ１段（ｍ１，ｎ１は２以上の整数）の穴（開口部）がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。これらの複数の穴を電子ビーム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が形成されることになる。
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。
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によりほぼ垂直に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、上述したように複数の穴（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基板２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば複数の電子ビーム（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２０４によって制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって屈折させられる。ここで、図示しない一括ブランキング偏向器によって、マルチ１次電子ビーム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２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器によって偏向されなかったマルチ１次電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器のＯＮ／ＯＦＦによって、マルチ１次電子ビーム２０全体の一括した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。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５によって屈折させられ、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成する。かかるクロスオーバーの位置付近にビームセパレーター２１０が配置される。ビームセパレーター２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、偏向器２０８によって、マルチ１次電子ビーム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。
基板１０１の所望する位置にマルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１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（マルチ２次電子ビーム３００）（図１の点線）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、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子ビーム３００の中心側に屈折させられ、ビームセパレーター２１０に進む。そして、ビームセパレーター２１０によって、マルチ２次電子ビーム３００は、マルチ１次電子ビーム２０の軌道から分離され、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２１２によって、検出器２２２の検出面の方向に向かうようにさらに曲げられ（偏向され）、投影レンズ２１４に進む。検出器２２２の検出面の方向に向かうマルチ２次電子ビーム３００は、投影レンズ２１４によって制限アパーチャ基板２１５に形成された中心の穴に向かって屈折させられる。そして、散乱電子は制限アパーチャ基板２１５によって遮蔽される。制限アパーチャ基板２１５を通過したマルチ２次電子ビーム３００は、投影レンズ２１６，２１８によって検出器２２２の検出面の所望の位置に照射される。また、ステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行うため、偏向器２０８によってステージ１０５の移動に追従するトラッキング偏向が行われる。かかるトラッキング偏向及びスキャン動作に伴う偏向位置の移動に合わせて、偏向器２１９は、マルチ２次電子ビーム３００を検出器２２２の受光面における所望の位置に照射させるように偏向する。検出器２２２は、照射されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。そして、検出器２２２にて検出された強度信号によって、基板１０１上の画像が形成される。
図２は、実施の形態１における大気圧下でのチャンバの状態と真空下でのチャンバの状態との一例を示す図である。図２（ａ）に示すように、大気圧下では、検査室１０３（チャンバ）の変形は生じていない。しかしながら、真空下では、図２（ｂ）に示すように、チャンバ内外の差圧により検査室１０３が変形する。検査室１０３は、直方体で形成される。図２（ｂ）の例では、特に、高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体で形成される。かかる場合、真空下では、上下面は内側に変形し、側面方向は外側に変形する。そのため、検査室１０３上に配置される１次電子ビームカラム１０２と２次電子ビームカラム１０４の位置がずれてしまう。また、検査室１０３内のステージ１０５の位置がずれてしまう。その結果、基板１０１と１次電子ビーム光学系との位置関係、及び基板１０１と２次電子ビーム光学系との位置関係がずれてしまうことになる。かかるずれは、ｘｙｚ方向及び回転方向にずれが生じ得る。その結果、ビームの照射位置がずれると共に、２次電子が検出器２２２の所望の検出面から外れてしまい、高精度な画像の取得が困難になってしまう。そこで、実施の形態１では、チャンバ内圧と大気圧との差圧によって、チャンバ自身が変形する場合でも、位置関係の誤差を補正し易い構成にする。
図３は、実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の一例を示す図である。図３（ａ）では、上面図を示し、図３（ｂ）では断面図を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）の例では、例えば、上下面が正方形で高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体の検査室１０３を用いる場合を示している。また、検査室１０３では、直方体の６面が板材の組み合わせにより構成される。ここで、図２（ｂ）で説明したように、チャンバ内外の差圧により検査室１０３は、上下面は内側に変形し、側面方向は外側に変形する。よって、検査室１０３上面は、上面中心が内側に向かって最大変位となり、上面中心を起点に外側（ｘ，ｙ方向）に向かって均等に変位が小さくなりながら変位が生じることになる。
そこで、実施の形態１では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、１次電子ビームカラム１０２（１次電子鏡筒）を、直方体の検査室１０３（チャンバ）上面の２本の対角線３０２，３０４の交点を中心にして、検査室１０３上面に載置する。これにより、検査室１０３が変形した場合でも、１次電子ビームカラム１０２は、高さ（ｚ）方向に変位するだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向にはずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。具体的には、検査室１０３が変形した場合、１次電子ビームカラム１０２は、下側（－ｚ方向）に変位することになる。
また、２次電子ビームカラム１０４は、１次電子ビームカラム１０２の下部に接続され、１次電子ビームカラム１０２の下部への接続により支持される他、検査室１０３上面の外周部で支持部材１７０によって支持される。支持部材１７０として、例えば、Ｌ字状の板材の底面を検査室１０３上面の外周部に配置し、垂直立ち上がりの板材の上面で２次電子ビームカラム１０４を支持する。図３（ａ）及び図３（ｂ）の例では、検査室１０３上面の４隅のうち、１つの隅上に配置される支持部材１７０によって支持される。これにより、検査室１０３が変形した場合、１次電子ビームカラム１０２の下側（－ｚ方向）への変位と、検査室１０３上面の１つの隅の高さ（ｚ）方向の変位とによって、高さ方向への回転誤差Δθが生じるだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向のずれを生じさせずに、高さ方向への回転誤差Δθに集約できる。
また、検査室１０３底面は、底面中心が最大振幅となり、理想的には外側（ｘ，ｙ方向）に向かって均等に変位が生じることになる。そこで、実施の形態１では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、検査室１０３（チャンバ）の底板内側面における、検査室１０３の内外圧の差圧により変形した状態での等高線３１０上に３点以上の複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置する。図３（ａ）及び図３（ｂ）の例では、４つの支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置する場合を示している。そして、かかる複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄによってステージ１０５を支持する。これにより、検査室１０３が変形した場合でも、各支持部材１０７ａ～１０７ｄの高さ位置は同じにできる。そのため、ステージ１０５は、高さ（ｚ）方向に変位するだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向のずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。
図４は、実施の形態１における大気圧下でのチャンバの変位と真空下でのチャンバの変位とを測定するための測定点の一例を説明するための図である。図４（ａ）では、検査装置１００の上面図の一部を示す。図４（ｂ）では、検査装置１００の側面図の一部を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、２次電子ビームカラム１０４については図示を省略している。１次電子ビームカラム１０２（１次電子鏡筒）を、直方体の検査室１０３（チャンバ）上面の２本の対角線の交点を中心にして、検査室１０３上面に載置する。そして、検査室１０３上面のうち１次電子ビームカラム１０２の外周位置に９０度ずつずらして測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄを設定する。また、検査室１０３の４つの側面のうち１つの側面の中心位置に測定点ｅを設定する。
図５は、実施の形態１における大気圧下でのチャンバの変位と真空下でのチャンバの変位との測定結果の一例を示す図である。図５の例では、真空下での検査室１０３の状態を基準（変位ゼロ）に、大気圧に戻した場合に生じる検査室１０３の変位を測定した結果を示す。図５に示すように、測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄでは、ほぼ同じ値（ここでは例えば２０μｍ）の＋変位（外側に膨らむ変位）が測定された。よって、大気圧を基準とした場合、測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄでは、ほぼ同じ値（ここでは例えば－２０μｍ）の－変位（内側に凹む変位）が生じることがわかる。よって、１次電子ビームカラム１０２は、高さ（ｚ）方向に変位するだけで済み、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向のずれが生じないことがわかる。他方、測定点ｅでは、例えば－１μｍの－変位（内側に凹む変位）が測定された。よって、大気圧を基準とした場合、測定点ｅでは、例えば＋１μｍの＋変位（外側に膨らむ変位）が生じることがわかる。ここでは、検査室１０３が高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体で形成されるので、扁平の程度によっては、測定点ｅでは、＋変位が生じる場合もあり得る。
以上のように、実施の形態１によれば、検査室１０３が変形した場合、１次電子ビームカラム１０２には、下方向（－ｚ方向）の変位が生じ、ステージ１０５には、上方向（＋ｚ方向）の変位が生じ、そして、２次電子ビームカラム１０４には、２次電子ビームカラム１０４が延びる方向から上方向への回転変位が生じることになる。したがって、光源から被測定物までの距離変化は生じるものの、角度誤差が小さく、１次電子ビーム光学系の制御負担を軽くすることができる。具体的には、かかる変位によって、マルチ１次電子ビームの照射については、対物レンズ２０７と基板１０１との距離が短くなるので、焦点ずれが生じることになる。実施の形態１では、チャンバの内外圧の差圧により生じる１次電子ビームカラム１０２とステージ１０５の高さ方向誤差をステージ１０５上面の高さを移動させることによって補正する。よって、かかる焦点ずれについては、ステージ１０５のＺステージ２３４で調整できる。また、２次電子ビーム光学系については、２次電子ビームの入射部分は１次電子ビーム光学系と一緒に変位するものの、多端は、検査室１０３上面の角部に固定されるため、固定部の変位が小さく、光軸誤差は回転誤差として生じることになる。２次電子ビーム光学系では、ビームセパレーター２１０及び偏向器２１２で２次電子ビームの指向角度は制御できる。特に、偏向器２１２で２次電子ビームの指向角度は容易に制御できる。具体的には、マルチ２次電子ビーム３００の検出については、２次電子ビーム光学系が上方向にずれるので、マルチ２次電子ビーム３００の検出器２２２上での照射位置ずれが生じることになる。実施の形態１では、チャンバの内外圧の差圧により生じる２次電子ビームカラム１０４の回転方向誤差を偏向器２１２によるマルチ２次電子ビーム３００の偏向によって補正する。よって、かかる照射位置ずれについては、偏向器２１２の角度を２次電子ビーム光学系のずれに合わせてずらすことで、マルチ２次電子ビーム３００の軌道を調整できる。これにより、マルチ２次電子ビーム３００の検出器２２２上での照射位置ずれを高精度に補正できる。実施の形態１によれば、ｘ，ｙ方向へのずれを発生させないようにできるので、補正を容易にできる。
図６は、実施の形態１におけるチャンバの底板内側面における等高線とステージ支持部材の配置位置との関係の一例を示す図である。図６に示すように、検査室１０３（チャンバ）の底板内側面における等高線３１０ａ～３１０ｄが楕円状に外側（ｘ，ｙ方向）に波紋のように広がる場合には、同じ等高線（例えば、等高線３１０ｃ）上にステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置すればよい。
図７は、実施の形態１におけるチャンバの底板内側面における等高線とステージ支持部材の配置位置との関係の他の一例を示す図である。図７に示すように、検査室１０３（チャンバ）の底板内側面における等高線３１０ａ～３１０ｂが、不規則な軌跡で形成される場合でも、同じ等高線（例えば、等高線３１０ｂ）上にステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置すれば、検査室１０３（チャンバ）が変形した場合でも、ステージ１０５上面高さ位置は、ｚ方向以外にずれは生じないようにできる。
図８は、実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の他の一例を示す図である。図８（ａ）では、上面図を示し、図８（ｂ）では断面図を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）の例では、図３（ａ）及び図３（ｂ）の例と同様、例えば、上下面が正方形で高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体の検査室１０３を用いる場合を示している。また、検査室１０３では、直方体の６面が板材の組み合わせにより構成される。図８（ａ）及び図８（ｂ）の例では、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、検査室１０３上面の４辺のうち、１辺側に向かって斜め上方に延びる。そして、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、１次電子ビームカラム１０２の下部への接続により支持される他、検査室１０３とは別体の鏡筒支持部材１８０上に配置される支持部材１７０によって支持される。言い換えれば、次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、１次電子ビームカラム１０２の下部への接続により支持される他、検査室１０３とは別体の鏡筒支持部材１８０により支持部材１７０を介して支持される場合を示している。また、鏡筒支持部材１８０は、中央部に検査室１０３とは隙間１８２を空けた状態で検査室１０３側面の４隅で検査室１０３に接続される。図２（ｂ）で説明したように、検査室１０３内外の差圧により検査室１０３は、上下面は内側に変形し、側面方向は外側に変形する。ここで、鏡筒支持部材１８０は、検査室１０３とは別体なので、検査室１０３の変形によって、上下方向への変位は生じないようにできる。さらに、鏡筒支持部材１８０は、中央部に検査室１０３とは隙間１８２を空けているので、検査室１０３の側面板によって押されないようにできる。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向、及びｚ方向への変位が生じないようにできる。よって、支持部材１７０は、検査室１０３の変形によって変位しない。よって、２次電子ビームカラム１０４を支持する２点のうち、鏡筒支持部材１８０側の１点については、検査室１０３の変形に関わらず、同じ位置を保つことができる。
なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、１次電子ビームカラム１０２（１次電子鏡筒）については、図３（ａ）及び図３（ｂ）の例と同様、直方体の検査室１０３（チャンバ）上面の２本の対角線３０２，３０４の交点を中心にして、検査室１０３上面に載置する。よって、１次電子ビームカラム１０２については、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向にはずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。
よって、２次電子ビームカラム１０４は、検査室１０３が変形した場合、１次電子ビームカラム１０２の下側（－ｚ方向）への変位によって、高さ方向への回転誤差Δθが生じるだけで済む。これにより、変位点を１点にできる。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向のずれを生じさせずに、１点の変位点の変位による高さ方向への回転誤差Δθに集約できる。
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）の例では、図３（ａ）及び図３（ｂ）の例と同様、検査室１０３（チャンバ）の底板内側面における、検査室１０３の内外圧の差圧により変形した状態での等高線３１０上に３点以上の複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置する。そして、かかる複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄによってステージ１０５を支持する。これにより、検査室１０３が変形した場合でも、各支持部材１０７ａ～１０７ｄの高さ位置は同じにできる。そのため、ステージ１０５は、高さ（ｚ）方向に変位するだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向のずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。
図８（ａ）及び図８（ｂ）の例における検査室１０３の内外圧の差圧により生じる１次電子ビームカラム１０２とステージ１０５の高さ方向誤差については、上述したように、ステージ１０５上面の高さを移動させることによって補正すればよい。よって、かかる焦点ずれについては、ステージ１０５のＺステージ２３４で調整できる。また、検査室１０３の内外圧の差圧により生じる２次電子ビームカラム１０４の回転方向誤差については、上述したように、偏向器２１２によるマルチ２次電子ビーム３００の偏向によって補正すればよい。
ここで、上述した例では、上下面が正方形で高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体の検査室１０３を用いる場合を説明したが、これに限るものではない。
図９は、実施の形態１における１次電子ビームカラムと検査室と２次電子ビームカラムとの配置構成の他の一例を示す図である。図９（ａ）では、上面図を示し、図９（ｂ）では断面図を示す。図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、例えば、上下面が長方形で高さ方向（Ｚ方向）に短い扁平型の直方体の検査室１０３を用いる場合を示している。また、検査室１０３では、直方体の６面が板材の組み合わせにより構成される。図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、検査室１０３上面の４辺の短い２辺のうち、１辺側に向かって斜め上方に延びる。そして、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、１次電子ビームカラム１０２の下部への接続により支持される他、検査室１０３上面の外周部のうち２次電子ビームカラム１０４が延びる方向の１辺上に配置される支持部材１７０によって支持される。
図９（ａ）及び図９（ｂ）において、１次電子ビームカラム１０２（１次電子鏡筒）については、直方体の検査室１０３（チャンバ）上面の２本の対角線３０２，３０４の交点を中心にして、検査室１０３上面に載置する。よって、１次電子ビームカラム１０２については、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向にはずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。
また、２次電子ビームカラム１０４は、検査室１０３が変形した場合、１次電子ビームカラム１０２の下側（－ｚ方向）への変位と、検査室１０３上面の外周部の変位と、によって、高さ方向への回転誤差Δθが生じるだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向のずれを生じさせずに、高さ方向への回転誤差Δθに集約できる。
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）の例では、検査室１０３（チャンバ）の底板内側面における、検査室１０３の内外圧の差圧により変形した状態での等高線３１０上に３点以上の複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄを配置する。そして、かかる複数のステージ支持部材１０７ａ～１０７ｄによってステージ１０５を支持する。これにより、検査室１０３が変形した場合でも、各支持部材１０７ａ～１０７ｄの高さ位置は同じにできる。そのため、ステージ１０５は、高さ（ｚ）方向に変位するだけで済む。言い換えれば、ｘ，ｙ平面方向及び回転方向のずれを生じさせずに、高さ（ｚ）方向への変位に集約できる。
なお、図示しないが、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、検査室１０３上面の４辺の長い２辺のうち、１辺側に向かって斜め上方に延びてもよい。そして、２次電子ビームカラム１０４（２次電子鏡筒）は、１次電子ビームカラム１０２の下部への接続により支持される他、検査室１０３とは別体の上述した鏡筒支持部材１８０上に配置される支持部材１７０によって支持されるようにしても好適である。
なお、検査装置１００により、基板１０１のパターン検査を行う場合には、例えば、以下のように動作する。
上述したように、焦点が補正されたマルチ１次電子ビーム２０が、基板１０１の所望する位置に照射されたことに起因して基板１０１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（マルチ２次電子ビーム３００）（図１の点線）が放出される。マルチ２次電子ビーム３００は、回転誤差が補正された２次電子ビーム光学系により、検出器２２２に投影される。このように、検出器２２２は、マルチ２次電子ビーム３００を検出する。
以上のように、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて、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１次電子ビーム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、マルチ２次電子３００を検出する。検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの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。そして、例えば、１つのチップ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１２７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。
比較回路１０８内では、転送されたストライプパターンデータ（或いはチップパターンデータ）から所定のサイズの画像を生成する。そして、同じパターンが形成された画像同士を比較する（ダイ－ダイ検査）。比較回路１０８は、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、若しくはメモリ１１８に出力される、或いは図示しないプリンタ等により出力されればよい。或いは、基板１０１へのパターン形成の元となる設計データを使って、比較対象の参照画像を作成し、かかる参照画像と検査対象画像とを比較しても良い（ダイ－データベース検査）。
以上のように、実施の形態１によれば、検査室１０３（チャンバ）内を真空状態にすることにより、検査室１０３内圧と大気圧との差圧によって、検査室１０３自身が変形する場合でも、位置関係の誤差を補正し易くできる。
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。例えば、位置回路１２７、比較回路１０８、及びステージ制御回路１１２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。
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。
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電子ビーム画像取得装置は、本発明の範囲に包含される。
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ １次電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０４ ２次電子ビームカラム
１０５ ステージ
１０６ 検出回路
１０７ ステージ支持部材
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１４ ステージ制御回路
１１８ メモリ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
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
１２７ 位置回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ ステージ駆動機構
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 支持部材
１８０ 鏡筒支持部材
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０４ 電磁レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０５ 電磁レンズ
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１０ ビームセパレーター
２１２ 偏向器
２１４ 投影レンズ
２１５ 制限アパーチャ基板
２１６ 投影レンズ
２１８ 投影レンズ
２１９ 偏向器
２２２ 検出器
２３０ ベース
２３２ ＸＹステージ
２３４ Ｚステージ
３００ マルチ２次電子ビーム
３０２，３０４ 対角線
３１０ 等高線
５００ 真空ポンプ

Claims (4)

  1. 試料が配置される直方体のチャンバと、
    前記チャンバ上面の２本の対角線の交点を中心にして、前記チャンバ上面に載置される、前記試料に１次荷電粒子ビームを照射する１次荷電粒子ビーム光学系が配置される１次電子鏡筒と、
    前記１次電子鏡筒の下部に接続され、前記１次荷電粒子ビームが前記試料に照射されることに起因して放出される２次荷電粒子ビームが通過する２次荷電粒子ビーム光学系が配置される２次電子鏡筒と、
    前記チャンバの底板内側面における、前記チャンバの内外圧の差圧により変形した状態での等高線上に配置される３点以上の複数のステージ支持部材と、
    前記複数のステージ支持部材によって支持される、前記試料が載置される、高さ方向に移動可能なステージと、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム画像取得装置。
  2. 前記２次電子鏡筒は、前記１次電子鏡筒の下部への接続により支持される他、前記チャンバ上面の外周部で支持され、
    前記２次荷電粒子ビーム光学系は、偏向器を有し、
    前記チャンバの内外圧の差圧により生じる前記２次電子鏡筒の回転方向誤差を前記偏向器による前記２次荷電粒子ビームの偏向によって補正することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム画像取得装置。
  3. 前記２次電子鏡筒は、前記１次電子鏡筒の下部への接続により支持される他、前記チャンバとは別体の鏡筒支持部材により支持され、
    前記２次荷電粒子ビーム光学系は、偏向器を有し、
    前記チャンバの内外圧の差圧により生じる前記２次電子鏡筒の回転方向誤差を前記偏向器による前記２次荷電粒子ビームの偏向によって補正することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム画像取得装置。
  4. 前記鏡筒支持部材は、中央部に前記チャンバとは隙間を空けた状態で前記チャンバ側面の４隅で前記チャンバに接続されることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子ビーム画像取得装置。
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