KR20230148212A - 멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법 - Google Patents

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KR20230148212A
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카즈히코 이노우에
아츠시 안도
무네히로 오가사와라
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 화상 취득 장치는, 기판을 재치하는 스테이지와, 멀티 1 차 전자 빔을 이용하여, 기판을 멀티 1 차 전자 빔으로 조명하는 조명 광학계와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도와 멀티 1 차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2 차 전자 빔의 궤도가 공통되는 위치에 배치된, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극을 가지는 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기를 구비하고, 복수의 다극자 렌즈 중 하나가, 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 전자 빔 화상 취득 장치 및 멀티 전자 빔 화상 취득 방법
본 출원은, 2021 년 5 월 11 일에 일본에 출원된 JP2021-080642(출원 번호)를 기초 출원으로 하는 우선권을 주장하는 출원이다. JP2021-080642에 기재된 모든 내용은, 참조됨으로써 본 출원에 인코포레이트된다.
본 발명은, 멀티 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인한 2 차 전자 화상을 이용하여 패턴 검사하는 멀티 빔 검사 장치의 화상 취득 수법에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선 폭은 점점 좁아지고 있다. 그리고, 다대한 제조 코스트가 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 빠뜨릴 수 없다. 그러나, 1 기가비트급의 DRAM(RAM)으로 대표되듯이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브 미크론부터 나노 미터의 오더로 되어 있다. 최근, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 하는 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 패턴 검사 장치의 고정밀화가 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」가 있다. 그 밖에, 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 비교한다. 그리고, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음으로 판정한다.
여기서, 멀티 전자 빔을 이용하여 검사 화상을 취득하는 경우, 고분해능을 실현하기 위해서도 빔 간 피치를 좁게 하는 것이 요구된다. 빔 간 피치를 좁게 하면 검출계에서 빔 간의 크로스토크가 생기기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 1 차 전자 빔의 궤도 상에 전자계 직교(E × B：E cross B) 분리기를 배치하여, 1 차 전자 빔으로부터 2 차 전자 빔을 분리한다. E × B 분리기는, E × B의 영향이 작아지는 1 차 전자 빔의 상면 공역 위치에 배치된다. 그리고, 대물 렌즈로 1 차 전자 빔을 시료면에 결상한다. 1 차 전자 빔과 2 차 전자 빔에서는, 시료면에 입사되는 조사 전자의 에너지와 발생하는 2 차 전자의 에너지가 상이하다. 그 때문에, 1 차 전자 빔을 E × B 분리기면에서 중간상면을 형성시킨 경우, 2 차 전자 빔은 대물 렌즈 통과 후에 E × B 분리기보다 앞에서 중간상면을 형성해 버린다. 그 때문에, 2 차 전자 빔은, E × B 분리기면에서 중간상면을 형성하지 않고, 확장되어 버린다. 이 때문에, E × B 분리기에 의하여 분리될 때에, 생기는 수차가 커져 버린다. 그 결과, 검출기 상에서 멀티 2 차 전자 빔이 오버랩되어 개별적으로 검출하는 것이 곤란해지는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다. 바꾸어 말하면, 빔 간의 크로스토크가 생기기 쉽다고 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 이루어지는 빈 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, E × B 분리기로 멀티 1 차 전자 빔으로부터 멀티 2 차 전자 빔을 분리할 때에 생기는 수차를 저감하는 것이 가능한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 화상 취득 장치는, 기판을 재치하는 스테이지와, 멀티 1 차 전자 빔을 이용하여, 기판을 멀티 1 차 전자 빔으로 조명하는 조명 광학계와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도와 멀티 1 차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2 차 전자 빔의 궤도가 공통되는 위치에 배치된, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극( 磁極 )을 가지는 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기를 구비하며, 복수의 다극자 렌즈 중 하나가, 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 멀티 전자 빔 화상 취득 방법은, 조명 광학계를 이용하여, 스테이지 상에 재치되는 기판을 상기 멀티 1 차 전자 빔으로 조명하고, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극을 가지는 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈를 이용하여, 멀티 1 차 전자 빔으로 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2 차 전자 빔에 렌즈 작용을 미치고, 복수의 다극자 렌즈 중의 하나를 이용하여, 멀티 2 차 전자 빔을 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하고, 분리된 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 것을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, E × B 분리기로 멀티 1 차 전자 빔으로부터 멀티 2 차 전자 빔을 분리할 때에 생기는 수차를 저감할 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 3a는, 실시 형태 1에 있어서의 E × B 다극자 렌즈의 구성과 편향 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는, 실시 형태 1에 있어서의 E × B 다극자 렌즈의 구성과 편향 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는, 실시 형태 1에 있어서의 E × B 다극자 렌즈의 구성과 편향 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1 차 전자 빔으로의 E × B 다극자 렌즈의 렌즈 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔으로의 E × B 다극자 렌즈의 렌즈 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 4 중극장에서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극 렌즈의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 배율 계산식을 나타내고 있다.
도 10a는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 10b는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 10c는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 4 중극장에 의한 힘의 방향과 편향장에 의한 편향 방향과의 일예를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 13a는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 13b는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 13c는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시 형태 1의 변형예 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 15는, 실시 형태 1의 변형예 1에 있어서의 4 중극장에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다.
도 16은, 실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 17a는, 실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 제3 다극자 렌즈의 일예를 나타내는 도면이다.
도 17b는, 실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 제3 다극자 렌즈의 일예를 나타내는 도면이다.
도 18은, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 나타내는 도면이다.
도 19는, 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은, 실시 형태 1의 변형예 3에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
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, 멀티 전자 빔 화상 취득 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), 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈(E × B 다극자 렌즈(214), E × B 다극자 렌즈(217)), 편향기(218), 전자기 렌즈(224), 편향기(226), 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)(조명 광학계)를 구성한다. 또한, 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈), 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈, 편향기(218), 전자기 렌즈(224), 및 편향기(226)에 의하여, 2 차 전자 광학계(152)(검출 광학계)를 구성한다.
복수의 다극자 렌즈로서, 도 1의 예에서는, 2 단의 E × B 다극자 렌즈(214) 및 E × B 다극자 렌즈(217)가 배치된다. E × B 다극자 렌즈(214) 및 E × B 다극자 렌즈(217)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도와 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도가 공통되는 위치에 배치된다. 도 1의 예에서는, 전자기 렌즈(206)와 전자기 렌즈(207)의 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 의하여 구성된다. 이러한 노광용 마스크 기판에 형성된 칩 패턴이 반도체 기판 상에 복수 회 노광 전사됨으로써, 반도체 기판에는 복수의 칩 패턴(웨이퍼 다이)이 형성된다. 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), 리타딩 제어 회로(130), E × B 다극자 렌즈 제어 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 접속되며, DAC 앰프(144)는, 부편향기(209)에 접속된다. DAC 앰프(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 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 구성되며, XYθ 방향으로 스테이지(105)가 이동 가능하도록 되어 있다. 이들 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 측정되고, 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), 및 전자기 렌즈(224)는, 렌즈 제어 회로(124)에 의하여 제어된다. 또한, 일괄 편향기(212)는, 2 극 이상의 전극에 의하여 구성되며, 전극마다 도시하지 않은 DAC 앰프를 통하여 블랭킹 제어 회로(126)에 의하여 제어된다. 부편향기(209)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되며, 전극마다 DAC 앰프(144)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 주편향기(208)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되며, 전극마다 DAC 앰프(146)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 편향기(218)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되는 2 단의 편향기에 의하여 구성되며, 전극마다 DAC 앰프(148)를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 또한, 편향기(226)는, 4 극 이상의 전극에 의하여 구성되며, 전극마다 도시하지 않은 DAC 앰프를 통하여 편향 제어 회로(128)에 의하여 제어된다. 리타딩 제어 회로(130)는, 기판(101)으로 원하는 리타딩 전위를 인가하고, 기판(101)에 조사되는 멀티 1 차 전자 빔(20)의 에너지를 조정한다.
E × B 다극자 렌즈(214, 217)는, E × B 다극자 렌즈 제어 회로(132)에 의하여 제어된다.
전자 총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되며, 전자 총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트와 인출 전극 간으로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 소정의 인출 전극(웨넬트)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 2에 있어서, 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 원형이어도 상관없다. 이들 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.
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 도시하는 바와 같이, 복수의 홀(22)(개구부)이 형성되며, 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 중간상면(상면 공역 위치：I. I. P.)에 배치된 E × B 다극자 렌즈(214)로 진행된다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(214, 217)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 일괄 편향하고, 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. 바꾸어 말하면, 전자기 렌즈(207)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 기판(101)을 조사한다. 이와 같이, 1 차 전자 광학계(151)는, 기판(101)에 멀티 1 차 전자 빔(20)을 조명한다.
대물 렌즈(207)에 의하여 기판(101)(시료)면 상에 초점이 맞추어진(합초된) 멀티 1 차 전자 빔(20)은, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의하여 일괄 편향되고, 각 빔의 기판(101) 상의 각각의 조사 위치가 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 조사된다. 이와 같이, 1 차 전자 광학계(151)는, 기판(101)에 멀티 1 차 전자 빔(20)을 조명한다.
기판(101)의 원하는 위치가 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 조사되면, 이러한 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 조사된 것에 기인하여, 기판(101)으로부터 반사 전자를 포함하는 2 차 전자의 다발(멀티 2 차 전자 빔(300))이 방출된다. 멀티 1 차 전자 빔(20)의 각 빔에 대응하는 2 차 전자 빔이 방출된다.
기판(101)으로부터 방출된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 전자기 렌즈(207)를 통하여, 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈(E × B 다극자 렌즈(214, 217))로 진행된다. 도 1의 예에서는, E × B 다극자 렌즈(217)를 통과한 후에 E × B 다극자 렌즈(214)로 진행된다.
복수의 다극자 렌즈 중, 전자기 렌즈(207)로부터 가장 이격된 위치에 배치되는 E × B 다극자 렌즈(214)는, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다. 1 차 궤도와 2 차 궤도의 공통 궤도 상에 배치되는 복수의 다극자 렌즈 중, E × B 다극자 렌즈(214)는, 2 차 전자 빔 궤도의 최하류측에 위치한다.
도 3a 내지 도 3c는, 실시 형태 1에 있어서의 E × B 다극자 렌즈의 구성과 편향 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 내지 도 3c에 있어서, E × B 다극자 렌즈(214, 217)는, 모두, 코일을 이용한 4 극 이상의 복수의 자극(12)(전자기 편향 코일)과, 4 극 이상의 복수의 전극(14)(정전 편향 전극)을 가진다. 도 3a 내지 도 3c의 예에서는, 90 도씩 위상을 어긋나게 한 복수의 자극(12)이 표시되어 있다. 마찬가지로, 90 도씩 위상을 어긋나게 한 복수의 전극(14)이 표시되어 있다. 또한, 복수의 자극(12)과 복수의 전극(14)이 45 도씩 위상을 어긋나게 하여 교대로 배치되는 경우를 나타내고 있다. 배치의 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 자극(12)과 복수의 전극(14)이, 같은 위상에 중첩되어 배치되어도 상관없다. E × B 다극자 렌즈(214, 217) 중, 전자기 렌즈(207)로부터 가장 이격된 위치에 배치되는 E × B 다극자 렌즈(214)로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향함으로써 분리 작용을 발생시킨다. E × B 다극자 렌즈(214)에서는, 복수의 자극(12)에 의하여 지향성의 자계를 발생시킨다. 마찬가지로, 복수의 전극(14)에 의하여 지향성의 전계를 발생시킨다. 구체적으로는, E × B 다극자 렌즈(214)는, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 중심 빔이 진행되는 방향(궤도 중심축)으로 직교하는 면 상에서, 전계(E)와 자계(B)를 직교하는 방향으로 발생시킨다. 전계는 전자의 진행 방향에 상관없이, 같은 방향으로 힘을 미친다. 이에 대하여, 자계는 플레밍 왼손 법칙에 따라 힘을 미친다. 그 때문에, 전자의 침입 방향에 의하여 전자에 작용하는 힘의 방향을 변화시킬 수 있다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, E × B 다극자 렌즈(214)에 상측으로부터 침입해 오는 멀티 1 차 전자 빔(20)에는, 전계에 의한 힘(FE)과 자계에 의한 힘(FB)이 서로 상쇄되고, 멀티 1 차 전자 빔(20)은 하방으로 직진한다. 이에 대하여, 도 3c에 도시하는 바와 같이, E × B 다극자 렌즈(214)에 하측으로부터 침입해 오는 멀티 2 차 전자 빔(300)에는, 전계에 의한 힘(FE)과 자계에 의한 힘(FB)이 모두 같은 방향으로 작용하고, 멀티 2 차 전자 빔(300)은 소정의 방향으로 편향됨으로써, 기울기 상방으로 굽혀지고, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된다.
기울기 상방으로 굽혀지고, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 2 차 전자 광학계(152)에 의하여 멀티 검출기(222)로 인도된다. 구체적으로는, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 편향기(218)에 의하여 편향됨으로써, 더 굽혀져, 전자기 렌즈(224)로 진행된다. 그리고, 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 이격된 위치에서, 전자기 렌즈(224)에 의하여, 집속 방향으로 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 멀티 검출기(222)(멀티 2 차 전자 빔 검출기)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출한다. 바꾸어 말하면, 멀티 검출기(222)는, 굴절되고, 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 충돌하여, 전자를 발생하고, 2 차 전자 화상 데이터를 화소마다 생성한다. 멀티 검출기(222)에서 검출된 강도 신호는, 검출 회로(106)로 출력된다.
도 4는, 실시 형태 1의 비교예에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 비교예에서는, 1 단의 E × B 다극자 렌즈(214)를 배치하는 경우를 나타내고 있다. 멀티 1 차 전자 빔(20)은, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 상면 공역 위치에 배치된 E × B 다극자 렌즈(214)를 통과하여 확장된다. 그리고, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의하여 집속 방향으로 궤도가 굽혀져, 기판(101)면에 결상된다. 도 4에서는, 멀티 1 차 전자 빔(20)중, 중심의 1 차 전자 빔(21)의 궤도를 나타내고 있다. 그리고, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 기판(101)이 조사됨으로써, 기판(101)으로부터 멀티 2 차 전자 빔(300)이 방출된다. 멀티 2 차 전자 빔(300) 중, 중심의 1 차 전자 빔(21)에 대응하는 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, 1 차 전자 빔이 E × B 다극자 렌즈(214)면에서 결상하고, 대물 렌즈가 멀티 1 차 전자 빔(20)을 기판(101) 상에 포커스하는 조건에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 중심 2 차 전자 빔(301)이, 자기 렌즈(207)에 의하여 집속 방향으로 궤도가 굽혀지기는 하지만, E × B 다극자 렌즈(214)에 도달하는 자기쪽 위치에서 중간상면(결상점)이 형성된다. 그 후, 중심 2 차 전자 빔(301)은 확장되면서, E × B 다극자 렌즈(214)로 진행된다. 그리고, 비교예에서는, 중심 2 차 전자 빔(301)이 더 확장되면서, 편향기(218)로 진행되게 된다. E × B 다극자 렌즈(214)에서의 각 2 차 전자 빔의 빔 지름이 크므로, 분리하기 위하여 편향된 각 2 차 전자 빔에 생기는 수차가 커져 버린다. 그 결과, 멀티 검출기(222)로 검출되는 멀티 2 차 전자 빔(300)이 서로 중합되어 버리는 경우가 생길 수 있다.
이에, 실시 형태 1에서는, 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈를 배치하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)에 렌즈 작용을 미친다. 복수의 다극자 렌즈로서, 복수의 E × B 다극자 렌즈(214, 217)를 이용한다.
도 5는, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 1 차 전자 빔으로의 E × B 다극자 렌즈의 렌즈 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 있어서, E × B 다극자 렌즈(214, 217)는, 상술한 바와 같이, 90 도씩 위상이 어긋난 4 극의 자극(12)과, 90 도씩 위상이 어긋난 4 극의 전극(14)을 가진다. 4 극의 자극(12)에 의하여, 자계에 의한 4 중극장을 형성한다. 4 극의 전극(14)에 의하여, 전계에 의한 4 중극장을 형성한다. 실시 형태 1의 4 중극장에서는, 전자 빔의 궤도 중심 축에 직교하는 두 방향의 일방에 집속 작용을 발생시키고, 타방에 발산 작용을 발생시킨다. 이와 같이, x, y 방향이라고 하는 직교하는 두 방향으로, 반대의 렌즈 작용을 통과하는 전자 빔에 미칠 수 있다. 도 5에 있어서, 전계와 자계의 방향을 직교시킨다. 이에 의하여, 도 5의 예에서는, 멀티 1 차 전자 빔(20)에 대하여, 자계에 의한 4 중극장에 의하여 y 방향으로 발산 작용을 발생시키고, x 방향으로 집속 작용을 발생시키는 경우를 나타내고 있다. 한편, 전계에 의한 4 중극장에 의하여 x 방향으로 발산 작용을 발생시키고, y 방향으로 집속 작용을 발생시키는 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 도 5에서, 전계와 자계의 방향을 직교시킴으로써, 멀티 1 차 전자 빔(20)에 미치는 전계에 의한 힘과, 자계에 의한 힘이 서로 지워져 상쇄될 수 있다. 따라서, 멀티 1 차 전자 빔(20)에 렌즈 작용을 미치지 않고, 통과시킬 수 있다. 또한, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 같은 크기가 되도록 조정한다. 또한, 다극자 렌즈의 렌즈 작용은, 예를 들면, 전극과 자극을 각각 8 극으로 함으로써, 임의의 방향의 4 중극장을 발생시킬 수 있다.
도 6은, 실시 형태 1에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔으로의 E × B 다극자 렌즈의 렌즈 작용을 설명하기 위한 도면이다. 상술한 바와 같이, 실시 형태 1의 4 중극장에서는, 전자 빔의 궤도 중심 축에 직교하는 두 방향의 일방에 집속 작용을 발생시키고, 타방에 발산 작용을 발생시킨다. 도 5에서 설명한 바와 같이, 전계와 자계의 방향을 직교시킨다. 이에 의하여, 도 6의 예에서는, 멀티 2 차 전자 빔(300)에 대하여, 자계에 의한 4 중극장에 의하여 x 방향으로 발산 작용을 발생시키고, y 방향으로 집속 작용을 발생시키는 경우를 나타내고 있다. 그리고, 전계에 의한 4 중극장에 의하여 x 방향으로 발산 작용을 발생시키고, y 방향으로 집속 작용을 발생시키는 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 도 6에 있어서, 전계와 자계의 방향을 직교시킴으로써, 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미치는 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘을 동일 방향으로 발생시킬 수 있다. 따라서, 자계에 의한 4 중극장에 의한 렌즈 작용과, 전계에 의한 4 중극장에 의한 렌즈 작용을, 동일 방향으로 맞출 수 있다.
도 7은, 실시 형태 1에 있어서의 4 중극장에서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 도 7에 있어서, 멀티 1 차 전자 빔(20)(점선)은, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 상면 공역 위치에 배치된 E × B 다극자 렌즈(214)를 통과하여, x, y 방향 모두로 확장된다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(217)를 통과하고, 자기 렌즈(207)(대물 렌즈)에 의하여, x, y 방향 모두에 집속 방향으로 궤도가 굽혀져, 기판(101)면에 결상된다. 도 7에서는, 멀티 1 차 전자 빔(20) 중, 중심의 1 차 전자 빔(21)의 궤도를 나타내고 있다. 그리고, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 기판(101)이 조사됨으로써, 기판(101)으로부터 멀티 2 차 전자 빔(300)이 방출된다. 상술한 바와 같이, 2 차 전자 빔(301)의 방출 시의 에너지는, 기판(101)으로의 1 차 전자 빔(21)의 입사 에너지보다 작다. 그 때문에, 1 차 전자 빔이 E × B 다극자 렌즈(214)면에서 결상하고, 대물 렌즈가 멀티 1 차 전자 빔(20)을 기판(101) 상에 포커스하는 조건에서는, 도 3a 내지 도 3c와 마찬가지로, 중심 2 차 전자 빔(301)이, 자기 렌즈(207)에 의하여 집속 방향으로 궤도가 굽혀지기는 하지만, E × B 다극자 렌즈(217)에 도달하는 자기쪽 위치에서 중간상면(결상점)(제1 상면)이 형성된다.
그 후, 중심 2 차 전자 빔(301)은 확장되면서, E × B 다극자 렌즈(217)로 진행된다.
도 8은, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극 렌즈의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 있어서, 복수의 다극자 렌즈는, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 중심축과 직교하는 x 방향(제1 방향)으로, 발산 작용과 집속 작용과의 일방의 렌즈 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 그리고, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 중심축과 직교하는 y 방향(제2 방향)으로, 발산 작용과 집속 작용과의 타방의 렌즈 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 도 8에 도시하는 2 단의 4 중극 렌즈에서는, 1 단째의 4 중극 렌즈와, 2 단째의 4 중극 렌즈로 반대의 렌즈 작용을 발생시킨다.
도 7 및 도 8의 예에서는, E × B 다극자 렌즈(217)에 의하여, x 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(217)에 의하여, x 방향에서는 집속 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 발산 방향으로 궤도가 굽혀져, E × B 다극자 렌즈(214)로 진행된다.
한편, E × B 다극자 렌즈(214)에서는, E × B 다극자 렌즈(217)와는 반대의 렌즈 작용을 발생시킨다. 구체적으로는, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향에서는 발산 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 집속 방향으로 궤도가 굽혀져, 중간상면(제2 상면)에 결상된다.
여기서, 일반적으로 2 단의 4 중극 렌즈에서는, 집속/발산의 순으로 진행되는 방향이, 발산/집속의 순으로 진행되는 방향보다 중간상면(제2 상면)에서의 배율이 커진다. 도 8에서는, 제1 상면으로부터 E × B 다극자 렌즈(217)(1 단째)의 렌즈 중심까지의 거리(a), E × B 다극자 렌즈(217)(1 단째)의 렌즈 중심으로부터 E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 렌즈 중심까지의 거리(b), 및 E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 렌즈 중심으로부터 제2 상면까지의 거리(c)를 나타내고 있다. 또한, E × B 다극자 렌즈(217)(1 단째)의 발산 렌즈의 초점 거리(f1), 및 E × B 다극자 렌즈(217)(1 단째)의 집속 렌즈의 초점 거리(-f1)를 나타내고 있다. 또한, E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 발산 렌즈의 초점 거리(f2), 및 E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 집속 렌즈의 초점 거리(-f2)를 나타내고 있다. 또한, E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 렌즈 중심으로부터 제2 상면으로의 y 방향의 배율(M1), 및 E × B 다극자 렌즈(214)(2 단째)의 렌즈 중심으로부터 제2 상면으로의 x 방향의 배율(M2)을 나타내고 있다.
도 9는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 배율 계산식을 나타내고 있다. 도 9에서는, 도 8 상태에 있어서의 배율 계산식을 나타내고 있다. 도 9에 있어서, y 방향의 배율(M1)은 식 (1)로 정의할 수 있다. x 방향의 배율(M2)은 식 (2)로 정의할 수 있다. 또한, y 방향의 결상 조건(공역 조건)은 식 (3)으로 정의할 수 있다. x 방향의 결상 조건(공역 조건)은 식 (4)로 정의할 수 있다. 식 (3) 및 식 (4)로부터, 초점 거리(f1, f2)에 대하여 풀면, 초점 거리(f1)는 식 (5)로 정의할 수 있다. 초점 거리(f2)는 식 (6)으로 정의할 수 있다. 그리고, 식 (5) 및 식 (6)을 식 (1) 및 식 (2)에 대입하면, y 방향의 배율(M1)의 절대값과 x 방향의 배율(M2)의 절대값이 구해진다. y 방향의 배율(M1)의 절대값과 x 방향의 배율(M2)의 절대값을 비교함으로써, x 방향의 배율(M2)이 y 방향의 배율(M1)보다 커짐을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 의한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다. 도 10c에 도시하는 시료면에서의 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)의 렌즈 작용에 의한 제1 상면에서는, 도 10b에 도시하는 바와 같이, x, y 방향으로 배율차가 발생되지 않았다. 이에 대하여, 2 단째의 E × B 다극자 렌즈(214)에 의한 렌즈 작용에 의한 제2 상면에서는, 도 10a에 도시하는 바와 같이, x 방향으로 연장된 타원 형상의 빔이 된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 검출하기 위해서는, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 멀티 2 차 전자 빔(300)을 분리할 필요가 있다. 이에, 실시 형태 1에서는, 복수의 다극자 렌즈 중의 하나로, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다. 바꾸어 말하면, 1 차 전자 빔과 2 차 전자 빔과의 공통 궤도 상에 배치되는 복수의 다극자 렌즈 중, 기판(101)으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 다극자 렌즈에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다. 따라서, 도 1의 예에서는, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다. 멀티 2 차 전자 빔(300)을 분리하기 위하여, E × B 다극자 렌즈(214)에, 4 중극장에 추가로, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향하기 위한 편향장을 추가한다.
도 11은, 실시 형태 1에 있어서의 4 중극장에 의한 힘의 방향과, 편향장에 의한 편향 방향과의 일예를 나타내는 도면이다. 도 11에서는, 4 극의 전극(14)을 이용하여 설명한다. 4 극의 자극(12)에 의한 작용에 대해서는, 도시를 생략하고 있다. 편향장을 형성하는 x 방향의 전극 전위를 Vx0, y 방향의 전극 전위를 Vy0로 나타낸다. 4 중극장을 형성하는 x 방향의 전극 전위를 Vx1, y 방향의 전극 전위를 Vy1로 나타낸다.
4 중극장에서는, 상술한 바와 같이, 대향하는 전극으로, 같은 부호의 전위를 인가한다. 도 11의 예에서는, 좌우의 전극으로 +Vx1를 인가한다. 상하의 전극으로 +Vy1를 인가한다. 예를 들면, Vx1=+V2, Vy1=-V2로 하면, x 방향으로 발산되고, y 방향으로 집속되는 렌즈 작용을 형성할 수 있다.
편향장에서는, 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 바와 같이, 대향하는 전극으로 부호가 반전된 같은 크기의 전위를 인가한다. 도 11의 예에서는, 위의 전극 전위를 +Vy0로 한다. 대향하는 아래의 전극 전위를 -Vy0로 한다. 또한, 오른쪽의 전극 전위를 +Vx1로 한다. 대향하는 왼쪽의 전극 전위를 -Vx1로 한다. 예를 들면, Vx0=+V1, Vy0=0으로 하면, x 방향으로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향하는 전계에 의한 힘(FE)을 발생시킬 수 있다.
실시 형태 1에서는, E × B 다극자 렌즈(214)에 대하여, 4 중극장과 편향장을 가산한다. 그 때, 실시 형태 1에서는, 4 중극장에서 집속/발산의 순으로 진행되는 방향으로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향한다.
도 12는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예와, 멀티 1 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 멀티 1 차 전자 빔(20)(점선)의 궤도는, 도 7과 같다. 도 12에서는, 멀티 1 차 전자 빔(20) 중, 중심의 1 차 전자 빔(21)의 궤도를 나타내고 있다. 그리고, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도는, E × B 다극자 렌즈(214)까지는 도 7과 같다.
도 12의 예에서는, E × B 다극자 렌즈(214)의 편향장에 의하여, x 방향으로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향한다. 이에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리하고, 멀티 2 차 전자 빔(300)을, 편향기(218)로 향할 수 있다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(214)의 4 중극장에서는, E × B 다극자 렌즈(217)와는 반대의 렌즈 작용을 발생시킨다. 구체적으로는, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향에서는 발산 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 집속 방향으로 궤도가 굽혀져, 중간상면(제2 상면)에 결상된다.
실시 형태 1에서는, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여 x, y 방향 중, 발산 작용을 미치는 방향으로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 분리한다. 4 중극장에서 집속/발산의 순으로 진행되는 x 방향에서는, E × B 다극자 렌즈(214) 상에서의 빔 지름이 작다. 따라서, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 x 방향으로 편향한다. 이에 의하여, E × B 다극자 렌즈(214)에서의 편향에 의하여 생기는 수차를 작게 할 수 있다. 따라서, 멀티 검출기(222)에서의 빔끼리의 중첩을 억제하여, 개별적으로 2 차 전자 빔을 검출할 수 있다.
또한, 중간상면(제2 상면)을 편향기(218)의 중심 위치로 조정함으로써, 편향기(218)에서의 편향에 의하여 생기는 수차를 작게 할 수 있다.
또한, E × B 다극자 렌즈(214)에서의 편향에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 배율이 변화된다. x 방향으로 편향하는 경우의 x 방향의 배율(Mx)과, y 방향의 배율(My)의 비(Mx/My<1)가 된다. 실시 형태 1에서는, 4 중극장에서 집속/발산의 순으로 진행되는 x 방향으로 멀티 2 차 전자 빔(300)을 편향한다. 따라서, 4 중극장에서 커진 x 방향의 배율을 편향장에서 작게 할 수 있다. 따라서, x, y 방향의 배율차를 개선할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는, 실시 형태 1에 있어서의 2 단의 4 중극장에 편향장을 추가한 멀티 2 차 전자 빔의 상면에서의 상태의 일예를 나타내는 도면이다. 도 13c에 도시하는 시료면에서의 멀티 2 차 전자 빔(300)은, 전자기 렌즈(207)(대물 렌즈)의 렌즈 작용에 의한 제1 상면에서는, 도 13b에 도시하는 바와 같이, x, y 방향으로 배율차가 발생되지 않았다. 이에 대하여, 2 단째의 E × B 다극자 렌즈(214)에 의한 렌즈 작용에 의한 제2 상면에서는, 편향함으로써, 도 13a에 도시하는 바와 같이, x, y 방향의 배율차가 작아진다.
도 14는, 실시 형태 1의 변형예 1에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 14의 예에서는, 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈로서, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈와, 제3 다극자 렌즈와의 3 단의 다극자 렌즈가 배치된다. 3 단의 다극자 렌즈로서, E × B 다극자 렌즈(214, 217, 219)가 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도와, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도가 공통되는 위치에 배치된다. 도 14의 예에서는, 전자기 렌즈(206)와 전자 렌즈(207)의 사이에 배치된다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(214, 217, 219) 중, 기판으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 다극자 렌즈에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다.
3 단의 E × B 다극자 렌즈(214, 217, 219)를 이용하는 경우에도, 전계와 자계를 직교하는 방향으로 형성하고, 자계에 의한 힘과 전계에 의한 힘을 같은 크기로 함으로써, 멀티 1 차 전자 빔(20)이 진행되는 방향에서는, 자계에 의한 힘과 전계에 의한 힘을 상쇄할 수 있다. 따라서, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 직진시킬 수 있다.
도 15는, 실시 형태 1의 변형예 1에 있어서의 4 중극장에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예를 나타내는 도면이다. 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도는, 도 7과 같다. 1 차 전자 빔이 E × B 다극자 렌즈(214)면에서 결상하고, 대물 렌즈가 멀티 1 차 전자 빔(20)을 기판(101) 상에 포커스하는 조건에서는, 도 3a 내지 도 3c와 마찬가지로, 중심 2 차 전자 빔(301)이, 자기 렌즈(207)에 의하여 집속 방향으로 궤도가 굽혀지기는 하지만, E × B 다극자 렌즈(217)에 도달하는 자기쪽 위치에서 중간상면(결상점)(제1 상면)이 형성된다.
그 후, 중심 2 차 전자 빔(301)은 확장되면서, E × B 다극자 렌즈(219)(1 단째)로 진행된다.
도 15의 예에서는, E × B 다극자 렌즈(219)(1 단째)에 의하여, x 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(219)에 의하여 x 방향에서는 집속 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 발산 방향으로 궤도가 굽혀져, E × B 다극자 렌즈(217)로 진행된다.
E × B 다극자 렌즈(217)(2 단째)에서는, E × B 다극자 렌즈(219)와는 반대의 렌즈 작용을 발생시킨다. 구체적으로는, E × B 다극자 렌즈(217)에 의하여, x 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향에서는 발산 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 집속 방향으로 궤도가 굽혀져, E × B 다극자 렌즈(214)로 진행된다.
E × B 다극자 렌즈(214)(3 단째)에서는, E × B 다극자 렌즈(217)와는 반대의 렌즈 작용을 발생시킨다. 구체적으로는, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향으로 집속 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 집속 렌즈로서 작용한다. 그리고, y 방향으로 발산 작용을 멀티 2 차 전자 빔(300)에 미친다. 바꾸어 말하면, 발산 렌즈로서 작용한다. 그 때문에, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, x 방향에서는 집속 방향으로 궤도가 굽혀지고, y 방향에서는 더 발산 방향으로 궤도가 굽혀져, 중간상면(제2 상면)에 결상된다.
여기서, 상술한 바와 같이, E × B 다극자 렌즈(219)(1 단째)와, E × B 다극자 렌즈(217)(2 단째)에 의하여, 집속/발산의 순으로 진행되는 x 방향이, 발산/집속의 순으로 진행되는 y 방향보다 중간상면(제2 상면)에서의 배율이 커진다. 이에, 실시 형태 1의 변형예 1에서는, E × B 다극자 렌즈(214)(3 단째)에 의하여, 렌즈 작용을 역전시켜, x 방향에 대하여 집속/발산/집속의 순으로 한다. 이에 의하여, 집속/발산의 순으로 커진 배율을 다음에 집속시킴으로써, y 방향의 배율에 접근시킬 수 있다. 또한, y 방향에 대하여 발산/집속/발산의 순으로 한다. 이에 의하여, 발산/집속의 순으로 작아진 배율을 다음에 발산시킴으로써, x 방향의 배율에 접근시킬 수 있다. 이에 의하여, x, y 방향으로 발생된 배율차를 개선할 수 있다.
실시 형태 1의 변형예 1에서는, E × B 다극자 렌즈(214)에서의 편향 방향은 x 방향이어도 된다. 단, y 방향으로 해도 상관없다. 3 단째의 E × B 다극자 렌즈(214) 상에서의 빔 지름은, x 방향만이 아니라 y 방향으로도 작게 할 수 있으므로, 편향에 의한 수차는 어느 방향에서도 작게 할 수 있다. 또한, 배율차를 작게 할 수 있는 점에서도, 어느 방향으로 편향해도 상관없다.
도 16은, 실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 16의 예에서는, 복수의 다극자 렌즈로서, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈와, 제3 다극자 렌즈와의 3 단의 다극자 렌즈가 배치된다. 3 단의 다극자 렌즈 중, 2 단의 E × B 다극자 렌즈(214, 217)가, 도 1과 마찬가지로, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도와 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도가 공통되는 위치에 배치된다. 그리고, 나머지 다극자 렌즈(221)가, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 도중에 배치된다. 도 16의 예에서는, 다극자 렌즈(221)가 E × B 다극자 렌즈(214)와 편향기(218)의 사이에 배치된다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(214, 217) 중, 기판으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다.
도 17a 및 도 17b는, 실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 제3 다극자 렌즈의 일예를 나타내는 도면이다. 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도와 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도가 공통되는 위치에 다극자 렌즈를 배치하는 경우에는, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 직진시키기 위하여, E × B 다극자 렌즈일 필요가 있었다. 그러나, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로부터 분리 후의 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도에 배치하는 경우에는, 멀티 1 차 전자 빔(20)으로의 영향을 고려할 필요가 없다. 따라서, 자계에 의한 4 중극장과, 전계에 의한 4 중극장과의 일방이어도 된다. 따라서, 다극자 렌즈(221)는, 4 극 이상의 복수의 전극과, 4 극 이상의 복수의 자극 중, 적어도 일방을 가지는 구성이면 된다. 다극자 렌즈(221)는, 예를 들면, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 4 극의 전극(14)으로 구성되어도 되고, 혹은, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 4 극의 자극(12)으로 구성되어도 된다.
실시 형태 1의 변형예 2에 있어서의 4 중극장에 있어서의 멀티 2 차 전자 빔의 궤도의 일예는, 도 15와 같아도 된다. 실시 형태 1의 변형예 2에서는, 다극자 렌즈(221)(3 단째)에 의하여, 렌즈 작용을 역전시켜, x 방향에 대하여 집속/발산/집속의 순으로 한다. 이에 의하여, 집속/발산의 순으로 커진 배율을 다음에 집속시킴으로써, y 방향의 배율에 접근시킬 수 있다. 또한, y 방향에 대하여 발산/집속/발산의 순으로 한다. 이에 의하여, 발산/집속의 순으로 작아진 배율을 다음에 발산시킴으로써, x 방향의 배율에 접근시킬 수 있다. 이에 의하여, 실시 형태 1의 변형예 2에서는, 변형예 1와 마찬가지로, x, y 방향으로 발생된 배율차를 개선할 수 있다.
실시 형태 1의 변형예 2에서는, 변형예 1과 마찬가지로, E × B 다극자 렌즈(214)에서의 편향 방향은 x 방향이어도 된다. 단, y 방향으로 해도 상관없다. 3 단째의 다극자 렌즈(221) 상에서의 빔 지름은, x 방향만이 아니라 y 방향에서도 작게 할 수 있으므로, 편향에 의한 수차는 어느 방향에서도 작게 할 수 있다. 또한, 배율차를 작게 할 수 있는 점에서도, 어느 방향으로 편향해도 상관없다.
도 18은, 실시 형태 1에 있어서의 반도체 기판에 형성되는 복수의 칩 영역의 일예를 나타내는 도면이다. 도 18에 있어서, 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 전사 되어 있다.
도 19는, 실시 형태 1에 있어서의 화상 취득 처리를 설명하기 위한 도면이다. 도 19에 도시하는 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 19의 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 상에 있어서의 멀티 1 차 전자 빔(20)의 x 방향의 빔 간 피치에 x 방향의 빔 수를 곱한 x 방향 사이즈) × (기판(101)면 상에 있어서의 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 조사되며, 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 같은 위치를 조사하게 된다. 부편향기(209)(제1 편향기)는, 멀티 1 차 전자 빔(20)을 일괄 편향함으로써, 패턴이 형성된 기판(101)면을 멀티 1 차 전자 빔(20)으로 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 조사해간다.
각 스트라이프 영역(32)의 폭은, 조사 영역(34)의 y 방향 사이즈와 마찬가지로, 혹은 스캔 마진분 좁게 한 사이즈로 설정하면 바람직하다. 도 13a 내지 도 13c의 예에서는, 조사 영역(34)이 직사각형 영역(33)과 같은 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 조사되어, 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 같은 스트라이프 영역(32) 내의 인접하는 직사각형 영역(33)으로 이동한다. 이러한 동작을 반복하여, 스트라이프 영역(32) 내를 순서대로 조사해간다. 1 개의 스트라이프 영역(32)의 스캔이 종료되면, 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 19의 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)으로 기판(101)을 조사하는 경우, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 조사 위치가 스테이지(105)의 이동에 추종하도록, 주편향기(208)에 의하여 일괄 편향에 의한 트래킹 동작이 행해진다. 그 때문에, 멀티 2 차 전자 빔(300)의 방출 위치가 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 중심 축에 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 변화된 각 2 차 전자 빔으로 멀티 검출기(222)가 대응하는 검출 영역 내가 조사되도록, 예를 들면, 편향기(226)는, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 일괄 편향한다. 편향기(226)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, 편향기(218) 내에서 중간상면(제2 상면)을 형성함과 동시에, 편향기(218)로 편향되며, 그로부터 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 이동 중에 발산하며, 멀티 검출기(222)까지 도달하지 않는 경우여도 상관없다. 그리고. 검출된 멀티 2 차 전자 빔(300)의 신호에 기초한 2 차 전자 화상이 취득된다. 구체적으로는, 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 순으로 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 나타내는 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 도형 종을 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 전개되며, 그 도형 데이터의 도형 형상을 나타내는 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 읽어들이고, 검사 영역을 소정의 치수를 단위로 하는 칸으로서 가상 분할할 수 있던 칸마다, 설계 패턴에 있어서의 도형이 차지하는 점유율을 연산하여, 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 양자( 兩者 )를 비교하고, 예를 들면, 형상 결함이라고 하는 결함의 유무를 판정한다. 예를 들면, 화소(36)마다의 계조값차가 판정 역치(Th)보다 크면 결함이라고 판정한다. 그리고, 비교 결과가 출력된다. 비교 결과는, 기억 장치(109), 모니터(117), 혹은 메모리(118)로 출력된다, 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 행하여도 바람직하다. 혹은, 자기( 自己 )의 측정 화상만을 이용하여 검사해도 상관없다.
도 20은, 실시 형태 1의 변형예 3에 있어서의 패턴 검사 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 20의 예에서는, 복수의 다극자 렌즈로서, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈와, 제3 다극자 렌즈와, 제4 다극자 렌즈와의 4 단의 다극자 렌즈가 배치된다. 4 단의 다극자 렌즈 중, 2 단의 E × B 다극자 렌즈(214, 217)가, 도 1과 마찬가지로, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도와 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도가 공통되는 위치에 배치된다. 그리고, 나머지 다극자 렌즈(227, 228)가, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 도중에 배치된다. 도 20의 예에서는, 다극자 렌즈(227, 228)가 편향기(218)와 투영 렌즈(224)와의 사이에 배치된다. 그리고, E × B 다극자 렌즈(214, 217) 중, 기판으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, 멀티 2 차 전자 빔(300)을 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리한다.
E × B 다극자 렌즈(217)로 X 방향 집속, Y 방향 발산 작용을 미치고, E × B 다극자 렌즈(214)에 의하여, X 방향 발산 작용, Y 방향 집속 작용을 부여함으로써, 편향기(218)의 위치에 결상된다. 이 때, 상술한 바와 같이, X, Y에 배율차가 발생된다. 이 배율차는, 편향기(218) 이후에 2 단의 다극자 렌즈(227, 228)를 배치하면, 배율차를 개선할 수 있다. 구체적으로는, 다극자 렌즈(227)로 X 방향 발산, Y 방향 집속 작용을 부여하고, 다극자 렌즈(228)로 X 방향 집속, Y 방향 발산 작용을 부여함으로써, 2 단의 E × B 다극자 렌즈(214, 217)에서 발생된 배율차를, 마찬가지로 2 단의 다극자 렌즈(227, 228)로 지우도록 개선할 수 있다. 다극자 렌즈(227, 228)는, 다극자 렌즈(221)와 마찬가지로, 4 극 이상의 복수의 전극과, 4 극 이상의 복수의 자극 중, 적어도 일방을 가지는 구성이면 된다. 또한, 멀티 1 차 전자 빔(20)의 궤도 상으로부터 분리된 멀티 2 차 전자 빔(300)의 궤도 도중에 배치되는 다극자 렌즈는, 단 수를 늘려 배율차의 조정을 할 수도 있다. 그 밖의 내용은, 상술한 내용과 같다.
이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, E × B 분리기로 멀티 1 차 전자 빔으로부터 멀티 2 차 전자 빔을 분리할 때에 생기는 수차를 저감할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 일련의 「~회로」는, 처리 회로를 포함하며, 그 처리 회로에는, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은, 반도체 장치등이 포함된다. 또한, 각 「~회로」는, 공통되는 처리 회로(동일한 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, 구체적인 예를 참조하면서, 실시 형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은, 이들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전자기 렌즈(217)는, 정전 렌즈여도 상관없다.
또한, 장치 구성 또는 제어 수법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 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 빔 화상 취득 장치 및 멀티 빔 화상 취득 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 멀티 1 차 전자 빔의 조사에 기인한 2 차 전자 화상을 이용하여 패턴 검사하는 멀티 빔 검사 장치의 화상 취득 수법에 이용할 수 있다.
10 : 1 차 전자 빔
12 : 자극
14 : 전극
20 : 멀티 1 차 전자 빔
21 : 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
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
130 : 리타딩 제어 회로
132 : E × B 다극자 렌즈 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, 217, 219 : E × B 다극자 렌즈
216 : 미러
218 : 편향기
221 : 다극자 렌즈
222 : 멀티 검출기
224 : 투영 렌즈
226 : 편향기
227, 228 : 다극자 렌즈
300 : 멀티 2 차 전자 빔
301 : 2 차 전자 빔
330 : 검사 영역
332 : 칩

Claims (13)

  1. 기판을 재치하는 스테이지와,
    멀티 1 차 전자 빔을 이용하여, 상기 기판을 상기 멀티 1 차 전자 빔으로 조명하는 조명 광학계와,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도와 상기 멀티 1 차 전자 빔으로 상기 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2 차 전자 빔의 궤도가 공통되는 위치에 배치된, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극을 가지는 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈와,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 멀티 검출기
    를 구비하고,
    상기 복수의 다극자 렌즈 중 하나가, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 중심축과 직교하는 제1 방향으로, 발산 작용과 집속 작용과의 일방의 렌즈 작용을 상기 멀티 2 차 전자 빔에 미치고, 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 중심축과 직교하는 제2 방향으로, 발산 작용과 집속 작용과의 타방의 렌즈 작용을 상기 멀티 2 차 전자 빔에 미치고,
    상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 상기 복수의 다극자 렌즈 중 하나는, 상기 제1 및 제2 방향 중 발산 작용을 미치는 방향으로 상기 멀티 2 차 전자 빔을 분리하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈를 가지고,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 도중에 배치된, 제3 다극자 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 다극자 렌즈는, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극 중 적어도 일방을 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈와, 제3 다극자 렌즈를 가지고,
    상기 제1 내지 제3 다극자 렌즈 중, 기판으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 다극자 렌즈에 의하여, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  6. 조명 광학계를 이용하여, 스테이지 상에 재치되는 기판을 상기 멀티 1 차 전자 빔으로 조명하고,
    4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극을 가지는 2 단 이상의 복수의 다극자 렌즈를 이용하여, 상기 멀티 1 차 전자 빔으로 상기 기판이 조사된 것에 기인하여 방출되는 멀티 2 차 전자 빔에 렌즈 작용을 미치고,
    상기 복수의 다극자 렌즈 중의 하나를 이용하여, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하고,
    분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔을 검출하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 중심축과 직교하는 제1 방향으로, 발산 작용과 집속 작용과의 일방을 상기 멀티 2 차 전자 빔에 미치고, 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 중심축과 직교하는 제2 방향으로, 발산 작용과 집속 작용과의 타방을 상기 멀티 2 차 전자 빔에 미치고,
    상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 상기 복수의 다극자 렌즈 중 하나는, 상기 제1 및 제2 방향 중 발산 작용을 미치는 방향으로 상기 멀티 2 차 전자 빔을 분리하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈를 가지고,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 도중에 배치된 제3 다극자 렌즈로, 상기 멀티 2 차 전자 빔에 작용하고 있는 렌즈 작용을 역전시키는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 다극자 렌즈는, 4 극 이상의 복수의 전극과, 4 극 이상의 복수의 자극 중 적어도 일방을 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈와, 제3 다극자 렌즈를 가지고,
    상기 제1 내지 제3 다극자 렌즈 중, 기판으로부터 보다 이격된 위치에 배치되는 다극자 렌즈에 의하여, 상기 멀티 2 차 전자 빔을 상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 다극자 렌즈는, 제1 다극자 렌즈와, 제2 다극자 렌즈를 가지고,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 도중에 배치된, 복수의 다극자 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 멀티 1 차 전자 빔의 궤도 상으로부터 분리된 상기 멀티 2 차 전자 빔의 궤도 도중에 배치된 상기 복수의 다극자 렌즈는, 제3 다극자 렌즈와, 제4 다극자 렌즈를 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 다극자 렌즈는, 4 극 이상의 복수의 전극과 4 극 이상의 복수의 자극 중 적어도 일방을 가지는 것을 특징으로 하는, 멀티 전자 빔 화상 취득 장치.
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