KR20220140818A - 멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법 - Google Patents

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카즈히코 이노우에
무네히로 오가사와라
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 태양의 패턴 검사 장치는, 멀티 1 차 전자 빔을 편향하는 편향기와, 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 검출기를 가지고, 편향기를 이용하여 멀티 1 차 전자 빔으로 패턴이 형성된 시료면 상을 주사하고, 검출기를 이용하여 시료면 상으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔을 검출함으로써, 1 차 전자 빔마다 대응하는 2 차 전자 화상을 취득하는 2 차 전자 화상 취득 기구와, 기준 패턴에 대한 각 1 차 전자 빔의 대응하는 2 차 전자 화상을, 그라데이션 처리가 행해진 기준 흐려짐 화상에 각각 맞추기 위한 개별 보정 커넬을 기억하는 기억 장치와, 각각의 개별 보정 커넬을 이용하여, 검사 대상의 시료로부터 취득되는 각 1 차 전자 빔의 대응하는 2 차 전자 화상을 보정하는 보정 회로와, 보정 후의 2 차 전자 화상의 적어도 일부에서 구성되는 피검사 화상과 참조 화상을 비교하는 비교 회로를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법
본 출원은, 2020 년 6 월 12 일에 일본에 출원된 JP2020-102169(출원 번호)를 기초 출원으로 하는 우선권을 주장하는 출원이다. JP2020-102169에 기재된 내용은, 본 출원에 포함된다.
본 발명은, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 전자 빔을 이용하여 멀티 빔으로 기판 상의 패턴의 화상을 촬상하는 수법에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선 폭은 점점 좁아지고 있다. 이러한 반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화 패턴(마스크 혹은 레티클이라고도 함. 이하, 마스크라고 총칭함.)을 이용하여, 이른바 스테퍼라고 불리는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다.
그리고, 다대한 제조 코스트가 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 빠뜨릴 수 없다. 그러나, 1 기가 비트급의 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 고정밀도화가 필요시되고 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 고정밀도화가 필요시되고 있다.
검사 장치에서는, 예를 들면, 전자 빔을 사용한 멀티 빔을 검사 대상 기판에 조사하고, 검사 대상 기판으로부터 방출되는 각 빔에 대응하는 2 차 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 들면, 동일 기판 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상 데이터끼리를 비교하는 「die to die(다이-다이) 검사」 또는, 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-데이터 베이스) 검사」가 있다. 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로로 보내진다. 비교 회로에서는, 화상끼리의 위치 조정 후, 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라 비교하여, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음으로 판정한다.
여기서, 멀티 전자 빔을 이용하여 검사 화상을 취득하는 경우, 1 차 전자 빔의 궤도 상에 전자계 직교(E×B：E cross B) 필터를 배치하여, 2 차 전자를 분리한다. 화상의 정밀도를 향상시키기 위하여, 시료면에 조사하는 빔 지름을 작게 좁히는 것이 바람직하다. 그 때문에, E×B 필터는, E×B의 영향이 작아지는 1 차 전자 빔의 상면(像面) 공역 위치에 배치한다. 1 차 전자 빔과 2 차 전자 빔에서는, 시료면에 입사하는 조사 전자의 에너지와, 발생하는 2 차 전자의 에너지가 상이하므로, 1 차 전자 빔을 E×B 필터 상에서 집속(集束)시킨 경우, 2 차 전자는 E×B 필터 상에서 집속하지 않고 퍼져 버린다. 이 때문에, E×B 필터에 의하여 분리된 2 차 전자는, 검출 광학계에서 계속 퍼진다. 그 때문에, 검출 광학계에서 생기는 수차가 커져, 검출기 상에서 멀티 2 차 전자 빔이 오버랩되어 버리는 경우가 생길 수 있다고 하는 문제가 있었다. 이러한 문제는, 검사 장치로 한정되는 것은 아니며, 멀티 전자 빔을 이용하여 화상을 취득하는 장치 전반에 대하여 마찬가지로 생길 수 있다.
여기서, 1 차 전자 광학계로부터 이격된 2 차 전자 광학계 내에, 축 상 색 수차 보정용의 4 단 구성의 다극자 렌즈로 이루어진 위너 필터를 배치하고, 분리된 후의 2 차 전자의 축 상 색 수차를 보정한다고 하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 제2006-244875호
이에, 본 발명의 일 태양은, 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리되는 멀티 2 차 전자 빔의 확대를 억제 가능한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 화상 취득 장치는, 멀티 1 차 전자 빔을 형성하는 멀티 빔 형성 기구와, 멀티 1 차 전자 빔으로 시료면을 조사하는 1 차 전자 광학계와, 멀티 1 차 전자 빔의 각 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에 배치되어, 전기장과 자기장을 서로 직교하는 방향으로 형성하고, 전기장과 자기장의 작용을 이용하여, 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인하여 시료면으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리함과 동시에, 전기장과 자기장 중 적어도 일방의 장 내에서 멀티 2 차 전자 빔에 대하여 렌즈 작용을 가지는 빔 세퍼레이터와, 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기와, 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 검출기로 유도하는 2 차 전자 광학계를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 화상 취득 방법은, 멀티 1 차 전자 빔으로 시료면을 조사하고, 멀티 1 차 전자 빔의 각 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에서, 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인하여 시료면으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리함과 동시에, 상면 공역 위치에서 멀티 2 차 전자 빔을 집속 방향으로 굴절시키고, 상면 공역 위치에서 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리됨과 동시에, 집속 방향으로 굴절된 멀티 2 차 전자 빔을, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 집속 방향으로 더 굴절시키고, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 굴절된 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리되는 멀티 2 차 전자 빔의 확대를 억제할 수 있다. 그 때문에, 이후의 광학계에서의 수차를 저감할 수 있다. 그 결과, 검출기의 검출면 상에서의 멀티 2 차 전자 빔의 오버랩을 억제할 수 있다.
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는, 실시 형태 1에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 기판의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터에 의하여 생기는 자기장과 전기장의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 다극자 전극에 의한 전기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 중심 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 멀티 검출기의 검출면에서의 멀티 2 차 전자 빔의 빔 지름의 일예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 실시 형태 2에 있어서의 빔 세퍼레이터의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 실시 형태에서는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치의 일예로서, 멀티 전자 빔 검사 장치에 대하여 설명한다. 단, 화상 취득 장치는, 검사 장치로 한정되는 것은 아니며, 멀티 빔을 이용하여 화상을 취득하는 장치라면 상관없다.
[실시 형태 1]
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 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)(제어부)를 구비하고 있다. 화상 취득 기구(150)는, 전자 빔 컬럼(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 컬럼(102) 내에는, 전자 총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 전자기 렌즈(205), 일괄 편향기(212), 제한 애퍼처 기판(213), 전자기 렌즈(206, 207), 주편향기(208), 부편향기(209), 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 투영 렌즈(224), 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다.
전자 총(201), 전자기 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 전자기 렌즈(205), 일괄 편향기(212), 제한 애퍼처 기판(213), 전자기 렌즈(206), 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈), 주편향기(208), 및 부편향기(209)에 의하여 1 차 전자 광학계(151)를 구성한다. 또한, 편향기(218), 및 전자기 렌즈(224)에 의하여 2 차 전자 광학계(152)를 구성한다. 빔 세퍼레이터(214)는, E×B 필터(혹은 E×B 편향기라고도 함.)의 기능을 포함한다.
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 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 향하여 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 컬럼(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 통하여, 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), 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. 검출 회로(130)는, 보정 회로(132)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 의하여 구동된다. 구동 기구(142)에서는, 예를 들면, 스테이지 좌표계에 있어서의 X 방향, Y 방향, θ 방향으로 구동하는 3 축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계가 구성되고, XYθ 방향으로 스테이지(105)가 이동 가능하도록 되어 있다. 이러한, 도시하지 않은 X 모터, Y 모터, θ 모터는, 예를 들면, 스텝 모터를 이용할 수 있다. 스테이지(105)는, XYθ 각 축의 모터에 의하여 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, 스테이지(105)의 이동 위치는 레이저 측장 시스템(122)에 의하여 측정되어, 위치 회로(107)로 공급된다. 레이저 측장 시스템(122)은, 미러(216)로부터의 반사광을 수광함으로써, 레이저 간섭법의 원리로 스테이지(105)의 위치를 측장한다. 스테이지 좌표계는, 예를 들면, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 광 축에 직교하는 면에 대하여, 1 차 좌표계의 X 방향, Y 방향, θ 방향이 설정된다.
전자기 렌즈(202), 전자기 렌즈(205), 전자기 렌즈(206), 전자기 렌즈(207), 전자기 렌즈(224), 및 빔 세퍼레이터(214)는, 렌즈 제어 회로(124)에 의하여 제어된다. 또한, 일괄 편향기(212)는, 2 극 이상의 전극에 의하여 구성되어, 전극마다 도시하지 않은 DAC 앰프를 통하여 블랭킹 제어 회로(126)에 의하여 제어된다. 부편향기(209)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되어, 전극마다 DAC 앰프(144)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 주편향기(208)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되어, 전극마다 DAC 앰프(146)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 편향기(218)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되어, 전극마다 DAC 앰프(148)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다.
전자 총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되어 전자 총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트와 인출 전극 간으로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 소정의 인출 전극(웨네르트)의 전압의 인가와 소정의 온도의 캐소드의 가열에 의하여, 캐소드로부터 방출된 전자군이 가속되고, 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 나타내는 개념도이다. 도 2에서, 성형 애퍼처 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, 23×23의 홀(개구부)(22)이 형성되어 있는 경우를 나타내고 있다. 각 홀(22)은, 모두 같은 치수 형상의 직사각형으로 형성된다. 혹은, 같은 외경의 원형이여도 상관없다. 이러한 복수의 홀(22)을 전자 빔(200)의 일부가 각각 통과함으로써, 멀티 1 차 전자 빔(20)이 형성되게 된다. 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 멀티 1 차 전자 빔을 형성하는 멀티 빔 형성 기구의 일예가 된다.
도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3(a)에서는, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터(214)의 단면도를 나타낸다. 도 3(b)에서는, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터(214)의 상면도를 나타낸다. 도 3(a) 및 도 3(b)에서, 빔 세퍼레이터(214)는, 자기 렌즈(40)와, 자극 세트(16)와, 전극 세트(60)를 가지고 있다. 자극 세트(16)는, 2 극자 이상으로 구성된다. 도 3(a) 및 도 3(b)의 예에서는, 자극 세트(16)는, 2 단으로 구성되고, 다극자 자극 세트(12, 14)로 구성된다. 자기 렌즈(40)는, 멀티 1 차 전자 빔(20) 및 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 중심축을 둘러싸도록 배치되는 코일(44)과, 코일(44)을 둘러싸는 폴 피스(요크)(42)로 구성된다. 또한, 폴 피스(42)는, 예를 들면, 철 등의 자성체로 구성된다. 폴 피스(42)에는, 코일(44)로 만들어진 고밀도인 자력선을 멀티 1 차 전자 빔(20) 및 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 중심축측으로 누설시키는 갭(50)(개방부)(간극이라고도 함.)이 폴 피스(42)의 중간 높이 위치에 형성되어 있다. 또한, 폴 피스(42)의 상부에는, 내주측으로 돌출된 복수의 볼록부(11)가 형성되고, 각 볼록부(11)에 코일을 배치함으로써, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)가 구성된다. 또한, 폴 피스(42)의 하부에는, 내주측으로 돌출된 복수의 볼록부(13)가 형성되고, 각 볼록부(13)에 코일을 배치함으로써, 2 단째의 다극자 자극 세트(14)가 구성된다. 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치가, 자기 렌즈(40)의 중간 높이 위치에 일치한다. 바꾸어 말하면, 자기 렌즈(40)의 갭의 높이 위치에 형성되는 자기장 중심 위치에 대하여 상하로 대칭의 위치에, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)가 배치된다. 다극자 자극 세트(12, 14)는 모두 2 극자 이상으로 구성되고, 도 3(b)의 예에서는, 다극자 자극 세트(12, 14)가, 각각, 90 도씩 위상을 이탈시킨 4 극의 자극으로 구성되는 경우를 나타내고 있다. 바람직하게는, 8 극의 자극으로 구성되면 된다. 또한, 다극자 자극 세트(12)와 다극자 자극 세트(14)와의 사이에, 전극 세트(60)가 배치된다. 전극 세트(60)는 비자성체에 의하여 구성된다. 전극 세트(60)는, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치에 배치된다. 전극 세트(60)는, 2 극자 이상으로 구성되고, 예를 들면, 90 도씩 위상을 이탈시킨 4 극의 전극으로 구성된다. 바람직하게는, 8 극의 전극으로 구성되면 된다.
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 빔 세퍼레이터에 의하여 생기는 자기장과 전기장의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서, 다극자 자극 세트(12)에 의하여, 다극자 자극 세트(12)의 중심 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(b1)이 형성된다. 다극자 자극 세트(14)에 의하여, 다극자 자극 세트(14)의 중심 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(b2)이 형성된다. 이러한 2 개의 자기장(b1, b2)의 합성에 의하여, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(B)이 형성된다. 또한, 전극 세트(60)에 의하여, 전극 세트(60)의 중간 높이 위치를 전기장 중심으로 하는, 자기장(B)과 직교하는 방향의 전기장(E)이 형성된다. 전극 세트(60)의 중간 높이 위치는, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치와 일치한다. 또한, 자기 렌즈(40)의 갭(50)의 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(B')이 형성된다. 따라서, 자기장(B)과, 전기장(E)과, 자기장(B')은, 모두 동일한 높이 위치(상면 공역(像面 共役) 위치)를 장의 중심 위치로 하여 형성된다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 다극자의 전극 세트에 의한 전기장을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서, 전극 세트(60)는, 4 극의 전극(61, 62, 63, 64)으로 구성된다. 그 중에서, 대항하는 2 개의 전극(61, 62)의 일방의 전극(61)에 양의 전위를 인가하고, 타방의 전극(62)에 음의 전위를 인가한다. 이에 의하여, 전극(61)으로부터 전극(62)으로 향하는 방향의 전기장이 형성된다. 그 때, 전극(61)과 전극(62)과의 대향면에는 평행한 전기장이 형성되지만, 측면측에도 곡선을 그리는 전기장이 형성된다. 그 때문에, 90 도 위상이 이탈된 위치의 대항하는 2 개의 전극(63, 64)에 그라운드(GND) 전위를 인가함으로써, 전극(61)과 전극(62)의 측면측의 전기장의 영향을 배제할 수 있다. 이에 의하여, 형성되는 전기장을 평행한 전기장(E)에 접근시킬 수 있다. 도시하지 않은 다극자 자극 세트(12, 14)에 있어서도, 4 극자로 구성함으로써 형성되는 자기장을 평행한 자기장(b1, b2)에 접근시킬 수 있다.
실시 형태 1에서는, 이러한 빔 세퍼레이터(214)의 자기장 중심(전기장 중심) 높이 위치를 멀티 1 차 전자 빔(20)의 상면 공역 위치에 배치한다. 이어서, 2 차 전자 화상을 취득하는 경우에 있어서의 화상 취득 기구(150)의 동작에 대하여 설명한다.
화상 취득 기구(150)는, 전자 빔에 의한 멀티 빔을 이용하여, 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.
전자 총(201)(방출원)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 전자기 렌즈(202)에 의하여 굴절되어, 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 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 1 차 전자 빔(20)이 형성된다.
형성된 멀티 1 차 전자 빔(20)은, 전자기 렌즈(205), 및 전자기 렌즈(206)에 의하여 각각 굴절되고, 중간상 및 크로스오버를 반복하면서, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 각 빔의 중간 상면(상면 공역 위치：I. I. P. )에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 전자기 렌즈(207)로 진행된다. 또한, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 크로스오버 위치 부근에, 통과 홀이 제한된 제한 애퍼처 기판(213)을 배치함으로써, 산란 빔을 차폐할 수 있다. 또한, 일괄 편향기(212)에 의하여 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체를 일괄하여 편향하여, 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체를 제한 애퍼처 기판(213)으로 차폐함으로써, 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체를 블랭킹할 수 있다.
멀티 1 차 전자 빔(20)이 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 입사되면, 전자기 렌즈(207)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 기판(101)에 포커스한다. 대물 렌즈(207)에 의하여 기판(101)(시료)면 상에 초점이 맞춰진(합초된) 멀티 1 차 전자 빔(20)은, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의하여 일괄하여 편향되어, 각 빔의 기판(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 이와 같이, 1 차 전자 광학계는, 멀티 1 차 전자 빔으로 기판(101)면을 조사한다.
기판(101)의 원하는 위치에 멀티 1 차 전자 빔(20)이 조사되면, 이러한 멀티 1 차 전자 빔(20)이 조사된 것에 기인하여, 기판(101)으로부터 멀티 1 차 전자 빔(20)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, 전자기 렌즈(207)를 통하여, 빔 세퍼레이터(214)로 진행된다. 빔 세퍼레이터(214)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 각 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에 배치되어, 전기장(E)과 자기장(B)을 서로 직교하는 방향으로 형성하고, 전기장(E)과 자기장(B)의 작용을 이용하여, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사에 기인하여 기판(101)면으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리함과 동시에, 전기장(E)과 자기장(B) 중 적어도 일방의 장 내에서 멀티 2 차 전자 빔(300)에 대하여 렌즈 작용을 가진다. 구체적으로는 이하와 같이 작용한다.
빔 세퍼레이터(214)에서는, 다극자 자극 세트(12, 14)와 전극 세트(60)에 의하여, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 중심 빔이 진행하는 방향(궤도 중심축：z 축)으로 직교하는 면(x, y 축면) 상에 있어서, 자기장(B)과 전기장(E)을 직교하는 방향으로 발생시킨다. 다극자 자극 세트(12, 14)와 전극 세트(60)에 의하여, E×B 필터를 구성한다. 전기장(E)(전계)은 전자의 진행 방향에 상관없이, 같은 방향으로 힘을 미친다. 이에 대하여, 자기장(B)(자계)은 프레밍 왼손의 법칙에 따라 힘을 미친다. 그 때문에 전자의 침입 방향에 의하여 전자에 작용하는 힘의 방향을 변화시킬 수 있다. 빔 세퍼레이터(214)로 상측으로부터 침입해 오는 멀티 1 차 전자 빔(20)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 서로 상쇄되고, 멀티 1 차 전자 빔(20)은 하방으로 직진한다. 이에 반해, 빔 세퍼레이터(214)로 하측으로부터 침입해 오는 멀티 2 차 전자 빔(300)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 어느쪽이나 같은 방향으로 작용하며, 멀티 2 차 전자 빔(300)은 기울기 상방으로 굽혀져, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리된다.
기울기 상방으로 굽혀진, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 2 차 전자 광학계에 의하여 멀티 검출기(222)로 유도된다. 구체적으로는, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리한 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 편향기(218)에 의하여 편향됨으로써, 더 굽혀져, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 전자기 렌즈(224)에 의하여, 집속 방향으로 굴절시키면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 멀티 검출기(222)(멀티 2 차 전자 빔 검출기)는, 굴절되어, 투영된 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출한다. 멀티 검출기(222)는, 복수의 검출 엘리먼트(예를 들면, 도시하지 않은 다이오드형의 2 차원 센서)를 가진다. 그리고, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 각 빔은, 멀티 검출기(222)의 검출면에 있어서, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 각 2 차 전자 빔에 대응하는 검출 엘리먼트에 충돌하고, 전자를 발생하여, 2 차 전자 화상 데이터를 화소마다 생성한다. 멀티 검출기(222)로 검출된 강도 신호는, 검출 회로(106)로 출력된다. 각 1 차 전자 빔은, 기판(101) 상에서의 자신의 빔이 위치하는 x 방향의 빔 간 피치와 y 방향의 빔 간 피치로 둘러싸이는 서브 조사 영역 내에 조사되어, 해당 서브 조사 영역 내를 주사(스캔 동작)한다.
도 6은, 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 중심 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 도 6에서, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 중심의 1 차 전자 빔(21)은, 상면 공역 위치에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과하여 확대되고, 자기 렌즈(207)에 의하여 집속 방향으로 굽혀져, 기판(101)면에 결상한다. 그리고, 기판(101)으로부터 방출된 멀티 2 차 전자 빔(300)의 중심의 2 차 전자 빔(301)의 방출 시의 에너지는, 기판(101)으로의 중심 1 차 전자 빔(21)의 입사 에너지보다 작다. 그 때문에, 그것은 빔 세퍼레이터(214)에 도달하는 바로 앞의 위치에서 상면(600)이 형성된다. 그 후, 중심 2 차 전자 빔(301)은 확대되면서, 빔 세퍼레이터(214)로 진행한다. 여기서, 빔 세퍼레이터(214)로서 단순한 E×B 필터를 이용하는 비교예에서는, 그리고, 더 확대되면서 편향기(218)로 진행하게 된다. 이에 대하여, 실시 형태 1에서는, 빔 세퍼레이터(214)의 자기 렌즈(40)에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)에 대하여 렌즈 작용이 일어난다. 그 때문에, 1 차 전자 빔(21)의 상면 공역 위치에 배치되는 자기 렌즈(40)에 의하여 멀티 2 차 전자 빔(300)은 집속 방향으로 굴절된다. 그 때문에, 실시 형태 1에서는, 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 중심의 2 차 전자 빔(301)의 확대를 억제하면서 2 차 전자 빔(301)이 편향기(218)로 진행하게 된다.
도 7은, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 빔 세퍼레이터(214)로서 단순한 E×B 필터를 이용하는 비교예에서는, 멀티 2 차 전자 빔(300)이, 빔 세퍼레이터(214)에 도달하는 바로 앞의 위치에서 상면이 형성된 후, 확대되면서 빔 세퍼레이터(214), 편향기(218), 그리고, 자기 렌즈(224)로 진행한다. 그 때문에, 비교예에서는, 편향기(218)의 위치에 있어서, 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(D1)이 넓어져 버린다. 그리고, 자기 렌즈(224)의 위치에 있어서는, 또한, 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(D2)이 넓어져 버린다. 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(D1)이 커질수록 편향기(218)에서 생기는 수차가 커져 버린다. 마찬가지로, 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(D2)이 커질수록 자기 렌즈(224)에서 생기는 수차가 커져 버린다. 이에 대하여, 실시 형태 1에서는, 빔 세퍼레이터(214)를 통과할 때에, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 집속 방향으로 굴절시키므로, 편향기(218)의 위치에 있어서, 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(d1)를 비교예의 빔 지름(D1)보다 작게할 수 있다. 따라서, 편향기(218)에서 생기는 수차를 억제할 수 있다. 마찬가지로, 자기 렌즈(224)의 위치에 있어서, 멀티 2 차 전자 빔(300) 전체의 빔 지름(d2)을 비교예의 빔 지름(D2)보다 작게할 수 있다. 따라서, 자기 렌즈(224)에서 생기는 수차를 억제할 수 있다.
도 9는, 실시 형태 1과 비교예에 있어서의 멀티 검출기의 검출면에서의 멀티 2 차 전자 빔의 빔 지름의 일예를 나타내는 도면이다. 상술한 비교예에서는, 편향기(218) 및 자기 렌즈(224)에서의 수차가 커져 버리므로, 멀티 검출기(222)의 검출면에서의 멀티 2 차 전자 빔(300)의 각 빔(15)의 빔 지름이 커져 버린다. 그 결과, 도 9에 도시한 바와 같이, 빔(15)끼리가 오버랩되어 버리는 경우가 생길 수 있다. 이에 대하여, 실시 형태 1에 의하면, 편향기(218) 및 자기 렌즈(224)에서의 수차를 억제할 수 있으므로, 멀티 검출기(222)의 검출면에서의 멀티 2 차 전자 빔(300)의 각 빔(14)의 빔 지름을 작게할 수 있다. 그 결과, 도 9에 도시한 바와 같이, 빔(14)끼리가 오버랩되어 버리는 것을 회피할 수 있다.
도 10은, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 도시하는 도면이다. 도 10에서, 반도체 기판(웨이퍼)(101)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 의하여, 예를 들면, 1/4로 축소되어 전사되어 있다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 각 칩(332)의 영역은, 예를 들면, y 방향을 향하여 소정의 폭으로 복수의 스트라이프 영역(32)으로 분할된다. 화상 취득 기구(150)에 의한 스캔 동작은, 예를 들면, 스트라이프 영역(32)마다 실시된다. 예를 들면, -x 방향으로 스테이지(105)를 이동시키면서, 상대적으로 x 방향으로 스트라이프 영역(32)의 스캔 동작을 진행시켜 간다. 각 스트라이프 영역(32)은, 길이 방향을 향하여 복수의 직사각형 영역(33)으로 분할된다. 대상이 되는 직사각형 영역(33)으로의 빔의 이동은, 주편향기(208)에 의한 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의하여 행해진다.
도 11의 예에서는, 예를 들면, 5×5 열의 멀티 1 차 전자 빔(20)의 경우를 나타내고 있다. 1 회의 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사로 조사 가능한 조사 영역(34)은, (기판(101)면 상에서의 멀티 1 차 전자 빔(20)의 x 방향의 빔 간 피치에 x 방향의 빔 수를 곱한 x 방향 사이즈)×(기판(101)면 상에서의 멀티 1 차 전자 빔(20)의 y 방향의 빔 간 피치에 y 방향의 빔 수를 곱한 y 방향 사이즈)로 정의된다. 조사 영역(34)이, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 시야가 된다. 그리고, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 구성하는 각 1 차 전자 빔(10)은, 자신의 빔이 위치하는 x 방향의 빔 간 피치와 y 방향의 빔 간 피치로 둘러싸이는 서브 조사 영역(29) 내에 조사되어, 해당 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작)한다. 각 1 차 전자 빔(10)은, 서로 상이한 어느 한 서브 조사 영역(29)을 담당하게 된다. 그리고, 각 1 차 전자 빔(10)은, 담당 서브 조사 영역(29) 내의 동일한 위치를 조사하게 된다. 부편향기(209)(제1 편향기)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 일괄하여 편향함으로써, 패턴이 형성된 기판(101)면 상을 멀티 1 차 전자 빔으로 주사한다. 바꾸어 말하면, 서브 조사 영역(29) 내의 1 차 전자 빔(10)의 이동은, 부편향기(209)에 의한 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의하여 행해진다. 이러한 동작을 반복하여, 1 개의 1 차 전자 빔(10)으로 1 개의 서브 조사 영역(29) 내를 순서대로 조사해 간다.
각 스트라이프 영역(32)의 폭은, 조사 영역(34)의 y 방향 사이즈와 마찬가지로, 혹은 스캔 마진분 좁게 한 사이즈로 설정하면 바람직하다. 도 11의 예에서는, 조사 영역(34)이 직사각형 영역(33)과 동일한 사이즈의 경우를 나타내고 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 조사 영역(34)이 직사각형 영역(33)보다 작아도 된다. 혹은, 커도 상관없다. 그리고, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 구성하는 각 1 차 전자 빔(10)은, 자신의 빔이 위치하는 서브 조사 영역(29) 내에 조사되고, 해당 서브 조사 영역(29) 내를 주사(스캔 동작) 한다. 그리고, 1 개의 서브 조사 영역(29)의 스캔이 종료되면, 주편향기(208)에 의한 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의하여, 조사 위치가 동일한 스트라이프 영역(32) 내의 인접하는 직사각형 영역(33)으로 이동한다. 이러한 동작을 반복하여, 스트라이프 영역(32) 내를 순서대로 조사해 간다. 1 개의 스트라이프 영역(32)의 스캔이 종료하면, 스테이지(105)의 이동 혹은/및 주편향기(208)에 의한 멀티 1 차 전자 빔(20) 전체에서의 일괄 편향에 의하여, 조사 영역(34)이 다음의 스트라이프 영역(32)으로 이동한다. 이상과 같이, 각 1 차 전자 빔(10)의 조사에 의하여 서브 조사 영역(29)마다의 스캔 동작 및 2 차 전자 화상의 취득이 행해진다. 이러한 서브 조사 영역(29)마다의 2 차 전자 화상을 조합함으로써, 직사각형 영역(33)의 2 차 전자 화상, 스트라이프 영역(32)의 2 차 전자 화상, 혹은 칩(332)의 2 차 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 분할하고, 프레임 영역(30)마다의 측정 화상이 되는 프레임 화상(31)에 대하여 비교하게 된다. 도 4의 예에서는, 1 개의 1 차 전자 빔(10)에 의하여 스캔되는 서브 조사 영역(29)을, 예를 들면, x, y 방향으로 각각 2 분할함으로써 형성되는 4 개의 프레임 영역(30)으로 분할하는 경우를 나타내고 있다.
여기서, 스테이지(105)가 연속 이동하면서 멀티 1 차 전자 빔(20)을 기판(101)에 조사하는 경우, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사 위치가 스테이지(105)의 이동에 추종하도록 주편향기(208)에 의하여 일괄 편향에 의한 트랙킹 동작이 행해진다. 그 때문에, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 방출 위치가 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 중심축에 대하여 시시각각 변화한다. 마찬가지로, 서브 조사 영역(29) 내를 스캔하는 경우에, 각 2 차 전자 빔의 방출 위치는, 서브 조사 영역(29) 내에서 시시각각 변화한다. 이와 같이, 방출 위치가 변화한 각 2 차 전자 빔을 멀티 검출기(222)의 대응하는 검출 영역 내에 조사시키도록, 예를 들면, 편향기(218)는, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 일괄 편향한다. 편향기(218)와는 별도로, 얼라인먼트 코일 등을 2 차 전자 광학계 내에 배치하고, 이러한 방출 위치의 변화를 보정시켜도 바람직하다.
이상과 같이, 화상 취득 기구(150)는, 스트라이프 영역(32)마다, 스캔 동작을 진행시켜 간다. 상술한 바와 같이, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 조사하고, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사에 기인하여 기판(101)으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 멀티 검출기(222)로 검출된다. 검출되는 멀티 2 차 전자 빔(300)에는, 반사 전자가 포함되어 있어도 상관없다. 혹은, 반사 전자는, 2 차 전자 광학계를 이동하는 중에 발산하고, 멀티 검출기(222)까지 도달하지 않는 경우여도 상관없다. 멀티 검출기(222)에 의하여 검출된 각 서브 조사 영역(29) 내의 화소마다의 2 차 전자의 검출 데이터(측정 화상 데이터：2 차 전자 화상 데이터：피검사 화상 데이터)는, 측정 순서대로 검출 회로(106)로 출력된다. 검출 회로(106) 내에서는, 도시하지 않은 A/D 변환기에 의하여, 아날로그의 검출 데이터가 디지털 데이터로 변환되어, 칩 패턴 메모리(123)에 저장된다. 그리고, 얻어진 측정 화상 데이터는, 위치 회로(107)로부터의 각 위치를 도시하는 정보와 함께, 비교 회로(108)로 전송된다.
한편, 참조 화상 작성 회로(112)는, 기판(101)에 형성된 복수의 도형 패턴의 바탕이 되는 설계 데이터에 기초하여, 프레임 영역(30)마다, 프레임 화상(31)에 대응하는 참조 화상을 작성한다. 구체적으로는, 이하와 같이 동작한다. 우선, 기억 장치(109)로부터 제어 계산기(110)를 통하여 설계 패턴 데이터를 읽어내고, 이 읽어내어진 설계 패턴 데이터로 정의된 각 도형 패턴을, 2 값 내지는 다값의 이미지 데이터로 변환한다.
상술한 바와 같이, 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 화상 작성 회로(112)에 입력되면 도형마다의 데이터로까지 전개하고, 그 도형 데이터의 도형 형상을 도시하는 도형 코드, 도형 치수 등을 해석한다. 그리고, 소정의 양자화 치수의 그리드를 단위로 하는 칸 내에 배치되는 패턴으로서, 2 값 내지는 다값의 설계 패턴 화상 데이터로 전개하여 출력한다. 바꾸어 말하면, 설계 데이터를 읽어들여, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 칸으로서 가상 분할하여 생긴 칸마다, 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하고, n 비트의 점유율 데이터를 출력한다. 예를 들면, 1 개의 칸을 1 화소로서 설정하면 바람직하다. 그리고, 1 화소에 1/28(=1/256)의 분해능을 갖게 한다고 하면, 화소 내에 배치되어 있는 도형의 영역분만큼 1/256의 소영역을 할당하여 화소 내의 점유율을 연산한다. 그리고, 8 비트의 점유율 데이터가 된다. 이러한 칸(검사 화소)은, 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 가한다. 이에 의하여, 화상 강도(농담값)가 디지털값의 설계측의 이미지 데이터인 설계 화상 데이터를 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사에 의하여 얻어지는 상(像) 생성 특성에 맞출 수 있다. 작성된 참조 화상의 화소마다의 화상 데이터는 비교 회로(108)로 출력된다.
비교 회로(108) 내에서는, 프레임 영역(30)마다, 피검사 화상이 되는 프레임 화상(31)(제1 화상)과, 해당 프레임 화상에 대응하는 참조 화상(제2 화상)을, 서브 화소 단위로 위치 조정한다. 예를 들면, 최소 2 승법으로 위치 조정을 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 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, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 메모리(118)로 출력되거나, 혹은 프린터(119)로부터 출력되면 된다.
또한, 상술한 다이-데이터 베이스 검사 외에, 동일 기판 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 측정 화상 데이터끼리를 비교하는 다이-다이 검사를 행해도 바람직하다. 혹은, 자신의 측정 화상만을 이용하여 검사해도 상관없다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리되는 멀티 2 차 전자 빔(300)의 확대를 억제할 수 있다. 그 때문에, 이후의 광학계에서의 수차를 저감할 수 있다. 그 결과, 멀티 검출기(222)의 검출면 상에서의 멀티 2 차 전자 빔(300)의 오버랩을 억제할 수 있다.
[실시 형태 2]
실시 형태 2에서는, 빔 세퍼레이터(214)의 내부 구성 이외의 내용은 실시 형태 1과 동일하다.
도 12는, 실시 형태 2에 있어서의 빔 세퍼레이터의 구성을 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 실시 형태 2에 있어서의 빔 세퍼레이터(214)의 단면도를 나타낸다. 도 12에서, 빔 세퍼레이터(214)는, 자기 렌즈(40)와, 자극 세트(16)와, 전극 세트(60)를 가지고 있다. 자극 세트(16)는, 자기 렌즈(40)의 내측에 배치된다. 전극 세트(60)는, 자극 세트(16)와 동일한 높이 위치에 배치된다. 예를 들면, 자극 세트(16)의 내측에 배치된다. 자기 렌즈(40)의 중간 높이 위치에, 도시하지 않은 갭(50)이 구성된다. 자극 세트(16)는, 상단의 다극자 자극 세트(12)(제1 다극자 자극 세트)와 하단의 다극자 자극 세트(14)(제2 다극자 자극 세트)를 가진다. 각 다극자 자극 세트(12, 14)는, 각각 2 극자 이상으로 구성된다. 예를 들면, 90 도씩 위상을 이탈시킨 4 극의 자극으로 구성된다. 바람직하게는, 8 극의 자극으로 구성되면 된다.
전극 세트(60)는, 상단의 다극자 전극 세트(61)(제1 다극자 전극 세트)와 하단의 다극자 전극 세트(62)(제2 다극자 전극 세트)를 가진다. 각 다극자 전극 세트(61, 62)는, 각각 2 극자 이상으로 구성된다. 예를 들면, 90 도씩 위상을 이탈시킨 4 극의 자극으로 구성된다. 바람직하게는, 8 극의 전극으로 구성되면 된다.
다극자 자극 세트(12, 14)와 다극자 전극 세트(61, 62)에 의하여, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 중심 빔이 진행하는 방향(궤도 중심축：z 축)에 직교하는 면(x, y축면) 상에 있어서, 자기장(B)과 전기장(E)을 직교하는 방향으로 발생시킨다.
1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치가, 자기 렌즈(40)의 중간 높이 위치에 일치한다. 바꾸어 말하면, 자기 렌즈(40)의 갭(50)의 높이 위치에 형성되는 자기장 중심 위치에 대하여 상하로 대칭하는 위치에, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)가 배치된다. 마찬가지로, 1 단째의 다극자 전극 세트(61)와 2 단째의 다극자 전극 세트(62)와의 중간 높이 위치가, 자기 렌즈(40)의 중간 높이 위치에 일치한다. 바꾸어 말하면, 자기 렌즈(40)의 갭(50)의 높이 위치에 형성되는 자기장 중심 위치에 대하여 상하로 대칭하는 위치에, 1 단째의 다극자 전극 세트(61)와 2 단째의 다극자 전극 세트(62)가 배치된다. 도 12의 예에서는, 다극자 자극 세트(12)와 다극자 전극 세트(61)가 동일한 높이 위치에 배치된다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 다극자 자극 세트(12)와 다극자 전극 세트(61)와의 높이 위치가 이탈되어 있어도 상관없다. 마찬가지로, 도 12의 예에서는, 다극자 자극 세트(14)와 다극자 전극 세트(62)가 동일한 높이 위치에 배치된다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 다극자 자극 세트(14)와 다극자 전극 세트(62)와의 높이 위치가 이탈되어 있어도 상관없다.
다극자 자극 세트(12)에 의한 다극자 자극 세트(12)의 중심 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장과, 다극자 자극 세트(14)에 의한 다극자 자극 세트(14)의 중심 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장과의 합성에 의하여, 1 단째의 다극자 자극 세트(12)와 2 단째의 다극자 자극 세트(14)와의 중간 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(B')이 형성된다. 마찬가지로, 1 단째의 다극자 전극 세트(61)와 2 단째의 다극자 전극 세트(62)와의 중간 높이 위치를 전기장 중심으로 하는 전기장(E)이 형성된다. 그리고, 자기 렌즈(40)에 의하여 자기 렌즈(40)의 중간 높이 위치를 자기장 중심으로 하는 자기장(B)이 형성된다. 따라서, 자기장(B)과, 전기장(E)과, 자기장(B')은, 모두 동일한 높이 위치(상면 공역 위치)를 장소의 중심 위치로 하여 형성된다.
빔 세퍼레이터(214)에서는, 다극자 자극 세트(12, 14)와 다극자 전극 세트(61, 62)에 의하여, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 멀티 2 차 전자 빔(300)을 분리함과 동시에, 자기 렌즈(40)의 렌즈 작용에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 중심의 2 차 전자 빔(301)의 확대를 억제하면서, 2 차 전자 빔(301)이 편향기(218)로 진행하게 된다.
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, 공통되는 처리 회로(같은 처리 회로)를 이용해도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(별도의 처리 회로)를 이용해도 된다. 프로세서 등을 실행시키는 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹은 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록되면 된다. 예를 들면, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 및 참조 화상 작성 회로(112) 등은, 상술한 적어도 1 개의 처리 회로로 구성되어도 된다.
이상, 구체예를 참조하면서 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 예에서는, 다극자 자극 세트(12, 14)와, 다극자 전극 세트(61, 62)가 별도의 구조물로 구성되는 경우를 나타내고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 동일한 구조물에 자기장/전기장을 인가하는 경우여도 상관없다. 바꾸어 말하면, 자극 자체가 전극이 되는 경우가 있어도 된다.
또한, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략하였으나, 필요시되는 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 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다.
멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 전자 빔을 이용하여 멀티 빔으로 기판 상의 패턴의 화상을 촬상하는 수법에 이용할 수 있다.
10, 21 : 1 차 전자 빔
11, 13 : 볼록부
12, 14 : 다극자 자극 세트
16 : 자극 세트
20 : 멀티 1 차 전자 빔
22 : 홀
29 : 서브 조사 영역
30 : 프레임 영역
31 : 프레임 화상
32 : 스트라이프 영역
33 : 직사각형 영역
34 : 조사 영역
40 : 자기 렌즈
42 : 폴 피스
44 : 코일
50 : 갭
60 : 전극 세트
61, 62, 63, 64 : 전극
100 : 검사 장치
101 : 기판
102 : 전자 빔 컬럼
103 : 검사실
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
142 : 스테이지 구동 기구
150 : 화상 취득 기구
151 : 1 차 전자 광학계
152 : 2 차 전자 광학계
160 : 제어계 회로
200 : 전자 빔
201 : 전자 총
202, 205, 207 : 자기 렌즈
203 : 성형 애퍼처 어레이 기판
208 : 주편향기
209 : 부편향기
212 : 일괄 편향기
213 : 제한 애퍼처 기판
214 : 빔 세퍼레이터
216 : 미러
218 : 편향기
222 : 멀티 검출기
224 : 투영 렌즈
300 : 멀티 2 차 전자 빔
301 : 2 차 전자 빔
330 : 검사 영역
332 : 칩
600 : 상면

Claims (10)

  1. 멀티 1 차 전자 빔을 형성하는 멀티 빔 형성 기구와,
    상기 멀티 1 차 전자 빔으로 시료면을 조사하는 1 차 전자 광학계와,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 각 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에 배치되어, 전기장과 자기장을 서로 직교하는 방향으로 형성하고, 상기 전기장과 상기 자기장의 작용을 이용하여, 상기 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인하여 상기 시료면으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리함과 동시에, 상기 전기장과 상기 자기장 중 적어도 일방의 장 내에서 상기 멀티 2 차 전자 빔에 대하여 렌즈 작용을 가지는 빔 세퍼레이터와,
    상기 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기와,
    상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 검출기로 유도하는 2 차 전자 광학계
    를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔을 편향하는 편향기를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔 세퍼레이터는,
    자기 렌즈와,
    2 극자 이상의 1 단째(상단)의 제1 다극자 자극 세트와,
    2 극자 이상의 2 단째(하단)의 제2 다극자 자극 세트와,
    상기 자기 렌즈의 자기장 중심 위치에 대하여 상하 대칭의 위치에 배치되는 상기 제1 및 제2 다극자 자극 세트의 각 극자 간에 배치된 전극 세트를 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극 세트의 각 전극은, 상기 상하 대상 위치의 각 극자 간의 중간 높이 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전자기 렌즈의 자기장 중심 높이 위치에, 상기 전극 세트가 배치되는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 세퍼레이터는,
    자기 렌즈와,
    2 극자 이상의 1 단째의 제1 다극자 자극 세트와,
    2 극자 이상의 2 단째의 제2 다극자 자극 세트와,
    상기 제1 다극자 자극 세트와 동일한 높이 위치에 배치된 2 극자 이상의 1 단째의 제1 다극자 전극 세트와,
    상기 제2 다극자 자극 세트와 동일한 높이 위치에 배치된 2 극자 이상의 2 단째의 제2 다극자 전극 세트
    를 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  7. 멀티 1 차 전자 빔으로 시료면을 조사하고,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 각 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에서, 상기 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인하여 상기 시료면으로부터 방출되는 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리함과 동시에, 상기 상면 공역 위치에서 상기 멀티 2 차 전자 빔을 집속 방향으로 굴절시키고,
    상기 상면 공역 위치에서 상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리됨과 동시에, 집속 방향으로 굴절된 상기 멀티 2 차 전자 빔을, 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 집속 방향으로 더 굴절시키고,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서 굴절된 상기 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔을 편향하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    자기 렌즈와,
    2 극자 이상의 1 단째(상단)의 제1 다극자 자극 세트와,
    2 극자 이상의 2 단째(하단)의 제2 다극자 자극 세트와,
    상기 자기 렌즈의 자기장 중심 위치에 대하여 상하 대칭의 위치에 배치되는 상기 제1 및 제2 다극자 자극 세트의 각 극자 간에 배치된 전극 세트
    를 가지는 빔 세퍼레이터를 이용하여, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 상면 공역 위치에서 상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리됨과 동시에, 집속 방향으로 굴절시키는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    자기 렌즈와,
    2 극자 이상의 1 단째의 제1 다극자 자극 세트와,
    2 극자 이상의 2 단째의 제2 다극자 자극 세트와,
    상기 제1 다극자 자극 세트와 동일한 높이 위치에 배치된 2 극자 이상의 1 단째의 제1 다극자 전극 세트와,
    상기 제2 다극자 자극 세트와 동일한 높이 위치에 배치된 2 극자 이상의 2 단째의 제2 다극자 전극 세트
    를 가지는 빔 세퍼레이터를 이용하여, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 상면 공역 위치에서 상기 멀티 1 차 전자 빔으로부터 분리됨과 동시에, 집속 방향으로 굴절시키는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
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