特許 7216212 荷電粒子ビーム装置

(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】2023-01-23

(45)【発行日】2023-01-31

(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/22 20060101AFI20230124BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20230124BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20230124BHJP

【ＦＩ】

H01J37/22 502H

H01J37/244

H01J37/28 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021538602

(86)(22)【出願日】2019-08-07

(86)【国際出願番号】 JP2019031055

(87)【国際公開番号】W WO2021024397

(87)【国際公開日】2021-02-11

【審査請求日】2022-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】李 ウェン

(72)【発明者】

【氏名】川野 源

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１４６５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６２５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７５１２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

Ｈ０１Ｊ ３７／２４４

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射源と、
前記荷電粒子ビームに対応する検出領域を有し、前記試料に前記荷電粒子ビームが照射されることにより前記試料から発生する二次粒子が前記検出領域に到達すると到達位置に対応する電気信号を出力する検出器と、
前記検出器から出力される前記電気信号に基づき、前記荷電粒子ビームによる前記試料の帯電量の測定と前記試料の検査画像の生成とを並行して行う信号処理ブロックと、
を備え、
前記検出領域には、複数の検出素子が２次元状に配列されており、
前記信号処理ブロックは、
それぞれの前記検出素子に対応して設けられ、前記二次粒子の到達位置を検出し、対応する到達位置信号を生成する複数の到達位置検出回路と、
前記検出領域に対応して設けられ、対応する前記検出領域における前記電気信号の信号強度を検出し、対応する強度信号を生成する信号強度検出回路と、
前記到達位置信号に基づき、前記試料の帯電量を測定する帯電量測定部と、
前記強度信号に基づき、前記検査画像を生成する画像生成部と、
を備えている、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射源と、
前記荷電粒子ビームに対応する検出領域を有し、前記試料に前記荷電粒子ビームが照射されることにより前記試料から発生する二次粒子が前記検出領域に到達すると到達位置に対応する電気信号を出力する検出器と、
前記検出器から出力される前記電気信号に基づき、前記荷電粒子ビームによる前記試料の帯電量の測定と前記試料の検査画像の生成とを並行して行う信号処理ブロックと、
を備え、
前記荷電粒子照射源は、複数の前記荷電粒子ビームを同時に照射し、
前記検出器は、それぞれの前記荷電粒子ビームに対応する複数の前記検出領域を有し、
前記信号処理ブロックは、前記試料の帯電量の測定と、前記検出領域ごとの前記検査画像の生成と、を並行して行い、
前記信号処理ブロックは、複数の前記検出領域において測定された前記試料の帯電量を加算平均して前記試料のグローバル帯電量を測定し、それぞれの前記検出領域において測定された前記試料の帯電量と前記グローバル帯電量との差分を算出し、それぞれの前記検出領域に対応する前記試料のローカル帯電量をそれぞれ測定する、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子照射源は、複数の前記荷電粒子ビームを同時に照射し、
前記検出器は、それぞれの前記荷電粒子ビームに対応する複数の前記検出領域を有する、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記信号処理ブロックは、前記試料の帯電量の測定と、前記検出領域ごとの前記検査画像の生成と、を並行して行う、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記検出器は、
二次粒子が到達すると蛍光を出力するシンチレータ層と、
前記検出領域を有し、前記検出領域において前記蛍光を前記電気信号に変換する蛍光検出層と、
前記蛍光を前記蛍光検出層へ導光するライトガイド層と、
を備える、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項6】

請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記検出領域には、複数の蛍光検出素子が２次元状に配列され、
前記シンチレータ層には、前記検出領域を覆うように、二次粒子を前記蛍光に変換する複数のシンチレータが配列され、
前記ライトガイド層には、前記検出領域を覆うように、前記蛍光を前記蛍光検出層に導光する複数のライトガイドが配列されている、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項7】

請求項６に記載の荷電粒子ビーム装置において、
複数の前記シンチレータは、前記蛍光検出層の全面を覆うように配列され、
複数の前記ライトガイドは、前記蛍光検出層の全面を覆うように配列されている、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項8】

請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子ビームを走査させる偏向器を備え、
前記偏向器は、前記検出領域に対応する前記試料の検査領域に対し前記荷電粒子ビームを走査させる、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項9】

請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記信号処理ブロックは、前記荷電粒子ビームの走査範囲ごとに前記試料の帯電量の測定を行う、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項10】

請求項８に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記信号処理ブロックは、前記荷電粒子ビームの走査回数ごとに前記試料の帯電量の測定を行う、
荷電粒子ビーム装置。

【請求項11】

請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子ビームは、電子ビームである、
荷電粒子ビーム装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本技術の背景技術として、例えば特許文献１が開示されている。特許文献１には、試料から発生する電子のエネルギーを分離する手段と、複数の検出手段と、複数の検出手段の加算および減算処理する信号処理手段を用い、試料形状の情報と電位の情報を同時に取得し、１次電子の照射条件ごとの２次電子のフィルタリング条件を決定する電子ビーム装置が開示されている。

【0003】

これにより、照射条件とフィルタリング条件の探索時間を短縮し、最適なコントラストを得ることができる。また、観察時に帯電をリアルタイムモニタリングし、測長値の高精度化と信頼性を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１４６５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体製造プロセスにおいて、半導体基板（ウェハ）上に形成される回路パターンの微細化が急速に進んでおり、それらのパターンが設計通りに形成されているか否か等を監視するプロセスモニタリングの重要性が益々増加している。例えば、半導体製造プロセスにおける異常や欠陥等の不良の発生を早期に、あるいは事前に検知するために、各製造工程の終了時に、ウェハ上の回路パターン等の計測及び検査が行われる。

【0006】

上記計測・検査の際、走査型電子ビーム方式を用いた電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）等の計測検査装置及び対応する計測検査方法においては、対象の試料であるウェハに対して電子ビームを走査（スキャン）しながら照射し、これにより発生する二次電子、試料で反射した電子等のエネルギーを検出する。そして、検出したエネルギーに基づく信号処理・画像処理を行うことで画像（計測画像や検査画像）を生成し、当該画像に基づいて試料に対する計測、観察、検査が行われる。

【0007】

しかしながら、計測検査装置には、単位時間当たりの検査数量であるスループットの向上が要求されている。短時間に二次電子像を生成するためには、電子ビームの照射量を増加させる必要がある。電子ビームの照射量を増加させると、試料が帯電し二次電子像における画像コントラストの低下や、回路パターンのエッジ消失等が発生し、検査精度が低下するおそれがある。

【0008】

特許文献１では、試料から発生する二次電子を、電子のエネルギーに応じて複数の検出器で分離して検出し、検出した信号に基づく演算を行うことで試料の帯電量の測定が行われる。特許文献１の方法では、試料から発生する二次電子の軌道によって検出器に到達する位置が異なり、帯電の有無によらず複数の検出器で二次電子が検出されるため、帯電量を誤検出する場合がある。一方、帯電量の誤検出を抑制するには限られた軌道の電子のみを検出対象にする必要があるが、信号量が低下するため、検査を行うのに十分な二次電子像を取得できなくなるおそれがある。

【0009】

そこで、本発明は、スループットの向上と検査精度の維持を両立することが可能な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

【0011】

本発明の代表的な実施の形態による荷電粒子ビーム装置は、試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射源と、荷電粒子ビームに対応する検出領域を有し、試料に荷電粒子ビームが照射されることにより試料から発生する二次粒子が検出領域に到達すると到達位置に対応する電気信号を出力する検出器と、検出器から出力される電気信号に基づき、荷電粒子ビームによる試料の帯電量の測定と試料の検査画像の生成とを並行して行う信号処理ブロックと、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

【0013】

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、スループットの向上と検査精度の維持を両立することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態１に係るマルチビーム走査型電子顕微鏡を含む計測観察検査装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る検出器の構成の一例を示す図である。

【図3】本発明の実施の形態１における二次粒子の到達位置の分布の一例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る信号処理ブロックの構成の一例を示すブロック図である。

【図5】本発明の実施の形態１に係る帯電量の測定方法及び検査画像の生成方法の一例を示すフロー図である。

【図6】本発明の実施の形態２における二次粒子の到達位置の分布の一例を示す図である。

【図7】本発明の実施の形態２に係る帯電量の測定方法の一例を示すフロー図である。

【図8】本発明の実施の形態３に係る検出器の構成の一例を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する各実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明の技術範囲を限定するものではない。なお、実施例において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は、特に必要な場合を除き省略する。
（実施の形態１）
＜計測観察検査装置の構成＞

【0016】

図１は、本発明の実施の形態１に係るマルチビーム走査型電子顕微鏡を含む計測観察検査装置の構成の一例を示すブロック図である。計測観察検査装置１は、マルチビーム走査型電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）１００と、情報処理装置１２０とを有する。

【0017】

マルチビーム走査型電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子銃（荷電粒子照射源）１０１、ビームスプリッタ１０２、偏向器１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、検出器１０６、検出回路１０８、帯電量測定・画像生成ブロック１１１、制御ブロック１１７等を備えている。これらのうち、検出回路１０８及び帯電量測定・画像生成ブロック１１１は、信号処理ブロック１１５を構成する。

【0018】

電子銃１０１及びビームスプリッタ１０２の下方には、検査対象の試料１０４が配置されている。試料１０４は、図示しないステージに載置されている。電子銃１０１は、ビームスプリッタ１０２側へ向けて電子ビーム（荷電粒子ビーム）１０３を照射する。電子銃１０１は、複数の電子ビームを同時に照射することが可能である。

【0019】

電子ビーム１０３は、ビームスプリッタ１０２を通過した後、偏向器によるビーム制御を受ける。電子ビーム１０３は、例えば、偏向器１１６ａによる集光、偏向器１１６ｂによる走査、偏向器１１６ｃによるビーム量の調整（絞り）等の制御を受けた後、試料１０４に照射される。複数の電子ビーム１０３は、それぞれ異なる方向に照射される。電子ビーム１０３が試料１０４に照射されると、試料１０４から二次電子等の二次粒子１０５が発生する。なお、以下では、荷電粒子として電子が用いられる場合を例として説明している。電子は非常に軽い粒子であるので、電子を荷電粒子として用いることにより、ビームの制御が容易になる。ただし、電子以外の粒子を荷電粒子として用いることも可能である。

【0020】

検出器１０６は、試料１０４から発生した二次粒子１０５を検出する装置である。図２は、本発明の実施の形態１に係る検出器の構成の一例を示す図である。図２には、二次粒子１０５の入射方向から見た検出器１０６の構成が示されている。図２に示すように、検出器１０６は、それぞれの電子ビームに対応する複数の検出領域３００（３００Ａ－３００Ｄ）を有する。検出領域３００Ａは第１の電子ビーム（電子ビームＡとも称する）に対応し、検出領域３００Ｂは第２の電子ビーム（電子ビームＢとも称する）に対応している。検出領域３００Ｃは第３の電子ビーム（電子ビームＣとも称する）に対応し、検出領域３００Ｄは第４の電子ビーム（電子ビームＤとも称する）に対応している。それぞれの電子ビームにより発生する二次粒子１０５は、それぞれに対応する検出領域に到達し検出される。

【0021】

それぞれの検出領域３００（３００Ａ－３００Ｄ）には、複数の検出素子３０１が二次元状に配列されている。それぞれの検出素子３０１は、例えば、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の光－電気変換素子を備えている。電子ビーム１０３が照射されることにより試料１０４から発生する二次粒子１０５が検出領域３００に到達すると、二次粒子１０５が到達した検出素子３０１は、到達位置に対応する電気信号を出力する。すなわち、それぞれの検出素子３０１は、入射した二次粒子１０５を光－電気変換素子によりアナログの電気信号１０７に変換し、電気信号１０７を検出回路１０８へ出力する。

【0022】

具体的に述べると、それぞれの検出素子３０１の出力端は、対応する到達位置検出回路１０８１（図４）の入力端、及び対応する信号強度検出回路１０８２（図４）の入力端とそれぞれ接続される。検出素子３０１から出力される電気信号１０７は、到達位置検出回路１０８１及び信号強度検出回路１０８２へそれぞれ出力される。なお、到達位置検出回路１０８１及び信号強度検出回路１０８２の構成については、後で詳しく説明する。それぞれの検出素子３０１は、二次粒子１０５の到達位置とそれぞれ対応しており、検出素子３０１から出力される電気信号１０７は、到達位置と対応付けられる。

【0023】

検出領域の個数は、特に限定されないが、電子ビーム１０３の本数と同数又はこれより多いほうが望ましい。また、図２の例では、各検出領域３００に９個の検出素子３０１が二次元状に配列されているが、各検出領域３００に含まれる検出素子３０１の個数は、２個以上あればよい。検出素子３０１が少なくとも２個あれば、同一の検出領域３００における二次粒子１０５の到達位置の変化を検出することが可能である。なお、検出領域３００の範囲は、二次粒子１０５の拡散範囲に応じて適宜設定されてもよい。

【0024】

図３は、本発明の実施の形態１における二次粒子の到達位置の分布の一例を示す図である。図３には、１つの検出領域３００における二次粒子１０５の到達位置Ｐ１００、Ｐ１０１、Ｐ１０２がそれぞれ示されている。到達位置Ｐ１００は図示で検出領域３００の右上の検出素子３０１の領域に含まれ、到達位置Ｐ１０１は図示で検出領域３００の中央の検出素子３０１の領域に含まれ、到達位置Ｐ１０２は図示で検出領域３００の左下の検出素子３０１の領域に含まれる。これらはあくまで一例であり、二次粒子１０５は、同一の検出領域３００内の他の検出素子３０１にも入射する。

【0025】

二次粒子１０５の入射方向から見た検出器１０６の形状は、図２等に示す正方形等の四角形に限定されるものではなく、四角形以外の多角形や、円形や楕円等の曲線を含む形状でもよい。また、検出器１０６の形状は、平面に限定されるものではなく、中心に対し周辺が試料１０４に向けて湾曲した形状でもよい。また、検出素子３０１の配列は、図２等に示すような格子状に限定されるものではなく、例えばハニカム構造のように、隣接する検出素子の位置をずらした配列でもよい。

【0026】

次に、信号処理ブロック１１５について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る信号処理ブロックの構成の一例を示すブロック図である。図４には、検出器１０６、信号処理ブロック１１５及び情報処理装置１２０が示されている。信号処理ブロック１１５は、二次粒子１０５が検出器１０６に到達した後の信号処理を行う機能ブロックである。具体的に述べると、信号処理ブロック１１５は、電気信号１０７に基づき、電子ビーム１０３による試料１０４の帯電量の測定と、試料１０４の検査画像の生成と、を並行して行う。

【0027】

ここでいう「並行」とは、試料１０４の帯電量の測定、及び試料１０４の検査画像の生成の各処理が、同じタイミングで開始され終了する場合だけでなく、これらの処理が一部の期間のみ並行して実行される場合も含まれる。具体的には、一方の処理の実行中に他方の処理が開始され、その後並行して実行される場合や、これらの処理が並行して実行されているとき、一方の処理が終了し、他方の処理が継続して実行される場合も含まれる。また、「並行」は、複数の処理で共通の処理リソース（例えば回路やプロセッサ）を時分割で分けて処理することも含めてもよく、処理リソースを複数用いて、複数の処理を並列に処理することも含めてもよい。

【0028】

図４に示すように、信号処理ブロック１１５は、検出回路１０８、帯電量測定・画像生成ブロック１１１を備えている。検出回路１０８は、電気信号１０７に基づき二次粒子１０５の到達位置の検出及び信号強度の検出を行う機能ブロックである。検出回路１０８は、複数の到達位置検出回路１０８１と、複数の信号強度検出回路１０８２とを備えている。なお、図４では、１つの検出領域３００に対応する回路構成のみ示されているが、実際にはすべての検出領域３００に対応する回路がそれぞれ設けられている。

【0029】

複数の到達位置検出回路１０８１は、それぞれの検出素子３０１に対応して設けられる。それぞれの到達位置検出回路１０８１の入力端は、対応する検出素子３０１の出力端と接続されている。すなわち、それぞれの到達位置検出回路１０８１は、対応する検出素子３０１と１対１で接続されている。到達位置検出回路１０８１は、電気信号１０７が入力されると二次粒子１０５の到達位置を検出し、対応する到達位置信号１０９を生成する。生成された到達位置信号１０９は、後述する帯電量測定・画像生成ブロック１１１の帯電量測定部１１１１へ出力される。

【0030】

到達位置検出回路１０８１は、例えば電気信号１０７の電圧（振幅）と閾値電圧とを比較するコンパレータ回路を備えている。電気信号１０７の電圧が閾値電圧より大きい場合、到達位置検出回路１０８１は、電気信号１０７の入力を検知し、デジタル信号である到達位置信号１０９を生成し出力する。

【0031】

二次粒子１０５の到達位置に関する情報は、到達位置信号１０９に含まれてもよい。また、到達位置検出回路１０８１と帯電量測定部１１１１とを接続する配線が、到達位置と対応付けられ、到達位置信号１０９が入力された配線により、二次粒子１０５の到達位置が特定されてもよい。

【0032】

複数の信号強度検出回路１０８２は、それぞれの検出領域３００に対応して設けられる。それぞれの信号強度検出回路１０８２の入力端は、対応する検出領域３００に含まれる複数の検出素子３０１の出力端とそれぞれ接続されている。それぞれの信号強度検出回路１０８２は、対応する検出領域３００における電気信号１０７の信号強度を検出し、対応する強度信号１１０を生成する。生成された強度信号１１０は、後述する帯電量測定・画像生成ブロック１１１の画像生成部１１１２へ出力される。

【0033】

信号強度検出回路１０８２は、例えばアナログ－デジタルコンバータや複数の加算回路等で構成される。それぞれの信号強度検出回路１０８２は、対応する検出領域３００に含まれるすべての検出素子３０１から出力される電気信号１０７の振幅の総和を、信号強度として算出する。そして、信号強度検出回路１０８２は、算出した信号強度を強度信号１１０として出力する。

【0034】

このように、検出回路１０８では、それぞれの到達位置検出回路１０８１による二次粒子１０５の到達位置の検出と、それぞれの信号強度検出回路１０８２による各検出領域３００による電気信号１０７の信号強度の測定とが並行して行われる。

【0035】

帯電量測定・画像生成ブロック１１１は、試料１０４の帯電量の測定と、検査画像の生成（画像情報の生成）とを並行して行う機能ブロックである。帯電量測定・画像生成ブロック１１１は、帯電量測定部１１１１、画像生成部１１１２を備えている。帯電量測定・画像生成ブロック１１１は、例えばＣＰＵ等のプロセッサを備え、帯電量測定用プロクラムを実行することでプロセッサに帯電量測定部１１１１が実現され、画像生成用プログラムを実行することでプロセッサに画像生成部１１１２が実現される。また、帯電量測定部１１１１、画像生成部１１１２は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されてもよい。

【0036】

帯電量測定部１１１１は、それぞれの到達位置検出回路１０８１から出力される到達位置信号１０９に基づき、試料１０４の帯電量の測定を行う。到達位置信号１０９は、例えば、図示しない記憶装置に格納されてもよい。帯電量測定部１１１１は、到達位置信号１０９を用いて二次粒子１０５の到達位置の変化を検出し、到達位置の変化から試料１０４の帯電量を測定する。例えば、帯電量測定部１１１１は、試料１０４が帯電していないときの到達位置と検出された到達位置とを比較することにより帯電量を測定する。帯電量測定部１１１１は、測定した帯電量を帯電量情報１１２として情報処理装置１２０へ出力する。

【0037】

画像生成部１１１２は、それぞれの信号強度検出回路１０８２から出力される検出領域３００ごとの強度信号１１０に基づき検査画像を生成する。具体的に述べると、画像生成部１１１２は、後述する情報処理装置１２０に検査画像を表示させるための画像情報１１３を検査画像として生成する。画像生成部１１１２は、生成した画像情報１１３を情報処理装置１２０へ出力する。

【0038】

このように、帯電量測定・画像生成ブロック１１１では、帯電量測定部１１１１による帯電量の測定と、画像生成部１１１２による検査画像の生成とが並行して行われる。

【0039】

制御ブロック１１７は、マルチビーム走査型電子顕微鏡１００の動作に関わる制御を行う機能ブロックである。制御ブロック１１７は、例えばマルチビーム走査型電子顕微鏡１００の各構成要素の動作の制御や、帯電量の測定及び検査画像の生成時における判定処理等を行う。

【0040】

制御ブロック１１７は、例えばＣＰＵ等のプロセッサを備え、制御用プロクラムを実行することで実現される。あるいは、制御ブロック１１７は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等で構成されてもよい。なお、制御ブロック１１７は、全部又は一部が信号処理ブロック１１５と一体で構成されてもよい。また、制御ブロック１１７の機能は、全部又は一部が後述する情報処理装置１２０で実現されてもよい。

【0041】

情報処理装置１２０は、試料１０４の帯電量や検査画像等の表示等を行う装置である。情報処理装置１２０には、例えばパソコンやタブレット端末等の表示機能を備えた情報処理装置が用いられる。また、情報処理装置１２０として、表示機能のみを備えた装置が用いられてもよい。

【0042】

情報処理装置１２０の表示領域には、図１に示すように、ユーザインタフェース１２１が表示される。ユーザインタフェース１２１には、例えば、帯電量測定部１１１１から出力された帯電量情報１１２に基づく試料帯電量１２３、画像生成部１１１２から出力された画像情報１１３に基づく検査画像１２２等が表示される。また、ユーザインタフェース１２１には、これらの他、マルチビーム走査型電子顕微鏡１００の設定内容、動作状況、操作パネル等が表示されてもよい。情報処理装置１２０は、ハードウェア又はハードウェアで実行されるプログラムを実行することにより動作する。
＜帯電量の測定及び検査画像の生成＞

【0043】

次に、帯電量の測定及び検査画像の生成を並行して実施する方法を説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る帯電量の測定方法及び検査画像の生成方法の一例を示すフロー図である。

【0044】

帯電量の測定及び検査画像の生成には、例えば図５のステップＳ１００－Ｓ１０２、ステップＳ１１０－Ｓ１１３、ステップＳ１２０－Ｓ１２３、ステップＳ１３０の処理が行われる。これらのステップのうち、ステップＳ１１０－Ｓ１１３は試料帯電量の算出や表示に関わるステップである。一方、ステップＳ１２０－Ｓ１２３は、検査画像の生成や表示に関わるステップである。なお、説明の都合上、帯電量の測定と検査画像の生成とを別々に説明するが、図５に示すように、これらは並行して行われる。

【0045】

まず、ステップＳ１００では、情報処理装置１２０の操作パネル等からマルチビーム走査型電子顕微鏡１００を操作し、試料１０４に対する計測条件及び検査領域の設定が行われる。本実施の形態では、例えば、検出器１０６のいずれか１つの検出領域３００に対応する領域が検査領域として設定されるものとする。このように、１つの検出領域３００に対応する領域のみが検査領域として設定される場合、シングルビームの電子顕微鏡を用いることが可能である。計測条件には、電子ビーム１０３の強度、照射時間、走査範囲、走査回数等の各種条件が含まれる。

【0046】

ステップＳ１０１では、ステップＳ１００において設定された各条件に基づき、試料１０４の検査領域に電子ビーム１０３が照射される。マルチビーム走査型電子顕微鏡１００は、偏向器１１６ｂ等により電子ビーム１０３を走査させながら、設定された検査領域に電子ビーム１０３を照射させる。

【0047】

ステップＳ１０２では、試料１０４から発生した二次粒子１０５が、検出器１０６に到達し捕捉される。試料１０４が無帯電の状態であれば、二次粒子１０５の軌道は変化しないため、二次粒子１０５の到達位置は、対応する検出領域３００内の所定の到達位置（例えば図３のＰ１００）となる。

【0048】

一方、電子ビーム１０３の照射により試料１０４が帯電すると、二次粒子１０５の軌道が変化する。その結果、二次粒子１０５の到達位置は、帯電量が増加するとともにＰ１０１、Ｐ１０２へと変化する。
《帯電量の測定》

【0049】

ステップＳ１１０では、二次粒子１０５の到達位置の検出が行われる。二次粒子１０５を補足した検出素子３０１は、二次粒子１０５をアナログ信号である電気信号１０７に変換し、電気信号１０７を検出回路１０８へ出力する。検出素子３０１から出力された電気信号１０７は、対応する到達位置検出回路１０８１及び対応する信号強度検出回路１０８２にそれぞれ入力される。到達位置検出回路１０８１は、電気信号１０７の入力により二次粒子１０５の到達位置を検出し、対応する到達位置信号１０９を帯電量測定部１１１１へ出力する。

【0050】

ステップＳ１１１では、到達位置信号１０９が記憶装置に格納される。電子ビーム１０３の照射中、記憶装置には複数の到達位置信号１０９が格納される。

【0051】

到達位置信号１０９は、到達位置検出回路１０８１から出力された時刻、帯電量測定部１１１１に入力された時刻、又は記憶装置への格納時刻（以下これらを「検出時刻」と総称することがある）と関連付けて記憶装置に格納されてもよい。

【0052】

ステップＳ１１２では、試料１０４の帯電量の測定が行われる。帯電量測定部１１１１は、記憶装置に格納された到達位置信号１０９に基づき二次粒子１０５の到達位置の変化を検出し、到達位置の変化に基づき試料１０４の帯電量を算出（測定）する。なお、帯電量測定部１１１１は、到達位置の時間変化を検出し、到達位置の時間変化に基づき帯電量の測定を行ってもよい。

【0053】

帯電量の測定は、電子ビーム１０３の走査範囲ごとに実行される。すなわち、帯電量測定部１１１１は、設定された検査領域の全範囲で電子ビーム１０３が照射された後、帯電量の測定を行う。これにより、電子ビーム１０３の照射ムラの発生が抑えられ、検査領域における帯電量のムラが抑えられる。

【0054】

また、帯電量の測定は、電子ビーム１０３の走査回数ごとに実行される。すなわち、帯電量測定部１１１１は、電子ビーム１０３が検査領域の全域を１回走査するごとに帯電量の測定を行う。言い換えれば、複数の走査回数が計測条件として設定されている場合、帯電量測定部１１１１は、走査回数分の帯電量測定を行う。これにより、短い間隔で電子ビーム１０３の照射時間を調整しながら帯電量を測定することが可能となる。

【0055】

なお、必要に応じて、同一の検査領域に対し電子ビーム１０３を複数回照射した後、帯電量の測定が行われてもよい。これにより、電子ビームの照射時間を自在に変更しながら帯電量の測定を行うことが可能となる。

【0056】

ステップＳ１１３では、帯電量測定部１１１１は、測定した帯電量を帯電量情報１１２として情報処理装置１２０へ出力する。情報処理装置１２０は、入力された帯電量情報１１２に基づき、ユーザインタフェース１２１の所定の領域に試料帯電量１２３を表示する。なお、ステップＳ１１２で測定された帯電量は、例えばユーザからの要求があった場合等、必要に応じて表示されるようにしてもよい。また、測定された帯電量は、記憶装置に格納されてもよい。
《検査画像の生成》

【0057】

次に、検査画像の生成方法について説明する。ステップＳ１２０では、信号強度検出回路１０８２は、対応する検出領域３００内の検出素子３０１から出力されるすべての電気信号１０７の電圧（振幅）をデジタル信号に変換する。

【0058】

信号強度検出回路１０８２は、デジタル変換されたすべての電気信号１０７の電圧を加算し、対応する検出領域３００内の信号強度を算出する。信号強度検出回路１０８２は、算出した信号強度を、デジタル信号である強度信号１１０として画像生成部１１１２へ出力する。

【0059】

なお、本実施の形態では、１つの検出領域３００に対応する検査領域のみに電子ビーム１０３が照射される。このため、電子ビーム１０３が照射されない領域に対応する他の検出領域３００の信号強度は、ゼロに近い値又は非常に小さい値となっている。

【0060】

次に、ステップＳ１２１では、画像生成部１１１２は、信号強度検出回路１０８２から入力される強度信号１１０に基づき、電子ビーム１０３が照射された領域の輝度階調画像を生成する。電子ビーム１０３による走査を行っている間、画像生成部１１１２は、複数の輝度階調画像を生成する。

【0061】

ステップＳ１２２において、画像生成部１１１２は、ステップＳ１２１で生成された複数の輝度階調画像を並べることで検査領域の検査画像を生成する。なお、画像生成部１１１２は、ステップＳ１００で設定された検査領域の検査画像のみを生成してもよいし、検査領域の周辺領域を含めた検査画像を生成してもよい。画像生成部１１１２は、生成した検査画像をデータ化した画像情報１１３を生成し、画像情報１１３を検査画像として情報処理装置１２０へ出力する。

【0062】

帯電量の測定と同様に、検査画像の生成は、電子ビーム１０３の走査範囲ごとに実行されてもよい。また、検査画像の生成は、電子ビーム１０３の走査回数ごとに実行されてもよい。

【0063】

ステップＳ１２３では、情報処理装置１２０又は情報処理装置１２０内部のプログラムは、画像生成部１１１２から入力される画像情報１１３に基づき、ユーザインタフェース１２１の所定の領域に検査画像１２２を表示する。

【0064】

ステップＳ１３０では、例えば制御ブロック１１７は、ステップＳ１００において設定された計測条件に基づき、帯電量の測定及び検査画像の生成を終了するか否かを判定する。制御ブロック１１７は、例えば設定された走査範囲で電子ビーム１０３が照射されたか、設定された走査回数分、帯電量の測定及び検査画像の生成が行われたか等に基づき判定を行う。

【0065】

計測条件を満たしていると判断した場合（Ｙｅｓ）、制御ブロック１１７は、帯電量の測定及び検査画像の生成を終了させる。一方、計測条件を満たしていないと判断した場合（Ｎｏ）、制御ブロック１１７は、帯電量の測定及び検査画像の生成を継続させる。そして、計測条件を満たすまで、ステップＳ１０１－Ｓ１３０の処理が繰り返し実行される。
＜本実施の形態による主な効果＞

【0066】

本実施の形態によれば、検出器１０６から出力される電気信号１０７に基づき、試料１０４の帯電量の測定と、試料１０４の検査画像の生成とが並行して行われる。この構成によれば、検査時間を短縮することができるので、スループットの向上と検査精度の維持を両立することが可能となる。

【0067】

また、本実施の形態によれば、検出領域３００には、複数の検出素子３０１が２次元状に配列されている。この構成によれば、二次粒子１０５の到達位置を正確に特定することが可能となる。

【0068】

また、本実施の形態によれば、信号処理ブロック１１５は、複数の到達位置検出回路１０８１と、信号強度検出回路１０８２と、帯電量測定部１１１１と、画像生成部１１１２とを備えている。この構成によれば、機能ブロックごとにハードウェアのみの構成と、ハードウェア及びソフトウェアの構成と、を組み合わせることが可能となる。これにより、信号処理ブロック１１５を効率的に構成することが可能となる。
（実施の形態２）

【0069】

次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、複数の電子ビームを同時に照射した場合における、試料１０４の広範囲の帯電量（「グローバル帯電量」とも呼ぶ）と、試料１０４の局所的な帯電量（「ローカル帯電量」）とを測定する方法について説明する。なお、本実施の形態においても、帯電量の測定と検査画像の生成とが並行して行われる。

【0070】

図６は、本発明の実施の形態２における二次粒子の到達位置の分布の一例を示す図である。図６には、４つの検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける二次粒子１０５の到達位置がそれぞれ示されている。到達位置Ｐ１００Ａ－Ｐ１０２Ａは、第１方向の電子ビーム１０３に対応する検出領域３００Ａにおける到達位置を示している。到達位置Ｐ１００Ｂ－Ｐ１０２Ｂは、第２方向の電子ビーム１０３に対応する検出領域３００Ｂにおける到達位置を示している。到達位置Ｐ１００Ｃ－Ｐ１０２Ｃは、第３方向の電子ビーム１０３に対応する検出領域３００Ｃにおける到達位置を示している。到達位置Ｐ１００Ｄ－Ｐ１０２Ｄは、第４方向の電子ビーム１０３に対応する検出領域３００Ｄにおける到達位置を示している。

【0071】

到達位置Ｐ１００Ａ－Ｐ１００Ｄは図示で各検出領域３００Ａ－３００Ｄの右上の検出素子３０１の領域に含まれ、到達位置Ｐ１０１Ａ－Ｐ１０１Ｄは図示で各検出領域３００Ａ－３００Ｄの中央の検出素子３０１の領域に含まれる。到達位置Ｐ１０２Ａ－Ｐ１０２Ｃは図示で各検出領域３００Ａ－３００Ｃの左下の検出素子３０１の領域に含まれる。そして、到達位置１０２Ｄは、図示で検出領域３００Ｄの中央の検出素子３０１の領域に含まれる。なお、これらはあくまで一例である。

【0072】

マルチビーム走査型電子顕微鏡１００では、各方向（例えば第１方向－第４方向）における電子ビーム１０３に対する二次粒子１０５の到達位置の検出が並行して行われる。このため、試料１０４全体のグローバル帯電量が二次粒子１０５の到達位置に与える影響は、各方向の電子ビーム間でほぼ同等である。一方、試料１０４のローカル帯電量が二次粒子１０５の到達位置に与える影響は、電子ビームの方向ごとに異なる。このような状況を考慮して、グローバル帯電量及びローカル帯電量の測定が行われる。

【0073】

図７は、本発明の実施の形態２に係る帯電量の測定方法の一例を示すフロー図である。まず、ステップＳ２００では、図５のステップＳ１００と同様、試料１０４に対する計測条件及び検査領域の設定が行われる。本実施の形態では、図６の検出領域３００Ａ－３００Ｄに対応する領域が検査領域として設定されるものとする。すなわち、ここでは、同時に照射される複数の電子ビーム１０３により発生する二次粒子１０５の検出が並行して行われる。

【0074】

この後のステップＳ２０１Ａ－Ｓ２０５Ａ、ステップＳ２０１Ｂ－Ｓ２０５Ｂ、ステップＳ２０１Ｃ－Ｓ２０５Ｃ、ステップＳ２０１Ｄ－Ｓ２０５Ｄは並行して実行される。

【0075】

具体的に述べると、ステップＳ２０１Ａ－Ｓ２０５Ａは、第１方向の電子ビーム１０３の照射から検出領域３００Ａの帯電量の測定までを行うステップである。なお、図７では、第１方向の電子ビームは電子ビームＡと表記されている。

【0076】

ステップＳ２０１Ｂ－Ｓ２０５Ｂは、第２方向の電子ビーム１０３の照射から検出領域３００Ｂの帯電量の測定までを行うステップである。なお、図７では、第２方向の電子ビームは電子ビームＢと表記されている。

【0077】

ステップＳ２０１Ｃ－Ｓ２０５Ｃは、第３方向の電子ビーム１０３の照射から検出領域３００Ｃの帯電量の測定までを行うステップである。なお、図７では、第３方向の電子ビームは電子ビームＣと表記されている。

【0078】

ステップＳ２０１Ｄ－Ｓ２０５Ｄは、第４方向の電子ビーム１０３の照射から検出領域３００Ｄの帯電量の測定までを行うステップである。なお、図７では、第４方向の電子ビームは電子ビームＤと表記されている。

【0079】

ステップＳ２０１Ａ、Ｓ２０１Ｂ、Ｓ２０１Ｃ、Ｓ２０１Ｄでは、ステップＳ２００で設定された計測条件や検査領域等の各種条件に応じて、試料１０４に第１方向－第４方向の電子ビーム１０３が同時に照査される。

【0080】

ステップＳ２０２Ａ、Ｓ２０２Ｂ、Ｓ２０２Ｃ、Ｓ２０２Ｄでは、電子ビーム１０３の照射により発生する二次粒子１０５の検出が並行して行われる。具体的に述べると、ステップＳ２０２Ａでは、第１方向の電子ビーム１０３により試料１０４から発生した二次粒子１０５が、検出領域３００Ａの検出素子３０１に到達し捕捉される。ステップＳ２０２Ｂでは、第２方向の電子ビーム１０３により試料１０４から発生した二次粒子１０５が、検出領域３００Ｂの検出素子３０１に到達し捕捉される。

【0081】

ステップＳ２０２Ｃでは、第３方向の電子ビーム１０３により試料１０４から発生した二次粒子１０５が、検出領域３００Ｃの検出素子３０１に到達し捕捉される。ステップＳ２０２Ｄでは、第４方向の電子ビーム１０３により試料１０４から発生した二次粒子１０５が、検出領域３００Ｄの検出素子３０１に到達し捕捉される。

【0082】

測定開始時、試料１０４は帯電していないので、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける二次粒子１０５のそれぞれの到達位置は、例えば図６のＰ１００Ａ、Ｐ１００Ｂ、Ｐ１００Ｃ、Ｐ１００Ｄである。電子ビーム１０３の照射により試料１０４が帯電し始めると二次粒子１０５の軌道が次第に変化し、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける二次粒子１０５のそれぞれの到達位置は、例えば図６のＰ１０１Ａ、Ｐ１０１Ｂ、Ｐ１０１Ｃ、Ｐ１０１Ｄへと変化する。さらに照射時間が経過すると、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける二次粒子１０５のそれぞれの到達位置は、例えば図６のＰ１０２Ａ、Ｐ１０２Ｂ、Ｐ１０２Ｃ、Ｐ１０２Ｄへと変化する。

【0083】

ステップＳ２０３Ａ、Ｓ２０３Ｂ、Ｓ２０３Ｃ、Ｓ２０３Ｄでは、各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける二次粒子１０５の到達位置の検出が行われる。ステップＳ２０３Ａ、Ｓ２０３Ｂ、Ｓ２０３Ｃ、Ｓ２０３Ｄにおける各処理は、図５のステップＳ１１０と類似している。各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおいて、二次粒子１０５を補足した検出素子３０１は、それぞれに対応する到達位置検出回路１０８１及び信号強度検出回路１０８２へ電気信号１０７を出力する。

【0084】

各到達位置検出回路１０８１は、それぞれ対応する検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄから電気信号１０７が入力されると、二次粒子１０５の到達位置を検出し、それぞれ対応する到達位置信号１０９を帯電量測定部１１１１へ出力する。

【0085】

ステップＳ２０４Ａ、Ｓ２０４Ｂ、Ｓ２０４Ｃ、Ｓ２０４Ｄでは、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける到達位置信号１０９が記憶装置に格納される。ステップＳ２０４Ａ、Ｓ２０４Ｂ、Ｓ２０４Ｃ、Ｓ２０４Ｄは、図５のステップＳ１１１と類似している。

【0086】

ステップＳ２０５Ａ、Ｓ２０５Ｂ、Ｓ２０５Ｃ、Ｓ２０５Ｄでは、試料１０４の帯電量の測定が行われる。帯電量測定部１１１１は、記憶装置に格納された到達位置信号１０９に基づき、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄごとに二次粒子１０５の到達位置の変化を検出し、到達位置の変化に基づき各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける試料１０４の帯電量を算出（測定）する。各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける帯電量の測定方法は、図５のステップＳ１１２と同様である。

【0087】

ステップＳ２０６では、試料１０４のグローバル帯電量が算出される。帯電量測定部１１１１は、複数の検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおいて測定された試料１０４の帯電量を加算平均して試料１０４の平均帯電量を算出する。このように算出された平均帯電量がグローバル帯電量である。

【0088】

ステップＳ２０７では、各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおける試料１０４のローカル帯電量が算出される。帯電量測定部１１１１は、それぞれの検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおいて測定された試料１０４の帯電量と、グローバル帯電量との差分を算出し、それぞれの検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄに対応する試料１０４のローカル帯電量をそれぞれ算出する。

【0089】

図６には、第１方法－第４方向に照射される４本の電子ビーム１０３に対応する検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおいて、二次粒子１０５の到達位置の変化が例示されている。図６の例では、検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃにおける二次粒子１０５の到達位置の変化（Ｐ４００Ａ→Ｐ４０１Ａ→Ｐ４０２Ａ、Ｐ４００Ｂ→Ｐ４０１Ｂ→Ｐ４０２Ｂ、Ｐ４００Ｃ→Ｐ４０１Ｃ→Ｐ４０２Ｃ）の仕方は同様の傾向を示しているが、検出領域３００Ｄにおける二次粒子の到達位置の変化（Ｐ４００Ｄ→Ｐ４０１Ｄ→Ｐ４０２Ｄ）の仕方はこれらとは異なっている。

【0090】

よって、電子ビーム１０３ごとに帯電量を測定した場合、第１方向の電子ビーム１０３、第２方向の電子ビーム１０３、第３方向の電子ビーム１０３が照射された部分の試料１０４の帯電量はほぼ同等であり、第４方向の電子ビーム１０３が照射された部分の試料１０４の帯電量は、これらと異なることが分かる。

【0091】

したがって、試料１０４のうち、第１方向の電子ビーム、第２方向の電子ビーム、第３方向の電子ビームが照射された部分は、主にグローバル帯電していると言える。一方、第４方向の電子ビームが照射された部分の試料１０４は、グローバル帯電にローカル帯電が重畳した状態となっていると言える。

【0092】

ステップＳ２０７の後、帯電量測定部１１１１は、図５のステップＳ１１３と同様に、測定したグローバル帯電量及びローカル帯電量を帯電量情報１１２として情報処理装置１２０へ出力し、グローバル帯電量及びローカル帯電量を試料帯電量１２３として表示させてもよい。また、グローバル帯電量及びローカル帯電量の測定と並行してそれぞれの検査領域における検査画像の生成も行われる。検査画像は、例えば検出領域ごとに生成される。

【0093】

ステップＳ２０８では、図５のステップＳ１３０と同様、帯電量の測定及び検査画像の生成を終了するか否かが判定される。所定の計測条件を満たしている場合（Ｙｅｓ）、制御ブロック１１７は、帯電量の測定及び検査画像の生成を終了させる。一方、計測条件を満たしていない場合（Ｎｏ）、制御ブロック１１７は、帯電量の測定及び検査画像の生成を継続させる。そして、計測条件を満たすまで、ステップＳ２０１Ａ－Ｓ２０５Ａ、Ｓ２０１Ｂ－Ｓ２０５Ｂ、Ｓ２０１Ｃ－Ｓ２０５Ｃ、Ｓ２０１Ｄ－Ｓ２０５Ｄ、Ｓ２０６－Ｓ２０７の処理が繰り返し実行される。

【0094】

なお、本実施の形態では、各検出領域３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄにおいて測定された帯電量からグローバル帯電量及びローカル帯電量を測定しているが、これに限定されるものではない。実施の形態１に合わせて、図７のステップＳ２０６－Ｓ２０７を適宜省略してもよい。
＜本実施の形態による主な効果＞

【0095】

本実施の形態によれば、試料１０４に対し複数の電子ビームを同時に照射される。この構成によれば、複数の検査領域における試料１０４の帯電量を同時に測定することが可能となる。また、検出領域ごとの検査画像を同時に生成することが可能となる。

【0096】

また、本実施の形態によれば、各検出領域で測定された帯電量から試料１０４のグローバル帯電量及びローカル帯電量がそれぞれ測定される。この構成によれば、各検出領域において測定された帯電量と、グローバル帯電量との差分が明確となり、帯電量の偏りを容易に検出することが可能となる。
（実施の形態３）

【0097】

次に、実施の形態３について説明する。本実施の形態では、検出器の構成がこれまでの実施の形態とは異なる。具体的には、検出器に到達した二次粒子１０５が蛍光に変換され、蛍光が電気信号に変換される。

【0098】

図８は、本発明の実施の形態３に係る検出器の構成の一例を示す分解斜視図である。図８に示すように、本実施の形態の検出器１０６は、シンチレータ層１０６１、ライトガイド層１０６２、蛍光検出層１０６３を備えている。図８では、シンチレータ層１０６１、ライトガイド層１０６２、蛍光検出層１０６３が、互いに分離された状態で示されている。

【0099】

シンチレータ層１０６１には、後述する検出領域４００を覆うように、複数のシンチレータ１０６１ａが二次元状に配列されている。具体的に述べると、複数のシンチレータ１０６１ａは、図１に示すように蛍光検出層１０６３の全面を覆うように配列されてもよいし、検出領域４００のみ、あるいは検出領域４００と検出領域４００の周辺とを含めた領域のみを覆うように配列されてもよい。それぞれのシンチレータ１０６１ａは、試料１０４から到達する二次粒子１０５を蛍光に変換し、蛍光をライトガイド層１０６２側へ出力する。

【0100】

ライトガイド層１０６２には、後述する検出領域４００を覆うように、複数のライトガイド１０６２ａが二次元状に配列されている。具体的に述べると、複数のライトガイド１０６２ａは、図１に示すように蛍光検出層１０６３の全面を覆うように配列されてもよいし、検出領域４００のみ、あるいは検出領域４００と検出領域４００の周辺とを含めた領域のみを覆うように配列されてもよい。複数のライトガイド１０６２ａは、複数のシンチレータ１０６１ａのそれぞれの１対１で対応していることが望ましいが、これに限定されるものではない。

【0101】

蛍光検出層１０６３は、ライトガイド層１０６２により導光された蛍光を電気信号に変換する機能ブロックである。蛍光検出層１０６３は、検出領域４００を有し、検出領域４００において蛍光が電気信号に変換される。具体的に述べると、検出領域４００には、複数の蛍光検出素子１０６３ａが２次元状に配列される。蛍光検出素子１０６３ａは、ライトガイド層１０６２により導光された蛍光を電気信号に変換する。蛍光検出素子１０６３ａは、電気信号を図１等に示す信号処理ブロック１１５へ出力する。

【0102】

なお、図８には、４個の検出領域４００（４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄ）が示されている。検出領域４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄは、例えば、第１方向－第４方向の電子ビーム１０３とそれぞれ対応して設けられる。蛍光検出層１０６３における検出領域４００の個数は、４個より多くてもよいし、４個より少なくてもよい。

【0103】

マルチビーム走査型電子顕微鏡１００では、各方向（例えば第１－第４方向）に照射される電子ビーム１０３間の距離（すなわち、試料１０４における検査領域間の距離）によって、二次粒子１０５が到達する領域と、二次粒子１０５がほとんど到達しない領域とがある。

【0104】

例えば、それぞれの電子ビーム１０３による試料１０４の検査領域が１μｍ四方の領域とし、検査領域間の距離が１００μｍとする。この場合、各検査領域から発生する二次粒子を１つの検出器１０６で捕捉すると、二次粒子１０５が到達する領域は検出器の受光面の０．１％未満の領域に集中し、残り９９．９％以上の領域には二次粒子１０５はほとんど到達しない。

【0105】

実施の形態１－２では、検出器１０６の全域に検出素子３０１が二次元状に配置されていた。また、検出素子３０１と１対１で対応する到達位置検出回路１０８１が設けられていたため、回路規模やコストが増大する要因となっていた。

【0106】

そこで、本実施の形態では、図８に示すように、二次粒子１０５が到達する領域を考慮して互いに離れた位置の狭い領域に各検出領域４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄが設けられている。

【0107】

したがって、蛍光検出層１０６３は、二次粒子１０５が到達する領域に蛍光検出素子１０６３ａを密に配置した各検出領域４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄと、二次粒子１０５がほとんど到達しない、蛍光検出素子１０６３ａが疎または無の領域４１０とを有する。

【0108】

これに対し、シンチレータ層１０６１及びライトガイド層１０６２は、図８に示すように、シンチレータ１０６１ａ及びライトガイド１０６２ａが主面の全域が密に細分化されるようにそれぞれ配列された構成でもよい。このため、シンチレータ層１０６１とライトガイド層１０６２と蛍光検出層１０６３とを組み合わせる際、高精度な位置合わせを行う必要はない。なぜなら、シンチレータ層１０６１及びライトガイド層１０６２では、主面の全域が細分化されているため、任意の位置において蛍光検出素子１０６３ａと対応付けることが可能だからである。

【0109】

なお、本実施の形態においても、二次粒子１０５の入射方向から見た各層の形状は、図８の例に限定されるものではない。具体的に述べると、実施の形態１で述べたように、各層の形状は、平面に限定されるものではなく、中心に対し周辺が試料１０４に向けて湾曲した形状でもよい。また、シンチレータ１６０１ａ、ライトガイド１０６２ａ、蛍光検出素子１６０３ａの配列は、図８に示すような格子状に限定されるものではなく、隣接する素子等の位置をずらした配列でもよい。

【0110】

なお、蛍光検出素子１０６３ａが疎または無の領域４１０には、スペーサにより蛍光検出素子１０６３ａを設置可能な空間が形成されてもよい。また、これとは反対に、蛍光検出素子１０６３ａが疎または無の領域４１０では、蛍光検出素子１０６３ａを設置可能な空間が樹脂等で充填されてもよい。
＜本実施の形態による主な効果＞

【0111】

本実施の形態によれば、検出器１０６には、シンチレータ層１０６１、ライトガイド層１０６２、蛍光検出層１０６３が設けられている。この構成によれば、蛍光を介して二次粒子１０５を電気信号１０７へ変換することが可能となる。また、この構成によれば、ライトガイド１０６２ａにより蛍光を効率的に蛍光検出層１０６３へ導光することが可能となる。また、この構成によれば、二次粒子１０５が蛍光検出層１０６３に直接当たらないので、蛍光検出素子１０６３ａを保護することが可能となる。

【0112】

また、本実施の形態によれば、検出領域４００を覆うようにシンチレータ１０６１ａ及びライトガイド１０６２ａが配列されている。この構成によれば、シンチレータ１０６１ａから出力される蛍光を効率的に検出領域４００へ導光することが可能となる。

【0113】

また、本実施の形態によれば、シンチレータ１０６１ａは、蛍光検出層１０６３の全面を覆うように配列され、ライトガイド１０６２ａは、蛍光検出層１０６３の全面を覆うように配列されている。この構成によれば、シンチレータ層１０６１及びライトガイド層１０６２の構成が複雑になるのを防ぐことが可能となる。

【0114】

また、本実施の形態によれば、蛍光検出層１０６３には、蛍光検出素子１０６３ａが密に配列された検出領域４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄと、蛍光検出素子１０６３ａが疎または無の領域４１０とが設けられている。この構成によれば、二次粒子１０５がほとんど捕捉しない不要な蛍光検出素子１０６３ａ、及び到達位置検出回路１０８１の個数を削減することが可能となる。これにより、コストを削減することも可能となる。

【0115】

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。

【0116】

また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる場合がある。

【符号の説明】

【0117】

１００…マルチビーム走査型電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）、１０１…電子銃（荷電粒子照射源）、１０４…試料、１０５…二次粒子、１０６…検出器、１０７…電気信号、１０９…到達位置信号、１１０…強度信号、１１５…信号処理ブロック、３００、４００…検出領域、３０１…検出素子、１０６１…シンチレータ層、１０６１ａ…シンチレータ、１０６２…ライトガイド層、１０６２ａ…ライトガイド、１０６３…蛍光検出層、１０６３ａ…蛍光検出素子、１０８１…到達位置検出回路、１０８２…信号強度検出回路、１１１１…帯電量測定部、１１１２…画像生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】