JP7194572B2

JP7194572B2 - マルチ電子ビーム検査装置

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Publication number: JP7194572B2
Application number: JP2018227658A
Authority: JP
Inventors: 和彦井上; 厚司安藤; 宗博小笠原
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Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-12-22
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Description

本発明は、マルチ電子ビーム検査装置に関する。例えば、電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの２次電子画像を取得してパターンを検査する検査装置に関する。

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。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。このため、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。

検査手法としては、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、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、パターン検査方法として、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「ｄｉｅｔｏｄｉｅ（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「ｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ（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。

上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、この透過像或いは反射像を撮像する装置の他、検査対象基板上を電子ビームで走査（スキャン）して、電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチ電子ビームを用いた装置の開発も進んでいる。

上述のマルチ電子ビームを用いたマルチ電子ビーム検査装置においては、試料上に照射される電子ビームが、光軸から離れて照射されるものほど、像面湾曲の影響に伴い、電子ビームのスポット径に差異が生じるという問題があった。また、この差異により、ＦＯＶ（ＦｉｅｌｄＯｆＶｉｅｗ：視野）を拡大出来ないという問題があった。

特許文献１には、磁界型レンズがつくる集束磁界の分布領域と静電型焦点補正レンズが作る電位の分布領域の一部又は全部が重なり合うように、磁界型レンズと静電型レンズとを配置したことを特徴とする荷電粒子ビーム用集束装置が記載されている。

特開昭６１－１０１９４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、マルチビームの照***度が向上したマルチ電子ビーム検査装置を提供する点にある。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査装置は、基板にマルチ電子ビームを照射する照射源と、基板を載置するステージと、照射源とステージの間に設けられ、マルチ電子ビームが通過可能なレンズ磁場を発生する電磁レンズと、レンズ磁場中に設けられ、マルチ電子ビームのそれぞれが通過可能な複数の貫通孔と、複数の貫通孔の壁面にそれぞれ設けられた複数の電極と、を有し、マルチ電子ビームの軌道中心軸から離間して設けられた貫通孔は螺旋形状を有する静電レンズと、複数の電極に接続された電源と、を備え、螺旋形状の軸は、軌道中心軸に平行に設けられている。

上述のマルチ電子ビーム検査装置において、電源は複数の電極のそれぞれに異なった電圧を印加することが好ましい。

上述のマルチ電子ビーム検査装置において、軌道中心軸に平行な方向の複数の電極の長さは互いに異なっていることが好ましい。

上述のマルチ電子ビーム検査装置において、レンズ磁場の中心は基板面の高さ位置に配置されていることが好ましい。

本発明の一態様によれば、マルチビームの照***度が向上したマルチ電子ビーム検査装置の提供が可能になる。

実施形態のマルチ電子ビーム検査装置の構成を示す模式図である。実施形態の成型アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。実施形態におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。実施形態の個別ブランキング機構の一例を示す図である。実施形態のマルチ電子ビームが備える静電レンズと電磁レンズの模式断面図である。実施形態の静電レンズの模式斜視図である。実施形態の静電レンズを構成する絶縁板及び導電膜の一例の模式図である。実施形態の静電レンズを構成する絶縁板及び導電膜の模式断面図である。

以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態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、画像取得装置の一例である。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（マルチビーム電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、パターンメモリ１２３、駆動機構１３２、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、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、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、縮小レンズ２１３、ビームセパレーター２１４、電極２２０、マルチ検出器２２２、投影レンズ２２４，２２６、偏向器２２８、広域検出器２３０、及びアライメントコイル２３２，２３４が配置されている。

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、検査対象となる基板１０１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には、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には、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。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が配置されている。また、ＸＹステージ１０５上には、マークパターンが異なるマーク２１７，２１８、及びビーム入射域を制限した透過マーク２１９が配置される。マーク２１７、２１８、及び透過マーク２１９の表面高さは基板１０１表面の高さに合わせると好適である。

マルチ検出器２２２及び広域検出器２３０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、パターンメモリ１２３に接続される。また、電子ビームカラム１０２及び検査室１０３内は、図示しない真空ポンプによって排気され、真空状態が形成されている。

広域検出器２３０としては、例えば、半導体検出器、表面に帯電防止様に膜をつけたプラスチックシンチレータに光電子検出器を接続したものを用いることも出来るし、単に導体で出来た板に電流計をつないだものを用いることも出来る。この場合流入電流測定の精度の点からは炭素等の２次電子発生効率の低い材料を表面に用いることが有利である。

例えば、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、縮小レンズ２１３、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって、１次電子光学系が構成される。但し、これに限るものではなく、１次電子光学系に、その他のコイル、レンズ、或いは偏向器等が含まれても構わない。また、例えば、ビームセパレーター２１４、投影レンズ２２４，２２６、偏向器２２８、及びアライメントコイル２３２，２３４によって、２次電子光学系が構成される。但し、これに限るものではなく、２次電子光学系に、その他のコイル、レンズ、或いは偏向器等が含まれても構わない。

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、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、リターディング制御回路１２９、搬入／搬出制御回路１３０、検出回路１４４、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、パターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹ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出来る。ＸＹ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、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ＸＹステージ１０５の位置を測長する。

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（アノード）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。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、縮小レンズ２１３、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４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、それぞれ少なくとも２極の電極群により構成され、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。電極２２０は、中央部に貫通する通過孔が形成された円盤上に構成され、リターディング制御回路１２９によって、基板１０１と共に制御される。

ここで、図１では、実施形態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、実施形態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の穴が形成されている場合を示しているが、この実施形態では例えば５×５の穴（開口部）２２が形成されているものとする。穴２２の配列数はこれに限るものではない。各穴２２は、共に同じ外径の円形で形成される。或いは、同じ寸法形状の矩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、マルチ電子ビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

次に検査装置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、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、矩形の複数の穴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、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ～２０ｄ（図１の実線）が形成される。

形成されたマルチビーム２０ａ～２０ｄ（１次電子ビーム）は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過し、縮小レンズ２０５によって縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、成形アパーチャアレイ基板２０３（ブランキングアパーチャアレイ機構２０４）と縮小レンズ２０５との間に配置された一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ～２０ｄ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の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。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マルチビーム２０ａ～２０ｄは、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かか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われ、ビームの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２０ａ～２０ｄを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビーム群により、検査用のマルチビーム２０ａ～２０ｄが形成される。

制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ～２０ｄは、縮小レンズ２１３によって、光軸に向かって屈折させられ、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成する。そして、マルチビーム２０のクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過した後、対物レンズ２０７に進む。ビームセパレーター２１４を通過したマルチビーム２０ａ～２０ｄは、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、基板１０１にマルチビーム２０ａ～２０ｄ（電子ビーム）を結像する。この際、マルチビーム２０ａ～２０ｄは、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、電極２２０の中央部の通過孔を通過して、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。かかる場合に、主偏向器２０８によって、マルチビーム２０が走査するマスクダイの基準位置にマルチビーム２０全体を一括偏向する。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合にはさらにＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。そして、副偏向器２０９によって、各ビームがそれぞれ対応する領域内を走査するようにマルチビーム２０全体を一括偏向する。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２の配列ピッチに上述した所望の縮小率（１／ａ）を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のｍ_１×ｎ_１本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。基板１０１の所望する位置にマルチビーム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３００）（図１の点線）が放出される。

ここで、電極２２０と基板１０１との間に、リターディング制御回路１２９によって、所望の基板上への１次電子ビームの入射エネルギーが得られる様に電圧が印加される。電極２２０は電子ビームカラム１０２と同じくグラウンド電位、基板１０１を所定の負電位に設定する。これにより、真空下で、高いエネルギーで加速された１次電子ビーム（マルチビーム２０）を基板１０１に突入する直前に減速させると共に、基板１０１から放出される低いエネルギーの２次電子（マルチ２次電子３００）をマルチ検出器２２２側に加速させることが出来る。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、電極２２０の通過孔を通過した後、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、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（例えば、ウィーンフィルタ）はマルチビーム２０が進む方向（光軸）に直交する面上において電場と磁場を直交する方向に発生させる。電場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、磁場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に作用する力の向きを変化させることが出来る。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０（１次電子ビーム）には、電場による力と磁場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。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３００には、電場による力と磁場による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子３００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３００は、広域検出器２３０が光路上に搬入されていない状態において、投影レンズ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は、投影されたマルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２は、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、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して電子を発生し、２次電子画像データを後述する画素毎に生成する。ＸＹステージ１０５が移動しながらスキャン動作を行う場合には、ＸＹステージ１０５の移動に伴いマルチ検出器２２２におけるマルチ２次電子３００の各２次電子の検出位置がずれないように、偏向器２２８が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、マルチ２次電子３００を偏向する（トラッキング制御する）。

以上のように、検査装置１００には、マルチビーム２０（１次電子ビーム）の軌道（照射位置及び焦点等）を調整する１次電子光学系と、マルチ２次電子３００（２次電子）の軌道（照射位置及び焦点等）を調整する２次電子光学系とが配置される。しかし、１次電子光学系及び２次電子光学系の調整（ビーム調整）が出来ていない状態では、上述したような電子の軌道は通常得られない。このため、１次電子光学系及び２次電子光学系の調整が必要となる。

図３は、実施形態におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図３に示すように、支持台３３上に例えばシリコン等からなる基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３０の上面と外周領域３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成されると好適である。基板３１は、外周領域３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。

メンブレン領域３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビーム２０のそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。言い換えれば、基板３１のメンブレン領域３０には、電子線を用いたマルチビームのそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔２５がアレイ状に形成される。そして、基板３１のメンブレン領域３０上であって、複数の通過孔２５のうち対応する通過孔２５を挟んで対向する位置に２つの電極を有する複数の電極対がそれぞれ配置される。具体的には、メンブレン領域３０上に、図３に示すように、各通過孔２５の近傍位置に当該通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、基板３１上には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する配線（図示せず）が形成される。各制御電極２４への個別の偏向電圧印加のＯＮ／ＯＦＦは、ブランキング制御回路１２６によって制御される。また、各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。

図４は、実施形態の個別ブランキング機構の一例を示す図である。図４において、ブランキング制御回路１２６内には、各制御電極２４へ偏向電圧を個別に印加するための個別制御回路４１が形成される。各個別制御回路４１内には、アンプ４６（スイッチング回路の一例）が配置される。図４の例では、アンプ４６の一例として、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭＯＳ）インバータ回路が配置される。そして、ＣＭＯＳインバータ回路は正の電位（Ｖｄｄ：ブランキング電位：第１の電位）（例えば、５Ｖ）（第１の電位）とグランド電位（ＧＮＤ：第２の電位）に接続される。ＣＭＯＳインバータ回路の出力線（ＯＵＴ）は制御電極２４に接続される。一方、対向電極２６は、グランド電位が印加される。

ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）には、閾値電圧よりも低くなるＬ（ｌｏｗ）電位（例えばグランド電位）と、閾値電圧以上となるＨ（ｈｉｇｈ）電位（例えば、１．５Ｖ）とのいずれかが制御信号として印加される。実施形態では、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）は正電位（Ｖｄｄ）となり、対向電極２６のグランド電位との電位差による電場により対応ビーム２０を偏向し、制限アパーチャ基板２０６で遮蔽することでビームＯＦＦになるように制御する。一方、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）はグランド電位となり、対向電極２６のグランド電位との電位差が無くなり対応ビーム２０を偏向しないので制限アパーチャ基板２０６を通過することでビームＯＮになるように制御する。

各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの制御電極２４と対向電極２６に印加される電圧によって個別に偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。具体的には、制御電極２４と対向電極２６の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるＣＭＯＳインバータ回路によって切り替えられる電位によってマルチビームの対応ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。

個別ブランキング機構としては、ブランキング制御回路１２６内に上述したようなＣＭＯＳ回路を基板上に形成したものではなくても良い。例えば、ブランキング制御回路１２６内に、ＤＣ電源とリレイ回路とからなる簡易な電源回路を配置して、ブランキング制御回路１２６からブランキングアパーチャアレイ機構２０４の各電極に所望の電位を印加するように制御しても良い。また、制御電極２４，２６と通過孔とを形成した個別ブランキングアパーチャアレイ機構に上述のＣＭＯＳ回路等の駆動回路を直接形成することも出来る。

かかるブランキングアパーチャアレイ機構２０４による各ビームの個別ブランキング制御は、検査装置１００の光学系調整時に利用される。光学系調整後の通常のパターン検査の間は、すべてのビームがビームＯＮになるように制御される。そして、通常のパターン検査の間、マルチビーム２０は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＮ／ＯＦＦが一括して制御される。なお、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４の各ブランカーを同期させて、同じタイミングですべてのビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことで、一括ブランキング偏向器２１２の動作と同様の動作をすることも出来る。かかる場合には、一括ブランキング偏向器２１２を省略しても構わない。

図５は、実施形態の検査装置１００及び電子ビームカラム１０２（マルチビーム電子鏡筒）が備えるレンズ９８の模式断面図である。図６は、実施形態の静電レンズ７２の模式斜視図である。なお、図５及び図６において、後述する導電膜の図示は省略している。

レンズ９８は、縮小レンズ２０５、縮小レンズ２１３及び対物レンズ２０７として好ましく用いることが出来る。レンズ９８は、電磁レンズ（磁場レンズ）９０と、静電レンズ７２と、を備える。

電磁レンズ９０は、コイル９１と、ヨーク９２と、ポールピース上極９３と、ポールピース下極９４と、を備える。コイル９１は銅線等の線が巻かれることにより形成されている。コイル９１の線の端部は図示しない電源に接続されている。図示しない電源からコイル９１に電流を流すことにより、コイル９１の周囲に磁場が生じる。

ヨーク９２は、例えばパーマロイ（Ｎｉ－Ｆｅ合金）等の透磁率の高い材料を含有し、コイル９１により発生された磁場の磁力線を内部に良く通過させる。ヨーク９２を通過する磁力線は、ヨーク９２に接続されヨーク９２より高品質の材料を用いて形成されたポールピース上極９３及びポールピース下極９４に流れる。このようにして、主にポールピース上極９３及びポールピース下極９４に囲まれたマルチ電子ビームが通過可能な領域に、コイル９１により形成された図示しないレンズ磁場が集中して発生する。

静電レンズ７２は、電磁レンズ（磁場レンズ）９０により発生されるレンズ磁場内に設けられている。静電レンズ７２は、マルチ電子ビーム２０のそれぞれが通過可能な貫通孔７４を有している。図５では、貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ及び７４ｅが示されている。

図６で示したように、静電レンズ７２には、図２で示した５×５の穴（開口部）２２に対応して形成されたマルチ電子ビーム２０のそれぞれが通過する貫通孔７４が、合計２５個配列されている。貫通孔７４の内、中心の貫通孔７４ｃは、マルチ電子ビーム２０の軌道中心軸（または光軸、または中心ビームの軌道中心軸）が通過する位置に、軌道中心軸と平行に設けられている、垂直貫通孔である。その他２４個の貫通孔７４は、螺旋形状を有している。そして、螺旋形状の軸は、軌道中心軸に平行である。

螺旋形状を有する貫通孔７４の形成方法の一例としては、図６に示したように、複数の絶縁板７３を用いて形成する方法が挙げられる。実施形態の静電レンズ７２は、絶縁板７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ及び７３ｇを用いて形成されている。それぞれの絶縁板７３は、５×５の貫通孔を有している。

ここで、絶縁板７３ｂに形成された貫通孔７４は、絶縁板７３ａに形成された貫通孔７４に対して、絶縁板７３ｂの貫通孔７４ｃを中心にして、ｘｙ平面において例えば５度程度回転している。ここで回転の方向は、例えば図６の紙面上方から見た場合に反時計回りである。次に、絶縁板７３ｃに形成された貫通孔７４は、絶縁板７３ｂに形成された貫通孔７４に対して、ｘｙ平面において例えば５度程度回転している。ここで、回転の方向は、例えば図６の紙面上方から見た場合に反時計回りである。以下、絶縁板７３ｄ、絶縁板７３ｅ、絶縁板７３ｆ及び絶縁板７３ｇについても、同様に貫通孔７４が形成されている。このようにして、螺旋形状の軸が軌道中心軸に平行な貫通孔７４が形成される。このようにすると、螺旋形状を容易に、かつ良好に制御された状態で形成することが出来る。なお、貫通孔７４の形状が螺旋形状となっている理由は、電子ビームが、磁場レンズ９０が発生する磁場により、電子ビームの進行方向に対して垂直な方向にローレンツ力を受けて螺旋運動をするため、貫通孔７４を電子ビームの軌道に合わせて螺旋形状にしたものである。

絶縁板７３は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等のセラミックスで形成される。勿論、絶縁板７３は他の絶縁材料を用いても好ましく形成することが出来る。

静電レンズ７２のｚ方向の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の程度であることが好ましい。また、貫通孔７４が有する螺旋形状の回転角は、特に限定されるものではないが、例えば３０度以上４０度以下の程度であることが好ましい。

また、図６紙面において上方に配置されている絶縁板７３ａから、図６紙面においてより下方に配置されている絶縁板７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ及び７３ｇにおいて、貫通孔７４の開口ピッチが徐々に変化していることが好ましい。例えば、絶縁板７３ａにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｂにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きく、絶縁板７３ｂにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｃにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きく、絶縁板７３ｃにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｄにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きく、絶縁板７３ｄにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｅにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きく、絶縁板７３ｅにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｆにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きく、絶縁板７３ｆにおける貫通孔７４の開口ピッチは絶縁板７３ｇにおける貫通孔７４の開口ピッチよりも大きいことが好ましい。

また、静電レンズ７２には、グランド７８及び電源８６が接続されている。

図７は、実施形態の静電レンズ７２を構成する絶縁板７３及び導電膜７５の一例の模式図である。図７においては、絶縁板７３として絶縁板７３ｄが示されている。図７（ａ）は、絶縁板７３及び導電膜７５を上方から見たときの模式上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ－Ｂ’線における模式断面図である。

絶縁板７３ｄの上面及び貫通孔７４の側面には、導電膜７５が設けられている。また、絶縁板７３ｄの上面には、溝７６ｄが設けられている。溝７６ｄでは導電膜７５が全て削られている。このため溝７６ｄにより、溝７６ｄの外側に設けられた導電膜７５ａと、溝７６ｄの内側に設けられた導電膜７５ｂは、互いに電気的に絶縁されている。導電膜７５は、例えば金属材料のスパッタリング等により形成される。その後溝７６ｄを形成することにより、導電膜７５ａ及び導電膜７５ｂが形成される。

図８は、実施形態の静電レンズ７２を構成する絶縁板７３及び導電膜７５の模式断面図である。図８は、静電レンズ７２の貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ及び７４ｅを通る断面における模式断面図である。なお、貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｄ及び７４ｅは、実際には螺旋形状を有しているが、図８では説明の便宜のため垂直孔として図示している。また、それぞれの絶縁板７３は互いに接触して用いられるものであるが、図８では説明の便宜のため分離させて図示している。

貫通孔７４内部に設けられた導電膜７５ａは、電極の一例である。

導電膜７５ｂはグランド７８（図５）に接続されるものである。また、導電膜７５ａは電源８６に接続されるものである。

絶縁板７３ａには、溝７６が設けられていない。絶縁板７３ａには、導電膜７５としての導電膜７５ｂが設けられている。

絶縁板７３ｂには、貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ及び７４ｅの周囲に溝７６ｂが設けられている。溝７６ｂの外側に導電膜７５ａが設けられ、溝７６ｂの内側に導電膜７５ｂが設けられている。

絶縁板７３ｃには、貫通孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ及び７４ｅの周囲に溝７６ｃが設けられている。溝７６ｃの外側に導電膜７５ａが設けられ、溝７６ｃの内側に導電膜７５ｂが設けられている。

絶縁板７３ｄには、貫通孔７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄの周囲に溝７６ｄが設けられている。貫通孔７４ａ及び貫通孔７４ｅは、溝７６ｄの外側に設けられている。溝７６ｄの外側に導電膜７５ａが設けられ、溝７６ｄの内側に導電膜７５ｂが設けられている。

絶縁板７３ｅには、貫通孔７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄの周囲に溝７６ｅが設けられている。貫通孔７４ａ及び貫通孔７４ｅは、溝７６ｅの外側に設けられている。溝７６ｅの外側に導電膜７５ａが設けられ、溝７６ｅの内側に導電膜７５ｂが設けられている。

絶縁板７３ｆには、溝７６が設けられていない。絶縁板７３ｆには、導電膜７５としての導電膜７５ａが設けられている。

絶縁板７３ｇには、溝７６が設けられていない。絶縁板７３ｇには、導電膜７５としての導電膜７５ｂが設けられている。

また、導電膜７５ａと導電膜７５ｂとを重ねた際、互いに接触しないように、導電膜７５の凹部７７が適宜設けられている。

これにより、貫通孔７４ａ及び７４ｅを通過する電子ビームは、絶縁板７３ｄ、７３ｅ及び７３ｆを通過するときに、電源８６からの電圧が印加される。また、貫通孔７４ｂ、７４ｃ及び７４ｄを通過する電子ビームは、絶縁板７３ｆを通過するときに、電源８６からの電圧が印加される。このように、導電膜７５ａは、電子ビームに電圧を印加するための電極として用いられており、貫通孔７４に応じて、電子ビームに電圧を印加するための電極の長さが異なることとなる。

また、静電レンズ７２の一番上と一番下に配置される絶縁板７３ａ及び絶縁板７３ｇには、グランド７８に接続される導電膜７５ｂが設けられており、電源８６に接続される導電膜７５ａは設けられていない。これは、静電レンズ７２の上下方向に対して、電源８６による電圧の印加に伴う電界が漏れないようにして、マルチ電子ビームの軌道が狂わないようにするためである。

なお、凹部７７を適宜設けることにより、各貫通孔７４の側面に設けられた導電膜７５ｂに、それぞれ異なる電圧を容易に印加することも可能である。

なお、静電レンズ７２の構造は上記のものに限定されない。

次に、実施形態の作用効果を記載する。

マルチビームが形成する像面湾曲は、光軸からの距離の二乗に比例して大きくなる。この像面湾曲を補正することが好ましい。

実施形態では、磁場レンズ９０と静電レンズ７２とを組み合わせることにより、静電レンズ７２を用いてそれぞれの電子ビームに印加する電圧を低くすることが出来る。このため、静電レンズ７２の微細化が可能となる。

そして、静電レンズ７２は、それぞれが螺旋形状を有する複数の貫通孔７４を有している。これは、電子ビームが、磁場レンズ９０が発生する磁場により、電子ビームの進行方向に対して垂直な方向にローレンツ力を受けて螺旋運動をするため、貫通孔７４を電子ビームの軌道に合わせて螺旋形状にしたものである。ここで螺旋運動の軌道は、マルチ電子ビームの軌道中心軸に平行な軸を有する螺旋形状になる。言い換えると、電子ビームが螺旋する方向にあわせて、貫通孔７４の形状が螺旋形状となっている。このため、螺旋形状の軸は、マルチビームの軌道中心軸に平行であることが好ましい。なお、螺旋形状が回転する方向は、電子ビームの進行方向に対して反時計回りとなる。

さらに、電源８６は、それぞれの貫通孔導電膜７５ａそれぞれに、異なった電圧を印加することが好ましい。これにより、それぞれの貫通孔７４を通過する電子ビームに速度差が生じ、その速度差に応じてそれぞれの電子ビームが異なる集光位置に集光するためである。これにより、それぞれの電子ビームの集光作用を調整することが出来るため、マルチビームの照***度を向上させることが出来る。

なお、螺旋軌道の形状は、軌道中心軸からの距離に応じて変わるため、複数の電極に電源から印加する電圧は、軌道中心軸からの距離に応じて変化させ、軌道中心軸からの距離に応じて大きくする、又は小さくすることが好ましい。

本実施形態の検査装置によれば、マルチビームの照***度が向上したマルチビーム電子鏡筒及び検査装置の提供が可能になる。

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、比較回路１０８、参照回路１１２、電磁レンズ制御回路１２４、及び静電レンズ制御回路１２６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マルチ電子ビーム検査装置は、本発明の範囲に包含される。

２０マルチビーム
２２穴
２４制御電極
２５通過孔
２６対向電極
３０メンブレン領域
３１基板
３２外周領域
３３支持台
４１個別制御回路
４６アンプ
７２静電レンズ
７３絶縁板
７４貫通孔
７５導電膜
７６溝
７７凹部
８６電源
９０磁場レンズ（電磁レンズ）
９１コイル
９２ヨーク
９３ポールピース上極
９４ポールピース下極
９８レンズ
９９軌道中心軸（光軸）
１００検査装置
１０１基板
１０２電子ビームカラム（マルチビーム電子鏡筒）
１０３検査室
１０５ＸＹステージ
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パターンメモリ
１２４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
１２９リターディング制御回路
１３０搬入／搬出制御回路
１３２駆動機構
１３４検出回路
１４２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
２０４ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５、２１３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
２１３縮小レンズ
２１４ビームセパレーター
２１６ミラー
２１７、２１８マーク
２１９透過マーク
２２０電極
２２２マルチ検出器
２２４、２２６投影レンズ
２２８偏向器
２３０広域偏向器
２３２、２３４アライメントコイル

Claims

基板にマルチ電子ビームを照射する照射源と、
前記基板を載置するステージと、
前記照射源と前記ステージの間に設けられ、前記マルチ電子ビームが通過可能なレンズ磁場を発生する電磁レンズと、
前記レンズ磁場中に設けられ、前記マルチ電子ビームのそれぞれが通過可能な複数の貫通孔と、前記複数の貫通孔の壁面にそれぞれ設けられた複数の電極とを有し、前記マルチ電子ビームの軌道中心軸から離間して設けられた前記貫通孔は螺旋形状を有する静電レンズと、
前記複数の電極に接続された電源と、
を備え、
前記螺旋形状の軸は、前記軌道中心軸に平行に設けられているマルチ電子ビーム検査装置。
前記電源は前記複数の電極のそれぞれに異なった電圧を印加する請求項１記載のマルチ電子ビーム検査装置。
前記軌道中心軸に平行な方向の前記複数の電極の長さは互いに異なっている請求項１または請求項２記載のマルチ電子ビーム検査装置。
前記レンズ磁場の中心は基板面の高さ位置に配置されている請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のマルチ電子ビーム検査装置。