JP2023009875A - 電子ビーム立体形状データ取得装置及び電子ビーム立体形状データ取得方法 - Google Patents

電子ビーム立体形状データ取得装置及び電子ビーム立体形状データ取得方法 Download PDF

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Abstract

【目的】マルチ１次電子ビームを照射可能な装置において、マルチ検出器を使って２次電子ビームの放出位置の立体形状を把握可能な装置を提供する。【構成】本発明の一態様の電子ビーム立体形状データ取得装置は、基板を載置するステージ１０５と、マルチ１次電子ビームを放出する成形アパーチャアレイ基板２０３と、マルチ１次電子ビームから所定の１次電子ビームを選択的に通過させるビーム選択アパーチャ基板２３２と、所定の１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子ビームを所定の１次電子ビームから分離するＥ×Ｂ分離器２１４と、複数の検出素子を有し、所定の１次電子ビームから分離された２次電子ビームを複数の検出素子のうち２以上の検出素子で検出することによって、基板の２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得するマルチ検出器２２２と、２次電子ビームを２以上の検出素子に跨るように投影するレンズ２２４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ電子ビーム立体形状データ取得装置及びマルチ電子ビーム立体形状データ取得方法に関し、例えば、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次電子ビームを検出して基板上の立体形状を推測する手法に関する。
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次電子をマルチ検出器で個別に検出して、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。
マスクやウェハのマルチビーム検査において、平面的な形状の検査だけではなく、立体的な形状についても把握したいといった要求がある。例えば、基板上に生じた段差箇所でホワイトバンドが生じ得る。パターン寸法が微細になると両エッジで生じたホワイトバンドが重なりパターン形状の判別が困難になる場合がある。エッジ位置での立体形状がわかれば、パターン形状を判別できる。その他、例えば、ＥＵＶマスクは高精度な平坦度が要求される。マスクパターンの３次元形状の出来栄えがウェハのレジストパターンの３次元形状に影響することが考えられる。また、パターンに限らず位相欠陥を検査するためにＥＵＶマスクの凹凸を把握したいといった要求がある。
ここで、試料面の近傍にビーム照射位置を挟んで対向する位置に２つの検出器を配置して２次電子を左右或いは前後の位置で検出することで試料の凹凸を測定するといった技術が開示されている（非特許文献１参照）。しかしながら、マルチ電子ビームを基板に照射する装置では、試料面の近傍にビーム毎に照射位置を挟んで対向する位置に２つの検出器を配置することは困難である。よって、マルチ２次電子ビームをビーム毎に個別に検出可能なマルチ検出器を使って立体形状を把握することが望ましい。
"ＳＥＭによる微細形状・粗さ測定"，精密工学会誌Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．３，ｐ．３６３－３６６（２００９）
本発明の実施形態では、１次電子ビームを照射可能な装置において、マルチ検出器を使って２次電子ビームの放出位置の立体形状を把握可能な装置および方法を提供する。
本発明の一態様の電子ビーム立体形状データ取得装置は、
基板を載置するステージと、
マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
マルチ１次電子ビームから所定の１次電子ビームを選択的に通過させるビーム選択機構と、
所定の１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子ビームを所定の１次電子ビームから分離する分離器と、
複数の検出素子を有し、所定の１次電子ビームから分離された２次電子ビームを複数の検出素子のうち２以上の検出素子で検出することによって、基板の２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得するマルチ検出器と、
２次電子ビームを２以上の検出素子に跨るように投影するレンズと、
を備えたことを特徴とする。
本発明の他の態様の電子ビーム立体形状データ取得装置は、
基板を載置するステージと、
マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
マルチ１次電子ビームの照射に起因して基板から放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームから分離する分離器と、
マルチ１次電子ビームから分離されたマルチ２次電子ビームのクロスオーバー位置に配置され、開口部が形成され、マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽するアパーチャ基板と、
複数の検出素子を有し、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出するマルチ検出器と、
を備え、
マルチ検出器は、さらに、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出し、
各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの一部を検出することによって、基板の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得することを特徴とする。
また、マルチ２次電子ビームの軌道上であってアパーチャ基板の上流側に配置され、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更するようにマルチ２次電子ビームを偏向する第１の偏向器をさらに備えると好適である。
また、マルチ検出器は、各２次電子ビームあたり２以上の検出素子を有し、
アパーチャ基板とマルチ検出器との間に配置され、アパーチャ基板を通過させる一部の位置の変更に連動して、マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームがそれぞれ入射する検出素子を２以上の検出素子のうちで切り替えるようにマルチ２次電子ビームを偏向する第２の偏向器をさらに備えると好適である。
或いは、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更するようにアパーチャ基板を移動させる駆動機構をさらに備えると好適である。
本発明の一態様の電子ビーム立体形状データ取得方法は、
マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
マルチ１次電子ビームから所定の１次電子ビームを選択的に通過させる工程と、
所定の１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子ビームを所定の１次電子ビームから分離する工程と、
複数の検出素子を有するマルチ検出器を用いて、所定の１次電子ビームから分離された２次電子ビームを複数の検出素子のうち２以上の検出素子で検出することによって、基板の２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得する工程と、
２次電子ビームを２以上の検出素子に跨るように投影する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の他の態様の電子ビーム立体形状データ取得方法は、
マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
マルチ１次電子ビームの照射に起因して基板から放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームから分離する工程と、
マルチ１次電子ビームから分離されたマルチ２次電子ビームのクロスオーバー位置に配置され、開口部が形成されたアパーチャ基板を用いて、マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽する工程と、
複数の検出素子を有するマルチ検出器を用いて、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出する工程と、
マルチ検出器を用いて、さらに、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出する工程と、
を備え、
各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの一部を検出することによって、基板の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得することを特徴とする。
また、マルチ２次電子ビームの軌道上であってアパーチャ基板の上流側に配置された第１の偏向器を用いて、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更するようにマルチ２次電子ビームを偏向する工程をさらに備えると好適である。
また、マルチ検出器は、各２次電子ビームあたり２以上の検出素子を有し、
アパーチャ基板とマルチ検出器との間に配置された第２の偏向器を用いて、アパーチャ基板を通過させる一部の位置の変更に連動して、マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームがそれぞれ入射する検出素子を２以上の検出素子のうちで切り替えるようにマルチ２次電子ビームを偏向する工程をさらに備えると好適である。
或いは、アパーチャ基板を通過させる一部の位置を変更するようにアパーチャ基板を移動させる工程をさらに備えると好適である。
本発明の一態様によれば、マルチ１次電子ビームを照射可能な装置において、マルチ検出器を使って２次電子ビームの放出位置の立体形状を把握できる。
実施の形態１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における検査処理を説明するための図である。 実施の形態１における立体形状取得回路の内部構成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例を示すフローチャート図である。 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。 実施の形態１におけるパターンの斜面に電子ビームが照射された場合に放出される２次電子の様子を説明するための図である。 実施の形態１における基板表面の凹凸面に電子ビームが照射された場合に放出される２次電子の様子を説明するための図である。 実施の形態１における立体形状の検出方法を説明するための図である。 実施の形態１におけるビーム選択の仕方を説明するための図である。 実施の形態１における代表２次電子ビームと検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。 実施の形態１の変形例における代表２次電子ビームと検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。 実施の形態１における立体形状画像の一例を示す図である。 実施の形態１におけるプロファイルの一例を示す図である。 実施の形態２における検査方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。 実施の形態２における立体形状の検出方法を説明するための図である。 実施の形態２におけるマルチ２次電子ビームと各検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。 実施の形態３における立体形状の検出方法を説明するための図である。 実施の形態３の変形例におけるマルチ検出器の複数の検出エレメントの一例を示す図である。 実施の形態３の変形例におけるスキャン順序の一例を示す図である。 実施の形態３の変形例におけるスキャン順序の他の一例を示す図である。
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、マルチ電子ビームを用いた検査装置について説明する。但し、これに限るものではない。マルチ１次電子ビームを照射して、基板から放出されるマルチ２次電子ビームを用いて画像を取得する装置であればよい。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における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）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、ビーム選択アパーチャ基板２３２、駆動機構２３４、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２１５、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２１４（ビームセパレーター）、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、偏向器２２６、及びマルチ検出器２２２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、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、ビーム選択アパーチャ基板２３２、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２１５、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって１次電子光学系１５１（照明光学系）を構成する。また、電磁レンズ２０７、電磁レンズ２１５、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及び偏向器２２６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。
マルチ検出器２２２は、アレイ状に配置される複数の検出エレメントを有する。
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、Ｅ×Ｂ制御回路１３３、立体形状取得回路１３４、ビーム選択アパーチャ制御回路１３６、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、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１４４，１４６，１４８，１４９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。ＤＡＣアンプ１４９は、偏向器２２６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及び立体形状取得回路１３４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２１５、及び電磁レンズ２２４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１３３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ＤＡＣアンプ１４９を介して偏向制御回路１２８により制御される。
ビーム選択アパーチャ基板２３２は、駆動機構２３４により駆動され、駆動機構２３４は、ビーム選択アパーチャ制御回路１３６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（カソード）と引出電極（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、別の引出電極（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）ｍ１列×縦（ｙ方向）ｎ１段（ｍ１，ｎ１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円形で形成される。或いは、同じ寸法形状の矩形であっても構わない。成形アパーチャアレイ基板２０３は、マルチ１次電子ビームを放出する放出源である。成形アパーチャアレイ基板２０３は、成形アパーチャアレイ基板２０３を形成し、放出する。具体的には、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。次に、２次電子画像を取得する場合における画像取得機構１５０の動作について説明する。１次電子光学系１５１は、基板１０１をマルチ１次電子ビーム２０で照射する。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、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に配置されたＥ×Ｂ分離器２１４を通過して電磁レンズ２１５及び電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。
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。なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチ１次電子ビーム２０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２１３の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２１３によってマルチ１次電子ビーム２０全体が遮蔽される。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１次電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２１３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２１３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１次電子ビーム２０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２１３を通過したビーム群により、画像取得用のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。
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、中間像面を形成する。マルチ２次電子ビーム３００は、かかる中間像面位置を通過し、電磁レンズ２１５を通ってＥ×Ｂ分離器２１４に進む。そして、電磁レンズ２１５によって、Ｅ×Ｂ分離器２１４よりも２次軌道上の下流側に中間像面を形成する。
Ｅ×Ｂ分離器２１４は、コイルを用いた２極以上の複数の磁極と、２極以上の複数の電極とを有する。例えば、９０°ずつ位相をずらした４極の磁極（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（静電偏向電極）とを有する。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。Ｅ×Ｂ分離器２１４に上側から侵入してくるマルチ１次電子ビーム２０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１次電子ビーム２０は下方に直進する。これに対して、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、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離する。
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８に進み、偏向器２１８の中間位置に中間像面を形成する。マルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって、さらに曲げられ、電磁レンズ２２４に進み、電磁レンズ２２４の中間位置にクロスオーバーを形成する。マルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ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、検出器アパーチャアレイ基板２２８の開口部を通過し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、電子を増幅発生させ、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は、検出回路１０６に出力される。各１次電子ビームは、基板１０１上における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内に照射され、当該サブ照射領域内を走査（スキャン動作）する。
図３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３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。１チップ分のマスクパターンは、一般に、複数の図形パターンにより構成される。基板１０１がマスクである場合の図示は省略する。
図４は、実施の形態１における検査処理を説明するための図である。図４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４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８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８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１次電子ビーム８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。サブ照射領域２９内の１次電子ビーム８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８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４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８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、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８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毎のフレーム画像３１について比較することになる。図２１の例では、１つの１次電子ビーム８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。
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、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１５２を移動中に分離され、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。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。
ここで、マルチ１次電子ビーム２０は、サブ照射領域２９内をスキャンするので、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。よって、そのままでは、各２次電子ビームがマルチ検出器２２２の対応する検出エレメントからずれた位置に投影されてしまう。そこで、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、偏向器２２６は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する必要がある。そのため、偏向器２２６は、放出位置の変化に起因するマルチ２次電子ビームの位置移動を振り戻す（相殺する）偏向を行う。
図５は、実施の形態１における立体形状取得回路の内部構成の一例を示す図である。図５において、立体形状取得回路１３４内には、磁気ディスク装置等の記憶装置６９、ビーム選択部６０、２次ビーム径調整部６１、スキャン処理部６２、差分演算部６３、及びプロファイル作成部６４が配置される。ビーム選択部６０、２次ビーム径調整部６１、スキャン処理部６２、差分演算部６３、及びプロファイル作成部６４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。ビーム選択部６０、２次ビーム径調整部６１、スキャン処理部６２、差分演算部６３、及びプロファイル作成部６４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。
図６は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図６において、実施の形態１における検査方法の要部工程は、被検査画像取得工程（Ｓ１０２）と、参照画像作成工程（Ｓ１０４）と、比較工程（Ｓ１１０）と、ビーム選択工程（Ｓ１２０）と、２次ビーム径調整工程（Ｓ１２２）と、スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）と、差分演算工程（Ｓ１３２）と、プロファイル作成工程（Ｓ１３４）と、いう一連の工程を実施する。画像検出によって得られた立体形状データがあれば良い場合、差分演算工程（Ｓ１３２）と、プロファイル作成工程（Ｓ１３４）を省略しても良い。
被検査画像取得工程（Ｓ１０２）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、基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００による基板１０１の２次電子画像を取得する。言い換えれば、副偏向器２０８によりステージ１０５上に載置された基板１０１上をマルチ１次電子ビーム２０で走査する。そして、基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出する。これにより基板１０１の２次電子画像を取得する。
そして、画像取得機構１５０は、上述したように、ストライプ領域３２毎に、スキャン動作をすすめていく。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１５２を移動中に分離され、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。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。
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。偏向器２２６では、かかるトラッキング動作による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、さらに、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向すると良い。
図７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７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、フレーム画像作成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。フレーム画像作成部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。フレーム画像作成部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内に転送された測定画像データ（ビーム画像）は、記憶装置５０に格納される。
そして、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビーム８のスキャン動作によって取得されたサブ照射領域２９の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域３０のフレーム領域３０毎のフレーム画像３１を作成する。そして、フレーム領域３０を被検査画像の単位領域として使用する。なお、各フレーム領域３０は、画像の抜けが無いように、互いにマージン領域が重なり合うように構成されると好適である。作成されたフレーム画像３１は、記憶装置５６に格納される。
参照画像作成工程（Ｓ１０４）として、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１／２８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとなる。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内に転送された参照画像データは、記憶装置５２に格納される。
比較工程（Ｓ１１０）として、まず、位置合わせ部５７は、被検査画像となるフレーム画像３１と、当該フレーム画像３１に対応する参照画像とを読み出し、画素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、比較部５８は、取得された２次電子画像の少なくとも一部と所定の画像とを比較する。ここでは、ビーム毎に取得されたサブ照射領域２９の画像をさらに分割したフレーム画像を用いる。そこで、比較部５８は、フレーム画像３１と参照画像とを画素毎に比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥或いは欠陥候補と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、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、上述した例では、ダイ－データベース検査について説明したが、これに限るものではない。ダイ－ダイ検査を行う場合であっても良い。ダイ－ダイ検査を行う場合、対象となるフレーム画像３１（ダイ１）と、当該フレーム画像３１と同じパターンが形成されたフレーム画像３１（ダイ２）（参照画像の他の一例）との間で、上述した位置合わせと比較処理を行えばよい。
ここで、基板１０１のマルチビーム検査において、平面的な形状の検査だけではなく、立体的な形状についても把握したいといった要求がある。例えば、上述した形状欠陥検査で欠陥と判定された欠陥候補について立体的な形状を確認したいといった要求がある。かかる場合には、立体形状を確認の上、本当の欠陥かどうかを判定する。その他、上述したように、例えば、基板上に生じた段差箇所でホワイトバンドが生じ得る。パターン寸法が微細になると両エッジで生じたホワイトバンドが重なりパターン形状の判別が困難になる場合がある。エッジ位置での立体形状がわかれば、パターン形状を判別できる。また、例えば、ＥＵＶマスクは高精度な平坦度が要求される。マスクパターンの３次元形状の出来栄えがウェハのレジストパターンの３次元形状に影響することが考えられる。また、パターンに限らず位相欠陥を検査するためにＥＵＶマスクの凹凸を把握したいといった要求がある。以下、実施の形態１では、一例として、上述した形状欠陥検査で欠陥と判定された欠陥候補について立体形状を測定する場合を説明する。
図８は、実施の形態１におけるパターンの斜面に電子ビームが照射された場合に放出される２次電子の様子を説明するための図である。図８において、立体的パターンの例えば左斜面に１次電子ビームが略垂直入射すると、２次電子は右側よりも左側に向かって多く放出される。逆に、立体的パターンの右斜面に１次電子ビームが略垂直入射すると、２次電子は左側よりも右側に向かって多く放出される。
図９は、実施の形態１における基板表面の凹凸面に電子ビームが照射された場合に放出される２次電子の様子を説明するための図である。図９の例では、ＥＵＶマスクブランクスの多層膜の一部を示している。ＥＵＶマスクでは、多層膜内の歪による位相欠陥を検出する必要がある。位相欠陥によって表面に凹凸が出来る。例えば、図９に示すように凸部の左斜面に１次電子ビームが垂直入射すると、右側よりも左側に多く２次電位が放出される。
そこで、実施の形態１では、１次電子ビームの照射位置からの２次電子ビームを放出方向毎に分離して検出することで、照射位置の立体形状として、斜面（立ち上がり部分、或いは立ち下がり部分）の有無と立体形状におけるその斜面の位置関係（斜面の配置方向）を取得する。また、マルチビームでは、基板１０１の照射位置付近に複数の検出器をビーム毎に個別に配置することは困難である。そこで、実施の形態１では、マルチ検出器２２２を用いて検出する。通常のままでは放出方向毎に分離して検出することは困難である。そのため、実施の形態１では以下のように工夫する。
図１０は、実施の形態１における立体形状の検出方法を説明するための図である。図１０では、マルチ１次電子ビーム２０のうち代表１次電子ビーム２１の中心軌道と結像系軌道を点線で示している。代表１次電子ビーム２１として例えば中心ビームを示している。また、マルチ２次電子ビーム３００のうち代表２次電子ビーム３０１の中心軌道と結像系軌道を実線で示している。代表２次電子ビーム３０１として例えば中心ビームを示している。また、代表２次電子ビーム３０１の中心軌道は、基板１０１上をスキャンした際のある位置で放出された軌道を一例として示している。実施の形態１では、１本のビームを用いて検出する場合を説明する。
ビーム選択工程（Ｓ１２０）として、ビーム選択部６０は、マルチ１次電子ビーム２０から代表１次電子ビーム２１を選択する。例えば、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームを代表１次電子ビーム２１として選択する。
図１１は、実施の形態１におけるビーム選択の仕方を説明するための図である。ビーム選択機構は、ビーム選択アパーチャ基板２３２及び駆動機構２３４を有する。ビーム選択アパーチャ基板２３２は、マルチ１次電子ビーム２０から代表１次電子ビーム２１を選択的に通過させる。具体的には以下のように動作する。ビーム選択アパーチャ基板２３２には、小開口１３と大開口１１が形成される。図１１において、小開口１３は、１次電子ビームが１本通過可能なサイズに形成される。大開口１１は、マルチ１次電子ビーム２０全体が通過可能なサイズに形成される。ビーム選択アパーチャ制御回路１３６の制御のもと、駆動機構２３４は、ビーム選択アパーチャ基板２３２を水平移動させることによって、マルチ１次電子ビーム２０のうち１本の１次電子ビームの軌道上に小開口１３の位置を合わせることで、かかる１本の１次電子ビームを選択的に通過させることができる。
ビーム選択アパーチャ基板２３２を通過した代表１次電子ビーム２１は、Ｅ×Ｂ分離器２１４の高さ位置で中間像面を形成する。そして、代表１次電子ビーム２１は、電磁レンズ２１５、及び電磁レンズ２０７によって屈折させられ、基板１０１上に結像する。基板１０１から放出された代表１次電子ビーム２１に対応する代表２次電子ビーム３０１は、対物レンズとなる電位レンズ２０７を通過後に中間像面を形成し、電磁レンズ２１５に進む。代表２次電子ビーム３０１は、電磁レンズ２１５を通過後、Ｅ×Ｂ分離器２１４に進む。Ｅ×Ｂ分離器２１４は、代表１次電子ビーム２１の照射に起因して基板１０１から放出される代表２次電子ビーム３０１を代表１次電子ビーム２１から分離する。また、分離された代表２次電子ビーム３０１は、電磁レンズ２１５のレンズ作用によって偏向器２１８の中間位置に中間像面を形成する。代表２次電子ビーム３０１は、偏向器２１８によってさらに偏向され、電磁レンズ２２４に進む。代表２次電子ビーム３０１は、電磁レンズ２２４によってマルチ検出器２２２に投影される。
その際、通常、１本の２次電子ビーム３０１は、マルチ検出器２２２の対応する１つの検出エレメントで検出される。図１０に示すように、代表１次電子ビーム２１の照射位置では、広範囲の方向に２次電子が放出される。例えば、左上方向に放出される２次電子もある。また、右上方向に放出される２次電子もある。また、図１０の紙面手前側上方向に放出される２次電子もある。また、図１０の紙面奥側上方向に放出される２次電子もある。代表２次電子ビーム３０１は、各方向に放出された２次電子の集合体である。各方向に放出された２次電子は、代表２次電子ビーム３０１の軌道内において、それぞれの部分領域内を通過しながら進んでいく。実施の形態１では、代表２次電子ビーム３０１を基板１０１上からの放出方向毎に分離して別々の検出エレメントで検出する。そのために、次の動作を行う。
２次ビーム径調整工程（Ｓ１２２）として、２次ビーム径調整部６１は、マルチ検出器２２２上に投影する２次ビーム径を調整する。例えば、マルチ検出器２２２の検出面上でのビーム径をマルチ検出器２２２の検出エレメントの３ピッチ分のサイズに調整する。レンズ制御回路１２４は、調整されたサイズになるように電磁レンズ２２４の励磁を制御する。これにより、電磁レンズ２２４は、代表２次電子ビーム３０１をマルチ検出器２２２の２以上の検出エレメント（検出素子）に跨るように投影する。
図１２は、実施の形態１における代表２次電子ビームと検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。図１２の例では、通常の画像取得時に使用する検出エレメントを中心に３×３個の検出エレメント１７に跨るように代表２次電子ビーム３０１を投影する場合を示している。図１２の例では、中心の検出エレメントを挟んで２次ビーム座標系のｘ方向に１個ずつの検出エレメントに跨るようにビームサイズを調整する場合を示している。同様に、中心の検出エレメントを挟んで２次ビーム座標系のｙ方向に１個ずつの検出エレメントに跨るようにビームサイズを調整する場合を示している。中心の検出エレメントを挟んで２次ビーム座標系の斜め方向にそれぞれ１個ずつの検出エレメントの一部に跨るようにビームサイズを調整する場合を示している。代表２次電子ビーム３０１は、対象の検出エレメント全体と重複する必要は無い。両側の検出エレメントで検出される強度の違いを取得したいので、中心の検出エレメントを挟んで両側の対称位置に配置される検出エレメント同士について、重複する割合が同じになるようにビーム径が調整できればよい。
図１３は、実施の形態１の変形例における代表２次電子ビームと検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。図１３の例では、前提として、例えば、偏向器２１８と電磁レンズ２２４との間に非点補正器２２７を配置する。そして、２次ビーム座標系のｘ方向或いはｙ方向にビームを扁平した状態で拡大する。これにより、ｘ方向とｙ方向との一方の方向にだけ中心の検出エレメントを挟んで両側に１個ずつの検出エレメントに跨るようにビームサイズを調整できる。例えば、パターンの斜面の方向が一方向に決まっているのであれば、一方向だけ検出するようにしても好適である。
スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）として、偏向器２０９によるビーム偏向によって代表１次電子ビーム２１で検出対象位置を含むスキャン領域をスキャン（走査）する。例えば、ｘ方向のラインスキャン動作をｙ方向に向かって位置をずらしながら複数回行うことで所定のスキャン領域をスキャンできる。スキャン動作の各位置からは代表２次電子ビーム３０１が放出される。放出された代表２次電子ビーム３０１は、電磁レンズ２０７，２１５、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、及び電磁レンズ２２４を通過してマルチ検出器２２２に投影される。その際、電磁レンズ２２４は、代表２次電子ビーム３０１をマルチ検出器２２２の２以上の検出エレメント（検出素子）に跨るように投影する。代表２次電子ビーム３０１の中心を検出エレメント同士間に合わせれば、隣接する２つの検出エレメントによって、２方向の放出方向について分離して代表２次電子ビーム３０１を検出できる。図１２の例では、代表２次電子ビーム３０１は、例えば、３×３個の検出エレメント（検出素子）に跨るように投影される。アレイ配置された複数の検出エレメントを有するマルチ検出器２２２は、代表１次電子ビーム２１から分離された代表２次電子ビーム３０１を複数の検出エレメントのうち２以上の検出素子で検出する。マルチ検出器２２２は、かかる検出によって、基板１０１の代表２次電子ビーム３０１の放出位置の立体形状データを取得する。なお、スキャン動作によって刻々と変化する代表１次電子ビーム２１の照射位置に追従するように、偏向器２２６は代表２次電子ビーム３０１を所定の２以上の検出エレメントに照射するように偏向する。
図１２の例では、図１０の基板１０１から右上に放出された２次電子は、３×３の検出エレメントのうち、例えば、下段の中央の検出エレメント１７で検出される。図１０の基板１０１から左上に放出された２次電子は、３×３の検出エレメントのうち、例えば、上段の中央の検出エレメント１７で検出される。図１０の基板１０１から真上に放出された２次電子は、３×３の検出エレメントのうち、例えば、中段の中央の検出エレメント１７で検出される。各検出エレメントによって検出されたスキャン領域内の画素毎の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、立体形状取得回路１３４に転送される。立体形状取得回路１３４内では、各検出エレメントによって検出された測定画像データは、立体形状データとして記憶装置６９に格納される。
図１４は、実施の形態１における立体形状画像の一例を示す図である。ここでは、図１４（ａ）に示す１次ビーム座標系のｘ、ｚ方向断面及びｙ、ｚ方向断面が台形状のピンドットパターンを撮像した場合を示す。図１４（ｂ）には、中心の検出エレメントを上下左右に１つずつの合計５個の検出エレメントで検出される画像の一例を示している。ここでは、２次電子がより多く放出される放出方向に合わせて５個の検出エレメントの配列位置を変えて示している。図１４（ｂ）の中心の検出エレメント（ＰＤ中心）で検出される画像では、矩形の中にもう１つの矩形が配置される画像が得られるものの、台形の斜面かどうかは判別困難である。これに対して、左の検出エレメント（ＰＤ上）では、２次電子の検出強度が大きい部分が台形の左斜面であることがわかる。同様に、右の検出エレメント（ＰＤ下）では、２次電子の検出強度が大きい部分が台形の右斜面であることがわかる。同様に、上の検出エレメント（ＰＤ右）では、２次電子の検出強度が大きい部分が台形の上斜面（ｙ方向斜面）であることがわかる。同様に、下の検出エレメント（ＰＤ左）では、２次電子の検出強度が大きい部分が台形の上斜面（－ｙ方向斜面）であることがわかる。このように、放出方向毎に分離して代表２次電子ビーム３０１を検出することで、台形状のピンドットパターンの立体形状を把握できる。
なお、上述した立体画像として立体形状データを得る場合の他、プロファイルとして立体形状を取得できる。
差分演算工程（Ｓ１３２）として、差分演算部６３は、代表２次電子ビーム３０１の放出位置（画素）毎に、１次ビーム座標系のｘ方向に並ぶ両側の２つの検出エレメントで検出される強度の差分を演算する。例えば、左上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力から右上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。或いは、単純な差分ではなく２乗差を算出してもよい。算出された結果が正の値であれば、ｘ方向について立体形状の左側の斜面であることがわかる。算出された結果が負の値であれば、ｘ方向について立体形状の右側の斜面であることがわかる。
例えば、手前上側に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力から奥側上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。或いは、単純な差分ではなく２乗差を算出してもよい。算出された結果が正の値であれば、ｙ方向について立体形状の手前側の斜面であることがわかる。算出された結果が負の値であれば、ｘ方向について立体形状の奥側の斜面であることがわかる。
３×３の検出エレメントで検出される場合には、斜め方向の両側の一方から放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力から他方から放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。これにより、斜め方向についても斜面の配置位置を特定できる。
差分データは、立体形状データの一例である。差分データは記憶装置６９に格納される。
プロファイル作成工程（Ｓ１３４）として、プロファイル作成部６４は、１次ビーム座標系のｘ方向について立体形状のプロファイルを作成する。同様に、ｙ方向について立体形状のプロファイルを作成する。同様に、斜め方向（例えば４５度、１３５度）について立体形状のプロファイルを作成しても好適である。プロファイルデータは、立体形状データの一例である。プロファイルデータは記憶装置６９に格納される。
図１５は、実施の形態１におけるプロファイルの一例を示す図である。図１５の例では、対象の方向について差分がゼロであるパターン（凸部）外の位置から正の値に切り替わりパターン（凸部）の左斜面となる。そして、また差分がゼロになりパターン（凸部）の頂面となった後、差分が負の値に切り替わりパターン（凸部）の右斜面となる。なお、立体形状の斜面の垂直方向からの角度θは以下の式（１）で定義できる。ｋは係数を示す。Ａは左上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力、Ｂは右上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力を示す。Ａ０は水平面の位置で左上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力、Ｂ０は水平面の位置で右上に放出される２次電子を検出した検出エレメントの出力を示す。
（１） ｔａｎθ＝ｋ（Ａ２－Ｂ２）／（Ａ０＋Ｂ０）２
取得された立体形状データは、記憶装置１０９、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。或いは図示しないモニタに立体画像、差分データ、若しくはプロファイルとして表示される。
以上のように、実施の形態１によれば、マルチ１次電子ビームを照射可能な装置において、マルチ検出器２２２を使って２次電子ビームの放出位置の立体形状を把握できる。ユーザはかかる立体形状データから立体形状を把握できる。形状欠陥候補については、かかる立体形状を把握した上で最終的に欠陥かどうかを判断すればよい。
実施の形態２．
実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０から１本の代表ビームを選択して用いたが、これに限るものではない。実施の形態２では、マルチ１次電子ビーム２０の本数分と同じ本数のマルチ２次電子ビーム３００についてそれぞれ放出方向毎に分離した立体形状データを同時期に取得する構成について説明する。
図１６は、実施の形態２における検査方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図１６において、実施の形態２における検査方法の要部工程は、ビーム選択工程（Ｓ１２０）と２次ビーム径調整工程（Ｓ１２２）との代わりに、アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）を実施する点、アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）とスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）とを繰り返す点、以外は、図６と同様である。また、画像検出によって得られた立体形状データがあれば良い場合、差分演算工程（Ｓ１３２）と、プロファイル作成工程（Ｓ１３４）を省略しても良い。
図１７は、実施の形態２における立体形状の検出方法を説明するための図である。図１７では、マルチ１次電子ビーム２０のうち例えば中心１次電子ビーム７の中心軌道と結像系軌道を点線で示している。また、マルチ２次電子ビーム３００のうち例えば中心２次電子ビーム３０３の中心軌道と結像系軌道を実線で示している。また、中心２次電子ビーム３０３の中心軌道は、基板１０１上をスキャンした際のある位置で放出された軌道を一例として示している。実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０全体を用いて検出する場合を説明する。或いはマルチ１次電子ビーム２０のうち２以上の１次電子ビームを用いて検出する場合も同様である。
図１７に示すように、実施の形態２における検査装置１００の構成は、ビーム選択アパーチャ基板２３２及び駆動機構２３４が省略された点、電磁レンズ２２４が２以上の電磁レンズ２２４－１，２２４－２の組み合わせによる組み合わせレンズである点、電磁レンズ２２４－１，２２４－２の間にアパーチャ基板２２８が配置された点、及びアパーチャ基板２２８を２次ビーム座標系のｘ，ｙ面の２次元方向に移動させる駆動機構２２９が配置された点、以外は、図１と同様である。また、アパーチャ基板２２８は、マルチ１次電子ビーム２０から分離された後のマルチ２次電子ビーム３００のクロスオーバー位置に配置される。言い換えれば、２次ビーム座標系のｚ方向に対してクロスオーバー位置に配置される。２次ビーム座標系のｚ方向はマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸を示す。２次ビーム座標系のｘ、ｙ方向はマルチ２次電子ビーム３００の軌道中心軸と直交する面内の直交する２方向を示す。クロスオーバー位置での２次ビーム座標系のｘ方向は、例えば図１７紙面の奥から手前に向かう方向を示す。クロスオーバー位置での２次ビーム座標系のｙ方向は、例えば図１７紙面の下から上に向かう方向を示す。
アパーチャ基板２２８には、小開口１９と大開口（図示せず）が形成される。但し、大開口は、クロスオーバー位置でのビーム径のマルチ２次電子ビーム３００全体が通過可能なサイズに形成される。よって、図１１に示したビーム選択アパーチャ基板２３２の大開口１１よりは十分小さいサイズで良い。被検査画像取得工程（Ｓ１０２）では、かかる大開口をマルチ２次電子ビーム３００全体が通過する。また、小開口１９は、クロスオーバー位置でのビーム径より小さいサイズ、例えば、１／２未満のサイズで形成される。小開口１９は、クロスオーバー位置で１点に集束したマルチ２次電子ビーム３００の一部が通過可能なサイズに形成される。マルチ２次電子ビーム３００の一部は、マルチ２次電子ビーム３００の中心軌道軸から外れた領域を示す。図１７の例では、例えば、回転対称に向きを変えた扇型の４つの小開口１９がアパーチャ基板２２８に形成される。マルチ２次電子ビーム３００がアパーチャ基板２２８に照射され、その一部が４つの小開口１９の１つを通過する場合に、他の小口径１９にマルチ２次電子ビーム３００が重ならないように４つの小開口１９は離れて形成される。
また、以下に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様である。
被検査画像取得工程（Ｓ１０２）と、参照画像作成工程（Ｓ１０４）と、比較工程（Ｓ１１０）と、の各工程の内容は実施の形態１と同様である。
アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）として、駆動機構２２９は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部に小開口１９が位置するようにアパーチャ基板２２８を移動させる。例えば、図１７に示すように、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における下側領域に小開口１９が位置するようにアパーチャ基板２２８を移動させる。これにより、アパーチャ基板２２８は、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽する。例えば、図１７に示すように、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における下側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。小開口１９を通過したマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの下側領域部分は、電磁レンズ２２４－１，２２４－２によってマルチ検出器２２２の対応する１つの検出エレメント１７に結像される。例えば、中心２次電子ビーム３０３－１は、アパーチャ基板２２８によって軌道中心から外れた一部を残して残りが遮蔽される。中心２次電子ビーム３０３－１のうちアパーチャ基板２２８を通過した中心２次電子ビーム３０３－２がマルチ検出器２２２の対応する１つの検出エレメント１７に結像される。図１７の例では、クロスオーバー位置での中心２次電子ビーム３０３－１の断面のうち下側領域部分が中心２次電子ビーム３０３－２となってマルチ検出器２２２の対応する１つの検出エレメント１７に結像される場合を示している。
その他の２次電子ビームについても同様にアパーチャ基板２２８によって軌道中心から外れた一部を残して残りが遮蔽される。そして、各２次電子ビームのアパーチャ基板２２８を通過した一部が、それぞれ対応する検出エレメントに結像される。
なお、電磁レンズ２２４－１，２２４－２は、各２次電子ビームのアパーチャ基板２２８を通過した一部をマルチ検出器２２２のそれぞれ対応する検出エレメントに分離して投影できれば良く、結像できていなくても構わない。言い換えれば、各２次電子ビームが分離できていれば各２次電子ビームはボケた状態であっても構わない。
スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）として、偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０の一括偏向によってマルチ１次電子ビーム２０でそれぞれ検出対象位置を含むスキャン領域をスキャン（走査）する。例えば、ｘ方向のラインスキャン動作をｙ方向に向かって位置をずらしながら複数回行うことで各１次電子ビームがそれぞれの所定のスキャン領域をスキャンできる。スキャン動作の各位置からは２次電子ビームが放出される。よって、マルチ２次電子ビーム３００が放出される。放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２０７，２１５、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、及び電磁レンズ２２４を通過してマルチ検出器２２２に結像（或いは投影）される。その際、アパーチャ基板２２８は、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽する。マルチ検出器２２２は、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出する。図１７の例では、マルチ検出器２２２によって、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における下側領域部分が個別に検出される。なお、スキャン動作によって刻々と変化するマルチ１次電子ビーム２０の照射位置に追従するように、偏向器２２６はマルチ２次電子ビーム３００がそれぞれ対応する検出エレメントに照射されるようにマルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。
駆動機構２２９は、アパーチャ基板２２８を通過させるマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの一部の位置を変更するようにアパーチャ基板２２８を移動させる。マルチ検出器２２２は、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出する。各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの一部を検出することによって、基板１０１の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得する。そのために、アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）と、前回と同じ位置のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）と、を繰り返す。例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。そして、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を個別に検出する。同様に、例えば、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更し、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における左側領域部分を個別に検出する。同様に、例えば、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更し、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における右側領域部分を個別に検出する。マルチ検出器２２２は、かかる検出によって、基板１０１の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データをそれぞれ取得する。
図１８は、実施の形態２におけるマルチ２次電子ビームと各検出エレメントとの対応関係の一例を示す図である。マルチ２次電子ビーム３００のアパーチャ基板２２８を通過した各２次電子ビームの一部は、それぞれ対応する検出エレメント１７で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１７の基板１０１から右上に放出された２次電子は、１回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１７の基板１０１から左上に放出された２次電子は、２回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１７の基板１０１から手前上側に放出された２次電子は、３回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１７の基板１０１から奥上側に放出された２次電子は、４回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。
アパーチャ基板２２８が配置されるクロスオーバー位置でのビーム断面における各領域（上下左右の各領域）が、各２次電子ビームのどの放出方向に対応するのかは、２次電子ビーム毎に予め対応関係を実験或いはシミュレーション等により取得しておけばよい。
各検出エレメントによって検出されたスキャン領域内の画素毎の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、立体形状取得回路１３４に転送される。立体形状取得回路１３４内では、各検出エレメントによって検出された測定画像データは、立体形状データとして記憶装置６９に格納される。
差分演算工程（Ｓ１３２）として、差分演算部６３は、２次電子ビーム毎に、かつ当該２次電子ビームの放出位置（画素）毎に、１次ビーム座標系のｘ方向に並ぶ両側の２つの検出エレメントで検出される強度の差分を演算する。例えば、左上に放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力から右上に放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。或いは、単純な差分ではなく２乗差を算出してもよい。算出された結果が正の値であれば、ｘ方向について立体形状の左側の斜面であることがわかる。算出された結果が負の値であれば、ｘ方向について立体形状の右側の斜面であることがわかる。
例えば、手前上側に放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力から奥側上に放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。或いは、単純な差分ではなく２乗差を算出してもよい。算出された結果が正の値であれば、ｙ方向について立体形状の手前側の斜面であることがわかる。算出された結果が負の値であれば、ｘ方向について立体形状の奥側の斜面であることがわかる。
アパーチャ基板２２８の小開口１９の位置を調整することで、斜め方向の両側の一方から放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力から他方から放出される２次電子を検出した際の検出エレメントの出力を差し引いた差分を演算する。これにより、斜め方向についても斜面の配置位置を特定できる。
差分データは、立体形状データの一例である。差分データは記憶装置６９に格納される。
プロファイル作成工程（Ｓ１３４）として、プロファイル作成部６４は、２次電子ビーム毎に、１次ビーム座標系のｘ方向について立体形状のプロファイルを作成する。同様に、ｙ方向について立体形状のプロファイルを作成する。同様に、斜め方向（例えば４５度、１３５度）について立体形状のプロファイルを作成しても好適である。プロファイルデータは、立体形状データの一例である。プロファイルデータは記憶装置６９に格納される。
取得された立体形状データは、記憶装置１０９、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。或いは図示しないモニタに立体画像、差分データ、若しくはプロファイルとして表示される。
以上のように、実施の形態２によれば、マルチ１次電子ビームを照射可能な装置において、マルチ検出器２２２を使って各２次電子ビームの放出位置の立体形状を同時期に把握できる。
実施の形態３．
実施の形態２では、アパーチャ基板２２８を移動させることにより、各２次電子ビームの検出される領域を分離する構成について説明した。各２次電子ビームの検出される領域を分離する手法はこれに限るものではない。
図１９は、実施の形態３における立体形状の検出方法を説明するための図である。図１９では、マルチ１次電子ビーム２０のうち例えば中心１次電子ビーム７の中心軌道と結像系軌道を点線で示している。また、マルチ２次電子ビーム３００のうち例えば中心２次電子ビーム３０３の中心軌道と結像系軌道を実線で示している。また、中心２次電子ビーム３０３の中心軌道は、基板１０１上をスキャンした際のある位置で放出された軌道を一例として示している。実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０全体を用いて検出する場合を説明する。或いはマルチ１次電子ビーム２０のうち２以上の１次電子ビームを用いて検出する場合も同様である。
図１９に示すように、実施の形態３における検査装置１００の構成は、ビーム選択アパーチャ基板２３２及び駆動機構２３４が省略された点、電磁レンズ２２４が２以上の電磁レンズ２２４－１，２２４－２の組み合わせによる組み合わせレンズである点、電磁レンズ２２４－１，２２４－２の間にアパーチャ基板２３１が配置された点、及び偏向器２３３を配置した点、以外は、図１と同様である。偏向器２３３は、偏向器２１８とアパーチャ基板２３１との間に配置される。言い換えれば、偏向器２３３は、マルチ２次電子ビーム３００の軌道上であってアパーチャ基板２３１の上流側に配置される。また、アパーチャ基板２２９は、マルチ１次電子ビーム２０から分離された後のマルチ２次電子ビーム３００のクロスオーバー位置に配置される。言い換えれば、２次ビーム座標系のｚ方向に対してクロスオーバー位置に配置される。
アパーチャ基板２２９には、開口部（図示せず）が形成される。但し、開口部は、クロスオーバー位置でのビーム径のマルチ２次電子ビーム３００全体が通過可能なサイズに形成される。よって、図１１に示したビーム選択アパーチャ基板２３２の大開口１１よりは十分小さいサイズで良い。開口部は、マルチ２次電子ビーム３００の中心軌道軸に合わせて配置される。言い換えれば、２次ビーム座標系のｘ、ｙ平面内のクロスオーバー位置に配置される。
また、実施の形態３における検査方法の要部工程の内容は図１６と同様である。以下に説明する点以外の内容は、実施の形態２と同様である。
被検査画像取得工程（Ｓ１０２）と、参照画像作成工程（Ｓ１０４）と、比較工程（Ｓ１１０）と、の各工程の内容は実施の形態１と同様である。
アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）として、偏向器２３３（第１の偏向器）は、アパーチャ基板２３１を通過させるマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの一部の位置を変更するようにマルチ２次電子ビーム３００を偏向する。実施の形態２では、アパーチャ基板２２８を移動させることで小開口１９を通過する各２次電子ビームの一部の位置を変更した。しかし、実施の形態３では、アパーチャ基板２３１の配置位置を固定させた状態で、ビーム偏向によりアパーチャ基板２３１の開口部を通過する各２次電子ビームの一部の位置を変更する。偏向器２３３は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部がパーチャ基板２３１の開口部と重なるようにマルチ２次電子ビーム３００を偏向する。例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの断面のうち下側領域部分にアパーチャ基板２３１の開口部を通過させる。この場合、偏向器２３３は、マルチ２次電子ビーム３００を相対的に上側に偏向する。図１９の例では、クロスオーバー位置での中心２次電子ビーム３０３－１の断面のうち下側領域部分が中心２次電子ビーム３０３－２となってマルチ検出器２２２の対応する１つの検出エレメント１７に結像される場合を示している。
その他の２次電子ビームについても同様にアパーチャ基板２２８によって軌道中心から外れた一部を残して残りが遮蔽される。そして、各２次電子ビームのアパーチャ基板２２８を通過した一部が、それぞれ対応する検出エレメントに結像される。
スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）を実施する。スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）の内容は実施の形態２と同様である。
偏向器２３３は、アパーチャ基板２３１を通過させるマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームの一部の位置を変更するようにマルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。マルチ検出器２２２は、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの一部を個別に検出する。各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの一部を検出することによって、基板１０１の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得する。そのために、アパーチャ位置調整工程（Ｓ１２４）と、前回と同じ位置のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）と、を繰り返す。例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。そして、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を個別に検出する。同様に、例えば、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更し、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における左側領域部分を個別に検出する。同様に、例えば、アパーチャ基板２２８を通過させる一部の位置を変更し、マルチ検出器２２２は、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における右側領域部分を個別に検出する。マルチ検出器２２２は、かかる検出によって、基板１０１の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データをそれぞれ取得する。
そして、実施の形態２と同様、中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１９の基板１０１から右上に放出された２次電子は、１回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１９の基板１０１から左上に放出された２次電子は、２回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１９の基板１０１から手前上側に放出された２次電子は、３回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。中心２次電子ビーム３０３－１のうち、例えば、図１９の基板１０１から奥上側に放出された２次電子は、４回目のスキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）で検出される。
アパーチャ基板２３１が配置されるクロスオーバー位置でのビーム断面における各領域（上下左右の各領域）が、各２次電子ビームのどの放出方向に対応するのかは、２次電子ビーム毎に予め対応関係を実験或いはシミュレーション等により取得しておけばよい。
各検出エレメントによって検出されたスキャン領域内の画素毎の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、立体形状取得回路１３４に転送される。立体形状取得回路１３４内では、各検出エレメントによって検出された測定画像データは、立体形状データとして記憶装置６９に格納される。
以降の工程の内容は実施の形態２と同様である。
実施の形態３によれば、アパーチャ基板の位置を機械的に移動させなくてもビーム偏向により、各２次電子ビームの検出される領域を分離できる。また、ビーム偏向による切り替え動作により機械的動作を無くすことができるので各領域の切り替え動作を高速化できる。
ここで、上述した例では、各２次電子ビームにおいて、それぞれ分離された各領域の部分ビームは同じ検出エレメントで検出される場合を説明した。但し、これに限るものではない。
図２０は、実施の形態３の変形例におけるマルチ検出器の複数の検出エレメントの一例を示す図である。図２０において、マルチ検出器２２２は、各２次電子ビームあたり２以上の検出素子を有する。図２０の例では、３×３本の２次電子ビームの個別検出領域１８が示されている。図２０の例では、各個別検出領域１８内に３×３個の合計９個の検出エレメントがアレイ配置される。言い換えれば、１本の２次電子ビームのあたり３×３個の合計９個の検出エレメントが用意される場合を示している。
実施の形態３の変形例では、同じ位置について繰り返し行う各スキャン／画像検出工程（Ｓ１３０）において、検出する各２次電子ビームの領域毎に、検出エレメント１７を分ける。ここで、偏向器２２６（第２の偏向器）は、アパーチャ基板２３１とマルチ検出器２２２との間に配置される。そこで、偏向器２２６を使って検出エレメント１７を区別する。偏向器２２６は、アパーチャ基板２３１を通過させる各２次電子ビームの一部の位置の変更に連動する。言い換えれば、偏向器２２６は、偏向器２３３の偏向方向に同期して偏向する。そして、偏向器２２６は、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームがそれぞれ入射する検出エレメントを２以上の検出エレメントのうちで切り替えるようにマルチ２次電子ビーム３００を偏向する。
例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における下側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。この場合、マルチ検出器２２２の各個別検出領域１８では、下段中央の検出エレメント１７でそれぞれ各２次電子ビームのビーム断面における下側領域部分を検出する。
例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。この場合、マルチ検出器２２２の各個別検出領域１８では、上段中央の検出エレメント１７でそれぞれ各２次電子ビームのビーム断面における上側領域部分を検出する。
例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における左側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。この場合、マルチ検出器２２２の各個別検出領域１８では、中段左の検出エレメント１７でそれぞれ各２次電子ビームのビーム断面における左側領域部分を検出する。
例えば、クロスオーバー位置でのマルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームのビーム断面における右側領域部分を通過させ、残りを遮蔽する。この場合、マルチ検出器２２２の各個別検出領域１８では、中段右の検出エレメント１７でそれぞれ各２次電子ビームのビーム断面における右側領域部分を検出する。
例えば、各２次電子ビームのビーム断面における右斜め上側領域部分を通過させた場合に、各個別検出領域１８では、上段右の検出エレメント１７で検出する。例えば、各２次電子ビームのビーム断面における右斜め下側領域部分を通過させた場合に、各個別検出領域１８では、下段右の検出エレメント１７で検出する。例えば、各２次電子ビームのビーム断面における左斜め上側領域部分を通過させた場合に、各個別検出領域１８では、上段左の検出エレメント１７で検出する。例えば、各２次電子ビームのビーム断面における左斜め下側領域部分を通過させた場合に、各個別検出領域１８では、下段左の検出エレメント１７で検出する。
マルチ検出器２２２は、かかる検出によって、基板１０１の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データをそれぞれ取得する。
なお、被検査画像取得工程（Ｓ１０２）では、中段中央の検出エレメント１７で検出すればよい。
実施の形態３の変形例によれば、検出エレメント１７を分けることで、データの取り出し時間を遅く設定できる。よって、検出エレメントの応答性を下げることができる。よって、スペックに余裕を生むことができる。
図２１は、実施の形態３の変形例におけるスキャン順序の一例を示す図である。図２１（ａ）の例では、立体形状データを取得する場合に４回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。３回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。４回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２１（ｂ）の例では、立体形状データを取得する場合に４回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。３回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。４回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２１（ｃ）の例では、立体形状データを取得する場合に８回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。３×３個の検出エレメントについて、中心検出エレメントの右側の検出エレメントから反時計回りに８回のスキャン動作の各回で検出する検出エレメントが入れ替わる。
図２２は、実施の形態３の変形例におけるスキャン順序の他の一例を示す図である。図２２（ａ）では、左右方向の立体形状データを取得する場合に２回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２２（ｂ）では、上下方向の立体形状データを取得する場合に２回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２２（ｃ）では、右上がり斜め方向の立体形状データを取得する場合に２回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２２（ｄ）では、右下がり斜め方向の立体形状データを取得する場合に２回のスキャン動作を行う。数字はスキャン順序を示す。１回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって左上の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。２回目のスキャン動作では、偏向器２２６によって右下の検出エレメントに各２次電子ビームは誘導される。
図２１と図２２において、各検出エレメントの位置と、クロスオーバー位置でアパーチャ基板２３１を通過する各２次電子ビームの断面の領域位置との対応関係は一致することが好適である。但し、これに限るものではない。別の対応関係に設定しても構わない。
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、検出器ステージ制御回路１３０、立体形状取得回路１３４、及びビーム選択アパーチャ制御回路１３６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。例えば、これらの回路内での処理を制御計算機１１０で実施しても良い。
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。図１の例では、１つの照射源となる電子銃２０１から照射された１本のビームから成形アパーチャアレイ基板２０３によりマルチ１次電子ビーム２０を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ１次電子ビームを照射することによってマルチ１次電子ビーム２０を形成する態様であっても構わない。
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荷電粒子ビーム位置合わせ方法及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置は、本発明の範囲に包含される。
７ 中心１次電子ビーム
８ １次電子ビーム
１１ 大開口
１３，１９ 小開口
１７ 検出エレメント
１８ 個別検出領域
２０ マルチ１次電子ビーム
２１ 代表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
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
６０ ビーム選択部
６１ ２次ビーム径調整部
６２ スキャン処理部
６３ 差分演算部
６４ プロファイル作成部
６９ 記憶装置
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０５ 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
１１１ マーク
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
１３３ Ｅ×Ｂ制御回路
１３４ 立体形状取得回路
１３６ ビーム選択アパーチャ制御回路
１３８ 画像合成回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８，１４９ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１５１ １次電子光学系
１５２ ２次電子光学系
１６０ 制御系回路
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ Ｅ×Ｂ分離器
２１５ 電磁レンズ
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２２６ 偏向器
２２７ 非点補正器
２２８，２３１ アパーチャ基板
２２９ 駆動機構
２３２ ビーム選択アパーチャ基板
２３３ 偏向器
２３４ 駆動機構
３００ マルチ２次電子ビーム
３０１ 代表２次電子ビーム
３０３ 中心２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (12)

  1. 基板を載置するステージと、
    マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
    前記マルチ１次電子ビームから所定の１次電子ビームを選択的に通過させるビーム選択機構と、
    前記所定の１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出される２次電子ビームを前記所定の１次電子ビームから分離する分離器と、
    複数の検出素子を有し、前記所定の１次電子ビームから分離された２次電子ビームを前記複数の検出素子のうち２以上の検出素子で検出することによって、前記基板の２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得するマルチ検出器と、
    前記２次電子ビームを前記２以上の検出素子に跨るように投影するレンズと、
    を備えたことを特徴とする電子ビーム立体形状データ取得装置。
  2. 前記所定の１次電子ビームは、前記マルチ１次電子ビームのうち１本の１次電子ビームであること特徴とする請求項１記載の電子ビーム立体形状データ取得装置。
  3. 基板を載置するステージと、
    マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
    前記マルチ１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出されるマルチ２次電子ビームを前記マルチ１次電子ビームから分離する分離器と、
    前記マルチ１次電子ビームから分離された前記マルチ２次電子ビームのクロスオーバー位置に配置され、開口部が形成され、前記マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽するアパーチャ基板と、
    複数の検出素子を有し、通過した各２次電子ビームの前記一部を個別に検出するマルチ検出器と、
    を備え、
    前記マルチ検出器は、さらに、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの前記一部を個別に検出し、
    各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの前記一部を検出することによって、前記基板の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得することを特徴とする電子ビーム立体形状データ取得装置。
  4. 前記マルチ２次電子ビームの軌道上であって前記アパーチャ基板の上流側に配置され、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更するように前記マルチ２次電子ビームを偏向する第１の偏向器をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム立体形状データ取得装置。
  5. 前記マルチ検出器は、各２次電子ビームあたり２以上の検出素子を有し、
    前記アパーチャ基板と前記マルチ検出器との間に配置され、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置の変更に連動して、前記マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームがそれぞれ入射する検出素子を前記２以上の検出素子のうちで切り替えるように前記マルチ２次電子ビームを偏向する第２の偏向器をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の電子ビーム立体形状データ取得装置。
  6. 前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更するように前記アパーチャ基板を移動させる駆動機構をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の電子ビーム立体形状データ取得装置。
  7. マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
    前記マルチ１次電子ビームから所定の１次電子ビームを選択的に通過させる工程と、
    前記所定の１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出される２次電子ビームを前記所定の１次電子ビームから分離する工程と、
    複数の検出素子を有するマルチ検出器を用いて、前記所定の１次電子ビームから分離された２次電子ビームを前記複数の検出素子のうち２以上の検出素子で検出することによって、前記基板の２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得する工程と、
    前記２次電子ビームを前記２以上の検出素子に跨るように投影する工程と、
    を備えたことを特徴とする電子ビーム立体形状データ取得方法。
  8. 前記所定の１次電子ビームは、前記マルチ１次電子ビームのうち１本の１次電子ビームであること特徴とする請求項７記載の電子ビーム立体形状データ取得方法。
  9. マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
    前記マルチ１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出されるマルチ２次電子ビームを前記マルチ１次電子ビームから分離する工程と、
    前記マルチ１次電子ビームから分離された前記マルチ２次電子ビームのクロスオーバー位置に配置され、開口部が形成されたアパーチャ基板を用いて、前記マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームの軌道中心から外れた位置の各２次電子ビームの一部を通過させ、残部を遮蔽する工程と、
    複数の検出素子を有するマルチ検出器を用いて、通過した各２次電子ビームの前記一部を個別に検出する工程と、
    前記マルチ検出器を用いて、さらに、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更した状態で、通過した各２次電子ビームの前記一部を個別に検出する工程と、
    を備え、
    各２次電子ビームの軌道中心から外れた異なる２か所以上の各２次電子ビームの前記一部を検出することによって、前記基板の各２次電子ビームの放出位置の立体形状データを取得することを特徴とする電子ビーム立体形状データ取得方法。
  10. 前記マルチ２次電子ビームの軌道上であって前記アパーチャ基板の上流側に配置された第１の偏向器を用いて、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更するように前記マルチ２次電子ビームを偏向する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の電子ビーム立体形状データ取得方法。
  11. 前記マルチ検出器は、各２次電子ビームあたり２以上の検出素子を有し、
    前記アパーチャ基板と前記マルチ検出器との間に配置された第２の偏向器を用いて、前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置の変更に連動して、前記マルチ２次電子ビームの各２次電子ビームがそれぞれ入射する検出素子を前記２以上の検出素子のうちで切り替えるように前記マルチ２次電子ビームを偏向する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム立体形状データ取得装置。
  12. 前記アパーチャ基板を通過させる前記一部の位置を変更するように前記アパーチャ基板を移動させる工程をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の電子ビーム立体形状データ取得方法。
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