JP6966255B2

JP6966255B2 - 画像取得装置の光学系調整方法

Info

Publication number: JP6966255B2
Application number: JP2017155374A
Authority: JP
Inventors: 宗博小笠原; 信孝菊入; 厚司安藤
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019036403A; US10629406B2; US20190051487A1; US20200203121A1

Description

本発明は、画像取得装置の光学系調整方法に関する。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次電子画像を取得する画像取得装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。

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に代表される撮像装置では、高精度なパターン画像の取得が求められる。

パターン画像を撮像する装置の一例となる、例えば、検査装置では、拡大光学系を用いて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、レーザ光を用いて所定の倍率で撮像することによって光学画像を取得する。そして、かかる光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像とを比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅｔｏｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

上述したパターン検査装置では、レーザ光を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ことにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームを対象基板に照射して、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、パターン画像を取得する検査装置の開発も進んでいる。検査装置に代表される電子ビームを用いたパターンを撮像する装置については、シングルビームを用いる手法の他、マルチビームを用いる手法の開発も進んでいる（例えば、特許文献１参照）。

マルチビームを用いたパターンを撮像する装置では、試料面上に１次ビームとなるマルチビームを照射する１次光学系の調整と、試料面から放出されたマルチ２次電子を個別に検出するマルチ検出器の所望の位置にそれぞれ誘導する２次光学系の調整と、が必要となる。しかしながら、マルチビームを用いる場合、２次光学系の調整が終了しないとマルチ検出器により２次電子像が得られないので、２次電子像を使った１次光学系の調整ができない。逆に１次光学系の調整が終了しないと２次電子が２次光学系の光路から外れてしまい２次光学系の調整ができない。このように、２次光学系の調整が終了しないと１次光学系の調整ができず、逆に１次光学系の調整が終了しないと２次光学系の調整ができないといった矛盾が生じる。

国際公開ＷＯ２０１０／１３７２５７号公報

そこで、本発明の一態様は、マルチビームを用いた画像取得装置において、１次光学系の調整と２次光学系の調整とが可能な方法を提供する。

本発明の一態様の画像取得装置の光学系調整方法は、
マルチ１次電子ビームのうち予め設定された複数の位置の１次電子ビームについて、１本ずつ１次電子ビームを取り出す工程と、
マルチ１次電子ビームを対象物に照射したことに起因して放出されるマルチ２次電子を個別に検出可能な第１の検出器に、マルチ２次電子を誘導するための光路途中に配置された、マルチ２次電子全体を検出可能なサイズの検出面を有する可動式の第２の検出器を用いて、１本ずつ取り出された１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子を第２の検出器により検出しながら１次電子光学系を用いて当該１次電子ビームの軌道の調整を行う工程と、
１本ずつ取り出された各１次電子ビームの軌道の調整が終了後、第２の検出器を光路から光路外へと移動させた状態で、１本ずつ取り出された１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子が第１の検出器の対応する領域にて検出されるように、２次電子光学系を用いて当該２次電子の軌道の調整を行う工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、マルチ１次電子ビームが通過する位置に合わせて複数の通過孔が形成された基板と、通過孔毎に当該通過孔を挟んで対向する位置に配置された電極対とを有するブランキングアパーチャアレイ機構を用いてマルチ１次電子ビームのうち所望の１本の１次電子ビーム以外の残りの１次電子ビームをビームＯＦＦになるように偏向することによって、１本ずつ１次電子ビームが取り出されるように構成すると好適である。

或いは、マルチ１次電子ビームのうち所望の１本の１次電子ビームを通過させる開口部を有して、残りの１次電子ビームを遮蔽する可動式シャッターを用いて、１本ずつ１次電子ビームが取り出されるように構成しても好適である。

本発明の他の態様の画像取得装置の光学系調整方法は、
マルチ１次電子ビームのうち予め設定された複数の位置の１次電子ビームについて、１本ずつ１次電子ビームを取り出す工程と、
マルチ１次電子ビームを対象物に照射したことに起因して放出されるマルチ２次電子を個別に検出可能な第１の検出器に、マルチ２次電子を誘導するための光路途中に配置された偏向器によって２次電子の軌道偏向を行うことにより、マルチ２次電子全体を検出可能なサイズの検出面を有する第２の検出器を用いて、１本ずつ取り出された１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子を第２の検出器により検出しながら１次電子光学系を用いて当該１次電子ビームの軌道の調整を行う工程と、
１本ずつ取り出された各１次電子ビームの軌道の調整が終了後、偏向器による第２の検出器への２次電子の軌道偏向が取り止められた状態で、１本ずつ取り出された１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子が第１の検出器の対応する領域にて検出されるように、２次電子光学系を用いて当該２次電子の軌道の調整を行う工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、第２の検出器として、領域分割型の検出器が用いられると好適である。

本発明の一態様によれば、マルチビームを用いた画像取得装置において、１次光学系の調整と２次光学系の調整とができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。実施の形態１における検査装置の光学系調整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におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。実施の形態１の個別ブランキング機構の一例を示す図である。実施の形態１における個別ビーム取り出し機構の他の一例を示す図である。実施の形態１における透過マークの構成の一例を示す断面図である。実施の形態１における２次電子軌道の粗調整の仕方を説明するための図である。実施の形態１における広域検出器での検出位置の一例を示す図である。実施の形態１における１次電子光学系の調整を説明するための図である。実施の形態１における位置測定用パターンの一例を示す図である。実施の形態１における焦点調整用パターンの一例を示す図である。実施の形態１における広域検出器の他の一例を示す図である。実施の形態１における２次電子光学系の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次電子画像の取得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を示す内部構成図の一例である。実施の形態２におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。実施の形態３におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。実施の形態３におけるパターン検査装置の構成の一部の変形例を示す構成図である。実施の形態４におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。

以下、実施の形態において、基板の画像を取得する装置の一例として、電子ビームによるマルチビームを被検査基板に照射して２次電子画像を撮像する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。電子ビームの他に、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。マルチビームを用いて画像を取得する装置であれば、検査装置でなくても構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、画像取得装置の一例である。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、パターンメモリ１２３、駆動機構１３２、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、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、縮小レンズ２１３、ビームセパレーター２１４、リターディング電極２２０、マルチ検出器２２２、投影レンズ２２４，２２６、偏向器２２８、広域検出器２３０、及びアライメントコイル２３２，２３４が配置されている。

検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１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には、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には、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。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。また、ＸＹステージ１０５上には、マークパターンが異なるマーク２１７，２１８、及びビーム入射域を制限した透過マーク２１９が配置される。マーク２１７，２１８、及び透過マーク２１９の表面高さは基板１０１表面の高さに合わせると好適である。

マルチ検出器２２２及び広域検出器２３０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、パターンメモリ１２３に接続される。また、電子ビームカラム１０２及び検査室１０３内は、図示しない真空ポンプによって排気され、真空状態が形成されている。
広域検出器２３０としては、例えば、半導体検出器、表面に帯電防止様に膜をつけたプラスチックシンチレータに光電子検出器を接続したものを用いることも出来るし、単に導体で出来た板に電流計をつないだものを用いることも出来る。この場合流入電流測定の精度の点からは炭素等の2次電子発生効率の低い材料を表面に用いることが有利である。

例えば、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、縮小レンズ２０５、縮小レンズ２１３、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって、１次電子光学系が構成される。但し、これに限るものではなく、１次電子光学系に、その他のコイル、レンズ、或いは偏向器等が含まれても構わない。また、例えば、ビームセパレーター２１４、投影レンズ２２４，２２６、偏向器２２８、及びアライメントコイル２３２，２３４によって、２次電子光学系が構成される。但し、これに限るものではなく、２次電子光学系に、その他のコイル、レンズ、或いは偏向器等が含まれても構わない。

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、リターディング制御回路１２９、搬入／搬出制御回路１３０、検出回路１３４、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、パターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。

電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極（アノード）間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（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、縮小レンズ２０５、縮小レンズ２１３、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４によって制御される。一括ブランキング偏向器２１２、及び偏向器２２８は、それぞれ少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。電極２２０は、中央部に貫通する通過孔が形成された円盤上に構成され、リターディング制御回路１２９によって、基板１０１と共に制御される。

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、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図３のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。次に検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜２０ｄ（図１の実線）が形成される。

形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（１次電子ビーム）は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過し、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、成形アパーチャアレイ基板２０３（ブランキングアパーチャアレイ機構２０４）と縮小レンズ２０５との間に配置された一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｄ全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビーム群により、検査用のマルチビーム２０ａ〜２０ｄが形成される。

制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、縮小レンズ２１３によって、光軸に向かって屈折させられ、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成する。そして、マルチビーム２０のクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過した後、対物レンズ２０７に進む。ビームセパレーター２１４を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、基板１０１にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）を結像する。その際、マルチビーム２０ａ〜２０ｄは、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、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、電極２２０の中央部の通過孔を通過して、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。かかる場合に、主偏向器２０８によって、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。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合にはさらに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の複数の穴２２の配列ピッチに上述した所望の縮小率（１／ａ）を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状の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の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子３００）（図１の点線）が放出される。

ここで、電極２２０と基盤１０１との間に、リターディング制御回路１２９によって、所望の基板上への１次電子ビームの入射エネルギーが得られる様に電圧が印加される。電極２２０は電子ビームカラム１０２と同じくグラウンド電位、基板１０１を所定の負電位に設定する。これにより、真空下で、高いエネルギーで加速された１次電子ビーム（マルチビーム２０）を基板１０１に突入する直前に減速させると共に、基板１０１から放出される低いエネルギーの２次電子（マルチ２次電子３００）をマルチ検出器２２２側に加速させることができる。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、電極２２０の通過孔を通過した後、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、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（例えば、ウィーンフィルタ）はマルチビーム２０が進む方向（光軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０（１次電子ビーム）には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子３００は斜め上方に曲げられる。

斜め上方に曲げられたマルチ２次電子３００は、広域検出器２３０が光路上に搬入されていない状態において、投影レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２は、例えば図示しないダイオード型の２次元センサを有する。そして、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを後述する画素毎に生成する。ＸＹステージ１０５が移動しながらスキャン動作を行う場合には、ＸＹステージ１０５の移動に伴いマルチ検出器２２２におけるマルチ２次電子３００の各２次電子の検出位置がずれないように、偏向器２２８が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、マルチ２次電子３００を偏向する（トラッキング制御する）。

以上のように、検査装置１００には、マルチビーム２０（１次電子ビーム）の軌道（照射位置及び焦点等）を調整する１次電子光学系と、マルチ２次電子３００（２次電子）の軌道（照射位置及び焦点等）を調整する２次電子光学系とが配置される。しかし、１次電子光学系及び２次電子光学系の調整（ビーム調整）ができていない状態では、上述したような電子の軌道は通常得られない。そのため、１次電子光学系及び２次電子光学系の調整が必要となる。

図３は、実施の形態１における検査装置の光学系調整方法の要部工程を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における検査装置の光学系調整方法は、広域検出器搬入工程（Ｓ１０２）と、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）と、１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）と、２次電子軌道粗調整工程（Ｓ１１０）と、１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）と、広域検出器搬出工程（Ｓ１１４）と、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）と、２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

かかる工程群のうち、広域検出器搬入工程（Ｓ１０２）と、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）と、１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）と、２次電子軌道粗調整工程（Ｓ１１０）と、１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２と、によって１次電子光学系の調整が実行される。広域検出器搬出工程（Ｓ１１４）と、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）と、２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、によって２次電子光学系の調整が実行される。

広域検出器搬入工程（Ｓ１０２）として、搬入／搬出制御回路１３０による制御のもと、駆動機構１３２は、マルチビーム２０を対象物に照射したことに起因して放出されるマルチ２次電子３００を個別に検出可能なマルチ検出器２２２（第１の検出器）にマルチ２次電子３００を誘導するための光路途中に広域検出器２３０を搬入し、配置する。広域検出器２３０（第２の検出器）は、可動式であって、マルチ２次電子３００全体を検出可能なサイズの検出面を有する。

具体的には、広域検出器２３０は、ビームセパレーター２１４と投影レンズ２２４との間の光路途中に配置される。ここで、設計パラメータを初期値として１次電子光学系及び２次電子光学系にそれぞれ設定したとしても、マルチビーム２０の各ビームが照射される基板１０１上の位置が所望の位置からずれてしまう場合がある。かかるマルチビーム２０の各ビームの照射位置は、マルチ検出器２２２に２次電子が到達することによって２次電子像が得られることで確認が可能となる。そのため、まずはマルチ検出器２２２まで２次電子を到達させることが必要となる。しかしながら、ビームセパレーター２１４により２次電子が曲げられた２次電子の進む方向の角度が所望する角度からずれると、マルチ検出器２２２まで２次電子が到達しなくなってしまう場合が生じ得る。マルチビーム２０の各ビームが照射される基板１０１上の位置が変われば、ビームセパレーター２１４により曲げられた２次電子の進む方向も変わってしまう。そして、検出面での位置ずれ量はビームセパレーター２１４からの距離に比例して大きくなる。実施の形態１における検査装置１００では、ビームセパレーター２１４からマルチ検出器２２２までの距離が離れているので、ビームセパレーター２１４より曲げられた２次電子の進む方向の角度のずれが検出面での位置ずれに及ぼす影響が大きい。よって、１次電子光学系の調整（ビーム調整）ができていない状態では、ビームセパレーター２１４の設定が仮に合っていたとしても、ビームセパレーター２１４から遠いマルチ検出器２２２では位置ずれ量が大きすぎてそもそも２次電子を検出すること自体が難しい状態が起こり得る。その結果、２次電子像が得られず、１次電子光学系の調整自体が困難となる。そこで、実施の形態１では、マルチ検出器２２２に比べてビームセパレーター２１４からの距離が近い（短い）位置に広域検出器２３０を配置する。これにより、ビームセパレーター２１４より曲げられた２次電子の進む方向の角度のずれが位置ずれに及ぼす影響を大幅に下げることができる。また、広域検出器２３０は、１次電子光学系の調整とビームセパレーター２１４の調整とが完了していれば、マルチビーム２０の照射領域全体のいずれから放出される２次電子でも検出可能な広域サイズの検出面を有している。よって、マルチビーム２０の各ビームが照射される基板１０１上の位置がずれていた場合でも、少なくともいずれかのビームに対応する２次電子の検出は広域検出器２３０によって容易にできる。マルチビーム２０の１次電子光学系の調整は、同じ設定値で各ビームが所望の照射位置になるように調整することになるが、少なくとも１本のビームの調整ができれば、残りのビームも所望の位置に近づけることができる。その結果、残りのビームに対応する２次電子の検出も広域検出器２３０によって可能にできる。

１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）として、マルチビーム２０（マルチ１次電子ビーム）のうち予め設定された複数の位置のビーム（１次電子ビーム）について、１本ずつビームを取り出す。上述したように、マルチビーム２０の１次電子光学系の調整は、同じ設定値で各ビームが所望の照射位置になるように調整する。そのために、１本ずつビームを調整する。よって、マルチビーム２０から各ビームを１本ずつ取り出すことが必要となる。例えば、ｍ_１列×ｎ_１段のマルチビーム２０の中心ビームと、４隅のビームを順に取り出す。

ここで、実施の形態１では、一括ブランキング偏向器２１２によるマルチビーム２０の一括ブランキング偏向の他に、さらに、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によるマルチビーム２０の各ビームの個別ブランキング偏向が可能に構成される。

図４は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の構成を示す断面図である。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図４に示すように、支持台３３上に例えばシリコン等からなる基板３１が配置される。基板３１の中央部は、例えば裏面側から薄く削られ、薄い膜厚ｈのメンブレン領域３０（第１の領域）に加工されている。メンブレン領域３０を取り囲む周囲は、厚い膜厚Ｈの外周領域３２（第２の領域）となる。メンブレン領域３０の上面と外周領域３２の上面とは、同じ高さ位置、或いは、実質的に高さ位置になるように形成されると好適である。基板３１は、外周領域３２の裏面で支持台３３上に保持される。支持台３３の中央部は開口しており、メンブレン領域３０の位置は、支持台３３の開口した領域に位置している。

メンブレン領域３０には、図２に示した成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビーム２０のそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が開口される。言い換えれば、基板３１のメンブレン領域３０には、電子線を用いたマルチビームのそれぞれ対応するビームが通過する複数の通過孔２５がアレイ状に形成される。そして、基板３１のメンブレン領域３０上であって、複数の通過孔２５のうち対応する通過孔２５を挟んで対向する位置に２つの電極を有する複数の電極対がそれぞれ配置される。具体的には、メンブレン領域３０上に、図４に示すように、各通過孔２５の近傍位置に当該通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の制御電極２４と対向電極２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、基板３１上には、各通過孔２５用の制御電極２４に偏向電圧を印加する配線（図示せず）が形成される。各制御電極２４への個別の偏向電圧印加のＯＮ／ＯＦＦは、ブランキング制御回路１２６によって制御される。また、各ビーム用の対向電極２６は、グランド接続される。

図５は、実施の形態１の個別ブランキング機構の一例を示す図である。図５において、ブランキング制御回路１２６内には、各制御電極２４へ偏向電圧を個別に印加するための個別制御回路４１が形成される。各制御回路４１内には、アンプ４６（スイッチング回路の一例）が配置される。図５の例では、アンプ４６の一例として、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭＯＳ）インバータ回路が配置される。そして、ＣＭＯＳインバータ回路は正の電位（Ｖｄｄ：ブランキング電位：第１の電位）（例えば、５Ｖ）（第１の電位）とグランド電位（ＧＮＤ：第２の電位）に接続される。ＣＭＯＳインバータ回路の出力線（ＯＵＴ）は制御電極２４に接続される。一方、対向電極２６は、グランド電位が印加される。

ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）には、閾値電圧よりも低くなるＬ（ｌｏｗ）電位（例えばグランド電位）と、閾値電圧以上となるＨ（ｈｉｇｈ）電位（例えば、１．５Ｖ）とのいずれかが制御信号として印加される。実施の形態１では、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＬ電位が印加される状態では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）は正電位（Ｖｄｄ）となり、対向電極２６のグランド電位との電位差による電界により対応ビーム２０を偏向し、制限アパーチャ基板２０６で遮蔽することでビームＯＦＦになるように制御する。一方、ＣＭＯＳインバータ回路の入力（ＩＮ）にＨ電位が印加される状態（アクティブ状態）では、ＣＭＯＳインバータ回路の出力（ＯＵＴ）はグランド電位となり、対向電極２６のグランド電位との電位差が無くなり対応ビーム２０を偏向しないので制限アパーチャ基板２０６を通過することでビームＯＮになるように制御する。

各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの制御電極２４と対向電極２６に印加される電圧によって個別に偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。具体的には、制御電極２４と対向電極２６の組は、それぞれ対応するスイッチング回路となるＣＭＯＳインバータ回路によって切り替えられる電位によってマルチビームの対応ビームをそれぞれ個別にブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。
個別ブランキング機構としては、ブランキング制御回路１２６内に上述したようなＣＭＯＳ回路を基板上に形成したものではなくても良い。例えば、ブランキング制御回路１２６内に、DC電源とリレイ回路とからなる簡易な電源回路を配置して、ブランキング制御回路１２６からブランキングアパーチャアレイ機構２０４の各電極に所望の電位を印加するように制御しても良い。また、ブランキング電極２４，２６と通過孔とを形成した個別ブランキングアパーチャアレイ機構に上記CMOS回路等の駆動回路を直接形成することも出来る。

実施の形態１では、以上のように、マルチビーム２０が通過する位置に合わせて複数の通過孔２５が形成された基板３１と、通過孔２５毎に当該通過孔２５を挟んで対向する位置に配置された電極対（２４，２６）とを有するブランキングアパーチャアレイ機構２０４を用いてマルチビーム２０のうち所望の１本のビーム以外の残りのビームをビームＯＦＦになるように偏向することによって、１本ずつビームを取り出す。

かかるブランキングアパーチャアレイ機構２０４による各ビームの個別ブランキング制御は、検査装置１００の光学系調整時に利用される。光学系調整後の通常のパターン検査の間は、すべてのビームがビームＯＮになるように制御される。そして、通常のパターン検査の間、マルチビーム２０は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＮ／ＯＦＦが一括して制御される。なお、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４の各ブランカーを同期させて、同じタイミングですべてのビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことで、一括ブランキング偏向器２１２の動作と同様の動作をすることもできる。かかる場合には、一括ブランキング偏向器２１２を省略しても構わない。

図６は、実施の形態１における個別ビーム取り出し機構の他の一例を示す図である。図６では、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４の代わりに、シャッター機構２１５を配置する場合を示している。かかるシャッター機構２１５により、マルチビーム２０の中から１本のビームを取り出すように構成しても好適である。シャッター機構２１５は、成形アパーチャアレイ基板２０３に形成される複数の穴２２の配置ピッチから穴２２の直径サイズを差し引いたサイズより小さく、各穴２２のサイズよりも大きい少なくとも１つの開口部２１が形成されたシャッター板２３を有している。このように、マルチビーム２０のうち所望の１本のビームを通過させる開口部２１を有して、残りのビームを遮蔽する可動式シャッター機構２１５を用いて、１本ずつ１次電子ビームが取り出される。具体的には、シャッター板２３と成形アパーチャアレイ基板２０３とを重ね合わせた場合に、シャッター機構２１５の図示しない駆動機構によりシャッター板２３を平面移動させることで、開口部２１を複数の穴２２のいずれか１つと重なり、他の穴２２をシャッター板２３にて遮蔽する位置に配置する。逆にシャッター板２３を平面移動させることで、すべての穴２２をビームが通過可能に開放する。ここで、シャッター板２３は、成形アパーチャアレイ基板２０３の上方に配置されると好適である。これにより、電子ビーム２００のうち、開口部２１を通過する１本のビーム以外の部分はシャッター板２３により遮蔽でき、成形アパーチャアレイ基板２０３に不必要な電子ビームエネルギーを加えないようにできる。それにより、マルチビーム２０のサイズを決定する穴２２の変形等の形状劣化を抑制できる。

１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）として、取り出された１本のビームの照射位置の粗調整を順に行う。ビームセパレーター２１４の設定が仮にできていたとしても、マルチビーム２０から取り出された１本のビームの照射位置が設計位置からあまりにも遠くにずれていた場合、広域検出器２３０であっても２次電子を検出することが難しい。そこで、まずは、取り出された１本ずつのビームの照射位置の粗調整を順に行う。

図７は、実施の形態１における透過マークの構成の一例を示す断面図である。図７の例では、透過マーク２１９の上面には直径Ｄの貫通孔が形成される。貫通孔の直径Ｄは、マルチビーム２０のビーム間ピッチＰｘ’（及びＰｙ’）より小さいと好適である。但し、ここでは粗調整なので、例えば、数ピッチ分のサイズであっても構わない。そして、透過マーク２１９の上面の高さ位置が、基板１０１上面と同じ高さ位置になるように調整される。透過マーク２１９内部は、上面に形成される貫通孔の下側に位置する領域が空洞に形成され、貫通孔を通過した測定対象のビーム２０ｉは、電流検出器２２１に入射する。そして、電流検出器２２１は、入射されたビームｉの電流値を測定する。電流検出器２２１で検出されたデータは、検出回路１３４に出力され、アナログデータからデジタルデータに変換の上、増幅されて位置回路１０７に出力される。かかる透過マーク２１９上を取り出されたビーム２０ｉで走査する。まずは、取り出されたビーム２０ｉの走査範囲に透過マーク２１９が位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。取り出されたビーム２０ｉの走査は、偏向器２０８で偏向することで行うことができる。そして、電流値データの強度のピーク位置を当該ビームの位置として検出することができる。

そして、検出される当該ビームの位置が、設計位置から予め設定された閾値内に入るように１次電子光学系の粗調整を行うことにより当該ビームの位置を粗調整する。ビームの位置調整は、１次電子光学系を構成する各電磁レンズの他、図示しないアライメントコイルを用いても構わない。

２次電子軌道粗調整工程（Ｓ１１０）として、マルチビーム２０から取り出された１本のビームの照射によって放出される２次電子が広域検出器２３０により検出可能な軌道に粗調整する。具体的には、ビームセパレーター２１４の設定値を調整する。ビームセパレーター２１４が発生する電場と磁場の強度を調整することでビームが曲がる方向を調整できる。

図８は、実施の形態１における２次電子軌道の粗調整の仕方を説明するための図である。透過マーク２１９を使った１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）は既に終わっているので、ビームセパレーター２１４の設定を設計値に合わせることにより、ビームセパレーター２１４により軌道を曲げられた２次電子３０１は、広域検出器２３０の検出面に到達する場合が多い。特に、マルチビーム２０の中心ビームを対象ビームとする場合には、２次電子３０１は、広域検出器２３０の検出面に通常到達する。しかし、広域検出器２３０で検出できない場合には、ビームセパレーター２１４の設定値を調整して、対象ビームの照射によって放出される２次電子３０１を広域検出器２３０の検出面に当てる。ビームセパレーター２１４の調整だけでは２次電子３０１を広域検出器２３０の検出面に当てることが難しい場合には、アライメントコイル２３２を使って２次電子３０１の軌道を広域検出器２３０の検出面に当てるように調整しても構わない。広域検出器２３０の検出面に当たったかどうかは、広域検出器２３０で２次電子３０１を検出できたかどうかで判断できる。

図９は、実施の形態１における広域検出器での検出位置の一例を示す図である。図９の例では、広域検出器２３０の矩形の検出面の右寄りのやや上方の位置で２次電子３０１が検出される場合を示している。広域検出器２３０の検出面は上述したように広域サイズなので、２次電子３０１を検出しやすい反面、検出面のどの位置で検出したのかその検出位置を特定することはできない。よって、２次電子３０１の軌道がそのままの状態で、マルチ検出器２２２の所望の位置に到達できるわけではない。しかし広域検出器２３０で対象ビームの２次電子３０１を検出できることで、２次電子３０１の像を取得できる。

１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）として、広域検出器２３０（第２の検出器）を用いて、１本ずつ取り出されたビーム（１次電子ビーム）毎に、当該ビームに対応する２次電子３０１を広域検出器２３０により検出しながら１次電子光学系を用いて当該対象ビームの軌道の調整を行う。

図１０は、実施の形態１における１次電子光学系の調整を説明するための図である。図１０では、説明を簡略化するために、１次電子光学系の一部の光学系の記載を省略している。１次電子光学系の調整は、ビーム１本ずつ行う。ここでは、マルチビーム２０の中心ビームを使って、まずは調整し、その後、マルチビーム２０の４隅のビームを１本ずつ使って調整すると好適である。但し、これに限るものではない。マルチビーム２０の中心ビームを使わずに、マルチビーム２０の４隅のビームを１本ずつ使って調整するだけでも構わない。或いは、マルチビーム２０のその他のビームを１本ずつ使って調整しても良い。図１０において、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によって１本だけが取り出された対象ビームは、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６等を通過し、対物レンズ２０７によってマーク２１７，２１８，２１９のいずれかに照射される。実施の形態１において、１次電子ビーム位置の粗調整は、上述したように透過マーク２１９をスキャンすることによって行われる。１次電子ビームの調整（微調整）は、例えば、照射位置の調整と焦点調整とを行う。１次電子ビーム位置の調整（微調整）は、位置測定用パターンが形成されたマーク２１７をスキャンすることによって行われる。１次電子ビームの焦点調整は、焦点調整用パターンが形成されたマーク２１８をスキャンすることによって行われる。

図１１は、実施の形態１における位置測定用パターンの一例を示す図である。マーク２１７の表面には、図１１に示すように、位置測定用パターン１２として、十字マークパターンが形成される。そして、まずは、取り出されたビーム２０ｉの走査範囲にマーク２１７の十字マークパターンが位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、かかるマーク２１７上を取り出されたビーム２０ｉで走査する。取り出されたビーム２０ｉの走査は、偏向器２０８で偏向することで行うことができる。十字マークパターンの中心を挟んでｘ方向、及びｙ方向にそれぞれ２か所ずつスキャンし、マーク２１７から放出される２次電子を広域検出器２３０で検出する。広域検出器２３０によって検出された２次電子３０１の検出データ（２次電子画像）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、パターンメモリ１２３に格納される。そして、比較回路１０８を介して位置回路１０７に転送される。位置回路１０７では、別途、レーザ測長システム１２２によって４か所のスキャン位置を測定しているので、画像強度のｘ方向２か所のピーク位置を結んだ線とｙ方向２か所のピーク位置を結んだ線との交点の位置を、取り出された対象ビーム２０ｉの照射位置として測定する。そして、レンズ制御回路１２４は、かかる対象ビーム２０ｉの照射位置が所望の位置（設計位置）になるように１次電子光学系を構成する各種レンズを調整する。例えば、ビームの屈折角度を調整することによって最終的な対象ビーム２０ｉの基板１０１面高さにおける照射位置の調整を行う。ビームの位置調整は、１次電子光学系を構成する各電磁レンズの他、光軸等のずれについては図示しないアライメントコイルを用いても構わない。次に焦点調整を行う。

図１２は、実施の形態１における焦点調整用パターンの一例を示す図である。マーク２１８の表面には、図１２に示すように、焦点調整用パターン１４として、サイズの異なる複数の円パターンが形成される。かかる複数の円パターンのサイズは、所望のビーム分解能を挟んで分解能限界未満のサイズから分解能限界よりも大きいサイズまで形成される。例えば、炭素材料上に金の微粒子を分散させることで形成できる。そして、まずは、取り出されたビーム２０ｉの走査範囲にマーク２１８の焦点調整用パターン１４が位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、かかるマーク２１８上を取り出されたビーム２０ｉで走査する。取り出されたビーム２０ｉの走査は、偏向器２０８で偏向することで行うことができる。スキャンし、マーク２１８から放出される２次電子を広域検出器２３０で検出する。広域検出器２３０によって検出された２次電子３０１の検出データ（２次電子画像）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、パターンメモリ１２３に格納される。そして、比較回路１０８を介してレンズ制御回路１２４に転送される。レンズ制御回路１２４は、複数の円パターンのうち所望のビーム分解能の像が得られるように対物レンズ２０７で対象ビーム２０ｉの基板１０１面高さに焦点を調整する。

以上のようにして、１次電子光学系を用いて取り出された当該ビームの軌道の調整（照射位置及び焦点）を行う。さらにレンズを増やせば、当該ビームの倍率、回転、或いは非点等の調整もできる。こうして得られた１次電子ビームの位置及び電流分布、及び個別のビーム形状等は図示していないメモリに記憶され、検査実施時に使用される。
また、上記に説明した方法に加えて、例えば、図１の例で、ブランキングアパーチャアレイ２０４の下流に１本のビームに１組の偏向器が割り当てられた偏向電極アレイを設けた構成としておき、個別ビームの位置を微調整することも可能である。偏向電極アレイの構造としては、ブランキングアパーチャアレイに似た構成として、２対また４対の偏向電極を、開口を囲む様に配置して、それぞれの電極に所定の電位を加えることで偏向電場を発生させ、ビーム軌道を曲げる方式が望ましい。また、個別ビームの調整精度としては若干劣るが、１組の偏向器に複数のビームを割り当てる方式を取り必要な電源数を減らすことも出来る。各電極への配線は偏向電極アレイ基板の外部と接続され、大気中に設置された図示されていない個別偏向調整電源と接続される。個別偏向調整電源から、各電極が所定の電位を得る様に電圧を供給する。

そして、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）から１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）までの各工程をマルチビーム２０の中心ビーム及び４隅のビームについて実施し、マルチビーム２０全体について同じレンズ条件で同程度な２次電子像がそれぞれ得られるように１次電子光学系を調整する。かかる調整により、マルチビーム２０の照射位置および焦点が合わされる（１次電子光学系の調整完了）。また、かかる調整により、マルチ２次電子３００の外側の各２次電子が検出されるようになっているので、既に、マルチ２次電子３００全体が、広域検出器２３０で検出できていることになる。

ここで、上述した図９に示す広域検出器２３０の検出面では、２次電子３０１の検出はできても、その位置を識別することは困難である。そのため、マルチビーム２０の４隅のビームすべての対応する２次電子３０１を広域検出器２３０の検出面内に導く際にそれぞれの位置を想定しながら調整する必要があり、その分の手間がかかる。

図１３は、実施の形態１における広域検出器の他の一例を示す図である。図１３の例では、広域検出器２３０として、領域分割型の検出器を用いる場合を示している。ここでは、検出面が例えば３×３の９分割型の検出器を用いている。例えば、マルチビーム２０の中心ビームを取り出した場合に、かかる中心ビームの２次電子３０１が３×３の９分割面のうち、中心領域面で検出されるように調整することができる。同様に、マルチビーム２０の４隅のビームのうち、右上角のビームは、３×３の９分割面のうち例えば右上領域面で検出されるように調整することができる。同様に、右下角のビームは、３×３の９分割面のうち例えば右下領域面で検出されるように調整することができる。同様に、左上角のビームは、３×３の９分割面のうち例えば左上領域面で検出されるように調整することができる。同様に、左下角のビームは、３×３の９分割面のうち例えば左下領域面で検出されるように調整することができる。このように、それぞれの位置に応じた検出面で順に検出するように調整すれば、広域検出器２３０の検出面内に導く際にそれぞれの位置が大まかにわかるので、位置を想定しながら調整する手間がかからないようにできる。

以上のようにして、１次電子光学系の調整が完了したら、次に、２次電子光学系の調整を行う。

広域検出器搬出工程（Ｓ１１４）として、搬入／搬出制御回路１３０による制御のもと、駆動機構１３２は、広域検出器２３０を光路から光路外へと移動させる。これにより、マルチ２次電子３００を２次電子光学系の光路内へと進ませることができる。

１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）として、マルチビーム２０（マルチ１次電子ビーム）のうち予め設定された複数の位置のビーム（１次電子ビーム）について、１本ずつビームを取り出す。各ビームの取り出しは、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によって対象ビームをビームＯＮ、残りのビームをすべてビームＯＦＦに制御すればよい。まずは、マルチビーム２０の中心ビームから調整していくと好適である。

２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）として、１本ずつ取り出された各ビーム（１次電子ビーム）の１次電子光学系での軌道の調整が終了後、広域検出器２３０を光路から光路外へと移動させた状態で、１本ずつ取り出されたビーム（１次電子ビーム）毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子３０１がマルチ検出器２２２の対応する領域にて検出されるように、２次電子光学系を用いて当該２次電子３０１の軌道の調整を行う。

図１４は、実施の形態１における２次電子光学系の調整を説明するための図である。図１４では、説明を簡略化するために、１次電子光学系の一部の光学系の記載を省略している。２次電子光学系の調整は、ビーム１本ずつ行う。ここでは、マルチビーム２０の中心ビームを使って、まずは調整し、その後、残りのビームを１本ずつ使って調整すると好適である。但し、これに限るものではない。マルチビーム２０の中心ビームを使わずに、マルチビーム２０の他のビームから調整を開始しても構わない。図１４において、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４によって１本だけが取り出された対象ビームは、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６等を通過し、対物レンズ２０７によってマーク２１８に照射される。２次電子光学系の調整では、各ビームに対応する２次電子３０１がそれぞれマルチ検出器２２２の予め設定された位置の素子で検出されること、及び、かかる検出面に焦点を合わせることが求められる。レンズ制御回路１２４は、かかる対象ビーム２０ｉの対応する２次電子３０１がマルチ検出器２２２の所望の位置（設計位置）で検出されるように２次電子光学系を構成する各種レンズを調整する。

例えば、取り出されたビーム２０ｉの照射位置にマーク２１８の焦点調整用パターン１４が位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、かかるマーク２１８に取り出されたビーム２０ｉを照射する。マーク２１８から放出される２次電子３０１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２次電子３０１の検出データ（２次電子画像）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、パターンメモリ１２３に格納される。そして、検査される電流分布のピークがマルチ検出器２２２の予め設定された素子（位置）になるように２次電子光学系を調整する。ビームの位置調整は、２次電子光学系を構成する投影レンズ２２４，２２６の他、光軸等のずれについてはアライメントコイル２３を用いても構わない。次に焦点調整を行う。

まずは、取り出されたビーム２０ｉの走査範囲にマーク２１８の焦点調整用パターン１４が位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、かかるマーク２１８上を取り出されたビーム２０ｉで走査する。取り出されたビーム２０ｉの走査は、偏向器２０８で偏向することで行うことができる。スキャンし、マーク２１８から放出される２次電子３０１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２次電子３０１の検出データ（２次電子画像）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、パターンメモリ１２３に格納される。そして、比較回路１０８を介してレンズ制御回路１２４に転送される。レンズ制御回路１２４は、複数の円パターンのうち所望のビーム分解能の像が得られるように投影レンズ２２６で対象ビーム２０ｉの２次電子３０１をマルチ検出器２２２の検出面高さに焦点を調整する。

以上のようにして、２次電子光学系を用いて取り出された当該ビームに対応する２次電子３０１の軌道の調整（照射位置及び焦点）を行う。
また、１次電子ビーム系の入射位置を調整して、マルチ検出器２２２の検出素子の所望の位置に２次電子の到達位置が近づく様に１次ビームの入射位置を微調整することも可能である。更に、１次電子ビーム系が個別の偏向器アレイを有していて、１次ビームの入射位置を個別に調整出来る場合は、マルチ検出器２２２の検出素子の所望の位置に２次電子の入射位置が到達する様に１次ビームの入射位置を微調整することも可能である。
或いは、２次電子系にも個別の２次電子ビームに対応した偏向器アレイを設けておいて、２次電子ビーム用偏向器アレイの各開口を対応する２次電子ビームが通過する様に調整しておく。２次電子がマルチ検出器２２２の検出素子の所望の位置に到達する様に微調整することも出来る。或いは、個別ビームの調整精度としては若干劣るが、各開口に複数の２次電子ビームを対応させることで回路を少なくすることも出来る。

判定工程（Ｓ１２０）として、制御計算機１１０は、すべてのビームについての調整が終了したかどうかを判定する。そして、すべてもビームの調整が終了するまで、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）から２次電子ビーム調整工程（Ｓ１１８）までの各工程を繰り返し、マルチビーム２０全体について同じレンズ条件でマルチ検出器２２２のそれぞれ所望する検出領域にて検出されると共に、同程度な２次電子像がそれぞれ得られるように２次電子光学系を調整する。かかる調整により、マルチビーム２０の照射位置および焦点が合わされる（２次電子光学系の調整完了）。

実施の形態１では、１次電子光学系の調整によって、マルチ２次電子３００が２次電子光学系の制御範囲内に進むので、２次電子光学系の調整が容易にできる。実際にはほとんど手間がかからずに済ますことができる。さらに、実施の形態１では、１次電子光学系の調整後、電子ビームカラム１０２内を大気開放することなく２次電子光学系の調整ができる。

以上のように、検査装置１００の光学系が調整されることによって、２次電子画像（ＳＥＭ画像）を取得できる。そして、取得される２次電子画像を使って、検査対象の基板１０１の検査を行う。

図１５は、実施の形態１における２次電子画像の取得を説明するための図である。図１５では、説明を簡略化するために、１次電子光学系の一部の光学系の記載を省略している。まずは、ＸＹステージ１０５に検査対象の基板１０１を配置する。そして、後述するように、マルチビーム２０の照射範囲に基板１０１が位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、上述したように、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により、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜２０ｄが形成される。そして、形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（１次電子ビーム）は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過し、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、縮小レンズ２１３（図示せず）、及びビームセパレーター２１４を通過した後、対物レンズ２０７に進む。マルチビーム２０ａ〜２０ｄは、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、基板１０１にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）を結像する。その際、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、一括して偏向され、基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含むマルチ２次電子３００が放出される。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、ビームセパレーター２１４によって、２次電子光学系へと軌道が曲げられる。そして、斜め上方に曲げられたマルチ２次電子３００は、広域検出器２３０が光路上に搬入されていない状態において、投影レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。以上のようにして、画像取得機構１５０は、対物レンズ２０７を用いて焦点が基板１０１に合わせられたマルチビーム２０（電子ビーム）が基板１０１に照射されることに起因して基板１０１から放出された反射電子を含むマルチ２次電子３００を検出して、基板１０１の画像を取得する。画像取得機構１５０の動作は、上述した内容に加えて、以下のように動作する。

図１６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１６の例では、基板１０１が半導体基板（ウェハ）の場合を示している。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。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３３３に分割される。実施の形態１では、かかるマスクダイ３３３が単位検査領域となる。

図１７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１７において、各マスクダイ３３３は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、測定用画素３６（単位照射領域）となる。図１７の例では、８×８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、（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）×（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１７の例では、照射領域３４がマスクダイ３３３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３３３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１７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１７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３３３毎にスキャン（走査）される。図１７の例では、ある１つのマスクダイ３３３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３３３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。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３３３の基準位置にマルチビーム２０全体を一括偏向する。その位置でＸＹステージ１０５を停止させ、当該マスクダイ３３３を照射領域３４として当該マスクダイ３３３内を走査（スキャン動作）する。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合には、主偏向器２０８によって、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。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１７の例では、副偏向器２０９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、副偏向器２０９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、副偏向器２０９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と同数の複数のショットに応じた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３３３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３３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次のマスクダイ３３３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３３３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３００が放出され、検出器２２２にて検出される。実施の形態１では、検出器２２２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３００を測定用画素３６毎（或いはサブ照射領域２９毎）に検出する。

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３３３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３３３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３３３よりも小さい場合には、当該マスクダイ３３３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３３３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３３３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３３３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３３３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３３３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、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、マルチビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、マルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子の検出データ（２次電子画像）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、パターンメモリ１２３に格納される。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。

図１８は、実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図１８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、分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０が配置される。分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０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。分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

図１８では、ダイ−データベース検査とダイ−ダイ検査との両方を実施することが可能な構成を示している。ダイ−ダイ検査のみを行い、ダイ−データベース検査を行わない場合には、図１８の構成における記憶装置５２及び図１における参照画像作成回路１１２は無くても構わない。まずは、ダイ−データベース検査について説明する。画像取得機構１５０の具体的動作は上述した通りである。測定画像の一例となるチップパターンデータは上述したように比較回路１０８に転送される。比較回路１０８内では、記憶装置５０に格納される。

分割工程として、分割部５４は、チップパターンデータを単位検査領域となるマスクダイ３３３のサイズで、複数のマスクダイ画像（測定画像の一例）に分割する。各マスクダイ画像（測定画像の一例）は記憶装置５６に格納される。

参照画像作成工程として、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パターンデータ、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基づいて、マスクダイ３３３毎に、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（露光イメージデータ）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。

露光イメージデータが画素毎の階調データとして格納されている場合には、対象となるマスクダイの露光イメージデータを参照画像として用いればよい。露光イメージデータが、座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、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であれば、上述した設計パターンデータと同様の手法で参照画像を作成すればよい。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。比較回路１０８において、参照画像の画像データは記憶装置５２に格納される。

位置合わせ工程として、位置合わせ部６８は、測定画像となるマスクダイ３３３の画像（マスクダイ画像）と測定画像に対応する参照画像の位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、最小二乗法等によって行われると好適である。

比較工程として、比較部７０は、測定画像と参照画像とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて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に出力されればよい。或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

或いは、測定画像と参照画像とからそれぞれ画像内の図形パターンの輪郭線を生成して、マッチングする図形パターンの輪郭線同士のずれを比較して良い。例えば、輪郭線同士のずれが判定閾値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に出力されればよい。或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

次に、ダイ−ダイ検査を行う場合について説明する。かかる場合、画像比較は、例えばマスクダイ３３３の画像同士を比較する。

位置合わせ工程として、位置合わせ部６８は、記憶装置５６から被検査画像となるマスクダイ３３３の画像（マスクダイ画像）（ダイ１）と被検査画像に対応する参照画像となるマスクダイ３３３の画像（マスクダイ画像）（ダイ２）を読み出し、両画像の位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、最小二乗法等によって行われると好適である。

比較工程の内容は、上述した内容と同様で構わない。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力されればよい。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、マルチビーム２０を用いた画像取得装置において、１次光学系の調整と２次光学系の調整とができる。よって、高精度な画像を取得できる。その結果、高精度なパターン検査が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、可動式の広域検出器２３０をマルチ検出器２２２よりも上流側の光路内に配置する構成について説明した。しかし、光学系の調整方法はこれに限るものではない。実施の形態２では、光路外に配置された広域検出器に２次電子を誘導して検出する構成について説明する。

図１９は、実施の形態２におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。図１９では、説明を簡略化するために、説明に必要な一部の構成以外の図示は省略している。また、１次電子光学系の一部の光学系の記載を省略している。図１９の例では、図１の可動式の広域検出器２３０、搬入／搬出制御回路１３０、及び駆動機構１３２の代わりに、検査装置１００は、広域検出器３０６、偏向器３０２，３０４を備えている。広域検出器３０６、偏向器３０２，３０４は、電子ビームカラム１０２内に配置される。その他の構成は図１と同様である。偏向器３０２，３０４は、それぞれ、例えば、２極の電極対によって構成される。

また、実施の形態２における検査装置の光学系調整方法は、図３に示した一連の工程のうち、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）と、１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）と、２次電子軌道粗調整工程（Ｓ１１０）と、１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）と、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）と、２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。

以下、特に説明しない点の内容は、実施の形態１と同様である。

１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）と１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）との内容は、実施の形態１と同様である。

ここで、偏向器３０２は、マルチ２次電子３００を個別に検出可能なマルチ検出器２２２（第１の検出器）に、マルチ２次電子３００を誘導するための光路途中に配置される。具体的には、偏向器３０２は、ビームセパレーター２１４と投影レンズ２２４との間の光路途中に配置される。そして、偏向器３０４は、ビームセパレーター２１４と投影レンズ２２４との間であって、偏向器３０２によってマルチ２次電子３００の軌道を偏向可能な光路外の位置に配置される。そして、広域検出器３０６は、偏向器３０４によってマルチ２次電子３００の軌道を偏向可能な光路外の位置に配置される。なお、偏向器３０２による偏向によって、光路外の位置でマルチ２次電子３００が広域検出器３０６に到達可能に配置できれば、偏向器３０４を省略しても構わない。また、広域検出器３０６は、ビームセパレーター２１４と投影レンズ２２４との間の光路外の位置に配置されると好適である。但し、これに限るものではない。広域検出器３０６は、マルチ検出器２２２よりもビームセパレーター２１４に近い位置であれば、投影レンズ２２４よりもマルチ検出器２２２側に配置される場合であっても構わない。広域検出器３０６（第２の検出器）は、マルチ２次電子３００全体を検出可能なサイズの検出面を有する。また、広域検出器３０６は可動式であっても構わないが、実施の形態２では可動することなく使用される。

上述したように、設計パラメータを初期値として１次電子光学系及び２次電子光学系にそれぞれ設定したとしても、マルチビーム２０の各ビームが照射される基板１０１上の位置が所望の位置からずれてしまう場合がある。そして、まずはマルチ検出器２２２まで２次電子を到達させることが必要となる。しかしながら、ビームセパレーター２１４により２次電子が曲げられた２次電子の進む方向の角度が所望する角度からずれると、マルチ検出器２２２まで２次電子が到達しなくなってしまう場合が生じ得る。そして、検出面での位置ずれ量はビームセパレーター２１４からの距離に比例して大きくなる。よって、実施の形態２では、実施の形態１と同様、マルチ検出器２２２に比べてビームセパレーター２１４からの距離が近い（短い）位置に広域検出器３０６を配置する。これにより、ビームセパレーター２１４より曲げられた２次電子の進む方向の角度のずれが位置ずれに及ぼす影響を大幅に下げ、２次電子を検出し易くすることができる。しかし、実施の形態１では、広域検出器２３０が２次電子光学系の光路を塞いでしまうので、２次電子光学系の調整時や通常のパターン検査時には、広域検出器２３０を光路上から移動させる必要がある。そのため、広域検出器２３０を可動式に構成する必要が生じる。そこで、実施の形態２では、偏向器３０２，３０４を介することで、２次電子の軌道偏向が可能となり、広域検出器３０６を最初から光路外に配置することができる。

２次電子軌道粗調整工程（Ｓ１１０）として、マルチビーム２０から取り出された１本のビームの照射によって放出される２次電子３０１が偏向器３０２の偏向領域内を通過するように２次電子３０１の軌道に粗調整する。具体的には、ビームセパレーター２１４の設定値を調整する。ビームセパレーター２１４が発生する電場と磁場の強度を調整することでビームが曲がる方向を調整できる点は上述した通りである。なお、透過マーク２１９を使った１次電子ビーム位置粗調整工程（Ｓ１０６）は既に終わっているので、ビームセパレーター２１４の設定を設計値に合わせることにより、ビームセパレーター２１４により軌道を曲げられた２次電子３０１は、偏向器３０２の偏向領域内を通過する場合が多い。特に、マルチビーム２０の中心ビームを対象ビームとする場合には、偏向器３０２の偏向領域内を通常通過する。

そして、偏向制御回路１２８は、偏向器３０２の偏向領域内を通過する２次電子３０１が偏向器３０４の偏向領域内を通過するように偏向器３０２に印加する偏向電圧を制御する。同様に、偏向制御回路１２８は、偏向器３０４の偏向領域内を通過する２次電子３０１が広域検出器３０６に衝突するように偏向器３０４に印加する偏向電圧を制御する。広域検出器３０６の検出面は、実施の形態１と同様、広域を検出可能であり、偏向器３０２と偏向器３０４との間の距離、及び偏向器３０４と広域検出器３０６との間の距離を短く構成できるので、偏向器３０２，３０４に印加する偏向電圧については、設計値からずれたとしても、そのずれ量を小さくできる。

広域検出器３０６で検出できない場合には、まずはビームセパレーター２１４の設定値を調整して、対象ビームの照射によって放出される２次電子３０１を偏向器３０２，３０４を介して広域検出器３０６の検出面に当てる。ビームセパレーター２１４の調整だけでは２次電子３０１を広域検出器３０６の検出面に当てることが難しい場合には、偏向器３０２，３０４に印加する偏向電圧を調整して、２次電子３０１の軌道を広域検出器３０６の検出面に当てる。これでも２次電子３０１を広域検出器３０６の検出面に当てることが難しい場合には、アライメントコイル２３２を使って２次電子３０１の軌道を広域検出器３０６の検出面に当てるように調整しても構わない。広域検出器３０６の検出面に当たったかどうかは、広域検出器３０６で２次電子３０１を検出できたかどうかで判断できる。

広域検出器３０６の検出面は上述したように広域サイズなので、２次電子３０１を検出しやすい反面、検出面のどの位置で検出したのかその検出位置を特定することはできない。よって、２次電子３０１の軌道がそのままの状態で、偏向器３０２，３０４での偏向を止めたとしても、マルチ検出器２２２の所望の位置に到達できるわけではない。しかし、広域検出器３０６で対象ビームの２次電子３０１を検出できることで、２次電子３０１の像を取得できる。よって、次の１次電子ビームの調整を可能にすることができる。なお、広域検出器３０６は、実施の形態１と同様、領域分割型の検出器を用いても好適である。

１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）として、マルチ検出器２２２にマルチ２次電子３００を誘導するための光路途中に配置された偏向器３０２（及び必要に応じて偏向器３０４）によって２次電子３０１の軌道偏向を行うことにより、マルチ２次電子３００全体を検出可能なサイズの検出面を有する広域検出器３０６（第２の検出器）を用いて、１本ずつ取り出されたビーム（１次電子ビーム）毎に、１本ずつ取り出されたビーム（１次電子ビーム）毎に、当該ビームに対応する２次電子３０１を広域検出器３０６により検出しながら１次電子光学系を用いて当該対象ビームの軌道の調整を行う。調整の仕方は、実施の形態１と同様である。

そして、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１０４）から１次電子ビーム調整工程（Ｓ１１２）までの各工程をマルチビーム２０の中心ビーム及び４隅のビームについて実施し、マルチビーム２０全体について同じレンズ条件で同程度な２次電子像がそれぞれ得られるように１次電子光学系を調整する。かかる調整により、マルチビーム２０の照射位置および焦点が合わされる（１次電子光学系の調整完了）。また、かかる調整により、マルチ２次電子３００の外側の各２次電子が検出されるようになっているので、既に、マルチ２次電子３００全体が、広域検出器３０６で検出できていることになる。

以上のようにして、１次電子光学系の調整が完了したら、次に、２次電子光学系の調整を行う。実施の形態２では、偏向器３０２によるビーム偏向を止めれば、２次電子光学系の光路を遮蔽するものはない。そのため、実施の形態１における広域検出器搬出工程（Ｓ１１４）は不要にできる。以降、１次電子ビーム取り出し工程（Ｓ１１６）と、２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）と、判定工程（Ｓ１２０）との各工程の内容は、実施の形態１と同様である。なお、２次電子軌道調整工程（Ｓ１１８）において、広域検出器３０６は、元々光路外に配置されているので、実施の形態１の広域検出器２３０が光路から光路外へと移動させた状態と実質的に同じ状態になっていることは言うまでもない。

以上のように、実施の形態２によれば、１次電子光学系の調整によって、マルチ２次電子３００が２次電子光学系の制御範囲内に進むので、２次電子光学系の調整が容易にできる。実際にはほとんど手間がかからずに済ますことができる。さらに、実施の形態２では、１次電子光学系の調整後、実施の形態１と同様、電子ビームカラム１０２内を大気開放することなく２次電子光学系の調整ができる。さらに、広域検出器３０６の搬入／搬出動作も不要にできる。よって、広域検出器３０６の移動時にパーティクルが発生し得るリスクを回避できる。

以上のように、検査装置１００の光学系が調整されることによって、２次電子画像（ＳＥＭ画像）を取得できる。そして、実施の形態１と同様、取得される２次電子画像を使って、検査対象の基板１０１の検査ができる。

実施の形態３．
上述した各実施の形態１では、１本の電子ビーム２００から成形アパーチャアレイ基板２０３を使ってマルチビーム２０を形成する構成について説明したが、これに限るものではない。

図２０は、実施の形態３におけるパターン検査装置の構成の一部を示す構成図である。図２０では、説明を簡略化するために、説明に必要な一部の構成以外の図示は省略している。また、１次電子光学系の一部の光学系の記載を省略している。図２０の例では、図１の電子銃２０１、照明レンズ２０２、及び成形アパーチャアレイ基板２０３の代わりに、マルチ電子銃１４ａ，１４ｂ，・・・が配置される。その他の構成は図１と同様である。図２０に示すように、マルチ電子銃１４ａ，１４ｂ，・・・からマルチビーム２０を直接照射する構成であっても、実施の形態１と同様の効果を発揮できる。なお、図２０の例は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４の複数の通過孔の位置は、マルチ電子銃１４ａ，１４ｂ，・・・から照射されるマルチビーム２０の通過位置に合わせて形成される。或いは、マルチ電子銃１４ａ，１４ｂ，・・・とブランキングアパーチャアレイ機構２０４との間に、図示しない複数段の電磁レンズを配置して、マルチ電子銃１４ａ，１４ｂ，・・・から照射されるマルチビーム２０の像の倍率を調整してマルチビーム２０の通過位置をブランキングアパーチャアレイ機構２０４の複数の通過孔の位置に合わせても好適である。

図２１は、実施の形態３におけるパターン検査装置の構成の一部の変形例を示す構成図である。複数の電子源を得る方法として、図２１に示す様に、照明レンズ２０２の下流にレンズアレイ４１０を設けて複数のクロスオーバー像を結像させ、得られた配列されたクロスオーバー像をマルチ電子源として、試料面に縮小投影して用いることも出来る。レンズアレイとしては、例えば、アレイ状に配置された開口を有する３枚の導体電極４１１，４１２，４１３を光軸に沿って並べて、中央の電極４１２に電圧を加えてアインチェルレンズアレイとして用いる。この場合には、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４の偏向中心にクロスオーバー像を結像させるとブランキング偏向器動作時に１次電子ビームの位置の変動を抑えることが出来て、好適である。

また、実施の形態３における検査装置の光学系調整方法は、図３と同様である。そして、実施の形態３において特に説明しない点の内容は、実施の形態１と同様である。

以上のように、実施の形態３によれば、１次電子光学系の調整によって、マルチ２次電子３００が２次電子光学系の制御範囲内に進むので、２次電子光学系の調整が容易にできる。さらに、１次電子光学系の調整後、電子ビームカラム１０２内を大気開放することなく２次電子光学系の調整ができる点も上述した各実施の形態と同様である。

実施の形態４．
上述した各実施の形態では、成形アパーチャアレイ基板２０３で形成されたマルチビーム２０全体の光軸が基板１０１まで直線に構成される場合について説明したが、これに限るものではない。

図２２は、実施の形態４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２２において、基板１０１に形成されたパターンを検査する検査装置１００では、以下のように構成される。

電子銃２０１（放出源）から横方向に放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ水平に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０が形成される。

形成されたマルチビーム２０（１次電子ビーム）は、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過し、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。

制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０は、縮小レンズ２１３によって、光軸に向かって屈折させられ、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成する。そして、マルチビーム２０のクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター４０２を通過した後、９０度曲げられ、下方の対物レンズ２０７に進む。ビームセパレーター４０２を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、基板１０１にマルチビーム２０（電子ビーム）を結像する。その際、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。かかる場合に、主偏向器２０８及び副偏向器２０９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。そして、基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子３００）が放出される。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、ビームセパレーター４０２に進む。

ここで、ビームセパレーター４０２として、例えば、電磁プリズムが用いられる。ビームセパレーター４０２は、入射ビームと出射ビーム軌道を逆向きに９０度偏向して分離させる。図２１の例では、ビームセパレーター４０２に左側から侵入してくるマルチビーム２０（１次電子ビーム）を下方に９０°偏向し、出力する。これにより、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４０２に下側から侵入してくるマルチ２次電子３００には、右側に９０°偏向し、出力する。これにより、マルチ２次電子３００は右側に直進する。

右側に曲げられたマルチ２次電子３００は、広域検出器２３０が光路上に搬入されていない状態において、投影レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２は、例えば図示しないダイオード型の２次元センサを有する。そして、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを後述する画素毎に生成する。ＸＹステージ１０５が移動しながらスキャン動作を行う場合には、ＸＹステージ１０５の移動に伴いマルチ検出器２２２におけるマルチ２次電子３００の各２次電子の検出位置がずれないように、偏向器２２８が、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、マルチ２次電子３００を偏向する（トラッキング制御する）。

実施の形態４における検査装置の光学系調整方法は、図３と同様である。そして、実施の形態４において特に説明しない点の内容は、実施の形態１と同様である。

図２２の例においても、搬入／搬出制御回路１３０による制御のもと、駆動機構１３２は、マルチビーム２０を対象物に照射したことに起因して放出されるマルチ２次電子３００を個別に検出可能なマルチ検出器２２２（第１の検出器）にマルチ２次電子３００を誘導するための光路途中に可動式の広域検出器２３０を搬入し、配置する。具体的には、広域検出器２３０は、ビームセパレーター４０２と投影レンズ２２４との間の光路途中に配置される。そして、ビーム１本ずつ１次電子光学系の調整を行い、その後、広域検出器２３０を搬出する。そして、ビーム１本ずつ２次電子光学系の調整を行う。

以上のように、電磁プリズムで構成されるビームセパレーター４０２を用いる場合にも、可動式の広域検出器２３０を使った電子光学系の調整は有効である。

以上のように、実施の形態４によれば、１次電子光学系の調整によって、マルチ２次電子３００が２次電子光学系の制御範囲内に進むので、２次電子光学系の調整が容易にできる。さらに、１次電子光学系の調整後、電子ビームカラム１０２内を大気開放することなく２次電子光学系の調整ができる点も上述した各実施の形態と同様である。

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。例えば、上述した実施の形態３，４についても、実施の形態２のように、可動式の広域検出器２３０の代わりに、偏向器３０２，３０４と広域検出器３０６を配置する構成を適用できる。

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画像取得装置の光学系調整方法、パターン検査方法及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。

１２位置測定用パターン
１４焦点調整用パターン
２０マルチビーム
２１開口部
２２穴
２３シャッター板
２４制御電極
２５通過孔
２６対向電極
２８画素
２９サブ゛照射領域
３０メンブレン領域
３１基板
３２外周領域
３３支持台
３４照射領域
３６画素
４１個別制御回路
４６アンプ
５０，５２，５６記憶装置
５４分割部
６８位置合わせ部
７０比較部
１００検査装置
１０１基板
１０２電子ビームカラム
１０３検査室
１０６検出回路
１０７位置回路
１０８比較回路
１０９記憶装置
１１０制御計算機
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
１２９リターディング制御回路
１３０搬入／搬出制御回路
１３２駆動機構
１３４検出回路
１４２ステージ駆動機構
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
２０５，２１３縮小レンズ
２０６制限アパーチャ基板
２０７対物レンズ
２０８主偏向器
２０９副偏向器
２１２一括ブランキング偏向器
２１４ビームセパレーター
２１５シャッター機構
２１６ミラー
２１７，２１８マーク
２１９透過マーク
２２０電極
２２１電流検出器
２２２マルチ検出器
２２４，２２６投影レンズ
２２８偏向器
２３０広域偏向器
２３２，２３４アライメントコイル
３００マルチ２次電子
３０１２次電子
３０２，３０４偏向器
３０６広域検出器
３３０検査領域
３３２チップ
３３３マスクダイ
４０２ビームセパレーター
４１０レンズアレイ
４１１，４１２，４１３電極

Claims

マルチ１次電子ビームのうち予め設定された複数の位置の１次電子ビームについて、１本ずつ１次電子ビームを取り出す工程と、
前記マルチ１次電子ビームを対象物に照射したことに起因して放出されるマルチ２次電子を個別に検出可能な第１の検出器に、前記マルチ２次電子を誘導するための光路途中に配置された、前記マルチ２次電子全体を検出可能なサイズの検出面を有する可動式の第２の検出器を用いて、１本ずつ取り出された１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子を前記第２の検出器により検出しながら１次電子光学系を用いて当該１次電子ビームの軌道の調整を行う工程と、
１本ずつ取り出された各１次電子ビームの軌道の調整が終了後、前記第２の検出器を前記光路から光路外へと移動させた状態で、１本ずつ取り出された前記１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームに対応する２次電子が前記第１の検出器の対応する領域にて検出されるように、２次電子光学系を用いて当該２次電子の軌道の調整を行う工程と、
を備えたことを特徴とする画像取得装置の光学系調整方法。
前記マルチ１次電子ビームが通過する位置に合わせて複数の通過孔が形成された基板と、通過孔毎に当該通過孔を挟んで対向する位置に配置された電極対とを有するブランキングアパーチャアレイ機構を用いて前記マルチ１次電子ビームのうち所望の１本の１次電子ビーム以外の残りの１次電子ビームをビームＯＦＦになるように偏向することによって、前記１本ずつ１次電子ビームが取り出されることを特徴とする請求項１記載の画像取得装置の光学系調整方法。
前記マルチ１次電子ビームのうち所望の１本の１次電子ビームを通過させる開口部を有して、残りの１次電子ビームを遮蔽する可動式シャッターを用いて、前記１本ずつ１次電子ビームが取り出されることを特徴とする請求項１記載の画像取得装置の光学系調整方法。