KR20210127094A - 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태는, 멀티 빔에 작용하는 쿨롱 효과를 저감하는 것이 가능한 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 하전 입자 빔 조사 장치는, 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 형성 기구와, 멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속하지 않도록, 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이와, 멀티 하전 입자 빔이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 멀티 하전 입자 빔으로 기판을 조사하는 전자 광학계를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치{MULTI CHARGED PARTICLE BEAM ILLUMINATING APPARATUS AND MULTI CHARGED PARTICLE BEAM INSPECTING APPARATUS}
본 발명은, 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 멀티 전자 빔으로 기판을 조사하는 조사 방법에 관한 것이다.
근년, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 점점 좁아지고 있다. 그리고, 다대한 제조 비용이 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 빼놓을 수 없다. 그러나, 1기가 비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)으로 대표되는 바와 같이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브마이크론으로부터 나노미터의 오더로 되어 있다. 근년, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야만 하는 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀도화가 필요로 되고 있다.
검사 방법으로서는, 반도체 웨이퍼나 리소그래피 마스크 등의 기판 상에 형성되어 있는 패턴을 촬상한 측정 화상과, 설계 데이터, 혹은 기판 상의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상을 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 패턴 검사 방법으로서, 동일 기판 상의 다른 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, 그것과 패턴을 촬상한 측정 데이터가 되는 측정 화상을 비교하는 「die to database(다이-데이터베이스) 검사」가 있다. 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로로 보내진다. 비교 회로에서는, 화상끼리의 위치 정렬 후, 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라서 비교하고, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음으로 판정한다.
반도체 웨이퍼나 포토마스크의 결함 검사에서는, 보다 작은 사이즈의 결함을 검출할 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 근년의 검사 장치에서는, 상술한 패턴 검사 장치에는, 레이저광을 검사 대상 기판에 조사하고, 그 투과상 혹은 반사상을 촬상하는 장치 외에, 화상의 화소 분해능을 높이기 위해, 레이저광보다도 파장이 짧은 전자 빔으로 검사 대상 기판 상을 주사(스캔)하고, 전자 빔의 조사에 수반하여 검사 대상 기판으로부터 방출되는 2차 전자를 검출하여, 패턴상을 취득하는 검사 장치의 개발도 진행되고 있다. 전자 빔을 사용한 검사 장치에서는, 또한, 멀티 빔을 사용한 장치의 개발도 진행되고 있다.
멀티 빔 검사 장치에 있어서, 고분해능이며 또한 고스루풋을 실현하기 위해서는, 각 빔의 빔 직경을 작게 할 것, 및 총 전류량을 크게 할 것이 요구된다. 그러나, 멀티 빔의 총 전류량의 증대에 수반하여, 쿨롱 효과의 작용도 커져, 빔이 소위 흐려져 버린다. 이에 의해, 기판 상의 빔 직경이 커져 버린다. 따라서, 고분해능이며, 또한 고스루풋을 실현하기 위해서는, 멀티 빔에 작용하는 쿨롱 효과를 저감할 것이 요구된다. 이러한 문제는, 검사 장치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치 등의 멀티 빔을 조사하는 장치에 있어서 마찬가지로 일어날 수 있다.
여기서, 쿨롱 효과를 저감하기 위한 보정은 아니지만, 구면 수차를 보정하도록, 멀티 빔에 대하여 개별로 얼라인먼트용 편향을 행하는 멀티얼라이너 어레이를 배치한 묘화 장치가 개시되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2006-080276호 공보 참조).
본 발명의 일 양태는, 멀티 빔에 작용하는 쿨롱 효과를 저감하는 것이 가능한 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 하전 입자 빔 조사 장치는,
멀티 하전 입자 빔을 형성하는 형성 기구와,
멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속하지 않도록, 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이와,
멀티 하전 입자 빔이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 멀티 하전 입자 빔으로 기판을 조사하는 전자 광학계를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 하전 입자 빔 검사 장치는,
멀티 하전 입자 빔을 형성하는 형성 기구와,
멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속하지 않도록, 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이와,
멀티 하전 입자 빔이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 멀티 하전 입자 빔으로 기판을 조사하는 전자 광학계와,
멀티 하전 입자 빔으로 기판이 조사됨으로써 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기와,
검출된 멀티 2차 전자 빔에 기초하는 2차 전자 화상을 검사하는 검사 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼쳐 어레이 기판의 구성을 도시하는 개념도이다.
도 3의 (A)와 도 3의 (B)는 실시 형태 1에 있어서의 다극자 편향기 어레이의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 y 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 총 전류량과 각 빔의 빔 직경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 다극자 편향기 어레이에 의한 멀티 1차 전자 빔의 편향 방향의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 y 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10의 (A)와 도 10의 (B)는 실시 형태 1에 있어서의 기판 상에서의 빔 사이즈의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11의 (A) 내지 도 11의 (C)는 실시 형태 1에 있어서의 빔간의 이격량의 일례를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에 있어서의 시료면 상에서의 빔 직경과 수차량과 X. O. 면 상에서의 빔간의 이격량의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 1에 있어서의 시료면 상에서의 빔 직경과 수차량과 X. O. 면 상에서의 빔간의 이격량의 관계의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 15는 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일례를 도시하는 구성도이다.
이하, 실시 형태에서는, 멀티 빔에 작용하는 쿨롱 효과를 저감하는 것이 가능한 조사 장치 및 검사 장치에 대하여 설명한다.
또한, 이하, 실시 형태에서는, 하전 입자 빔의 일례로서, 전자 빔을 사용하여 설명한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온 빔 등이어도 상관없다. 또한, 멀티 빔 조사 장치의 일례로서, 멀티 빔을 사용한 검사 장치에 대하여 설명한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 멀티 빔을 사용한 묘화 장치여도 된다. 혹은, 예를 들어 멀티 빔을 사용한 화상 취득 장치여도 된다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다. 도 1에 있어서, 기판에 형성된 패턴을 검사하는 검사 장치(100)는, 멀티 전자 빔 검사 장치의 일례이다. 검사 장치(100)는, 화상 취득 기구(150), 및 제어계 회로(160)를 구비하고 있다. 화상 취득 기구(150)는, 전자 빔 칼럼(102)(전자 경통) 및 검사실(103)을 구비하고 있다. 전자 빔 칼럼(102) 내에는, 전자총(201), 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203), 다극자 편향기 어레이(220), 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 일괄 블랭킹 편향기(212), 제한 애퍼쳐 기판(213), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 주편향기(208), 부편향기(209), 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 전자 렌즈(224), 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다. 전자총(201), 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203), 다극자 편향기 어레이(220), 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 일괄 블랭킹 편향기(212), 제한 애퍼쳐 기판(213), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 주편향기(208), 및 부편향기(209)에 의해 1차 전자 광학계(151)를 구성한다. 또한, 전자 렌즈(207), 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218) 및 전자 렌즈(224)에 의해 2차 전자 광학계(152)를 구성한다.
검사실(103) 내에는, 적어도 XY 방향으로 이동 가능한 스테이지(105)가 배치된다. 스테이지(105) 상에는, 검사 대상이 되는 기판(101)(시료)이 배치된다. 기판(101)은, 예를 들어 스테이지(105) 상에 탑재된 정전 척 기구에 의해 이면이 흡착된다. 기판(101)에는, 노광용 마스크 기판, 및 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이 포함된다. 기판(101)이 반도체 기판인 경우, 반도체 기판에는 복수의 칩(웨이퍼 다이)이 형성되어 있다. 기판(101)이 노광용 마스크 기판인 경우, 노광용 마스크 기판에는, 칩 패턴이 형성되어 있다. 칩 패턴은, 복수의 도형 패턴에 의해 구성된다. 이러한 노광용 마스크 기판에 형성된 칩 패턴이 반도체 기판 상에 복수회 노광 전사됨으로써, 반도체 기판에는 복수의 칩(웨이퍼 다이)이 형성되게 된다. 이하, 기판(101)이 반도체 기판인 경우를 주로 설명한다. 기판(101)은, 예를 들어 패턴 형성면을 상측으로 향하게 하여 스테이지(105)에 배치된다. 또한, 스테이지(105) 상에는, 검사실(103)의 외부에 배치된 레이저 측장 시스템(122)으로부터 조사되는 레이저 측장용의 레이저광을 반사하는 미러(216)가 배치되어 있다.
또한, 멀티 검출기(222)는, 전자 빔 칼럼(102)의 외부에서 검출 회로(106)에 접속된다. 검출 회로(106)는, 칩 패턴 메모리(123)에 접속된다.
제어계 회로(160)에서는, 검사 장치(100) 전체를 제어하는 제어 계산기(110)가, 버스(120)를 통해, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 참조 화상 작성 회로(112), 스테이지 제어 회로(114), 편향기 어레이 제어 회로(121), 렌즈 제어 회로(124), 블랭킹 제어 회로(126), 편향 제어 회로(128), 리타딩 전위 인가 회로(170), 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(109), 모니터(117), 메모리(118), 및 프린터(119)에 접속되어 있다. 또한, 편향 제어 회로(128)는, DAC(디지털/아날로그 변환) 증폭기(144, 146, 148)에 접속된다. DAC 증폭기(146)는 주편향기(208)에 접속되고, DAC 증폭기(144)는 부편향기(209)에 접속된다. DAC 증폭기(148)는 편향기(218)에 접속된다.
또한, 기판(101)은, 리타딩 전위 인가 회로(170)에 전기적으로 접속되고, 리타딩 전위 인가 회로(170)는, 기판(101)에 부의 리타딩 전위 Vr을 인가한다.
또한, 칩 패턴 메모리(123)는, 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 또한, 스테이지(105)는, 스테이지 제어 회로(114)의 제어 하에 구동 기구(142)에 의해 구동된다. 구동 기구(142)에서는, 예를 들어 스테이지 좌표계에 있어서의 X 방향, Y 방향, θ 방향으로 구동되는 3축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계가 구성되고, XYθ 방향으로 스테이지(105)가 이동 가능하게 되어 있다. 이들의, 도시하지 않은 X 모터, Y 모터, θ 모터는, 예를 들어 스텝 모터를 사용할 수 있다. 스테이지(105)는, XYθ 각 축의 모터에 의해 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, 스테이지(105)의 이동 위치는 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어, 위치 회로(107)에 공급된다. 레이저 측장 시스템(122)은, 미러(216)로부터의 반사광을 수광함으로써, 레이저 간섭법의 원리에 의해 스테이지(105)의 위치를 측장한다. 스테이지 좌표계는, 예를 들어 멀티 1차 전자 빔(20)의 광축에 직교하는 면에 대하여, X 방향, Y 방향, θ 방향이 설정된다.
전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 전자 렌즈(224), 및 빔 세퍼레이터(214)는, 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 또한, 일괄 블랭킹 편향기(212)는, 2극 이상의 전극에 의해 구성되며, 전극마다 도시하지 않은 DAC 증폭기를 통해 블랭킹 제어 회로(126)에 의해 제어된다. 부편향기(209)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되며, 전극마다 DAC 증폭기(144)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 주편향기(208)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되며, 전극마다 DAC 증폭기(146)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 편향기(218)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되며, 전극마다 DAC 증폭기(148)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 또한, 다극자 편향기 어레이(220)는, 편향기 어레이 제어 회로(121)에 의해, 다극자의 편향기마다 개별로 제어된다.
전자총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되고, 전자총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트(캐소드)와 인출 전극(애노드) 간으로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 다른 인출 전극(웨넬트)의 전압의 인가와 소정의 온도의 캐소드의 가열에 의해, 캐소드로부터 방출된 전자군이 가속되어, 전자 빔(200)이 되어 방출된다.
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 도시하는 개념도이다. 도 2에 있어서, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에는, 2차원형의 가로(x 방향) m1열×세로(y 방향) n1단(m1, n1은 2 이상의 정수)의 구멍(개구부)(22)이 x, y 방향으로 소정의 배열 피치로 형성되어 있다. 도 2의 예에서는, 23×23의 구멍(개구부)(22)이 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 각 구멍(22)은, 모두 동일 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일한 외경의 원형이어도 상관없다.
전자총(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 구멍(22)(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 구멍(22)이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 구멍(22)의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)(형성 기구)의 복수의 구멍(22)을 각각 통과함으로써, 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된다. 형성된 멀티 1차 전자 빔(20)은, 다극자 편향기 어레이(220)로 진행한다.
도 3의 (A)와 도 3의 (B)는 실시 형태 1에 있어서의 다극자 편향기 어레이의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3의 (A)와 도 3의 (B)의 예에서는, 예를 들어 5×5열의 멀티 1차 전자 빔(20)을 사용하는 경우를 나타내고 있다. 다극자 편향기 어레이(220)는, 간극을 두고 이 순으로 상하로 배열되는 2단의 전극 기판(9, 14), 혹은, 간극을 두고 이 순으로 상중하로 배열되는 3단의 전극 기판(9, 14, 13)을 갖는다. 전극 기판(9, 13)은, 동일한 구성이어도 상관없다. 도 3의 (A)에 있어서, 전극 기판(9, 13)은, 기판 본체(12)에 멀티 1차 전자 빔(20)이 통과하는 복수의 통과 구멍(11)이 형성되고, 기판 본체(12)의 적어도 노출면 전체가 도전성 재료에 의해 구성된다. 예를 들어, 기판 본체(12)가 금속 등의 도전성 재료로 구성된다. 혹은, 절연성 재료에 의해 구성되는 기판 본체(12)의 노출면 전체에 도전막이 코팅되어 있어도 된다. 기판 본체(12)에는, 예를 들어 그라운드 전위가 인가된다. 도 3의 (B)에 있어서, 전극 기판(14)은, 기판 본체(15)에 멀티 1차 전위 빔(20)이 통과하는 전극 기판(9, 13)과 예를 들어 동일한 구멍 직경 사이즈의 복수의 통과 구멍(17)이 형성된다. 기판 본체(15)는, 예를 들어 실리콘(Si)재에 의해 구성되면 적합하다. 그리고, 기판 본체(15) 상에는 각각의 통과 구멍(17)을 둘러싸도록 다극자가 되는 복수의 전극[16(a 내지 h)]이 배치된다. 또한, 각 통과 구멍(17)을 둘러싸는 복수의 전극(16) 간이 도통하지 않도록 복수의 전극(16)은 절연층 상에 배치된다. 다극자를 구성하는 복수의 전극(16)은, 4극 이상으로 구성된다. 예를 들어, 8극의 전극을 사용하면 적합하다. 멀티 1차 전자 빔(20)의 빔별로, 복수의 전극(16)에는, 각각 개별로 전위가 인가된다. 빔별로, 복수의 전극(16)에 인가하는 전위를 각각 제어함으로써, 빔별로, 임의의 방향으로, 또한 임의의 편향량만큼 개별로 편향시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 빔별로, 빔 궤도를 변경할 수 있다.
다극자 편향기 어레이(220)를 통과한 멀티 1차 전자 빔(20)은, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205) 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절되면서, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 중간상 면 I. I. P(상면 공액 위치)에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)로 진행한다.
멀티 1차 전자 빔(20)이 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)에 입사되면, 전자 렌즈(207)는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101)에 포커스한다. 대물 렌즈(207)에 의해 기판(101)(시료)면 상에 초점이 맞춰진(합초(合焦)된) 멀티 1차 전자 빔(20)은, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 일괄하여 편향되어, 각 빔의 기판(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 또한, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체가 일괄하여 편향된 경우에는, 제한 애퍼쳐 기판(213)의 중심의 구멍으로부터 위치가 벗어나, 제한 애퍼쳐 기판(213)에 의해 멀티 1차 전자 빔(20) 전체가 차폐된다. 한편, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 편향되지 않은 멀티 1차 전자 빔(20)은, 도 1에 도시한 바와 같이 제한 애퍼쳐 기판(213)의 중심 구멍을 통과한다. 이러한 일괄 블랭킹 편향기(212)의 ON/OFF에 의해, 블랭킹 제어가 행해져, 빔의 ON/OFF가 일괄 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼쳐 기판(213)은, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 멀티 1차 전자 빔(20)을 차폐한다. 그리고, 빔 ON으로 되고 나서 빔 OFF로 될 때까지 형성된, 제한 애퍼쳐 기판(213)을 통과한 빔군에 의해, 화상 취득용의 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된다.
도 4는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 y 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)가 배치되어 있지 않은 경우의 빔 궤도의 일례를 도시하고 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에서는, 3×3의 멀티 1차 전자 빔(20)을 사용하는 경우에 있어서의, y 방향 중앙의 x 방향으로 배열되는 3개의 1차 전자 빔 어레이의 궤도를 나타내고 있다. 또한, 상은 자장에 의해 회전하지만, 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에서는, 실시 형태 1과의 차이를 이해하기 쉽게 하기 위해 자장의 영향을 무시하여 나타내고 있다. 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에 의해 형성된 멀티 1차 전자 빔(20)은, 높이 위치 Z1에 있어서 각 1차 전자 빔(10)이 중간상을 형성한 후, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절되면서, 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)로 진행한다. 이러한 빔 궤도 중, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205) 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절됨으로써, 크로스오버(X. O.)가 발생한다. 또한, 도 4 및 도 5의 예에서는, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에 의해 형성된 멀티 1차 전자 빔(20)의 높이 위치 Z1에 있어서의 1회째의 중간상과, 전자 렌즈(202)와 전자 렌즈(205) 사이의 각 높이 위치 Z2, Z3, Z4, Z5, Z6에 있어서의 멀티 1차 전자 빔상을 나타내고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 x 방향 궤도에서는, 전자 렌즈(202)에 의해 굴절된 멀티 1차 전자 빔(20)이 점차 궤도 중심축 방향으로 진행하여, 높이 위치 Z4에 있어서 궤도 중심축 상에 있어서 크로스오버(X. O.)를 형성한다. y 방향 궤도에 대해서도 높이 위치 Z4에 있어서 크로스오버가 형성되는 상태가 나타나 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에서는, 전자 렌즈(205)와 전자 렌즈(206) 사이에서 궤도 중심축 상에 있어서 크로스오버(X. O.)를 형성한다. 마찬가지로, 전자 렌즈(207)의 자장 중심 높이 위치에서 궤도 중심축 상에 있어서 크로스오버를 형성한다. 이와 같이, 도 4 및 도 5에 도시한 비교예에서는, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절됨으로써, 크로스오버를 반복하면서, 기판(101) 상으로 진행한다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 총 전류량과 각 빔의 빔 직경의 관계를 도시하는 도면이다. 도 6에 있어서, 종축에 빔 직경을 나타내고, 횡축에 총 전류량을 나타낸다. 도 6에 도시한 바와 같이, 멀티 1차 전자 빔의 총 전류량이 증대되는 것에 수반하여, 각 빔의 빔 직경도 커짐을 알 수 있다. 이것은, 멀티 1차 전자 빔의 총 전류량의 증대에 수반하여, 쿨롱 효과의 작용도 커져, 각 빔이 소위 흐려져 버린다. 이에 의해, 기판 상에서의 빔 직경이 커져 버리기 때문이다. 쿨롱 효과는, 전류량에 비례한다. 그리고, 멀티 1차 전자 빔이 1개소에 집속되는 크로스오버 위치에 있어서, 공간당의 전류량이 최대가 된다. 바꿔 말하면, 크로스오버 위치에 멀티 1차 전자 빔의 총 전류량이 집중된다. 따라서, 멀티 1차 전자 빔이 집속되는 크로스오버 위치에 있어서, 멀티 1차 전자 빔에 쿨롱 효과가 크게 작용하게 된다. 또한, 크로스오버 위치는, 1점일 필요는 없고, 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 멀티 1차 전자 빔이 서로 중첩되는 영역이면 된다. 그래서, 실시 형태 1에서는, 멀티 1차 전자 빔(20)이 1개소에서 집속되지 않도록 빔 궤도를 제어한다. 바꿔 말하면, 멀티 1차 전자 빔(20)이 크로스오버를 형성하지 않도록 빔 궤도를 제어한다.
구체적으로는, 다극자 편향기 어레이(220)가, 멀티 1차 전자 빔(20)이 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속되지 않도록, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 편향시킨다. 바꿔 말하면, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 궤도 중심축이 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내의 어떤 영역 내에서 집속되지 않도록, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 편향시킨다. 동일면 내의 어떤 영역으로서, 예를 들어 멀티 1차 전자 빔이 서로 중첩되는 영역이면 된다. 또한, 쿨롱 효과의 작용을 가능한 한 저감하기 위해서는, 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된 후, 기판(101)에 도달할 때까지의 동안에 있어서 크로스오버를 형성하지 않는 쪽이 바람직하다. 그 때문에, 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된 후, 1회째의 크로스오버 위치가 되는 높이 위치 Z4보다도 상류측(성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)측)에 다극자 편향기 어레이(220)를 배치하면 적합하다.
멀티 1차 전자 빔(20)이 크로스오버를 형성하지 않도록 하기 위해서는, 멀티 1차 전자 빔(20) 중 주변 빔이, 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 중심축을 통하지 않도록 제어하면 된다. 따라서, 다극자 편향기 어레이(220)는, 멀티 1차 전자 빔(20) 중, 중심으로부터 벗어난 주변측에 위치하는 주변 빔이, 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 중심축을 통과하지 않고 기판(101)을 조사하도록, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 편향시킨다. 예를 들어, 이하와 같이 편향시킨다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 다극자 편향기 어레이에 의한 멀티 1차 전자 빔의 편향 방향의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7의 예에서는, 예를 들어 3×3예의 멀티 1차 전자 빔(20)을 사용하는 경우를 나타내고 있다. 다극자 편향기 어레이(220)는, 예를 들어 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 편향 방향을 그 밖의 빔의 편향 방향과는 다른 방향으로 제어한다. 도 7의 예에서는, 주변 빔에 대하여, 반 시계 방향으로 편향 방향을 변화시키는 경우를 나타내고 있다. 또한, 편향량에 대해서도, 다른 빔과는 다르도록 제어하면 적합하다. 또한, 실시 형태 1에서는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 방사형 혹은 역방사형으로 편향시키는 것은 제외된다. 방사형으로 편향시켜도, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체의 빔 사이즈가 궤도 중심축을 축으로 커질 뿐이며, 결국, 1개소에서 집속되어 버리기 때문이다. 마찬가지로, 역방사형으로 편향시켜도, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체의 빔 사이즈가 궤도 중심축을 축으로 작아질 뿐이며, 결국, 1개소에서 집속되어 버리기 때문이다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 y 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8 및 도 9의 예에서는, 3×3열의 멀티 1차 전자 빔(20)을 사용하는 경우에 있어서의, y 방향 중앙의 x 방향으로 배열되는 3개의 1차 전자 빔 어레이의 궤도를 나타내고 있다. 또한, 도 8 및 도 9의 예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)가, 멀티 1차 전자 빔(20)의 중간상 면 위치에 배치되는 경우를 나타내고 있다. 도 8 및 도 9에 도시한 예에서는, 편향에 의한 상의 회전을 나타내고, 자장의 영향에 의한 상의 회전을 무시하여 나타내고 있다. 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)는, 렌즈의 성질상, 각각 소정의 위치에 상을 맺기 때문에, 다극자 편향기 어레이(220)를 중간상 면 위치에 배치함으로써, 이러한 중간상 면 위치에서 각 빔을 편향시켜도 그 후의 각 상면 위치에 있어서 위치 어긋남을 발생시키지 않도록 할 수 있다. 도 8 및 도 9의 예에서는, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에 의해 형성된 멀티 1차 전자 빔(20)은, 높이 위치 Z1에 있어서 각 1차 전자 빔(10)의 최초의 중간상 면 위치인 높이 위치 Z1에 배치된 다극자 편향기 어레이(220)에 의해, 빔별로 개별로 편향된다. 또한, 중심 빔에 대해서는 편향시키지 않아도 된다. 다극자 편향기 어레이(220)를 통과한 멀티 1차 전자 빔(20)은, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절되어, 멀티 1차 전자 빔상이 회전되면서, 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)로 진행한다. 도 8 및 도 9의 예에서는, 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에 의해 형성된 멀티 1차 전자 빔(20)의 높이 위치 Z1에 있어서의 1회째의 중간상과, 전자 렌즈(202)와 전자 렌즈(205) 사이의 각 높이 위치 Z2, Z4, Z5, Z6에 있어서의 멀티 1차 전자 빔상을 나타내고 있다. 도 4에 도시한 높이 위치 Z3에 대해서는 도시를 생략하였다. 도 8에 도시한 바와 같이 x 방향 궤도에서는, 전자 렌즈(202)에 의해 굴절된 멀티 1차 전자 빔(20)이 점차 궤도 중심축 방향으로 진행하기는 하지만, 다극자 편향기 어레이(220)에 의해 주변 빔의 궤도가 수정되어 있기 때문에, 높이 위치 Z4에 있어서 궤도 중심축 상에 크로스오버(X. O.)를 형성하지 않는다. y 방향 궤도에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 도 8 및 도 9의 예에서는, 전자 렌즈(205)와 전자 렌즈(206) 사이, 및 전자 렌즈(207)의 자장 내에 있어서도 마찬가지로 크로스오버를 형성하지 않도록 할 수 있다. 이와 같이, 도 8 및 도 9의 예에서는, 전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절되어도, 크로스오버를 형성하지 않고 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101) 상으로 진행시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 1차 전자 광학계(151)는, 멀티 1차 전자 빔(20)이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 멀티 1차 전자 빔(20)으로 기판(101)을 조사한다.
도 10의 (A)와 도 10의 (B)는 실시 형태 1에 있어서의 기판 상에서의 빔 사이즈의 일례를 도시하는 도면이다. 도 10의 (A)에서는, 크로스오버 형성 후에 기판(101) 상에 조사된 멀티 1차 전자 빔(20)의 빔 사이즈의 일례를 나타내고 있다. 이에 비해, 실시 형태 1에서는, 다극자 편향기 어레이(220)에 의한 주변 빔의 궤도 수정에 의해, 크로스오버를 형성하지 않도록 제어함으로써, 크로스오버 형성 후의 멀티 1차 전자 빔(20)에 비해, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이, 기판(101) 상에 조사된 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 1차 전자 빔(10)의 빔 사이즈를 작게 할 수 있다.
도 11의 (A) 내지 도 11의 (C)는 실시 형태 1에 있어서의 빔간의 이격량의 일례를 도시하는 도면이다. 도 11의 (A)에서는, 크로스오버 면에 있어서의 빔간의 이격량(혹은 「이격 길이」라고도 함)이 제로인 경우를 나타내고 있다. 이러한 상태는, 도 4 및 도 5에서 설명한 비교예에서의 높이 위치 Z4에 있어서 궤도 중심축 상에 있어서 크로스오버(X. O.)를 형성하는 경우의 빔간의 이격량을 나타내고 있다. 바꿔 말하면, 크로스오버 면(X. O. 면)에서 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 중심축 궤도가 1점에 수렴되는 경우를 나타내고 있다. 다극자 편향기 어레이(220)에 의해 각 빔을 개별로 편향시킴으로써, 크로스오버 면에 있어서의 빔간의 이격량을 제어할 수 있다. 도 11의 (B)의 예에서는, 빔간의 이격량이 0.4로 제어되는 경우를 나타내고 있다. 이격량이 0.4라 함은, 인접하는 빔끼리의 40％의 부분이 서로 중첩되지 않고, 60％의 부분이 서로 겹쳐 있는 상태를 나타낸다. 도 11의 (C)의 예에서는, 빔간의 이격량이 1.0으로 제어되는 경우를 나타내고 있다. 이격량이 1.0이라 함은, 인접하는 빔끼리의 외주 단부가 정확히 접하는 상태, 바꿔 말하면 인접하는 빔끼리의 겹침이 없어진 상태를 나타낸다. 도 8 및 도 9의 예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)에 의해 각 빔을 편향시키지 않는 경우에 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 중심축 궤도가 수렴되는 높이 위치 Z4에 있어서의 빔간의 이격량이 1보다도 큰 값으로 제어된 상태가 도시되어 있지만, 이것이 최적값이라고는 할 수 없다.
도 12는 실시 형태 1에 있어서의 시료면 상에서의 빔 직경과 수차량과 X. O. 면 상에서의 빔간의 이격량의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 1에 있어서의 시료면 상에서의 빔 직경과 수차량과 X. O. 면 상에서의 빔간의 이격량의 관계의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 12의 예에서는, 멀티 1차 전자 빔(20)의 총 전류량이 큰 경우를 나타낸다. 도 13의 예에서는, 멀티 1차 전자 빔(20)의 총 전류량이 작은 경우를 나타낸다. 도 12 및 도 13에 있어서, 종축에 빔 직경을 나타내고, 횡축에 빔간의 이격량을 나타낸다. 도 12 및 도 13에는, 빔 직경으로서, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 빔 직경 dc와, 다극자 편향기 어레이(220)에 의해 편향됨으로써 발생하는 수차를 빔 직경으로 치환한 수차량 da와, 수차를 포함하는 기판(101)면 상에서의 실효적인 빔 직경 d가 도시된다. 실효적인 빔 직경 d는, 동일한 이격량에 있어서의 빔 직경 dc와 수차량 da의 제곱합의 평방근으로 정의할 수 있다. 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 이격량이 크다고 해서, 실효적인 빔 직경 d가 최솟값이 되는 것은 아님을 알 수 있다. 또한, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 멀티 1차 전자 빔(20)의 총 전류량에 의해 실효적인 빔 직경 d가 최솟값이 되는 이격량이 변동됨을 알 수 있다. 실효적인 빔 직경 d가 최솟값이 되는 이격량이 최적값이 되지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 실시 형태 1에서는, 실효적인 빔 직경 d가 역치 이하가 되는 이격량으로 제어한다. 예를 들어, 실효적인 빔 직경 d의 최솟값의 10％의 오차를 허용하도록 역치를 설정하면 적합하다. 그래서, 다극자 편향기 어레이(220)는, 각 빔의 수차를 포함하는 빔 직경 d가 역치 이하가 되도록, 각 빔을 개별로 편향시킨다. 그때의 각 빔의 편향량은, 높이 위치 Z4(다극자 편향기 어레이(220)에 의해 각 빔을 편향시키지 않는 경우에 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 중심축 궤도가 수렴되는 높이 위치)에 있어서의 빔간의 이격량이 기판(101)면 상에 있어서의 빔 직경이 역치 이하가 되는 이격량으로 되는 편향량으로 조정된다.
도 14는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 x 방향으로 배열되는 1차 전자 빔 어레이의 x 방향의 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8의 예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)를 중간상 면 위치(Z1)에 배치하는 경우를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 14의 예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)를 중간상 면 위치(Z1)로부터 어긋난 높이 위치에 배치한다. 이러한 경우, 그 후의 궤도 상의 상면 위치에서는 빔의 위치가 어긋나 버린다. 그래서, 실시 형태 1의 변형예에서는, 다극자 편향기 어레이(220)(제1 다극자 편향기 어레이)를 통과한 후의 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이(221)(제2 다극자 편향기 어레이)를 더 배치한다. 다극자 편향기 어레이(221)는, 예를 들어 최종 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)와 기판(101) 사이에 배치되면 적합하다. 그리고, 다극자 편향기 어레이(221)는, 위치 어긋남이 발생한 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 편향시킴으로써, 기판(101) 상의 원하는 위치를 각 1차 전자 빔(10)으로 조사할 수 있다.
혹은, 다극자 편향기 어레이(221)를 비점 보정에 사용해도 된다. 다극자 편향기 어레이(220)에 의해 각 빔을 개별로 편향시키는 경우, 빔에 비점 수차가 발생해 버리는 경우가 있다. 그래서, 다극자 편향기 어레이(221)가 각 1차 전자 빔(10)을 개별로 비점 보정하도록 다극자 편향기 어레이(221)를 사용해도 된다.
도 15는 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 도시하는 도면이다. 도 15에 있어서, 기판(101)이 반도체 기판(웨이퍼)인 경우, 반도체 기판(웨이퍼)의 검사 영역(330)에는, 복수의 칩(웨이퍼 다이)(332)이 2차원의 어레이형으로 형성되어 있다. 각 칩(332)에는, 노광용 마스크 기판에 형성된 1칩분의 마스크 패턴이 도시하지 않은 노광 장치(스테퍼)에 의해 예를 들어 1/4로 축소되어 전사되어 있다. 1칩분의 마스크 패턴은, 일반적으로, 복수의 도형 패턴에 의해 구성된다. 각 칩(332)의 영역은, 예를 들어 y 방향을 향하여 소정의 폭으로 복수의 스트라이프 영역(32)으로 분할된다. 화상 취득 기구(150)에 의한 스캔 동작은, 예를 들어 스트라이프 영역(32)마다 실시된다. 예를 들어, -x 방향으로 스테이지(105)를 이동시키면서, 상대적으로 x 방향으로 스트라이프 영역(32)의 스캔 동작을 진행시켜 간다. 각 스트라이프 영역(32)은, 긴 변 방향을 향하여 복수의 직사각형 영역(33)으로 분할된다. 대상이 되는 직사각형 영역(33)으로의 빔의 이동은, 주편향기(208)에 의한 멀티 1차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의해 행해진다.
도 16은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 16의 예에서는, 예를 들어 5×5열의 멀티 1차 전자 빔(20)의 경우를 나타내고 있다. 1회의 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)은, (기판(101)면 상에 있어서의 멀티 1차 전자 빔(20)의 x 방향의 빔간 피치에 x 방향의 빔수를 곱한 x 방향 사이즈)×(기판(101)면 상에 있어서의 멀티 1차 전자 빔(20)의 y 방향의 빔간 피치에 y 방향의 빔수를 곱한 y 방향 사이즈)로 정의된다. 그리고, 멀티 1차 전자 빔(20)을 구성하는 각 1차 전자 빔(10)은, 자신의 빔이 위치하는 x 방향의 빔간 피치와 y 방향의 빔간 피치로 둘러싸인 서브 조사 영역(29) 내에 조사되어, 당해 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작)한다. 각 1차 전자 빔(10)은, 서로 다른 어느 서브 조사 영역(29)을 담당하게 된다. 그리고, 각 샷 시에, 각 1차 전자 빔(10)은, 담당 서브 조사 영역(29) 내의 동일한 위치를 조사하게 된다. 서브 조사 영역(29) 내의 1차 전자 빔(10)의 이동은, 부편향기(209)에 의한 멀티 1차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의해 행해진다. 이러한 동작을 반복하여, 1개의 1차 전자 빔(10)으로 1개의 서브 조사 영역(29) 내를 차례로 조사해 간다.
기판(101)의 원하는 위치에 멀티 1차 전자 빔(20)이 조사되면, 이러한 멀티 1차 전자 빔(20)이 조사된 것에 기인하여 기판(101)으로부터 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔에 대응하는, 반사 전자를 포함하는 2차 전자의 다발(멀티 2차 전자 빔(300))이 방출된다.
기판(101)으로부터 방출된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 전자 렌즈(207)를 통과하여, 빔 세퍼레이터(214)로 진행한다.
여기서, 빔 세퍼레이터(214)로서, 예를 들어 E×B 분리기를 사용하면 적합하다. 빔 세퍼레이터(E×B 분리기)(214)는, 전계를 발생시키는, 2극 이상의 복수의 전극과, 자계를 발생시키는, 각각 코일을 갖는 2극 이상의 복수의 자극을 갖고 있다. 복수의 전극은, 대향하는 2극의 전극을 포함한다. 복수의 자극은, 대향하는 2극의 자극을 포함한다. 빔 세퍼레이터(214)는 멀티 1차 전자 빔(20)의 중심 빔이 진행하는 방향(궤도 중심축)에 직교하는 면 상에 있어서 전계와 자계를 직교하는 방향으로 발생시킨다. 전계는 전자의 진행 방향에 관계없이 동일한 방향으로 힘을 미친다. 이에 비해, 자계는 플레밍 왼손의 법칙에 따라서 힘을 미친다. 그 때문에 전자의 침입 방향에 따라 전자에 작용하는 힘의 방향을 변화시킬 수 있다. 빔 세퍼레이터(214)에 상측으로부터 침입해 오는 멀티 1차 전자 빔(20)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 서로 상쇄되어, 멀티 1차 전자 빔(20)은 하방으로 직진한다. 이에 비해, 빔 세퍼레이터(214)에 하측으로부터 침입해 오는 멀티 2차 전자 빔(300)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 모두 동일한 방향으로 작용하여, 멀티 2차 전자 빔(300)은 경사 상방으로 꺾여, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된다.
경사 상방으로 꺾여, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 편향기(218)에 의해, 더욱 꺾여, 전자 렌즈(224)에 의해, 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 멀티 검출기(222)는, 투영된 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)는, 예를 들어 도시하지 않은 다이오드형 2차원 센서를 갖는다. 그리고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔에 대응하는 다이오드형 2차원 센서 위치에 있어서, 멀티 2차 전자 빔(300)의 각 2차 전자가 다이오드형 2차원 센서에 충돌하여, 전자를 발생시켜, 2차 전자 화상 데이터를 화소마다 생성한다. 멀티 검출기(222)로 검출된 강도 신호는, 검출 회로(106)에 출력된다.
여기서, 스테이지(105)가 연속 이동하면서 멀티 1차 전자 빔(20)으로 기판(101)을 조사하는 경우, 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사 위치가 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 주편향기(208)에 의해 일괄 편향에 의한 트래킹 동작이 행해진다. 그 때문에, 멀티 2차 전자 빔(300)의 방출 위치가 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 중심축에 대하여 시시각각 변화된다. 마찬가지로, 서브 조사 영역(29) 내를 스캔하는 경우에, 각 2차 전자 빔의 방출 위치는, 서브 조사 영역(29) 내에서 시시각각 변화된다. 이와 같이 방출 위치가 변화된 각 2차 전자 빔을 멀티 검출기(222)의 대응하는 검출 영역 내에 조사시키도록, 편향기(218)는, 멀티 2차 전자 빔(300)을 일괄 편향시킨다.
2차 전자 화상의 취득은, 상술한 바와 같이, 멀티 1차 전자 빔(20)을 조사하고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사에 기인하여 기판(101)으로부터 방출되는 반사 전자를 포함하는 멀티 2차 전자 빔(300)을 멀티 검출기(222)로 검출한다. 멀티 검출기(222)에 의해 검출된 각 서브 조사 영역(29) 내의 화소별 2차 전자의 검출 데이터(측정 화상 데이터: 2차 전자 화상 데이터: 피검사 화상 데이터)는, 측정순으로 검출 회로(106)에 출력된다. 검출 회로(106) 내에서는, 도시하지 않은 A/D 변환기에 의해, 아날로그의 검출 데이터가 디지털 데이터로 변환되어, 칩 패턴 메모리(123)에 저장된다. 그리고, 얻어진 2차 전자 화상 데이터(2차 전자 화상(1)의 데이터)는, 위치 회로(107)로부터의 각 위치를 나타내는 정보와 함께, 비교 회로(108)에 출력된다.
또한, 상술한 각 스트라이프 영역(32)의 폭은, 조사 영역(34)의 y 방향 사이즈와 마찬가지로, 혹은 스캔 마진분 좁게 한 사이즈로 설정하면 적합하다. 도 15의 예에서는, 조사 영역(34)이 직사각형 영역(33)과 동일한 사이즈인 경우를 나타내고 있다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 조사 영역(34)이 직사각형 영역(33)보다도 작아도 된다. 혹은 커도 상관없다. 그리고, 1개의 서브 조사 영역(29)의 스캔이 종료되면, 주편향기(208)에 의한 멀티 1차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의해 조사 위치가 동일한 스트라이프 영역(32) 내의 인접하는 직사각형 영역(33)으로 이동한다. 이러한 동작을 반복하여, 스트라이프 영역(32) 내를 차례로 조사해 간다. 1개의 스트라이프 영역(32)의 스캔이 종료되면, 스테이지(105)의 이동 혹은/및 주편향기(208)에 의한 멀티 1차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의해 조사 영역(34)이 다음 스트라이프 영역(32)으로 이동한다. 이상과 같이 각 1차 전자 빔(10)의 조사에 의해 서브 조사 영역(29)마다의 스캔 동작 및 2차 전자 화상의 취득이 행해진다. 이들 서브 조사 영역(29)별로 2차 전자 화상을 조합함으로써, 직사각형 영역(33)의 2차 전자 화상, 스트라이프 영역(32)의 2차 전자 화상, 혹은 칩(332)의 2차 전자 화상이 구성된다. 또한, 실제로 화상 비교를 행하는 경우에는, 도 16에 도시한 바와 같이, 예를 들어 각 직사각형 영역(33) 내의 서브 조사 영역(29)을 복수의 프레임 영역(30)으로 더 분할하고, 프레임 영역(30)별 프레임 화상(31)에 대하여 비교한다.
비교 회로(108)(검사부, 검사 회로)는, 검출된 멀티 2차 전자 빔(300)에 기초하는 2차 전자 화상을 검사한다. 이하, 계조값 등으로 정의되는 화상 데이터끼리를 비교하는 경우를 설명한다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 2차 전자 화상으로부터, 예를 들어 도형 패턴의 윤곽선을 추출하고, 참조 윤곽선과의 거리를 비교하는 경우여도 적합하다.
도 17은 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일례를 도시하는 구성도이다. 도 17에 있어서, 비교 회로(108) 내에는, 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(50, 52, 56), 프레임 화상 작성부(54), 위치 정렬부(57), 및 비교부(58)가 배치된다. 프레임 화상 작성부(54), 위치 정렬부(57), 및 비교부(58)와 같은 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, 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 사용해도 된다. 혹은, 다른 처리 회로(별개의 처리 회로)를 사용해도 된다. 프레임 화상 작성부(54), 위치 정렬부(57), 및 비교부(58) 내에 필요한 입력 데이터 혹은 연산된 결과는 그때마다 도시하지 않은 메모리, 혹은 메모리(118)에 기억된다.
비교 회로(108) 내에 전송된 측정 화상 데이터(빔 화상)는, 기억 장치(50)에 저장된다.
그리고, 프레임 화상 작성부(54)는, 각 1차 전자 빔(10)의 스캔 동작에 의해 취득된 서브 조사 영역(29)의 화상 데이터를 더 분할한 복수의 프레임 영역(30)의 프레임 영역(30)마다의 프레임 화상(31)을 작성한다. 또한, 각 프레임 영역(30)은, 화상의 누락이 없도록, 서로 마진 영역이 중첩되도록 구성되면 적합하다. 작성된 프레임 화상(31)은, 기억 장치(56)에 저장된다.
한편, 참조 화상 작성 회로(112)는, 기판(101)에 형성된 복수의 도형 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 프레임 영역(30)마다, 프레임 화상(31)에 대응하는 참조 화상을 작성한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 먼저, 기억 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통해 설계 패턴 데이터를 판독하고, 이 판독된 설계 패턴 데이터에 정의된 각 도형 패턴을 2치 내지는 다치의 이미지 데이터로 변환한다.
상술한 바와 같이, 설계 패턴 데이터에 정의되는 도형은, 예를 들어 직사각형이나 삼각형을 기본 도형으로 한 것이며, 예를 들어 도형의 기준 위치에 있어서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형이나 삼각형 등의 도형종을 구별하는 식별자가 되는 도형 코드와 같은 정보로 각 패턴 도형의 형태, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장되어 있다.
이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴 데이터가 참조 화상 작성 회로(112)에 입력되면 도형마다의 데이터에까지 전개되어, 그 도형 데이터의 도형 형상을 도시하는 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 모눈 내에 배치되는 패턴으로서 2치 내지는 다치의 설계 패턴 화상 데이터에 전개하여, 출력한다. 바꿔 말하면, 설계 데이터를 읽어들여, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 모눈으로서 가상 분할하여 생긴 모눈마다 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하고, n비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들어, 1개의 모눈을 1화소로서 설정하면 적합하다. 그리고, 1화소에 1/28(=1/256)의 분해능을 갖게 하는 것으로 하면, 화소 내에 배치되어 있는 도형의 영역분만큼 1/256의 소영역을 할당하여 화소 내의 점유율을 연산한다. 그리고, 8비트의 점유율 데이터가 된다. 이러한 모눈(검사 화소)은, 측정 데이터의 화소에 맞추면 된다.
다음에, 참조 화상 작성 회로(112)는, 도형의 이미지 데이터인 설계 패턴의 설계 화상 데이터에, 소정의 필터 함수를 사용하여 필터 처리를 실시한다. 이에 의해, 화상 강도(농담값)가 디지털값의 설계측의 이미지 데이터인 설계 화상 데이터를 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사에 의해 얻어지는 상 생성 특성에 맞출 수 있다. 작성된 참조 화상의 화소마다의 화상 데이터는 비교 회로(108)에 출력된다. 비교 회로(108) 내에 전송된 참조 화상 데이터는, 기억 장치(52)에 저장된다.
다음에, 위치 정렬부(57)는, 피검사 화상이 되는 프레임 화상(31)과, 당해 프레임 화상(31)에 대응하는 참조 화상을 판독하고, 화소보다 작은 서브 화소 단위로, 양쪽 화상을 위치 정렬한다. 예를 들어, 최소 제곱법으로 위치 정렬을 행하면 된다.
그리고, 비교부(58)는, 프레임 화상(31)과 참조 화상을 화소마다 비교한다. 비교부(58)는, 소정의 판정 조건에 따라서 화소마다 양자를 비교하여, 예를 들어 형상 결함과 같은 결함의 유무를 판정한다. 예를 들어, 화소마다의 계조값차가 판정 역치 Th보다도 크면 결함으로 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 메모리(118)에 출력되거나, 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.
또한, 상술한 예에서는, 다이-데이터베이스 검사에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 다이-다이 검사를 행하는 경우여도 된다. 다이-다이 검사를 행하는 경우, 대상이 되는 프레임 화상(31)(다이1)과, 당해 프레임 화상(31)과 동일한 패턴이 형성된 프레임 화상(31)(다이2)(참조 화상의 다른 일례) 사이에서, 상술한 위치 정렬과 비교 처리를 행하면 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 멀티 1차 전자 빔(20)에 작용하는 쿨롱 효과를 저감할 수 있다. 따라서, 빔 사이즈의 증대를 억제하면서, 멀티 1차 전자 빔(20)의 총 전류량을 증대시킬 수 있다. 따라서, 고분해능이며 또한 고스루풋의 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사를 실현할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 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, 공통되는 처리 회로(동일한 처리 회로)를 사용해도 된다. 혹은, 다른 처리 회로(별도의 처리 회로)를 사용해도 된다. 프로세서 등을 실행시키는 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹은 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록되면 된다. 예를 들어, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 참조 화상 작성 회로(112), 스테이지 제어 회로(114), 편향기 어레이 제어 회로(121), 렌즈 제어 회로(124), 블랭킹 제어 회로(126), 편향 제어 회로(128), 및 리타딩 전위 인가 회로(170)는, 상술한 적어도 하나의 처리 회로로 구성되어도 된다. 예를 들어, 이들 회로 내에서의 처리를 제어 계산기(110)로 실시해도 된다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 도 1의 예에서는, 하나의 조사원이 되는 전자총(201)으로부터 조사된 1개의 빔으로부터 성형 애퍼쳐 어레이 기판(203)에 의해 멀티 1차 전자 빔(20)을 형성하는 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 복수의 조사원으로부터 각각 1차 전자 빔을 조사함으로써 멀티 1차 전자 빔(20)을 형성하는 양태여도 상관없다.
또한, 장치 구성이나 제어 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였지만, 필요로 되는 장치 구성이나 제어 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 하전 입자 빔 조사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 장치, 그리고 이들 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 형성 기구와,
    상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 상기 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속하지 않도록, 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이와,
    상기 멀티 하전 입자 빔이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 상기 멀티 하전 입자 빔으로 기판을 조사하는 전자 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이는, 상기 멀티 하전 입자 빔 중, 중심으로부터 벗어난 주변측에 위치하는 주변 빔이, 상기 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축을 통과하지 않고 기판을 조사하도록, 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이는, 상기 멀티 하전 입자 빔의 중간상 면 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이를 제1 다극자 편향기 어레이로 한 경우에, 상기 제1 다극자 편향기 어레이를 통과한 후의 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 제2 다극자 편향기 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이를 제1 다극자 편향기 어레이로 한 경우에, 상기 제1 다극자 편향기 어레이를 통과한 후의 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 비점 보정하는 제2 다극자 편향기 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이는, 각 빔의 수차를 포함하는 빔 직경이 역치 이하가 되도록, 각 빔을 개별로 편향시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    각 빔의 편향량은, 상기 다극자 편향기 어레이에 의해 각 빔을 편향시키지 않는 경우에 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 수렴되는 위치에 있어서의 빔간의 이격량이 기판면 상에 있어서의 빔 직경이 상기 역치 이하가 되는 이격량이 되는 편향량으로 조정되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 조사 장치.
  8. 멀티 하전 입자 빔을 형성하는 형성 기구와,
    상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔의 중심축 궤도가 상기 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축 방향에 직교하는 동일면 내에서 집속하지 않도록, 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 다극자 편향기 어레이와,
    상기 멀티 하전 입자 빔이 집속되지 않은 그대로의 상태에서, 상기 멀티 하전 입자 빔으로 기판을 조사하는 전자 광학계와,
    상기 멀티 하전 입자 빔으로 상기 기판이 조사됨으로써 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기와,
    검출된 상기 멀티 2차 전자 빔에 기초하는 2차 전자 화상을 검사하는 검사 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이는, 상기 멀티 하전 입자 빔 중, 중심으로부터 벗어난 주변측에 위치하는 주변 빔이, 상기 멀티 하전 입자 빔의 궤도 중심축을 통과하지 않고 기판을 조사하도록, 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 검사 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이는, 상기 멀티 하전 입자 빔의 중간상 면 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 검사 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이를 제1 다극자 편향기 어레이로 한 경우에, 상기 제1 다극자 편향기 어레이를 통과한 후의 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 편향시키는 제2 다극자 편향기 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 검사 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 다극자 편향기 어레이를 제1 다극자 편향기 어레이로 한 경우에, 상기 제1 다극자 편향기 어레이를 통과한 후의 상기 멀티 하전 입자 빔의 각 빔을 개별로 비점 보정하는 제2 다극자 편향기 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 하전 입자 빔 검사 장치.
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