JP7547082B2

JP7547082B2 - パターン検査装置及びパターン検査方法

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Publication number: JP7547082B2
Application number: JP2020089567A
Authority: JP
Inventors: 昌孝白土; 長作能弾; 忠之杉森
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2024-09-09
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: WO2021235076A1; US20230088951A1; US12354831B2; KR20220123041A; JP2021183942A; KR102803573B1; TWI810545B; TW202144911A

Description

本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。例えば、マルチ電子ビームを用いて撮像された図形パターンの画像を検査する手法に関する。

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、トランジスタ数１０億個を超えるＣＰＵ（中央処理装置）チップや線幅１０ｎｍを切るＮＡＮＤフラッシュ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は極めて小さいものとなり、検査しなくてはらなないパターン数も膨大なものとなっている。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と高速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も必要とされている。

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走査し、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「ｄｉｅｔｏｄｉｅ（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「ｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ（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。

ここで、マルチ電子ビーム検査装置では、観察対象間の微小な差異を検出することが求められるため、各ビームが均一であることが求められる。しかしながら、実際のマルチビームでは、ビーム間のビーム形状及びサイズの差異を完全に無くすことは困難である。ビーム間のビーム形状或いはサイズに差異があると、異なるビームで取得した画像間にはビーム特性に応じた差異が生じる。このため、異なるビームで取得した被検査画像同士を比較しても正確な検査は望めず、検査装置の実現にあたって大きな問題となっている。

ここで、マルチビームの各ビームが走査する領域の像の歪みを個別に補正した上で、周囲のビームが走査する領域像同士を繋げてさらに歪みを補正し、さらに領域像同士を繋げた被検査画像を参照画像と比較する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。かかる技術は、複数のビームによる像を繋げた画像を被検査画像とするために、１つの被検査画像内でのビーム間の歪を補正するものである。

特開２０１７－０８３３０１号公報

そこで、本発明の一態様は、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることが可能な検査装置および方法を提供する。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
マルチ１次電子ビームでパターンが形成された試料面上を走査し、試料面上から放出されるマルチ２次電子ビームを検出することによって、１次電子ビーム毎に対応する２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
基準パターンについての各１次電子ビームの対応する２次電子画像を、ぼかし処理が施された基準ぼけ画像にそれぞれ合わせるための個別補正カーネルを記憶する記憶装置と、
それぞれの個別補正カーネルを用いて、検査対象の試料から取得される各１次電子ビームの対応する２次電子画像を補正する画像補正部と、
補正後の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する比較部と、
マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面上に合わせた状態で取得される基準パターンの２次電子画像に対して、ぼかし用σに相当するぼかし処理を行うことにより基準ぼけ画像を生成する基準ぼけ画像生成部と、
を備えたことを特徴とする。

また、マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面からずらした位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち少なくとも１つから推定されるぼけ指標値σからぼかし用σを決定する決定部をさらに備えると好適である。

また、決定されるぼかし用σは、各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち、最大ビーム径となる１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像から決定されると好適である。

また、基準１次電子ビームの焦点位置を可変にずらした各位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像からそれぞれぼけ指標σを推定するぼけ指標σ推定部と、
基準１次電子ビームの焦点位置のずらし位置毎の推定される各１次電子ビームのぼけ指標σの分布を作成する分布作成部と、
をさらに備え、
ぼかし用σとして、各１次電子ビームのぼけ指標σの分布を参照して、ずらし位置毎の各１次電子ビームのぼけ指標σの最大値が最小となるずらし位置での各１次電子ビームのぼけ指標σの最大値からぼかし用σが決定されると好適である。

また、ぼかし用σに相当する半値全幅で表された１次電子ビームのビーム径が、欠陥サイズの１／２以下となると好適である。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
マルチ１次電子ビームでパターンが形成された試料面上を走査し、試料面上から放出されるマルチ２次電子ビームを検出することによって、１次電子ビーム毎に対応する２次電子画像を取得する工程と、
基準パターンについての各１次電子ビームの対応する２次電子画像を、ぼかし処理が施された基準ぼけ画像にそれぞれ合わせるための個別補正カーネルを記憶する記憶装置からそれぞれの個別補正カーネルを読み出し、それぞれの個別補正カーネルを用いて、検査対象の試料から取得される各１次電子ビームの対応する２次電子画像を補正する工程と、
補正後の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面上に合わせた状態で取得される基準パターンの２次電子画像に対して、ぼかし用σに相当するぼかし処理を行うことにより基準ぼけ画像を生成する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面からずらした位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち少なくとも１つから推定されるぼけ指標σにもとづいてぼかし用σを決定する工程をさらに備えると好適である。

また、決定されるぼかし用σは、各１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像のうち、最大ビーム径となる１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像から決定されると好適である。

本発明の一態様によれば、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることができる。よって、異なるビームで取得した被検査画像間での検査ができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成の一例を示す構成図である。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。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。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。実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。実施の形態１における焦点位置分布の一例を示す図である。実施の形態１におけるσ推定の仕方の一例を説明するための図である。実施の形態１におけるσ設定回路の内部構成の一例を示す図である。実施の形態１におけるσ値分布の一例を示す図である。実施の形態１における基準１次電子ビームのビーム径と各１次電子ビームのσ値の最大値が最小となるずらし位置での最大ビーム径との一例を示す図である。実施の形態１における基準パターン画像と基準ぼけ画像の一例を示す図である。実施の形態１における基準ぼけ画像と測定画像と個別補正カーネルとの関係を説明するための図である。実施の形態１における個別補正カーネルの一例を示す図である。実施の形態１における差分画像の一例を示す図である。実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。実施の形態１における画像補正の仕方を説明するための図である。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。実施の形態１における検査単位領域の一例を示す図である。

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の一例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（２次電子画像取得機構）、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、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、電磁レンズ２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

検査室１０３内には、少なくともＸＹＺ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。

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、補正回路１１３、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、ぼけ指標σ推定回路１３０、ぼけ指標σ設定回路１３２、基準ぼけ画像生成回路１３４、カーネル係数演算回路１３６、基準ビーム選択回路１３８、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。

また、チップパターンメモリ１２３は、補正回路１１３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次電子ビームの光軸（電子軌道中心軸）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。

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、電磁レンズ２２６、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。

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。

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。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は２以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、理想的には共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、理想的に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。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。

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。

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。

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。そして、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（合焦）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た（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、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。

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、反射電子や２次電子の束（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、電磁レンズ２０７を通って、ビームセパレーター２１４に進む。

ここで、ビームセパレーター２１４はウィーンフィルタとも呼ばれ、マルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（電子軌道中心軸）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。こ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。

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２２４，２２６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には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子が投影されても良い。マルチ検出器２２２は、例えば図示しない２次元センサを有する。そして、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子が２次元センサのそれぞれ対応する領域に衝突して電子を発生し、２次電子画像データをセンサ毎に生成する。言い換えれば、マルチ検出器２２２には、マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム２０ｉ（ｉは、インデックスを示す。２３×２３本のマルチ１次電子ビーム２０であれば、ｉ＝１～５２９）毎に、検出センサが配置される。そして、各１次電子ビーム２０ｉの照射によって放出された対応する２次電子ビームを検出する。よって、マルチ検出器２２２の複数の検出センサの各検出センサは、それぞれ担当する１次電子ビーム２０ｉの照射に起因する画像用の２次電子ビームの強度信号を検出することになる。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。

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。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の単位ブロック３３に分割される。対象となる単位ブロック３３へのビームの移動は、主偏向器２０８によるマルチビーム２０全体での一括偏向によって行われる。

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。各ストライプ領域３２の幅は、照射領域３４のｙ方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図３及び図４の例では、照射領域３４が単位ブロック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が単位ブロック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の各ビームは、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、各ビームが担当するサブ照射領域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内を順に照射していく。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内の隣接する単位ブロック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位置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次電子ビームの照射によって得られるサブ照射領域２９の画像（部分２次電子画像）を組み合わせることで、単位ブロック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。

なお、例えばｘ方向に並ぶ複数のチップ３３２を同じグループとして、グループ毎に例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割されるようにしても好適である。そして、ストライプ領域３２間の移動は、チップ３３２毎に限るものではなく、グループ毎に行っても好適である。

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。このため、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。

ここで、マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビームの基板１０１上でのビームの形状およびサイズは、理想的には均一であることが望ましい。しかしながら、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２の製造誤差、及び／或いは光学系の収差等によって、実際には、均一ビームを形成することが困難である。例えば、マルチ１次電子ビーム２０のうち、中心ビームに対して、中心から外側に離れるビームほどビーム形状が偏平した楕円形に変形し、かつ、長径サイズが大きくなっていく場合がある。また、中心ビームについても真円とは限らない。なお、各１次電子ビーム２０ｉの形状及びサイズはこれに限るものではない。他の形状及び／或いはサイズに変形する場合であっても良い。このように、基板１０１上での向きを含めたビーム形状およびサイズが異なる複数の１次電子ビームの照射によって得られる２次電子画像は、当然に異なるビーム形状およびサイズの影響を受けることになる。後述するように、実施の形態１では、異なる１次電子ビームの照射によって得られた２次電子画像同士を比較する（ダイ－ダイ検査）。しかし、異なるビーム形状およびサイズの影響を受けた２次電子画像同士を比較しても、画像間にずれが生じているので同一にはならず、疑似欠陥を発生させてしまうことになる。よって、高精度な検査を行うことが困難となる。或いは／及び、設計データから作成された参照画像と比較する（ダイ－データベース検査）。かかる場合でも、ビームによって得られる２次電子画像の精度が異なるので、比較結果にずれが生じ、疑似欠陥を発生させてしまうことになる。よって、高精度な検査を行うことが困難となる。

そこで、実施の形態１では、基準パターンを用いて、あえてぼけさせた基準ぼけ画像を生成し、各１次電子ビームの照射によって撮像された各２次電子画像を基準ぼけ画像に合わせる個別補正カーネルを演算により求めておく。そして、実際の検査の際には、各１次電子ビームの照射によって撮像された各２次電子画像にそれぞれの個別補正カーネルを畳み込むことで、いずれのビームで撮像された場合でも基準ぼけ画像と同等なぼけ具合に各２次電子画像をぼかす平滑化処理を行う。以下、具体的に説明する。

図５は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一部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における検査方法は、基準ビーム選択工程（Ｓ１０２）と、基準ビームでのフォーカス調整工程（Ｓ１０４）と、基準ビームでの基準パターン画像取得工程（Ｓ１０６）と、デフォーカス調整工程（Ｓ１０８）と、全ビームでの基準／評価パターン画像取得工程（Ｓ１１０）と、ぼけ指標σ推定工程（Ｓ１１２）と、ぼけ指標σ分布作成工程（Ｓ１１４）と、ぼかし用σ値特定工程（Ｓ１１６）と、基準ぼけ画像生成工程（Ｓ１１８）と、個別補正カーネル係数演算工程（Ｓ１２０）と、いう一連の工程を実施する。図５では、検査処理の前処理として行う工程について示している。

基準ビーム選択工程（Ｓ１０２）として、基準ビーム選択回路１３８は、マルチ１次電子ビーム２０の中から基準とする基準１次電子ビームを選択する。マルチ１次電子ビーム２０の各１次電子ビームは、光学系の収差（例えば、像面歪曲収差）の影響により、基板１０１面上での焦点位置が異なる。そのため、すべての１次電子ビームがジャストフォーカスの状態でパターンを撮像することは難しい。そこで、ジャストフォーカスで撮像する１次電子ビームを基準１次電子ビームとして選択する。例えば、中心ビームを基準１次電子ビームとして選択する。但し、これに限るものではなく、他のビームを選択しても構わない。

基準ビームでのフォーカス調整工程（Ｓ１０４）として、レンズ制御回路１２４は、電磁レンズ２０７（対物レンズ）が選択された基準１次電子ビームを評価基板上に合焦するように電磁レンズ２０７を調整する。評価基板は、検査対象基板１０１と表面高さ位置が同じサイズになるように形成される。また、評価基板には、基準パターンと焦点ぼけ評価パターンが配置される。焦点ぼけ評価パターンには、フォーカスずれによるぼけ具合を定量的に評価するのに適したパターンが用いられる。例えば、いろいろな方向を向いた直線状のナイフエッジパターンを含むパターン用いると好適である。ぼけ具合はあらゆる方向に関して測定され、それらの最大値がガウシアン分布の標準偏差値σに換算していくつに当たるかという値をもってあらわすのが好適である。基準パターンには、検査対象の基板１０１に配置される最小線幅のラインパターンで構成される回路パターンを用いると好適である。但し、これに限るものではなく、様々な方向のエッジを含む複雑な回路パターンなど、一般的な回路パターンでも構わない。また、基準パターンの一部に焦点ぼけ評価パターンを配置したり、基準パターンと焦点ぼけ評価パターンを兼用することも可能である。

図６は、実施の形態１における焦点位置分布の一例を示す図である。図６に示すように、各１次電子ビームは、光学系の収差（例えば、像面歪曲収差）の影響により、基板１０１面上での焦点位置が異なる。一般的に、中心ビームに対して、外周側のビームほど、焦点位置のずれが大きくなる。例えば、図６に示すように、円弧状（３次元で見れば球面状）にずれる。例えば、中心ビームを基準１次電子ビームとして選択した場合、高さ位置Ｚ０に基準１次電子ビームの焦点位置を合わせる。例えば、外周ビームを基準１次電子ビームとして選択した場合、高さ位置Ｚ１に基準１次電子ビームの焦点位置を合わせることになる。通常は各種収差などが最も小さく、等方的にぼけた取得画像が得られるのは中心ビームであるので、基準パターン画像取得に用いる基準ビームとしては中心ビームを用いるのが好適である。

基準ビームでの基準パターン画像取得工程（Ｓ１０６）として、画像取得機構１５０は、基準１次電子ビームの焦点位置が評価基板面上に合わされた状態で、基準１次電子ビームで評価基板に形成された基準パターン上をスキャン（走査）する。そして、評価基板から放出された２次電子ビームをマルチ検出器２２２で検出することによって、基準１次電子ビームのスキャンに対応する基準パターンの２次電子画像を取得する。なお、マルチ１次電子ビーム２０全体を使ってスキャンしても構わないし、基準１次電子ビーム以外のビームを図示しないシャッター等で遮蔽してスキャンしても構わない。これにより、焦点が合った状態の基準１次電子ビームを使って取得された基準パターンの画像（基準パターン画像）が得られる。ここで得られる基準パターン画像のぼけ具合は、通常の検査動作の際に画像取得機構１５０により得られる画像のぼけ具合に比べて通常数分の１以下であり、極めて先鋭であることが期待される。

デフォーカス調整工程（Ｓ１０８）として、レンズ制御回路１２４は、電磁レンズ２０７が基準１次電子ビームの焦点位置を評価基板上から所定の量だけずらすように電磁レンズ２０７を調整する。例えば、図６に示すように、高さ位置Ｚ０から高さ位置Ｚ１までの間の高さ位置Ｚに焦点位置をずらす。

全ビームでの基準／評価パターン画像取得工程（Ｓ１１０）として、画像取得機構１５０は、基準１次電子ビームの焦点位置が評価基板面上からずらされた状態で、マルチ１次電子ビームで評価基板に形成された基準パターン上及び焦点ぼけ評価パターン上をスキャン（走査）する。そして、評価基板から放出されたマルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２で検出することによって、各１次電子ビームでのスキャンに対応する基準パターンと焦点ぼけ評価パターンの２次電子画像を取得する。基準パターンと焦点ぼけ評価パターンの画像は、同じ画像内に両者が含まれる画像であってもよいし、別々の画像であっても構わない。

ぼけ指標σ推定工程（Ｓ１１２）として、ぼけ指標σ推定回路１３０（σ推定部）は、基準１次電子ビームの焦点位置を可変にずらした各位置で取得される各１次電子ビームの焦点ぼけ評価パターンの２次電子画像からそれぞれぼけ指標値σ（以下、σ値と示す場合もある）を推定する。

図７は、実施の形態１におけるぼけ指標σ推定の仕方の一例を説明するための図である。図７に示すように、焦点ぼけ評価パターンとして例えばナイフエッジパターンを用い、かかる焦点ぼけ評価パターンの画像をガウシアン関数形状の断面分布をもった電子ビームを用いて取得した場合、取得された画像のエッジ部分はなだらかな立ち上がりを持ったパターンとなる。このとき、取得された画像内の焦点ぼけ評価パターンの立ち上がり部分の傾きｄｘ/ｄｙを求める。図７に示すように、ナイフエッジパターンにガウシアン関数形状の分布を畳み込むと、エッジ部分の傾斜はｄｙ/ｄｘ＝１／（√（２π）σ）となることから、このようにして取得画像内の焦点ぼけ評価パターンのエッジ部分の傾きから得られたガウシアン関数のパラメータσをもって、ぼけ指標とすることが可能である。焦点ぼけ評価パターンに様々な方向のナイフエッジパターンが含まれている場合には、方向ごとに求められたσのうち最大のものをぼけ指標σとする。

そして、デフォーカス調整工程（Ｓ１０８）に戻り、焦点位置を可変にずらしながら、デフォーカス調整工程（Ｓ１０８）からぼけ指標σ推定工程（Ｓ１１２）までの各工程を繰り返す。中心ビームを基準１次電子ビームとして選択した場合、高さ位置Ｚ０を中心にして、所定の範囲内で高さ位置Ｚ０よりも低い高さ位置から高さ位置Ｚ０よりも高い高さ位置までの間で複数の高さ位置Ｚを設定すればよい。但しこれに限るものではなく、例えば、高さ位置Ｚ０から高さ位置Ｚ１までの間で複数の高さ位置Ｚを設定してもよい。或いは、高さ位置Ｚ１よりも高い高さ位置であっても構わない。

図８は、実施の形態１におけるσ設定回路の内部構成の一例を示す図である。図８において、ぼけ指標σ設定回路１３２内には、ぼけ指標σ値分布作成部６０、及びぼけ指標σ特定部６２が配置される。ぼけ指標σ分布作成部６０、及びぼけ指標σ特定部６２といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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。ぼけ指標σ分布作成部６０、及びぼけ指標σ特定部６２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。

ぼけ指標σ分布作成工程（Ｓ１１４）として、ぼけ指標σ分布作成部６０は、基準１次電子ビームの焦点位置のずらし位置毎の推定される各１次電子ビームのぼけ指標σの分布を作成する。

図９は、実施の形態１におけるぼけ指標σ分布の一例を示す図である。図９の例では、例えば、５本の１次電子ビームａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅについて、基準１次電子ビームの焦点位置を可変にずらした各位置Ｚで取得される各１次電子ビームの焦点ぼけ評価パターンの２次電子画像から推定されるそれぞれのぼけ指標σのビーム毎の分布を示している。σ値が小さいほど、ぼけが少なくビーム径が小さくなることを意味する。各１次電子ビームにおいて、それぞれ焦点位置が評価基板面に合っている際にぼけが少なくσ値が小さくなる。

ぼかし用σ値特定工程（Ｓ１１６）として、ぼけ指標σ特定部６２は、σ値分布を参照して、ぼかし処理用に用いるためのぼかし用σ_１（以下、σ_１値と示す場合もある）を特定する。言い換えれば、ぼけ指標σ特定部６２（決定部）は、マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面からずらした位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち少なくとも１つから推定されるぼけ指標値σからぼかし用σ_１を決定する。実施の形態１におけるぼかし用σ_１値を得るための基となるσｂ値は、各１次電子ビームの焦点ぼけ評価パターンの２次電子画像のうち、最大ビーム径Ｂ_１となる１次電子ビームの焦点ぼけ評価パターンの２次電子画像から推定される。なお、基準１次電子ビームの焦点位置を可変にずらした各位置Ｚで最大ビーム径Ｂ_１は変化する。そこで、σ値特定部６２は、各１次電子ビームのσ値の分布を参照して、図９に示すように、ずらし位置毎の各１次電子ビームのσ値の最大値が最小となるずらし位置Ｚ′での各１次電子ビームのぼけ指標σの最大値（最大ぼけ指標σｂ）を目安にσ_１値を決定する。例えば、最大ぼけ指標σｂの±１０％の範囲内の値をぼかし用σ_１値として特定する。よって、最大ぼけ指標σｂをぼかし用σ_１値として特定しても好適である。なお、ぼかし用σ_１値に相当する１次電子ビームのビーム径が、検出対象の欠陥サイズの１／２以下となると好適である。１次電子ビームのビーム径は、ビームプロファイルの半値全幅で定義する場合、σ_１値に２．３５（＝２√（２Ｉｎ（２）））を乗じることで近似できる。

図１０は、実施の形態１における基準１次電子ビームのビーム径と各１次電子ビームのσ値の最大値が最小となるずらし位置での最大ビーム径との一例を示す図である。図１０（ａ）では、基準１次電子ビームが示されている。図１０（ｂ）では、最大偏り値σｂが得られたずらし位置での各１次電子ビームを示している。図１０（ｂ）の例では、外周部の１次電子ビーム１２のサイズが最大である場合を示している。最大ビーム径Ｂ_１は、１次電子ビーム１２の最大径サイズ１４で示している。図１０（ａ）に示すように、基準１次電子ビームのビーム径Ｂ_０は、ジャストフォーカスされた状態なので小さい。これに対して、ずらし位置Ｚ′では、図１０（ｂ）に示すように、外周部の１次電子ビーム１２の焦点がずれた状態なので本来のビーム径にぼけ（ブラー）分のサイズが加算されるので、１次電子ビーム１２の最大ビーム径Ｂ_１は大きくなる。

基準ぼけ画像生成工程（Ｓ１１８）として、基準ぼけ画像生成回路１３４は、基準１次電子ビームの焦点位置を評価基板上に合わせた状態で取得される基準パターンの２次電子画像（基準パターン画像）に対して、上記で得られたぼかし用σ_１に相当するぼかし処理を行うことにより基準ぼけ画像を生成する。

ここで、基準パターン画像には、小さいながらもぼけが含まれる。よって、基準パターン画像にも基準となる基準偏り値σ_０（以下、基準σ_０値と示す場合がある）が存在する。基準σ_０値は、基準１次電子ビームがジャストフォーカスされた状態で焦点ぼけ評価パターンを撮像することによって得られた２次電子画像から推定できる。基準パターン画像に対してぼかし用σ_１値に相当するぼかし処理を行うとは、ぼかし用σ_１値と基準σ_０値との差分偏り値σΔだけぼかし処理を行うことに相当する。差分偏り値σΔは、次の式（１－１）に示すように、ぼかし用σ_１値と基準σ_０値との２乗差根を演算することによって求めることができる。なお、差分偏り値σΔは、式（１－１）の代わりに、ずらし位置Ｚ′での最大ビーム径Ｂ_１とジャストフォーカスされた状態の基準１次電子ビームのビーム径Ｂ_０との２乗差根を２．３５（＝２√（２Ｉｎ（２）））で除算することによって、近似しても良い。

そして、基準ぼけ画像Ｉ_１（ｘ，ｙ）は、基準パターン画像Ｉ_０（ｘ，ｙ）に、差分偏り値σΔに設定されるガウシアン分布関数ｆａ（ｘ，ｙ）を畳み込むことにより演算できる。基準ぼけ画像Ｉ_１（ｘ，ｙ）は、次の式（１－２）で定義できる。

図１１は、実施の形態１における基準パターン画像と基準ぼけ画像の一例を示す図である。図１１（ａ）に示す基準パターン画像に対して、ぼかし用σ_１値に相当するぼかし処理を行うことにより、図１１（ｂ）に示す基準ぼけ画像が生成できる。図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを比較するとわかるように、基準ぼけ画像では、基準となるぼけ具合の状態が示されている。

個別補正カーネル係数演算工程（Ｓ１２０）として、カーネル係数演算回路１３６は、基準パターンについての各１次電子ビームの対応する２次電子画像を、ぼかし処理が施された基準ぼけ画像にそれぞれ合わせるための個別補正カーネルを演算する。

図１２は、実施の形態１における基準ぼけ画像と測定画像と個別補正カーネルとの関係を説明するための図である。ぼかし用σ_１値は、ずらし位置Ｚ′での最大ビーム径Ｂ_１を基に得られているので、基準１次電子ビームの焦点位置をずらし位置Ｚ′にした状態で取得された各１次電子ビームの基準パターンの２次電子画像を基準ぼけ画像にそれぞれ合わせる。具体的には、図１２（ｂ）に示すある１次電子ビームの基準パターンの２次電子画像（測定画像）に、図１２（ｃ）に示す個別補正カーネルを畳み込むことで、図１２（ａ）に示す基準ぼけ画像に合わせることが可能な個別補正カーネルを推定する。例えば、各１次電子ビームの基準パターンの２次電子画像（測定画像）Ｉ_２（ｘ，ｙ）に個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）を畳み込んだ値を基準ぼけ画像Ｉ_１（ｘ，ｙ）から差し引いた値の絶対値の２乗を積分した値Ｍが最小となる個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）を求める。値Ｍは、次の式（２）で定義できる。

図１３は、実施の形態１における個別補正カーネルの一例を示す図である。個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）は、例えば、図１３に示すように、３１×３１個の係数を要素ａ_１，１～ａ_{３１，３１}とする行列で定義できる。各要素ａ_１，１～ａ_{３１，３１}は、例えば、最小二乗法により求めることができる。例えば、式（２）に示した値Ｍを各要素でそれぞれ偏微分したδＭ／δａ_１，１～δＭ／δａ_{３１，３１}の関数の値がそれぞれゼロになると仮定した３１×３１個の式を連立方程式として解くことで、各要素ａ_１，１～ａ_{３１，３１}を求めることができる。このような個別補正カーネルをビームごとに推定する。

図１４は、実施の形態１における差分画像の一例を示す図である。図１４では、基準ぼけ画像Ｉ_１（ｘ，ｙ）から、ある１次電子ビームの基準パターンの２次電子画像（測定画像）Ｉ_２（ｘ，ｙ）に、得られた個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）を畳み込んだ画像を差し引いた差分画像の一例を示している。図１４の例では、差分画像の最大階調を２階調に抑えることができた。よって、実施の形態１によれば、異なるビームで取得した２次電子画像であっても、それぞれの個別補正カーネルを畳み込むことで、基準ぼけ画像と同一条件の画像に近づけることができる。各１次電子ビーム用にそれぞれ得られた個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）或いは個別補正カーネルＫ（ｘ、ｙ）の係数（要素ａ_１，１～ａ_{３１，３１}）は、補正回路１１３に出力されると共に、記憶装置１０９及び／或いは図示しない記憶装置に格納される。

以上のような検査処理前の各工程を実施した後に、実際の検査対象の基板を使って、検査処理を実施する。

図１５は、実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。図１５において、実施の形態１における検査方法の残部は、図５に示した各工程の後に、スキャン工程（Ｓ２０２）と、画像補正工程（Ｓ２０６）と、参照画像作成工程（Ｓ２１０）と、位置合わせ工程（Ｓ２２０）と、比較工程（Ｓ２２２）と、いう一連の工程を実施する。

スキャン工程（Ｓ２０２）として、画像取得機構１５０は、マルチ１次電子ビーム２０でパターンが形成された基板１０１（試料）面上を走査し、基板１０１面上から放出されるマルチ２次電子ビーム３００を検出することによって、１次電子ビーム毎に対応する２次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子が投影されても良い。具体的には、以下のように動作する。上述したように、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２をスキャンして、ストライプ領域３２の画像を取得する。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２次電子の検出データ（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、各ストライプ領域３２上に形成されたパターンの測定画像を取得する。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、補正回路１１３に転送される。

画像補正工程（Ｓ２０６）として、補正回路１１３（補正部）は、それぞれの個別補正カーネルを用いて、検査対象の基板１０１から取得される各１次電子ビームの対応する２次電子画像を補正する。具体的には、補正回路１１３は、各１次電子ビームの２次電子画像（測定画像）に個別補正カーネルを畳み込むことで、２次電子画像を補正する。

図１６は、実施の形態１における画像補正の仕方を説明するための図である。図１６において、補正回路１１３内には、マルチ１次電子ビーム２０のビーム本数以上のサブ補正回路１１１（１，２，３，４，５，・・・）が配置される。上述したように、マルチ検出器２２２には、複数の検出センサ２２３が配置される。各検出センサ２２３は、マルチ１次電子ビーム２０のうち他の検出センサとは異なるいずれか１つの１次電子ビームの照射によって放出される２次電子ビームを検出するように割り当てられている。また、補正回路１１３内の各サブ補正回路１１１は、マルチ検出器２２２の複数の検出センサ２２３のうち他のサブ補正回路とは異なるいずれか１つの検出センサからの画像データを入力するように割り当てられている。言い換えれば、補正回路１１３内の各サブ補正回路１１１は、マルチ１次電子ビーム２０のいずれか１つの１次電子ビームの照射によって放出される２次電子ビームの検出用の検出センサに割り当てられている。各サブ補正回路１１１には、担当する１次電子ビーム用の個別補正カーネルＫ（ｘ，ｙ）の係数（要素）が入力され設定されている。図１６の例では、１次電子ビーム（ビーム１）に対応する検出センサの出力がサブ補正回路１に入力される。１次電子ビーム（ビーム２）に対応する検出センサの出力がサブ補正回路２に入力される。１次電子ビーム（ビーム３）に対応する検出センサの出力がサブ補正回路３に入力される。１次電子ビーム（ビーム４）に対応する検出センサの出力がサブ補正回路４に入力される。１次電子ビーム（ビーム５の）に対応する検出センサの出力がサブ補正回路５に入力される。各サブ補正回路は、担当する１次電子ビームのサブ照射領域２９の測定画像に対して、担当する１次電子ビーム用の個別補正カーネルＫ（ｘ，ｙ）を畳み込み演算することで、平滑化処理を行う。以上のようにして、平滑化処理による補正が行われた各サブ照射領域２９の測定画像のデータは、位置回路１０７が示す位置情報と共に、比較回路１０８に出力される。

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、この処理回路には、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。

図１８は、実施の形態１における検査単位領域の一例を示す図である。比較回路１０８では、補正後の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する。被検査画像として、例えばフレーム領域２８毎の２次電子画像を用いる。例えば、サブ照射領域２９を４つのフレーム領域２８に分割する。フレーム領域２８として、例えば、５１２×５１２画素の領域を用いる。具体的には、例えば、以下のように動作する。

参照画像作成工程（Ｓ２１０）として、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、各フレーム領域の測定画像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、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。

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。

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毎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作成する。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。

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、演算された係数を適用したフィルタ関数Ｆ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の代表ビーム（例えば中心ビーム）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像データは比較回路１０８に出力される。

比較回路１０８内に入力された補正後の測定画像（補正被検査画像）は、記憶装置５６に格納される。比較回路１０８内に入力された参照画像は、記憶装置５２に格納される。

位置合わせ工程（Ｓ２２０）として、位置合わせ部５７は、フレーム領域毎に、対応する補正後の２次電子画像と参照画像をそれぞれ記憶装置から読み出し、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。画素サイズとして、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームサイズと同程度のサイズの領域に設定されると好適である。

比較工程（Ｓ２２２）として、比較部５８は、フレーム画像（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。

上述した例では、ダイ－データベース検査を行う場合を説明したが、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構わない。ダイ－ダイ検査を行う場合には、以下のように動作する。

位置合わせ工程（Ｓ２２０）として、位置合わせ部５７は、ダイ１のフレーム画像（補正被検査画像）と、同じパターンが形成されたダイ２のフレーム画像（補正被検査画像）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。

比較工程（Ｓ２２２）として、比較部５８は、ダイ１のフレーム画像（補正被検査画像）と、ダイ２のフレーム画像（補正被検査画像）との一方を参照画像として、両画像を比較する。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。

以上のように、実施の形態１によれば、異なるビームで取得した被検査画像であっても同一条件で取得された画像に近づけることができる。よって、異なるビームで取得した被検査画像間での検査ができる。

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、補正回路１１３、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、ぼけ指標σ推定回路１３０、ぼけ指標σ設定回路１３２、基準ぼけ画像生成回路１３４、カーネル係数演算回路１３６、及び基準ビーム選択回路１３８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。

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。

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。

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パターン検査装置及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

２０マルチ１次電子ビーム
２２穴
２８フレーム領域
２９サブ照射領域
３２ストライプ領域
３３ブロック領域
３４照射領域
５２，５６記憶装置
５７位置合わせ部
５８比較部
６０ σ値分布作成部
６２ σ値特定部
１００検査装置
１０１基板
１０２電子ビームカラム
１０３検査室
１０５ステージ
１０６検出回路
１０７位置回路
１０８比較回路
１０９記憶装置
１１０制御計算機
１１１サブ補正回路
１１２参照画像作成回路
１１３補正回路
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偏り値推定回路
１３２ σ設定回路
１３４基準ぼけ画像生成回路
１３６カーネル係数演算回路
１３８基準ビーム選択回路
１４２駆動機構
１４４，１４６，１４８ＤＡＣ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
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６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
２２３検出センサ
３００マルチ２次電子ビーム
３３０検査領域
３３２チップ

Claims

マルチ１次電子ビームでパターンが形成された試料面上を走査し、前記試料面上から放出されるマルチ２次電子ビームを検出することによって、１次電子ビーム毎に対応する２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
基準パターンについての各１次電子ビームの対応する２次電子画像を、ぼかし処理が施された基準ぼけ画像にそれぞれ合わせるための個別補正カーネルを記憶する記憶装置と、
それぞれの個別補正カーネルを用いて、検査対象の試料から取得される各１次電子ビームの対応する２次電子画像を補正する補正部と、
補正後の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する比較部と、
前記マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を前記試料面上に合わせた状態で取得される基準パターンの２次電子画像に対して、ぼかし用σに相当するぼかし処理を行うことにより前記基準ぼけ画像を生成する基準ぼけ画像生成部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
前記マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面からずらした位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち少なくとも１つから推定されるぼけ指標値σからぼかし用σを決定する決定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
前記決定されるぼかし用σは、各１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像のうち、最大ビーム径となる１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像から決定されることを特徴とする請求項２記載のパターン検査装置。
前記基準１次電子ビームの焦点位置を可変にずらした各位置で取得される各１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像からそれぞれぼけ指標σを推定するぼけ指標σ推定部と、
前記基準１次電子ビームの焦点位置のずらし位置毎の推定される各１次電子ビームのぼけ指標σの分布を作成する分布作成部と、
をさらに備え、
前記ぼかし用σとして、各１次電子ビームのぼけ指標σの分布を参照して、ずらし位置毎の各１次電子ビームのぼけ指標σの最大値が最小となるずらし位置での各１次電子ビームのぼけ指標σの最大値からぼかし用σが決定されることを特徴とする請求項２又は３記載のパターン検査装置。
前記ぼかし用σに相当する半値全幅で表された１次電子ビームのビーム径が、欠陥サイズの１／２以下となることを特徴とする請求項３記載のパターン検査装置。
マルチ１次電子ビームでパターンが形成された試料面上を走査し、前記試料面上から放出されるマルチ２次電子ビームを検出することによって、１次電子ビーム毎に対応する２次電子画像を取得する工程と、
基準パターンについての各１次電子ビームの対応する２次電子画像を、ぼかし処理が施された基準ぼけ画像にそれぞれ合わせるための個別補正カーネルを記憶する記憶装置からそれぞれの個別補正カーネルを読み出し、それぞれの個別補正カーネルを用いて、検査対象の試料から取得される各１次電子ビームの対応する２次電子画像を補正する工程と、
補正後の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
前記マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を前記試料面上に合わせた状態で取得される基準パターンの２次電子画像に対して、ぼかし用σに相当するぼかし処理を行うことにより前記基準ぼけ画像を生成する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
前記マルチ１次電子ビームのうちから選択される基準１次電子ビームの焦点位置を試料面からずらした位置で取得される各１次電子ビームの評価パターンの２次電子画像のうち少なくとも１つから推定されるぼけ指標σにもとづいてぼかし用σを決定する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のパターン検査方法。
前記決定されるぼかし用σは、各１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像のうち、最大ビーム径となる１次電子ビームの前記評価パターンの２次電子画像から決定されることを特徴とする請求項７記載のパターン検査方法。