(57)【要約】      （修正有）【課題】ブランキング電極を高速でＯＮ・ＯＦＦ動作させても歪の無い画像が得られて、微細なパターンの計測又は検査を高精度に行うことを可能にする荷電粒子ビーム装置を提供する。【解決手段】荷電粒子源部と、荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部１０と、荷電粒子源部から発射されてブランキング電極部を通過した荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部１１と、偏向電極部で偏向された荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、荷電粒子ビームを照射された試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、２次荷電粒子検出部が２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、全体を制御する制御部とを備えた荷電粒子装置において、制御部は、ブランキング電極で荷電粒子ビームのブランキングをＯＦＦにした時の過渡信号を補正する過渡信号補正部を備える。【選択図】図２
2018113096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、
前記荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、
前記荷電粒子源部から発射されて前記ブランキング電極部を通過した前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、
前記偏向電極部で偏向された前記荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、
前記荷電粒子ビームを照射された前記試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、
前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、
前記荷電粒子源部と前記ブランキング電極部と前記偏向電極部と前記対物レンズ部と前記２次荷電粒子検出部と前記信号処理部とを制御する制御部と
を備えた荷電粒子装置であって、
前記制御部は、前記ブランキング電極で前記荷電粒子ビームのブランキングをＯＦＦした時の過渡信号を補正する過渡信号補正部を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記過渡信号補正部は、前記ブランキング電極で前記荷電粒子ビームのブランキングをＯＦＦした時に前記ブランキング電極に残留した電荷をディスチャージするディスチャージ回路部であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記過渡信号補正部は、前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号を受けて前記偏向電極部に印加する信号を制御する偏向電極制御部であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記信号処理部は、前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理して前記試料に形成されたパターンの前記２次荷電粒子像から前記パターンの寸法を計測することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、
前記荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、
前記荷電粒子源部から発射されて前記ブランキング電極部を通過した前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、
前記偏向電極部で偏向された前記荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、
前記荷電粒子ビームを照射された前記試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、
前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、
前記荷電粒子源部と前記ブランキング電極部と前記偏向電極部と前記対物レンズ部と前記２次荷電粒子検出部と前記信号処理部とを制御する制御部と
を備えた荷電粒子装置であって、
前記制御部は、前記ブランキング電極を制御するブランキング電極制御部と、前記ブランキング電極制御部から出力された前記ブランキング電極に印加する電圧のＯＮとＯＦＦとを制御する信号を受けて前記ブランキング電極を操作するブランキング回路と、前記ブランキング電極制御部から出力された制御信号を受けて前記ブランキング回路で前記前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦに切替えたときに前記ブランキング電極に残留した電荷をディスチャージするディスチャージ回路部を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記制御部は、前記偏向電極部を制御する偏向電極制御部をさらに備え、前記偏向電極制御部は、前記ブランキング電極制御部からの前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号を受けて前記偏向電極部に印加する信号を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記偏向電極制御部は、前記ブランキング電極制御部からの前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号と前記偏向電極による前記荷電粒子ビームの前記試料上の走査方向の情報を用いて前記偏向電極部に印加する信号を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
請求項６記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記信号処理部は、前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理して前記試料に形成されたパターンの前記２次荷電粒子像から前記パターンの寸法を計測することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、
前記荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、
前記荷電粒子源部から発射されて前記ブランキング電極部を通過した前記荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、
前記偏向電極部で偏向された前記荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、
前記荷電粒子ビームを照射された前記試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、
前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、
前記荷電粒子源部と前記ブランキング電極部と前記偏向電極部と前記対物レンズ部と前記２次荷電粒子検出部と前記信号処理部とを制御する制御部と
を備えた荷電粒子装置であって、
前記制御部は、前記偏向電極部を制御する偏向電極制御部をさらに備え、前記偏向電極制御部は、前記ブランキング電極制御部からの前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号を受けて前記偏向電極部に印加する信号を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記制御部は、前記ブランキング電極を制御するブランキング電極制御部と、前記ブランキング電極制御部から出力された前記ブランキング電極に印加する電圧のＯＮとＯＦＦとを制御する信号を受けて前記ブランキング電極を操作するブランキング回路と、前記ブランキング電極制御部から出力された制御信号を受けて前記ブランキング回路で前記前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦに切替えたときに前記ブランキング電極に残留した電荷をディスチャージするディスチャージ回路部を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項９記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記偏向電極制御部は、前記ブランキング電極制御部からの前記ブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号と前記偏向電極による前記荷電粒子ビームの前記試料上の走査方向の情報を用いて前記偏向電極部に印加する信号を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
請求項９記載の荷電粒子ビーム装置であって、前記信号処理部は、前記２次荷電粒子検出部が前記２次荷電粒子を検出して得た信号を処理して前記試料に形成されたパターンの前記２次荷電粒子像から前記パターンの寸法を計測することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子ビーム装置、特に半導体基板に形成された微細なパターンを計測または検査する荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に形成された微細なパターンを計測または検査する荷電粒子ビーム装置に関しては、特開２００３−１４８９１５号公報（特許文献１）に記載されている。この特許文献1には、「パターン描画装置において、形成したパターンに対し、CADデータと位置比較をして、その比較結果から描画補正を行い、精度を検査する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体基板に形成された微細なパターンを荷電粒子ビーム装置を用いて計測または検査する場合、荷電粒子ビームを計測又は検査対象の試料に照射することにより発生する試料表面の帯電の問題がある。試料の表面に帯電が発生すると、荷電粒子ビームを試料表面の所望の箇所に照射することができなくなったりコントラストの良い画像が得られなくなったりする問題が発生し、計測や検査の信頼性が低下してしまう。半導体基板に形成されるパターンの微細化が進み、より微小な領域の画像を取得しようとするときに、この問題は一層顕在化されてくる。
【０００５】
荷電粒子ビーム装置におけるこの試料の帯電問題を解決するために、荷電粒子ビーム照射による試料表面の電位上昇を抑制することが必要となる。その一つの方法として、荷電粒子ビームの試料への照射時間を短縮する方法がある。この荷電粒子ビームの試料への照射時間を短縮する手法の一つとして、荷電粒子ビームを走査中に荷電粒子ビームの試料上への照射を高速にＯＮ・ＯＦＦを繰返すことで荷電粒子ビームの試料上への照射位置を細かく分ける方法がある。これは、従来の一走査中において連続的に荷電粒子ビームを試料に照射する方法に変えて、一走査において荷電粒子ビームを試料に離散的に照射する方法であり、このような照射方法を採用することにより、試料全体としてみたときに照射時間を短縮して試料表面の電位上昇を抑制する多点計測を実現することができる。
【０００６】
この多点計測を行うためには、ブランキング電極で荷電粒子ビームの試料上への照射を高速にＯＮ・ＯＦＦする高速ブランキング制御が必要である。ブランキング電極をＯＮ・ＯＦＦして制御を行う場合、ＯＮの状態からＯＦＦの状態へ切り替えた直後に過渡信号が生じるため試料表面に照射される荷電粒子ビームに位置ずれが生じ、ブランキング電極を高速動作させると、ＯＮからＯＦＦへの切り替えた直後の画像に歪みが生じるという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、パターン描画装置において、形成したパターンに対し、ＣＡＤデータと位置比較をして、その比較結果から描画補正を行い、精度を検査する方法として荷電粒子ビーム走査位置の位置ずれを検査することについて記されている。しかし、ブランキング電極を高速でＯＮ・ＯＦＦ動作させたときに、ＯＮとＯＦＦの切り替え時に過渡信号が生じるため、ブランキング電極をＯＦＦにして荷電粒子ビームの試料への照射を開始したときに得られる画像に歪みが生じるという問題ついては考慮されていない。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、ブランキング電極を高速でＯＮ・ＯＦＦ動作させても歪の無い画像が得られる荷電粒子ビーム装置を提供するものである。また、微細なパターンの計測又は検査を高精度に行うことを可能にする荷電粒子ビーム装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、荷電粒子源部から発射されてブランキング電極部を通過した荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、偏向電極部で偏向された荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、荷電粒子ビームを照射された試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、２次荷電粒子検出部が２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、荷電粒子源部とブランキング電極部と偏向電極部と対物レンズ部と２次荷電粒子検出部と信号処理部とを制御する制御部とを備えた荷電粒子装置において、制御部は、ブランキング電極で荷電粒子ビームのブランキングをＯＦＦにした時の過渡信号を補正する過渡信号補正部を備えるようにした。
【００１０】
また、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、荷電粒子源部から発射されてブランキング電極部を通過した荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、偏向電極部で偏向された荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、荷電粒子ビームを照射された試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、２次荷電粒子検出部が２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、荷電粒子源部とブランキング電極部と偏向電極部と対物レンズ部と２次荷電粒子検出部と信号処理部とを制御する制御部とを備えた荷電粒子装置において、制御部は、ブランキング電極を制御するブランキング電極制御部と、ブランキング電極制御部から出力されたブランキング電極に印加する電圧のＯＮとＯＦＦとを制御する信号を受けてブランキング電極を操作するブランキング回路と、ブランキング電極制御部から出力された制御信号を受けてブランキング回路でブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦに切替えたときにブランキング電極に残留した電荷をディスチャージするディスチャージ回路部を備えるようにした。
【００１１】
更に、上記した課題を解決するために、本発明では、荷電粒子ビームを発射する荷電粒子源部と、荷電粒子源部から発射された荷電粒子ビームをブランキングするブランキング電極部と、荷電粒子源部から発射されてブランキング電極部を通過した荷電粒子ビームを偏向させる偏向電極部と、偏向電極部で偏向された荷電粒子ビームを収束させて試料表面に照射する対物レンズ部と、荷電粒子ビームを照射された試料から発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子検出部と、２次荷電粒子検出部が２次荷電粒子を検出して得た信号を処理する信号処理部と、荷電粒子源部とブランキング電極部と偏向電極部と対物レンズ部と２次荷電粒子検出部と信号処理部とを制御する制御部とを備えた荷電粒子装置において、制御部は、偏向電極部を制御する偏向電極制御部をさらに備え、偏向電極制御部は、ブランキング電極制御部からのブランキング電極に印加する電圧をＯＮからＯＦＦ切替える信号を受けて偏向電極部に印加する信号を制御するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、荷電粒子ビーム装置において、ブランキング電極を高速でＯＮ・ＯＦＦ動作させても歪の無い画像が高速に得られるようになった。その結果、荷電粒子ビーム装置において、微細なパターンの計測又は検査を高精度に行うことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る荷電粒子ビーム装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例にかかる荷電粒子ビーム装置のブランキング電極・偏向電極制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施例にかかる荷電粒子ビーム装置のアクティブチャージ回路の構成を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例に係る、アクティブディスチャージ回路を作動させないでブランキング電極をＯＦＦにした特のブランキング電極の電位の変化を示すグラフである。
【図３Ｃ】本発明の実施例に係る、ブランキング電極をＯＦＦにした時にアクティブディスチャージ回路の高速アンプの出力端の電位の変化を示すグラフである。
【図３Ｄ】本発明の実施例に係る、アクティブディスチャージ回路を作動させてブランキング電極をＯＦＦにした特のブランキング電極の電位の変化を示すグラフである。
【図４】ベクタースキャンの走査軌跡の例を示す試料表面の拡大図である。
【図５】ベクタースキャンにより多点測定を行っている際の偏向信号とブランキング信号の例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る偏向電極制御部の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、半導体基板に形成された微細なパターンを荷電粒子ビーム装置を用いて計測または検査する場合に、荷電粒子ビームを計測又は検査対象の試料に照射することにより発生する試料表面の帯電の問題を解決して、ブランキング電極を高速でＯＮ・ＯＦＦ動作させても歪の無い画像が得られるようにして、微細なパターンの計測又は検査を高精度に行うことを可能にする荷電粒子ビーム装置を提供するものである。
【００１５】
試料の表面に帯電が発生すると、荷電粒子ビームを試料表面の所望の箇所に照射することができなくなり、取得される画像に歪が生じて計測や検査の信頼性が低下してしまう。
【００１６】
荷電粒子ビーム装置におけるこの試料の帯電問題を解決するために、荷電粒子ビーム照射による試料表面の電位上昇を抑制することが必要となる。その一つの方法として、荷電粒子ビームの試料への照射時間を短縮する方法がある。この荷電粒子ビームの試料への照射時間を短縮する手法の一つとして、荷電粒子ビームを走査中に荷電粒子ビームの試料上への照射を高速にＯＮ・ＯＦＦを繰返すことで荷電粒子ビームの試料上への照射位置を細かく分ける方法がある。これは、従来の一走査中において連続的に荷電粒子ビームを試料に照射する方法に変えて、一走査において荷電粒子ビームを試料に離散的に照射する方法であり、このような照射方法を採用することにより、試料全体としてみたときに照射時間を短縮して試料表面の電位上昇を抑制する多点計測を実現することができる。
【００１７】
この多点計測を行うためには、荷電粒子ビームを一走査中に、試料表面への照射を高速にＯＮ・ＯＦＦを繰返すための高速ブランキング制御が必要である。ブランキング制御を行う対象のブランキング電極は、ＯＮとＯＦＦとを切替える時に過渡信号が生じるため、高速動作させると、ＯＮとＯＦＦとを切替えた直後の画像に歪みが生じるという問題がある。
【００１８】
また，試料上への荷電粒子ビームの照射が一定箇所に集中して試料が帯電するのを防ぐために，試料上を自由方向に走査するベクタースキャンを行う必要がある。このベクタースキャンを行ったときに過渡信号を補正しようとした場合，ブランキングのビーム曲げ方向が一定方向であることから，荷電粒子ビームの走査の方向（試料表面でＸ方向又はＹ方向）により過渡信号の画像への表れ方が異なり，単純に補正ができないという問題がある。
【００１９】
本発明では、ブランキング信号をＯＮからＯＦＦに変えたときに応答遅れなどの過渡信号の発生を抑えて、歪の無い画像を取得できる期間をできるだけ多くして、より鮮明な画像を所得できるようにし、その結果微細なパターンの計測又は検査を高精度に行うことを可能にしたものである。
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００２１】
本実施例では、ブランキングの収束速度を高速化する荷電粒子ビーム装置とその方法について説明する。
［構成］
まず図１に荷電粒子ビーム装置１００の構成を示す。荷電粒子ビーム装置１００は荷電粒子ビーム３を出力する荷電粒子銃１、荷電粒子ビーム３を集束する集束レンズ２、荷電粒子ビーム３の方向を変え、荷電粒子ビーム３を試料５上で走査する位置を制御する偏向電極１１、荷電粒子ビーム３の試料５上への照射をＯＮ・ＯＦＦして切替えるブランキング電極１０、荷電粒子ビーム３を再び集束させる対物レンズ４、測定対象物である試料５、試料５を搭載して平面内で移動可能なステージ８、荷電粒子ビーム３が照射されて走査された試料５から放出される２次荷電粒子６、放出された２次荷電粒子を検出する検出器７を備えており、荷電粒子銃１、集束レンズ２、偏向電極１１、ブランキング電極１０、対物レンズ４、試料５、検出器７、ステージ８は、内部を真空排気が可能なチャンバ１３に内部に収納されている。
【００２２】
また、荷電粒子ビーム装置１００は、検出器７で検出した信号を処理して試料５の荷電粒子画像を得て試料５を計測又は検査する信号処理部２１と、チャンバ１３内部の荷電粒子銃１、集束レンズ２、偏向電極１１、ブランキング電極１０、対物レンズ４、検出器７、ステージ８を制御するとともに、信号処理部２１で処理した結果を受ける制御部２２と、計測又は検査の条件を入力し、その結果を出力する入出力部２３を備えている。
【００２３】
また、制御部２２は、ブランキング電極１０と偏向電極１１を制御するブランキング電極・偏向電極制御部２２１と、補正値生成部２２２、記憶部２２３を備えている。
【００２４】
このような構成において、制御部２２で制御して、荷電粒子銃１から荷電粒子を発生させて集束レンズ２で収束させることにより荷電粒子ビーム３が形成される。この荷電粒子ビーム３は、ブランキング電極１０に到達し、ブランキング電極１０がＯＦＦの状態のときはブランキング電極１０の影響を受けずに直進して偏向電極１１に達する。一方、ブランキング電極１０がＯＮの状態のときはブランキング電極１０により軌道が曲げられて、試料５の測定領域には到達しない。
【００２５】
偏向電極１１に到達した荷電粒子ビーム３は、偏向電極１１が形成する電界の作用により軌道が走査され、対物レンズ４により収束させられ細く絞られて試料５の表面に照射され走査される。
【００２６】
細く絞られた荷電粒子ビーム３が照射され走査された試料５の表面からは、表面の位置に応じた２次荷電粒子６が発生し、そのうちの一部が検出器７により検出される。この検出器７により検出された２次荷電粒子の検出信号は信号処理部２１に送られて処理され、試料５の表面の２次荷電粒子像が形成され、試料上に形成された微細なパターンの計測又は検査が行われる。
【００２７】
また、荷電粒子ビーム装置１００が試料表面に形成されたパターンの寸法を計測する計測装置である場合、信号処理部２１では、形成した２次荷電粒子像から、試料５の表面に形成されたパターンの寸法や、隣接するパターンの間隔、パターンの主な部分の寸法などを計測し、入出力部２３で計測の結果を表示する。
【００２８】
図２に、制御部２２の内部でブランキング電極１０と偏向電極１１を制御するブランキング電極・偏向電極制御部２２１の構成を示す。ブランキング電極・偏向電極制御部２２１は、ブランキング電極１０のＯＮ・ＯＦＦを制御するブランキング電極制御部１０１、ブランキング制御部１０１からの信号が入力され、入力した信号のＯＮ・ＯＦＦに応じた電圧をブランキング電極１０に印加するブランキング回路１０２、ブランキング電極制御部１０１の信号に連動して、ブランキング電極１０の電荷を引き抜くアクティブディスチャージ回路１０３と偏向電極制御部１１０及び偏向回路１０５を備えている。また、偏向電極制御部１１０は、ブランキング信号を補正するブランキング信号補正部１１１と、ブランキング信号に対する補正値を記憶する補正値記憶部１１２と、偏向信号を生成する偏向信号生成部１１３とを備えている。偏向電極制御部１１０から出力された信号は偏向回路１０５で増幅されて偏向電極１１に印加される。
【００２９】
図６に偏向電極制御部１１０の内部構成を示す。偏向信号生成部１１３は、補正がかかっていない元の偏向信号を生成する。ブランキング信号補正部１１１は、ブランキング電極制御部１０１から出力されるブランキング信号１２１が切り替わるタイミングで補正値記憶部１１２に記憶されている補正値をもとに、ブランキング補正信号を出力する。補正値記憶部１１２には、補正値または補正式が記憶されている。偏向信号生成部１１３から出力された補正がかかっていない元の偏向信号と、ブランキング信号補正部１１１から出力されたブランキング補正信号は信号加算部１１４で加算されて、出力信号１２２が偏向電極制御部から出力され、偏向回路１０５に入力する。
【００３０】
図４に荷電粒子ビーム装置１００のビーム走査の例を示す。測定対象領域A，B，C…の順に様々な方向に荷電粒子ビーム３を走査する。図５に荷電粒子ビーム３の走査を行うための偏向電極１０に印加する偏向信号とブランキング電極１１に印加するブランキング制御信号の例を示す。
【００３１】
ブランキング回路１０２によりブランキング電圧が印加されてブランキング電極１０がＯＮの状態になると、ブランキング電極１０を通過する荷電粒子ビーム３は軌道が曲げられて、試料５の測定領域には到達しない。一方、ブランキング回路１０２によるブランキング電圧の印加を停止すると、ブランキング電極１０はＯＦＦの状態になる。この状態では、ブランキング電極１０を通過した荷電粒子ビーム３は軌道を曲げることなくそのまま偏向電極１１に到達し、偏向回路１０５で偏向制御されて試料５に照射される。このような構成で、ブランキング回路１０２で制御してブランキング電極１０をＯＮからＯＦＦに切り替える際に、ブランキング回路１０２で発生するブランキング制御信号に、応答遅れなどの過渡信号が発生してしまう。
【００３２】
図２に示した構成における、アクティブディスチャージ回路１０３は、このブランキング回路１０２から出力するブランキング制御信号における応答遅れなどの過渡信号の発生を抑制する作用を有するものである。以下に、その動作を説明する。
【００３３】
［動作］
ブランキング制御信号における応答遅れなどの過渡信号は、ブランキング電極１０をＯＮからＯＦＦに切替える際とＯＦＦからＯＮに切替える場合との両方において発生するが、荷電粒子ビーム装置１００においては試料５を計測又は検査する場合の画像取得時に問題となるので、ブランキング電極１０をＯＮからＯＦＦに切替える際について説明する。
【００３４】
まず、ブランキング電極制御部１０１がブランキングをＯＮからＯＦＦに動作させるよう信号を出力する。ブランキング回路１０２は、ブランキング電極制御部１０１からの信号を入力して、ブランキング電極１０に印加する電圧を０Ｖとするよう動作する。この時ブランキング電極制御部１０１からの信号は、同時にアクティブディスチャージ回路１０３にも入力する。
【００３５】
図３Ａにアクティブディスチャージ回路１０３の構成を示す。アクティブディスチャージ回路１０３は、スイッチ１０３１、ダイオード１０３２、高速アンプ１０３３を備えて構成されている。スイッチ１０３１はブランキング電極制御部１０１からのブランキングをＯＦＦにする信号を受けて接点を閉じ、ブランキングをＯＮにする信号を受けて接点を開く。ダイオード１０３２はスイッチ１０３１の回路側に接続されている。また、スイッチ１０３１の回路側に接続された高速アンプ１０３３は、一方の端子が接地されており、他方の端子は高速アンプ１０３３からの出力が負帰還されている。
【００３６】
アクティブディスチャージ回路１０３を用いずにブランキングをＯＦＦにした場合、ＯＦＦにした瞬間にはブランキング電極１０に電荷がたまっているために、ブランキング電極１０の電位は図３Ｂの波形１０４１に示すように、徐々に低下していき、電位が零になるまでに、比較的時間を要している。
【００３７】
一方、図３Ａに示したようなアクティブディスチャージ回路１０３を用いた構成においては、ブランキング電極制御部１０１からのブランキングをＯＦＦにする信号を受けてスイッチ１０３１が接点を閉じたときに、アクティブディスチャージ回路１０３の高速アンプ１０３３の出力端子１０３４の電位は、ブランキング電極１０の電位に応じて、図３Ｃに示すような波形で変化する。その結果、ブランキング電極１０の電位は図３Ｄに示すように急速に零に近づき（ディスチャージされ）、図３Ｂに示したアクティブディスチャージ回路１０３を用いない場合と比較して、までの時間を大幅に短縮することができる。
【００３８】
以上のように、ブランキング電極制御部１０１からの信号を入力してアクティブディスチャージ回路１０３を動作させることにより、ブランキング電極１０の電圧が早急に０Ｖとなるようアクティブディスチャージ回路１０３でブランキング電極１０から電荷を引き抜き、ブランキング電極１０の電圧を早急に０Ｖとすることができる。
【００３９】
しかし、このようなアクティブディスチャージ回路１０３を用いても、ブランキング電極１０の過渡特性によりブランキング電極１０の電位を瞬時にゼロ又はほぼゼロにすることはできない。そこで、偏向電極制御部１１０は、ブランキング電極制御部１０１からのブランキングＯＦＦの信号を受けて、偏向電極１１を制御して、ブランキングをＯＦＦにした直後に検出される画像の歪を補正するようにする。
【００４０】
すなわち、ブランキング電極制御部１０１からのブランキングＯＦＦの信号を受けて、偏向電極制御部１１０内のブランキング信号補正部１１１は、補正値記憶部１１２に記憶されている補正式や補正表に従い、偏向回路１０５に送る偏向電極１１の制御信号の補正信号を生成し、加算部１１４において偏向信号生成部１１３が生成した信号に加算し、偏向回路１０５へ出力する。偏向回路１０５は、偏向電極制御部１１０から出力された補正信号を含んだ偏向信号を増幅し、偏向電極１１へ印加する。
【００４１】
これにより、ブランキングをＯＮからＯＦＦに切替えた直後に発生する画像の歪を補正することができる。
【００４２】
補正値記憶部１１２に記憶されている補正式の例として、
【００４３】
【数１】
2018113096.tif 000003
【００４４】
として表す。
ただし、a は倍率補正係数、 m はSEMの測定倍率、b は時間補正係、t はブランキングOFF後の経過時間 、k は計測モードによる係数、θ はブランキング電極軸に対する走査方向とする。tとb以外は、測定条件によりあらかじめ定められている係数であり、tは経過時間であるためおのずと定まり、bを求める方法については、後で説明する。
【００４５】
図４は、複数の点に対してビームを照射する走査の図を示している。荷電粒子ビーム３を照射する対象物、例えば、ＳＥＭの測定対処物である試料５を上から見下ろした場合を示している。A、B、C、…はブランキング電極１０によるブランキングをＯＦＦにして荷電粒子ビーム３を照射する“点”を示しており、“点”の間の矢印はブランキング電極１０による荷電粒子ビーム３のブランキングをＯＮにして荷電粒子ビーム３を試料５に照射せずに次の照射点へ偏向位置を移動させる部分を示している。このような走査を多点飛び走査と呼ぶこととする。
【００４６】
なお、図４に示した例では、ブランキングをＯＦＦにして荷電粒子ビーム３を照射する“点” A、B、C、…がランダムに配置された例を示したが、“点” A、B、C、…を直線状に配置されていてもよい。また、その場合、“点” A、B、C、…の間隔を等間隔に設定してもよい。
【００４７】
図５は、多点飛び走査を行った場合の、Ｘ軸、Ｙ軸ごとの偏向信号生成部１１３の出力偏向信号５０１、５０２と、ブランキング回路１０２の出力信号５０３を示している。ブランキング回路１０２の出力信号５０３がＯＦＦとなっている期間５０３２が試料に荷電粒子ビーム３を照射している期間であり、ブランキング回路１０２の出力信号５０３がＯＮとなっている期間５０３１がブランキング電極１０で荷電粒子ビーム３の軌道を変えて、試料５への荷電粒子ビーム３の照射を停止している期間となる。すなわち、ブランキング信号５０３は，荷電粒子ビーム３が測定領域間を移動しているときにＯＮになり，測定領域内にあるときはＯＦＦとなり，荷電粒子ビーム３が測定領域内で照射されるように動作する。
【００４８】
ブランキング回路１０２で制御してブランキング電極１０のブランキングが切り替わるときには、ブランキング回路１０２から発生する信号に応答遅れなどの過渡信号５０３３が生じるため、ブランキング回路１０２から発生する信号がＯＮからＯＦＦに切り替わったときは、完全にＯＦＦ(０Ｖ)になるまで、切替えの初期において無効時間が生じてしまう。この無効時間中に撮像した画像にはひずみが生じてしまい、そのような画像に基づく計測や検査は精度が悪くなってしまう。
【００４９】
すなわち、図５に示したように、ブランキング信号５０３にはＯＮ：５０３１からＯＦＦ：５０３２に変わるときに応答遅れなどの過渡信号５０３３が含まれてしまう。この過渡信号のために，測定画像として得ることができない時間区間（無効区間）５０１１が生じてしまい，測定画像を得る時間（有効区間）５０１２として十分な確保するためには、荷電粒子ビーム装置の時間スループット性能を低下させてしまうことになる。また，この過渡信号５０３３を補正しようとした場合，ブランキング電極１０で発生させる電界によるブランキング時の荷電粒子ビーム３の曲げ方向が荷電粒子ビーム３の走査方向に関係なく一定方向であることから，荷電粒子ビームの走査の方向（試料表面でＸ方向又はＹ方向）により過渡信号の画像への表れ方が異なり，単純に補正ができないという問題がある。
【００５０】
そこで、無効時間おいては歪の大きい画像を取得しないようにするために、偏向電極制御部１１０において、偏向信号生成部１１３から出力された補正がかかっていない元の偏向信号と、ブランキング信号補正部１１１から出力されたブランキング補正信号を信号加算部１１４で加算して出力された出力信号１２２により偏向電極１１を制御することにより行われる。
【００５１】
一方、ブランキングがＯＦＦ(０Ｖ)となった（過渡信号５０３３が無視できるほどに小さくなった）後は、所望の位置にビームを照射できる有効時間となり、偏向電極制御部１１０から出力される偏光信号生成部１１３で生成された信号に基づいて偏向回路１０５で偏向電極１１を制御して、収束させた荷電粒子ビーム３を試料５に照射する。
【００５２】
一定の有効時間の後、再びブランキング回路１０２の出力信号５０３をＯＮにし、ブランキング電極１０により荷電粒子ビーム３を偏向して荷電粒子ビーム３の試料５の表面への照射を停止させ、この状態で偏向電極制御部１１０の偏光信号発生部１１３からの信号に基づいて偏向電極１１を制御して、試料５上の荷電粒子ビーム３の照射点位置を偏向する。このブランキング電極１０のＯＮとＯＦＦの制御と偏向電極１１の制御とを繰返すことにより、複数の点（A、B、C、…）に順にビームを照射する。
【００５３】
この場合、上記した方式を採用せずに無効時間での撮像を停止すると、全体の照射時間が長くなってしまい、例えばＳＥＭの場合、測定に時間がかかってしまうことを意味する。また、荷電粒子ビーム３の照射時間がいと試料が帯電してしまい、ＳＥＭの場合正しい測定結果が得られなくなってしまう。
【００５４】
しかし、本実施例のようにブランキング制御と同時にアクティブディスチャージ回路が電荷を引き抜き、さらに、偏向制御部がブランキング電極の過渡信号を打ち消すように補正をかけた偏向信号を出力することで、図５のブランキングが完全にＯＦＦするまでの過渡信号の時間が短縮されるとともに、過渡時間に取得された画像の歪を補正することができるので、高速ブランキングＯＮ・ＯＦＦが行えて、試料のチャージアップを防いで高品質な画像を高スループットで取得することが可能になる。
【００５５】
また，補正項にブランキング電極軸に対する走査方向を表すθの項が含まれるため，荷電粒子ビームの走査の方向に影響されず，過渡信号を補正することができる。さらに、ブランキングが高速化することで、電子ビーム照射の高速ＯＮ・ＯＦＦが行えるため、従来よりも高速に多点飛び操作の計測が行えるようになる。
【００５６】
本実施例による荷電粒子ビーム装置１００を用いて試料上に形成されたパターンの寸法を計測する場合に、パターンは試料５の表面で必ずしもＸ方向又はＹ方向に沿って形成されているだけではなく、場合によっては、斜め方向に形成されている場合もある。しかし、本実施例によれば、補正項にブランキング電極軸に対する走査方向を表すθの項が含まれるため，荷電粒子ビームの走査の方向に影響されず，過渡信号を補正することができるので、荷電粒子ビーム３の走査方向によらず、高スループットにパターンの計測や検査を実行することができる。
【００５７】
次に、ブランキングの収束速度を高速化するための補正式の導出例について説明する。
【００５８】
補正式は、制御部２２の補正値生成部２２２で、検出器７からの出力を受けて信号処理部２１で処理した信号を受けて導出する。
【００５９】
まず、ブランキング電極制御部１０１がブランキング電極１０による荷電粒子３のブランキングをＯＮからＯＦＦに動作させるよう信号を出力する。ブランキング回路１０２は、ブランキング電極１０に印加する電圧を０Ｖとするよう動作し、同時に、アクティブディスチャージ回路１０３が動作し、ブランキング電極１０の電圧が早急に０Ｖとなるよう電荷を引き抜く。
【００６０】
偏向電極制御部１１０は、ブランキング信号補正部１１１による補正動作を行わずに、偏向信号生成部１１３が生成した信号をそのまま偏向回路１０５に出力し、偏向回路１０５はその信号を増幅し偏向電極１１に印加する。検出器７は、試料５から放出された２次電子を検出しその強度を電気信号として信号処理部２１に出力し、信号処理部２１は検出信号から測定画像を生成する。
【００６１】
この信号処理部２１で生成された測定画像は制御部２２の補正値生成部２２２に送られ、補正値生成部２２２では生成された画像と記憶部２２３に記憶しておいた本来測定されるべき理想画像を比較し、画像の歪みを（数１）に近似するように、たとえば最小二乗法を用いて未知変数bを求める。b以外は既知の変数であるため、（数１）が補正式となる。この、補正値生成部２２２で求めた（数１）を補正値記憶部１１２に記憶する。
【００６２】
以上のように、補正を行わない場合の測定画像と理想画像を比較して歪みを補正する補正式を導くことで、ブランキング信号補正部１１２で用いる補正式が求められ、これを用いて偏向回路１０１の制御を行うころができる。
【００６３】
本実施例によれば、荷電粒子ビームを走査するときに、ブランキング電極を高速に動作させて荷電粒子ビームの試料表面への照射のＯＮとＯＦＦとを繰返したときに、ＯＮからＯＦＦへの切替え直後の画像取得を開始するまでの待機時間を極力短くすることができるようになった。それにより、画像取得のスループットを高速化し、微細なパターンを撮像する際にチャージアップ現象を発生させることなく、微細なパターンのより鮮明で高品質な画像を連続的に安定して取得できるようになった。その結果、微細なパターンの寸法を計測する場合において、計測の精度を落とすことなく、また微細なパターンのダメージを与えることなく、計測のスループット(単位時間当たりの計測点数)を挙げることができるようになった。
【００６４】
また、荷電粒子ビーム装置を用いて試料５の表面に形成されたパターンの寸法を計測する場合、試料表面における計測点数が多いので、１か所を計測するする時間を短くすることが全体としての検査・計測のスループットを上げるためには重要になる。本実施例によれば、パターンの向きに係らずパターンの寸法を計測したりパターンの画像を取得することを効率よく実行できるので、精度を落とすことなく、検査・計測のスループットを上げることができるようになった。
【００６５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例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。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・ブランキング電極    １１・・・偏向電極    １０１・・・ブランキング電極制御部    １０２・・・ブランキング回路    １０３・・・アクティブディスチャージ回路    １１０・・・偏向電極制御部    １１１・・・ブランキング信号補正部    １１２・・・補正値記憶部    １１３・・・偏光信号発生部。
【図１】
2018113096.tif 000004
【図２】
2018113096.tif 000005
【図３Ａ】
2018113096.tif 000006
【図３Ｂ】
2018113096.tif 000007
【図３Ｃ】
2018113096.tif 000008
【図３Ｄ】
2018113096.tif 000009
【図４】
2018113096.tif 000010
【図５】
2018113096.tif 000011
【図６】
2018113096.tif 000012