JP3916464B2 - 試料検査のための方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料検査のための方法に関する。特に、本発明は荷電粒子ビームを用いた試料検査のための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学顕微鏡法の分解能は、可視光の波長によって制限を受けている。更に、最高解像度では、従来の光学顕微鏡法での焦点深度は、非常に浅くなる。これらの２つの限界のため、試料検査のための荷電粒子デバイスがよく用いられるようになった。光加速荷電粒子と比較して、たとえば電子では、より短い波長を示すので、解像力を大きくすることができる。このように、荷電粒子ビーム（特に電子ビーム）は、生物学、医学、材料科学やリソグラフィー等様々な方法に用いられている。その例としては、人間、動物や植物の病気の診断、細胞構成部分やＤＮＡ等の構造の視覚化、合成材料、薄膜やセラミクスの構造の決定、あるいは、半導体技術で用いられるマスクやウエハの検査等が含まれる。
【０００３】
更に、荷電粒子デバイスは、固体面の微細構造の検査に非常に適している。特に、ＳＥＭは表面の微細構造を調べるための何にでも向く機器であり、何故なら、同じ画像に対して高空間分解能と焦点深度とを与えるからであり、また必要な試料の調製は最小限でよいからである。最新の機器は、１ｎｍよりも小さな識別機能を有する一方で、垂直方向で何十ミクロンもの迅速な焦点を保持する。それゆえに、大規模集積回路の複雑な表面詳細の定期検査によく適している。荷電粒子デバイスは、例えば、半導体工業でウエハ処理の品質をモニターするために用いられてもよい。それによって、デバイスは生産環境に実際に配置され、ウエハ処理の問題ができるだけ早く認識されるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の荷電粒子デバイスは、大量の人手の介入を必要とせずには、正確な臨界寸法、正確な高さ、正確なエッジ幅測定を与えることができない。例えば、２つの画像の点の間で高さの差を測定するためには、通常２つの画像を、露出と露出の間で試料を既定の傾斜をさせて記録される。しかし、試料を機械的に傾けることは、多くの不利を伴う。機械的な不完全さのため、試料の横方向の移動が必然的に生じ、それはステレオイメージ（立体画像）の対の要素間に誤差につながることがしばしばである。したがって、付加的にアラインメントをする必要が生じ、必然的にプロセスを遅くする。更に、大型の試料（たとえば１２インチの半導体ウエハ）を傾けた場合、振動に対してステージの適切な抵抗を保証するために、非常に丈夫な及び高価な機械の構成を必要とすることになる。
【０００５】
試料の機械的傾斜を接続される問題を克服するために、同じ結果を手に入れるため、電子光カラムに電気的手段によりに電子ビームを傾けることが提案され、例えば、B.C. Brenton et al."A DYNAMIC REAL TIME 3-D MEASUREMENT TECHNIQUE FOR IC INSPECTION", Microelectronic Engineering 5 (1986) 541 - 545, North Holland や J.T.L. Thong et al. "In Situ Topography Measurement in the SEM", SCANNING Vol. 14, 65 -72 (1992), FAMS, Inc.等に記載されている。しかし、提案システムの高さ方向の分解能は、７５〜１００ｎｍの程度にとどまり、これでは、半導体工業の要求に対して十分でない。
【０００６】
これらの問題のために、限界寸法測定や側壁プロフィリングは、原子顕微鏡でたびたびされる。しかし、原子顕微鏡を用いることはかなりコストを増大し、また、非常に低速な付加実験的な段取りを必要とする。したがって、より高速かつ自動で、正確な臨界の寸法、正確な高さまたは正確なエッジ幅測定を可能にする、試料検査の方法に対するニーズがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、荷電粒子ビームを用いた試料検査の方法を提供する。方法は、異なる視角で作られる１つ以上の試料画像を提供することにより、単一の平面的な試料画像の場合と比較して、試料についての大量の付加情報にアクセスすることを可能にする。２つの画像の間のビームを傾斜させ新しい位置に試料を移動することにより、視角（入射角）を変え、これにより、ビームの傾斜に起因するビームの変位が補償されるようになる。したがって、ビームは、第１の画像を表示／記録しつつ走査したと同じ領域を、第２の画像を表示／記録しつつ基本的に走査する。本発明は、この改良された方法を実行することができる試料検査のための装置についても提供する。
【０００８】
一方、斜めの入射角を提供し、他方でこれに対応する試料の運動を提供することにより、アラインメントの付加の必要性なしに、また過多な画像処理の必要性なしに、拘束かつ信頼性の高い方法で、試料の立体画像を作ることができる。それゆえに、立体画像に含まれ多くのケースで非常に価値のある付加情報を、コスト増加なくアクセスすることができる。
【０００９】
本発明の更なる側面によれば、予定した入射角で試料の表面上に荷電粒子のビームを向けるための方法が提供される。予定の入射角は、ビームを目標の光軸から離れるように偏向させる操作と試料の上にビームを集束する操作との組み合わせによって実現される。試料の表面の色収差を最小にするように相互に調整する少なくとも２つのステップにより、偏向が行われる。本発明はまた、この改良された方法を実行することが可能な、試料の表面上へ荷電粒子のビームを向けるためのコラムを提供する。
【００１０】
偏向の第１のステップに起因する色収差は、２つの偏向が正しく調整されるならば偏向の第２のステップによって、著しく補償することができることを、本発明者らは見出した。２ステップのビームの偏向と焦点集中の組み合せの操作により、２〜３ナノメートルの分解能を導くことができ、この分解能は、入射角の傾斜がない場合に実現することができる分解能に匹敵する。本発明は、大きな色収差から生じる分解能の低下なしに、試料への入射角を大きくとることができる利点を有する。
【００１１】
本発明の更なる側面によれば、重要な距離の正確な測定を、試料表面上で、特に半導体ウエハ表面上で、可能にする方法が提供される。これらの方法では荷電粒子の傾斜ビームを用い、非常に高速かつ信頼性の高い方法により、情報を得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明は任意の荷電粒子デバイスに用いることができることが、当業者によって理解されるべきである。しかし、簡便のため、本発明は、操作電子顕微鏡（ＳＥＭ）での実行に関して説明される。本発明に従う好ましい具体例が、図１で概略的に示される。装置の基本構成部分は、電子ソース２、レンズシステム（集光レンズ５及び対物レンズ１０）、走査コイル１２Ａ，１２Ｂ、ビームシフトコイル７及び検出部１６である。操作に際し、電子ビーム４が電子ソース２から発せられる。電子ソースは、例えば、タングステン-ヘアピンガン、ランタン-ヘキサボライドガンまたはフィールド-エミッションガンであってもよい。電子は、電子ソース２に供給される加速電圧によって加速される。通常、電子ソースによって直接に生産されるビーム直径は、高倍率でシャープな画像を発生させるにはあまりに大きいため、電子ビーム４は集光レンズ５に案内され、ビームが縮小され試料８の方へ電子ビーム４が導かれる。
電子ビーム４は、次いでデフレクタ７Ａの場に進入し、そこでは、対物レンズ１０の光軸に沿った経路から離れるように電子ビーム４を偏向させる。デフレクタ７Ａは走査コイル１２に続き、それは試料８の表面上に、テレビのようなラスターで電子ビーム４を移動するために用いられる。走査コイル１２の後、電子ビーム４は試料８の上へ電子ビーム４を集束する対物レンズ１０に入る。対物レンズ１０は、電子ビーム４を集束するだけでなくて、電子ビーム４を回転させもする。しかし、この効果は示されておらず、何故なら二次元の図面で表すのが困難だからであり、また当業者ならこの付加的な効果をよく知っているからである。
【００１３】
デフレクタ７Ａと対物レンズ１０の組み合せ動作により、電子ビーム４は予定された入射角（好ましくは１０°〜２０°）で試料を叩く。電子が試料８の表面を叩けば、様々な副生成物、例えばエネルギーの異なる電子、Ｘ線、光電子、熱、後方散乱電子等が生成する。これらの副産物や後方散乱荷電粒子の多くを用いて、試料の画像を作り試料から付加データを収集する。試料の検査または画像形成に対する主要な重要性の副産物は、比較的低いエネルギ（３〜５０eV）で、様々な角度で試料８から漏れ出る二次電子である。第二次的な後方散乱電子は、検出部１６に達し測定される。試料に電子ビームを走査し、検出部１６の出力を表示／記録することにより、試料８の表面の画像が形成される。
【００１４】
試料８は、ステージ１１（試料台）の上に支持され、このステージは、電子ビーム４が被検査試料の上のターゲット領域に達するのを可能にするために、水平全方向に移動可能である。試料８が傾斜入射角下にある場合、電子ビームは光軸に沿って試料を叩かず光軸から移動される。したがって、ステージ１１は試料８に対応する運動を実行することにより、電子ビームは、電子ビームがビームシフトコイル７Aによって偏向しなかったならば当てられただろう試料上の同じ領域を叩く。例えば一対の立体画像をつくるために、電子ビーム４、すなわち入射角の、偏向が変えられる場合、ビームを傾斜させることに起因するビームの変位が補償されるように、ステージ１１は新しい位置に再び試料８を移動する。したがって、２つの画像の間の誤り出現は、基本的に防止することができる。
【００１５】
一方、他方試料の傾斜入射角及び対応する運動を提供することによって、試料の立体画像は、アラインメント付加の必要性なしで、高速かつ信頼性の高い方法でつくることができる。したがって、立体画像に存在し多くのケースでとても役に立つ付加情報に、コスト増加なくアクセスすることができる。一般に、立体対の両方の画像は、傾斜入射角を用いてつくられる。しかし、用途によっては、立体画像の１つは、試料の平面図を用いることによって作られてもよい。
【００１６】
図１で示される具体例は、電子ビーム４を偏向させるためにpre-lensデフレクタ７Ａを用いる。色収差を引き起こす対物レンズ１０を通して、電子ビーム４の偏向は、ビームのoff-axis経路に至る。
【００１７】
図２は本発明の更なる具体例に従って色収差を低減するための装置の回路図を示す。この具体例は、以下を除いて図１と同様である。pre-lensデフレクタ７Ａは、対物レンズ１０内に配置されるin-lensデフレクタ7Bと交換された。デフレクタ7Bを対物レンズ１０の場の中に置いた場合、色収差がかなり減少する。デフレクタ7Bが、対物レンズ１０の場の内側奥に、あるいは一部対物レンズ１０の下奥に置かれた場合に、この減少は５０%以上に達することができる。
【００１８】
さらにシステムの性能を改良するために、図２で示される具体例は、ステージ１１と一体化される参照ターゲット４０を有する。参照ターゲット４０は、参照ターゲット４０に当たる電子ビーム４の正確な入射角を決定するために用いられる。例えば、参照ターゲットは、ラインの中継構造または垂直線壁を示すトレンチを有してもよい。
【００１９】
参照ターゲット４０が電子ビーム４の走査範囲の中に来るようにステージ１１を移動することによって、電子ビーム４が予定された入射角で参照ターゲット４０に当たるよう、参照ターゲット４０の画像を用いて入射角を測定し、パラメータの設定を(例えばデフレクタ7B、対物レンズ１０、ビームエネルギ、その他）見出すことができるようになる。一旦このパラメータ設定を見つけたなら、それは後に実際の試料８に対する正確な測定のために用いることができる。
【００２０】
図２で示される具体例では、参照ターゲット４０は、ステージ１１と一体化される。もっとも、別個の支持体の上にも同様に参照ターゲット４０を提供してもよく、そしてこれは例えば、電子ビーム４の走査の範囲内に参照ターゲット４０を持ち込むように回転可能なものであってもよい。更に、加熱により、ターゲット表面上に存在した参照ターゲット４０の汚染物質が揮発されるよう、加熱システム(図示されず)を参照ターゲット４０に対して提供することもできる。その都度加熱により参照ターゲットクリーニングすることにより、参照ターゲットは、長時間の保証が可能になる。したがって、全システムの動作不能時間を減少させることが可能になる。
【００２１】
色収差をさらに低減する目的で、図３に、本発明の更なる具体例に従った装置の回路図を示す。この具体例は、以下の点を除いて図１及び図２のそれと同様である。pre-lensデフレクタ７A又はin-lensデフレクタ7Bを用いる代わりに、図３に示される具体例では、pre-lensデフレクタ７A及びin-lensデフレクタ7Bの組み合わせを用いる。第１のデフレクタ（この例ではpre-lensデフレクタ７A）に起因する色収差は、これらのコイルに起因する偏向が正しく調整されるならば、第２のデフレクタ（この例ではin-lensデフレクタ7B）によってかなりの程度補償が可能になることが、本発明者らによって見出されている。本実施例では、pre-lensデフレクタ７A及びin-lensデフレクタ7Bを用いている。しかし、２つのpre-lensデフレクタ又は２つのin-lensデフレクタを用いても同様の結果を実現することができる。
【００２２】
２つの偏向の正確な調整は、多数のパラメータ、たとえば選ばれた入射角、ビームエネルギ、対物レンズ電流、その他に依存する。しかし、本発明の実行は、これらのパラメータ及びビーム偏光に起因する色収差のそれらの効果についての正確な知識には依存しない。予め選択された入射角に対して最小限収差が得られるようなpre-lens及びin-lensデフレクタの偏向及びたわみ角の方向が、画像、すなわち試料８の画像又は参照ターゲット４０の画像のいずれかから抽出されてもよい。pre-lensデフレクタ及びin-lensデフレクタの操作を組み合わせることにより、２〜３ナノメートルの分解能を得ることができ、これは、傾斜入射角なしに実現が可能な分解能に匹敵するものである。本発明は、このように試料への入射角が大きくしても、色収差が大きくなることに起因する分解能の減少を引き起こすことがない点で利点を有する。
【００２３】
さらにシステムの性能を改良するために、図３で示される具体例は、対物レンズ１０を有し、これは磁気レンズ10A及び静電レンズ10Bの組合わせである。したがって、対物レンズ１０は複合的な磁気静電レンズである。好ましくは、複合磁気静電レンズ１０の静電部分は、静電抑制レンズ10Bである。そのような複合磁気静電レンズ１０を用いることにより、低い加速度エネルギ（SEMの場合には数百電子ボルト等）で優れた分解能を生成する。そのような低い加速度エネルギは、チャージングを防止しあるいは放射に敏感な試料の損傷防止のために、特に最新の半導体産業では望ましい。
【００２４】
図４及び５は、図３で示す複合磁気静電レンズ１０及び試料８の拡大図を示す。焦点距離を短くするため、励起コイルを流れる電流により発生した磁束を、磁極片に伝導させ、磁気レンズの光軸に沿った小さな領域に集中させる。磁界は、光軸のまわりに回転対称であり、磁極片の上側と下側の間の磁極間ギャップで最大値に達する。更に、ビームシフトコイル7Bを対物レンズ10Aの磁界の中に置き、それぞれの磁界の間にオーバーラップが生じるようにする。
【００２５】
磁気レンズ10Aに加えて、図３〜５に示される具体例では、磁気レンズ10Aの近傍に静電気抑制レンズを有している。静電気抑制レンズ10Bは、異なるポテンシャルで保持される２つの電極を有する。例示された具体例では、光軸に沿って磁気レンズ10A内に配置される円筒状のビーム管１４により、２つの電極の１つが形成される。静電気抑制レンズ10Bの第２の電極は、磁気レンズ10Aの下に提供される金属製のカップである。システムの操作に際して、第１の電極は、高い陽電位（たとえば８キロボルト）に通常保持され、第２の電極の方は、低い陽電位（たとえば３キロボルト）で保持されることにより、電子が第１のエネルギから低い第２のエネルギへといくにつれて対応して静電界の中で減速されるようにする。
【００２６】
図４及び５で示される例では、試料８は接地電位に保持される。したがって、別の静電気抑制場が、金属製のカップと試料８の間に存在することになる。金属のカップ及び試料８の間の静電気抑制場のために、ビームシフトコイル7A及び7Bにより発生する電子ビーム４の偏向の初期値は高められ、これが入射角を大きくすることになる。したがって、予定された入射角を実現するために、ビームシフトコイル7A及び7Bにより発生する小さい偏向だけは必要である。
【００２７】
試料表面を接地する必要性はない。また、試料の表面の電位の調整は、電圧を試料に印加することによりなされてもよい。例えば、回路の短絡を検出するために用いられる電圧対比像を得るためにウエハに電圧を印加してもよい。金属製カップの電位が試料の表面の電位より高ければ、静電気抑制場が発生する。
【００２８】
図５から分かるように、試料表面に垂直な軸に関して測定した場合に、試料８が傾斜入射角での視野にある場合、電子ビームは、対物レンズ１０の光軸に沿って試料を叩くことがない。電子ビーム４は、距離dだけ光軸から移動される。したがって、電子ビームがビームシフトコイル7Ａにより偏向しなかった場合に叩かれたであろう試料上の領域と同じ領域を電子ビームが叩くように試料８と対応した運動を、ステージ１１は実行する。電子ビーム４の偏向、つまり入射角θを変更（例えば-θに）する場合は、２つの画像間の誤り出現が基本的に防止されることができるように、ステージ１１は新しい位置に再び試料８を移動する。
【００２９】
図６Ａ及び図６Ｂと以下の説明では、正確な高さ測定がどのように本発明によって実行されるかについて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、平面から伸びるピラーを示す。図６Ａは、θＬ＝−３°のビームチルトで撮られたピラーの画像であり、一方、図６Ｂは平面に垂直の軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたピラーの画像である。
【００３０】
ピラーの頂部と底面の間の高さ差Δhを決定するため、特徴部分が各々レベルのために配置されなければならない。ピラーの頂部では、フレークの右の端部が、第１の特徴部分として用いられた。底面上では、粒子の端部が、第２の特徴部分として用いられた。両画像により、２つの特徴部分の間におけるＸ方向に関する距離（図６ＡにおけるＰ１及び図６ＢにおけるＰ２）が測定される。次いで距離Ｐ１と距離Ｐ２の間の差Ｐ（Ｐ＝Ｐ１−Ｐ２、Ｐは視差と呼ばれる）が、ピラーの頂部と底部表面の間の高さ差Δhを計算するために用いられる。高さ差Δhは、次の式によって与えられ
Δh=P*((sinθR * sinθL)/(sinθR - sinθL))
小さい角度近似のために (θR, θL ＜＝ 5°) 、高さの差は次によって与えられ
Δh = P/(2*sin((θR - θL)/2))
図６Ａ及び６Ｂ内に示される例では、距離Ｐ１が０．５４６μｍに相当し、一方距離Ｐ２は、０．４３３μｍに相当する。したがって、ピラーの頂部と底部表面の間の高さ差Δhは、この例では１．０７９μmである。
【００３１】
本発明によれば、試料から更に付加的な高さの情報を得るために余計な労力を要しない。しかし、特に微細構成が複雑である試料に対し、この付加的な情報は、大きな価値がある。この例では、ピラーの高さを決定した。しかし、トレンチないし孔の深さを決定するために同じ手法を用いることができることは明らかである。半導体ウエハの場合には、トレンチの正確な深さ、例えば絶縁トレンチの深さやコンタクトホールの正確な深さは、製造プロセスの品質を制御するためにとても有用な情報である。
【００３２】
トレンチないし孔の深さ又はラインの高さがわかった後、この情報は更なる興味深い機能を決定するために用いることができる。例えば、接点孔の深さを知ることによって、その底部でコンタクトホールの真の幅を決定するために、本発明の別の具体例を用いることができる。図７Ａ及び図７Ｂは、平面から下方へ伸びるコンタクトホールを示す。図７ＡはθＬ＝−３゜のビームチルトで撮られたコンタクトホールの画像であり、一方、図７Ｂは平面に垂直な軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたコンタクトホールの画像である。
【００３３】
図７A (左の図)では、左頂部エッジT１、右頂部エッジT2及びコンタクトホールの右底部エッジBLがわかる。また図７B (右図)では、左頂部エッジT１及び右頂部エッジT2がわかる。更に、コンタクトホールの左底部エッジBRがわかる。図７Aで測定したように可視の距離T1BL及びT1T2を測定することによって、左の図、つまり図７Bで測定した距離T2BRと、右の図、つまり底部でのコンタクトホールの真の幅Wbを、計算することができ、
Wb = T1BL/cosθL + T2BR/cosθR + h(tanθL + tanθR) - Wt
ここでhは、コンタクトホールの深さ、Wtは、頂部でのコンタクトホールの幅である。本実施例で、WtはT1T2/cosθLによって与えられる。図7A及び7B内に示される例では、距離T1BL/cosθLは、０．２９μmに相当し、距離T2BR/cosθRは、０．３３４μmに相当し、距離T1T2/cosθLは、０．４００５μmに相当する。更に、コンタクトホールの深さhは、１．０μmと測定された。したがって、この底部でのコンタクトホールの真の幅Wbは、この例では０．３２４μmである。
【００３４】
本方法は、その底部でのコンタクトホールの真の幅Wは、アスペクト比(深い及び狭い)の高いコンタクトホールに対してさえ決定することが可能である点で長所を有する。これは、非常に困難である原子力顕微鏡検査等の他の方法とは対照的である。
【００３５】
底部におけるコンタクトホールの真の幅Wの決定に加えて、図7Aまたは7Bで可視である側壁の幅を決定するために、本発明の更なる具体例を用いることができる。例えば、図７Bからコンタクトホールの左の側壁の幅を決定することができる。この状況で側壁の幅は、側壁の頂部と側壁の底部の間の水平ウエハ面方向横の距離を意味する。図７Bで測定するように、可視の距離T2BRを測定することによって
コンタクトホールの左の側壁の真の幅WLを計算されることができ、
WL = Wt - T2BR/cosθR - htanθR
T2BRは、側壁の底部エッジとトレンチまたは孔の反対の側の頂部エッジの間で、測定された可視の距離、hは、トレンチまたは孔の深さ、Wtは、トレンチの幅またはトレンチまたは孔の上面に孔、θRは図７Bの画像の視角である。
【００３６】
同様に、図７Aで測定するように可視の距離T1BLを測定することによって、コンタクトホールの左の側壁の真の幅WRを計算することができ、
WR = Wt - T1BL/cosθL - htanθL
T1BLは、側壁の底部エッジとトレンチまたは孔の反対の側の頂部エッジの間で測定された可視の距離、hは、トレンチまたは孔の深さ、Wtは、トレンチまたは孔の上面におけるトレンチまたは孔の幅、θLは図７Aの画像の視角である。
【００３７】
本発明の更なる具体例によれば、ラインの高さを知ることにより、このラインの一対の立体画像は、その底部でラインの真の幅を決定するために用いることができる。図８Ａ（左図）及び図８Ｂ（右図）は、平面から上方へ伸びているラインを示す。図８Ａは平面に垂直な軸に対してθＬ＝−３゜のビームチルトで撮られたラインの画像であり、一方、図８Ｂは、平面に垂直な軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたラインの画像である。
【００３８】
図８Aには、左底部エッジX1、左頂部エッジX2及びラインの右頂部エッジX3が示される。また図８Bには、左頂部エッジY3及び右頂部エッジY2が示される。更に、ラインの右底部エッジY1がわかる。図８Aで測定したように可視の距離X1X2及びX2X3を測定し、また図８Bで測定したように可視の距離Y1Y2及びY2Y3を測定することにより、その底部でのラインの真の幅Wbを計算されることができ、
Wb = (X1X2+X2X3)/cosθL + (Y1Y2+Y2Y3)/cosθR - h(tanθL + tanθR) - Wt
あるいは、
(X1X2+X2X3 = X1X3 , Y1Y2+Y2Y3 = Y1Y3)
あるいは、
Wb = X1X3/cosθL + Y1Y3/cosθR - h(tanθL + tanθR) - Wt
ここでhはラインの高さ、Wtは特徴上面における特徴の幅である。例えば、WtはY2Y3/cosθRで与えられている。図8A及び8Bに示される例では、距離( X1X2 + X2X3 )/cosθLは、０．２７４μmに相当し、距離( Y1Y2 + Y2Y3 )/cosθRは、０．３１２μmに相当し、距離Y2Y3/cosθRは、０．２３２μmに相当する。更に、ラインの深さhは、０．８μmと測定された。したがって、その底部でのラインの真の幅Wbは、この例では０．２７μmである。
【００３９】
上記に提示された式の代わりに、例えば、これと等価な式を用いられることができ、
Wb = X1X2/cosθL + (Y1Y2+Y2Y3)/cosθR - h(tanθL + tanθR)
あるいは、
Wb = (X1X2+X2X3)/cosθL + Y1Y2/cosθR - h(tanθL + tanθR)
あるいは、
Wb = X1X2/cosθL + Y1Y2/cosθR - h(tanθL + tanθR) + Wt。
【００４０】
アスペクト比の高い(高く狭い)ラインに対してさえ、その底部でのラインの真の幅W決定する事ができる点でこの方法は長所がある。
【００４１】
これは、非常に困難である原子力顕微鏡検査等の他の方法とは対照的である。
【００４２】
底部におけるコンタクトホールの真の幅Wの決定に加えて、図8Aまたは8Bで可視である側壁の幅を決定するために、本発明の更なる具体例を用いることができる。例えば、図８Bから、ラインの右の側壁の幅を決定することができる。この状況では、側壁の幅は、側壁の頂部と側壁の底部の間で水平物方向横の距離を意味する。図８Bで測定したように可視の距離Y1Y2を測定することによって、ラインの右の側壁の真の幅WRを計算されることができ、
WR = Y1Y2/cosθR - htanθR
ここで、Y1Y2は、特徴の側壁の底部エッジ及び頂部エッジの間で測定された可視の距離、hは特徴の高さ、θRはFig 8Bの画像の視角である。
【００４３】
同様に、図８Aで測定したように可視の距離X1X2を測定することによってラインの左の側壁の真の幅WLを計算することができ、
WL = X1X2/cosθL - htanθL
X1X2は、特徴の側壁の底部エッジ及び頂部エッジの間で測定する可視の距離、hは特徴の高さ、θLはFig 8Aの画像の視角である。
【００４４】
図９A及び図９Bは、ウエハの表面上に存在するトレンチの平面図及び傾斜図を示す。図９Bから分かるように、この傾斜図では、トレンチの側壁の真の性格を理解し定義することが可能になる。この傾斜図では、側壁について、図９A（平面図）ではわからない多数の詳細事項につき非常によくわかるようになる。したがって、トレンチの左の側壁の側壁プロファイルは、図９Bから収集することができる。更に、同じエッジ部分を両方の画像で見れば、傾斜図のエッジは、平面図の場合だと２倍の画素と同等の同じだけについて捕らえることが、容易に理解されよう。これにより、エッジ幅の測定の精度が良好になることが明らかである。
【００４５】
図１０A及び図１０Bは、ウエハの表面上に存在するラインの平面図及び傾斜図を示す。
【００４６】
この傾斜図（図１０B）からわかるように、この傾斜図では、ラインの側壁の真の性格を理解し定義することが可能になる。傾斜図では、側壁をT-topと定義し、そのプロファイルを決定することができる。頂部(図１０A )では、T-topは検知されない。
【００４７】
本発明について様々な典型的な具体例に関して説明してきたが、いわゆる当業者には、様々な実施例及び変形例が、クレームで定義されている本発明の範囲及び本質から離れることなく可能であることが理解されるであろう。例えば、図６〜８に関して提示された角度、高さ及び幅寸法は単に例示であり、他の角度、高さ及び幅寸法を用いてもよいことは、明白である。同様に、対物レンズの構成を提供したが、対物レンズの例及び他の構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図２】 図２は、本発明の第２の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図３】 図３は、本発明の第３の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図４】 図４は、図３の具体例の対物レンズを示す拡大図である。
【図５】 図５は、図４の拡大図である。
【図６】 図６A及び図６Bはピラーを示し、これは平面から伸びて、その高さを決定しようとする図である。
【図７】 図７A及び図７Bは、接点孔（コンタクトホール）を示し、これは平面から下方へ伸び、その底部の幅を決定しようとしている。
【図８】 図８A及び図８Bは、ラインを示し、これは平面から上方へ伸び、その底部の幅を決定しようとしている。
【図９】 図９A及び図９Bは、ウエハの表面上に存在するトレンチの平面図及び傾斜図を示す。
【図１０】 図１０A及び図１０Bは、ウエハの表面の上で存在するラインの平面図及び傾斜図を示す。
【符号の説明】
２…電子ソース、５…集光レンズ５７…ビームシフトコイル、１０…対物レンズ、１２Ａ，１２Ｂ…走査コイル、１６…検出部１６。
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料検査のための方法に関する。特に、本発明は荷電粒子ビームを用いた試料検査のための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学顕微鏡法の分解能は、可視光の波長によって制限を受けている。更に、最高解像度では、従来の光学顕微鏡法での焦点深度は、非常に浅くなる。これらの２つの限界のため、試料検査のための荷電粒子デバイスがよく用いられるようになった。光加速荷電粒子と比較して、たとえば電子では、より短い波長を示すので、解像力を大きくすることができる。このように、荷電粒子ビーム（特に電子ビーム）は、生物学、医学、材料科学やリソグラフィー等様々な方法に用いられている。その例としては、人間、動物や植物の病気の診断、細胞構成部分やＤＮＡ等の構造の視覚化、合成材料、薄膜やセラミクスの構造の決定、あるいは、半導体技術で用いられるマスクやウエハの検査等が含まれる。
【０００３】
更に、荷電粒子デバイスは、固体面の微細構造の検査に非常に適している。特に、ＳＥＭは表面の微細構造を調べるための何にでも向く機器であり、何故なら、同じ画像に対して高空間分解能と焦点深度とを与えるからであり、また必要な試料の調製は最小限でよいからである。最新の機器は、１ｎｍよりも小さな識別機能を有する一方で、垂直方向で何十ミクロンもの迅速な焦点を保持する。それゆえに、大規模集積回路の複雑な表面詳細の定期検査によく適している。荷電粒子デバイスは、例えば、半導体工業でウエハ処理の品質をモニターするために用いられてもよい。それによって、デバイスは生産環境に実際に配置され、ウエハ処理の問題ができるだけ早く認識されるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の荷電粒子デバイスは、大量の人手の介入を必要とせずには、正確な臨界寸法、正確な高さ、正確なエッジ幅測定を与えることができない。例えば、２つの画像の点の間で高さの差を測定するためには、通常２つの画像を、露出と露出の間で試料を既定の傾斜をさせて記録される。しかし、試料を機械的に傾けることは、多くの不利を伴う。機械的な不完全さのため、試料の横方向の移動が必然的に生じ、それはステレオイメージ（立体画像）の対の要素間に誤差につながることがしばしばである。したがって、付加的にアラインメントをする必要が生じ、必然的にプロセスを遅くする。更に、大型の試料（たとえば１２インチの半導体ウエハ）を傾けた場合、振動に対してステージの適切な抵抗を保証するために、非常に丈夫な及び高価な機械の構成を必要とすることになる。
【０００５】
試料の機械的傾斜を接続される問題を克服するために、同じ結果を手に入れるため、電子光カラムに電気的手段によりに電子ビームを傾けることが提案され、例えば、B.C. Brenton et al."A DYNAMIC REAL TIME 3-D MEASUREMENT TECHNIQUE FOR IC INSPECTION", Microelectronic Engineering 5 (1986) 541 - 545, North Holland や J.T.L. Thong et al. "In Situ Topography Measurement in the SEM", SCANNING Vol. 14, 65 -72 (1992), FAMS, Inc.等に記載されている。しかし、提案システムの高さ方向の分解能は、７５〜１００ｎｍの程度にとどまり、これでは、半導体工業の要求に対して十分でない。
【０００６】
これらの問題のために、限界寸法測定や側壁プロフィリングは、原子顕微鏡でたびたびされる。しかし、原子顕微鏡を用いることはかなりコストを増大し、また、非常に低速な付加実験的な段取りを必要とする。したがって、より高速かつ自動で、正確な臨界の寸法、正確な高さまたは正確なエッジ幅測定を可能にする、試料検査の方法に対するニーズがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、荷電粒子ビームを用いた試料検査の方法を提供する。方法は、異なる視角で作られる１つ以上の試料画像を提供することにより、単一の平面的な試料画像の場合と比較して、試料についての大量の付加情報にアクセスすることを可能にする。２つの画像の間のビームを傾斜させ新しい位置に試料を移動することにより、視角（入射角）を変え、これにより、ビームの傾斜に起因するビームの変位が補償されるようになる。したがって、ビームは、第１の画像を表示／記録しつつ走査したと同じ領域を、第２の画像を表示／記録しつつ基本的に走査する。本発明は、この改良された方法を実行することができる試料検査のための装置についても提供する。
【０００８】
一方、斜めの入射角を提供し、他方でこれに対応する試料の運動を提供することにより、アラインメントの付加の必要性なしに、また過多な画像処理の必要性なしに、拘束かつ信頼性の高い方法で、試料の立体画像を作ることができる。それゆえに、立体画像に含まれ多くのケースで非常に価値のある付加情報を、コスト増加なくアクセスすることができる。
【０００９】
本発明の更なる側面によれば、予定した入射角で試料の表面上に荷電粒子のビームを向けるための方法が提供される。予定の入射角は、ビームを目標の光軸から離れるように偏向させる操作と試料の上にビームを集束する操作との組み合わせによって実現される。試料の表面の色収差を最小にするように相互に調整する少なくとも２つのステップにより、偏向が行われる。本発明はまた、この改良された方法を実行することが可能な、試料の表面上へ荷電粒子のビームを向けるためのコラムを提供する。
【００１０】
偏向の第１のステップに起因する色収差は、２つの偏向が正しく調整されるならば偏向の第２のステップによって、著しく補償することができることを、本発明者らは見出した。２ステップのビームの偏向と焦点集中の組み合せの操作により、２〜３ナノメートルの分解能を導くことができ、この分解能は、入射角の傾斜がない場合に実現することができる分解能に匹敵する。本発明は、大きな色収差から生じる分解能の低下なしに、試料への入射角を大きくとることができる利点を有する。
【００１１】
本発明の更なる側面によれば、重要な距離の正確な測定を、試料表面上で、特に半導体ウエハ表面上で、可能にする方法が提供される。これらの方法では荷電粒子の傾斜ビームを用い、非常に高速かつ信頼性の高い方法により、情報を得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明は任意の荷電粒子デバイスに用いることができることが、当業者によって理解されるべきである。しかし、簡便のため、本発明は、操作電子顕微鏡（ＳＥＭ）での実行に関して説明される。本発明に従う好ましい具体例が、図１で概略的に示される。装置の基本構成部分は、電子ソース２、レンズシステム（集光レンズ５及び対物レンズ１０）、走査コイル１２Ａ，１２Ｂ、ビームシフトコイル７及び検出部１６である。操作に際し、電子ビーム４が電子ソース２から発せられる。電子ソースは、例えば、タングステン-ヘアピンガン、ランタン-ヘキサボライドガンまたはフィールド-エミッションガンであってもよい。電子は、電子ソース２に供給される加速電圧によって加速される。通常、電子ソースによって直接に生産されるビーム直径は、高倍率でシャープな画像を発生させるにはあまりに大きいため、電子ビーム４は集光レンズ５に案内され、ビームが縮小され試料８の方へ電子ビーム４が導かれる。
電子ビーム４は、次いでデフレクタ７Ａの場に進入し、そこでは、対物レンズ１０の光軸に沿った経路から離れるように電子ビーム４を偏向させる。デフレクタ７Ａは走査コイル１２に続き、それは試料８の表面上に、テレビのようなラスターで電子ビーム４を移動するために用いられる。走査コイル１２の後、電子ビーム４は試料８の上へ電子ビーム４を集束する対物レンズ１０に入る。対物レンズ１０は、電子ビーム４を集束するだけでなくて、電子ビーム４を回転させもする。しかし、この効果は示されておらず、何故なら二次元の図面で表すのが困難だからであり、また当業者ならこの付加的な効果をよく知っているからである。
【００１３】
デフレクタ７Ａと対物レンズ１０の組み合せ動作により、電子ビーム４は予定された入射角（好ましくは１０°〜２０°）で試料を叩く。電子が試料８の表面を叩けば、様々な副生成物、例えばエネルギーの異なる電子、Ｘ線、光電子、熱、後方散乱電子等が生成する。これらの副産物や後方散乱荷電粒子の多くを用いて、試料の画像を作り試料から付加データを収集する。試料の検査または画像形成に対する主要な重要性の副産物は、比較的低いエネルギ（３〜５０eV）で、様々な角度で試料８から漏れ出る二次電子である。第二次的な後方散乱電子は、検出部１６に達し測定される。試料に電子ビームを走査し、検出部１６の出力を表示／記録することにより、試料８の表面の画像が形成される。
【００１４】
試料８は、ステージ１１（試料台）の上に支持され、このステージは、電子ビーム４が被検査試料の上のターゲット領域に達するのを可能にするために、水平全方向に移動可能である。試料８が傾斜入射角下にある場合、電子ビームは光軸に沿って試料を叩かず光軸から移動される。したがって、ステージ１１は試料８に対応する運動を実行することにより、電子ビームは、電子ビームがビームシフトコイル７Aによって偏向しなかったならば当てられただろう試料上の同じ領域を叩く。例えば一対の立体画像をつくるために、電子ビーム４、すなわち入射角の、偏向が変えられる場合、ビームを傾斜させることに起因するビームの変位が補償されるように、ステージ１１は新しい位置に再び試料８を移動する。したがって、２つの画像の間の誤り出現は、基本的に防止することができる。
【００１５】
一方、他方試料の傾斜入射角及び対応する運動を提供することによって、試料の立体画像は、アラインメント付加の必要性なしで、高速かつ信頼性の高い方法でつくることができる。したがって、立体画像に存在し多くのケースでとても役に立つ付加情報に、コスト増加なくアクセスすることができる。一般に、立体対の両方の画像は、傾斜入射角を用いてつくられる。しかし、用途によっては、立体画像の１つは、試料の平面図を用いることによって作られてもよい。
【００１６】
図１で示される具体例は、電子ビーム４を偏向させるためにpre-lensデフレクタ７Ａを用いる。色収差を引き起こす対物レンズ１０を通して、電子ビーム４の偏向は、ビームのoff-axis経路に至る。
【００１７】
図２は本発明の更なる具体例に従って色収差を低減するための装置の回路図を示す。この具体例は、以下を除いて図１と同様である。pre-lensデフレクタ７Ａは、対物レンズ１０内に配置されるin-lensデフレクタ7Bと交換された。デフレクタ7Bを対物レンズ１０の場の中に置いた場合、色収差がかなり減少する。デフレクタ7Bが、対物レンズ１０の場の内側奥に、あるいは一部対物レンズ１０の下奥に置かれた場合に、この減少は５０%以上に達することができる。
【００１８】
さらにシステムの性能を改良するために、図２で示される具体例は、ステージ１１と一体化される参照ターゲット４０を有する。参照ターゲット４０は、参照ターゲット４０に当たる電子ビーム４の正確な入射角を決定するために用いられる。例えば、参照ターゲットは、ラインの中継構造または垂直線壁を示すトレンチを有してもよい。
【００１９】
参照ターゲット４０が電子ビーム４の走査範囲の中に来るようにステージ１１を移動することによって、電子ビーム４が予定された入射角で参照ターゲット４０に当たるよう、参照ターゲット４０の画像を用いて入射角を測定し、パラメータの設定を(例えばデフレクタ7B、対物レンズ１０、ビームエネルギ、その他）見出すことができるようになる。一旦このパラメータ設定を見つけたなら、それは後に実際の試料８に対する正確な測定のために用いることができる。
【００２０】
図２で示される具体例では、参照ターゲット４０は、ステージ１１と一体化される。もっとも、別個の支持体の上にも同様に参照ターゲット４０を提供してもよく、そしてこれは例えば、電子ビーム４の走査の範囲内に参照ターゲット４０を持ち込むように回転可能なものであってもよい。更に、加熱により、ターゲット表面上に存在した参照ターゲット４０の汚染物質が揮発されるよう、加熱システム(図示されず)を参照ターゲット４０に対して提供することもできる。その都度加熱により参照ターゲットクリーニングすることにより、参照ターゲットは、長時間の保証が可能になる。したがって、全システムの動作不能時間を減少させることが可能になる。
【００２１】
色収差をさらに低減する目的で、図３に、本発明の更なる具体例に従った装置の回路図を示す。この具体例は、以下の点を除いて図１及び図２のそれと同様である。pre-lensデフレクタ７A又はin-lensデフレクタ7Bを用いる代わりに、図３に示される具体例では、pre-lensデフレクタ７A及びin-lensデフレクタ7Bの組み合わせを用いる。第１のデフレクタ（この例ではpre-lensデフレクタ７A）に起因する色収差は、これらのコイルに起因する偏向が正しく調整されるならば、第２のデフレクタ（この例ではin-lensデフレクタ7B）によってかなりの程度補償が可能になることが、本発明者らによって見出されている。本実施例では、pre-lensデフレクタ７A及びin-lensデフレクタ7Bを用いている。しかし、２つのpre-lensデフレクタ又は２つのin-lensデフレクタを用いても同様の結果を実現することができる。
【００２２】
２つの偏向の正確な調整は、多数のパラメータ、たとえば選ばれた入射角、ビームエネルギ、対物レンズ電流、その他に依存する。しかし、本発明の実行は、これらのパラメータ及びビーム偏光に起因する色収差のそれらの効果についての正確な知識には依存しない。予め選択された入射角に対して最小限収差が得られるようなpre-lens及びin-lensデフレクタの偏向及びたわみ角の方向が、画像、すなわち試料８の画像又は参照ターゲット４０の画像のいずれかから抽出されてもよい。pre-lensデフレクタ及びin-lensデフレクタの操作を組み合わせることにより、２〜３ナノメートルの分解能を得ることができ、これは、傾斜入射角なしに実現が可能な分解能に匹敵するものである。本発明は、このように試料への入射角が大きくしても、色収差が大きくなることに起因する分解能の減少を引き起こすことがない点で利点を有する。
【００２３】
さらにシステムの性能を改良するために、図３で示される具体例は、対物レンズ１０を有し、これは磁気レンズ10A及び静電レンズ10Bの組合わせである。したがって、対物レンズ１０は複合的な磁気静電レンズである。好ましくは、複合磁気静電レンズ１０の静電部分は、静電抑制レンズ10Bである。そのような複合磁気静電レンズ１０を用いることにより、低い加速度エネルギ（SEMの場合には数百電子ボルト等）で優れた分解能を生成する。そのような低い加速度エネルギは、チャージングを防止しあるいは放射に敏感な試料の損傷防止のために、特に最新の半導体産業では望ましい。
【００２４】
図４及び５は、図３で示す複合磁気静電レンズ１０及び試料８の拡大図を示す。焦点距離を短くするため、励起コイルを流れる電流により発生した磁束を、磁極片に伝導させ、磁気レンズの光軸に沿った小さな領域に集中させる。磁界は、光軸のまわりに回転対称であり、磁極片の上側と下側の間の磁極間ギャップで最大値に達する。更に、ビームシフトコイル7Bを対物レンズ10Aの磁界の中に置き、それぞれの磁界の間にオーバーラップが生じるようにする。
【００２５】
磁気レンズ10Aに加えて、図３〜５に示される具体例では、磁気レンズ10Aの近傍に静電気抑制レンズを有している。静電気抑制レンズ10Bは、異なるポテンシャルで保持される２つの電極を有する。例示された具体例では、光軸に沿って磁気レンズ10A内に配置される円筒状のビーム管１４により、２つの電極の１つが形成される。静電気抑制レンズ10Bの第２の電極は、磁気レンズ10Aの下に提供される金属製のカップである。システムの操作に際して、第１の電極は、高い陽電位（たとえば８キロボルト）に通常保持され、第２の電極の方は、低い陽電位（たとえば３キロボルト）で保持されることにより、電子が第１のエネルギから低い第２のエネルギへといくにつれて対応して静電界の中で減速されるようにする。
【００２６】
図４及び５で示される例では、試料８は接地電位に保持される。したがって、別の静電気抑制場が、金属製のカップと試料８の間に存在することになる。金属のカップ及び試料８の間の静電気抑制場のために、ビームシフトコイル7A及び7Bにより発生する電子ビーム４の偏向の初期値は高められ、これが入射角を大きくすることになる。したがって、予定された入射角を実現するために、ビームシフトコイル7A及び7Bにより発生する小さい偏向だけは必要である。
【００２７】
試料表面を接地する必要性はない。また、試料の表面の電位の調整は、電圧を試料に印加することによりなされてもよい。例えば、回路の短絡を検出するために用いられる電圧対比像を得るためにウエハに電圧を印加してもよい。金属製カップの電位が試料の表面の電位より高ければ、静電気抑制場が発生する。
【００２８】
図５から分かるように、試料表面に垂直な軸に関して測定した場合に、試料８が傾斜入射角での視野にある場合、電子ビームは、対物レンズ１０の光軸に沿って試料を叩くことがない。電子ビーム４は、距離dだけ光軸から移動される。したがって、電子ビームがビームシフトコイル7Ａにより偏向しなかった場合に叩かれたであろう試料上の領域と同じ領域を電子ビームが叩くように試料８と対応した運動を、ステージ１１は実行する。電子ビーム４の偏向、つまり入射角θを変更（例えば-θに）する場合は、２つの画像間の誤り出現が基本的に防止されることができるように、ステージ１１は新しい位置に再び試料８を移動する。
【００２９】
図６Ａ及び図６Ｂと以下の説明では、正確な高さ測定がどのように本発明によって実行されるかについて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、平面から伸びるピラーを示す。図６Ａは、θＬ＝−３°のビームチルトで撮られたピラーの画像であり、一方、図６Ｂは平面に垂直の軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたピラーの画像である。
【００３０】
ピラーの頂部と底面の間の高さ差Δhを決定するため、特徴部分が各々レベルのために配置されなければならない。ピラーの頂部では、フレークの右の端部が、第１の特徴部分として用いられた。底面上では、粒子の端部が、第２の特徴部分として用いられた。両画像により、２つの特徴部分の間におけるＸ方向に関する距離（図６ＡにおけるＰ１及び図６ＢにおけるＰ２）が測定される。次いで距離Ｐ１と距離Ｐ２の間の差Ｐ（Ｐ＝Ｐ１−Ｐ２、Ｐは視差と呼ばれる）が、ピラーの頂部と底部表面の間の高さ差Δhを計算するために用いられる。高さ差Δhは、次の式によって与えられ
Δh=P*((sinθR * sinθL)/(sinθR - sinθL))
小さい角度近似のために (θR, θL ＜＝ 5°) 、高さの差は次によって与えられ
Δh = P/(2*sin((θR - θL)/2))
図６Ａ及び６Ｂ内に示される例では、距離Ｐ１が０．５４６μｍに相当し、一方距離Ｐ２は、０．４３３μｍに相当する。したがって、ピラーの頂部と底部表面の間の高さ差Δhは、この例では１．０７９μmである。
【００３１】
本発明によれば、試料から更に付加的な高さの情報を得るために余計な労力を要しない。しかし、特に微細構成が複雑である試料に対し、この付加的な情報は、大きな価値がある。この例では、ピラーの高さを決定した。しかし、トレンチないし孔の深さを決定するために同じ手法を用いることができることは明らかである。半導体ウエハの場合には、トレンチの正確な深さ、例えば絶縁トレンチの深さやコンタクトホールの正確な深さは、製造プロセスの品質を制御するためにとても有用な情報である。
【００３２】
トレンチないし孔の深さ又はラインの高さがわかった後、この情報は更なる興味深い機能を決定するために用いることができる。例えば、接点孔の深さを知ることによって、その底部でコンタクトホールの真の幅を決定するために、本発明の別の具体例を用いることができる。図７Ａ及び図７Ｂは、平面から下方へ伸びるコンタクトホールを示す。図７ＡはθＬ＝−３゜のビームチルトで撮られたコンタクトホールの画像であり、一方、図７Ｂは平面に垂直な軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたコンタクトホールの画像である。
【００３３】
図７A (左の図)では、左頂部エッジT１、右頂部エッジT2及びコンタクトホールの右底部エッジBLがわかる。また図７B (右図)では、左頂部エッジT１及び右頂部エッジT2がわかる。更に、コンタクトホールの左底部エッジBRがわかる。図７Aで測定したように可視の距離T1BL及びT1T2を測定することによって、左の図、つまり図７Bで測定した距離T2BRと、右の図、つまり底部でのコンタクトホールの真の幅Wbを、計算することができ、
Wb = T1BL/cosθL + T2BR/cosθR + h(tanθL + tanθR) - Wt
ここでhは、コンタクトホールの深さ、Wtは、頂部でのコンタクトホールの幅である。本実施例で、WtはT1T2/cosθLによって与えられる。図7A及び7B内に示される例では、距離T1BL/cosθLは、０．２９μmに相当し、距離T2BR/cosθRは、０．３３４μmに相当し、距離T1T2/cosθLは、０．４００５μmに相当する。更に、コンタクトホールの深さhは、１．０μmと測定された。したがって、この底部でのコンタクトホールの真の幅Wbは、この例では０．３２４μmである。
【００３４】
本方法は、その底部でのコンタクトホールの真の幅Wは、アスペクト比(深い及び狭い)の高いコンタクトホールに対してさえ決定することが可能である点で長所を有する。これは、非常に困難である原子力顕微鏡検査等の他の方法とは対照的である。
【００３５】
底部におけるコンタクトホールの真の幅Wの決定に加えて、図7Aまたは7Bで可視である側壁の幅を決定するために、本発明の更なる具体例を用いることができる。例えば、図７Bからコンタクトホールの左の側壁の幅を決定することができる。この状況で側壁の幅は、側壁の頂部と側壁の底部の間の水平ウエハ面方向横の距離を意味する。図７Bで測定するように、可視の距離T2BRを測定することによって
コンタクトホールの左の側壁の真の幅WLを計算されることができ、
WL = Wt - T2BR/cosθR - htanθR
T2BRは、側壁の底部エッジとトレンチまたは孔の反対の側の頂部エッジの間で、測定された可視の距離、hは、トレンチまたは孔の深さ、Wtは、トレンチの幅またはトレンチまたは孔の上面に孔、θRは図７Bの画像の視角である。
【００３６】
同様に、図７Aで測定するように可視の距離T1BLを測定することによって、コンタクトホールの左の側壁の真の幅WRを計算することができ、
WR = Wt - T1BL/cosθL - htanθL
T1BLは、側壁の底部エッジとトレンチまたは孔の反対の側の頂部エッジの間で測定された可視の距離、hは、トレンチまたは孔の深さ、Wtは、トレンチまたは孔の上面におけるトレンチまたは孔の幅、θLは図７Aの画像の視角である。
【００３７】
本発明の更なる具体例によれば、ラインの高さを知ることにより、このラインの一対の立体画像は、その底部でラインの真の幅を決定するために用いることができる。図８Ａ（左図）及び図８Ｂ（右図）は、平面から上方へ伸びているラインを示す。図８Ａは平面に垂直な軸に対してθＬ＝−３゜のビームチルトで撮られたラインの画像であり、一方、図８Ｂは、平面に垂直な軸に対してθＲ＝＋３゜のビームチルトで撮られたラインの画像である。
【００３８】
図８Aには、左底部エッジX1、左頂部エッジX2及びラインの右頂部エッジX3が示される。また図８Bには、左頂部エッジY3及び右頂部エッジY2が示される。更に、ラインの右底部エッジY1がわかる。図８Aで測定したように可視の距離X1X2及びX2X3を測定し、また図８Bで測定したように可視の距離Y1Y2及びY2Y3を測定することにより、その底部でのラインの真の幅Wbを計算されることができ、
Wb = (X1X2+X2X3)/cosθL + (Y1Y2+Y2Y3)/cosθR - h(tanθL + tanθR) - Wt
あるいは、
(X1X2+X2X3 = X1X3 , Y1Y2+Y2Y3 = Y1Y3)
あるいは、
Wb = X1X3/cosθL + Y1Y3/cosθR - h(tanθL + tanθR) - Wt
ここでhはラインの高さ、Wtは特徴上面における特徴の幅である。例えば、WtはY2Y3/cosθRで与えられている。図8A及び8Bに示される例では、距離( X1X2 + X2X3 )/cosθLは、０．２７４μmに相当し、距離( Y1Y2 + Y2Y3 )/cosθRは、０．３１２μmに相当し、距離Y2Y3/cosθRは、０．２３２μmに相当する。更に、ラインの深さhは、０．８μmと測定された。したがって、その底部でのラインの真の幅Wbは、この例では０．２７μmである。
【００３９】
上記に提示された式の代わりに、例えば、これと等価な式を用いられることができ、
Wb = X1X2/cosθL + (Y1Y2+Y2Y3)/cosθR - h(tanθL + tanθR)
あるいは、
Wb = (X1X2+X2X3)/cosθL + Y1Y2/cosθR - h(tanθL + tanθR)
あるいは、
Wb = X1X2/cosθL + Y1Y2/cosθR - h(tanθL + tanθR) + Wt。
【００４０】
アスペクト比の高い(高く狭い)ラインに対してさえ、その底部でのラインの真の幅W決定する事ができる点でこの方法は長所がある。
【００４１】
これは、非常に困難である原子力顕微鏡検査等の他の方法とは対照的である。
【００４２】
底部におけるコンタクトホールの真の幅Wの決定に加えて、図8Aまたは8Bで可視である側壁の幅を決定するために、本発明の更なる具体例を用いることができる。例えば、図８Bから、ラインの右の側壁の幅を決定することができる。この状況では、側壁の幅は、側壁の頂部と側壁の底部の間で水平物方向横の距離を意味する。図８Bで測定したように可視の距離Y1Y2を測定することによって、ラインの右の側壁の真の幅WRを計算されることができ、
WR = Y1Y2/cosθR - htanθR
ここで、Y1Y2は、特徴の側壁の底部エッジ及び頂部エッジの間で測定された可視の距離、hは特徴の高さ、θRはFig 8Bの画像の視角である。
【００４３】
同様に、図８Aで測定したように可視の距離X1X2を測定することによってラインの左の側壁の真の幅WLを計算することができ、
WL = X1X2/cosθL - htanθL
X1X2は、特徴の側壁の底部エッジ及び頂部エッジの間で測定する可視の距離、hは特徴の高さ、θLはFig 8Aの画像の視角である。
【００４４】
図９A及び図９Bは、ウエハの表面上に存在するトレンチの平面図及び傾斜図を示す。図９Bから分かるように、この傾斜図では、トレンチの側壁の真の性格を理解し定義することが可能になる。この傾斜図では、側壁について、図９A（平面図）ではわからない多数の詳細事項につき非常によくわかるようになる。したがって、トレンチの左の側壁の側壁プロファイルは、図９Bから収集することができる。更に、同じエッジ部分を両方の画像で見れば、傾斜図のエッジは、平面図の場合だと２倍の画素と同等の同じだけについて捕らえることが、容易に理解されよう。これにより、エッジ幅の測定の精度が良好になることが明らかである。
【００４５】
図１０A及び図１０Bは、ウエハの表面上に存在するラインの平面図及び傾斜図を示す。
【００４６】
この傾斜図（図１０B）からわかるように、この傾斜図では、ラインの側壁の真の性格を理解し定義することが可能になる。傾斜図では、側壁をT-topと定義し、そのプロファイルを決定することができる。頂部(図１０A )では、T-topは検知されない。
【００４７】
本発明について様々な典型的な具体例に関して説明してきたが、いわゆる当業者には、様々な実施例及び変形例が、クレームで定義されている本発明の範囲及び本質から離れることなく可能であることが理解されるであろう。例えば、図６〜８に関して提示された角度、高さ及び幅寸法は単に例示であり、他の角度、高さ及び幅寸法を用いてもよいことは、明白である。同様に、対物レンズの構成を提供したが、対物レンズの例及び他の構成を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図２】 図２は、本発明の第２の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図３】 図３は、本発明の第３の具体例に従った荷電粒子装置の回路図である。
【図４】 図４は、図３の具体例の対物レンズを示す拡大図である。
【図５】 図５は、図４の拡大図である。
【図６】 図６A及び図６Bはピラーを示し、これは平面から伸びて、その高さを決定しようとする図である。
【図７】 図７A及び図７Bは、接点孔（コンタクトホール）を示し、これは平面から下方へ伸び、その底部の幅を決定しようとしている。
【図８】 図８A及び図８Bは、ラインを示し、これは平面から上方へ伸び、その底部の幅を決定しようとしている。
【図９】 図９A及び図９Bは、ウエハの表面上に存在するトレンチの平面図及び傾斜図を示す。
【図１０】 図１０A及び図１０Bは、ウエハの表面の上で存在するラインの平面図及び傾斜図を示す。
【符号の説明】
２…電子ソース、５…集光レンズ５７…ビームシフトコイル、１０…対物レンズ、１２Ａ，１２Ｂ…走査コイル、１６…検出部１６。
Claims (29)
- 荷電粒子のビームを用いて、試料の固体面の微細構造を検査するための方法であって、
ａ）ビームを第１の入射角で試料の表面に当て、試料上でビームを走査して、第１の画像をつくるステップと、
ｂ）ビームをティルト（傾斜）させ、またこのティルトしたビームに相当する位置に試料を移動させて、ビームを第２の入射角で試料の表面に当てて、ビームのティルトにより生じたビームの位置ズレを基本的に補正するステップであって、ビームのティルトは、対物レンズの光軸から離れるようにビームを偏向させる操作と試料上へビームを集光する操作との組み合わせにより実現される前記ステップと、
ｃ）ビームを第２の入射角で試料の表面に当て、試料上でビームを走査して、第２の画像をつくるステップと
を有する方法。 - ビームの偏向が、ビームが前記対物レンズの場の前でなされる、請求項１に記載の方法。
- ビームの偏向が、前記対物レンズの場においてなされる、請求項１に記載の方法。
- ビームの偏向が、試料の表面の色収差が最小となるように互いに調整された２段階の偏向処理によってなされる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 第１段階の偏向処理がビームが前記対物レンズの場に入る前になされ、第２段階の偏向処理が前記対物レンズの場の中でなされる、請求項４に記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料上における高さ差を測定するのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料の表面に掘られた溝や穴のような形状の底における幅を測定するのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料から突出する形状の底における幅を測定するのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料の表面の立体的な画像を集めて三次元的に認識できるようにするのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料の形状を三次元的に表示するのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料の形状の端部の幅を測定するのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記両画像を、前記試料の形状の側壁プロファイルを集めるのに用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 正確な入射角を決定するための参照ターゲットを供給する、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
- 前記ビームを、前記第１の入射角又は前記第２の入射角で前記試料の表面に当てる際に は、
ａ）荷電粒子のビームを供給するステップと、
ｂ）試料の表面の色収差が最小となるように互いに調整された２段階の偏向処理によってビームを対物レンズの光軸から離れるように偏向するステップと、
ｃ）ビームが前記第１の入射角又は前記第２の入射角で試料の表面に当たるようにビームを試料の表面に集光するステップと
により荷電粒子を案内する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。 - 第１段階の偏向処理が前記対物レンズの場の前でなされ、第２段階の偏向処理が前記対物レンズの場においてなされる、請求項１４に記載の方法。
- ビームの集光が磁気レンズと静電レンズとの協働によってなされる、請求項１４又は１５に記載の方法。
- 静電気抑制の場が、前記静電レンズと前記試料との間に供給される、請求項１６に記載の方法。
- 表面に溝又は穴を有する前記試料を検査する際には、
ａ）ビームを２つの異なる入射角（前記第１の入射角及び前記第２の入射角）で試料に当てて、立体的な２つの画像（前記第１の画像及び前記第２の画像）をつくるステップと、
ｂ）前記２つの画像により前記溝又は前記穴の底における幅を決定するステップと
により検査をおこなう、請求項１に記載の方法。 - 前記２つの画像のうち、第１の画像から、溝又は穴における左側の頂端部と右側の底端部との間の可視の距離を決定し、第２の画像から、溝又は穴の右側の頂端部と左側の底端部との間の可視の距離を決定する、請求項１８に記載の方法。
- 溝又は穴の底における幅を次式によって決定し、
Wb = T1BL/cosθL + T2BR/cosθR + h(tanθL + tanθR) - Wt
T1BLは、溝又は穴の左側の頂端部と右側の底端部との間で測定された可視の距離であり、T2BRは、溝又は穴の右側の頂端部と左側の底端部との間で測定された可視の距離であり、hは溝又は穴の深さであり、Wtは溝又は穴の最上位の幅であり、θLは第１の画像の視角、θRは第２の画像の視角である、請求項１８又は１９に記載の方法。 - 表面に溝又は穴を有する前記試料を検査する際には、
ａ）前記第１の入射角と前記第２の入射角とで傾けたビームを試料に当てて、溝又は穴の側壁が露わになっている試料の２つの画像（前記第１の画像及び前記第２の画像）をつくるステップと、
ｂ）前記２つの画像により溝又は穴の前記側壁の幅を決定するステップと
により検査をおこなう、請求項１に記載の方法。 - 前記画像から、溝又は穴における前記側壁の底端部とその反対側の頂端部との間の可視の距離を決定し、溝又は穴における左側の頂端部と右側の頂端部との間の可視の距離を決定する、請求項２１に記載の方法。
- 前記溝又は穴の左右の前記側壁の幅（左の側壁の幅ＷＬ、右の側壁の幅ＷＲ）を次式によってそれぞれ決定し、
WL = Wt - T2BR/cosθR - htanθR
WR = Wt - T1BL/cosθL - htanθL
T1BLは、溝又は穴の左側の頂端部と右側の底端部との間で測定された可視の距離であり、T2BRは、溝又は穴の右側の頂端部と左側の底端部との間で測定された可視の距離であり、hは溝又は穴の深さであり、Wtは溝又は穴の最上位における幅であり、θRは画像の右の視角、θLは画像の左の視角である、請求項２１又は２２に記載の方法。 - 表面から延びる形状であるピラー又はラインを有する前記試料を検査する際には、
ａ）ビームを２つの異なる入射角（前記第１の入射角及び前記第２の入射角）で試料に当てて、立体的な２つの画像（前記第１の画像及び前記第２の画像）をつくるステップと、
ｂ）前記２つの画像により前記形状の底における幅を決定するステップと
により検査をおこなう、請求項１に記載の方法。 - 前記２つの画像のうち、第１の画像から、溝又は穴の左側の底端部と左側の頂端部との間の可視の距離及び溝又は穴の左側の頂端部と右側の頂端部との間の可視の距離を決定し、第２の画像から、溝又は穴の左側の頂端部と右側の頂端部との間の可視の距離及び溝又は穴の右側の頂端部と右側の底端部との間の可視の距離を決定する、請求項２４に記載の方法。
- 形状の底における幅を次式によって決定し、
Wb = (X1X2+X2X3)/cosθL + (Y1Y2+Y2Y3)/cosθR - h(tanθL + tanθR) - Wt
X1X2は、形状における左側の底端部と左側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、X2X3は、形状における左側の頂端部と右側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、Y1Y2は、形状における右側の底端部と右側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、Y2Y3は、形状における右側の頂端部と左側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、ｈは形状の高さであり、Wtは形状の最上位における幅であり、θＲは画像の右の視角、θＬは画像の左の視角である、請求項２４又は２５に記載の方法。 - 表面から延びる形状であるピラー又はラインを有する前記試料を検査する際には、
ａ）前記第１の入射角と前記第２の入射角とで傾けたビームを試料に当てて、形状の側壁が露わになっている試料の２つの画像（前記第１の画像及び前記第２の画像）をつくるステップと、
ｂ）前記２つの画像により前記形状の側壁の幅を決定するステップと
により検査をおこなう、請求項１に記載の方法。 - 前記画像から、前記形状の側壁の底端部と頂端部との間の可視の距離及び前記形状の左側の頂端部と右側の頂端部との間の可視の距離を決定する、請求項２７に記載の方法。
- 前記形状の左右の前記側壁の幅（右の側壁の幅ＷＲ、左の側壁の幅ＷＬ）をそれぞれ次式によって決定し、
WR = Y1Y2/cosθR - htanθR
WL = X1X2/cosθL - htanθL
X1X2は、形状における左側の底端部と左側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、Y1Y2は、形状における右側の底端部と右側の頂端部との間で測定された可視の距離であり、ｈは形状の高さであり、θＲは画像の右視角、θＬは画像の左視角である、請求項２７又は２８に記載の方法。
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