JP2019203761A - マルチ荷電粒子ビーム検査装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査方法 - Google Patents

マルチ荷電粒子ビーム検査装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査方法 Download PDF

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Abstract

【目的】ステージの移動方向に複数のビームが並ぶマルチビームを用いてステージを連続移動させながらおこなうダイ−ダイ検査において、比較するダイの同一個所を同じ配列位置のビームで撮像可能な検査装置を提供する。【構成】本発明の一態様の検査装置１００は、ステージを連続移動させながらマルチ荷電粒子ビームを用いて検査対象基板を撮像する場合における、複数のダイの配列ピッチがマルチ荷電粒子ビームの各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数の撮像領域の所定の方向の撮像領域周期の２以上の自然数倍になるようにマルチ荷電粒子ビームの倍率を制御するレンズ制御回路１２４と、かかる倍率に制御されたマルチ荷電粒子ビームを用いて、検査対象基板に配列された複数のダイの被検査画像を取得する画像取得機構１５０と、複数のダイの被検査画像同士を比較する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム検査装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査方法に関する。例えば、電子ビームによるマルチビームを用いて、被検査対象基板をｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査する手法に関する。
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。かかるマルチビームを含む電子ビームを用いたパターン検査装置では、検査対象基板の小領域毎に走査して２次電子を検出する。その際、ビームを走査している間は検査対象基板の位置を固定し、走査終了後に次の小領域へと検査対象基板の位置を移動させる、いわゆるステップアンドリピート動作が行われる。直線上に同一ピッチで配列されるビーム列が複数列並ぶようなアレイ配列のマルチビームを用いることで、限られた領域内に多数のビームを配置できるので、一度に多数の小領域の走査を同時に行うことが可能になる。そのため、スループットの向上が期待されている。しかしながら、ステップアンドリピート動作では、ステージの移動毎にステージ位置が安定するまでの整定時間（オーバーヘッド時間）が必要になる。１回の走査範囲（小領域）は小さいため、基板全体を走査するには、ステージのステップ回数が膨大な回数になる。よって、ステップ回数に整定時間を乗じた時間だけ、走査に要しない無駄な時間が発生してしまう。マルチビームを用いて基板上を走査する場合でも、基板１枚について、例えば、８０時間以上の走査に要しない時間が発生してしまうという試算もある。
そこで、検査装置のスループットの向上を図るべく、ステージの移動方式をステップアンドリピート動作方式からステップ毎の整定時間が必要ない連続移動方式に変えることが検討されている。アレイ配列されたマルチビームで走査を行う場合、連続移動方式では、整定時間は不要にできるが、代わりに、同じ小領域が、移動方向に並ぶ複数のビームの走査範囲内に順に送られてくる。そのため、マルチビームのうちの同じ配列位置のビームは、別の配列位置のビームによって既に走査（撮像）された小領域を飛び越えて次の小領域の走査（撮像）を行うことになる（例えば、特許文献１参照）。そのため、同じ配列位置のビームで撮像される小領域は、別の配列位置のビームで撮像される小領域を挟んで、ある周期で繰り返されることになる。
また、マルチビームを用いてダイ−ダイ検査を行う場合、マルチビームのうちの同じ配列位置のビーム（以下、同じビームという）で撮像した画像同士を検査することが望ましい。これにより、各ビームのビーム形状、ディストーション、及び／或いは明るさといったビーム特性を一致させることができるので、検査精度を向上できる。
しかしながら、同じ配列位置のビームで撮像される小領域の周期は、装置設計に対して固定されている。他方、基板上に形成されるダイの配列周期は、試料毎に異なる。そのため、周期が不一致になる。
ここで、各領域が単一ビームで露光されるように領域の配列ピッチにマルチビームのビームピッチを合わせるように倍率を変更する検査装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、かかる技術をダイ−ダイ検査に適用する場合、ダイの配列ピッチまでビームピッチを広げる必要があり、実機で使用するには無理がある。
特開２０１８−０１７５７１号公報 特開２００３−２０２６６１号公報
そこで、本発明の一態様は、ステージの移動方向に複数のビームが並ぶマルチビームを用いてステージを連続移動させながらおこなうダイ−ダイ検査において、比較するダイの同一個所を同じ配列位置のビームで撮像可能な検査装置及び方法を提供する。
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム検査装置は、
所定の方向に、同じパターンが形成された複数のダイが配列される検査対象基板を載置する、移動可能なステージと、
複数のダイの配列ピッチを取得するダイピッチ取得部と、
ステージを連続移動させながらマルチ荷電粒子ビームを用いて検査対象基板を撮像する場合における、複数のダイの配列ピッチがマルチ荷電粒子ビームの各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数の撮像領域の所定の方向の撮像領域周期の２以上の自然数倍になるようにマルチ荷電粒子ビームの倍率を制御する倍率制御回路と、
かかる倍率に制御されたマルチ荷電粒子ビームを用いて、検査対象基板に配列された複数のダイの被検査画像を取得する被検査画像取得機構と、
複数のダイの被検査画像同士を比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
また、かかる倍率にするための倍率補正係数ｋは、複数のダイの配列ピッチＰｄと、マルチ荷電粒子ビームの所定の方向の配列数Ｎと、マルチ荷電粒子ビームの検査対象基板上における所定の方向の基準配列ピッチＰｂと、基準配列ピッチＰｂを分割する分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）と、自然数ｎと、を用いて、次の式（１）：
（１） ｋ＝Ｐｄ・Ｍ／（ｎ・Ｎ・Ｐｂ）
で定義されると好適である。
また、被検査画像取得機構は、
かかる倍率に調整する、マルチ荷電粒子ビームを屈折させる電磁レンズを有すると好適である。
或いは、被検査画像取得機構は、
かかる倍率に対応する位置に、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する個別偏向器アレイを有すると好適である。
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム検査方法は、
所定の方向に、同じパターンが形成された複数のダイが配列される検査対象基板の複数のダイの配列ピッチを取得する工程と、
ステージを連続移動させながらマルチ荷電粒子ビームを用いて検査対象基板を撮像する場合における、複数のダイの配列ピッチがマルチ荷電粒子ビームの各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数の撮像領域の所定の方向の撮像領域周期の２以上の自然数倍になるようにマルチ荷電粒子ビームの倍率を制御する工程と、
かかる倍率に制御されたマルチ荷電粒子ビームを用いて、検査対象基板に配列された複数のダイの被検査画像を取得する工程と、
複数のダイの被検査画像同士を比較し、比較結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、比較するダイの同一個所を同じ配列位置のビームで撮像できる。よって、検査精度を向上できる。
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における検査装置内のビームの軌道を説明するための図である。 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の比較例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におけるビーム本数と分割数との関係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うちの１つのビームが走査する領域と複数のダイとの関係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の一部を示すフローチャート図である。 実施の形態１における倍率調整前後の状態の一例を示す図である。 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２における検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態２における偏向器アレイ機構の構成を示す断面図である。 実施の形態２における基板上でのビーム位置補正の仕方を説明するための図である。
以下、実施の形態では、マルチ荷電粒子ビームの一例として、電子ビームによるマルチビームを用いた場合について説明する。但し、これに限るものではない。イオンビーム等のその他の荷電粒子ビームを用いても構わない。
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、マルチ荷電粒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（制御部）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）、検査室１０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、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基板２０３、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレーター２１４、投影レンズ２２４，２２６、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、検査対象となるチップパターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、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。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、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、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、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、倍率補正係数演算回路１３０、インターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１３２、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、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。
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、所定の引出電極の電圧の印加と所定の温度のカソード（フィラメント）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、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。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。一括ブランキング偏向器２１２、及び偏向器２２８は、それぞれ少なくとも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、及び副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも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。
基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された半導体ウェハである場合には、かかるチップ（ダイ）パターンのパターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された露光用マスクである場合には、かかる露光用マスクにマスクパターンを形成する基になる設計パターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。
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（行列状）の横（ｘ方向）Ｎ列×縦（ｙ方向）Ｎ’段（Ｎは２以上の整数、Ｎ’は１以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向（ｘ：第１の方向、ｙ：第２の方向）に所定の配列ピッチＬで形成されている。なお、マルチビームの縮小倍率がａ倍（マルチビーム径を１／ａに縮小して基板１０１に照射する場合）、基板１０１上でのｘ，ｙ方向に対するマルチビームのビーム間ピッチをＰｂとする場合、配列ピッチＬは、Ｌ＝（ａ×Ｐｂ）の関係となる。図２の例では、例えば、Ｎ＝５、Ｎ’＝５の５×５本のマルチビーム形成用の穴２２が形成される場合を示している。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。
図３は、実施の形態１における検査装置内のビームの軌道を説明するための図である。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、矩形の複数の穴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、例えば矩形或いは円形の複数の電子ビーム（マルチビーム）（複数の電子ビーム）２０ａ〜２０ｄ（図１及び図３の実線）が形成される。
形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、その後、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成し、マルチビーム２０の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を通過した後、縮小レンズ２０５によって、縮小され、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進む。ここで、成形アパーチャアレイ基板２０３と縮小レンズ２０５との間に配置された一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｄ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〜２０ｄ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、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〜２０ｄ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、マルチビーム２０ａ〜２０ｄ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〜２０ｄは、対物レンズ２０７の例えば磁場中心高さで所望の倍率Ｍ１のマルチビームとなって、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の倍率Ｍ１のマルチビーム像（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、各ビームが走査する後述する単位検査領域の基準位置をそれぞれ照射するようにマルチビーム２０全体を一括偏向すると共に、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単位検査領域内のＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９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Ｌ（＝ａＰｂ）に上述した所望の縮小率（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Ｎ×Ｎ’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２次電子の束（マルチ２次電子３００）（図１及び図３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３００は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、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進む。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ２次電子３００は、縮小レンズ２０５によって光軸とほぼ平行に屈折させられ、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（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３００は、投影レンズ２２４，２２６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後述する画素毎に生成する。また、上述したトラッキング動作に合わせてマルチ検出器２２２がマルチ２次電子３００を検出できるように、偏向器２２８でマルチ２次電子３００を偏向する。
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、複数のウェハダイ（チップ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各ウェハダイ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。言い換えれば、検査対象基板１０１には、所定の方向（ここでは、ｘ方向およびｙ方向）に、同じパターンが形成された複数のウェハダイ３３２（ダイ）が配列される。基板１０１の検査領域３３０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。すなわち、ｘ方向に向かって並ぶ複数のウェハダイ３３２（ａ〜ｅ）を跨ぐように、各ストライプ領域３２が設定される。図４の例では、例えば、マルチビーム２０全体の照射領域３４のｙ方向サイズ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。照射領域３４は、例えば、マルチビーム２０のｘ方向のビームピッチＰｂにｘ方向のビーム数Ｎを乗じた値をｘ方向サイズとし、マルチビーム２０のｙ方向のビームピッチＰｂにｙ方向のビーム数Ｎ’を乗じた値をｙ方向サイズとする矩形領域となる。基板１０１が露光用マスク基板の場合でも、同様に、基板１０１の検査領域を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に仮想分割すればよい。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の左端から照射領域３４の例えばサイズ１つ分、第１番目のストライプ領域３２よりも外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が位置するようにトラッキング領域３３を調整し、スキャン動作が開始される。実施の形態１では、ＸＹステージ１０５を−ｘ方向（第１の方向の逆方向）に例えば等速で連続移動させ、かかる連続移動に追従するように照射領域３４を移動させながら各ビームは所望のトラッキング領域３３内の担当するサブ照射領域（後述するサブ照射領域２９）を走査し、終了後に照射領域３４をｘ方向（第１の方向）の次のトラッキング領域３３に移動させることでトラッキングリセットを行う。かかる動作を繰り返すことで、ｘ方向にストライプ領域３２を順に走査していく。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の例えば左端からさらに照射領域３４の例えばサイズ１つ分左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、同様に、ｘ方向に向かってスキャン動作を進めていく。或いは、第１番目のストライプ領域３２と第２番目のストライプ領域３２とで交互に向きを変えながら走査しても良い。マルチビーム２０の照射領域３４は、ウェハダイ３３２の領域サイズに比べて小さい。よって、複数段のストライプ領域３２のスキャン動作を行うことで、ｘ方向に向かって並ぶ複数のウェハダイ３３２の全領域を撮像することになる。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２０によって、最大で各穴２２と同数の複数のビーム（１次電子ビーム）に応じた２次電子の束によるマルチ２次電子３００が同時に検出される。
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、各ストライプ領域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。そして、照射領域３４内に、Ｎ×Ｎ’本の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ｘ，ｙ方向の基準配列ピッチＰｂが基板１０１上におけるマルチビーム２０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のうち１つの測定用画素２８を矩形の４隅の１つとして、当該測定用画素２８を起点にｘ，ｙ方向にＰｂ×Ｐｂで囲まれた領域をｘ方向に分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）で割った、ｘ方向にＰｂ／Ｍ、−ｙ方向にＰｂのサイズの矩形領域で１つのサブ照射領域２９（小領域）を構成する。図５の例では、各サブ照射領域２９（個別ビームスキャン領域）は、３×９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の比較例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の例では、実施の形態１の比較例として、Ｎ×Ｎ’本のマルチビーム２０のうち、ｙ方向に１段分のＮ本のマルチビームを示している。ここでは、同一ピッチＰｂでｘ方向に並ぶＮ＝５本のマルチビームを示している。実施の形態１の比較例では、同一ピッチＰｂでｘ方向に並ぶＮ＝５本のマルチビームの各ビームが、当該ビームの測定用画素２８を起点にｘ，ｙ方向にＰｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７をすべて走査した後に、次のＰｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を走査する場合を示している。実施の形態１の比較例では、各ビームがｐ×ｐで囲まれた領域を走査する間（ｔ＝ｔ０’〜ｔ１’の期間）にＸＹステージ１０５がＮ・Ｐｂだけ移動するようにステージ速度を制御する。その際、副偏向器２０８の偏向動作により各ビームが当該Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域を走査できるように、主偏向器２０８によってトラッキング偏向を行う。そして、ｘ方向に連続してＮ個並ぶＰｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７の走査が終了した時点（ｔ＝ｔ１’）で、走査領域が重ならないように、Ｎ＝５本のマルチビームをｘ方向に一括して偏向することでトラッキングリセットを行う。かかる動作を繰り返すことで連続移動するステージ上の領域を走査領域が重ならないようにマルチビームで走査することができる。図６の例では、（Ｎ−１）・Ｐｂ（＝４Ｐｂ）だけｘ方向（或いは−ｘ方向）にマルチビームを偏向する必要がある。よって、実施の形態１の比較例では、ｘ方向（或いは−ｘ方向）におけるビーム偏向の振り幅が（Ｎ−１）・Ｐｂだけ必要となる。他方、ｙ方向（或いは−ｙ方向）におけるビーム偏向の振り幅はＰｂだけ必要となる。ビーム本数Ｎが多くなると、かかるビーム偏向の振り幅が非常に大きくなってしまう。そのため、上述したように、電子光学系の収差の影響が大きくなってしまう。
図７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７の例では、実施の形態１として、Ｎ×Ｎ’本のマルチビーム２０のうち、ｙ方向に１段分のＮ本のマルチビームを示している。ここでは、図６と同様、同一ピッチＰｂでｘ方向に並ぶＮ＝５本のマルチビームを示している。実施の形態１では、隣り合う４つの測定用画素２８のうち１つの測定用画素２８を矩形の４隅の１つとして、当該測定用画素２８を起点にｘ，ｙ方向にＰｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７をｘ方向に分割数Ｍで分割する。よって、ｘ方向にＰｂ／Ｍ、−ｙ方向にＰｂのサイズ（所定のサイズ）の矩形領域で１つのサブ照射領域２９（小領域）を構成する。図７の例では、分割数Ｍ＝３の場合を示している。実施の形態１では、同一ピッチＰｂでｘ方向に並ぶＮ＝５本のマルチビームの各ビームが、当該ビームの測定用画素２８を起点にｘ方向にＰｂ／Ｍ、ｙ方向にＰｂのサイズ（所定のサイズ）のサブ照射領域２９を走査した後に、ｘ方向にＮ個分離れた次のサブ照射領域２９を走査する場合を示している。
図７において、実施の形態１では、各ビームが（Ｐｂ／Ｍ）×Ｐｂで囲まれたサブ照射領域２９を走査する間（ｔ＝ｔ０〜ｔ１の期間）に、図６の比較例と同じステージ速度の場合、ＸＹステージ１０５がＮ／Ｍ・Ｐｂだけ移動する。その際、副偏向器２０８の偏向動作により各ビームが当該（Ｐｂ／Ｍ）×Ｐｂで囲まれたサブ照射領域２９を走査できるように、ｘ方向にピッチＰｂでＮ個並ぶ（Ｐｂ／Ｍ）×Ｐｂのサイズのサブ照射領域２９をトラッキング領域３３として、主偏向器２０８がトラッキング偏向を行う。そして、副偏向器２０９により、ｘ方向にピッチＰｂでＮ個並ぶ（Ｐｂ／Ｍ）×Ｐｂのサイズのサブ照射領域２９の走査が終了した時点（ｔ＝ｔ１）で、走査領域が重ならないように、主偏向器２０８がＮ＝５本のマルチビームをｘ方向にＮ個のサブ照射領域２９分だけ離れた位置に一括して偏向することでトラッキングリセットを行う。図７の例では、主偏向器２０８が、５個のサブ照射領域２９分離れた位置に５本のマルチビームを一括して偏向する。その際、副偏向器２０９の偏向位置は、サブ照射領域２９内の最終画素３６から最初の画素２８にリセットされることは言うまでもない。ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間、ｔ＝ｔ２〜ｔ３の期間、・・・と、かかる動作を繰り返すことで、ステージを連続移動させる場合でも同じストライプ領域３２上で走査領域が重ならないようにマルチビームで走査することができる。図７の例では、（Ｎ−１）／Ｍ・Ｐｂ（＝４Ｐｂ／Ｍ）だけｘ方向（或いは−ｘ方向）にマルチビームを偏向する必要がある。よって、実施の形態１では、ｘ方向（或いは−ｘ方向）におけるビーム偏向の振り幅を（Ｎ−１）／Ｍ・Ｐｂに抑制できる。但し、ｘ方向のビーム本数Ｎと分割数Ｍとの関係を制御しないと走査漏れ（歯抜け）或いは重複走査のサブ照射領域２９（サブ領域）が発生してしまう。実施の形態１では、かかる走査方法を適用するために、ｘ方向のビーム本数Ｎと分割数Ｍとの間の最大公約数が１になる組み合わせの値を用いる。かかる条件にすることで、走査漏れ（歯抜け）或いは重複走査を回避できる。
図８は、実施の形態１におけるビーム本数と分割数との関係の一例を示す図である。図８では、Ｎ＝７本のｘ方向のビームを用いて、分割数Ｍを変えた場合のスキャン動作を示している。また、図８では、トラッキングリセットを行う毎に、段をずらして示している。なお、図８では、便宜上、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７のｙ方向のサイズを狭めて示している。図８（ａ）では、比較例として、分割数Ｍ＝１、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を分割しない場合を示している。図８（ａ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、６Ｐｂと大きくなってしまう。よって、分割数Ｍは、２以上の自然数が望ましい。図８（ｂ）では、分割数Ｍ＝２、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を２分割する場合を示している。図８（ｂ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、３Ｐｂに低減できる。図８（ｃ）では、分割数Ｍ＝３、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を３分割する場合を示している。図８（ｃ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、２Ｐｂに低減できる。図８（ｄ）では、分割数Ｍ＝４、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を４分割する場合を示している。図８（ｄ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、（３／２）Ｐｂに低減できる。図８（ｅ）では、分割数Ｍ＝５、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を５分割する場合を示している。図８（ｅ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、（６／５）Ｐｂに低減できる。図８（ｆ）では、分割数Ｍ＝６、すなわち、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７を６分割する場合を示している。図８（ｆ）では、トラッキングリセットを行う場合、ビーム偏向の振り幅は、Ｐｂに低減できる。このように、分割数Ｍを大きくすることで、ビーム偏向の振り幅をより小さくできる。
ここで、実施の形態１において、Ｐｂ×Ｐｂで囲まれた領域２７がＭ分割されたサブ照射領域２９を１本のビームが走査する場合、ｘ方向にビーム本数Ｎのマルチビーム２０を用いて走査すると、Ｍ個ごとに配置されるＮ個のサブ照射領域２９が同時に走査されることになる。ここで、Ｍ×Ｎ個の連続するサブ照射領域２９群を１つのスパンとする。マルチビーム２０のうちｘ方向に１番目のビームが１スパン移動してしまうと、走査し損ねたサブ領域は走査されることなくそのまま残ってしまう。ここで、トラッキングリセットを行う場合のサブ領域を飛び越す数（移動量）をＤとすると、マルチビーム２０のうちｘ方向に１番目のビームが１スパン移動する間に、Ｍ×Ｎ／Ｄ回のトラッキングサイクル動作を行うことになる。よって、Ｍ個毎に１個ずつしか走査されていなかったサブ領域が重複無くかつ漏れ無くすべて走査されるためには、分割数Ｍとトラッキングサイクル動作の回数とが同一になる、すなわち、Ｍ＝Ｍ×Ｎ／Ｄである必要がある。よって、Ｄ＝Ｎになる。したがって、実施の形態１では、トラッキングリセットを行う場合のサブ領域を飛び越す数Ｄは、ｘ方向のビーム本数Ｎと同じ値になる。また、その際のビームの振り幅は、（Ｎ−１）Ｐｂ／Ｍとなる。
Ｍ個ごとに配置されるＮ個のサブ領域（サブ照射領域２９）が同時に走査され、トラッキングリセットを行う場合のサブ領域を飛び越す数をＮ個分にする場合、１スパンにおいて走査範囲が重複しないようにするためには、以下の関係が必要である。
０，Ｍ，２Ｍ，３Ｍ，・・・，（Ｎ−１）Ｍ，ＮＭ
０，Ｎ，２Ｎ，３Ｎ，・・・，（Ｍ−１）Ｎ，ＭＮ
かかる２つの数列が途中で同じ値にならないようにする必要がある。よって、ｘ方向のビーム本数Ｎと分割数Ｍとの間の最大公約数が１になる組み合わせの値（ビーム本数Ｎと分割数Ｍとの間で互いに素の関係）が必要となる。図８（ａ）〜図８（ｆ）の例において、分割数Ｍ＝７では、途中で同じ値になってしまう。具体的にはトラッキングリセットを行う際、移動後のサブ領域は、すでに隣のビームで走査された後なので、重複してしまいＮＧである。
また、ビーム本数Ｎの値として、図８（ａ）〜図８（ｆ）の例に示したように、素数を用いるとさらに好適である。ビーム本数Ｎを素数（例えば、２，３，５，７，１１，１３，１７，２３，・・・）にすることで、分割数Ｍの自由度を飛躍的に大きくできる。
なお、分割数Ｍを大きくすることで、ビームの振り幅を小さくできる。よって、ビームの振り幅を小さくする観点からは分割数は大きい方が望ましい。一方、分割数Ｍを大きくするとサブ照射領域２９の数が増えるのでオーバーラップする部分の数が多くなり、トラッキング制御の回数（トラッキングサイクルの回数）が無駄に増えてしまう。よって、電子光学系の収差の影響が無視できるビームの振り幅が得られる分割数Ｍのうちの最小値を選択するとより好適である。
図９は、実施の形態１におけるマルチビームのうちの１つのビームが走査する領域と複数のダイとの関係の一例を示す図である。図７において説明したように、マルチビーム２０の各ビームは、ｘ方向にＰｂ／Ｍ、−ｙ方向にＰｂのサイズ（所定のサイズ）のサブ照射領域２９をｘ方向にピッチ（Ｐｂ／Ｍ）Ｎで照射（走査）していく。そのため、図９（ａ）に示すように、各ビームは、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄに関わりなく、ピッチ（Ｐｂ／Ｍ）Ｎで並ぶサブ照射領域２９を順に走査することになる。よって、ウェハダイ３３２ａとウェハダイ３３２ｂとでは、ビームａが走査するサブ照射領域２９の位置が異なる場合が通常となる。したがってウェハダイ３３２ａとウェハダイ３３２ｂとの間で、ダイ−ダイ検査を行うと、同じビームａで撮像した画像同士を検査することは困難となる。そこで、実施の形態１では、図９（ｂ）に示すように、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄが、各ビームが照射（走査）するサブ照射領域２９の配列ピッチの整数倍になるように、サブ照射領域２９の配列ピッチを調整する。そのためには、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄと、マルチビーム２０の所定の方向（ここではｘ方向）の配列数Ｎと、マルチビーム２０の検査対象基板１０１上におけるｘ方向の基準配列ピッチＰｂと、基準配列ピッチＰｂを分割する分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）と、自然数ｎと、を用いて、以下の関係式（１）が成り立つ必要がある。
（１）Ｐｄ＝ｋ・ｎ・（Ｐｂ／Ｍ）Ｎ
ｋは倍率補正係数である。実施の形態１では、サブ照射領域２９の配列ピッチの調整を基板１０１面におけるマルチビーム２０の像の倍率で調整する。複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄが、各ビームが照射（走査）するサブ照射領域２９の配列ピッチの整数倍になる倍率にするための倍率補正係数ｋは、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄと、マルチビーム２０の所定の方向（ここではｘ方向）の配列数Ｎと、マルチビーム２０の検査対象基板１０１上におけるｘ方向の基準配列ピッチＰｂと、基準配列ピッチＰｂを分割する分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）と、自然数ｎと、を用いて、関係式（１）を変換した次の式（２）で定義できる。
（２） ｋ＝Ｐｄ・Ｍ／（ｎ・Ｎ・Ｐｂ）
ここで、自然数ｎは、倍率補正係数ｋができるだけ１に近い値になるように設定すると好適である。これにより、倍率補正量を最小限に抑えることができ、検査装置１００の光学系の負荷を小さくできる。その結果、倍率調整に起因する光学系の収差の発生を極力低減できる。なお、自然数ｎは、２以上の自然数に設定する。ｎ＝１では、ダイの配列ピッチまで各ビームのサブ照射領域２９の配列ピッチを広げる必要があり、光学系の負荷が大き過ぎ、実機で使用するのは困難である。
かかる式（２）を満たす倍率補正係数ｋでマルチビーム２０の像の倍率で調整することにより、図１０（ｂ）に示すように、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄが、各ビームが照射（走査）するサブ照射領域２９の配列ピッチの整数倍にできる。したがってウェハダイ３３２ａとウェハダイ３３２ｂとの間で、ダイ−ダイ検査を行うと、同じビームａで撮像した画像同士を検査できる。なお、ここでは、隣合うウェハダイ３３２ａとウェハダイ３３２ｂとの間で、ダイ−ダイ検査を行う場合について説明したが、これに限るものではない。ウェハダイ３３２ａと、ｘ方向に並ぶその他のウェハダイ３３２との間で、ダイ−ダイ検査を行う場合であっても同様に同じビームａで撮像した画像同士を検査できる。
図１０は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。図１０において、実施の形態１における検査方法は、ダイピッチ取得工程（Ｓ１０２）と、倍率補正係数演算工程（Ｓ１０４）と、倍率補正制御工程（Ｓ１０６）と、画像取得工程（Ｓ１０８）と、比較（ダイ−ダイ検査）工程（Ｓ１１０）という、いう一連の各工程を実施する。
ダイピッチ取得工程（Ｓ１０２）として、制御計算機１１０の制御のもと、Ｉ／Ｆ回路１３２（ダイピッチ取得部）は、図示しないキーボード、或いは外部メモリ装置等を介して、ユーザから（検査装置１００の外部から）被検査対象基板１０１に形成された複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄを取得（入力）する。取得された複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄは、倍率補正係数演算回路１３０に出力されると共に、記憶装置１０９に記憶される。なお、記憶装置１０９には、検査装置１００のマルチビーム２０の所定の方向（ここではｘ方向）の配列数Ｎと、マルチビーム２０の検査対象基板１０１上におけるｘ方向の基準配列ピッチＰｂと、基準配列ピッチＰｂを分割する分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）とが予め記憶されている。
倍率補正係数演算工程（Ｓ１０４）として、倍率補正係数演算回路１３０は、ＸＹステージ１０５を連続移動させながらマルチビーム２０を用いて検査対象基板１０１を撮像する場合における、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数のサブ照射領域２９（撮像領域）のｘ方向（所定の方向）のサブ照射領域２９の周期（撮像領域周期：配列ピッチ）の２以上の自然数倍になるための倍率補正係数ｋを演算する。倍率補正係数ｋは、上述した式（２）を演算することで求めることができる。演算された倍率補正係数ｋは、レンズ制御回路１２４に出力される。
倍率補正制御工程（Ｓ１０６）として、レンズ制御回路１２４（倍率制御回路の一例）は、縮小レンズ２０５を制御して、ＸＹステージ１０５を連続移動させながらマルチビーム２０を用いて検査対象基板１０１を撮像する場合における、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数のサブ照射領域２９（撮像領域）のｘ方向（所定の方向）のサブ照射領域２９の周期（撮像領域周期：配列ピッチ）の２以上の自然数ｎ倍になるようにマルチビーム２０の倍率を制御する。
図１１は、実施の形態１における倍率調整前後の状態の一例を示す図である。マルチビームの基板１０１上における倍率は、マルチビームを屈折させる縮小レンズ２０５（電磁レンズ）によって調整される。図１１（ａ）に示すように、検査装置１００では、基板１０１のダイの配列ピッチＰｄに無関係にまず基板１０１上において倍率Ｍ１に調整されている。実施の形態１では、かかる倍率Ｍ１から複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄに対応するために、図１１（ｂ）に示すように、倍率Ｍ２に変更する。具体的には、現状の倍率Ｍ１に倍率補正係数ｋを乗じた倍率Ｍ２になるように、縮小レンズ２０５への励磁電流を調整すればよい。縮小レンズ２０５への励磁電流を変更したことに伴い、電子軌道が変わりマルチビーム２０の最終クロスオーバー高さ位置が変化することで対物レンズ２０７による焦点制御にずれが生じる場合には、例えば、ＸＹステージ１０５の高さ位置を調整することで焦点高さ位置を合わせればよい。或いは、縮小レンズ２０５と対物レンズ２０７の間に図示しない電磁レンズを配置して、マルチビーム２０の最終クロスオーバー高さ位置を変化させないように構成しても好適である。
画像取得工程（Ｓ１０８）として、画像取得機構１５０（被検査画像取得機構）は、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各ビームがそれぞれ撮像を担当する複数のサブ照射領域２９（撮像領域）のｘ方向（所定の方向）のサブ照射領域２９の周期（撮像領域周期：配列ピッチ）の２以上の自然数ｎ倍になる倍率に制御されたマルチビーム２０を用いて、検査対象基板１０１に配列された複数のウェハダイ３３２の被検査画像を取得する。
画像取得機構１５０は、基板１０１の検査領域となるストライプ領域３２がｘ方向にＰｂ／Ｍ（Ｍは２以上の整数）で得られるサイズかつｙ方向にＰｂ（所定のサイズ）で分割された複数のサブ照射領域２９（サブ領域；小領域）をＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９群毎に走査する。具体的には、複数のサブ照射領域２９のうち、ｘ方向にピッチＰｂでＮ個かつｙ方向にＮ’個並ぶ基板１０１上のＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９群にＮ×Ｎ’本のマルチビーム２０を一括して偏向してトラッキングを開始し、図７に示すように、ＸＹステージ１０５が−ｘ方向にＮ／Ｍ・Ｐｂで得られる距離を連続移動する間、ＸＹステージ１０５の連続移動に追従するようにマルチビーム２０をトラッキング偏向しながら、かかるＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９群を走査する。
まず、偏向制御回路１２８による制御の基、主偏向器２０８（第１の偏向器）は、マルチビーム２０の照射領域３４内の複数のサブ照射領域２９のうちｘ方向にピッチＰｂで並ぶＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９群をトラッキング領域３３として偏向する。主偏向器２０８は、トラッキング領域３３の基準位置（例えば中心）にマルチビーム２０を一括して偏向する。そして、主偏向器２０８は、ＸＹステージ１０５の連続移動に追従するようにマルチビーム２０をトラッキング偏向する。
偏向制御回路１２８による制御の基、副偏向器２０９（第２の偏向器）は、マルチビーム２０の各ビームが、対応するサブ照射領域２９の、例えばｘ方向に１番目かつｙ方向に最終番目の画素３６に位置するように、マルチビーム２０を一括して偏向する。そして、ＸＹステージ１０５の連続移動に追従するようにマルチビーム２０がトラッキング偏向されている間に、トラッキング領域３３として設定されているＮ×Ｎ’個のサブ照射領域２９内を走査するように、マルチビーム２０を一括して偏向する。副偏向器２０９により、例えば、ショット毎に、１画素３６ずつシフトするようにサブ照射領域２９内を走査する。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２０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次電子の束によるマルチ２次電子３００が一度に検出される。マルチビーム２０が担当するサブ照射領域２９内のすべての測定用画素３６をスキャンするまで、ＸＹステージ１０５の移動によって偏向位置がずれないように、主偏向器２０８は、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、マルチビーム２０を偏向する（トラッキング動作する）。
そして、マルチ検出器２２２は、基板１０１にマルチビーム２０を照射することに起因して基板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（或いはウェハダイ３３２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（或いは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。
以上のスキャン動作において、実施の形態１では、ｘ方向に向かって並ぶ複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄが各ビームのサブ照射領域２９の周期の整数倍（２倍以上）に調整されているので、ｘ方向に向かって並ぶ複数のウェハダイ３３２の各位置は、同じビームによって走査（撮像）される。
比較（ダイ−ダイ検査）工程（Ｓ１１０）として、比較回路１０８（比較部）は、複数のダイの被検査画像同士を比較する。
図１２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１２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５０，５６、被検査画像生成部５６、位置合わせ部５７、及び比較処理部５８が配置される。被検査画像生成部５６、位置合わせ部５７、及び比較処理部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５６、位置合わせ部５７、及び比較処理部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に記憶される。
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）は、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。
次に、被検査画像生成部５６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）を所定のサイズのフレーム領域（単位検査領域）毎に分割し、複数のフレーム画像（被検査画像）を生成する。フレーム画像として、ウェハダイ３３２よりも小さいサイズの画像が設定されると好適である。ウェハダイ３３２全体の画像同士の比較では、データ量が大きすぎてしまうからである。例えば、ストライプ領域３２のｙ方向サイズの矩形領域に設定される。但し、フレーム領域のサイズはこれに限るものではない。
次に、位置合わせ部５７は、比較する一方のウェハダイ３３２（ダイ１）内のフレーム画像と、他方のウェハダイ３３２（ダイ２）内の対応する位置のフレーム画像とを読み出し、画素３６より小さいサブ画素単位で、両フレーム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、比較処理部５８は、当該フレーム画像（ダイ１）と当該フレーム画像（ダイ２）とを比較する。比較処理部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。或いは、形状欠陥検査よりも検査精度を落として、パターンの断線或いはショートの有無を検査してもよい。或いは、形成されるパターンの周期性のずれを検査しても良い。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に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。
以上のように、実施の形態１によれば、比較するダイの同一個所を同じ配列位置のビームで撮像できる。これにより、各ビームのビーム形状、ディストーション、及び／或いは明るさといったビーム特性を比較される画像同士で一致させることができる。よって、検査精度を向上できる。
実施の形態２．
実施の形態１では、電磁レンズによるマルチビーム像の倍率調整によって、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各ビームのサブ照射領域２９の配列ピッチの２以上の自然数ｎ倍になるように制御する場合について説明した。マルチビームの倍率制御は、マルチビーム像の倍率調整に限るものではない。実施の形態２では、別の手法のマルチビームの倍率制御によって、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各ビームのサブ照射領域２９の配列ピッチの２以上の自然数ｎ倍になるように制御する場合について説明する。
図１３は、実施の形態２における検査装置の構成を示す構成図である。図１３において、成形アパーチャアレイ基板２０３と一括ブランキング偏向器２１２との間に、偏向器アレイ機構２０４を配置した点以外は、図１と同様である。言い換えれば、画像取得機構１５０は、さらに、偏向器アレイ機構２０４を有する。また、実施の形態２における検査方法の要部工程を示すフローチャート図は図１０と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態１と同様である。実施の形態２では、縮小レンズ２０５による倍率調整の代わりに、偏向器アレイ機構２０４によって、各ビームの基板１０１上の照射位置を調整する。
図１４は、実施の形態２における偏向器アレイ機構の構成を示す断面図である。偏向器アレイ機構２０４は、図１４に示すように、支持台３３上にシリコン等からなる半導体基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３３０の上面と外周領域３３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成される。基板３１は、外周領域３３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。
メンブレン領域３３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板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。言い換えれば、基板３１のメンブレン領域３３０には、電子線を用いたマルチビームのそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔２５がアレイ状に形成される。そして、各通過孔２５の周辺には、当該通過孔２５を挟んで対向する少なくとも２極の電極２４，２６がそれぞれ配置される。かかる２極の電極２４，２６間の電位差によって、電極２４，２６間を通過するビームに対して、各ビームのサブ照射領域２９の周期が調整可能な方向に電極２４，２６が配置されればよい。例えば、ｘ方向に並ぶサブ照射領域２９の周期を調整する場合、ｘ方向、或いは−ｘ方向にビームを偏向する必要があるので、ｘ方向に対向するように電極２４，２６が配置されればよい。ｙ方向にも調整する場合には、さらにｙ方向に対向する２つの電極を加えた４極が必要となる。偏向器アレイ機構２０４の各ビーム用の電極２４，２６により構成される偏向器は、偏向制御回路１２８によって制御される。例えば、電極２６にグランド電位を印加し、電極２４に印加する電位を制御することで、ビームの偏向量を制御すればよい。
ダイピッチ取得工程（Ｓ１０２）と、倍率補正係数演算工程（Ｓ１０４）との各工程の内容は実施の形態１と同様である。
倍率補正制御工程（Ｓ１０６）として、偏向制御回路１２８（倍率制御回路の他の一例）は、偏向器アレイ機構２０４を制御して、ＸＹステージ１０５を連続移動させながらマルチビーム２０を用いて検査対象基板１０１を撮像する場合における、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数のサブ照射領域２９（撮像領域）のｘ方向（所定の方向）のサブ照射領域２９の周期（撮像領域周期：配列ピッチ）の２以上の自然数ｎ倍になるように基板１０１上におけるマルチビーム２０の各ビームの照射位置を制御する。
図１５は、実施の形態２における基板上でのビーム位置補正の仕方を説明するための図である。元々、図１５（ａ）に示すように、基準配列ピッチＰｂで配列されるマルチビーム２０の各ビーム２０ａ〜ｅを使って、複数のウェハダイ３３２の配列ピッチＰｄがマルチビーム２０の各ビームのサブ照射領域２９の周期の２以上の自然数ｎ倍にするためには、図１５（ｂ）に示すように、マルチビーム２０の各ビーム間ピッチを基準配列ピッチＰｂから配列ピッチｋＰｂにする必要がある。これにより、マルチビーム２０の倍率Ｍ１を倍率補正係数ｋ倍の倍率Ｍ２に調整したことと同じ効果を得ることができる。そのためには、ビーム毎に、個別に偏向量を変えて偏向する必要がある。そこで、偏向器アレイ機構２０４（個別偏向器アレイ）は、かかる倍率Ｍ２に対応する位置に、マルチビーム２０の各ビームを個別に偏向する。これにより、実施の形態２では、マルチビーム２０の倍率制御を行う。図１５（ｂ）の例では、マルチビーム２０の中心ビーム２０ｃを基準に、ｘ方向に位置するビーム２０ｄ，２０ｅには、ｘ方向に広がるように偏向し、−ｘ方向に位置するビーム２０ａ，２０ｂには、−ｘ方向に広がるように偏向する場合を示している。但し、これに限るものではなく、マルチビーム２０の左端のビーム２０ａを基準に、ｘ方向に位置するビーム２０ｂ，２０ｃ、２０ｄ、２０ｅには、それぞれｘ方向に広がるように偏向しても良い。いずれにしても、ビーム毎に、偏向量が異なる。偏向制御回路１２８は、演算された倍率補正係数ｋを用いて、各ビームの照射位置を個別に演算し、かかる照射位置に変更するための個別の偏向量を演算する。そして、偏向器アレイ機構２０４の各ビーム用の偏向器の電極２４，２６間にかかる偏向量が得られる電圧を印加する。
マルチビーム２０の各ビーム間ピッチを基準配列ピッチＰｂから配列ピッチｋＰｂにすることで、関係式（１）に示した関係を成り立たせることができる。それにより、各ビームのサブ照射領域２９の周期を調整できる。
画像取得工程（Ｓ１０８）以降の各工程の内容は実施の形態１と同様である。
以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、比較するダイの同一個所を同じ配列位置のビームで撮像できる。これにより、各ビームのビーム形状、ディストーション、及び／或いは明るさといったビーム特性を比較される画像同士で一致させることができる。さらに、実施の形態２では、像の倍率を調整しているわけではないので、基板１０１上での各ビームサイズを小さいまま維持できる。よって、倍率制御前の解像度を維持できる。実施の形態１よりも検査精度を向上できる。
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。
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。上述した例では、ＸＹステージ１０５を等速で連続移動させる場合を示したが、これに限るものではない。上述した例では、マルチビーム２０の倍率を拡大する方向に補正する場合を示したが、縮小する方向に補正する場合であっても良いことは言うまでもない。
また、マルチビーム２０の配列ピッチについては、ｘ方向とｙ方向で異なるピッチであっても良い。例えば、ｘ方向に等ピッチＰｂで配列され、ｙ方向に等ピッチＰｂ’で配列されても良い。
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荷電粒子ビーム検査装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。
２０ マルチビーム
２２ 穴
２７ 領域
２８，３６ 画素
２９ サブ照射領域
３３０ 検査領域
３２ ストライプ領域
３３ トラッキング領域
３４ 照射領域
５０，５６ 記憶装置
５４ 被検査画像生成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較処理部
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
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
１３０ 倍率補正係数演算回路
１３２ Ｉ／Ｆ回路
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
２０４ 偏向器アレイ機構
２０５ 縮小レンズ
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
２２２ マルチ検出器
２２４，２２６ 投影レンズ
２２８ 偏向器
３００ マルチ２次電子
３３２ ウェハダイ

Claims (5)

  1. 所定の方向に、同じパターンが形成された複数のダイが配列される検査対象基板を載置する、移動可能なステージと、
    前記複数のダイの配列ピッチを取得するダイピッチ取得部と、
    前記ステージを連続移動させながらマルチ荷電粒子ビームを用いて前記検査対象基板を撮像する場合における、前記複数のダイの配列ピッチがマルチ荷電粒子ビームの各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数の撮像領域の前記所定の方向の撮像領域周期の２以上の自然数倍になるように前記マルチ荷電粒子ビームの倍率を制御する倍率制御回路と、
    前記倍率に制御されたマルチ荷電粒子ビームを用いて、前記検査対象基板に配列された前記複数のダイの被検査画像を取得する被検査画像取得機構と、
    前記複数のダイの被検査画像同士を比較する比較部と、
    を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
  2. 前記倍率にするための倍率補正係数ｋは、前記複数のダイの配列ピッチＰｄと、前記マルチ荷電粒子ビームの前記所定の方向の配列数Ｎと、前記マルチ荷電粒子ビームの前記検査対象基板上における前記所定の方向の基準配列ピッチＰｂと、前記基準配列ピッチＰｂを分割する分割数Ｍ（Ｍは２以上の整数）と、自然数ｎと、を用いて、次の式（１）：
    （１） ｋ＝Ｐｄ・Ｍ／（ｎ・Ｎ・Ｐｂ）
    で定義されることを特徴とする請求項１記載のマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
  3. 前記被検査画像取得機構は、
    前記倍率に調整する、前記マルチ荷電粒子ビームを屈折させる電磁レンズを有することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
  4. 前記被検査画像取得機構は、
    前記倍率に対応する位置に、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する個別偏向器アレイを有することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
  5. 所定の方向に、同じパターンが形成された複数のダイが配列される検査対象基板の前記複数のダイの配列ピッチを取得する工程と、
    前記ステージを連続移動させながらマルチ荷電粒子ビームを用いて前記検査対象基板を撮像する場合における、前記複数のダイの配列ピッチがマルチ荷電粒子ビームの各配列位置のビームがそれぞれ撮像を担当する複数の撮像領域の前記所定の方向の撮像領域周期の２以上の自然数倍になるように前記マルチ荷電粒子ビームの倍率を制御する工程と、
    前記倍率に制御されたマルチ荷電粒子ビームを用いて、前記検査対象基板に配列された前記複数のダイの被検査画像を取得する工程と、
    前記複数のダイの被検査画像同士を比較し、比較結果を出力する工程と、
    を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム検査方法。
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