(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを偏向させ試料上を走査させるための偏向信号を静電偏向器へ出力する電子線計測装置の静電偏向制御回路であって、
第１の増幅率の第１の演算増幅器を含み、前記偏向信号を当該第１の演算増幅器で増幅する低倍率用偏向回路と、
前記第１の増幅率よりも低い第２の増幅率の第２の演算増幅器を含み、前記偏向信号を当該第２の演算増幅器で増幅する高倍率用偏向回路と、
表示領域の一方向の画素数がＮである画像表示装置に画像を表示させる前記電子線計測装置の走査倍率が、前記表示領域に表示するときの偏向電圧を該Ｎで除算した値に相当する１画素あたりの偏向電圧が前記第１の演算増幅器のオフセット電圧より大きくなる所定倍率以下のとき、前記低倍率用偏向回路に切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力し、前記走査倍率が前記所定倍率を超えるとき、前記高倍率用偏向回路に切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力する切替回路と
を具備したことを特徴とする電子線計測装置の静電偏向制御回路。
【請求項２】
電子ビームを偏向させ試料上を走査させるための偏向信号を静電偏向器へ出力する電子線計測装置の静電偏向制御方法であって、
第１の増幅率の第１の演算増幅器により、前記偏向信号を当該第１の演算増幅器で増幅する低倍率用偏向プロセスと、
前記第１の増幅率よりも低い第２の増幅率の第２の演算増幅器により、前記偏向信号を当該第２の演算増幅器で増幅する高倍率用偏向プロセスと、
表示領域の一方向の画素数がＮである画像表示装置に画像を表示させる前記電子線計測装置の走査倍率が、前記表示領域に表示するときの偏向電圧を該Ｎで除算した値に相当する１画素あたりの偏向電圧が前記第１の演算増幅器のオフセット電圧より大きくなる所定倍率以下のとき、前記低倍率用偏向プロセスに切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力し、前記走査倍率が前記所定倍率を超えるとき、前記高倍率用偏向プロセスに切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力する切替プロセスと
を具備したことを特徴とする電子線計測装置の静電偏向制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線（電子ビーム）により試料を走査し微細なパターンを測定する電子線計測装置において、電子線の偏向を制御するための静電偏向制御回路および静電偏向制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型の電子顕微鏡といったような電子線計測装置は、電子銃から電子ビームを発生させて試料上に収束させるとともに、この電子ビームに対し、偏向器を用いて力を作用させ、照射点を偏向させることにより試料上を走査し、その試料の情報を収集するものであり、例えば微細な回路パターンの検査などの用途がある。
【０００３】
電子線計測装置は一般的に、解像度が大きくノイズや歪曲などの収差が少ない高精度の像が得られること、所望の倍率が得られること、視野が広いこと、装置が小型で構成が簡易であることなどの条件が望まれる。電子線計測装置において、前記したように、偏向器は、電子ビームの偏向および走査に係る重要な役割を果たすものであり、電磁偏向器および静電偏向器の種類があるが、これらは特性が異なる点があるため、使用目的や使用態様などに応じて使い分けられてきた。例えば、静電偏向器は、電磁偏向器と比較すると、小型で大きな偏向量が得られ、高速偏向が可能であるため走査速度を速くできるなどの特性がある。
【０００４】
そこで、従来、静電型偏向器および電磁型偏向器を光軸方向にずらして配置し、高倍率ではイオンビームの走査を電磁型偏向器で行うようにし、低倍率ではイオンビームの走査を静電型偏向器で行うようにした集束イオンビーム装置（第１の従来装置）が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
【０００５】
また、偏向器の各偏向子をイオンビームの上流側と下流側とに２分割し、上流側の偏向器と下流側の偏向器とを共に偏向電源に接続した状態と、下流側の偏向器のみを偏向電源に接続した状態とを切り換える静電偏向器を備えた集束イオンビーム装置（第２の従来装置）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１９９４６０号公報（段落００１８〜００２２、図２）
【特許文献２】特開２００２−１１７７９６号公報（段落００２５、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記第１の従来装置では、静電型偏向器および電磁型偏向器の両方を備えていて、電磁型偏向器はコイルを含み、電磁誘導を生じる。したがって、この装置では、静電型偏向器により偏向を行っているときも、電磁型偏向器内をビームが通過し、電磁誘導による影響を受ける。このため、走査倍率の変更に伴って視野中心がずれたり、ビームに歪曲などの収差が生じたりして、高精度または高倍率の像を得るのが難しくなる問題点があった。また、偏向器を２種類備えているため、偏向器同士の光軸を機械的に一致させるのが困難であり、また、偏向器全体の構成が複雑で大型かつ高価になる問題点があった。
【０００８】
また、前記第２の従来装置では、偏向器が光軸方向に２分割されていて、実質的に２組の静電偏向器を備えているのと同一の構成となっている。この構成では、高倍率時には下流側の偏向器のみを使用し、上流側の偏向器は使用しない。このため、単一の偏向器を備えた装置と比較すると、偏向器そのものの構成が複雑になるとともに、偏向電源の構成が２重になり、装置が複雑で大型かつ高価になる問題点があった。さらに、この装置では、ビームの経路長が長くなるとともに、ビームが上流側（電圧を印加していない側）の静電偏向器から不測の影響を受ける虞があるため、ビームの制御が難しくなり、高精度かつ高倍率の像を得るのが難しくなる問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記した問題に鑑みて、電子線計測の高精度化を図ることができるとともに、装置の構成の簡易化に寄与することができる電子線計測装置の静電偏向制御回路および静電偏向制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子線計測装置の静電偏向制御回路は、電子ビームを偏向させ試料上を走査させるための偏向信号を静電偏向器へ出力するものであって、第１の増幅率の第１の演算増幅器を含み、前記偏向信号を当該第１の演算増幅器で増幅する低倍率用偏向回路と、前記第１の増幅率よりも低い第２の増幅率の第２の演算増幅器を含み、前記偏向信号を当該第２の演算増幅器で増幅する高倍率用偏向回路と、表示領域の一方向の画素数がＮである画像表示装置に画像を表示させる前記電子線計測装置の走査倍率が、前記表示領域に表示するときの偏向電圧を該Ｎで除算した値に相当する１画素あたりの偏向電圧が前記第１の演算増幅器のオフセット電圧より大きくなる所定倍率以下のとき、前記低倍率用偏向回路に切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力し、前記走査倍率が前記所定倍率を超えるとき、前記高倍率用偏向回路に切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力する切替回路と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電子線計測装置の静電偏向制御方法は、電子ビームを偏向させ試料上を走査させるための偏向信号を静電偏向器へ出力するものであって、第１の増幅率の第１の演算増幅器により、前記偏向信号を当該第１の演算増幅器で増幅する低倍率用偏向プロセスと、前記第１の増幅率よりも低い第２の増幅率の第２の演算増幅器により、前記偏向信号を当該第２の演算増幅器で増幅する高倍率用偏向プロセスと、表示領域の一方向の画素数がＮである画像表示装置に画像を表示させる前記電子線計測装置の走査倍率が、前記表示領域に表示するときの偏向電圧を該Ｎで除算した値に相当する１画素あたりの偏向電圧が前記第１の演算増幅器のオフセット電圧より大きくなる所定倍率以下のとき、前記低倍率用偏向プロセスに切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力し、前記走査倍率が前記所定倍率を超えるとき、前記高倍率用偏向プロセスに切り替えて前記偏向信号を前記静電偏向器へ出力する切替プロセスと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電子線計測装置の静電偏向制御回路および静電偏向制御方法によれば、低倍率用偏向回路と高倍率用偏向回路とを走査倍率により切り替えるようにしたため、電子線計測の高精度化を図ることができるとともに、装置の構成の簡易化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子線計測装置１０の原理構成図である。
電子線計測装置１０は、典型的には、走査電子顕微鏡（scanning electron microscope; SEM）またはこれに付加機能を備えた装置である。
【００１４】
具体的には、電子線計測装置１０は、電子線（電子ビーム）を発生する電子源１０１と、電子源１０１で発生された電子線をいったん収束（convergence）するコンデンサレンズ６と、静電場を発生させ電子線を偏向させる偏向器３と、偏向器３へ偏向電圧を供給する静電偏向回路（特許請求の範囲に記載の「静電偏向制御回路」に相当）１００と、対物レンズ５により試料Ｐ上に電子ビームを集束（focusing）させる対物レンズ５と、試料Ｐに電子ビームが照射されることに起因して放出される２次電子を検出する２次電子検出器１０６と、２次電子検出器１０６が２次電子を検出したときに出力される検出信号を増幅する増幅器１０７と、増幅された検出信号を基に試料Ｐの画像データ（または画像信号）を生成する信号処理部１０８と、生成された画像データ（または画像信号）を基に試料Ｐの画像を表示する観察モニタ１０９とを具備している。
【００１５】
図２は、電子線計測装置１０に備えられた静電偏向回路１００および偏向器３の機能構成を示すブロック図である。
静電偏向回路１００および偏向器３は、電子線（電子ビーム）に対して用いる代わりに、集束イオンビーム（FIB; Focused Ion Beam）などの、他の荷電粒子線に対して用いることもできる。また、電子線計測装置１０などの計測装置のほか、加工装置などに適用してもよい。
【００１６】
静電偏向回路１００は、試料表面の所定範囲を所定ピッチで走査するため、電子線発生装置（図示せず）から放出され、電子レンズ（図示せず）によって収束される所要の電流値を有する電子ビーム（電子プローブ）の偏向方向および偏向量を制御するためものである。
【００１７】
静電偏向回路１００は、電子線計測装置の設定に応じて低倍率または高倍率を示す倍率切替信号Ｓｄを出力するとともに電子プローブの走査パターンの情報を表す偏向データＤｄを出力する制御部４と、偏向データＤｄをデジタル−アナログ変換しＸ偏向信号ＳｘおよびＹ偏向信号Ｓｙとして出力するＤ−Ａ変換部１と、倍率切替信号Ｓｄ、Ｘ偏向信号ＳｘおよびＹ偏向信号Ｓｙに基づき偏向器３の各々の静電偏向板（後述）へ偏向電圧を印加するアナログ演算部２と、を具備している。
【００１８】
図３は、アナログ演算部２を詳細に示すブロック図である。
アナログ演算部２は、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４を具備している。アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４には、Ｄ−Ａ変換部１からＸ偏向信号ＳｘおよびＹ偏向信号Ｓｙが入力されるとともに、制御部４から倍率切替信号Ｓｄが入力される。また、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４から出力される偏向電圧Ｘ１〜Ｘ４，Ｙ１〜Ｙ４は、それぞれ、偏向器３の静電偏向板３ｘ１〜３ｘ４，３ｙ１〜３ｙ４（後述）へ印加される。
【００１９】
図４は、偏向器３を詳細に示す説明図である。
偏向器３は、電子ビームに対する偏向子として作用する複数の静電偏向板３ｘ１〜３ｘ４，３ｙ１〜３ｙ４を有し、これらは光軸（電子ビームの進行方向に沿った中心軸）周りに環状に配置されている。つまり、図１に示すように、所定の電流値を有する電子ビーム（電子プローブ）は、電子源１０１から出射し、コンデンサレンズ６により収束（convergence）され、対物レンズ５により試料Ｐ上に集束（focusing）される経路のいずれかにおいて、偏向器３の環内を通過し、環内の静電場の影響を受け、偏向される。
【００２０】
図４に戻り、本実施形態では、偏向器３として、例えば、大きな偏向量が得られ、精度が良好である観点から、８枚の静電偏向板３ｘ１〜３ｘ４，３ｙ１〜３ｙ４を備えた８極偏向器を用いた例について説明する。無論、８極偏向器は一例であって、偏向器３として、例えば、４枚の静電偏向板Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−（いずれも図示せず）を備え、より簡易な構造を有する４極偏向器など、使用目的や態様などに応じて他の構成を有する静電偏向器を用いても差し支えない。
【００２１】
図５は、アナログ演算部２に含まれるアナログ演算回路２ｘ１の構成例を詳細に示すブロック図である。
アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の構成は、乗算器２１ｘおよび２１ｙ（後述）の乗率が異なるほかは、同じ構成である。
【００２２】
アナログ演算回路２ｘ１は、Ｘ偏向信号Ｓｘを入力されその電圧（Ｘ偏向電圧Ｖｘ）を所定倍して出力する乗算器２１ｘと、Ｙ偏向信号Ｓｙを入力されその電圧（Ｙ偏向電圧Ｖｙ）を所定倍して出力する乗算器２１ｙと、乗算器２１ｘの出力電圧と乗算器２１ｙの出力電圧とを加算した電圧を出力する加算器２２と、加算器２２の出力電圧を所定利得で増幅して出力する高利得増幅器２３ｑおよび低利得増幅器２３ｐと、高利得増幅器２３ｑの出力または低利得増幅器２３ｐの出力のいずれかを切り替えて静電偏向板３ｘ１へ出力する有接点リレー２５と、有接点リレー２５を駆動するリレー駆動回路２４とを具備している。
【００２３】
乗算器２１ｘ，２１ｙは、いずれも演算増幅器である。アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の各々の乗算器２１ｘ，２１ｙは、次の乗率で、入力信号（Ｘ偏向信号ＳｘまたはＹ偏向信号Ｓｙ）の電圧（Ｘ偏向電圧ＶｘまたはＹ偏向電圧Ｖｙ）を増幅して出力する。乗率α，βは、主偏向信号とその９０度方向の偏向信号を加算し、偏向器３において均一な静電場が得られるように設定してある。
【００２４】
――――――――――――――――――――――――――
アナログ演算回路    乗算器２１ｘ    乗算器２１ｙ
の符号              の乗率          の乗率
――――――――――――――――――――――――――
２ｘ１              ＋α            ＋β
２ｘ２              ＋α            −β
２ｘ３              −α            ＋β
２ｘ４              −α            −β
２ｙ１              ＋β            ＋α
２ｙ２              −β            ＋α
２ｙ３              ＋β            −α
２ｙ４              −β            −α
――――――――――――――――――――――――――
【００２５】
加算器２２は、演算増幅器を含んで構成される。アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の各々の加算器２２の出力電圧は、次の通りとなる。
【００２６】
―――――――――――――――――――――――――
アナログ演算回路          加算器２２
の符号                  の出力電圧
―――――――――――――――――――――――――
２ｘ１              ＋αＶｘ  ＋βＶｙ
２ｘ２              ＋αＶｘ  −βＶｙ
２ｘ３              −αＶｘ  ＋βＶｙ
２ｘ４              −αＶｘ  −βＶｙ
２ｙ１              ＋βＶｘ  ＋αＶｙ
２ｙ２              −βＶｘ  ＋αＶｙ
２ｙ３              ＋βＶｘ  −αＶｙ
２ｙ４              −βＶｘ  −αＶｙ
―――――――――――――――――――――――――
【００２７】
低利得増幅器２３ｐは、差動増幅回路、レベル・シフト回路、出力回路（いずれも図示せず）を含む演算増幅器（operational amplifier）である。低利得増幅器２３ｐは、加算器２２からの入力電圧を直線的に増幅して出力する機能を有し、加算器２２からの入力信号が無入力であるとき出力電圧が０である。低利得増幅器２３ｐは、増幅率は比較的小さいが、ノイズフィギュア（noise figure; NF）が小さく（したがって、出力信号における雑音の割合が小さく）、直線性がよく、オフセット電圧が低いので、高精度の増幅が行える。
【００２８】
高利得増幅器２３ｑは、低利得増幅器２３ｐと同様な回路であるが、いわゆるパワーオペアンプであって、増幅率および出力を大きくできる代わりに、ノイズフィギュア、直線性、オフセット電圧の低さなどの特性が、低利得増幅器２３ｐよりも若干劣る。
【００２９】
低利得増幅器２３ｐおよび高利得増幅器２３ｑは、パッケージされたＩＣ（Integrated Circuit; 集積回路）として市販されているものの中から適切な品種を利用することにより、均一なものが安価で容易に入手でき、設計や実装の手間を省くことができる。無論、ディスクリートなデバイスを組み合わせて回路を実現してもよい。
【００３０】
高利得増幅器２３ｑの増幅率をＡ１とすると、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の各々の高利得増幅器２３ｑの出力電圧は、加算器２２の出力電圧をＡ１倍した値になる。また、低利得増幅器２３ｐの増幅率をＡ２とすると、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の各々の低利得増幅器２３ｐの出力電圧は、加算器２２の出力電圧をＡ２倍した値になる。
【００３１】
有接点リレー２５は、機械的接点を有する１ａ１ｂ接点（ｃ接点）方式のリレーであり、低利得増幅器２３ｐに接続された常開接点（ａ接点）２５ａと、高利得増幅器２３ｑに接続された常閉接点（ｂ接点）２５ｂと、磁性合金からなり静電偏向板３ｘ１に接続された可動接片２５ｍと、作動電流が供給されると磁力を発生するコイル２５ｈとを具備している。
【００３２】
有接点リレー２５は、原理的に漏れ電流がなく、ＯＮ抵抗が例えば数十ｍΩと小さいため、偏向器３において、対向する静電偏向板同士の対称性を良好に保てる利点がある。
【００３３】
図５に示すように、コイル２５ｈに作動電流が供給されていないとき、可動接片２５ｍは、バネ（図示せず）または可動接片２５ｍ自身の弾性、あるいは、磁石（図示せず）の磁力によって、常閉接点２５ｂ側に復帰することにより、常閉接点２５ｂ−可動接片２５ｍ間が閉成するとともに、常開接点２５ａが開放する。また、コイル２５ｈに作動電流が供給されているとき、コイル２５ｈに磁力が生じ、可動接片２５ｍが常開接点２５ａ側に作動することにより、常開接点２５ａ−可動接片２５ｍ間が閉成するとともに、常閉接点２５ｂが開放する。
【００３４】
高倍率時の信号と低倍率時の信号との干渉を避ける観点から、有接点リレー２５は、ｃ接点方式であることが好ましいが、１ａ接点方式または１ｂ接点方式のリレーを複数組み合わせたり、多接点のリレーの一部を利用するなどにより、同様の機能を有する回路を実現してもよい。
【００３５】
リレー駆動回路２４は、制御部４から入力された倍率切替信号Ｓｄに従って、有接点リレー２５を駆動する。すなわち、リレー駆動回路２４は、倍率切替信号Ｓｄが「低倍率」を示すとき、コイル２５ｈに作動電流を供給しない。このとき、高利得増幅器２３ｑの出力側が静電偏向板３ｘ１に接続され、高利得増幅器２３ｑの出力電圧（偏向電圧Ｘ１）が静電偏向板３ｘ１に印加される。同様に、他のアナログ演算回路２ｘ２〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４についてもまとめると、次の通りとなる。なお、高利得増幅器２３ｑの増幅率をＡ１とする。
【００３６】
――――――――――――――――――――――――――――――――
アナログ        アナログ演算回路                出力先の
演算回路          の出力電圧                    静電偏向板
の符号                                            の符号
――――――――――――――――――――――――――――――――
２ｘ１      Ｘ１＝Ａ１（＋αＶｘ  ＋βＶｙ）      ３ｘ１
２ｘ２      Ｘ２＝Ａ１（＋αＶｘ  −βＶｙ）      ３ｘ２
２ｘ３      Ｘ３＝Ａ１（−αＶｘ  ＋βＶｙ）      ３ｘ３
２ｘ４      Ｘ４＝Ａ１（−αＶｘ  −βＶｙ）      ３ｘ４
２ｙ１      Ｙ１＝Ａ１（＋βＶｘ  ＋αＶｙ）      ３ｙ１
２ｙ２      Ｙ２＝Ａ１（−βＶｘ  ＋αＶｙ）      ３ｙ２
２ｙ３      Ｙ３＝Ａ１（＋βＶｘ  −αＶｙ）      ３ｙ３
２ｙ４      Ｙ４＝Ａ１（−βＶｘ  −αＶｙ）      ３ｙ４
――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３７】
また、リレー駆動回路２４は、倍率切替信号Ｓｄが「高倍率」を示すとき、コイル２５ｈに作動電流を供給する。このとき、低利得増幅器２３ｐの出力側が静電偏向板３ｘ１に接続され、低利得増幅器２３ｐの出力電圧（偏向電圧Ｘ１）が静電偏向板３ｘ１に印加される。同様に、他のアナログ演算回路２ｘ２〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４についてもまとめると、次の通りとなる。なお、低利得増幅器２３ｐの増幅率をＡ２とする。
【００３８】
――――――――――――――――――――――――――――――――
アナログ        アナログ演算回路                出力先の
演算回路          の出力電圧                    静電偏向板
の符号                                            の符号
――――――――――――――――――――――――――――――――
２ｘ１      Ｘ１＝Ａ２（＋αＶｘ  ＋βＶｙ）      ３ｘ１
２ｘ２      Ｘ２＝Ａ２（＋αＶｘ  −βＶｙ）      ３ｘ２
２ｘ３      Ｘ３＝Ａ２（−αＶｘ  ＋βＶｙ）      ３ｘ３
２ｘ４      Ｘ４＝Ａ２（−αＶｘ  −βＶｙ）      ３ｘ４
２ｙ１      Ｙ１＝Ａ２（＋βＶｘ  ＋αＶｙ）      ３ｙ１
２ｙ２      Ｙ２＝Ａ２（−βＶｘ  ＋αＶｙ）      ３ｙ２
２ｙ３      Ｙ３＝Ａ２（＋βＶｘ  −αＶｙ）      ３ｙ３
２ｙ４      Ｙ４＝Ａ２（−βＶｘ  −αＶｙ）      ３ｙ４
――――――――――――――――――――――――――――――――
【００３９】
このように、アナログ演算部２に所要のＸ偏向信号ＳｘおよびＹ偏向信号Ｓｙを入力することにより、偏向器３の環内に所望の静電場を作れ、Ｘ偏向電圧ＶｘおよびＹ偏向電圧Ｖｙを時間変化させることにより、電子ビームの偏向方向と偏向量を変化させて、試料上を走査することができる。さらに、倍率切替信号Ｓｄを「低倍率」または「高倍率」に切り替えることにより、走査倍率を低倍率または高倍率に切り替えることができる。
【００４０】
本実施形態の電子線計測装置は、低倍率および高倍率の走査倍率で使用できるものである。走査倍率が低倍率のときの偏向電圧は、例えば最大数百Ｖであるから、高利得増幅器２３ｑの出力回路（図示せず）は、この電圧に耐える高い耐圧性が必要となる。また、走査倍率が高倍率のときの偏向電圧は、例えば最大数Ｖ〜数百ｍＶであるから、低利得増幅器２３ｐの出力回路（図示せず）は、この電圧に対する耐圧性を有すればよい。
【００４１】
また、例えば５１２画素×５１２画素の画像表示装置（図示せず）を用いて計測により得られた像の表示を行う場合、低倍率での１画素あたりの偏向電圧は、数百ｍＶ／画素〜数Ｖ／画素であるから、高利得増幅器２３ｑを含む低倍率用偏向系は、これに応じた精度を有すればよい。また、高倍率での１画素あたりの偏向電圧は、数ｍＶ／画素程度であるから、低利得増幅器２３ｐを含む高倍率用偏向系は、これに応じた高い精度を有するものとする。
【００４２】
いわゆるパワーオペアンプ素子は、ノイズ成分が使用周波数で例えば数十μＶ、すなわち、高倍率での１画素当たりの偏向電圧のおおよそ百分の１である。したがって、パワーオペアンプ素子は、低倍率時の偏向電圧出力用としては充分な走査波形精度が得られるが、高倍率時の偏向電圧出力用としては充分な走査波形精度が得られない。
【００４３】
さらに、高倍率時の１画素当たりの偏向電圧は例えば数ｍＶ／画素であり、パワーオペアンプ素子のオフセット電圧とほぼ同等である（なお、オフセット電圧も、パワーオペアンプ素子の利得分だけ増幅される。）。したがって、意図したビーム照射場所からこのオフセット電圧だけ画素ずれ（像ずれ）が発生する。このように、オフセット電圧が大きいと、試料表面へ正確に電子ビームを照射することが困難になる。
【００４４】
例えば、試料となる集積回路のデザインルールが２００ｎｍであれば、２０万倍の倍率でパターン計測を行うこととなり、そのときの１画素当たりの偏向電圧は約３．４ｍＶ／画素である。また、デザインルールが９０ｎｍであれば、４０万倍の倍率でパターン計測を行うこととなり、そのときの１画素当たりの偏向電圧は、２０万倍の倍率時の約１／２、すなわち約１．７ｍＶ／画素である。このときの偏向電圧の値は、パワーオペアンプ素子のノイズレベルやオフセット電圧とほぼ同等である。
【００４５】
本実施形態では、高い偏向電圧を偏向器３へ出力する必要のある低倍率時には、有接点リレー２５によって、高耐圧で高出力が可能な高利得増幅器２３ｑからの出力に切り替え、高い精度の偏向電圧波形を偏向器３へ出力する必要のある高倍率時には、有接点リレー２５によって、低ノイズで低オフセット電圧の低利得増幅器２３ｐからの出力に切り替えることにより、前記課題を解決している。
【００４６】
したがって、低倍率時には、高利得増幅器２３ｑで偏向信号を増幅するため、充分な精度で広視野の電子線計測を行うことができ、高倍率時には、低利得増幅器２３ｐで偏向信号を増幅するため、ノイズや収差の小さい高精度の電子線計測を行うことができる。
【００４７】
低倍率または高倍率の切り替えは、１画素あたりの偏向電圧が、高利得増幅器２３ｑのオフセット電圧よりも大きくなる倍率で行うように構成すれば、低倍率と高倍率の切り替えによる像ずれはほとんど発生しない。この構成によれば、高利得増幅器２３ｑのオフセット調整を省略することが可能になる。
【００４８】
また、有接点リレー２５によって切り替えを行うことにより、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４の高利得増幅器２３ｑおよび低利得増幅器２３ｐを除く構成を低倍率時と高倍率時で共用できるので、回路を簡素化できるとともに、素子のばらつきによる精度低下を抑止できる。また、ひとつの偏向器３によって、低倍率時および高倍率時の電子ビームの偏向が行えるので、偏向器３など電子ビームの偏向機構を簡素化できる。
【００４９】
図６は、変形例のアナログ演算部２ｂに含まれるアナログ演算回路２ｂｘ１を詳細に示すブロック図である。
アナログ演算部２ｂは、アナログ演算部２の代わりに用いることができ、同様の機能を有するものである。アナログ演算部２ｂは、アナログ演算回路２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４（図３参照）の代わりに、同様な機能を有するアナログ演算回路２ｂｘ１〜２ｂｘ４，２ｂｙ１〜２ｂｙ４を具備している。
【００５０】
アナログ演算回路２ｂｘ１は、有接点リレー２５の代わりに光ＭＯＳリレー２６を備え、リレー駆動回路２４の代わりにリレー駆動回路２４ｂを備えるほかは、アナログ演算回路２ｘ１と同様の構成である。また、アナログ演算回路２ｂｘ２〜２ｂｘ４，２ｂｙ１〜２ｂｙ４は、アナログ演算回路２ｂｘ１と同様の構成であるので、図示を省略する。
【００５１】
光ＭＯＳリレー２６は、受光素子およびパワーＭＯＳＦＥＴを含む常開素子２６ａと、常開素子２６ａ側の発光素子２６ｃと、受光素子およびパワーＭＯＳＦＥＴを含む常閉素子２６ｂと、常閉素子２６ｂ側の発光素子２６ｄと、を具備している。
【００５２】
リレー駆動回路２４ｂは、倍率切替信号Ｓｄが「低倍率」を示すときは、発光素子２６ｄを点灯させて常閉素子２６ｂを導通状態にするとともに、発光素子２６ｃを消灯させて常開素子２６ａを非導通状態にする。これにより、高利得増幅器２３ｑの出力電圧（偏向電圧Ｘ１）が静電偏向板３ｘ１に印加される。
【００５３】
また、リレー駆動回路２４ｂは、倍率切替信号Ｓｄが「高倍率」を示すときは、発光素子２６ｄを消灯させて常閉素子２６ｂを非導通状態にするとともに、発光素子２６ｃを点灯させて常開素子２６ａを導通状態にする。これにより、低利得増幅器２３ｐの出力電圧（偏向電圧Ｘ１）が静電偏向板３ｘ１に印加される。
【００５４】
光ＭＯＳリレー２６を用いることにより、低倍率と高倍率との切り替えが高速にでき、また、機械的接点がないため寿命が長く接点の信頼性が向上する利点がある。
光ＭＯＳリレー２６の代わりに、他の形式の半導体無接点リレーを使用してもよい。さらに、ハイブリッドリレーやスイッチ素子など、切り替え機能を有する他の素子を利用することも可能である。
【００５５】
図７は、比較例のアナログ演算部２ｃに含まれるアナログ演算回路２ｂｘ１を詳細に示すブロック図である。
このアナログ演算回路２ｃｘ１では、低倍率と高倍率の切り替え機能がなく、加算器２２からの入力電圧を、ひとつの増幅器２３で増幅し、静電偏向板３ｘ１に印加している。
【００５６】
この電子線計測装置を低倍率で使用可能にする場合、増幅器２３には、高出力性能および高耐圧性能を有する演算増幅器を用いる必要がある。このため、高倍率で使用するときは、ノイズやオフセット電圧が大きくなり、高精度の画像が得られない。
【００５７】
また、この電子線計測装置を高倍率での使用に適するようにする場合、増幅器２３には、高精度の演算増幅器を用いる必要がある。このため、低倍率時には、耐圧性や高出力性が不足するため使用できない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子線計測装置の原理構成図である。
【図２】電子線計測装置に備えられた静電偏向回路および偏向器の機能構成を示すブロック図である。
【図３】アナログ演算部を詳細に示すブロック図である。
【図４】偏向器を詳細に示す説明図である。
【図５】アナログ演算部に含まれるアナログ演算回路の構成例を詳細に示すブロック図である。
【図６】変形例のアナログ演算部に含まれるアナログ演算回路を詳細に示すブロック図である。
【図７】比較例のアナログ演算部に含まれるアナログ演算回路を詳細に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      Ｄ−Ａ変換部
１０    電子線計測装置
２，２ｂ，２ｃ    アナログ演算部
３      偏向器
４      制御部
５      対物レンズ
６      コンデンサレンズ
２１ｘ，２１ｙ  乗算器
２２    加算器
２３    増幅器
２３ｐ  低利得増幅器
２３ｑ  高利得増幅器
２４，２４ｂ  リレー駆動回路
２５    有接点リレー
２５ａ  常開接点
２５ｂ  常閉接点
２５ｈ  コイル
２５ｍ  可動接片
２６    光ＭＯＳリレー
２６ａ  常開素子
２６ｂ  常閉素子
２６ｃ，２６ｄ  発光素子
２ｘ１〜２ｘ４，２ｙ１〜２ｙ４  アナログ演算回路
２ｂｘ１〜２ｂｘ４，２ｂｙ１〜２ｂｙ４  アナログ演算回路
３ｘ１〜３ｘ４，３ｙ１〜３ｙ４  静電偏向板
１００  静電偏向回路
Ｐ      試料
【図１】
0004705442.tif 000002
【図２】
0004705442.tif 000003
【図３】
0004705442.tif 000004
【図４】
0004705442.tif 000005
【図５】
0004705442.tif 000006
【図６】
0004705442.tif 000007
【図７】
0004705442.tif 000008