(57)【要約】      （修正有）【課題】異なるビームで取得した被検査画像を同一条件で取得された画像に近づける検査装置を提供する。【解決手段】図形パターンが形成された基板にマルチ１次電子ビームを照射し、照射に起因して基板から放出されるマルチ２次電子ビームを検出し、図形パターンの２次電子画像を取得する画像取得機構１５０と、マルチ１次電子ビームの照射によって得られる２次電子画像に対して、マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、当該部分２次電子画像に対応する１次電子ビームの照射領域にマルチ１次電子ビームのすべての１次電子ビームのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームを照射した場合に２次電子画像取得機構によって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該部分２次電子画像を補正する補正回路１１３と、それぞれ補正処理が行われた複数の部分２次電子画像を用いて検査を行う比較回路１０８と、を備える。【選択図】図１
2020144010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の図形パターンが形成された基板にマルチ１次電子ビームを照射して、前記マルチ１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出されるマルチ２次電子ビームを検出して、前記複数の図形パターンの２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
前記２次電子画像を構成する、前記マルチ１次電子ビームの個々の１次電子ビームの照射によって得られる複数の部分２次電子画像に対して、この部分２次電子画像毎に、前記マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、当該部分２次電子画像に対応する１次電子ビームの照射領域に前記マルチ１次電子ビームのすべての１次電子ビームのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームを照射した場合に前記２次電子画像取得機構によって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該部分２次電子画像を補正する補正部と、
それぞれ補正処理が行われた前記複数の部分２次電子画像を用いて検査を行う検査部と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査装置。
【請求項２】
前記１次電子ビーム毎の個別補正用関数の係数は、前記マルチ１次電子ビームの各１次電子ビームによって得られる、評価パターンの２次電子画像を用いて取得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。
【請求項３】
前記均一ビームとして、前記マルチ１次電子ビームの各ビームサイズの最大サイズ以上の所定のサイズの真円が用いられる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。
【請求項４】
前記マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームによって得られた前記評価パターンの２次電子画像を用いて、当該１次電子ビームの前記基板上でのビーム形状を楕円形と見做した場合における前記楕円形の長軸方向の広がり半径、短軸方向の広がり半径、及び前記長軸方向の角度を演算するビーム形状及びサイズ演算部と、
前記マルチ１次電子ビームの前記基板上での各ビーム形状の中から長軸方向の最大広がり半径を抽出する抽出部と、
をさらに備え、
前記補正部は、１次電子ビーム毎に、１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、前記最大広がり半径以上の所定の広がり半径と当該１次電子ビームの長軸方向の広がり半径との差、及び前記所定の広がり半径と短軸方向の広がり半径との差を補償するように当該部分２次電子画像を補正することを特徴とする請求項２又は３いずれか記載のマルチ電子ビーム検査装置。
【請求項５】
複数の図形パターンが形成された基板にマルチ１次電子ビームを照射して、前記マルチ１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出されるマルチ２次電子ビームを検出して、前記複数の図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
前記２次電子画像を構成する、前記マルチ１次電子ビームの個々の１次電子ビームの照射によって得られる複数の部分２次電子画像に対して、部分２次電子画像毎に、前記マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、当該部分２次電子画像に対応する１次電子ビームの照射領域に前記マルチ１次電子ビームのすべての１次電子ビームのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームを照射することによって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該部分２次電子画像を補正する工程と、
それぞれ補正処理が行われた前記複数の部分２次電子画像を用いて検査を行う工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。このため、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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。マルチ電子ビーム検査装置では、観察対象間の微小な差異を検出することが求められるため、各ビームが均一であることが求められる。しかしながら、実際のマルチビームでは、ビーム間のビーム形状及びサイズの差異を完全に無くすことは困難である。ビーム間のビーム形状或いはサイズに差異があると、異なるビームで取得した画像間にはビーム特性に応じた差異が生じる。このため、異なるビームで取得した被検査画像同士を比較しても正確な検査は望めず、検査装置の実現にあたって大きな問題となっている。
【０００５】
ここで、マルチビームの各ビームが走査する領域の像の歪みを個別に補正した上で、周囲のビームが走査する領域像同士を繋げてさらに歪みを補正し、さらに領域像同士を繋げた被検査画像を参照画像と比較する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。かかる技術は、複数のビームによる像を繋げた画像を被検査画像とするために、１つの被検査画像内でのビーム間の歪を補正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−０８３３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の一態様は、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることが可能な検査装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査装置は、
複数の図形パターンが形成された基板にマルチ１次電子ビームを照射して、マルチ１次電子ビームの照射に起因して基板から放出されるマルチ２次電子ビームを検出して、複数の図形パターンの２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
２次電子画像を構成する、マルチ１次電子ビームの個々の１次電子ビームの照射によって得られる複数の部分２次電子画像に対して、部分２次電子画像毎に、マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、当該部分２次電子画像に対応する１次電子ビームの照射領域にマルチ１次電子ビームのすべての１次電子ビームのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームを照射した場合に２次電子画像取得機構によって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該部分２次電子画像を補正する補正部と、
それぞれ補正処理が行われた複数の部分２次電子画像を用いて検査を行う検査部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、１次電子ビーム毎の個別補正用関数の係数は、マルチ１次電子ビームの各１次電子ビームによって得られる、評価パターンの２次電子画像を用いて取得されると好適である。
【００１０】
また、均一ビームとして、マルチ１次電子ビームの各ビームサイズの最大サイズ以上の所定のサイズの真円が用いられると好適である。
【００１１】
また、マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎に、当該１次電子ビームによって得られた評価パターンの２次電子画像を用いて、当該１次電子ビームの基板上でのビーム形状を楕円形と見做した場合における楕円形の長軸方向の広がり半径、短軸方向の広がり半径、及び長軸方向の角度を演算するビーム形状及びサイズ演算部と、
マルチ１次電子ビームの基板上での各ビーム形状の中から長軸方向の最大広がり半径を抽出する抽出部と、
をさらに備え、
補正部は、１次電子ビーム毎に、１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、最大広がり半径以上の所定の広がり半径と当該１次電子ビームの長軸方向の広がり半径との差、及び所定の広がり半径と短軸方向の広がり半径との差を補償するように当該部分２次電子画像を補正すると好適である。
【００１２】
本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査方法は、
複数の図形パターンが形成された基板にマルチ１次電子ビームを照射して、マルチ１次電子ビームの照射に起因して基板から放出されるマルチ２次電子ビームを検出して、複数の図形パターンの２次電子画像を取得する工程と、
２次電子画像を構成する、マルチ１次電子ビームの個々の１次電子ビームの照射によって得られる複数の部分２次電子画像に対して、部分２次電子画像毎に、マルチ１次電子ビームの１次電子ビーム毎の個別補正用関数を用いて、当該部分２次電子画像に対応する１次電子ビームの照射領域にマルチ１次電子ビームのすべての１次電子ビームのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームを照射することによって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該部分２次電子画像を補正する工程と、
それぞれ補正処理が行われた複数の部分２次電子画像を用いて検査を行う工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、マルチビーム検査において、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることができる。よって、異なるビームで取得した被検査画像間での検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】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３】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４】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５】実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの各１次電子ビームの形状およびサイズの一例を示す図である。
【図６】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７】実施の形態１における評価パターンの一例を示す図である。
【図８】実施の形態１における評価パターンの他の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１における評価パターンの他の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１におけるビーム形状及びサイズ演算回路内の構成の一例を示す構成図である。
【図１１】実施の形態１における輪郭線に法線が設定された図形パターンの一例を示す図である。
【図１２】実施の形態１における法線上のビームプロファイルの一例を示す図である。
【図１３】実施の形態１における法線方向と平均ボケ量との関係の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームを構成する１次電子ビームの形状とサイズの一例を示す図である。
【図１５】実施の形態１におけるカーネル係数演算回路内の構成の一例を示す構成図である。
【図１６】実施の形態１における画像補正の仕方を説明するための図である。
【図１７】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１８】実施の形態１における被検査画像の一例を示す図である。
【図１９】実施の形態１における画像補正の効果を説明するための図である。
【図２０】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。
【００１７】
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、補正回路１１３、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、ビーム形状及びサイズ演算回路１２９、カーネル係数演算回路１３０、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。
【００１８】
また、チップパターンメモリ１２３は、補正回路１１３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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ１列×縦（ｙ方向）ｎ１段（ｍ１，ｎ１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、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、マルチ１次電子ビーム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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、例えば図示しない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２０ｉ（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２０ｉ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２０ｉ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。
【００３０】
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。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の単位ブロック３３に分割される。対象となる単位ブロック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。
【００３１】
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が単位ブロック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が単位ブロック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、各ビームが担当するサブ照射領域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内の隣接する単位ブロック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２０ｉの照射によって得られるサブ照射領域２９の画像（部分２次電子画像）を組み合わせることで、単位ブロック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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図５は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの各１次電子ビームの形状およびサイズ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１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム２０ｉの基板１０１上でのビーム１２の形状およびサイズは、理想的には均一であることが望ましい。しかしながら、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２の製造誤差、及び／或いは光学系の収差等によって、実際には、均一ビームを形成することが困難である。図５の例では、マルチ１次電子ビーム２０のうち、中心ビームに対して、中心から外側に離れるビーム１２ほどビーム形状が偏平した楕円形に変形し、かつ、長径サイズが大きくなっていく場合を示している。また、中心ビームについても真円とは限らない。なお、各１次電子ビーム２０ｉの形状及びサイズは図５の例に限るものではない。他の形状及び／或いはサイズに変形する場合であっても良い。このように、基板１０１上での向きを含めたビーム形状およびサイズが異なる複数の１次電子ビームの照射によって得られる２次電子画像は、当然に異なるビーム形状およびサイズの影響を受けることになる。後述するように、実施の形態１では、異なる１次電子ビームの照射によって得られた２次電子画像同士を比較する。しかし、異なるビーム形状およびサイズの影響を受けた２次電子画像同士を比較しても、画像間にずれが生じているので同一にはならず、疑似欠陥を発生させてしまうことになる。よって、高精度な検査を行うことが困難となる。そこで、実施の形態１では、あえて最もサイズが大きく変形した１次電子ビーム２０ｉ以上のサイズで真円の均一ビーム１４にすべての１次電子ビームを合わせ込む。言い換えれば、各１次電子ビームがそれぞれ担当するサブ照射領域２９を真円の均一ビーム１４でスキャンした場合に得られたであろう各サブ照射領域２９内の画像に、それぞれの１次電子ビーム２０ｉで得られた２次電子画像を近づける処理を行う。さらに言い換えれば、もっともボケが大きい１次電子ビームで得られる画像に合わせ込むように各サブ照射領域２９内の画像をぼかす平滑化処理を行う。以下、具体的に説明する。
【００３５】
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、評価パターン画像取得工程（Ｓ１０２）と、ビーム形状及びサイズ演算工程（Ｓ１０４）と、個別補正カーネル係数演算工程（Ｓ１０８）と、被検査画像取得工程（Ｓ２０２）と、画像補正（平滑化処理）工程（Ｓ２０４）と、位置合わせ工程（Ｓ２０８）と、比較工程（Ｓ２１０）と、いう一連の工程を実施する。
【００３６】
評価パターン画像取得工程（Ｓ１０２）として、画像取得機構１５０（２次電子画像取得機構）は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて、評価パターンが形成された評価基板をスキャンして、各１次電子ビーム２０ｉが個別に走査するサブ照射領域２９毎の評価パターン画像を取得する。ここでは、まずは、各１次電子ビーム２０ｉの形状及びサイズを取得するために、各１次電子ビーム２０ｉで評価パターンの画像を取得する。
【００３７】
図７は、実施の形態１における評価パターンの一例を示す図である。図７において、評価基板４００には、同じサイズ及び同じ真円形のドットパターンが所定のピッチでアレイ配置された評価パターン４０１が形成されている。各１次電子ビーム２０ｉが走査するサブ照射領域２９内に、数個〜数十個のドットパターンが含まれるサイズ及びピッチに形成されると好適である。但し、これに限るものではない。各サブ照射領域２９内に、１個のドットパターンが含まれるサイズ及びピッチに形成されるようにしても構わない。真円形のドットパターンの画像を得ることで、いろいろな方向のエッジのプロファイルを抽出できる。よって、ビームの広がりに対する方位依存性を把握できる。
【００３８】
図８は、実施の形態１における評価パターンの他の一例を示す図である。評価パターンは均一なドットパターンに限るものではない。図８の例では、形状及びサイズがランダムな複数の金ナノ粒子が散りばめられた評価パターン４０２が評価基板４００に形成されている場合を示している。各１次電子ビーム２０ｉが走査するサブ照射領域２９内に、数個〜数十個の金ナノ粒子が含まれるサイズに形成されると好適である。但し、これに限るものではない。各サブ照射領域２９内に、１個の金ナノ粒子が含まれるサイズに形成されるようにしても構わない。形状及びサイズをランダムにすることで、ビームの広がりに対するサイズ依存がもしも存在した場合でもこれを排除できる。
【００３９】
図９は、実施の形態１における評価パターンの他の一例を示す図である。後述するように、評価パターンの各図形の輪郭線に沿って例えば３０°毎の１２方向からのビーム強度プロファイルを近似する。このため、図９の例では、同じサイズの正１２角形のドットパターンが所定のピッチでアレイ配置された評価パターン４０３が評価基板４００に形成されている場合を示している。各１次電子ビーム２０ｉが走査するサブ照射領域２９内に、数個〜数十個のドットパターンが含まれるサイズ及びピッチに形成されると好適である。但し、これに限るものではない。各サブ照射領域２９内に、１個のドットパターンが含まれるサイズ及びピッチに形成されるようにしても構わない。
【００４０】
実施の形態１では、評価基板４００に対して、マルチ１次電子ビーム２０を１本ずつのビームに制限して照射する必要はなく、一緒に照射すればよい。もちろん、１本ずつのビームに制限して照射しても構わない。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の照射に起因して評価基板４００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で検出して、各サブ照射領域２９での２次電子画像を取得する。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によって検出された２次電子の検出データ（評価パターン測定画像：２次電子画像：評価パターン画像）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、評価基板上に形成された評価パターンの測定画像を取得する。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、ビーム形状及びサイズ演算回路１２９に転送される。
【００４１】
ビーム形状及びサイズ演算工程（Ｓ１０４）として、ビーム形状及びサイズ演算回路１２９（ビーム形状及びサイズ演算部）は、評価パターンの測定画像を用いて、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム２０ｉの基板１０１（或いは評価基板４００でも良い）上でのビーム形状及びサイズを演算する。各１次電子ビーム２０ｉのビーム形状及びサイズを取得（演算或いは測定）する手法は、特に限定されるものではない。市販製品においてもビーム形状を測定するツールを提供するものはいくつかあり（例えば、ＢＥＡＭＥＴＲ（ａＢｅａｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製））、或いはＢｌｉｎｄ−ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎの原理を用いてビーム形状を推定する手法も研究されている。これら種々の手法のいずれを用いても良い。実施の形態１では、例えば、個々の１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２９の評価パターン画像を使って、画像内の図形パターンのエッジの向きによる画像のボケ具合の違いを測定することで、ビーム形状及びサイズを示すパラメータを求める。以下、各１次電子ビーム２０ｉのビーム形状及びサイズを取得する手法の一例を具体的に説明する。ビーム形状及びサイズ演算回路１２９は、マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム２０ｉ毎に、当該１次電子ビーム２０ｉによって得られた評価パターン４０１（或いは４０２、或いは４０３）の２次電子画像を用いて、当該１次電子ビーム２０ｉの基板１０１（或いは評価基板４００でも良い）上でのビーム形状を楕円形と見做した場合における楕円形の長軸方向の広がり半径Ａ、短軸方向の広がり半径Ｂ、及び長軸方向の角度φ０を演算する。具体的な動作を以下に説明する。
【００４２】
図１０は、実施の形態１におけるビーム形状及びサイズ演算回路内の構成の一例を示す構成図である。図１０において、ビーム形状及びサイズ演算回路１２９内には、輪郭線抽出部６０、法線設定部６２、フィッティング処理部６４、平均ボケ量演算部６６、及びフィッティング処理部６８が配置される。輪郭線抽出部６０、法線設定部６２、フィッティング処理部６４、平均ボケ量演算部６６、及びフィッティング処理部６８といった各「〜部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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。輪郭線抽出部６０、法線設定部６２、フィッティング処理部６４、平均ボケ量演算部６６、及びフィッティング処理部６８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。
【００４３】
まず、輪郭線抽出工程として、輪郭線抽出部６０は、マルチ１次電子ビーム２０の照射によって得られる照射領域３４の２次電子画像を構成する、個々の１次電子ビーム２０ｉの照射によって得られる照射領域３４内の複数のサブ照射領域２９の評価パターン画像（複数の部分画像）について、１次電子ビーム２０ｉ毎のサブ照射領域２９の評価パターン画像（部分画像）毎に、当該サブ照射領域２９の評価パターン画像内の各図形パターンの輪郭線を抽出する。
【００４４】
次に、法線設定工程として、法線設定部６２は、１次電子ビーム２０ｉ毎のサブ照射領域２９の評価パターン画像内で抽出された図形パターン毎に、当該図形パターンの輪郭線に沿って、所定の画素数おきごとに、輪郭線に直交する法線（切断線）を設定する。
【００４５】
図１１は、実施の形態１における輪郭線に法線が設定された図形パターンの一例を示す図である。図１１の例では、評価パターン４０１における円形のドットパターンの輪郭線に対して３０°毎に法線１０が設定された場合を示している。図１１の例では、３０°毎に法線１０が配置されているが、さらに多くの法線１０が設定されると好適である。
【００４６】
図１２は、実施の形態１における法線上のビームプロファイルの一例を示す図である。図１２において、縦軸ｙに階調値、横軸ｘに法線１０上の各画素の位置を示す。評価パターン画像の各画素は、例えば、１次電子ビーム２０ｉのサイズと同程度のサイズで格子状に設定されると良い。法線１０上の各画素の階調値をプロットすると、図１２の例に示すようなビームプロファイルが形成される。そして、ビームプロファイルは、誤差関数で近似できる。
【００４７】
そこで、ビームプロファイルフィッティング工程として、フィッティング処理部６４は、１次電子ビーム２０ｉ毎のサブ照射領域２９の評価パターン画像内の各図形パターンの法線１０毎に、法線１０上の各画素の階調値を以下の式（１）で示す誤差関数で近似（フィッティング）して、各パラメータａ，ｂ，ｘ０，σを求める。
【００４８】
【数１】
2020144010.tif 000003
【００４９】
次に、平均ボケ量演算工程として、平均ボケ量演算部６６は、１次電子ビーム２０ｉ毎の担当するサブ照射領域２９の評価パターン画像内のすべての図形パターンを対象として、法線１０の向き（方向）に応じて、例えば、３０°ずつ１２個の方位グループに分割する。例えば、０°以上３０°未満の各法線１０を方位グループ１、３０°以上６０°未満の各法線１０を方位グループ２、６０°以上９０°未満の各法線１０を方位グループ３、９０°以上１２０°未満の各法線１０を方位グループ４、１２０°以上１５０°未満の各法線１０を方位グループ５、１５０°以上１８０°未満の各法線１０を方位グループ６、１８０°以上２１０°未満の各法線１０を方位グループ７、２１０°以上２４０°未満の各法線１０を方位グループ８、２４０°以上２７０°未満の各法線１０を方位グループ９、２７０°以上３００°未満の各法線１０を方位グループ１０、３００°以上３３０°未満の各法線１０を方位グループ１１、３３０°以上３６０°未満の各法線１０を方位グループ１２、とする。そして、平均ボケ量演算部６６は、１次電子ビーム２０ｉ毎のサブ照射領域２９の評価パターン画像（部分画像）毎に、かつ、方位グループ毎に、各法線１０のビームプロファイルに対して得られパラメータσの平均値を演算する。ここでは、ボケ量を示す指標として、例えば、（√２）σの値を用いる。よって、パラメータσの平均値を演算し、（√２）を乗じることで、グループ毎に、平均ボケ量（（√２）σの平均値）を求めることができる。
【００５０】
図１３は、実施の形態１における法線方向と平均ボケ量との関係の一例を示す図である。図１３において、縦軸ｙに平均ボケ量を示し、横軸ｘに法線方向角度を示す。上記で得られた平均ボケ量はプロットされた黒丸で示される。図１３の例に示すように、法線方向と平均ボケ量との対応関係は、以下の式（２）のような関数で近似できる。
【００５１】
そこで、フィッティング工程として、フィッティング処理部６８は、１次電子ビーム２０ｉ毎の担当するサブ照射領域２９の評価パターン画像（部分画像）毎に、法線方向と平均ボケ量との対応関係を以下の式（２）で示す関数で近似（フィッティング）して、各パラメータＡ，Ｂ，φ０を求める。但し、Ａ＞Ｂとする。
【００５２】
【数２】
2020144010.tif 000004
【００５３】
図１４は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームを構成する１次電子ビームの形状とサイズの一例を示す図である。図１４に示すように、式（２）でフィッティングした結果、得られたパラメータＡは、各１次電子ビーム２０ｉの基板上でのビーム形状を楕円形であると見做した場合における長軸方向の広がり半径を示す。パラメータＢは、短軸方向の広がり半径を示す。パラメータφ０は、長軸方向の角度を示す。すべての１次電子ビーム２０ｉの担当するサブ照射領域２９の評価パターン画像について、上述した演算処理を行うことで、各１次電子ビーム２０ｉの基板１０１（評価基板４００）上での長軸方向の広がり半径Ａと、短軸方向の広がり半径Ｂと、長軸方向の角度φ０と、いう楕円形状とそのサイズを示すパラメータを求めることができる。演算された各１次電子ビーム２０ｉのパラメータＡ，Ｂ，φ０は、カーネル係数演算回路１３０に出力される。
【００５４】
個別補正カーネル係数演算工程（Ｓ１０８）として、カーネル係数演算回路１３０は、各１次電子ビーム２０ｉの担当するサブ照射領域２９の画像を補正するための、１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネル（個別補正用関数）Ｋｉの係数を演算する。１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルの係数Ｋｉは、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム２０ｉによって得られる、評価パターンの２次電子画像を用いて取得される。
【００５５】
図１５は、実施の形態１におけるカーネル係数演算回路内の構成の一例を示す構成図である。図１５において、カーネル係数演算回路１３０内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０、最大長径抽出部７１、均一ビームサイズ設定部７２、及び２乗差根演算部７４が配置される。最大長径抽出部７１、均一ビームサイズ設定部７２、及び２乗差根演算部７４といった各「〜部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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。最大長径抽出部７１、均一ビームサイズ設定部７２、及び２乗差根演算部７４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。
【００５６】
まず、カーネル係数演算回路１３０内に入力された各１次電子ビーム２０ｉのパラメータＡ，Ｂ，φ０は、１次電子ビーム２０ｉと関連されて記憶装置７０に格納される。
【００５７】
次に、最大長径抽出工程として、最大長径抽出部７１（抽出部）は、記憶装置７０からパラメータＡを読み出し、マルチ１次電子ビーム２０の基板１０１（評価基板４００）上での各ビーム形状の中から長軸方向の最大広がり半径Ａｍａｘを抽出する。図５の例では、中心ビームから最も離れた外周のビーム１２が最大広がり半径Ａｍａｘで形成される場合を示している。よって、最大長径抽出部７１は、かかる外周のビーム１２の長軸方向の広がり半径Ａを最大広がり半径Ａｍａｘとして抽出する。
【００５８】
均一ビームサイズ設定工程として、均一ビームサイズ設定部７２は、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームサイズ（長軸方向の広がり半径Ａ）の最大サイズ（長軸方向の最大広がり半径Ａｍａｘ）以上の所定のサイズ（広がり半径Ａ０）を設定する。図５の例では、中心ビームから最も離れた外周のビーム１２が最大広がり半径Ａｍａｘより若干大きな広がり半径Ａ０（直径２Ａ０）の真円ビームを均一ビーム１４として示している。
【００５９】
２乗差演算工程として、２乗差根演算部７４は、各１次電子ビーム２０ｉのサイズ（広がり半径Ａ，Ｂ）について、以下の式（３−１）及び式（３−２）に示すように、真円の均一ビーム１４のサイズ（広がり半径Ａ０）との２乗差の平方根Ａ’，Ｂ’を演算する。
【００６０】
【数３】
2020144010.tif 000005
【００６１】
各１次電子ビーム２０ｉの個別補正カーネルＫｉは、以下の楕円状ガウシアン分布の式（４）で定義できる。
【００６２】
【数４】
2020144010.tif 000006
【００６３】
式（４）に示す１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉは、対象となる１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２９にすべての１次電子ビーム２０ｉのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビーム１４（広がり半径Ａ０の真円ビーム）を照射することによって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該対象となる１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２９の画像（部分２次電子画像）を補正するためのカーネルとなる。具体的には、個別補正用カーネルＫｉは、最大広がり半径Ａｍａｘ以上の所定の広がり半径Ａ０と当該１次電子ビーム２０ｉの長軸方向の広がり半径Ａとの差、及び所定の広がり半径Ａ０と短軸方向の広がり半径Ｂとの差を補償するように当該１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２０の部分２次電子画像を補正するためのカーネルとなる。以上の演算により、かかる１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉの係数Ａ’，Ｂ’，φ０を取得できる。演算された１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉの係数Ａ’，Ｂ’，φ０の情報は、補正回路１１３に出力される。
【００６４】
以上の前処理が終了した段階で、実際の検査処理を実施する。
【００６５】
被検査画像取得工程（Ｓ２０２）として、画像取得機構１５０は、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、前記複数の図形パターンの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。具体的には、以下のように動作する。上述したように、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２をスキャンして、ストライプ領域３２の画像を取得する。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、各ストライプ領域３２上に形成されたパターンの測定画像を取得する。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、補正回路１１３に転送される。
【００６６】
画像補正（平滑化処理）工程（Ｓ２０４）として、補正回路１１３（補正部）は、単位ブロック３３、或いはストライプ領域３２の２次電子画像を構成する、個々の１次電子ビーム２０ｉの照射によって得られる複数のサブ照射領域２９の測定画像（部分２次電子画像）に対して、補正処理を行う。補正回路１１３は、サブ照射領域２９の測定画像毎に、１次電子ビーム１０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉを用いて、当該サブ照射領域２９の測定画像に対応する１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２９に上述した均一ビーム１４（真円ビーム）を照射することによって取得される均一ビーム部分画像に近づくように当該サブ照射領域２９の測定画像を補正する。均一ビーム１４（真円ビーム）は、マルチ１次電子ビーム２０のすべての１次電子ビーム２０ｉのビーム形状及びサイズを均一化した均一ビームとして設定される。具体的には、補正回路１１３は、１次電子ビーム２０ｉ毎に、１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉを用いて、最大広がり半径以上の所定の広がり半径Ａ０と当該１次電子ビーム２０ｉの長軸方向の広がり半径Ａとの差、及び所定の広がり半径Ａ０と短軸方向の広がり半径Ｂとの差を補償するように当該サブ照射領域２９の測定画像（部分２次電子画像）を補正する。
具体的には、補正回路１１３は、１次電子ビーム２０ｉ毎に得られた信号で構成される取得画像に対して、１次電子ビーム２０ｉ毎の個別補正用カーネルＫｉを用いて畳み込み演算処理を行ない、最大広がり半径以上の所定の広がり半径Ａ０と当該１次電子ビーム２０ｉの長軸方向の広がり半径Ａとの差、及び所定の広がり半径Ａ０と短軸方向の広がり半径Ｂとの差を補償するように当該サブ照射領域２９の測定画像（部分２次電子画像）を補正する。また、上記では個別補正用カーネルを用いた畳み込み演算処理による関数を用いたが、これに代え同等の効果をもつ関数を用いても構わず、例えば畳み込み演算以外の同等の効果をもつ関数を用いても構わない。
【００６７】
図１６は、実施の形態１における画像補正の仕方を説明するための図である。図１６において、補正回路１１３内には、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数以上のサブ補正回路１１１（１，２，３，４，５，・・・）が配置される。上述したように、マルチ検出器２２２には、複数のセンサ２２３が配置される。各センサ２２３は、マルチ１次電子ビーム２０のうち他のセンサ２２３とは異なるいずれか１つの１次電子ビーム２０ｉの照射によって放出される２次電子ビームを検出するように割り当てられている。また、補正回路１１３内の各サブ補正回路１１１は、マルチ検出器２２２の複数のセンサ２２３のうち他のサブ補正回路とは異なるいずれか１つのセンサ２２３からの画像データを入力するように割り当てられている。言い換えれば、補正回路１１３内の各サブ補正回路１１１は、マルチ１次電子ビーム２０のいずれか１つの１次電子ビーム２０ｉの照射によって放出される２次電子ビームの検出用のセンサ２２３に割り当てられている。各サブ補正回路１１１には、担当する１次電子ビーム２０ｉ用の個別補正カーネルＫｉの係数が入力され、式（４）に示す個別補正カーネルＫｉが設定されている。図１６の例では、１次電子ビーム（ビーム１）に対応するセンサ２２３の出力がサブ補正回路１に入力される。１次電子ビーム（ビーム２）に対応するセンサ２２３の出力がサブ補正回路２に入力される。１次電子ビーム（ビーム３）に対応するセンサ２２３の出力がサブ補正回路３に入力される。１次電子ビーム（ビーム４）に対応するセンサ２２３の出力がサブ補正回路４に入力される。１次電子ビーム（ビーム５の）に対応するセンサ２２３の出力がサブ補正回路５に入力される。各サブ補正回路は、担当する１次電子ビーム２０ｉのサブ照射領域２９の測定画像（部分２次電子画像）に対して、担当する１次電子ビーム２０ｉ用の個別補正カーネルＫｉを畳み込み演算することで、平滑化処理を行う。以上のようにして、平滑化処理が行われた各サブ照射領域２９の測定画像のデータは、位置回路１０７が示す位置情報と共に、比較回路１０８に出力される。
【００６８】
図１７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１７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、この処理回路には、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。
【００６９】
比較回路１０８（検査部）は、それぞれ補正処理が行われた複数のサブ照射領域２９の測定画像（部分２次電子画像）を用いて検査を行う。ここでは、ダイ−ダイ検査を行う場合について主に説明する。
【００７０】
図１８は、実施の形態１における被検査画像の一例を示す図である。実施の形態１では、１つの１次電子ビーム２０ｉ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２８に分割して、マスクダイ領域２８を被検査画像の単位領域として使用する。図１８の例では、サブ照射領域２９を４つのマスクダイ領域２８に分割する場合を示している。よって、異なるサブ照射領域２９間の被検査画像同士を比較する場合、スキャン動作に使用された１次電子ビーム２０ｉが異なる場合が多いことになる。実施の形態１では、１次電子ビーム２０ｉ間のビーム特性の違いから生じる画像のずれ方を平滑化処理により均一に近づけることで、異なる１次電子ビーム２０ｉで得られた被検査画像同士を比較することができる。なお、各マスクダイ領域２８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。
【００７１】
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、マスクダイ領域２８毎のマスクダイ画像（補正被検査画像）として記憶装置５６に一時的に格納される。
【００７２】
位置合わせ工程（Ｓ２０８）として、位置合わせ部５７は、ダイ１のマスクダイ画像（補正被検査画像）と、同じパターンが形成されたダイ２のマスクダイ画像（補正被検査画像）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。画素サイズとして、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームサイズと同程度のサイズの領域に設定されると好適である。よって、各ビームによってスキャンされるサブ照射領域２９は、ｎ×ｎ画素によって構成される。例えば、１６×１６画素で構成される。
【００７３】
比較工程（Ｓ２１０）として、比較部５８は、ダイ１のマスクダイ画像（補正被検査画像）と、ダイ２のマスクダイ画像（補正被検査画像）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。
【００７４】
図１９は、実施の形態１における画像補正の効果を説明するための図である。図１９（ａ）では、マルチ１次電子ビーム２０のビーム１とビーム２のビーム形状とサイズを対比して示している。ビーム１は長軸方向が紙面の斜め横方向に延びる楕円形状のビームである。他方、ビーム２は長軸方向が紙面の上下方向に延びる楕円形状のビームである。図１９（ｃ）に、ビーム１の照射によって取得される画像（補正前画像１）とビーム２の照射によって取得される画像（補正前画像２）を対比して示している。ここでは、同じ評価パターンをビーム１，２でスキャンして得られた画像を示している。ビーム１とビーム２とでは、基板１０１へ照射されるビーム形状及びサイズが異なるので、図１９（ｃ）に示すように、取得される画像についても差が生じる。そこで、実施の形態１では、最大長径サイズの真円の均一ビームで得られる画像に合わせ込むように補正する。図１９（ｂ）に、ビーム１用の補正カーネル１のビーム形状及びサイズとビーム２用の補正カーネル２のビーム形状及びサイズとを対比して示している。それぞれ、最大長径サイズの真円の均一ビームに近づけるようにカーネルの形状が設定されている。ビーム１で取得される画像に補正カーネル１を畳み込み演算処理を行い、ビーム２で取得される画像に補正カーネル２を畳み込み演算処理を行う。これにより、図１９（ｄ）に示すように、両画像ともにボケが大きくなってはいるが、ビーム１の補正後画像１とビーム２の補正後画像２とを実質的に同じ画像に補正できる。
【００７５】
以上のように、実施の形態１によれば、マルチビーム検査において、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることができる。よって、異なるビームで取得した被検査画像間での検査ができる。
【００７６】
なお、上述した例では、ダイ−ダイ検査を行う場合を説明したが、これに限るものではない。ダイ−データベース検査を行う場合であっても構わない。ダイ−データベース検査を行う場合には、参照画像データが、記憶装置５２に一時的に格納される。参照画像は、参照画像作成回路１１２により作成される。
【００７７】
参照画像作成回路１１２（参照画像作成部）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。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、演算された係数を適用したフィルタ関数Ｆ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の代表ビーム（例えば中心ビーム）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像データは比較回路１０８に出力される。
【００８１】
そして、位置合わせ工程（Ｓ２０８）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。画素サイズとして、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームサイズと同程度のサイズの領域に設定されると好適である。よって、各ビームによってスキャンされるサブ照射領域２９は、ｎ×ｎ画素によって構成される。例えば、１６×１６画素で構成される。
【００８２】
比較工程（Ｓ２１０）として、比較部５８は、マスクダイ画像（２次電子画像）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。
【００８３】
ダイ−データベース検査を行う場合においても、１次電子ビーム形状の違いによる画像間の差が補正されているので、参照画像との比較においても疑似欠陥を低減できる。なお、実施の形態１では、各測定画像に対して、ボケ量が大きくなる方向に補正するので、参照画像のフィルタ処理を行う場合に同様に参照画像を補正すればよい。
【００８４】
図２０は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の変形例を示す構成図である。図２０において、チップパターンメモリ１２３と補正回路１１３との配置位置が逆になった点以外は、図１と同様である。すなわち、マルチ検出器２２２で検出された各１次電子ビーム２０ｉに対応する画像データを補正回路１１３で補正した後に、チップパターンメモリ１２３に保存しても好適である。そして、チップパターンメモリ１２３から比較回路１０８に補正後の画像データを転送すればよい。
【００８５】
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、補正回路１１３、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、ビーム形状及びサイズ演算回路１２９、及びカーネル係数演算回路１３０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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【符号の説明】
【００８９】
１０  法線
１２  ビーム
１４  均一ビーム
２０  マルチ１次電子ビーム
２２  穴
２８  マスクダイ領域
２９  サブ照射領域
３２  ストライプ領域
３３  ブロック領域
３４  照射領域
５２，５６  記憶装置
５７  位置合わせ部
５８  比較部
６０  輪郭線抽出部
６２  法線設定部
６４  フィッティング処理部
６６  平均ボケ量演算部
６８  フィッティング処理部
７０  記憶装置
７１  最大長径抽出部
７２  均一ビームサイズ設定部
７４  ２乗差根演算部
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
１１１  サブ補正回路
１１２  参照画像作成回路
１１３  補正回路
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  ビーム形状及びサイズ演算回路
１３０  カーネル係数演算回路
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
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６  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
２２２  マルチ検出器
２２３  センサ
３００  マルチ２次電子ビーム
３３０  検査領域
３３２  チップ
４００  評価基板
４０１，４０２，４０３  評価パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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