(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、欠陥検査と高精度な観察とを同じ装置で両立可能な装置について説明する。【解決手段】マルチ電子ビーム画像取得装置は、マルチ電子ビームの入射を受け、マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズ２１８と、電磁レンズの磁場中に配置され、マルチ電子ビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成され、可変する所望の本数のビームを選択する軌道補正器２２０と、選択されなかったビームを遮蔽する制限アパーチャ基板２０６と、選択されたビームの本数に応じて、選択されたビームの倍率を変更する倍率調整光学系２１３と、選択されたビームを試料面に合焦する対物レンズ２０７と、選択されたビームと反射電子を含む２次電子を分離するビームセパレーター２１４と、ビームセパレーターにより分離された反射電子を含む２次電子を検出するマルチ検出器２２２、を備える。【選択図】図１
2019200920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチ電子ビームの入射を受け、前記マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、
前記電磁レンズの磁場中に配置され、前記マルチ電子ビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成され、可変する所望の本数のビームを選択するビーム選択機構と、
前記マルチ電子ビームのうち、選択されなかったビームを遮蔽する制限アパーチャ基板と、
前記マルチ電子ビームのうち、選択されたビームの本数に応じて、選択されたビームの倍率を変更する倍率調整光学系と、
選択されたビームを試料面に合焦する対物レンズと、
選択されたビームと選択されたビームが試料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２次電子を分離するビームセパレーターと
前記ビームセパレーターにより分離された反射電子を含む２次電子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。
【請求項２】
前記ビーム選択機構は、個別にビームの焦点位置を調整することによって前記所望の本数のビームを選択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。
【請求項３】
前記倍率調整光学系は、選択されたビームの本数に関わらず前記試料面に照射されるビームのクロスオーバーを、前記ビームセパレーター位置になるように、前記ビーム像の倍率を変更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。
【請求項４】
第１と第２のモードの一方を選択する工程と、
マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズの磁場中に配置され、前記マルチ電子ビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成されたビーム選択機構を用いて、モードに応じて可変する所望の本数のビームを選択する工程と、
前記マルチ電子ビームのうち、選択されなかったビームを遮蔽する工程と、
選択されたモードに応じて、選択されたビームの倍率を変更する工程と、
選択されたビームを試料面に合焦する工程と、
選択されたビームが前記試料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２次電子を検出して、前記試料面の画像を取得する工程と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、マルチ電子ビーム画像取得装置およ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次電子画像を取得してパターンを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。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。
【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、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。
【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、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。マルチビーム検査では、欠陥検出を高速でおこなった後に、高精度で撮像された像の観察を行いたい場合がある。しかし、欠陥検出に用いた像では、欠陥の観察を高精度で行うには解像度が不足してしまうといった問題があった。逆に、解像度を上げるとマルチビームのビーム間ピッチ等のビーム条件が異なってしまうため検出器の検出素子ピッチと合わなくなり検出ができなくなってしまう。また、解像度を上げたビーム条件に検出器の構造を合わせてしまうと、スループットが低下してしまい高速な欠陥検査が困難になる。このように、高速な欠陥検査と高精度な観察とを同じ検査装置で両立させるには限界があった。
【０００５】
ここで、荷電粒子線に対して光軸から離れるように偏向する凹レンズの機能を有する偏向器が複数配置された偏向器アレイ、レンズアレイ、及び四極子アレイを組み合わせた収差補正器を使って複数の荷電粒子線を偏向して、色収差や球面収差を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２２９４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、欠陥検査と高精度な観察とを同じ装置で両立可能な装置及び方法について説明する。
【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画像取得装置は、
マルチ電子ビームの入射を受け、マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズと、
電磁レンズの磁場中に配置され、マルチ電子ビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成され、可変する所望の本数のビームを選択するビーム選択機構と、
マルチ電子ビームのうち、選択されなかったビームを遮蔽する制限アパーチャ基板と、
マルチ電子ビームのうち、選択されたビームの本数に応じて、選択されたビームの倍率を変更する倍率調整光学系と、
選択されたビームを試料面に合焦する対物レンズと、
選択されたビームと選択されたビームが試料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２次電子を分離するビームセパレーターと
ビームセパレーターにより分離された反射電子を含む２次電子を検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、ビーム選択機構は、個別にビームの焦点位置を調整することによって所望の本数のビームを選択すると好適である。
【００１０】
また、倍率調整光学系は、選択されたビームの本数に関わらず前記試料面に照射されるビームのクロスオーバーを、前記ビームセパレーター位置になるように、前記ビーム像の倍率を変更すると好適である。
【００１１】
本発明の一態様のマルチ電子ビーム画像取得方法は、
第１と第２のモードの一方を選択する工程と、
マルチ電子ビームを屈折させる電磁レンズの磁場中に配置され、マルチ電子ビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成されたビーム選択機構を用いて、モードに応じて可変する所望の本数のビームを選択する工程と、
マルチ電子ビームのうち、選択されなかったビームを遮蔽する工程と、
選択されたモードに応じて、選択されたビームの倍率を変更する工程と、
選択されたビームを試料面に合焦する工程と、
選択されたビームが試料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２次電子を検出して、試料面の画像を取得する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、欠陥検査と高精度な観察とを同じ装置で両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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における軌道補正器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態１における軌道補正器の各電極基板の一例の上面図である。
【図５】実施の形態１における検査モード毎のビームサイズを説明するための図である。
【図６】実施の形態１の比較例における軌道補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。
【図７】実施の形態１における軌道補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。
【図８】実施の形態１における観察モードでの倍率調整を説明するための図である。
【図９】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１０】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１１】実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。
【図１２】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１３】実施の形態１の変形例１における軌道補正器の中段電極基板の一例の上面図である。
【図１４】実施の形態１の変形例２における軌道補正器の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム画像取得装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、マルチ電子ビーム画像取得装置は、検査装置に限るものではなく、例えば、画像が取得可能なマルチ電子ビームを照射する装置であれば構わない。
【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（電子鏡筒ともいう。）（マルチビームカラムの一例）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２１８、軌道補正器２２０、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２０６、倍率調整光学系２１３、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、投影レンズ２２４、偏向器２２８、及びマルチ検出器２２２が配置されている。倍率調整光学系２１３は、例えば、２つの電磁レンズ２１９，２０５により構成される。
【００１６】
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１（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ＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。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、ステージ制御回路１１４、軌道補正器制御回路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、観察位置制御回路１３０、モード選択回路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１４４は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４６は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２２８に接続をされる。
【００１８】
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、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、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、ＸＹステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。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。
【００１９】
電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（ウェネルト）の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって放出される。照明レンズ２０２、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４は、例えば電磁レンズが用いられ、電磁レンズ２１８、及び電磁レンズ２１９，２０５と共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４によって制御される。一括ブランキング偏向器２１２は、少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１４４を介して、偏向制御回路１２８によって制御される。同様に、副偏向器２０９は、少なくとも４極の電極群により構成され、電極毎に配置されるＤＡＣアンプ１４６を介して、偏向制御回路１２８によって制御される。また、軌道補正器２２０は、軌道補正器制御回路１２１によって制御される。また、偏向器２２８は、少なくとも４極の電極で構成をされ、電極毎にＤＡＣアンプ１４８を介して、偏向制御回路１２８にて、制御される。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
図３は、実施の形態１における軌道補正器の断面構成の一例と配置位置を説明するための断面図である。
図４は、実施の形態１における軌道補正器の各電極基板の一例の上面図である。図３及び図４において、軌道補正器２２０は、電磁レンズ２１８の磁場中に配置される。軌道補正器２２０は、互いに所定の隙間を開けて配置される、３段以上の電極基板により構成される。図３及び図４の例では、例えば、３段の電極基板１０，１２，１４（複数の基板）により構成される軌道補正器２２０が示されている。また、図３及び図４の例では、３×３本のマルチビーム２０を用いる場合について示している。複数の電極基板１０，１２，１４には、マルチビーム２０が通過する複数の通過孔が形成されている。図４（ａ）に示すように、上段電極基板１０には、マルチビーム２０（ｅ）が通過する位置に複数の通過孔１１（開口部）が形成される。同様に、図４（ｂ）に示すように、中段電極基板１２には、マルチビーム２０（ｅ）が通過する位置に複数の通過孔１３（開口部）が形成される。同様に、図４（ｃ）に示すように、下段電極基板１４には、マルチビーム２０（ｅ）が通過する位置に複数の通過孔１５（開口部）が形成される。上段電極基板１０と下段電極基板１４は、導電性材料を用いて形成される。或いは、絶縁材料の表面に導電性材料の膜を形成してもよい。上段電極基板１０と下段電極基板１４には、軌道補正器制御回路１２１によって、共に、グランド電位（ＧＮＤ）が印加される。
【００２３】
一方、上段電極基板１０と下段電極基板１４とに挟まれた中段の電極基板１２には、マルチビーム２０の各ビームの通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ２極以上の電極１６で構成される複数の電極セットが配置される。図４の例では通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ４極の電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄで構成される複数の電極セットが配置される場合を示している。電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、導電性材料で形成される。また、電極基板１２は、例えば、シリコン材で形成され、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）技術を用いて、電極基板１２上に配線層を形成して、それぞれ対応する配線上に、電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成される。電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが互いに導通しないように電極基板１２上に形成される。例えば、配線層と絶縁層がシリコン基板上に形成され、絶縁層上に電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを配置し、対応する配線に接続させればよい。通過孔１３用の電極セットの電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄには、ビーム毎に、４極すべてに同じ電位となるバイアス電位（第１の軌道補正電位）が個別に印加可能に構成される。バイアス電位として、負の電位が印加される。さらに、各電極セットでは、通過孔１３を挟んで対向する２つの電極１６ａ，１６ｂ（或いは／及び１６ｃ，１６ｄ）間に電位差（電圧）が生じるように一方の電極に必要に応じて個別の偏向電位（第２の軌道補正電位）が印加可能に構成される。よって、軌道補正器制御回路１２１には、通過孔１３毎（ビーム毎）に、バイアス電位を印加するための１つの電源回路と、偏向電位を印加するための少なくとも２つの電源回路とが配置される。各通過孔１３用の電極セットが８極で構成される場合であれば、通過孔１３毎に、バイアス電位を印加するための１つの電源回路と、偏向電位を印加するための少なくとも４つの電源回路とが配置されることになる。
【００２４】
画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された基板１０１から図形パターンの被検査画像を取得する。以下、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。まずは、検査モードにおける動作を説明する。
【００２５】
電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜２０ｃ（図１の実線）（マルチ１次電子ビーム）が形成される。
【００２６】
形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、電磁レンズ２１８によって制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって屈折させられる。言い換えれば、電磁レンズ２１８は、マルチビーム２０の入射を受け、マルチビーム２０を屈折させる。ここでは、電磁レンズ２１８が制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴の位置にマルチビーム２０ａ〜２０ｃの各ビームの焦点位置がくるように屈折させる。ここで、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｃ全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチビーム２０ａ〜２０ｃ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、マルチビーム２０全体の一括したブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビーム群により、検査用のマルチビーム２０ａ〜２０ｃが形成される。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、倍率調整光学系２１３によって、予め設定される所望の倍率に調整される。ここでは、マルチビーム２０ａ〜２０ｃは、欠陥検査用の倍率に調整される。所望の倍率に調整されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、倍率調整光学系２１３の電磁レンズ２０５によって、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成し、かかるクロスオーバーの位置をビームセパレーター２１４位置に調整し、ビームセパレーター２１４を通過した後、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）、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。かかる場合に、主偏向器２０８によって、マルチビーム２０が走査するマスクダイの基準位置にマルチビーム２０全体を一括偏向する。実施の形態１では、検査モードにおいて、例えばＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う。そのため、主偏向器２０８は、さらにＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。そして、副偏向器２０９によって、各ビームがそれぞれ対応する領域内を走査するようにマルチビーム２０全体を一括偏向する。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２の配列ピッチに上述した所望の縮小率（１／ａ）を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のｍ１×ｎ１本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。
【００２７】
基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）（図１の点線）が放出される。
【００２８】
基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子ビーム３００の中心側に屈折させられ、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に進む。
【００２９】
ここで、ビームセパレーター２１４はマルチビーム２０の中心ビームが進む方向（光軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０（１次電子ビーム）には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム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る。
【００３０】
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、投影レンズ２２４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。また、ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行うため、上述したようにトラッキング偏向が行われる。かかるトラッキング偏向に伴う偏向位置の移動に合わせて、偏向器２２８は、マルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２の受光面における所望の位置に照射させるように偏向する。そして、マルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２にて検出される。
【００３１】
図５は、実施の形態１における検査モード毎のビームサイズを説明するための図である。図５（ａ）では、欠陥検査を行う検査モードでのマルチビーム２０のビームサイズの一例を示す。検査モードでは、基板１０１上に生じた欠陥１７の有無及びその位置を検出することが求められる。また、スループットを向上させるために、検査時間の短縮が求められる。そのため、マルチビーム２０の各ビームのビームサイズを欠陥１７の有無を検出可能な程度まで大きく設定する。一方、欠陥検査により欠陥１７の存在が検出された後に通常行われる観察時では、検出された欠陥１７の形状までも識別可能な画像が求められる。欠陥１７の形状を識別可能にするためには、図５（ｂ）に示すように、ビームサイズを小さくして解像度を上げることが必要となる。ここで、単純に、ビームサイズを小さくするためにマルチビーム２０の倍率を小さくしてしまうと、マルチビーム２０の個々のビームのビームサイズは小さくなるが、同時にマルチビーム２０全体のサイズも小さくなってしまう。これは、マルチビーム２０のビーム間ピッチが小さくなることを意味する。マルチビーム２０のビーム間ピッチが変わると、基板１０１面上でのマルチ２次電子ビーム３００の放出位置も変わるので、マルチ検出器２２２で検出される２次電子がマルチビーム２０のどのビームに対応するのか識別困難になってしまう。そのため、従来、検査装置で欠陥が検出されると、例えば、別のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）装置を使って検出された欠陥１７の形状を観察していた。このように、欠陥の観察のために、基板１０１を別の装置に乗せ換えるのは不便である。そこで、実施の形態１では、検査モードと観察モードとにモードを分け、検査モードでは、図５（ａ）に示す相対的に大きいビームサイズのマルチビーム２０を使って欠陥検査を行い、観察モードでは、まずビーム間ピッチが問題とならない１本のビームにビーム本数を制限した後、ビームの倍率を小さくして、図５（ｂ）に示すように相対的に小さいビームサイズのビームで観察用画像を取得する。以下、観察モードでの画像取得機構１５０の動作を説明する。
【００３２】
電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００の各一部が、成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜２０ｃ（図１の実線）（マルチ１次電子ビーム）が形成される点は同様である。
【００３３】
形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、電磁レンズ２１８によって制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって屈折させられる。言い換えれば、電磁レンズ２１８は、マルチビームの入射を受け、マルチビームを屈折させる。ここでは、電磁レンズ２１８が制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴の位置にマルチビーム２０ａ〜２０ｃの各ビームの焦点位置がくるように屈折させる。ここで、マルチビーム２０ａ〜２０ｃが電磁レンズ２１８の磁場中を通過している間に、軌道補正器２２０（ビーム選択機構）は、マルチビーム２０ａ〜２０ｃの各ビームを個別に軌道補正して、可変する所望の本数のビームを選択する。具体的には、軌道補正器２２０は、マルチビーム２０の各ビームに個別にバイアス電位或いは／及び偏向電位を印加することで、ビーム毎に、個別にビーム軌道を補正する。図１の例では、マルチビーム２０ａ〜２０ｃのうち、中心ビーム２０ｂを選択して、残りのビーム２０ａ，２０ｃの軌道を制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から外れるように軌道補正する。制限アパーチャ基板２０６は、マルチビーム２０ａ〜２０ｃのうち、選択されなかったビーム２０ａ，２０ｃを遮蔽する。これにより、観察モードでは、マルチビーム２０ａ〜２０ｃのビーム本数を所望する１本に制限できる。例えば、軌道補正器２２０（ビーム選択機構）は、個別にビームの焦点位置を調整することによって所望の本数のビームを選択する。具体的には、軌道補正器２２０は、バイアス電位を個別に印加することで、個別にビームの焦点位置を調整する。焦点位置をずらすことによりビーム軌道上で制限アパーチャ基板に対象ビームを衝突させて遮蔽できる。検査モードでは、軌道補正器２２０は、すべてのビームが制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過できるように制御すればよい。例えば、バイアス電位或いは／及び偏向電位を印加しない。或いは、あえてバイアス電位或いは／及び偏向電位の大きさを制御して、すべてのビームが制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過できるように制御する。ここでは、軌道補正器２２０によって個別にビーム軌道を補正するので、電磁レンズ２１８の励磁は検査モードと観察モードで変える必要は無い。
【００３４】
図６は、実施の形態１の比較例における軌道補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。図６において、比較例では、軌道補正器２２１が電磁レンズ２１８の磁場空間から外れた位置に配置される場合を示している。図６の例では、軌道補正器２２１として、３段の電極基板を用い、マルチビームのうちの中心ビームが通過する部分を示している。上段電極基板と下段電極基板にはグランド電位を印加し、中段電極基板に負のバイアス電位を印加する場合について示している。図６の例では、中段電極基板上の４極の電極については図示を省略している。図６の例では、バイアス電位だけを印加する場合について説明する。よって、図６の例では、１本のビームに対する静電レンズと同様の構成を示している。例えば、−１０ｋＶの加速電圧で放出された高速で移動する電子ビーム（ｅ）に対して、電磁レンズ２１８により合焦される中間像の焦点位置を変更するためには、加速電圧と同程度の例えば、−１０ｋＶ程度のバイアス電位が必要となる。このように、軌道補正器２２１に印加する電圧が大きくなってしまう。
【００３５】
図７は、実施の形態１における軌道補正器による電子ビームの軌道補正を説明するための図である。図７において、実施の形態１の軌道補正器２２０は電磁レンズ２１８の磁場中に配置される。図７の例では、軌道補正器２２０の３段の電極基板のうち、マルチビームのうちの中心ビームが通過する部分を示している。図７の例では、中段電極基板１２上の４極の電極１６については図示を省略している。図７の例では、説明の理解を容易にするために、バイアス電位だけを印加する場合について説明する。よって、図６の例では、１本のビームに対する静電レンズと同様の構成を示している。ここで、例えば、−１０ｋＶの加速電圧で放出された高速で移動する電子ビーム（ｅ）が電磁レンズ２１８の磁場に進入すると、かかる磁場によって電子の移動速度が遅くなる。よって、電磁レンズ２１８により合焦される中間像の焦点位置を変更する場合、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、軌道補正器２２０により電子ビームの軌道を修正するので、中段電極基板に印加するバイアス電位は、例えば−１０ｋＶの加速電圧に対して、例えば１／１００の−１００Ｖ程度に低減することもできる。
【００３６】
軌道補正器２２０により個別にビーム軌道を補正する場合に、ビーム毎の４つの電極１６すべてに印加するバイアス電位で対象ビームの焦点位置をずらすだけではなく、通過孔１３を挟んで対向する２つの電極１６ａ，１６ｂ（或いは／及び１６ｃ，１６ｄ）間に電位差（電圧）が生じるように偏向電位を印加して個別にビーム軌道を補正して、ビーム本数を制限しても好適である。
【００３７】
制限アパーチャ基板２０６を通過した選択されたビーム２０ｂは、倍率調整光学系２１３によって、予め設定される所望の倍率に調整される。ここでは、マルチビーム２０ａ〜２０ｃは、観察モード用の倍率に調整される。
【００３８】
図８は、実施の形態１における観察モードでの倍率調整を説明するための図である。図８において、上述したように、軌道補正器２２０により選択されなかったビーム２０ａ，２０ｃは制限アパーチャ基板２０６で遮蔽される。倍率調整光学系２１３の電位レンズ２１９の励磁を弱めることで、屈折率が弱まり焦点位置を下流側（物面から遠ざかる方向）に移動させる。これにより、ビーム２０ｂの軌道を、ビーム軌道Ａの状態からビーム軌道Ｂの状態へと変化させ、電位レンズ２０５に入射した時点でのビームサイズを大きくできる。そして、率調整光学系２１３の電磁レンズ２０５によって、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成することになる。ここで、倍率調整光学系２１３は、基板１０１面に照射されるビームのクロスオーバー位置が、選択されたビームの本数に関わらず同じ位置になるように、ビームの倍率を変更する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、観察モードで選択されたビーム２０ｂのクロスオーバー位置を検査モードでのクロスオーバー位置からずれないように電磁レンズ２０５を制御する。これにより、クロスオーバー位置とビームセパレーター２１４の配置高さ位置を同じにできる。さらに、対物レンズ２０７での焦点位置を検査モードと観察モードとの間で変更する必要を無くすことができる。所望の倍率に調整されたビーム２０ｂは、かかるクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過した後、対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）、所望の縮小率のパターン像（ビーム径Ｄ２）となり、基板１０１上に照射される。その際、主偏向器２０８及び／或いは副偏向器２０９によってビーム２０ｂを偏向することで、観察したい領域の走査ができる。
【００３９】
基板１０１の所望する位置にビーム２０ｂが照射されたことに起因して基板１０１から反射電子を含む２次電子ビーム（図１の点線）が放出される。基板１０１から放出された２次電子ビームは、対物レンズ２０７を通過し、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に進む。ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくる２次電子ビームは、斜め上方に曲げられる。斜め上方に曲げられた２次電子ビームは、投影レンズ２２４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２次電子ビームを検出する。ここで、クロスオーバー位置が検査モードと観察モードとの間で変更されていないので、対物レンズ２０７、ビームセパレーター２１４、及び投影レンズ２２４等の設定を検査モードと観察モードとの間で変更する必要がない。さらに、１次ビームの本数が１本しかないので、マルチ検出器２２２で検出される２次電子ビームがどのビームに対応するのか判断するまでもない。
【００４０】
以上のように、電磁レンズ２１８の磁場中に配置される軌道補正器２２０によって、ビームを選択することで、検査モードでのマルチビーム２０の各ビームのビーム径Ｄ１と観察モードでのビーム２０ｂのビーム径Ｄ２とを使い分けて画像検出用の２次電子ビームによる信号を検出できる。
【００４１】
図９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９において、実施の形態１における検査方法は、モード選択工程（Ｓ１０２）と、ビーム選択（１）工程（Ｓ１０４）と、倍率調整（１）工程（Ｓ１０５）と、被検査画像取得工程（Ｓ１０６）と、参照画像作成工程（Ｓ１１０）と、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、比較工程（１２２）と、ビーム選択（２）工程（Ｓ２０４）と、倍率調整（２）工程（Ｓ２０５）と、観察用画像取得工程（Ｓ２０６）と、いう一連の工程を実施する。
【００４２】
モード選択工程（Ｓ１０２）として、モード選択回路１３２は、処理するモードとして、検査モード（第１のモード）と観察モード（第２のモード）との一方を選択する。選択されたモード情報は軌道補正器制御回路１２１に出力される。検査モードが選択された場合にはビーム選択（１）工程（Ｓ１０４）に進む。観察モードが選択された場合にはビーム選択（２）工程（Ｓ２０４）に進む。まずは検査モードを選択する場合を説明する。
【００４３】
ビーム選択（１）工程（Ｓ１０４）として、軌道補正器制御回路１２１による制御の下、マルチビームを屈折させる電磁レンズ２１８の磁場中に配置され、マルチビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成された軌道補正器２２０を用いて、モードに応じて可変する所望の本数のビームを選択する。ここでは、検査モードが選択された場合なので、所望の本数は、全ビームとなる。よって、軌道補正器２２０は、マルチビーム２０のすべてを選択する。例えば、各ビームに対する軌道補正をしないことで、マルチビーム２０のすべてについて制限アパーチャ基板２０６を通過させる。或いは、光学系の収差等でマルチビーム２０のすべてが制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過しない場合には、収差等で制限アパーチャ基板２０６の中心の穴からずれたビームの軌道を個別に補正しても好適である。
【００４４】
倍率調整（１）工程（Ｓ１０５）として、倍率調整光学系２１３は、マルチビームのうち、選択されたビームの本数に応じて、選択されたビームの倍率を変更する。上述したように、検査モードでは、すべてのビームが選択される。そして、観察モードに比べて、各ビームのビームサイズが大きいサイズＤ１になるように、ビームの倍率を調整する。
【００４５】
被検査画像取得工程（Ｓ１０６）として、画像取得機構１５０は、マルチビーム２０を使って、基板１０１（試料）に形成されたパターンの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。
【００４６】
選択され、倍率が調整されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃは、上述したように、ビームセパレーター２１４を通過し、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）、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。
【００４７】
基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０ａ〜２０ｃが照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０ａ〜２０ｃ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）（図１の点線）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、対物レンズ２０７を通過し、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、投影レンズ２２４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。このように、マルチ検出器２２２は、選択されたマルチビーム２０ａ〜２０ｃ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。
【００４８】
図１０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１０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）ｍ２列×縦（ｙ方向）ｎ２段（ｍ２，ｎ２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。
【００４９】
図１１は、実施の形態１におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。図１１において、各マスクダイ３３は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、測定用画素３６（単位照射領域）となる。図１１の例では、８×８列のマルチビームの場合を示している。１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４は、（基板１０１面上におけるマルチビーム２０のｘ方向のビーム間ピッチにｘ方向のビーム数を乗じたｘ方向サイズ）×（基板１０１面上におけるマルチビーム２０のｙ方向のビーム間ピッチにｙ方向のビーム数を乗じたｙ方向サイズ）で定義される。図１１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、照射領域３４内に、１回のマルチビーム２０の照射で照射可能な複数の測定用画素２８（１ショット時のビームの照射位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う測定用画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図１２の例では、隣り合う４つの測定用画素２８で囲まれると共に、４つの測定用画素２８のうちの１つの測定用画素２８を含む正方形の領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図１２の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素３６で構成される場合を示している。
【００５０】
実施の形態１におけるスキャン動作では、マスクダイ３３毎にスキャン（走査）される。図１１の例では、ある１つのマスクダイ３３を走査する場合の一例を示している。マルチビーム２０がすべて使用される場合には、１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｍ１×ｎ１個のサブ照射領域２９が配列されることになる。１つ目のマスクダイ３３にマルチビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させる。そして、偏向器２０８によって、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行いながら、トラッキング偏向されている状態で、当該マスクダイ３３を照射領域３４として当該マスクダイ３３内を走査（スキャン動作）する。マルチビーム２０を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各ビームは、担当サブ照射領域２９内の同じ位置に相当する１つの測定用画素２８を照射することになる。図１１の例では、偏向器２０８によって、各ビームは、１ショット目に担当サブ照射領域２９内の最下段の右から１番目の測定用画素３６を照射するように偏向される。そして、１ショット目の照射が行われる。続いて、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括してｙ方向に１測定用画素３６分だけビーム偏向位置をシフトさせ、２ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から２段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。同様に、３ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から３段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。４ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から４段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。次に、偏向器２０８によってマルチビーム２０全体を一括して最下段の右から２番目の測定用画素３６の位置にビーム偏向位置をシフトさせ、同様に、ｙ方向に向かって、測定用画素３６を順に照射していく。かかる動作を繰り返し、１つのビームで１つのサブ照射領域２９内のすべての測定用画素３６を順に照射していく。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で各穴２２と同数の複数のビームショットに応じたマルチ２次電子３００が一度に検出される。
【００５１】
以上のように、マルチビーム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。かかる動作を繰り返し、各チップ３３２の走査を進めていく。マルチビーム２０のショットにより、その都度、照射された測定用画素３６から２次電子が放出され、マルチ検出器２８２にて検出される。実施の形態１では、マルチ検出器２８２の単位検出領域サイズは、各測定用画素３６から上方に放出された２次電子を測定用画素３６毎（或いはサブ照射領域２９毎）に検出するように設定される。
【００５２】
以上のようにマルチビーム２０を用いて走査することで、シングルビームで走査する場合よりも高速にスキャン動作（測定）ができる。なお、ステップアンドリピート動作で各マスクダイ３３のスキャンを行っても良いし、ＸＹステージ１０５を連続移動させながら各マスクダイ３３のスキャンを行う場合であってもよい。照射領域３４がマスクダイ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。
【００５３】
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。
【００５４】
以上のように、画像取得機構１５０は、マルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、マルチビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、マルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２８２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。
【００５５】
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。参照画像作成回路１１２は、基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、光学系によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。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。
【００５９】
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５０，５２，５６、被検査画像生成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。被検査画像生成部５４、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。被検査画像生成部５４、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。
【００６０】
比較回路１０８内では、転送されたストライプパターンデータ（或いはチップパターンデータ）が、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、記憶装置５０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。
【００６１】
次に、被検査画像生成部５４は、ストライプパターンデータ（或いはチップパターンデータ）を用いて、所定のサイズのフレーム領域（単位検査領域）毎、フレーム画像（被検査画像）を生成する。フレーム画像として、例えば、ここでは、マスクダイ３３の画像を生成する。但し、フレーム領域のサイズはこれに限るものではない。生成されたフレーム画像（例えばマスクダイ画像）は、記憶装置５６に格納される。
【００６２】
位置合わせ工程（Ｓ１２０）として、位置合わせ部５７は、被検査画像となるウェハダイ画像と、当該ウェハ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。
【００６３】
比較工程（Ｓ１２２）として、比較部５８は、ウェハダイ画像（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。
【００６４】
以上のようにして、欠陥の有無及び欠陥の位置が検出される。次に、かかる欠陥を観察する。
【００６５】
モード選択工程（Ｓ１０２）として、モード選択回路１３２は、処理するモードとして、今度は、観察モード（第２のモード）を選択する。選択されたモード情報は軌道補正器制御回路１２１に出力される。以下、観察モードを選択する場合を説明する。
【００６６】
ビーム選択（２）工程（Ｓ２０４）として、軌道補正器制御回路１２１による制御の下、マルチビームを屈折させる電磁レンズ２１８の磁場中に配置され、マルチビームの各ビームを個別に軌道補正可能に構成された軌道補正器２２０を用いて、モードに応じて可変する所望の本数のビームを選択する。ここでは、観察モードが選択された場合なので、所望の本数は、１本となる。よって、軌道補正器２２０は、マルチビーム２０のうち１本のビーム２０ｂを選択する。例えば、マルチビーム２０のうち、中心ビーム２０ｂ以外の残りの各ビームに対する軌道補正を行う。制限アパーチャ基板２０６は、マルチビームのうち、選択されなかったビーム２０ａ，２０ｃを遮蔽する。
【００６７】
倍率調整（２）工程（Ｓ２０５）として、倍率調整光学系２１３は、マルチビームのうち、選択されたビームの本数（選択されたモード）に応じて、選択されたビームの倍率を変更する。上述したように、観察モードでは、１本のビームが選択される。そして、検査モードに比べて、使用ビームのビームサイズが小さいサイズＤ２になるように、ビームの倍率を調整する。
【００６８】
観察用画像取得工程（Ｓ２０６）として、画像取得機構１５０は、マルチビーム２０を使って、基板１０１（試料）に形成されたパターンの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。
【００６９】
まず、観察位置制御回路１３０は、比較工程（Ｓ１２２）による比較結果のデータを記憶装置１０９から読み出し、欠陥と判定された位置を観察位置として特定する。観察位置制御回路１３０による制御の下、画像取得機構１５０は、まずは、選択されたビーム２０ｂが観察位置を照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させる。そして、画像取得機構１５０は、観察位置を含む所定のサイズの画像を取得する。例えば、フレーム領域のサイズ若しくはフレーム領域のサイズよりも小さいサイズの画像を取得する。例えば、フレーム領域が５１２×５１２画素のサイズである場合に、観察用画像として、欠陥の位置を中心とした例えば１５×１５画素のサイズの画像を撮像する。
【００７０】
選択され、倍率が調整されたビーム２０ｂは、上述したように、ビームセパレーター２１４を通過し、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）、所望の縮小率のパターン像（ビーム径Ｄ２）となり、基板１０１上に照射される。その際、主偏向器２０８及び／或いは副偏向器２０９によってビーム２０ｂを偏向することで、観察したい領域を走査する。
【００７１】
基板１０１の所望する位置にビーム２０ｂが照射されたことに起因して基板１０１からビーム２０ｂに対応する、反射電子を含む２次電子（２次電子ビーム）（図１の点線）が放出される。基板１０１から放出された２次電子ビームは、対物レンズ２０７を通過し、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２次電子ビームは、投影レンズ２２４によって、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、選択されたビーム２０ｂ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２次電子ビームを検出する。マルチ検出器２８２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、基板１０１上に形成された欠陥を含む観察用画像を取得する。取得された画像は、例えば、モニタ１１７に表示される。そして、モニタ１１７に表示された画像を観察すればよい。ビームサイズが小さいビームを用いて走査しているので、高解像の画像を観察できる。
【００７２】
図１３は、実施の形態１の変形例１における軌道補正器の中段電極基板の一例の上面図である。軌道補正器２２０が電磁レンズ２１８の磁場中に配置される点は同様である。上段電極基板１０の構成は、図４（ａ）と同様である。下段電極基板１４の構成は、図４（ｃ）と同様である。上段電極基板１０と下段電極基板１４には、軌道補正器制御回路１２１によって、共に、グランド電位（ＧＮＤ）が印加される点は同様である。
【００７３】
一方、上段電極基板１０と下段電極基板１４とに挟まれた中段の電極基板１２には、図１３に示すように、マルチビーム２０の各ビームの通過孔１３毎に通過孔１３を取り囲む環状電極１７が配置される。環状電極１７は、導電性材料で形成される。各ビームに個別にバイアス電位をかけるだけであれば、４極以上の電極１６ではなく環状電極１７で足りる。各ビームに個別にバイアス電位を印加することで、各ビームの焦点位置を個別に補正できる。よって、モードに応じたビームの選択ができる。また、軌道補正器２２０は電磁レンズ２１８の磁場中に配置されるので、バイアス電位を小さくできる点は上述した通りである。
【００７４】
図１４は、実施の形態１の変形例２における軌道補正器の一例を示す断面図である。バイアス電位ではなく、偏向電位を印加するのであれば、３段の電極基板は必要なく、１段の基板であれば良い。変形例２における軌道補正器２２０は、１段の基板２０４にマルチビーム２０の各ビームが通過する通過孔１３をそれぞれ形成し、基板２０４上にマルチビーム２０の各ビームの通過孔１３毎に通過するビームを挟むようにそれぞれ２極以上の電極１６ａ，１６ｂで構成される複数の電極セットを配置する。かかる軌道補正器２２０で個別に電極１６ａ，１６ｂに印加する電位差によるビーム偏向を行うことで、モードに応じたビームの選択ができる。
【００７５】
以上のように、実施の形態１によれば、マルチ電子ビームを用いて画像を取得する場合に、欠陥検査と高精度な観察とを同じ装置で両立できる。
【００７６】
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、観察位置制御回路１３０、及びモード選択回路１３２等は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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およびマルチ電子ビーム画像取得方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８０】
１０  上段電極基板
１２  中段電極基板
１４  下段電極基板
１１，１３，１５  通過孔
１６  電極
１７  環状電極
２０  ビーム
２２  穴
２８  画素
２９  サブ照射領域
３３  マスクダイ
３４  照射領域
３６  画素
５０，５２，５６  記憶装置
５４  被検査画像生成部
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  ＸＹ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
１２１  軌道補正器制御回路
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
１３０  観察位置制御回路
１３２  モード選択回路
１４２  ステージ駆動機構
１４４，１４６  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  照明レンズ
２０３  成形アパーチャアレイ基板
２０４  基板
２０５，２１８，２１９  電磁レンズ
２０６  制限アパーチャ基板
２０７  対物レンズ
２０８  主偏向器
２０９  副偏向器
２１２  一括ブランキング偏向器
２１３  倍率調整光学系
２１４  ビームセパレーター
２１６  ミラー
２２０  軌道補正器
２２２  マルチ検出器
２２４  投影レンズ
２２８  偏向器
３００  マルチ２次電子ビーム
３３０  検査領域
３３２  チップ
【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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