JP2019204694A - マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【目的】マルチ電子ビームを用いて画像を取得する装置の電子光学系において、電磁レンズと収差補正器との間隔が狭い場合でも軸調整が可能な装置について説明する。【構成】本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得装置は、電磁レンズ２２１の磁場中に配置され、マルチ電子ビームの収差を補正する収差補正器２３０と、マルチ電子ビームの進行方向に対して収差補正器よりも上流側に配置され、マルチ電子ビームのうち個別ビームを選択的に単独で通過させる移動可能なビーム選択アパーチャ基板２４０と、収差補正器を載置する移動可能な収差補正器ステージ２３２と、選択的に通過させられた個別ビームに起因する像を用いて、電磁レンズとの相対的な位置合わせが成されたマルチ電子ビームに対して、収差補正器の位置を合わせるようにステージを移動させるステージ制御回路１３２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法に関する。例えば、電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの２次電子画像を取得してパターンを検査する検査装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査手法としては、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計された設計データをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像する装置の他、検査対象基板上を電子ビームで走査（スキャン）して、電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。マルチビームの照射については、光学系の像面湾曲収差、非点収差、及び／或いは歪曲収差（ディストーション）等の収差によって、ビームのボケや歪が発生してしまう。ボケや歪の補正には、収差補正器を配置する必要がある。ここで、像面湾曲収差、非点収差、及び／或いは歪曲収差の補正ではないが、収差補正器の一例として、荷電粒子線に対して光軸から離れるように偏向する凹レンズの機能を有する偏向器が複数配置された偏向器アレイ、レンズアレイ、及び四極子アレイを組み合わせた収差補正器を使って複数の荷電粒子線を偏向して、色収差や球面収差を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、マルチビーム検査装置の照射光学系では、内部に収差補正器を配置する場合、電磁レンズとかかる収差補正器との光軸を合わせる必要がある。電磁レンズの光軸調整には、一般に、アライメントコイルといったアライナーによる軸調整が行われる。しかし、電磁レンズと収差補正器との間隔が狭い場合、電磁レンズ用に軸調整した後、収差補正器用に軸調整すると、せっかく合わせた電磁レンズの軸がずれてしまう。そのため、電磁レンズと収差補正器との間隔を狭めるには限界があった。かかる問題は、検査装置に限るものではなく、マルチビームを用いて画像を取得する装置において同様に生じ得る。

特開２０１４−２２９４８１号公報

本発明の一態様は、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する装置の電子光学系において、電磁レンズと収差補正器との間隔が狭い場合でも軸調整が可能な装置及び方法について説明する。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得装置は、
マルチ電子ビームの入射を受け、マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、
電磁レンズの磁場中に配置され、マルチ電子ビームの収差を補正する収差補正器と、
マルチ電子ビームの進行方向に対して収差補正器よりも上流側に配置され、マルチ電子ビームのうち個別ビームを選択的に単独で通過させる移動可能なアパーチャ基板と、
収差補正器を載置する移動可能なステージと、
選択的に通過させられた個別ビームに起因する像を用いて、電磁レンズとの相対的な位置合わせが成されたマルチ電子ビームに対して、収差補正器の位置を合わせるようにステージを移動させるステージ制御回路と、
収差補正器を通過したマルチ電子ビームが試料面に照射されたことに起因して放出される反射電子を含む２次電子を検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする。

また、収差補正器は、マルチ電子ビームの各ビームの軌道を個別に補正するように構成すると好適である。

また、収差補正器には、マルチ電子ビームの各ビームを個別に通過させる複数の第１の通過孔と、マルチ電子ビーム全体を一緒に通過させる第２の通過孔とが形成されると好適である。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法は、
マルチ電子ビームのビーム軌道をシフトさせることによって、マルチ電子ビームの入射を受けてマルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、マルチ電子ビームとを位置合わせする工程と、
電磁レンズの磁場中に配置されるマルチ電子ビームの収差を補正する収差補正器を載置するステージを移動させることによって、マルチ電子ビームのビーム軌道を変えずに、収差補正器と、マルチ電子ビームとを位置合わせする工程と、
備えたことを特徴とする。

また、マルチ電子ビームの進行方向に対して収差補正器よりも上流側に配置されたアパーチャ基板の小孔を通過させることによって、マルチ電子ビームの中から１本のビームを選択する工程を
選択された１本のビームを用いて、収差補正器の位置を特定する工程と、
をさらに備え、
特定される収差補正器の位置の情報を用いて、収差補正器と、マルチ電子ビームとを位置合わせすると好適である。

本発明の一態様によればマルチ電子ビームを用いて画像を取得する装置の電子光学系において、電磁レンズと収差補正器との間隔が狭い場合でも軸調整ができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１における収差補正器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。 実施の形態１における収差補正器の各電極基板の一例の上面図である。 実施の形態１における検出器の一例の上面図である。 実施の形態１の比較例における収差補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。 実施の形態１における収差補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。 実施の形態１における光軸合わせの一部分を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の一例の上面図である。 実施の形態１における電磁レンズとマルチビームとの位置決めを説明するための図である。 実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板で中心ビームを選択する手法を説明するための断面図である。 実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板で中心ビームを選択する手法を説明するための上面図である。 実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の小通過孔を通過したマルチビーム像の一例を示す図である。 実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の小通過孔がマルチビームの中心ビームの位置に移動した状態を示す図である。 実施の形態１における収差補正器２３０の複数の小通過孔の位置を特定する手法を説明するための図である。 実施の形態１における収差補正器像の一例を示す図である。 実施の形態１における電磁レンズと収差補正器とが位置決めされた状態の一例を示す図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。 実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。 実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。

以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム画像取得装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、マルチ電子ビーム画像取得装置は、検査装置に限るものではなく、例えば、画像が取得可能なマルチ電子ビームを照射する装置であれば構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒ともいう。）（マルチビームカラムの一例）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、レーザ測長システム１２２、ステージ駆動機構１３６、及びアパーチャ駆動機構１３７を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２０６、電磁レンズ２２０、アライメントコイル２４１、ビーム選択アパーチャ基板２４０、アライメントコイル２４２、電磁レンズ２２１、収差補正器２３０、収差補正器ステージ２３２、検出器２４３、検出器２４４、ビームセパレーター２１４、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、投影レンズ２２４、偏向器２２８、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１（試料）が配置される。基板１０１には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されている。基板１０１が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。また、ＸＹステージ１０５上には、基板１０１面と同様の高さ位置にアライメントマーク２１７が配置される。マルチ検出器２２２は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、収差補正器制御回路１２１、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、検出回路１３０、ステージ制御回路１３２、アパーチャ制御回路１３４、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４４は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４６は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２２８に接続される。

また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ１次電子ビームの光軸に直交する面に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

また、収差補正器２３０は、電磁レンズ２２１の磁場中に配置されると共に、収差補正器ステージ２３２上に配置される。収差補正器ステージ２３２は、ステージ制御回路１３２の制御の下にステージ駆動機構１３６により駆動される。ステージ駆動機構１３６は、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、収差補正器ステージ２３２が移動可能となっている。収差補正器ステージ２３２の水平方向及び回転方向の移動によって、収差補正器２３０が水平方向及び回転方向に移動可能である。

また、ビーム選択アパーチャ基板２４０は、マルチビーム２０の進行方向に対して収差補正器２３０よりも上流側に移動可能に配置され、マルチビーム２０のうち個別ビームを選択的に単独で通過させることができる。ビーム選択アパーチャ基板２４０は、アパーチャ制御回路１３４の制御の下にアパーチャ駆動機構１３７により駆動される。アパーチャ駆動機構１３７は、例えば、収差補正器ステージ２３２と同様のステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ビーム選択アパーチャ基板２４０が移動可能となっている。

また、ＸＹステージ１０５上には、電流を検出可能なファラディーカップ２１８が配置される。ファラディーカップ２１８により検出された信号は、検出回路１３０に出力される。また、収差補正器２３０上には、後述する収差補正器２３０の複数の通過孔に位置を合わせた複数の通過孔が形成された検出器２４３が配置される。また、収差補正器２３０の下方近傍、例えば、収差補正器ステージ２３２の下方近傍には、中央部にマルチビームが通過可能な通過孔が形成された検出器２４４が配置される。検出器２４３により検出された信号及び検出器２４４により検出された信号は、共に検出回路１３０に出力される。また、検出器２４３は、収差補正器２３０と一体となって、収差補正器ステージ２３２により水平方向及び回転方向に移動可能である。

アライメントコイル２４１、ビーム選択アパーチャ基板２４０、及びアライメントコイル２４２は、電磁レンズ２２０と電磁レンズ２２１との間に配置される。さらに、アライメントコイル２４１は、電磁レンズ２２０よりも光軸上下流側であって、ビーム選択アパーチャ基板２４０よりも上流側に配置される。アライメントコイル２４２は、ビーム選択アパーチャ基板２４０よりも光軸上下流側であって、検出器２４３よりも上流側に配置される。

電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（ウェネルト）の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって放出される。照明レンズ２０２、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４は、例えば電磁レンズが用いられ、電磁レンズ２０５，２２０，２２１と共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４によって制御される。また、アライメントコイル２４１、及びアライメントコイル２４２もレンズ制御回路１２４によって制御される。

一括ブランキング偏向器２１２は、少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１４４を介して、偏向制御回路１２８によって制御される。同様に、副偏向器２０９は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１４６を介して、偏向制御回路１２８によって制御される。同様に、偏向器２２８は、少なくとも４極の電極で構成をされ、電極毎にＤＡＣアンプ１４８を介して、偏向制御回路１２８にて、制御される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、３×３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。穴２２の配列数はこれに限るものではない。各穴２２は、共に同じ外径の円形で形成される。或いは、同じ寸法形状の矩形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

次に、検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜２０ｃ（図１の実線）（マルチ１次電子ビーム）が形成される。

形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、電磁レンズ２０５によって制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって屈折させられる。言い換えれば、電磁レンズ２０５は、マルチビーム２０の入射を受け、マルチビーム２０を屈折させる。ここでは、電磁レンズ２０５が制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴の位置にマルチビーム２０ａ〜２０ｃの各ビームの焦点位置がくるように屈折させる。ここで、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｃ全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、マルチビーム２０全体の一括したブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビーム群により、検査用のマルチビーム２０ａ〜２０ｃが形成される。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、電磁レンズ２２０によりほぼ垂直の軌道になるようにマルチビーム２０を屈折させる。

電磁レンズ２２０を通過したマルチビーム２０は、電磁レンズ２２１に進む。電磁レンズ２２１は、マルチビーム２０の入射を受け、マルチビーム２０を屈折させる。マルチビーム２０が電磁レンズ２２１を通過する際、収差補正器２３０によって、マルチビーム２０の収差が補正される。そして、収差が補正されたマルチビーム２０は、電磁レンズ２２１によって、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成し、かかるクロスオーバーの位置をビームセパレーター２１４位置に調整し、ビームセパレーター２１４を通過した後、対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。かかる場合に、主偏向器２０８によって、マルチビーム２０が走査するマスクダイの基準位置にマルチビーム２０全体を一括偏向する。実施の形態１では、例えばＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う。そのため、主偏向器２０８は、さらにＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。そして、副偏向器２０９によって、各ビームがそれぞれ対応する領域内を走査するようにマルチビーム２０全体を一括偏向する。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２の配列ピッチに所望の縮小率（１／ａ）を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のｍ_１×ｎ_１本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。

基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）（図１の点線）が放出される。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子ビーム３００の中心側に屈折させられ、クロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４に進む。

ここで、ビームセパレーター２１４はマルチビーム２０の中心ビームが進む方向（光軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０（マルチ１次電子ビーム）には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられる。

斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、投影レンズ２２４によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２は、例えば図示しないダイオード型の２次元センサを有する。そして、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。また、ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行うため、上述したようにトラッキング偏向が行われる。かかるトラッキング偏向及びスキャン動作に伴う偏向位置の移動に合わせて、偏向器２２８は、マルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２の受光面における所望の位置に照射させるように偏向する。そして、マルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２にて検出される。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号によって、基板１０１上の画像が形成される。

図３は、実施の形態１における収差補正器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。
図４は、実施の形態１における収差補正器の各電極基板の一例の上面図である。図３及び図４において、収差補正器２３０は、電磁レンズ２２１の磁場中に配置される。収差補正器２３０は、互いに所定の隙間を開けて配置される、３段以上の電極基板により構成される。図３及び図４の例では、例えば、３段の電極基板１０，１２，１４（複数の基板）により構成される収差補正器２３０が示されている。また、図３及び図４の例では、３×３本のマルチビーム２０を用いる場合について示している。収差補正器２３０には、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔（Ｂ１ホール）とが形成される。よって、複数の電極基板１０，１２，１４には、それぞれ、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔（Ｂ１ホール）とが形成される。図４（ａ）に示すように、上段電極基板１０には、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔１１（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔１７（Ｂ１ホール）とが形成される。同様に、図４（ｂ）に示すように、中段電極基板１２には、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔１３（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔１８（Ｂ１ホール）とが形成される。同様に、図４（ｃ）に示すように、下段電極基板１４には、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔１５（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔１９（Ｂ１ホール）とが形成される。上段電極基板１０と下段電極基板１４は、導電性材料を用いて形成される。或いは、絶縁材料の表面に導電性材料の膜を形成してもよい。上段電極基板１０と下段電極基板１４には、収差補正器制御回路１２１によって、共に、グランド電位（ＧＮＤ）が印加される。

一方、上段電極基板１０と下段電極基板１４とに挟まれた中段電極基板１２には、マルチビーム２０の各ビームの小通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ４極以上の電極１６で構成される複数の電極セットが配置される。図４の例では小通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ４極の電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄで構成される複数の電極セットが配置される場合を示している。電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、導電性材料で形成される。また、中段電極基板１２は、例えば、シリコン材で形成され、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）技術を用いて、中段電極基板１２上に配線層を形成して、それぞれ対応する配線上に、電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成される。電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが互いに導通しないように中段電極基板１２上に形成される。例えば、配線層と絶縁層がシリコン基板上に形成され、絶縁層上に電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを配置し、対応する配線に接続させればよい。小通過孔１３用の電極セットの電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄには、ビーム毎に、４極すべてに同じ電位となるバイアス電位（第１の軌道補正電位）が個別に印加可能に構成される。バイアス電位として、負の電位が印加される。さらに、各電極セットでは、小通過孔１３を挟んで対向する２つの電極１６ａ，１６ｂ（或いは／及び１６ｃ，１６ｄ）間に電位差（電圧）が生じるように一方の電極に必要に応じて個別の偏向電位（第２の軌道補正電位）が印加可能に構成される。よって、収差補正器制御回路１２１には、小通過孔１３毎（ビーム毎）に、バイアス電位を印加するための１つの電源回路と、偏向電位を印加するための少なくとも２つの電源回路とが配置される。各通過孔１３用の電極セットが８極で構成される場合であれば、小通過孔１３毎に、バイアス電位を印加するための１つの電源回路と、偏向電位を印加するための少なくとも４つの電源回路とが配置されることになる。

図５は、実施の形態１における検出器の一例の上面図である。図５において、検出器２４３には、収差補正器２３０と同様、マルチビーム２０の各ビームを個別に通過させる複数の小通過孔２３（Ｂ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔２４（Ｂ１ホール）とが形成される。複数の小通過孔２３と大通過孔２４の形成位置およびサイズは、収差補正器２３０の上段電極基板１０に形成される複数の小通過孔１１及び大通過孔１７に合わせて形成される。

図６は、実施の形態１の比較例における収差補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。図６において、比較例では、収差補正器２３０が電磁レンズ２２１の磁場空間から外れた位置に配置される場合を示している。図６の例では、収差補正器２３０として、３段の電極基板を用い、マルチビームのうちの中心ビームが通過する部分を示している。上段電極基板と下段電極基板にはグランド電位を印加し、中段電極基板に負のバイアス電位を印加する場合について示している。図６の例では、中段電極基板上の４極の電極については図示を省略している。図６の例では、バイアス電位だけを印加する場合について説明する。よって、図６の例では、１本のビームに対する静電レンズと同様の構成を示している。例えば、−１０ｋＶの加速電圧で放出された高速で移動する電子ビーム（ｅ）に対して、電磁レンズ２２１により合焦される中間像の焦点位置を変更するためには、加速電圧と同程度の例えば、−１０ｋＶ程度のバイアス電位が必要となる。このように、収差補正器２３０に印加する電圧が大きくなってしまう。

図７は、実施の形態１における収差補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。図７において、実施の形態１の収差補正器２３０は電磁レンズ２２１の磁場中に配置される。図７の例では、収差補正器２３０の３段の電極基板のうち、マルチビームのうちの中心ビームが通過する部分を示している。図７の例では、中段電極基板１２上の４極の電極１６については図示を省略している。図７の例では、説明の理解を容易にするために、バイアス電位だけを印加する場合について説明する。よって、図７の例では、１本のビームに対する静電レンズと同様の構成を示している。ここで、例えば、−１０ｋＶの加速電圧で放出された高速で移動する電子ビーム（ｅ）が電磁レンズ２２１の磁場に進入すると、かかる磁場によって電子の移動速度が遅くなる。よって、電磁レンズ２２１により合焦される中間像の焦点位置を変更する場合、電子の移動速度が遅くなっている状態、言い換えれば電子のエネルギーが小さくなっている状態で、収差補正器２３０により電子ビームの軌道を修正するので、中段電極基板に印加するバイアス電位は、例えば−１０ｋＶの加速電圧に対して、例えば１／１００の−１００Ｖ程度に低減することもできる。

収差補正器２３０は、マルチビーム２０の各ビームの軌道を個別に補正する。これにより、収差補正器２３０は、マルチビーム２０の収差を補正する。収差補正器２３０は、光学系の像面湾曲収差、非点収差、及び／或いは歪曲収差（ディストーション）を補正する。収差補正器２３０により個別にビーム軌道を補正する場合に、ビーム毎の４つの電極１６すべてに印加するバイアス電位で対象ビームの焦点位置をずらすだけではなく、小通過孔１３を挟んで対向する２つの電極１６ａ，１６ｂ（或いは／及び１６ｃ，１６ｄ）間に電位差（電圧）が生じるように偏向電位を印加して個別にビーム軌道を補正できる。

像面湾曲収差は、基板１０１上での各ビームの焦点位置を個別にずらすことによって補正することができる。そこで、実施の形態１において、収差補正器２３０は、マルチビーム２０の各ビームの焦点位置を個別に補正して像面湾曲を補正する。

ディストーションの形は条件により、樽型またはピンクッション型と呼ばれる分布を取る。一般には磁気レンズのディストーションは半径方向に加えて回転方向のずれも生ずる。マルチビーム２０に生じるディストーションの向き及び位置ずれ量は、ある程度の傾向は存在するとしても、ビーム毎に異なってしまう。そのため、ディストーションは、基板１０１上での各ビームの照射位置をずらすことによって補正することができる。そこで、実施の形態１において、収差補正器２３０は、マルチビーム２０の各ビームのビーム軌道を個別に補正してディストーションを補正する。

非点収差では、基板１０１（試料）面上においてｘ，ｙ方向の２次方向に焦点位置がずれる。そのため、焦点位置でビームがいわゆる楕円状になり、照射されるビームにボケが生じてしまう。マルチビーム２０に生じる非点の向き及び位置ずれ量は、マルチビーム２０の中心から放射状に延びるように楕円状になる傾向があるが、ビーム毎に異なってしまう。そのため、非点収差は、基板１０１上での各ビームの照射位置をずらすことによって補正することができる。そこで、実施の形態１において、収差補正器２３０は、マルチビーム２０の各ビームのビーム軌道を個別に補正して非点収差を補正する。

以上の動作を行うためには、検査用の画像を取得する動作を行う前に、各電磁レンズ、及び収差補正器２３０の光軸合わせに伴う位置決めが必要となる。

図８は、実施の形態１における光軸合わせの一部分を説明するための図である。図８の例では、電磁レンズ２２１の光軸合わせを行う場合を示している。図８の例では、電磁レンズ２２０の光軸ｄ１合わせは完了している場合を示している。電磁レンズ２２０と電磁レンズ２２１では、機械的な設置誤差等から、レンズ中心にずれが生じてしまう。そのため、電磁レンズ２２０の光軸ｄ１をそのまま電磁レンズ２２１に適用することは通常困難である。そこで、電磁レンズ２２０を通過したマルチビーム２０の軸をアライメントコイル２４１によって電磁レンズ２２１のレンズ中心（ｄ２）にシフトすることで、電磁レンズ２２１の光軸合わせを行うことができる。しかし、図８に示すように、電磁レンズ２２０と電磁レンズ２２１と同様、電磁レンズ２２１と収差補正器２３０との間でも、機械的な設置誤差等から、レンズ中心と補正器中心とにずれが生じてしまう。実施の形態１における収差補正器２３０は、電磁レンズ２２１の磁場中に配置されるので、電磁レンズ２２１を通過するマルチビーム２０の軸をアライメントコイル２４１或いはアライメントコイル２４２によって収差補正器２３０用の補正器中心ｄ３にシフトしてしまうと、せっかく合わせた電磁レンズ２２１の光軸がずれてしまう。このように、アライメントコイルによるビーム中心（ビーム軸）のシフトによる手法では、電磁レンズ２２１と電磁レンズ２２１の磁場中に配置される収差補正器２３０との両方の軸合わせは困難である。そこで、実施の形態１では、電磁レンズ２２１の軸合わせはアライメントコイル２４１によるビーム中心（ビーム軸）のシフトによる手法で行い、収差補正器２３０の軸合わせは収差補正器ステージ２３２の移動によって行う。以下、具体的に説明する。

図９は、実施の形態１におけるマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法の要部工程を示すフローチャート図である。図９において、実施の形態１におけるマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法は、Ａ１ホールセット工程（Ｓ１０２）と、Ｂ１ホールセット工程（Ｓ１０４）と、スキャン（１）工程（Ｓ１０６）と、電磁レンズ軸調整工程（Ｓ１０８）と、Ａ２ホールセット工程（Ｓ１１０）と、スキャン（２）工程（Ｓ１１２）と、アパーチャ軸調整工程（Ｓ１１４）と、Ｂ２ホールセット工程（Ｓ１１６）と、スキャン（３）工程（Ｓ１１８）と、収差補正器軸調整工程（Ｓ１２０）と、Ａ１ホールセット工程（Ｓ１２２）と、いう一連の工程を実施する。図９では、電磁レンズ２２１と収差補正器２３０との軸合わせを行う場合の各工程を説明する。

図１０は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の一例の上面図である。図１０において、ビーム選択アパーチャ基板２４０には、マルチビーム２０のうち１本のビームを通過させる小通過孔３１（Ａ２ホール）と、マルチビーム２０全体を一緒に通過させる大通過孔３２（Ａ１ホール）とが形成される。

Ａ１ホールセット工程（Ｓ１０２）として、マルチビーム２０の通過位置に、ビーム選択アパーチャ基板２４０の大通過孔３２（Ａ１ホール）が位置するように、ビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させる。ビーム選択アパーチャ基板２４０は、アパーチャ制御回路１３４の制御の下にアパーチャ駆動機構１３７により駆動される。これにより、マルチビーム２０全体がビーム選択アパーチャ基板２４０によって遮蔽されることなく、通過できる。

Ｂ１ホールセット工程（Ｓ１０４）として、マルチビーム２０の通過位置に、収差補正器２３０の大通過孔（Ｂ１ホール）が位置するように、収差補正器２３０を移動させる。収差補正器２３０は、ステージ制御回路１３２の制御の下にステージ駆動機構１３６による収差補正器ステージ２３２の駆動によって移動させられる。言い換えれば、上段電極基板１０の大通過孔１７と中段電極基板１２の大通過孔１８と下段電極基板１４の大通過孔１９とがマルチビーム２０の通過位置に配置される。これにより、例えば収差補正器２３０の補正器中心がずれていたとしても、マルチビーム２０全体が、収差補正器２３０によって遮蔽されることなく、通過できる。

スキャン（１）工程（Ｓ１０６）として、マルチビーム２０の軸の位置を可変にしながら、マルチビーム２０の軸の位置毎に、電磁レンズ２２１の励磁を変えて複数の励磁状態でアライメントマーク２１７の画像を検出する。

図１１は、実施の形態１における電磁レンズとマルチビームとの位置決めを説明するための図である。図１１に示すように、ビーム選択アパーチャ基板２４０及び収差補正器２３０の両方ともマルチビーム２０全体が、通過できるようにした状態で、アライメントマーク２１７の画像を検出する。アライメントマーク２１７の画像は、アライメントコイル２４１によりマルチビーム２０を偏向しながら、マルチビーム２０でアライメントマーク２１７上をスキャン（走査）して、アライメントマーク２１７から放出されるマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出すればよい。

電磁レンズ軸調整工程（Ｓ１０８）として、マルチビーム２０のビーム軌道をシフトさせることによって、電磁レンズ２２１と、マルチビーム２００とを位置合わせする。具体的には、アライメントコイル２４１によって、電磁レンズ２２１のレンズ中心にマルチビーム２０の軸を位置合わせする。さらに具体的には、スキャン（１）工程（Ｓ１０６）で得られた各ビーム軸位置の画像を使って、電磁レンズ２２１の励磁電流を変えても画像の倍率が変化するだけで画像の中心位置がシフトしない軸の位置に、アライメントコイル２４１によってマルチビーム２０の軸を移動させる。かかる位置が電磁レンズ２２１のレンズ中心（ｄ２）となる。これにより、電磁レンズ２２１の光軸合わせを行うことができる。

Ａ２ホールセット工程（Ｓ１１０）として、マルチビーム２０の通過位置に、ビーム選択アパーチャ基板２４０の小通過孔３１（Ａ２ホール）が位置するように、ビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させる。ビーム選択アパーチャ基板２４０は、アパーチャ制御回路１３４の制御の下にアパーチャ駆動機構１３７により駆動される。これにより、マルチビーム２０のうち、１本のビームだけがビーム選択アパーチャ基板２４０を通過し、残りのビームは遮蔽できる。

スキャン（２）工程（Ｓ１１２）として、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態から、アライメントコイル２４１により、マルチビーム２０でビーム選択アパーチャ基板２４０の小通過孔３１上をスキャン（走査）する。

図１２は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板で中心ビームを選択する手法を説明するための断面図である。
図１３は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板で中心ビームを選択する手法を説明するための上面図である。ビーム選択アパーチャ基板２４０の小通過孔３１上をマルチビーム２０で例えばｙ方向位置を順にずらしながらｘ方向に走査することで、マルチビーム２０のいずれかのビームが小通過孔３１を通過するたびに、信号が検出される。かかる信号は、例えば、ファラディーカップ２１８で検出すればよい。或いは検出器２４４で検出しても良い。ここでは、マルチビーム２０全体のサイズよりも大きいスキャン幅でマルチビーム２０を偏向する。かかる動作により、マルチビーム２０の各ビームがそれぞれ瞬間的に小通過孔３１を通過して検出されることになる。アライメントコイル２４１によるマルチビーム１０のｘ，ｙ方向へのシフト量と検出される各ビームの検出位置から、マルチビーム２０像を検出できる。

アパーチャ軸調整工程（Ｓ１１４）として、マルチビーム２０の進行方向に対して収差補正器２３０よりも上流側に配置されたビーム選択アパーチャ基板２４０（アパーチャ基板）の小通過孔３１（小孔）を通過させることによって、マルチビーム２０の中から１本のビームを選択する。具体的には、検出されたマルチビーム２０像の中心ビーム像の位置が設計上の画像中心に位置するようにビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させる。

図１４は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の小通過孔を通過したマルチビーム像の一例を示す図である。画像を検出する段階では、ビーム選択アパーチャ基板２４０の小通過孔３１が、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態での中心ビームの位置から通常ずれている。そのため、図１４に示すように、検出されるマルチビーム２０像は、設計上の画像位置（点線）からはずれた位置で検出される。かかる状態から、検出されたマルチビーム２０像の中心ビームが設計上の画像位置（点線）の中心に重なるようにビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させる。

図１５は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の小通過孔がマルチビームの中心ビームの位置に移動した状態を示す図である。上述したように、検出されたマルチビーム２０像の中心ビームが設計上の画像位置（点線）の中心に重なるようにビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させることで、図１５に示すように、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態で中心ビームだけが小通過孔３１を通過するようにできる。これにより、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態で、ビーム選択アパーチャ基板２４０によってマルチビーム２０の中心ビームだけを選択できる。

Ｂ２ホールセット工程（Ｓ１１６）として、選択された１本のビームの通過位置に、収差補正器２３０の複数の小通過孔（Ｂ２ホール）が位置するように、収差補正器２３０を移動させる。収差補正器２３０は、ステージ制御回路１３２の制御の下にステージ駆動機構１３６による収差補正器ステージ２３２の駆動によって移動させられる。

スキャン（３）工程（Ｓ１１８）として、選択された１本のビームを用いて、収差補正器２３０の位置を特定する。具体的には、選択された１本のビームを用いて、収差補正器２３０上の収差補正器２３０と各通過孔の位置が同じ検出器２４３上をスキャンする。

図１６は、実施の形態１における収差補正器２３０の複数の小通過孔の位置を特定する手法を説明するための図である。図１６に示すように、選択された１本のビームを用いて、検出器２４３上をスキャンする。アライメントコイル２４２によって選択された１本のビームを偏向することで検出器２４３上をスキャンできる。かかる動作によって、アライメントコイル２４２による選択された１本のビームのｘ，ｙ方向へのシフト量と検出信号強度から、検出器２４３の上面の像、ひいては収差補正器２３０の複数の小通過孔の像を検出できる。検出画像から収差補正器２３０の複数の小通過孔（Ｂ２ホール）の位置を特定する。

収差補正器軸調整工程（Ｓ１２０）として、電磁レンズ２２１の磁場中に配置される収差補正器２３０を載置する収差補正器ステージ２３２を移動させることによって、マルチビーム２０のビーム軌道を変えずに、収差補正器２３０と、マルチビーム２０とを位置合わせする。

図１７は、実施の形態１における収差補正器像の一例を示す図である。図１７に示すように、選択された１本のビームで、検出器２４３の上面の画像、ひいては収差補正器２３０の複数の小通過孔の画像を検出する段階では、収差補正器２３０の複数の小通過孔の中心小通過孔が、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態での中心ビームの位置から通常ずれている。そのため、図１７に示すように、検出される収差補正器２３０の複数の小通過孔の画像は、設計上の画像位置（点線）からはずれた位置で検出される。ステージ制御回路１３２は、選択的に通過させられた個別ビーム（中心ビーム）に起因する収差補正器２３０の複数の小通過孔の画像を用いて、電磁レンズ２２１との相対的な位置合わせが成されたマルチビーム２０に対して、収差補正器２３０の位置を合わせるように収差補正器ステージ２３２を移動させる。言い換えれば、検出画像により特定される収差補正器２３０の位置の情報を用いて、収差補正器２３０と、マルチビーム２０とを位置合わせする。具体的には、図１７に示すように、位置がずれた状態から、検出された収差補正器２３０の複数の小通過孔の画像の中心小通過孔が設計上の画像位置（点線）の中心に重なるように収差補正器ステージ２３２で収差補正器２３０を移動させると共に、収差補正器ステージ２３２で回転方向のずれを補正する。

図１８は、実施の形態１における電磁レンズと収差補正器とが位置決めされた状態の一例を示す図である。図１８に示すように、電磁レンズ２２１の光軸合わせをした状態、すなわち、電磁レンズ２２１のレンズ中心ｄ２にマルチビーム２０の中心軸を合わせた状態から、マルチビーム２０のビーム軌道を変えずに、収差補正器２３０の補正器中心ｄ３を電磁レンズ２２１のレンズ中心ｄ２に収差補正器ステージ２３２の移動によって位置合わせする。

Ａ１ホールセット工程（Ｓ１２２）として、マルチビーム２０の通過位置に、ビーム選択アパーチャ基板２４０の大通過孔３２（Ａ１ホール）が位置するように、ビーム選択アパーチャ基板２４０を移動させる。ビーム選択アパーチャ基板２４０は、アパーチャ制御回路１３４の制御の下にアパーチャ駆動機構１３７により駆動される。これにより、マルチビーム２０全体がビーム選択アパーチャ基板２４０によって遮蔽されることなく、通過できる。

以上の構成により、電磁レンズ２２１用に軸調整した後、せっかく合わせた電磁レンズ２２１の軸がずれることなく、収差補正器２３０用の軸調整ができる。その他の電磁レンズ等の位置合わせについても、図示しないアライメントコイル等で同様に行う。このように、電子光学系の位置合わせが完了した上で、被検査基板のパターン検査を行う。

図１９は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図１９において、実施の形態１における検査方法は、被検査画像取得工程（Ｓ２０２）と、参照画像作成工程（Ｓ２０４）と、位置合わせ工程（Ｓ２０６）と、比較工程（Ｓ２０８）と、いう一連の工程を実施する。

被検査画像取得工程（Ｓ２０２）として、画像取得機構１５０は、マルチビームを用いて基板１０１上に形成されパターンの２次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。

上述したように、収差補正器２３０を通過したマルチビーム２０は、ビームセパレーター２１４を通過し、対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。

基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０ａ〜２０ｃが照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０ａ〜２０ｃの各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）（図１の点線）が放出される。基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、対物レンズ２０７を通過し、ビームセパレーター２１４に進み、斜め上方に曲げられる。斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、投影レンズ２２４によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。このように、マルチ検出器２２２は、位置合わせが成された収差補正器２３０を通過したマルチビーム２０が基板１０１面に照射されたことに起因して放出される反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００を検出する。

図２０は、実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図２０において、基板１０１が半導体基板（ウェハ）である場合、半導体基板（ウェハ）の検査領域３３０には、複数のチップ（ウェハダイ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各チップ３３２には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置（ステッパ）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。各チップ３３２内は、例えば、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_２列×縦（ｙ方向）ｎ_２段（ｍ_２，ｎ_２は２以上の整数）個の複数のマスクダイ３３に分割される。実施の形態１では、かかるマスクダイ３３が単位検査領域となる。

図２１は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。図２１において、各マスクダイ３３は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、測定用画素３６（単位照射領域）となる。図２１の例では、８×８列のマルチビームの場合を示している。１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４は、（基板１０１面上におけるマルチビーム２０のｘ方向のビーム間ピッチにｘ方向のビーム数を乗じたｘ方向サイズ）×（基板１０１面上におけるマルチビーム２０のｙ方向のビーム間ピッチにｙ方向のビーム数を乗じたｙ方向サイズ）で定義される。図２１の例では、照射領域３４がマスクダイ３３と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域３４がマスクダイ３３よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な複数の測定用画素２８（１ショット時のビームの照射位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う測定用画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図２１の例では、隣り合う４つの測定用画素２８で囲まれると共に、４つの測定用画素２８のうちの１つの測定用画素２８を含む正方形の領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図２１の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素３６で構成される場合を示している。

実施の形態１におけるスキャン動作では、マスクダイ３３毎にスキャン（走査）される。図２１の例では、ある１つのマスクダイ３３を走査する場合の一例を示している。マルチビーム２０がすべて使用される場合には、１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｍ_１×ｎ_１個のサブ照射領域２９が配列されることになる。１つ目のマスクダイ３３にマルチビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させる。そして、偏向器２０８によって、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行いながら、トラッキング偏向されている状態で、当該マスクダイ３３を照射領域３４として当該マスクダイ３３内を走査（スキャン動作）する。マルチビーム２０を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各ビームは、担当サブ照射領域２９内の同じ位置に相当する１つの測定用画素２８を照射することになる。図２１の例では、偏向器２０８によって、各ビームは、１ショット目に担当サブ照射領域２９内の最下段の右から１番目の測定用画素３６を照射するように偏向される。そして、１ショット目の照射が行われる。続いて、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括してｙ方向に１測定用画素３６分だけビーム偏向位置をシフトさせ、２ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から２段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。同様に、３ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から３段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。４ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から４段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。次に、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括して最下段の右から２番目の測定用画素３６の位置にビーム偏向位置をシフトさせ、同様に、ｙ方向に向かって、測定用画素３６を順に照射していく。かかる動作を繰り返し、１つのビームで１つのサブ照射領域２９内のすべての測定用画素３６を順に照射していく。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で各穴２２と同数の複数のビームショットに応じたマルチ２次電子３００が一度に検出される。

以上のように、マルチビーム２０全体では、マスクダイ３３を照射領域３４として走査（スキャン）することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのサブ照射領域２９を走査することになる。そして、１つのマスクダイ３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次のマスクダイ３３が照射領域３４になるように移動して、かかる隣接する次のマスクダイ３３の走査（スキャン）を行う。かかる動作を繰り返し、各チップ３３２の走査を進めていく。マルチビーム２０のショットにより、その都度、照射された測定用画素３６から２次電子が放出され、マルチ検出器２２２にて検出される。実施の形態１では、マルチ検出器２２２の単位検出領域サイズは、各測定用画素３６から上方に放出された２次電子を測定用画素３６毎（或いはサブ照射領域２９毎）に検出するように設定される。

以上のようにマルチビーム２０を用いて走査することで、シングルビームで走査する場合よりも高速にスキャン動作（測定）ができる。なお、ステップアンドリピート動作で各マスクダイ３３のスキャンを行っても良いし、ＸＹステージ１０５を連続移動させながら各マスクダイ３３のスキャンを行う場合であってもよい。照射領域３４がマスクダイ３３よりも小さい場合には、当該マスクダイ３３中で照射領域３４を移動させながらスキャン動作を行えばよい。

基板１０１が露光用マスク基板である場合には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のチップ領域を例えば上述したマスクダイ３３のサイズで短冊状に複数のストライプ領域に分割する。そして、ストライプ領域毎に、上述した動作と同様の走査で各マスクダイ３３を走査すればよい。露光用マスク基板におけるマスクダイ３３のサイズは、転写前のサイズなので半導体基板のマスクダイ３３の４倍のサイズとなる。そのため、照射領域３４が露光用マスク基板におけるマスクダイ３３よりも小さい場合には、１チップ分のスキャン動作が増加する（例えば４倍）ことになる。しかし、露光用マスク基板には１チップ分のパターンが形成されるので、４チップよりも多くのチップが形成される半導体基板に比べてスキャン回数は少なくて済む。

以上のように、画像取得機構１５０は、マルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、マルチビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、マルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子の検出データ（測定画像：２次電子画像：被検査画像）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。このようにして、画像取得機構１５０は、基板１０１上に形成されたパターンの測定画像を取得する。そして、例えば、１つのチップ３３２分の検出データが蓄積された段階で、チップパターンデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

参照画像作成工程（Ｓ２０４）として、参照画像作成回路１１２（参照画像作成部）は、被検査画像に対応する参照画像を作成する。参照画像作成回路１１２は、基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ、或いは基板１０１に形成されたパターンの露光イメージデータに定義された設計パターンデータに基づいて、フレーム領域毎に、参照画像を作成する。フレーム領域として、例えばマスクダイ３３を用いると好適である。具体的には、以下のように動作する。まず、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路１１２に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、光学系によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力される。

図２２は、実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。図２２において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５６、被検査画像生成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。被検査画像生成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。被検査画像生成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ１１８に記憶される。

比較回路１０８内では、転送されたストライプパターンデータ（或いはチップパターンデータ）が、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、記憶装置５０に一時的に格納される。また、転送された参照画像データが、記憶装置５２に一時的に格納される。

次に、被検査画像生成部５４は、ストライプパターンデータ（或いはチップパターンデータ）を用いて、所定のサイズのフレーム領域（単位検査領域）毎、フレーム画像（被検査画像）を生成する。フレーム画像として、例えば、ここでは、マスクダイ３３の画像を生成する。但し、フレーム領域のサイズはこれに限るものではない。生成されたフレーム画像（例えばマスクダイ画像）は、記憶装置５６に格納される。

位置合わせ工程（Ｓ２０６）として、位置合わせ部５７は、被検査画像となるマスクダイ画像と、当該マスクダイ画像に対応する参照画像とを読み出し、画素３６より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。

比較工程（Ｓ２０８）として、比較部５８は、マスクダイ画像（被検査画像）と参照画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

なお、上述したダイ−データベース検査に限らず、ダイ−ダイ検査を行っても構わない。ダイ−ダイ検査を行う場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士を比較すればよい。よって、ダイ（１）となるウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像と、ダイ（２）となる別のウェハダイ３３２の対応する領域のマスクダイ画像と、を用いる。或いは、同じウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像をダイ（１）のマスクダイ画像とし、同じパターンが形成された同じウェハダイ３３２の他の一部のマスクダイ画像をダイ（２）のマスクダイ画像として比較しても構わない。かかる場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士の一方を参照画像として用いれば、上述したダイ−データベース検査と同様の手法で検査ができる。

すなわち、位置合わせ工程（Ｓ２０６）として、位置合わせ部５７は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像と、とを読み出し、画素３６より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。

そして、比較工程（Ｓ２０８）として、比較部５８は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

以上のように、実施の形態１によれば、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する装置の電子光学系において、電磁レンズ２２１と収差補正器２３０との間隔が狭い場合でも軸調整ができる。

以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１３２、及びアパーチャ制御回路１３２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのマルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 上段電極基板
１２ 中段電極基板
１４ 下段電極基板
１１，１３，１５，２３，３１ 小通過孔
１６ 電極
１７，１８，１９，２４，３２ 大通過孔
２０ ビーム
２２ 穴
２８ 画素
２９ サブ照射領域
３３ マスクダイ
３４ 照射領域
３６ 画素
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ 被検査画像生成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０５ ＸＹステージ
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照画像作成回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２１ 収差補正器制御回路
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３０ 検出回路
１３２ ステージ制御回路
１３４ アパーチャ制御回路
１３６ ステージ駆動機構
１３７ アパーチャ駆動機構
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５ 電磁レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１７ アライメントマーク
２１８ ファラディーカップ
２２０ 電磁レンズ
２２１ 電磁レンズ
２２２ マルチ検出器
２２４ 投影レンズ
２２８ 偏向器
２３０ 収差補正器
２３２ 収差補正器ステージ
２４０ ビーム選択アパーチャ基板
２４１ アライメントコイル
２４２ アライメントコイル
２４３ 検出器
２４４ 検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (5)

1. マルチ電子ビームの入射を受け、前記マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、
   前記電磁レンズの磁場中に配置され、前記マルチ電子ビームの収差を補正する収差補正器と、
   前記マルチ電子ビームの進行方向に対して前記収差補正器よりも上流側に配置され、前記マルチ電子ビームのうち個別ビームを選択的に単独で通過させる移動可能なアパーチャ基板と、
   前記収差補正器を載置する移動可能なステージと、
   選択的に通過させられた前記個別ビームに起因する像を用いて、前記電磁レンズとの相対的な位置合わせが成された前記マルチ電子ビームに対して、前記収差補正器の位置を合わせるように前記ステージを移動させるステージ制御回路と、
   前記収差補正器を通過したマルチ電子ビームが試料面に照射されたことに起因して放出される反射電子を含む２次電子を検出する検出器と、
   を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得装置。
2. 前記収差補正器は、前記マルチ電子ビームの各ビームの軌道を個別に補正することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
3. 前記収差補正器には、前記マルチ電子ビームの各ビームを個別に通過させる複数の第１の通過孔と、前記マルチ電子ビーム全体を一緒に通過させる第２の通過孔とが形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
4. マルチ電子ビームのビーム軌道をシフトさせることによって、前記マルチ電子ビームの入射を受けて前記マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、前記マルチ電子ビームとを位置合わせする工程と、
   前記電磁レンズの磁場中に配置される前記マルチ電子ビームの収差を補正する収差補正器を載置するステージを移動させることによって、前記マルチ電子ビームのビーム軌道を変えずに、前記収差補正器と、前記マルチ電子ビームとを位置合わせする工程と、
   備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法。
5. 前記マルチ電子ビームの進行方向に対して前記収差補正器よりも上流側に配置されたアパーチャ基板の小孔を通過させることによって、前記マルチ電子ビームの中から１本のビームを選択する工程を
   選択された前記１本のビームを用いて、前記収差補正器の位置を特定する工程と、
   をさらに備え、
   特定される前記収差補正器の位置の情報を用いて、前記収差補正器と、前記マルチ電子ビームとを位置合わせすることを特徴とする請求項４記載のマルチ電子ビーム光学系の位置決め方法。

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