JP2632828B2

JP2632828B2 - 荷電ビームの自動制御装置

Info

Publication number: JP2632828B2
Application number: JP62032423A
Authority: JP
Inventors: 正浩 ▲吉▼沢; 直毅川村; 康和田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPS63200450A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子またはイオンビームを用いた欠陥検査
装置，寸法測長装置，走査電子顕微鏡，露光装置等にお
いて、加速電圧，ビーム電流等の照射条件に応じて、光
学鏡筒の制御を自動で行う装置に関するものである。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）従来からある電子光学系の制御手法としては、各加速
電圧で最適な変数値をあらかじめ人手で求めておき、そ
の値を再現する手法（古川，後藤，伊藤,,稲垣“LSI診
断用EBプローバー”日本学術振興会第132委員会82回研
究会資料p.43（1982））や、それに加えて長時間のビー
ム放出特性を安定化するためにプローブ電流をモニタし
て一定になるようにフイードバツク機構を設けた方法
（藤岡，中前，裏，高島，原沢，“SEM電子光学変数値
のコンピユータ制御システム",日本学術振興会第132委
員会93回研究会資料p.74（1985））が提案されている。

しかし、これらはいずれも加速電圧，ビーム電流等の
照射条件ごとに各制御電源に設定する最適な電子光学変
数値をあらかじめ人手で操作パネルを操作して求めてお
き、第１表に示すようなデータテーブルを作成し、照射
条件ごとにそのデータテーブルの数値を、各電源系へDA
コンバータ等により設定する方法を用いている。

従つて、１つの照射条件に対して１つのテーブルを持
ち、そのテーブルを選択することによりデータ設定を行
う。例えば、第１表で加速電圧をV_iにするとき、一連の
データD_1i,D_2i…を制御対象1,2…に出力している。

このように、電子ビームを用いる鏡筒は、機器調整に
よる測定条件の最適化等に多大の労力を要し、簡便な光
学顕微鏡と比べて、操作性の点で劣つた状態にあり、光
学顕微鏡と同等の操作容易性を有する電子光学鏡筒が強
く望まれている。例えば、電子ビームを用いた欠陥検
査，寸法測長においては、ビーム照射により試料表面が
チヤージアツプし、観察や測定精度に支障をきたすこと
が問題となつている。例えば、レジスト材料では高加速
電圧でチヤージアツプが生じるため低加速電圧で測定す
る必要がある。しかし、LSIの配線等に用いられるポリ
シリコンやアルミニウム等の材質では加速電圧が低いと
正に帯電し、コントラストが得られない。従つてこれら
の材質が組合わされた試料において、チヤージアツプを
防止して精密な測定を行うためには、加速電圧等の照射
条件を測定点ごとにより厳密に設定しなければならず、
小刻みな条件設定が必要である。一方、従来技術を上に
述べたような複合材質、レジストやSiO₂等のチヤージア
ツプが起きやすい試料の検査などに適用するためには、
加速電圧およびそれと連動させる各種制御変数値を各試
料の測定点に対応する加速電圧の全範囲にわたつてあら
かじめ求めておかなければならず、これを実用すること
は不可能である。従つて、従来技術は、決まつた試料の
測定にしか用いることができない。

（発明の目的）本発明の目的は、全ての照射条件に対して、あらかじ
め鏡筒制御の最適変数値を求めておかなければならない
という従来技術の欠点を解決し、照射条件を小刻みに、
高速，容易に設定することができる荷電ビームの自動制
御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するため、電子光学鏡筒と、該電子
光学鏡筒を駆動するための電源と、該電源を制御するた
めの制御装置を備えた装置において、荷電ビームの代表
的照射条件（加速電圧、ビーム電流）での該電源への制
御値を記憶するための記憶部と、照射条件から該電源に
供給する制御値を算出する算出部とを具備し、該算出部
で用いる関係式の係数、定数を、前記代表的照射条件で
ビーム位置ずれがないようにして決定した値を用いて補
間式により算出し、任意の照射条件での該電源への制御
値を算出して、これを前記電子光学鏡筒を駆動するため
の電源に供給して、前記電子光学鏡筒を駆動することを
特徴とする荷電ビームの自動制御装置を発明の要旨とす
るものである。

しかして、荷電ビームの制御変数値を照射条件に応じ
て自動制御する場合に、従来技術では１組の照射条件に
対して１組の電子光学変数値のデータテーブルを有して
いた。これに対して、本発明では、最適変数値を全ての
照射条件ごとに求めることなしに、基準になるいくつか
の照射条件において荷電ビームを制御するための制御変
数を求めておき、この値を用いて任意の条件下での制御
変数値を算出して設定するように構成していることが、
従来技術と異なる点である。

次に本発明の実施例について説明する。なお実施例は
一つの例示であつて、本発明の精神を逸脱しない範囲
で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言うまで
もない。

第１図は、本発明の荷電ビームの自動制御装置の一実
施例を示した図である。図において、１は電子銃、２は
ガンアライナ、３は照射レンズ、４はステイグメータ、
５は対物アライナ、６は偏向器、７は対物レンズであ
る。電子銃１では、加速電圧やエミツシヨン電流を制御
する。電子銃１から発生した電子ビームが、ビーム電流
の変化に対して像がシフトしないようにガンアライナ２
を調整する。照射レンズ３の２つのコンデンサレンズの
焦点距離の比を変えることによりビーム電流を変化させ
る。この後、ステイグメータ４の値を調整して非点を除
去する。そのビームを変光器６により、所定の領域に偏
向させて観察像信号を得る。この時、倍率，像の回転，
偏向スピードは偏向器に加える電圧または電流により制
御する。対物アライナ５では、焦点距離，加速電圧の変
化に対して像がシフトしないように調整する。対物レン
ズ７は焦点を合わせるためのものである。このようにし
て、試料ウエハ９の上に電子ビームを照射し、試料表面
から出る二次電子を二次電子検出器８で検出して観察像
を得る。この時、像の明るさ（ブライトネス），コント
ラストは調整回路13で制御を行う。この二次電子信号を
ADコンバータを含むインタフエース14を介して制御計算
機12に入力する。これらの制御対象を制御するには、制
御計算機12からインタフエース11を介して電源10に最適
値を設定する。この制御変数の値は、制御変数テーブル
を用いて上述の方法で算出し、加速電圧の変更に伴つて
設定する。

第２図は、本発明の装置の他の実施例を示した図であ
る。図において、１は電子銃、２はガンアライナ、３は
照射レンズ、４はステイグメータ、３は対物アライナ、
６は偏向器、７は対物レンズ、８は二次電子検出器、９
は試料ウエハ、10は高圧電源、21,24は乗算回路、22は
加算回路、23はメモリ、25はアンプ、26は照射レンズ制
御回路、27はコントラスト・ブライトネス調整回路、28
は照射条件設定部、29は平方根算出回路を示す。

この装置では補間計算を計算機で行うかわりに乗算回
路21と加算回路22を用いて設定値を設定している。照射
条件の加速電圧またはその平方根を乗算回路に入力し、
その出力を加算回路に加える。この乗算回路，加算回路
には、メモリ23に格納されている係数p,qが設定され、に比例する値が出力され、レンズ等の電流量を設定す
る。この係数は加速電圧等の照射条件の範囲によつて変
わる。この値はメモリに納めておき、照射条件に応じて
その係数を乗算回路や加算回路に設定する。

焦点等はある焦点距離での係数による計算値に焦点距
離のずれ分の補正を加える必要があるがこの値も加速電
圧の関数であるため、上述の乗算回路，加算回路の構成
にさらに乗算回路24を付加し、その係数ｋをメモリ23か
ら設定する。ビーム電流を制御する照射レンズやコント
ラスト・ブライトネスの調整は専用の回路で行つてお
り、この回路に制御のための変数，加速電圧とビーム電
流を入力するとともに制御の係数値をメモリから読み込
んで制御する。

なお、第２図に示した乗算回路，加算回路は、必ずし
も全てのポート分だけ用意する必要はなく、高速性を要
求するポートの分だけ用意し、他の低速ですむパラメー
タの制御は、第１図と同様に制御計算機12で計算し設定
する構成であつてもよい。また、照射レンズやコントラ
スト・ブライトネスの制御も、第１図と同様に制御計算
機12で計算し設定する構成であつてもよい。

なお、ここでは電子ビームを例に説明したが、イオン
ビームの場合にも同様の制御が可能であることは言うま
でもない。また、説明は電磁レンズを用いた鏡筒を例に
説明してあり、補間式が加速電圧の平方根の多項式で展
開されているが、静電レンズの場合には加速電圧の多項
式で展開すればよい。

次に本発明の荷電ビームの自動制御装置を用いた自動
制御のやり方について説明する。

本発明では、全ての照射条件に対して荷電ビームの制
御変数値の最適値をテーブルとして持たずに、これらを
算出して設定する。すなわち、照射条件として、加速電
圧，ビーム電流等を指定した時、それに応じて電子光学
系の制御変数値を算出してDAコンバータ等で設定する。
その算出法については以下に述べる。以下では電磁レン
ズを例に説明するが、静電レンズの場合にも同様の制御
が可能であることは勿論である。

ガンアライナ，対物アライナ，対物レンズ，照射レン
ズ等の電流値は加速電圧とともに変更しなければならな
い。このような各制御項目に対して必要なデータを全て
の加速電圧ごとに持つのではなく、第２表に示すような
制御変数テーブルを用い、テーブルにない加速電圧につ
いては補間して制御する。第２表において、変数値欄に
は各代表加速電圧に対して定数D_ji,変数（a_i等），関数
（α_ｉ等）の何れかが記述してあり、右欄の補間式を用
いて制御対象を制御している。

これらの制御には以下に示すような３つの場合があ
る。

（ａ）は加速電圧だけで制御変数が決まる場合であり、
アライナ，非点補正等がこれにあたる。補間式は加速電
圧（HV₀）だけの関数となる。制御対象が加速電圧に対
してどういう補間式を用いるかはあらかじめ与えてお
く。電子光学系が電磁レンズを用いている場合には、加
速電圧の多項式でなく、加速電圧の平方根の多項式を用
いて補間することができる。例えば対物アライナやガン
アライナは加速電圧の平方根の一次式で近似できる。こ
のような場合、補間式を一次式とし、HV_iとHV_i+1の間の
加速電圧（HV₀）での制御変数値D_jは、以下のように算
出し、この値をDAコンバータ等により制御対象に送る。

ここではHV_iとHV_i+1の２つの加速電圧でのデータから
係数p,qを算出しているが、この関数形が加速電圧の高
次の多項式の場合には、係数の算出にはHV_iとHV_i+1だけ
でなく、その前後の値も用いる。また、もつと多くの加
速電圧でのデータから最小２乗法により係数を求めても
よい。この係数を用いて任意の加速電圧での制御変数値
D_jを算出することができる。また、代表加速電圧での最
適値D_jの値をテーブル化しないで、各区間ごとの係数p,
qの値をテーブル化してもよい。

（ｂ）は制御対象Ａの最適値ａが、加速電圧だけでな
く測定位置等に依存する変数であり、対物レンズ（焦点
距離）の制御等がこれに該当する。対物レンズに加える
電流値は、加速電圧の変化にともなつて変わるだけでな
く、測定位置によつて焦点距離が変化するため設定値を
変える必要がある。焦点距離が決まれば、制御変数値は
一意的に決まるが、加速電圧を変更した場合には制御変
数値を設定しなおす必要がある。補間式は（ａ）と同じ
ようにあらかじめ与えておく。しかし、この補間式，制
御テーブルから算出される値は、制御対象に直接設定す
る値ではなく、加速電圧の変更に応じて制御変数を変え
る関数形を与えている。

例えば、ある加速電圧HV_mでの対物レンズの値がa_mで
あり、加速電圧をHV_nに変化させる場合を例にとつて説
明する。補間式Ｇ（HV）が加速電圧の平方根の一次式
（この関数形はあらかじめ与えておく）であるとする。
加速電圧HV_mとHV_nでの制御変数のテーブルにもとづく計
算値をa_mo,a_noとすると、これに対して、加速電圧HV_mでの対物レンズの値がa_m
である場合、△a_m＝a_m−a_moが焦点距離のずれに比例す
る量である。この比例係数は加速電圧の関数であり、電
磁レンズでは加速電圧の平方根、静電レンズでは加速電
圧にほぼ比例する量である。例えば電磁レンズでは焦点
距離のずれを△d_Fとすれば、となるので、加速電圧HV_nでの設定値と計算値のずれはとなり、この値を計算値に加えた値、を制御対象Ａに対して出力する。

通常ウエハのそりやステージの傾きによる△a_nの項は
小さいので、上記のように焦点と距離のずれを換算せず
に、a_moとa_noの比を用いてa_n＝a_ma_no/a_moにより設定し
てもよい。

（ｃ）は制御対象Ａの制御変数が、加速電圧だけでな
く、照射ビーム電流等の他の制御変数に依存する場合で
ある。ある加速電圧では、制御変数はα（例えばビーム
電流等）の関数ｆ（α）で表わせるが、この関数の係数
を加速電圧に対して（ａ）あるいは（ｂ）のように補間
式により設定する。ビーム電流の制御、ブライトネス，
コントラストの制御等がこれに該当する。例えば、ビー
ム電流を変える場合、２つの照射レンズL₁,L₂に加える
電流を変化させる。２枚の照射レンズに加える電流は、焦点位置がビーム電流によつてずれないように一定
の関係式にそつて変化させる。その関係は、ほぼ、の関係で表わすことができ、この係数a,bが加速電圧に
より変化する。従つて、このa,bをテーブル化し、補間
式により設定する。この時ビーム電流はの値で変わるので、このとビーム電流の関係のテーブルを用意する。照射条件と
してビーム電流が与えられたとき、このテーブルから補
間によりを求め、ついで上記のテーブルからを求めて設定する。

以上述べたような３つの組合せにより、加速電圧とビ
ーム電流を指定するだけで、電子銃のエミツシヨン電
流，ガンアライメント，対物アライトメント，偏向量補
正，回転角補正，コンデンサレンズ（照射レンズ），対
物レンズ等の電子光学系の各制御項目に最適な値を自動
的に設定することができる。従つて、照射条件を材質に
応じてほぼ連続的に設定することが可能になる。このよ
うな補間の手法を用いて各種照射条件の変更に伴う鏡筒
の制御を行うと、700V〜1000Vの加速電圧、±50μｍの
焦点距離の変更に対しても２つのテーブルだけで像のシ
フトを±0.5μｍ以下に押えることができる。また、照
射条件の変更に要する時間は１秒程度であり、高速，高
精度の制御が可能になる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は電子光学鏡筒と、該電
子光学鏡筒を駆動するための電源と、該電源を制御する
ための制御装置を備えた装置において、荷電ビームの代
表的照射条件（加速電圧、ビーム電流）での該電源への
制御値を記憶するための記憶部と、照射条件から該電源
に供給する制御値を算出する算出部とを具備し、該算出
部で用いる関係式の係数、定数を、前記代表的照射条件
でビーム位置ずれがないようにして決定した値を用いて
補間式により算出し、任意の照射条件での該電源への制
御値を算出して、これを前記電子光学鏡筒を駆動するた
めの電源に供給して、前記電子光学鏡筒を駆動する荷電
ビームの自動制御装置を特徴とする。このため、全ての
照射条件に対してあらかじめ最適な制御変数を求めてお
く必要がなく、代表的照射条件での制御変数を求めたあ
とは、測定したい照射条件として加速電圧とビーム電流
を入力すれば鏡筒の制御が自動的に行えるので、操作が
容易で簡潔であるという利点がある。また、その条件の
変更が瞬時に連続的に行え、それに伴う像のシフトも小
さいので、二次電子の時間変化等によりチヤージアツプ
を検出して加速電圧やビーム電流を変化させてチヤージ
アツプしない照射条件に設定することが可能である。従
つて、このような装置は、照射条件を材質に応じて変化
させる必要があるパタン測長装置，パタン検査装置，荷
電ビームを用いて試験を行う検査装置などに広く用いる
ことができる。

また、パタンの特定箇所をチヤージアツプする条件で
照射しておいて、加速電圧を変えて測定することによ
り、材質の違いによるコントラストを強調して、従来観
察し難かつたチヤージアツプしやすい材質の組合せのパ
タン，エツチ残り等を観察したり、断線のチエツクを行
つたりすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の実施例を示した図であり、第２
図は本発明の装置の他の実施例を示した図である。１……電子銃２……ガンアライナ３……照射レンズ４……ステイグメータ５……対物アライナ６……偏向器７……対物レンズ８……二次電子検出器９……試料ウエハ 10……電源 11……インタフエース 12……制御計算機 13……調整回路 14……インタフエース 21,24……乗算回路 22……加算回路 23……メモリ 25…アンプ 26……照射レンズ制御回路 27……コントラスト・ブライトネス調整回路 28……照射条件設定部 29……平方根算出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−205952（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−32948（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−188041（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子光学鏡筒と、該電子光学鏡筒を駆動す
るための電源と、該電源を制御するための制御装置を備
えた装置において、荷電ビームの代表的照射条件（加速電圧、ビーム電流）
での該電源への制御値を記憶するための記憶部と、照射条件から該電源に供給する制御値を算出する算出部
とを具備し、該算出部で用いる関係式の係数、定数を、前記代表的照
射条件でビーム位置ずれがないようにして決定した値を
用いて補間式により算出し、任意の照射条件での該電源への制御値を算出して、これ
を前記電子光学鏡筒を駆動するための電源に供給して、
前記電子光学鏡筒を駆動することを特徴とする荷電ビー
ムの自動制御装置。