JP7437262B2 - 荷電粒子線装置および電気ノイズの計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置および電気ノイズの計測方法に関し、特に、電子ビームの揺れ量の特徴量を計測可能な荷電粒子線装置、および、その荷電粒子線装置を用いて行われる電気ノイズの計測方法に関する。

近年、半導体デバイスなどの試料の構造を解析するために、荷電粒子線装置の１つである走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）が用いられている。ＳＥＭ装置では、電子ビームが、試料上において照射および走査され、試料の表面から放出された二次電子が、検出器において検出される。二次電子は、試料の表面の凹凸および材質の情報を含む。照射された領域ごとに、二次電子のエネルギーおよび数の変化を輝度値に変換することで、ＳＥＭ像が形成される。

鮮明なＳＥＭ像を得るためには、電子源から放出された電子ビームに電気ノイズが重畳しないことが望ましい。ＳＥＭ装置の内部および外部で発生した電気ノイズは、電子ビームが通過する鏡筒の内部の電場または磁場を乱し、電子ビームに揺れとして重畳する。その結果として、ＳＥＭ像に揺れが発生し、ＳＥＭ像の質が劣化する。

電子ビームに揺れをもたらす電気ノイズを低減するためには、ノイズ源を特定する必要があるが、有効な手段として、電子ビームの揺れを検出し、それに含まれる周波数成分とノイズ源の周波数ピークとを照らし合わせる方法がある。

例えば、特許文献１には、二次電子の放出量が大きく異なる２つの領域の境界部分に、走査を停止した電子ビームを照射し続け、電子ビームの揺れに重畳した商用電源由来のノイズを輝度変化として検出し、電子ビームに補正信号を加え、電子ビームの揺れをキャンセルする方法が開示されている。

また、特許文献２には、特殊なパターン上で電子ビームの走査を停止し、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦを高速で繰り返すことで、高周波の電子ビームの揺れを低周波のうなりへ変換し、電子ビームの揺れの周波数特性を得るという方法が開示されている。

また、特許文献３には、試料上でＸ方向またはＹ方向の何れかにのみ走査を繰り返し、得られた各スキャン結果のずれ量を解析し、電子ビームの揺れの周波数特性を得る方法が開示されている。

特開平７－６５７６０号公報 特開平９－３１２２４６号公報 特開２０１２－１５１０５３号公報

半導体プロセスの微細化に伴い、上述のような電気ノイズに起因する電子ビームの揺れが、測長精度の劣化に大きな影響を及ぼしている。それ故、電子ビームの揺れを検出および解析する技術の重要性が、増している。

近年、荷電粒子線装置においてスイッチング電源化が進んでおり、電気ノイズは、数百ｋＨｚまで高周波化されている。しかし、微小な電子ビームの揺れを、数百ｋＨｚ以上の高周波まで計測できる技術は無い。それ故、顧客先へ装置が設置された後、測長精度などの性能劣化が起こった場合、それが、装置の内部および外部で発生した高周波の電気ノイズの変化に因るものであるのか、それ以外の要因に因るものであるのかを区別することが難しい。従って、その対策に時間が掛かり、装置の機能の回復が遅れるという課題がある。

上述の特許文献１および特許文献２では、電子ビームの揺れ量を計算するために、電子ビームの形状を正確に把握する必要がある。また、電子ビーム径は数ｕｍを想定しているので、ＳＥＭ装置で使用されるような数ｎｍの細い電子ビーム径を使用することができない。

上述の特許文献３では、試料の特定箇所を繰り返しスキャンすることによって、電気ノイズが計測されるが、スキャンの振り戻し時間が原因となり、数百ｋＨｚ以上の高周波の電気ノイズの計測が行えない。

また、これらの特許文献１～３では、装置のインライン動作時において、電気ノイズの計測を行うことが想定されておらず、計測の高速化についての言及もない。

このような状況から、荷電粒子線装置において、数百ｋＨｚ以上の高周波における電子ビームの微小な揺れを、状況に応じた速度で高精度に計測することで、高周波の電気ノイズを計測できる技術が望まれる。

その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態における荷電粒子線装置は、電子ビームを発生させるための電子源と、試料を設置するためのステージと、前記試料から放出される二次電子を検出するための検出器と、前記電子源、前記ステージおよび前記検出器に電気的に接続され、且つ、これらを制御可能な制御部と、を備える。ここで、前記ステージ上に前記試料が設置され、前記試料の特定箇所に対して前記電子源から前記電子ビームが連続的に照射された場合、前記制御部は、前記特定箇所から放出された前記二次電子の量に基づいて、前記電子ビームの照射位置の時系列変化を算出でき、前記照射位置の時系列変化に基づいて、前記電子ビームの揺れの特徴量を算出でき、前記特徴量は、周波数スペクトルを含む。

また、一実施の形態における電気ノイズの計測方法は、電子ビームを発生させるための電子源と、試料を設置するためのステージと、前記試料から放出される二次電子を検出するための検出器と、前記検出器に電気的に接続されたデータ取得部と、前記電子源、前記ステージ、前記検出器および前記データ取得部に電気的に接続され、且つ、これらを制御可能な制御部と、を備えた荷電粒子線装置を用いて行われる。また、電気ノイズの計測方法は、（ａ）前記ステージ上に前記試料を設置するステップ、（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料の特定箇所に対して、前記電子源から前記電子ビームを連続的に照射するステップ、（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記検出器において、前記特定箇所から放出された前記二次電子を検出するステップ、（ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記データ取得部において、検出された前記二次電子の量を計測するステップ、（ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記制御部において、前記二次電子の量に基づいて、前記電子ビームの照射位置の時系列変化を算出するステップ、（ｆ）前記ステップ（ｅ）の後、前記制御部において、前記照射位置の時系列変化に基づいて、前記電子ビームの揺れの特徴量を算出するステップ、を有する。ここで、前記特徴量は、周波数スペクトルを含む。

一実施の形態によれば、荷電粒子線装置において、高周波の電気ノイズを計測できる。

実施の形態１における荷電粒子線装置を示す模式図である。 実施の形態１における試料の特定箇所を示す平面図である。 実施の形態１における輝度の時系列変化を示すグラフである。 実施の形態１における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態１における電気ノイズの計測方法を示すフローチャートである。 実施の形態２における試料の計測点を示す平面図である。 実施の形態２における試料の計測点を示す平面図である。 実施の形態２における試料の計測点を示す平面図である。 実施の形態２におけるＸ方向の電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態２におけるＹ方向の電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態２における電子ビームの揺れの振幅の計算図である。 実施の形態３における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態３における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態４における環境変化および経年劣化による電子ビームの揺れ量の増減のモニタリングを示す模式図である。 実施の形態４における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態４における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態４における電子ビームの揺れの周波数スペクトルを示すグラフである。 実施の形態４におけるＧＵＩを示す模式図である。 実施の形態５における管理システムを示す模式図である。 実施の形態６における電気ノイズの計測方法を示すフローチャートである。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、本願において説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに直交している。本願では、Ｚ方向をある構造体の上下方向、高さ方向または厚さ方向として説明する場合もある。

（実施の形態１）
＜荷電粒子線装置１００の構成＞
以下に図１を用いて、実施の形態１における荷電粒子線装置１００について説明する。以下で説明する荷電粒子線装置１００は、半導体検査装置であり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ装置）であるが、荷電粒子線装置１００は、走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：ＳＴＥＭ）などのような他の装置であってもよい。

図１に示されるように、荷電粒子線装置１００は、試料室１、電子源２、偏向器３、ステージ４、検出器５、データ取得部６、制御部７、記憶部８および表示部９を備える。制御部７は、電子源２、偏向器３、ステージ４、検出器５、データ取得部６、記憶部８および表示部９に電気的に接続され、これらを制御可能である。

検査対象となる試料１０を観察する場合、試料室１の内部は、高真空にされ、試料１０が、ステージ４上に搭載される。電子源（荷電粒子源）２から放出された電子ビーム（荷電粒子ビーム）ＥＢ１は、偏向器３によって、試料１０のうち所望の位置へ走査される。検出器５は、例えば二次電子検出器であり、電子ビームＥＢ１が試料１０に照射された際に、試料１０から放出される二次電子ＥＢ２を検出する。

データ取得部６は、検出器５に電気的に接続され、検出された二次電子ＥＢ２の量を計測できる。また、二次電子ＥＢ２は、データ取得部６でサンプリングされ、信号に変換されて、制御部７へ出力される。

制御部７は、出力された信号を解析し、ＳＥＭ像を生成できる。ＳＥＭ像などの解析結果は、記憶部８に保存される。また、制御部７は、必要に応じて記憶部８に保存された解析結果を表示部９に表示できる。

実施の形態１における制御部７は、試料１０の特定箇所１１から放出された二次電子ＥＢ２の量に基づいて、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化を算出でき、この照射位置の時系列変化に基づいて、電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量を算出できる。このような機能について、以下に図２～図４を用いて説明する。

図２は、試料１０の一部を拡大した平面図である。図２に示されるように、試料１０は、第１領域１０ａと、第１領域１０ａに隣接する第２領域１０ｂとを含んでいる。第２領域１０ｂは、例えば第１領域１０ａと高低差を有する領域である。

ここでは、第１領域１０ａおよび第２領域１０ｂは、ライン＆スペースパターンを構成している。第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界は、それぞれＹ方向に延在している。

実施の形態１におけるライン＆スペースパターンとは、Ｘ方向において、高低差を有するパターンであり、低地と高地とが繰り返し並んだパターンである。なお、低地とは、Ｚ方向における物体の高さが相対的に低い領域であり、高地とは、Ｚ方向における物体の高さが相対的に高い領域である。第１領域１０ａが低地である場合、第２領域１０ｂは高地であり、第２領域１０ｂが低地である場合、第１領域１０ａは高地である。

なお、実施の形態１におけるライン＆スペースパターンは、高低差を有するパターンに限られない。例えば、第２領域１０ｂが、第１領域１０ａと異なる材質からなる領域であってもよい。すなわち、第１領域１０ａおよび第２領域１０ｂは、互いの輝度に差が出るように構成されていればよい。以下では、ライン＆スペースパターンが高低差を有するパターンである場合について、説明する。

特定箇所１１は、電子ビームＥＢ１が連続して照射される箇所であり、第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界を含んでいる。

図３は、輝度の時系列変化を示すグラフである。基本的に、二次電子ＥＢ２は検出器５で検出されるが、二次電子ＥＢ２の量が多ければ輝度が高くなり、二次電子ＥＢ２の量が少なければ輝度が低くなる。

ライン＆スペースパターンの低地では輝度が低くなり、ライン＆スペースパターンの高地では輝度が高い。偏向器３によって電子ビームＥＢ１が走査されることなく、電子ビームＥＢ１を第１領域１０ａと第２領域１０ｂとの境界付近に連続的に照射することで、Ｘ方向における電子ビームＥＢ１の揺れが、輝度の時系列変化として算出される。ある時間における輝度の変化が大きいということは、電子ビームＥＢ１の揺れが大きいことを意味し、電子ビームＥＢ１の照射位置がずれていることを意味する。従って、輝度の時系列変化から、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化を算出できる。

すなわち、ステージ４上に試料１０が設置され、試料１０の特定箇所１１に対して電子源２から電子ビームＥＢ１が連続的に照射された場合、特定箇所１１から放出された二次電子ＥＢ２は、検出器５によって検出され、データ取得部６において、検出された二次電子ＥＢ２の量が計測される。そして、制御部７は、二次電子ＥＢ２の量の時系列変化に基づいて、輝度の時系列変化を算出し、輝度の時系列変化に基づいて、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化を算出する。

その後、図４に示されるように、輝度の変動を電子ビームＥＢ１の揺れ量に変換し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数解析を行うと、電子ビームＥＢ１の揺れの周波数スペクトルが得られる。その結果、電子ビームＥＢ１の揺れに含まれる周波数成分と、その振幅（揺れの大きさ）とが分かる。図４では、周波数ｆ_１および周波数ｆ_２における振幅が、それぞれ振幅Ａ_１および振幅Ａ_２として表され、これらがノイズピークとなっている。

なお、実施の形態１では、電子ビームＥＢ１の揺れの周波数スペクトルは、電子ビームの揺れの特徴量の一部として定義される。言い換えれば、特徴量は、周波数スペクトルを含む。

＜電気ノイズの計測方法＞
以下に図５を用いて、実施の形態１における電気ノイズの計測方法を説明する。

ステップＳ１では、試料１０の位置合わせが行われる。まず、ステージ４上に試料１０を設置する。次に、制御部７の制御によって、ステージ４を移動させる、または、偏向器３による走査を行うことで、電子ビームＥＢ１が、試料１０の特定箇所１１にフォーカスされる。

ステップＳ２では、電子ビームＥＢ１の照射が行われる。制御部７の制御によって、偏向器３によって電子ビームＥＢ１が走査されることなく、特定箇所１１に対して、電子源２から電子ビームＥＢ１を連続的に照射する。

ステップＳ３では、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化の取得が行われる。まず、検出器５において、特定箇所１１から放出された二次電子ＥＢ２を検出する。次に、データ取得部６において、検出された二次電子ＥＢ２の量を計測する。そして、上述の図３のように、制御部７において、二次電子ＥＢ２の量の時系列変化に基づいて、輝度の時系列変化を算出し、輝度の時系列変化に基づいて、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化を算出する。

ステップＳ４では、電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量の取得が行われる。上述の図４のように、制御部７において、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化に基づいて、電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量を算出する。なお、この特徴量は、周波数スペクトルを含む。

ステップＳ５では、特徴量などの保存が行われる。制御部７の制御によって、二次電子ＥＢ２の量の時系列変化、輝度の時系列変化、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化および電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量などの計測結果（解析結果）が、記憶部８に保存される。

ステップＳ６では、制御部７の制御によって、記憶部８に保存された特徴量などの計測結果が、必要に応じて表示部９に表示される。

実施の形態１では、特許文献１と異なり、電子ビームＥＢ１を照射する対象である特定箇所１１が、高いコントラストを有する必要は無い。また、電子ビームＥＢ１の揺れ量よりも、電子ビームＥＢ１のビーム径が大きくなければならないという制約も無い。なお、電子ビームＥＢ１の形状に特に制約は無いが、電子ビームＥＢ１の形状はなるべく細いことが好ましく、フォーカスが絞られている方が好ましい。

また、実施の形態１では、特定箇所１１に対して電子ビームＥＢ１を連続的に照射し続けるので、特許文献３の課題であったスキャンの振り戻しに起因するサンプリング速度の上限が無い。それ故、実施の形態１では、データ取得部６のサンプリング速度上限まで計測可能周波数を上げることができ、近年問題視されている数百ｋＨｚ以上の高周波ノイズに対応できる。

以上のように、実施の形態１における荷電粒子線装置１００と、電気ノイズの計測方法とを用いれば、数百ｋＨｚ以上の高周波における電子ビームＥＢ１の微小な揺れを高精度および高速に計測でき、高周波の電気ノイズを計測できる。

また、実施の形態１では、ステップＳ１～Ｓ６のような、一連の電気ノイズの計測のステップをプログラム化し、電気ノイズ測定用の仕様として荷電粒子線装置１００に設定しておくことにより、高速な電気ノイズの計測を安定的に実行させることが可能となる。

また、電子ビームＥＢ１が高周波の電気ノイズの影響を受けていると判断した際、その結果をフィードバックし、電気ノイズを低減または除去するような対策を講じることで、電子ビームＥＢ１の揺れを改善でき、荷電粒子線装置１００の機能を迅速に回復できる。従って、荷電粒子線装置１００において形成されるＳＥＭ像の質が劣化するという不具合を、解消することができる。

（実施の形態２）
以下に図６～図８および図９Ａ～図９Ｃを用いて、実施の形態２における荷電粒子線装置１００および電気ノイズの計測方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態１では、Ｘ方向のような１方向における電子ビームＥＢ１の揺れを検出したが、実施の形態２では、Ｘ方向およびＹ方向のような複数の方向における電子ビームＥＢ１の揺れを検出する。図６～図８は、試料１０のうち互いに異なる領域を示している。

図６に示されるライン＆スペースパターンは、実施の形態１と同様であり、図６の第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界は、それぞれＹ方向に延在している。

図７に示されるライン＆スペースパターンは、図６と交差し、図７の第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界は、それぞれＸ方向に延在している。すなわち、図６と図７とでは、第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界は、互いに交差し、互いに直交している。

実施の形態２では、特定箇所１１は、試料１０のうち互いに異なる２つ以上の計測点を含んでいる。ここでは、試料１０の特定箇所１１は、図６の計測点１１ａと、図７の計測点１１ｂとを含む。計測点１１ａおよび計測点１１ｂは、それぞれ、第１領域１０ａ、第２領域１０ｂおよびこれらの境界を含む。

計測点１１ａを用いて、Ｘ方向おける電子ビームＥＢ１の揺れを検出でき、計測点１１ｂを用いて、Ｙ方向おける電子ビームＥＢ１の揺れを検出できる。すなわち、計測点１１ａに対して図５のステップＳ１～Ｓ６が行われた後、計測点１１ｂに対して図５のステップＳ１～Ｓ６が行われる。なお、計測点１１ｂが先であってもよい。このように、計測点１１ａおよび計測点１１ｂに対して、それぞれ電子ビームＥＢ１が連続的に照射され、計測点１１ａおよび計測点１１ｂにおける電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量が取得される。

また、図８に示される円形パターンの左右端および上下端を使用することでも、Ｘ方向およびＹ方向おける電子ビームＥＢ１の揺れを検出できる。任意方向のビームの揺れに対しては、Ｘ方向およびＹ方向おける電子ビームＥＢ１の揺れを独立に計測した後、それぞれの結果を用いて、揺れの大きさおよび方向を計算すればよい。

図９Ａ～図９Ｃは、任意方向の揺れの大きさおよび方向を計算する方法を示している。図６～図８を用いて、それぞれ独立にＸ方向およびＹ方向おける電子ビームＥＢ１を計測し、周波数解析した結果、周波数ｆの位置にそれぞれ振幅Ａｘおよび振幅Ａｙを持つピークが存在したとする。この場合、図９Ｃに示されるように、周波数ｆのピークは、実際にはＸ軸から角度θで傾いた方向に、振幅Ａで振動していると言える。このような角度θおよび振幅Ａにおける周波数スペクトルを用いて、電子ビームＥＢ１の揺れを検出できる。

このように、実施の形態２によれば、複数の方向における電子ビームＥＢ１の揺れを検出できるので、電子ビームＥＢ１がどの方向から電気ノイズの影響を受けているのかを、より精度良く検査することができる。

（実施の形態３）
以下に図１０および図１１を用いて、実施の形態３における荷電粒子線装置１００および電気ノイズの計測方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態３では、状況に応じて、高速の電気ノイズの計測方法と、低速の電気ノイズの計測方法とを使い分ける方法について説明する。実施の形態３における荷電粒子線装置１００は、電子ビームＥＢ１の揺れに関する計測を、状況に応じて高速計測または低速計測として使い分ける機能を有する。

試料１０の特定箇所１１で位置固定し、電子ビームＥＢ１を照射すると、検出器５には常に二次電子ＥＢ２の時間変化が入力されるので、制御部７からの制御によってデータ取得部６の設定を変更するだけで、容易に取得データ数を変更することができる。例えば、取得データ数を少なくするためには、図３に示される輝度の時系列変化のうち、全部ではなく、一部のみを適用すればよい。

すなわち、制御部７は、輝度の時系列変化に含まれる取得データ数を調整でき、電子ビームＥＢ１の照射位置の時系列変化に含まれる取得データ数を調整できる。そして、それらに伴って、制御部７は、電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量（周波数スペクトル）に含まれる取得データ数を調整できる。

図１０に示されるように、電気ノイズの大雑把な特徴を把握したい場合、取得データ数を減らして高速計測を行う。その場合、計測は高速に終了するが、結果として得られる周波数スペクトルは粗くなる。

このような高速計測は、通常使用時に適している。荷電粒子線装置１００のインライン動作時、例えばオートフォーカスの直後などでは、高速計測に設定しておくことで、荷電粒子線装置１００の動作状況をモニタできる。

また、図１１に示されるように、電気ノイズの詳細な特徴を把握したい場合、取得データ数を増やして低速計測を行う。その場合、計測終了までの時間が増えるが、詳細な周波数スペクトルが得られる。

このような低速計測は、荷電粒子線装置１００の異常発生時および定期メンテナンス時に適している。取得データ数を増やした計測を行うことで、電気ノイズの特性およびその発生源を詳細に把握することができる。

なお、実施の形態３で開示した技術を、実施の形態２で開示した技術に組み合わせて実施することもできる。

（実施の形態４）
以下に図１２Ａ～図１２Ｄおよび図１３を用いて、実施の形態４における荷電粒子線装置１００および電気ノイズの計測方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態４では、一定期間毎に電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量の算出を行い、装置内外の環境変化および経年劣化をモニタする方法について説明する。

図１２Ａは、環境変化および経年劣化による電子ビームＥＢ１の揺れ量の増減のモニタリングを示している。測長性能は、電子ビームＥＢ１の揺れが大きいほど劣化すると考えられるので、各計測のタイミングにおける電子ビームＥＢ１の揺れによる測長性能の劣化の指標として、例えば周波数スペクトル中の全てのピーク値の二乗和の平方根などで、電子ビームＥＢ１の揺れの強度を定義する。

なお、図１２Ａに示される計測のタイミングＢ～Ｄにおける周波数スペクトルは、それぞれ、図１２Ｂ～図１２Ｄに対応している。

まず、出荷前に荷電粒子線装置１００の電子ビームＥＢ１の揺れを計測し、図１２Ｂに示されるような周波数スペクトルを記憶部８に保存する。そして、このときの電子ビームＥＢ１の揺れの周波数スペクトルから、出荷前の電子ビームＥＢ１の揺れの強度を計算し、この強度を記憶部８に保存する。

次に、荷電粒子線装置１００の設置後、例えば１カ月毎に電子ビームＥＢ１の揺れの計測を実行し、その都度、電子ビームＥＢ１の揺れの強度を計算し、それらを周波数スペクトルと共に記憶部８に保存する。

各計測のタイミングに対する電子ビームＥＢ１の揺れの強度をプロットすることによって、装置内外の環境変化または経年劣化による電子ビームＥＢ１の揺れが測長性能の劣化にもたらす影響を、定量的に把握することができる。

図１２Ａに示される破線は、各計測のタイミングにおける電子ビームＥＢ１の揺れの強度を表している。また、ハッチングされた領域は、出荷前の電子ビームＥＢ１の揺れの強度を表している。

この例では、荷電粒子線装置１００の設置後、１カ月目と２カ月目との間に大きな周辺環境変化が起こり、電子ビームＥＢ１の揺れが、極端に増加し、事前に設定されていた異常検出レベルを超えている。

その後、電気ノイズ対応を行い、電子ビームＥＢ１の揺れは、３カ月目には元の水準に落ち着いている。その後も毎月、電気ノイズの計測を行い、１２カ月目の計測を終えた後にメンテナンスが行われ、それまで経年劣化によって増大した電子ビームＥＢ１の揺れが、１３カ月目には設置直後の水準に落ち着いている。

図１２Ｂ～図１２Ｄは、それぞれ荷電粒子線装置１００の設置の直後、装置設置後２カ月目および装置設置後１２カ月目における電気ノイズの計測結果を表しており、周波数スペクトルのうち太線は、ノイズピークを表している。

図１２Ａの電子ビームＥＢ１の揺れの強度は、これらの周波数スペクトルのピーク値を用いて計算されている。図１２Ｂでは、ほとんどノイズピークが見当たらなかったのに対して、図１２Ｃおよび図１２Ｄでは、ノイズピークの数および値が増えている。

顧客は、図１２Ａを見ることによって、ウエハを測長する前に測長性能が劣化していることが予想できるので、迅速に電気ノイズ対応を行うことができる。

また、メンテナンス担当者は、図１２Ｂ～図１２Ｄの電子ビームＥＢ１の揺れを見て、どの位置にピークが出ているかを記録し、電気ノイズ源および電気ノイズの周波数を確認することによって、即座に電気ノイズ源を特定することができる。

図１３は、定期的な電気ノイズの計測結果を表示するＧＵＩの例である。図１２Ａ～図１２Ｄを用いて説明したように、電子ビームＥＢ１の揺れの特徴量（周波数スペクトル）を算出するために、図３に示されるステップＳ１～Ｓ６が、一定期間毎に実施され、それらの結果は、記憶部８に保存される。制御部７は、記憶部８に保存されている一定期間毎の特徴量を、図１３のように、表示部９のウィンドウＷＤ３に表示できる。

ウィンドウＷＤ１内には、様々な項目が表示される。ウィンドウＷＤ１の左上では、時間軸データのインターバルを月１回、週１回、毎日および任意（ユーザー定義）に設定するためのチェックボックスが表示されている。ユーザが何れかのチェックボックスにチェックを入れると、ウィンドウＷＤ１の右上に、計測タイミング毎の電子ビームＥＢ１の揺れの強度を示すウィンドウＷＤ２が表示される。

計測タイミング、サンプリング速度および取得データ点数は、ウィンドウＷＤ１内に設けられた設定ボタンＢＴ１をユーザが押すことで、変更できる。ウィンドウＷＤ２内に表示されている電子ビームＥＢ１の揺れの強度のうち何れかをユーザが選択すると、ウィンドウＷＤ３のように、その時の特徴量（周波数スペクトル）が表示される。

また、即座に電気ノイズの計測を行いたい場合は、サンプリング速度およびデータ取得点数をユーザが設定し、ウィンドウＷＤ１内に設けられた即時計測用の実行ボタンＢＴ２をユーザが押すことで、電気ノイズの計測が実行され、ウィンドウＷＤ３に周波数スペクトルが表示される。

荷電粒子線装置１００の性能劣化の一つの要因である電子ビームＥＢ１の揺れが、装置周囲の環境または時間経過によってどのように変化するかをモニタすることで、その結果をフィードバックし、荷電粒子線装置１００の機能の回復が迅速に行われる。これにより、荷電粒子線装置１００の高性能を維持することができ、複数の荷電粒子線装置１００の性能差を低減することができる。

なお、実施の形態４で開示した技術を、実施の形態２および実施の形態３で開示した技術に組み合わせて実施することもできる。

（実施の形態５）
以下に図１４を用いて、実施の形態５における荷電粒子線装置１００および電気ノイズの計測方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態５では、複数の荷電粒子線装置からの計測結果を集約する方法について説明する。

図１４に示されるように、複数の荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄは、サーバ２００を介して管理装置３００に電気的に接続されている。複数の荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄは、それぞれ実施の形態１における荷電粒子線装置１００と同等の装置である。

管理装置３００には、荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄの各々の動作状況、電気ノイズの計測結果およびデータを取得した時刻などが、荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄの各々の制御部７からアップロードされる。

管理装置３００に蓄積されたデータを確認することで、荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄの電気ノイズの計測結果と、荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄが設置されている場所との関係から、電子ビームＥＢ１の揺れの原因となる電気ノイズ源が、何処にあるのかを推測することができるので、荷電粒子線装置１００ａ～１００ｄの機能を改善につながる手掛かりが得られる。

なお、実施の形態５で開示した技術を、実施の形態２～４で開示した技術に組み合わせて実施することもできる。

（実施の形態６）
以下に図１５を用いて、実施の形態６における荷電粒子線装置１００および電気ノイズの計測方法を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。

実施の形態６では、リアルタイムの電気ノイズの計測方法について説明する。実施の形態１などで開示されている電気ノイズの計測方法は、高速に実行可能であるので、１回の計測をループの中に入れて何度も繰り返すことにより、リアルタイムの電気ノイズの計測が可能となる。これはメンテナンス担当者が装置に発生したビーム揺れを除去する際に有用である。

図１５は、電気ノイズの計測方法を示すフローチャートである。ステップＳ１～Ｓ６については、図３での説明と同様である。その後、ステップＳ７では、計測を継続するか否かが判断される。計測を継続する場合、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３～Ｓ６を少なくとも１回以上繰り返す。この場合、同じ特定箇所１１に対して電子ビームＥＢ１が照射され続け、表示部９には、同じ特定箇所１１に対する電子ビームＥＢ１の揺れが、リアルタイムに表示され続ける。ステップＳ７で、計測を継続しないと判断した場合、制御部７は電子ビームＥＢ１の照射を停止させ、計測が終了する。

なお、実施の形態６で開示した技術を、実施の形態２～５で開示した技術に組み合わせて実施することもできる。

以上、上記実施の形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に、他の実施例の構成を加えることも可能である。また、上記の各構成、機能、処理部および処理手段等は、それらの一部または全部を例えば集積回路で設計することで、ハードウェアで実現されてもよい。また、上記の各構成および機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより、ソフトウェアで実現されていてもよい。各機能を実現するプログラム、テーブルおよびファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク若しくはＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード若しくはＤＶＤ等の記録媒体に保存されてよい。

１ 試料室
２ 電子源
３ 偏向器
４ ステージ
５ 検出器
６ データ取得部
７ 制御部
８ 記憶部
９ 表示部
１０ 試料
１０ａ 第１領域
１０ｂ 第２領域
１１ 特定箇所
１１ａ、１１ｂ 計測点
１００、１００ａ～１００ｄ 荷電粒子線装置
２００ サーバ
３００ 管理装置
ＢＴ１ 設定ボタン
ＢＴ２ 実行ボタン
ＥＢ１ 電子ビーム
ＥＢ２ 二次電子
Ｓ１～Ｓ７ ステップ
ＷＤ１～ＷＤ３ ウィンドウ

Claims (13)

1. 電子ビームを発生させるための電子源と、
   試料を設置するためのステージと、
   前記試料から放出される二次電子を検出するための検出器と、
   前記電子源、前記ステージおよび前記検出器に電気的に接続され、且つ、これらを制御可能な制御部と、
   を備え、
   前記ステージ上に前記試料が設置され、前記試料の特定箇所に対して前記電子源から前記電子ビームが連続的に照射された場合、前記制御部は、前記特定箇所から放出された前記二次電子の量に基づいて、前記電子ビームの照射位置の時系列変化を算出でき、前記照射位置の時系列変化に基づいて、前記電子ビームの揺れの特徴量を算出でき、
   前記特徴量は、周波数スペクトルを含み、
   前記制御部は、前記照射位置の時系列変化に含まれる取得データ数を調整できる、荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記制御部は、前記二次電子の量の時系列変化に基づいて、輝度の時系列変化を算出でき、前記輝度の時系列変化に基づいて、前記照射位置の時系列変化を算出できる、荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記特定箇所は、
   前記試料の第１領域と、
   前記第１領域に隣接する前記試料の第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との境界と、
   を含み、
   前記第２領域は、前記第１領域と高低差を有する領域であるか、前記第１領域と異なる材質からなる領域である、荷電粒子線装置。
4. 請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
   前記特定箇所は、前記試料のうち互いに異なる２つ以上の計測点を含み、
   各計測点に対して、前記電子ビームが連続的に照射される、荷電粒子線装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記特定箇所のうち第１計測点における前記第１領域、前記第２領域および前記境界は、第１方向に延在し、
   前記特定箇所のうち前記第１計測点と異なる第２計測点における前記第１領域、前記第２領域および前記境界は、前記第１方向と交差する第２方向に延在している、荷電粒子線装置。
6. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   それぞれ前記制御部に電気的に接続された記憶部および表示部を更に備え、
   算出された前記特徴量は、前記記憶部に保存され、
   前記制御部は、一定期間毎に前記特徴量を算出し、前記記憶部に保存されている一定期間毎の前記特徴量を前記表示部に表示できる、荷電粒子線装置。
7. 電子ビームを発生させるための電子源と、
   試料を設置するためのステージと、
   前記試料から放出される二次電子を検出するための検出器と、
   前記検出器に電気的に接続されたデータ取得部と、
   前記電子源、前記ステージ、前記検出器および前記データ取得部に電気的に接続され、且つ、これらを制御可能な制御部と、
   を備えた荷電粒子線装置を用いて行われる電気ノイズの計測方法であって、
   （ａ）前記ステージ上に前記試料を設置するステップ、
   （ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記試料の特定箇所に対して、前記電子源から前記電子ビームを連続的に照射するステップ、
   （ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記検出器において、前記特定箇所から放出された前記二次電子を検出するステップ、
   （ｄ）前記ステップ（ｃ）の後、前記データ取得部において、検出された前記二次電子の量を計測するステップ、
   （ｅ）前記ステップ（ｄ）の後、前記制御部において、前記二次電子の量に基づいて、前記電子ビームの照射位置の時系列変化を算出するステップ、
   （ｆ）前記ステップ（ｅ）の後、前記制御部において、前記照射位置の時系列変化に基づいて、前記電子ビームの揺れの特徴量を算出するステップ、
   を有し、
   前記特徴量は、周波数スペクトルを含み、
   前記制御部は、前記照射位置の時系列変化に含まれる取得データ数を調整できる、電気ノイズの計測方法。
8. 請求項７に記載の電気ノイズの計測方法において、
   前記ステップ（ｅ）では、前記制御部において、前記二次電子の量の時系列変化に基づいて、輝度の時系列変化が算出され、前記輝度の時系列変化に基づいて、前記照射位置の時系列変化が算出される、電気ノイズの計測方法。
9. 請求項７に記載の電気ノイズの計測方法において、
   前記特定箇所は、
   前記試料の第１領域と、
   前記第１領域に隣接する前記試料の第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との境界と、
   を含み、
   前記第２領域は、前記第１領域と高低差を有する領域であるか、前記第１領域と異なる材質からなる領域である、電気ノイズの計測方法。
10. 請求項９に記載の電気ノイズの計測方法において、
    前記特定箇所は、前記試料のうち互いに異なる２つ以上の計測点を含み、
    前記ステップ（ｂ）において、各計測点に対して、前記電子ビームが連続的に照射される、電気ノイズの計測方法。
11. 請求項１０に記載の電気ノイズの計測方法において、
    前記特定箇所のうち第１計測点における前記境界は、第１方向に延在し、
    前記特定箇所のうち前記第１計測点と異なる第２計測点における前記境界は、前記第１方向と交差する第２方向に延在している、電気ノイズの計測方法。
12. 請求項７に記載の電気ノイズの計測方法において、
    前記荷電粒子線装置は、それぞれ前記制御部に電気的に接続された記憶部および表示部を更に備え、
    前記電気ノイズの計測方法は、（ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、算出された前記特徴量を前記記憶部に保存するステップを更に有し、
    前記ステップ（ａ）～前記ステップ（ｇ）は、一定期間毎に実施され、
    前記制御部は、前記記憶部に保存されている一定期間毎の前記特徴量を、前記表示部に表示できる、電気ノイズの計測方法。
13. 請求項７に記載の電気ノイズの計測方法において、
    前記荷電粒子線装置は、それぞれ前記制御部に電気的に接続された記憶部および表示部を更に備え、
    前記電気ノイズの計測方法は、
    （ｇ）前記ステップ（ｆ）の後、算出された前記特徴量を前記記憶部に保存するステップ、
    （ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、算出された前記特徴量を前記表示部に表示するステップ、
    （ｉ）前記ステップ（ｈ）の後、前記ステップ（ｃ）～前記ステップ（ｈ）を１回以上繰り返すステップ、
    を更に有する、電気ノイズの計測方法。

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