JP7352446B2 - ステージ機構 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ機構に関する。例えば、電子ビームが照射される試料を載置するステージ機構に関する。

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、半導体ウェハ或いは半導体ウェハにパターンを転写するための露光用マスクに超微細パターンを形成することが求められる。同様に、半導体ウェハ或いは露光用マスク上に転写された超微細パターンの欠陥を検査することが求められる。半導体ウェハ或いは露光用マスクに超微細パターンを形成するには、波長が短い電子ビームが有効である。同様に、半導体ウェハ或いは露光用マスク上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するにも電子ビームが有効である。

そして、電子ビームを対象基板に照射する場合、基板上での電子ビームのランディングエネルギーを適切な状態にするために、基板にリターディング電位を印加することが行われる（例えば、特許文献１参照）。そして、同じく電子ビームを照射することになる、ステージ上に配置されたマークやビーム電流調整用のファラディーカップにも被検査基板と同じ照射条件を生成するためにリターディング電位を印加する必要がある。しかしながら、リターディング電位が印加されるターゲットマークやファラディーカップには、突起物となる部品等が使用されるため、構造物間の狭い空間において放電を起こしやすいといった問題があった。

特開２０１０－０３３７２４号公報

そこで、本発明の一態様は、電子ビームが照射される、ステージ上に配置されたマーク部での放電を抑制可能なステージ機構を提供する。

本発明の一態様のステージ機構は、
電子ビームが照射される試料を配置可能なステージと、
ステージ上における試料が配置される第１の領域とは異なる第２の領域に配置される、突起部を有する少なくとも１つのマーク部と、
ステージ上に配置された絶縁性の支柱と、
ステージ側に前記突起部を晒さないように少なくとも１つのマーク部を配置する、支柱によって支持された導電性の基台と、
を備え、
基台を介して少なくとも１つのマーク部に負の電位が印加されることを特徴とする。

また、少なくとも１つのマーク部に対して基台とは反対側から、電子ビームの通過領域を残して少なくとも１つのマーク部を覆うシールドカバーをさらに備えると好適である。

また、基台に負の電位を印加するケーブルをさらに備えると好適である。

また、ステージと支柱との間に配置された、グランド電位が印加される支持台と、
基台上に配置された、ファラディーカップ用のアパーチャプレートと、
支持台に配置された、ファラディーカップ用の検出器と、
をさらに備えると好適である。

また、ステージは、複数段のサブステージを有し、
複数段のサブステージのうちのいずれかの下面に配置された、ケーブルの一端が接続される端子台と、
端子台を下面側から覆う端子台シールドカバーと、
をさらに備えると好適である。

本発明の一態様によれば、電子ビームが照射される、ステージ上に配置されたマーク部での放電を抑制できる。

実施の形態１におけるステージ機構の構成の一例を示す正面構成図である。 実施の形態１におけるステージ機構の構成の一例を示す上面図である。 実施の形態１の比較例１におけるステージ機構と周辺構成との一例を示す図である。 実施の形態１の比較例２におけるシールドカバーの配置構成を示す図である。 実施の形態１の変形例におけるシールドカバーの配置構成を示す図である。 実施の形態１における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におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。 実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。

以下、実施の形態では、電子ビーム検査装置にステージ機構が搭載される場合について説明する。また、電子ビーム検査装置の一例として、マルチビームを用いた検査装置について説明する。基板に照射される電子ビームは、シングルビームの場合でも良いし、マルチビームの場合でも良い。また、ステージ機構が搭載される装置は、検査装置に限定するものではない。例えば、電子ビーム描画装置であっても良い。或いは、電子ビームを用いて画像を取得する画像取得装置であってもよい。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるステージ機構の構成の一例を示す正面構成図である。図２は、実施の形態１におけるステージ機構の構成の一例を示す上面図である。図１において、ステージ機構１０５は、複数段のサブステージを有する。複数段のサブステージとして、図１の例では、ｘ方向（電子ビーム（図１ではマルチ１次電子ビーム２０）の軌道中心軸に直交する平面上の１軸方向）の移動が可能なｘステージとｙ方向（ｘ軸に直交する上述した平面上の他の１軸方向）の移動が可能なｙステージとを組み合わせたＸＹステージ６０と、ｚ方向（電子ビームの軌道中心軸方向）の移動が可能なｚステージとθ方向（ｚ軸回りの回転方向）の移動が可能なθステージとを組み合わせたｚθステージ６２と、基板等を載置する台座ステージ６４とが、積層される構成を示している。また、図１及び図２に示すように、台座ステージ６４の中央部の領域（第１の領域）には、電子ビームが照射される対象となる基板１０１（試料）が配置される。具体的には、台座ステージ６４の中央部の領域には、静電チャック機構１０４が配置される。そして、静電チャック機構１０４上に基板１０１が載置され、静電チャックにより基板１０１の裏面が吸着され、基板１０１が固定される。

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。図１及び図２の例では、基板１０１が半導体基板である場合を示している。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（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（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機構１０５に配置される。

図１及び図２に示すように、台座ステージ６４の中央部の領域とは異なる中央部から外れた周辺の領域（第２の領域）には、マーク機構７０が配置される。マーク機構７０には、例えば、少なくとも１つのマーク１６が配置される。図１及び図２の例では、２つのマーク１６ａ，１６ｂと１つのファラディーカップ１３とが配置される場合を示している。また、ｚθステージ６２のｚ方向（上下方向）へと移動しない固定領域には、台座ステージ６４を貫通した、ｚ方向へと移動しない固定マーク１５が配置される。マーク１６ａ，１６ｂ表面の高さ位置は、静電チャック機構１０４に静電チャックされた状態での基板１０１表面と同じ高さ位置に調整されている。マーク１６と固定マーク１５は、台座ステージ６４上の領域の両側に分かれて配置されると好適である。ｚθステージ６２をｚ方向に移動させながらマーク１６と固定マーク１５との高さ位置を合わせることで、台座ステージ６４を水平に保つと共に、基板１０１表面の高さ位置を基準となる固定マーク１５表面高さ位置に合わせることができる。

マーク機構７０は、支持台１１、支柱１２、基台１４、少なくとも１つのマーク１６、少なくとも１つのマーク台１７、ファラディーカップ１３、及びシールドカバー２１を有している。台座ステージ６４のマーク機構７０が配置される領域には開口部６６が形成される。そして、開口部６６を跨ぐように、台座ステージ６４上に導電性の支持台１１が配置される。支持台１１上には、複数（例えば２本）の絶縁性の支柱１２が配置される。言い換えれば、絶縁性の支柱１２は、支持台１１を介してステージ機構１０５（台座ステージ６４）上に配置される。そして、ステージ機構１０５（台座ステージ６４）と支柱１２との間に支持台１１が配置される。ステージ機構１０５にはグランド（ＧＮＤ）電位が印加される。そして、支持台１１は、台座ステージ６４上に接触して配置されるので台座ステージ６４を介してＧＮＤ電位が印加される。

そして、複数の絶縁性の支柱１２によって導電性の基台１４が支持される。基台１４上には、マーク機構７０に配置されるすべてのマーク台１７及びファラディーカップ１３のアパーチャプレート１８が配置される。アパーチャプレート１８下の基台１４上の領域には、測定される電子ビームの通過孔が形成される。各マーク台１７上にはそれぞれマーク１６が配置される。言い換えれば、基台１４は、マーク機構７０に配置されるすべてのマーク１６及びマーク以外の例えばファラディーカップ１３のアパーチャプレート１８における共通ベースとして機能する。各マーク台１７或いは及び各マーク１６は、突起部を有する。突起部として、例えば、マーク１６をマーク台１７に固定するためのネジ及びマーク台１７の角部等が該当し得る。同様に、突起部として、例えば、アパーチャプレート１８の角部等が該当し得る。基台１４は、ステージ側に対して、これらの突起部を覆うようにマーク機構７０に配置されるすべてのマーク１６及びマーク以外の例えばファラディーカップ１３のアパーチャプレート１８を配置する。基台１４上に配置される少なくとも１つのマーク１６と重なる支持台１１の領域には開口部６７が形成される。そして、基台１４の裏面側（ステージ側）には、支持台１１の開口部６７及び台座ステージ６４の開口部６６を通る電極７３が配置される。

ここで、基板１０１に電子ビームを照射するにあたり、基板１０１上での電子ビームのランディングエネルギーを適切な状態にするために、基板１０１には負のリターディング電位が印加される。台座ステージ６４上に配置されたマーク１６及びファラディーカップ１３用のアパーチャプレート１８にも基板１０１と同じ照射条件を生成するために負のリターディング電位を印加する。そのため、電極７３には、基台１４に負の電位を印加する例えば１本のケーブル７１が接続される。図１及び図２の例では、共通ベースとなる基台１４上に、マーク台１７及びアパーチャプレート１８が配置されるので、共通のケーブル７１を通して基台１４に負の電位を印加することで、基台１４を介して基台１４上のすべてのマーク１６（少なくとも１つのマーク部）に負の電位が印加される。同様に、基台１４を介して基台１４上のすべてのアパーチャプレート１８に負の電位が印加される。これにより、基板１０１に印加するリターディング電位と同じ負の電位を電子ビームが照射されるマーク１６及びアパーチャプレート１８に印加できる。一方、ファラディーカップ１３用の検出器１９は、アパーチャプレート１８と重なる位置で、グランド電位に印加される支持台１１上に配置される。

シールドカバー２１は、マーク機構７０に配置されるすべてのマーク１６（少なくとも１つのマーク部）に対して基台１４とは反対側から、電子ビームの通過領域を残してマーク機構７０に配置されるすべてのマーク１６（少なくとも１つのマーク部）を覆う。図１及び図２の例では、シールドカバー２１は、電子ビームの通過領域を残してマーク機構７０に配置されるアパーチャプレート１８を覆う。図１及び図２の例では、シールドカバー２１は、マーク台１７（及びマーク１６）及びアパーチャプレート１８の上方及び側方を覆う。シールドカバー２１は、上面と側面との繋ぎを放電が生じ易い角が生じないようになだらかな曲線によって形成すると好適である。シールドカバー２１には、基台１４を介して負の電位が印加される。

よって、基台１４とシールドカバー２１とに囲まれた部分は、同じ負の電位に帯電することになる。そして、絶縁性の支柱１２を挟んで、支持台１１、支持台１１上の検出器１９、及び台座ステージ６４は、ＧＮＤ電位に維持されることになる。

台座ステージ６４の裏面には、端子台機構７２が配置される。端子台機構７２が配置される場所は、台座ステージ６４の裏面に限るものではない。ステージ機構１０５の複数段のサブステージのうちのいずれかの下面に配置されればよい。例えば、ｚθステージ６２の裏面であっても良い。端子台機構７２は、端子台７４、支柱７７、及び端子台シールドカバー７６を有している。端子台７４は、絶縁性の支柱７７を挟んで台座ステージ６４の裏面に配置される。端子台７４には、基台１４に負の電位を印加するケーブル７１の一端が接続される。また、検出器１９から延びる配線も接続されても良い。端子台７４は、ステージ機構１０５の外側から延びるケーブル７５とケーブル７１とを電気的に接続する。ケーブル７５には、負の電位が印加される。ここでは、基板１０１に印加されるリターディング電位（例えば、－１５ｋＶ）の電位が印加される。端子台シールドカバー７６は、端子台７４を下面側から覆う。よって、端子台７４における突起部全体を端子台シールドカバー７６が覆うことができる。端子台７４における突起部として、例えば、ケーブル７１，７５を端子台７４に固定するネジ等が該当する。

よって、端子台７４と端子台シールドカバー７６とに囲まれた部分は、同じ負の電位に帯電することになる。そして、絶縁性の支柱７７を挟んで、台座ステージ６４は、ＧＮＤ電位に維持されることになる。

ここで、上述したように、リターディング電位が印加されるマークやファラディーカップのアパーチャプレートには、突起物となる部品等が使用されるため、構造物間の狭い空間において放電を起こしやすいといった問題があった。

図３は、実施の形態１の比較例１におけるステージ機構と周辺構成との一例を示す図である。図３では、マーク機構部分を拡大して示している。図３において、実施の形態１の比較例１では、複数のマーク台がそれぞれ個別に台座ステージ上に配置される。具体的には、それぞれ個別に導電性のマークベースを台座ステージ上に配置する。そして、マークベース毎に、絶縁性の支柱を介してマーク台が配置され、マーク台上にマークが配置される。ファラディーカップについても、検出器ベースが個別に台座ステージ上に配置される。そして、検出器ベースにはファラディーカップ用の検出器が配置される。検出器ベース上には、絶縁性の支柱を介してファラディーカップ用のアパーチャプレートが配置される。図３に示す比較例１では、複数のマークが個別に台座ステージ上に配置されるので、マークに負の電位（リターディング電位）を印加するケーブルがそれぞれ必要となる。また、複数のマークベースを配置するために、台座ステージには、マーク毎にケーブルを通すための開口部が形成される。各ケーブルは、台座ステージの裏面に配置される端子台に接続され、ステージ機構の外部の電源へと接続される。

よって、各マーク台及びマークとアパーチャプレートには、それぞれ別々のケーブルによって印加された負の電位に帯電することになる。そして、絶縁性の支柱を挟んで、各マークベース、検出器ベース、検出器ベース上の検出器、及び台座ステージは、ＧＮＤ電位に維持されることになる。そして、絶縁性の支柱を挟んで、裏面の端子台は負の電位に帯電することになる。

ここで、図３に示す比較例１では、各マーク台の角部が突起部となって、台座ステージとの間に放電が生じ得る。同様に、各マーク台のマークを取り付けるためのネジ等が突起部となって、マークベースとの間に放電が生じ得る。また、台座ステージにはマーク毎にケーブルを通すための開口部が形成されるため、設置スペースが制限される中でそれぞれの開口部の径サイズは小さくせざるを得ない。そのために、マーク毎にマークとケーブルとを繋ぐ電極と台座ステージの開口部内壁との間に放電が生じ得る。また、各マーク台の角部が突起部となって、電子ビームを照射する電子鏡筒の下部に位置する、ＧＮＤ電位が印加された対物レンズ２０７との間に放電が生じ得る。また、端子台では、端子台のネジ等が突起部となって、台座ステージの下部に位置する、ＧＮＤ電位が印加されたｚθステージとの間に放電が生じ得る。以上のように、図３に示す比較例１では、様々な個所で放電が生じ得るといった問題があった。

これに対して、実施の形態１では、図１及び図２に示すように、基台１４がマーク台１７（及びマーク１６）及びアパーチャプレート１８の突起部全体をステージ側に対して覆っている。そのため、ステージ側に突起部を晒さずに済ますことができる。よって、負の電位に帯電する突起部とＧＮＤ電位に帯電する支持台１１及び台座ステージ６４との間での放電を抑制或いは低減できる。

さらに、基台１４を介してマーク機構７０に配置されるすべてのマーク１６及びすべてのアパーチャプレート１８に負の電位を印加するため、基台１４に対して１組の電極７３及びケーブル７１があれば足りる。よって、開口部６７及び開口部６６の数を減らすことができる。そのため、開口部６７及び開口部６６のサイズを、複数の開口部６７及び複数の開口部６６を形成する場合に比べて大きくできる。言い換えれば、負の電位に帯電する電極７３及びケーブル７１に対して、ＧＮＤ電位に帯電する支持台１１及び台座ステージ６４までの距離（空間）を離す（大きく）できる。その結果、電極７３（或いはケーブル７１）と支持台１１との間での放電、及び電極７３（或いはケーブル７１）と台座ステージ６４との間での放電を抑制或いは低減できる。

さらに、実施の形態１では、シールドカバー２１が、電子ビームの通過領域を残してマーク機構７０に配置される各マーク台１７（及び各マーク１６）及びアパーチャプレート１８の上方及び側方を覆う。よって、電子ビームを照射する電子鏡筒の下部に位置する、ＧＮＤ電位が印加された対物レンズ２０７側に突起部を晒さないようにできる。よって、上方側において、負の電位に帯電する突起部とＧＮＤ電位に帯電する対物レンズ２０７との間での放電を抑制或いは低減できる。さらに、シールドカバー２１によって、側面方向においても突起部を晒さないようにできる。よって、側面方向において、負の電位に帯電する突起部とＧＮＤ電位に帯電する台座ステージ６４との間での放電を抑制或いは低減できる。

また、端子台機構７２においては、端子台７４における突起部全体を端子台シールドカバー７６が覆う。よって、台座ステージ６４の下部に位置する、ＧＮＤ電位が印加されたｚθステージ６２側に、突起部を晒さないようにできる。よって、端子台７４における突起部とＧＮＤ電位が印加されたｚθステージ６２との間での放電を抑制或いは低減できる。

図４は、実施の形態１の比較例２におけるシールドカバーの配置構成を示す図である。図４の例では、シールドカバー２１の側面が、基台１４の側面を覆わず、かつ基台１４の側面よりも出っ張るように配置する場合を示している。かかる場合、シールドカバー２１の下端部（Ａ）が突起部となって放電を誘発し兼ねない。

これに対して、実施の形態１では、図１に示したように、シールドカバー２１の下端部が基台１４表面まで実質的に届き、かつシールドカバー２１の側面と、基台１４の側壁とが実質的に同一面になるように構成する場合を示した。これにより、シールドカバー２１の下部端を突起物として、台座ステージ６４側に晒さないようにできる。その結果、側面方向において、負の電位に帯電する突起部とＧＮＤ電位に帯電する台座ステージ６４との間での放電を抑制或いは低減できる。但し、シールドカバー２１が覆う態様は、これに限るものではない。

図５は、実施の形態１の変形例におけるシールドカバーの配置構成を示す図である。図５の例では、シールドカバー２１が基台１４の側壁も覆う構成を示している。その他の構成は、図１と同様である。図４の例に示すように、シールドカバー２１が基台１４の側壁まで覆うように構成しても好適である。かかる場合でも負の電位に帯電する突起部を側面方向に晒さないようにできる。

次に、実施の形態１のステージ機構１０５を搭載した検査装置について説明する。
図６は、実施の形態１における検査装置の構成を示す構成図である。図６において、基板１０１に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ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）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、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、一括ブランキング偏向器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、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、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、一括ブランキング偏向器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１５１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によって２次電子光学系１５２を構成する。

検査室１０３内には、上述したマーク機構７０及び端子台機構７２が搭載されたステージ機構１０５が配置される。ステージ機構１０５上には、検査対象となる基板１０１が配置される。基板１０１は、ステージ機構１０５上に搭載された静電チャック機構上に載置され、静電チャックにより裏面が吸着される。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（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（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機構１０５に配置される。また、ステージ機構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、検査室１０３上には、基板１０１の高さ位置を測定するｚセンサ２１４が配置される。ｚセンサ２１４の投光器から基板１０１にレーザ光を照射し、基板１０１から反射された反射光を受光器で受光することで、基板１０１表面の高さ位置を測定できる。

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。

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、リターディング電位印加回路１７０、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。

また、基板１０１は、リターディング電位印加回路１７０に電気的に接続され、リターディング電位印加回路１７０は、基板１０１に負のリターディング電位Ｖｒを印加する。また、端子台機構７２を介して、マーク機構７０は、リターディング電位印加回路１７０に電気的に接続され、リターディング電位印加回路１７０は、マーク機構７０に、基板１０１と同じ負のリターディング電位Ｖｒを印加する。

また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ステージ機構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。上述したように、ステージ機構１０５の複数段のサブステージにより、ｘ，ｙ，ｚ，θ方向に台座ステージ６４を移動させることができる。そして、ステージ機構１０５のｘ，ｙ方向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機構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の軌道中心軸（光軸）に直交する面に対して、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（対物レンズ）、電磁レンズ２２４、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、一括ブランキング偏向器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アンプを介してブランキング制御回路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（カソード）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、別の引出電極（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６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。

まず、ステージ機構１０５のマーク１６と固定マーク１５との高さ位置を合わせる。各マークの高さ位置は、ｚセンサ２１４によって測定すればよい。マーク１６と固定マーク１５との高さ位置を合わせることで、基板１０１を配置する台座ステージを水平に調整できると共に、基板１０１表面高さ位置を固定マーク１５表面高さ位置に合わせることができる。実際のスキャン工程においては、ｚセンサ２１４で予め測定しておいた基板１０１表面の高さ分布に応じて、ｚθステージ６２により基板１０１表面の高さ位置を基準高さ位置にダイナミックに調整すればよい。

また、貴台１４を介してマーク１６にリターディング電位Ｖｒが印加された状態で、マーク１６を電子ビーム（マルチ１次電子ビーム２０）でスキャンする。そして、マーク１６から放出された２次電子をマルチ検出器２２２で検出することで、マーク画像を得ることができる。マーク画像を用いて、１次電子光学系１５１及び／或いは２次電子光学系１５２の調整（キャリブレーション）を行う。以上のようにして、高さ位置の調整（キャリブレーション）と光学系の調整とを行った上で、実際の検査処理を実施する。

スキャン工程として、１次電子光学系１５１は、被検査基板１０１にリターディング電位Ｖｒが印加された状態で、被検査基板１０１を電子ビーム（マルチ１次電子ビーム２０）で照射する。言い換えれば、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて被検査基板１０１に形成されたパターンの２次電子画像を取得する。具体的には以下のように動作する。

図７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７において、基板１０１が半導体基板（ウェハ）である場合、半導体基板（ウェハ）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。１チップ分のマスクパターンは、一般に、複数の図形パターンにより構成される。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方向にステージ機構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８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８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８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。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。

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８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）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（対物レンズ）に進む。

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。なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチ１次電子ビーム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２１３の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によってマルチ１次電子ビーム２０全体が遮蔽される。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１次電子ビーム２０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１次電子ビーム２０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、画像取得用のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。

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。

図９は、実施の形態１におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図９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。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、各ショット時に、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。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。

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１次電子ビーム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次電子ビーム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。

ここで、ステージ機構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機構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。

２次電子画像の取得は、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から放出される反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出する。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２次電子画像データ（２次電子画像１のデータ）は、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に出力される。

上述した各ストライプ領域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７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、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、ステージ機構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、図９に示すように、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１０は、実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。図１０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５０，５２，５６、フレーム画像作成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。フレーム画像作成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部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。フレーム画像作成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部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、或いはメモリ１１８に記憶される。

比較回路１０８内に転送された測定画像データ（ビーム画像）は、記憶装置５０に格納される。

そして、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビーム１０のスキャン動作によって取得されたサブ照射領域２９の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域３０のフレーム領域３０毎のフレーム画像３１を作成する。なお、各フレーム領域３０は、画像の抜けが無いように、互いにマージン領域が重なり合うように構成されると好適である。作成されたフレーム画像３１は、記憶装置５６に格納される。

参照画像作成工程として、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。比較回路１０８内に転送された参照画像データは、記憶装置５２に格納される。

次に、位置合わせ部５７は、被検査画像となるフレーム画像３１と、当該フレーム画像３１に対応する参照画像とを読み出し、画素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３１と参照画像とを画素毎に比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、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、上述した例では、ダイ－データベース検査について説明したが、これに限るものではない。ダイ－ダイ検査を行う場合であっても良い。ダイ－ダイ検査を行う場合、対象となるフレーム画像３１（ダイ１）と、当該フレーム画像３１と同じパターンが形成されたフレーム画像３１（ダイ２）（参照画像の他の一例）との間で、上述した位置合わせと比較処理を行えばよい。

以上のように、実施の形態１によれば、電子ビームが照射される、ステージ上に配置されたマーク部での放電を抑制できる。

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、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、及びリターディング電位印加回路１７０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。例えば、これらの回路内での処理を制御計算機１１０で実施しても良い。

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。図１の例では、１つの照射源となる電子銃２０１から照射された１本のビームから成形アパーチャアレイ基板２０３によりマルチ１次電子ビーム２０を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ１次電子ビームを照射することによってマルチ１次電子ビーム２０を形成する態様であっても構わない。

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ステージ機構、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。

１０ １次電子ビーム
１１ 支持台
１２ 支柱
１３ ファラディーカップ
１４ 基台
１５ 固定マーク
１６ マーク
１７ マーク台
１８ アパーチャプレート
１９ 検出器
２０ マルチ１次電子ビーム
２１ シールドカバー
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
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
６０ ＸＹステージ
６２ ｚθステージ
６４ 台座ステージ
６６，６７ 開口部
７０ マーク機構
７１，７５ ケーブル
７２ 端子台機構
７３ 電極
７４ 端子台
７６ 端子台シールドカバー
７７ 支柱
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０４ 静電チャック機構
１０５ ステージ機構
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 ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１５１ １次電子光学系
１５２ ２次電子光学系
１６０ 制御系回路
１７０ リターディング電位印加回路
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (5)

1. 電子ビームが照射される試料を配置可能なステージと、
   前記ステージ上における前記試料が配置される第１の領域とは異なる第２の領域に配置される、突起部を有する少なくとも１つのマーク部と、
   前記ステージ上に配置された絶縁性の支柱と、
   ステージ側に前記突起部を晒さないように前記少なくとも１つのマーク部を配置する、前記支柱によって支持された導電性の基台と、
   を備え、
   前記基台を介して前記少なくとも１つのマーク部に負の電位が印加されることを特徴とするステージ機構。
2. 前記少なくとも１つのマーク部に対して前記基台とは反対側から、前記電子ビームの通過領域を残して前記少なくとも１つのマーク部を覆うシールドカバーをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のステージ機構。
3. 前記基台に前記負の電位を印加するケーブルをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のステージ機構。
4. 前記ステージと前記支柱との間に配置された、グランド電位が印加される支持台と、
   前記基台上に配置された、ファラディーカップ用のアパーチャプレートと、
   前記支持台に配置された、前記ファラディーカップ用の検出器と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３いずれかに記載のステージ機構。
5. 前記ステージは、複数段のサブステージを有し、
   前記複数段のサブステージのうちのいずれかの下面に配置された、前記ケーブルの一端が接続される端子台と、
   前記端子台を下面側から覆う端子台シールドカバーと、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載のステージ機構。

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