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(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】P2025021790
(43)【公開日】2025-02-14
(54)【発明の名称】マルチ電子ビーム照射装置及びマルチ電子ビーム照射方法
(51)【国際特許分類】
H01J 37/12 20060101AFI20250206BHJP
H01J 37/09 20060101ALI20250206BHJP
H01J 37/145 20060101ALI20250206BHJP
【ＦＩ】
H01J37/12
H01J37/09 A
H01J37/145
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023125752
(22)【出願日】2023-08-01
(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】小笠原 宗博
(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
5C101DD08
5C101EE03
5C101EE04
5C101EE08
5C101EE13
5C101EE17
5C101EE19
5C101EE22
5C101EE38
5C101EE48
5C101EE59
5C101EE67
5C101EE69
5C101EE70
5C101FF02
5C101FF56
5C101FF59
5C101GG04
5C101GG19
5C101GG37
5C101HH11
5C101HH24
5C101HH25
(57)【要約】
【目的】試料面でのマルチ電子ビームの形状のばらつきとサイズのばらつきの一方と集束角度のばらつきとを低減可能な装置を提供する。
【構成】本発明の一態様のマルチ電子ビーム照射装置は、電子ビームを発散方向に放出する電子銃２０１と、発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズ２０２と、複数の第１の開口部が形成され、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板２０３と、各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイで構成される多段レンズアレイ２１０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１
【構成】本発明の一態様のマルチ電子ビーム照射装置は、電子ビームを発散方向に放出する電子銃２０１と、発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズ２０２と、複数の第１の開口部が形成され、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板２０３と、各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイで構成される多段レンズアレイ２１０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】
電子ビームを発散方向に放出する放出源と、
発散方向に進む前記電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズと、
複数の第１の開口部が形成され、前記略平行ビームとなった前記電子ビームのそれぞれ一部が前記複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板と、
各レンズが前記マルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイと、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム照射装置。
発散方向に進む前記電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズと、
複数の第１の開口部が形成され、前記略平行ビームとなった前記電子ビームのそれぞれ一部が前記複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板と、
各レンズが前記マルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイと、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム照射装置。
【請求項2】
複数の第２の開口部が形成され、前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームが前記複数の第２の開口部を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する角度制限アパーチャアレイ基板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照射装置。
【請求項3】
前記成形アパーチャアレイ基板は、前記マルチ電子ビームを形成すると共に、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム照射装置。
【請求項4】
前記２段の多極子レンズアレイのうちの１つのレンズアレイは、前記マルチ電子ビームの各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成することを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム照射装置。
【請求項5】
前記成形アパーチャアレイ基板と前記２段の多極子レンズアレイとの間に配置され、前記マルチ電子ビームの各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成する多極子レンズアレイ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照射装置。
【請求項6】
前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームを集束方向に屈折させる第２のコンデンサレンズ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照射装置。
【請求項7】
前記多極子として、静電多極子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照射装置。
【請求項8】
前記多極子として、磁場多極子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照射装置。
【請求項9】
前記２段の多極子レンズアレイは、
静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイと、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイとの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム照射装置。
静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイと、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイとの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム照射装置。
【請求項10】
前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームを集束方向に偏向する偏向器アレイ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照射装置。
【請求項11】
放出源から電子ビームを発散方向に放出する工程と、
第１のコンデンサレンズを用いて、発散方向に進む前記電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する工程と、
複数の第１の開口部が形成された成形アパーチャアレイ基板を用いて、前記略平行ビームとなった前記電子ビームのそれぞれ一部が前記複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する工程と、
各レンズが前記マルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイを用いて、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置を補正する工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム照射方法。
第１のコンデンサレンズを用いて、発散方向に進む前記電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する工程と、
複数の第１の開口部が形成された成形アパーチャアレイ基板を用いて、前記略平行ビームとなった前記電子ビームのそれぞれ一部が前記複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する工程と、
各レンズが前記マルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイを用いて、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置を補正する工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム照射方法。
【請求項12】
複数の第２の開口部が形成された角度制限アパーチャアレイ基板を用いて、前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームが前記複数の第２の開口部を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１１記載のマルチ電子ビーム照射方法。
【請求項13】
前記マルチ電子ビームを形成する工程は、前記マルチ電子ビームを形成すると共に、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限することを特徴とする請求項１１記載のマルチ電子ビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マルチ電子ビーム照射装置及びマルチ電子ビーム照射方法に関する。例えば、収差等により生じたマルチ電子ビームの電子源像の中間像面位置でのマルチ電子ビームの形状のばらつき、及び集束角度のばらつきを補正する装置に関する。
【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、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。
【0004】
ここで、マルチ１次電子ビームは、試料面において、同一形状、同一サイズ、及び同一集束角度であることが望ましい。しかしながら、途中の電磁レンズ等に起因した像面湾曲収差及び非点収差によって、これらにばらつきが生じてしまうといった問題があった。これらのばらつきを少しでも低減することが望まれる。
【0005】
ここで、２段のスティグメータを使って、マルチビーム全体を一括して屈折させることで非点収差と線形歪みの両方を補正することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２２－１５９１５９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、試料面でのマルチ電子ビームの非点収差の補正と焦点位置のばらつきとを低減可能な装置および方法を提供する。更に、集束角度のばらつきを低減可能な装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様のマルチ電子ビーム照射装置は、
電子ビームを発散方向に放出する放出源と、
発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズと、
複数の第１の開口部が形成され、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板と、
各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイと、
を備えたことを特徴とする。
電子ビームを発散方向に放出する放出源と、
発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する第１のコンデンサレンズと、
複数の第１の開口部が形成され、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する成形アパーチャアレイ基板と、
各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイと、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
複数の第２の開口部が形成され、前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームが前記複数の第２の開口部を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する角度制限アパーチャアレイ基板をさらに備えると好適である。
【0010】
或いは、成形アパーチャアレイ基板は、マルチ電子ビームを形成すると共に、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限すると好適である。
【0011】
また、２段の多極子レンズアレイのうちの１つのレンズアレイは、マルチ電子ビームの各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成すると好適である。
【0012】
或いは、成形アパーチャアレイ基板と２段の多極子レンズアレイとの間に配置され、マルチ電子ビームの各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成する多極子レンズアレイをさらに備えると好適である。
【0013】
また、２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームを集束方向に屈折させる第２のコンデンサレンズをさらに備えると好適である。
【0014】
また、多極子として、静電多極子が用いられると好適である。
【0015】
或いは、多極子として、磁場多極子が用いられると好適である。
【0016】
或いは、２段の多極子レンズアレイは、
静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイと、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイとの組み合わせにより構成されると好適である。
静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイと、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイとの組み合わせにより構成されると好適である。
【0017】
また、２段の多極子レンズアレイを通過したマルチ電子ビームを集束方向に偏向する偏向器アレイをさらに備えると好適である。
【0018】
本発明の一態様のマルチ電子ビーム照射方法は、
放出源から電子ビームを発散方向に放出する工程と、
第１のコンデンサレンズを用いて、発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する工程と、
複数の第１の開口部が形成された成形アパーチャアレイ基板を用いて、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する工程と、
各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイを用いて、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置を補正する工程と、
を備えたことを特徴とする。
放出源から電子ビームを発散方向に放出する工程と、
第１のコンデンサレンズを用いて、発散方向に進む電子ビームを集束方向に屈折させ、略平行ビームを形成する工程と、
複数の第１の開口部が形成された成形アパーチャアレイ基板を用いて、略平行ビームとなった電子ビームのそれぞれ一部が複数の第１の開口部を通過することにより、マルチ電子ビームを形成する工程と、
各レンズがマルチ電子ビームのうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイを用いて、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置を補正する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0019】
また、複数の第２の開口部が形成された角度制限アパーチャアレイ基板を用いて、前記２段の多極子レンズアレイを通過した前記マルチ電子ビームが前記複数の第２の開口部を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する工程をさらに備えると好適である。
【0020】
或いは、マルチ電子ビームを形成する工程は、マルチ電子ビームを形成すると共に、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限すると好適である。
【発明の効果】
【0021】
本発明の一態様によれば、試料面でのマルチ電子ビームの非点収差の補正と焦点位置のばらつきとを低減できる。更に、集束角度のばらつきを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【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の比較例１における放射源からマルチ１次電子ビームの中間像面位置までの構成の一例を示す図である。
【図6】実施の形態１の比較例２における１段のスティグメータによる補正の仕方の一例を示す図である。
【図7】実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた等方的な非点補正の仕方の一例を示す図である。
【図8】実施の形態１における多極子レンズアレイの構成の一例を示す図である。
【図9】実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた等方的な非点補正の仕方の他の一例を示す図である。
【図10】実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた任意の位置への像面形成の仕方の他の一例を示す図である。
【図11】実施の形態１における物面が不一致の場合での２段の多極子レンズを配置した構成の一例を示す図である。
【図12】実施の形態１における物面が不一致の場合での倍率調整の範囲の一例を示す図である。
【図13】実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での２段の多極子レンズを配置した構成の一例を示す図である。
【図14】実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での倍率調整の範囲の一例を示す図である。
【図15】実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での焦点距離の範囲の一例を示す図である。
【図16】実施の形態１における角度制限アパーチャアレイの作用を説明するための図である。
【図17】実施の形態１の変形例１における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。
【図18】実施の形態１の変形例２における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。
【図19】実施の形態１の変形例３における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。
【図20】実施の形態１における多段レンズアレイの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21】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22】実施の形態２における検査装置の構成の一例を示す図である。
【図23】実施の形態２における成形アパーチャアレイ基板で成形されるビームの一例を示す図である。
【図24】各実施の形態における多極子レンズの配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、実施の形態では、マルチ電子ビーム照射装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、マルチ電子ビーム照射装置は、検査装置に限るものではなく、例えば、描画装置等であっても良い。
【0024】
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、マルチ電子ビーム照射装置の一例である。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、コンデンサレンズ２０２（第１のコンデンサレンズ）（前置きコンデンサレンズ）、成形アパーチャアレイ基板２０３、多段レンズアレイ２１０、角度制限アパーチャアレイ基板２１１、コンデンサレンズ２０５（第２のコンデンサレンズ）（後置きコンデンサレンズ）、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２０７（対物レンズ）、偏向器２０８，２０９、偏向器２１８、偏向器２２５，２２６、電磁レンズ２２４、及びマルチ検出器２２２が配置されている。
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、マルチ電子ビーム照射装置の一例である。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、コンデンサレンズ２０２（第１のコンデンサレンズ）（前置きコンデンサレンズ）、成形アパーチャアレイ基板２０３、多段レンズアレイ２１０、角度制限アパーチャアレイ基板２１１、コンデンサレンズ２０５（第２のコンデンサレンズ）（後置きコンデンサレンズ）、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２０７（対物レンズ）、偏向器２０８，２０９、偏向器２１８、偏向器２２５，２２６、電磁レンズ２２４、及びマルチ検出器２２２が配置されている。
【0025】
電子銃２０１、電子銃２０１、コンデンサレンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、多段レンズアレイ２１０、角度制限アパーチャアレイ基板２１１、コンデンサレンズ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２０７、及び偏向器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、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、偏向器２２５，２２６、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。
【0026】
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。
【0027】
多段レンズアレイ２１０は、各レンズがマルチ１次電子ビーム２０のうちの担当するビームの軌道上に配置された四重極以上の多極子を有する２段の多極子レンズアレイ（複数のレンズアレイ）によって構成される。
【0028】
角度制限アパーチャアレイ基板２１１には、マルチ１次電子ビーム２０が通過する位置に、複数の通過孔（第２の開口部）が形成される。
【0029】
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。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。
【0030】
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。
【0031】
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、多段レンズアレイ制御回路１３０、Ｅ×Ｂ分離器制御回路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。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４７，１４９、及び直流電源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。直流電源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。ＤＡＣアンプ１４９は、偏向器２２６に接続される。
【0032】
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。
【0033】
コンデンサレンズ２０２、コンデンサレンズ２０５、電磁レンズ２０６、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。
【0034】
また、多段レンズアレイ２１０は、多段レンズアレイ制御回路１３０によって制御される。
【0035】
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。また、偏向器２２６は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４９を介して偏向制御回路１２８により制御される。
【0036】
偏向器２１８（ベンダー）は、例えば、４極以上の複数の電極により、円弧状に曲がった筒状に構成され、電極毎に直流電源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、平板の４極以上の複数の電極により構成され、電極毎に直流電源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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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、５×５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、共に同じ外径の円形で形成される。或いは、同じ寸法形状の矩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は、マルチ１次電子ビーム２０を形成するマルチビーム形成機構の一例となる。
【0041】
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。
【0042】
電子銃２０１（放出源の一例）は、電子ビーム２００を発散方向に放出する。放出された電子ビームは、電子銃２０１の電子放出源であるカソード先端付近の仮想的な電子源から放出されたものと見なすることが出来る。この領域は例えば仮想光源或いは仮想電子源と呼ばれる。電子銃より下流ではこの仮想光源或いは仮想電子源のレンズにより投影され得られる像を電子源像と呼ぶこととする。電子銃２０１から放出された発散方向に進む電子ビーム２００は、コンデンサレンズ２０２で集束力を受ける。コンデンサレンズ２０２としては電磁レンズ、或いは静電レンズが用いられる。そして、略平行ビームとなった電子ビーム２００が、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。なお、ここでは、簡単の為、電子銃２０１直後に一段のコンデンサレンズ２０２が置かれた例を示している。必要に応じて、一段のコンデンサレンズ２０２を複数段のレンズから構成されたレンズ群としても良い。レンズ群を構成する各レンズの焦点距離を調整することで電子源像の大きさを調整することも出来る。レンズ群を構成するレンズとしては電磁レンズ、および、静電レンズのどちらか或いは両方が含まれる。電子銃の構造もカソードから放出された電子を引き出し電極で取り出した後で更に加速、集束を行う電極軍を含む構造である場合を含む。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（第１の開口部）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。
コンデンサレンズ２０２によって略平行ビームを形成することで、マルチ１次電子ビーム２０を実質的に互いに平行に進ませることができる。これにより、下流側の多段レンズアレイ２１０の複数の開口部、及び／或いは角度制限アパーチャアレイ基板２１１の複数の開口部の位置をマルチ１次電子ビーム２０の通過位置に合わせ易くすることができる。言い換えれば、マルチ１次電子ビーム２０が通過する各構成部品の開口部の形成位置の誤差を解消或いは低減できる。
コンデンサレンズ２０２によって略平行ビームを形成することで、マルチ１次電子ビーム２０を実質的に互いに平行に進ませることができる。これにより、下流側の多段レンズアレイ２１０の複数の開口部、及び／或いは角度制限アパーチャアレイ基板２１１の複数の開口部の位置をマルチ１次電子ビーム２０の通過位置に合わせ易くすることができる。言い換えれば、マルチ１次電子ビーム２０が通過する各構成部品の開口部の形成位置の誤差を解消或いは低減できる。
【0043】
形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、多段レンズアレイ２１０によって、屈折させられ、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置が補正される。多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、角度制限アパーチャアレイ基板２１１によって、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限されることによって、像面１９（中間像面）位置での集束角度のばらつきが補正される。像面１９（中間像面）位置は、下流光学系を通過した後の電子源像位置が試料面と一致する様に決める。これにより下流光学系の像面湾曲の影響を除くことが出来る。
【0044】
角度制限アパーチャアレイ基板２１１を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、コンデンサレンズ２０５によって屈折させられ、電子源像の中間像およびクロスオーバーを形成する。ここでクロスオーバーはマルチ1次電子ビーム２０の収差の無い軌道の中心が１点に集まる位置のビーム分布のことを言う。
なお、角度制限アパーチャアレイ基板２１１とコンデンサレンズ２０５の配置位置は、逆であっても構わない。かかる場合、多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、コンデンサレンズ２０５によって屈折させられ、角度制限アパーチャアレイ基板２１１と通過した後に中間像およびクロスオーバーを形成する。
なお、角度制限アパーチャアレイ基板２１１とコンデンサレンズ２０５の配置位置は、逆であっても構わない。かかる場合、多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、コンデンサレンズ２０５によって屈折させられ、角度制限アパーチャアレイ基板２１１と通過した後に中間像およびクロスオーバーを形成する。
【0045】
コンデンサレンズ２０５を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０６によって屈折させられ、さらに中間像を形成し、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの電子源像の中間像面（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。
【0046】
マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２０７に入射すると、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２０７は、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１を照射する。
【0047】
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をマルチ１次電子ビーム２０で照明する。
【0048】
基板１０１の所望する位置がマルチ１次電子ビーム２０で照射されると、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。
【0049】
基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２０７を通って、Ｅ×Ｂ分離器２１４に進む。
【0050】
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。
【0051】
Ｅ×Ｂ分離器２１４は、コイルを用いた２極以上の複数の磁極（電磁偏向磁極）と、２極以上の複数の電極（静電偏向電極）とを有する。例えば、対向する２つの磁極と、９０°ずつ位相をずらした対向する２つの電極とが配置される。配置の仕方はこれに限るものではない。例えば、電極が磁極を兼ねる構造としておき、４極或いは８極の電極兼磁極を配置することも出来る。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、電子の進行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に上側から進入してくるマルチ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に下側から進入してくるマルチ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。
【0052】
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。
【0053】
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の例では、基板１０１が半導体ウェハの場合を一例として示している。基板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。
【0054】
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。基板１０１がマスク基板である場合には、マスク上に形成されたパターン形成領域（検査領域）が、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。
【0055】
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。
【0056】
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。
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。
【0057】
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４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。
【0058】
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、例えば２段の偏向器２２５，２２６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２２５，２２６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２２５，２２６は、２段の偏向器に限らず、１段の偏向器により構成しても構わない。
【0059】
図５は、実施の形態１の比較例１における放射源からマルチ１次電子ビームの中間像面位置までの構成の一例を示す図である。実施の形態１の比較例１において、放射源となる電子銃３０１から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ３０２で略平行ビームに屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板３０３に進む。そして、成形アパーチャアレイ基板３０３の複数の穴を電子ビームの各一部が通過することによりマルチ１次電子ビームが形成される。形成されたマルチ１次電子ビームは、静電レンズアレイ３１０を通過し、コンデンサレンズ３０５で屈折させられ、電子源像の中間像及びクロスオーバーを形成する。
【0060】
ここで、図５で示した光学系のさらに下流側の縮小光学系によって、例えば像面湾曲等の収差が発生する。これにより、各ビームの物面３１１での電子源像の試料面での結像位置にずれが生じ得る。試料面での結像位置がずれると試料面での各ビームのサイズにばらつきが生じる。そのため、下流側の縮小光学系で生じる像面湾曲を補償するように周辺ビームの中間像面が軸からの距離に応じて中心ビームの中間像面位置３１９ａよりも下流側（例えば中間像面位置３１９ｂ）にシフトさせることが望ましい。そこで、比較例１では、静電レンズアレイ３１０を配置して、各ビームの中間像面の位置の補正を行う。
【0061】
しかしながら、コンデンサレンズ３０２，３０５及び下流光学系では非点収差が生じる。そのため、ｘ、ｙ方向の像面位置にずれが生ずる。このずれは周辺ビーム程大きい。従って、非点収差がないと仮定した時の中間像面位置３１９ａ，３１９ｂでの各ビーム像のｘ，ｙ方向のサイズにばらつきが生じてしまう。例えば、中心ビームでは円形に近い形状であっても、周辺ビームでは扁平した形状になる。
【0062】
上述したように、マルチ１次電子ビームは、全ビームが試料面に非点収差がない状態で結像することが望ましい。しかしながら、途中のコンデンサレンズ等のレンズに起因した非点収差及び像面湾曲収差によって、像面位置のばらつきが生じてしまうといった問題があった。そのため、マルチ電子ビームの各ビームの中間像面位置において、これらのばらつきを補正することが望まれる。しかし、比較例１の静電レンズアレイ３１０では、非点収差を補正することは困難である。
【0063】
図６は、実施の形態１の比較例２における１段のスティグメータによる補正の仕方の一例を示す図である。図６では、１本のビームについて１段のスティグメータ（多極子レンズ４０－１）での補正の限界を説明する。１段のスティグメータでは、物面がｘ軌道とｙ軌道とでずれた非点が生じている場合、ｘ，ｙ方向で一致した仮想の物面１１を形成し、像面位置をｘ，ｙ方向で一致させることができる。しかし、補正後の像面位置は、ｘ方向の物面からスティグメータまでの距離ｋｘｄと、ｙ方向の物面からスティグメータまでの距離ｋｙｄとによって決まる。よって、任意の位置に像面を合わせることは困難である。なお、コンデンサレンズ２０２が非点収差を発生させる場合は、コンデンサレンズ２０２の位置に仮想的な四重極レンズが１段存在するとみなすことが出来るが、この仮想的な四重極レンズは焦点距離が固定であるので自由度が増えない。従って上記の状況は変わらない。
【0064】
そこで、実施の形態１では、四重極以上の多極子を有する２段の複数の多極子レンズアレイで構成される多段レンズアレイ２１０を用いて、各ビームについて直交する２方向の電子源像の位置を個別に補正する。なお、発明の効果の説明するために、本実施の形態を含めた各実施の形態において、説明対象となるビームについてコンデンサレンズ２０２にける非点収差の効果について、平行ビームを得る作用に加えてｘ方向には更に集束されるという近似を行う。この効果はコンデンサレンズ２０２の位置に四重極レンズを置き、コンデンサレンズ２０２の焦点距離とこの四重極レンズの焦点距離の条件を調整することで得られる。また、四重極レンズ、コンデンサレンズ２０２については薄レンズ近似を行う。これにより各レンズの作用は行列で表現できる。以下、具体的に説明する。
【0065】
図７は、実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた等方的な非点補正の仕方の一例を示す図である。ｘ方向、ｙ方向の軌道は各レンズの効果を示す為のもので、厳密ではない。図７では、多段レンズアレイ２１０として、２段の多極子レンズアレイを用いる場合を示す。図７では、マルチ１次電子ビーム２０に対応した２段の多極子レンズアレイ４０のうちの１本の１次電子ビーム用の２段の多極子レンズ４０－１，４０－２のレンズ作用を示している。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、四重極以上の多極子で構成され、四重極場を構成する。図７では、物面から放出された電子ビームの発散軌道の一例を示す。実施の形態１において、物面から放出された１次電子ビームは、前置きコンデンサレンズ２０２によって、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームの軌道中心軸（光軸）と略平行な略平行ビームになるように屈折させられ、２段の多極子レンズ４０－１，４０－２に進む。
【0066】
図８は、実施の形態１における多極子レンズアレイの構成の一例を示す図である。図８において、各多極子レンズアレイ４０は、例えば、上段電極基板１２と、中段電極基板１４と、下段電極基板１８の３段の電極基板によって構成される。３段の電極基板には、マルチ１次電子ビーム２０が通過するための複数の通過孔１７が形成される。上段電極基板１２と下段電極基板１８は、少なくとも表面が導電性材料により構成され、グランド電位（ＧＮＤ）が印加される。中段電極基板１４の複数の通過孔１７には、通過孔１７毎に通過孔１７を取り囲む四重極以上の多極子となる複数の電極１６が配置される。言い換えれば、多極子レンズアレイ４０は、各レンズが四重極以上の多極子を有する。なお、中段電極基板１４の基板本体と各電極とは絶縁されている。
ここで、各位置の多極子は、例えば８つの電極の位相が、中心ビーム用の通過孔１７の中心から放射状に延びる直線上に配置された電極を基準に等間隔になるように配置されると好適である。但し、これに限るものではない。例えば、各位置の多極子は、例えば８つの電極の位相が、ｘ方向或いはｙ方向に配置された電極を基準に等間隔になるように配置されても構わない。
また、多極子として、静電多極子が用いられる。或いは、多極子として、磁場多極子が用いられても構わない。
また、複数の電極１６は、中段電極基板１４の上面と裏面とのどちらに配置されても構わない。図８の例では、中段電極基板１４の上面に８極の電極１６ａ～１６ｈが配置される。８極の電極１６ａ～１６ｈには、極毎に独立した制御電位が印加される。よって、最大でビーム数×８極の数の独立した電位が印加され得る。
これにより１つの多極子レンズアレイにおいて各多極子レンズの焦点距離は独立に制御できる。従って、マルチ電子ビームを構成する各電子ビームに適した補正を行うことができる。ここで、四重極レンズは一つの方向に凸レンズ、直交する方向に凹レンズとして働くが、正の焦点距離ｆｑを定義し、凸レンズの焦点距離がｆｑ、凹レンズの焦点距離が－ｆｑであると定義する。
ここで、各位置の多極子は、例えば８つの電極の位相が、中心ビーム用の通過孔１７の中心から放射状に延びる直線上に配置された電極を基準に等間隔になるように配置されると好適である。但し、これに限るものではない。例えば、各位置の多極子は、例えば８つの電極の位相が、ｘ方向或いはｙ方向に配置された電極を基準に等間隔になるように配置されても構わない。
また、多極子として、静電多極子が用いられる。或いは、多極子として、磁場多極子が用いられても構わない。
また、複数の電極１６は、中段電極基板１４の上面と裏面とのどちらに配置されても構わない。図８の例では、中段電極基板１４の上面に８極の電極１６ａ～１６ｈが配置される。８極の電極１６ａ～１６ｈには、極毎に独立した制御電位が印加される。よって、最大でビーム数×８極の数の独立した電位が印加され得る。
これにより１つの多極子レンズアレイにおいて各多極子レンズの焦点距離は独立に制御できる。従って、マルチ電子ビームを構成する各電子ビームに適した補正を行うことができる。ここで、四重極レンズは一つの方向に凸レンズ、直交する方向に凹レンズとして働くが、正の焦点距離ｆｑを定義し、凸レンズの焦点距離がｆｑ、凹レンズの焦点距離が－ｆｑであると定義する。
【0067】
図７の例では、物面がｘ軌道とｙ軌道とでずれている場合を示す。図７の例において、ｘ方向の物面とｙ方向の物面から放出された、非点収差を持った１次電子ビームは、２段の多極子レンズ４０－１，４０－２に進む。そして、１次電子ビームは、１段目の多極子レンズ４０－１によって、ｘ方向では、例えば、発散方向に屈折させられ、ｙ方向では、逆に集束方向に屈折させられる。続いて、２段目の多極子レンズ４０－２によって、ｘ方向では、例えば、集束方向に屈折させられ、ｙ方向では、逆に発散方向に屈折させられる。これにより、物面がｘ軌道とｙ軌道とでずれている場合、ｘ，ｙ方向で一致した仮想の物面１１からの軌道にｘ方法の軌道とｙ方向の軌道を合わせることができる。ここで物面１１の位置は下流光学系で形成される像面が試料面となる位置に一致する様に決める。
【0068】
これにより、非点収差を補正しながら、像面湾曲を補正出来る。
【0069】
これにより、非点収差を補正しながら、ｘ，ｙ方向の中間像面位置を所望の位置で一致させることが出来る。
以上のように、２段の多極子レンズアレイ４０を配置することで、マルチ１次電子ビーム２０について個別に非点収差と像面湾曲収差とを補正できる。
以上のように、２段の多極子レンズアレイ４０を配置することで、マルチ１次電子ビーム２０について個別に非点収差と像面湾曲収差とを補正できる。
【0070】
図９は、実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた等方的な非点補正の仕方の一例を示す図である。
図１０は、実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた任意の位置への像面形成の仕方の他の一例を示す図である。
図９及び図１０では、多段レンズアレイ２１０として、２段の多極子レンズアレイを用いる場合を示す。図９及び図１０では、マルチ１次電子ビーム２０に対応した２段の多極子レンズアレイ４０のうちの１本の１次電子ビーム用の２段の多極子レンズ４０－１，４０－２のレンズ作用を示している。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、四重極以上の多極子で構成され、四重極場を構成する。図９及び図１０では、電子ビームの集束軌道の一例を示す。実施の形態１において、物面から放出された１次電子ビームは、前置きコンデンサレンズ２０２によって、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームの軌道中心軸（光軸）と略平行な略平行ビームになるように屈折させられ、２段の多極子レンズ４０－１，４０－２に進む。
図１０は、実施の形態１における２段の多極子レンズを用いた任意の位置への像面形成の仕方の他の一例を示す図である。
図９及び図１０では、多段レンズアレイ２１０として、２段の多極子レンズアレイを用いる場合を示す。図９及び図１０では、マルチ１次電子ビーム２０に対応した２段の多極子レンズアレイ４０のうちの１本の１次電子ビーム用の２段の多極子レンズ４０－１，４０－２のレンズ作用を示している。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、四重極以上の多極子で構成され、四重極場を構成する。図９及び図１０では、電子ビームの集束軌道の一例を示す。実施の形態１において、物面から放出された１次電子ビームは、前置きコンデンサレンズ２０２によって、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームの軌道中心軸（光軸）と略平行な略平行ビームになるように屈折させられ、２段の多極子レンズ４０－１，４０－２に進む。
【0071】
図９及び図１０の例において、集束軌道の１次電子ビームは、２段の多極子レンズ４０－１，４０－２による補正が無ければ、ｘ方向の像面とｙ方向の像面とがずれて形成される。しかし、集束軌道の１次電子ビームは、１段目の多極子レンズ４０－１によって、ｘ方向では、例えば、発散方向に屈折させられ、ｙ方向では、逆に集束方向に屈折させられる。続いて、２段目の多極子レンズ４０－２によって、ｘ方向では、例えば、集束方向に屈折させられ、ｙ方向では、逆に発散方向に屈折させられる。これにより、物面がｘ軌道とｙ軌道とでずれている場合、非点収差を補正しながら、ｘ，ｙ方向で一致した任意の位置での像面１９を形成できる。物面がｘ軌道とｙ軌道とで一致する場合も、同様に、非点収差を補正しながら、ｘ，ｙ方向で一致した任意の位置での像面１９を形成できる。
【0072】
以上のように、２段の多極子レンズアレイ４０を配置することで、マルチ１次電子ビーム２０について個別にｘ，ｙ方向で一致した像面位置を任意の位置に調整できる。
なお、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの電子源像のそれぞれのｘ方向、ｙ方向の結像位置は、基板１０１面での各ビームの結像位置が一致する様に決めると好適である。言い換えれば、下流側の光学系の像面湾曲を補正する位置になるように補正すると好適である。
なお、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの電子源像のそれぞれのｘ方向、ｙ方向の結像位置は、基板１０１面での各ビームの結像位置が一致する様に決めると好適である。言い換えれば、下流側の光学系の像面湾曲を補正する位置になるように補正すると好適である。
【0073】
図１１は、実施の形態１におけるコンデンサレンズでの非点収差があり一つの電子ビームについてｘ方向に集束軌道、ｙ方向に平行軌道となり入射する場合の２段の多極子レンズを配置した構成の一例を示す図である。
図１２は、実施の形態１における倍率調整の範囲の一例を示す図である。
図１１の例では、コンデンサレンズでの非点収差がある場合を示す。図１１において、実施の形態１における多段レンズアレイ２１０は、物面１１から距離ηｄの位置であり、ｙ方向の物面（及びＹ物面）から距離ηｄの位置である位置に１段目の多極子レンズ４０－１が配置される。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、距離ｄを開けて配置される。２段目の多極子レンズ４０－２から距離λｄの位置が像面１９となる。
図１２は、実施の形態１における倍率調整の範囲の一例を示す図である。
図１１の例では、コンデンサレンズでの非点収差がある場合を示す。図１１において、実施の形態１における多段レンズアレイ２１０は、物面１１から距離ηｄの位置であり、ｙ方向の物面（及びＹ物面）から距離ηｄの位置である位置に１段目の多極子レンズ４０－１が配置される。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、距離ｄを開けて配置される。２段目の多極子レンズ４０－２から距離λｄの位置が像面１９となる。
【0074】
図１３は、実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での２段の多極子レンズを配置した構成の一例を示す図である。
図１４は、実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での倍率調整の範囲の一例を示す図である。
図１５は、実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での焦点距離の範囲の一例を示す図である。
図１４の例では、ｘ，ｙ方向のｘ、ｙ方向の像面がずれる場合を示す。図１４において、実施の形態１における多段レンズアレイ２１０は、物面１１から距離ηｄの位置に１段目の多極子レンズ４０－１が配置される。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、距離ｄを開けて配置される。２段目の多極子レンズ４０－２から距離λｘの位置がｘ方向像面１９、距離λｙの位置がｙ方向像面１９ｂとなる。
図１４は、実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での倍率調整の範囲の一例を示す図である。
図１５は、実施の形態１におけるｘ、ｙ方向の像面がずれる場合での焦点距離の範囲の一例を示す図である。
図１４の例では、ｘ，ｙ方向のｘ、ｙ方向の像面がずれる場合を示す。図１４において、実施の形態１における多段レンズアレイ２１０は、物面１１から距離ηｄの位置に１段目の多極子レンズ４０－１が配置される。２段の多極子レンズ４０－１，４０－２は、距離ｄを開けて配置される。２段目の多極子レンズ４０－２から距離λｘの位置がｘ方向像面１９、距離λｙの位置がｙ方向像面１９ｂとなる。
【0075】
以上のように、成形されたマルチ１次電子ビーム２０について、多段レンズアレイ２１０により、各ビームについて直交する２方向の電子源像の像面位置が個別に補正される。これにより、各ビームの中間像面位置におけるビーム毎の試料面での結像位置のばらつき（試料面でのビーム毎のサイズのばらつき）を個別に補正できる。言い換えれば、２段の多極子レンズアレイ４０を配置することで、ｘ，ｙ方向の倍率異方性は生じるが、係数λが所定の範囲内であれば任意の位置に非点補正した結像ができる。
多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、角度制限アパーチャアレイ基板２１１に進む。次に、集束角度のばらつきについて補正する。
多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、角度制限アパーチャアレイ基板２１１に進む。次に、集束角度のばらつきについて補正する。
【0076】
図１６は、実施の形態１の角度制限アパーチャアレイ基板の作用を説明するための図である。図１６では、上図に多段レンズアレイ２１０の下流側で角度制限する場合を示す。図１６の下図に、多段レンズアレイ２１０の上流側、例えば、成形アパーチャアレイ基板で角度制限する場合を示す。
基板１０１面での各ビームの集束角が大きい程ビーム電流を大きく取れる、一方で集束角が大きいと収差が増大する。そこで、基板１０１面で所望の寸法範囲でビーム電流を大きく取れる様に集束角を決めることが望ましい。この為に角度制限アパーチャ基板２１１を用いて集束角を制限する。しかし、近軸近似で像の倍率と角度の倍率とは反比例にあるので、ｘ方向、ｙ方向に異なる倍率の結像を行うと光学系に入射時に等方的な角度分布をしていた電子ビームの試料面でのそれぞれの方向の集束角が異なることになる。そこで、集束角に依存する収差を揃える為に角度制限アパーチャ基板２１１を設けることで集束角を調節することが出来る。図１６にその例を示す。ｘ方向、ｙ方向に異なる倍率で結像する場合、倍率が小さい軌道では集束角は大きくなる。そこで、角度制限アパーチャによって、集束角を制限する。角度制限アパーチャをレンズ近くに配置することにより、結像位置でのビーム分布への影響を抑制出来る。或いは、角度制限アパーチャによって光学系への入射時の角度分布を変形させることも出来る。角度制限アパーチャの形状としては、試料面で各ビームについて等方的な集束角分布が得られる様に決めることが望ましい。
基板１０１面での各ビームの集束角が大きい程ビーム電流を大きく取れる、一方で集束角が大きいと収差が増大する。そこで、基板１０１面で所望の寸法範囲でビーム電流を大きく取れる様に集束角を決めることが望ましい。この為に角度制限アパーチャ基板２１１を用いて集束角を制限する。しかし、近軸近似で像の倍率と角度の倍率とは反比例にあるので、ｘ方向、ｙ方向に異なる倍率の結像を行うと光学系に入射時に等方的な角度分布をしていた電子ビームの試料面でのそれぞれの方向の集束角が異なることになる。そこで、集束角に依存する収差を揃える為に角度制限アパーチャ基板２１１を設けることで集束角を調節することが出来る。図１６にその例を示す。ｘ方向、ｙ方向に異なる倍率で結像する場合、倍率が小さい軌道では集束角は大きくなる。そこで、角度制限アパーチャによって、集束角を制限する。角度制限アパーチャをレンズ近くに配置することにより、結像位置でのビーム分布への影響を抑制出来る。或いは、角度制限アパーチャによって光学系への入射時の角度分布を変形させることも出来る。角度制限アパーチャの形状としては、試料面で各ビームについて等方的な集束角分布が得られる様に決めることが望ましい。
【0077】
具体的には、角度制限アパーチャアレイ基板２１１は、像面１９から上流側に離れた位置に配置される。図１の例では、例えば、多段レンズアレイ２１０とコンデンサレンズ２０５との間に配置される。但し、これに限るものではない。コンデンサレンズ２０５と像面１９との間に配置されても良い。言い換えれば、マルチ１次電子ビーム２０が集束方向に屈折させられた後、像面１９の位置に到達する前の位置に配置されても良い。各ビームが中間像面を形成する前のビーム径が広い状態で、発散角度或いは集束角度を制限するので、制限アパーチャアレイ２１１の複数の通過孔の径サイズを像面位置でのビームサイズに比べて十分に大きくできる。よって、コンタミ等による閉塞を抑制或いは低減できる。
角度制限アパーチャアレイ基板２１１は、多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０が複数の通過孔を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する。各ビームが発散中であれば発散角度を制限でき、集束中であれば集束角度を制限できる。これにより、像面１９の位置でのビーム毎の集束角度のばらつきを補正できる。
角度制限アパーチャアレイ基板２１１は、多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０が複数の通過孔を通過することにより、各電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する。各ビームが発散中であれば発散角度を制限でき、集束中であれば集束角度を制限できる。これにより、像面１９の位置でのビーム毎の集束角度のばらつきを補正できる。
【0078】
図１７は、実施の形態１の変形例１における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。実施の形態１の変形例１では、図１７に示すように、多段レンズアレイ２１０の下流側に、別途、多極子レンズアレイ４０を配置して、コンデンサレンズ２０５の代わりにマルチ１次電子ビーム２０を集束方向に偏向する。コンデンサレンズ２０５の代わりの多極子レンズアレイ４０は、多段レンズアレイ２１０を通過中のマルチ１次電子ビーム２０を集束方向に偏向する偏向器アレイとして機能する。かかる場合、コンデンサレンズ２０５の代わりの多極子レンズアレイ４０は、各１次電子ビームを１点に集束させるように双極子場を生成する。言い換えれば、多極子の対向する電極に正負を反転させた電位を印加する。これにより、かかる多極子を通過する１次電子ビームは、形成される電場の正電位の方向に偏向されることになる。像面１９での電子源像の形状（及びサイズ）のばらつきを補正するため、多段レンズアレイ２１０中の多極子レンズアレイには、各多極子に四重極場を形成させるが、双極子場と四重極場は並行して作用させることができる。
【0079】
【0080】
図１８は、実施の形態１の変形例２における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。実施の形態１の変形例２では、図１８に示すように、角度制限アパーチャアレイ基板２１１の下流側に、多極子レンズアレイ４０を配置して、コンデンサレンズ２０５の代わりにマルチ１次電子ビーム２０を集束方向に偏向する。その他の構成は図１と同様である。コンデンサレンズ２０５の代わりの多極子レンズアレイ４０は、多段レンズアレイ２１０を通過したマルチ１次電子ビーム２０を集束方向に偏向する偏向器アレイとして機能する。かかる場合も同様に、多極子レンズアレイ４０の各多極子に双極子場のみを生成させればよい。
【0081】
図１９は、実施の形態１の変形例３における電子源から非点収差補正後の中間像面までの各構成の一例を示す図である。実施の形態１では、コンデンサレンズ２０２を使って、略平行ビームを形成するが、許容される平行度から外れる場合もあり得る。そこで、実施の形態１の変形例３では、図１９に示すように、多段レンズアレイ２１０の、例えば、１段目の多極子レンズアレイ４０を使って、マルチ１次電子ビーム２０のうち少なくとも１つの１次電子ビームを略平行ビームになるように偏向する。よって、例えば、１段目の多極子レンズアレイ４０は、上述した本来の機能と並行して、偏向器アレイとしても機能する。双極子場と四重極場は並行して作用させることができる。但し、偏向器アレイとして機能させる多極子レンズアレイは、１段目に限るものではない。多段レンズアレイ２１０のうちの１つの多極子レンズアレイがマルチ１次電子ビーム２０の各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成してもよい。
【0082】
或いは、成形アパーチャアレイ基板２０３と多段レンズアレイ２１０との間に、別途、多極子レンズアレイ４０を配置しても好適である。多段レンズアレイ２１０とは別に配置された多極子レンズアレイ４０は、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームが平行ビームになるように双極子場を生成する。かかる場合、多極子レンズアレイ４０は、偏向器アレイとして機能する。
【0083】
なお、上述した例において、多段レンズアレイ２１０を構成する２段の多極子レンズアレイ４０は、静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイにより構成される。或いは、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイにより構成される。或いは、静電多極子により構成される静電多極子レンズアレイと、磁場多極子により構成される磁場多極子レンズアレイとの組み合わせにより構成される。
【0084】
以上のように、２段の多極子レンズアレイ４０と角度制限アパーチャアレイ基板２１１とにより、各ビームの形状のばらつき、及び集束角度のばらつきを低減できる。或いは、各ビームの像面１９（中間像面）位置のばらつき、及び集束角度のばらつきを低減できる。
【0085】
図２０は、実施の形態１における多段レンズアレイの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。
まず、シミュレーション、或いは過去の測定経験から求まる初期条件で多段レンズアレイ２１０を含む検査装置１００全体のレンズを駆動する（Ｓ１０２）。
そして、異なる焦点位置でのビームアレイ形状を測定する（Ｓ１０４）。
上記測定結果から残存非点収差、像面湾曲、ビーム寸法、および、集束半角を求める（Ｓ１０６）。
そして、得られた結果が所望の条件を満足するかどうかを判定する（Ｓ１０８）。
得られた結果が所望の条件を満足していない場合には、非点収差及び像面位置のばらつきを補正出来るレンズ条件を求める（Ｓ１１０）。得られた結果が所望の条件を満足する場合には調整終了として、検査処理に進む。
求めたレンズ条件に変更する（Ｓ１１２）。
そして、Ｓ１０４に戻り、得られる結果が所望の条件を満足するまで、Ｓ１０４からＳ１１２までの各工程を繰り返す。
まず、シミュレーション、或いは過去の測定経験から求まる初期条件で多段レンズアレイ２１０を含む検査装置１００全体のレンズを駆動する（Ｓ１０２）。
そして、異なる焦点位置でのビームアレイ形状を測定する（Ｓ１０４）。
上記測定結果から残存非点収差、像面湾曲、ビーム寸法、および、集束半角を求める（Ｓ１０６）。
そして、得られた結果が所望の条件を満足するかどうかを判定する（Ｓ１０８）。
得られた結果が所望の条件を満足していない場合には、非点収差及び像面位置のばらつきを補正出来るレンズ条件を求める（Ｓ１１０）。得られた結果が所望の条件を満足する場合には調整終了として、検査処理に進む。
求めたレンズ条件に変更する（Ｓ１１２）。
そして、Ｓ１０４に戻り、得られる結果が所望の条件を満足するまで、Ｓ１０４からＳ１１２までの各工程を繰り返す。
【0086】
以上により、多段レンズアレイ２１０を含む検査装置１００全体のレンズの調整した後、検査装置１００は、基板１０１の検査を行う。
【0087】
スキャン工程として、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０で対象物（ここでは基板１０１）を走査（スキャン）する。ここでは、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２毎に、マルチ１次電子ビーム２０で当該ストライプ領域３２をスキャンする。上述したように、１次電子光学系１５１は、マルチ１次電子ビーム２０で対象物（ここでは基板１０１）を照射する。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は、２次電子光学系１５２によって、マルチ検出器２２２（検出器アレイ）に導かれる。そして、導かれたマルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２（検出器アレイ）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。
【0088】
図２１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２１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。
【0089】
比較工程として、比較回路１０８は、取得された２次電子画像を所定の参照画像と比較する。具体的には、例えば、以下のように動作する。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
以上のように、実施の形態１によれば、試料面でのマルチ電子ビームの形状のばらつきとサイズのばらつきの一方と集束角度のばらつきとを低減できる。
【0100】
実施の形態２．
実施の形態１では、多段レンズアレイ２１０の下流側に角度制限アパーチャアレイ基板２１１を配置したが、角度制限の仕方はこれに限るものではない。実施の形態２では、マルチ１次電子ビーム２０を成形する際に、角度制限も併せて行う構成について説明する。
実施の形態１では、多段レンズアレイ２１０の下流側に角度制限アパーチャアレイ基板２１１を配置したが、角度制限の仕方はこれに限るものではない。実施の形態２では、マルチ１次電子ビーム２０を成形する際に、角度制限も併せて行う構成について説明する。
【0101】
図２２は、実施の形態２における検査装置の構成の一例を示す図である。図２２において、角度制限アパーチャアレイ基板２１１が省略された点以外は、図１と同様である。以下、特に説明する内容以外の点は、実施の形態１と同様で構わない。
【0102】
実施の形態２では、成形アパーチャアレイ基板２０３がマルチ１次電子ビーム２０を形成すると共に、各１次電子ビームの発散角度或いは集束角度を制限する。これにより、後段の角度制限アパーチャアレイ基板２１１を省略できる。
【0103】
ここで、形成されるマルチ１次電子ビーム２０は、上述したように非点収差を持っている場合がある。よって、成形アパーチャアレイ基板２０３でビーム成形する際に、かかる非点等によるビーム形状を補正しても良い。
【0104】
図２３は、実施の形態２における成形アパーチャアレイ基板で成形されるビームの一例を示す図である。例えば、ｘ方向に倍率１，ｙ方向に倍率０．５で結像する場合、多段レンズアレイの２１０での角度倍率はｘ方向に１、ｙ方向に２とする。
像面１９側で集束角度を揃える様に角度制限アパーチャアレイ基板２１１で直径２ｒの開口部が形成される場合と等価にするためには、成形側で集束角度をｘ方向：ｙ方向＝１：０．５になるように制限する。そのためには、成形アパーチャアレイ基板２０３の開口部は、長径：短径＝２：１の楕円とする。なお、大きさは位置によって異なっても良い。アパーチャの寸法を決める際には、多段レンズアレイ２１０を通過した電子ビームの角度分布が所望のものとなっていると仮定して、シミュレーションによって軌道を逆に辿って成形アパーチャアレイ位置での分布を求め、その分布を与える様にアパーチャの形状を決めるのが実用的である。あるいはマーク１１１を異なる高さに設けておき電子ビームを照射して得られるビーム分布のマーク１１１の高さ依存からビーム集束角をもとめて、それが所望の分布となる様に決めることも出来る。
像面１９側で集束角度を揃える様に角度制限アパーチャアレイ基板２１１で直径２ｒの開口部が形成される場合と等価にするためには、成形側で集束角度をｘ方向：ｙ方向＝１：０．５になるように制限する。そのためには、成形アパーチャアレイ基板２０３の開口部は、長径：短径＝２：１の楕円とする。なお、大きさは位置によって異なっても良い。アパーチャの寸法を決める際には、多段レンズアレイ２１０を通過した電子ビームの角度分布が所望のものとなっていると仮定して、シミュレーションによって軌道を逆に辿って成形アパーチャアレイ位置での分布を求め、その分布を与える様にアパーチャの形状を決めるのが実用的である。あるいはマーク１１１を異なる高さに設けておき電子ビームを照射して得られるビーム分布のマーク１１１の高さ依存からビーム集束角をもとめて、それが所望の分布となる様に決めることも出来る。
【0105】
以上のように、実施の形態２によれば、ビーム成形と共に角度制限ができる。これにより、像面１９での集束角度のばらつきを補正できる。なお、多段レンズアレイ２１０により像面１９での電子源像の形状のばらつき或いは像面位置のばらつき（試料面でのサイズのばらつき）を補正できる点は実施の形態１と同様である。
【0106】
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。なお、本説明においては、使用される四重極レンズや円形レンズの焦点距離の絶対値は０以外の任意の値を取れると仮定した。実用的には静電レンズの場合は放電、磁場レンズの場合は磁極の飽和等の物理的な制限により、実現出来る焦点距離に制限がある。また、コンデンサレンズでの四重極成分についても、所望の倍率やレンズ配置に伴う制限がある。装置設計ではこれらの制限を考慮して最適化を行うと良い。
【0107】
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、本説明においては中間結像面の位置がｘ方向、ｙ方向で同じになる様に調整する場合を示したが、図１３に示す様に、下流の光学系における非点収差を相殺する様に異なる位置にすることも出来る。また、レンズアレイを構成する各レンズの焦点距離は独立に制御できるとしたが、調整範囲の独立性についての条件が緩和される時は、レンズアレイを構成するレンズを少なくとも２つ以上のグループに分けて、異なるグループ間では独立、同じグループ内では共通の焦点距離を取る様にすることも出来る。
例えば、本説明においては中間結像面の位置がｘ方向、ｙ方向で同じになる様に調整する場合を示したが、図１３に示す様に、下流の光学系における非点収差を相殺する様に異なる位置にすることも出来る。また、レンズアレイを構成する各レンズの焦点距離は独立に制御できるとしたが、調整範囲の独立性についての条件が緩和される時は、レンズアレイを構成するレンズを少なくとも２つ以上のグループに分けて、異なるグループ間では独立、同じグループ内では共通の焦点距離を取る様にすることも出来る。
【0108】
図２４は、各実施の形態における多極子レンズの配置例を示す図である。
例えば、像面湾曲や非点の分布が軸対称な時、図２４に示す様に、多極子レンズの電極の回転方向の位相を中心軸からの方向に応じて変える様にしておき、半径方向距離に応じて２つ以上にグループに分けて同じグループ内では焦点距離が等しくなる様に対応する電極に電位を与える電源を共通にすることで、電源の数を減らすことも出来る。図２４の例では同じ番号が与えられている電極の電源を共通化出来る。更に、四重極場のみを発生する場合は例えば電極１と電極５の様に向かい合う電極に等しい電位を与えることで電源を共通にすることも出来る。
例えば、像面湾曲や非点の分布が軸対称な時、図２４に示す様に、多極子レンズの電極の回転方向の位相を中心軸からの方向に応じて変える様にしておき、半径方向距離に応じて２つ以上にグループに分けて同じグループ内では焦点距離が等しくなる様に対応する電極に電位を与える電源を共通にすることで、電源の数を減らすことも出来る。図２４の例では同じ番号が与えられている電極の電源を共通化出来る。更に、四重極場のみを発生する場合は例えば電極１と電極５の様に向かい合う電極に等しい電位を与えることで電源を共通にすることも出来る。
【0109】
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。
【0110】
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照射装置及びマルチ電子ビーム照射方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0111】
１０ １次電子ビーム
１１ 物面
１２ 上段電極基板
１４ 中段電極基板
１６ 電極
１７ 通過孔
１８ 下段電極基板
１９ 像面
２０ マルチ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
４０ 多極子レンズアレイ
４０－１，４０－２ 多極子レンズ
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
６２ 上段電極基板
６４ 中段電極基板
６６ 電極
６７ 通過孔
１８ 下段電極基板
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 多段レンズアレイ制御回路
１３２ Ｅ×Ｂ分離器制御回路
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６，１４７，１４８，１４９ 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 コンデンサレンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０６，２０７ 電磁レンズ
２０８ 偏向器
２０９ 偏向器
２１０ 多段レンズアレイ
２１１ 角度制限アパーチャアレイ基板
２１２ 一括偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ Ｅ×Ｂ分離器
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２２４ 電磁レンズ
２２５，２２６ 偏向器
３００ マルチ２次電子ビーム
３０１ 電子銃
３０２，３０５ コンデンサレンズ
３０３ 成形アパーチャアレイ基板
３１０ 静電レンズアレイ
３１１ 物面
３１９ 像面
３３０ 検査領域
３３２ チップ
３４１ ビーム寸法制限アパーチャアレイ基板
１１ 物面
１２ 上段電極基板
１４ 中段電極基板
１６ 電極
１７ 通過孔
１８ 下段電極基板
１９ 像面
２０ マルチ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
４０ 多極子レンズアレイ
４０－１，４０－２ 多極子レンズ
５０，５２，５６ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
６２ 上段電極基板
６４ 中段電極基板
６６ 電極
６７ 通過孔
１８ 下段電極基板
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 多段レンズアレイ制御回路
１３２ Ｅ×Ｂ分離器制御回路
１４２ ステージ駆動機構
１４４，１４６，１４７，１４８，１４９ 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 コンデンサレンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０６，２０７ 電磁レンズ
２０８ 偏向器
２０９ 偏向器
２１０ 多段レンズアレイ
２１１ 角度制限アパーチャアレイ基板
２１２ 一括偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ Ｅ×Ｂ分離器
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２２４ 電磁レンズ
２２５，２２６ 偏向器
３００ マルチ２次電子ビーム
３０１ 電子銃
３０２，３０５ コンデンサレンズ
３０３ 成形アパーチャアレイ基板
３１０ 静電レンズアレイ
３１１ 物面
３１９ 像面
３３０ 検査領域
３３２ チップ
３４１ ビーム寸法制限アパーチャアレイ基板
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】