KR20220106057A - 멀티 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법 - Google Patents

멀티 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법 Download PDF

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가즈히코 이노우에
무네히로 오가사와라
아츠시 안도
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 양태의 멀티 빔 화상 취득 장치는, 멀티 1차 전자 빔을 사용하여, 기판에 멀티 1차 전자 빔을 결상하는 대물 렌즈와, 전계를 형성하는 2극 이상의 전극과 자계를 형성하는 2극 이상의 자극을 갖고, 형성되는 전계와 자계에 의해, 멀티 1차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 분리기와, 분리된 멀티 2차 전자 빔을 편향시키는 편향기와, 대물 렌즈와 편향기 사이에 배치되며, 멀티 2차 전자 빔을 편향기의 편향 지지점에 결상하는 렌즈와, 편향된 멀티 2차 전자 빔을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법{MULTI-BEAM IMAGE ACQUISITION APPARATUS AND MULTI-BEAM IMAGE ACQUISITION METHOD}
[관련 출원]
본 출원은, 2021년 1월 21일에 출원된 일본 특허 출원 제2021-008258호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로서 포함한다.
본 발명은, 멀티 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 멀티 1차 전자 빔의 조사에 기인한 2차 전자 화상을 사용하여 패턴 검사하는 멀티 빔 검사 장치의 화상 취득 방법에 관한 것이다.
근년, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 점점 좁아져 가고 있다. 그리고, 다대한 제조 비용이 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 필수적이다. 그러나, 1기가 비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)으로 대표되는 바와 같이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브미크론 내지 나노미터의 오더로 되어 있다. 근년, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야만 하는 치수도 매우 작은 것으로 되고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀도화가 필요로 되고 있다.
검사 장치에서는, 예를 들어 전자 빔을 사용한 멀티 빔을 검사 대상 기판에 조사하고, 검사 대상 기판으로부터 방출되는 각 빔에 대응하는 2차 전자를 검출하여, 패턴 화상을 촬상한다. 그리고 촬상된 측정 화상과, 설계 데이터, 혹은 기판 상의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 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.
여기서, 멀티전자 빔을 사용하여 검사 화상을 취득하는 경우, 고분해능을 실현하기 위해서도 빔간 피치를 좁게 할 것이 요구된다. 빔간 피치를 좁게 하면 검출계에 있어서 빔간의 크로스토크가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 멀티전자 빔을 사용하여 검사 화상을 취득하는 경우, 1차 전자 빔의 궤도 상에 전자계 직교(E×B: E cross B) 분리기를 배치하여, 1차 전자 빔으로부터 2차 전자 빔을 분리한다. E×B 분리기는, E×B의 영향이 작아지는 1차 전자 빔의 상면 공액 위치에 배치된다. 그리고, 대물 렌즈로 1차 전자 빔을 시료면에 결상한다. 1차 전자 빔과 2차 전자 빔에서는, 시료면에 입사하는 조사 전자의 에너지와 발생하는 2차 전자의 에너지가 다르기 때문에, 1차 전자 빔을 E×B 분리기 상에서 중간상면을 형성시킨 경우, 2차 전자 빔은 대물 렌즈 통과 후에 E×B 분리기보다도 전에서 중간상면을 형성해 버린다. 그 때문에, 2차 전자 빔은, E×B 분리기 상에서 중간상면을 형성하지 않고 확산되어 버린다. 이 때문에, E×B 분리기에 의해 분리된 2차 전자는, 검출 광학계에서 계속해서 확산된다. 그 때문에, 검출 광학계에서 발생하는 수차가 커져, 검출기 상에 있어서 멀티 2차 전자 빔이 오버랩되어 개별로 검출하는 것이 곤란해져 버리는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다. 바꿔 말하면, 빔간의 크로스토크가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제는, 검사 장치에 한정되는 것은 아니고, 멀티전자 빔을 사용하여 화상을 취득하는 장치 전반에 대하여 마찬가지로 발생할 수 있다.
여기서, 1차 전자 광학계로부터 이격된 2차 전자 광학계 내에 축상 색수차 보정용의 4단 구성의 다극자 렌즈를 포함하는 빈 필터를 배치하여, 분리된 후의 2차 전자의 축상 색수차를 보정한다고 하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2006-244875호 공보 참조).
본 발명의 일 양태의 멀티 빔 화상 취득 장치는,
기판을 적재하는 스테이지와,
멀티 1차 전자 빔을 사용하여, 기판에 멀티 1차 전자 빔을 결상하는 대물 렌즈와,
전계를 형성하는 2극 이상의 전극과 자계를 형성하는 2극 이상의 자극을 갖고, 형성되는 전계와 자계에 의해, 멀티 1차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 분리기와,
분리된 멀티 2차 전자 빔을 편향시키는 편향기와,
대물 렌즈와 편향기 사이에 배치되며, 멀티 2차 전자 빔을 편향기의 편향 지지점에 결상하는 렌즈와,
편향된 멀티 2차 전자 빔을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 빔 화상 취득 방법은,
대물 렌즈를 사용하여, 스테이지 상에 적재되는 기판에 멀티 1차 전자 빔을 결상하고,
전계를 형성하는 2극 이상의 전극과 자계를 형성하는 2극 이상의 자극을 갖는 분리기를 사용하여, 형성되는 전계와 자계에 의해, 멀티 1차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하고,
편향기를 사용하여 분리된 멀티 2차 전자 빔을 편향시키고,
대물 렌즈와 편향기 사이에 배치되는 렌즈를 사용하여, 멀티 2차 전자 빔을 편향기의 편향 지지점에 결상하고,
편향된 멀티 2차 전자 빔을 검출기로 검출하고, 검출된 멀티 2차 전자 빔의 신호에 기초하는 2차 전자 화상의 데이터를 출력하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 도시하는 개념도이다.
도 3a와 도 3b는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례와 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4a와 도 4b는 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례와 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 2차 전자량과 에너지의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 편향 지지점과 검출면 사이의 2차 전자 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 40° 편향의 궤도를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 40° 편향으로 검출되는 2차 전자의 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 50° 편향의 궤도를 도시하는 도면이다.
도 10은 실시 형태 1에 있어서의 50° 편향으로 검출되는 2차 전자의 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 멀티 검출기의 검출면에서의 멀티 2차 전자 빔의 빔 직경의 일례를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 15는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 실시 형태에서는, 검출 광학계에서 발생하는 수차를 저감하고, 검출면에서 멀티 2차 전자 빔의 각 2차 전자 빔을 분리하는 것이 가능한 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
또한, 이하, 실시 형태에서는, 멀티전자 빔 화상 취득 장치의 일례로서, 멀티전자 빔 검사 장치에 대하여 설명한다. 단, 화상 취득 장치는, 검사 장치에 한정되는 것은 아니고, 멀티 빔을 사용하여 화상을 취득하는 장치이면 상관없다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다. 도 1에 있어서, 기판에 형성된 패턴을 검사하는 검사 장치(100)는, 멀티전자 빔 검사 장치의 일례이다. 검사 장치(100)는, 화상 취득 기구(150), 및 제어계 회로(160)(제어부)를 구비하고 있다. 화상 취득 기구(150)는, 전자 빔 칼럼(102)(전자 경통), 검사실(103), 검출 회로(106), 칩 패턴 메모리(123), 스테이지 구동 기구(142), 및 레이저 측장 시스템(122)을 구비하고 있다. 전자 빔 칼럼(102) 내에는, 전자총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 전자 렌즈(205), 일괄 편향기(212), 제한 애퍼처 기판(213), 전자 렌즈(206, 207), 주편향기(208), 부편향기(209), 빔 세퍼레이터(214), 전자 렌즈(217), 편향기(218), 전자 렌즈(224), 편향기(226), 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다.
전자총(201), 전자 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 전자 렌즈(205), 일괄 편향기(212), 제한 애퍼처 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)(대물 렌즈), 전자 렌즈(217), 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 전자 렌즈(224), 및 편향기(226)에 의해 2차 전자 광학계(152)를 구성한다. 전자 렌즈(217)는, 2차 전자의 궤도에 대하여, 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)와 편향기(218) 사이에 배치된다. 도 1의 예에서는, 전자 렌즈(217)는, 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)와 빔 세퍼레이터(214) 사이에 배치된다.
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)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 의해 구성된다. 이러한 노광용 마스크 기판에 형성된 칩 패턴이 반도체 기판 상에 복수회 노광 전사됨으로써, 반도체 기판에는 복수의 칩 패턴(웨이퍼 다이)이 형성되게 된다. 이하, 기판(101)이 반도체 기판인 경우를 주로 하여 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), 렌즈 제어 회로(124), 블랭킹 제어 회로(126), 편향 제어 회로(128), 리타딩 제어 회로(130), 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, 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 구동하는 3축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계가 구성되어, 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 원리로 스테이지(105)의 위치를 측장한다. 스테이지 좌표계는, 예를 들어 멀티 1차 전자 빔(20)의 광축에 직교하는 면에 대하여, 1차 좌표계의 X 방향, Y 방향, θ 방향이 설정된다.
전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207), 전자 렌즈(217), 전자 렌즈(224), 및 빔 세퍼레이터(214)는, 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 또한, 일괄 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 구성되는 2단의 편향기에 의해 구성되며, 전극마다 DAC 증폭기(148)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 또한, 편향기(226)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되며, 전극마다 도시하지 않은 DAC 증폭기를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 리타딩 제어 회로(130)는, 기판(101)에 원하는 리타딩 전위를 인가하여, 기판(101)에 조사되는 멀티 1차 전자 빔(20)의 에너지를 조정한다.
전자총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되며, 전자총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트와 인출 전극간으로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 소정의 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 애퍼처 어레이 기판의 구성을 도시하는 개념도이다. 도 2에 있어서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 2차원상의 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 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 동일한 외경의 원형이어도 상관없다. 이들 복수의 구멍(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성되게 된다. 성형 애퍼처 어레이 기판(203)은, 멀티 1차 전자 빔을 형성하는 멀티 빔 형성 기구의 일례가 된다.
화상 취득 기구(150)는, 전자 빔에 의한 멀티 빔을 사용하여, 도형 패턴이 형성된 기판(101)으로부터 도형 패턴의 피검사 화상을 취득한다. 이하, 검사 장치(100)에 있어서의 화상 취득 기구(150)의 동작에 대하여 설명한다.
전자총(201)(방출원)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 전자 렌즈(202)에 의해 굴절되어, 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 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 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 구멍(22)을 각각 통과함으로써, 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된다.
형성된 멀티 1차 전자 빔(20)은, 전자 렌즈(205), 및 전자 렌즈(206)에 의해 각각 굴절되어, 중간상 및 크로스오버를 반복하면서, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔의 중간상면(상면 공액 위치: I. I. P.)에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 전자 렌즈(207)로 진행한다. 또한, 멀티 1차 전자 빔(20)의 크로스오버 위치 부근에, 통과 구멍이 제한된 제한 애퍼처 기판(213)을 배치함으로써, 산란 빔을 차폐할 수 있다. 또한, 일괄 편향기(212)에 의해 멀티 1차 전자 빔(20) 전체를 일괄하여 편향시켜, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체를 제한 애퍼처 기판(213)으로 차폐함으로써, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체를 블랭킹할 수 있다.
멀티 1차 전자 빔(20)이 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)에 입사하면, 전자 렌즈(207)는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101)에 포커스한다. 바꿔 말하면, 전자 렌즈(207)는, 멀티 1차 전자 빔(20)으로 기판(101)을 조사한다. 대물 렌즈(207)에 의해 기판(101)(시료)면 상에 초점이 맞춰진(포커싱된) 멀티 1차 전자 빔(20)은, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 일괄하여 편향되어, 각 빔의 기판(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 이와 같이, 1차 전자 광학계(151)는, 멀티 1차 전자 빔으로 기판(101)면을 조사한다.
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 통하여, 빔 세퍼레이터(214)로 진행한다.
여기서, 빔 세퍼레이터(214)(E×B 분리기)는, 코일을 사용한 2극 이상의 복수의 자극과, 2극 이상의 복수의 전극을 갖는다. 그리고 이러한 복수의 자극에 의해 지향성의 자계를 발생시킨다. 마찬가지로, 복수의 전극에 의해 지향성의 전계를 발생시킨다. 구체적으로는, 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 반해, 자계는 플레밍 왼손의 법칙에 따라서 힘을 미친다. 그 때문에 전자의 침입 방향에 의해 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 반해, 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 구부러져, 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된다.
경사 상방으로 구부러져, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 2차 전자 광학계(152)에 의해 멀티 검출기(222)로 유도된다. 구체적으로는, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 편향기(218)에 의해 편향됨으로써, 더 구부러지고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 전자 렌즈(224)에 의해, 집속 방향으로 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 바꿔 말하면, 편향기(218)는, 빔 세퍼레이터(214)에 의해 분리된 멀티 2차 전자 빔(300)의 중심축 궤도의 방향을 멀티 검출기(222)로 향하도록 멀티 2차 전자 빔(300)을 편향시킨다. 그리고, 멀티 2차 전자 빔(300)의 중심축 궤도의 방향이 멀티 검출기(222)로 향해진 멀티 2차 전자 빔(300)을 전자 렌즈(224)에 의해 멀티 검출기(222)에 투영한다. 멀티 검출기(222)(멀티 2차 전자 빔 검출기)는, 굴절되어, 투영된 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)는, 복수의 검출 엘리먼트(예를 들어 도시하지 않은 다이오드형 2차원 센서)를 갖는다. 그리고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔은, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서, 멀티 2차 전자 빔(300)의 각 2차 전자 빔에 대응하는 검출 엘리먼트에 충돌하여, 전자를 발생시켜, 2차 전자 화상 데이터를 화소마다 생성한다. 멀티 검출기(222)에서 검출된 강도 신호는, 검출 회로(106)에 출력된다.
도 3a와 도 3b는 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례와 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3a에서는, 비교예에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시한다. 도 3b에서는, 비교예에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시한다. 멀티 1차 전자 빔(20)은, 상면 공액 위치에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 확산되고, 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러져 기판(101)면에 결상된다. 도 3b에서는, 멀티 1차 전자 빔(20) 중 중심의 1차 전자 빔(21)의 궤도를 나타내고 있다. 그리고, 기판(101)으로부터 방출된 멀티 2차 전자 빔(300) 중, 중심의 1차 전자 빔(21)에 대응하는 중심의 2차 전자 빔(301)의 방출 시의 에너지는, 기판(101)으로의 중심 1차 전자 빔(21)의 입사 에너지보다도 작다. 그 때문에, 1차 전자 빔이 빔 세퍼레이터(214)면에서 결상하고, 자기 렌즈(207)가 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101) 상에 포커스하는 조건에서는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 중심 2차 전자 빔(301)이, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러지지만 빔 세퍼레이터(214)에 도달하기 전의 위치에서 중간상면(600)(결상점)이 형성된다. 그 후, 중심 2차 전자 빔(301)은 확산되면서, 빔 세퍼레이터(214)로 진행한다. 그리고, 비교예에서는, 중심 2차 전자 빔(301)이 더 확산되면서 편향기(218)로 진행하게 된다. 그 때문에, 편향기(218)의 위치에 있어서 중심 2차 전자 빔(301)의 빔 직경 D1이 확대되어 버린다. 다른 각 2차 전자 빔에 대해서도 마찬가지로 빔 직경이 확대되어 버린다. 각 2차 전자 빔의 빔 직경 D1이 커질수록 편향기(218)에서 발생하는 수차가 커져 버린다. 그 때문에, 편향기(218)를 통과한 후의 2차 전자 빔을 전자 렌즈(224)의 렌즈 작업에 의해 수렴시키려고 해도, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서 빔 직경을 다 좁힐 수 없어, 각 2차 전자 빔이 서로 오버랩되어 버려, 2차 전자 빔간의 분리가 곤란해지는 경우가 있다. 그 결과, 각 2차 전자 빔을 개별로 검출하는 것이 곤란해져 버린다. 또한, 대물 렌즈가 1차 전자 빔의 포커스를 우선하는 경우, 2차 전자 빔의 포커스를 편향기(218)의 위치에 맞추는 것은 원리적으로 곤란하다.
도 4a와 도 4b는 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례와 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4a에서는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시한다. 도 4b에서는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시한다. 실시 형태 1에 있어서, 멀티 1차 전자 빔(20)은, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상면 공액 위치에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 확산되고, 전자 렌즈(217)에 의해 굴절된다. 멀티 1차 전자 빔(20)은, 전자 렌즈(217)에 의해 약간 궤도가 변화되지만 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)를 향하여 계속해서 확산되고, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러져 기판(101)면에 결상된다. 도 4b에서는, 멀티 1차 전자 빔(20) 중 중심의 1차 전자 빔(21)의 궤도를 나타내고 있다. 이와 같은 1차 전자 빔이 빔 세퍼레이터(214)면에서 결상되고, 자기 렌즈(207)가 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101) 상에 포커스하는 조건에서는, 비교예와 마찬가지로, 중심 2차 전자 빔(301)이, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러지지만 빔 세퍼레이터(214)에 도달하기 전의 위치에서 중간상면(600)(결상점)이 형성된다.
여기서, 실시 형태 1에서는, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러져, 중간상면(600)(결상점)이 형성되고, 발산 방향의 궤도로 된 멀티 2차 전자 빔을 전자 렌즈(217)에 의해 집속 방향으로 궤도를 구부린다. 그때, 전자 렌즈(217)는, 편향기(218)의 편향 지지점에 멀티 2차 전자 빔의 중간상면(601)(결상점)을 형성한다. 이와 같이, 멀티 2차 전자 빔(300)은, 멀티 1차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리되기 전에 전자 렌즈(217)에 의해 굴절되고, 그 결과, 편향기(218)의 편향 지지점에 결상된다. 편향 지지점은, 예를 들어 편향기에 의한 편향 전의 멀티 2차 전자 빔(300)의 중심축 궤도의 연장선과 편향 후의 멀티 2차 전자 빔(300)의 중심축 궤도의 연장선의 교점이다. 이에 의해, 도 4a에 도시한 바와 같이, 편향기(218) 내의 편향 지지점의 위치에 있어서 중심 2차 전자 빔(301)의 빔 직경을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 편향기(218)에서 발생하는 수차를 억제할 수 있다. 따라서, 2차 전자 빔이 편향기(218)를 통과한 후의 전자 렌즈(224)의 렌즈 작업에 의해 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서 빔 직경을 좁힐 수 있어, 각 2차 전자 빔을 분리한 상태에서 멀티 검출기(222)의 검출면에 결상시킬 수 있다. 그 결과, 각 2차 전자 빔을 개별로 검출할 수 있다. 따라서, 편향기(218)의 편향 지지점은, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 된다.
또한, 편향기(218)는, 2차 전자 궤도 중심축을 포함하는 평면으로 나눈 단면이 원호 형상으로 형성되면 적합하다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 2차 전자 궤도 중심축을 포함하는 평면으로 나눈 단면이 직사각 형상으로 형성되어도 상관없다. 실시 형태 1에 있어서, 중심 2차 전자 빔(301)이 통과하는 편향기(218) 내의 중심축의 길이의 정확히 중간점의 위치를 편향 지지점(혹은 편향 중심)으로 한다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 2차 전자량과 에너지의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5에 있어서, 종축은 2차 전자의 양, 횡축은 에너지의 크기를 나타낸다. 기판(101)으로부터는, 다른 에너지를 가진 2차 전자가 방출된다. 2차 전자의 에너지는, 도 5의 예에 있어서, 0<2차 전자<E0의 폭을 갖는다. 실시 형태 1에서는, 도 5에 도시한 에너지 분포 중, 피크를 나타내는 에너지 E의 2차 전자의 결상점이 편향기(218)의 편향 지지점에서 형성되도록 전자 렌즈(217)를 제어한다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 편향 지지점과 검출면 사이의 2차 전자 빔 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에 있어서, 2차 전자는, 자신의 에너지의 크기에 따라서 편향기(218)에 의한 편향량이 변화된다. 도 6의 예에 도시한 바와 같이, 에너지가 작은 2차 전자(301-2)(실선)는, 에너지가 큰 2차 전자(301-1)(점선)보다도 크게 구부러진다. 여기서, 편향기(218)의 편향 지지점과 공액이 아닌 위치에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 에너지의 크기에 의존하여 2차 전자의 궤도가 어긋나므로 상이 흐려져 버린다. 이에 반해, 실시 형태 1에서는, 편향기(218)의 편향 지지점을 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 함으로써, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서 2차 전자는 에너지의 크기에 의존하지 않고 궤도 중심으로 되돌아간다. 따라서, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서 2차 전자 빔의 흐려짐을 억제할 수 있다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 40° 편향의 궤도를 도시하는 도면이다. 도 7의 예에서는, 편향기(218)로 멀티 2차 전자 빔(300)을 예로 들어 40° 편향시키는 경우를 나타내고 있다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 40° 편향으로 검출되는 2차 전자의 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8의 예에서는, 3×3의 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출하는 경우를 나타내고 있다. 편향기(218)의 편향 지지점이, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 되는 위치에 편향기(218)를 배치함으로써, 멀티 2차 전자 빔(300)을 예를 들어 40° 편향시키는 경우에, 도 8에 도시한 바와 같이, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서, 멀티 2차 전자 빔(300)을 분리하여 검출할 수 있다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 50° 편향의 궤도를 도시하는 도면이다. 도 9의 예에서는, 편향기(218)로 멀티 2차 전자 빔(300)을 예를 들어 50° 편향시키는 경우를 나타내고 있다.
도 10은 실시 형태 1에 있어서의 50° 편향으로 검출되는 2차 전자의 분포의 일례를 도시하는 도면이다. 도 10의 예에서는, 3×3의 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출하는 경우를 나타내고 있다. 편향기(218)의 편향 지지점이, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 되는 위치에 편향기(218)를 배치함으로써, 멀티 2차 전자 빔(300)을 예를 들어 50° 편향시키는 경우에, 도 10에 도시한 바와 같이, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서, 멀티 2차 전자 빔(300)을 분리하여 검출할 수 있다.
이상과 같이, 실시 형태 1에서는, 편향기(218)의 편향 지지점이, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 되는 위치에 편향기(218)를 배치함으로써, 편향기(218)에 의한 편향량을 변화시킨 경우에도, 멀티 2차 전자 빔(300)을 분리하여 검출할 수 있다. 또한, 도 7 및 도 9에서는, 편향기(218)의 길이를 변화시킴으로써 편향 각도를 변화시키는 경우를 나타내고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 동일한 길이의 편향기(218)를 사용하여 인가하는 전압을 변화시켜도 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 편향기(218)에 인가하는 전압을 변화시키는 경우에도, 편향기(218)의 편향 지지점이, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 되는 위치에 편향기(218)를 배치함으로써, 멀티 2차 전자 빔(300)을 분리하여 검출할 수 있다.
도 11은 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 멀티 검출기의 검출면에서의 멀티 2차 전자 빔의 빔 직경의 일례를 도시하는 도면이다. 상술한 비교예에서는, 편향기(218)에서의 수차가 커져 버리기 때문에, 멀티 검출기(222)의 검출면에서의 멀티 2차 전자 빔(300)의 각 빔(15)의 빔 직경이 커져 버린다. 그 결과, 도 11에 도시한 바와 같이, 빔(15)끼리가 오버랩되어 버리는 것이 발생할 수 있다. 이에 반해, 실시 형태 1에 의하면, 편향기(218)에서의 수차를 억제할 수 있으므로, 멀티 검출기(222)의 검출면에서의 멀티 2차 전자 빔(300)의 각 빔(14)의 빔 직경을 작게 할 수 있다. 그 결과, 도 11에 도시한 바와 같이, 빔(14)끼리가 오버랩되어 버리는 것을 피할 수 있다. 따라서, 멀티 검출기(222)의 위치에서 2차계를 고분해능으로 할 수 있다(검출면에서의 분리가 가능하다).
이상과 같이, 전자 광학계를 조정한 후에, 피검사 기판의 검사 처리를 행한다.
도 12는 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 도시하는 도면이다. 도 12에 있어서, 반도체 기판(웨이퍼)(101)의 검사 영역(330)에는, 복수의 칩(웨이퍼 다이)(332)이 2차원의 어레이상으로 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.
도 13은 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 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 13의 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. 조사 영역(34)이, 멀티 1차 전자 빔(20)의 시야가 된다. 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 1차 전자 빔(10)은, 담당 서브 조사 영역(29) 내의 동일한 위치를 조사하게 된다. 부편향기(209)(제1 편향기)는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 일괄하여 편향시킴으로써, 패턴이 형성된 기판(101)면 상을 멀티 1차 전자 빔(20)으로 주사한다. 바꿔 말하면, 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.
각 스트라이프 영역(32)의 폭은, 조사 영역(34)의 y 방향 사이즈와 마찬가지로, 혹은 스캔 마진분 좁게 한 사이즈로 설정하면 적합하다. 도 13의 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, 멀티 1차 전자 빔(20)을 구성하는 각 1차 전자 빔(10)은, 자신의 빔이 위치하는 서브 조사 영역(29) 내에 조사되어, 당해 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작)한다. 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 다음의 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)마다 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, 각 직사각형 영역(33) 내의 서브 조사 영역(29)을 더 복수의 프레임 영역(30)으로 분할하여, 프레임 영역(30)마다의 측정 화상이 되는 프레임 화상(31)에 대하여 비교하게 된다. 도 13의 예에서는, 1개의 1차 전자 빔(10)에 의해 스캔되는 서브 조사 영역(29)을 예를 들어 x, y 방향으로 각각 2분할함으로써 형성되는 4개의 프레임 영역(30)으로 분할하는 경우를 나타내고 있다.
여기서, 스테이지(105)가 연속 이동하면서 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101)에 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 시시각각으로 변화된다. 마찬가지로, 서브 조사 영역(29) 내를 스캔하는 경우에, 각 2차 전자 빔의 방출 위치는, 서브 조사 영역(29) 내에서 시시각각으로 변화된다. 이와 같이 방출 위치가 변화된 각 2차 전자 빔을 멀티 검출기(222)의 대응하는 검출 영역 내에 조사시키도록, 예를 들어 편향기(226)는, 멀티 2차 전자 빔(300)을 일괄 편향시킨다. 편향기(226)와는 별도로, 얼라인먼트 코일 등을 2차 전자 광학계 내에 배치하여, 이러한 방출 위치의 변화를 보정시켜도 적합하다.
이상과 같이, 화상 취득 기구(150)는, 스트라이프 영역(32)마다, 스캔 동작을 진행시켜 간다. 상술한 바와 같이, 멀티 1차 전자 빔(20)을 조사하여, 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사에 기인하여 기판(101)으로부터 방출되는 멀티 2차 전자 빔(300)은, 편향기(218) 내에서 중간상면을 형성함과 함께, 편향기(218)로 편향되고, 그 다음에 멀티 검출기(222)로 검출된다. 검출되는 멀티 2차 전자 빔(300)에는, 반사 전자가 포함되어 있어도 상관없다. 혹은, 반사 전자는, 2차 전자 광학계를 이동 중에 발산되어, 멀티 검출기(222)까지 도달하지 않는 경우라도 상관없다. 그리고, 검출된 멀티 2차 전자 빔(300)의 신호에 기초한 2차 전자 화상이 취득된다. 구체적으로는, 멀티 검출기(222)에 의해 검출된 각 서브 조사 영역(29) 내의 화소마다 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 측정 화상 데이터는, 위치 회로(107)로부터의 각 위치를 나타내는 정보와 함께, 비교 회로(108)에 전송된다.
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 도형 패턴의 형상, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장되어 있다.
이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴 데이터가 참조 화상 작성 회로(112)에 입력되면 도형마다의 데이터로까지 전개되어, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타내는 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 모눈 내에 배치되는 패턴으로서 2치 내지는 다치의 설계 패턴 화상 데이터에 전개되어, 출력된다. 바꿔 말하면, 설계 데이터를 읽어들여, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 모눈으로서 가상 분할하여 생긴 모눈마다 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하여, 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) 내에서는, 프레임 영역(30)마다, 피검사 화상이 되는 프레임 화상(31)(제1 화상)과, 당해 프레임 화상에 대응하는 참조 화상(제2 화상)을, 서브 화소 단위로, 위치 정렬한다. 예를 들어, 최소 제곱법으로 위치 정렬을 행하면 된다.
그리고, 비교 회로(108)는, 프레임 화상(31)(제1 화상)과, 참조 화상(제2 화상)을 비교한다. 비교 회로(108)는, 소정의 판정 조건에 따라서 화소(36)마다 양자를 비교하고, 예를 들어 형상 결함과 같은 결함의 유무를 판정한다. 예를 들어, 화소(36)마다의 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 다이-데이터베이스 검사 외에, 동일 기판 상의 다른 장소의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상 데이터끼리를 비교하는 다이-다이 검사를 행해도 적합하다. 혹은, 자기의 측정 화상만을 사용하여 검사해도 상관없다.
도 14는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 도시하는 구성도이다. 도 14에 있어서, 전자 렌즈(217)가, 2차 전자 궤도에 대하여, 빔 세퍼레이터(214)와 편향기(218) 사이에 배치되는 점 이외는, 도 1과 마찬가지이다.
도 15는 실시 형태 1의 변형예에 있어서의 멀티 2차 전자 빔의 궤도의 일례를 도시하는 도면이다. 도 15에 있어서, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의해 집속 방향으로 궤도가 구부러져, 중간상면(600)(결상점)이 형성된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 확산되면서 빔 세퍼레이터(214)로 진행한다. 그리고, 멀티 2차 전자 빔(300)은, 빔 세퍼레이터(214)에 의해 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리되어, 확산되면서 전자 렌즈(217)로 진행한다. 그리고, 발산 방향의 궤도로 된 멀티 2차 전자 빔을 전자 렌즈(217)에 의해 집속 방향으로 궤도를 구부린다. 그때, 전자 렌즈(217)는, 멀티 2차 전자 빔을 편향기(218)의 편향 지지점에 중간상면(601)(결상점)을 형성한다. 이에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이, 편향기(218) 내의 편향 지지점의 위치에 있어서 각 2차 전자 빔의 빔 직경을 작게 할 수 있다. 도 15의 예에서는, 멀티 2차 전자 빔(300) 중 중심 2차 전자 빔(301)의 궤도를 나타내고 있다. 그 때문에, 편향기(218)에서 발생하는 수차를 억제할 수 있다. 따라서, 편향기(218)를 통과한 후의 자기 렌즈(224)의 렌즈 작업에 의해 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서 빔 직경을 좁힐 수 있어, 각 2차 전자 빔을 분리한 상태에서 멀티 검출기(222)의 검출면에 결상시킬 수 있다. 그 결과, 각 2차 전자 빔을 개별로 검출할 수 있다. 따라서, 편향기(218)의 편향 지지점은, 기판(101)면과 멀티 검출기(222)의 검출면에 공액으로 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 검출 광학계에서 발생하는 수차를 저감하여, 검출면에서 멀티 2차 전자 빔의 각 2차 전자 빔을 분리할 수 있다. 따라서, 빔간 피치를 좁게 할 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(각각의 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), 및 참조 화상 작성 회로(112) 등은, 상술한 적어도 하나의 처리 회로로 구성되어도 된다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자 렌즈(217)는, 정전 렌즈여도 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 멀티전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티전자 빔 화상 취득 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
다른 장점이나 변경 사항은 본원의 기술 분야에 숙련된 자에게는 용이하게 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 보다 넓은 범위로 보면, 본 명세서에 제시 및 기술된 특정 세부 사항 및 대표적인 실시예들로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 이하의 청구범위에 의해 한정된 발명의 개념의 정신 및 범주와 그 균등의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 기판을 적재하는 스테이지와,
    멀티 1차 전자 빔을 사용하여, 상기 기판에 상기 멀티 1차 전자 빔을 결상하는 대물 렌즈와,
    전계를 형성하는 2극 이상의 전극과 자계를 형성하는 2극 이상의 자극을 갖고, 형성되는 상기 전계와 상기 자계에 의해, 상기 멀티 1차 전자 빔으로 상기 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 상기 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 분리기와,
    분리된 상기 멀티 2차 전자 빔을 편향시키는 편향기와,
    상기 대물 렌즈와 상기 편향기 사이에 배치되며, 상기 멀티 2차 전자 빔을 상기 편향기의 편향 지지점에 결상하는 렌즈와,
    편향된 상기 멀티 2차 전자 빔을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편향기의 편향 지지점은, 상기 기판의 면과 상기 검출기의 검출면에 공액으로 되는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 대물 렌즈와 상기 분리기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 분리기와 상기 편향기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편향기는, 상기 분리기에 의해 분리된 상기 멀티 2차 전자 빔의 중심축 궤도의 방향을 상기 검출기로 향하도록 상기 멀티 2차 전자 빔을 편향시키고,
    상기 렌즈는, 상기 분리기에 의해 분리된 상기 멀티 2차 전자 빔을 상기 편향기의 편향 지지점에 결상하는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈는, 추가로, 상기 멀티 1차 전자 빔을 굴절시키는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈에 의해 굴절된 상기 멀티 1차 전자 빔은, 확산되면서 상기 대물 렌즈에 입사하는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 장치.
  8. 대물 렌즈를 사용하여, 스테이지 상에 적재되는 기판에 멀티 1차 전자 빔을 결상하고,
    전계를 형성하는 2극 이상의 전극과 자계를 형성하는 2극 이상의 자극을 갖는 분리기를 사용하여, 형성되는 상기 전계와 상기 자계에 의해, 상기 멀티 1차 전자 빔으로 상기 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 상기 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하고,
    편향기를 사용하여 분리된 상기 멀티 2차 전자 빔을 편향시키고,
    상기 대물 렌즈와 상기 편향기 사이에 배치되는 렌즈를 사용하여, 상기 멀티 2차 전자 빔을 상기 편향기의 편향 지지점에 결상하고,
    편향된 상기 멀티 2차 전자 빔을 검출기로 검출하고, 검출된 상기 멀티 2차 전자 빔의 신호에 기초하는 2차 전자 화상의 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 편향기의 편향 지지점은, 상기 기판의 면과 상기 검출기의 검출면에 공액으로 되는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멀티 2차 전자 빔은, 상기 멀티 1차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리되기 전에 상기 렌즈에 의해 굴절된 결과, 상기 편향기의 편향 지지점에 결상하는 것을 특징으로 하는, 멀티 빔 화상 취득 방법.
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