JP6995648B2 - 計測検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板（ウェハ）などの試料（対象物）の計測または検査などを行う装置（計測検査装置）、及び走査型電子ビーム方式の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）などに関する。
半導体製造プロセスにおいて、半導体基板（ウェハ）上に形成される回路パターンの微細化が急速に進んでおり、それらの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不良（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、ウェハ上の回路パターン等の計測及び検査が行われる。
上記計測・検査の際、走査型電子ビーム方式を用いた電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）などの計測検査装置においては、対象のウェハ（試料）に対して電子ビーム（電子線）を走査（スキャン）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画像（計測画像や検査画像）を生成し、当該画像に基づいて計測及び検査が行われる。
例えば、回路パターンにおける欠陥の検査を行う装置（検査装置）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装置（計測装置）の場合は、二次電子などの発生量が試料の凹凸（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。
特許文献１には、電子ビーム描画装置において、試料への電子ビームＢのショットに同期して電子ビームＢのブランキングを行う場合、１つのショット内にブランキング移動方向に傾いたエネルギー量の分布が生じて所望とするショットの形状が維持されないで、ＣＤ精度、位置精度が悪化する問題を解決する手段が開示されている。特許文献１では、問題に対処するため、２段のブランキング偏向器を構成して互いに逆極性の電圧を印加して、試料への電子ビームＢの１つのショットに対して、第１のブランキング偏向器によるブランキングと、第２のブランキング偏向器によるブランキングとを繰り返して行うことにより、互いのエネルギー量の分布の偏りを相殺して、傾きの無い平坦なエネルギー量分布の電子ビームＢのショットが実現され、電子ビーム描画のＣＤ精度、位置精度が向上するとしている。
特開２０１４－１３８０５０号公報
試料の表面にある深溝、深穴の計測精度を向上するために、次々世代の計測検査装置においては、電子ビームの加速電圧は従来のものより数倍程度まで高くすることが必要とされている。それと共に、従来装置とのマッチングを維持するため、従来の計測検査装置において実施してきた電子ビームの加速電圧の領域にも対応することが要求される。
本発明は、計測検査装置が備える広範囲の電子ビームの加速電圧に対応するブランキング（ＢＬＫ）機能を提供することを目的とする。
本発明の計測検査装置の好ましい例では、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において、電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて互いに対向する二つの電極を配置する第１のブランキング電極と、前記第１のブランキング電極と電子ビームの照射方向に近接して、前記電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて、かつ前記第１のブランキング電極と平行に互いに対向する二つの電極を配置する第２のブランキング電極と、前記第１のブランキング電極の一方の電極（第１側の電極）と、前記第２のブランキング電極の前記第１のブランキング電極の第１側の電極とは反対側の電極（第２側の電極）はグランドと接続され、電子ビームの加速電圧に応じて可変の正電圧と可変の負電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記正電圧の出力を前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ接続し、および前記負電圧の出力を前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ接続し、ブランキングをOFF状態とする時、前記第１のブランキング電極の第２側の電極、および前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ同一グランド基準信号を出力するブランキング制御回路とを備えて構成する。
また、本発明の他の特徴として、前記計測検査装置において、前記ブランキング制御回路が、電子ビームの加速電圧に応じて可変の正電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記正電圧の出力を前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ接続し、ブランキングをOFF状態とする時、前記第１のブランキング電極の第２側の電極へグランド基準信号を出力し、及び前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ常時グランド基準信号を出力するように構成する。
また、本発明の更に他の特徴として、前記計測検査装置において、前記ブランキング制御回路が、電子ビームの加速電圧に応じて可変の負電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記負電圧の出力を前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ接続し、ブランキングをOFF状態とする時、前記第２のブランキング電極の第１側の電極へグランド基準信号を出力し、及び前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ常時グランド基準信号を出力するように構成する。
本発明によれば、従来のものより数倍程度から低加速までの広範囲の電子ビームの加速電圧に対応し、かつ回路ノイズ、外乱ノイズによる電子ビームの揺れへの影響を低減させることが可能なブランキング（ＢＬＫ）手段を備えた計測検査装置を実現する。
実施例１のブランキング手段を備えた計測検査装置の概略構成図である。 従来のＳＥＭ方式の計測検査装置の概略構成図である。 従来（及び本実施例）における電子ビームの走査方式を模式的に示す斜視図である。 従来（及び本実施例）におけるラスタ走査方式を示す図である。 従来（及び本実施例）におけるラスタ走査方式の場合のビームの偏向制御信号とブランキング制御信号の波形例を示す図である。 （ａ）は、従来（及び本実施例）におけるブランキング電極の構成を示す俯瞰図であり、（ｂ）は、ファラデーカップを使用した電子ビームの電流値（ＩＰ電流値）を測定する構成を説明する図である。 （ａ）は、従来の１段のブランキング制御電極の構成における課題を説明する図であり、（ｂ）は、従来の２段のブランキング制御電極同方向偏向の構成における課題を説明する図であり、（ｃ）は、従来の２段のブランキング制御電極逆方向偏向の構成における課題を説明する図である。 本実施例で提案するブランキング（ＢＬＫ）手段の概念図を示し、（ａ）は、ＢＬＫ制御信号がＯＮ状態、（ｂ）は、ＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態を示す。 本実施例のＢＬＫ制御回路の構成例を示す図である。 ＢＬＫ制御信号がＯＮ状態のＢＬＫ制御回路の回路動作と、２段ＢＬＫ電極の電界を示す図である。 ＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態のＢＬＫ制御回路の回路動作と、２段ＢＬＫ電極の電界を示す図である。 電子ビームの加速電圧が低加速の場合に、上部１段ＢＬＫ電極(BLK_U)のみを使用する場合を示す図である。 電子ビームの加速電圧が低加速の場合に、下部１段ＢＬＫ電極(BLK_L)のみを使用する場合を示す図である。 複数段（３段以上）のＢＬＫ電極の中より任意の２つのＢＬＫ電極を選択して、２段ＢＬＫ制御を実現する構成の概念図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施例（計測検査装置）を詳細に説明する。なお、実施例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、計測検査装置とは、計測のみを行う場合、検査のみを行う場合、計測と検査の両方が可能な場合、を含むとする。適宜、ブランキング：ＢＬＫと略す。
＜前提＞
本実施例を詳細に説明する前に、背景・前提となる技術部分（従来のＳＥＭ方式の計測検査装置におけるＢＬＫ制御手段）や課題の詳細などについて、以下、図２～図７を用いて簡単に説明する。
従来のＳＥＭ方式の計測検査装置の構成を図２に示す。計測検査装置は、カラム（電子光学鏡筒）１００、測定・検査の対象物である試料１１０を載置する試料台１１２（ステージ）、コンピュータ２００（ないし信号処理系）、等を有する構成である。コンピュータ２００は、例えば制御ラックにＰＣや制御ボードなどの形態で格納される構成である。コンピュータ２００の各部は、例えばプロセッサ及びメモリ等によるソフトウェアプログラム処理、あるいは専用回路の処理などで実現される。
コンピュータ２００には、全体制御部２１０と、電子光学制御部２２０（ＢＬＫ制御回路２０１）と、偏向制御回路２０６と、機構系制御部２４０と、信号検出部（二次電子信号検出回路）２０７と、画像処理部（二次電子信号処理回路）２０８と、ＧＵＩ部（ユーザインタフェース部）２５０、等を備える。
カラム１００内（真空）には、照射系（電子光学系）として、電子ビームＡ１を射出する電子銃１０１、射出された電子ビームＡ１が通る集束レンズ（第１コンデンサレンズ）１０２、絞り１０３、集束レンズ（第２コンデンサレンズ）１０４、ブランキング制御電極１０（ＢＬＫ電極）、アパーチャ１０６、偏向器１０８、対物レンズ１０９等を有する。またカラム１００は、検出系として、照射された電子ビームＡ１（Ａ４）により試料１１０から発生した二次電子Ａ１１を検出する検出器１０７を備える。
カラム１００内（真空）において、電子銃１０１より生成・射出された電子ビームＡ１は、第１コンデンサレンズ（集束レンズ）１０２，絞り１０３，第２コンデンサレンズ（集束レンズ）１０４を通じて集束され、偏向器１０８を介して偏向制御され、対物レンズ１０９等を経て試料１１０上を走査しながら照射される。ビームＡ１（Ａ４）が照射されると、試料１１０からは二次電子Ａ１１が発生し、検出器１０７で検出される。検出器１０７で検出された信号（アナログ信号）は、信号検出部２０７（二次電子信号検出回路）によってデジタル信号に変換される。そしてそのデジタル信号をもとに画像処理部２０８（二次電子信号処理回路）で二次元の画像が生成処理され、ＧＵＩ画面で表示される。この画像内に基づいて回路パターンが計測される（計測機能の場合）。
ＧＵＩ部２５０は、ユーザ（測定・検査者）に対するインタフェース（ＧＵＩ画面など）を提供する処理を行う。ＧＵＩ部２５０では、検査条件などを入力（設定）するＧＵＩ画面や、検査結果（二次元の画像など）を表示するＧＵＩ画面などを提供する。ＧＵＩ部２５０は、キーボード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。ユーザは、ＧＵＩ画面で計測機能や検査機能を選択実行可能である。
全体制御部２１０は、ＧＵＩ部２５０での指示に従い、本装置の全体（２２０，２４０，２０７，２０８，２０６等）を制御する処理を行う。例えば全体制御部２１０は、ＧＵＩ部２５０の画面でユーザにより入力された計測・検査条件や指示などに応じて、電子光学制御部２２０、偏向制御部２０６、機構系制御部２４０などを制御することで、計測・検査の処理を行う。例えば全体制御部２１０は、計測・検査の実行時、信号検出部２０７及び画像処理部２０８を通じて生成された二次元の画像などのデータ情報を受信し、ＧＵＩ部２５０の画面で表示させる。
電子光学制御部２２０は、全体制御部２１０からの制御に従い、カラム１００内の電子光学系（照射系）を制御する。特に、ＢＬＫ制御回路２０１から信号ライン（ａ１，ａ２）等を通じてＢＬＫ制御電極１０に対して制御信号（ＢＬＫ制御信号）を印加することにより高速ＢＬＫ制御を行う。１１５は各ラインをつなぐドライバ回路／端子を示す。
偏向制御回路２０６は、全体制御部２１０からの制御に従い、偏向器１０８に対して信号ライン（ｃ１，ｃ２）を通じ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。
機構系制御部２４０は、試料台１１２等を含む機構系を制御する。例えば電子ビームの走査制御に対応させて試料台１１２をＹ方向に移動制御することが可能である（図３）。
［前提（１）］
前記ＳＥＭ方式の計測検査装置における電子ビームの走査方式について以下に説明する。例えばＣＤ－ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）における通常の走査をＴＶ走査、ラスタ走査などと呼び、１画面あたりの走査時間が約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。図４には、ラスタ走査方式を示している。
上記方式において、試料に対して入射するビーム（一次電子ビーム）と試料との相互作用によって試料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、試料に正の電荷が蓄積するため正帯電になる。
ここで例えば、上記負帯電した試料上で一次電子ビームを走査して試料からの二次電子を検出してその画像（二次電子像）を得ても、試料の（負）帯電部分が明るく光ってしまい、試料の表面状態の観察（測定や検査）が不可能または低精度となる問題がある。逆に、正帯電した試料上でビームを走査して二次電子像を得ても、試料の（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問題がある。特に試料が絶縁物の場合は上記の現象が顕著となる。
また上記帯電量は、試料のパターンの形状（及びそれに対する走査方式）などにも依存する。例えばパターンの横ラインを走査するとき（ラスタ走査方式でＸ方向のラインを走査する場合）（図４の４０４）、その横ライン上でビームを連続的に照射することになるので、蓄積する電荷量が多くなる。よって帯電による電位上昇が大きく、試料に引き戻される二次電子数が増え、画像コントラストが低下する。一方、同パターンの縦ライン（上記横ラインと同じ長さ・面積とする）を走査するとき（同ラスタ走査方式）では（図４の４０５）、走査が非連続的で複数回の横方向（Ｘ方向）の部分ごとに分かれることになるため、その縦ライン上での連続的な照射時間は短くなる。よって帯電による電位上昇が小さく、検出できる二次電子数は、縦ラインの方が多く、コントラストの良い画像が得られる。
上記のようにラスタ走査でパターンの縦・横ラインを観察すると、縦ラインに比べて横ライン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問題が生じる。即ちビーム走査による試料の帯電の影響などによる計測・検査の精度の問題がある。
上記問題を解決・改善するためには、上記のような不要な帯電を抑制することが必須である。言い換えると、ビーム照射（連続的な照射）による試料の表面の電位上昇を抑制することにより、試料に戻される二次電子数を少なくする（帯電量を少なくする）ことが必要である。そこで、ビームによる試料に対する無用な照射時間を短縮することが有効である。
上記照射時間の短縮を実現する一手段として、高速ブランキング制御を用いる。従来のＳＥＭ（図２）におけるブランキング制御では、ＢＬＫ電極１０や偏向器１０８やアパーチャ１０６を用いて、試料に対するビームの照射／遮断を切り替え制御する。例えば通常は照射（遮断ＯＦＦ）状態とし、一時的・部分的に非照射（遮断ＯＮ）状態に切り替える。特に高速・詳細な切り替え制御ができれば、その分、無用な照射時間を短縮することができる。
［前提（２）］
図２に示す従来のＳＥＭ方式の計測検査装置のブランキング制御手段は、ＢＬＫ制御回路２０１及びＢＬＫ制御電極１０等を有する構成である。通常、ブランキング（遮断）ＯＦＦによる照射時は、ビームがＡ１，Ａ４の流れで試料１１０に照射され、それによる二次電子Ａ１１が検出器１０７で検出される。ブランキングＯＮによる非照射時は、ビームがＡ１，Ａ５の流れでアパーチャ１０６で遮蔽される。
［前提（３）］
以下、図３、図４等で、従来の走査型電子ビーム方式におけるラスタ走査方式の場合を示す。
図４には、ラスタ走査方式を示している。図４の矩形領域４００は、図３の試料１１０（試料台１１２上に載置されたウェハの例）上の走査領域３０１（ビーム走査軌跡３００）と対応した領域を示す。４０１は、Ｘ方向（図３のＸ方向と対応）のライン毎のビームの連続的な走査（照射）を示す。４０２は、Ｙ方向（図３のＹ方向と対応）のライン順次のビームの連続的な移動（送り）を示す。４０３は、Ｘ方向のライン間でのビームの戻しの軌跡（非照射・遮断状態）を示す。４０４は、パターン（照射対象領域）におけるＸ方向のライン（横ライン）の例（連続的照射領域となる）、４０５は、Ｙ方向のライン（縦ライン）の例（非連続的な照射領域となる）である。
計測・検査時、ビームをＸ方向の１ライン（４０１）ごとに走査（照射）を開始し、当該１ラインの終点まで達して当該１ラインの走査が終了すると、Ｙ方向での移動（４０２）と共に、当該ビームをＸ方向の左の始点（次の１ラインの先頭）に振り戻し（４０３）、次の１ラインの走査が開始され、同様に繰り返しで走査される。
［前提（４）］
図３は、ＳＥＭ方式の計測検査装置（図２）、及びラスタ走査方式（図４）における電子ビームの走査方向などを示している。図示するＺ方向は、試料１１０（ないし試料台１１２）の平面に対して垂直なビームＡ１の照射方向である。Ｘ，Ｙの方向（座標）は、例として、ラスタ走査方式におけるビームＡ１のライン毎の走査方向をＸ方向とし、それに対して直交するビームＡ１（或いは試料台１１２）の移動方向（送り方向）をＹ方向としている。Ｘ方向では連続的な走査（照射）領域となり、Ｙ方向では非連続的な走査（照射）領域となる。
例えばビーム（或いは試料１１０を載せた試料台１１２）をＹ方向へ連続的に移動させながら、Ｘ方向のライン毎に繰り返し走査する。その繰り返し走査になるように、偏向制御回路２０６からの偏向制御信号（ｃ１，ｃ２）により偏向器１０８での偏向を制御する。また上記Ｘ方向のライン毎の走査に同期させて、試料１１０から発生する二次電子Ａ１１を検出器１０７で検出する。これにより信号検出部２０７、画像処理部２０８を通じて二次元の画像（計測画像，検査画像）が得られる。
［前提（５）］
図６の（ａ）は、図３に対応して、電子ビーム（Ａ１）の遮断を制御するための要素であるＢＬＫ制御電極１０の構成例を、図３のＸ，Ｙ方向の平面での俯瞰図で示す。ＢＬＫ制御電極１０は、従来一般的には、２枚１組の金属板（１０ａ，１０ｂ）が平行・対向して配置される構成である。ＢＬＫ制御回路２０１からのＢＬＫ制御信号（ＯＮ／ＯＦＦの波形）（図５）により、ＢＬＫ電極１０（１０ａ，１０ｂ）に印加された電圧差によって、当該電極間に電界を生じさせる。これにより当該電極間を通過する位置（３１１）のビーム（Ａ１）にクーロン力を生じさせることで偏向させる。ＢＬＫ電極の感度（印加電圧あたりの偏向距離）は、電極間距離（ｍ１）が長いほど感度が低く、また電極サイズ（ｓ１：長さ、面積など）が小さいほど感度が低い関係がある。
通常、ＢＬＫ制御信号（図５（ｂ））のＯＦＦ時（４２１）には、ＢＬＫ制御電極１０間の電界（偏向電界）を生じず、ビーム（Ａ４）が、ＢＬＫ制御電極１０の下のアパーチャ１０６の真中の穴を通過して試料１１０に照射される。また、同ＢＬＫ制御信号のＯＮ時（４２２）には、ＢＬＫ制御電極１０間の電界（偏向電界）を生じ、ビーム（Ａ５）が偏向させられてアパーチャ１０６の穴から外れてアパーチャ１０６により遮蔽され、試料１１０には照射されない。
上記ＢＬＫ制御電極１０へ印加されるＢＬＫ制御信号の電圧は、約数十～１００Ｖの範囲である。なおＢＬＫ制御電極１０の２枚の金属板（１０ａ，１０ｂ）に対し、片方（ＢＬＫ制御信号の信号ラインａ１）には所定電圧が印加され、もう片方（ＢＬＫ制御信号のグランドラインａ２）がグランドされる場合を示しているが、両者に正負（±）の電圧が印加される場合もある。
［前提（６）］
図５には、図４の走査に対応した、（ａ）偏向制御信号、及び（ｂ）ＢＬＫ制御信号の電圧波形を示している。（ａ）は、図４の４００の軌跡（領域）になるようにビームの偏向を制御するための偏向制御信号の波形を示し、偏向制御回路２０６から偏向器１０８へ印加される偏向制御信号（ｃ１，ｃ２）に対応する。（ｂ）は、ＢＬＫ制御でビームの遮断ＯＮ／ＯＦＦを制御するためのＢＬＫ制御信号の波形を示し、ＢＬＫ制御回路２０１からＢＬＫ制御電極１０へ印加するＢＬＫ制御信号（ａ１，ａ２）に対応する。（ａ）の波形のうち、４１１は、計測画像（データ）の取得時におけるＸ方向の１ライン（４０１）毎の走査（照射）時のビーム偏向制御の部分である。４１２は、Ｘ方向の１ライン（４０１）の終点まで走査が終了して始点へ戻る時（４０３）のビーム偏向制御の部分（振り戻し期間）である。（ｂ）の波形のうち、４２１は、（ａ）の４１１と同期してＢＬＫ制御信号をＯＦＦする時（ブランキングＯＦＦ状態）を示し、４２２は、（ａ）の４１２と同期してＢＬＫ制御信号をＯＮする時（ブランキングＯＮ状態）を示す。
図４のＸ方向の１ライン走査終了後のビームの振り戻し時（４０３）には、試料１１０に対してビームを無用に照射しないようにするために、４１２，４２２のようにＢＬＫ制御信号のＯＮによりビームを偏向させてアパーチャ１０６で遮断する。
更に、１ライン（４０１）上においても、ＢＬＫ制御信号を適宜ＯＮに切り替えるようにすれば、その部分ではビームの照射が遮断されることになる。そのＯＮ／ＯＦＦの切り替えを高速・詳細に実現できれば、極力無用な照射時間を無くして精度を向上できることになる。
しかしながら、以上に述べた高速ブランキングにおいて、図５に示すｔ１,ｔ２はＢＬＫ制御信号をＯＮからＯＦＦへの切り替え時点を表し、制御信号理想波形としては、計測時間４２１の間、電圧Voffは例えば０［Ｖ］である。ところが、実波形は厳密には、ＯＮ時の高電圧Ｖｂ（Von）からＯＦＦ時の０Ｖ（Voff）への高速切り替えによる収束遅れ、ＢＬＫ制御回路２０１の素子等に起因するノイズ４３０が発生する。この計測時間４２１におけるノイズ４３０により、ＢＬＫ制御電極１０の間を通過して試料１１０に照射されるビーム（Ａ４）に揺れを生じて、結果として検出された計測画像において、ひずみ等として現れることになり、即ち精度低下となる課題がある。
［前提（７）］
ファラデーカップ(Faraday cup)１０５は、図６（ｂ）に概略断面を示す通り、金属製（導電性）のカップで、電子などの電荷を持った荷電粒子を真空中で捕捉する装置である。計測検査装置の光学条件などの初期設定時に、カラム１００内のブランキング制御電極１０（ＢＬＫ電極）の下方に設置されて、電子銃１０１から照射された電子ビームＡ１をブランキング制御電極１０により偏向してファラデーカップ１０５に当て、接続された電流計により入射した電子ビームＡ１の荷電粒子の数に応じた電流値（ＩＰ電流値）を測定する。次々世代の計測検査装置における電子ビームの加速電圧に対応するファラデーカップ１０５が必要となる。
［前提（８）］
次々世代の計測検査装置において、電子ビームの加速電圧を従来のものより数倍程度まで高くすることに対応して、ブランキング（ＢＬＫ）手段の課題を以下に述べる。
図７（ａ）に示すように、従来の計測検査装置（図２）において採用している１段のブランキング制御電極の構成のみでは、加速電圧が数倍程度高くなった電子ビームを、ファラデーカップ内に向けて、または走査視野外に向けて偏向させる偏向力が足りない。そのため、十分な偏向力を得るためには、従来、ブランキング制御電極に印加していた制御電圧ＶＤＤを数倍程度高くする必要がある。しかし、ブランキング（ＢＬＫ）手段は高速に動かすことが必要なため、制御電圧を上げると高速に動かすことは難しい。
図７（ｂ）に示すように、２段のブランキング制御電極の構成として、および各段の対向するＢＬＫ電極の同一側の電極に同極性のブランキング制御電圧を印加して、各段の対向するＢＬＫ電極の反対側の電極を共にＧＮＤに接続する構成を考察する。
この２段のブランキング制御電極の構成では、各段のブランキング制御電極に同方向の電界を掛けることになり、電子ビームＡ１に各段のブランキング制御電極より同方向の偏向力を与えることが可能となる。従って、上下２段のブランキング制御電極による同方向の偏向力の加算により、従来より加速電圧が数倍程度高くなった電子ビームを、ファラデーカップ内に向けて、または走査視野外に向けて偏向させる偏向力を得ることが可能と判断できる。
しかし、上記したように、ＢＬＫ制御信号をＯＮからＯＦＦへ切り替えた直後から計測時間４２１の間に発生するノイズ４３０による影響で、上下２段のブランキング制御電極には同方向のノイズ電界が生成される。従って、ＢＬＫ制御電極１０の間を通過して試料１１０に照射されるビーム（Ａ１）の揺れへのノイズ４３０の影響は増加することが予測される。
図７（ｃ）は、特許文献１に開示されるように、２段のブランキング制御電極を構成して互いに逆極性の電圧を印加する場合である。この構成では、ＢＬＫ制御信号をＯＮからＯＦＦへ切り替えた直後から計測時間４２１の間に発生するノイズ４３０は、上下２段のブランキング制御電極に逆方向のノイズ電界を生成して、ＢＬＫ制御電極１０の間を通過して試料１１０に照射されるビーム（Ａ１）の揺れへのノイズ４３０の影響は相殺される効果が予測される。
しかし、ＢＬＫ制御信号をＯＮにした場合には、２段のブランキング制御電極に逆極性のブランキング制御電圧が印加され、電子ビームＡ１に各段のブランキング制御電極より逆方向の偏向力が掛かることとなる。そのため、加速電圧が従来より数倍程度高くなった電子ビームを、ファラデーカップ内に向けて、または走査視野外に向けて偏向させる偏向力が足りないと判断される。
以上の図７における３通りのブランキング（ＢＬＫ）手段の考察を踏まえて、本実施例で提案する次々世代の計測検査装置向けのブランキング（ＢＬＫ）手段の概念図を、図８に示す。
本実施例のブランキング（ＢＬＫ）手段は、電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて互いに対向する二つの電極を配置する第１、第２のＢＬＫ電極を、互いの電極が平行に、前記電子ビームの照射方向に近接して配置した上下２段ＢＬＫ電極２１，２２と、及び可変の正電圧ＶＤＤ（２３０）と、可変の負電圧ＶＳＳ（２３１）の２種類の可変電圧を発生するＢＬＫ制御回路２０２を備える。
ＢＬＫ制御回路２０２の正負２種類のＢＬＫ制御電圧の出力は、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２のそれぞれ対となる電極の逆側の電極に接続し、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２の残りの電極はＧＮＤに接続する。
図８（ａ）にＢＬＫ制御信号がＯＮ状態を示す。すなわち、ＩＰ電流計測時、または計測・検査中の走査視野外ビームを偏向時に、電子ビームＡ１の加速電圧に応じて可変の正電圧ＶＤＤと可変の負電圧ＶＳＳを、スイッチ回路２２１、２２４をＯＮとして、およびスイッチ回路２２２、２２３をＯＦＦとして、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２に逆方向に印加して、同一方向のＢＬＫ電界を生成している状態を示す。上下２段ＢＬＫ電極２１，２２のＢＬＫ電界の加算により、高加速電圧の電子ビームＡ１を偏向させるのに必要な高電界を得る。
図８（ｂ）にＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態を示す。すなわち、計測・検査中の電子ビームＡ１を試料１１０上に照射させる場合には、スイッチ回路２２１、２２４をＯＦＦとして、およびスイッチ回路２２２、２２３をＯＮとして、ＢＬＫ制御回路２０２の共通のＧＮＤ２２９と、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２のそれぞれ対となる電極の逆側の電極に接続する。これにより、ＢＬＫ制御信号ＯＦＦ時にＢＬＫ制御回路２０２に発生したノイズ４３０が、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２に逆方向のＢＬＫノイズ電界を生成して、電子ビームＡ１の揺れへの影響を相殺するように働く。従って、低ノイズ化を実現する。
図１に、以上に説明したブランキング（ＢＬＫ）手段を備えた計測検査装置（１）を示す。図２に示す従来のＳＥＭ方式の計測検査装置の構成との主な相違点は、電子光学制御部２２０のＢＬＫ制御回路２０１がＢＬＫ制御回路２０２に替わり、カラム１００内（真空）のブランキング制御電極１０がブランキング制御電極２１，２２に替わり、および全体制御部２１０にＢＬＫ制御電極選択処理２１１（後述）が加わったことである。
また、カラム１００内（真空）の電子ビームＡ１を射出する電子銃１０１は、従来のものより数倍程度まで高加速電圧が可変となる電子銃１０１に替えられている。
図９に、本実施例のＢＬＫ制御回路２０２の構成例を示す。
スイッチ回路２２１、２２３はｐＭＯＳトランジスタを使用して、ｐＭＯＳトランジスタ駆動用ドライブ回路H-Driver２２５、２２７を組み合わせて使用している。また、スイッチ回路２２２、２２４はｎＭＯＳトランジスタを使用して、ｎＭＯＳトランジスタ駆動用ドライブ回路L-Driver２２６、２２８を組み合わせて使用している。
ＢＬＫ制御信号IN２３２のＯＮ、ＯＦＦの切り替えに追随して、およびＢＬＫ制御電極選択処理２１１（後述）の選択に従って、ドライブ回路H-Driver２２５、２２７の駆動電圧を制御する制御信号V1_ctrl_H２３３、V2_ctrl_H２３５、およびドライブ回路L-Driver２２６、２２８の駆動電圧を制御する制御信号V1_ctrl_L２３４、V2_ctrl_L２３６が接続されている。
以上のスイッチ回路、ドライブ回路は一般的な回路構成を使用しており、本実施例では特定しない。
ＢＬＫ制御回路２０２の共通グランドGnd２２９と、上下２段ＢＬＫ電極２１，２２の互いに反対側のグランド接続電極とは、グランドライン１２０により接続されている。また、カラム（電子光学鏡筒）１００側に設置されたカラムGND１２１とグランドライン１２０とを接続しても、または接続しなくともよい。
図１０は、ＢＬＫ制御信号がＯＮ状態のＢＬＫ制御回路２０２の回路動作と、２段ＢＬＫ電極２１，２２の電界を示す。スイッチ回路２２１、２２４がＯＮとなり、及びスイッチ回路２２２、２２３がＯＦＦとなって、正電圧ＶＤＤが上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の一方の電極に印加され、及び負電圧ＶＳＳが下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の前記上部ＢＬＫ電極とは反対側の電極に印加される。その結果、２段ＢＬＫ電極２１，２２には、同一方向のＢＬＫ電界が生成される。上下２段ＢＬＫ電極２１，２２のＢＬＫ電界の加算により、高加速電圧の電子ビームＡ１を偏向させるのに必要な高電界を得ることができる。
図１１は、ＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態のＢＬＫ制御回路２０２の回路動作と、２段ＢＬＫ電極２１，２２の電界を示す。スイッチ回路２２１、２２４がＯＦＦとなり、及びスイッチ回路２２２、２２３がＯＮとなって、ＢＬＫ制御回路２０２内で発生した回路ノイズ、および信号経路近傍で発生した外乱ノイズは、上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の一方の電極に印加され、及び下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の前記上部ＢＬＫ電極とは反対側の電極に印加される。その結果、２段ＢＬＫ電極２１，２２には、逆方向のノイズ電界が生成されて、電子ビームＡ１の揺れへの影響を相殺するように働く。従って、低ノイズ化を実現することができる。
図１２には、電子ビームの加速電圧を従来と同程度の比較的低加速にして計測検査装置を使用する場合に、上部１段ＢＬＫ電極(BLK_U)２１のみを使用する場合を示す。
計測検査装置の初期設定時に、ＧＵＩ部２５０よりユーザによって上部１段ＢＬＫ電極(BLK_U)２１のみの使用が選択され、ＢＬＫ制御電極選択処理２１１によってＢＬＫ制御回路２０２が設定される。
図１２は、ＢＬＫ制御信号がＯＮ状態のＢＬＫ制御回路２０２の回路動作と、上部１段ＢＬＫ電極２１の電界を示す。スイッチ回路２２１がＯＮとなり、及びスイッチ回路２２２がＯＦＦとなって、正電圧ＶＤＤが上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の一方の電極に印加され、ＢＬＫ電界が生成される。
また、スイッチ回路２２３が常時ＯＮとなり、及びスイッチ回路２２２が常時ＯＦＦとなって、下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の電極には、グランドGndが接続される。
上記構成のＢＬＫ制御回路２０２において、ＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態となった場合には、スイッチ回路２２１がＯＦＦとなり、及びスイッチ回路２２２がＯＮとなって、ＢＬＫ制御回路２０２内で発生した回路ノイズ、および信号経路近傍で発生した外乱ノイズは、上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の一方の電極に印加され、及び下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の前記上部ＢＬＫ電極とは反対側の電極に印加される。その結果、２段ＢＬＫ電極２１，２２には、逆方向のノイズ電界が生成されて、電子ビームＡ１の揺れへの影響を相殺するように働く。従って、低ノイズ化を実現することができる。
図１３には、電子ビームの加速電圧を従来と同程度の比較的低加速にして計測検査装置を使用する場合に、下部１段ＢＬＫ電極(BLK_L)２２のみを使用する場合を示す。
計測検査装置の初期設定時に、ＧＵＩ部２５０よりユーザによって下部１段ＢＬＫ電極(BLK_L)２２のみの使用が選択され、ＢＬＫ制御電極選択処理２１１によってＢＬＫ制御回路２０２が設定される。
図１３は、ＢＬＫ制御信号がＯＮ状態のＢＬＫ制御回路２０２の回路動作と、下部１段ＢＬＫ電極２２の電界を示す。スイッチ回路２２３がＯＦＦとなり、及びスイッチ回路２２４がＯＮとなって、負電圧ＶＳＳが下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の一方の電極に印加され、ＢＬＫ電界が生成される。
また、スイッチ回路２２１が常時ＯＦＦとなり、及びスイッチ回路２２２が常時ＯＮとなって、上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の電極には、グランドGndが接続される。
上記構成のＢＬＫ制御回路２０２において、ＢＬＫ制御信号がＯＦＦ状態となった場合には、スイッチ回路２２３がＯＮとなり、及びスイッチ回路２２４がＯＦＦとなって、ＢＬＫ制御回路２０２内で発生した回路ノイズ、および信号経路近傍で発生した外乱ノイズは、上部ＢＬＫ電極(BLK_U)２１の一方の電極に印加され、及び下部ＢＬＫ電極(BLK_L)２２の前記上部ＢＬＫ電極とは反対側の電極に印加される。その結果、２段ＢＬＫ電極２１，２２には、逆方向のノイズ電界が生成されて、電子ビームＡ１の揺れへの影響を相殺するように働く。従って、低ノイズ化を実現することができる。
感度等が互いに相違する、または同等の複数のＢＬＫ電極をカラム１００内の電子ビーム照射方向（Ｚ方向）に複数段（３段以上）配置して、及び各段のＢＬＫ電極の対向する２つの電極はいずれも同方向に平行に配置され、計測検査装置の計測・検査条件等に応じて、それらの複数段（３段以上）のＢＬＫ電極の中より任意の２つのＢＬＫ電極を選択して、２段ＢＬＫ制御を実現する構成が考えられる。
図１４には、複数段ＢＬＫ電極２１，２２，２３を持つ計測検査装置において、可変制御できる正電圧、負電圧、及びグランドGnd電位の３種の出力を持つＢＬＫ制御回路１４１と、前記各ＢＬＫ電極の２つの電極の各電極が、前記ＢＬＫ制御回路の３種の出力、およびグランドGndに切替えで接続可能とする接続手段１４２とを備え、光学条件に応じて前記複数段ＢＬＫ電極から２つのＢＬＫ電極を選択して使用して、２段ＢＬＫ制御を実施する計測検査装置のブランキング（ＢＬＫ）手段の構成の概念図を示す。
以上説明した、実施例１，２，３における計測検査装置の初期設定において、ユーザがＧＵＩ部２５０より、電子ビームの加速電圧のレベル、使用するＢＬＫ電極の選択などを指定することを可能とする。全体制御部２１０が実行するＢＬＫ制御電極選択処理２１１により、ユーザ選択を受付けて、電子ビームの加速電圧に対応した正電圧ＶＤＤ、負電圧ＶＳＳを算出し、及びＢＬＫ制御回路２０２の各スイッチ回路を所望のＯＮ／ＯＦＦ制御するための各制御信号V1_ctrl_H、V1_ctrl_L、V2_ctrl_H、V2_ctrl_Lを算出して、ＢＬＫ制御回路２０２へ出力して、設定する。
１：計測検査装置
１０：１段BLK制御電極
２１：上段BLK制御電極
２２：下段BLK制御電極
１００：カラム（電子光学鏡筒）
１０１：電子銃
１０２：第１コンデンサレンズ（集束レンズ）
１０３：絞り
１０４：第２コンデンサレンズ（集束レンズ）
１０５：ファラデーカップ(FC)
１０６：アパーチャ
１０７：二次電子検出器
１０８：偏向器（ＤＥＦ）
１０９：対物レンズ
１１０：試料（計測試料）
１１２：試料台（ステージ）
１１５：ドライバ回路／端子
１２０：グランドライン
１２１：カラムGND
１４１：ＢＬＫ制御回路
１４２：接続手段
２００：コンピュータ
２０１：従来のＢＬＫ制御回路
２０２：本実施例のＢＬＫ制御回路
２０６：偏向制御回路
２０７：信号検出部（二次電子信号検出回路）
２０８：画像処理部（二次電子信号処理回路）
２１０：全体制御部
２１１：ＢＬＫ制御電極選択処理
２２０：電子光学制御部
２２９：ＢＬＫ制御回路の共通グランドGnd
２３０：可変の正電圧ＶＤＤ
２３１：可変の負電圧ＶＳＳ
２３２：ＢＬＫ制御信号
２４０：機構系制御部
２５０：ＧＵＩ部
３００：ビーム走査軌跡
３０１：走査領域
４００：ビームの軌跡、領域
４０１：一次電子ビームの走査方向
４０２：一次電子ビームの移動方向
４０３：遮断時（振り戻し時）のビームの戻しの軌跡
４０４：横ライン（連続的照射領域）
４０５：縦ライン（非連続的照射領域）
４１１：計測画像の取得時におけるＸ方向の１ライン毎の走査時のビーム偏向制御の部分
４１２：Ｘ方向の１ラインの終点まで走査が終了して始点へ戻る時のビーム偏向制御の部分
４２１：４１１と同期してＢＬＫ制御信号をＯＦＦする時（ブランキングＯＦＦ状態）
４２２：４１２と同期してＢＬＫ制御信号をＯＮする時（ブランキングＯＮ状態）
４３０：ＢＬＫ制御回路に発生したノイズ
Ａ１：ビーム（一次電子ビーム）
Ａ４：照射時のビーム軌跡
Ａ５：遮断時のビーム軌跡
Ａ１１：二次電子
ａ１：上段BLK制御信号 信号ライン
ａ２：上段BLK制御信号 GNDライン
ｂ１：下段BLK制御信号 信号ライン
ｂ２：下段BLK制御信号 GNDライン
ｃ１，ｃ２：偏向制御信号
ｄ１: カラムグランドGND
ｍ１：電極間距離
Ｓ１：電極サイズ

Claims (6)

  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において、
    電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて互いに対向する二つの電極を配置する第１のブランキング電極と、
    前記第１のブランキング電極と電子ビームの照射方向に近接して、前記電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて、かつ前記第１のブランキング電極と平行に互いに対向する二つの電極を配置する第２のブランキング電極と、
    前記第１のブランキング電極の一方の電極（第１側の電極）と、前記第２のブランキング電極の前記第１のブランキング電極の第１側の電極とは反対側の電極（第２側の電極）はグランドと接続され、
    電子ビームの加速電圧に応じて可変の正電圧と可変の負電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記正電圧の出力を前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ接続し、および前記負電圧の出力を前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ接続し、
    ブランキングをOFF状態とする時、前記第１のブランキング電極の第２側の電極、および前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ同一グランド基準信号を出力するブランキング制御回路とを備えていることを特徴とする計測検査装置。
  2. 前記ブランキング制御回路が、電子ビームの加速電圧に応じて可変の正電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記正電圧の出力を前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ接続し、ブランキングをOFF状態とする時、前記第１のブランキング電極の第２側の電極へグランド基準信号を出力し、及び前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ常時グランド基準信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の計測検査装置。
  3. 前記ブランキング制御回路が、電子ビームの加速電圧に応じて可変の負電圧を生成し、ブランキングをON状態とする時、前記負電圧の出力を前記第２のブランキング電極の第１側の電極へ接続し、ブランキングをOFF状態とする時、前記第２のブランキング電極の第１側の電極へグランド基準信号を出力し、及び前記第１のブランキング電極の第２側の電極へ常時グランド基準信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の計測検査装置。
  4. 前記第１のブランキング電極の第１側の電極、及び前記第２のブランキング電極の第２側の電極は、前記ブランキング制御回路の同一グランド基準信号と、またはカラムGNDと、または前記同一グランド基準信号、および前記カラムGNDが接続されたグランドラインと接続されていることを特徴とする請求項１に記載の計測検査装置。
  5. 請求項１に記載の計測検査装置において、
    更に、前記第２のブランキング電極と電子ビームの照射方向に近接して、前記電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて、かつ前記第２のブランキング電極と平行に互いに対向する二つの電極を配置する第３のブランキング電極と、
    前記ブランキング制御回路が出力する可変の正電圧、負電圧、及びグランド基準信号の３種の出力、及びグランドGndと、ユーザが選択した第ｉのブランキング電極、及び第ｊのブランキング電極の各電極とを切替えて接続可能とする接続手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の計測検査装置。
  6. 請求項５に記載の計測検査装置において、
    更に、前記第３のブランキング電極と電子ビームの照射方向に近接して、前記電子ビームの照射方向と垂直な平面上の照射位置を中央に挟んで、前記平面と垂直な方向を向いて、かつ前記第３のブランキング電極と平行に互いに対向する二つの電極を配置する第４乃至ｎのブランキング電極とを備えることを特徴とする計測検査装置。
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