JP4662053B2 - 複数の検出器を有する走査電子顕微鏡および複数の検出器ベースのイメージング方法 - Google Patents
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Description
[0001]本出願は、「ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ＳＥＭ ｉｍａｇｉｎｇ」と題された、２００３年７月３０日に提出された出願番号第６０／４９１，６１８号の米国仮特許出願の優先権を請求するものである。
[0002]本発明は走査電子顕微鏡、特に複数の検出器によるＳＥＭと複数の検出器ベースの検出方法とに関する
[0003]従来技術のマルチパースペクティブ走査顕微鏡（ＭＰＳＩ）システム１０が図１に説明される。システム１０は、一次電子ビームを発生させるための電子ガン（図示せず）、ならびに複数のコントロールおよび電圧供給ユニット（図示せず）と、対物レンズ１２と、レンズ内検出器１４と外部検出器１６とを含む。システム１０はまた偏向コイルとプロセッサ（図示せず）とを含む。
[0004]システム１０において、一次電子ビームはレンズ内検出器１４内のアパーチャ１８を介して向けられて、対物レンズ１２によって被検査ウェーハ２０上に集光される。一次電子ビームはウェーハ２０と相互作用し、その結果、二次電子、後方散乱電子、オージェ電子およびＸ線量子などの種々のタイプの電子が反射または散乱される。二次電子は簡単に収集可能であり、多くのＳＥＭは主にこれらの二次電子を検出する。
[0005]システム１０は、レンズ内検出器１４および外部検出器１６によって放出された二次電子の一部を検出することができる。
[0006]対物レンズ１２は、レンズからウェーハに向かって漏れる静電界および磁界を導入する静電レンズと磁界レンズとを含む。二次電子の収集は、漏れた磁界によってほとんど影響を受けないのに対して、漏れた静電界に対してかなり応答性がある。
[0007]漏れた静電界は低エネルギーの二次電子と、極めて低エネルギーの二次電子とをカラム内に引き付ける。極めて低エネルギーの二次電子のかなりの部分がレンズ内検出器１４のアパーチャを介して向けられて、検出されない。低エネルギーの二次電子はレンズ内検出器１４に向けられる。高エネルギーの二次電子は、この初期軌跡が検出器のうちの１つに照準が合わされていれば、検出される。極めて低いエネルギーとは一般的に２ｅＶより小さいのに対して、低エネルギーとは一般的に２ｅＶ〜１５ｅＶに及ぶ。
[0008]実際、（カラムの下部端とウェーハ間の）動作距離が短縮されたり（例えば、０．５ｍｍより短い）、キャップ電圧（静電レンズの下部部分に印加される電圧）が大きくされたり（例えば、１ｋＶより大きい）すると、二次電子の多くは全く検出されない。これらはレンズ内検出器１４のアパーチャに入ることになる。このような（動作距離の）デクリメントおよび／または（電圧キャップの）インクリメントはまた、より少数の二次電子を外部検出器に向けられるようにし、また逆の場合も同じである。
[0009]効果的な欠陥解析ツールは、すべてのタイプの欠陥を捕捉するために、両タイプの検出器を必要とする。レンズ内検出器１４は通常異なる材料間のコントラストを判断するために使用され、また電圧コントラクトモードならびにＨＡＲモードにおいて有用である。レンズ内検出器１４はまたパターンエッジに対して極めて感応性である。外部検出器１６はウェーハの軌跡に対してより感応性である。これらの外部検出器はまたウェーハの帯電についてはそれ程影響を受けやすくなく、このことは、かなり抵抗のある層をイメージングする際に重要である。
[00010]動作距離およびキャップ電圧はまたシステムの解像度に影響する。動作距離の短縮は色収差を小さくすることによって解像度を改良することができ、また逆の場合も同じである。
[00011]図示されたように、動作距離が短縮されると、解像度は改良するが、検出された電子量は減少する。
[00012]高解像度およびマルチパースペクティブ性能の両方を可能にするシステムおよび方法を提供する必要がある。
[00013]（参照として本明細書に組み込まれている）Ｓｕｚｕｋｉらの米国特許６５５５８１９号は、放出された二次電子の軌跡に磁界が大きく影響する磁気漏れタイプの対物レンズを有するマルチ検出器ＳＥＭを説明している。このＳＥＭは、傾斜画像を提供できないなどの種々の不都合を有している。Ｓｕｚｕｋｉは、一次電子ビームが通過するアパーチャを含む反射器を有しており、従って反射された電子はこのアパーチャを通過して、未検出のままであることがある。
[00014]本発明は、機械的傾斜を伴う比較的大きな傾斜角度を含む、高品質の傾斜画像をも提供する高解像度マルチパースペクティブＳＥＭイメージングのためのシステムおよび方法を提供する。
[00015]本発明は、高アスペクト比のホールの高解像度マルチパースペクティブＳＥＭ検出のためのシステムおよび方法を提供する（ＨＡＲモード）。
[00016]本発明は、いくつかが異なる角度領域と関連する複数の収集ゾーンを画成する複数の検出器を含むシステムを提供する。
[00017]本発明は、改良されたレンズ内検出ならびに改良された中央レンズ検出を可能にするためのシステムパラメータを最適化することを可能にする。（キャップ電圧、ウェーハ電圧、動作距離などの）パラメータは各検出器のＳＮＲ（信号対雑音比）の関係を判断することができる。
[00018]本発明はマルチ検出器による電子検出方法を提供しており、該方法は、（i）カラムを介して一次電子ビームを向け、被検査オブジェクトと相互作用させるステップと、（ii）実質的な静電界を導入することによって、該被検査ウェーハから反射または散乱された電子を複数の内面検出器に向けるステップであって、該向けられた電子の少なくとも一部は該被検査オブジェクトに対して小さな角度で反射または散乱されるステップと、（iii）少なくとも１つの内面検出器から検出信号を受け取るステップと、を含む。
[00019]本発明はマルチ検出器による電子検出システムを提供しており、該システムは、検出信号を提供するための複数の内面検出器と、電子が伝搬することができるカラムと、該カラムを介して一次電子ビームを向けて被検査オブジェクトと相互作用させるための、かつ実質的な静電界を導入することによって該被検査オブジェクトから反射または散乱された電子を該複数の内面検出器に向けるための手段であって、該向けられた電子の少なくとも一部は該被検査オブジェクトに対して小さな角度で反射または散乱される手段とを含む。
[00020]本発明を理解し、またこれが実際にどのように実施されるのかを見るために、好ましい実施形態が、非制限例のみによって、添付の図面を参照して以下説明される。
[00026]図２は、本発明の実施形態に従った、複数の検出器によるＳＥＭの一部を図示している。図２はまた、一次電子ビーム経路の例示的な経路ならびに、ウェーハやレチクルなどの、しかしこれらに制限されない被検査オブジェクトから散乱または反射された電子の経路を図示している。
[00027]一次電子ビームは光軸に沿って伝搬し、（i）第１の方向に傾斜され、（ii）光軸に平行であるが光軸から間隔があけられている二次光軸に沿って伝搬するように反対方向に傾斜され、（iii）第２の方向で光軸に向かって傾斜され、（iv）光軸に沿って伝搬するように第２の方向と反対の方向に傾斜される。上述した傾斜動作は磁気偏向コイル３２〜３６によって発生されてもよい。二重傾斜のためのシステムおよび方法が、２００２年５月１３日に提出された特許出願第１０／１４６，２１８号に説明されており、参照として本明細書に組み込まれている。
[00028]一次電子ビームが二次軸に沿って伝搬しつつ被検査オブジェクトと相互作用するように、最初の２つの傾斜のみを実行するなどの他の傾斜スキームが遂行されてもよいことが注目される。
[00029]レンズ内検出器は伝搬経路の最終部分に配置され、ここでは一次電子ビームは光軸に沿って伝搬する。レンズ内検出器は、光軸を取り囲むように位置決めされたアパーチャを有する。
[00030]一次ビームと被検査オブジェクト間の相互作用の結果として電子が除外／散乱されると、これらは、強い静電界によって、レンズ内検出器に向かって、かつその検出器のアパーチャに引き付けられる。静電界の強さは、いずれの二次電子がレンズ内検出器に引き付けられ、かつどれがレンズ内検出器のアパーチャに引き付けられたかを判断する。
[00031]レンズ内検出器１４のアパーチャを介して伝搬する二次電子は結局、内側レンズ検出器４０に向かう第２の方向で傾斜される。
[00032]この構成によって、高アスペクト比（ＨＡＲ）のホールから情報を受け取ることができる。強い静電界を印加する際に、このようなＨＡＲのホールの底部や、そのホールの側壁の下部パーツとも相互作用する電子が引き付けられて、アパーチャを介して内側レンズ検出器に向かって伝搬する。
[00033]円錐状の対物レンズと高い静電界とを使用することによって、システムは傾斜ビューを可能にする。被検査オブジェクトおよび／またはＳＥＭカラムはまた機械的に傾斜されることが可能である。
[00034]キャップ電圧および／または動作距離を修正することによって、レンズ内検出器１４と内側レンズ検出器４０間にどのように電子を分割するかを判断することができる。このように、信号対雑音と、サンプルからの方向情報との間の最適条件を得るために、両検出器の信号対雑音比を変更することができる。例えば、キャップ電圧の低下は内側レンズ検出器の信号を大きくし、内側レンズ検出器からの局所情報を少なくし、またＨＡＲ情報の可視性を小さくする。
[00035]比較的強い静電界を印加することによって、内側レンズ検出器は、レンズ内検出器によって検出されなかった（アパーチャを通過した）または検出されたかのいずれかの電子を検出するのに対して、レンズ内検出器は外部検出器によって一度検出された電子を検出する。
[00036]本発明者は、直径２ｍｍのレンズ内アパーチャによって、１．４ｍｍの動作距離で５００Ｖのキャップ電圧を印加し、従来技術の外部検出器によって検出されるために使用された電子をレンズ内検出器で検出した。
[00037]本発明の別の態様によると、マルチ検出器ＳＥＭは、各々がある収集ゾーンから電子を収集するための複数のレンズ内および内側レンズ検出器を含んでもよい。収集ゾーンが相互に異なるため、このような構成は追加方向情報を提供することができる。収集ゾーンは部分的に重複してもよく、また検出器の一部は互いの上に位置決めされてもよい。
[00038]リング状シンチレータが上記レンズ内および／または内側レンズ検出器の各々に使用されてもよい。リングは、方向情報量を増やすためにスライスに分割されてもよい。
[00039]図３に図示されたように、システムはまた、電子ビームと被検査オブジェクト間に傾斜が導入されてもマルチパースペクティブ検出が可能である。大きな傾斜角度を達成するために、機械的傾斜や、電気的および機械的傾斜の組み合わせが必要とされる。機械的ならびに電気的傾斜の組み合わせ方法が、「ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｅａｍ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ａ ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｅａｍ」と題され、２００２年５月２２日に提出された米国特許出願第１０／１５４，５３０号に説明されており、これは参照として本明細書に組み込まれている。
[00040]図４Ａ〜図４Ｂは、複数の検出表面を画成するレンズ内および内側レンズ検出器の検出表面の種々の構成を説明している。図４Ａは、アパーチャ２０を丸く囲む内側円形ゾーンを形成する右内側上部表面１０２と、左内側上部表面１０４と、左内側下部表面１０６と右内側下部表面１０８、ならびに、４個の内側収集表面を取り囲むリング状ゾーンを形成する右外部上部表面１１２と、左外部上部表面１１４と、左外部下部表面１１６と右外部下部表面１１８の、８個の検出表面を含むレンズ内検出器１４を図示している。
[00041]各表面は、これもまたカラム内の検出器の場所に依存しており、かつ対物レンズによって印加された静電界に応答性のある収集ゾーンを画成する。
[00042]図４Ｂは、図４Ａの収集表面に対して４５度で回転された、４個の収集表面を含むレンズ内検出器を図示する。収集表面は上部表面１２２と、左表面１２４と、下部表面１２６と右表面１２８とを含む。
[00043]図４Ｃは、内側円形ゾーンを形成する右内側上部表面１３２と、左内側上部表面１３４と、左内側下部表面１３６と右内側下部表面１３８、ならびに、４個の内側収集表面を取り囲むリング状ゾーンを形成する右外部上部表面１４２と、左外部上部表面１４４と、左外部下部表面１４６と右外部下部表面１４８の、８個の検出表面を含む内側レンズ検出器を図示している。内側レンズの内側ゾーンはアパーチャを取り囲んでいないため、極めて小さな角度で光軸に対して向けられた電子でさえも検出される。
[00044]本発明の静電界は種々の形状および配列の複数の電極によって導入されることが可能である。実施形態のいくつかは、「ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ ａ ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｂｅａｍ ｃｏｌｕｍｎ」と題された米国特許出願第１０／４２３，２８９号に図示されており、これは参照として本明細書に組み込まれている。簡潔に言うと、上述した特許出願は、レンズ配列の光軸に沿って同軸関係で間隔をあけて配置された上部および下部電極を含む静電レンズを有する対物レンズについて説明している。
[00045]システムは、種々の様式でレンズ内検出器および内側レンズ検出器から受け取られた検出信号を使用してもよい。それは各検出器からの検出を独立して処理することができ、また１つ以上の検出器からの検出信号に応答して欠陥の存在を判断し、かつ／またはＳＥＭ画像を発生させることができる。
[00046]複数の検出器からの検出信号を処理するための種々の従来技術の方法があり、１つは参照として本明細書に組み込まれているＷａｇｎｅｒの米国特許５６５９１７２号に図示されている。
[00047]図５は、本発明の実施形態に従った、マルチ検出器による電子検出のための方法２００のフローチャートである。方法２００は、カラムを介して一次電子ビームを向けて、被検査オブジェクトと相互作用させるステップ２１０で開始する。実質的な静電界を導入することによって、被検査オブジェクトから反射または散乱された電子を複数の内面検出器に向けるステップであって、向けられた電子の少なくとも一部は被検査オブジェクトに対して小さな角度で反射または散乱されるステップ２２０がステップ２１０に続く。少なくとも１つの内面検出器から検出信号を受け取るステップ２３０がステップ２２０に続く。
[00048]一次電子ビームならびに、散乱または反射された電子が同じユニットによって操作可能であり、また通常ステップ２１０および２２０はほとんど同時に生じることが注目される。
[00049]ステップ２２０は、種々の様式によって実質的な静電界を導入するステップを伴ってもよい。例えば、カラムの第２の部分と被検査オブジェクト間の第２の電圧電位差を導入しつつ、被検査オブジェクトとカラムの第１の部分間の第１の電圧電位差を導入するステップを伴ってもよい。第１の部分は通常第２の部分の下方に位置決めされており、第１の電圧電位差は第２の電圧電位差よりも小さい。便宜上、第１の部分は磁界レンズの上方に位置決めされた陽極であるのに対して、第２の部分は磁界レンズの上部より下、または磁界レンズよりも更に下方に位置決めされる。第２の部分の下部エッジはＳＥＭと被検査オブジェクト間の動作距離を画成してもよい。
[00050]ステップ２１０は一次電子ビームの少なくとも１つの傾斜を含んでもよい。この傾斜は、被検査オブジェクトから散乱または反射された電子を偏向してもよい偏向ユニットによって強制されてもよい。ステップ２１０は、一次電子ビームを向けて光軸に沿って伝搬させるステップと、一次電子−ビームを光軸から離して傾斜させるステップと、光軸に平行であるが光軸から間隔をあけられている二次光軸に沿って伝搬するように一次電子ビームを傾斜させるステップと、を含んでもよい。ステップ２１０はまた、光軸に向かって伝搬するように電子ビームを傾斜させるステップと、光軸に沿って伝搬するように一次電子ビームを傾斜させるステップと、を含んでもよい。
[00051]ステップ２２０は、実質的な静電レンズ内に被検査オブジェクトの被検査エリアを位置決めするステップを伴ってもよい。
[00052]方法２００は種々の傾斜状態で遂行可能である。ところが、傾斜状態は、一次電子ビームと被検査エリア間の（極めて（ｖａｒｙ）小さな角度から、９０度よりもわずかに小さい角度にまで及ぶ可能性がある）傾斜角度によって特徴付けられる。
[00053]方法２００は、受信された検出信号を処理して、欠陥またはプロセスバリエーションについての指示を提供するステップ２４０などの追加ステップを含むことが可能である。
[00054]方法２００は、異なる電圧値を静電レンズに適用することによって収集ゾーンを画成する／改めるステップを含んでもよいことが更に注目される。これは、レンズ内および／または内側レンズ検出器の（解像度および収差などに関する）最適な性能を可能にするシステムパラメータを最適化することにつながることがある。
[00055]本発明は、従来のツール、手順およびコンポーネントを採用することによって実践可能である。従って、このようなツール、コンポーネントおよび手順の詳細は本明細書には詳しく述べられていない。前述の説明において、本発明の徹底した理解を提供するために、一般的なラインの断面の形状や偏向ユニット数などの多数の具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明は具体的に述べられた詳細を用いずに実践可能であることが認識されるべきである。
[00056]本発明の例示的な実施形態のみ、およびその汎用性の少数の例が本開示において示されかつ図示されている。本発明は種々の他の組み合わせおよび環境を使用可能であり、また本明細書に表されている本発明の概念の範囲内の変化または修正が可能であることが理解されるべきである。
１０…システム、１２…対物レンズ、１４…レンズ内検出器、１６…外部検出器、１８…アパーチャ、２０…ウェーハ、３２〜３６…磁気偏向コイル、１０２…右内側上部表面、１０４…左内側上部表面、１０６…左内側下部表面、１０８…右内側下部表面、１１２…右外部上部表面、１１４…左外部上部表面、１１６…左外部下部表面、１１８…右外部下部表面、１３２…右内側上部表面、１３４…左内側上部表面、１３６…左内側下部表面、１３８…右内側下部表面、１４２…右外部上部表面、１４４…左外部上部表面、１４６…左外部下部表面、１４８…右外部下部表面。
Claims (14)
- カラムを介して光軸に沿って伝搬するように一次電子ビームを向けるステップと、
前記一次電子ビームが内側レンズ検出器を回り込んで伝搬するように、前記一次電子ビームを偏向して、前記一次電子ビームの伝搬方向に関して内側レンズ検出器の上流側で前記一次電子ビームを前記光軸から遠ざけて、そして前記一次電子ビームの伝搬方向に関して前記内側レンズ検出器の下流側で前記光軸に沿って伝搬するように前記一次電子ビームを戻し、前記一次電子ビームをオブジェクトに衝突させて、前記オブジェクトからの前記一次電子ビームの反射および散乱の少なくとも１つの結果として得られる電子を生成するステップと、
前記生成された電子の第１の部分を複数のレンズ内検出器によって検出するステップと、
実質的な静電界を導入することによって、初期軌跡が前記光軸にほぼ一致する前記生成された電子の第２の部分の軌跡を、内側レンズ検出器アセンブリに方向付けるステップと、
前記生成された電子の第２の部分を、前記内側レンズアセンブリによって検出するステップと、
を備える方法。 - 実質的な静電界を導入するステップが、前記オブジェクトと前記カラムの第１の部分間の第１の電圧電位差を導入する工程と、前記カラムの第２の部分と前記オブジェクト間の第２の電圧電位差を導入する工程と、を備える、請求項１に記載の方法。
- 前記カラムの前記第１の部分が前記第２の部分より下方に位置決めされており、前記第１の電圧電位差が前記第２の電圧電位差よりも小さい、請求項２に記載の方法。
- 検出信号を処理して、欠陥またはプロセスバリエーションについての指示を提供するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記実質的な静電界を変更して、前記レンズ内検出器および前記内側レンズ検出器の１つ以上の収集ゾーンを改めるステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
- 前記オブジェクトの被検査エリアが前記実質的な静電界内に位置決めされる、請求項１に記載の方法。
- 検出された電子が、高アスペクト比のホールの下部部分からの電子を含む、請求項１に記載の方法。
- カラムを介して光軸に沿って伝搬するように一次電子ビームを向ける手段と、
前記一次電子ビームが内側レンズ検出器を回り込んで伝搬するように、前記一次電子ビームを偏向して、前記一次電子ビームの伝搬方向に関して内側レンズ検出器の上流側で前記一次電子ビームを前記光軸から遠ざけて、そして前記一次電子ビームの伝搬方向に関して前記内側レンズ検出器の下流側で前記光軸に沿って伝搬するように前記一次電子ビームを戻し、前記一次電子ビームをオブジェクトに衝突させて、当該オブジェクトからの前記一次電子ビーム反射および散乱の少なくとも１つの結果として得られる電子を生成する手段と、
前記生成された電子の第１の部分を検出する複数のレンズ内検出器と、
実質的な静電界を導入することによって、初期軌跡が前記光軸にほぼ一致する前記生成された電子の第２の部分の軌跡を、内側レンズ検出器アセンブリに方向付ける手段と、
前記生成された電子の第２の部分を検出するための内側レンズ検出器アセンブリと、
を備えるシステム。 - 前記カラムが、第１の電圧レベルと関連した第１の部分と、第２の電圧レベルと関連した第２の部分とを備える、請求項８に記載のシステム。
- 前記カラムの前記第１の部分が前記第２の部分より下方に位置決めされている、請求項９に記載のシステム。
- 前記実質的な静電界を変更して、前記レンズ内検出器および前記内側レンズ検出器の１つ以上の収集ゾーンを改めるように更に適合された、請求項８に記載のシステム。
- 前記オブジェクトの被検査エリアが前記実質的な静電レンズ内に位置決めされる、請求項８に記載のシステム。
- 前記一次電子ビームと前記被検査エリア間に傾斜を導入することが更に可能な、請求項１２に記載のシステム。
- 前記生成された電子が、高アスペクト比のホールの下部部分からの電子を含む、請求項１２に記載のシステム。
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