特許7409946マルチ荷電粒子ビーム照射装置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】2023-12-25
(45)【発行日】2024-01-09
(54)【発明の名称】マルチ荷電粒子ビーム照射装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/28 20060101AFI20231226BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20231226BHJP
H01J 37/244 20060101ALI20231226BHJP
H01J 37/147 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
H01J37/28 B
H01L21/30 541W
H01J37/244
H01J37/147 B
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020071726
(22)【出願日】2020-04-13
(65)【公開番号】P2021168286
(43)【公開日】2021-10-21
【審査請求日】2023-03-08
(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】井上 和彦
(72)【発明者】
【氏名】白土 昌孝
(72)【発明者】
【氏名】小笠原 宗博
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０４７５８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２９４８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０８０２７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１９７２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２１５９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２００９２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００９０８９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３０５７９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０２３０６９７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３５５５４６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０９－００７５３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道が前記マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
前記マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、前記マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項2】
前記多極子偏向器アレイは、前記マルチ荷電粒子ビームの内、中心から外れた周辺側に位置する周辺ビームが、前記マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸を通らずに基板を照射するように、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する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照射装置。
【請求項3】
前記多極子偏向器アレイは、前記マルチ荷電粒子ビームの中間像面位置に配置される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照射装置。
【請求項4】
前記多極子偏向器アレイを第１の多極子偏向器アレイとした場合に、前記第１の多極子偏向器アレイを通過後の前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する第２の多極子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又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項5】
前記多極子偏向器アレイを第１の多極子偏向器アレイとした場合に、前記第１の多極子偏向器アレイを通過後の前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に非点補正する第２の多極子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又は２記載のマルチ荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項6】
前記多極子偏向器アレイは、各ビームの収差を含むビーム径がしきい値以下になるように、各ビームを個別に偏向する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照射装置。
【請求項7】
各ビームの偏向量は、前記多極子偏向器アレイにより各ビームを偏向しない場合に前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道が収束する位置におけるビーム間の離間量が基板面上におけるビーム径が前記しきい値以下になる離間量になる偏向量に調整されることを特徴とする請求項６記載のマルチ荷電粒子ビーム照射装置。
【請求項8】
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道が前記マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
前記マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、前記マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
前記マルチ荷電粒子ビームで前記基板が照射されたことによって放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器と、
検出された前記マルチ２次電子ビームに基づく２次電子画像を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とするマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
【請求項9】
前記多極子偏向器アレイは、前記マルチ荷電粒子ビームの内、中心から外れた周辺側に位置する周辺ビームが、前記マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸を通らずに基板を照射するように、前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向することを特徴とする請求項８記載のマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
【請求項10】
前記多極子偏向器アレイは、前記マルチ荷電粒子ビームの中間像面位置に配置されることを特徴とする請求項８又は９記載のマルチ荷電粒子ビーム検査装置。
【請求項11】
前記多極子偏向器アレイを第１の多極子偏向器アレイとした場合に、前記第１の多極子偏向器アレイを通過後の前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する第２の多極子偏向器アレイをさらに備えたことを特徴とする請求項８又は９記載の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照射装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置に関する。例えば、マルチ電子ビームで基板を照射する照射手法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。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、高分解能でかつ高スループットを実現するためには、各ビームのビーム径を小さくすること、及び総電流量を大きくすることが求められる。しかしながら、マルチビームの総電流量の増大に伴い、クーロン効果の作用も大きくなり、ビームが所謂ボケてしまう。これにより、基板上のビーム径が大きくなってしまう。よって、高分解能で、かつ高スループットを実現するためには、マルチビームに作用するクーロン効果を低減することが求められる。かかる問題は、検査装置に限るものではない。例えば、マルチビームを用いた描画装置等のマルチビームを照射する装置において同様に起こり得る。
【0006】
ここで、クーロン効果を低減するための補正ではないが、球面収差を補正するように、マルチビームに対して個別にアライメント用偏向を行うマルチアライナーアレイを配置した描画装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２００６－０８０２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明の一態様は、マルチビームに作用するクーロン効果を低減することが可能な照射装置および検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム照射装置は、
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、
マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道がマルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
を備えたことを特徴とする。
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、
マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道がマルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、多極子偏向器アレイは、マルチ荷電粒子ビームの内、中心から外れた周辺側に位置する周辺ビームが、マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸を通らずに基板を照射するように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向すると好適である。
【0011】
また、多極子偏向器アレイは、マルチ荷電粒子ビームの中間像面位置に配置されると好適である。
【0012】
また、多極子偏向器アレイを第１の多極子偏向器アレイとした場合に、第１の多極子偏向器アレイを通過後のマルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する第２の多極子偏向器アレイをさらに備えると好適である。
【0013】
本発明の一態様のマルチ荷電粒子ビーム検査装置は、
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、
マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道がマルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
マルチ荷電粒子ビームで基板が照射されたことによって放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器と、
検出されたマルチ２次電子ビームに基づく２次電子画像を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
マルチ荷電粒子ビームを形成する形成機構と、
マルチ荷電粒子ビームの各ビームの中心軸軌道がマルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する多極子偏向器アレイと、
マルチ荷電粒子ビームが集束されないままの状態で、マルチ荷電粒子ビームで基板を照射する電子光学系と、
マルチ荷電粒子ビームで基板が照射されたことによって放出されるマルチ２次電子ビームを検出するマルチ検出器と、
検出されたマルチ２次電子ビームに基づく２次電子画像を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、多極子偏向器アレイは、マルチ荷電粒子ビームの内、中心から外れた周辺側に位置する周辺ビームが、マルチ荷電粒子ビームの軌道中心軸を通らずに基板を照射するように、マルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向すると好適である。
【0015】
また、多極子偏向器アレイは、マルチ荷電粒子ビームの中間像面位置に配置されると好適である。
【0016】
また、多極子偏向器アレイを第１の多極子偏向器アレイとした場合に、第１の多極子偏向器アレイを通過後のマルチ荷電粒子ビームの各ビームを個別に偏向する第２の多極子偏向器アレイをさらに備えると好適である。
【発明の効果】
【0017】
本発明の一態様によれば、マルチビームに作用するクーロン効果を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【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における多極子偏向器アレイの構成を示す図である。
【図4】実施の形態１の比較例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
【図5】実施の形態１の比較例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
【図6】実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの総電流量と各ビームのビーム径との関係を示す図である。
【図7】実施の形態１における多極子偏向器アレイによるマルチ１次電子ビームの偏向方向の一例を示す図である。
【図8】実施の形態１におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
【図9】実施の形態１におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
【図10】実施の形態１における基板上でのビームサイズの一例を示す図である。
【図11】実施の形態１におけるビーム間の離間量の一例を示す図である。
【図12】実施の形態１における試料面上でのビーム径と収差量とＸ．Ｏ．面上でのビーム間の離間量との関係の一例を示す図である。
【図13】実施の形態１における試料面上でのビーム径と収差量とＸ．Ｏ．面上でのビーム間の離間量との関係の他の一例を示す図である。
【図14】実施の形態１の変形例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
【図15】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16】実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームのスキャン動作を説明するための図である。
【図17】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】
【0019】
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、マルチビーム照射装置の一例として、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。例えば、マルチビームを用いた描画装置であっても良い。或いは、例えば、マルチビームを用いた画像取得装置であっても良い。
【0020】
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、成形アパーチャアレイ基板２０３、多極子偏向器アレイ２２０、電磁レンズ２０２、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、及びマルチ検出器２２２が配置されている。電子銃２０１、成形アパーチャアレイ基板２０３、多極子偏向器アレイ２２０、電磁レンズ２０２、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、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、及び電磁レンズ２２４によって２次電子光学系１５２を構成する。
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、成形アパーチャアレイ基板２０３、多極子偏向器アレイ２２０、電磁レンズ２０２、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、及びマルチ検出器２２２が配置されている。電子銃２０１、成形アパーチャアレイ基板２０３、多極子偏向器アレイ２２０、電磁レンズ２０２、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、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、及び電磁レンズ２２４によって２次電子光学系１５２を構成する。
【0021】
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は、例えば、ステージ１０５上に搭載された静電チャック機構により裏面が吸着される。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（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（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。
【0022】
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。
【0023】
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、偏向器アレイ制御回路１２１、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、リターディング電位印加回路１７０、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１４４，１４６，１４８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。
【0024】
また、基板１０１は、リターディング電位印加回路１７０に電気的に接続され、リターディング電位印加回路１７０は、基板１０１に負のリターディング電位Ｖｒを印加する。
【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、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２０７（対物レンズ）、電磁レンズ２２４、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。また、多極子偏向器アレイ２２０は、偏向器アレイ制御回路１２１によって、多極子の偏向器毎に個別に制御される。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、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（形成機構）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。形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、多極子偏向器アレイ２２０に進む。
【0031】
図３は、実施の形態１における多極子偏向器アレイの構成を示す図である。図３の例では、例えば、５×５列のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合を示している。多極子偏向器アレイ２２０は、隙間を空けてこの順で上下に並ぶ２段の電極基板９，１４、若しくは、隙間を空けてこの順で上中下に並ぶ３段の電極基板９，１４，１３を有する。電極基板９，１３は、同じ構成で構わない。電極基板９，１３は、基板本体１２にマルチ１次電子ビーム２０が通過する複数の通過孔１１が形成され、基板本体１２の少なくとも露出面全体が導電性材料により構成される。例えば、基板本体１２が金属等の導電性材料で構成される。或いは、絶縁性材料により構成される基板本体１２の露出面全体に導電膜がコーティングされていても好適である。基板本体１２には、例えばグランド電位が印加される。電極基板１４は、基板本体１５にマルチ１次電位ビーム２０が通過する電極基板９，１３と例えば同じ孔径サイズの複数の通過孔１７が形成される。基板本体１５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）材により構成されると好適である。そして、基板本体１５上にはそれぞれの通過孔１７を囲むように多極子となる複数の電極１６（ａ～ｈ）が配置される。なお、各通過孔１７を囲む複数の電極１６間が導通しないように複数の電極１６は絶縁層上に配置される。多極子を構成する複数の電極１６は、４極以上で構成される。例えば、８極の電極を用いると好適である。マルチ１次電子ビーム２０のビーム毎に、複数の電極１６には、それぞれ個別に電位が印加される。ビーム毎に、複数の電極１６に印加する電位をそれぞれ制御することにより、ビーム毎に、任意の方向に、かつ任意の偏向量だけ個別に偏向することができる。言い換えれば、ビーム毎に、ビーム軌道を変更できる。
【0032】
多極子偏向器アレイ２２０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０２、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ながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中間像面Ｉ．Ｉ．Ｐ（像面共役位置）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。
【0033】
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。
【0034】
図４は、実施の形態１の比較例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
図５は、実施の形態１の比較例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。図４及び図５に示す比較例では、多極子偏向器アレイ２２０が配置されていない場合のビーム軌道の一例を示している。また、図４及び図５に示す比較例では、３×３のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合における、ｙ方向中央のｘ方向に並ぶ３本の１次電子ビームアレイの軌道を示している。また、像は磁場により回転するが、図４及び図５に示す比較例では、実施の形態１との違いを理解し易くするために磁場の影響を無視して示している。成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、高さ位置Ｚ１において各１次電子ビーム１０が中間像を形成した後、電磁レンズ２０２、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ながら、電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。かかるビーム軌道中、電磁レンズ２０２、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ることによって、クロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を生じる。また、図４及び図５の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０の高さ位置Ｚ１における１回目の中間像と、電磁レンズ２０２と電磁レンズ２０５との間の各高さ位置Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６におけるマルチ１次電子ビーム像を示している。図４に示すようにｘ方向軌道では、電磁レンズ２０２によって屈折させられたマルチ１次電子ビーム２０が徐々に軌道中心軸方向に進み、高さ位置Ｚ４において軌道中心軸上においてクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成する。ｙ方向軌道についても高さ位置Ｚ４においてクロスオーバーが形成される状態が示されている。また、図４及び図５に示す比較例では、電磁レンズ２０５と電磁レンズ２０６との間で軌道中心軸上においてクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成する。同様に、電磁レンズ２０７の磁場中心高さ位置で軌道中心軸上においてクロスオーバーを形成する。このように、図４及び図５に示す比較例では、電磁レンズ２０２、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ることによって、クロスオーバーを繰り返しながら、基板１０１上へと進む。
図５は、実施の形態１の比較例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。図４及び図５に示す比較例では、多極子偏向器アレイ２２０が配置されていない場合のビーム軌道の一例を示している。また、図４及び図５に示す比較例では、３×３のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合における、ｙ方向中央のｘ方向に並ぶ３本の１次電子ビームアレイの軌道を示している。また、像は磁場により回転するが、図４及び図５に示す比較例では、実施の形態１との違いを理解し易くするために磁場の影響を無視して示している。成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、高さ位置Ｚ１において各１次電子ビーム１０が中間像を形成した後、電磁レンズ２０２、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ながら、電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。かかるビーム軌道中、電磁レンズ２０２、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ることによって、クロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を生じる。また、図４及び図５の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０の高さ位置Ｚ１における１回目の中間像と、電磁レンズ２０２と電磁レンズ２０５との間の各高さ位置Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６におけるマルチ１次電子ビーム像を示している。図４に示すようにｘ方向軌道では、電磁レンズ２０２によって屈折させられたマルチ１次電子ビーム２０が徐々に軌道中心軸方向に進み、高さ位置Ｚ４において軌道中心軸上においてクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成する。ｙ方向軌道についても高さ位置Ｚ４においてクロスオーバーが形成される状態が示されている。また、図４及び図５に示す比較例では、電磁レンズ２０５と電磁レンズ２０６との間で軌道中心軸上においてクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成する。同様に、電磁レンズ２０７の磁場中心高さ位置で軌道中心軸上においてクロスオーバーを形成する。このように、図４及び図５に示す比較例では、電磁レンズ２０２、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ることによって、クロスオーバーを繰り返しながら、基板１０１上へと進む。
【0035】
図６は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームの総電流量と各ビームのビーム径との関係を示す図である。図６において、縦軸にビーム径を示し、横軸に総電流量を示す。図６に示すように、マルチ１次電子ビームの総電流量が増大するのに伴い、各ビームのビーム径も大きくなることがわかる。これは、マルチ１次電子ビームの総電流量の増大に伴い、クーロン効果の作用も大きくなり、各ビームが所謂ボケてしまう。これにより、基板上でのビーム径が大きくなってしまうことによる。クーロン効果は、電流量に比例する。そして、マルチ１次電子ビームが１個所に集束するクロスオーバー位置において、空間あたりの電流量が最大となる。言い換えれば、クロスオーバー位置にマルチ１次電子ビームの総電流量が集中する。よって、マルチ１次電子ビームが集束するクロスオーバー位置において、マルチ１次電子ビームにクーロン効果が大きく作用することになる。なお、クロスオーバー位置は、１点である必要はなく、軌道中心軸方向に直交する同一面内でマルチ１次電子ビームが互いに重なり合う領域であればよい。そこで、実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０が１個所で集束しないようにビーム軌道を制御する。言い換えれば、マルチ１次電子ビーム２０がクロスオーバーを形成しないようにビーム軌道を制御する。
【0036】
具体的には、多極子偏向器アレイ２２０が、マルチ１次電子ビーム２０がマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸方向に直交する同一面内で集束しないように、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０を個別に偏向する。また、クーロン効果の作用をできるだけ低減するためには、マルチ１次電子ビーム２０が形成された後、基板１０１に到達するまでの間においてクロスオーバーを形成しない方が望ましい。そのため、マルチ１次電子ビーム２０が形成された後、１回目のクロスオーバー位置となる高さ位置Ｚ４よりも上流側（成形アパーチャアレイ基板２０３側）に多極子偏向器アレイ２２０を配置すると好適である。
【0037】
マルチ１次電子ビーム２０がクロスオーバーを形成しないようにするためには、マルチ１次電子ビーム２０のうちの周辺ビームが、マルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸を通らないように制御すればよい。よって、多極子偏向器アレイ２２０は、マルチ１次電子ビーム２０の内、中心から外れた周辺側に位置する周辺ビームが、マルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸を通らずに基板１０１を照射するように、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０を個別に偏向する。例えば、以下のように偏向する。
【0038】
図７は、実施の形態１における多極子偏向器アレイによるマルチ１次電子ビームの偏向方向の一例を示す図である。図７の例では、例えば、３×３例のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合を示している。多極子偏向器アレイ２２０は、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの偏向方向をその他のビームの偏向方向とは異なる方向に制御する。図７の例では、周辺ビームについて、半時計回りに偏向方向を変える場合を示している。また、偏向量についても、他のビームとは異なるように制御すると好適である。なお、実施の形態１では、マルチ１次電子ビーム２０を放射状或いは逆放射状に偏向することは除かれる。放射状に偏向しても、マルチ１次電子ビーム２０全体のビームサイズが軌道中心軸を軸に大きくなるだけであって、結局、１個所で集束されてしまうからである。同様に、逆放射状に偏向しても、マルチ１次電子ビーム２０全体のビームサイズが軌道中心軸を軸に小さくなるだけであって、結局、１個所で集束されてしまうからである。
【0039】
図８は、実施の形態１におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。
図９は、実施の形態１におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。図８及び図９の例では、３×３列のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合における、ｙ方向中央のｘ方向に並ぶ３本の１次電子ビームアレイの軌道を示している。また、図８及び図９の例では、多極子偏向器アレイ２２０が、マルチ１次電子ビーム２０の中間像面位置に配置される場合を示している。図８及び図９に示す例では、偏向による像の回転を示し、磁場の影響による像の回転を無視して示している。電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６は、レンズの性質上、それぞれ所定の位置に像を結ぶため、多極子偏向器アレイ２２０を中間像面位置に配置することにより、かかる中間像面位置で各ビームを偏向してもその後の各像面位置において位置ずれを生じさせないようにできる。図８及び図９の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、高さ位置Ｚ１において各１次電子ビーム１０の最初の中間像面位置である高さ位置Ｚ１に配置された多極子偏向器アレイ２２０によって、ビーム毎に個別に偏向される。なお、中心ビームについては偏向しなくても良い。多極子偏向器アレイ２２０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０２、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、マルチ１次電子ビーム像が回転させられながら、電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。図８及び図９の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０の高さ位置Ｚ１における１回目の中間像と、電磁レンズ２０２と電磁レンズ２０５との間の各高さ位置Ｚ２，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６におけるマルチ１次電子ビーム像を示している。図４に示した高さ位置Ｚ３については図示を省略している。図８に示すようにｘ方向軌道では、電磁レンズ２０２によって屈折させられたマルチ１次電子ビーム２０が徐々に軌道中心軸方向に進むものの、多極子偏向器アレイ２２０によって周辺ビームの軌道が修正されているため、高さ位置Ｚ４において軌道中心軸上にクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成しない。ｙ方向軌道についても同様である。また、図８及び図９の例では、電磁レンズ２０５と電磁レンズ２０６との間、及び電磁レンズ２０７の磁場内においても同様にクロスオーバーを形成しないようにできる。このように、図８及び図９の例では、電磁レンズ２０２、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ても、クロスオーバーを形成せずにマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１上へと進ませることができる。言い換えれば、１次電子光学系１５１は、マルチ１次電子ビーム２０が集束されないままの状態で、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１を照射する。
図９は、実施の形態１におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｙ方向のビーム軌道の一例を示す図である。図８及び図９の例では、３×３列のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合における、ｙ方向中央のｘ方向に並ぶ３本の１次電子ビームアレイの軌道を示している。また、図８及び図９の例では、多極子偏向器アレイ２２０が、マルチ１次電子ビーム２０の中間像面位置に配置される場合を示している。図８及び図９に示す例では、偏向による像の回転を示し、磁場の影響による像の回転を無視して示している。電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６は、レンズの性質上、それぞれ所定の位置に像を結ぶため、多極子偏向器アレイ２２０を中間像面位置に配置することにより、かかる中間像面位置で各ビームを偏向してもその後の各像面位置において位置ずれを生じさせないようにできる。図８及び図９の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、高さ位置Ｚ１において各１次電子ビーム１０の最初の中間像面位置である高さ位置Ｚ１に配置された多極子偏向器アレイ２２０によって、ビーム毎に個別に偏向される。なお、中心ビームについては偏向しなくても良い。多極子偏向器アレイ２２０を通過したマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０２、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、マルチ１次電子ビーム像が回転させられながら、電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。図８及び図９の例では、成形アパーチャアレイ基板２０３により形成されたマルチ１次電子ビーム２０の高さ位置Ｚ１における１回目の中間像と、電磁レンズ２０２と電磁レンズ２０５との間の各高さ位置Ｚ２，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６におけるマルチ１次電子ビーム像を示している。図４に示した高さ位置Ｚ３については図示を省略している。図８に示すようにｘ方向軌道では、電磁レンズ２０２によって屈折させられたマルチ１次電子ビーム２０が徐々に軌道中心軸方向に進むものの、多極子偏向器アレイ２２０によって周辺ビームの軌道が修正されているため、高さ位置Ｚ４において軌道中心軸上にクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成しない。ｙ方向軌道についても同様である。また、図８及び図９の例では、電磁レンズ２０５と電磁レンズ２０６との間、及び電磁レンズ２０７の磁場内においても同様にクロスオーバーを形成しないようにできる。このように、図８及び図９の例では、電磁レンズ２０２、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ても、クロスオーバーを形成せずにマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１上へと進ませることができる。言い換えれば、１次電子光学系１５１は、マルチ１次電子ビーム２０が集束されないままの状態で、マルチ１次電子ビーム２０で基板１０１を照射する。
【0040】
図１０は、実施の形態１における基板上でのビームサイズの一例を示す図である。図１０（ａ）では、クロスオーバー形成後に基板１０１上に照射されたマルチ１次電子ビーム２０のビームサイズの一例を示している。これに対して、実施の形態１では、多極子偏向器アレイ２２０による周辺ビームの軌道修正により、クロスオーバーを形成しないように制御することにより、クロスオーバー形成後のマルチ１次電子ビーム２０に比べて、図１０（ｂ）に示すように、基板１０１上に照射されたマルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０のビームサイズを小さくできる。
【0041】
図１１は、実施の形態１におけるビーム間の離間量の一例を示す図である。図１１（ａ）では、クロスオーバー面におけるビーム間の離間量（或いは「離間長さ」ともいう。）がゼロの場合を示している。かかる状態は、図４及び図５にて説明した比較例での高さ位置Ｚ４において軌道中心軸上においてクロスオーバー（Ｘ．Ｏ．）を形成する場合のビーム間の離間量を示している。言い換えれば、クロスオーバー面（Ｘ．Ｏ．面）にてマルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中心軸軌道が１点に収束する場合を示している。多極子偏向器アレイ２２０によって各ビームを個別に偏向することで、クロスオーバー面におけるビーム間の離間量を制御できる。図１１（ｂ）の例では、ビーム間の離間量が０．４に制御される場合を示している。離間量が０．４とは、隣接するビーム同士の４０％の部分が互いに重なり合わず、６０％の部分が互いに重なっている状態を示す。図１１（ｃ）の例では、ビーム間の離間量が１．０に制御される場合を示している。離間量が１．０とは、隣接するビーム同士の外周端がちょうど接する状態、言い換えれば隣接するビーム同士の重なりが無くなった状態を示す。図８及び図９の例では、多極子偏向器アレイ２２０により各ビームを偏向しない場合にマルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中心軸軌道が収束する高さ位置Ｚ４におけるビーム間の離間量が１よりも大きい値に制御された状態が示されているが、これが最適値とは限らない。
【0042】
図１２は、実施の形態１における試料面上でのビーム径と収差量とＸ．Ｏ．面上でのビーム間の離間量との関係の一例を示す図である。
図１３は、実施の形態１における試料面上でのビーム径と収差量とＸ．Ｏ．面上でのビーム間の離間量との関係の他の一例を示す図である。図１２の例では、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量が大きい場合を示す。図１３の例では、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量が小さい場合を示す。図１２及び図１３において、縦軸にビーム径を示し、横軸にビーム間の離間量を示す。ビーム径には、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームのビーム径ｄｃと、多極子偏向器アレイ２２０により偏向されることで生じる収差をビーム径に置き換えた収差量ｄａと、収差を含む基板１０１面上での実効的なビーム径ｄと、が示される。実効的なビーム径ｄは、同じ離間量におけるビーム径ｄｃと収差量ｄａとの二乗和の平方根で定義できる。図１２及び図１３に示すように、離間量が大きいからといって、実効的なビーム径ｄが最小値になるわけではないことがわかる。また、図１２及び図１３に示すように、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量によって実効的なビーム径ｄが最小値になる離間量が変動することがわかる。実効的なビーム径ｄが最小値になる離間量が最適値となるが、これに限るものではなく、実施の形態１では、実効的なビーム径ｄがしきい値以下になる離間量に制御する。例えば、実効的なビーム径ｄの最小値の１０％の誤差を許容するようにしきい値を設定すると好適である。そこで、多極子偏向器アレイ２２０は、各ビームの収差を含むビーム径ｄがしきい値以下になるように、各ビームを個別に偏向する。その際の各ビームの偏向量は、高さ位置Ｚ４（多極子偏向器アレイ２２０により各ビームを偏向しない場合にマルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中心軸軌道が収束する高さ位置）におけるビーム間の離間量が基板１０１面上におけるビーム径がしきい値以下になる離間量になる偏向量に調整される。
図１３は、実施の形態１における試料面上でのビーム径と収差量とＸ．Ｏ．面上でのビーム間の離間量との関係の他の一例を示す図である。図１２の例では、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量が大きい場合を示す。図１３の例では、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量が小さい場合を示す。図１２及び図１３において、縦軸にビーム径を示し、横軸にビーム間の離間量を示す。ビーム径には、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームのビーム径ｄｃと、多極子偏向器アレイ２２０により偏向されることで生じる収差をビーム径に置き換えた収差量ｄａと、収差を含む基板１０１面上での実効的なビーム径ｄと、が示される。実効的なビーム径ｄは、同じ離間量におけるビーム径ｄｃと収差量ｄａとの二乗和の平方根で定義できる。図１２及び図１３に示すように、離間量が大きいからといって、実効的なビーム径ｄが最小値になるわけではないことがわかる。また、図１２及び図１３に示すように、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量によって実効的なビーム径ｄが最小値になる離間量が変動することがわかる。実効的なビーム径ｄが最小値になる離間量が最適値となるが、これに限るものではなく、実施の形態１では、実効的なビーム径ｄがしきい値以下になる離間量に制御する。例えば、実効的なビーム径ｄの最小値の１０％の誤差を許容するようにしきい値を設定すると好適である。そこで、多極子偏向器アレイ２２０は、各ビームの収差を含むビーム径ｄがしきい値以下になるように、各ビームを個別に偏向する。その際の各ビームの偏向量は、高さ位置Ｚ４（多極子偏向器アレイ２２０により各ビームを偏向しない場合にマルチ１次電子ビーム２０の各ビームの中心軸軌道が収束する高さ位置）におけるビーム間の離間量が基板１０１面上におけるビーム径がしきい値以下になる離間量になる偏向量に調整される。
【0043】
図１４は、実施の形態１の変形例におけるｘ方向に並ぶ１次電子ビームアレイのｘ方向のビーム軌道の一例を示す図である。図８の例では、多極子偏向器アレイ２２０を中間像面位置（Ｚ１）に配置する場合を示したが、これに限るものではない。図１４の例では、多極子偏向器アレイ２２０を中間像面位置（Ｚ１）からずれた高さ位置に配置する。かかる場合、その後の軌道上の像面位置ではビームの位置がずれてしまう。そこで、実施の形態１の変形例では、多極子偏向器アレイ２２０（第１の多極子偏向器アレイ）を通過後のマルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビーム１０を個別に偏向する多極子偏向器アレイ２２１（第２の多極子偏向器アレイ）をさらに配置する。多極子偏向器アレイ２２１は、例えば、最終電磁レンズ２０７（対物レンズ）と基板１０１との間に配置されると好適である。そして、多極子偏向器アレイ２２１は、位置ずれが生じた各１次電子ビーム１０を個別に偏向することで、基板１０１上の所望の位置を各１次電子ビーム１０で照射できる。
【0044】
或いは、多極子偏向器アレイ２２１を非点補正に用いても好適である。多極子偏向器アレイ２２０によって各ビームを個別に偏向する場合、ビームに非点収差が生じてしまう場合がある。そこで、多極子偏向器アレイ２２１が各１次電子ビーム１０を個別に非点補正するように多極子偏向器アレイ２２１を使用しても好適である。
【0045】
図１５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１５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。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。
【0046】
図１６は、実施の形態１におけるマルチ１次電子ビームのスキャン動作を説明するための図である。図１６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。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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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、マルチ１次電子ビーム２０から分離する。
【0050】
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、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、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の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。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。
【0051】
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で基板１０１を照射する場合、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。
【0052】
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。
【0053】
なお、上述した各ストライプ領域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１５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、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、図１６に示すように、例えば、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。
【0054】
比較回路１０８（検査部）は、検出されたマルチ２次電子ビーム３００に基づく２次電子画像を検査する。以下、階調値等で定義される画像データ同士を比較する場合を説明する。但し、これに限るものではない。２次電子画像から、例えば、図形パターンの輪郭線を抽出して、参照輪郭線との距離を比較する場合であっても好適である。
【0055】
図１７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１７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。
【0056】
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。
【0057】
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。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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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、モニタ１１７、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。
【0064】
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。
【0065】
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に作用するクーロン効果を低減できる。よって、ビームサイズの増大を抑制ながら、マルチ１次電子ビーム２０の総電流量を増大させることができる。よって、高分解能でかつ高スループットのマルチ１次電子ビーム２０の照射を実現できる。
【0066】
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、偏向器アレイ制御回路１２１、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、及びリターディング電位印加回路１７０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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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照射装置及びマルチ荷電粒子ビーム検査装置、ならびにこれらの方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0070】
９，１４，１３ 電極基板
１０ １次電子ビーム
１１，１７ 通過孔
１２，１５ 基板本体
１６ 電極
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
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
１２１ 偏向器アレイ制御回路
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
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
１７０ リターディング電位印加回路
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
２２０，２２１ 多極子偏向器アレイ
２２２ マルチ検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ
１０ １次電子ビーム
１１，１７ 通過孔
１２，１５ 基板本体
１６ 電極
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
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
１２１ 偏向器アレイ制御回路
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
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
１７０ リターディング電位印加回路
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
２２０，２２１ 多極子偏向器アレイ
２２２ マルチ検出器
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】
【図16】
【図17】