JP6920518B2 - 走査電子顕微鏡検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は一般に走査電子顕微鏡検査に関し、特にペリクルを通してフォトマスクを描画する走査電子顕微鏡検査システムに関する。

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｇｅｏｒｇｅ Ｓｃｈｕｌｔｚ、Ｇｉｌｄａｒｄｏ Ｒｉｏ Ｄｅｌｇａｄｏ、およびＧａｒｒｙ Ａｌｌｅｎ Ｒｏｓｅを発明者とする２０１５年２月３日出願の米国仮特許出願第６２／１１１，４１３号「ＰＯＳＳＩＢＬＥ ＭＥＡＮＳ ＯＦ ＳＥＭ ＩＭＡＧＩＮＧ ＯＦ ＰＨＯＴＯＭＡＳＫＳ ＴＨＲＯＵＧＨ Ａ ＰＥＬＬＩＣＬＥ」を優先権主張すると共に、同仮出願の正規（非暫定的）特許出願を構成するものであり、同仮出願の全文を本明細書に引用している。

論理およびメモリ素子等の半導体素子の製造は典型的に、多くの半導体製造工程により半導体ウエーハ等の基板を処理して半導体素子の各種の特徴および複数のレベルを形成するステップを含んでいる。半導体素子のサイズが益々小型化する中、フォトマスクの検査を強化して素子および手順を確認することが必須になる。

米国特許出願公開第２０１１／０２１０２７号

放射および非放射光学顕微鏡検査並びに標準的な電子線検査システムがフォトマスクの検査に用いられてきた。従来の二次的電子検出器は、エバーハート／ソーンリー検出器、多チャネルプレート、ＰＩＮ検出器、アバランシェダイオードすなわちＡＰＤを含んでいるが、これらに限定されるものではない。これらの検出器は典型的には、金属またはハイブリッド半導体／金属面からの低エネルギー二次電子の描画を可能にする。しかし、所与のフォトマスクの上方に保護用の導電性ペリクル膜を配置する実装方式ではフォトマスクを描画する従来の描画方式の能力が大幅に制約されてきた。更に、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィに用いるフォトマスクは、直径が１０ｎｍ程度の欠陥粒子の検出を必要とするため、更にＥＵＶを利用したフォトマスクの点検における従来の電子描画方式の有用性が制約される。

従って、上述の従来方式の短所を克服すべく保護ペリクルを通したフォトマスクの改良された電子描画が可能なシステムおよび方法を提供することが有利である。

本開示の１個以上の実施形態による走査電子顕微鏡検査（ＳＥＭ）装置を開示する。一例示的実施形態において、ＳＥＭ装置は電子ビームを生成すべく構成された電子ビーム源を含んでいる。別の例示的実施形態において、ＳＥＭ装置はサンプルとペリクルを固定すべく構成され、ペリクルがサンプルの上方に配置されているサンプル台を含んでいる。別の例示的実施形態において、ＳＥＭ装置は、電子ビームの少なくとも一部をペリクルを通してサンプルの一部の上に誘導する電子光学素子の組を含む電子光学カラムを含んでいる。別の例示的実施形態において、ＳＥＭ装置は、ペリクルの上方に配置され、且つサンプルの表面から発せられた電子を検出すべく構成された検出器アセンブリを含んでいる。

本開示の１個以上の実施形態による走査電子顕微鏡検査（ＳＥＭ）装置を開示する。例示的な一実施形態において、ＳＥＭ装置は電子ビームを生成すべく構成された電子ビーム源を含んでいる。別の例示的な実施形態において、ＳＥＭ装置は、サンプルとペリクルを固定すべく構成され、ペリクルがサンプル上方に配置されていて、ペリクルとフォトマスクとの間の空間内に選択されたガスが選択された圧力で充填されているサンプル台を含んでいる。別の例示的な実施形態において、ＳＥＭ装置は、ペリクルを通して電子ビームの少なくとも一部をサンプルの一部の上に誘導する電子光学素子の組を含む電子光学カラムを含んでいる。別の例示的な実施形態において、選択されたガスはサンプルの表面から発せられた電子を増幅する。

本開示の１個以上の実施形態による、ペリクルを通してサンプルを描画する方法を開示する。例示的な一実施形態において、本方法は、電子ビームを生成するステップを含んでいる。別の例示的な実施形態において、本方法は、ペリクルを通して電子ビームをサンプルの表面の上に誘導するステップを含んでいる。別の例示的な実施形態において、本方法は、サンプルの表面から散乱された後方散乱電子、サンプルの表面から発せられた二次電子、またはペリクルとサンプルとの間で加圧されたガス内で電子−ガス相互作用により発せられた光子のうち少なくとも一つを検出するステップを含んでいる。

上述の概要記述および以下の詳細記述は例示的であって説明用に過ぎず、必ずしも請求項に記載する本発明を限定するものではない点を理解されたい。添付図面は、本明細書に挿入されてその一部をなし、本発明の実施形態を示しており、概要記述と合わせて本発明の原理を説明するものである。

本開示の多くの利点は、添付の図面を参照することにより当業者の理解が深まろう。
本開示の一実施形態による、後方散乱電子を収集することにより保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による後方散乱電子検出器の上面図である。 本開示の一実施形態による後方散乱電子クワッド検出器の上面図である。 本発明の一実施形態による、後方散乱電子を収集することにより保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、エバーハート−ソーンリー二次電子検出器を備えた、二次電子を収集することにより保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、カラム内二次電子検出器を備えた、二次電子を収集することにより保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、ペリクルまたはフォトマスクによる後方散乱電子の吸収により生じたペリクルまたはフォトマスク内の電流の測定を利用して保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、ペリクルまたはフォトマスクによる二次電子の吸収により生じたペリクルまたはフォトマスク内の電流の測定を利用して保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、ペリクルにより吸収されたガスカスケード増幅された二次電子の測定、またはフォトマスクから遠ざかるガスカスケード二次電子の測定を利用して、保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、ペリクルにより吸収されたガスカスケード増幅された二次電子の測定、フォトマスクから遠ざかるガスカスケード二次電子の測定、または加圧されたガス媒体における電子−ガス相互作用から生じた光子を収集することにより保護ペリクルを通してフォトマスクを描画するシステムの高レベル模式図である。 本開示の一実施形態による、保護ペリクルを通してフォトマスクの１個以上の部分を描画する方法を示す処理フロー図である。

以下、添付図面に示す開示内容について詳細に言及する。一般に図１Ａ〜１Ｋを参照するに、本開示による、フォトマスクを描画するシステムおよび方法について記述する。本開示の実施形態は、下層のフォトマスクを保護すべく位置合わせされたペリクルを通してフォトマスクを描画可能な走査電子顕微鏡検査（ＳＥＭ）システムを目的とする。本開示の実施形態は、フォトマスクの表面から散乱されてペリクルを通過した後方散乱電子の収集を目的とする。本開示の追加的な実施形態は、フォトマスクにより発せられてペリクルを通過した二次電子の収集を目的とする。本開示の追加的な実施形態は、加圧されたガス媒体による初期の「弱い」二次電子の増幅から生じた二次電子の収集、および／または加圧されたガス媒体内のガス−電子相互作用から生じた光子の収集を目的とする。

システム１００を用いて、走査電子顕微鏡検査で公知の任意のサンプルを検査および／または確認することができる。例えば、サンプルはＥＵＶ多層（ＭＬ）フォトマスクまたはＸ線フォトマスク等の、但しこれらに限定されない当分野で公知の任意のフォトマスクを含んでいてよい。例えば、ＥＵＶ−ＭＬフォトマスクはＭｏ／Ｓｉ多層反射マスクを含んでいてよいが、これに限定されない。

本開示のシステムおよび方法についてフォトマスク検査／確認の観点から述べているが、これを本開示の範囲を限定するものと解釈すべきでない点に注意されたい。本明細書において、本開示の実施形態がペリクル等、但しこれに限定されない任意の種類の保護要素を通して任意の種類のサンプルを描画すべく拡張可能であることを認識されたい。例えば、本開示の実施形態は、ペリクル、膜またはフィルムにより保護されたウェーハ（例：半導体ウエーハ）の点検および／または欠陥確認を実行すべく適合されていてよい。

本開示の実施形態は、収集された後方散乱電子、二次電子および／または光子から集めた情報を用いて、上を覆うペリクルを通してフォトマスクの１個以上の部分を描画することができる。フォトマスクの表面の描画に基づいて、本開示の実施形態は、フォトマスクの表面に存在する欠陥を識別することができる。ＥＵＶ−ＭＬマスクの場合、このような欠陥には、位相欠陥、アブソーバパターン欠陥、およびヘイズ形成が含まれるがこれらに限定されはない。ＭＬ位相欠陥は主に、基板のＭＬ堆積中に基板上の欠陥が取り込まれることにより生じる。ＭＬマスク上での高度差が数ナノメートルであっても、ＥＵＶリソグラフィで使用する１３．５ｎｍの短波長に起因して印刷可能位相欠陥が生じる場合がある。ヘイズ形成は一般に、アンモニウム塩（例：硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム）、有機およびシロキサン膜成長により生じる。ヘイズ形成は、フォトマスク上の優先部位で生じ、多くの場合材料および構造に依存する。

本開示の実施形態は、電荷をペリクルおよび／またはフォトマスクに印加することにより欠陥確認を支援する導電性ペリクルおよび／または導電性フォトマスクをシステム１００の電子光学素子として利用する。ペリクルに負電荷を集めることにより、フォトマスク表面に衝突する前に一次ビーム電子を減速させる遅延場を生成することができる。また、ペリクルは、フォトマスクの表面から発せられた二次電子を加速すべく正に帯電していてよい。更に、フォトマスクにおける電荷を制御して、フォトマスクに入射する電子の衝突エネルギーを制御することができる。これらの特徴について以下に詳述する。

図１Ａ〜１Ｄに、本開示の一実施形態による、後方散乱電子を収集することによりペリクルにより保護されたフォトマスクを描画すべく構成されたシステム１００を示す。

一実施形態において、システム１００は、１個以上の電子ビーム１０４を生成する電子ビーム源１０２を含んでいる。電子ビーム源１０２は、当分野で公知の任意の電子発生源も含んでいてよい。例えば、電子ビーム源１０２は、１個以上の電子銃を含んでいてよいが、これらに限定されない。例えば、電子ビーム源１０２は単一の電子ビーム１０４を生成する単一の電子銃を含んでいてよい。別の例において、電子ビーム源１０２は、複数の電子ビーム１０４を生成する複数の電子銃を含んでいてよい。例えば、電子ビーム源１０２により形成される電子ビームのエネルギーは１〜２０ｋＶであってよい。ビーム１０４のエネルギーが、単に説明目的で示すに過ぎない１〜２０ｋＶに限定されない点に注意されたい。以下において、一次ビーム１０４のエネルギーが２００ｋＶに達し得る点を認識されたい。

別の実施形態において、システム１００はサンプル台１１１を含んでいる。サンプル台１１１はフォトマスク１１０およびペリクル１０８を固定する。ペリクル１０８がフォトマスク１１１の上方に配置されている点に注意されたい。一実施形態において、ペリクル１０８はフレーム１１３によりフォトマスク１１０の上方に固定されている。本明細書で更に述べるように、ペリクル１０８とフォトマスク１１０は互いに（およびシステムの他の部分から）電気的に絶縁可能であるため、ペリクル１０８とフォトマスク１１０は互いにバイアスを掛けることができる。本開示全体を通じて用いる用語「上方」および「下方」は便宜的に用いるに過ぎず、本開示を限定するものと解釈すべきでない点に注意されたい。

別の実施形態において、サンプル台１１１は動作可能な台である。例えば、サンプル台１１１は、フォトマスク１１０を一つ以上の直線方向（例：ｘ方向、ｙ方向および／またはｚ方向）に沿って選択可能に並進させるのに適した１個以上の並進台を含んでいるが、これに限定されない。別の例として、サンプル台１１１は、フォトマスク１１０を回転方向に選択可能に回転させるのに適した１個以上の回転台を含んでいるが、これに限定されない。別の実施形態として、サンプル台１０８は、選択可能に、サンプルを直線方向に並進させる、および／またはフォトマスク１１０を回転方向に回転させるのに適した回転台および並進台を含んでいるが、これに限定されない。

別の実施形態において、システム１００は電子光学カラム１０６を含んでいる。電子光学カラム１０６は、電子光学素子の組を含んでいてよい。電子光学素子の組は、電子ビームの少なくとも一部１０４を、ペリクル１０８を通してフォトマスク１１０の選択された部分の上に誘導することができる。電子光学カラム１０６の電子光学素子の組は、電子ビーム１０４を、ペリクル１０８を通してフォトマスク１１０の選択された部分の上へ集光および／または誘導するのに適した当分野で公知の任意の電子光学素子を含んでいてよい。一実施形態において、電子光学素子の組は、１個以上の電子光学レンズを含んでいる。例えば、電子光学レンズは、電子ビーム源１０２から電子を収集する１個以上のコンデンサレンズ１１４を含んでいるが、これに限定されない。別の例として、電子光学レンズは、電子ビーム１０４をフォトマスク１１０の選択された領域に集光させる１個以上の対物レンズ１１５を含んでいるが、これに限定されない。

簡潔のため、単一の電子光学カラム１０６を図１Ａに示す。本明細書において本開示が当該構成に限定されるものと解釈すべきでない点に注意されたい。例えば、システム１００は複数の電子光学カラム１０６を含んでいてよい。

別の実施形態において、電子光学カラム１０６の電子光学素子の組は、１個以上の電子ビーム走査素子１１６を含んでいる。例えば、１個以上の電子ビーム走査素子１１６は、フォトマスク１１０の表面に相対的なビーム１０４の位置を制御するのに適した１個以上の電磁走査コイルまたは静電偏向器を含んでいるが、これに限定されない。この点に関して、１個以上の走査素子１１６を用いて、フォトマスク１１０全体にわたり電子ビーム１０４で選択されたパターンに走査することができる。

別の実施形態において、システム１００は後方散乱電子検出器アセンブリ１１２を含んでいる。後方散乱電子検出器アセンブリ１１２は、後方散乱電子を検出可能な当分野で公知の任意の検出器技術を含んでいてよい。例えば、後方散乱電子検出器アセンブリ１１２は、電子光学カラム１０６の下方、且つペリクル１０８の上方に配置されていてよい。一実施形態において、図１Ｂに示すように、検出器アセンブリ１１２は単一の環状後方散乱電子検出器を含んでいてよい。別の実施形態において、図１Ｃに示すように、検出器アセンブリ１１２は多素子環状後方散乱電子検出器を含んでいてよい。例えば、図１Ｃに示すように、検出器アセンブリ１１２は、素子１１３ａ〜１１３ｄを含む後方散乱電子ｑｕａｄ配列を含んでいるが、これに限定されない。後方散乱電子検出器の配列（例：図１Ｃのｑｕａｄ検出器）を用いることによりフォトマスク１１０の表面形状および／または構成を決定することができる。

後方散乱電子検出器アセンブリ１１２が当分野で公知の任意の種類の後方散乱電子検出器を含んでいてよい点に注意されたい。一実施形態において、後方散乱電子は、エバーハート−ソーンリー検出器（または他の種類シンチレータ式検出器）を用いて収集および描画することができる。別の実施形態において、後方散乱電子は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を用いて収集および描画することができる。別の実施形態において、後方散乱電子は、ダイオードまたはダイオードアレイ等のＰＩＮまたはＰＮ接合検出器を用いて収集および描画することができる。別の実施形態において、後方散乱電子は、１個以上のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いて収集および描画することができる。

本明細書において、システム１００が当分野で公知の任意の走査モードで動作可能である点に注意されたい。例えば、システム１００は、フォトマスク１１０の表面全体を電子ビーム１０４で走査する際にスワシングモードで動作可能である。この点に関して、システム１００は、サンプルが移動する間、フォトマスク１１０全体を電子ビーム１０４で走査することができ、走査方向はサンプルの移動方向にほぼ垂直である。別の例として、システム１００は、フォトマスク１１０の表面全体を電子ビーム１０４で走査する際にステップアンドスキャンモードで動作可能である。この点に関して、システム１００は、フォトマスク１１０全体を電子ビーム１０４で走査することができ、フォトマスク１１０はビーム１０４の走査中はほぼ静止している。

システム１００は、ペリクル膜１０８を貫通してフォトマスク１１０の表面まで達する、電子ビーム源１０２からの高ビームエネルギー電子ビーム１０４を用いてフォトマスクから表面欠陥データを抽出することができる。これらの電子は、フォトマスク材料の核およびフォトマスク１１０の表面からの後方散乱と弾性衝突する。後方散乱電子（ＢＳＥ）信号は、所与の分布（例：余弦分布）でフォトマスク１１０の表面の大部分から生じる。ＢＳＥ描画が、ビームエネルギーおよび目標材料に関して困難な分解能限界を示し得る点に注意されたい。しかし、フォトマスク表面内の深い場所から生じた高エネルギー後方散乱電子信号は、システム１００内の他の場所に配置された検出器アセンブリ１１２までペリクル１０８を横断するのに充分に高エネルギーであろう。

別の実施形態において、システム１００の各種の要素が真空チャンバ（図示せず）内に配置されている。フォトマスク１１０の損害や汚染を回避すべく、システム１００の全ての真空システム要素、電気／機械的フィードスルー、コネクタ、およびケーブル／導線アセンブリは承認された材料で作られている。真空システムで問題があると思われる材料としてＨｇ、Ｔｌ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓ、シリコン油およびグリース、並びにシリコンを主体とする接着剤およびエポキシが含まれるが、これらに限定されない。また、ネオプレン、アダプレン、ウレタン、ポリウレタン、ポリエステル、シリコン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリカーボネート、ポリオレフィンおよび二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等、但しこれらに限定されない、一般に使用されるポリマー（プラスチック）およびエラストマ材料は回避または少なくとも適切に調合しなければならない。問題を含むあらゆる材料は、ガスの発生、粒子の放出、または電子ビームとの不適切な相互作用を行わないように遮蔽しなければならない。

図１Ｅ〜１Ｆに、本開示の追加的な実施形態による、二次電子を収集することによりペリクルにより保護されたフォトマスクを描画すべく構成されたシステム１００を示す。図１Ａ〜１Ｄに関して先に述べた各種の例および実施形態が、別途注記しない限り図１Ｅ〜１Ｆの実施形態にも拡張されるものと解釈すべきである点に注意されたい。一実施形態において、システム１００は二次電子検出器アセンブリ１２２を含んでいる。二次電子検出器アセンブリ１２２は、二次電子を検出可能な当分野で公知の任意の検出器技術を含んでいてよい。例えば、図１Ｅに示すように、二次電子検出器アセンブリ１２２はエバーハート−ソーンリー検出器を含んでいるが、これに限定されない。例えば、検出器アセンブリ１２２は、電子コレクタ１２６（例：二次電子コレクタ）を含んでいてよく、フォトマスク１１０の表面から発せられた二次電子１２５を収集すべくバイアスが掛けられていてよい。更に、検出器アセンブリ１２２は、フォトマスク表面からの電子１２５を検出する検出素子１２７（例：発光素子およびＰＭＴ検出器）を含んでいる。別の例として、図１Ｆに示すように、二次電子検出器アセンブリ１２２はカラム内検出器を含んでいるが、これに限定されない。例えば、検出器アセンブリ１２２は、電子光学カラム１０６内に配置された二次電子検出器を含んでいてよい。別の例として、二次電子検出器はマルチチャネル電子増倍管を含んでいるが、これに限定されない。別の例として、二次電子検出器は、１個以上のＰＩＮダイオードまたは１個以上のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を含んでいるが、これに限定されない。

別の実施形態において、遅延電圧がペリクル１０８とフォトマスク１１０との間で生じる。一実施形態において、遅延電圧は、ペリクル１０８に対して負のバイアスをフォトマスク１１０に掛けることにより生じる。例えば、フォトマスク１１０を負電位に保った状態でペリクル１０８を接地することができる。例えば、図１Ｅ、１Ｆに示すように、システム１００はバイアス制御回路１１８を含んでいる。バイアス制御回路１１８は、フォトマスク１１０に（例：電圧源を介して）負電位を生じさせながら、ペリクル１０８を接地点に接続することができる。一実施形態において、バイアス制御回路１１８は、サンプル台１１１と一体化されて、フォトマスク１１０に（例：電圧源を介して）負電位を印加しながら、ペリクル１０８を接地させるべくサンプル台１１１とペリクル１０８および／またはフォトマスク１１０との間で１個以上の電気的接続を確立する。

一実施形態において、遅延電圧は、フォトマスク１１０の表面と衝突した際にビーム１０４内の電子を減速させる役割を果たす。フォトマスク表面に入射する電子の減速により、表面のより細かい部分に対するシステム１００の感度が増す。次いで、二次電子１２５は、フォトマスク１１０から発せられた際に、ペリクル１０８を貫通して通過するのに充分な電圧で加速されてペリクル１０８へ戻る。次に、二次電子がペリクル１０８から生じたならば、検出器アセンブリ１１２により収集される。

図１Ｇに、本開示の一実施形態による、後方散乱電子の収集および／またはペリクル１０８またはフォトマスク１１０による電子の吸収の結果生じた電流信号を用いてフォトマスク１１０を描画すべく構成されたシステム１００を示す。

一実施形態において、ペリクル１０８により吸収される後方散乱電子１２３により導電性ペリクル１０８内で誘起された電流を測定する。例えば、システム１００は、ペリクル１０８からの電流を増幅すべくペリクル１０８に結合された１個以上の電流増幅器１３１を含んでいてよい。この点に関して、フォトマスク１１０全体を（ペリクル１０８を通して）一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は、増幅器１３１により増幅されたペリクル１０８からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、ペリクル１０８による後方散乱電子１２３の吸収により誘起された測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の実施形態において、フォトマスク１１０により吸収される電子により導電性フォトマスク１１０内で誘起された電流を測定する。例えば、システム１００は、フォトマスク１１０からの電流を増幅すべくフォトマスク１１０に結合された１個以上の電流増幅器１３３を含んでいてよい。この点に関して、フォトマスク１１０全体を一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は増幅器１３３により増幅されたフォトマスク１１０からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、フォトマスク１１０による電子（すなわちフォトマスクにより散乱されなかった電子）の吸収により誘起された測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

一実施形態において、システム１００はコントローラ１３２を含んでいる。コントローラ１３２は、後方散乱電子検出器１１２および／または電流増幅器１３１および／または電流増幅器１３３の出力部に通信可能に結合されていてよい。

別の実施形態において、コントローラ１３２は、電流増幅器１３１および／または１３３からの測定電流と、１個以上の後方散乱電子検出器１１２からの測定された後方散乱電子信号との組み合わせに基づいて、フォトマスク１１０の１個以上の部分の画像を形成することができる。この点に関して、コントローラ１３２は当分野で公知の任意の仕方で信号を組み合わせることができる。例えば、コントローラ１３２は、電流および／または電子信号を較正した後、当該信号を加算または減算してコンポジット信号を形成することができる。この点に関して、散乱された後方散乱信号および吸収された電子信号を組み合わせることも、または削減することもできる。

図１Ｈに、本開示の一実施形態による、二次電子の収集および／またはペリクル１０８による電子の吸収、あるいはフォトマスク１１０から遠ざかる電子により生じた電流信号によりフォトマスク１１０を描画すべく構成されたシステム１００を示す。

一実施形態において、ペリクル１０８により吸収された二次電子１２５により導電性ペリクル１０８内で誘起された電流を測定する。例えば、ペリクル１０８に結合された１個以上の電流増幅器１３１がペリクル１０８からの電流を増幅することができる。フォトマスク１１０全体を一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は増幅器１３１により増幅されたペリクル１０８からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、ペリクル１０８による二次電子１２５の吸収により誘起された測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の実施形態において、フォトマスク１１０から遠ざかる二次電子に起因して導電性フォトマスク１１０内で誘起された電流を測定する。例えば、フォトマスク１１０に結合された１個以上の電流増幅器１３３がフォトマスク１１０からの電流を増幅することができる。フォトマスク１１０全体を一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は、増幅器１３３を介した増幅されたフォトマスク１１０からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、フォトマスク１１０から二次電子１２５が放出された結果誘起された測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

一実施形態において、システム１００はコントローラ１３２を含んでいる。コントローラ１３２は、二次電子検出器１２２および／または電流増幅器１３１および／または電流増幅器１３３の出力部に通信可能に結合されていてよい。

別の実施形態において、コントローラ１３２は、電流増幅器１３１および／または１３３からの測定電流と、１個以上の二次電子検出器１２２からの測定された二次電子信号との組み合わせに基づいて、フォトマスク１１０の１個以上の部分の画像を形成することができる。この点に関して、コントローラ１３２は当分野で公知の任意の仕方で信号を組み合わせることができる。例えば、コントローラ１３２は、電流および／または電子信号を較正した後、当該信号を加算または減算してコンポジット信号を形成することができる。

一実施形態において、コントローラ１３２は、１個以上プロセッサに本開示に記述する１個以上のステップを実行させるのに適したプログラム命令を実行すべく構成された１個以上のプロセッサ（図示せず）を含んでいる。一実施形態において、コントローラ１０２の１個以上プロセッサは、コントローラ１３２の１個以上プロセッサに本開示に記述する各種ステップを実行させるべく構成されたプログラム命令を含む担持媒体（例：非一時的記憶媒体（すなわちメモリ媒体））と通信状態にあってよい。本開示の全体を通じて記述各種処理ステップが単一のコンピュータシステム、または代替的に複数のコンピュータシステムにより実行可能である点を認識されたい。コントローラ１３２は、パーソナルコンピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、または当分野で公知の他の任意の装置を含んでいてよいが、これらに限定されない。一般に、用語「コンピュータシステム」は広義には、メモリ媒体からの命令を実行する１個以上のプロセッサを有する任意の装置を含むものと定義できる。更に、システム１００の異なるサブシステムが、上述のステップの少なくとも一部を実行するのに適したコンピュータシステムまたは論理素子を含んでいてよい。従って、上の記述は本開示を限定するものと解釈すべきではなく、単に説明用に過ぎない。

図１Ｉ〜１Ｊに、本開示の追加的な実施形態による、初期二次電子のガス増幅の結果生じた増幅電子信号を収集することによりペリクルにより保護されたフォトマスクを描画すべく構成されたシステム１００を示す。最初にフォトマスク１１０により発せられた二次電子の電圧が低く（例：３〜５ｅＶ）、従ってペリクル１０８により吸収されるにはエネルギーが不充分である点に注意されたい。

一実施形態において、加圧ガス媒体１３６は、ペリクル１０８とフォトマスク１１０との間の空間に維持されている。加圧ガス媒体１３６は、電子カスケードプロセスによりフォトマスク１１０の表面から発せられた微弱な初期二次電子を増幅する役割を果たす。この点に関して、一次電子ビーム１０４（例：エネルギーが５〜２００ｋＶの）がフォトマスク１１０の表面に衝突した後、フォトマスク１１０は初期二次電子を発する。次いで、これらの初期二次電子は、加圧ガス媒体と相互作用（すなわち、電子がガス粒子と衝突）して、追加的な電子（および光子）を発する。このプロセスがカスケードプロセスとして反復された結果、初期二次電子信号よりも顕著に強い二次電子信号が得られる。１０，０００倍の増幅率を実現することができる。加圧ガス媒体１３６は、イオン化および電子のカスケード化を維持するのに適した任意のガスを含んでいてよい。また、加圧ガス媒体１３６に存在する有機材料の量を最小限に抑えることが望ましい。加圧ガス媒体１３６は、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２、Ｏ_３、またはＮ_２を含んでいてよいが、これらに限定されない。更に、加圧ガス媒体１３６は０．１〜１０Ｔｏｒｒの圧力に保たれていてよい。電子−ガス相互作用により生じたイオン化媒体が、フォトマスク１１０を洗浄および／またはフォトマスク１１０の清潔さを維持する洗浄剤としての役割を果たり得る点に更に注意されたい。

別の実施形態において、加速電圧がペリクル１０８とフォトマスク１１０との間で生じる。一実施形態において、加速電圧は、フォトマスク１１０に対して正のバイアスをペリクルに掛けることにより生じる。例えば、ペリクル１０８を正電位に保った状態でフォトマスク１１０を接地することができる。例えば、図１Ｉ、１Ｊに示すように、バイアス制御回路１１８は、ペリクル１０８に（例：電圧源を介して）正電位を印加しながらフォトマスク１１０を接地点に接続することができる。バイアス制御回路１１８はサンプル台１１１と一体化されていて、フォトマスク１１０を接地すべく、ペリクル１０８に正電位を印加しながら、サンプル台１１１と、ペリクル１０８および／またはフォトマスク１１０との間に１個以上の電気接続を確立することができる。加速電圧は、ガス増幅されたカスケード電子１２９をペリクル１０８に向けて加速して、ガス増幅されたカスケード電子１２９をペリクル１０８により多く吸収させる役割を果たす。

ペリクル１０８に、ガス増幅されたカスケード電子信号をペリクル１０８で充分に生成するのに適した任意の電圧でバイアスが掛けられていてよい点に注意されたい。例えば、ペリクル１０８は、＋０．１Ｖ〜１０００Ｖの電圧でバイアスが掛けられていてよい。

別の実施形態において、ガス増幅されたカスケード電子１２９により導電性ペリクル１０８内で誘起された電流が測定される。例えば、システム１００は、ペリクル１０８からの電流を増幅すべくペリクル１０８に結合された１個以上の電流増幅器１３１を含んでいてよい。この点に関して、フォトマスク１１０全体を（ペリクル１０８を通して）一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は、増幅器１３１により増幅されたペリクル１０８からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、ペリクル１０８によるガス増幅されたカスケード電子の吸収により誘起された測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の実施形態において、フォトマスク１１０から遠ざかるガス増幅されたカスケード電子１２９に起因して導電性フォトマスク内で誘起された電流を測定する。例えば、システム１００は、フォトマスク１１０からの電流を増幅すべくフォトマスク１１０に結合された１個以上の電流増幅器１３３を含んでいてよい。この点に関して、フォトマスク１１０全体を一次ビーム１０４で走査するにつれて、コントローラ１３２は、増幅器１３３により増幅されたフォトマスク１１０からの出力電流を計測することができる。次いで、コントローラ１３２は、測定電流によりフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができ、これはガス増幅されたカスケード電子がフォトマスク１１０から遠ざかる時点である。

別の実施形態において、図１Ｊに示すように、システム１００は１個以上の光検出器１３４を含んでいる。１個以上の光検出器１３４は、電子−ガス相互作用の結果としてガス媒体１３６から発せられた光子の収集に適している。例えば、１個以上の光検出器１３４は、光電子増倍管またはアバランシェ光センサを含んでいるが、これらに限定されない。別の実施形態において、コントローラ１３２は、１個以上の光検出器１３４に通信可能に結合されていて、１個以上の光検出器１３４からの測定光子信号を表す１個以上の信号を受信すべく構成されている。次いで、コントローラ１３２は、１個以上の光検出器１３４から受信された光子信号を用いてフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の実施形態において、コントローラ１３２は、電流増幅器１３１および／または１３３からの測定電流と、１個以上の光検出器１３４からの測定光子信号との組み合わせに基づいて、フォトマスク１１０の１個以上の部分の画像を形成することができる。この点に関して、コントローラ１３２は、当分野で公知の任意の方法で信号を組み合わせることができる。例えば、コントローラ１３２は、電流および／または光信号を較正した後、当該信号を加算または減算してコンポジット信号を形成することができる。

ＳＥＭ検出を強化するガス媒体の使用は、１９９１年２月１２日出願のＤａｎｉｌａｔｏｓによる米国特許第４，９９２，６６２号に概要が記述されており、その全文を本明細書に引用している。ＳＥＭ検出を強化するガス媒体の使用は、１９９４年１１月８日出願のＫｎｏｗｌｅｓ他による米国特許第５，３６２，９６４号にも記述されており、その全文を本明細書に引用している。

図１Ａ〜１Ｊに示すシステム１００の実施形態は、本明細書に記述するように更に構成されていてよい。また、システム１００は、本明細書に記述する任意の方法実施形態（群）の他の任意のステップ（群）を実行すべく構成されていてよい。

図２は、保護ペリクルを通してサンプルを描画する方法で実行されるステップを示すフロー図である。処理フロー２００のステップがシステム１００の１個以上の実施形態により実行可能である点を認識されたい。しかし当業者には、各種のシステム構成が処理フロー２００を実行可能であることが考えられるため、システム１００が処理２００を限定するものであると解釈すべきでない点を認識されたい。

第１のステップ２０２において電子ビームを生成する。例えば、図１Ａに示すように、電子ビーム１０４は電子ビーム源１０２を用いて生成することができる。

第２のステップ２０４において、ペリクルを通してサンプルの表面へ電子ビームを誘導する。例えば、図１Ａ〜１Ｊに示すように、電子光学カラム１０６の電子光学素子は、ペリクル１０８を通してビーム１０４をフォトマスク１１０等の、但しこれらに限定されないサンプルの表面に誘導する。

第３のステップ２０６において、後方散乱電子、二次電子および／またはペリクル１０８を通して後方へ逆向きに送られた光子を検出する。例えば、図１Ａに示すように、後方散乱電子１２３をフォトマスク１１０の表面から散乱してペリクル１０８を横断させることができる。後方散乱電子１２３がペリクル１０８を通過した後、１個以上の後方散乱電子検出器１１２が後方散乱電子を収集することができる。コントローラ１３２は、収集された後方散乱電子信号を用いてフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の例として、図１Ｅに示すように、二次電子１２５をフォトマスク１１０の表面から発してペリクル１０８を横断させることができる。二次電子１２５がペリクル１０８を通過した後、１個以上の二次電子検出器１２２は二次電子１２５を収集することができる。コントローラ１３２は、収集された二次電子信号を用いてフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の例として、図１Ｉ、１Ｊに示すように、初期「微弱」二次電子をフォトマスク１１０の表面から発して、加圧ガス媒体１３６により増幅／増倍することができる。ガス増幅により生成された電子は次いで、ペリクル１０８に衝突するか、またはフォトマスク１１０自身により吸収される。ガス増幅により生成された電子がペリクル１０８により吸収された、および／またはフォトマスク１１０により発された後、電流が（例：、電流増幅器１３１、１３３、およびコントローラ１３２を介して）測定される。コントローラ１３２は、ペリクル１０８により吸収された電子および／またはフォトマスク１１０から遠ざかる電子に付随する測定電流を用いて、フォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

別の例として、図１Ｊに示すように、電子−ガス相互作用の結果として光子１３７をガス媒体１３６から発することができる。電子−ガス相互作用により生成された光子１３７が光学的に透明なペリクル１０８を通過した後、１個以上の光検出器１３４（例：１個以上の光電子増倍管）が光子１３７を収集することができる。コントローラ１３２は、収集された光子信号を用いてフォトマスク１１０の表面の１個以上の部分を描画することができる。

方法２００およびシステム１００が、本明細書に記述する各種の検出モードの任意の組み合わせを用いてサンプルを描画することができる点に更に注意されたい。例えば、ガス増幅の場合、コントローラ１３２は、電流増幅器１３１および／または１３３からの測定電流信号と、１個以上の光検出器１３４からの測定光子信号との組み合わせに基づいて、フォトマスク１１０の１個以上の部分の画像を形成することができる。この点に関して、コントローラ１３２は当分野で公知の任意の仕方で信号を組み合わせることができる。例えば、電流および／または光信号を較正した後、コントローラ１３２は信号を加算または減算してコンポジット信号を形成することができる。増幅器１３１および／または増幅器１３３からの測定電流信号はまた、後方散乱電子検出器１１２からの後方散乱電子測定値（図１Ｇ参照）および／または二次電子検出器１２２からの二次電子測定値（図１Ｈ参照）と組み合わせてもよい点に更に注意されたい。

本明細書に記述する全ての方法は、当該方法実施形態の１個以上のステップの結果を記憶媒体に保存するステップを含んでいてよい。これらの結果は、本明細書に記述する任意の結果を含んでいてもよく、当分野で公知の任意の仕方で保存することができる。記憶媒体は、本明細書に記述する任意の記憶媒体、または当分野で公知の他の任意の適切な記憶媒体を含んでいてよい。これらの結果が保存された後、本明細書に記述する任意の方法またはシステム実施形態により記憶媒体内の当該結果にアクセスして使用し、ユーザーに対して表示すべくフォーマット化し、他のソフトウェアモジュール、方法、またはシステム等により使用することができる。更に、これらの結果は「永久的に」、「半永久的に」、一時的に、または一定の期間保存することができる。例えば、記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってよく、これらの結果は必ずしも無期限に記憶媒体に残される訳ではない。

当業者には、システムの態様のハードウェア実装とソフトウェア実装との間に殆ど差異が無い所まで先端技術が発展していることが認識されよう。ハードウェアまたはソフトウェアの使用は一般に（但し状況に応じてハードウェアおよびソフトウェアの選択が重要になり得る点で例外もあるが）、費用対効果のトレードオフを表す設計上の選択である。当業者には、本明細書に記述するプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術に影響を及ぼし得る各種の方式（例：ハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）があること、並びに方法および／またはシステムおよび／または他の技術を展開される状況により好適な方式が異なることが認識されよう。例えば、実装者が、速度と正確さが最重要であると判断すれば、当該実装者は主にハードウェアおよび／またはファームウェア方式を選択し、柔軟性が最重要である場合、実装者は主にソフトウェア実装を選択することができ、あるいは代替的に、実装者はハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの何らかの組み合わせを選択してもよい。従って、本明細書に記述する方法および／または装置および／または他の技術に影響を及ぼし得るいくつかの可能な方式があるが、利用するいずれの方式も、当該方式を適用する状況および実装者の特定の関心事（例：速度、柔軟性、または予測可能性）に依存する選択であって、そのいずれも変動し得るため、いずれの方式も他の方式よりも本質的に優れている訳ではない。当業者には、実装方式が光学的態様であるため、光学的ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを典型的に用いることが認識されよう。

当業者には、本明細書に開示する仕方で装置および／またはプロセスを記述した後、そのように記述した装置および／またはプロセスを工学的手法を用いてデータ処理システムと一体化することが当分野で一般的であることが認識されよう。すなわち、本明細書に記述する装置および／またはプロセスの少なくとも一部を、合理的な回数の実験を通じてデータ処理システムに一体化することができる。当業者には、典型的なデータ処理システムが一般に、システム装置筐体、ビデオ表示装置、揮発性および不揮発性メモリ等のメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサ等のプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィッカルユーザーインターフェース、およびアプリケーション・プログラム等のコンピューターエンティティ、タッチパッドまたは画面等の１個以上の対話装置、および／またはフィードバックループおよび制御モーターを含む制御システム（例：位置および／または速度検知用のフィードバック、要素および／または量を移動および／または調整する制御モーター）、のうち１個以上を含むことを認識されよう。典型的なデータ処理システムは、データコンピューティング／通信および／またはネットワークコンピューティング／通信システムに典型的に見られる任意の適当な市販の製品を利用して実装することができる。

本開示およびこれに付随する利点の多くが上述の説明により理解されるものと思われ、開示する主題から逸脱することなく、且つその全ての実体的な利点を犠牲にすることなく、構成要素の形式、構造、配置に対して各種の変更を行い得る点が明らかであろう。上述の形式は単に説明用に過ぎず、以下の請求項がこれらの変更をも包含することを意図している。

Claims (26)

1. 電子ビームを生成すべく構成された電子ビーム源と、
   サンプル、及びフレームにより前記サンプルの上方に固定されているペリクルを固定するサンプル台と、
   前記電子ビームの少なくとも一部を前記ペリクルを通して前記サンプルの一部の上に誘導する電子光学素子の組を含む電子光学カラムと、
   前記ペリクルの上方に配置され、且つ前記サンプルの表面から発せられた電子を検出すべく構成された検出器アセンブリとを含み、
   前記サンプルは前記ペリクルに対して負のバイアスが印加され、前記サンプルの表面と衝突する際の前記電子ビームを減速させる、走査電子顕微鏡検査装置。
2. 前記電子ビーム源が１個以上の電子銃を含んでいる、請求項１に記載の装置。
3. 前記サンプルがフォトマスクを含んでいる、請求項１に記載の装置。
4. 前記サンプルが極端紫外線フォトマスクまたはＸ線フォトマスク少なくとも一方を含んでいる、請求項３に記載の装置。
5. 前記ペリクルまたはサンプル少なくとも一方が導電性である、請求項１に記載の装置。
6. 前記検出器アセンブリが１個以上の後方散乱電子検出器を含んでいる、請求項１に記載の装置。
7. 前記検出器アセンブリが後方散乱電子検出器の配列を含んでいる、請求項６に記載の装置。
8. 前記検出器アセンブリが１個以上の二次電子検出器を含んでいる、請求項１に記載の装置。
9. 前記検出器アセンブリがエバーハート−ソーンリー二次電子検出器を含んでいる、請求項８に記載の装置。
10. 前記検出器アセンブリが前記電子光学カラム内に配置された二次電子検出器を含んでいる、請求項８に記載の装置。
11. 前記検出器アセンブリが多チャネル電子増倍管検出器を含んでいる、請求項８に記載の装置。
12. 前記ペリクルまたは前記サンプル少なくとも一方に係る電位を制御するバイアス制御回路を更に含んでいる、請求項１に記載の装置。
13. 前記バイアス制御回路が前記ペリクルに対して負のバイアスを前記サンプルに掛ける、請求項１２に記載の装置。
14. 前記バイアス制御回路が前記サンプル台と一体化されていて、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方を接地すべく前記サンプル台と、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方との間で１個以上の電気接続を確立する、請求項１２に記載の装置。
15. 前記検出器アセンブリに通信可能に結合されていて、前記検出器アセンブリからの１個以上の信号に基づいて前記サンプルの表面の１個以上の画像を形成すべく構成されたコントローラを更に含んでいる、請求項１に記載の装置。
16. 電子ビームを生成すべく構成された電子ビーム源と、
    サンプル、及びフレームにより前記サンプルの上方に固定されているペリクルを固定するサンプル台と、
    前記ペリクルを通して前記電子ビームの少なくとも一部を前記サンプルの一部の上に誘導する電子光学素子の組を含む電子光学カラムとを含み、
    前記サンプルは前記ペリクルに対して負のバイアスが印加され、前記サンプルの表面と衝突する際の前記電子ビームを減速させ、
    前記選択されたガスが前記サンプルの表面から発せられた電子を増幅する走査電子顕微鏡検査装置。
17. 前記選択されたガスがＨ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｈ_２、Ｏ_３、またはＮ_２のうち少なくとも１個を含んでいる、請求項１６に記載の装置。
18. 前記選択された圧力が０．１〜１０Ｔｏｒｒである、請求項１６に記載の装置。
19. 前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方に掛かる電位を制御するバイアス制御回路を更に含んでいる、請求項１６に記載の装置。
20. 前記バイアス制御回路が前記サンプルに対して正のバイアスを前記ペリクルに掛ける、請求項１９に記載の装置。
21. 前記バイアス制御回路がサンプル台と一体化されていて、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方を接地すべく前記サンプル台と、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方との間で１個以上の電気接続を確立する、請求項１９に記載の装置。
22. 前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方に電気的に結合されていて、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方により吸収された電子を表す前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方からの電流出力を受信すべく構成されたコントローラを更に含んでいる、請求項１６に記載の装置。
23. 前記ペリクルの上方に配置されていて、前記ペリクルと前記サンプルとの間の空間内に含まれるガスから発せられた光子を検出すべく構成された１個以上の光検出器を更に含んでいる、請求項２２に記載の装置。
24. 前記コントローラが、前記ペリクルと前記サンプルとの間の空間内に含まれるガスからの前記検出された光子を表す１個以上の光検出器から１個以上の信号を受信すべく構成されている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記コントローラが、前記ペリクルまたは前記サンプルの少なくとも一方から出力された受信電力と、前記１個以上の光検出器からの１個以上の受信信号との少なくとも一方に基づいて、前記サンプルの１個以上の部分を描画すべく構成されている、請求項２４に記載の装置。
26. ペリクルを通してサンプルをイメージングする方法であって、
    電子ビームを生成するステップと、
    ペリクルを通して前記電子ビームをサンプルの表面の上に誘導するステップと、
    前記サンプルの表面から散乱された後方散乱電子、前記サンプルの表面から発せられた二次電子、または前記ペリクルと前記サンプルとの間で加圧されたガス内で電子−ガス相互作用により発せられた光子のうち少なくとも一つを検出するステップを含み、
    前記サンプルは前記ペリクルに対して負のバイアスが印加され、前記サンプルの表面と衝突する際の前記電子ビームを減速させる、方法。

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