JP2017090063A - パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビームのビーム径が小さい場合でも、現実的ではない相当に大規模なプロセッサ群を搭載せずに転送及びデータ処理が可能なパターン検査装置を提供する。
【解決手段】反射電子を含む２次電子を検出する検出器４２２と、電子ビームが照射される照射単位領域毎の検出データを入力し、２次元状のｎ_１×ｍ_１個の照射単位領域で構成される領域を、検査用の測定画像を構成する２次元状のｎ_２×ｍ_２個の画像基準領域のうちの１つの画像基準領域として、画像基準領域毎に、当該画像基準領域内のすべての照射単位領域の検出データから得られる統計値を演算し、当該画像基準領域に統計値を画像基準データとして定義する検出回路１０６と、画像基準領域毎の画像基準データの転送を受け、ｎ_２×ｍ_２個の画像基準領域で構成される測定画像に対応する参照画像を用いて、当該測定画像と参照画像とを画像基準領域毎に比較する比較回路１０８と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、電子ビームを基板に照射して、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（例えば、特許文献１参照）。電子ビームを用いた基板（半導体ウェハ或いは露光用マスク）上に形成されたパターンを検査するパターン検査装置では、電子ビームのビーム径を絞り込み、電子ビームを基板上で走査させてパターン情報を取得する。その際、パターン画像の解像度を得るため、一般に、検出する欠陥サイズと同等以下まで電子ビームのビーム径を絞り込む。例えば、５ｎｍＴＮ以下のウェハを検査する場合、欠陥サイズが１ｎｍ程度まで必要になる。かかる場合、電子ビームのビーム径を１ｎｍ以下にする。その結果、画像の１画素のサイズが１ｎｍとなり、１画素あたりを例えば２５６階調（８ビット）で表現すると１μｍ角の領域の画像を得るためには、１００万個の画素が必要となり、１Ｍバイトのデータ容量が必要となる。１００ｍｍ角の領域の画像を得るためには、１００００Ｔバイトのデータ容量が必要となる。上述したダイ−ダイ検査やダイ−データベース検査を行うために１００００Ｔバイトのデータ容量を一般的な検査時間内に間に合うように転送及びデータ処理しようとすれば、現在の技術では筺体規模の相当に大規模なプロセッサ群を搭載する必要がある。一方、設計データから参照画像を作成する場合でも同等のデータ容量を扱う必要がある。よって、これらのデータ量を処理可能な規模の検査装置を製造することは現実的ではない。

特開２０１１−１５５１１９号公報

そこで、本発明の一態様は、電子ビームのビーム径が小さい場合でも、現実的ではない相当に大規模なプロセッサ群を搭載せずに転送及びデータ処理が可能なパターン検査装置を提供する。

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基板を載置する移動可能なステージと、
基板に電子ビームを照射する電子ビームカラムと、
電子ビームが照射されたことに起因して基板から放出される、反射電子を含む２次電子を検出する検出器と、
電子ビームが照射される照射単位領域毎の検出データを入力し、２次元状のｎ_１×ｍ_１個（ｎ_１，ｍ_１は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の照射単位領域で構成される領域を、検査用の測定画像を構成する２次元状のｎ_２×ｍ_２個（ｎ_２，ｍ_２は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の画像基準領域のうちの１つの画像基準領域として、画像基準領域毎に、当該画像基準領域内のすべての照射単位領域の検出データから得られる統計値を演算し、当該画像基準領域に統計値を画像基準データとして定義するデータ処理部と、
画像基準領域毎の画像基準データの転送を受け、ｎ_２×ｍ_２個の画像基準領域で構成される測定画像に対応する参照画像を用いて、当該測定画像と参照画像とを画像基準領域毎に比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

また、電子ビームカラムは、一度に１本の電子ビームを基板に照射し、
基板の複数の図形パターンが形成された検査領域は、一列にｍ_１×ｍ_２個の照射単位領域が並ぶ幅サイズで短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割され、
複数のストライプ領域のストライプ領域毎に、電子ビームカラムは、ストライプ領域の短手幅方向に向かって電子ビームをシフトしながら、各列に並ぶ各照射単位領域に１本の電子ビームを順に照射し、
検出器は、電子ビームのシフト順序に沿って短手幅方向に並ぶｍ_１×ｍ_２個の照射単位領域から照射単位領域毎の検出データを順に入力すると好適である。

また、画像基準領域毎の画像基準データは、ストライプ領域単位で比較部に転送されると好適である。

また、電子ビームカラムは、一度に２次元状のｎ_３×ｍ_３本（ｎ_３，ｍ_３は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）のマルチビームを基板に照射し、
マルチビームのうち異なる複数のビームを用いて、各画像基準領域内の２次元状のｎ_１×ｍ_１個の照射単位領域が照射されると好適である。

また、照射単位領域のサイズは、電子ビームのビーム径サイズと同等のサイズに設定されると好適である。

また、統計値として、検出データの信号強度の平均値、最大値、及び最小値のうちのいずれかを用いると好適である。

また、照射単位領域毎の検出データを一時的に記憶するバッファメモリと、
比較された結果、欠陥と判定された画像基準領域に対応する各照射単位領域の検出データをバッファメモリから転送を受け記憶する記憶装置と、
欠陥と判定された画像基準領域に対応する各照射単位領域の検出データを用いて、欠陥と判定された画像基準領域の画像を表示するモニタと、
をさらに備えると好適である。

本発明の一態様によれば、電子ビームのビーム径が小さい場合でも、現実的ではない相当に大規模なプロセッサ群を搭載せずにデータ転送及びデータ処理が可能なパターン検査装置を実現できる。

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における検出回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。 実施の形態１における測定用領域と検査用領域とを説明するための図である。 実施の形態１の転送処理とデータ量とを説明するための図である。 実施の形態１における検査用画素でのパターン検出の一例を示す図である。 実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。 実施の形態２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２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２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２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２におけるマルチビームの描画方法の一例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、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３０２（電子鏡筒）、検査室３０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、バッファメモリ１２５、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３０２内には、電子銃４０１、照明レンズ４０２、ブランキング偏向器（ブランカー）４１２、ブランキングアパーチャ４１４、対物レンズ４０７、偏向器４０８、偏向器４２４、及び検出器４２２が配置されている。検査室３０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ３０５が配置される。ＸＹステージ３０５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、半導体装置を製造するための露光用マスクや半導体装置が形成された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３０５に配置される。また、ＸＹステージ３０５上には、検査室３０３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３０６が配置されている。検出器４２２は、電子ビームカラム３０２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、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、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ３０５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３０５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３０５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３０６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３０５の位置を測長する。

電子銃４０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃４０１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４０２及び対物レンズ４０７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。ブランキング偏向器（ブランカー）４１２は、例えば、対となる制御電極と対向電極により構成され、制御電極にはブランキング制御回路１２６から制御電位が印加され、対向電極にはグランド電位が印加される。偏向器４０８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４２４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１００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１００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。描画装置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。

電子銃４０１（放出部）から放出された電子ビーム４００は、レンズ制御回路１２４によって制御された照明レンズ４０２（電磁レンズ）によって軸上平行ビームに屈折させられ、ブランキング偏向器４１２内を通過する際に、例えば、ビームＯＮの状態では、ブランキング制御回路１２６によって制御されたブランキング偏向器４１２によって、ブランキングアパーチャ４１４の開口部全体を照明する。ビームＯＦＦの状態では、ブランキング制御回路１２６によって制御されたブランキング偏向器４１２によって、ビーム全体がブランキングアパーチャ４１４で遮へいされるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ４１４を通過した電子ビーム４００が１回の電子ビームのショットとなる。ブランキング偏向器４１２は、通過する電子ビーム４００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態ではブランキング制御回路１２６はブランキング偏向器４１２の制御電極に電圧を印加せず、ビームＯＦＦの際にブランキング制御回路１２６はブランキング偏向器４１２の制御電極に電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間で基板１０１に照射される電子ビーム４００のショットあたりの照射量が調整されることになる。

以上のようにブランキング偏向器４１２とブランキングアパーチャ４１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム４００は、ブランキングアパーチャ４１４の開口部形状に沿って円形或いは矩形に成形される。そして、ブランキングアパーチャ４１４を通過したアパーチャ像の電子ビーム４００は、対物レンズ４０７により基板１０１のパターン形成面に焦点を合わせ、偏向器４０８によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ３０５に配置された基板１０１の所望する位置に照射される。このように、電子ビームカラム３０２は、基板１０１に電子ビーム４００を照射する。基板１０１の所望する位置に電子ビーム４００が照射されたことに起因して基板１０１から放出される、反射電子を含む２次電子３００は、偏向器４２４によって検出器４２２側に偏向され、検出器４２２に入射することによって検出される。２次電子３００は、照射用の電子ビーム４００に比べて運動エネルギーが小さい。そのため、偏向器４２４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電子ビーム４００を偏向させずに、照射用の電子ビーム４００に比べて運動エネルギーが小さい２次電子３００だけを偏向させることができる。

図２は、実施の形態１における検出回路の内部構成を示す図である。図２において、検出回路１０６内には、アナログ／デジタル変換器７０、一時的にデータを記憶する記憶装置７２、及びユニット合成部７４が配置される。

図３は、実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。図３において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５６、フレーム分割部５４、位置合わせ部５８、及び比較部６０が配置される。

図４は、実施の形態１における各領域を説明するための概念図である。図４において、基板１０１の検査領域３０は、偏向器４０８の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域３２に仮想分割される。そして、偏向器４０８の偏向可能幅で、ストライプ領域３２をｘ方向に分割した領域が偏向器４０８の偏向領域となる。偏向領域は、ストライプ領域３２上の固定位置に作成されるのではなく電子鏡筒３０２側からの電子ビームの偏向可能範囲となる。よって、ＸＹステージ３０５の移動に伴って、偏向領域は検査対象ストライプ領域３２上を相対的に移動することになる。各ストライプ領域３２は、例えば、基板１０１に照射される電子ビーム４００のビーム径サイズと同じサイズで複数の測定用画素３６に仮想分割される。各測定用画素３６は、電子ビーム４００が照射される照射単位領域になる。

スキャン工程として、光学画像取得部１５０は、ＸＹステージ３０５を連続的に、或いはステップアンドリピート動作で移動させながら、検査対象ストライプ領域３２のｙ方向に並ぶ測定用画素３６の画素列に電子ビーム４００のショットを順に照射して、各測定用画素３６から放出される２次電子３００を順に検出する。各ショット間の電子ビーム４００の偏向位置の移動は、偏向器４０８によって電子ビーム４００を偏向することにより行えばよい。１つの画素列をショットし終わったら、ｘ方向に隣り合う次の測定用画素３６の画素列に対して同様にショットを行う。かかる動作を繰り返すことで、検査対象ストライプ領域３２のすべての測定用画素３６に電子ビーム４００のショットを行い、その２次電子を検出する。ステップアンドリピート動作の場合には、例えば、偏向器４０８の偏向可能幅で、ストライプ領域３２をｘ方向に分割した領域毎に移動すれば足りる。図４の例では、常に１方向（ｙ方向）に向かって順にショットしているが、これに限るものではない。１つの画素列をｙ方向に向かって順にショットした後、蛇行するように、隣り合う次の画素列を−ｙ方向に向かって順にショットしてもよい。

また、測定用画素３６毎に電子ビーム４００のショットを区切っているがこれに限るものではない。蛇行して進む場合には、ラスタースキャン方式で電子ビーム４００を照射してもよい。

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、Ａ／Ｄ変換器７０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、記憶装置７２に格納される。

図５は、実施の形態１における測定用領域と検査用領域とを説明するための図である。各ストライプ領域３２は、偏向器４０８の偏向可能幅で、ｘ方向に検査用の複数の測定画像領域２１に分割される。各測定画像領域２１は、２次元状のｎ_２×ｍ_２個（ｎ_２，ｍ_２は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の検査用画素３７（画像基準領域）に分割される。各検査用画素３７は、２次元状のｎ_１×ｍ_１個（ｎ_１，ｍ_１は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の測定用画素３６で構成される。測定画像領域２１が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、８×８μｍ角のサイズ、測定用画素３６が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、２×２ｎｍ角のサイズとする。かかる場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、４０００×４０００個の測定用画素３６が配列されることになる。検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、４×４個の測定用画素３６で構成される場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、１０００×１０００個の検査用画素３７が配列されることになる。図５の例では、検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、４×４個の測定用画素３６で構成される場合を示したがこれに限るものではない。さらに少ない数の測定用画素３６で構成されてもよいし、多い測定用画素３６で構成されてもよい。但し、検査用画素３７のサイズが電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）の５０倍を超えると後述するパターン検査の実用上の限界を超えてしまう恐れがある。よって、検査用画素３７は、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、５０×５０個以内の測定用画素３６で構成されると好適である。これにより、検査用画素３７のサイズを、電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）の５０倍以内に抑えることができる。検査対象基板１０１の検出すべき欠陥サイズが、例えば、２ｎｍであれば、電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）を２ｎｍに設定すればよい。かかる場合に、検査用画素３７のサイズを、１００ｎｍ以内に設定すればよい。

基板１０１の複数の図形パターンが形成された検査領域３０は、図５に示すように、一列にｍ_１×ｍ_２個の測定用画素３６が並ぶ幅サイズで短冊状の複数のストライプ領域３２に仮想分割されることになる。そして、検出器４２２は、電子ビーム４００のシフト順序に沿って当該ストライプ領域３２の短手幅方向（ｙ方向）に並ぶｍ_１×ｍ_２個の測定用画素３６から測定用画素３６毎の検出データを順に入力することになる。

ユニット合成部７４（データ処理部）は、電子ビーム４００が照射される測定用画素３６毎の検出データ（デジタルデータ）を記憶装置７２から入力する。そして、２次元状の検査用画素３７毎に、内部のすべての測定用画素３６の検出データから得られる統計値を演算する。例えば、信号強度の平均値を演算する。或いは、最大値であっても良い。或いは、最小値であってもよい。或いは、これの組み合わせであってもよい。そして、ユニット合成部７４は、検査用画素３７毎に、それぞれ対応する統計値を画像基準データ（検査用画素値）として定義する。このように、ユニット合成部７４は、２次元状の隣り合う複数の測定用画素３６を１つの検査用画素３７として合成する。測定画像領域２１内に位置するすべての検査用画素３７の画像基準データ（検査用画素値）によって、当該測定画像領域２１の測定画像が構成される。各検査用画素３７の画像基準データは、例えばストライプ領域３２単位でストライプパターンメモリ１２３に蓄積される。

ストライプパターンメモリ１２３に蓄積された各検査用画素３７の画像基準データは、例えば、光ファイバケーブル１２１を介して、比較回路１０８に転送される。例えばストライプ領域３２単位で各検査用画素３７の画像基準データが転送されると好適である。或いは、測定画像領域２１単位で各検査用画素３７の画像基準データが転送されても良い。

図６は、実施の形態１の転送処理とデータ量とを説明するための図である。図６（ａ）では、実施の形態１の比較例として、測定用画素３６のデータをそのまま光ファイバケーブル１２１を介して、比較回路１０８に転送した場合を示す。図６（ｂ）では、実施の形態１として、２次元状の隣り合う複数の測定用画素３６を検査用画素３７に合成したデータを光ファイバケーブル１２１を介して、比較回路１０８に転送した場合を示す。上述したように、測定画像領域２１が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、８×８μｍ角のサイズ、測定用画素３６が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、２×２ｎｍ角のサイズとする。かかる場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、４０００×４０００個の測定用画素３６が配列されることになる。そして、１つの測定用画素３６の信号強度が２５６階調で定義された場合、１つの測定用画素３６の測定データに必要なデータ容量が、１バイト（＝８ビット）となる。よって、１つの測定画像領域２１の測定画像について、４０００×４０００バイト＝１６Ｍバイトのデータ容量が必要となる。よって、図６（ａ）に示すように、画素データ量が大きくなり、転送に時間がかかる。これに対して、実施の形態１によれば、検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、４×４個の測定用画素３６で構成される場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、１０００×１０００個の検査用画素３７が配列されることになる。よって、１つの測定画像領域２１の測定画像について、１０００×１０００バイト＝１Ｍバイトのデータ容量にできる。よって、図６（ｂ）に示すように、画素データ量を小さくでき、転送時間を低減できる。上述した例では、データ量を１／１６に低減できる。検査用画素３７を構成する測定用画素３６をさらに増やせば、大幅にデータ量を低減できる。検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、５０×５０個の測定用画素３６で構成される場合、データ量を１／２５００に低減できる。

比較回路１０８に転送された各検査用画素３７の画像基準データは、ストライプ領域３２単位で記憶装置５０に格納される。この時点では、ストライプ領域３２単位の画像になっている。ストライプ領域画像は、ｘ方向に、検査ストライプ３２の幅と同様の幅で複数の測定画像領域２１に分割される。

フレーム分割工程として、フレーム分割部５４は、ストライプ領域画像をｘ方向に、検査ストライプ３２の幅と同様の幅で複数の測定画像領域２１の測定画像（フレーム画像）に分割する。各測定画像領域２１の測定画像は、記憶装置５６に格納される。

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、測定画像領域２１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、測定画像領域２１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、磁気ディスク装置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）に定義された各測定画像領域２１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１／２^８（＝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。かかるマス目は、検査用画素３７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。このようにして測定画像領域２１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は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、メモリ５２に格納される。

以上のようにして、位置が異なる複数の測定画像領域２１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、複数の測定画像領域２１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の複数の測定画像領域２１の測定画像に対応する、複数の参照画像が作成される。

位置合わせ工程として、位置合わせ部５８は、比較対象となる測定画像領域２１の測定画像（光学画像）を記憶装置５６から読み出し、同様に比較対象となる参照画像を記憶装置５２から読み出す。そして、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。

比較工程として、比較部６０は、ｎ_２×ｍ_２個の検査用画素３７で構成される測定画像領域２１の測定画像に対応する参照画像を用いて、当該測定画像と参照画像とを検査用画素３７毎に比較する。比較部６０は、所定の判定条件に従って検査用画素３７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、検査用画素３７毎の階調値差が判定閾値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。

図７は、実施の形態１における検査用画素でのパターン検出の一例を示す図である。実施の形態１では、測定用画素３６毎に得られたデータを検査用画素３７に合成してしまっているので、検査感度が問題となるが、実施の形態１によれば、以下のように検査用画素３７よりも小さい図形パターンについても検出できる。３つの並んだ検査用画素３７ａ，３７ｂ，３７ｃの階調値が、例えば、２０，８０，２０とする場合、３つの合計は１２０となる。１つの検査用画素３７が２５６階調で定義されるとすると１２０階調は約０．５画素分に相当する。よって、１つの検査用画素３７のサイズが例えば５０ｎｍであれば、その１／２の２５ｎｍの線幅の図形パターン３８として認識することができる。さらに、中央の検査用画素３７ｂに対して、両側の検査用画素３７ａ，３７ｃは小さい同じ階調値である。よって、２５ｎｍの線幅の図形パターン３８は、図７に示すように、中央の検査用画素３７ｂの中央部に形成されていると推定できる。よって、測定用画素３６毎に得られたデータを検査用画素３７に合成した場合でも、検査用画素３７よりもサイズの小さい図形パターンを検出することができる。よって、検査用画素３７毎に測定画像と参照画像とを比較することで、欠陥検出ができる。

また、比較回路１０８によって、比較された結果、欠陥と判定された検査用画素３７については、検出回路１０６で合成される前の測定用画素３６毎の検出データでの画像で詳細がレビューされることが望ましい。そこで、実施の形態１では、検出回路１０６において、電子ビーム４００が照射される測定用画素３６毎の検出データ（デジタルデータ）は、バッファメモリ１２５に一時的に記憶され、蓄積される。蓄積されたデータは、比較回路１０８で比較処理が終了するまで保存される。

そして、比較回路１０８は、比較処理が終了後、転送の有無を示す情報をバッファメモリ１２５に送信する。バッファメモリ１２５では、かかる情報に基づいて転送の必要有無を選択し、比較された結果、欠陥と判定された検査用画素３７について、対応する各測定用画素３６の検出データを比較回路１０８に転送する。そして、バッファメモリ１２５内に記憶されていた、欠陥と判定された検査用画素３７についての対応する各測定用画素３６の検出データを消去する。或いは、バッファメモリ１２５では、転送の必要が無い測定用画素３６の検出データを消去する。転送された各測定用画素３６の検出データは、比較回路１０８を介して記憶装置１０９に格納される。そして、制御計算機１１０の制御のもと、モニタ１１７は、欠陥と判定された検査用画素３７に対応する各測定用画素３６の検出データを用いて、欠陥と判定された検査用画素３７の画像を表示する。かかる画像をユーザが視認することで、欠陥箇所の詳細をレビューすることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、電子ビーム４００のビーム径が小さい場合でも、測定画像領域２１の測定画像を構成するデータ量を小さくできる。同様に、対応する参照画像を構成するデータ量を小さくできる。よって、現実的ではない相当に大規模なプロセッサ群を搭載せずにデータ転送及びデータ処理が可能なパターン検査装置１００を実現できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、シングルビーム型の電子ビーム検査装置について説明したが、これに限るものではない。実施の形態２では、マルチビーム型の電子ビーム検査装置について説明する。

図８は、実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図８において、検査装置５００は、光学画像取得部５５０と制御系回路５６０（制御部）を備えている。検査装置５００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。光学画像取得部５５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路５０６、ストライプパターンメモリ５２３、バッファメモリ５２５、及びレーザ測長システム５２２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５２２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１０６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５０６に接続される。検出回路５０６は、ストライプパターンメモリ５２３に接続される。

制御系回路５６０では、コンピュータとなる制御計算機５１０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５２４、ブランキング制御回路５２６、偏向制御回路５２８、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５２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、制御計算機５１０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５２２により測定され、位置回路５０７に供給される。レーザ測長システム５２２は、ミラー１０６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５２４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５２６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５２８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５２８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８では、実施の形態２を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置５００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９は、実施の形態２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９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）ｎ_３列×縦（ｙ方向）ｍ_３列（ｎ_３，ｍ_３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９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１０は、実施の形態２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１０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１０に示すように、図９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、ｎ_３×ｍ_３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、ｎ_３×ｍ_３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、ｎ_３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５００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８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。また、例えばＸＹステージ１０５が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ１０５の移動に追従（トラッキング）するように偏向器２０８によって制御される。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。描画装置１００は、各回のトラッキング動作中にＸＹステージ１０５の移動に追従しながらショットビームとなるマルチビーム２０を偏向器２０８によるビーム偏向位置の移動によって各ビームが１測定用画素ずつ制御計算機５１０により制御された検査シーケンスに沿って照射していくスキャン動作を行う。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のｎ_３×ｍ_３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。

スキャン工程として、光学画像取得部５５０は、ＸＹステージ１０５を連続的に、或いはステップアンドリピート動作で移動させながら、検査対象ストライプ領域３２の照射領域３４内の複数の測定用画素３６にマルチビーム２０のショットを順に照射して、各測定用画素３６から放出される２次電子の束となる２次電子群３１０を順に検出する。

図１１は、実施の形態２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１１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。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、描画が開始される。第１番目のストライプ領域３２を描画する際には、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方向へと描画を進めていく。ＸＹステージ１０５は例えば等速で連続移動させる。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１２は、実施の形態２におけるマルチビームの照射領域と測定用画素３６との一例を示す図である。図１２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１２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ｎ_４倍（ｎ_４は１以上の整数）のサイズであると好適である。図１２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１２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１２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１３は、実施の形態２におけるマルチビームの描画方法の一例を説明するための図である。図１３では、図１２で示したストライプ領域３２を照射するマルチビームのうち、ｙ方向３段目の座標（１，３），（２，３），（３，３），・・・，（５１２，３）の各ビームで照射するグリッドの一部を示している。図１３の例では、例えば、ＸＹステージ１０５が８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの測定用画素３６を照射する場合を示している。かかる４つの測定用画素３６を照射する間、照射領域３４がＸＹステージ１０５の移動によって基板１０１との相対位置がずれないように、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括偏向することによって、照射領域３４をＸＹステージ１０５の移動に追従させる。言い換えれば、トラッキング制御が行われる。図１３の例では、８ビームピッチ分の距離を移動する間に４つの測定用画素３６を照射することで１回のトラッキングサイクルを実施する場合を示している。

具体的には、レーザ測長システム１１４が、ミラー１０６にレーザを照射して、ミラー１０６から反射光を受光することでＸＹステージ１０５の位置を測長する。測長されたＸＹステージ１０５の位置は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７がかかるＸＹステージ１０５の位置情報を偏向制御回路５２８に出力する。偏向制御回路５２８内では、ＸＹステージ１０５の移動に合わせて、ＸＹステージ１０５の移動に追従するようにビーム偏向するための偏向量データ（トラッキング偏向データ）を演算する。デジタル信号であるトラッキング偏向データは、図示しないデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）アンプに出力され、ＤＡＣアンプは、デジタル信号をアナログ信号に変換の上、増幅して、トラッキング偏向電圧として偏向器２０８に印加する。

そして、光学画像取得部５５０は、当該ショットにおけるマルチビームの各ビームの照射時間、各測定用画素３６にマルチビーム２０のそれぞれ対応するビームを照射する。実施の形態２では、各ショットの動作を次に説明する。

図１３の例では、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば最下段右から１番目の画素に１ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝０からｔ＝Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ−ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。

ビーム照射開始からショットの照射時間Ｔｔｒが経過後、偏向器２０８によってトラッキング制御のためのビーム偏向を継続しながら、トラッキング制御のためのビーム偏向とは別に、偏向器２０８によってマルチビーム２０を一括して偏向することによって各ビームの照射位置（前回の照射位置）を次の各ビームの照射位置（今回の照射位置）にシフトする。図１３の例では、時刻ｔ＝Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の最下段右から１番目の測定用画素３６から下から２段目かつ右から１番目の測定用画素３６へとシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は定速移動しているのでトラッキング動作は継続している。

そして、トラッキング制御を継続しながら、シフトされた各ビームの照射位置に当該ショットの照射時間Ｔｔｒ、マルチビーム２０のそれぞれ対応するビームを照射する。図１３の例では、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝Ｔｔｒからｔ＝２Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から２段目かつ右から１番目の測定用画素３６に２ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝Ｔｔｒからｔ＝２Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ−ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。

図１３の例では、時刻ｔ＝２Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の下から２段目かつ右から１番目の測定用画素３６から下から３段目かつ右から１番目の測定用画素３６へと偏向器２０８によるマルチビームの一括偏向により照射対象測定用画素３６をシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は移動しているのでトラッキング動作は継続している。そして、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝２Ｔｔｒからｔ＝３Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から３段目かつ右から１番目の測定用画素３６に３ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝２Ｔｔｒからｔ＝３Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ−ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。時刻ｔ＝３Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９の下から３段目かつ右から１番目の測定用画素３６から下から４段目かつ右から１番目の測定用画素３６へと偏向器２０９によるマルチビームの一括偏向により描画対象画素をシフトする。その間にもＸＹステージ１０５は移動しているのでトラッキング動作は継続している。そして、座標（１，３）のビーム（１）によって、時刻ｔ＝３Ｔｔｒからｔ＝４Ｔｔｒまでの間に注目グリッド２９の例えば下から４段目かつ右から１番目の測定用画素３６に４ショット目のビームの照射が行われる。時刻ｔ＝３Ｔｔｒからｔ＝４Ｔｔｒまでの間にＸＹステージ１０５は例えば２ビームピッチ分だけ−ｘ方向に移動する。その間、トラッキング動作は継続している。以上により、注目グリッド２９の右から１番目の測定用画素３６列の照射が終了する。

図１３の例では初回位置から３回シフトされた後の各ビームの照射位置を照射した後、偏向制御回路５２８は、トラッキング制御用のビーム偏向をリセットすることによって、トラッキング位置をトラッキング制御が開始されたトラッキング開始位置に戻す。言い換えれば、トラッキング位置をステージ移動方向と逆方向に戻す。図１３の例では、時刻ｔ＝４Ｔｔｒになった時点で、注目グリッド２９のトランキングを解除して、ｘ方向に８ビームピッチ分ずれた注目グリッドにビームを振り戻す。なお、図１３の例では、座標（１，３）のビーム（１）について説明したが、その他の座標のビームについてもそれぞれの対応するグリッドに対して同様に照射が行われる。すなわち、座標（ｎ，ｍ）のビームは、ｔ＝４Ｔｔｒの時点で対応するグリッドに対して右から１番目の測定用画素３６列の照射が終了する。例えば、座標（２，３）のビーム（２）は、図１３のビーム（１）用の注目グリッド２９の−ｘ方向に隣り合うグリッドに対して右から１番目の測定用画素３６列の照射が終了する。

なお、各グリッドの右から１番目の測定用画素３６列の照射は終了しているので、トラッキングリセットした後に、次回のトラッキングサイクルにおいてまず偏向器２０８は、各グリッドの下から１段目かつ右から２番目の測定用画素３６にそれぞれ対応するビームの照射位置を合わせる（シフトする）ように偏向する。

以上のように同じトラッキングサイクル中は偏向器２０８によって照射領域３４を基板１０１に対して相対位置が同じ位置になるように制御された状態で、偏向器２０８によって１測定用画素３６ずつシフトさせながら各ショットを行う。そして、トラッキングサイクルが１サイクル終了後、照射領域３４のトラッキング位置を戻してから、図１１の下段に示すように、例えば１測定用画素３６ずれた位置に１回目のショット位置を合わせ、次のトラッキング制御を行いながら偏向器２０８によって１測定用画素３６ずつシフトさせながら各ショットを行う。ストライプ領域３２のスキャン中、かかる動作を繰り返すことで、照射領域３４ａ〜３４ｏといった具合に順次照射領域３４の位置が移動していき、当該ストライプ領域の照射を行っていく。そして、マルチビームの各ショットによって、その都度、マルチビーム２０が照射した位置からの２次電子群３１０を検出器２２２で検出する。

以上のようにして検出器２２２によって検出された各ショットでのマルチビーム２０が照射された複数の測定用画素３６からの２次電子群３１０を構成する各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、Ａ／Ｄ変換器７０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、記憶装置７２に格納される。

また、実施の形態１と同様、各ストライプ領域３２は、図５に示したように、ｘ方向に検査用の複数の測定画像領域２１に分割される。実施の形態２では、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４と同じサイズで、各ストライプ領域３２を複数の測定画像領域２１に分割すると好適である。また、実施の形態２において各測定画像領域２１は、図５に示したように、２次元状のｎ_２×ｍ_２個（ｎ_２，ｍ_２は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の検査用画素３７（画像基準領域）に分割される。実施の形態２では、検査用画素３７をグリッド２９と同じサイズで構成すると好適である。よって、各検査用画素３７は、２次元状のｎ_１×ｍ_１個（ｎ_１，ｍ_１は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の測定用画素３６で構成されることになる。

また、図５において説明したように、実施の形態１と同様、測定画像領域２１が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、８×８μｍ角のサイズ、測定用画素３６が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、２×２ｎｍ角のサイズとする。かかる場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、４０００×４０００個の測定用画素３６が配列されることになる。検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、例えば、４×４個の測定用画素３６で構成される場合、１つの測定画像領域２１内には、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、１０００×１０００個の検査用画素３７が配列されることになる。図５の例では、検査用画素３７が、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、４×４個の測定用画素３６で構成される場合を示したがこれに限るものではない。さらに少ない数の測定用画素３６で構成されてもよいし、多い測定用画素３６で構成されてもよい。但し、検査用画素３７のサイズがマルチビーム２０を構成する各電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）の５０倍を超えると後述するパターン検査の実用上の限界を超えてしまう恐れがある。よって、検査用画素３７は、ｘ方向×ｙ方向（２次元状）に、５０×５０個以内の測定用画素３６で構成されると好適である。これにより、検査用画素３７のサイズを、電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）の５０倍以内に抑えることができる。検査対象基板１０１の検出すべき欠陥サイズが、例えば、２ｎｍであれば、電子ビームのビーム径サイズ（測定用画素３６のサイズ）を２ｎｍに設定すればよい。かかる場合に、検査用画素３７のサイズを、１００ｎｍ以内に設定すればよい。

ユニット合成部７４（データ処理部）は、マルチビーム２０の各電子ビームが照射される測定用画素３６毎の検出データ（デジタルデータ）を記憶装置７２から入力する。そして、２次元状の検査用画素３７毎に、内部のすべての測定用画素３６の検出データから得られる統計値を演算する。例えば、信号強度の平均値を演算する。或いは、最大値であっても良い。或いは、最小値であってもよい。或いは、これの組み合わせであってもよい。そして、ユニット合成部７４は、検査用画素３７毎に、それぞれ対応する統計値を画像基準データ（検査用画素値）として定義する。このように、ユニット合成部７４は、２次元状の隣り合う複数の測定用画素３６を１つの検査用画素３７として合成する。測定画像領域２１内に位置するすべての検査用画素３７の画像基準データ（検査用画素値）によって、当該測定画像領域２１の測定画像が構成される。各検査用画素３７の画像基準データは、例えばストライプ領域３２単位でストライプパターンメモリ１２３に蓄積される。

ストライプパターンメモリ１２３に蓄積された各検査用画素３７の画像基準データは、例えば、光ファイバケーブル１２１を介して、比較回路１０８に転送される。例えばストライプ領域３２単位で各検査用画素３７の画像基準データが転送されると好適である。或いは、測定画像領域２１単位で各検査用画素３７の画像基準データが転送されても良い。

検査を行うための以降のデータ処理の各工程は、実施の形態１と同様である。

以上のように、マルチビーム２０のうち異なる複数のビームを用いて、各グリッド２９（検査用画素３７：画像基準領域）内の２次元状のｎ_１×ｍ_１個の測定用画素３６が照射される。但し、スキャンの仕方は、これに限るものではない。例えば、１つのグリッド２９（検査用画素３７：画像基準領域）内の２次元状のｎ_１×ｍ_１個の測定用画素３６をマルチビーム２０のうち１つの同じビームで順に偏向しながら照射してもよい。同様に、１つのグリッド２９（検査用画素３７：画像基準領域）内の２次元状のｎ_１×ｍ_１個の測定用画素３６をマルチビーム２０のうち１つの同じビームで区切れなくラスタースキャン方式で走査してもよい。

また、ＸＹステージ１０５を連続移動させているが、これに限るものではない。ステップアンドリピート方式で測定画像領域２１間を移動させてもよい。すなわち、ＸＹステージ１０５を停止させた状態で、１つの測定画像領域２１内の各グリッド２９をマルチビーム２０の対応するビームで偏向しながらスキャンしてもよい。そして、１つの測定画像領域２１内のすべての測定用画素３６の照射が終了したら、次の測定画像領域２１を照射領域３４に位置が合うようにＸＹステージ１０５を移動させればよい。

以上のように、実施の形態２によれば、マルチビーム２０を用いることで、１度に多くの測定用画素３６の測定を同時に行うことができる。よって、高速に検査を行うことができる。さらに、マルチビーム２０の各電子ビームのビーム径が小さい場合でも、測定画像領域２１の測定画像を構成するデータ量を小さくできる。同様に、対応する参照画像を構成するデータ量を小さくできる。よって、現実的ではない相当に大規模なプロセッサ群を搭載せずにデータ転送及びデータ処理が可能なパターン検査装置５００を実現できる。

また、比較回路１０８によって、比較された結果、欠陥と判定された検査用画素３７については、検出回路５０６で合成される前の測定用画素３６毎の検出データでの画像で詳細がレビューされることが望ましい。よって、実施の形態２においても、実施の形態１と同様、検出回路５０６において、電子ビーム４００が照射される測定用画素３６毎の検出データ（デジタルデータ）は、バッファメモリ５２５に一時的に記憶され、蓄積される。蓄積されたデータは、比較回路１０８で比較処理が終了するまで保存される。

そして、比較回路１０８は、比較処理が終了後、転送の有無を示す情報をバッファメモリ１２５に送信する。バッファメモリ５２５では、かかる情報に基づいて転送の必要有無を選択し、比較された結果、欠陥と判定された検査用画素３７について、対応する各測定用画素３６の検出データを比較回路１０８に転送する。そして、バッファメモリ５２５内に記憶されていた、欠陥と判定された検査用画素３７についての対応する各測定用画素３６の検出データを消去する。或いは、バッファメモリ５２５では、転送の必要が無い測定用画素３６の検出データを消去する。転送された各測定用画素３６の検出データは、比較回路１０８を介して記憶装置１０９に格納される。そして、制御計算機１１０の制御のもと、モニタ１１７は、欠陥と判定された検査用画素３７に対応する各測定用画素３６の検出データを用いて、欠陥と判定された検査用画素３７の画像を表示する。かかる画像をユーザが視認することで、欠陥箇所の詳細をレビューすることができる。

以上の説明において、各「〜回路」及び各「〜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つの半導体装置等を有する回路で構成され、実行される。各「〜回路」及び各「〜部」は、共通する同じ回路で構成されてもよいし、別々の回路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等は、上述した回路で構成されればよい。同様に、ユニット合成部７４、フレーム分割部５４、位置合わせ部５８、及び比較部６０は、上述した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装置は、本発明の範囲に包含される。

２０ マルチビーム
２１ 測定画像領域
２２ 穴
２４，２６ 電極
２８ 測定用画素
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 検査用画素
３８ 図形パターン
４１ 制御回路
４７ 個別ブランキング機構
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ フレーム分割部
５８ 位置合わせ部
６０ 比較部
７０ Ａ／Ｄ変換器
７２ 記憶装置
７４ ユニット合成部
１００，５００ 検査装置
１０１ 基板
１０２，３０２ 電子ビームカラム
１０３，３０３ 検査室
１０６，５０６ 検出回路
１０９ 記憶装置
１１０，５１０ 制御計算機
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１４ ステージ制御回路
１２０ バス
１２２，５２２ レーザ測長システム
１２３，５１３ ストライプパターンメモリ
１２５，５２５ バッファメモリ
１２４，５２４ レンズ制御回路
１２６，５２６ ブランキング制御回路
１２８，５２８ 偏向制御回路
１５０，５５０ 光学画像取得部
１６０，５６０ 制御系回路
２００，４００ 電子ビーム
２０１，４０１ 電子銃
２０２，４０２ 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
２２４ 偏向器
２２２ 検出器
３００ ２次電子
３０５ ＸＹステージ
３０６ ミラー
３１０ ２次電子群
４１２ ブランキング偏向器
４１４ ブランキングアパーチャ
４０７ 対物レンズ
４０８ 偏向器
４２４ 偏向器
４２２ 検出器

Claims (7)

1. 複数の図形パターンが形成された基板を載置する移動可能なステージと、
   前記基板に電子ビームを照射する電子ビームカラムと、
   前記電子ビームが照射されたことに起因して前記基板から放出される、反射電子を含む２次電子を検出する検出器と、
   前記電子ビームが照射される照射単位領域毎の検出データを入力し、２次元状のｎ_１×ｍ_１個（ｎ_１，ｍ_１は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の照射単位領域で構成される領域を、検査用の測定画像を構成する２次元状のｎ_２×ｍ_２個（ｎ_２，ｍ_２は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の画像基準領域のうちの１つの画像基準領域として、画像基準領域毎に、当該画像基準領域内のすべての照射単位領域の検出データから得られる統計値を演算し、当該画像基準領域に前記統計値を画像基準データとして定義するデータ処理部と、
   前記画像基準領域毎の前記画像基準データの転送を受け、前記ｎ_２×ｍ_２個の画像基準領域で構成される測定画像に対応する参照画像を用いて、当該測定画像と前記参照画像とを前記画像基準領域毎に比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記電子ビームカラムは、一度に１本の電子ビームを前記基板に照射し、
   前記基板の前記複数の図形パターンが形成された検査領域は、一列にｍ_１×ｍ_２個の前記照射単位領域が並ぶ幅サイズで短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割され、
   前記複数のストライプ領域のストライプ領域毎に、前記電子ビームカラムは、前記ストライプ領域の短手幅方向に向かって電子ビームをシフトしながら、各列に並ぶ各照射単位領域に１本の電子ビームを順に照射し、
   前記検出器は、電子ビームのシフト順序に沿って前記短手幅方向に並ぶｍ_１×ｍ_２個の前記照射単位領域から照射単位領域毎の検出データを順に入力することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記画像基準領域毎の前記画像基準データは、前記ストライプ領域単位で前記比較部に転送されることを特徴とする請求項２記載のパターン検査装置。
4. 前記電子ビームカラムは、一度に２次元状のｎ_３×ｍ_３本（ｎ_３，ｍ_３は一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）のマルチビームを前記基板に照射し、
   前記マルチビームのうち異なる複数のビームを用いて、各画像基準領域内の２次元状のｎ_１×ｍ_１個の前記照射単位領域が照射されることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
5. 前記照射単位領域のサイズは、前記電子ビームのビーム径サイズと同等のサイズに設定されることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパターン検査装置。
6. 前記統計値として、前記検出データの信号強度の平均値、最大値、及び最小値のうちのいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のパターン検査装置。
7. 前記照射単位領域毎の検出データを一時的に記憶するバッファメモリと、
   比較された結果、欠陥と判定された画像基準領域に対応する各照射単位領域の検出データを前記バッファメモリから転送を受け記憶する記憶装置と、
   前記欠陥と判定された画像基準領域に対応する各照射単位領域の検出データを用いて、前記欠陥と判定された画像基準領域の画像を表示するモニタと、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のパターン検査装置。

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