特許 7528011 マルチビーム走査装置

(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】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】マルチビーム走査装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20240729BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240729BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240729BHJP

【ＦＩ】

H01J37/153 B

H01J37/28 B

H01L21/66 J

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021045245

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022144305

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長野 修

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２０３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５３５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８４２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３２４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３６０９５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｎ ２３／２２５１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体にマトリクス状に設定された複数の走査領域に対して複数の電子ビームを照射し、前記走査領域から発生した二次ビームを検出することにより観察像を得るマルチビーム走査装置において、
前記複数の電子ビームの照射位置を個々に制御する制御ユニットを有しており、
前記走査領域は、前記電子ビームの走査方向である第１方向と直交する第２方向に分割された複数の分割走査領域で構成され、
前記制御ユニットは、前記第１方向に隣接する二つの前記走査領域に対して同じタイミングで走査される前記分割走査領域が、前記第２方向に所定距離ずれるように前記電子ビームの照射位置を制御する、マルチビーム走査装置。

【請求項2】

前記走査領域は、２つの前記分割走査領域で構成されており、前記第１方向に隣接する二つの前記走査領域に関して、一方の前記走査領域における前記分割走査領域の走査順序が前記第２方向の一方方向であり、他方の前記走査領域における前記分割走査領域の走査順序が前記第２方向の反対方向である、請求項１に記載のマルチビーム走査装置。

【請求項3】

前記走査領域は、４つ以上の前記分割走査領域で構成されており、前記第１方向に隣接する二つの前記走査領域、および前記第２方向に隣接する二つの前記走査領域に関して、同じタイミングで走査される前記分割走査領域が、互いに接していない、請求項１に記載のマルチビーム走査装置。

【請求項4】

一つの前記走査領域を構成する複数の前記分割走査領域は、それぞれ異なる前記電子ビームで走査される、請求項１に記載のマルチビーム走査装置。

【請求項5】

一つの前記走査領域に設けられる前記分割走査領域の数と、前記第２方向に配列された電子ビームの数とが同一である、請求項１に記載のマルチビーム走査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、マルチビーム走査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

１本の電子ビーム（シングルビーム）を用いて観察対象であるシリコンウェハ等の表面にあるパターンをスキャンして画像を取得する、シングルビーム走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒоｎ Ｍｉｃｒоｓｃоｐｅ、以下適宜ＳＥＭと示す）装置に対し、複数本の電子ビームを同時にスキャンすることで、広い面積の観察対象のＳＥＭ画像を高速に取得するマルチビーム走査型のＳＥＭが近年注目されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１２８０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本実施形態は、観察画像の品質を向上させることができる、マルチビーム走査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】

【0005】

本実施形態のマルチビーム走査装置は、被検体にマトリクス状に設定された複数の走査領域に対して複数の電子ビームを照射し、前記走査領域から発生した二次ビームを検出することにより観察像を得るマルチビーム走査装置である。本実施形態のマルチビーム走査装置は、前記複数の電子ビームの照射位置を個々に制御する制御ユニットを有している。前記走査領域は、前記電子ビームの走査方向である第１方向と直交する第２方向に分割された複数の分割走査領域で構成される。前記制御ユニットは、前記第１方向に隣接する二つの前記走査領域に対して同じタイミングで走査される前記分割走査領域が、前記第２方向に所定距離ずれるように前記電子ビームの照射位置を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態にかかるマルチビーム走査装置の構成例を示すブロック図。

【図2】アパーチャアレイの一例を説明する図。

【図3】被検体における観察領域を説明する図。

【図4】一次ビームの走査領域を説明する図。

【図5】比較例における一次ビームの走査方法を説明する図。

【図6】比較例における走査線の歪みの一例を説明する図。

【図7】比較例における二次ビームの誤検出の一例を説明する図。

【図8】実施形態における一次ビームの走査方法を説明する図。

【図9】各走査領域を３分割した場合の分割走査領域を説明する図。

【図10】図９に示す分割走査領域の走査方法を説明する図。

【図11】各走査領域を４分割した場合の分割走査領域を説明する図。

【図12】各走査領域を３分割した場合の別の走査方法を説明する図。

【図13】各走査領域を３分割した場合の別の走査方法を説明する図。

【図14】各走査領域を３分割した場合の別の走査方法を説明する図。

【図15】各走査領域を３分割した場合の別の走査方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0008】

図１は、実施形態にかかるマルチビーム走査装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態のマルチビーム走査装置は、被検体７１である半導体装置（例えば、３次元構造のＮＡＮＤメモリのメモリセルアレイなど、パターンが形成されたシリコンウェハ）に一次ビームと呼ばれる電子線を照射し、発生した二次電子や反射電子等（以下、二次ビーム呼ぶ）の信号から、被検体７１の表面に形成されたパターンや構造体の観測に用いられる。例えば、形状や寸法を計測する測長装置や、パターンの形成状態を検査する検査装置として用いられる。また、ＶＣ（Ｖоｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）像を得ることにより、パターン内部（下層）を含めた半導体装置の回路パターンの電気的な結果を検出するための検査装置としても用いられる。

【0009】

実施形態のマルチビーム走査装置は、一次ビームを被検体７１に照射する照射ユニットと、被検体７１から発生した二次ビームを検出する検出ユニットと、被検体７１を載置するステージユニットと、装置全体の制御を行う制御ユニットと、から構成される。なお、図１において、点線は一次ビーム８１を示し、一点鎖線は二次ビーム９１を示している。

【0010】

照射ユニットは、電子銃１１と、第１コンデンサレンズ１２と、偏向器１３、１７と、アパーチャアレイ１４と、第２コンデンサレンズ１５と、ウィーンフィルタ１６と、対物レンズ１８とから主に構成される。電子銃１１は、電子源から電子線（一次ビーム８１）を発生させて、被検体７１に向かって加速させる。電子銃１１から射出された一次ビーム８１は、第１コンデンサレンズ１２と偏向器１３によって、方向を整えられ平行化される。平行化された一次ビーム８１は、アパーチャアレイ１４によって分割される。

【0011】

図２は、アパーチャアレイ１４の一例を説明する図である。図２に示すように、アパーチャアレイ１４は、二次元に配列された複数の開口を有する基板である。本実施形態において、アパーチャアレイ１４は９個の開口１４＿１～１４＿９を有し、一次ビーム８１は９本に分割される。なお、アパーチャアレイ１４に形成される開口の数は９個に限定されない。例えば、２５個や１００個など９個以上であってもよいし、８個以下であってもよい。開口１４＿１～１４＿９は、３行×３列のマトリクス状に配置されている。図１においては、９本に分割された一次ビーム８１のうちの３本のビームについて図示している。なお、以下の説明において、開口１４＿ｍ（ｍ＝１、２、…、９）から出射される一次ビーム８１を一次ビーム８１＿ｍと示し、一次ビーム８１＿ｍに対応して発生した各二次ビーム９１を二次ビーム９１＿ｍと示し、一次ビーム８１＿ｍごとに設けられた他の構成要素のそれぞれに対しても同様に表記することがある。

【0012】

アパーチャアレイ１４により分割された一次ビーム８１＿ｍは、第２コンデンサレンズ１５によって個別に収束される。一次ビーム８１＿ｍの結像位置付近には、ウィーンフィルタ１６が設けられている。ウィーンフィルタ１６は、中心軸に対して概略垂直な面内に互いに直交する磁界と電界とを発生させることにより、通過する電子に対してそのエネルギーに対応した偏向角度を与える。本実施形態では、一次ビーム８１＿ｍが直進し、かつ、反対側（ｚ方向下側）から入射される二次ビーム９１が検出器２２に到達するよう所望の角度に偏向するように、磁界と電界の強さが設定される。

【0013】

ウィーンフィルタ１６を通過した一次ビーム８１＿ｍは、対物レンズ１８と偏向器１７によって、被検体７１の所定領域に縮小投影される。走査偏向用の偏向器１７は、例えば、４極もしくは８極の電極を備えた静電偏向器であり、対物レンズ１８中に設置されている。偏向器１７は、分割された一次ビーム８１＿ｍごとに設けられる。実施形態の場合、対物レンズ１８の中に９個の偏向器１７＿ｍが設けられる。一次ビーム８１＿ｍは、対応する偏向器１７＿ｍ内に形成される偏向電界に応じて、所定の方向、所定の角度に偏向作用を受け、被検体７１上を走査する。なお、それぞれの偏向器１７＿ｍに形成される偏向電界は、走査信号制御回路５１から入力される走査信号に従って形成される。

【0014】

検出ユニットは、対物レンズ１８と、ウィーンフィルタ１６と、投影光学系２１と、検出部２２とから主に構成される。一次ビーム８１＿ｍが照射されることによって被検体７１から発生する二次ビーム９１＿ｍは、対物レンズ１８の収束作用をうけ、さらにウィーンフィルタ１６によって所望の角度に偏向された後、投影光学系２１によって検出器２２の図示しない投影面に投影される。検出部２２は、被検体７１から発生する二次ビーム９１＿ｍのそれぞれに対応した複数の検出器２２＿ｍで構成される。上述の一例の場合、検出部２２は、９本の二次ビーム９１＿１～９１＿９のそれぞれに対応した９個の検出器２２＿１～２２＿９で構成される。検出器２２＿ｍは、被検体７１から発生した二次ビーム９１＿ｍを受光し、受光した二次ビームの強度に応じた信号を生成する。検出器２２は、例えば、２次元のアレイ状に配置された複数個の半導体検出素子（固体撮像素子等）で構成される。半導体検出素子としては、例えば、PIN型フォトダイオードなどが用いられる。被検体７１の照射領域において一次ビーム８１＿ｍにより生成された二次ビーム９１＿ｍは、検出器２２＿ｍの投影領域に配置された半導体検出素子により信号変換され、撮像信号として出力される。

【0015】

ステージユニットは、検体ステージ３１と、ステージ駆動部３２とから主に構成される。検体ステージ３１は、モータなどのステージ駆動部３２により、検体ステージ３１表面と平行な直行する２方向（ｘ方向、ｙ方向）に移動することができる。ｘ方向、及び／または、ｙ方向に検体ステージ３１を移動させることで、被検体７１に対する一次ビーム８１＿ｍの照射領域を移動させることができる。なお、ステージ駆動部３２の動作は、ステージ制御回路５２によって制御される。

【0016】

制御ユニットは、設定された走査方法に従ってマルチビーム走査装置の全体の動作を制御する。また、走査の結果得られる被検体７１の観察結果を保持する。制御ユニットは、制御装置４１と、走査信号制御回路５１と、ステージ制御回路５２とから主に構成される。制御装置４１は、例えばコンピュータであり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４２と、ＲＡＭ４３と、メモリ４４とを備えている。ＣＰＵ４２は、メモリ４４に記憶されたプログラムに従って動作し、制御装置４１の各部を制御する。ＲＡＭ４３は、検出器２２から入力されるデータを格納したり、後述の動作を実行した結果を格納したりする。

【0017】

メモリ４４には、照射ユニット、及び、ステージユニットを動作させて所望の観察画像を得るための図示しない観察用ソフトウェアが格納されている。観察用ソフトウェアがＲＡＭ４３に読み出されて展開され、ＣＰＵ４２において実行されることにより、被検体７１の表面に形成されたパターンや構造体が観察される。なお、観察用ソフトウェアによって実現される動作を、ハードウェアとして構成された１つ以上の図示しないプロセッサが行うように、制御装置４１を構成してもよい。観察用ソフトウェアによって実現される動作を行うプロセッサとしては、例えば、電子回路として構成されたプロセッサであっても構わないし、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路で構成されたプロセッサであってもよい。また、メモリ４４には、検出部２２から出力された撮像信号に基づき生成された観察画像が格納される。なお、撮像信号から観察画像を生成するための画像処理部については図示を省略している。なお、実施形態のマルチビーム走査装置は、観察画像を表示するためのディスプレイ６１を備えていてもよい。

【0018】

次に、実施形態における被検体７１の走査方法について説明する。図３は、被検体における観察領域を説明する図である。また、図４は、一次ビームの走査領域を説明する図である。被検体７１の観察を行う場合、まず、被検体７１の表面に観察領域７２を設定する。図３に示すように、例えば、被検体７１の中央を含む矩形領域が観察領域７２として設定される。この観察領域７２を、一次ビーム８１でくまなく走査することで、観察画像を取得する。観察領域７２には、一次ビームの照射領域７３が設定される。例えば、検体ステージ３１を移動させることなく偏向器１７による走査角度の制御のみで、電子銃１１から出射され分割される複数の一次ビーム８１＿ｍが走査可能な範囲が、照射領域７３として設定される。

【0019】

図４に示すように、照射領域７３は、一次ビーム８１の分割本数に応じて、走査領域Ｒ１～Ｒ９に分割される。走査領域Ｒ１～Ｒ９は、アパーチャアレイ１４に設けられた開口１４＿１～１４＿９と同様のパターンで配置される。例えば、図２のように、開口１４＿１～１４＿９が３行×３列のマトリクス状に配置されている場合、照射領域７３を３行×３列のマトリクス状に分割したそれぞれの領域を、走査領域Ｒ１～Ｒ９とする。

【0020】

ここで、実施形態の走査方法を説明するにあたり、比較例における走査方法について説明する。図５は、比較例における一次ビームの走査方法を説明する図である。走査領域Ｒ１～Ｒ９は、それぞれ、対応する一次ビーム８１＿１～８１＿９によって走査される。図５において、各走査領域Ｒｍ内の複数の細矢印線は、一次ビーム８１＿ｍの走査線を模式的に表している。それぞれの細矢印線の矢印は、各走査線の走査方向を示している。また、複数の細矢印線の根本部分に記載した数字は、各走査領域Ｒｍ内における走査の順番を示している。すなわち、それぞれの一次ビーム８１＿ｍは、割り当てられた走査領域Ｒｍ内を、ｙ方向負側に向かってライン走査する。以下において、ｙ方向を走査線走査方向（第１方向）と示す場合がある。そして、走査領域Ｒｍ内を、走査線走査方向と直交する方向（図５の場合、ｘ方向負側）に走査線を移動させながら順次スキャンすることにより、走査領域Ｒｍ全体の走査を行う。このとき、一次ビーム８１＿ｍが被検体７１の所望の位置に照射されるように、走査信号制御回路５１による偏向器１７＿ｍの制御と、ステージ制御回路５２による被検体７１の位置の制御とが、統一的に行われる。

【0021】

設定された照射領域７３の走査が完了すると、該照射領域７３に対して検体ステージ３１の移動方向と逆側に隣接する領域に次の照射領域７３を設定し、一次ビームによる走査を実行する。なお、図３において、検体ステージ３１の移動方向を太矢印で示している。観察領域７２の端部まで走査が終了したら、ｙ方向負側に照射領域７３を移動させて、一次ビーム８１による照射領域７３内の走査を繰り返す。すなわち、帯状領域７４（ｙ方向に照射領域７３の幅を有し、ｘ方向を長手方向とする領域）を一次ビーム８１が順次走査するように、走査信号制御回路５１による偏向器１７＿ｍの制御と、ステージ制御回路５２による被検体７１の位置の制御とが行われる。この帯状領域７４は観察領域７２をｙ方向において分割したものであり、複数の帯状領域７４を走査することによって観察領域７２全体が走査される。

【0022】

上述の比較例においては、照射領域７３に設定された走査領域Ｒｍ内の走査は、全て同じ順番で行われる。すなわち、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍでは、同じタイミングで走査されるラインが同一直線上に配置される。一次ビーム８１が被検体７１表面に照射された瞬間、その照射点は、二次電子の放出によって強く正帯電する。照射から時間が経過するにつれて放出された二次電子が再配分され、照射点やその近傍の電位は緩やかな分布に収束する。走査領域Ｒｍの境界近傍は、隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響を受ける。例えば、走査領域Ｒ１の境界近傍は、隣接する走査領域Ｒ２、Ｒ４からの電界の影響を受ける。自領域と隣接する領域において、同じタイミングで照射される走査線の距離が近いほど、電界の影響は大きくなる。

【0023】

例えば、走査領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４において、１本目の走査線は、各領域の右端に位置する。走査領域Ｒ２の１本目の走査線よりも走査領域Ｒ４の１本目の走査線のほうが、走査領域Ｒ１の１本目の走査線と距離が近い。すなわち、走査領域Ｒｍの境界近傍は、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響を大きく受ける。

【0024】

帯電の影響を、図６を用いて説明する。図６は、比較例における走査線の歪みの一例を説明する図である。走査領域Ｒ１の１本目のラインの終点は、走査領域Ｒ４の１本目のラインの始点の近傍となる。一次ビーム８１の走査により、ビームが照射された領域は帯電する。走査領域Ｒ４における１本目の走査線の始点に一次ビーム８１＿４が照射されてから走査領域Ｒ１の１本目の走査線の終点に一次ビーム８１＿１が照射されるまでの時間が短い（例えば、数μｓ程度）。故に、走査領域Ｒ１の１本目の走査線の終点近傍は、走査領域Ｒ４の帯電の影響を受けて、例えば図６に示すような歪みが生じてしまう。

【0025】

走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響は、走査線の歪みだけでなく、二次ビームの誤検出を引き起こす場合もある。図７は、比較例における二次ビームの誤検出の一例を説明する図である。一次ビーム８１の照射点から放出された二次電子の挙動は、以下の３通りに大別される。１つ目は、照射点の正帯電によって形成された電位分布によって照射点に戻る（再配分される）ものである。２つ目は、対物レンズ１８内に引き込まれて、投影光学系２１を通って検出部２２へ入射されるものである。３つ目は、照射点周辺領域に再配分されるものである。既に一次ビーム８１が照射された領域が照射点近傍にある場合、照射点周辺領域への再配分は、そこで形成された電位分布の影響を伴う。

【0026】

一次ビーム８１＿１の照射点近傍（例えば、数μｍ程度の位置）に、ほぼ同じタイミング（例えば、数μｓ差）で一次ビーム８１＿４が照射された場合、一次ビーム８１＿１の照射によって放出された二次電子は、一次ビーム８１＿４が形成した電位分布の影響を強く受ける。図７において、一次ビーム８１＿４が形成した電位分布（表面帯電）により二次電子に印加される力を、網掛け付きの太矢印で示す。例えば図７に示すように、一次ビーム８１＿１の照射点である走査領域Ｒ１から放出された二次電子（二次ビーム９１）の軌道が変化して、本来到達する予定の検出器２２＿１ではなく、異なる検出器２２＿４に到達してしまう。すなわち、走査領域Ｒ１において、走査領域Ｒ４との境界近傍から放出された二次ビーム９１＿１の一部が、検出器２２＿４で誤検出される。故に、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍの近傍領域では、正しい観察画像が得られない可能性がある。

【0027】

次に、実施形態における走査方法について説明する。図８は、実施形態における一次ビームの走査方法を説明する図である。本実施形態では、各走査領域Ｒｍを、走査線走査方向と直交する方向に２分割し、分割走査領域Ｒｍα（α＝１、２）を設けている。走査領域Ｒ１ｎ～Ｒ９ｎは、それぞれ、対応する一次ビーム８１＿１～８１＿９によって走査される。

【0028】

一次ビーム８１＿ｍは、２つの分割走査領域Ｒｍ１、Ｒｍ２を順次走査する。このとき、走査線走査方向に隣接する２つの走査領域Ｒｍでは、互いに走査線走査方向に隣接する分割走査領域Ｒｍαを異なるタイミングで走査する。例えば、走査領域Ｒ１の分割走査領域Ｒ１１と、走査領域Ｒ４の分割走査領域Ｒ４２を同じタイミングで走査し、分割走査領域Ｒ１２と分割走査領域Ｒ４１を同じタイミングで走査することにより、走査線走査方向に隣接する分割走査領域Ｒ１１と分割走査領域Ｒ４１とが異なるタイミングで走査され、また、走査線走査方向に隣接する分割走査領域Ｒ１２と分割走査領域Ｒ４２とが異なるタイミングで走査される。

【0029】

すなわち、実施形態の走査方法によれば、１つの走査領域Ｒｍを、２回の走査（第１走査、第２走査）に分割して走査する。なお、比較例における１つの走査領域Ｒｍの走査時間をＴとした場合、実施形態における第１走査（第２走査）の走査時間は、Ｔ／２とする。第１走査では、走査領域Ｒｍに設けられた一方の分割走査領域Ｒｍ１（またはＲｍ２）を走査し、第２走査では、走査領域Ｒｍに設けられた他方の分割走査領域Ｒｍ２（またはＲｍ１）を走査する。走査線走査方向に隣接する２つの走査領域Ｒｍでは、同じタイミングで走査する分割走査領域Ｒｍαが、走査線走査方向に互いに重ならないように設定される。

【0030】

図８に示す一例では、走査領域Ｒ１～Ｒ３、Ｒ７～Ｒ９は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍαについて、第１走査ではｘ方向正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査し、第２走査ではｘ方向負側に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査する。一方、走査領域Ｒ４～Ｒ６は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍαについて、第１走査ではｘ方向負側に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査し、第２走査ではｘ方向正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査する。すなわち、走査領域Ｒｍの配置ピッチ（ｘ方向の幅）をＰｘとすると、走査線走査方向（第１方向）に隣接する走査領域Ｒｍにおいて、同時に走査される分割走査領域Ｒｍαは、ｘ方向（第２方向）にＰｘ／２だけシフトして配置されている。従って、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響が小さくなるため、走査線の歪みを抑制し、また、二次ビームの誤検出を防止することができ、観察画像の品質を向上させることができる。

【0031】

なお、第１走査から第２走査への分割走査領域Ｒｍαの移動は、偏向器１７＿ｍに印加する電界や磁界の大きさを調整して、一次ビーム８１＿ｍの照射方向を制御することで実現される。例えば、図８に示す一例において、走査領域Ｒ４～Ｒ６は、検体ステージ３１がｘ方向正側に移動するのに対し、第１走査から第２走査への分割走査領域Ｒｍαの移動も、ｘ方向正側への移動となる。この場合、分割走査領域Ｒｍαの移動は、偏向器１７＿４～１７＿６により一次ビーム８１＿４～８１＿６の照射方向を調整することで実現する。

【0032】

なお、各走査領域Ｒｍに形成する分割走査領域Ｒｍｎの数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。図９は、各走査領域を３分割した場合の分割走査領域を説明する図である。また、図１０は、図９に示す分割走査領域の走査方法を説明する図である。図９に示すように、各走査領域Ｒｍを、走査線走査方向と直交する方向に３分割し、分割走査領域Ｒｍβ（β＝１～３）を設けている。走査領域Ｒ１β～Ｒ９βは、それぞれ、対応する一次ビーム８１＿１～８１＿９によって走査される。

【0033】

各走査領域Ｒｍを３分割した場合、図１０に示すように、１つの走査領域Ｒｍを、３回の走査（第１走査、第２走査、第３走査）に分割して走査する。なお、比較例における１つの走査領域Ｒｍの走査時間をＴとした場合、実施形態における第１走査～第３走査の走査時間は、それぞれＴ／３とする。走査領域Ｒ１～Ｒ３、Ｒ７～Ｒ９は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍβについて、第１走査ではｘ方向最負側に位置する分割走査領域Ｒｍ３を走査し、第２走査ではｘ方向中央に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査し、第３走査では、ｘ方向最正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査する。一方、走査領域Ｒ４～Ｒ６は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍβについて、第１走査ではｘ方向中央に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査し、第２走査ではｘ方向最正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査し、第３走査ではｘ方向最負側に位置する分割走査領域Ｒｍ３を走査する。すなわち、走査領域Ｒｍの配置ピッチ（ｘ方向の幅）をＰｘとすると、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍにおいて、同時に走査される分割走査領域Ｒｍβは、ｘ方向にＰｘ／３、もしくはＰｘ２／３シフトして配置されている。従って、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響が小さくなるため、走査線の歪みを抑制し、また、二次ビームの誤検出を防止することができ、観察画像の品質を向上させることができる。

【0034】

図１１は、各走査領域を４分割した場合の分割走査領域を説明する図である。図１１に示すように、各走査領域Ｒｍを、走査線走査方向と直交する方向に４分割し、分割走査領域Ｒｍγ（γ＝１～４）を設けている。走査領域Ｒ１γ～Ｒ９γは、それぞれ、対応する一次ビーム８１＿１～８１＿９によって走査される。

【0035】

各走査領域Ｒｍを４分割した場合、１つの走査領域Ｒｍを、４回の走査（第１走査、第２走査、第３走査、第４走査）に分割して走査する。なお、比較例における１つの走査領域Ｒｍの走査時間をＴとした場合、実施形態における第１走査～第４走査の走査時間は、それぞれＴ／４とする。走査領域Ｒ１～Ｒ３、Ｒ７～Ｒ９は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍγについて、第１走査ではｘ方向最負側に位置する分割走査領域Ｒｍ４を走査し、第２走査ではｘ方向負側から２番目に位置する分割走査領域Ｒｍ３を走査し、第３走査では、ｘ方向正側から２番目に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査し、第４走査ではｘ方向最正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査する。

【0036】

一方、走査領域Ｒ４～Ｒ６は、それぞれに設けられた分割走査領域Ｒｍγについて、第１走査ではｘ方向正側から２番目に位置する分割走査領域Ｒｍ２を走査し、第２走査ではｘ方向最正側に位置する分割走査領域Ｒｍ１を走査し、第３走査ではｘ方向最負側に位置する分割走査領域Ｒｍ４を走査し、第４走査ではｘ方向負側から２番目に位置する分割走査領域Ｒｍ３を走査する。すなわち、走査領域Ｒｍの配置ピッチ（ｘ方向の幅）をＰｘとすると、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍにおいて、同時に走査される分割走査領域はＲｍγは、ｘ方向にＰｘ／２だけシフトして配置されている。また、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍにおいて、同時に走査される分割走査領域Ｒｍγは、ｘ方向にＰｘ／２４の間隔を有しており接点を持たないよう設定されている。従って、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒｍからの帯電の影響がより小さくなるため、走査線の歪みを抑制し、また、二次ビームの誤検出を防止することができ、観察画像の品質をより向上させることができる。

【0037】

図１２から図１５は、各走査領域を３分割した場合の別の走査方法を説明する図である。上述した走査方法では、１つの走査領域に含まれる分割走査領域は、同一の一次ビームによって走査している。これに対し、以下に説明する走査方法は、同じ走査領域に含まれる分割走査領域を、別の一次ビームによって走査する点が異なっている。

【0038】

まず、図１２に示すように、観察領域７２の左上部から右下部に向かって一次ビーム８１を走査させるべく、被検体７１を初期設定する。すなわち、検体ステージ３１の移動方向をｘ方向負側とする。図１２において、二点鎖線で示す矩形の領域ＲＢ１～ＲＢ９は、それぞれ、一次ビーム８１＿１～８１＿９によって照射可能な領域である。検体ステージ３１を移動させ、観察領域７２が領域ＲＢ１～ＲＢ９と重なると、一次ビーム８１＿１～８１＿９によって当該観察領域７２の走査が可能となる。

【0039】

検体ステージ３１を移動させ、観察領域７２の左端に位置する走査領域（図９における走査領域Ｒ３、Ｒ６、Ｒ９に対応する領域）が領域ＲＢ１、ＲＢ４、ＲＢ７と重なると、第１走査が開始される。図１３に示すように、第１走査では、走査領域Ｒ３の分割走査領域Ｒ３３が一次ビーム８１＿１によって走査され、走査領域Ｒ６の分割走査領域Ｒ６２が一次ビーム８１＿４によって走査され、走査領域Ｒ９の分割走査領域Ｒ９３が一次ビーム８１＿７によって走査される。なお、図１３～１５において、走査対象の分割走査領域を斜線で示す。また、図１４、１５において、既に走査が完了した分割走査領域を網掛けで示す。

【0040】

第１走査が終わると、検体ステージ３１を移動させ、図１４に示すように、観察領域７２の左から２番目に位置する走査領域（図９における走査領域Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８に対応する領域）が領域ＲＢ１、ＲＢ４、ＲＢ７と重なるように設定する。設定が完了すると、第２走査が開始される。図１４に示すように、第２走査では、走査領域Ｒ２の分割走査領域Ｒ２３が一次ビーム８１＿１によって走査され、走査領域Ｒ５の分割走査領域Ｒ５２が一次ビーム８１＿４によって走査され、走査領域Ｒ８の分割走査領域Ｒ８３が一次ビーム８１＿７によって走査される。また、走査領域Ｒ３の分割走査領域Ｒ３２が一次ビーム８１＿２によって走査され、走査領域Ｒ６の分割走査領域Ｒ６１が一次ビーム８１＿５によって走査され、走査領域Ｒ９の分割走査領域Ｒ９２が一次ビーム８１＿８によって走査される。

【0041】

第２走査が終わると、再び検体ステージ３１を移動させ、図１５に示すように、観察領域７２の左から３番目に位置する走査領域（図９における走査領域Ｒ１、Ｒ４、Ｒ７に対応する領域）が領域ＲＢ１、ＲＢ４、ＲＢ７と重なるように設定する。設定が完了すると、第３走査が開始される。図１５に示すように、第３走査では、走査領域Ｒ１の分割走査領域Ｒ１３が一次ビーム８１＿１によって走査され、走査領域Ｒ４の分割走査領域Ｒ４２が一次ビーム８１＿４によって走査され、走査領域Ｒ７の分割走査領域Ｒ７３が一次ビーム８１＿７によって走査される。また、走査領域Ｒ２の分割走査領域Ｒ２２が一次ビーム８１＿２によって走査され、走査領域Ｒ５の分割走査領域Ｒ５１が一次ビーム８１＿５によって走査され、走査領域Ｒ８の分割走査領域Ｒ８２が一次ビーム８１＿８によって走査される。更に、走査領域Ｒ３の分割走査領域Ｒ３１が一次ビーム８１＿３によって走査され、走査領域Ｒ６の分割走査領域Ｒ６３が一次ビーム８１＿６によって走査され、走査領域Ｒ９の分割走査領域Ｒ９１が一次ビーム８１＿９によって走査される。

【0042】

このように、走査段階にかかわらず、一次ビーム８１＿１、８１＿６、８１＿７は、ｘ方向最負側に位置する分割走査領域を走査し、一次ビーム８１＿２、８１＿４、８１＿８は、ｘ方向中央に位置する分割走査領域を走査し、一次ビーム８１＿３、８１＿５、８１＿９は、ｘ方向最正側に位置する分割走査領域を走査する。すなわち、一次ビーム８１＿ｍは、照射対象となる走査領域Ｒにおける分割走査領域の位置が固定されており、異なる一次ビームにより３段階の走査が行われることで、一つの走査領域Ｒ内の走査が完了する。例えば、走査領域Ｒ３は、第１走査において、一次ビーム８１＿１によって分割走査領域Ｒ３３が走査される。続く第２走査において、一次ビーム８１＿２によって分割走査領域Ｒ３２が走査される。最後に第３走査において、一次ビーム８１＿３によって分割走査領域Ｒ３１が走査され、走査領域Ｒ３全体の走査が完了する。

【0043】

このように走査を行うことで、走査線走査方向に隣接する走査領域Ｒからの帯電の影響が小さくなるため、走査線の歪みを抑制し、また、二次ビームの誤検出を防止することができる。また、第１走査から第３走査にかけて、検体ステージ３１を停止させることなく連続移動させて、検体ステージ３１の移動に対して偏向器１７のビーム走査を同期させることも可能である。これにより、ビーム走査毎に検体ステージ３１を停止させることなく観察領域７２をビーム走査することが可能となり、ステージ停止のための時間が削減できるためスループットを向上させることができる。

【0044】

なお、上述したマルチビーム走査装置は、一つの電子銃から射出された一次ビーム８１をアパーチャアレイ１４によって分割することにより複数の一次ビーム８１＿ｍを生成しているが、複数の電子銃（照射源）を用いて一次ビーム８１＿ｍを生成してもよい。

【0045】

本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は一例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１１…電子銃、１２…第１コンデンサレンズ、１３、１７…偏向器、１４…アパーチャアレイ、１５…第２コンデンサレンズ、１６…ウィーンフィルタ、１８…対物レンズ、２１…投影光学系、２２…検出器、３１…検体ステージ、３２…ステージ駆動部、４１…制御装置、４２…ＣＰＵ、４３…ＲＡＭ、４４…メモリ、５１…走査信号制御回路、５２…ステージ制御回路、７１…被検体、７２…観察領域、７３…照射領域、７４…帯状領域、８１…一次ビーム、９１…二次ビーム、

【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】