JP2006164969A - チルトした粒子ビームを照射するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チルト能力を有するＬＥＥＭシステムを改善すること
【解決手段】本発明は、荷電粒子を用いて基板を検査する装置に関する。装置(100)は、照射サブシステム(102)、対物レンズサブシステム(104)、投影サブシステム(106)、及びこれらのサブシステムを相互接続するビームセパレータ(108)を含む。照射サブシステムは、入射ビームを制御可能にチルトさせるように構成されたチルトデフレクター(130)を有利に含む。チルトデフレクターによる入射ビームのチルトは、入射ビームが基板(112)に当たる前に拡大される。この技術により、対物レンズにおいてチルトを導入することにより生じるレンズの収差なしに、且つ傾斜変更可能なステージを用いることに起因した面倒な問題なしに、基板において大きなビームのチルトを達成することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ及びマスクのような基板の検査または精査を行うための装置と方法に関する。

平坦な基板の表面から反射する、又はその表面から鏡のように反射する電子を利用する低エネルギー電子顕微鏡（ＬＥＥＭ）のイメージングシステムは、従来の直線軸電子ビーム（ｅビーム）システムと比較して複雑である。電子ビームが１つ又は複数の電子レンズを２回通過する（即ち、１度目は入射の時であり、２度目は反射の時である）という理由により、さらに面倒な問題が生じる。

これらの面倒な問題に起因して、１つの直線軸に沿って配列された複数のレンズを含む設計は、実際には実現不可能であり、入射ビームと反射ビームを分割するためのビームセパレータが必要とされる。ビームセパレータの１つの具現化形態は、単一形状の磁界によるプリズムをビームセパレータとして使用する。例えば、非特許文献１を参照されたい。
米国特許出願第１０／７７５，６４６号 E. Bauer著、「Low energy electron microscopy」Rep. Prog. Phys. 、第57巻、1994年、p. 895

基板表面を自動検査または自動精査するために利用される入射ビーム及び反射ビームを含むＬＥＥＭシステムを改善することが望ましい。特に、チルト能力を有するＬＥＥＭシステムを改善することが望ましい。

本発明の一実施形態は、荷電粒子を用いて基板を検査するための装置に関する。装置は、照射サブシステム、対物レンズサブシステム、投影サブシステム、及びこれらのサブシステムを相互接続するビームセパレータを含む。有利な点は、照射サブシステムが、入射ビームを制御可能にチルトさせるように構成されたチルトデフレクターを含むことである。チルトデフレクターによってもたらされる入射ビームのチルトは、入射ビームが基板に当たる前に拡大される。この技術により、対物レンズにおいてチルトを導入することにより生じるレンズの収差なしに、且つ傾斜変更可能なステージを用いることに起因した面倒な問題なしに、基板において大きなビームのチルトを達成することが可能になる。

他の実施形態も開示される。

本発明によれば、対物レンズ内でビームをチルトさせることなく、且つ可傾式ステージを用いることなく、試料において達成されるべき大きなビームチルトを実現することが可能になる。これにより、より単純なｘ−ｙステージのようなチルトしないステージを用いながら、チルトモードの高い空間分解能の達成が可能になる。

電子顕微鏡にチルト能力を提供するための１つの従来の技術と装置は、チルト能力を備えた複雑な試料ステージを使用する。しかしながら、可傾式ステージを使用することは、動作するのが非常に遅く、時間を浪費する。更に、チルトの前後において、基板上の同じ場所を維持し、又は同じ場所を見出すことは困難である。それに加えて、可傾式ステージは、複雑な機械的アセンブリであり、頻繁に可動する部品に起因して一般に故障しやすい。係る故障は、特に真空環境に起因して時間を浪費する。

電子顕微鏡にチルト能力を提供するための別の従来の技術と装置は、入射ビームが終段の対物レンズを通過する際に、入射ビームをチルトさせる。残念ながら、終段の対物レンズにおけるビームのチルトは、レンズ収差を著しく増大させる。これは、顕微鏡ツールの分解能を不都合に低減する。

図１は、本発明の実施形態による荷電粒子を用いて基板を検査するための装置１００を示す略図である。装置１００は、照射サブシステム１０２、対物レンズサブシステム１０４、投影サブシステム１０６、及びビームセパレータ１０８を含む。ビームセパレータ１０８は、照射サブシステム１０２、対物レンズサブシステム１０４、及び投影サブシステム１０６に結合されて、それらを相互接続する。

照射サブシステム（照射光学系）１０２は、荷電粒子源から荷電粒子を受け取って平行にするように構成される。荷電粒子は電子からなることができ、供給源は電子銃１１０を含むことができる。

本発明の実施形態によれば、照射光学系１０２は、一組のチルトデフレクター１３０を有利に含む。チルトデフレクター１３０は、照射サブシステム１０２内で入射ビームをチルトさせるように構成される。１つの構成において、チルトした入射ビーム（以降、チルト入射ビームと称する）１３２がビームセパレータ１０８にわずかな角度だが、制御された角度で入射するように、ビームは正常軸からそれてチルトする。その角度は、ビームの方向がシステム１００の対物レンズ光学系１０４にわずかに向かうような角度である。チルト角度は好適には、少ない収差を維持するように小さい。図１において、図示されたチルト角度は、例示のために誇張されている。

ビームセパレータ１０８は、照射サブシステム１０２からのチルト入射ビーム１３２を受け取り、その入射ビームを対物レンズサブシステムへと約９０度だけ偏向させる、又は曲げる（１３３）ように構成される。ビームセパレータ１０８に関する１つの特定の実施形態は、Marian Mankosにより2004年２月10日に出願され、「Prism array for electron beam inspection and defect review」と題する特許文献１に開示される。前述した特許出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。その開示によれば、ビームセパレータ１０８は、中央磁気部、中央磁気部の外側にある内側磁気部、及び内側磁気部の外側にある外側磁気部を含む磁気プリズムアレイからなることができる。

本発明の実施形態によれば、入射ビームはビームセパレータ１０８に入射する際に正常軸に対してチルトされるので、入射ビームは対物レンズ光学系１０４に入射する際にも正常軸に対して同様にチルト（１３４）される。対物レンズサブシステム（対物レンズ光学系）１０４は、ビームセパレータ１０８からのチルト入射ビーム１３４を受け取り、ビーム１３６を基板１１２上へと減速させて集束するように構成される。ビーム１３６は、対物レンズ光学系１０４の減速作用によって拡大された、且つ照射光学系１０２で導入されたビームチルトの量およびシステム１００の他の特定の構成態様によってさらに決定された方位角で基板１１２に当たる。

チルト角度で基板１１２の上に当たる入射ビームは一般に、銃の電圧で、又は銃の電圧の近くでバイアスされる。電子は、試験品により散乱し、かくして放出された電子（以降、放出電子と称する）の二次元イメージを形成する。放出電子は、対物レンズ１０４により再加速されて再集束され、ビームセパレータ１０８により投影光学系１０６へと偏向される。対物レンズサブシステム１０４により減速および再加速を達成するために、基板は入射ビーム供給源の電位に近い負の高電位に維持される一方で、対物レンズ光学系は接地電位である。代替の構成において、基板（及び、供給源）を接地電位にし、対物レンズ光学系（及び、他のコンポーネント）を高電圧にしてもよい。さらに、レンズの構成に関する特定の細部は、装置の特定のパラメータに依存し、当業者により決定され得る。

投影サブシステム（投影光学系）１０６は、ビームセパレータ１０８から放出されたビームを受け取り、その放出されたビームを検出器１１６上へ拡大して投影するように構成され得る。このように、照射された基板領域の拡大された二次元イメージが得られる。一実施形態において、検出器１１６は、図示されるように、リン光性スクリーン１１８とカメラ１２０を含むことができる。別の実施形態において、検出器１１６は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイを含むことができる。

本発明の実施形態によれば、少ない収差を維持するように、ほんのわずかの非常に小さいチルト角度（例えば、１度未満）が、照射光学系１０２に導入される。照射光学系１０２におけるチルト角度が非常に小さいにも関わらず、ビームが基板１１２に当たる際に、大きなチルト角度が好都合に達成され得る。

本出願人は、基板１１２におけるチルト角度の拡大が、係るＬＥＥＭシステム１００において電子ビームが基板に近づく際の強い減速場に起因しているようであると判断した。基板１１２の近くの強い減速場のために、チルト角度は、ビームエネルギーとランディングエネルギーの比のおおよそ平方根だけ拡大されるようである。例えば、３０ｋｅＶ（３０，０００電子ボルト）のビームエネルギーと３ｅＶ（３電子ボルト）のランディングエネルギーの場合、比は１０，０００になり、１０，０００の平方根は１００である。従って、この例において、バイアスされた基板１１２にビーム１３６が当たる際の照射角度は、照射光学系１０２に導入されたチルト角度と比較して約１００倍（１００×）拡大されるはずである。そういうものだから、チルトデフレクター１３０による容易に達成可能な０．４５度（７．８５mrad）の小さいチルト角度は、ランディングにおいて約４５度の角度まで拡大されるはずである。従って、この技術は、０度から約９０までの全範囲のランディング角度を好都合に提供する。

ランディングにおけるチルトされたビームの方位方向は、導入されるビームチルトの量と、システム１００の他の特定の構成態様とにより決定される。本発明の実施形態によれば、結果として得られたイメージは、チルトした照射ビームの方位角度を自動的に求めるように分析されることができ、そのためイメージデータを処理するように構成されたイメージアナライザがさらに含まれる。

図２Ａは、基板上の特徴部分２０２から散乱されるチルトしていないビーム（以降、非チルトビームと称する）２１０、及び対応する検出された強度グラフを示す図である。この例において、例示のために、図２Ａの上側部分に示された特徴部分２０２は、基板の周囲表面の上に立ち上がっている。

入射電子の非チルトビーム２１０は、図示されているように、基板の表面において、又はその表面の近くで０度のチルト角度でランディングしている。非チルトビーム２１０により、基板から散乱している放出電子２１２の比較的均一な分散が生じる。

放出電子の強度分布が、図２Ａの下側部分に示される。強度Ｉは、多数の電子が周囲表面の上に立ち上がる特徴部分から放出されていることに起因して、特徴部分の位置Ｚにおける強度（２１０）において、わずかな増加または隆起２１６を有する比較的均一なものとして示されている。

図２Ｂは、本発明の実施形態による、基板上の特徴部分から散乱されるチルトビーム２２０、及び対応する検出された強度グラフを示す図である。図２Ｂに示された特徴部分２０２は、図２Ａに示されたものと同じである。しかしながら、図２Ｂにおいて、入射ビーム２２０は、それが基板表面に近づく際にチルトされる、又は傾けられる。

結果として生じる放出電子２２２は、チルト入射ビーム２２０によって生じた特有の分布を有する。放出電子２２２の強度分布が図２Ｂの下側部分に示される。ここで、強度「Ｉ」は、特徴部分２０２の存在によって生じた実質的に不均一な分布を有するように示されている。

到来するチルトビーム２２０に面する特徴部分２０２の側壁にチルトビーム２２０が当たる際に、放出電子２２２の分散において対応するピーク２２６が発生する。この場合、強いピーク２２６は、側壁で照射電子を捕獲することによる強く強化された放出により生じる。

さらに、特徴部分２０２がチルト入射ビーム２２０からの電子の一部を阻止するので、シャドーイング効果が生じる。これにより、図２Ｂの下側に示された強度分布において、欠陥部分（特徴部分）２０２の影２２８が結果として生じる。

チルト角度を増加させると、影２２８はさらに延び、差分信号はより強くなる（即ち、影の領域２２８の強度は周囲の領域に対してより小さくなる）。これは、任意の欠陥サイズについて、より大きなピクセルサイズで検査を実行することができ、それでもなお欠陥を見出すことができることを意味する。より大きなピクセルサイズを用いることによって、検査のスループットを増大させることができる。

有利な点は、この技術が、対物レンズ内でビームをチルトさせることなく、且つ可傾式ステージを用いることなく、試料において達成されるべき大きなビームチルトの手段を提供するとである。これにより、より単純なｘ−ｙステージのようなチルトしないステージを用いながら、チルトモードの高い空間分解能の達成が可能になる。

上述した照明サブシステム１０２のチルトデフレクター１３０は、種々の態様で実施され得る。具現化形態は、磁界、静電界、又はそれらの組合せを使用することができる。入射ビームに対して所望のチルトした飛翔経路を達成するように、係る場は、強度を変化させることができ、制御可能に構成され得る。

チルトデフレクター１３０の一具現化形態は（図１においてコイルによって示唆されるように）、入射ビームをチルトさせるように磁界を生成するためのコイルに電流を流すことができる。図３は、本発明の実施形態による、磁界を用いてチルト偏向されている電子ビームの飛翔経路３１０（右から左へ進む）を示す図である。この例において、ｅビームの飛翔経路３１０は、第１の磁界３１４を生成する第１のコイル対３１３により、ある方向（図面の上方）へ曲げられ、次いで第２の磁界３１６を生成する第２のコイル対３１５により、他の方向（図面の下方）へ曲げられる。ｅビームが磁界を横切って進んだ後に、所望のチルトした飛翔経路３１８（図面において、右から左へと進むが、下向きにチルトした飛翔経路）を達成するように、磁界によってカバーされる強度と距離が設定される。図１と同様に、ｅビームの飛翔経路３１８におけるチルトの大きさは、図３において例示のために誇張されている。

チルトデフレクター１３０の一具現化形態において、入射ビームをチルトさせるように、帯電プレート又は他の電極により静電界が生成され得る。図４は、本発明の実施形態による、静電界を用いてチルト偏向されている電子ビームの飛翔経路４１０（右から左へ進む）を示す図である。この例において、ｅビームの飛翔経路４１０は、第１の静電界４１４を生成する第１のプレート対４１３により、ある方向（図面の遠くにあるプレートの方へ）へ曲げられ、次いで第２の静電界４１６を生成する第２のプレート対４１５により、他の方向（図面の遠くにあるプレートから離れる方へ）へ曲げられる。ｅビームが静電界を横切って進んだ後に、所望のチルトした飛翔経路４１８（図面において、右から左へと進むが、遠くにあるプレートから離れるようにチルトした飛翔経路）を達成するように、静電界によってカバーされる強度と距離が設定される。図１及び図３と同様に、ｅビームの飛翔経路４１８におけるチルトの大きさは、図４において例示のために誇張されている。

別の実施形態において、静電界および磁界の双方が使用され得る。例えば、最初にビームが磁界によってある方向に曲げられ、次いで静電界によって別の方向に曲げられてもよい。又は、最初にビームが静電界によってある方向に曲げられ、次いで磁界によって別の方向に曲げられてもよい。係る場は、最終の飛翔経路に所望のチルトを達成するように設定される。

上記で説明された図面は、必ずしも一律の縮尺に従って描かれておらず、例示であることが意図され、特定の具現化形態に制限する意図はない。上述した発明は、自動検査システム又は自動精査システムで使用されることができ、製造環境において光学マスク又はＸ線マスク及び類似した基板の検査または精査に適用され得る。

上記の説明において、本発明の実施形態に関する完全な理解をもたらすように、多くの特定の細部が与えられた。しかしながら、本発明の例示された実施形態に関する上記の説明は、網羅的であるように、又は本発明を開示されたそのものずばりの形態に制限することを意図していない。当業者ならば、本発明が、１つ又は複数の特定の細部なしに、又は他の方法、コンポーネント等でもって実施され得ることは認識されるであろう。また、よく知られた構造または動作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細に図示または説明されていない。当業者ならば認識されるように、本発明の特定の実施形態および本発明のための例が、例示のために本明細書に説明されたけれども、種々の等価な修正形態が本発明の範囲内で可能である。

これらの修正形態は、上記の詳細な説明に鑑みて本発明になされることができる。添付の特許請求の範囲に使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に本発明を制限すると解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきであり、特許請求の範囲は、クレーム解釈の既定の原則に従って解釈されるべきである。

本発明の実施形態による、荷電粒子を用いて基板を検査するための装置を示す略図である。 基板上の特徴部分から散乱される非チルトビーム、及び対応する検出された強度グラフを示す図である。 本発明の実施形態による、基板上の特徴部分から散乱されるチルトビーム、及び対応する検出された強度グラフを示す図である。 本発明の実施形態による、磁界を用いてチルト偏向されている電子ビームの飛翔経路を示す図である。 本発明の実施形態による、静電界を用いてチルト偏向されている電子ビームの飛翔経路を示す図である。

符号の説明

100 装置
102 照射サブシステム
104 対物レンズサブシステム
106 投影サブシステム
108 ビームセパレータ
112 基板
116 検出システム
130 チルトデフレクター

Claims (26)

1. 入射荷電粒子ビームを生成するように構成された照射サブシステムと、
   前記入射ビームを受け取り、その入射ビームを基板上へ集束し、その基板からの放出ビームを回収するように構成された対物レンズサブシステムと、
   放出ビームを受け取り、その放出ビームを検出器上へ投影するように構成された投影サブシステムと、
   前記照射サブシステム、前記対物レンズサブシステム、及び前記投影サブシステムに結合され、且つ前記照射サブシステム、前記対物レンズサブシステム、及び前記投影サブシステムを相互接続するビームセパレータと、及び
   前記入射ビームを制御可能にチルトさせるように構成された、前記照射サブシステムのチルトデフレクターとを含む、荷電粒子を用いて基板を検査するための装置。
2. 前記チルトデフレクターによって生じた入射ビームのチルトは、前記入射ビームが前記基板上に当たる前に拡大される、請求項１に記載の装置。
3. 前記チルトは、前記入射ビームが前記基板に近づく際の前記入射ビームの減速中に、拡大される、請求項２に記載の装置。
4. 前記減速中の拡大が、ビームエネルギーとランディングエネルギーの比の平方根にほぼ等しい、請求項３に記載の装置。
5. 前記拡大により、０度から約９０度までの全範囲のランディング角度が提供される、請求項２に記載の装置。
6. 前記チルトデフレクターにより導入されるチルトが、１度未満である、請求項２に記載の装置。
7. 前記荷電粒子が電子からなる、請求項１に記載の装置。
8. 前記チルトデフレクターが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された静電界を利用する、請求項１に記載の装置。
9. 前記チルトデフレクターが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された磁界を利用する、請求項１に記載の装置。
10. 前記チルトデフレクターが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された静電界と磁界の双方を利用する、請求項１に記載の装置。
11. 前記入射ビームが、前記入射ビームのチルトによって決まる方位方向で前記基板に当たる、請求項１に記載の装置。
12. チルト入射ビームのランディングにおける前記方位方向を求めるために、イメージデータを処理するように構成されたイメージアナライザをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
13. 入射荷電粒子ビームを生成し、
    前記入射ビームを第１のチルト角度だけ制御可能にチルトさせ、
    プリズムアレイを通じて前記入射ビームを曲げ、
    前記入射ビームが第２のチルト角度で基板に当たるように、前記入射ビームを集束して減速させ、
    放出された荷電粒子ビームを回収し、
    前記プリズムアレイを通じて、前記放出されたビームを曲げ、及び
    前記放出されたビームを検出システムに投影することを含む、荷電粒子を用いて基板を検査する方法。
14. 前記第２のチルト角度が、前記第１のチルト角度と比較して拡大される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記拡大が、ビームエネルギーとランディングエネルギーの比の平方根にほぼ等しい、請求項１４に記載の方法。
16. 前記入射ビームの制御可能なチルト及び前記拡大により、０度から約９０度までの全範囲の前記第２のチルト角度が提供される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１のチルト角度が１度未満である、請求項１３に記載の方法。
18. 前記荷電粒子が電子からなる、請求項１３に記載の方法。
19. 前記制御可能なチルトが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された静電界により実施される、請求項１３に記載の方法。
20. 前記制御可能なチルトが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された磁界により実施される、請求項１３に記載の方法。
21. 前記制御可能なチルトが、前記入射ビームの飛翔経路をチルトさせるように設定された静電界と磁界の双方により実施される、請求項１３に記載の方法。
22. 前記入射ビームが、前記入射ビームのチルトによって決まる方位方向で前記基板に当たる、請求項１３に記載の方法。
23. チルト入射ビームのランディングにおける前記方位方向を求めるために、前記検出システムからのイメージデータを分析することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 欠陥部分からのシャドーイング効果が、前記検出システムからのイメージデータにおいて識別可能である、請求項１３に記載の方法。
25. 入射電子ビームを生成するための照射システムと、
    前記入射ビームを基板へと減速させて集束し、放出された電子ビームを加速して再集束するための対物レンズシステムと、
    前記放出されたビームを検出システムへ投影し、二次元イメージデータを生成するための投影システムと、
    前記入射ビームを前記基板の方へ曲げるように構成され、前記放出されたビームを前記投影システムの方へ曲げるようにさらに構成されたビームセパレータと、及び
    前記入射ビームが第２のチルト角度で前記基板に当たるように、前記入射ビームを第１のチルト角度だけ制御可能にチルトさせるための、前記照射システム内の制御可能なチルト機構とを含み、
    前記第２のチルト角度が前記第１のチルト角度から大幅に拡大される、低エネルギー電子ビーム検査装置。
26. チルトした照射によるイメージが、前記対物レンズシステムによるチルトの導入なしに、且つチルトしないステージを用いて得られる、請求項２５に記載の装置。