KR102269794B1 - 멀티 전자 빔 조사 장치, 멀티 전자 빔 조사 방법, 및 멀티 전자 빔 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 조사 장치는, 멀티 전자 빔이 조사되는 기판을 재치하는 스테이지와, 상기 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치되고, 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하는 제1 전자기 렌즈와, 음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용되는 상기 기판과, 제어 전위가 인가되는 제어 전극과 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 이용하여 구성되고, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 제1 정전 렌즈를 구비하고, 상기 제어 전극은 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치되고, 상기 그라운드 전극은 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 전자 빔 조사 장치, 멀티 전자 빔 조사 방법, 및 멀티 전자 빔 검사 장치 {MULTIPLE ELECTRON BEAM IRRADIATION APPARATUS, MULTIPLE ELECTRON BEAM IRRADIATION METHOD, ANDMULTIPLE ELECTRON BEAM INSPECTION APPARATUS}
본 발명은, 멀티 전자 빔 조사 장치, 멀티 전자 빔 조사 방법, 및 멀티 전자 빔 검사 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 전자 선에 의한 멀티 빔을 조사하여 방출되는 패턴의 2 차 전자 화상을 취득하여 패턴을 검사하는 검사 장치에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 점점 좁아지고 있다. 그리고, 많은 제조 코스트가 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 빠뜨릴 수 없다. 그러나, 1 기가비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)로 대표되듯이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브 미크론부터 나노 미터의 오더로 되어 있다. 최근, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 하는 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀화가 필요해지고 있다. 그 밖에, 수율을 저하시키는 큰 요인의 하나로서, 반도체 웨이퍼 상에 초미세 패턴을 포토리소그래피 기술로 노광, 전사할 때에 사용되는 마스크의 패턴 결함을 들 수 있다. 그 때문에, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀화가 필요해지고 있다.
검사 수법으로서는, 반도체 웨이퍼 또는 리소그래피 마스크 등의 기판 상에 형성되어 있는 패턴을 촬상한 측정 화상과, 설계 데이터, 혹은 기판 상의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 패턴 검사 방법으로서, 동일 기판 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상 데이터끼리를 비교하는 「die to die(다이-다이) 검사」나, 패턴 설계된 설계 데이터를 베이스로 설계 화상 데이터(참조 화상)를 생성하고, 그와 패턴을 촬상한 측정 데이터가 되는 측정 화상을 비교하는 「die to database(다이-데이터베이스) 검사」가 있다. 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로로 보내어진다. 비교 회로에서는, 화상끼리의 위치 조정 후, 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라 비교하여, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음이라고 판정한다.
상술한 패턴 검사 장치에는, 레이저광을 검사 대상 기판에 조사하고, 그 투과상 혹은 반사상을 촬상하는 장치의 외에, 검사 대상 기판 상을 전자 빔으로 주사(스캔)하고, 전자 빔의 조사에 수반하여 검사 대상 기판으로부터 방출되는 2 차 전자를 검출하고, 패턴상을 취득하는 검사 장치의 개발도 진행되고 있다. 전자 빔을 이용한 검사 장치에서는, 또한, 멀티 빔을 이용한 장치의 개발도 진행되고 있다. 여기서, 검사 대상이 되는 기판의 두께의 편차 등의 요철에 의해 기판 면의 높이 위치에 변동이 생긴다. 그 때문에, 멀티 빔을 기판에 조사하는 경우에, 이러한 기판 면의 요철에 따른 포커스 위치를 보정할 필요가 있다. 포커스 위치를 보정하면, 그에 따라 상(像)의 배율 변동과 회전 변동도 함께 생기므로, 이들 세가지 변동 요인을 동시에 보정할 필요가 있다. 예를 들면, 세가지 이상의 정전 렌즈를 이용하여 이들 세가지 변동 요인을 보정하는 것이 이론 상은 가능하다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2014-127568호 참조). 그러나, 한가지 변동 요인을 보정하면, 다른 변동 요인이 더 어긋나므로, 이들 세가지 변동 요인을 개별적으로 제어하는 것이 곤란하다. 따라서, 연동하는 이들 세가지 변동을 가급적 밸런스좋게 저감시키도록, 이들 세가지 이상의 정전 렌즈의 조정을 최적화시키는 제어가 필요해지며, 이러한 제어를 행하기 위해서는 제어 시스템이 비대화되어 버린다. 따라서, 종래보다 제어하기 쉽게 할 수 있는 구성이 요구된다. 이러한 문제는, 검사 장치에 한정되지 않고, 멀티 빔을 기판에 포커스시켜 조사하는 장치에 있어서 마찬가지로 생길 수 있다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 조사 장치는, 멀티 전자 빔이 조사되는 기판을 재치하는 스테이지와, 상기 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치되고, 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하는 제1 전자기 렌즈와, 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치된 제어 전위가 인가되는 제어 전극과, 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치된 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 가지고, 상기 제어 전극과 상기 그라운드 전극과 상기 기판에 음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용되는 상기 기판에 의해, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 제1 정전 렌즈를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 조사 방법은, 스테이지에 재치된 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치된 제1 전자기 렌즈에 의해, 상기 기판에 조사되기 위한 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하고, 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치된 제어 전위가 인가되는 제어 전극과, 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치된 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 가지고, 상기 기판에 음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용한 제1 정전 렌즈에 의해, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 검사 장치는, 멀티 전자 빔이 조사되는 기판을 재치하는 스테이지와, 상기 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치되고, 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하는 제1 전자기 렌즈와, 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치된 제어 전위가 인가되는 제어 전극과, 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치된 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 가지고, 상기 제어 전극과 상기 그라운드 전극과 상기 기판에 음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용되는 상기 기판에 의해, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 제1 정전 렌즈와, 상기 기판에 상기 멀티 빔이 조사되는 것에 기인하여, 상기 기판으로부터 방출되는, 반사 전자를 포함하는 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼쳐 어레이 기판의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 대물 렌즈와 정전 렌즈의 배치 구성의 일예와 중심 빔 궤도를 도시한 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는, 실시 형태 1에 있어서의 대물 렌즈와 정전 렌즈의 배치 구성의 일예와 중심 빔 궤도를 도시한 도면이다.
도 5는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 다이나믹 포커스에 의한 중심 빔 궤도의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 도면의 일예를 나타낸다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 다이나믹 포커스에 의한 중심 빔 궤도의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 도면의 일예를 나타낸다.
도 7은, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 포커스 위치 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 배율 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다.
도 9는, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 회전 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성의 변형예를 도시하는 구성도이다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법의 요부 공정을 나타내는 플로우차트도이다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 도시한 도면이다.
도 13은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일예를 도시하는 구성도이다.
이하, 실시 형태에서는, 멀티 전자 빔 조사 장치의 일예로서, 멀티 전자 빔 검사 장치에 대하여 설명한다. 단, 멀티 전자 빔 조사 장치는, 검사 장치에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 전자 광학계를 이용하여 멀티 전자 빔을 조사하는 장치라면 상관없다.
실시 형태 1.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시한 구성도이다. 도 1에서, 기판에 형성된 패턴을 검사하는 검사 장치(100)는, 멀티 전자 빔 검사 장치의 일예이다. 검사 장치(100)는, 화상 취득 기구(150), 및 제어계 회로(160)를 구비하고 있다. 화상 취득 기구(150)는, 전자 빔 컬럼(102)(전자 경통) 및 검사실(103)을 구비하고 있다. 전자 빔 컬럼(102) 내에는, 전자 총(201), 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203), 전자기(電磁) 렌즈(204), 전자기 렌즈(205), 정전 렌즈(230), 전자기 렌즈(206), 정전 렌즈(240), 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈), 정전 렌즈(250), 빔 세퍼레이터(210), 편향기(212), 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다.
검사실(103) 내에는, 적어도 XY 평면 상을 이동 가능한 XY 스테이지(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 검사 대상이 되는 기판(101)(시료)이 배치된다. 기판(101)에는, 노광용 마스크 기판, 및 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이 포함된다. 기판(101)이 반도체 기판인 경우, 반도체 기판에는 복수의 칩 패턴(웨이퍼 다이)이 형성되어 있다. 기판(101)이 노광용 마스크 기판인 경우, 노광용 마스크 기판에는, 칩 패턴이 형성되어 있다. 칩 패턴은, 복수의 도형 패턴에 의하여 구성된다. 이러한 노광용 마스크 기판에 형성된 칩 패턴이 반도체 기판 상에 복수 회 노광 전사됨으로써, 반도체 기판에는 복수의 칩 패턴(웨이퍼 다이)이 형성되게 된다. 이하, 기판(101)이 반도체 기판인 경우를 주로 설명한다. 기판(101)은, 예를 들면, 패턴 형성면을 상측을 향해 XY 스테이지(105)에 배치된다.
제어계 회로(160)에서는, 검사 장치(100) 전체를 제어하는 제어 계산기(110)가, 버스(120)를 통하여, 비교 회로(108), 참조 회로(112), 전자(電磁) 렌즈 제어 회로(124), 및 정전 렌즈 제어 회로(126)에 접속되어 있다. 제어 계산기(110)에는, 그 밖에, 도시하지 않은 제어 회로, 자기 디스크 장치 등의 기억 장치, 모니터, 메모리, 및 프린터 등에 접속되어도 상관없다.
전자기 렌즈(204), 전자기 렌즈(205), 전자기 렌즈(206), 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈), 및 빔 세퍼레이터(210)는, 전자기 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 또한, 편향기(212)는, 4 극 이상의 전극에 의해 구성되고, 전극마다 도시하지 않은 DAC 앰프를 통해 도시하지 않은 편향 제어 회로에 의해 제어된다.
실시 형태 1에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(250)보다 멀티 빔(20)의 궤도 중심축의 상류측에 정전 렌즈(230, 240)가 배치된다. 정전 렌즈(240)는, 정전 렌즈(230)와 정전 렌즈(250)의 사이에 배치된다.
정전 렌즈(230)(제2 정전 렌즈)는, 멀티 빔(20) 전체가 통과 가능한 사이즈의 개구부가 중앙부에 형성된, 3 단 이상의 전극(도 1의 예에서는, 예를 들면, 상단 전극(232), 중단 전극(234), 및 하단 전극(236))에 의해 구성된다. 정전 렌즈(230)는, 전자기 렌즈(205)(제2 자기장 렌즈)의 렌즈 자기장 중에 배치된다. 더 바람직하게는, 정전 렌즈(230)는, 전자기 렌즈(205)(제2 자기장 렌즈)의 자기장 중심 높이 위치에 중단 전극(234)이 위치하도록 배치된다. 정전 렌즈(230)는 정전 렌즈 제어 회로(126)에 의해 제어되고, 상단 전극(232) 및 하단 전극(236)에는 그라운드 전위가 인가되고, 중단 전극(234)에는 제어 전위(양전위 혹은 음전위)가 인가된다.
정전 렌즈(240)(제3 정전 렌즈)는, 멀티 빔(20) 전체가 통과 가능한 사이즈의 개구부가 중앙부에 형성된, 3 단 이상의 전극(도 1의 예에서는, 예를 들면, 상단 전극(242), 중단 전극(244), 및 하단 전극(246))에 의해 구성된다. 정전 렌즈(240)는, 전자기 렌즈(206)(제3 자기장 렌즈)의 렌즈 자기장 중에 배치된다. 더 바람직하게는, 정전 렌즈(240)는, 전자기 렌즈(206)(제3 자기장 렌즈)의 자기장 중심 높이 위치에 중단 전극(244)이 위치하도록 배치된다. 정전 렌즈(240)는 정전 렌즈 제어 회로(126)에 의해 제어되고, 상단 전극(242) 및 하단 전극(246)에는 그라운드 전위가 인가되고, 중단 전극(244)에는 제어 전위(양전위 혹은 음전위)가 인가된다.
정전 렌즈(250)(제1 정전 렌즈)는, 멀티 빔(20) 전체가 통과 가능한 사이즈의 개구부가 중앙부에 형성된, 3 단 이상의 전극(도 1의 예에서는, 예를 들면, 상단 전극(252), 중단 전극(254), 및 하단 전극을 겸하는 기판(101))에 의해 구성된다. 여기서, 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)(제1 전자기 렌즈)는, 전자기 렌즈(207)의 렌즈 자기장의 중심이 기판(101)면의 높이 위치 근방에 위치하도록 배치된다. 더 바람직하게는, 전자기 렌즈(207)는 전자기 렌즈(207)의 렌즈 자기장의 중심이 기판(101)면의 높이 위치에 위치하도록 배치된다. 그리고, 중단 전극(254)(제어 전극)은 전자기 렌즈(207)에 의한 렌즈 자기장 내로서 최대 자기장보다 멀티 빔(20)의 궤도 중심축(혹은 광축이라고도 하며, 혹은 중심 빔의 궤도 중심축이라고도 함)의 상류측에 배치된다. 상단 전극(252)(그라운드 전극)은, 전자기 렌즈(207)에 의한 렌즈 자기장 내로서 중단 전극(254)보다 멀티 빔(20)의 궤도 중심축의 상류측에 배치된다. 정전 렌즈(250)는 정전 렌즈 제어 회로(126)에 의해 제어되고, 상단 전극(252)에는 그라운드 전위가 인가되고, 중단 전극(254)에는 제어 전위(양전위 혹은 음전위)가 인가된다. 또한, 하단 전극(바이어스 전극)을 겸하는 기판(101)에는 음전위가 인가된다.
여기서, 도 1에서는, 실시 형태 1을 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 검사 장치(100)에 있어서, 통상, 필요한 그 밖의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼쳐 어레이 기판의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2에서, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에는, 2 차원 형상의 가로(x 방향) m1 열×세로(y 방향) n1 단(m1, n1는 2 이상의 정수)의 홀(개구부)(22)이 x, y 방향으로 소정의 배열 피치로 형성되어 있다. 도 2의 예에서는, 5Х5의 홀(개구부)(22)이 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 홀(22)의 배열 수는 이에 한정되는 것은 아니다. 각 홀(22)은, 모두 동일한 외경의 원형으로 형성된다. 혹은, 동일한 치수 형상의 직사각형이여도 상관없다. 이들 복수의 홀(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 빔(20)이 형성되게 된다. 여기에서는, 가로 세로(x, y 방향)가 모두 2 열 이상의 홀(22)이 배치된 예를 나타냈으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가로 세로(x, y 방향) 중 어느 일방이 복수 열이고 타방은 1 열뿐이여도 상관없다. 또한, 홀(22)의 배열의 방법은, 도 2와 같이, 가로 세로가 격자 형상으로 배치되는 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 세로 방향(y 방향) k 단째의 열과, k+1 단째의 열의 홀끼리가, 가로 방향(x 방향)으로 치수 a만큼 이탈되어 배치되어도 된다. 마찬가지로, 세로 방향(y 방향) k+1 단째의 열과, k+2 단째의 열의 홀끼리가, 가로 방향(x 방향)으로 치수 b만큼 이탈되어 배치되어도 된다.
이어서, 검사 장치(100)에 있어서의 화상 취득 기구(150)의 동작에 대하여 설명한다.
전자 총(201)(방출원)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 홀(22)(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 홀(22)이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀(22)의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)을 각각 통과함으로써, 멀티 빔(20)(멀티 1차 전자 빔)이 형성된다.
형성된 멀티 빔(20)은, 전자기 렌즈(204), 전자기 렌즈(205), 및 전자기 렌즈(206)에 의하여 각각 굴절되어, 중간 상(像) 및 크로스오버를 반복하면서 빔 세퍼레이터(210)를 통과하여 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)로 진행된다. 그리고, 전자기 렌즈(207)는, 멀티 빔(20)을 기판(101)에 포커스한다. 대물 렌즈(207)에 의하여 기판(101)(시료)면 상에 초점이 맞추어진(합초된) 멀티 빔(20)은, 각 빔의 기판(101)상의 각각의 조사 위치에 조사된다.
기판(101)의 원하는 위치에 멀티 빔(20)이 조사되면, 이러한 멀티 빔(20)이 조사된 것에 기인하여 기판(101)으로부터 멀티 빔(20)(멀티 1차 전자 빔)의 각 빔에 대응하는, 반사 전자를 포함하는 2 차 전자의 다발(멀티 2 차 전자 빔(300))이 방출된다.
기판(101)으로부터 방출된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 빔 세퍼레이터(210)로 진행된다.
여기서, 빔 세퍼레이터(210)는 멀티 빔(20)의 중심 빔이 진행하는 방향(궤도 중심축)에 직교하는 면 상에서 전계와 자계를 직교하는 방향으로 발생시킨다. 전계는 전자의 진행 방향에 관계없이 동일 방향으로 힘을 미친다. 이에 대하여, 자계는 프레밍 왼손의 법칙에 따라 힘을 미친다. 그 때문에 전자의 침입 방향에 의해 전자에 작용하는 힘의 방향을 변화시킬 수 있다. 빔 세퍼레이터(210)에 상측으로부터 침입해 오는 멀티 빔(20)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 상쇄하고, 멀티 빔(20)은 하방으로 직진한다. 이에 대하여, 빔 세퍼레이터(210)에 하측으로부터 침입해 오는 멀티 2 차 전자 빔(300)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 모두 동일 방향으로 움직이고, 멀티 2 차 전자 빔(300)은 기울기 상방으로 굽혀져 멀티 빔(20)으로부터 분리된다.
기울기 상방으로 굽혀져, 멀티 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 편향기(212)에 의해 더욱 굽혀져, 도시하지 않은 투영 렌즈에 의해 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 도 1에서는, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도를 굴절시키지 않고 간략화하여 나타내고 있다. 멀티 검출기(222)는, 투영된 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)는, 예를 들면, 도시하지 않은 다이오드형의 2 차원 센서를 가진다. 그리고, 멀티 빔(20)의 각 빔에 대응하는 다이오드형의 2 차원 센서 위치에 있어서, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 각 2 차 전자가 다이오드형의 2 차원 센서에 충돌하여 전자를 발생하고, 2 차 전자 화상 데이터를 화소마다에 생성한다. 멀티 검출기(222)에서 검출된 강도 신호는, 비교 회로(108)로 출력된다.
여기서, 검사 대상이 되는 기판(101)에는, 두께의 편차에 기인하는 요철이 존재하고, 이러한 요철에 의해 기판(101)면의 높이 위치가 변동한다. 그 때문에, 멀티 빔(20)을 기판(101)에 조사하는 경우에, 이러한 기판(101)면의 요철에 따른 포커스 위치를 다이나믹하게 보정할 필요가 있다. 포커스 위치 변동(ΔZ)을 보정하면, 그에 따라 상(像)의 배율 변동(ΔM)과 회전 변동(Δθ)도 함께 생기므로, 이들 세가지 변동 요인을 동시에 보정할 필요가 있다. 예를 들면, 세가지 이상의 정전 렌즈를 이용하여 이들 세가지 변동 요인을 보정하는 것이 이론 상은 가능하다. 그러나, 상술한대로, 한가지 변동 요인을 보정하면, 다른 변동 요인이 더 어긋나므로, 이들 세가지 변동 요인을 개별적으로 제어하는 것이 곤란하다. 따라서, 연동하는 이들 세가지 변동을 가급적 밸런스 좋게 저감시키도록, 이들 세가지 이상의 정전 렌즈의 조정을 최적화시키는 제어가 필요해지며, 이러한 제어를 행하기 위해서는 제어 시스템이 비대화되어 버린다. 이에, 실시 형태 1에서는, 포커스 위치 변동(ΔZ), 상의 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ)이라고 하는 세가지 변동 요인에 대한 감도를, 세가지 정전 렌즈(230, 240, 250)의 각 정전 렌즈 간에서 상이하도록 구성한다.
도 3(a) 및 도 3(b)는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 대물 렌즈와 정전 렌즈의 배치 구성의 일예와 중심 빔 궤도를 도시한 도면이다. 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 비교예에서는, 기판(101)면보다 멀티 빔의 궤도 중심(10)의 상류측에 자기장 중심이 위치하도록 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)를 배치한다. 그리고, 이러한 위치의 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해, 기판(101)의, 예를 들면, 면(A)에 포커스한다. 또한, 실시 형태 1의 비교예에서는, 전자기 렌즈(207)의 자기장 중심에 제어 전극이 배치되고, 제어 전극의 상단측과 하단측에 각각 그라운드 전극을 배치한 정전 렌즈(251)를 배치한다. 그리고, 기판(101)면이, 예를 들면, 면(A)으로부터 면(B)으로 변동한 경우에, 정전 렌즈(251)에 의해, 멀티 빔을 다이나믹하게 면(B)에 포커스한다. 이러한 경우, 비교예에서는, 면(A)에서의 배율을 M, 면(B)에 포커스한 경우의 배율을 M1로 하면, 배율(M)은, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 자기장 중심과 같은 위치의 렌즈의 주면(11)에 대해 물면(物面)(X)으로부터 렌즈의 주면(11)까지의 거리(a)와 렌즈의 주면(11)으로부터 상면(A)까지의 거리(b)를 이용하여, 다음의 식 (1)으로 정의할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 렌즈의 주면(11)이란, 물면(X)으로부터 렌즈의 주면(11)으로 방출된 전자의 궤도(C)와, 렌즈의 주면(11)으로부터 상면(A)으로 향하는 전자의 궤도(D)와의 교점의 면을 나타내고 있다.
(1)　M=b/a
한편, 상면(A)으로부터 상면(B)으로 초점 위치를 보정한 경우, 거리(b)는, 변동분(Δb)만큼 변동하여 (b＋Δb)가 된다. 따라서, 배율(M1)은, 렌즈의 주면(11)에 대해 거리(a)와 거리(b＋Δb)를 이용하여, 다음의 식 (2)으로 정의할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 렌즈의 주면(11)이란, 물면(X)으로부터 렌즈의 주면(11)으로 방출된 전자의 궤도(C)와, 렌즈의 주면(11)으로부터 상면(B)으로 향하는 전자의 궤도(D＇)와의 교점의 면을 나타내고 있다.
(2)　M1=(b＋Δb)/a=(b/a)(1＋Δb/b)=M(1＋Δb/b)
식 (2)에 나타낸 바와 같이, 결상면(포커스 위치)의 변동에 따라 상의 배율이 변화함을 알 수 있다. 또한, 자기장 중심으로 정전 렌즈(251)를 배치하므로 멀티 빔의 회전 변동도 커져버린다.
도 4(a) 및 도 4(b)는, 실시 형태 1에 있어서의 대물 렌즈와 정전 렌즈의 배치 구성의 일예와 중심 빔 궤도를 도시한 도면이다. 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1에서는, 기판(101)면에 자기장 중심이 위치하도록 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)를 배치한다. 그리고, 이러한 위치의 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해, 기판(101)의, 예를 들면, 면(A)에 포커스한다. 또한, 실시 형태 1에서는, 전자기 렌즈(207)에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 멀티 빔(20)의 궤도 중심축(10)의 상류측으로 제어 전위가 인가되는 제어 전극(중단 전극(254))을 배치함과 동시에, 제어 전극보다 궤도 중심축(10)의 더 상류측에 배치된 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극(상단 전극(252))을 배치한다. 그리고, 기판(101)에는 음전위가 인가된다. 실시 형태 1에서는, 이러한 그라운드 전극(상단 전극(252))과 제어 전극(중단 전극(254))과 기판(101)에 의한 바이어스 전극(하단 전극)에 의해, 정전장(靜電場)을 일으키는 정전 렌즈(250)가 구성된다. 이러한 구성에 의해, 실시 형태 1에서는, 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)와 정전 렌즈(250)에 의한 렌즈 주면(11)을 제어 전극과 기판(101)과의 사이의 높이 위치에 형성할 수 있다. 그리고, 기판(101)면이 예를 들면, 면(A)으로부터 면(B)으로 변동한 경우에, 정전 렌즈(250)에 의해, 정전장을 발생시켜 기판(101)면의 높이 위치의 변동에 맞추어 멀티 빔을 다이나믹하게 면(B)에 포커스한다. 이러한 경우, 실시 형태 1에서는, 면(A)에서의 배율을 M, 면(B)에 포커스한 경우의 배율을 M2로 하면, 배율(M)은, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 물면(X)으로부터 렌즈의 주면(11)까지의 거리(a)와 렌즈의 주면(11)으로부터 상면(A)까지의 거리(b)를 이용하여, 상술한 식 (1)으로 정의할 수 있다.
한편, 상면(A)으로부터 상면(B)로 초점 위치를 보정한 경우, 실시 형태 1의 구성에 의하면, 렌즈 주면(11)의 위치를 렌즈 주면(13)의 위치로 변화시킬 수 있다. 그 결과, 거리(a)가 렌즈 주면의 변화분(Δa)만큼 어긋남과 동시에, 거리(b)가 거리(b＇)로 변화된다. 따라서, 배율(M2)은, 렌즈의 주면(13)에 대해 거리(a＋Δa)와 거리(b＇)를 이용하여, 다음의 식 (3)으로 정의할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 렌즈의 주면(13)이란, 물면(X)으로부터 렌즈의 주면(13)으로 방출된 전자의 궤도(C＇)와, 렌즈의 주면(13)으로부터 상면(B)으로 향하는 전자의 궤도(D＇)와의 교점의 면을 나타내고 있다.
(3)　M2=b＇/(a＋Δa)
도 5는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 다이나믹 포커스에 의한 중심 빔 궤도의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 도면의 일예를 나타낸다. 도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 다이나믹 포커스에 의한 중심 빔 궤도의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한 도면의 일예를 나타낸다. 도 5에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 비교예에서는, 정전 렌즈(251)가 자기장 중심에 배치되므로, 다이나믹 포커스를 실시한 경우에도, 렌즈 주면은 변동하지 않음을 알 수 있다. 이에 대해, 실시 형태 1에서는, 정전 렌즈(250)가 자기장 중심으로부터 어긋난 위치에 배치되므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 면(A)으로부터 면(B)으로 초점 위치를 보정한 경우, 렌즈 주면(A)의 위치를 렌즈 주면(B)의 위치로 변화시킬 수 있다. 또한, 실시 형태 1에서는, 기판(101)면에 자기장 중심이 위치하므로, 급준하게 중심 빔 궤도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 거리(b) 및 거리(b＇)의 차이를 충분히 작게할 수 있다. 마찬가지로, 렌즈 주면(A)의 위치를 렌즈 주면(B)의 위치의 차이를 충분히 작게할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에서는, 기판(101)의, 예를 들면, 면(A)에 자기장 중심을 맞추고 있으므로, 거리(a)에 대해, 거리(b) 및 거리(b＇)가 충분히 작다. 따라서, b=b＇와 근사할 수 있다. 또한, 거리(a)에 대해, 렌즈 주면의 변화분(Δa)이 충분히 작다. 따라서, 식 (3)은, 식 (4)로 변형할 수 있다.
(4)　M2=b＇/(a＋Δa)
Figure 112019064420404-pat00001
b/a=M
따라서, 식 (4)에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 정전 렌즈(250)에 의해, 포커스 위치 변동(ΔZ)을 보정한 경우에도, 상의 배율 변동(ΔM)을 작게할 수 있다. 또한, 정전 렌즈(250)가 자기장 중심으로부터 어긋난 위치에 배치되므로, 회전 변동(Δθ)을 작게할 수 있다.
도 7은, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 포커스 위치 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다. 도 7에서, 세로 축에 포커스 위치 변동(ΔZ)(초점 위치 변동)(단위는 A.U.)을 나타내고, 가로 축에 제어 전극(중단 전극)으로 인가하는 전위(단위는 A.U.)를 나타낸다. 도 7에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(230)(EL1)에 대해, 정전 렌즈(240)(EL2) 및 정전 렌즈(250)(EL3)는, 인가 전위에 대한 포커스 위치 변동(ΔZ)이 큼을 알 수 있다. 환언하면, 정전 렌즈(230)(EL1)에 대해, 정전 렌즈(240)(EL2) 및 정전 렌즈(250)(EL3)는, 포커스 위치 변동(ΔZ)에 대한 감도가 높다. 특히, 정전 렌즈(250)(EL3)는, 포커스 위치 변동(ΔZ)에 대한 감도가 높음을 것을 알 수 있다.
도 8은, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 배율 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다. 도 8에서, 세로 축에 배율 변동(ΔM)(단위는 A.U.)을 나타내고, 가로 축에 제어 전극(중단 전극)으로 인가하는 전위(단위는 A.U.)를 나타낸다. 도 8에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(230)(EL1) 및 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해, 정전 렌즈(240)(EL2)는, 인가 전위에 대한 배율 변동(ΔM)이 큼을 알 수 있다. 환언하면, 정전 렌즈(230)(EL1) 및 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해, 정전 렌즈(240)(EL2)는, 배율 변동(ΔM)에 대한 감도를 높게할 수 있다. 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해서는, 상술한대로, 배율 변동(ΔM)이 작다. 또한, 정전 렌즈(240)(EL2)의 배치 위치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 멀티 빔(20)의, 예를 들면, 중심 빔의 빔 궤도의 확장이, 정전 렌즈(230)(EL1)의 배치 위치보다 크다. 정전 렌즈(240)(EL2)는, 멀티 빔(20)의, 예를 들면, 중심 빔의 빔 궤도의 확장이 큰 만큼, 정전 렌즈(230)(EL1)보다 배율 변동(ΔM)에 대한 감도를 높게할 수 있다.
도 9는, 실시 형태 1의 각 정전 렌즈에 있어서의 회전 변동과 인가 전위와의 관계의 일예를 도시한 도면이다. 도 9에서, 세로 축에 회전 변동(Δθ)(단위는 A.U.)을 나타내고, 가로 축에 제어 전극(중단 전극)으로 인가하는 전위(단위는 A.U.)를 나타낸다. 도 9에 도시한 바와 같이, 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해, 정전 렌즈(230)(EL1) 및 정전 렌즈(240)(EL2)는, 인가 전위에 대한 회전 변동(Δθ)이 큼을 알 수 있다. 환언하면, 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해, 정전 렌즈(230)(EL1) 및 정전 렌즈(240)(EL2)는, 회전 변동(Δθ)에 대한 감도를 높게할 수 있다. 정전 렌즈(250)(EL3)에 대해서는, 상술한대로, 회전 변동(Δθ)이 작다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 정전 렌즈(230)(EL1)는, 포커스 위치 변동(Δ)및 배율 변동(ΔM)에 비해 회전 변동(Δθ)에 대한 감도를 충분히 높게할 수 있다. 그리고, 정전 렌즈(240)(EL2)는, 포커스 위치 변동(ΔZ), 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ) 모두에 대한 감도를 높게 할 수 있다. 그리고, 정전 렌즈(250)(EL3)는, 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δ)을 작게 억제하면서 포커스 위치 변동(ΔZ)에 대한 감도를 높게할 수 있다. 이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 포커스 위치 변동(ΔZ), 상의 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ)이라고 하는 세가지 변동 요인에 대한 감도를, 세가지 정전 렌즈(230, 240, 250)의 각 정전 렌즈 간에 상이하도록 구성할 수 있다.
이에, 실시 형태 1에서는, 정전 렌즈(250)(EL3)에 의해, 정전장을 발생시켜 기판(101)면의 높이 위치의 포커스 위치 변동(ΔZ)에 맞추어 멀티 빔(20)을 기판(101)에 다이나믹하게 포커스한다. 그리고, 정전 렌즈(250)에 의한 다이나믹 포커스 제어에 의해 생기는 멀티 빔의 상의 회전 변동(Δθ)과 배율 변동(ΔM)을 정전 렌즈(230)(EL1)와 정전 렌즈(240)(EL2)에 의해 보정한다. 정전 렌즈(250)(EL3)에, 포커스 위치 변동(ΔZ)의 보정에 필요한 제어 전위를 인가해도, 감도가 낮은 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ)을 작게 억제할 수 있다. 따라서, 작게 억제한 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ)을 정전 렌즈(230)(EL1)와 정전 렌즈(240)(EL2)에 의해 보정하면, 정전 렌즈(230)(EL1)와 정전 렌즈(240)(EL2)로 인가하는 제어 전위를 작게할 수 있다. 예를 들면, 정전 렌즈(230)(EL1)에 의해, 감도가 높은 회전 변동(Δθ)을 보정한다. 그리고, 정전 렌즈(240)(EL2)에 의해, 감도가 높은 배율 변동(ΔM)을 보정한다. 그 결과, 정전 렌즈(230)(EL1)와 정전 렌즈(240)(EL2)에 의한 포커스 위치 변동(ΔZ)을 작은 무시할 수 있을 정도로 억제할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 세가지 정전 렌즈(230, 240, 250)의 제어가 용이해지고, 이러한 제어를 행하는 렌즈 제어 회로(124)의 제어 시스템을 종래보다 간단하고 쉬운 것으로 할 수 있다. 또한, 포커스 위치 변동(ΔZ)에 대한 각 정전 렌즈(230, 240, 250)의 제어 전극(중단 전극)으로의 제어 전위를 정의한 도시하지 않은 테이블을 작성하여, 도시하지 않은 기억 장치에 저장해두면 된다. 또한, 기판(101)면의 높이 변동량은, 도시하지 않은 z 센서 등에 의해 측정하면 된다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성의 변형예를 도시하는 구성도이다. 도 10에서는, 검사 장치(100) 중 화상 취득 기구(150)의 구성에 대해 나타내고 있다. 도 10에서, 정전 렌즈(230, 240) 중, 궤도 중심축(10)의 상류측에 배치되는 정전 렌즈(230)를, 전자기 렌즈(205)에 의해 결상되는 멀티 빔의 상면(像面) 위치와 공액(共役)의 위치(상면 공액 위치)에 배치한다. 구체적으로는, 제어 전극이 되는 중단 전극(234)의 중간 높이 위치를 상면 공액 위치에 배치한다. 그 밖의 구성은 도 1과 같다. 멀티 빔(20)의 상면 공액 위치에서는, 정전 렌즈로 전위를 인가해도 포커스 위치 변동(ΔZ) 및 배율 변동(ΔM)은 생기지 않는다. 한편, 멀티 빔의 상의 회전 변동(Δθ)은 생길 수 있다. 이에, 도 10의 예에서는, 정전 렌즈(230)를, 멀티 빔의 상면 공액 위치에 배치함으로써, 포커스 위치 변동(ΔZ) 및 배율 변동(ΔM)을 신경쓰지 않고, 회전 변동(Δθ)을 보정하기 위한 전위를 정전 렌즈(230)로 인가할 수 있다. 또한, 정전 렌즈(230)는, 전자기 렌즈(205)의 자기장 내에 배치되므로, 자기장의 영향에 의해 정전 렌즈(230)로 인가하는 제어 전위를 작게할 수 있다.
이상의 구성에 의하여, 다이나믹 포커스에 의한 배율 변동(ΔM)과 회전 변동(Δθ)이 보정된 멀티 빔(20)이 기판(101)에 조사할 수 있다. 이러한 멀티 빔(20)의 조사에 기인한 멀티 2 차 전자 빔(300)을 이용하여, 피검사 기판의 패턴 검사를 행한다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법의 요부 공정을 나타내는 플로우차트도이다. 도 11에서, 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법은, 피검사 화상 취득 공정(S202)과, 참조 화상 작성 공정(S204)과, 위치 조정 공정(S206)과, 비교 공정(S208)이라고 하는 일련의 공정을 실시한다.
피검사 화상 취득 공정(S202)으로서, 화상 취득 기구(150)는, 멀티 빔(20)을 이용하여 기판(101) 상에 형성되어 패턴의 2 차 전자 화상을 취득한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다.
상술한 바와 같이, 다이나믹 포커스에 의한 배율 변동(ΔM)과 회전 변동(Δθ)이 보정된 멀티 빔(20)이 기판(101)에 조사된다.
기판(101)의 원하는 위치에 멀티 빔(20)이 조사된 것에 기인하여 기판(101)으로부터 멀티 빔(20)에 대응하는, 반사 전자를 포함하는 멀티 2 차 전자 빔(300)이 방출된다. 기판(101)으로부터 방출된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 빔 세퍼레이터(210)로 진행되어, 기울기 상방으로 굽혀진다. 기울기 상방으로 굽혀진 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 편향기(212)에서 궤도가 굽혀져, 검출기(222)에 투영된다. 이와 같이, 멀티 검출기(222)는, 멀티 빔(20)이 기판(101)면에 조사된 것에 기인하여 방출되는 반사 전자를 포함하는 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출한다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 도시한 도면이다. 도 12에서, 기판(101)이 반도체 기판(웨이퍼)인 경우, 반도체 기판(웨이퍼)의 검사 영역(330)에는, 복수의 칩(웨이퍼 다이)(332)이 2 차원의 어레이 형상으로 형성되어 있다. 각 칩(332)에는, 노광용 마스크 기판에 형성된 1 칩분의 마스크 패턴이 도시하지 않은 노광 장치(스테퍼)에 의해, 예를 들면, 1/4로 축소되어 전사되어 있다. 각 칩(332) 내는, 예를 들면, 2 차원 형상의 가로(x 방향) m2 열Х세로(y 방향) n2 단(m2, n2는 2 이상의 정수) 개의 복수의 마스크 다이(33)로 분할된다. 실시 형태 1에서는, 이러한 마스크 다이(33)가 단위 검사 영역이 된다.
도 13은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13의 예에서는, 5Х5 열의 멀티 빔(20)의 경우를 도시하고 있다. 1 회의 멀티 빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)은, (기판(101)면 상에 있어서의 멀티 빔(20)의 x 방향의 빔 간 피치에 x 방향의 빔 수를 곱한 x 방향 사이즈)Х(기판(101)면 상에 있어서의 멀티 빔(20)의 y 방향의 빔 간 피치에 y 방향의 빔 수를 곱한 y 방향 사이즈)로 정의된다. 도 13의 예에서는, 조사 영역(34)이 마스크 다이(33)와 동일한 사이즈의 경우를 나타내고 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 조사 영역(34)이 마스크 다이(33)보다 작아도 된다. 혹은 커도 상관없다. 그리고, 멀티 빔(20)의 각 빔은, 자신의 빔이 위치하는 x 방향의 빔 간 피치와 y 방향의 빔 간 피치로 둘러싸이는 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작)한다. 멀티 빔(20)을 구성하는 각 빔은, 서로 상이한 몇 개의 서브 조사 영역(29)을 담당하게 된다. 그리고, 각 샷 시에, 각 빔은, 담당 서브 조사 영역(29) 내의 동일한 위치를 조사하게 된다. 서브 조사 영역(29) 내의 빔의 이동은, 도시하지 않은 편향기에 의한 멀티 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의하여 행해진다. 이러한 동작을 반복하여, 1 개의 빔으로 1 개의 서브 조사 영역(29) 내의 전부를 순서대로 조사해 간다.
이상과 같이, 멀티 빔(20) 전체에서는, 마스크 다이(33)를 조사 영역(34)으로서 주사(스캔)하게 되지만, 각 빔은, 각각 대응하는 1 개의 서브 조사 영역(29)을 주사하게 된다. 그리고, 1 개의 마스크 다이(33)의 주사(스캔)가 종료되면, 인접하는 다음의 마스크 다이(33)가 조사 영역(34)이 되도록 이동하고, 이러한 인접하는 다음의 마스크 다이(33)의 주사(스캔)를 행한다. 이러한 동작을 반복하여, 각 칩(332)의 주사를 진행시켜 간다. 멀티 빔(20)의 샷에 의하여, 그때마다, 조사된 위치로부터 2 차 전자가 방출되어, 멀티 검출기(222)에서 검출된다.
이상과 같이 멀티 빔(20)을 이용하여 주사함으로써, 싱글 빔으로 주사하는 경우보다도 고속으로 스캔 동작(측정)을 할 수 있다. 또한, 스텝 앤드 리핏 동작으로 각 마스크 다이(33)의 스캔을 행해도 되고, XY 스테이지(105)를 연속 이동시키면서 각 마스크 다이(33)의 스캔을 행하는 경우여도 된다. 조사 영역(34)이 마스크 다이(33)보다 작은 경우에는, 해당 마스크 다이(33) 중에서 조사 영역(34)을 이동시키면서 스캔 동작을 행하면 된다.
기판(101)이 노광용 마스크 기판인 경우에는, 노광용 마스크 기판에 형성된 1 칩분의 칩 영역을, 예를 들면, 상술한 마스크 다이(33)의 사이즈로 직사각형 형상으로 복수의 스트라이프 영역으로 분할한다. 그리고, 스트라이프 영역마다에, 상술한 동작과 동일한 주사로 각 마스크 다이(33)를 주사하면 된다. 노광용 마스크 기판에 있어서의 마스크 다이(33)의 사이즈는, 전사 전의 사이즈이므로 반도체 기판의 마스크 다이(33)의 4 배의 사이즈가 된다. 그 때문에, 조사 영역(34)이 노광용 마스크 기판에 있어서의 마스크 다이(33)보다 작은 경우에는, 1 칩분의 스캔 동작이 증가(예를 들면, 4 배)하게 된다. 그러나, 노광용 마스크 기판에는 1 칩분의 패턴이 형성되므로, 4 칩보다 많은 칩이 형성되는 반도체 기판에 비해 스캔 회수는 적어도 된다.
이상과 같이, 화상 취득 기구(150)는, 멀티 빔(20)을 이용하여, 도형 패턴이 형성된 피검사 기판(101) 상을 주사하고, 멀티 빔(20)이 조사된 것에 기인하여 피검사 기판(101)으로부터 방출되는, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)에 의해 검출된 각 위치로부터의 2 차 전자의 검출 데이터(측정 화상：2 차 전자 화상：피검사 화상)는, 패턴 화상 데이터로서 비교 회로(108)로 전송된다.
참조 화상 작성 공정(S204)으로서, 참조 회로(112)(참조 화상 작성부)는, 피검사 화상에 대응하는 참조 화상을 작성한다. 참조 회로(112)는, 기판(101)에 패턴을 형성하는 기초가 된 설계 데이터, 혹은 기판(101)에 형성된 패턴의 노광 이미지 데이터로 정의된 설계 패턴 데이터에 기초하여, 프레임 영역마다에 참조 화상을 작성한다. 프레임 영역으로서, 예를 들면, 마스크 다이(33)를 이용하면 바람직하다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 우선, 도시하지 않은 기억 장치로부터 제어 계산기(110)를 통해 설계 패턴 데이터를 읽어내고, 읽어내어진 설계 패턴 데이터로 정의된 각 도형 패턴을 2 값 내지는 다값의 이미지 데이터로 변환한다.
여기서, 설계 패턴 데이터로 정의되는 도형은, 예를 들면, 직사각형 또는 삼각형을 기본 도형으로 한 것으로, 예를 들면, 도형의 기준 위치에 있어서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형 또는 삼각형 등의 도형종을 구별하는 식별자가 되는 도형 코드라고 하는 정보로 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장되어 있다.
이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴 데이터가 참조 회로(112)에 입력되면, 도형마다의 데이터에까지 전개되고, 그 도형 데이터의 도형 형상을 도시한 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 눈금 내에 배치되는 패턴으로서, 2 값 내지는 다값의 설계 패턴 화상 데이터에 전개하여 출력한다. 환언하면, 설계 데이터를 읽어들이고, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 눈금으로서 가상 분할하여 생긴 눈금마다에 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하여, n 비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들면, 1 개의 눈금을 1 화소로서 설정하면 바람직하다. 그리고, 1 화소에 1/28(=1/256)의 분해능을 갖게한다고 하면, 화소 내에 배치되어 있는 도형의 영역분만큼 1/256의 소 영역을 할당하여 화소 내의 점유율을 연산한다. 그리고, 8 비트의 점유율 데이터로서 참조 회로(112)로 출력한다. 이러한 눈금(검사 화소)은, 측정 데이터의 화소에 맞추면 된다.
이어서, 참조 회로(112)는, 도형의 이미지 데이터인 설계 패턴의 설계 화상 데이터에 적절한 필터 처리를 실시한다. 측정 화상으로서의 광학 화상 데이터는, 광학계에 의해 필터가 작용한 상태, 환언하면, 연속 변화하는 아날로그 상태에 있으므로, 화상 강도(농담값)가 디지털값의 설계측의 이미지 데이터인 설계 화상 데이터에도 필터 처리를 실시함으로써, 측정 데이터에 맞출 수 있다. 작성된 참조 화상의 화상 데이터는 비교 회로(108)로 출력된다.
도 14는, 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일예를 도시하는 구성도이다. 도 14에서, 비교 회로(108) 내에는, 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(50, 52, 56), 피검사 화상 생성부(54), 위치 조정부(57), 및 비교부(58)가 배치된다. 피검사 화상 생성부(54), 위치 조정부(57), 비교부(58)라고 하는 각 「~부」는, 처리 회로를 포함하고, 그 처리 회로에는, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은, 반도체 장치 등이 포함된다. 또한, 각 「~부」는, 공통된 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용하여도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(다른 처리 회로)를 이용하여도 된다. 피검사 화상 생성부(54), 위치 조정부(57), 및 비교부(58) 내에 필요한 입력 데이터 혹은 연산된 결과는 그때마다 도시하지 않은 메모리, 혹은 메모리(118)에 기억된다.
비교 회로(108) 내에서는, 전송된 패턴 화상 데이터(2 차 전자 데이터)가, 기억 장치(50)에 일시적으로 저장된다. 또한, 전송된 참조 화상 데이터가, 기억 장치(52)에 일시적으로 저장된다.
이어서, 피검사 화상 생성부(54)는, 패턴 화상 데이터를 이용하여, 소정의 사이즈의 프레임 영역(단위 검사 영역)마다, 프레임 화상(피검사 화상)을 생성한다. 프레임 화상으로서 예를 들면, 여기에서는, 마스크 다이(33)의 화상을 생성한다. 단, 프레임 영역의 사이즈는 이에 한정되는 것은 아니다. 생성된 프레임 화상(예를 들면, 마스크 다이 화상)은, 기억 장치(56)에 저장된다.
위치 조정 공정(S206)으로서, 위치 조정부(57)는, 피검사 화상이 되는 마스크 다이 화상과, 해당 마스크 다이 화상에 대응하는 참조 화상을 읽어내고, 화소(36)보다 작은 서브 화소 단위로, 양 화상을 위치 조정한다. 예를 들면, 최소 2 승법으로 위치 조정을 행하면 된다.
비교 공정(S208)으로서, 비교부(58)는, 마스크 다이 화상(피검사 화상)과 참조 화상을 비교한다. 비교부(58)는, 소정의 판정 조건에 따라 화소(36)마다 양자를 비교하고, 예를 들면, 형상 결함이라고 하는 결함의 유무를 판정한다. 예를 들면, 화소(36)마다의 계조값 차가 판정 역치(Th)보다 크면 결함이라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 도시하지 않은 기억 장치, 모니터, 혹은 메모리로 출력되거나, 혹은 프린터로부터 출력되면 된다.
또한, 상술한 다이-데이터베이스 검사에 한정되지 않고, 다이-다이 검사를 행해도 상관없다. 다이-다이 검사를 행하는 경우에는, 동일한 패턴이 형성된 마스크 다이(33)의 화상끼리를 비교하면 된다. 따라서, 다이(1)가 되는 웨이퍼 다이(332)의 일부의 영역의 마스크 다이 화상과, 다이(2)가 되는 별도의 웨이퍼 다이(332)의 대응하는 영역의 마스크 다이 화상을 이용한다. 혹은, 동일한 웨이퍼 다이(332)의 일부의 영역의 마스크 다이 화상을 다이(1)의 마스크 다이 화상으로 하고, 동일한 패턴이 형성된 동일한 웨이퍼 다이(332)의 다른 일부의 마스크 다이 화상을 다이(2)의 마스크 다이 화상으로서 비교해도 상관없다. 이러한 경우에는, 동일한 패턴이 형성된 마스크 다이(33)의 화상끼리의 일방을 참조 화상으로서 이용하면, 상술한 다이-데이터베이스 검사와 같은 수법으로 검사를 할 수 있다.
즉, 위치 조정 공정(S206)으로서, 위치 조정부(57)는, 다이(1)의 마스크 다이 화상과, 다이(2)의 마스크 다이 화상을 읽어내고, 화소(36)보다 작은 서브 화소 단위로, 양 화상을 위치 조정한다. 예를 들면, 최소 2 승법으로 위치 조정을 행하면 된다.
그리고, 비교 공정(S208)으로서 비교부(58)는, 다이(1)의 마스크 다이 화상과, 다이(2)의 마스크 다이 화상을 비교한다. 비교부(58)는, 소정의 판정 조건에 따라 화소(36)마다 양자를 비교하고, 예를 들면, 형상 결함이라고 하는 결함의 유무를 판정한다. 예를 들면, 화소(36)마다의 계조값 차가 판정 역치(Th)보다 크면 결함이라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 도시하지 않은 기억 장치, 모니터, 혹은 메모리로 출력되거나, 혹은 프린터로부터 출력되면 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 변동 요인에 대한 감도를, 각 정전 렌즈 간에서 상이하도록 구성할 수 있다. 따라서, 비대화시키지 않고 효율화한 정전 렌즈 제어 회로에서, 포커스 위치 변동(ΔZ), 상의 배율 변동(ΔM), 및 회전 변동(Δθ)이라고 하는 세가지 변동 요인을 효율적으로 최적화된 세가지 정전 렌즈로 보정할 수 있다.
이상의 설명에서, 일련의 「~회로」는, 처리 회로를 포함하고, 그 처리 회로에는, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은, 반도체 장치 등이 포함된다. 또한, 각 「~회로」는, 공통된 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용하여도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(다른 처리 회로)를 이용하여도 된다. 프로세서 등을 실행시키는 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹은 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록되면 된다. 예를 들면, 비교 회로(108), 참조 회로(112), 전자기 렌즈 제어 회로(124), 및 정전 렌즈 제어 회로(126) 등은, 상술한 적어도 1 개의 처리 회로로 구성되어도 된다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다.
또한, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대하여서는 기재를 생략했으나, 필요해지는 장치 구성 또는 제어 수법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 전자 빔 조사 장치, 멀티 전자 빔 조사 방법, 및 멀티 전자 빔 검사 장치는, 본 발명의 범위에 포함된다.
추가적인 이점 및 수정이 당업자에 의해 쉽게 일어날 것이다. 따라서, 넓은 양상에서의 본 발명은 여기에서 기술되고 나타난 대표적인 실시예와 상세한 설명에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그 균등 범위에 의해 정의되는 일반적인 발명 개념의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 멀티 전자 빔이 조사되는 기판을 재치하는 스테이지와,
    상기 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치되고, 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하는 제1 전자기 렌즈와,
    음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용되는 상기 기판과, 제어 전위가 인가되는 제어 전극과 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 이용하여 구성되고, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 제1 정전 렌즈
    를 구비하고,
    상기 제어 전극은 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 전자 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치되고,
    상기 그라운드 전극은 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 정전 렌즈보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치된 제2 및 제3 전자기 렌즈와,
    상기 제2 전자기 렌즈의 렌즈 자기장 중에 배치된 제2 정전 렌즈와,
    상기 제3 전자기 렌즈의 렌즈 자기장 중에 배치된 제3 정전 렌즈
    를 더 구비하고,
    상기 제1 정전 렌즈에 의한 다이나믹 포커스 제어에 의해 생기는 상기 멀티 전자 빔의 상의 회전 오차와 배율 변동을 상기 제2 및 제3 정전 렌즈에 의해 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 조사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 정전 렌즈 중, 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치되는 일방을, 상기 멀티 전자 빔의 상면 위치와 공액의 위치에 배치하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 조사 장치.
  4. 스테이지에 재치된 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치된 제1 전자기 렌즈에 의해, 상기 기판에 조사되기 위한 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하고,
    상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 전자 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치된 제어 전위가 인가되는 제어 전극과, 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치된 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 가지고, 상기 기판에 음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용한 제1 정전 렌즈에 의해, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 조사 방법.
  5. 멀티 전자 빔이 조사되는 기판을 재치하는 스테이지와,
    상기 기판 면의 높이 위치에 렌즈 자기장의 중심이 위치하도록 배치되고, 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 포커스하는 제1 전자기 렌즈와,
    음전위를 인가함으로써 바이어스 전극으로서 이용되는 상기 기판과, 제어 전위가 인가되는 제어 전극과, 그라운드 전위가 인가되는 그라운드 전극을 이용하여 구성되고, 정전장을 발생시켜 상기 기판 면의 높이 위치의 변동에 맞추어 상기 멀티 전자 빔을 상기 기판에 다이나믹하게 포커스하는 제1 정전 렌즈와,
    상기 기판에 상기 멀티 전자 빔이 조사되는 것에 기인하여, 상기 기판으로부터 방출되는, 반사 전자를 포함하는 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기를 구비하고,
    상기 제어 전극은 상기 제1 전자기 렌즈에 의한 렌즈 자기장의 최대 자기장보다 상기 멀티 전자 빔의 궤도 중심축의 상류측에 배치되고,
    상기 그라운드 전극은 상기 제어 전극보다 상기 궤도 중심축의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
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