JP2002050314A

JP2002050314A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2002050314A
Application number: JP2000232552A
Authority: JP
Inventors: Norifumi Tanimoto; 憲史谷本; Hiroko Sasaki; 裕子笹氣; Hiroyuki Shinada; 博之品田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】集束レンズ励磁電流の変化を伴う検査条件の変
更を行っても安定性および再現性が良い検査結果が得ら
れるようにする。【解決手段】電流制限絞り１７により制限される一次電
子線４の電流Ｉａと試料１２に照射される一次電子線４
の電流Ｉｐを検出し、先ず、Ｉａ＋Ｉｐが一定になるよ
うに電子銃電源６を制御し、次に、Ｉｐ／（Ｉａ＋Ｉ
ｐ）が一定になるように集束レンズ制御電源７を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子線で試料を照射して得られる信
号を検出して該試料の走査像を得る荷電粒子線装置とし
て、電子ビームを用いた走査電子顕微鏡や測長用走査電
子顕微鏡等の半導体検査装置がある。特に半導体検査装
置では、ウエハ検査の安定性や再現性が重要視される。
安定した検査結果を得るためには、ウエハに照射する電
流量と光学的倍率（縮小率）などを決定する光学条件が
時間的に変化がなく再現性があることが重要である。

【０００３】特開平１０−１６２７６０号公報に記載さ
れた装置は、電流制限絞りにより遮へいされる電流量と
試料に照射する電流量を測定し、遮へい電流量と試料に
照射する電流量の比を一定とするように電子銃と電流制
限絞りの間に位置する集束レンズの励磁電流を制御し、
結果的に、試料に照射する電流量が一定になるようにし
ている。

【０００４】しかし、装置立上げ直後や集束レンズの電
流量変更直後にレンズの励磁の強度が変化するだけでは
なく、電子銃電源の立上げ直後や電子銃電源の条件を変
更した直後に電子源から放出される全電流量も変化する
ので、遮へい電流量と試料に照射する電流量の比を一定
となるように集束レンズの励磁電流を制御しても、クロ
スオーバー位置で決定される光学的倍率と試料に照射さ
れる電流量の両方を一定に制御することは困難である。

【０００５】通常、試料に照射する電流量と光学条件は
常に一定状態で使用するのではなく、ウエハによって異
なったり、また同じウエハでも条件を変更して検査をす
る場合がある。例えば、電子銃電源の設定値を変化させ
ることにより電流量を変えたり、集束レンズおよび対物
レンズの励磁電流を変化させることにより光学的倍率、
もしくは集束レンズの励磁電流を変化させることにより
電流制限絞りに遮へいされる電流を変化させ所望の電流
量を得るなどの光学条件の変更がある。その中でも集束
レンズの励磁電流を変化させて光学条件を変更して検査
を行なう場合、特に純鉄などヒステリシスの多い材料を
使用した集束レンズは残留磁化により本来の条件とは異
なった条件が設定されてしまい、所望のビーム条件を得
ることができず、再現性良く検査することができない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特に集束レンズの励磁
電流を変化させて光学条件を変更する場合には、前記問
題が発生するために、その度に条件確認・再設定を行な
う必要がある。これはユーザーが常に装置を監視するこ
とを必要とし、また条件の確認・再設定に時間がかかる
ために、検査効率の低下を招く。

【０００７】本発明の目的は、光学条件を変更して検査
を行なう場合でも、ユーザーによる条件確認・再設定を
行なうことなく検査を開始することが可能で、安定性お
よび再現性が良い検査結果を得ることができるようにす
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、荷電粒子を発
生する荷電粒子源と、前記荷電粒子線を集束させる集束
レンズと、前記荷電粒子線を前記試料に照射するための
対物レンズと、前記集束レンズと前記対物レンズの間に
位置して荷電粒子線量を制限する絞りと、試料に照射さ
れる荷電粒子線量（プローブ電流Ｉｐ）を測定するファ
ラデーカップを備えた荷電粒子線装置において、前記制
限絞りに照射する荷電粒子線の電流（Ｉａ）を測定する
手段と、前記ＩｐとＩａの和が一定になるように前記荷
電粒子源を制御し、Ｉｐ／（Ｉｐ＋Ｉａ）が一定になる
ように前記集束レンズの励磁の強度を制御する制御装置
を設けたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、荷電粒子を発生する荷電
粒子源と、前記荷電粒子源の近傍で荷電粒子線を集束さ
せる集束レンズと、前記荷電粒子線を試料に照射するた
めの対物レンズと、前記照射によって前記試料から発生
する該試料を特徴づける情報信号を検出する検出器を備
えた荷電粒子線装置において、前記試料から発生する情
報信号に基づいて前記荷電粒子線の集束点と試料表面と
が一致したか否かを検出する手段と、集束点と試料表面
とが一致するように前記集束レンズの励磁の強度を制御
する制御装置を設けたことを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、荷電粒子を発生する荷電
粒子源と、前記荷電粒子線を集束させる集束レンズと、
前記荷電粒子線を前記試料に照射するための対物レンズ
と、前記集束レンズと前記対物レンズの間に位置して荷
電粒子線量を制限する絞りと、試料に照射される荷電粒
子線量（Ｉｐ）を測定するファラデーカップと、前記照
射によって前記試料から発生する該試料を特徴づける情
報信号を検出する検出器を備えた荷電粒子線装置におい
て、前記制限絞りに照射する荷電粒子線の電流（Ｉａ）
を測定する手段と、前記試料から発生する情報信号に基
づいて前記荷電粒子線の集束点と試料表面とが一致した
か否かを検出する手段と、前記ＩｐとＩａの和が一定に
なるように前記荷電粒子源を制御し、集束点と試料表面
とが一致するように前記集束レンズの励磁の強度を制御
する制御装置を設けたことを特徴とする。

【００１１】そして、前記集束レンズは、２個のコイル
を備え、前記制御装置は、それぞれのコイルの電流を制
御することを特徴とする。

【００１２】また、前記集束レンズは、２段のレンズで
構成し、前記制御装置は、それぞれのレンズの励磁の強
度を制御することを特徴とする。

【００１３】また、前記制御装置は、条件設定，実行お
よび制御履歴の保存行うことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
荷電粒子線装置を適用した検査装置の機能ブロック図で
ある。図１において、電子銃１は、電子源２と引出電極
３の間に印加した電圧Ｖ１によって前記電子源２から放
出した一次電子線４を電子源２に印加した加速電圧Ｖａ
ｃｃによって加速する。更に、制御電極５（サプレッサ
電極）には、電子源２の先端以外から放出される熱電子
を抑制する電圧Ｖｓを印加する。これらの制御は、電子
銃制御電源６によって行う。

【００１６】電子銃１から放出した一次電子線４は、集
束レンズ制御電源７によって制御さる集束レンズ８によ
って、対物レンズ９との間にクロスオーバ位置１０が生
じるように集束し、更に対物レンズ９によって、試料ス
テージ１１上の試料１２の表面に収束するように照射す
る。

【００１７】偏向器１３は、偏向器制御電源１４に制御
されて一次電子線４を偏向することにより該一次電子線
４で試料１２上を走査する。二次電子信号検出器１５
は、一次電子線４の照射によって試料１２から発生する
二次電子信号１６を検出する。

【００１８】集束レンズ８とクロスオーバ位置１０との
間には、電流制限絞り１７を配置する。この電流制限絞
り１７は、余分な電子を遮断し、更に、一次電子線４の
開口角を決めるものである。また、この電流制限絞り１
７によって制限する一次電子線４の電流Ｉａは、制限電
流測定器１８によって測定する。

【００１９】電流制限絞り１７と偏向器１３との間に
は、一次電子線４を偏向してブランキングするためのブ
ランキング用偏向電極１９を配置し、ブランキング制御
電源２０によって制御する。ブランキング用偏向電極１
９によって偏向した一次電子線４の遮光（ブランキン
グ）は、ファラデーカップ２１によって行う。ファラデ
ーカップ２１には、ブランキングした一次電子線４の電
流Ｉｐを測定するブランキング（プローブ）電流検出器
２２を接続する。ファラデーカップ２１に入射した一次
電子線４の電流Ｉｐは、実際に試料１２に照射される電
流量に相当する。

【００２０】対物レンズ９は、対物レンズ制御電源２３
に制御されて一次電子線４を試料１２上に収束させる。

【００２１】なお、２４は、電子線照射に適するように
真空を保つための容器である。

【００２２】制御装置２５は、マイクロコンピュータを
使用して構成し、キーボートやマウスなどの入力装置２
６および表示装置２７を接続する。そして、この制御装
置２５は、更に、電子銃制御電源６，集束レンズ制御電
源７，偏向器制御電源１４，二次電子信号検出器１５，
制限電流測定器１８，ブランキング制御電源２０，ブラ
ンキング電流検出器２２，対物レンズ制御電源２３に接
続し、制御プログラムに従って、入力装置２６からの入
力に従って制御条件や検査条件を設定し、二次電子信号
検出器１５，制限電流検出器１８，ブランキング電流検
出器２２からの入力信号を処理することにより、制御処
理および検査処理とその表示処理を実行する。

【００２３】制御装置２５は、制限電流検出器１８から
電流制限絞り１７で測定した電流Ｉａを入力し、ブラン
キング電流検出器２２からファラデーカップ２１に入射
した一次電子線４に相当する電流Ｉｐを入力し、Ｉａ＋Ｉｐ＝ｋ（ｋ：一定） ……（数１）Ｉｐ／（Ｉａ＋Ｉｐ）＝ｍ（ｍ：一定） ……（数２）が設定値となるように電子銃制御電源６および集束レン
ズ制御電源７を介して電子銃１および集束レンズ８を制
御する。

【００２４】検査条件の変更などにより変化する要素
は、電子源２から放出する荷電粒子線量（電流量）と、
集束レンズ８の励磁の強度である。

【００２５】これらを制御する原理は以下のようにな
る。Ｉａ＋Ｉｐ（＝ｋ）は、電子源２から放出する総電
流量であり、（数１）式が成り立つ制御を行うことで電
子源２から放出する電流量を一定にすることができる。
（数２）式は、電流制限絞り１７を通って試料１２に照
射される電流量（Ｉｐ）と総電流量（Ｉａ＋Ｉｐ）の比
が一定になるように集束レンズ８の励磁の強度を制御す
ることにより、クロスオーバ位置１０を一定にすること
ができることを意味する。クロスオーバ位置１０が一定
であれば試料１２の表面と収束点（フォーカス点）を一
致させる対物レンズ９の励磁の強度が一意に決定する。
従って、このような制御を行うことにより、試料１２に
照射する電流量を一定に維持することが可能であり、且
つ光学的倍率などの光学条件も常に一定になる。

【００２６】このような制御を実現するために、制御装
置２５は、先ず、（数１）式が成り立つように電子銃制
御電源６を介して引出電圧Ｖ１と制御電圧Ｖｓを制御す
る。電流の和（＝ｋ）が減少した場合は、引出電圧Ｖ１
を増加させて電子源２から放出する電子線量を増加さ
せ、ｋが増加した場合は、引出電圧Ｖ１を減少させる。
このとき、引出電圧Ｖ１を大幅に増減させると、一次電
子線４の軸が動き易いので、制御電圧Ｖｓを制御するほ
うが望ましい。次に、（数２）式が成り立つように、集
束レンズ制御電源７を介して集束レンズ８の励磁の強度
を制御する。

【００２７】集束レンズ８の励磁コイルは、図２に示す
ように、メインコイル８ａと補正コイル８ｂで構成さ
れ、それぞれの電流を制御することが可能である。例え
ば、条件を変更して検査を行う場合は、前もって設定さ
れている励磁電流を集束レンズ制御電源７によってメイ
ンコイル８ａに供給し、（数１）および（数２）式が成
立つか否かを判断する。そして、（数２）式が成立たな
い場合には、集束レンズ制御電源７によって補正コイル
８ｂに励磁電流を供給して該（数２）式が成立つように
調整するようにすると良い。

【００２８】また、図３に示すように、集束レンズ８の
近傍に補正集束レンズ２８を設け、（数２）式が成立た
ない場合には、集束レンズ制御電源７によって補正集束
レンズ２８に励磁電流を供給して調整を行うようにして
も良い。

【００２９】これらの制御は、条件変更の場合だけでな
く、通常、検査を開始する場合にも実施することで光学
条件が常に一定となり、安定性および再現性に優れた検
査結果を得ることが可能になる。

【００３０】クロスオーバー位置１０を各光学条件で一
定にする制御は、次のような制御処理によっても実現す
ることができる。すなわち、二次電子信号１６を検出す
る二次電子信号検出器１５からの検出信号に基づいて収
束点（フォーカス点）と試料１２の表面が一致している
か否かを検出し、一致していないときには集束レンズ８
により集束点を制御する構成とすることができる。

【００３１】この制御は、制御装置２５によって、二次
電子信号検出器１５から出力される検出信号に基づい
て、収束点と試料１２の表面が一致しているか否かを検
出する。検出する方法は、例えば、二次電子信号検出器
１５から出力される検出信号に基づいて形成する画像の
コントラストが極大値になったときを収束点と試料１２
の表面が一致していると判断する処理により実現するこ
とができる。そして、制御装置２５は、収束点と試料１
２の表面が一致しているか否かを検出した結果に基づい
て集束レンズ制御電源７を制御し、収束点と試料１２の
表面が一致するように集束レンズ８の励磁電流を制御す
る。

【００３２】このとき、対物レンズ９の励磁電流は、対
物レンズ制御電源２３によって一定に固定しておく。対
物レンズ９と試料１２の距離が一定であることより、収
束点と試料１２の表面を集束レンズ８で一致させるよう
にすると、クロスオーバー位置１０は一定位置に決ま
る。

【００３３】このような一連の制御により、クロスオー
バー位置１０の変動に伴う光学条件の変動を抑制し、常
に一定条件で検査を行なうことが可能になる。

【００３４】図４は、この検査装置における制御装置２
５が実行する制御処理のフローチャートである。ステップ１０１各検査条件を複数個設定する。この設定入力は、表示装
置２７に設定画面を表示し、この表示画面に対する入力
装置２６からの指示入力を取り込むことにより行う。ステップ１０２設定された条件の（Ｉａ＋Ｉｐ）とＩｐ／（Ｉａ＋Ｉ
ｐ）の値を登録する。ステップ１０３実際に実行する検査条件を選択する。ステップ１０４Ｉａ＋ＩｐとＩｐ／（Ｉａ＋Ｉｐ）を設定する。この設
定は、Ｉａ＋ＩｐとＩｐを入力することにより行う。ステップ１０５その他の校正を行う。ステップ１０６設定された検査条件による検査を実行する。ステップ１０７設定値自動補正制御が設定されているときには、設定値
自動補正制御を実行する。ステップ１０８検査結果を出力する。

【００３５】図５は、Ｉａ＋ＩｐとＩｐを入力する表示
画面を示している。この表示画面は、「Ｉｐ・倍率設
定」のメニューバー２００がクリックされたときに表示
する。そして、光学的倍率設定領域には、Ｉａ＋Ｉｐの
登録値と現在値および電子銃制御電源の条件を設定／表
示する欄２１１，２１２，２１３と実行ボタン２１４と
リセットボタン２１５と設定値自動補正実行間隔を設定
／表示する欄２１６を表示する。また、プローブ電流設
定領域には、プローブ電流Ｉｐの登録値と現在値および
集束レンズ電流値を設定／表示する欄２２１，２２２，
２２３と実行ボタン２２４とリセットボタン２２５と設
定値自動補正実行間隔を設定／表示する欄２２６を表示
する。

【００３６】そこで、光学的倍率設定領域の欄２１１，
２１２，２１３には、登録値と現在値および電子銃制御
電源の条件を表示し、登録値はスクロールボタン２１１
ａによって変更可能にする。そして、実行ボタン２１４
が押されると入力値の設定を実行し、設定後の値を表示
し、新たな設定値に基づく制御処理を実行する。また、
リセットボタン２１５が押されたときには、現在値を登
録値として設定して該設定値に基づく制御処理を実行す
る。

【００３７】また、プローブ電流設定領域における各欄
２２１，２２２，２２３も同様に、登録値と現在値およ
び集束レンズ制御電源の条件を表示し、登録値はスクロ
ールボタン２２１ａによって変更可能にする。そして、
実行ボタン２２４が押されると入力値の設定を実行し、
設定後の値を表示し、新たな設定値に基づく制御処理を
実行する。また、リセットボタン２２５が押されたとき
には、現在値を登録値として設定して該設定値に基づく
制御処理を実行する。

【００３８】欄２１６，２２６に設定値自動補正実行間
隔が設定されているときには、設定値に基づく制御処理
を設定時間間隔で自動的に実行し、設定されていないと
きには、前記設定時または「校正」メニューバー４００
がクリックされたときに実行する。

【００３９】図６は、「検査」のメニューバー３００が
クリックされたときに表示する表示画面である。表示欄
３１０には検査画像を表示し、表示欄３２０には、表示
条件などを表示する。

【００４０】また、制御装置２５は、これらの制御履歴
を記録して保持する。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、光学条件を変更して検
査を行なう場合でも、ユーザーによる条件確認・再設定
を行なうことなく検査を開始することが可能で、安定性
および再現性が良い検査結果を得ることができ、安定性
および再現性に優れた検査結果を得るこができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す荷電粒子線装
置を適用した検査装置の機能ブロック図である。

【図２】図１に示した検査装置における集束レンズの一
例を示すを示す縦断側面図である。

【図３】図１に示した検査装置における集束レンズの他
の例を示すを示す縦断側面図である。

【図４】図１に示した検査装置における制御装置２５が
実行する制御処理のフローチャートである。

【図５】図１に示した検査装置の設定時における表示装
置の表示画面である。

【図６】図１に示した検査装置の検査時における表示装
置の表示画面である。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子源、３…引出電極、４…一次電子
線、５…制御電極、６…電子銃制御電源、７…集束レン
ズ制御電源、８…集束レンズ、９…対物レンズ、１０…
クロスオーバ位置、１１…試料ステージ、１２…試料、
１３…偏向器、１４…偏向器制御電源、１５…二次電子
信号検出器、１６…二次電子信号、１７…電流制限絞
り、１８…制限電流測定器、１９…ブランキング用偏向
電極、２０…ブランキング制御電源、２１…ファラデー
カップ、２２…ブランキング電流検出器、２３…対物レ
ンズ制御電源、２５…制御装置、２６…入力装置、２７
…表示装置。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｅ (72)発明者品田博之東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2H097 BB01 CA16 EA01 LA10 5C030 AA02 5C033 BB02 DE06 NN01 5F056 BA01 BB03 CB03 CB31 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷
電粒子線を集束させる集束レンズと、前記荷電粒子線を
前記試料に照射するための対物レンズと、前記集束レン
ズと前記対物レンズの間に位置して荷電粒子線量を制限
する絞りと、試料に照射される荷電粒子線量（プローブ
電流Ｉｐ）を測定するファラデーカップを備えた荷電粒
子線装置において、前記制限絞りに照射する荷電粒子線の電流（Ｉａ）を測
定する手段と、前記ＩｐとＩａの和が一定になるように
前記荷電粒子源を制御し、Ｉｐ／（Ｉｐ＋Ｉａ）が一定
になるように前記集束レンズの励磁の強度を制御する制
御装置を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷
電粒子源の近傍で荷電粒子線を集束させる集束レンズ
と、前記荷電粒子線を試料に照射するための対物レンズ
と、前記照射によって前記試料から発生する該試料を特
徴づける情報信号を検出する検出器を備えた荷電粒子線
装置において、前記試料から発生する情報信号に基づいて前記荷電粒子
線の集束点と試料表面とが一致したか否かを検出する手
段と、集束点と試料表面とが一致するように前記集束レ
ンズの励磁の強度を制御する制御装置を設けたことを特
徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷
電粒子線を集束させる集束レンズと、前記荷電粒子線を
前記試料に照射するための対物レンズと、前記集束レン
ズと前記対物レンズの間に位置して荷電粒子線量を制限
する絞りと、試料に照射される荷電粒子線量（Ｉｐ）を
測定するファラデーカップと、前記照射によって前記試
料から発生する該試料を特徴づける情報信号を検出する
検出器を備えた荷電粒子線装置において、前記制限絞りに照射する荷電粒子線の電流（Ｉａ）を測
定する手段と、前記試料から発生する情報信号に基づい
て前記荷電粒子線の集束点と試料表面とが一致したか否
かを検出する手段と、前記ＩｐとＩａの和が一定になる
ように前記荷電粒子源を制御し、集束点と試料表面とが
一致するように前記集束レンズの励磁の強度を制御する
制御装置を設けたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】請求項１〜３の１項において、前記集束レ
ンズは、２個のコイルを備え、前記制御装置は、それぞ
れのコイルの電流を制御することを特徴とする荷電粒子
線装置。
【請求項５】請求項１〜３の１項において、前記集束レ
ンズは、２段のレンズで構成し、前記制御装置は、それ
ぞれのレンズの励磁の強度を制御することを特徴とする
荷電粒子線装置。
【請求項６】請求項１〜５の１項において、前記制御装
置は、条件設定，実行および制御履歴の保存を行うこと
を特徴とする荷電粒子線装置。