JP7428578B2 - マルチビーム画像生成装置およびマルチビーム画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の１次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成装置およびマルチビーム画像生成方法に関するものである。

従来、半導体産業はムーアの法則で有名な微細加工技術の進展によりもたらされるデバイス性能向上およびコストメリットで経済が支えられているが、半導体デバイスの微細加工限界は露光技術によって決定される。半導体露光技術はパターンを作り出すためのフォトマスクと呼ばれる原版と露光装置およびパターンを形成するレジストから成っている。現在露光装置は４対１の縮小露光技術が使用されているため、半導体デバイスが実際に作られるシリコンウエハー上のパターン構造物の４倍の大きさのパターン構造がフォトマスク上に形成されている。

半導体回路設計データに基づいてフォトマスク上に作られたパターンを如何に正確にウエハー表面のレジスト膜パターンへと転写できるかが露光技術最大の課題である。仮にフォトマスクに異常があればそれは露光装置によってウエハー表面に転写されウエハー上に不具合が生じる。

露光不良を防止するためには少なくともフォトマスクを全面検査して正しい状態に修正し設計通りの完璧なパターン状態にすることが必要である。微細加工限界は露光に利用される光の波長に比例するので露光に利用される光の波長は時代とともに短波長化が進められている。

２０世紀終盤から露光光源には波長１９３ｎｍのレーザー光源が使用されてきたため、長期にわたってフォトマスク上のパターンは１９３ｎｍ等のレーザー光線を照明光とする光学式マスクパターン検査装置を用いて検査が行われてきた。

しかしながら、２０１９年より波長が１３．５ｎｍと短いＥＵＶ光を用いた露光技術が本格導入され露光できる微細加工限界がより小さくなった。フォトマスク上のパターンも従来の最小パターンサイズ１００ｎｍ程度の大きさから５０ｎｍ以下と小さくなり、従来の１９３ｎｍの光では十分な検査が出来なくなってきた。

一方、露光波長と同じ波長である１３．５ｎｍの波長を用いたいわゆるアクティニック検査装置もある。しかしながら、波長が１３．５ｎｍと短くなると空気によって殆ど吸収されてしまうため、検査装置内部の真空化が必要で、従来の大気中で実装されていた装置と比べて非常に複雑に成る。また、１３．５ｎｍの光を透過できる光学レンズが存在しないため、光学系は全て反射光学系で構成することが必要となり、これもまた複雑で効率の悪いものに成る。例えば、１３．５ｎｍの波長を利用するＥＵＶ露光装置では光源全出力の１％程度しか利用できないほど効率が悪い。

光学装置の解像度は開口率NAに比例する性質がある。例えば、波長１９３ｎｍを用いた光学系の場合、液浸や油浸などを利用することにより１を超える大きな開口率が実現できるため、１９３ｎｍと長い波長であるにもかかわらず１回の露光で４０ｎｍ程度のパターンを解像することが出来る。ダブルパターニングを用いれば２０ｎｍ程度のパターンを作ることさえ可能である。

一方、ＥＵＶ光を用いた場合、反射光学系を用いるためＭＡが０．３３など小さな開口率しか実現できない。光源波長が従来波長と比較して１０分の１と短いにもかかわらず精々１３ｎｍ程度の解像度しか得られず、波長が短く成った割には性能向上が小さい。また、例えば検出対象がパーティクルの場合、パーティクルサイズの６乗に比例して反射光が弱まり、波長の２乗で反射光が強くなる。つまり、パーティクルサイズが小さくなると信号強度は急激に弱くなるため欠陥検出感度は激減する。このように光学技術を用いたフォトマスク検査技術は技術的に限界を迎えている。また、従来光学原理を用いた装置は大気中で動作したため、装置製造や運用が容易であったが、波長が短くなると空気に吸収されてしまうため大きな真空チャンバーが必要となり電子ビーム装置に対する使い勝手の優位性が無くなる。

一方、ｎｍオーダーの高解像度を実現する技術としては電子顕微鏡がある。３０年以上前から電子ビームを用いた電子ビーム式欠陥検査技術が開発されてきている。商品化は行われているがスループットが光学式と比較して極端に小さいため中々主たる検査装置としては実用化していないのが現状である。光学式では出来ない電気的な欠陥を見つけることが出来るので、新ウエハープロセス開発用途に徐々に普及してきている。

レーザー光線と違い電子ビームにはレーザーのようにエネルギーの分散が小さくて輝度の高い電子ビーム源が無い。さらに電子はマイナス電荷を持つためレンズ等で小さなスポットに絞り込むと電子同士がお互いに静電反発する。そのため、高速検査に必要とされる大電流を流すと光学限界以上に最小ビームスポットサイズが大きくなってしまい、分解能が劣化する。つまり、１本の電子ビームを用いた場合、分解能と検査速度との間には非常にきついトレードオフの関係があるため、微細化が進むほど速度が遅く成るという原理的な欠陥を持っている。

例えば、現在の所、１つの電子ビームを用いて実現できる最高検査速度は精々数百Ｍピクセル毎秒である。フォトマスクは凡そ１０ｃｍ角の領域にパターンが書かれているため、その領域を全て検査することが必要である。例えば、最先端のフォトマスク上のパターンが十分に解像できる１０ｎｍの分解能で検査するためには、１０の１４乗ピクセルの画素を取得する必要がある。例えば１００Ｍピクセル毎秒で画素取得すると１０の６乗秒が必要である。言い直すと２７７時間つまり１０日以上掛かる。また、検査に必要なＳＮＲ１０以上の画像を得るために何度も走査することが必要である。従来の光学式フォトマスク検査装置は約２時間で１枚のフォトマスクを検査することが可能なので、電子ビーム式は１００倍も遅すぎて実用上使えない。

一方，電子ビーム検査装置の速度改善を行うためにマルチ電子ビーム検査装置と呼ばれる電子ビームを複数個同時に並列にサンプルに照射して高速検査を行う方法が研究されている。この方法では、１００本以上の小さな電子ビームを同時に照射して走査を行うため１本に流す電流量を小さく抑えることが可能で、ビームの静電反発の影響を受けず高分解能を維持したままで検査速度を従来の１本の電子ビームを用いた場合と比較して高速に出来るとされている。

しかしながら、従来から多くの会社によって色々な形式のマルチビーム検査装置が開発されており、次世代の高速検査装置として非常に有望視されているが、当初思ったほどの高速化や高分解能化が実現できておらず、未だに半導体用検査装置としては商品化されていない。

半導体産業で使用する装置は工業用計測装置であり一種のミッションクリティカルな装置で２４時間３６５日不具合を起こさずに稼働し続ける必要があるため、高いロバスト性が必須である。理科学機器装置のように大学の先生や生徒が偶に使って論文が書ける程度では全く実用上使えない。いろいろな測定条件や測定対象あるいは装置設置環境変化に耐えさらに長期にわたって性能が安定に保たれている必要がある。

従来のシングルビーム方式の高速検査装置では連続ステージ方式が一般的であるが、２次元の画像取得を同時に行うマルチビーム方式では１回のスキャンで取得できる面積を出来るだけ多くして高速化するステップ＆リピート方式が採用されてきたため、ステージ移動時間が支配的となり高速化が出来ないという問題があった。

また、走査領域の境界には明確に感度差に基づくコントラスト差が生じ、検査画像としては使いにくいという問題もあった。

また、シングルビーム方式の場合には、ビームが１本しかないため容易に照射位置補正が可能で所望の位置に電子ビーム照射することが出来る。しかし、マルチビーム方式の場合には、同時に複数の電子ビーム照射を行って２次元画像を取得するため、それぞれの電子ビーム照射位置を所望の位置に厳密に制御することは容易でないという問題があった。また、さらに高速化のために２次元の画像情報の取得中にステージ走行を行うと、走行中に起こるステージ回転、うねり、ステージ速度変動、高さ変動、振動などが２次元画像取得に影響し、画像の品質を低下させてしまうという問題があった。

また、単に従来のシングルビームの場合と同じように画像を取得するだけでは画像が歪んだり飛んだりして正確な画像取得が出来ず、検査に利用できないという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために、複数の１次電子ビームを生成してこれらをサンプルに照射しつつサンプルを移動させ、そのときに放出された複数の２次電子ビームをビームスプリッタで分離して電子検出装置でそれぞれの画像情報を検出して１枚の画像に合成し、画像取得を高速に行うことを実現した。

そのため、本発明は、複数の１次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成装置において、複数の１次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、複数ビーム生成装置で生成された複数の１次電子ビームを２段偏向して対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された２次電子ビームを前記１次電子ビームと反対方向に２段偏向して投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された１次電子ビームを細く絞る対物レンズと、対物レンズで細く絞られた１次電子ビームを偏向してサンプル上で走査する偏向系と、ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された２次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、サンプルを一定方向に少なくとも移動させるステージと、サンプルの移動方向の位置、直角方向の位置をリアルタイム測定する干渉計とを備え、複数ビーム生成装置で生成された複数の１次電子ビームをビームスプリッタで対レンズの軸に偏向し、対物レンズでサンプルに細く絞った１次電子ビームを照射すると共に偏向系により走査し、サンプルから放出された２次電子をビームスプリッタで投影レンズの軸に偏向し、投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力するようにしている。

この際、出力された複数電子ビームの画像情報をもとに、１枚の画像に合成する合成手段を備えるようにしている。

また、出力された複数電子ビームの画像情報および干渉計から出力されたサンプルのリアルタイムの移動方向の位置、直角方向の位置をもとにステージの移動量、回転量の補正を行う、あるいはステージの移動量、回転量に対応する分だけ画像情報を移動、回転する補正を行うようにしている。

また、ステージの高さ方向の位置をリアルタイムに測定してこれをもとにステージの高さの補正を行い、あるいは電磁的に補正を行い、自動フォーカスするようにしている。

また、複数ビーム生成装置は、１本の１次電子ビームを複数の穴の開いたアパチャーに照射して複数の１次電子ビームを生成するようにしている。

また、ビームスプリッタは１次電子の入射側の第１段目を静電偏向器、第２段目を電磁偏向器とし、第２段目の電磁偏向器でサンプルから放出された２次電子ビームを１次電子ビームと逆方向に偏向して分離するようにしている。

また、サンプルに負のリターディング電圧を印加し、サンプルに照射して走査する１次電子ビームの高分解能を維持したままでエネルギーを低下させ、サンプルのダメージを軽減するようにしている。

また、投影レンズの前あるいは後に２次電子ビームの位置補正用の偏向系を設けるようにしている。

本発明は、複数の１次電子ビームを生成してこれらをサンプルに照射しつつサンプルを移動させ、そのときに放出された複数の２次電子ビームをビームスプリッタで分離して電子検出装置でそれぞれの画像情報を検出して１枚の画像に合成し、画像取得を高速に行うことが可能となった。

また、複数の１次電子ビームをサンプルに照射して検出した複数の２次電子ビームの画像をオーバーラップして検出し、１枚の画像に合成したときの境界のコントラスト差の発生を低減することができた。

また、複数の１次電子ビームのサンプルへの照射位置を予め取得して登録することにより、２次電子ビームの画像の中心位置を補正し、精密な画像を合成することが可能となった。

また、サンプルを搭載したステージの位置、回転をリアルタイムにレーザ干渉計で精密に実測して記録し、複数の２次電子ビームの画像の移動量、回転量をそれぞれ補正し、精密な画像情報を生成できるようになった。

図１は、本発明の１実施例構造図を示す。

図１において、電子銃１は、電子線を発生させる公知のものであって、数百Ｖないし数十ＫＶに加速された１次電子ビームを発生させるものである。電子銃はＷやＬａＢ６などの熱電子源やＺｒＯ等を用いたＴＦＥやコールドフィールドエミッタあるいはフォトカソードが使用されており、電子銃室はイオンポンプやゲッターポンプ等を用いて１０のマイナス８乗Ｐａ以上の超高真空あるいは極高真空に保たれている。

ブランキング装置２は、電子銃１から放出された１次電子ビームを高速にＯＮあるいはＯＦＦするものであって、電圧をＯＮあるいはＯＦＦして１次電子ビームを偏向して通過あるいは遮断するものである。

照明レンズ３は、電子銃１で発生・加速された電子ビームを集束、ここで、後述する図４に示す所定のビームになるように集束するものである。

マルチビームアパチャー３－１は、照射された１次電子ビームから複数の１次電子ビームに分割（例えば１００分割）して生成するものである。

対物アパチャー４は、複数の１次電子ビームのうちのそれぞれの中心部分を通過させ、該通過させた各１次電子ビームについて、後述する対物レンズ６によってサンプル８の表面上に細く絞ってそれぞれ照射するためのものである。

ビームスプリッタ５は、１次電子と、反対方向に進む２次電子とを分離するものであって、上段が静電偏向器５ー１、下段が電磁偏向器５ー２から構成されるものである。１次電子ビームは静電偏向器５ー１により図１に示すように、右側に偏向され、電磁偏向器５ー２により左側に偏向され、対物レンズ６の軸上に振り戻され、該対物レンズ６によってサンプル８の上に細く絞られて結像される。サンプル８から放出された２次電子は電磁偏向器５ー２によって図１に示すように、右側に偏向され、静電偏向器５ー１により左側に偏向され、投影レンズ１２に軸上に振り戻され、投影レンズ１２によって電子検出装置１４の上に複数の２次電子ビームが結像され、複数の２次電子画像（２次電子信号）を出力する。

静電偏向器５ー１は、ビームスプリッタ５を構成する電子銃１に近い側の偏向器であって、ここでは、静電偏向器である。

電磁偏向器５ー２は、ビームスプリッタ５を構成する電子銃１から離れた側の偏向器であって、ここでは、電磁偏向器である。

対物レンズ６は、複数の１次電子ビームを細く絞ってサンプル８の上に照射するものである。

偏向装置７は、複数の１次電子ビームをサンプル８で走査するものであって、通常はステージ９の一定方向に一定速度で移動させたときに、直角方向に繰り返し一定速度で走査するものである。尚、一定方向に走査（ＸあるいはＹあるいは任意の方向に一定走査）するのみでなく、平面走査（ＸＹ走査）してもよい。

サンプル８は、マスク、ウェハなどの複数画像を取得して１枚に合成する対象の試料である。

ミラー８ー１は、レーザ干渉計で位置をリアルタイムに実測するための反射鏡である。

ステージ（ＸＹＺθステージ）９は、サンプルを搭載してＸＹＺ、更にθ（回転）が可能なステージであって、図示外の干渉計により、ＸＹＺ，θをリアルタイムに実測して記録可能な構成としたものである。

真空チャンバー１０は、サンプル８、ステージ９等を収納して真空排気可能な容器である。

真空ポンプ１０ー１は、真空チャンバー１０の内部を真空排気するものであって、オイルフリーのポンプで排気するものである。

アライメント１１は、ビームスプリッタ５を構成する静電偏向器５ー１から投影レンズ１２の軸上に偏向された複数の２次電子ビームの軸合わせを行うものである。

投影レンズ１２は、サンプル８から放出された複数の２次電子ビームを、電子検出装置１４の検出面に結像するものである。

振り戻し偏向器１３は、複数の１次電子ビームをサンプル８上に細く絞って走査したときに放出された複数の２次電子ビームが、電子検出装置１４の検出面上で所定領域内にとどまるように補正する（降り戻す）ものである。

電子検出装置１４は、サンプル８上から放出された複数の２次電子ビームをそれぞれ検出するものである。例えばアバランシェフォトダイオードやＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサーあるいはＴＤＩカメラなどが使用できる。電子を一旦シンチレータに衝突させて光に変換したのちに前述のデバイスで検出しても良いし、電子を直接前述のデバイスに打ち込んで検出しても良い。いずれにしても、検出面の所定領域内にそれぞれ結像された複数の２次電子ビームをそれぞれ独立して検出できればよい。

次に、図１の構造の動作を説明する。
（１） 電子銃１から放出された１次電子ビームはマルチビームアパチャー３ー１を照射して複数の１次電子ビームを生成する。複数の１次電子ビームの生成は、この方法に限らず、電子銃１のエミッタの表面に複数の電子放出源を設けたりしてこれに対応する複数の１次電子ビームを発生させてもよい。
（２）ビームアパチャー３ー１で分割されて生成された複数の１次電子ビームは、対物アパチャー４によりその中心部分をそれぞれ通過し、ビームスプリッタ５を構成する上段の静電偏向器５ー１で右側に偏向、電磁偏向器５ー２で左側に偏向して対物レンズ６の軸上に入射する。
（３）対物レンズ６の軸上に入射した複数の１次電子ビームは、該対物レンズ６によって細く絞られてサンプル８の表面を照射すると共に、該サンプル８は一定方向に一定速度で移動および偏向装置７によって該移動する方向と直角方向に静電偏向することを繰り返し、複数の１次電子ビームをサンプル８の上に短冊状に走査する。この結果、サンプル８の表面がステージ９の移動方向に対して静電偏向器５ー１で偏向された幅の領域（短冊状の領域）が複数の１次電子ビームで面走査されることとなる。この際、図示しないが、サンプル８に負のリターディング電圧を印加し、複数の１次電子ビームのエネルギーを例えば１ＫＶにして照射（例として複数の１次電子ビームのエネルギー１５ＫＶに負のリターディング電圧１４ＫＶを印加して１ＫＶの１次電子ビームにしてサンプル８を照射）するようにしている。
（４）（３）で短冊状に走査された複数の１次電子ビームの領域から２次電子、反射電子、光、Ｘ線等が放出される。
（５）（４）で放出された２次電子は、対物レンズ６の磁界により該対物レンズ６の軸上を逆方向に螺旋状に走行し、ビームスプリッタ５を構成する下段の電磁偏向器５ー２によりここでは、右方向に偏向（複数の１次電子ビームの偏向と逆方向に偏向）され、静電偏向器５ー１により左方向に偏向され、投影レンズ１２の軸上に入射する。
（６）投影レンズ１２の軸上に、必要に応じてアライメント１１で補正した後、電子検出装置１４に、サンプル８から放出された複数の２次電子ビームを結像し、該電子検出装置１４の各複数の２次電子ビームの結像領域に照射する。結像領域からはみだす場合には、振り戻し偏向器１３によって、サンプル８上の複数の１次電子ビームの走査（偏向）に同期し、該振り戻し偏向器１３に電圧（あるいは電流）を供給して該結像領域内に収まるように補正する。そして、電子検出装置１４から各複数の２次電子ビームを検出した２次電子画像（２次電子信号）をそれぞれ出力する。

以上によって、複数の１次電子ビームを生成してこれらをビームスプリッタ５を介して対物レンズ６によって細く絞り、ステージ９でサンプル８を一定方向に移動しつつ直角の方向に複数の１次電子ビームで該サンプル８を走査することを繰り返して短冊状の領域を複数の１次電子ビームで走査する。そして、そのときに放出された複数の２次電子ビームをビームスプリッタ５を介して分離し、投影レンズ１２によって複数の２次電子ビームを電子検出装置１４のそれぞれの検出面に結像して、各複数の２次電子ビームの２次電子画像（２次電子信号）を出力することが可能となる。

図２は、本発明のマルチビーム配列の種類例を示す。これは、既述した図１のマルチビームアパチャー３ー１の穴の配列の種類例を示す。尚、図２では穴は模式的に矩形としたが、実際は穴（円形の穴）が望ましい。

図２の（ａ）は１段の例を示し、図２の（ｂ）は２段の例を示し、図３の（ｃ）は２段千鳥の例を示し、図３の（ｄ）は９段千鳥の例を示す。

図２の（ａ）は１段の例を示す。これは、図１のマルチビームアパチャー３ー１のアパチャーに、図示のような穴（実際は丸形状が良い）を１次電子ビームの走査方向と一致する方向に１段で設けた例を模式的に示す。例えば１００個の穴を１段に設けると、１００個の１次電子ビームを生成できる。

図２の（ｂ）は２段の例を示す。これは、図１のマルチビームアパチャー３ー１のアパチャーに、図示のような穴（実際は丸形状が良い）を１次電子ビームの走査方向と一致する方向に２段に設けた例を模式的に示す。例えば１００個の穴を２段に設けると、１段目に続き該１段目と２段目との距離差に相当する距離（距離差を対物レンズ６の縮小率で割った距離）だけ遅れて２段目の走査が開始され、一回の全体走査で、２回分の２次電子画像を取得でき、信号強度を２倍した２次電子画像（２次電子信号）、あるいは信号強度を１倍にすれば２倍の速度で２次電子画像を取得でき、該２次電子画像の取得時間を半分に削減できることとなる。

図２の（ｃ）は２段千鳥の例を示す。これは、図１のマルチビームアパチャー３ー１のアパチャーに、図示のような穴（実際は丸形状が良い）を１次電子ビームの走査方向と一致する方向に２段かつ千鳥に設けた例を模式的に示す。例えば１００個の穴を２段で千鳥に設けると、１段目に続き該１段目と２段目との距離差に相当する距離（距離差を対物レンズ６の縮小率で割った距離）だけ遅れて２段目の千鳥状の走査が開始され、一回の全体走査で、２回分の２次電子画像を取得でき、信号強度を２倍した２次電子画像、あるいは信号強度を１倍にすれば２倍の速度で２次電子画像を取得でき、該２次電子画像の取得時間を半分に削減できることとなる。

図２の（ｄ）は９段千鳥の例を示す。これは、図１のマルチビームアパチャー３ー１のアパチャーに、図示のような穴（実際は丸形状が良い）を１次電子ビームの走査方向と一致する方向に９段かつ千鳥に設けた例を模式的に示す。例えば図示のように９段で千鳥に設けると、各段の距離差に相当する距離（各距離差を対物レンズ６の縮小率で割った距離）だけ遅れて各段目の千鳥状の走査が開始され、一回の全体走査で、９回分の２次電子画像を取得できる。

尚、図２の（ａ）から（ｄ）の各マルチビームアパチャー３ー１はそれぞれの１次電子ビームを独立にＯＮ／ＯＦＦする機能を持たせ、物理的に異なった配列を持ったアパチャーを図示のように多数用意しなくても、全てのマルチビームの中で選択された任意の位置の電子ビームだけがサンプルに到達する様に制御できるようにして、作成してもよい。

図３は、本発明のデータテーブル例を示す。本図３は、既述および後述するように、図１の構造のもとで、サンプル８（例えばマスク）を搭載したステージ９の位置ＸＹＺ、回転θ等をレーザ干渉計でリアルタイム測定し、該ステージ９を一定方向に走査したときにそのステージ位置に対応づけてステージずれ量、ステージ回転量、ステージ高さを記録したものである。

図３において、ステージ位置は、図１のサンプル８を搭載したＸＹＺθステージ（以下ステージ）９を一定方向に一定速度で走査したときの位置を示し、レーザ干渉計でリアルタイムに測定したものである（後述する）。ステージ位置は、例えば取得しようとする画像の画素間の距離に対応するステップ（間隔）でリアルタイム測定して記録する。例えば１００μｍ矩形の領域について１０００画素×１０００画素の画像を取得しようとする場合には、０．１μｍ毎に１エントリの情報（ステージ位置、ステージずれ量、ステージ回転量、ステージ高さ）をリアルタイム測定して記録する。更に、１０μｍ、１μｍ矩形の領域に対応する０．０１μｍ毎。０．００１μｍ毎等にリアルタイム測定して記録するようにしてもよい。尚、同じ値が連続する場合にはその差分を記録するようにしてもよい。

ステージずれ量は、ステージ位置におけるずれ量（理想的な位置からのずれ量）であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定した値を記録したものである（後述する）。

ステージ回転量は、ステージ位置における回転量（理想的な回転無からの回転量θ）であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定したステージの回転量を記録したものである（後述する）。

ステージ高さは、ステージ位置における高さＺ（理想的な高さからのＺ方向のずれ量）であって、レーザ干渉計によりリアルタイム測定した高さのずれ量を記録したものである（後述する）。

以上のように、図１のステージ９を一定方向に一定速度で走査（例えば既述した図２のステージ移動方向に走査）したときに当該ステージ９の理想的な値からのずれ量（ステージずれ量（Ｘ．Ｙ））、ステージ回転量θ、ステージ高さＺの各ずれ量）をそれぞれリアルタイムにレーザー干渉計により精密測定して記録することが可能となる。そして、記録した各ずれ量をもとにリアルタイムにステージ９の位置等を補正あるいは取得した画像を補正することにより、ステージ９の走査に伴う誤差を補正し、複数の１次電子ビームをサンプルに照射して取得した複数の２次電子ビームの各画像を合成して精密な１枚の画像た生成することが可能となる。以下順次詳細に説明する。

図４は、本発明のマルチビーム作成例を示す。本図４は、既述した図１のマルチビームアパチャー3―1を用いたマルチビームの作成例を模式的に示したものである。

図４において、電子銃１から放出された１次電子ビームは、照明レンズ３により図示のようにここではマルチビームアパチャー３ー１の複数の穴を丁度照射するように投影する。マルチビームアパチャー３ー１を通過して分割されて生成された複数の１次電子ビーム（マルチ電子ビーム３ー２）は、図４の図示外の図１の対物レンズ６によってサンプル８の表面に細く絞って照射される。ここでは、サンプル８がステージ移動に伴って一定方向（ここでは、紙面と垂直方向）に移動すると共に、マルチ電子ビーム３ー２（６本の１次電子ビーム）が紙面の左右方向に一元走査されるので、結果として、サンプル８の表面を短冊状にマルチ電子ビーム３ー２（６本の１次電子ビーム）で走査することとなる。そして、放出された６本の２次電子ビームを図１の電子検出装置１４でそれぞれ検出して、６組の２次電子画像を取得し、１枚に合成（後述する）し、サンプル８の２次電子画像を生成することが可能となる。

図５は、本発明のマルチビーム検出説明図を示す。これは、図１の投影レンズ１２、振り戻し偏向器１３、電子検出装置１４の詳細説明図を示す。

図５において、サンプル８から放出された複数の２次電子ビームがビームスプリッタ５を介して分離され、図４の上から下方向に入射すると、投影レンズ１２によって電子検出装置１４の検出面にそれぞれ結像される。このとき、複数の２次電子ビームが結像される結像領域は、自身の結像領域内のときは問題ないが、他の領域にはみだしてしまうと未検出となって２次画像の欠落となる。これを防止するために、振り戻し偏向器１３によって、サンプル８への１次電子ビームの走査（偏向装置７による複数１の次電子ビームの偏向による走査）に同期し、所定の結像領域内に入るように補正偏向し、確実に自身の結像領域内に入るように補正する。

以上によって、サンプル８から放出された各複数の２次電子ビームは、電子検出装置１４の各結像領域内にそれぞれ結像し、確実に該複数の２次電子ビームの２次電子画像をそれぞれ検出し、出力することが可能となる。

図６は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（１段）を示す。

図６の（ａ）は、合成前の画像例を示す。これは、図２の（ａ）の１次電子ビームの数が１段（ステージ移動（走査）方向に直角方向に１段）の場合のものであって、図６の（ａ）は、４本の１段の１次電子ビームを用い、サンプル８をステージ９により一定方向に１定速度で移動（走査）しつつ、その直角方向に４本の１次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル８から放出された４本の２次電子ビームを図１の投影レンズ１２により電子検出装置１４にそれぞれ結像し、４つの２次電子画像を図示のスワス１、２、３、４の４つの短冊状の画像を生成した様子を模式的に表したものである。ここで、スワス１、２、３、４の４つの短冊状の２次電子画像は、後で合成するためにオーバーラップ１、２、３として図示したように一部、１次電子ビームを重複走査（例えば１０％程度重複）するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報（図３参照）とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、１枚の大きな画像にすることが出来る（図６の（ｂ）参照）。

図６の（ｂ）は、合成後の画像例を示す。これは、図６の（ａ）のスワス１、２、３、４の４枚の２次電子画像を１枚の画像に合成したものであって、図６の（ｂ）ではオーバーラップ１、２、３（例えば１０％程度）を用い、かつ既述した図３のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに１枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ１、２、３の領域は２度走査しているので、画像加算効果により高いＳＮＲを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス１，２，３，４の位置合わせを行い、画像合成することで４本の独立したスワス１，２，３，４から１つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス１、２、３、４を跨がずに形成されている場合には、そのうちの１つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも１つの画像に合成する必要はない。

以上によって、既述した図２の（ａ）の１段の１次電子ビームを用いてサンプル９を走査しつつ該サンプル９を直角方向にステージ９で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス１、２、３、４に示す短冊状の２次電子画像（図６の（ａ））をそれぞれ生成し、これらを合成した１枚の２次電子画像（図６の（ｂ））を生成することが可能となる。

図７は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（２段）を示す。

図７の（ａ）は、合成前の画像例を示す。これは、図２の（ｂ）の１次電子ビームの数が２段（ステージ移動（走査）方向に直角方向に２段）の場合のものであって、図６の（ａ）は、４本の２段の１次電子ビームを用い、サンプル８をステージ９により一定方向に一定速度で移動（走査）しつつ、その直角方向に４本の２段の１次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル８から放出された４本の２段の２次電子ビームを図１の投影レンズ１２により電子検出装置１４にそれぞれ結像し、４つの２段の２次電子画像を図示のスワス１、２、３、４の４つの短冊状であって、走査開始点の左端から走査開始して１段目の２次電子画像を生成し、少し遅れて２段目の２次電子画像を重複加算する態様で生成した様子を模式的に表したものである。この２段の場合には、図２の（ｂ）の１段目の１次電子ビーム（図７の（ａ）では４つの１次電子ビーム）で走査を開始し、次に、少し遅れて２段目の１次電子ビーム（図７の（ａ）では４つの１次電子ビーム）で走査を開始しているので、図示のように、２段目の２次電子ビームは重複加算した２次電子画像となり、高ＳＮＲを生成できる利点がある。ここで、スワス１、２、３、４の４つの短冊状の２次電子画像（重複加算した２次電子画像）は、後で合成するためにオーバーラップ１、２、３として図示したように一部、１次電子ビームを重複走査（例えば１０％程度重複）するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報（図３参照）とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、１枚の大きな画像にすることが出来る（図７の（ｂ）参照）。

図７の（ｂ）は、合成後の画像例を示す。これは、図７の（ａ）のスワス１、２、３、４の４枚の２次電子画像（重複加算画像）を１枚の画像に合成したものであって、図７の（ｂ）ではオーバーラップ１、２、３（例えば１０％程度）を用い、かつ既述した図３のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに１枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ１、２、３の領域は２度走査しているので、画像加算効果により高いＳＮＲを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス１，２，３，４の位置合わせを行い、画像合成することで４本、２段の独立したスワス１，２，３，４から１つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス１、２、３、４を跨がずに形成されている場合には、そのうちの１つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも１つの画像に合成する必要はない。

以上によって、既述した図２の（ｂ）の２段の１次電子ビームを用いてサンプル９を走査しつつ該サンプル９を直角方向にステージ９で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス１、２、３、４に示す短冊状の２次電子画像（図７の（ａ）、重複加算画像）をそれぞれ生成し、これらを合成した１枚の２次電子画像（図７の（ｂ））を生成することが可能となる。

図８は、本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（千鳥）を示す。

図８の（ａ）は、合成前の画像例を示す。これは、図２の（ｃ）の１次電子ビームの数が２段で千鳥に配置した場合のものであって、図８の（ａ）は、４本の千鳥（２段）の１次電子ビームを用い、サンプル８をステージ９により一定方向に一定速度で移動（走査）しつつ、その直角方向に４本の２段で千鳥の１次電子ビームを走査することを繰り返し、そのときにサンプル８から放出された４本の２段で千鳥の２次電子ビームを図１の投影レンズ１２により電子検出装置１４にそれぞれ結像する。そして、この結像した４つの２段で千鳥の２次電子画像を図示のスワス１、２、３、４の４つの短冊状の２段で千鳥であって、走査開始点の左端から走査開始して１段目の２次電子画像を生成し、少し遅れて２段目の千鳥分だけ図では下方向に２次電子画像を重複加算する態様で生成した様子を模式的に表したものである。この２段で千鳥の場合には、図２の（ｃ）の１段目の１次電子ビーム（図８の（ａ）では４つの１次電子ビーム）で走査を開始し、次に、少し遅れて２段目の千鳥の１次電子ビーム（図８の（ａ）では４つの１次電子ビームで少し下の位置）で走査を開始しているので、図示のように、２段目の２次電子ビームは重複加算した２次電子画像となり、高ＳＮＲを生成できる利点がある。ここで、スワス１、２、３、４の４つの短冊状の２次電子画像（重複加算した２次電子画像）は、後で合成するためにオーバーラップ１、２、３として図示したように一部、１次電子ビームを重複走査（例えば１０％程度重複）するようにしている。これにより、走査漏れが無くなると同時に、隣接するスワスに共通画像が存在するようになるため、レーザー干渉計で得られる位置情報（図３参照）とパターンマッチング等を用いて、隣接するスワスの位置関係を補正し、１枚の大きな画像にすることが出来る（図８の（ｂ）参照）。

図８の（ｂ）は、合成後の画像例を示す。これは、図８の（ａ）のスワス１、２、３、４の４枚の２段の千鳥の２次電子画像（重複加算画像）を１枚の画像に合成したものであって、図８の（ｂ）ではオーバーラップ１、２、３（例えば１０％程度）を用い、かつ既述した図３のステージ位置に対応する各種すれ量をもとに１枚の画像に合成する。ここで、オーバーラップ１、２、３の領域は２度走査しているので、画像加算効果により高いＳＮＲを得ることが出来るので、より正確に位置合わせを実現できる。例えばスワス１，２，３，４の位置合わせを行い、画像合成することで４本、２段の独立したスワス１，２，３，４から１つの大きな画像領域が形成される。このように処理した画像を合成後の画像として出力し、検査画像として利用する。検査対象の領域がそれぞれのスワス１、２、３、４を跨がずに形成されている場合には、そのうちの１つのスワスの領域を用いて検査が実現できるので、必ずしも１つの画像に合成する必要はない。

以上によって、既述した図２の（ｃ）の２段で千鳥の１次電子ビームを用いてサンプル９を走査しつつ該サンプル９を直角方向にステージ９で一定速度で移動することを繰り返すことにより、スワス１、２、３、４に示す２段の短冊状の２次電子画像（図８の（ａ）；２段目は少し下に位置）をそれぞれ生成し、これらを合成した１枚の２次電子画像（図８の（ｂ））を生成することが可能となる。

尚、図８は１次電子ビームの配列を千鳥という任意の位置にした例を示したが、任意の位置（千鳥）に１次電子ビームを配置する場合においても最終的に１枚の画像を得るために複数のスワスのアライメントが必要なので、少なくとも隣接する１次電子ビームが作り出すスワスとオーバーラップする領域を設けることが必要である。オーバーラップ領域があれば、どのように配置していても、お互いの位置関係を精密に定めることが可能となり、１枚の画像に合成することが出来る。しかしながら、加算画像の処理が複雑になるなどデメリットも多いため、単純な列や千鳥配列など予め加算処理などがし易い配列にすることが望ましい。

図９は、本発明の動作説明フローチャート（マルチビーム画像の中心座標取得）を示す。

図９において、Ｓ１は、間隔寸法既知のパターンを用意する。これは、パターン間隔および形状寸法が精密に判明している基準サンプルを用意する。予め同じパターンを作り込んだ導電性を有するフォトマスクやシリコン基板が良い。パターンのサイズや配置間隔はＣＤＳＥＭあるいは光学的な計測装置で予め測定しておく。測定を簡単にするために、予め電子ビーム偏向中心座標は設計値として判明しているので、後述する図１０に示すように、設計上の偏向中心座標の場所にパターンを配置した基準サンプルを利用すると容易に校正できる。パターンサイズは任意であるが、プロセス変動が生じても中心位置が正確に出るように左右上下対称のパターンが望ましい。

Ｓ２は、ステージ停止状態で画像を取得する。これは、図１のステージ９を停止した状態でＳ１で用意したパターンを持つ基板に対して複数の１次電子ビームの走査を行い、パターンの画像を取得する。

Ｓ３は、取得された画像と間隔寸法位置のパターンを比較する。

Ｓ４は、各電子ビーム走査の中心座標を算出する。これらＳ３，Ｓ４は、Ｓ２で取得した画像と、基準サンプル画像、あるいは設計データとをパターンマッチング等を用いて比較して中心位置のズレを算出する。位置ズレ量と基準サンプルの設計データから複数の各１次電子ビームの偏向中心座標を算出する。

以上によって、複数の１次電子ビームが図１のサンプル８の表面を走査する該各１次電子ビームの走査中心座標（後述する図１０参照）を実測することが可能となる。

図１０は、本発明の動作説明図（マルチビーム走査方向とステージ移動方向）を示す。

図１０において、電子ビーム走査方向は図１の複数の１次電子ビームがサンプル８の表面をここでは一次元走査する方向である。

ステージ移動方向（一定速度）は、図１のサンプル８を搭載したステージ９が一定方向に一定速度で走査（移動）する方向である。

１段目アパチャーは、既述した図２の（ｂ）の２段の場合の第１段目のアパチャー（１次電子ビームに対応）である。

２段目アパチャーは、既述した図２の（ｂ）の２段の場合の第２段目のアパチャー（１次電子ビームに対応）である。

各ビームの偏向中心対応座標は、各アパチャー（各１次電子ビーム）に対応する中心位置座標を示し、図示のように、
・１段目アパチャー：（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ１）、（Ｘ３，Ｙ１）、（Ｘ４，Ｙ１）
・２段目アパチャー：（Ｘ１，Ｙ２）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ２）、（Ｘ４，Ｙ４）
と表記する。

以上のように、図２の（ｂ）の２段の２次電子ビームの場合であって、図１０に示す、２段で各段が４つの場合には該図１０に示すように、１段目アパチャー、２段目アパチャーによって生成される２段のそれぞれ４つの１次電子ビームの偏向中心座標を図示のように定義し、既述した図９のフローチャートに従い、間隔寸法既知パターンを作成し、これのパターンの画像をそれぞれ取得して比較することにより、２段の各４つの１次電子ビームの偏向中心座標を実測して記録することが可能となる。

図１１は、本発明の動作説明図（ステージ移動のずれ量および回転量の測定）を示す。

図１１の（ａ）はＸＹ位置測定用のレーザ干渉計３１の位置関係の例を示し、図１１の（ｂ）は回転測定用のレーザ干渉計３１の位置関係の例を示す。

図１１の（ａ）において、干渉計Ｘ１は、ステージ９のＸ方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーを配置する。

干渉計Ｙ１は、ステージ９のＹ方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーを配置する。

以上のように、干渉計Ｘ１，Ｙ１を配置することにより、ステージ９のＸ方向、Ｙ方向の距離（位置）をリアルタイムに精密に実測して記録することが可能となる（図３参照）。

図１１の（ｂ）において、干渉計Ｘ１は、ステージ９のＸ方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように配置すると共にステージ側にミラーをそれぞれ配置すると共にステージ側にミラーを配置する。

干渉計Ｙ１、Ｙ２は、ステージ９のＹ方向の位置の距離を精密測定できるように図示のように、離れて回転角度が実測できるようにそれぞれ配置すると共にステージ側にミラーを配置する。

以上のように、干渉計Ｘ１，Ｙ１、Ｙ２を配置することにより、ステージ９の回転をリアルタイムに精密に実測することが可能となる（図３参照）。

図１２は、本発明のステージの傾斜補正説明図を示す。これは、既述した図１のステージ９の例を示し、ステージＺ１（円錐）、ステージＺ２（円錐）、ステージＺ３（平坦）の３点支持のステージの例を示す。３点支持する各ステージがピエゾ素子に電圧を印加することにより収縮して任意の距離に外部から任意に調整できる構造となっている。

詳細に説明すれば、図１２は独立した３つの同じ性能を持つピエゾアクチュエータで構成され、サンプル中心に対して３点支持が出来るように配置されている。

３つのピエゾアクチュエータの１つの端部はＸＹステージの可動部表面に支持点を持ち、もう一端はサンプルを支えるホルダーに接続されている。接続部は３点支持が正確に行われるように成形されている。例としては滑らない様に表面加工したルビー球を用いたり、円錐状にした金属やプラスチックを利用したりできる。出来るだけ大きな摩擦係数になるように表面処理することが望ましい。３つの支持部のうち少なくとも１つはサンプルにバイアス電圧を印加するために必要な回路を形成するため導電性を有している。

３つのピエゾアクチュエータを駆動するために３つの独立した制御回路を有し、高さセンサ１５１、１５２からの信号をＰＣで処理しその処理結果を用いてＰＣ等からの指令することで所望の距離高さを変えることが出来る。それぞれのアクチュエータには容量センサ等の変位センサが内蔵されており、実際に生じた変位量をモニターしてフィードバックする仕組みとなっておりピエゾ素子の非線形性を補正できるようになっている。位置精度はｎｍオーダーまで得られる（後述する図１９０参照）。

Ｚ軸制御に必要なストロークは数ミクロンから１０００ミクロン程度の範囲である。Ｚ軸ステージで支持することによってサンプルが振動しないように高い剛性を併せ持つ必要がある。サンプルホルダーを含めた変位拡大機構付きピエゾアクチュエータを用いた支持系はｍｓの高い応答速度と大きな機械剛性を合わせもつため、数百Ｈｚ以上の高い共振周波数を有し不要な振動は避けられる仕組みに成っている。そのためフォトマスクのように１ｋｇ近くある重いサンプルでも瞬時に水平維持できる。

図１３は、本発明のステージの蛇行説明図を示す。

図１３の（ａ）は蛇行無のステージの様子を模式的に示し、図１３の（ｂ）は蛇行が左の場合の様子を模式的に示し、図１３の（ｃ）は蛇行が右の場合の様子を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を示し、横方向は電子ビーム走査方法を示す。

図１３の（ａ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して蛇行がない様子を模式的に示し、補正は必要ない場合を示す。

図１３の（ｂ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して蛇行が左にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、右に蛇行を補正する（図３のステージずれ量を参照）。

図１３の（ｃ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して蛇行が右にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、左に蛇行を補正する（図３のステージずれ量を参照）。

一般にＸＹステージは駆動力の大きなミクロン以上の移動を高速で行うためのダイレクトモータ、サーボモータ、ステッピングモーター、超音波モーター、リニアモーターなどとミクロン以下ｎｍオーダーの微動が可能なピエゾアクチュエータやブレーキを組み合わせたものが多い。

ＸＹステージはお互いに独立したＸ軸移動機構、Ｙ軸移動機構を組み合わせることによってＸＹ方向に移動自由度を持ち指定された座標点に移動する機能を有している。例えば、ＸＹステージに対してＹ軸に沿って移動するように移動命令を与えたとする。完璧なステージであればＸ方向には移動せずＹ軸方向にのみ移動するが、図１３に示したように実際のステージではＸ方向にも移動が生じる。

ステージの移動精度を規定するガイドレールはセラミックなどで出来ており、非常に高精度な機械加工が施されているがミクロン程度の機械精度誤差がある。ステージが例えばＹ軸に沿って（Ｘ１，Ｙ１）から（Ｘ１，Ｙ２）に向かって移動すると、ステージ移動途中でステージの中心座標はＸ軸方向に左右に蛇行運動する。マルチビーム法では予め２次元に各電子ビームの間隔が決められて配置された１次電子ビーム群を利用する。連続検査中にステージが蛇行すると、１次電子ビームが照射される場所が意図した場所とは異なり不均一に１次電子ビームが照射され検査に不具合が生じる。

図１４は、本発明のステージの蛇行補正説明図を示す。

図１４の（ａ）は補正前の画像の例を模式的に示し、図１４の（ｂ）は補正後の画像の例を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を表し、横方向は１次電子ビームの走査方向ヲ表す。

図１４の（ａ）において、各画像は、ステージの蛇行毎に図示の矩形領域の画像が左右に蛇行する様子を模式的に示したものである。

図１４の（ｂ）において、各画像は、ステージの蛇行毎に図示の矩形領域の画像が補正された後の様子を模式的に示したものである。画像に蛇行はなく、ステージ移動方向に同じ幅で走査されている様子が分かる。

以上のように、既述した図１３で説明したように、ステージ９の蛇行（ステージ移動方向と直角方向のずれ量、更に、ステージ移動方向のずれ量）がある場合（検出された場合）には、これら蛇行分だけステージを移動（あるいは検出した画像を移動）する補正を行い、図１４の（ｂ）のように見かけ上、蛇行がないように補正することが可能となる。

図１５は、本発明のステージ回転説明図を示す。

図１５の（ａ）は水平回転が無の様子を模式的に示し、図１５の（ｂ）は水平回転が右の場合の様子を模式的に示し、図１５の（ｃ）は水平回転が左の場合の様子を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を示し、横方向は電子ビーム走査方法を示す。

図１５の（ａ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して水平方向の回転がない様子を模式的に示し、補正は必要ない場合を示す。

図１５の（ｂ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して水平方向の回転が右にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、左に水平方向の回転を補正する（図３のステージ回転量を参照）。

図１５の（ｃ）において、ステージ９は、一定方向（縦方向）のステージ移動方向に対して水平方向の回転が左にある様子を模式的に示し、補正が必要ある場合を示す。この場合には、右に水平方向の回転を補正する（図３のステージ回転量を参照）。

一般にステージ９は可動部を挟んで左右対称に２つのレールの上に載っている。左右のレールの特性は必ずしも同じではなく、摩擦も異なるため、レールに沿ってステージ９を移動した場合、左右のレールでは移動量が異なってくる。そのため、ステージ９の可動部はＸＹ平面内で僅かに回転揺れを生じる。これを本発明では補正する。

図１６は、本発明のステージの回転補正説明図を示す。

図１６の（ａ）は補正前の画像の例を模式的に示し、図１６の（ｂ）は補正後の画像の例を模式的に示す。ここで、縦方向はステージ移動方向を表し、横方向は１次電子ビームの走査方向ヲ表す。

図１６の（ａ）において、各画像は、ステージの水平方向の回転毎に図示の矩形領域の画像が左回転あるいは右回転する様子を模式的に示したものである。

図１６の（ｂ）において、各画像は、ステージの水平方向の回転毎に図示の矩形領域の画像が補正された後の様子を模式的に示したものである。画像の水平方向の回転はなく、ステージ移動方向に同じ向きで走査されている様子が分かる。

以上のように、既述した図１５で説明したように、ステージ９の水平方向の回転（ステージ移動方向に対する回転方向のずれ量）がある場合（検出された場合）には、これら水平方向の回転分だけステージを逆方向に回転（あるいは検出した画像を回転）する補正を行い、図１６の（ｂ）のように見かけ上、ステージの移動方向に対して水平方向の回転がないように補正することが可能となる。

図１７は、本発明のステージの傾き補正説明図（Ｚステージによる高さ制御および自動水平だし）を示す。

図１７の（ａ）は補正前の様子を模式的に示し、図１７の（ｂ）は補正後の様子を模式的に示す。ここで、横軸はステージの移動方向Ｙ１からＹ２を表し、縦軸はそのときの高さＺを表す。

図１７の（ａ）において、図示の凸状の曲線は、補正前の曲線の例を示し、ステージ９が座標Ｙ１から座標Ｙ２まで一定速度で移動したときの高さＺの座標の変化の様子を模式的に示したものである。ここでは、凸状に高さＺが変化していることが判明する（実測される（図３のステージた高さ参照））。

図１７の（ｂ）において、図示の曲線は、補正後の曲線の例を示し、ステージ９の高さＺを補正した後の様子を示す。これは、補正前の図１７の（ａ）に示す凸状の曲線のように、ステージ９が座標Ｙ１から座標Ｙ２まで一定速度で移動したときの高さＺの座標が変化した場合（図３のステージ高さ参照）、リアルタイム検出された高さＺに対応して、当該高さＺを自動補正する。

以上のように、ステージ９が一定方向に一定速度で移動した場合にその高さＺをリアルタイム検出してその高さ変化分だけステージの高さを自動補正することが可能となる（後述する図１８参照）。

尚、ステージ９のＺ方向の移動に対して、上述した図１７で説明したステージ９のＺ方向の補正を行わずに、対物レンズ６（あるいは図示外の補助対物レンズ）を制御して自動フォーカスおよび自動倍率補正を行う方法を採用してもよい。

図１８は、本発明のステージの高さ補正説明図を示す。

図１８の（ａ）は補正無しの状態を模式的に示し、図１８の（ｂ）は補正有りの状態を模式的に示す。ここで、縦方向は電子ビーム走査方向であり、横方向はステージの移動方向である。

図１８の（ａ）において、図示の補正無しの場合の先端部、中央部、後端部の各画像は、ステージ９の移動（図１７の座標Ｙ１（先端部）から座標Ｙ２（後端部）に伴い発生した高さＺの変化に伴う画像のボケを模式的に表したものである。

図１８の（ｂ）において、図示の補正有りの場合の先端部、中央部、後端部の各画像は、ステージ９の移動（図１７の座標Ｙ１（先端部）から座標Ｙ２（後端部）に伴い発生した高さＺの変化に伴う高さ補正を行った後の画像（ボケなし）を模式的に表したものである。

以上のように、図１８の（ａ）の補正無のボケた画像について、リアルタイムに高さＺを検出してステージ９の高さを自動補正して図１７の（ｂ）の補正有りの画像に自動補正することが可能となる。

図１９は、本発明のサンプル高さおよび傾き補正説明図を示す。これは、既述した図１に図１７のステージを組み込んだ実施例構造図の例を示す。

図１９において、１次電子ビーム１－１は、複数の１次電子ビームを表す。

２次電子ビーム１－２は、複数の１次電子ビーム１－１をサンプル５１に照射したときに放出された複数の２次電子ビームを表す。

高さセンサー１５１、１５２は、サンプル５１の高さをリアルタイム測定して出力する装置であって、レーザ干渉計などである。

サンプルホルダー５２は、サンプル８を保持するものである。

ピエゾ圧電素子（Ｚ１）５１、（Ｚ２）５２，（Ｚ３）５５は、既述した図１２のステージＺ１（円錐）、ステージＺ２（円錐）、ステージＺ３（平坦）に対応するものであって、３点支持でサンプルホルダー５２を支持するものである。

以上の構造のもとで、既述した図１２で説明したように、サンプルホルダー５２を３点支持するピエゾ圧電素子（Ｚ１）５１、（Ｚ２）５２，（Ｚ３）５５のいずれかに制御電圧を印加して所望の高さＺにリアルタイムかつ超高速にサンプルホルダー５２の高さ、傾きを自動補正することが可能となる。

本発明の１実施例構造図である。 本発明のマルチビーム配列の種類例である。 本発明のデータテーブル例である。 本発明のマルチビーム作成例である。 本発明のマルチビーム検出説明図である。 本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（１段）である。 本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（２段）である。 本発明のマルチビーム画像取得・合成説明図（千鳥）である。 本発明の動作説明フローチャート（マルチビーム画像の中心座標取得）である。 本発明の動作説明図（マルチビーム走査方向とステージ移動方向）である。 本発明の動作説明図（ステージ移動のずれ量および回転量の測定）である。 本発明のステージの傾斜補正説明図である。 本発明のステージの蛇行説明図である。 本発明のステージの蛇行補正説明図である。 本発明のステージの回転説明図である。 本発明のステージの回転補正説明図である。 本発明のステージの傾き補正説明図である。 本発明のステージの高さ補正説明図である。 本発明のサンプル高さおよび傾き補正説明図である。

１：電子銃
２：ブランキング装置
３：照明レンズ
３－１：マルチビームアパチャー
３－２：マルチ電子ビーム
４：対物アパチャー
５：ビームスプリッタ
５－１：静電偏向器
５－２：電磁偏向器
６：対物レンズ
７：偏向装置
８：サンプル
８－１：ミラー
９：ＸＹＺθステージ（ステージ）
１０：真空チャンバー
１０－１：真空ポンプ
１１：アライメント
１２：投影レンズ
１３：振り戻し偏向器
１４：電子検出沿器
５２：サンプルホルダー
５３、５４、５５；ピエゾ圧電素子
１５１、１５２：高さセンサー

Claims (9)

1. 複数の１次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成装置において、
   複数の１次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、
   前記複数ビーム生成装置で生成された複数の１次電子ビームを２段偏向して対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された２次電子ビームを前記１次電子ビームと反対方向に２段偏向して投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された１次電子ビームを細く絞る対物レンズと、
   前記対物レンズで細く絞られた１次電子ビームを偏向してサンプル上で走査する偏向系と、
   前記ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された２次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、
   サンプルを一定方向に少なくとも移動させるステージと、
   サンプルの移動方向の位置、直角方向の位置をリアルタイム測定する干渉計と
   を備え、
   前記複数ビーム生成装置で生成された複数の１次電子ビームを前記ビームスプリッタで前記対物レンズの軸に偏向し、該対物レンズで前記サンプルに細く絞った１次電子ビームを照射すると共に前記偏向系により走査し、サンプルから放出された２次電子を前記ビームスプリッタで前記投影レンズの軸に偏向し、該投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力し、
   該出力された複数電子ビームの画像情報および前記干渉計から出力されたサンプルのリアルタイムの移動方向の位置、直角方向の位置をもとに前記ステージの移動量、回転量の補正を行う、あるいは前記ステージの移動量、回転量に対応する分だけ画像情報を移動、回転する補正を行う
   ことを特徴とするマルチビーム画像生成装置。
2. 前記出力された複数電子ビームの画像情報をもとに、１枚の画像に合成する合成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム画像生成装置。
3. 前記ステージの高さ方向の位置をリアルタイムに測定してこれをもとにステージの高さの補正を行い、あるいは電磁的に補正を行い、自動フォーカスすることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載のマルチビーム画像生成装置。
4. 前記複数ビーム生成装置は、１本の１次電子ビームを複数の穴の開いたアパチャーに照射して複数の１次電子ビームを生成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のマルチビーム画像生成装置。
5. 前記ビームスプリッタは１次電子の入射側の第１段目を静電偏向器、第２段目を電磁偏向器とし、第２段目の電磁偏向器でサンプルから放出された２次電子ビームを１次電子ビームと逆方向に偏向して分離したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチビーム画像生成装置。
6. 前記サンプルに負のリターディング電圧を印加し、該サンプルに照射して走査する１次電子ビームの高分解能を維持したままでエネルギーを低下させ、該サンプルのダメージを軽減したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマルチビーム画像生成装置。
7. 前記投影レンズの前あるいは後に２次電子ビームの位置補正用の偏向系を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のマルチビーム画像生成装置。
8. 複数の１次電子ビームをサンプルに走査して画像を生成するマルチビーム画像生成方法において、
   複数の１次電子ビームを生成する複数ビーム生成装置と、
   前記複数ビーム生成装置で生成された複数の１次電子ビームを２段偏向して対物レンズの軸に入射させると共に、サンプルから放出された２次電子ビームを前記１次電子ビームと反対方向に２段偏向して投影レンズの軸に入射させるビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された１次電子ビームを細く絞る対物レンズと、
   前記対物レンズで細く絞られた１次電子ビームを偏向してサンプル上で平面走査する偏向系と、
   前記ビームスプリッタで２段偏向されて軸に入射された２次電子ビームを電子検出器に結像する投影レンズと、
   サンプルを一定方向に少なくとも移動させるステージと、
   サンプルの移動方向の位置、直角方向の位置をリアルタイム測定する干渉計と
   を設け、
   前記複数ビーム生成装置が生成した複数の１次電子ビームを前記ビームスプリッタで前記対物レンズの軸に偏向し、該対物レンズが前記サンプルに向けて細く絞った１次電子ビームを照射すると共に前記偏向系により平面走査し、サンプルから放出された２次電子を前記ビームスプリッタで前記投影レンズの軸に偏向し、該投影レンズで電子検出器に結像して複数電子ビームの画像情報を出力し、
   該出力された複数電子ビームの画像情報および前記干渉計から出力されたサンプルのリアルタイムの移動方向の位置、直角方向の位置をもとに前記ステージの移動量、回転量の補正を行う、あるいは前記ステージの移動量、回転量に対応する分だけ画像情報を移動、回転する補正を行う
   ことを特徴とするマルチビーム画像生成方法。
9. 前記出力された複数電子ビームの画像情報をもとに、１枚の画像に合成する合成手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載のマルチビーム画像生成方法。

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