JP3101539B2

JP3101539B2 - 電子線ナノメトロジー・システム

Info

Publication number: JP3101539B2
Application number: JP07139038A
Authority: JP
Inventors: サミュエル・ケイ・ドラン; ウィリアム・エイ・エニヒェン; ティモシー・アール・グローヴズ; ロドニー・エイ・ケンドール; ヘンリー・エイ・ホフリー; リチャード・ディー・モア; ポール・エフ・ペトリック; ジェームズ・ディー・ロックロア
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: US5585629A; JPH0822795A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上の物理的パター
ンの寸法を測定するための電子線ナノメトロジー・シス
テムに関し、より詳細には、０．１〜０．５ミクロンの
極小寸法を有するパターンの物理的特徴を正確に測定で
きる、改良型電子線ナノメトロジー・システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路のパターンに含まれる物理的特
徴の最小寸法（すなわち「限界寸法」）は、この数年に
わたって減少し続けている。この傾向は、主としてます
ます高密度のダイナミック・ランダム・アクセス・メモ
リ（ＤＲＡＭ）を求める要求によって推進されている。
通信、アナログ、軍事など他の高性能半導体の応用分野
でも、ますます小さな限界寸法の物理的特徴を必要とし
ている。典型的な集積回路マスクは、おそらくは異なる
露光装置で生成され、２５個もの独立マスクからなる。
様々なマスク・レベルでの物理的特徴の相対配置は、限
界寸法の数分の一以内の正確さでなければならない。し
たがって、パターン配置の正確さを測定及び確認できる
ことが、リソグラフィ工程制御の基本部分である。現況
技術では、市販の測定ツールは、５０ナノメートルの確
度が可能である。

【０００３】半導体装置で使用できるように適合された
測定ツールは、理想的には、ｘ線マスク、位相シフト・
レティクル、１：１光学レティクル、半導体ウェハ、電
子線分散マスクを含めて、様々な基板に対応できなけれ
ばならない。各タイプの基板はそれ自体の独自の属性を
有し、測定ツールの融通性が必要である。測定ツール
が、製品の活性領域の周辺に分布するテスト・ターゲッ
トを測定するのではなく、製品中の実際のパターンの物
理的特徴を測定できる能力を有することが重要である。
したがって、測定ツールは、限界寸法に匹敵するスケー
ルを有する物理的特徴相互の区別が可能な解像度をもた
なければならない。

【０００４】Ｘ、Ｙ摩擦測定用の既存のツール一式は、
測定すべき加工物の表面上のスポットに合焦された光線
を使用している。パターン・エッジ位置は、スポットと
基板の相対移動を検出することによって検出される。パ
ターンの物理的特徴のエッジは、物理的特徴の中線の位
置を後で算出する基礎として使用される。光スポットの
寸法は０．５〜２．０ミクロンである。これは多くの基
板上の限界寸法を上回っており、基板が特殊な１つまた
は複数の測定ターゲットを含むことが必要である。この
ターゲットの寸法のために、ターゲットを測定を行う活
性回路領域内に配置することができない。

【０００５】従来技術の計器の測定時間は、１軸当り物
理的特徴１個につき４秒の範囲である。これは、毎時物
理的特徴４５０個に相当し、通常のマスク上の物理的特
徴の数に比べてごく僅かである。その結果、不十分な数
のサンプルに基づいて受入れ判断が行われる。

【０００６】電子線測定ツールは、従来技術で半導体の
物理的特徴の測定に使用されてきた。米国特許第４７５
１３８４号及び第４７６７９２６号に、電子線測定シス
テムが記載されている。この特許では、サンプルの表面
を電子線で走査し、表面から放出される２次電子を検出
する。検出された信号を使って半導体表面上のパターン
の線幅を測定し、検出器は、光線の光学軸に関して対称
的に配置する。検出器の一方の出力信号と他方の出力信
号の比を使って測定が実施できる。上記特許のシステム
は、物理的特徴のサイズの測定に有用であるが、２００
ｍｍの距離にわたる正確なパターン配置の測定に必要な
安定性を本来的に欠いている。

【０００７】チャン（ｃｈａｎｇ）等の論文"Advanced
Nanometrology Tool for X-Ray Electron Beam Mask
s"、ＩＢＭ Technical Disclosure Bulletin Vol.33,N
o.8,1991年１月，pp.149-151には、走査顕徴鏡（ＳＴ
Ｍ）のフィールド放出ティップを使って加工物の表面を
調査する測定ツールが記載されている。加工物と走査式
トンネル顕徴鏡のティップとの相対移動により、加工物
の表面の物理的特徴が測定できる。しかし、最近のマス
ク及び半導体ウェハは表面積が大きく、その最大方向の
寸法が約２０ｃｍ（８インチ）に近いものもある。ウェ
ハ・マスク構造の表面全体にわたって、ＳＴＭティップ
とこのように大きな半導体表面の相対移動を正確に提供
できるようにするのは、時間もかかり、実施が難しく、
費用もかかる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、基
板の限界寸法が０．１〜０．５ミクロンである場合に極
めて正確かつ安定した測定の可能な、改良型の電子線ナ
ノメトロジー・ツールを提供することである。

【０００９】本発明の他の目的は、温度安定性が高く、
最小の熱制御しか必要としない、改良型のナノメトロジ
ー・ツールを提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、ビームの調査方向に
よる誤差が回避される、改良型ナノメトロジー・ツール
を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、導電性基板も非導電
性基板も測定用電子線にさらすことのできる、改良型ナ
ノメトロジー・ツールを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】電子線ナノメートル・レ
ベル測定ツールは、常温電子発生源と加工物装着用の可
動ステージとを含む。このステージは、加工物の表面を
ビーム調査領域中で位置決めできるようになっている。
静電焦点レンズが、電子発生源から放出された電子を、
ビーム調査領域に位置する焦点をもつビームに変換す
る。これらのレンズは、電子線を、一般に加工物の表面
に直角な経路を通過させる。ビーム経路に沿って、上側
と下側の静電偏向板が配置され、これに調節可能電圧源
が接続されていて、連成逆方向直流電位を印加する。こ
れらの電位により、ビームが加工物表面にほぼ直角に留
まる間に、ビーム調査領域を横切るビームの走査が可能
になり、したがって表面の物理的特徴のより正確な測定
が可能になる。この測定ツール内で、すべてのビーム制
御表面は静電的であり、したがって電力の散逸と温度差
が最小になる。

【００１３】

【実施例】図１を参照すると、ナノメトロジー・ツール
の中心要素は、電子線カラム１０である。この電子線カ
ラム１０は、室温フィールド放出源１２と、静電合焦／
整列要素１４と、ブランキング・システム１６と、加工
物と調査用電子線の直角の位置関係を保証する走査偏向
システム１８とを含む。光学式高さセンサ２０は、加工
物２２の高さを決定できる。後方散乱検出器２４は、加
工物２２から後方散乱された電子を検出できる。透過検
出器２６が加工物２２の下方に位置し、透過モード検出
方式を実施できる。

【００１４】加工物２２は、チャック２８で定位置に保
持され、チャック２８は精密位置決めステージ３０上に
保持される。精密位置決めステージ３０は、粗位置決め
ステージ３２上に位置する。粗位置決めステージ３２の
広い範囲のＸ−Ｙ移動を可能にして、加工物２２を電子
線調査領域内で選択的に位置決めできるようにする機構
（図示せず）が電子線カラム１０内にある。精密位置決
めステージ３０は、圧電的に起動され、チャック２８及
び加工物２２を電子線調査領域内の選択された正確な位
置に副尺位置決めできるようにする。

【００１５】加工物保持フィクスチャの概略図を図２に
示す。図では、加工物２２が精密位置決めステージ３０
上で位置決めされ、ステージ３０は粗位置決めステージ
３２で支持されている。Ｘアーム３４とＹアーム３６の
対が、粗位置決めステージ３２及び精密位置決めステー
ジ３０及び加工物２２の粗位置決めを可能にする。加工
物２２を精密位置決めステージ３０に取り付けるチャッ
クは、図２では省略してある。第３の位置決めアーム３
８は、粗位置決めステージ３２のＺ軸の周りでの回転を
可能にする。図３により詳細に示すが、精密位置決めス
テージ３０はフレキシブル・マウントを介して粗位置決
めステージ３２上に装着されている。粗位置決めステー
ジ３２と精密位置決めステージ３０の間に結合された圧
電式アクチュエータは、精密位置決めステージ３０の副
尺位置決めを可能にして、ビーム調査領域内の加工物２
２上に存在する物理的特徴が位置決めできるようにす
る。

【００１６】鏡面４０、４２は、精密位置決めステージ
３０上に固定して装着され、互いに直角の位置関係にあ
り、レーザ干渉計４４、４６が精密位置決めステージ３
０のＸ、Ｙ、Ｚ位置を正確に決定できるようにする。

【００１７】図１に戻ると、３台のコンピュータが、電
子線カラムの動作を制御する。すなわち、カラム制御コ
ンピュータ５０と機械制御コンピュータ５２とマスタ制
御コンピュータ５４である。カラム制御コンピュータ５
０は、調査用電子線の適切なビーム形成を保証するため
に、フィールド放出源１２と静電式レンズ系１４への適
正な電圧の印加を可能にする。高さセンサ２０は、カラ
ム制御コンピュータ５０内部のターゲット高さフィード
バック・モジュールにその出力を供給して、加工物２２
の高さが決定できるようにする。

【００１８】機械制御コンピュータ５２は、電子カラム
１０内の機械要素の動作を制御する。機械制御コンピュ
ータ５２は、レーザ干渉計４４、４６（図２）の制御及
び操作によって加工物２２の位置検出を可能にする種々
のサブシステムを含んでいる。機械制御コンピュータ５
２はさらに、前記の干渉計からの出力に応じて粗位置決
めステージ３２と精密位置決めステージ３０の移動を制
御する。最後に、機械制御コンピュータ５２は、熱管理
システムを実施する。このシステムでは、電子線カラム
１０内部の温度を極めて精密な範囲に維持するための温
度制御が実施できる。

【００１９】やがて明らかになるが、電子線カラム１０
内部のすべてのビーム制御機械は静電式であり、発熱し
ない。検出器２４、２６は発熱量が余り多くないが、そ
の絶対温度は機械制御コンピュータ５２内部の熱管理モ
ジュールに従って、冷却液を加えることにより容易に制
御できる。ロード／アンロード・チャンバ（図示せず）
は、粗位置決めステージ３２上に存在する。加工物２２
を均熱チャンバに入れるためのものであり、この均熱チ
ャンバでその温度が安定化されてから電子線カラム１０
の内部に入る。

【００２０】マスタ制御コンピュータ５４は、検出器２
４、２６から受け取ったデータを分析できるようにし、
さらに機械制御コンピュータ５２とカラム制御コンピュ
ータ５０をも制御する。マスタ制御コンピュータ５４は
さらに、ブランキング／偏向／走査出成モジュール５６
を介して電子線カラム１０内の電子線の走査動作を制御
する。

【００２１】図３に移って、電子線カラム１０の詳細に
ついて説明する。フィールド放出源１２は、常温電子エ
ミッタであり、細く尖った金属ニードル６０を備え、そ
こに大きな負バイアスが印加される。このバイアス（−
Ｖ）は、検査する加工物の特性に応じて変えることがで
きる。加工物が導電性（たとえば金属半導体マスク）で
ある場合、−Ｖは−３０，０００ボルトに設定すること
ができる。一方、加工物が、ビーム調査動作中に電荷を
蓄積する可能性のある誘電体部分を含む場合は、−Ｖを
約−１，０００ボルトに設定して、加工物上での電荷蓄
積を削減または解消することができる。ニードル６０
は、印加され付勢電位がこのように大きく変動する場合
でも十分な輝度を示す、電子雲を放出させる。

【００２２】ビームの形成を行うため、抽出電極６２、
合焦電極６４、及びビーム画定用開口板６６が設けられ
ている。抽出電極６２に印加される電極−Ｖ₁は、−Ｖ
に対して十分に正であり、ニードル６０から放出される
電子を加速し、開口６８を通って合焦電極６４に向けて
送ることができる。合焦電極６４には可変電位（−
Ｖ₂）が印加され、既知の方式でビームに合焦作用を付
与して、その焦点が加工物２２の平面内にくるようにす
る。ビーム画定用開口板６６はシステムの接地電位に保
たれ、ビーム７０中に存在する様々な収差を補正する。

【００２３】ビーム７０は、ビーム画定用開口板６６か
ら出ると、第１及び第２のビーム偏向板７２、７４に当
たる。ビーム偏向板７２と７４は、同一の構造であり、
正常経路からのビーム７０の偏向を可能にする。たとえ
ば４個、８個、１２個の極偏向素子を備えることができ
る。図４には、例として４個の極ビーム偏向板７２が示
してある。周知のように対向する極の対７６と７８に偏
向電圧を印加すると、その中を通るビーム７０を偏向さ
せることができる。ビーム７０中に光学収差を誘発する
のを避けるために、第１と第２の偏向板７２、７４がそ
れぞれ１２個の極を備え、それらの極を適当に付勢して
ビームの偏向を実施することが好ましい。

【００２４】各ビーム偏向板７２、７４は、（図４に示
した極が４個の配置では）、第１の直流偏向源８０と第
２の直流偏向源８２を含む。直流偏向源８０はビーム偏
向板７２に接続され、下部ビーム偏向板７４に接続され
た直流偏向源８０'と対になっている。同様に、ビーム
偏向源８２は上部ビーム偏向板７２に接続され、下部ビ
ーム偏向板７４に接続された直流偏向源８２'（図示せ
ず）と対になっている。各直流偏向源（たとえば８０、
８２）の独立した制御により、ｘ軸とｙ軸に沿ったビー
ム偏向の独立した制御が可能になる。

【００２５】図３に示すように、直流偏向源８０、８
０'は、全体として逆方向に可変となるように連成され
ている。さらに詳しく言うと、直流偏向源８０が、正に
調節されるとき、この連成により、直流偏向源８０'は
負の方向に好ましくは同量だけ調節される。直流偏向源
８２と８２'（図３には図示せず）の間にも同様の連成
が存在する。

【００２６】ビーム偏向板７２、７４に接続された直流
偏向源の間での上記の連成制御により、ビーム７０に逆
方向の等量の偏向を加えることが可能になる。すなわ
ち、ビーム偏向板７２を備える極片中を通過する際にビ
ーム７０がどのような偏向を受けようとも、その偏向は
ビーム偏向板７４の極片の作用によって反転される。し
かし、ビーム７０はビーム偏向板７２に垂直に入射する
ので、ビーム偏向板７４から出るときも垂直であるが、
ビーム偏向板７２に入るときのビーム７０の垂直方向か
ら横方向に変位する。偏向板７２、７４の極片に印加さ
れる電位の適切な連成調節により、偏向フィールド強度
の電気的「回転」を連成することができ、それによりビ
ーム７０の走査が可能になる。こうしたとき、ビーム７
０は加工物２２及びその上の物理的特徴（たとえば構造
２３）に対する直角の位置関係を保ち、この直角の関係
により、加工物２２の高さの変動、視差効果など結果と
して発生する測定の変動が防止できる。

【００２７】ビーム偏向板７２、７４に接続された直流
偏向源は、それと連成された直流偏向源が変化するのと
反対の方向に同じ量だけ変化することが好ましいが、原
則的には、印加される偏向電圧が、加工物２２に対する
ビーム７０の走査上の位置関係が直角になるような形
で、変化することが必要である。したがって、ビーム偏
向板７２と７４の距離もビーム偏向調節中に変化する場
合には、電圧を逆方向に同量だけ変化させる代りに、電
圧を異なる量だけ変化させることができる。後者は余り
好ましくない実施例である。

【００２８】電子ビーム７０は、ビーム偏向板７２、７
４から出た後、システムの接地電位から僅かに正（＋Ｖ
₃）にバイアスされている、浮遊電荷収集リンク９０を
通過する。浮遊電荷収集リンク９０は、電子線カラム１
０内部の様々な表面に電子線７０が当たったときに生成
される、低エネルギーの浮遊２次電子に対して清掃作用
を行う。浮遊電荷収集リング９０の清掃作用は、それら
の電子が露出した誘電表面を帯電させ、それによって電
子線カラム１０内部で行われる測定機能を妨害する恐れ
のある電荷中心を生成するのを防止する。

【００２９】上記で指摘した通り、加工物２２は、電子
線７０がそこを通過できるもの（たとえばｘ線マス
ク）、あるいは電子線７０を反射するもの（たとえば、
固体半導体ウェハ構造）であり得る。測定を可能にする
ため、後方散乱検出器２４と透過検出器２６が加工物２
２の両側に位置する。これらの検出器からの信号をマス
タ制御コンピュータ６４（図１）が選択的に利用して、
所望の測定データを得る。

【００３０】加工物の表面または表面の一部分が誘電体
である場合、電子線７０はその上で電荷蓄積を引き起こ
す可能性があり、それに対処しないと、測定に重大な影
響が及ぶ。こうした電荷を打ち消すため、加工物２２の
側面にイオン・ガン９２が位置する。周知の通り、イオ
ン・ガン９２は一体式のレーザ／ガス発生源を含み、レ
ーザ・ビームと気体分子が相互作用するとそれがイオン
化される。イオン・ガン９２の外側シールドは、システ
ムの接地電位より僅かに負に（数十分の一ボルト、−Ｖ
₄）保たれる。したがって、加工物２２上の電荷がやや
負になったときだけ、イオン・ガン９２内部で発生した
イオンに対して引力が働く。こうした場合、それらのイ
オンは加工物２２の表面に移動し、負電荷の蓄積を打ち
消す。表面電位が接地電位に戻るとき、イオン・ガン９
２にかかる引力は減少する（逆も同様）ので、このシス
テムは自己制御式である。

【００３１】加工物２２は、フレーム２８上に装置さ
れ、フレーム２８は、精密位置決めステージ３０によっ
て、動力学的に保持される。精密位置決めステージ３０
と一体式のミラー４０が、上記のように干渉計４４と相
互作用する。カラム制御コンピュータ５０が、干渉計４
４からのレーザ・ビーム９４が厳密に同じ高さに位置す
るように、加工物２２の垂直位置を設定することが重要
である。こうすると、ビーム９４と加工物２２の高さが
外れている場合に生じ得るアッベ誤差の発生が避けられ
る。

【００３２】図５には、電子線カラム１０に組み込まれ
た加工物高さ検出システムが示されている。このシステ
ムは、２重光線ターゲット高さセンサを含む１対の発光
ダイオード・レーザを含んでいる。このシステムは、合
焦した光線を軽く触れる角度で加工物に向け、直線レテ
ィコン上の反射光線の位置を測定することにより動作す
る。ターゲットの高さが変化すると、直線レティコン上
の入射光の位置もそれに比例して変化する。ターゲット
の傾きによる効果を打ち消すため、２本の光線は１８０
゜離して使用することが好ましい。レティコンからの出
力を使って、精密位置決めステージ３０を調節し、レー
ザ・ビーム９４と加工物２２の高さのずれを防止するこ
とができる。

【００３３】図３を参照すると、精密位置決めステージ
３０は、フレキシブル・マウント９６、９８などを介し
て粗位置決めステージ３２上に装着される。精密位置決
めステージ３０の位置の副尺変更を可能にするため、精
密位置決めステージ３０及び粗位置決めステージ３２か
ら延びるポスト間に複数の圧電式アクチュエータ１００
（１個だけを示す）が配置される。もう１組の圧電式ア
クチュエータ（図示せず）が高さ調節のため、粗位置決
めステージ３０と精密位置決めステージ３２の間に配置
される。前記の圧電式アクチュエータは、粗位置決めス
テージ３２に対する精密位置決めステージ３０のＸ、
Ｙ、Ｚ回転、縦揺れ及び片揺れの調節を可能にする。

【００３４】図３に示した機械全体が外部ハウジング１
０２内に収容され、このハウシングは、電子線カラム及
び機械サブシステム全体の主基準点となる。したがっ
て、すべての測定は構造１０２を基準として行われる。

【００３５】動作に際しては、操作員がカセットまたは
その他の操作手段（図示せず）によって加工物２２を測
定ツールに装入する。加工物２２は、その前に適切な静
電チャック２８またはそれと等価なキャリア内に装着さ
れている。次に加工物２２とチャック２８を温度安定化
チャンバに移送し、両者が安定温度に達するまでそこに
留める。次にチャック２８と加工物２２を精密位置決め
ステージ３０に移送し、そこで定位置にロックする。次
に粗位置決めステージ３２を動作させて、精密位置決め
ステージ３０と加工物２２を電子線７０に対して所望の
位置に移動させる。この操作で、加工物２２上のマー
ク、孤立エッジ、または複雑な物理的特徴をビーム調査
領域内に位置決めする。精密位置決めステージ３０は、
加工物２２の副尺位置決めを行って、ビーム７０と検査
される物理的特徴（たとえばランド２３）の間の適切な
相対的位置決めを保証することができる。次に小領域に
わたるビーム偏向板７２、７４の連成動作によってビー
ム７０を走査する。この小領域の寸法は、加工物２２の
機械的位置決めの正確さと測定される物理的特徴の公差
とを考慮に入れたものである。加工物２２をビーム調査
領域に対して適切に位置決めするために、電子線７０は
非常に小さな（数ミクロン程度）ビーム調査領域でのみ
走査されることを理解されたい。

【００３６】電子検出器（検出器２４と２６のどちらか
一方）からの応答は、走査された電子線７０の瞬間位
置、干渉計４４などで測定された加工物２２の瞬間位
置、及び、図５に示す光センサで測定された加工物２２
の表面の瞬間高さと共に、マスタ制御コンピュータ５４
によって記録される。反復された走査からの応答を平均
して、ランダムな雑音を減らし、その後ソフトウェアで
その情報を分析して走査領域内の物理的特徴の位置を検
出する。次いで、この情報が物理的特徴の絶対位置とし
て報告される。その後、新しい測定位置をとるように両
ステージを移動し、測定を繰り返すことができる。

【００３７】上記の測定技術を使用すると、電子線７０
が加工物２２の表面にエネルギーを蓄積し、その結果表
面が加勢されることは避けられない。その結果生じる温
度上昇により、局部及び全体の熱膨張が起こる。それに
よって、測定表面が歪み、誤差が生じる可能性がある。
マスタ制御コンピュータ５４は、この熱効果を最小限に
抑える働きをする。所望の情報を得る妨げとならない最
小の時間線量の電子線エネルギーを使用することによ
り、誤差を最小限に抑えることができる。その情報内容
は、空間解像度と信号雑音比という２つのパラメータで
記述することができる。ショット・ノイズの制限を受け
るエッジ検出の場合、解像度ｄの測定値を表す式は次の
ようになる。

【数３】

【００３８】上式で、σ＝側方プローブ寸法の標準偏
差、ｎ＝画素当りの検出量子数である。数式（３）は、
ガウス強度分布に従うプローブに適用される。ｎの平方
値がショット・ノイズ限界での信号雑音比に等しく、こ
れが他のすべての雑音源を無視できる最適条件であるこ
とに留意されたい。プローブ寸法σは光学系によって決
まる。単一画素上でのプローブの滞在時間はｔ＝ｅｎ／
Ｉで与えられる。ただし、ｅは電荷、Ｉは電子線の入射
電流である。この方法では、滞在時間が、所望の解像度
ｄならびにプローブ寸法σ及び電流Ｉと適合する最小値
となるように、電子線の電子線の走査速度を調節する。
上式から、走査速度ｖは次のようになる。

【数４】

【００３９】数式４は、熱歪みが最小となる最適走査条
件を測定可能な実験パラメータで表したものである。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【発明の効果】上記のナノメトロジー・ツールにより、
高精度のナノメートル・レベルの測定が可能である。

【００４３】（１）電子線制御装置の使用により、電子
線カラム内の熱源が最小限に抑えられる。電磁コイルや
発熱性電流キャリアがカラム内部に存在しない。カラム
全体にわたって均一な温度プロフィルが得られるよう
に、他の発熱源（たとえばビーム検出器や電子線を遮断
する様々な金属構成要素）が熱感知され冷却される。電
子源は常温フィールド・エミッタであり、カラムの熱負
荷を増加させない。

【００４４】（２）加工物の表面に当たるビームは垂直
であり、ターゲットの高さの変動及び収差効果による誤
差を除去する。

【００４５】（３）電子線源に印加される加速電圧が可
変であり、隔膜マスク上で、または導電性バルク・ター
ゲットによる後方散乱／２次電子検出に使用される高圧
モードも、誘電性バルク・ターゲット上での後方散乱／
２次電子検出に使用される低圧モード（公称１〜２ｋ
ｖ）も可能である。

【００４６】（４）走査された合焦電子線を「フィーチ
ャ調査線」として使用することにより、従来技術のシス
テムよりも約２桁速い速度で測定が行え、さらに活性パ
ターン・アレイ内から直接に測定が行える。

【００４７】以上の説明は、本発明を例示するものにす
ぎないことを理解されたい。当業者なら本発明から逸脱
せずに様々な代替例や修正例を考案できよう。したがっ
て、本発明は、頭記の特許請求の範囲に含まれるかかる
代替例、修正例をすべて包含するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み込んだナノメトロジー・ツールの
構成図である。

【図２】図１のツールに使用されるステージ干渉計構成
の透視図である。

【図３】図１のナノメトロジー・ツールで使用される電
子線装置のいくつかのフィーチャを示す概略図である。

【図４】図１の電子線を検査対象の加工物フィーチャに
対して位置決めするために使用される静電偏向板の概略
図である。

【図５】加工物の高さを決定するための光学系の概略図
である。

【符号の説明】

１０電子線カラム１２常温電界放出源１４静電合焦整列要素１６ブランキング・システム１８走査線偏向システム２０光学式高さセンサ２２加工物２４後方散乱検出器２６透過検出器２８チャック３０精密位置決めステージ３２粗位置決めステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィリアム・エイ・エニヒェンアメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポーキープシーヒースブルック・ドライブ２ (72)発明者ティモシー・アール・グローヴズアメリカ合衆国12603 ニューヨーク州ポーキープシーティンバーライン・ドライブ 23 (72)発明者ロドニー・エイ・ケンドールアメリカ合衆国06877 コネティカット州リッジフィールド・セイモア・レーン 24 (72)発明者ヘンリー・エイ・ホフリーアメリカ合衆国10598 ニューヨーク州ヨークタウン・ハイツグレン・ロック・ストリート 1969 (72)発明者リチャード・ディー・モアアメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホープウェル・ジャンクションイースト・フック・ロード 205 (72)発明者ポール・エフ・ペトリックアメリカ合衆国10509 ニューヨーク州ブルスターアイヴズ・ファームブラドリー・コート番地なし) (72)発明者ジェームズ・ディー・ロックロアアメリカ合衆国12533 ニューヨーク州ホープウェル・ジャンクションプレサンド・ヒル・ロード 21 (56)参考文献特開平４−4548（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−124873（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−119847（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−40057（ＪＰ，Ａ) 特開平５−326364（ＪＰ，Ａ) 特開平４−126346（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−98544（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−99748（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/28 H01J 37/12 H01J 37/147 H01J 37/20 H01J 37/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加工物上の物理的特徴の位置測定を行うた
めの電子線ナノメートル・レベル・測定ツールであっ
て、常温電子源と、測定される物理的特徴を表面に備えた加工物を装着し、
かつ前記加工物の表面をビーム調査領域に位置決めする
ための可動ステージ手段と、前記電子源から放出される電子を、前記ビーム調査領域
内に焦点をもつ電子線に変換して、前記加工物に対して
ほぼ直角な前記ビーム調査領域への経路をたどらせるた
めの、静電合焦手段と、前記ビームがたどる前記経路内にある、上部及び下部静
電偏向手段と、逆方向の直流電位を前記の上部及び下部静電偏向手段に
印加して、前記ビームが前記加工物の表面に対してほぼ
直角のままの状態で前記ビーム調査領域を横切るように
前記ビームの走査を可能にする、調節式電圧手段と、前記加工物の表面における前記電子ビームの反射または
前記加工物を透過する前記電子ビームから前記加工物の
表面の測定値を決定する手段とを備え、前記可動ステージ手段が、前記加工物を前記ビーム調査領域内で位置決めするため
の粗動ステージと、前記加工物を前記ビーム調査領域内で位置決めするため
の微動ステージと、前記微動ステージにもうけられた鏡面を照射する、前記
微動ステージの位置を決定するためのレーザ干渉計手段
と、を有し、前記レーザ干渉計手段が、前記加工物と同じ高さで前記
微動ステージの前記鏡面を照射するように維持されるこ
とを特徴とする電子線ナノメートル・レベル測定ツー
ル。
【請求項２】前記加工物表面が、導電性のとき前記電子
源に第１の高レベルの電圧を印加し、前記加工物表面が
誘電性の物理的特徴を含むときは前記電子源に前記誘電
性の物理的特徴上の電荷蓄積を減少させる第２のレベル
の電圧を印加する手段をさらに備えることを特徴とす
る、請求項１に記載の電子線ナノメートル・レベル測定
ツール。
【請求項３】前記加工物の基準点からの高さを測定する
ための光学手段をさらに備えることを特徴とする、請求
項１に記載の電子線ナノメートル・レベル測定ツール。
【請求項４】前記加工物表面の上に並置され、浮遊電子
を引きつけるようにバイアスされた電荷コレクタをさら
に備えることを特徴とする、請求項１に記載の電子線ナ
ノメートル・レベル測定ツール。
【請求項５】前記加工物表面の上方に設けられ、正イオ
ンを供給するためのイオン・ガンと、前記イオン・ガンにバイアスをかけて、加工物表面上に
負電荷が蓄積しているとき、前記電荷の蓄積を中和する
働きをするイオンの放電を可能にする手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の電
子線ナノメートル・レベル測定ツール。