(57)【要約】      （修正有）【課題】放電の発生を抑制した高精度な画像が取得可能な、電子ビームを用いた画像取得装置を提供する。【解決手段】電子ビーム画像取得装置は、基板を載置するＸＹステージ１０５と、基板に電子ビームを結像する対物レンズ２０７と、基板と対物レンズとの間に配置され、中央部に電子ビームが通過する通過孔が形成され、対物レンズに対して負の電位が印加されると共に基板との間で放電しない電圧に維持された電極２２０と、基板と電極との間にガスを供給するガス供給口３２２と、電子ビームが基板に照射されることに起因して基板から放出された反射電子を含む２次電子を検出する検出器２２２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2019021532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するステージと、
前記基板に電子ビームを結像する対物レンズと、
前記基板と前記対物レンズとの間に配置され、中央部に前記電子ビームが通過する通過孔が形成され、前記対物レンズに対して負の電位が印加されると共に前記基板との間で放電しない電圧に維持された電極と、
前記基板と前記電極との間にガスを供給する供給部と、
前記電子ビームが前記基板に照射されることに起因して前記基板から放出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電子ビーム画像取得装置。
【請求項２】
前記電極には、
前記ガスが通過する前記電極内の第１の流路と、
前記第１の流路から前記通過孔の近傍で前記基板に前記ガスを供給する供給口と、
前記供給口とは前記通過孔を挟んだ前記通過孔の反対側の近傍で前記基板に供給された前記ガスを回収する回収口と、
前記回収口から回収された前記ガスが通過する前記電極内の第２の流路と、
が形成されたことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム画像取得装置。
【請求項３】
前記電極は、光が透過可能な材料により形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム画像取得装置。
【請求項４】
前記電子ビーム画像取得装置は、前記電子ビームとして、シングルビーム若しくはマルチビームを用いて前記基板の画像を取得することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子ビーム画像取得装置。
【請求項５】
ステージに載置された基板と対物レンズとの間に配置され、中央部に電子ビームが通過する通過孔が形成され電極を用いて、前記対物レンズに対して負の電位を前記電極に印加すると共に前記基板と前記電極との間を放電しない電圧に制御する工程と、
前記基板と前記電極との間にガスを供給する工程と、
前記対物レンズを用いて焦点が前記基板に合わせられた前記電子ビームが前記基板に照射されることに起因して前記基板から放出された反射電子を含む２次電子を検出して、前記基板の画像を取得する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム画像取得装置及び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。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。
【０００３】
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に代表される撮像装置では、高精度なパターン画像の取得が求められる。
【０００４】
パターン画像を撮像する装置の一例となる、例えば、検査装置では、拡大光学系を用いて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レーザ光を用いて所定の倍率で撮像することによって光学画像を取得する。そして、かかる光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像とを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、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学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ＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これ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光学画像とを比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで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。
【０００５】
上述したパターン検査装置では、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ことにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームを対象基板に照射して、対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン画像を取得する検査装置の開発も進んでいる。検査装置に代表される電子ビームを用いたパターンを撮像する装置については、シングルビームを用いる手法の他、マルチビームを用いる手法の開発も進んでいる。その他、電子ビームを用いたパターンを撮像する装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等も挙げられる。
【０００６】
電子ビームを用いたパターンを撮像する装置では、真空下で、高いエネルギーで加速された電子ビームを基板に突入する直前に減速させると共に、基板から放出される低いエネルギーの２次電子を検出器側に加速させるべくリターディング電圧を印加することが行われる（例えば、特許文献１参照）。一方、電子ビームを基板に照射することによって、基板上面が帯電する問題が発生する。かかる帯電を解消すべく、イオンガスを基板上に流すことが検討されている。しかしながら、リターディング電圧環境下において、ガスの導入によって放電しやすくなり、かかる放電の発生によって高精度な２次電子画像が得られなくなってしまうといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０３３７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の一態様は、放電の発生を抑制した高精度な画像が取得可能な、電子ビームを用いた画像取得装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の電子ビーム画像取得装置は、
基板を載置するステージと、
基板に電子ビームを結像する対物レンズと、
基板と対物レンズとの間に配置され、中央部に電子ビームが通過する通過孔が形成され、対物レンズに対して負の電位が印加されると共に基板との間で放電しない電圧に維持された電極と、
基板と電極との間にガスを供給する供給部と、
電子ビームが基板に照射されることに起因して基板から放出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。
【００１０】
また、電極には、
ガスが通過する電極内の第１の流路と、
第１の流路から通過孔の近傍で基板にガスを供給する供給口と、
供給口とは通過孔を挟んだ通過孔の反対側の近傍で基板に供給されたガスを回収する回収口と、
回収口から回収されたガスが通過する電極内の第２の流路と、
が形成されると好適である。
【００１１】
また、電極は、光が透過可能な材料により形成されると好適である。
【００１２】
また、電子ビーム画像取得装置は、電子ビームとして、シングルビーム若しくはマルチビームを用いて基板の画像を取得する。
【００１３】
本発明の一態様の電子ビーム画像取得方法は、
ステージに載置された基板と対物レンズとの間に配置され、中央部に電子ビームが通過する通過孔が形成され電極を用いて、対物レンズに対して負の電位を電極に印加すると共に基板と電極との間を放電しない電圧に制御する工程と、
基板と電極との間にガスを供給する工程と、
対物レンズを用いて焦点が基板に合わせられた電子ビームが基板に照射されることに起因して基板から放出された反射電子を含む２次電子を検出して、基板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】
【００１４】
本発明の一態様によれば、放電の発生を抑制できる。そのため、高精度な画像が取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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の比較例における対物レンズと基板間の状態の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１における電極上から見た上面図である。
【図６】実施の形態１における放電電圧と、空間距離と圧力との積との関係を示す図である。
【図７】実施の形態１におけるガス圧力と電子の散乱との関係を示す図である。
【図８】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】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】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】実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。
【図１２】実施の形態２における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２における電極の上面図である。
【図１４】実施の形態２における電極の右側面図である。
【図１５】実施の形態２の変形例における電極の上面図である。
【図１６】実施の形態３における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態において、基板の画像を取得する装置の一例として、電子ビームによるマルチビームを被検査基板に照射して２次電子画像を撮像する検査装置について説明する。但し、これに限るものではない。基板の画像を取得する装置の他の例として、例えば、１本の電子ビームによるシングルビームを基板に照射して２次電子像を撮像する装置であってもよい。また、検査装置でなくても構わない。
【００１７】
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、電子ビーム画像取得装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０（制御部）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）、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、ガス供給装置１３４、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、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレーター２１４、電極２２０、ガス供給口３２２、ガス回収口３２４、投影レンズ２２４，２２６、偏向器２２８、及びマルチ検出器２２２が配置されている。
【００１８】
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には、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には、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。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。また、電子ビームカラム１０２及び検査室１０３内は、図示しない真空ポンプによって排気され、真空状態が形成されている。
【００１９】
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、リターディング制御回路１２９、ガス制御回路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。
【００２０】
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、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。
【００２１】
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（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、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、縮小レンズ２０５、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられ、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、及び偏向器２２８は、それぞれ少なくとも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、及び副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。電極２２０は、中央部に貫通する通過孔が形成された円盤上に構成され、リターディング制御回路１２９によって、基板１０１と共に制御される。
【００２２】
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。
【００２３】
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。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、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〜２０ｄ（図１の実線）が形成される。
【００２５】
形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、その後、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成し、マルチビーム２０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を通過した後、縮小レンズ２０５によって、縮小され、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進む。ここで、成形アパーチャアレイ基板２０３と縮小レンズ２０５との間に配置された一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｄ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〜２０ｄ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ビーム２０ａ〜２０ｄ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〜２０ｄ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〜２０ｄは、対物レンズ２０７により基板１０１面上に焦点が合わされ、基板１０１にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）を結像する。その際、マルチビーム２０ａ〜２０ｄは、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、電極２２０の中央部の通過孔を通過して、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。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。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合にはさらに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。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３００）（図１の点線）が放出される。
【００２６】
基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、電極２２０の通過孔を通過した後、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、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進む。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ２次電子３００は、縮小レンズ２０５によって光軸とほぼ平行に屈折させられ、ビームセパレーター２１４に進む。
【００２７】
ここで、ビームセパレーター２１４はマルチビーム２０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３００は斜め上方に曲げられる。
【００２８】
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子３００は、投影レンズ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後述する画素毎に生成する。マルチ検出器２２２がマルチ２次電子３００を検出しない場合には、偏向器２２８でマルチ２次電子３００をブランキング偏向することで受光面にマルチ２次電子３００を到達させないようにすればよい。
【００２９】
図３は、実施の形態１の比較例における対物レンズと基板間の状態の一例を示す図である。図３に示すように、実施の形態１の比較例では、真空下で、高いエネルギーで加速された電子ビームを基板（ウェハ）に突入する直前に減速させると共に、基板から放出される低いエネルギーの２次電子を検出器側に加速させるべく、対物レンズに対して基板が負の電位になるようにリターディング電圧が印加される。一方、電子ビームが基板上に照射されると、上述したようにマルチ２次電子が放出される。基板に照射される電子数と基板から放出される電子数との差によって、基板上面が正或いは負に帯電することになる。かかる帯電状況を解消するため、対物レンズと基板との間の空間には、ガスまたは、イオンガスが供給される。しかしながら、ガスの導入によって対物レンズと基板間の空間の圧力が上昇し、リターディング電圧環境下において、放電しやすい環境になってしまう。そのため、かかる放電の発生によって、マルチ２次電子にノイズ成分が含まれてしまい、高精度な２次電子画像が得られなくなってしまう場合があった。放電の程度が強くなると装置の故障にもつながってしまう。そこで、実施の形態１では、かかる放電を抑制する。
【００３０】
図４は、実施の形態１における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。
図５は、実施の形態１における電極上から見た上面図である。図４及び図５において、実施の形態１では、基板１０１と対物レンズ２０７との間に、中央部にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）が通過する通過孔２２１が形成された電極２２０を配置する。電極２２０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薄膜を形成しても好適である。対物レンズ２０７と電極２２０との間には、リターディング制御回路１２９内に配置された電源１３０によって、対物レンズ２０７に対して負の電位が電極２２０に印加される。図４の例では、対物レンズ２０７にはグランド電位が印加され、電極２２０に負の電位が印加される。また、電極２２０と基板１０１との間には、放電しない電圧（放電を誘発しない電圧）が維持されるようにリターディング制御回路１２９によって制御される。例えば、電極２２０と基板１０１とには、同電位が印加される。または、電極２２０と基盤１０１との間に、リターディング制御回路１２９内に配置された電源１３１によって、放電を誘発しない電圧が印加されるように構成しても好適である。なお、電極２２０と基板１０１とに同電位が印加される場合、電源１３１は不要となることは言うまでもない。
【００３１】
上述したように、基板１０１上面は、基板１０１に照射される電子数と基板１０１から放出される電子数との差によって、正或いは負に帯電する。帯電の符号は、マルチビーム２０（電子ビーム）の入射エネルギーによって変化する。そこで、ガス制御回路１３２による制御のもと、検査室１０３外部に配置されるガス供給装置１３４と図示しない配管によって接続されたガス供給口３２２（供給部）から、基板１０１と電極２２０との間に、帯電中和ガスを供給する。帯電中和ガスは、基板１０１上面の帯電状態に合わせて正或いは負のイオンガスを供給する。但し、これに限るものではなく、帯電が解消できれば、イオン化していないガスを供給しても良い。例えば、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを用いると好適である。或いは、大気であってもよい。基板１０１と電極２２０との間に供給された帯電中和ガスは、基板１０１と電極２２０との間を通過後、検査室１０３外部に配置される図示しない真空ポンプと図示しない配管によって接続されたガス回収口３２４によって回収され、検査室１０３外へと排気される。ガス回収口３２４は、検査室１０３内の圧力よりも低い圧力による差動排気によって帯電中和ガスを電極２２０上方へと拡散させずに(或いは、極力拡散させずに)回収する。また、図５に示すように、ガス供給口３２２とガス回収口３２４は、基板１０１及び電極２２０を挟んで対向する位置に配置されると好適である。これにより、帯電中和ガスがガス供給口３２２からガス回収口３２４へと一方向に進ませることができ、電極２２０上方へと漏れるガス量を低減できる。このように、ガス供給口３２２とガス回収口３２４と電極２２０とによって、差動排気機構を構成する。また、帯電中和ガスは、電極２２０中央部の通過孔２２１により露出される基板１０１の一部分の領域全体が帯電中和ガスと接触可能な幅サイズで供給されると好適である。これにより、電子ビームが照射される期間、電子ビームが照射され、かつ２次電子が放出される領域の帯電を解消できる。
【００３２】
ここで、電極２２０は、例えば、円盤上に形成される。但し、これに限るものではなく、矩形や多角形であっても構わない。電極２２０は、下層の基板１０１よりも大きなサイズで形成されると好適である。言い換えれば、電極２２０は、通過孔２２１により露出される基板１０１の一部分を除き、上方から見て下層の基板１０１を覆い隠す、言い換えれば基板１０１が露出しないようにすることができるサイズに形成されると好適である。かかる構成により、基板１０１と電極２２０との間を流れる帯電中和ガスが電極２２０上方へと拡散することを抑制できる。さらに、基板１０１と対物レンズ２０７との間に直接的な電界を形成しないようにできる。
【００３３】
図６は、実施の形態１における放電電圧と、空間距離と圧力との積との関係を示す図である。図６では、縦軸に放電電圧（単位はＡ．Ｕ：アービタリーユニット）を示し、横軸に空間距離と圧力との積（単位はＡ．Ｕ：アービタリーユニット）を示す。また、図６のグラフは、対数グラフで示している。電位差が生じる物（電極）と物（電極）との間の空間距離Ｌが一定であれば、物と物との間の空間のガス圧力がある範囲にあるとき、放電電圧（放電開始電圧）が最小値を得る（Ａ部）。言い換えれば、電位差が生じる物と物との間の空間距離Ｌが一定の場合、物と物との間の空間のガス圧力がある範囲にあるとき、もっとも放電しやすくなる。かかるグラフの曲線の軌道は、空間に存在するガス種によって若干異なるものの、概ね同じ傾向を示すことがわかっている（パッシェンの法則）。パッシェン曲線よりも上方の条件で放電が発生し得る。図３に示した比較例では、対物レンズと基板間の空間距離Ｌ２が一定であるとき、ガスの供給によって対物レンズと基板間の空間のガス圧力が上昇し、図６の矢印に示すように、かかる最小値付近の条件に近づいていく。そのため、対物レンズ（電極）と基板（電極）間で放電が発生することになる。よって、放電を抑制するためには、パッシェン曲線の最小値（Ａ部）付近よりも左側の条件、言い換えれば、空間距離Ｌと圧力Ｐとの積を小さくすることで、放電電圧を高く保ち、放電しにくくすることができる。若しくは電極間の電位差を放電電圧よりも小さくすることで放電しにくくすることができる。若しくは、これらの両方の条件を備えることで放電しにくくすることができる。そこで、実施の形態１では、放電を抑制する条件になるように検査装置１００を構成する。ここで、対物レンズ２０７と基板１０１との間の距離Ｌ２は、電子光学系の条件から変更することは難しい。そのため、実施の形態１では、図４に示したように、物レンズ２０７と基板１０１との間に電極２２０を配置する。そして、ガスを電極２２０と基板１０１との間に流す。これにより、電極２２０と基板１０１との間の圧力Ｐ２は上昇するが、差動排気機構によって電極２２０上方へのガスの漏れを抑制（或いは低減）するので、電位差が生じている対物レンズ２０７と電極２２０との間の空間の圧力Ｐ１の上昇を抑制（或いは低減）できる。よって、対物レンズ２０７と電極２２０との間の放電を抑制できる。さらに、実施の形態１では、電極２２０と基板１０１との間の距離Ｌ１を対物レンズ２０７と基板１０１との間の距離Ｌ２に比べて十分小さくできる。そのため、電極２２０と基板１０１との間の圧力Ｐ２が上昇する場合でも、空間距離Ｌ１と圧力Ｐ２との積を小さく維持できる。よって、放電開始電圧の低下を回避でき、電極２２０と基板１０１との間における放電を抑制できる。さらに、実施の形態１では、電極２２０と基板１０１とを負の同電位に制御しているので、電極２２０と基板１０１との間の電位差は実質的に無い。よって、さらに放電しにくくできる。なお、上述した例では、電極２２０と基板１０１とを負の同電位に制御しているが、これに限るものではなく、電極２２０と基板１０１との間を放電しない電圧に制御できればよい。
【００３４】
図７は、実施の形態１におけるガス圧力と電子の散乱との関係を示す図である。図７（ａ）から図７（ｄ）では、空間距離Ｌを一定にした場合における空間内のガス圧力の違いによる入射電子の散乱範囲を示している。図７（ａ）では、１００Ｐａ、図７（ａ）では、１０Ｐａ、図７（ａ）では、１Ｐａ、図７（ａ）では、０．１Ｐａの場合を示している。図７（ａ）から図７（ｄ）に示すように、ガス圧力が小さいほど電子とガス分子との衝突が少なくなるので散乱範囲を小さくできる。同様に、空間距離Ｌを短くするほど散乱範囲を小さくできる。実施の形態１では、距離Ｌ２を小さくすることが難しい対物レンズ２０７と基板１０１との間については、圧力Ｐ１を低く保ち、圧力Ｐ２が高くなってしまう電極２２０と基板１０１との間の距離Ｌ１を小さくする。これにより、いずれの空間でも入射する１次電子ビーム（マルチビーム２０）がガス分子と衝突しくにい環境を形成することができる。このように、実施の形態１によれば、１次電子ビーム（マルチビーム２０）の散乱範囲が小さくなるように制御できる。よって、２次電子像のノイズ成分となる散乱電子を低減できる。また、電極２２０と基板１０１との間の距離Ｌ１を小さくできれば、基板１０１に衝突する１次電子ビーム（マルチビーム２０）の速度を低減すると共に、放出された２次電子（マルチ２次電子３００）をマルチ検出器２２２側へと加速できる。
【００３５】
このように、実施の形態１では、放電することなく基板１０１の帯電を抑制できると共に、２次電子像のノイズを低減できる。よって、高精度な２次電子画像を得ることができる。
【００３６】
図８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８において、実施の形態１における検査方法は、電圧制御工程（Ｓ１０２）と、ガス供給工程（Ｓ１０４）と、測定画像取得工程（Ｓ１１２）と、分割工程（Ｓ１１４）と、参照画像作成工程（Ｓ１１６）と、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、比較工程（Ｓ１２２）と、という一連の工程を実施する。
【００３７】
電圧制御工程（Ｓ１０２）として、リターディング制御回路１２９は、上述したように、ＸＹステージ１０５に載置された基板１０１と対物レンズ２０７との間に配置され、中央部にマルチビーム２０（電子ビーム）が通過する通過孔２２１が形成され電極２２０を用いて、対物レンズ２０７に対して負の電位を電極２２０に印加すると共に基板１０１と電極２２０との間を放電しない電圧に制御する。図４において説明したように、リターディング制御回路１２９内の電源１３０は、対物レンズ２０７にグランド電位を印加する。そして、電極２２０と基板１０１に負の同電位を印加する。電極２２０及び基板１０１と、対物レンズ２０７との間に印加する電圧は、実験等により適宜設定されればよい。
【００３８】
ガス供給工程（Ｓ１０４）として、ガス供給装置１３４は、上述したように、ガス供給口３２２を介して基板１０１と電極２２０との間に帯電中和ガスを供給する。供給量は、基板１０１に帯電する帯電量に応じて設定すればよい。
【００３９】
測定画像取得工程（Ｓ１１２）として、画像取得機構１５０は、対物レンズ２０７を用いて焦点が基板１０１に合わせられたマルチビーム２０（電子ビーム）が基板１０１に照射されることに起因して基板１０１から放出された反射電子を含むマルチ２次電子３００を検出して、基板１０１の画像を取得する。画像取得機構１５０の動作は、上述した内容に加えて、以下のように動作する。
【００４０】
図９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９において、半導体基板（ウェハ）１０１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。
【００４１】
図１０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１０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１０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、（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）×（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１０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１０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１０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。
【００４２】
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１０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。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３３の基準位置にマルチビーム２０全体を一括偏向する。その位置でＸＹステージ１０５を停止させ、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。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合には、主偏向器２０８によって、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。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１０の例では、副偏向器２０９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、副偏向器２０９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、副偏向器２０９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と同数の複数のショットに応じた２次電子３００が一度に検出される。
【００４３】
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３００が放出され、検出器２２２にて検出される。実施の形態１では、検出器２２２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３００を測定用画素３６毎（或いはサブ照射領域２９毎）に検出する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（２次電子画像）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。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。
【００４７】
図１１は、実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図１１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、分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０が配置される。分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０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。分割部５４、位置合わせ部６８、及び比較部７０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に記憶される。
【００４８】
図１１では、ダイ−データベース検査とダイ−ダイ検査との両方を実施することが可能な構成を示している。ダイ−データベース検査のみを行い、ダイ−ダイ検査のみを行い、ダイ−データベース検査を行わない場合には、図１１の構成における記憶装置５２及び図１における参照画像作成回路１１２は無くても構わない。まずは、ダイ−データベース検査について説明する。画像取得機構１５０の具体的動作は上述した通りである。測定画像の一例となるチップパターンデータは上述したように比較回路１０８に転送される。比較回路１０８内では、記憶装置５０に格納される。
【００４９】
分割工程（Ｓ１１４）として、分割部５４は、チップパターンデータを単位検査領域となるマスクダイ３３のサイズで、複数のマスクダイ画像（測定画像の一例）に分割する。各マスクダイ画像（測定画像の一例）は記憶装置５６に格納される。
【００５０】
参照画像作成工程（Ｓ１１６）として、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パターンデータ、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基づいて、マスクダイ３３毎に、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（露光イメージデータ）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
露光イメージデータが画素毎の階調データとして格納されている場合には、対象となるマスクダイの露光イメージデータを参照画像として用いればよい。露光イメージデータが、座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、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であれば、上述した設計パターンデータと同様の手法で参照画像を作成すればよい。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。比較回路１０８において、参照画像の画像データは記憶装置５２に格納される。
【００５５】
位置合わせ工程（Ｓ１２０）として、位置合わせ部６８は、測定画像となるマスクダイ３３の画像（マスクダイ画像）と測定画像に対応する参照画像の位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、最小二乗法等によって行われると好適である。
【００５６】
比較工程（Ｓ１２２）として、比較部７０は、測定画像と参照画像とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて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に出力されればよい。或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【００５７】
或いは、測定画像と参照画像とからそれぞれ画像内の図形パターンの輪郭線を生成して、マッチングする図形パターンの輪郭線同士のずれを比較して良い。例えば、輪郭線同士のずれが判定閾値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に出力されればよい。或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【００５８】
次に、ダイ−ダイ検査を行う場合について説明する。かかる場合、画像比較は、例えばマスクダイ３３の画像同士を比較する。
【００５９】
位置合わせ工程（Ｓ１２０）として、位置合わせ部６８は、記憶装置５６から被検査画像となるマスクダイ３３の画像（マスクダイ画像）（ダイ１）と被検査画像に対応する参照画像となるマスクダイ３３の画像（マスクダイ画像）（ダイ２）を読み出し、両画像の位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、最小二乗法等によって行われると好適である。
【００６０】
比較工程（Ｓ１２２）の内容は、上述した内容と同様で構わない。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に出力されればよい。或いはプリンタ１１９より出力されればよい。
【００６１】
以上のように、実施の形態１によれば、放電の発生を抑制できる。そのため、高精度な画像が取得できる。
【００６２】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、基板１０１の直径方向に基板の両端間にわたって基板１０１と電極２２０との間に帯電中和ガスを流す場合について説明したがこれに限るものではない。実施の形態２では、基板１０１の中央部のみに帯電中和ガスを流す場合について説明する。検査装置１００の構成は図１と同様である。また、検査方法の要部工程は図８と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態１と同様で構わない。
【００６３】
図１２は、実施の形態２における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。
図１３は、実施の形態２における電極の上面図である。
図１４は、実施の形態２における電極の右側面図である。図１４は、図１３におけるＡ矢視に相当する。
画像を取得するにあたり、基板１０１上で帯電を解消すべき領域として、電極２２０の通過孔２２１によって露出するマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）の照射可能領域が含まれる領域であれば構わない。そこで、実施の形態２では、図１２〜図１４に示すように、電極２２０を構成する、中央部にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）が通過する通過孔２２１が形成された例えば円盤上の電極板４０の上に、通過孔２２１を挟んで、上下面及び入口以外の３方向側面が閉じられた帯電中和ガスを流す流路４２と、上下面及び出口以外の３方向側面が閉じられた帯電中和ガスを流す流路４４とを形成する。そして、電極板４０の通過孔２２１手前の流路４２の奥側端において、流路４２に繋がる貫通溝４６を電極板４０に形成する。同様に、電極板４０の通過孔２２１手前の流路４４端において、流路４４に繋がる貫通溝４８を電極板４０に形成する。
【００６４】
ガス供給口３２２（供給部）から供給された帯電中和ガスが電極２２０内の流路４２（第１の流路）を通過する。そして、電極板４０の通過孔２２１の近傍で流路４２から貫通溝４６（供給口）を通って基板１０１上面に帯電中和ガスを供給する。そして、電極２２０の通過孔２２１によって露出される基板１０１のマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）の照射可能領域を流れた帯電中和ガスは、貫通溝４６とは通過孔２２１を挟んだ反対側で貫通溝４８（回収口）から回収される。そして、貫通溝４８（回収口）から回収されたガスが電極２２０内の流路４４（第２の流路）を通過し、ガス回収口３２４によって回収され、検査室１０３外へと排気される。上下側面が閉じられた流路４２，４４を帯電中和ガスが流れることによって、帯電中和ガスが流路を通過中に電極２２０上方へと拡散することを防止できる。さらに、電極板４０と基板１０１との間を直径方向全体にガスを流さないので、帯電中和ガスが電極２２０の周囲から漏れる量を大幅に低減できる。
【００６５】
電極２２０は、通過孔２２１により露出される基板１０１の一部分を除き、上方から見て下層の基板１０１を覆い隠す、言い換えれば基板１０１が露出しないようにすることができるサイズに形成されると好適である点は、実施の形態１と同様である。実施の形態２では、電極板４０と基板１０１との間を直径方向全体にガスを流さないので、電極板４０底面と基板１０１上面との距離Ｌ３を狭くすることができる。よって、電極板４０と基板１０１との間のガスに対するコンダクタンスを小さくできるので、さらに帯電中和ガスが電極２２０の周囲から漏れる量を低減できる。電極２２０の周囲から漏れるガス量を低減できれば、対物レンズ２０７と電極２２０間の空間の圧力Ｐ１の上昇をさらに抑制でき、放電のリスクをさらに低減できる。
【００６６】
なお、図１２の例では、流路４２，４４を電極板４０上に配置したが、これに限るものではない。電極板４０と基板１０１との間のコンダクタンスは大きくなってしまうが、流路４２，４４を電極板４０下側に配置する場合を排除するものではない。
【００６７】
また、電極２２０が、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薄膜を形成される点は実施の形態１と同様である。そして、対物レンズ２０７と電極２２０との間には、リターディング制御回路１２９内に配置された電源１３０によって、対物レンズ２０７に対して負の電位が電極２２０に印加される点、電極２２０と基板１０１との間には、放電しない電圧が維持されるようにリターディング制御回路１２９によって制御される点は、実施の形態１と同様である。
【００６８】
図１５は、実施の形態２の変形例における電極の上面図である。実施の形態２の変形例では、図１５に示すように、電極２２０を構成する、中央部にマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）が通過する通過孔２２１が形成された例えば円盤上の電極板４０のサイズを基板１０１のサイズよりも小さくする。そして、基板１０１のサイズよりも小さい電極板４０上に、通過孔２２１を挟んで、上下面及び入口以外の３方向側面が閉じられた帯電中和ガスを流す流路４２と、上下面及び出口以外の３方向側面が閉じられた帯電中和ガスを流す流路４４とを形成する。そして、電極板４０の通過孔２２１手前の流路４２の奥側端において、流路４２に繋がる貫通溝４６を電極板４０に形成する。同様に、電極板４０の通過孔２２１手前の流路４４端において、流路４４に繋がる貫通溝４８を電極板４０に形成する。そして、実施の形態２の変形例では、上下面及び入口以外の３方向側面が閉じられた流路４２の入口が、基板１０１の外周よりも外側にあるように構成する。言い換えれば、流路４２が基板１０１の外周よりも外側から通過孔２２１手前まで延びる。同様に、上下面及び出口以外の３方向側面が閉じられた流路４４の出口が、基板１０１の外周よりも外側にあるように構成する。言い換えれば、流路４４が通過孔２２１手前から基板１０１の外周よりも外側まで延びる。
【００６９】
図１５の例では、ガス供給口３２２（供給部）から供給された帯電中和ガスが電極２２０内の流路４２（第１の流路）を通過する。そして、電極板４０の通過孔２２１の近傍で流路４２から貫通溝４６（供給口）を通って基板１０１上面に帯電中和ガスを供給する。そして、電極２２０の通過孔２２１によって露出される基板１０１のマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）の照射可能領域を流れた帯電中和ガスは、貫通溝４６とは通過孔２２１を挟んだ反対側で貫通溝４８（回収口）から回収される。そして、貫通溝４８（回収口）から回収されたガスが電極２２０内の流路４４（第２の流路）を通過し、ガス回収口３２４によって回収され、検査室１０３外へと排気される。このように、ガスの流れは図１２〜図１４の場合と同様である。但し、上下側面が閉じられた流路４２，４４を帯電中和ガスが流れることによって、電極板４０のサイズを基板１０１のサイズよりも小さくする場合でも、帯電中和ガスが流路を通過中に電極２２０上方へと拡散することを防止できる。さらに、電極板４０と基板１０１との間を直径方向全体にガスを流さないので、帯電中和ガスが電極２２０の周囲から漏れる量を大幅に低減できる点は図１２〜図１４の場合と同様である。
【００７０】
図１５の例では、電極２２０（電極板４０）によって、基板１０１が覆いつくされず、多くの露出部分が生じる。そのため、対物レンズ２０７に対して、電極２２０と基板１０１とに負の電位を印加する場合、基板１０１の露出部分と対物レンズ２０７との間に直接的な電界が形成される。しかし、ガスによって圧力が上昇する領域が、電極２２０の通過孔２２１によって露出される基板１０１のマルチビーム２０ａ〜２０ｄ（電子ビーム）の照射可能領域に限られる。そのため、基板１０１の露出部分と対物レンズ２０７との間の空間での圧力上昇は抑制される。その結果、基板１０１の露出部分と対物レンズ２０７との間に直接的な電界が形成される場合であっても放電が誘発される圧力条件にはならず、放電を回避できる。また、電極板４０底面と基板１０１上面との距離Ｌ３を狭くすることによって、電極板４０と基板１０１との間のガスに対するコンダクタンスを小さくできるので、さらに帯電中和ガスが電極板４０（電極２２０）の周囲から漏れる量を低減できる。電極板４０の周囲から漏れるガス量を低減できれば、対物レンズ２０７と電極２２０間の空間の圧力Ｐ１の上昇をさらに抑制でき、放電のリスクをさらに低減できる。
【００７１】
以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１よりもさらに放電の発生の可能性を下げることができる。
【００７２】
実施の形態３．
実施の形態３では、上述した各実施の形態の電極２２０について、光が透過可能な材料で形成される構成について説明する。
【００７３】
図１６は、実施の形態３における対物レンズと基板間の構成を示す断面図である。図１６の例では、電極２２０では、ガラス、石英等の光（レーザ光）が透過可能な材料で円盤上の基板４１が形成される。このままだと、絶縁基板になってしまい電極としての機能を発揮し得ないので、基板４１の露出面をメサコート、或いはＩＴＯ等の光が透過可能な導電性材料で覆う薄膜４３を形成する。導電性材料の薄膜４３により電極２２０としての機能を発揮する。かかる構成により、実施の形態３における検査装置１００では、基板１０１の高さ変位を測定する光てこ式の高さ変位測定器（Ｚセンサ）を配置できる。
【００７４】
図１６の例では、実施の形態１の電極２２０について光を透過可能な構成にしている場合について説明しているが、実施の形態２の電極２２０についても同様に光を透過可能な構成にしても良い。
【００７５】
実施の形態３における検査装置１００のその他の構成は、図１と同様である。また、検査方法の要部工程は図８と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態１或いは実施の形態２と同様で構わない。
【００７６】
Ｚセンサは、投光器１４０と受光器１４４を有している。投光器１４０と受光器１４４は、電子ビームカラム１０２を挟んで検査室１０３上、或いは検査室１０３内に配置される。図１５において、投光器１４０によって基板１０１面上に向かって角度θの斜め方向からレーザ光１４３が出力されると、レーザ光１４３は電極２２０を透過して角度θの斜め方向から基板１０１面に照射される。基板１０１面に照射されたレーザ光１４３は、基板１０１から角度θで反射して、レーザ光１４３の反射光が出力される。反射光は、電極２２０を透過して角度θの斜め方向から受光器１４４に入射し、受光される。ここで、基板１０１面が高さ方向にΔｚだけ変位した場合、同じ位置から照射されるレーザ光１４３は、前回よりも変位ｘだけ手前で基板１０１に当たり、基板１０１から角度θで反射して、反射光が出力される。よって、基板１０１面の高さ位置がΔｚだけ変位する前と後とでは、反射光の光軸（重心）が光軸と直交する方向にΔＬだけ変位することになる。よって、予め、光の入射角度θを固定した状態で、光軸の重心間距離ΔＬを受光器１４４内の図示しないセンサで測定することで、基板１０１の高さ変位Δｚを演算できる。
【００７７】
以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１或いは実施の形態２の効果の他に、さらに、光てこの原理で基板１０１の高さ変位を測定できる。
【００７８】
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、及び参照画像作成回路１１２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。
【００７９】
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。上述した実施の形態２の電極２２０では、１枚の電極板４０上に流路４２，４４を形成したが、これに限るものではない。例えば、２枚の電極板に挟まれた空間に流路を形成しても良い。或いは、中空構造の電極板の内部を流路として利用してもよい。
【００８０】
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。
【００８１】
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パターン検査方法及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８２】
２０  マルチビーム
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
４０  電極板
４１  基板
４２，４４  流路
４３  薄膜
４６，４８  貫通溝
５０，５２，５６  記憶装置
５４  分割部
６８  位置合わせ部
７０  比較部
１００  検査装置
１０１  基板
１０２  電子ビームカラム
１０３  検査室
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  リターディング制御回路
１３０，１３１  電源
１３２  ガス制御回路
１３４  ガス供給装置
１４０  投光器
１４２  ステージ駆動機構
１４３  光
１４４  受光器
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
２０５  縮小レンズ
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
２１４  ビームセパレーター
２１６  ミラー
２２０  電極
２２１  通過孔
２２２  マルチ検出器
２２４，２２６  投影レンズ
２２８  偏向器
３００  ２次電子
３２２  ガス供給口
３２４  ガス回収口
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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【図１５】
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【図１６】
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