JP2021169972A - パターン検査装置及びパターン検査方法 - Google Patents

Abstract

【目的】検査時間の増加を抑制しながら、画像取得動作途中でのマルチビームの各ビームの電流量の変動を測定可能な装置を提供する。【構成】本発明の一態様の検査装置１００は、マルチ１次電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板２０３と、マルチ１次電子ビームを偏向することにより、パターンが形成された試料面上をマルチ１次電子ビームで走査する主偏向器２０８及び副偏向器２１９と、マルチ１次電子ビームで試料面上を走査することに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器２２２と、試料面上の走査を待機する走査待機時間に同期して、マルチ１次電子ビームを一括して偏向する一括偏向器２１２と、走査待機時間に同期して、偏向された前記マルチ１次電子ビームの電流値を検出するマルチ電流検出器２１５と、検出されたマルチ２次電子ビームに基づくパターンの第１の画像と、第１の画像に対応する第２の画像とを比較する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。例えば、電子ビームを用いて撮像された図形パターンの画像を検査する手法に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査装置では、例えば、電子ビームを使ったマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン画像を撮像する。そして撮像された測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計された設計データをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

ここで、電子ビームを使ったマルチビームでは、一部のビームに電流値の低下等の異常が生じる可能性がある。マルチビームの各ビームの電流量が検査途中、特に画像取得動作途中で変動した場合、検査画像上での階調値が変動する要因になる。その結果、パターンの検査において、誤検出が生じることにつながる。しかしながら、従来、検査途中での異常を知らせる機能が無いため、疑似欠陥が発生し得る。例えば、ストライプ領域のスキャン動作が終わった後に、マルチビームの照射位置にステージ上のファラディーカップが位置するようにステージを移動させて、ファラディーカップでビーム電流量を測定することも考えられる。しかしながら、かかる手法では、電流検出のための時間が余分に必要となり、検査時間の増加につながってしまう。

ここで、検査画像を生成する検査装置ではないが、マルチビーム描画装置において、ストライプ領域毎に、一部の参照ビームの電流値をステージ上のファラディーカップで測定して、電子銃の電流調整を行う技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−１７９３８３号公報

そこで、本発明の一態様は、検査時間の増加を抑制しながら、画像取得動作途中でのマルチビームの各ビームの電流量の変動を測定可能な装置及び方法を提供する。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
マルチ１次電子ビームを形成するマルチビーム形成機構と、
マルチ１次電子ビームを偏向することにより、パターンが形成された試料面上をマルチ１次電子ビームで走査する第１の偏向器と、
マルチ１次電子ビームで試料面上を走査することに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ２次電子ビーム検出器と、
試料面上の走査を待機する走査待機時間に同期して、マルチ１次電子ビームを一括して偏向する第２の偏向器と、
走査待機時間に同期して、偏向された前記マルチ１次電子ビームの電流値を検出する電流検出器と、
検出されたマルチ２次電子ビームに基づくパターンの第１の画像と、第１の画像に対応する第２の画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

走査待機時間として、第１の偏向器による走査用のビーム偏向の振り戻し時間を用いると好適である。

また、試料を載置するステージをさらに備え、
試料の検査領域は、複数のストライプ領域に分割され、
走査待機時間として、複数のストライプ領域のストライプ領域間のステージの移動時間を用いても好適である。

また、試料面から放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームから分離するビームセパレーターをさらに備え、
電流検出器は、ビームセパレーターよりもマルチ１次電子ビームの進行方向の上流側に配置されると好適である。

また、検出されたマルチ１次電子ビームの電流値の変動量に応じて第１の画像を補正する補正処理部をさらに備え、
比較部は、補正された第１の画像を用いて比較すると好適である。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
マルチ１次電子ビームを形成する工程と、
第１の偏向器を用いてマルチ１次電子ビームを偏向することにより、パターンが形成された試料面上をマルチ１次電子ビームで走査する工程と、
マルチ１次電子ビームで試料面上を走査することに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出する工程と、
試料面上の走査を待機する走査待機時間に同期して、第２の偏向器を用いてマルチ１次電子ビームを一括して偏向する工程と、
走査待機時間に同期して、偏向されたマルチ１次電子ビームの電流値を電流検出器で検出する工程と、
検出されたマルチ２次電子ビームに基づくパターンの第１の画像と、第１の画像に対応する第２の画像とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、検査時間の増加を抑制しながら、画像取得動作途中でのマルチビームの各ビームの電流量の変動を測定できる。そのため、リアルタイムでの画像補正ができ、高精度なパターン検査ができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。 実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチ電流検出器の構成を説明するための図である。 実施の形態１におけるビーム偏向と電流検出タイミングとの関係の一例を示す図である。 実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。 実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態２における収差補正器の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、マルチ電流検出器２１５、電磁レンズ２０６，２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、投影レンズ２２４，２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって１次電子光学系を構成する。また、電磁レンズ２０７、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、及び電磁レンズ２２４，２２６によって２次電子光学系を構成する。

検査室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なステージ１０５が配置される。ステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１（試料）が配置される。基板１０１には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されている。基板１０１が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ１０５に配置される。また、ステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。

また、マルチ検出器２２２は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。

また、マルチ電流検出器２１５は、電子ビームカラム１０２内で、ビームセパレーター２１４よりもマルチ１次電子ビーム２０の進行方向の上流側に配置される。マルチ電流検出器２１５は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１３０に接続される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、電流検出偏向制御回路１２６、偏向制御回路１２８、補正回路１３２、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。検出回路１３０は、補正回路１３２に接続される。

また、チップパターンメモリ１２３は、補正回路１３２に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹθ方向にステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でステージ１０５の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の光軸に直交する面に対して、１次座標系のＸ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７、電磁レンズ２２４，２２６、及びビームセパレーター２１４は、レンズ制御回路１２４により制御される。また、一括偏向器２１２は、２極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないＤＡＣアンプを介して電流検出偏向制御回路１２６により制御される。副偏向器２０９は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４４を介して偏向制御回路１２８により制御される。主偏向器２０８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４６を介して偏向制御回路１２８により制御される。偏向器２１８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４８を介して偏向制御回路１２８により制御される。

電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（ウェネルト）の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって放出される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。成形アパーチャアレイ基板２０３には、マルチ１次電子ビームを形成するマルチビーム形成機構の一例となる。次に、２次電子画像を取得する場合における画像取得機構１５０の動作について説明する。

画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された基板１０１から図形パターンの被検査画像を取得する。以下、検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、電磁レンズ２０２によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、マルチ１次電子ビーム２０が形成される。

形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中間像面（像面共役位置：Ｉ．Ｉ．Ｐ．）に配置されたビームセパレーター２１４を通過して電磁レンズ２０７に進む。また、マルチ１次電子ビーム２０のクロスオーバー位置付近に、通過孔が制限された制限アパーチャ基板２１３を配置することで、散乱ビームを遮蔽できる。

マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２０７（対物レンズ）に入射すると、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１にフォーカスする。対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）たマルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。

基板１０１の所望する位置にマルチ１次電子ビーム２０が照射されると、かかるマルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）が放出される。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２０７を通って、ビームセパレーター２１４に進む。

ここで、ビームセパレーター２１４はマルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（軌道中心軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチ１次電子ビーム２０には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離する。

斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって、さらに曲げられ、電磁レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２（マルチ２次電子ビーム検出器）は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２は、複数の検出エレメント（例えば図示しないダイオード型の２次元センサ）を有する。そして、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームは、マルチ検出器２２２の検出面において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームに対応する検出エレメントに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号は、検出回路１０６に出力される。各１次電子ビームは、基板１０１上における自身のビームが位置するｘ方向のビーム間ピッチとｙ方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域内に照射され、当該サブ照射領域内を走査（スキャン動作）する。

図３は、実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図３において、半導体基板（ウェハ）１０１の検査領域３３０には、複数のチップ（ウェハダイ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各チップ３３２には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置（ステッパ）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。

図４は、実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。図４に示すように、各チップ３３２の領域は、例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割される。画像取得機構１５０によるスキャン動作は、例えば、ストライプ領域３２毎に実施される。例えば、−ｘ方向にステージ１０５を移動させながら、相対的にｘ方向にストライプ領域３２のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の矩形領域３３に分割される。対象となる矩形領域３３へのビームの移動は、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。

図４の例では、例えば、５×５列のマルチ１次電子ビーム２０の場合を示している。１回のマルチ１次電子ビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４は、（基板１０１面上におけるマルチ１次電子ビーム２０のｘ方向のビーム間ピッチにｘ方向のビーム数を乗じたｘ方向サイズ）×（基板１０１面上におけるマルチ１次電子ビーム２０のｙ方向のビーム間ピッチにｙ方向のビーム数を乗じたｙ方向サイズ）で定義される。照射領域３４が、マルチ１次電子ビーム２０の視野となる。そして、マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するｘ方向のビーム間ピッチとｙ方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。各１次電子ビーム１０は、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各１次電子ビーム１０は、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。副偏向器２０９（第１の偏向器）は、マルチ１次電子ビーム２０を一括して偏向することにより、パターンが形成された基板１０１面上をマルチ１次電子ビームで走査する。言い換えれば、サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、副偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、１つの１次電子ビーム１０で１つのサブ照射領域２９内を順に照射していく。

各ストライプ領域３２の幅は、照射領域３４のｙ方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図４の例では、照射領域３４が矩形領域３３と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域３４が矩形領域３３よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。そして、１つのサブ照射領域２９のスキャンが終了したら、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が同じストライプ領域３２内の隣接する矩形領域３３へと移動する。かかる動作を繰り返し、ストライプ領域３２内を順に照射していく。１つのストライプ領域３２のスキャンが終了したら、ステージ１０５の移動或いは／及び主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射領域３４が次のストライプ領域３２へと移動する。以上のように各１次電子ビーム１０の照射によってサブ照射領域２９毎のスキャン動作および２次電子画像の取得が行われる。これらのサブ照射領域２９毎の２次電子画像を組み合わせることで、矩形領域３３の２次電子画像、ストライプ領域３２の２次電子画像、或いはチップ３３２の２次電子画像が構成される。また、実際に画像比較を行う場合には、各矩形領域３３内のサブ照射領域２９をさらに複数のフレーム領域３０に分割して、フレーム領域３０毎のフレーム画像３１について比較することになる。図４の例では、１つの１次電子ビーム１０によってスキャンされるサブ照射領域２９を例えばｘ，ｙ方向にそれぞれ２分割することによって形成される４つのフレーム領域３０に分割する場合を示している。

ここで、ステージ１０５が連続移動しながらマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する場合、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置がステージ１０５の移動に追従するように主偏向器２０８によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、マルチ２次電子ビーム３００の放出位置がマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域２９内をスキャンする場合に、各２次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域２９内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各２次電子ビームをマルチ検出器２２２の対応する検出領域内に照射させるように、偏向器２１８は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。

以上のように、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２毎に、スキャン動作をすすめていく。上述したように、マルチ１次電子ビーム２０を照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２で検出される。検出されるマルチ２次電子ビーム３００には、反射電子が含まれていても構わない。或いは、反射電子は、２次電子光学系を移動中に発散し、マルチ検出器２２２まで到達しない場合であっても構わない。マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、補正回路１３２を経由して比較回路１０８に転送される。

一方、参照画像作成回路１１２は、基板１０１に形成された複数の図形パターンの元になる設計データに基づいて、フレーム領域３０毎に、フレーム画像３１に対応する参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。まず、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、この読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。

上述したように、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路１１２に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとなる。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、所定のフィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。これにより、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データをマルチ１次電子ビーム２０の照射によって得られる像生成特性に合わせることができる。作成された参照画像の画素毎の画像データは比較回路１０８に出力される。

そして、フレーム領域３０毎に、フレーム画像と参照画像とが比較されることになるが、ここで、上述したように、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流量が検査途中、特に画像取得動作途中で変動した場合、検査画像上での階調値が変動する要因になる。その結果、パターンの検査において、誤検出が生じることにつながる。また、例えば、ストライプ領域３２のスキャン動作が終わった後に、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置にステージ１０５上のファラディーカップが位置するようにステージ１０５を移動させて、ファラディーカップでビーム電流量を測定することも考えられる。しかしながら、かかる手法では、電流検出のための時間が余分に必要となり、検査時間の増加につながってしまう。そこで、実施の形態１では、基板１０１上のマルチ１次電子ビーム２０での走査を待機する走査待機時間に同期して、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を測定する。具体的には、以下のように動作する。

図５は、実施の形態１におけるマルチ電流検出器の構成を説明するための図である。図５において、マルチ電流検出器２１５の検出面には、マルチ１次電子ビーム２０と同様に複数の検出素子１１がアレイ配置される。ここでは画像を生成することを目的とするものではないため、単に、各検出素子１１に突入した１次電子ビーム１０の電流値が測定できれば良い。よって、２次電子画像を生成するためのマルチ検出器２２２よりも簡易な構造のもので構わない。

図６は、実施の形態１におけるビーム偏向と電流検出タイミングとの関係の一例を示す図である。図６に示すように、ステージ１０５が連続移動しながらマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する場合、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置がステージ１０５の移動に追従するように主偏向器２０８によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。１回のトラッキング動作にかかる時間がスキャン時間となる。そして、スキャン時間内に、副偏向器２０９による、ｘ、ｙ方向への一括偏向により、各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するサブ照射領域２９内を走査する。図６の例では、サブ照射領域２９内でのｘ方向の位置が固定された状態でｙ方向へのラインスキャンが実施され、ｙ方向の終端までラインスキャンが進んだ後に、ｘ方向の位置が隣の画素へと移動し、また、同様に、ｘ方向の位置が固定された状態でｙ方向へのラインスキャンが実施される。かかる動作を繰り返すことでサブ照射領域２９内の全体がスキャンされる。そして、１つのサブ照射領域２９のスキャンが終了したら、トラッキング動作がリセットされ、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が、元のトラッキング動作の開始位置に振り戻される。同様に、副偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が、元のスキャン開始位置に振り戻される。ステージ１０５は例えば連続移動により移動しているので、かかるビーム偏向の振り戻しにより、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置が同じストライプ領域３２内の隣接する矩形領域３３へと移動する。

かかるマルチ１次電子ビーム２０の照射位置の振り戻しの期間は、基板１０１上のスキャンを待機するスキャン待機時間（走査待機時間）となる。そこで、実施の形態１では、主偏向器２０８および副偏向器２０９（第１の偏向器）による走査用のビーム偏向の振り戻し時間であるスキャン待機時間を利用して、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を検出する。具体的には、画像取得用のビーム偏向を担う主偏向器２０８及び副偏向器２０９よりも上流側に配置される一括偏向器２１２（第２の偏向器）でスキャン待機時間と同期してマルチ１次電子ビーム２０全体を一括して偏向する。ここでは、マルチ電流検出器２１５に向けてマルチ１次電子ビーム２０を一括偏向する。マルチ電流検出器２１５の検出面は、一括偏向器２１２により偏向されるマルチ１次電子ビーム２０の中心軸軌道に直交する向きになるように斜めに配置される。

ここで、図１の例では、主偏向器２０８および副偏向器２０９の２段偏向によりスキャン動作を行う構成について説明しているが、これに限るものではない。１段の偏向器、例えば、主偏向器２０８でトラッキング動作を行いながらサブ照射領域２９内のスキャン動作を行っても構わない。或いは３段以上の偏向器でスキャン動作を行っても構わない。

マルチ電流検出器２１５は、スキャン待機時間に同期して、一括偏向器２１２により偏向されたマルチ１次電子ビーム２０の電流値を検出する。具体的には、マルチ電流検出器２１５では、各検出素子１１が、マルチ１次電子ビーム２０のうち、担当１次電子ビーム１０の電流値を測定する。一括偏向器２１２及びマルチ電流検出器２１５は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９よりもマルチ１次電子ビーム２０の進行方向の上流側に配置される。主偏向器２０８及び副偏向器２０９よりも上流側でビーム偏向されたマルチ１次電子ビーム２０の電流値をマルチ電流検出器２１５で検出することにより、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によるビームの振り戻しの影響を排除できる。また、一括偏向器２１２及びマルチ電流検出器２１５は、ビームセパレーター２１４よりもマルチ１次電子ビーム２０の進行方向の上流側に配置される。ビームセパレーター２１４よりも上流側でビーム偏向されたマルチ１次電子ビーム２０の電流値をマルチ電流検出器２１５で検出することにより、２次電子ビームの影響を排除できる。

また、制限アパーチャ基板２１３には、通常のスキャン動作時にマルチ１次電子ビーム２０全体が通過する通過孔の他に、一括偏向器２１２で偏向されたマルチ１次電子ビーム２０を通過させる通過孔が形成される。通過孔のサイズを調整することで、マルチ電流検出器２１５の各検出素子１１が誤って他のビームの電流値を測定しないように制御できる。

マルチ電流検出器２１５で測定された各１次電子ビーム１０の電流値データは、測定順に検出回路１３０に出力される。検出回路１３０内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、補正回路１３２に出力される。サブ照射領域２９のスキャン動作毎に各１次電子ビーム１０の電流値が測定されるので、検査途中、特に画像取得動作途中のリアルタイムの電流値データを得ることができる。

補正回路１３２（補正処理部）は、転送された被検査画像データ（フレーム画像データ）（第１の画像）を入力する。そして、補正回路１３２は、検出されたマルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値の変動量に応じて被検査画像データを補正する。具体的には、電流値の変動に応じてゲインを変動させる。電流値が小さくなった１次電子ビーム１０で撮像された画素データについては、ゲインを大きくすることで階調値を補正する。逆に、電流値が大きくなった１次電子ビーム１０で撮像された画素データについては、ゲインを小さくすることで階調値を補正する。補正回路１３２は、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を測定する毎に、各ビームで撮像された画像のゲイン値を調整する。これにより、リアルタイムで画像補正ができる。補正された被検査画像データ（フレーム画像データ）（第１の画像）は、比較回路１０８に転送される。

上述した例では、サブ照射領域２９のスキャン動作を行うごとに、ビーム偏向の振り戻し時間に同期して、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を測定する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図４に示すように、ストライプ領域３２間のステージの移動時間もスキャン待機時間となる。そこで、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を測定するスキャン待機時間として、複数のストライプ領域３２のストライプ領域間のステージ１０５の移動時間を用いても好適である。電流値を測定する動作の内容は上述した内容と同様である。

図７は、実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図７において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２、位置合わせ部５７、及び比較処理部５８が配置される。位置合わせ部５７、及び比較処理部５８といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。位置合わせ部５７、及び比較処理部５８内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

比較回路１０８内では、転送された被検査画像データ（フレーム画像データ）が、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、記憶装置５０に一時的に格納される。また、転送された参照画像データが、記憶装置５２に一時的に格納される。

そして、位置合わせ部５７は、フレーム領域３０毎に、被検査画像となるフレーム画像（第１の画像）と、当該フレーム画像に対応する参照画像（第２の画像）とを読み出し、画素３６より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。

そして、比較部５８は、フレーム画像（第１の画像）と、参照画像（第２の画像）とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

なお、上述したダイ−データベース検査の他、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較するダイ−ダイ検査を行っても好適である。或いは、自己の測定画像だけを用いて検査しても構わない。

以上のようにして、スキャン動作の途中で測定された各１次電子ビーム１０の電流値の変動に応じてリアルタイムに補正されたフレーム画像を使って、欠陥の有無及び欠陥の位置が検出される。

以上のように、実施の形態１によれば、各１次電子ビーム１０の電流値の測定タイミングをスキャン待機時間に同期させるので、検査時間の増加を抑制しながら、画像取得動作途中でのマルチビームの各ビームの電流量の変動を測定できる。そのため、リアルタイムでの画像補正ができ、高精度なパターン検査ができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、さらに、多極子電極アレイが搭載された収差補正器を配置すると共に、収差補正器に各１次電子ビーム１０の電流検出機能を追加した構成を説明する。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態１と同様である。

図８は、実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図８において、電子ビームカラム１０２内に、収差補正器２２０が追加された点以外は、図１と同様である。図８において、収差補正器２２０は、電磁レンズ２０５の磁場内に配置されると好適である。一括偏向器２１２は、収差補正器２２０よりも上流側に配置される。

図９は、実施の形態２における収差補正器の構成を示す図である。収差補正器２２０は、互いに所定の隙間を開けて配置される、３段以上の電極基板により構成される。図９では、中段電極基板１２が示されている。中段電極基板１２を挟む上下の電極基板の図示は省略している。中段電極基板１２には、マルチ１次電子ビーム２０が通過する位置に複数の通過孔１３（開口部）が形成される。通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ例えば８極の電極１６で構成される複数の電極セットが配置される場合を示している。各電極１６は、導電性材料で形成される。また、電極基板１２は、例えば、シリコン材で形成され、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）技術を用いて、電極基板１２上に配線層を形成して、それぞれ対応する配線上に、各電極１６が形成される。各電極１６が互いに導通しないように電極基板１２上に形成される。

また、図９に示すように、例えば、中段電極基板１２には、複数の通過孔１３の形成領域の隣の領域に、マルチ電流検出器２１５が配置される。マルチ電流検出器２１５には、マルチ１次電子ビーム２０が衝突する位置に複数の検出素子１１が配置される。図９の例では、３×３本のマルチ１次電子ビーム１０を用いる場合について示している。

また、図示しない上下の電極基板にも、それぞれマルチ１次電子ビーム２０が通過する位置に複数の通過孔（開口部）が形成される。図示しない上下の電極基板には、グランド電位がそれぞれ印加される。図示しない上下の電極基板におけるマルチ電流検出器２１５に対応する開口部は、マルチ１次電子ビーム２０全体が通過可能なサイズに形成されると好適である。

マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム１０毎に、それぞれ個別に８極の電極１６の電位を制御することで、像面湾曲、非点、及び／或いはディストーション等の収差を個別に補正できる。

そして、上述したスキャン待機時間に、一括偏向器２１２によりマルチ１次電子ビーム２０全体をマルチ電流検出器２１５に向けて一括して偏向する。これにより、マルチ電流検出器２１５は、スキャン待機時間に同期して、一括偏向器２１２により偏向されたマルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０の電流値を検出する。

以上のように、収差補正器２２０を配置する場合には、収差補正器２２０にマルチ電流検出器２１５を搭載できる。

以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、及び参照画像作成回路１１２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ １次電子ビーム
１１ 検出素子
１２ 中段電極基板
１３ 通過孔
１６ 電極
２０ マルチ１次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３０ フレーム領域
３１ フレーム画像
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
５０，５２ 記憶装置
５７ 位置合わせ部
５８ 比較処理部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照画像作成回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ 電流検出偏向制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３０ 検出回路
１３２ 補正回路
１４２ ステージ駆動機構
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５ 縮小レンズ
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１５ マルチ電流検出器
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２０ 収差補正器
２２２ マルチ検出器
２２４，２２６ 投影レンズ
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (10)

1. マルチ１次電子ビームを形成するマルチビーム形成機構と、
   前記マルチ１次電子ビームを偏向することにより、パターンが形成された試料面上を前記マルチ１次電子ビームで走査する第１の偏向器と、
   前記マルチ１次電子ビームで前記試料面上を走査することに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ２次電子ビーム検出器と、
   前記試料面上の走査を待機する走査待機時間に同期して、前記マルチ１次電子ビームを一括して偏向する第２の偏向器と、
   前記走査待機時間に同期して、偏向された前記マルチ１次電子ビームの電流値を検出する電流検出器と、
   検出された前記マルチ２次電子ビームに基づく前記パターンの第１の画像と、前記第１の画像に対応する第２の画像とを比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記走査待機時間として、前記第１の偏向器による走査用のビーム偏向の振り戻し時間を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記試料を載置するステージをさらに備え、
   前記試料の検査領域は、複数のストライプ領域に分割され、
   前記走査待機時間として、前記複数のストライプ領域のストライプ領域間の前記ステージの移動時間を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
4. 前記試料面から放出される前記マルチ２次電子ビームを前記マルチ１次電子ビームから分離するビームセパレーターをさらに備え、
   前記電流検出器は、前記ビームセパレーターよりも前記マルチ１次電子ビームの進行方向の上流側に配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のパターン検査装置。
5. 検出された前記マルチ１次電子ビームの電流値の変動量に応じて前記第１の画像を補正する補正処理部をさらに備え、
   前記比較部は、補正された第１の画像を用いて比較することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のパターン検査装置。
6. マルチ１次電子ビームを形成する工程と、
   第１の偏向器を用いて前記マルチ１次電子ビームを偏向することにより、パターンが形成された試料面上を前記マルチ１次電子ビームで走査する工程と、
   前記マルチ１次電子ビームで前記試料面上を走査することに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出する工程と、
   前記試料面上の走査を待機する走査待機時間に同期して、第２の偏向器を用いて前記マルチ１次電子ビームを一括して偏向する工程と、
   前記走査待機時間に同期して、偏向された前記マルチ１次電子ビームの電流値を電流検出器で検出する工程と、
   検出された前記マルチ２次電子ビームに基づく前記パターンの第１の画像と、前記第１の画像に対応する第２の画像とを比較する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
7. 前記走査待機時間として、前記第１の偏向器による走査用のビーム偏向の振り戻し時間を用いることを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
8. 前記試料の検査領域は、複数のストライプ領域に分割され、
   前記走査待機時間として、前記複数のストライプ領域のストライプ領域間の前記試料を載置するステージの移動時間を用いることを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
9. 前記試料面から放出される前記マルチ２次電子ビームは、ビームセパレーターにより前記マルチ１次電子ビームから分離され、
   前記電流検出器は、前記ビームセパレーターよりも前記マルチ１次電子ビームの進行方向の上流側に配置されることを特徴とする請求項６〜８いずれかに記載のパターン検査方法。
10. 検出された前記マルチ１次電子ビームの電流値の変動量に応じて前記第１の画像を補正する工程をさらに備え、
    補正された第１の画像と前記第２の画像とが比較されることを特徴とする請求項６〜９いずれかに記載のパターン検査方法。

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