JP7094782B2 - 電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法に関する。例えば、複数の電子ビームにより構成されるマルチビームを基板に照射し、基板に形成されたパターンを検査する電子ビーム検査装置に関する。
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅はますます小さくなっている。半導体デバイスを製造する際、フォトマスク（レチクルとも称される。）に形成された配線やホール等のパターンが、縮小投影露光装置（ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｉｚｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ）を用いてウェハ上に転写される。フォトマスクに形成されたパターンが、縮小投影されることで、ウェハ上に微細なパターンが形成される。
半導体デバイスの高い歩留り（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ）を実現するためには、ウェハ上の欠陥数を低減することが必要となる。ウェハ上の欠陥には、例えば、パターンの形状異常、パターンの寸法異常、あるいは、パターンの上の異物などがある。パターンが微細になると、歩留りに影響を与える欠陥のサイズも小さくなる。このため、パターンを検査するパターン検査装置には、高い欠陥検出能力が要求される。
パターン検査装置の欠陥検出能力を向上させるために、光学方式のパターン検査装置では検査光の短波長化が進められている。例えば、検査光の光源として遠紫外線レーザが用いられる。検査光を短波長化することにより、取得される検査画像の分解能が向上する。
また、パターン検査装置の欠陥検出能力を向上させるために、電子ビーム方式のパターン検査装置も実現されている。電子ビーム方式のパターン検査装置では、ウェハ上に電子ビームを照射し、ウェハ上のパターンから放出される２次電子や反射電子を検出して検査画像を取得する。特許文献１には、電子ビーム方式のパターン検査装置において、検査のスループットを向上させるために、複数の電子ビームにより構成されるマルチビームをウェハに照射して検査画像を取得するパターン検査装置が記載されている。
電子ビーム方式のパターン検査装置では、電子ビームの照射が重複する部分において、パターンの帯電の影響で検査画像が変化するおそれがある。パターンの帯電の影響で検査画像が変化することによって、パターン検査装置の欠陥検出能力が低下するおそれがある。
特開２０１８－１７５７１号公報
本発明の一態様は、上記事情を考慮してなされたもので、電子ビームの照射が重複する部分の画像を補正し、欠陥検出能力の向上した電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法を提供することにある。
本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、表面にパターンを有する基板を載置するステージと、複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように前記基板に照射する電子ビームカラムと、前記複数の電子ビームを前記基板の第１の検査領域に照射することにより取得された第１の検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、前記複数の電子ビームを前記基板の第２の検査領域に照射することにより取得された第２の検査画像を記憶する第２の画像記憶部と、前記重複部分の画像を補正するための、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数を記憶する補正係数記憶部と、前記補正係数を用いて前記第１の検査画像の前記重複部分の画像及び前記第２の検査画像の前記重複部分の画像を補正する画像補正部と、前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを比較する比較部と、を備える。
本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、表面にパターンを有する基板を載置するステージと、複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように前記基板に照射する電子ビームカラムと、前記複数の電子ビームを前記基板の検査領域に照射することにより取得された検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、前記検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を記憶する第２の画像記憶部と、前記重複部分の画像を補正するための、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数を記憶する補正係数記憶部と、前記補正係数を用いて前記検査画像の前記重複部分の画像及び前記参照画像の前記重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を補正する画像補正部と、前記検査画像と前記参照画像とを比較する比較部と、を備える。
上記態様の電子ビーム検査装置において、前記補正係数は、前記電子ビームが重複しない部分の画像の輝度と、前記重複部分の画像の輝度との相関関係を規定する係数であることが好ましい。
本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、表面にパターンを有する基板の第１の検査領域に、複数の第１の電子ビームを、隣接する前記第１の電子ビームの照射領域が第１の重複部分を有するように照射して第１の検査画像を取得し、前記基板の第２の検査領域に、複数の第２の電子ビームを、隣接する前記第２の電子ビームの照射領域が第２の重複部分を有するように照射して第２の検査画像を取得し、前記第１の検査画像の前記第１の重複部分の画像及び前記第２の検査画像の前記第２の重複部分の画像を、前記第１の重複部分における前記第１の電子ビームの照射回数ごと、及び、前記第２の重複部分における前記第２の電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数に基づき補正し、前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを比較する。
本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、表面にパターンを有する基板の検査領域に、複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように照射して検査画像を取得し、前記検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を準備し、前記検査画像の前記重複部分の画像及び前記参照画像の前記重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数に基づき補正し、前記検査画像と前記参照画像とを比較する。
本発明によれば、電子ビームの照射が重複する部分の画像を補正し、欠陥検出能力の向上した電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法を提供することが可能となる。
第１の実施形態の電子ビーム検査装置の構成を示す概念図。 第１の実施形態の成形アパーチャアレイ基板の一例を示す概念図。 第１の実施形態の電子ビーム検査方法の説明図。 第１の実施形態の照射領域の説明図。 第１の実施形態の補正テーブルの一例を示す図。 第１の実施形態の補正係数の求め方の一例の説明図。 第１の実施形態の照射領域とパターンとの位置関係を示す図。 第２の実施形態の電子ビーム検査装置の構成を示す概念図。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の電子ビーム検査装置は、表面にパターンを有する基板を載置するステージと、複数の電子ビームで構成されるマルチビームを、隣接する電子ビームの照射領域が重複部分を有するように基板に照射する電子ビームカラムと、マルチビームを基板の第１の検査領域に照射することにより取得された第１の検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、マルチビームを基板の第２の検査領域に照射することにより取得された第２の検査画像を記憶する第２の画像記憶部と、重複部分の画像を補正するための補正係数を記憶する補正係数記憶部と、補正係数を用いて第１の検査画像の重複部分の画像及び第２の検査画像の重複部分の画像を補正する画像補正部と、第１の検査画像と第２の検査画像とを比較する比較部と、を備える。
また、第１の実施形態の電子ビーム検査方法は、表面にパターンを有する基板の第１の検査領域に、複数の第１の電子ビームで構成される第１のマルチビームを、隣接する第１の電子ビームの照射領域が第１の重複部分を有するように照射して第１の検査画像を取得し、基板の第２の検査領域に、複数の第２の電子ビームで構成される第２のマルチビームを、隣接する第２の電子ビームの照射領域が第１の重複部分を有するように照射して第２の検査画像を取得し、第１の検査画像の第１の重複部分の画像及び第２の検査画像の第２の重複部分の画像を補正し、第１の検査画像と第２の検査画像とを比較する。
第１の実施形態の電子ビーム検査装置、及び、電子ビーム検査方法によれば、照射領域が重複する部分の画像の輝度が補正される。上記補正により、パターンの帯電の影響による画像の変化が補正される。したがって、パターンの帯電による欠陥検出能力の低下が抑制される。
第１の実施形態の電子ビーム検査装置は、例えば、ウェハ上の異なる場所の同一パターンを撮像して２つの検査画像を取得する。そして、２つの検査画像を比較して欠陥検査を行う。第１の実施形態の電子ビーム検査装置は、パターン検査装置である。第１の実施形態の電子ビーム検査装置は、いわゆる、「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ 検査」を行う装置である。ウェハは、基板の一例である。
図１は、第１の実施形態の電子ビーム検査装置の構成を示す概念図である。
電子ビーム検査装置１００は、電子光学画像取得機構１５０、及び、制御系回路１６０（制御部）を備える。電子光学画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、第１のパターンメモリ１２３（第１の画像記憶部）、第２のパターンメモリ１２４（第２の画像記憶部）、ステージ駆動機構１４２、及び、レーザ測長システム１２２を備える。
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、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレータ２１４、投影レンズ２２４、投影レンズ２２６、偏向器２２８、及び、マルチ検出器２２２が配置される。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、例えば、検査対象となる複数のチップパターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、シリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。
また、ＸＹ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が配置される。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、第１のパターンメモリ１２３、及び、第２のパターンメモリ１２４に接続される。
制御系回路１６０は、電子ビーム検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０を備える。制御系回路１６０は、バス１２０を介して制御計算機１１０に接続される位置回路１０７、比較回路１０８、画像補正回路１７０（画像補正部）、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２５、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、補正係数記憶部１７１、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及び、プリンタ１１９を備える。
第１のパターンメモリ１２３は、マルチビームを基板１０１の第１の検査領域に照射することにより取得された第１の検査画像を記憶する。第２のパターンメモリ１２４は、マルチビームを基板１０１の第２の検査領域に照射することにより取得された第２の検査画像を記憶する。
補正係数記憶部１７１は、第１の検査画像及び第２の検査画像の重複部分の画像を補正するための補正係数を記憶する機能を備える。補正係数記憶部１７１は、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。
画像補正回路１７０は、補正係数記憶部１７１に記憶された補正係数を用いて第１の検査画像の重複部分の画像及び第２の検査画像の重複部分の画像を補正する機能を備える。
また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下にステージ駆動機構１４２によって駆動される。ステージ駆動機構１４２は、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータである。３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータを構成するＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えば、ステップモータである。
ＸＹ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に伝達される。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ＸＹステージ１０５の位置を測定する。
電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続される。高圧電源回路からの加速電圧の印加により、電子銃２０１から電子ビーム２００が放出される。
照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、対物レンズ２０７、投影レンズ２２４、及び、投影レンズ２２６には、例えば、電磁レンズが用いられる。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、対物レンズ２０７、投影レンズ２２４、及び、投影レンズ２２６は、レンズ制御回路１２５により制御される。また、ビームセパレータ２１４もレンズ制御回路１２５によって制御される。
一括ブランキング偏向器２１２、及び、偏向器２２８は、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８、及び、副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。
図２は、第１の実施形態の成型アパーチャアレイ基板の一例を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板２０３には、横４個×縦４個の計１６個の複数の穴２２が所定の配列ピッチで形成されている。複数の穴２２を電子ビーム２００の一部が通過することにより、１６本の電子ビームを含むマルチビーム２０が形成される。なお、成形アパーチャアレイ基板２０３の穴２２の数は、１６個に限定されるものではない。
電子ビームカラム１０２は、マルチビーム２０を、隣接する電子ビームの照射領域が重複部分を有するように基板１０１に照射する。
図１、図２では、第１の実施形態を説明する上で、必要な構成を記載している。電子ビーム検査装置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。
次に、第１の実施形態の電子ビーム検査方法について説明する。
図３は、第１の実施形態の電子ビーム検査方法の説明図である。
検査対象となる基板１０１は、例えば、半導体ウェハである。基板１０１がＸＹステージ１０５の上に載置される。基板１０１には、複数のチップ５０が形成されている。それぞれのチップ５０は、配線や孔等のパターンを有している。パターンは、例えば、フォトレジスト、導電膜、又は、絶縁膜で形成される。
ひとつのチップ５０の中には、例えば、それぞれ同一のパターンを備えるブロック５２が複数形成される。図３では、ブロック５２の数が４個の場合を示している。例えば、チップ５０が半導体メモリである場合、ブロック５２はメモリセルアレイである。
第１の実施形態の電子ビーム検査方法では、例えば、異なるブロック５２に含まれる同一パターンの領域を比較して検査する。例えば、図３中のＰ１を第１の検査領域、図３中のＰ２を第２の検査領域とし、両者のパターンの比較を行う。
電子銃２０１から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照射する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、矩形の複数の穴２２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。電子ビーム２００が、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２を通過することにより、例えば、矩形の複数の電子ビームで構成されるマルチビーム２０が形成される。複数の穴２２の形状は、矩形以外の形状、例えば、円形であってもかまわない。
マルチビーム２０は、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成する。マルチビーム２０は、クロスオーバー位置に配置されたビームセパレータ２１４を通過した後、縮小レンズ２０５によって縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心穴に向かって進む。
一括ブランキング偏向器２１２は、成形アパーチャアレイ基板２０３と縮小レンズ２０５との間に配置される。一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心穴からマルチビーム２０がずれて遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかった場合、マルチビーム２０は、図１に示すように、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心穴を通過する。
一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行なわれ、マルチビーム２０のＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチビーム２０を遮蔽する。
ビームＯＮからビームＯＦＦの間に制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。そして、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、マルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、マルチビーム２０を構成する各電子ビームが基板１０１のそれぞれの位置に照射される。
マルチビーム２０は、一度に４×４＝１６個の照射領域を照射する。例えば、マルチビーム２０によって照射される１６個の照射領域５６と同一サイズの領域が比較単位である検査領域となる。例えば、図３のＰ１が第１の検査領域、Ｐ２が第２の検査領域となる。
マルチビーム２０を構成する各電子ビームは、照射領域５６を照射する。各電子ビームは、副偏向器２０９によって照射領域５６の中を走査される。照射領域５６は、例えば、電子ビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。各メッシュ領域が測定用画素５８（単位照射領域）となる。図３では、１個の照射領域５６の中に測定用画素５８が８×８＝６４個存在する場合を示す。
基板１０１が載置されたＸＹステージ１０５が移動することで、マルチビーム２０がチップ５０上を白矢印で示すように横方向に移動する。マルチビーム２０はストライプ領域５４に沿って移動する。マルチビーム２０が複数のストライプ領域５４に沿って移動することで、例えば、チップ５０内のブロック５２の全てのパターンにマルチビーム２０が照射される。
基板１０１にマルチビーム２０が照射されると、基板１０１から複数の２次電子ビームが放出される（マルチ２次電子ビーム３０）。また、基板１０１表面でマルチビーム２０の一部が反射し、図示しない反射電子が発生する。
マルチ２次電子ビーム３０は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子ビーム３０の中心側に屈折させられる。そして、マルチ２次電子ビーム３０は、制限アパーチャ基板２０６の中心穴に向かって進む。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ２次電子ビーム３０は、縮小レンズ２０５によって光軸とほぼ平行に屈折させられ、ビームセパレータ２１４に進む。
ビームセパレータ２１４は、マルチビーム２０が進む方向、すなわち光軸方向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。一方、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。このため、電子の侵入方向によって電子の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２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。一方、ビームセパレータ２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３０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３０は斜め上方に曲げられる。
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３０は、投影レンズ２２４、投影レンズ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は、投影されたマルチ２次電子ビーム３０を検出する。
マルチ検出器２２２は、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、マルチビーム２０の各電子ビームに対応するマルチ２次電子ビーム３０を検出する。そして、検出回路１０６により検査領域の検出画像が生成される。
マルチビームを基板１０１の第１の検査領域Ｐ１に照射することにより取得された第１の検査画像は、第１のパターンメモリ１２３（第１の画像記憶部）に記憶される。マルチビームを基板１０１の第２の検査領域Ｐ２に照射することにより取得された第２の検査画像は、第２のパターンメモリ１２４（第２の画像記憶部）に記憶される。
図３に示すように、複数の電子ビームで構成されるマルチビーム２０は、隣接する電子ビームの照射領域５６が重複部分を有するように基板１０１に照射される。これは、電子ビームが照射されずに検査領域から除外される部分が生じることを避けるための措置である。このため、検査領域の中に電子ビームが１回しか照射されない部分、すなわち電子ビームが重複しない部分と、２回以上照射される部分、すまわち、電子ビームが重複する部分とが混在することになる。
図４は、第１の実施形態の照射領域の説明図である。
図４（ａ）は、１個の照射領域５６の電子ビームの重複状態を示す図である。照射領域５６には、電子ビームの重複回数が０回の領域Ｒ０、１回の領域Ｒ１、３回の領域Ｒ３が存在する。領域Ｒ０、領域Ｒ１、領域Ｒ３での電子ビームの照射回数は、それぞれ、１回、２回、４回である。なお、電子ビームの重複回数が２回となる領域が生じるように、照射領域５６を重複させることも可能である。領域Ｒ１及び領域Ｒ３は、重複部分の一例である。
図４（ｂ）は、電子ビームが重複しない部分（領域Ｒ０）のパターンの輝度（Ｉ０）と、重複部分（領域Ｒｘ（ｘ＝１，２，３））のパターンの輝度（Ｉｘ）との相関関係の一例を示す図である。ここで、「輝度」とは、照射領域５６の中の各測定用画素５８の輝度の値を示す。各測定用画素５８の輝度は、例えば、２５６段階の階調値で規定される。各測定用画素５８の輝度は、マルチ検出器２２２で検出される各測定用画素５８の２次電子の量に対応する。
電子ビームが重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）と、重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）とは異なる。これは、重複部分では、パターンの帯電の影響で発生する２次電子の量が異なってくるからである。
電子ビームが重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）と、重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）との相関関係を、Ｉｘ＝ｆ（Ｉ０）とする。図４（ｂ）は、相関が一次関数で表される場合を例示する。すなわち、Ｉｘ＝ｆ（Ｉ０）は、Ｉｘ＝ａＩ０＋ｂである。ここで、係数ａを輝度振幅、係数ｂをオフセット階調値と称する。
図５は、第１の実施形態の補正テーブルの一例を示す図である。補正テーブルには、補正係数である輝度振幅ａ及びオフセット階調値ｂの値が、電子ビームの重複回数に応じて記述されている。補正係数記憶部１７１には、例えば、図５に示すような補正テーブルが記憶される。
補正係数は、例えば、基板１０１のパターン検査に先立ち、キャリブレーションを行うことにより求められる。キャリブレーションは、基板１０１又は専用の基板を用いて行なわれる。
図６は、第１の実施形態の補正係数の求め方の一例の説明図である。パターンの輝度の階調値に対する輝度の頻度のヒストグラムを示す。図６（ａ）は、電子ビームの照射が１回の画像のヒストグラム、図６（ｂ）は電子ビームの照射が２回の画像のヒストグラムである。
例えば、図６（ａ）から第１のピークの階調値Ｘ１、第２のピークの階調値Ｙ１、最高輝度の階調値Ｚ１を求める。次に、図６（ｂ）から第１のピークの階調値Ｘ２、第２のピークの階調値Ｙ２、最高輝度の階調値Ｚ２を求める。２つのヒストグラムから求めた階調値をフィッティングさせることにより、補正係数である輝度振幅ａ及びオフセット階調値ｂの値を求めることが可能である。
第１の検査画像の重複部分の画像及び第２の検査画像の重複部分の画像は、画像補正回路１７０で補正される。具体的には、補正係数記憶部１７１に記憶された補正テーブルに記述された補正係数を用いて、重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）と、重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）との相関関係を決定する。そして、その相関関係から重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）を重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）に変換する。
この補正により、第１の検査画像の輝度及び第２の検査画像の輝度が、電子ビームが重複しない場合の輝度に変換される。言い換えれば、第１の検査画像及び第２の検査画像は、電子ビームの重複部分も含め、画像全体が電子ビームを１回のみ照射した場合の画像と等価になる。
補正された第１の検査画像と、補正された第２の検査画像は、比較回路１０８で比較される。比較回路１０８では、第１の検査画像と第２の検査画像を比較し、パターンの差異を識別して欠陥の有無を判定する。
次に、第１の実施形態の電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法の作用及び効果について説明する。
図７は、第１の実施形態の照射領域とパターンとの位置関係を示す図である。図７（ａ）は、第１の検査領域Ｐ１の一部における照射領域５６とパターン８０との位置関係である。図７（ｂ）は、第２の検査領域Ｐ２の一部における照射領域５６とパターン８０との位置関係である。
図７に示すように、第１の検査領域Ｐ１と第２の検査領域Ｐ２との間で、照射領域５６とパターン８０との位置関係がずれる場合がある。この場合、領域Ｒ０、領域Ｒ１、及び、領域Ｒ２とパターン８０との関係もずれる。このため、第１の検査領域Ｐ１と第２の検査領域Ｐ２との間で、欠陥がなければ同一であるべきパターン８０の画像が、帯電の影響で異なった画像となる。したがって、実際には欠陥が存在しないにも関わらず、欠陥が存在するという誤判定が生じるおそれがある。よって、電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法の欠陥検出能力が低下するおそれがある。
第１の実施形態の電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法によれば、電子ビームの照射が重複する部分の輝度を補正する。言い換えれば、電子ビームの照射が重複する部分における検査画像の変化を補正する。したがって、欠陥検出能力の向上した電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法が実現できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の電子ビーム検査装置は、表面にパターンを有する基板を載置するステージと、複数の電子ビームで構成されるマルチビームを、隣接する電子ビームの照射領域が重複部分を有するように基板に照射する電子ビームカラムと、マルチビームを基板の検査領域に照射することにより取得された検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を記憶する第２の画像記憶部と、重複部分の画像を補正するための補正係数を記憶する補正係数記憶部と、補正係数を用いて検査画像の重複部分の画像及び参照画像の重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を補正する画像補正部と、検査画像と参照画像とを比較する比較部と、を備える。
また、第２の実施形態の電子ビーム検査方法は、表面にパターンを有する基板の検査領域に、複数の電子ビームで構成されるマルチビームを、隣接する電子ビームの照射領域が重複部分を有するように照射して検査画像を取得し、検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を準備し、検査画像の重複部分の画像及び参照画像の重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を補正し、検査画像と参照画像とを比較する。
第２の実施形態の電子ビーム検査装置、及び、電子ビーム検査方法は、ウェハ上のパターンを撮像した検査画像と、そのパターンに対応する設計データから作成された参照画像を比較して欠陥検査を行う。第２の実施形態の電子ビーム検査装置は、いわゆる、「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ 検査」を行う装置である点で、第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
第２の実施形態の電子ビーム検査装置、及び、電子ビーム検査方法によれば、照射領域が重複する部分の画像の輝度が補正される。上記補正により、パターンの帯電の影響による画像の変化が補正される。したがって、パターンの帯電による欠陥検出能力の低下が抑制される。
図８は、第２の実施形態の電子ビーム検査装置の構成を示す概念図である。
電子ビーム検査装置５００は、電子光学画像取得機構１５０、及び、制御系回路１６０（制御部）を備える。電子光学画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、第１のパターンメモリ１２３（第１の画像記憶部）、ステージ駆動機構１４２、及び、レーザ測長システム１２２を備える。
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、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレータ２１４、投影レンズ２２４、投影レンズ２２６、偏向器２２８、及び、マルチ検出器２２２が配置される。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。また、ＸＹ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が配置される。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、第１のパターンメモリ１２３に接続される。
制御系回路１６０は、電子ビーム検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０を備える。制御系回路１６０は、バス１２０を介して制御計算機１１０に接続される位置回路１０７、比較回路１０８、画像補正回路１７０（画像補正部）、第２のパターンメモリ１２４（第２の画像記憶部）、展開回路１１１、参照回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２５、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、補正係数記憶部１７１、記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及び、プリンタ１１９を備える。
位置回路１０７、比較回路１０８、画像補正回路１７０（画像補正部）、展開回路１１１、参照回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２５、ブランキング制御回路１２６、及び、偏向制御回路１２８は、例えば、プログラム制御されるコンピュータである。
第１のパターンメモリ１２３は、マルチビームを基板１０１の検査領域に照射することにより取得された検査画像を記憶する。第２のパターンメモリ１２４は、上記検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を記憶する。
参照画像は、例えば、設計パターンを含む設計データから展開回路１１１及び参照回路１１２を用いて生成される。設計データは例えば、記憶装置１０９に記憶される。
補正係数記憶部１７１は、検査画像又は参照画像の重複部分の画像を補正するための補正係数を記憶する機能を備える。補正係数記憶部１７１は、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。
画像補正回路１７０は、補正係数記憶部１７１に記憶された補正係数を用いて検査画像の重複部分の画像又は参照画像の重複部分の画像を補正する機能を備える。
図８では、第２の実施形態を説明する上で、必要な構成を記載している。電子ビーム検査装置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。
次に、第２の実施形態の電子ビーム検査方法について説明する。
第２の実施形態の電子ビーム検査方法では、基板１０１上の検査領域のパターンと、上記検査領域に対応する設計パターンとを比較する。例えば、図３中のＰ１が検査領域となる。
検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を準備する。設計パターンを含む設計データから展開回路１１１及び参照回路１１２を用いて参照画像が生成される。例えば、記憶装置１０９から読み出された設計データが制御計算機１１０により展開回路１１１に読み出される。展開回路１１１は設計データを、検査画像の測定用画素５８と同サイズの画素で区切られた設計画像データを生成する。
設計画像データは、制御計算機１１０により参照回路１１２に送られる。参照回路１１２は、設計画像データに適切なフィルタ処理を行う。検出回路１０６から得られる検査画像は、パターン形成プロセスや電子光学系を経ることにより対応する設計データに対してフィルタが作用した状態となっている。参照回路１１２では、適切なフィルタ処理を行うことで、設計画像データを検査画像と比較可能な参照画像に変換する。
検査画像の検査領域が重複する部分の画像は、画像補正回路１７０で補正される。具体的には、補正係数記憶部１７１に記憶された補正テーブルに記述された補正係数を用いて、重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）と、重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）との相関関係を決定する。そして、その相関関係から重複部分のパターンの輝度（Ｉｘ）を重複しない部分のパターンの輝度（Ｉ０）に変換する。
この補正により、検査画像の輝度が、電子ビームが重複しない場合のパターンの輝度に変換される。言い換えれば、検査画像は、電子ビームの重複部分も含め、画像全体が電子ビームを１回のみ照射した場合の画像と等価になる。
補正された検査画像と、参照画像は、比較回路１０８で比較される。比較回路１０８では、検査画像と参照画像を比較し、パターンの差異を識別して欠陥の有無を判定する。
なお、検査画像ではなく、参照画像を補正することも可能である。この場合、例えば、参照画像の電子ビームの重複部分に対応する部分の画像を、電子ビームが重複して照射された画像となるよう補正する。また、検査画像の重複部分と参照画像の重複部分の両方を補正する形態とすることも可能である。
第２の実施形態の電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法によれば、電子ビームの照射が重複する部分の輝度を補正する。言い換えれば、電子ビームの照射が重複する部分における検査画像の変化を補正する。あるいは、電子ビームの照射が重複する部分における参照画像を変化させる。したがって、欠陥検出能力の向上した電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法が実現できる。
以上の説明において、「～部」あるいは「～回路」と記載したものの処理内容あるいは動作内容は、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。あるいは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。あるいは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、あるいはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。例えば、メモリ１１８に記録される。
以上、具体例を参照しつつ実施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。
例えば、第１の実施形態と第２の実施形態の両方の形態を組み合わせた電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法とすることも可能である。
例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態では、照射領域５６の各辺がストライプ領域５４の伸長方向に平行又は垂直である場合を例に説明したが、照射領域５６の各辺がストライプ領域５４の伸長方向に斜行する構成とすることも可能である。
例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態では、半導体ウェハ上に形成されたパターンを検査する場合を例に説明したが、例えば、フォトマスクのパターンの検査にも、本発明を適用することは可能である。言い換えれば、本発明の電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法における検査対象となる基板１０１は、半導体ウェハに限定されず、例えば、基板１０１がフォトマスク等、半導体ウェハ以外のものであっても構わない。
また、本発明では基板１０１に由来する２次電子を検出して画像を生成する場合を例に説明したが、例えば、反射電子を検出して画像を生成する構成とすることも可能である。
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電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。
２０ マルチビーム（第１のマルチビーム、第２のマルチビーム）
３０ マルチ２次電子ビーム
２２ 穴
５０ チップ
５２ ブロック
５４ ストライプ領域
５６ 照射領域
５８ 測定用画素（単位照射領域）
８０ パターン
１００ 電子ビーム検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム（電子鏡筒）
１０３ 検査室
１０５ ＸＹステージ（ステージ）
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路（比較部）
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
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 第１のパターンメモリ（第１の画像記憶部）
１２４ 第２のパターンメモリ（第２の画像記憶部）
１２５ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ ステージ駆動機構
１５０ 電子光学画像取得機構
１６０ 制御系回路（制御部）
１７０ 画像補正回路（画像補正部）
１７１ 補正係数記憶部
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
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１４ ビームセパレータ
２１６ ミラー
２２２ マルチ検出器
２２４ 投影レンズ
２２６ 投影レンズ
２２８ 偏向器
５００ 電子ビーム検査装置
Ｐ１ 第１の検査領域（検査領域）
Ｐ２ 第２の検査領域
Ｒ０ 領域
Ｒ１ 領域（重複部分）
Ｒ２ 領域（重複部分）

Claims (5)

  1. 表面にパターンを有する基板を載置するステージと、
    複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように前記基板に照射する電子ビームカラムと、
    前記複数の電子ビームを前記基板の第１の検査領域に照射することにより取得された第１の検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、
    前記複数の電子ビームを前記基板の第２の検査領域に照射することにより取得された第２の検査画像を記憶する第２の画像記憶部と、
    前記重複部分の画像を補正するための、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数を記憶する補正係数記憶部と、
    前記補正係数を用いて前記第１の検査画像の前記重複部分の画像及び前記第２の検査画像の前記重複部分の画像を補正する画像補正部と、
    前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを比較する比較部と、
    を備える電子ビーム検査装置。
  2. 表面にパターンを有する基板を載置するステージと、
    複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように前記基板に照射する電子ビームカラムと、
    前記複数の電子ビームを前記基板の検査領域に照射することにより取得された検査画像を記憶する第１の画像記憶部と、
    前記検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を記憶する第２の画像記憶部と、
    前記重複部分の画像を補正するための、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数を記憶する補正係数記憶部と、
    前記補正係数を用いて前記検査画像の前記重複部分の画像及び前記参照画像の前記重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を補正する画像補正部と、
    前記検査画像と前記参照画像とを比較する比較部と、
    を備える電子ビーム検査装置。
  3. 前記補正係数は、前記電子ビームが重複しない部分の画像の輝度と、前記重複部分の画像の輝度との相関関係を規定する係数である請求項１又は請求項２記載の電子ビーム検査装置。
  4. 表面にパターンを有する基板の第１の検査領域に、複数の第１の電子ビームを、隣接する前記第１の電子ビームの照射領域が第１の重複部分を有するように照射して第１の検査画像を取得し、
    前記基板の第２の検査領域に、複数の第２の電子ビームを、隣接する前記第２の電子ビームの照射領域が第２の重複部分を有するように照射して第２の検査画像を取得し、
    前記第１の検査画像の前記第１の重複部分の画像及び前記第２の検査画像の前記第２の重複部分の画像を、前記第１の重複部分における前記第１の電子ビームの照射回数ごと、及び、前記第２の重複部分における前記第２の電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数に基づき補正し、
    前記第１の検査画像と前記第２の検査画像とを比較する電子ビーム検査方法。
  5. 表面にパターンを有する基板の検査領域に、複数の電子ビームを、隣接する前記電子ビームの照射領域が重複部分を有するように照射して検査画像を取得し、
    前記検査領域の中のパターンに対応する設計パターンに基づき生成された参照画像を準備し、
    前記検査画像の前記重複部分の画像及び前記参照画像の前記重複部分に対応する部分の画像の少なくともいずれか一方を、前記重複部分における前記電子ビームの照射回数ごとに定められた補正係数に基づき補正し、
    前記検査画像と前記参照画像とを比較する電子ビーム検査方法。
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