TWI717761B - 多電子束照射裝置，多電子束照射方法，及多電子束檢查裝置 - Google Patents

多電子束照射裝置，多電子束照射方法，及多電子束檢查裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的一個態樣之多電子束照射裝置，其特徵為，具備：平台，載置供多電子束照射之基板；及第1電磁透鏡，配置成使得透鏡磁場的中心位於前述基板面的高度位置，將前述多電子束對焦於前述基板；及第1靜電透鏡，係使用藉由施加負電位而被用作為偏壓電極之前述基板、及被施加控制電位之控制電極、及被施加接地電位之接地電極來構成，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板；前述控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側，前述接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側。

Description

多電子束照射裝置，多電子束照射方法，及多電子束檢查裝置
本發明有關多電子束照射裝置，多電子束照射方法，及多電子束檢查裝置。例如，有關照射由電子線所造成的多射束而取得放出之圖樣的2次電子圖像來檢查圖樣之檢查裝置。 本申請案為以2018年7月5日向美國專利局申請之美國專利暫定申請案(62/704,015)為基礎而主張優先權之申請案。該美國專利暫定申請案中記載之所有內容，納入於本申請案中。
近年來隨著大規模積體電路(LSI)的高度積體化及大容量化，對半導體元件要求之電路線寬愈來愈變狹小。又，對於耗費莫大的製造成本之LSI的製造而言，產率的提升不可或缺。但，以十億位元(gigabyte)級的DRAM(隨機存取記憶體)為首，構成LSI之圖樣，從次微米成為了奈米尺度。近年來，隨著形成於半導體晶圓上之LSI圖樣尺寸的微細化，必須檢測出圖樣缺陷之尺寸亦成為極小。故，檢查被轉印至半導體晶圓上之超微細圖樣的缺陷之圖樣檢查裝置必須高精度化。除此之外，作為使產率降低的一個重大因素，可以舉出將超微細圖樣以光微影技術曝光、轉印至半導體晶圓上時所使用之光罩的圖樣缺陷。因此，檢查LSI製造中使用的轉印用光罩的缺陷之圖樣檢查裝置必須高精度化。
作為檢查手法，已知有下述方法，即，將拍攝形成於半導體晶圓或微影光罩等基板上之圖樣而得之測定圖像，和設計資料或拍攝基板上的同一圖樣而得之測定圖像予以比較，藉此進行檢查。例如，作為圖樣檢查方法，有將拍攝同一基板上的相異場所之同一圖樣而得之測定圖像資料彼此比較之「die to die(晶粒－晶粒)檢查」、或以圖樣設計而成的設計資料作為基礎而生成設計圖像資料(參照圖像)，而將其和拍攝圖樣而得之測定資料亦即測定圖像比較之「die to database(晶粒－資料庫)檢查」。被拍攝的圖像，會作為測定資料被送往比較電路。比較電路中，做圖像彼此之對位後，將測定資料和參照資料遵照適合的演算法予以比較，當不一致的情形下，判定有圖樣缺陷。
上述的圖樣檢查裝置中，除了將雷射光照射至檢查對象基板，而拍攝其透射像或反射像之裝置以外，下述檢查裝置之開發亦在進展當中，即，以電子束在檢查對象基板上掃描(scan)，檢測伴隨電子束的照射而從檢查對象基板放出的2次電子，來取得圖樣像之檢查裝置。使用了電子束之檢查裝置中，又，使用了多射束之裝置的開發亦在進展當中。此處，由於作為檢查對象之基板的厚度的不均一等凹凸，基板面的高度位置會發生變動。因此，當將多射束照射至基板的情形下，必須修正和該基板面的凹凸相應之對焦位置。一旦修正對焦位置，則伴隨此亦會一併發生像的倍率變動與旋轉變動，因此必須同時修正該些3個變動因素。例如，理論上可使用3個以上的靜電透鏡來修正該些3個變動因素(例如參照日本特開2014-127568號)。然而，若修正1個變動因素，則其他變動因素會更加偏離，因此難以將該些3個變動因素予以個別地控制。故，為了使連動的該3個變動盡可能地平衡性佳地減低，必須做使該3個以上的靜電透鏡的調整最佳化之控制，而為了進行該控制會導致控制系統肥大化。故，需要一種能夠比以往更容易控制之構成。該問題不限於檢查裝置，在使多射束對焦於基板而照射之裝置中同樣可能發生。
本發明的一個態樣之多電子束照射裝置，其特徵為，具備： 平台，載置供多電子束照射之基板；及 第1電磁透鏡，配置成使得透鏡磁場的中心位於前述基板面的高度位置，將前述多電子束對焦於前述基板；及 第1靜電透鏡，係使用藉由施加負電位而被用作為偏壓電極之前述基板、及被施加控制電位之控制電極、及被施加接地電位之接地電極來構成，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板； 前述控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側， 前述接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側。
本發明的一個態樣之多電子束照射方法，其特徵為， 藉由配置成使得透鏡磁場的中心位於被載置於平台的基板面的高度位置之第1電磁透鏡，而將用來照射至前述基板的多電子束對焦於前述基板， 藉由第1靜電透鏡，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板，其中該第1靜電透鏡具有：控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側，而被施加控制電位；及接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側，而被施加接地電位；且藉由對前述基板施加負電位來用作為偏壓電極。
本發明的一個態樣之多電子束檢查裝置，其特徵為，具備： 平台，載置供多電子束照射之基板；及 第1電磁透鏡，配置成使得透鏡磁場的中心位於前述基板面的高度位置，將前述多電子束對焦於前述基板；及 第1靜電透鏡，係使用藉由施加負電位而被用作為偏壓電極之前述基板、及被施加控制電位之控制電極、及被施加接地電位之接地電極來構成，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板；及 多檢測器，檢測由於前述多射束照射至前述基板而從前述基板放出的包含反射電子之多2次電子束； 前述控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側， 前述接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側。
以下，實施形態中，作為多電子束照射裝置的一例，說明多電子束檢查裝置。但，多電子束照射裝置，不限於檢查裝置，例如只要是使用電子光學系統來照射多電子束之裝置則無妨。 實施形態1.
圖1為實施形態1中的圖樣檢查裝置的構成示意概念圖。圖1中，檢查形成於基板之圖樣的檢查裝置100，為多電子束檢查裝置的一例。檢查裝置100，具備圖像取得機構150、及控制系統電路160。圖像取得機構150，具備電子束鏡柱102(電子鏡筒)及檢查室103。在電子束鏡柱102內，配置有電子槍201、成形孔徑陣列基板203、電磁透鏡204、電磁透鏡205、靜電透鏡230、電磁透鏡206、靜電透鏡240、電磁透鏡207(對物透鏡)、靜電透鏡250、射束分離器210、偏向器212、及多檢測器222。
在檢查室103內，配置有至少可於XY平面上移動之XY平台105。在XY平台105上，配置有作為檢查對象之基板101(試料)。基板101中，包含曝光用光罩基板、及矽晶圓等的半導體基板。當基板101為半導體基板的情形下，在半導體基板形成有複數個晶片圖樣(晶圓晶粒)。當基板101為曝光用光罩基板的情形下，在曝光用光罩基板形成有晶片圖樣。單元圖樣，由複數個圖形圖樣所構成。形成於該曝光用光罩基板之晶片圖樣被複數次曝光轉印至半導體基板上，藉此，在半導體基板便會形成複數個晶片圖樣(晶圓晶粒)。以下，主要說明基板101為半導體基板之情形。基板101，例如以圖樣形成面朝向上側而被配置於XY平台105。
控制系統電路160中，控制檢查裝置100全體的控制計算機110，係透過匯流排120連接至比較電路108、參照電路112、電磁透鏡控制電路124、及靜電透鏡控制電路126。對於控制計算機110，亦可連接有其他未圖示的控制電路、磁碟裝置等的記憶裝置、監視器、記憶體、及印表機等。
電磁透鏡204、電磁透鏡205、電磁透鏡206、電磁透鏡207(對物透鏡)、及射束分離器210，藉由電磁透鏡控制電路124而受到控制。此外，偏向器212，由4極以上的電極所構成，在每一電極透過未圖示的DAC放大器而受到未圖示的偏向控制電路所控制。
實施形態1中，如圖1所示，在比靜電透鏡250還靠多射束20的軌道中心軸的上游側配置靜電透鏡230，240。靜電透鏡240，配置於靜電透鏡230與靜電透鏡250之間。
靜電透鏡230(第2靜電透鏡)，由在中央部形成有可供多射束20全體通過的尺寸的開口部之3段以上的電極(圖1例子中，例如為上段電極232、中段電極234、及下段電極236)所構成。靜電透鏡230，配置於電磁透鏡205(第2磁場透鏡)的透鏡磁場中。更理想是，靜電透鏡230，配置成使得中段電極234位於電磁透鏡205(第2磁場透鏡)的磁場中心高度位置。靜電透鏡230，藉由靜電透鏡控制電路126而受到控制，在上段電極232、及下段電極236被施加接地電位，在中段電極234被施加控制電位(正電位或負電位)。
靜電透鏡240(第3靜電透鏡)，由在中央部形成有可供多射束20全體通過的尺寸的開口部之3段以上的電極(圖1例子中，例如為上段電極242、中段電極244、及下段電極246)所構成。靜電透鏡240，配置於電磁透鏡206(第3磁場透鏡)的透鏡磁場中。更理想是，靜電透鏡240，配置成使得中段電極244位於電磁透鏡206(第3磁場透鏡)的磁場中心高度位置。靜電透鏡240，藉由靜電透鏡控制電路126而受到控制，在上段電極242、及下段電極246被施加接地電位，在中段電極244被施加控制電位(正電位或負電位)。
靜電透鏡250(第1靜電透鏡)，由在中央部形成有可供多射束20全體通過的尺寸的開口部之3段以上的電極(圖1例子中，例如為上段電極252、中段電極254、及兼作下段電極之基板101)所構成。此處，電磁透鏡207(對物透鏡)(第1電磁透鏡)，配置成使得電磁透鏡207的透鏡磁場的中心位於基板101面的高度位置鄰近。更理想是，電磁透鏡207，配置成使得電磁透鏡207的透鏡磁場的中心位於基板101面的高度位置。又，中段電極254(控制電極)，配置於電磁透鏡207所致之透鏡磁場內且比最大磁場還靠多射束20的軌道中心軸(或亦稱為光軸，或亦稱為中心射束的軌道中心軸)的上游側。上段電極252(接地電極)，配置於電磁透鏡207所致之透鏡磁場內且比中段電極254還靠多射束20的軌道中心軸的上游側。靜電透鏡250，藉由靜電透鏡控制電路126而受到控制，在上段電極252被施加接地電位，在中段電極254被施加控制電位(正電位或負電位)。此外，在兼作下段電極(偏壓電極)的基板101，被施加負電位。
此處，圖1中記載了用以說明實施形態1所必要之構成。對檢查裝置100而言，通常具備必要的其他構成亦無妨。
圖2為實施形態1中的成形孔徑陣列基板的構成示意概念圖。圖2中，在成形孔徑陣列基板203，有二維狀的橫(x方向)m1 列×縱(y方向)n1 段(m1 ，n1 為2以上的整數)的孔(開口部)22於x，y方向以規定之排列間距形成。圖2例子中，揭示形成有5×5的孔(開口部)22之情形。孔22的排列數不限於此。各孔22均形成為相同外徑的圓形。或者是相同尺寸形狀的矩形亦無妨。電子束200的一部分各自通過該些複數個孔22，藉此會形成多射束20。在此，雖然揭示了於橫縱(x，y方向)均配置了2列以上的孔22之例子，但並不限於此。例如，亦可為在橫縱(x，y方向)的其中一方有複數列，而另一方僅有1列。此外，孔22的排列方式，亦不限於如圖2般配置成橫縱為格子狀之情形。例如，縱方向(y方向)第k段的列及第k+1段的列的孔，彼此亦可於橫方向(x方向)錯開尺寸a而配置。同樣地，縱方向(y方向)第k+1段的列及第k+2段的列的孔，彼此亦可於橫方向(x方向)錯開尺寸b而配置。
接下來說明檢查裝置100中的圖像取得機構150的動作。
從電子槍201(放出源)放出之電子束200，會對成形孔徑陣列基板203全體做照明。在成形孔徑陣列基板203，如圖2所示，形成有複數個孔22(開口部)，電子束200對包含所有複數個孔22之區域做照明。照射至複數個孔22的位置之電子束200的各一部分，會分別通過該成形孔徑陣列基板203的複數個孔22，藉此形成多射束20(多1次電子束)。
形成的多射束20，藉由電磁透鏡204、電磁透鏡205、及電磁透鏡206而分別使其折射，一面反覆成為中間像及交叉點(crossover)一面通過射束分離器210而朝電磁透鏡207(對物透鏡)行進。然後，電磁透鏡207，將多射束20對焦於基板101。藉由對物透鏡207而焦點被對合(合焦)於基板101(試料)面上之多射束20，照射至各射束的在基板101上的各自之照射位置。
一旦多射束20被照射至基板101的期望之位置，會由於受到該多射束20照射而從基板101放出和多射束20(多1次電子束)的各射束相對應的包含反射電子之2次電子的束(多2次電子束300)。
從基板101放出的多2次電子束300，朝射束分離器210行進。
此處，射束分離器210是在和多射束20的中心射束行進的方向(軌道中心軸)正交之面上，令電場與磁場於正交之方向產生。電場和電子的行進方向無關而對同一方向施力。相對於此，磁場會遵循弗萊明左手定則而施力。因此藉由電子的侵入方向能夠使作用於電子之力的方向變化。對於從上側朝射束分離器210侵入而來的多射束20，電場所造成的力與磁場所造成的力會相互抵消，多射束20會朝下方直進。相對於此，對於從下側朝射束分離器210侵入而來的多2次電子束300，電場所造成的力與磁場所造成的力皆朝同一方向作用，多2次電子束300會朝斜上方被彎折，而從多射束20分離。
朝斜上方被彎折，而從多射束20分離了的多2次電子束300，會藉由偏向器212而進一步被彎折，藉由未圖示的投影透鏡一面使其折射一面投影至多檢測器222。圖1中，係簡化示意而未使多2次電子束300的軌道折射。多檢測器222，檢測被投影的多2次電子束300。多檢測器222，例如具有未圖示之二極體型的二維感測器。然後，在和多射束20的各射束相對應之二極體型的二維感測器位置，多2次電子束300的各2次電子會衝撞二極體型的二維感測器，產生電子，對每個像素生成2次電子圖像資料。以多檢測器222檢測出的強度訊號，被輸出至比較電路108。
此處，在作為檢查對象之基板101，存在著厚度的不均一所引起的凹凸，由於該凹凸，基板101面的高度位置會變動。為此，當將多射束20照射至基板101的情形下，必須動態地修正和該基板101面的凹凸相應之對焦位置。一旦修正對焦位置變動△Z，則伴隨此亦會一併發生像的倍率變動△M與旋轉變動△θ，因此必須同時修正該些3個變動因素。例如，理論上可使用3個以上的靜電透鏡來修正該些3個變動因素。然而，如上述般，若修正1個變動因素，則其他變動因素會更加偏離，因此難以將該些3個變動因素予以個別地控制。故，為了使連動的該3個變動盡可能地平衡性佳地減低，必須做使該3個以上的靜電透鏡的調整最佳化之控制，而為了進行該控制會導致控制系統肥大化。鑑此，實施形態1中係構成為，對於對焦位置變動△Z、像的倍率變動△M、及旋轉變動△θ這3種變動因素之靈敏度，在3個靜電透鏡230，240，250的各靜電透鏡間為相異。
圖3A與圖3B為實施形態1的比較例中的對物透鏡與靜電透鏡的配置構成的一例及中心射束軌道示意圖。如圖3A所示，實施形態1的比較例中，是將電磁透鏡207(對物透鏡)配置成使得磁場中心位於比基板101面還靠多射束的軌道中心10的上游側。然後，藉由該位置的電磁透鏡207(對物透鏡)，對焦於基板101的例如面A。此外，實施形態1的比較例中，控制電極配置於電磁透鏡207的磁場中心，在控制電極的上段側與下段側分別配置靜電透鏡251，靜電透鏡251配置有接地電極。然後，當基板101面例如從面A變動成面B的情形下，藉由靜電透鏡251將多射束動態地對焦於面B。該情形下，比較例中，若將在面A的倍率訂為M、對焦於面B的情形下的倍率訂為M1，則倍率M如圖3B所示，能夠使用對於和磁場中心同一位置的透鏡的主面11從物面X至透鏡的主面11為止之距離a、及從透鏡的主面11至像面A為止之距離b，而藉由以下式(1)定義。另，此處所謂透鏡的主面11，表示從物面X放出至透鏡的主面11之電子的軌道C與從透鏡的主面11前往像面A之電子的軌道D之交點的面。
Figure 02_image001
另一方面，當將焦點位置從像面A修正成像面B的情形下，距離b會變動恰好變動量△b而成為(b＋△b)。故，倍率M1，能夠使用對於透鏡的主面11之距離a與距離(b＋△b)，而藉由以下式(2)定義。另，此處所謂透鏡的主面11，表示從物面X放出至透鏡的主面11之電子的軌道C與從透鏡的主面11前往像面B之電子的軌道D’之交點的面。
Figure 02_image003
如式(2)所示，可知因應成像面(對焦位置)的變動，像的倍率會變化。此外，由於在磁場中心配置靜電透鏡251故亦會導致多射束的旋轉變動變大。
圖4A與圖4B為實施形態1中的對物透鏡與靜電透鏡的配置構成的一例及中心射束軌道示意圖。如圖4A所示，實施形態1中，是將電磁透鏡207(對物透鏡)配置成使得磁場中心位於基板101面。然後，藉由該位置的電磁透鏡207(對物透鏡)，對焦於基板101的例如面A。此外，實施形態1中，在比電磁透鏡207所致之透鏡磁場的最大磁場還靠多射束20的軌道中心軸10的上游側配置被施加控制電位之控制電極(中段電極254)，並且在比控制電極還靠軌道中心軸10的更上游側配置被施加接地電位之接地電極(上段電極252)。又，在基板101被施加負電位。實施形態1中，藉由該接地電極(上段電極252)與控制電極(中段電極254)與基板101所致之偏壓電極(下段電極)，使靜電場產生而構成靜電透鏡250。藉由該構成，實施形態1中，能夠將電磁透鏡207(對物透鏡)與靜電透鏡250所致之透鏡主面11形成在控制電極與基板101之間的高度位置。然後，當基板101面例如從面A變動成面B的情形下，藉由靜電透鏡250使靜電場產生，配合基板101面的高度位置的變動而將多射束動態地對焦於面B。該情形下，實施形態1中，若將在面A的倍率訂為M、對焦於面B的情形下的倍率訂為M2，則倍率M如圖4B所示，能夠使用從物面X至透鏡的主面11為止之距離a、及從透鏡的主面11至像面A為止之距離b，而藉由上述的式(1)定義。
另一方面，當將焦點位置從像面A修正成像面B的情形下，按照實施形態1之構成，能夠使透鏡主面11的位置變化至透鏡主面13的位置。其結果，距離a會偏離恰好透鏡主面的變化量△a，並且距離b會變化成距離b’。故，倍率M2，能夠使用對於透鏡的主面13之距離(a＋△a)與距離b’，而藉由以下式(3)定義。另，此處所謂透鏡的主面13，表示從物面X放出至透鏡的主面13之電子的軌道C’與從透鏡的主面13前往像面B之電子的軌道D’之交點的面。
Figure 02_image005
圖5揭示藉由模擬而求出實施形態1的比較例中的動態對焦所造成的中心射束軌道的變化之圖的一例。 圖6揭示藉由模擬而求出實施形態1中的動態對焦所造成的中心射束軌道的變化之圖的一例。如圖5所示，實施形態1的比較例中，靜電透鏡251配置於磁場中心，故可知即使實施了動態對焦的情形下，透鏡主面仍不會變動。相對於此，實施形態1中，靜電透鏡250配置於偏離磁場中心的位置，故如圖6所示，當將焦點位置從面A修正成面B的情形下，能夠使透鏡主面A的位置變化成透鏡主面B的位置。又，實施形態1中，磁場中心位於基板101面，故能夠急遽地使中心射束軌道變化。故，能夠充分減小距離b及距離b’的差異。同樣地，能夠充分減小透鏡主面A的位置與透鏡主面B的位置的差異。
像以上這樣，實施形態1中，是將磁場中心對齊基板101的例如面A，故相對於距離a而言，距離b及距離b’充分地小。故，能夠近似為b＝b’。此外，相對於距離a而言，透鏡主面的變化量△a充分地小。故，式(3)能夠變形成式(4)。
Figure 02_image007
故，如式(4)所示，藉由實施形態1的靜電透鏡250，即使修正了對焦位置變動△Z的情形下，仍能減小像的倍率變動△M。又，靜電透鏡250配置於偏離磁場中心的位置，故亦能減小旋轉變動△θ。
圖7為實施形態1的各靜電透鏡中的對焦位置變動與施加電位之關係的一例示意圖。圖7中，縱軸表示對焦位置變動△Z(焦點位置變動)(單位為A.U.)，橫軸表示對控制電極(中段電極)施加的電位(單位為A.U.)。如圖7所示，可知相對於靜電透鏡230(EL1)而言，靜電透鏡240(EL2)及靜電透鏡250(EL3)，對於施加電位之對焦位置變動△Z大。換言之，相對於靜電透鏡230(EL1)而言，靜電透鏡240(EL2)及靜電透鏡250(EL3)，對於對焦位置變動△Z之靈敏度高。特別是，可知靜電透鏡250(EL3)對於對焦位置變動△Z之靈敏度高。
圖8為實施形態1的各靜電透鏡中的倍率變動與施加電位之關係的一例示意圖。圖8中，縱軸表示倍率變動△M(單位為A.U.)，橫軸表示對控制電極(中段電極)施加的電位(單位為A.U.)。如圖8所示，可知相對於靜電透鏡230(EL1)及靜電透鏡250(EL3)而言，靜電透鏡240(EL2)，對於施加電位之倍率變動△M大。換言之，相對於靜電透鏡230(EL1)及靜電透鏡250(EL3)而言，靜電透鏡240(EL2)，能夠提高對於倍率變動△M之靈敏度。針對靜電透鏡250(EL3)，如上述般，倍率變動△M小。此外，靜電透鏡240(EL2)的配置位置，如圖1所示，多射束20的例如中心射束的射束軌道的擴散，比靜電透鏡230(EL1)的配置位置還大。靜電透鏡240(EL2)，其多射束20的例如中心射束的射束軌道的擴散較大，相應地能夠比靜電透鏡230(EL1)更提高對於倍率變動△M之靈敏度。
圖9為實施形態1的各靜電透鏡中的旋轉變動與施加電位之關係的一例示意圖。圖9中，縱軸表示旋轉變動△θ(單位為A.U.)，橫軸表示對控制電極(中段電極)施加的電位(單位為A.U.)。如圖9所示，可知相對於靜電透鏡250(EL3)而言，靜電透鏡230(EL1)及靜電透鏡240(EL2)，對於施加電位之旋轉變動△θ大。換言之，相對於靜電透鏡250(EL3)而言，靜電透鏡230(EL1)及靜電透鏡240(EL2)，能夠提高對於旋轉變動△θ之靈敏度。針對靜電透鏡250(EL3)，如上述般，旋轉變動△θ小。
像以上這樣，按照實施形態1，靜電透鏡230(EL1)，相較於對焦位置變動△及倍率變動△M能夠充分地提高對於旋轉變動△θ之靈敏度。又，靜電透鏡240(EL2)，能夠提高對於對焦位置變動△Z、倍率變動△M、及旋轉變動△θ全部之靈敏度。又，靜電透鏡250(EL3)，能夠將倍率變動△M、及旋轉變動△θ抑制得較小，同時提高對於對焦位置變動△Z之靈敏度。像以上這樣按照實施形態1，能夠構成為對於對焦位置變動△Z、像的倍率變動△M、及旋轉變動△θ這3種變動因素之靈敏度，在3個靜電透鏡230，240，250的各靜電透鏡間為相異。
鑑此，實施形態1中，藉由靜電透鏡250(EL3)，使靜電場產生，配合基板101面的高度位置的對焦位置變動△Z，將多射束20動態地對焦於基板101。然後，藉由靜電透鏡230(EL1)與靜電透鏡240(EL2)來修正由於靜電透鏡250所做的動態對焦控制而發生之多射束的像的旋轉變動△θ與倍率變動△M。即使對靜電透鏡250(EL3)施加對焦位置變動△Z之修正所必要的控制電位，仍能將靈敏度低的倍率變動△M、及旋轉變動△θ抑制得較小。故，只要藉由靜電透鏡230(EL1)與靜電透鏡240(EL2)來修正抑制得較小之倍率變動△M、及旋轉變動△θ，便能減小對靜電透鏡230(EL1)與靜電透鏡240(EL2)施加的控制電位。例如，藉由靜電透鏡230(EL1)，修正靈敏度高的旋轉變動△θ。然後，藉由靜電透鏡240(EL2)，修正靈敏度高的倍率變動△M。其結果，能夠將靜電透鏡230(EL1)與靜電透鏡240(EL2)所造成的對焦位置變動△Z抑制得較小而能夠忽略的程度。
像以上這樣按照實施形態1，3個靜電透鏡230，240，250的控制變得容易，而能夠將進行該控制之透鏡控制電路124的控制系統做成比以往更簡易。另，只要作成定義有對於對焦位置變動△Z之對各靜電透鏡230，240，250的控制電極(中段電極)的控制電位之未圖示之表格，而事先存儲於未圖示之記憶裝置即可。此外，基板101面的高度變動量，只要藉由未圖示之z感測器等來測定即可。
圖10為實施形態1中的圖樣檢查裝置的構成的變形例示意構成圖。圖10中，揭示檢查裝置100當中圖像取得機構150的構成。圖10中，將靜電透鏡230，240當中配置於軌道中心軸10的上游側之靜電透鏡230，配置在和藉由電磁透鏡205而成像的多射束的像面位置為共軛之位置(像面共軛位置)。具體而言，將作為控制電極的中段電極234的中間高度位置配置在像面共軛位置。其他的構成如同圖1。在多射束20的像面共軛位置，即使對靜電透鏡施加電位，也不會發生對焦位置變動△Z及倍率變動△M。另一方面，多射束的像的旋轉變動△θ可能會發生。鑑此，圖10例子中，將靜電透鏡230配置在多射束的像面共軛位置，藉此便能不在意對焦位置變動△Z及倍率變動△M，而對靜電透鏡230施加用來修正旋轉變動△θ之電位。此外，靜電透鏡230，配置於電磁透鏡205的磁場內，故藉由磁場的影響能夠減小對靜電透鏡230施加之控制電位。
藉由以上的構成，能夠將修正了動態對焦所造成的倍率變動△M與旋轉變動△θ之多射束20照射至基板101。使用該多射束20的照射而引起之多2次電子束300，進行被檢查基板之圖樣檢查。
圖11為實施形態1中的檢查方法的主要工程示意流程圖。圖11中，實施形態1中的檢查方法，係實施被檢查圖像取得工程(S202)、參照圖像作成工程(S204)、對位工程(S206)、比較工程(S208)這一連串工程。
作為被檢查圖像取得工程(S202)，圖像取得機構150，取得使用多射束20而形成於基板101上之圖樣的2次電子圖像。具體而言係如以下般動作。
如上述般，修正了動態對焦所造成的倍率變動△M與旋轉變動△θ之多射束20照射至基板101。
由於多射束20被照射至基板101的期望之位置，從基板101會放出和多射束20相對應之包含反射電子之多2次電子束300。從基板101放出的多2次電子束300，朝射束分離器210行進，而朝斜上方被彎折。朝斜上方被彎折了的多2次電子束300，藉由偏向器212而軌道被彎折，被投影至多檢測器222。像這樣，多檢測器222，檢測因多射束20照射至基板101面而放出之包含反射電子之多2次電子束300。
圖12為實施形態1中的形成於半導體基板之複數個晶片區域的一例示意圖。圖12中，當基板101為半導體基板(晶圓)的情形下，在半導體基板(晶圓)的檢查區域330，有複數個晶片(晶圓晶粒)332形成為2維的陣列狀。對於各晶片332，藉由未圖示之曝光裝置(步進機)，形成於曝光用光罩基板之1晶片份的光罩圖樣例如會被縮小成1/4而被轉印。各晶片332內，例如被分割成2維狀的橫(x方向)m2列×縱(y方向)n2段(m2，n2為2以上的整數)個的複數個光罩晶粒33。實施形態1中，該光罩晶粒33成為單位檢查區域。
圖13為實施形態1中的多射束的掃描動作說明用圖。圖13例子中，揭示5×5列的多射束20之情形。1次的多射束20的照射所可照射之照射區域34，是由(基板101面上的多射束20的x方向的射束間間距乘上x方向的射束數而得之x方向尺寸)×(基板101面上的多射束20的y方向的射束間間距乘上y方向的射束數而得之y方向尺寸)來定義。圖13例子中，揭示照射區域34和光罩晶粒33為相同尺寸之情形。但，並不限於此。照射區域34亦可比光罩晶粒33還小。或較大亦無妨。然後，多射束20的各射束，在自身的射束所位處之藉由x方向的射束間間距與y方向的射束間間距而被包圍之子照射區域29內做掃描(掃描動作)。構成多射束20的各射束，會負責彼此相異之其中一個子照射區域29。然後，於各擊發時，各射束會照射負責子照射區域29內的相同位置。子照射區域29內的射束的移動，是藉由未圖示之偏向器所致之多射束20全體的集體偏向來進行。反覆該動作，以1個射束依序逐漸照射1個子照射區域29內的全部。
像以上這樣，多射束20全體而言，會將光罩晶粒33訂為照射區域34而掃描(scan)，但各射束會掃描各自相對應之1個子照射區域29。然後，若1個光罩晶粒33的掃描(scan)結束，則移動而使得鄰接的下一光罩晶粒33成為照射區域34，進行該鄰接的下一光罩晶粒33之掃描(scan)。反覆該動作，逐漸進行各晶片332的掃描。每次藉由多射束20之擊發，會從被照射的測定用像素36放出2次電子，在多檢測器222受到檢測。
像以上這樣藉由使用多射束20做掃描，相較於以單射束掃描的情形能夠高速地達成掃描動作(測定)。另，亦可藉由步進及重複(step-and-repeat)動作來進行各光罩晶粒33之掃描，亦可一面使XY平台105連續移動一面進行各光罩晶粒33之掃描。當照射區域34比光罩晶粒33還小的情形下，只要在該光罩晶粒33中一面使照射區域34移動一面進行掃描動作即可。
當基板101為曝光用光罩基板的情形下，會將形成於曝光用光罩基板之1晶片份的晶片區域例如以上述的光罩晶粒33的尺寸予以長條狀地分割成複數個條紋區域。然後，對每一條紋區域，藉由和上述動作同樣的掃描來掃描各光罩晶粒33即可。曝光用光罩基板中的光罩晶粒33的尺寸，為轉印前的尺寸，故為半導體基板的光罩晶粒33的4倍尺寸。因此，當照射區域34比曝光用光罩基板中的光罩晶粒33還小的情形下，1晶片份的掃描動作會增加(例如4倍)。但，在曝光用光罩基板是形成1晶片份的圖樣，故比起形成有比4晶片還多的晶片之半導體基板，掃描次數只需較少。
像以上這樣，圖像取得機構150，使用多射束20掃描形成有圖形圖樣之被檢查基板101上，而檢測因受到多射束20照射而從被檢查基板101放出的多2次電子束300。藉由多檢測器222檢測出的來自各位置之2次電子的檢測資料(測定圖像；2次電子圖像；被檢查圖像)，會被轉送至比較電路108作為圖樣圖像資料。
作為參照圖像作成工程(S204)，參照電路112(參照圖像作成部)，作成和被檢查圖像相對應之參照圖像。參照電路112，基於作為在基板101形成圖樣的基礎之設計資料、或是定義著形成於基板101之圖樣的曝光影像資料之設計圖樣資料，來對每一圖框區域作成參照圖像。作為圖框區域，例如合適是使用光罩晶粒33。具體而言係如以下般動作。首先，從未圖示之記憶裝置通過控制計算機110讀出設計圖樣資料，將讀出的設計圖樣資料中定義之各圖形圖樣變換成2元值或多元值的影像資料。
此處，設計圖樣資料中定義之圖形，例如是以長方形或三角形作為基本圖形之物，例如，存儲有藉由圖形的基準位置之座標(x、y)、邊的長度、區別長方形或三角形等圖形種類之作為識別符的圖形代碼這些資訊來定義各圖樣圖形的形狀、大小、位置等而成之圖形資料。
該作為圖形資料的設計圖樣資料一旦被輸入至參照電路112，就會擴展到每個圖形的資料，而解譯示意該圖形資料的圖形形狀之圖形代碼、圖形尺寸等。然後，將二元值或多元值之設計圖樣圖像資料予以擴展、輸出，作為配置於以規定的量子化尺寸的格子為單位之格盤格內的圖樣。換言之，將設計資料讀入，對於將檢查區域予以假想分割成以規定尺寸為單位之棋盤格而成的每個棋盤格，演算設計圖樣中的圖形所占之占有率，而輸出n位元的占有率資料。例如，合適是將1個棋盤格設定作為1像素。然後，若訂定令1像素具有1/28 (＝1/256)的解析力，則將1/256的小區域恰好分配至配置於像素內之圖形的區域份，來演算像素內的占有率。然後，輸出至參照電路112作為8位元的占有率資料。該棋盤格(檢查像素)，可契合於測定資料的像素。
接下來，參照電路112，對圖形的影像資料亦即設計圖樣的設計圖像資料施加適當的濾波處理。作為測定圖像之光學圖像資料，係處於由於光學系統而濾波起作用之狀態，換言之處於連續變化的類比狀態，因此藉由對圖像強度(濃淡值)為數位值之設計側的影像資料亦即設計圖像資料也施加濾波處理，便能契合測定資料。作成的參照圖像的圖像資料被輸出至比較電路108。
圖14為實施形態1中的比較電路內的構成的一例示意構成圖。圖14中，在比較電路108內，配置磁碟裝置等的記憶裝置50，52，56、被檢查圖像生成部54、對位部57、及比較部58。被檢查圖像生成部54、對位部57、及比較部58這些各「～部」，包含處理電路，該處理電路中，包含電子電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路、或是半導體裝置等。此外，各「～部」亦可使用共通的處理電路(同一處理電路)。或是，亦可使用相異的處理電路(個別的處理電路)。在被檢查圖像生成部5454、對位部57、及比較部58內必要的輸入資料或是演算出的結果會隨時被記憶於未圖示之記憶體、或記憶體118。
在比較電路108內，被轉送的圖樣圖像資料(2次電子資料)會暫時地存儲於記憶裝置50。此外，被轉送的參照圖像資料，暫時地存儲於記憶裝置52。
接下來，被檢查圖像生成部54，使用圖樣圖像資料，對規定的尺寸的每一圖框區域(單位檢查區域)，生成圖框圖像(被檢查圖像)。作為圖框圖像，例如此處生成光罩晶粒33的圖像。但，圖框區域的尺寸不限於此。生成的圖框圖像(例如光罩晶粒圖像)，存儲於記憶裝置56。
作為對位工程(S206)，對位部57，將作為被檢查圖像的光罩晶粒圖像、與和該光罩晶粒圖像相對應之參照圖像讀出，以比像素36還小的次像素單位將兩圖像做對位。例如，可以最小平方法進行對位。
作為比較工程(S208)，比較部58，將光罩晶粒圖像(被檢查圖像)與參照圖像比較。比較部58，遵照規定的判定條件依每個像素36比較兩者，例如判定有無形狀缺陷這些缺陷。例如，若每個像素36的階度值差比判定閾值Th還大則判定為缺陷。然後，比較結果被輸出。比較結果，可被輸出至未圖示之記憶裝置、監視器、或記憶體，或藉由印表機被輸出。
另，不限於上述的晶粒－資料庫檢查，進行晶粒－晶粒檢查亦無妨。當進行晶粒－晶粒檢查的情形下，可將形成有相同圖樣的光罩晶粒33的圖像彼此做比較。故，會使用作為晶粒(1)的晶圓晶粒332的一部分區域的光罩晶粒圖像，與作為晶粒(2)的另一晶圓晶粒332的相對應之區域的光罩晶粒圖像。或是，將同一晶圓晶粒332的一部分區域的光罩晶粒圖像訂為晶粒(1)的光罩晶粒圖像，而將形成有相同圖樣的同一晶圓晶粒332的另一部分的光罩晶粒圖像訂為晶粒(2)的光罩晶粒圖像來做比較亦無妨。在該情形下，只要將形成有相同圖樣的光罩晶粒33的圖像彼此的一方訂為參照圖像來使用，便能以和上述的晶粒一資料庫檢查同樣的手法來檢查。
也就是說，作為對位工程(S206)，對位部57，將晶粒(1)的光罩晶粒圖像、與晶粒(2)的光罩晶粒圖像讀出，以比像素36還小的次像素單位將兩圖像做對位。例如，可以最小平方法進行對位。
然後，作為比較工程(S208)，比較部58，將晶粒(1)的光罩晶粒圖像、與晶粒(2)的光罩晶粒圖像比較。比較部58，遵照規定的判定條件依每個像素36比較兩者，例如判定有無形狀缺陷這些缺陷。例如，若每個像素36的階度值差比判定閾值Th還大則判定為缺陷。然後，比較結果被輸出。比較結果，可被輸出至未圖示之記憶裝置、監視器、或記憶體，或藉由印表機被輸出。
像以上這樣，按照實施形態1，能夠構成為對於變動因素之靈敏度，在各靜電透鏡間為相異。故，能夠藉由不肥大化而是效率化的靜電透鏡控制電路，以有效率地受到最佳化之3個靜電透鏡來修正對焦位置變動△Z、像的倍率變動△M、及旋轉變動△θ這3種變動因素。
以上說明中，一連串的「～電路」包含處理電路，該處理電路中，包含電子電路、電腦、處理器、電路基板、量子電路、或是半導體裝置等。此外，各「～電路」亦可使用共通的處理電路(同一處理電路)。或是，亦可使用相異的處理電路(個別的處理電路)。令處理器等執行之程式，可記錄於磁碟裝置、磁帶裝置、FD、或是ROM(唯讀記憶體)等的記錄媒體。例如，比較電路108、參照電路112、電磁透鏡控制電路124、及靜電透鏡控制電路126等，亦可藉由上述的至少1個處理電路來構成。
以上已一面參照具體例一面針對實施形態做了說明。但，本發明並非限定於該些具體例。
此外，針對裝置構成或控制手法等對於本發明說明非直接必要之部分等雖省略記載，但能夠適當選擇使用必要之裝置構成或控制手法。
其他具備本發明之要素，且所屬技術領域者可適當變更設計之所有多電子束照射裝置，多電子束照射方法，及多電子束檢查裝置，均包含於本發明之範圍。
10:軌道中心 11，13:主面 22:孔 33:光罩晶粒 50，52，56:記憶裝置 54:被檢查圖像生成部
57:對位部
58:比較部
100:檢查裝置
101:基板
102:電子束鏡柱
103:檢查室
105:XY平台
108:比較電路
110:控制計算機
112:參照電路
120:匯流排
124:電磁透鏡控制電路
126:靜電透鏡控制電路
150:圖像取得機構
160:控制系統電路
201:電子槍
203:成形孔徑陣列基板
204:電磁透鏡
205:電磁透鏡
206:電磁透鏡
207:電磁透鏡
210:射束分離器
212:偏向器
222:多檢測器
230:靜電透鏡
232:上段電極
234:中段電極
236:下段電極
240:靜電透鏡
242:上段電極
244:中段電極
246:下段電極
250:靜電透鏡
252:上段電極
330:檢查區域
332:晶片
圖1為實施形態1中的圖樣檢查裝置的構成示意概念圖。 圖2為實施形態1中的成形孔徑陣列基板的構成示意概念圖。 圖3A與圖3B為實施形態1的比較例中的對物透鏡與靜電透鏡的配置構成的一例及中心射束軌道示意圖。 圖4A與圖4B為實施形態1中的對物透鏡與靜電透鏡的配置構成的一例及中心射束軌道示意圖。 圖5揭示藉由模擬而求出實施形態1的比較例中的動態對焦所造成的中心射束軌道的變化之圖的一例。 圖6揭示藉由模擬而求出實施形態1中的動態對焦所造成的中心射束軌道的變化之圖的一例。 圖7為實施形態1的各靜電透鏡中的對焦位置變動與施加電位之關係的一例示意圖。 圖8為實施形態1的各靜電透鏡中的倍率變動與施加電位之關係的一例示意圖。 圖9為實施形態1的各靜電透鏡中的旋轉變動與施加電位之關係的一例示意圖。 圖10為實施形態1中的圖樣檢查裝置的構成的變形例示意構成圖。 圖11為實施形態1中的檢查方法的主要工程示意流程圖。 圖12為實施形態1中的形成於半導體基板之複數個晶片區域的一例示意圖。 圖13為實施形態1中的多射束的掃描動作說明用圖。 圖14為實施形態1中的比較電路內的構成的一例示意構成圖。
10:軌道中心
20:多射束
100:檢查裝置
101:基板
102:電子束鏡柱
103:檢查室
105:XY平台
108:比較電路
110:控制計算機
112:參照電路
120:匯流排
124:電磁透鏡控制電路
126:靜電透鏡控制電路
150:圖像取得機構
160:控制系統電路
200:電子束
201:電子槍
203:成形孔徑陣列基板
204:電磁透鏡
205:電磁透鏡
206:電磁透鏡
207:電磁透鏡
210:射束分離器
212:偏向器
222:多檢測器
230:靜電透鏡
232:上段電極
234:中段電極
236:下段電極
240:靜電透鏡
242:上段電極
244:中段電極
246:下段電極
250:靜電透鏡
252:上段電極
254:中段電極
300:多2次電子束

Claims (5)

  1. 一種多電子束照射裝置，其特徵為，具備：平台，載置供多電子束照射之基板；及第1電磁透鏡，配置成使得透鏡磁場的中心位於前述基板面的高度位置，將前述多電子束對焦於前述基板；及第1靜電透鏡，係使用藉由施加負電位而被用作為偏壓電極之前述基板、及被施加控制電位之控制電極、及被施加接地電位之接地電極來構成，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板；前述控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側，前述接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，更具備：第2與第3電磁透鏡，配置於比前述第1靜電透鏡還靠前述軌道中心軸的上游側；及第2靜電透鏡，配置於前述第2電磁透鏡的透鏡磁場中；及第3靜電透鏡，配置於前述第3電磁透鏡的透鏡磁場中； 前述第2靜電透鏡，配置於比前述第3電磁透鏡還上游側，藉由前述第2與第3靜電透鏡修正由於前述第1靜電透鏡所致的動態對焦控制而發生之前述多電子束的像的旋轉誤差與倍率變動。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中，將前述第2與第3靜電透鏡當中配置於前述軌道中心軸的上游側之前述第2靜電透鏡，配置在和前述多電子束的像面位置為共軛之位置。
  4. 一種多電子束照射方法，其特徵為，藉由配置成使得透鏡磁場的中心位於被載置於平台的基板面的高度位置之第1電磁透鏡，而將用來照射至前述基板的多電子束對焦於前述基板，藉由第1靜電透鏡，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板，其中該第1靜電透鏡具有：控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側，而被施加控制電位；及接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側，而被施加接地電位；且藉由對前述基板施加負電位來用作為偏壓電極。
  5. 一種多電子束檢查裝置，其特徵為，具備：平台，載置供多電子束照射之基板；及第1電磁透鏡，配置成使得透鏡磁場的中心位於前述基板面的高度位置，將前述多電子束對焦於前述基板；及第1靜電透鏡，係使用藉由施加負電位而被用作為偏壓電極之前述基板、及被施加控制電位之控制電極、及被施加接地電位之接地電極來構成，使靜電場產生，配合前述基板面的高度位置的變動來將前述多電子束動態地對焦於前述基板；及多檢測器，檢測由於前述多射束照射至前述基板而從前述基板放出的包含反射電子之多2次電子束；前述控制電極，配置於比前述第1電磁透鏡所致之透鏡磁場的最大磁場還靠前述多射束的軌道中心軸的上游側，前述接地電極，配置於比前述控制電極還靠前述軌道中心軸的上游側。
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