JP2019207804A - マルチ電子ビーム画像取得装置およびマルチ電子ビーム画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、同じ装置内でビームサイズを変更可能な装置を提供する。【解決手段】マルチ電子ビーム画像取得装置１００は、電子ビームの照射を受け、電子ビームを用いて複数のマルチビームグループを成形する成形アパーチャアレイ基板２０３と、複数のマルチビームグループを一括して多段に偏向する偏向器２１１，２１２と、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを遮蔽する制限アパーチャアレイ基板２０６と、選択的に通過したマルチビームグループ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次電子ビームを検出するマルチ検出器２２２と、を備える。【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およびマルチ電子ビーム画像取得方法に関する。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。マルチビーム検査において、解像度を上げるためにはビームサイズを小さくする必要がある。一方、ビームサイズを小さくするとスループットが低下してしまう。よって、１つの装置で可変にマルチビームの各ビームのビームサイズを変更できるようにすることが望ましい。しかし、マルチビームの各ビームのビームサイズは、成形アパーチャの開口サイズとその後の光学系の縮小率とによって決定されてしまうため、自由に変更することが困難であった。そこで、マルチビームの各ビームのビームサイズを小さくするために光学系でマルチビームの倍率を変えることも検討されるが、マルチビームの倍率を当初の縮小率から変えてしまうとビーム間ピッチ等のビーム条件が異なってしまうため検出器の検出素子ピッチと合わなくなり検出ができなくなってしまうといった問題があった。そのため、スループットを低下させてでも解像度を上げるために小さいビームサイズになるように当初から装置構造を設計するか、若しくは解像度を犠牲にしてでもスループットを高めるために相対的に大きいビームサイズになるように当初から装置構造を設計するか、のいずれかを択一的に選択することが求められてしまう。かかる問題は検査装置に限らず、マルチビームを用いて画像を取得する装置であれば同様に生じ得る。

ここで、検査装置ではないが、マルチビームを用いた描画装置において、成形アパーチャを通過したマルチビームを複数の第１のブランカーで個別ブランキング偏向を行うと共に、複数の第１のブランカーの偏向方向と直交する方向に偏向する複数の第２のブランカーを用いて、マルチビームのうちの不良ビームが対応する第１のブランカーで個別ブランキングされない場合でも、ブランキングアパーチャにより遮蔽されるように、かかる不良ビームを個別に偏向することで、使用ビームを選択することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１５７８７０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場合に、同じ装置内でビームサイズを変更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、
電子ビームの照射を受け、電子ビームを用いて複数のマルチビームグループを成形する成形アパーチャアレイ基板と、
複数のマルチビームグループを一括して多段に偏向する多段偏向器と、
複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを遮蔽する制限アパーチャアレイ基板と、
選択的に通過したマルチビームグループ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次電子ビームを検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする。

また、成形アパーチャアレイ基板には、第１のピッチで第１のサイズの複数の第１の開口部と、第１のピッチで第１のサイズとは異なる第２のサイズの複数の第２の開口部と、が形成されると好適である。

或いは、成形アパーチャアレイ基板には、第１のピッチの複数の第１の開口部と、第１のピッチとは異なる第２のピッチの複数の第２の開口部と、が形成されると好適である。

また、複数のマルチビームグループのいずれのグループも試料面上において同じビーム間ピッチで照射されるようにマルチビームの倍率を調整する倍率調整レンズをさらに備えると好適である。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得方法は、
成形アパーチャアレイ基板を用いて複数のマルチビームグループを成形する工程と、
複数のマルチビームグループを一括して多段に偏向して、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループに制限アパーチャアレイ基板を選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを制限アパーチャアレイ基板で遮蔽する工程と、
選択的に通過したマルチビームグループ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次電子ビームを検出器で検出する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、同じ装置内でビームサイズを変更できる。

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の一例を示す概念図である。 実施の形態１における制限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における中サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。 実施の形態１における大サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。 実施の形態１における小サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。 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の他の一例を示す概念図である。 実施の形態１における検出器の検出素子とビーム位置との関係の一例を説明するための概念図である。 実施の形態１における異なる配列ピッチのマルチビームの一例を説明するための図である。 実施の形態１における検出器の検出素子とビーム位置との関係の他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、マルチ電子ビームを用いて画像を取得可能な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、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、電磁レンズ２１８、偏向器２１１，２１２、制限アパーチャアレイ基板２０６、倍率調整光学系２１３、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、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。倍率調整光学系２１３は、例えば、２つの電磁レンズ２１９，２０５により構成される。図１の例では、偏向器２１１，２１２によって２段の多段偏向器を構成する。偏向器の段数はこれに限るものではなく３段以上であっても構わない。また、図１の成形アパーチャアレイ基板２０３は、図示しない３枚以上の複数の電極基板から構成される。各電極基板間に電位を印加することにより、レンズアレイを構成する。

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。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、軌道補正制御回路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、モード選択回路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、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。

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２１８、及び電磁レンズ２１９，２０５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。偏向器２２８は、それぞれ少なくとも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１４８を介して、偏向制御回路１２８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。

また、偏向器２１１，２１２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図示しないＤＡＣアンプを介して、軌道補正制御回路１２１によって制御される。偏向器２１１，２１２は、成形アパーチャアレイ基板２０３と制限アパーチャアレイ基板２０６との間に配置される。

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の一例を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板２０３には、ピッチＰ（第１のピッチ）で中サイズ（第１のサイズ）の複数の穴２２ａ（第１の開口部）と、ピッチＰ（第１のピッチ）で中サイズとは異なる大サイズ（第２のサイズ）の複数の穴２２ｂ（第２の開口部）と、が形成される。図２の例では、一例として、さらに異なるサイズを１つ追加した、３種のサイズの複数の穴が形成される場合を示している。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）２２ａ（穴グループａ）がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチＰで形成されている。図２の例では、ｘ，ｙ方向に配列ピッチＰで５×５個の穴２２ａが形成されている場合を示している。同様に、成形アパーチャアレイ基板２０３には、ｍ_１列×ｎ_１段の穴２２ａの形成領域内に、穴２２ａとは位置をずらして、同じ配列ピッチＰでサイズが異なるｍ_１列×ｎ_１段の穴（開口部）２２ｂ（穴グループｂ）が形成されている。図２の例では、ｘ，ｙ方向に配列ピッチＰで、穴２２ａよりも径サイズが大きい５×５個の穴２２ｂが形成されている場合を示している。同様に、成形アパーチャアレイ基板２０３には、ｍ_１列×ｎ_１段の穴２２ａの形成領域内に、穴２２ａ及び穴２２ｂとは位置をずらして、同じ配列ピッチＰでサイズが異なるｍ_１列×ｎ_１段の穴（開口部）２２ｃ（穴グループｃ）が形成されている。図２の例では、ｘ，ｙ方向に配列ピッチＰで、穴２２ａよりも径サイズが小さい５×５個の穴２２ｃが形成されている場合を示している。５×５個の穴２２ｂは、５×５個の穴２２ａの配列ピッチ間の隙間に形成される。５×５個の穴２２ｃは、５×５個の穴２２ａ及び５×５個の穴２２ｂの配列ピッチ間の隙間に形成される。よって、成形アパーチャアレイ基板２０３には、５×５個の中サイズの穴２２ａで構成される穴グループａと、５×５個の大サイズの穴２２ｂで構成される穴グループｂと、５×５個の小サイズの穴２２ｃで構成される穴グループｃと、の複数の穴グループが形成されている。サイズの異なる穴グループの数は、２種以上であればよい。図２の例では、各穴は、円形に形成される場合を示しているが、これに限るものではなく、矩形であっても構わない。

図３は、実施の形態１における制限アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図３において、制限アパーチャアレイ基板２０６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）の通過孔（開口部）２３がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチＰで形成されている。図３の例では、ｘ，ｙ方向に配列ピッチＰで５×５個の通過孔２３が形成されている場合を示している。制限アパーチャアレイ基板２０６では、成形アパーチャアレイ基板２０３とは異なり、後述するように、１つのマルチビームグループ分の５×５個の通過孔２３が形成される。

画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された基板１０１から図形パターンの被検査画像を取得する。以下、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２２ａと複数の穴２２ｂと複数の穴２２ｃとが形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２ａ，２２ｂ，２２ｃが含まれる領域を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３は、電子ビーム２００の照射を受け、電子ビーム２００を用いて複数のマルチビームグループを成形する。具体的には、以下のように動作する。複数の穴２２ａ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２２ａをそれぞれ通過することによって、複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａが形成される。複数の穴２２ｂ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２２ｂをそれぞれ通過することによって、マルチビーム２０ｂが形成される。複数の穴２２ｃ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２２ｃをそれぞれ通過することによって、マルチビーム２０ｃが形成される。このように、マルチビーム２０ａによるマルチビームグループａと、マルチビーム２０ｂによるマルチビームグループｂと、マルチビーム２０ｃによるマルチビームグループｃと、の３つのマルチビームグループが成形される。各グループのマルチビームは、穴２２ａ，２２ｂ，２２ｃに合わせて、いずれも同じ配列ピッチＰでグループ毎にビームサイズが異なる。なお、図１の成形アパーチャアレイ基板２０３は、図示しない３枚以上の複数の電極基板から構成される。各電極基板間に電位を印加することにより、レンズアレイを構成し、成形アパーチャアレイ基板２０３で分割されたビームは、レンズアレイで、分割されたビーム毎にクロスオーバーを結ぶ。

形成された複数のマルチビームグループは、電磁レンズ２１８によって制限アパーチャアレイ基板２０６上に投影される。図１では、理解しやすいように複数のマルチビームグループをクロスさせずに制限アパーチャアレイ基板２０６上に投影させるビーム軌道を図示しているが、電磁レンズ２１８によって複数のマルチビームグループは屈折させられるので、複数のマルチビームグループはクロスした上で制限アパーチャアレイ基板２０６上に投影されることになる。その際、複数のマルチビームグループは、一括して多段偏向器により多段に偏向される。具体的には、以下のように動作する。マルチビームグループａのマルチビーム２０ａとマルチビームグループｂのマルチビーム２０ｂとマルチビームグループｃのマルチビーム２０ｃと、は、偏向器２１１によって、一括して偏向される。偏向器２１１の偏向量は、複数のマルチビームグループのうち、任意に選択される１つのマルチビームグループを構成するマルチビームが、制限アパーチャアレイ基板２０６の複数の通過孔２３上に位置する量となる。そして、マルチビームグループａのマルチビーム２０ａとマルチビームグループｂのマルチビーム２０ｂとマルチビームグループｃのマルチビーム２０ｃと、は、偏向器２１２によって、再度、一括して偏向される。偏向器２１２の偏向量は、任意に選択された１つのマルチビームグループを構成するマルチビームが、制限アパーチャアレイ基板２０６の複数の通過孔２３を通過するように、偏向器２１１によって斜め方向に向けられたビーム軌道を元の向きの軌道に振り戻す。かかる動作により、第１段目の偏向により向きをずらした各マルチビームグループの軌道を元の向きの軌道に戻すと共に、制限アパーチャアレイ基板２０６は、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを遮蔽する。図１の例では、制限アパーチャアレイ基板２０６が、マルチビームグループｂのマルチビーム２０ｂを通過させ、マルチビームグループａのマルチビーム２０ａを遮蔽する場合を示している。実施の形態１では、各マルチビームグループを構成するマルチビーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃを混在するように形成することで、マルチビームグループを選択する場合における偏向器２１１の偏向量を小さくできる。

なお、偏向器２１１及び／或いは偏向器２１２によって、すべてのビームが制限アパーチャアレイ基板２０６によって遮蔽されるように一括偏向することで、ビーム全体をブランキングする（ビームＯＦＦにする）こともできる。そして、選択された１つのマルチビームグループを構成するマルチビームがビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャアレイ基板２０６を通過したビーム群により、検査用のマルチビームが形成される。

制限アパーチャアレイ基板２０６を通過した、選択されたグループのマルチビーム２０（例えば、マルチビーム２０ｂ）は、倍率調整光学系２１３によって、予め設定される所望の倍率に調整される。所望の倍率に調整されたマルチビーム２０は、倍率調整光学系２１３の電磁レンズ２０５によって、ビームセパレーター２１４位置にクロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）（最終クロスオーバー）を形成し、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、選択されたグループのマルチビーム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。

図４は、実施の形態１における中サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。
図５は、実施の形態１における大サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。
図６は、実施の形態１における小サイズのマルチビームの一例を説明するための図である。図４の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３を通過した各マルチビームグループのうち、穴２２ａを通過することによって成形されたマルチビームグループａのマルチビーム２０ａを示している。図５の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３を通過した各マルチビームグループのうち、穴２２ｂを通過することによって成形されたマルチビームグループｂのマルチビーム２０ｂを示している。図６の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３を通過した各マルチビームグループのうち、穴２２ｃを通過することによって成形されたマルチビームグループｃのマルチビーム２０ｃを示している。このように、偏向器２１１，２１２と制限アパーチャアレイ基板２０６とを用いて、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択することで、同じ配列ピッチでサイズの異なるマルチビームを形成できる。

選択されたグループのマルチビーム２０を基板１０１上に照射する場合に、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の選択されたマルチビームの複数の穴２２の配列ピッチＰ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、ビームサイズを可変に選択した上で、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の所望する位置に選択されたグループのマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１から選択されたグループのマルチビーム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（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、選択的に制限アパーチャアレイ基板２０６を通過したマルチビームグループが基板１０１（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次電子ビームを検出する。言い換えれば、マルチ検出器２２２は、投影レンズ２２４によって投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２は、図示しない例えばダイオード型の複数の２次元センサ（検出素子）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。

実施の形態１では、複数のマルチビームグループのいずれを選択しても、選択されたグループのマルチビームの配列ピッチは同じなので、いずれのグループを選択しても、同じピッチで基板１０１に照射される。よって、放出されるマルチ２次電子ビーム３００のピッチもグループ間で変化しない。よって、マルチ検出器２２２の２次元センサ（検出素子）の配列ピッチを変えることなく、いずれのマルチビームグループを用いる場合でも各２次電子ビームを識別可能に検出ができる。

図７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の他の一例を示す概念図である。成形アパーチャアレイ基板２０３には、ピッチＰ（第１のピッチ）の複数の穴２２ａ（第１の開口部）と、ピッチＰ（第１のピッチ）とは異なるピッチｎＰ（第２のピッチ）（ｎは２以上の整数）の複数の穴２２ｄ（第２の開口部）（太線）と、が形成される。図７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）２２ａ（穴グループａ）がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチＰで形成されている。図７の例では、図２の例と同様、ｘ，ｙ方向に配列ピッチＰで５×５個の穴２２ａが形成されている場合を示している。同様に、成形アパーチャアレイ基板２０３には、ｍ_１列×ｎ_１段の穴２２ａの形成領域内に、穴２２ａとは位置をずらして、異なる配列ピッチｎＰで同サイズのｍ_１／ｎ列×ｎ_１／ｎ段の穴（開口部）２２ｄ（穴グループｄ）が形成されている。図７の例では、ｘ，ｙ方向に配列ピッチ２Ｐで、穴２２ａと同サイズの３×３個の穴２２ｄが形成されている場合を示している。３×３個の穴２２ｂは、５×５個の穴２２ａの配列ピッチ間の隙間に形成される。よって、成形アパーチャアレイ基板２０３には、５×５個の例えば中サイズの穴２２ａで構成される穴グループａと、３×３個の同サイズでピッチが２倍の穴２２ｄで構成される穴グループｄと、の複数の穴グループが形成されている。配列ピッチの異なる穴グループの数は、２種以上であればよい。図７の例では、各穴は、円形に形成される場合を示しているが、これに限るものではなく、矩形であっても構わない。なお、穴２２ａと穴２２ｄの径サイズは同サイズに限るものではなく、異なっても構わない。但し、複数の穴２２ａの配列ピッチと複数の穴２２ｄの配列ピッチとの比とは異なるサイズ比になるように設定する。図７に示す成形アパーチャアレイ基板を用いる場合、画像取得機構１５０は、以下のように動作する。

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７に示すように、複数の穴２２ａと複数の穴２２ｄとが形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２ａ，２２ｄが含まれる領域を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３は、電子ビーム２００の照射を受け、電子ビーム２００を用いて複数のマルチビームグループを成形する。具体的には、以下のように動作する。複数の穴２２ａ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２２ａをそれぞれ通過することによって、複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａが形成される。複数の穴２２ｄ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２２ｄをそれぞれ通過することによって、マルチビーム２０ｄが形成される。このように、マルチビーム２０ａによるマルチビームグループａと、マルチビーム２０ｄによるマルチビームグループｄと、の２つのマルチビームグループが成形される。各グループのマルチビームは、穴２２ａ，２２ｄに合わせて、いずれも同じサイズでグループ毎に配列ピッチとビーム本数が異なる。

形成された複数のマルチビームグループは、電磁レンズ２１８によって制限アパーチャアレイ基板２０６上に投影される。その際、複数のマルチビームグループは、一括して多段偏向器により多段に偏向される。具体的には、以下のように動作する。マルチビームグループａのマルチビーム２０ａとマルチビームグループｄのマルチビーム２０ｄと、は、偏向器２１１によって、一括して偏向される。偏向器２１１の偏向量は、複数のマルチビームグループのうち、任意に選択される１つのマルチビームグループを構成するマルチビームが、制限アパーチャアレイ基板２０６の複数の通過孔２３上に位置する量となる。そして、マルチビームグループａのマルチビーム２０ａとマルチビームグループｄのマルチビーム２０ｄと、は、偏向器２１２によって、再度、一括して偏向される。偏向器２１２の偏向量は、任意に選択された１つのマルチビームグループを構成するマルチビームが、制限アパーチャアレイ基板２０６の複数の通過孔２３を通過するように、偏向器２１１によって斜め方向に向けられたビーム軌道を略垂直に振り戻す。かかる動作により、第１段目の偏向により向きをずらした各マルチビームグループの軌道を電子光学系の光軸と同方向の軌道に戻すと共に、制限アパーチャアレイ基板２０６は、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを遮蔽する。実施の形態１では、上述したように、各マルチビームグループを構成するマルチビーム２０ａ，２０ｄを混在するように形成することで、マルチビームグループを選択する場合における偏向器２１１の偏向量を小さくできる。

マルチビームグループａを選択する場合、その後の動作内容は、上述した図２の複数の穴２２ａを通過したマルチビーム２０ａによるマルチビームグループａを選択した場合と同様である。

図８は、実施の形態１における検出器の検出素子とビーム位置との関係の一例を説明するための概念図である。上述した図２及び図７の複数の穴２２ａを通過したマルチビーム２０ａによるマルチビームグループａを選択した場合、図８に示すように、ビーム間ピッチは、当初の設計位置から変化しないので、マルチ検出器２２２にてマルチ２次電子ビーム３００を検出する場合でも、各２次電子ビーム１１ａとマルチ検出器２２２の検出素子１３との位置関係を合わせることができる。かかる点については、図２の複数の穴２２ｂを通過したマルチビーム２０ｂによるマルチビームグループｂを選択した場合、及び図２の複数の穴２２ｃを通過したマルチビーム２０ｃによるマルチビームグループｃを選択した場合についても同様である。

一方、マルチビームグループｄを選択する場合、制限アパーチャアレイ基板２０６を通過するマルチビームｄは、配列ピッチがマルチビームグループａとは異なる。

図９は、実施の形態１における異なる配列ピッチのマルチビームの一例を説明するための図である。図９（ａ）の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３を通過した各マルチビームグループのうち、図７の穴２２ｄを通過することによって成形されたマルチビームグループｄのマルチビーム２０ｄを示している。このように、偏向器２１１，２１２と制限アパーチャアレイ基板２０６とを用いて、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択することで、同じサイズで異なる配列ピッチのマルチビームを形成できる。しかし、このままでは、マルチビームｄは、マルチビームａと配列ピッチが異なるだけでサイズは変わっていない。そこで、実施の形態１では、倍率調整レンズ２１３により、複数のマルチビームグループのいずれのグループも基板１０１（試料）面上において同じビーム間ピッチで照射されるようにマルチビームの倍率を調整する。制限アパーチャアレイ基板２０６を通過したマルチビームｄのビーム間ピッチは、２Ｐなので、いずれのグループも同じビーム間ピッチＰにするために、図９（ｂ）に示すように、倍率を１／２に縮小する。具体的には、電磁レンズ２１９により、制限アパーチャアレイ基板２０６を通過したマルチビームｄの軌道を、軌道Ａの状態から軌道Ｂの状態へと変化させ、電磁レンズ２０５に入射した時点でのマルチビームｄの各ビームサイズを小さくできる。そして、率調整光学系２１３の電磁レンズ２０５によって、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）（最終クロスオーバー）を形成することになる。ここで、電磁レンズ２０５は、基板１０１面に照射されるビームの最終クロスオーバー位置が、選択されたグループに関わらず同じ位置になるように、マルチビームを屈折させる。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、選択されたマルチビームの最終クロスオーバー位置をマルチビームグループのいずれのグループでも同じ最終クロスオーバー位置からずれないように電磁レンズ２０５を制御する。これにより、最終クロスオーバー位置とビームセパレーター２１４の配置高さ位置を同じにできる。さらに、対物レンズ２０７での焦点位置を選択されるマルチビームグループに応じて変更する必要を無くすことができる。所望の倍率に調整されたビーム２０ｂは、かかる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、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となり、基板１０１上に照射される。その際、主偏向器２０８及び／或いは副偏向器２０９によって縮小されたマルチビームｄ全体を同方向に一括して偏向することで、小さいサイズのビームで観察したい領域の走査ができる。

図１０は、実施の形態１における検出器の検出素子とビーム位置との関係の他の一例を説明するための概念図である。上述した図７の複数の穴２２ｄを通過したマルチビーム２０ｄによるマルチビームグループｄを選択した場合、図１０に示すように、ビーム間ピッチを、倍率調整レンズ２１３により、当初の設計ピッチに調整しているので、マルチ検出器２２２にてマルチ２次電子ビーム３００を検出する場合でも、各２次電子ビーム１１ｂとマルチ検出器２２２の検出素子１３との位置関係を合わせることができる。

実施の形態１では、配列ピッチが異なる複数のマルチビームグループのいずれを選択しても、選択されたグループのマルチビームの配列ピッチを同じピッチに倍率調整するので、いずれのグループを選択しても、同じピッチで基板１０１に照射される。よって、放出されるマルチ２次電子ビーム３００のピッチもグループ間で変化しない。よって、マルチ検出器２２２の２次元センサ（検出素子）の配列ピッチを変えることなく、いずれのマルチビームグループを用いる場合でも各２次電子ビームを識別可能に検出ができる。

図１１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１１において、実施の形態１における検査方法は、モード選択工程（Ｓ１０２）と、ビーム選択工程（Ｓ１０４）と、倍率調整工程（Ｓ１０５）と、被検査画像取得工程（Ｓ１０６）と、参照画像作成工程（Ｓ１１０）と、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、比較工程（１２２）と、いう一連の工程を実施する。

モード選択工程（Ｓ１０２）として、モード選択回路１３２は、処理するモードとして、選択可能な複数のビームサイズの中から１つのビームサイズを選択する。選択されたビームサイズの情報は、軌道補正制御回路１２１及びレンズ制御回路１２４に出力される。

ビーム選択工程（Ｓ１０４）として、軌道補正制御回路１２１は、偏向器２１１，２１２に、選択されたビームサイズに適合するマルチビームグループを選択するように、偏向電位を印加する。

倍率調整工程（Ｓ１０５）として、レンズ制御回路１２４は、選択されたビームサイズに適合するマルチビームグループ用の倍率になるように倍率調整レンズの各電磁レンズ２１９，２０５を励磁する（電流を流す）。例えば、図２に示した成形アパーチャアレイ基板２０３を用いる場合には、いずれのマルチビームグループでも同じビーム間ピッチなので、倍率は当初の設計倍率から変更する必要はない。一方、図７に示した成形アパーチャアレイ基板２０３を用いる場合には、マルチビームグループ間で成形されるマルチビームのビーム間ピッチが異なるので、選択されるマルチビームグループによっては、マルチビームのビーム間ピッチを当初の設計ピッチになるように倍率を変更（調整）することになる。

被検査画像取得工程（Ｓ１０６）として、画像取得機構１５０は、所望のビームサイズのマルチビーム２０を使って、基板１０１（試料）に形成されたパターンの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。

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は、上述したように、電子ビーム２００の照射を受け、電子ビーム２００を用いて複数のマルチビームグループを成形する。形成された複数のマルチビームグループは、偏向器２１１，２１２により、一括して多段に偏向され、複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループに制限アパーチャアレイ基板２０６を選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを制限アパーチャアレイ基板２０６で遮蔽する。制限アパーチャアレイ基板２０６を通過した、選択されたグループのマルチビーム２０は、倍率調整光学系２１３によって、予め設定される所望の倍率に調整される。所望の倍率に調整されたマルチビーム２０は、倍率調整光学系２１３の電磁レンズ２０５によって、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）（最終クロスオーバー）を形成し、かかる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、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、選択されたグループのマルチビーム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。

図１２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１２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１３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１３において、各マスクダイ３３は、例えば、マルチビームの標準ビームサイズ（例えば中サイズ）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１３の例では、５×５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１３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１３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１３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１３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１３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２８２にて検出される。実施の形態１では、マルチ検出器２８２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、ビームサイズを選択的に変更したマルチビーム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、選択的に通過したマルチビームグループのマルチビームが基板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３００をマルチ検出器２２２で検出する。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（Ｓ１１０）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１４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１４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（Ｓ１２０）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（Ｓ１２２）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（Ｓ１２０）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（Ｓ１２２）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場合に、同じ検査装置１００内でビームサイズを変更できる。そのため、装置のダウンタイムなく、スループットを低下させてでも解像度を上げる場合には、小さいビームサイズのマルチビームグループを選択し、解像度を犠牲にしてでもスループットを高める場合には、大きいビームサイズのマルチビームグループを選択できる。

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、及びモード選択回路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。上述した例では、成形アパーチャアレイ基板２０３に、同じ配列ピッチでサイズの異なる複数の穴グループを形成する場合（図２）と、同じサイズで配列ピッチの異なる複数の穴グループを形成する場合（図７）とを示したがこれに限るものではない。同一の成形アパーチャアレイ基板２０３に、同じ配列ピッチでサイズの異なる複数の穴グループと同じサイズで配列ピッチの異なる複数の穴グループとを合わせて形成しても良い。

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電子ビーム画像取得装置およびマルチ電子ビーム画像取得方法は、本発明の範囲に包含される。

１１ ２次電子ビーム
１３ 検出素子
２０ マルチビーム
２２ 穴
２３ 通過孔
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 軌道補正制御回路
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
１３２ モード選択回路
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６ 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
２０５，２１８，２１９ 電磁レンズ
２０６ 制限アパーチャアレイ基板
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１１，２１２ 偏向器
２１３ 倍率調整光学系
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２２２ マルチ検出器
２２４ 投影レンズ
２２８ 偏向器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (5)

1. 電子ビームの照射を受け、前記電子ビームを用いて複数のマルチビームグループを成形する成形アパーチャアレイ基板と、
   前記複数のマルチビームグループを一括して多段に偏向する多段偏向器と、
   前記複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループを選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを遮蔽する制限アパーチャアレイ基板と、
   選択的に通過したマルチビームグループ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次電子ビーム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. 前記成形アパーチャアレイ基板には、第１のピッチで第１のサイズの複数の第１の開口部と、前記第１のピッチで前記第１のサイズとは異なる第２のサイズの複数の第２の開口部と、が形成され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. 前記成形アパーチャアレイ基板には、第１のピッチの複数の第１の開口部と、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチの複数の第２の開口部と、が形成され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。
4. 前記複数のマルチビームグループのいずれのグループも前記試料面上において同じビーム間ピッチで照射されるようにマルチビームの倍率を調整する倍率調整レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
5. 成形アパーチャアレイ基板を用いて複数のマルチビームグループを成形する工程と、
   前記複数のマルチビームグループを一括して多段に偏向して、前記複数のマルチビームグループのうち、１つのマルチビームグループに制限アパーチャアレイ基板を選択的に通過させ、残りのマルチビームグループを前記制限アパーチャアレイ基板で遮蔽する工程と、
   選択的に通過したマルチビームグループ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次電子ビームを検出器で検出する工程と、
   を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得方法。

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