JP7201523B2 - マルチ電子ビーム偏向器及びマルチビーム画像取得装置 - Google Patents

マルチ電子ビーム偏向器及びマルチビーム画像取得装置 Download PDF

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Description

本発明は、マルチ電子ビーム偏向器及びマルチビーム画像取得装置に関する。例えば、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1次電子ビームで走査(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。マルチビームを用いる場合、マルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを分離して、検出器にマルチ2次電子ビームを誘導する必要がある。例えば、ウィーンフィルタを用いてマルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを分離する(例えば、特許文献1参照)。そして、マルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを一旦分離すると、マルチ2次電子ビームを検出器に向ける、スキャン偏向による位置ずれをキャンセルする、焦点調整、及び非点収差補正など、マルチ2次電子ビームに対して追加操作が必要となることが多い。これらの機能は、収差を抑え、且つ、できるだけコンパクトなサイズの機構で達成することが望まれる。かかる問題は、検査装置に限るものではなく、マルチビームを用いて画像を取得する装置において同様に生じ得る。
米国特許第8,362,425号
そこで、本発明の一態様は、マルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを一旦分離した後の、マルチ2次電子ビームを検出器に向ける、スキャン偏向による位置ずれをキャンセルする、焦点調整、及び非点収差補正など、マルチ2次電子ビームに対して追加操作を、コンパクトなサイズで達成可能な偏向器およびこれを搭載した装置を提供する。
本発明の一態様のマルチ電子ビーム偏向器は、
第1の電極基板と、
前記第1の電極基板の基板面と直交する方向の第1の同一平面上に平行に順に並ぶ第2~第4の電極基板と、
前記第1の電極基板と対向するように配置された第5の電極基板と、
前記第2~第4の電極基板と対向するように配置された、第2の同一平面上に平行に順に並ぶ第6~第8の電極基板と、
を備え、
前記第1~第8の電極基板は、マルチ電子ビームが通過する空間を取り囲むように配置されることを特徴とする。
本発明の一態様のマルチビーム画像取得装置は、
基板上にマルチ1次電子ビームを照射する1次光学系と、
前記マルチ1次電子ビームが前記基板に照射されたことに起因して放出される反射電子を含むマルチ2次電子ビームを前記マルチ1次電子ビームから分離するビームセパレーターと、
分離された前記マルチ2次電子ビームを検出する検出器と、
分離された前記マルチ2次電子ビームを前記検出器が検出可能な範囲に偏向するマルチ電子ビーム偏向器と、
を備え、
前記マルチ電子ビーム偏向器は、
第1の電極基板と、
前記第1の電極基板の基板面と直交する方向の第1の同一平面上に平行に順に並ぶ第2~第4の電極基板と、
前記第1の電極基板と対向するように配置された第5の電極基板と、
前記第2~第4の電極基板と対向するように配置された、第2の同一平面上に平行に順に並ぶ第6~第8の電極基板と、
を備え、
前記第1~第8の電極基板は、マルチ2次電子ビームが通過する空間を取り囲むように配置されることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、マルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを一旦分離した後の、マルチ2次電子ビームを検出器に向ける、スキャン偏向による位置ずれをキャンセルする、焦点調整、及び非点収差補正など、マルチ2次電子ビームに対して追加操作を、コンパクトなサイズのベント型偏向器で同時に達成できる。
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基板の構成を示す概念図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器の構成の一例を示す斜視図である。 実施の形態1における1段目の偏向器の各電極基板に印加する電位を説明するための図である。 実施の形態1における2段目の偏向器の各電極基板に印加する電位を説明するための図である。 実施の形態1における1段目の偏向器の各電極基板に印加する電位の重み係数を示す重み係数リストを示す図である。 実施の形態1における2段目の偏向器の各電極基板に印加する電位の重み係数を示す重み係数リストを示す図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム偏向によるマルチ2次電子ビーム像の一例を示す図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の一例を示す図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の他の一例を示す図である。 実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の他の一例を示す図である。 実施の形態1における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。 実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。 実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。
以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム画像取得装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、マルチ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、画像が取得可能なマルチ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、電子ビームカラム102(電子鏡筒ともいう。)(マルチビームカラムの一例)、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基板203、電磁レンズ205、一括ブランキング偏向器212、制限アパーチャ基板206、電磁レンズ220、ビームセパレーター214、対物レンズ207、主偏向器208、副偏向器209、ベント型偏向器218(マルチ電子ビーム偏向器)、投影レンズ224、及びマルチ検出器222が配置されている。
検査室103内には、少なくともXY平面上を移動可能な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、偏向器制御回路121、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、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、偏向制御回路128は、DAC(デジタルアナログ変換)アンプ144,146に接続される。DACアンプ144は、主偏向器208に接続され、DACアンプ146は、副偏向器209に接続される。また、偏向器制御回路121は、DACアンプ148に接続される。DACアンプ148は、ベント型偏向器218に接続される。
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。駆動機構142では、例えば、ステージ座標系における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が構成され、XYステージ105が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。ステージ座標系は、例えば、マルチ1次電子ビームの光軸に直交する面に対して、X方向、Y方向、θ方向が設定される。
一括ブランキング偏向器212は、少なくとも2極の電極群により構成され、ブランキング制御回路126によって制御される。主偏向器208は、少なくとも4極の電極群により構成され、電極毎に配置されるDACアンプ146を介して、偏向制御回路128によって制御される。同様に、副偏向器209は、少なくとも4極の電極群により構成され、電極毎に配置されるDACアンプ144を介して、偏向制御回路128によって制御される。同様に、ベント型偏向器218は、各段が少なくとも8極の電極で構成される2段の偏向器から構成され、電極毎にDACアンプ148を介して、偏向器制御回路121にて、制御される。
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基板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基板203には、2次元状の横(x方向)m列×縦(y方向)n段(m,nは2以上の整数)の穴(開口部)22がx,y方向に所定の配列ピッチで形成されている。図2の例では、5×5の穴(開口部)22が形成されている場合を示している。穴22の配列数はこれに限るものではない。各穴22は、共に同じ外径の円形で形成される。或いは、同じ寸法形状の矩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。
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、照明レンズ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、図2に示すように、複数の穴22(開口部)が形成され、電子ビーム200は、すべての複数の穴22が含まれる領域を照明する。複数の穴22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22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)20a~20c(図1の実線)が形成される。
形成されたマルチ1次電子ビーム20a~20cは、電磁レンズ205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。言い換えれば、電磁レンズ205は、マルチ1次電子ビーム20の入射を受け、マルチ1次電子ビーム20を屈折させる。ここでは、電磁レンズ205が制限アパーチャ基板206に形成された中心の穴の位置にマルチ1次電子ビーム20a~20cの各ビームの焦点位置がくるように屈折させる。ここで、一括ブランキング偏向器212によって、マルチ1次電子ビーム20a~20c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212によって偏向されなかったマルチ1次電子ビーム20a~20c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212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。このように、制限アパーチャ基板206は、一括ブランキング偏向器212によってビームOFFの状態になるように偏向されたマルチ1次電子ビーム20a~20cを遮蔽する。そして、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、制限アパーチャ基板206を通過したビーム群により、検査用のマルチ1次電子ビーム20a~20cが形成される。
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220に進む。電磁レンズ220は、マルチ1次電子ビーム20の入射を受け、マルチ1次電子ビーム20を屈折させる。マルチ1次電子ビーム20は、電磁レンズ220によって、クロスオーバー(C.O.)を形成する。マルチビーム20は、かかるクロスオーバーの位置に配置されたビームセパレーター214を通過した後、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、主偏向器208及び副偏向器209によって、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。かかる場合に、主偏向器208によって、マルチ1次電子ビーム20が走査するマスクダイの基準位置にマルチビーム20全体を一括偏向する。実施の形態1では、例えばXYステージ105を連続移動させながらスキャンを行う。そのため、主偏向器208は、さらにXYステージ105の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。そして、副偏向器209によって、各ビームがそれぞれ対応する領域内を走査するようにマルチ1次電子ビーム20全体を一括偏向する。一度に照射されるマルチ1次電子ビーム20は、理想的には成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴22の配列ピッチに所望の縮小率(1/a)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m×n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、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に進む。
ここで、ビームセパレーター214はマルチビーム20の中心ビームが進む方向(光軸)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214に上側から侵入してくるマルチビーム20(マルチ1次電子ビーム)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、ビームセパレーター214に下側から侵入してくるマルチ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る。
斜め上方に曲げられたマルチ2次電子ビーム300は、ベント型偏向器218によって、さらに曲げられ、投影レンズ224に進む。そして、ベント型偏向器218によって偏向されたマルチ2次電子ビーム300は、投影レンズ224によって、屈折させられながらマルチ検出器222に投影される。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、電子を発生し、2次電子画像データを画素毎に生成する。また、XYステージ105を連続移動させながらスキャンを行うため、上述したようにトラッキング偏向が行われる。ベント型偏向器218は、かかるトラッキング偏向及びスキャン動作に伴うマルチ1次電子ビーム20の偏向位置の移動によるマルチ検出器222の電子受面でのマルチ2次電子ビーム300の受け位置のずれをキャンセルして、マルチ2次電子ビーム300をマルチ検出器222の電子受面における所望の位置に照射させるように偏向する。そして、マルチ2次電子ビーム300は、マルチ検出器222にて検出される。マルチ検出器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3は、実施の形態1におけるベント型偏向器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。
図4は、実施の形態1におけるベント型偏向器の構成の一例を示す斜視図である。図3及び図4において、ベント型偏向器218は、2段の偏向器230,232を有している。1段目の偏向器230(第1の偏向器)は、シールドに必要であればオプション的に磁性体の材料で形成されたハウジング231(筐体)内に、8極の電極基板241,242,243,244,245,246,247,248が配置される。2段目の偏向器232(第2の偏向器)は、シールドに必要であればオプション的に磁性体の材料で形成されたハウジング233(筐体)内に、8極の電極基板251,252,253,254,255,256,257,258が配置される。1段目の偏向器230と2段目の偏向器232は、角度を変えて接続される。特に、1段目の偏向器230と2段目の偏向器232は、ビームの軌道を曲げる方向に対して、角度を変えて接続される。図3の例では、マルチ2次電子ビーム300、具体的にはマルチ2次電子ビーム300の軌道中心が、マルチ1次電子ビーム20の軌道中心(光軸)の基板101への入射角(0°)に対して、角度θ1で1段目の偏向器230に入射し、1段目の偏向器230の出口で角度を変えて2段目の偏向器232に入射する。そして、角度θ2で2段目の偏向器232から出射する。マルチ2次電子ビーム300は、角度θ1として、例えば、15°でベント型偏向器218に入射し、角度θ2として、例えば、70°でベント型偏向器218から出射する。よって、1段目の偏向器230と2段目の偏向器232は、角度(θ2-θ1)、例えば、55°角度を変えて接続される。但し、角度θ1、θ2の値は、これに限るものではない。その他の角度であっても構わない。また、1段目の偏向器230と2段目の偏向器232との間には、中間電極234が配置される。中間電極234は、シールドに必要であればオプション的に磁性体の材料で形成されたハウジング237(筐体)内に、マルチ2次電子ビーム300が通過可能な開口部が形成された、アパーチャ電極基板235が配置される。ハウジング231、235,237は一体構造で作られていても良い。
1段目の偏向器230の各電極基板241,242,243,244,245,246,247,248は、平板の導電性材料によって形成される。各電極基板241,242,243,244,245,246,247,248は、酸化しにくい非磁性材料を用いると好適である。電極基板241(第1の電極基板)の基板面と直交する方向には、同一平面(第1の同一平面)上に平行に順に並ぶ電極基板242(第2の電極基板)、電極基板243(第3の電極基板)、及び電極基板244(第4の電極基板)が配置される。また、電極基板241(第1の電極基板)と対向するように電極基板245(第5の電極基板)が配置される。また、電極基板242、電極基板243、及び電極基板244と対向するように、同一平面(第2の同一平面)上に平行に順に並ぶ電極基板246(第6の電極基板)、電極基板247(第7の電極基板)、及び電極基板248(第8の電極基板)が配置される。そして、8極の電極基板241,242,243,244,245,246,247,248は、かかる順で、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間を取り囲むように配置される。電極基板242、電極基板243、及び電極基板244による同一平面が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の上面を構成する。電極基板246、電極基板247、及び電極基板248による同一平面が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の下面を構成する。電極基板241が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の一方向の側面、電極基板245が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の他の方向の側面を構成する。このように、1段目の偏向器230の断面は、長方形に形成される。なお、1段目の偏向器230の断面は、長方形に限らず、正8角形、或いは8等分にされた円形であっても構わないが、長方形にすることで製造し易くできる。
また、1段目の偏向器230の同一平面上に平行に順に並ぶ電極基板242、電極基板243、及び電極基板244については、中央の電極基板243が、両側の電極基板242及び電極基板244よりも幅が広く形成されると好適である。中央の電極基板243の幅サイズが、両側の電極基板242及び電極基板244の幅サイズの、例えば、2倍で形成される事が望まれる。ただし、2倍に限定される物では無い。最適化の為に、幅を調整すると好適である。同様に、同一平面上に平行に順に並ぶ電極基板246、電極基板247、及び電極基板248については、中央の電極基板247が、両側の電極基板246及び電極基板248よりも幅が広く形成されると好適である。中央の電極基板247の幅サイズが、両側の電極基板246及び電極基板248の幅サイズの、例えば、2倍で形成される事が望まれる。ただし、2倍に限定される物では無い。最適化の為に、幅を調整すると好適である。
また、1段目の偏向器230の対向する電極基板242及び電極基板248の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板243及び電極基板247の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板244及び電極基板246の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板241及び電極基板245の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。
2段目の偏向器232の各電極基板251,252,253,254,255,256,257,258は、平板の導電性材料によって形成される。各電極基板251,252,253,254,255,256,257,258は、酸化しにくい非磁性材料を用いると好適である。電極基板251(第1の電極基板)の基板面と直交する方向には、同一平面(第1の同一平面)上に平行に順に並ぶ電極基板252(第2の電極基板)、電極基板253(第3の電極基板)、及び電極基板254(第4の電極基板)が配置される。また、電極基板251(第1の電極基板)と対向するように電極基板255(第5の電極基板)が配置される。また、電極基板252、電極基板253、及び電極基板254と対向するように、同一平面(第2の同一平面)上に平行に順に並ぶ電極基板256(第6の電極基板)、電極基板257(第7の電極基板)、及び電極基板258(第8の電極基板)が配置される。そして、8極の電極基板251,252,253,254,255,256,257,258は、かかる順で、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間を取り囲むように配置される。電極基板252、電極基板253、及び電極基板254による同一平面が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の上面を構成する。電極基板256、電極基板257、及び電極基板258による同一平面が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の下面を構成する。電極基板251が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の一方向の側面、電極基板255が、マルチ2次電子ビーム300が通過するための空間の他の方向の側面を構成する。このように、2段目の偏向器232の断面は、長方形に形成される。なお、2段目の偏向器232の断面は、長方形に限らず、正8角形、或いは8等分にされた円筒形であっても構わないが、長方形にすることで製造し易くできる。
また、2段目の偏向器232の同一平面上に平行に順に並ぶ電極基板252、電極基板253、及び電極基板254については、中央の電極基板253が、両側の電極基板252及び電極基板254よりも幅が広く形成されると好適である。中央の電極基板253の幅サイズが、両側の電極基板252及び電極基板254の幅サイズの、例えば、2倍で形成される事が望まれる。ただし、2倍に限定される物では無い。最適化の為に、幅を調整すると好適である。同様に、同一平面上に平行に順に並ぶ電極基板256、電極基板257、及び電極基板258については、中央の電極基板257が、両側の電極基板256及び電極基板258よりも幅が広く形成されると好適である。中央の電極基板257の幅サイズが、両側の電極基板256及び電極基板258の幅サイズの、例えば、2倍で形成される事が望まれる。ただし、2倍に限定される物では無い。最適化の為に、幅を調整すると好適である。
また、2段目の偏向器232の対向する電極基板252及び電極基板258の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板253及び電極基板257の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板254及び電極基板256の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。同様に、対向する電極基板251及び電極基板255の幅サイズは同じ幅で形成されると好適である。
1段目の偏向器230の各電極基板241,242,243,244,245,246,247,248がオプション的に磁性体で作られたハウジング231内に配置されることで、もしも必要なら電磁レンズからの磁場の影響を遮断することができる。同様に、2段目の偏向器232の各電極基板251,252,253,254,255,256,257,258がオプション的に磁性体で作られたハウジング233内に配置されることで、もしも必要なら電磁レンズからの磁場の影響を遮断することができる。ベンディング偏向器の磁気シールドに関する一般的な注意事項として、シールドの必要性を回避するために、磁性部品から離して配置することを勧めるが、それが不可能な場合は、曲げ光学系をシールドするために、ハウジングと開口部を磁性材料で作ることができる。同様に、中間電極234のアパーチャ電極基板235が磁性体のハウジング237(筐体)内に配置されることで、電磁レンズからの磁場の影響を遮断することができる。例えば、対物レンズ207及び/或いはビームセパレーター214により生じる磁場を遮蔽できる。これにより偏向器230、偏向器232、及び中間電極234の各電極基板を周囲の磁界から保護できる。言い換えれば、ハウジング231、ハウジング233、及びハウジング237は、磁気シールドとして機能する。ハウジング231、ハウジング233、及びハウジング237は、ローカーボンスティール等の磁性材料を用いると好適である。
1段目の偏向器230の入射口からは、基板101に向かって、ビームシールド219が延びるように配置される。言い換えれば、電極基板241~248によって囲まれる空間へのマルチ2次電子ビーム300の侵入口から外部に延びるビームシールド219(電場シールド壁)が配置される。ビームシールド219は、マルチ1次電子ビーム20の軌道側に配置される。ビームシールド219は、例えば、金属を用いた平板で構成される。但し、これに限るものではない。例えば、板材を曲げて構成しても良い。ビームシールド219は、ベント型偏向器218によって生じる電場がマルチ1次電子ビーム20側に漏れることを低減或いは遮断する。これにより、マルチ1次電子ビーム20を保護することができる。なお、マルチ1次電子ビーム20とベント型偏向器218とが十分に離れて配置される場合には、ビームシールド219を省略しても構わない。
図5は、実施の形態1における1段目の偏向器の各電極基板に印加する電位を説明するための図である。図5において、1段目の偏向器230の電極基板241には電位V11が印加される。電極基板242には電位V12が印加される。電極基板243には電位V13が印加される。電極基板244には電位V14が印加される。電極基板245には電位V15が印加される。電極基板246には電位V16が印加される。電極基板247には電位V17が印加される。電極基板248には電位V18が印加される。ここで、1段目の偏向器230内を通過するマルチ2次電子ビーム300の設計上の軌道中心をz1方向とした場合、電極基板242、電極基板243、及び電極基板244側が、偏向制御上の+y1方向となる。また、電極基板246、電極基板247、及び電極基板248側が偏向制御上の-y1方向となる。また、電極基板241側が、偏向制御上の+x1方向となる。また、電極基板245側が、偏向制御上の-x1方向となる。
図6は、実施の形態1における2段目の偏向器の各電極基板に印加する電位を説明するための図である。図6において、2段目の偏向器232の電極基板251には電位V21が印加される。電極基板252には電位V22が印加される。電極基板253には電位V23が印加される。電極基板254には電位V24が印加される。電極基板255には電位V25が印加される。電極基板256には電位V26が印加される。電極基板257には電位V27が印加される。電極基板258には電位V28が印加される。ここで、2段目の偏向器232内を通過するマルチ2次電子ビーム300の設計上の軌道中心をz2方向とした場合、電極基板252、電極基板253、及び電極基板254側が、偏向制御上の+y2方向となる。また、電極基板256、電極基板257、及び電極基板258側が偏向制御上の-y2方向となる。また、電極基板251側が、偏向制御上の+x2方向となる。また、電極基板255側が、偏向制御上の-x2方向となる。
実施の形態1では、ベント型偏向器218及びマルチ検出器222等の製造上の機械的公差により生じる両者間の相対的な位置ずれを補正するアライメント偏向と、トラッキング偏向及びスキャン動作に伴うマルチ1次電子ビーム20の偏向位置の移動に伴うマルチ検出器222の電子受面でのマルチ2次電子ビーム300の電子受け位置のずれをキャンセルするスキャンキャンセル偏向と、非点補正と、焦点補正とを、1台のコンパクトなベント型偏向器218を使って実施する。ベント型偏向器218及びマルチ検出器222等の製造上の機械的公差により生じる両者間の相対的な位置ずれを補正するアライメント偏向と、トラッキング偏向及びスキャン動作に伴うマルチ1次電子ビーム20の偏向位置の移動に伴うマルチ検出器222の受光面でのマルチ2次電子ビーム300の受光位置のずれをキャンセルするスキャンキャンセル偏向と、非点補正と、については、1段目の偏向器230単独でも実施可能である。同様に、2段目の偏向器232単独でも実施可能である。1段目の偏向器230と2段目の偏向器232とによる2段の偏向により実施することで、単独で行う場合よりも1段あたりの偏向量を小さくできる。その結果、偏向に伴うマルチ2次電子ビーム300に生じる新たな収差等も抑制できる。
なお、焦点補正については、1段目の偏向器230と2段目の偏向器232とに所定の基準バイアス電位f1,f2(=f1)を印加した状態で、中間電極234のアパーチャ電極基板235の電位V3を可変に制御することで、静電レンズと同様のレンズ作用により実施可能である。かかるアライメント偏向と、スキャンキャンセル偏向と、非点補正と、焦点補正と、を行うための各電極基板に印加する電位について、以下に説明する。
図7は、実施の形態1における1段目の偏向器の各電極基板に印加する電位の重み係数を示す重み係数リストを示す図である。図7において、縦軸に、上側から順に、x1方向へのアライメント偏向、y1方向へのアライメント偏向、x1方向へのスキャンキャンセル偏向、y1方向へのスキャンキャンセル偏向、検出器受光面の非点補正、及び検出器受光面での焦点補正の各項目を示す。横軸に、電極基板の番号を示す。縦軸の項目と横軸の番号により特定される位置に、当該項目における当該番号の電極基板に印加する電位の重み係数を示す。
図7において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板241(第1の電極基板)側(+x1方向)にアライメント偏向する場合、電極基板241から電極基板248に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。1段目の偏向器230の入射位置から、例えば、+x1方向に偏向量L1だけ偏向して1段目の偏向器230から出射する場合、偏向量L1に相当する基準電位A1xを使って、V11=A1x、V12=A1x/√2、V13=0、V14=-A1x/√2、V15=-A1x、V16=-A1x/√2、V17=0、及びV18=A1x/√2が印加される。
図7において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板243(第3の電極基板)側(+y1方向)にアライメント偏向する場合、電極基板241から電極基板248に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。1段目の偏向器230の入射位置から、例えば、+y1方向に偏向量L1’だけ偏向して1段目の偏向器230から出射する場合、偏向量L1’に相当する基準電位A1yを使って、V11=0、V12=A1y/√2、V13=A1y、V14=A1y/√2、V15=0、V16=-A1y/√2、V17=-A1y、及びV18=-A1y/√2が印加される。
図7において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板241(第1の電極基板)側(+x1方向)にスキャンキャンセル偏向する場合、電極基板241から電極基板248に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。1段目の偏向器230の入射位置から、例えば、+x1方向に偏向量L2だけ偏向して1段目の偏向器230から出射する場合、偏向量L2に相当する基準電位D1xを使って、V11=D1x、V12=D1x/√2、V13=0、V14=-D1x/√2、V15=-D1x、V16=-D1x/√2、V17=0、及びV18=D1x/√2が印加される。
図7において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板243(第3の電極基板)側(+y1方向)にスキャンキャンセル偏向する場合、電極基板241から電極基板248に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。1段目の偏向器230の入射位置から、例えば、+y1方向に偏向量L2’だけ偏向して1段目の偏向器230から出射する場合、偏向量L2’に相当する基準電位D1yを使って、V11=0、V12=D1y/√2、V13=D1y、V14=D1y/√2、V15=0、V16=-D1y/√2、V17=-D1y、及びV18=-D1y/√2が印加される。
図7において、マルチ2次電子ビーム300のビーム形状を変更する場合(非点補正する場合)に、補正量S1と補正角度θ1とを用いて、電極基板241から電極基板248に対して、順に、S1・cos(2・θ1),S1・sin(2・θ1),-S1・cos(2・θ1),-S1・sin(2・θ1),S1・cos(2・θ1),S1・sin(2・θ1),-S1・cos(2・θ1),-S1・sin(2・θ1)によって得られる偏向電位が印加される。言い換えれば、V11=S1・cos(2・θ1)、V12=S1・sin(2・θ1)、V13=-S1・sin(2・θ1)、V14=-S1・sin(2・θ1)、V15=S1・cos(2・θ1)、V16=S1・sin(2・θ1)、V17=-S1・cos(2・θ1)、及びV18=-S1・sin(2・θ1)が印加される。
図7において、マルチ2次電子ビーム300の焦点位置を変更する場合に、電極基板241から電極基板248に対して、順に、1,1,1,1,1,1,1,1の重み係数によって得られる電位が印加される。言い換えれば、基準バイアス電位f1を用いて、V11=f1、V12=f1、V13=f1、V14=f1、V15=f1、V16=f1、V17=f1、及びV18=f1が印加される。上記電圧は、一例であって、最適化の為に電圧を調整すると好適である。また、装置の製作上の機械的な誤差を補正するための補正値を加え、調整を行うと好適である。
よって、電極基板241から電極基板248の各電極基板には、電極基板241側(+x1方向)に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、電極基板243側(+y1方向)に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、電極基板241側(+x1方向)にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、マルチ2次電子ビーム300を電極基板243側(+y1方向)にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、非点補正用にビーム形状を変更する場合の偏向電位と、マルチ2次電子ビーム300の焦点位置を変更する場合の電位と、が加算された電位が印加される。例えば、電極基板242には、V12=(A1x+A1y+D1x+D1y)/√2+S1・sin(2θ1)+f1が印加される。
図8は、実施の形態1における2段目の偏向器の各電極基板に印加する電位の重み係数を示す重み係数リストを示す図である。図8において、縦軸に、上側から順に、x2方向へのアライメント偏向、y2方向へのアライメント偏向、x2方向へのスキャンキャンセル偏向、y2方向へのスキャンキャンセル偏向、x2,y2方向への非点補正、及び検出器受光面での焦点補正の各項目を示す。横軸に、電極基板の番号を示す。縦軸の項目と横軸の番号により特定される位置に、当該項目における当該番号の電極基板に印加する電位の重み係数を示す。
図8において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板251(第1の電極基板)側(+x2方向)にアライメント偏向する場合、電極基板251から電極基板258に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。2段目の偏向器232の入射位置から、例えば、+x2方向に偏向量L1だけ偏向して2段目の偏向器232から出射する場合、偏向量L1に相当する基準電位A2xを使って、V21=A2x、V22=A2x/√2、V23=0、V24=-A2x/√2、V25=-A2x、V26=-A2x/√2、V27=0、及びV28=A2x/√2が印加される。
図8において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板253(第3の電極基板)側(+y2方向)にアライメント偏向する場合、電極基板251から電極基板258に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。2段目の偏向器232の入射位置から、例えば、+y2方向に偏向量L1’だけ偏向して2段目の偏向器232から出射する場合、偏向量L1’に相当する基準電位A2yを使って、V21=0、V22=A2y/√2、V23=A2y、V24=A2y/√2、V25=0、V26=-A2y/√2、V27=-A2y、及びV28=-A2y/√2が印加される。
図8において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板251(第1の電極基板)側(+x2方向)にスキャンキャンセル偏向する場合、電極基板251から電極基板258に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。2段目の偏向器232の入射位置から、例えば、+x2方向に偏向量L2だけ偏向して2段目の偏向器232から出射する場合、偏向量L2に相当する基準電位A2xを使って、V21=D2x、V22=D2x/√2、V23=0、V24=-D2x/√2、V25=-D2x、V26=-D2x/√2、V27=0、及びV28=D2x/√2が印加される。
図8において、マルチ2次電子ビーム300を電極基板253(第3の電極基板)側(+y2方向)にスキャンキャンセル偏向する場合、電極基板251から電極基板258に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加される。2段目の偏向器232の入射位置から、例えば、+y2方向に偏向量L2’だけ偏向して2段目の偏向器232から出射する場合、偏向量L2’に相当する基準電位D2yを使って、V21=0、V22=D2y/√2、V23=D2y、V24=D2y/√2、V25=0、V26=-D2y/√2、V27=-D2y、及びV28=-D2y/√2が印加される。
図8において、マルチ2次電子ビーム300のビーム形状を変更する場合(非点補正する場合)に、補正量S2と補正角度θ2とを用いて、電極基板251から電極基板258に対して、順に、S2・cos(2・θ2),S2・sin(2・θ2),-S2・cos(2・θ2),-S2・sin(2・θ2),S2・cos(2・θ2),S2・sin(2・θ2),-S2・cos(2・θ2),-S2・sin(2・θ2)によって得られる偏向電位が印加される。言い換えれば、V21=S2・cos(2・θ2)、V22=S2・sin(2・θ2)、V23=-S2・sin(2・θ2)、V24=-S2・sin(2・θ2)、V25=S2・cos(2・θ2)、V26=S2・sin(2・θ2)、V27=-S2・cos(2・θ2)、及びV28=-S2・sin(2・θ2)が印加される。
図8において、マルチ2次電子ビーム300の焦点位置を変更する場合に、電極基板251から電極基板258に対して、順に、1,1,1,1,1,1,1,1の重み係数によって得られる電位が印加される。言い換えれば、基準バイアス電位f2を用いて、V21=f2、V22=f2、V23=f2、V24=f2、V25=f2、V26=f2、V27=f2、及びV28=f2が印加される。上記電圧は、一例であって、最適化の為に電圧を調整すると好適である。また、装置の製作上の機械的な誤差を補正するための補正値を加え、調整を行うと好適である。
よって、電極基板251から電極基板258の各電極基板には、電極基板251側(+x2方向)に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、電極基板253側(+y2方向)に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、電極基板251側(+x2方向)にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、マルチ2次電子ビーム300を電極基板253側(+y2方向)にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、非点補正用にビーム形状を変更する場合の偏向電位と、マルチ2次電子ビーム300の焦点位置を変更する場合の電位と、が加算された電位が印加される。例えば、電極基板242には、V22=(A2x+A2y+D2x+D2y)/√2+S2・sin(2・θ2)+f2が印加される。上記電圧は、一例であって、最適化の為に電圧を調整すると好適である。また、装置の製作上の機械的な誤差を補正するための補正値を加え、調整を行うと好適である。
なお、一段目の偏向器230と2段目の偏向器間に、ビームの回転がある場合は、回転をθとすると、下記の式(1)で、A2X,A2Y,D2X,D2Yを補正する。
Figure 0007201523000001
図9は、実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム偏向によるマルチ2次電子ビーム像の一例を示す図である。図9(a)から図9(e)では、ベント型偏向器218によって、マルチ2次電子ビーム300の軌道中心を-y側から+y側に順に移動させた場合におけるマルチ検出器222での検出画像を示す。図9(a)から図9(e)に示すように、ベント型偏向器218によって、マルチ2次電子ビーム300の軌道をy方向に調整できることがわかる。言い換えれば、アライメント偏向及びスキャンキャンセル偏向が可能であることがわかる。なお、ここでは、y方向のシフトを示しているが、x方向のシフトについても同様に可能である。
図10は、実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の一例を示す図である。図10(a)から図10(d)では、ベント型偏向器218によって、フォーカス位置を変化させた例である。
図11は、実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の他の一例を示す図である。
図12は、実施の形態1におけるベント型偏向器によるビーム形状補正によるマルチ2次電子ビーム像の他の一例を示す図である。図11(a)から図11(j)、及び図12(a)から図12(f)では、ベント型偏向器218によって、マルチ2次電子ビーム300の像をさらに条件を変えて変形させた場合におけるマルチ検出器222での検出画像の他の一例を示す。図11(a)から図11(j)、及び図12(a)から図12(f)に示すように、ベント型偏向器218によって、マルチ2次電子ビーム300の形状をさらにx方向に短くy方向に長い扁平した形状まで変形できることがわかる。
以上のように、実施の形態1におけるベント型偏向器218では、従来の偏向器に比べてサイズを小さくすることができる。さらに、マルチ2次電子ビーム300に対するアライメント偏向と、スキャンキャンセル偏向と、非点補正と、焦点補正と、をベント型偏向器218で同時に達成できるので、マルチ2次電子ビーム300をマルチ検出器222に誘導するために必要な光学機器の構成の数を従来よりも少なくできる。
以上の構成により、アライメント偏向と、スキャンキャンセル偏向と、非点補正と、焦点補正と、をベント型偏向器218で同時に行うマルチ2次電子ビーム300を用いて、被検査基板のパターン検査を行う。
図13は、実施の形態1における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図13において、実施の形態1における検査方法は、被検査画像取得工程(S202)と、参照画像作成工程(S204)と、位置合わせ工程(S206)と、比較工程(S208)と、いう一連の工程を実施する。
被検査画像取得工程(S202)として、画像取得機構150は、マルチ1次電子ビーム20を用いて基板101上に形成されパターンの2次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。
上述したように、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、ビームセパレーター214を通過し、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)、主偏向器208及び副偏向器209によって、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を通過し、ビームセパレーター214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、ベント型偏向器218でアライメント偏向と、スキャンキャンセル偏向と、非点補正と、焦点補正と、が一緒に行われ、投影レンズ224によって、屈折させられながらマルチ検出器222に投影される。このように、マルチ検出器222は、マルチ1次電子ビーム20が基板101面に照射されたことに起因して放出される反射電子を含むマルチ2次電子ビーム300を検出する。
図14は、実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図14において、基板101が半導体基板(ウェハ)である場合、半導体基板(ウェハ)の検査領域330には、複数のチップ(ウェハダイ)332が2次元のアレイ状に形成されている。各チップ332には、露光用マスク基板に形成された1チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置(ステッパ)によって例えば1/4に縮小されて転写されている。各チップ332内は、例えば、2次元状の横(x方向)m列×縦(y方向)n段(m,nは2以上の整数)個の複数のマスクダイ33に分割される。実施の形態1では、かかるマスクダイ33が単位検査領域となる。
図15は、実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図15の例では、5×5列のマルチ1次電子ビーム20の場合を示している。1回のマルチ1次電子ビーム20の照射で照射可能な照射領域34は、(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のx方向のビーム間ピッチにx方向のビーム数を乗じたx方向サイズ)×(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のy方向のビーム間ピッチにy方向のビーム数を乗じたy方向サイズ)で定義される。図15の例では、照射領域34がマスクダイ33と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域34がマスクダイ33よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、マルチ1次電子ビーム20の各ビームは、自身のビームが位置するx方向のビーム間ピッチとy方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域29内を走査(スキャン動作)する。マルチ1次電子ビーム20を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのサブ照射領域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、担当サブ照射領域29内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域29内のビームの移動は、副偏向器209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。かかる動作を繰り返し、1つのビームで1つのサブ照射領域29内のすべてを順に照射していく。
以上のように、マルチ1次電子ビーム20全体では、マスクダイ33を照射領域34として走査(スキャン)することになるが、各ビームは、それぞれ対応する1つのサブ照射領域29を走査することになる。そして、1つのマスクダイ33の走査(スキャン)が終了すると、隣接する次のマスクダイ33が照射領域34になるように移動して、かかる隣接する次のマスクダイ33の走査(スキャン)を行う。かかる動作を繰り返し、各チップ332の走査を進めていく。マルチ1次電子ビーム20のショットにより、その都度、照射された位置から2次電子が放出され、マルチ検出器222にて検出される。
以上のようにマルチ1次電子ビーム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、ステップアンドリピート動作で各マスクダイ33のスキャンを行っても良いし、XYステージ105を連続移動させながら各マスクダイ33のスキャンを行う場合であってもよい。照射領域34がマスクダイ33よりも小さい場合には、当該マスクダイ33中で照射領域34を移動させながらスキャン動作を行えばよい。
基板101が露光用マスク基板である場合には、露光用マスク基板に形成された1チップ分のチップ領域を例えば上述したマスクダイ33のサイズで短冊状に複数のストライプ領域に分割する。そして、ストライプ領域毎に、上述した動作と同様の走査で各マスクダイ33を走査すればよい。露光用マスク基板におけるマスクダイ33のサイズは、転写前のサイズなので半導体基板のマスクダイ33の4倍のサイズとなる。そのため、照射領域34が露光用マスク基板におけるマスクダイ33よりも小さい場合には、1チップ分のスキャン動作が増加する(例えば4倍)ことになる。しかし、露光用マスク基板には1チップ分のパターンが形成されるので、4チップよりも多くのチップが形成される半導体基板に比べてスキャン回数は少なくて済む。
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。マルチ検出器222によって検出された各位置からの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332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。
参照画像作成工程(S204)として、参照画像作成回路112(参照画像作成部)は、被検査画像に対応する参照画像を作成する。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、或いは基板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、フレーム領域毎に、参照画像を作成する。フレーム領域として、例えばマスクダイ33を用いると好適である。具体的には、以下のように動作する。まず、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。
ここで、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。
かか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1/2(=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(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。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。
図16は、実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。図16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50,52,56、被検査画像生成部54、位置合わせ部57、及び比較部58が配置される。被検査画像生成部54、位置合わせ部57、及び比較部58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。被検査画像生成部54、位置合わせ部57、及び比較部58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、或いはメモリ118に記憶される。
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)が、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。また、転送された参照画像データが、記憶装置52に一時的に格納される。
次に、被検査画像生成部54は、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)を用いて、所定のサイズのフレーム領域(単位検査領域)毎、フレーム画像(被検査画像)を生成する。フレーム画像として、例えば、ここでは、マスクダイ33の画像を生成する。但し、フレーム領域のサイズはこれに限るものではない。生成されたフレーム画像(例えばマスクダイ画像)は、記憶装置56に格納される。
位置合わせ工程(S206)として、位置合わせ部57は、被検査画像となるマスクダイ画像と、当該マスクダイ画像に対応する参照画像とを読み出し、画素36より小さいサブ画素単位で、両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。
比較工程(S208)として、比較部58は、マスクダイ画像(被検査画像)と参照画像とを比較する。比較部58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、若しくはメモリ118に出力される、或いはプリンタ119より出力されればよい。
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マスクダイ33の画像同士を比較すればよい。よって、ダイ(1)となるウェハダイ332の一部の領域のマスクダイ画像と、ダイ(2)となる別のウェハダイ332の対応する領域のマスクダイ画像と、を用いる。或いは、同じウェハダイ332の一部の領域のマスクダイ画像をダイ(1)のマスクダイ画像とし、同じパターンが形成された同じウェハダイ332の他の一部のマスクダイ画像をダイ(2)のマスクダイ画像として比較しても構わない。かかる場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ33の画像同士の一方を参照画像として用いれば、上述したダイ-データベース検査と同様の手法で検査ができる。
すなわち、位置合わせ工程(S206)として、位置合わせ部57は、ダイ(1)のマスクダイ画像と、ダイ(2)のマスクダイ画像と、とを読み出し、画素36より小さいサブ画素単位で、両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、比較工程(S208)として、比較部58は、ダイ(1)のマスクダイ画像と、ダイ(2)のマスクダイ画像とを比較する。比較部58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、若しくはメモリ118に出力される、或いはプリンタ119より出力されればよい。
以上のように、実施の形態1によれば、マルチ1次電子ビームとマルチ2次電子ビームを一旦分離した後の、マルチ2次電子ビームを検出器に向ける、スキャン偏向による位置ずれをキャンセルする、焦点調整、及び非点収差補正など、マルチ2次電子ビームに対して追加操作を、コンパクトなサイズのベント型偏向器218で同時に達成できる。
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107、比較回路108、参照画像作成回路112、偏向器制御回路121、及び偏向制御回路128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マルチ電子ビーム偏向器及びマルチビーム画像取得装置は、本発明の範囲に包含される。
20 マルチ1次電子ビーム
22 穴
100 検査装置
101 基板
102 電子ビームカラム
103 検査室
105 XYステージ
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
112 参照画像作成回路
114 ステージ制御回路
117 モニタ
118 メモリ
119 プリンタ
120 バス
121 偏向器制御回路
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
128 偏向制御回路
142 ステージ駆動機構
144,146,148 DACアンプ
150 画像取得機構
160 制御系回路
201 電子銃
202 照明レンズ
203 成形アパーチャアレイ基板
205 電磁レンズ
206 制限アパーチャ基板
207 対物レンズ
208 主偏向器
209 副偏向器
212 一括ブランキング偏向器
214 ビームセパレーター
216 ミラー
218 ベント型偏向器
220 電磁レンズ
222 マルチ検出器
224 投影レンズ
230,232 偏向器
231 ハウジング
233 ハウジング
234 中間電極
235 アパーチャ電極基板
237 ハウジング
241,242,243,244,245,246,247,248 電極基板
251,252,253,254,255,256,257,258 電極基板
300 マルチ2次電子ビーム

Claims (10)

  1. 第1の電極基板と、
    前記第1の電極基板の基板面と直交する方向の第1の同一平面上に平行に順に並ぶ第2~第4の電極基板と、
    前記第1の電極基板と対向するように配置された第5の電極基板と、
    前記第2~第4の電極基板と対向するように配置された、第2の同一平面上に平行に順に並ぶ第6~第8の電極基板と、
    を備え、
    前記第1~第8の電極基板は、マルチ電子ビームが通過する空間を取り囲むように配置されることを特徴とするマルチ電子ビーム偏向器。
  2. 前記マルチ電子ビームを前記第1の電極基板側に偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームを前記第3の電極基板側に偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加されることを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  3. 前記マルチ電子ビームのビーム形状を変更する場合、補正量Sと補正角度θとを用いて、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、S・cos(2θ),S・sin(2θ),-S・cos(2θ),-S・sin(2θ),S・cos(2θ),S・sin(2θ),-S・cos(2θ),-S・sin(2θ)によって得られる偏向電位が印加されることを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  4. 前記マルチ電子ビームの焦点位置を変更する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、全て同じ重み係数によって得られる電位が印加されることを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  5. 前記マルチ電子ビームを前記第1の電極基板側に位置合わせ用に偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームを前記第3の電極基板側に位置合わせ用に偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームを前記第1の電極基板側にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2,0,1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームを前記第3の電極基板側にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、0,1/√2,1,1/√2,0,-1/√2,-1,-1/√2の重み係数によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームのビーム形状を変更する場合に、補正量Sと補正角度θとを用いて、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、順に、S・cos(2θ),S・sin(2θ),-S・cos(2θ),-S・sin(2θ),S・cos(2θ),S・sin(2θ),-S・cos(2θ),-S・sin(2θ)によって得られる偏向電位が印加され、
    前記マルチ電子ビームの焦点位置を変更する場合に、前記第1の電極基板から前記第8の電極基板に対して、全て同じ重み係数によって得られる電位が印加され、
    前記第1の電極基板から前記第8の電極基板の各電極基板には、前記第1の電極基板側に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、前記第3の電極基板側に位置合わせ用に偏向する場合の偏向電位と、前記第1の電極基板側にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、前記マルチ電子ビームを前記第3の電極基板側にスキャン動作に伴う位置ずれを解消するように偏向する場合の偏向電位と、前記ビーム形状を変更する場合の偏向電位と、前記マルチ電子ビームの焦点位置を変更する場合の電位と、が加算された電位が印加されることを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  6. 前記第1~第8の電極基板によって第1の偏向器が構成され、
    前記第1~第8の電極基板と同様の第1~第8の電極基板によって構成される第2の偏向器をさらに備え、
    前記第1の偏向器と前記第2の偏向器とがビームの軌道を曲げる方向に対して、角度を変えて接続されることを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  7. 前記第1の偏向器と前記第2の偏向器との間に配置された、前記マルチ電子ビームが通過可能な開口部が形成されたアパーチャ電極基板をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  8. 前記第1~第8の電極基板を内部に配置する磁性体のハウジングをさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  9. 前記第1~第8の電極基板によって囲まれる前記空間への前記マルチ電子ビームの侵入口から外部に延びる電場シールド壁をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載のマルチ電子ビーム偏向器。
  10. 基板上にマルチ1次電子ビームを照射する1次光学系と、
    前記マルチ1次電子ビームが前記基板に照射されたことに起因して放出される反射電子を含むマルチ2次電子ビームを前記マルチ1次電子ビームから分離するビームセパレーターと、
    分離された前記マルチ2次電子ビームを検出する検出器と、
    分離された前記マルチ2次電子ビームを前記検出器が検出可能な範囲に偏向するマルチ電子ビーム偏向器と、
    を備え、
    前記マルチ電子ビーム偏向器は、
    第1の電極基板と、
    前記第1の電極基板の基板面と直交する方向の第1の同一平面上に平行に順に並ぶ第2~第4の電極基板と、
    前記第1の電極基板と対向するように配置された第5の電極基板と、
    前記第2~第4の電極基板と対向するように配置された、第2の同一平面上に平行に順に並ぶ第6~第8の電極基板と、
    を備え、
    前記第1~第8の電極基板は、マルチ2次電子ビームが通過する空間を取り囲むように配置されることを特徴とするマルチビーム画像取得装置。
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