JP2017083301A - パターン検査方法及びパターン検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子ビームによるマルチビームを用いたパターン検査においてマルチビーム検査に特有な疑似欠陥を低減可能なパターン検査方法を提供する。【解決手段】複数の電子ビームが所定のピッチで配置されたマルチビームを用いて、複数の図形パターンが形成された被検査基板上を走査し、マルチビームが照射されたことに起因して被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した第１の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第１の領域像の歪みを個別に補正する工程と、ビーム毎に個別に第１の領域像の歪みが補正された各第１の領域像のデータを用いて、第１の領域よりも大きい第２の領域単位で、第２の領域像の歪みを補正する工程と、第２の領域像の歪みが補正された被検査画像を、被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較し、結果を出力する工程と、を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、パターン検査方法及びパターン検査装置に関する。例えば、電子ビームを照射して放出されるパターン像の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。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。
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ろうとしている。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。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。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、拡大光学系を用いて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所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学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、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学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ＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これ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光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで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では、レーザ光を基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像することにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームによるマルチビームを基板に照射して、基板から放出される各ビームに対応する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（例えば、特許文献１参照）。マルチビームを用いたパターン検査装置では、マルチビーム全体で得られた２次電子画像を参照画像と比較することになる。その際、マルチビームを構成する各ビームに起因して個別に歪みや階調誤差が生じていると本来欠陥でないにも関わらず、欠陥と判定してしまう疑似欠陥が生じ得る。しかし、マルチビームを構成する各ビームについてそのビーム特性等を個別に補正することは困難である。また、マルチビーム全体で得られた画像について補正してもかかる個別な歪みや階調誤差を排除することは困難である。このようなマルチビーム特有な現象に対する対策が十分になされていない。
特開２０１１−１５５１１９号公報
そこで、本発明の一態様は、電子ビームによるマルチビームを用いたパターン検査においてマルチビーム検査に特有な疑似欠陥を低減可能なパターン検査装置及び方法を提供する。
本発明の一態様のパターン検査方法は、
複数の電子ビームが所定のピッチで配置されたマルチビームを用いて、複数の図形パターンが形成された被検査基板上を走査し、マルチビームが照射されたことに起因して被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した第１の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第１の領域像の歪みを個別に補正する工程と、
ビーム毎に個別に第１の領域像の歪みが補正された各第１の領域像のデータを用いて、第１の領域よりも大きい第２の領域単位で、第２の領域像の歪みを補正する工程と、
第２の領域像の歪みが補正された被検査画像を、被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、第２の領域単位で、第２の領域像の階調誤差を補正する工程をさらに備えると好適である。
また、マルチビームを用いて、校正パターンが形成された校正基板上を走査し、マルチビームが照射されたことに起因して校正基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した、第１の領域と同じサイズの校正基板上の第３の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第３の領域像の歪み量を個別に測定する工程と、
をさらに備え、
ビーム毎の第１の領域像は、測定された校正基板上の対応する第３の領域像の歪み量を用いて補正されると好適である。
また、マルチビームを用いて、被検査基板のパターン種毎のサンプル領域上を走査し、マルチビームが照射されたことに起因して被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
パターン種毎、かつマルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した、第１の領域と同じサイズのサンプル領域上の第３の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第３の領域像の階調値を個別に測定する工程と、
をさらに備え、
第２の領域像の階調値は、同種のパターンのサンプル領域から得られた対応する複数の第３の領域像の階調値を用いて補正されると好適である。
本発明の一態様のパターン検査装置は、
複数の図形パターンが形成された被検査基板を載置する移動可能なステージと、
被検査基板に複数の電子ビームが所定のピッチで配置されたマルチビームを照射する電子ビームカラムと、
マルチビームを用いて、被検査基板上を走査し、マルチビームが照射されたことに起因して被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する検出器と、
マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した第１の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第１の領域像の歪みを個別に補正する第１の補正部と、
ビーム毎に個別に第１の領域像の歪みが補正された各第１の領域像のデータを用いて、第１の領域よりも大きい第２の領域単位で、第２の領域像の歪みを補正する第２の補正部と、
第２の領域像の歪みが補正された被検査画像を、被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、電子ビームによるマルチビームを用いたパターン検査においてマルチビーム検査に特有な疑似欠陥を低減できる。
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部材の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の一部を示す上面概念図である。 実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。 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におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１における歪と階調誤差を説明するための図である。 実施の形態１におけるパターン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における校正基板の一例を示す図である。 実施の形態１における個別歪補正の仕方を説明するための図である。 実施の形態１における拡大歪補正回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１における拡大歪補正の仕方を説明するための図である。 実施の形態１における階調補正回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１における階調補正の仕方を説明するための図である。
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、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。光学画像取得部１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ部材２０３、ブランキングアパーチャアレイ部２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、偏向器２２４、及び検出器２２２が配置されている。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる複数の図形パターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、上述したように、露光用マスクやシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。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。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、ストライプパターンメモリ１２３に接続される。
制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、個別歪補正回路１４０、拡大歪補正回路１４２、階調補正回路１４６、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、ストライプパターンメモリ１２３は、個別歪補正回路１４０に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、制御計算機１１０の制御の下にステージ制御回路１１４により駆動される。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によって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。
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内の図示しないカソードとアノード間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定のバイアス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、電子ビームとなって放出される。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、及び対物レンズ２０７は、例えば電子レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。ブランキングアパーチャアレイ部２０４には、後述するように複数の個別ブランキング機構が配置され、各個別ブランキング機構への制御信号は、ブランキング制御回路１２６から出力される。偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。偏向器２２４は、少なくとも２極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。
基板１０１が露光用マスクの場合には、例えば、電子ビーム描画装置等の図示しない描画装置で露光用マスクに複数の図形パターンを形成する際に、かかる描画装置で用いた描画データが検査装置５００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。基板１０１が半導体基板の場合には、半導体基板に露光用マスクのマスクパターンを露光転写する際の基板上の露光イメージが定義された露光イメージデータが検査装置５００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。露光イメージデータは、例えば、図示しない空間像撮像装置によって作成されればよい。
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部材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部材２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｎ３列×縦（ｙ方向）ｍ３列（ｎ３，ｍ３は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）に５１２×５１２列の穴２２が形成される。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム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９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。
図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ部の一部を示す上面概念図である。なお、図３において、電極２４，２６と制御回路４１の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ部２０４は、図３に示すように、図２に示した成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。そして、各通過孔２５の近傍位置に、該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の電極２４，２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の例えば電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。各ビーム用の２つの電極２４，２６の他方（例えば、電極２６）は、グランド接続される。また、各制御回路４１は、制御信号用の例えば１ビットの配線が接続される。各制御回路４１は、例えば１ビットの配線の他、クロック信号線および電源用の配線等が接続される。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、電極２４，２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。ブランキング制御回路５２６から各制御回路４１用の制御信号が出力される。各制御回路４１内には、図示しないシフトレジストが配置され、例えば、ｎ３×ｍ３本のマルチビームの１列分の制御回路内のシフトレジスタが直列に接続される。そして、例えば、ｎ３×ｍ３本のマルチビームの１列分の制御信号がシリーズで送信され、例えば、ｎ３回のクロック信号によって各ビームの制御信号が対応する制御回路４１に格納される。
各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。マルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。
次に検査装置１００における光学画像取得部５５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）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部材２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ部材２０３には、矩形の複数の穴（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。複数の穴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部材２０３の複数の穴をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。
ブランキングアパーチャアレイ部２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ部２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、個別ブランキング機構によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、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、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（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。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部材２０３の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率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ｎ３×ｍ３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から放出される、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３００の束となる２次電子群３１０は、共に、偏向器２２４によって検出器２２２側に偏向され、検出器２２２に入射することによって検出される。２次電子群３１０は、照射用のマルチビーム２０に比べて運動エネルギーが小さい。そのため、偏向器２２４は、弱い電場を生じさせることで、大きな加速電圧によって加速させられている照射用のマルチビーム２０を偏向させずに、照射用のマルチビーム２０に比べて運動エネルギーが小さい２次電子群３１０だけを偏向させることができる。
図４は、実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。図４に示すように、基板１０１の検査領域３０は、例えば、ｙ方向に向かって所定の幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。例えば、一回のマルチビーム２０全体の照射で照射可能な照射領域３４と同じ幅で短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割される。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のストライプ領域３２の左端、或いはさらに左側の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、スキャン動作が開始される。実施の形態１では、例えば、ステップアンドリピート動作を繰り返すことで、照射領域３４をｘ方向に照射領域３４の幅で順次ずらしながら当該照射領域３４を走査していく。第１番目のストライプ領域３２をスキャンする際には、ＸＹステージ１０５を例えば−ｘ方向に移動させることにより、相対的にｘ方向へとスキャン動作を進めていく。第１番目のストライプ領域３２の検査用のマルチビーム照射が終了したら、ステージ位置を−ｙ方向に移動させて、第２番目のストライプ領域３２の右端、或いはさらに右側の位置に照射領域３４が相対的にｙ方向に位置するように調整し、今度は、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に移動させることにより、−ｘ方向に向かって同様にマルチビーム照射を行う。第３番目のストライプ領域３２では、ｘ方向に向かってマルチビーム照射し、第４番目のストライプ領域３２では、−ｘ方向に向かってマルチビーム照射するといったように、交互に向きを変えながら走査することで検査時間を短縮できる。但し、かかる交互に向きを変えながら走査する場合に限らず、各ストライプ領域３２を描画する際、同じ方向に向かって走査を進めるようにしても構わない。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ部材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と同数の複数のショットに応じた２次電子の束による２次電子群３１０が一度に検出される。
図５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５において、ストライプ領域３２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５の例では、基板１０１の検査領域が、例えばｙ方向に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４（描画フィールド）のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域３２に分割された場合を示している。なお、ストライプ領域３２の幅は、これに限るものではない。照射領域３４のｎ４倍（ｎ４は１以上の整数）のサイズであると好適である。図５の例では、５１２×５１２列のマルチビームの場合を示している。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５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つのグリッド２９を構成する。図５の例では、各グリッド２９は、４×４画素で構成される場合を示している。
図６は、実施の形態１におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。図６では、ある１つの照射領域３４を走査する場合の一例を示している。１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｎ１×ｍ１個のグリッド２９が配列される。１つの照射領域３４にマルチビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させたら、その位置でＸＹステージ１０５を停止させ、当該照射領域３４の走査（スキャン動作）を行う。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グリッド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、担当グリッド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６の例では、各ビームは、１ショット目に担当グリッド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。そして、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ショット目に担当グリッド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ショット目に担当グリッド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ショット目に担当グリッド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つのグリッド２９内のすべての測定用画素３６を順に照射していく。
以上のように、マルチビーム２０全体では、照射領域３４を走査することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのグリッド２９を走査することになる。そして、１つの照射領域３４の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次の照射領域３４の走査（スキャン）を行う。かかる動作を繰り返し、各ストライプ領域３２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次電子群３１０が放出され、検出器２２２にて検出される。
以上のようにして検出器４２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子３００の検出データは、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、ストライプパターンメモリ１２３に格納される。そして、１つのストライプ領域３２分の検出データが蓄積された段階で、ストライプパターンデータとして個別歪補正回路１４０に転送される。或いは、１つの照射領域３４分の検出データが蓄積された段階で、照射領域パターンデータとして個別歪補正回路１４０に転送されても良い。
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。
図７は、実施の形態１における歪と階調誤差を説明するための図である。１つの照射領域３４内での各ビームの走査によって、グリッド２９毎に、各測定用画素３６からの２次電子３００を検出することになる。よって、グリッド２９毎に、グリッド２９内の各測定用画素３６の検出データから画像が得られる。しかし、グリッド２９毎にそれぞれ使用するビームが異なるために、グリッド２９毎に得られるグリッド画像には、図７に示すように、ディストーション（歪）のばらつきや、階調変動（ＳからＳ’）による階調誤差のばらつきが生じる。後述するように、パターン検査は、照射領域３４毎に行う。各照射領域３４は、複数のグリッド２９により構成されるので、グリッド画像毎にディストーション（歪）のばらつきや階調誤差のばらつきが生じると、本来欠陥でないにも関わらず欠陥と判定されてしまう疑似欠陥が生じてしまう。このように、マルチビーム２０を用いたパターン検査では、マルチビーム検査に特有な疑似欠陥が発生し得る。
ここで、グリッド２９単位（Ａ領域単位）で画像のディストーション（歪）補正や階調誤差補正を行っても、照射領域３４単位（Ｓ領域単位）での画像にディストーション（歪）や階調誤差が残ってしまう。逆に、照射領域３４単位（Ｓ領域単位）で画像のディストーション（歪）補正や階調誤差補正を行うと各ビーム特有の誤差を十分に補正することが困難である。そこで、実施の形態１では、グリッド２９単位（Ａ領域単位）で画像のディストーション（歪）補正を行い、その上で、さらに、グリッド２９単位（Ａ領域単位）よりも大きい領域単位（Ｂ領域単位）でディストーション（歪）の補正残差を補正する。かかる補正により、パターン位置を変化させた上で、グリッド２９単位（Ａ領域単位）よりも大きい領域単位（Ｂ領域単位）で階調誤差を補正する。このように領域サイズの異なる複数の領域単位で複数段階の補正を実施することで、より精度の高い画像に補正する。
図８は、実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図８において、実施の形態１におけるパターン検査方法は、ディストーション（歪）校正データ取得工程（Ｓ９０）と、階調校正データ取得工程（Ｓ９６）と、マルチビームスキャン及び２次電子検出工程（Ｓ１０２）と、個別歪補正工程（Ｓ１０４）と、位置合わせ工程（Ｓ１０８）と、判定工程（Ｓ１１０）と、拡大ディストーション補正工程（Ｓ１１２）と、階調補正（１）工程（Ｓ１１４）と、位置合わせ工程（Ｓ１１６）と、代表ポイント設定工程（Ｓ１１８）と、階調差演算工程（Ｓ１２０）と、判定工程（Ｓ１２２）と、代表ポイント変更工程（Ｓ１２４）と、階調補正（２）工程（Ｓ１２６）と、比較工程（Ｓ１３０）と、いう一連の工程を実施する。
ディストーション（歪）校正データ取得工程（Ｓ９０）と、階調校正データ取得工程（Ｓ９６）は、検査実施前に、事前にデータを取得しておく。また、マルチビームスキャン及び２次電子検出工程（Ｓ１０２）以降の各工程は、照射領域３４毎に実施する。
ディストーション（歪）校正データ取得工程（Ｓ９０）として、校正基板を用いて、グリッド２９毎のディストーション（歪）データを測定する。具体的には、以下のように測定する。
図９は、実施の形態１における校正基板の一例を示す図である。図９において、校正基板３００には、ｘ方向に並ぶグリッド２９のサイズよりも小さい線幅のラインアンドスペースパターンと、ｙ方向に並ぶグリッド２９のサイズよりも小さい線幅のラインアンドスペースパターンと、グリッド２９のサイズよりも小さい線幅の複数の矩形パターン（例えばホールパターン）との少なくとも１つが形成される。これら３種のパターンが１枚の校正基板３００に形成されても良いし、別々の校正基板に形成されてもよい。以下、別々の校正基板に形成される場合について説明する。図９では、検査対象の基板１０１のグリッド２９（第１の領域）と同じサイズの校正基板３００上のグリッド３０１毎の画像を取得する。
まず、マルチビーム２０を用いて、校正パターンが形成された校正基板上を走査し、マルチビーム２０が照射されたことに起因して校正基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する。例えば、ｘ方向に並ぶグリッド２９のサイズよりも小さい線幅のラインアンドスペースパターンが照射領域３４よりも大きな領域（例えば検査領域３０全体）に配置された校正基板（１）を用いて、校正基板（１）上を上述した内容と同様にマルチビーム２０でスキャンして、各グリッド２９の２次電子検出データを取得する。
同様に、ｙ方向に並ぶグリッド２９のサイズよりも小さい線幅のラインアンドスペースパターンが照射領域３４よりも大きな領域（例えば検査領域３０全体）に配置された校正基板（２）を用いて、校正基板（２）上を上述した内容と同様にマルチビーム２０でスキャンして、各グリッド２９の２次電子検出データを取得する。
同様に、例えば、グリッド２９のサイズよりも小さい線幅の複数の矩形パターン（例えばホールパターン）が照射領域３４よりも大きな領域（例えば検査領域３０全体）に配置された校正基板（３）を用いて、校正基板（３）上を上述した内容と同様にマルチビーム２０でスキャンして、各グリッド２９の２次電子検出データを取得する。
次に、マルチビーム２０のビーム毎に、当該ビームが走査した、グリッド２９（第１の領域）と同じサイズの校正基板上のグリッド３０１（第３の領域）に対応する２次電子の検出信号から得られるグリッド画像（第３の領域像）の歪み量を個別に測定する。具体的には、図示しない位置測定装置を用いて、校正基板（１）上に形成されたラインアンドスペースパターンの位置を測定する。そして、得られたグリッド画像（第３の領域像）内のパターンの位置から位置測定装置で測定されたパターンの位置を差し引くことで得られる差分値が、当該グリッド３０１におけるｘ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）量となる。かかる量のディストーション（歪）を補正する値がｘ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）データになる。
同様に、図示しない位置測定装置を用いて、校正基板（２）上に形成されたラインアンドスペースパターンの位置を測定する。そして、得られたグリッド画像（第３の領域像）内のパターンの位置から位置測定装置で測定されたパターンの位置を差し引くことで得られる差分値が、当該グリッド３０１におけるｙ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）量となる。かかる量のディストーション（歪）を補正する値がｙ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）データになる。
同様に、図示しない位置測定装置を用いて、校正基板（３）上に形成された複数の矩形パターンの位置を測定する。そして、グリッド画像内のパターンの位置から位置測定装置で測定されたパターンの位置を差し引くことで得られる差分値が、当該グリッド３０１における矩形パターンのディストーション（歪）量となる。かかる量のディストーション（歪）を補正する値が矩形パターンのディストーション（歪）データになる。以上により、マルチビーム２０特有の各ビーム位置でのディストーション（歪）データを取得できる。
そして、グリッド３０１（グリッド２９）のサイズに合わせた複数のメッシュ領域の対応する位置のメッシュ領域に、得られたディストーション（歪）データを定義したディストーション（歪）データマップを作成する。よって、１つのメッシュ領域には、ｘ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）データと、ｙ方向に並ぶラインアンドスペースパターンのディストーション（歪）データと、矩形パターンのディストーション（歪）データとがそれぞれ定義される。作成されたディストーション（歪）データマップは、検査装置１００に入力され、記憶装置１０９に格納される。
階調校正データ取得工程（Ｓ９６）として、検査対象となる基板１０１を用いて、グリッド２９毎の階調値データを測定する。具体的には、以下のように測定する。
まず、マルチビーム２０を用いて、被検査基板１０１のパターン種毎の照射領域３４以上のサイズのサンプル領域上を走査し、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、反射電子を含む２次電子群を検出する。被検査基板１０１には、少なくとも１つのパターン種、通常、複数のパターン種のパターンが形成される。そして、通常、同じパターン種のパターンはまとまって形成される。言い換えれば、被検査基板１０１の検査領域３０はパターン種毎に分かれる場合が一般的である。そして、照射領域３４を１つのパターン種内に設定した場合、照射領域３４の２次電子画像は、同じパターン種内であれば概ね同じ画像になる。言い換えれば、パターン種内であれば各照射領域３４間の対応グリッドの階調値同士は概ね同じ値を取る。よって、パターン種毎の照射領域３４以上のサイズのサンプル領域で照射領域３４の２次電子画像が得られれば、パターン種毎に、照射領域３４内で得られるはずの各グリッドの階調値を取得できる。但し、１回のスキャン動作では、誤差が含まれる可能性が高いので、複数回のスキャンによる２次電子群を検出する。
そして、パターン種毎、かつマルチビーム２０のビーム毎に、当該ビームが走査した、グリッド２９（第１の領域）と同じサイズのサンプル領域上のグリッド（第３の領域）に対応する２次電子の検出信号から得られるグリッド像（第３の領域像）の階調値を個別に測定する。上述したように、１回のスキャン動作では、誤差が含まれる可能性が高いので、複数回のスキャンで得られた値のグリッド毎の検出データの階調値の平均値を各グリッドの階調校正データとする。以上により、例えば、ｘ方向に並ぶラインアンドスペースパターンの階調校正データと、ｙ方向に並ぶラインアンドスペースパターンの階調校正データと、矩形パターンの階調校正データとが取得される。
そして、グリッド２９サイズに合わせた複数のメッシュ領域の対応する位置のメッシュ領域に、得られた階調校正データを定義した階調校正データマップを作成する。よって、１つのメッシュ領域には、ｘ方向に並ぶラインアンドスペースパターンの階調校正データと、ｙ方向に並ぶラインアンドスペースパターンの階調校正データと、矩形パターンの階調校正データとがそれぞれ定義される。作成された階調校正データマップは、検査装置１００に入力され、記憶装置１０９に格納される。
以上の事前測定を行って、ディストーション（歪）データマップと階調校正データマップとを作成した上で、被検査基板１０１の検査を行う。
マルチビームスキャン及び２次電子検出工程（Ｓ１０２）として、光学画像取得部１５０は、複数の電子ビームが所定のピッチＰで配置されたマルチビーム２０を用いて、複数の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、反射電子を含む２次電子群３１０を検出する。走査（スキャン）の仕方、及び２次電子群３１０の検出の仕方は上述した通りである。検出器４２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子３００の検出データは、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、ストライプパターンメモリ１２３に格納される。そして、１つのストライプ領域３２分の検出データが蓄積された段階で、ストライプパターンデータとして個別歪補正回路１４０に転送される。或いは、１つの照射領域３４分の検出データが蓄積された段階で、照射領域パターンデータとして個別歪補正回路１４０に転送されても良い。
一方、マルチビームスキャン及び２次電子検出工程（Ｓ１０２）と並行或いは前後して、参照画像が作成される。
参照画像作成工程として、展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が露光用マスクの場合には、複数の図形パターンを基板１０１に形成するための元になる描画データ（設計データ）に基づいて、グリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が半導体基板の場合には、半導体基板に露光用マスクのマスクパターンを露光転写する際の基板上の露光イメージが定義された露光イメージデータに基づいて、グリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。ここでは、複数の測定画像領域２１に応じた複数の参照画像（設計画像）が作成される。具体的には、以下のように動作する。まず、展開回路１１１は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ（或いは露光イメージデータ）を読み出し、読み出された描画データ（或いは露光イメージデータ）に定義された各照射領域３４の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。
ここで、描画データ（或いは露光イメージデータ）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描画データ（或いは露光イメージデータ）が展開回路１１１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画像データを展開し、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１／２８（＝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。かかるマス目は、測定用画素３６と同サイズにすればよい。
次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。検出回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、電子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。このようにしてグリッド２９の測定画像（光学画像）と比較する設計画像（参照画像）を作成する。作成された参照画像の画像データは拡大歪補正回路１４２及び階調補正回路１４６に出力され、拡大歪補正回路１４２内及び階調補正回路１４６内に出力された参照画像は、それぞれメモリに格納される。
以上のようにして、位置が異なる複数のグリッド２９にそれぞれ複数の図形パターンが定義された設計データ等に基づく、複数のグリッド２９に応じた、複数の図形パターンの複数の参照画像を作成する。これにより、基板１０１から検出された各検査ストライプ３２の複数のグリッド２９の測定画像に対応する、複数の参照画像が作成される。
個別ディストーション補正工程（Ｓ１０４）として、個別歪補正回路１４０は、マルチビーム２０のビーム毎に、当該ビームが走査したグリッド２９（第１の領域）に対応する２次電子の検出信号から得られるグリッド画像（第１の領域像）の歪みを個別に補正する。
図１０は、実施の形態１における個別歪補正の仕方を説明するための図である。個別歪補正回路１４０は、グリッド２９毎に、２次電子の検出信号から当該グリッド２９内のパターン２７の画像（グリッド画像）を作成する。ビーム毎のグリッド画像（第１の領域像）は、測定された校正基板上の対応するグリッド画像（第３の領域像）の歪み量を用いて補正される。具体的には、個別歪補正回路１４０は、記憶装置１０９からディストーション（歪）データマップを読み出し、グリッド２９（第１の領域）毎に、ディストーション（歪）データマップ上の同じパターン種の対応するグリッド画像（第３の領域像）の校正データの値だけ、当該グリッド２９内のパターン２７の画像の位置を補正する。図１０の例では、例えば、校正データが、ｘ方向に「−１０」であれば、当該グリッド２９内のパターン２７の位置をｘ方向に−１０ｎｍ移動させる。これにより、グリッド２９毎の個別歪補正ができる。パターン種の判断は、記憶装置１０９に格納された描画データ或いは露光イメージデータを用いて、当該グリッド２９でのパターン種を判定すればよい。グリッド２９毎の個別歪補正が終了したストライプ領域３２単位（或いは照射領域３４単位）の検出データは、拡大歪補正回路１４２に出力される。
図１１は、実施の形態１における拡大歪補正回路の内部構成を示す図である。図１１において、拡大歪補正回路１４２内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２、位置合わせ部５８、判定部６０、及び拡大歪補正部６２が配置される。記憶装置５０には、グリッド２９毎の個別歪補正が終了したストライプ領域３２単位（或いは照射領域３４単位）の検出データ（グリッド画像）が格納される。記憶装置５２には、グリッド２９毎の参照画像データが格納される。
位置合わせ工程（Ｓ１０８）として、位置合わせ部５８は、記憶装置５０から個別歪補正が終了したグリッド画像を読み出し、記憶装置５２から対応する参照画像を読み出す。そして、グリッド２９毎に、個別歪補正が終了したグリッド画像と、対応する参照画像とを所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法（ＳＳＤ法）を用いて位置合わせを行う。位置合わせは、測定用画素３６よりも小さいサブ画素単位で位置合わせを行うと好適である。
判定工程（Ｓ１１０）として、判定部６０は、グリッド２９毎に、位置合わせ工程（Ｓ１０８）により位置合わせした結果、参照画像とのずれの有無を判定する。個別歪補正が終了したにもかかわらず、いずれかのグリッド２９にずれが生じている場合には、拡大ディストーション補正工程（Ｓ１１２）に進む。ストライプ領域３２単位（或いは照射領域３４単位）ですべてのグリッド２９にずれが生じていない場合には、位置合わせ工程（Ｓ１１４）に進む。
拡大ディストーション補正工程（Ｓ１１２）として、拡大歪補正部６２は、マルチビーム２０のビーム毎に個別にグリッド画像（第１の領域像）の歪みが補正された各グリッド画像（第１の領域像）のデータを用いて、グリッド２９（第１の領域）よりも大きい合成領域３７（第２の領域）単位で、合成領域画像（第２の領域像）の歪みを補正する。図６に示したように、照射領域３４内のｎ１×ｍ１個のグリッド２９は、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｎ２×ｍ２個の隣接するグリッド２９群毎にグループ化される。そして、グループ化されたｎ２×ｍ２個の隣接するグリッド２９群毎に１つの合成領域３７（Ｂ）を構成する。
図１２は、実施の形態１における拡大歪補正の仕方を説明するための図である。図１２の例では、合成領域３７は、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）２×２個の隣接するグリッド２９群によって構成される場合を示している。図１２（ａ）では、ある１つの合成領域３７を構成する４つのグリッド２９について、位置合わせ工程（Ｓ１０８）での位置合わせの結果生じたずれ量の一例をそれぞれ示す。図１２（ａ）の例では、左上のグリッド２９の歪み量が、「−２」ｎｍ、右上のグリッド２９の歪み量が、「−１」ｎｍ、左下のグリッド２９の歪み量が、「−１」ｎｍ、及び右下のグリッド２９の歪み量が、「０」ｎｍである場合を示している。かかる合成領域３７では、４つのグリッド２９での歪み量の平均値が「−１」となる。よって、拡大歪補正部６２は、当該合成領域３７について、内部の４つのグリッド２９内のパターン位置をそれぞれ平均値の符号を反転させた「＋１ｎｍ」シフトするように補正する。その結果、図１２（ｂ）に示すように、当該合成領域３７について、内部の４つのグリッド２９内のパターンの歪み量は、左上のグリッド２９が、「−１」ｎｍ、右上のグリッド２９が、「０」ｎｍ、左下のグリッド２９が、「０」ｎｍ、及び右下のグリッド２９が、「＋１」ｎｍに補正される。このように、合成領域３７単位で補正することで、グリッド２９個別の歪補正の結果の集合よりも、歪み量を小さくできる。拡大歪補正が実施された各グリッド２９の画像データ（画素データ）は、階調補正回路１４６に出力される。
以上のように、個別及び拡大歪補正（或いは、個別歪補正で十分な場合は個別歪補正）によって、グリッド２９内のパターンの位置が移動（シフト）されることによって、一部或いは全部のグリッド２９内のパターンの一部或いは全部が隣接するグリッド２９内に移動する場合が生じ得る。これにより、グリッド２９内の測定用画素３６毎の信号強度が変化する（補正される）。これにより、後述するグリッド２９単位の階調値を演算する場合に、高精度な階調値を得ることができる。
図１３は、実施の形態１における階調補正回路の内部構成を示す図である。図１３において、階調補正回路１４６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７２，７４、階調補正部７６、位置合わせ部７８、代表ポイント選択部８０、差分演算部８２、判定部８４、及び階調補正部８６が配置される。記憶装置７０には、判定工程（Ｓ１１０）においていずれかのグリッド２９にずれが生じていた場合には拡大歪補正が実施された画素データが格納される。或いは判定工程（Ｓ１１０）においてストライプ領域３２単位（或いは照射領域３４単位）ですべてのグリッド２９にずれが生じていない場合には個別歪補正が実施された画素データが格納される。記憶装置７２には、参照画像の参照データが格納される。記憶装置７４には、制御計算機１１０によって記憶装置１０９から読み出された階調補正データが格納される。
階調補正（１）工程（Ｓ１１４）として、階調補正部７６は、合成領域３７単位で、記憶装置７０からグリッド画像を読み出し、合成領域３７（第２の領域）単位で、合成領域画像（第２の領域像）の階調誤差を補正する。また、合成領域画像（第２の領域像）の階調値は、同種のパターンのサンプル領域から得られた対応する複数のグリッド領域像（第３の領域像）の階調値を用いて補正される。
図１４は、実施の形態１における階調補正の仕方を説明するための図である。図１４の例では、合成領域３７は、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）２×２個の隣接するグリッド２９群によって構成される場合を示している。図１４（ａ）では、ある１つの合成領域３７を構成する４つのグリッド２９について、個別及び／或いは拡大歪補正後の階調データの一例をそれぞれ示す。測定用画素３６毎に個別及び／或いは拡大歪補正後の検出データ（測定データ）の信号強度を２５６階調で定義し、グリッド２９の階調値は、グリッド２９内の複数の測定用画素３６の階調値の統計値を演算すればよい。例えば、平均値、最小値、或いは最大値を適用できる。但し、階調値は２５６階調に限るものではない。図１４（ａ）の例では、左上のグリッド２９の階調値が、「２００」、右上のグリッド２９の階調値が、「２１０」、左下のグリッド２９の階調値が、「２００」、及び右下のグリッド２９の階調値が、「２１０」である場合を示している。かかる合成領域３７内の階調値の平均値は２０５となる。図１４（ｂ）では、予め測定しておいた同じパターン種の階調校正データの対応する２×２個のグリッド２９のグリッド像の階調値の一例を示す。パターン種の判断は、記憶装置１０９に格納された描画データ或いは露光イメージデータを用いて、当該グリッド２９でのパターン種を判定すればよい。図１４（ｂ）の例では、左上のグリッド２９の階調値が、「１８０」、右上のグリッド２９の階調値が、「１９０」、左下のグリッド２９の階調値が、「２００」、及び右下のグリッド２９の階調値が、「１８０」である場合を示している。かかる階調校正データの階調値の平均値は１８５となる。よって、図１４（ａ）に示す測定データの階調値の平均値から階調校正データの階調値の平均値を差し引いた差分値（階調差）は「２０」となる。そこで、階調補正部７６は、図１４（ａ）に示す測定データの各グリッド２９の階調値から差分値（階調差）「２０」を差し引くことで階調補正を行う。その結果、図１４（ｃ）に示すように、補正後の測定データの各グリッド２９の階調値は、左上のグリッド２９が、「１８０」、右上のグリッド２９が、「１９０」、左下のグリッド２９が、「１８０」、及び右下のグリッド２９が、「１９０」と補正される。このように、合成領域３７単位で補正することで、階調誤差を小さくできる。
位置合わせ工程（Ｓ１１６）として、位置合わせ部７８は、記憶装置７０から照射領域３４単位での照射領域画像を読み出し、記憶装置７２から対応する参照画像を読み出す。そして、照射領域３４毎に、照射領域画像と、対応する参照画像とを所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法（ＳＳＤ法）を用いて位置合わせを行う。位置合わせは、測定用画素３６単位或いは測定用画素３６よりも小さいサブ画素単位で位置合わせを行うと好適である。
代表ポイント設定工程（Ｓ１１８）として、代表ポイント選択部８０は、照射領域３４毎に、当該照射領域３４内から１つの合成領域３７を選択する。選択の仕方はランダムで良い。
階調差演算工程（Ｓ１２０）として、差分演算部８２は、照射領域３４内の代表ポイントに選択された合成領域３７について、グリッド２９毎に階調値を演算する。測定用画素３６毎に画素データの信号強度を２５６階調で定義し、グリッド２９の階調値は、グリッド２９内の複数の測定用画素３６の階調値の統計値を演算すればよい。例えば、平均値、最小値、或いは最大値を適用できる。但し、階調値は２５６階調に限るものではない。同様に、差分演算部８２は、代表ポイントに選択された合成領域３７に対応する参照データについて、同様にグリッド２９毎の階調値を演算する。そして、差分演算部８２は、グリッド２９毎に、測定画像の階調値から参照画像の階調値を差し引いた差分値（階調差）を演算する。
判定工程（Ｓ１２２）として、判定部８４は、代表ポイントに選択された合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さいかどうかを判定する。小さい場合には階調補正（２）工程（Ｓ１２６）に進む。小さくない場合には、代表ポイント変更工程（Ｓ１２４）に進む。後述する比較工程（Ｓ１３０）において欠陥判定に使用する閾値Ｔｈよりも十分小さい値を閾値Ｔｈ”に設定すると良い。例えば、閾値Ｔｈが「３０」である場合に、閾値Ｔｈ”を「３」に設定する。
代表ポイント変更工程（Ｓ１２４）として、代表ポイント選択部８０は、代表ポイントに選択された合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さくない場合、他の合成領域３７に変更するために選択し直す。そして、階調差演算工程（Ｓ１２０）に戻り、判定工程（Ｓ１２２）において代表ポイントに選択された合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さくなるまで繰り返す。合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さくない場合、合成領域３７には、そもそも欠陥箇所が存在している可能性が高い。よって、そのまま比較工程（Ｓ１３０）に進めた方が良い。一方、合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さい場合、かかる階調差は、欠陥によるものではなく、単なる階調誤差の可能性が高い。よって、かかる誤差をさらに補正する。
階調補正（２）工程（Ｓ１２６）として、階調補正部８６は、代表ポイントに選択された合成領域３７におけるすべてのグリッド２９の階調差が閾値Ｔｈ”よりも小さくなった場合に、かかる選択された合成領域３７における各グリッド２９の階調差の統計値分を当該照射領域３４内のすべてのグリッド２９の階調値に対して補正（オフセット）する。統計値は、例えば、平均値、最小値、或いは最大値を適用できる。階調補正（１）工程（Ｓ１１４）と階調補正（２）工程（Ｓ１２６）とを組み合わせることで、階調補正（１）工程（Ｓ１１４）での補正での補正残差を階調補正（２）工程（Ｓ１２６）で補正できる。よって、階調誤差分を高精度に補正できる。階調補正（２）工程（Ｓ１２６）が終了した各グリッド画像のデータは、比較回路１０８に出力される。
比較工程（Ｓ１３０）として、比較回路１０８は、合成領域画像（第２の領域像）の歪みが補正された被検査画像を、被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較する。そして、結果を出力する。具体的には、比較回路１０８は、照射領域３４単位で、測定画像と参照画像を位置合わせした後、当該測定画像と参照画像とをグリッド２９毎に比較する。比較回路１０８は、所定の判定条件に従ってグリッド２９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、グリッド２９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、メモリ１１８、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、電子ビームによるマルチビーム２０を用いたパターン検査においてマルチビーム検査によって生じる歪（及び階調誤差）を高精度に補正できる。よって、電子ビームによるマルチビーム２０を用いたパターン検査においてマルチビーム検査に特有な疑似欠陥を低減できる。特に、各ビームのビーム画像１つ１つについて歪補正を行うだけでなく、マルチビーム２０全体の照射領域３４について合成領域３７単位で歪補正することで、高精度に歪補正ができる。さらに、歪補正後に、マルチビーム２０全体の照射領域３４について合成領域３７単位で階調補正することで、高精度に階調補正ができる。さらに、階調誤差の補正残差を補正することで、より一層高精度に階調補正ができる。
以上の説明において、一連の「〜回路」、或いは一連の「〜部」は、少なくとも１つの電気回路、少なくとも１つのコンピュータ、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの回路基板、或いは、少なくとも１つの半導体装置等といった、少なくとも１つの回路で構成され、実行される。一連の「〜回路」、或いは一連の「〜部」は、上述した少なくとも１つの回路のうちの、同じ回路若しくは同じ回路群で構成されても良い。或いは、上述した少なくとも１つの回路のうちの、違う回路若しくは違う回路群で構成されてもよい。或いは、一連の「〜回路」、或いは一連の「〜部」の一部が、上述した少なくとも１つの回路のうちの、同じ回路若しくは同じ回路群で構成され、残りが、上述した少なくとも１つの回路のうちの、違う回路若しくは違う回路群で構成されてもよい。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、展開回路１１１、参照回路１１２、個別歪補正回路１４０、拡大歪補正回路１４２、階調補正回路１４６等は、上述した少なくとも１つの回路で構成されればよい。同様に、位置合わせ部５８、判定部６０、拡大歪補正部６２、階調補正部７６、位置合わせ部７８、代表ポイント選択部８０、差分演算部８２、判定部８４、及び階調補正部８６は、上述した少なくとも１つの回路で構成されればよい。
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パターン検査方法及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
２０ マルチビーム
２２ 穴
２４，２６ 電極
２９ グリッド
３０ 検査領域
３２ ストライプ領域
３４ 照射領域
３６ 測定用画素
３７ 合成領域
４１ 制御回路
４７ 個別ブランキング機構
５０，５２ 記憶装置
５８ 位置合わせ部
６０ 判定部
６２ 拡大歪補正部
７０，７２，７４ 記憶装置
７６ 階調補正部
７８ 位置合わせ部
８０ 代表ポイント選択部
８２ 差分演算部
８４ 判定部
８６ 階調補正部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
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
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２２ レーザ測長システム
１２０ バス
１２３ ストライプパターンメモリ
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
１４０ 個別歪補正回路
１４２ 拡大歪補正回路
１４６ 階調補正回路
１５０ 光学画像取得部
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部材
２０４ ブランキングアパーチャアレイ部
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ部材
２０７ 対物レンズ
２０８ 偏向器
２１６ ミラー
２２４ 偏向器
２２２ 検出器
３００ ２次電子
３１０ ２次電子群

Claims (5)

  1. 複数の電子ビームが所定のピッチで配置されたマルチビームを用いて、複数の図形パターンが形成された被検査基板上を走査し、前記マルチビームが照射されたことに起因して前記被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
    前記マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した第１の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第１の領域像の歪みを個別に補正する工程と、
    ビーム毎に個別に前記第１の領域像の歪みが補正された各第１の領域像のデータを用いて、前記第１の領域よりも大きい第２の領域単位で、第２の領域像の歪みを補正する工程と、
    前記第２の領域像の歪みが補正された被検査画像を、前記被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較し、結果を出力する工程と、
    を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
  2. 前記第２の領域単位で、第２の領域像の階調誤差を補正する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
  3. 前記マルチビームを用いて、校正パターンが形成された校正基板上を走査し、前記マルチビームが照射されたことに起因して前記校正基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
    前記マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した、前記第１の領域と同じサイズの校正基板上の第３の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第３の領域像の歪み量を個別に測定する工程と、
    をさらに備え、
    ビーム毎の前記第１の領域像は、測定された前記校正基板上の対応する第３の領域像の歪み量を用いて補正されることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査方法。
  4. 前記マルチビームを用いて、前記被検査基板のパターン種毎のサンプル領域上を走査し、前記マルチビームが照射されたことに起因して前記被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する工程と、
    前記パターン種毎、かつ前記マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した、前記第１の領域と同じサイズのサンプル領域上の第３の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第３の領域像の階調値を個別に測定する工程と、
    をさらに備え、
    前記第２の領域像の階調値は、同種のパターンのサンプル領域から得られた対応する複数の第３の領域像の階調値を用いて補正されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のパターン検査方法。
  5. 複数の図形パターンが形成された被検査基板を載置する移動可能なステージと、
    前記被検査基板に複数の電子ビームが所定のピッチで配置されたマルチビームを照射する電子ビームカラムと、
    前記マルチビームを用いて、前記被検査基板上を走査し、前記マルチビームが照射されたことに起因して前記被検査基板から放出される、反射電子を含む２次電子群を検出する検出器と、
    前記マルチビームのビーム毎に、当該ビームが走査した第１の領域に対応する２次電子の検出信号から得られる第１の領域像の歪みを個別に補正する第１の補正部と、
    ビーム毎に個別に前記第１の領域像の歪みが補正された各第１の領域像のデータを用いて、前記第１の領域よりも大きい第２の領域単位で、第２の領域像の歪みを補正する第２の補正部と、
    前記第２の領域像の歪みが補正された被検査画像を、前記被検査画像と同じ領域の参照画像を用いて比較する比較部と、
    を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
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