JP2016031937A - 荷電粒子ビーム試料検査システムおよびその動作方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム試料検査システムおよびその動作方法 Download PDF

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Abstract

【課題】荷電粒子ビーム試料検査システムを提供すること。【解決手段】本システムは、少なくとも１つの荷電粒子ビームを放出するためのエミッタと、試料を支持するために構成された試料支持テーブルと、少なくとも１つの荷電粒子ビームを集束させるための対物レンズと、対物レンズと試料支持テーブルとの間に設けられた電荷制御電極であって、少なくとも１つの荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのアパーチャ開口部を有する電荷制御電極と、試料を帯電させるためにさらなる荷電粒子を放出するように構成されたフラッド銃であって、電荷制御電極がフラッド銃アパーチャ開口部を有するフラッド銃と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、１つまたは複数の荷電粒子ビームを用いて、試料、例えば、ウエハをイメージングする、およびフラッド銃を含む装置に関する。本発明の実施形態は、詳細には対物レンズおよびフラッド銃を有する荷電粒子ビーム試料検査システム、具体的には荷電粒子ビーム試料検査システム、マルチビーム試料検査システム、および荷電粒子ビーム試料検査システムを動作させる方法に関する。
荷電粒子ビーム装置は、限定されないが、電子ビーム（ウエハ）検査、製造中の半導体デバイスの限界寸法測定、製造中の半導体デバイスの欠陥調査、リソグラフィのための露光システム、探傷装置、およびテストシステムを含む、複数の産業分野で多くの機能を有する。したがって、マイクロメートルおよびナノメートルスケールの範囲内にある試料の構造化、テスト、検査用に大きな需要がある。
マイクロメートルおよびナノメートルスケールのプロセス制御、検査、または構造化は、しばしば、荷電粒子ビーム、例えば、電子ビームを用いて行なわれ、これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターンジェネレータなどの荷電粒子ビーム装置において生成され、集束される。荷電粒子ビームは、例えば、フォトンビームと比較すると、短波長のため、優れた空間分解能を呈する。
特に、電子ビーム検査（ＥＢＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）技術にとっては、スループットが第一の関心事である。電子ビーム検査技術はとりわけ、具体的には、５００ｅＶ未満の低ランディングエネルギーおよび低二次電子（ＳＥ：ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）抽出場における表面検査を指す。通常、高電流密度電子プローブの生成に対しては、複合対物レンズが使用される（磁気および静電気重畳減速電界型レンズ）。これらのレンズにおいて、カラム内部の電子のエネルギーを最終的なランディングエネルギーに低減させる。さらに、ウエハを望ましい表面電位に事前帯電させるために、例えば、ウエハ製造プロセスにおける電圧コントラスト（ＶＣ：ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ）欠陥の検出感度を向上させるために、またはウエハの帯電効果を放電する／中和するために、フラッド銃が使用されることがある。
上記に鑑みて、当技術分野の問題点の少なくとも一部を克服する改善された荷電粒子ビーム装置、およびその動作方法を提供することが有益である。
上記の観点から、独立請求項によって、改善された荷電粒子ビームウエハ検査システム、改善されたマルチビームウエハイメージングシステム、および荷電粒子ビームウエハイメージングシステムの改善された動作方法が提供される。さらなる利点、特徴、態様および詳細は、従属請求項、説明および図面から明白である。
一実施形態によれば、荷電粒子ビーム試料検査システムが提供される。本システムは、少なくとも１つの荷電粒子ビームを放出するためのエミッタと、試料を支持するために構成された試料支持テーブルと、少なくとも１つの荷電粒子ビームを集束させるための対物レンズと、対物レンズと試料支持テーブルとの間に設けられた電荷制御電極であって、少なくとも１つの荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのアパーチャ開口部を有する電荷制御電極と、試料を帯電させるためにさらなる荷電粒子を放出するように構成されたフラッド銃であって、電荷制御電極がフラッド銃アパーチャ開口部を有するフラッド銃と、を含む。
別の実施形態によれば、マルチビーム試料検査システムが提供される。マルチビーム試料検査システムは、荷電粒子ビーム試料検査システムを含む。荷電粒子ビーム試料検査システムは、少なくとも１つの荷電粒子ビームを放出するためのエミッタと、試料を支持するために構成された試料支持テーブルと、少なくとも１つの荷電粒子ビームを集束させるための対物レンズと、対物レンズと試料支持テーブルとの間に設けられた電荷制御電極であって、少なくとも１つの荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのアパーチャ開口部を有する電荷制御電極と、試料を帯電させるためにさらなる荷電粒子を放出するように構成されたフラッド銃であって、電荷制御電極がフラッド銃アパーチャ開口部を有するフラッド銃と、を含む。マルチビーム試料検査システムは、少なくとも１つのさらなる荷電粒子ビームを放出するための少なくとも１つのさらなるエミッタであって、電荷制御電極が少なくとも１つのさらなる荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのさらなるアパーチャ開口部を有するエミッタをさらに含む。
さらなる別の実施形態によれば、荷電粒子ビーム試料イメージングシステムを動作させる方法が提供される。本方法は、電荷制御電極を第１の電位にバイアスするステップと、試料の第１の部分を電荷制御電極のフラッド銃アパーチャ開口部の下で位置決めするために試料支持テーブルを移動させるステップと、試料の第１の部分をフラッド銃から放出された荷電粒子によって事前帯電させるステップと、試料の第１の部分を電荷制御電極の第１のアパーチャ開口部の下で位置決めするために試料支持テーブルを移動させるステップであって、第１のアパーチャ開口部が走査荷電粒子ビームユニットの対物レンズの光軸と位置合わせされるステップと、を含む。
本発明の上記の特徴について詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって上で簡潔に要約された本発明のより詳細な説明を得ることができる。添付図面は、本発明の実施形態に関連し、以下で説明される。
本明細書に記載される実施形態によるフラッド銃を有する走査荷電粒子ビーム装置の概略部分図である。 本明細書に記載される実施形態によるフラッド銃を有する走査荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビームウエハ検査システムのための電荷制御電極の概略図である。 本明細書に記載される実施形態による電荷制御電極のアパーチャ開口部を閉じるために設けることができる導電性メッシュの概略図である。 本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビーム検査システムに設けられたフラッド銃の概略図である。 本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビームウエハ検査システムで利用することができる較正ターゲットの概略図である。 本明細書に記載される実施形態による荷電粒子ビームウエハ検査システムで利用することができる較正ターゲットの概略図である。 本明細書に記載される実施形態によるフラッド銃を有するマルチビームウエハイメージングシステムの概略図である。 本明細書に記載される実施形態による、荷電粒子ビーム検査システムを動作させる方法の流れ図である。
ここで、１つまたは複数の例が図に示されている本発明の様々な実施形態を詳細に参照する。図面の以下の説明の範囲内において、同じ参考番号は、同じ構成要素を指す。全体的に、個々の実施形態に関しての違いのみが記載される。それぞれの例は、本発明の説明のために提供され、本発明を限定することは意図されていない。さらに、一実施形態の一部として示され記載される特徴を他の実施形態に、または他の実施形態とともに使用して、さらなる実施形態を生み出すことができる。記載は、そうした変更形態および変形形態を含むことが意図されている。
本出願の保護の範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置またはその構成要素は、二次電子および／または後方散乱電子の検出を含む電子ビーム装置と典型的に呼ばれ、これらの電子は、信号電子とも呼ばれる。実施形態は、荷電粒子ビームが代替としてイオンビームであってもよい装置、システム、および方法にさらに適用されうる。実施形態は、試料画像を得るために、電子もしくはイオンの形態の二次および／または後方散乱荷電粒子などの微粒子、フォトン、Ｘ線あるいは他の信号を検出する装置ならびに構成要素にさらに適用されうる。全体的に、微粒子に言及する場合、それらは、微粒子がフォトンである光信号、ならびに微粒子がイオン、原子、電子または他の粒子である粒子として理解されるべきである。
本明細書で言及されるような「試料」または「ウエハ」は、限定されることなく、半導体ウエハ、半導体加工品、およびメモリディスク、マスク、平面パネルディスプレイ用基板などの他の加工品を含む。一部の実施形態によれば、試料は、ウエハ、マスク、平面パネルディスプレイ用基板、および平面パネルディスプレイからなるグループから選択されてもよい。本発明の実施形態は、構造化する、または材料を堆積させる任意の加工品に適用されてもよい。試料もしくはウエハは、イメージングされるおよび／または構造化される、あるいは層を堆積させる表面、端面、および典型的には斜面を含む。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わすことができる一部の実施形態によれば、装置および方法は、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法測定、および欠陥調査用途のために構成され、または適用され、本明細書に記載される実施形態による顕微鏡および方法は、これらの用途の高スループットの観点から有利に使用されうる。本明細書に記載される一部の実施形態によれば、電子ビーム検査（ＥＢＩ）、限界寸法（ＣＤ：ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）測定ツール、および／または欠陥調査（ＤＲ：ｄｅｆｅｃｔ ｒｅｖｉｅｗ）ツールを提供することができ、これらにおいて高分解能、広視野、および速い走査速度を実現することができる。本明細書に記載される実施形態によれば、ウエハイメージングシステムまたはウエハＳＥＭ検査ツールは、ＥＢＩツール、ＣＤツール、またはＤＲツールを指し、これらは、当業者によって理解されるような特定のツールである。
本明細書に記載される実施形態の文脈において、保護の範囲をそれら実施形態に限定することなく、中間ビーム加速システムは、試料またはウエハを打つ直前にランディングエネルギーに減速される荷電粒子が初期の高い加速度を有する荷電粒子ビーム装置を表すことが意図されている。荷電粒子がカラムを通って誘導される加速速度ｖaccと荷電粒子が試料を打つランディング速度ｖlandingとの間のエネルギーまたは速度の比ｖacc／ｖlandingは、少なくとも約１０以上、例えば、２０以上であってもよい。さらに、ランディングエネルギーは、２ｋｅＶ以下、例えば、５００ｅＶまたはそれどころか１００ｅＶのように、１ｋｅＶ以下であってもよい。
本明細書に記載される実施形態は、フラッド銃を有する単一またはマルチカラムの走査電子顕微鏡であるシステムに関する。フラッド銃は、対物レンズおよびフラッド銃が電荷制御電極を共用するように設けられ、および／またはフラッド銃は、対物レンズハウジング内部に少なくとも部分的に存在するように設けられる。走査電子顕微鏡およびフラッド銃は、１つのウエハ検査装置内で一緒に組み合わせられる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、対物レンズおよびフラッド銃は、少なくとも一部の静電構成要素を共用し、および／または共通の磁気環境内に設けられる。したがって、ウエハ検査システムのスループットをさらに改善することができる。
一部の実施形態によれば、フラッド銃は、大きなスポットサイズを有する高い放出電流を生成するように構成される。高い放出電流および大きなスポットサイズによって、短時間に広い表面を走査し、所望の電位に帯電させることができる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、フラッド銃の放出電流は、最大５ｍＡ、例えば、１００μＡ〜３００μＡのように５０μＡ〜５００μＡであってもよい。さらなる追加のまたは代替の実施形態によれば、試料、例えば、ウエハの面内のスポットサイズは、７ｍｍ以下、例えば、約５ｍｍのように３ｍｍ〜６ｍｍであってもよい。フラッド銃のビームエネルギーは、一部の例によれば、３００〜３０００ｅＶであってもよい。
本明細書に記載される実施形態による走査電子ビーム検査システムにおいてフラッド銃を組み合わせることは、以下の態様の１つまたは複数の観点から有益である場合がある。（１）フラッド銃および走査電子ビーム検査システムは、光学素子の１つまたは複数、例えば、ウエハ上方の電荷制御電極を共用することができる。したがって、さらなる電源およびそれぞれのコントローラを共用することができる。これによって、とりわけ所有コストおよび／またはシステムの複雑さを低減することができる。（２）追加でまたは代替として、対物レンズハウジングによって共通の磁気環境を提供することによって、近くの構成要素、例えば、近くのＳＥＭカラムの磁場を遮蔽することができる。（３）共通の電荷制御電極によって、電子ビーム検査システムのカラムの帯電条件と比較して、同じ帯電条件でフラッド銃を利用して試料またはウエハ表面を帯電させることができる。（４）帯電システムと走査システム間の位置合わせの必要性を低減させることができる。（５）帯電システムと走査システム間のステージ移動を低減させることができる。したがって、ステージ移動のための時間および／またはナビゲーションエラーを低減させることができる。（６）試料またはウエハを走査システムおよびフラッド銃の下で同じバイアスで保持することができ、帯電と走査との間のサイクル時間が低減する。したがって、ウエハの別の部分を走査または検査する間に、ウエハ上の一部分を事前帯電させることが可能でさえある場合がある。上記の態様によって、スループットを向上させ、および／または所有コストを低減させることが可能となる。
本明細書に記載される実施形態によれば、電子ビームシステム用の対物レンズ、すなわち電子ビームが試料またはウエハに当たる前の最後のレンズは、磁気・静電レンズを含む。図１に示すように、静電レンズ構成要素は、高電位にある上部電極１６２、およびサンプルの電圧に近い電位にあり、所望のランディングエネルギーを提供するために電子を減速させる下部電極、例えば、電荷制御電極１６６を含む。これらの電極は、ビームを集束させること、ならびに所望の低い一次ビーム電圧にまでビームを遅くすることに寄与する。
図１は、走査電子顕微鏡１００の一部を示す。対物レンズは、上部磁極片６３、下部磁極片６４、および（図１には示されていない）コイルを有する磁気レンズ組立体６０を含む。対物レンズは、第１の電極１６２、すなわち図中の上部電極、および電荷制御電極１６６、すなわち図中の下部電極を有する静電レンズ構成要素をさらに含む。さらに、信号電子または信号電子に作用する抽出場をそれぞれ制御するための制御電極１７０が、電荷制御電極１６６の位置から試料支持テーブル５０または試料５２それぞれまでの光軸２に沿った位置に設けられる。図１では、制御電極１７０は、電荷制御電極１６６内部に設けられている。制御電極１７０は、例えば、光軸に沿って電荷制御電極１６６と実質的に同じ位置を有することができる。また、電荷制御電極１６６は、大きなプロキシまたは大プロキシとも呼ばれることがあり、制御電極１７０は、小プロキシとも呼ばれることがある。一部の実施形態によれば、小プロキシは、試料からの距離が大プロキシと同じ距離にあってもよい。他の実施形態によれば、小プロキシは、大プロキシよりも試料に近い。
本明細書に記載される実施形態によれば、小プロキシ、すなわち、制御電極１７０は、静電レンズ構成要素の特性にわずかな影響を及ぼすが、試料からのＳＥの抽出または試料から放出されたＳＥの誘導を制御する機能性に関しては、別個の要素とみなされるほどに十分に小さいことを理解されたい。
対物レンズ６０は、光軸２に沿ってカラム中を進む電子ビーム１２を、試料５２上に、すなわち、試料面内で集束させる。試料５２は、試料支持テーブル５０上に支持される。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、試料の領域の走査は、光軸に実質的に垂直な第１の方向にテーブルを移動させることによって、および光軸に実質的に垂直で、第１の方向に実質的に垂直な、別の第２の方向に線を走査することによって行なわれうる。
フラッド銃１５２は、走査電子顕微鏡１００内に設けられる。図１に示すように、フラッド銃１５２は、電荷制御電極１６６を、走査電子顕微鏡の走査検査システムと共用する。本明細書に記載される実施形態によれば、電荷制御電極１６６は、少なくとも１つのアパーチャ開口部１６２およびフラッド銃アパーチャ開口部１５４を有する。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、アパーチャ開口部１６２とフラッド銃アパーチャ開口部１５４間の距離は、６０ｍｍ以上の範囲にある。一部の実施態様では、アパーチャ開口部１６２とフラッド銃アパーチャ開口部１５４間の距離は、９０ｍｍ以下の範囲にある。一例として、アパーチャ開口部１６２とフラッド銃アパーチャ開口部１５４間の距離は、６０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲にある。試料支持テーブルを、電子ビーム１２が試料５２に当たる第１の位置、例えば、図１に示すような位置に移動させることができる。試料支持テーブル５０を、フラッド銃から放出された荷電粒子が試料５２、例えば、ウエハに当たる第２の位置にさらに移動させることができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、荷電粒子ビームウエハ検査システム、例えば、図１に示す走査電子顕微鏡１００は、対物レンズハウジング６５を含む。対物レンズハウジング６５は、対物レンズ、特に上部磁極片６３および下部磁極片６４を取り囲む。例えば、対物レンズハウジング６５は、空隙、または磁気絶縁体、すなわち、例えば、銅などの比透磁率μ／μｏ＝１を有する材料によって磁極片から磁気的に絶縁される。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、対物レンズハウジング６５は、１００００以上の比透磁率μ／μｏを有する材料、例えば、ミュー合金などを含むことができる。フラッド銃１５２および対物レンズ６０は、フラッド銃１５２の少なくとも一部を取り囲む対物レンズハウジング６５を有することによって、同じ磁気環境を共用する。対物レンズハウジングは、近くのＳＥＭカラム、または対物レンズ６０およびフラッド銃１５２用の他の装置の場を遮蔽することができる。
本明細書に記載される一部の実施形態によれば、対物レンズは、静電的であっても、磁気的であっても、または磁気と静電気の組み合わせであってもよい。磁気レンズまたは磁気レンズ組立体は、永久磁石、コイル、またはそれらの組み合わせによって提供されてもよい。例えば、対物レンズは、１つまたは複数の磁極片を含む磁気レンズ組立体を有することができる。本明細書に記載される実施形態によれば、対物レンズハウジングは、対物レンズを取り囲み、磁場および静電場の１つまたは両方を遮蔽する。対物レンズハウジングは、フラッド銃の少なくとも一部を取り囲む。したがって、フラッド銃は、対物レンズに近接して配置されうる。
電荷制御電極１６２および対物レンズハウジング６５の少なくとも１つを共用することによって、コストを低減し、検査システムの設置面積を小さくすることができる。さらに、フラッド銃１５２は、試料支持テーブル５０が試料５２を短時間で、電子ビームからフラッド銃１５２下方の位置に、および逆もまた同様に移動させることができるように、走査電子ビーム構成要素からある距離を置いて設けられてもよい。
さらなる実施形態について、図２に関して説明することができる。図２は、ＳＥＭイメージング装置、すなわちフラッド銃１５２を有する走査電子顕微鏡１００などの荷電粒子ビーム装置を示す。電子ビームカラム２０は、第１のチャンバ２１、第２のチャンバ２２、および第３のチャンバ２３を提供する。銃チャンバとも呼ばれることがある第１のチャンバは、エミッタ３１およびサプレッサーを有する電子源３０を含む。
本明細書に記載される実施形態によれば、エミッタ３１は、エミッタに電圧を供給するための電源に接続される。エミッタは、エミッタ組立体の１つまたは複数のエミッタのうちのエミッタであってもよい。本明細書に記載される例に対しては、エミッタに供給される電位は、電子ビームが８ｋｅＶ以上のエネルギーに加速されるようなものである。したがって、典型的には、エミッタは、例えば、カラム、および図２の第１の電極１６２も提供するビーム誘導チューブがグランド電位にある場合、−８ｋｅＶ以下の負電圧の電位にバイアスされる。しかし、カラム内部の、例えば、２０ｋｅＶ以上のより高いビームエネルギーは、電子光学性能（例えば、分解能または電流密度）にとって一層有利である。上記のように、正電位のエミッタを有することは、カラムおよびビーム誘導チューブがグランド、または適度な電位であってもよいという利点を備えた典型的な実施形態である。しかし、本明細書に記載される実施形態によるズームレンズの集束特性に関しては、エミッタを接地することもでき、電源を図２に示す電極１６２に接続することができる。
電子ビームは、電子ビーム源３０によって生成される。ビームは、ビームを成形するように寸法設定されている、すなわちビームの一部をブロックするビーム成形アパーチャ４５０と位置合わせされる。その後、ビームは、一次電子ビームと信号電子ビーム、すなわち信号電子とを分離するビーム分離器３８０を通過する。一次電子ビームは、対物レンズによって試料５２またはウエハ上に集束する。試料は、試料ステージ、すなわち試料支持テーブル５０上で位置決めされる。電子ビームが当たると、例えば、二次または後方散乱電子が試料５２から放出され、この電子を検出器３９８によって検出することができる。たとえ後方散乱電子および二次電子が検出器によって典型的には検出されるとしても、本開示の一部分は、一次電子との比較で、二次電子のみに関しており、後方散乱電子も信号電子であり、または本明細書で理解されるような二次電子と同様であると考えられ、すなわち、画像の信号を生成するための二次生成物があることを理解されたい。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、コンデンサレンズ４２０、およびビーム成形またはビーム制限アパーチャ４５０が設けられる。ビームをビーム成形アパーチャに位置合わせするために、コンデンサレンズとビーム成形アパーチャ４５０との間に２段偏向システム４４０が設けられる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載される実施形態によれば、電子は、抽出器またはアノードによってカラムの電圧に加速される。例えば、抽出器は、コンデンサレンズ４２０の第１の（上部）電極によって、またはさらなる電極（図示せず）によって提供されてもよい。また、さらなる実施形態によれば、コンデンサレンズは、プローブ径を制御するための磁気コンデンサレンズであってもよい。
さらに、走査偏向器組立体３７０が設けられる。例えば、走査偏向器組立体３７０は、磁気走査偏向器組立体であってもよいが、高いピクセルレートに対して構成された静電走査偏向器組立体であるのが好ましい。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、走査偏向器組立体３７０は、図２に示すように単一段の組立体であってもよい。あるいは、２段の、さらには３段の偏向器組立体も設けることができる。偏向器組立体の各段は、光軸２に沿って異なる位置に設けられてもよい。
信号電子、例えば、二次および／または後方散乱電子は、ウエハまたは試料から、例えば、制御電極によって抽出され、対物レンズ内部でさらに加速される。ビーム分離器３８０は、一次電子と信号電子とを分離する。ビーム分離器は、ウィーンフィルタであってもよく、および／または少なくとも１つの磁気偏向器であってもよく、それによって信号電子が光軸２から離れるように偏向される。次いで、信号電子は、ビームベンダ３９２、例えば、半球形のビームベンダ、およびレンズ３９４によって検出器３９８に誘導される。フィルタ３９６のようなさらなる要素が設けられてもよい。さらなる変更形態によれば、検出器は、試料における開始角度に応じて信号電子を検出するように構成されたセグメント化された検出器であってもよい。
対物レンズハウジング６５は、対物レンズ６０を取り囲む。さらに、フラッド銃１５２の少なくとも一部は、対物レンズハウジング６５によって取り囲まれてもよい。一部の実施形態によれば、対物レンズおよびフラッド銃は、共通の対物レンズハウジングを有することができる。電荷制御電極１６６は、ウエハもしくは試料５２（またはウエハ支持テーブル５０それぞれ）と共通の対物レンズハウジング６５との間に設けられる。これによって、フラッド銃および走査電子顕微鏡カラムの下の試料表面、例えば、ウエハ表面の帯電電位を制御することが可能となる。ウエハと電荷制御電極間の電圧差は、結果として生ずるウエハ電位を決定する。フラッド銃電子、すなわちフラッド銃から放出された荷電粒子は、フラッド銃アパーチャ開口部１５４を通って電荷制御電極１６６を通過する。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、フラッド銃アパーチャ開口部は、メッシュ２５４またはグリッドで覆われてもよい。メッシュまたはグリッドは、試料上方の静電場の均一性を改善することができる。したがって、帯電プロファイルの均一性をメッシュ２５４、例えば、グリッドによって改善することができる。
図２は、フラッド銃１５２用の電源２６１を示す。電源２６１は、電気キャビネット２６０内に設けられる。さらに、電源２６２が設けられ、電荷制御電極１６６およびウエハまたは試料支持テーブル５０を、それぞれ、所望の電位にバイアスすることができる。さらに、試料支持テーブル５０の移動を制御するためのコントローラ２６３を設けることができる。本明細書に記載される実施形態によれば、電源および個々のコントローラは、主コントローラ２５０、例えば、少なくともＣＰＵおよびメモリを有する主コンピュータによって制御されうる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、較正ターゲット２４０が試料支持テーブル５０上に設けられてもよい。較正ターゲット２４０の詳細については図５Ａおよび５Ｂに関して説明する。較正ターゲット２４０は、試料５２または試料支持テーブル５０をそれぞれバイアスするための電源２６２に接続される。
較正ターゲットは、フラッド銃１５２から放出された電子ビームを特徴づけするために、および／またはフラッド銃から放出された電流を測定するために構成される。フラッド銃の放出電流は、最大５ｍＡ、例えば、１００μＡ〜３００μＡのように５０μＡ〜５００μＡであってもよい。フラッド銃の放出電流が高いことによって、事前帯電および／または放電をはるかに短い時間で行なうことができるため、検査システムのスループットを改善することができる。さらなる追加のまたは代替の実施形態によれば、試料またはウエハの面内のスポットサイズは、７ｍｍ以下、例えば、約５ｍｍのように３ｍｍ〜６ｍｍであってもよい。したがって、電流密度は、フラッド銃を使用する場合、比較的低く、例えば、１〜１０μＡ／ｍｍ2の範囲にある。これによって、試料、例えば、ウエハを検査する場合に、人工物を有する可能性が低減する。しかし、より高い放出電流によって、走査電子ビームカラムの電子ビームによって帯電させることができない一部のタイプの層を所望の電位に帯電させることが可能となる。特に、大きな静電容量を有する層は、走査電子顕微鏡の電子ビームによって所望の電位に帯電しない場合がある。
本明細書に記載される実施形態は、例えば、ウエハ製造プロセスにおける電圧コントラスト（ＶＣ）欠陥の検出感度を増大させるためにウエハを所望の表面電位に事前帯電させ、その後、事前帯電した表面上を走査電子ビーム顕微鏡の電子ビームで走査するために利用することができ、またはそのような事前帯電および走査を含むことができる。一部の実施形態によれば、走査される領域上の事前帯電の均一性は、１０Ｖピークトゥピーク以下である可能性がある。例えば、ウエハなどの試料を１００Ｖ±５Ｖに帯電させることができる。
図２に示すように、フラッド銃１５２は、ＳＥＭカラムとのある共通のインタフェースを使用する。事前帯電、すなわち、フラッド銃の動作中に使用されるように構成された、および走査電子ビームによる検査中に使用されるように構成された電荷制御電極１６６は、チャンバ２３内に設けられる。すなわち、フラッド銃およびＳＥＭカラムは、同じ真空条件下で動作し、すなわち、それらは、真空チャンバ内部の同じ圧力を共用する。
試料支持テーブル５０は、ＳＥＭカラムおよび／またはフラッド銃の下に、試料、例えば、ウエハを移動させるように構成されたＸ−Ｙステージナビゲーションシステムを含む。ウエハは、ウエハ上の電子のランディングエネルギーを決定する電位にバイアスされる。
図３は、電荷制御電極１６６を示す。電荷制御電極１６６は、開口部１５４を有する。フラッド銃から放出された荷電粒子、例えば、電子は、電荷制御電極１６６の開口部１５４を通過することができる。電荷制御電極は、開口部１６２をさらに含む。図３Ａに示す例は、走査電子ビームシステムの５つの電子ビームに対する５つの開口部１６２を示す。また、電荷制御電極は、図２に示すように、チャンバ２３、すなわち真空チャンバ内に設けられ、ＳＥＭカラムおよびフラッド銃に対して共通である。したがって、フラッド銃およびＳＥＭカラムの電荷制御は、同じ高電圧コントローラによって制御される。
導電性メッシュ２５４は、フラッド銃アパーチャ開口部に、またはフラッド銃アパーチャ開口部内部に設けられる。すなわち、アパーチャ開口部は、試料、例えば、ウエハと電荷制御電極との間に均一で平面の静電場を生成するために、薄い金属メッシュまたはグリッドで覆われている。導電性メッシュ２５４は、電荷制御電極の電位にバイアスされてもよい。導電性メッシュをバイアスすることによって、均一で平面の静電場を提供することができる。これによって、事前帯電のプロファイルの均一性が改善される。
図３Ｂに示すように、導電性メッシュ２５４は、複数のワイヤ３５４を含む。第１の複数のワイヤ３５４は、第１の方向に延在し、第２の複数のワイヤ３５４は、第１の方向とは異なる第２の方向に延在する。例えば、第２の方向は、第１の方向と実質的に垂直であってもよい。例えば、第２の方向は、第１の方向に対して８０°〜１００°の角度を有することができる。第１の複数のワイヤ３５４および第２の複数のワイヤ３５４は、メッシュ２５４を形成する。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、第１の複数のワイヤの第１の方向および第２の複数のワイヤの第２の方向は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に移動することができる試料支持テーブル５０の試料移動方向の１つと平行ではない。さらに、追加でまたは代替として、第１の複数のワイヤの第１の方向および第２の複数のワイヤの第２の方向は、フラッド銃内部のビーム偏向システムによって偏向させることができるフラッド銃から放出された荷電粒子の走査方向の１つと平行ではない。また、この走査方向は、試料支持テーブル５０のＸ方向およびＹ方向と一致してもよい。特に、第１の複数のワイヤの第１の方向および第２の複数のワイヤの第２の方向は、Ｘ方向またはＹ方向に対して、３０°〜６０°、例えば、約４５°の角度を有することができる。そうした角度を与えることによって、試料上をフラッド銃電極が走査するときに、試料の表面上の帯電していない線を回避することができる。
導電性メッシュ２５４は、１つまたは複数の突部３５５を有することができる。突部３５５を使用して、試料移動方向および／または走査方向に対して第１の複数のワイヤの第１の方向および第２の複数のワイヤの第２の方向を固定された配向にすることができる。突部３５５は、導電性メッシュと電荷制御電極間の電気的接続のためにさらに利用されてもよい。さらに、突部は、導電性メッシュを簡単に交換するのに役立つことがある。典型的なメッシュは、５μｍ〜１００μｍの太さを有するワイヤを含んでもよい。典型的なメッシュは、ワイヤ間に８０μｍ〜２００μｍのスペースを有するように製造されてもよい。ワイヤの寸法とこの基部の寸法との比率は、１０％〜３０％、例えば、約２０％であってもよい阻止比率を決定する。
図４は、フラッド銃１５２を示す。フラッド銃は、ハウジング４０２を有する。電子は、エミッタ４０４から放出され、アノード４０５によって加速される。一部の実施形態によれば、ビームブランカシステム４０６を設けることができる。ビームブランカシステムは、電子がビームブロッカ４０７によって阻止されるように、電子ビームを偏向させることができる。荷電粒子のビームを集束させるために電極４０８を設けることができる。したがって、一部の実施形態は、集束の選択肢を含むことがある。ビームを第１の方向、例えば、Ｘ方向に偏向させるための第１のビーム走査システム４１２、およびビームを第２の方向、例えば、Ｙ方向に偏向させるための第２のビーム走査システム４１４を設けることができる。フラッド銃のビーム偏向システムは、電荷制御電極のアパーチャ開口部の中心を通過するようにフラッド銃の電子を位置合わせするように構成される。アパーチャ開口部の直径は、ウエハ面上のフラッド銃のビームサイズを所望のサイズおよび形状に制限している。直径による制限は、望ましくない領域の帯電を回避する役目をさらに果たすことができる。
図４は、アパーチャ開口部が設けられた電荷制御電極１６６をさらに示す。電荷制御電極１６６のアパーチャ開口部は、導電性メッシュ２５４によって閉じられている。フラッド銃１５２から放出された電子は、試料５２、例えば、ウエハに当たる。本明細書に記載される実施形態によれば、放出電流は、電源電圧を制御することによって制御されうる。電源電圧を制御することによって、一定の放出電流を供給することができる。電極４０８によって提供される、例えば、他の電極と相まって電極の電位およびフラッド銃１５２内部の電位によって提供される集束レンズによって、フラッド銃から放出された電子のスポット径を制御することが可能となる。スポット径の制御は、帯電中のウエハ表面または較正中の較正ターゲット表面以外がフラッド銃照射されるのを回避するために有益である。所望の領域以外の、例えば、ケーブルなどのフラッド銃照射は、フラッド銃によって放出された高ビーム電流のために荷電粒子ビーム検査システムの動作を劣化させることがある。所望のサービスに対するフラッド銃照射の制御は、ビームブランカ４０６ならびに／またはフラッド銃から放出された電子ビームを偏向させることができる第１のビーム走査システムおよび第２のビーム走査システムによってさらに改善されうる。
図４は、さらに作動距離４３０、すなわち、ハウジング４０２の下方部分の試料の表面からの距離を示す。フラッド銃のハウジング４０２は、内部に設けられている構成要素に区画を提供するだけでなく、フラッド銃内部の電位がフラッド銃の電子ビームに影響を与える領域を画成する。したがって、作動距離４３０は、ハウジング４０２の下方部分と試料５２の表面との間に提供される。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、作動距離は、６０ｍｍ〜９０ｍｍ、例えば、７０ｍｍ〜８０ｍｍであってもよい。作動距離の有益な選択と導電性メッシュとを組み合わせることによって、ウエハと電荷制御電極間の静電場の所望の均一性が可能となる。これによって、帯電プロファイルを１０Ｖピークトゥピーク以下の所望の範囲内とすることができる。
図５Ａは、較正ターゲット２４０を示す。較正ターゲット２４０は、例えば、図２に示すように試料支持テーブル５０上で位置決めされる。較正ターゲット２４０は、フラッド銃１５２のビームを特徴づけるために、および／またはフラッド銃１５２から放出された電流を測定するために利用されうる。フラッド銃を較正するために、試料支持テーブル５０は、フラッド銃からの電子が較正ターゲット２４０に当たるように移動する。したがって、較正ターゲットは、ステージ組立体上に位置する。較正ターゲットによって、試料支持テーブルの電位を制御することが可能である。本明細書に記載される実施形態によれば、フラッド銃から放出されたビームは、動作電圧にバイアスされた試料支持テーブルまたは試料によってそれぞれ特徴づけられうる。
図５Ａに示すように、較正ターゲット２４０は、ウエハまたは試料支持テーブルをそれぞれバイアスするための電源２６２に接続される。フラッド銃のスポットを、較正ターゲット上を走査させながら電源信号の変動を分析することができる。この分析によって、電源２６２の電源信号を用いたフラッド銃のスポットの特徴づけが可能となる。電流を測定するために典型的には接地されるファラデーカップとは反対に、本明細書に記載される一部の実施形態による較正ターゲットは、バイアスされた条件下で動作する。
較正ターゲット２４０は、少なくとも１つの開口部を備えたアパーチャプレート５４０を有する。フラッド銃から放出された電子ビームは、アパーチャプレート５４０の開口部を通過することができる。電子ビームは、カップ５４２に当たる。カップ５４２は、電子吸収材料、例えば、導電性材料を含む。電源２６２内の電流検出装置５６２は、電源の電流を示す信号を提供する。フラッド銃の較正中に、フラッド銃の電子ビームのスイッチが切られている場合、電源２６２の電流はゼロである。フラッド銃の電子ビームのスイッチが入れられた場合に、電源の電流を検出することができる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、較正ターゲット２４０は、フラッド銃の較正中にバイアスされる。例えば、較正ターゲットは、荷電粒子ビーム検査システムによるウエハのイメージングおよび／または事前帯電中のウエハと同じ電位にバイアスされる。ターゲットがウエハおよび／または試料支持テーブルの電位にバイアスされるため、高電圧損傷のリスクが低い。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、アパーチャプレート５４０は、少なくとも２つの開口部を含むことができる。図５Ｂに示すように、アパーチャプレート５４０は、小さな開口部５５１および大きな開口部５５２含むことができる。小さな開口部５５１は、フラッド銃から放出された電子ビームの直径よりも小さい直径を有する。例えば、小さな開口部５５１の直径は、１ｍｍ以下であってもよい。大きな開口部５５２は、フラッド銃から放出された電子ビームの直径よりも大きい直径を有する。例えば、大きな開口部５５２の直径は、５ｍｍ以上であってもよい。
全電流を測定するために、例えば、フラッド銃から放出された電子ビームがアパーチャプレート５４０の大きな開口部５５２を通過するように試料支持テーブルを移動させることによって較正ターゲット２４０を位置決めする。全ての電流は、カップ５４２内で収集され、結果として生じる電流が電源２６２において測定される。フラッド銃から放出されたビームを特徴づけるために、例えば、フラッド銃から放出された電子ビームがアパーチャプレート５４０の小さな開口部５５１を部分的に通過するように試料支持テーブルを移動させることによって較正ターゲット２４０を位置決めする。小さな開口部５５１の位置は、試料支持テーブルを例えば、ＸおよびＹ方向に走査することによって変えられてもよい。小さな開口部５５１は、ビーム径よりも小さいため、フラッド銃から放出された電子ビームの一部のみがアパーチャプレートを通過し、カップ５４２によって収集される。試料支持テーブルの位置、すなわち小さな開口部５５１の位置に応じて電源２６２で検出される電流を測定することによって、電子ビームの電流プロファイルを生成することが可能となる。したがって、フラッド銃から放出された電子ビームを特徴づけることができる。例えば、電子ビームの形状を較正ターゲット２４０によって測定することができる。
図６は、さらなる実施形態を示し、減速電界型走査顕微鏡、すなわち、ウエハイメージングシステム４００がマルチビーム装置として提供されている。典型的には、２つ以上のビームがマルチビーム装置において提供されてもよい。例として、図５は、５つの電子ビームが銃チャンバ５２０内で放出されるように、５つのエミッタ５を示す。これは、図３Ａに示す電荷制御電極における５つのアパーチャ開口部に相当する。エミッタチップは、グランド３に対してチップに電位を供給する電源４によって加速電位Ｖaccにバイアスされる。電極５１２、例えば、抽出器またはアノードは、例えば、カップ様の形状内に設けられてもよい。これらの電極は、絶縁体５３２によって、互いに、および銃チャンバ５２０に対して電気的に絶縁される。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、抽出器およびアノードからなるグループから選択された２つ以上の電極を設けることもできる。典型的には、これらの電極５１２は、２つ以上の電子ビームを制御するために電源（図示せず）によって電位にバイアスされる。
荷電粒子ビームは、試料５２が提供されるさらなるチャンバ５３０に進む。対物レンズ５６０は、ビームを試料上に、または試料面内でそれぞれ集束させる。対物レンズは、共通の磁気レンズ部分、すなわち荷電粒子ビームの２つ以上に作用する磁気レンズ部分を備えた磁気レンズ組立体６０を有することができる。例えば、磁極片ユニットまたは磁極片組立体に対して１つの共通の励磁コイルが設けられ、２つ以上の電子ビームが磁極片ユニットを通過するいくつかの開口部が設けられている。１つの共通の励磁コイルは、例えば、１つの開口部当たりに１つのビームが集束するように、磁極片ユニットを励磁する。電源９は、対物レンズの磁気レンズ部分に電流を供給することができる。
図６に示すように、対物レンズ５６０は、静電レンズ構成要素３６０をさらに含む。例えば、１つまたは複数の第１の電極および第２の電極を有する静電レンズ部分３６０が設けられている。第２の電極は、走査される電子ビームに対するアパーチャ開口部、およびフラッド銃１５２から放出される荷電粒子に対するアパーチャ開口部を有する電荷制御電極であってもよい。また、図６に示すように、第１の電極を静電レンズ部分の１つまたは複数に対する分離された電極として設けることができる。すなわち、第１の電極は、カラムのビーム誘導チューブとは別個であっても、および／または独立していてもよい。このことは、本明細書に記載される単一ビームカラムにも当てはまりうる。さらに、電子ビームのそれぞれに対して、制御電極を設けることができる。
３つの電源４６２、４６６、および４７０が図６に示されている。電源の一部は、例示的に、５つの静電レンズ構成要素のそれぞれについてそれぞれの電極に対する５つの接続線を有する。例えば、電源４６２は、それぞれの第１の電極に接続されてもよく、電源４６６は、共通の電荷制御電極に対する単一の接続部を有してもよく、電源４７０は、それぞれの制御電極に個別に接続されてもよい。コントローラ４６０は、静電レンズ構成要素および制御電極の電極に対する電源４６２、４６６、および４７０に接続される。電源の一部からカラムハウジングに入る様々な接続線（接続線の残りは全体を見やすくするため省略されている）は、個々のビームに対する電極のそれぞれを独立して制御することができることを示す。しかし、静電レンズ構成要素の電極の１つまたは複数、および制御電極の１つまたは複数を共通の電源でバイアスすることもできることを理解されたい。さらに、上で説明したように第１の電極が接地される場合、特に電源４６２を省略することができることに留意されたい。
一部の実施形態によれば、対物レンズは、本明細書に記載される実施形態のいずれかによって提供されてもよい。通常のウエハイメージングと比較して、特にＥＢＩ用途だけでなく、ＣＤ／ＤＲ用途にとっても、スループットが考慮されるべき重要な態様であることを考慮しなければならない。本明細書に記載される動作モードは、高スループットにとって有用である。また、冷電界エミッタ（ＣＦＥ：ｃｏｌｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）および熱支援電界エミッタ（ＴＦＥ：ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）を使用して、スループットを向上させることができる。したがって、本明細書に記載される実施形態によるフラッド銃とＣＦＥ、熱支援電界エミッタ、またはショットキーエミッタとの組み合わせは、特に有用である。さらなる実施態様として、例えば、図６に関して記載されるようなマルチ電子ビーム装置との組み合わせは、ウエハ検査のスループットにとって有益と考えることができる特有の組み合わせをさらに提供する。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、マルチビームウエハ検査システムは、２つ以上のビームを含むことができ、１つのビームそれぞれを２つ以上のカラム内で提供することができ、２つ以上のビームを１つのカラム、または両方のカラム、すなわち、２つ以上のカラム内で提供することができ、２つ以上のカラムのそれぞれが試料、例えば、ウエハ上の２つ以上のビームを含む。２つ以上のカラムが設けられる場合、それらのカラムは、一部の構成要素、例えば、電荷制御電極を共用してもよい。２つ以上のビームが１つのカラム内で提供される場合、それらのビームは、２つ以上の仮想線源が生成されるように、マルチ開口アパーチャプレートおよび偏向システムの組み合わせによって生成されてもよい。
本明細書に記載される実施形態は、追加の構成要素（図示せず）、例えば、コンデンサレンズ、ウィーンフィルタなどの静電、磁気、もしくは静電・磁気複合タイプの偏向器、静電、磁気、もしくは静電・磁気複合タイプの非点補正装置、さらに、静電、磁気、もしくは静電・磁気複合タイプのレンズ、ならびに／あるいは、一次および／または信号荷電粒子のビームに影響を及ぼすおよび／もしくは修正を加えるための他の光学部品、例えば、偏向器またはアパーチャなども含むことができる。実際に、例示的な目的のために、それらの構成要素の一部は、本明細書に記載された図中に示されている。また、そうした構成要素の１つまたは複数を本発明の実施形態において適用することができることを理解されたい。
一部の実施形態によれば、荷電粒子ウエハイメージングシステムを動作させる方法が提供される。荷電粒子ウエハイメージングシステムを動作させる方法の流れ図が図７に示されている。本方法は、箱７０２で示すように電荷制御電極を第１の電位にバイアスするステップを含む。試料支持テーブルは、ウエハの第１の部分を電荷制御電極のフラッド銃アパーチャ開口部の下で位置決めするために移動する（参照数字７０４を参照）。箱７０６によって示すように、ウエハの第１の部分をフラッド銃から放出された荷電粒子によって事前帯電させる。事前帯電の後、試料支持テーブルは、ウエハの第１の部分を電荷制御電極の第１のアパーチャ開口部の下で位置決めするために移動し（参照数字７０８を参照）、第１のアパーチャ開口部が走査荷電粒子ビームユニットの対物レンズの光軸と位置合わせされる。
走査荷電粒子ビームユニットによって第１の部分をイメージングする前にウエハの第１の部分をフラッド銃で事前帯電させることによって、例えば、走査荷電粒子ビームユニットそのものによって事前帯電させるのと比べて、事前帯電をより速やかに行なうことができる。したがって、スループットを向上させることができる。さらに、ウエハの第１の部分は、事前帯電位置からイメージング位置に移動している間に、電荷制御電極の下に提供される。これは検査されるウエハに対する電荷制御の改善にとって有益である。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態によれば、試料もしくはウエハ（または試料支持テーブルそれぞれ）もウエハの第１の部分のイメージング中に試料電位、例えば、高電位にバイアスすることができる。さらに、試料もしくはウエハは、ウエハの第１の部分の事前帯電中に同一の試料電位にバイアスされてもよい。したがって、電位差、すなわち、ウエハと電荷制御電極間の電圧は、事前帯電位置からイメージング位置へ移動するときに変化しない。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、試料支持テーブル上に設けることができる較正ターゲットがフラッド銃の下の位置に移動するように、試料支持テーブルをある位置に移動させることができる。次いで、フラッド銃によって放出された荷電粒子、例えば、電子が較正ターゲットに当たることができる。フラッド銃の電子が較正ターゲットに当たることによって、フラッド銃の電流を測定すること、および／またはフラッド銃から放出された電子ビームを特徴づけることが可能となる。本明細書に記載される一部の実施形態によれば、電流の測定および／またはフラッド銃の電子ビームの特徴づけは、較正ターゲットが事前帯電および／またはウエハのイメージング中にウエハもしくは試料支持テーブルに供給される電位などの電位、例えば、高電位にバイアスされている間に行なわれてもよい。電流の測定および／またはフラッド銃の電子ビームの特徴づけに対しては、ウエハまたは試料支持テーブルをバイアスするための電源の電流をフラッド銃からの電子が当たるときに測定してもよい。
代替の実施形態によれば、フラッド銃から放出された全電流を較正ターゲットによって測定することができ、または放出電流のプロファイルをフラッド銃から放出された電子ビームを特徴づけるために測定することができる。全電流を測定するために、較正ターゲットは、アパーチャプレート内に大きなアパーチャ開口部を含むことができ、この開口部は、フラッド銃から放出された電子ビームのビーム径よりも大きい。フラッド銃の全てのビームは、電流の測定のために較正ターゲットに入ることができる。フラッド銃から放出された電子ビームの取り込みプロファイルを測定するために、較正ターゲットは、アパーチャプレート内に小さなアパーチャ開口部を含むことができ、この開口部は、フラッド銃から放出された電子ビームのビーム径よりも小さい。例えば、この小さな直径は、２ｍｍ以下であっても、例えば、約０．５ｍｍのように１ｍｍ以下であってもよい。ビーム径よりも小さいアパーチャを考慮すると、フラッド銃から放出された電子ビームの一部のみがアパーチャ開口部を通過する。フラッド銃から放出された電子ビームに対して小さなアパーチャ開口部を走査することによって、小さなアパーチャ開口部に対してフラッド銃から放出された電子ビームを走査することによって、またはフラッド銃から放出された電子ビームおよび較正ターゲットの小さなアパーチャ開口部の両方を走査することによって、フラッド銃から放出された電子ビームの電流プロファイルを測定することができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、フラッド銃をウエハの一部分を放電させるために設けることもできる。例えば、ウエハの第１の部分を電荷制御電極の第１のアパーチャ開口部の下で位置決めし、ウエハの第１の部分またはウエハの第１の部分の少なくとも一部領域をイメージングした後、ウエハのこの領域をイメージングすると同時に電荷がウエハのこの領域に蓄積することがある。ウエハの第１の部分のこの領域を放電するために、ウエハの第１の部分をフラッド銃アパーチャ開口部の下で位置決めするように試料支持テーブルを戻すことができる。ウエハの第１の部分のこの領域をフラッド銃によって放電することができる。試料支持テーブルをイメージング位置に戻すことができる。イメージング位置で、ウエハの第１の部分のイメージングを継続することができる。
本明細書に記載される実施形態は、イメージング荷電粒子ビームユニットに言及し、集束させた荷電粒子ビームがフラッド銃と組み合わされて試料上を走査し、フラッド銃およびイメージング荷電粒子ビームユニット、例えば、電子ビームカラムがプロキシ電極などの電荷制御電極を共用する。さらに、フラッド銃およびイメージング荷電粒子ビームユニットは、電荷制御電極をバイアスするための電源を共用することができる。さらなる追加のまたは代替の実施態様によれば、フラッド銃およびイメージング荷電粒子ビームユニットは、対物レンズハウジングを共用することができ、それによってフラッド銃およびイメージング荷電粒子ビームユニットに対して共通の磁気環境が提供される。電荷制御電極および／または対物レンズハウジングの共用に基づいて、フラッド銃とイメージング荷電粒子ビームユニット、例えば、走査電子顕微鏡との間に有益な距離を設けることができる。この有益な距離によって、フラッド銃とイメージング荷電粒子ビームユニット間の十分な分離が可能となる。しかもなお、フラッド銃およびイメージング荷電粒子ビームユニットは、例えば、試料支持テーブルの移動時間の低減に基づいて、スループットを向上させることができるほどに十分に近い。その上、一部の実施形態によれば、この距離によって、ウエハの別の部分がイメージング荷電粒子ビームユニットによってイメージングされている間に、さらにウエハの一部分を帯電または放電させることができる。したがって、スループットをさらに改善することができる。
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一部の実施形態のさらなる詳細によれば、フラッド銃荷電粒子源を荷電粒子ビームウエハ検査システムの動作中に異なる温度に加熱することができる。例えば、フラッド銃電子源などのフラッド銃荷電粒子源は、電子などの荷電粒子を放出するための動作温度に加熱されてもよい。フラッド銃が電子などの荷電粒子の放出のために使用されていない間に、フラッド銃荷電粒子源を動作温度よりも低い第２の温度に加熱することができる。第２の温度は、電子がフラッド銃の荷電粒子源から放出されないように、十分に低い温度であってもよい。フラッド銃のアイドル時間に温度を下げることによって、フラッド銃荷電粒子源の寿命を向上させることができる。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他のおよびさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から逸脱せずに考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
２ 光軸
３ グランド
４ 電源
５ エミッタ
９ 電源
１２ 電子ビーム
２０ 電子ビームカラム
２１ チャンバ
２２ チャンバ
２３ チャンバ
３０ 電子源
３１ エミッタ
５０ 試料支持テーブル
５２ 試料
６０ 対物レンズ
６３ 磁極片
６４ 磁極片
６５ 対物レンズハウジング
１００ 走査電子顕微鏡
１５２ フラッド銃
１５４ フラッド銃アパーチャ開口部
１６２ 上部電極、アパーチャ開口部
１６６ 電荷制御電極
１７０ 制御電極
２４０ 較正ターゲット
２５０ 主コントローラ
２５４ 導電性メッシュ
２６０ 電気キャビネット
２６１ 電源
２６２ 電源
２６３ コントローラ
３５４ ワイヤ
３５５ 突部
３６０ 静電レンズ構成要素
３７０ 走査偏向器組立体
３８０ ビーム分離器
３９２ ビームベンダ
３９４ レンズ
３９６ フィルタ
３９８ 検出器
４００ ウエハイメージングシステム
４０２ ハウジング
４０４ エミッタ
４０５ アノード
４０６ ビームブランカ
４０７ ビームブロッカ
４０８ 電極
４１２ ビーム走査システム
４１４ ビーム走査システム
４２０ コンデンサレンズ
４３０ 作動距離
４４０ 偏向システム
４５０ ビーム成形アパーチャ
４６０ コントローラ
４６２ 電源
４６６ 電源
４７０ 電源
５１２ 電極
５２０ 銃チャンバ
５３０ チャンバ
５３２ 絶縁体
５４０ アパーチャプレート
５４２ カップ
５５１ 開口部
５５２ 開口部
５６０ 対物レンズ
５６２ 電流検出装置

Claims (15)

  1. 少なくとも１つの荷電粒子ビームを放出するためのエミッタと、
    試料を支持するために構成された試料支持テーブルと、
    前記少なくとも１つの荷電粒子ビームを集束させるための対物レンズと、
    前記対物レンズと前記試料支持テーブルとの間に設けられた電荷制御電極であって、前記少なくとも１つの荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのアパーチャ開口部を有する電荷制御電極と、
    前記試料を帯電させるためにさらなる荷電粒子を放出するように構成されたフラッド銃であって、前記電荷制御電極がフラッド銃アパーチャ開口部を有するフラッド銃と、
    を備える荷電粒子ビーム試料検査システム。
  2. 前記電荷制御電極が第１の電源に接続され、それによって前記電荷制御電極が前記フラッド銃の第１の動作のための電荷制御が行なわれ、かつ前記エミッタの第２の動作ための電荷制御が行なわれ、両方ともが前記第１の電源によって行なわれるように構成される、請求項１に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  3. 前記対物レンズを取り囲み、前記対物レンズの近くで生成される磁場および静電場の少なくとも１つを遮蔽する対物レンズハウジングであって、前記フラッド銃の少なくとも一部を取り囲み、前記対物レンズおよび前記フラッド銃に対して共通の磁場環境を提供する対物レンズハウジング、
    をさらに備える、請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  4. 前記試料支持テーブルまたは前記試料支持テーブル上に提供される前記試料が第２の電源に接続される、請求項１から３までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  5. 前記フラッド銃アパーチャ開口部に設けられ、前記フラッド銃と前記支持体との間で位置決めされた導電性メッシュ
    をさらに備える、請求項１から４までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  6. 前記メッシュが前記電荷制御電極に電気的に接続される、請求項５に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  7. 真空圧を提供するように構成された真空チャンバであって、前記支持体および前記電荷制御電極が前記真空圧にさらされる真空チャンバ、および
    前記試料支持テーブル上に設けられたフラッド銃較正ターゲットであって、前記試料支持テーブルが、前記試料および前記フラッド銃較正ターゲットを、前記荷電粒子ビームに対して、ならびに前記さらなる荷電粒子に対して移動させるように構成された可動ステージナビゲーションシステムであるフラッド銃較正ターゲット
    の少なくとも１つをさらに備える、請求項１から６までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  8. 前記フラッド銃が、前記さらなる荷電粒子を集束させるように構成された集束レンズ、前記さらなる荷電粒子が前記フラッド銃アパーチャの中心を通過するように偏向させるための偏向システム、および前記さらなる荷電粒子を隠すためのビームブランカからなるグループから選択された少なくとも１つの光学素子を備える、請求項１から７までのいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム試料検査システム。
  9. 少なくとも１つの荷電粒子ビームを放出するためのエミッタと、
    試料を支持するために構成された試料支持テーブルと、
    前記少なくとも１つの荷電粒子ビームを集束させるための対物レンズと、
    前記対物レンズと前記試料支持テーブルとの間に設けられた電荷制御電極であって、前記少なくとも１つの荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのアパーチャ開口部を有する電荷制御電極と、
    前記試料を帯電させるためにさらなる荷電粒子を放出するように構成されたフラッド銃であって、前記電荷制御電極がフラッド銃アパーチャ開口部を有するフラッド銃と、
    を備える荷電粒子ビーム試料検査システム
    を備え、
    少なくとも１つのさらなる荷電粒子ビームを放出するための少なくとも１つのさらなるエミッタであって、前記電荷制御電極が前記少なくとも１つのさらなる荷電粒子ビームに対する少なくとも１つのさらなるアパーチャ開口部を有するエミッタをさらに備える、マルチビーム試料検査システム。
  10. 前記少なくとも１つのさらなるエミッタが少なくとも４つのさらなるエミッタから少なくとも１９のさらなるエミッタであり、前記少なくとも１つのさらなるアパーチャ開口部が少なくとも４つのさらなるアパーチャ開口部から少なくとも１９のさらなるアパーチャ開口部である、請求項９に記載のマルチビーム試料検査システム。
  11. 電荷制御電極を第１の電位にバイアスするステップと、
    試料の第１の部分を前記電荷制御電極のフラッド銃アパーチャ開口部の下で位置決めするために試料支持テーブルを移動させるステップと、
    前記試料の前記第１の部分をフラッド銃から放出された荷電粒子によって事前帯電させるステップと、
    前記試料の前記第１の部分を前記電荷制御電極の第１のアパーチャ開口部の下で位置決めするために前記試料支持テーブルを移動させるステップであって、前記第１のアパーチャ開口部が走査荷電粒子ビームユニットの対物レンズの光軸と位置合わせされる、ステップと、
    を含む、荷電粒子ビーム試料イメージングシステムを動作させるための方法。
  12. 前記対物レンズによって集束させた荷電粒子ビームを前記試料の前記第１の部分の領域上を走査させるステップであって、前記電荷制御電極が前記第１の電位にバイアスされている間に行なわれる、ステップ、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記荷電粒子ビームを前記走査させるステップの前に電荷制御電極を前記第１の電位と異なる第２の電位にバイアスするステップ、および
    前記対物レンズによって集束させた前記荷電粒子ビームを前記試料の前記第１の部分の前記領域上を走査させる間に前記試料の第２の部分を事前帯電または放電させるステップ、
    の少なくとも１つをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記荷電粒子ビームを走査させる間に前記試料を印加された動作電圧にバイアスするステップと、
    較正ターゲットを前記電荷制御電極の前記フラッド銃アパーチャ開口部の下で位置決めするために前記試料支持テーブルを移動させるステップと、
    前記較正ターゲットが前記動作電圧にバイアスされている間に前記フラッド銃アパーチャの電流を測定するステップと、
    をさらに含む、請求項１１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記フラッド銃から放出された前記荷電粒子のプロファイルを特徴づけるために前記フラッド銃の前記電流を測定する間に前記試料支持テーブルを移動させるステップ、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
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