JP2015133267A

JP2015133267A - 荷電粒子ビーム装置

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Publication number: JP2015133267A
Application number: JP2014004689A
Authority: JP
Inventors: 涼門井; Ryo Kadoi; 李　ウェン; Uen Ri; ウェン李; 一樹池田; Kazuki Ikeda; 源川野; Hajime Kawano; 川野　　源; 弘之高橋; Hiroyuki Takahashi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-07-23

Abstract

【課題】安価な構成により、精度よく荷電粒子ビームの照射位置制御が可能な荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子銃と、該銃から照射された荷電粒子ビームの照射対象物に対する照射位置を、制御電圧値を出力し制御する荷電粒子ビーム位置制御部と、該位置制御部からの制御電圧値を補正して補正電圧値を出力する入力電圧補正部と、補正電圧値を記憶する補正記憶部と、入力電圧補正部からの出力により荷電粒子ビームの軌跡を変化させる静電電極と、静電電極に補正電圧値に応じた電圧を印加するアンプ部と、荷電粒子ビーム位置制御部からの制御電圧値の入力開始から経過時間を計測するタイマとを有し、入力電圧補正部は、補正記憶部の記憶内容から、タイマが計測した経過時間と制御電圧値とに応じた補正電圧値を設定し、該補正電圧値をもとに静電電極への出力電圧を制御することで、荷電粒子ビームの照射位置を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は荷電粒子ビーム装置に係り、特に、半導体基板を計測または検査する装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００７−８１５３０号公報（特許文献１）がある。この公報には、「入力抵抗及び帰還抵抗は、ｎ型ポリシリコン抵抗とｐ型ポリシリコン抵抗とを所定の比率で組み合わせる構成とした。これにより、センサ素子の温度特性を相殺し、温度変化に対して一定の出力を得る増幅回路を実現出来る。」と記載されている（上記公報の要約参照）。

特開２００７−８１５３０号公報

半導体測長や検査等を行う荷電粒子ビーム装置では、電界を用いて荷電粒子ビーム（たとえば電子ビーム）の軌跡を曲げ、目的の位置に照射する。電界を用いて荷電粒子ビームを制御するためには、高精度かつ高電圧出力アンプを用いる必要がある。高電圧アンプでは、ゲインを設定する入力抵抗と帰還抵抗の抵抗比が大きく、発熱量が帰還抵抗に偏るため、帰還抵抗の温度特性により抵抗値に変動が起こり、入力抵抗と帰還抵抗の比率が変化してしまい、アンプのゲインに変動が生じる。また、発熱量は入力電圧値によって異なるため、ゲイン変動量も入力電圧値によって異なってしまう。さらに、抵抗の温度変化に時間特性があるため、ゲイン変動量も時間により変化する。ゲイン変動が生じると、本来のビーム照射位置からのずれが起こり、例えばビーム照射により画像を得る荷電粒子ビーム装置の場合、得られる測定画像が意図した位置のものからずれてしまう。また、ゲインの時間変動が起こると、ビーム照射位置が定まらず分解能が低下し、また、測定画像の再現性も低下してしまう。

特許文献１では、入力抵抗及び帰還抵抗の温度特性をそろえて、抵抗発熱によるゲイン変動を低減する方法について記述しているが、入力抵抗と帰還抵抗が同温度であることが前提であり、帰還抵抗に偏って発熱が起こった場合にはゲインが変動してしまう。
入力抵抗と帰還抵抗を、すべて同抵抗値の抵抗を直列接続することにより形成し、抵抗ごとの発熱量を等しくして、ゲイン変動を低減する方法も考えられるが、高電圧アンプでは入力抵抗と帰還抵抗の抵抗比が大きいため、帰還抵抗は多数の抵抗素子で構成する必要がある。高電圧アンプは高精度の出力が求められるため、入力抵抗と帰還抵抗としてコストが高い精密抵抗を用いるので、多数の抵抗素子が必要になりコストが増加してしまう。また、入力抵抗と帰還抵抗ごとに温度を一定にするヒータを取り付け、ゲイン変動を低減する方法も考えらえるが、温度センサとヒータが抵抗素子ごとに必要となってしまうため、コストが増加してしまう。
そこで、本発明は、安価な構成により、精度よく荷電粒子ビームの照射位置制御が可能な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明の荷電粒子ビーム装置の主たる特徴は、たとえば以下の通りである。

荷電粒子ビームを生成する荷電粒子銃と、荷電粒子銃から照射された荷電粒子ビームの照射対象物に対する照射位置を、制御電圧値を出力し制御する荷電粒子ビーム位置制御部と、荷電粒子ビーム位置制御部から出力される制御電圧値を補正して補正電圧値を出力する入力電圧補正部と、補正電圧値を記憶する補正記憶部と、入力電圧補正部からの出力に基づいて荷電粒子ビームの軌跡を変化させる静電電極と、静電電極に補正電圧値に応じた電圧を印加するアンプ部と、荷電粒子ビーム位置制御部からの制御電圧値の入力開始から経過時間を計測するタイマと、を有し、入力電圧補正部は、補正記憶部に記憶された内容から、タイマが計測した経過時間と制御電圧値とに応じた補正電圧値を設定し、その補正電圧値をもとに、静電電極への出力電圧を制御することにより、荷電粒子ビームの照射位置を制御することを特徴とする。

本発明によれば、安価な構成により、精度よく荷電粒子ビームの照射位置制御が可能な荷電粒子ビーム装置を提供することができる。

荷電粒子ビーム装置の構成図の例である。第１の実施例に係る電子ビーム制御部の構成図の例である。第１の実施例に係るゲイン変動補正のフローチャートの例である。第１の実施例に係る補正記憶部の表の例である。第２の実施例に係る電子ビーム制御部の構成図の例である。第２の実施例に係るゲイン変動補正のフローチャートの例である。第２の実施例に係る補正記憶部の表の例である。経過時間に対するアンプ部のゲイン変動の特性例である。第３の実施例に係る電子ビーム制御部の構成図の例である。第３の実施例に係るゲイン変動補正表作成のフローチャートの例である。第３の実施例に係る経過時間を含めたゲイン変動補正表作成のフローチャートの例である。入力電圧ごとの経過時間に対するアンプ部のゲイン変動の特性例である。第４の実施例に係る、経過時間に対するアンプ部のゲイン変動の特性例である。第４の実施例に係る、経過時間に対するアンプ部のゲイン変動の特性例である。第４の実施例に係る、入力電圧変化に対応したゲイン変動補正のフローチャートの例である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、アンプ部の帰還抵抗発熱によるゲイン変動に影響されない荷電粒子ビーム装置の例を説明する。
［構成］
まず、図１に荷電粒子ビーム装置の構成を示す。荷電粒子ビーム装置は電子ビーム３を出力する電子銃１、電子ビーム３を集束する集束レンズ２、電子ビーム３の方向を変えて、電子ビームを試料５に当てる位置を制御する電子ビーム制御部１０、電子ビーム３を再び集束させる対物レンズ４、測定対象物である試料５、電子ビーム３が試料５に当たり、放出される２次電子６、放出された２次電子を検出する検出器７から構成される。

本実施例は、上記荷電粒子ビーム装置を構成する電子ビーム制御部１０に関する。

図２に電子ビーム制御部１００の構成を示す。電子ビーム制御部１００は、デジタル信号により電子ビーム位置を制御する電子ビーム位置制御部１０１、電子ビーム位置制御部の制御値と補正記憶部の補正制御値とをもとにして補正入力電圧を出力する入力電圧補正部１０２、入力電圧補正部へ補正値を出力する補正記憶部１０３、入力デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ（デジタル-アナログ変換器）１０５、アナログ信号を増幅して出力するアンプ部１１０、電子ビームの方向を変える静電電極１０４から構成される。また、アンプ部１１０は、入力抵抗１１１、帰還抵抗１１２、増幅回路１１３から構成される。

［動作］
図３に、電子ビーム制御部１００の動作を表すフローチャートを示す。
まず、電子ビーム位置制御部１０１は、電子ビーム照射位置に対応した制御電圧値を出力する（Ｓ１０１）。入力電圧補正部１０２は、電子ビーム位置制御部１０１から出力された制御電圧値を入力電圧値として取得し（Ｓ１０２）、補正記憶部１０３からその入力電圧値に対応した補正電圧値を取得して（Ｓ１０３）、ＤＡＣ１０５へ補正電圧値を出力する（Ｓ１０４）。その後、ＤＡＣ１０５は、補正電圧値に対応した電圧をアンプ部１１０へ出力し、アンプ部１１０はその電圧を増幅して、静電電極１０４に印加する。

図４は、第１の実施例にかかる補正記憶部の表の例である。本表では、補正記憶部１０３に記憶されている、入力電圧に対する補正電圧値を示している。
入力電圧補正部１０２に入力される入力電圧値１００１に対して、入力電圧補正部が出力する補正電圧値１００２が記憶される。設計ゲインをＧ、変動したゲインをＧ＋ΔＧ、入力電圧値をＶ_ＩＮとしたとき、補正電圧値は、Ｖ_ＩＮ・Ｇ／（Ｇ＋ΔＧ）で表される。入力電圧値に対する補正電圧値はあらかじめ設定されており、設定方法については第３の実施例で説明する。なお、本実施例では表の形で補正値を表したが、入力電圧値の関数として補正値を表し、記憶させておいてもよい。

このように、補正電圧をアンプの入力とすることで、増幅回路の帰還抵抗の発熱によるアンプ部のゲイン変動の影響を受けずに、安定して電子ビーム制御信号を増幅することができる。また、入力電圧に対応した補正電圧をアンプの入力とすることで、入力電圧ごとに抵抗の発熱量が異なり、ゲイン変動量も異なるという点にも対応して、ゲイン変動を補正することができる。これらから、荷電粒子ビーム装置は、どのような大きさのビーム照射位置制御に対してもビームの位置ずれを起こすことなく、ビーム制御を行うことができる。
なお、本実施例では荷電粒子を電子として各部の名称を説明したが、イオンなど他の荷電粒子であってもよい。

本実施例では、ゲインの時間変動に対しても補正が行える荷電粒子ビーム装置の例を説明する。

［構成］
図５に電子ビーム制御部２００の構成を示す。既に説明した図２に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
電子ビーム制御部２００は、電子ビーム位置制御部１０１の制御値と、補正記憶部の補正制御値と、経過時間とをもとにして補正入力電圧を出力する入力電圧補正部２０２、入力電圧補正部へ経過時間にも対応した補正値を出力する補正記憶部２０３、経過時間を計測するタイマ２０４から構成される。その他の構成は第１の実施例と同様である。

［動作］
図６に、電子ビーム制御部２００の動作を表すフローチャートを示す。
まず、電子ビーム位置制御部１０１は、電子ビーム照射位置に対応した制御電圧値を出力する（Ｓ２０１）。入力電圧補正部２０２は、電子ビーム位置制御部１０１から出力された制御電圧値を入力電圧値として取得し（Ｓ２０２）、さらに、タイマのカウント時間をリセットする（Ｓ２０３）。その後、入力電圧補正部２０２は、補正記憶部２０３から、タイマの経過時間と取得した電子ビーム制御電圧値を入力電圧値とした値に対応した補正電圧値を取得して（Ｓ２０４）、ＤＡＣ１０５へ補正電圧値を出力する（Ｓ２０５）。ＤＡＣ１０５は、補正電圧値に対応した電圧をアンプ部１１０へ出力し、アンプ部はその電圧を増幅して、静電電極１０４に印加する。さらに、入力電圧補正部２０２は、再度、制御電圧値を入力電圧値として取得する（Ｓ２０６）。再度取得した制御電圧値が以前の値と変化していた場合は、タイマをリセットして再び補正記憶部２０３から、入力電圧と経過時間に対応した補正値を取得し（Ｓ２０７でＹｅｓの場合、Ｓ２０３、Ｓ２０４へと進む）、再度取得した制御電圧値が以前の値と変化していない場合は、そのまま補正記憶部２０３から、入力電圧と経過時間に対応した補正値を取得する（Ｓ２０７でＮｏの場合、Ｓ２０４へ進む）。

図７は、第２の実施例にかかる補正記憶部の表の例である。本表では、補正記憶部２０３に記憶されている、入力電圧に対する補正電圧を示している。
入力電圧補正部に入力される電圧値［Ｖ］１２０１と、タイマが計測した経過時間［ｍｓ］１２０２とに対応する入力電圧補正部１０２が出力する補正電圧値１２０３が記憶される。入力電圧値と経過時間に対する補正電圧値はあらかじめ設定されており、設定方法については第３の実施例で説明する。なお、本実施例では表の形で補正値を表したが、入力電圧値と時間の関数として補正値を表し、記憶させておいてもよい。

図８は、経過時間に対するアンプ部のゲイン変動の特性例を示す。増幅回路の帰還抵抗の発熱温度の時間変化に起因するアンプ部のゲイン変動が起こると、図８に示すように、設計ゲイン（点線）に対して、電圧を入力してから経過時間に応じてゲイン変動量が変化する。本実施例のように、電圧を入力した後の経過時間にも対応して補正を行い、アンプの入力とすることで、増幅回路の帰還抵抗の時間変化によるゲインの時間変化にも対応して予測しリアルタイムにゲイン補正を行えるという特徴がある。このため、時間にも安定して電子ビーム制御信号を増幅することができる。

よって、荷電粒子ビーム装置において、時間経過に影響を受けずにビームの位置ずれを起こすことなく、ビーム制御を行うことができ、測定精度や分解能を高くできる。
なお、本実施例では荷電粒子を電子として各部の名称を説明したが、イオンなど他の荷電粒子であってもよい。

本実施例では、ゲインの補正表の作成例、及び、補正の式の導出例について説明する。

［構成］
図９に電子ビーム制御部３００の構成を示す。既に説明した図２、図５に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
電子ビーム制御部３００は、入力電圧に対する補正値を記憶する補正記憶部３０３、任意の電圧値を出力すると共に、経過時間と補正値情報を補正記憶部３０３へ記憶させる入力電圧補正部３０２、アンプ部１１０の出力値を測定する出力電圧測定部３０４から構成される。その他の構成は第１または第２の実施例と同様である。

［動作］
［入力補正］
図４の例に示した入力電圧値に対する補正値の表を作成する動作について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、入力電圧補正部３０２がアンプの入力電圧値として出力する電圧Ｖ_ＩＮを０．１Ｖに設定し、入力電圧補正部３０２が電圧値０．１ＶをＤＡＣ１０５に出力して、ＤＡＣ１０５はアンプ部に０．１Ｖを入力する（Ｓ３０１、Ｓ３０２）。その後、十分な時間、Ｖ_ＩＮ電圧を入力したまま待機する（Ｓ３０３）。ここで、十分な時間とは、帰還抵抗１１２の発熱によるゲイン変動が収束するまでの時間を意味するものとする。その後、出力電圧測定部３０４により、アンプの出力電圧値Ｖ_ＯＵＴを測定し、その値を入力電圧補正部へ出力する（Ｓ３０４）。入力電圧補正部は、設計ゲインＧと抵抗発熱によるゲイン変動ΔＧを足し合わせたゲイン変動込みのゲイン量Ｇ＋ΔＧを下記に示す式１、

の計算から求める（Ｓ３０５）。このＧ＋ΔＧが本来設計ゲイン量であるＧとなるように、入力電圧を補正した値が補正値Ｃとなり、補正値Ｃは式２で表わされ、

となる。

入力電圧補正部は、この補正値Ｃを求める（Ｓ３０６）。その後、入力電圧補正部は、入力電圧値Ｖ_ＩＮとそれに対応する補正値Ｃを補正記憶部に書き込む（Ｓ３０７）。Ｖ_ＩＮがあらかじめ定めた測定上限値、例えば５．０Ｖ、に達した場合は処理を終了し（Ｓ３０８でＹｅｓの場合）、測定上限値に達していない場合は、Ｖ_ＩＮを１段階、例えば０．１Ｖ増加させ、入力電圧補正部が電圧値０．２ＶをＤＡＣ１０５に出力して、ＤＡＣ１０５はアンプ部に０．２Ｖを入力する（Ｓ３０８でＮｏの場合、Ｓ３０９、Ｓ３０２へと進む）。この一連の動作を行うことで、図４の入力電圧値に対する補正値の表を作成することができる。

［補間］
図１０のフローチャートにより作成した入力電圧値に対する補正値の表から、補正値Ｃを入力電圧値Ｖ_ＩＮの関数として表す方法について説明する。
帰還抵抗１１２の抵抗値をＲ_Ｆ、消費電力をΔＷ_Ｆ、消費電力あたりの抵抗値変動率をｋ_Ｆとし、入力抵抗１１２の抵抗値をＲ_Ｓ、消費電力をΔＷ_Ｓ、消費電力あたりの抵抗値変動率をｋ_Ｓとすると、ゲイン変動ΔＧは、下記式３、

と表せる。設計ゲインＧはＧ＝Ｒ_Ｆ／Ｒ_Ｓとあらわされることと、式２から補正値Ｃは、下記式４、

と表せる。Ｒ_ＦとＲ_Ｓは回路設計時に既知であり、ΔＷ_ＦとΔＷ_Ｓもそれぞれ、
ΔＷ_Ｆ＝Ｖ_ＩＮ ^２・Ｒ_Ｆ／Ｒ_Ｓ ^２、ΔＷ_Ｓ＝Ｖ_ＩＮ ^２／Ｒ_Ｓとして求めることができるため、未知数はｋ_Ｆとｋ_Ｓとなる。補正値の表の入力電圧値に対する補正値と式４から最小二乗法を用いて、ｋ_Ｆとｋ_Ｓを求めることで、補正値Ｃを入力電圧値Ｖ_ＩＮの関数として表せる。

以上のように、アンプ部の入力電圧値と出力電圧値の測定値から補正値を求める動作を行うことで、自動的に入力電圧値に対応する補正値の表を作成することができる。また、補正値を入力電圧値の関数として表すようにすることで、測定を行っていない入力電圧値においても補正値を計算で求めることができるようになり、表の作成に要する時間を短縮できる。

［時間考慮］
図７の例に示した入力電圧値と経過時間に対する補正値の表を作成する動作について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。まず、入力電圧補正部３０２がアンプの入力電圧値として出力する電圧Ｖ_ＩＮを、例えば０．１Ｖに設定する（Ｓ３２１）。次に、タイマ２０４をリセットした（Ｓ３２２）後、入力電圧補正部が電圧値０．１ＶをＤＡＣ１０５に出力して、ＤＡＣ１０５はアンプ部に０．１Ｖを入力する（Ｓ３２３）。その後、出力電圧測定部３０４により、アンプの出力電圧値Ｖ_ＯＵＴを測定し、その値を入力電圧補正部へ出力する（Ｓ３２４）。出力電圧測定と同時にタイマから経過時間を読み取る（Ｓ３２５）。入力電圧補正部は、設計ゲインＧと抵抗発熱によるゲイン変動ΔＧを足し合わせたゲイン変動込みのゲイン量Ｇ＋ΔＧを、前掲の式１、

の計算から求める（Ｓ３２６）。このＧ＋ΔＧが本来設計ゲイン量であるＧ＝Ｒ_Ｆ／Ｒ_Ｓとなるように、入力電圧を補正した値が補正値Ｃとなり、補正値Ｃは前掲の式２で表すと、

となる。入力電圧補正部は、この補正値Ｃを求める（Ｓ３２７）。その後、入力電圧補正部は、入力電圧値Ｖ_ＩＮとタイマから読み取った経過時間と、対応する補正値Ｃとを補正記憶部に書き込む（Ｓ３２８）。経過時間があらかじめ定めた測定上限値に達していない場合は、測定間隔時間だけ待機し、再びＶ_ＯＵＴを測定する（Ｓ３２９でＮｏの場合、Ｓ３３１へと進む）。経過時間があらかじめ定めた測定上限値に達した場合で、Ｖ_ＩＮがあらかじめ定めた測定上限値、例えば５．０Ｖ、に達した場合は処理を終了する（Ｓ３２９でＹｅｓ、且つＳ３３０でＹｅｓの場合）。測定上限値に達していない場合は、Ｖ_ＩＮを１段階、例えば０．１Ｖ増加させ、抵抗温度が周辺温度と等しくなるまで十分な時間待機した後、入力電圧補正部が電圧値０．２ＶをＤＡＣ１０５に出力して、ＤＡＣ１０５はアンプ部に０．２Ｖを入力する（Ｓ３３０でＮｏの場合、Ｓ３３２、Ｓ３３３、Ｓ３２２へと進む）。この一連の動作を行うことで、図７の入力電圧値と経過時間に対する補正値の表を作成することができる。

［時間補間］
図１１のフローチャートにより作成した入力電圧値と経過時間ｔに対する補正値の表から、補正値Ｃを経過時間ｔの関数として表す方法について説明する。
ゲイン変動ΔＧ（ｔ）の時間変化は、時定数Ｔと十分時間（例えば、加熱部が冷却され温度が飽和状態になるまでの時間）がたった後のΔＧをΔＧ_０として導入すると、下記式５、

と表せる。
ΔＧ_０は入力電圧値Ｖ_ＩＮと経過時間ｔに対する補正値の表から、十分時間がたった後の補正値Ｃを読み取り，設計ゲインＧと式２を用いることで求めることができる。

一方で、式２の変数を時間考慮した下記式１３で表され、

を変形すると、下記式６、

となり、式６に測定により得られた各時間ごと（たとえば１０ｍｓごと）の補正値Ｃ（ｔ）データを離散値として代入することで、ΔＧ（ｔ）の時間離散値が求められる。
式６により求めた、ゲイン変動値の経過時間離散値ΔＧ（ｔ）を式５の左辺データとして適用し、式５が成り立つ未知時定数Ｔを最小二乗法を用いてを求める。求めた時定数Ｔを式５の右辺に代入することで、ΔＧ（ｔ）を時間の連続値の関数として表すことができる。このΔＧ（ｔ）を用いて式６から補正値Ｃ（ｔ）を求めるとＣ（ｔ）も時間の関数として表すことができる。

なお、時定数Ｔを、上記計算を複数の入力電圧Ｖ_ＩＮ条件のデータに対して行い、各々のＶ_ＩＮ条件に対するＴを求め、それらＴの平均値をとることでより精度のよい時定数Ｔを得ることもできる。

以上のように、経過時間ごとのアンプ部の入力電圧値と出力電圧値の測定値から補正値を求める動作を行うことで、自動的に入力電圧値と経過時間に対応する補正値の表を作成することができる。また、補正値を経過時間の関数として表すようにすることで、測定を行っていない経過時間においても補正値を計算で求めることができるようになり、表の作成に要する時間を短縮できる。
なお、出力電圧測定部は微小な電圧変化を測定できるよう高精度な測定器を用いることが望ましい。

本実施例では、アンプ部に電圧を入力し、ゲインが時間変化している途中にアンプ部への入力電圧が変化した場合に対応する方法について説明する。
構成は、第２の実施例の構成を示す図５と同様とし、また、第３の実施例の方法で各経過時間を変数とするΔＧ（ｔ）の関数が求められている状態を前提とする。

図１２にゲイン変動の時間変化例を示す。帰還抵抗の温度変化により時間経過に従ってゲインは変化していく。アンプ部の入力電圧がＶ_ＩＮ１のときのゲイン変動の収束値がΔＧ_１、Ｖ_ＩＮ２のときのゲイン変動の収束値がΔＧ_２とすると、ゲイン変動はそれぞれ、下記式７及び８、

として表せる。ΔＧ_１、ΔＧ_２、時定数Ｔは第３の実施例の動作から求められる。

［ゲイン変動増加方向の場合］
アンプ部への入力電圧が変化し、ゲイン変動が増加する場合の動作について説明する。
図１３に、ゲイン変動中にゲイン変動がさらに増加する方向に入力電圧値が変化した場合の、経過時間に対するゲイン変動量のグラフを示す。アンプに電圧が入力され始めた時間を０とする。０〜ｔ_１の間はＶ_１を入力し、ｔ_１の時点で入力電圧値が変化し、Ｖ_２が入力されゲイン変動値が大きくなる場合を例とする。０〜ｔ_１の間は式７に従い、ゲインが変動するため、そのまま補正値Ｃを式１３から算出できる。ｔ１で入力電圧がＶ_２に変化すると、入力電圧補正部は、ｔ_１時点のゲイン変動量ΔＧ_Ｔを、下記式９、

として算出し、ｔ_１以降のゲイン変動ΔＧ（ｔ）の式を、ΔＧ_ＴとΔＧ_２間の過渡特性として、下記式１０、

と算出する。ゲイン変動ΔＧ（ｔ）の式が導出されたので、式１３から補正値Ｃ（ｔ）を求めることができ、入力電圧が装置動作中に変化して、ゲイン変動が増加する方向に変化しても、ゲイン変動量を予測し、補正することができる。

［ゲイン変動減少方向の場合］
アンプ部への入力電圧が変化し、ゲイン変動が減少する場合の動作について説明する。
図１４に、ゲイン変動中にゲイン変動が減少する方向に入力電圧値が変化した場合の、経過時間に対するゲイン変動量のグラフを示す。アンプに電圧が入力され始めた時間を０とする。０〜ｔ_２の間はＶ_２を入力し、ｔ_２の時点で入力電圧値が変化し、Ｖ_１が入力されゲイン変動値が減少する。０〜ｔ_２の間は式８に従い、ゲインが変動するため、そのまま補正値Ｃ（ｔ）を式１３から算出できる。ｔ_２で入力電圧がＶ_１に変化すると、入力電圧補正部は、ｔ_２時点のゲイン変動量ΔＧ_Ｔを、下記式１１、

として算出し、ｔ_２以降のゲイン変動ΔＧ（ｔ）の式を、ΔＧ_ＴとΔＧ_１間の過渡特性として、下記式１２、

と算出する。ゲイン変動ΔＧ（ｔ）の式が導出されたので、式１３から補正値Ｃ（ｔ）を求めることができ、入力電圧が装置動作中に変化して、ゲイン変動が減少する方向に変化しても、ゲイン変動量を予測し、補正することができる。

なお、式１０と式１２が同様であるので、ゲイン変動が増加する場合でも減少する場合でも、同様の式で入力電圧変化後のゲイン変動を表すことができる。

以上の本実施例の動作をフローチャートとして図１５に示す。ゲイン変動が増加する場合でも減少する場合でも動作は同じであることから、ゲイン変動が増加する場合を例として示している。本実施例の電子ビーム制御部の構成としては、図５に示す構成を用いる。

まず、電子ビーム位置制御部１０１は、電子ビーム照射位置に対応した制御電圧値を出力し、入力電圧補正部２０２は、制御電圧値を入力電圧値Ｖ_ＩＮ１として取得する（Ｓ４０１）。

次に、入力電圧補正部２０２は、タイマ２０４のカウント時間をリセットする（Ｓ４０２）。その後、入力電圧補正部は、補正記憶部２０３から入力電圧値Ｖ_ＩＮ１に対応する十分時間がたった後の補正値Ｃを取得し、その補正値Ｃから式１３を用いて十分時間がたったときのΔＧ（ｔ）をゲイン変動値ΔＧ_１として計算する（Ｓ４０３）。

そして、入力電圧値Ｖ_ＩＮ１とタイマの経過時間ｔと十分時間がたった後のゲイン変動値ΔＧ_１を用いて式７から現在のゲイン変動値ΔＧ（ｔ）を算出して、さらにΔＧ（ｔ）を用いて式１３から現在の補正値Ｃ（ｔ）を求めＤＡＣ１０５に出力する。

その後、入力電圧補正部２０２は入力電圧値に変化があるか判断し、変化がない場合は、引き続き式７と式１３を用いて補正値を出力する（Ｓ４０５でＮｏの場合）。入力電圧値に変化があるがある場合（変化後の入力電圧値をＶ_ＩＮ２とする）は、現在のゲイン変動値ΔＧ（ｔ）をΔＧ_Ｔ，経過時間ｔをｔ_１として補正記憶部に記憶させる（Ｓ４０６）。

入力電圧補正部は、補正記憶部２０３から入力電圧値Ｖ_ＩＮ２に対応する十分時間がたった後の補正値Ｃを取得し、そのＣから式１３を用いて十分時間がたったときのΔＧ（ｔ）をゲイン変動値ΔＧ_２として計算する（Ｓ４０７）。

そして、入力電圧値Ｖ_ＩＮ２とタイマの経過時間ｔと十分時間がたった後のゲイン変動値ΔＧ_２と入力電圧変化時の経過時間ｔ_１とゲイン変動値ΔＧ_Ｔを用いて式１０から現在のゲイン変動値を算出し、さらに式１３から補正値Ｃ（ｔ）を求めて、ＤＡＣ１０５に出力する。

その後、入力電圧補正部２０２は入力電圧値に変化があるか判断し、変化がない場合は、引き続き式１０を用いて補正値を出力する（Ｓ４０５でＮｏの場合）。入力電圧値に変化がある場合は、（変化後の入力電圧値をＶ_ＩＮ２とする）は、現在のゲイン変動値ΔＧ（ｔ）をΔＧ_Ｔ，経過時間ｔをｔ_１として補正記憶部に記憶させる（Ｓ４０９でＹｅｓの場合、Ｓ４０６へ進む）。

以上から、ゲイン変動が時間変化している途中に、変動の収束値が増加する方向や減少する方向に変化しても、経過時間に対するゲイン変動量を予測してリアルタイムに補正することができるので、装置のビーム制御が時々刻々と変化してもそれに対応して補正を行い、ビームの位置ずれを起こさないようにできる。

上述した本発明の特徴の主たるものは、以下の通りである。
（１）荷電粒子ビームを生成する荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から照射された荷電粒子ビームの照射対象物に対する照射位置を、制御電圧値を出力し制御する荷電粒子ビーム位置制御部と、前記荷電粒子ビーム位置制御部から出力される制御電圧値を補正して補正電圧値を出力する入力電圧補正部と、前記補正電圧値を記憶する補正記憶部と、前記入力電圧補正部からの出力に基づいて前記荷電粒子ビームの軌跡を変化させる静電電極と、前記静電電極に前記補正電圧値に応じた電圧を印加するアンプ部と、前記荷電粒子ビーム位置制御部からの制御電圧値の入力開始から経過時間を計測するタイマと、を有し、前記入力電圧補正部は、前記補正記憶部に記憶された内容から、前記タイマが計測した経過時間と前記制御電圧値とに応じた補正電圧値を設定し、その前記補正電圧値をもとに、前記静電電極への出力電圧を制御することにより、前記荷電粒子ビームの照射位置を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

（２）任意の電圧値を出力する入力電圧補正部と、補正電圧値を記憶する補正記憶部と、前記補正電圧値に応じた電圧を出力するアンプ部と、前記アンプ部の出力電圧を測定する出力電圧測定部、を有し、前記入力電圧補正部は、前記アンプ部の入力電圧値と、前記出力電圧測定部で測定された値から補正値を計算し、補正記憶部に入力電圧値と補正値を対応づけて記憶させ、また、複数の入力電圧値と補正値の対応から入力電圧値を変数とする補正値の関数を求め補正記憶部に記憶させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

１：電子銃、２：収束レンズ、３：電子ビーム、４：対物レンズ、５：試料、６：２次電子、７：検出器、１０：電子ビーム制御部、
１００：電子ビーム制御部、１０１：電子ビーム位置制御部、１０２：入力電圧補正部、１０３：補正記憶部、１０４：静電電極、１０５：デジタル-アナログ変換器（ＤＡＣ）、１１０：アンプ部、１１１：入力抵抗、１１２：帰還抵抗、１１３：増幅回路、
２０４：タイマ。

Claims

荷電粒子ビームを生成する荷電粒子銃と、
前記荷電粒子銃から照射された荷電粒子ビームの照射対象物に対する照射位置を、制御電圧値を出力し制御する荷電粒子ビーム位置制御部と、
前記荷電粒子ビーム位置制御部から出力される制御電圧値を補正して補正電圧値を出力する入力電圧補正部と、
前記補正電圧値を記憶する補正記憶部と、
前記入力電圧補正部からの出力に基づいて前記荷電粒子ビームの軌跡を変化させる静電電極と、
前記静電電極に前記補正電圧値に応じた電圧を印加するアンプ部と、
前記荷電粒子ビーム位置制御部からの制御電圧値の入力開始から経過時間を計測するタイマと、
を有し、
前記入力電圧補正部は、前記補正記憶部に記憶された内容から、前記タイマが計測した経過時間と前記制御電圧値とに応じた補正電圧値を設定し、その前記補正電圧値をもとに、前記静電電極への出力電圧を制御することにより、前記荷電粒子ビームの照射位置を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記記憶部は、前記荷電粒子ビーム位置制御部から出力される制御電圧値と前記タイマにより計測される経過時間とに応じた補正電圧値の決定が可能な参照テーブルを備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記補正記憶部は、前記荷電粒子ビーム位置制御部から出力される制御電圧値と前記タイマにより計測される経過時間とに応じた補正電圧値の決定が可能な時間変数を有する補正電圧関数を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記入力電圧補正部は、前記制御電圧値が前記荷電粒子ビーム位置制御中に変化した際に、前記変化時点に応じた前記補正電圧関数を新たに設定し、前記新たな補正電圧関数をもとに、前記静電電極への出力電圧を制御することにより、前記荷電粒子ビームの照射位置を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
任意の電圧値を出力する入力電圧補正部と、
補正電圧値を記憶する補正記憶部と、
前記補正電圧値に応じた電圧を出力するアンプ部と、
前記アンプ部の出力電圧を測定する出力電圧測定部と、を有し、
前記入力電圧補正部は、前記アンプ部の入力電圧値と、前記出力電圧測定部で測定された値から補正値を計算し、前記補正記憶部に前記入力電圧値と前記補正値とを対応づけて記憶させ、また、複数の入力電圧値と補正値の対応から入力電圧値を変数とする補正値の関数を求め前記補正記憶部に記憶させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
請求項５記載の荷電粒子ビーム装置であって、
入力電圧補正部の出力開始からの経過時間を計測するタイマを有し、
前記入力電圧補正部は、前記タイマが計測する経過時間ごとに、前記アンプ部への入力電圧値と、前記出力電圧測定部で測定された値から補正値を計算し、前記補正記憶部に入力電圧値と経過時間と補正値を対応づけて記憶させ、また、複数の入力電圧値と経過時間と補正値の対応から経過時間を変数とする補正値の関数を求め前記補正記憶部に記憶させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。