JP2020087788A - マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続移動する基板にマルチビームをフォーカスさせて画像を取得する装置において、２次電子を高精度に検出可能な装置を提供する。【解決手段】対物レンズの磁場中に１つが配置され、ステージの移動に伴い生じる基板面の基準位置からのマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれと、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる、基板面におけるマルチ１次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する３つ以上の第１の静電レンズ群２３０，２３２，２３４と、第１の静電レンズ群により補正されたマルチ１次電子ビームが基板に照射されたことに起因して基板から放出され、第１の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する２つ以上の第２の静電レンズ群２３１，２３３，２３５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ電子ビーム画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法に関する。例えば、電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの２次電子画像を取得する装置に関する。

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、それとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

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、その透過像或いは反射像を撮像する装置の他、検査対象基板上を電子ビームで走査（スキャン）して、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、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。ここで、検査対象となる基板の厚さのばらつき等の凹凸により基板面の高さ位置に変動が生じる。ステージが連続移動しながらマルチビームを基板に照射する場合、高解像度の画像を採取するためには基板面上にマルチビームのフォーカス位置を合わせ続ける必要がある。連続移動するステージ上の基板に対して、対物レンズではかかる基板面の凹凸に対応することが困難であるため、応答性の高い静電レンズを使ってダイナミックに補正する必要がある。静電レンズを使ってフォーカス位置を補正すると、それに伴って基板面での像の倍率変動と回転変動も合わせて生じるため、これらの３つの変動要因を同時に補正する必要がある。例えば、３つの静電レンズを用いてこれらの３つの変動要因を補正する（例えば、特開２０１４−１２７５６８号参照）。しかしながら、検査対象基板から放出される２次電子が、いずれかの静電レンズの正電場の影響を受けて、検出器の検出面でのフォーカス位置変動、倍率変動、及び回転変動が新たに生じてしまう。そのため、検出器での２次電子の検出に誤差が生じてしまうといった問題があった。かかる問題は、検査装置に限るものではなく、連続移動する基板にマルチビームをフォーカスさせて画像を取得する装置において同様に生じ得る。

特開２０００−１０５８３２号公報

そこで、本発明の一態様は、連続移動する基板にマルチビームをフォーカスさせて画像を取得する装置において、２次電子を高精度に検出可能な装置及び方法を提供する。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得装置は、
マルチ１次電子ビームが照射される基板を載置する、連続移動するステージと、
マルチ１次電子ビームを基板面の基準位置に合焦する対物レンズと、
対物レンズの磁場中に１つが配置され、ステージの移動に伴い生じる基板面の基準位置からのマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれと、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる、基板面におけるマルチ１次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する３つ以上の静電レンズにより構成される第１の静電レンズ群と、
マルチ１次電子ビームが通過しない位置に配置され、第１の静電レンズ群により補正されたマルチ１次電子ビームが基板に照射されたことに起因して基板から放出され、第１の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する２つ以上の静電レンズにより構成される第２の静電レンズ群と、
第２の静電レンズ群により補正されたマルチ２次電子ビームを検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする。

また、基板面の高さ位置の変動に伴う基準位置からのマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量と、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる基板面におけるマルチ１次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量と、を第１の静電レンズ群で補正することにより生じる、検出器の検出面におけるマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とが、基板面の基準位置からのフォーカス位置のずれ量に依存させて定義されたテーブル若しくは近似式のパラメータを記憶する記憶装置をさらに備え、
第２の静電レンズ群は、テーブル若しくは近似式を用いて、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量に応じたマルチ２次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正すると好適である。

また、第２の静電レンズ群として、３つの静電レンズが用いられ、
第２の静電レンズ群の３つの静電レンズは、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量に応じた、検出器の検出面におけるマルチ２次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とフォーカス変動量とをダイナミックに補正すると好適である。

また、マルチ２次電子ビームを屈折させる少なくとも１つの電磁レンズをさらに備え、
第２の静電レンズ群のうち、少なくとも１つの静電レンズは、少なくとも１つの電磁レンズの磁場中に配置されると好適である。

また、少なくとも１つの電磁レンズとして、２つ以上の電磁レンズが用いられ、
第２の静電レンズ群の各静電レンズは、２つ以上の電磁レンズのうち、それぞれ異なる電磁レンズの磁場中に配置されると好適である。

本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得方法は、
基板を載置するステージを連続移動させなら、対物レンズによりマルチ１次電子ビームのフォーカス位置を基板面の基準位置に合わせた状態で、マルチ１次電子ビームを基板に照射する工程と、
対物レンズの磁場中に１つが配置された第１の静電レンズ群により、ステージの連続移動に伴い生じる、基板面の基準位置からのマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれと、マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる、基板面におけるマルチ１次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する工程と、
マルチ１次電子ビームが通過しない位置に配置された、２つ以上の静電レンズにより構成される第２の静電レンズ群により、第１の静電レンズ群により補正されたマルチ１次電子ビームが基板に照射されたことに起因して基板から放出され、第１の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する工程と、
第２の静電レンズ群により補正されたマルチ２次電子ビームを検出する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、連続移動する基板にマルチビームをフォーカスさせて画像を取得する装置において、２次電子を高精度に検出できる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１における電磁レンズと静電レンズの配置構成の一例と中心ビーム軌道とを示す図である。 実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量、像の倍率変動量、及び回転変動量と、マルチ２次電子ビームのフォーカス位置のずれ量、像の倍率変動量、及び回転変動量と、の関係を説明するための図である。 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における相関テーブルの一例を示す図である。 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における検出器の検出面でのマルチ２次電子ビームの変動と補正された状態と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。

以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム照射装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、マルチ電子ビーム照射装置は、検査装置に限るものではなく、例えば、電子光学系を用いてマルチ電子ビームを照射する装置であれば構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０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、電磁レンズ２０５、静電レンズ２３０、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、静電レンズ２３２、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、静電レンズ２３４、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、静電レンズ２３１、電磁レンズ２２５、静電レンズ２３３、電磁レンズ２２６、静電レンズ２３５、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

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。また、検査室１０３上には、基板１０１面の高さ位置を測定する高さ位置センサ（Ｚセンサ）２１７が配置される。Ｚセンサ２１７では、投光器から斜め上方から基板１０１面にレーザ光を照射し、受光器が受光するその反射光を用いて基板１０１面の高さ位置を測定する。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。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、静電レンズ制御回路１２１、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、Ｚ位置測定回路１２９、変動量演算回路１３０、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９，１１１、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、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹθ方向にステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。その他、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が移動可能となっている。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２２５、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。各静電レンズ２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５は、例えば中央部が開口した３段以上の電極基板により構成され、中段電極基板が図示しないＤＡＣアンプを介して静電レンズ制御回路１２１により制御される。各静電レンズ２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５の上段及び下段電極基板には、グランド電位が印加される。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。

３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４により構成される静電レンズ群（第１の静電レンズ群）は、１次電子光学系（照射光学系）に配置される。静電レンズ２３０は、電磁レンズ２０５の磁場中に配置される。静電レンズ２３２は、電磁レンズ２０６の磁場中に配置される。静電レンズ２３４は、電磁レンズ２０７（対物レンズ）の磁場中に配置される。このように、１次電子光学系の静電レンズ群のうち１つは対物レンズの磁場中に配置される。３つの静電レンズ２３１，２３３，２３５により構成される静電レンズ群（第２の静電レンズ群）は、２次電子光学系（検出光学系）に配置される。静電レンズ２３１は、電磁レンズ２２４の磁場中に配置される。静電レンズ２３３は、電磁レンズ２２５の磁場中に配置される。静電レンズ２３５は、電磁レンズ２２６の磁場中に配置される。例えば、各静電レンズにおいて、３段の電極基板のうち中段電極基板がそれぞれの対応する電磁レンズの磁場中心高さ位置（或いはレンズ主面）に配置される。これにより、電磁レンズのレンズ作用により電子の移動速度が遅くなっている状態、言い換えれば電子のエネルギーが小さくなっている状態で、静電レンズにより電子ビームの軌道を修正するので、制御電極となる中段電極基板に印加する電位を小さくできる。

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）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

次に、検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、電磁レンズ２０２によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、マルチ１次電子ビーム２０が形成される。

形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの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にフォーカスする。対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）たマルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチ１次電子ビーム２０全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチ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２０６の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチ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２０６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（マルチ１次電子ビーム）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及び静電レンズ２３４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２１４０はマルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（軌道中心軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。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２２４，２２５，２２６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は、例えば図示しないダイオード型の２次元センサを有する。そして、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号は、検出回路１０６に出力される。

ここで、検査対象となる基板１０１には、厚さのばらつきに起因する凹凸が存在し、かかる凹凸によって、基板１０１面の高さ位置が変動する。基板１０１面の高さ位置が変動するとフォーカス位置がずれるため、基板１０１に照射される各ビームのサイズが変化してしまう。ビームサイズが変化すると、照射位置から放出される２次電子の数が変化してしまうので、検出強度に誤差が生じ、得られる画像が変化してしまう。よって、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、高解像度の画像を採取するためには基板１０１面上にマルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置を合わせ続ける必要がある。連続移動するステージ１０５上の基板１０１に対して、電磁レンズ２０７（対物レンズ）ではかかる基板１０１面の凹凸に対応することが困難であるため、応答性の高い例えば静電レンズ２３４を使ってダイナミックに補正する必要がある。

図３は、実施の形態１における電磁レンズと静電レンズの配置構成の一例と中心ビーム軌道とを示す図である。図３（ａ）において、静電レンズ２３４は、３段の電極基板によって構成される。そして、電磁レンズ２０７の磁場中心位置に制御電極となる中段の電極基板が配置され、上段の電極基板と下段の電極基板にそれぞれグランド電位が印加される。まずは、レンズ調整を行って、基板１０１面にフォーカスするように各電磁レンズ２０５，２０６，２０７が調整されている。かかる場合に、図３（ｂ）の例では、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームは、マルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸１０に対して軌道Ｃに示すように広がりながら電磁レンズ２０７に入射する。そして、電磁レンズ２０７によってレンズの主面１３で屈折させられ、軌道Ｄに示すように集束し、像面Ａに結像する。マルチ１次電子ビーム２０の他のビームについても同様に広がりながら電磁レンズ２０７に入射する。そして、電磁レンズ２０７によってレンズの主面１３で屈折させられ、集束し、像面Ａに結像する。ここで、基板１０１面が変動した場合に、静電レンズ２３４によって、静電場を生じさせて基板１０１面の高さ位置の変動に合わせて、集束作用を変化させ、軌道Ｄ’に沿って収束し、像面Ｂに結像する。かかる集束作用によって、マルチ１次電子ビーム２０の倍率Ｍは、ｂ／ａから（ｂ+Δｂ）／ａに変化する。このように結像面（フォーカス位置）の変動に応じて像の倍率が変化することがわかる。また、同時にマルチ１次電子ビームの回転変動も生じる。尚、ここでいうレンズの主面１３とは、物面Ｘからレンズの主面１３に放出された電子の軌道Ｃと、レンズの主面１３から中間像面Ａに向かう電子の軌道Ｄ（中間像面Ｂに向かう電子の軌道Ｄ’）との交点の面のことを示している。静電レンズ２３０と電磁レンズ２０５との関係、及び、静電レンズ２３２と電磁レンズ２０６との関係、においても同様である。このように、各静電レンズは、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの集束軌道を変化させることでフォーカス位置、像の倍率等を補正するので、各ビームが結像しておらず広がっている必要がある。よって、各静電レンズは、各ビームの像面共役位置とは異なる位置に配置される。

図４は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量、像の倍率変動量、及び回転変動量と、マルチ２次電子ビームのフォーカス位置のずれ量、像の倍率変動量、及び回転変動量と、の関係を説明するための図である。図４において、基板１０１面の高さ位置が変動することに起因したマルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置変動（フォーカス位置のずれ量ΔＺ１）を補正すると、それに伴って像の倍率変動（倍率変動量ΔＭ１）と回転変動（回転変動量Δθ１）も合わせて生じる。そのため、これらの３つの変動要因を同時に補正する必要がある。３つ以上の静電レンズを用いてこれらの３つの変動要因を補正する。図１の例では、３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４でこれらの３つの変動要因を同時に補正する。しかしながら、上述したように、検査対象基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００が、電磁レンズ２０７（対物レンズ）の磁場中に配置された静電レンズ２３４中を通過するために、静電レンズ２３４の正電場の影響を受ける。よって、マルチ検出器２２２の検出面でマルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動（フォーカス位置変動量ΔＺ２）、倍率変動（倍率変動量ΔＭ２）、及び回転変動（回転変動量Δθ２）が新たに生じてしまう。そのため、検出器での２次電子の検出に誤差が生じてしまう。そこで、実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０が通過しない２次電子光学系（検出光学系）内に３つの静電レンズ２３１，２３３，２３５を配置して、マルチ２次電子ビーム３００に新たに生じる検出面でのフォーカス位置変動、倍率変動、及び回転変動を３つの静電レンズ２３１，２３３，２３５で補正する。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）にて説明した静電レンズ２３４と電磁レンズ２０７との関係は、マルチ２次電子ビーム３００に対する静電レンズ２３１と電磁レンズ２２４との関係、静電レンズ２３３と電磁レンズ２２５との関係、及び静電レンズ２３５と電磁レンズ２２６との関係、においても同様である。また、２次電子光学系の各静電レンズ２３１，２３３，２３５についても、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームの集束軌道を変化させることでフォーカス位置、像の倍率等を補正するので、各ビームが結像しておらず広がっている必要がある。よって、各静電レンズは、各ビームの像面共役位置とは異なる位置に配置される。

図５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５において、実施の形態１における検査方法は、相関テーブル（或いは相関式）作成工程（Ｓ１０２）と、基板高さ測定工程（Ｓ１０４）と、被検査画像取得工程（Ｓ２０２）と、参照画像作成工程（Ｓ２０５）と、位置合わせ工程（Ｓ２０６）と、比較工程（Ｓ２０８）と、いう一連の工程を実施する。

相関テーブル（或いは相関式）作成工程（Ｓ１０２）として、基板１０１面の高さ位置の変動に伴う基準位置からのマルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、マルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置のずれ量ΔＺ１を補正することにより生じる基板１０１面におけるマルチ１次電子ビームの像の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１と、を静電レンズ２３０，２３２，２３４で補正することにより生じる、マルチ検出器２２２の検出面におけるマルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２と像の回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とが、基板１０１面の基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１に依存させて定義された相関テーブル（若しくは近似式）を作成する。具体的には、以下のようにして作成する。基準となる高さ位置に合わせられたステージ１０５上のサンプル基板上に電磁レンズ２０７（対物レンズ）によりマルチビーム２０のフォーカス位置を合わせる。かかる状態からステージ１０５をＺ方向に可変に移動させる。各高さ位置は、Ｚセンサ２１７により測定しておく。移動させた各高さ位置がマルチビーム２０のフォーカス位置のずれ量ΔＺ１となる。例えば静電レンズ２３４を用いて、各高さ位置にステージ１０５を移動させたことにより生じるマルチ１次電子ビーム２０の基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１を補正する。そして、各フォーカス位置のずれ量ΔＺ１において、フォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる基板１０１面でのマルチ１次電子ビーム２０の像の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とを測定する。

次に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と倍率変動量ΔＭ１と回転変動量Δθ１とが、１次電子光学系の３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４によって補正された状態でのマルチ検出器２２２の検出面でのマルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２とを測定する。

そして、フォーカス位置のずれ量ΔＺ１に依存させた、像の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とが定義された相関テーブルを作成する。同時に、相関テーブルには、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と倍率変動量ΔＭ１と回転変動量Δθ１とが、１次電子光学系の３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４によって補正された状態でのマルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２とを基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１に関連させて定義する。

図６は、実施の形態１における相関テーブルの一例を示す図である。図６において、相関テーブルには、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、・・・と変化した場合に、各フォーカス位置のずれ量ΔＺ１を例えば静電レンズ２３４で補正した場合に生じる基板１０１面での像の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とが定義される。図６の例では、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚａである場合、例えば静電レンズ２３４でフォーカス位置のずれ量Ｚａを補正した場合に生じる基板１０１面での像の倍率変動量ΔＭ１がＭａであり、回転変動量Δθ１がθａであることを示している。同様に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚｂである場合、例えば静電レンズ２３４でフォーカス位置のずれ量Ｚｂを補正した場合に生じる基板１０１面での像の倍率変動量ΔＭ１がＭｂであり、回転変動量Δθ１がθｂであることを示している。同様に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚｃである場合、例えば静電レンズ２３４でフォーカス位置のずれ量Ｚｃを補正した場合に生じる基板１０１面での像の倍率変動量ΔＭ１がＭｃであり、回転変動量Δθ１がθｃであることを示している。

次に、相関テーブルには、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、・・・と変化した場合に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と倍率変動量ΔＭ１と回転変動量Δθ１とが、１次電子光学系の３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４によって補正された状態でのマルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２とが定義される。図５の例では、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚａである場合、マルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２がｚａであり、像の倍率変動量ΔＭ２がｍａであり、回転変動量Δθ２がｓａであることを示している。同様に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚｂである場合、マルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２がｚｂであり、像の倍率変動量ΔＭ２がｍｂであり、回転変動量Δθ２がｓｂであることを示している。同様に、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１が、Ｚｃである場合、マルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２がｚｃであり、像の倍率変動量ΔＭ２がｍｃであり、回転変動量Δθ２がｓｃであることを示している。

或いは、相関テーブルの代わりに、相関式を用いても良い。例えば、ΔＭ１＝ｋ・ΔＺ１で近似され、Δθ１＝ｋ’・ΔＺ１で近似される。同様に、ΔＺ２＝Ｋ・ΔＺ１で近似され、ΔＭ２＝Ｋ’・ΔＺ１で近似され、Δθ２＝Ｋ”・ΔＺ１で近似される。かかる近似式の係数（パラメータ）ｋ、ｋ’、Ｋ、Ｋ’、Ｋ”を求めておく。ここでは、一例として、１次式で示しているが、これに限るものではない。２次以上の項を含む多項式を用いて近似する場合であっても良い。

作成された相関テーブル或いは計算された近似式のパラメータｋ、ｋ’、Ｋ、Ｋ’、Ｋ”は、記憶装置１１１に格納される。

基板高さ測定工程（Ｓ１０４）として、検査対象となる基板１０１の高さ位置をＺセンサ２１７で測定する。Ｚセンサ２１７での測定結果は、Ｚ位置測定回路１２０に出力される。また、基板１０１面上の各高さ位置の情報は、位置回路１０７により測定される基板１０１面上の測定位置のｘ，ｙ座標と共に記憶装置１０９に格納される。なお、画像取得前に予め基板１０１の高さ位置を測定しておく場合に限るものではない。画像を取得しながらリアルタイムで基板１０１の高さ位置を測定しても良い。

被検査画像取得工程（Ｓ２０２）として、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて基板１０１上に形成されパターンの２次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。

まず、電磁レンズ２０７（対物レンズ）によりマルチビーム２０を基板１０１面の基準位置に合焦した状態で、基板１０１を載置するステージ１０５を移動させる。画像取得機構１５０は、基板１０１を載置するステージ１０５を連続移動させなら、電磁レンズ２０７（対物レンズ）によりマルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置を基板１０１面の基準位置に合わせた状態で、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する。なお、基板１０１面にマルチ１次電子ビーム２０がフォーカスするように各電磁レンズ２０５，２０６，２０７が調整されていることは言うまでもない。また、かかる場合に、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームがマルチ検出２２２の所望の受光面で検出されるように各電磁レンズ２２４，２２５，２２６が調整されていることは言うまでもない。

図７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７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内は、例えば、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_２列×縦（ｙ方向）ｎ_２段（ｍ_２，ｎ_２は２以上の整数）個の複数のマスクダイ３３に分割される。実施の形態１では、かかるマスクダイ３３が単位検査領域となる。対象となるマスクダイ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。

対象となるマスクダイ３３へのマルチ１次電子ビーム２０の照射に先立って、変動量演算回路１３０は、マルチビーム２０の照射位置のｘ，ｙ座標を使って、記憶装置１０９に格納された基板１０１の高さ位置を読み出す。読み出された高さ位置と、電磁レンズ２０７（対物レンズ）により合焦されている基板１０１面の基準位置との差分を演算する。かかる差分が、基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１に相当する。或いは、基板１０１の高さ位置の情報を基準位置との差分、すなわち基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１として、記憶装置１０９に記憶しておいても好適である。

次に、変動量演算回路１３０は、記憶装置１１１に格納された相関テーブル（或いは近似式のパラメータｋ、ｋ’、Ｋ、Ｋ’、Ｋ”）を読み出し、相関テーブル（或いは近似式）を用いて、ステージ１０５の移動に伴い生じる基板１０１面の高さ位置の変動に伴う基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１に応じた回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１を演算する。また、変動量演算回路１３０は、相関テーブル（或いは近似式）を用いて、を基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１に応じて、基板１０１面でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と倍率変動量ΔＭ１と回転変動量Δθ１とが、１次電子光学系の３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４によって補正された状態でのマルチ検出器２２２の検出面でのフォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２とを演算する。フォーカス位置のずれ量ΔＺ１と演算された回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１と、フォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２との各情報は、静電レンズ制御回路１２１に出力される。フォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、フォーカス位置のずれ量ΔＺ１に応じた回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とフォーカス位置変動量ΔＺ２と倍率変動量ΔＭ２と回転変動量Δθ２との演算は、単位検査領域となるマスクダイ３３毎に行うと好適である。或いは、マスクダイ３３のサイズよりもさらに短いステージ１０５の移動距離毎に行っても構わない。或いは、マスクダイ３３のサイズよりも長いステージ１０５の移動距離毎に行っても構わない。

静電レンズ制御回路１２１は、フォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、回転変動量Δθ１と、倍率変動量ΔＭ１とを補正するための静電レンズ２３０のレンズ制御値１と静電レンズ２３２のレンズ制御値２と静電レンズ２３４のレンズ制御値３との組合せを演算する。また、静電レンズ制御回路１２１は、フォーカス位置のずれ量ΔＺ２と、回転変動量Δθ２と、倍率変動量ΔＭ２とを補正するための静電レンズ２３１のレンズ制御値４と静電レンズ２３３のレンズ制御値５と静電レンズ２３５のレンズ制御値６との組合せを演算する。フォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、回転変動量Δθ１と、倍率変動量ΔＭ１とを補正するためのレンズ制御値１，２，３の組合せと、フォーカス位置のずれ量ΔＺ２と、回転変動量Δθ２と、倍率変動量ΔＭ２とを補正するためのレンズ制御値４，５，６の組合せは、予め実験等により求めておけばよい。

そして、静電レンズ制御回路１２１は、ステージ１０５の移動、言い換えれば、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置の基板１０１の高さ位置の変動に同期して、演算されたレンズ制御値１に相当する電位を静電レンズ２３０の制御電極（中段電極基板）に印加し、演算されたレンズ制御値２に相当する電位を静電レンズ２３２の制御電極（中段電極基板）に印加し、演算されたレンズ制御値３に相当する電位を静電レンズ２３４の制御電極（中段電極基板）に印加する。さらに、静電レンズ制御回路１２１は、同じくステージ１０５の移動に同期して、演算されたレンズ制御値４に相当する電位を静電レンズ２３１の制御電極（中段電極基板）に印加し、演算されたレンズ制御値５に相当する電位を静電レンズ２３３の制御電極（中段電極基板）に印加し、演算されたレンズ制御値６に相当する電位を静電レンズ２３５の制御電極（中段電極基板）に印加する。

これにより、１次光学系の静電レンズ群である静電レンズ２３０，２３２，２３４は、ステージ１０５の移動に伴い生じる基板１０１面の基準位置からのマルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれΔＺ１と、マルチ１次電子ビーム２０のフォーカス位置のずれ量Δ１を補正することにより生じる、基板１０１面におけるマルチ１次電子ビーム２０の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とをダイナミックに補正する。このように、静電レンズ２３０，２３２，２３４は、フォーカス位置のずれΔＺ１と、相関テーブル（若しくは近似式）を用いて得られた回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とをダイナミックに補正する。図１の例では、１次光学系の静電レンズ群が、３つの静電レンズ２３０，２３２，２３４で構成される場合を示しているが、これに限るものではない。１次光学系の静電レンズ群は、３つ以上の静電レンズにより構成されればよい。

また、同時に、２次光学系の静電レンズ群である静電レンズ２３１，２３３，２３５は、静電レンズ２３０，２３２，２３４により補正されたマルチ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基板１０１から放出され、静電レンズ２３４を通過するマルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２とマルチ２次電子ビーム３００の像の回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とをダイナミックに補正する。このように、静電レンズ２３１，２３３，２３５は、相関テーブル（若しくは近似式）を用いて、フォーカス位置変動量ΔＺ２と回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とをダイナミックに補正する。図１の例では、２次光学系の静電レンズ群が、３つの静電レンズ２３１，２３３，２３５で構成される場合を示しているが、これに限るものではない。基板１０１上の微小パターンの画像取得では、２次光学系が拡大光学系になる。よって、焦点深度が深くなる。そのため、マルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２が生じたとしても、得られる２次電子画像への影響は小さくできる。そのため、マルチ２次電子ビーム３００に対する補正は、フォーカス位置変動量ΔＺ２の補正は省略して、残りの像の回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とに対して行う場合であっても良い。よって、変動パラメータは２つになるので、２次光学系の静電レンズ群は、２つ以上の静電レンズにより構成されればよい。

なお、図１の例では、マルチ２次電子ビーム３００が、１次光学系の静電レンズ群のうち、静電レンズ２３４中を通過する場合を説明したが、これに限るものではない。ビームセパレーター２１４の配置位置によっては、マルチ２次電子ビーム３００がさらに他の静電レンズ、例えば静電レンズ２３２を通過する場合もあり得る。その場合、マルチ２次電子ビーム３００の軌道が、静電レンズ２３４の他、上述した他の静電レンズの影響をさらに受けることは言うまでもない。このように、静電レンズ２３１，２３３，２３５は、１次光学系の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動、倍率変動、及び回転変動を補正する。なお、静電レンズ２３１，２３３，２３５は、マルチ１次電子ビーム２０の軌道に影響を与えないように、マルチ１次電子ビーム２０が通過しない位置（２次光学系）に配置される。

また、図１の例では、２次光学系に、マルチ２次電子ビーム３００を屈折させる３つの電磁レンズ２２４，２２５，２２６を配置する場合を示したが、これに限るものではない。マルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２に導ければよく、２次光学系には、少なくとも１つの電磁レンズが配置されればよい。例えば、１つであっても良い。或いは２つであっても良い。或いは３つ以上であっても良い。また、図１の例では、２次光学系の静電レンズ群の各静電レンズは、それぞれ異なる電磁レンズの磁場中に配置される。かかる場合、上述したように、回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とに対して補正を行うため２次光学系の静電レンズ群が２つ以上の静電レンズにより構成される場合、電磁レンズも２つ以上あれば良い。但し、これに限るものではない。静電レンズ２３１，２３３，２３５のうち、少なくとも回転変動量Δθ２の補正に寄与する静電レンズが電磁レンズの磁場中に配置されればよい。言い換えれば、２次光学系の静電レンズ群のうち、少なくとも１つの静電レンズが、２次光学系に配置される少なくとも１つの電磁レンズの磁場中に配置されればよい。

図８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８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。図８の例では、照射領域３４がマスクダイ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がマスクダイ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を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各ビームは、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域２９内のビームの移動は、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つのビームで１つのサブ照射領域２９内のすべてを順に照射していく。

基板１０１の所望する位置に、静電レンズ２３０，２３２，２３４により補正されたマルチ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に対応する、反射電子を含むマルチ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、ビームセパレーター２１４に進み、斜め上方に曲げられる。斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８で軌道を曲げられ、マルチ検出器２２２に投影される。このように、マルチ検出器２２２は、マルチ１次電子ビーム２０が基板１０１面に照射されたことに起因して放出される反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００を検出する。

図９は、実施の形態１における検出器の検出面でのマルチ２次電子ビームの変動と補正された状態とを説明するための図である。マルチ２次電子ビーム３００の像の回転変動量Δθ２が生じている場合、図９（ａ）に示すように、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームがマルチ検出器２２２の検出すべき検出面２２１から外れて投影されてしまう。そのため、得られる像にずれが生じることになる。かかる像の回転変動量Δθ２を補正することで、図９（ｄ）に示すように、各ビームがマルチ検出器２２２の検出すべき検出面２２１内に納まるようにできる。マルチ２次電子ビーム３００の像の倍率変動量ΔＭ２が生じている場合、図９（ｂ）に示すように、マルチ２次電子ビーム３００の各ビームがマルチ検出器２２２の検出すべき検出面２２１から外れて投影されてしまう。例えば、像が拡大してしまうと、投影位置を移動させただけでは、検出すべき検出面２２１に受光することが困難となる。かかる像の倍率変動量ΔＭ２を補正することで、図９（ｄ）に示すように、各ビームがマルチ検出器２２２の検出すべき検出面２２１内に納まるようにできる。また、上述したように、マルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２によって、各ビームのサイズが図９（ｃ）に示すように、検出すべき検出面２２１よりも大きくなってしまう場合には、フォーカス位置変動量ΔＺ２の補正が必要である。フォーカス位置変動量ΔＺ２の補正により、図９（ｄ）に示すように、各ビームがマルチ検出器２２２の検出すべき検出面２２１内に納まるようにできる。

以上のように、マルチ１次電子ビーム２０全体では、マスクダイ３３を照射領域３４として走査（スキャン）することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのサブ照射領域２９を走査することになる。そして、１つのマスクダイ３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次のマスクダイ３３が照射領域３４になるように移動して、かかる隣接する次のマスクダイ３３の走査（スキャン）を行う。かかる動作と連動して、１次光学系の静電レンズ２３０，２３２，２３４では、マルチ１次電子ビーム２０の基準位置からのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、フォーカス位置のずれ量ΔＺ１に応じたマルチビーム２０の基板１０１上での像の回転変動量Δθ１と倍率変動量ΔＭ１とをダイナミックに補正する。同様に、かかる動作と連動して、２次光学系の静電レンズ２３１，２３３，２３５では、マルチ２次電子ビーム３００のフォーカス位置変動量ΔＺ２と、マルチ２次電子ビーム３００の像の回転変動量Δθ２と倍率変動量ΔＭ２とをダイナミックに補正する。かかる動作を繰り返し、各チップ３３２の走査を進めていく。マルチ１次電子ビーム２０のショットにより、その都度、照射された位置から２次電子が放出され、２次光学系の静電レンズ２３１，２３３，２３５により補正されたマルチ２次電子ビーム３００が、マルチ検出器２２２にて検出される。

以上のようにマルチ１次電子ビーム２０を用いて走査することで、シングルビームで走査する場合よりも高速にスキャン動作（測定）ができる。照射領域３４がマスクダイ３３よりも小さい場合には、当該マスクダイ３３中で照射領域３４を移動させながらスキャン動作を行えばよい。

基板１０１が露光用マスク基板である場合には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のチップ領域を例えば上述したマスクダイ３３のサイズで短冊状に複数のストライプ領域に分割する。そして、ストライプ領域毎に、上述した動作と同様の走査で各マスクダイ３３を走査すればよい。露光用マスク基板におけるマスクダイ３３のサイズは、転写前のサイズなので半導体基板のマスクダイ３３の４倍のサイズとなる。そのため、照射領域３４が露光用マスク基板におけるマスクダイ３３よりも小さい場合には、１チップ分のスキャン動作が増加する（例えば４倍）ことになる。しかし、露光用マスク基板には１チップ分のパターンが形成されるので、４チップよりも多くのチップが形成される半導体基板に比べてスキャン回数は少なくて済む。

以上のように、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、マルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、マルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子の検出データ（測定画像：２次電子画像：被検査画像）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。このようにして、画像取得機構１５０は、基板１０１上に形成されたパターンの測定画像を取得する。そして、例えば、１つのチップ３３２分の検出データが蓄積された段階で、チップパターンデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

参照画像作成工程（Ｓ２０５）として、参照回路１１２（参照画像作成部）は、被検査画像に対応する参照画像を作成する。参照回路１１２は、基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ、或いは基板１０１に形成されたパターンの露光イメージデータに定義された設計パターンデータに基づいて、フレーム領域毎に、参照画像を作成する。フレーム領域として、例えばマスクダイ３３を用いると好適である。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、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照回路１１２に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

次に、参照回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、光学系によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力される。

図１０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１０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。

比較回路１０８内では、転送されたパターン画像データ（２次電子画像データ）が、記憶装置５６に一時的に格納される。また、転送された参照画像データが、記憶装置５２に一時的に格納される。

位置合わせ工程（Ｓ２０６）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参照画像とを読み出し、画素３６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（Ｓ２０８）として、比較部５８は、マスクダイ画像（被検査画像）と参照画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

なお、上述したダイ−データベース検査に限らず、ダイ−ダイ検査を行っても構わない。ダイ−ダイ検査を行う場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士を比較すればよい。よって、ダイ（１）となるウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像と、ダイ（２）となる別のウェハダイ３３２の対応する領域のマスクダイ画像と、を用いる。或いは、同じウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像をダイ（１）のマスクダイ画像とし、同じパターンが形成された同じウェハダイ３３２の他の一部のマスクダイ画像をダイ（２）のマスクダイ画像として比較しても構わない。かかる場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士の一方を参照画像として用いれば、上述したダイ−データベース検査と同様の手法で検査ができる。

すなわち、位置合わせ工程（Ｓ２０６）として、位置合わせ部５７は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像と、とを読み出し、画素３６より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。

そして、比較工程（Ｓ２０８）として、比較部５８は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、図示しない記憶装置、モニタ、若しくはメモリに出力される、或いはプリンタ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、ステージ１０５に連続移動により生じるマルチ１次電子ビーム２０の基板１０１上でのフォーカス位置のずれ量ΔＺ１と、これに伴う像の倍率変動ΔＭ１、及び回転変動Δθ１といった３つの変動要因を３つ以上の静電レンズで補正する。さらに、かかる補正により生じるマルチ２次電子ビーム３００の検出面における、少なくとも像の倍率変動ΔＭ２、及び回転変動Δθ２を２つ以上の静電レンズで補正する。よって、連続移動する基板１０１にマルチビームをフォーカスさせて画像を取得する装置において、２次電子を高精度に検出できる。

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、静電レンズ制御回路１２１、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、Ｚ位置測定回路１２９、変動量演算回路１３０、及び画像処理回路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画像取得装置及びマルチ電子ビーム画像取得方法、及びマルチ電子ビーム検査装置は、本発明の範囲に包含される。

２０ マルチビーム
２３ 穴
２９ サブ照射領域
３３ マスクダイ
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
１０９，１１１ 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
１２１ 静電レンズ制御回路
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 Ｚ位置測定回路
１３０ 変動量演算回路
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
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２５，２２６ 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
２１７ Ｚセンサ
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５ 静電レンズ
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (6)

1. マルチ１次電子ビームが照射される基板を載置する、連続移動するステージと、
   前記マルチ１次電子ビームを前記基板面の基準位置に合焦する対物レンズと、
   前記対物レンズの磁場中に１つが配置され、前記ステージの移動に伴い生じる前記基板面の前記基準位置からの前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれと、前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる、前記基板面における前記マルチ１次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する３つ以上の静電レンズにより構成される第１の静電レンズ群と、
   前記マルチ１次電子ビームが通過しない位置に配置され、前記第１の静電レンズ群により補正された前記マルチ１次電子ビームが前記基板に照射されたことに起因して前記基板から放出され、前記第１の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する２つ以上の静電レンズにより構成される第２の静電レンズ群と、
   前記第２の静電レンズ群により補正された前記マルチ２次電子ビームを検出する検出器と、
   を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得装置。
2. 前記基板面の高さ位置の変動に伴う前記基準位置からの前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量と、前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる前記基板面における前記マルチ１次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量と、を前記第１の静電レンズ群で補正することにより生じる、前記検出器の検出面における前記マルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とが、前記基板面の基準位置からの前記フォーカス位置のずれ量に依存させて定義されたテーブル若しくは近似式のパラメータを記憶する記憶装置をさらに備え、
   前記第２の静電レンズ群は、前記テーブル若しくは前記近似式を用いて、前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量に応じた前記マルチ２次電子ビームの前記回転変動量と前記倍率変動量とをダイナミックに補正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画像取得装置。
3. 前記第２の静電レンズ群として、３つの静電レンズが用いられ、
   前記第２の静電レンズ群の前記３つの静電レンズは、前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量に応じた、前記検出器の検出面における前記マルチ２次電子ビームの前記回転変動量と前記倍率変動量とフォーカス変動量とをダイナミックに補正することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
4. 前記マルチ２次電子ビームを屈折させる少なくとも１つの電磁レンズをさらに備え、
   前記第２の静電レンズ群のうち、少なくとも１つの静電レンズは、前記少なくとも１つの電磁レンズの磁場中に配置されることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
5. 前記少なくとも１つの電磁レンズとして、２つ以上の電磁レンズが用いられ、
   前記第２の静電レンズ群の各静電レンズは、前記２つ以上の電磁レンズのうち、それぞれ異なる電磁レンズの磁場中に配置されることを特徴とする請求項４記載のマルチ電子ビーム画像取得装置。
6. 前記基板を載置するステージを連続移動させなら、対物レンズによりマルチ１次電子ビームのフォーカス位置を基板面の基準位置に合わせた状態で、マルチ１次電子ビームを基板に照射する工程と、
   前記対物レンズの磁場中に１つが配置された第１の静電レンズ群により、前記ステージの連続移動に伴い生じる、前記基板面の前記基準位置からの前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれと、前記マルチ１次電子ビームのフォーカス位置のずれ量を補正することにより生じる、前記基板面における前記マルチ１次電子ビームの回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する工程と、
   前記マルチ１次電子ビームが通過しない位置に配置された、２つ以上の静電レンズにより構成される第２の静電レンズ群により、前記第１の静電レンズ群により補正された前記マルチ１次電子ビームが前記基板に照射されたことに起因して前記基板から放出され、前記第１の静電レンズ群の少なくとも１つの静電レンズを通過するマルチ２次電子ビームの像の回転変動量と倍率変動量とをダイナミックに補正する工程と、
   前記第２の静電レンズ群により補正された前記マルチ２次電子ビームを検出する工程と、
   を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム画像取得方法。

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