JP2004342628A

JP2004342628A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2004342628A
Application number: JP2004253794A
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: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【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＋Ｉｐ）が一定になるように集束レンズ制御電源７を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

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。

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。

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。

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。

特開平１０−１６２７６０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、前記制御装置は、前記制御の条件設定，前記制御の実行および前記制御の履歴の保存を行うことを特徴とする。

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。

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、
前記制御装置は、前記制御の条件設定，前記制御の実行および前記制御の履歴の保存を行うように構成する。

以下、本発明の実施例１を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１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Ｖａｃｃ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。

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。

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。

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１７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。

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１９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。

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。

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。

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２６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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１２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。

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。

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。

図４は、この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。
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＋Ｉｐ）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１０４
Ｉａ＋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。

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。

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２１１ａ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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施例１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。

Claims

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。
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１または２の何れか１項に記載の荷電粒子線装置おいて、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１〜３の何れか１項に記載の荷電粒子線装置おいて、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１〜４の何れか１項に記載の荷電粒子線装置おいて、前記制御装置は、前記制御の条件設定，前記制御の実行および前記制御の履歴の保存を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。