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TWI783381B - 多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置 - Google Patents

多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置 Download PDF

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TWI783381B
TWI783381B TW110106012A TW110106012A TWI783381B TW I783381 B TWI783381 B TW I783381B TW 110106012 A TW110106012 A TW 110106012A TW 110106012 A TW110106012 A TW 110106012A TW I783381 B TWI783381 B TW I783381B
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deflector array
beams
multipole
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TW110106012A
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井上和彦
白土昌孝
小笠原宗
Original Assignee
日商紐富來科技股份有限公司
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Abstract

本發明的一形態提供一種可減少作用於多射束的庫侖效應的多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置。本發明的一形態的多帶電粒子束照射裝置的特徵在於包括：形成機構，形成多帶電粒子束；多極子偏轉器陣列，以多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道不在與多帶電粒子束的軌道中心軸方向上正交的同一面內集束的方式，將多帶電粒子束的各射束個別地偏轉；以及電子光學系統，在多帶電粒子束未被集束而保持原樣的狀態下，利用多帶電粒子束對基板進行照射。

Description

多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置
本發明是有關於一種多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置。例如，是有關於一種藉由多電子束對基板進行照射的照射方法。
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。
作為檢查方法，已知有如下的方法：藉由將對形成於半導體晶圓或微影遮罩等基板上的圖案進行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，作為圖案檢查方法，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，判定為有圖案缺陷。
於半導體晶圓或光罩的缺陷檢查中，要求檢測更小尺寸的缺陷。因此，於近年來的檢查裝置中，對於如上文所述的圖案檢查裝置，除對檢查對象基板照射雷射光，並拍攝其透過像或反射像的裝置以外，亦正在開發如下的檢查裝置：為了提高圖像的畫素解析度，利用波長較雷射光短的電子束在檢查對象基板上進行掃描(scan)，對伴隨電子束的照射而自檢查對象基板放出的二次電子進行檢測，並取得圖案像。於使用電子束的檢查裝置中，亦正在進一步開發使用多射束的裝置。
於多射束檢查裝置中，為了實現高解析度且高產能，而要求縮小各射束的射束徑及增大總電流量。然而，伴隨多射束的總電流量的增大，庫侖效應(Coulomb effect)的作用亦變大，而射束變得所謂模糊。藉此，基板上的射束徑變大。因此，為了實現高解析度且高產能，而要求減少作用於多射束的庫侖效應。所述問題並不限定於檢查裝置。例如，於使用多射束的描繪裝置等照射多射束的裝置中亦同樣會產生。
此處，揭示一種描繪裝置，並非進行用於減少庫侖效應的校正，而是以對於球面像差進行校正的方式，配置對多射束個別地進行對準用偏轉的多對準器陣列(Multi-aligner array)(例如，參照日本專利特開2006-080276號公報)。
本發明的一形態提供一種可減少作用於多射束的庫侖效應的多帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置。
本發明的一形態的多帶電粒子束照射裝置的特徵在於包括：形成機構，形成多帶電粒子束；多極子偏轉器陣列，以多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道不在與多帶電粒子束的軌道中心軸方向上正交的同一面內集束的方式，將多帶電粒子束的各射束個別地偏轉；以及電子光學系統，在多帶電粒子束未被集束而保持原樣的狀態下，利用多帶電粒子束對基板進行照射。
本發明的一形態的多帶電粒子束檢查裝置的特徵在於包括：形成機構，形成多帶電粒子束；多極子偏轉器陣列，以多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道不在與多帶電粒子束的軌道中心軸方向上正交的同一面內集束的方式，將多帶電粒子束的各射束個別地偏轉；電子光學系統，在多帶電粒子束未被集束而保持原樣的狀態 下，利用多帶電粒子束對基板進行照射；多檢測器，檢測藉由利用多帶電粒子束對基板進行照射而放出的多二次電子束；以及檢查電路，對基於所檢測到的多二次電子束所得的二次電子圖像進行檢查。
9、13、14:電極基板
10:一次電子束
11、17:穿過孔
12、15:基板本體
16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h:電極
20:多一次電子束
22:孔
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
50、52、56:儲存裝置
54:圖框圖像製作部
57:對位部
58:比較部
100:檢查裝置
101:基板
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
121:偏轉器陣列控制電路
122:雷射測長系統
123:晶片圖案記憶體
124:透鏡控制電路
126:遮沒控制電路
128:偏轉控制電路
142: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
170:推後電位施加電路
200:電子束
201:電子槍
202、205、206:電磁透鏡
203:成形孔徑陣列基板
207:電磁透鏡
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:批量遮沒偏轉器
213:限制孔徑基板
214:射束分離器
216:鏡子
218:偏轉器
220:多極子偏轉器陣列
221:多極子偏轉器陣列
222:多檢測器
224:電磁透鏡
300:多二次電子束
330:檢查區域
332:晶片
x、y、z:方向
X.O.:面、交叉、交叉面
Z1:高度位置、中間像面位置
Z1、Z3、Z4、Z5、Z6:高度位置
圖1是表示實施方式1中的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及圖3B是表示實施方式1中的多極子偏轉器陣列的結構的圖。
圖4是表示實施方式1的比較例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。
圖5是表示實施方式1的比較例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的y方向的射束軌道的一例的圖。
圖6是表示實施方式1中的多一次電子束的總電流量與各射束的射束徑的關係的圖。
圖7是表示實施方式1中的由多極子偏轉器陣列執行的多一次電子束的偏轉方向的一例的圖。
圖8是表示實施方式1中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。
圖9是表示實施方式1中的於x方向上排列的一次電子束陣列的y方向的射束軌道的一例的圖。
圖10A及圖10B是表示實施方式1中的於基板上的射束尺寸的一例的圖。
圖11A至圖11C是表示實施方式1中的射束間的分隔量的一例的圖。
圖12是表示實施方式1中的於試樣面上的射束徑與像差量及於X.O.面上的射束間的分隔量的關係的一例的圖。
圖13是表示實施方式1中的於試樣面上的射束徑與像差量及於X.O.面上的射束間的分隔量的關係的又一例的圖。
圖14是表示實施方式1的變形例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。
圖15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的一例的圖。
圖16是用於說明實施方式1中的多一次電子束的掃描動作的圖。
圖17是表示實施方式1中的比較電路內的結構的一例的結構圖。
以下，於實施方式中，對可減少作用於多射束的庫侖效應的照射裝置以及檢查裝置進行說明。
又，以下，於實施方式中，使用電子束作為帶電粒子束 的一例進行說明。但是，並不限定於此。例如，亦可為離子束等。又，作為多射束照射裝置的一例而對使用多射束的檢查裝置進行說明。但是，並不限定於此。例如，亦可為使用多射束的描繪裝置。或者，例如還可為使用多射束的圖像取得裝置。
圖1是表示實施方式1中的檢查裝置的結構的結構圖。於圖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包括圖像取得機構150及控制系統電路160。圖像取得機構150包括：電子束柱102(電子鏡筒)及檢查室103。於電子束柱102內，配置有電子槍201、成形孔徑陣列基板203、多極子偏轉器陣列220、電磁透鏡202、電磁透鏡205、批量遮沒偏轉器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、副偏轉器209、射束分離器(beam separator)214、偏轉器218、電磁透鏡224及多檢測器222。由電子槍201、成形孔徑陣列基板203、多極子偏轉器陣列220、電磁透鏡202、電磁透鏡205、批量遮沒偏轉器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。又，由電磁透鏡207、射束分離器214、偏轉器218及電磁透鏡224構成二次電子光學系統152。
於檢查室103內，配置至少可於XY方向上移動的平台105。於平台105上配置成為檢查對象的基板101(試樣)。基板101的背面例如由搭載於平台105上的靜電卡盤機構吸附。於基板 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(晶圓晶粒)。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(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予以反射的鏡子216。
又，多檢測器222在電子束柱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、偏轉器陣列控制電路121、透鏡控制電路124、遮沒控制電路126、偏轉控制電路128、推後(retarding)電位施加電路170、磁碟裝置等儲存裝置109、監視器117、記憶體118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。
又，基板101與推後電位施加電路170電性連接，推後電位施加電路170對基板101施加負的推後電位Vr。
又，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，平台105變得可於X-Y-θ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接收來自鏡子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(物鏡)、電磁透鏡224及射束分離器214由透鏡控制電路124來控制。又，批量遮沒偏轉器212包括兩極以上的電極，且針對每一電極經由未圖示的DAC放大器而由遮沒控制電路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包含四極以上的電極，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。又， 多極子偏轉器陣列220由偏轉器陣列控制電路121針對多極的每一偏轉器而個別地控制。
於電子槍201，連接有未圖示的高壓電源電路，藉由對電子槍201內的未圖示的燈絲(陰極)與引出電極(陽極)間施加來自高壓電源電路的加速電壓，並且藉由另一引出電極(韋乃特)的電壓的施加與陰極的以規定溫度進行的加熱，使自陰極放出的電子群加速，成為電子束200而被放出。
此處，圖1中記載了於對實施方式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中的成形孔徑陣列基板的結構的概念圖。於圖2中，於成形孔徑陣列基板203，二維狀的橫(x方向)m1行×縱(y方向)n1段(m1、n1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。
自電子槍201(放出源)放出的電子束200對成形孔徑陣列基板203整體進行照明。如圖2所示，於成形孔徑陣列基板203上，形成有多個孔22(開口部)，電子束200對包含多個孔22全體在內的區域進行照明。照射至多個孔22的位置的電子束200的各一部分分別穿過所述成形孔徑陣列基板203(形成機構)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朝 多極子偏轉器陣列220前進。
圖3A及圖3B是表示實施方式1中的多極子偏轉器陣列的結構的圖。於圖3A及圖3B的例子中，例如，示出使用5×5行的多一次電子束20的情況。多極子偏轉器陣列220具有空開間隙且依序上下排列的兩段電極基板9、14，或者具有空開間隙且依序上中下排列的三段電極基板9、14、13。電極基板9、電極基板13可為相同的結構。於圖3A中，電極基板9、電極基板13於基板本體12形成供多一次電子束20穿過的多個穿過孔11，且基板本體12的至少露出面整體由導電性材料構成。例如，基板本體12由金屬等導電性材料構成。或者，於由絕緣性材料構成的基板本體12的整個露出面塗佈導電膜亦為較佳。於基板本體12，例如施加接地(ground)電位。於圖3B中，電極基板14於基板本體15形成多個穿過孔17，該些穿過孔17供多一次電子束20穿過，與電極基板9、電極基板13例如相同孔徑尺寸。基板本體15例如較佳為由矽(Si)材料構成。而且，於基板本體15上以包圍各個穿過孔17的方式配置有成為多極的多個電極16a~16h。再者，多個電極16a~16h以包圍各穿過孔17的多個電極16a~16h間不導通的方式配置於絕緣層上。構成多極的多個電極16a~16h包含四極以上。例如，較佳為使用八極的電極。針對多一次電子束20的各射束，對多個電極16a~16h分別個別地施加電位。藉由針對各射束分別控制施加於多個電極16a~16h的電位，而可針對各射束朝任意的方向、且以任意的偏轉量個別地偏轉。換言之，可針對各 射束變更射束軌道。
穿過多極子偏轉器陣列220的多一次電子束20一面由電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，一面穿過配置於多一次電子束20的各射束的中間像面I.I.P(像面共軛位置)的射束分離器214而朝電磁透鏡207(物鏡)前進。
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。藉由電磁透鏡207而焦點對準(對焦)於基板101(試樣)面上的多一次電子束20由主偏轉器208及副偏轉器209批量偏轉，而照射至各射束在基板101上的各自的照射位置。再者，在多一次電子束20整體藉由批量遮沒偏轉器212批量偏轉的情況下，其位置自限制孔徑基板213的中心的孔偏離，從而由限制孔徑基板213將整個多一次電子束20予以遮蔽。另一方面，未由批量遮沒偏轉器212偏轉的多一次電子束20如圖1所示般穿過限制孔徑基板213的中心的孔。藉由所述批量遮沒偏轉器212的開/關(ON/OFF)來進行遮沒控制，而對射束的導通/斷開(ON/OFF)進行批量控制。如此般，限制孔徑基板213將由批量遮沒偏轉器212偏轉成射束斷開狀態的多一次電子束20予以遮蔽。而且，藉由自射束導通至射束斷開為止所形成的穿過了限制孔徑基板213的射束群，形成圖像取得用的多一次電子束20。
圖4是表示實施方式1的比較例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。
圖5是表示實施方式1的比較例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的y方向的射束軌道的一例的圖。於圖4及圖5所示的比較例中，示出未配置多極子偏轉器陣列220時的射束軌道的一例。又，於圖4及圖5所示的比較例中，示出在使用3×3行的多一次電子束20時的y方向中央的於x方向上排列的三條一次電子束陣列的軌道。又，圖像藉由磁場而旋轉，但在圖4及圖5所示的比較例中，為了易於理解與實施方式1的不同而忽略磁場的影響地示出。當各一次電子束10在高度位置Z1形成中間像之後，由成形孔徑陣列基板203形成的多一次電子束20一面藉由電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，一面朝電磁透鏡207(物鏡)前進。於所述射束軌道中，由電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，藉此產生交叉(crossover)(X.O.)。又，於圖4及圖5的例子中，示出由成形孔徑陣列基板203形成的多一次電子束20在高度位置Z1處的第一次的中間像及電磁透鏡202與電磁透鏡205之間的各高度位置Z2、Z3、Z4、Z5、Z6處的多一次電子束像。如圖4所示，於x方向軌道中，經電磁透鏡202折射的多一次電子束20緩慢地朝軌道中心軸方向前進，於高度位置Z4處在軌道中心軸上形成交叉(X.O.)。關於y方向軌道亦示出在高度位置Z4處形成交叉的狀態。又，於圖4及圖5所示的比較例中，於電磁透鏡205與電磁透鏡206之間在軌道中心軸上形成交叉(X.O.)。同樣地，於電磁透鏡207的磁場中心高度位置處在軌道中心軸上形成交叉。如此般，於圖4及圖5 所示的比較例中，由電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，藉此一面重覆交叉一面朝基板101上前進。
圖6是表示實施方式1中的多一次電子束的總電流量與各射束的射束徑的關係的圖。於圖6中，縱軸表示射束徑，橫軸表示總電流量。如圖6所示，可知伴隨多一次電子束的總電流量增大，各射束的射束徑亦變大。這是源於下述情況所致，即，伴隨多一次電子束的總電流量的增大，庫侖效應的作用亦變大，而各射束變得所謂模糊。藉此，基板上的射束徑變大。庫侖效應與電流量成比例。而且，於多一次電子束集束於一個部位的交叉位置，空間周圍的電流量達到最大。換言之，多一次電子束的總電流量集中於交叉位置。因此，於多一次電子束所集束的交叉位置，庫侖效應大大作用於多一次電子束。再者，交叉位置無需為一個點，只要是多一次電子束在與軌道中心軸方向正交的同一面內相互重合的區域即可。因此，於實施方式1中，以多一次電子束20不在一個部位集束的方式對射束軌道進行控制。換言之，以多一次電子束20不形成交叉的方式對射束軌道進行控制。
具體而言，多極子偏轉器陣列220以多一次電子束20不在與多一次電子束20的軌道中心軸方向正交的同一面內集束的方式，將多一次電子束20的各一次電子束10個別地偏轉。換言之，以多一次電子束20的各射束的軌道中心軸不在與多一次電子束20的軌道中心軸方向正交的同一面內的某區域內集束的方式，將多一次電子束20的各一次電子束10個別地偏轉。作為同一面內 的某區域，例如只要是多一次電子束相互重合的區域即可。又，為了儘量減少庫侖效應的作用，理想的是在形成多一次電子束20後，在到達基板101的期間內不形成交叉。因此，較佳的是在形成多一次電子束20後，在較成為第一次交叉位置的高度位置Z4更靠上游側(成形孔徑陣列基板203側)配置多極子偏轉器陣列220。
為了不使多一次電子束20形成交叉，可以多一次電子束20中的周邊射束不穿過多一次電子束20的軌道中心軸的方式進行控制。因此，多極子偏轉器陣列220以多一次電子束20內的位於偏離中心的周邊側的周邊射束不穿過多一次電子束20的軌道中心軸地對基板101進行照射的方式，將多一次電子束20的各一次電子束10個別地偏轉。例如，可如以下方式進行偏轉。
圖7是表示實施方式1中的由多極子偏轉器陣列執行的多一次電子束的偏轉方向的一例的圖。於圖7的例子中，例如示出使用3×3行的一次電子束10而形成的多一次電子束20的情況。多極子偏轉器陣列220例如將多一次電子束20的各射束的偏轉方向控制為與其他射束的偏轉方向不同的方向。於圖7的例子中，示出對於周邊射束朝逆時針改變偏轉方向的情況。又，較佳的是對於偏轉量亦以與其他射束不同的方式進行控制。再者，於實施方式1中，將多一次電子束20呈放射狀或反放射狀地偏轉的情況除外。這是因為即便呈放射狀地偏轉，整個多一次電子束20的射束尺寸只是以軌道中心軸為軸而變大，結果會在一個部位集束。 同樣地，即便呈反放射狀地偏轉，整個多一次電子束20的射束尺寸只是以軌道中心軸為軸而變小，結果會在一個部位集束。
圖8是表示實施方式1中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。
圖9是表示實施方式1中的於x方向上排列的一次電子束陣列的y方向的射束軌道的一例的圖。於圖8及圖9的例子中，示出在使用3×3行的多一次電子束20時的y方向中央的於x方向上排列的三條一次電子束陣列的軌道。又，於圖8及圖9的例子中，示出多極子偏轉器陣列220配置於多一次電子束20的中間像面位置的情況。於圖8及圖9所示的例子中，示出因偏轉所致的圖像的旋轉，且忽略因磁場的影響所致的圖像的旋轉地示出。電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206因透鏡的性質而分別於規定的位置成像，因此藉由將多極子偏轉器陣列220配置於中間像面位置，即便在所述中間像面位置將各射束偏轉，但在其後的各像面位置不會產生位置偏離。於圖8及圖9的例子中，由成形孔徑陣列基板203形成的多一次電子束20在高度位置Z1處藉由配置於各一次電子束10的最初的中間像面位置即高度位置Z1的多極子偏轉器陣列220，針對各射束個別地被偏轉。再者，可不對中心射束進行偏轉。穿過多極子偏轉器陣列220的多一次電子束20被電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，使多一次電子束像一面旋轉，一面朝電磁透鏡207(物鏡)前進。於圖8及圖9的例子中，示出由成形孔徑陣列基板203形成的多一 次電子束20於高度位置Z1處的第一次的中間像及於電磁透鏡202與電磁透鏡205之間的各高度位置Z2、Z4、Z5、Z6處的多一次電子束像。省略圖4所示的於高度位置Z3的圖示。如圖8所示，於x方向軌道中，經電磁透鏡202折射的多一次電子束20緩慢地朝軌道中心軸方向前進，但藉由多極子偏轉器陣列220將周邊射束的軌道予以修正，因此在高度位置Z4不於軌道中心軸上形成交叉(X.O.)。關於y方向軌道亦相同。又，於圖8及圖9的例子中，於電磁透鏡205與電磁透鏡206之間、及電磁透鏡207的磁場內亦可同樣地不形成交叉。如此般，於圖8及圖9的例子中，即便經電磁透鏡202、電磁透鏡205及電磁透鏡206分別折射，但可不形成交叉地使多一次電子束20朝基板101上前進。換言之，一次電子光學系統151在多一次電子束20未被集束而保持原樣的狀態下，利用多一次電子束20對基板101進行照射。
圖10A及圖10B是表示實施方式1中的於基板上的射束尺寸的一例的圖。於圖10A中，示出在形成交叉後照射至基板101上的多一次電子束20的射束尺寸的一例。相對於此，如圖10B所示，於實施方式1中，藉由由多極子偏轉器陣列220執行的周邊射束的軌道修正，以不形成交叉的方式進行控制，藉此與形成交叉後的多一次電子束20相比，可減小照射至基板101上的多一次電子束20的各一次電子束10的射束尺寸。
圖11A至圖11C是表示實施方式1中的射束間的分隔量的一例的圖。於圖11A中，示出交叉面內的射束間的分隔量(或 者亦稱為「分隔長度」)為零的情況。所述狀態示出於藉由圖4及圖5所說明的比較例中的高度位置Z4處於軌道中心軸上形成交叉(X.O.)時的射束間的分隔量。換言之，示出於交叉面(X.O.面)，多一次電子束20的各射束的中心軸軌道聚束成一點的情況。藉由由多極子偏轉器陣列220將各射束個別地偏轉，而可控制交叉面處的射束間的分隔量。於圖11B的例子中，示出射束間的分隔量被控制為0.4的情況。所謂分隔量為0.4是表示相鄰的射束彼此的40%的部分互不重合、60%的部分相互重合的狀態。於圖11C的例子中，示出射束間的分隔量被控制為1.0的情況。所謂分隔量為1.0，是表示相鄰的射束彼此的外周端正好相接的狀態，換言之為相鄰的射束彼此無重合的狀態。於圖8及圖9的例子中，示出在未藉由多極子偏轉器陣列220對各射束進行偏轉的情況下，多一次電子束20的各射束的中心軸軌道所聚束的高度位置Z4處的射束間的分隔量被控制為大於1的值的狀態，但其未必是最佳值。
圖12是表示實施方式1中的於試樣面上的射束徑與像差量及在X.O.面上的射束間的分隔量的關係的一例的圖。
圖13是表示實施方式1中的於試樣面上的射束徑與像差量及在X.O.面上的射束間的分隔量的關係的又一例的圖。於圖12的例子中，示出多一次電子束20的總電流量大的情況。於圖13的例子中，示出多一次電子束20的總電流量小的情況。於圖12及圖13中，縱軸表示射束徑，橫軸表示射束間的分隔量。於圖12及圖13中，作為射束徑，示出多一次電子束20的各射束的射束 徑dc、將藉由利用多極子偏轉器陣列220偏轉而產生的像差置換成射束徑所得的像差量da及包含像差的在基板101面上的實效性的射束徑d。實效性的射束徑d可藉由相同分隔量的射束徑dc與像差量da的平方和的平方根來定義。如圖12及圖13所示，可知雖然分隔量大，但實效性的射束徑d並未成為最小值。又，如圖12及圖13所示，可知實效性的射束徑d成為最小值的分隔量根據多一次電子束20的總電流量而變動。實效性的射束徑d為最小值的分隔量成為最佳值，但並不限定於此，於實施方式1中，將實效性的射束徑d控制為成為臨限值以下的分隔量。例如，較佳的是以容許實效性的射束徑d的最小值的10%的誤差的方式來設定臨限值。因此，多極子偏轉器陣列220以各射束的包含像差的射束徑d成為臨限值以下的方式將各射束個別地偏轉。將此時的各射束的偏轉量調整為下述偏轉量，即：在高度位置Z4(在藉由多極子偏轉器陣列220不對各射束進行偏轉的情況下多一次電子束20的各射束的中心軸軌道所聚束的高度位置)處的射束間的分隔量成為基板101面上的射束徑為臨限值以下的分隔量。
圖14是表示實施方式1的變形例中的於x方向上排列的一次電子束陣列的x方向的射束軌道的一例的圖。於圖8的例子中，示出將多極子偏轉器陣列220配置於中間像面位置(Z1)的情況，但並不限定於此。於圖14的例子中，將多極子偏轉器陣列220配置於偏離中間像面位置(Z1)的高度位置。於所述情況下，在其後的軌道上的像面位置處，射束的位置偏離。因此，於實施 方式1的變形例中，進而配置多極子偏轉器陣列221(第二多極子偏轉器陣列)，所述多極子偏轉器陣列221將穿過多極子偏轉器陣列220(第一多極子偏轉器陣列)後的多一次電子束20的各一次電子束10個別地偏轉。多極子偏轉器陣列221例如配置於最終電磁透鏡207(物鏡)與基板101之間為較佳。而且，多極子偏轉器陣列221藉由將產生位置偏離的各一次電子束10個別地偏轉，而可利用各一次電子束10對基板101上的所期望的位置進行照射。
或者，將多極子偏轉器陣列221用於像散校正(astigmatism correction)亦為較佳。於藉由多極子偏轉器陣列220將各射束個別地偏轉的情況下，有時於射束產生像散像差。因此，較佳的是以多極子偏轉器陣列221對各一次電子束10個別地進行像散校正的方式來使用多極子偏轉器陣列221。
圖15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的一例的圖。於圖15中，當基板101為半導體基板(晶圓)時，於半導體基板(晶圓)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的遮罩圖案例如縮小成1/4而轉印至各晶片332。一個晶片份額的遮罩圖案一般而言包含多個圖形圖案。各晶片332的區域，例如向y方向以規定的寬度被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，一面於-x方向上使平台105移動，一面相對地於x方向上進行條紋區域32的掃描動作。各條 紋區域32向長度方向被分割成多個矩形區域33。射束朝成為對象的矩形區域33的移動，藉由由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而進行。
圖16是用於說明實施方式1中的多一次電子束的掃描動作的圖。於圖16的例子中，例如示出5×5行的多一次電子束20的情況。利用多一次電子束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。然後，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，並在所述子照射區域29內進行掃描(掃描動作)。各一次電子束10負責互不相同的子照射區域29。然後，在各發射時，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。一次電子束10於子照射區域29內的移動，藉由由副偏轉器209執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而進行。重覆所述運作，利用一條一次電子束10在一個子照射區域29內依次進行照射。
當多一次電子束20被照射至基板101的所期望的位置上時，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)。
自基板101放出的多二次電子束300穿過電磁透鏡207而前進至射束分離器214。
此處，作為射束分離器214，較佳的是使用例如E×B分離器。射束分離器(E×B分離器)214具有產生電場的兩極以上的多個電極、及產生磁場的分別具有線圈的兩極以上的多個磁極。多個電極包含相向的兩極的電極。多個磁極包含相向的兩極的磁極。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，沿正交的方向產生電場與磁場。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方向變化。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的方向發揮作用，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藉由偏轉器218而進一步彎曲，並一面由電磁透鏡224折射一面投影至多檢測器222。多檢測器222檢測經投影的多二次電子束300。多檢測器222例如具有未圖示的二極體型二維感測器。而且，於與多一次電子束20的各射束對應的二極體型的二維感測器位置，多二次電子束300的各二次電子碰撞二極體型的二維感測器 以產生電子，並按照各畫素生成二次電子圖像資料。由多檢測器222檢測到的強度訊號被輸出至檢測電路106。
此處，於一面將平台105連續移動一面利用多一次電子束20對基板101進行照射的情況下，以多一次電子束20的照射位置追隨平台105的移動的方式進行藉由利用主偏轉器208進行批量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的軌道中心軸時刻變化。同樣地，在子照射區域29內進行掃描時，各二次電子束的放出位置在子照射區域29內時刻變化。如此般偏轉器218以將放出位置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的方式，將多二次電子束300進行批量偏轉。
關於二次電子圖像的取得，如上文所述般，照射多一次電子束20，並藉由多檢測器222對包含因多一次電子束20的照射而自基板101放出的反射電子的多二次電子束300進行檢測。由多檢測器222檢測到的各子照射區域29內的各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)，依照測定順序被輸出至檢測電路106。於檢測電路106內，藉由未圖示的類比/數位(Analog/Digital，A/D)轉換器，將類比檢測資料轉換成數位資料，並保存於晶片圖案記憶體123。然後，所獲得的二次電子圖像資料(二次電子圖像1的資料)與來自位置電路107的表示各位置的資訊一起被輸出至比較電路108。
再者，所述各條紋區域32的寬度較佳的是設定為與照射 區域34的y方向尺寸相同、或者為經縮窄掃描餘裕份額的尺寸。於圖15的例子中，示出照射區域34與矩形區域33相同尺寸的情況。但是，並不限定於此。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。然後，若一個子照射區域29的掃描結束，則照射位置因由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量偏轉而朝相同條紋區域32內的鄰接的矩形區域33移動。重覆所述運作，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因平台105的移動或/及由主偏轉器208執行的多一次電子束20整體的批量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的照射而進行各子照射區域29的掃描動作及二次電子圖像的取得。藉由組合該些各子照射區域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。又，如圖16所示，於實際進行圖像比較時，例如將各矩形區域33內的子照射區域29進一步分割成多個圖框區域30，對於各圖框區域30的圖框圖像31進行比較。
比較電路108(檢查部、檢查電路)對基於所檢測到的多二次電子束300所得的二次電子圖像進行檢查。以下，說明對以灰度值等來定義的圖像資料彼此進行比較的情況。但是，並不限定於此。自二次電子圖像例如提取圖形圖案的輪廓線，對與參照輪廓線的距離進行比較的情況亦為較佳。
圖17是表示實施方式1中的比較電路內的結構的一例的 結構圖。於圖17中的比較電路108內，配置有磁碟裝置等儲存裝置50、儲存裝置52、儲存裝置56、圖框圖像製作部54、對位部57以及比較部58。圖框圖像製作部54、對位部57及比較部58等各「~部」包含處理電路，於所述處理電路中，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「~部」亦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)。圖框圖像製作部54、對位部57及比較部58內所需要的輸入資料或經演算的結果隨時被儲存於未圖示的記憶體或記憶體118中。
經傳送至比較電路108內的測定圖像資料(射束圖像)被保存於儲存裝置50。
然後，圖框圖像製作部54製作將藉由各一次電子束10的掃描動作而取得的子照射區域29的圖像資料進一步分割而成的多個圖框區域30的各圖框區域30的圖框圖像31。再者，較佳的是各圖框區域30以餘裕區域相互重合的方式構成，以使圖像無遺漏。經製作的圖框圖像31保存於儲存裝置56。
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，針對各圖框區域30，製作與圖框圖像31對應的參照圖像。具體而言，如以下方式運作。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，將由所讀出的設計圖案資料所定義的各圖形圖案轉換成二值或多值的影像資料。
如上文所述般，由設計圖案資料所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，對各圖案圖形的形狀、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，並對所述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網格(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1/28(=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。然後，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，使用規定的濾波器函數實施濾波處理。藉此，可使圖像強度(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的照射而獲得的圖像生成特性。經製作的參照圖像的各畫素的圖像資料被輸出至比較 電路108。經傳送至比較電路108內的參照圖像資料被保存於儲存裝置52。
接著，對位部57讀出成為被檢查圖像的圖框圖像31及與所述圖框圖像31對應的參照圖像，並以小於畫素的子畫素為單位將兩圖像進行對位。例如，可利用最小平方法進行對位。
然後，比較部58針對各畫素來比較圖框圖像31與參照圖像。比較部58針對各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，若各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，於上文所述的例子中，對晶粒-資料庫檢查進行了說明，但並不限定於此。亦可為進行晶粒-晶粒檢查的情況。在進行晶粒-晶粒檢查的情況下，只要在成為對象的圖框圖像31(晶粒1)、與形成有與所述圖框圖像31相同的圖案的圖框圖像31(晶粒2)(參照圖像的其他一例)之間，進行上文所述的對位及比較處理即可。
如以上所述般，根據實施方式1，可減少作用於多一次電子束20的庫侖效應。因此，可抑制射束尺寸的增大並且使多一次電子束20的總電流量增大。因此，可實現高解析度且高產能的多一次電子束20的照射。
於以上的說明中，一系列的「~電路」包含處理電路， 於所述處理電路中，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」亦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、參照圖像製作電路112、平台控制電路114、偏轉器陣列控制電路121、透鏡控制電路124、遮沒控制電路126、偏轉控制電路128及推後電位施加電路170亦可包含所述至少一個處理電路。例如，亦可藉由控制計算機110來實施在該些電路內的處理。
以上，一面參照具體例一面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。於圖1的例子中，示出了利用成形孔徑陣列基板203，由自作為一個照射源的電子槍201照射的一條射束形成多一次電子束20的情況，但並不限於此。亦可為藉由自多個照射源分別照射一次電子束而形成多一次電子束20的形態。
另外，省略了對裝置結構或控制方法等在本發明的說明中不直接需要的部分等的記載，但可適宜選擇使用必要的裝置結構或控制方法。
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帶電粒子束照射裝置以及多帶電粒子束檢查裝置及該些裝置的方法均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
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
121:偏轉器陣列控制電路
122:雷射測長系統
123:晶片圖案記憶體
124:透鏡控制電路
126:遮沒控制電路
128:偏轉控制電路
142: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
170:推後電位施加電路
200:電子束
201:電子槍
202、205、206:電磁透鏡
203:成形孔徑陣列基板
207:電磁透鏡
208:主偏轉器
209:副偏轉器
212:批量遮沒偏轉器
213:限制孔徑基板
214:射束分離器
216:鏡子
218:偏轉器
220:多極子偏轉器陣列
222:多檢測器
224:電磁透鏡
300:多二次電子束

Claims (12)

  1. 一種多帶電粒子束照射裝置，其特徵在於，包括： 形成機構，形成多帶電粒子束； 多極子偏轉器陣列，以所述多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道不在與所述多帶電粒子束的軌道中心軸方向上正交的同一面內集束的方式，將所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉；以及 電子光學系統，在所述多帶電粒子束未被集束而保持原樣的狀態下，利用所述多帶電粒子束對基板進行照射。
  2. 如請求項1所述的多帶電粒子束照射裝置，其中所述多極子偏轉器陣列以所述多帶電粒子束內的位於偏離中心的周邊側的周邊射束不穿過所述多帶電粒子束的軌道中心軸地對基板進行照射的方式，將所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉。
  3. 如請求項1所述的多帶電粒子束照射裝置，其中所述多極子偏轉器陣列配置於所述多帶電粒子束的中間像面位置。
  4. 如請求項1所述的多帶電粒子束照射裝置，更包括第二多極子偏轉器陣列，在以所述多極子偏轉器陣列作為第一多極子偏轉器陣列的情況下，所述第二多極子偏轉器陣列將穿過所述第一多極子偏轉器陣列後的所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉。
  5. 如請求項1所述的多帶電粒子束照射裝置，更包括第二多極子偏轉器陣列，在以所述多極子偏轉器陣列作為第一多極子偏轉器陣列的情況下，所述第二多極子偏轉器陣列將穿過所述第一多極子偏轉器陣列後的所述多帶電粒子束的各射束個別地進行像散校正。
  6. 如請求項1所述的多帶電粒子束照射裝置，其中所述多極子偏轉器陣列以各射束的包含像差的射束徑成為臨限值以下的方式將各射束個別地偏轉。
  7. 如請求項6所述的多帶電粒子束照射裝置，其中將各射束的偏轉量調整為下述偏轉量，即：在未藉由所述多極子偏轉器陣列對各射束進行偏轉的情況下，使所述多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道所聚束的位置處的射束間的分隔量成為基板面上的射束徑為所述臨限值以下的分隔量的偏轉量。
  8. 一種多帶電粒子束檢查裝置，其特徵在於，包括： 形成機構，形成多帶電粒子束； 多極子偏轉器陣列，以所述多帶電粒子束的各射束的中心軸軌道不在與所述多帶電粒子束的軌道中心軸方向上正交的同一面內集束的方式，將所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉； 電子光學系統，在所述多帶電粒子束未被集束而保持原樣的狀態下，利用所述多帶電粒子束對基板進行照射； 多檢測器，檢測藉由利用所述多帶電粒子束對所述基板進行照射而放出的多二次電子束；以及 檢查電路，對基於檢測到的所述多二次電子束所得的二次電子圖像進行檢查。
  9. 如請求項8所述的多帶電粒子束檢查裝置，其中所述多極子偏轉器陣列以所述多帶電粒子束內的位於偏離中心的周邊側的周邊射束不穿過所述多帶電粒子束的軌道中心軸地對基板進行照射的方式，將所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉。
  10. 如請求項8所述的多帶電粒子束檢查裝置，其中所述多極子偏轉器陣列配置於所述多帶電粒子束的中間像面位置。
  11. 如請求項8所述的多帶電粒子束檢查裝置，更包括第二多極子偏轉器陣列，在以所述多極子偏轉器陣列作為第一多極子偏轉器陣列的情況下，所述第二多極子偏轉器陣列將穿過所述第一多極子偏轉器陣列後的所述多帶電粒子束的各射束個別地偏轉。
  12. 如請求項8所述的多帶電粒子束檢查裝置，更包括第二多極子偏轉器陣列，在以所述多極子偏轉器陣列作為第一多極子偏轉器陣列的情況下，所述第二多極子偏轉器陣列將穿過所述第一多極子偏轉器陣列後的所述多帶電粒子束的各射束個別地進行像散校正。
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