特許7385493マルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-14
(45)【発行日】2023-11-22
(54)【発明の名称】マルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/244 20060101AFI20231115BHJP
H01J 37/28 20060101ALI20231115BHJP
H01J 37/22 20060101ALI20231115BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20231115BHJP
【ＦＩ】
H01J37/244
H01J37/28 B
H01J37/22 502H
H01L21/66 J
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020025559
(22)【出願日】2020-02-18
(65)【公開番号】P2021131946
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2023-01-06
(73)【特許権者】
【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】石井 浩一
【審査官】後藤 慎平
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－００９８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０２６８３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２４１６０６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／２４４
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
Ｈ０１Ｊ ３７／２２
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、前記それぞれの２次荷電粒子ビームを含むマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器が有する複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、第１の回転角度で前記マルチ検出器を回転させる工程と、
前記試料面から放出されるそれぞれの２次荷電粒子ビームを用いて、回転後の前記２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、
前記マルチ検出器を回転させた前記第１の回転角度と、探索された回転前後の前記２以上の検出エレメントの各座標を用いて、前記マルチ検出器の回転中心座標を演算する工程と、
探索された前記２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つと前記マルチ検出器の回転中心座標とを用いて、前記複数の検出エレメントを前記マルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する工程と、
前記第２の回転角度で前記マルチ検出器を回転させる工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法。
【請求項2】
前記複数の検出エレメントに対する前記回転中心座標の位置関係と同様の位置関係になる前記マルチ２次荷電粒子ビームに対する対応座標を演算する工程と、前記回転中心座標を前記マルチ２次荷電粒子ビームに対する前記対応座標にシフトするためのシフト量を演算する工程と、
前記シフト量を用いて前記マルチ検出器をシフトする工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法。
【請求項3】
探索された前記２以上の検出エレメントの各座標を用いて、前記複数の検出エレメントの残りの検出エレメントの座標を演算する工程と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法。
【請求項4】
探索される前記２以上の検出エレメントとして、前記複数の検出エレメントのうち、中心部の検出エレメントとは異なる３つの検出エレメントを選択する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法。
【請求項5】
前記２以上の検出エレメントとして、直線上に並ばない３つの検出エレメントが用いられ、前記３つの検出エレメントのうち、１つの検出エレメントの座標から前記回転中心座標へのベクトルを前記１つの検出エレメントの座標から残りの２つの検出エレメントの座標への２つのベクトルに分解する演算を行う工程をさらに備え、
前記対応座標は、分解された前記２つのベクトルを前記マルチ２次荷電粒子ビームのうちの３つの２次荷電粒子ビームの座標に適用した場合における前記２つのベクトルの合成ベクトルの座標として演算されることを特徴とする請求項２記載のマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法。
【請求項6】
試料を載置するステージと、前記試料をマルチ１次電子ビームで照射する１次電子光学系と、
複数の検出エレメントを有し、前記試料を前記マルチ１次電子ビームで照射することによって放出されたマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器と、
前記マルチ検出器を回転させる回転機構と、
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、第１の回転角度で前記マルチ検出器を回転させる回転前後の前記複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する探索部と、
前記マルチ検出器を回転させた前記第１の回転角度と、探索された回転前後の前記２以上の検出エレメントの各座標を用いて、前記マルチ検出器の回転中心座標を演算する回転中心演算部と、
探索された前記２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つと前記マルチ検出器の回転中心座標とを用いて、前記複数の検出エレメントを前記マルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する回転角度算出部と、
を備え、
前記回転機構は、前記第２の回転角度で前記マルチ検出器を回転させることを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法及びマルチ荷電粒子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パターン検査装置の高精度化が必要とされている。
【0003】
検査手法としては、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ－ダイ）検査」や、パターン設計された設計データをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ－データベース）検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
【0004】
半導体ウェハやフォトマスクの欠陥検査では、より小さいサイズの欠陥を検出することが求められている。そのため、近年の検査装置では、上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像する装置の他、画像の画素分解能を上げるために、レーザ光よりも波長の短い電子ビームで検査対象基板上を走査（スキャン）して、電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。
【0005】
マルチビーム検査装置において、マルチビームの本数と２次電子検出器のエレメント数が同じ系では、両者の位置合わせが重要となる。特に、新規に或いは交換として、２次電子検出器を装置に搭載する場合にマルチ２次電子ビームとの位置合わせが重要となる。例えば、２次光学系レンズの最終段のレンズと２次電子検出器との間に開口板を配置して、開口板を２次電子ビームの位置調整に用いるといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１４－０２６８３４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、マルチ荷電粒子ビームと２次電子検出器との位置合わせが可能な方法およびかかる方法を実現可能な装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム位置合わせ方法は、
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、それぞれの２次荷電粒子ビームを含むマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器が有する複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、
第１の回転角度でマルチ検出器を回転させる工程と、
試料面から放出されるそれぞれの２次荷電粒子ビームを用いて、回転後の２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、
マルチ検出器を回転させた第１の回転角度と、探索された回転前後の２以上の検出エレメントの各座標を用いて、マルチ検出器の回転中心座標を演算する工程と、
探索された２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つとマルチ検出器の回転中心座標とを用いて、複数の検出エレメントをマルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する工程と、
第２の回転角度でマルチ検出器を回転させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、それぞれの２次荷電粒子ビームを含むマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器が有する複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、
第１の回転角度でマルチ検出器を回転させる工程と、
試料面から放出されるそれぞれの２次荷電粒子ビームを用いて、回転後の２以上の検出エレメントの座標を探索する工程と、
マルチ検出器を回転させた第１の回転角度と、探索された回転前後の２以上の検出エレメントの各座標を用いて、マルチ検出器の回転中心座標を演算する工程と、
探索された２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つとマルチ検出器の回転中心座標とを用いて、複数の検出エレメントをマルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する工程と、
第２の回転角度でマルチ検出器を回転させる工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、複数の検出エレメントに対する回転中心座標の位置関係と同様の位置関係になるマルチ２次荷電粒子ビームに対する対応座標を演算する工程と、
回転中心座標をマルチ２次荷電粒子ビームに対する対応座標にシフトするためのシフト量を演算する工程と、
シフト量を用いてマルチ検出器をシフトする工程と、
をさらに備えると好適である。
回転中心座標をマルチ２次荷電粒子ビームに対する対応座標にシフトするためのシフト量を演算する工程と、
シフト量を用いてマルチ検出器をシフトする工程と、
をさらに備えると好適である。
【0010】
また、探索された２以上の検出エレメントの各座標を用いて、複数の検出エレメントの残りの検出エレメントの座標を演算する工程と、
をさらに備えると好適である。
をさらに備えると好適である。
【0011】
また、探索される２以上の検出エレメントとして、複数の検出エレメントのうち、中心部の検出エレメントとは異なる３つの検出エレメントを選択する工程をさらに備えると好適である。
【0012】
また、２以上の検出エレメントとして、直線上に並ばない３つの検出エレメントが用いられ、
３つの検出エレメントのうち、１つの検出エレメントの座標から回転中心座標へのベクトルを１つの検出エレメントの座標から残りの２つの検出エレメントの座標への２つのベクトルに分解する演算を行う工程をさらに備え、
対応座標は、分解された２つのベクトルをマルチ２次荷電粒子ビームのうちの３つの２次荷電粒子ビームの座標に適用した場合における２つのベクトルの合成ベクトルの座標として演算されると好適である。
３つの検出エレメントのうち、１つの検出エレメントの座標から回転中心座標へのベクトルを１つの検出エレメントの座標から残りの２つの検出エレメントの座標への２つのベクトルに分解する演算を行う工程をさらに備え、
対応座標は、分解された２つのベクトルをマルチ２次荷電粒子ビームのうちの３つの２次荷電粒子ビームの座標に適用した場合における２つのベクトルの合成ベクトルの座標として演算されると好適である。
【0013】
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム検査装置は、
試料を載置するステージと、
試料をマルチ１次電子ビームで照射する１次電子光学系と、
複数の検出エレメントを有し、試料をマルチ１次電子ビームで照射することによって放出されたマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器と、
マルチ検出器を回転させる回転機構と、
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、第１の回転角度でマルチ検出器を回転させる回転前後の複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する探索部と、
マルチ検出器を回転させた第１の回転角度と、探索された回転前後の２以上の検出エレメントの各座標を用いて、マルチ検出器の回転中心座標を演算する回転中心演算部と、
探索された２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つとマルチ検出器の回転中心座標とを用いて、複数の検出エレメントをマルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する回転角度算出部と、
を備え、
回転機構は、第２の回転角度でマルチ検出器を回転させることを特徴とする。
試料を載置するステージと、
試料をマルチ１次電子ビームで照射する１次電子光学系と、
複数の検出エレメントを有し、試料をマルチ１次電子ビームで照射することによって放出されたマルチ２次荷電粒子ビームを検出するためのマルチ検出器と、
マルチ検出器を回転させる回転機構と、
それぞれ試料面から放出される２次荷電粒子ビームを用いて、第１の回転角度でマルチ検出器を回転させる回転前後の複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する探索部と、
マルチ検出器を回転させた第１の回転角度と、探索された回転前後の２以上の検出エレメントの各座標を用いて、マルチ検出器の回転中心座標を演算する回転中心演算部と、
探索された２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つとマルチ検出器の回転中心座標とを用いて、複数の検出エレメントをマルチ２次荷電粒子ビームに位置合わせするための第２の回転角度を算出する回転角度算出部と、
を備え、
回転機構は、第２の回転角度でマルチ検出器を回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明の一態様によれば、マルチ荷電粒子ビームと２次電子検出器との効率的な位置合わせが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態１における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における位置合わせ前の段階でのマルチ２次電子ビームとマルチ検出器の複数の検出エレメントとの位置関係の一例を示す図である。
【図4】実施の形態１における位置合わせ回路の内部構成の一例を示す図である。
【図5】実施の形態１における検査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】実施の形態１における検出エレメント座標の探索の仕方を説明するための図である。
【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構成を示す図である。
【図8】実施の形態１における２次電子ビームを走査する仕方の一例を説明するための図である。
【図9A】実施の形態１における２次電子ビームの走査範囲の一例を示す図である。
【図9B】Ｄ１１に近いビームを特定した後にＤ１１の位置を正確に把握するための探索方法を説明するための図である。
【図10】実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの一方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。
【図11】実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの他方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。
【図12】実施の形態１における回転前後のマルチ２次電子ビームとマルチ検出器の複数の検出エレメントとの位置関係の一例を示す図である。
【図13】実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの一方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。
【図14】実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの他方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。
【図15】実施の形態１における回転前後のマルチ検出器の複数の検出エレメントの座標の一例を示す図である。
【図16】実施の形態１における回転中心座標を算出するための演算式を示す図である。
【図17】実施の形態１における検出エレメント座標のベクトル演算の仕方を説明するための図である。
【図18】実施の形態１におけるベクトル係数を算出するための演算式を示す図である。
【図19】実施の形態１における２次電子ビーム座標のベクトル演算の仕方を説明するための図である。
【図20】実施の形態１における複数の検出エレメントの各座標の算出手法を説明するための図である。
【図21】実施の形態１における位置合わせ角度を算出するための演算式を示す図である。
【図22】実施の形態１における複数の検出エレメントをシフトする様子を説明するための図である。
【図23】実施の形態１における複数の検出エレメントを回転する様子を説明するための図である。
【図24】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25】実施の形態１における検査処理を説明するための図である。
【図26】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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いて説明する。但し、これに限るものではない。例えば、イオンビーム等であっても構わない。また、マルチビーム画像取得装置の一例として、マルチビームを用いた検査装置について説明する。但し、これに限るものではない。マルチビームに対応する２次電子検出器を用いて画像を取得する装置であればよい。
【0017】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、電磁レンズ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２３２、駆動機構２３４、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、アライメントコイル２２５，２２６、検出器ステージ２２９及びマルチ検出器２２２が配置されている。電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、ビーム選択アパーチャ基板２３２、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって１次電子光学系１５１を構成する。また、電磁レンズ２０７、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及びアライメントコイル２２５，２２６によって２次電子光学系１５２を構成する。マルチ検出器２２２は、２次座標系のｘ，ｙ方向及び回転（θ）方向に移動可能な検出器ステージ２２９上に配置される。検出器ステージ２２９は、回転ステージ２２７、及び２次系のｘ，ｙステージ２２８を有している。
図１は、実施の形態１における検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、電磁レンズ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２３２、駆動機構２３４、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、アライメントコイル２２５，２２６、検出器ステージ２２９及びマルチ検出器２２２が配置されている。電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、ビーム選択アパーチャ基板２３２、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９によって１次電子光学系１５１を構成する。また、電磁レンズ２０７、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及びアライメントコイル２２５，２２６によって２次電子光学系１５２を構成する。マルチ検出器２２２は、２次座標系のｘ，ｙ方向及び回転（θ）方向に移動可能な検出器ステージ２２９上に配置される。検出器ステージ２２９は、回転ステージ２２７、及び２次系のｘ，ｙステージ２２８を有している。
【0018】
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）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ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。
【0019】
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。
【0020】
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、検出器ステージ制御回路１３０、位置合わせ回路１３４、ビーム選択アパーチャ制御回路１３６、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、メモリ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。
【0021】
また、チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８及び位置合わせ回路１３４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。
【0022】
検出器ステージ２２９は、検出器ステージ制御回路１３０の制御の下に駆動機構１３２により駆動される。駆動機構１３２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、ｘ、ｙ方向にｘ，ｙステージ２２８が、θ方法に回転ステージ２２７が移動可能となっている。図１の例では、回転ステージ２２７上にｘ，ｙステージ２２８が配置される場合を示している。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。検出器ステージ２２９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。ステージ座標系は、例えば、マルチ２次電子ビーム３００の光軸に直交する面に対して、２次座標系のｘ方向、ｙ方向、θ方向が設定される。
【0023】
電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、電磁レンズ２２４、アライメントコイル２２６，２２７、及びビームセパレーター２１４は、レンズ制御回路１２４により制御される。また、一括ブランキング偏向器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。副偏向器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。主偏向器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。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。
【0024】
ビーム選択アパーチャ基板２３２は、駆動機構２３４により駆動され、駆動機構２３４は、ビーム選択アパーチャ制御回路１３６により制御される。
【0025】
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（カソード）と引出電極（アノード）間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、別の引出電極（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。
【0026】
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。
【0027】
図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ１列×縦（ｙ方向）ｎ１段（ｍ１，ｎ１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。次に、２次電子画像を取得する場合における画像取得機構１５０の動作について説明する。１次電子光学系１５１は、基板１０１をマルチ１次電子ビーム２０で照射する。具体的には、以下のように動作する。
【0028】
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。
【0029】
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．）に配置されたビームセパレーター２１４を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。
【0030】
マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２０７（対物レンズ）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にフォーカスする。対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされ（合焦され）たマルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器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。なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチ１次電子ビーム２０全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２１３の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２１３によってマルチ１次電子ビーム２０全体が遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチ１次電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２１３の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２１３は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチ１次電子ビーム２０を遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２１３を通過したビーム群により、画像取得用のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。
【0031】
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からマルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）が放出される。
【0032】
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、ビームセパレーター２１４に進む。
【0033】
ここで、ビームセパレーター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と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチ１次電子ビーム２０には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられる。
【0034】
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって、さらに曲げられ、電磁レンズ２２４によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２は、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、電子を増幅発生させ、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。各１次電子ビームは、基板１０１上における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内に照射され、当該サブ照射領域内を走査（スキャン動作）する。
【0035】
２次電子画像の取得は、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から放出される反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各１次電子ビームの個別照射領域（サブ照射領域）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２次電子画像データ（２次電子画像１のデータ）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に出力される。
【0036】
各１次電子ビームのサブ照射領域内の画像を得るためには、各１次電子ビームに対応する２次電子ビームをマルチ検出器２２２の対応する検出エレメントで検出する必要がある。よって、マルチ１次電子ビーム２０の本数とマルチ検出器２２２の検出エレメント数が同じ系では、マルチ１次電子ビーム２０に対応するマルチ２次電子ビーム３００とマルチ検出器２２２の複数の検出エレメントとの位置合わせが重要となる。
【0037】
図３は、実施の形態１における位置合わせ前の段階でのマルチ２次電子ビームとマルチ検出器の複数の検出エレメントとの位置関係の一例を示す図である。ここでは、例えば粗調整後の位置関係を示している。図３の例では、マルチ検出器２２２の検出面上におけるマルチ２次電子ビーム３００の中心位置を原点とした２次座標系で示している。図３の例では、例えば、３×３のマルチ２次電子ビーム３００（Ｂ１１～Ｂ３３）を、アレイ配置された３×３個の検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）で検出する場合を示している。マルチ２次電子ビーム３００の中心位置にマルチ検出器２２２の中心が近づくように設置する。しかし、図３に示したように、位置合わせ前の段階では、各検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）は、対応する２次電子ビーム（Ｂ１１～Ｂ３３）から位置がずれている。よって、このままでは、基板１０１の画像を得ることは困難である。そこで、実施の形態１では、かかる状態から、マルチ検出器２２２をｘ，ｙ，θ方向に移動させることによって、各検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）の位置を対応する２次電子ビーム（Ｂ１１～Ｂ３３）の位置に位置合わせする。
【0038】
図４は、実施の形態１における位置合わせ回路の内部構成の一例を示す図である。図４において、位置合わせ回路１３４内には、探索部６０、回転中心算出部６１、ベクトル演算部６２、中心対応座標算出部６３、シフト量算出部６４、座標算出部６５、回転角度算出部６６、回転処理部６７、シフト処理部６８、及び選択部６９が配置される。探索部６０、回転中心算出部６１、ベクトル演算部６２、中心対応座標算出部６３、シフト量算出部６４、座標算出部６５、回転角度算出部６６、回転処理部６７、シフト処理部６８、及び選択部６９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。探索部６０、回転中心算出部６１、ベクトル演算部６２、中心対応座標算出部６３、シフト量算出部６４、座標算出部６５、回転角度算出部６６、回転処理部６７、シフト処理部６８、及び選択部６９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。
【0039】
図５は、実施の形態１における検査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５において、実施の形態１における検査方法の要部工程は、２次電子ビーム座標測定工程（Ｓ１０２）と、検出エレメント選択工程（Ｓ１０４）と、検出エレメント座標探索工程（Ｓ１０６）と、検出器回転工程（Ｓ１０８）と、検出エレメント座標探索工程（Ｓ１１０）と、回転中心算出工程（Ｓ１１２）と、ベクトル演算工程（Ｓ１１４）と、中心対応座標算出工程（Ｓ１１６）と、シフト量算出工程（Ｓ１１８）と、残りの検出エレメント座標算出工程（Ｓ１２０）と、回転角度算出工程（Ｓ１２２）と、シフト工程（Ｓ１２４）と、回転工程（Ｓ１２６）と、検査処理工程（Ｓ１３０）と、いう一連の工程を実施する。
【0040】
実施の形態１におけるマルチ電子ビーム位置合わせ方法は、かかる各工程のうち、２次電子ビーム座標測定工程（Ｓ１０２）と、検出エレメント選択工程（Ｓ１０４）と、検出エレメント座標探索工程（Ｓ１０６）と、検出器回転工程（Ｓ１０８）と、検出エレメント座標探索工程（Ｓ１１０）と、回転中心算出工程（Ｓ１１２）と、ベクトル演算工程（Ｓ１１４）と、中心対応座標算出工程（Ｓ１１６）と、シフト量算出工程（Ｓ１１８）と、残りの検出エレメント座標算出工程（Ｓ１２０）と、回転角度算出工程（Ｓ１２２）と、シフト工程（Ｓ１２４）と、回転工程（Ｓ１２６）と、を実施する。シフト工程（Ｓ１２４）と、回転工程（Ｓ１２６）とは、どちらが先でも構わない。或いは同時期に実施してもよい。
【0041】
２次電子ビーム座標測定工程（Ｓ１０２）として、まずは、検出面上におけるマルチ２次電子ビーム３００の位置を測定する。まず、マルチ検出器２２２の代わりに、図示しない電子線検出イメージセンサ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ、以下ＥＤＩＳと呼ぶ）を取り付け、マルチ２次電子ビーム３００をダイレクト・ディテクション・デバイスで検出することで、検出面上におけるマルチ２次電子ビーム３００の位置を測定する。ＥＤＩＳは、ビームサイズよりも十分小さい画素を２次元状に配置したイメージセンサであり、例えばサイズ１０μｍ角の画素を４０００ｘ３０００個配置したものが有用である。個々の画素が電子線に感度を有するものであってもいいし、蛍光体を介して電子線を検出するものでも構わない。電子線を直接これにより、マルチ検出器２２２の検出面上におけるマルチ２次電子ビーム３００の中心位置を原点とした２次座標系を設定できる。その後、ダイレクト・ディテクション・デバイスを取り外し、マルチ検出器２２２を取り付けることになる。図３の例では、各検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）の位置が一例として示されているが、実際には、２次座標系における各検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）の位置は把握できていない状態である。ＥＤＩＳでの測定は、マルチ１次電子ビーム２０を照射して、基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００全体を測定しても良いし、マルチ１次電子ビーム２０を１本ずつ照射して、それぞれ対応する２次電子ビームの位置を測定しても良い。ステージ１０５は停止した状態で行えばよい。また、基板１０１の代わりに、図示しないマーク或いは評価基板等に１次電子ビームを照射しても良い。
【0042】
検出エレメント選択工程（Ｓ１０４）として、選択部６９は、複数の検出エレメント（Ｄ１１～Ｄ３３）のうち、２以上の検出エレメントを選択する。選択する場合に、中心部の検出エレメントＤ２２とは異なる２以上の検出エレメントを選択する。例えば、中心部の検出エレメントＤ２２とは異なる２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１を選択する。なお、後述するように、ベクトル演算工程（Ｓ１１４）において３つの検出エレメント座標が必要となるので、望ましくは、中心部の検出エレメントＤ２２とは異なる３つの検出エレメントを選択すると好適である。かかる場合に、直線上に並ばない３つの検出エレメントを選択する。例えば、３つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３を選択する。あるいは、まずは２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１を選択し、以降のベクトル演算工程（Ｓ１１４）の前までの各工程を実施した後で、さらにもう１つの検出エレメントを選択しても構わない。
【0043】
検出エレメント座標探索工程（Ｓ１０６）として、探索部６０は、それぞれ基板１０１（試料）面から放出される２次電子ビームを用いて、それぞれの２次電子ビームを含むマルチ２次電子ビームを検出するためのマルチ検出器２２２が有する複数の検出エレメントのうちの２以上の検出エレメントの座標を探索する。具体的には、選択された２以上の検出エレメントＤ１１，Ｄ３１（，Ｄ３３）の座標を、それぞれいずれかの２次電子ビームを用いて探索する。
【0044】
図６は、実施の形態１における検出エレメント座標の探索の仕方を説明するための図である。図６に示すように、ビーム選択アパーチャ基板２３２で選択することによりマルチ２次電子ビーム３００を１本ずつ走査して、選択された検出エレメントＤ１１，Ｄ３１（，Ｄ３３）に近い２次電子ビームをそれぞれ把握する。１本の２次電子ビームに絞るために、マルチ１次電子ビーム２０を１本ずつ選択する。図６の例では、検出エレメントＤ１１を２次電子ビームＢ２１で探索できる場合を示している。同様に、検出エレメントＤ３１を２次電子ビームＢ３１で探索できる場合を示している。
【0045】
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２３２の構成を示す図である。図７において、ビーム選択アパーチャ基板２３２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次電子ビームしか通過できないサイズの小開口１３とが基板上に形成される。ビーム選択アパーチャ制御回路１３６の制御のもと、駆動機構２３４は、ビーム選択アパーチャ基板２３２を水平移動させることによって、マルチ１次電子ビーム２０のうち１本の１次電子ビームを選択的に通過させる。ビーム選択アパーチャ基板２３２を通過した１次電子ビームは、基板１０１に照射され、対応する２次電子ビームを放出する。放出された２次電子ビームは、ビームセパレーター２１４により偏向され、２次電子光学系１５２のアライメントコイル２２５，２２６に進む。
【0046】
図８は、実施の形態１における２次電子ビームを走査する仕方の一例を説明するための図である。１本ずつに絞られた２次電子ビーム３０１は、アライメントコイル２２５で偏向され中心軌道が斜めに振られた後にアライメントコイル２２６で斜めに振られた軌道を当初の軌道軸と平行な軌道軸に振り戻す。これにより、入射角度を変えずに軸移動ができる。かかる軸移動により、マルチ検出器２２２に照射する位置を走査（スキャン）する。なお、ここでは、２つのアライメントコイル２２５，２２６で走査する場合を示しているが、これに限るものではない。例えば４極以上の電極で構成される偏向器を使って２次電子ビーム３０１を走査しても好適である。
【0047】
図９Ａは、実施の形態１における２次電子ビームの走査範囲の一例を示す図である。図９に示すように、各２次電子ビームの走査範囲は、２次電子ビーム間のビームピッチで囲まれる矩形領域（ｘ，ｙ方向に±０．５ビームピッチ）に設定すると好適である。なお、図９Ａの例では、一部の２次電子ビームが様々な誤差要因（鋼製部材の加工精度、組立精度など）により設計上のビームピッチよりも大きいピッチで配列されている場合を示している。
【0048】
そして、マルチ１次電子ビーム２０を１本ずつ選択して、走査範囲を走査することで検出エレメントＤ１１に近い２次電子ビームを把握する。具体的にはＤ１１からの出力が最大となるビームをＤ１１に近いビームとして特定する。
次にＤ１１に近いビームを特定した後にＤ１１の位置を正確に把握するための探索方法について図９Ｂを用いて説明する。ビームＢ２１によるＤ１１からの出力が最大となる座標（Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘ）（最大出力座標）を記録しておき、その座標を中心に探索範囲（再探索範囲１７）を再定義する。例えば±０．５ビームピッチとする。その再探索範囲１７内でＢ２１を走査しながらＤ１１の出力を記録していき、出力値と走査座標値のデータから重心座標を算出する。この重心座標を最終的なＤ１１の座標として特定する。
次にＤ１１に近いビームを特定した後にＤ１１の位置を正確に把握するための探索方法について図９Ｂを用いて説明する。ビームＢ２１によるＤ１１からの出力が最大となる座標（Ｘｍａｘ、Ｙｍａｘ）（最大出力座標）を記録しておき、その座標を中心に探索範囲（再探索範囲１７）を再定義する。例えば±０．５ビームピッチとする。その再探索範囲１７内でＢ２１を走査しながらＤ１１の出力を記録していき、出力値と走査座標値のデータから重心座標を算出する。この重心座標を最終的なＤ１１の座標として特定する。
【0049】
図１０は、実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの一方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。図１０の例では、検出エレメントＤ１１で検出される２次電子ビームを探索する。図１０の例では、２次電子ビームＢ２１が検出エレメントＤ１１で検出される場合を示している。そして、かかる２次電子ビームＢ２１の位置はＥＤＩＳで測定されているので、２次電子ビームＢ２１の位置にかかる位置から検出される強度が最大となる位置までの相対的な走査位置が加算された位置を、検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）として探索（検出）できる。
【0050】
図１１は、実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの他方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）を検出する場合と同様の動作を行うことで、検出エレメントＤ３１で検出される２次電子ビームを探索する。図１１の例では、２次電子ビームＢ３１が検出エレメントＤ３１で検出される場合を示している。そして、かかる２次電子ビームＢ３１の位置はＥＤＩＳで測定されているので、２次電子ビームＢ３１の位置にかかる位置から検出される強度が最大となる位置までの相対的な走査位置が加算された位置を、検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）として探索（検出）できる。
【0051】
なお、３つの検出エレメントを選択した場合には、同様に、３つ目の検出エレメントＤ３３の座標（ｘ３，ｙ３）を探索（検出）する。
【0052】
検出器回転工程（Ｓ１０８）として、検出器ステージ制御回路１３０は、駆動機構１３２を制御して、回転ステージ２２７を回転させる。これにより、回転ステージ２２７は、予め設定された回転角度φ（第１の回転角度）でマルチ検出器２２２を回転させる。
【0053】
図１２は、実施の形態１における回転前後のマルチ２次電子ビームとマルチ検出器の複数の検出エレメントとの位置関係の一例を示す図である。図１２に示すように、複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の中心がマルチ検出器２２２の回転中心（ｒｘ，ｒｙ）とは限らない。よって、マルチ検出器２２２を回転角度φだけ回転させた状態では、回転前に座標を検出した検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３の回転後の位置は不明な状態となる。図１２の例では、回転角度φだけマルチ検出器２２２を回転させることで検出エレメントＤ１１が検出エレメントＤ１１´に移動した状態を示している。同様に、検出エレメントＤ３１が検出エレメントＤ３１´に移動した状態を示している。
【0054】
検出エレメント座標探索工程（Ｓ１１０）として、探索部６０は、基板１０１面から放出されるそれぞれの２次電子ビームを用いて、回転後の２以上の検出エレメントの座標を探索する。具体的には、選択された２以上の検出エレメントＤ１１，Ｄ３１（，Ｄ３３）の回転後の座標を、それぞれいずれかの２次電子ビームを用いて探索する。
【0055】
図１３は、実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの一方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。探索の仕方は、回転前の探索の仕方と同様である。図１３の例では、検出エレメントＤ１１′で検出される２次電子ビームを探索する。図１３の例では、２次電子ビームＢ１１が検出エレメントＤ１１′で検出される場合を示している。そして、かかる２次電子ビームＢ１１の位置はＥＤＩＳで測定されているので、２次電子ビームＢ１１の位置にかかる位置から検出される強度が最大となる位置までの相対的な走査位置が加算された位置を、検出エレメントＤ１１′の座標（Ｘ１，Ｙ１）として探索（検出）できる。
【0056】
図１４は、実施の形態１における選択された２つの検出エレメントの他方と２次電子ビームとが重なった場合を示す図である。検出エレメントＤ１１′の座標（Ｘ１，Ｙ１）を検出する場合と同様の動作を行うことで、検出エレメントＤ３１′で検出される２次電子ビームを探索する。図１４の例では、２次電子ビームＢ３１が検出エレメントＤ３１′で検出される場合を示している。そして、かかる２次電子ビームＢ３１の位置はＥＤＩＳで測定されているので、２次電子ビームＢ３１の位置にかかる位置から検出される強度が最大となる位置までの相対的な走査位置が加算された位置を、検出エレメントＤ３１′の座標（Ｘ２，Ｙ２）として探索（検出）できる。
【0057】
図１５は、実施の形態１における回転前後のマルチ検出器の複数の検出エレメントの座標の一例を示す図である。図１５に示すように、検出エレメントＤ１１（Ｄ１１′）は、未知の回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）を軸に回転前の座標（ｘ１，ｙ１）から回転後の座標（Ｘ１，Ｙ１）へと移動している。同様に、検出エレメントＤ３１（Ｄ３１′）は、未知の回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）を軸に回転前の座標（ｘ２，ｙ２）から回転後の座標（Ｘ２，Ｙ２）へと移動している。
【0058】
回転中心算出工程（Ｓ１１２）として、回転中心算出部６１は、マルチ検出器２２２を回転させた回転角度φと、探索された回転前後の２以上の検出エレメントＤ１１（Ｄ１１′），Ｄ３１（Ｄ３１′）の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）を用いて、マルチ検出器２２２の回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）を演算する。
【0059】
図１６は、実施の形態１における回転中心座標を算出するための演算式を示す図である。回転前後の座標の関係から式（１）により求めることができる。
【0060】
以上の処理により、少なくとも２つの検出エレメントＤ１１（Ｄ１１′），Ｄ３１（Ｄ３１′）の回転前後の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）と、回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）とを取得できる。また、３つの検出エレメントを選択した場合には、同様に、３つ目の検出エレメントＤ３３の回転前の座標（ｘ３，ｙ３）を取得できる。３つの検出エレメントを選択していない場合には、３つ目の検出エレメントの選択と回転前の座標（ｘ３，ｙ３）の探索とを実施する。３つ目の検出エレメントを選択する場合、中心部の検出エレメントＤ２２とは異なる検出エレメントであって、先の２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１との関係において、３つの検出エレメントが直線上に並ばない検出エレメントを選択する。
【0061】
ベクトル演算工程（Ｓ１１４）として、ベクトル演算部６２は、３つの検出エレメントのうち、１つの検出エレメントの座標から回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）へのベクトルをかかる１つの検出エレメントの座標から残りの２つの検出エレメントの座標への２つのベクトルに分解する演算を行う。
【0062】
図１７は、実施の形態１における検出エレメント座標のベクトル演算の仕方を説明するための図である。上述した回転前の３つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３のうち、１つ検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）へのベクトルＲを、検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から検出エレメントＤ３３の座標（ｘ３，ｙ３）へのベクトルＰと、検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）へのベクトルＱとに分解する。３つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３のうち、回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）へのベクトルに対して両側に２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３３が分かれて位置することになる残りの１つの検出エレメントＤ３１を基準として用いると好適である。ベクトルＲは、ベクトルＰとベクトルＱとを用いて次の式（２）で定義できる。式（２）では、ベクトルを示す記号（－）は省略している。
（２） Ｒ＝αＰ＋βＱ
（２） Ｒ＝αＰ＋βＱ
【0063】
図１８は、実施の形態１におけるベクトル係数を算出するための演算式を示す図である。未知のベクトル係数α，βは、式（３）で求めることができる。
【0064】
中心対応座標算出工程（Ｓ１１６）として、中心対応座標算出部６３は、複数の検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３に対する回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）の位置関係と同様の位置関係になるマルチ２次電子ビームＢ１１，Ｂ３１，Ｂ３３に対する対応座標Ｂｃを演算する。
【0065】
図１９は、実施の形態１における２次電子ビーム座標のベクトル演算の仕方を説明するための図である。図１９において、対応座標Ｂｃは、分解された２つのベクトルαＰ，βＱをマルチ２次電子ビームのうちの３つの２次電子ビームＢ１１，Ｂ３１，Ｂ３３の座標に適用した場合における２つのベクトルの合成ベクトルの座標として演算される。具体的には、中心対応座標算出部６３は、基準となる検出エレメントＤ３１に対応する２次電子ビームＢ３１から検出エレメントＤ３３に対応する２次電子ビームＢ３３へのベクトルＰ′にベクトル係数αを乗じたαＰ′と、検出エレメントＤ３１に対応する２次電子ビームＢ３１から検出エレメントＤ１１に対応する２次電子ビームＢ１１へのベクトルＱ′にベクトル係数βを乗じたβＱ′との合成ベクトルＲ′を演算する。そして、中心対応座標算出部６３は、２次電子ビームＢ３１を起点とした合成ベクトルＲ′の座標を対応座標Ｂｃとして算出する。
【0066】
シフト量算出工程（Ｓ１１８）として、シフト量算出部６４は、回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）をマルチ２次電子ビームに対する対応座標Ｂｃにシフトするためのシフト量（ｄｘ，ｄｙ）を演算する。
【0067】
残りの検出エレメント座標算出工程（Ｓ１２０）として、座標算出部６５は、探索された２以上の検出エレメントの各座標を用いて、複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の残りの検出エレメントの座標を演算する。
【0068】
図２０は、実施の形態１における複数の検出エレメントの各座標の算出手法を説明するための図である。上述した例では、３つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）が既に探索によりわかっている。また、マルチ検出器２２２の複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３は、直交する２軸に沿って同じピッチでアレイ配置された３×３の検出エレメントであるものとする。よって、少なくとも２つの検出エレメントの各座標が分かれば、残りの検出エレメントの各座標を演算できる。図２０の例では、３つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１，Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）がわかっている場合に、残りの検出エレメントの各座標を算出する手法の一例が示さている。
【0069】
例えば、検出エレメントＤ２１の座標（ｘ４，ｙ４）は、検出エレメントＤ１１，Ｄ３１の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を結ぶ直線の中央の位置として算出される。例えば、検出エレメントＤ３２の座標（ｘ５，ｙ５）は、検出エレメントＤ３１，Ｄ３３の各座標（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）を結ぶ直線の中央の位置として算出される。例えば、検出エレメントＤ２２の座標（ｘ６，ｙ６）は、検出エレメントＤ１１，Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ３，ｙ３）を結ぶ直線の中央の位置として算出される。
【0070】
例えば、検出エレメントＤ１３の座標（ｘ７，ｙ７）は、検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）に検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から検出エレメントＤ３３の座標（ｘ３，ｙ３）へのベクトルを加算した値の位置として算出される。或いは、検出エレメントＤ１３の座標（ｘ７，ｙ７）は、Ｄ３３の座標（ｘ３，ｙ３）に検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）へのベクトルを加算した値の位置として算出される。或いは、検出エレメントＤ１３の座標（ｘ７，ｙ７）は、検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）に検出エレメントＤ３１の座標（ｘ２，ｙ２）から検出エレメントＤ２２の座標へのベクトルの２倍を加算した値の位置として算出される。或いは、これらの３つの式の平均値として算出されるとさらに好適である。
【0071】
例えば、検出エレメントＤ１２の座標（ｘ８，ｙ８）は、検出エレメントＤ１１，Ｄ１３の各座標を結ぶ直線の中央の位置として算出される。例えば、検出エレメントＤ２３の座標（ｘ９，ｙ９）は、検出エレメントＤ１３，Ｄ３３の各座標を結ぶ直線の中央の位置として算出される。
【0072】
以上により、マルチ検出器２２２の３×３の９つのすべての検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１）～（ｘ９，ｙ９）を取得することができる。
【0073】
回転角度算出工程（Ｓ１２２）として、回転角度算出部６６は、探索された２以上の検出エレメントの各座標の少なくとも１つとマルチ検出器２２２の回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）とを用いて、複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３をマルチ２次電子ビームＢ１１～Ｂ３３に位置合わせするための回転角度θ（第２の回転角度）を算出する。
【0074】
図２１は、実施の形態１における位置合わせ角度を算出するための演算式を示す図である。複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３をマルチ２次電子ビームＢ１１～Ｂ３３に位置合わせした位置合わせ後の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の各座標（Ｘ１′，Ｙ１′）～（Ｘ９′，Ｙ９′）のうちの１つの検出エレメントＤ１１の座標（Ｘ１′，Ｙ１′）は、位置合わせ前の検出エレメントＤ１１の座標（ｘ１，ｙ１）と、回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）と、未知の回転角度θと、を用いて、図２１に示す式（４）のように定義できる。検出エレメントＤ１１の代わりに、他の検出エレメントを用いた場合も同様である。かかる式（４）を変形することにより、未知の回転角度θを求めることができる。さらに精度を高めるためには、３×３の９つのすべての検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１）～（ｘ９，ｙ９）を使って、未知の回転角度θを求めると好適である。
【0075】
具体的には図２１に示す式（４）および式（５）から求めることができる。
【0076】
以上のようにして、位置合わせのためのシフト量（ｄｘ，ｄｙ）と回転角度θを得ることができる。
【0077】
なお、上述した例では、回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）を得るために回転角度φだけマルチ検出器２２２を回転させる前の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の各座標（ｘ１，ｙ１）～（ｘ９，ｙ９）を用いて回転角度θを求めたが、これに限るものではない。回転角度φだけマルチ検出器２２２を回転させた後の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３の各座標（Ｘ１，Ｙ１）～（Ｘ９，Ｙ９）を用いて位置合わせのための回転角度θ′を求めても構わない。かかる場合には、回転させた後の探索した２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１の各座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）の他に残りの各座標（Ｘ３，Ｙ３）～（Ｘ９，Ｙ９）を求めておけばよい。或いは、回転させた後の探索した２つの検出エレメントＤ１１，Ｄ３１の各座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）の少なくとも１つを用いて、式（４）を適用して位置合わせのための回転角度θ′を求めても構わない。かかる場合、式（４）の（ｘ１，ｙ１）は（Ｘ１，Ｙ１）と読み替え、θはθ′と読み替えればよい。
【0078】
シフト工程（Ｓ１２４）として、シフト処理部６８は、シフト量（ｄｘ，ｄｙ）を用いてマルチ検出器２２２をシフトする。
【0079】
図２２は、実施の形態１における複数の検出エレメントをシフトする様子を説明するための図である。図２２では回転中心座標（ｒｘ，ｒｙ）に位置していたマルチ検出器２２２の回転中心Ｄｃをマルチ２次電子ビームＢ１１～Ｂ３３の対応座標Ｂｃに合わせるようにマルチ検出器２２２をシフトする。検出器ステージ制御回路１３０の制御の下に駆動機構１３２によりｘ，ｙステージ２２８を移動させてことによって、マルチ検出器２２２をシフトする。
【0080】
回転工程（Ｓ１２６）として、回転処理部６７は、回転角度θでマルチ検出器２２２を回転させる。
【0081】
図２３は、実施の形態１における複数の検出エレメントを回転する様子を説明するための図である。図２３では、マルチ２次電子ビームＢ１１～Ｂ３３の対応座標Ｂｃに合わせたマルチ検出器２２２の回転中心Ｄｃを軸に、回転角度θだけマルチ検出器２２２を回転させる。検出器ステージ制御回路１３０の制御の下に駆動機構１３２により回転ステージ２２７を回転させることによって、マルチ検出器２２２を回転させる。
【0082】
以上の動作により、マルチ検出器２２２の複数の検出エレメントＤ１１～Ｄ３３をマルチ２次電子ビームＢ１１～Ｂ３３に位置合わせできる。
【0083】
検査処理工程（Ｓ１３０）として、位置合わせが行われた検査装置１００を用いて、基板１０１を検査する。
【0084】
図２４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２４において、基板１０１が半導体基板（ウェハ）である場合、半導体基板（ウェハ）の検査領域３３０には、複数のチップ（ウェハダイ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各チップ３３２には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置（ステッパ）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。１チップ分のマスクパターンは、一般に、複数の図形パターンにより構成される。
【0085】
図２５は、実施の形態１における検査処理を説明するための図である。図２５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、主偏向器２０８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。
【0086】
図２５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、各ショット時に、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。サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、副偏向器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。
【0087】
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２５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、主偏向器２０８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／及び主偏向器２０８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毎のフレーム画像３１について比較することになる。図８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。
【0088】
ここで、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主偏向器２０８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２１８は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。
【0089】
以上のように、画像取得機構１５０は、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、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１５２を移動中に発散し分離され、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。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。
【0090】
図２６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２６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。
【0091】
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。
【0092】
そして、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビーム１０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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
そして、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。
【0099】
なお、上述した例では、ダイ－データベース検査について説明したが、これに限るものではない。ダイ－ダイ検査を行う場合であっても良い。ダイ－ダイ検査を行う場合、対象となるフレーム画像３１（ダイ１）と、当該フレーム画像３１と同じパターンが形成されたフレーム画像３１（ダイ２）（参照画像の他の一例）との間で、上述した位置合わせと比較処理を行えばよい。
【0100】
以上のように、実施の形態１によれば、マルチ荷電粒子ビームと２次電子検出器との効率的な位置合わせが可能となる。
【0101】
以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、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、検出器ステージ制御回路１３０、位置合わせ回路１３４、及びビーム選択アパーチャ制御回路１３６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。例えば、これらの回路内での処理を制御計算機１１０で実施しても良い。
【0102】
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。図１の例では、１つの照射源となる電子銃２０１から照射された１本のビームから成形アパーチャアレイ基板２０３によりマルチ１次電子ビーム２０を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ１次電子ビームを照射することによってマルチ１次電子ビーム２０を形成する態様であっても構わない。
【0103】
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。
【0104】
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荷電粒子ビーム位置合わせ方法及びマルチ荷電粒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】
【0105】
１０ １次電子ビーム
１１ 大開口
１３ 小開口
１７ 再探索範囲
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
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
６０ 探索部
６１ 回転中心算出部
６２ ベクトル演算部
６３ 中心対応座標算出部
６４ シフト量算出部
６５ 座標算出部
６６ 回転角度算出部
６７ 回転処理部
６８ シフト処理部
６９ 選択部
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
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 検出器ステージ制御回路
１３２ 駆動機構
１３４ 位置合わせ回路
１３６ ビーム選択アパーチャ制御回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ 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
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２２５，２２６ アライメントコイル
２２７ 回転ステージ
２２８ ｘ，ｙステージ
２２９ 検出器ステージ
２３２ ビーム選択アパーチャ基板
２３４ 駆動機構
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ
１１ 大開口
１３ 小開口
１７ 再探索範囲
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
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
６０ 探索部
６１ 回転中心算出部
６２ ベクトル演算部
６３ 中心対応座標算出部
６４ シフト量算出部
６５ 座標算出部
６６ 回転角度算出部
６７ 回転処理部
６８ シフト処理部
６９ 選択部
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
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 検出器ステージ制御回路
１３２ 駆動機構
１３４ 位置合わせ回路
１３６ ビーム選択アパーチャ制御回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ 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
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
２２５，２２６ アライメントコイル
２２７ 回転ステージ
２２８ ｘ，ｙステージ
２２９ 検出器ステージ
２３２ ビーム選択アパーチャ基板
２３４ 駆動機構
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9A】
【図9B】
【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】
【図25】
【図26】