(57)【要約】【課題】対物レンズの励磁制御回路のノイズが小さいタイミングで高分解能な画像を取得できる荷電粒子線装置を得る。【解決手段】荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、対物レンズの強度を変えるために電圧を印加する対物レンズ制御電源と、対物レンズに印加される電圧の値を設定し制御する全体制御装置と、対物レンズに印加される電圧の値を計測する電圧計とを備え、全体制御装置は、電圧計で計測された電圧の値の時間的変化を全体制御装置に接続されたディスプレイへ表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に荷電粒子線を照射して発生する二次信号に基づき画像を生成する荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線を前記試料に集束させる対物レンズと、
該対物レンズの強度を変えるために電圧を印加する対物レンズ制御電源と、
前記対物レンズに印加される電圧の値を設定し制御する全体制御装置と、
前記対物レンズに印加される電圧の値を計測する電圧計とを備え、
前記全体制御装置は、前記電圧計で計測された電圧の値の時間的変化を前記全体制御装置に接続されたディスプレイへ表示する
ことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電圧の値の閾値が入力される入出力装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２において、前記電圧計で計測された電圧の値が、前記閾値内のときに、前記画像が撮像されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２において、前記電圧計で計測された電圧の値が、前記設定された電圧の値へ近づくときに、前記画像が撮像されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項３または４の記載において、前記画像が撮像されたときの前記電圧計で計測された電圧の値が、前記ディスプレイへ表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項３または４の記載において、前記撮像された画像を用いて分解能が判定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１の記載において、前記対物レンズ制御電源は、温度の変化によらず抵抗値が一定の特性を有する抵抗体を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に荷電粒子線を照射することにより試料から発生する二次信号に基づいて画像を生成する荷電粒子線装置に係り、特に、荷電粒子線装置の分解能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程中に、回路パターンを画像化して検査する装置が知られており、回路パターンの微細化に対応するために、荷電粒子線装置、例えば、荷電粒子線として電子ビームを用いた走査型電子顕微鏡を応用した検査装置が開発され、実用化されている。近年は、特に、回路パターンの微細化がすすみ、検査装置の分解能向上が求められている。
【０００３】
走査型電子顕微鏡を応用した検査装置は、電子ビームを細く絞る電子レンズの制御回路，電子ビームを試料上で偏向する偏向器の制御回路，試料から発生する二次信号を検出して画像化する画像処理装置などに、アナログまたはディジタル回路が使用されているが、微細な回路パターンをより正確に画像化するために、回路のノイズ低減と制御の高精度化は避けて通れない課題である。
【０００４】
このような回路に対する高精度な制御出力を実現するために、回路に使用する部品の精度についても管理が厳しくなっている。例えば、ある部品の全部がある仕様を満足できない場合、仕様を満足する部品だけ選別して回路に使用することになるので、選別の手間がかかりコストが上昇してしまう。
【０００５】
例えば、荷電粒子線装置の荷電粒子線の偏向制御回路や電子レンズの励磁制御回路に、抵抗値が温度に対して反対の特性を有する２つの抵抗を組合せたものを使用することで、ノイズの低減をはかる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、オペアンプの出力信号の温度依存性を改善できるが、出力信号には外乱や原因が不明なノイズが不規則に重畳しており、荷電粒子線装置で高い分解能の画像を得るために、出力信号のノイズが小さいタイミングで画像を取得する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０２５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、対物レンズの励磁制御回路のノイズが小さいタイミングで高分解能な画像を取得できる荷電粒子線装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、対物レンズの強度を変えるために電圧を印加する対物レンズ制御電源と、対物レンズに印加される電圧の値を設定し制御する全体制御装置と、対物レンズに印加される電圧の値を計測する電圧計とを備え、全体制御装置は、電圧計で計測された電圧の値の時間的変化を全体制御装置に接続されたディスプレイへ表示する構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、対物レンズの励磁制御回路のノイズが小さいタイミングで高分解能な画像を取得できる荷電粒子線装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】荷電粒子線装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】対物レンズ制御電源の内部に設けられている回路基板の構成の一例を示す平面図である。
【図３】電圧計で計測した電圧の時間的変化を表すグラフである。
【図４】荷電粒子線装置の画像の分解能を評価するまでの手順を示すフローチャートである。
【図５】荷電粒子線装置の画像の分解能を評価するまでの手順を示すフローチャートである。
【図６】入出力装置のディスプレイに表示される画面の例を示す画面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、荷電粒子線装置の概略構成を示す縦断面図であり、荷電粒子線の雰囲気を真空に保つための真空容器は省略している。
【００１３】
荷電粒子線装置は、試料台１５に載せられた試料１０に荷電粒子線６を照射し、試料１０で発生する二次信号１４を検出器１２で検出するとともに、増幅装置１３で検出した信号を増幅し、プロセッサを内蔵する全体制御装置２１で画像化し、荷電粒子線装置と使用者との間のインターフェースである入出力装置２０のディスプレイへ画像を表示させる機能を有する。
【００１４】
荷電粒子線６は、高電圧制御電源１９により高電圧が印加された荷電粒子源３で発生され、第一電極４，第二電極５で引き出され、加速される。加速された荷電粒子線６は、集束レンズ制御電源２２により電圧が印加された電子レンズである集束レンズ７で集束され、絞り板８で周辺部の荷電粒子が遮蔽され、対物レンズ制御電源１６により電圧が印加された電子レンズである対物レンズ９で試料１０の表面に焦点を合わせられる。絞り板８を通過する荷電粒子線６のエネルギーが最大になるように、アクチュエータ１８で絞り板８の位置を調整する。試料１０の画像を取得するために、偏向コイル制御電源１７で電圧が印加された偏向コイル１１によって、荷電粒子線６が拡大倍率に対応した振り幅で偏向され、この偏向動作に同期したタイミングで検出器１２による信号検出が行われる。高電圧制御電源１９，集束レンズ制御電源２２，アクチュエータ１８，偏向コイル制御電源１７，対物レンズ制御電源１６の制御値は、全体制御装置２１で決定される。
【００１５】
対物レンズ９のレンズ強度を変えることにより、荷電粒子線６の焦点を変えることができる。そこで、対物レンズ制御電源１６から対物レンズ９へ印加される実際の電圧を計測する電圧計１と、電圧計１で計測された電圧値を全体制御装置２１へ送るとともに、電圧値に基づいて対物レンズ９に流れる電流値を求める演算ユニット２を、新たに追加している。
【００１６】
図２は、対物レンズ制御電源１６の内部に設けられている回路基板の構成の一例を示す平面図である。対物レンズ制御電源１６の回路基板は、制御基板２３と信号増幅基板２４とから構成され、全体制御装置２１から送られた制御信号が入力端子２５から入力され、対物レンズ９のコイル２６へ印加される電圧が、出力端子２７から出力される。入力端子２５から入力された制御信号は、制御基板２３の一段または複数段のＤ／Ａコンバータ２８によりディジタル信号からアナログ信号へ変換され、オペアンプ２９で安定化され、信号増幅基板２４のオペアンプ３０で安定化され、トランジスタ３１で増幅され、コイル２６に電圧が印加される。
【００１７】
図では省略しているが、前述の特許文献１に示された温度補償された抵抗を、オペアンプ２９，３０の回路に組み込むことで、温度に依存した制御信号の変化を抑えることができる。
【００１８】
コイル２６へ送られる制御信号に重畳したノイズが低いタイミングを計測する目的で、制御基板２３のＤ／Ａコンバータ２８の接地側の端子３２と、オペアンプ２９の出力側の端子３３に電圧計１が接続され、端子３２と端子３３との間の電圧を計測する。
【００１９】
図３は、図２に示した電圧計１で計測した電圧の時間的変化を表すグラフであり、図１に示した入出力装置２０のディスプレイに表示させるようにした例である。全体制御装置２１で決定された対物レンズのコイルに送る電圧の設定値ＶＴが、例えば一点鎖線で示されている。図３（ａ）は、温度補償された抵抗を用いていない場合を示し、荷電粒子線装置を稼動させてから時間が経過すると、オペアンプ周囲の温度が上昇して抵抗の特性が変化するために、対物レンズのコイルに送られる電圧の設定値ＶＴに対して、平均値Ｖ０が次第に増加してしまう状態を示している。電圧の上下変動は、外部磁場や、原因不明のノイズである。
【００２０】
図３（ｂ）は、温度補償された抵抗を用いた場合を示し、荷電粒子線装置を稼動させてから時間が経過してオペアンプ周囲の温度が上昇しても、抵抗の特性が変化しないため、電圧の平均値Ｖ０は上昇しない。コイルへ印加される電圧の設定値ＶＴと平均値Ｖ０が等しいとき、ノイズが低い状態、即ち電圧が設定値ＶＴに近いタイミングで画像を取得すれば、分解能の高い画像を取得できる。また、この画像を用いて、荷電粒子線装置の分解能を測定することができる。ノイズが大きい状態では、設定値ＶＴと実際にコイルに印加される電圧との差が大きいことを意味しているので、荷電粒子線の焦点が試料の目標点から上方または下方にずれ、焦点ぼけや非点収差により分解能が低下している。
【００２１】
図３（ｃ）は、画像取得のタイミングを示す図であり、電圧の設定値ＶＴに対して上下に閾値ＶＳを設け、電圧が閾値内のとき、例えば時間Ｔ１やＴ２の間で画像を取得するように制御すれば、高分解能の画像を得ることができる。
【００２２】
時間Ｔ１やＴ２の開始時刻は、図１に示した入出力装置２０のディスプレイに表示された電圧変化のグラフを装置の使用者が見て判断してもよいし、全体制御装置２１のプロセッサが電圧変化に基づいて判断するようにしてもよい。
【００２３】
また、１回の撮像では信号量が不足して、画像化するために十分なコントラストが得られない場合は、試料の同一個所を荷電粒子線で複数回走査し、信号量を加算するフレーム加算が行われる。この場合には、フレーム加算が終了するまで、分解能の測定を行わないように制御する。
【００２４】
図４は、荷電粒子線装置の画像の分解能を評価するまでの手順を示すフローチャートである。はじめに、図３に示した閾値ＶＳが使用者により設定され（ステップ４１）、次に、試料の撮像位置のアライメントが調整される（ステップ４２）。撮像の指示があると、装置は自動焦点合せを行って画像を撮像する（ステップ４３）。図１および図２に示した電圧計１で計測された対物レンズ制御電源の電圧値の撮像のタイミングでの値が、閾値ＶＳを越えているか否かを全体制御装置２１で判断し、越えている場合は、電圧値に重畳されたノイズ成分によって対物レンズの制御の精度が低下して、分解能が低い可能性が大なので、再度ステップ４３へ戻って、撮像をやり直す（ステップ４４）。対物レンズ制御電源の電圧が、閾値ＶＳを越えていない場合は、撮像された画像を用いて、既知の方法で画像の分解能が評価される（ステップ４５）。
【００２５】
以上の手順によれば、計測された電圧値が閾値を越えていないときに撮像された画像を用いて分解能の評価が行われるので、精度の高い評価を行うことができる。しかし、何度も撮像を繰り返す可能性があるので、電圧値の計測結果に基づいて撮像を１回で済ませる方が時間短縮になる。
【００２６】
図５は、荷電粒子線装置の画像の分解能を評価するまでの手順を示すフローチャートである。はじめに、図３に示した閾値ＶＳが使用者により設定され（ステップ５１）、次に、試料の撮像位置のアライメントが調整される（ステップ５２）。撮像の指示があると、装置は、図１および図２に示した電圧計１で対物レンズ制御電源の電圧値を連続的に計測する（ステップ５３）。全体制御装置２１では、計測された電圧値が閾値ＶＳを越えているか否かを判断し（ステップ５４）、越えていない場合に撮像指令を出力し、自動焦点合せを行って画像が撮像される（ステップ５５）。越えている場合は、ステップ５３の電圧値の計測を続ける。そして、撮像された画像を用いて、既知の方法で画像の分解能が評価される（ステップ５６）。
【００２７】
ステップ５４における判断は、例えば、予め決められたタイミングで電圧値を計測し、電圧値の勾配を演算ユニット２で求め、図３に示した設定値ＶＴに近づくときに画像を取得するようにタイミング信号を全体制御装置２１へ送るようにすれば、電圧値が設定値ＶＴに近い状態で画像の撮像ができる。このように、図５に示した手順によって、分解能評価用の撮像を１回で取得することができ、時間が短縮できる効果を得る。
【００２８】
図６は、図１に示した入出力装置２０のディスプレイに表示される画面の例を示す画面図である。画面６１には、計測された対物レンズ制御電源の電圧値を表示する電圧値表示領域６２，現在の計測された電圧値を表示するＶ表示領域６３，設定値ＶＴを表示するＶＴ表示領域６４，閾値ＶＳを入力するとともにそれを表示するＶＳ表示領域６５，撮像された画像を表示する画像表示領域６６が表示されている。画像表示領域６６は表示されなくてもよい。
【００２９】
電圧値表示領域６２には、設定値ＶＴを示す線６７と、計測された電圧値を示す線６８と、現在の時刻を示す線６９とが表示され、現在の時刻を示す線６９が、電圧値表示領域６２の横幅中央に常に位置するように表示されるようにすると、状況が理解しやすい。現在の時刻を示す線６９に重なるようにして、使用者により設定された閾値ＶＳを示す領域７０が表示される。図に示すように、例えば、領域７０を矩形で表すことにより、計測された電圧値を示す線６８が領域７０の内にあるか外にあるかで、閾値ＶＳとの関係を容易に知ることができる。ＶＳ表示領域６５に表示される閾値ＶＳは、設定値ＶＴに対して正側を「＋」記号、負側を「−」記号で示してもよいし、正負が必要なければ絶対値で示してもよい。また、使用者は、画面６１に表示された撮像指示ボタン７１を指示することで、画像を撮像させることができる。そして、全体制御装置２１は、画像を撮像した時に計測した電圧値ＶＩをとりこみ、ＶＩ表示領域７２に表示させる。使用者は、この値と設定値ＶＴ，閾値ＶＳとを比較することができるので、撮像した画像が分解能の判定に適しているかどうかを判定することができる。もちろん、電圧値ＶＩが閾値ＶＳ以内であることを、全体制御装置２１は判断することができるので、撮像した画像を用いて自動で分解能の判定を行うことができる。
【００３０】
このように、荷電粒子線装置の使用者は、画面にて対物レンズに印加される制御電圧値の変動を目視しながら、電圧値の変動が小さいタイミングで画像を取得することができる。さらに、荷電粒子線装置が自身で電圧値を判定し、分解能の判定を自動的に行うことができるので、自動化と時間の短縮をはかることができる。
【００３１】
以上のべたように、本発明の実施例によれば、荷電粒子線装置の対物レンズの強度を制御する電圧を計測する電圧計を新たに追加し、電圧値が設定値に近いタイミング、すなわち対物レンズの励磁制御回路のノイズが小さいタイミングで画像を撮像できるので、分解能の高い画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  電圧計
２  演算ユニット
６  荷電粒子線
９  対物レンズ
１０  試料
１６  対物レンズ制御電源
２０  入出力装置
２１  全体制御装置
２３  制御基板
２４  信号増幅基板
２６  コイル
３２，３３  端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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