JP2022154067A - 電子ビームの軌道軸調整方法及びマルチビーム画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出光学系に導入する２次電子ビームの軌道軸のアライメントを簡易に実施可能な方法を提供する。【解決手段】マルチ１次電子ビームを基板に照射して基板から放出されるマルチ２次電子ビームを１次電子ビームから分離する分離器を制御して、２次電子ビームのビーム強度を検出するマルチ検出器に２次電子ビームを照射する検出光学系に対して、仰角が同じで方位角が異なる位置に配置されるビーム位置検出器へと２次電子ビームを照射する工程と、分離器を制御して２次電子ビームの検出位置を位置検出器の検出面における所望の位置に調整する工程と、分離器を制御して２次電子ビームの検出位置が位置検出器の検出面における所望の位置に調整された仰角を維持した状態で方位角を検出光学系に向けることにより２次電子ビームを検出光学系に導入する工程と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、電子ビームの軌道軸調整方法及びマルチビーム画像取得装置に関する。例えば、マルチ１次電子ビームの照射に起因した２次電子画像を用いてパターン検査するマルチビーム検査装置のビーム軌道軸の調整手法に関する。

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。

検査装置では、例えば、電子ビームを使ったマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象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、パターン画像を撮像する。そして撮像された測定画像と、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、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。

ここで、マルチ電子ビームを用いて検査画像を取得する場合、１次電子ビームの軌道上に電磁界直交（Ｅ×Ｂ：Ｅ ｃｒｏｓｓ Ｂ）分離器を配置して、１次電子ビームから２次電子ビームを分離する。Ｅ×Ｂ分離器により分離された２次電子は、検出光学系に導入され、検出器で検出される。検査画像を取得する装置の立ち上げ時には、例えば、２次電子ビームの検出光学系の軌道上に或いは検出器に代えてビームの位置検出器を取り付けて、２次電子ビームが検出光学系の所望の位置に導入されるように２次電子ビームの軌道軸のアライメントが行われる。そして、Ｅ×Ｂ分離器は、２次電子ビームを大きく偏向できる反面、調整範囲が大きい。その結果、２次電子ビームの軌道軸のアライメントには時間を要する。

そのため、検査画像を取得する装置のメンテナンス時に、２次電子ビームの軌道軸のアライメントが大きく変化した場合、再度、立ち上げ時と同様のアライメント作業が必要となる。その結果、装置のメンテナンス時のたびに、２次電子ビームの軌道軸のアライメントに非常に時間を要するといった問題があった。かかる問題は、検査装置に限るものではなく、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する装置全般に対して同様に生じ得る。

ここで、シングルビーム型とマルチビーム型とを切り替えるために、マルチビーム型用の各２次電子ビームの輝度を検出するマルチ２次電子検出器と、シングルビーム型用の２次電子ビームの輝度を検出する２次電子検出器と、を搭載した試料観察装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、かかる２次電子検出器は２次電子ビームの輝度を測定できても位置を検出することは困難である。

再表２０１０／１３７２５７号

そこで、本発明の一態様は、検出光学系に導入する２次電子ビームの軌道軸のアライメントを簡易に実施可能な方法および装置を提供する。

本発明の一態様の電子ビームの軌道軸調整方法は、
マルチ１次電子ビームを基板に照射して基板から放出されるマルチ２次電子ビームを電場と磁場とを用いてマルチ１次電子ビームから分離する分離器を制御して、分離器の磁場中心高さ面に対して、マルチ２次電子ビームのビーム強度を検出するマルチ検出器にマルチ２次電子ビームを照射する検出光学系へマルチ２次電子ビームを導入するための仰角が同じで方位角が異なる位置に配置される、ビーム位置を検出する位置検出器へとマルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームを照射する工程と、
分離器を制御して、マルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置を位置検出器の検出面における所望の位置に調整する工程と、
分離器を制御して、マルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置が位置検出器の検出面における所望の位置に調整された仰角を維持した状態で方位角を検出光学系に向けることによりマルチ２次電子ビームを検出光学系に導入する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、位置検出器は、一度にマルチ２次電子ビームの各ビームの位置を検出すると好適である。

また、検出光学系は、静電型の偏向器を有し、
仰角は、偏向器へマルチ２次電子ビームを導入するための仰角であり、
分離器を制御して仰角を維持した状態で方位角を偏向器に向けることにより、マルチ２次電子ビームは、偏向器に導入されると好適である。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得装置は、
基板を載置するステージと、
マルチ１次電子ビームを用いて、基板にマルチ１次電子ビームを結像する対物レンズと、
電界を形成する複数の電極と磁界を形成する複数の磁極とを有し、形成される電界と磁界とにより、マルチ１次電子ビームで基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームの軌道上から分離する分離器と、
分離されたマルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器と、
分離されたマルチ２次電子ビームを検出器に照射する検出光学系と、
分離器の磁場中心高さ面に対して検出光学系へマルチ２次電子ビームを導入するための仰角が同じで方位角が異なる位置に配置される、ビーム位置を検出する位置検出器と、
を備えたことを特徴とする。

また、位置検出器は、一度にマルチ２次電子ビームの各ビームの位置を検出すると好適である。

また、検出光学系は、静電型の偏向器を有し、
仰角は、偏向器へマルチ２次電子ビームを導入するための仰角であると好適である。

本発明の一態様によれば、検出光学系に導入する２次電子ビームの軌道軸のアライメントを簡易に実施できる。

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Ｅ×Ｂ分離器の一例を示す構成図である。 実施の形態１におけるＥ×Ｂ分離器の動作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２次元位置検出センサと偏向器とＥ×Ｂ分離器との位置関係の一例を示す正面図である。 実施の形態１における２次元位置検出センサと偏向器とＥ×Ｂ分離器との位置関係の一例を示す上面図である。 実施の形態１における画像取得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２次電子ビームの軌道軸の１次調整を説明するための図である。 実施の形態１における２次電子ビームの軌道軸の２次調整を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチ２次電子ビームの位置関係を取得する手法を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチ２次電子ビームの位置調整を説明するための図である。 実施の形態１における仰角を調整する手法を説明するための図である。 実施の形態１における方位角を調整する手法を説明するための図である。 実施の形態１における方位角を任意に調整する手法を説明するための図である。 実施の形態１における方位角を検出光学系に向ける様子を説明するための図である。 実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの軌道中心軸調整を説明するための図である。 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における画像取得処理を説明するための図である。

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、画像取得装置は、検査装置に限るものではなく、マルチビームを用いて画像を取得する装置であれば構わない。

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（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、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２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、Ｅ×Ｂ分離器（ビームセパレーター）２１４、２次元位置検出センサ２１７（位置検出器）、偏向器２１８、アライメントコイル２１９、電磁レンズ２２４、偏向器２２６、アライメントコイル２２７、マルチ検出器２２２、及びシャッター２２５が配置されている。

電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、及びアライメントコイル２１９によって１次電子光学系１５１（照明光学系）を構成する。また、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、偏向器２２６、及びアライメントコイル２２７によって２次電子光学系１５２（検出光学系）を構成する。

検査室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なステージ１０５が配置される。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ステージ１０５に配置される。また、ステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。

また、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、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、位置検出回路１３０、Ｅ×Ｂ制御回路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１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。

また、２次元位置検出センサ２１７は、位置検出回路１３０に接続される。２次元位置検出センサ２１７として、例えば、蛍光板、ＤＤＤ（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、或いは蛍光体を用いたＣＣＤカメラを用いると好適である。２次元位置検出センサ２１７は、一度に１本の２次電子ビームのビーム位置を検出するタイプであっても良いし、一度にマルチ２次電子ビームの各ビーム位置を検出するタイプであっても良い。２次元位置検出センサ２１７が一度に１本の２次電子ビームのビーム位置を検出するタイプである場合には、シャッター２２５によりマルチ１次電子ビーム２０を１本の１次電子ビームに制限することにより、検出対象となる２次電子ビームを１本に制限できる。

シャッター２２５は、成形アパーチャアレイ基板２０３とＥ×Ｂ分離器２１４との間の１次電子ビーム軌道上に移動可能に配置される。そして、シャッター２２５は、図示しない駆動機構によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道軸中心に直交する方向に移動する。そして、シャッター２２５は、マルチ１次電子ビーム２０の軌道外から軌道内に移動することで、例えば、中央部に形成される開口部に任意に選択される１本の１次電子ビームだけを通過させ、残りの１次電子ビームを遮蔽する。

アライメントコイル２１９は、対物レンズとなる電磁レンズ２０７の上流側に配置され、電磁レンズ２０７に入射するマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸の位置を調整する。アライメントコイル２２７は、電磁レンズ２２４の上流側に配置され、電磁レンズ２２４に入射するマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸の位置を調整する。

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、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、ＸＹθ方向にステージ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。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、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２０の軌道中心軸（光軸）に直交する面に対して、１次座標系のＸ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７、電磁レンズ２１７、電磁レンズ２２４、アライメントコイル２１９、及びアライメントコイル２２７は、レンズ制御回路１２４により制御される。Ｅ×Ｂ分離器２１４は、Ｅ×Ｂ制御回路１３２により制御される。また、一括偏向器２１２は、２極以上の電極により構成される静電型の偏向器であって、電極毎に図示しないＤＡＣアンプを介してブランキング制御回路１２６により制御される。副偏向器２０９は、４極以上の電極により構成される静電型の偏向器であって、電極毎にＤＡＣアンプ１４４を介して偏向制御回路１２８により制御される。主偏向器２０８は、４極以上の電極により構成される静電型の偏向器であって、電極毎にＤＡＣアンプ１４６を介して偏向制御回路１２８により制御される。偏向器２１８は、４極以上の電極により構成される静電型の偏向器であって、電極毎にＤＡＣアンプ１４８を介して偏向制御回路１２８により制御される。また、偏向器２２６は、４極以上の電極により構成される静電型の偏向器であって、電極毎に図示しないＤＡＣアンプを介して偏向制御回路１２８により制御される。

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。

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

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。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１次電子ビーム２０が形成されることになる。成形アパーチャアレイ基板２０３には、マルチ１次電子ビームを形成するマルチビーム形成機構の一例となる。

画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビームを用いて、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、電磁レンズ２０２によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、マルチ１次電子ビーム２０が形成される。

形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中間像面（像面共役位置）に配置されたＥ×Ｂ分離器２１４を通過して電磁レンズ２０７に進む。また、マルチ１次電子ビーム２０のクロスオーバー位置付近に、通過孔が制限された制限アパーチャ基板２１３を配置することで、散乱ビームを遮蔽できる。また、一括偏向器２１２によりマルチ１次電子ビーム２０全体を一括して偏向して、マルチ１次電子ビーム２０全体を制限アパーチャ基板２１３で遮蔽することにより、マルチ１次電子ビーム２０全体をブランキングできる。

マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２０７（対物レンズ）に入射すると、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１にフォーカス（結像）する。言い換えれば、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１を照射する。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）たマルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって一括して偏向され、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。このように、１次電子光学系１５１は、マルチ１次電子ビームで基板１０１面を照射する。

基板１０１の所望する位置にマルチ１次電子ビーム２０が照射されると、かかるマルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチ１次電子ビーム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）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、電磁レンズ２０７を通って、Ｅ×Ｂ分離器２１４に進む。

図３は、実施の形態１におけるＥ×Ｂ分離器の一例を示す構成図である。
図４は、実施の形態１におけるＥ×Ｂ分離器の動作の一例を説明するための図である。ここで、Ｅ×Ｂ分離器２１４は、コイルを用いた４極以上の複数の磁極と、４極以上の複数の電極とを有する。図３の例では、９０°ずつ位相をずらした４極の磁極１７（電磁偏向コイル）と、同じく９０°ずつ位相をずらした４極の電極１８（静電偏向電極）とを有するＥ×Ｂ分離器の一例を示している。図４（ａ）では、説明の理解をし易くするため、対向する２極の磁極を励磁し、９０°位相をずらした対向する２極の電極に電圧を印加する場合のＥ×Ｂ分離器の一例を示している。そして、例えば対向する２極の磁極をＮ極とＳ極とに設定することで、かかる複数の磁極によって指向性の磁界を発生させる。同様に、例えば対向する２極の電極に符号が逆の電位Ｖを印加することで、かかる複数の電極によって指向性の電界を発生させる。具体的には、Ｅ×Ｂ分離器２１４は、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（軌道中心軸）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。図４（ｂ）に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０には、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂが打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０は下方に直進する。これに対して、図４（ｃ）に示すように、Ｅ×Ｂ分離器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Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂ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、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離する。４つの磁極１７に流す電流と４つの電極１８に印加する電圧とを調整することにより、電界および磁界の向き及び大きさを調整できる。よって、４つの磁極１７に流す電流と４つの電極１８に印加する電圧とを調整することにより、電界による力及び磁界による力の向き及び大きさを調整できる。

斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、２次電子光学系１５２によってマルチ検出器２２２に導かれる。具体的には、マルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって偏向されることにより、さらに曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から離れた位置で電磁レンズ２２４によって、集束方向に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（マルチ２次電子ビーム検出器）は、屈折させられ、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、複数の検出エレメント（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１次電子ビーム２０の各ビームは、マルチ検出器２２２の検出面において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームに対応する検出エレメントに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号（輝度データ）は、検出回路１０６に出力される。

図５は、実施の形態１における２次元位置検出センサ２１７と偏向器２１８とＥ×Ｂ分離器２１４との位置関係の一例を示す正面図である。図５において、仰角θは、マルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に直交する面（ｘ，ｙ方向）から高さ方向（ｚ方向）に傾く角度で定義される。
図６は、実施の形態１における２次元位置検出センサ２１７と偏向器２１８とＥ×Ｂ分離器２１４との位置関係の一例を示す上面図である。図６において、方位角φは、マルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に直交する面（ｘ，ｙ方向）上における軌道中心軸からの方位の角度を指す。方位角の基準は北向きである必要はない。図６の例では、ｘ軸を基準にして示している。
２次元位置検出センサ２１７は、図５に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面に対して検出光学系１５２へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための仰角θ１と同じ仰角θ２で配置される。具体的には、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面に対して偏向器２１８へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための仰角θ１と同じ仰角θ２で配置される。２次元位置検出センサ２１７は、図６に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面に対して検出光学系１５２へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための方位角φ１とは異なる方位角φ２の位置に配置される。具体的には、２次元位置検出センサ２１７は、図６に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面に対して偏向器２１８へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための方位角φ１とは異なる方位角φ２の位置に配置される。Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面とマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸との交点から、例えば、２次元位置検出センサ２１７の検出面の中心位置への方向について、仰角と方位角とを設定すればよい。また、仰角が同じといっても完全一致する必要はなく、２次元位置検出センサ２１７で検出可能な範囲であれば例えば機械的誤差を含む所定の範囲の誤差が生じても構わない。また、図６の例では、偏向器２１８へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための方位角φ１がｘ軸に対して０°、方位角φ２がｘ軸に対して１８０°の場合を示したが、これに限るものではない。方位角φ１と方位角φ２とが異なっていればよい。

図７は、実施の形態１における画像取得方法の要部工程を示すフローチャート図である。図７において、実施の形態１における画像取得方法は、装置立ち上げ時のビーム軸調整後の位置関係取得工程（Ｓ１０２）と、位置検出器へのビーム照射工程（Ｓ１０６）と、２次電子ビーム軸調整工程（Ｓ１０８）と、方位角変更工程（Ｓ１１０）と、画像取得工程（Ｓ１１２）と、いう一連の工程を実施する。

まず、検査装置１００の立ち上げ時には、ビーム軸調整が行われる。例えば、以下のように実施される。

図８は、実施の形態１における２次電子ビームの軌道軸の１次調整を説明するための図である。図９は、実施の形態１における２次電子ビームの軌道軸の２次調整を説明するための図である。まず、偏向器２１８の代わりに、或いは偏向器２１８の近くに位置検出器２２８を配置する。そして、図８に示すように、マルチ２次電子ビーム３００の例えば中心ビーム３０１が位置検出器２２８の検出面の所定の範囲に照射されるように、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁極１７に流す電流と電極１８に印加する電圧を制御する。例えば中心ビーム３０１が偏向器２１８内を通過して、位置検出器２２８の検出面の中心位置に照射されるようにＥ×Ｂ分離器２１４を制御する。

次に、図９に示すように、位置検出器２２８を取り外し、さらに、マルチ検出器２２２を取り外してマルチ検出器２２２の代わりに、例えば、ＤＤＤのようなマルチ位置検出器２２９を配置する。そして、マルチ２次電子ビーム３００の例えば中心ビーム３０１がマルチ位置検出器２２９の検出面の中心位置に照射されるように、マルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸を調整する。ここでは、Ｅ×Ｂ分離器２１４によって、粗調整をした後に、アライメントコイル２２７を使って微調整を行なえば良い。これにより、装置立ち上げ時におけるマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸のアライメントができる。

なお、その他の焦点位置やクロスオーバー位置の調整等の残りのビーム調整については説明を省略する。これにより、検査装置１００で通常検査が実施可能となる。そして、検査装置１００は、通常の検査処理を実施する。かかる装置の稼働に伴って、装置のメンテナンスが必要となる。装置メンテナンスでは、部品の交換等によって、２次電子ビームの軌道軸のアライメントが大きく変化した場合、マルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸のアライメント作業が必要となる。従来、再度、立ち上げ時と同様のマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸のアライメント作業が必要となっていた。その結果、装置のメンテナンス時のたびに、２次電子ビームの軌道軸のアライメントに非常に時間を要するといった問題があった。そこで、実施の形態１では、予め２次元位置検出センサ２１７にて、装置立ち上げ時のビーム軸調整後のビーム位置を取得しておく。具体的には、以下のように動作する。

装置立ち上げ時のビーム軸調整後の位置関係取得工程（Ｓ１０２）として、装置立ち上げ時のビーム軸調整後の検出光学系１５２（ここでは偏向器２１８）へマルチ２次電子ビーム３００を導入する際の位置と方位角のみ変更して２次元位置検出センサ２１７へマルチ２次電子ビーム３００を導入する際の位置との位置関係を取得する。

図１０は、実施の形態１におけるマルチ２次電子ビームの位置関係を取得する手法を説明するための図である。図１０（ａ）に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、検出光学系１５２（ここでは偏向器２１８）へマルチ２次電子ビーム３００を導入する際の方位角を変更して２次元位置検出センサ２１７へとマルチ２次電子ビーム３００を導入する。具体的には、以下のように動作する。Ｅ×Ｂ制御回路１３２による制御のもとＥ×Ｂ分離器２１４は、Ｅ×Ｂ分離器２１４の磁場中心高さ面に対して偏向器２１８へマルチ２次電子ビーム３００を導入するための仰角θ１を維持した状態で、方位角φを変更して、偏向器２１８から２次元位置検出センサ２１７へとマルチ２次電子ビーム３００の分離方向（１次電子ビームからの分離方向）を変化させる。ここでは、方位角φの変更量Δφとして、例えばΔφ＝｜φ２－φ１｜だけ２次元位置検出センサ２１７側に変化させる。その際の２次元位置検出センサ２１７でのマルチ２次電子ビーム３００の位置を測定し、位置関係データとして、記憶装置１０９に記憶する。例えば、マルチ２次電子ビーム３００の中心ビーム３０１の位置を測定し、記録する。図１０（ｂ）の例では、２次元位置検出センサ２１７の検出面の中心から左上方向にずれた位置が装置立ち上げ時のビーム軸調整後のビーム位置である場合を示している。なお、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームの位置を測定し、記録しても構わない。或いは、中心ビーム３０１と４隅の外周ビームの位置を測定しても好適である。

そして、装置立ち上げ時のビーム軸調整後の検出光学系１５２（ここでは偏向器２１８）へマルチ２次電子ビーム３００を導入する際の位置へと方位角を元に戻す。そして、検査装置１００は、通常の検査処理を実施する。かかる装置の稼働に伴って、装置のメンテナンスが必要となったら装置メンテナンスを実施する。装置メンテナンスによって、２次電子ビームの軌道軸のアライメントが大きく変化した場合、実施の形態１では、以下のように、マルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸のアライメントを実施する。

位置検出器へのビーム照射工程（Ｓ１０６）として、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、２次元位置検出センサ２１７へとマルチ２次電子ビーム３００の少なくとも１つの２次電子ビームを照射する。方位角φをφ２に調整することで、マルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸の方向を概ね２次元位置検出センサ２１７へと向けることができる。例えば、マルチ２次電子ビーム３００の中心ビームだけを２次元位置検出センサ２１７に照射する。任意の１本の２次電子ビームを照射する場合には、シャッター２２５で１次電子ビームを対応する１次電子ビームに制限すればよい。マルチ２次電子ビーム３００の各ビームを２次元位置検出センサ２１７に照射しても構わない。或いは、マルチ２次電子ビーム３００の一部の複数のビームを２次元位置検出センサ２１７に照射しても構わない。

２次電子ビーム軸調整工程（Ｓ１０８）として、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、マルチ２次電子ビーム３００の少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置を２次元位置検出センサ２１７の検出面における所望の位置に調整する。なお調整は、２次元位置検出センサ２１７でマルチ２次電子ビーム３００の中心ビーム３０１の位置を測定した結果をリアルタイムで確認しながら行うことができる。２次元位置検出センサ２１７は、例えば、マルチ２次電子ビーム３００の中心ビーム３０１の位置を測定しても良いし、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームの位置を一度に検出しても良い。

図１１は、実施の形態１におけるマルチ２次電子ビームの位置調整を説明するための図である。図１１（ａ）に示すように、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、２次元位置検出センサ２１７へとマルチ２次電子ビーム３００を導入する。その結果、例えば、図１１（ｂ）に示す軸調整前のビーム位置が２次元位置検出センサ２１７で検出される。図１１（ｂ）の例では、２次元位置検出センサ２１７の検出面の中心から右上方向にずれた位置で検出される場合を示している。Ｅ×Ｂ制御回路１３２は、記憶装置１０９に格納された装置立ち上げ時のビーム軸調整後の位置関係データを読み出す。図１０（ｂ）の例では、例えば２次元位置検出センサ２１７の検出面の中心から左上方向にずれた位置が装置立ち上げ時のビーム軸調整後のビーム位置である。そこで、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、マルチ２次電子ビーム３００の少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置を軸調整前のビーム位置から軸調整後のビーム位置へと調整する。ビーム位置の調整は、Ｅ×Ｂ分離器２１４での仰角θを調整することで、２次元位置検出センサ２１７の検出面の上下方向を合わせることができる。Ｅ×Ｂ分離器２１４での方位角φを調整することで、２次元位置検出センサ２１７の検出面の左右方向を合わせることができる。

図１２は、実施の形態１における仰角を調整する手法を説明するための図である。図１２（ａ）では、説明を簡単にするため、対向する２極の磁極と、９０°位相をずらした対向する２極の電極を用いて説明する。図１２（ａ）では、上方の図にマルチ１次電子ビーム２０に作用する力を示し、下方の図にマルチ２次電子ビーム３００に作用する力を示す。図１２（ａ）の状態は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）の状態と同じである。マルチ１次電子ビーム２０に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きが逆方向であるため打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０はまっすぐ進む。これに対して、マルチ２次電子ビーム３００に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きも同じであるため偏向する。図１２（ａ）の例では、マルチ２次電子ビーム３００が左に偏向する場合を示している。かかる状態から仰角θを変更するためには、各磁極に励磁する電流の向き及び各電極に印加する電位の符号を同じ状態を維持したまま、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂの大きさを変更することで達成できる。図１２（ｂ）の例では、各磁極に励磁する電流を大きくして磁界による力Ｆ_Ｂの大きさを２倍にした状態を示す。同様に、各電極に印加する電位を大きくして電界による力Ｆ_Eの大きさを２倍にした状態を示す。これにより偏向する方位角φはそのままに仰角θを変更できる。ここでは、作用する力が大きくなるので偏向力も大きくなり、その結果、仰角を小さくできる。例えば、仰角を小さくすることで、図１０（ｂ）の例では、２次電子ビームの検出位置を軸調整前のビーム位置から軸調整後のビーム位置へと下方向に調整できる。なお、調整する場合、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂの大きさが同じ大きさになるように調整する。これにより、マルチ１次電子ビーム２０に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きが逆方向であるため打ち消し合う状態を維持できる。

図１３は、実施の形態１における方位角を調整する手法を説明するための図である。図１３（ａ）では、説明を簡単にするため、対向する２極の磁極と、９０°位相をずらした対向する２極の電極を用いて説明する。図１３（ａ）では、上方の図にマルチ１次電子ビーム２０に作用する力を示し、下方の図にマルチ２次電子ビーム３００に作用する力を示す。図１３（ａ）の状態は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）の状態と同じである。マルチ１次電子ビーム２０に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きが逆方向であるため打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０はまっすぐ進む。これに対して、マルチ２次電子ビーム３００に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きも同じであるため偏向する。図１３（ａ）の例では、マルチ２次電子ビーム３００が左に偏向する場合を示している。かかる状態から方位角φを変更するためには、マルチ２次電子ビーム３００に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂの向きを変更することで達成できる。図１３（ｂ）の例では、各磁極に励磁する電流の方向を反転させて磁界による力Ｆ_Ｂの向きを反転させた状態を示す。同様に、各電極に印加する電位の符号を反転させて電界による力Ｆ_Eの向きを反転させた状態を示す。これにより偏向する仰角θはそのままに方位角φを変更できる。なお、図１３（ｂ）の例では、対向する２極の磁極と、９０°位相をずらした対向する２極の電極とを用いる場合を示したので、方位角φが１８０°の変更になるが、実施の形態１では、９０°ずつ位相をずらした４極の電極と９０°ずつ位相をずらした４極の磁極とを用いるので、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂの向きを任意の方向に調整できる。ここでは、作用する力の方向が変わるので、方位角を変更できる。例えば、方位角を右にずらすことで、図１０（ｂ）の例では、２次電子ビームの検出位置を軸調整前のビーム位置から軸調整後のビーム位置へと右方向に調整できる。なお、調整する場合、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂの大きさが同じ大きさになるように調整する。そして、マルチ１次電子ビーム２０に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂが逆方向になるように調整する。これにより、マルチ１次電子ビーム２０に作用する電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは、同じ大きさで向きが逆方向であるため打ち消し合う状態を維持できる。

図１４は、実施の形態１における方位角を任意に調整する手法を説明するための図である。図１４（ａ）では、上方の図にマルチ１次電子ビーム２０に作用する力を示し、下方の図にマルチ２次電子ビーム３００に作用する力を示す。

図１４（ａ）の例では、９０°ずつ位相をずらした４極の電極のｘ方向に対向する２極に電位＋Ｖｘと－Ｖｘを印加する。例えば、右側の電極に＋Ｖｘ、左側の電極に－Ｖｘを印加する。これにより、右から左に向かう電界による力Ｆ_Eｘが生じる。

図１４（ａ）の例では、９０°ずつ位相をずらした４極の電極のｙ方向に対向する２極に電位＋Ｖｙと－Ｖｙを印加する。例えば、上側の電極に＋Ｖｙ、下側の電極に－Ｖｙを印加する。これにより、上から下に向かう電界による力Ｆ_Eｙが生じる。

また、図１４（ａ）の例では、９０°ずつ位相をずらした４極の磁極のｘ方向に対向する２極にＮｙ極とＳｙ極を設定する。例えば、右側の磁極にＮｙ極、左側の磁極にＳｙ極を設定する。これにより、１次電子ビームが進む方向では、下から上に向かう磁界による力Ｆ_Ｂｙが生じる。

また、図１４（ａ）の例では、９０°ずつ位相をずらした４極の磁極のｙ方向に対向する２極にＮｘ極とＳｘ極を設定する。例えば、上側の磁極にＮｘ極、下側の磁極にＳｘ極を設定する。これにより、１次電子ビームが進む方向では、左から右に向かう磁界による力Ｆ_Ｂｘが生じる。

これにより、１次電子ビームが進む方向では、図１４（ｂ）に示すように、電界による力Ｆ_Eｙと電界による力Ｆ_Eｘとを合成（ベクトルの和）した電界による力Ｆ_Eは、右上から左下に向かう方向に生じる。そして、磁界による力Ｆ_Ｂｙと電界による力Ｆ_Ｂｘとを合成（ベクトルの和）した磁界による力Ｆ_Ｂは、左下から右上に向かう方向に生じる。よって、１次電子ビームが進む方向では、電界による力Ｆ_Eと磁界による力Ｆ_Ｂは打ち消し合い相殺される。

一方、２次電子ビームが進む方向では、図１４（ｂ）に示すように、電界による力Ｆ_Eｙと電界による力Ｆ_Eｘとを合成（ベクトルの和）した電界による力Ｆ_Eは、１次電子ビームが進む方向では、右上から左下に向かう方向に生じる。そして、磁界による力Ｆ_Ｂｙと電界による力Ｆ_Ｂｘとを合成（ベクトルの和）した磁界による力Ｆ_Ｂは、右上から左下に向かう方向に生じる。よって、２次電子ビームが進む方向では、右上から左下に向かう方向に方位角を設定できる。

このように、４極の磁極と４極の電極で発生させる磁界と電界のベクトルの和で、任意の方位角へ調整が可能である。

以上により、マルチ２次電子ビーム３００の少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置を、装置立ち上げ時のビーム軸調整後の位置から方位角だけΔφずらした２次元位置検出センサ２１７の検出面における所望の位置に調整できる。

方位角変更工程（Ｓ１１０）として、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して、マルチ２次電子ビーム３００の少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置が２次元位置検出センサ２１７の検出面における所望の位置に調整された仰角θを維持した状態で方位角φを検出光学系１５２に向けることによりマルチ２次電子ビーム３００を検出光学系１５２に導入する。

図１５は、実施の形態１における方位角を検出光学系に向ける様子を説明するための図である。具体的には、Ｅ×Ｂ分離器２１４を制御して仰角θを維持した状態で方位角φを偏向器２１８に向けることにより、マルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８に導入される。ここでは、方位角φの変更量Δφとして、例えばΔφ＝｜φ２－φ１｜だけ偏向器２１８側へと変化させる。これにより、装置立ち上げ時のビーム軸調整時と同じ位置にマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸を合わせることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、装置メンテナンス時の２次電子ビーム軸調整について、従来のような、位置検出器２２８の設置及び取り外しの手間、マルチ検出器２２２を取り外してマルチ位置検出器２２９を設置する手間、及びマルチ位置検出器２２９を取り外してマルチ検出器２２２を再設置する手間等を無くすことができる。

ここで、上述した例では、２次元位置検出センサ２１７をマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸のアライメントに使用する場合について説明したが、２次元位置検出センサ２１７の用途はこれに限るものではない。２次元位置検出センサ２１７をマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸のアライメントに使用しても好適である。

図１６は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの軌道中心軸調整を説明するための図である。従来、マルチ１次電子ビーム２０の例えば中心ビームでＸＹステージ１０５上に配置される図示しないマークをスキャンして得られた画像を確認しながらマルチ１次電子ビームの軌道中心軸調整を行う必要があった。具体的には、マルチ１次電子ビームの軌道中心軸を可変に調整し、軸の調整の都度、対物レンズとなる電磁レンズ２０７の制御値を変え、その都度、マークをスキャンして画像を取得する。それから画像上からマーク位置を測定する。そして、電磁レンズ２０７の制御値を変えても画像上のマーク位置が変化しない位置を探索する。このように、従来の手法では、電磁レンズ２０７の制御値を変えるたびにマークスキャンが必要となっていた。

これに対して、実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０の例えば中心ビームを基板上、或いはＸＹステージ１０５上に照射し、これに起因して発生する２次電子ビームを２次元位置検出センサ２１７で測定する。２次元位置検出センサ２１７での位置測定はリアルタイムで確認可能である。具体的には、アライメントコイル２１９でマルチ１次電子ビームの軌道中心軸を可変に調整し、軸の調整の都度、対物レンズとなる電磁レンズ２０７の制御値を変え、その都度、マルチ１次電子ビーム２０の例えば中心ビームの照射に起因して発生する２次電子ビームを２次元位置検出センサ２１７で測定する。そして、電磁レンズ２０７の制御値を変えても２次元位置検出センサ２１７での測定位置が変化しない位置を探索する。これにより、マルチ１次電子ビームの軌道中心軸のアライメントができる。このように、実施の形態１によれば、マークスキャンを不要にできる。また、２次電子ビームの位置を２次元位置検出センサ２１７で直接検出するので、画像生成誤差及び画像上でのマーク位置測定誤差を抑制できる。

以上のように、マルチ２次電子ビーム３００（及びマルチ１次電子ビーム２０）の軌道を調整した上で、被検査基板の検査処理を行う。

画像取得工程（Ｓ１１２）として、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００による２次電子画像を取得する。

図１７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１７において、半導体基板（ウェハ）１０１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。

図１８は、実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。図１８に示すように、各チップ３３２の領域は、例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割される。画像取得機構１５０によるスキャン動作は、例えば、ストライプ領域３２毎に実施される。例えば、－ｘ方向にステージ１０５を移動させながら、相対的にｘ方向にストライプ領域３２のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の矩形領域３３に分割される。対象となる矩形領域３３へのビームの移動は、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。

図１８の例では、例えば、５×５列のマルチ１次電子ビーム２０の場合を示している。１回のマルチ１次電子ビーム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１次電子ビーム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１次電子ビーム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。照射領域３４が、マルチ１次電子ビーム２０の視野となる。そして、マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するｘ方向のビーム間ピッチとｙ方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。各１次電子ビーム１０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１次電子ビーム１０は、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。副偏向器２０９（第１の偏向器）は、マルチ１次電子ビーム２０を一括して偏向することにより、パターンが形成された基板１０１面上をマルチ１次電子ビーム２０で走査する。言い換えれば、サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、副偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、１つの１次電子ビーム１０で１つのサブ照射領域２９内を順に照射していく。

各ストライプ領域３２の幅は、照射領域３４のｙ方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図１８の例では、照射領域３４が矩形領域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が矩形領域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、マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。そして、１つのサブ照射領域２９のスキャンが終了したら、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が同じストライプ領域３２内の隣接する矩形領域３３へと移動する。かかる動作を繰り返し、ストライプ領域３２内を順に照射していく。１つのストライプ領域３２のスキャンが終了したら、ステージ１０５の移動或いは／及び主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射領域３４が次のストライプ領域３２へと移動する。以上のように各１次電子ビーム１０の照射によってサブ照射領域２９毎のスキャン動作および２次電子画像の取得が行われる。これらのサブ照射領域２９毎の２次電子画像を組み合わせることで、矩形領域３３の２次電子画像、ストライプ領域３２の２次電子画像、或いはチップ３３２の２次電子画像が構成される。また、実際に画像比較を行う場合には、各矩形領域３３内のサブ照射領域２９をさらに複数のフレーム領域３０に分割して、フレーム領域３０毎の測定画像となるフレーム画像３１について比較することになる。図１８の例では、１つの１次電子ビーム１０によってスキャンされるサブ照射領域２９を例えばｘ，ｙ方向にそれぞれ２分割することによって形成される４つのフレーム領域３０に分割する場合を示している。

ここで、ステージ１０５が連続移動しながらマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する場合、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置がステージ１０５の移動に追従するように主偏向器２０８によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、マルチ２次電子ビーム３００の放出位置がマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域２９内をスキャンする場合に、各２次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域２９内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各２次電子ビームをマルチ検出器２２２の対応する検出領域内に照射させるように、例えば偏向器２２６は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。偏向器２２６とは別に、アライメントコイル等を２次電子光学系内に配置して、かかる放出位置の変化を補正させても好適である。

以上のように、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２毎に、スキャン動作をすすめていく。上述したように、マルチ１次電子ビーム２０を照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８内で中間像面を形成すると共に、偏向器２１８で偏向され、それからマルチ検出器２２２で検出される。検出されるマルチ２次電子ビーム３００には、反射電子が含まれていても構わない。或いは、反射電子は、２次電子光学系を移動中に発散し、マルチ検出器２２２まで到達しない場合であっても構わない。そして。検出されたマルチ２次電子ビーム３００の信号に基づいた２次電子画像が取得される。具体的には、マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ）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、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、得られた測定画像データは、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。

一方、参照画像作成回路１１２は、基板１０１に形成された複数の図形パターンの元になる設計データに基づいて、フレーム領域３０毎に、フレーム画像３１に対応する参照画像を作成する。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、この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。

上述したように、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なる。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、所定のフィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。これにより、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をマルチ１次電子ビーム２０の照射によって得られる像生成特性に合わせることができる。作成された参照画像の画素毎の画像データは比較回路１０８に出力される。

比較回路１０８内では、フレーム領域３０毎に、被検査画像となるフレーム画像３１（第１の画像）と、当該フレーム画像に対応する参照画像（第２の画像）とを、サブ画素単位で、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、比較回路１０８は、フレーム画像３１と、参照画像とを比較する。比較回路１０８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－データベース検査の他、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ダイ－ダイ検査を行っても好適である。或いは、自己の測定画像だけを用いて検査しても構わない。

以上のように、実施の形態１によれば、検出光学系に導入する２次電子ビームの軌道軸のアライメントを簡易に実施できる。

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、及び参照画像作成回路１１２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。

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

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

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

１０ １次電子ビーム
１７ 磁極
１８ 電極
２０ マルチ１次電子ビーム
２１ １次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３０ フレーム領域
３１ フレーム画像
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
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
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
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３０ 位置検出回路
１３２ Ｅ×Ｂ制御回路
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１５１ 照明光学系
１５２ 検出光学系
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２，２０５，２０７ 磁気レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ Ｅ×Ｂ分離器
２１６ ミラー
２１７ ２次元位置検出センサ
２１８ 偏向器
２１９ アライメントコイル
２２２ マルチ検出器
２２４ 投影レンズ
２２５ シャッター
２２６ 偏向器
２２７ アライメントコイル
２２８ 位置検出器
２２９ マルチ位置検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３０１ ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ
６００，６０１ 中間像面

Claims (6)

1. マルチ１次電子ビームを基板に照射して前記基板から放出されるマルチ２次電子ビームを電場と磁場とを用いて前記マルチ１次電子ビームから分離する分離器を制御して、前記分離器の磁場中心高さ面に対して、前記マルチ２次電子ビームのビーム強度を検出するマルチ検出器に前記マルチ２次電子ビームを照射する検出光学系へ前記マルチ２次電子ビームを導入するための仰角が同じで方位角が異なる位置に配置される、ビーム位置を検出する位置検出器へと前記マルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームを照射する工程と、
   前記分離器を制御して、前記マルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置を前記位置検出器の検出面における所望の位置に調整する工程と、
   前記分離器を制御して、前記マルチ２次電子ビームの少なくとも１つの２次電子ビームの検出位置が前記位置検出器の検出面における前記所望の位置に調整された仰角を維持した状態で方位角を前記検出光学系に向けることにより前記マルチ２次電子ビームを前記検出光学系に導入する工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビームの軌道軸調整方法。
2. 前記位置検出器は、一度に前記マルチ２次電子ビームの各ビームの位置を検出することを特徴とする請求項１記載の電子ビームの軌道軸調整方法。
3. 前記検出光学系は、静電型の偏向器を有し、
   前記仰角は、前記偏向器へ前記マルチ２次電子ビームを導入するための仰角であり、
   前記分離器を制御して仰角を維持した状態で方位角を前記偏向器に向けることにより、前記マルチ２次電子ビームは、前記偏向器に導入されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビームの軌道軸調整方法。
4. 基板を載置するステージと、
   マルチ１次電子ビームを用いて、前記基板に前記マルチ１次電子ビームを結像する対物レンズと、
   電界を形成する複数の電極と磁界を形成する複数の磁極とを有し、形成される前記電界と前記磁界とにより、前記マルチ１次電子ビームで前記基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを前記マルチ１次電子ビームの軌道上から分離する分離器と、
   分離された前記マルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器と、
   分離された前記マルチ２次電子ビームを前記検出器に照射する検出光学系と、
   前記分離器の磁場中心高さ面に対して前記検出光学系へ前記マルチ２次電子ビームを導入するための仰角が同じで方位角が異なる位置に配置される、ビーム位置を検出する位置検出器と、
   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。
5. 前記位置検出器は、一度に前記マルチ２次電子ビームの各ビームの位置を検出することを特徴とする請求項４記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
6. 前記検出光学系は、静電型の偏向器を有し、
   前記仰角は、前記偏向器へ前記マルチ２次電子ビームを導入するための仰角であることを特徴とする請求項４又は５記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。

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