特許 7680923 マルチ電子ビーム検査装置、多極子アレイの制御方法、及びマルチ電子ビーム検査方法

(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】2025-05-13

(45)【発行日】2025-05-21

(54)【発明の名称】マルチ電子ビーム検査装置、多極子アレイの制御方法、及びマルチ電子ビーム検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/147 20060101AFI20250514BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20250514BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20250514BHJP

   H01L 21/66 20060101ALN20250514BHJP

【ＦＩ】

H01J37/147 B

H01J37/09 A

H01J37/244

H01L21/66 J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021150890

(22)【出願日】2021-09-16

(65)【公開番号】P2023043334

(43)【公開日】2023-03-29

【審査請求日】2024-08-06

(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】前川 雄一

(72)【発明者】

【氏名】安藤 厚司

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－２４９３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６４８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２００９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３５５５４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－０１３２１９９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／１４７

Ｈ０１Ｊ ３７／０９

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を載置するステージと、
マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で前記対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子を有する多極子アレイと、
前記多極子アレイを通過したマルチ１次電子ビームを一括ビーム偏向することにより前記マルチ１次電子ビームで前記基板上を走査する対物偏向器と、
前記複数の多極子の電極毎に配置されるコンデンサとスイッチとを有し、前記コンデンサとスイッチとを用いて当該電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路と、
前記複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する複数の電源と、
前記対物偏向器による前記一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、前記複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を前記複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持するように前記複数の第１のサンプルホールド回路を制御する制御回路と、
前記マルチ１次電子ビームが前記基板に照射されることにより放出されるマルチ２次電子ビームを検出する検出器と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査装置。

【請求項2】

前記複数の電源の数は、前記マルチ１次電子ビームのビーム本数にビーム１本あたりの多極子の電極数を乗じた値よりも少ないことを特徴とする請求項１記載のマルチ電子ビーム検査装置。

【請求項3】

前記複数の電源の数は、前記マルチ１次電子ビームのビーム本数よりも少ないことを特徴とする請求項１又は２記載のマルチ電子ビーム検査装置。

【請求項4】

前記制御回路は、さらに、前記複数の電源を制御し、
前記対物偏向器は、前記一括ビーム偏向の繰り返しによる複数のラインスキャン動作によりビーム毎の所望の領域内を走査し、
前記制御回路は、前記複数のラインスキャン動作の少なくとも１つのラインスキャン動作に同期して、前記複数の電源の各電位を切り替えることを特徴とする請求項１～３いずれかに記載のマルチ電子ビーム検査装置。

【請求項5】

コンデンサとスイッチとを用いて電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する工程と、
マルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向により前記マルチ１次電子ビームで基板上を走査する対物偏向器によるマルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、前記複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を前記複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持する工程と、
前記複数の第２のサンプルホールド回路で保持された複数の電位を、それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で前記対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子における前記複数の第２のサンプルホールド回路に接続される複数の電極に印加する工程と、
を備えたことを特徴とする多極子アレイの制御方法。

【請求項6】

マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
マルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向を行う対物偏向器を用いて、前記マルチ１次電子ビームでステージ上に載置された基板を走査する工程と、
コンデンサとスイッチとを用いて電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する工程と、
前記対物偏向器によるマルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、前記複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を前記複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持する工程と、
前記複数の第２のサンプルホールド回路で保持された複数の電位を、それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で前記対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子における前記複数の第２のサンプルホールド回路に接続される複数の電極に印加する工程と、
前記複数の多極子を有する多極子アレイにより前記マルチ１次電子ビームの収差を個別に補正する工程と、
前記マルチ１次電子ビームが前記基板に照射されることにより放出されるマルチ２次電子ビームを検出する工程と、
検出された検出信号に基づく検出画像を参照画像と比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とするマルチ電子ビーム検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチ電子ビーム検査装置、多極子アレイの制御方法、及びマルチ電子ビーム検査方法に関する。例えば、マルチ電子ビームの収差を補正する多極子アレイ及び多極子アレイを搭載するマルチ電子ビームを照射する装置に関する。

【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パターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

【0003】

検査装置では、例えば、電子ビームを使ったマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン画像を撮像する。そして撮像された測定画像と、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、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】

マルチビームを用いた電子光学系では、像面湾曲、軸外非点、或いはディストーション（歪曲収差）といった収差が発生し得る。電子ビームを用いた検査装置では、検査を行うために、高精度な画像を取得する必要がある。かかる収差の補正は、マルチビームの各ビームを個別に軌道補正する必要がある。例えば、各ビーム独立の多極子レンズをアレイ状に配置することが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

ここで、多極子レンズで各ビームを個別に補正するためには、ビーム毎かつ電極毎に個別に制御する必要がある。そのため、ビーム数×多極子の電極数の電源が必要になる。ビーム数の増大に伴い、電源数も増大し、実装することが困難になるといった問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－２００９８３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、多極子アレイに使用する電源数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検査装置は、
基板を載置するステージと、
マルチ１次電子ビームを放出する放出源と、
それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子を有する多極子アレイと、
多極子アレイを通過したマルチ１次電子ビームを一括ビーム偏向することによりマルチ１次電子ビームで基板上を走査する対物偏向器と、
複数の多極子の電極毎に配置されるコンデンサとスイッチとを有し、コンデンサとスイッチとを用いて当該電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路と、
複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する複数の電源と、
対物偏向器による一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持するように複数の第１のサンプルホールド回路を制御する制御回路と、
マルチ１次電子ビームが基板に照射されることにより放出されるマルチ２次電子ビームを検出する検出器と、
を備えたことを特徴とする。

【0009】

また、複数の電源の数は、マルチ１次電子ビームのビーム本数にビーム１本あたりの多極子の電極数を乗じた値よりも少ない。

【0010】

また、複数の電源の数は、マルチ１次電子ビームのビーム本数よりも少ないと好適である。

【0011】

制御回路は、さらに、複数の電源を制御し、
対物偏向器は、一括ビーム偏向の繰り返しによる複数のラインスキャン動作によりビーム毎の所望の領域内を走査し、
制御回路は、複数のラインスキャン動作の少なくとも１つのラインスキャン動作に同期して、複数の電源の各電位を切り替えると好適である。

【0012】

本発明の一態様の多極子アレイの制御方法は、
コンデンサとスイッチとを用いて電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する工程と、
マルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向によりマルチ１次電子ビームで基板上を走査する対物偏向器によるマルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持する工程と、
複数の第２のサンプルホールド回路で保持された複数の電位を、それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子における複数の第２のサンプルホールド回路に接続される複数の電極に印加する工程と、
を備えたことを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様のマルチ電子ビーム検査方法は、
マルチ１次電子ビームを放出する工程と、
マルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向を行う対物偏向器を用いて、マルチ１次電子ビームでステージ上に載置された基板を走査する工程と、
コンデンサとスイッチとを用いて電極に印加するための電位を保持する複数の第１のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する工程と、
対物偏向器によるマルチ１次電子ビームの一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、複数の第１のサンプルホールド回路に印加された複数の電位を複数の第１のサンプルホールド回路のうち選択された複数の第２のサンプルホールド回路で保持する工程と、
複数の第２のサンプルホールド回路で保持された複数の電位を、それぞれがマルチ１次電子ビームのうち対応ビームが通過する位置で対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子における複数の第２のサンプルホールド回路に接続される複数の電極に印加する工程と、
複数の多極子を有する多極子アレイによりマルチ１次電子ビームの収差を個別に補正する工程と、
マルチ１次電子ビームが基板に照射されることにより放出されるマルチ２次電子ビームを検出する工程と、
検出された検出信号に基づく検出画像を参照画像と比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、多極子アレイに使用する電源数を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。

【図5】実施の形態１における収差補正器の各電極基板の構成の一例を示す上面図である。

【図6】実施の形態１における収差補正器の構成の一例を示す断面図である。

【図7】実施の形態１における多極子と印加電位を説明するための図である。

【図8】実施の形態１における複数のサンプルホールド回路の一例を示す図である。

【図9】実施の形態１におけるライン走査とサンプルホールド回路の制御方法を説明するための図である。

【図10】実施の形態１における制御パルス信号のタイムチャートの一例を示す図である。

【図11】実施の形態１における電源の構成の一例を示す図である。

【図12】実施の形態１における配線数を説明するための図である。

【図13】実施の形態１における歪曲収差（ディストーション）の一例を示す図である。

【図14】実施の形態１における非点の一例を示す図である。

【図15】実施の形態１における非点の他の一例を示す図である。

【図16】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、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、描画装置等、例えば、電子光学系を用いてマルチ電子ビームを照射する装置であれば構わない。

【0017】

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、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を有している。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、電磁レンズ２０５、収差補正器２２０、静電レンズ２２１、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、Ｅ×Ｂ分離器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、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、収差補正器２２０、静電レンズ２２１、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次電子光学系を構成する。また、電磁レンズ２０７、Ｅ×Ｂ分離器２１４、偏向器２１８、及び電磁レンズ２２４によって２次電子光学系を構成する。電子ビームカラム１０２及び検査室１０３内は図示しない真空ポンプによって所望の圧力の真空状態になるように真空引きされる。

【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。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。

【0019】

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、収差補正回路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、電源回路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１４４，１４６，１４８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。

【0020】

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。

【0021】

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Ｅ×Ｂ分離器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。

【0022】

また、制御系回路１６０では、さらに、サンプルホールド回路盤１３０が配置される。サンプルホールド回路盤１３０は、電子ビームカラム１０２内に配置されると好適である。よって、サンプルホールド回路盤１３０は、真空雰囲気下に配置される。一方、収差補正回路１２１及び電源回路１３２は、制御室内に配置される。そのため、サンプルホールド回路盤１３０は、図示しないフィードスルーを介して、大気圧側の収差補正回路１２１及び電源回路１３２に接続される。サンプルホールド回路盤１３０は、収差補正器２２０（多極子アレイの一例）に接続される。

【0023】

サンプルホールド回路盤１３０内には、後述するように複数のサンプルホールド回路が配置される。電源回路１３２内には、後述するように複数の電源が配置される。収差補正回路１２１（制御回路）は、かかる複数のサンプルホールド回路を制御する。また、収差補正回路１２１は、さらに、複数の電源を制御する。

【0024】

収差補正器２２０は、後述するように２段以上の電極基板により構成され、サンプルサンプルホールド回路盤１３０を介して収差補正回路１２１により制御される。静電レンズ２２１は、中央部にマルチ１次電子ビーム全体が通過可能な開口部が形成された、例えば３段以上の電極基板により構成され、収差補正回路１２１により制御される。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、例えば１１×１１の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。成形アパーチャアレイ基板２０３は、マルチ１次電子ビーム２０を放出する放出源の一例となる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。

【0029】

次に、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。

【0030】

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（マルチ１次電子ビーム）が形成される。

【0031】

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位置に配置されたＥ×Ｂ分離器２１４を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。この間に、収差補正器２２０によって、像面湾曲、非点及び／或いは歪曲収差（ディストーション）といった収差が補正される。また、収差補正器２２０による補正によってビームの焦点位置のずれが生じた場合に静電レンズ２２１によって一括して焦点位置のずれが補正される。図１の例では、収差補正器２２０が電磁レンズ２０５の磁場中に配置される場合を示している。電磁レンズ２０５の磁場中に配置することにより、収差補正器２２０の制御電極に印加する電位を磁場外に配置する場合に比べて小さくできる。例えば、１／１００程度に小さくできる。但し、これに限るものではない。収差補正器２２０は、成形アパーチャアレイ基板２０３とＥ×Ｂ分離器２１４との間に配置されていればよい。

【0032】

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。言い換えれば、電磁レンズ２０７（電子光学系の一例）は、収差補正器２２０によって像面湾曲、非点及び歪曲収差の少なくとも一方が補正されマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に誘導する。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２０６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２０６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２０６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２０６を通過したビーム群により、検査用（画像取得用）のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。

【0033】

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（マルチ１次電子ビーム）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。

【0034】

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。

【0035】

ここで、Ｅ×Ｂ分離器２１４（ビームセパレータ）は、コイルを用いた２極以上の複数の磁極と、２極以上の複数の電極とを有する。そして、かかる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。Ｅ×Ｂ分離器２１４に上側から侵入してくるマルチ１次電子ビーム２０には、電界による力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、Ｅ×Ｂ分離器２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力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。

【0036】

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。

【0037】

図３は、実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図３において、基板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。各チップ３３２内は、例えば、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_２列×縦（ｙ方向）ｎ_２段（ｍ_２，ｎ_２は２以上の整数）個の複数のマスクダイ３３に分割される。実施の形態１では、かかるマスクダイ３３が単位検査領域となる。対象となるマスクダイ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。

【0038】

図４は、実施の形態１におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図４の例では、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。図４の例では、照射領域３４がマスクダイ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がマスクダイ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の各１次電子ビーム９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内を走査（スキャン動作）する。マルチ１次電子ビーム２０を構成する各ビームは、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各ビームは、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内のビームの移動は、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つのビームで１つのサブ照射領域２９内のすべてを順に照射していく。図４の例では、サブ照射領域２９内をｙ方向に進む４ラインで走査する場合を示しているが、後述するように、実際にはもっと多くのライン走査を行う。例えば、５１２ラインを走査する。

【0039】

基板１０１の所望する位置に、収差補正器２２０により収差が補正されたマルチ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に対応する、反射電子を含むマルチ２次電子ビーム３００が放出される。基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、Ｅ×Ｂ分離器２１４に進み、斜め上方に曲げられる。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で軌道を曲げられ、マルチ検出器２２２に投影される。このように、マルチ検出器２２２は、マルチ１次電子ビーム２０が基板１０１面に照射されたことに起因して放出されるマルチ２次電子ビーム３００を検出する。反射電子は光路の途中で発散しても構わない。

【0040】

以上のように、マルチ１次電子ビーム２０全体では、マスクダイ３３を照射領域３４として走査（スキャン）することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのサブ照射領域２９を走査することになる。そして、１つのマスクダイ３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次のマスクダイ３３が照射領域３４になるように移動して、かかる隣接する次のマスクダイ３３の走査（スキャン）を行う。かかる動作を繰り返し、各チップ３３２の走査を進めていく。マルチ１次電子ビーム２０のショットにより、その都度、照射された位置から２次電子が放出され、マルチ検出器２２２にて検出される。

【0041】

図５は、実施の形態１における収差補正器の各電極基板の構成の一例を示す上面図である。
図６は、実施の形態１における収差補正器の構成の一例を示す断面図である。
収差補正器２２０は、所定の隙間を開けて配置される、２段以上の電極基板により構成される。図５（ａ）と図５（ｂ）の例では、５×５本のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合について示している。収差補正器２２０（多極子アレイ）は、それぞれがマルチ１次電子ビーム２０のうち対応ビームが通過する位置で対応ビームを取り囲むように配置された複数の多極子１３を有する。以下、具体的に説明する。

【0042】

第１電極基板１０では、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（第１の通過孔）が形成される。図５（ａ）及び図６に示すように、第１電極基板１０では、ビーム間ピッチＰのマルチ１次電子ビーム２０が通過する位置に複数の通過孔１１が形成される。第１電極基板１０の複数の通過孔１１は、基板本体１２の上面（ビームの進行方向の上流側）から裏面に向かう途中まで孔径Ｄ２（第２の孔径）となり、途中から裏面まで、孔径Ｄ３（第３の孔径）とサイズが広がるように形成される。また、図６に示すように、基板本体１２の上面、側面、底面、及び複数の通過孔１１内壁は、シールド電極４４によって覆われる。少なくとも複数の通過孔１１内壁にシールド電極４４が配置される。

【0043】

第２電極基板１４は、第１電極基板１０の下部側（ビームの進行方向の下流側）に配置される。第２電極基板１４では、基板本体１５に、ビーム間ピッチＰのマルチ１次電子ビーム２０が通過する、複数の通過孔１７（第２の通過孔）が形成される。図５（ｂ）及び図６に示すように、第２電極基板１４の複数の通過孔１７は、基板本体１５の上面から裏面まで孔径Ｄ１（第１の孔径）で形成される。通過孔１７の周囲上面に通過孔１７毎に個別にそれぞれ４極以上の多極子１３が配置される。多極子１３として、複数の電極１６（第１の電極の一例）が配置される。図５（ｂ）では、８つの電極１６（ａ～ｈ）（第１の電極の一例）が配置される場合を示している。例えば、マルチ１次電子ビーム２０の歪曲収差を補正する場合であれば、ビーム毎に、直交する方向（ｘ，ｙ方向）に２極ずつ対向して配置される４極の電極１６で良い。例えば、マルチ１次電子ビーム２０の非点を補正する場合であれば、ビーム毎に、直交する方向（ｘ，ｙ方向）に加えて中間位相となる４５°及び１３５°方向に２極ずつ対向して配置される８極の電極１６が配置されると好適である。なお、非点の方向がわかっている場合には、直交する方向（ｘ，ｙ方向）に２極ずつ対向して配置される４極の電極１６でも構わない。また、第２電極基板１４では、基板本体１５とビーム毎の複数の電極１６（ａ～ｈ）との間に、絶縁層４０が配置される。また、図６に示すように、基板本体１５の側面、底面、及び複数の通過孔１７内壁は、シールド電極４２によって覆われる。

【0044】

第１電極基板１０の基板本体１２の材料、及び第２電極基板１４の基板本体１５の材料として、共に、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いると好適である。基板本体１２，１５，は、例えば、数１００μｍ程度の膜厚のＳｉ基板が好適である。また、ビーム毎の複数の各電極１６（ａ～ｈ）の材料として、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、或いはパラジウム（Ｐｄ）等の酸化されにくい金属を用いると好適である。また、シールド電極４２，４４の材料として、電極１６と同様、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、或いはＰｄ等の酸化されにくい金属を用いると好適である。

【0045】

非点或いは及びディストーションを補正する場合、１つのビーム用の複数の電極１６のうち、対向する２つの電極の一方には＋Ｖの電位が印加される。他方には符号が逆転した同電位の－Ｖの電位が印加される。像面湾曲を補正する場合、１つのビーム用の複数の電極１６には同電位が印加される。また、シールド電極４２，４４には、グランド（ＧＮＤ）電位が印加される。

【0046】

ここで、収差補正器２２０では、図６に示すように、第１電極基板１０の通過孔１１が第２電極基板１４の電極１６が配置される通過孔１７よりも広く形成される。そのため、電極１６上部が通過孔１１によって空いている。そのため、対向する２つの電極１６上の通過孔１１内の空間にも電場Ｅを広げることができる。また、図６に示す第１電極基板１０の通過孔１１の上部がつば部分によって孔径Ｄ３から孔径Ｄ２へと狭まっているため、電気力線の方向を曲げやすくできる。そのため、電場が上段電極基板１０より上方へと発散せずに、対向する２つの電極１６上の通過孔１１内で電場Ｅを形成できる。よって、第１電極基板１０の通過孔１１に進入してきた電子ビームに対して、通過孔１１を通過中に電界を作用させることができる。そのため、偏向支点を電極１６上の通過孔１１途中に設けることができる。その分、電極１６自体の厚さを小さくできる。

【0047】

図７は、実施の形態１における多極子と印加電位を説明するための図である。図７において、各ビーム用の多極子１３として、８つの電極１６ａ～１６ｈが、対応するビームが通過する位置でかかる対応するビームを取り囲むように配置される。図７では、アレイ状に並ぶマルチ１次電子ビーム２０のうち、インデックスｉのビーム用の電極番号ｊの電極（Ｅｉｊ）を示している。ｊは、１～８の電極番号を示す。図７では、インデックスｉのビーム用の電極Ｅｉ１～Ｅｉ８を示している。電極１６ａ（Ｅ１１）には電位Ｖ１が印加される。電極１６ｂには電位Ｖ２が印加される。電極１６ｃには電位Ｖ３が印加される。電極１６ｄには電位Ｖ４が印加される。電極１６ｅには電位Ｖ５が印加される。電極１６ｆには電位Ｖ６が印加される。電極１６ｇには電位Ｖ７が印加される。電極１６ｈには電位Ｖ８が印加される。

【0048】

収差補正器２２０といった多極子アレイで各ビームを個別に補正するためには、ビーム毎かつ電極毎に個別に制御する必要がある。そのため、ビーム数×多極子の電極数の電源が必要になる。ビーム数の増大に伴い、電源数も増大し、実装することが困難になるといった問題があった。例えば１１×１１本のマルチ１次電子ビームでは、ｉ＝１～１２１のビームが存在する。収差補正器２２０で、各ビームに８つの電極１６が配置される場合、各ビームを個別に補正するためには１２１×８個の電源が必要となる。そこで、実施の形態１では、８つの電極×ビーム数の電極に、それぞれサンプルホールド回路を配置する。かかる複数のサンプルホールド回路（第１のサンプルホールド回路）は、複数の多極子１３の電極１６毎に配置されるコンデンサとスイッチとを有し、コンデンサとスイッチとを用いて当該電極１６に印加するための電位を保持する。以下、具体的に説明する。

【0049】

図８は、実施の形態１における複数のサンプルホールド回路の一例を示す図である。図８において、横方向に同じビーム用の複数の電極Ｅｉ１～電極Ｅｉ８に接続するための８つのサンプルホールド回路２が並ぶ。そして、同じ８つのサンプルホールド回路２が縦方向にビーム本数分並ぶ。図８の例では、１１×１１本のマルチ１次電子ビーム２０を用いる場合を示す。その場合、１２１本のビームが存在するので、８つのサンプルホールド回路２が縦方向に、１２１個並ぶ。よって、合計１２１×８個のサンプルホールド回路（第１のサンプルホールド回路）が配置される。

【0050】

各サンプルホールド回路２は、スイッチ３とコンデンサ４とを有する。ビームｉの８つのスイッチ３の入力は、制御パルス信号ＳＬｉのラインに接続される。例えば、ビーム１用の８つのスイッチ３の入力は、制御パルス信号ＳＬ１のラインに接続される。ビーム１２１用の８つのスイッチ３の入力は、制御パルス信号ＳＬ１２１のラインに接続される。各ビーム用の電極番号１のスイッチ３は電源１からの電位Ｖ１ラインに接続される。同様に、各ビーム用の電極番号２のスイッチ３は電源２からの電位Ｖ２ラインに接続される。以下、同様に、各ビーム用の電極番号８のスイッチ３は電源８からの電位Ｖ８ラインに接続される。各スイッチ３の出力には、コンデンサ４の一方の端子と対応する電極Ｅｉｊとが並列に接続される。また、各コンデンサの他方の端子はグランド電位に接続される。このように、１２１×８個のサンプルホールド回路２がアレイ状に配置される。かかる１２１×８個のサンプルホールド回路２は、サンプルホールド回路盤１３０内に配置される。

【0051】

また、電源回路１３２内には、サンプルホールド回路盤１３０内の複数のサンプルホールド回路に複数の電位を印加する複数の電源が配置される。複数の電源の数は、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数にビーム１本あたりの多極子１３の電極数を乗じた値よりも少ない。さらに、複数の電源の数は、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数よりも少ない。例えば、１本のビームあたりの電極数と同じ数の電源が配置される。ここでは、８個の電源１～８が配置される。電源１からの電位Ｖ１が、各ビーム用の電極番号１のスイッチ３に接続される。電源２からの電位Ｖ２が、各ビーム用の電極番号２のスイッチ３に接続される。以下、同様にして、電源８からの電位Ｖ８が、各ビーム用の電極番号８のスイッチ３に接続される。

【0052】

図９は、実施の形態１におけるライン走査とサンプルホールド回路の制御方法を説明するための図である。対物偏向器の一例となる副偏向器２０９が、収差補正器２２０（多極子アレイ）を通過したマルチ１次電子ビーム２０を一括ビーム偏向することによりマルチ１次電子ビーム２０で基板１０１上を走査する。副偏向器２０９は、一括ビーム偏向の繰り返しによる複数のラインスキャン動作によりビーム毎のサブ照射領域２９（所望の領域内）を走査する。具体的には、例えば、図９において、各サブ照射領域２９内は、対応する１次電子ビーム９で、例えば、５１２回のライン走査（ラインスキャン）を行う。１回のライン走査が終了すると、次のライン走査開始位置にビームが振り戻される。１つのサブ照射領域２９内全体を走査するためには、かかる動作を例えば５１２回繰り返す。

【0053】

収差補正回路１２１（制御回路）は、対物偏向器である副偏向器２０９による一括ビーム偏向の振り戻しに同期して、１２１×８個のサンプルホールド回路２（第１のサンプルホールド回路）に印加された複数の電位Ｖ１～Ｖ８を１２１×８個のサンプルホールド回路のうち選択された８つの複数のサンプルホールド回路２（第２のサンプルホールド回路）で保持するように１２１×８個のサンプルホールド回路２を制御する。また、収差補正回路１２１は、複数のラインスキャン動作の少なくとも１つのラインスキャン動作に同期して、複数の電源１～８の各電位Ｖ１～Ｖ８を切り替える。

【0054】

図１０は、実施の形態１における制御パルス信号のタイムチャートの一例を示す図である。例えば、１回目のラインスキャン動作中に、電源１～８の各電位Ｖ１～Ｖ８をビーム１補正用の電位Ｖ１～Ｖ８になるように切り替える。そして、１回目のラインスキャン終了後、２回目のラインスキャン開始位置にビームを振り戻す時期に同期して、制御パルス信号ＳＬ１を例えば１回発信にする。これにより、制御パルス信号ＳＬ１がＯＮの状態の間、ビーム１補正用の多極子１３を構成する電極Ｅ１１～Ｅ１８に電位Ｖ１～Ｖ８が印加される。これと共に、ビーム１補正用の８つのサンプルホールド回路２のコンデンサ４にそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８が印加される。制御パルス信号ＳＬ１がＯＦＦになっても、ビーム１補正用の８つのサンプルホールド回路２がそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８を保持する。具体的には、ビーム１補正用の８つのサンプルホールド回路２のコンデンサ４に蓄積されたそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８が電極Ｅ１１～Ｅ１８に印加される。よって、ビーム１補正用の多極子１３を構成する電極Ｅ１１～Ｅ１８にビーム１補正用の電位Ｖ１～Ｖ８が印加され続けることになる。これにより、ビーム１の収差が補正される。

【0055】

１回目の振り戻しが終了後、２回目のラインスキャン動作中に、電源１～８の各電位Ｖ１～Ｖ８をビーム２補正用の電位Ｖ１～Ｖ８になるように切り替える。そして、２回目のラインスキャン終了後、３回目のラインスキャン開始位置にビームを振り戻す時期に同期して、制御パルス信号ＳＬ２を例えば１回発信にする。これにより、制御パルス信号ＳＬ１がＯＮの状態の間、ビーム２補正用の多極子１３を構成する電極Ｅ１１～Ｅ１８に電位Ｖ１～Ｖ８が印加される。これと共に、ビーム２補正用の８つのサンプルホールド回路２のコンデンサ４にそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８が印加される。制御パルス信号ＳＬ２がＯＦＦになっても、ビーム２補正用の８つのサンプルホールド回路２がそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８を保持する。具体的には、ビーム１補正用の８つのサンプルホールド回路２のコンデンサ４に蓄積されたそれぞれの電位Ｖ１～Ｖ８が電極Ｅ２１～Ｅ２８に印加される。よって、ビーム２補正用の多極子１３を構成する電極Ｅ２１～Ｅ２８にビーム２補正用の電位Ｖ１～Ｖ８が印加され続けることになる。これにより、ビーム２の収差が補正される。

【0056】

かかる動作を１２１回繰り返すことで、すべてのビーム補正用の電位Ｖ１～Ｖ８がそれぞれのビーム補正用の多極子１３を構成する電極Ｅｉ１～Ｅｉ８に印加され続けることになる。これにより、各ビームの収差が個別に補正される。

【0057】

図１１は、実施の形態１における電源の構成の一例を示す図である。図１１では、電源回路１３２に配置される８つの電源のうちの１つを示している。各電源５は、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）コンバータ７とオペアンプ６を有している。各電源５は、Ｄ／Ａコンバータ７とオペアンプ６を使って可変に電位を調整する。必要な電位の範囲を例えば１６ビット（５１２階調）の分解能で制御する。収差補正回路１２１は、次に印加するビーム用の電位を示す１６ビットのデジタル制御電位信号をＤ／Ａコンバータ７に出力する。Ｄ／Ａコンバータ７は、Ｄ／Ａ変換して、オペアンプ６に出力し、所望の電位がオペアンプ６の出力としてサンプルホールド回路に出力される。

【0058】

ここで、１２１本のビームに対して、１回ずつの各電極用電位のサンプルホールドを行った場合、１２１ラインスキャンの動作で完了する。５１２ラインのスキャンを行う場合、１２１ライン毎に４回のサンプルホールドを行うことができる。言い換えれば、各ビーム制御用の電極１６に印加する電位は、４回のリフレッシュ動作ができる。５１２ラインの走査を例えば４．５ｍｓで行う場合、次のリフレッシュまで１．１２５ｍｓ必要となる。電極１６に１ｎＡの電子が照射された際に許容できる電圧変動を１００μＶとすると、コンデンサ４の容量Ｃは、１ｎＡ×１．１２５ｍｓ／１００μＶ＝１１．２５ｎＦ以上あれば足りる。かかる容量のコンデンサであれば十分に実装可能である。

【0059】

また、上述した例では、１ラインのスキャンサイクルが８．７８９μｓになる。そのうち振り戻しに５００ｎｓかかる。かかる時間内にリフレッシュが完了すればよい。シミュレーションの結果、十分にリフレッシュが可能であった。

【0060】

図１２は、実施の形態１における配線数を説明するための図である。収差補正器２２０には、ビーム数×電極数の電源が必要となる。よって、サンプルホールド回路盤１３０と収差補正器２２０との間は、少なくともビーム数×電極数（例えば、１２１×８本）の配線で接続される。一方、サンプルホールド回路盤１３０と収差補正器２２０との間は、制御パルス信号ＳＬｉの数である１２１本と電源の数である８本の配線に減らすことができる。よって、中継するフィードスルーとサンプルホールド回路盤１３０との間は、制御パルス信号ＳＬｉの数である１２１本と電源の数である８本の配線に減らすことができる。このように、大気圧環境と真空環境との境界に配置されるフィードスルーの配線数を減らすことができる。

【0061】

図１３は、実施の形態１における歪曲収差（ディストーション）の一例を示す図である。図１３の例では、５×５本のマルチ１次電子ビーム２０を用いた場合について示している。成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２がｘ，ｙ方向に所定のピッチでマトリクス状に形成されていれば、理想的には、図１３（ｂ）に示すように、基板１０１上に照射されるマルチ１次電子ビーム２０の照射位置１９も所定の縮小率でマトリクス状に配置されるはずである。しかし、電磁レンズ等の電子光学系を使用することで、図１３（ａ）に示す様にディストーション（歪曲収差）が発生してしまう。ディストーションの形は条件により、樽型またはピンクッション型と呼ばれる分布を取る。一般には磁気レンズのディストーションは半径方向に加えて回転方向のずれも生ずる。図１３（ａ）では回転成分が生じない条件での例を示している。マルチ１次電子ビーム２０に生じるディストーションの向き及び位置ずれ量は、ある程度の傾向は存在するとしても、ビーム毎に異なってしまう。そのため、かかるディストーションを補正するためには、個別ビーム毎に補正する必要がある。実施の形態１における収差補正器２２０を用いて、ビーム毎にビーム軌道を補正することで、図１３（ｂ）に示すように、基板１０１上に照射されるマルチ１次電子ビーム２０の照射位置１９を補正できる。

【0062】

図１４は、実施の形態１における非点の一例を示す図である。図１４の例では、５×５本のマルチ１次電子ビーム２０を用いた場合について示している。図１４（ｂ）に示すように、理想的には、各ビームは、円形に照射される。しかし、電磁レンズ等の電子光学系を使用することで、図１４（ａ）に示すように、非点収差が生じてしまう場合がある。そのため、図１４（ａ）に示すように、基板１０１（試料）面上においてｘ，ｙ方向の２次方向に焦点位置がずれ、焦点位置でビームがいわゆる楕円状になり、照射されるビームにボケが生じてしまう。マルチ１次電子ビーム２０に生じる非点の向き及び位置ずれ量は、マルチ１次電子ビーム２０の中心から放射状に延びるように楕円状になる傾向があるが、ビーム毎に異なってしまう。そのため、かかる非点を補正するためには、個別ビーム毎に補正する必要がある。そこで、実施の形態１における収差補正器２２０を用いて、ビーム毎にビーム軌道を補正することで、図１４（ｂ）に示すように、非点を補正できる。

【0063】

図１５は、実施の形態１における非点の他の一例を示す図である。マルチ１次電子ビーム２０に生じる非点の向きは、図１４（ａ）に示したマルチ１次電子ビーム２０の中心から放射状に延びる場合に限るものではない。図１５（ａ）に示すように、円周方向に延びる場合もあり得る。かかる場合でも同様に、実施の形態１における収差補正器２２０を用いて、ビーム毎にビーム軌道を補正することで、図１５（ｂ）に示すように、非点を補正できる。

【0064】

また、実施の形態１における収差補正器２２０では、ディストーションと非点とを同時に補正できる。また、多極子１３を構成する８つの電極１６に同じ電位（バイアス電位）を印加することでさらに焦点も同時に補正できる。

【0065】

ここで、静電レンズ２２１は、マルチ１次電子ビーム２０全体が通過する開口部が形成された３段の電極基板を有し、中段の電極基板には、制御電位が印加される。また、上段及び下段の電極基板にはＧＮＤ電位が印加される。中段の電極基板の制御電位を調整することで、一括してマルチ１次電子ビーム２０の焦点位置を補正できる。なお、ビーム毎に焦点位置を個別に制御できるように静電レンズアレイを配置しても好適である。

【0066】

画像取得機構１５０は、かかる収差補正器２２０により収差が補正されたマルチ１次電子ビーム２０（マルチ１次電子ビーム）を用いて基板１０１上に形成されパターンの２次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて、図形パターンが形成された被検査基板１０１上を走査し、マルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して被検査基板１０１から放出される、マルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子の検出信号に基づく検出画像データ（測定画像：２次電子画像：被検査画像）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。このようにして、画像取得機構１５０は、基板１０１上に形成されたパターンの測定画像を取得する。そして、例えば、１つのチップ３３２分の検出データが蓄積された段階で、チップパターンデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

【0067】

参照画像作成工程として、参照回路１１２（参照画像作成部）は、被検査画像に対応する参照画像を作成する。参照回路１１２は、基板１０１にパターンを形成する基になった設計データ、或いは基板１０１に形成されたパターンの露光イメージデータに定義された設計パターンデータに基づいて、フレーム領域毎に、参照画像を作成する。フレーム領域として、例えばマスクダイ３３を用いると好適である。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、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。

【0068】

ここで、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。

【0069】

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照回路１１２に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。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。

【0070】

次に、参照回路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適切なフィルタ処理を施す。測定画像としての光学画像データは、光学系によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。作成された参照画像の画像データは比較回路１０８に出力される。

【0071】

図１６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１６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５２，５６、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。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。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。

【0072】

比較回路１０８内では、転送されたパターン画像データ（２次電子画像データ）が、記憶装置５６に一時的に格納される。また、転送された参照画像データが、記憶装置５２に一時的に格納される。

【0073】

位置合わせ工程として、位置合わせ部５７は、被検査画像となるマスクダイ画像と、当該マスクダイ画像に対応する参照画像とを読み出し、画素３６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。

【0074】

比較工程として、比較部５８は、マスクダイ画像（被検査画像）と参照画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、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。

【0075】

なお、上述したダイ－データベース検査に限らず、ダイ－ダイ検査を行っても構わない。ダイ－ダイ検査を行う場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士を比較すればよい。よって、ダイ（１）となるウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像と、ダイ（２）となる別のウェハダイ３３２の対応する領域のマスクダイ画像と、を用いる。或いは、同じウェハダイ３３２の一部の領域のマスクダイ画像をダイ（１）のマスクダイ画像とし、同じパターンが形成された同じウェハダイ３３２の他の一部のマスクダイ画像をダイ（２）のマスクダイ画像として比較しても構わない。かかる場合には、同じパターンが形成されたマスクダイ３３の画像同士の一方を参照画像として用いれば、上述したダイ－データベース検査と同様の手法で検査ができる。

【0076】

すなわち、位置合わせ工程として、位置合わせ部５７は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像と、とを読み出し、画素３６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。

【0077】

そして、比較工程として、比較部５８は、ダイ（１）のマスクダイ画像と、ダイ（２）のマスクダイ画像とを比較する。比較部５８は、所定の判定条件に従って画素３６毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素３６毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、図示しない記憶装置、モニタ、若しくはメモリに出力される、或いはプリンタより出力されればよい。

【0078】

また、ダイ－データベース検査及びダイ－ダイ検査において、上述した例では、画素毎に比較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、各図形パターンの輪郭線を抽出して、輪郭線同士の距離が閾値を超える場合には欠陥と判定するように構成しても好適である。

【0079】

以上のように、実施の形態１によれば、収差補正器２２０といった多極子アレイに使用する電源数を低減できる。

【0080】

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、収差補正回路１２１、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、及び偏向制御回路１２８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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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収差補正器及びマルチ電子ビーム照射装置は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0084】

２ サンプルホールド回路
３ スイッチ
４ コンデンサ
５ 電源
６ オペアンプ
７ Ｄ／Ａコンバータ
１０ 第１電極基板
１１ 通過孔
１２ 基板本体
１３ 多極子
１４ 第２電極基板
１５ 基板本体
１６ 電極
１７ 通過孔
１９ 照射位置
２０ マルチ１次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３３ マスクダイ
３４ 照射領域
４０ 絶縁層
４２，４４ シールド電極
５２，５６ 記憶装置
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 収差補正回路
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
１３０ サンプルホールド回路盤
１３２ 電源回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
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 電磁レンズ
２０６ 電磁レンズ
２０７ 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 Ｅ×Ｂ分離器
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２０ 収差補正器
２２１ 静電レンズ
２２２ マルチ検出器
２２４ 電磁レンズ
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】