JP6255047B2 - 異物付着防止機能を備えた電子線検査装置及び方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の異物付着防止機構では、例えば100nm以下の微小なパーティ
クル等の異物が試料表面へ付着することを防止することが困難であった。特に、真空チャンバ内のステージ等に試料が設置されて電子線検査装置によって試料表面の検査等が行われている場合、装置自体からのパーティクル等の異物の発生を抑制することについて何ら考慮されていなかった。
加えて、特に開放欠陥については、開放欠陥が存在する部位の画像が、正常部位の画像よりも濃くなる(より黒くなる)場合と薄くなる(より白くなる)場合とがある。このため、欠陥の検出や欠陥の種類を分類することが極めて困難であるという問題があった。
試料面を観察する試料面観察方法であって、試料面画像における絶縁材料と導電性材料との輝度を等しくした状態で、電子ビームを試料面に照射することで絶縁材料と導電性材料以外の部分を容易かつ確実に検出することとし、さらに、試料面画像における絶縁材料及び導電性材料の輝度と異なる輝度の点を、試料面の開放欠陥として検出することで、開放欠陥を容易かつ確実に検出することを可能とする試料面観察方法が開示されている。
したがって、本発明の第2の目的は、上記した第1の目的を達成しつつ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易なものとする試料観察方法及び装置、並びにそれらを用いた試料検査方法及び装置を提供することにある。
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとNA(開口数)を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
前記ステージに配置される試料に第1電圧を印加する第1電源と、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも1つの第1電極と、
前記第1電圧と同じ極性を有し、かつ該第1電圧の絶対値以上の絶対値を有する第2電圧を、前記第1電極に印加する第2電源と
を備えていることを防止することを特徴とする電子線検査装置を提供する。
同じ極性を有し、且つ該第1電圧の絶対値以上の絶対値を有する第3電圧を前記第2電極に印加する第3電源とを備えていることが好ましい。また、前記ステージの上方に設置された間隙制御板であって、電子線を通過させる貫通孔を内部に有し、前記ステージに配置される試料の表面を覆う隙間制御板を備えていることが好ましく、さらに、前記ステージの周囲を囲繞するカバーを設けることにより、ステージに向けた塵又はパーティクルの流入を防止することが好ましい。
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとNAを規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設置された装置であって、該チャンバ内を真空状態にする過程で該真空チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該真空チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去する装置と
を備えていることを特徴とする電子線検査装置を提供する。
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとNA(開口数)を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバであって、少なくとも1つの穴が壁面に設けられているか、又は任意の電圧が印加されるメッシュ構造の平板が壁面に敷設されているチャンバと
を備えていることを特徴とする電子線検査装置を提供する。
また、電子線検査装置はさらに、試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御する電子光学系制御電源と、前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整可能とするアパーチャ調節機構とを備え、前記アパーチャ調節機構により、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにすることが好ましい。これにより、上記した第2の目的を達成することができる。すなわち、上記した第1の目的を達成しつつ、絶縁領域と導電領域が形成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易に行うことができる。
さらに、平面状の横断面を有する電子ビームを用いる場合、検出器は、EB-CCD又はEB-TDIであることが好適である。
ステージに試料を配置するステップと、
前記ステージに配置された試料に第1電圧を印加するステップと、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵するための第1電極に、試料に印加された電圧と同じ極性を有し、かつ該第1電圧の絶対値以上の絶対値を有する第2電圧を印加するステップと、
電子銃より電子ビームを放射し、該電子ビームを、一次電子光学系を介して前記ステージ上に配置された試料に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器に導き、該検出器で検出するステップと
を含むことを特徴としている。
試料をステージ上に配置するステップと、
内部に前記ステージが設置されているチャンバを真空排気するステップと、
前記チャンバ内に配置された装置により、前記チャンバ内を真空状態にする過程で該チャンバ室内に内在する気体を電離させ、該チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去するステップと、
電子銃から電子ビームを放射し、該電子ビームを一次電子光学系を介して試料上に照射するステップと、
前記電子ビームの照射により試料表面から放出された二次電子及び該試料表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を、二次電子光学系を介して検出器
に導き、該検出器で検出するステップと
を含んでいることを特徴としている。
さらに、該方法において、前記二次電子光学系は、それぞれ径が異なる複数のアパーチャを備え、前記調整するステップは、前記複数のアパーチャの1つを選択して、該選択されたアパーチャの位置を、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過するように調整するステップを含んでいることが好ましい。
図1は、本発明を適用可能な電子線検査装置の全体構成例の概略を示した図である。この電子線検査装置は、写像投影型の低加速電子ビーム装置であり、電子ビーム源310と、一次系レンズ320と、コンデンサレンズ330と、電磁場発生手段(E×B)340と、トランスファーレンズ350と、開口数(NA:Numerical Aperture)調整用のNA調整用アパーチャ板360と、プロジェクションレンズ370と、検出器400と、画像処理装置500と、観察対象となる試料200を載置するためのステージ100と、照射エネルギ設定供給部600とを備えている。
E×B340の作用により、試料表面に入射する電子ビームと、当該入射電子ビームとは逆向きに進行する試料表面から生じた電子とを、分離することができる。なお、E×Bは、ウィーンフィルタと呼んでもよい。
トランスファーレンズ350は、E×B340を通過した電子を、検出器400の方向に導くともに、NA調整用アパーチャ板360のNAアパーチャ361付近でクロスオー
バーを結ばせるための光学手段である。
できる。CCDやTDI−CCD等の二次元画像撮像型の検出器400を用い、電子ビーム源310に複数画素を含む所定の面積を照射できる面ビームを用いることにより、1箇所のビーム照射で並列撮像による広い面積の画像取得が可能となり、試料表面の観察を高速で行うことができる。なお、CCDやTDI−CCDは、光を検出して電気信号を出力する検出素子であるので、検出器400にCCDやTDI−CCDを適用する場合には、電子を光に変換する蛍光板や、電子を増倍するMCP(マイクロチャンネルプレート)を必要とするので、検出器400には、それらも含まれるようにする。
照射する前に、試料200を帯電させるために設けられる。帯電電子ビーム照射手段700は、必要に応じて設けられる。なお、試料表面を撮像する前に、該試料表面に予め電子ビームを照射すると、導電領域は帯電せずにその電位は接地電位のままであるのに対し、絶縁領域が負に帯電する。従って、これら導電領域と絶縁領域との間に、材料に応じた電位差を形成することができる。そしてこの電位差により、導電領域と絶縁領域とのコントラストを高めることができる。よって、撮像電子ビームの前に、帯電電子ビームを試料表面に照射したい場合に、帯電電子ビーム照射手段700を設ければよい。
図1の電子線検査装置は、上述したように、写像投影型の電子線検査装置であるが、SEM型の電子線検査装置も本発明の電子線検査装置として適用可能である。
回転)方向に移動可能なステージ100が設けられており、該ステージ100上には静電
チャック(図3の120)が設置されている。試料そのもの或いはパレットや冶具に設置された状態の試料は、この静電チャックによりステージ100上に載置される。
メインチャンバ1600の内部は、真空制御系1500により、真空状態が保たれるように圧力制御される。また、メインチャンバ1600、トランスファーチャンバ1610及びロードロック1620は、除振台1700上に載置され、床からの振動が伝達されないように構成されている。
〜5mmの平板で構成されている。電位を安定させたり汚染を防止したりするため、隙間制御板124として、Au,Pt,RuまたはOs等がコーティングされているものを用いることが好ましい。そして、隙間制御板124は、ステージ100がその移動領域内を移動しても、集塵電極122が隙間制御板121の外側にはみ出さない領域をカバーする大きさに設定されている。これにより、ステージ100が移動して、ステージ100に配置された試料200が真空チャンバ112内の最も偏った位置に移動した時に電界分布が崩れてパーティクルの軌道が変化することを防止して、パーティクルが試料200まで飛んできて該試料の表面に付着することを防止することができる。なお、隙間制御板124は、必ずしも必要ではない。このことは、以下の各例においても同様である。
いずれの場合にも、ステージ100上に配置された試料200を取り囲む1又は複数の全ての集塵電極122に所定の電圧が印加して集塵を行い、その後に、電子ビーム源310(図1参照)から電子ビームを発生して、ステージ100上の試料200に電子ビームが照射される。そして、これにより試料から放出された二次電子又は試料表面及びその近傍から反射されたミラー電子を、検出器400(図1参照)で検出し、画像処理装置500において画像処理が行われ、試料表面の画像が得られる。
等の異物が捕捉される確率を更に高めることができる。
異物が飛散して該表面に付着するのを防止することができる。また、パーティクルの発生源となる超音波モータ136の外側方に第2防塵カバー142を配置することで、超音波モータ136から飛散するパーティクル等の異物が真空チャンバ112の内部に飛散することを防止することができる。パーティクル等の異物の発生源から真空チャンバ112の内部にパーティクル等の異物が飛散することを防止することは、ピエゾアクチュエータ等の壁面を擦って駆動するタイプのモータ等を使用する場合に特に有効である。
そして、図示のように、ステージ100に固定した固定板154に接続されたケーブル152は、ステージ100から配線ボックス150に向けて直線状に延び、配線ボックス150に設けたスリット150aを通過して配線ボックス150の内部に達し、しかる後、下方に向けて180°屈曲して反転している。そして、上述したように、ケーブル152の他端は、配線ボックス150の内部に配置した移動板158に機械的に固定されかつ先端が端子台156に接続されている。これにより、ステージ100がX方向に移動した時、ケーブル152の配線ボックス150内の屈曲部152aのみに曲げが生じる。
なお、上記した実施形態においては、移動可能な移動板158を設けているが、ケーブル152の屈曲部52aの伸縮のみによって、ステージ100のX方向及びY方向の移動に伴うケーブル152の変動を吸収できるようにすれば、移動板の代わりに固定板を用いてケーブル52を機械的に固定してもよい。
飛散する確率をより大幅に低下させることができる。
図15に示すように、並行平板からなる電極間の平等電界中(q+=q−)では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。しかし、電界が不平等電界の場合、誘電分極によって生じた電荷によってパーティクルは飛散してしまう。また、図16に示すように、一方を平板とした一対の電極間の不平等電界中(q+≠q−)では、絶縁物から成るパーティクルが存在すると、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極して飛散するが、図17に示すように、一方を平板とした一対の電極間の平等電界中(q+=q−)では、絶縁物から成るパーティクルが存在しても、そのパーティクルは電界から静電誘導にて分極するが飛散することはない。
留するパーティクル等の異物が付着することを防止することができる。
図19の実施例においては、壁体196に格子状すなわち行列状に複数の穴19aを設けているが、穴の数は1以上の任意の数であってもよく、穴の大きさは、該穴に沈殿したパーティクル等が静電シールド効果によって飛散することがないように設定すればよい。また、複数の穴を設けた場合、格子状に配列することなく、任意の配列とすることができる。
00から放出される電子のことを言う。二次電子は、試料表面に電子ビームが衝突し、試料200から放出される電子であれば、いわゆる二次電子の他、入射エネルギと反射エネルギが略等しい反射電子や、後方に散乱する後方散乱電子等を含んでよいが、「二次電子領域」において主として検出されるのは、試料200からの放出の仕方がコサイン則に従う二次電子である。
ムは試料表面に衝突して試料の内部から外部へと二次電子を放出する状態となる。ここで、ミラー電子領域と同様に、照射ビームが試料表面に対して垂直に入射した場合には、ミラー電子は試料表面に対して垂直に反射し、ミラー電子の進行方向は一定となる。一方、二次電子の方は、その放出量が試料表面の法線と放出方向(観測方向)との成す角度の余弦に比例するように、いわゆる「コサイン則」に従い、種々の方向に放出される。そして、ランディングエネルギが高くなる程(図24の右側になる程)、二次電子のミラー電子に対する割合が高くなる。
つまり、図24に示すように、ミラー電子は進行方向が一定で良好な指向性を有するが、二次電子は、コサイン則に従って種々の方向に進行し指向性は高くないことが分かる。
本発明者らが種々の実験を重ねた経験によれば、多くの場合、LEA〜LEBが、−5eV〜+5eVの範囲が好ましい範囲であることが確認されている。
すなわち電子数の差が生じないためである。
このように、二次電子とミラー電子が混在する遷移領域で試料表面の画像を取得すれば、導電材料と絶縁材料との間の材料コントラストを高めることができる。
E×B340は、電場Eと磁場Bの発生手段であり、E×B340を通過する電子は、電場によるFE=e・Eの力と、磁場によるFB=e・(v×B)の力を受ける。ここで、eは電子の電荷1.602×10−19Cであり、EおよびBはそれぞれ、電場〔V/m〕および磁場〔Wb/m2〕である。
なお、遷移領域は、二次電子とミラー電子が混在するエネルギ領域であるから、このエネルギ領域では、絶縁領域からの二次電子とミラー電子の電子軌道は何れも、シフトを生じる。
器400のみが示されている。
これとは逆に、絶縁材料203の表面構造情報を得た電子eiのみを検出器400に導き、導電材料202の表面構造情報を得た電子ecを検出器400に到達させないことによっても、極めて高いコントラストの画像を取得することができる。
図26(B)に示した例では、長方形状のNA調整用アパーチャ板360の一部に形成された孔部であるNAアパーチャ361は、導電領域202の構造情報を得た電子ecがNAアパーチャ361を通過させる一方、絶縁領域203の構造情報を得た電子eiの大部分をNA調整用アパーチャ板360により遮って、NAアパーチャ361を通過できない位置に調整されている。
成されている試料表面の観察を高コントラストで行い、且つ、欠落欠陥や開放欠陥の検出と欠陥種類の分類を容易に行うことができる。以下に、本発明の試料観察方法について説明する。
図29(A)及び(B)は、高コントラストの画像を取得するためのランディングエネルギ(LE)条件を検討した結果を例示により説明するための図である。この例では、電
子ビーム源310の電子源311のカソードの電圧を−3995〜−4005eVとして、試料200の表面電圧を−4000eVに設定した。また、遷移領域は、ランディングエネルギ(LE)を−1eVとして最適化を行った。電子ビームの照射電流密度は、0.1mA/cm2〕とし、検出器400の画素サイズは、50nm/pixとした。NA調整用アパーチャ板360のNAアパーチャ361のアパーチャ径はφ150μmとし、帯電電子ビームによるプレドーズ量は1mC/cm2とした。
コントラスト
=|導電材料の平均階調−絶縁材料の平均階調|
/(導電材料の平均階調+絶縁材料の平均階調) (1)
最高のコントラストは、ランディングエネルギ(LE)が遷移領域にある場合に得られることが分かる。
に説明するための図であり、図28(A)に示した試料200(ただし、導電材料としてWの代わりにCuを用いた)を用いて実機テストにより得られた値を示す図である。図31(A)は、導電領域の構造情報を得た電子ecと絶縁領域の構造情報を得た電子eiを分離しない場合の、導電領域(Cu)と絶縁領域(SiO2)のそれぞれの材料における二次電子放出効率およびコントラストの、ランディングエネルギ(LE)依存性を纏めた表である。また、図31(B)は、この表をグラフとして示した図である。
察には特に有効であり、すなわち、試料表面で絶縁材料203の割合が大きいコンタクト構造の場合の観察には、コントラストの高い画像を取得することができ、大きな利点を有する。また、これとは逆に、絶縁領域の輝度が導電領域の輝度よりも高い条件下で画像を取得することとすれば、試料表面で絶縁材料203の割合が低く、導電材料202の割合が高い試料200に対しても、効果的に観察を行うことができる。
図33に示していないが、第2の実施形態の電子線検査装置においても、必要に応じて、帯電電子ビーム照射手段700(図1)を備えていてもよいことも同様である。
に、SEMを同一チャンバに乗せた装置であると、発生した異物やパーティクルを検査後すぐに確認できるので、工程の効率化に有効であり、さらに、他の独立したレビュー装置に試料を入れることによる異物やパーティクル付着を防ぐ効果がある。
)、蛍光板及びTDIに対比して、MCPとFOP透過による劣化が無いので、従来の3倍程度のコントラスト画像を取得することができる。特に、コンタクト構造のホール底面(図26(A)の202)からの光を検出する際、従来型の検出器では、スポット(ドット)がなだらかになってしまうが、図35の検出器400によれば、コントラストが広量となる。また、MCP使用によるゲイン劣化が無いため、有効画面上の輝度ムラが無く交換周期が長い。よって、検出器400のメインテナンスの費用及び時間を削減することができる。このように、EB-CCD及びEB-TDIは、高コントラストの画像の取得及び耐久性等の面で好ましい。
ームを受け取る電子センサであり、検出面に直接に電子を入射させる。EB-CCD481は、電子ビームの光軸調整、画像撮像条件の調整と最適化を行うのに使用される。一方、EB-TDI482を使用する場合には、EB-CCD481を移動機構Mによって光軸から離れた位置に移動させてから、EB-CCD481を使用するときに求めた条件を使用して又はそれを参考にしてEB-TDI482による撮像を行って、試料表面の観察を行う。
また、EB-TDI482は、パッケージ485の形に形成され、パッケージ485自体がフィードスルーの役目を果たし、パッケージのピン483は大気側にてカメラ484に接続される。
レンズ等による光変換損失、光伝達時の収差及び歪み、それによる画像分解能劣化、検出不良、高コスト、大型化等の欠点を解消することができる。
置を探す時間やFOV(視野)を変化させる回数の低減ができるのである。
域の輝度よりも高い条件(A条件)で取得した画像を模式的に表した図である。図36(B)の(a)及び(b)はそれぞれ、図36(A)の(a)及び(b)に対応している。
これとは逆に、導電領域の輝度が相対的に低いことに起因して、開放欠陥(オープン欠陥)は実際の欠陥サイズよりも大きく表れている(図36(B)の(b))。
同様の現象は、欠陥が不完全な場合であっても生じる。
いる。
以下に、具体例に基づいて説明する。
この例では、照射エネルギ(LE)が3.2eVのときに最も高いコントラスト(0.41)が得られている。
射すべき帯電電子ビームのドーズ量は、概ね2mC/cm2程度で十分であることが分かる。
縁領域の構造情報を得た電子eiの分離が容易になり、その結果、高いコントラストを得易くなる。これは、帯電電子ビームの照射により基板電位が変化(ΔV)し、これにより絶縁材料の表面構造情報を得た電子eiの分布がシフトすることによる。このことは、基板電位の変化量(ΔV)から、絶縁材料の表面構造情報を得た電子eiの分布がシフト量を推定することができることを意味する。
の結果、コントラストは徐々に低くなる。そして、NAアパーチャの中心位置が規格化位置=0.6では導電材料の輝度と絶縁材料の輝度は等しくなり、コントラストが得られなくなる。さらにNAアパーチャの位置をY方向にずらしてゆくと、導電材料の輝度は更に低下する一方で絶縁材料の輝度は更に高くなり、その結果、コントラストは反転して徐々に高くなる。このように、NAアパーチャの位置を調整することにより、コントラストを反転させることができる。
NAアパーチャ移動機構によりNAアパーチャの位置を面内で調整して、導電領域の構造情報を得た電子ecの軌道の中心にNAアパーチャの中心位置を合わせる(S104)。そして、この状態で、絶縁領域と導電領域の輝度の差、すなわち材料コントラストが最大となるように、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)を調整する(S105)。
適正ドース量の決定後、再度、撮像電子ビームの照射エネルギ(LE)の調整を行う。具体的には、上記手順で決定された適正ドーズ量の帯電電子ビームを試料表面に照射し、この状態で材料コントラストが最大となる照射エネルギ(LE)を決定する(S110)。そして、この照射エネルギ(LE)の撮像電子ビームが照射された試料表面の画像を取得して、材料コントラストを測定する(S111)。ステップS107に関連して説明したとおり、このときのNAアパーチャの中心位置は導電領域の構造情報を得た電子ecの軌道の中心にあるから、上記取得画像中の輝度は、導電領域が相対的に高く絶縁領域が相対的に低い。
NAアパーチャの中心位置を移動させ、NAアパーチャの中心位置を電子eiの軌道中心に一致させる。そして、この状態で再度、材料コントラストを測定する(S112)。
図45は、本発明の試料観察方法の手順を例示により説明するためのフローチャートである。なお、個々のステップにつき既に説明した部分については、その詳細は省略する。
なお、ステップS206におけるNAアパーチャの位置調整は、ステップS107で予め求められている電子eiの軌道シフト量に基づき、当該軌道シフト分だけNAアパーチャの位置を調整するようにしてもよい。
い条件下で画像の取得が行われるステップS307が実行される点において相違している。
高い条件下で取得した画像により開放欠陥(オープン欠陥)の存否を高感度・高精度で検出することができるため、高感度・高精度の試料検査方法としての利用も可能である。
観察対象として、図36(A)〜(C)及び図37(A)〜(C)に示したものと同様に、導電材料であるCuの領域(導電領域)と絶縁材料であるSiO2の領域(絶縁領域)のライン・アンド・スペース(L&S)パターンを有する試料を準備した。なお、ライン幅およびスペース幅は何れも43nmとした。このL&Sパターンの導電領域の一部に、種々のサイズの欠落欠陥(ショート欠陥)と開放欠陥(オープン欠陥)を形成し、これらの欠陥を検出することとした。
しかしながら、特許文献5に開示された方法では、チャージアップした試料のフォーカスする距離の違いを示すマップ(電圧マップ)を作成し、そのマップに基づいてチャージアップした試料のフォーカスを変化させているにすぎず、試料表面のチャージアップを除電するものではなかった。また、特許文献6に開示されたでは、電子線照射による試料のチャージアップを抑制するため、リターディング電圧RTDを印加しているにすぎず、再び試料表面がチャージアップする可能性があり、自然帯電による試料表面のチャージアップは除電されていなかった。
まず、本発明の実施の形態に係る試料表面の電位分布の設定原理について、詳細に説明する。
ランディングエネルギLE
=リターディング電圧RTD−加速電圧Vacc (2)
LEeff=LE+ΔV (3)
すなわち、図1に示す実効的なランディングエネルギLEeffは、数式(3)に数式(2)を代入することにより、図48に示す、以下の数式(4)で表すことができる。
実効的なランディングエネルギLEeff
=リターディング電圧RTD−加速電圧Vacc+試料表面電位ΔV (4)
平均輝度meanDN−標準輝度A=輝度差△DN
として求める時、平均輝度分布(輝度差)△DN>0、すなわち、輝度差△DNが標準輝度Aより明るくなる場合と、平均輝度分布(輝度差)△DN<0、すなわち、輝度差△DNが標準輝度Aより暗くなる場合について検討する。試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギLE0を、例えば、2.5eVに設定した電子線を照射した時、平均輝度meanDNが標準輝度Aに対して明るくなれば、図50に示すように、試料表面電位ΔVが負側にシフトしていること、すなわち、負帯電していることを示し、平均輝度meanDNが標準輝度Aに対して暗くなっていれば、図50に示すように、試料表面電位ΔVが正側にシフトしていること、すなわち、正帯電していることを示す。具体的には、まず、試料表面の任意の領域に基準ランディングエネルギLE0を、例えば、2.5eVに設定した電子線を照射した時、検出される輝度を例えば100とし、この検出される輝度1
00を標準輝度Aとする。次に、試料表面の任意の領域に、任意のランディングエネルギLEを、例えば、3.5eVに設定した電子線を照射した時、輝度が130であった。この時、標準輝度Aと平均輝度meanDNとの輝度差ΔDNが30であり、図50から試料表面電位ΔVは、−1Vとなり、負帯電していることがわかる。
照射している。続いて、試料表面の任意の領域に対して、基準ランディングエネルギLE0を、例えば、2.5eVに設定した電子線を照射している。これら「Pre−Dose」を含む電子線照射により検出される平均輝度meanDNと標準輝度Aから輝度差ΔDNを求め、この輝度差ΔDNを用いて図50を参照して試料表面電位ΔVを求めている。
領域の電位を任意の電位に設定して、一様な電位分布に設定することも可能である。
5)で表される。なお、ブランキング信号のブランキングとは、試料表面に一次電子線を照射しないときに、一時的に一次電子線を遮断することをいう。
Dose=Js・τs (5)
)で表される。
C0=εr・ε0・S/d (6)
(ここで、Sは単位面積1cm2、ε0は真空中の誘電率とする。)
また、C0V=Qにより、Qは以下に示す式(7)で表される。
Q=C0・ΔV (7)
ここで、Qは試料表面に照射された総電子量であり、試料表面にランディングエネルギ
LE[keV]を設定した電子線を照射させた時、二次電子放出率をηとすると、総電子量Qは以下の式(8)で表される。
Q=Dose・(1−η) (8)
ここで式(7)及び式(8)により、
Q=Dose・(1−η)=C0・ΔV
となり、この数式を二次電子放出率ηについて解くと、以下に示す式(9)で表される。η=1−(C0・ΔV)/Dose (9)
式(9)は、二次電子放出率ηが試料表面を構成する物質の比誘電率εrと一義的に関係
している事を表している。
に示す式(10)により、二次電子放出率ηと物質の比誘電率εrとの関係を表すことが
できる。
η=1−{(ε0・S・ΔV)/(d・Dose)}・εr (10)
先ず、図55(A)を参照して、試料の二次電子放出率η<1の場合について説明する。図55(A)に示すように、試料表面に入射される電子により、試料表面から放出される二次電子の量が入射される電子の量より少ない場合、試料内部に蓄積される総電子量Qはトータールとして「負」となる。したがって、試料表面に入射される電子の量をDose_in、試料表面から放出される二次電子の量をDose_outとすると、総電子量Qは以下の式(11)で表される。
Q=Dose_in−Dose_out<0 (11)
η=Dose_out/Dose_in (12)
式(11)から試料表面に発生する電位ΔVの変化は下記の式(13)で表される。
Dose_in(1−η)<0 (13)
Q=Dose_in−Dose_out−Dose_th (14)
Q=Dose_in(1−η−α) (15)
ここで、試料表面の電位ΔVの上昇分は、式(15)と式(7)との関係から透過率αは下記の式(16)により求めることができる。
α=1−η−(ΔV・C0/Dose) (16)
(ただし、Dose_th=Doseとする)
α=1−η (17)
透過率αは照射する電子線のランディングエネルギLEと試料の厚さt(特にレジストの厚さ)の関数であるので、α=f(LE、t)とすると、f(LE、t)=1−ηを満たす条件では、試料表面の電位ΔVの上昇分を0とすることができ、試料表面のチャージアップ(帯電)による影響を最小限にとどめることができる。逆に試料の厚さtがわかっ
ていれば、ランディングエネルギLEとの組合せで透過率αをコントロールし、f(LE、t)=α>1−ηならば試料表面を正電位に、f(LE、t)=α<1−ηならば試料表面を負電位に帯電させる条件として使い分けることができる。この原理を利用すると、試料表面に局所的に存在する電位分布を調べ、且つその電位を打ち消すランディングエネルギLEを設定した電子線を照射することで、電位分布を均一化することができる。
pe:SEM)を使用した場合の構成例を示している。
熱電子放出型電子銃2132から発生した第一の電子線は、その断面が一次電子光学系2130のアパーチャ2122及び静電レンズ2124により円、楕円又は矩形に成形されて、試料110に導かれて照射される。円、楕円又は矩形に成形された第一の電子線の大きさ(ビーム径)は、概ね撮像素子2150であるTDI、EB-TDI、CCD、EB-CCD等の素子面積より若干大きめの広さに成形されることが望ましい。また、一次電子線の大きさは、撮像素子2150毎に調整されてもよいし、または、一番大きい撮像素子2150
の大きさに合わせて成形されてもよい。
レート)等が備えられている。また、TDIの代わりに、電子(第二の電子線)を直接受けて画像に変換できるEB-TDIを用いてもよい。また、スキャン画像以外の静止画像の撮像を行う場合は、TDIの変わりにCCD(ChargeCoupled Device)
を用いて、EB-TDIの代わりにEB-CCDを用いてもよい。更に、TDIの前にEB-CCDを設けて、スキャン像はTDIを、スチル像はEB-CCDを用いるようにしてもよい。撮像素子2150は、試料表面から発生する電子(第二の電子線)を複数画素で同時に面として検出できる素子であれば、種々の形態の撮像素子150を適用することができる。
LEeffが設定された一次電子線が照射される。この実効的なランディングエネルギLEeffを設定した一次電子線の照射は、上記Pre−Doseに相当する。実効的なランディングエネルギLEeffを設定した一次電子線は、試料200の表面の検査対象領域または試料200の表面の全領域に対して検査レシピ(試料(マスク)の特性や材料等)により指定された倍率と同じ倍率で照射される。照射した一次電子線により試料200から戻ってくる二次電子線を撮像素子2150によって検出し、検出した画像を平均輝度に変換し、試料200の電位分布と位置情報を有する輝度分布を取得する。
LE以外の最適化されたパラメータ(例えば、検査装置のNA位置やそのサイズ、ウィーン条件、電流密度)を検査レシピ(試料(マスク)の特性等)に従って設定することで、再現性の良い検査が実現できる。
ンズ3240から構成されている。図57に示すSEM3200の場合、二次電子光学系3400は、一次電子光学系3300の光学軸に対して斜めに配置されている。電子銃3320から発生した一次電子線は、複数の電磁レンズ3240によって細い電子線に絞られ、電界と磁界からなるE×Bフィルタ3340の作用により試料200に対して垂直又は概ね垂直に照射され、試料200から戻る二次電子線は、一次電子光学系3400のE×Bフィルタ3340を図中の左方向に直進して検出器3100に導かれる。なお、E×Bフィルタ3340は、一次電子光学系3300と二次電子光学系3400との双方に含まれることになる。
図57において、図56と同一参照番号で示されている構成要素は図56のものと同一であり、したがって、その小生な説明を省略する。
Claims (8)
- 電子線を用いて試料表面を検査する電子線検査装置であって、
電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から放射された電子ビームを導く一次系レンズを備えた一次電子光学系と、
前記一次電子光学系により導かれた一次電子が照射される試料を配置するステージと、
前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子の少なくとも一方を導く二次電子光学系であって、二次系レンズとNA(開口数)を規定するアパーチャとを備えた二次電子光学系と、
前記二次電子光学系により導かれた二次電子及びミラー電子の少なくとも一方を検出する検出器と、
前記ステージに配置される試料に第1電圧を印加する第1電源と、
試料表面から検出器に向かう電子がミラー電子と二次電子との両方を含む遷移領域となるように、撮像用の電子ビームのエネルギ及び前記試料に印加されるエネルギを制御する電子光学系制御電源と、
前記アパーチャの位置を、二次電子光学系の光軸と直交する面内で調整可能とするアパーチャ調節機構であって、試料表面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子を選択的に前記検出器に導くことができるようにしたアパーチャ調節機構と、
前記ステージに配置される試料の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも1つの第1電極と、
前記第1電圧と同じ極性を有し、かつ該第1電圧の絶対値以上の絶対値を有する第2電圧を、前記第1電極に印加する第2電源と、
前記第1電源に接続された一対の端子と前記第2電源に接続された一対の端子とを備えた端子台と、
前記端子台の二対の端子に一方の端部がそれぞれ接続された二対の接続線を有するケーブルと、
前記端子台を収納しているとともに前記ケーブルの一部分を湾曲した状態で収納した箱
であって、該箱内の塵又はパーティクルを集塵する第2電極をさらに収容している箱と、
前記ケーブルの二対の接続線の他方の端部にそれぞれ接続された二対の端子を少なくとも備え、かつ前記ステージに固定された固定板であって、前記固定板の二対の端子は前記第1及び第2電圧を試料及び前記第1電極に印加するためのものである固定板と、
を備え、
前記箱と前記固定板との間の前記ケーブルの部分は直線状に延在保持されており、前記ステージの移動に連れて前記箱内の前記ケーブルの湾曲した部分が前記ステージの移動方向に伸縮するよう構成されている、
ことを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記第1電極の周囲を包囲する位置に配置され、塵又はパーティクルを集塵する少なくとも1つの第2電極と、
前記第1電圧と同じ極性を有し、且つ該第1電圧の絶対値以上の絶対値を有する第3電圧を前記第2電極に印加する第3電源と、
を備えていることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1又は2に記載の電子線検査装置において、前記一次電子光学系により導かれた一次電子及び前記電子ビームの照射により前記試料の表面から放出された二次電子及び該表面若しくはその近傍から反射されたミラー電子が通過する貫通孔を有し、前記ステージに配置される試料の表面を覆う隙間制御板を備えることを特徴とする電子線検査装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
前記ステージの周囲を囲繞するカバーであって、該ステージに向けた塵又はパーティクルの流入を防止するカバーを備えていることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバと、
前記チャンバ内を真空状態にする過程で前記真空チャンバ室内に内在する気体を電離させ、前記真空チャンバ内の構造物やそれに付着する物質の表面に存在する静電気を除去する除電装置を、
備えていることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子線検査装置において、該装置はさらに、
内部に前記ステージが設置される真空排気可能なチャンバであって、少なくとも1つの穴が壁面に設けられているか、又は任意の電圧が印加されるメッシュ構造の平板が壁面に敷設されているチャンバを備えていることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子線検査装置において、
前記二次電子光学系はNA(開口数)を規定するための複数のアパーチャを備えており、
該複数のアパーチャは、それぞれの径が異なっており、
前記アパーチャ調節機構により複数のアパーチャの1つが選択されて、該選択されたアパーチャを、試料面の導電領域及び絶縁領域のいずれか一方からの電子が通過できるようにしたことを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子線検査装置において、前記検出器は、EB-CCD又はEB-TDIであることを特徴とする電子線検査装置。
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