JP7770511B2 - Multi-beam image generating device and multi-beam image generating method - Google Patents
Multi-beam image generating device and multi-beam image generating methodInfo
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Description
本発明は、複数の1次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成装置およびマルチビーム画像生成方法に関するものである。 The present invention relates to a multi-beam image generating device and a multi-beam image generating method that generate an image by scanning multiple primary electron beams on a sample.
従来、半導体産業はムーアの法則で有名な微細加工技術の進展によりもたらされるデバイス性能向上およびコストメリットで経済が支えられているが、半導体デバイスの微細加工限界は露光技術によって決定される。半導体露光技術はパターンを作り出すためのフォトマスクと呼ばれる原版と露光装置およびパターンを形成するレジストから成っている。現在露光装置は4対1の縮小露光技術が使用されているため、半導体デバイスが実際に作られるシリコンウエハー上のパターン構造物の4倍の大きさのパターン構造がフォトマスク上に形成されている。 Traditionally, the semiconductor industry's economy has been supported by improved device performance and cost benefits brought about by advances in microfabrication technology, famously known as Moore's Law, but the limits of microfabrication for semiconductor devices are determined by exposure technology. Semiconductor exposure technology consists of an original plate called a photomask, which creates the pattern, an exposure device, and a resist that forms the pattern. Currently, exposure devices use 4:1 reduction exposure technology, so pattern structures formed on the photomask are four times larger than the pattern structures on the silicon wafers on which semiconductor devices are actually made.
半導体回路設計データに基づいてフォトマスク上に作られたパターンを如何に正確にウエハー表面のレジスト膜パターンへと転写できるかが露光技術最大の課題である。仮にフォトマスクに異常があればそれは露光装置によってウエハー表面に転写されウエハー上に不具合が生じる。 The biggest challenge in exposure technology is how accurately the pattern created on the photomask based on semiconductor circuit design data can be transferred to the resist film pattern on the wafer surface. If there is an abnormality in the photomask, it will be transferred to the wafer surface by the exposure equipment, causing defects on the wafer.
露光不良を防止するためには少なくともフォトマスクを全面検査して正しい状態に修正し設計通りの完璧なパターン状態にすることが必要である。微細加工限界は露光に利用される光の波長に比例するので露光に利用される光の波長は時代とともに短波長化が進められている。 To prevent exposure defects, it is necessary to at least inspect the entire photomask and correct it to ensure a perfect pattern as designed. The limit of fine processing is proportional to the wavelength of the light used for exposure, so the wavelength of light used for exposure is becoming shorter over time.
20世紀終盤から露光光源には波長193nmのレーザー光源が使用されてきたため、長期にわたってフォトマスク上のパターンは193nm等のレーザー光線を照明光とする光学式マスクパターン検査装置を用いて検査が行われてきた。 Since the end of the 20th century, laser light sources with a wavelength of 193 nm have been used as exposure light sources, and for a long time, patterns on photomasks have been inspected using optical mask pattern inspection equipment that uses laser light of 193 nm or similar as illumination light.
しかしながら、2019年より波長が13.5nmと短いEUV光を用いた露光技術が本格導入され露光できる微細加工限界がより小さくなった。フォトマスク上のパターンも従来の最小パターンサイズ100nm程度の大きさから50nm以下と小さくなり、従来の193nmの光では十分な検査が出来なくなってきた。 However, since 2019, exposure technology using EUV light with a short wavelength of 13.5 nm has been fully introduced, further reducing the limit of microfabrication that can be exposed. Patterns on photomasks have also become smaller, from the previous minimum pattern size of around 100 nm to 50 nm or less, making it no longer possible to adequately inspect them using the previous 193 nm light.
一方、露光波長と同じ波長である13.5nmの波長を用いたいわゆるアクティニック検査装置もある。しかしながら、波長が13.5nmと短くなると空気によって殆ど吸収されてしまうため、検査装置内部の真空化が必要で、従来の大気中で実装されていた装置と比べて非常に複雑に成る。また、13.5nmの光を透過できる光学レンズが存在しないため、光学系は全て反射光学系で構成することが必要となり、これもまた複雑で効率の悪いものに成る。例えば、13.5nmの波長を利用するEUV露光装置では光源全出力の1%程度しか利用できないほど効率が悪い。 On the other hand, there are also so-called actinic inspection systems that use a wavelength of 13.5 nm, the same wavelength as the exposure wavelength. However, because wavelengths as short as 13.5 nm are almost entirely absorbed by air, the inspection system must be evacuated, making it significantly more complex than conventional systems implemented in the atmosphere. Furthermore, because there are no optical lenses that can transmit 13.5 nm light, the entire optical system must be constructed using reflective optics, which is also complex and inefficient. For example, EUV exposure systems that use a wavelength of 13.5 nm are so inefficient that they can only utilize about 1% of the total light source output.
光学装置の解像度は開口率NAに比例する性質がある。例えば、波長193nmを用いた光学系の場合、液浸や油浸などを利用することにより1を超える大きな開口率が実現できるため、193nmと長い波長であるにもかかわらず1回の露光で40nm程度のパターンを解像することが出来る。ダブルパターニングを用いれば20nm程度のパターンを作ることさえ可能である。 The resolution of an optical device is proportional to the numerical aperture (NA). For example, in the case of an optical system using a wavelength of 193 nm, a large numerical aperture of over 1 can be achieved by using liquid immersion or oil immersion, making it possible to resolve patterns of around 40 nm with a single exposure, despite the long wavelength of 193 nm. Using double patterning, it is even possible to create patterns of around 20 nm.
一方、EUV光を用いた場合、反射光学系を用いるためMAが0.33など小さな開口率しか実現できない。光源波長が従来波長と比較して10分の1と短いにもかかわらず精々13nm程度の解像度しか得られず、波長が短く成った割には性能向上が小さい。また、例えば検出対象がパーティクルの場合、パーティクルサイズの6乗に比例して反射光が弱まり、波長の2乗で反射光が強くなる。つまり、パーティクルサイズが小さくなると信号強度は急激に弱くなるため欠陥検出感度は激減する。このように光学技術を用いたフォトマスク検査技術は技術的に限界を迎えている。また、従来光学原理を用いた装置は大気中で動作したため、装置製造や運用が容易であったが、波長が短くなると空気に吸収されてしまうため大きな真空チャンバーが必要となり電子ビーム装置に対する使い勝手の優位性が無くなる。 On the other hand, when EUV light is used, only a small aperture ratio, such as an MA of 0.33, can be achieved due to the use of a reflective optical system. Despite the light source wavelength being one-tenth that of conventional wavelengths, a resolution of only about 13 nm can be achieved, resulting in a small performance improvement despite the shorter wavelength. Furthermore, when the detection target is a particle, for example, the reflected light weakens in proportion to the sixth power of the particle size and increases in proportion to the square of the wavelength. In other words, as particle size decreases, the signal strength rapidly weakens, dramatically reducing defect detection sensitivity. Thus, photomask inspection technology using optical technology is reaching its technological limits. Furthermore, while conventional devices using optical principles operated in the atmosphere, making them easy to manufacture and operate, shorter wavelengths are absorbed by air, requiring a large vacuum chamber, eliminating the ease of use advantage over electron beam devices.
一方、nmオーダーの高解像度を実現する技術としては電子顕微鏡がある。30年以上前から電子ビームを用いた電子ビーム式欠陥検査技術が開発されてきている。商品化は行われているがスループットが光学式と比較して極端に小さいため中々主たる検査装置としては実用化していないのが現状である。光学式では出来ない電気的な欠陥を見つけることが出来るので、新ウエハープロセス開発用途に徐々に普及してきている。 On the other hand, electron microscopes are a technology that can achieve nanometer-order high resolution. Electron beam defect inspection technology using electron beams has been developed for over 30 years. Although it has been commercialized, its throughput is extremely low compared to optical methods, so it has not yet been put into practical use as a primary inspection tool. However, because it can find electrical defects that cannot be found with optical methods, it is gradually becoming more widely used in developing new wafer processes.
レーザー光線と違い電子ビームにはレーザーのようにエネルギーの分散が小さくて輝度の高い電子ビーム源が無い。さらに電子はマイナス電荷を持つためレンズ等で小さなスポットに絞り込むと電子同士がお互いに静電反発する。そのため、高速検査に必要とされる大電流を流すと光学限界以上に最小ビームスポットサイズが大きくなってしまい、分解能が劣化する。つまり、1本の電子ビームを用いた場合、分解能と検査速度との間には非常にきついトレードオフの関係があるため、微細化が進むほど速度が遅く成るという原理的な欠陥を持っている。 Unlike laser beams, electron beams do not have a source with the same small energy dispersion and high brightness as lasers. Furthermore, because electrons have a negative charge, when they are narrowed down to a small spot using a lens or other device, they electrostatically repel each other. As a result, when the large current required for high-speed inspection is passed, the minimum beam spot size becomes larger than the optical limit, degrading resolution. In other words, when using a single electron beam, there is an extremely severe trade-off between resolution and inspection speed, which means that the speed becomes slower as miniaturization progresses, resulting in a fundamental flaw.
例えば、現在の所、1つの電子ビームを用いて実現できる最高検査速度は精々数百Mピクセル毎秒である。フォトマスクは凡そ10cm角の領域にパターンが書かれているため、その領域を全て検査することが必要である。例えば、最先端のフォトマスク上のパターンが十分に解像できる10nmの分解能で検査するためには、10の14乗ピクセルの画素を取得する必要がある。例えば100Mピクセル毎秒で画素取得すると10の6乗秒が必要である。言い直すと277時間つまり10日以上掛かる。また、検査に必要なSNR10以上の画像を得るために何度も走査することが必要である。従来の光学式フォトマスク検査装置は約2時間で1枚のフォトマスクを検査することが可能なので、電子ビーム式は100倍も遅すぎて実用上使えない。 For example, currently, the maximum inspection speed achievable using a single electron beam is at most a few hundred megapixels per second. Because photomasks have patterns written over an area of approximately 10 cm square, it is necessary to inspect that entire area. For example, to inspect the patterns on cutting-edge photomasks at a resolution of 10 nm, which is sufficient to resolve them, it is necessary to acquire 10^14 pixels. Acquiring pixels at 100 megapixels per second requires 10^6 seconds. In other words, this takes 277 hours, or more than 10 days. Furthermore, multiple scans are required to obtain images with an SNR of 10 or higher, which is necessary for inspection. Conventional optical photomask inspection equipment can inspect one photomask in approximately two hours, making electron beam systems 100 times slower than this to be practically usable.
一方,電子ビーム検査装置の速度改善を行うためにマルチ電子ビーム検査装置と呼ばれる電子ビームを複数個同時に並列にサンプルに照射して高速検査を行う方法が研究されている。この方法では、100本以上の小さな電子ビームを同時に照射して走査を行うため1本に流す電流量を小さく抑えることが可能で、ビームの静電反発の影響を受けず高分解能を維持したままで検査速度を従来の1本の電子ビームを用いた場合と比較して高速に出来るとされている。 Meanwhile, in order to improve the speed of electron beam inspection equipment, a method known as a multi-electron beam inspection system is being researched, in which multiple electron beams are irradiated simultaneously in parallel onto a sample to perform high-speed inspections. With this method, more than 100 small electron beams are irradiated simultaneously for scanning, making it possible to reduce the amount of current flowing through each beam. This is said to enable faster inspection speeds than when using a single electron beam, while maintaining high resolution without being affected by electrostatic repulsion of the beams.
しかしながら、従来から多くの会社によって色々な形式のマルチビーム検査装置が開発されており、次世代の高速検査装置として非常に有望視されているが、当初思ったほどの高速化や高分解能化が実現できておらず、未だに半導体用検査装置としては商品化されていない。 However, many companies have been developing various types of multi-beam inspection equipment, and although they are seen as very promising next-generation high-speed inspection equipment, they have not yet achieved the speed and resolution initially expected, and have not yet been commercialized as semiconductor inspection equipment.
半導体産業で使用する装置は工業用計測装置であり一種のミッションクリティカルな装置で24時間365日不具合を起こさずに稼働し続ける必要があるため、高いロバスト性が必須である。理科学機器装置のように大学の先生や生徒が偶に使って論文が書ける程度では全く実用上使えない。いろいろな測定条件や測定対象あるいは装置設置環境変化に耐えさらに長期にわたって性能が安定に保たれている必要がある。 The equipment used in the semiconductor industry is industrial measurement equipment, a type of mission-critical equipment that must operate without malfunction 24 hours a day, 365 days a year, so high robustness is essential. Unlike scientific equipment, which university professors and students may use occasionally to write papers, it is completely unusable for practical purposes. It must be able to withstand a variety of measurement conditions, measurement targets, and changes in the equipment installation environment, and maintain stable performance over the long term.
従来のシングルビーム方式の高速検査装置では連続ステージ方式が一般的であるが、2次元の画像取得を同時に行うマルチビーム方式では1回のスキャンで取得できる面積を出来るだけ多くして高速化するステップ&リピート方式が採用されてきたため、ステージ移動時間が支配的となり高速化が出来ないという問題があった。 Conventional single-beam high-speed inspection equipment generally uses a continuous stage system, but multi-beam systems that simultaneously acquire two-dimensional images have adopted a step-and-repeat system that maximizes the area that can be acquired in a single scan to increase speed. However, this has led to the problem that the stage movement time is dominant and speed cannot be increased.
また、走査領域の境界には明確に感度差に基づくコントラスト差が生じ、検査画像としては使いにくいという問題もあった。 Another problem was that there were clear contrast differences due to differences in sensitivity at the boundaries of the scanned area, making it difficult to use as an inspection image.
また、シングルビーム方式の場合には、ビームが1本しかないため容易に照射位置補正が可能で所望の位置に電子ビーム照射することが出来る。しかし、マルチビーム方式の場合には、同時に複数の電子ビーム照射を行って2次元画像を取得するため、それぞれの電子ビーム照射位置を所望の位置に厳密に制御することは容易でないという問題があった。また、さらに高速化のために2次元の画像情報の取得中にステージ走行を行うと、走行中に起こるステージ回転、うねり、ステージ速度変動、高さ変動、振動などが2次元画像取得に影響し、画像の品質を低下させてしまうという問題があった。 Furthermore, with the single-beam system, because there is only one beam, the irradiation position can be easily corrected and the electron beam can be irradiated at the desired position. However, with the multi-beam system, multiple electron beams are irradiated simultaneously to acquire a two-dimensional image, which poses the problem of not being able to precisely control the irradiation position of each electron beam to the desired position. Furthermore, if the stage is moved while acquiring two-dimensional image information in order to increase speed, stage rotation, undulation, stage speed fluctuations, height fluctuations, and vibrations that occur during movement can affect the acquisition of two-dimensional images and reduce image quality.
また、単に従来のシングルビームの場合と同じように画像を取得するだけでは画像が歪んだり飛んだりして正確な画像取得が出来ず、検査に利用できないという問題があった。 Furthermore, simply capturing an image in the same way as with conventional single beams results in distorted or skipped images, making it impossible to capture an accurate image and making it unusable for inspection.
本発明は、上述した課題を解決するために、複数の1次電子ビームを生成してこれらをサンプルに照射しつつサンプルを移動させ、そのときに放出された複数の2次電子ビームをビームスプリッタで分離して電子検出装置でそれぞれの画像情報を検出して1枚の画像に合成し、画像取得を高速に行うことを実現した。 To solve the above-mentioned problems, the present invention generates multiple primary electron beams and irradiates them onto a sample while the sample is moved. The multiple secondary electron beams emitted at this time are separated by a beam splitter, and the image information from each is detected by an electron detection device and combined into a single image, thereby achieving high-speed image acquisition.
そのため、本発明は、複数の1次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成装置において、複数の1次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームを2段偏向して対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された2次電子ビームを前記1次電子ビームと反対方向に2段偏向して投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、ビームスプリッタで2段偏向されて軸に入射された1次電子ビームを細く絞る対物レンズと、対物レンズで細く絞られた1次電子ビームを偏向してサンプル上で走査する偏向系と、ビームスプリッタで2段偏向されて軸に入射された2次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、サンプルを一定方向に少なくとも移動させるステージと、サンプルの移動方向の位置、直角方向の位置をリアルタイム測定する干渉計とを備え、複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームをビームスプリッタで対レンズの軸に偏向し、対物レンズでサンプルに細く絞った1次電子ビームを照射すると共に偏向系により走査し、サンプルから放出された2次電子をビームスプリッタで投影レンズの軸に偏向し、投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力するようにしている。 Therefore, the present invention provides a multi-beam image generating device that generates an image by scanning a sample with multiple primary electron beams, comprising: a multiple beam generating device that generates multiple primary electron beams; a beam splitter that deflects the multiple primary electron beams generated by the multiple beam generating device in two stages to make them incident on the axis of an objective lens, and also deflects a secondary electron beam emitted from the sample in two stages in the opposite direction to the primary electron beams to make them incident on the axis of a projection lens; an objective lens that narrows the primary electron beam that has been deflected in two stages by the beam splitter and is incident on the axis; a deflection system that deflects the narrowed primary electron beam by the objective lens to scan it on the sample; The system is equipped with a projection lens that focuses the secondary electron beam, which has been deflected twice by a beam splitter and is incident on the axis, onto an electron detector; a stage that moves the sample in at least a fixed direction; and an interferometer that measures the position of the sample in the direction of movement and in the perpendicular direction in real time. The multiple primary electron beams generated by the multiple beam generator are deflected by the beam splitter onto the axis of the objective lens, the objective lens irradiates the sample with the narrowed primary electron beam and scans it with the deflection system, and the secondary electrons emitted from the sample are deflected by the beam splitter onto the axis of the projection lens, which then focuses the beam on the electron detector, outputting image information from the multiple electron beams.
この際、出力された複数電子ビームの画像情報をもとに、1枚の画像に合成する合成手段を備えるようにしている。 In this case, a synthesis means is provided to synthesize the image information from the multiple electron beams output into a single image.
また、出力された複数電子ビームの画像情報および干渉計から出力されたサンプルのリアルタイムの移動方向の位置、直角方向の位置をもとにステージの移動量、回転量の補正を行う、あるいはステージの移動量、回転量に対応する分だけ画像情報を移動、回転する補正を行うようにしている。 In addition, the amount of stage movement and rotation is corrected based on the image information of the multiple electron beams output and the real-time position of the sample in the movement direction and perpendicular direction output from the interferometer, or the image information is moved and rotated by an amount corresponding to the amount of stage movement and rotation.
また、ステージの高さ方向の位置をリアルタイムに測定してこれをもとにステージの高さの補正を行い、あるいは電磁的に補正を行い、自動フォーカスするようにしている。 In addition, the height position of the stage is measured in real time and the stage height is corrected based on this, or corrected electromagnetically, for automatic focusing.
また、複数ビーム生成装置は、1本の1次電子ビームを複数の穴の開いたアパチャーに照射して複数の1次電子ビームを生成するようにしている。 In addition, the multiple beam generating device generates multiple primary electron beams by irradiating a single primary electron beam onto an aperture with multiple holes.
また、ビームスプリッタは1次電子の入射側の第1段目を静電偏向器、第2段目を電磁偏向器とし、第2段目の電磁偏向器でサンプルから放出された2次電子ビームを1次電子ビームと逆方向に偏向して分離するようにしている。 The beam splitter also has an electrostatic deflector in the first stage on the primary electron incident side, and an electromagnetic deflector in the second stage, with the second stage electromagnetic deflector deflecting the secondary electron beam emitted from the sample in the opposite direction to the primary electron beam to separate it.
また、サンプルに負のリターディング電圧を印加し、サンプルに照射して走査する1次電子ビームの高分解能を維持したままでエネルギーを低下させ、サンプルのダメージを軽減するようにしている。 In addition, a negative retarding voltage is applied to the sample, reducing the energy of the primary electron beam that irradiates and scans the sample while maintaining high resolution, thereby reducing damage to the sample.
また、投影レンズの前あるいは後に2次電子ビームの位置補正用の偏向系を設けるようにしている。 In addition, a deflection system for correcting the position of the secondary electron beam is provided before or after the projection lens.
本発明は、複数の1次電子ビームを生成してこれらをサンプルに照射しつつサンプルを移動させ、そのときに放出された複数の2次電子ビームをビームスプリッタで分離して電子検出装置でそれぞれの画像情報を検出して1枚の画像に合成し、画像取得を高速に行うことが可能となった。 This invention generates multiple primary electron beams and irradiates them onto a sample while the sample is moved. The multiple secondary electron beams emitted at this time are separated by a beam splitter, and the image information from each is detected by an electron detection device and combined into a single image, making it possible to acquire images at high speed.
また、複数の1次電子ビームをサンプルに照射して検出した複数の2次電子ビームの画像をオーバーラップして検出し、1枚の画像に合成したときの境界のコントラスト差の発生を低減することができた。 In addition, by irradiating a sample with multiple primary electron beams and detecting multiple secondary electron beam images in an overlapping manner, the contrast differences at the boundaries when the images were combined into a single image were reduced.
また、複数の1次電子ビームのサンプルへの照射位置を予め取得して登録することにより、2次電子ビームの画像の中心位置を補正し、精密な画像を合成することが可能となった。 In addition, by acquiring and registering the irradiation positions of multiple primary electron beams on the sample in advance, it is now possible to correct the center position of the secondary electron beam image and synthesize a precise image.
また、サンプルを搭載したステージの位置、回転をリアルタイムにレーザ干渉計で精密に実測して記録し、複数の2次電子ビームの画像の移動量、回転量をそれぞれ補正し、精密な画像情報を生成できるようになった。 In addition, the position and rotation of the stage carrying the sample can be precisely measured and recorded in real time using a laser interferometer, allowing the movement and rotation of the images of multiple secondary electron beams to be corrected, generating precise image information.
図1は、本発明の1実施例構造図を示す。 Figure 1 shows a structural diagram of one embodiment of the present invention.
図1において、電子銃1は、電子線を発生させる公知のものであって、数百Vないし数十KVに加速された1次電子ビームを発生させるものである。電子銃はWやLaB6などの熱電子源やZrO等を用いたTFEやコールドフィールドエミッタあるいはフォトカソードが使用されており、電子銃室はイオンポンプやゲッターポンプ等を用いて10のマイナス8乗Pa以上の超高真空あるいは極高真空に保たれている。 In Figure 1, electron gun 1 is a well-known device that generates an electron beam, generating a primary electron beam accelerated to several hundred volts to several tens of kilovolts. The electron gun uses a thermionic electron source such as W or LaB6, a TFE using ZrO or a cold field emitter, or a photocathode, and the electron gun chamber is maintained at an ultra-high or extremely high vacuum of 10-8 Pa or higher using an ion pump, getter pump, etc.
ブランキング装置2は、電子銃1から放出された1次電子ビームを高速にONあるいはOFFするものであって、電圧をONあるいはOFFして1次電子ビームを偏向して通過あるいは遮断するものである。 The blanking device 2 quickly turns the primary electron beam emitted from the electron gun 1 on or off, deflecting the primary electron beam by turning the voltage on or off to allow it to pass or block it.
照明レンズ3は、電子銃1で発生・加速された電子ビームを集束、ここで、後述する図4に示す所定のビームになるように集束するものである。 The illumination lens 3 focuses the electron beam generated and accelerated by the electron gun 1 into the specified beam shown in Figure 4, which will be described later.
マルチビームアパチャー3-1は、照射された1次電子ビームから複数の1次電子ビームに分割(例えば100分割)して生成するものである。 The multi-beam aperture 3-1 splits the irradiated primary electron beam into multiple primary electron beams (for example, 100 splits).
対物アパチャー4は、複数の1次電子ビームのうちのそれぞれの中心部分を通過させ、該通過させた各1次電子ビームについて、後述する対物レンズ6によってサンプル8の表面上に細く絞ってそれぞれ照射するためのものである。 The objective aperture 4 allows the central portion of each of the multiple primary electron beams to pass through, and each of the passed primary electron beams is focused by the objective lens 6, which will be described later, and irradiated onto the surface of the sample 8.
ビームスプリッタ5は、1次電子と、反対方向に進む2次電子とを分離するものであって、上段が静電偏向器5ー1、下段が電磁偏向器5ー2から構成されるものである。1次電子ビームは静電偏向器5ー1により図1に示すように、右側に偏向され、電磁偏向器5ー2により左側に偏向され、対物レンズ6の軸上に振り戻され、該対物レンズ6によってサンプル8の上に細く絞られて結像される。サンプル8から放出された2次電子は電磁偏向器5ー2によって図1に示すように、右側に偏向され、静電偏向器5ー1により左側に偏向され、投影レンズ12に軸上に振り戻され、投影レンズ12によって電子検出装置14の上に複数の2次電子ビームが結像され、複数の2次電子画像(2次電子信号)を出力する。 Beam splitter 5 separates primary electrons from secondary electrons traveling in the opposite direction, and is composed of an electrostatic deflector 5-1 on the upper stage and an electromagnetic deflector 5-2 on the lower stage. The primary electron beam is deflected to the right by electrostatic deflector 5-1, as shown in FIG. 1, and to the left by electromagnetic deflector 5-2, then deflected back onto the axis of objective lens 6, which then focuses the beam onto sample 8 and forms an image. Secondary electrons emitted from sample 8 are deflected to the right by electromagnetic deflector 5-2, as shown in FIG. 1, and to the left by electrostatic deflector 5-1, then deflected back onto the axis of projection lens 12, which then forms multiple secondary electron beams onto electron detection device 14, outputting multiple secondary electron images (secondary electron signals).
静電偏向器5ー1は、ビームスプリッタ5を構成する電子銃1に近い側の偏向器であって、ここでは、静電偏向器である。 Electrostatic deflector 5-1 is the deflector that constitutes the beam splitter 5 and is closer to the electron gun 1, and in this case is an electrostatic deflector.
電磁偏向器5ー2は、ビームスプリッタ5を構成する電子銃1から離れた側の偏向器であって、ここでは、電磁偏向器である。 Electromagnetic deflector 5-2 is the deflector that constitutes the beam splitter 5 and is located away from the electron gun 1, and in this case is an electromagnetic deflector.
対物レンズ6は、複数の1次電子ビームを細く絞ってサンプル8の上に照射するものである。 The objective lens 6 narrows the multiple primary electron beams and irradiates them onto the sample 8.
偏向装置7は、複数の1次電子ビームをサンプル8で走査するものであって、通常はステージ9の一定方向に一定速度で移動させたときに、直角方向に繰り返し一定速度で走査するものである。尚、一定方向に走査(XあるいはYあるいは任意の方向に一定走査)するのみでなく、平面走査(XY走査)してもよい。 The deflection device 7 scans multiple primary electron beams across the sample 8, and typically scans the sample 8 at a constant speed in the perpendicular direction when the stage 9 is moved at a constant speed in a constant direction. In addition to scanning in a constant direction (constant scanning in X, Y, or any direction), planar scanning (XY scanning) is also possible.
サンプル8は、マスク、ウェハなどの複数画像を取得して1枚に合成する対象の試料である。 Sample 8 is a specimen, such as a mask or wafer, from which multiple images are acquired and combined into a single image.
ミラー8ー1は、レーザ干渉計で位置をリアルタイムに実測するための反射鏡である。 Mirror 8-1 is a reflecting mirror used to measure position in real time using a laser interferometer.
ステージ(XYZθステージ)9は、サンプルを搭載してXYZ、更にθ(回転)が可能なステージであって、図示外の干渉計により、XYZ,θをリアルタイムに実測して記録可能な構成としたものである。 The stage (XYZθ stage) 9 is a stage that can mount a sample and move in XYZ and θ (rotation), and is configured to measure and record XYZ and θ in real time using an interferometer (not shown).
真空チャンバー10は、サンプル8、ステージ9等を収納して真空排気可能な容器である。 The vacuum chamber 10 is a container that can accommodate the sample 8, stage 9, etc. and be evacuated.
真空ポンプ10ー1は、真空チャンバー10の内部を真空排気するものであって、オイルフリーのポンプで排気するものである。 Vacuum pump 10-1 evacuates the inside of vacuum chamber 10 and is an oil-free pump.
アライメント11は、ビームスプリッタ5を構成する静電偏向器5ー1から投影レンズ12の軸上に偏向された複数の2次電子ビームの軸合わせを行うものである。 Alignment 11 aligns the axes of multiple secondary electron beams deflected onto the axis of projection lens 12 by electrostatic deflector 5-1, which constitutes beam splitter 5.
投影レンズ12は、サンプル8から放出された複数の2次電子ビームを、電子検出装置14の検出面に結像するものである。 The projection lens 12 focuses the multiple secondary electron beams emitted from the sample 8 onto the detection surface of the electron detection device 14.
振り戻し偏向器13は、複数の1次電子ビームをサンプル8上に細く絞って走査したときに放出された複数の2次電子ビームが、電子検出装置14の検出面上で所定領域内にとどまるように補正する(降り戻す)ものである。 The deflector 13 corrects (returns) the multiple secondary electron beams emitted when multiple primary electron beams are narrowly focused and scanned over the sample 8 so that they remain within a specified area on the detection surface of the electron detection device 14.
電子検出装置14は、サンプル8上から放出された複数の2次電子ビームをそれぞれ検出するものである。例えばアバランシェフォトダイオードやCCD、CMOSセンサーあるいはTDIカメラなどが使用できる。電子を一旦シンチレータに衝突させて光に変換したのちに前述のデバイスで検出しても良いし、電子を直接前述のデバイスに打ち込んで検出しても良い。いずれにしても、検出面の所定領域内にそれぞれ結像された複数の2次電子ビームをそれぞれ独立して検出できればよい。 The electron detection device 14 detects each of the multiple secondary electron beams emitted from the sample 8. For example, an avalanche photodiode, CCD, CMOS sensor, or TDI camera can be used. The electrons may first collide with a scintillator to be converted into light, which is then detected by the aforementioned device, or the electrons may be directly incident on the aforementioned device and detected. In either case, it is sufficient to be able to independently detect each of the multiple secondary electron beams that are each imaged within a specified area on the detection surface.
次に、図1の構造の動作を説明する。
(1) 電子銃1から放出された1次電子ビームはマルチビームアパチャー3ー1を照射して複数の1次電子ビームを生成する。複数の1次電子ビームの生成は、この方法に限らず、電子銃1のエミッタの表面に複数の電子放出源を設けたりしてこれに対応する複数の1次電子ビームを発生させてもよい。
(2)ビームアパチャー3ー1で分割されて生成された複数の1次電子ビームは、対物アパチャー4によりその中心部分をそれぞれ通過し、ビームスプリッタ5を構成する上段の静電偏向器5ー1で右側に偏向、電磁偏向器5ー2で左側に偏向して対物レンズ6の軸上に入射する。
(3)対物レンズ6の軸上に入射した複数の1次電子ビームは、該対物レンズ6によって細く絞られてサンプル8の表面を照射すると共に、該サンプル8は一定方向に一定速度で移動および偏向装置7によって該移動する方向と直角方向に静電偏向することを繰り返し、複数の1次電子ビームをサンプル8の上に短冊状に走査する。この結果、サンプル8の表面がステージ9の移動方向に対して静電偏向器5ー1で偏向された幅の領域(短冊状の領域)が複数の1次電子ビームで面走査されることとなる。この際、図示しないが、サンプル8に負のリターディング電圧を印加し、複数の1次電子ビームのエネルギーを例えば1KVにして照射(例として複数の1次電子ビームのエネルギー15KVに負のリターディング電圧14KVを印加して1KVの1次電子ビームにしてサンプル8を照射)するようにしている。
(4)(3)で短冊状に走査された複数の1次電子ビームの領域から2次電子、反射電子、光、X線等が放出される。
(5)(4)で放出された2次電子は、対物レンズ6の磁界により該対物レンズ6の軸上を逆方向に螺旋状に走行し、ビームスプリッタ5を構成する下段の電磁偏向器5ー2によりここでは、右方向に偏向(複数の1次電子ビームの偏向と逆方向に偏向)され、静電偏向器5ー1により左方向に偏向され、投影レンズ12の軸上に入射する。
(6)投影レンズ12の軸上に、必要に応じてアライメント11で補正した後、電子検出装置14に、サンプル8から放出された複数の2次電子ビームを結像し、該電子検出装置14の各複数の2次電子ビームの結像領域に照射する。結像領域からはみだす場合には、振り戻し偏向器13によって、サンプル8上の複数の1次電子ビームの走査(偏向)に同期し、該振り戻し偏向器13に電圧(あるいは電流)を供給して該結像領域内に収まるように補正する。そして、電子検出装置14から各複数の2次電子ビームを検出した2次電子画像(2次電子信号)をそれぞれ出力する。
Next, the operation of the structure of FIG. 1 will be described.
(1) The primary electron beam emitted from the electron gun 1 irradiates the multi-beam aperture 3-1 to generate multiple primary electron beams. The generation of multiple primary electron beams is not limited to this method, and multiple electron emission sources may be provided on the surface of the emitter of the electron gun 1 to generate corresponding multiple primary electron beams.
(2) The multiple primary electron beams split and generated by the beam aperture 3-1 pass through the center of the objective aperture 4, are deflected to the right by the upper electrostatic deflector 5-1 that constitutes the beam splitter 5, and are deflected to the left by the electromagnetic deflector 5-2, and are incident on the axis of the objective lens 6.
(3) The multiple primary electron beams incident on the axis of the objective lens 6 are narrowed by the objective lens 6 and irradiate the surface of the sample 8, while the sample 8 is repeatedly moved in a constant direction at a constant speed and electrostatically deflected by the deflection device 7 in a direction perpendicular to the direction of movement, causing the multiple primary electron beams to scan in a strip-like pattern on the sample 8. As a result, an area (strip-like area) of the surface of the sample 8 whose width is deflected by the electrostatic deflector 5-1 in the direction of movement of the stage 9 is surface-scanned by the multiple primary electron beams. At this time, although not shown, a negative retarding voltage is applied to the sample 8, and the multiple primary electron beams are irradiated with an energy of, for example, 1 KV (for example, a negative retarding voltage of 14 KV is applied to the multiple primary electron beams with an energy of 15 KV, thereby generating a 1 KV primary electron beam and irradiating the sample 8).
(4) Secondary electrons, backscattered electrons, light, X-rays, etc. are emitted from the area of the multiple primary electron beams scanned in strips in (3).
(5) The secondary electrons emitted in (4) travel in a spiral in the opposite direction on the axis of the objective lens 6 due to the magnetic field of the objective lens 6, are deflected to the right here (deflected in the opposite direction to the deflection of the multiple primary electron beams) by the lower electromagnetic deflector 5-2 that constitutes the beam splitter 5, are deflected to the left by the electrostatic deflector 5-1, and are incident on the axis of the projection lens 12.
(6) After correction by the alignment 11 as necessary on the axis of the projection lens 12, the multiple secondary electron beams emitted from the sample 8 are imaged on the electron detection device 14 and irradiated onto the imaging area of each of the multiple secondary electron beams of the electron detection device 14. If any of the secondary electron beams extend beyond the imaging area, a voltage (or current) is supplied to the return deflector 13 in synchronization with the scanning (deflection) of the multiple primary electron beams on the sample 8 to correct the beams so that they fit within the imaging area. Then, secondary electron images (secondary electron signals) detected by each of the multiple secondary electron beams are output from the electron detection device 14.
以上によって、複数の1次電子ビームを生成してこれらをビームスプリッタ5を介して対物レンズ6によって細く絞り、ステージ9でサンプル8を一定方向に移動しつつ直角の方向に複数の1次電子ビームで該サンプル8を走査することを繰り返して短冊状の領域を複数の1次電子ビームで走査する。そして、そのときに放出された複数の2次電子ビームをビームスプリッタ5を介して分離し、投影レンズ12によって複数の2次電子ビームを電子検出装置14のそれぞれの検出面に結像して、各複数の2次電子ビームの2次電子画像(2次電子信号)を出力することが可能となる。 As a result of the above, multiple primary electron beams are generated and narrowed by the objective lens 6 via the beam splitter 5. The sample 8 is then moved in a fixed direction on the stage 9 while the multiple primary electron beams are scanned in perpendicular directions, repeatedly scanning a strip-shaped area with the multiple primary electron beams. The multiple secondary electron beams emitted at this time are then separated via the beam splitter 5, and the multiple secondary electron beams are imaged on the respective detection surfaces of the electron detection device 14 by the projection lens 12, making it possible to output secondary electron images (secondary electron signals) for each of the multiple secondary electron beams.
図2は、本発明のマルチビーム配列の種類例を示す。これは、既述した図1のマルチビームアパチャー3ー1の穴の配列の種類例を示す。尚、図2では穴は模式的に矩形としたが、実際は穴(円形の穴)が望ましい。 Figure 2 shows examples of the types of multi-beam arrays of the present invention. These show examples of the types of hole arrangements of the multi-beam aperture 3-1 of Figure 1 mentioned above. Note that while the holes in Figure 2 are schematically shown as rectangular, in practice, circular holes are preferable.
図2の(a)は1段の例を示し、図2の(b)は2段の例を示し、図3の(c)は2段千鳥の例を示し、図3の(d)は9段千鳥の例を示す。 Figure 2(a) shows an example of one row, Figure 2(b) shows an example of two rows, Figure 3(c) shows an example of two-row staggered pattern, and Figure 3(d) shows an example of nine-row staggered pattern.
図2の(a)は1段の例を示す。これは、図1のマルチビームアパチャー3ー1のアパチャーに、図示のような穴(実際は丸形状が良い)を1次電子ビームの走査方向と一致する方向に1段で設けた例を模式的に示す。例えば100個の穴を1段に設けると、100個の1次電子ビームを生成できる。 Figure 2(a) shows an example of a single stage. This is a schematic diagram of an example in which holes (round shapes are preferable in practice) as shown are provided in a single stage in the aperture of the multi-beam aperture 3-1 in Figure 1, in the direction that coincides with the scanning direction of the primary electron beam. For example, if 100 holes are provided in one stage, 100 primary electron beams can be generated.
図2の(b)は2段の例を示す。これは、図1のマルチビームアパチャー3ー1のアパチャーに、図示のような穴(実際は丸形状が良い)を1次電子ビームの走査方向と一致する方向に2段に設けた例を模式的に示す。例えば100個の穴を2段に設けると、1段目に続き該1段目と2段目との距離差に相当する距離(距離差を対物レンズ6の縮小率で割った距離)だけ遅れて2段目の走査が開始され、一回の全体走査で、2回分の2次電子画像を取得でき、信号強度を2倍した2次電子画像(2次電子信号)、あるいは信号強度を1倍にすれば2倍の速度で2次電子画像を取得でき、該2次電子画像の取得時間を半分に削減できることとなる。 Figure 2(b) shows a two-stage example. This is a schematic diagram of an example in which holes (round shapes are preferable in practice) as shown are arranged in two stages in the aperture of the multi-beam aperture 3-1 in Figure 1, aligned in the direction of the primary electron beam scan. For example, if 100 holes are arranged in two stages, the second stage scan will begin after the first stage, a distance equivalent to the difference in distance between the first and second stages (the distance difference divided by the reduction ratio of the objective lens 6). This allows two secondary electron images to be acquired in one full scan, resulting in a secondary electron image (secondary electron signal) with double the signal strength, or a secondary electron image at twice the speed if the signal strength is kept the same, thereby halving the time required to acquire the secondary electron image.
図2の(c)は2段千鳥の例を示す。これは、図1のマルチビームアパチャー3ー1のアパチャーに、図示のような穴(実際は丸形状が良い)を1次電子ビームの走査方向と一致する方向に2段かつ千鳥に設けた例を模式的に示す。例えば100個の穴を2段で千鳥に設けると、1段目に続き該1段目と2段目との距離差に相当する距離(距離差を対物レンズ6の縮小率で割った距離)だけ遅れて2段目の千鳥状の走査が開始され、一回の全体走査で、2回分の2次電子画像を取得でき、信号強度を2倍した2次電子画像、あるいは信号強度を1倍にすれば2倍の速度で2次電子画像を取得でき、該2次電子画像の取得時間を半分に削減できることとなる。 Figure 2(c) shows an example of a two-stage staggered pattern. This is a schematic diagram of the aperture of the multi-beam aperture 3-1 in Figure 1, in which holes (round holes are preferable in practice) as shown are arranged in two stages in a staggered pattern in the direction that coincides with the scanning direction of the primary electron beam. For example, if 100 holes are arranged in a staggered pattern in two stages, the second stage of staggered scanning begins after the first stage, a distance equivalent to the difference in distance between the first and second stages (the distance difference divided by the reduction ratio of the objective lens 6). This allows two secondary electron images to be acquired in one full scan, and secondary electron images with double the signal strength can be acquired, or secondary electron images with double the signal strength can be acquired at twice the speed by halving the time required to acquire the secondary electron images.
図2の(d)は9段千鳥の例を示す。これは、図1のマルチビームアパチャー3ー1のアパチャーに、図示のような穴(実際は丸形状が良い)を1次電子ビームの走査方向と一致する方向に9段かつ千鳥に設けた例を模式的に示す。例えば図示のように9段で千鳥に設けると、各段の距離差に相当する距離(各距離差を対物レンズ6の縮小率で割った距離)だけ遅れて各段目の千鳥状の走査が開始され、一回の全体走査で、9回分の2次電子画像を取得できる。 Figure 2(d) shows an example of a nine-stage staggered pattern. This is a schematic illustration of an example in which holes (round shapes are preferable in practice) as shown are arranged in nine stages and staggered in the direction that coincides with the scanning direction of the primary electron beam in the aperture of the multi-beam aperture 3-1 in Figure 1. For example, if nine stages are staggered as shown, the staggered scanning of each stage begins with a delay equivalent to the distance difference between each stage (the distance obtained by dividing each distance difference by the reduction ratio of the objective lens 6), and nine secondary electron images can be acquired in one overall scan.
尚、図2の(a)から(d)の各マルチビームアパチャー3ー1はそれぞれの1次電子ビームを独立にON/OFFする機能を持たせ、物理的に異なった配列を持ったアパチャーを図示のように多数用意しなくても、全てのマルチビームの中で選択された任意の位置の電子ビームだけがサンプルに到達する様に制御できるようにして、作成してもよい。 Furthermore, each multi-beam aperture 3-1 in Figures 2(a) to 2(d) can be given the function of independently turning on/off each primary electron beam, so that it is possible to create an aperture with a physically different arrangement as shown, but instead control it so that only the electron beam at an arbitrary position selected from all the multi-beams reaches the sample.
図3は、本発明のデータテーブル例を示す。本図3は、既述および後述するように、図1の構造のもとで、サンプル8(例えばマスク)を搭載したステージ9の位置XYZ、回転θ等をレーザ干渉計でリアルタイム測定し、該ステージ9を一定方向に走査したときにそのステージ位置に対応づけてステージずれ量、ステージ回転量、ステージ高さを記録したものである。 Figure 3 shows an example of a data table for the present invention. As already mentioned and will be described later, this Figure 3 shows the stage position, stage rotation, and stage height recorded in association with the stage position when the stage 9 is scanned in a certain direction, using a laser interferometer to measure the XYZ position and rotation θ of the stage 9 carrying the sample 8 (e.g., a mask) in the structure of Figure 1 in real time.
図3において、ステージ位置は、図1のサンプル8を搭載したXYZθステージ(以下ステージ)9を一定方向に一定速度で走査したときの位置を示し、レーザ干渉計でリアルタイムに測定したものである(後述する)。ステージ位置は、例えば取得しようとする画像の画素間の距離に対応するステップ(間隔)でリアルタイム測定して記録する。例えば100μm矩形の領域について1000画素×1000画素の画像を取得しようとする場合には、0.1μm毎に1エントリの情報(ステージ位置、ステージずれ量、ステージ回転量、ステージ高さ)をリアルタイム測定して記録する。更に、10μm、1μm矩形の領域に対応する0.01μm毎。0.001μm毎等にリアルタイム測定して記録するようにしてもよい。尚、同じ値が連続する場合にはその差分を記録するようにしてもよい。 In Figure 3, the stage position indicates the position when the XYZθ stage (hereinafter referred to as "stage") 9 carrying the sample 8 in Figure 1 is scanned at a constant speed in a constant direction, and is measured in real time using a laser interferometer (described below). The stage position is measured and recorded in real time at steps (intervals) corresponding to the distance between pixels in the image to be acquired. For example, when attempting to acquire an image of 1000 pixels x 1000 pixels over a 100 μm rectangular area, one entry of information (stage position, stage deviation, stage rotation, stage height) is measured and recorded in real time every 0.1 μm. Furthermore, real time measurements may be recorded every 0.01 μm, which corresponds to a 10 μm or 1 μm rectangular area, or every 0.001 μm. Note that if the same value occurs repeatedly, the difference may be recorded.
ステージずれ量は、ステージ位置におけるずれ量(理想的な位置からのずれ量)であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定した値を記録したものである(後述する)。 The stage deviation is the deviation in the stage position (deviation from the ideal position), and is the value measured in real time using a laser interferometer and recorded (described below).
ステージ回転量は、ステージ位置における回転量(理想的な回転無からの回転量θ)であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定したステージの回転量を記録したものである(後述する)。 The stage rotation amount is the amount of rotation at the stage position (the amount of rotation θ from the ideal no rotation), and is recorded as the amount of stage rotation measured in real time by a laser interferometer (described below).
ステージ高さは、ステージ位置における高さZ(理想的な高さからのZ方向のずれ量)であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定した高さのずれ量を記録したものである(後述する)。 The stage height is the height Z at the stage position (the deviation in the Z direction from the ideal height), and is the height deviation measured in real time using a laser interferometer and recorded (described below).
以上のように、図1のステージ9を一定方向に一定速度で走査(例えば既述した図2のステージ移動方向に走査)したときに当該ステージ9の理想的な値からのずれ量(ステージずれ量(X.Y))、ステージ回転量θ、ステージ高さZの各ずれ量)をそれぞれリアルタイムにレーザー干渉計により精密測定して記録することが可能となる。そして、記録した各ずれ量をもとにリアルタイムにステージ9の位置等を補正あるいは取得した画像を補正することにより、ステージ9の走査に伴う誤差を補正し、複数の1次電子ビームをサンプルに照射して取得した複数の2次電子ビームの各画像を合成して精密な1枚の画像た生成することが可能となる。以下順次詳細に説明する。 As described above, when the stage 9 in Figure 1 is scanned at a constant speed in a fixed direction (for example, in the stage movement direction in Figure 2 described above), the deviations of the stage 9 from its ideal value (stage deviation (X, Y)), stage rotation θ, and stage height Z) can be precisely measured and recorded in real time using a laser interferometer. Then, by correcting the position of the stage 9 or correcting the acquired image in real time based on the recorded deviations, errors associated with the scanning of the stage 9 can be corrected, and multiple images of multiple secondary electron beams acquired by irradiating the sample with multiple primary electron beams can be synthesized to generate a single precise image. This will be explained in detail below.
図4は、本発明のマルチビーム作成例を示す。本図4は、既述した図1のマルチビームアパチャー3―1を用いたマルチビームの作成例を模式的に示したものである。 Figure 4 shows an example of multi-beam generation according to the present invention. This Figure 4 is a schematic diagram of an example of multi-beam generation using the multi-beam aperture 3-1 shown in Figure 1.
図4において、電子銃1から放出された1次電子ビームは、照明レンズ3により図示のようにここではマルチビームアパチャー3ー1の複数の穴を丁度照射するように投影する。マルチビームアパチャー3ー1を通過して分割されて生成された複数の1次電子ビーム(マルチ電子ビーム3ー2)は、図4の図示外の図1の対物レンズ6によってサンプル8の表面に細く絞って照射される。ここでは、サンプル8がステージ移動に伴って一定方向(ここでは、紙面と垂直方向)に移動すると共に、マルチ電子ビーム3ー2(6本の1次電子ビーム)が紙面の左右方向に一元走査されるので、結果として、サンプル8の表面を短冊状にマルチ電子ビーム3ー2(6本の1次電子ビーム)で走査することとなる。そして、放出された6本の2次電子ビームを図1の電子検出装置14でそれぞれ検出して、6組の2次電子画像を取得し、1枚に合成(後述する)し、サンプル8の2次電子画像を生成することが可能となる。 In Figure 4, the primary electron beam emitted from the electron gun 1 is projected by the illumination lens 3 so as to illuminate the multiple holes in the multi-beam aperture 3-1, as shown. The multiple primary electron beams (multi-electron beam 3-2) generated after passing through the multi-beam aperture 3-1 and splitting are focused and irradiated onto the surface of the sample 8 by the objective lens 6 (not shown in Figure 4) (Figure 1). As the sample 8 moves in a fixed direction (here, perpendicular to the paper surface) with the stage, the multi-electron beam 3-2 (six primary electron beams) are scanned in a linear fashion across the paper surface. As a result, the surface of the sample 8 is scanned in a strip-like fashion by the multi-electron beam 3-2 (six primary electron beams). The six emitted secondary electron beams are then detected by the electron detection device 14 (Figure 1), obtaining six sets of secondary electron images. These are then combined into a single image (described below) to generate a secondary electron image of the sample 8.
図5は、本発明のマルチビーム検出説明図を示す。これは、図1の投影レンズ12、振り戻し偏向器13、電子検出装置14の詳細説明図を示す。 Figure 5 shows an explanatory diagram of the multi-beam detection of the present invention. It shows a detailed diagram of the projection lens 12, deflector 13, and electron detector 14 shown in Figure 1.
図5において、サンプル8から放出された複数の2次電子ビームがビームスプリッタ5を介して分離され、図4の上から下方向に入射すると、投影レンズ12によって電子検出装置14の検出面にそれぞれ結像される。このとき、複数の2次電子ビームが結像される結像領域は、自身の結像領域内のときは問題ないが、他の領域にはみだしてしまうと未検出となって2次画像の欠落となる。これを防止するために、振り戻し偏向器13によって、サンプル8への1次電子ビームの走査(偏向装置7による複数1の次電子ビームの偏向による走査)に同期し、所定の結像領域内に入るように補正偏向し、確実に自身の結像領域内に入るように補正する。 In Figure 5, multiple secondary electron beams emitted from the sample 8 are split by the beam splitter 5 and, when incident from top to bottom in Figure 4, are each imaged on the detection surface of the electron detection device 14 by the projection lens 12. At this time, the imaging area where the multiple secondary electron beams are imaged is not a problem if it is within its own imaging area, but if it extends beyond other areas, it will not be detected and the secondary image will be missing. To prevent this, the return deflector 13 synchronizes with the scanning of the primary electron beam on the sample 8 (scanning by deflection of multiple primary electron beams by the deflection device 7) and corrects the deflection so that it falls within the specified imaging area, correcting it to ensure that it falls within its own imaging area.
以上によって、サンプル8から放出された各複数の2次電子ビームは、電子検出装置14の各結像領域内にそれぞれ結像し、確実に該複数の2次電子ビームの2次電子画像をそれぞれ検出し、出力することが可能となる。 As a result, each of the multiple secondary electron beams emitted from the sample 8 is imaged within each imaging area of the electron detection device 14, making it possible to reliably detect and output the secondary electron images of each of the multiple secondary electron beams.
図6は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図(1段)を示す。 Figure 6 shows an explanatory diagram (first row) of multi-beam image acquisition and synthesis in accordance with the present invention.
図6の(a)は、合成前の画像例を示す。これは、図2の(a)の1次電子ビームの数が1段(ステージ移動(走査)方向に直角方向に1段)の場合のものであって、図6の(a)は、4本の1段の1次電子ビームを用い、サンプル8をステージ9により一定方向に1定速度で移動(走査)しつつ、その直角方向に4本の1次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル8から放出された4本の2次電子ビームを図1の投影レンズ12により電子検出装置14にそれぞれ結像し、4つの2次電子画像を図示のスワス1、2、3、4の4つの短冊状の画像を生成した様子を模式的に表したものである。ここで、スワス1、2、3、4の4つの短冊状の2次電子画像は、後で合成するためにオーバーラップ1、2、3として図示したように一部、1次電子ビームを重複走査(例えば10%程度重複)するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報(図3参照)とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、1枚の大きな画像にすることが出来る(図6の(b)参照)。 Figure 6(a) shows an example of an image before synthesis. This is for the case where the number of primary electron beams in Figure 2(a) is one (one in the direction perpendicular to the stage movement (scanning) direction). Figure 6(a) shows a schematic diagram of four single-stage primary electron beams used to move (scan) the sample 8 in a fixed direction at a constant speed using the stage 9, while repeatedly scanning the four primary electron beams in the direction perpendicular to the stage. The four secondary electron beams emitted from the sample 8 at this time are each imaged on the electron detection device 14 by the projection lens 12 in Figure 1, and the four secondary electron images are generated as four strip-shaped images, swaths 1, 2, 3, and 4, as shown. Here, the four strip-shaped secondary electron images of swaths 1, 2, 3, and 4 are partially overlapped (e.g., overlapping by approximately 10%) by the primary electron beams, as shown as overlaps 1, 2, and 3, for later synthesis. This eliminates missed scans and also creates a common image in adjacent swaths, so the positional relationship between adjacent swaths can be corrected using position information obtained from a laser interferometer (see Figure 3) and pattern matching, etc., to create a single large image (see Figure 6 (b)).
図6の(b)は、合成後の画像例を示す。これは、図6の(a)のスワス1、2、3、4の4枚の2次電子画像を1枚の画像に合成したものであって、図6の(b)ではオーバーラップ1、2、3(例えば10%程度)を用い、かつ既述した図3のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに1枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ1、2、3の領域は2度走査しているので、画像加算効果により高いSNRを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス1,2,3,4の位置合わせを行い、画像合成することで4本の独立したスワス1,2,3,4から1つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス1、2、3、4を跨がずに形成されている場合には、そのうちの1つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも1つの画像に合成する必要はない。 Figure 6(b) shows an example of a composite image. This is a single image created by combining the four secondary electron images of swaths 1, 2, 3, and 4 in Figure 6(a). Figure 6(b) uses overlaps 1, 2, and 3 (e.g., approximately 10%) and combines them into a single image based on the various shear amounts corresponding to the stage positions in Figure 3 described above. Here, the overlaps 1, 2, and 3 areas are scanned twice, resulting in a high SNR due to the image addition effect, enabling more accurate alignment. For example, by aligning swaths 1, 2, 3, and 4 and combining the images, a single large image area is formed from the four independent swaths 1, 2, 3, and 4. The image processed in this way is output as a composite image and used as an inspection image. If the area to be inspected does not straddle swaths 1, 2, 3, and 4, inspection can be performed using the area of one of the swaths, so it is not necessary to combine them into a single image.
以上によって、既述した図2の(a)の1段の1次電子ビームを用いてサンプル9を走査しつつ該サンプル9を直角方向にステージ9で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス1、2、3、4に示す短冊状の2次電子画像(図6の(a))をそれぞれ生成し、これらを合成した1枚の2次電子画像(図6の(b))を生成することが可能となる。 As a result of the above, by repeatedly scanning the sample 9 using the single-stage primary electron beam shown in Figure 2(a) while moving the sample 9 in the perpendicular direction on the stage 9 at a constant speed, it is possible to generate strip-shaped secondary electron images (Figure 6(a)) shown in swaths 1, 2, 3, and 4, and then to generate a single secondary electron image (Figure 6(b)) by combining these.
図7は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図(2段)を示す。 Figure 7 shows a diagram (two rows) explaining multi-beam image acquisition and synthesis in accordance with the present invention.
図7の(a)は、合成前の画像例を示す。これは、図2の(b)の1次電子ビームの数が2段(ステージ移動(走査)方向に直角方向に2段)の場合のものであって、図6の(a)は、4本の2段の1次電子ビームを用い、サンプル8をステージ9により一定方向に一定速度で移動(走査)しつつ、その直角方向に4本の2段の1次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル8から放出された4本の2段の2次電子ビームを図1の投影レンズ12により電子検出装置14にそれぞれ結像し、4つの2段の2次電子画像を図示のスワス1、2、3、4の4つの短冊状であって、走査開始点の左端から走査開始して1段目の2次電子画像を生成し、少し遅れて2段目の2次電子画像を重複加算する態様で生成した様子を模式的に表したものである。この2段の場合には、図2の(b)の1段目の1次電子ビーム(図7の(a)では4つの1次電子ビーム)で走査を開始し、次に、少し遅れて2段目の1次電子ビーム(図7の(a)では4つの1次電子ビーム)で走査を開始しているので、図示のように、2段目の2次電子ビームは重複加算した2次電子画像となり、高SNRを生成できる利点がある。ここで、スワス1、2、3、4の4つの短冊状の2次電子画像(重複加算した2次電子画像)は、後で合成するためにオーバーラップ1、2、3として図示したように一部、1次電子ビームを重複走査(例えば10%程度重複)するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報(図3参照)とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、1枚の大きな画像にすることが出来る(図7の(b)参照)。 Figure 7(a) shows an example of an image before synthesis. This is for the case where the number of primary electron beams in Figure 2(b) is two (two in the direction perpendicular to the stage movement (scanning) direction). Figure 6(a) shows a schematic representation of the situation in which four two-stage primary electron beams are used, with the sample 8 moved (scanned) at a constant speed in a fixed direction by the stage 9, while the four two-stage primary electron beams are repeatedly scanned in the direction perpendicular to the stage 9. The four two-stage secondary electron beams emitted from the sample 8 at this time are each imaged on the electron detection device 14 by the projection lens 12 in Figure 1, and the four two-stage secondary electron images are generated in four strips, swaths 1, 2, 3, and 4 shown in the figure. The first secondary electron image is generated by starting scanning from the left edge of the scanning start point, and then the second secondary electron image is generated a short time later by overlapping and adding the images. In this two-stage system, scanning begins with the first-stage primary electron beam (four primary electron beams in Figure 7(a)) in Figure 2(b), followed a short time later by the second-stage primary electron beam (four primary electron beams in Figure 7(a)). As shown, the second-stage secondary electron beam forms an overlap-added secondary electron image, which has the advantage of generating a high SNR. Here, the four rectangular secondary electron images (overlap-added secondary electron images) of swaths 1, 2, 3, and 4 are partially overlapped (e.g., about 10% overlap) by the primary electron beams, as shown as overlap 1, 2, and 3, for later synthesis. This eliminates scanning omissions and ensures that adjacent swaths share a common image. Therefore, the positional relationship between adjacent swaths can be corrected using position information obtained by a laser interferometer (see Figure 3) and pattern matching to combine them into a single large image (see Figure 7(b)).
図7の(b)は、合成後の画像例を示す。これは、図7の(a)のスワス1、2、3、4の4枚の2次電子画像(重複加算画像)を1枚の画像に合成したものであって、図7の(b)ではオーバーラップ1、2、3(例えば10%程度)を用い、かつ既述した図3のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに1枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ1、2、3の領域は2度走査しているので、画像加算効果により高いSNRを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス1,2,3,4の位置合わせを行い、画像合成することで4本、2段の独立したスワス1,2,3,4から1つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス1、2、3、4を跨がずに形成されている場合には、そのうちの1つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも1つの画像に合成する必要はない。 Figure 7(b) shows an example of a composite image. This is a single image created by combining four secondary electron images (overlap-added images) from swaths 1, 2, 3, and 4 in Figure 7(a). Figure 7(b) uses overlaps 1, 2, and 3 (e.g., approximately 10%) and combines them into a single image based on the various shear amounts corresponding to the stage positions in Figure 3 described above. Here, the overlaps 1, 2, and 3 areas are scanned twice, resulting in a high SNR due to the image addition effect, enabling more accurate alignment. For example, by aligning swaths 1, 2, 3, and 4 and combining the images, a single large image area is formed from four independent, two-tiered swaths 1, 2, 3, and 4. The image processed in this manner is output as a composite image and used as an inspection image. If the area to be inspected does not span swaths 1, 2, 3, and 4, inspection can be performed using the area of one of the swaths; therefore, combining them into a single image is not necessary.
以上によって、既述した図2の(b)の2段の1次電子ビームを用いてサンプル9を走査しつつ該サンプル9を直角方向にステージ9で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス1、2、3、4に示す短冊状の2次電子画像(図7の(a)、重複加算画像)をそれぞれ生成し、これらを合成した1枚の2次電子画像(図7の(b))を生成することが可能となる。 As a result of the above, by repeatedly scanning the sample 9 using the two-stage primary electron beams shown in Figure 2(b) while moving the sample 9 in the perpendicular direction on the stage 9 at a constant speed, it is possible to generate strip-shaped secondary electron images (Figure 7(a), overlap-added images) shown in swaths 1, 2, 3, and 4, and then to generate a single secondary electron image (Figure 7(b)) by combining these.
図8は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図(千鳥)を示す。 Figure 8 shows an explanatory diagram (staggered) of multi-beam image acquisition and synthesis in accordance with the present invention.
図8の(a)は、合成前の画像例を示す。これは、図2の(c)の1次電子ビームの数が2段で千鳥に配置した場合のものであって、図8の(a)は、4本の千鳥(2段)の1次電子ビームを用い、サンプル8をステージ9により一定方向に一定速度で移動(走査)しつつ、その直角方向に4本の2段で千鳥の1次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル8から放出された4本の2段で千鳥の2次電子ビームを図1の投影レンズ12により電子検出装置14にそれぞれ結像する。そして、この結像した4つの2段で千鳥の2次電子画像を図示のスワス1、2、3、4の4つの短冊状の2段で千鳥であって、走査開始点の左端から走査開始して1段目の2次電子画像を生成し、少し遅れて2段目の千鳥分だけ図では下方向に2次電子画像を重複加算する態様で生成した様子を模式的に表したものである。この2段で千鳥の場合には、図2の(c)の1段目の1次電子ビーム(図8の(a)では4つの1次電子ビーム)で走査を開始し、次に、少し遅れて2段目の千鳥の1次電子ビーム(図8の(a)では4つの1次電子ビームで少し下の位置)で走査を開始しているので、図示のように、2段目の2次電子ビームは重複加算した2次電子画像となり、高SNRを生成できる利点がある。ここで、スワス1、2、3、4の4つの短冊状の2次電子画像(重複加算した2次電子画像)は、後で合成するためにオーバーラップ1、2、3として図示したように一部、1次電子ビームを重複走査(例えば10%程度重複)するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報(図3参照)とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、1枚の大きな画像にすることが出来る(図8の(b)参照)。 Figure 8(a) shows an example of an image before synthesis. This is the case when the number of primary electron beams in Figure 2(c) is staggered in two stages. Figure 8(a) shows four staggered (two-stage) primary electron beams. While moving (scanning) the sample 8 at a constant speed in a fixed direction using the stage 9, the four two-stage staggered primary electron beams are repeatedly scanned perpendicularly. The four two-stage staggered secondary electron beams emitted from the sample 8 at this time are each imaged on the electron detection device 14 by the projection lens 12 of Figure 1. The four two-stage staggered secondary electron images thus imaged are then schematically shown as being generated by starting scanning from the left end of the scanning start point to generate the first stage secondary electron image, followed a short time later by overlapping and adding the second stage staggered secondary electron image downward in the figure. In this two-stage staggered configuration, scanning begins with the first stage primary electron beam (four primary electron beams in Figure 8(a)) in Figure 2(c), followed a short time later by the second stage staggered primary electron beam (four primary electron beams in Figure 8(a) at a slightly lower position). As shown, the second stage secondary electron beam forms an overlap-summed secondary electron image, which has the advantage of generating a high SNR. Here, the four rectangular secondary electron images (overlap-summed secondary electron images) of swaths 1, 2, 3, and 4 are partially overlapped (e.g., about 10% overlap) by the primary electron beams for later synthesis, as shown as overlap 1, 2, and 3. This eliminates scanning omissions and ensures that adjacent swaths share a common image. Therefore, the positional relationship between adjacent swaths can be corrected using position information obtained by a laser interferometer (see Figure 3) and pattern matching to combine them into a single large image (see Figure 8(b)).
図8の(b)は、合成後の画像例を示す。これは、図8の(a)のスワス1、2、3、4の4枚の2段の千鳥の2次電子画像(重複加算画像)を1枚の画像に合成したものであって、図8の(b)ではオーバーラップ1、2、3(例えば10%程度)を用い、かつ既述した図3のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに1枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ1、2、3の領域は2度走査しているので、画像加算効果により高いSNRを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス1,2,3,4の位置合わせを行い、画像合成することで4本、2段の独立したスワス1,2,3,4から1つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス1、2、3、4を跨がずに形成されている場合には、そのうちの1つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも1つの画像に合成する必要はない。 Figure 8(b) shows an example of a composite image. This is a single image created by combining four two-stage staggered secondary electron images (overlap-added images) of swaths 1, 2, 3, and 4 in Figure 8(a). Figure 8(b) uses overlaps 1, 2, and 3 (e.g., approximately 10%) and combines the images into a single image based on the various shear amounts corresponding to the stage positions in Figure 3 described above. Here, the overlaps 1, 2, and 3 areas are scanned twice, resulting in a high SNR due to the image addition effect, enabling more accurate alignment. For example, by aligning swaths 1, 2, 3, and 4 and combining the images, a single large image area is formed from the four independent, two-stage swaths 1, 2, 3, and 4. The image processed in this manner is output as a composite image and used as an inspection image. If the area to be inspected is formed without spanning each of swaths 1, 2, 3, and 4, inspection can be performed using the area of one of the swaths, so it is not necessary to combine them into a single image.
以上によって、既述した図2の(c)の2段で千鳥の1次電子ビームを用いてサンプル9を走査しつつ該サンプル9を直角方向にステージ9で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス1、2、3、4に示す2段の短冊状の2次電子画像(図8の(a);2段目は少し下に位置)をそれぞれ生成し、これらを合成した1枚の2次電子画像(図8の(b))を生成することが可能となる。 As a result of the above, by repeatedly scanning the sample 9 using the staggered primary electron beam in two stages as shown in Figure 2(c) while moving the sample 9 in the perpendicular direction on the stage 9 at a constant speed, it is possible to generate two stages of strip-shaped secondary electron images shown in swaths 1, 2, 3, and 4 (Figure 8(a); the second stage is located slightly below), and then to generate a single secondary electron image (Figure 8(b)) by combining these.
尚、図8は1次電子ビームの配列を千鳥という任意の位置にした例を示したが、任意の位置(千鳥)に1次電子ビームを配置する場合においても最終的に1枚の画像を得るために複数のスワスのアライメントが必要なので、少なくとも隣接する1次電子ビームが作り出すスワスとオーバーラップする領域を設けることが必要である。オーバーラップ領域があれば、どのように配置していても、お互いの位置関係を精密に定めることが可能となり、1枚の画像に合成することが出来る。しかしながら、加算画像の処理が複雑になるなどデメリットも多いため、単純な列や千鳥配列など予め加算処理などがし易い配列にすることが望ましい。 Note that Figure 8 shows an example in which the primary electron beams are arranged in an arbitrary staggered position, but even when arranging the primary electron beams in an arbitrary position (staggered), alignment of multiple swaths is required to ultimately obtain a single image, so it is necessary to provide at least an area where the swaths created by adjacent primary electron beams overlap. If there is an overlapping area, it becomes possible to precisely determine the relative positions of the swaths regardless of how they are arranged, and they can be combined into a single image. However, this has many disadvantages, such as the processing of the added image becoming more complex, so it is preferable to use an arrangement that makes it easy to perform addition processing in advance, such as a simple row or staggered arrangement.
図9は、本発明の動作説明フローチャート(マルチビーム画像の中心座標取得)を示す。 Figure 9 shows a flowchart explaining the operation of the present invention (obtaining the center coordinates of a multi-beam image).
図9において、S1は、間隔寸法既知のパターンを用意する。これは、パターン間隔および形状寸法が精密に判明している基準サンプルを用意する。予め同じパターンを作り込んだ導電性を有するフォトマスクやシリコン基板が良い。パターンのサイズや配置間隔はCDSEMあるいは光学的な計測装置で予め測定しておく。測定を簡単にするために、予め電子ビーム偏向中心座標は設計値として判明しているので、後述する図10に示すように、設計上の偏向中心座標の場所にパターンを配置した基準サンプルを利用すると容易に校正できる。パターンサイズは任意であるが、プロセス変動が生じても中心位置が正確に出るように左右上下対称のパターンが望ましい。 In Figure 9, S1 prepares a pattern with known spacing dimensions. This is a reference sample with precisely known pattern spacing and shape dimensions. A conductive photomask or silicon substrate with the same pattern pre-fabricated is preferable. The pattern size and spacing are measured in advance using a CDSEM or optical measurement device. To simplify measurement, the electron beam deflection center coordinates are known in advance as design values, so calibration can be easily performed by using a reference sample with a pattern placed at the designed deflection center coordinates, as shown in Figure 10, which will be described later. The pattern size is arbitrary, but a pattern that is symmetrical left and right and top and bottom is desirable so that the center position can be accurately determined even if process variations occur.
S2は、ステージ停止状態で画像を取得する。これは、図1のステージ9を停止した状態でS1で用意したパターンを持つ基板に対して複数の1次電子ビームの走査を行い、パターンの画像を取得する。 S2 acquires images while the stage is stationary. This involves scanning multiple primary electron beams over the substrate with the pattern prepared in S1 while the stage 9 in Figure 1 is stationary, and acquiring images of the pattern.
S3は、取得された画像と間隔寸法位置のパターンを比較する。 S3 compares the acquired image with the spacing dimension position pattern.
S4は、各電子ビーム走査の中心座標を算出する。これらS3,S4は、S2で取得した画像と、基準サンプル画像、あるいは設計データとをパターンマッチング等を用いて比較して中心位置のズレを算出する。位置ズレ量と基準サンプルの設計データから複数の各1次電子ビームの偏向中心座標を算出する。 S4 calculates the central coordinates of each electron beam scan. S3 and S4 compare the image acquired in S2 with a reference sample image or design data using pattern matching or the like to calculate the deviation in the central position. The deflection center coordinates of each of the multiple primary electron beams are calculated from the amount of positional deviation and the design data of the reference sample.
以上によって、複数の1次電子ビームが図1のサンプル8の表面を走査する該各1次電子ビームの走査中心座標(後述する図10参照)を実測することが可能となる。 This makes it possible to actually measure the scanning center coordinates (see Figure 10, described below) of each of the multiple primary electron beams scanning the surface of the sample 8 in Figure 1.
図10は、本発明の動作説明図(マルチビーム走査方向とステージ移動方向)を示す。 Figure 10 shows an explanatory diagram of the operation of the present invention (multi-beam scanning direction and stage movement direction).
図10において、電子ビーム走査方向は図1の複数の1次電子ビームがサンプル8の表面をここでは一次元走査する方向である。 In Figure 10, the electron beam scanning direction is the direction in which the multiple primary electron beams in Figure 1 scan the surface of the sample 8 one-dimensionally.
ステージ移動方向(一定速度)は、図1のサンプル8を搭載したステージ9が一定方向に一定速度で走査(移動)する方向である。 The stage movement direction (constant speed) is the direction in which the stage 9 carrying the sample 8 in Figure 1 scans (moves) in a constant direction at a constant speed.
1段目アパチャーは、既述した図2の(b)の2段の場合の第1段目のアパチャー(1次電子ビームに対応)である。 The first-stage aperture is the first-stage aperture (corresponding to the primary electron beam) in the two-stage case shown in Figure 2(b) above.
2段目アパチャーは、既述した図2の(b)の2段の場合の第2段目のアパチャー(1次電子ビームに対応)である。 The second-stage aperture is the second-stage aperture (corresponding to the primary electron beam) in the two-stage case shown in Figure 2(b) above.
各ビームの偏向中心対応座標は、各アパチャー(各1次電子ビーム)に対応する中心位置座標を示し、図示のように、
・1段目アパチャー:(X1,Y1)、(X2,Y1)、(X3,Y1)、(X4,Y1)
・2段目アパチャー:(X1,Y2)、(X2,Y2)、(X3,Y2)、(X4,Y4)
と表記する。
The deflection center corresponding coordinates of each beam indicate the center position coordinates corresponding to each aperture (each primary electron beam), and as shown in the figure,
First stage aperture: (X1, Y1), (X2, Y1), (X3, Y1), (X4, Y1)
Second stage aperture: (X1, Y2), (X2, Y2), (X3, Y2), (X4, Y4)
It is written as follows.
以上のように、図2の(b)の2段の2次電子ビームの場合であって、図10に示す、2段で各段が4つの場合には該図10に示すように、1段目アパチャー、2段目アパチャーによって生成される2段のそれぞれ4つの1次電子ビームの偏向中心座標を図示のように定義し、既述した図9のフローチャートに従い、間隔寸法既知パターンを作成し、これのパターンの画像をそれぞれ取得して比較することにより、2段の各4つの1次電子ビームの偏向中心座標を実測して記録することが可能となる。 As described above, in the case of the two-stage secondary electron beam of Figure 2(b), where there are four beams in each stage as shown in Figure 10, the deflection center coordinates of the four primary electron beams in each of the two stages generated by the first-stage aperture and the second-stage aperture are defined as shown in Figure 10, and patterns with known spacing dimensions are created according to the flowchart of Figure 9 described above. Images of these patterns are then acquired and compared, making it possible to actually measure and record the deflection center coordinates of the four primary electron beams in each of the two stages.
図11は、本発明の動作説明図(ステージ移動のずれ量および回転量の測定)を示す。 Figure 11 shows an explanatory diagram of the operation of the present invention (measuring the amount of deviation and rotation of the stage movement).
図11の(a)はXY位置測定用のレーザ干渉計31の位置関係の例を示し、図11の(b)は回転測定用のレーザ干渉計31の位置関係の例を示す。 Figure 11(a) shows an example of the positional relationship of the laser interferometer 31 for measuring XY position, and Figure 11(b) shows an example of the positional relationship of the laser interferometer 31 for measuring rotation.
図11の(a)において、干渉計X1は、ステージ9のX方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーを配置する。 In Figure 11(a), interferometer X1 is positioned as shown in the figure so that it can precisely measure the distance in the X-direction position of stage 9, and a mirror is placed on the stage side.
干渉計Y1は、ステージ9のY方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーを配置する。 Interferometer Y1 is positioned as shown in the figure to enable precise measurement of the distance in the Y direction of stage 9, and a mirror is placed on the stage side.
以上のように、干渉計X1,Y1を配置することにより、ステージ9のX方向、Y方向の距離(位置)をリアルタイムに精密に実測して記録することが可能となる(図3参照)。 As described above, by positioning interferometers X1 and Y1, it is possible to precisely measure and record the distance (position) of stage 9 in the X and Y directions in real time (see Figure 3).
図11の(b)において、干渉計X1は、ステージ9のX方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーをそれぞれ配置すると共にステージ側にミラーを配置する。 In Figure 11(b), interferometer X1 is positioned as shown in the figure so that it can precisely measure the distance in the X-direction position of stage 9, and a mirror is also positioned on the stage side.
干渉計Y1、Y2は、ステージ9のY方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように、離れて回転角度が実測できるようにそれぞれ配置すると共にステージ側にミラーを配置する。 Interferometers Y1 and Y2 are positioned as shown in the figure to allow precise measurement of the distance between the positions of stage 9 in the Y direction and to allow actual measurement of the rotation angle, and a mirror is placed on the stage side.
以上のように、干渉計X1,Y1、Y2を配置することにより、ステージ9の回転をリアルタイムに精密に実測することが可能となる(図3参照)。 As described above, by arranging interferometers X1, Y1, and Y2, it is possible to precisely measure the rotation of stage 9 in real time (see Figure 3).
図12は、本発明のステージの傾斜補正説明図を示す。これは、既述した図1のステージ9の例を示し、ステージZ1(円錐)、ステージZ2(円錐)、ステージZ3(平坦)の3点支持のステージの例を示す。3点支持する各ステージがピエゾ素子に電圧を印加することにより収縮して任意の距離に外部から任意に調整できる構造となっている。 Figure 12 is an explanatory diagram of stage tilt correction according to the present invention. This shows an example of the stage 9 in Figure 1, which is supported at three points: stage Z1 (conical), stage Z2 (conical), and stage Z3 (flat). Each stage, which is supported at three points, contracts by applying a voltage to the piezoelectric element, allowing it to be externally adjusted to any desired distance.
詳細に説明すれば、図12は独立した3つの同じ性能を持つピエゾアクチュエータで構成され、サンプル中心に対して3点支持が出来るように配置されている。 In more detail, Figure 12 is composed of three independent piezoelectric actuators with the same performance, arranged to provide three-point support relative to the center of the sample.
3つのピエゾアクチュエータの1つの端部はXYステージの可動部表面に支持点を持ち、もう一端はサンプルを支えるホルダーに接続されている。接続部は3点支持が正確に行われるように成形されている。例としては滑らない様に表面加工したルビー球を用いたり、円錐状にした金属やプラスチックを利用したりできる。出来るだけ大きな摩擦係数になるように表面処理することが望ましい。3つの支持部のうち少なくとも1つはサンプルにバイアス電圧を印加するために必要な回路を形成するため導電性を有している。 One end of each of the three piezoelectric actuators has a support point on the movable surface of the XY stage, and the other end is connected to a holder that supports the sample. The connection is shaped to ensure accurate three-point support. For example, a ruby sphere with a non-slip surface can be used, or a conical metal or plastic material can be used. It is desirable to treat the surface to achieve as high a coefficient of friction as possible. At least one of the three support parts is conductive to form the circuit necessary to apply a bias voltage to the sample.
3つのピエゾアクチュエータを駆動するために3つの独立した制御回路を有し、高さセンサ151、152からの信号をPCで処理しその処理結果を用いてPC等からの指令することで所望の距離高さを変えることが出来る。それぞれのアクチュエータには容量センサ等の変位センサが内蔵されており、実際に生じた変位量をモニターしてフィードバックする仕組みとなっておりピエゾ素子の非線形性を補正できるようになっている。位置精度はnmオーダーまで得られる(後述する図190参照)。 It has three independent control circuits to drive the three piezoelectric actuators, and the signals from height sensors 151 and 152 are processed by a PC, and the processing results are used to issue commands from the PC, etc., allowing the desired distance and height to be changed. Each actuator has a built-in displacement sensor, such as a capacitance sensor, which monitors the actual amount of displacement and provides feedback, allowing the nonlinearity of the piezoelectric elements to be corrected. Positioning accuracy can be achieved on the order of nanometers (see Figure 190, described below).
Z軸制御に必要なストロークは数ミクロンから1000ミクロン程度の範囲である。Z軸ステージで支持することによってサンプルが振動しないように高い剛性を併せ持つ必要がある。サンプルホルダーを含めた変位拡大機構付きピエゾアクチュエータを用いた支持系はmsの高い応答速度と大きな機械剛性を合わせもつため、数百Hz以上の高い共振周波数を有し不要な振動は避けられる仕組みに成っている。そのためフォトマスクのように1kg近くある重いサンプルでも瞬時に水平維持できる。 The stroke required for Z-axis control ranges from a few microns to approximately 1000 microns. Supporting the sample on the Z-axis stage requires high rigidity to prevent it from vibrating. The support system, which uses a piezoelectric actuator with a displacement magnification mechanism including the sample holder, combines a high response speed of ms with great mechanical rigidity, resulting in a high resonance frequency of several hundred Hz or more, which prevents unnecessary vibration. This means that even heavy samples weighing nearly 1 kg, such as photomasks, can be kept horizontal instantly.
図13は、本発明のステージの蛇行説明図を示す。 Figure 13 shows an explanatory diagram of the meandering of the stage of the present invention.
図13の(a)は蛇行無のステージの様子を模式的に示し、図13の(b)は蛇行が左の場合の様子を模式的に示し、図13の(c)は蛇行が右の場合の様子を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を示し、横方向は電子ビーム走査方法を示す。 Figure 13(a) shows a schematic representation of the stage without meandering, Figure 13(b) shows a schematic representation of the stage with left-side meandering, and Figure 13(c) shows a schematic representation of the stage with right-side meandering. Here, the vertical direction indicates the stage movement direction, and the horizontal direction indicates the electron beam scanning direction.
図13の(a)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して蛇行がない様子を模式的に示し、補正は必要ない場合を示す。 Figure 13(a) shows a schematic diagram of the stage 9 not meandering in the direction of stage movement in a fixed direction (vertical direction), indicating that no correction is required.
図13の(b)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して蛇行が左にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、右に蛇行を補正する(図3のステージずれ量を参照)。 In Figure 13(b), the stage 9 is shown schematically as meandering to the left relative to the fixed (vertical) stage movement direction, indicating that correction is necessary. In this case, the meandering is corrected to the right (see the stage deviation in Figure 3).
図13の(c)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して蛇行が右にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、左に蛇行を補正する(図3のステージずれ量を参照)。 In Figure 13(c), the stage 9 is shown schematically as meandering to the right relative to the fixed (vertical) stage movement direction, indicating that correction is necessary. In this case, the meandering is corrected to the left (see the stage deviation in Figure 3).
一般にXYステージは駆動力の大きなミクロン以上の移動を高速で行うためのダイレクトモータ、サーボモータ、ステッピングモーター、超音波モーター、リニアモーターなどとミクロン以下nmオーダーの微動が可能なピエゾアクチュエータやブレーキを組み合わせたものが多い。 XY stages generally combine direct motors, servo motors, stepping motors, ultrasonic motors, linear motors, etc., which have a large driving force and are capable of high-speed movements of microns or more, with piezoelectric actuators and brakes that allow for fine movements of the order of nanometers or less.
XYステージはお互いに独立したX軸移動機構、Y軸移動機構を組み合わせることによってXY方向に移動自由度を持ち指定された座標点に移動する機能を有している。例えば、XYステージに対してY軸に沿って移動するように移動命令を与えたとする。完璧なステージであればX方向には移動せずY軸方向にのみ移動するが、図13に示したように実際のステージではX方向にも移動が生じる。 By combining independent X-axis and Y-axis movement mechanisms, the XY stage has the freedom of movement in the X and Y directions and the ability to move to a specified coordinate point. For example, suppose a movement command is given to the XY stage to move along the Y axis. A perfect stage would only move in the Y axis direction and not in the X direction, but as shown in Figure 13, in an actual stage, movement also occurs in the X direction.
ステージの移動精度を規定するガイドレールはセラミックなどで出来ており、非常に高精度な機械加工が施されているがミクロン程度の機械精度誤差がある。ステージが例えばY軸に沿って(X1,Y1)から(X1,Y2)に向かって移動すると、ステージ移動途中でステージの中心座標はX軸方向に左右に蛇行運動する。マルチビーム法では予め2次元に各電子ビームの間隔が決められて配置された1次電子ビーム群を利用する。連続検査中にステージが蛇行すると、1次電子ビームが照射される場所が意図した場所とは異なり不均一に1次電子ビームが照射され検査に不具合が生じる。 The guide rails that determine the stage's movement accuracy are made of ceramic and other materials, and although they are machined with extremely high precision, there are mechanical accuracy errors on the order of microns. For example, when the stage moves along the Y axis from (X1, Y1) to (X1, Y2), the center coordinates of the stage will meander left and right along the X axis as the stage moves. The multi-beam method uses a group of primary electron beams that are arranged two-dimensionally with predetermined spacing between each electron beam. If the stage meanders during continuous inspection, the primary electron beam will irradiate locations different from the intended locations, resulting in uneven irradiation and inspection defects.
図14は、本発明のステージの蛇行補正説明図を示す。 Figure 14 shows an explanatory diagram of the stage meandering correction of the present invention.
図14の(a)は補正前の画像の例を模式的に示し、図14の(b)は補正後の画像の例を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を表し、横方向は1次電子ビームの走査方向ヲ表す。 Figure 14(a) shows a schematic example of an image before correction, and Figure 14(b) shows a schematic example of an image after correction. Here, the vertical direction represents the stage movement direction, and the horizontal direction represents the scanning direction of the primary electron beam.
図14の(a)において、各画像は、ステージの蛇行毎に図示の矩形領域の画像が左右に蛇行する様子を模式的に示したものである。 In Figure 14(a), each image is a schematic representation of the image of the rectangular area shown snaked left and right as the stage snaked.
図14の(b)において、各画像は、ステージの蛇行毎に図示の矩形領域の画像が補正された後の様子を模式的に示したものである。画像に蛇行はなく、ステージ移動方向に同じ幅で走査されている様子が分かる。 In Figure 14(b), each image shows a schematic representation of the rectangular area image after correction for each stage meander. There is no meandering in the image, and it can be seen that the image is scanned with the same width in the direction of stage movement.
以上のように、既述した図13で説明したように、ステージ9の蛇行(ステージ移動方向と直角方向のずれ量、更に、ステージ移動方向のずれ量)がある場合(検出された場合)には、これら蛇行分だけステージを移動(あるいは検出した画像を移動)する補正を行い、図14の(b)のように見かけ上、蛇行がないように補正することが可能となる。 As described above and explained in Figure 13, if there is (or is detected to be) meandering of the stage 9 (deviations in the direction perpendicular to the stage movement direction, and also deviations in the stage movement direction), a correction is made to move the stage (or move the detected image) by the amount of the meandering, making it possible to make corrections so that there is no apparent meandering, as shown in Figure 14 (b).
図15は、本発明のステージ回転説明図を示す。 Figure 15 shows an explanatory diagram of stage rotation in the present invention.
図15の(a)は水平回転が無の様子を模式的に示し、図15の(b)は水平回転が右の場合の様子を模式的に示し、図15の(c)は水平回転が左の場合の様子を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を示し、横方向は電子ビーム走査方法を示す。 Figure 15(a) shows a schematic diagram of the state without horizontal rotation, Figure 15(b) shows a schematic diagram of the state with horizontal rotation to the right, and Figure 15(c) shows a schematic diagram of the state with horizontal rotation to the left. Here, the vertical direction indicates the stage movement direction, and the horizontal direction indicates the electron beam scanning direction.
図15の(a)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して水平方向の回転がない様子を模式的に示し、補正は必要ない場合を示す。 Figure 15(a) shows a schematic diagram of the stage 9 moving in a fixed direction (vertical direction) without any horizontal rotation, indicating that no correction is required.
図15の(b)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して水平方向の回転が右にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、左に水平方向の回転を補正する(図3のステージ回転量を参照)。 In Figure 15(b), the stage 9 is shown schematically as having a horizontal rotation to the right relative to the fixed (vertical) stage movement direction, indicating that correction is necessary. In this case, the horizontal rotation is corrected to the left (see the stage rotation amount in Figure 3).
図15の(c)において、ステージ9は、一定方向(縦方向)のステージ移動方向に対して水平方向の回転が左にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、右に水平方向の回転を補正する(図3のステージ回転量を参照)。 In Figure 15(c), the stage 9 is shown schematically as having horizontal rotation to the left relative to the fixed (vertical) stage movement direction, indicating that correction is necessary. In this case, the horizontal rotation is corrected to the right (see the stage rotation amount in Figure 3).
一般にステージ9は可動部を挟んで左右対称に2つのレールの上に載っている。左右のレールの特性は必ずしも同じではなく、摩擦も異なるため、レールに沿ってステージ9を移動した場合、左右のレールでは移動量が異なってくる。そのため、ステージ9の可動部はXY平面内で僅かに回転揺れを生じる。これを本発明では補正する。 Generally, stage 9 is mounted on two rails symmetrically, with the movable part sandwiched between them. The characteristics of the left and right rails are not necessarily the same, and friction is also different, so when stage 9 moves along the rails, the amount of movement differs between the left and right rails. As a result, the movable part of stage 9 rotates slightly within the XY plane. This is corrected by the present invention.
図16は、本発明のステージの回転補正説明図を示す。 Figure 16 shows an explanatory diagram of stage rotation correction according to the present invention.
図16の(a)は補正前の画像の例を模式的に示し、図16の(b)は補正後の画像の例を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を表し、横方向は1次電子ビームの走査方向ヲ表す。 Figure 16(a) shows a schematic example of an image before correction, and Figure 16(b) shows a schematic example of an image after correction. Here, the vertical direction represents the stage movement direction, and the horizontal direction represents the scanning direction of the primary electron beam.
図16の(a)において、各画像は、ステージの水平方向の回転毎に図示の矩形領域の画像が左回転あるいは右回転する様子を模式的に示したものである。 In Figure 16(a), each image is a schematic representation of how the image in the illustrated rectangular area rotates left or right with each horizontal rotation of the stage.
図16の(b)において、各画像は、ステージの水平方向の回転毎に図示の矩形領域の画像が補正された後の様子を模式的に示したものである。画像の水平方向の回転はなく、ステージ移動方向に同じ向きで走査されている様子が分かる。 In Figure 16(b), each image is a schematic representation of the image of the rectangular area shown after correction for each horizontal rotation of the stage. It can be seen that there is no horizontal rotation of the image, and it is scanned in the same direction as the stage movement.
以上のように、既述した図15で説明したように、ステージ9の水平方向の回転(ステージ移動方向に対する回転方向のずれ量)がある場合(検出された場合)には、これら水平方向の回転分だけステージを逆方向に回転(あるいは検出した画像を回転)する補正を行い、図16の(b)のように見かけ上、ステージの移動方向に対して水平方向の回転がないように補正することが可能となる。 As described above and explained in Figure 15, if there is (or is detected to be) horizontal rotation of the stage 9 (a deviation in the rotational direction relative to the stage movement direction), a correction is made to rotate the stage in the opposite direction (or rotate the detected image) by the amount of this horizontal rotation, making it possible to correct so that there is no apparent horizontal rotation relative to the stage movement direction, as shown in Figure 16 (b).
図17は、本発明のステージの傾き補正説明図(Zステージによる高さ制御および自動水平だし)を示す。 Figure 17 shows an explanatory diagram of the stage tilt correction of the present invention (height control and automatic leveling using the Z stage).
図17の(a)は補正前の様子を模式的に示し、図17の(b)は補正後の様子を模式的に示す。ここで、横軸はステージの移動方向Y1からY2を表し、縦軸はそのときの高さZを表す。 Figure 17(a) shows a schematic representation of the state before correction, and Figure 17(b) shows a schematic representation of the state after correction. Here, the horizontal axis represents the stage movement direction Y1 to Y2, and the vertical axis represents the height Z at that time.
図17の(a)において、図示の凸状の曲線は、補正前の曲線の例を示し、ステージ9が座標Y1から座標Y2まで一定速度で移動したときの高さZの座標の変化の様子を模式的に示したものである。ここでは、凸状に高さZが変化していることが判明する(実測される(図3のステージた高さ参照))。 In Figure 17(a), the convex curve shown is an example of a curve before correction, and is a schematic representation of how the height Z coordinate changes when the stage 9 moves at a constant speed from coordinate Y1 to coordinate Y2. Here, it can be seen that the height Z changes in a convex shape (actually measured (see stage height in Figure 3)).
図17の(b)において、図示の曲線は、補正後の曲線の例を示し、ステージ9の高さZを補正した後の様子を示す。これは、補正前の図17の(a)に示す凸状の曲線のように、ステージ9が座標Y1から座標Y2まで一定速度で移動したときの高さZの座標が変化した場合(図3のステージ高さ参照)、リアルタイム検出された高さZに対応して、当該高さZを自動補正する。 In Figure 17(b), the curve shown is an example of a post-correction curve, showing the state after the height Z of the stage 9 has been corrected. This means that if the coordinate of height Z changes when the stage 9 moves at a constant speed from coordinate Y1 to coordinate Y2 (see stage height in Figure 3), as in the convex curve shown in Figure 17(a) before correction, the height Z is automatically corrected in accordance with the height Z detected in real time.
以上のように、ステージ9が一定方向に一定速度で移動した場合にその高さZをリアルタイム検出してその高さ変化分だけステージの高さを自動補正することが可能となる(後述する図18参照)。 As described above, when the stage 9 moves in a fixed direction at a fixed speed, its height Z can be detected in real time and the stage height can be automatically corrected by the amount of the change in height (see Figure 18, described below).
尚、ステージ9のZ方向の移動に対して、上述した図17で説明したステージ9のZ方向の補正を行わずに、対物レンズ6(あるいは図示外の補助対物レンズ)を制御して自動フォーカスおよび自動倍率補正を行う方法を採用してもよい。 In addition, a method may be adopted in which automatic focus and automatic magnification correction is performed by controlling the objective lens 6 (or an auxiliary objective lens not shown) when the stage 9 moves in the Z direction, without performing the Z direction correction of the stage 9 described above in Figure 17.
図18は、本発明のステージの高さ補正説明図を示す。 Figure 18 shows an explanatory diagram of the stage height correction of the present invention.
図18の(a)は補正無しの状態を模式的に示し、図18の(b)は補正有りの状態を模式的に示す。ここで、縦方向は電子ビーム走査方向であり、横方向はステージの移動方向である。 Figure 18(a) shows a schematic diagram of the state without correction, and Figure 18(b) shows a schematic diagram of the state with correction. Here, the vertical direction is the electron beam scanning direction, and the horizontal direction is the direction of stage movement.
図18の(a)において、図示の補正無しの場合の先端部、中央部、後端部の各画像は、ステージ9の移動(図17の座標Y1(先端部)から座標Y2(後端部)に伴い発生した高さZの変化に伴う画像のボケを模式的に表したものである。 In Figure 18(a), the images of the front, center, and rear end without correction shown in the figure are a schematic representation of the blurring of the images that occurs due to the change in height Z that occurs as the stage 9 moves (from coordinate Y1 (front end) to coordinate Y2 (rear end) in Figure 17).
図18の(b)において、図示の補正有りの場合の先端部、中央部、後端部の各画像は、ステージ9の移動(図17の座標Y1(先端部)から座標Y2(後端部)に伴い発生した高さZの変化に伴う高さ補正を行った後の画像(ボケなし)を模式的に表したものである。 In Figure 18 (b), the images of the front, center, and rear end with correction shown are schematic representations of images (without blur) after height correction has been performed in response to the change in height Z that occurs as the stage 9 moves (from coordinate Y1 (front end) to coordinate Y2 (rear end) in Figure 17).
以上のように、図18の(a)の補正無のボケた画像について、リアルタイムに高さZを検出してステージ9の高さを自動補正して図17の(b)の補正有りの画像に自動補正することが可能となる。 As described above, it is possible to detect the height Z in real time and automatically correct the height of the stage 9 for the blurred uncorrected image in Figure 18(a), thereby automatically correcting it to the corrected image in Figure 17(b).
図19は、本発明のサンプル高さおよび傾き補正説明図を示す。これは、既述した図1に図17のステージを組み込んだ実施例構造図の例を示す。 Figure 19 shows an explanatory diagram of sample height and tilt correction according to the present invention. This shows an example of a structural diagram of an embodiment in which the stage shown in Figure 17 is incorporated into the previously mentioned Figure 1.
図19において、1次電子ビーム1-1は、複数の1次電子ビームを表す。 In Figure 19, primary electron beam 1-1 represents multiple primary electron beams.
2次電子ビーム1-2は、複数の1次電子ビーム1-1をサンプル51に照射したときに放出された複数の2次電子ビームを表す。 Secondary electron beam 1-2 represents multiple secondary electron beams emitted when multiple primary electron beams 1-1 are irradiated onto sample 51.
高さセンサー151、152は、サンプル51の高さをリアルタイム測定して出力する装置であって、レーザ干渉計などである。 Height sensors 151 and 152 are devices that measure and output the height of sample 51 in real time, such as laser interferometers.
サンプルホルダー52は、サンプル8を保持するものである。 The sample holder 52 holds the sample 8.
ピエゾ圧電素子(Z1)51、(Z2)52,(Z3)55は、既述した図12のステージZ1(円錐)、ステージZ2(円錐)、ステージZ3(平坦)に対応するものであって、3点支持でサンプルホルダー52を支持するものである。 Piezoelectric elements (Z1) 51, (Z2) 52, and (Z3) 55 correspond to the stage Z1 (conical), stage Z2 (conical), and stage Z3 (flat) in Figure 12, and support the sample holder 52 at three points.
以上の構造のもとで、既述した図12で説明したように、サンプルホルダー52を3点支持するピエゾ圧電素子(Z1)51、(Z2)52,(Z3)55のいずれかに制御電圧を印加して所望の高さZにリアルタイムかつ超高速にサンプルホルダー52の高さ、傾きを自動補正することが可能となる。 With the above structure, as explained in Figure 12, it is possible to automatically correct the height and tilt of the sample holder 52 to the desired height Z in real time and at ultra-high speed by applying a control voltage to any of the piezoelectric elements (Z1) 51, (Z2) 52, and (Z3) 55 that support the sample holder 52 at three points.
1:電子銃
2:ブランキング装置
3:照明レンズ
3-1:マルチビームアパチャー
3-2:マルチ電子ビーム
4:対物アパチャー
5:ビームスプリッタ
5-1:静電偏向器
5-2:電磁偏向器
6:対物レンズ
7:偏向装置
8:サンプル
8-1:ミラー
9:XYZθステージ(ステージ)
10:真空チャンバー
10-1:真空ポンプ
11:アライメント
12:投影レンズ
13:振り戻し偏向器
14:電子検出沿器
52:サンプルホルダー
53、54、55;ピエゾ圧電素子
151、152:高さセンサー
1: Electron gun 2: Blanking device 3: Illumination lens 3-1: Multi-beam aperture 3-2: Multi-electron beam 4: Objective aperture 5: Beam splitter 5-1: Electrostatic deflector 5-2: Electromagnetic deflector 6: Objective lens 7: Deflection device 8: Sample 8-1: Mirror 9: XYZθ stage (stage)
10: Vacuum chamber 10-1: Vacuum pump 11: Alignment 12: Projection lens 13: Return deflector 14: Electronic detector 52: Sample holder 53, 54, 55; Piezoelectric elements 151, 152: Height sensor
Claims (11)
複数の1次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、
前記複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームを対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された2次電子ビームを投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、
前記1次電子ビームを細く絞る対物レンズと、
前記対物レンズで細く絞られた1次電子ビームを偏向してサンプル上で走査する偏向系と、
前記ビームスプリッタで投影レンズの軸に入射された2次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、
サンプルを連続移動させるステージと、
サンプルの高さをリアルタイムに測定するサンプル高さ測定手段とを備え、
前記サンプル高さ測定手段から出力されたサンプルの高さをもとに、前記ステージを連続移動しながら3つの独立したピエゾアクチュエーターで3点支持してリアルタイムに水平に維持した状態で、 前記複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームを前記ビームスプリッタで前記対物レンズの軸に入射し、該対物レンズで前記サンプルに細く絞った1次電子ビームを照射すると共に前記偏向系により走査し、サンプルから放出された2次電子を前記ビームスプリッタで前記投影レンズの軸に入射し、該投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力する、
ことを特徴とするマルチビーム画像生成装置。 1. A multi-beam imaging device for generating an image by scanning a plurality of primary electron beams onto a sample, comprising:
a multiple beam generating device for generating multiple primary electron beams;
a beam splitter that causes the multiple primary electron beams generated by the multiple beam generating device to be incident on the axis of an objective lens and causes the secondary electron beam emitted from the sample to be incident on the axis of a projection lens;
an objective lens for narrowing the primary electron beam;
a deflection system that deflects the primary electron beam narrowed by the objective lens to scan it on a sample;
a projection lens that forms an image on an electron detector of the secondary electron beam incident on the axis of the projection lens by the beam splitter;
a stage for continuously moving the sample;
a sample height measuring means for measuring the height of the sample in real time;
Based on the height of the sample output from the sample height measuring means, while continuously moving the stage, the stage is supported at three points by three independent piezo actuators and kept horizontal in real time, and the multiple primary electron beams generated by the multiple beam generating device are made incident on the axis of the objective lens by the beam splitter, the objective lens irradiates the sample with the narrowed primary electron beam and scans it by the deflection system, and secondary electrons emitted from the sample are made incident on the axis of the projection lens by the beam splitter, and the projection lens forms an image on an electron detector, outputting image information of the multiple electron beams.
A multi-beam image generating device characterized by:
複数の1次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、
前記複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームを対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された2次電子ビームを投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、
前記1次電子ビームを細く絞る対物レンズと、
前記対物レンズで細く絞られた1次電子ビームを偏向してサンプル上で走査する偏向系と、
前記ビームスプリッタで投影レンズの軸に入射された2次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、
サンプルを連続移動させるステージと、
サンプルの高さをリアルタイムに測定するサンプル高さ測定手段とを設け、
前記サンプル高さ測定手段から出力されたサンプルの高さをもとに、前記ステージを連続移動しながら3つの独立したピエゾアクチュエーターで3点支持してリアルタイムに水平に維持した状態で、前記複数ビーム生成装置で生成された複数の1次電子ビームを前記ビームスプリッタで前記対物レンズの軸に入射し、該対物レンズで前記サンプルに細く絞った1次電子ビームを照射すると共に前記偏向系により走査し、サンプルから放出された2次電子を前記ビームスプリッタで前記投影レンズの軸に入射し、該投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力する、
ことを特徴とするマルチビーム画像生成方法。 1. A multi-beam imaging method for scanning a sample with multiple primary electron beams to generate an image, comprising:
a multiple beam generating device for generating multiple primary electron beams;
a beam splitter that causes the multiple primary electron beams generated by the multiple beam generating device to be incident on the axis of an objective lens and causes the secondary electron beam emitted from the sample to be incident on the axis of a projection lens;
an objective lens for narrowing the primary electron beam;
a deflection system that deflects the primary electron beam narrowed by the objective lens to scan it on a sample;
a projection lens that forms an image on an electron detector of the secondary electron beam incident on the axis of the projection lens by the beam splitter;
a stage for continuously moving the sample;
a sample height measuring means for measuring the height of the sample in real time;
Based on the height of the sample output from the sample height measuring means, while continuously moving the stage, the stage is supported at three points by three independent piezo actuators and maintained horizontally in real time, and in this state, the multiple primary electron beams generated by the multiple beam generating device are made incident on the axis of the objective lens by the beam splitter, the objective lens irradiates the sample with the narrowed primary electron beam and scans it by the deflection system, and secondary electrons emitted from the sample are made incident on the axis of the projection lens by the beam splitter, and the projection lens forms an image on an electron detector, outputting image information of the multiple electron beams.
A multi-beam image generating method comprising:
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