JP5934501B2 - 走査電子線装置およびそれを用いた寸法計測方法 - Google Patents
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Description
第1の方法をとる、すなわち、WDを延長すると、低加速電圧時に色収差と球面収差が増えて分解能が劣化し、パターンの寸法計測精度も劣化する。
第1の障害は、ヒステリシス、すなわち、磁気履歴の磁界強度への影響が強くなることである。この場合、レンズ強度も履歴に影響されることになり、励磁電流が分かっても、レンズ強度が分からない。レンズ強度が分からないと、像の倍率を決めることができず、パターンの寸法計測は不可能である。なお、励磁電流を変えるたびに対物レンズを消磁すれば、この障害を避けることができるが、加速電圧が大きく、ヒステリシスの強い場合には、消磁に要する時間が長くなり、寸法自動計測のスループットは著しく低下する。
ブランキング電極4は、これに電圧を印加することにより、電子線17を曲げ、不要時に電子線の照射をとめるためのものであり、印加する電圧は正でも負でもよい。不要時に電子線の照射をとめることにより、電子線照射によるウエハ16の帯電、汚染、シュリンクが低減できる。なお、ブランキング電極4は、コイルに電流を印加し、磁界により電子線を曲げることによって代替できる。
以上で、装置の構成と各部の働きの説明を終わる。
加速電圧10kV以下では、ウエハ16の高さ変動に対応したフォーカスの粗調整も精調整も、対物レンズ7の励磁電流調整による電磁フォーカスを用いる。ステージ9の昇降によりWDを調整する機械フォーカスは用いない。ステージ9を昇降するのは、図7において加速電圧を30kVから3kVに変更した後のように、加速電圧の変更に伴い標準WDが変わったときだけである。
以上で、本発明を適用しない2つの場合の説明を終わる。
以上で、一枚のウエハの処理の説明を終わる。
例えば10kV以下の低加速電圧領域においては、図7に示されるようにWDを短い値に設定し、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整および精調整を対物レンズの励磁電流調整による電磁フォーカスにより行う。低加速電圧時にWDを短縮することにより、色収差と球面収差を減らし、低加速電圧時の分解能の劣化を防ぐことができ、ウエハの孔や溝の上部を高精度で計測することができる。
例えば10kV以上の高加速電圧領域においては、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整をステージの昇降によりWDを調整する機械フォーカスにより行う。また、フォーカスの精調整をリターディング電圧の調整による静電フォーカスにより行う。フォーカス調整手段として対物レンズの励磁電流調整による電磁フォーカスを用いないことにより、フォーカス粗調整のための励磁連流変更が不要となり、励磁電流変更によるヒステリシスの影響を避けることができ、ウエハの孔や溝の底部を短時間かつ精度良く計測することができる。
例えば20kV以上の更に高加速電圧領域においては、図7に示されるように、WDを伸ばして、励磁コイルが磁気飽和しない励磁電流とすることにより、磁気飽和の影響を避けることができ、ウエハの孔や溝の底部が計測できなくなるという障害を除くことができる。
2 コンデンサレンズ
3 絞り
4 ブランキング電極
5 偏向器
6 ブースティング電極
7 対物レンズ
8 リターディング電極
9 ステージ
10 ステージ昇降機
11 二次電子検出器
12 ウエハ高さセンサ
13 光源
14 画像処理ユニット
15 制御部
16 ウエハ
17 電子線
18 初期加速電圧
19 リタ−ディング電圧
20 ブースティング電圧
21 偏向信号
22 ブランキング電極の印加電圧
23 励磁電流
24 二次電子
25 対物レンズ昇降機
26 光源
27 対物レンズ高さセンサ。
Claims (15)
- 電子源と、前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器と、前記電子線を収束する対物レンズと、リターディング電極と、ウエハを設置するステージと、制御部とを有し、前記電子線をウエハに照射しウエハから発生する二次電子を検出することによりウエハのSEM画像を得る走査電子線装置において、
前記ステージまたは前記対物レンズを昇降可能とし、
前記制御部は、電子線の加速電圧の低加速電圧領域では、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を前記対物レンズの励磁電流調整による電磁フォーカスにより行い、高加速電圧領域では、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を、前記ステージまたは前記対物レンズの昇降による機械フォーカスにより行うようにした走査電子線装置。 - 請求項1に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、
電子線の加速電圧の低加速電圧領域では、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの精調整を前記対物レンズの励磁電流調整による電磁フォーカスにより行い、
高加速電圧領域では、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの精調整を、前記リターディング電極に加えるリターディング電圧の調整による静電フォーカス、ブースティング電極に加えるブースティング電圧の調整による静電フォーカス、または、前記電子源の初期加速電圧の調整による静電フォーカスにより行うようにした走査電子線装置。 - 請求項2に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、ウエハへの電子線の加速電圧に応じて電子線の焦点高さとウエハ表面高さの差分を制御する手段を自動的に選択することを特徴とする走査電子線装置。 - 請求項1に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、ウエハへの電子線の加速電圧に応じて、前記ステージまたは前記対物レンズを昇降することにより、ウエハの表面と対物レンズの下端との距離で表されるワーキングディスタンス(WD)を設定することを特徴とする走査電子線装置。 - 請求項1に記載の走査電子線装置において、
前記ステージに設置したウエハの高さを計測するためのウエハ高さセンサを備える走査電子線装置。 - 電子源と、前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器と、前記電子線を収束する対物レンズと、リターディング電極と、ウエハを設置するステージと、制御部とを有し、前記電子線をウエハに照射しウエハから発生する二次電子を検出することによりウエハのSEM画像を得る走査電子線装置において、
前記ステージまたは前記対物レンズを昇降可能とし、
前記制御部は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を、前記ステージまたは前記対物レンズの昇降による機械フォーカスにより行い、
前記ステージに設置したウエハの高さを計測するためのウエハ高さセンサと、前記対物レンズの高さを測定するための対物レンズ高さセンサを備える走査電子線装置。 - 請求項5に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、ウエハへの電子線の加速電圧に応じたウエハの標準高さデータを有し、前記ウエハ高さセンサを用いて測定したウエハの高さと標準高さとの高さ誤差を前記昇降可能なステージで低減する際の目標誤差データを有し、加速電圧に応じて前記目標誤差データの値が異なることを特徴とする走査電子線装置。 - 請求項5に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、ウエハへの電子線の加速電圧に応じたウエハの標準高さデータを有し、前記ウエハ高さセンサを用いて測定したウエハの高さと標準高さとの高さ誤差を前記昇降可能なステージで低減する際の目標誤差データを有し、少なくとも1つの高い加速電圧での前記目標誤差データの値が加速電圧の低い領域での許容値データの値より小さいことを特徴とする走査電子線装置。 - 電子源と、前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器と、前記電子線を収束する対物レンズと、リターディング電極と、ウエハを設置するステージと、制御部とを有し、前記電子線をウエハに照射しウエハから発生する二次電子を検出することによりウエハのSEM画像を得る走査電子線装置において、
前記ステージに設置したウエハの高さを計測するためのウエハ高さセンサを備え、
前記ステージまたは前記対物レンズを昇降可能とし、
前記制御部は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を、前記ステージまたは前記対物レンズの昇降による機械フォーカスにより行うようにすると共に、ウエハへの電子線の加速電圧に応じたウエハの標準高さデータを有し、前記ウエハ高さセンサを用いて測定したウエハの高さと標準高さとの高さ誤差を昇降可能なステージで低減する際の目標誤差データを有し、高さ誤差が前記目標誤差データの値以下である場合、加速電圧の低い領域では高さ誤差に従って電磁レンズの強度を設定し、加速電圧の高い領域では高さ誤差に従って静電レンズの強度を設定することを特徴とする走査電子線装置。 - 電子源と、前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器と、前記電子線を収束する対物レンズと、リターディング電極と、ウエハを設置するステージと、制御部とを有し、前記電子線をウエハに照射しウエハから発生する二次電子を検出することによりウエハのSEM画像を得る走査電子線装置において、
前記ステージまたは前記対物レンズを昇降可能とし、
前記制御部は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を、前記ステージまたは前記対物レンズの昇降による機械フォーカスにより行うようにし、
前記ステージを昇降させた際の前記ステージとの接触の有無に基づいてステージ高さを調整するストッパーを設けた走査電子線装置。 - 請求項6に記載の走査電子線装置において、
前記制御部は、ウエハへの電子線の加速電圧に応じた前記対物レンズの標準高さデータを有し、前記対物レンズ高さセンサを用いて測定した前記対物レンズの高さと標準高さとの高さ誤差を昇降可能な対物レンズで低減する際の目標誤差データを有し、高さ誤差が前記目標誤差データの値以下である場合、加速電圧の低い領域では高さ誤差に従って電磁レンズの強度を設定し、加速電圧の高い領域では高さ誤差に従って静電レンズの強度を設定することを特徴とする走査電子線装置。 - 電子源と、前記電子源から放出された電子線を偏向する偏向器と、前記電子線を収束する対物レンズと、リターディング電極と、ウエハを設置するステージと、制御部とを有し、前記電子線をウエハに照射しウエハから発生する二次電子を検出することによりウエハのSEM画像を得る走査電子線装置を用いた寸法計測方法であって、
加速電圧を変化させてSEM画像を取得する際に、
ウエハの孔や溝の上部を計測するために低加速の電子線を用いる場合は、ウエハの表面と対物レンズの下端との距離で表されるワーキングディスタンス(WD)を短縮して画像を取得し、
ウエハの孔や溝の底部を計測するために高加速の電子線を用いる場合は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整を、前記ステージまたは前記対物レンズの昇降により前記ワーキングディスタンス(WD)を調整する機械フォーカスにより行って画像を取得し、
得られたSEM画像から、ウエハの孔や溝の上部および底部の寸法を計測することを特徴とする走査電子線装置を用いた寸法計測方法。 - 請求項12に記載の走査電子線装置を用いた計測方法において、
ウエハの孔や溝の上部を計測するために低加速の電子線を用いる場合は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの粗調整および精調整を前記対物レンズの励磁電流調整による電磁フォーカスにより行うことを特徴とする走査電子線装置を用いた寸法計測方法。 - 請求項12に記載の走査電子線装置を用いた計測方法において、
ウエハの孔や溝の底部を計測するために高加速の電子線を用いる場合は、ウエハの高さ変動に対するフォーカスの精調整を前記リターディング電極に加えるリターディング電圧の調整による静電フォーカス、ブースティング電極に加えるブースティング電圧の調整による静電フォーカス、または、前記電子源の初期加速電圧の調整による静電フォーカスにより行うことを特徴とする走査電子線装置を用いた寸法計測方法。 - 請求項12に記載の走査電子線装置を用いた計測方法において、
ウエハの孔と溝の底部を計測するために高加速の電子線を用いる場合、ウエハを設置した前記ステージまたは前記対物レンズの昇降により前記ワーキングディスタンス(WD)を伸ばして、励磁コイルが磁気飽和しない励磁電流で画像を取得することを特徴とする走査電子線装置を用いた寸法計測方法。
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