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JP4159260B2 - Charged particle beam scanning system - Google Patents
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JP4159260B2 - Charged particle beam scanning system - Google Patents

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Description

【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】

Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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】
Figure 0004159260
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam scanning apparatus for irradiating a predetermined position with a charged particle beam, and more particularly to a charged particle beam scanning apparatus suitable for an automatic inspection apparatus that needs to control the beam irradiation position at high speed and with high accuracy. .
[0002]
[Prior art]
The charged particle beam scanning type automatic inspection device deflects the charged particle beam and scans the inspection object such as a wafer or mask to obtain an image showing the physical properties of the inspection object, and obtains the acquired image pattern. It is known to test by comparing or evaluating. As for this charged particle beam scanning type automatic inspection apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 5-258703 discloses a deflection control apparatus in which a deflection circuit section for generating a charged particle beam scanning signal is constituted by an analog integration circuit. The signal generated by this analog method is a ramp waveform, and the controllable state quantities are a slope value that is a ramp wave inclination amount and a retrace value that is a ramp wave return amount. The slope of the analog signal specified by the slope value is compared with the line size value that is the adjustment value, and the offset specified by the retrace value is compared with the offset value that is the adjustment value. The signal is kept constant. The slope of the ramp wave is preferably a constant straight line, but in such an analog system, the ramp wave slope has a non-linear portion called linear distortion. If this non-linear part is used as a deflection signal, an error in the deflection position will occur. Therefore, only the part that maintains the linearity accuracy near the center of the ramp slope part is used as a deflection signal by using an analog voltage comparison circuit. I use it.
[0003]
In the deflecting device of the charged particle scanning apparatus, there are many factors that cause the positional deviation of the beam irradiation position in addition to the non-linearity error of the ramp wave inclined portion, and one of them is an error caused by the optical system of the deflector. There is some deflection distortion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22303 discloses a deflection control device of an electron beam drawing apparatus equipped with the deflection distortion correction circuit. An electron beam lithography system changes the physical properties of a sample by deflecting an electron beam to a predetermined position on the sample such as a wafer or mask, and irradiates electrons to draw patterns such as transistors, memories, and wiring The electron beam deflection control method is similar to that of the inspection apparatus, but the scanning method and required specifications are different. The deflection control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22303 uses a line generator having the same configuration as the analog integration circuit. Also, the deflection distortion correction method described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-22303 is called a lookup table method and operates as follows. First, the analog value of the analog ramp wave of the line generator is A / D converted, and the digital value is input to the memory as an address. In the memory, a correction value for the address is input in advance, and the correction amount is output as a digital value. The digital value of the correction amount is D / A converted to obtain an analog correction signal, which is added to the analog ramp wave to correct deflection distortion. In this method, an analog circuit that generates a scanning signal and a digital circuit that generates a correction signal are mixed. Thus, in order to perform various corrections, a method of performing processing digitally is more suitable than an analog method.
[0004]
In the above known example, a ramp wave realized by an analog circuit is used as a basic scanning signal. However, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100322, a staircase obtained by stepwise designation of a digital value and DA conversion. A digital method using a wave as a basic scanning signal is disclosed. In this method, scanning control and various corrections can be performed using digital operations based on the scanning signal deflection position, various apparatus error information, irradiation position height information, etc. There is a feature that it is possible to improve the accuracy of the beam irradiation position and the degree of freedom of beam scanning by correcting the position error.
[0005]
In such a deflection device of a charged particle scanning apparatus of digital type, when high-speed scanning is performed, the operation speed is limited by a delay component of an electronic circuit. Examples of delay components in electronic circuits include frequency characteristics of elements such as amplifiers, changes in frequency characteristics caused by floating circuits that cannot be ignored at high frequencies, noise (mixed noise, amplifier noise, etc.), glitches (digital feedthrough noise), etc. And a filter circuit used for adjusting characteristics such as ringing of an amplifier. These delay components increase the time (settling time) required for the DA conversion output to fall within a predetermined error range of the target value. When DA conversion is performed at a time interval shorter than the settling time, the output waveform is distorted. Therefore, the delay component limits the DA conversion output interval for performing accurate deflection control. Considering this problem in the case of an inspection apparatus such as a wafer, there is no problem if the time constant of the formed filter and the memory delay time are sufficiently smaller than the control output period or the capture period of pixels that are elements of the image. When the period becomes small, the deflection control signal is greatly distorted due to the frequency characteristics of the elements used and the delay component due to the floating circuit, which causes a decrease in deflection position accuracy and an obstacle to speeding up.
[0006]
An example of an attempt to compensate for a delay component in such a digital method is shown in an electron beam drawing apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-106964. In this prior art, the settling time is shortened by adding a pulse signal which is a pseudo impulse signal to a step signal which is an output of DA conversion.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In an inspection apparatus for wafers or the like, it is strongly desired to improve the resolution in accordance with the demand for fine defect detection by miniaturization of the design rule of an integrated circuit, and this resolution largely depends on the deflection scanning position accuracy. High precision is desired. However, miniaturization further increases the inspection time, which takes an enormous amount of time in the past. For example, the conventional inspection time is on the order of 10 hours for the entire inspection of an 8-inch wafer. In addition, with the increase in inspection area due to the recent increase in wafer size, the entire inspection of a 12-inch wafer is on the order of several tens of hours. Since the inspection time increases in proportion to the accuracy, further increase in the inspection time due to miniaturization becomes a major obstacle to the inspection performance. Therefore, shortening of the inspection time is eagerly desired. For this purpose, it is essential to increase the deflection speed. As described above, both high precision and high speed of the deflection position control are required. However, since these are inherently in a contradictory (tradeoff) relationship, there has already been a limit to pursue simultaneously.
[0008]
Here, the problem of high accuracy and high speed will be described in detail. In the digital deflection control method, it has a bit number that realizes sufficient resolution, can specify the position with high accuracy, and even if DA conversion is possible, the minimum resolution is limited if noise is included in the deflection signal Therefore, noise reduction is indispensable for improving accuracy. As the required accuracy of the inspection apparatus, for example, when detection is performed with an electron beam at intervals of 0.1 μm and deflection is performed over a deflection range of several hundreds of μm, the tolerance is ideally less than one tenth of the interval. Therefore, a positional error of 0.01 μm or less is required. This means positioning with an error of tens of thousands or less of a deflection range of several hundred μm. Further, when the distance is 0.05 μm, double the accuracy is required. If the deflection range of several hundreds of μm is deflected with a maximum amplitude of 4V at 0.05 μm intervals, the deflection voltage can only have an error of 200 μV or less. On the other hand, the noise voltage due to the amplifier noise for generating the deflection voltage is already 200 μV when the amplifier voltage noise density is 5 nV / √ (Hz), the bandwidth is 400 MHz, and the gain is twice, for example, and becomes the limit value of the allowable error. End up. Here, the voltage noise density is close to the limit of a feasible low noise amplifier, the band is a value considering the passage of a step wave with a step width of 10 ns, and the gain 2 is an ultrahigh speed DA conversion output (2V). This value is converted to 4V. If the required speed is increased, the band is further increased, so that the noise specifications become severe.
[0009]
In order to reduce noise, in the case of the above example, it is desired to use a filter (low-pass type) having a cutoff frequency of several MHz to several tens of MHz. In addition, it is conceivable that external noise having a relatively low frequency is mixed, and in order to remove these noises, it is desired to use a filter with a narrow band as described above. On the other hand, there is a demand to increase the maximum amplitude voltage for the purpose of reducing the influence of external noise. For this purpose, the amplification factor of the amplifier is increased, and the frequency band is narrowed accordingly. Thus, in order to prevent noise for higher accuracy, it is required to narrow the frequency band of the deflection voltage generation circuit.
[0010]
However, narrowing the band will cause a large delay component, restricting the passage of the staircase wave, which is the deflection scanning signal, as described above, causing distortion in the output waveform, and hindering speedup. Become. In order to examine this speed-up problem in detail, as an example, when D / A conversion is performed at an inspection interval of 0.1 μm and 200 MHz and a filter frequency of 1.6 MHz passes through the circuit, nonlinear distortion of the scanning waveform The non-negligible part is about 650 ns from the scanning start point, and the non-linear distortion is reduced thereafter, but an error of 1.95 μm or more from the target position occurs. Therefore, one of the effects of the delay component is a problem that there is a deviation from the position specified by the digital value. This positional deviation varies depending on the scanning conditions and is not constant. Therefore, the error of the scanning position varies from inspection to inspection, and accurate position deflection control cannot be performed unless accurate correction is performed. In particular, in a digital deflection circuit, this correction method has been a major issue because it generates free scanning signals such as rotating the scanning direction or starting scanning from a free position.
[0011]
Further, the influence of the portion where the non-linear distortion cannot be ignored becomes an obstacle to speeding up. For example, when the capture frequency is 400 MHz and the number of pixels captured in one scan is 500 pixels, the scan time of one scan is 1.25 μs. Therefore, the time width of 650 ns in which the nonlinear distortion cannot be ignored is more than half of the scan time. This is a wasted time. That is, only half or less of 500 pixels can be inspected. Even if the deflection speed is increased in this way, the effective inspection speed is limited if there is nonlinear distortion due to a delay component.
[0012]
Further, in an inspection apparatus for wafers or the like, there is a demand for a variable speed function that operates at a high speed when accuracy requirements are low and operates at a low speed when high accuracy measurement is required. When performing residue inspection on the bottom of a via hole (through hole) formed on a wafer, the resolution, that is, the accuracy may be the same as before, but there is a need to increase the number of inspections or to perform online inspection. Therefore, a mode for inspecting at a speed of about 2 to several times as high as the above is required. Moreover, since this inspection can be performed only by an electron beam scanning inspection apparatus, the variable speed function as described above is required. To realize this requirement, in the digital deflection circuit, the scanning signal is the same during normal wafer inspection and via hole inspection, and it is easy to shorten the period of image capture timing only during via hole inspection. It is. If it does so, the inspection speed at the time of a via hole inspection will become large. However, for this purpose, it is necessary to convert the staircase wave into a sufficiently smooth ramp wave with a smoothing filter, and to keep the deviation from the ideal ramp wave within a desired error at any point of time. Therefore, the delay component due to the smoothing filter becomes a problem in terms of realizing the variable speed function.
[0013]
From the above-mentioned points, when the electron beam lithography system is configured using a digital deflection system deflection circuit, a noise removal filter is intentionally inserted to achieve high accuracy by noise reduction, and the resulting delay component A solution that corrects as much as possible the waveform distortion and misalignment caused by the above is considered a reasonable method. Considering the delay component compensation method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-106964 again in this respect, firstly, in this conventional method, a correction pulse must be generated every time the digital value changes, Considering a wafer inspection apparatus having a staircase width of several ns, there is a problem that it is actually difficult to generate a pulse wave having a width of several ns or less as a correction signal. Secondly, in the above-described prior art, the stepped unevenness becomes large, and it is impossible to increase the speed by changing the image capturing timing.
[0014]
A first object of the present invention is to realize both high accuracy (resolution improvement) and high speed (inspection time reduction) by sufficiently removing noise by a filter and compensating for a delay component generated by the filter. To provide a charged particle beam scanning apparatus of a digital deflection system.
[0015]
A second object of the present invention is to provide a digital deflection type charged particle beam scanning apparatus that supports an ultra-high-speed inspection mode necessary for via-hole inspection and the like and can be switched to normal high-precision inspection. That is.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a charged particle beam scanning apparatus including a deflection unit that deflects a charged particle beam and a deflection control unit that generates a scanning signal for controlling deflection of the charged particle beam by the deflection unit.
The deflection control means includes
Basic scanning signal generating means for generating a stepwise basic scanning signal in which the amplitude value increases by a given step amount for each given control output period;
A filter provided in the basic scanning signal output circuit for band-limiting the basic scanning signal generated by the means;
The control output cycle, the step amount, and the time constant representing the delay characteristic of the output circuit including the filter from the basic scan signal generation means to the deflection means as the basic scan signal are input. Correction signal generating means for generating a correction signal for causing the output value to coincide with the value of the basic scanning signal at a reference time point when the value of the basic scanning signal changes stepwise;
Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus characterized by comprising addition means for adding the correction signal generated by this means and the basic scanning signal.
[0017]
Furthermore, in the charged particle beam scanning apparatus according to the present invention, the charged particle beam scanning position error caused by noise included in the output value of the output circuit is less than or equal to an allowable value for the passband width of the filter. A charged particle beam scanning apparatus characterized by the above is disclosed.
[0018]
Furthermore, in the charged particle beam scanning apparatus, the present invention determines the passband width of the filter so that values at all times other than the reference time of the output circuit are equal to or less than a predetermined error. Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus.
[0019]
Furthermore, the present invention provides an image acquisition means for acquiring a product generated from a sample by scanning of a charged particle beam at each reference time point and acquiring image data relating to the sample in the charged particle beam scanning apparatus. Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus characterized in that image data acquired by means is analyzed to inspect the sample.
[0020]
Further, the present invention provides the above-mentioned charged particle beam scanning apparatus, and an acquisition signal generating means for generating a time series of acquisition points whose period can be variably set irrespective of the control output period which is the interval between the reference time points. Providing an image acquisition means for acquiring a product generated by scanning of the charged particle beam at every acquisition time point of the acquisition signal and acquiring image data relating to the sample, and analyzing the image data acquired by the means to analyze the sample Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus characterized by performing an inspection.
[0021]
Furthermore, the present invention provides a reference signal generating means for generating a reference signal and inputting the reference signal to the output circuit in the charged particle beam scanning apparatus, and a response output signal of the output circuit when the reference signal is input. Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus comprising: an output circuit response acquisition means for acquiring; and a time constant calculation means for calculating a time constant of the output circuit from a response output signal obtained by the means. .
[0022]
In the charged particle beam scanning apparatus, the present invention further provides a reference signal generating means for generating a reference signal and inputting the reference signal to the output circuit, and deflection control by the output of the output circuit when the reference signal is input. Time constant calculating means for analyzing the image data acquired by the image acquisition signal when the charged particle beam is irradiated onto the sample that generates the known pattern and calculating the time constant of the output circuit. A featured charged particle beam scanning device is disclosed.
[0023]
Further, in the charged particle beam scanning apparatus according to the present invention, when the control output cycle is T1, the step amount is K, and the output circuit is approximated to a first-order lag element of a time constant T2, The correction signal generating means generates a step signal having an amplitude of Kexp (-T1 / T2) / (1-exp (-T1 / T2)) and a rising time point coincident with a start time point of the basic scanning signal, and adding the step signal. A means discloses a charged particle beam scanning apparatus characterized in that the basic scanning signal and the step signal are added and then input to the output circuit.
[0024]
Furthermore, in the charged particle beam scanning apparatus according to the present invention, the control output period is T1, the step amount is K, and the output circuit includes a first primary delay element having a time constant T2 and the first delay element. When approximated to a second-order lag element consisting of a second first-order lag element having the same time constant T2 cascaded to the element, the correction signal generating means has an amplitude of Kexp (-T1 / T2) / (1-exp (-T1 / T2)) and the first step signal whose rise time coincides with the start time of the basic scanning signal, and the amplitude is K (T1 / T2) exp (-T1 / T2) / (1-exp (- T1 / T2)) 2 And generating a second step signal whose rising time coincides with the start time of the basic scanning signal, and the adding means adds the first step signal and the basic scanning signal to input the output circuit. In addition, a charged particle beam scanning apparatus is disclosed in which the second step signal is added to the first first-order lag element output to obtain the second first-order lag element input. To do.
[0025]
Furthermore, in the charged particle beam scanning apparatus according to the present invention, the control output cycle is T1, the step amount is K, and the output circuit is cascaded with a primary delay element having a time constant T2 and this element. When approximated to a second-order lag element composed of a second first-order lag element of the connected time constant T3, a third-order lag element of time constant T2 is provided, and the correction signal generating means has an amplitude of Kexp. The first step signal whose rising time coincides with the start time of the basic scanning signal at (−T1 / T3) · T3 / (T3-T2) / (1-exp (−T1 / T3)), and the amplitude is Kexp Generating a second step signal whose rising time point coincides with the start time point of the basic scanning signal at (−T1 / T2) · T2 / (T2−T3) / (1−exp (−T1 / T2)); The adding means includes the first step signal and the previous step signal. A signal obtained by adding the first primary delay element output to the input of the second primary delay element and inputting the second step signal to the third primary delay element; Disclosed is a charged particle beam scanning apparatus configured to add to the second first-order lag element output.
[0026]
Furthermore, the present invention relates to a charged particle beam scanning apparatus including a deflection unit that deflects a charged particle beam and a deflection control unit that generates a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam by the deflection unit.
The deflection control means includes
Basic scanning signal generating means for generating a stepwise basic scanning signal in which the amplitude value increases by a given step amount for each given control output period;
A filter provided in the basic scanning signal output circuit for band-limiting the basic scanning signal generated by the means;
The control output cycle, the step amount, and the time constant representing the delay characteristic of the output circuit including the filter from the basic scan signal generation means to the deflection means as the basic scan signal are input. In a scanning time region where the amount of nonlinear distortion in the output is less than or equal to a predetermined value, the output value of the output circuit matches the value of the basic scanning signal at a reference time point when the value of the basic scanning signal changes stepwise. Correction signal generating means for generating a correction signal having a constant value for
Adding means for adding the correction signal generated by the means and the basic scanning signal;
And a charged particle beam scanning apparatus that performs charged particle beam scanning only in the scanning time region.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of a charged particle beam scanning apparatus of the present invention, which is an application example to an automatic inspection apparatus such as a wafer. However, FIG. 1 shows only the part related to the present invention. The deflection control means 11 is a digital system that uses a staircase wave obtained by stepwise designation of a digital value and DA conversion as a basic scanning signal, and has a time constant equal to or greater than the digital control output period. Which has a delay component 1 that can be easily realized by a filter. The effect of intentionally inserting the delay component 1 is firstly reduction of noise or instantaneous fluctuation of the deflection control signal, thereby greatly contributing to improvement of accuracy of the inspection apparatus. Secondly, each step of the staircase wave (step width is several ns) of the deflection control signal is smoothed, so that the pixel capture cycle can be freely switched regardless of the deflection control output timing. Therefore, it is possible to realize a higher inspection speed and a variable inspection speed function than the conventional one. However, since the delay component causes the deflection control signal to be distorted as described above and the inspection speed is increased, a means for correcting it is indispensable. In particular, the digital method is very problematic because a free scanning signal is generated such as rotating the scanning direction or starting scanning from a free position. Therefore, it is necessary to have a correction unit that corrects the light according to the scanning conditions such as the scanning speed. In order to satisfy the second effect, the staircase wave must remain smooth even after correction.
[0028]
First, a simple inspection operation of the inspection apparatus of FIG. 1 will be shown, and then specific operations of each part in the present invention will be shown. In FIG. 1, the system control unit 10 determines an inspection sequence, and transfers various scanning parameters and commands including correction parameters from the scanning control unit 19 to the deflection control unit 11. The deflection control means 11 deflects the charged particle beam 13 by controlling the voltage applied to the deflector 12 according to the parameters, and scans the target position on the sample 14 such as a wafer or mask. The product generated at that time is taken in as information on the sample 14, and the image processing means 15 processes this product information as pixel data of the beam deflection position, thereby obtaining image data of the sample 14. As a product from the material 14, FIG. 1 shows the case of secondary electrons. However, as long as it reflects the information of the sample, it is possible to transmit either secondary electrons or reflected electrons. It may be an electron. Further, the image processing means 15 obtains a beam irradiation timing signal 16 for defining the beam scanning position and the timing for capturing the information from the deflection control means 11 for deflecting the beam to a predetermined position. The acquired image data is compared with the image or design data having the same pattern on the sample in the image processing means 15, and the result is used by the system control means 10 for evaluation of a portion having a difference in pattern and process management. Inspection is performed by performing data processing.
[0029]
In the above operation, the delay component correction process is roughly divided into two stages. One is a measurement mode for measuring the delay component, which measures the distortion of the deflection control signal that changes largely and slowly, and calculates a delay correction parameter for correcting the delay component. The second mode is a correction mode in which a delay component is corrected during normal inspection, and correct correction is performed from the correction parameter and the scan parameter for each scan.
[0030]
In the measurement mode, first, for the purpose of measuring the lag component, various scanning parameters are transferred from the scanning control means 19 included in the system control means 10 to the deflection control means 11 in the same manner as the above-described normal inspection. Image data of a known pattern drawn at a position where an image can be detected is obtained by the lag component measuring means 17. The delay correction parameter calculation means 20 obtains the time constant of the delay component from the obtained image data of the known pattern according to the procedure shown in FIG. That is, the deflection position at the time of scanning is actually calculated from the image data obtained from the delay component measuring means 17 of the image processing means 15 and the deflection position information that should be obtained in designing when a known pattern is scanned (step). 201), the amount of displacement, which is the amount of distortion of the deflection scanning signal, is calculated (step 202). Next, an approximate function representing the distortion is derived from the positional deviation amount by a statistical method (step 303). In this process, the distortion of the scanning signal due to the delay component changes greatly and gradually with respect to the change in position, so there is no need to calculate the position for all the pixels accurately to calculate the delay component, and the pixels are thinned out. Statistical processing is possible. Next, a delay component parameter such as a time constant for one or a plurality of delay components is calculated from the approximate function, and a delay component correction parameter necessary for the delay component correction unit 18 implemented by the deflection control unit 11 is calculated. Is calculated (step 204). The above measurement mode is performed in advance of the actual inspection, and the calculated delay component correction parameter is transferred to the delay component correction means 18 as an apparatus constant.
[0031]
As described above, it is possible to easily measure the distortion of the lag component by providing the lag component measuring means 17 in the image processing means 15, and this measurement measures the characteristics of the deflection circuit in the same operation state as the inspection. Therefore, an accurate value can be obtained. In addition, the measurement sensitivity is improved by changing the scanning parameters such as the scanning speed (pixel interval) and performing the measurement several times.
[0032]
In addition, although the example which used image data was shown above as a delay component measuring method, if this can calculate the distortion amount by a delay component, it can also be replaced with another form. For example, even if the known pattern is a linear pattern arranged at equal intervals and the time crossing between patterns is measured based on a signal detected during scanning, the amount of distortion due to the delay component can be approximately calculated. is there. Further, as shown in FIG. 3A, the deflection scanning signal 16a that should be taken out from the deflection control means 11, and the output deflection scanning signal 100 is taken in, and the amount of distortion is obtained by the deflection signal measuring means 17a. It may be. When only the analog part of the deflection control means 11 is measured, the scanning control means 19 uses a reference signal other than the scanning signal as shown in FIG. Characteristics can be measured. For example, the frequency sweep signal 16b is output as the reference signal from the reference signal generating means 21, and this is input to the analog part of the deflection control means 11, and the output is taken into the deflection signal measuring means 17b. The correction parameter calculation means 20 can calculate delay component parameters such as the time constant of the delay component by calculating frequency response characteristics using Fourier transform. However, it is assumed that the analog portion includes a delay component 1 provided for noise removal or the like. Thus, if the characteristic of the delay component is known by some method, the correction mode described later can be operated, and the operation of the correction mode is not limited by the measurement method.
[0033]
In the correction mode for correcting the delay component at the normal inspection, the delay component correction means 18 included in the deflection control means 11 is based on the correction parameters given from the system control means 10 and the scan parameters for each scan. An accurate correction value is calculated and an operation for giving the correction value to the deflection control signal is performed. The evaluation of the delay component correction can be easily performed by measuring the deflection position and calculating the distortion amount in a state where the delay component correction is performed. Hereinafter, the operation of the delay component correction means 18 will be described in detail.
[0034]
FIG. 4 is a diagram for explaining a relationship between an analog output and an example of a typical timing signal showing an example of the deflection control signal. However, here, for the sake of simplicity, a deflection control signal output from an analog deflection circuit is shown. The scanning of the sample on the two-dimensional plane by the electron beam is usually performed by a raster scanning method. In the figure, a deflection control signal waveform for one raster is shown. This waveform generally takes the shape of a ramp wave 30 (solid line). Since this ramp wave 30 is not a perfect straight line, if sample information is captured at a timing given at regular intervals on the time axis, the pixel capture intervals on the sample are not uniform. This causes an error in the inspection process using the pixel data. Therefore, when high-precision inspection is required, only the time region in which the ramp wave 30 can be regarded as a substantially straight line 31 (broken line) is used. . Scanning for inspection is performed with both ends of this time region as the start and end.
[0035]
Signals used for image acquisition with respect to the deflection control signal of FIG. 4 include an image capture start signal 32, an image capture timing signal 33 that is a synchronization signal, an image capture valid signal 34, and the like. The beam irradiation timing signal 16 in FIG. 1 specifically shows these signals, and in particular, the image capture timing signal 33 corresponds as a representative signal. These signals are input to the image processing means 15 in FIG. The image processing means 15 captures wafer information as pixels at the rising edge of the image capture timing signal 33 when the image capture valid signal 34 is active, and obtains a pattern image on the sample. The time width TS of the ramp wave use region in FIG. 4 is determined from the capture interval of one pixel and the number of pixels captured in one scan, and the height of the ramp wave (more precisely, the potential difference in the use region of the ramp wave) H is the wafer. It is determined by the control voltage value for the upper pixel interval and the distance on the wafer and the number of pixels in one scan.
[0036]
The basic method for capturing pixel data using an analog deflection circuit has been described for the sake of simplicity. However, in the case of the digital deflection circuit of FIG. 1, the influence of the delay component 1 must be taken into account. . FIG. 5 shows a deflection control signal generated by a digital method. In the digital system, the deflection control signal is a staircase wave, and each step is accurately synchronized with the image capture timing signal 33. In the digital method, the pixel interval can be set by each step voltage ΔH, and the scan start position can be set by the scan start voltage V0. However, it is easy to set these to a desired value at any time. The scanning start position can be freely set and various position errors can be corrected freely. As described above, the digital method has a feature that the controllability is much better than the analog method, but it is necessary to remove the influence caused by the delay component 1 as described above.
[0037]
Considering the case where the delay component 1 is a first-order lag of the time constant T2, the response output signal e1 to the step signal is
[Expression 1]
Figure 0004159260
It becomes. Here, K is the amplitude of the input step signal, and t represents the time from the step input. In the inspection apparatus of FIG. 1, the amplitude K of the step signal is the step voltage ΔH of FIG. 5, and this step signal is added to the analog circuit one after another at every control output cycle T1 (cycle of the signal 33) (FIG. 5). Waveform 44 digital control signal), an analog signal affected by the delay component 1 is output. Therefore, if the value of the response output signal e1 for one step signal when t = T1 elapses is within, for example, an error of 1% with respect to the desired value K = ΔH, the analog deflection control is performed. The signal 100 has substantially the waveform 45 shown in FIG. 5, and an almost ideal scanning position can be designated at least at the position of the capture timing signal 33. However, in order to realize an amplitude error of 1% at t = T1, a frequency band of 3/4 times the frequency of the signal 33 is required for the analog circuit. For example, when the frequency of the signal 33, that is, the control output frequency is 400 MHz, the analog circuit is required to have a 300 MHz band, which is an unreasonable condition both from the feasibility of the circuit and from the above-described noise countermeasures.
[0038]
Therefore, when the delay component 1 is the first-order lag of the time constant T2, the response output signal e2 of the staircase wave 44 of the control period T1 has elapsed t = n · T1 (n = 1, 2,) from the start of scanning. Since this is obtained by adding the values at time t = T1, 2 · T1,..., N · T1 of e1 in (Equation 1),
[Expression 2]
Figure 0004159260
It becomes. A waveform 46 in FIG. 5 is a response signal waveform of the delay component 1 with respect to the digital control signal 44, and (Equation 2) indicates a value at t = n · T1 (n = 1, 2,...) Of the waveform 46. ing. However, in FIG. 5, the pass band of the delay component 1 is about 1/30 times the control output frequency (1 / T1). For example, when the control output frequency is 100 MHz, the band of the analog circuit that obtains the waveform 45 is 75 MHz, and when the band of the analog circuit is 3.2 MHz, the waveform 46 is obtained.
[0039]
The waveform 46 in FIG. 5 is the application start time t of the digital control signal, as can be seen from (Equation 2). 0 The waveform 45 gradually moves away from (= 0), and the difference from the waveform 45 becomes substantially constant after the time ts. Further, there is a region Z where the deviation from the straight line, that is, the nonlinear distortion is large until the time ts, and the line becomes almost straight thereafter. Here, the region Z is a region where the non-linear distortion exceeds the allowable error, and the difference ΔV from the subsequent waveform 45 becomes a substantially constant value Kα / (1-α) after ts, and the deflection position is constant from the target position. Cause a shift. For example, when the control output frequency is 100 MHz (T1 = 10 ns), the analog circuit band is 3.2 MHz (waveform 46), and the allowable error is within 5%, the positional deviation due to the error ΔV is 4.49 pixels. Yes, it can be calculated that the area Z is for 24 pixels. As can be seen from the second term of (Equation 2), does the deflection position deviation increase as the scanning speed, that is, each step voltage ΔH (= K) increases, and does the control output frequency (1 / T1) increase? As the pass band of the analog circuit (proportional to 1 / T2) decreases, α in (Expression 2) increases and approaches 1, and the error voltage ΔV and the region Z that cause the positional deviation increase.
[0040]
As described above, when the delay component 1 can be regarded as a first-order lag system, the second term on the right side of (Equation 2) causes an error caused by the delay component. Since this second term is equal to the value obtained by replacing t = n · T1 in (Equation 1) and the amplitude K with the amplitude −Kα / (1-α), the step signal of amplitude −Kα / (1-α) is obtained. Is equal to the value at t = nT1 when applied to the first-order lag circuit of time constant T2, ie, lag component 1. Therefore, in the present invention, a step signal having an amplitude of + Kα (1−α) at the time t0 = 0 is input as a correction signal to the analog circuit at the time of the first digital basic scanning signal input. Then, e2 in (Expression 2) becomes Kn, and the second term which is an error term does not appear. FIG. 6A illustrates the correction signal. FIG. 6B shows a control signal when the digital basic scanning signal and the correction signal are digitally added in advance, and the first step is K / (1-α).
[0041]
Here, the time constant T2 of the delay component is a value obtained by measuring the analog circuit characteristics including the delay component described above, and is calculated by the delay correction parameter calculation means 20 in the system control means 10 of FIG. Each step voltage K = ΔH and the control output cycle T1 are values given by the system control means 10 in FIG. 1 as device constants or scanning parameters, so that the amplitude Kα / (1-α) of the correction signal can be easily obtained. , Distortion and error due to delay components can be corrected. Therefore, in a digital beam scanning inspection apparatus, high accuracy is achieved by reducing noise by intentionally inserting a noise removal filter, and waveform distortion and positional deviation due to a delay component caused thereby are accurately corrected. Simultaneously improve the resolution and accuracy according to the requirements of fine defect detection by miniaturization of integrated circuit design rules, etc., and shorten the inspection time along with the increase of inspection time by miniaturization and enlargement of inspection area realizable. Note that in applications where the region Z in FIG. 5 can be ignored, it is possible to calculate only the error voltage ΔV that changes due to the change of the scanning condition and correct only the positional deviation caused by this.
[0042]
Next, an operation in the case of reading a larger amount of pixel data at high speed as in the via hole inspection will be described. When the correction signal is applied as described above, the waveform of the obtained analog deflection control signal is different from the waveform 45 obtained by the analog circuit having the broadband characteristic at time t = n · T1 (n = 1, 2,...). It matches, but is different at other times. As shown in FIG. 7, the ripple voltage e3 obtained by subtracting the ideal output value V1 at this time from the value V3 at the time n · T1 + c (0 ≦ c ≦ 1) of the output waveform 46 after correction is obtained. The following formula is obtained.
[Equation 3]
Figure 0004159260
The value of e3 when α = 0 in (Equation 3) corresponds to the case of the waveform 45 obtained by an analog circuit having a wideband characteristic, and the ripple voltage is larger than when the waveform 45 is compensated. It is shown that. Further, the ripple voltage e3 in (Equation 3) does not change even if the value of n changes. Therefore, if the maximum voltage of the ripple is within an allowable error, the image capturing period of the image capturing timing signal 33 can be freely set regardless of the control output period T1. In this case, the voltage V1 in FIG. 7 is the control voltage for the pixel interval, and the error is e3.
[0043]
From the above, the time constant of the delay component necessary for smoothing can be calculated. If the image capture cycle T1 during high-speed operation is 1/2 of the control output cycle T1 and the error is within 5% of the pixel interval, the time constant of the delay component required for smoothing is the control output cycle T1. About 5 times. If it is exactly 5 times, the error is 4.99%. In this case, since there is a relationship of (delay component frequency) = 1 / 2π (time constant), for example, if the control output frequency is 100 MHz, a delay component of 3.2 MHz or less is required. Considering that there is an error in the positive direction due to ripple, the accuracy can be improved by outputting the image capture timing signal several percent earlier than the timing of the control output cycle. The percentage can be accurately calculated using (Equation 3). In this way, the filter (delay component) for smoothing the digital deflection scanning signal is intentionally inserted, and the waveform distortion and the position shift due to the delay component are as described above in the smoothed smooth waveform state. If correction is performed using the correction signal, a predetermined pixel capture period can be freely set regardless of the deflection control output timing, and a via-hole inspection requiring an ultra-high-speed inspection can be easily performed.
[0044]
In the configuration and operation of FIG. 1 described above, it is assumed that a filter is inserted mainly for noise removal. Here, this filter will be described again. In general, the output noise voltage e4 of the operational amplifier is obtained by (Equation 4).
[Expression 4]
Figure 0004159260
Here, EN is the input noise voltage density, GN is the gain, and BW is the frequency band. EN is the total input noise voltage density, and is obtained by the mean square of current noise, voltage noise, and thermal noise of resistance. The combined input noise voltage density En is usually several nV / √ (Hz) in a low-noise type high-speed amplifier. Here, for example, if the input voltage noise density is 1 nV / √ (Hz), the band is 400 MHz, and the gain is doubled, the output noise voltage of the operational amplifier is 40 μV. In the inspection apparatus, when the electron beam is detected at an interval of 0.05 μm, a deflection range of 400 μm is scanned with an amplitude of 4 V, and the allowable error is less than 1/10 of the inspection interval, the allowable error is 50 μV. . This is approximately equal to the output noise voltage of 40 μV of the operational amplifier, indicating a limit of allowable error. Furthermore, the output noise voltage e4 of the operational amplifier shows an effective value, and as a peak value, there is a noise of ± 3.3 times as high as a probability of 0.1%. Therefore, the frequency bandwidth of the analog circuit must be limited, and a filter is inserted as the delay component 1. When the input voltage noise density En is set to about 5 nV / √ (Hz), which is a common value, if the filter band that is sufficiently within the above-described allowable error 50 μV is calculated in consideration of the effective coefficient, the band is several MHz. Become. From the above, in the case of the required specification level of the inspection apparatus, a filter having a band of several MHz to several tens of MHz is desired. Further, as described in the prior art, mixing of external noise having a relatively low frequency is also conceivable, and such band limitation is desirable from the viewpoint of noise countermeasures. Then, by performing the above-described correction after performing the band limitation, a high-precision and high-speed inspection apparatus can be realized.
[0045]
Next, the case where the delay component 1 is not a first-order delay but a second-order or higher-order delay element will be described. For example, in the case of a second-order delay in which two delay components of the time constant T2 are combined, the response output signal e5 of the staircase wave of the control period T1 is (Expression 5).
[Equation 5]
Figure 0004159260
Here, the second term on the right side is the timing at which the first step of the staircase wave occurs (t in FIG. 5). 0 = 0) and the step signal of amplitude −Kα / (1-α) passes through a second-order delay circuit in which two delay components of the time constant T2 are combined at time t = n · T1. Is equal to The third term on the right side of (Equation 5) is the timing t at which the first step of the staircase wave occurs. 0 = Amplitude added to 0-K (T1 / T2) α / (1-α) 2 The step signal is equal to the value at time t = n · T1 when the delay component passes through the first-order delay circuit having the time constant T2. Therefore, as the correction signal, in order to cancel the second term, a step signal of amplitude + Kα / (1−α) is t 0 = 0 (T1 / T2) α / (1−α) in order to input to the second-order lag circuit at the time of = 0, and to cancel the third term 2 Step signal of t 0 What is necessary is just to input into a 1st delay circuit of a back | latter stage at the time of = 0.
[0046]
In the case of a secondary delay in which two delay components of the time constants T2 and T3 are combined, the response output signal e6 of the staircase wave of the control period T1 is (Expression 6).
[Formula 6]
Figure 0004159260
The second term on the right side is t 0 = 0 when the step signal of amplitude −Kα / (1-α) · T2 / (T2−T3) added to the timing of 0 passes through the first-order delay circuit whose delay component is the time constant T2. = N · T1 and the third term on the right side of (Equation 6) is t 0 = 0 when the step signal of amplitude −Kβ / (1-β) · T3 / (T3−T2) added to the timing of 0 passes through the first-order delay circuit whose delay component is the time constant T3. = Equal to the value at n · T1. Therefore, as the correction signal, in order to cancel the second term, a step signal of amplitude + Kα / (1−α) · T2 / (T2−T3) is expressed as t 0 Is input to the first-order lag circuit of the preceding time constant T2 at the time of = 0, and in order to cancel the third term, a step signal of amplitude + Kβ / (1-β) · T3 / (T3-T2) is t 0 What is necessary is just to input into the first order delay circuit of the time constant T3 of a back | latter stage at the time of = 0.
[0047]
A similar technique can be used to correct higher order delays. However, components within the error range may be omitted, or an approximate function may be obtained and a correction method according to the function may be selected. The characteristics of the high-order filter include Chebyshev characteristics, Butterworth characteristics, and Bessel characteristics. However, considering that the input signal is a staircase wave, ringing occurs, so a configuration that has Chebyshev characteristics should be avoided. When the Butterworth characteristic is obtained, ringing hardly occurs, and when the Bessel characteristic is obtained, no ringing occurs. As described above, the high-order delay component may have a peak depending on the configuration, and the waveform may be disturbed. Therefore, the delay component having a very complicated configuration is not preferable. More generally, the correction means for high-order delay correction is complicated, and these correction means need to be prepared in advance. Therefore, the delay component to be inserted should be about the first order delay as much as possible. It is. As a circuit design guideline, for the most part, it is desirable to design a wide band of one or more digits of the delay component to be inserted, and to insert a large delay component of about the first order in the final stage.
[0048]
Next, a specific configuration example of the deflection control unit 11 including the delay component correction unit 18 of FIG. 1 will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the deflection control means 11 when correction is performed by the method shown in FIG. 6A. The correction amount calculation unit 113 receives a step amount K = ΔH from the scan management unit 111. The parameter PM including the control output period T1 and the time constant T2 of the delay component is received, and the amplitude of the correction signal in FIG.
[Expression 7]
Figure 0004159260
Is calculated. The DA conversion unit 114 converts this into an analog correction amount, and outputs it from the time when the scanning start signal TM from the scanning management unit 111 is input. The step-like correction signal AM generated in this way is added by the analog adder 115 with the deflection control signal before correction output from the DA converter 112, and thus the delay component is corrected by the method shown in FIG. Done.
[0049]
FIG. 9 is a modification of the configuration of FIG. 8 and corresponds to the correction method shown in FIG. The correction amount calculation unit 113 calculates the same correction amount MD as in FIG. 8 (Equation 7), but holds this in a built-in register and outputs it from the input time point of the scanning start signal TM. The digital value and the digital deflection control signal before correction are added by the digital adder 115 </ b> B, then converted into an analog signal by the DA converter 112, and an analog signal including the correction signal is input to the delay component 1.
[0050]
Here, the calculation error of the correction signal itself is considered. First, the influence of the voltage accuracy of the correction signal is related to the magnitude of the amplitude MD of the step signal. For example, when the amplitude MD of the step signal is the same as the amount of the 10-pixel interval, if the allowable error of the positional deviation is 10% (1/10 pixel), the amplitude MD can have an error of 1%. The influence of the time accuracy of the correction signal is that the error voltage e7 is expressed by the following equation, where the error time is a and the number of steps is n.
[Equation 8]
Figure 0004159260
Here, when the control output frequency is 1 / T1 = 100 MHz, the delay component is 1 / (2π) T2 = 1.6 MHz, and the allowable error is 1/10 pixel, about 1/10 of the control output period (10 ns) is allowable. Accordingly, the correction signal is not required to have particularly high accuracy.
[0051]
FIG. 10 is a configuration example of the delay component correction means 18 in the case of a secondary delay in which two delay components 1A and 1B having a time constant T2 exist. In this case, the correction amount calculation unit 113B calculates the amplitudes MD1 and MD2 of the two correction signals.
[Equation 9]
Figure 0004159260
The DA converters 114B and 114C convert these digital values MD1 and MD2 into analog signals to generate analog correction signal amplitudes MA1 and MA2, and output them from the input time point of the scan start signal TM. Of these signals, the signal MA1 is added to the analog control signal before correction by the adder 115C and then input to the first-order first delay component 1A. The output and the signal MA2 are added by the adder 115D to be the first-order delay component of the subsequent stage. 1B, and thus correction of distortion or the like due to the second-order lag component is performed. In addition, in the case of a circuit configuration in which addition between two first-order lag components is difficult, a lag component with a time constant T2 is prepared separately, and a correction signal MA2 is input thereto, and the output is output as the lag component 1B. May be added.
[0052]
FIG. 11 is a configuration example of the delay component correction means 18 in the case of a second-order delay in which two delay components 1C and 1D of the time constants T2 and T3 are combined. In this case, the correction amount calculation unit 113C calculates two amplitudes MD3 and MD4 by the following equation.
[Expression 10]
Figure 0004159260
The signal MA3 analogized by the DA converter 114B is input to the delay component 1D in the subsequent stage, and the signal MA4 analogized by the DA converter 114C is supplied to the first-order lag component (time constant T2) 116 separately provided for correction. input. This delay component 116 output is added to the delay component 1D output. The two DA converters 114B and 114C start outputting after the input of the scanning start signal TA. When addition between the two delay components 1C and 1D is difficult, another delay component with a time constant T3 is prepared, and the signal MA3 is input to this, and the output is the output point of the delay component 1D. You may make it add by.
[0053]
Similarly, even when the order of the delay component is further increased, a signal for correcting an error caused thereby can be derived, and accurate correction is possible. However, if a delay component with a very special configuration is inserted, it is necessary to prepare a corresponding complicated correction means. Since the insertion of the delay component is aimed at noise reduction and smoothing, it is not preferable to make the delay component too complicated because it also complicates the correction means.
As described above, the correction unit can sequentially generate an accurate correction signal according to the scanning condition, and can correct the distortion of the delay component that changes due to the change of the scanning condition.
[0054]
Although the correction method and the specific configuration characteristic of the present invention have been described in detail above, finally, operations related to the operation of the entire apparatus will be described. First, the measurement mode for measuring the delay component and transferring parameters to the correction means, and the correction mode for performing correction during normal inspection are performed in the entire system and are performed for all devices. Therefore, it is necessary to prepare a system command for executing a series of sequences and to prepare a work manual.
[0055]
In the measurement mode, the work that occurs during the measurement or correction described above is the loading of the position of the known pattern and pattern data to be scanned with respect to the system control unit, and the loading of the sample in which the known pattern is drawn into the sample chamber (already This is not necessary when loaded or provided on the stage), scanning condition input, measurement execution input, delay component characteristic calculation calculation execution input, and the like.
[0056]
In the correction mode, there are transfer of correction data from the system control means 10 to the deflection control means 11, input of execution commands for delay correction, and the like, and parameters are passed to the correction means when the measurement itself is not performed systematically. Loading work is required. In this case, if the system commands are prepared, all can be automatically performed in a short time. If commands are registered in the system control unit in advance, they can be automatically executed at the time of each correction alignment or calibration.
[0057]
When the operation panel is used, an execution confirmation is presented when the scanning condition is changed, and execution is selected according to an instruction on the operation panel. Moreover, the overall management is facilitated by visual display of measurement results and recording as history data.
[0058]
Although the details of the inspection apparatus for wafers and the like by electron beam scanning have been described above, the present invention applies to all apparatuses that perform beam scanning by deflecting the beam from the beam light source, such as a drawing apparatus and a microscope (SEM). It is apparent that the present invention can be applied to a charged particle beam scanning apparatus including
[0059]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
(1) A charged particle beam scanning apparatus capable of high-accuracy and high-speed scanning can be realized by using a digital deflection control system in which scanning conditions can be variably set, and if this is used for an inspection apparatus such as a wafer, an integrated circuit Fine defects can be detected with high accuracy by miniaturizing the design rule, and the inspection time can be shortened with respect to miniaturization and enlargement of the inspection area.
(2) The digital deflection scanning signal can be smoothed without causing an error in the deflection position, and the scanning position can be easily specified in a cycle shorter than the control output cycle. For example, a via hole ( Through hole) It is effective to perform inspection of residues at the bottom at high speed and with sufficient accuracy.
(3) When the non-linear portion of the scanning signal is not used, it is only necessary to correct the misalignment, and high-speed and high-accuracy scanning is possible with a simpler configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of a charged particle beam scanning apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure in a delay component measurement mode.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a delay component measurement system.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an analog scanning signal.
FIG. 5 is an explanatory diagram of scanning signals of a digital deflection circuit.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a first-order lag component correction method.
FIG. 7 is a detailed explanatory diagram of a scanning signal at the time of delay component correction.
FIG. 8 is an example of a correction circuit for a first-order lag component.
FIG. 9 is a modification of FIG.
FIG. 10 is an example of a correction circuit when there are two first-order lag components having the same time constant.
FIG. 11 is an example of a correction circuit when there are two first-order lag components with different time constants.
[Explanation of symbols]
1 Delay component
10 System control means
11 Deflection control means
12 Deflector
13 Charged particle beam
14 samples
15 Image processing means
16 Beam irradiation timing signal
17 Delay component measuring means
18 Delay component correction means
19 Scanning control means
20 Delay correction parameter calculation means
21 Reference signal generating means
32 Image capture start signal
33 Image capture timing signal
34 Image capture enable signal
111 Scan management unit
112, 114, 114B, 114C DA converter
113, 113B, 113C Correction amount calculation unit
115, 115B, 115C, 115D Adder

Claims (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、
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。
In a charged particle beam scanning apparatus comprising: a deflection unit that deflects a charged particle beam; and a deflection control unit that generates a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam by the deflection unit.
The deflection control means includes
Basic scanning signal generating means for generating a stepwise basic scanning signal in which the amplitude value increases by a given step amount for each given control output period;
A filter provided in the basic scanning signal output circuit for band-limiting the basic scanning signal generated by the means;
The control output cycle, the step amount, and the time constant representing the delay characteristic of the output circuit including the filter from the basic scan signal generation means to the deflection means as the basic scan signal are input. Correction signal generating means for generating a correction signal for causing the output value to coincide with the value of the basic scanning signal at a reference time point when the value of the basic scanning signal changes stepwise;
The correction signal generated and by adding said basic scanning signal by means, and an adding means for outputting a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam Rutotomoni,
A reference signal generating means for generating a reference signal and inputting it to the output circuit, and a charged particle beam whose deflection is controlled by the output of the output circuit when the reference signal is input is irradiated to a sample for generating a known pattern A charged particle beam scanning apparatus characterized by comprising time constant calculating means for analyzing image data acquired by the image acquisition signal from time to time and calculating a time constant of the output circuit .
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K exp (−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。
In a charged particle beam scanning apparatus comprising: a deflection unit that deflects a charged particle beam; and a deflection control unit that generates a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam by the deflection unit.
The deflection control means includes
Basic scanning signal generating means for generating a stepwise basic scanning signal in which the amplitude value increases by a given step amount for each given control output period;
A filter provided in the basic scanning signal output circuit for band-limiting the basic scanning signal generated by the means;
The control output cycle, the step amount, and the time constant representing the delay characteristic of the output circuit including the filter from the basic scan signal generation means to the deflection means as the basic scan signal are input. Correction signal generating means for generating a correction signal for causing the output value to coincide with the value of the basic scanning signal at a reference time point when the value of the basic scanning signal changes stepwise;
Addition means for adding the correction signal generated by this means and the basic scanning signal and outputting as a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam,
The control output cycle is T1, the step amount is K, and the output circuit is connected to a first first-order lag element having a time constant T2 and a second 1 having the same time constant T2 cascaded to this element. When approximated to a second order delay element comprising a second delay element, the correction signal generating means has an amplitude of K exp (−T1 / T2) / (1− exp (−T1 / T2)) and the rising point is the basic scan. A first step signal that coincides with the signal start time, and the amplitude is K (T1 / T2) exp (-T1 / T2) / (1- exp (-T1 / T2)) 2 and the rising time is the basic scanning signal. A second step signal that coincides with the start time of the first step signal, and the adding means adds the first step signal and the basic scanning signal as an input to the output circuit, and the second step signal. To the first first-order lag element output to A charged particle beam scanning apparatus characterized by being configured to receive a second primary delay element input .
.
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K exp (−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K exp (−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。
In a charged particle beam scanning apparatus comprising: a deflection unit that deflects a charged particle beam; and a deflection control unit that generates a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam by the deflection unit.
The deflection control means includes
Basic scanning signal generating means for generating a stepwise basic scanning signal in which the amplitude value increases by a given step amount for each given control output period;
A filter provided in the basic scanning signal output circuit for band-limiting the basic scanning signal generated by the means;
The control output cycle, the step amount, and the time constant representing the delay characteristic of the output circuit including the filter from the basic scan signal generation means to the deflection means as the basic scan signal are input. Correction signal generating means for generating a correction signal for causing the output value to coincide with the value of the basic scanning signal at a reference time point when the value of the basic scanning signal changes stepwise;
Addition means for adding the correction signal generated by this means and the basic scanning signal and outputting as a scanning signal for controlling the deflection of the charged particle beam,
The control output cycle is T1, the step amount is K, and the output circuit includes a first order lag element having a time constant T2 and a second first order lag element having a time constant T3 cascaded to the element. When a second order lag element is approximated, a third order lag element having a time constant T2 is provided, and the correction signal generating means has an amplitude of K exp (−T1 / T3) · T3 / (T3−T2). / (1- exp (-T1 / T3)), the first step signal whose rising time coincides with the start time of the basic scanning signal, and the amplitude is K exp (-T1 / T2) .T2 / (T2-T3) ) / (1- exp (-T1 / T2)) to generate a second step signal whose rising time coincides with the start time of the basic scanning signal, and the adding means includes the first step signal and the second step signal. Adding the first first-order lag element output to the second 1 Characterized in that delay the elements of the input and configured to sum said second said step signal of the third signal obtained by inputting the primary delay element and the second primary delay element output A charged particle beam scanning device.
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