WO2021205729A1 - マルチ電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法 - Google Patents

マルチ電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法 Download PDF

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小川　力
亮一 平野
杉原　真児
井上　広
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株式会社ニューフレアテクノロジー
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Definitions

  • JP2020-068594 application number filed in Japan on April 6, 2020.
  • the content described in JP2020-068594 will be incorporated into this application.
  • the present invention relates to a multi-electron beam inspection device and a multi-electron beam inspection method.
  • the present invention relates to an inspection device that inspects using a secondary electron image of a pattern emitted by irradiating a multi-beam with an electron beam.
  • one of the major factors for reducing the yield is a pattern defect of a mask used when exposing and transferring an ultrafine pattern on a semiconductor wafer by photolithography technology. Therefore, it is required to improve the accuracy of the pattern inspection apparatus for inspecting defects of the transfer mask used in LSI manufacturing.
  • an inspection method a method of inspecting by comparing a measurement image obtained by imaging a pattern formed on a substrate such as a semiconductor wafer or a lithography mask with design data or a measurement image obtained by imaging the same pattern on the substrate.
  • a pattern inspection method "die to die inspection” in which measurement image data obtained by imaging the same pattern in different places on the same substrate are compared with each other, or a design image based on pattern-designed design data.
  • die to database (die database) inspection” that generates data (reference image) and compares this with the measurement image that is the measurement data obtained by imaging the pattern.
  • the captured image is sent to the comparison circuit as measurement data.
  • the comparison circuit after the images are aligned with each other, the measurement data and the reference data are compared according to an appropriate algorithm, and if they do not match, it is determined that there is a pattern defect.
  • the pattern inspection device described above includes a device that irradiates a substrate to be inspected with laser light to image a transmitted image or a reflected image, and scans the substrate to be inspected with a primary electron beam. Development of an inspection device that acquires a pattern image by detecting secondary electrons emitted from the substrate to be inspected with irradiation of the secondary electron beam is also in progress. As for the inspection device using the electron beam, the development of the device using the multi-electron beam is also in progress. In an inspection device using a multi-electron beam, a sensor for detecting secondary electrons caused by irradiation of each beam of the multi-primary electron beam is arranged to acquire an image for each beam.
  • one aspect of the present invention provides an inspection device and method capable of inspecting with high accuracy even when so-called crosstalk occurs in which secondary electrons of other beams are mixed in the sensor for each beam.
  • the multi-electron beam inspection apparatus is A stage on which the patterned sample is placed, and A primary electron optics system that irradiates a sample with a multi-primary electron beam, Of the multi-secondary electron beams emitted due to the irradiation of the sample with the multi-primary electron beam, each of the preset primary electron beams is emitted due to the irradiation of the sample.
  • a multi-detector with multiple detection sensors for detecting secondary electron beams A reference image data creation circuit that creates reference image data at the position irradiated by each primary electron beam based on the design data that is the basis of the pattern formed on the sample.
  • Synthesis that combines a part of the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam with the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam for each primary electron beam.
  • Circuit and A comparison circuit that compares the synthesized synthetic reference image data with the secondary electron image data based on the value detected by the detection sensor that detects the secondary electron beam caused by the irradiation of the primary electron beam. It is characterized by being equipped with.
  • the multi-electron beam inspection method is A multi-primary electron beam is applied to the patterned sample.
  • each of the preset primary electron beams is emitted due to the irradiation of the sample.
  • the multi-secondary electron beam emitted due to the irradiation of the sample with the multi-primary electron beam is detected.
  • Acquire secondary electron image data for each detection sensor based on the detected value Based on the design data that is the basis of the pattern formed on the sample, reference image data of the position irradiated by each primary electron beam is created. For each primary electron beam, a part of the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam other than the primary electron beam is combined with the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam.
  • the synthesized reference image data is compared with the secondary electron image data based on the value detected by the detection sensor that detects the secondary electron beam caused by the irradiation of the primary electron beam, and the result is output. do, It is characterized by that.
  • FIG. It is a block diagram which shows an example of the structure of the pattern inspection apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a conceptual diagram which shows the structure of the molded aperture array substrate in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the plurality of chip regions formed on the semiconductor substrate in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the scanning operation of the multi-beam in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the spread of the secondary electron beam per primary electron beam in Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the main part process of the inspection method in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the scanning of the sub-irradiation region and the measured secondary electron intensity in Embodiment 1.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the secondary electron intensity map in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the gain map in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the structure of each gain value in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the method of creating a composite reference image in Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows an example of the structure in the comparison circuit in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of the pattern inspection device 100 according to the first embodiment.
  • the inspection device 100 for inspecting a pattern formed on a substrate is an example of a multi-electron beam inspection device.
  • the inspection device 100 includes an image acquisition mechanism 150 (secondary electronic image acquisition mechanism) and a control system circuit 160.
  • the image acquisition mechanism 150 includes an electron beam column 102 (electron lens barrel) and an examination room 103.
  • an electron gun 201 In the electron beam column 102, an electron gun 201, an electromagnetic lens 202, a molded aperture array substrate 203, a beam selection aperture substrate 219, an electromagnetic lens 205, a batch blanking deflector 212, a limiting aperture substrate 213, an electromagnetic lens 206, and an electromagnetic lens.
  • 207 objective lens
  • main deflector 208 sub-deflector 209
  • beam separator 214 deflector 218, electromagnetic lens 224, electromagnetic lens 226, and multi-detector 222 are arranged.
  • electromagnetic lens 224 In the example of FIG.
  • an electron gun 201, an electromagnetic lens 202, a molded aperture array substrate 203, a beam selection aperture substrate 219, an electromagnetic lens 205, a batch blanking deflector 212, a limiting aperture substrate 213, an electromagnetic lens 206, and an electromagnetic lens 207 (The objective lens), the main deflector 208, and the sub-deflector 209 constitute a primary electron optics system that irradiates the substrate 101 with a multi-primary electron beam.
  • the beam separator 214, the deflector 218, the electromagnetic lens 224, and the electromagnetic lens 226 constitute a secondary electron optical system that irradiates the multi-detector 222 with a multi-secondary electron beam.
  • a stage 105 that can move at least in the XYZ direction is arranged in the inspection room 103.
  • a substrate 101 (sample) to be inspected is arranged on the stage 105.
  • the substrate 101 includes an exposure mask substrate and a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
  • a plurality of chip patterns are formed on the semiconductor substrate.
  • a chip pattern is formed on the exposure mask substrate.
  • the chip pattern is composed of a plurality of graphic patterns.
  • the substrate 101 is a semiconductor substrate, for example, with the pattern forming surface facing upward. Further, on the stage 105, a mirror 216 that reflects the laser beam for laser length measurement emitted from the laser length measuring system 122 arranged outside the examination room 103 is arranged. The multi-detector 222 is connected to the detection circuit 106 outside the electron beam column 102.
  • the control computer 110 that controls the entire inspection device 100 uses the position circuit 107, the comparison circuit 108, the reference image creation circuit 112, the stage control circuit 114, the lens control circuit 124, and the blanking via the bus 120. It is connected to a control circuit 126, a deflection control circuit 128, a secondary electron strength measurement circuit 129, a gain calculation circuit 130, a synthesis circuit 132, a storage device 109 such as a magnetic disk device, a monitor 117, a memory 118, and a printer 119. Further, the deflection control circuit 128 is connected to a DAC (digital-to-analog conversion) amplifier 144, 146, 148. The DAC amplifier 146 is connected to the main deflector 208, and the DAC amplifier 144 is connected to the sub-deflector 209. The DAC amplifier 148 is connected to the deflector 218.
  • DAC digital-to-analog conversion
  • the detection circuit 106 is connected to the chip pattern memory 123 and the secondary electron intensity measurement circuit 129.
  • the chip pattern memory 123 is connected to the comparison circuit 108.
  • the stage 105 is driven by the drive mechanism 142 under the control of the stage control circuit 114.
  • a drive system such as a three-axis (XY ⁇ ) motor that drives in the X direction, the Y direction, and the ⁇ direction in the stage coordinate system is configured, and the stage 105 can move in the XY ⁇ direction. It has become.
  • X motors, Y motors, and ⁇ motors (not shown), for example, step motors can be used.
  • the stage 105 can be moved in the horizontal direction and the rotational direction by a motor of each axis of XY ⁇ . Further, in the drive mechanism 142, for example, a piezo element or the like is used to control the stage 105 so as to be movable in the Z direction (height direction). Then, the moving position of the stage 105 is measured by the laser length measuring system 122 and supplied to the position circuit 107. The laser length measuring system 122 measures the position of the stage 105 by the principle of the laser interferometry method by receiving the reflected light from the mirror 216. In the stage coordinate system, for example, the X direction, the Y direction, and the ⁇ direction are set with respect to the plane orthogonal to the optical axis (electron orbit center axis) of the multi-primary electron beam.
  • the electromagnetic lens 202, the electromagnetic lens 205, the electromagnetic lens 206, the electromagnetic lens 207 (objective lens), the electromagnetic lens 224, the electromagnetic lens 226, and the beam separator 214 are controlled by the lens control circuit 124.
  • the batch blanking deflector 212 is composed of electrodes having two or more poles, and each electrode is controlled by a blanking control circuit 126 via a DAC amplifier (not shown).
  • the sub-deflector 209 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by the deflection control circuit 128 via the DAC amplifier 144.
  • the main deflector 208 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by a deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 146.
  • the deflector 218 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by a deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 148.
  • a passage hole through which one beam can pass is formed in the central portion, and a direction orthogonal to the orbital central axis (optical axis) of the multi-primary electron beam is provided by a drive mechanism (not shown). It is configured to be movable in the (two-dimensional direction).
  • a high-voltage power supply circuit (not shown) is connected to the electron gun 201, and an acceleration voltage from the high-voltage power supply circuit is applied between the filament (cathode) and the extraction electrode (anode) in the electron gun 201 (not shown), and another extraction electrode is used.
  • a voltage of (Wenert) and heating the cathode at a predetermined temperature a group of electrons emitted from the cathode is accelerated and emitted as an electron beam 200.
  • FIG. 1 describes a configuration necessary for explaining the first embodiment.
  • the inspection apparatus 100 may usually have other necessary configurations.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the molded aperture array substrate according to the first embodiment.
  • one of the two-dimensional horizontal (x direction) m 1 row ⁇ vertical (y direction) n 1 step (m 1 , n 1 is an integer of 2 or more, and the other is Holes (openings) 22 (an integer of 1 or more) are formed at a predetermined arrangement pitch in the x and y directions.
  • Holes (openings) 22 an integer of 1 or more
  • a predetermined arrangement pitch in the x and y directions In the example of FIG. 2, a case where a 23 ⁇ 23 hole (opening) 22 is formed is shown.
  • each hole 22 is formed by a rectangle having the same dimensions and shape. Alternatively, ideally, it may be a circle having the same outer diameter.
  • the electron beam 200 emitted from the electron gun 201 is refracted by the electromagnetic lens 202 to illuminate the entire molded aperture array substrate 203.
  • a plurality of holes 22 are formed in the molded aperture array substrate 203, and the electron beam 200 illuminates an area including all the plurality of holes 22.
  • the multi-primary electron beam 20 is formed by each part of the electron beam 200 irradiated to the positions of the plurality of holes 22 passing through the plurality of holes 22 of the molded aperture array substrate 203.
  • the beam selection aperture substrate 219 is retracted to a position where it does not interfere with the multi-primary electron beam 20.
  • the formed multi-primary electron beam 20 is refracted by the electromagnetic lens 205 and the electromagnetic lens 206, respectively, and is arranged at the crossover position of each beam of the multi-primary electron beam 20 while repeating the intermediate image and the crossover. It passes through the beam separator 214 and proceeds to the electromagnetic lens 207 (objective lens). Then, the electromagnetic lens 207 focuses (focuses) the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101.
  • the multi-primary electron beam 20 focused (focused) on the surface of the substrate 101 (sample) by the electromagnetic lens (objective lens) 207 is collectively deflected by the main deflector 208 and the sub-deflector 209. Each beam is irradiated to each irradiation position on the substrate 101.
  • the position is displaced from the central hole of the limiting aperture substrate 213 and is shielded by the limiting aperture substrate 213.
  • the multi-primary electron beam 20 not deflected by the batch blanking deflector 212 passes through the central hole of the limiting aperture substrate 213 as shown in FIG.
  • the limiting aperture substrate 213 shields the multi-primary electron beam 20 deflected so that the beam is turned off by the batch blanking deflector 212.
  • the multi-primary electron beam 20 for inspection is formed by the beam group that has passed through the limiting aperture substrate 213 formed from the time when the beam is turned on to the time when the beam is turned off.
  • the multi-primary electron beam 20 When the multi-primary electron beam 20 is irradiated to a desired position of the substrate 101, it corresponds to each beam of the multi-primary electron beam 20 from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20. , A bundle of secondary electrons including backscattered electrons (multi-secondary electron beam 300) is emitted.
  • the multi-secondary electron beam 300 emitted from the substrate 101 passes through the electromagnetic lens 207 and proceeds to the beam separator 214.
  • the beam separator 214 generates an electric field and a magnetic field in a direction orthogonal to each other on a plane orthogonal to the direction in which the central beam of the multi-primary electron beam 20 travels (the central axis of the electron orbit).
  • the electric field exerts a force in the same direction regardless of the traveling direction of the electron.
  • the magnetic field exerts a force according to Fleming's left-hand rule. Therefore, the direction of the force acting on the electron can be changed depending on the invasion direction of the electron.
  • the force due to the electric field and the force due to the magnetic field cancel each other out to the multi-primary electron beam 20 that invades the beam separator 214 from above, and the multi-primary electron beam 20 travels straight downward.
  • the multi-secondary electron beam 300 which is bent diagonally upward and separated from the multi-primary electron beam 20, is further bent by the deflector 218 and projected onto the multi-detector 222 while being refracted by the electromagnetic lenses 224 and 226. NS.
  • the multi-detector 222 detects the projected multi-secondary electron beam 300. Backscattered electrons and secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222, or the backscattered electrons may be diverged on the way and the remaining secondary electrons may be projected.
  • the multi-detector 222 has a two-dimensional sensor described later.
  • each secondary electron of the multi-secondary electron beam 300 collides with the corresponding region of the two-dimensional sensor to generate electrons, and secondary electron image data is generated for each pixel.
  • each detection sensor of the plurality of detection sensors of the multi-detector 222 detects the intensity signal of the secondary electron beam for the image caused by the irradiation of the primary electron beam 10i in charge of each.
  • the intensity signal detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a plurality of chip regions formed on the semiconductor substrate according to the first embodiment.
  • the substrate 101 is a semiconductor substrate (wafer)
  • a plurality of chips (wafer dies) 332 are formed in a two-dimensional array in the inspection region 330 of the semiconductor substrate (wafer).
  • a mask pattern for one chip formed on an exposure mask substrate is transferred to each chip 332 by being reduced to, for example, 1/4 by an exposure device (stepper) (not shown).
  • the region of each chip 332 is divided into a plurality of stripe regions 32 with a predetermined width, for example, in the y direction.
  • the scanning operation by the image acquisition mechanism 150 is performed, for example, for each stripe region 32.
  • each stripe region 32 is divided into a plurality of frame regions 33 in the longitudinal direction.
  • the movement of the beam to the target frame region 33 is performed by the collective deflection of the entire multi-beam 20 by the main deflector 208.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a multi-beam scanning operation according to the first embodiment.
  • the irradiation region 34 that can be irradiated by one irradiation of the multi-primary electron beam 20 is (the x-direction obtained by multiplying the x-direction beam-to-beam pitch of the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101 surface by the number of beams in the x-direction. Size) ⁇ (size in the y direction obtained by multiplying the pitch between beams in the y direction of the multi-primary electron beam 20 on the surface of the substrate 101 by the number of beams in the y direction).
  • each stripe region 32 is set to a size similar to the y-direction size of the irradiation region 34 or narrowed by the scan margin.
  • the irradiation region 34 has the same size as the frame region 33 is shown.
  • the irradiation area 34 may be smaller than the frame area 33. Alternatively, it may be large.
  • each beam of the multi-primary electron beam 20 is irradiated in the sub-irradiation region 29 surrounded by the inter-beam pitch in the x direction and the inter-beam pitch in the y direction in which the own beam is located, and the sub-irradiation region 29 is irradiated.
  • Scan inside Scan operation.
  • Each of the primary electron beams 10 constituting the multi-primary electron beam 20 is in charge of any of the sub-irradiation regions 29 different from each other. Then, at each shot, each primary electron beam 10 irradiates the same position in the responsible sub-irradiation region 29.
  • the movement of the primary electron beam 10 in the sub-irradiation region 29 is performed by batch deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the sub-deflector 209. This operation is repeated to sequentially irradiate the inside of one sub-irradiation region 29 with one primary electron beam 10. Then, when the scanning of one sub-irradiation region 29 is completed, the main deflector 208 moves to the adjacent frame region 33 in the stripe region 32 having the same irradiation position by the collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20. This operation is repeated to irradiate the inside of the stripe region 32 in order.
  • the irradiation position is moved to the next striped region 32 by moving the stage 105 and / or batch deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208.
  • the secondary electron images for each sub-irradiation region 29 are acquired by irradiating each of the primary electron beams 10i.
  • a secondary electron image of the frame region 33 By combining the secondary electron images for each of the sub-irradiation regions 29, a secondary electron image of the frame region 33, a secondary electron image of the stripe region 32, or a secondary electron image of the chip 332 is formed.
  • a plurality of chips 332 arranged in the x direction are grouped into the same group, and each group is divided into a plurality of stripe regions 32 with a predetermined width in the y direction, for example.
  • the movement between the stripe regions 32 is not limited to each chip 332, and may be performed for each group.
  • the main deflector 208 collectively deflects the irradiation position of the multi-primary electron beam 20 so as to follow the movement of the stage 105. Tracking operation is performed by. Therefore, the emission position of the multi-secondary electron beam 300 changes every moment with respect to the orbital central axis of the multi-primary electron beam 20. Similarly, when scanning the inside of the sub-irradiation region 29, the emission position of each secondary electron beam changes every moment in the sub-irradiation region 29. The deflector 218 collectively deflects the multi-secondary electron beam 300 so that each secondary electron beam whose emission position has changed is irradiated into the corresponding detection region of the multi-detector 222.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the spread of the secondary electron beam per primary electron beam in the first embodiment.
  • the case of the multi-primary electron beam 20 in a 5 ⁇ 5 row is shown.
  • a plurality of detection sensors 223 corresponding to the number of multi-primary electron beams 20 are arranged two-dimensionally.
  • each preset primary electron beam 10 is the substrate 101. It is a sensor for detecting the secondary electron beam 12 emitted due to being irradiated with.
  • the reference image to be compared used when inspecting the measurement image is created based on, for example, the design data that is the basis of the graphic pattern formed on the substrate 101. Therefore, when comparing the measurement image containing the crosstalk image (image to be inspected: secondary electron image) with the reference image created based on the design data, there is a difference in the image even though it is not a defect. Therefore, a so-called pseudo-defect, which is determined as a defect, may occur. In this way, crosstalk deteriorates the inspection accuracy. In order to avoid crosstalk, it is necessary to reduce the electron energy of the primary electron beam 10 on the surface of the substrate 101, but this reduces the number of secondary electrons generated.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a main process of the inspection method according to the first embodiment.
  • the inspection methods according to the first embodiment are a secondary electron intensity measurement step (S102), a gain calculation step (S104), a secondary electron image acquisition step (S106), and a reference image creation step (S110).
  • S102 secondary electron intensity measurement step
  • S104 gain calculation step
  • S106 secondary electron image acquisition step
  • S110 reference image creation step
  • S112 A series of steps of a synthesis step (S112), an alignment step (S120), and a comparison step (S122) are carried out.
  • the secondary electron intensity measuring circuit 129 is a secondary electron intensity measuring circuit 129 detected by each detection sensor 223 in the multi-detector 222 for each primary electron beam 10 of the multi-primary electron beam 20. Measure the electron strength. Specifically, it operates as follows. First, the beam selection aperture substrate 219 is moved to select one primary electron beam 10 among the multi-primary electron beams 20 that passes through the passage hole of the beam selection aperture substrate 219. The other primary electron beam 10 is shielded by the beam selection aperture substrate 219. Then, the inside of the sub-irradiation region 29 is scanned using the single primary electron beam 10.
  • the irradiation positions (pixels) of the primary electron beam 10 are sequentially moved by the deflection by the sub-deflector 209.
  • the evaluation substrate on which the pattern is not formed in this way the effect that the characteristics of each sub-irradiation region become uniform can be obtained.
  • an evaluation substrate on which a pattern is formed may be used.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the scanning of the sub-irradiation region and the measured secondary electron intensity in the first embodiment.
  • FIG. 7 shows, for example, a case where the beam 1 scans the inside of the sub-irradiation region 29 among the N ⁇ N multi-primary electron beams 20.
  • the sub-irradiation region 29 is composed of, for example, a size of n ⁇ n pixels. For example, it is composed of 1000 ⁇ 1000 pixels. It is preferable that the pixel size is configured to be about the same size as the beam size of the primary electron beam 10, for example. However, it is not limited to this. The pixel size may be smaller than the beam size of the primary electron beam 10.
  • the resolution of the image is lowered, but the pixel size may be larger than the beam size of the primary electron beam 10.
  • the secondary electron beam caused by the irradiation of the beam 1 with the beam 1 is sequentially detected by the detection sensor 223 for the beam 1 of the multi-detector 222. If the distribution of the secondary electron beam is wider than the region of the detection sensor 223 for the target beam as shown in FIG. 5, it can be detected in order by the detection sensors 223 for other beams at the same time.
  • the intensity signals detected by the multi-detector 222 are output to the detection circuit 106 in the order of measurement.
  • analog detection data is converted into digital data by an A / D converter (not shown) and output to the secondary electron intensity measurement circuit 129.
  • the secondary electron intensity measurement circuit 129 uses the input intensity signal to form a secondary electron intensity map having secondary electron intensity i (1,1) to i (n, n) of each pixel as elements. I (1,1) is measured.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a secondary electron intensity map according to the first embodiment.
  • the secondary electron intensities I (1,1) to I (1,N) can be measured by scanning the sub-irradiation region 29 for the beam 1 with the beam 1. By moving the beam selection aperture substrate 219 and selecting the target primary electron beams 10 in order, for example, the secondary electron intensities I (2,1) to I (2, N) are measured using the beam 2.
  • the beam 3 can be used to measure the secondary electron intensities I (3,1) to I (3,N).
  • the secondary electron intensity measuring circuit 129 has secondary electron intensity I (1,1) to I in the sub-irradiation region 29 units (primary electron beam unit). (N, N) can be measured.
  • the measured secondary electron intensity I (1,1) to I (N, N) information is output to the gain calculation circuit 130.
  • the gain calculation circuit 130 calculates a gain value for each detection sensor 223 and for each primary electron beam 10. Specifically, the gain calculation circuit 130 determines the gain value of the primary electron beam 10 detected by the detection sensor 223 for detecting the secondary electron beam 12 caused by the irradiation of the primary electron beam 10. The ratio of the intensity value of the secondary electron beam 12 due to another primary electron beam 10 detected by the same detection sensor 223 to the intensity value of the secondary electron beam 12 due to irradiation is calculated.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a gain map according to the first embodiment.
  • a of the gain value G (A, B) indicates a beam number
  • the gain value G (m, k) of the beam m (primary electron beam) in the detection sensor k for the beam k (primary electron beam) is defined by the following equation (1).
  • G (m, k) I (m, k) / I (k, k)
  • gain values G (1,1) to G (N, N) can be obtained as shown in FIG. Then, a gain map having such gain values G (1,1) to G (N, N) as elements can be created. As for the gain values G (1,1), G (2,2), ..., G (N, N) having the same beam number and detection sensor number, as is clear from the equation (1), Since both are 1, the calculation may be omitted.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of each gain value in the first embodiment.
  • the secondary electron intensities I (1,1) to I (N, N) are the secondary electron intensities i (1,1) to i (n, n) of each pixel, respectively.
  • the map is composed of elements, as shown in FIG. 10, the gain values g (1,1) to g (1) to g (for each gain value G (1,1) to G (N, N)) of each pixel are also formed. It is composed of maps having n, n) as elements. In other words, the gain value may differ from pixel to pixel.
  • the created gain map is stored in the storage device 109.
  • the substrate 101 to be inspected is placed on the stage 105, and the actual inspection process is performed.
  • the image acquisition mechanism 150 irradiates the substrate 101 on which a plurality of graphic patterns are formed with the multi-primary electron beam 20 while moving the stage 105 at a constant velocity, and the multi 1
  • the multi-secondary electron beam 300 emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the secondary electron beam 20 is detected, and the secondary electron image of the graphic pattern for each sub-irradiation region 29 is acquired.
  • backscattered electrons and secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222, or the backscattered electrons may be diverged in the middle and the remaining secondary electrons may be projected.
  • the multi-primary electron beam 20 is irradiated, and the multi-secondary electron beam 300 containing backscattered electrons emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20 is used. It is detected by the multi-detector 222.
  • the secondary electron detection data (measured image data: secondary electron image data: inspected image data) for each pixel in each sub-irradiation region 29 detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106 in the order of measurement. NS.
  • analog detection data is converted into digital data by an A / D converter (not shown) and stored in the chip pattern memory 123.
  • the obtained measurement image data is transferred to the comparison circuit 108 together with the information indicating each position from the position circuit 107.
  • the secondary electron image data for each pixel obtained here still contains the crosstalk image component.
  • the reference image creation circuit 112 corresponds to the mask die image based on the design data that is the basis of the plurality of graphic patterns formed on the substrate 101. To create. In other words, the reference image creation circuit 112 creates reference image data of the pixels (positions) irradiated by each primary electron beam. Specifically, it operates as follows. First, the design pattern data is read from the storage device 109 through the control computer 110, and each graphic pattern defined in the read design pattern data is converted into binary or multi-valued image data.
  • the figure defined in the design pattern data is, for example, a basic figure of a rectangle or a triangle.
  • Graphical data that defines the shape, size, position, etc. of each pattern graphic is stored with information such as a graphic code that serves as an identifier that distinguishes the graphic types of.
  • the design pattern data to be the graphic data is input to the reference image creation circuit 112, it is expanded to the data for each graphic, and the graphic code, the graphic dimension, etc. indicating the graphic shape of the graphic data are interpreted. Then, it is developed into binary or multi-valued design pattern image data as a pattern arranged in a grid having a grid of predetermined quantization dimensions as a unit and output.
  • the design data is read, the inspection area is virtually divided into squares with a predetermined dimension as a unit, the occupancy rate of the figure in the design pattern is calculated for each square, and the n-bit occupancy rate data is obtained. Output. For example, it is preferable to set one square as one pixel.
  • the occupancy rate of the pixel allocated the small area region amount corresponding 1/256 of figures are arranged in a pixel Calculate. Then, it becomes 8-bit occupancy rate data.
  • Such squares may be matched with the pixels of the measurement data.
  • the reference image creation circuit 112 filters the design image data of the design pattern, which is the image data of the figure, by using a predetermined filter function. Thereby, the design image data in which the image intensity (shade value) is the image data on the design side of the digital value can be matched with the image generation characteristics obtained by the irradiation of the multi-primary electron beam 20.
  • the image data for each pixel of the created reference image is output to the synthesis circuit 132.
  • the synthesis circuit 132 (synthesis unit) adds the primary electron beam 10 to the reference image data of the pixels (positions) irradiated by the primary electron beam 10 for each primary electron beam 10. Synthesizes a part of the reference image data of the pixel (position) irradiated by another primary electron beam. Specifically, in the synthesis circuit 132, for each primary electron beam, the value of the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam is irradiated with a primary electron beam different from the primary electron beam. A value obtained by multiplying the value of the reference image data at the designated position by the gain value for the other primary electron beam is synthesized.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of creating a composite reference image according to the first embodiment.
  • “Gain (1, 2)” indicates “gain value G (1, 2,)”.
  • the reference image S1 of the sub-irradiation region 29 scanned by the beam 1 indicates “gain value G (1, 2,)”.
  • the reference images S2-SN of the sub-irradiation region 29 scanned by each of the other beams 2 to N indicates “primary electron beam 10).
  • the composite reference image S1' is created by adding the values obtained by multiplying the respective gain values G (2, 1) to G (N, 1).
  • the reference image S2 of the sub-irradiation region 29 scanned by the beam 2 is referred to the sub-irradiation region 29 scanned by the other beams 1, 3 to N (primary electron beam 10).
  • the composite reference image S2' is created by adding the values obtained by multiplying the images S1, S3 to SN by the respective gain values G (1, 2) and G (3, 2) to G (N, 2).
  • the reference image SN of the sub-irradiation region 29 scanned by the beam N is scanned by the other beams 1 to N-1 (primary electron beam 10) in the sub-irradiation region 29.
  • the composite reference image SN' is created by adding the values obtained by multiplying the reference images S1 to S (N-1) of the above by the respective gain values G (1, N) to G (N-1, N).
  • it can be defined by the following equations (2-1) to (2-N).
  • S1' S1 ⁇ G (1,1) + S2 ⁇ G (2,1) + ... + SN ⁇ G (N, 1)
  • S2' S1 ⁇ G (1,2) + S2 ⁇ G (2,2) + ... + SN ⁇ G (N, 2)
  • (2-N) SN' S1 ⁇ G (1,N) + S2 ⁇ G (2,N) + ... + SN ⁇ G (N, N)
  • the gain values G (1,1), G (2,2), ..., G (N, N) having the same beam number and detection sensor number are all 1. , May be omitted.
  • Each composite reference image S1'to SN' is an image of the sub-irradiation region 29 scanned by the main beam (primary electron beam 10). Therefore, each of the composite reference images S1'to SN' is composed of composite reference image data for each pixel. The image data for each pixel of the created composite reference image is output to the comparison circuit 108.
  • the present invention when creating each composite reference image, the case where the value obtained by multiplying the reference images of all the primary electron beams by each gain value is added, but the present invention is not limited to this.
  • the range in which crosstalk occurs may be limited to about 8 to 20 detection sensors around the target beam. Therefore, even if the value obtained by multiplying the reference images of all the primary electron beams by the respective gain values is not calculated, the value obtained by multiplying the reference images of the surrounding 8 to 20 primary electron beams by the respective gain values. In some cases, it is sufficient to calculate.
  • the composite reference image data refers to the position where the reference image data at the position irradiated by the primary electron beam 10 is irradiated with a number of other primary electron beams less than the number of beams of the multi-primary electron beam 20. It is also preferable to create the image data by synthesizing a part of the image data.
  • the range in which crosstalk occurs may be set in advance.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of the configuration in the comparison circuit according to the first embodiment.
  • storage devices 52 and 56 such as a magnetic disk device, an alignment unit 57, and a comparison unit 58 are arranged in the comparison circuit 108.
  • Each "-unit" such as the alignment unit 57 and the comparison unit 58 includes a processing circuit, and the processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, or the like. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each "-part". Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used.
  • the necessary input data or the calculated result in the alignment unit 57 and the comparison unit 58 is stored in a memory (not shown) or a memory 118 each time.
  • the sub-irradiation region 29 acquired by the scanning operation of one primary electron beam 10i is further divided into a plurality of mask die regions, and the mask die region is used as a unit region of the image to be inspected. It is preferable that the mask die regions are configured so that the margin regions overlap each other so that the image is not omitted.
  • the transferred measurement image data (secondary electronic image data) is temporarily stored in the storage device 56 as a mask die image (inspected image) for each mask die area.
  • the similarly transferred composite reference image data is temporarily stored in the storage device 52 as a composite reference image for each mask die area.
  • the alignment unit 57 reads out a mask die image to be an image to be inspected and a composite reference image corresponding to the mask die image, and aligns both images in sub-pixel units smaller than pixels. ..
  • the alignment may be performed by the method of least squares.
  • the comparison unit 58 compares the mask die image (secondary electron image) with the composite reference image pixel by pixel.
  • the comparison unit 58 is the secondary electron image data based on the synthesized composite reference image data and the value detected by the detection sensor 223 that detects the secondary electron beam caused by the irradiation of the primary electron beam. And compare.
  • the secondary electron image data including the crosstalk image component is compared with the composite reference image data corrected to include the crosstalk image component.
  • reducing the accuracy of the reference image data so as to match the accuracy of the secondary electronic image data also enables highly accurate defect detection in which pseudo defects are suppressed.
  • the comparison unit 58 compares the two for each pixel according to a predetermined determination condition, and determines the presence or absence of a defect such as a shape defect. For example, if the difference in gradation value for each pixel is larger than the determination threshold value Th, it is determined to be a defect. Then, the comparison result is output.
  • the comparison result may be output to the storage device 109, the monitor 117, or the memory 118, or may be output from the printer 119.
  • the series of "-circuits” includes a processing circuit, and the processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, and the like. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each "-circuit". Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used.
  • the program for executing the processor or the like may be recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, an FD, or a ROM (read-only memory).
  • position circuit 107, comparison circuit 108, reference image creation circuit 112, stage control circuit 114, lens control circuit 124, blanking control circuit 126, deflection control circuit 128, secondary electron intensity measurement circuit 129, gain calculation circuit 130, And the synthesis circuit 132 may be composed of at least one processing circuit described above.
  • a multi-primary electron beam 20 is formed by a molded aperture array substrate 203 from one beam emitted from an electron gun 201 as one irradiation source, but the present invention is limited to this. is not it.
  • the multi-primary electron beam 20 may be formed by irradiating the primary electron beams from a plurality of irradiation sources.
  • multi-electron beam inspection equipment and multi-electron beam inspection method.
  • it can be used as an inspection device that inspects using a secondary electron image of a pattern emitted by irradiating a multi-beam with an electron beam.

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Abstract

本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査装置（１００）は、マルチ１次電子ビーム（２０）が試料（１０５）に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビーム（３００）のうち、それぞれ予め設定された１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出される２次電子ビームを検出するための複数の検出センサを有するマルチ検出器（２２２）と、試料に形成されたパターンの基となる設計データに基づいて、各１次電子ビームが照射した位置の参照画像データを作成する参照画像データ作成回路（１１２）と、１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の参照画像データに、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射する位置の参照画像データの一部を合成する合成回路（１３２）と、合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサで検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較する比較回路（１０８）と、を備えたことを特徴とする。

Description

マルチ電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法
　本出願は、２０２０年４月６日に日本国に出願されたＪＰ２０２０－０６８５９４（出願番号）を基礎出願とする優先権を主張する出願である。ＪＰ２０２０－０６８５９４に記載された内容は、本出願にインコーポレートされる。
　本発明は、マルチ電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法に関する。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次電子画像を用いて検査する検査装置に関する。
　近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。
　検査手法としては、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較する「ｄｉｅ　ｔｏ　ｄｉｅ（ダイ－ダイ）検査」や、パターン設計された設計データをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、これとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ　ｔｏ　ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ－データベース）検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
　上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、この透過像或いは反射像を撮像する装置の他、検査対象基板上を１次電子ビームで走査（スキャン）して、１次電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチ電子ビームを用いた装置の開発も進んでいる。マルチ電子ビームを用いた検査装置では、マルチ１次電子ビームの各ビームの照射に起因する２次電子を検出するセンサを配置して、ビーム毎の画像を取得する。しかしながら、マルチ１次電子ビームを同時に照射するために、ビーム毎のセンサに他のビームの２次電子が混入する、いわゆるクロストークが発生してしまうといった問題があった。クロストークはノイズ要因となり、測定画像の画像精度を劣化させてしまい、ひいては検査精度を劣化させてしまう。クロストークを回避するためには、試料面上での１次電子ビームの電子エネルギーを小さくする等が必要となるが、これにより発生する２次電子数が減少してしまう。このため、所望の画像精度に必要な２次電子数を得るために照射時間を長くすることが必要となりスループットが劣化してしまう。
　ここで、複数の２次電子ビーム間のクロストークを無くすために１次電子ビーム間の間隔を２次光学系の収差よりも大きくするといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２－２６０５７１号公報
　そこで、本発明の一態様は、ビーム毎のセンサに他のビームの２次電子が混入する、いわゆるクロストークが発生する場合でも高精度に検査可能な検査装置および方法を提供する。
　本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査装置は、
　パターンが形成された試料を載置するステージと、
　マルチ１次電子ビームを試料に照射する１次電子光学系と、
　マルチ１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームのうち、それぞれ予め設定された１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出される２次電子ビームを検出するための複数の検出センサを有するマルチ検出器と、
　試料に形成されたパターンの基となる設計データに基づいて、各１次電子ビームが照射した位置の参照画像データを作成する参照画像データ作成回路と、
　１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の参照画像データに、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射する位置の参照画像データの一部を合成する合成回路と、
　合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサで検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較する比較回路と、
　を備えたことを特徴とする。
　本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査方法は、
　マルチ１次電子ビームをパターンが形成された試料に照射し、
　マルチ１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームのうち、それぞれ予め設定された１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出される２次電子ビームを検出するための複数の検出センサを有するマルチ検出器を用いて、マルチ１次電子ビームが試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出し、検出された値に基づいた検出センサ毎の２次電子画像データを取得し、
　試料に形成されたパターンの基となる設計データに基づいて、各１次電子ビームが照射した位置の参照画像データを作成し、
　１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の参照画像データに、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射する位置の参照画像データの一部を合成し、
　合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサで検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較し、結果を出力する、
　ことを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、ビーム毎のセンサに他のビームの２次電子が混入する、いわゆるクロストークが発生する場合でも高精度に検査ができる。
実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の一例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におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。 実施の形態１における１次電子ビーム１本あたりの２次電子ビームの広がり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を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるサブ照射領域の走査と、測定される２次電子強度を説明するための図である。 実施の形態１における２次電子強度マップの一例を示す図である。 実施の形態１におけるゲインマップの一例を示す図である。 実施の形態１における各ゲイン値の構成の一例を示す図である。 実施の形態１における合成参照画像の作成方法を説明するための図である。 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］
　図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置１００の構成の一例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（２次電子画像取得機構）、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２１９、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２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、電磁レンズ２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。図１の例において、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２１９、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２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、マルチ１次電子ビームを基板１０１に照射する１次電子光学系を構成する。ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及び電磁レンズ２２６は、マルチ２次電子ビームをマルチ検出器２２２に照射する２次電子光学系を構成する。
　検査室１０３内には、少なくともＸＹＺ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。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。
　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、２次電子強度測定回路１２９、ゲイン演算回路１３０、合成回路１３２、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。
　また、検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３及び２次電子強度測定回路１２９に接続される。チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹθ方向にステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。さらに、駆動機構１４２では、例えば、ピエゾ素子等を用いて、Ｚ方向（高さ方向）にステージ１０５を移動可能に制御している。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次電子ビームの光軸（電子軌道中心軸）に直交する面に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。
　電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、電磁レンズ２２４、電磁レンズ２２６、及びビームセパレーター２１４は、レンズ制御回路１２４により制御される。また、一括ブランキング偏向器２１２は、２極以上の電極により構成され、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、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、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、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、ビーム選択アパーチャ基板２１９は、例えば、中心部にビーム１本分が通過可能な通過孔が形成され、図示しない駆動機構によりマルチ１次電子ビームの軌道中心軸（光軸）に直交する方向（２次元方向）に移動可能に構成される。
　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、一方が２以上の整数、他方が１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、理想的には共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、理想的に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、ｍ１×ｎ１本（＝Ｎ本）のマルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。
　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、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。通常の画像取得時において、ビーム選択アパーチャ基板２１９は、マルチ１次電子ビーム２０に干渉しない位置に退避している。
　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を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。そして、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（合焦）する。電磁レンズ（対物レンズ）２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされた（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、検査用（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、ビームセパレーター２１４に進む。
　ここで、ビームセパレーター２１４はマルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（電子軌道中心軸）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。こ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、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離する。
　斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって、さらに曲げられ、電磁レンズ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次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子が投影されても良い。マルチ検出器２２２は、後述する２次元センサを有する。そして、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子が２次元センサのそれぞれ対応する領域に衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。言い換えれば、マルチ検出器２２２には、マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム１０ｉ（ｉは、インデックスを示す。２３×２３本のマルチ１次電子ビーム２０であれば、ｉ＝１～５２９）毎に、検出センサが配置される。そして、各１次電子ビーム１０ｉの照射によって放出された対応する２次電子ビームを検出する。よって、マルチ検出器２２２の複数の検出センサの各検出センサは、それぞれ担当する１次電子ビーム１０ｉの照射に起因する画像用の２次電子ビームの強度信号を検出することになる。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。
　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。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フレーム領域３３に分割される。対象となるフレーム領域３３へのビームの移動は、主偏向器２０８によるマルチビーム２０全体での一括偏向によって行われる。
　図４は、実施の形態１におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図４の例では、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。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３及び図４の例では、照射領域３４がフレーム領域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がフレーム領域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の各ビームは、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。マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、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１０は、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、副偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、１つの１次電子ビーム１０で１つのサブ照射領域２９内を順に照射していく。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内の隣接するフレーム領域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位置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１０ｉの照射によってサブ照射領域２９毎の２次電子画像が取得される。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、フレーム領域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。
　なお、例えばｘ方向に並ぶ複数のチップ３３２を同じグループとして、グループ毎に例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割されるようにしても好適である。そして、ストライプ領域３２間の移動は、チップ３３２毎に限るものではなく、グループ毎に行っても好適である。
　ここで、ステージ１０５が連続移動しながらマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する場合、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置がステージ１０５の移動に追従するように主偏向器２０８によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。このため、マルチ２次電子ビーム３００の放出位置がマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域２９内をスキャンする場合に、各２次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域２９内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各２次電子ビームをマルチ検出器２２２の対応する検出領域内に照射させるように、偏向器２１８は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。
　図５は、実施の形態１における１次電子ビーム１本あたりの２次電子ビームの広がりの一例を示す図である。図５の例では、５×５列のマルチ１次電子ビーム２０の場合を示している。マルチ検出器２２２には、マルチ１次電子ビーム２０の数に応じた複数の検出センサ２２３が２次元状に配置される。複数の検出センサ２２３は、マルチ１次電子ビーム２０が基板１０１に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビーム３００のうち、それぞれ予め設定された１次電子ビーム１０が基板１０１に照射されたことに起因して放出される２次電子ビーム１２を検出するためのセンサである。しかしながら、検査装置１００を用いた検査処理に所望のスループットを得るためには、スループットに応じた電子エネルギーで基板１０１を照射する必要がある。この場合に、１次電子ビーム１０毎の検出センサ２２３に他の１次電子ビーム１０の２次電子が混入する、いわゆるクロストークが発生してしまうといった問題があった。図５の例では、左から２列目、下から４段目の検出センサ２２３に入射されるべき２次電子ビーム１２が広がり、一部の２次電子が周囲の他の検出センサ２２３に混入してしまう状態を示している。当該１次電子ビーム１０用に予め設定された検出センサ２２３に当該１次電子ビーム１０の照射に起因する２次電子ビーム１２の多くは入射するものの、一部の２次電子は周囲の他のビーム用の検出センサ２２３に入射する。マルチ１次電子ビーム２０の基板１０１上での電子エネルギーが大きくなるほど、２次電子の分布は広がってしまう。マルチビームでのスキャン動作では、マルチ１次電子ビーム２０を同時に照射するために、ビーム毎の検出センサ２２３で検出された２次電子データには、他の１次電子ビームの照射に起因する２次電子情報も含まれてしまう。このようなクロストークはノイズ要因となり、測定画像の画像精度を劣化させてしまう。
　一方、測定画像を検査する際に用いる比較対象となる参照画像は、例えば基板１０１に形成された図形パターンの基となる設計データに基づいて作成される。よって、クロストーク像が含まれた測定画像（被検査画像：２次電子画像）と、設計データに基づいて作成された参照画像とを比較すると、欠陥ではないにも関わらず、画像に違いがあるため欠陥として判定してしまう、いわゆる疑似欠陥が発生し得る。このように、クロストークは、検査精度を劣化させてしまう。クロストークを回避するためには、基板１０１面上での１次電子ビーム１０の電子エネルギーを小さくする等が必要となるが、これにより発生する２次電子数が減少してしまう。このため、所望の画像精度に必要な２次電子数を得るために照射時間を長くすることが必要となりスループットが劣化してしまう。そこで、実施の形態１では、クロストークを回避するのではなく、逆に、参照画像を構成する各画素の参照画像データにクロストーク成分と同等の情報を合成し、参照画像を劣化した測定画像に合わせてから比較する。以下、具体的に説明する。
　図６は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図６において、実施の形態１における検査方法は、２次電子強度測定工程（Ｓ１０２）と、ゲイン演算工程（Ｓ１０４）と、２次電子画像取得工程（Ｓ１０６）と、参照画像作成工程（Ｓ１１０）と、合成工程（Ｓ１１２）と、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、比較工程（Ｓ１２２）と、いう一連の工程を実施する。
　２次電子強度測定工程（Ｓ１０２）として、２次電子強度測定回路１２９は、マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム１０毎に、マルチ検出器２２２における各検出センサ２２３で検出される２次電子強度を測定する。具体的には以下のように動作する。まずは、ビーム選択アパーチャ基板２１９を移動させて、マルチ１次電子ビーム２０のうち、ビーム選択アパーチャ基板２１９の通過孔を通過させる１本の１次電子ビーム１０を選択する。他の１次電子ビーム１０はビーム選択アパーチャ基板２１９によって遮蔽される。そして、かかる１本の１次電子ビーム１０を使って、サブ照射領域２９内を走査する。走査の仕方は、上述したように、副偏向器２０９による偏向によって１次電子ビーム１０の照射位置（画素）を順に移動させる。ここでは、同じ１次電子ビームの照射による各検出センサ２２３で検出される２次電子強度の違いが分かればよいので、例えば、パターンが形成されていない評価基板に１次電子ビーム１０を照射すればよい。このようにパターンが形成されていない評価基板とすることにより、サブ照射領域毎の特性が均一になるという効果が得られる。但し、パターンが形成された評価基板を用いても構わない。
　図７は、実施の形態１におけるサブ照射領域の走査と、測定される２次電子強度を説明するための図である。図７では、例えば、Ｎ×Ｎ本のマルチ１次電子ビーム２０のうち、ビーム１でサブ照射領域２９内を走査する場合を示している。サブ照射領域２９は、例えば、ｎ×ｎ画素のサイズで構成される。例えば、１０００×１０００画素で構成される。画素サイズとして、例えば、１次電子ビーム１０のビームサイズと同サイズ程度に構成されると好適である。但し、これに限るものではない。画素サイズが１次電子ビーム１０のビームサイズよりも小さくても構わない。或いは、画像の解像度が低くなるが、画素サイズが１次電子ビーム１０のビームサイズよりも大きくても構わない。ビーム１で各画素を順に照射すると、各画素へのビーム１の照射に起因する２次電子ビームが、マルチ検出器２２２のビーム１用の検出センサ２２３で順に検出される。２次電子ビームの分布が図５に示すように対象ビーム用の検出センサ２２３の領域よりも広がっていれば、同時に、他のビーム用の検出センサ２２３でも順に検出され得る。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号は、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、２次電子強度測定回路１２９に出力される。２次電子強度測定回路１２９は、入力した強度信号を使って、各画素の２次電子強度ｉ（１，１）～ｉ（ｎ，ｎ）を要素とするマップで構成される２次電子強度Ｉ（１，１）を測定する。各画素の２次電子強度ｉ（ａ，ｂ）の（ａ，ｂ）は各画素の座標を示す。ａ＝１～ｎ、ｂ＝１～ｎのいずれかの値になる。
　図８は、実施の形態１における２次電子強度マップの一例を示す図である。図８において、２次電子強度マップの要素となる２次電子強度Ｉ（Ａ，Ｂ）のＡはビーム番号、Ｂは検出センサ番号を示す。Ａ＝１～Ｎ、Ｂ＝１～Ｎのいずれかの値になる。ビーム１を用いてビーム１用のサブ照射領域２９内を走査することで、２次電子強度Ｉ（１，１）～Ｉ（１，Ｎ）を測定できる。ビーム選択アパーチャ基板２１９を移動させて、対象の１次電子ビーム１０を順に選択することで、例えば、ビーム２を用いて２次電子強度Ｉ（２，１）～Ｉ（２，Ｎ）を測定でき、ビーム３を用いて２次電子強度Ｉ（３，１）～Ｉ（３，Ｎ）を測定できる。同様に各１次電子ビーム１０を用いて測定することで、２次電子強度測定回路１２９は、サブ照射領域２９単位（１次電子ビーム単位）の２次電子強度Ｉ（１，１）～Ｉ（Ｎ，Ｎ）を測定できる。測定された２次電子強度Ｉ（１，１）～Ｉ（Ｎ，Ｎ）の情報は、ゲイン演算回路１３０に出力される。
　ゲイン演算工程（Ｓ１０４）として、ゲイン演算回路１３０は、検出センサ２２３毎、かつ１次電子ビーム１０毎に、ゲイン値を演算する。具体的には、ゲイン演算回路１３０は、ゲイン値として、当該１次電子ビーム１０の照射に起因する２次電子ビーム１２を検出するための検出センサ２２３で検出される当該１次電子ビーム１０の照射に起因する２次電子ビーム１２の強度値に対する同じ検出センサ２２３で検出される別の１次電子ビーム１０に起因する２次電子ビーム１２の強度値の割合を演算する。
　図９は、実施の形態１におけるゲインマップの一例を示す図である。図９において、ゲイン値Ｇ（Ａ，Ｂ）のＡはビーム番号、Ｂは検出センサ番号を示す。Ａ＝１～Ｎ、Ｂ＝１～Ｎのいずれかの値になる。ビームｋ（１次電子ビーム）用の検出センサｋでのビームｍ（１次電子ビーム）のゲイン値Ｇ（ｍ，ｋ）は、以下の式（１）で定義される。
（１）　Ｇ（ｍ，ｋ）＝Ｉ（ｍ，ｋ）／Ｉ（ｋ，ｋ）
　検出センサ２２３毎、かつ１次電子ビーム１０毎に、ゲイン値を演算することで、図９に示すように、ゲイン値Ｇ（１，１）～Ｇ（Ｎ，Ｎ）を取得できる。そして、かかるゲイン値Ｇ（１，１）～Ｇ（Ｎ，Ｎ）を要素とするゲインマップを作成できる。なお、ビーム番号と検出センサ番号が同じゲイン値Ｇ（１，１），Ｇ（２，２），・・・，Ｇ（Ｎ，Ｎ）については、式（１）からも明らかなように、いずれも１になるため、演算を省略しても構わない。
　図１０は、実施の形態１における各ゲイン値の構成の一例を示す図である。各２次電子強度Ｉ（１，１）～Ｉ（Ｎ，Ｎ）は、図７に示したように、それぞれ各画素の２次電子強度ｉ（１，１）～ｉ（ｎ，ｎ）を要素とするマップで構成されるため、図１０に示すように、各ゲイン値Ｇ（１，１）～Ｇ（Ｎ，Ｎ）についてもそれぞれ各画素のゲイン値ｇ（１，１）～ｇ（ｎ，ｎ）を要素とするマップで構成される。言い換えれば、画素毎にゲイン値が異なり得る。作成されたゲインマップは、記憶装置１０９に格納される。
　以上の工程を前処理として実施した後、被検査対象の基板１０１をステージ１０５上に配置して、実際の検査処理を行う。
　２次電子画像取得工程（Ｓ１０６）として、画像取得機構１５０は、ステージ１０５を等速移動させながら、複数の図形パターンが形成された基板１０１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を検出して、サブ照射領域２９毎の図形パターンの２次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子が投影されても良い。
　画像の取得は、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から放出される反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域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。ここで得られた画素毎の２次電子画像データには、クロストーク像成分が含まれたままであることは言うまでもない。
　参照画像作成工程（Ｓ１１０）として、参照画像作成回路１１２（参照画像データ作成部）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、マスクダイ画像に対応する参照画像を作成する。言い換えれば、参照画像作成回路１１２は、各１次電子ビームが照射した画素（位置）の参照画像データを作成する。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合成回路１３２に出力される。
　合成工程（Ｓ１１２）として、合成回路１３２（合成部）は、１次電子ビーム１０毎に、当該１次電子ビーム１０が照射した画素（位置）の参照画像データに、当該１次電子ビーム１０とは別の１次電子ビームが照射した画素（位置）の参照画像データの一部を合成する。具体的には、合成回路１３２は、１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データの値に、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの値に、かかる別の１次電子ビーム用のゲイン値を乗じた値を合成する。
　図１１は、実施の形態１における合成参照画像の作成方法を説明するための図である。図１１において、例えば、「Ｇａｉｎ（１，２）」は、「ゲイン値Ｇ（１，２）」を示す。ビーム１（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像Ｓ１に、他の各ビーム２～Ｎ（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像Ｓ２～ＳＮにそれぞれのゲイン値Ｇ（２，１）～Ｇ（Ｎ，１）を乗じた値を加算することで、合成参照画像Ｓ１’を作成する。同様に、ビーム２（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像Ｓ２に、他の各ビーム１，３～Ｎ（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像Ｓ１，Ｓ３～ＳＮにそれぞれのゲイン値Ｇ（１，２），Ｇ（３，２）～Ｇ（Ｎ，２）を乗じた値を加算することで、合成参照画像Ｓ２’を作成する。以下、同様に、ビームＮ（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像ＳＮに、他の各ビーム１～Ｎ－１（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の参照画像Ｓ１～Ｓ（Ｎ－１）にそれぞれのゲイン値Ｇ（１，Ｎ）～Ｇ（Ｎ－１，Ｎ）を乗じた値を加算することで、合成参照画像ＳＮ’を作成する。言い換えれば、以下の式（２－１）～式（２－Ｎ）で定義できる。
（２－１）　Ｓ１’＝Ｓ１・Ｇ（１，１）+Ｓ２・Ｇ（２，１）＋・・・
　　　　　　　　　　＋ＳＮ・Ｇ（Ｎ，１）
（２－２）　Ｓ２’＝Ｓ１・Ｇ（１，２）+Ｓ２・Ｇ（２，２）＋・・・
　　　　　　　　　　＋ＳＮ・Ｇ（Ｎ，２）
以下、同様に、
（２－Ｎ）　ＳＮ’＝Ｓ１・Ｇ（１，Ｎ）+Ｓ２・Ｇ（２，Ｎ）＋・・・
　　　　　　　　　　＋ＳＮ・Ｇ（Ｎ，Ｎ）
　なお、上述したように、ビーム番号と検出センサ番号が同じゲイン値Ｇ（１，１），Ｇ（２，２），・・・，Ｇ（Ｎ，Ｎ）については、いずれも１になるため、省略しても構わない。
　各合成参照画像Ｓ１’～ＳＮ’は、それぞれ主となるビーム（１次電子ビーム１０）が走査するサブ照射領域２９の画像である。よって、各合成参照画像Ｓ１’～ＳＮ’は、それぞれ画素毎の合成参照画像データによって構成される。作成された合成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。
　上述した例では、各合成参照画像を作成する際、全ての１次電子ビームの参照画像にそれぞれのゲイン値を乗じた値を加算する場合を説明したが、これに限るものではない。図５の例に示すように、クロストークが生じる範囲は、対象のビームの周囲８～２０本程度分の検出センサに限られる場合もあり得る。よって、全ての１次電子ビームの参照画像にそれぞれのゲイン値を乗じた値を演算せずとも、周囲の８～２０本分の１次電子ビームの参照画像にそれぞれのゲイン値を乗じた値を演算すれば足りる場合もある。よって、合成参照画像データは、当該１次電子ビーム１０が照射した位置の参照画像データに、マルチ１次電子ビーム２０のビームの数より少ない数の別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの一部をそれぞれ合成することにより作成されるようにしても好適である。クロストークが生じる範囲は、予め設定しておけば良い。
　図１２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１２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５２，５６、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。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。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。
　実施の形態１では、１つの１次電子ビーム１０ｉのスキャン動作によって取得されるサブ照射領域２９をさらに複数のマスクダイ領域に分割して、マスクダイ領域を被検査画像の単位領域として使用する。なお、各マスクダイ領域は、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。
　比較回路１０８内では、転送された測定画像データ（２次電子画像データ）が、マスクダイ領域毎のマスクダイ画像（被検査画像）として記憶装置５６に一時的に格納される。同様に転送された合成参照画像データが、マスクダイ領域毎の合成参照画像として記憶装置５２に一時的に格納される。
　位置合わせ工程（Ｓ１２０）として、位置合わせ部５７は、被検査画像となるマスクダイ画像と、当該マスクダイ画像に対応する合成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。
　比較工程（Ｓ１２２）として、比較部５８は、マスクダイ画像（２次電子画像）と合成参照画像とを画素毎に比較する。言い換えれば、比較部５８は、合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサ２２３で検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較する。さらに言えば、クロストーク像成分が含まれた２次電子画像データと、クロストーク像成分を含むように補正された合成参照画像データとを比較する。２次電子画像データの精度を高める代わりに、参照画像データの精度を２次電子画像データの精度に合わせるように低下させることでも、疑似欠陥を抑制した高精度な欠陥検出は成り立つ。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と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
　以上のように、実施の形態１によれば、ビーム毎のセンサに他のビームの２次電子が混入する、いわゆるクロストークが発生する場合でも高精度に検査ができる。
　以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、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、２次電子強度測定回路１２９、ゲイン演算回路１３０、及び合成回路１３２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。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電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。
　マルチ電子ビーム検査装置及びマルチ電子ビーム検査方法に関する。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次電子画像を用いて検査する検査装置に利用できる。
１０　１次電子ビーム
１２　２次電子ビーム
２０　マルチ１次電子ビーム
２２　穴
２９　サブ照射領域
３２　ストライプ領域
３３　フレーム領域
３４　照射領域
５２，５６　記憶装置
５７　位置合わせ部
５８　比較部
１００　検査装置
１０１　基板
１０２　電子ビームカラム
１０３　検査室
１０５　ステージ
１０６　検出回路
１０７　位置回路
１０８　比較回路
１０９　記憶装置
１１０　制御計算機
１１２　参照画像作成回路
１１４　ステージ制御回路
１１７　モニタ
１１８　メモリ
１１９　プリンタ
１２０　バス
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
１２９　２次電子強度測定回路
１３０　ゲイン演算回路
１３２　合成回路
１４２　駆動機構
１４４，１４６，１４８　ＤＡＣアンプ
１５０　画像取得機構
１６０　制御系回路
２００　電子ビーム
２０１　電子銃
２０２　電磁レンズ
２０３　成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６　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　ビームセパレーター
２１６　ミラー
２１８　偏向器
２１９　ビーム選択アパーチャ基板
２２２　マルチ検出器
２２３　検出センサ
３００　マルチ２次電子ビーム
３３０　検査領域
３３２　チップ

Claims (10)

  1. 　パターンが形成された試料を載置するステージと、
    　マルチ１次電子ビームを前記試料に照射する１次電子光学系と、
    　前記マルチ１次電子ビームが前記試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームのうち、それぞれ予め設定された１次電子ビームが前記試料に照射されたことに起因して放出される２次電子ビームを検出するための複数の検出センサを有するマルチ検出器と、
    　前記試料に形成されたパターンの基となる設計データに基づいて、各１次電子ビームが照射した位置の参照画像データを作成する参照画像データ作成回路と、
    　前記１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の参照画像データに、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射する位置の参照画像データの一部を合成する合成回路と、
    　前記合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサで検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較する比較回路と、
    　を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査装置。
  2. 　前記１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データの値に、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの値に前記別の１次電子ビーム用のゲイン値を乗じた値を合成することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  3. 　前記ゲイン値として、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出するための前記センサで検出される当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームの強度値に対する前記センサで検出される前記別の１次電子ビームに起因する２次電子ビームの強度値の割合を演算するゲイン演算回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  4. 　前記合成参照画像データは、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データに、前記マルチ１次電子ビームの数より少ない数の別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの一部をそれぞれ合成することにより作成されることを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  5. 　前記合成参照画像データは、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データに、前記当該１次電子ビームの周囲の複数の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの一部をそれぞれ合成することにより作成されることを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム検査装置。
  6. 　マルチ１次電子ビームをパターンが形成された試料に照射し、
    　前記マルチ１次電子ビームが前記試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームのうち、それぞれ予め設定された１次電子ビームが前記試料に照射されたことに起因して放出される２次電子ビームを検出するための複数の検出センサを有するマルチ検出器を用いて、前記マルチ１次電子ビームが前記試料に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを検出し、検出された値に基づいた検出センサ毎の２次電子画像データを取得し、
    　前記試料に形成されたパターンの基となる設計データに基づいて、各１次電子ビームが照射した位置の参照画像データを作成し、
    　前記１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の参照画像データに、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射する位置の参照画像データの一部を合成し、
    　前記合成された合成参照画像データと、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出する検出センサで検出された値に基づいた２次電子画像データと、を比較し、結果を出力する、
    　ことを特徴とするマルチ電子ビーム検査方法。
  7. 　前記１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データの値に、当該１次電子ビームとは別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの値に前記別の１次電子ビーム用のゲイン値を乗じた値を合成することを特徴とする請求項６記載のマルチ電子ビーム検査方法。
  8. 　前記ゲイン値として、当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームを検出するための前記センサで検出される当該１次電子ビームの照射に起因する２次電子ビームの強度値に対する前記センサで検出される前記別の１次電子ビームに起因する２次電子ビームの強度値の割合を演算する、ことを特徴とする請求項７記載のマルチ電子ビーム検査方法。
  9. 　前記合成参照画像データは、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データに、前記マルチ１次電子ビームの数より少ない数の別の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの一部をそれぞれ合成することにより作成されることを特徴とする請求項６記載のマルチ電子ビーム検査方法。
  10. 　前記合成参照画像データは、当該１次電子ビームが照射した位置の前記参照画像データに、前記当該１次電子ビームの周囲の複数の１次電子ビームが照射した位置の参照画像データの一部をそれぞれ合成することにより作成されることを特徴とする請求項６記載のマルチ電子ビーム検査方法。
     
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