TWI782516B - 多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法 - Google Patents

多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法 Download PDF

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TWI782516B
TWI782516B TW110116171A TW110116171A TWI782516B TW I782516 B TWI782516 B TW I782516B TW 110116171 A TW110116171 A TW 110116171A TW 110116171 A TW110116171 A TW 110116171A TW I782516 B TWI782516 B TW I782516B
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Abstract

本發明的一態樣提供一種多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法，能夠抑制自多一次電子束分離的多二次電子束的擴散。本發明的一態樣的圖案檢查裝置的特徵在於包括：二次電子影像取得機構，具有使多一次電子束偏轉的偏轉器以及檢測多二次電子束的檢測器，使用偏轉器，利用多一次電子束在形成了圖案的試樣面上進行掃描，使用檢測器檢測自試樣面上射出的多二次電子束，藉此取得每個一次電子束所對應的二次電子影像；儲存裝置，儲存有個別修正核心，所述個別修正核心用於使關於基準圖案的各一次電子束所對應的二次電子影像，分別與實施了模糊處理的基準模糊影像一致；修正電路，使用各個個別修正核心，對自檢查對象的試樣取得的各一次電子束所對應的二次電子影像進行修正；以及比較電路，對由修正後的二次電子影像的至少一部分構成的被檢查影像與參照影像進行比較。

Description

多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法
本發明是有關於一種多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法。例如，有關於一種使用電子束以多射束拍攝基板上的圖案的影像的手法。
近年來，伴隨大規模積體電路(Large Scale Integrated circuit，LSI)的高積體化及大容量化，半導體元件所要求的電路線寬變得越來越窄。該些半導體元件是藉由使用形成有電路圖案的原畫圖案(亦稱為遮罩或標線片(reticule)。以下統稱為遮罩)，利用所謂的被稱為步進機(stepper)的縮小投影曝光裝置將圖案曝光轉印至晶圓上而形成電路來製造。
而且，對於花費很大的製造成本的LSI的製造而言，良率的提高不可或缺。但是，如以1吉位元組(gigabyte)級的動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)(隨機存取記憶體)為代表般，構成LSI的圖案自次微米(submicron)級變成奈米級。近年來，隨著在半導體晶圓上形成的LSI圖案尺寸的微細化，必須作為圖案缺陷進行檢測的尺寸亦變得極小。因此，對被轉印至半導體晶圓上的超微細圖案的缺陷進行檢查的圖 案檢查裝置需要高精度化。此外，作為使良率降低的一大因素，可列舉當藉由光微影技術將超微細圖案曝光、轉印至半導體晶圓上時所使用的遮罩的圖案缺陷。因此，對LSI製造中所使用的轉印用遮罩的缺陷進行檢查的圖案檢查裝置需要高精度化。
在檢查裝置中，例如，將使用電子束的多射束照射至檢查對象基板，檢測自檢查對象基板射出的各射束所對應的二次電子，來拍攝圖案影像。而且，已知有藉由將所拍攝的測定影像與設計資料、或拍攝基板上的同一圖案所得的測定影像加以比較來進行檢查的方法。例如，有「晶粒-晶粒(die to die)檢查」或「晶粒-資料庫(die to database)檢查」，所述「晶粒-晶粒(die to die)檢查」是對拍攝同一基板上的不同部位的同一圖案所得的測定影像資料彼此進行比較，所述「晶粒-資料庫(die to database)檢查」以進行了圖案設計的設計資料為基礎生成設計影像資料(參照影像)，並對其與拍攝圖案所得的作為測定資料的測定影像進行比較。所拍攝的影像作為測定資料而被發送至比較電路。在比較電路中進行影像彼此的對位後，依照適當的演算法對測定資料與參照資料進行比較，在不一致的情況下，判定為有圖案缺陷。
此處，在使用多電子束取得檢查影像的情況下，在一次電子束的軌道上配置電磁場正交(E×B：E cross B)濾波器，將二次電子分離。為了提高影像的精度，理想的是將照射至試樣面的射束直徑縮得更小。因此，E×B濾波器配置於E×B的影響變小的一次電子束的像面共軛位置。在一次電子束與二次電子束中，入 射至試樣面的照射電子的能量與產生的二次電子的能量不同，因此在使一次電子束聚束至E×B濾波器上的情況下，二次電子不會聚束至E×B濾波器上而擴散。因此，由E×B濾波器分離的二次電子在檢測光學系統中持續擴散。因此，在檢測光學系統中產生的像差變大，存在多二次電子束在檢測器上可發生重疊的問題。該問題並不限於檢查裝置，對於使用多電子束來取得影像的所有裝置而言均可同樣產生。
此處，揭示了一種在離開一次電子光學系統的二次電子光學系統內配置軸向色像差修正用的包括四層結構的多極子透鏡的威恩濾波器(Wien filter)，來修正分離後的二次電子的軸向色像差的技術(例如，參照日本專利公開公報日本專利特開2006-244875號)。
本發明的一態樣提供一種多電子束影像取得裝置以及多電子束影像取得方法，能夠抑制自多一次電子束分離的多二次電子束的擴散。
本發明的一態樣的多電子束影像取得裝置的特徵在於包括：多射束形成機構，形成多一次電子束；一次電子光學系統，利用多一次電子束照射試樣面；射束分離器，配置於多一次電子束的各一次電子束的像面共軛位置，沿相互正交的方向形成電場與磁場，利用電場與磁場的 作用，將因多一次電子束的照射而自試樣面射出的多二次電子束自多一次電子束分離，並且在電場與磁場的至少一個場內對多二次電子束具有透鏡作用；多檢測器，檢測多二次電子束；以及二次電子光學系統，將多二次電子束引導至多檢測器。
本發明的一態樣的多電子束影像取得方法的特徵在於：利用多一次電子束照射試樣面，在多一次電子束的各一次電子束的像面共軛位置，將由於多一次電子束的照射而自試樣面射出的多二次電子束自多一次電子束分離，並且在像面共軛位置，使多二次電子束向聚束方向折射，使在像面共軛位置自多一次電子束分離並且向聚束方向經折射的多二次電子束，在離開多一次電子束的軌道上的位置，向聚束方向進一步折射，對在離開多一次電子束的軌道上的位置經折射的多二次電子束進行檢測。
根據本發明的一態樣，可抑制自多一次電子束分離的多二次電子束的擴散。因此，可降低之後的光學系統中的像差。其結果，可抑制多二次電子束在檢測器的檢測面上的重疊。
10、21:一次電子束
11、13:凸部
12、14:多極子磁極組
15:射束
16:磁極組
20:多一次電子束
22:孔/開口部
29:子照射區域
30:圖框區域
31:圖框影像
32:條紋區域
33:矩形區域
34:照射區域
40:磁透鏡
42:極片/磁軛
44:線圈
50:間隙/開放部
60:電極組
61、62:電極/多極子電極組
63、64:電極
100:檢查裝置
101:基板/半導體基板/晶圓
102:電子束柱
103:檢查室
105:載台
106:檢測電路
107:位置電路
108:比較電路
109:記憶裝置
110:控制計算機
112:參照影像製作電路
114:載台控制電路
117:監視器
118:記憶體
119:列印機
120:匯流排
122:雷射測長系統
123:晶片圖案記憶體
124:透鏡控制電路
126:消隱控制電路
128:偏轉控制電路
142:載台驅動機構/驅動機構
144、146、148:DAC放大器
150:影像取得機構
151:一次電子光學系統
152:二次電子光學系統
160:控制系統電路
200:電子束
201:電子槍
202:磁透鏡/照明透鏡
205、206:磁透鏡/電磁透鏡
207:磁透鏡/電磁透鏡/物鏡
203:成形孔徑陣列基板
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:批量偏轉器
213:限制孔徑基板
214:射束分離器
216:反射鏡
218:偏轉器
222:多檢測器
224:投影透鏡/磁透鏡/電磁透鏡
300:多二次電子束
301:二次電子束
330:檢查區域
332:晶片/晶圓晶粒
600:像面
b1、b2、B、B':磁場
d1、d2、D1、D2:射束直徑
E:電場
x、y:方向
z:軸
圖1是表示實施方式1中的圖案檢查裝置的結構的結構圖。
圖2是表示實施方式1中的成形孔徑陣列基板的結構的概念 圖。
圖3的(a)是實施方式1中的射束分離器的剖面圖。
圖3的(b)是實施方式1中的射束分離器的俯視圖。
圖4是用於說明由實施方式1中的射束分離器產生的磁場與電場的關係的圖。
圖5是用於說明實施方式1的多極子電極所產生的電場的圖。
圖6是表示實施方式1與比較例中的中心射束的軌道的一例的圖。
圖7是表示實施方式1的比較例中的多二次電子束的軌道的一例的圖。
圖8是表示實施方式1中的多二次電子束的軌道的一例的圖。
圖9是表示實施方式1與比較例中的多檢測器的檢測面上的多二次電子束的射束直徑的一例的圖。
圖10是表示實施方式1中的半導體基板上形成的多個晶片區域的一例的圖。
圖11是用於說明實施方式1中的影像取得處理的圖。
圖12是表示實施方式2中的射束分離器的結構的圖。
以下，作為多電子束影像取得裝置的一例，對多電子束檢查裝置進行說明。但是，影像取得裝置並不限於檢查裝置，只要是使用多射束取得影像的裝置即可。
[實施方式1]
圖1是表示實施方式1中的圖案檢查裝置的結構的結構圖。在圖1中，對形成於基板的圖案進行檢查的檢查裝置100是多電子束檢查裝置的一例。檢查裝置100包括影像取得機構150、及控制系統電路160(控制部)。影像取得機構150包括電子束柱102(電子鏡筒)、檢查室103、檢測電路106、晶片圖案記憶體123、載台驅動機構142及雷射測長系統122。在電子束柱102內，配置有電子槍201、照明透鏡202、成形孔徑陣列基板203、電磁透鏡205、批量偏轉器212、限制孔徑基板213、電磁透鏡206、電磁透鏡207、主偏轉器208、副偏轉器209、射束分離器214、偏轉器218、投影透鏡224及多檢測器222。
由電子槍201、電磁透鏡202、成形孔徑陣列基板203、電磁透鏡205、批量偏轉器212、限制孔徑基板213、電磁透鏡206、電磁透鏡207(物鏡)、主偏轉器208及副偏轉器209構成一次電子光學系統151。另外，由偏轉器218及電磁透鏡224構成二次電子光學系統152。射束分離器214具備E×B濾波器(或者亦稱為E×B偏轉器)的功能。
在檢查室103內，至少配置可於XY方向上移動的載台105。在載台105上配置作為檢查對象的基板101(試樣)。基板101包含曝光用遮罩基板及矽晶圓等半導體基板。在基板101為半導體基板的情況下，在半導體基板形成有多個晶片圖案(晶圓晶粒)。在基板101為曝光用遮罩基板的情況下，在曝光用遮罩基板形成有晶片圖案。晶片圖案包含多個圖形圖案。藉由將形成於所 述曝光用遮罩基板的晶片圖案多次曝光轉印至半導體基板上，會於半導體基板形成多個晶片圖案(晶圓晶粒)。以下，主要對基板101為半導體基板的情況進行說明。基板101例如使圖案形成面朝向上側而配置於載台105。另外，在載台105上配置有反射鏡216，所述反射鏡216將自配置於檢查室103的外部的雷射測長系統122照射的雷射測長用的雷射光加以反射。
另外，多檢測器222在電子束柱102的外部連接於檢測電路106。檢測電路106連接於晶片圖案記憶體123。
在控制系統電路160中，對檢查裝置100整體進行控制的控制計算機110經由匯流排120而連接於位置電路107、比較電路108、參照影像製作電路112、載台控制電路114、透鏡控制電路124、消隱控制電路126、偏轉控制電路128、磁碟裝置等記憶裝置109、監視器117、記憶體118以及列印機119。另外，偏轉控制電路128連接於數位類比轉換(Digital to Analog Conversion，DAC)放大器144、數位類比轉換放大器146、數位類比轉換放大器148。DAC放大器146連接於主偏轉器208，DAC放大器144連接於副偏轉器209。DAC放大器148連接於偏轉器218。檢測電路130連接於修正電路132。
另外，晶片圖案記憶體123連接於比較電路108。另外，在載台控制電路114的控制下，藉由驅動機構142來驅動載台105。在驅動機構142中，例如構成如在載台座標系中的X方向、Y方向、θ方向上進行驅動的三軸(X-Y-θ)馬達般的驅動系統， 使得載台105可在XYθ方向上移動。該些未圖示的X馬達、Y馬達、θ馬達例如可使用步進馬達。載台105藉由XYθ各軸的馬達而可在水平方向及旋轉方向上移動。而且，載台105的移動位置藉由雷射測長系統122來測定，並被供給至位置電路107。雷射測長系統122接收來自反射鏡216的反射光，藉此以雷射干涉法的原理對載台105的位置進行測長。載台座標系例如相對於與多一次電子束20的光軸正交的面來設定一次座標系的X方向、Y方向、θ方向。
電磁透鏡202、電磁透鏡205、電磁透鏡206、電磁透鏡207、電磁透鏡224及射束分離器214由透鏡控制電路124控制。另外，批量偏轉器212包括兩極以上的電極，且經由未圖示的DAC放大器由消隱控制電路126對每個電極進行控制。副偏轉器209包括四極以上的電極，且經由DAC放大器144由偏轉控制電路128對每個電極進行控制。主偏轉器208包括四極以上的電極，且經由DAC放大器146由偏轉控制電路128對每個電極進行控制。偏轉器218包括四極以上的電極，且經由DAC放大器148由偏轉控制電路128對每個電極進行控制。
在電子槍201連接有未圖示的高壓電源電路，藉由自高壓電源電路對電子槍201內的未圖示的燈絲與引出電極間施加加速電壓，並且藉由規定的引出電極(韋乃特(Wehnelt))的電壓的施加與規定的溫度的陰極的加熱，自陰極射出的電子群被加速，變成電子束200而射出。
此處，圖1中記載了在對實施方式1進行說明方面必要的結構。對於檢查裝置100而言，通常亦可包括必要的其他結構。
圖2是表示實施方式1中的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。在圖2中，在成形孔徑陣列基板203，在x方向、y方向上以規定的排列間距形成有二維狀的橫(x方向)m1行×縱(y方向)n1層(m1、n1為2以上的整數)的孔(開口部)22。在圖2的例子中示出了形成有23×23的孔(開口部)22的情況。各孔22均形成為相同尺寸形狀的矩形。或者，亦可為相同外徑的圓形。藉由電子束200的一部分分別通過所述多個孔22而形成多一次電子束20。成形孔徑陣列基板203為形成多一次電子束的多射束形成機構的一例。
圖3的(a)及圖3的(b)是表示實施方式1中的射束分離器的結構的圖。在圖3的(a)中示出實施方式1中的射束分離器214的剖面圖。在圖3的(b)中，示出實施方式1中的射束分離器214的俯視圖。在圖3的(a)及圖3的(b)中，射束分離器214具有磁透鏡40、磁極組16、以及電極組60。磁極組16由兩極子以上構成。在圖3的(a)及圖3的(b)的例子中，磁極組16構成為兩層，且包括多極子磁極組12、多極子磁極組14。磁透鏡40包括以包圍多一次電子束20及多二次電子束300的軌道中心軸的方式配置的線圈44以及包圍線圈44的極片(磁軛)42。另外，極片42例如由鐵等磁性體構成。在極片42中，在極片42的中間高度位置形成有間隙50(開放部)(亦稱為縫隙。)， 所述間隙50使由線圈44形成的高密度的磁力線向多一次電子束20及多二次電子束300的軌道中心軸側洩漏。另外，在極片42的上部形成向內周側突出的多個凸部11，藉由在各凸部11配置線圈，構成第一層的多極子磁極組12。另外，在極片42的下部形成向內周側突出的多個凸部13，藉由在各凸部13配置線圈，構成第二層的多極子磁極組14。第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置，與磁透鏡40的中間高度位置一致。換言之，在相對於磁透鏡40的形成於間隙的高度位置處的磁場中心位置而上下對稱的位置，配置第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14。多極子磁極組12、多極子磁極組14均由兩極子以上構成，在圖3的(b)的例子中，示出了多極子磁極組12、多極子磁極組14分別由相位錯開各90度的四個磁極構成的情況。理想的是可由八個磁極構成。另外，在多極子磁極組12與多極子磁極組14之間配置電極組60。電極組60由非磁性體構成。電極組60配置於第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置。電極組60由兩極子以上構成，例如由相位錯開各90度的四個電極構成。理想的是可由八個電極構成。
圖4是用於說明由實施方式1中的射束分離器產生的磁場與電場的關係的圖。在圖4中，由多極子磁極組12形成以多極子磁極組12的中心高度位置為磁場中心的磁場b1。由多極子磁極組14形成以多極子磁極組14的中心高度位置為磁場中心的磁場 b2。藉由所述兩個磁場b1、b2的合成，形成以第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置為磁場中心的磁場B。另外，藉由電極組60，形成以電極組60的中間高度位置為電場中心的、與磁場B正交的方向的電場E。電極組60的中間高度位置，和第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置一致。另外，形成以磁透鏡40的間隙50的高度位置為磁場中心的磁場B'。藉此，磁場B與電場E以及磁場B'均以相同的高度位置(像面共軛位置)作為場的中心位置而形成。
圖5是用於說明實施方式1中的多極子的電極組所產生的電場的圖。在圖5中，電極組60包括四個電極61、62、63、64。其中，對相向的兩個電極61、62中的一個電極61施加正電位，對另一個電極62施加負電位。藉此，形成自電極61朝向電極62的方向的電場。此時，在電極61與電極62的相向面形成平行的電場，但在側面側亦形成描繪曲線的電場。因此，藉由對相位錯開90度的位置的兩個相向的電極63、64施加接地(GND)電位，可排除電極61與電極62的側面側的電場的影響。藉此，可使形成的電場接近平行的電場E。在未圖示的多極子磁極組12、多極子磁極組14中，亦可藉由包括四極子而使形成的磁場接近平行的磁場b1、磁場b2。
在實施方式1中，將所述射束分離器214的磁場中心(電場中心)高度位置配置於多一次電子束20的像面共軛位置。接下 來，對取得二次電子影像時的影像取得機構150的動作進行說明。
影像取得機構150使用電子束所產生的多射束，自形成有圖形圖案的基板101取得圖形圖案的被檢查影像。以下，對檢查裝置100中的影像取得機構150的動作進行說明。
自電子槍201(射出源)射出的電子束200由電磁透鏡202折射，並將成形孔徑陣列基板203整體照明。如圖2所示，在成形孔徑陣列基板203形成有多個孔22(開口部)，電子束200將包含多個孔22全體的區域照明。照射至多個孔22的位置處的電子束200的各一部分分別通過所述成形孔徑陣列基板203的多個孔22，藉此形成多一次電子束20。
所形成的多一次電子束20由電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，一邊反覆形成中間像及交叉，一邊通過配置於多一次電子束20的各射束的中間像面(像面共軛位置：I.I.P.)的射束分離器214而前進至電磁透鏡207。另外，藉由在多一次電子束20的交叉位置附近配置通過孔受到限制的限制孔徑基板213，可遮蔽散射射束。另外，利用批量偏轉器212使多一次電子束20整體批量偏轉，並由限制孔徑基板213將多一次電子束20整體遮蔽，藉此可將多一次電子束20整體消隱。
若多一次電子束20入射至電磁透鏡207(物鏡)，則電磁透鏡207將多一次電子束20聚焦於基板101。藉由物鏡207而焦點在基板101(試樣)面上聚集(對焦)的多一次電子束20藉由主偏轉器208及副偏轉器209批量偏轉，並照射至各射束在基板 101上的各自的照射位置。如此，一次電子光學系統利用多一次電子束照射基板101面。
若多一次電子束20照射至基板101的所期望的位置，則由於所述多一次電子束20的照射，自基板101射出與多一次電子束20的各射束對應的包含反射電子的二次電子的射束(多二次電子束300)。
自基板101射出的多二次電子束300穿過電磁透鏡207而前進至射束分離器214。射束分離器214配置於多一次電子束20的各一次電子束的像面共軛位置，沿相互正交的方向形成電場E與磁場B，利用電場E與磁場B的作用，將因多一次電子束20的照射而自基板101面射出的多二次電子束300自多一次電子束20分離，並且在電場E與磁場B的至少一個場內對多二次電子束300具有透鏡作用。具體而言，以如下方式發揮作用。
在射束分離器214中，藉由多極子磁極組12、多極子磁極組14以及電極組60，在與多一次電子束20的中心射束前進的方向(軌道中心軸：z軸)正交的面(x、y軸面)上，沿正交的方向產生磁場B與電場E。由多極子磁極組12、多極子磁極組14以及電極組60構成E×B濾波器。電場E(電場)與電子的行進方向無關地沿相同方向施力。相對於此，磁場B(磁場)依照弗萊明左手定則(Fleming's left hand rule)施力。因此，可藉由電子的侵入方向來使作用於電子的力的朝向變化。對於自上側侵入射束分離器214的多一次電子束20而言，電場所形成的力與磁場所形 成的力抵消，多一次電子束20向下方直線前進。相對於此，對於自下側侵入射束分離器214的多二次電子束300而言，電場所形成的力與磁場所形成的力均沿相同方向發揮作用，使多二次電子束300向斜上方彎曲，從而自多一次電子束20分離。
向斜上方彎曲而自多一次電子束20分離的多二次電子束300被二次電子光學系統引導至多檢測器222。具體而言，自多一次電子束20分離的多二次電子束300被偏轉器218偏轉，藉此進一步彎曲，在離開多一次電子束的軌道上的位置，藉由電磁透鏡224一邊向聚束方向折射，一邊被投影至多檢測器222。多檢測器222(多二次電子束檢測器)檢測經折射、投影的多二次電子束300。多檢測器222具有多個檢測組件(例如未圖示的二極體型的二維感測器)。而且，多一次電子束20的各射束在多檢測器222的檢測面撞擊與多二次電子束300的各二次電子束對應的檢測組件而產生電子，針對每個畫素生成二次電子影像資料。由多檢測器222檢測出的強度訊號被輸出至檢測電路106。各一次電子束照射至基板101上的自身的射束所處的由x方向的射束間間距與y方向的射束間間距圍成的子照射區域內，並在所述子照射區域內進行掃描(scan)動作。
圖6是表示實施方式1與比較例中的中心射束的軌道的一例的圖。在圖6中，多一次電子束20的中心的一次電子束21通過配置於像面共軛位置的射束分離器214而擴散，藉由磁透鏡207向聚束方向彎曲而於基板101面上成像。而且，自基板101 射出的多二次電子束300的中心的二次電子束301，射出時的能量小於中心一次電子束21向基板101的入射能量。因此，其在即將抵達射束分離器214之前的位置形成像面600。然後，中心二次電子束301一邊擴散，一邊向射束分離器214前進。此處，在使用簡單的E×B濾波器作為射束分離器214的比較例中，其後一邊進一步擴散一邊向偏轉器218前進。與此相對，在實施方式1中，藉由射束分離器214的磁透鏡40，對多二次電子束300發揮透鏡作用。因此，藉由配置於一次電子束21的像面共軛位置的磁透鏡40，使多二次電子束300向聚束方向折射。因此，在實施方式1中，例如，如圖6所示，一邊抑制多二次電子束300的中心的二次電子束301的擴散，一邊使二次電子束301向偏轉器218前進。
圖7是表示實施方式1的比較例中的多二次電子束的軌道的一例的圖。
圖8是表示實施方式1中的多二次電子束的軌道的一例的圖。如圖7所示，在使用簡單的E×B濾波器作為射束分離器214的比較例中，多二次電子束300在即將抵達射束分離器214之前的位置形成像面後，一邊擴散一邊向射束分離器214、偏轉器218前進，然後向磁透鏡224前進。因此，在比較例中，在偏轉器218的位置，多二次電子束300整體的射束直徑D1變大。而且，在磁透鏡224的位置，多二次電子束300整體的射束直徑D2進一步變大。多二次電子束300整體的射束直徑D1越大，在偏轉器218中產生的像差越大。同樣地，多二次電子束300整體的射束直徑D2 越大，在磁透鏡224中產生的像差越大。與此相對，在實施方式1中，當通過射束分離器214時，使多二次電子束300向聚束方向折射，因此可在偏轉器218的位置使多二次電子束300整體的射束直徑d1小於比較例的射束直徑D1。藉此，可抑制偏轉器218中產生的像差。同樣地，可在磁透鏡224的位置使多二次電子束300整體的射束直徑d2小於比較例的射束直徑D2。藉此，可抑制磁透鏡224中產生的像差。
圖9是表示實施方式1與比較例中的多檢測器的檢測面上的多二次電子束的射束直徑的一例的圖。在上述比較例中，由於偏轉器218及磁透鏡224中的像差變大，因此多檢測器222的檢測面上的多二次電子束300的各射束15的射束直徑變大。其結果，如圖9所示，射束15彼此可發生重疊。與此相對，根據實施方式1，可抑制偏轉器218及磁透鏡224中的像差，因此可減小多檢測器222的檢測面上的多二次電子束300的各射束15a的射束直徑。其結果，如圖9所示，可避免射束15a彼此重疊。
圖10是表示實施方式1中的半導體基板上形成的多個晶片區域的一例的圖。在圖10中，在半導體基板(晶圓)101的檢查區域330，多個晶片(晶圓晶粒)332形成為二維的陣列狀。藉由未圖示的曝光裝置(步進機)，將形成於曝光用遮罩基板的一個晶片量的遮罩圖案縮小成例如1/4而轉印至各晶片332。
圖11是用於說明實施方式1中的影像取得處理的圖。如圖11所示，各晶片332的區域例如朝向y方向而以規定的寬度被 分割成多個條紋區域32。利用影像取得機構150的掃瞄動作例如是針對每個條紋區域32來實施。例如，一邊使載台105在-x方向上移動，一邊相對地在x方向上開展條紋區域32的掃瞄動作。各條紋區域32朝向長邊方向而被分割成多個矩形區域33。射束向作為對象的矩形區域33的移動，是藉由主偏轉器208對多一次電子束20整體的批量偏轉來進行。
在圖11的例子中，示出了例如5×5行的多一次電子束20的情況。藉由多一次電子束20的一次照射而可照射的照射區域34由(基板101面上的多一次電子束20的x方向的射束間間距乘以x方向的射束數量而得的x方向尺寸)×(基板101面上的多一次電子束20的y方向的射束間間距乘以y方向的射束數量而得的y方向尺寸)來定義。照射區域34成為多一次電子束20的視場。而且，構成多一次電子束20的各一次電子束10，照射至自身的射束所處的由x方向的射束間間距與y方向的射束間間距圍成的子照射區域29內，並在所述子照射區域29內進行掃描(scan)動作。各一次電子束10負責相互不同的任意子照射區域29。而且，各一次電子束10照射所負責的子照射區域29內的相同位置。副偏轉器209(第一偏轉器)藉由將多一次電子束20批量偏轉，利用多一次電子束在形成有圖案的基板101面上進行掃描。換言之，子照射區域29內的一次電子束10的移動，是藉由副偏轉器209對多一次電子束20整體的批量偏轉來進行。重覆進行所述動作，從而由一個一次電子束10依次照射一個子照射區域29內。
各條紋區域32的寬度較佳為與照射區域34的y方向尺寸相同地設定，或者設定為縮小了掃瞄餘裕量的尺寸。在圖11的例子中，示出了照射區域34與矩形區域33為相同尺寸的情況。但並不限於此。照射區域34亦可小於矩形區域33。或者亦可大於矩形區域33。而且，構成多一次電子束20的各一次電子束10照射至自身的射束所處的子照射區域29內，並在所述子照射區域29內進行掃描(scan)動作。然後，在一個子照射區域29的掃瞄結束後，藉由主偏轉器208對多一次電子束20整體的批量偏轉，照射位置移動至同一條紋區域32內的鄰接的矩形區域33。重覆進行所述動作，從而依次照射條紋區域32內。在一個條紋區域32的掃瞄結束後，藉由載台105的移動或/及主偏轉器208對多一次電子束20整體的批量偏轉，照射區域34移動至下一條紋區域32。如上所述，藉由各一次電子束10的照射而進行每個子照射區域29的掃瞄動作及二次電子影像的取得。藉由將所述每個子照射區域29的二次電子影像組合，構成矩形區域33的二次電子影像、條紋區域32的二次電子影像、或晶片332的二次電子影像。另外，在實際進行影像比較的情況下，將各矩形區域33內的子照射區域29進一步分割為多個圖框區域30，而對作為每個圖框區域30的測定影像的圖框影像31進行比較。在圖4的例子中，示出了將由一個一次電子束10掃瞄的子照射區域29分割為例如四個圖框區域30的情況，所述四個圖框區域30是藉由在x方向、y方向上分別分割為兩部分而形成。
此處，當在載台105連續移動的同時對基板101照射多一次電子束20時，藉由主偏轉器208來進行利用批量偏轉的追蹤動作，以使多一次電子束20的照射位置追隨載台105的移動。因此，多二次電子束300的射出位置相對於多一次電子束20的軌道中心軸時刻變化。同樣地，當在子照射區域29內掃瞄時，各二次電子束的射出位置在子照射區域29內時刻變化。例如偏轉器218對多二次電子束300進行批量偏轉，以使射出位置如上所述般變化的各二次電子束照射至多檢測器222的對應的檢測區域內。亦較佳為與偏轉器218獨立地在二次電子光學系統內配置對準線圈等，來修正所述射出位置的變化。
以如上方式，影像取得機構150針對每個條紋區域32開展掃瞄動作。如上所述，照射多一次電子束20，且由多檢測器222檢測因多一次電子束20的照射而自基板101射出的多二次電子束300。在要檢測的多二次電子束300中亦可包含反射電子。或者，亦可為反射電子在移動通過二次電子光學系統時發散而未到達多檢測器222的情況。由多檢測器222檢測出的各子照射區域29內的每個畫素的二次電子的檢測資料(測定影像資料；二次電子影像資料；被檢查影像資料)按照測定順序被輸出至檢測電路106。在檢測電路106內，類比的檢測資料藉由未圖示的類比數位(Analog to Digital，A/D)轉換器被轉換為數位資料，並被保存於晶片圖案記憶體123中。而且，所獲得的測定影像資料與來自位置電路107的顯示各位置的資訊一起被傳送至比較電路108。
另一方面，參照影像製作電路112基於作為基板101上所形成的多個圖形圖案的基礎的設計資料，針對每個圖框區域30，製作與圖框影像31對應的參照影像。具體而言，如以下般運作。首先，經由控制計算機110而自記憶裝置109中讀出設計圖案資料，將由讀出的該設計圖案資料所定義的各圖形圖案轉換成二值或多值的圖像資料。
如上所述般由設計圖案資料所定義的圖形例如是將長方形或三角形作為基本圖形者，例如，保存有利用圖形的基準位置中的座標(x，y)、邊的長度、作為對長方形或三角形等圖形種類進行區分的識別符的圖形碼等資訊，對各圖案圖形的形狀、大小、位置等進行了定義的圖形資料。
若作為所述圖形資料的設計圖案資料被輸入至參照影像製作電路112，則展開至各圖形的資料為止，並對該圖形資料的表示圖形形狀的圖形碼、圖形尺寸等進行解釋。而且，作為配置於將規定的量子化尺寸的格子作為單位的柵格內的圖案，展開成二值或多值的設計圖案影像資料，並予以輸出。換言之，讀入設計資料，計算在將檢查區域設為以規定的尺寸為單位的柵格而進行假想分割所形成的每個柵格中，設計圖案中的圖形所佔的佔有率，並輸出n位元的佔有率資料。例如，較佳為將一個柵格作為一個畫素來進行設定。而且，若使一個畫素具有1/28(=1/256)的解析力，則與配置於畫素內的圖形的區域相應地分配1/256的小區域並計算畫素內的佔有率。而且，成為8位元的佔有率資料。所 述柵格(檢查畫素)只要與測定資料的畫素相匹配即可。
接著，參照影像製作電路112使用規定的濾波函數對作為圖形的影像資料的設計圖案的設計影像資料實施濾波處理。藉此，可使作為影像強度(濃淡值)為數位值的設計側的圖像資料的設計影像資料，與藉由多一次電子束20的照射而得的像生成特性相匹配。所製作的參照影像的每個畫素的圖像資料被輸出至比較電路108。
在比較電路108內，針對每個圖框區域30，以子畫素單位對作為被檢查影像的圖框影像31(第一影像)、與所述圖框影像所對應的參照影像(第二影像)進行對位。例如，利用最小平方法進行對位即可。
然後，比較電路108對圖框影像31(第一影像)與參照影像(第二影像)進行比較。比較電路108依照規定的判定條件，針對每個畫素36將兩者加以比較，從而判定例如形狀缺陷等缺陷的有無。例如，若每個畫素36的灰階值差比判定臨限值Th大，則判定為缺陷。然後，輸出比較結果。比較結果被輸出至記憶裝置109、監視器117、或記憶體118，或者自列印機119輸出即可。
再者，亦較佳為除進行所述晶粒-資料庫檢查以外，亦進行對拍攝同一基板上的不同部位的同一圖案而得的測定影像資料彼此進行比較的晶粒-晶粒檢查。或者，亦可僅使用自身的測定影像進行檢查。
以如上方式，根據實施方式1，可抑制自多一次電子束 20分離的多二次電子束300的擴散。因此，可降低之後的光學系統中的像差。其結果，可抑制多二次電子束300在多檢測器222的檢測面上的重疊。
[實施方式2]
在實施方式2中，除射束分離器214的內部結構以外的內容與實施方式1相同。
圖12是表示實施方式2中的射束分離器的結構的圖。在圖12中示出實施方式2中的射束分離器214的剖面圖。在圖12中，射束分離器214具有磁透鏡40、磁極組16、以及電極組60。磁極組16配置於磁透鏡40的內側。電極組60配置於與磁極組16相同的高度位置。例如，配置於磁極組16的內側。在磁透鏡40的中間高度位置構成未圖示的間隙50。磁極組16具有上層的多極子磁極組12(第一多極子磁極組)與下層的多極子磁極組14(第二多極子磁極組)。各多極子磁極組12、14分別由兩極子以上構成。例如，由相位錯開各90度的四個磁極構成。理想的是可由八個磁極構成。
電極組60具有上層的多極子電極組61(第一多極子電極組)與下層的多極子電極組62(第二多極子電極組)。各多極子電極組61、62分別由兩極子以上構成。例如，由相位錯開各90度的四個磁極構成。理想的是可由八個電極構成。
藉由多極子磁極組12、多極子磁極組14以及多極子電極組61、多極子電極組62，在與多一次電子束20的中心射束前進 的方向(軌道中心軸：z軸)正交的面(x、y軸面)上，沿正交的方向產生磁場B與電場E。
第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置與磁透鏡40的中間高度位置一致。換言之，在相對於形成於磁透鏡40的間隙50的高度位置處的磁場中心位置而上下對稱的位置，配置第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14。同樣地，第一層的多極子電極組61與第二層的多極子電極組62之間的中間高度位置與磁透鏡40的中間高度位置一致。換言之，在相對於形成於磁透鏡40的間隙50的高度位置處的磁場中心位置而上下對稱的位置，配置第一層的多極子電極組61與第二層的多極子電極組62。在圖12的例子中，多極子磁極組12與多極子電極組61配置於相同的高度位置。但是，並不限於此。多極子磁極組12與多極子電極組61的高度位置亦可錯開。同樣地，在圖12的例子中，多極子磁極組14與多極子電極組62配置於相同的高度位置。但是，並不限於此。多極子磁極組14與多極子電極組62的高度位置亦可錯開。
藉由多極子磁極組12所形成的以多極子磁極組12的中心高度位置為磁場中心的磁場、與多極子磁極組14所形成的以多極子磁極組14的中心高度位置為磁場中心的磁場的合成，形成以第一層的多極子磁極組12與第二層的多極子磁極組14之間的中間高度位置為磁場中心的磁場B'。同樣地，形成以第一層的多極子電極組61與第二層的多極子電極組62之間的中間高度位置為 電場中心的電場E。而且，藉由磁透鏡40，形成以磁透鏡40的中間高度位置為磁場中心的磁場B。藉此，磁場B、電場E以及磁場B'均以相同的高度位置(像面共軛位置)作為場的中心位置而形成。
在射束分離器214中，藉由多極子磁極組12、多極子磁極組14以及多極子電極組61、多極子電極組62，自多一次電子束20將多二次電子束300分離，並且藉由磁透鏡40的透鏡作用，一邊抑制多二次電子束300的中心的二次電子束301的擴散，一邊使二次電子束301向偏轉器218前進。
在以上的說明中，一連串的「~電路」包含處理電路，所述處理電路包含電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路、或半導體裝置等。另外，各「~電路」可使用共同的處理電路(同一處理電路)。或者，亦可使用不同的處理電路(各別的處理電路)。使處理器等執行的程式只要被記錄於磁碟裝置、磁帶裝置、軟性磁碟(Flexible Disk，FD)、或唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)等記錄媒體中即可。例如，位置電路107、比較電路108、及參照影像製作電路112等可包含上述的至少一個處理電路。
以上，一邊參照具體例一邊對實施方式進行了說明。但是，本發明並不限定於該些具體例。例如，在上述例子中，示出了多極子磁極組12、多極子磁極組14與多極子電極組61、多極子電極組62由不同的結構物構成的情況，但並不限於此。例如亦可為對相同的結構物施加磁場/電場的情況。換言之，亦可為磁極 自身成為電極的情況。
另外，省略了裝置結構或控制手法等在本發明的說明中不直接需要的部分等的記載，但可適宜選擇使用需要的裝置結構或控制手法。
此外，具備本發明的要素、且本領域從業人員可適宜進行設計變更的所有多電子束影像取得裝置及多電子束影像取得方法包含於本發明的範圍內。
20:多一次電子束
100:檢查裝置
101:基板/半導體基板/晶圓
102:電子束柱
103:檢查室
105:載台
106:檢測電路
107:位置電路
108:比較電路
109:記憶裝置
110:控制計算機
112:參照影像製作電路
114:載台控制電路
117:監視器
118:記憶體
119:列印機
120:匯流排
122:雷射測長系統
123:晶片圖案記憶體
124:透鏡控制電路
126:消隱控制電路
128:偏轉控制電路
142:載台驅動機構/驅動機構
144、146、148:DAC放大器
150:影像取得機構
151:一次電子光學系統
152:二次電子光學系統
160:控制系統電路
200:電子束
201:電子槍
202:磁透鏡/照明透鏡
205、206:磁透鏡/電磁透鏡
207:磁透鏡/電磁透鏡/物鏡
203:成形孔徑陣列基板
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:批量偏轉器
213:限制孔徑基板
214:射束分離器
216:反射鏡
218:偏轉器
222:多檢測器
224:投影透鏡/磁透鏡/電磁透鏡
300:多二次電子束

Claims (11)

  1. 一種多電子束影像取得裝置，包括：多射束形成機構，形成多一次電子束；一次電子光學系統，利用所述多一次電子束照射試樣面；射束分離器，於所述多一次電子束的各一次電子束的像面共軛位置具有形成為磁場或電場的各場的中心位置的磁透鏡、多極子磁極組及電極組，沿相互正交的方向形成電場與磁場，利用所述電場與所述磁場的作用，將因所述多一次電子束的照射而自所述試樣面射出的多二次電子束自所述多一次電子束分離，並且在所述電場與所述磁場的至少一個場內對所述多二次電子束具有透鏡作用；多檢測器，檢測所述多二次電子束；以及二次電子光學系統，將通過所述射束分離器的所述多二次電子束引導至所述多檢測器。
  2. 如請求項1所述的多電子束影像取得裝置，其中，所述二次電子光學系統更包括偏轉器，所述偏轉器使通過所述射束分離器的所述多二次電子束偏轉。
  3. 如請求項1或請求項2所述的多電子束影像取得裝置，其中所述射束分離器具有：所述磁透鏡；所述多極子磁極組，具有兩極子以上且為第一層，即上層的第一多極子磁極組、及兩極子以上且為第二層，即下層的第二多 極子磁極組；以及所述電極組，配置於所述第一多極子磁極組與所述第二多極子磁極組的各極子之間，所述第一多極子磁極組與所述第二多極子磁極組配置於相對於所述磁透鏡的磁場中心位置而上下對稱的位置。
  4. 如請求項3所述的多電子束影像取得裝置，其中，所述電極組的各電極配置於所述上下對稱位置的所述各極子之間的中間高度位置。
  5. 如請求項3所述的多電子束影像取得裝置，其中，所述電極組配置於所述磁透鏡的磁場中心高度位置。
  6. 如請求項4所述的多電子束影像取得裝置，其中，所述電極組配置於所述磁透鏡的磁場中心高度位置。
  7. 如請求項1或請求項2所述的多電子束影像取得裝置，其中所述射束分離器具有：所述磁透鏡；所述多極子磁極組，具有兩極子以上且為第一層的第一多極子磁極組、及兩極子以上且為第二層的第二多極子磁極組；以及所述電極組，具有配置於與所述第一多極子磁極組相同的高度位置的兩極子以上且為第一層的第一多極子電極組、及配置於與所述第二多極子磁極組相同的高度位置的兩極子以上且為第二層的第二多極子電極組。
  8. 一種多電子束影像取得方法，其中， 利用多一次電子束照射試樣面，在所述多一次電子束的各一次電子束的像面共軛位置，利用具有形成為磁場或電場的各場的中心位置的磁透鏡、多極子磁極組及電極組，且將磁場與電場形成相互正交的方向的射束分離器，將由於所述多一次電子束的照射而自所述試樣面射出的多二次電子束自所述多一次電子束分離，並且在所述像面共軛位置，使所述多二次電子束向聚束方向折射，使通過所述射束分離器的所述多二次電子束，在二次電子光學系統中離開所述多一次電子束的軌道上的位置，向所述聚束方向進一步折射，對在離開所述多一次電子束的軌道上的位置進一步經折射的所述多二次電子束，由多檢測器進行檢測。
  9. 如請求項8所述的多電子束影像取得方法，其中，使所述二次電子光學系統中通過所述射束分離器的所述多二次電子束偏轉。
  10. 如請求項8或請求項9所述的多電子束影像取得方法，其中使用所述射束分離器，使所述多二次電子束在所述像面共軛位置自所述多一次電子束分離，並且在所述像面共軛位置使所述多二次電子束向所述聚束方向折射，所述射束分離器具有：所述磁透鏡；所述多極子磁極組，具有兩極子以上且為第一層，即上層的第一多極子磁極組、及兩極子以上且為第二層，即下層的第二多 極子磁極組；以及所述電極組，配置於所述第一多極子磁極組與所述第二多極子磁極組的各極子之間，所述第一多極子磁極組與所述第二多極子磁極組配置於相對於所述磁透鏡的磁場中心位置而上下對稱的位置。
  11. 如請求項8或請求項9所述的多電子束影像取得方法，其中使用所述射束分離器，使所述多二次電子束在所述像面共軛位置自所述多一次電子束分離，並且在所述像面共軛位置使所述多二次電子束向所述聚束方向折射，所述射束分離器具有：所述磁透鏡；所述多極子磁極組，具有兩極子以上且為第一層的第一多極子磁極組、及兩極子以上且為第二層的第二多極子磁極組；以及所述電極組，具有配置於與所述第一多極子磁極組相同的高度位置的兩極子以上且為第一層的第一多極子電極組、及配置於與所述第二多極子磁極組相同的高度位置的兩極子以上且為第二層的第二多極子電極組。
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