JP2020047476A

JP2020047476A - 荷電粒子ビームシステム

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Publication number: JP2020047476A
Application number: JP2018175123A
Authority: JP
Inventors: 涼門井; Ryo Kadoi; 李　ウェン; Uen Ri; ウェン李; 直也石垣; Naoya Ishigaki
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: US11017981B2; US20200090900A1; JP6976915B2

Abstract

【課題】荷電粒子ビーム装置において、簡易な構成で放電が起こった位置を検出する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１０１と検出回路１１４とを備えた荷電粒子ビームシステムである。荷電粒子ビーム装置１０１は第１の共振周波数を有する第１のアンテナ１０２と第２の共振周波数を有する第２のアンテナ１０３を有する。検出回路１１４は第１のフィルタ１０７を通過した後の信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出部１１０と第２フィルタ１０８を通過した後の信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出部１１と、第１の振幅と第２の振幅とを比較する振幅比較部１１３とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビームシステムに関する。

荷電粒子装置では、高電圧部分や高電圧帯電した部分があり、その部分から他の部分に放電が起こることがある。多数回の放電が蓄積すると、荷電粒子装置に影響を与えることがある。このため、荷電粒子装置では、どこで放電が起こったか検出する必要がある。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、放電が起こった位置を検出する技術が記載されている。

特開２００６−２５０８７０号公報（特許４４５０７４９号）特開２０１０−０８５３８６号公報（特許５３０６８０２号）

しかし、特許文献１、２には、荷電粒子ビーム装置において、多数回の放電が蓄積すると装置に影響を与えることがあるので放電が起こった位置を検出する必要があるという荷電粒子ビーム装置に特有な課題及びその解決手段については言及されていない。

また、特許文献１の構成では、高精度な局部発振器が必要となりコストが高くなる。また、特許文献２の構成では、高速なアナログデジタル変換器が必要となりコストが高くなる。

本発明の目的は、荷電粒子ビーム装置において、簡易な構成で放電が起こった位置を検出することにある。

本発明の一態様の荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置と、前記荷電粒子ビーム装置に接続された検出回路とを備えた荷電粒子ビームシステムであって、前記荷電粒子ビーム装置は、第１の共振周波数を有する第１のアンテナと、前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２のアンテナと有し、前記検出回路は、前記第１アンテナ及び前記第２のアンテナが受信したアンテナ信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅した信号から前記第１アンテナの前記第１の共振周波数の信号を通過させる第１のフィルタと、前記増幅部で増幅した信号から前記第２アンテナの前記第２の共振周波数の信号を通過させる第２のフィルタと、前記第１のフィルタを通過した後の信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出部と、前記第２フィルタを通過した後の信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出部と、前記第１の振幅検出部で検出された前記第１の振幅と前記第２の振幅検出部で検出された前記第２の振幅とを比較する振幅比較部とを有することを特徴とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置と、前記荷電粒子ビーム装置に接続された検出回路とを備えた荷電粒子ビームシステムであって、前記荷電粒子ビーム装置は、第１の共振周波数を有する第１のアンテナと、前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２のアンテナと有し、前記検出回路は、前記第１アンテナ及び前記第２のアンテナが受信したアンテナ信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅した信号から前記第１アンテナの前記第１の共振周波数の信号を通過させる第１のフィルタと、前記増幅部で増幅した信号から前記第２アンテナの前記第２の共振周波数の信号を通過させる第２のフィルタと、前記第１のフィルタを通過した後の信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出部と、前記第２フィルタを通過した後の信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出部と、予め複数の放電位置ごとに、前記荷電粒子ビーム装置内で放電が起きたときの前記第１アンテナの前記第１の振幅及び前記第２アンテナの前記第２の振幅に対応する第１の放電電圧パターンを作成して記憶する記憶部と、前記第１の振幅検出部で実際に検出された前記第１の振幅と前記第２の振幅検出部で実際に検出された前記第２の振幅とから成る放電時の実測放電電圧パターンと、前記記憶部に予め記憶された複数の前記第１の放電電圧パターンとを前記放電位置ごとに比較し、実際に放電が発生した放電発生位置を判定する放電位置判定部とを有することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、荷電粒子ビーム装置において、簡易な構成で放電が起こった位置を検出することができる。

実施例１に係る荷電粒子ビームシステムの構成例を示す図である。放電電磁波の周波数スペクトルを示す図である。放電電磁波と各アンテナ受信信号の周波数スペクトルを示す図である。放電電磁波と各アンテナ受信信号の周波数スペクトルを示す図である。放電電磁波と各アンテナ受信信号の周波数スペクトルを示す図である。信号混合部の構成例を示す図である。振幅検出部の構成例を示す図である。実施例２に係る荷電粒子ビームシステムの構成例を示す図である。放電電磁波と各アンテナ受信信号の周波数スペクトルを示す図である。放電電磁波と各アンテナ受信信号の周波数スペクトルを示す図である。実施例３に係る荷電粒子ビームシステムの構成例を示す図である。放電位置ごとの各アンテナにおける検出電圧パターンの表の例を示す図である。放電位置の例を示す図である。測定された検出電圧パターンの表の例を示す図である。実施例４に係る荷電粒子ビームシステムの構成例を示す図である。放電位置ごとの各アンテナにおける検出電圧パターンの表の例を示す図である。ステージ上で放電が起きたときの移動ステージ座標ごとの検出電圧パターンの表の例を示す図である。測定された検出電圧パターンの表の例を示す図である。実施例３に係る放電位置検出のフロー例を示す図である。実施例４に係る放電位置検出のフロー例を示す図である。

以下、図面を用いて実施例について説明する。

図１を参照して、実施例１に係る荷電粒子ビームシステムの構成例について説明する。
図１に示すように、実施例１に係る荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置１０１と荷電粒子ビーム装置１０１に接続された検出回路１１４とを備える。

荷電粒子ビーム装置１０１は、高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３、低域共振アンテナ１０４、各アンテナの信号を混合する信号混合部１０５、荷電粒子ビーム照射対象物を載せて装置内を移動する移動ステージ１２０を有する。

検出回路１１４は、信号を増幅する増幅部１０６、増幅された信号を高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４の共振周波数帯に対応してそれぞれ信号を分ける高域通過フィルタ１０７、中域通過フィルタ１０８及び低域通過フィルタ１０９を有する。

検出回路１１４は、更に、高域通過フィルタ１０７、中域通過フィルタ１０８及び低域通過フィルタ１０９を通過した後の信号振幅をそれぞれ検出する振幅検出部１１０、振幅検出部１１１及び振幅検出部１１２を有する。

検出回路１１４は、更に、振幅検出部１１０、振幅検出部１１１及び振幅検出部１１２の検出結果を比較し検出処理を行う振幅比較部１１３を有する。

次に、放電が起きたときの検出動作を説明する。
放電が起きると、高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４は、放電により発生した電磁波を受信する。高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４は、共振周波数が異なり放電による電磁波周波数に対して感度をもつ周波数が異なる。

放電による電磁波は伝播距離が長くなるにつれ減衰し、振幅が小さくなるため、放電が起きた場所に最も近いアンテナでは他のアンテナより大きな振幅の信号を受信する。また、遠いアンテナでは他のアンテナより小さな振幅の信号を受信する。高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４の受信信号は信号混合部１０５により混合され検出回路１１４へと出力される。

検出回路１１４では、増幅部１０６が受信信号を増幅し、各周波数通過フィルタ１０７、１０８、１０９によりフィルタリングを行う。その後、振幅検出部１１０、１１１、１１２により振幅を検出し、振幅比較器１１３によって振幅の比較を行う。

前述の通り、放電が起きた場所に近いアンテナの共振周波数の振幅が最も大きくなるため、振幅比較部１１３の比較結果から最も大きな振幅の周波数に対応するアンテナの近くで放電が起きたと判定する。

ここで、図２Ａに放電電磁波の周波数スペクトル３００１を示す。放電電磁波は帯域を持った信号となる。図２Ｂに高域共振アンテナ１０２の位置における放電電磁波の周波数スペクトル３００２と高域共振アンテナ１０２の受信信号３０１２を示す。

図２Ｃに中域共振アンテナ１０３の位置における放電電磁波の周波数スペクトル３００３と中域共振アンテナ１０３の受信信号３０１３を示す。図２Ｄに低域共振アンテナ１０４の位置における放電電磁波の周波数スペクトル３００４と低域共振アンテナ１０４の受信信号３０１４を示す。

高域共振アンテナ１０２の近くで放電が起きた場合には、高域共振アンテナ１０２における放電電磁波の周波数スペクトル３００２の振幅が他の周波数スペクトル３００３、３００４に比べ最も大きい。

このため、高域共振アンテナ１０２の受信信号３０１２の振幅も中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４の受信信号３０１３、３０１４に比べ最も大きくなる。振幅検出部１１０、１１１、１１２の出力値はこれらの受信信号振幅に対応する。このため、振幅比較部１１３は高域共振アンテナ１０２における振幅が最も大きいと判断し、高域共振アンテナ１０２の付近の位置で放電が起きたと検出する。

図３を参照して、信号混合部１０５の回路構成例について説明する。
図３に示すように、信号混合部１０５は、高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４につながる入力端子１、２、３と、高域共振アンテナ１０２、中域共振アンテナ１０３及び低域共振アンテナ１０４の共振周波数に対応する周波数を通過させアンテナ信号が他のアンテナに逆流させないよう動作する高域通過フィルタ１００１、中域通過フィルタ１００２及び低域通過フィルタ１００３と、混合した信号を出力する出力端子から構成される。

図４を参照して、振幅検出部１１０、１１１、１１２の回路構成例について説明する。
図４に示すように、振幅検出部１１０、１１１、１１２は、検波回路の構成であり、信号の入力端子、ダイオード２００１、抵抗２００３、コンデンサ２００２、出力端子から構成される。高周波かつ微小な振幅でも検波できるよう、ダイオード２００１は高速かつ低Ｖ_Ｆであるものを使うことが望ましい。

このような構成とすることで、簡素な回路構成で放電が起きた位置を含めて放電を検出することができる。また、信号混合部１０５から検出回路１１４（検出基板）までの結線を１系統とすることができ、ケーブルの取り回しを簡素化かつ低コスト化できる。

なお、実施例１はアンテナ数を３個として示したが、個数に制約はなく他の個数であってもよい。その場合、信号混合部１０５、各フィルタ１０７、１０８、１０９、振幅検出部１１０、１１１、１１２の個数はアンテナ個数に対応した数とする。

また、放電信号は帯域のある周波数スペクトルを持つが、その帯域幅は限られているため、各アンテナのピーク周波数は近いほうが望ましい。

また、実施例１では、放電電磁波受信にアンテナを用いた例を示したが、電磁波を特定共振周波数で受信できれば移動ステージ１２０など荷電粒子ビーム装置１０１自体の構造物をアンテナとして用いてもよい。

また、実施例１では、アンテナ自体が急峻な共振特性をもつ例を示したが、緩やかな共振特性をもつアンテナを用いて、信号混合部１０５のフィルタカットオフ特性を急峻にして各アンテナの受信信号のピーク周波数に違いを持たせてもよい。

図５を参照して、実施例２に係る荷電粒子ビームシステムの構成例について説明する。
実施例２に係る荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置２０１と、荷電粒子ビーム装置２０１に接続された検出回路２１４とを備える。

図５に示すように、荷電粒子ビーム装置２０１は、高域共振アンテナ２０２及び低域共振アンテナ２０３、高域共振アンテナ２０２及び低域共振アンテナ２０３の信号を混合する信号混合部１０５及びアース接続部２０９を有する。

検出回路２１４は、信号を増幅する増幅部１０６、増幅された信号を周波数帯ごとに分ける高域通過フィルタ２０４及び低域通過フィルタ２０５、高域通過フィルタ２０４及び低域通過フィルタ２０５を通過した後の信号振幅を検出する振幅検出部２０６、２０７、振幅検出部２０６、２０７の検出結果を比較し検出処理を行う振幅比較部２０８を有する。

次に、放電が起きたときの検出動作を説明する。
放電が起きた場所によって放電により発生する電流が流れる経路が変化する。図５中の放電箇所１で放電が起きた場合は、放電電流は放電箇所１からアース接続部２０９に向かって放電経路１を通って電流が流れる。また、放電箇所２で放電が起きた場合は、放電箇所２からアース接続部２０９に向かって放電経路２を通って電流が流れる。

電流が流れる経路長によって放電による電磁波のピーク周波数が変化することがわかっており、経路が短い場合はピーク周波数が高く、長い場合はピーク周波数は低くなる。このことから、経路が長い場合は低い共振周波数をもつアンテナで受信振幅が大きくなり、経路が短い場合は高い共振周波数をもつアンテナで受信振幅が大きくなる。

図６Ａに、電流経路が短い場合の放電電磁波の周波数スペクトル４００１、低域共振アンテナ２０３の受信信号の周波数スペクトル４００２、高域共振アンテナ２０２の受信信号周波数スペクトル４００３の例を示す。

図６Ａに示すように、電流経路が短いと放電電磁波４００１のピーク周波数が高くなるため、高域共振アンテナ２０２の受信信号４００３の振幅の方が低域共振アンテナ２０３の受信信号４００２よりも大きくなる。

図６Ｂに、電流経路が長い場合の放電電磁波の周波数スペクトル４０１１、低域共振アンテナ２０３の受信信号の周波数スペクトル４０１２、高域共振アンテナ２０２の受信信号周波数スペクトル４０１３の例を示す。

図６Ｂに示すように、電流経路が長いと放電電磁波４０１１のピーク周波数が低くなるため、低域共振アンテナ２０３の受信信号４０１２の振幅の方が高域共振アンテナ２０２の受信信号４０１３よりも大きくなる。

このことから、それぞれのアンテナ受信信号の振幅を高域通過フィルタ２０４及び低域通過フィルタ２０５を通過した後の振幅検出部２０６、２０７により検出し比較を行うことで、放電電流の経路長がわかり放電箇所を検出できる。

実施例２によれば、簡素で低コストの回路構成で放電位置を検出することができる。実施例２の構成は放電が起こる箇所の数が限定されているときに特に有用である。

また、実施例２では、共振周波数が高いアンテナと低いアンテナを隣接して配置することが望ましい。なお、実施例２ではアンテナ数を２個としたが、それ以外の複数本を使う構成であってもよい。

図７を参照して、実施例３に係る荷電粒子ビームシステムの構成例について説明する。
実施例３に係る荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置３０１と、荷電粒子ビーム装置３０１に接続された検出回路３１４とを備える。

荷電粒子ビーム装置３０１は、共振周波数がそれぞれ異なる高域共振アンテナ３０２、高域と中域の間の次高域共振アンテナ３０３、中域共振アンテナ３０４、中域と低域の間の次低域共振アンテナ３０５、低域共振アンテナ３０６、各アンテナの信号を混合する信号混合部３０７及び荷電粒子ビーム照射対象物を載せて荷電粒子ビーム装置３０１内を移動する移動ステージ３２０を有する。

検出回路３１４は、信号を増幅する増幅部３０８、増幅された信号を各アンテナ共振周波数に対応する周波数ごとに分けるためのそれぞれ特性が異なる高域通過フィルタ、次高域通過フィルタ、中域通過フィルタ、次低域通過フィルタ及び低域通過フィルタから構成されるフィルタ群３０９、各フィルタ通過後の信号振幅を検出しフィルタと同数でそれぞれが同じ回路構成の振幅検出部から構成される振幅検出部群３１０、各振幅検出部の検出結果から放電位置を判定する放電位置判定部３１５及び検出電圧パターンを記憶しておく記憶部３１６を有する。

アンテナは荷電粒子ビーム装置３０１の内部に設置する必要はなく、実施例３では一例として、高域共振アンテナ３０２、次高域共振アンテナ３０３及び中域共振アンテナ３０４は荷電粒子ビーム装置３０１の内部に設置する。また、次低域共振アンテナ３０５及び低域共振アンテナ３０６は荷電粒子ビーム装置３０１の外部に設置する。

次に、放電が起きたときの検出動作を説明する。
予め、図８Ｂに示す位置１において人為的に放電を起こし、高域共振アンテナ３０２、高域と中域の間の次高域共振アンテナ３０３、中域共振アンテナ３０４、中域と低域の間の次低域共振アンテナ３０５及び低域共振アンテナ３０６で信号を受信する。そして、受信後の振幅検出部群３１０で検出した電圧振幅を測定する。

このときの各アンテナ位置における検出電圧をＶ_１１，Ｖ_１２，Ｖ_１３，Ｖ_１４，Ｖ_１５とする。さらに、これら電圧の平均値を
Ｖ_１Ａ＝（Ｖ_１１＋Ｖ_１２＋Ｖ_１３＋Ｖ_１４＋Ｖ_１５）／５
として求める。

各検出電圧を平均値Ｖ_１Ａで割り正規化検出電圧を
Ｖ_Ｎ１１＝Ｖ_１１／Ｖ_１Ａ，Ｖ_Ｎ１２＝Ｖ_１２／Ｖ_１Ａ
Ｖ_Ｎ１３＝Ｖ_１３／Ｖ_１Ａ
Ｖ_Ｎ１４＝Ｖ_１４／Ｖ_１Ａ
Ｖ_Ｎ１５＝Ｖ_１５／Ｖ_１Ａ
として求める。

これらの正規化検出電圧Ｖ_Ｎ１１，Ｖ_Ｎ１2，Ｖ_Ｎ１３，Ｖ_Ｎ１４，Ｖ_Ｎ１５を検出電圧パターンとして記憶部３１６に記憶させる。位置２と位置３においても同様の処理を行い、位置２における検出電圧パターンＶ_Ｎ２１，Ｖ_Ｎ２2，…と位置３における検出電圧パターンＶ_Ｎ３１，Ｖ_Ｎ３2，…を求め記憶部３１６に記憶させる。ここで、記憶部３１６に記憶させる正規化検出電圧パターンの例を図８Ａに示す。

図１１を参照して、放電を検出するときの放電位置の検出動作について説明する。
放電が起きた位置により、各アンテナ３０２〜３０６までの電磁波の伝播経路や距離が変化する。このため、各アンテナ３０２〜３０６の位置における検出電圧パターンが異なることを利用する。

まず、振幅検出部群３１０の振幅検出部から電圧出力がない場合（Ｓ１０１Ｎｏ）は、放電位置判定部３１５は放電がないと判定し、電圧出力があるまで待ち状態となる。

電圧出力がある場合は、放電が起きたと判定し（Ｓ１０１Ｙｅｓ）、振幅検出部群３１０で測定された電圧振幅を各アンテナ３０２〜３０６に対応づけて，Ｖ_ｍ１，Ｖ_ｍ２，Ｖ_ｍ３，Ｖ_ｍ４，Ｖ_ｍ５としてこれらの値から正規化検出電圧を計算する（Ｓ１０２）。

平均値を
Ｖ_ｍＡ＝（Ｖ_ｍ１＋Ｖ_ｍ２＋Ｖ_ｍ３＋Ｖ_ｍ４＋Ｖ_ｍ５）／５
として求める。

正規化検出電圧を
Ｖ_Ｎｍ１＝Ｖ_ｍ１／Ｖ_ｍＡ
Ｖ_Ｎｍ２＝Ｖ_ｍ２／Ｖ_ｍＡ
Ｖ_Ｎｍ３＝Ｖ_ｍ３／Ｖ_ｍＡ
Ｖ_Ｎｍ４＝Ｖ_ｍ４／Ｖ_ｍＡ
Ｖ_Ｎｍ５＝Ｖ_ｍ５／Ｖ_ｍＡ
として求める。これらの正規化検出電圧を測定された検出電圧パターンとする。図８Ｃに測定された検出電圧パターンの例を示す。

次に、測定された検出電圧パターンと、位置１、位置２、位置３における検出電圧パターンの比較をする（Ｓ１０３）。例として、各アンテナ３０２〜３０６ごとに正規化検出電圧の差をとり、その絶対値の和を総残差値とし比較の指標とする。

そして、測定された検出電圧パターン（図８Ｃ参照）と位置１における検出電圧パターン（図８Ａ参照）を比較する。

総残差値Ｅ_１は、
Ｅ_１＝｜Ｖ_Ｎ１１−Ｖ_Ｎｍ１｜＋｜Ｖ_Ｎ１２−Ｖ_Ｎｍ２｜＋｜Ｖ_Ｎ１３−Ｖ_Ｎｍ３｜＋｜Ｖ_Ｎ１４−Ｖ_Ｎｍ４｜＋｜Ｖ_Ｎ１５−Ｖ_Ｎｍ５｜
から計算される。

同様に、測定された検出電圧パターン（図８Ｃ参照）と位置２における検出電圧パターン（図８Ａ参照）の総残差値Ｅ_２と、測定された検出電圧パターン（図８Ｃ参照）と位置２における検出電圧パターン（図８Ａ参照）の総残差値Ｅ_３を計算し、最も値が小さいときの位置を放電位置として判定する（Ｓ１０４）。図８Ａと図８Ｃの値から計算するとＥ_１＝４，Ｅ_２＝２．７５，Ｅ_３＝０．３８と求まり、位置３で放電が起きたと判定する。

つまり、Ｓ１０４では、Ｓ１０３での比較の結果、測定された検出電圧パターン（図８Ｃ参照）に最も近い検出電圧パターン（図８Ａ参照）に該当する位置で放電が起きたと判定する。

このように、予め複数の放電位置（図８Ａの位置１、位置２、位置３）ごとに、荷電粒子ビーム装置３０１内で放電が起きたときの各アンテナ３０２〜３０６の振幅に対応する第１の放電電圧パターン（図８Ａ参照）を作成して記憶部３１６に記憶しておく。

放電位置判定部３１５は、振幅検出部群３１０の第１の振幅検出部で実際に検出された第１の振幅と第２の振幅検出部で実際に検出された第２の振幅とから成る放電時の実測放電電圧パターン（図８Ｃ参照）と、記憶部３１６に予め記憶された複数の第１の放電電圧パターン（図８Ａ参照）とを放電位置（図８Ａの位置１、位置２、位置３）ごとに比較し、実際に放電が発生した放電発生位置を判定する。

この際、放電位置判定部３１５は、実測放電電圧パターン（図８Ｃ参照）と第１の放電電圧パターン（図８Ａ参照）とを放電位置（図８Ａの位置１、位置２、位置３）ごと比較し、最も電圧パターンが近似している放電位置を放電発生位置として判定する。

これにより、放電位置とアンテナの間に遮蔽物がある場合や放電位置とアンテナの間に複雑な伝播経路がある場合でも、放電位置の検出をより正確に行うことができる。

また、荷電粒子ビーム装置３０１内が真空である場合、アンテナの材質を真空対応にする必要がありコストがかかる。これに対して、実施例３の構成では、アンテナは、荷電粒子ビーム装置３０１の外部に設置しても放電位置を検出できる。このため、コストを低くすることができる。

また、形状が異なる荷電粒子ビーム装置３０１が複数種ある場合であっても、形状ごとに検出電圧パターンの表を作成すれば、様々な形状の装置に対応することができる。

なお、実施例３では、アンテナ数を５個としたが、それ以外の複数本を使う構成であってもよい。また、実施例３では放電位置を位置１〜３の３つの位置としたが、位置の数は２つでも４以上であってもよい。

また、実施例３では、検出電圧パターンの値は検出電圧の平均値で正規化した値を用いたが他の計算により算出した値でも良い。さらに、パターンの比較に各アンテナに対応する正規化検出電圧の差の絶対値の総和を指標として用いたが、他の値を指標とした比較でも良い。

図９を参照して、実施例４に係る荷電粒子ビームシステムの構成例について説明する。
実施例４に係る荷電粒子ビームシステムは、荷電粒子ビーム装置４０１と、荷電粒子ビーム装置４０１に接続された検出回路３１４と、移動ステージ制御部４３０とを備える。移動ステージ制御部４３０は、荷電粒子ビーム装置４０１と検出回路３１４に接続されている。

実施例４は、実施例３に加えて移動ステージ３２０のＸ、Ｙ座標のデータを加えて放電位置判定を行う。実施例３の構成に加えて、荷電粒子ビーム装置４０１は、移動ステージ３２０をＸ軸とＹ軸方向に移動制御しその座標位置を放電位置判定部３１５に出力する移動ステージ制御部４３０を備える。

まず、実施例３と同様に、予め図８Ｂ内に示す位置１、２、３のそれぞれにおいて人為的に放電を起こし、高域共振アンテナ３０２、高域と中域の間の次高域共振アンテナ３０３、中域共振アンテナ３０４、中域と低域の間の次低域共振アンテナ３０５及び低域共振アンテナ３０６で信号を受信する。そして、検出電圧パターンを求め記憶部３１６に記憶させる。検出電圧パターンを求める計算式も実施例３と同様にする。検出電圧パターンの例を図１０Ａに示す。

次に、移動ステージ３２０のＸ軸、Ｙ軸座標を変えながら、移動ステージ３２０上で人為的に放電を起こし、高域共振アンテナ３０２、高域と中域の間の次高域共振アンテナ３０３、中域共振アンテナ３０４、中域と低域の間の次低域共振アンテナ３０５及び低域共振アンテナ３０６で信号を受信する。そして、検出電圧パターンを求め、移動ステージ３２０の座標情報と共に記憶部３１６に記憶させる。移動ステージ４３０上で放電が起きたときの検出電圧パターンの例を図１０Ｂに示す。

次に、図１２を参照して、放電を検出するときの放電位置の検出動作について説明する。
まず、振幅検出部群３１０の振幅検出部から電圧出力がない場合（Ｓ２０１Ｎｏ）は、放電位置判定部３１５は放電がないと判定し、電圧出力があるまで待ち状態となる。電圧出力がある場合は、放電が起きたと判定する（Ｓ２０１Ｙｅｓ）。

放電が起きたと判定した場合には、振幅検出部群３１０で測定された電圧振幅を高域共振アンテナ３０２、高域と中域の間の次高域共振アンテナ３０３、中域共振アンテナ３０４、中域と低域の間の次低域共振アンテナ３０５及び低域共振アンテナ３０６に対応づけて，Ｖ_ｍ１，Ｖ_ｍ２，Ｖ_ｍ３，Ｖ_ｍ４，Ｖ_ｍ５としてこれらの値から実施例３と同様に正規化検出電圧を計算し、測定された検出電圧パターンとする（Ｓ２０２）。ここで、図１０Ｃに測定された検出電圧パターンの例を示す。

次に、放電位置判定部３１５は、放電が起きたときの移動ステージ３２０のＸ、Ｙ座標を移動ステージ制御部４３０から取得し、記憶部３１６に記憶されている図１０Ｂの表から最も近いＸ、Ｙ座標に該当する移動ステージ３２０上で放電が起きたときの検出電圧パターンを読み出す（Ｓ２０３）。

測定された検出電圧パターン（図１０Ｃ参照）と、位置１、位置２、位置３における検出電圧パターン（図１０Ａ）および、Ｓ２０３で読み出した移動ステージ３２０上で放電が起きたときの検出電圧パターン（図１０Ｂ参照）とを比較する（Ｓ２０４）。

Ｓ２０４での比較の結果、測定された検出電圧パターン（図１０Ｃ参照）に最も近い検出電圧パターンに該当する位置で放電が起きたと判定する（Ｓ２０５）。

以上まとめると、まず予め複数の放電位置（図１０Ａの位置１、位置２、位置３）ごとに、荷電粒子ビーム装置４０１内で放電が起きたときの各アンテナ３０２〜３０６の振幅に対応する第１の放電電圧パターン（図１０Ａ参照）を作成して記憶部３１６に記憶しておく。

さらに、予め移動ステージ制御部４３０を用いて、移動ステージ３２０の複数の位置座標ごとに、移動ステージ３２０上で放電が起きたときの各アンテナ３０２〜３０６の振幅に対応する第２の放電電圧パターン（図１０Ｂ参照）を作成して記憶部３１６に記憶しておく。

放電位置判定部３１５は、振幅検出部群３１０の第１〜５の振幅検出部で実際に検出された第１〜５の振幅から成る放電時の実測放電電圧パターン（図１０Ｃ参照）と、記憶部３１６に予め記憶された複数の第１の放電電圧パターン（図１０Ａ参照）および放電時の移動ステージ座標に対応した第２の放電電圧パターン（図１０Ｂ参照）とを放電位置（図１０Ａの位置１、位置２、位置３の放電電圧パターン、および、図１０Ｂの放電時の移動ステージ座標に対応する放電電圧パターン）ごとに比較し、実際に放電が発生した放電発生位置を判定する。

この際、放電位置判定部３１５は、実測放電電圧パターン（図１０Ｃ参照）と第１の放電電圧パターン（図１０Ａ参照）および放電時の移動ステージ座標に対応した第２の放電電圧パターン（図１０Ｂ参照）とを放電位置（図１０Ａの位置１、位置２、位置３の放電電圧パターン、および、図１０Ｂの放電時の移動ステージ座標に対応する放電電圧パターン）ごとに比較し、最も電圧パターンが近似している放電位置を放電発生位置として判定する。

上述のように、Ｓ２０１Ｙｅｓにて放電が起きたと判定した後、Ｓ２０２として測定された検出電圧パターンを計算し図１０Ｃに示す値を得る。そして、Ｓ２０３にて放電が起きたときの移動ステージ３２０の座標を取得する。例えば、Ｘ座標は５、Ｙ座標は０であった場合、図１０Ｂに示すように、移動ステージ３２０上で放電が起きたときの検出電圧パターンは、Ｖ_{ＮＳ１（５，０）}＝１．３３，Ｖ_{ＮＳ２（５，０）}＝０．６７，Ｖ_{ＮＳ３（５，０）}＝１．６７，Ｖ_{ＮＳ４（５，０）}＝０．６７，Ｖ_{ＮＳ５（５，０）}＝０．６７として取得する。

その後、Ｓ２０４でＳ２０２において計算した測定された検出電圧パターンと図１０Ａに該当する各位置の検出電圧パターン及びＳ２０３で読み出した移動ステージ３２０の位置座標に対応する検出電圧パターンとを比較する。

実施例３と同様に、アンテナごとに正規化検出電圧の差をとり、その絶対値の和を総残差値として比較の指標にする。測定された検出電圧パターンと位置１，２，３のパターンとの総残差値をそれぞれＥ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，ステージ上の検出電圧パターンとの総残差値Ｅ_Ｓとする。そして、実施例３と同様に計算すると、Ｅ_１＝２．８２，Ｅ_２＝０．９６，Ｅ_３＝３．０２，Ｅ_Ｓ＝０．４６と求まり、値を比較するとＥ_Ｓが最も小さいことから移動ステージ３２０上で放電が起きたと判断する（Ｓ２０５）。

実施例４によれば、移動ステージ３２０の座標の情報を加えることで、荷電粒子ビーム装置４０１内で移動する移動ステージ３２０上の放電においても位置を検出できる。

なお、実施例４では移動ステージ３２０を例として説明したが、例えば、試料を運ぶアームなど他の荷電粒子ビーム装置４０１内を動く構造物において同様の処理を行っても良い。

１０１…荷電粒子ビーム装置
１０２…高域共振アンテナ
１０３…中域共振アンテナ
１０４…低域共振アンテナ
１０５…信号混合部
１０６…増幅部
１０７…高域通過フィルタ
１０８…中域通過フィルタ
１０９…低域通過フィルタ
１１０、１１１、１１２…振幅検出部
１１３…振幅比較部
１１４…検出回路
１２０…移動ステージ
３１５…放電位置判定部
３１６…記憶部
４３０…移動ステージ制御部

Claims

荷電粒子ビーム装置と、前記荷電粒子ビーム装置に接続された検出回路とを備えた荷電粒子ビームシステムであって、
前記荷電粒子ビーム装置は、
第１の共振周波数を有する第１のアンテナと、
前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２のアンテナと、有し、
前記検出回路は、
前記第１アンテナ及び前記第２のアンテナが受信したアンテナ信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅した信号から前記第１アンテナの前記第１の共振周波数の信号を通過させる第１のフィルタと、
前記増幅部で増幅した信号から前記第２アンテナの前記第２の共振周波数の信号を通過させる第２のフィルタと、
前記第１のフィルタを通過した後の信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出部と、
前記第２フィルタを通過した後の信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出部と、
前記第１の振幅検出部で検出された前記第１の振幅と前記第２の振幅検出部で検出された前記第２の振幅とを比較する振幅比較部と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
前記荷電粒子ビーム装置は、
前記第１アンテナ及び前記第２のアンテナが受信した前記アンテナ信号を混合する信号混合部を更に有し、
前記信号混合部は、ケーブルを介して前記検出回路に接続され、
前記増幅部は、
前記信号混合部で混合された前記アンテナ信号を、前記ケーブルを介して受信することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
前記第１アンテナ又は前記第２のアンテナとして、前記荷電粒子ビーム装置を構成する構造物を用いることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビームシステム。
前記荷電粒子ビーム装置を構成する構造物として、照射対象物を載せて装置内を移動する移動ステージを用いることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビームシステム。
前記第１アンテナは、第１の放電電流経路に対応した前記第１の共振周波数を有し、
前記第２アンテナは、前記第１の放電電流経路とは異なる第２の放電電流経路に対応した前記第２の共振周波数を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電子ビームシステム。
前記荷電粒子ビーム装置は、アース接続部を更に有し、
前記第１の放電電流経路の長さは、前記第２の放電電流経路の長さと異なり、
第１の放電箇所で放電が起きた場合、放電電流は前記第１の放電箇所から前記アース接続部に向かって前記第１の放電電流経路を通って流れ、
前記第１の放電箇所と異なる第２の放電箇所で放電が起きた場合、前記放電電流は前記第２の放電箇所から前記アース接続部に向かって前記第２の放電電流経路を通って流れることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子ビームシステム。
荷電粒子ビーム装置と、前記荷電粒子ビーム装置に接続された検出回路とを備えた荷電粒子ビームシステムであって、
前記荷電粒子ビーム装置は、
第１の共振周波数を有する第１のアンテナと、
前記第１の共振周波数とは異なる第２の共振周波数を有する第２のアンテナと、有し、
前記検出回路は、
前記第１アンテナ及び前記第２のアンテナが受信したアンテナ信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部で増幅した信号から前記第１アンテナの前記第１の共振周波数の信号を通過させる第１のフィルタと、
前記増幅部で増幅した信号から前記第２アンテナの前記第２の共振周波数の信号を通過させる第２のフィルタと、
前記第１のフィルタを通過した後の信号の第１の振幅を検出する第１の振幅検出部と、
前記第２フィルタを通過した後の信号の第２の振幅を検出する第２の振幅検出部と、
予め複数の放電位置ごとに、前記荷電粒子ビーム装置内で放電が起きたときの前記第１アンテナの前記第１の振幅及び前記第２アンテナの前記第２の振幅に対応する第１の放電電圧パターンを作成して記憶する記憶部と、
前記第１の振幅検出部で実際に検出された前記第１の振幅と前記第２の振幅検出部で実際に検出された前記第２の振幅とから成る放電時の実測放電電圧パターンと、前記記憶部に予め記憶された複数の前記第１の放電電圧パターンとを前記放電位置ごとに比較し、実際に放電が発生した放電発生位置を判定する放電位置判定部と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
前記放電位置判定部は、
前記実測放電電圧パターンと前記第１の放電電圧パターンとを前記放電位置ごと比較し、最も電圧パターンが近似している放電位置を前記放電発生位置として判定することを特徴とする請求項７に記載の荷電子ビームシステム。
移動構造物の位置座標を制御する移動構造物制御部を更に有し、
前記記憶部は、
予め前記移動構造物制御部を用いて、前記移動構造物の複数の位置座標ごとに、前記移動構造物上で放電が起きたときの前記第１アンテナの前記第１の振幅及び前記第２のアンテナの前記第２の振幅に対応する第２の放電電圧パターンを作成して記憶しておき、
前記放電位置判定部は、
前記記憶部に予め記憶された複数の前記第２の放電電圧パターンから前記移動構造物の位置座標に対応するパターンを選び出し、前記パターンおよび前記第１の放電電圧パターンと、前記実測放電電圧パターンとをあわせて比較し、前記放電発生位置を判定することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビームシステム。
前記移動構造物は、照射対象物を載せて前記荷電子ビーム装置内を移動する移動ステージであり、
前記移動構造物制御部は、
前記移動ステージの移動を制御し、前記位置座標を前記放電位置判定部に出力する移動ステージ制御部により構成されることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子ビームシステム。
前記第１アンテナと前記第２のアンテナの少なくとも一つは、前記荷電子ビーム装置の外部に設置されていることを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビームシステム。