(57)【要約】【課題】走査型電子ビーム方式の計測検査装置に関し、走査速度に対応して高精度な計測・検査を実現できる技術を提供する。【解決手段】本計測検査装置における二次電子信号検出系は、複数の走査速度の走査制御に対応しており、走査制御による試料１１０への電子ビームの照射による二次電子信号（ＳＥ）を検出する検出器１０７と、その出力を電流−電圧変換して前置増幅するプリアンプ３０と、二次電子信号検出部５０として、プリアンプ３０の出力を入力しアナログ処理増幅するアナログ信号処理増幅部５１、及びその出力をアナログ・デジタル変換するＡＤＣ５２と、その出力をもとに計測または検査の画像を生成する画像処理部２０５とを有する。制御部２１０は、走査速度などに応じて、アナログ信号処理増幅部５１内のＬＰＦ（１２）を含む各部を切り替え制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子ビーム方式で試料の計測または検査の少なくとも一方を行う計測検査装置であって、
前記試料に対して電子ビームを走査制御しながら照射する照射部と、
前記試料から発生する二次電子を電気信号として検出する検出部と、
前記検出部の検出信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力するアナログ信号処理増幅部と、
前記アナログ信号処理増幅部の出力アナログ信号を入力してデジタル信号へ変換して出力するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成して出力する処理部と、
前記走査制御の走査速度、及び前記検出部のゲインに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過させるアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える帯域切り替え部と、を有する、計測検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の計測検査装置において、
前記計測または検査を含む全体を制御し当該計測または検査に関するデータ情報を記憶管理する制御部と、
前記計測または検査を含む作業のためのユーザインタフェースを提供するインタフェース部と、
前記検出部からの出力電流信号を電圧に変換して前置増幅して出力するプリアンプと、を有し、
前記照射部は、
前記試料に対して電子ビームを照射するための電子光学系、及び前記電子光学系を制御する電子光学制御部と、
前記試料に対する電子ビームの照射の際に走査制御を行うための走査制御部と、を有し、
前記検出部は、前記試料に対する電子ビームの照射により試料から発生する二次電子を電流信号として検出する検出器を有し、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記プリアンプの出力電圧信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力し、
前記処理部は、前記ＡＤ変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成し前記インタフェース部を通じてユーザに対し出力する画像処理部を有し、
前記帯域切り替え部は、前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過させるアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える、計測検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部の可変ゲインアンプによる増幅レベルを調整する可変ゲイン調整部を有する、計測検査装置。
【請求項４】
請求項３記載の計測検査装置において、
前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、前記可変ゲインアンプによる増幅レベル、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部のクランプアンプの最大出力レベルを制限するように調整するクランプ出力調整部を有する、計測検査装置。
【請求項５】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部は、
前記プリアンプの出力電圧信号を入力して、前記検出器のゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値内で出力する、第１クランプアンプと、
前記第１クランプアンプの出力アナログ信号を入力して、前記走査速度に合わせて、前記通過させる周波数帯域に応じたフィルタが選択されるように切り替えられる、複数の各々の周波数帯域で通過させる複数のフィルタ、及び前記フィルタの選択のためのスイッチと、
前記フィルタの出力を入力して、前記検出器のゲイン、及び前記フィルタの周波数帯域に合わせて設定された可変ゲインによる増幅レベルで増幅して出力する可変ゲインアンプと、
前記可変ゲインアンプの出力を入力して、前記検出器のゲイン、前記フィルタの周波数帯域、及び前記可変ゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値内で出力する第２クランプアンプと、を有する、計測検査装置。
【請求項６】
請求項５記載の計測検査装置において、
前記制御部は、
前記アナログ信号処理増幅部の前記スイッチに対する制御信号により、前記複数のフィルタからフィルタを選択することで前記通過させる周波数帯域を切り替える機能と、
前記アナログ信号処理増幅部の前記可変ゲインアンプに対する制御信号により、前記可変ゲインによる増幅レベルを調整する機能と、
前記アナログ信号処理増幅部の前記第１及び第２クランプアンプに対する制御信号により、前記第１及び第２クランプアンプの各々の最大出力レベルを調整する機能と、を有する、計測検査装置。
【請求項７】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を表示する画面を生成してユーザに対し出力し、
前記制御部は、前記画面で前記ユーザの操作に従い設定された情報に従って制御し、
前記画面において、
前記ユーザの操作に従い前記走査速度を選択する項目と、
前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部の前記通過させる周波数帯域を切り替える項目と、を有する、計測検査装置。
【請求項８】
請求項７記載の計測検査装置において、
前記画面において、前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部の可変ゲインによる増幅レベルを調整する項目を有する、計測検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の計測検査装置において、
前記画面において、前記ユーザの操作に従い前記走査速度に応じて前記アナログ信号処理増幅部のクランプアンプの最大出力レベル制限値を調整する項目を有する、計測検査装置。
【請求項１０】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記ユーザの操作に従い、２つ以上の走査速度のうち使用する１つを選択可能とし、
前記走査制御部は、前記ユーザにより選択された走査速度で、前記試料に対する電子ビームの照射の際に走査制御を行い、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記２つ以上の走査速度の各々に対応させた周波数帯域を通過させる複数のフィルタを有し、前記ユーザにより選択された走査速度に応じたフィルタが選択される、計測検査装置。
【請求項１１】
請求項４記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部は、第１の走査速度の場合、第１の周波数帯域、第１の可変ゲイン、及び第１の最大出力レベルの状態に切り替えられ、前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度の場合、前記第１の周波数帯域よりも広い第２の周波数帯域、前記第１の可変ゲインよりも大きい第２の可変ゲイン、及び前記第１の最大出力レベルよりも大きい第２の最大出力レベルの状態に切り替えられる、計測検査装置。
【請求項１２】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記インタフェース部は、前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を表示する画面を生成してユーザに対し出力し、
前記制御部は、前記画面で前記ユーザの操作に従い設定された情報に従って制御し、
前記画面において、
前記ユーザの操作に従い前記画像の明るさを調整する項目と、
前記ユーザの操作に従い前記画像のコントラストを調整する項目と、
前記画像の明るさ及びコントラストの調整の結果を表示する項目と、を有し、
前記制御部は、前記走査速度に対応させて、前記アナログ信号処理増幅部の回路オフセット値を調整することで前記画像の明るさを調整し、前記検出器のゲインを調整することで前記画像のコントラストを調整する、計測検査装置。
【請求項１３】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記プリアンプと前記アナログ信号処理増幅部との間は、差動信号を伝送する第１のケーブルで接続され、
前記プリアンプは、前記差動信号を出力するアンプを有し、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記差動信号を入力し、前記検出器のゲインに合わせて設定された最大出力レベル制限値で出力する、シングル出力型の第１クランプアンプを有する、計測検査装置。
【請求項１４】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記アナログ信号処理増幅部と前記ＡＤ変換部との間は、差動信号を伝送する第２のケーブルで接続され、
前記アナログ信号処理増幅部は、前記ＡＤ変換部の入力レンジに合わせて設定された最大出力レベル制限値で前記差動信号を出力する、シングル入力の第２クランプアンプを有し、
前記ＡＤ変換部は、前記差動信号を入力するＡＤ変換器を有する、計測検査装置。
【請求項１５】
請求項２記載の計測検査装置において、
前記電子光学系として、前記電子ビームを出射する出射部、及び前記電子ビームを導く光学レンズと、
前記電子ビームの走査制御の際に電子ビームの偏向を制御するための偏向器、及び前記偏向器を制御する偏向制御部と、
前記試料を移動制御するための機構系、及び前記機構系を制御する機構系制御部と、を有する、計測検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板・ウェハなどの試料ないし対象物の計測または検査などを行う計測検査装置、及びそれを用いて計測または検査などを行う計測検査方法などに関する。また、走査型電子ビーム方式の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、ウェハ上に形成される回路パターンの微細化が進んでおり、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の発生を早期に或いは事前に検知するために、各製造工程の終了時に、ウェハの回路パターン等の計測及び検査が行われる。
【０００３】
上記計測・検査の際、ＳＥＭなどの計測検査装置及び対応する計測検査方法においては、ウェハ等の試料に対して電子ビーム（電子線、電子プローブ等ともいう）を走査しながら照射し、これにより発生する二次電子などのエネルギーを検出する。そしてその検出に基づき信号処理・画像処理などにより計測画像や検査画像などの画像を生成し、当該画像に基づいて計測及び検査が行われる。
【０００４】
例えば、回路パターンにおける欠陥の検査を行う検査装置・検査機能の場合は、検査画像を用いて、同様の回路パターンの画像同士を比較し、それらの差が大きい箇所を欠陥として判定・検出する。また回路パターンにおける計測を行う計測装置・計測機能の場合は、二次電子などの発生量が試料の凹凸などの表面形状によって変化するので、その二次電子の信号の評価処理により、試料の表面形状の変化などを捉えることができる。特に、回路パターンのエッジ部で二次電子の信号が急激に増減することを利用して、当該回路パターンの画像内でのエッジ位置を推定することで、回路パターンの寸法値などを計測することができる。そしてその計測結果に基づいて、当該回路パターンの加工の良否などを評価することができる。
【０００５】
上記計測・検査に係わる先行技術例として、特開２００６−９３２５１号公報（特許文献１）、特開平７−３２６３１４号公報（特許文献２）、特開２００９−３２４４５号公報（特許文献３）などがある。特許文献１〜３では、ＳＥＭ方式の計測・検査装置の構成例が記載されている。
【０００６】
特許文献１では、パターンの断面形状上の所望の位置におけるパターン寸法を計測する技術などが記載されている。特許文献１では、「走査型電子顕微鏡を用いて試料の二次電子画像を取得し、この取得した二次電子画像の中で寸法を計測するパターンの画像プロファイルを二次電子画像を用いて作成し、予め記憶しておいた断面の形状と寸法とが既知で形状が異なる複数のパターンのそれぞれの二次電子画像から得られた複数のパターンのそれぞれに対応する複数のモデルプロファイルの中から作成した画像プロファイルと最も一致するモデルプロファイルを検索し、この検索して得たモデルプロファイルの情報を用いてパターンの寸法を求めるようにした寸法計測方法およびその装置」等が記載されている。
【０００７】
特許文献２では、「絶縁物、あるいは、半導体試料に一次荷電粒子ビームを照射して試料から得られる信号を検出する走査荷電粒子ビーム装置において、試料の帯電現象を著しく少なくすることができる走査荷電粒子ビーム装置を実現する」等が記載されている。
【０００８】
特許文献３では、「高精度の電子線画像を検出すると同時に、その際問題となる低サンプリングレートに対するＡＤ変換素子の制約を排除した走査電子顕微鏡を用いた検査装置および検査方法を提供する」等の目的が記載されている。また上記目的に対し、「サンプリング信号に含まれる連続するＮ個のデジタル値毎に、該Ｎ個のデジタル値を次加算し、サンプリング周波数の１／Ｎの周波数のデジタル輝度信号を生成する」等の方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−９３２５１号公報
【特許文献２】特開平７−３２６３１４号公報
【特許文献３】特開２００９−３２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来例のＳＥＭ等の計測検査装置及び方法における電子ビーム走査方式について以下である。例えばＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）における通常の走査をＴＶ走査ないしラスタ走査などと呼び、１画面あたりの走査時間が例えば約２６μｓである。またＴＶ走査を基準としてそのｎ倍速とした走査をｎ倍速走査などと呼び、例えば４倍速走査の場合、１画面の走査時間が約２６／４＝６μｓとなる。
【００１１】
従来例のラスタ走査方式ないしＴＶ走査方式では、走査方向や走査速度、試料パターン形状などに応じた、試料の帯電量の違いなどの課題がある（詳しくは後述図２，図３等）。試料の帯電量の違いにより、二次電子の検出の画像において、画像コントラストが低下する、あるいは回路パターンのエッジが消失する等、試料表面状態の観察すなわち測定や検査が低精度または不可能となる課題がある。
【００１２】
上記計測・検査の精度の課題に関して、単位領域あたりの照射時間を短くし、即ち照射電荷密度を小さくし、試料の帯電量を下げる又は適切にすることが有効である。このためには、電子ビーム照射に関するプローブ電流を低くするか、あるいは、走査速度をｎ倍速のように速くすること即ち高速走査を実現することが有効である。
【００１３】
単位領域あたりの照射電荷密度が下がる場合、計測・検査の画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を保証するためには、例えば複数の画像（フレームともいう）の積算ないし加算による処理が必要または有効である。
【００１４】
走査速度を変えずにプローブ電流を低くする場合、フレーム撮像時間が長く必要になるため、スループット低下を招く。よって、高速ないし効率的な計測・検査を実現したい場合は、プローブ電流を変えずに走査速度を速くすること即ち高速走査が必要である。
【００１５】
従来例のＳＥＭ方式の計測検査装置の二次電子信号検出系（詳しくは後述図５等）では、ＰＭＴ等の検出器、プリアンプ回路、二次電子信号検出部であるアナログ信号処理増幅部及びアナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ）などを有する。従来例の検出系で、高速走査を行う場合、１ラインや１画素などの単位領域あたりの走査時間が短くなるので、ＡＤＣでのサンプリングの速度を速くする必要がある。そのため、ＡＤＣを含む検出系回路全体についても高速化ないし広帯域化しなければならない。
【００１６】
ＳＥＭ方式の計測検査装置において、様々な材料やパターン等の試料に対応可能な高精度な計測・検査を実現するためには、上記二次電子信号検出部（アナログ信号処理増幅部及びＡＤＣ）などを含む検出系の回路において、上記のように高速走査への対応が必要である。また更に、所定の速度の高速走査のみの実現だけではなく、従来のＴＶ走査のような低速走査と、そのｎ倍速の高速走査とを含めた、多様な走査速度での走査制御を可能とする対応が望ましい。
【００１７】
しかしながら、上述の高速走査及び高速サンプリングに対応するために上記検出系の二次電子信号検出部などの回路を広帯域化する場合、当該回路構成で低速走査を行う場合などに、以下のような課題が生じる。
【００１８】
（１）  第１の課題は、雑音信号の増大、言い換えると信号対雑音比（ＳＮＲ）の低減である。雑音信号のソースは、一次電子ビーム、二次電子のシュート雑音、蛍光体及びＰＭＴなどの検出器におけるシュート雑音、二次電子信号検出系の回路の電圧・電流雑音などを含む。これらの雑音信号は、基本的にガウス分布の特性を持つランダム雑音と考えられる。ランダム雑音の大きさは、周波数帯域のルート（平方根）に比例している。例えば、周波数帯域が４倍に広がると、雑音信号の大きさが２倍になる。高速走査では、ＴＶ走査（１倍速）に対して試料への照射量を同等にするためには、前述のように、走査速度に応じてフレーム積算回数が増加する。例えば４倍速走査ではフレーム積算回数が４回である。ランダム雑音信号の大きさは理論的にはフレーム積算回数のルートで低減する。高速走査の場合、上記検出系の回路の広帯域化により増大する雑音量は、フレーム積算によって低減できる。従って、上記広帯域かつ高速走査の場合、全体的には相殺されるので、ＳＮＲは従来と同じにできる。
【００１９】
一方、上記広帯域化した検出系の回路において従来のＴＶ走査のような低速走査での計測・検査を実行する場合、スループットの観点ではフレーム積算回数は変わらず、広帯域による雑音信号の増加によりＳＮＲが低下し、精度が劣化する課題がある。
【００２０】
（２）  第２の課題は、サンプリング時のパルス信号の取りこぼし、言い換えると二次電子の検出信号の漏れである。ＳＥＭ方式の計測装置では、例えば試料の表面のパターンの凹凸のエッジの信号を検出し画像化して当該パターンの寸法を計測する。この検出信号は、一般的に、確率的に表されるパルス信号である。即ち、試料の表面において、上記エッジパターンが有る場所ではパルス信号の出現の確率が高くその数が多くなる。一方、上記エッジパターンが無い場所ではパルス信号の出現の確率が低くその数が少なくなる。確率的な現象であるため、この検出信号ないしパルス信号に対し、前述のように、複数の画像のフレームの積算ないし加算による画像処理ないしデータ処理が行われ、総合的な検出結果を得る（図３等）。これにより試料表面の場所毎のパルス信号の出現の確率あるいは数に応じて画素の階調値として表された画像が得られる。
【００２１】
上記検出信号となるパルス信号の幅ないし間隔は、プローブ電流および検出器の周波数応答特性などに応じて決定される。走査速度に応じてサンプリング速度が遅く、サンプリング周期が当該パルス信号の幅ないし間隔よりも長い場合、ＡＤＣでのサンプリング時のパルス信号の取りこぼしの現象が発生する。これにより、当該サンプリングのデジタル信号に対応して得られる画像における画素の階調値が低くなる。即ちＳＮＲが低下し、計測精度が劣化する。
【００２２】
（３）  更に第３の課題として、回路の飽和現象がある。これは、上記二次電子信号検出系の回路において、検出器及びプリアンプ回路からの、アナログ信号処理増幅部に対する入力信号の振幅が大きい場合、当該増幅部の最大出力レベルを超えることで、出力信号が歪んでしまう現象である。これによりＡＤＣへの入力信号が歪むので、同様に計測・検査の精度が低下する。
【００２３】
従来例のＳＥＭ方式の計測装置では、試料の材料やパターン等に応じて、上記検出信号となるパルス信号の振幅のばらつきも大きい。例えば後述図１０の例のパルス信号ａ１，ａ２では、振幅の差が大きい。ａ１のような振幅が大きいパルスは、上記のように最大出力レベルを超えることで歪む可能性が高い。またａ２のような振幅が小さいパルスは、小さすぎると、階調値ないし情報として検出しにくい。
【００２４】
また従来例のＳＥＭ方式の計測装置では、高精度な画像を得るための１つの機能として、画像の明るさ及びコントラストを調整する機能（ＡＢＣＣ：Auto Brightness & Contrast Control）を有するものがある。このＡＢＣＣ機能の場合、例えば計測毎に取得した画像のヒストグラムによって、制御部から、検出器のＰＭＴのゲインと、二次電子信号検出部の回路オフセットの値を制御する。これにより自動的に画像の明るさ及びコントラストを調整することができる。また他の機能を持つ他の方式の計測検査装置の場合にも、高精度な画像を得るためには、上記二次電子信号検出系の回路における上記ゲインなどの値を適切に設定する必要がある。
【００２５】
上記ＡＢＣＣ機能あるいは他の設定機能を用いて、振幅が小さいパルス信号の取りこぼし等が無いように、検出器のＰＭＴのゲインを設定した場合、振幅が大きいパルス信号については、上記検出系の回路の特にアナログ信号処理増幅部での増幅の途中で飽和する可能性がある。このような飽和現象が発生すると、正しい回路動作が保証できず、リンギングや発振などの望ましくない現象も発生し得る。最悪の場合、飽和部品が故障になり回復できなくなる。高速走査に伴い、電子ビームの発振のパルスの立ち上げ・立ち下げも更に速くなるので、上記大きい振幅のパルス信号による回路の飽和現象の発生の確率も高くなる。
【００２６】
なおＳＥＭに限らない一般的な受光素子ないし増幅回路などにおいて、大入力に対する出力の飽和を防ぐために、一定電圧（最大出力レベル）以下に抑えるクランプ回路などの技術は公知である。なお本願発明では、後述のように、上記飽和現象を防ぐために、上記クランプ回路などを単純に用いるのではなく、クランプ回路の最大出力レベルなどを好適に制御する手段などを有する。
【００２７】
なお特許文献１〜３等の先行技術例では、上述したような課題、即ち、高速走査及び低速走査を含む多様な走査速度への対応、及び二次電子信号検出系の広帯域化に伴う、（１）ＳＮＲ低下、（２）パルス信号取りこぼし、（３）回路飽和、といった課題、及びその解決手段などについては記載されていない。
【００２８】
また特許文献３では、ＳＮＲの向上などに寄与できる、サンプリング信号のデジタル加算処理の手段などについては記載されている。しかしながら、この技術の場合、対応できるアナログ信号の帯域がサンプリング周波数の１／Ｎ倍しかないという制約条件がある。
【００２９】
以上を鑑み、本発明の主な目的は、走査型電子ビーム方式の計測検査装置などに関し、高速走査及び低速走査を含む多様な走査速度に対応可能であると共に、二次電子信号検出系の広帯域化においても、高速及び高精度な計測・検査を実現できる技術を提供することである。特に、（１）ＳＮＲ向上、（２）パルス信号取りこぼし防止、（３）回路飽和防止などを実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するため、本発明のうち代表的な形態は、走査型電子ビーム方式の計測検査装置及び計測検査方法などであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【００３１】
（１）本形態は、走査型電子ビーム方式で試料の計測または検査の少なくとも一方を行う計測検査装置であって、前記試料に対して電子ビームを走査制御しながら照射する照射部と、前記試料から発生する二次電子を電気信号として検出する検出部と、前記検出部の検出信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力するアナログ信号処理増幅部と、前記アナログ信号処理増幅部の出力アナログ信号を入力してデジタル信号へ変換して出力するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成して出力する処理部と、前記走査制御の走査速度、及び前記検出部のゲインに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過させるアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える帯域切り替え部と、を有する。
【００３２】
（２）本形態の計測検査装置は、前記計測または検査を含む全体を制御し当該計測または検査に関するデータ情報を記憶管理する制御部と、前記計測または検査を含む作業のためのユーザインタフェースを提供するインタフェース部と、前記試料に対して電子ビームを照射するための電子光学系、及び前記電子光学系を制御する電子光学制御部と、前記試料に対する電子ビームの照射の際に走査制御を行うための走査制御部と、前記試料に対する電子ビームの照射により試料から発生する二次電子を電流信号として検出する検出器と、前記検出器からの出力電流信号を電圧に変換して前置増幅して出力するプリアンプと、前記プリアンプの出力電圧信号を入力してアナログ信号処理及び増幅して出力するアナログ信号処理増幅部と、前記アナログ信号処理増幅部の出力アナログ信号を入力してデジタル信号へ変換して出力するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部の出力デジタル信号を入力して前記計測または検査のための画像を含むデータ情報を生成し前記インタフェース部を通じてユーザに対し出力する画像処理部と、前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部における通過するアナログ信号の周波数帯域を複数状態間で切り替える帯域切り替え部と、を有する。
【００３３】
（３）また本形態の計測検査装置において、前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部の可変ゲインアンプによる増幅レベルを調整する可変ゲイン調整部を有する。
【００３４】
（４）また本形態の計測検査装置において、前記走査制御の走査速度、前記検出器のゲイン、前記周波数帯域、前記可変ゲインアンプによる増幅レベル、及び前記ＡＤ変換部の入力レンジに対応させて、前記アナログ信号処理増幅部のクランプアンプの最大出力レベルを制限するように調整するクランプ出力調整部を有する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のうち代表的な形態によれば、走査型電子ビーム方式の計測検査装置などに関し、高速走査及び低速走査を含む多様な走査速度に対応可能であると共に、二次電子信号検出系の広帯域化においても、高速及び高精度な計測・検査を実現できる。特に、（１）ＳＮＲ向上、（２）パルス信号取りこぼし防止、（３）回路飽和防止などを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１の走査型電子ビーム方式の計測検査装置の全体の構成を示す図である。
【図２】従来及び本実施の形態における走査方式について示す図である。
【図３】従来及び本実施の形態における走査速度による帯電量の違いについて示す図である。
【図４】従来例における二次電子信号検出系の構成及び設定値などを示す図である。
【図５】実施の形態１の計測検査装置の二次電子信号検出系の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１の計測検査装置の二次電子信号検出系の制御概要を示す図である。
【図７】実施の形態１の計測検査装置の二次電子信号検出系の相関制御例を示す図である。
【図８】（ａ）は従来例のＧＵＩ画面表示例、（ｂ）は実施の形態１のＧＵＩ画面表示例を示す図である。
【図９】従来例の二次電子信号検出系での各信号波形について示す図である。
【図１０】従来例の二次電子信号検出系での信号波形例について示す図である。
【図１１】実施の形態１の効果の１つを示す第１の説明図である。
【図１２】実施の形態１の効果の１つを示す第２の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の計測検査装置の二次電子信号検出系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付しその繰り返しの説明は省略する。以下、計測検査装置及び計測検査方法とは、計測のみを行う場合、検査のみを行う場合、及び計測と検査の両方が可能な場合を含む。
【００３８】
＜概要等＞
本実施の形態（図１，図５等）の計測検査装置は、多様な走査速度に対応した計測・検査を制御する機能を有すると共に、その際に課題となる、ＳＮＲ低減、サンプリング時のパルス信号の取りこぼし、及び回路の飽和現象などに対処する手段を提供する。その手段として、二次電子信号検出系におけるアナログ信号処理増幅部（５１）で、その前段の検出器（１０７）のゲイン等の特性、及び後段のＡＤＣ（５２）の入力レンジ及びサンプリング周波数などの特性に対応させて、帯域、増幅レベル、及びクランプの最大出力レベル制限などのパラメータ値を好適かつ可変に制御する各機能（帯域切り替え機能、可変ゲイン調整機能、クランプ出力調整機能）を設ける。またＧＵＩ画面でそれら各機能の値をユーザにより容易及び柔軟に設定することができる機能を設ける。これにより高速及び高精度な計測・検査を実現する。
【００３９】
＜実施の形態１＞
図１〜図１２を用いて、本発明の実施の形態１の走査型電子ビーム方式の計測検査装置及びそれを用いた計測検査方法について、従来例と比較しながら説明する。
【００４０】
［計測検査装置］
図１は、実施の形態１の計測検査装置を含むシステム全体の構成を示す。実施の形態１の計測検査装置は、半導体ウェハを試料１１０として自動的な計測及び検査を行う機能を有する走査型電子ビーム方式の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）への適用例である。本計測検査装置は、試料１１０の表面のパターンにおける寸法値を計測する計測機能、及び同パターンにおける異常や欠陥などの状態を検出する検査機能を備える。
【００４１】
本計測検査装置は、本体であるカラム１００、試料１１０などを載置するステージである試料台１１２を含む機構系、信号処理系であるコンピュータ２００、及び二次電子信号検出部５０等を有する構成である。カラム１００は、ＳＥＭ方式の光学系や検出器１０７などを内蔵している。カラム１００の検出器１０７に対しては、プリアンプ（プリアンプ回路）３０を通じて、二次電子信号検出部５０が接続され、二次電子信号検出部５０がコンピュータ２００に接続されている。プリアンプ回路３０や二次電子信号検出部５０は例えば電子回路基板などで構成される。例えばカラム１００の側面近辺（内側または外側）にプリアンプ回路３０などの基板が接続されてもよい。コンピュータ２００は例えばＰＣ等で実現できる。コンピュータ２００及び二次電子信号検出部５０等は、例えば制御ラックに格納される。またカラム１００、電子回路基板、コンピュータ２００等の間は、ケーブルなどで接続される。なおコンピュータ２００と他の基板（３０，５０）を一体化した形態なども可能である。
【００４２】
コンピュータ２００は、画像処理部２０５、制御部２１０、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）部２１５、電子光学制御部２２０、走査制御部２３０、検出制御部２４０、機構系制御部２５０などを備える。例えばプロセッサ及びメモリ等の公知の要素によるソフトウェアプログラム処理あるいは専用回路処理などで実現される。なおコンピュータ２００及び制御部２１０等において、計測機能と検査機能の両方を備えるが、一方のみ備える形態も勿論可能である。
【００４３】
制御部２１０は、ＧＵＩ部２１５によるＧＵＩ画面などを通じたユーザの指示入力に従い、本計測検査装置の全体及び各部を制御する処理、及び計測・検査の処理を行う。制御部２１０は、計測・検査の実行時、二次電子信号検出部５０及び画像処理部２０５を通じて検出・生成された画像を含むデータ情報を取得し、ＧＵＩ部２５０によるＧＵＩ画面に表示させる。制御部２１０は、上記画像を含むデータ情報や、計測・検査の設定情報などを、メモリやストレージ等の記憶手段に記憶し管理する。
【００４４】
ＧＵＩ部２１５は、計測・検査を行うユーザに対してＧＵＩ画面を提供する処理を行う。ユーザは、ＧＵＩ画面において計測・検査の作業に関して計測機能や検査機能を選択的に実行可能であり、各種の操作指示やデータ情報閲覧などが可能である。ＧＵＩ部２１５では、計測・検査の条件などを入力・設定する画面や、計測・検査の結果を二次元画像などの形式で表示する画面などを提供する。ＧＵＩ部２１５は、キーボードやマウスやディスプレイ等の入出力装置や通信インタフェース部などを含む。計測機能や検査機能を選択的に実行可能である。
【００４５】
電子光学制御部２２０は、ブランキング制御回路などを含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の電子銃１０１、レンズ（１０２，１０４）、絞り１０３、ブランキング制御電極１０５等を含む光学系を駆動することで、電子ビーム（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の照射を制御する。カラム１００内の光学レンズ等を含む電子光学系を制御する。
【００４６】
走査制御部２３０は、偏向制御部２３１を含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の偏向器１０８を含む部位を駆動することで、試料１１０に対する電子ビーム（Ａ２）の照射による走査制御を行う。また走査制御部２３０は、後述の各走査速度の走査モードに対応する走査制御機能を実現し、指定された走査速度に応じて走査制御を行う。偏向制御部２３１は、偏向器１０８に対して偏向制御信号を印加することにより、電子ビームの偏向による走査を制御する。
【００４７】
検出制御部２４０は、対物レンズ制御部２４１などを含む構成であり、制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の対物レンズ１０９を含む部位を駆動することで、検出器１０７による試料１１０からの二次電子信号Ａ４（ＳＥ）の検出を制御する。対物レンズ制御部２４１は、対物レンズ１０９に対して対物レンズ制御信号を印加することにより、試料１１０へのビームＡ２の照射による二次電子（ＳＥ）Ａ４の検出を制御する。
【００４８】
機構系制御部２５０は、制御部２１０からの制御に従い、試料台１１２等の機構系に対する制御信号の印加により、動作を制御する。例えば図２のように、電子ビームの走査制御に対応させて、試料台１１２上の試料１１０をＸ，Ｙ方向などで移動制御する。
【００４９】
１１５は、上記各制御部（２２０，２３０，２４０）から対応する電極などを駆動制御する際のドライバ回路やその端子である。
【００５０】
カラム１００内は、真空であり、電子光学系などを構成する要素として、電子銃１０１、第１コンデンサレンズ１０２、絞り１０３、第２コンデンサレンズ１０４、ブランキング制御電極１０５、アパーチャ１０６、偏向器１０８、及び対物レンズ１０９等を有する。またカラム１００内には、検出系を構成する要素である検出器１０７などを備える。
【００５１】
電子銃１０１は、一次電子ビームであるビームＡ１を出射する。第１コンデンサレンズ１０２は、集束レンズであり、電子銃１０１から出射されたビームＡ１が通る。第２コンデンサレンズ１０４は、集束レンズであり、絞り１０３で絞られたビームＡ１が通る。電子銃１０１から出射されたビームＡ１は、第１コンデンサレンズ１０２、絞り１０３、及び第２コンデンサレンズ１０４を通じて集束される。ブランキング制御電極１０５は、ビーム照射の遮断をオン／オフ制御するブランキング制御を行う場合に使用される。通常、遮断オフ時には、ブランキング制御電極１０５間をビームがそのまま通過し、Ａ２のようにアパーチャ１０６を通る。遮断オン時には、ブランキング制御電極１０５間でビームが曲げられ、Ａ３のようにアパーチャ１０６を通らずに遮断される。アパーチャ１０６を通過したビームＡ２は、偏向器１０８を通じて偏向制御される。即ちビームＡ２は、偏向制御を含む走査制御を通じて、対物レンズ１０９等を経て、試料台１１２上の試料１１０に対して走査しながら照射される。試料１１０に対する電子ビームＡ２の照射により試料１１０から発生する二次電子Ａ４（ＳＥ）は検出器１０７に入射され、電気信号・アナログ信号（検出信号、パルス信号などともいう）として検出される。
【００５２】
検出器１０７で検出されたアナログ信号は、プリアンプ回路３０での電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換、及び前置増幅を経て、二次電子信号検出部５０に入力される。二次電子信号検出部５０では、後述のアナログ信号処理増幅部５１によるアナログ信号処理及び増幅を経て、ＡＤＣ５２でアナログ信号からデジタル信号に変換するサンプリングが行われる。そのデジタル信号ないしサンプリングデータが画像処理部２０５に入力される。
【００５３】
画像処理部２０５では、二次電子信号検出部５０の出力のデジタル信号ないしサンプリングデータを用いて、計測または検査に応じた画像処理を施すことで、二次元の計測画像または検査画像を生成する。画像処理部２０５は、計測機能の場合は計測画像を生成し、当該画像内のパターン寸法値の計算などを行う。また、検査機能の場合は、検査画像を生成し、当該画像内の欠陥などを検出・判定する処理などを行う。
【００５４】
制御部２１０は、当該画像を含むデータ情報を取得してコンピュータ２００内のメモリ等に記憶管理する。また制御部２１０からＧＵＩ部２５０の処理を通じて、当該画像及びデータ情報を含むＧＵＩ画面を生成しユーザに対し表示する。例えば計測機能の場合、計測画像内の情報に基づいて回路パターンの寸法などが計測される。検査機能の場合、検査画像内の情報に基づいて異常や欠陥などが検出される。
【００５５】
［走査方式］
図２は、前提技術として、従来及び本実施の形態での走査方式としてのＴＶ走査方式ないしラスタ走査方式について示す。４００は、試料１１０の表面における一次電子ビーム（Ａ１，Ａ２）による走査及び照射の対象となる二次元領域を示す。なお試料１１０の平面をＸ，Ｙとし、それに垂直なビーム照射方向をＺ方向として図示している。４００の領域におけるビーム軌跡として、４０１はビーム走査方向（それに対応するＸ方向）、４０２はビーム移動方向（それに対応するＹ方向）を示す。４０３は、４０１でＸ方向に１ライン走査した後の、Ｙ方向の次ライン先頭への振り戻し、及びその時の照射遮断を示す。なおビーム移動方向（Ｙ）は、ビーム側の制御でも、機構系の制御でも実現可能である。４０４はビーム走査方向（Ｘ）に対応した横ライン領域の例、４０５はビーム移動方向（Ｙ）に対応した縦ライン領域の例を示す。
【００５６】
上記走査方式において、試料１１０に対し入射する一次電子ビームと試料１１０との相互作用によって試料１１０から二次電子が放出される。その入射電子１個当たりの放出電子数を二次電子放出率（η）と呼ぶ。ηはビームの照射エネルギー、試料１１０の材質や形状などに依存する。η＜１の場合、ビーム照射によって試料１１０に負の電荷が蓄積するため、負帯電になる。一方、η＞１の場合、試料１１０に正の電荷が蓄積するため正帯電になる。
【００５７】
ここで従来、例えば上記負帯電した試料１１０上でビームを走査して試料１１０からの二次電子を検出してその画像である二次電子像を得ても、試料１１０の負帯電部分が明るく光ってしまい、試料１１０の表面状態の観察すなわち測定や検査が不可能または低精度となる課題がある。逆に、正帯電した試料１１０上でビームを走査して二次電子像を得ても、試料１１０の正帯電部分が暗くなってしまい、同様に観察が不可能または低精度となる課題がある。特に試料１１０が絶縁物の場合は上記現象が顕著となる。
【００５８】
また上記帯電量は、試料１１０のパターン形状やそれに対する走査方式にも依存する。例えば図２の横ライン４０４のように、ラスタ走査方式でパターンのＸ方向のラインを走査する場合、その横ライン４０４上ではビームが連続的に照射され、連続的照射領域になるので、蓄積する電荷量が多くなる、即ち帯電量が大きくなる。よって、帯電による電位上昇が大きく、試料１１０に引き戻される二次電子数が増えるので、画像コントラストが低下する。一方、縦ライン４０５のように、同ラスタ走査方式で同パターンのＹ方向のライン（なお横ライン４０４と同じ長さ・面積とする）を走査する場合、走査が非連続的で複数回のＸ方向の部分ごとに分かれることになる。即ち、当該縦ライン４０５は、非連続的照射領域になる。縦ライン４０５上での連続的な照射時間が短くなり、帯電量が小さくなり、帯電による電位上昇が小さくなる。よって、検出できる二次電子数は縦ライン４０５の方が多く、縦ライン４０５の方が画像コントラストが良くなる。
【００５９】
上記のようにラスタ走査でパターンの縦・横ラインを観察した場合、縦ライン４０５に比べて横ライン４０４のコントラストが低下し、例えばラインのエッジが消失する場合がある。即ちビーム走査による試料１１０の帯電の影響などによる計測・検査の精度の課題がある。
【００６０】
帯電の影響を除去するには、１ライン当たりの照射電荷密度を小さくすることが有効である。１ライン当たりの照射電荷密度を下げるためには、プローブ電流を低くするか、走査速度を早くする必要がある。１ライン当たりの照射電荷密度が下がると、画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を保証するためには、複数の画像フレームの積算ないし加算が必要になる。走査速度を変えずにプローブ電流を低くした場合、長いフレーム撮像時間が必要になるため、スループット低下を招く。そこで、プローブ電流を変えずに走査速度を速くすることが必要である。即ち上記ｎ倍速のような高速走査が必要である。高速走査は、通常のＴＶ走査と比較して１画素あたりの照射時間が短くなる。そのため、照射時間内の帯電電位の上昇を小さくできる。
【００６１】
ここで、以下具体的に、通常のＴＶ走査（１倍速）と例えば４倍速走査とを比較する。即ちＴＶ走査（１倍速）で１画面を走査した場合と、４倍速で４画面分、即ち１画面を４回繰り返して走査した場合とで比較する。ＴＶ走査での１画面の走査と、４倍速走査での４画面分の走査とでは、トータルの照射量が同じである。
【００６２】
図３に、上記従来のＴＶ走査（１倍速）と４倍速走査との比較として、走査速度による帯電量の違いを示す。Ａ（破線）は、試料表面の１画面に対するＴＶ走査時の電位変化軌跡を示す。ここでの１画面は例えば図２の４０６のようなＸ，Ｙ平面の矩形領域とする。Ｂ（実線）は、同じ画面に対する４倍速走査時の電位変化軌跡を示す。１画面に対し４回繰り返して走査する。Ｈ１は、上記ＴＶ走査後の試料表面電位、Ｈ２は上記４倍速走査後の試料表面電位である。Ｂ１〜Ｂ４は、４倍速走査の１回目〜４回目の走査時の各々の電位変化軌跡を示す。ｔ１〜ｔ４は、Ｂ１〜Ｂ４に対応した走査時間を示す。Ｂ１２は、１回目のＢ１（ｔ１）の後、次の２回目のＢ２（ｔ２）の走査に遷移する際（なおこの遷移時間は図示省略する）における電位すなわち帯電量の低下を示す。
【００６３】
４倍速走査の場合、１画面分の照射時間がＴＶ走査の１／４であるため、その時間内の帯電による電位上昇はＴＶ走査より小さい。更に、１画面の走査後の次の画面の照射までの間に、画素は周辺画素からの二次電子や試料内の電荷によって帯電が緩和され、Ｂ１２のように、試料表面の電位が低下する。そのため、Ｈ２，Ｈ１のように、４倍速走査での４画面分の走査後の帯電電位はＴＶ走査と比べて低くなる。従って上記のように高速走査によって帯電を抑制することができる効果が得られる。
【００６４】
また、二次電子信号検出系における検出信号ないしパルス信号は、確率的であるため、当該パルス信号に対して、複数の画像のフレームの積算ないし加算による画像処理ないしデータ処理が行われる。図３の例で言えば、Ｂ１〜Ｂ４の４回分のフレームを積算することで、総合的な検出結果を得る。これにより、試料表面の場所毎のパルス信号の出現の確率あるいは数に応じて画素の階調値として表された画像が得られる。
【００６５】
［従来例の二次電子信号検出系］
図４は、本実施の形態との比較例及び前提として、従来例におけるＳＥＭ方式の計測検査装置の二次電子信号検出系の構成、及び設定値などを示す。従来例の二次電子信号検出系は、カラム１５０内の、検出器を構成する蛍光体５０１及び光電子増倍管（ＰＭＴ）５０２と、カラム１５０側面付近などに設けるプリアンプ回路５０３と、カラム１５０外部に設ける二次電子信号検出部５００と、それに接続される画像処理部５０６及び制御部５１０とを有する。二次電子信号検出部５００は、アナログ信号処理増幅部５０４（ＡＡで示す）と、アナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ）５０５とを有する。
【００６６】
試料１１０に対する一次電子ビームの照射により発生した二次電子（ＳＥ）は、反射板１１９で反射されて、蛍光体５０１に入射する。この二次電子は、蛍光体５０１で光子に変換され、ＰＭＴ５０２により再び光子から電流（Ｉ）の信号に変換及び増幅される。これによりＰＭＴ５０２は、二次電子を電流（Ｉ）の信号として検出する。
【００６７】
プリアンプ回路５０３は、ＰＭＴ５０２の出力の電流（Ｉ）信号を入力して電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換し、前置増幅して出力する。プリアンプ回路５０３は、例えばオペアンプを用いた電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換部、及び増幅器などで構成される。増幅された電圧（Ｖ）のアナログ信号は、ケーブル５０９で伝送され、二次電子信号検出部５００のアナログ信号処理増幅部５０４に入力される。
【００６８】
二次電子信号検出部５００において、アナログ信号処理増幅部５０４は、ＡＤＣ５０５の最大入力レンジ（例えば約２Ｖｐｐ）に合わせて、プリアンプ回路５０３からの電圧（Ｖ）のアナログ信号を入力する。アナログ信号処理増幅部５０４は、設定されたゲインで、入力の電圧（Ｖ）の信号をアナログ信号処理及び増幅してＡＤＣ５０５へ出力する。
【００６９】
ＡＤＣ５０５は、入力のアナログ信号をデジタル信号へ変換するサンプリングを行って、そのデジタル信号ないしサンプリングデータを画像処理部５０６へ出力する。ＡＤＣ５０５は、例えばＡＤ変換器とデジタル信号処理回路とで構成される。
【００７０】
画像処理部５０６は、ＡＤＣ５０５からのデジタル信号を画像処理して計測または検査の画像を生成する。また、画像処理部５０６または制御部５１０は、生成した画像に対する計測または検査の情報処理を行うことで、計測結果や検査結果を得る。
【００７１】
例えばＳＥＭ方式の計測装置の場合、上記二次電子（ＳＥ）の検出信号は、計測対象の試料、その材料、及び照射の際の電子光学条件などによって、当該出力信号の大きさが異なる。そこで高精度の画像を得るためには、計測毎に取得した画像のヒストグラムによって、制御部５１０から検出器のＰＭＴ５０２のゲインを自動調整する。
【００７２】
制御部５１０からは、設定値として、検出器のＰＭＴ５０２のゲインを調整することで、画像のコントラストなどを調整することができる。また、設定値として、アナログ信号処理増幅部５０４のゲインによる増幅レベルや、回路オフセットによる画像の明るさの調整などがある。また、設定値として、ＡＤＣ５０５の最大入力レンジや、サンプリング周波数などがある。
【００７３】
なお図４の従来例の二次電子信号検出系を含む計測検査装置では、検出器となる蛍光体５０１及びＰＭＴ５０２がカラム１５０内に配置され、またプリアンプ回路５０３がカラム１５０側面付近などに配置される。しかしながら、二次電子信号検出系におけるその他の部位（５００など）については、サイズ等の関係で、カラム１５０近辺には設置できない。そこで、カラム１５０近辺のプリアンプ回路５０３で増幅された信号を、ケーブル５０９を経由して例えば約数メートル離れた場所に設置した二次電子信号検出部５００のアナログ信号処理増幅部５０４へ伝送する構成である。
【００７４】
高速走査を行う場合、前述のように、例えば１ライン当たりの走査時間が短い。即ち、高速走査に対応して適切なサンプリングを実現するためには、走査視野や画素数が不変である場合、画素当たりのサンプリング速度を速くする必要がある。そのため、ＡＤＣ５０５だけでなく、上記のような二次電子信号をもとに計測画像へ変換するための二次電子信号検出部５００を含む検出系回路の全体についても、高速化ないし広帯域に対応しなければならない。例えば従来のＴＶ走査でサンプリング速度が１０Ｍｓｐｓ、及び必要な検出系回路の帯域が１０ＭＨｚである場合において、例えば８倍速走査に対応するためには、検出系回路の帯域を１０ＭＨｚの８倍である８０ＭＨｚ以上に広帯域化することが必要である。
【００７５】
上述のような前提や課題を踏まえ、本実施の形態では以下のような構成である。
【００７６】
［二次電子信号検出系］
図５は、実施の形態１の計測検査装置（図１）における二次電子信号検出系の構成を示す。また図６は、図５に対応した二次電子信号検出系の制御概要などを示す。新規のアナログ信号処理増幅部５１などを設けた構成である。
【００７７】
本二次電子信号検出系は、カラム１００内の検出器１０７、カラム１００側面付近などに設けるプリアンプ（プリアンプ回路）３０、カラム１００外部に設ける信号検出部５０（５１，５２）、前述の画像処理部２０５、制御部２１０、及びＧＵＩ部２１５などで構成される。二次電子信号検出部５０は、プリアンプ回路３０の後段に接続されるアナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１と、その後段に接続されるアナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ）５２とを有する構成である。
【００７８】
カラム１００内の検出器１０７は、例えば従来例（図４）と同様に、蛍光体７１とＰＭＴ（光電子増倍管）７２で構成される。試料１１０に対する一次電子ビームの照射により発生した二次電子（ＳＥ）は、反射板１１９で反射されて、蛍光体７１に入射する。この二次電子は、蛍光体７１で光子に変換され、ＰＭＴ７２により再び光子から電流（Ｉ）の信号に変換及び増幅される。これによりＰＭＴ７２は、二次電子を電流（Ｉ）の信号として検出する。検出器１０７は、ＰＭＴなどに限らず、ＡＰＤなどの他のデバイスで構成してもよい。検出器１０７は、二次電子（ＳＥ）の検出器に限らず、その他のエネルギーを検出する検出器としてもよい。
【００７９】
プリアンプ回路３０は、例えばオペアンプを用いたＩ−Ｖ変換回路３１、及び増幅器３２などで構成される。プリアンプ回路３０は、ＰＭＴ７２の出力の電流（Ｉ）信号を入力してＩ−Ｖ変換回路３１で電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）変換し、増幅器３２で前置増幅して出力する。プリアンプ回路３０で増幅された電圧（Ｖ）のアナログ信号は、第１のケーブル９１で伝送され、二次電子信号検出部５０のアナログ信号処理増幅部５１の第１クランプアンプ回路１０に入力される。プリアンプ回路３０は、カラム１００の側面付近などに電子回路基板などの形で接続されてもよい。
【００８０】
アナログ信号処理増幅部５１は、ＡＤＣ５２の最大入力レンジ等に合わせて、プリアンプ回路３０からの出力信号（Ｖ）である二次電子（ＳＥ）のアナログ信号ないし検出信号を入力し、設定されたゲイン等でアナログ信号処理及び増幅して、ＡＤＣ５２へ出力する。アナログ信号処理増幅部５１は、第１クランプアンプ回路１０と、第１スイッチ１１と、ＬＰＦ組１２と、第２スイッチ１３と、可変ゲイン増幅回路（可変ゲインアンプ）１４と、第２クランプアンプ回路１５とが順に接続される構成である。ＬＰＦ組１２は複数のＬＰＦ（＃１〜＃Ｎ）を含む構成である。
【００８１】
アナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１の可変ゲイン増幅回路１４とＡＤＣ５２のＡＤ変換器２１との間は第２のケーブル９２で接続され、ＡＡ５１の出力信号であるアナログ信号（ＳＡ）が第２のケーブル９２を通じて伝送される。なお実施の形態１のケーブル９１，９２はシングル伝送型である。
【００８２】
ＡＤＣ５２は、アナログ信号処理増幅部５１でアナログ処理増幅されたアナログ信号（ＳＡ）を入力してデジタル信号（ＤＡ）へ変換するサンプリングを行って画像処理部２０５へ出力する。ＡＤＣ５２は、上記アナログ信号（ＳＡ）をデジタル信号（ＤＡ）へ変換するＡＤ変換器２１、及びその後段に接続されるデジタル信号処理回路２２等で構成される。
【００８３】
画像処理部２０５は、前述同様に、ＡＤＣ５２からのデジタル信号（ＤＡ）をもとに、所定の画像処理を行い、測定または検査の画像を生成する。また、画像処理部２０５または制御部２１０は、生成した画像に対する計測または検査の情報処理を行うことで、計測結果や検査結果を得る。制御部２１０は、画像処理部２０５で生成した画像を記憶管理すると共に、ＧＵＩ部２１５の処理を通じて、上記画像を含むデータ情報を表示するＧＵＩ画面をユーザに提供する。
【００８４】
例えば計測機能の場合、上記二次電子（ＳＥ）の検出信号は、計測対象の試料１１０、及び照射の際の電子光学条件などによって、当該出力信号の大きさが異なる。そこで高精度の画像を得るために、計測毎に取得した画像のヒストグラムなどの統計処理によって、制御部２１０から検出器１０７のＰＭＴ７２のゲインを自動調整する。
【００８５】
制御部２１０からは、設定値として、検出器１０７のＰＭＴ７２のゲインを調整することで、画像のコントラストなどを調整することができる。また、設定値として、アナログ信号処理増幅部５１のゲインによる増幅レベルや、回路オフセットによる画像の明るさの調整などがある。また、設定値として、ＡＤＣ５２の最大入力レンジや、サンプリング周波数などがある。
【００８６】
更に、制御部２１０は、ＧＵＩ部２１５の画面でのユーザの設定や操作に従い、例えば走査速度（１倍／２倍／４倍／８倍など）に対応する走査モードの指定に従い、二次電子信号検出系のアナログ信号処理増幅部５１を含む各部に対するパラメータ値の制御を制御信号Ｃ１等により行う。例えば制御信号Ｃａにより検出器１０７のＰＭＴ７２のゲインを調整することで画像のコントラストを調整する。また、制御信号ＣｂによりＡＤＣ５２の最大入力レンジや、サンプリング周波数などを調整する。
【００８７】
また制御部２１０は、制御信号Ｃ０，Ｃ５により第１クランプアンプ１０及び第２クランプアンプ１５の各クランプ電圧である最大出力レベル制限値を調整する。また、制御信号Ｃ１，Ｃ３により第１スイッチ１１及び第２スイッチ１３の切り替えによりＬＰＦ組１２のうちの使用するＬＰＦを選択することでアナログ信号の回路周波数帯域ないし通過帯域を切り替える。また、制御信号Ｃ４により、可変ゲインアンプ１４の可変ゲインによる増幅レベルを調整する。
【００８８】
制御部２１０は、走査速度などに応じて、検出器１０７及びプリアンプ回路３０とＡＤＣ５２との間に配置されるアナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１内の各部を、上記制御信号を用いて好適に制御する各機能を有する。即ち、制御部２１０は、（１）帯域切り替え機能、（２）可変ゲイン調整機能、（３）クランプ出力調整機能を有する。（１）帯域切り替え機能は、制御信号Ｃ１，Ｃ３を用いて、ＡＡ５１の回路周波数帯域を好適に切り替える制御を行う。（２）可変ゲイン調整機能は、制御信号Ｃ４を用いて、ＡＡ５１の可変ゲインによる増幅レベルを好適に切り替える制御を行う。（３）クランプ出力調整機能は、制御信号Ｃ０，Ｃ５を用いて、ＡＡ５１の入力側及び出力側の最大出力レベル制限値を調整する。
【００８９】
［二次電子信号検出部５０］
アナログ信号処理増幅部５１において、第１クランプアンプ回路１０は、制御部２１０からの制御信号Ｃ０に応じて、そのクランプ電圧である最大出力レベルが制限されるように調整・制御される入力クランプアンプ回路である。第１クランプアンプ回路１０の出力レベル制限値は、ＰＭＴ７２のゲインなどに合わせて調整される。
【００９０】
ＬＰＦ組１２は、それぞれ異なる通過周波数帯域を持つ複数（Ｎ個）のＬＰＦ（ローパルフィルタ）＃１〜＃Ｎによる組ないし群である。ＬＰＦ組１２の前後のスイッチ（１１，１３）は、制御部２１０からの制御信号Ｃ１，Ｃ３により切り替えが制御される。これにより使用するＬＰＦが選択される。複数のＬＰＦは、試料１１０、ビーム走査制御の電子光学条件、走査速度、ＡＤＣ５２のサンプリング周波数などに対応させて、好適にアナログ信号の周波数帯域を通過させるように、それらの値に応じた複数の各々の帯域を通過させるフィルタが設計されている。
【００９１】
可変ゲインアンプ１４は、制御部２１０からの制御信号Ｃ４により、ＬＰＦ（１２）の通過後の信号の増幅のゲインを可変に制御できる。可変ゲインアンプ１４は、ＡＤＣ５２のサンプリング周波数などに合わせて、その可変ゲインによる増幅レベルが調整されることで、検出信号となるパルス信号の振幅を調整可能である。
【００９２】
第２クランプアンプ回路１５は、制御部２１０からの制御信号Ｃ５に応じて、その最大出力信号レベルが制限されるように調整・制御される出力クランプアンプ回路である。第２クランプアンプ回路１５の最大出力信号レベルは、ＡＤＣ５２のＡＤ変換器２１の最大入力信号レンジなどに合わせて制御される。第１及び第２クランプアンプ（１０，１５）での出力レベル制限により、検出信号であるパルス信号の最大振幅も制限される。
【００９３】
［二次電子信号検出系の制御概要］
上記二次電子信号検出系におけるアナログ信号処理増幅部５１の各部を制御する各機能について以下である。下記（０）〜（３）の各機能の制御は他の機能と相関して行われる。言い換えると各部のパラメータ値は相関して設定される。
【００９４】
（０）  まず前提・公知技術として、制御部２１０から検出器１０７のＰＭＴ７２のゲイン等を自動調整する機能を有する。また制御部２１０からＡＤＣ５２の最大入力レンジやサンプリング周波数ないし周期などを調整する機能を有する。特に、ＡＢＣＣ機能として、ＰＭＴ７２のゲインやアナログ信号処理増幅部５１の回路オフセット等を自動調整することで、取得する画像の明るさ及びコントラストを調整する機能を有する。特に事前設定の１つとして、上記自動調整の機能により、ＰＭＴ７２のゲインの補正ないし校正を行って、そのデータないし設定情報を保存しておく。
【００９５】
また、ＧＵＩ部２１５の画面を通じたユーザによる指示に従い、制御部２１０では、計測・検査に使用する走査モードにおける走査速度を制御する。ユーザは例えば１倍／２倍／４倍／８倍などから走査速度を選択する。制御部２１０は、選択された走査モードの走査速度に応じて、走査制御部２３０により、電子ビームの走査や、ＡＤＣ５２のサンプリングを制御する。
【００９６】
（１）  本計測検査装置は、二次電子信号検出部５０におけるアナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１でのアナログ信号処理の帯域を切り替える帯域切り替え機能（言い換えると帯域切り替え部）を有する。制御部２１０からのＬＰＦ組１２のスイッチ（１１，１３）に対する制御信号（Ｃ１，Ｃ３）により、走査速度、ＰＭＴ７２のゲイン、ＡＤＣ５２のサンプリング周波数及び入力レンジなどに対応させて、ＬＰＦ組１２のうちの使用するＬＰＦ、即ち帯域を選択する。選択する帯域は、下記（２）の可変ゲインや下記（３）のクランプ出力に合わせて決定する。これにより、走査速度などに応じた好適な帯域にすることで、ＳＮＲを向上し、サンプリングでのパルス信号の取りこぼし等を防止する。
【００９７】
二次電子（ＳＥ）の検出アナログ信号のリンギングや応答遅れ等を発生させず、且つ余分な帯域外ノイズを最大限に低減するために、この帯域切り替え機能により、走査速度に応じた好適な帯域への切り替え制御を実現している。
【００９８】
（２）  本計測検査装置は、アナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１の可変ゲインによる増幅レベルを調整する可変ゲイン調整機能（言い換えると増幅レベル調整機能、可変ゲイン調整部）を有する。制御部２１０からの可変ゲインアンプ１４に対する制御信号Ｃ４により、走査速度、ＰＭＴ７２のゲイン、ＡＤＣ５２のサンプリング周波数及び入力レンジなどに対応させて、また上記（１）の帯域、及び下記（３）のクランプ出力等に合わせるようにして、当該可変ゲインによる増幅レベルを調整する。これにより、検出信号となるパルス信号の振幅の大きさを調整し、ＡＡ５１での回路飽和現象などを防止する。
【００９９】
（３）  本計測検査装置は、アナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１の入出力の部位である第１及び第２クランプアンプ回路（１０，１５）の各クランプ電圧である最大出力レベルを制限するクランプ出力調整機能（言い換えると、入出力レベル制限機能、クランプ出力調整部）を有する。制御部２１０から第１及び第２クランプアンプ回路（１０，１５）に対する制御信号（Ｃ０，Ｃ５）により、走査速度、ＰＭＴ７２のゲイン、ＡＤＣ５２のサンプリング周波数及び入力レンジなどに対応させて、また上記（１）の帯域、上記（２）の可変ゲインなどに合わせるようにして、当該各クランプ出力を調整する。第１及び第２クランプアンプ回路（１０，１５）の各最大出力レベルは対応関係で制御される。これによりＡＡ５１での回路飽和現象などを防止する。
【０１００】
［制御及び設定の例］
図７は、上記二次電子信号検出系の制御の各機能の相関制御及び設定情報の例を示す。制御部２１０は、図７のようなテーブル情報を記憶管理する。またＧＵＩ部２１５による設定画面、例えば後述図８のようなＧＵＩ画面で、このようなテーブル情報を表示し、ユーザにより各値を設定可能とする。なおユーザが直接詳細にパラメータ値を設定可能とする場合を示すが、ユーザが選択した走査モードなどに応じて制御部２１０が自動的に各パラメータ値を設定するようにしてもよい。
【０１０１】
図７のテーブルでは、管理項目として、（ａ）走査モード（走査速度）、（ｂ）帯域（ＬＰＦ）、（ｃ）可変ゲイン（増幅レベル）、（ｄ）クランプ＃１，＃２（最大出力レベル）を有する。
【０１０２】
まず（ａ）でユーザにより走査モード（対応する走査速度）を選択指定する。例えばユーザは走査速度として１倍／２倍／４倍／８倍から選択する。例えば低速走査である通常のＴＶ走査を行う場合は１倍を選択する。
【０１０３】
次に（ｂ）で、（ａ）で選択された走査速度に応じた好適な帯域を対応するＬＰＦとして選択する。例えば、１倍速（ＴＶ走査）の場合は、二次電子（ＳＥ）の検出アナログ信号ないしパルス信号の通過に必要な帯域が１０ＭＨｚであり、それに対応する通過帯域を持つＬＰＦ＃１が選択される。同様に、２倍速では２０ＭＨｚのＬＰＦ＃２、４倍速では４０ＭＨｚのＬＰＦ＃３、８倍速では８０ＭＨｚのＬＰＦ＃４などである。（ｂ）での選択に応じて前述のようにＬＰＦ組１２のＬＰＦが切り替え制御される。本設定によりＳＮＲが改善できる。
【０１０４】
次に（ｃ）で、（ａ），（ｂ）の選択に対応させて、可変ゲインによる増幅レベルを設定する。例えば１倍速で１０ＭＨｚの場合に好適な第１ゲイン（Ｇ１）が設定される。同様に各ゲイン（Ｇ２〜Ｇ４）が設定される。Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３＜Ｇ４である。（ｃ）の設定に応じて前述のように可変ゲインアンプ１４の可変ゲイン値が制御される。
【０１０５】
次に（ｄ）で、（ａ），（ｂ），（ｃ）の選択・設定値に対応させて、各クランプ＃１（１０），＃２（１５）の最大出力レベルの制限値を設定する。例えば１倍速で１０ＭＨｚ、第１ゲイン（Ｇ１）の場合に好適な第１電圧（Ｖ１）が設定される。同様に各クランプ電圧（Ｖ２〜Ｖ４）が設定される。Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４である。（ｄ）の設定に応じて前述のように各クランプアンプ（１０，１５）のクランプ電圧値が制御される。
【０１０６】
なお図７のテーブルないし画面のように、予め、走査速度ないし走査モードに応じた各パラメータ値の関係付けのパターンを用意しておき、ユーザがそれらから選択して利用可能としてもよい。
【０１０７】
［ＧＵＩ画面］
図８は、ＧＵＩ部２１５によるＧＵＩ画面の表示例として、計測・検査の際に二次電子信号検出系の各パラメータ値を設定・制御するための画面例を示す。特に本実施の形態では、前述の公知技術であるＡＢＣＣ機能に対応した画面例を示す。ＡＢＣＣ機能として、計測画像ないし検査画像の明るさ及びコントラストなどを自動調整する機能を有し、それに対応した設定項目などを有する。また図７と同様に、各パラメータ値をユーザが直接詳細に設定できる画面の場合を示す。
【０１０８】
図８（ａ）は、従来例の計測装置ないし計測機能におけるＡＢＣＣ機能に対応した設定・制御のＧＵＩ画面のイメージである。本画面では、基本設定の項目ｇ０と、ＡＢＣＣ機能に対応した、画像コントラスト調整の項目ｇ１、画像明るさ調整の項目ｇ２、及びＡＢＣＣ調整結果の項目ｇ３などを有する。
【０１０９】
基本設定の項目ｇ０は、基本的な計測条件などのパラメータ情報を表示してユーザ設定可能とする項目である。基本設定の項目ｇ０では、詳細は図示省略するが、例えば、計測または検査の対象となる試料１１０の情報を表示・設定する項目、計測・検査の際の電子光学条件ないしレシピ（条件やパラメータのセット）を表示・設定する項目、走査速度ないし走査モードを設定する項目、前述のフレーム積算回数を設定する項目、測定・検査の出力の倍率を設定する項目などがある。例えばユーザが所望の項目を選択して遷移する詳細画面で、対応するパラメータ値を確認・設定可能である。ユーザは例えば走査モードとして１倍／２倍／４倍／８倍から選択可能である。
【０１１０】
画像コントラスト調整の項目ｇ１では、ＰＭＴ５０２のゲイン値を調整可能であり、この設定値に対応して前述の制御信号Ｃａにより画像コントラストが調整される。ユーザ操作により本画面内のスライドバー等によりパラメータ値を調整・設定できる。
【０１１１】
画像明るさ調整の項目ｇ２では、二次電子信号検出回路５０の回路オフセット値を調整可能であり、この設定値に対応して画像明るさが調整される。詳しくは、ＡＢＣＣ機能により、計測毎に取得した画像のヒストグラムによって、ＰＭＴ５０２のゲインおよび回路オフセットの値が自動的に調整される。
【０１１２】
ＡＢＣＣ調整結果の項目ｇ３では、上記項目ｇ１，ｇ２を用いたＡＢＣＣ機能による調整結果のグラフやデータ情報などを表示する。
【０１１３】
従来例では上記のようにＡＢＣＣ機能などで画像のコントラスト及び明るさを調整可能であるが、ＰＭＴ５０２のゲイン等しか調整できないので、調整がうまく収束できない場合もある。特に、試料の材料やパターン及びＰＭＴ５０２のゲインの設定値によっては、アナログ信号処理増幅部５０４での回路飽和現象などが発生する可能性もある。
【０１１４】
一方、図８（ｂ）は、本実施の形態の計測検査装置におけるＡＢＣＣ機能に対応した計測・検査の設定・制御のＧＵＩ画面のイメージである。本画面では、基本設定項目ｇ０と、図８（ａ）の従来例と同様のＡＢＣＣ機能の各項目（ｇ１，ｇ２，ｇ３）とに加え、二次電子信号検出系の回路の各部、特にアナログ信号処理増幅部５１の各部を、好適に調整するための各機能の設定を可能とする各項目（ｇ１１，ｇ１２，ｇ１３）を設けている。即ち、本画面では、回路帯域切替え（ＬＰＦ選択）の項目ｇ１１と、可変ゲインアンプ調整（信号増幅レベル調整）の項目ｇ１２と、クランプ電圧調整（最大出力レベル制限）の項目ｇ１３とを有する。
【０１１５】
回路帯域切替え（ＬＰＦ選択）の項目ｇ１１では、走査速度などに合わせて、アナログ信号処理増幅部（ＡＡ）５１の回路周波数帯域、またはそれに対応させて使用するＬＰＦを設定可能である。項目ｇ１１では、ユーザにより、当該帯域またはＬＰＦを、バーや数値入力欄、あるいはＬＰＦ選択ボタンなどで切り替えや調整ができる。使用する所望のＬＰＦ（＃１〜＃Ｎ）を直接選択できる形式としてもよい。
【０１１６】
可変ゲインアンプ調整（信号増幅レベル調整）の項目ｇ１２では、走査速度及び使用帯域などに合わせて、可変ゲインアンプ１４の可変ゲインによる増幅レベルを設定可能である。項目ｇ１２では、ユーザにより、当該可変ゲイン値をスライドバーや数値入力欄などで調整できる。
【０１１７】
クランプ電圧調整（最大出力レベル制限）の項目ｇ１３では、走査速度、使用帯域、及び可変ゲインに合わせて、第１クランプアンプ１０の最大入力レベル制限値、及び第２クランプアンプ１５のそれぞれの最大出力レベル制限値を設定可能である。項目ｇ１３では、ユーザにより、当該最大出力レベル制限値をスライドバーや数値入力欄などで調整できる。
【０１１８】
上記画面での設定により、ＡＢＣＣ機能を含む計測・検査機能の調整が効率良く可能である。即ち、ユーザの選択による高速走査や低速走査のいずれの走査速度に対しても、二次電子信号検出系の回路帯域やサンプリングなどが適切な状態となるように柔軟に対応することができる。これにより、前述のＳＮＲ低減、パルス信号取りこぼし防止、及び回路飽和現象防止などを実現でき、計測・検査の高速化及び高精度化が実現できる。
【０１１９】
本ＧＵＩ画面でのユーザによる各項目の設定の順序例は以下である。即ち、（０）項目ｇ０での走査速度などの設定、（１）項目ｇ１１での帯域ないしＬＰＦの設定、（２）項目ｇ１２での可変ゲインによる増幅レベルの設定、（３）項目ｇ１３でのクランプ出力の設定、（４）ＡＢＣＣ機能の各項目ｇ１〜ｇ３での画像コントラスト及び明るさの設定・確認。
【０１２０】
（０）項目ｇ０でユーザが所望の走査速度を選択する。（１）項目ｇ１１では、選択された走査速度に対応して帯域ないしＬＰＦを選択する。例えば１倍速（ＴＶ走査）の場合に１０ＭＨｚが設定される。（２）項目ｇ１２では、帯域の設定値に対応して、前述の事前のゲイン補正ないし校正のデータを用いて、可変ゲインによる増幅レベルの値が設定される。なお上記校正データを用いない場合、ユーザにより使用する任意の可変ゲイン値の設定も可能である。（３）項目ｇ１３では、帯域及び可変ゲインの設定値に対応して、各クランプの最大入力レベル制限値が設定される。ここでは例えば、帯域及び可変ゲインの設定値を用いて制御部２１０等により見積もった、プリアンプ回路３０で増幅されたアナログ信号の最大振幅値（例えば図１１のＳｃのｃ１）に合わせて、当該制限値が設定される。（４）次に、ユーザは、前述の項目ｇ１，ｇ２を利用して、項目ｇ３に表示される取得画像のヒストグラムを確認しながら、ＡＢＣＣ調整ないし画像コントラスト及び明るさ調整を行う。ここでもし回路飽和などによって、ＡＢＣＣ調整結果（ｇ３）における収束性が悪い場合、ユーザは、上記各項目（ｇ１１〜ｇ１３）、例えばクランプの最大出力レベル制限値などを微調整しながら、再度、ＡＢＣＣ調整を同様に行う。これにより良好な画像が得られる。
【０１２１】
［計測検査方法］
本計測検査装置を用いた計測検査方法及びユーザの作業の概略は以下である。
【０１２２】
（ステップＳ１）  前述のＧＵＩ画面などで、ユーザは、計測機能または検査機能を選択し、計測／検査における基本的な条件として、試料１１０、電子光学条件、走査速度に対応した走査モード、フレーム積算回数、倍率などのパラメータ値を設定する。または、設定済みの情報を読み出して使用してもよい。
【０１２３】
（Ｓ２）  前述のＧＵＩ画面（図８（ｂ））で、ユーザは、二次電子信号検出系の各部（１０〜１５）のパラメータ値を設定する。または、図７のテーブルのように設定済みの情報を読み出して使用してもよい。
【０１２４】
（Ｓ３）  ユーザは、計測検査装置に対し、計測または検査の開始を指示入力する。計測検査装置は、上記選択された走査速度を含む設定に従い、走査制御を含む計測・検査の制御を実行する。即ち前述のようにコンピュータ２００からカラム１００内の各部を制御し、これにより検出器１０７で二次電子（ＳＥ）の信号を検出する。そして検出器１０７（７１，７２）から、プリアンプ回路３０を経て、二次電子信号検出部５０のアナログ信号処理増幅部５１、及びＡＤＣ５２での処理を通じて、二次電子（ＳＥ）の検出信号をサンプリングデータとして取得する。
【０１２５】
（Ｓ４）  画像処理部２０５は、ＡＤＣ５２からのサンプリングデータに対して画像処理を施し、二次元の計測画像または検査画像を生成する。またフレーム積算処理などの統計処理を行う場合は、上記処理を画像ごとに複数回同様に繰り返す。
【０１２６】
（Ｓ５）  制御部２１０は、計測画像または検査画像を取得し、例えば当該画像に対して、回路パターン寸法値の計測処理や、異常検出判定などの検査処理を行い、その処理結果と画像とを含むデータ情報をメモリ等に記憶する。そして、ＧＵＩ部２１５により、当該画像を含むデータ情報を表示するＧＵＩ画面データを生成してディスプレイに表示する。
【０１２７】
（Ｓ６）  ユーザは、上記ＧＵＩ画面を見て、計測画像または検査画像の結果を確認する。また必要に応じて適宜ステップＳ１等に戻り、設定値を変更し、再度同様に処理を実行することで、異なる設定値による計測画像または検査画像を取得する。
【０１２８】
［従来例の信号波形］
図９は、比較のため、従来例の二次電子信号検出系（図４）における各信号波形のイメージを示す。図中上側は図４同様の二次電子信号検出系の構成例を示す。Ｓａ（９０１）は、検出器１０７に入射される二次電子（ＳＥ）の信号を示す。Ｓｂ（９０２）は、ＰＭＴ５０２の出力の電流信号波形を示す。Ｓｃ（９０３）は、プリアンプ回路５０３の出力の電圧信号波形を示す。Ｓｄ（９０４）は、アナログ信号処理増幅部５０４の出力である増幅された二次電子（ＳＥ）の検出アナログ信号波形を示す。丸印（○）はＡＤＣ５０５でのサンプリング点である。Ｓｅ（９０５）は、ＡＤＣ５０５の出力のデジタル信号波形を示す。ＡＤＣ５０５の出力のサンプリング結果は、画像処理部５０６での画像処理及びフレーム積算処理などを経て、試料パターン形状に応じた二次元画像として取得される。
【０１２９】
Ｓａでは振幅が小さいパルス信号を含んでいる。Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄのように、二次電子（ＳＥ）の検出信号は、試料のパターン等に応じた頻度分布を持つ、離散的なパルス信号を含んだ波形となる。これらの複数のパルス信号は、幅及び間隔が短いものが多い。パターンの平坦部分ではパルス信号の出現頻度が低く、パターンのエッジ部では、パルス信号の出現頻度が高く、振幅が大きい。
【０１３０】
従来例では、低速走査時には、二次電子（ＳＥ）のアナログ信号は、Ｓｄ（９０４）のように、帯域不足によりＳＮＲが低減する場合がある。また大きい振幅のパルス信号（例えばＳｄのｄ１）が、アナログ信号処理増幅部５０４での回路飽和現象により、ＡＤＣ５０５で適切にサンプリングできない場合がある。またＡＤＣ５０５のサンプリング周波数が、パルス信号の間隔ないし幅よりも大きい場合、Ｓｄ，Ｓｅのように、サンプリング時にパルス信号の取りこぼしが発生する場合がある。
【０１３１】
図１０は、従来例の課題の１つとして、図９のＳｄ（９０４）に対応した二次電子（ＳＥ）の検出信号であるパルス信号について拡大で示す。特に、ＡＤＣ５０５のサンプリング周期（ＴＳ）よりもパルス信号の間隔（ＴＰ）の方が小さい場合（ＴＳ＞ＴＰ）の箇所を含んだ波形を示す。サンプリング周期をＴＳ、パルス信号の間隔をＴＰとする。丸（○）はサンプリング点である。
【０１３２】
ＴＳ≦ＴＰの場合及び箇所では、問題無くパルス信号をサンプリングすることができる。従来例のＴＶ走査に対応した検出系では、アナログ信号処理増幅部５０４を含む回路全体の周波数帯域は、ＴＶ走査時のサンプリング速度である例えば１０Ｍｓｐｓに対応する最大１０ＭＨｚしかない。また検出信号となるパルス信号の幅ないし間隔（ＴＰ）はサンプリング周期（ＴＳ）である例えば１００ｎｓ以上に大きい（ＴＳ≦ＴＰ）。よって、パルス信号を取りこぼさずにサンプリング可能である。
【０１３３】
しかし、図１０のようにＴＳ＞ＴＰの場合及び箇所では、出現するパルス信号のすべてを適切にサンプリングすることはできず、パルス信号の取りこぼしの現象が発生する。走査速度の高速化、及びアナログ信号処理増幅部５０４を含む回路の広帯域化に伴い、図９のＳｂ，Ｓｃのような検出信号も高速化すなわちパルスの間隔ないし幅が短くなり、大きな振幅になる。例えば８倍速走査が可能なように広帯域化した回路の場合、パルス信号の幅ないし間隔（ＴＰ）が最短１２．５ｎｓになる。当該高速走査のために広帯域化した回路構成で低速走査を行う場合、上記のように、最短のパルス信号の幅ないし間隔（ＴＰ）がサンプリング周期（ＴＳ）よりも短くなる可能性がある（ＴＳ＞ＴＰ）。例えばサンプリング周期（ＴＳ）が１００ｎｓになり、ＴＳ＞ＴＰとなる。これにより、図１０の例のように、サンプリングでパルス信号の取りこぼしの現象が発生する。また、アナログ信号処理増幅部５０４での回路飽和現象の発生や、波形のリンギングや応答遅れ等の発生につながり、回路動作が不安定化し、計測・検査の精度に影響を与える。したがって、結果として取得される画像において情報が欠落になるので、計測・検査の精度が低下する。
【０１３４】
そこで、本実施の形態では、高速走査及び低速走査のいずれにも対応できる走査制御機能を有する構成であると共に、走査速度に応じて、前述のようにアナログ信号処理増幅部５１の各部を好適に制御する構成である。これにより上記課題に対処し、高速・高精度な計測・検査を実現している。
【０１３５】
［本実施の形態の信号波形］
図１１は、実施の形態１での効果のイメージとして、二次電子信号検出系での各信号波形を示す。Ｓａ〜Ｓｅは、図９の従来例の各信号波形に対応した本実施の形態での信号波形を示す。本実施の形態では、前述の帯域切替え機能、可変ゲイン調整機能、及びクランプ出力調整機能などを利用することで、各信号波形を好適になるように調整する。波形Ｓｃ（１００１）のように、早いパルス信号、即ちパルスの幅及び間隔が狭い波形については、アナログ信号処理増幅部５１での適切な帯域でのアナログ処理増幅により、波形Ｓｄ（１００２）のように、時間的な変化が遅いパルス信号、即ちパルスの幅及び間隔が広い波形となる。なおＳｄ（１００２）では２つのパルスの概略的な間隔をＴＰとして示している。調整された波形ＳｄをＡＤＣ５２の入力としてサンプリングすることで、波形Ｓｅ（１００３）のように、適切にサンプリング可能である。即ち、低速走査に対応した遅いサンプリング周期（ＴＳ）によって当該波形Ｓｄをサンプリングしたとしても、ＴＳ≦ＴＰであるため、パルス信号の取りこぼしが発生しない。即ちサンプリング精度が高くなり、計測画像／検査画像の品質を高くできる。
【０１３６】
また、図１２は、実施の形態１での効果のイメージとして、各走査速度に応じた、ゲイン及びアナログ信号処理増幅部５１の帯域の好適な選定により、それぞれ対応する雑音量が異なることを示す。１２００は雑音信号を示す。走査速度及び帯域として、１倍であるＴＶ走査の帯域（ａ１）、２倍速走査の帯域（ａ２）、４倍速走査の帯域（ａ３）、及び８倍速走査の帯域（ａ４）の場合を示す。前述の帯域切替え機能では、例えばａ１の場合はＬＰＦ組１２のＬＰＦ＃１を選択し、ａ２の場合はＬＰＦ＃２、ａ３の場合はＬＰＦ＃３、ａ４の場合はＬＰＦ＃４を選択する。これにより、例えば低速走査時にはａ１のように狭い信号帯域を選択することで、対応する雑音量を低減できることがわかる。即ちＳＮＲの低減を防止でき、高精度な計測・検査が実現できる。
【０１３７】
＜実施の形態２＞
次に、図１３を用いて、本発明の実施の形態２の走査型電子ビーム方式の計測検査装置について説明する。実施の形態２の基本構成は、実施の形態１（図１等）と同様であり、実施の形態１と異なる構成として、差動伝送手段を有する構成である。
【０１３８】
図１３は、実施の形態２の計測検査装置の二次電子信号検出系の構成を示す。前述の形態（図５）と異なる主な部位として、各部間を接続する、第１の差動ケーブル９１ｂ、及び第２の差動ケーブル９２ｂと、それに対応した差動構成として、差動出力プリアンプ回路３０ｂ、及び差動入出力に対応した二次電子信号検出部５０ｂ（５１ｂ，５２ｂ）を有する。差動出力プリアンプ回路３０ｂは、差動出力型増幅器３２ｂを含む。二次電子信号検出部５０ｂは、差動入出力型のアナログ信号処理増幅部５１ｂと、差動入力に対応した差動ＡＤＣ５２ｂとを有する。アナログ処理増幅部５１ｂは、第１差動クランプアンプ回路１０ｂ、及び第２差動クランプアンプ回路１５ｂを有する。差動ＡＤＣ５２ｂは、差動入力型のＡＤ変換器２１ｂを有する。
【０１３９】
差動出力プリアンプ回路３０ｂは、検出器１０７（７１，７２）からの出力電流（Ｉ）を電圧（Ｖ）に変換して差動出力型増幅器３２ｂで前置増幅し、差動信号を出力する。差動出力プリアンプ回路３０ｂからの差動出力信号は、第１の差動ケーブル９１ｂを経由して、第１差動クランプアンプ回路１０ｂに差動入力される。第１差動クランプアンプ回路１０ｂは、前述同様にその最大出力レベルが制御される、差動入力シングル出力クランプアンプ回路である。また、第２差動クランプアンプ回路１５ｂは、前述同様にＡＤＣ５２ｂの最大入力レンジに合わせてその最大出力レベルが制御される、シングル入力差動出力クランプアンプ回路である。第２差動クランプアンプ回路１５ｂからの、アナログ処理増幅された差動出力アナログ信号は、第２の差動ケーブル９２ｂを経由して、差動入力型のＡＤＣ５２ｂのＡＤ変換器２１ｂに入力され、前述同様に処理され、デジタル信号（ＳＤ）が出力される。
【０１４０】
制御部２１０は、前述の形態と同様に、各制御信号（Ｃ０〜Ｃ５等）により各部のパラメータ値を制御する。例えば制御信号Ｃ０，Ｃ５により、前述の可変ゲイン等に合わせて、各クランプ（１０ｂ，１５ｂ）の最大出力レベルが制限されることにより、アナログ信号処理増幅部５１ｂの回路飽和現象が防止される。
【０１４１】
実施の形態２では、二次電子信号検出系を構成する要素（３０ｂ，５１ｂ，５２ｂ）間を全て差動ケーブル９１ｂ，９２ｂを用いて差動信号伝送する構成により、実施の形態１の効果に加え、検出系の回路における耐雑音性ないし外乱耐性を強化し、放射ノイズなどを抑制でき、取得画像に重畳されるノイズを低減でき、即ち計測・検査の精度を向上できる。
【０１４２】
更に、前述の実施の形態１の構成（図１）では、従来例の構成に従う場合、筐体であるカラム１００の側面付近の例えば内側に、検出器１０７（７１，７２）に接続されるプリアンプ回路３０などを実装した電子回路基板などが設けられる。このプリアンプ回路３０あるいは更にその後段の回路を含めて実装した基板は、カラム１００内の検出器１０７などの検出系に対して位置的に近いため、影響を与える。そこで、実施の形態２のように、差動ケーブル９１ｂ，９２ｂを用いて差動信号伝送する構成とし、プリアンプ回路３０の基板をカラム１００の側面の外側などに配置し、カラム１００から離れた位置に二次電子信号検出部５０ｂなどを配置する。これにより、上記プリアンプ回路３０等の基板からのカラム１００内の検出系への影響を低減することができる。長い差動ケーブル９１ｂ，９２ｂを用いて各要素（３０ｂ，５１ｂ，５２ｂ）間を離して配置することで相互影響を低減できる。
【０１４３】
なお２つの差動ケーブル（９１ｂ，９２ｂ）で接続する形態に限らず、一方のみを差動伝送する形態としてもよい。
【０１４４】
＜効果等＞
以上説明したように、本実施の形態の計測検査装置によれば、高速走査及び低速走査を含む多様な走査速度へ対応可能な制御機能を備え、高速走査を可能とするための二次電子信号検出系の広帯域化に対しても、高速及び高精度な計測・検査を実現できる。特に、二次電子信号検出部５０内の各部を制御して帯域・増幅レベル・クランプ出力などを好適に制御する構成により、雑音信号の低減によるＳＮＲの低減ないし向上、サンプリング時のパルス信号の取りこぼしの防止、及び回路飽和現象の防止などを実現できる。
【０１４５】
本計測検査装置は、例えば前述の試料の帯電量の制御に係わる高速走査を含む、複数の走査速度の制御機能、それに対応した高速な二次電子信号検出系、及び各種設定が可能なＧＵＩ画面などを備える。それと共に、低速走査時においても、前述のＳＮＲ低下、パルス信号取りこぼし、及び回路飽和などを発生させずに良好な計測・検査を実現できる。
【０１４６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１４７】
例えば、前述の（１）帯域切替え機能、（２）可変ゲイン調整機能、及び（３）クランプ出力調整機能の３つの機能のすべてを備える形態に限らず、それらの１つまたは２つを備える形態も勿論可能である。例えば、帯域切替え機能のみ備える形態や、帯域切替え機能と可変ゲイン調整機能との２つを備える形態などが可能である。
【０１４８】
また例えば、前述の帯域切替え制御のためにＬＰＦ組１２を用いたが、ＬＰＦに限らず、各種のフィルタやその組合せで制御してもよい。
【符号の説明】
【０１４９】
１０…第１クランプアンプ回路、１１…第１スイッチ、１２…ＬＰＦ組、１３…第２スイッチ、１４…可変ゲイン増幅回路（可変ゲインアンプ）、１５…第２クランプアンプ回路、２１…ＡＤ変換器、２２…デジタル信号処理回路、３０…プリアンプ（プリアンプ回路）、３１…Ｉ−Ｖ変換回路、３２…増幅器、５０…二次電子信号検出部、５１…アナログ信号処理増幅部、５２…・変換部（ＡＤＣ）、７１…蛍光体、７２…ＰＭＴ、９１，９２…ケーブル、１００…カラム、１０７…検出器、１１０…試料、１１９…反射板、２００…コンピュータ、２０５…画像処理部、２１０…制御部、２１５…ＧＵＩ部、２２０…電子光学制御部、２３０…走査制御部、２３１…偏向制御部、２４０…検出制御部、２４１…対物レンズ制御部、２５０…機構系制御部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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