JP6117778B2

JP6117778B2 - マルチコラム電子ビーム装置および方法

Info

Publication number: JP6117778B2
Application number: JP2014518925A
Authority: JP
Inventors: カシャヤーシャドマン; ロバートジーヘインズ; クリストファーエムシアーズ; メヘラーンナセル−ゴドスィ
Original assignee: KLA Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN103703536B; EP2727129A2; WO2013003371A3; US20130001418A1; EP2727129B1; WO2013003371A2; CN103703536A; EP2727129A4; US8455838B2; JP2014521193A

Description

関連出願の相互参照
本願は、ＫｈａｓｈａｙａｒＳｈａｄｍａｎらの発明者により、２０１１年６月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／５０２，４９９号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般にマルチ電子ビームの生成およびその使用に関する。

電子ビーム機器は、製造基板の自動検査および検査に使用する器具を備える。また電子ビーム機器は、電子ビーム描画システムおよび電子ビーム技術を使用する他の機器も備える。

単電子ビームのシステムは、所望の処理能力を高解像度で達成するために非常に高いビーム電流を必要とするので、製造基板の高解像度検査などの用途に使用する場合の動作速度が遅い。Ｎ本のビームを有するマルチビームシステムは、検査システムの処理能力（速度）をＮ倍に向上させることができる。単電子ビームシステムは、本質的に隣接した電子光学コラムの間のクロストークの悪影響を受けない一方で、並列システムは隣接コラムの間のクロストークに対処しなければならない。

米国特許第７２１４９５１号

マルチ電子ビームを生成する従来の機器は、一般に純粋な静電素子を利用する。しかし、これらの従来の機器は、通常、実質的な収差を生じやすい。

開示の一実施形態は、領域に大規模磁界を提供するように配置された電磁石を含む装置に関する。装置には、磁性材料を通るボアのアレイを使用して当該領域に形成されたマルチ電子ビームコラムのアレイがさらに含まれる。

別の実施形態は、電子ビームのアレイを生成する方法に関する。少なくとも２つの磁極片（磁極）を使用して、領域に大規模磁界を発生させる。電子ビームのアレイを、領域間に位置する磁性材料を通るボアを使用して形成されたコラムのアレイを使用して生成する。

別の実施形態は、電子ビームコラムのアレイに関する。電子ビームコラムのアレイを、大規模磁界に位置する磁性材料を使用して形成する。ボアのアレイを、磁性材料を通して提供する。電子源のアレイを提供することで、各源が対応するボアの一端の中に電子を放出するように構成される。加えて、マルチ電極を各ボア内に配置する。

他の実施形態、態様および特徴も開示される。

本発明の一実施形態に係るマルチコラム電子ビーム装置の断面図である。本発明の一実施形態に係る、磁束バイパスプレート内に形成されたシングルマイクロコラムの断面図である。本発明の一実施形態に係るマルチコラム電子ビーム装置の代替構成の断面図である。本発明の一実施形態に係る自動検査方法のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る電子ビーム描画方法のフローチャートである。

本開示は、大規模（グローバルな）磁界をコラムのアレイによって使用されるマルチレンズ領域に変換して、クロストークなしに同時に多くの電子ビームの焦点を合わせる新規の設計を提供する。大規模磁界は、マルチ電子ビームを生成する領域に亘って実質的に均一であるように生成される。

本明細書に開示したように、磁性材料のブロックを通るボアのアレイを備える材料の磁性ブロックを大規模磁界に埋込させることによって、マルチレンズ領域を生成してもよい。ボアの場所は、コラムの場所を画定する。大規模Ｂ領域がボアにいずれかの端部から入ると、大規模Ｂ領域は低下し、それによって２つのレンズ（１つは端部で発生源に向き、１つは端部でターゲット基板に向いている）を生成する。加えて、Ｂ領域はウェハから放射された二次電子を効果的に包含し、二次電子を検出されるように各コラムの後で上にスイープできる。隣接したコラムに流出する電子に起因する信号混入は無視できる。

各コラム内の静電素子は、様々な検査を使用する場合に対して、入射エネルギーおよび引出領域を変えながら、電子ビームをラスターする機能を提供する。コラム間の走査は同時でもよく、スワス内のウェハ領域を覆うように、単一方向に沿ってステージの移動方向に垂直に実行してもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るマルチコラム電子ビーム装置１００の断面図である。装置１００は、大規模の（グローバルの）磁気回路のための電磁石を含む。電磁石は、磁気ヨーク１０２の周囲に巻回された導電コイル１０３を含んでもよく、上部磁極片（磁極）１０６と下部磁極片（磁極）１０８との間の領域に大規模磁界（Ｂ領域）を生成するように構成されてもよい。ヨーク１０２の周囲の導電コイル１０３の１つの位置が、図１に示した実施形態に示されていることに留意されたい。導電コイル１０３を代替的実施形態において他の位置に配置してもよい。

大規模Ｂ領域１０４は、上部磁極１０６と下部磁極１０８との間の領域内でマルチコラムアレイ１１０の存在なしに均一（均一）であるように構成される。マルチコラムアレイ１１０を大規模Ｂ領域１０４の領域内に配置してもよい。

アレイ１１０内の各コラムに対してレンズ領域を生成するように、大規模Ｂ領域１０４を摂動するマルチボア１１３を備える磁束バイパスプレート１１２を使用して、マルチコラムアレイ１１０が形成されてもよい。レンズ領域は、大規模Ｂ領域１０４が各ボア１１３の各端部に入ると大規模Ｂ領域１０４の低下に起因して、各ボア１１３の両端部に形成される。磁束バイパスプレート１１２を、例えば電磁鋼から作成してもよい。

磁束バイパスプレート１１２は、単一のモノリシックプレートであってもよい。別法として、磁束バイパスプレート１１２は、上部および下部に異なる電圧を印加できるために、２つのプレート（上部および下部）を使用して形成されてもよい。別の代替手段として、磁束バイパスプレート１１２を、個々のボア１１３の電圧を調整できるために、ｘｙ（水平）寸法に分割してもよい。

個々の電子ビームを生成し、個々の電子ビームの焦点を合わせるために、マイクロコラムとして各ボア１１３を使用するようにさらに構成要素を含む。これらの構成要素は、電子源１１４および各ボア１１３に隣接するように配置されたマルチコラム素子１１６を含む。これらの構成要素の例示的実施形態を、図２に示した個々のマイクロコラムの実施形態に関連して以下に説明する。

コラムアレイ１１０は、マルチ電子ビームの焦点をボア１１３の底端部の下に位置付けされた半導体ウェハ１１８（もしくはレチクル、または他の基板）の表面に個別に合わせるように構成される。コラムアレイ１１０は、電子ビームコラムの二次元アレイを含んでもよく、この場合、各コラムを、ボア１１３の中および周囲に適切な構成要素を配置することによって形成されてもよい。

ターゲットウェハ（またはレチクルもしくはマスクなどの他の製造基板）１１８は、可動ステージ１２０によって保持されてもよい。図１では、ステージ１２０を、このページの板に垂直方向にコラムアレイ１１０の下でウェハ１１８が動くように構成してもよい。例示的実施形態では、ステージ１２０を下部ヨーク１０２の上で可動に担持するように、クロスローラベアリングを使用するように構成してもよく、下部ヨーク１０８の上のステージ１２０の高さは調整可能であってもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る、磁性材料２３０内に形成されたシングルマイクロコラムの断面図である。磁性材料２３０は、図１の実施形態における磁束バイパスプレート１１２の磁性材料であってもよく、または図３（以下に説明する）の実施形態における極片３０２の磁性材料であってもよい。マイクロコラムを、ボア１１３をコラムの光軸２１０に沿って下に移動させる電子ビームを生成するように構成してもよい。図に示すように、マイクロコラムの構成要素は、エミッタ２０１、引出孔部２０２、抵抗ライナー２０４、ガンレンズ電極２０６、接地電極２０８、コラム孔部２１２、１つ以上の補助電極２１４、および引出電極２１６を含んでもよい。

一実施形態では、磁性材料２３０を通るボア１１３は円筒形であってもよく、長さ９．５ｍｍおよび直径０．５ｍｍであってもよい。他のボアの寸法が、他の実施形態において実施されてもよい。ボア１１３は対称である必要はなく、入口および出口の穴のサイズが異なってもよいことに留意されたい。

電子源１１４は、高い負電圧Ｖエミッタが印加されるエミッタ２０１を有してもよい。引出孔部２０２は、その中に開口を備える電極を含んでもよく、それに印加する電圧Ｖ引出を有してもよく、これはエミッタ２０１から電子を引き出すようにＶエミッタに対して正圧である。引出電圧は、引き出された電子の所望の電流および角度強度を提供するように設定されてもよい。

抵抗ライナー２０４をボア１１３の周囲に配置してもよい。抵抗ライナー２０４を使用して、電極（２０２、２０６、２０８、２１４および２１８）の領域を磁性材料２３０上の電位から遮蔽してもよい。

磁性材料２３０上の電圧を動作モードによって決定される電位に設定してもよい。一実施形態では、磁性材料２３０上の電圧を、ターゲットウェハ（または他の製造基板）１１８において電荷制御するための抑制器として作用するように設定してもよい。

ガンレンズ電極２０６は、上部コラム内のボア１１３の一部の周囲に配置された１つ以上の電極を含んでもよい。ガンレンズ電極２０６は、電子を電子ビームに凝集するようにガンレンズ電極に印加された電圧Ｖガンを有してもよい。

接地電極２０８を、ガンレンズ電極２０６の下のボア１１３の一部の周囲に配置してもよい。接地電極２０８を装置の電気接地に導電接続してもよい。したがって、接地電極は、エミッタ２０１より高い（より正圧）Ｖエミッタの電位である。それゆえ、マイクロコラムの光軸２１０を下に移動する電子ビームの電子は、電子が接地電極２０８を通過すると約ｅＶエミッタのエネルギーを有する。また接地電極２０８は、コラム孔部２１２を通る電子ビームを中央に集めるように作用する中央偏向器として機能してもよい。

例えば、Ｖエミッタは、ビームエネルギーｅＶエミッタが３キロ電子ボルト（３ｋｅＶ）であるように、マイナス３キロボルト（３ｋＶ）であってもよい。異なる電圧をエミッタに印加することによって、他のビームエネルギーを発生してもよい。電極（２０６と２０８と）の間の電極間領域を閾値電界強度より低く維持するために、ガンレンズ電極２０６と接地電極２０８を離間してもよい。一実施形態では、例えば、電極（２０６と２０８と）の間の電位差が約３ｋＶである場合は、電極間領域を閾値電界強度４ｋＶ／ｍｍより低く維持するために、電極（２０６および２０８）は３ｋＶ／０．７５ｍｍ＝４ｋＶ／ｍｍであるので、少なくとも０．７５ｍｍだけ離間されるはずである。他の実施形態では、電極間領域を適切な電極間隔だけ他の閾値電界強度より低く維持してもよい。

コラム孔部２１２を接地電極２０８の下の光軸２１０の周囲に配置してもよい。コラム孔部２１２は、電子ガンに関する構成要素を含む上部コラムを、ビーム偏向に関する構成要素および磁気対物レンズを含む下部コラムから離間する。

補助電極２１４は、コラム孔部２１２の下のボア１１３の一部の周囲に配置された１つ以上の電極を備えてもよい。一実施形態では、２つの補助電極２１４を、各ボア１１３内に使用してもよい。抵抗ライナー２０４を使用して、補助電極２１４の領域を磁束バイパスプレート１１２上の電位から遮蔽してもよい。補助電極２１４は、それに適切な電圧を印加して電子ビーム内の収差を低減し得る、第１の静電構成要素として機能してもよい。

引出電極２１６は、補助電極２１４の下のボア１１３の一部の周囲に配置された１つ以上の電極を備えてもよい。抵抗ライナー２０４を使用して、引出電極２１６の領域を中央ヨーク１１２の磁極片上の電位から遮蔽してもよい。引出電極２１６は、それに適切な電圧を印加して電子ビーム内の収差を低減し得る、第２の静電構成要素として機能してもよい。一実施形態では、補助電極２１４および引出電極２１６を離間して、電極間電界強度を上述の閾値電界強度より低く維持してもよい。

製造基板１１８は、マイクロコラムを画定するボア１１３の底端部を包囲する磁性材料２３０の下にＷＤの距離をとるように配置されてもよい。一実施形態では、ＷＤは、磁性材料２３０と製造基板１１８との間の電界強度を、上述の閾値電界強度より低く維持するのに充分な長さである。

図１に関して上に記載したように、磁性材料２３０および製造基板１１８を大規模Ｂ領域１０４内に埋込させる。大規模Ｂ領域１０４内にボア１１３の底端部を包囲する磁性材料２３０が存在することにより、大規模Ｂ領域１０４がボア１１３の底端部に近づくと、大規模Ｂ領域１０４が効果的に低下する。得られるＢ領域は、電子ビームの焦点をウェハ１１８の表面に合わせる対物磁気レンズを効果的に形成する。

一実施形態では、マイクロコラムを電子ビーム撮像に使用するように構成してもよい。この場合、検出器２１８をマイクロコラム内に提供してもよい。検出器２１８をＰＩＮダイオード検出器として実装してもよく、コラム孔部２１２の下に位置付けてもよい。この実施形態では、対物磁気レンズを形成する得られるＢ領域も、ウェハ１１８から放射される二次電子を含むように作用する。これによって、二次電子をマイクロコラムのボア１１３を通って検出器２１８に向かって上に戻すことができる。

別の実施形態では、マイクロコラムを、電子ビーム描写に使用するように構成してもよい。この場合、ブランキングプレート２２０をマイクロコラム内に提供してもよい。電子ビームを制御可能に遮断する（ブランクにする）ように、ブランキングプレート２２０がコラム孔部２１２を覆うように電子的に作動させてもよい。ブランキングステップが画像（描写）面でビーム位置のずれを誘発しないように、各ブランキングプレートを位置付けるものとする。（この特定な機能は、コンジュゲートブランキング（ＣｏｎｊｕｇａｔｅＢｌａｎｋｉｎｇ）と呼ばれる。）個々のピクセルを制御して電子ビーム描画機器によって書き込まれるように、装置内の各ブランキングプレート２２０を個別に制御可能であってもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るマルチコラム電子ビーム装置３００の代替構成の断面図である。図に示すように、図１の装置１００と比較して、図３の装置３００は、大規模磁界を生成する電磁石に対して磁極片の異なる配置を有する。

図に示すように、磁極片は、中央（上部）磁極片３０２、ヨーク３０４、および底部（下部）磁極片３０６を含む。図２に関して上述したマイクロコラムは、中央磁極片３０２内に実装される。したがって、図３の中央磁極片３０２は、図１における上部磁極片１０６および磁束バイパスプレート１１２の両方と同様の機能を提供する。中央磁極片３０２の周囲のコイル３０３は、電磁石に励起を提供する。

図４は、本発明の一実施形態に係る自動検査方法４００のフローチャートである。図４の方法４００を、例えば上述の装置を使用して実施してもよい。

ブロック４０２において、グローバルな磁気回路により均一な磁界を発生してもよい。ブロック４０４において、グローバルな磁気回路内の磁性材料において実施された、マイクロコラムを備える均一な磁界を摂動してもよい。磁性材料は、例えば図１に関して上述したような磁束バイパスプレート、または図３に関して上述したような磁極片であってもよい。

続いて、ブロック４０６において、電子ビームをマイクロコラムの一端に発生し、ブロック４０８において、マイクロコラムを使用して電子ビームの焦点を移動するターゲットウェハ（または製造基板）に合わせる。

次いでブロック４１０において、マイクロコラム内に実装された検出器を使用して二次電子を検出してもよい。最後にブロック４１２において、ウェハの欠陥を検査する目的で二次電子データを処理してもよい。

図５は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム描画方法５００のフローチャートである。例えば、上述の装置を使用して図５の方法５００を実施してもよい。

ブロック５０２において、グローバルな磁気回路により均一の磁界を発生してもよい。ブロック５０４において、グローバルな磁気回路内の磁性材料において実施されたマイクロコラムを備える均一な磁界を摂動してもよい。磁性材料は、例えば、図１に関して上述したような磁束バイパスプレート、または図３に関して上述したような磁極片であってもよい。

ブロック５０６において、マイクロコラムに対してブランキングプレートを使用して、電子ビームの動的変化パターンを発生してもよい。最後にブロック５０８において、マイクロコラムを使用して、電子ビームの動的変化パターンの焦点を移動するターゲットウェハに合わせてもよい。

上記の図は必ずしも一定の縮尺ではなく、例示を意図するものであり、特定の実施形態に限定するものではない。上の説明において、多数の具体的な詳細は、本発明の実施形態を完全に理解されるために提供されている。しかし、本発明の示された実施形態の上の説明は、全てを網羅すること、あるいは本発明を開示されたそのままの形態に限定することを意図しない。１以上の具体的な詳細なしに、または他の方法、構成要素等を含んで本発明を実行できることが当業者には理解されよう。場合により、周知の構造または作動は、本発明の態様が不明瞭にならないために詳細に示されていない、または記載されていない。本発明の具体的な実施形態および本発明に対する例が例示目的で本明細書に記載されているが、当業者には理解されるように、様々な同等の修正形態が本発明の範囲内で可能である。

上の詳述を考慮して、本発明に変更を行うことができる。以下の特許請求の範囲に使用される用語は、本発明を本明細書および特許請求の範囲に開示された具体的な実施形態に限定すると解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されるべきであり、以下の特許請求の範囲は、特許請求の範囲の解釈の確立された理論に従って解釈されるべきである。

Claims

領域に大規模磁界を提供するように配置された電磁石と、
磁性材料を通るボアのアレイを使用して前記領域に形成されるマルチ電子ビームコラムのアレイとを備え、
前記マルチ電子ビームコラムの電子ビームコラムは、ボア内に形成されたマルチ電極を備え、
前記電子ビームコラムは、
前記コラムの上部を前記コラムの下部から分離するコラム孔部をさらに備え、
前記マルチ電極は、前記コラムの前記上部内のガンレンズ電極および接地電極を含み、
前記ガンレンズ電極は、電子を電子ビームに凝集するように構成され、
前記接地電極は、前記電子ビームが前記コラム孔部を通過するように、前記電子ビームを中央に集めるように構成される、
装置。
前記領域は、前記電磁石の少なくとも２つの磁極片の間にある、請求項１に記載の装置。
ボアの前記アレイは、前記少なくとも２つの磁極片の間の磁束バイパスプレートを通過する、請求項２に記載の装置。
前記電磁石の第１および第２の磁極片をさらに備え、ボアの前記アレイは前記第１の磁極片を通過する、請求項１に記載の装置。
ウェハ、マスク、ＥＵＶマスク、またはマルチ電子ビームコラムの前記アレイの下に実質的に限定された厚さの他の平坦な基板を維持するように構成された可動ステージをさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記電子ビームコラムは、エミッタを含む電子源および前記エミッタから電子を引き出すようにそれに印加する電圧を有する引出孔部を備える、請求項１に記載の装置。
前記電子ビームコラムは、前記ボアと前記マルチ電極との間に抵抗ライナーをさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記マルチ電極は、前記コラムの前記下部内に少なくとも１つの補助電極および引出電極をさらに備え、さらに前記少なくとも１つの補助電極は、前記電子ビームの第１の偏向を提供するように構成され、前記引出電極は前記電子ビームの第２の偏向を提供するように構成される、請求項１に記載の装置。
前記電子ビームコラムは、二次電子を検出するように構成され、前記ビームを制限的な発散ビームトレースを通して画定するように構成される検出器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
前記電子ビームコラムは、前記電子ビームが前記コラムの前記下部に入るのを遮断するために作動するように構成された、ブランキングプレートをさらに備える、請求項１に記載の装置。
大規模磁界に位置付けされた磁性材料と、
前記磁性材料を通るボアのアレイであって、ボアの前記アレイ内の各ボアは第１および第２の端部を有する、ボアのアレイと、
電子源のアレイであって、電子源の前記アレイ内の各源は、電子をボアの前記アレイ内の対応するボアの前記第１の端部の中に放射するように構成される、電子源のアレイと、
ボアの前記アレイの各ボア内に配置されたマルチ電極とを備え、
前記磁性材料は、前記大規模磁界を形成する２つの磁極の間に磁束バイパスプレートを備える、
電子ビームコラムのアレイ。
各ボアの前記第１の端部における開口のサイズは、前記第２の端部における開口のサイズと異なる、請求項１１に記載の電子ビームコラムのアレイ。
前記磁性材料は、前記大規模磁界を形成する２つの磁極のうちの１つを備える、請求項１１に記載の電子ビームコラムのアレイ。
電子ビームのアレイを生成する方法であって、
少なくとも２つの磁極を用いて領域内に大規模磁界を生成し、
磁性材料を通るボアを使用して前記領域内に形成されるコラムのアレイを用いて電子ビームのアレイを生成することであり、電子ビームのアレイの電子ビームは、前記磁性材料を通るボア内部に形成されるマルチ電極を使用して生成され、コラムの孔部は、コラムの上部をコラムの下部から分離するために使用され、前記マルチ電極は、ガンレンズ電極及び接地電極を含み、前記ガンレンズ電極は、電子を電子ビームに凝集するように構成され、前記接地電極は、前記電子ビームが前記コラム孔部を通過するように、前記電子ビームを中央に集めるように構成される、
方法。
可動ステージ上でコラムのアレイの下に製造基板を維持する
請求項１４に記載の方法。
コラムのアレイのコラム内検出器を用いて半導体ウェハから放出された二次電子を検出する
請求項１５に記載の方法。
電子ビームのアレイの電子ビームを選択的に遮断して前記製造基板の層にパターンを書き込む
請求項１５に記載の方法。