TWI818407B - 多射束圖像取得裝置及多射束圖像取得方法 - Google Patents

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Abstract

本發明一形態的多射束圖像取得裝置的特徵在於包括：物鏡，使用多一次電子束，於基板上使多一次電子束成像；分離器，具有形成電場的兩極以上的電極以及形成磁場的兩極以上的磁極，藉由所形成的電場以及磁場，將因利用多一次電子束照射基板而放出的多二次電子束自多一次電子束的軌道上分離；偏轉器，使分離出的多二次電子束偏轉；透鏡，配置於物鏡與偏轉器之間，使多二次電子束於偏轉器的偏轉支點處成像；以及檢測器，檢測經偏轉的多二次電子束。

Description

多射束圖像取得裝置及多射束圖像取得方法
本申請案是將2021年1月21日於日本專利廳提出申請的專利申請案（日本專利特願2021-008258）作為基礎而主張優先權的申請案。所述專利申請案中記載的所有內容藉由參照而添加至本申請案中。
本發明是有關於一種多射束圖像取得裝置及多射束圖像取得方法。例如，是有關於一種使用起因於多一次電子束的照射的二次電子圖像來進行圖案檢查的多射束檢查裝置的圖像取得手法。
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。而且，對於花費極大的製造成本的LSI的製造而言，良率的提昇不可或缺。但是，如以1 Gb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，伴隨形成於半導體晶圓上的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，需要對已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的高精度化。
於檢查裝置中，例如，對檢查對象基板照射使用了電子束的多射束，並檢測與自檢查對象基板放出的各射束對應的二次電子，從而拍攝圖案圖像。而且已知有如下的方法：藉由將拍攝所得的測定圖像與設計資料、或拍攝基板上的同一圖案所得的測定圖像進行比較來進行檢查。例如，有將拍攝同一基板上的不同地方的同一圖案所得的測定圖像資料彼此進行比較的「晶粒-晶粒（die to die）檢查」，或以進行了圖案設計的設計資料為基礎生成設計圖像資料（參照圖像），並將其與拍攝圖案所得的作為測定資料的測定圖像進行比較的「晶粒-資料庫（die to database）檢查」。所拍攝的圖像作為測定資料而被發送至比較電路。於比較電路中，於圖像彼此的對位後，按照適當的演算法將測定資料與參照資料進行比較，於不一致的情況下，判定有圖案缺陷。
此處，於使用多電子束取得檢查圖像的情況下，為了達成高解析度，亦要求使射束間間距收縮。若使射束間間距收縮，則有於檢測系統中容易產生射束間的串擾（crosstalk）的問題。具體而言，於使用多電子束取得檢查圖像的情況下，於一次電子束的軌道上配置電磁場正交（E×B：E cross B）分離器，自一次電子束中分離二次電子束。E×B分離器配置於對E×B的影響變小的一次電子束的像面共軛位置。而且，利用物鏡使一次電子束於試樣面成像。於一次電子束與二次電子束中，由於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，所以於使一次電子束在E×B分離器上形成中間像面的情況下，二次電子束在通過物鏡後，於較E×B分離器更靠近前處形成中間像面。因此，二次電子束不會於E×B分離器上形成中間像面而擴散。故而，利用E×B分離器分離出的二次電子於檢測光學系統中繼續擴散。因此有以下問題：存在檢測光學系統中產生的像差變大、於檢測器上多二次電子束重疊而難以各別地進行檢測的情況。換言之，有容易產生射束間的串擾的問題。所述問題並不限於檢查裝置，對於使用多電子束來取得圖像的裝置全體而言亦同樣有可能發生。
此處，揭示了以下技術：於遠離一次電子光學系統的二次電子光學系統內，配置用於修正軸上色像差的、包括四段結構的多極子透鏡的維因濾波器（Wien filter），對分離後的二次電子的軸上色像差進行修正（例如參照日本專利特開2006-244875號公報）。
本發明一形態的多射束圖像取得裝置的特徵在於包括： 平台，載置基板； 物鏡，使用多一次電子束，於基板上使多一次電子束成像； 分離器，具有形成電場的兩極以上的電極以及形成磁場的兩極以上的磁極，藉由所形成的電場以及磁場，將因利用多一次電子束照射基板而放出的多二次電子束自多一次電子束的軌道上分離； 偏轉器，使分離出的多二次電子束偏轉； 透鏡，配置於物鏡與偏轉器之間，使多二次電子束於偏轉器的偏轉支點處成像；以及 檢測器，檢測經偏轉的多二次電子束。
本發明一形態的多射束圖像取得方法的特徵在於， 使用物鏡，使多一次電子束成像於平台上所載置的基板， 使用具有形成電場的兩極以上的電極以及形成磁場的兩極以上的磁極的分離器，藉由所形成的電場以及磁場，將因利用多一次電子束照射基板而放出的多二次電子束自多一次電子束的軌道上分離， 使用偏轉器，使分離出的多二次電子束偏轉， 使用配置於物鏡與偏轉器之間的透鏡，使多二次電子束於偏轉器的偏轉支點處成像， 利用檢測器檢測經偏轉的多二次電子束，並輸出基於檢測出的多二次電子束的訊號的二次電子圖像的資料。
以下，於實施方式中，對能夠減少檢測光學系統中產生的像差、且能夠於檢測面分離多二次電子束的各二次電子束的裝置及方法進行說明。
另外，以下，於實施方式中，作為多電子束圖像取得裝置的一例，對多電子束檢查裝置進行說明。但是，圖像取得裝置並不限於檢查裝置，只要是使用多射束取得圖像的裝置即可。 實施方式1.
圖1是表示實施方式1的圖案檢查裝置的結構的結構圖。圖1中，對已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包括圖像取得機構150及控制系統電路160（控制部）。圖像取得機構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、平台驅動機構142、及雷射測長系統122。於電子束柱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、成批偏轉器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（beam separator）214、電磁透鏡217、偏轉器218、電磁透鏡224、偏轉器226、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、成批偏轉器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，由電磁透鏡207（物鏡）、電磁透鏡217、射束分離器214、偏轉器218、電磁透鏡224、及偏轉器226構成二次電子光學系統152。電磁透鏡217相對於二次電子的軌道而配置於電磁透鏡207（物鏡）與偏轉器218之間。於圖1的例子中，電磁透鏡217配置於電磁透鏡207（物鏡）與射束分離器214之間。
於檢查室103內，至少配置可於XY方向上移動的平台105。於平台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。當基板101為半導體基板時，於半導體基板形成有多個晶片圖案（晶圓晶粒（wafer die））。當基板101為曝光用遮罩基板時，於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。將已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，藉此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平台105。另外，於平台105上，配置有將自配置於檢查室103的外部的雷射測長系統122照射的雷射測長用的雷射光反射的反射鏡216。
另外，多檢測器222於電子束柱102的外部與檢測電路106連接。檢測電路106與晶片圖案記憶體123連接。
於控制系統電路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而與位置電路107、比較電路108、參照圖像製作電路112、平台控制電路114、透鏡控制電路124、遮蔽控制電路126、偏轉控制電路128、延遲控制電路130、磁碟裝置等儲存裝置109、監視器117、記憶體118、以及列印機119連接。另外，偏轉控制電路128與數位-類比轉換（Digital-to-Analog Conversion，DAC）放大器144、DAC放大器146、DAC放大器148連接。DAC放大器146與主偏轉器208連接，DAC放大器144與副偏轉器209連接。DAC放大器148與偏轉器218連接。
另外，晶片圖案記憶體123與比較電路108連接。另外，於平台控制電路114的控制下，藉由驅動機構142來驅動平台105。於驅動機構142中，例如構成如於平台座標系中的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，從而平台105可於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。平台105藉由XYθ各軸的馬達而可於水平方向及旋轉方向上移動。而且，平台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平台105的位置進行測長。平台座標系例如相對於與多一次電子束20的光軸正交的面，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217、電磁透鏡224、以及射束分離器214由透鏡控制電路124控制。另外，成批偏轉器212包含兩極以上的電極，且針對每一電極經由未圖示的DAC放大器而由遮蔽控制電路126來控制。副偏轉器209包含四極以上的電極，且針對每一電極經由DAC放大器144而由偏轉控制電路128來控制。主偏轉器208包含四極以上的電極，且針對每一電極經由DAC放大器146而由偏轉控制電路128來控制。偏轉器218包括包含四極以上的電極的兩段偏轉器，且針對每一電極經由DAC放大器148而由偏轉控制電路128來控制。另外，偏轉器226包含四極以上的電極，且針對每一電極經由未圖示的DAC放大器而由偏轉控制電路128來控制。延遲控制電路130對基板101施加所需的延遲電位，來調整照射至基板101的多一次電子束20的能量。
於電子槍201連接有未圖示的高壓電源電路，藉由自高壓電源電路對於電子槍201內的未圖示的燈絲與引出電極間的加速電壓的施加，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，已自陰極放出的電子群得到加速，形成電子束200而被放出。
此處，於圖1中記載了在對實施方式1進行說明的方面必要的結構。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的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。圖2中，於成形孔徑陣列基板203，二維狀的橫（x方向）m 1行×縱（y方向）n 1段（m 1、n 1為2以上的整數）的孔（開口部）22在x方向、y方向上以規定的排列間距形成。於圖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均由相同尺寸形狀的矩形形成。或者，亦可為相同外徑的圓形。電子束200的一部分分別通過所述多個孔22，藉此形成多一次電子束20。成形孔徑陣列基板203成為形成多一次電子束的多射束形成機構的一例。
圖像取得機構150使用由電子束形成的多射束，自形成有圖形圖案的基板101取得圖形圖案的被檢查圖像。以下，對檢查裝置100的圖像取得機構150的動作進行說明。
已自電子槍201（放出源）放出的電子束200被電磁透鏡202折射而對成形孔徑陣列基板203整體進行照明。於成形孔徑陣列基板203，如圖2所示般形成有多個孔22（開口部），電子束200對包含多個孔22的全體在內的區域進行照明。已照射至多個孔22的位置的電子束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被電磁透鏡205、及電磁透鏡206分別折射，一面反覆形成中間像及交叉（cross over），一面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，利用成批偏轉器212使多一次電子束20整體成批偏轉，並利用限制孔徑基板213將多一次電子束20整體遮蔽，藉此可對多一次電子束20整體進行遮蔽。
當多一次電子束20入射至電磁透鏡207（物鏡）時，電磁透鏡207將多一次電子束20聚焦於基板101。換言之，電磁透鏡207利用多一次電子束20照射基板101。藉由物鏡207而焦點對準（對焦）於基板101（試樣）面上的多一次電子束20被主偏轉器208及副偏轉器209成批偏轉，並照射至各射束於基板101上的各自的照射位置。如此，一次電子光學系統151利用多一次電子束照射基板101面。
當多一次電子束20被照射至基板101的所需位置時，由於所述多一次電子束20的照射，自基板101放出與多一次電子束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）。
已自基板101放出的多二次電子束300通過電磁透鏡207而前進至射束分離器214。
此處，射束分離器214（E×B分離器）具有使用線圈的兩極以上的多個磁極、以及兩極以上的多個電極。而且，利用所述多個磁極產生指向性的磁場。同樣地，利用多個電極產生指向性的電場。具體而言，射束分離器214在與多一次電子束20的中心射束前進的方向（軌道中心軸）正交的面上，使電場與磁場產生於正交的方向上。不論電子的行進方向如何，電場均朝相同的方向帶來力。相對於此，磁場按照弗萊明左手定則（Fleming's left hand rule）而帶來力。因此，可根據電子的侵入方向來使作用於電子的力的方向變化。於自上側侵入射束分離器214的多一次電子束20中，由電場所帶來的力與由磁場所帶來的力相互抵消，多一次電子束20朝下方直線前進。相對於此，於自下側侵入射束分離器214的多二次電子束300中，由電場所帶來的力與由磁場所帶來的力均朝相同的方向發揮作用，多二次電子束300朝斜上方彎曲，從而自多一次電子束20的軌道上分離。
已朝斜上方彎曲而自多一次電子束20分離的多二次電子束300藉由二次電子光學系統152被導向多檢測器222。具體而言，自多一次電子束20分離的多二次電子束300藉由被偏轉器218偏轉而進一步彎曲，於遠離多一次電子束20的軌道上的位置，藉由電磁透鏡224而向聚束方向折射，同時被投影至多檢測器222。換言之，偏轉器218以使射束分離器214所分離出的多二次電子束300的中心軸軌道的方向朝向多檢測器222的方式，使多二次電子束300偏轉。然後，藉由電磁透鏡224，將多二次電子束300的中心軸軌道的方向朝向多檢測器222的多二次電子束300投影至多檢測器222。多檢測器222（多二次電子束檢測器）檢測被折射、投影而成的多二次電子束300。多檢測器222具有多個檢測元件（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的各射束於多檢測器222的檢測面，與多二次電子束300的各二次電子束所對應的檢測元件碰撞而產生電子，並按照各畫素生成二次電子圖像資料。由多檢測器222檢測出的強度訊號被輸出至檢測電路106。
圖3A與圖3B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以及多一次電子束的軌道的一例的圖。於圖3A中，示出比較例中的多二次電子束的軌道的一例。於圖3B中，示出比較例中的多一次電子束的軌道的一例。多一次電子束20通過配置於像面共軛位置的射束分離器214後擴散，藉由電磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲並於基板101面上成像。於圖3B中，示出了多一次電子束20的中心的一次電子束21的軌道。而且，自基板101放出的多二次電子束300中，與中心的一次電子束21對應的中心的二次電子束301於放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，於一次電子束在射束分離器214面上成像且磁透鏡207將多一次電子束20聚焦於基板101上的條件下，如圖3A所示，中心二次電子束301雖然藉由磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲，但於到達射束分離器214之前的位置形成中間像面600（成像點）。其後，中心二次電子束301一邊擴散一邊前進至射束分離器214。而且，於比較例中，中心二次電子束301一邊進一步擴散一邊前進至偏轉器218。因此，於偏轉器218的位置，中心二次電子束301的射束直徑D1擴大。關於其他的各二次電子束，射束直徑亦同樣會擴大。各二次電子束的射束直徑D1越大，則偏轉器218中產生的像差越大。因此，即便欲藉由磁透鏡224的透鏡作業而使通過偏轉器218之後的二次電子束收斂，亦無法於多檢測器222的檢測面上使射束直徑收縮，各二次電子束相互重疊，存在二次電子束間的分離變得困難的情況。其結果，難以各別地檢測各二次電子束。再者，於物鏡優先進行一次電子束的聚焦的情況下，於原理上難以使二次電子束的聚焦對準偏轉器218的位置。
圖4A與圖4B是表示實施方式1中的多二次電子束的軌道的一例以及多一次電子束的軌道的一例的圖。於圖4A中，示出實施方式1中的多二次電子束的軌道的一例。於圖4B中，示出實施方式1中的多一次電子束的軌道的一例。於實施方式1中，如圖4B所示，多一次電子束20通過配置於像面共軛位置的射束分離器214後擴散，並由電磁透鏡217折射。多一次電子束20雖然藉由電磁透鏡217而軌道稍有變化，但繼續朝向磁透鏡207（物鏡）擴散，藉由磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲並於基板101面上成像。於圖4B中，示出了多一次電子束20的中心的一次電子束21的軌道。於此種一次電子束在射束分離器214面上成像且磁透鏡207將多一次電子束20聚焦於基板101上的條件下，與比較例同樣地，中心二次電子束301雖然藉由磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲，但於到達射束分離器214之前的位置形成中間像面600（成像點）。 此處，於實施方式1中，藉由磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲，形成中間像面600（成像點），對於成為發散方向的軌道的多二次電子束，藉由電磁透鏡217使軌道向聚束方向彎曲。此時，電磁透鏡217於偏轉器218的偏轉支點處形成多二次電子束的中間像面601（成像點）。如此，多二次電子束300於自多一次電子束20的軌道上分離之前由電磁透鏡217折射，其結果，於偏轉器218的偏轉支點上成像。偏轉支點例如為藉由偏轉器偏轉前的多二次電子束300的中心軸軌道延長線與偏轉後的多二次電子束300的中心軸軌道延長線的交點。藉此，如圖4A所示，可於偏轉器218內的偏轉支點的位置減小中心二次電子束301的射束直徑。因此，可抑制偏轉器218中產生的像差。藉此，二次電子束藉由通過偏轉器218後的電磁透鏡224的透鏡作業，可於多檢測器222的檢測面上使射束直徑收縮，可使各二次電子束於分離的狀態下在多檢測器222的檢測面上成像。其結果，可各別地檢測各二次電子束。藉此，偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛。
再者，偏轉器218較佳為由包含二次電子軌道中心軸的平面分割後的剖面形成為圓弧形狀。但是，並不限於此。由包含二次電子軌道中心軸的平面分割後的剖面亦可形成為矩形形狀。於實施方式1中，將中心二次電子束301所通過的偏轉器218內的中心軸的長度上正中間點的位置設為偏轉支點（或偏轉中心）。
圖5是表示實施方式1中的二次電子量與能量之間的關係的圖。於圖5中，縱軸表示二次電子的量，橫軸表示能量的大小。自基板101放出具有不同能量的二次電子。於圖5的例子中，二次電子的能量具有0＜二次電子＜E0的寬度。於實施方式1中，對電磁透鏡217進行控制，以使圖5所示的能量分佈中表示峰值的能量E的二次電子的成像點形成於偏轉器218的偏轉支點處。
圖6是表示實施方式1中的偏轉支點與檢測面之間的二次電子束軌道一例的圖。於圖6中，二次電子的藉由偏轉器218偏轉的偏轉量與自身能量的大小對應地變化。如圖6的例子所示，能量小的二次電子301-2（實線）較能量大的二次電子301-1（虛線）大幅地彎曲。此處，於與偏轉器218的偏轉支點不共軛的位置，如圖6所示，二次電子的軌道依存於能量的大小而偏移，因此像模糊。與此相對，於實施方式1中，藉由使偏轉器218的偏轉支點與多檢測器222的檢測面共軛，於多檢測器222的檢測面，二次電子不依存於能量的大小而返回軌道中心。藉此，可於多檢測器222的檢測面上抑制二次電子束的模糊。
圖7是表示實施方式1中的多二次電子束的40°偏轉的軌道的圖。於圖7的例子中，示出了藉由偏轉器218使多二次電子束300偏轉例如40°的情況。 圖8是表示實施方式1中的於40°偏轉下檢測的二次電子的分佈一例的圖。於圖8的例子中，示出了對3×3的多二次電子束300進行檢測的情況。藉由將偏轉器218配置於使得偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛的位置，於使多二次電子束300偏轉例如40°的情況下，如圖8所示，可於多檢測器222的檢測面上將多二次電子束300分離來進行檢測。
圖9是表示實施方式1中的多二次電子束的50°偏轉的軌道的圖。於圖9的例子中，示出了藉由偏轉器218使多二次電子束300偏轉例如50°的情況。 圖10是表示實施方式1中的於50°偏轉下檢測的二次電子的分佈一例的圖。於圖10的例子中，示出了對3×3的多二次電子束300進行檢測的情況。藉由將偏轉器218配置於使得偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛的位置，於使多二次電子束300偏轉例如50°的情況下，如圖10所示，可於多檢測器222的檢測面上將多二次電子束300分離來進行檢測。
如上所述，於實施方式1中，藉由將偏轉器218配置於使得偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛的位置，即便在使藉由偏轉器218偏轉的偏轉量變化的情況下，亦可將多二次電子束300分離來進行檢測。再者，於圖7及圖9中，示出了藉由改變偏轉器218的長度來使偏轉角度變化的情況，但並不限於此。藉由使用相同長度的偏轉器218並使施加的電壓變化，亦可發揮同樣的效果。在使施加於偏轉器218的電壓變化的情況下，藉由將偏轉器218配置於使得偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛的位置，亦可將多二次電子束300分離來進行檢測。
圖11是表示實施方式1與比較例中的多檢測器的檢測面上多二次電子束的射束直徑一例的圖。於所述比較例中，由於偏轉器218中的像差變大，因此多檢測器222的檢測面上多二次電子束300的各射束15的射束直徑變大。其結果，射束15彼此有可能如圖11所示般重疊。與此相對，根據實施方式1，可抑制偏轉器218中的像差，因此可減小多檢測器222的檢測面上多二次電子束300的各射束14的射束直徑。其結果，可避免如圖11所示般射束14彼此重疊。藉此，可於多檢測器222的位置使二次系統為高解析度（可達成檢測面上的分離）。
於如上所述般調整了電子光學系統的基礎上，進行被檢查基板的檢查處理。
圖12是表示實施方式1中的形成於半導體基板的多個晶片區域一例的圖。圖12中，於半導體基板（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），將已形成於曝光用遮罩基板的一個晶片量的遮罩圖案例如縮小成1/4而轉印至各晶片332。
圖13是用於說明實施方式1中的圖像取得處理的圖。如圖13所示，各晶片332的區域例如朝向y方向以規定的寬度分割成多個條紋區域32。由圖像取得機構150執行的掃描動作例如針對每一條紋區域32而實施。例如，一邊使平台105於-x方向上移動，一邊相對地於x方向上進行條紋區域32的掃描動作。各條紋區域32朝向長度方向被分割成多個矩形區域33。射束於作為對象的矩形區域33中的移動是藉由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的成批偏轉而進行。
於圖13的例子中，例如示出了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方向的射束數所得的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方向的射束數所得的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照射至由自身的射束所在的x方向的射束間間距與y方向的射束間間距包圍的子照射區域29內，並於所述子照射區域29內進行掠描（掃描動作）。各一次電子束10負責互不相同的任一個子照射區域29。而且，各一次電子束10對負責子照射區域29內的相同位置進行照射。副偏轉器209（第一偏轉器）藉由使多一次電子束20成批偏轉，利用多一次電子束20於形成有圖案的基板101面上進行掠描。換言之，一次電子束10於子照射區域29內的移動是藉由由副偏轉器209執行的多一次電子束20整體的成批偏轉而進行。重覆所述動作，利用一個一次電子束10於一個子照射區域29內依次進行照射。
各條紋區域32的寬度較佳為設定成與照射區域34的y方向尺寸相同、或者較照射區域34的y方向尺寸窄了掃描裕度量的尺寸。於圖13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。但是，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在的子照射區域29內，並於所述子照射區域29內進行掠描（掃描動作）。而且，若一個子照射區域29的掃描結束，則照射位置藉由由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的成批偏轉而朝相同條紋區域32內的鄰接的矩形區域33移動。重覆所述動作而於條紋區域32內依次進行照射。若一個條紋區域32的掃描結束，則照射區域34藉由平台105的移動或/及由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的成批偏轉而朝下一條紋區域32移動。如以上所述般藉由各一次電子束10的照射而進行每一子照射區域29的掃描動作及二次電子圖像的取得。藉由組合所述每一子照射區域29的二次電子圖像，而構成矩形區域33的二次電子圖像、條紋區域32的二次電子圖像、或者晶片332的二次電子圖像。另外，於實際進行圖像比較的情況下，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，對作為每一圖框區域30的測定圖像的圖框圖像31進行比較。於圖13的例子中，示出了將由一個一次電子束10掃描的子照射區域29分割成例如藉由在x方向、y方向上分別分割成兩部分而形成的四個圖框區域30的情況。
此處，於一邊使平台105連續移動一邊將多一次電子束20照射至基板101的情況下，以多一次電子束20的照射位置追隨平台105的移動的方式進行由主偏轉器208進行成批偏轉而實施的追蹤動作。因此，多二次電子束300的放出位置相對於多一次電子束20的軌道中心軸而時刻變化。同樣地，當於子照射區域29內進行掃描時，各二次電子束的放出位置於子照射區域29內時刻變化。例如偏轉器226使多二次電子束300成批偏轉，以使如此般放出位置已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。亦可與偏轉器226分開地於二次電子光學系統內配置對準線圈等，來修正所述放出位置的變化。
圖像取得機構150以如上方式於每一條紋區域32中推進掃描動作。如上所述般照射多一次電子束20，因多一次電子束20的照射而自基板101放出的多二次電子束300於偏轉器218內形成中間像面，並且被偏轉器218偏轉，然後被多檢測器222檢測。所檢測的多二次電子束300中可包含反射電子。或者，反射電子可於在二次電子光學系統中移動的過程中發散而未到達多檢測器222。而且，基於檢測出的多二次電子束300的訊號來取得二次電子圖像。具體而言，利用多檢測器222檢測出的各子照射區域29內的每一畫素的二次電子的檢測資料（測定圖像資料：二次電子圖像資料：被檢查圖像資料）按照測定順序被輸出至檢測電路106。於檢測電路106內，利用未圖示的A/D轉換器將模擬的檢測資料轉換為數位資料，並保存於晶片圖案記憶體123中。而且，所獲得的測定圖像資料與來自位置電路107的表示各位置的資訊一起被轉送至比較電路108。
另一方面，參照圖像製作電路112基於成為形成於基板101的多個圖形圖案的基礎的設計資料，針對每一圖框區域30，製作與圖框圖像31對應的參照圖像。具體而言，以如下方式運作。首先，經由控制計算機110而自儲存裝置109讀出設計圖案資料，將由經讀出的所述設計圖案資料定義的各圖形圖案轉換成二值或多值的影像資料。
如上所述般，由設計圖案資料定義的圖形例如將長方形或三角形作為基本圖形，例如，保存有如下圖形資料：利用圖形的基準位置的座標（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，對各圖形圖案的形狀、大小、位置等進行了定義。
若作為所述圖形資料的設計圖案資料被輸入至參照圖像製作電路112，則展開至每一圖形的資料為止，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，作為配置於以規定的量子化尺寸的格子（grid）為單位的柵格內的圖案，展開成二值或多值的設計圖案圖像資料並予以輸出。換言之，讀入設計資料，在將檢查區域設為以規定的尺寸為單位的柵格來進行假想分割而成的每一柵格中，演算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，較佳為將一個柵格設定為一個畫素。而且，若使一個畫素具有1/2 8（=1/256）的解析度，則與配置於畫素內的圖形的區域量相應地分配1/256的小區域並演算畫素內的佔有率。而且，形成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一致即可。
接著，參照圖像製作電路112對作為圖形的影像資料的設計圖案的設計圖像資料，使用規定的濾波函數實施濾波處理。藉此，可使作為圖像強度（濃淡值）為數位值的設計側的影像資料的設計圖像資料符合藉由多一次電子束20的照射而獲得的像生成特性。製作而成的參照圖像的每一畫素的圖像資料被輸出至比較電路108。
於比較電路108內，針對每一圖框區域30，以子畫素為單位對作為被檢查圖像的圖框圖像31（第一圖像）與該圖框圖像所對應的參照圖像（第二圖像）進行對位。例如，可利用最小平方法進行對位。
然後，比較電路108對圖框圖像31（第一圖像）與參照圖像（第二圖像）進行比較。比較電路108針對每一畫素，按照規定的判定條件對兩者進行比較，並判定有無例如形狀缺陷等缺陷。例如，若每一畫素的灰階值差較判定臨限值Th大，則判定為缺陷。然後，輸出比較結果。比較結果被輸出至儲存裝置109、監視器117、或記憶體118，或者只要自列印機119輸出即可。
再者，除了上述晶粒-資料庫檢查之外，亦較佳為進行將拍攝同一基板上的不同地方的同一圖案所得的測定圖像資料彼此進行比較的晶粒-晶粒（die to die）檢查。或者，亦可僅使用自身的測定圖像進行檢查。
圖14是表示實施方式1的變形例中的圖案檢查裝置的結構的結構圖。於圖14中，除了電磁透鏡217相對於二次電子軌道而配置於射束分離器214與偏轉器218之間的方面以外，與圖1相同。
圖15是表示實施方式1的變形例中的多二次電子束的軌道一例的圖。於圖15中，藉由磁透鏡207（物鏡）而軌道向聚束方向彎曲且形成了中間像面600（成像點）的多二次電子束300一邊擴散一邊前進至射束分離器214。然後，多二次電子束300藉由射束分離器214而自多一次電子束20分離，一邊擴散一邊前進至電磁透鏡217。然後，對於成為發散方向的軌道的多二次電子束，藉由電磁透鏡217使軌道向聚束方向彎曲。此時，電磁透鏡217使多二次電子束於偏轉器218的偏轉支點處形成中間像面601（成像點）。藉此，如圖15所示，可於偏轉器218內的偏轉支點的位置使各二次電子束的射束直徑收縮。於圖15的例子中，示出了多二次電子束300的中心二次電子束301的軌道。因此，可抑制偏轉器218中產生的像差。藉此，藉由通過偏轉器218後的磁透鏡224的透鏡作業，可於多檢測器222的檢測面上使射束直徑收縮，可使各二次電子束於分離的狀態下在多檢測器222的檢測面上成像。其結果，可各別地檢測各二次電子束。藉此，偏轉器218的偏轉支點與基板101面及多檢測器222的檢測面共軛。
如上所述，根據實施方式1，可減少檢測光學系統中產生的像差，且可於檢測面分離多二次電子束的各二次電子束。藉此，可使射束間間距收縮。
於以上的說明中，一系列的「～電路」包含處理電路，所述處理電路包含電性回路、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」亦可使用共同的處理電路（同一個處理電路）。或者，亦可使用不同的處理電路（各自不同的處理電路）。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）等記錄介質即可。例如，位置電路107、比較電路108、及參照圖像製作電路112等亦可包含上述至少一個處理電路。
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，電磁透鏡217亦可為靜電透鏡。
另外，省略了對裝置結構或控制手法等於本發明的說明中不直接需要的部分等的記載，但可適宜選擇使用必要的裝置結構或控制手法。
此外，包括本發明的要素、且本領域從業人員可適宜進行設計變更的所有多電子束圖像取得裝置及多電子束圖像取得方法包含於本發明的範圍內。
10、21:一次電子束 14、15:射束 20:多一次電子束 22:孔（開口部） 29:子照射區域 30:圖框區域 31:圖框圖像 32:條紋區域 33:矩形區域 34:照射區域 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:平台 106:檢測電路 107:位置電路 108:比較電路 109:儲存裝置 110:控制計算機 112:參照圖像製作電路 114:平台控制電路 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:遮蔽控制電路 128:偏轉控制電路 130:延遲控制電路 142:平台驅動機構（驅動機構） 144、146、148:DAC放大器 150:圖像取得機構 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:電磁透鏡（照明透鏡） 203:成形孔徑陣列基板 205、206:電磁透鏡 207:電磁透鏡（磁透鏡、物鏡） 208:主偏轉器 209:副偏轉器 212:成批偏轉器 213:限制孔徑基板 214:射束分離器 216:反射鏡 217:電磁透鏡 218:偏轉器 222:多檢測器 224:電磁透鏡、磁透鏡 226:偏轉器 300:多二次電子束 301:二次電子束 301-1:能量大的二次電子 301-2:能量小的二次電子 330:檢查區域 332:晶片（晶圓晶粒） 600、601:中間像面 D1:射束直徑 E、E0:能量 x、y:方向
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3A與圖3B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以及多一次電子束的軌道的一例的圖。 圖4A與圖4B是表示實施方式1中的多二次電子束的軌道的一例以及多一次電子束的軌道的一例的圖。 圖5是表示實施方式1中的二次電子量與能量之間的關係的圖。 圖6是表示實施方式1中的偏轉支點與檢測面之間的二次電子束軌道一例的圖。 圖7是表示實施方式1中的多二次電子束的40°偏轉的軌道的圖。 圖8是表示實施方式1中的於40°偏轉下檢測的二次電子的分佈一例的圖。 圖9是表示實施方式1中的多二次電子束的50°偏轉的軌道的圖。 圖10是表示實施方式1中的於50°偏轉下檢測的二次電子的分佈一例的圖。 圖11是表示實施方式1與比較例中的多檢測器的檢測面上多二次電子束的射束直徑一例的圖。 圖12是表示實施方式1中的形成於半導體基板的多個晶片區域一例的圖。 圖13是用於說明實施方式1中的圖像取得處理的圖。 圖14是表示實施方式1的變形例中的圖案檢查裝置的結構的結構圖。 圖15是表示實施方式1的變形例中的多二次電子束的軌道一例的圖。
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:平台
106:檢測電路
107:位置電路
108:比較電路
109:儲存裝置
110:控制計算機
112:參照圖像製作電路
114:平台控制電路
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:遮蔽控制電路
128:偏轉控制電路
130:延遲控制電路
142:平台驅動機構(驅動機構)
144、146、148:DAC放大器
150:圖像取得機構
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:電磁透鏡(照明透鏡)
203:成形孔徑陣列基板
205、206:電磁透鏡
207:電磁透鏡(磁透鏡、物鏡)
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:成批偏轉器
213:限制孔徑基板
214:射束分離器
216:反射鏡
217:電磁透鏡
218:偏轉器
222:多檢測器
224:電磁透鏡、磁透鏡
226:偏轉器
300:多二次電子束

Claims (10)

  1. 一種多射束圖像取得裝置，包括：平台，載置基板；物鏡，使用多一次電子束，於所述基板上使所述多一次電子束成像；分離器，具有形成電場的兩極以上的電極以及形成磁場的兩極以上的磁極，藉由所形成的所述電場以及所述磁場，將因利用所述多一次電子束照射所述基板而放出的多二次電子束自所述多一次電子束的軌道上分離；偏轉器，使分離出的所述多二次電子束偏轉；透鏡，配置於所述物鏡與所述偏轉器之間，使所述多二次電子束於所述偏轉器的偏轉支點處成像；以及檢測器，檢測經偏轉的所述多二次電子束，其中所述分離器配置於所述物鏡與所述偏轉器之間。
  2. 如請求項1所述的多射束圖像取得裝置，其中，所述偏轉器的偏轉支點與所述基板面及所述檢測器的檢測面共軛。
  3. 如請求項1所述的多射束圖像取得裝置，其中，所述透鏡配置於所述物鏡與所述分離器之間。
  4. 如請求項1所述的多射束圖像取得裝置，其中，所述透鏡被配置於所述分離器與所述偏轉器之間。
  5. 如請求項1所述的多射束圖像取得裝置，其中， 所述偏轉器以使所述分離器所分離出的所述多二次電子束的中心軸軌道的方向朝向所述檢測器的方式，使所述多二次電子束偏轉，所述透鏡使所述分離器所分離出的所述多二次電子束於所述偏轉器的偏轉支點處成像。
  6. 如請求項5所述的多射束圖像取得裝置，其中，所述透鏡進而使所述多一次電子束折射。
  7. 如請求項6所述的多射束圖像取得裝置，其中，由所述透鏡折射的所述多一次電子束一邊擴散一邊入射至所述物鏡。
  8. 一種多射束圖像取得方法，其中，使用物鏡，使多一次電子束成像於平台上所載置的基板，使用具有形成電場的兩極以上的電極以及形成磁場的兩極以上的磁極的分離器，藉由所形成的所述電場以及所述磁場，將因利用所述多一次電子束照射所述基板而放出的多二次電子束自所述多一次電子束的軌道上分離，使用偏轉器，使分離出的所述多二次電子束偏轉，使用配置於所述物鏡與所述偏轉器之間的透鏡，使所述多二次電子束於所述偏轉器的偏轉支點處成像，利用檢測器檢測經偏轉的所述多二次電子束，並輸出基於檢測出的所述多二次電子束的訊號的二次電子圖像的資料，其中所述分離器配置於所述物鏡與所述偏轉器之間。
  9. 如請求項8所述的多射束圖像取得方法，其中，所述偏轉器的偏轉支點與所述基板面及所述檢測器的檢測面共軛。
  10. 如請求項9所述的多射束圖像取得方法，其中，所述多二次電子束於自所述多一次電子束的軌道上分離之前由所述透鏡折射，結果於所述偏轉器的偏轉支點處成像。
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