特開 2024-44936 マルチ電子ビームの調整方法及びマルチ電子ビーム検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024044936

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】マルチ電子ビームの調整方法及びマルチ電子ビーム検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/04 20060101AFI20240326BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20240326BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20240326BHJP

   H01J 37/141 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

H01J37/04 A

H01J37/22 502L

H01J37/147 B

H01J37/141

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022150770

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】三上 翔平

(72)【発明者】

【氏名】安藤 厚司

(72)【発明者】

【氏名】井上 和彦

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA03

5C101EE03

5C101EE04

5C101EE06

5C101EE14

5C101EE22

5C101EE23

5C101EE26

5C101EE32

5C101EE38

5C101EE42

5C101EE47

5C101EE48

5C101EE51

5C101EE59

5C101EE65

5C101EE67

5C101EE78

5C101FF02

5C101FF04

5C101FF48

5C101FF56

5C101FF59

5C101GG04

5C101GG10

5C101GG18

5C101GG19

5C101GG28

5C101GG37

5C101GG49

5C101HH11

5C101HH24

5C101HH25

5C101HH43

5C101HH68

(57)【要約】

【目的】マルチ１次電子ビームの軌道から分離されたマルチ２次電子ビームの軌道上の偏向器の中心位置付近にマルチ２次電子ビームの中間像面を形成するように偏向器よりも上流側のレンズを調整可能な方法を提供する。
【構成】本発明の一態様のマルチ電子ビームの調整方法は、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、取得されたマルチ２次電子ビームの代表ビームの複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビームの代表ビームに関する特徴量を抽出する工程と、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に抽出されたマルチ２次電子ビームに関する複数の特徴量を用いて所定の条件に合う特徴量が得られる第１のレンズの第１の入力値と第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する工程と、決定された組み合わせの第１の入力値を第１のレンズに設定し、決定された組み合わせの第２の入力値を第２のレンズに設定する工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチ１次電子ビームで基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを前記マルチ１次電子ビームから分離する分離器と前記基板との間に配置され、マルチ１次電子ビームで前記基板を照射する第１と第２のレンズのうち、前記分離器側に配置される前記第１のレンズの第１の入力値を可変に設定する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値毎に、前記第１のレンズの第１の入力値による前記第１のレンズのレンズ作用が生じている状態で、前記マルチ１次電子ビームの代表ビームが前記基板に結像するように前記第２のレンズの第２の入力値を調整する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、前記分離器により前記マルチ１次電子ビームの軌道上から分離され、偏向器で偏向され、第３のレンズで集束方向に屈折させられた前記マルチ２次電子ビームの代表ビームをカメラで撮像することにより前記マルチ２次電子ビームの代表ビームの複数の形状を取得する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、取得された前記マルチ２次電子ビームの代表ビームの複数の形状に基づいて、前記マルチ２次電子ビームの代表ビームに関する特徴量を抽出する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に抽出された前記マルチ２次電子ビームに関する複数の特徴量を用いて所定の条件に合う特徴量が得られる前記第１のレンズの第１の入力値と前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する工程と、
決定された組み合わせの第１の入力値を前記第１のレンズに設定し、決定された組み合わせの第２の入力値を前記第２のレンズに設定する工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビームの調整方法。

【請求項2】

前記特徴量として、前記第３のレンズにより前記マルチ２次電子ビームの代表ビームを前記カメラに導く場合における直交する２方向の一方にビーム径が他の第３の入力値より小さくなる前記第３のレンズの第３の入力値と前記２方向の他方にビーム径が他の第３の入力値より小さくなる前記第３のレンズの第３の入力値との差が用いら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の調整方法。

【請求項3】

前記特徴量として、前記第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する場合に、前記カメラで撮像される前記マルチ２次電子ビームの代表ビームの真円性が他の第３の入力値より高くなる第３の入力値で撮像された前記マルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径が用いら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の調整方法。

【請求項4】

設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、前記第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ前記第３のレンズの前記第３の入力値毎に、前記偏向器に印加する電位を変化させて前記マルチ２次電子ビームの代表ビームの偏向方向を確認する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ前記第３のレンズの前記第３の入力値毎に、前記偏向方向と前記偏向方向に直交する方向との前記マルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径を抽出する工程と、
をさらに備え、
前記特徴量を抽出する工程は、設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、可変に設定された前記第３の入力値のうち、前記偏向方向のビーム径が最小になる前記第３のレンズの第３の入力値と前記偏向方向に直交する方向のビーム径が最小になる前記第３のレンズの第３の入力値との差分を算出し、算出された差分を前記特徴量として抽出し、
前記組み合わせを決定する工程は、抽出された複数の差分の最小値から所定の範囲内の差分が得られる前記第１のレンズの第１の入力値と前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する、
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の調整方法。

【請求項5】

設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、前記第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する工程と、
設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ前記第３のレンズの前記第３の入力値毎に、前記マルチ２次電子ビームの代表ビームの長径と短径との差分若しくは比を抽出する工程と、
をさらに備え、
前記特徴量を抽出する工程は、設定された前記第１のレンズの第１の入力値と調整された前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、可変に設定された前記第３の入力値のうち、前記長径と短径との差分が最小となる第３の入力値、若しくは前記長径と短径との比が１に最も近くなる第３の入力値における前記マルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径を前記特徴量として抽出し、
前記組み合わせを決定する工程は、抽出された複数のビーム径の最小値から所定の範囲内のビーム径が得られる前記第１のレンズの第１の入力値と前記第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する、
ことを特徴とする請求項１又は３記載のマルチ電子ビームの調整方法。

【請求項6】

前記ビーム径として、長径と短径の一方を用いることを特徴とする請求項５記載のマルチ電子ビームの調整方法。

【請求項7】

決定された組み合わせの前記第１と第２の入力値が前記第１と第２のレンズにそれぞれ設定された状態で、マルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器に、マルチ１次電子ビームで基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを導く工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビームの調整方法。

【請求項8】

請求項１記載のマルチ電子ビームの調整方法により調整された前記第１のレンズと前記第２のレンズと、
請求項１記載の分離器と、
請求項１記載の偏向器と、
請求項１記載の第３のレンズと、
請求項１記載のマルチ検出器と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチ電子ビームの調整方法及びマルチ電子ビーム検査装置に関する。例えば、マルチ１次電子ビームの照射に起因した２次電子画像を用いてパターン検査するマルチビーム検査装置に関する。

【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ためにも、高精度な画像を撮像する必要がある。

【0003】

検査装置では、例えば、電子ビームを使ったマルチ１次電子ビームで検査対象基板を走査して、検査対象基板から放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームの軌道から分離する。そして、分離されたマルチ２次電子ビームを検出器に導く（例えば特許文献１参照）。そして、マルチ２次電子ビームを検出器で検出して、パターン画像を撮像する。マルチ２次電子ビームをマルチ検出器に導くためには、分離されたマルチ２次電子ビームをさらに偏向器で偏向することが行われる。ここで、マルチ検出器で各２次電子ビームの画像を撮像するためには、マルチ検出器の検出面上において、マルチ２次電子ビームが互いに分離している必要がある。そのためには、偏向器の中心位置付近にマルチ２次電子ビームの中間像面を形成することが求められる。

【0004】

しかしながら、従来、偏向器の中心位置付近にマルチ２次電子ビームを結像する具体的な手法がなく、例えばシミュレーションによりレンズの調整を行っていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－１３２８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明の一態様は、マルチ１次電子ビームの軌道から分離されたマルチ２次電子ビームの軌道上の偏向器の中心位置付近にマルチ２次電子ビームの中間像面を形成するように偏向器よりも上流側のレンズを調整可能な方法及び装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様のマルチ電子ビームの調整方法は、
マルチ１次電子ビームで基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームをマルチ１次電子ビームから分離する分離器と基板との間に配置され、マルチ１次電子ビームで基板を照射する第１と第２のレンズのうち、分離器側に配置される第１のレンズの第１の入力値を可変に設定する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値毎に、第１のレンズの第１の入力値による第１のレンズのレンズ作用が生じている状態で、マルチ１次電子ビームの代表ビームが基板に結像するように第２のレンズの第２の入力値を調整する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、分離器によりマルチ１次電子ビームの軌道上から分離され、偏向器で偏向され、第３のレンズで集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビームの代表ビームをカメラで撮像することによりマルチ２次電子ビームの代表ビームの複数の形状を取得する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、取得されたマルチ２次電子ビームの代表ビームの複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビームの代表ビームに関する特徴量を抽出する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に抽出されたマルチ２次電子ビームに関する複数の特徴量を用いて所定の条件に合う特徴量が得られる第１のレンズの第１の入力値と第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する工程と、
決定された組み合わせの第１の入力値を第１のレンズに設定し、決定された組み合わせの第２の入力値を第２のレンズに設定する工程と、
を備えたことを特徴とする。

【0008】

また、特徴量として、第３のレンズによりマルチ２次電子ビームの代表ビームをカメラに導く場合における直交する２方向の一方にビーム径が他の第３の入力値より小さくなる第３のレンズの第３の入力値と２方向の他方にビーム径が他の第３の入力値より小さくなる第３のレンズの第３の入力値との差が用いられると好適である。

【0009】

或いは、特徴量として、第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する場合に、カメラで撮像されるマルチ２次電子ビームの代表ビームの真円性が他の第３の入力値より高くなる第３の入力値で撮像されたマルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径が用いられると好適である。

【0010】

また、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ第３のレンズの第３の入力値毎に、偏向器に印加する電位を変化させてマルチ２次電子ビームの代表ビームの偏向方向を確認する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ第３のレンズの第３の入力値毎に、偏向方向と偏向方向に直交する方向とのマルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径を抽出する工程と、
をさらに備え、
特徴量を抽出する工程は、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、可変に設定された第３の入力値のうち、偏向方向のビーム径が最小になる第３のレンズの第３の入力値と偏向方向に直交する方向のビーム径が最小になる第３のレンズの第３の入力値との差分を算出し、算出された差分を特徴量として抽出し、
組み合わせを決定する工程は、抽出された複数の差分の最小値から所定の範囲内の差分が得られる第１のレンズの第１の入力値と第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する、と好適である。

【0011】

或いは、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、第３のレンズの第３の入力値を可変に設定する工程と、
設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、かつ第３のレンズの第３の入力値毎に、マルチ２次電子ビームの長径と短径との差分若しくは比を抽出する工程と、
をさらに備え、
特徴量を抽出する工程は、設定された第１のレンズの第１の入力値と調整された第２のレンズの第２の入力値の組み合わせ毎に、可変に設定された第３の入力値のうち、長径と短径との差分が最小となる第３の入力値、若しくは長径と短径との比が１に最も近くなる第３の入力値におけるマルチ２次電子ビームの代表ビームのビーム径を特徴量として抽出し、
組み合わせを決定する工程は、抽出された複数のビーム径の最小値から所定の範囲内のビーム径が得られる第１のレンズの第１の入力値と第２のレンズの第２の入力値の組み合わせを決定する、と好適である。

【0012】

また、ビーム径として、長径と短径の一方を用いると好適である。

【0013】

また、決定された組み合わせの第１と第２の入力値が第１と第２のレンズにそれぞれ設定された状態で、第３のレンズを用いて、マルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器に、マルチ１次電子ビームで基板が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビームを導く工程をさらに備えると好適である。

【0014】

本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査装置は、
上述したマルチ電子ビームの調整方法により調整された第１のレンズと第２のレンズと、
上述した分離器と、
上述した偏向器と、
上述した第３のレンズと、
上述したマルチ検出器と、
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様によれば、マルチ１次電子ビームの軌道から分離されたマルチ２次電子ビームの軌道上の偏向器の中心位置付近にマルチ２次電子ビームの中間像面を形成するように偏向器よりも上流側のレンズを調整できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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における画像取得処理を説明するための図である。

【図5】実施の形態１におけるビーム調整回路内の構成の一例を示すブロック図である。

【図6】実施の形態１におけるマルチ電子ビーム調整方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。

【図7】実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の一例を示す上面図である。

【図8】実施の形態１におけるフォーカス調整方法の一例を示す図である。

【図9】実施の形態１における２次電子光学系の一例を示す図である。

【図10】実施の形態１における偏向方向の確認手法の一例を説明するための図である。

【図11】実施の形態１における特徴量の抽出手法を説明するための図である。

【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２におけるビーム調整回路内の構成の一例を示すブロック図である。

【図14】実施の形態２におけるマルチ電子ビーム調整方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。

【図15】実施の形態２における特徴量の抽出手法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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、画像取得装置は、検査装置に限るものではなく、マルチビームを用いて画像を取得する装置であれば構わない。

【0018】

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、マルチ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、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、ビーム選択アパーチャ基板２０４、駆動回路２１５、電磁レンズ２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、Ｅ×Ｂ分離器２１４（分離器）、電磁レンズ２１７（第１のレンズ）、電磁レンズ２０７（第２のレンズ）、偏向器２０８，２０９、検出器２１９、偏向器２１８、偏向器２２５、電磁レンズ２２４（第３のレンズ）、検出器アパーチャアレイ基板２２３、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

【0019】

電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、ビーム選択アパーチャ基板２０４、電磁レンズ２０５、一括偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、Ｅ×Ｂ分離器２１４（分離器）、電磁レンズ２１７、電磁レンズ２０７、偏向器２０８，２０９によって１次電子光学系１５１（照明光学系）を構成する。また、電磁レンズ２０７，２１７、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、偏向器２２５、及び電磁レンズ２２４によって２次電子光学系１５２（検出光学系）を構成する。

【0020】

マルチ検出器２２２は、アレイ状（格子状）に配置される複数の検出エレメントを有する。検出器アパーチャアレイ基板２２５には、複数の検出エレメントの配列ピッチで複数の開口部が形成される。複数の開口部は、例えば、円形に形成される。各開口部の中心位置は、対応する検出エレメントの中心位置に合わせて形成される。また、開口部のサイズは、検出エレメントの電子検出面の領域サイズよりも小さく形成される。

【0021】

また、カメラ２２６が一時的に２次電子光学系１５２内に配置される。カメラ２２６には、例えば、ＤＤＤ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いると好適である。カメラ２２６は、マルチ検出器２２２の代わりに、電磁レンズ２２４とマルチ検出器２２２との間の位置、或いはマルチ検出器２２２の位置に配置される。検査対象の基板１０１のパターンを撮像する際には、カメラ２２６は取り外され、マルチ検出器２２２が配置される。

【0022】

検査室１０３内には、少なくともＸＹ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。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ１０５に配置される。また、ステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。また、ステージ１０５上には、基板１０１面と同一高さ位置に配置されたマーク１１１が配置される。マーク１１１には、例えば、十字パターンが形成される。

【0023】

また、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。

【0024】

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１３０、Ｅ×Ｂ分離器制御回路１３２、ビーム調整回路１３４、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１４４，１４６，１４７，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、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。ＤＡＣアンプ１４７は、偏向器２２５に接続される。

【0025】

また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータの様な駆動系が構成され、ＸＹθ方向にステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、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２０の光軸に直交する面に対して、１次座標系のＸ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

【0026】

電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２１７、電磁レンズ２０７、及び電磁レンズ２２４は、レンズ制御回路１２４により制御される。また、一括偏向器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。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。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。また、偏向器２２５は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４７を介して偏向制御回路１２８により制御される。

【0027】

偏向器２１８（ベンダー）は、例えば、円弧状に曲がった筒状に形成された電極により構成され、ＤＡＣアンプ１４８を介して偏向制御回路１２８により制御される。或いは、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により制御されるように構成しても構わない。

【0028】

リターディング制御回路１３０（電位印加回路）は、基板１０１に所望のリターディング電位を印加して、基板１０１に照射されるマルチ１次電子ビーム２０のエネルギーを調整する。

【0029】

Ｅ×Ｂ分離器２１４は、Ｅ×Ｂ分離器制御回路１３２により制御される。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。成形アパーチャアレイ基板２０３には、マルチ１次電子ビームを形成するマルチビーム形成機構の一例となる。

【0033】

画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビームを用いて、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。

【0034】

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。

【0035】

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の各ビームの中間像面（像面共役位置：Ｉ．Ｉ．Ｐ．）の高さ位置に配置されたＥ×Ｂ分離器２１４に進む。そして、Ｅ×Ｂ分離器２１４を通過して、電磁レンズ２１７，２０７に進む。また、マルチ１次電子ビーム２０のクロスオーバー位置付近に、通過孔が制限された制限アパーチャ基板２１３を配置することで、散乱ビームを遮蔽できる。また、一括偏向器２１２によりマルチ１次電子ビーム２０全体を一括して偏向して、マルチ１次電子ビーム２０全体を制限アパーチャ基板２１３で遮蔽することにより、マルチ１次電子ビーム２０全体をブランキングできる。

【0036】

マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２１７，２０７（２段の対物レンズ）に入射すると、電磁レンズ２１７は、マルチ１次電子ビーム２０を屈折すると共に、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に結像する。言い換えれば、電磁レンズ２１７，２０７は、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１を照射する。このように、１次電子光学系１５１は、基板１０１にマルチ１次電子ビーム２０を照明する。

【0037】

電磁レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）たマルチ１次電子ビーム２０は、偏向器２０８及び偏向器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。このように、１次電子光学系１５１は、基板１０１にマルチ１次電子ビーム２０を照明する。

【0038】

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。マルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応する２次電子ビームが放出される。

【0039】

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２０７，２１７を通って、Ｅ×Ｂ分離器２１４に進む。

【0040】

Ｅ×Ｂ分離器２１４は、マルチ２次電子ビーム３００をマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離する。

【0041】

Ｅ×Ｂ分離器２１４は、コイルを用いた４極以上の複数の磁極（電磁偏向コイル）と、４極以上の複数の電極（静電偏向電極）とを有する。例えば、９０°ずつ位相をずらした複数の磁極と、９０°ずつ位相をずらした複数の電極とが配置される。また、複数の磁極と複数の電極とが４５°ずつ位相をずらして交互に配置される。配置の仕方はこれに限るものではない。複数の磁極と複数の電極とが同じ位相に重なって配置されても構わない。Ｅ×Ｂ分離器２１４でマルチ２次電子ビーム３００を偏向することで分離作用を生じさせる。Ｅ×Ｂ分離器２１４では、複数の磁極によって指向性の磁界を発生させる。同様に、複数の電極によって指向性の電界を発生させる。具体的には、Ｅ×Ｂ分離器２１４は、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（軌道中心軸）に直交する面上において電界Ｅと磁界Ｂ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。Ｅ×Ｂ分離器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ＦＥと磁界による力ＦＢ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、Ｅ×Ｂ分離器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ＦＥと磁界による力ＦＢがどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は所定の方向に偏向されることによって斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離する。

【0042】

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、２次電子光学系１５２によってマルチ検出器２２２に導かれる。具体的には、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によって偏向されることにより、さらに曲げられ、電磁レンズ２２４に進む。そして、マルチ２次電子ビーム３００は、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から離れた位置で電磁レンズ２２４によって、集束方向に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（マルチ２次電子ビーム検出器）は、マルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。言い換えれば、マルチ検出器２２２は、屈折させられ、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、複数の検出エレメント（例えば図示しないダイオード型の２次元センサ）を有する。そして、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームは、マルチ検出器２２２の検出面において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームに対応する検出エレメントに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号は、検出回路１０６に出力される。

【0043】

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（半導体ウェハ）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。

【0044】

図４は、実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。図４に示すように、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。例えば、－ｘ方向にステージ１０５を移動させながら、相対的にｘ方向にストライプ領域３２のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の矩形領域３３に分割される。対象となる矩形領域３３へのビームの移動は、２段の偏向器２０８，２０９（静電偏向器）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。

【0045】

図４の例では、例えば、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。照射領域３４が、マルチ１次電子ビーム２０の視野となる。そして、マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０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内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。各１次電子ビーム１０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１次電子ビーム１０は、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。２段の偏向器２０８，２０９は、マルチ１次電子ビーム２０を一括して偏向することにより、パターンが形成された基板１０１面上をマルチ１次電子ビーム２０で走査する。言い換えれば、サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、２段の偏向器２０８，２０９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１次電子ビーム１０で１つのサブ照射領域２９内を順に照射していく。

【0046】

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の例では、照射領域３４が矩形領域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が矩形領域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を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。そして、１つのサブ照射領域２９のスキャンが終了したら、２段の偏向器２０８，２０９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照射位置が同じストライプ領域３２内の隣接する矩形領域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２段の偏向器２０８，２０９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照射領域３４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１０の照射によってサブ照射領域２９毎のスキャン動作および２次電子画像の取得が行われる。これらのサブ照射領域２９毎の２次電子画像を組み合わせることで、矩形領域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。また、実際に画像比較を行う場合には、各矩形領域３３内のサブ照射領域２９をさらに複数のフレーム領域３０に分割して、フレーム領域３０毎の測定画像となるフレーム画像３１について比較することになる。図４の例では、１つの１次電子ビーム１０によってスキャンされるサブ照射領域２９を例えばｘ，ｙ方向にそれぞれ２分割することによって形成される４つのフレーム領域３０に分割する場合を示している。

【0047】

また、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２段の偏向器２０８，２０９によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、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２２５は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。言い換えれば、偏向器２２５は、マルチ１次電子ビーム２０を用いた走査により変動するマルチ検出器２２２の検出面上でのマルチ２次電子ビーム３００の位置をマルチ２次電子ビームの振り戻し偏向により不動にする。これにより、各２次電子ビームがマルチ検出器２２２の対応する検出エレメントにて検出されることができる。なお、偏向器２２５は、１段の偏向器に限らず、偏向器２０８，２０９と同様、２段の偏向器により構成しても好適である。

【0048】

ここで、上述したように、分離されたマルチ２次電子ビーム３００を偏向器２１８でさらに偏向した上でマルチ検出器２２２に導く。マルチ検出器２２２で各２次電子ビームの画像を撮像するためには、マルチ検出器２２２の検出面上において、マルチ２次電子ビーム３００が互いに分離している必要がある。そのためには、偏向器２１８の中心位置（偏向支点）にマルチ２次電子ビーム３００の中間像面を形成することが求められる。偏向器２１８の中心位置は、偏向器２１８内のビーム軌道の距離の１／２の距離の位置、言い換えれば、偏向器２１８内のビーム軌道の中間位置（中央位置）に相当する。マルチ２次電子ビーム３００の結像（中間像面の形成）は、マルチ１次電子ビーム２０からの分離前の軌道上に配置された電磁レンズ２１７によって行われる。

【0049】

偏向器２１８の中心位置にマルチ２次電子ビーム３００を結像させることにより、偏向器２１８による偏向収差を最小にできる。これにより、マルチ検出器２２２の検出面上において、マルチ２次電子ビーム３００を互いに分離できる。逆に、偏向器２１８による偏向収差を最小にできる位置にマルチ２次電子ビーム３００を結像できれば、その位置が偏向器２１８の中心位置に相当する。

【0050】

そこで、実施の形態１では、マルチ２次電子ビーム３００をカメラ２２６で撮像し、得られた画像から得られる偏向収差が他の結像条件での偏向収差よりも小さくなる位置に電磁レンズ２１７でマルチ２次電子ビーム３００を結像する。以下、具体的に説明する。

【0051】

図５は、実施の形態１におけるビーム調整回路内の構成の一例を示すブロック図である。図５において、ビーム調整回路１３４内には、ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、偏向方向確認処理部６８、ビーム径抽出部７０、入力値３差分算出部７２、差分Δｄ（ｎ）算出部７４、判定部７６、判定部７８、組み合わせ決定部８０、及びレンズ設定処理部８２が配置される。ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、偏向方向確認処理部６８、ビーム径抽出部７０、入力値３差分算出部７２、差分Δｄ（ｎ）算出部７４、判定部７６、判定部７８、組み合わせ決定部８０、及びレンズ設定処理部８２といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、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、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、偏向方向確認処理部６８、ビーム径抽出部７０、入力値３差分算出部７２、差分Δｄ（ｎ）算出部７４、判定部７６、判定部７８、組み合わせ決定部８０、及びレンズ設定処理部８２に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１８若しくはビーム調整回路１３４内の図示しないメモリにその都度格納される。

【0052】

図６は、実施の形態１におけるマルチ電子ビーム調整方法の要部工程の一例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におけるマルチ電子ビーム調整方法は、ビーム選択工程（Ｓ１０２）と、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１０４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１０６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）と、偏向方向確認工程（Ｓ１１０）と、ビーム径抽出工程（Ｓ１１２）と、入力値３差分ｄ（０）算出及び抽出工程（Ｓ１１４）と、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１２６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）と、偏向方向確認工程（Ｓ１３０）と、ビーム径抽出工程（Ｓ１３２）と、入力値３差分ｄ（ｎ）算出及び抽出工程（Ｓ１３４）と、差分Δｄ（ｎ）算出工程（Ｓ１４０）と、判定工程（Ｓ１４２）と、判定工程（Ｓ１４４）と、組み合わせ決定工程（Ｓ１５０）と、対物レンズ１，２設定工程（Ｓ１５２）と、カメラ搬出／検出器設置工程（Ｓ１５４）と、２次ビームレンズ調整工程（Ｓ１５６）と、いう一連の工程を実施する。

【0053】

まず、マルチ検出器２２２の代わりに、カメラ２２６を２次電子ビームの軌道上に配置する。カメラ２２６は、電磁レンズ２２４とマルチ検出器２２２との間の２次電子ビームの軌道上に配置される。或いはカメラ２２６は、マルチ検出器２２２の配置位置に配置される。

【0054】

ビーム選択工程（Ｓ１０２）として、ビーム選択部６０は、マルチ１次電子ビーム２０の中から１本の代表ビームを選択する。具体的には、以下のように動作する。

【0055】

図７は、実施の形態１におけるビーム選択アパーチャ基板の一例を示す上面図である。図７において、ビーム選択アパーチャ基板２０４には、マルチ１次電子ビーム２０全体が通過可能な大開口１１と、１本の１次電子ビームが通過し、残りの１次電子ビームを遮蔽する小開口１３とが形成される。ビーム選択部６０は、マルチ１次電子ビーム２０の中から代表１次電子ビームとして、例えば、中心１次電子ビームを選択する。駆動回路２１５は、選択された代表１次電子ビームが小開口１３を通過する位置にビーム選択アパーチャ基板２０４を水平移動させる。これにより、マルチ１次電子ビーム２０全体のうち、代表ビームとなる中心１次電子ビームが小開口１３を通過し、残りの１次電子ビームが遮蔽される。よって、マルチ１次電子ビーム２０の中から１本の代表１次電子ビームが選択される。

【0056】

レンズ入力値１設定工程（Ｓ１０４）として、入力値１設定部６２は、電磁レンズ２１７（対物レンズ１）を励磁するための仮の入力値１（励磁値１）を設定する。仮の入力値１は、過去の実績或いはシミュレーション等により得られる予想値を含む複数の値のうちの１つを設定する。予想値を中央値として複数の値を設けると好適である。レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値１で電磁レンズ２１７を励磁する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値１の電流を電磁レンズ２１７のコイルに流す。入力値１を順に大きく或いは小さくするために、ここでは、例えば、複数の値のうち最小の値（ｎ＝０の入力値１）を設定すると好適である。

【0057】

対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１０６）として、レンズ制御回路２１４は、設定された入力値１による電磁レンズ２１７のレンズ作用が生じている状態で、マルチ１次電子ビーム２０の代表１次電子ビームが基板１０１に結像するように電磁レンズ２０７（対物レンズ２：第２のレンズ）の入力値２（第２の入力値）を調整する。例えば、以下のように動作する。入力値１による電磁レンズ２１７のレンズ作用が生じている状態で、マルチ１次電子ビーム２０の代表１次電子ビームでマーク１１１を走査する。マーク１１１の走査は、偏向器２０８，２０９でマルチ１次電子ビーム２０の代表１次電子ビームを偏向することにより行われる。かかる走査により２次電子ビーム（代表２次電子ビーム）がマーク１１１から放出される。代表２次電子ビームは、電磁レンズ２０７，２１７でレンズ作用を受け、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離される。分離された代表２次電子ビームは、偏向器２１８手前に配置された検出器２１９によって検出される。検出器２１９により検出された検出データは、図示しない検出回路に出力され、かかる検出回路によって２次電子画像が生成される。生成された２次電子画像は、レンズ制御回路１２４に出力される。

【0058】

レンズ制御回路１２４は、得られた２次電子画像を用いて、マルチ１次電子ビーム２０の代表１次電子ビームが基板１０１面（ここではマーク１１１面）で結像（フォーカス）するように入力値２を調整する。

【0059】

図８は、実施の形態１におけるフォーカス調整方法の一例を示す図である。図８では、デフォーカスされた状態（結像面がマーク面からずれている状態）で検出されたマーク１１１のパターンの像強度プロファイルとジャストフォーカスされた状態（結像面がマーク面と一致している状態）で検出されたマーク１１１のパターンの像強度プロファイルとを示している。レンズ制御回路１２４は、像強度プロファイルのパターンの立ち上がり部分の幅Ｄを抽出する。例えば、検出強度の最大値の３０％と７０％の位置での幅Ｄを抽出する。デフォーカスされた状態では、立ち上がりがなだらかとなり、ジャストフォーカスされた状態では、立ち上がりが急峻となる。立ち上がりが急峻となるほど立ち上がり部分の幅Ｄが小さくなる。そこで、レンズ制御回路１２４は、像強度プロファイルのパターンの立ち上がり部分の幅Ｄが最小となるように電磁レンズ２０７の入力値２を調整する。

【0060】

調整された入力値２は、ビーム調整回路１３４に出力され、入力値２取得部６４は、現在設定されている入力値１に関連させて、調整された入力値２を取得する。

【0061】

レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）として、入力値３設定部６６は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、電磁レンズ２２４（第３のレンズ）の入力値３（第３の入力値）を可変に設定する。ここでは、まず、仮の入力値３（励磁値３）を設定する。仮の入力値３は、カメラ２２６に代表２次電子ビームが結像するためのシミュレーション等により得られる予想値を含む複数の値のうちの１つを設定する。予想値を中央値として複数の値を設けると好適である。レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値３で電磁レンズ２２４を励磁する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値３の電流を電磁レンズ２２４のコイルに流す。

【0062】

偏向方向確認工程（Ｓ１１０）として、偏向方向確認処理部６８は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、かつ電磁レンズ２２４の入力値３毎に、偏向器２１８に印加する電位を変化させてマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームの偏向方向を確認する。具体的には、以下のように動作する。

【0063】

図９は、実施の形態１における２次電子光学系の一例を示す図である。まず、偏向方向確認処理部６８は、偏向制御回路１２８を制御して、偏向器２１８に印加する電位を変化させる。そして、カメラ２２６は、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離され、偏向器２１８で偏向され、電磁レンズ２２４で集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１を撮像する。言い換えれば、カメラ２２６は、マルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の像を撮像する。そして、偏向方向確認処理部６８は、電位変更前後におけるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の像の移動方向を確認する。

【0064】

図１０は、実施の形態１における偏向方向の確認手法の一例を説明するための図である。カメラ２２６で撮像される２次電子画像内において、電位変更前後で、図１０に示すように代表２次電子ビーム３０１の像の位置が移動する。移動方向は、電位変更前後で撮像された像の重心位置同士を結ぶ方向で定義できる。図１０の例では、電位変更前の重心１から電位変更後の重心２に向かう方向が偏向方法として確認できる。

【0065】

ビーム径抽出工程（Ｓ１１２）として、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離され、偏向器２１８で偏向され、電磁レンズ２２４で集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビームをカメラ２２６で撮像することによりマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームの複数の形状を取得する。具体的には、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、かつ電磁レンズ２２４の入力値３毎に、確認された偏向方向（ｘ方向）と偏向方向に直交する方向（ｙ方向）とのマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビームのビーム径を抽出する。

【0066】

設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、ある電磁レンズ２２４が入力値３で励磁された際の代表ビームのビーム径が抽出された後、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）に戻り、入力値３を変えた状態でレンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）からビーム径抽出工程（Ｓ１１２）までの各工程を繰り返す。

【0067】

入力値３差分ｄ（０）算出及び抽出工程（Ｓ１１４）として、入力値３差分算出部７２は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、取得されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビーム３００の代表ビーム３０１に関する特徴量を抽出する。実施の形態１では、特徴量として、電磁レンズ２２４によりマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１をカメラ２２６に導く場合における直交する２方向の一方（偏向方向）にビーム径が他の入力値３よりも小さくなる電磁レンズ２２４の入力値３と２方向の他方（偏向直交方向）にビーム径が他の入力値３よりも小さくなる電磁のレンズ２２４の入力値３との差が用いられる。具体的には、以下のように動作する。実施の形態１では、入力値３差分算出部７２は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、可変に設定された入力値３のうち、偏向方向（ｘ方向）のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３と偏向方向に直交するｙ方向のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３との差分ｄ（０）を算出し、算出された差分ｄ（０）を特徴量として抽出する。

【0068】

図１１は、実施の形態１における特徴量の抽出手法を説明するための図である。図１１の上部には、電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１のフォーカス位置を示す。ここでは、偏向器２１８に対してオーバーフォーカスした状態、ジャストフォーカスした状態、及びアンダーフォーカスした状態を示す。図１１の中央部には、オーバーフォーカスした状態、ジャストフォーカスした状態、及びアンダーフォーカスした状態の各状態において、それぞれ電磁レンズ２２４の入力値３を可変に設定した場合にそれぞれカメラ２２６で撮像されるビーム形状を示す。図１１の中央部において、横軸に電磁レンズ２１７の入力値１を示し、縦軸に電磁レンズ２２４の入力値３を示す。図１１の下部のグラフは、横軸に電磁レンズ２１７の入力値１を示し、縦軸に偏向方向（ｘ方向）のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３と偏向方向に直交するｙ方向のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３との差分（Ｌ０入力値差：入力値３差分）を示す。ｎ＝０の入力値１では、例えば、偏向器２１８にオーバーフォーカスした状態で得られる特徴量を示す。偏向器２１８にオーバーフォーカスした状態で電磁レンズ２２４の入力値３を可変に設定することで、図１１に示すように代表２次電子ビーム３０１の複数のビーム形状をカメラ２２６で撮像できる。電磁レンズ２２４の励磁値を変えることで、図１１に示すように、代表２次電子ビーム３０１の形状が扁平する。具体的には偏向方向と偏向方向に直交する方向とに短径と長径とが変化した楕円形状になる。入力値３差分算出部７２は、かかる複数の複数のビーム形状のうち、偏向方向（ｘ方向）のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３と偏向方向に直交するｙ方向のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３との差分ｄ（０）（Ｌ０入力値差）を算出する。

【0069】

レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）として、入力値１設定部６２は、Ｅ×Ｂ分離器２１４と基板１０１との間に配置された電磁レンズ２１７，２０７のうち、Ｅ×Ｂ分離器２１４側に配置される電磁レンズ２１７（対物レンズ１：第１のレンズ）の入力値１（第１の入力値）を可変に設定する。ここでは、入力値１設定部６２は、電磁レンズ２１７（対物レンズ１）を励磁するための現在設定されている入力値１（励磁値１）を変更の上、変更された値を新たに設定する。レンズ制御回路１２４は、新たに設定された仮の入力値１で電磁レンズ２１７を励磁する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、新たに設定された仮の入力値１の電流を電磁レンズ２１７のコイルに流す。仮の入力値１として、上述した複数の値のうち、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１０４）で設定された値とは異なる１つを設定する。ここでは、例えば、複数の値のうち最小の値（ｎ＝０の入力値１）からｎ番目の値（ｎ番目の入力値１）を設定すると好適である。レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）では、ｎは１以上の整数の場合を示す。

【0070】

対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１２６）として、レンズ制御回路２１４は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１毎に、入力値１による電磁レンズ２１７のレンズ作用が生じている状態で、マルチ１次電子ビーム２０の代表ビームが基板１０１に結像するように電磁レンズ２０７（対物レンズ２：第２のレンズ）の入力値２（第２の入力値）を調整する。調整の仕方は、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１０６）の場合と同様である。検出器２１９により検出された検出データは、図示しない検出回路に出力され、かかる検出回路によって２次電子画像が生成される。生成された２次電子画像は、レンズ制御回路１２４に出力される。

【0071】

レンズ制御回路１２４は、得られた２次電子画像を用いて、マルチ１次電子ビーム２０の代表ビームが基板１０１面（ここではマーク１１１面）で結像（フォーカス）するように入力値２を調整する。

【0072】

調整された入力値２は、ビーム調整回路１３４に出力され、入力値２取得部６４は、現在設定されている入力値１に関連させて、調整された入力値２を取得する。

【0073】

レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）として、入力値３設定部６６は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、電磁レンズ２２４（第３のレンズ）の入力値３（第３の入力値）を可変に設定する。仮の入力値３（励磁値３）を設定する。仮の入力値３は、上述した複数の値のうちの１つを設定する。レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）の場合と同様、予想値を中央値として複数の値を設けると好適である。レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値３で電磁レンズ２２４を励磁する。言い換えれば、レンズ制御回路１２４は、設定された仮の入力値３の電流を電磁レンズ２２４のコイルに流す。

【0074】

偏向方向確認工程（Ｓ１３０）として、偏向方向確認処理部６８は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、かつ電磁レンズ２２４の入力値３毎に、偏向器２１８に印加する電位を変化させてマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームの偏向方向を確認する。偏向方向確認工程（Ｓ１３０）の内容は、偏向方向確認工程（Ｓ１１０）と同様である。

【0075】

ビーム径抽出工程（Ｓ１３２）として、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離され、偏向器２１８で偏向され、電磁レンズ２２４で集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームをカメラ２２６で撮像することによりマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームの複数の形状を取得する。具体的には、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、かつ電磁レンズ２２４の入力値３毎に、確認された偏向方向（ｘ方向）と偏向方向に直交する方向（ｙ方向）とのマルチ２次電子ビーム３００の代表ビームのビーム径を抽出する。

【0076】

設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、ある電磁レンズ２２４が入力値３で励磁された際の代表ビームのビーム径が抽出された後、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）に戻り、入力値３を変えた状態でレンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）からビーム径抽出工程（Ｓ１３２）までの各工程を繰り返す。

【0077】

入力値３差分ｄ（ｎ）算出及び抽出工程（Ｓ１３４）として、入力値３差分算出部７２は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、取得されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビーム３００の代表ビーム３０１に関する特徴量を抽出する。入力値３差分算出部７２は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、可変に設定された入力値３のうち、偏向方向（ｘ方向）のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３と偏向方向に直交するｙ方向のビーム径が最小になる電磁レンズ２２４の入力値３との差分ｄ（ｎ）を算出し、算出された差分ｄ（ｎ）を特徴量として抽出する。

【0078】

差分Δｄ（ｎ）算出工程（Ｓ１４０）として、差分Δｄ（ｎ）算出部７４は、得られた差分ｄ（ｎ）と差分ｄ（ｎ－１）との差分Δｄ（ｎ）を算出する。

【0079】

判定工程（Ｓ１４２）として、判定部７６は、ｎが２以上かどうかを判定する。２以上の場合、判定工程（Ｓ１４４）に進む。ｎが２以上ではない場合（ｎ＝１の場合）、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）に戻り、ｎが２以上になるまで、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）から判定工程（Ｓ１４２）までの各工程を繰り返す。

【0080】

判定工程（Ｓ１４４）として、判定部７８は、差分Δｄ（ｎ）と差分Δｄ（ｎ－１）とを乗じた値Δｄ（ｎ）・Δｄ（ｎ－１）が負の値かどうかを判定する。値Δｄ（ｎ）・Δｄ（ｎ－１）が負の値ではない場合、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）に戻り、値Δｄ（ｎ）・Δｄ（ｎ－１）が負の値になるまで、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）から判定工程（Ｓ１４４）までの各工程を繰り返す。

【0081】

Δｄ（ｎ）・Δｄ（ｎ－１）が正の値の場合、図１１の下部に示すグラフにおいて、縦軸の入力値３差分ｄ（ｎ）（Ｌ０入力値差）が順に小さくなる、或いは順に大きくなる状態を示す。Δｄ（ｎ）・Δｄ（ｎ－１）が負の値になった時点で、入力値３差分ｄ（ｎ）（ＬＯ入力値差）が変曲点（ここでは最小値）を取ることになる。

【0082】

組み合わせ決定工程（Ｓ１５０）として、組み合わせ決定部８０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に抽出されたマルチ２次電子ビーム３００に関する複数の特徴量を用いて所定の条件に合う特徴量が得られる電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせを決定する。具体的には、以下のように動作する。

【0083】

まず、電磁レンズ２１７の入力値１を変えると、カメラ２２６で撮像される代表２次電子ビーム３０１の複数の形状の変化の仕方が異なる。図１１に示すように、電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１の結像位置が偏向器２１８に対してオーバーフォーカスの場合、ジャストフォーカスの場合及びアンダーフォーカスの場合について説明する。オーバーフォーカス及びアンダーフォーカスの場合には、ジャストフォーカスの場合と比べて、偏向方向（ｘ方向）の最小ビーム径が得られる電磁レンズ２２４の入力値３と偏向方向に直交する方向（ｙ方向）の最小ビーム径が得られる電磁レンズ２２４の入力値３との差が大きくなる。よって、かかる入力値３差分ｄ（ｎ）が小さい位置が電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１のジャストフォーカス位置になる。

【0084】

よって、組み合わせ決定部８０は、抽出された複数の差分（入力値３差分ｄ（ｎ））の最小値から所定の範囲内（±ΔＬ０）の差分が得られる電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせを決定する。マージンΔＬ０として、例えば、マルチ２次電子ビーム３００がカメラ位置で分離する範囲に設定すると好適である。

【0085】

なお、図１１の下部に示すグラフを得るためにプロットした複数の入力値３差分ｄ（ｎ）（Ｌ０入力値差）の値のうち１つがちょうどグラフの最小値を示すとは限らない。よって、プロットした複数の入力値３差分ｄ（ｎ）（Ｌ０入力値差）を近似したグラフ（例えば、２次関数のグラフ）の最小値を示すときの電磁レンズ２１７の入力値１と、かかる電磁レンズ２１７の入力値１にてマルチ１次電子ビーム３００を基板１０１上にフォーカスするように調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせに決定するとなお良い。

【0086】

対物レンズ１，２設定工程（Ｓ１５２）として、レンズ設定処理部８２は、決定された組み合わせの情報をレンズ制御回路１２４に出力する。レンズ制御回路１２４は、決定された組み合わせの入力値１を電磁レンズ２１７に設定し、決定された組み合わせの入力値２を電磁レンズ２０７に設定する。

【0087】

カメラ搬出／検出器設置工程（Ｓ１５４）として、カメラ２２６を取り外し、マルチ検出器２２２を設置する。また、マルチ１次電子ビーム２０全体が大開口１１を通過するようにビーム選択アパーチャ基板２０４を移動させる。

【0088】

２次ビームレンズ調整工程（Ｓ１５６）として、決定された組み合わせの入力値１，２が電磁レンズ２１７，２０７にそれぞれ設定された状態で、電磁レンズ２２４を用いて、マルチ検出器２２２に、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１が照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビーム３００を導く。具体的には、マルチ２次電子ビーム３００でマルチ検出器２２２手前に配置される検出器アパーチャアレイ基板２２３上を走査する。マルチ検出器２２２の各検出エレメントは、検出器アパーチャアレイ基板２２３の対応する開口部を通過した２次電子ビームを検出する。スキャン範囲に応じて複数の２次電子ビームが開口部上を通過するため、各検出エレメントでは、アレイ状の複数のアパーチャ像の２次電子画像が得られる。マルチ検出器２２２の各検出エレメントでアレイ状の複数のアパーチャ像が検出できるように電磁レンズ２２４の入力値３を調整する。各検出エレメントでアレイ状の複数のアパーチャ像が検出できれば、マルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２の検出面で分離できていることになる。そして、各検出エレメントで得られた２次電子画像内のアパーチャ像の強度プロファイルの立ち上がり幅Ｄが最小になる（立ち上がりが急峻になる）ように電磁レンズ２２４の入力値３を調整する。これにより、電磁レンズ２２４で、マルチ検出器２２２でマルチ２次電子ビーム３００の情報が得られるようにマルチ２次電子ビーム３００を導くことができる。

【0089】

以上のように、マルチ電子ビームの調整方法により電磁レンズ２１７，２０７（及び電磁レンズ２２４）を調整する。そして、マルチ電子ビームの調整方法により調整された電磁レンズ２１７，２０７、及び電磁レンズ２２４が搭載された検査装置１００を使って、検査処理を実施する。

【0090】

検査処理では、上述したように、画像取得機構１５０が、ストライプ領域３２毎に、スキャン動作をすすめていく。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から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８内で中間像面を形成すると共に、偏向器２１８で偏向され、それからマルチ検出器２２２で検出される。検出されるマルチ２次電子ビーム３００には、反射電子が含まれていても構わない。或いは、反射電子は、２次電子光学系を移動中に発散し、マルチ検出器２２２まで到達しない場合であっても構わない。そして。検出されたマルチ２次電子ビーム３００の信号に基づいた２次電子画像が取得される。具体的には、マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ）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、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、比較回路１０８に転送される。

【0091】

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、フレーム画像作成部５４、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。フレーム画像作成部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。フレーム画像作成部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。

【0092】

比較回路１０８内に転送された測定画像データ（ビーム画像）は、記憶装置５０に格納される。

【0093】

そして、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビームのスキャン動作によって取得されたサブ照射領域２９の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域３０のフレーム領域３０毎のフレーム画像３１を作成する。そして、フレーム領域３０を被検査画像の単位領域として使用する。なお、各フレーム領域３０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。作成されたフレーム画像３１は、記憶装置５６に格納される。

【0094】

一方、参照画像作成回路１１２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、フレーム領域３０毎に、フレーム画像３１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、この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。

【0095】

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。

【0096】

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１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとなる。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。

【0097】

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、所定のフィルタ関数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素毎の画像データは比較回路１０８に出力される。比較回路１０８内に転送された参照画像データは、記憶装置５２に格納される。

【0098】

次に、位置合わせ部５７は、被検査画像となるフレーム画像３１と、当該フレーム画像３１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。

【0099】

そして、比較部５８は、ステージ１０５上に載置される基板１０１の２次電子画像を所定の画像と比較する。具体的には、比較部５８は、フレーム画像３１と参照画像とを画素毎に比較する。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、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。

【0100】

なお、上述したダイ－データベース検査の他、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ダイ－ダイ検査を行っても好適である。或いは、自己の測定画像だけを用いて検査しても構わない。

【0101】

以上のように、実施の形態１によれば、マルチ１次電子ビーム２０の軌道から分離されたマルチ２次電子ビーム３００の軌道上の偏向器２１８の中心位置付近にマルチ２次電子ビーム３００の中間像面を形成するように偏向器２１８よりも上流側の電磁レンズ２１７を調整できる。

【0102】

実施の形態２．
実施の形態１では、特徴量として、入力値３差分ｄ（ｎ）を用いる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、特徴量として、他のパラメータを用いる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、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様である。

【0103】

図１３は、実施の形態２におけるビーム調整回路内の構成の一例を示すブロック図である。図１３において、ビーム調整回路１３４内には、ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、ビーム径抽出部７０、長径短径比算出部７１、ビームサイズ抽出部７３、差分ΔＢ（ｎ）算出部７５、判定部７７、判定部７９、組み合わせ決定部８１、及びレンズ設定処理部８３が配置される。ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、ビーム径抽出部７０、長径短径比算出部７１、ビームサイズ抽出部７３、差分ΔＢ（ｎ）算出部７５、判定部７７、判定部７９、組み合わせ決定部８１、及びレンズ設定処理部８３といった各「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、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、半導体装置を含む。各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。ビーム選択部６０、入力値１設定部６２、入力値２取得部６４、入力値３設定部６６、ビーム径抽出部７０、長径短径比算出部７１、ビームサイズ抽出部７３、差分ΔＢ（ｎ）算出部７５、判定部７７、判定部７９、組み合わせ決定部８１、及びレンズ設定処理部８３に入出力される情報および演算中の情報はメモリ１１８若しくはビーム調整回路１３４内の図示しないメモリにその都度格納される。

【0104】

図１４は、実施の形態２におけるマルチ電子ビーム調整方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図１４において、実施の形態２におけるマルチ電子ビーム調整方法は、ビーム選択工程（Ｓ１０２）と、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１０４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１０６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）と、ビーム径抽出工程（Ｓ１１１）と、長径短径比算出（Ｓ１１３）と、ビームサイズ抽出工程（Ｓ１１５）と、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１２６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）と、ビーム径抽出工程（Ｓ１３１）と、長径短径比算出工程（Ｓ１３３）と、ビームサイズ抽出工程（Ｓ１３５）と、差分ΔＢ（ｎ）算出工程（Ｓ１４１）と、判定工程（Ｓ１４３）と、判定工程（Ｓ１４５）と、組み合わせ決定工程（Ｓ１５１）と、対物レンズ１，２設定工程（Ｓ１５２）と、カメラ搬出／検出器設置工程（Ｓ１５４）と、２次ビームレンズ調整工程（Ｓ１５６）と、いう一連の工程を実施する。

【0105】

ビーム選択工程（Ｓ１０２）と、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１０４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１０６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）と、の各工程の内容は実施の形態１と同様である。

【0106】

ビーム径抽出工程（Ｓ１１１）として、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離され、偏向器２１８で偏向され、電磁レンズ２２４で集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１をカメラ２２６で撮像することによりマルチ２次電子ビーム３００の２次電子ビーム３０１の複数の形状を取得する。具体的には、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、電磁レンズ２２４の入力値３毎に、カメラ２２６で撮像された２次電子画像からマルチ２次電子ビームの代表２次電子ビームの長径と短径とを抽出する。

【0107】

長径短径比算出工程（Ｓ１１３）として、長径短径比算出部７１は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、電磁レンズ２２４の入力値３毎に、マルチ２次電子ビームの代表２次電子ビームの長径と短径との比を算出し、抽出する。ここでは、長径と短径との比を算出しているがこれに限るものではない。例えば、長径と短径との差分を算出し、抽出しても良い。

【0108】

設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、ある電磁レンズ２２４が入力値３で励磁された際の代表ビームの長径短径比が抽出された後、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）に戻り、入力値３を変えた状態でレンズ入力値３設定工程（Ｓ１０８）から長径短径比算出工程（Ｓ１１３）までの各工程を繰り返す。

【0109】

ビームサイズ抽出工程（Ｓ１１５）として、ビームサイズ抽出部７３は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、取得されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１に関する特徴量を抽出する。実施の形態２では、特徴量として、電磁レンズ２２４の入力値３を可変に設定する場合に、カメラ２２６で撮像されるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の真円性が他の入力値３より高くなる入力値３で撮像されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径が用いられる。具体的には、以下のように動作する。実施の形態２では、ビームサイズ抽出部７３は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせにおいて、可変に設定された入力値３のうち、長径と短径との比が１に最も近くなる入力値３におけるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径Ｂ（０）を特徴量として抽出する。或いは、長径と短径との差分が最小となる入力値３におけるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径Ｂ（０）を特徴量として抽出しても良い。

【0110】

図１５は、実施の形態２における特徴量の抽出手法を説明するための図である。図１５の上部には、図１１と同様、電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１のフォーカス位置を示す。ここでは、偏向器２１８に対してオーバーフォーカスした状態、ジャストフォーカスした状態、及びアンダーフォーカスした状態を示す。図１５の中央部には、オーバーフォーカスした状態、ジャストフォーカスした状態、及びアンダーフォーカスした状態の各状態において、それぞれ電磁レンズ２２４の入力値３を可変に設定した場合にそれぞれカメラ２２６で撮像されるビーム形状を示す。図１５の中央部において、横軸に電磁レンズ２１７の入力値１を示し、縦軸に電磁レンズ２２４の入力値３を示す。図１５の下部のグラフは、横軸に電磁レンズ２１７の入力値１を示し、縦軸に真円性が他の入力値３より高くなる入力値３で撮像されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径を示す。ｎ＝０の入力値１では、例えば、偏向器２１８にオーバーフォーカスした状態で得られる特徴量を示す。偏向器２１８にオーバーフォーカスした状態で電磁レンズ２２４の入力値３を可変に設定することで、図１５に示すように代表２次電子ビーム３０１の複数のビーム形状をカメラ２２６で撮像できる。電磁レンズ２２４の励磁値を変えることで、図１５に示すように、代表２次電子ビーム３０１の形状が扁平する。ビームサイズ抽出部７３は、かかる複数の複数のビーム形状のうち、長径と短径との比が１に最も近くなる略真円のビーム形状のビーム径Ｂ（０）を抽出する。理想的な真円であれば、ビーム径は一意に求められるが、そうでない場合、ビーム径として、長径と短径の一方を用いる。例えば、長径を用いる。

【0111】

レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）と、対物レンズ２フォーカス調整工程（Ｓ１２６）と、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）と、の各工程の内容は、実施の形態１と同様である。

【0112】

ビーム径抽出工程（Ｓ１３１）として、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、Ｅ×Ｂ分離器２１４によりマルチ１次電子ビーム２０の軌道上から分離され、偏向器２１８で偏向され、電磁レンズ２２４で集束方向に屈折させられたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１をカメラ２２６で撮像することによりマルチ２次電子ビーム３００の２次電子ビーム３０１の複数の形状を取得する。具体的には、ビーム径抽出部７０は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、かつ、電磁レンズ２２４の入力値３毎に、カメラ２２６で撮像された２次電子画像からマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の長径と短径とを抽出する。

【0113】

長径短径比算出（Ｓ１３３）として、長径短径比算出部７１は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、かつ、電磁レンズ２２４の入力値３毎に、マルチ２次電子ビームの代表２次電子ビームの長径と短径との比を算出し、抽出する。ここでは、長径と短径との比を算出しているがこれに限るものではない。例えば、長径と短径との差分を算出し、抽出しても良い。

【0114】

設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、ある電磁レンズ２２４が入力値３で励磁された際の代表ビームの長径短径比が抽出された後、レンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）に戻り、入力値３を変えた状態でレンズ入力値３設定工程（Ｓ１２８）から長径短径比算出工程（Ｓ１３３）までの各工程を繰り返す。

【0115】

ビームサイズ抽出工程（Ｓ１３５）として、ビームサイズ抽出部７３は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、取得されたマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１の複数の形状に基づいて、マルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１に関する特徴量を抽出する。具体的には、以下のように動作する。実施の形態２では、ビームサイズ抽出部７３は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に、可変に設定された入力値３のうち、長径と短径との比が１に最も近くなる入力値３におけるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径Ｂ（ｎ）を特徴量として抽出する。或いは、長径と短径との差分が最小となる入力値３におけるマルチ２次電子ビーム３００の代表２次電子ビーム３０１のビーム径Ｂ（ｎ）を特徴量として抽出しても良い。

【0116】

差分ΔＢ（ｎ）算出工程（Ｓ１４１）として、差分ΔＢ（ｎ）算出部７５は、得られた差分Ｂ（ｎ）と差分Ｂ（ｎ－１）との差分ΔＢ（ｎ）を算出する。

【0117】

判定工程（Ｓ１４３）として、判定部７７は、ｎが２以上かどうかを判定する。２以上の場合、判定工程（Ｓ１４５）に進む。ｎが２以上ではない場合（ｎ＝１の場合）、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）に戻り、ｎが２以上になるまで、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）から判定工程（Ｓ１４３）までの各工程を繰り返す。

【0118】

判定工程（Ｓ１４５）として、判定部７９は、差分ΔＢ（ｎ）と差分ΔＢ（ｎ－１）とを乗じた値ΔＢ（ｎ）・ΔＢ（ｎ－１）が負の値かどうかを判定する。値ΔＢ（ｎ）・ΔＢ（ｎ－１）が負の値ではない場合、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）に戻り、値ΔＢ（ｎ）・ΔＢ（ｎ－１）が負の値になるまで、レンズ入力値１設定工程（Ｓ１２４）から判定工程（Ｓ１４５）までの各工程を繰り返す。

【0119】

ΔＢ（ｎ）・ΔＢ（ｎ－１）が正の値の場合、図１５の下図に示すグラフにおいて、縦軸のビーム径Ｂ（ｎ）が順に小さくなる、或いは順に大きくなる状態を示す。ΔＢ（ｎ）・ΔＢ（ｎ－１）が負の値になった時点でビーム径Ｂ（ｎ）が変曲点（ここでは最小値）を取ることになる。

【0120】

組み合わせ決定工程（Ｓ１５１）として、組み合わせ決定部８１は、設定された電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせ毎に抽出されたマルチ２次電子ビーム３００に関する複数の特徴量を用いて所定の条件に合う特徴量が得られる電磁レンズ２１７の入力値１と調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせを決定する。具体的には、以下のように動作する。

【0121】

まず、電磁レンズ２１７の入力値１を変えると、カメラ２２６で撮像される代表２次電子ビーム３０１の複数の形状の変化の仕方が異なる。図１５に示すように、電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１の結像位置が偏向器２１８に対して、オーバーフォーカスの場合、ジャストフォーカスの場合、及びアンダーフォーカスの場合について説明する。オーバーフォーカス及びアンダーフォーカスの場合には、ジャストフォーカスの場合と比べて、略真円のビーム形状のビーム径が大きくなる。よって、かかるビーム径Ｂ（ｎ）が小さい位置が電磁レンズ２１７による代表２次電子ビーム３０１のジャストフォーカス位置になる。

【0122】

よって、組み合わせ決定部８１は、抽出された複数のビーム径Ｂ（ｎ）の最小値から所定の範囲（±ΔＢ）内のビーム径が得られる電磁レンズ２１７の入力値１と電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせを決定する。マージンΔＢとして、例えば、マルチ２次電子ビーム３００がカメラ位置で分離する範囲に設定すると好適である。

【0123】

なお、図１５の下部に示すグラフを得るためにプロットした複数のビーム径Ｂ（ｎ）の値のうち１つがちょうどグラフの最小値を示すとは限らない。よって、プロットした複数のビーム径Ｂ（ｎ）を近似したグラフの最小値を示すときの電磁レンズ２１７の入力値１と、かかる電磁レンズ２１７の入力値１にてマルチ１次電子ビーム３００を基板１０１上にフォーカスするように調整された電磁レンズ２０７の入力値２の組み合わせに決定するとなお良い。

【0124】

対物レンズ１，２設定工程（Ｓ１５２）として、レンズ設定処理部８３は、決定された組み合わせの入力値１を電磁レンズ２１７に設定し、決定された組み合わせの入力値２を電磁レンズ２０７に設定する。

【0125】

カメラ搬出／検出器設置工程（Ｓ１５４）と、２次ビームレンズ調整工程（Ｓ１５６）と、の各工程の内容は、実施の形態１と同様である。

【0126】

以上のように、マルチ電子ビームの調整方法により電磁レンズ２１７，２０７（及び電磁レンズ２２４）を調整する。そして、マルチ電子ビームの調整方法により調整された電磁レンズ２１７，２０７、及び電磁レンズ２２４が搭載された検査装置１００を使って、検査処理を実施する。

【0127】

検査処理の内容は、実施の形態１と同様である。

【0128】

以上のように、実施の形態２によれば、真円により近いビーム形状が得らえる状態でのビーム径を特徴量として用いて所定の条件下で入力値１，２の組み合わせを決定することで、マルチ１次電子ビーム２０の軌道から分離されたマルチ２次電子ビーム３００の軌道上の偏向器２１８の中心位置付近にマルチ２次電子ビーム３００の中間像面を形成するように偏向器２１８よりも上流側の電磁レンズ２１７を調整できる。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

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の調整方法及びマルチ電子ビーム検査装置は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0133】

１０ １次電子ビーム
１１ 大開口
１３ 小開口
２０ マルチ１次電子ビーム
２１ 代表１次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３０ フレーム領域
３１ フレーム画像
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
６０ ビーム選択部
６２ 入力値１設定部
６４ 入力値２取得部
６６ 入力値３設定部
６８ 偏向方向確認処理部
７０ ビーム径抽出部
７１ 長径短径比算出部
７２ 入力値３差分算出部
７３ ビームサイズ抽出部
７４ 差分Δｄ（ｎ）算出部
７５ 差分ΔＢ（ｎ）算出部
７６，７７ 判定部
７８，７９ 判定部
８０，８１ 組み合わせ決定部
８２，８３ レンズ設定処理部
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 マーク
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
１３０ リターディング制御回路
１３２ Ｅ×Ｂ分離器制御回路
１３４ ビーム調整回路
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６，１４７，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１５１ １次電子光学系
１５２ ２次電子光学系
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２，２０５，２１７，２０７ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０４ ビーム選択アパーチャ基板
２０８ 偏向器
２０９ 偏向器
２１２ 一括偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ Ｅ×Ｂ分離器
２１５ 駆動回路
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２１９ 検出器
２２２ マルチ検出器
２２３ 検出器アパーチャアレイ基板
２２４ 電磁レンズ
２２５ 偏向器
２２６ カメラ
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】