KR20220114007A - 멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법 - Google Patents

멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법 Download PDF

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KR20220114007A
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리키 오가와
료이치 히라노
신지 스기하라
히로무 이노우에
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 양태의 멀티 전자 빔 검사 장치(100)는, 멀티 1차 전자 빔(20)이 시료(105)에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔(300) 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 복수의 검출 센서를 갖는 멀티 검출기(222)와, 시료에 형성된 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 각 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터를 작성하는 참조 화상 데이터 작성 회로(112)와, 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사되는 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 합성하는 합성 회로(132)와, 합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교하는 비교 회로(108)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법
본 출원은, 2020년 4월 6일에 일본에 출원된 JP2020-068594(출원 번호)를 기초 출원으로 하는 우선권을 주장하는 출원이다. JP2020-068594에 기재된 내용은, 본 출원에 포함된다.
본 발명은, 멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 전자선에 의한 멀티 빔을 조사하여 방출되는 패턴의 2차 전자 화상을 사용하여 검사하는 검사 장치에 관한 것이다.
근년, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 점점 좁아지고 있다. 그리고, 많은 제조 비용이 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 없어서는 안된다. 그러나, 1기가비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)으로 대표되는 바와 같이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브마이크론 내지 나노미터의 오더로 되어 있다. 근년, 반도체 웨이퍼 위에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 할 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 위에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀도화가 필요해지고 있다. 그 밖에, 수율을 저하시키는 큰 요인의 하나로서, 반도체 웨이퍼 위에 초미세 패턴을 포토리소그래피 기술로 노광, 전사할 때 사용되는 마스크의 패턴 결함을 들 수 있다. 그 때문에, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀도화가 필요해지고 있다.
검사 방법으로서는, 반도체 웨이퍼나 리소그래피 마스크 등의 기판 위에 형성되어 있는 패턴을 촬상한 측정 화상과, 설계 데이터, 혹은 기판 위의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 패턴 검사 방법으로서, 동일 기판 위의 다른 장소의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상 데이터끼리를 비교하는 「die to die(다이-다이) 검사」나, 패턴 설계된 설계 데이터를 기초로 설계 화상 데이터(참조 화상)를 생성하고, 이것과 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 따라 비교하여, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음이라고 판정한다.
상술한 패턴 검사 장치에는, 레이저광을 검사 대상 기판에 조사하여, 이 투과상 혹은 반사상을 촬상하는 장치 외에, 검사 대상 기판상을 1차 전자 빔으로 주사(스캔)하고, 1차 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 전자 빔을 사용한 장치의 개발도 진행되고 있다. 멀티 전자 빔을 사용한 검사 장치에서는, 멀티 1차 전자 빔의 각 빔의 조사에 기인하는 2차 전자를 검출하는 센서를 배치하여, 빔마다의 화상을 취득한다. 그러나, 멀티 1차 전자 빔을 동시에 조사하기 위해, 빔마다의 센서에 다른 빔의 2차 전자가 혼입되는, 소위 크로스토크가 발생해 버린다는 문제가 있었다. 크로스토크는 노이즈 요인이 되어, 측정 화상의 화상 정밀도를 열화시켜 버리고, 나아가서는 검사 정밀도를 열화시켜 버린다. 크로스토크를 회피하기 위해서는, 시료면 위에서의 1차 전자 빔의 전자 에너지를 작게 하는 것 등이 필요해지지만, 이에 의해 발생할 2차 전자수가 감소해 버린다. 이 때문에, 원하는 화상 정밀도에 필요한 2차 전자수를 얻기 위해 조사 시간을 길게 하는 것이 필요해져 스루풋이 열화되어 버린다.
여기서, 복수의 2차 전자 빔간의 크로스토크를 없애기 위해 1차 전자 빔간의 간격을 2차 광학계의 수차보다도 크게 한다는 방법이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2002-260571호 공보
그래서, 본 발명의 일 양태는, 빔마다의 센서에 다른 빔의 2차 전자가 혼입되는, 소위 크로스토크가 발생하는 경우라도 고정밀도로 검사 가능한 검사 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 전자 빔 검사 장치는,
패턴이 형성된 시료를 적재하는 스테이지와,
멀티 1차 전자 빔을 시료에 조사하는 1차 전자 광학계와,
멀티 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 복수의 검출 센서를 갖는 멀티 검출기와,
시료에 형성된 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 각 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터를 작성하는 참조 화상 데이터 작성 회로와,
1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사되는 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 합성하는 합성 회로와,
합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교하는 비교 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태의 멀티 전자 빔 검사 방법은,
멀티 1차 전자 빔을 패턴이 형성된 시료에 조사하고,
멀티 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 복수의 검출 센서를 갖는 멀티 검출기를 사용하여, 멀티 1차 전자 빔이 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 검출하고, 검출된 값에 기초한 검출 센서마다의 2차 전자 화상 데이터를 취득하고,
시료에 형성된 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 각 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터를 작성하고,
1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사되는 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 합성하고,
합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교하여, 결과를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 빔마다의 센서에 다른 빔의 2차 전자가 혼입되는, 소위 크로스토크가 발생하는 경우라도 고정밀도로 검사를 할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 1차 전자 빔 1개당 2차 전자 빔의 확산의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 실시 형태 1에 있어서의 서브 조사 영역의 주사와, 측정되는 2차 전자 강도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 2차 전자 강도 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 게인 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 형태 1에 있어서의 각 게인값의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시 형태 1에 있어서의 합성 참조 화상의 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다.
[실시 형태 1]
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치(100)의 구성의 일례를 나타내는 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)(2차 전자 화상 취득 기구) 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), 전자 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 빔 선택 애퍼처 기판(219), 전자 렌즈(205), 일괄 블랭킹 편향기(212), 제한 애퍼처 기판(213), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 주편향기(208), 부편향기(209), 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 전자 렌즈(224), 전자 렌즈(226) 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다. 도 1의 예에 있어서, 전자총(201), 전자 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 빔 선택 애퍼처 기판(219), 전자 렌즈(205), 일괄 블랭킹 편향기(212), 제한 애퍼처 기판(213), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 주편향기(208) 및 부편향기(209)는, 멀티 1차 전자 빔을 기판(101)에 조사하는 1차 전자 광학계를 구성한다. 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 전자 렌즈(224) 및 전자 렌즈(226)는, 멀티 2차 전자 빔을 멀티 검출기(222)에 조사하는 2차 전자 광학계를 구성한다.
검사실(103) 내에는, 적어도 XYZ방향으로 이동 가능한 스테이지(105)가 배치된다. 스테이지(105) 위에는, 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 위에 복수회 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 들어 패턴 형성면을 상측을 향하게 하여 스테이지(105)에 배치된다. 또한, 스테이지(105) 위에는, 검사실(103)의 외부에 배치된 레이저 측장 시스템(122)으로부터 조사되는 레이저 측장용의 레이저광을 반사하는 미러(216)가 배치되어 있다. 멀티 검출기(222)는 전자 빔 칼럼(102)의 외부에서 검출 회로(106)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), 2차 전자 강도 측정 회로(129), 게인 연산 회로(130), 합성 회로(132), 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) 앰프(144, 146, 148)에 접속된다. DAC 앰프(146)는 주편향기(208)에 접속되고, DAC 앰프(144)는 부편향기(209)에 접속된다. DAC 앰프(148)는 편향기(218)에 접속된다.
또한, 검출 회로(106)는, 칩 패턴 메모리(123) 및 2차 전자 강도 측정 회로(129)에 접속된다. 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 X방향, Y방향, θ방향으로 구동하는 3축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계가 구성되어, XYθ방향으로 스테이지(105)가 이동 가능하게 되어 있다. 이들, 도시하지 않은 X모터, Y모터, θ모터는, 예를 들어 스텝 모터를 사용할 수 있다. 스테이지(105)는, XYθ 각 축의 모터에 의해 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 또한, 구동 기구(142)에서는, 예를 들어 피에조 소자 등을 사용하여, Z방향(높이 방향)으로 스테이지(105)를 이동 가능하게 제어하고 있다. 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 빔의 광축(전자 궤도 중심축)에 직교하는 면에 대하여, X방향, Y방향, θ방향이 설정된다.
전자 렌즈(202), 전자 렌즈(205), 전자 렌즈(206), 전자 렌즈(207)(대물 렌즈), 전자 렌즈(224), 전자 렌즈(226) 및 빔 세퍼레이터(214)는, 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 또한, 일괄 블랭킹 편향기(212)는, 2극 이상의 전극에 의해 구성되고, 전극마다 도시하지 않은 DAC 앰프를 통해 블랭킹 제어 회로(126)에 의해 제어된다. 부편향기(209)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되고, 전극마다 DAC 앰프(144)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 주편향기(208)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되고, 전극마다 DAC 앰프(146)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다. 편향기(218)는, 4극 이상의 전극에 의해 구성되고, 전극마다 DAC 앰프(148)를 통해 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다.
또한, 빔 선택 애퍼처 기판(219)은, 예를 들어 중심부에 빔 1개분이 통과 가능한 통과 구멍이 형성되고, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 멀티 1차 전자 빔의 궤도 중심축(광축)에 직교하는 방향(2차원 방향)으로 이동 가능하게 구성된다.
전자총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되어, 전자총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트(캐소드)와 인출 전극(애노드) 사이로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 별도의 인출 전극(웨넬트)의 전압의 인가와 소정의 온도의 캐소드의 가열에 의해, 캐소드로부터 방출된 전자군이 가속되어, 전자 빔(200)으로 되어 방출된다.
여기서, 도 1에서는, 실시 형태 1을 설명하기 위해 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 나타내는 개념도이다. 도 2에 있어서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 2차원 형상의 가로(x방향) m1열×세로(y방향) n1단(m1, n1은, 한쪽이 2 이상의 정수, 다른 쪽이 1 이상의 정수)의 구멍(개구부)(22)이 x, y방향으로 소정의 배열 피치로 형성되어 있다. 도 2의 예에서는, 23×23의 구멍(개구부)(22)이 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 각 구멍(22)은, 이상적으로는 모두 동일한 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 이상적으로는 동일한 외경의 원형이어도 상관없다. 이들 복수의 구멍(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, m1×n1개(＝N개)의 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성되게 된다.
이어서, 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 나타낸 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. 통상의 화상 취득 시에 있어서, 빔 선택 애퍼처 기판(219)은, 멀티 1차 전자 빔(20)에 간섭하지 않은 위치로 후퇴되어 있다.
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 크로스오버 위치에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 전자 렌즈(207)(대물 렌즈)로 진행된다. 그리고, 전자 렌즈(207)는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 기판(101)에 포커스(합초(合焦))한다. 전자 렌즈(대물 렌즈)(207)에 의해 기판(101)(시료)면 위에 초점이 맞추어진(합초된) 멀티 1차 전자 빔(20)은, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의해 일괄하여 편향되어, 각 빔의 기판(101) 위의 각각의 조사 위치에 조사된다. 또한, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해, 멀티 1차 전자 빔(20) 전체가 일괄하여 편향된 경우에는, 제한 애퍼처 기판(213)의 중심의 구멍으로부터 위치가 어긋나, 제한 애퍼처 기판(213)에 의해 차폐된다. 한편, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 편향되지 않은 멀티 1차 전자 빔(20)은, 도 1에 나타낸 바와 같이 제한 애퍼처 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 애퍼처 기판(213)은, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 빔 OFF의 상태로 되도록 편향된 멀티 1차 전자 빔(20)을 차폐한다. 그리고, 빔 ON으로 되고 나서 빔 OFF로 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 기판(213)을 통과한 빔군에 의해, 검사용(화상 취득용)의 멀티 1차 전자 빔(20)이 형성된다.
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 통해, 빔 세퍼레이터(214)로 진행된다.
여기서, 빔 세퍼레이터(214)는 멀티 1차 전자 빔(20)의 중심 빔이 진행되는 방향(전자 궤도 중심축)에 직교하는 면 위에 있어서 전계와 자계를 직교하는 방향으로 발생시킨다. 전계는 전자의 진행 방향에 관계없이 동일한 방향으로 힘을 미치게 한다. 이에 비해, 자계는 플레밍 왼손의 법칙에 따라 힘을 미치게 한다. 이 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 어느 쪽이든 동일한 방향으로 작용하여, 멀티 2차 전자 빔(300)은 비스듬히 상방으로 구부러져, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된다.
비스듬히 상방으로 구부러져, 멀티 1차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2차 전자 빔(300)은, 편향기(218)에 의해 다시 구부러져, 전자 렌즈(224, 226)에 의해 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 멀티 검출기(222)는, 투영된 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)에는, 반사 전자 및 2차 전자가 투영되어도 되고, 반사 전자는 도중에 발산되어 버리고 남은 2차 전자가 투영되어도 된다. 멀티 검출기(222)는, 후술하는 2차원 센서를 갖는다. 그리고, 멀티 2차 전자 빔(300)의 각 2차 전자가 2차원 센서의 각각 대응하는 영역에 충돌하여, 전자를 발생시켜, 2차 전자 화상 데이터를 화소마다 생성한다. 바꿔 말하면, 멀티 검출기(222)에는, 멀티 1차 전자 빔(20)의 1차 전자 빔(10i)(i는, 인덱스를 나타낸다. 23×23개의 멀티 1차 전자 빔(20)이라면, i＝1 내지 529)마다, 검출 센서가 배치된다. 그리고, 각 1차 전자 빔(10i)의 조사에 의해 방출된 대응하는 2차 전자 빔을 검출한다. 따라서, 멀티 검출기(222)의 복수의 검출 센서의 각 검출 센서는, 각각 담당하는 1차 전자 빔(10i)의 조사에 기인하는 화상용의 2차 전자 빔의 강도 신호를 검출하게 된다. 멀티 검출기(222)로 검출된 강도 신호는, 검출 회로(106)에 출력된다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 기판(101)이 반도체 기판(웨이퍼)인 경우, 반도체 기판(웨이퍼)의 검사 영역(330)에는, 복수의 칩(웨이퍼 다이)(332)이 2차원의 어레이 형상으로 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. 각 칩(332)의 영역은, 예를 들어 y방향을 향해 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, －x방향으로 스테이지(105)를 이동시키면서, 상대적으로 x방향으로 스트라이프 영역(32)의 스캔 동작을 진행시켜 간다. 각 스트라이프 영역(32)은, 길이 방향을 향해 복수의 프레임 영역(33)으로 분할된다. 대상이 되는 프레임 영역(33)으로의 빔의 이동은, 주편향기(208)에 의한 멀티 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의해 행해진다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 빔의 스캔 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 예에서는, 5×5열의 멀티 1차 전자 빔(20)의 경우를 나타내고 있다. 1회의 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사에서 조사 가능한 조사 영역(34)은, (기판(101)면 위에 있어서의 멀티 1차 전자 빔(20)의 x방향의 빔간 피치에 x방향의 빔수를 곱한 x방향 사이즈)×(기판(101)면 위에 있어서의 멀티 1차 전자 빔(20)의 y방향의 빔간 피치에 y방향의 빔수를 곱한 y방향 사이즈)로 정의된다. 각 스트라이프 영역(32)의 폭은, 조사 영역(34)의 y방향 사이즈와 마찬가지로, 혹은 스캔 마진만큼 좁게 한 사이즈로 설정하면 적합하다. 도 3 및 도 4의 예에서는, 조사 영역(34)이 프레임 영역(33)과 동일한 사이즈인 경우를 나타내고 있다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 조사 영역(34)이 프레임 영역(33)보다도 작아도 된다. 혹은 커도 상관없다. 그리고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 각 빔은, 자신의 빔이 위치하는 x방향의 빔간 피치와 y방향의 빔간 피치로 둘러싸이는 서브 조사 영역(29) 내에 조사되어, 당해 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작)한다. 멀티 1차 전자 빔(20)을 구성하는 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, 하나의 1차 전자 빔(10)으로 하나의 서브 조사 영역(29) 내를 차례로 조사해 간다. 그리고, 하나의 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 프레임 영역(33)으로 이동한다. 이러한 동작을 반복하여, 스트라이프 영역(32) 내를 차례로 조사해 간다. 하나의 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 위치가 다음의 스트라이프 영역(32)으로 이동한다. 이상과 같이 각 1차 전자 빔(10i)의 조사에 의해 서브 조사 영역(29)마다의 2차 전자 화상이 취득된다. 이들 서브 조사 영역(29)마다의 2차 전자 화상을 조합함으로써, 프레임 영역(33)의 2차 전자 화상, 스트라이프 영역(32)의 2차 전자 화상, 혹은 칩(332)의 2차 전자 화상이 구성된다.
또한, 예를 들어 x방향으로 배열되는 복수의 칩(332)을 동일한 그룹으로 하고, 그룹마다 예를 들어 y방향을 향해 소정의 폭으로 복수의 스트라이프 영역(32)으로 분할되도록 해도 적합하다. 그리고, 스트라이프 영역(32) 사이의 이동은, 칩(332)마다 한정되는 것은 아니고, 그룹마다 행해도 적합하다.
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. 이 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. 이렇게 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 편향한다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 1차 전자 빔 1개당 2차 전자 빔의 확산의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5의 예에서는, 5×5열의 멀티 1차 전자 빔(20)의 경우를 나타내고 있다. 멀티 검출기(222)에는, 멀티 1차 전자 빔(20)의 수에 따른 복수의 검출 센서(223)가 2차원 형상으로 배치된다. 복수의 검출 센서(223)는, 멀티 1차 전자 빔(20)이 기판(101)에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔(300) 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔(10)이 기판(101)에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔(12)을 검출하기 위한 센서이다. 그러나, 검사 장치(100)를 사용한 검사 처리에 원하는 스루풋을 얻기 위해서는, 스루풋에 따른 전자 에너지로 기판(101)을 조사할 필요가 있다. 이 경우에, 1차 전자 빔(10)마다의 검출 센서(223)에 다른 1차 전자 빔(10)의 2차 전자가 혼입되는, 소위 크로스토크가 발생해 버린다는 문제가 있었다. 도 5의 예에서는, 좌측으로부터 2열째, 하부로부터 4단째의 검출 센서(223)에 입사되어야 할 2차 전자 빔(12)이 퍼져, 일부의 2차 전자가 주위의 다른 검출 센서(223)에 혼입되어 버리는 상태를 나타내고 있다. 당해 1차 전자 빔(10)용으로 미리 설정된 검출 센서(223)에 당해 1차 전자 빔(10)의 조사에 기인하는 2차 전자 빔(12)의 대부분은 입사되기는 하지만, 일부의 2차 전자는 주위의 다른 빔용의 검출 센서(223)에 입사된다. 멀티 1차 전자 빔(20)의 기판(101) 위에서의 전자 에너지가 커질수록, 2차 전자의 분포는 퍼져 버린다. 멀티 빔에서의 스캔 동작에서는, 멀티 1차 전자 빔(20)을 동시에 조사하기 위해, 빔마다의 검출 센서(223)로 검출된 2차 전자 데이터에는, 다른 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 정보도 포함되어 버린다. 이러한 크로스토크는 노이즈 요인으로 되어, 측정 화상의 화상 정밀도를 열화시켜 버린다.
한편, 측정 화상을 검사할 때 사용하는 비교 대상이 되는 참조 화상은, 예를 들어 기판(101)에 형성된 도형 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여 작성된다. 따라서, 크로스토크상이 포함된 측정 화상(피검사 화상: 2차 전자 화상)과, 설계 데이터에 기초하여 작성된 참조 화상을 비교하면, 결함이 아님에도 불구하고, 화상에 차이가 있기 때문에 결함으로서 판정해 버리는, 소위 의사 결함이 발생할 수 있다. 이와 같이, 크로스토크는, 검사 정밀도를 열화시켜 버린다. 크로스토크를 회피하기 위해서는, 기판(101)면 위에서의 1차 전자 빔(10)의 전자 에너지를 작게 하는 것 등이 필요해지지만, 이에 의해 발생할 2차 전자수가 감소해 버린다. 이 때문에, 원하는 화상 정밀도에 필요한 2차 전자수를 얻기 위해 조사 시간을 길게 하는 것이 필요해져 스루풋이 열화되어 버린다. 그래서, 실시 형태 1에서는, 크로스토크를 회피하는 것이 아니라, 반대로, 참조 화상을 구성하는 각 화소의 참조 화상 데이터에 크로스토크 성분과 동등한 정보를 합성하여, 참조 화상을 열화된 측정 화상에 맞추고 나서 비교한다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법의 주요부 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 있어서, 실시 형태 1에 있어서의 검사 방법은, 2차 전자 강도 측정 공정(S102)과, 게인 연산 공정(S104)과, 2차 전자 화상 취득 공정(S106)과, 참조 화상 작성 공정(S110)과, 합성 공정(S112)과, 위치 정렬 공정(S120)과, 비교 공정(S122)이라는 일련의 공정을 실시한다.
2차 전자 강도 측정 공정(S102)으로서, 2차 전자 강도 측정 회로(129)는, 멀티 1차 전자 빔(20)의 1차 전자 빔(10)마다, 멀티 검출기(222)에 있어서의 각 검출 센서(223)로 검출되는 2차 전자 강도를 측정한다. 구체적으로는 이하와 같이 동작한다. 우선은, 빔 선택 애퍼처 기판(219)을 이동시켜, 멀티 1차 전자 빔(20) 중, 빔 선택 애퍼처 기판(219)의 통과 구멍을 통과시킬 1개의 1차 전자 빔(10)을 선택한다. 다른 1차 전자 빔(10)은 빔 선택 애퍼처 기판(219)에 의해 차폐된다. 그리고 이러한 1개의 1차 전자 빔(10)을 사용하여, 서브 조사 영역(29) 내를 주사한다. 주사의 방법은, 상술한 바와 같이, 부편향기(209)에 의한 편향에 의해 1차 전자 빔(10)의 조사 위치(화소)를 차례로 이동시킨다. 여기서는, 동일한 1차 전자 빔의 조사에 의한 각 검출 센서(223)로 검출되는 2차 전자 강도의 차이를 알 수 있으면 되므로, 예를 들어 패턴이 형성되어 있지 않은 평가 기판에 1차 전자 빔(10)을 조사하면 된다. 이렇게 패턴이 형성되어 있지 않은 평가 기판으로 함으로써, 서브 조사 영역마다의 특성이 균일해진다는 효과가 얻어진다. 단, 패턴이 형성된 평가 기판을 사용해도 상관없다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 서브 조사 영역의 주사와, 측정되는 2차 전자 강도를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서는, 예를 들어 N×N개의 멀티 1차 전자 빔(20) 중, 빔(1)으로 서브 조사 영역(29) 내를 주사하는 경우를 나타내고 있다. 서브 조사 영역(29)은, 예를 들어 n×n화소의 사이즈로 구성된다. 예를 들어, 1000×1000화소로 구성된다. 화소 사이즈로서, 예를 들어 1차 전자 빔(10)의 빔 사이즈와 동 사이즈 정도로 구성되면 적합하다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니다. 화소 사이즈가 1차 전자 빔(10)의 빔 사이즈보다도 작아도 상관없다. 혹은, 화상의 해상도가 낮아지지만, 화소 사이즈가 1차 전자 빔(10)의 빔 사이즈보다도 커도 상관없다. 빔(1)으로 각 화소를 차례로 조사하면, 각 화소로의 빔(1)의 조사에 기인하는 2차 전자 빔이, 멀티 검출기(222)의 빔(1)용의 검출 센서(223)에 의해 차례로 검출된다. 2차 전자 빔의 분포가 도 5에 나타낸 바와 같이 대상 빔용의 검출 센서(223)의 영역보다도 퍼져 있으면, 동시에, 다른 빔용의 검출 센서(223)에 의해도 차례로 검출될 수 있다. 멀티 검출기(222)로 검출된 강도 신호는, 측정순으로 검출 회로(106)에 출력된다. 검출 회로(106) 내에서는, 도시하지 않은 A/D 변환기에 의해, 아날로그의 검출 데이터가 디지털 데이터로 변환되어, 2차 전자 강도 측정 회로(129)에 출력된다. 2차 전자 강도 측정 회로(129)는, 입력된 강도 신호를 사용하여, 각 화소의 2차 전자 강도 i(1, 1) 내지 i(n, n)를 요소로 하는 맵으로 구성되는 2차 전자 강도 I(1, 1)를 측정한다. 각 화소의 2차 전자 강도 i(a, b)의 (a, b)는 각 화소의 좌표를 나타낸다. a＝1 내지 n, b＝1 내지 n의 어느 값이 된다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 2차 전자 강도 맵의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 2차 전자 강도 맵의 요소가 되는 2차 전자 강도 I(A, B)의 A는 빔 번호, B는 검출 센서 번호를 나타낸다. A＝1 내지 N, B＝1 내지 N의 어느 값이 된다. 빔(1)을 사용하여 빔(1)용의 서브 조사 영역(29) 내를 주사함으로써, 2차 전자 강도 I(1, 1) 내지 I(1, N)를 측정할 수 있다. 빔 선택 애퍼처 기판(219)을 이동시켜, 대상의 1차 전자 빔(10)을 차례로 선택함으로써, 예를 들어 빔(2)을 사용하여 2차 전자 강도 I(2, 1) 내지 I(2, N)를 측정할 수 있고, 빔(3)을 사용하여 2차 전자 강도 I(3, 1) 내지 I(3, N)를 측정할 수 있다. 마찬가지로 각 1차 전자 빔(10)을 사용하여 측정함으로써, 2차 전자 강도 측정 회로(129)는, 서브 조사 영역(29) 단위(1차 전자 빔 단위)의 2차 전자 강도 I(1, 1) 내지 I(N, N)를 측정할 수 있다. 측정된 2차 전자 강도 I(1, 1) 내지 I(N, N)의 정보는, 게인 연산 회로(130)에 출력된다.
게인 연산 공정(S104)으로서, 게인 연산 회로(130)는, 검출 센서(223)마다, 또한 1차 전자 빔(10)마다 게인값을 연산한다. 구체적으로는, 게인 연산 회로(130)는, 게인값으로서, 당해 1차 전자 빔(10)의 조사에 기인하는 2차 전자 빔(12)을 검출하기 위한 검출 센서(223)로 검출되는 당해 1차 전자 빔(10)의 조사에 기인하는 2차 전자 빔(12)의 강도값에 대한 동일한 검출 센서(223)로 검출되는 다른 1차 전자 빔(10)에 기인하는 2차 전자 빔(12)의 강도값의 비율을 연산한다.
도 9는, 실시 형태 1에 있어서의 게인 맵의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9에 있어서, 게인값 G(A, B)의 A는 빔 번호, B는 검출 센서 번호를 나타낸다. A＝1 내지 N, B＝1 내지 N의 어느 값이 된다. 빔 k(1차 전자 빔)용의 검출 센서 k에서의 빔 m(1차 전자 빔)의 게인값 G(m, k)는, 이하의 식 (1)로 정의된다.
Figure pct00001
검출 센서(223)마다, 또한 1차 전자 빔(10)마다 게인값을 연산함으로써, 도 9에 나타낸 바와 같이, 게인값 G(1, 1) 내지 G(N, N)를 취득할 수 있다. 그리고 이러한 게인값 G(1, 1) 내지 G(N, N)를 요소로 하는 게인 맵을 작성할 수 있다. 또한, 빔 번호와 검출 센서 번호가 동일한 게인값 G(1, 1), G(2, 2), …, G(N, N)에 대해서는, 식 (1)로부터도 명확한 바와 같이, 모두 1이 되기 때문에, 연산을 생략해도 상관없다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 각 게인값의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 각 2차 전자 강도 I(1, 1) 내지 I(N, N)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 각각 각 화소의 2차 전자 강도 i(1, 1) 내지 i(n, n)를 요소로 하는 맵으로 구성되기 때문에, 도 10에 나타낸 바와 같이, 각 게인값 G(1, 1) 내지 G(N, N)에 대해서도 각각 각 화소의 게인값 g(1, 1) 내지 g(n, n)를 요소로 하는 맵으로 구성된다. 바꿔 말하면, 화소마다 게인값이 다를 수 있다. 작성된 게인 맵은, 기억 장치(109)에 저장된다.
이상의 공정을 전처리로서 실시한 후, 피검사 대상의 기판(101)을 스테이지(105) 위에 배치하여, 실제의 검사 처리를 행한다.
2차 전자 화상 취득 공정(S106)으로서, 화상 취득 기구(150)는, 스테이지(105)를 등속 이동시키면서, 복수의 도형 패턴이 형성된 기판(101)에 멀티 1차 전자 빔(20)을 조사하고, 멀티 1차 전자 빔(20)의 조사에 기인하여 기판(101)으로부터 방출되는 멀티 2차 전자 빔(300)을 검출하여, 서브 조사 영역(29)마다의 도형 패턴의 2차 전자 화상을 취득한다. 상술한 바와 같이, 멀티 검출기(222)에는, 반사 전자 및 2차 전자가 투영되어도 되고, 반사 전자는 도중에 발산되어 버리고 남은 2차 전자가 투영되어도 된다.
화상의 취득은, 상술한 바와 같이, 멀티 1차 전자 빔(20)을 조사하여, 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 화소마다의 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)로 전송된다. 여기서 얻어진 화소마다의 2차 전자 화상 데이터에는, 크로스토크상 성분이 포함된 상태인 것은 물론이다.
참조 화상 작성 공정(S110)으로서, 참조 화상 작성 회로(112)(참조 화상 데이터 작성부)는, 기판(101)에 형성된 복수의 도형 패턴의 원인이 되는 설계 데이터에 기초하여, 마스크 다이 화상에 대응하는 참조 화상을 작성한다. 바꿔 말하면, 참조 화상 작성 회로(112)는, 각 1차 전자 빔이 조사한 화소(위치)의 참조 화상 데이터를 작성한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 먼저, 기억 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통해 설계 패턴 데이터를 읽어내고, 이 읽어낸 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 것이고, 예를 들어 도형의 기준 위치에 있어서의 좌표(x, y), 변의 길이, 직사각형이나 삼각형 등의 도형종을 구별하는 식별자가 되는 도형 코드 등의 정보로 각 패턴 도형의 형, 크기, 위치 등을 정의한 도형 데이터가 저장되어 있다.
이러한 도형 데이터가 되는 설계 패턴 데이터가 참조 화상 작성 회로(112)에 입력되면 도형마다의 데이터에까지 전개하여, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타내는 도면형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 격자 무늬 내에 배치되는 패턴으로서 2치 내지는 다치의 설계 패턴 화상 데이터에 전개하여, 출력한다. 바꿔 말하면, 설계 데이터를 읽어들이고, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 격자 무늬로서 가상 분할하여 생긴 격자 무늬마다 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하여, n비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들어, 하나의 격자 무늬를 1화소로 하여 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 격자 무늬(검사 화소)는 측정 데이터의 화소에 맞추면 된다.
이어서, 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 합성 회로(132)에 출력된다.
합성 공정(S112)으로서, 합성 회로(132)(합성부)는, 1차 전자 빔(10)마다, 당해 1차 전자 빔(10)이 조사된 화소(위치)의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔(10)과는 다른 1차 전자 빔이 조사된 화소(위치)의 참조 화상 데이터의 일부를 합성한다. 구체적으로는, 합성 회로(132)는, 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터의 값에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 값에, 이러한 다른 1차 전자 빔용의 게인값을 곱한 값을 합성한다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 합성 참조 화상의 작성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 있어서, 예를 들어 「Gain(1, 2)」은, 「게인값 G(1, 2)」를 나타낸다. 빔 1(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 S1에, 다른 각 빔 2 내지 N(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 S2 내지 SN에 각각의 게인값 G(2, 1) 내지 G(N, 1)를 곱한 값을 가산함으로써, 합성 참조 화상 S1'을 작성한다. 마찬가지로, 빔 2(1차 전자 빔(10))가 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 S2에, 다른 각 빔 1, 3 내지 N(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 S1, S3 내지 SN에 각각의 게인값 G(1, 2), G(3, 2) 내지 G(N, 2)를 곱한 값을 가산함으로써, 합성 참조 화상 S2'을 작성한다. 이하, 마찬가지로, 빔 N(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 SN에, 다른 각 빔 1 내지 N-1(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 참조 화상 S1 내지 S(N-1)에 각각의 게인값 G(1, N) 내지 G(N-1, N)를 곱한 값을 가산함으로써, 합성 참조 화상 SN'을 작성한다. 바꿔 말하면, 이하의 식 (2-1) 내지 식 (2-N)으로 정의할 수 있다.
Figure pct00002
이하, 마찬가지로,
Figure pct00003
또한, 상술한 바와 같이, 빔 번호와 검출 센서 번호가 동일한 게인값 G(1, 1), G(2, 2), …, G(N, N)에 대해서는, 모두 1이 되기 때문에, 생략해도 상관없다.
각 합성 참조 화상 S1' 내지 SN'은, 각각 주가 되는 빔(1차 전자 빔(10))이 주사되는 서브 조사 영역(29)의 화상이다. 따라서, 각 합성 참조 화상 S1' 내지 SN'은, 각각 화소마다의 합성 참조 화상 데이터에 의해 구성된다. 작성된 합성 참조 화상의 화소마다의 화상 데이터는 비교 회로(108)에 출력된다.
상술한 예에서는, 각 합성 참조 화상을 작성할 때, 모든 1차 전자 빔의 참조 화상에 각각의 게인값을 곱한 값을 가산하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 5의 예에 나타낸 바와 같이, 크로스토크가 발생하는 범위는, 대상의 빔의 주위의 8 내지 20개 정도분의 검출 센서에 한정되는 경우도 있을 수 있다. 따라서, 모든 1차 전자 빔의 참조 화상에 각각의 게인값을 곱한 값을 연산하지 않고도, 주위의 8 내지 20개분의 1차 전자 빔의 참조 화상에 각각의 게인값을 곱한 값을 연산하면 충분한 경우도 있다. 따라서, 합성 참조 화상 데이터는, 당해 1차 전자 빔(10)이 조사한 위치의 참조 화상 데이터에, 멀티 1차 전자 빔(20)의 빔의 수보다 적은 수의 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 각각 합성함으로써 작성되도록 해도 적합하다. 크로스토크가 발생하는 범위는, 미리 설정해 두면 된다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 비교 회로 내의 구성의 일례를 나타내는 구성도이다. 도 12에 있어서, 비교 회로(108) 내에는, 자기 디스크 장치 등의 기억 장치(52, 56), 위치 정렬부(57) 및 비교부(58)가 배치된다. 위치 정렬부(57) 및 비교부(58) 등의 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(별도의 처리 회로)를 사용해도 된다. 위치 정렬부(57) 및 비교부(58) 내에 필요한 입력 데이터 혹은 연산된 결과는 그때마다 도시하지 않은 메모리, 혹은 메모리(118)에 기억된다.
실시 형태 1에서는, 하나의 1차 전자 빔(10i)의 스캔 동작에 의해 취득되는 서브 조사 영역(29)을 다시 복수의 마스크 다이 영역으로 분할하고, 마스크 다이 영역을 피검사 화상의 단위 영역으로서 사용한다. 또한, 각 마스크 다이 영역은, 화상의 누락이 없도록, 서로 마진 영역이 중첩되도록 구성되면 적합하다.
비교 회로(108) 내에서는, 전송된 측정 화상 데이터(2차 전자 화상 데이터)가, 마스크 다이 영역마다의 마스크 다이 화상(피검사 화상)으로서 기억 장치(56)에 일시적으로 저장된다. 마찬가지로 전송된 합성 참조 화상 데이터가, 마스크 다이 영역마다의 합성 참조 화상으로서 기억 장치(52)에 일시적으로 저장된다.
위치 정렬 공정(S120)으로서, 위치 정렬부(57)는, 피검사 화상이 되는 마스크 다이 화상과, 당해 마스크 다이 화상에 대응하는 합성 참조 화상을 읽어내어, 화소보다 작은 서브 화소 단위로, 양 화상을 위치 정렬한다. 예를 들어, 최소 제곱법으로 위치 정렬을 행하면 된다.
비교 공정(S122)으로서, 비교부(58)는, 마스크 다이 화상(2차 전자 화상)과 합성 참조 화상을 화소마다 비교한다. 바꿔 말하면, 비교부(58)는, 합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서(223)로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교한다. 더 상세히 설명하면, 크로스토크상 성분이 포함된 2차 전자 화상 데이터와, 크로스토크상 성분을 포함하도록 보정된 합성 참조 화상 데이터를 비교한다. 2차 전자 화상 데이터의 정밀도를 높이는 대신에, 참조 화상 데이터의 정밀도를 2차 전자 화상 데이터의 정밀도에 맞추도록 저하시킴으로써도, 의사 결함을 억제한 고정밀도의 결함 검출은 성립된다. 비교부(58)는, 소정의 판정 조건에 따라 화소마다 양자를 비교하여, 예를 들어 형상 결함 등의 결함의 유무를 판정한다. 예를 들어, 화소마다의 계조값 차가 판정 역치 Th보다도 크면 결함이라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 메모리(118)에 출력되거나, 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 빔마다의 센서에 다른 빔의 2차 전자가 혼입되는, 소위 크로스토크가 발생하는 경우라도 고정밀도로 검사를 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(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), 렌즈 제어 회로(124), 블랭킹 제어 회로(126), 편향 제어 회로(128), 2차 전자 강도 측정 회로(129), 게인 연산 회로(130) 및 합성 회로(132)는, 상술한 적어도 하나의 처리 회로로 구성되어도 된다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 도 1의 예에서는, 하나의 조사원이 되는 전자총(201)으로부터 조사된 하나의 빔으로부터 성형 애퍼처 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 필요로 하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요해지는 장치 구성이나 제어 방법을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
멀티 전자 빔 검사 장치 및 멀티 전자 빔 검사 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 전자선에 의한 멀티 빔을 조사하여 방출되는 패턴의 2차 전자 화상을 사용하여 검사하는 검사 장치에 이용할 수 있다.
10: 1차 전자 빔
12: 2차 전자 빔
20: 멀티 1차 전자 빔
22: 구멍
29: 서브 조사 영역
32: 스트라이프 영역
33: 프레임 영역
34: 조사 영역
52, 56: 기억 장치
57: 위치 정렬부
58: 비교부
100: 검사 장치
101: 기판
102: 전자 빔 칼럼
103: 검사실
105: 스테이지
106: 검출 회로
107: 위치 회로
108: 비교 회로
109: 기억 장치
110: 제어 계산기
112: 참조 화상 작성 회로
114: 스테이지 제어 회로
117: 모니터
118: 메모리
119: 프린터
120: 버스
122: 레이저 측장 시스템
123: 칩 패턴 메모리
124: 렌즈 제어 회로
126: 블랭킹 제어 회로
128: 편향 제어 회로
129: 2차 전자 강도 측정 회로
130: 게인 연산 회로
132: 합성 회로
142: 구동 기구
144, 146, 148: DAC 앰프
150: 화상 취득 기구
160: 제어계 회로
200: 전자 빔
201: 전자총
202: 전자 렌즈
203: 성형 애퍼처 어레이 기판
205, 206, 207, 224, 226: 전자 렌즈
208: 주편향기
209: 부편향기
212: 일괄 블랭킹 편향기
213: 제한 애퍼처 기판
214: 빔 세퍼레이터
216: 미러
218: 편향기
219: 빔 선택 애퍼처 기판
222: 멀티 검출기
223: 검출 센서
300: 멀티 2차 전자 빔
330: 검사 영역
332: 칩

Claims (10)

  1. 패턴이 형성된 시료를 적재하는 스테이지와,
    멀티 1차 전자 빔을 상기 시료에 조사하는 1차 전자 광학계와,
    상기 멀티 1차 전자 빔이 상기 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔이 상기 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 복수의 검출 센서를 갖는 멀티 검출기와,
    상기 시료에 형성된 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 각 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터를 작성하는 참조 화상 데이터 작성 회로와,
    상기 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사되는 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 합성하는 합성 회로와,
    상기 합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교하는 비교 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터의 값에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 값에 상기 다른 1차 전자 빔용의 게인값을 곱한 값을 합성하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 게인값으로서, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 상기 센서로 검출되는 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔의 강도값에 대한 상기 센서로 검출되는 상기 다른 1차 전자 빔에 기인하는 2차 전자 빔의 강도값의 비율을 연산하는 게인 연산 회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합성 참조 화상 데이터는, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터에, 상기 멀티 1차 전자 빔의 수보다 적은 수의 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 각각 합성함으로써 작성되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 합성 참조 화상 데이터는, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터에, 상기 당해 1차 전자 빔의 주위의 복수의 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 각각 합성함으로써 작성되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 장치.
  6. 멀티 1차 전자 빔을 패턴이 형성된 시료에 조사하고,
    상기 멀티 1차 전자 빔이 상기 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔 중, 각각 미리 설정된 1차 전자 빔이 상기 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 복수의 검출 센서를 갖는 멀티 검출기를 사용하여, 상기 멀티 1차 전자 빔이 상기 시료에 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2차 전자 빔을 검출하고, 검출된 값에 기초한 검출 센서마다의 2차 전자 화상 데이터를 취득하고,
    상기 시료에 형성된 패턴의 기초가 되는 설계 데이터에 기초하여, 각 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터를 작성하고,
    상기 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사되는 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 합성하고,
    상기 합성된 합성 참조 화상 데이터와, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하는 검출 센서로 검출된 값에 기초한 2차 전자 화상 데이터를 비교하여, 결과를 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 1차 전자 빔마다, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터의 값에, 당해 1차 전자 빔과는 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 값에 상기 다른 1차 전자 빔용의 게인값을 곱한 값을 합성하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 게인값으로서, 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔을 검출하기 위한 상기 센서로 검출되는 당해 1차 전자 빔의 조사에 기인하는 2차 전자 빔의 강도값에 대한 상기 센서로 검출되는 상기 다른 1차 전자 빔에 기인하는 2차 전자 빔의 강도값의 비율을 연산하는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 합성 참조 화상 데이터는, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터에, 상기 멀티 1차 전자 빔의 수보다 적은 수의 다른 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 각각 합성함으로써 작성되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 합성 참조 화상 데이터는, 당해 1차 전자 빔이 조사된 위치의 상기 참조 화상 데이터에, 상기 당해 1차 전자 빔의 주위의 복수의 1차 전자 빔이 조사된 위치의 참조 화상 데이터의 일부를 각각 합성함으로써 작성되는 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 검사 방법.
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