(57)【要約】      （修正有）【課題】検査対象基板の凹凸に関わらず高精度に電子ビームを入射することが可能な電子ビーム画像検出装置を提供する。【解決手段】一態様の電子ビーム画像検出装置は、電磁レンズ用のポールピース１５と、電磁レンズ用のコイル１３と、ポールピース内に配置され、ポールピースの中実部分上で基板を移動可能に支持するＸＹステージ１０５ａ、１０５ｂと、コイルを励磁することによって生じるポールピースの中空部分と中実部分との間に形成される磁力線に実質的に直交する方向に検出面が配置され、中空部分内を通過する電子ビームが中実部分上で基板に照射されることによって生じ、磁力線に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動する２次電子を検出する２次電子検出器２２２と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図９
2017173250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸と直交する底面部分と、前記底面部分に接続された側面外周を覆う側面部分と、前記底面部分上に配置された前記側面部分の高さ方向途中まで形成された前記所定の軸に回転対称な中実部分と、前記中実部分と非接触で前記中実部分よりも上方に配置された前記所定の軸に回転対称な中空部分と、前記中空部分と前記側面部分との間の領域を覆う上面部分と、を有する電磁レンズ用のポールピースと、
前記ポールピースの内側の領域に配置された電磁レンズ用のコイルと、
前記ポールピース内に配置され、前記中実部分上で基板を移動可能に支持するステージと、
前記基板に向けて前記中空部分内の空間を通過するように電子ビームを照射する電子光学系と、
前記コイルを励磁することによって生じる前記中空部分と前記中実部分との間に形成される磁力線に実質的に直交する方向に検出面が配置され、前記中空部分内を通過する電子ビームが前記中実部分上で前記基板に照射されることによって生じ、前記磁力線に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動する２次電子を検出する２次電子検出器と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム画像検出装置。
【請求項２】
前記２次電子検出器の前記検出面は、円錐台の斜面状に形成されることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム画像検出装置。
【請求項３】
前記ポールピースは、前記中空部分と前記中実部分との間に形成される前記磁力線に直交する前記中空部分の断面の面積が、前記中実部分の上面の面積よりも大きい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検出装置。
【請求項４】
前記ポールピースの前記側面部分に、前記基板を搬送するためのスリットが形成され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検出装置。
【請求項５】
電磁レンズを構成するポールピース内に配置された基板上に前記電磁レンズによって前記基板面を通過する磁力線が形成される磁場を発生させた状態で、前記基板上に電子ビームを照射する工程と、
前記基板に前記電子ビームが照射されることによって生じた２次電子を前記磁力線に沿ってサイクロトロン運動をさせながら移動させ、前記サイクロトロン運動をさせられながら移動させられてきた前記２次電子を前記ポールピース内に配置された２次電子検出器によって検出する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム画像検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム画像検出装置及び電子ビーム画像検出方法に関する。例えば、電子ビームを照射して放出されるパターン像の２次電子画像を取得する装置及び方法に関する。
【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。
【０００４】
検査手法としては、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所定の倍率で撮像した光学画像と、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、電子ビームによるマルチビームを検査対象基板に照射して、検査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、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる（例えば、特許文献１参照）。かかるマルチビームを含む電子ビームを用いた検査装置では、検査対象基板の小領域毎にビームを走査して２次電子を検出する。従来、提案されてきたマルチビームを用いた検査装置では、基板面から放出された２次電子を検出側に引き出すために、基板表面に電界を形成する必要があった。そのため、凹凸のある基板表面に電子ビームを照射しても凹凸に起因した電界の歪みが生じて、入射する電子ビームの軌道がずれてしまい、正確な位置を測定することが困難になるといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０８３７１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、検査対象基板の凹凸に関わらず高精度に電子ビームを入射することが可能な電子ビーム画像検出装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の電子ビーム画像検出装置は、
所定の軸と直交する底面部分と、底面部分に接続された側面外周を覆う側面部分と、底面部分上に配置された側面部分の高さ方向途中まで形成された所定の軸に回転対称な中実部分と、中実部分と非接触で中実部分よりも上方に配置された所定の軸に回転対称な中空部分と、中空部分と側面部分との間の領域を覆う上面部分と、を有する電磁レンズ用のポールピースと、
ポールピースの内側の領域に配置された電磁レンズ用のコイルと、
ポールピース内に配置され、中実部分上で基板を移動可能に支持するステージと、
基板に向けて中空部分内の空間を通過するように電子ビームを照射する電子光学系と、
コイルを励磁することによって生じる中空部分と中実部分との間に形成される磁力線に実質的に直交する方向に検出面が配置され、中空部分内を通過する電子ビームが中実部分上で基板に照射されることによって生じ、磁力線に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動する２次電子を検出する２次電子検出器と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、２次電子検出器の検出面は、円錐台の斜面状に形成されると好適である。
【００１０】
また、ポールピースは、中空部分と中実部分との間に形成される磁力線に直交する中空部分の断面の面積が、中実部分の上面の面積よりも大きいと好適である。
【００１１】
また、ポールピースの側面部分に、基板を搬送するためのスリットが形成されると好適である。
【００１２】
本発明の一態様の電子ビーム画像検出方法は、
電磁レンズを構成するポールピース内に配置された基板上に電磁レンズによって基板面を通過する磁力線が形成される磁場を発生させた状態で、基板上に電子ビームを照射する工程と、
基板に電子ビームが照射されることによって生じた２次電子を磁力線に沿ってサイクロトロン運動をさせながら移動させ、サイクロトロン運動をさせられながら移動させられてきた２次電子をポールピース内に配置された２次電子検出器によって検出する工程と、
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、検査対象基板の凹凸に関わらず高精度な位置に電子ビームを入射できる。よって、高精度な位置の画像を検出できる。
【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部材の構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の一部を示す上面概念図である。
【図４】実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。
【図５】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６】実施の形態１におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。
【図７】実施の形態１における画像検出機構の構成の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１における対物レンズの上面図の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１における対物レンズに励磁した場合の磁力線の一例について説明するための図である。
【図１０】実施の形態１における２次電子のエネルギー分布の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態１における検出器の断面構成を示す構成図の一例である。
【図１２】実施の形態１における電子増倍素子アレイプレートの検出面の形状の一例を示す図である。
【図１３】実施の形態１における１次電子ビームの位置と２次電子の検出位置との関係の一例を示す図である。
【図１４】実施の形態１における光ファイバの配置構成の一例を示す図である。
【図１５】実施の形態１と比較例とにおける１次電子ビームの照射位置を説明するための図である。
【図１６】実施の形態１における検出器の断面形状の他の一例を示す図である。
【図１７】実施の形態１におけるポールピースの断面形状の他の一例を示す図である。
【図１８】実施の形態１におけるステージの配置構成の他の一例を示す図である。
【図１９】実施の形態１におけるポールピースのスリットの配置構成の他の一例を示す図である。
【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と共に、電子ビーム画像検出装置の一例である。検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。光学画像取得部１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１３０、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部材２０３、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ部材２０６及び偏向器２０８が配置されている。
【００１６】
検査室１０３内には、対物レンズ２０７が配置される。対物レンズ２０７は、電子ビームカラム１０２側に突き出すように配置されても良い。また、対物レンズ２０７内には、少なくともＸＹ方向に移動可能な対となる２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが配置される。また、対物レンズ２０７内には、検出器２２２が配置される。２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂ上には、検査対象となる複数の図形パターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、露光用マスクやシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。また、２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂの少なくとも一方（例えばＸＹステージ１０５ｂ）上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長機構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、ストライプパターンメモリ１２３に接続される。
【００１７】
制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路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、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、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。
【００１８】
また、ＸＹステージ１０５ｂは、制御計算機１１０の制御の下にステージ制御回路１１４により制御されたステージ駆動機構１３０によって駆動される。ＸＹステージ１０５ａは、制御計算機１１０の制御の下にステージ制御回路１１４により制御された図示しないステージ駆動機構１３０と同様の機構によってＸＹステージ１０５ｂの移動と同期しながら駆動される。２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂは、それぞれ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によって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。２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂ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、２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂ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。レーザ測長機構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例えばＸＹステージ１０５ｂの位置を測長する。
【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内の図示しないカソードと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、所定のバイアス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、電子ビームとなって放出される。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、及び対物レンズ２０７は、例えば電子レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４には、後述するように複数の個別ブランキング機構がブランキング基板上に配置され、各個別ブランキング機構への制御信号は、ブランキング制御回路１２６から出力される。偏向器２０８は、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。
【００２０】
基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された半導体ウェハである場合には、かかるチップ（ダイ）パターンのパターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。
【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部材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部材２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｎ列×縦（ｙ方向）ｍ列（ｎ，ｍは一方が１以上の整数、他方が２以上の整数）の穴（開口部）２２が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。図２では、例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）に３２×３２列の穴２２が形成される。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。或いは、その他の構成であってもよい。
【００２３】
図３は、実施の形態１におけるブランキングアパーチャアレイ機構の一部を示す上面概念図である。なお、図３において、電極２４，２６と制御回路４１の位置関係は一致させて記載していない。ブランキングアパーチャアレイ機構２０４は、図３に示すように、図２に示した成形アパーチャアレイ部材２０３の各穴２２に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔２５（開口部）が図示しない基板（例えばシリコン基板）上に開口される。そして、基板上の各通過孔２５の近傍位置に、該当する通過孔２５を挟んでブランキング偏向用の電極２４，２６の組（ブランカー：ブランキング偏向器）がそれぞれ配置される。また、各通過孔２５の近傍には、各通過孔２５用の例えば電極２４に偏向電圧を印加する制御回路４１（ロジック回路）が配置される。制御回路４１は、通過孔２５が形成された基板内部に形成され、基板表面に露出しないように配置すると好適である。各ビーム用の２つの電極２４，２６の他方（例えば、電極２６）は、グランド接続される。また、各制御回路４１は、制御信号用の数ビット、例えば５〜１０ビットの配線が接続される。各制御回路４１は、例えば数ビットの配線の他、クロック信号線および電源用の配線等が接続される。マルチビームを構成するそれぞれのビーム毎に、電極２４，２６と制御回路４１とによる個別ブランキング機構４７が構成される。ブランキング制御回路１２６から各制御回路４１用の制御信号が出力される。各制御回路４１内には、図示しないシフトレジストが配置され、例えば、ｎ×ｍ本のマルチビームの１列分の制御回路内のシフトレジスタが直列に接続される。そして、例えば、ｎ×ｍ本のマルチビームの１列分の制御信号がシリーズで送信され、例えば、ｎ回のクロック信号によって各ビームの制御信号が対応する制御回路４１に格納される。
【００２４】
各通過孔を通過する電子ビーム２０は、それぞれ独立に対となる２つの電極２４，２６に印加される電圧（電位差）によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。マルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ部材２０３の複数の穴２２（開口部）を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。個別ブランキング制御を行うことで、異常ビームを検査から排除できる。
【００２５】
なお、図３の例では個別ブランキング機構４７を示しているが、これに限るものではない。マルチビーム２０全体を一括してブランキング制御する機構であっても構わない。
【００２６】
次に検査装置１００における光学画像取得部１５０の動作について説明する。電子銃２０１（放出部）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部材２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ部材２０３には、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部材２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形形状の複数の電子ビーム（マルチビーム）２０ａ〜ｅが形成される。かかるマルチビーム２０ａ〜ｅは、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のそれぞれ対応するブランカー（第１の偏向器：個別ブランキング機構４７）内を通過する。かかるブランカーは、それぞれ、個別に通過する電子ビーム２０を偏向する（ブランキング偏向を行う）。
【００２７】
ブランキングアパーチャアレイ機構２０４を通過したマルチビーム２０ａ〜ｅは、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ部材２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向された電子ビーム２０は、制限アパーチャ部材２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材２０６によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構２０４のブランカーによって偏向されなかった電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ部材２０６の中心の穴を通過する。かかる個別ブランキング機構４７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が制御される。このように、制限アパーチャ部材２０６は、個別ブランキング機構４７によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビーム毎に、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、制限アパーチャ部材２０６を通過したビームにより、１回分のショットのビームが形成される。制限アパーチャ部材２０６を通過したマルチビーム２０は、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり、偏向器２０８によって、制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（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。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部材２０３の複数の穴２２の配列ピッチに上述した所望の縮小率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ｎ×ｍ本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。
【００２８】
かかる場合に、電子ビームカラム１０２は、電磁レンズを構成する対物レンズ２０７のポールピース内に配置された基板１０１上に対物レンズ２０７（電磁レンズ）によって基板１０１面を通過する磁力線が形成される磁場を発生させた状態で、基板１０１上にマルチビーム２０（電子ビーム）を照射する。かかる磁場は、基板１０１上にマルチビーム２０の焦点を合わせるための磁場に相当する。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から放出される、マルチビーム２０の各ビームに対応する２次電子３００（或いは２次電子群）は、検出器２２２に入射することによって検出される。かかる場合に、基板１０１にマルチビーム２０（電子ビーム）が照射されることによって生じた２次電子３００を磁力線に沿ってサイクロトロン運動をさせながら移動させ、サイクロトロン運動をさせられながら移動させられてきた２次電子３００を対物レンズ２０７のポールピース内に配置された２次電子検出器２２２によって検出する。
【００２９】
図４は、実施の形態１におけるスキャン動作の一例を説明するための概念図である。図４に示すように、基板１０１の検査領域３０には、例えば、ｘ，ｙ方向に向かってアレイ状にそれぞれ所定の幅で複数のチップ３２（ダイ）が形成される。各チップ３２は、例えば、３０ｍｍ×２５ｍｍのサイズで基板１０１上に形成される。パターン検査は、チップ３２毎に実施されることになる。各チップ３２の領域は、例えば、一回のマルチビーム２０全体の照射で照射可能な照射領域３４と同じｘ，ｙ方向幅で複数の単位検査領域３３に仮想分割される。まず、ＸＹステージ１０５を移動させて、第１番目のチップ３２の４つ角のいずれか（例えば左上端）の単位検査領域３３の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、スキャン動作が開始される。実施の形態１では、例えば、ステップアンドリピート動作を繰り返すことで、照射領域３４を例えばｘ方向に照射領域３４の幅で順次ずらしながら各単位検査領域３３をマルチビーム２０により走査していく。ｙ方向に同じ段のｘ方向に並ぶすべての単位検査領域３３の走査が終了したら、ステージ位置をｙ方向に移動させて、ｙ方向に同じ次の段のｘ方向に並ぶ各単位検査領域３３をマルチビーム２０により同様に走査していく。かかる動作を繰り返し、１つのチップ３２の領域の走査が終了したら、ＸＹステージ１０５を移動させて、次のチップ３２の４隅のいずれか（例えば左上端）の単位検査領域３３の位置に一回のマルチビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４が位置するように調整し、同様の動作を行う。かかる動作を繰り返すことで、すべてのチップ３２について走査していく。
【００３０】
なお、図４では、基板１０１が円板状の半導体ウェハである場合について説明したが、矩形状の基板で構成される露光用マスクであっても構わないことは言うまでもない。かかる場合には、露光用マスクの検査領域をメッシュ状に複数の単位検査領域３３に仮想分割し、上述した動作と同様の動作を行えばよい。また、ステップアンドリピート動作のステップ間のステージ停止中にスキャン動作を行う場合を示したがこれに限るものではない。ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが連続移動しながらスキャン動作を行っても良い。
【００３１】
図５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５において、チップ３２の領域は、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。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Ｐとなる。図５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つのグリッド２９を構成する。図５の例では、各グリッド２９は、４×４画素で構成される場合を示している。
【００３２】
図６は、実施の形態１におけるスキャン動作の細部の一例を説明するための概念図である。図６では、ある１つの単位検査領域３３（照射領域３４）を走査する場合の一例を示している。１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｎ１×ｍ１個のグリッド２９が配列されることになる。ｎ×ｍ個のマルチビーム２０がすべて使用される場合には、ｎ１×ｍ１個のグリッド２９は、ｎ×ｍ個のグリッド２９になる。１つの単位検査領域３３にマルチビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させたら、その位置でＸＹステージ１０５を停止させ、当該単位検査領域３３を照射領域３４として当該単位検査領域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グリッド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、担当グリッド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６の例では、各ビームは、１ショット目に担当グリッド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。そして、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ショット目に担当グリッド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ショット目に担当グリッド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ショット目に担当グリッド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つのグリッド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部材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次電子の束による２次電子３００が一度に検出される。
【００３３】
以上のように、電子ビームカラム１０２は、複数の電子ビームにより構成されるマルチビーム２０を用いて、パターンが形成された基板１０１上を走査する。マルチビーム２０全体では、単位検査領域３３を照射領域３４として走査することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのグリッド２９を走査することになる。そして、ＸＹステージ１０５が停止した状態で、１つの単位検査領域３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次の単位検査領域３３にステップ動作をして、ＸＹステージ１０５が停止した状態で、かかる隣接する次の単位検査領域３３の走査（スキャン）を行う。かかるステップアンドリピート動作を繰り返し、各チップ３２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が上方に放出され、検出器２２２にて検出される。検出器２２２は、２次電子３００を測定用画素３６毎（或いはグリッド２９毎）に検出する。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、上述した例では、１画素３６毎にビームのＯＮ／ＯＦＦを行っている場合を説明したが、これに限るものではない。グリッド２９毎に、同じグリッド２９を対応する１つのビームが走査する間、連続ビームで走査しても構わない。言い換えれば、ステップ動作の間はビームＯＦＦにすればよい。
【００３６】
図７は、実施の形態１における画像検出機構の構成の一例を示す図である。図８は、実施の形態１における対物レンズの上面図の一例を示す図である。図７において、対物レンズ２０７は、ポールピース１５とコイル１３によって電磁レンズを構成する。ポールピース１５は、図７及び図８に示すように中心軸１１（所定の軸）を回転軸とする厚さｔの円板状の底面部分１０と、底面部分１０に接続された側面外周を覆う側面部分１２と、上面部分１８とによって覆われる。よって、底面部分１０の表面は中心軸１１と直交する。側面部分１２は、底面部分１０の中心軸１１を回転軸とする円周状に例えば厚さｔで形成される。底面部分１０上には、例えば中心に、底面部分１０の中心軸１１に回転対称な例えば半径ｔの円筒状の中実部分１４が配置される。中実部分１４は、底面部分１０上に配置された側面部分１２の高さ方向途中までの高さに形成される。図７に示すように、例えば、側面部分１２の高さの１／２よりも低い高さで構成されると好適である。また、中実部分１４と非接触で中実部分１４よりも上方に中空部分１６が配置される。中空部分１６は、底面部分１０の中心軸１１に回転対称に例えば厚さｔで形成され、中心部が、マルチビーム２０全体が入射可能なサイズで開口されている。そして、中空部分１６と側面部分１２との間の領域を上面部分１８が覆っている。コイル１３は、中空部分１６と側面部分１２との間の領域に配置される。ポールピース１５を構成する底面部分１０と、側面部分１２と、中実部分１４と、中空部分１６と、上面部分１８とは、一体で形成されても良いが、コイル１３やＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂの配置がし易いように、上下で分割できるように構成すると好適である。そして、ポールピース１５内における中空部分１６の底面側には、検出器２２２が配置される。
【００３７】
ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂ（ステージの一例）は、ポールピース１５内に配置され、中実部分１４上で基板１０１を移動可能に支持する。基板１０１は、ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂによって、中実部分１４と隙間を空けて支持される。かかる隙間は適宜設定すれば良い。側面部分１２には、基板１０１をポールピース１５内に出し入れ可能なスリット４が開口されている。ポールピース１５の側面部分１２に形成されたスリット４を介して、基板１０１が搬送される。図示しない搬送アームに支持された基板１０１がスリット４を介してポールピース１５内部の中央部に搬送され、搬送アームが下降することによって、２つのＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂ上に載置される。基板１０１が載置されると搬送アームはさらに下降して、基板１０１との間に隙間を形成し、スリット４を介してポールピース１５外部に退避する。基板１０１はＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂによって単純支持される場合であっても良いが、例えば、静電チャック等により固定されるとなお良い。また、ステージ駆動機構１３０ａから延びる移動アーム１０６ａがスリット４を通って、ポールピース１５内のＸＹステージ１０５ａに接続され。そして、ステージ駆動機構１３０ａによって駆動される移動アーム１０６ａの移動によって、ＸＹステージ１０５ａは駆動される。また、側面部分１２には、中心軸１１を挟んでスリット４と対向する位置にスリット２が開口されている。そして、ステージ駆動機構１３０ｂから延びる移動アーム１０６ｂがスリット２を通って、ポールピース１５内のＸＹステージ１０５ｂに接続され。そして、ステージ駆動機構１３０ｂによって駆動される移動アーム１０６ｂの移動によって、ＸＹステージ１０５ｂは駆動される。また、側面部分１２には、検出器２２２の配置高さ付近の高さ位置にスリット６が開口されている。後述するように検出器２２２には複数の光ファイバ２２８が接続されており、検出器２２２に接続された複数の光ファイバ２２８がスリット６を通ってポールピース１５の外部に延びている。
【００３８】
なお、底面部分１０の厚さと、側面部分１２の厚さと、中実部分１４の半径と、中空部分１６の厚さと、上面部分１８の厚さとが、同じサイズｔである場合について説明したが、これに限るものではなく、マルチビーム２０の焦点調整が可能な磁束密度が得られる範囲で適宜変更しても構わない。
【００３９】
図９は、実施の形態１における対物レンズに励磁した場合の磁力線の一例について説明するための図である。図９において、実施の形態１における対物レンズ２０７のコイル１３を励磁すると、底面部分１０の中心軸に対して対称になるように磁界が発生し、ポールピース１５内を磁力線が通ることになる。その場合に、中実部分１４と中空部分１６は非接触なので、その間の空間を磁力線３０２が通ることになる。検出器２２２は、コイル１３を励磁することによって生じる中空部分１６と中実部分１４との間に形成される磁力線３０２に実質的に直交する方向に検出面が配置される。図９の例では、中実部分１４の上面に対して斜め方向に検出面が向くように検出器２２２が配置される。そのため、中空部分１６の底面は、磁力線３０２に実質的に直交する方向に向くように形成されると好適である。
【００４０】
上述したように、電子ビームカラム１０２内の各構成による電子光学系が、基板１０１に向けて中空部分１６内の空間を通過するように制限アパーチャ部材２０６を通過した各ビーム（電子ビーム）を照射する。各ビームが基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射されると、基板１０１の各照射位置からは２次電子３００が放出される。各照射位置の２次電子３００は、その位置の磁力線３０２に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動する。検出器２２２（２次電子検出器）は、中空部分１６内を通過する各ビーム（電子ビーム）が中実部分１４上で基板１０１に照射されることによって生じ、磁力線３０２に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動する２次電子を検出する。このように、わざわざ検出器２２２と基板１０１間に電位差（電界）を発生させなくても、検出器２２２（２次電子検出器）は、各磁力線３０２に沿ってサイクロトロン運動をしながら移動してきた２次電子３００をそれぞれ検出できる。一方、マルチビーム２０は、加速電圧が大きいために、２次電子３００よりも運動エネルギーがはるかに大きい。よって、磁力線３０２に引っ張られることなく、基板１０１に向けて照射できる。
【００４１】
図１０は、実施の形態１における２次電子のエネルギー分布の一例を示す図である。図１０では、縦軸に２次電子数、横軸にエネルギーを示す。図１０に示すエネルギー分布から、基板１０１から放出される２次電子３００は、絶縁物面から最も２次電子数が多いピーク値の約１ｅＶのエネルギーをもち、配線等の金属面から最も２次電子数が多いピーク値の約２ｅＶのエネルギーを持っていると想定できる。ここでは、２次電子３００は、約２ｅＶのエネルギーを持っている場合を想定する。ポールピース１５の形状とコイル１３の励磁電流を適切に設定することで、図９の例では、基板１０１面上（中実部分１４上面）での磁束密度を２Ｔ、検出器２２２の検出面（中空部分１６の底面）での磁束密度を１Ｔに設定している。また、加速電圧を５０ｋＶ、マルチビーム２０の本数を１９６本、各ビームの間隔（ピッチ）を５μｍとする。図９の例において、ポールピース１５は、飽和磁束密度が高いパーメンジュールを材料として用いている。ここで、２次電子３００のサイクロトロン運動のラーマー半径ｒは、２次電子３００の質量ｍ（例えば９．１×１０−３１ｋｇ）、２次電子３００の速度ｖ（ｍ／ｓ）、素電荷ｅ（例えば１．６×１０−１９Ｃ）、及び磁束密度Ｂ（Ｔ）を用いて、次の式（１）で定義できる。
（１）  ｒ＝ｍ・ｖ／（ｅ・Ｂ）
【００４２】
また、２次電子３００の速度ｖは、電子のエネルギー（例えばＪ＝６．３×１０１８ｅＶ）及び２次電子３００の質量ｍを用いて、次の式（２）で定義できる。
（２）  ｖ＝（２Ｅ／ｍ）０．５
【００４３】
基板１０１から放出される２次電子３００の磁力線３０２と直交する方向のエネルギーを１ｅＶ（全エネルギーの半分）とすると、各位置でのラーマー半径ｒは、基板１０１面上で１．７μｍ、検出器２２２の検出面で３．４μｍとなる。よって、基板１０１から放出される２次電子３００は、基板１０１面上でマルチビーム２０のビーム間ピッチ（５μｍ）よりも小さい円周軌道（ラーマー半径ｒ×２＝３．４μｍ）で回転することがわかる。よって、マルチビーム２０のビーム毎に、２次電子３００は別々の軌道を通って検出器２２２に向かわせる（導く）ことができる。言い換えれば、ビーム間で２次電子３００が交わることがないようにできる。さらに言い換えれば、ビーム間で２次電子３００を混在（干渉）させないようにできる。よって、ビームの照射位置毎に画像データを得ることができる。なお、同時期に同じ照射位置（１点）から複数の２次電子３００（２次電子群）が放出される場合でも、同じ照射位置から放出される２次電子群は同じ磁力線３０２に巻き付きながらサイクロトロン運動を行うので、照射位置間の２次電子群が交わることがないようにできる。
【００４４】
実施の形態１では、図８に示すように、中空部分１６と中実部分１４との間に形成される磁力線３０２に直交する中空部分１６の断面の面積Ｓ２が、中実部分１４の上面の面積Ｓ１よりも大きくなるようにポールピース１５を形成する。これにより、上述したように、基板１０１面上（中実部分１４上面）での磁束密度（例えば２Ｔ）に比べて、検出器２２２の検出面（中空部分１６の底面）での磁束密度（例えば１Ｔ）を低くできる。これにより、検出面での異なるビームに起因する２次電子３００同士間のピッチを大きくできる。例えば、磁束密度が１／２になり磁力線間ピッチが２倍になれば、検出面での２次電子３００同士間のピッチもビーム間ピッチの２倍にできる。よって、１つのビームに対応する２次電子３００あたりの検出器２２２の電子増倍素子の数を多くすることができ、解像度を向上させることができる。
【００４５】
図１１は、実施の形態１における検出器の断面構成を示す構成図の一例である。図１１において、検出器２２２は、電子増倍素子アレイプレート２２４（ＭＣＰ：マイクロチャンネルプレート）と、電子増倍素子アレイプレート２２４の２次側に配置される蛍光板２２６と、蛍光板２２６の２次側に配置される複数の光ファイバ２２８とを有する。電子増倍素子アレイプレート２２４には、複数の電子増倍素子２２３が配置される。磁力線３０２の回りをサイクロトロン運動しながら移動してきた２次電子３００は、複数の電子増倍素子２２３が並ぶ検出面２２５に入射する。検出面２２５に入射された２次電子３００は、対応する電子増倍素子２２３に検出され、強度が倍増され、出力される。電子増倍素子アレイプレート２２４から出力された２次電子３０４は、蛍光板２２６に衝突して発光する。発光された２次電子３００の光３０６は、発光した位置に対応する光ファイバ２２８によって検出回路１０６に伝搬される。これにより、検出回路１０６は、ビーム毎に、当該ビームに起因した２次電子３００の画像データを得ることができる。
【００４６】
図１２は、実施の形態１における電子増倍素子アレイプレートの検出面の形状の一例を示す図である。２次電子検出器２２２を構成する電子増倍素子アレイプレート２２４の検出面２２５は、磁力線３０２と直交する方向に合わせて、図１２に示すように、例えば、円錐台の斜面状に形成されると好適である。かかる形状により、対物レンズ２０７の中実部分１４の上面と中空部分１６の底面との間に生じるいずれの磁力線３０２についても検出面２２５を直交するように通過させることができる。同様に、蛍光板２２６の表面も磁力線３０２と直交する方向に合わせて、図１２に示すように、例えば、円錐台の斜面状に形成されると好適である。但し、電子増倍素子アレイプレート２２４の厚さ分だけ円錐台斜面の半径が大きくなることは言うまでもない。
【００４７】
図１３は、実施の形態１における１次電子ビームの位置と２次電子の検出位置との関係の一例を示す図である。図１３（ａ）に示すように、複数の電子増倍素子２２３が検出面２２５に沿って各高さ位置にて中心軸１１と回転対称に配置される。各高さ位置では、周長が異なるため、配列される電子増倍素子２２３の数が異なる。よって、円錐台斜面の上部（半径が小さい方の斜面）側になればなるほど、電子増倍素子２２３の数が少なくなり、円錐台斜面の下部（半径が大きい方の斜面）側になればなるほど、電子増倍素子２２３の数が多くなる。図１３（ｃ）には、マルチビーム２０の各ビーム（１次電子ビーム）が照射される基板１０１面上の位置を示している。図１３（ｃ）の例では、中実部分１４の中心軸１１を中心にｘ，ｙ座標系が構成される。中心軸１１に近い中心部に照射されたビーム２０ａに起因して放出された２次電子３００は、磁力線３０２に沿って、図１３（ａ）に示すように、電子増倍素子アレイプレート２２４の検出面２２５上では、円錐台斜面の上部（半径が小さい方の斜面）の電子増倍素子２２３ａにて検出される。中心軸１１から遠い外周部に照射されたビーム２０ｃに起因して放出された２次電子３００は、磁力線３０２に沿って、図１３（ａ）に示すように、電子増倍素子アレイプレート２２４の検出面２２５上では、円錐台斜面の下部（半径が大きい方の斜面）の電子増倍素子２２３ｃにて検出される。中心軸１１と外周部との中間部に照射されたビーム２０ｂに起因して放出された２次電子３００は、磁力線３０２に沿って、図１３（ａ）に示すように、電子増倍素子アレイプレート２２４の検出面２２５上では、円錐台斜面の中間高さ位置の電子増倍素子２２３ｂにて検出される。よって、中心軸１１に近い中心部に照射されたビーム２０ａに起因して放出された２次電子３００に起因する光３０６ａは、図１３（ｂ）に示すように、蛍光板２２６表面上では、円錐台斜面の上部（半径が小さい方の斜面）で発光する。中心軸１１から遠い外周部に照射されたビーム２０ｃに起因して放出された２次電子３００に起因する光３０６ｃは、蛍光板２２６表面上では、円錐台斜面の下部（半径が大きい方の斜面）で発光する。中心軸１１と外周部との中間部に照射されたビーム２０ｂに起因して放出された２次電子３００に起因する光３０６ｂは、円錐台斜面の中間高さ位置で発光する。
【００４８】
なお、中心軸１１と同心円上にある角度ずれて照射されたビーム２０に起因して放出された２次電子３００については、電子増倍素子アレイプレート２２４の検出面２２５上では、それぞれ同じ高さ位置に並ぶ中心軸１１から同じ角度ずれた電子増倍素子２２３にて検出されると共に、蛍光板２２６表面上では、それぞれ同じ高さの中心軸１１から同じ角度ずれた位置で発光する。
【００４９】
図１４は、実施の形態１における光ファイバの配置構成の一例を示す図である。図１４に示すように、複数の光ファイバ２２８は、円錐台斜面状に形成された蛍光板２２６の出力面のうち、各電子増倍素子２２３に対応する発光位置に配置される。言い換えれば、複数の光ファイバ２２８は、中心軸１１に対して回転対称に配置される。
【００５０】
図１５は、実施の形態１と比較例とにおける１次電子ビームの照射位置を説明するための図である。実施の形態１の比較例では、２次電子を磁力線に沿ってサイクロトロン運動させる環境に構成されていないので、２次電子を検出器に導くために、検出器の検出面と基板面との間に電子差を生じさせる電界を形成している。そのため、図１５（ａ）に示すように、基板面に凹凸が存在する場合に、凹凸に起因した電界の歪みが生じて、入射するマルチビーム２０（１次電子ビーム）のうち、軌道がずれてしまうビームが存在してしまう。よって、正確な位置を測定することが困難になってしまう。これに対して、実施の形態１では、２次電子を磁力線に沿ってサイクロトロン運動させながら検出器２２２に導くために、検出器２２２の検出面２２５と基板１０１面との間に電子差を生じさせる電界を形成する必要がない。そのため、図１５（ｂ）に示すように、基板面に凹凸が存在する場合でも、入射するマルチビーム２０（１次電子ビーム）の軌道を妨げず、正確な位置に各ビームを照射できる。よって、放出される２次電子３００の位置も正確な入射位置から放出されるので、高精度な画像データを得ることができる。
【００５１】
マルチビームスキャン及び２次電子検出工程として、以上のように、光学画像取得部１５０は、複数の電子ビームが所定のピッチＰで配置されたマルチビーム２０を用いて、複数の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、２次電子３００を検出する。走査（スキャン）の仕方、及び２次電子３００の検出の仕方は上述した通りである。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３００の検出データは、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しない光電変換器によって光データが電気信号（アナログデータ）に変換される。そして、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、ストライプパターンメモリ１２３に格納される。そして、１つのストライプ領域或いはチップ３２分の検出データが蓄積された段階で、ストライプデータ或いは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。
【００５２】
一方、マルチビームスキャン及び２次電子検出工程と並行或いは前後して、参照画像が作成される。
【００５３】
参照画像作成工程として、展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が半導体基板の場合には、半導体基板に露光用マスクのマスクパターンを露光転写する際の基板上の露光イメージが定義された露光イメージデータに基づいて、複数の画素３６で構成されるグリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。露光イメージデータの代わりに、複数の図形パターンを基板１０１に露光転写する露光用マスクを形成するための元になる描画データ（設計データ）を用いても良い。展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、基板１０１が露光用マスクの場合には、複数の図形パターンを基板１０１に形成するための元になる描画データ（設計データ）に基づいて、複数の画素３６で構成されるグリッド２９の測定画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。光学画像は、グリッド２９単位の画像よりも解像度を粗くして、グリッド２９を１つの画素とする単位検査領域３３単位の画像を作成してもよい。かかる場合、参照画像も同様に、グリッド２９単位の画像よりも解像度を粗くして、グリッド２９を１つの画素とする単位検査領域３３単位の画像を作成すればよい。グリッド２９を１つの画素とする場合には、グリッド２９内のパターンが占める占有率を階調値にすればよい。
【００５４】
具体的には、以下のように動作する。まず、展開回路１１１は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ（或いは露光イメージデータ）を読み出し、読み出された描画データ（或いは露光イメージデータ）に定義された各照射領域３４の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。
【００５５】
ここで、描画データ（或いは露光イメージデータ）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。
【００５６】
かかる図形データとなる描画データ（或いは露光イメージデータ）が展開回路１１１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画像データを展開し、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。かかるマス目は、測定用画素３６と同サイズにすればよい。なお、グリッド２９を画素とする場合には、かかるマス目は、グリッド２９と同サイズにすればよい。
【００５７】
次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。検出回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、電子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。このようにしてグリッド２９の測定画像（光学画像）と比較する設計画像（参照画像）を作成する。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、比較回路１０８内に出力された参照画像は、それぞれ図示しないメモリに格納される。
【００５８】
次に、比較回路１０８内では、ストライプパターンメモリ１２３から送信されてきたストライプデータ（ストライプ画像）或いはチップパターンデータ（チップ画像）を、グリッド２９毎或いは単位検査領域３３毎に分割する。そして、画素３６より小さいサブ画素単位で、グリッド２９毎或いは単位検査領域３３毎に、光学画像（測定画像）と参照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。
【００５９】
そして、比較回路１０８は、当該光学画像と参照画像とを画素３６毎に比較する。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、メモリ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。グリッド２９を画素する画像の場合は、画素３６をグリッド２９と読み替えればよい。
【００６０】
以上のように、実施の形態１によれば、検査対象基板の凹凸に関わらず高精度な位置に電子ビームを入射できる。よって、高精度な位置の画像を検出できる。その結果、疑似欠陥を低減させた高精度なパターン検査ができる。
【００６１】
図１６は、実施の形態１における検出器の断面形状の他の一例を示す図である。図１１では、検出器２２２の検出面２２５の断面が円錐台斜面に沿って直線の場合を説明したが、これに限るものではなく、その他の形状であってもよい。例えば、図１６の例では、磁力線の方向に直交する面ではなく、検出器２２２の検出面２２５の断面が曲線形状であっても良い。或いは、磁力線の方向に直交する面ではなく、中実部分１４の上面と例えば平行する検出面２２５をもつように構成されてもよい。
【００６２】
図１７は、実施の形態１におけるポールピースの断面形状の他の一例を示す図である。図１１では、ポールピース１５の中空部分１６の底面が、円錐台斜面の場合について説明したが、これに限るものではなく、その他の形状であってもよい。例えば、図１７の例では、中空部分１６の底面が、中実部分１４の上面と例えば平行な面であっても良い。
【００６３】
図１８は、実施の形態１におけるステージの配置構成の他の一例を示す図である。図１１では、ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが基板１０１の下面を支持する場合について説明したが、これに限るものではなく、その他の支持態様であってもよい。例えば、図１８の例では、ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが基板１０１の上面端部を支持する。かかる場合、ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが基板１０１の上面端部を静電チャックを用いて支持すればよい。或いは、ＸＹステージ１０５ａ，１０５ｂが基板１０１の端部を両側面側から抑え込むように支持してもよい。
【００６４】
図１９は、実施の形態１におけるポールピースのスリットの配置構成の他の一例を示す図である。図１１では、光ファイバ２２８のポールピース１５からの取り出しに１つのスリット６を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、その他の場合であってもよい。例えば、図１９の例では、検出器２２２の配置高さ付近のポールピース１５の側面部分１２に２以上の複数のスリット６，８を形成してもよい。そして、複数の光ファイバ２２８は、その配置位置に応じて、複数のスリット６，８の中から取り出し易い位置（例えば、一番近い位置）のスリットを通して外部と接続してもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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。例えば、ポールピース１５の材料について、上述したパーメンジュールの他、純鉄等の飽和磁束密度の高い他の材料を用いても好適である。
【００６７】
また、図１０の例では、加速電圧を５０ｋＶ、マルチビーム２０の本数を１９６本、各ビームの間隔（ピッチ）を５μｍとする場合について説明したが、これに限るものではなく、その他の場合であってもよい。
【００６８】
また、図１１の例では、検出器２２２の構成として、光ファイバ２２８を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、その他の場合であってもよい。例えば、光ファイバ２２８の代わりに２次元ＰＤＳ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）といった光電変換素子とその２次側に接続される電線とを用いてもよい。
【００６９】
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。
【００７０】
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電子ビーム画像検出装置、電子ビーム画像検出方法、パターン検査装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７１】
２，４，６，８  スリット
１０  底面部分
１１  中心軸
１２  側面部分
１３  コイル
１４  中実部分
１５  ポールピース
１６  中空部分
１８  上面部分
２０  マルチビーム
２２  穴
２４，２６  電極
２５  通過孔
２９  グリッド
３０  検査領域
３２  チップ
３３  単位検査領域
３４  照射領域
２８，３６  画素
４１  制御回路
４７  個別ブランキング機構
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
１１１  展開回路
１１２  参照回路
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  ストライプパターンメモリ
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  ステージ駆動機構
１５０  光学画像取得部
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部材
２０４  ブランキングアパーチャアレイ機構
２０５  縮小レンズ
２０６  制限アパーチャ部材
２０７  対物レンズ
２０８  偏向器
２１６  ミラー
２２２  検出器
２２３  電子増倍素子
２２４  電子増倍素子アレイプレート
２２５  検出面
２２６  蛍光板
２２８  光ファイバ
３００  ２次電子
３０２  磁力線
３０４  ２次電子
３０６  光
【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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