(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段による荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号を生成する偏向制御手段とを備えた荷電粒子ビーム走査式装置において、
前記偏向制御手段は、
与えられた制御出力周期ごとにその振幅値が与えられた段差量だけ増加する階段状の基本走査信号を生成する基本走査信号生成手段と、
この手段により生成された基本走査信号を帯域制限するための、前記基本走査信号の出力回路に設けられたフィルタと、
前記制御出力周期、前記段差量、及び前記基本走査信号が前記基本走査信号生成手段から前記偏向手段へ至るまでの前記フィルタを含む出力回路の遅延特性を表す時定数を入力として、前記出力回路の出力値が前記基本走査信号の値が階段状に変化する参照時点において前記基本走査信号の値と一致するようにするための補正信号を生成する補正信号生成手段と、
この手段により生成された補正信号と前記基本走査信号とを加算し、荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号として出力する加算手段とを備えると共に、
基準信号を発生して前記出力回路へ入力する基準信号発生手段と、前記基準信号が入力されたときの前記出力回路の出力によって偏向制御された荷電粒子ビームを既知パターンを生成する試料へ照射したときに前記画像取得信号により取得される画像データを解析して前記出力回路の時定数を算出する時定数算出手段とを設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置。
【請求項２】
荷電粒子ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段による荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号を生成する偏向制御手段とを備えた荷電粒子ビーム走査式装置において、
前記偏向制御手段は、
与えられた制御出力周期ごとにその振幅値が与えられた段差量だけ増加する階段状の基本走査信号を生成する基本走査信号生成手段と、
この手段により生成された基本走査信号を帯域制限するための、前記基本走査信号の出力回路に設けられたフィルタと、
前記制御出力周期、前記段差量、及び前記基本走査信号が前記基本走査信号生成手段から前記偏向手段へ至るまでの前記フィルタを含む出力回路の遅延特性を表す時定数を入力として、前記出力回路の出力値が前記基本走査信号の値が階段状に変化する参照時点において前記基本走査信号の値と一致するようにするための補正信号を生成する補正信号生成手段と、
この手段により生成された補正信号と前記基本走査信号とを加算し、荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号として出力する加算手段とを備えると共に、
前記制御出力周期がＴ１であり、前記段差量がＫであり、かつ前記出力回路を時定数Ｔ２の第１の１次遅れ要素とこの要素に縦続接続された同じ時定数Ｔ２の第２の１次遅れ要素から成る２次遅れ要素と近似したとき、前記補正信号生成手段は、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第１のステップ信号と、振幅がＫ（Ｔ１／Ｔ２）exp（−Ｔ１／Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））2で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第２のステップ信号とを生成し、前記加算手段は、前記第１のステップ信号と前記基本走査信号とを加算して前記出力回路の入力とし、また前記第２ステップ信号を前記第１の１次遅れ要素出力と加算して前記第２の１次遅れ要素入力とするように構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置。
。
【請求項３】
荷電粒子ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段による荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号を生成する偏向制御手段とを備えた荷電粒子ビーム走査式装置において、
前記偏向制御手段は、
与えられた制御出力周期ごとにその振幅値が与えられた段差量だけ増加する階段状の基本走査信号を生成する基本走査信号生成手段と、
この手段により生成された基本走査信号を帯域制限するための、前記基本走査信号の出力回路に設けられたフィルタと、
前記制御出力周期、前記段差量、及び前記基本走査信号が前記基本走査信号生成手段から前記偏向手段へ至るまでの前記フィルタを含む出力回路の遅延特性を表す時定数を入力として、前記出力回路の出力値が前記基本走査信号の値が階段状に変化する参照時点において前記基本走査信号の値と一致するようにするための補正信号を生成する補正信号生成手段と、
この手段により生成された補正信号と前記基本走査信号とを加算し、荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号として出力する加算手段とを備えると共に、
前記制御出力周期がＴ１であり、前記段差量がＫであり、かつ前記出力回路を時定数Ｔ２の１次遅れ要素とこの要素に縦続接続された時定数Ｔ３の第２の１次遅れ要素から成る２次遅れ要素と近似したとき、時定数Ｔ２の第３の１次遅れ要素を設けるとともに、前記補正信号生成手段は、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ３）・Ｔ３／（Ｔ３−Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ３））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第１のステップ信号と、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ２）・Ｔ２／（Ｔ２−Ｔ３）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第２のステップ信号とを生成し、前記加算手段は、前記第１のステップ信号と前記第１の１次遅れ要素出力とを加算して前記第２の１次遅れ要素の入力とし、また前記第２のステップ信号を前記第３の１次遅れ要素へ入力して得られた信号と前記第２の１次遅れ要素出力と加算するように構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームを所定の位置に照射する荷電粒子ビーム走査式装置に関し、特にビーム照射位置を高速かつ高精度に制御する必要のある自動検査装置に適した荷電粒子ビーム走査式装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子ビーム走査式自動検査装置は、荷電粒子ビームを偏向し、ウェハやマスク等の被検査物上をスキャンすることで被検査物の物理的性質を現した画像を得、取得した画像パターンを比較もしくは評価することで検査を行うものとして知られている。この荷電粒子ビーム走査式自動検査装置に関して、荷電粒子ビームの走査信号を生成する偏向回路部をアナログ積分回路で構成した偏向制御装置が、特開平５−２５８７０３号公報に示されている。このアナログ方式で生成される信号はランプ波形であり、制御可能な状態量は、ランプ波の傾斜量であるスロープ値、及びランプ波の振り戻し量であるリトレース値である。また、スロープ値で指定されるアナログ信号の傾斜量は調整値であるラインサイズ値と比較され、リトレース値で指定されるオフセットは調整値である片寄り値と比較され、それぞれアナログフィードバックにより、走査信号を一定に保っている。ランプ波の傾斜部分は一定の直線であることが望ましいが、このようなアナログ方式では、ランプ波傾斜部分には直線性歪みと呼ばれる非直線部分がある。この非直線性部分を偏向信号に使用すると偏向位置の誤差となるため、アナログ電圧比較回路を利用して、ランプ波傾斜部分の中央付近の直線性精度が保たれている部分のみを偏向信号として使用している。
【０００３】
荷電粒子走査式装置の偏向装置において、ビーム照射位置の位置ずれを生じさせる要因は、ランプ波傾斜部分の非直線性の誤差以外にも数多くあり、その１つに偏向器の光学系起因誤差である偏向歪みがある。特開平７−２２３０３号公報では、前記偏向歪みの補正回路を搭載した電子線描画装置の偏向制御装置が示されている。電子線描画装置は、電子ビームをウェハやマスク等の試料上の所定の位置に偏向し、電子を照射することで試料の物理的性質を変化させ、トランジスタ、メモリ、配線などのパターンを描くものとして知られており、前記検査装置とは電子ビーム偏向制御方法は類似しているが、走査方法や要求スペックが異なるものである。特開平７−２２３０３号公報記載の偏向制御装置は、前記アナログ積分回路と同様な構成のラインジェネレータを用いている。また特開平７−２２３０３号公報記載の偏向歪みの補正方法は、ルックアップテーブル方式と呼ばれ、次のように動作する。まずラインジェネレータのアナログランプ波のアナログ値をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル値をアドレスとしてメモリに入力する。メモリには、アドレスに対する補正値が事前に入力されており、補正量をデジタル値として出力する。補正量のデジタル値をＤＡ変換してアナログ補正信号を得、これをアナログランプ波に加算して偏向歪みの補正を行う。この方式では、走査信号を生成するアナログ回路と補正信号を生成するデジタル回路が混在している。このように、各種補正を行うには、アナログ方式よりもデジタル的に処理を行う方式が適している。
【０００４】
上記公知例ではアナログ回路にて実現していたランプ波を基本走査信号として用いているが、特開２０００−１００３６２号公報には、デジタル値を階段的に指定し、ＤＡ変換して得られる階段波を基本走査信号として用いるデジタル方式が開示されている。この方式では、走査信号の偏向位置と各種装置誤差情報、照射位置の高さ情報などから、走査制御および各種補正を、全てデジタル的な演算を用いて実施することが可能になることから、各種位置誤差の補正によるビーム照射位置の精度向上とビーム走査の自由度の向上が実現できる特徴がある。
【０００５】
このようなデジタル方式の荷電粒子走査式装置の偏向装置において、高速走査を行う場合、その動作速度は電子回路の遅れ成分により制限される。電子回路の遅れ成分には、例えばアンプなどの使用素子の周波数特性や、高周波では無視できない浮遊回路により生じる周波数特性の変化、ノイズ（混入ノイズ、アンプノイズなど）やグリッチ（デジタルフィードスルー雑音）などを低減したりアンプのリンギングなどの特性調整のために用いるフィルタ回路によるものなどがある。これらの遅れ成分は、ＤＡ変換出力が目標値の所定の誤差範囲内に収まるまでに要する時間（整定時間）を増大させる。整定時間より短い時間間隔でＤＡ変換を行うと、出力波形に歪みを生じさせるため、前記遅れ成分は、正確な偏向制御を行うためのＤＡ変換出力間隔を制限する。この問題を前記ウェハ等の検査装置の場合で考えると、形成されたフィルタの時定数、メモリ遅れ時間が、制御出力周期もしくは画像の要素である画素の取り込み周期よりも十分小さければ問題とならないが、前記周期が小さくなると、前記使用素子の周波数特性や浮遊回路による遅れ成分により、偏向制御信号が大きく歪み、偏向位置精度の低下や高速化の障害となる。
【０００６】
このようなデジタル方式における遅れ成分を補償する試みの例は、特開平７−１０６９６４号公報の電子線描画装置に示されている。この従来技術では、ＤＡ変換の出力であるステップ信号に、擬似インパルス信号であるパルス信号を加算することにより、整定時間の短縮をはかっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ウェハ等の検査装置において、集積回路のデザインルールの微細化等による微細欠陥検出の要求に従い、分解能の向上が強く望まれており、この分解能は偏向走査位置精度に依存するところが大きく、偏向制御の高精度化が望まれている。しかし微細化は、従来においても膨大な時間がかかる検査時間を益々増大させることとなる。例えば、従来の検査時間は、８インチウェハの全面検査では10時間オーダであった。また、近年のウェハサイズの大型化による検査面積の増大に伴い、１２インチウェハの全面検査では数10時間オーダである。検査時間は精度に比例して増加するため、微細化によりこれ以上の検査時間の増大は、検査実施の大きな障害となる。従って、検査時間短縮が切に望まれており、このためには偏向速度の高速化が必須である。このように、偏向位置制御の高精度化と高速化がともに要求されているが、これらは本来相反する（トレードオフ）関係にあるため、既に同時に追求することの限界が生じていた。
【０００８】
ここでこの高精度化及び高速化の問題を具体的に詳しく述べる。デジタル偏向制御方式おいて、十分な分解能を実現するビット数を持ち、高い精度で位置の指定が可能でありＤＡ変換可能あっても、偏向信号にノイズが含まれると最小の分解能が制限されるので、ノイズ低減は精度向上のために不可欠である。いま検査装置の要求精度として、例えば、電子ビームにより０．１μｍ間隔で検出を行い、数１００μｍの偏向範囲にわたって偏向する場合では、その許容誤差は理想的には前記間隔の１０分の１以下であるので、位置誤差として０．０１μｍ以下が要求される。これは偏向範囲数１００μｍの数万分の１以下の誤差での位置決めを意味する。さらに前記間隔が０．０５μｍの場合はその倍の精度が要求される。この０．０５μｍ間隔で数１００μｍの偏向範囲を最大振幅４Ｖで偏向させるとすると、偏向電圧には２００μＶ以下の誤差しか許されない。一方、偏向電圧発生用のアンプノイズによる雑音電圧は、例えばアンプの電圧雑音密度５nV／√（Ｈｚ）、帯域４００ＭＨｚ、ゲイン２倍の場合で既に２００μＶになり、許される誤差の限界値になってしまう。ここで、前記電圧雑音密度は実現可能な低雑音アンプの限界に近い値であり、帯域はステップ幅が１０nsの階段波の通過を考慮した値、ゲイン２は超高速ＤＡ変換出力（２Ｖ）を４Ｖに変換する値である。要求速度が高速になれば、更に前記帯域が増すため、雑音のスペックが厳しいものとなる。
【０００９】
ノイズを低減するためには、上記の例の場合、カットオフ周波数が数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚのフィルタ（ローパス型）使用が望まれる。また、比較的低い周波数の外来ノイズの混入も考えられ、これらのノイズを除去するためにも上記のような狭い帯域のフィルタ使用が望まれる。一方、外来ノイズの影響を減らす目的で最大振幅電圧を大きくする要求もあるが、このためにはアンプの増幅率を上げることになり、その分周波数帯域が狭くなる。このように、高精度化のためのノイズ対策からは、偏向電圧生成回路の周波数帯域を狭くすることが求められる。
【００１０】
しかし、帯域を狭くすることは大きな遅れ成分を生じることになり、前述のように偏向走査信号である階段波の通過を制限してしまい、出力波形に歪みが生じてしまい、高速化の障害となる。この高速化の問題を詳しく検討するために、例として検査装置の検査間隔を０．１μｍ、２００ＭＨｚにてＤＡ変換を行い、フィルタ周波数１．６ＭＨｚの回路を通過する場合、走査波形の非直線歪みの無視できない部分が走査開始点から約６５０nsあり、その後非直線歪みは小さくなるが、目標の位置からのずれが１．９５μm以上の誤差が生じる。従って、遅れ成分による影響の１つは、デジタル値によって指定された位置とのずれがあるという問題がある。この位置ずれは、走査条件により変化し、一定ではないため走査位置の誤差が検査毎に異なり、正確な補正が行えないと、正確な位置の偏向制御が行えない。特に、デジタル方式の偏向回路では、走査方向を回転させたり、自由な位置から走査開始を行うなど、自由な走査信号を生成するため、この補正方法が大きな課題となっていた。
【００１１】
また、非直線歪みが無視できない部分の影響は、高速化の障害となる。例えば、取り込み周波数が４００MHzで１走査に取り込む画素数が５００画素の場合、１走査の走査時間が１．２５μsであるので、前記の非直線歪みを無視できない時間幅６５０nsは走査時間に対し半分以上となり、これは無駄時間となる。つまり５００画素の内半分以下しか検査できないことになる。このように偏向速度を高速化しても、遅れ成分による非直線歪みがあると実効的な検査速度が制限されてしまう。
【００１２】
また、ウェハ等の検査装置においては、精度の要求度が低いときには高速動作をし、高精度測定が必要なときには低速動作するための可変速機能が望まれている。ウェハ上に形成されたバイアホール（スルーホール）底の残留物検査を行う場合、分解能、つまり精度は従来程度で良いが、検査数を多くしたい、もしくはオンライン検査を行いたいというニーズがあり、従来の２〜数倍程度の速度で検査を行うモードが必要となる。しかもこの検査は、電子ビーム走査式の検査装置でしか行えないので、上記のような可変速機能が必要となる。この要求を実現するために、デジタル方式の偏向回路では、走査信号は通常のウェハ検査とバイアホール検査時では同じものとし、画像の取り込みタイミングの周期をバイアホール検査のときだけ短くすることは容易である。そうすると、バイアホール検査時の検査速度が大きくなる。しかしこのためには、階段波を平滑フィルタで十分なめらかなランプ波に変換して、どの時点に於ても理想的なランプ波からのずれを所望の誤差以内に押さえる必要がある。従って、この可変速機能実現という点からは平滑フィルタによる遅れ成分が問題となる。
【００１３】
以上に述べた諸点から、電子線描画装置をデジタル偏向方式の偏向回路を用いて構成した場合、ノイズ除去フィルタを意図的に挿入してノイズ低減による高精度化を図り、それにより生じた遅れ成分による波形歪みおよび位置ずれを可能な限り補正するという解決策が妥当な方法と考えられる。この点で改めて特開平７−１０６９６４号公報に示された遅れ成分補償方法を検討すると、第１に、この従来方式では、デジタル値の変化のたびに補正パルスを生成しなくてはならず、階段幅が数nsというウェハ検査装置を考慮すると、補正信号である数ns以下の幅のパルス波を生成することは実際には困難であるという問題がある。また第２に、上記従来技術では、階段状の凸凹が大きくなり、画像取り込みタイミングを可変にして高速化をはかることができない。
【００１４】
本発明の第１の目的は、フィルタによりノイズを十分に除去した上で、そのフィルタにより生じる遅れ成分を補償することによって高精度化（分解能向上）と高速化（検査時間短縮）をともに実現できるデジタル偏向方式の荷電粒子ビーム走査式装置を提供することである。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、バイアホール検査等に必要な超高速検査モードをサポートし、通常の高精度検査との切り替えが可能なデジタル偏向方式の荷電粒子ビーム走査式装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、荷電粒子ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段による荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号を生成する偏向制御手段とを備えた荷電粒子ビーム走査式装置において、
前記偏向制御手段は、
与えられた制御出力周期ごとにその振幅値が与えられた段差量だけ増加する階段状の基本走査信号を生成する基本走査信号生成手段と、
この手段により生成された基本走査信号を帯域制限するための、前記基本走査信号の出力回路に設けられたフィルタと、
前記制御出力周期、前記段差量、及び前記基本走査信号が前記基本走査信号生成手段から前記偏向手段へ至るまでの前記フィルタを含む出力回路の遅延特性を表す時定数を入力として、前記出力回路の出力値が前記基本走査信号の値が階段状に変化する参照時点において前記基本走査信号の値と一致するようにするための補正信号を生成する補正信号生成手段と、
この手段により生成された補正信号と前記基本走査信号とを加算する加算手段とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００１７】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記フィルタの通過帯域幅を、前記出力回路の出力値に含まれるノイズにより生じる前記荷電粒子ビームの走査位置誤差がその許容値以下となるように定めたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００１８】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記フィルタの通過帯域幅を、前記出力回路の前記参照時点以外のすべての時刻に於ける値が予め定めた誤差以下となるように定めたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００１９】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、荷電粒子ビームの走査により試料から生じた生成物を前記参照時点ごとに取り込んで当該試料に関する画像データを取得する画像取得手段を設け、この手段により取得した画像データを解析して当該試料の検査を行うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２０】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記参照時点の間隔である制御出力周期とは関係なく、その周期が可変設定可能な取り込み時点の時系列を生成する取り込み信号生成手段と、荷電粒子ビームの走査により生じた生成物を前記取り込み信号の取り込み時点ごとに取り込んで当該試料に関する画像データを取得する画像取得手段を設け、この手段により取得した画像データを解析して当該試料の検査を行うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２１】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、基準信号を発生して前記出力回路へ入力する基準信号発生手段と、前記基準信号が入力されたときの前記出力回路の応答出力信号を取得する出力回路応答取得手段と、この手段により得られた応答出力信号から前記出力回路の時定数を算出する時定数算出手段とを設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２２】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、基準信号を発生して前記出力回路へ入力する基準信号発生手段と、前記基準信号が入力されたときの前記出力回路の出力によって偏向制御された荷電粒子ビームを既知パターンを生成する試料へ照射したときに前記画像取得信号により取得される画像データを解析して前記出力回路の時定数を算出する時定数算出手段とを設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２３】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記制御出力周期がＴ１であり、前記段差量がＫであり、かつ前記出力回路を時定数Ｔ２の１次遅れ要素と近似したとき、前記補正信号生成手段は、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致するステップ信号を生成し、前記加算手段は、前記基本走査信号と前記ステップ信号とを加算したのち前記出力回路へ入力するように構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２４】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記制御出力周期がＴ１であり、前記段差量がＫであり、かつ前記出力回路を時定数Ｔ２の第１の１次遅れ要素とこの要素に縦続接続された同じ時定数Ｔ２の第２の１次遅れ要素から成る２次遅れ要素と近似したとき、前記補正信号生成手段は、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第１のステップ信号と、振幅がＫ（Ｔ１／Ｔ２）exp（−Ｔ１／Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））2で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第２のステップ信号とを生成し、前記加算手段は、前記第１のステップ信号と前記基本走査信号とを加算して前記出力回路の入力とし、また前記第２ステップ信号を前記第１の１次遅れ要素出力と加算して前記第２の１次遅れ要素入力とするように構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２５】
更に本発明は、前記の荷電粒子ビーム走査式装置において、前記制御出力周期がＴ１であり、前記段差量がＫであり、かつ前記出力回路を時定数Ｔ２の１次遅れ要素とこの要素に縦続接続された時定数Ｔ３の第２の１次遅れ要素から成る２次遅れ要素と近似したとき、時定数Ｔ２の第３の１次遅れ要素を設けるとともに、前記補正信号生成手段は、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ３）・Ｔ３／（Ｔ３−Ｔ２）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ３））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第１のステップ信号と、振幅がＫexp（−Ｔ１／Ｔ２）・Ｔ２／（Ｔ２−Ｔ３）／（１−exp（−Ｔ１／Ｔ２））で立ち上がり時点が前記基本走査信号の開始時点に一致する第２のステップ信号とを生成し、前記加算手段は、前記第１のステップ信号と前記第１の１次遅れ要素出力とを加算して前記第２の１次遅れ要素の入力とし、また前記第２のステップ信号を前記第３の１次遅れ要素へ入力して得られた信号と前記第２の１次遅れ要素出力と加算するように構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２６】
更に本発明は、荷電粒子ビームを偏向する偏向手段と、この偏向手段による荷電粒子ビームの偏向を制御するための走査信号を生成する偏向制御手段とを備えた荷電粒子ビーム走査式装置において、
前記偏向制御手段は、
与えられた制御出力周期ごとにその振幅値が与えられた段差量だけ増加する階段状の基本走査信号を生成する基本走査信号生成手段と、
この手段により生成された基本走査信号を帯域制限するための、前記基本走査信号の出力回路に設けられたフィルタと、
前記制御出力周期、前記段差量、及び前記基本走査信号が前記基本走査信号生成手段から前記偏向手段へ至るまでの前記フィルタを含む出力回路の遅延特性を表す時定数を入力として、前記出力回路の出力に於ける非線形歪み量が所定値以下となる走査時間領域において、前記出力回路の出力値が前記基本走査信号の値が階段状に変化する参照時点において前記基本走査信号の値と一致するようにするための一定の値を持つ補正信号を生成する補正信号生成手段と、
この手段により生成された補正信号と前記基本走査信号とを加算する加算手段と、
を備え、前記走査時間領域のみにおいて荷電粒子ビーム走査を行うこと特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置を開示する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の荷電粒子ビーム走査式装置の構成例を示す概略ブロック図で、ウェハ等の自動検査装置への適用例である。但し図１では本発明に関する部分のみを示している。偏向制御手段１１は、デジタル値を階段的に指定し、ＤＡ変換して得られる階段波を基本走査信号として用いるデジタル方式のもので、デジタル制御出力周期に較べ同程度かまたはそれより大きな時定数を持つ遅れ成分１を有しており、これはフィルタによって容易に実現できる。遅れ成分１を意図的に挿入する効果は、第１に偏向制御信号のノイズまたは瞬時的な変動の低減であり、これにより前記検査装置の精度向上に大きく貢献する。また第２に、偏向制御信号の階段波（ステップ幅が数ns）の各段差を滑らかにすることであり、これにより偏向制御出力タイミングに関係無く画素の取り込み周期は自由に切り換えることが可能となるため、従来以上の検査速度の高速化と検査速度の可変速機能が実現できる。但し、遅れ成分は前述のように偏向制御信号に歪みを生じさせ、検査速度高速化に障害が生じるため、補正する手段が不可欠である。特に、デジタル方式では、走査方向を回転させたり、自由な位置から走査開始を行うなど、自由な走査信号を生成するため、非常に問題である。従って、走査速度などの走査条件に応じて正確に補正を行う補正手段が必要となる。また、前記第２の効果を満たすため、補正後も、階段波は平滑化された状態を保つものでなくてはならない。
【００２８】
まず、図１の検査装置の簡単な検査動作を示し、次に本発明での各部の具体的な動作を示す。図１において、システム制御手段１０は、検査シーケンスの決定を行い、走査制御手段１９より補正用パラメータを含む各種走査パラメータおよびコマンドを偏向制御手段１１に転送する。偏向制御手段１１は、前記パラメータに従い、偏向器１２に与える電圧を制御することで荷電粒子ビーム１３を偏向し、ウェハやマスク等の試料１４上の目標位置をスキャンする。そのとき発生する生成物が試料１４の情報として取り込まれ、画像処理手段１５はこの生成物の情報をビーム偏向位置の画素データとして処理することにより、試料１４の画像データが得られる。なお資料１４からの生成物としては、図１では２次電子の場合を示しているが、試料の情報を反映するものであれば２次電子であっても、反射電子であっても、透過電子であっても構わない。また画像処理手段１５はビームを所定の位置に偏向する偏向制御手段１１からビーム走査位置と前記情報の取り込みタイミングを規定するビーム照射タイミング信号１６を得ている。取得した画像データは、画像処理手段１５において、試料上の同パターンを持つ画像もしくは設計データと比較され、その結果を用いてシステム制御手段１０によりパターンに差異のある個所の評価やプロセス管理の為のデータ処理を行うことで検査を行う。
【００２９】
上記動作において、遅れ成分補正の処理は大きく２つの段階から成っている。１つは遅れ成分の測定を行う測定モードであり、大きく緩やかに変化する偏向制御信号の歪みを測定し、遅れ成分の補正を行うための遅れ補正パラメータの算出を行う。２つ目は通常の検査時に遅れ成分の補正を行う補正モードであり、前記補正パラメータと走査毎の走査パラメータから正確な補正を行う。
【００３０】
測定モードでは、まず遅れ成分を測定する目的で、上記通常の検査と同様にシステム制御手段１０に含まれる走査制御手段１９から偏向制御手段１１に各種走査パラメータを転送し、例えば試料１４上などの画像の検出できる位置に描かれた既知パターンの画像データを遅れ成分測定手段１７により得る。遅れ補正パラメータ算出手段２０は、得られた既知パターンの画像データから、図２に示した手順により遅れ成分の時定数を求める。即ち、画像処理手段１５の遅れ成分測定手段１７より得られた画像データと既知パターンを走査したときに設計上得られるべき偏向位置情報とから、実際に走査時の偏向位置の算出を行い（ステップ２０１）、偏向走査信号の歪み量である位置ずれ量を算出する（ステップ２０２）。次に前記位置ずれ量から統計的手法により、前記歪みを表す近似関数を導出する（ステップ３０３）。この処理では、遅れ成分による走査信号の歪みは、位置の変化に対して大きく緩やかに変化するので、全画素についての位置を正確に算出して遅れ成分を算出する必要は無く、画素を間引いた統計的処理が可能である。次に前記近似関数より１つまたは複数の遅れ成分についての時定数など、遅れ成分パラメータの算出を行い、さらに偏向制御手段１１にて実施される遅れ成分補正手段１８に必要な遅れ成分補正用パラメータを算出する（ステップ２０４）。以上の測定モードは、実際の検査の事前に実施され、算出された遅れ成分補正用パラメータは、装置定数として遅れ成分補正手段１８に転送される。
【００３１】
上記のように、画像処理手段１５に遅れ成分測定手段１７を備えることで容易に遅れ成分の歪みが測定可能であり、しかもこの測定は、検査時と同じ動作状態において偏向回路の特性を測定することとなるので、正確な値が得られる。また、走査速度（画素間隔）などの走査パラメータを変えて、何度か測定することで測定感度が向上する。
【００３２】
なお、遅れ成分測定法として上記では画像データを用いた例を示したが、これは遅れ成分による歪み量が算出可能なものであれば、別の形態に置き換えることも可能である。例えば、前記既知パターンを等間隔に配置した直線パターンとし、走査時検出される信号を基にパターン間を横切る時間を測定するものであっても、遅れ成分による歪み量が近似的に算出可能である。また、図３（ａ）に示すように、偏向制御手段１１からあるべき偏向走査信号１６ａを取り出し、これと出力された偏向走査信号１００とを取り込んで偏向信号測定手段１７ａで歪み量を求めるようにしてもよい。また、単に偏向制御手段１１のアナログ部のみの測定を行う場合は、前記走査制御手段１９は、図３（ｂ）に示したように、走査信号以外の基準信号を用いて回路の遅れ成分の特性が計測できる。例えば、基準信号発生手段２１から基準信号として周波数スイープ信号１６ｂを出力し、これを偏向制御手段１１のアナログ部へ入力し、その出力を偏向信号測定手段１７ｂへ取り込み、システム制御手段１０内の遅れ補正パラメータ算出手段２０においてはフーリエ変換を用いた周波数応答特性を算出することにより、前記遅れ成分の時定数など、遅れ成分パラメータの算出は可能である。但しアナログ部にはノイズ除去等のために設けた遅れ成分１が含まれているとする。このように何らかの方法で遅れ成分の特性が分かれば、後述する補正モードは動作可能であり、測定方法により補正モードの動作が限定されることはない。
【００３３】
通常検査時の遅れ成分の補正を行う補正モードでは、偏向制御手段１１に含まれる遅れ成分補正手段１８は、前記システム制御手段１０から与えられる補正用パラメータと走査毎の走査パラメータとから、走査毎に正確な補正値を算出し、偏向制御信号に補正値を与える動作を行う。この遅れ成分補正の評価は、遅れ成分補正を実施した状態で上記偏向位置の測定および歪み量算出を行うことで容易に実施できる。以下、遅れ成分補正手段１８の動作を詳述する。
【００３４】
図４は、偏向制御信号の一例を示すアナログ出力と代表的なタイミング信号との関係を説明した図である。ただし、ここでは単純化のため、アナログ方式の偏向回路から出力される偏向制御信号を示している。電子ビームによる試料の２次元平面上の走査は、通常ラスタスキャン方式で走査されるが、図では１ラスタ分の偏向制御信号波形を示している。この波形は、おおむねランプ波３０（実線）の形状を呈す。このランプ波３０は完全な直線ではないから、時間軸上に等間隔で与えられるタイミングで試料情報を取り込むと、試料上の画素取り込み間隔は均等とはならない。これは画素データを用いた検査のための処理に誤差を持ち込む原因となるから、高精度の検査が必要なときには、ランプ波３０がほぼ直線３１（破線）とみなせる時間領域のみを使うことになる。この時間領域の両端をスタート、エンドとして検査のための走査が行われる。
【００３５】
図４の偏向制御信号に対して画像取得に用いられる信号としては、画像取り込み開始信号３２、同期信号である画像取り込みタイミング信号３３、画像取り込み有効信号３４などがある。図１におけるビーム照射タイミング信号１６は、具体的にはこれらの信号を示すが、特に画像取り込みタイミング信号３３が代表信号として対応している。これらの信号は、図１においては、画像処理手段１５に入力される。画像処理手段１５は、画像取り込み有効信号３４がアクティブであるときに前記画像取り込みタイミング信号３３の立ち上がりでウェハ情報を画素として取り込み、試料上のパターン画像を得る。図４のランプ波の使用領域の時間幅ＴＳは、１画素の取り込み間隔と１スキャンで取り込む画素数から決まり、ランプ波の高さ（正確にはランプ波の使用領域の電位差）Ｈは、ウェハ上の画素間隔とウェハ上の距離に対する制御電圧値と１スキャンの画素数により決まる。
【００３６】
以上は、簡単のためアナログ式の偏向回路を用いて画素データ取り込みの基本的な方法を述べたが、図１のデジタル式の偏向回路の場合は、遅れ成分１の影響を考慮しなければならない。図５は、デジタル方式により生成される偏向制御信号を示す。デジタル方式の場合、偏向制御信号は階段波であり、各段差が画像取り込みタイミング信号３３に正確に同期している。デジタル方式では、各ステップ電圧ΔＨにより画素の間隔が設定でき、走査開始電圧Ｖ０により走査開始位置を設定できるが、これらを随時、所望の値に設定するのが容易であるから、走査方向の回転、走査開始位置の自由な設定や、各種位置誤差の補正が自由に実施できる。このようにデジタル方式は、アナログ方式と較べ制御性が格段に良い特徴があるが、前述のように遅れ成分１のために生じる影響を除去しなければならない。
【００３７】
今、遅れ成分１が時定数Ｔ２の１次遅れである場合を考えると、そのステップ信号に対する応答出力信号ｅ１は、
【数１】
0004159260.tif 000002
となる。ここで、Ｋは入力ステップ信号の振幅であり、ｔはステップ入力からの時刻を表す。図1の検査装置では、上記のステップ信号の振幅Ｋは図５のステップ電圧ΔＨであり、このステップ信号が制御出力周期Ｔ１（信号３３の周期）ごとに次々とアナログ回路に加えられ（図５の波形４４デジタル制御信号）、遅れ成分１の影響を受けたアナログ信号が出力される。そこで１つのステップ信号に対する応答出力信号ｅ１の値がｔ＝Ｔ１経過したときにとる値が、あるべき値Ｋ＝ΔＨに対して例えば誤差１％以内に収まっていれば、アナログ化された偏向制御信号１００はほぼ図５の波形４５となり、少なくとも取り込みタイミング信号３３の位よりでほぼ理想的な走査位置を指定できる。しかしｔ＝Ｔ１に於る振幅誤差１％を実現するには、信号３３の周波数の３／４倍以上の周波数帯域がアナログ回路に要求される。例えば信号３３の周波数、つまり制御出力周波数が４００ＭＨｚときアナログ回路は３００ＭＨｚ帯域が要求され、回路の実現性からも、前述したノイズ対策からも無理な条件である。
【００３８】
そこで遅れ成分１が時定数Ｔ２の１次遅れである場合の、制御周期Ｔ１の階段波４４の応答出力信号ｅ２を、スキャン開始からｔ＝ｎ・Ｔ１（ｎ＝１，２，）経過した時点で算出すると、これは（数１）のｅ１の時刻ｔ＝Ｔ１，２・Ｔ１，…，ｎ・Ｔ１に於る値を加算して得られるので、
【数２】
0004159260.tif 000003
となる。図５の波形４６は、デジタル制御信号４４に対する遅れ成分１の応答信号波形で、（数２）はこの波形４６のｔ＝ｎ・Ｔ１（ｎ＝１，２，…）に於る値を示している。但し図５では、遅れ成分１の通過帯域は、制御出力周波数（１／Ｔ１）の１／３０倍程度の場合である。例えば、制御出力周波数が１００ＭＨｚの場合、波形４５を得るアナログ回路の帯域は７５ＭＨｚであり、アナログ回路の帯域が３．２ＭＨｚの場合は波形４６となる。
【００３９】
図５の波形４６は、（数２）からわかるように、デジタル制御信号の印加開始時刻ｔ0（＝０）から徐々に波形４５と離れていき、時刻ｔｓ以降は波形４５との差はほぼ一定となる。また時刻ｔｓまでは直線からのずれ、即ち非直線歪みが大きい領域Ｚがあり、その後はほぼ直線となる。ここで領域Ｚは非直線歪みが許容誤差を越える領域であり、その後の波形４５との差ΔＶはｔｓ以降ほぼ一定値Ｋα／（１−α）となって、偏向位置の目標位置からの一定のずれを生じる。例えば、制御出力周波数が１００ＭＨｚ（Ｔ１＝１０ns）、アナログ回路の帯域が３．２ＭＨｚ（波形４６）かつ許容誤差が５％以内の場合は、前記誤差ΔＶによる位置ずれは、４．４９画素分であり、領域Ｚは２４画素分であることが算出できる。（数２）の第２項から分かるように、前記偏向位置ずれは、走査速度つまり各ステップ電圧ΔＨ（＝Ｋ）が大きいほど大きくなり、また、制御出力周波数（１／Ｔ１）が大きくなるか、アナログ回路の通過帯域（１／Ｔ２に比例）が小さくなる程、（数２）のαは大きくなって１に近づき、前記位置ずれをもたらす誤差電圧ΔＶと領域Ｚは大きくなる。
【００４０】
以上のように、遅れ成分１が一次遅れ系とみなせるときは、（数２）の右辺第２項が遅れ成分により生じる誤差の原因となっている。この第２項は（数１）でｔ＝ｎ・Ｔ１とおき、振幅Ｋを振幅−Ｋα／（１−α）で置き換えた値に等しいから、振幅−Ｋα／（１−α）のステップ信号を時定数Ｔ２の１次遅れ回路、即ち遅れ成分１へ印加したときのｔ＝ｎＴ１に於る値に等しい。従って本発明では、ｔ０＝０の時点に振幅が＋Ｋα（１−α）のステップ信号を補正信号として最初のデジタル基本走査信号入力時点にアナログ回路へ入力する。そうすると（数２）のｅ２はＫｎとなり、誤差項である第２項は現れない。図６（ａ）は、この補正信号を図示したものである。また図６（ｂ）は、デジタル基本走査信号と補正信号を予めデジタル的に加算したときの制御信号を示しており、最初の段差はＫ／（１−α）である。
【００４１】
ここで、遅れ成分の時定数Ｔ２は、前述した遅れ成分を含むアナログ回路特性の測定により得られる値であり、図１のシステム制御手段１０内の遅れ補正パラメータ算出手段２０にて算出される。また各ステップ電圧Ｋ＝ΔＨと制御出力周期Ｔ１は、装置定数もしくは走査パラメータとして図１のシステム制御手段１０より与えられる値であるから、補正信号の振幅Ｋα／（１−α）は容易に求まり、遅れ成分による歪みや誤差を補正できる。従って、デジタル方式のビーム走査式検査装置において、ノイズ除去フィルタを意図的に挿入することによるノイズ低減で高精度化を図り、それにより生じた遅れ成分による波形歪みおよび位置ずれを正確に補正することができ、集積回路のデザインルールの微細化等による微細欠陥検出の要求に従う分解能の向上および高精度化と、微細化および検査面積の大型化による検査時間の増大に伴なう検査時間短縮を同時に実現できる。なお、図５の領域Ｚが無視できる用途においては、走査条件の変更により変化する誤差電圧ΔＶのみを算出し、これにより生じる位置ずれのみを補正するようにしてもよい。
【００４２】
次に、バイアホール検査のように、より多くの画素データを高速読み取りする場合の動作を述べる。前記のように補正信号を加えると、得られたアナログ偏向制御信号の波形は、広帯域特性を持つアナログ回路で得られた波形４５とは時刻ｔ＝ｎ・Ｔ１（ｎ＝１，２…）で一致するが、その他の時刻では異なってくる。今図７に示したように、補正後の出力波形４６の、時刻ｎ・Ｔ１＋ｃ（０≦ｃ≦１）に於る値Ｖ３から、この時点の理想的出力値Ｖ１を差引いたリプル電圧ｅ３を求めると次式となる。
【数３】
0004159260.tif 000004
この（数３）でα＝０とおいたときのｅ３の値は、広帯域特性を持つアナログ回路で得られた波形４５の場合に相当し、この波形４５の方が補償したときよりリプル電圧は大きいことを示している。また（数３）のリプル電圧ｅ３は、ｎの値が変っても変らない。そこでこのリプルの最大電圧を許容誤差以内に収めれば、制御出力周期Ｔ１に関係無く、画像取り込みタイミング信号３３の画像取り込み周期を自由に設定できる。この場合、図７の電圧Ｖ１が画素間隔の制御電圧となり、その誤差はｅ３である。
【００４３】
以上から、平滑化に必要な遅れ成分の時定数が算出できる。いま、高速動作時の画像取り込み周期Ｔ１を制御出力周期Ｔ１の１／２、かつ誤差が画素間隔の５％以内の条件の場合、平滑化に必要な遅れ成分の時定数は制御出力周期Ｔ１の約５倍である。正確に５倍である場合、その誤差は４．９９％である。この場合、（遅れ成分周波数）＝１／２π（時定数）の関係があるので、例えば、制御出力周波数を１００ＭＨｚとすると、３．２ＭＨｚ以下の遅れ成分が必要となる。また、リプルにより正方向に誤差があることを考慮して、画像取り込みタイミング信号を制御出力周期のタイミングよりも数％程度早く出力すると精度向上につながる。前記パーセンテージは、正確には（数３）を利用して算出できる。このようにして、デジタル偏向走査信号を平滑化するためのフィルタ（遅れ成分）を意図的に挿入し、平滑化された滑らかな波形の状態で、遅れ成分による波形歪みおよび位置ずれを前記のようにして補正信号により補正すれば、偏向制御出力タイミングに関係なく、所定の画素の取り込み周期を自由に設定できるので、超高速検査が要求されるバイアホール検査も容易に行えるようになる。
【００４４】
以上に述べた図１の構成と動作では、主にノイズ除去を行うためのフィルタ挿入を前提としていたが、ここでこのフィルタについて改めて述べる。一般に、オペアンプの出力雑音電圧ｅ４は、（数４）により求められる。
【数４】
0004159260.tif 000005
ここで、ＥNは入力雑音電圧密度、ＧNはゲイン、ＢＷは周波数帯域である。ＥNはトータルの入力雑音電圧密度であり、電流ノイズ、電圧ノイズ、抵抗の熱雑音の２乗平均により求められる。これらを総合した入力雑音電圧密度Ｅｎは、低ノイズタイプの高速アンプでは通常、数ｎV／√（Ｈｚ）である。ここで例えば、入力電圧雑音密度を１ｎV／√（Ｈｚ）、帯域を４００ＭＨｚ、ゲインを２倍とすると、オペアンプの出力雑音電圧は４０μＶとなる。前記検査装置において、電子ビームを０．０５μｍ間隔で検出を行い、４００μｍの偏向範囲を振幅４Ｖで走査し、かつ許容誤差が検査間隔の１０分の１以下である場合、許容誤差は５０μＶである。これは前記オペアンプの出力雑音電圧４０μＶにほぼ等しく、許容誤差の限界を示している。さらに、前記オペアンプの出力雑音電圧ｅ４は実効値を示しており、ピーク値としては０．１％の確率でその±３．３倍のノイズが存在することになる。従ってアナログ回路の周波数帯域幅を制限せざるとえず、遅れ成分１としてフィルタを挿入することになる。入力電圧雑音密度Ｅｎを常識的な値である５ｎV／√（Ｈｚ）程度にしたときには、上記の許容誤差５０μＶに十分収まるフィルタ帯域を前記実効係数も考慮に入れ算出すると、その帯域は数ＭＨｚとなる。以上より、上記検査装置の要求仕様レベルの場合、数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚの帯域を持つフィルタが望まれる。また、従来技術で述べたように、比較的低い周波数の外来ノイズの混入も考えられ、これらのノイズ対策上からもこのような帯域制限が望ましい。そしてこの帯域制限を行った上で、前述の補正を行うことで、高精度かつ高速な検査装置が実現可能となる。
【００４５】
次に、遅れ成分１が１次遅れではなく、２次以上の遅れ要素である場合について述べる。例えば、時定数Ｔ２の遅れ成分が２つ結合した２次遅れの場合、制御周期Ｔ１の階段波の応答出力信号ｅ５は、（数５）となる。
【数５】
0004159260.tif 000006
ここで右辺第２項は、階段波の１段目の段差が生じるタイミング（図５のｔ0＝０）に加えられた振幅−Ｋα／（１−α）のステップ信号が、時定数Ｔ２の遅れ成分が２つ結合した２次遅れ回路を通過した場合の、時刻ｔ＝ｎ・Ｔ１に於ける値に等しい。また、（数５）の右辺第３項は、階段波の１段目の段差が生じるタイミングｔ0＝０に加えられた振幅−Ｋ（Ｔ１／Ｔ２）α／（１−α）2のステップ信号が、遅れ成分が時定数Ｔ２の１次遅れ回路を通過した場合の、時刻ｔ＝ｎ・Ｔ１に於ける値に等しい。従って補正信号としては、前記第２項を打ち消すため、振幅＋Ｋα／（１−α）のステップ信号をｔ0＝０の時点で２次遅れ回路へ入力し、また、前記第３項を打ち消すため、振幅＋Ｋ（Ｔ１／Ｔ２）α／（１−α）2のステップ信号をｔ0＝０の時点で後段の１次遅れ回路へ入力すればよい。
【００４６】
時定数Ｔ２とＴ３の遅れ成分が２つ結合した２次遅れの場合、制御周期Ｔ１の階段波の応答出力信号ｅ６は、（数６）となる。
【数６】
0004159260.tif 000007
この右辺第２項は、ｔ0＝０のタイミングに加えられた振幅−Ｋα／（１−α）・Ｔ２／（Ｔ２−Ｔ３）のステップ信号が、遅れ成分が時定数Ｔ２の１次遅れ回路を通過した場合の、時刻がｔ＝ｎ・Ｔ１に於ける値と等しく、また（数６）の右辺第３項は、ｔ0＝０のタイミングに加えられた振幅−Ｋβ／（１−β）・Ｔ３／（Ｔ３−Ｔ２）のステップ信号が、遅れ成分が時定数Ｔ３の１次遅れ回路を通過した場合の、時刻がｔ＝ｎ・Ｔ１に於ける値と等しい。従って補正信号としては、前記第２項を打ち消すため、振幅＋Ｋα／（１−α）・Ｔ２／（Ｔ２−Ｔ３）のステップ信号を、ｔ0＝０の時点で前段の時定数Ｔ２の１次遅れ回路へ入力し、また、前記第３項を打ち消すため、振幅＋Ｋβ／（１−β）・Ｔ３／（Ｔ３−Ｔ２）のステップ信号を、ｔ0＝０の時点で後段の時定数Ｔ３の１次遅れ回路へ入力すればよい。
【００４７】
同様な手法によって、より高次の遅れについてもその補正を行うことができる。但し、誤差範囲内の成分は省略したり、または、近似関数を求め、その関数にしたがった補正方法を選択してもよい。また高次フィルタの特性には、チェビシェフ特性、バタワース特性、ベッセル特性などがあるが、入力信号が階段波であることを考慮すると、リンギングが生じるため、チェビシェフ特性となる構成は避けるべきである。バタワース特性となる場合はリンギングが生じにくく、ベッセル特性となる場合は全くリンギングが生じない。このように高次の遅れ成分は、構成によってピークを持つ場合があり、波形を乱すことがあるため、あまり複雑な構成の遅れ成分は好ましくない。さらに一般に高次の遅れ補正は、その補正手段が複雑になり、またそれらの補正手段は予め用意する必要があるため、可能な限り、挿入する遅れ成分は１次遅れ程度になるようにすべきである。また、回路の設計指針としては、大部分は挿入する遅れ成分の１桁以上広帯域の設計を行い、最終段に１次程度の大きな遅れ成分を挿入することが望ましい。
【００４８】
次に、図１の遅れ成分補正手段１８を含む偏向制御手段１１の具体的な構成例を説明する。図８は、図６（ａ）に示した方法で補正を行う時の偏向制御手段１１を示したブロック図で、補正量演算部１１３は、走査管理部１１１から階段波の段差量Ｋ＝ ΔＨ、制御出力周期Ｔ１、遅れ成分の時定数Ｔ２を含むパラメータＰMを受け取り、図６（ａ）の補正信号の振幅、即ち
【数７】
0004159260.tif 000008
を算出する。ＤＡ変換部１１４はこれをアナログ補正量に変換し、走査管理部１１１からの走査開始信号ＴＭが入力された時点より出力する。こうして生成されたステップ状の補正信号ＡＭはＤＡ変換部１１２から出力された補正前の偏向制御信号とアナログ加算器１１５で加算され、こうして図６（ａ）に示した方法で遅れ成分に対する補正が行われる。
【００４９】
図９は、図８の構成の変形例で、図６（ｂ）に示した補正方法に該当する。補正量演算部１１３は図８と同じ（数７）の補正量ＭＤを算出するが、これを内蔵するレジスタへ保持し、走査開始信号ＴＭの入力時点より出力する。このデジタル値と補正前のデジタル偏向制御信号とがデジタル加算器１１５Ｂで加算された後、ＤＡ変換部１１２でアナログ化され、補正信号を含むアナログ信号が遅れ成分１へ入力される。
【００５０】
ここで補正信号自体の演算誤差を考える。まず補正信号の電圧精度の影響は、ステップ信号の振幅ＭＤの大きさに関連する。例えば、ステップ信号の振幅ＭＤが１０画素間隔の量と同じ場合位置ずれの許容誤差を１０％（１／１０画素）とすると振幅ＭＤには１％の誤差が許容できる。補正信号の時刻精度の影響は、誤差時間をａ、階段数をｎとすると、誤差電圧ｅ７は次式となる。
【数８】
0004159260.tif 000009
ここで制御出力周波数が１／Ｔ１＝１００ＭＨｚ、遅れ成分が１／（２π）Ｔ２＝１．６ＭＨｚ、許容誤差が１／１０画素の場合、制御出力周期（１０ns）の１／１０程度許容できる。従って補正信号には特に高い精度が求められることはない。
【００５１】
図１０は、時定数Ｔ２を持つ２つの遅れ成分１Ａ、１Ｂが存在する２次遅れの場合の遅れ成分補正手段１８の構成例である。この場合は、補正量演算部１１３Ｂは２つの補正信号の振幅ＭＤ１、ＭＤ２を算出する。
【数９】
0004159260.tif 000010
ＤＡ変換部１１４Ｂ、１１４Ｃはこれらのデジタル値ＭＤ１、ＭＤ２をアナログ信号に変換しアナログ補正信号の振幅ＭＡ１、ＭＡ２を生成し、これを走査開始信号ＴＭの入力時点より出力する。このうち信号ＭＡ１は補正前のアナログ制御信号と加算器１１５Ｃで加算されたのち初段の１次遅れ成分１Ａへ入力され、この出力と信号ＭＡ２とが加算器１１５Ｄで加算されて後段の一次遅れ成分１Ｂへ入力され、こうして２次遅れ成分による歪み等の補正が行われる。なお、２つの１次遅れ成分の間での加算が困難な回路構成の場合は、別に時定数Ｔ２の遅れ成分を用意してこれに補正信号ＭＡ２を入力し、その出力を遅れ成分１Ｂの出力と加算するようにしてもによい。
【００５２】
図１１は、時定数Ｔ２とＴ３の遅れ成分１Ｃ、１Ｄの２つが結合した２次遅れの場合の遅れ成分補正手段１８の構成例である。この場合は、補正量演算部１１３Ｃは次式により２つ振幅ＭＤ３、ＭＤ４を算出する。
【数１０】
0004159260.tif 000011
そしてＤＡ変換部１１４Ｂでアナログ化した信号ＭＡ３は後段の遅れ成分１Ｄへ入力し、ＤＡ変換部１１４Ｃでアナログ化した信号ＭＡ４は、補正用に別に設けた１次遅れ成分（時定数Ｔ２）１１６へ入力する。この遅れ成分１１６出力は遅れ成分１Ｄ出力と加算される。２つのＤＡ変換器１１４Ｂ、１１４Ｃが出力開始するのは走査開始信号ＴＡの入力以降である。なお、２つの遅れ成分１Ｃ、１Ｄの間での加算が困難なときは、もう１つの時定数Ｔ３の遅れ成分を用意してこれに信号ＭＡ３を入力し、その出力を遅れ成分１Ｄの出力点で加算するようにしてもよい。
【００５３】
同様にして、遅れ成分の次数が更に高くなったときでもそのために生じる誤差を補正する信号を導くことができ、正確な補正が可能である。但し、あまり特殊な構成の遅れ成分を挿入すると、対応した複雑な補正手段を用意することが必要となる。遅れ成分の挿入はノイズ低減や平滑化が目的であることから、遅れ成分をあまり複雑にすることは補正手段をも複雑にすることになり好ましくない。
以上、上記構成により、補正手段は走査条件に従い逐次正確な補正信号を生成でき、走査条件の変更により変化する遅れ成分の歪みが補正可能となる。
【００５４】
以上で本発明の特徴とする補正方法とその具体的な構成を詳細に述べたが、最後に装置全体の動作に関連した操作について述べる。まず、遅れ成分の測定および補正手段へのパラメータ転送等を行う測定モードと通常の検査時に補正を実施する補正モードは、システム全体の系で実施するものであり、かつ全ての装置に実施するものであるので、一連のシーケンスを実施するシステムコマンドを用意する必要があり、また作業マニュアルを用意する必要がある。
【００５５】
上述の測定もしくは補正時に発生する作業は、測定モードでは、システム制御部に対し走査を行う既知パターンの位置やパターンデータのロードや、既知パターンが描かれている試料の試料室へのロード（既にロードされている場合やステージに備え付けられている場合は必要ない）、走査条件の入力、測定実行入力、遅れ成分の特性算出演算実行入力などがある。
【００５６】
補正モードでは、システム制御手段１０から偏向制御手段１１への補正データの転送、遅れ補正の実行コマンド入力などがあり、また、測定自身をシステム的に行わない場合などは、補正手段にパラメータを渡すためのロード作業が必要となる。この場合、前記システムコマンドを用意すると、全てを自動で短時間に行うことができる。あらかじめシステム制御部にコマンド登録をしておくと、各補正アライメント時やキャリブレーション時に容易に自動実行することも可能である。
【００５７】
操作パネルを用いると、走査条件が変更された時に、実行確認が提示され、実行を選択するなど、操作パネルの指示に従って行うことで作業者のミスをなくす効果がある。また、測定結果の視覚的表示、履歴データとしての記録を行うことで、全体管理が容易となる。
【００５８】
なお、以上では電子ビーム走査によるウエハ等の検査装置について詳細を述べたが、本発明は、ビーム光源からのビームを偏向してビーム走査を行うすべての装置、例えば描画装置、顕微鏡（ＳＥＭ）などを含む荷電粒子ビーム走査式装置にも応用可能であることは明らかである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果がある。
（１）走査条件を容易に可変設定可能なデジタル偏向制御方式を用いて高精度かつ高速走査が可能な荷電粒子ビーム走査式装置が実現でき、これをウエハ等の検査装置に用いれば、集積回路のデザインルールの微細化等による微細欠陥検出が高い精度で行え、かつ微細化および検査面積の大型化に対しても検査時間の短縮をはかれる効果がある。
（２）偏向位置の誤差を生じさせずに、デジタル偏向走査信号の平滑化が可能となり、制御出力周期より短い周期での走査位置指定が容易に行え、ウエハ等の検査装置で例えばバイアホール（スルーホール）底の残留物検査などを高速かつ十分な精度行える効果がある。
（３）走査信号の非直線部分を用いないときは、位置ずれの補正のみを行えばよく、より簡単な構成で高速かつ高精度な走査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の荷電粒子ビーム走査式装置の構成例を示す概略ブロック図である。
【図２】遅れ成分測定モードの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】遅れ成分測定系の説明図である。
【図４】アナログ走査信号の説明図である。
【図５】デジタル式偏向回路の走査信号説明図である。
【図６】  １次遅れ成分補正方法の説明図である。
【図７】遅れ成分補正時の走査信号の詳細説明図である。
【図８】１次遅れ成分に対する補正回路の例である。
【図９】図８の変形例である。
【図１０】同じ時定数の２つの１次遅れ成分があるときの補正回路の例である。
【図１１】時定数の異なる２つの１次遅れ成分があるときの補正回路の例である。
【符号の説明】
１  遅れ成分
１０  システム制御手段
１１  偏向制御手段
１２  偏向器
１３  荷電粒子ビーム
１４  試料
１５  画像処理手段
１６  ビーム照射タイミング信号
１７  遅れ成分測定手段
１８  遅れ成分補正手段
１９  走査制御手段
２０  遅れ補正パラメータ算出手段
２１  基準信号発生手段
３２  画像取り込み開始信号
３３  画像取り込みタイミング信号
３４  画像取り込み有効信号
１１１  走査管理部
１１２、１１４、１１４Ｂ、１１４Ｃ  ＤＡ変換部
１１３、１１３Ｂ、１１３Ｃ  補正量演算部
１１５、１１５Ｂ、１１５Ｃ、１１５Ｄ  加算器
【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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【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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