WO2021024397A1 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

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WO2021024397A1
WO2021024397A1 PCT/JP2019/031055 JP2019031055W WO2021024397A1 WO 2021024397 A1 WO2021024397 A1 WO 2021024397A1 JP 2019031055 W JP2019031055 W JP 2019031055W WO 2021024397 A1 WO2021024397 A1 WO 2021024397A1
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charged particle
particle beam
detection
sample
charge amount
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一樹 池田
李　ウェン
源 川野
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株式会社日立ハイテク
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    • H01J37/224—Luminescent screens or photographic plates for imaging ; Apparatus specially adapted therefor, e.g. cameras, TV-cameras, photographic equipment, exposure control; Optical subsystems specially adapted therefor, e.g. microscopes for observing image on luminescent screen
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    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2446—Position sensitive detectors

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam device.
  • Patent Document 1 is disclosed as a background technique of this technique.
  • Patent Document 1 uses means for separating electron energy generated from a sample, a plurality of detecting means, and a signal processing means for adding and subtracting a plurality of detecting means, and obtains sample shape information and potential information.
  • An electron beam device that is acquired at the same time and determines the filtering conditions for secondary electrons for each primary electron irradiation condition is disclosed.
  • the search time for irradiation conditions and filtering conditions can be shortened, and the optimum contrast can be obtained.
  • the charge is monitored in real time during observation to improve the accuracy and reliability of the length measurement value.
  • the circuit patterns formed on the semiconductor substrate (wafer) are rapidly becoming finer, and the importance of process monitoring to monitor whether or not these patterns are formed as designed is important. It is increasing more and more. For example, in order to detect the occurrence of defects such as abnormalities and defects in the semiconductor manufacturing process at an early stage or in advance, the circuit pattern on the wafer is measured and inspected at the end of each manufacturing process.
  • the measurement inspection device such as the electron microscope device (SEM) using the scanning electron beam method and the corresponding measurement / inspection method
  • the electron beam is scanned (scanned) on the wafer as the target sample.
  • the energy of secondary electrons generated by this, electrons reflected by the sample, etc. is detected.
  • an image is generated by performing signal processing / image processing based on the detected energy, and measurement, observation, and inspection of the sample are performed based on the image.
  • the measurement inspection device is required to improve the throughput, which is the inspection quantity per unit time.
  • the throughput which is the inspection quantity per unit time.
  • Patent Document 1 secondary electrons generated from a sample are separated and detected by a plurality of detectors according to the energy of the electrons, and the charge amount of the sample is measured by performing an operation based on the detected signals. ..
  • the position of reaching the detector differs depending on the orbit of the secondary electrons generated from the sample, and the secondary electrons are detected by a plurality of detectors regardless of the presence or absence of charge, so that the amount of charge is incorrect. It may be detected.
  • an object of the present invention is to provide a charged particle beam device capable of achieving both improvement in throughput and maintenance of inspection accuracy.
  • the charged particle beam device has a charged particle irradiation source for irradiating a sample with a charged particle beam and a detection region corresponding to the charged particle beam, and the sample is irradiated with the charged particle beam.
  • the detector outputs an electric signal corresponding to the arrival position, and the amount of charge of the sample by the charged particle beam based on the electric signal output from the detector. It is provided with a signal processing block that performs measurement and generation of an inspection image of a sample in parallel.
  • Embodiment 2 of this invention It is a figure which shows an example of the distribution of the arrival position of the secondary particle in Embodiment 2 of this invention. It is a flow chart which shows an example of the measuring method of the charge amount which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is an exploded perspective view which shows an example of the structure of the detector which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a measurement observation inspection device including a multi-beam scanning electron microscope according to a first embodiment of the present invention.
  • the measurement observation inspection device 1 includes a multi-beam scanning electron microscope (charged particle beam device) 100 and an information processing device 120.
  • the multi-beam scanning electron microscope 100 includes an electron gun (charged particle irradiation source) 101, a beam splitter 102, deflectors 116a, 116b, 116c, detector 106, detection circuit 108, and charge amount measurement. It includes an image generation block 111, a control block 117, and the like. Of these, the detection circuit 108 and the charge amount measurement / image generation block 111 constitute the signal processing block 115.
  • a sample 104 to be inspected is arranged below the electron gun 101 and the beam splitter 102. Sample 104 is placed on a stage (not shown).
  • the electron gun 101 irradiates an electron beam (charged particle beam) 103 toward the beam splitter 102 side.
  • the electron gun 101 can simultaneously irradiate a plurality of electron beams.
  • the electron beam 103 After passing through the beam splitter 102, the electron beam 103 receives beam control by a deflector.
  • the electron beam 103 is irradiated to the sample 104 after being controlled by, for example, focusing by the deflector 116a, scanning by the deflector 116b, adjusting (aperture) the beam amount by the deflector 116c, and the like.
  • the plurality of electron beams 103 are irradiated in different directions.
  • secondary particles 105 such as secondary electrons are generated from the sample 104.
  • electrons are used as charged particles will be described as an example. Since electrons are very light particles, the use of electrons as charged particles facilitates beam control. However, it is also possible to use particles other than electrons as charged particles.
  • the detector 106 is a device that detects the secondary particles 105 generated from the sample 104.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the detector according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the configuration of the detector 106 as viewed from the incident direction of the secondary particles 105.
  • the detector 106 has a plurality of detection regions 300 (300A-300D) corresponding to each electron beam.
  • the detection region 300A corresponds to the first electron beam (also referred to as electron beam A), and the detection region 300B corresponds to the second electron beam (also referred to as electron beam B).
  • the detection region 300C corresponds to a third electron beam (also referred to as electron beam C), and the detection region 300D corresponds to a fourth electron beam (also referred to as electron beam D).
  • the secondary particles 105 generated by each electron beam reach the detection region corresponding to each and are detected.
  • a plurality of detection elements 301 are arranged two-dimensionally in each detection area 300 (300A-300D).
  • Each detection element 301 includes, for example, an optical-electric conversion element such as a photomultiplier tube, a photodiode, or a phototransistor.
  • an optical-electric conversion element such as a photomultiplier tube, a photodiode, or a phototransistor.
  • each detection element 301 is connected to the input end of the corresponding arrival position detection circuit 1081 (FIG. 4) and the input end of the corresponding signal strength detection circuit 1082 (FIG. 4), respectively.
  • the electric signal 107 output from the detection element 301 is output to the arrival position detection circuit 1081 and the signal strength detection circuit 1082, respectively.
  • the configuration of the arrival position detection circuit 1081 and the signal strength detection circuit 1082 will be described in detail later.
  • Each detection element 301 corresponds to the arrival position of the secondary particle 105, and the electric signal 107 output from the detection element 301 is associated with the arrival position.
  • the number of detection regions is not particularly limited, but it is desirable that the number is equal to or larger than the number of electron beams 103. Further, in the example of FIG. 2, nine detection elements 301 are arranged two-dimensionally in each detection area 300, but the number of detection elements 301 included in each detection area 300 may be two or more. .. If there are at least two detection elements 301, it is possible to detect a change in the arrival position of the secondary particles 105 in the same detection region 300.
  • the range of the detection region 300 may be appropriately set according to the diffusion range of the secondary particles 105.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the distribution of the arrival positions of the secondary particles in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the arrival positions P100, P101, and P102 of the secondary particles 105 in one detection region 300, respectively.
  • the arrival position P100 is included in the area of the detection element 301 on the upper right of the detection area 300 in the figure
  • the arrival position P101 is included in the area of the detection element 301 in the center of the detection area 300 in the figure
  • the arrival position P102 is included in the detection area in the figure. It is included in the region of the detection element 301 at the lower left of 300.
  • the secondary particles 105 are also incident on other detection elements 301 in the same detection region 300.
  • the shape of the detector 106 as seen from the incident direction of the secondary particles 105 is not limited to a quadrangle such as a square shown in FIG. 2, and includes a polygon other than the quadrangle and a curve such as a circle or an ellipse. It may be. Further, the shape of the detector 106 is not limited to a flat surface, and may be a shape in which the periphery is curved toward the sample 104 with respect to the center. Further, the arrangement of the detection elements 301 is not limited to the grid pattern as shown in FIG. 2 and the like, and may be an arrangement in which the positions of adjacent detection elements are shifted, for example, a honeycomb structure.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the signal processing block according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the detector 106, the signal processing block 115, and the information processing device 120.
  • the signal processing block 115 is a functional block that performs signal processing after the secondary particles 105 reach the detector 106. Specifically, the signal processing block 115 performs measurement of the charge amount of the sample 104 by the electron beam 103 and generation of an inspection image of the sample 104 in parallel based on the electric signal 107.
  • parallel means not only when the measurement of the charge amount of the sample 104 and the generation of the inspection image of the sample 104 are started and ended at the same timing, but also when these processes are performed for a part of the period. It also includes cases where only parallel execution is performed. Specifically, when one process is started while the other process is being executed and then executed in parallel, or when these processes are executed in parallel, one process ends and the other is executed. This includes cases where the processing of is continuously executed.
  • parallel may include processing common processing resources (for example, circuits and processors) in a plurality of processes by time division, and a plurality of processing resources are used to process a plurality of processes in parallel. May also be included.
  • the signal processing block 115 includes a detection circuit 108 and a charge amount measurement / image generation block 111.
  • the detection circuit 108 is a functional block that detects the arrival position of the secondary particles 105 and the signal strength based on the electric signal 107.
  • the detection circuit 108 includes a plurality of arrival position detection circuits 1081 and a plurality of signal strength detection circuits 1082. Although only the circuit configuration corresponding to one detection area 300 is shown in FIG. 4, the circuits corresponding to all the detection areas 300 are actually provided.
  • a plurality of arrival position detection circuits 1081 are provided corresponding to the respective detection elements 301.
  • the input end of each arrival position detection circuit 1081 is connected to the output end of the corresponding detection element 301. That is, each arrival position detection circuit 1081 is connected to the corresponding detection element 301 on a one-to-one basis.
  • the arrival position detection circuit 1081 detects the arrival position of the secondary particles 105 and generates the corresponding arrival position signal 109.
  • the generated arrival position signal 109 is output to the charge amount measurement unit 1111 of the charge amount measurement / image generation block 111, which will be described later.
  • the arrival position detection circuit 1081 includes, for example, a comparator circuit that compares the voltage (amplitude) of the electric signal 107 with the threshold voltage. When the voltage of the electric signal 107 is larger than the threshold voltage, the arrival position detection circuit 1081 detects the input of the electric signal 107 and generates and outputs the arrival position signal 109 which is a digital signal.
  • Information regarding the arrival position of the secondary particle 105 may be included in the arrival position signal 109. Further, even if the wiring connecting the arrival position detection circuit 1081 and the charge amount measuring unit 1111 is associated with the arrival position and the arrival position of the secondary particle 105 is specified by the wiring to which the arrival position signal 109 is input. Good.
  • a plurality of signal strength detection circuits 1082 are provided corresponding to the respective detection areas 300.
  • the input end of each signal strength detection circuit 1082 is connected to the output end of a plurality of detection elements 301 included in the corresponding detection area 300.
  • Each signal strength detection circuit 1082 detects the signal strength of the electrical signal 107 in the corresponding detection region 300 and generates the corresponding strength signal 110.
  • the generated intensity signal 110 is output to the image generation unit 1112 of the charge amount measurement / image generation block 111, which will be described later.
  • the signal strength detection circuit 1082 is composed of, for example, an analog-digital converter, a plurality of adder circuits, and the like. Each signal strength detection circuit 1082 calculates the sum of the amplitudes of the electric signals 107 output from all the detection elements 301 included in the corresponding detection region 300 as the signal strength. Then, the signal strength detection circuit 1082 outputs the calculated signal strength as the strength signal 110.
  • the arrival position of the secondary particle 105 is detected by each arrival position detection circuit 1081, and the signal intensity of the electric signal 107 is measured by each detection region 300 by each signal intensity detection circuit 1082. Are done in parallel.
  • the charge amount measurement / image generation block 111 is a functional block that measures the charge amount of the sample 104 and generates an inspection image (generation of image information) in parallel.
  • the charge amount measurement / image generation block 111 includes a charge amount measurement unit 1111 and an image generation unit 1112.
  • the charge amount measurement / image generation block 111 is provided with a processor such as a CPU, and the charge amount measurement unit 1111 is realized in the processor by executing the charge amount measurement program, and the processor is executed by executing the image generation program.
  • the image generation unit 1112 is realized. Further, the charge amount measurement unit 1111 and the image generation unit 1112 may be composed of an FPGA (Field-Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like.
  • the charge amount measuring unit 1111 measures the charge amount of the sample 104 based on the arrival position signal 109 output from each arrival position detection circuit 1081.
  • the arrival position signal 109 may be stored in a storage device (not shown), for example.
  • the charge amount measuring unit 1111 detects a change in the arrival position of the secondary particles 105 using the arrival position signal 109, and measures the charge amount of the sample 104 from the change in the arrival position. For example, the charge amount measuring unit 1111 measures the charge amount by comparing the arrival position when the sample 104 is not charged with the detected arrival position.
  • the charge amount measuring unit 1111 outputs the measured charge amount as charge amount information 112 to the information processing apparatus 120.
  • the image generation unit 1112 generates an inspection image based on the intensity signal 110 for each detection area 300 output from each signal intensity detection circuit 1082. Specifically, the image generation unit 1112 generates image information 113 for displaying the inspection image on the information processing apparatus 120 described later as the inspection image. The image generation unit 1112 outputs the generated image information 113 to the information processing device 120.
  • the charge amount measurement by the charge amount measurement unit 1111 and the generation of the inspection image by the image generation unit 1112 are performed in parallel.
  • the control block 117 is a functional block that controls the operation of the multi-beam scanning electron microscope 100.
  • the control block 117 controls the operation of each component of the multi-beam scanning electron microscope 100, measures the amount of charge, and performs determination processing at the time of generating an inspection image, for example.
  • the control block 117 is realized by including a processor such as a CPU and executing a control program. Alternatively, the control block 117 may be composed of FPGA, ASIC, or the like. The control block 117 may be configured in whole or in part integrally with the signal processing block 115. Further, the functions of the control block 117 may be realized in whole or in part by the information processing apparatus 120 described later.
  • the information processing device 120 is a device that displays the charge amount of the sample 104, the inspection image, and the like.
  • an information processing device having a display function such as a personal computer or a tablet terminal is used. Further, as the information processing device 120, a device having only a display function may be used.
  • the user interface 121 is displayed in the display area of the information processing device 120.
  • the user interface 121 displays a sample charge amount 123 based on the charge amount information 112 output from the charge amount measurement unit 1111 and an inspection image 122 based on the image information 113 output from the image generation unit 1112.
  • the user interface 121 may display the setting contents, operating status, operation panel, and the like of the multi-beam scanning electron microscope 100.
  • the information processing apparatus 120 operates by executing hardware or a program executed by the hardware. ⁇ Measurement of charge amount and generation of inspection image>
  • FIG. 5 is a flow chart showing an example of a method of measuring the amount of charge and a method of generating an inspection image according to the first embodiment of the present invention.
  • steps S100-S102, S110-S113, S120-S123, and S130 in FIG. 5 are performed.
  • steps S110-S113 are steps related to calculation and display of the sample charge amount.
  • steps S120-S123 are steps related to generation and display of inspection images.
  • step S100 the multi-beam scanning electron microscope 100 is operated from the operation panel or the like of the information processing apparatus 120, and the measurement conditions and the inspection area for the sample 104 are set.
  • the area corresponding to the detection area 300 of any one of the detectors 106 is set as the inspection area.
  • the measurement conditions include various conditions such as the intensity of the electron beam 103, the irradiation time, the scanning range, and the number of scannings.
  • step S101 the electron beam 103 is irradiated to the inspection area of the sample 104 based on each condition set in step S100.
  • the multi-beam scanning electron microscope 100 irradiates the set inspection area with the electron beam 103 while scanning the electron beam 103 with a deflector 116b or the like.
  • step S102 the secondary particles 105 generated from the sample 104 reach the detector 106 and are captured.
  • the orbit of the secondary particles 105 does not change, so that the arrival position of the secondary particles 105 is the same as the predetermined arrival position in the corresponding detection region 300 (for example, P100 in FIG. 3). Become.
  • step S110 the arrival position of the secondary particles 105 is detected.
  • the detection element 301 that supplements the secondary particles 105 converts the secondary particles 105 into an electric signal 107 that is an analog signal, and outputs the electric signal 107 to the detection circuit 108.
  • the electric signal 107 output from the detection element 301 is input to the corresponding arrival position detection circuit 1081 and the corresponding signal strength detection circuit 1082, respectively.
  • the arrival position detection circuit 1081 detects the arrival position of the secondary particles 105 by inputting the electric signal 107, and outputs the corresponding arrival position signal 109 to the charge amount measuring unit 1111.
  • step S111 the arrival position signal 109 is stored in the storage device.
  • a plurality of arrival position signals 109 are stored in the storage device.
  • the arrival position signal 109 is a time output from the arrival position detection circuit 1081, a time input to the charge amount measuring unit 1111, or a storage time in a storage device (hereinafter, these may be collectively referred to as "detection time"). It may be stored in a storage device in association with.
  • step S112 the charge amount of the sample 104 is measured.
  • the charge amount measuring unit 1111 detects a change in the arrival position of the secondary particles 105 based on the arrival position signal 109 stored in the storage device, and calculates (measures) the charge amount of the sample 104 based on the change in the arrival position.
  • the charge amount measuring unit 1111 may detect the time change of the arrival position and measure the charge amount based on the time change of the arrival position.
  • the amount of charge is measured for each scanning range of the electron beam 103. That is, the charge amount measuring unit 1111 measures the charge amount after the electron beam 103 is irradiated in the entire range of the set inspection area. As a result, the occurrence of uneven irradiation of the electron beam 103 is suppressed, and unevenness in the amount of charge in the inspection region is suppressed.
  • the measurement of the charge amount is executed for each number of scans of the electron beam 103. That is, the charge amount measuring unit 1111 measures the charge amount each time the electron beam 103 scans the entire area of the inspection area once. In other words, when a plurality of scanning times are set as measurement conditions, the charging amount measuring unit 1111 measures the charging amount corresponding to the number of scanning times. This makes it possible to measure the charge amount while adjusting the irradiation time of the electron beam 103 at short intervals.
  • the charge amount may be measured after irradiating the same inspection area with the electron beam 103 a plurality of times. This makes it possible to measure the amount of charge while freely changing the irradiation time of the electron beam.
  • step S113 the charge amount measuring unit 1111 outputs the measured charge amount as charge amount information 112 to the information processing apparatus 120.
  • the information processing apparatus 120 displays the sample charge amount 123 in a predetermined area of the user interface 121 based on the input charge amount information 112.
  • the amount of charge measured in step S112 may be displayed as needed, for example, when there is a request from the user. Further, the measured charge amount may be stored in the storage device. ⁇ Generation of inspection image ⁇
  • step S120 the signal strength detection circuit 1082 converts the voltages (amplitudes) of all the electrical signals 107 output from the detection elements 301 in the corresponding detection region 300 into digital signals.
  • the signal strength detection circuit 1082 adds the voltages of all the digitally converted electric signals 107 to calculate the signal strength in the corresponding detection region 300.
  • the signal strength detection circuit 1082 outputs the calculated signal strength to the image generation unit 1112 as a strength signal 110 which is a digital signal.
  • the electron beam 103 is irradiated only to the inspection area corresponding to one detection area 300. Therefore, the signal intensity of the other detection region 300 corresponding to the region not irradiated with the electron beam 103 is a value close to zero or a very small value.
  • step S121 the image generation unit 1112 generates a luminance gradation image of the region irradiated with the electron beam 103 based on the intensity signal 110 input from the signal intensity detection circuit 1082. While scanning with the electron beam 103, the image generation unit 1112 generates a plurality of luminance gradation images.
  • the image generation unit 1112 generates an inspection image in the inspection area by arranging a plurality of luminance gradation images generated in step S121.
  • the image generation unit 1112 may generate only the inspection image of the inspection area set in step S100, or may generate the inspection image including the peripheral area of the inspection area.
  • the image generation unit 1112 generates image information 113 in which the generated inspection image is converted into data, and outputs the image information 113 as an inspection image to the information processing apparatus 120.
  • the generation of the inspection image may be performed for each scanning range of the electron beam 103. Further, the generation of the inspection image may be executed for each number of scans of the electron beam 103.
  • step S123 the information processing device 120 or the program inside the information processing device 120 displays the inspection image 122 in a predetermined area of the user interface 121 based on the image information 113 input from the image generation unit 1112.
  • step S130 the control block 117 determines whether or not to end the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image based on the measurement conditions set in step S100.
  • the control block 117 makes a determination based on, for example, whether the electron beam 103 is irradiated in the set scanning range, the charge amount is measured, and the inspection image is generated for the set number of scans.
  • control block 117 ends the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image. On the other hand, when it is determined that the measurement conditions are not satisfied (No), the control block 117 continues the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image. Then, the processes of steps S101 to S130 are repeatedly executed until the measurement conditions are satisfied. ⁇ Main effects of this embodiment>
  • the measurement of the charge amount of the sample 104 and the generation of the inspection image of the sample 104 are performed in parallel based on the electric signal 107 output from the detector 106. According to this configuration, the inspection time can be shortened, so that it is possible to improve the throughput and maintain the inspection accuracy at the same time.
  • a plurality of detection elements 301 are arranged two-dimensionally in the detection region 300. According to this configuration, the arrival position of the secondary particles 105 can be accurately specified.
  • the signal processing block 115 includes a plurality of arrival position detection circuits 1081, a signal intensity detection circuit 1082, a charge amount measurement unit 1111 and an image generation unit 1112. According to this configuration, it is possible to combine a hardware-only configuration and a hardware and software configuration for each functional block. This makes it possible to efficiently configure the signal processing block 115. (Embodiment 2)
  • a wide range of charge amount of the sample 104 also referred to as “global charge amount” and a local charge amount of the sample 104 (“local charge amount”) when a plurality of electron beams are simultaneously irradiated.
  • the method of measuring and will be described. Also in this embodiment, the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image are performed in parallel.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the distribution of the arrival positions of the secondary particles in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows the arrival positions of the secondary particles 105 in the four detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D, respectively.
  • the arrival positions P100A-P102A indicate the arrival positions in the detection region 300A corresponding to the electron beam 103 in the first direction.
  • the arrival positions P100B-P102B indicate the arrival positions in the detection region 300B corresponding to the electron beam 103 in the second direction.
  • the arrival position P100C-P102C indicates the arrival position in the detection region 300C corresponding to the electron beam 103 in the third direction.
  • the arrival positions P100D-P102D indicate the arrival positions in the detection region 300D corresponding to the electron beam 103 in the fourth direction.
  • the arrival position P100A-P100D is included in the area of the detection element 301 on the upper right of each detection area 300A-300D in the figure, and the arrival position P101A-P101D is included in the area of the detection element 301 in the center of each detection area 300A-300D in the figure. Is done.
  • the arrival positions P102A-P102C are included in the region of the detection element 301 at the lower left of each detection region 300A-300C in the drawing.
  • the arrival position 102D is included in the region of the detection element 301 in the center of the detection region 300D in the drawing.
  • the arrival position of the secondary particle 105 with respect to the electron beam 103 in each direction (for example, the first direction to the fourth direction) is detected in parallel. Therefore, the influence of the global charge amount of the entire sample 104 on the arrival position of the secondary particles 105 is substantially the same between the electron beams in each direction. On the other hand, the influence of the local charge amount of the sample 104 on the arrival position of the secondary particles 105 differs depending on the direction of the electron beam. In consideration of such a situation, the global charge amount and the local charge amount are measured.
  • FIG. 7 is a flow chart showing an example of a method for measuring the amount of charge according to the second embodiment of the present invention.
  • step S200 the measurement conditions and the inspection area for the sample 104 are set as in step S100 of FIG.
  • the area corresponding to the detection area 300A-300D in FIG. 6 is set as the inspection area. That is, here, the detection of the secondary particles 105 generated by the plurality of electron beams 103 simultaneously irradiated is performed in parallel.
  • steps S201A-S205A, steps S201B-S205B, steps S201C-S205C, and steps S201D-S205D are executed in parallel.
  • steps S201A-S205A are steps from irradiating the electron beam 103 in the first direction to measuring the charge amount in the detection region 300A.
  • the electron beam in the first direction is referred to as an electron beam A.
  • Steps S201B-S205B are steps from irradiating the electron beam 103 in the second direction to measuring the charge amount in the detection region 300B.
  • the electron beam in the second direction is referred to as an electron beam B.
  • Steps S201C-S205C are steps from irradiating the electron beam 103 in the third direction to measuring the charge amount in the detection region 300C.
  • the electron beam in the third direction is referred to as an electron beam C.
  • Steps S201D-S205D are steps from irradiating the electron beam 103 in the fourth direction to measuring the charge amount in the detection region 300D.
  • the electron beam in the fourth direction is referred to as an electron beam D.
  • steps S201A, S201B, S201C, and S201D the electron beams 103 in the first to fourth directions are simultaneously checked on the sample 104 according to various conditions such as the measurement conditions and the inspection area set in step S200.
  • step S202A the detection of the secondary particles 105 generated by the irradiation of the electron beam 103 is performed in parallel. Specifically, in step S202A, the secondary particles 105 generated from the sample 104 by the electron beam 103 in the first direction reach the detection element 301 in the detection region 300A and are captured. In step S202B, the secondary particles 105 generated from the sample 104 by the electron beam 103 in the second direction reach the detection element 301 in the detection region 300B and are captured.
  • step S202C the secondary particles 105 generated from the sample 104 by the electron beam 103 in the third direction reach the detection element 301 in the detection region 300C and are captured.
  • step S202D the secondary particles 105 generated from the sample 104 by the electron beam 103 in the fourth direction reach the detection element 301 in the detection region 300D and are captured.
  • the respective arrival positions of the secondary particles 105 in the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D are, for example, P100A, P100B, P100C, and P100D in FIG.
  • the orbit of the secondary particles 105 gradually changes, and the respective arrival positions of the secondary particles 105 in the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D are, for example, P101A in FIG. , P101B, P101C, P101D.
  • the respective arrival positions of the secondary particles 105 in the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D change to, for example, P102A, P102B, P102C, and P102D in FIG.
  • steps S203A, S203B, S203C, and S203D the arrival position of the secondary particle 105 in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D is detected.
  • Each process in steps S203A, S203B, S203C, and S203D is similar to step S110 in FIG.
  • the detection element 301 that captures the secondary particles 105 outputs an electric signal 107 to the arrival position detection circuit 1081 and the signal intensity detection circuit 1082 corresponding to each.
  • each arrival position detection circuit 1081 detects the arrival position of the secondary particle 105 and charges the corresponding arrival position signal 109. Output to the quantity measuring unit 1111.
  • steps S204A, S204B, S204C, and S204D the arrival position signals 109 in the detection areas 300A, 300B, 300C, and 300D are stored in the storage device. Steps S204A, S204B, S204C, and S204D are similar to step S111 in FIG.
  • the charge amount of the sample 104 is measured.
  • the charge amount measuring unit 1111 detects a change in the arrival position of the secondary particles 105 for each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D based on the arrival position signal 109 stored in the storage device, and based on the change in the arrival position.
  • the charge amount of the sample 104 in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D is calculated (measured).
  • the method for measuring the amount of charge in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D is the same as in step S112 of FIG.
  • step S206 the global charge amount of the sample 104 is calculated.
  • the charge amount measuring unit 1111 calculates the average charge amount of the sample 104 by adding and averaging the charge amounts of the sample 104 measured in the plurality of detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D.
  • the average charge amount calculated in this way is the global charge amount.
  • step S207 the local charge amount of the sample 104 in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D is calculated.
  • the charge amount measuring unit 1111 calculates the difference between the charge amount of the sample 104 measured in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D and the global charge amount, and calculates the difference between the global charge amount and the detection areas 300A, 300B, 300C, and 300D, respectively.
  • the local charge amount of the sample 104 corresponding to is calculated respectively.
  • FIG. 6 illustrates a change in the arrival position of the secondary particles 105 in the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D corresponding to the four electron beams 103 irradiated in the first method-fourth direction. ..
  • the method of changing the arrival position of the secondary particles 105 in the detection regions 300A, 300B, and 300C shows the same tendency.
  • the method of changing the arrival position of the secondary particles (P400D ⁇ P401D ⁇ P402D) in the detection region 300D is different from these.
  • the charge amount of the sample 104 in the portion irradiated with the electron beam 103 in the first direction, the electron beam 103 in the second direction, and the electron beam 103 in the third direction is almost the same. It can be seen that the charge amount of the sample 104 in the portion irradiated with the electron beam 103 in the fourth direction is different from these.
  • the portion of the sample 104 irradiated with the electron beam in the first direction, the electron beam in the second direction, and the electron beam in the third direction is mainly globally charged.
  • the sample 104 in the portion irradiated with the electron beam in the fourth direction is in a state in which the local charge is superimposed on the global charge.
  • the charge amount measuring unit 1111 outputs the measured global charge amount and local charge amount to the information processing apparatus 120 as charge amount information 112, and outputs the measured global charge amount and local charge amount to the information processing apparatus 120, as in step S113 of FIG.
  • the amount may be displayed as the sample charge amount 123.
  • the inspection image in each inspection area is also generated. The inspection image is generated for each detection area, for example.
  • step S208 as in step S130 of FIG. 5, it is determined whether or not the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image are completed.
  • a predetermined measurement condition is satisfied (Yes)
  • the control block 117 ends the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image.
  • the measurement condition is not satisfied (No)
  • the control block 117 continues the measurement of the charge amount and the generation of the inspection image. Then, the processes of steps S201A-S205A, S201B-S205B, S201C-S205C, S201D-S205D, and S206-S207 are repeatedly executed until the measurement conditions are satisfied.
  • the global charge amount and the local charge amount are measured from the charge amounts measured in each of the detection regions 300A, 300B, 300C, and 300D, but the present invention is not limited to this.
  • Steps S206-S207 of FIG. 7 may be omitted as appropriate according to the first embodiment. ⁇ Main effects of this embodiment>
  • the sample 104 is simultaneously irradiated with a plurality of electron beams. According to this configuration, it is possible to measure the charge amount of the sample 104 in a plurality of inspection regions at the same time. In addition, it is possible to simultaneously generate inspection images for each detection area.
  • the global charge amount and the local charge amount of the sample 104 are measured from the charge amount measured in each detection region. According to this configuration, the difference between the charged amount measured in each detection region and the global charged amount becomes clear, and it becomes possible to easily detect the bias of the charged amount. (Embodiment 3)
  • the configuration of the detector is different from the conventional embodiments. Specifically, the secondary particles 105 that reach the detector are converted into fluorescence, and the fluorescence is converted into an electric signal.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the detector according to the third embodiment of the present invention.
  • the detector 106 of the present embodiment includes a scintillator layer 1061, a light guide layer 1062, and a fluorescence detection layer 1063.
  • the scintillator layer 1061, the light guide layer 1062, and the fluorescence detection layer 1063 are shown in a state of being separated from each other.
  • a plurality of scintillators 1061a are arranged two-dimensionally so as to cover the detection region 400 described later.
  • the plurality of scintillators 1061a may be arranged so as to cover the entire surface of the fluorescence detection layer 1063 as shown in FIG. 1, only the detection region 400, or the detection region 400 and the periphery of the detection region 400. It may be arranged so as to cover only the area including and.
  • Each scintillator 1061a converts the secondary particles 105 arriving from the sample 104 into fluorescence, and outputs the fluorescence to the light guide layer 1062 side.
  • a plurality of light guides 1062a are arranged two-dimensionally so as to cover the detection area 400 described later.
  • the plurality of light guides 1062a may be arranged so as to cover the entire surface of the fluorescence detection layer 1063 as shown in FIG. 1, only the detection region 400, or the detection region 400 and the detection region 400. It may be arranged so as to cover only the area including the periphery. It is desirable, but not limited to, that the plurality of light guides 1062a correspond one-to-one with each of the plurality of scintillators 1061a.
  • the fluorescence detection layer 1063 is a functional block that converts the fluorescence guided by the light guide layer 1062 into an electric signal.
  • the fluorescence detection layer 1063 has a detection region 400, in which the fluorescence is converted into an electrical signal. Specifically, a plurality of fluorescence detection elements 1063a are arranged two-dimensionally in the detection region 400.
  • the fluorescence detection element 1063a converts the fluorescence guided by the light guide layer 1062 into an electric signal.
  • the fluorescence detection element 1063a outputs an electric signal to the signal processing block 115 shown in FIG. 1 and the like.
  • FIG. 8 shows four detection regions 400 (400A, 400B, 400C, 400D).
  • the detection regions 400A, 400B, 400C, and 400D are provided, for example, corresponding to the electron beams 103 in the first-fourth directions, respectively.
  • the number of detection regions 400 in the fluorescence detection layer 1063 may be more than four or less than four.
  • the secondary particles 105 reach by the distance between the electron beams 103 irradiated in each direction (for example, the first to fourth directions) (that is, the distance between the inspection regions in the sample 104). There is a region where the secondary particles 105 hardly reach.
  • the inspection region of the sample 104 by each electron beam 103 is a region of 1 ⁇ m square, and the distance between the inspection regions is 100 ⁇ m.
  • the region reached by the secondary particles 105 is concentrated in the region less than 0.1% of the light receiving surface of the detector, and the remaining 99.
  • the secondary particles 105 hardly reach the region of 9.9% or more.
  • the detection elements 301 are arranged two-dimensionally over the entire area of the detector 106. Further, since the arrival position detection circuit 1081 corresponding to the detection element 301 on a one-to-one basis is provided, it has been a factor of increasing the circuit scale and cost.
  • the detection regions 400A, 400B, 400C, and 400D are provided in a narrow region at positions separated from each other in consideration of the region where the secondary particles 105 reach. ..
  • the fluorescence detection layer 1063 includes the detection regions 400A, 400B, 400C, and 400D in which the fluorescence detection elements 1063a are densely arranged in the regions where the secondary particles 105 reach, and the fluorescence detection elements where the secondary particles 105 hardly reach. 1063a has a sparse or absent region 410.
  • the scintillator layer 1061 and the light guide layer 1062 may have a configuration in which the scintillator 1061a and the light guide 1062a are arranged so that the entire main surface is densely subdivided, as shown in FIG. Therefore, when combining the scintillator layer 1061, the light guide layer 1062, and the fluorescence detection layer 1063, it is not necessary to perform highly accurate alignment. This is because the scintillator layer 1061 and the light guide layer 1062 are subdivided over the entire main surface, so that they can be associated with the fluorescence detection element 1063a at an arbitrary position.
  • the shape of each layer seen from the incident direction of the secondary particles 105 is not limited to the example of FIG.
  • the shape of each layer is not limited to a flat surface, and may be a shape in which the periphery is curved toward the sample 104 with respect to the center.
  • the arrangement of the scintillator 1601a, the light guide 1062a, and the fluorescence detection element 1603a is not limited to the grid pattern as shown in FIG. 8, and may be an arrangement in which the positions of adjacent elements or the like are shifted.
  • a space where the fluorescence detection element 1063a can be installed may be formed by a spacer.
  • the space where the fluorescence detection element 1063a can be installed may be filled with resin or the like.
  • the detector 106 is provided with a scintillator layer 1061, a light guide layer 1062, and a fluorescence detection layer 1063. According to this configuration, it is possible to convert the secondary particles 105 into an electric signal 107 via fluorescence. Further, according to this configuration, the light guide 1062a can efficiently guide the fluorescence to the fluorescence detection layer 1063. Further, according to this configuration, since the secondary particles 105 do not directly hit the fluorescence detection layer 1063, it is possible to protect the fluorescence detection element 1063a.
  • the scintillator 1061a and the light guide 1062a are arranged so as to cover the detection region 400. According to this configuration, the fluorescence output from the scintillator 1061a can be efficiently guided to the detection region 400.
  • the scintillator 1061a is arranged so as to cover the entire surface of the fluorescence detection layer 1063, and the light guide 1062a is arranged so as to cover the entire surface of the fluorescence detection layer 1063. According to this configuration, it is possible to prevent the configuration of the scintillator layer 1061 and the light guide layer 1062 from becoming complicated.
  • the fluorescence detection layer 1063 includes detection regions 400A, 400B, 400C, 400D in which the fluorescence detection elements 1063a are densely arranged, and regions 410 in which the fluorescence detection elements 1063a are sparse or absent. Is provided. According to this configuration, it is possible to reduce the number of unnecessary fluorescence detection elements 1063a and the arrival position detection circuit 1081 that the secondary particles 105 hardly capture. This also makes it possible to reduce costs.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. It is also possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. ..
  • each member and the relative size described in the drawings are simplified and idealized in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and may have a more complicated shape in mounting.
  • Multi-beam scanning electron microscope charged particle beam device
  • 101 electron gun (charged particle irradiation source)
  • 104 sample, 105 ... secondary particle, 106 ... detector, 107 ... electric signal, 109 ... arrival position Signal, 110 ... Intensity signal, 115 ... Signal processing block, 300, 400 ... Detection region, 301 ... Detection element, 1061 ... Scintillator layer, 1061a ... Scintillator, 1062 ... Light guide layer, 1062a ... Light guide, 1063 ... Fluorescence detection layer , 1063a ... Fluorescence detection element, 1081 ... Reaching position detection circuit, 1082 ... Signal intensity detection circuit, 1111 ... Charge amount measurement unit, 1112 ... Image generation unit

Landscapes

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Abstract

マルチビーム走査型電子顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）（１００）は、試料（１０４）に電子ビーム（荷電粒子ビーム）（１０３）を照射する電子銃（荷電粒子照射源）（１０１）と、荷電粒子ビーム（１０３）に対応する検出領域を有し、試料（１０４）に荷電粒子ビーム（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）が検出領域に到達すると到達位置に対応する電気信号（１０７）を出力する検出器（１０６）と、検出器（１０６）から出力される電気信号（１０７）に基づき、荷電粒子ビーム（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信号処理ブロック（１１５）と、を備える。

Description

荷電粒子ビーム装置
　本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。
　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。
　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。
特開２０１４－１４６５２６号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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＞
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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＞
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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》
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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》
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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＞
　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。
　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。
　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）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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＞
　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。
　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）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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＞
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (13)

  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、
    　を備える、
    　荷電粒子ビーム装置。
  2. 　請求項１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、複数の検出素子が２次元状に配列されている、
    　荷電粒子ビーム装置。
  3. 　請求項２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、
    　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。
  4. 　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。
  5. 　請求項４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。
  6. 　請求項５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、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。
  7. 　請求項１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。
  8. 　請求項７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。
  9. 　請求項８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。
  10. 　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。
  11. 　請求項１０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。
  12. 　請求項１０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。
  13. 　請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記荷電粒子ビームは、電子ビームである、
    　荷電粒子ビーム装置。
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