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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die zur Fehlerprüfung eines Wafers verwendet wird, und insbesondere auf eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Funktion zum Einstellen einer Bestrahlungsbedingung von Ladungsträgerstrahlen aufweist, und ein Verfahren zum Einstellen des Ladungsträgerstrahlvorrichtung.
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Hintergrundgebiet
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Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung wie etwa ein Elektronenmikro- . skop wird als eine Vorrichtung zum Detektieren eines Fehlers in einem Halbleiter-Wafer verwendet. Die Patentliteratur 1 offenbart ein Spiegelelektronenmikroskop, das das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers bestimmt, indem ein Spiegelelektron detektiert wird, das erzeugt wird, wenn ein Elektronenstrahl senkrecht zu einer Probenoberfläche emittiert wird. Ferner veranschaulicht die Patentliteratur 1 ein Elektronenmikroskop, bei dem eine Beziehung zwischen einer Parallelität eines Elektronenstrahls, der auf eine Probe emittiert wird, und einer Bedingung einer Kondensorlinse tabelliert ist und die Linsenbedingung auf der Grundlage einer Auswahl der Parallelität eingestellt wird.
Patentliteratur 2 zeigt eine elektronenoptische Anordnung mit einem primären Strahlengang für einen Strahl von Primärelektronen und einem sekundären Strahlengang für Sekundärelektronen. Die elektronenoptische Anordnung enthält eine Magnetanordnung mit einem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldbereich. Der erste Magnetfeldbereich wird von dem primären Strahlengang und dem sekundären Strahlengang durchquert. Der zweite Magnetfeldbereich ist im primären Strahlengang stromaufwärts des ersten Magnetfeldbereichs angeordnet und wird nicht vom sekundären Strahlengang durchquert. Der erste und der zweite Magnetfeldbereich lenken den primären Strahlengang in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen ab. Der dritte Magnetfeldbereich ist im sekundären Strahlengang stromabwärts des ersten Magnetfeldbereichs angeordnet und wird nicht vom ersten Strahlengang durchquert. Der erste und der dritte Magnetfeldbereich lenken den sekundären Strahlengang im Wesentlichen in die gleiche Richtung ab.
Patentliteratur 3 zeigt eine Vorrichtung zu Fehlerprüfung, die einen Halbleiter-wafer mit Elektronen bestrahlt und die in der Nähe des Wafers reflektierten Elektronen erfasst. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Defekts und seine Position werden gemessen, indem ein Bild nur von einer Komponente erzeugt wird, die sich mit einer Periodizität ändert, die größer ist als die Größe eines Schaltungsmusters oder dessen Wiederholungsperiodizität, indem Linsen verwendet werden und ein Bildsignal mit einem voreingestellten Wert verglichen wird.
Nichtpatentliteratur 1 zeigt ein Spiegelelektronenmikroskop für die zerstörungsfreie Direktprüfung von Siliziumkarbid (SiC)-Wafern. Gewindeschraubenversetzungen (TSD), Gewindekantenversetzungen (TED) und Versetzungen in der Basalebene (BPD) in 4H-SiC werden damit in Spiegelelektronenmikroskop-Bildern als dunkler Punkt mit verschiedenen Arten von Ausläufern identifiziert.
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Literatur des Stands der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanisches Patent JP 4 253 576 B2 (entspricht dem US-Patent US 7 288 948 B2 )
- Patentliteratur 2: US 2006 / 0 289 804 A1
- Patentliteratur 3: US 2005 / 0 139 772 A1
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Nichtpatentliteratur 1: T. Isshiki et al., Non destructive inspection of dislocations in SiC wafer by mirror projection electron microscopy, Materials Science Forum. Vol. 778, Trans Tech Publications Ltd, 2014
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In einem lokalen Aufladungszustand eines Kristallfehlers durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, wie in der Patentliteratur 1 offenbart, kann ein aufgeladener Fehler realistisch dargestellt werden, indem eine Beobachtung unter Verwendung eines Spiegelelektronenmikroskops durchgeführt wird, wie in der Patentliteratur 1 offenbart ist. Jedoch gibt es diverse Arten von Fehlern, und ein Aufladungsbetrag ist außerdem unterschiedlich. Um einen Fehler unter Verwendung eines Spiegelelektronenmikroskops aufgrund eines Aufladungsbetrags zu unterscheiden, ist es notwendig, einen Kontrast eines Spiegelelektronenbildes in Übereinstimmung mit einer Größe des Aufladungsbetrags zu reflektieren. Gemäß einem Bildentstehungsprinzip des Spiegelelektronenmikroskops muss das elektronenoptische System derart eingestellt sein, dass der Bestrahlungselektronenstrahl über der gesamten Bestrahlungsfläche eine Bahnkurve aufweist, die zu einer Oberflächennormale des Wafers parallel ist, damit derselbe Aufladungsbetrag auf einem Bild über dem gesamten Blickfeld als derselbe Kontrast reflektiert wird. Selbst dann, wenn es Fehler mit demselben Aufladungsbetrag gibt, ist die Bahnkurve der Reflexion unterschiedlich, wenn die Richtungen der Bestrahlungselektronenstrahlen nicht dieselben sind, und somit erscheinen unterschiedliche Kontraste im Spiegelelektronenbild.
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Indes ist, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, für eine Energieversorgung, die die Linse steuert, eine hohe Reproduzierbarkeit erforderlich, obwohl ein Strahl mit einem hohen Parallelitätsgrad bis zu einem gewissen Ausmaß gebildet werden kann, indem die Vorrichtungsbedingung, bei der der Strahl parallel ist, vorab tabelliert wird. Da eine außerordentlich hohe Parallelität erforderlich ist, um als Antwort auf geringfügige Änderungen des Aufladungsbetrags eine Fehleridentifikation durchzuführen, ist es wünschenswert zu bestätigen, ob der Strahl mit hoher Genauigkeit parallel emittiert wird, jedoch diskutiert die Patentiiteratur 1 kein Verfahren zum Bewerten der Parallelität. Obwohl, wie oben beschrieben ist, die Einstellung der Bahnkurve eines Bestrahlungselektronenstrahls bei einer Prüfvorrichtung des Spiegelelektronenmikroskop-Systems wichtig ist, gibt es kein Mittel zum Messen, ob die Bahnkurve zu einer Normalenrichtung der Wafer-Oberfläche parallel ist, was von der Erfahrung einer einstellenden Person abhängig sein wird, und es ist schwierig, eine hohe Reproduzierbarkeit aufrechtzuerhalten. Daher wird im Folgenden auf der Grundlage der Erkenntnis, dass es wichtig ist, eine Einstellung der Bahnkurve oder dergleichen des Bestrahlungselektronenstrahls auf quantitative Weise durchzuführen und die Fehleridentifikations-Empfindlichkeitsleistung stabil aufrechtzuerhalten, eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung für die Aufgabe des Durchführens einer Einstellung der Vorrichtung auf der Grundlage einer korrekten Bewertung eines Strahls vorgeschlagen.
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Lösung für das Problem
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung für die Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung vorgeschlagen, die Folgendes enthält: ein optisches Bestrahlungssystem, das eine Linse, die konfiguriert ist zu bewirken, dass Ladungsträgerstrahlen, die von einer Ladungsträgerquelle emittiert werden, konvergieren, ein optisches Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, Ladungsträger, die durch Bestrahlen einer Probe mit den Ladungsträgerstrahlen erhalten werden, auf ein Bildgebungselement abzubilden, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, die Linse zu steuern, und wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, für jede Linsenbedingung eine Größe einer Fläche mit einer bestimmten Helligkeit zu bewerten, die erhalten wird, indem bewirkt wird, dass die Ladungsträgerstrahlen die Probe erreichen, und eine Linsenbedingung auszuwählen, unter welcher die Größeninformationen eine ausgewiesene Bedingung erfüllen.
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Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung für die Lösung der oben gennannten Aufgabe eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung vorgeschlagen, die Folgendes enthält: ein optisches Bestrahlungssystem; das ein optisches Element enthält, das konfiguriert ist, Ladungsträgerstrahlen, die von einer Ladungsträgerquelle emittiert werden, einzustellen, ein optisches Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, Ladungsträger, die durch Bestrahlen einer Probe mit den Ladungsträgerstrahlen erhalten werden, auf ein Bildgebungselement abzubilden, ein Bildverarbeitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, auf der Grundlage der Ladungsträger, die durch das Bildgebungselement detektiert werden, ein Bild zu erzeugen, und eine Energieversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung, die konfiguriert ist, eine negative Spannung an die Probe anzulegen, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, die Energieversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung zu steuern. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, die Energieversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung derart zu steuern, dass die Bestrahlungsladungsträgerstrahlen von dem optischen Bestrahlungssystem zwischen einem Zustand des Reflektiert-Werdens, ohne die Probe zu erreichen, und einem Zustand des Erreichens der Probe umgeschaltet werden, und die Steuervorrichtung ist konfiguriert, auf der Grundlage einer Detektion der Ladungsträger, die das Bildgebungselement erreichen, in einem Zustand, in dem die Ladungsträgerstrahlen in den Zustand des Erreichens der Probe geschaltet sind, eine Größe und/oder eine Position einer Fläche mit einer bestimmten Helligkeit zu erhalten und das optische Element derart einzustellen, dass die Größe und/oder die Position der Fläche mit einer bestimmten Helligkeit eine ausgewiesene Bedingung sind.
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Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung für die Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Einstellen einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung vorgeschlagen, die Folgendes enthält: ein optisches Bestrahlungssystem, das ein optisches Element enthält, das konfiguriert ist, Ladungsträgerstrahlen, die von einer Ladungsträgerquelle emittiert werden, einzustellen, und ein optisches Bildgebungssystem, das konfiguriert ist, Ladungsträger, die durch Bestrahlen einer Probe mit den Ladungsträgerstrahlen erhalten werden, auf ein Bildgebungselement abzubilden. Das Verfahren zum Einstellen der Ladungsträgerstrahlvorrichtung enthält Folgendes: Anlegen einer negativen Spannung an die Probe, derart, dass die Ladungsträgerstrahlen in einen Zustand des Erreichens der Probe versetzt werden, Detektieren von Ladungsträgern, die in dem Zustand des Anlegens der negativen Spannung durch das Bildgebungselement erhalten werden, Erzeugen eines Bildes, das eine Fläche mit einer bestimmten Helligkeit enthält, die eine Fläche des Erreichens der Ladungsträgerstrahlen zeigt, auf der Grundlage der Detektion der Ladungsträger und Einstellen des optischen Elements, derart, dass eine Größe und eine Position der Fläche mit einer bestimmten Helligkeit, die in dem Bild enthalten ist, eine ausgewiesene Bedingung erfüllen.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Gemäß der obigen Konfiguration kann eine Bahnkurve des Ladungsträgerstrahls, die nicht visuell beobachtet werden kann, korrekt bewertet werden, und die Vorrichtungsbedingung kann korrekt eingestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm, das einen Entwurf einer Spiegelelektronenmikroskop-Prüfvorrichtung veranschaulicht.
- 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, bei dem sich eine Bahnkurve eines Strahls abhängig von einer optischen Bedingung eines Elektronenmikroskops ändert.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, bei dem sich eine Bahnkurve eines Strahls abhängig von einer optischen Bedingung eines Elektronenmikroskops ändert.
- 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel veranschaulicht, bei dem sich eine Größe einer Fläche mit einer bestimmten Helligkeit abhängig von einer optischen Bedingung eines Elektronenmikroskops ändert.
- 5 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Größe einer Fläche mit einer bestimmten Helligkeit und einer optischen Bedingung zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem ein projizierter Strahl und eine ideale optische Achse der Vorrichtung nicht aufeinander ausgerichtet sind.
- 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Probenhalter zeigt, auf dem eine Normprobe zur Bewertung optischer Bedingungen angebracht ist.
- 8 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Einstellens einer Linsenbedingung auf der Grundlage einer Bildbewertung zeigt.
- 9 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem erhaltene Bildinformationen durch Ändern einer Spannung, die an die Probe angelegt wird, und der Linsenbedingung geändert werden.
- 10 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Einstellens einer Linsenbedingung auf der Grundlage einer Bildbewertung zeigt.
- 11 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Einstellens einer Vorrichtungsbedingung auf der Grundlage einer Bildbewertung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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In einem Herstellungsschritt für eine Halbleitereinrichtung wird auf einem Halbleiter-Wafer, der zu einer Spiegeloberfläche poliert ist, eine Feinschaltung gebildet. Wenn ein Teilchen, ein Kratzer oder ein Kristallfehler oder ein verschlechterter Bereich eines Kristalls auf einem derartigen Wafer vorhanden ist, tritt bei dem Prozess des Bildens einer Schaltungsstruktur ein Fehler oder eine Materialverschlechterung auf, und die hergestellte Einrichtung funktioniert möglicherweise nicht normal, die Zuverlässigkeit des Betriebs kann sich verschlechtern, oder das Produkt kann nicht fertiggestellt werden.
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Im Fall einer Leistungseinrichtung unter Verwendung von SiC ist SiC bei diversen Eigenschaften wie etwa einer höheren Isolationsdurchbruchspannung als Si als Leistungseinrichtungsmaterial hervorragend. Da das Material hinsichtlich der chemischen Stabilität hervorragend und hart ist, ist es jedoch schwierig, eine Wafer-Oberfläche ohne Störung der Kristalle zu bearbeiten und zu polieren, und es ist schwierig, die Schicht mit verschlechterten Kristallen, die durch die Verarbeitung erzeugt wird, vollständig zu entfernen. Außerdem verbleiben Kristallfehler wie etwa Dislokation, die während des Kristallwachstums erzeugt werden, und um die Zuverlässigkeit der SiC-Leistungseinrichtung sicherzustellen, ist es notwendig, diese Fehler, die im Wafer vorhanden waren, zu managen.
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Eine Technik zur Fehlerprüfung eines Wafers ist eine Elektronenstrahlvorrichtung, die ein Bild bewertet, das gebildet wird, indem Elektronen detektiert werden, die durch Bestrahlen einer Probe mit Ladungsträgerstrahlen erhalten werden. In den unten beschriebenen Ausführungsformen wird hauptsächlich eine Fehlerprüfvorrichtung beschrieben, die einen Fehler auf der Grundlage eines Bildsignals detektiert, das auf der Grundlage einer Elektronenstrahlbestrahlung erhalten wird. Zum Beispiel wird eine Prüfvorrichtung eines Systems beschrieben, auf das ein Spiegelelektrönenmikroskop angewendet wird, wobei eine negative Spannung, die im Wesentlichen gleich einer Beschleunigungsspannung der zu emittierenden Elektronenstrahlen ist, an einen Wafer angelegt wird, die Elektronenstrahlen, die auf das gesamte Prüfblickfeld auf einer Wafer-Oberfläche bestrahlt werden, in einer Umgebung der Wafer-Oberfläche umgekehrt werden und die umgekehrten Elektronen mit einer Elektronenlinse abgebildet werden, um ein Elektronenbild zur Prüfung zu erhalten.
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Das Spiegelelektronenmikroskop wird zur Detektion eines Fehlers in einem Halbleiterkristall verwendet. Da das Spiegelelektronenbild, das in dem Zustand des Bestrahlt-Werdens mit ultraviolettem Licht erhalten wird, zur Detektion von Stapelfehlern einer epitaxialen SiC-Schicht geeignet ist, ist es wünschenswert, eine Quelle für ultraviolettes Licht vorzusehen, die die Probe in dem Spiegelelektronenmikroskop mit ultraviolettem Licht bestrahlt. Ein Stapelfehlerabschnitt der epitaxialen SiC-Schicht erfasst Ladungen, die im Inneren der Probe durch die ultraviolette Bestrahlung erzeugt werden, und ist lokal aufgeladen, derart, dass eine Äquipotentialfläche der Oberfläche gestört wird. Da in einem Spiegelelektronenbild selbst bei einer geringfügigen Störung der Äquipotentialfläche eine Abschattung erzeugt wird, kann der Stapelfehler mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden, indem das Spiegelelektronenmikroskop verwendet wird.
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In den unten zu beschreibenden Ausführungsformen wird eine Fehlerprüfvorrichtung vorgeschlagen, die eine Normprobe verwendet, die eine ebene Oberfläche aufweist, die aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, die Verteilung einer Bildsignalintensität in einem Blickfeld des Spiegelelektronenbildes auf der Normprobenoberfläche misst, während ein Potential, das an die Normprobe angelegt wird, von einem negativen Potentialwert, bei dem alle Bestrahlungselektronen abgestoßen werden, in eine positive Richtung geändert wird, und das elektronenoptische Bestrahlungssystem auf der Grundlage der Änderung der Verteilung der Bildsignalintensität in Bezug auf das angelegte Potential einstellt.
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Gemäß der obigen Konfiguration wird die Bahnkurveneinstellung des Bestrahlungselektronenstrahls auf quantitative und reproduzierbare Weise bestimmt, und eine stabile Produktion der Fehlerprüfvorrichtung, die die Fehleridentifikations-Empfindlichkeitsleistung aufrechterhalten kann, ist möglich.
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Erste Ausführungsform
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Eine Prüfvorrichtung unter Verwendung eines Spiegelelektronenmikroskops wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Jedoch sind eine Evakuierungspumpe und eine Steuervorrichtung davon, ein Entlüftungssystemrohr,ein Übertragungssystem für einen zu prüfenden Wafer oder dergleichen in 1 weggelassen. Ferner ist eine Bahnkurve des Elektronenstrahls zu Veranschaulichungszwecken relativ zu einer tatsächlichen Bahnkurve überhöht.
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Zuerst wird ein Abschnitt in Bezug auf die Elektronenstrahlbestrahlung veranschaulicht. Die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a, die von einer Elektronenkanone 101 emittiert werden, werden durch ein Trennelement 103 abgelenkt, während durch eine Kondensorlinse 102 bewirkt wird, dass sie konvergieren, und werden als Elektronenstrahlen emittiert, die im Wesentlichen zu einem zu prüfenden Wafer 104 parallel sind. Eine Zr/O/W-Schottky-Elektronenquelle, die mit einem kleinen Durchmesser der Lichtquelle einen großen Stromwert erhalten kann, wird in der Elektronenkanone 101 verwendet. Eine Elektronenquelle wie etwa eine LaB6-Elektronenquelle, die einen höheren Stromwert erhalten kann, oder eine Kaltkathoden-Elektronenquelle mit einer höheren Helligkeit können ebenso verwendet werden.
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Ferner kann die Elektronenkanone 101 eine Magnetfeldimmersions-Elektronenkanone sein, bei der eine magnetische Linse in der Umgebung der Elektronenquelle angeordnet ist. Eine Spannung und ein Strom, die zum Betrieb der Elektronenkanone notwendig sind, wie etwa eine Extraktionsspannung der Elektronenkanone 101, eine Beschleunigungsspannung des extrahierten Elektronenstrahls und ein Heizstrom eines Glühfadens der Elektronenquelle werden durch eine Elektronenkanonen-Steuervorrichtung 105 zugeführt und gesteuert. Wenn die Schottky-Elektronenquelle oder die Kaltkathoden-Elektronenquelle als die Elektronenquelle verwendet werden, ist ein Abschirmventil zum Aufrechterhalten des Vakuums während Wartung oder dergleichen vorgesehen, da im Inneren der Elektronenkanone 101 ein ultrahohes Vakuum wie etwa 10-6 Pa oder kleiner aufrechterhalten werden muss.
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Obwohl sie in der Zeichnung als eine Linse abgebildet ist, kann die Kondensorlinse 102 ein elektronenoptisches System sein, in dem mehrere Linsen und mehrpolige Elemente kombiniert sind. Eine Objektivlinse 106 ist eine elektrostatische Linse oder eine magnetische Linse, die aus mehreren Elektroden gebildet ist, oder eine Kombination davon.
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Das Trennelement 103 ist eingebaut, um einen Bestrahlungselektronenstrahl in Richtung eines zu prüfenden Wafers 104 und einen Spiegelelektronenstrahl, der von dem zu prüfenden Wafer 104 zurückgeführt wird, zu trennen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Trennelement unter Verwendung einer ExB-Ablenkeinrichtung verwendet. Die ExB-Ablenkeinrichtung kann derart eingestellt sein, dass der von oben kommende Elektronenstrahl abgelenkt wird und bewirkt wird, dass der von unten kommende Elektronenstrahl gerade verläuft. In diesem Fall ist eine optische Elektronensäule, die den Bestrahlungselektronenstrahl zuführt, geneigt, wie in der Zeichnung gezeigt ist, und eine optische Elektronensäule, die reflektierte Elektronen abbildet, steht aufrecht.
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Wenn es notwendig ist, eine Aberration zu korrigieren, die erzeugt wird, wenn die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a durch das Trennelement abgelenkt werden, kann zusätzlich ein Aberrationskorrekturelement angeordnet sein. Wenn das Trennelement 103 eine magnetische Ablenkeinrichtung ist, ist ferner eine Hilfsspule vorgesehen und korrigiert. Zusätzlich zu diesen optischen Elementen kann eine Ausrichtungsablenkeinrichtung oder dergleichen angebracht sein, die die Strahlen ablenkt, um zu bewirken, dass die Strahlen entlang einer idealen optischen Achse einer Linse dort hindurch verlaufen.
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Eine Fläche auf dem zu prüfenden Wafer 104, die durch die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a bestrahlt wird, weist eine Fläche von z. B. 10000 µm2 oder dergleichen auf. Die Objektivlinse 106 enthält eine Anode zum Hochziehen der Spiegelelektronen über der Oberfläche des zu prüfenden Wafers 104.
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Ein Wafer-Halter 109 ist über ein Isolierelement auf einer bewegten Bühne 108 eingebaut, die durch eine Steuervorrichtung 107 für die bewegte Bühne gesteuert wird, und der zu prüfende Wafer 104 ist darauf angeordnet. Ein Ansteuerverfahren der bewegten Bühne 108 besteht aus zwei orthogonalen, geradlinigen Bewegungen, einer Drehbewegung um eine Mitte des zu prüfenden Wafers 104 und einer geradlinigen Bewegung in einer radialen Richtung des Wafers öder einer Kombination davon. Außerdem können eine geradlinige Bewegung in einer Richtung nach oben/nach unten oder eine neigende Bewegung hinzugefügt werden. Die bewegte Bühne. 108 positioniert die gesamte oder einen Teil der Oberfläche des zu prüfenden Wafers 104 durch diese Bewegungen an einer Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls, das heißt, auf einer optischen Achse der Objektivlinse 106.
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Um auf der Oberfläche des zu prüfenden Wafers 104 ein negatives Potential zu bilden, legt eine Hochspannungsenergieversorgung 110 (Energieversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung) eine negative Spannung, die im Wesentlichen gleich der Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls ist, an den Wafer-Halter 109 an. Die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a werden vor dem zu prüfenden Wafer 104 durch ein elektrisches Verlangsamungsfeld, das durch die negative Spannung gebildet wird, die an den Wafer-Halter 109 (das Probenträgerelement) angelegt wird, verlangsamt. Die negative Spannung, die an den Wafer-Halter 109 angelegt wird, wird derart fein eingestellt, dass eine Bahnkurve der Elektronen in eine entgegengesetzte Richtung umgekehrt wird, bevor diese mit dem zu prüfenden Wafer 104 kollidieren. Die Elektronen, die durch den Wafer reflektiert werden, sind die Spiegelelektronen 100c.
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Durch die Objektivlinse 106 oder andere Bildgebungslinsen wird bewirkt, dass die Spiegelelektronen 100c konvergieren und zu Bildsignalen konvergieren, indem sie auf Bildgebungselemente projiziert werden. Da das Trennelement 103 in der vorliegenden Ausführungsform eine ExB-Ablenkeinrichtung ist, kann es derart gesteuert werden, dass es keine ablenkende Wirkung auf die Elektronenstrahlen aufweist, die sich von unten bewegen, und die Spiegelelektronen 100c sich in einer Richtung einer aufrechten Bildgebungssystemsäule gerade bewegen und ein erstes Bild durch eine Zwischenelektronenlinse111 und eine Projektionselektronenlinse 112 folgerichtig abgebildet wird.
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Die Zwischenlinse 111 und die Projektionslinse 112 sind elektrostatische oder magnetische Linsen. Ein endgültiges Elektronenbild wird durch eine Bilddetektionseinheit 113 vergrößert und projiziert. Obwohl sie in 1 als eine Elektronenlinse abgebildet ist, kann die elektronische Projektionslinse 112 ebenso durch mehrere Elektronenlinsen und mehrpolige Elemente zur Vergrößerung mit hohem Vergrößerungsfaktor und zur Korrektur einer Bildverzerrung gebildet sein. Obwohl sie in der Zeichnung nicht gezeigt sind, können eine Ablenkeinrichtung und eine Astigmatismuskorrektureinrichtung zum genaueren Einstellen der Elektronenstrahlen nach Bedarf vorgesehen sein.
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Ein ultraviolettes Licht von einer Quelle 113 für ultraviolettes Licht wird durch ein Spektroskop 114 gestreut und wird durch ein ultraviolett-optisches Element 115 auf den zu prüfenden Wafer 104 projiziert. Da der zu prüfende Wafer 104 in Vakuum gehalten wird, sind eine Atmosphärenseite und eine Vakuumseite durch ein Fenster definiert, das aus einem Material (z. B. Quarz) hergestellt ist, das ultraviolettes Licht überträgt, und das ultraviolette Licht, das von dem ultraviolett-optischen Element 115 emittiert wird, verläuft durch das Fenster. Alternativ kann die Quelle 113 für ultraviolettes Licht in Vakuum eingebaut sein. In diesem Fall ist es ebenfalls möglich, anstelle der Wellenlängenauswahl durch das Spektroskop 114 ein Festkörperelement zu verwenden, das ultraviolettes Licht emittiert, das eine bestimmte Emissionswellenlänge aufweist. Das ultraviolette Licht wird durch eine Lichtleiterfaser oder dergleichen zwischen der Quelle 113 für ultraviolettes Licht, dem Spektroskop 114 und dem ultraviolett-optischen Element 115 übertragen. Alternativ können die Quelle 113 für ultraviolettes Licht und das Spektroskop 114 integriert sein. Außerdem kann das Spektroskop 114 nicht verwendet werden, wenn die Quelle 113 für ultraviolettes Licht mit einem Filter versehen werden kann, der lediglich Wellenlängen in einem bestimmten Bereich überträgt.
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Die Bilddetektionseinheit 116 (das Bildgeburigselement) setzt ein Bild der Spiegelelektronen 100c in ein elektrisches Signal um und sendet das Signal an eine Fehlerbestimmungseinheit 117. Die Bilddetektionseinheit 116 kann als ein Beispiel durch eine fluoreszierende Platte, die die Elektronenstrahlen in sichtbares Licht umsetzt, und eine Kamera, die ein Elektrönenbild der fluoreszierenden Platte abbildet, gebildet sein und als ein weiteres Beispiel durch einen zweidimensionalen Detektor wie etwa ein CCD-Element, der Elektronen detektiert, gebildet sein, oder dergleichen. Ein Mechanismus zum Vervielfachen der Intensität des Elektronenbildes oder der Intensität der Fluoreszenz kann vorgesehen sein. Die Fehlerbestimmungseinheit 117 fungiert als eine Bildverarbeitungsvorrichtung und führt eine Bildverarbeitung durch, wie unten zu beschreiben ist.
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Die Spiegelelektronenbilder an jedem Ort auf der Oberfläche des Wafers 104 werden von der Bilddetektionseinheit 116 ausgegeben, während die bewegte Bühne 108 angetrieben wird. Die bewegte Bühne 108 kann während jeder Bildgebung anhalten oder kann fortfahren, sich zu bewegen, während eine konstante Geschwindigkeit aufrechterhalten wird, ohne anzuhalten. Im letzteren Fall führt die Bilddetektionseinheit 116 eine Zeitverzögerungsintegrations-Bildgebung (TDI-Bildgebung) durch. Obwohl es nicht notwendig ist, die bewegte Bühne 108 aufeinanderfolgend bei jeder Bildgebung anzuhalten und ein Hochgeschwindigkeitsprüfvorgang durchgeführt werden kann, ist es notwendig, eine Bewegungsgeschwindigkeit der bewegten Bühne 108 und eine Signalübertragungsgeschwindigkeit (Leitungsgeschwindigkeit) des Bildgebungselements zu synchronisieren. Es ist nicht notwendig, die bewegte Bühne 108 aufeinanderfolgend bei jeder Bildgebung anzuhalten, und ein Hochgeschwindigkeitsprüfvorgang kann durchgeführt werden, trotzdem ist es notwendig, eine Bewegungsgeschwindigkeit der bewegten Bühne 108 und eine Signalübertragungsgeschwindigkeit (Leitungsgeschwiridigkeit) des Bildgebungselements zu synchronisieren.
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Die Betriebsbedingungen von diversen Komponenten der Vorrichtung einschließlich der Bedingung des oben genannten TDI-Bildgebungsvorgangs werden durch eine Prüfvorrichtungs-Steuereinheit 118 bereitgestellt. Diverse Bedingungen wie etwa eine Beschleunigungsspannung, wenn die Elektronenstrahlen erzeugt werden, eine Elektronenstrahl-Ablenkungsbreite und eine Ablenkungsgeschwindigkeit, eine Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne, eine Bildsignal-Erfassungszeitvorgabe vom Bilddetektionselement, die Bedingungen der ultravioletten Bestrahlung oder dergleichen werden vorab in die Prüfvorrichtungs-Steuereinheit 118 eingegeben, und die Steuervorrichtung 107 für die bewegte Bühne, eine Steuervorrichtung 119 für das elektronenoptische System, die jedes elektronenoptische Element steuert, das Steuersystem der Quelle 113 für ultraviolettes Licht und das Spektroskop 114 oder dergleichen werden auf umfassende Weise gesteuert. Die Prüfvorrichtungs-Steuereinheit 118 kann durch mehrere Computer gebildet sein, die Rollen teilen und durch eine Kommunikationsleitung gekoppelt sind. Ferner ist die mit einem Bildschirm ausgestattete Eingabe- und Ausgabevorrichtung 120 eingebaut, und die Einstellung der Prüfvorrichtung, die Eingabe einer Betriebsbedingung, die Ausführung einer Prüfung oder dergleichen können durch einen Anwender durchgeführt werden. Ferner wird ein Arbeitsprogramm zum Betreiben jeder der Steuereinheiten (Steuervorrichtungen) vorab in einem Speichermedium (nicht gezeigt) gespeichert, und die Steuerung wird in Übereinstimmung mit einem Anweisungsbefehl durchgeführt.
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Damit die oben beschriebene Prüfvorrichtung des Spiegelelektronenmikroskop-Systems Fehler im Wafer korrekt detektieren und klassifizieren kann, muss das elektronenoptische System korrekt eingestellt sein. Eine besonders wichtige Einstellung ist, die Bestrahlung derart durchzuführen, dass die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a eine Bahnkurve aufweisen, die zur Oberflächennormalen des zu prüfenden Wafers 104 parallel ist, was durch Bewirken, dass die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a zu einem Bildbrennpunkt 100b der Objektivlinse 106 konvergieren, durch die Kondensorlinse 102 realisiert wird. Da sich eine Position des Bildbrennpunktes 100b abhängig von der Betriebsbedingung der Objektivlinse 106 ändert und die fluoreszierende Platte oder dergleichen aufgrund dessen, dass jeder Pol des Trennelements 103 oder die Objektivlinse 106 vorhanden ist, nicht eingebaut sein kann, ist es nicht möglich, direkt zu beobachten, ob die Elektronenstrahlen zur Position des Bildbrennpunktes 100b konvergieren.
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Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Ändern einer Ausgangsspannung der Hochspannungsenergieversorgung 110, die ein negatives Potential an den Wafer 104 anlegt, ein Konvergenzzustand der Elektronenstrahlen zum Bildbrennpunkt 100b indirekt beobachtet.
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Der Wafer 104 ist eine Probe, bei der ein Metall wie etwa Platin oder Gold, das keinen Oxidfilm bildet, durch ein Verfahren wie etwa Vakuumverdampfung beschichtet wird. Die Probe besitzt in einem Bereich, der größer als eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsfläche ist, eine Fläche, in der keine Struktur gebildet ist, oder eine Fläche, die keine Struktur aufweist. Die Probe ist z. B. ein Si-Wafer. Der Wafer kann aus jedem Material hergestellt sein, solange der Wafer mit dem Wafer-Halter 109 leitend verbunden ist und eine ebene Oberfläche aufweist. Zum Beispiel kann der Wafer ein Quarzglas-Wafer mit einer Metallbeschichtung auf der Oberfläche sein, die eine Rückfläche und eine Seitenfläche enthält.
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2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, wenn die Elektronenstrahlen von der Kondensorlinse 102 nicht zum Bildbrennpunkt 100b der Objektivlinse 106 konvergieren (2(a)) und wenn die Elektronenstrahlen konvergieren (2(b)). In 2 sind die Elektronenbahnkurven in der Umgebung des Wafers 104 von der Seite betrachtet auf schematische Weise veranschaulicht. Zur Veranschaulichung ist die Neigung von jeder Bahnkurve oder dergleichen überhöht. Wenn die Elektronenstrahlen nicht zum Bildbrennpunkt 100b konvergieren, wie in 2(a) gezeigt ist, sind die Bahnkurven der Bestrahlungselektronenstrahleri 100a nicht zur Oberflächennormalen des Wafers 104 parallel, mit Ausnahme von jenen auf der optischen Achse. Wenn die Elektronenstrahlen indes zum Bildbrennpunkt 100b konvergieren, wie in 2(b) gezeigt ist, sind die Bahnkurven der Bestrahlungselektronenstrahlen 100a im Wesentlichen zur Oberflächennormalen des Wafers 104 parallel. Daher ist in dem Beispiel aus 2(a) eine Komponente von der kinetischen Energie der Bestrahlungselektronenstrahlen in der Normalenrichtung der Oberfläche des Wafers 104 von einer Mitte der Bestrahlungsfläche in Richtung nach außen kleiner und ist in dem Fall von 2(b) im Wesentlichen über der gesamten Bestrahlungsfläche gleich.
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Unter diesen Bedingungen wird das.negative Potential, das an den Wafer 104 angelegt wird, geändert. 3 zeigt auf schematische Weise einen Zustand, in dem ein Potential des Wafers 104 geändert wird. Eine obere Ansicht von 3(a) (über dem weißen Pfeil) ist ein Zustand, in dem ein Oberflächenpotential des Wafers 104 derart eingestellt ist, dass ein Mittenabschnitt der Bestrahlungselektronenstrahlen 100b in der Umgebung der Wafer-Oberfläche auf seiner Bahnkurve umgekehrt wird, wenn die Elektronenstrahlen nicht zum Bildbrennpunkt 100b konvergieren. Eine gepunktete Linie zeigt eine Position einer Äquipotentialfläche eines Reflexionspotentials, das durch das Anlegen der negativen Spannung eingestellt wird. Die Elektronenstrahlen am Mittenabschnitt erreichen die Position des Reflexionspotentials, da sie zur Oberflächennormale des Wafers parallel sind. Da jedoch die Elektronen in einem Umfangsabschnitt eine seitliche Komponente der kinetischen Energie aufweisen, werden ihre Bahnkurven umgekehrt, bevor sie das eingestellte Reflexionspotential erreichen (die umgekehrten Bahnkurven sind nicht gezeigt).
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Eine untere Ansicht von 3(a) (unter dem weißen Pfeil) zeigt einen Fall, in dem das Potential des Wafers weiter zu einer positiven Seite geändert wird, während das Probenpotential negativ gehalten wird, und das Potential, bei dem die Elektronenstrahlen am Mittenabschnitt auf ihren Bahnkurven umgekehrt werden, liegt tiefer als die Wafer-Oberfläche (im Inneren des Wafers). Hier kollidieren die Elektronen im Mittenabschnitt der Elektronenstrahlbestrahlungsfläche mit der Wafer-Oberfläche. Da der Wafer leitfähig ist und mit dem Wafer-Halter 109 leitfähig verbunden (mit Masse verbunden) ist, fließen die kollidierenden Elektronen in Richtung des Wafer-Halters 109 und gehen verloren, und somit werden die Spiegelelektronen beseitigt. Indes werden die Elektronen auf der Außenseite, die eine kleine Komponente in der Normalenrichtung der Wafer-Oberfläche aufweisen, auf ihren Bahnkurven umgekehrt, ohne mit der Oberfläche zu kollidieren.
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Indes ist die obere Ansicht von 3(b) (über dem weißen Pfeil) ein Zustand, in dem ein Oberflächenpotential des Wafers 104 derart eingestellt ist, dass die Bestrahlungselektronenstrahlen 100b in der Umgebung der Wafer-Oberfläche auf ihren Bahnkurven umgekehrt werden, wenn die Elektronenstrahlen zum Bildbrerinpunkt 100b konvergieren. Da in diesem Fall alle Elektronenstrahlen im Wesentlichen zur Normalenrichtung des Wafers parallel sind, sind die Wafer-Normalenkomponenten der kinetischen Energie der Elektronen im Wesentlichen dieselben, und alle Elektronen erreichen die eingestellte Position des Reflexionspotentials, und ihre Bahnkurven werden umgekehrt (die umgekehrten Bahnkurven sind nicht gezeigt).
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Die untere Ansicht (unter dem weißen Pfeil) zeigt einen Fall, in dem das Potential des Wafers weiter zur positiven Seite geändert wird und das Potential, um die Bahnkurve umzukehren, tiefer als die Wafer-Oberfläche (im Inneren des Wafers) liegt. Hier kollidieren die Elektronen über die gesamte Oberfläche der Bestrahlungsfläche mit der Wafer-Oberfläche, jedoch kein Teil der Bestrahlungselektronenstrahlen, wie in 3(a) gezeigt ist.
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Der oben genannte Zustand ist in 4 als eine schematische Ansicht eines Blickfelds des Spiegelelektronenbildes gezeigt. In 4(a), worin die Elektronenstrahlen nicht zum Bildbrennpunkt 100b konvergieren, ist dann, wenn das Potential des Wafers wie oben beschrieben auf positiv geändert wird, ein Abschnitt, der mit der Wafer-Oberfläche kollidiert, in der Helligkeit des gesamten Blickfelds,des Spiegelelektronenbildes dunkel (Änderung von oberhalb zu unterhalb des weißen Pfeils). Indes ist in 4(b), worin die Elektronenstrahlen zum Bildbrennpunkt 100b konvergieren, dann, wenn das Potential des Wafers auf positiv geändert wird, das gesamte Blickfeld des Spiegelelektronenbildes aufgrund einer Kollision mit der Wafer-Oberfläche dunkel (Änderung von oberhalb zu unterhalb des weißen Pfeils).
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Eine Größe der dunklen Fläche, wenn das Wafer-Potential auf positiv geändert wird, ist in 4 durch R bezeichnet. Ein Wert der Größe R kann als eine Größe eines Bereichs bestimmt werden, in dem die Bildintensität kleiner als ein Schwellenwert ist, wenn ein konstanter Schwellenwert für die Bildintensität des Spiegelelektronenbildes eingestellt ist. Zum Beispiel wird die Größe bewertet, indem die Anzahl der Bildpunkte in einer Fläche mit geringer Helligkeit gezählt wird, die kleiner oder gleich einem ausgewiesenen Schwellenwert sind (eine Bildpunktfläche kleiner oder gleich einem ausgewiesenen Gradationswert).
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Größe R der dunklen Fläche als ein Bewertungsindex verwendet, und es wird bestimmt, ob das optische System derart eingestellt ist, dass die Elektronenstrahlen von der Kondensorlinse 102 zum Bildbrennpunkt 100b der Objektivlinse 106 konvergieren.
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5 zeigt ein Beispiel für eine Grafik für die Bestimmung. Ein optischer Parameter ist in einer horizontalen Achse aufgenommen. Zum Beispiel enthält der optische Parameter Linsenbedingungen wie etwa eine an die Objektivlinse 106 anzulegende Spannung oder einen an die Kondensorlinse 102 anzulegenden Stromwert (wenn die Kondensorlinse 102 eine magnetische Linse ist). Für jeden Wert des optischen Parameters wird die Größe R der dunklen Fläche im Spiegelelektronenbild, wenn die Spannung des Wafers 104 um einen konstanten Betrag positiv ist, aufgezeichnet. Wenn die dunkle Größe kein Kreis ist, wird ein Index als ein Radius eines Kreises bestimmt, der die dunkle Fläche umschreibt. 4 zeigt eine Änderung des Punktes, der auf diese Weise aufgezeichnet worden ist, und der Wert R nimmt für einen bestimmten Wert des optischen Parameters einen Maximalwert an. Ein optischer Parameter, der bewirkt, dass R das Maximum ist oder einen ausgewiesenen Wert überschreitet, wird als ein optimaler Wert eingestellt. Hier wird eine Einstellung nahe an der Bedingung aus 4(b) erzielt, bei der die Elektronenstrahlen zum Bildbrennpunkt 100b der Objektivlinse 106 konvergieren und die Bestrahlungselektronenstrahlen zur Normalenrichtung der Wafer-Oberfläche parallel emittiert werden.
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Ferner wird in einem Beispiel, bei dem der optische Parameter in 5 auf den Spannungswert der Objektivlinse 106 eingestellt ist, wiederholt eine Grafik für andere Parameter wie etwa mehrere Stromwerte der Kondensorlinse 102 erstellt, und eine Kombination des Spannungswertes der Objektivlinse 106 und des Stromwertes der Kondensorlinse 102, die das größte R ergibt, wird als ein optimaler Wert ausgewählt. Dadurch ist es möglich, den optimalen Wert für die mehreren optischen Parameter wie oben beschrieben zu bestimmen.
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Wenn ein Verhältnis des Maximalwertes von R, der auf diese Weise bestimmt wird, zur Größe des Blickfelds des Spiegelelektronenbildes berechnet wird und das Verhältnis als ein Index der Parallelität der Bestrahlung der Bestrahlungselektronenstrahlen verwendet wird, kann der Zustand der Elektronenstrahlbestrahlung in jeder Vorrichtung auf quantitative Weise gezeigt werden.
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Ein Einstellungsverfahren unter Verwendung des Wafers 104 ist in der oben vorliegenden Ausführungsform gezeigt. Andere leitfähige Proben, die eine ebene Oberfläche aufweisen, sind ebenfalls in der Erfindung enthalten. Zum Beispiel kann ein Probenstück an einem Ort eingebaut sein, an dem der Wafer auf dem Wafer-Halter 109 nicht angeordnet ist. Zum Beispiel kann, wie in 7 veranschaulicht ist, an einer Position, die sich von der Montageposition des Wafers 104 des Wafer-Halters 109 unterscheidet, der über das Isolierelement 701 auf der bewegten Bühne 108 angebracht ist, eine speziell zugeordnete Probe 703, die mit dem Wafer-Halter 109 leitfähig verbunden ist, an den von einer Energieversorgung 702 zum Anlegen einer negativen Spannung eine negative Spannung angelegt wird, damit sie dasselbe Potential wie der Wafer 104 aufweist, verwendet werden, um die obige Einstellung durchzuführen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in einer Prüfvorrichtung unter Verwendung eines Spiegelelektronenmikroskops eine Situation, in der die Bestrahlungselektronenstrahlen parallel zur Normalenrichtung der Wafer-Oberfläche emittiert werden, auf quantitative Weise bewertet werden, ohne eine Elektronenbild-Beobachtungseinrichtung auf einer Ebene des Bildbrennpunktes der Objektivlinse einzustellen.
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Obwohl das oben genannte Beispiel des Auswählens einer Linsenbedingung, bei der die Größeninformation der Fläche mit geringer Helligkeit, die erscheint, wenn das Probenpotential um einen konstanten Betrag geändert wird, eine ausgewiesene Bedingung (die Fläche ist das Maximum oder größer oder gleich einem ausgewiesenen Wert) erfüllt, aus den mehreren Linsenbedingungen beschrieben worden ist, kann ein Änderungsbetrag der Fläche in Übereinstimmung mit der Änderung des Probenpotentials anstelle eines Absolutbetrags der Fläche als ein Bestimmungsindex verwendet werden. 8 ist ein Ablaufplan, der den Schritt zeigt. Eine Steuervorrichtung, die an der Vorrichtung befestigt ist, enthält ein Speichermedium, auf dem ein Programm zum Betreiben der Vorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ablaufplan, der unten beschrieben wird, gespeichert ist, und kann in der Vorrichtung, die in 1 beschrieben ist, eine automatische Einstellung der Vorrichtung durchführen.
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In dem automatischen Einstellungsschritt, der in 8 veranschaulicht ist, wird zuerst die Linsenbedingung auf einen Ausgangswert eingestellt (Schritt 801). Daraufhin wird in einem Zustand, in dem eine ausgewiesene, negative Spannung an die Probe angelegt wird (Schritt 802), ein Bild erzeugt, indem die Strahlen in Richtung der Probe projiziert werden, um eine Helligkeitsbewertung in dem Bild durchzuführen (Schritt 803). In diesem Fall werden die Bildpunkte gezählt, die einen Helligkeitswert (eine Graustufe) kleiner oder gleich einem ausgewiesenen Wert aufweisen, und eine Fläche der Fläche mit geringer Helligkeit wird bewertet. Indem eine derartige Flächenbewertung unter mehreren Probenpotentialbedingungen durchgeführt wird, wird eine Änderung der Fläche der Fläche mit geringer Helligkeit in Übereinstimmung mit der Änderung des Probenpotentials unter einer bestimmten Linsenbedingung bewertet. 9 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Größe einer Fläche 908 mit geringer Helligkeit, die unter mehreren Linsenbedingungen (drei Linsenbedingungen (a) bis (c) in diesem Beispiel) erhalten wird, gemäß einer Änderung der Spannung, die an die Probe angelegt wird, ändert. Ein Zustand, in dem eine Probenhöhe (Tiefe), bis zu der die projizierten Elektronen reichen, aufgrund einer Änderung der Spannung, die an die Probe angelegt wird, von den Positionen 901 bis 903 geändert wird.
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In den Fällen einer Linsenbedingung A (Linsenbedingung ist schwächer als ein Idealwert) und einer Linsenbedingung C (Linsenbedingung ist stärker als der Idealwert) ändert sich die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit dann, wenn die Bedingung des Anlegens der Spannung an die Probe geändert wird, von RA1 auf RA3 bzw. von RC1 auf RC3. Indes ändert sich eine Größe RB einer Fläche mit geringer Helligkeit im Fall einer Linsenbedingung B nicht, selbst wenn die Spannung, die an die Probe angelegt wird, geändert wird, da die Linsenbedingung korrekt eingestellt ist und die Strahlen aus der Normalenrichtung der Probenoberfläche projiziert werden. In dem Verfahren, das in 8 veranschaulicht ist, wird die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit bei verschiedenen Probenpotentialen für jede Linsenbedingung erhalten, und eine Linsenbedingung, unter welcher die Änderung der Größe der Fläche mit geringer Helligkeit am kleinsten ist, wird als eine Vorrichtungsbedingung eingestellt (Schritt 804).
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Somit ist es möglich, eine geeignete Linsenbedingung einzustellen, indem die Linsenbedingung gefunden wird, unter welcher sich die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit nicht ändert.
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10 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Bewertens der Größe der Fläche mit geringer Helligkeit durch Ändern der Linsenbedingungen, nachdem zuerst das Probenpotential zum Bewerten der Fläche mit geringer Helligkeit bestimmt worden ist, zeigt. Wie in 5 veranschaulicht ist, wird, da die Linsenbedingung, unter welcher die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit am größten (oder größer oder gleich einem ausgewiesenen Wert) ist, eine geeignete Linsenbedingung ist, zuerst ermöglicht, dass Elektronen die Probe in einem derartigen Ausmaß erreichen, dass die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit bewertet werden kann, und anschließend wird die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit bewertet, während die Linsenbedingung geändert wird. Daher wird, nachdem ein Ausgangswert der Linsenbedingung eingestellt worden ist (Schritt 1001), eine Helligkeitsbewertung (Schritt 1003) der Bestrahlungsfläche durchgeführt, während die Spannungsbedingung an der Probe geändert wird (Schritt 1002), und es wird bewertet, ob die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit eine Größe aufweist, die für eine Hochgenauigkeitsbewertung ausreichend ist. Wenn die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit klein ist oder wenn die Elektronen die Probe nicht auf ausreichende Weise erreichen und die Bilderkennung der Fläche mit geringer Helligkeit schwierig ist,kann keine korrekte Bewertung durchgeführt werden, derart, dass die negative Spannung allmählich zur positiven Seite geändert wird, um eine Fläche mit geringer Helligkeit mit einer geeigneten Größe zu erzeugen, und die Linsenbedingung in diesem Zustand geändert wird (Schritt 1004). Daraufhin wird eine Linsenbedingung gefunden, unter welcher die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit eine ausgewiesene Bedingung erfüllt (Schritt 1004),und die Linsenbedingung wird als eine Vorrichtungsbedingung bestimmt (Schritt 1005). Eine beste Bedingung kann nach dem Einstellen einer ausgewiesenen Anzahl von Linsenbedingungen gefunden werden, oder die automatische Einstellung kann abgeschlossen sein, wenn die beste Bedingung bestimmt worden ist. Ferner kann eine Linsenbedingung ausgewählt werden, unter welcher die Größe der Fläche mit geringer Helligkeit durch Interpolation als am größten betrachtet werden kann.
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Im Allgemeinen ist in einer Vorrichtung, die ein Bild in einem Zustand erzeugt, in dem die Elektronen die Probe nicht erreichen, ein Strahlbewertungsmodus durch Bewirken, dass Elektronen teilweise die Probe erreichen, vorgesehen, derart, dass eine Prüfung oder dergleichen unter korrekten Strahlbedingungen durchgeführt werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Wenn sich die Elektronenstrahlen selbst dann, wenn durch die Kondensorlinse 102 bewirkt wird, dass die Elektronenstrahlen zur Ebene des Bildbrennpunktes 100b der Objektivlinse 106 konvergieren, nicht auf der optischen Achse der Objektivlinse 106 befinden, weicht eine Neigung der Bahnkurve ab, wie in 6(a) gezeigt ist. Wenn in diesem Fall das Potential des Wafers auf positiv geändert wird, um zu bewirken, dass ein Anteil der Elektronenstrahlen mit der Oberfläche kollidiert, weicht der dunkle Abschnitt des Blickfelds des Spiegelelektronenbildes von der Mitte des Blickfelds ab, wie in 6(b) gezeigt ist. Wenn eine Achsenausrichtung des elektronenoptischen Bestrahlungssystems, das die Elektronenkanone 101 und das Trennelement 103 enthält, derart durchgeführt wird, dass die Positionsabweichung verschwindet und die Mitte des Blickfelds dunkel ist, kann eine Situation realisiert werden, in der die Elektronenstrahlen von der Kondensorlinse 102 auf korrekte Weise zur optischen Achse der Objektivlinse 106 konvergieren.
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Nachdem die Elektronenstrahlen durch die obige Einstellung durch die optische Achse der Objektivlinse verlaufen, kann ein Konvergenzgrad zu einer Ebene des Bildbrennpunktes 100b der Objektivlinse 106 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform eingestellt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Achseneinstellung des elektronenoptischen Bestrahlungssystems, das das Trennelement enthält, durchgeführt werden, ohne die Elektronenbild-Beobachtungseinrichtung auf der Ebene des Bildbrennpunktes der Objektivlinse vorzusehen.
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11 ist ein Ablaufplan, der Schritte des Einstellens der Vorrichtungsbedingung auf der Grundlage einer Bewertung der Neigung der Bahnkurven der Strahlen zeigt. Zuerst wird durch Umschalten auf einen Vorrichtungsbedingungs-Verifikationsmodus eine Vorrichtungsbedingung eingestellt, bei der Elektronen die Probe erreichen können (Schritt 1101). Daraufhin wird das Probenpotential zur positiven Seite geändert, während der negative Potentialzustand der Probe aufrechterhalten wird, und anschließend wird eine Helligkeitsbewertung der Bestrahlungsfläche durchgeführt (Schritte 1102 und 1103). Die Schritte 1102 und 1103 werden wiederholt, bis ein Bild erhalten wird, dass die Größenbewertung der Fläche mit geringer Helligkeit ermöglicht. Sobald die Fläche mit geringer Helligkeit mit einer ausgewiesenen Größe im Bild erscheint, wird daraufhin eine Abweichung zwischen einer Bildmitte und einer Mitte der Fläche mit geringer Helligkeit bewertet (Schritt 1104). Als ein Verfahren zum Spezifizieren der Mitte der Fläche mit geringer Helligkeit ist denkbar, die Mitte zu erhalten, indem eine Begrenzung zwischen der Fläche mit geringer Helligkeit und einer Fläche mit großer Helligkeit spezifiziert und ein Abstandsbild erzeugt wird, oder dergleichen. Ferner ist es außerdem möglich, ein allgemeines Verfahren zum Spezifizieren einer Schwerpunktposition einzusetzen.
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Die Einstellung der optischen Achse wird ausgeführt, um einen Abweichungsbetrag zu korrigieren (Schritt 1105). Um die Abweichung zu korrigieren, kann z. B. ein Ausrichtungselement (eine Ablenkeinrichtung) zum Durchführen einer Achseneinstellung in Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse vorgesehen sein, die Einstellung kann durchgeführt werden, indem auf eine Tabelle Bezug genommen wird, in der eine Beziehung zwischen dem Abweichungsbetrag und einer Bedingung des Ausrichtungselements vorab gespeichert worden ist, oder die axiale Einstellung kann durch Optimieren einer Wien-Bedingung des Trennelements 103 durchgeführt werden.
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Üblicherweise ist in einer Vorrichtung, die ein Bild in einem Zustand (erster Bestrahlungsmodus) erzeugt, in dem die Elektronen die Probe nicht erreichen, ein Einstellungsmodus (zweiter Bestrahlungsmodus) zum Bewirken, dass die Elektronen die Probe erreichen, vorgesehen, und somit kann eine korrekte Vorrichtungsbedingung gefunden werden. Wenn die Einstellung der Vorrichtungsbedingung während oder nach der Prüfung einer tatsächlichen Probe durchgeführt wird, steuert die Steuervorrichtung 107 für die bewegte Bühne die bewegte Bühne 108, derart, dass die Elektronenstrahlen auf die Normprobe 703 oder eine Fläche auf dem Wafer, die für die Einstellung der Vorrichtungsbedingung definiert ist, emittiert werden, wie in 7 veranschaulicht ist, und die Hochspannungsenergieversorgung 110 ändert die negative Spannung, die während der Prüfung an den Wafer-Halter 109 angelegt wird, zur positiven Seite, derart, dass die Bestrahlungselektronenstrahlen 100a den Wafer oder die Normprobe erreichen. In einem Zustand, in dem die Strahlen den Wafer erreichen, ist es möglich, eine korrekte Strahlbewertung und -einstellung durchzuführen, indem die oben genannte Bildbewertung und Einstellung der Vorrichtungsbedingung durchgeführt werden.
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Ein Betriebsprogramm (Rezept) kann vorab vorbereitet werden, um zu bewirken, dass das Umschalten des oben genannten Bestrahlungsmodus auf den zweiten Bestrahlungsmodus umgeschaltet wird, nachdem eine ausgewiesene Zeit seit dem Start der Vorrichtung oder dem Start der Prüfung verstrichen ist, oder das Umschalten kann auf der Grundlage einer Anweisung der Vorrichtungsbedingungseinstellung von der mit einem Bildschirm ausgestatteten Eingabe- und Ausgabevorrichtung 120 durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100a
- Bestrahlungselektronenstrahl
- 100b
- Bildbrennpunkt
- 100c
- Spiegelelektronenstrahl
- 101
- Elektronenkanone
- 102
- Kondensorlinse
- 103
- Trennelement
- 104
- zu prüfender Wafer
- 105
- Elektronenkanonen-Steuervorrichtung
- 106
- Objektivlinse
- 107
- Steuervorrichtung für die bewegte Bühne
- 108
- bewegte Bühne
- 109
- Wafer-Halter
- 110
- Hochspannungsenergieversorgung
- 111
- Zwischenelektronenlinse
- 112
- Projektionselektronerilinse
- 113
- Quelle für ultraviolettes Licht
- 114
- Spektrometer
- 115
- ultraviolett-optisches Element
- 116
- Bilddetektionseinheit
- 117
- Fehlerbestimmungseinheit
- 118
- Prüfvorrichtungs-Steuereinheit
- 119
- Steuervorrichtung für das elektronenoptische System
- 120
- mit einem Bildschirm ausgestattete Anwenderschnittstellenvorrichtung
- 121
- Spiegelelektronenbild
