JP2017075935A - 荷電試料面を検査する方法及びデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】荷電試料面を検査する方法及びデバイスを提供する。【解決手段】本発明は、走査プローブ顕微鏡（１０６０）のプローブ（１０７０）を用いて電位分布（８５０）を有する試料面（１２０）を検査する方法に関し、本方法は、（ａ）試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の電位分布（８５０）を決定する段階、及び（ｂ）試料面（１２０）の少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する前に、試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８３０）内の電位分布（８５０）を修正し、及び／又は走査プローブ顕微鏡（１０６０）のプローブ（１０７０）の電位を修正する段階を含む。【選択図】図１１
Description
本発明は、荷電試料面を検査する方法及びデバイスに関する。
ナノ技術における進歩は、益々小さい構造要素を有する構成要素を生成することを可能にする。ナノ構造を示して処理するために、構造を複数の次元で走査することができるツールが必要であり、それによって画像は、これらのツールの測定データから生成することができる。更に、微細構造化構成要素を生成するために、フォトマスクが必要であり、そのパターン要素は、構成要素の微小構造要素又はナノ構造をウェーハに塗布されたフォトレジスト内に投影することができる。
試料を局所的に分析するための強力なツールは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）であり、その電子ビームは、焦点でのビーム直径が一桁ナノメートル範囲にあるように非常に微細にフォーカスすることができる。この測定計器は、試料の面にわたって電子ビームを走査する。電子と試料の相互作用効果の中でも取りわけ、２次電子（ＳＥ）及び後方散乱電子（ＢＳＥ）が生成される。
しかし、走査電子顕微鏡の分解能及び生成される画像の品質は、検査される試料が有意な表面電荷を有する場合に急激に低下する。図１はこの問題を示している。試料が正の電荷を有する場合に、電子ビームは、試料面上に配置された構造要素の大きすぎる画像を生成する。一方、試料面が負に荷電されている場合に、ＳＥＭは、構造要素の小さすぎる画像を形成する。例えば、フォトマスク、現像されたフォトレジスト、又はウェーハ上の構成要素の構造要素の限界寸法（ＣＤ）及び／又は位置決め誤差を検査する時に、これは、工程収率を決定する際に大きい不確実性を招く可能性がある。
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、同じくナノ技術における強力な分析ツールである。ＳＰＭは、プローブ先端を用いて試料又はその面を走査し、それによって試料面の忠実なトポグラフィーを生成する。測定先端と試料面の間の相互作用の種類に基づいて、異なるタイプのＳＰＭ、例えば、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）又は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）としても公知の走査力顕微鏡（ＳＦＭ）の間で区別がつけられる。例えば、走査力顕微鏡は、そのプローブ先端又は測定先端を非常に小さい距離で（すなわち、数ナノメートルの範囲で）（非接触モード）又は他に面に触れながら（接触モード）プローブの面の上を通過させることによって試料面を走査する。
従って、試料又はその面上の電荷分布が存在する場合に、すなわち、試料面とＡＦＭの測定先端とが異なる電位にある場合に、補償電流が、測定先端と試料面の間に接触がある時に又は試料から小さい距離しかない時に流れる場合があり、又は電気フラッシュオーバーが発生する場合があり、これらは、微細な測定先端及び／又は敏感な試料の損傷又は破壊をもたらす場合がある。図２は、この問題を示している。
絶縁性試料及び／又は半電導性試料の荷電は、電子ビーム又は一般的には荷電粒子ビームによる試料の照射によって引き起こされる場合がある。更に、試料の取り扱いによっても、その面の静電荷を招く場合がある。試料が処理されるウェーハである場合に、被覆工程及び／又はエッチング工程も、試料の荷電をもたらす場合がある。
その結果、試料面の荷電は、走査電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を用いて実施される検査に対して極めて望ましくないものである。
導電性面を有する試料の場合に、試料を接地することによって荷電を回避することができる。電気絶縁性試料又は半電導性試料の場合に、表面電荷は、検査される試料の面上に薄い導電層を蒸着することによって防止することができる。しかし、後者は、多くの用途に対して、特に、例えば微細構造半導体構成要素の生成又はフォトマスクの生成に上述の分析ツールが使用される時は常に可能ではない。
著者Ｋ．Ｍ．Ｓａｔｙａｌａｋｓｈｍｉ他は、論文「低エネルギ電子ビームリソグラフィにおける電荷誘起パターン歪曲（Ｃｈａｒｇｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ）」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ第１８（６）巻、２０００年１１月／１２月、３１２２〜３１２５ページにおいて、電子ビームの偏向を入射点の近くで生成される試料面上の電荷分布の関数として決定することに関する研究を報告している。
ＵＳ ５ ７３６ ８６３は、半導体構成要素の生成中に電荷が半導体構成要素の構造要素の測定を阻害するのを防止するために、個々のチップ間の中間空間に接地試験構造を付加することを提案している。
ＵＳ ２００２／０ ０７０ ３４０ Ａ１は、表面電荷が発生しないように、＜１の電子発生率を有する低エネルギビームが、＞１である高エネルギビームの電子発生率を補償するという異なるエネルギの２つの電子ビームの使用を記載している。
表面電荷を補償するために、ＵＳ ６ ５０７ ４７４ Ｂ１は、電荷センサを用いて面の荷電を測定し、それを電離装置を用いて補償することを提案している。
ＵＳ ２００４／０ ０５１ ０４０ Ａ１は、フォトレジストの容積内の電荷が電子照射の結果として可能な限り小さいように電子ビームの照射強度を制御する走査電子顕微鏡を開示している。
上述の文献は、主として電荷の回避又は低減に重点を置いている。
ＵＳ ２００４／０ ２１１ ８９９ Ａ１は、ウェーハ面の荷電を決定するための１又は２以上の電位計の使用を記載している。
しかし、電位計は、電荷分布を局所的に測定することはできず、大きい区域にわたってのみ、すなわち、平方ミリメートルから平方センチメートルの範囲においてのみ測定することができるという欠点を有する。
Ｋ．Ｍ．Ｓａｔｙａｌａｋｓｈｍｉ他著「低エネルギ電子ビームリソグラフィにおける電荷誘起パターン歪曲（Ｃｈａｒｇｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ）」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ第１８（６）巻、２０００年１１月／１２月、３１２２〜３１２５ページ
Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」
Ａ．Ｋｈｕｒｓｈｅｅｄ著「走査電子顕微鏡光学系及び分光計（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ）」
本発明は、従って、試料の面が電位分布を有する時に荷電粒子ビーム及び／又は走査プローブ顕微鏡を用いて試料面を検査する方法及びデバイスを提供する問題に対処する。
本発明の例示的実施形態により、上述の問題は請求項１に記載の方法によって解決される。一実施形態において、走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて電位分布を有する試料面を検査する方法は、（ａ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布を決定する段階と、（ｂ）試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を走査する前に、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布を修正し、及び／又は走査プローブ顕微鏡のプローブの電位を修正する段階とを含む。
走査プローブ顕微鏡のプローブ又は測定先端によって走査される試料面の領域内の電位分布を知ることにより、微細なプローブ及び／又は敏感な試料が損傷又は悪ければ破壊を被ることを防止することができる。更に、大きい補償電流に起因するＳＰＭのプローブの過度の消耗を回避することができる。更に、プローブと試料の間の電位差を排除するか又は少なくとも低減することにより、プローブによって記録される走査データ又は測定データの誤った解釈を防止することが可能になる。この電位差の低減は、走査プローブ顕微鏡の走査範囲の局所電位分布に対して効果を有し、測定先端の電位に対して効果を有し、又は局所電位分布と測定先端の電位の両方に対して効果を有する手段によってもたらすことができる。
別の態様により、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布が第１の閾値よりも大きい場合に、段階（ｂ）が実施される。
走査プローブ顕微鏡の測定先端と探査面の電位分布との電位差が低い数値、例えば、１ボルト未満のみを有する場合に、この小さい電位差を低減するための手段を省くことが有利である場合がある。その結果、測定コストを低減することができる。
更に別の態様は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布の絶対値が第１の閾値よりも小さいか又はそれに等しい場合に、走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を走査する段階を更に含む。
走査される試料面の部分の周りの局所電位分布の決定が、測定局所電位分布の絶対値が第１の閾値を超えないことを示す場合に、試料面のこの部分は、プローブ及び試料に対する危険性を伴わずに走査することができる。第１の閾値は、好ましくは、外部から事前設定され、使用される測定先端と、試料の面の材料及び／又はトポグラフィーとに基づくことができる。
別の態様により、走査プローブ顕微鏡のプローブの電位の修正は、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域内の決定された電位分布に実質的に対応する電圧をプローブに印加する段階を含む。
走査プローブ顕微鏡の測定先端を走査される局所試料面と同じ電位にすることにより、走査データ又は測定データは、いかなる系統的測定誤差も持たず、簡単な手法で分析することができる。
「実質的に」という表現は、この説明及び本明細書の他の箇所では、測定変数の仕様が従来技術の測定計器を使用する場合に発生する測定誤差の限界の範囲にあることを意味する。
更に別の態様において、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布の修正は、荷電粒子ビームを用いて試料面を照射する段階を含む。
試料面の第１の部分領域に反対の電荷を有する電荷担体を印加することにより、試料面の既存の電荷を補償することができる。
好ましい態様により、電位分布の修正は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域にプラズマ放電を印加する段階を含む。
プラズマは、正及び負の符号を有する自由電荷担体を含む。プラズマを用いて工程を適切に実施することにより、正と負の両方の試料電荷を殆ど放電することができる。
有利な態様は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の決定された電位分布に依存して荷電粒子ビームの照射量を固定する段階、及び／又は試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の決定された電位分布に依存してプラズマ放電の期間を固定する段階を更に含む。
試料面の部分領域を可能な限り放電させるために、及び／又は一方で試料への損傷を回避するために、局所照射量又はプラズマが燃焼する期間は、局所電位分布に適応させることが有利である。
好ましい態様は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の決定された電位分布の絶対量が、第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超える場合に、少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布を修正する段階を更に含む。
絶対値に関して、局所電位分布は、例えば、キロボルト範囲の非常に大きい値を有することができ、それによって走査プローブ顕微鏡の測定先端をこの電位にすることは、困難かつ大きいコストを有するか、又は悪ければ不可能である。この場合に、試料面上の局所電位分布をＳＰＭの測定先端の電位をこの電位分布に適応させることができる程度まで低減することが有利である。
更に別の態様は、（ａ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布を再度決定する段階、（ｂ）少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布の絶対値が第１の閾値よりも小さいか又はそれに等しい場合に、走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を走査する段階、又は（ｃ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布の絶対値が第１の閾値よりも大きく、かつ第２の閾値よりも小さい場合に、少なくとも１つの第２の部分領域の走査の前に、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域内の電位分布を再度修正し、及び／又はプローブの電位を修正する段階を更に含む。
最初の工程段階において、絶対値に関して非常に大きい電位分布は、電位適応化を用いて又は用いずに走査を行うためにＳＰＭのプローブを意図する領域内に使用することができるレベルにすることができる。最初の工程段階により、ＳＰＭのプローブの走査範囲に場合によっては残存する電位分布が事前設定閾値よりも小さいか否かを有利に検査することができる。
有利な態様により、第１の閾値は、０．１ボルト〜２０ボルト、好ましくは、０．２ボルト〜１５ボルト、より好ましくは、０．５ボルト〜１０ボルト、非常に好ましくは、１ボルト〜５ボルトの電圧間隔内に収まる。別の態様により、第２の閾値は、２５ボルト〜５０ ０００ボルト、好ましくは、３０ボルト〜２０ ０００ボルト、より好ましくは、４０Ｖ〜１０ ０００Ｖ、非常に好ましくは、５０ボルト〜５０００Ｖの電圧間隔内に収まる。
既に上述のように、絶対値に関して試料面の第１の部分領域内の電位分布が第１の閾値よりも小さいか又はそれに等しい場合に、試料面の第２の部分領域は、走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて安全に走査することができる。第１の部分領域内の電位分布が、絶対値に関して第１の閾値よりも大きいが、絶対値に関して第２の閾値よりも小さい場合に、走査プローブ顕微鏡のプローブの電位は、試料面の電位分布に適応させることができる。しかし、電位分布の絶対値が第２の閾値を超える場合に、試料面の電位分布は、絶対値に関して低減することが好ましい。
更に別の態様により、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域は、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を含む。
有利な態様により、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域は、≦４００μｍ2、好ましくは、≦２００μｍ2、より好ましくは、≦１００μｍ2、非常に好ましくは、５０μｍ2の面積を有する。更に別の態様により、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域は、１．２倍、好ましくは、１．５倍、より好ましくは、２倍、非常に好ましくは、５倍だけ試料面の少なくとも１つの第２の部分領域よりも大きい。
別の態様により、走査プローブ顕微鏡は、走査力顕微鏡を含む。
本発明の第２の例示的実施形態により、本出願が対処する問題は、請求項１０に記載の方法によって解決される。一実施形態において、走査粒子顕微鏡の荷電粒子ビームを用いて電位分布を有する試料面を検査する方法は、（ａ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布を決定する段階と、（ｂ）荷電粒子ビームを用いて試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を処理するために、段階（ａ）において決定された電位分布に基づいて走査粒子顕微鏡の少なくとも１つの設定を補正する段階、及び／又は（ｃ）走査粒子顕微鏡の荷電粒子ビームを用いて試料面の少なくとも１つの第１の部分領域を走査する段階と、（ｄ）段階（ａ）において決定された電位分布を用いて、少なくとも１つの第２の部分領域の走査データから生成された走査粒子顕微鏡の画像を補正する段階とを含む。
既知の電位分布に基づいて、後処理工程において走査粒子顕微鏡の画像を続けて処理することができ、表面電荷によって引き起こされたアーチファクトを少なくとも部分的に補正することができる。試料面の電位分布の知識を使用すると、存在する表面電荷にも関わらず、試料面の部分領域の処理工程において意図する部分領域が精密に処理され、粒子ビームがこの部分領域上に投射する時に意図するパラメータを有するように走査粒子顕微鏡の１又は２以上の設定を選択することができる。
有利な態様は、段階（ｃ）において生成された走査データから電位分布を決定する段階を更に含む。
試料面の部分領域を走査する際に得られたデータ記録から、この電位領域内で優勢な電位分布と試料面の第２の部分領域の画像との両方を確認することが好ましい。次いで、画像を確認された電位分布に基づいて続けて処理することができる。それによって試料に関する現存データを確認するための最初の走査が、走査粒子顕微鏡の画像を記録するための部分領域のその後の走査中の電位分布を変化させ、それによって画像の後処理が画像の記録中に優勢な表面電荷の実際の分布に基づかなくなるという問題が回避される。
更に別の態様により、走査プローブ顕微鏡の少なくとも１つの設定は、倍率を変更する段階、フォーカスを変更する段階、非点収差補正装置を変更する段階、加速電圧を変更する段階、ビーム変位を変更する段階、走査粒子顕微鏡の粒子源の位置を調節する段階、及び／又は絞りを変更する段階を含む。更に、走査粒子顕微鏡に取り付けられた粒子検出器の設定、特にエネルギ選択性及び／又はエネルギ感度の検出器の場合のエネルギスケールを修正することができる。
これに加えて、更に別の態様により、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域の処理は、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域内に材料を堆積させるために、少なくとも１つのエッチングガス及び／又は少なくとも１つ前駆体ガスを供給する段階を含む。
上記に定めた方法の第２の実施形態は、粒子ビーム誘導式エッチング処理を用いて第２の部分領域内の余剰材料を除去するために、及び／又は粒子ビーム誘導式堆積工程によって第２の部分領域内に欠損材料を堆積させるために使用することができる。これらの工程において粒子面の荷電効果に対する許容範囲を少なくとも部分的に作ることができるということは、これらの工程をより精密に誘導する方式で実施することができ、その結果、それを改善することができることを意味する。
更に別の態様は、段階ｄ．においてピクセル毎に走査粒子顕微鏡の画像を補正する段階、及び／又は段階ｂ．においてピクセル毎に走査粒子顕微鏡の少なくとも１つの設定を補正する段階を更に含む。
電位分布の決定は、走査粒子顕微鏡の画像の個々のピクセルに基づいて行うことができる。それによって画像後処理においてピクセルを個々に補正することが可能になる。更に、試料の後処理における走査粒子顕微鏡の設定をピクセル精度で制御することができる。
有利な態様により、段階（ｄ）において走査データから生成された走査粒子顕微鏡の画像の補正は、フォトマスクの構造要素、ウェーハ上に配置されたフォトレジストの構造要素、及び／又はウェーハ上の構成要素の構造要素の限界寸法及び／又は位置決め誤差を補正する段階を含む。
更に別の態様により、走査粒子顕微鏡は、走査電子顕微鏡を含む。
更に別の態様により、試料面の少なくとも第１の部分領域の電位分布の決定は、走査粒子顕微鏡の粒子ビームを用いて試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の走査中に生成される２次電子の試料面の少なくとも１つの第１の部分領域のエネルギ分布を分光計を用いて分析する段階を含む。
生成される２次電子が、個数とそのエネルギ分布との両方に関して分析されるということは、材料組成及び試料トポグラフィーと共に荷電面の電位分布をこれに加えて調べることができることを意味する。
別の有利な態様において、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布の決定は、２次電子のエネルギ分布の変位を決定する段階を含む。
有利な態様により、２次電子のエネルギ分布の変位の決定は、実質的に電位を持たない試料面に対して行われる。
本出願では、接地電位は、試料上の表面放電によって引き起こされた電位分布の決定に対する基準点を表している。
有利な態様において、２次電子のエネルギ分布の変位の決定は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域にわたって電界を印加する段階を含む。更に別の態様により、電気力線は、試料面から離れる方向に向く。
試料面の部分領域の正の荷電の場合に、表面電荷の誘引効果に起因して、生成される２次電子の一部しかこの領域内の試料面を離れることができない。この理由から、この場合に、生成される２次電子の一部しか試料の分析に利用することができない。表面電荷の効果を補償する電界を印加することにより、生成される２次電子の実質的に全てのスペクトルをその後の分析に渡すことができる。
有利な態様により、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布の決定は、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の走査中に生成される後方散乱電子の試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内のエネルギ分布の最大値を決定する段階を含む。
２次電子のエネルギスペクトルの変位と共に後方散乱電子のピークも確認されるということは、例えば、分光計のゼロ点変動又は抽出場に帰することができる不確実性を排除することができることを意味する。
有利な態様により、走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて電位分布を有する試料面を検査するためのデバイスは、（ａ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布を決定するための手段と、（ｂ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布が第１の閾値よりも大きい場合に、試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を走査する前に、試料面の少なくとも１つの第１の部分領域内の電位分布を修正するための手段、及び／又は走査プローブ顕微鏡のプローブの電位を修正するための手段とを有する。
更に別の態様により、デバイスは、上述の態様のうちの１つによる方法段階を実施するように設計される。
有利な態様により、走査粒子顕微鏡の荷電粒子ビームを用いて電位分布を有する試料面を検査するためのデバイスは、（ａ）試料面の少なくとも１つの第１の部分領域の電位分布を決定するための手段、（ｂ）荷電粒子ビームを用いて試料面の少なくとも１つの第２の部分領域を処理するために、決定された電位分布に基づいて走査粒子顕微鏡の少なくとも１つの設定を補正するための手段、及び／又は（ｃ）走査粒子顕微鏡の荷電粒子ビームを用いて試料面の少なくとも１つの第１の部分領域を走査するための手段、及び（ｄ）少なくとも１つの第２の部分領域の走査データから生成された走査粒子顕微鏡の画像を決定された電位分布を用いて補正するための手段を含む。
更に別の態様により、デバイスは、上記に指定した態様のうちの１つによる方法段階を実施するように設計される。
最後に、更に別の有利な態様において、デバイスは、少なくとも１つの分光計を含む。
以下の詳細説明は、図面の参照を行いながら本発明の現時点で好ましい例示的実施形態を説明するものである。
荷電試料面を検査するための本発明による２つの方法の好ましい実施形態を荷電電子ビーム及び原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブ、並びにこれらの方法を実施するための関連デバイスの例によって下記でより詳細に説明する。しかし、本発明による方法は、下記で解説する例には限定されない。限定されるのではなく、これらの方法は、あらゆる荷電粒子ビーム及びあらゆる走査プローブ顕微鏡に対して使用することができる。更に、本発明による方法の適用は、下記で説明する試料に限定されない。限定されるのではなく、これらの荷電粒子ビーム及びプローブは、あらゆる電気絶縁性試料及び／又は半電導性試料を検査するために使用することができる。
図１の線図１００は、荷電試料１１０及び走査電子顕微鏡１６０の出力１６５を通る略断面図を示している。試料１１０は、例えば、フォトマスクの電気絶縁性基板とすることができる。試料１１０は、処理されるウェーハとすることができ、又はウェーハ上のフォトレジストによって達成することができる。試料１１０は、その面１２０上に電位分布をもたらす表面電荷分布を有する。この画像の左部分では、試料面１２０は正の電荷１４０を有する。画像の右部分では、試料面１２０は負の余剰電荷１５０を示している。試料面１２０上の表面電荷分布と荷電面によって引き起こされる電位分布との両方を表すために、参照符号１４０及び１５０を使用する。
試料面１２０の電荷１４０、１５０は、荷電粒子ビーム、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子ビームによって引き起こされたものとすることができる。試料面１２０の電位分布１４０、１５０は、処理工程により、例えば、ウェーハ上でのプラズマ工程及び／又はウェーハ上に配置されたフォトレジスト上での処理工程の場合にイオンビームを用いて試料１１０を処理する時に生成されたものとすることができる。更に、試料１１０の電荷は、例えば、試料１１０の取り扱いによって引き起こされたものとすることができる。
図１の線図１００に表す試料１１０の一部分内では、表面電荷１４０、１５０の分布は均一な密度を有する。しかし、この線図１００は、本明細書で解説する方法の適用に対する前提条件を表していない。均一な密度分布ではなく、本出願に提供する方法及びデバイスは、小さい横方向距離の範囲で変化する電荷密度変化を処理することができる。この問題に対しては、下記で図８の解説の状況で説明する。
図１の例では、偏向システム１６５が、構造要素１３０の寸法を決定するために電子ビーム１７５を偏向し、それを試料面１２０にわたって走査する。例えば、構造要素１３０は、フォトリソグラフィマスクの吸収体構造の要素とすることができる。同様に、構造要素１３０は、フォトマスクがフォトレジスト内に投影した要素とすることができる。別の例では、構造要素１３０は、ウェーハのチップの要素である。
線図１００の左部分に示すように、構造要素１３０を走査する電子ビーム１７５は、試料面１２０の正の電荷１４０の誘引効果によって試料面の近くで１７２の光学軸の方向に偏向されて軌道１７４を辿る。電位分布１４０がない場合に、電子ビーム１７５は、経路１７６を辿ることになる。電子ビーム１７５によって生成されるＳＥＭ画像内では、走査寸法１７８は、構造要素１３０の実際の寸法１８０よりも大きく現れる。
同様に、図１の画像の右部分は、電子ビームの電子１７０の経路移動１８４に対する負に荷電された１５０試料面１２０の反発効果を示している。電荷分布１５０の結果として試料面１２０の近くにおける電子ビーム１７５の追加の偏向に起因して、走査データから生成されるＳＥＭ画像における構造要素１３０の実寸１８０は、小さめの寸法１８８を有するように現れる。
走査される領域の周りの試料面１２０の電荷の状態、すなわち、局所電位分布１４０、１５０が首尾良く決定される場合に、ＳＥＭ１６０の電子ビーム１７５の走査データ又は測定データの誤差を含む解釈を訂正することができる。更に、例えば、電子ビーム１７５及び１又は２以上の処理ガスによって構造要素１３０を処理する場合に、ＳＥＭ１６０のパラメータの適切な設定により、構造要素１３０が実際に意図する領域内で処理されることを保証することができる。
図２の線図２００は、荷電された１５０試料面１２０にわたって原子間力顕微鏡２５０を走査する際の問題を示している。線図２００の試料１１０の一部分は、線図１００の画像の左部分の一部分に等しい。ＡＦＭ２５０は、そのプローブ２６０を試料１１０の面１２０にわたって走査することを可能にする圧電アクチュエータ２５５を含む。プローブ２６０は、以下で片持ち２６５と呼ぶ可動レバーアーム２６５を含む。片持ち２６５の自由端に取り付けられるのは測定先端２７０である。片持ち２６５と測定先端２７０とは、一体又は接続した２つの構成要素で構成することができる。片持ち２６５と反対の圧電アクチュエータ２５５の端部において、ＡＦＭ２５０はマウント２７５に締結される。マウント２７５は通常は接地される。その結果、ＡＦＭ２５０の測定先端２７０は、一般的に接地電位にある。接地された測定先端２７０が、荷電された１５０試料面１２０の近くに運ばれると、試料面１２０と測定先端２７０の間に電気フラッシュオーバー２８０が発生する可能性がある。非接触作動モードにおけるＡＦＭ２５０の測定先端２７０の距離は、一桁ナノメートル範囲に収めることができる。微細な測定先端２７０の直径も同じくこの範囲に収めることができる。この理由から、測定先端２７０と試料面１２０の間の僅かな電位差又は数ボルトの電圧であっても、自由なフラッシュオーバー２８０を招く可能性がある強いピーク電界強度をもたらすのに十分である。
制御不能な電圧フラッシュオーバー２８０は、微細な測定先端２７０を損傷又は破壊する可能性がある。自由端において大きい曲率半径を有する測定先端２７０の場合に、電圧フラッシュオーバー２８０は、測定先端２７０の急激な消耗をもたらす。更に、悪いことに、自由な電圧フラッシュオーバー２８０が発生する場合に、走査データ又は測定データの解釈が非常に困難である。最後に、試料面１２０と測定先端２７０の間の電圧フラッシュオーバー２８０は、敏感な試料面１２０を損傷することができ、その結果、時に試料１１０を破壊してしまう。
従って、記述した問題を適切な対処策によって解消することができるように、ＡＦＭ２５０の走査領域内の電位分布１５０を知ることが重要である。
電子ビームの電子１７５による試料１１０の照射中に、電子１７５は試料１１０と相互作用する。入射電子ビーム１７５と試料１１０の原子との相互作用過程は電子を生成する。相互作用過程において生成された電子のうちの一部は、試料面１２０を離れる場合があり、１又は２以上の検出器によって検出され、試料面１２０のＳＥＭ画像を生成するのに使用される。図３の線図３００は、電子ビーム１７５によって生成されたエネルギスペクトルを略示している。この図は、Ｌ．Ｒｅｉｍｅｒ著「走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」から引用することができる。試料１２０によって放出される電子のエネルギスペクトルは、２つの主要な群に分割される。最大でも５０ｅＶまでの運動エネルギのみを有する低エネルギ電子は、２次電子（ＳＥ）として公知である。５０ｅＶから実質的に入射電子ビームの電子１７５の運動エネルギ（Ｅ＝ｅ．Ｕ）までの範囲にわたるスペクトルエネルギ分布を有する全ての他の生成電子を後方散乱電子（ＢＳＥ）と呼ぶ。
試料１１０の面１２０が表面電荷を持たない場合に、２次電子のエネルギスペクトルは、数ボルトの範囲に明確な材料及び／又はトポグラフィーに独特のピーク３１０を示している。約５０ｅＶから約２ｋｅＶまでのエネルギ範囲にも、同じく、オージェ電子（ＡＥ）によって引き起こされる材料独特のピークが、後方散乱電子のスペクトル内に発生する可能性がある。後方散乱電子のエネルギスペクトルの上端には、試料面１２０から反射された実質的に入射電子１７５の運動エネルギを有する電子によって引き起こされる弾性ピーク２３０が存在する。このピーク３２０の下に続くのは、入射電子１７５の運動エネルギよりも一般的に１０ｅＶから１００ｅＶ低いエネルギを有する後方散乱電子を含むいわゆるＬＬＥ（低損失電子）である。ＬＬＥ範囲は、プラズマ励起（プラズモン損失）範囲も含み、従って、このスペクトル範囲では僅かな後方散乱電子しか試料面１２０を離れない。
図４は、走査粒子顕微鏡４２０を真空チャンバ４０２内に有するデバイス４００又は測定デバイス４００のいくつかの構成要素を断面図に略示している。図４の例では、走査粒子顕微鏡４２０は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）４２０である。粒子ビームとしての電子ビームは、試料１１０を実質的に損傷することができず、又はごく弱い程度にしか損傷することができないという利点を有する。しかし、他の荷電粒子ビーム、例えば、ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム）システム（図４には表していない）のイオンビームも可能である。
ＳＥＭ４２０は、必須構成要素として粒子銃４２２と、電子光学系又はビーム光学系４２６が内部に配置された円柱４２４とを含む。電子銃４２２は電子ビーム４２８を生成し、この電子ビーム４２８を電子光学系又はビーム光学系４２６が集束させ、円柱４２４の出力において、図１及び図２の試料１１０に等しいとすることができる試料１１０上に向ける。
試料１１０は、試料台４０５上に配置される。図４に矢印で表すように、試料台４０５は、ＳＥＭ４２０の電子ビーム４２８に対して３つの空間方向に移動することができる。
図４に例示的に表すデバイス４００では、円柱４２４に配置された電子光学系４２６を電子ビーム４２８が離れる円柱４２４の下端部において、円柱４２４に格子４３０が締結される。この格子を使用することにより、試料面１２０を離れることができる２次電子のエネルギを設定することができる。
分光計−検出器の組合せ４４０が、第１の測定点４３５において電子ビーム４２８によって生成される２次電子及び／又は試料１１０によって後方散乱された電子をこれらの電子のエネルギに基づいて分別し、次いで、これらを電気測定信号に変換する。次いで、測定信号は、コンピュータシステム４７０の評価ユニット４７６に渡される。
エネルギを節約するために、分光計−検出器の組合せ４４０は、エネルギ内の電子を分別するためのフィルタ又はフィルタシステムを含むことができる（図４には表していない）。電子に対するいくつかのタイプのエネルギフィルタ又は分光計が文献は公知である。その例は、磁界又は電界を例えば円筒形ミラー分析器（ＣＭＡ）又は円筒形偏向分析器（ＣＤＡ）の形態に使用する減速電界分光計、偏向分光計である。更に、２次電子及び／又は後方散乱電子の実質的に全体のエネルギスペクトルを同時に決定することができる多チャネル分光計を使用することができる。
分光計−検出器の組合せ４４０と同様に、エネルギ分解分光計は、ＳＥＭ４２０の円柱４２４の外側に配置することができる。しかし、分光計及び関連の検出器は、ＳＥＭ４２０の円柱４２４に配置することができる。図４に表す例では、分光計４４５及び検出器４５０が、ＳＥＭ４２０の円柱４２４内に組み込まれている。分光計−検出器の組合せ４４０に加えて又はそれに対する代替として、分光計４４５及び検出器４５０は、デバイス４００内に使用することができる。分光計−検出器の組合せ４４０は、分光計４４５と同じタイプの分光計又は異なるタイプと含むことができる。
図５の線図は、円柱４２４内で電子ビームの軸を外して配置された多チャネル分光計の軌道シミュレーションを再現している。図５及びそれに続く図６は、Ａ．Ｋｈｕｒｓｈｅｅｄ著「走査電子顕微鏡光学系及び分光計（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ）」から引用することができる。図６は、円柱の外側に構成された液浸レンズ分光計を用いて記録された試料面１２０の表面電位１４０、１５０の関数としての２次電子のスペクトルエネルギ分布測定値を示している。２次電子３１０のピークの強度及びエネルギ関連位置は、試料面１２０の表面電位１４０、１５０の関数として変化する。
再度図４を参照して、デバイス４００は、測定点４３５において入射電子ビーム４２８によって生成された光子を検出するための検出器４５５を任意的に有することができる。検出器４５５は、例えば、生成光子のエネルギスペクトルをスペクトル分解し、それによって面１２０及び試料１１０の面の近くの層の組成に関して結論を引き出すことを可能とすることができる。
更に、測定デバイス４００は、試料１１０又はその面１２０が電気絶縁性又は半電導性を有し、更に負の表面電荷１４０を有する場合に、測定点４３５の領域内に低エネルギイオンを供給するイオン源４６０を含むことができる。イオン源４６０を使用することにより、試料面１２０の負の電荷を局所的に制御される方式で低減することができる。
試料面１２０が、例えば、試料１１０の取り扱いによって引き起こされた正の表面電荷の望ましくない分布を有する場合に、試料面１２０の電荷を低減するために電子ビーム４２８を使用することができる。更に、試料面１２０から表面電荷１４０、１５０を除去するために、プラズマ放電を使用することができる。
コンピュータシステム４７０は、電子ビーム４２８を試料にわたって走査する走査ユニット４７２を含む。走査ユニット４７２は、ＳＥＭ４２０の円柱４２４内で図４には表していない偏向要素を制御する。更に、コンピュータシステム４７０は、ＳＥＭ４２０の様々なパラメータを設定して制御するための設定ユニット４７４を含む。設定ユニット４７４によって設定することができるパラメータは、例えば、倍率、電子ビーム４２８のフォーカス、非点収差補正装置の１又は２以上の設定、ビーム変位量、電子源の位置、及び／又は１又は２以上の絞り（図４には表していない）の位置とすることができる。更に、ＳＥＭ４２０に接続された粒子検出器の設定を修正することができる。特に、エネルギ選択性及び／又はエネルギ感度の検出器のエネルギスケールを適応させることが有利である。
更に、コンピュータシステム４７０は、分光計−検出器の組合せ４４０、及び／又は分光計４４５及び検出器４５０の測定信号、更に時に検出器４５５の測定信号を分析及び格納することができる評価ユニット４７６を含む。デバイス４００内には少なくとも１つのエネルギ分光計４４５が存在するので、評価ユニット４７６は、電子ビーム４２８によって生成された２次電子のスペクトル分布を決定することができる。既に上述のように、２次電子のスペクトル分布は、試料面１２０の電位分布に依存する。
図７の線図７００は、電位分布に依存する生成２次電子及び後方散乱電子のスペクトル分布の変化ｄＮ（Ｅ）／ｄＥを様々な部分線図（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に略示している。使用される分光計４４５のタイプは、１つ又は複数の検出器４４０、４５０によって生成される信号のタイプを決定する。信号のタイプは、次に、１つ又は複数の検出器４４０、４５０によって供給される主測定信号に対してどの操作が実施されるかを左右する。検出器４４０、４５０がエネルギ間隔毎に生成される２次電子及び後方散乱電子の数、すなわち、ｄＮ（Ｅ）／ｄＥを既に発している場合に、検出器４４０、４５０は、図７に表すスペクトルを既に供給している。分光計４４５が減速電界分光計である場合に、分光計４４５は、いわゆるＳ字曲線を発し、その微分は、図７に表すスペクトル分布を生成する。Ｓ字曲線の微分は、例えば、コンピュータシステム４７０の評価ユニット４７６によって取得することができる。
上側部分線図（Ａ）では、試料面１２０は表面電荷を持たず、すなわち、ＵS＝０Ｖである。図３と類似の態様で、スペクトルエネルギ分布の微分は、２次電子の領域内に明確なピーク７１０を有する。試料１１０上に入射する電子４２８の運動エネルギの近くでは、スペクトルｄＮ（Ｅ）／ｄＥは、後方散乱電子のピーク７２０を有する。
中間部分画像（Ｂ）は、試料面１２０が負の電荷分布１５０（ＵS＜０Ｖ）を有する場合のエネルギに基づいて導出された電子発生率を表している。表面電荷１５０の斥力は、一方でより多くの２次電子が面を離れることができること、他方で２次電子のスペクトルがより大きい運動エネルギに向けて変位することを可能にする。エネルギＵmaxによって特徴付けられる部分画像（Ａ）のピーク７２０は、部分画像（Ｂ）では変位したピーク７３０になり、そのピークエネルギは、Ｕmaxと表面電位ＵＳ とで構成される。負の表面電荷１５０の斥力に起因して、試料１１０上に入射する電子ビーム４２８は、電位分布場からの最大エネルギ領域内でエネルギのうちで後方散乱電子が取得する一部を失うので、ピーク７４０は、部分画像（Ａ）のピーク７２０に対して実質的にいかなる変位も持たないままに留まる。
線図７００の下側部分画像（Ｃ）は、変数ｄＮ（Ｅ）／ｄＥを生成電子のエネルギの関数としてスペクトル分解方式に示しており、面１２０は正の電位１４０を有する（ＵS＞０Ｖ）。正の電位分布の引力は、ｅが素電荷である場合にｅ・ＵSよりも低い運動エネルギを有する２次電子が、試料面１２０を離れるのを阻止する。従って、電位の大きさに基づいて、分析に利用可能な電子の個数が急激に減少する。その結果、より低いエネルギに向けて変位したピーク７５０は、間接的にしか発生せず、その結果、大きい誤差を伴わずには測定可能ではない。
電界が試料面１２０にわたって生成されるということは、ピーク７５０を確実に検出することができるように、部分画像（Ｃ）における２次電子のスペクトルを電界によって定められる絶対値だけより大きいエネルギに向けて変位させることができることを意味する。評価ユニット４７６は、次に、電界効果に対する許容範囲を数値的に作る。例えば、ＳＥＭ４２０の円柱４２４の出力に取り付けられた格子４３０に電位を印加することにより、コンピュータシステム４７０の設定ユニット４７４が、試料面１２０にわたって定められた静電界を生成することができる。ピーク７６０に関しては、中間部分画像（Ｂ）の上述の解説を参照されたい。
線図７００の略部分画像（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）では、ｘ軸が非線形スケールを有することに注意しなければならない。更に、明瞭化の理由から、部分画像のピークの全ては、高さが正規化されたものである。図７の線図７００では、明瞭化の目的で図３のエネルギ分布のスペクトルの詳しい構造を描示していない。更に、これらの構造は、通常は高分解分光計においてのみ見ることができる。
従来の線図７００の解説から明らかであるように、スペクトルにおけるピークの変位ｄＮ（Ｅ）／ｄＥを分析するためには、生成電子Ｎ（Ｅ）の全体のエネルギスペクトルを測定する必要はない。全体ではなく、２次電子Ｎ（ＥＳＥ）のスペクトルを調べるだけで十分である。この精査は、例えば、より単純な分光計４４５及び／又はより高いスペクトル分解能を用いて実施することができる。一方、後方散乱電子の最大エネルギに関するピーク７２０、７４０、７６０の追加の決定は、分光計４４５及び／又は分光計−検出器の組合せ４４０のゼロ点変動、及び／又は抽出電界に帰されるファクタの不確実性を排除することを可能にする。
線図７００の解説は、特に図４から図６の説明と共に、２次電子分布のスペクトルが試料面１２０の電位分布１４０、１５０を検出するのに非常に適することを示している。試料１１０を処理するための工程は、第１の閾値及びそれ以上の領域内で電荷をもたらす可能性がある。試料１１０の取り扱いは、試料の局所電位の絶対値が１ｋｅＶの領域に達する可能性があるような正又は負の可能性がある符号を有する試料の大きい局所電荷をもたらす可能性がある。原理的には、電子ビーム１７５は、絶対値に関してその電子の運動エネルギに対応する電位まで試料を荷電することができる。電位分布を決定するために、強度に正に荷電された試料面１２０の電位は、ＳＥＭ４２０の電子ビーム４２８を用いて試料を走査することによって数ボルトの範囲の電圧まで低減される。
電子発生率が、一般的に穏やかな運動エネルギである＞１であるエネルギ範囲では、電子ビーム４２８は、それ自体で試料面１２０の数ボルトの範囲の正の電荷をもたらす可能性がある。それに対して、高エネルギ電子を有する電子ビームは、数百ボルトである可能性がある試料面の強い負の電荷をもたらす可能性がある。
再度図４を参照して、デバイス４００は、好ましくは、試料１１０の面１２０の１又は２以上の欠陥を処理するための様々なガス又は前駆体ガスのためのいくつかの異なる貯蔵タンクを有する。例示的に提供しているデバイス４００には、２つの貯蔵タンクを示している。しかし、デバイス４００は、試料１１０を処理するための２よりも多い貯蔵タンクを有することができる。第１の貯蔵タンク４５２は、試料面１２０及び／又は構造要素１３０上に材料を堆積させるためにＳＥＭ４２０の電子ビーム４２８と協働して使用することができる前駆体ガス又は堆積ガスを貯蔵する。第２の貯蔵タンク４６２は、試料面１２０及び／又は構造要素１３０をエッチングすることを可能にするエッチングガスを含む。
試料１１０の面１２０上の電子ビーム４２８の入射場所における単位時間当たりに供給されるガス粒子の量又はガス流量を制御するために、各貯蔵タンク４５２、４６２には、それぞれ独自の弁４５４及び４６４が装備される。更に、２つの貯蔵タンク４５２、４６２は、試料１１０上への電子ビーム４２８の入射点４３５の近くのノズル４５８、４６８で終端するこれらのタンク独自のガス供給路４５６、４６６を有する。図４に例示的に表すデバイス４００では、弁４５４、４５６は、貯蔵タンクの近くに組み込まれる。別の実施形態において、弁４５４、４５６を対応するノズル４５８又は４６８の近くに配置することができる（図４には示していない）。各貯蔵タンク４５２、４６２は、個々の温度の設定及び制御のための独自の要素を有することができる。温度設定は、各ガスに対して冷却と加熱の両方を可能にする。更に、ガス供給路４５６、４６６もまた、ガスを反応場所に供給する際の温度を設定及びモニタするためのこれらの供給独自の要素をそれぞれ有することができる（同じく図４には示していない）。
図４のデバイス４００は、必要とされる真空を生成して維持するためのポンプシステムを有することができる。図４にはこのポンプシステムを明瞭化の理由から示していない。更に、デバイス４００は、吸引抽出デバイスを含むことができる（同じく図４には表していない）。吸引抽出デバイスは、ポンプ又はポンプシステムとの組合せで、前駆体ガスの分解中に生成され、局所化学反応にも必要とされない分解物又は組成物をデバイス４００の真空チャンバ４０２から発生点で実質的に抽出することを可能にする。必要とされないガス組成は、局所的に試料１１０上への電子ビーム４２８の入射点でデバイス４００の真空チャンバ４０２からこれらのガスが分散されてチャンバ内に定着する前にポンプ排気されるので、真空チャンバ４０２の汚染が阻止される。
図４に例示的に提供しているデバイス４００では、エッチング反応又は堆積工程を開始するために、好ましくは、フォーカスされた電子ビーム４２８が専従的に使用される。
次いで、図８の線図８００に基づいて、工程内で処理領域に存在する電位分布の問題に対する許容範囲が作られるエッチング処理に基づく試料１１０の処理を説明する。図８は、上側部分画像内に試料１１０の面１２０の一部分８１０を示している。試料１１０は、図１の試料１１０の部分に対応することができる。構造要素１３０は、余剰吸収体材料によって引き起こされた欠陥８４０を有する。この余剰材料及び得られる欠陥８４０は、電子ビーム誘導式エッチング処理によって除去されることになる。この目的のために、第２の部分領域８３０内の試料面が、電子ビーム４２８及びエッチングガスを用いて処理される。従って、第２の部分領域８３０は、欠陥の補正のための処理面を表している。処理工程が処理面の近くで電位ピークによる外乱を受けないことを保証するために、第２の部分領域８３０を含む第１の部分領域８２０が電子ビーム４２８を用いて走査される。
走査中に記録されたデータ、すなわち、走査データは、一方では試料面１２０上の欠陥８４０の位置及びサイズを確認するために使用することができる。図７の状況で解説したように、電子ビーム４２８の走査データは、部分８１０又は第１の部分領域８２０にわたる表面電荷の局所分布を確認するために使用することができる。線図８００の中間部分画像は、表面電荷の２次元（２Ｄ）分布８５０又は２Ｄ電位分布８５０の平面図を略示している。
線図８００の下側部分画像は、断面線８６０及び８６５に沿って測定された１次元（１Ｄ）電位分布８７０及び８７５を示している。図８に表す例では、構造要素１３０及び欠陥８４０の範囲の電位は、を通して数電子ボルトの範囲の低い正の数値ＵMIN860,865を有し、更にこの数値は構造要素１３０及び欠陥８４０にわたって一定である。しかし、これは、本明細書で説明する方法の適用に対する前提条件下ではない。表面電荷の密度８５０は、第１の部分領域８２０及び第２の部分領域８３０の右の境界に向けて増大する。断面線８６０に沿って測定された１Ｄ電位分布８７０は、第１の部分領域８２０の境界の近くで最大値を有する（ＵMAX860）。１Ｄ電位分布８７０は、第２の部分領域８３０の右の境界において第１の最大値ＵMAX875,1を有し、第１の部分領域８２０の右の境界において第２のより大きい最大値ＵMAX875,2を有する。図８に表す例では、第１の部分領域の境界領域内では、電荷の面密度８５０は、第２の部分領域８３０内の走査データの画像評価及び／又は第２の部分領域における欠陥８４０の処理を過度に阻害するいかなる電位ピークも持たない。
第１の部分領域８２０の走査データから欠陥８４０及びその周辺のＳＥＭ画像を生成し、それをディスプレイ４８０上に表示することができる。ＳＥＭ画像は、第１の部分領域８２０又はそれよりも小さい第２の部分領域を含むことができる。どの表現がより有利であるかは、第１の部分領域８２０内の電位分布８５０のタイプによって決定される。確認された電位分布８５０が、生成されたＳＥＭ画像内の第１の部分領域８２０の境界領域がいかなる有意なアーチファクトも含まないといういかなる指示も与えない場合に、全体の第１の部分領域８２０をディスプレイ４８０上に表示することができる。そうでなければ、画像表示は、第２の部分領域８３０に限定される。上述のように、画像処理は、一般的に第２の部分領域８３０内で行われる。
走査データから同じく決定された電位分布８５０に基づいて、走査データを訂正することができ、その結果、電位分布８６０、８７０によって引き起こされたＳＥＭ画像のアーチファクトを少なくとも部分的に排除するＳＥＭ画像を生成することができる。
様々な方法を電位分布８５０に基づいてこの走査データを訂正するために使用することができる。その一方、第２の部分領域８３０の範囲の電位分布８５０の２Ｄ平均値を訂正のためのベースとして使用することができる。第１の部分領域８２０及び／又は第２の部分領域８３０の範囲にある様々な領域（すなわち、構造要素１３０、欠陥８４０、及び面１２０の領域）内の電荷分布の重み付けを自由に選択することができる。第２の部分領域８３０の部分区域にわたる平均値を形成し、これらの値を訂正に使用することができる。例えば、電位８５０に関する平均値を５×５又は１０×１０のピクセルに対して形成することができる。最後に、解説した方法は、第１の部分領域８２０及び／又は第２の部分領域８３０の各ピクセルに対して、走査データを訂正するのに使用される独自の電位値の決定を可能にする。
確認された訂正値は、コンピュータシステム４７０のメモリに格納することができる。確認された電位分布８５０は、コンピュータシステム４７０のディスプレイ４８０上に表示することができる。表示された部分８１０の第２の部分領域８３０の電位分布８５０に基づいて、走査データに対する訂正値を確認するのにどの方法が最も適切であるかを確立することができる。
既に上述のように、第２の部分領域８３０の走査中に記録された走査データからの電位分布８５０と共に、ＳＥＭ画像を生成し、ディスプレイ４８０内に表示することができる。この実施形態は好ましいが、画像データを生成し、同時に訂正データを生成するのには、第１の部分領域８２０の１回の走査で十分である。別の実施形態において、一方で画像データを記録し、他方で第１の部分領域８２０内の電位分布８５０を記録するために、それぞれ独自の走査を実施することができる。電位分布８５０に対して決定された訂正値は、ＳＥＭ画像のアーチファクトを少なくとも部分的に補正するために使用することができる。欠陥８４０の位置及びサイズは、補正又は改善されたＳＥＭ画像によって可能な最良の手法で決定される。
欠陥８４０の補正されたＳＥＭ画像に基づいて、電子ビーム４２８と、その入射点４３５へのエッチングガス４６２の供給とを用いたエッチングにより、欠陥８４０を排除することができる。エッチング処理に向けて、この場合に、エッチング処理中に電子ビーム４２８が走査される第２の部分領域８３０内の荷電面１２０にも関わらず、電子が、これらの電子に対して考えられた位置で意図するエネルギを有する試料面１２０上に実際にも入射するようにＳＥＭ４２０のパラメータが設定される。必要に応じて、エッチング処理は中断され、その時の第２の部分領域８３０内の電位分布８５０が再度確認される。電位分布８５０が有意に変化した場合に、更に別のエッチング処理に向けて最適化された電子ビーム４２８が再度利用可能になるように、ＳＥＭ４２０のパラメータが再調節される。この時の試料面１２０の電位分布８５０を決定するためにエッチング作動は、特別に中断する必要はない。中断する代わりに、欠陥８４０の排除の進行状況を検査するためにエッチングガス４６２を用いずに第２の部分領域８３０にわたって電子ビーム４２８を走査する際に表面電荷の電位８５０を決定することができる。別の実施形態において、進行中のエッチング処理中に、すなわち、エッチングガス４６２を停止することなく表面電荷の電位８５０を確認することができる。
ＳＥＭ画像を補正するために、評価ユニット４７６は、分光計−検出器の組合せ４４０の測定信号又は走査データ、及び／又は分光計４４５及び検出器４５０からの測定信号又は走査データから画像データを生成するように設計された１又は２以上のアルゴリズムを含む。更に、後処理工程において、評価ユニット４７６は、電位分布８６０、８７０に対する補正値を用いて画像データを補正し、それによって表面電荷１４０、１５０、８５０がもたらす画像データのアーチファクトを補正する。例えば、試料面１２０上の既知の電位分布を使用することにより、電子の軌道を各画像点に対してシミュレートすることができ、試料面１２０上の電子入射点を計算することができる。このようにして、補正されたＳＥＭ画像を計算するのに使用することができる変位ベクトルの２Ｄマップを生成することができる。
図９は、限界寸法又はＣＤの変化を試料面１２０の電位１４０、１５０、８５０の関数として表す較正曲線の例を表している。走査データの記録内の電位分布が既知である場合に、この曲線を使用することにより、ＣＤ値を簡単な手法で補正することができる。
再度図４を参照して、コンピュータシステム４７０は、デバイス４００内に組み込むことができ、又は独自のデバイスとして形成することができる。コンピュータシステム４７０は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はその組合せとして構成することができる。
図１０のデバイス１０００は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）１０６０が更に組み込まれた図４のデバイス４００の組合せを示している。ここでは、ＡＦＭ１０６０は、あらゆる走査プローブ顕微鏡の例であると考えることができ、測定原理を示すための役割しかもたらさない。デバイス４００に対しては、図４の説明において幅広く解説した。ここでは、上述の解説を参照されたい。走査プローブ顕微鏡の例として、ＡＦＭ２５０を図２に基づいて記述した。
ＡＦＭ１０６０は、マウント１０６８を用いてデバイス１０００に締結される。ＡＦＭ１０６０の圧電アクチュエータ１０６６の上側端部がマウント１０６８に接続される。圧電アクチュエータ１０６６の他端は、ＡＦＭ１０６０のプローブ１０７０を担持する。プローブ１０７０は、レバーアーム１０６４又は片持ち１０６４と、片持ち１０６４がその自由端において保持する測定先端１０６２とを含む。測定先端１０６２は、測定点１０７５において試料１１０又はその面１２０と相互作用する。ＡＦＭ１０６０は、コンピュータシステム４７０によって制御又はモニタされる。
通常、ＡＦＭ１０６０のプローブは、電位に関して圧電アクチュエータ１０６６によってマウント１０６８から隔離される。そうではない場合に、圧電アクチュエータ１０６６とプローブ１０７０の間、及び／又は圧電アクチュエータ１０６６とマウント１０６８の間に電気絶縁層が挿入される。フィード線が、プローブ１０７０から圧電アクチュエータ１０６６内を通り、マウント１０６８を通して電圧源に至るが、図１０にはフィード線も電圧源も表していない。このようにして、片持ち１０６４及び測定先端１０６２は、接地電位に対して定められた電圧にすることができ、その結果、これらを試料面１２０の電位分布８５０に適応させることができる。
測定先端１０６２と試料面１２０の間の自由な電圧フラッシュオーバー２８０を回避するために、ＳＥＭ４２０の電子ビーム４２８が、試料面１２０の第１の部分領域８２０を走査する。上述のように、それによって得られた走査データは、ＳＥＭ画像及び電位分布８５０を生成するためにコンピュータシステム４７０によって使用される。上述のように、電位分布８５０から広域平均値、すなわち、全体の第２の部分領域８３０に関する平均値を様々な手法で形成することができる。第２の部分領域８３０にわたる測定先端１０６２の走査中に、測定先端１０６２の電位は、広域平均値又はそれぞれの局所平均値に適応化される。これに代えて、様々な局所平均値は、電位分布８５０から決定することができ、測定先端１０６２の電位を第２の部分領域８３０のうちで直前に走査した部分に適応させることができる。更に、局所試料面１２０とＡＦＭ１０６０の測定先端１０６２の間の電圧を低減するために、２Ｄ電位分布８５０の各ピクセルをＡＦＭ走査の座標系への対応する変換の後に入力することができる。
絶対値に関して電位分布８５０が非常に大きい数値を有し、従って、これらの電位値への電位適応化が、プローブ１０７０を損傷するか又は悪ければ破壊する危険性を伴わずには可能でない場合に、電位分布８５０の絶対量は、例えば、荷電粒子で照射することによって低減される。それに続いて、上述のように、第２の部分領域８３０内の電位分布８５０が、電子ビーム４２８を用いて再度測定される。次いで、電位分布が測定先端１０６２に対して無害な絶対値を有する場合に、上述のように、第２の部分領域８３０は、ＡＦＭ１０６０の測定先端１０６２によって走査される。
図１１の流れ図１１００は、走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて試料面１２０を検査する方法の段階を表している。本方法は、段階１１１０において開始される。第１の段階１１２０において、試料面１２０の第１の部分領域８３０内の電位分布８５０が決定される。第２の段階１１３０において、試料面１２０の第１の部分領域８２０内の決定された電位分布８５０が修正され、及び／又は走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０の電位が修正される。最後に、第３の段階１１４０において、試料面１２０の第２の部分領域８３０が、走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて走査される。本方法は、段階１１５０で終了する。
図１２の流れ図１２００は、走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて試料面１２０を検査する本方法をより詳細に例示している。本方法は、段階１２１０において開始される。第１の段階１２２０中に、試料面１２０の第１の部分領域８３０内の電位分布８５０が決定される。次いで、判断ブロック１２３０において、電位分布８５０が、事前設定された第２の閾値よりも大きいか否かが分析される。これがそうである場合に、段階１２４０において電位分布が修正される。それに続いて、判断ブロック１２３０において、修正された電位分布の絶対量が依然として第２の閾値よりも大きいか否かが再度検査される。修正された電位分布が第２の閾値よりも低く保たれた場合に、本方法は、判断ブロック１２５０に進行し、そこで修正された電位分布が第１の閾値よりも大きいか否かが調べられる。これがそうである場合に、段階１２６０において、試料面１２０の第１の部分領域８２０内の電位分布が修正され、及び／又は走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０の電位が修正される。次いで、段階１２７０において、試料面１２０の第２の部分領域８３０が、走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて走査される。判断ブロック１２５０において、電位分布が第１の閾値よりも小さいことが確立された場合に、本方法は、段階１２７０に進行し、走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて第２の部分領域８３０を走査する。本方法は、段階１２８０において終了する。
最後に、図１３の流れ図１３００は、走査粒子顕微鏡４２０の荷電粒子ビーム４２８を用いて試料面１２０を検査するための上述の方法の段階をもう一度要約している。本方法は、段階１３１０で開始される。次の段階１３２０において、試料面１２０の第１の部分領域８２０の電位分布８５０の決定が行われる。次いで、本方法は分岐する。本方法は、試料面１２０の第２の部分領域８３０を処理するために、段階１３３０において、決定された電位分布８５０に基づいて走査粒子顕微鏡４２０の１又は２以上の設定の補正を実施することができる。その後に、本方法は、段階１３４０で終了することができる。本方法は、段階１３３０から段階１３５０に進行することができ、段階１３５０において、試料面１２０の第１の部分領域８２０が、走査粒子顕微鏡の荷電粒子ビーム４２８を用いて走査される。次いで、段階１３６０において、第２の部分領域８３０の走査データから生成された走査粒子顕微鏡の画像の補正が、決定された電位分布８５０を用いて行われる。次いで、本方法は、段階１３７０において終了する。更に、段階１３２０を実施した後に、本方法は、段階１３３０を実施することなく段階１３５０に進行することができる。この実施形態において、本方法は、ここでもまた、段階１３６０を実施した後で段階１３７０において終了する。
１１００ 走査プローブ顕微鏡１０６０のプローブ１０７０を用いて試料面１２０を検査する方法の段階の流れ図
１１１０ 開始する段階
１１２０ 試料面の第１の部分内の電位分布を決定する段階
１１４０ 走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて試料面の第２の部分を走査する段階
１１５０ 終了する段階
１１１０ 開始する段階
１１２０ 試料面の第１の部分内の電位分布を決定する段階
１１４０ 走査プローブ顕微鏡のプローブを用いて試料面の第２の部分を走査する段階
１１５０ 終了する段階
Claims (26)
- 走査プローブ顕微鏡（１０６０）のプローブ（１０７０）を用いて電位分布（８５０）を有する試料面（１２０）を検査する方法であって、
ａ．前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）を決定する段階と、
ｂ．前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する前に、該試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８３０）内の前記電位分布（８５０）を修正し、及び／又は前記走査プローブ顕微鏡（１０６０）の前記プローブ（１０７０）の電位を修正する段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 段階（ｂ）は、前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８３０）内の前記電位分布（８５０）の絶対値が第１の閾値を超える場合に実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）の絶対値が前記第１の閾値よりも小さいか又はそれに等しい場合に、前記走査プローブ顕微鏡（１０６０）の前記プローブ（１０７０）を用いて該試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する段階を同じく含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記走査プローブ顕微鏡（１０６０）の前記プローブ（１０７０）の前記電位の前記修正は、前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）内の前記決定された電位分布（８５０）に実質的に対応する電圧を該プローブ（１０６０）に印加する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）の前記修正は、荷電粒子ビームを用いて該試料面（１２０）を照射する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記電位分布（８５０）の前記修正は、前記試料面（１２０）の少なくとも前記第１の部分領域（８３０）にプラズマ放電を印加する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの第１の部分領域の前記決定された電位分布に基づいて前記荷電粒子ビームの照射量を固定する段階及び／又は前記プラズマ放電の期間を固定する段階を同じく含むことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）を該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記決定された電位分布（８５０）の絶対量が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超える場合に修正する段階を同じく含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。
- ａ．前記試料面（１２０）の少なくとも前記第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）を再度決定する段階、及び
ｂ．前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）の絶対値が前記第１の閾値よりも小さいか又はそれに等しい場合に、前記走査プローブ顕微鏡（１０６０）の前記プローブ（１０７０）を用いて前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する段階、又は
ｃ．前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の前記電位分布（８５０）の前記絶対値が前記第１の閾値を超え、かつ前記第２の閾値よりも小さい場合に、前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する前記段階の前に、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）内の該電位分布（８５０）を再度修正し、及び／又は前記プローブ（１０７０）の前記電位を修正する段階、
を同じく含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）は、該試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
- 走査粒子顕微鏡（４２０）の荷電粒子ビーム（４２８）を用いて電位分布（８５０）を有する試料面（１２０）を検査する方法であって、
ａ．前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）を決定する段階、
ｂ．前記荷電粒子ビーム（４２８）を用いて前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を処理するために、段階ａ．において決定された前記電位分布（８５０）に基づいて前記走査粒子顕微鏡（４２０）の少なくとも１つの設定を補正する段階、及び／又は
ｃ．前記走査粒子顕微鏡（４２０）の前記荷電粒子ビーム（４２８）を用いて前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）を走査する段階、及び
ｄ．前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）の走査データから生成された前記走査粒子顕微鏡の画像を段階ａ．で決定された前記電位分布（８５０）を用いて補正する段階、
を含むことを特徴とする方法。 - 段階ｃ．において生成された前記走査データから前記電位分布（８５０）を決定する段階を同じく含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記走査粒子顕微鏡（４２０）の前記少なくとも１つの設定は、倍率を変更する段階、フォーカスを変更する段階、非点収差補正装置を変更する段階、加速電圧を変更する段階、ビーム変位を変更する段階、該走査粒子顕微鏡（４２０）の粒子源の位置を調節する段階、及び／又は絞りを変更する段階を含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）の前記処理は、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）に材料を堆積させるために少なくとも１つのエッチングガス（４６２）及び／又は少なくとも１つ前駆体ガス（４５２）を供給する段階を含むことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
- 段階ｄ．においてピクセル毎に前記走査粒子顕微鏡の前記画像を補正する段階、及び／又は段階ｂ．においてピクセル毎に該走査粒子顕微鏡（４２０）の前記少なくとも１つの設定を補正する段階を同じく含むことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
- 段階ｄ．における前記走査データから生成された前記走査粒子顕微鏡の画像の前記補正は、フォトマスクの構造要素（１３０）、ウェーハ上に配置されたフォトレジストの構造要素（１３）、及び／又はウェーハ上の構成要素の構造要素（１３０）の限界寸法及び／又は位置決め誤差を補正する段階を含むことを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）の前記決定は、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の２次電子のエネルギ分布を分光計（４４５）を用いて分析する段階を含み、該２次電子は、走査粒子顕微鏡（４２０）の粒子ビーム（４２８）を用いて該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記走査中に生成されることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）の前記決定は、前記２次電子の前記エネルギ分布の変位を決定する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記２次電子の前記エネルギ分布の前記変位の前記決定は、実質的に電位を持たない試料面（１２０）に対して行われることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 前記２次電子の前記分布の前記変位の前記決定は、前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）にわたって電界を印加する段階を含むことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の方法。
- 前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）の前記決定は、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）内の後方散乱電子のエネルギ分布の最大値を決定する段階を含み、該後方散乱電子は、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記走査中に生成されることを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
- 走査プローブ顕微鏡（１０６０）のプローブ（１０７０）を用いて電位分布（８５０）を有する試料面（１２０）を検査するためのデバイス（１０００）であって、
装置（１０００）が、
ａ．前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）を決定するための手段と、
ｂ．前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８３０）内の前記電位分布（８５０）の絶対値が第１の閾値を超える場合に、該試料面（１２０）の少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を走査する前に、該試料面（１２０）の該少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の該電位分布（８５０）を修正するための手段、及び／又は前記走査プローブ顕微鏡（１０６０）の前記プローブ（１０７０）の電位を修正するための手段と、
を含む、
ことを特徴とするデバイス（１０００）。 - 請求項１から請求項１０及び請求項１７から請求項２１のいずれか１項に記載の方法段階を実施するように設計されることを特徴とする請求項２２に記載のデバイス（１０００）。
- 走査粒子顕微鏡（４２０）の荷電粒子ビーム（４２８）を用いて電位分布（８５０）を有する試料面（１２０）を検査するためのデバイス（４００）であって、
ａ．前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第１の部分領域（８２０）の前記電位分布（８５０）を決定するための手段、
ｂ．前記荷電粒子ビーム（４２８）を用いて前記試料面（１２０）の少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）を処理するために、前記決定された電位分布（８５０）に基づいて前記走査粒子顕微鏡（４２０）の少なくとも１つの設定を補正するための手段、及び／又は
ｃ．前記走査粒子顕微鏡（４２０）の前記荷電粒子ビーム（４２８）を用いて前記試料面（１２０）の前記少なくとも１つの第１の部分領域（８５０）を走査するための手段、及び
ｄ．前記少なくとも１つの第２の部分領域（８３０）の走査データから生成された前記走査粒子顕微鏡の画像を前記決定された電位分布（８５０）を用いて補正するための手段、
を含むことを特徴とするデバイス（４００）。 - 請求項１１から請求項２１のいずれか１項に記載の方法段階を実施するように設計されることを特徴とする請求項２４に記載のデバイス（４００）。
- 少なくとも１つの分光計（４４５）を含むことを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載のデバイス（４００）。
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