JP2008192521A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージ移動等の処理と並行して短時間に磁気履歴の除去を可能とする技術を提供する。
【解決手段】 画像を取得する前に電磁コイルに印加する電流を目標値に対して常に一定の変化量に設定した磁気履歴の除去シーケンスを実行し、試料上に収束される一次電子線のスポット径が取得する画像の１画素で表示できる寸法よりも小さくなるときに画像等の情報を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子線やイオン線等の荷電粒子線を用いる荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置は、細く集束された荷電粒子線を試料上で走査することで試料から発生する信号を用いて試料像を得る装置である。荷電粒子線装置の中で特に半導体プロセス用のマスクやウェハの検査などに使用される荷電粒子線装置では、単位時間当たりの処理能力を向上させるために、画像等の情報を高速に取得する必要がある。通常、荷電粒子線の集束には電磁コイルを用いた磁界レンズを利用する。しかし、前記磁界レンズを用いた場合、磁界レンズの磁性材に生じる磁気履歴の影響のため、電磁コイルの電流を等しく保っても前記磁界レンズが形成する磁界の再現精度が劣化する。よって、ボケのない最良な画像が得られる筈の磁界レンズの励磁条件に、前記電磁コイルの励磁電流を設定したとしても、前記再現精度が劣化すると取得画像にはボケが生じる。そこで、前記電磁コイルの再度の調整が必要となり、試料像を得るまでに要する時間が増大することとなる。従って、前記要する時間の増大を回避するために、磁界レンズの磁気履歴を除去する技術が必要である。

前記磁気履歴を除去する技術として、ステージ移動中に逆符号の値、あるいは装置で設定しうる最大値と最小値の前記電磁コイルの電流を印加した後、所望の前記電磁コイルの電流に設定するシーケンスを実行する手段により磁気履歴の影響を除去する技術が特許第３４５８４８１公報に開示されている。また、磁界レンズの磁気履歴現象を回避する技術として、電磁コイルの設定を変えずに、対物レンズと試料面の距離を一定に保つように試料面の位置を変化させて焦点を合わせる技術がＵＳＰ５２１６２３５公報に開示されている。

特許第３４５８４８１公報 ＵＳＰ５２１６２３５公報

特許第３４５８４８１公報に開示の技術においては、電磁コイルに印加する電流は、試料に照射される電子線のエネルギーや対物レンズと試料面の距離の変動によらず、最大値と最小値に設定される。このため、磁気履歴の除去シーケンスの完了直後に磁界が安定する時間が長くなり、更に時間のばらつきが生じる。その結果、前記の除去シーケンスの実効的な実行時間は、前記磁界が安定する時間の最大値で決まってしまう。ＵＳＰ５２１６２３５公報に開示の技術においては、対物レンズと試料面の距離を常に一定に保つ必要があるため、試料ステージを光軸方向に駆動させる機構が必要である。Z方向の駆動機構を設けると、機構的に試料ステージが複雑になる上、駆動に時間を要する。

本発明は、ステージ移動等の処理と並行して短時間に磁気履歴の除去を可能とする技術を提供することを目的とする。

荷電粒子線を試料に照射して荷電粒子線画像を取得するための荷電粒子線装置においては、装置によっては、画像の目標分解能と同じ程度に画像の取得速度が要求される場合がある。上で説明した文献に開示されたいずれの発明も、ボケのない最良な画像が得られる条件、言い換えれば画像取得時の撮像条件が、装置の最高分解能に維持されるような条件に磁界レンズの励磁条件を設定することを目的としている。本発明の発明者は、荷電粒子光学系に設けられた磁界レンズ手段に対して実行する磁気履歴低減処理を、最高分解能の維持ではなく、取得画像に要求されるだけの目標分解能を維持することを目的として設定してよい、言い換えれば、磁気履歴の低減処理のシーケンスを、試料上に収束される一次電子線のスポット径が取得する画像の１画素で表示できる寸法よりも小さくなった時点で停止しても問題はないということを見出した。

以下にその基本的概念を示す。図２は外部印加磁界に対する磁性材の磁化の時間変化を示す模式図である。外部印加磁界を瞬時にＨ０からＨ１に変化させると、磁性材の磁化はＭ０からＭＲに瞬時に変化した後、漸近的にＭ１に収束する。ＭＲからＭ１に漸近的に変化する磁性体の磁化は、外部印加磁界の変化量と時間の関数で記述される。磁界レンズが形成する磁界の強さは、磁界レンズに用いている磁性体の磁化の強さによって変化するため、磁界レンズの電磁コイルに印加する電流の変更後の試料上に集束される荷電粒子線のスポット径は外部印加磁界の変化量と外部印加磁界を変化させてからの経過時間の関数で表され、取得する画像の１画素で表示できる寸法よりも荷電粒子線の寸法が小さくなる時間を予測することが可能となる。

本発明によれば、磁気履歴除去に要する時間を短縮し、かつ常に鮮明な取得画像を取得することが可能となる。

以下に本発明の実施例を挙げ、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例の説明において「磁気履歴の除去」とは、磁気履歴を完全に除去する場合だけではなく、一定値以下に低減する場合も含むものとする。

第一の実施例として、観察位置の移動を伴う対物レンズ条件変更時の磁気履歴除去機能を実装した欠陥レビューシステムに関する実施例を説明する。欠陥レビューシステムとは、外観検査装置などの別の検査装置で検出された半導体ウェハ上における欠陥の位置情報を元に、各欠陥を含む領域の画像を高速で取得するための装置である。画像取得用手段としては、主として走査電子顕微鏡が用いられている。外観検査装置で検出される欠陥数は、ウェハ１枚あたり数十個から数百個程度存在し、更に半導体装置の製造ラインにおいては、連続的に流れてくる半導体ウェハに対して次々に欠陥レビューを行うことが要求される。従って、欠陥レビューシステムに対しては、高画質の画像取得とともに高速な画像取得が求められる。

図１は本実施例の欠陥レビューシステムの概略構成図である。図１に示す欠陥レビューシステムは、電子光学系鏡筒５１と試料室５２により構成される走査電子顕微鏡、電子光学系鏡筒５１内の各種動作電圧・駆動電流を供給するための電源ユニット５３、システム全体を統括制御する演算装置３１、当該演算装置３１に付随する表示装置３２、画像記憶部３３、ウェハ情報記憶部３４、入力装置３５、メモリ３６等により構成される。

演算装置３１の指示により高電圧制御電源２４で制御される電子源１１から引き出された一次電子線１は、演算装置３１の指示によりレンズ制御電源２５で制御される第一の集束レンズ１２で集束され、絞り板１３で一次電子線の不要な領域が除去された後、演算装置３１の指示によりレンズ制御電源２６で制御される第二の集束レンズ１４および演算装置３１の指示により対物レンズ制御電源２９で制御される対物レンズ１６により試料１７に微小スポットとして集束される。一次電子線１は演算装置３１の指示により偏向レンズ制御電源２７で制御される偏向コイル１５により走査領域の寸法や走査速度に応じて試料上を二次元的に走査される。演算装置３１の指示により試料電圧制御電源３０で制御される電圧を試料１７に印加すると、一次電子線１は試料１７へ減速されて照射される。一次電子線１の照射によって試料１７から発生した二次電子等の二次信号２は、二次信号検出器２３にて検出される。二次信号検出器で検出された信号は、信号増幅器２８で増幅された後、画像記憶部３３に転送されて表示装置３２に試料像として表示される。

試料ステージ１８は、試料１７を少なくとも一次電子線入射方向に対して垂直な面内の二方向を独立に移動することができる。試料ステージ１８は、ウェハ情報記憶部３４に格納された観察位置の座標、あるいは入力装置３５に入力された座標を読み出し、演算装置３１の指示に従い試料１７を該座標に移動することができる。観察位置での対物レンズ１６と試料１７との距離は、Ｚセンサにより計測される。Ｚセンサでは、光源１９より放出された入射光３が光学レンズ２１を通過して試料１７上に照射された後、光学レンズ２２を通過した反射光４を光位置検出器２０で検出することにより、レンズ１６と試料１７との距離を計測する。

電源ユニット５３は、電子光学鏡筒５１の各構成部品や試料ステージ１８用の制御電源の集合であって、高電圧制御電源２４、レンズ制御電源２５、２６、偏向レンズ制御電源２７、対物レンズ制御電源２９、試料ステージ１８にリターディング電界を印加するための試料電圧制御電源３０などにより構成される。

対物レンズ１６を除くレンズ系の条件に変化が無ければ、一次電子線１が試料１７上で最適なスポット径になる対物レンズ１６の電流値は、試料と対物レンズとの距離により一義的に決定される。よって、演算装置３１は前述の対物レンズ１６と試料１７との距離の計測値から、一次電子線１が試料１７上で最小のスポットとなるような対物レンズ１６の電流値を算出し、算出した電流値を印加する制御を対物レンズ制御電圧２９に指示することができる。メモリ３６には、対物レンズの磁気履歴の除去シーケンスに関する設定値や設定値を算出する計算式が格納されている。演算装置３１はメモリ３６から該磁気履歴の除去シーケンスに関する情報を読み出し、計算式の算出から得られた情報を用いて、対物レンズの電流値と電流の保持時間、デガウスの終了時間を設定することができる。

図３には、本実施例の欠陥レビューシステムの全体的な動作フローを示した。本実施例の欠陥レビューシステムでは、各欠陥位置の画像を取得する毎に、欠陥位置へ移動するための参照位置への移動→低倍率での参照画像の取得→欠陥位置への移動→低倍率欠陥画像の取得→欠陥位置の検出→高倍率画像の取得を単位とするシーケンスが実行される。これら一連のシーケンスは、欠陥位置を含む所定領域の画像取得が終了する毎に、画像の取得領域を変えて欠陥レビューの開始位置から終了位置に到達するまで繰り返される。磁気履歴の除去シーケンス、即ちデガウス処理は、図３中の「参照位置へ移動」ステップと「欠陥位置へ移動」ステップの処理時に実行される。

図４には、図３における「デガウス処理」ステップの詳細フローについて示した。以下、ステージ移動を伴う移動時の磁気履歴除去シーケンスの詳細と画像の取得および保存の流れについて、図４を用いて説明する。

図３における「参照位置への移動」シーケンスまたは「欠陥位置への移動」シーケンスが開始されると、図４の観察位置へのステージ移動ステップ１０１が実行される。ステップ１０１は、例えばステージ移動のコマンド入力を契機として開始される。ステップ１０１の実行後、直ちに対物レンズ電流の制御シーケンスの呼出１０２ステップが実行され、電流値Ａ、時間Ｐ、時間Ｑ、時間Ｒが呼び出される。電流値Ａは、デガウス処理の実行開始時に対物レンズに印加する励磁電流の初期値であり、電子源１１から引き出された一次電子線１のエネルギーや試料１７に印加される電圧などの条件に対して予め一義的に決められている。時間Ｐは、Ｚセンサの計測値の読み取りタイミングを決定するための時刻情報である。時間Ｑはオーバーシュート電流またはアンダーシュート電流の保持時間である。オーバーシュート電流またはアンダーシュート電流の詳細については、図５および図６の説明で詳述する。時間Ｒは、デガウス処理フローで対物レンズに印加する励磁電流の最終値の保持時間であり、表示装置３２に表示される画像の視野寸法と設定分解能（試料上における一次ビームのスポット径の設定値）とによって一義的に決められる値である。また、時間Ｒは、観察位置で保持される対物レンズの電流値を設定してから観察位置における前記試料のデジタル画像の１画素が表示できる視野寸法よりも試料上で集束される一次荷電粒子線の寸法が小さくなるまでの時間に対応する。

ステージ移動開始ステップ１０３が開始されると直ちにステップ１０４が実行され、対物レンズ電流が電流値Ａに保持される。ステップ１０４の実行後、ステージ移動の目標位置から一定距離離れた移動経路上の地点が仮目標位置に設定される。仮目標位置が設定されると、判定ステップ１０５が実行され、電流値Ａ設定時から時間Ｐが経過しかつステージが仮目標位置を通過したかどうかの判定が実施される。判定条件を満たさない場合はステップ１０４が引き続き実行され、対物レンズ電流が電流値Ａに保持される。判定条件が満たされた場合、電流値Ｂと電流値Ｃの算出ステップ１０６が実行される。ステップ１０６では、演算装置３１がＺセンサの計測値（試料−対物レンズ間距離）を読み取り、当該計測値を元に電流値ＢとＣおよび電流値Ｂの保持時間Ｑを算出する。このため、メモリ３６には当該算出処理を実行するためのソフトウェアが格納される。

ステップ１０６の実行後、ステップ１０７が実行され、対物レンズ電流が電流値Ｂに時間Ｑの間保持される。更に時間Ｑの経過後、ステップ１０８が実行され、対物レンズ電流が電流値Ｃに時間Ｒの間保持される。その後、演算装置３１がステージ移動完了を確認後、試料像の取得を開始する。

本実施例の磁気履歴の除去シーケンスは、対物レンズに印加される励磁電流波形がオーバーシュート領域またはアンダーシュート領域を備えることを特徴とする。図５には、オーバーシュート領域を有する励磁電流波形の一例を、図６には、アンダーシュート領域を有する励磁電流波形の一例をそれぞれ示した。図４のステップ１０４が実行され、時刻Ｔiでデガウス処理が開始されると、対物レンズの励磁電流値が初期値Ａに設定される。判定ステップ１０５で判定条件が満たされると、対物レンズの励磁電流値がオーバーシュート電流値またはアンダーシュート電流値Ｂに設定され、時間Ｑの間保持される。オーバーシュート電流またはアンダーシュート電流の設定時刻は、判定ステップ１０５の経過後であるため、励磁電流が電流値Ｂに設定される実際の時刻は時刻Ｔi+Ｐから若干タイムラグを生じる。ここで本実施例では、電流値Ｂを、電流値Ｃに対して一定のオフセット値αを加算した値に設定している。保持時間Ｑが経過すると、対物レンズの励磁電流値が終値Ｃに設定され、時間Ｒの間保持される。保持時間Ｒが終了したところでデガウス処理が終了する。

以上の説明において、物理的には、電流値Ｃは観察位置の試料上で一次荷電粒子線が最適なプローブ径となる対物レンズの電流値であって、電流値の絶対値において｜電流値Ａ｜＜｜電流値Ｃ｜＜｜電流値Ｂ｜、もしくは｜電流値Ｂ｜＜｜電流値Ｃ｜＜｜電流値Ａ｜の関係が成立する。ここで、電流値Ａ、電流値Ｂ、電流値Ｃはすべて同じ極性である。このため、本実施例では、当該領域での励磁電流値が初期値Ａおよび終値Ｃよりも大きい、あるいは初期値Ａおよび終値Ｃよりも小さいという意味で「オーバーシュート」および「アンダーシュート」の文言を使用している。

励磁電流値を初期値Ａから終値Ｃに変化させる間に、オーバーシュートないしアンダーシュート領域を一旦経由させることにより、励磁電流変化による対物レンズの渦電流値が低減され、その結果、試料上で集束される一次荷電粒子線の寸法の変動が早期に収束する効果が得られる。

図５，６を用いて説明した構成例では、電流値Ａの保持時間を、時間Ｐの経過時かつステージが仮目標位置を通過するまでの時間としているが、常に時間Ｐとなるように制御してもよい。また、対物レンズの励磁電流波形を、デガウス開始時から終値Ｃに至るまで２領域に分割しているが、３領域以上に分割してもよく、印加する電流値に関して最適値の絶対値よりも大きな値および小さな値（即ちオーバーシュートまたはアンダーシュート領域）を含んでいればよい。

図７，８には、励磁電流波形の別構成例について示した。図７，８に示す励磁電流波形は、初期値Ａから終値Ｃに連続的に変化させた構成例であって、やはりオーバーシュート領域或いはアンダーシュート領域を経由している。この場合、オーバーシュート領域における最大励磁電流値またはアンダーシュート領域における最小励磁電流値が電流値Ｂに相当し、終値Ｃに対してオフセットすることにより設定する。時間Ｐ，Ｑについても図５，６の構成例と同様に定めることができる。

以上、本実施例により、観察位置への移動に伴い対物レンズの設定条件が変更された場合においても、電磁コイルへの印加電流に対してレンズが形成する磁界の再現性が向上し、従来よりも短い待ち時間で鮮明な画像を取得可能な欠陥レビューシステムが実現された。なお、本実施例の構成は、欠陥レビューシステムだけではなく、半導体回路や各種配線の寸法測長システムに対しても適用することが可能である。

第二の実施例として、静電レンズを対物レンズに重畳した構成の欠陥レビューシステムの構成について説明する。図９には、本実施例の欠陥レビューシステムの外略図を示す。図１と同等な動作・機能を示す構成要素の説明は省略する。図９に示される欠陥レビューシステムにおいては、演算装置３１の指示により、静電レンズ制御電源４１で制御される静電レンズ４０のレンズ作用が対物レンズ１６のレンズ作用に重畳される。このときメモリ３６には、観察位置の移動を伴う対物レンズ条件変更時に、観察位置の試料上で一次荷電粒子線が最適なプローブ径となる対物レンズの電流値を設定した後のプローブ径の時間変化、もしくは対物レンズが形成する磁界の時間変化があらかじめ記録されており、演算装置３１は該情報を読み出すことができる。その他の構成は第一の実施例と同一であるので説明を省略する。

本構成において第一の実施例に記載のステージ移動を伴う移動時の磁気履歴除去シーケンスを実行した場合、電流値Ｃを設定してから対物レンズ１６が形成する磁界の時間変化を補償する形で静電レンズ４０を動作させ、常に試料上で一次荷電粒子線が最適なプローブ径とすることができ、画像の取得までに要する時間をさらに短縮することが可能となった。なお、試料電圧制御電源３０によって試料１７に印加する電圧を変化させることで、静電レンズ４０と同様の効果を得てもよいことは勿論である。また、実施例１同様、本実施例の構成を、欠陥レビューシステムだけではなく半導体回路や各種配線の寸法測長システムに対しても適用することが可能である。

第三の実施例として、第一の実施例の実行中、電磁コイルへの印加電流に対してレンズの形成する磁界の再現性が低下した場合における磁気履歴除去除去機能を搭載した欠陥レビューシステムに関する実施例を説明する。図１０には本実施例の走査電子顕微鏡の概略構成図を示す。電子光学鏡筒５１、試料室５２および電源ユニット５３中の各構成要素の機能・動作は図１の構成と同一であるので説明を省略する。図１０に示す走査電子顕微鏡においては、表示装置３２上に磁気履歴除去の開始ボタン（デガウスボタン）３７がＧＵＩ表示され、当該デガウスボタン３７をクリックすることにより磁気履歴除去シーケンスが実行される。もしくは、入力装置３５を介して、磁気履歴除去シーケンスの開始コマンドを直接入力してもよい。

デガウスボタン３７の操作あるいはコマンド入力を介してデガウス処理の開始が指示される（ステップ１１１）と、磁気履歴除去シーケンスの実行モードに装置が切り替わり、以下対物レンズ電流の磁気履歴除去シーケンス１１２が実行される。ここで、対物レンズ電流の磁気履歴除去シーケンス１１２では、対物レンズ電流の制御シーケンスの呼出ステップ１１３、対物レンズ電流の制御シーケンスＰの実行ステップ１１４、対物レンズ電流の制御シーケンスＱの実行ステップ１１５が実行される。ステップ１１５の制御シーケンスＱで実行される電流値と時間の制御値は、第一の実施例で設定された値の決定方法と同一の方法で決定される。ステップ１１４の制御シーケンスＰでは、設定電流値をステップ１１５にて設定される電流の最大値よりも大きな電流値あるいはは最小値よりも小さな電流値を与えていればどのようなシーケンスを実行しても問題ない。ステップ１１４の実行により、第一の実施例にて実行される磁気履歴除去シーケンスでは除去できない磁気履歴はステップ１１５で実行されるシーケンスにて除去可能な磁気履歴に低減される。対物レンズの第二の制御シーケンスの実行１１３の終了後、磁気履歴除去シーケンス終了の出力ステップ１１６が実行され、画像の取得および保存の動作が可能な状態となる。尚、移動を伴っていないため、本実施例のステップ１１５にて実行される電流値の算出はステップ１１３の実行時あるいはステップ１１５の実行時のどちらに実施してもよい。

本実施例により、電磁コイルへの印加電流に対してレンズの形成する磁界の再現性が低下した場合においても、前記の再現性を回復し、鮮明な画像を取得可能な走査電子顕微鏡を実現することができた。また、第一の実施例同様、本実施例の構成を、欠陥レビューシステムだけではなく半導体回路や各種配線の寸法測長システムに対して適用しても、本実施例の効果を実現することが可能である。

第四の実施例として、磁界レンズを用いることによる一次電子線の試料照射電流の高速切替機能を備えた走査電子顕微鏡の構成例について説明する。図１２には、本実施例の走査電子顕微鏡の構成図を示す。

図１２に示す走査電子顕微鏡は、実施例１から３と同様、電子光学鏡筒２５１，試料室２５２，電源ユニット２５３，演算装置２３１およびその付随構成要素により構成される。高電圧制御電源２２４で制御される電子源２１１から引き出された一次電子線２０１は、レンズ制御電源２２５で制御される第一の集束レンズ２１２でクロスオーバ位置が調整され、絞り板２１３を通過することによりビーム電流量が所定値に制限される。電流量が調整された一次電子線２０１は、レンズ制御電源２２６で制御される第二の集束レンズ２１４および対物レンズ制御電源２２９で制御される対物レンズ２１６により、試料２１７に微小スポットとして集束される。更に、一次電子線２０１は、偏向レンズ制御電源２２７で制御される偏向コイル２１５により、走査領域の寸法や走査速度に応じて試料上を二次元的に走査される。試料電圧制御電源２３０で制御される電圧を試料２１７に印加すると、一次電子線２０１は試料２１７へ減速されて照射される。一次電子線２０１の照射によって試料２１７から発生した二次電子等の二次信号２０２は、二次信号検出器２２４にて検出される。二次信号検出器で検出された信号は、信号増幅器２２８で増幅された後、画像記憶部２３３に転送されて表示装置２３２に試料像として表示される。以上説明した走査電子顕微鏡の動作は、演算装置２３１が、メモリ２３６に格納された制御用ソフトウェアを読み出して、電源ユニット２５３に含まれる各種制御電源の出力値を制御することにより制御される。

本実施例での試料照射電流の高速切替は、第一の集束レンズ２１２の集束条件を変更し、絞り板２１３で除去される一次電子線の不要な領域の割合を変化させることで実現される。このとき、対物レンズ２１６の集束条件が変化しないように、第一の集束レンズ２１２の集束条件の変更に連動して第二の集束レンズ２１４の集束条件を変更する。第一の集束レンズおよび第二の集束レンズの集束条件変更後の各レンズの電流値および集束条件に設定する前に実施する磁気履歴除去シーケンスに関する情報はメモリ２３６にあらかじめ格納されている。

本実施例における磁気履歴除去の流れを図１３により説明する。試料照射電流切替のコマンド入力１２１が実行されると、第一の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスと試料照射電流切替後の電流値および第二の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスと試料照射電流切替後の電流値の呼出ステップ１２２が実行される。メモリ３６から呼び出されるのは、第一の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスのパラメータである電流値Ｄ、電流値Ｅ、時間Ｓ、時間Ｔと試料照射電流切替後の第一の集束レンズの電流値Ｆ、第二の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスのパラメータである電流値Ｇ、電流値Ｈ、時間Ｕ、時間Ｖおと試料照射電流切替後の第二の集束レンズの電流値Ｉおよび時間Ｗである。電流値Ｄ、電流値Ｅ、時間Ｓ、時間Ｔは電流値Ｆの値によって一義的に決定され、同様に電流値Ｇ、電流値Ｈ、時間Ｕ、時間Ｖは電流値Ｉの値によって一義的に決定される。

ステップ１２３では、第一の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスと試料照射電流の切替フローおよび第二の集束レンズの磁気履歴除去シーケンスと試料照射電流の切替フローとが平行して実施される。ステップ１２３が開始されると、第一の集束レンズ１２と第二の集束レンズ１４では、それぞれ独立に以下の動作が実施される。第一の集束レンズ１２では、初期電流値の保持ステップ１２４（電流値：Ｄ、保持時間：Ｓ）、オーバーシュート（またはアンダーシュート）電流の保持ステップ１２５（電流値：Ｅ、保持時間：Ｔ）、終電流値Ｆへの設定ステップ１２６の動作が順に実行される。同様に、第二の集束レンズ１４では、初期電流値の保持ステップ１２７（電流値：Ｇ、保持時間：Ｕ）、オーバーシュート（またはアンダーシュート）電流の保持ステップ１２８（電流値：Ｈ、保持時間：Ｖ）、終電流値Ｉへの設定ステップ１２９の動作が順に実行される。ステップ１２６とステップ１２９の両方が終了すると、保持ステップ１３０が実行され、終電流値Ｆないし終電流値Ｉの印加状態が時間Ｗの間保持される。ここで、時間Ｗは、ステップ１２６とステップ１２９の両方が終了してから、観察位置における前記試料のデジタル画像の１画素が表示できる視野寸法よりも試料上で集束される一次荷電粒子線の寸法が小さくなるまでの時間に対応し、予め算出によって求められる。その後、試料照射電流切替の終了を出力１３１が実施され、画像の取得および保存の動作が可能な状態となる。

本実施例により、取得画像の鮮明さを維持したまま試料照射電流の高速切替が可能な走査電子顕微鏡が実現された。

以上の実施例１から４では、欠陥レビューシステムおよび走査電子顕微鏡の構成例について説明したが、本発明は、走査電子顕微鏡のみならず透過電子顕微鏡やイオンビーム装置等各種の荷電粒子線装置へも適用可能である。以上、磁界レンズ手段を用いた荷電粒子線装置に対して本発明を適用することにより、取得画像の画質を維持したまま磁界レンズ手段に流す電流値を高速に切り換えることが可能となり、これにより取得画像の画質と取得速度が両立された高性能な荷電粒子線装置を実現することが可能となる。

本発明における荷電粒子線装置の構成図。 外部印加磁界に対する磁性体の磁化の時間変化を示す模式図。 本発明における欠陥レビューシステムの動作フロー図。 本発明における磁気履歴除去の処理フロー図。 本発明における磁界レンズ電流のオーバーシュート領域の説明図。 本発明における磁界レンズ電流のアンダーシュート領域の説明図。 本発明における磁界レンズ電流のオーバーシュート領域の説明図。 本発明における磁界レンズ電流のアンダーシュート領域の説明図。 本発明における荷電粒子線装置の構成図。 本発明における荷電粒子線装置の構成図。 本発明における磁気履歴除去の処理フロー図。 本発明における荷電粒子線装置の構成図。 本発明における磁気履歴除去の処理フロー図。

符号の説明

１、２０１…一次電子線、２、２０２…二次信号、３…入射光、４…反射光、１１、２１１…電子源、１２、２１２…第一の集束レンズ、１３、２１３…絞り板、１４、２１４…第二の集束レンズ、１５、２１５…偏向コイル、１６、２１６…対物レンズ、１７、２１７…試料、１８、２１８…試料ステージ、１９…光源、２０…光位置検出器、２１…光学レンズ、２２…光学レンズ、２３、２３３…二次信号検出器、２４、２２４…高電圧制御電源、２５、２２５…レンズ制御電源、２６、２２６…レンズ制御電源、２７、２２７…偏向レンズ制御電源、２８、２２８…信号増幅器、２９、２２９…対物レンズ制御電源、３０、２３０…試料電圧制御電源、３１、２３１…演算装置、３２、２３２…表示装置、３３、２３３…画像記憶部、３４、２３４…ウェハ情報記憶部、３５、２３５…入力装置、３６、２３６…メモリ、３７…入力部、４０…静電レンズ、４１…静電レンズ制御電源。

Claims (17)

1. 被計測試料を保持する試料ステージを格納する試料室と、該被計測試料上に一次荷電粒子線を走査して発生する二次信号を検出し、該検出結果を信号出力する荷電粒子光学鏡筒と、該出力信号を画素データに変換する演算手段とを備えた荷電粒子線装置において、
   前記荷電粒子光学鏡筒は、電流で励磁された磁場を前記一次荷電粒子線に作用させる磁界レンズ手段と、
   当該磁界レンズ手段に対して所定の大きさと時間だけ励磁電流を供給することにより当該磁界レンズ手段に存在する磁気履歴の低減処理を実行する制御電源とを備え、
   前記荷電粒子線装置は、前記一次荷電粒子線の前記試料上におけるスポット径が設定値よりも小さくなった時点で、当該磁気履歴の低減処理を停止することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 被計測試料を保持する試料ステージを格納する試料室と、該被計測試料上に一次荷電粒子線を走査して発生する二次信号を検出し、該検出結果を信号出力する荷電粒子光学鏡筒と、該出力信号を画素データに変換する演算手段とを備えた荷電粒子線装置において、
   前記荷電粒子光学鏡筒は、電流で励磁された磁場を一次荷電粒子線に作用させる磁界レンズ手段を備え、
   更に、前記磁界レンズ手段に対して所定の大きさの励磁電流を所定時間供給することにより該磁界レンズ手段に存在する磁気履歴の低減処理を実行する制御電源を備え、
   当該磁気履歴低減処理の際に該制御電源が供給する励磁電流は、該励磁電流の初期値と最終値との間に、励磁電流値が前記初期値および最終値のいずれよりも大きいオーバーシュート領域、または励磁電流値が前記初期値および最終値のいずれよりも小さいアンダーシュート領域を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記試料上の計測位置を前記前記集束荷電粒子線の照射位置に向かって移動する間に、前記磁気履歴の低減処理を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記励磁電流にオーバーシュート領域が存在する場合は、前記励磁電流初期値の絶対値よりも前記最終値の絶対値が大きく、
   前記励磁電流にアンダーシュート領域が存在する場合は、前記励磁電流初期値の絶対値よりも前記最終値の絶対値が小さいことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記磁気履歴の低減処理の際に前記磁界レンズ手段に対して印加する励磁電流波形を、初期領域、最大励磁電流領域または最小励磁電流領域、および最終領域の３段階に分割して形成したことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記被計測試料の高さを測定する高さ計測装置を備え、
   前記磁気履歴の低減処理の終了時点で前記磁界レンズ手段に印加される励磁電流値を、当該高さ計測装置の測定値に応じて決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
   前記被計測試料の高さを測定する高さ計測装置を備え、
   前記励磁電流の最終値を当該高さ計測装置の測定値に応じて決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
   前記高さ計測装置の測定結果の読み出しを、前記励磁電流値が、前記オーバーシュート領域の最大値またはアンダーシュート領域の最小値に達する以前に実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
   前記オーバーシュート領域における最大励磁電流値または前記アンダーシュート領域における最小励磁電流値を、前記励磁電流の最終値に所定のオフセットを加えた値に設定することを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１または２に記載の荷電粒子線装置において、
    前記磁気履歴の低減処理の際に前記磁界レンズ手段に対して印加する励磁電流波形を、初期領域、最大励磁電流領域または最小励磁電流領域、および最終領域の３領域に分割して形成したことを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
    前記磁界レンズ手段が対物レンズであることを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記対物レンズが、静電レンズを更に備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
13. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
    前記荷電粒子光学鏡筒は、電子銃と、対物レンズと、該電子銃と対物レンズとの間に配置された集束レンズとを備え、
    前記磁界レンズ手段が集束レンズであることを特徴とする荷電粒子線装置。
14. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
    前記磁気履歴の低減処理の実行前に、該磁気履歴の低減処理とは異なる第２の磁気履歴低減処理を実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
15. 請求項１４に記載の荷電粒子線装置において、
    前記演算手段の演算結果が表示される表示装置を有し、
    前記磁気履歴の低減処理が所定の効果を満たさなかった場合には、当該表示装置に前記第２の磁気履歴低減処理の実行ボタンが表示され、
    該実行ボタンをクリックすることにより前記第２の磁気履歴低減処理が開始されることを特徴とする荷電粒子線装置。
16. 半導体ウェハ上に存在する欠陥の位置情報を元に、当該欠陥の走査電子画像を取得するための欠陥レビューシステムにおいて、
    前記半導体ウェハを保持する試料台と、前記欠陥位置を含む領域を一次電子線で走査して前記走査電子線画像を取得するための走査電子顕微鏡と、前記欠陥位置を前記一次電子線の照射位置に移動するために前記試料台を移動する試料ステージと、前記走査電子画像を表示するための表示装置とを有し、
    前記走査電子顕微鏡は、励磁電流により励磁された磁場を前記一次電子線に作用させる磁界レンズ手段と、
    当該磁界レンズ手段に対して所定の大きさと時間だけ励磁電流を供給することにより当該磁界レンズ手段に存在する磁気履歴の低減処理を実行する電源ユニットとを備え、
    前記一次電子線のスポット径が、前記画像データに対して要求される分解能よりも小さくなった時点で、前記磁気履歴の低減処理を停止することを特徴とする欠陥レビューシステム。
17. 請求項１６に記載の欠陥レビューシステムにおいて、
    前記磁気履歴の低減処理を、前記試料ステージの移動中に実行することを特徴とする欠陥レビューシステム。

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