KR20120034552A - 이물질 부착 방지 기능을 구비한 전자선 검사 장치 및 방법 - Google Patents

이물질 부착 방지 기능을 구비한 전자선 검사 장치 및 방법 Download PDF

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다케히데 하야시
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은, 시료 표면에 이물질이 부착되는 것을 최대한 방지할 수 있게 한 전자선 검사 장치를 제공하는 것이다. 당해 장치는, 전압이 인가되는 시료의 주위를 포위하는 위치에 집진 전극을 배치하고, 당해 집진 전극에, 시료에 인가되는 전압과 동일한 극성의 전압을 인가하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 집진 전극에 파티클 등의 이물질이 부착되므로, 시료 표면에 대한 이물질 부착을 저감할 수 있다. 집진 전극을 사용하는 대신에, 스테이지를 포함하는 진공 챔버의 벽면에 격자 형상의 함몰을 형성하거나 또는, 소정의 전압이 인가되는 메시 구조의 평판을 벽면에 부설해도 된다.

Description

이물질 부착 방지 기능을 구비한 전자선 검사 장치 및 방법{ELECTRON BEAM INSPECTION DEVICE AND METHOD WITH FOREIGN MATERIAL ANTI-ATTACHING FUNCTION}
본 발명은, 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것으로서, 특히, 시료 표면(표리 및 외주단면)에 이물질이 부착되는 것을 방지하면서 전자선을 사용하여 시료 표면을 고감도로 검사할 수 있는 전자선 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
전자선 검사 장치는, 반도체 웨이퍼 등의 시료의 표면에 1차 전자빔을 조사하고, 당해 시료 표면으로부터 방출된 2차 전자 또는 미러 전자를 검출하여 시료 표면의 화상을 취득하고, 당해 화상에 기초하여 시료 표면의 결함, 패턴 평가 등의 검사를 행하기 위해 이용되고 있다.
또한, 반도체 웨이퍼 등의 시료를 검사 또는 처리하기 위해 대기 중 및 진공 중을 반송하는데, 이러한 반송 중에, 예를 들어 100nm 이하의 파티클 등의 이물질이 시료 표면에 부착되는 것을 방지하여, 패턴 상의 킬러 결함이 되는 이물질이 시료 표면에 부착되는 것을 저감시킬 수 있으면, 수율이 크게 향상되는 것이 알려져 있다. 킬러 결함은, 반도체나 LSI 제조 프로세스에서, 그대로 방치해 두면, 배선 폭이나 절연 저항값이 불충분한 값이 되어, 성능을 현저하게 열화시키기 때문에, 수정, 불량 판정 등의 어떠한 처리가 필요한 결함이다.
특히, 전자선 검사 장치에서는, 당해 장치가 발생시키는 파티클 등의 이물질이 시료 표면에 부착되는 것을 저감시킴으로써, 고정밀도의 측정?검사 결과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 시료 표면에 대한 이물질 부착 프로세스를 특정하여 개선할 수 있으므로, 예를 들어 노광 프로세스에서의 결함을 저감시키거나 할 수 있다.
종래, 시료의 반송에 관련하여, 파티클 등의 이물질을 최대한 발생시키지 않는 대책이 행해지고 있다. 예를 들어, 시료의 대기 반송계에서는, 고기능 필터와 다운 플로우를 가지는 미니 인바이어런먼트를 구비하고, 이 미니 인바이어런먼트 안에 대기 반송계를 격납하도록 하고 있다. 또한, 제전 장치에 의해 시료의 제전을 행함으로써, 시료 표면에 파티클이 부착되는 것을 억제하고 있다. 또한, 시료의 진공 반송계에서는, 로드 록에 의해 압력의 변동을 제어하는 것 등이 행해지고 있다. 그러나, 미소 사이즈, 특히 100nm 이하의 파티클 등의 이물질을 저감하는 것은 일반적으로 곤란하였다.
이러한 문제점을 감안하여, 본 출원인은, 시료 표면 상의 이물질을 검출하고, 시료를 수평 방향으로 이동시켜, 시료 표면에 대향하여 근접하여 배치된 흡착용 전극을, 상기 이물질의 대전 극성과 다른 극성으로 대전시키고, 접근하는 이물질을 당해 흡착용 전극에 정전 흡착함으로써, 시료 표면 상의 이물질 검출을 행함과 함께, 이물질이 검출되었을 때에는, 시료 표면 상의 이물질을 제거하도록 한 시료 표면 상의 이물질 제거 방법을 이미 제안하고 있다(일본 공개특허공보 제2009-4161호(특허문헌 1) 참조).
또한, 플라즈마 처리 장치 내에 부유하는 파티클을 집진 전극에 의해 적극적으로 모으고, 4중극 리니어 트랩 등을 사용하여 특정한 장소에 축적하고, 이들을 전기적으로 검출하거나, 혹은 레이저 산란광을 이용하여 검출하도록 한 파티클 모니터도 제안되어 있다(일본 공개특허공보 제2010-56270호(특허문헌 2) 참조).
LSI의 디자인 룰의 초미세화에 수반하여, 시료 표면에 대한 부착을 방지하는 이물질의 사이즈가 보다 미소화되고, 검사 장치 등의 동작에 의해 발생하는 파티클 등의 이물질의 시료 표면에 대한 부착이 중대한 문제가 되고 있어, 그 대응이 필요하게 되었다.
그러나, 종래의 이물질 부착 방지 기구에서는, 예를 들어 100nm 이하의 미소한 파티클 등의 이물질이 시료 표면에 부착되는 것을 방지하기가 곤란하였다. 특히, 진공 챔버 내의 스테이지 등에 시료가 설치되어 전자선 검사 장치에 의해 시료 표면의 검사 등이 행해지고 있는 경우, 장치 자체로부터의 파티클 등의 이물질의 발생을 억제하는 것에 대해 전혀 고려되어 있지 않았다.
특허문헌 1에 기재된 종래예는, 시료 표면에 이물질이 부착된 것을 검출하고, 그 후, 부착된 이물질을 시료 표면으로부터 제거하도록 하고 있어, 시료 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있는 것은 아니다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 종래예에 있어서, 집진 전극은, 예를 들어 파티클 모니터의 선단에 설치되어 있고, 플라즈마 처리 장치 내에 부유하는 파티클을 모으기 위한 것으로서, 시료 표면에 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있는 것은 아니다.
또한, 진공 챔버 내를 진공 배기할 때의 공기의 흐름에 의해 발생하는 정전기가 진공 챔버 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질을 대전시키고, 그 대전된 파티클 등의 이물질이, 검사하는 시료 표면에 정전적으로 유인되어 부착되어, 시료 표면을 오염시키는 경우가 있다. 종래의 시료 표면의 검사에 사용되는 진공 챔버는, 이러한, 진공 챔버 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질이 정전적으로 시료 표면으로 유인되는 것에 대한 대책이 전혀 실시되어 있지 않아, 이러한 잔류물에 대해서는, 청소로 대처하고 있었다. 이 때문에, 진공 챔버 내의 청소로 제거할 수 없었던 잔류물이 시료 표면에 부착되는 것을 방지하는 것이 강하게 요구되고 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 제1 목적은, 시료 표면에 이물질이 부착되는 것을 최대한 방지할 수 있게 한 이물질 부착 방지 방법, 및 시료 표면에 이물질이 부착되는 것을 최대한 방지하면서 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사할 수 있게 한 전자선 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 일본 공개특허공보 제2005-235777호(특허문헌 3)에는, 전자선 검사 장치를 사용한 시료 표면의 관찰 방법이 기재되어 있고, 당해 종래의 방법에서는, 개방 결함이나 결락 결함이 존재하는 부분에서 발생하는 화상 중의 농담(계조차)을 이용하고 있다. 개방 결함이나 결락 결함과 같은 결함이 존재하는 부분에서는, 정상부에서는 본래 발생하지 않는 농담(계조차)이 화상 중에 나타나기 때문에, 종래의 방법에서는, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 얻은 웨이퍼 표면 화상을 본래의(무결함 시료의) 표면 화상과 비교하여, 본래 나타날 리 없는 농담이 관찰된 경우에, 당해 부위를 개방 결함이나 결락 결함으로서 판정한다고 하는 수법을 채용하고 있다.
그러나, 특허문헌 3에 개시되어 있는 관찰 방법에서는, 관찰 대상의 시료의 구조나 재료 등에 따라서는 관찰 부위의 계조차가 원래 작아, 결락 결함이나 개방 결함의 검출이 곤란한 경우가 있다는 문제가 있었다.
추가로, 특히 개방 결함에 대해서는, 개방 결함이 존재하는 부위의 화상이, 정상 부위의 화상보다 진해지는(보다 검게 되는) 경우와 연해지는(보다 하얗게 되는) 경우가 있다. 이 때문에, 결함의 검출이나 결함의 종류를 분류하는 것이 매우 곤란하다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 감안하여, 본 발명자들은, 배선 구조의 결함 검출에 있어서, 결함 부위와 정상 부위의 계조차가 크고, 흑백의 농담의 차이가 명확한 시료면 화상을 취득하여, 결함의 검출이 용이한 시료면 관찰 방법을 제공하는 것을 목적으로 검토를 거듭한 결과, 특허문헌 3에 개시된 시료면 관찰 방법이 안고 있었던 문제는, 결락 결함과 개방 결함을 동일 조건 하에서 동시에 검출을 행하는 점에 있다고 생각하기에 이르러, 새로운 시료면 관찰 방법을 제안하였다(일본 공개특허공보 제2009-87893호(특허문헌 4) 참조).
특허문헌 4에는, 절연 재료와 도전성 재료를 포함하는 배선이 형성된 시료면에 전자빔을 조사하고, 당해 시료면의 구조 정보를 얻은 전자를 검출함으로써, 시료면 화상을 취득하여 당해 시료면을 관찰하는 시료면 관찰 방법에 있어서, 시료면 화상에 있어서의 절연 재료와 도전성 재료의 휘도를 동등하게 한 상태에서, 전자빔을 시료면에 조사함으로써 절연 재료와 도전성 재료 이외의 부분을 용이하고 또한 확실하게 검출하는 것으로 하고, 또한, 시료면 화상에 있어서의 절연 재료 및 도전성 재료의 휘도와 다른 휘도의 점을, 시료면의 개방 결함으로서 검출함으로써, 개방 결함을 용이하고 또한 확실하게 검출하는 것을 가능하게 하는 시료면 관찰 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 시료면 화상에 있어서의 절연 재료와 도전성 재료의 휘도차가 최대가 되는 상태에서, 전자빔을 시료면에 조사함으로써, 결락 결함의 주위와의 식별이 용이한 시료면 화상을 취득하여 결락 결함의 검출을 용이하고 또한 확실하게 하는 것으로 하고, 또한, 상기 휘도차가 최대가 되는 상태를, 시료면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자가 되는 미러 전자 영역에서 정하는 것으로 하여, 효과적으로 결락 결함을 검출하는 것을 가능하게 하는 시료면 관찰 방법도 개시되어 있다.
그러나, 본 발명자들은, 시료면에 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 경우에, 시료면의 관찰을 고(高)콘트라스트로 행하고, 결락 결함이나 개방 결함의 검출뿐만 아니라, 결함 종류의 분류도 용이한 것으로 하는 수법 및 장치에 대한 검토를 더욱 거듭한 결과, 상기 특허문헌 4에 개시된 수법은 더욱 개선할 여지가 있다는 결론에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 제2 목적은, 상기한 제1 목적을 달성하면서, 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 시료 표면의 관찰을 고콘트라스트로 행하고, 또한, 결락 결함이나 개방 결함의 검출과 결함 종류의 분류를 용이한 것으로 하는 시료 관찰 방법 및 장치, 그리고 그것들을 사용한 시료 검사 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서, 전자빔원과, 상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와, 상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와, 상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA(개구수)를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와, 상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와, 상기 스테이지에 배치되는 시료에 제1 전압을 인가하는 제1 전원과, 상기 스테이지에 배치되는 시료의 주위를 포위하는 위치에 배치되고, 먼지 또는 파티클을 집진하는 적어도 1개의 제1 전극과, 상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제2 전압을, 상기 제1 전극에 인가하는 제2 전원을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치를 제공한다.
상기한 본 발명의 전자선 검사 장치에 있어서, 전자선 검사 장치는 또한, 상기 제1 전극의 주위를 포위하는 위치에 배치되어, 먼지 또는 파티클을 집진하는 적어도 1개의 제2 전극과, 상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제3 전압을 상기 제2 전극에 인가하는 제3 전원을 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 전자선 검사 장치는 또한, 상기 스테이지의 상방에 설치된 간극 제어판으로서, 전자선을 통과시키는 관통 구멍을 내부에 가지고, 상기 스테이지에 배치되는 시료의 표면을 덮는 간극 제어판을 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 전자선 검사 장치는 또한, 상기 스테이지의 주위를 둘러싸는 커버로서, 당해 스테이지를 향한 먼지 또는 파티클의 유입을 방지하는 커버를 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 전자선 검사 장치에 있어서, 당해 장치는 또한, 상기 제1 전원에 접속된 1쌍의 단자와 상기 제2 전원에 접속된 1쌍의 단자를 구비한 단자대와, 상기 단자대의 2쌍의 단자에 각각 일방의 단부가 접속된 2쌍의 접속선을 가지는 케이블과, 상기 단자대를 수납하고 있음과 함께 상기 케이블의 일부분을 만곡된 상태로 수납한 박스로서, 당해 박스 내의 먼지 또는 파티클을 집진하는 전극을 더 수용하고 있는 박스와, 상기 케이블의 2쌍의 접속선 각각의 타방의 단부에 접속된 2쌍의 단자로서, 상기 제1 및 제2 전압을 시료 및 상기 제1 전극에 인가하기 위한 2쌍의 단자를 구비하고, 또한 상기 스테이지에 고정된 고정판을 구비하며, 상기 박스와 상기 고정판 사이의 상기 케이블의 부분은 직선 형상으로 연장 유지되어 있고, 상기 스테이지의 이동에 따라 상기 박스 내의 상기 케이블의 만곡된 부분이 상기 스테이지의 이동 방향으로 신축되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서, 전자빔원과, 상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와, 상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와, 상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와, 상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와, 내부에 상기 스테이지가 설치되는 진공 배기 가능한 챔버와, 상기 챔버 내에 설치된 장치로서, 당해 챔버 내를 진공 상태로 하는 과정에서 당해 진공 챔버실 내에 내재하는 기체를 전리시켜, 당해 진공 챔버 내의 구조물이나 그것에 부착되는 물질의 표면에 존재하는 정전기를 제거하는 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치를 제공한다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서, 전자빔원과, 상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와, 상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와, 상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA(개구수)를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와, 상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와, 내부에 상기 스테이지가 설치되는 진공 배기 가능한 챔버로서, 적어도 1개의 구멍이 벽면에 형성되어 있거나, 또는 임의의 전압이 인가되는 메시 구조의 평판이 벽면에 부설(敷設)되어 있는 챔버를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치를 제공한다.
상기한 제1 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 전자선 검사 장치에 있어서, 상기 전자빔원은, 면 형상의 전자빔을 발생하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전자선 검사 장치는 또한, 시료 표면으로부터 검출기를 향하는 전자가 미러 전자와 2차 전자의 양방을 포함하는 천이 영역이 되도록, 촬상용 전자빔의 에너지 및 상기 시료에 인가되는 에너지를 제어하는 전자 광학계 제어 전원과, 상기 애퍼처의 위치를, 2차 전자 광학계의 광축과 직교하는 면 내에서 조정 가능하게 하는 애퍼처 조절 기구를 구비하고, 상기 애퍼처 조절 기구에 의해, 시료 표면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자를 선택적으로 상기 검출기로 유도할 수 있도록 구성되어 있다.
상기한 제2 목적을 달성할 수 있는 전자선 검사 장치에 있어서, 상기 2차 전자 광학계는 NA(개구수)를 규정하기 위한 복수의 애퍼처를 구비하고 있고, 당해 복수의 애퍼처는, 각각의 직경이 다르며, 상기 애퍼처 조절 기구에 의해 복수의 애퍼처 중 1개가 선택되고, 당해 선택된 애퍼처를, 시료면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자가 통과할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 제1 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 전자선 검사 장치에 있어서, 상기 검출기는, EB-CCD 또는 EB-TDI인 것이 바람직하다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 전자선 검사 장치를 사용하여 시료의 표면을 검사하는 방법에 있어서, 스테이지에 시료를 배치하는 단계와, 상기 스테이지에 배치된 시료에 제1 전압을 인가하는 단계와, 상기 스테이지에 배치되는 시료의 주위를 포위하는 위치에 배치되고, 먼지 또는 파티클을 집진하기 위한 제1 전극에, 시료에 인가된 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제2 전압을 인가하는 단계와, 전자총으로부터 전자빔을 방사하고, 당해 전자빔을, 1차 전자 광학계를 통해 상기 스테이지 상에 배치된 시료에 조사하는 단계와, 상기 전자빔의 조사에 의해 시료 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 시료 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을, 2차 전자 광학계를 통해 검출기로 유도하여, 당해 검출기로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 상기 제1 전극의 주위를 포위하는 위치에 배치되는 제2 전극에, 상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 상기 제2 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제3 전압을 인가하는 단계를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 전자선 검사 장치를 사용하여 시료의 표면을 검사하는 방법에 있어서, 시료를 스테이지 상에 배치하는 단계와, 내부에 상기 스테이지가 설치되어 있는 챔버를 진공 배기하는 단계와, 상기 챔버 내에 배치된 장치에 의해, 상기 챔버 내를 진공 상태로 하는 과정에서 당해 챔버실 내에 내재하는 기체를 전리시켜, 당해 챔버 내의 구조물이나 그것에 부착되는 물질의 표면에 존재하는 정전기를 제거하는 단계와, 전자총으로부터 전자빔을 방사하고, 당해 전자빔을 1차 전자 광학계를 통해 시료 상에 조사하는 단계와, 상기 전자빔의 조사에 의해 시료 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 시료 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을, 2차 전자 광학계를 통해 검출기로 유도하여, 당해 검출기로 검출하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
상기한 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또한, 상기 전자총으로부터 조사되는 전자빔은 면 형상이고, 당해 방법은 또한, 시료 표면으로부터 검출기를 향하는 전자가 미러 전자와 2차 전자의 양방을 포함하는 천이 영역이 되도록, 촬상용 전자빔의 에너지 및 상기 시료에 인가되는 에너지를 제어하는 단계와, NA(개구수)를 규정하는 상기 애퍼처의 위치를, 2차 전자 광학계의 광축과 직교하는 면 내에서 조정하는 단계를 포함하고, 상기 애퍼처의 위치의 조절에 의해, 시료 표면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자를 선택적으로 상기 검출기로 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
상기한 제2 목적을 달성할 수 있는 방법에 있어서, 상기 2차 전자 광학계는, 각각 직경이 다른 복수의 애퍼처를 구비하고 있고, 상기 조정하는 단계는, 상기 복수의 애퍼처 중 1개를 선택하여, 당해 선택된 애퍼처의 위치를, 시료면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자가 통과하도록 조정하는 단계를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명을 적용할 수 있는 일례의 전자선 검사 장치의 개요를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명을 적용할 수 있는 제1 실시형태의 시료 관찰 시스템의 개요를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태의 전자선 검사 장치의 주요부 개요를 나타내는 종단 정면도이다.
도 4는 도 3의 횡단 평면도로서, 스테이지, 시료 및 제1 실시형태의 집진 전극의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 관련된, 스테이지, 시료 및 제2 실시형태의 집진 전극의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 관련된, 스테이지, 원 형상의 시료 및 제3 실시형태의 집진 전극의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 관련된, 스테이지, 원 형상의 시료 및 제4 실시형태의 집진 전극의 관계를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 관련된, 시료, 집진 전극 및 간극 제어판을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관련된, 스테이지의 상세를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관련된, 진공 챔버 내에 배치된 배선 박스 및 스테이지의 개요를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 관련된, 시료, 다른 집진 전극 및 간극 제어판을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관련된, 시료, 또 다른 집진 전극 및 간극 제어판을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관련된, 시료, 및 또 다른 집진 전극을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명에 관련된, 시료, 및 또 다른 집진 전극 및 간극 제어판을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 15는 병행 평판으로 이루어지는 전극간의 평등 전계 중에 존재하는 절연물로 이루어지는 파티클에 유전 분극에 의한 힘이 작용하였을 때의 힘 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 일방을 평판으로 한 1쌍의 전극간의 불평등 전계 중에 존재하는 절연물로 이루어지는 파티클에 유전 분극에 의한 힘이 작용하였을 때의 힘 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 일방을 평판으로 한 1쌍의 전극간의 평등 전계 중에 존재하는 절연물로 이루어지는 파티클에 유전 분극에 의한 힘이 작용하였을 때의 힘 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명에 관련된, 전자선 검사 장치에 구비되는 다른 진공 챔버를 나타내는 개요도이다.
도 19는 본 발명에 관련된, 진공 챔버 내의 평면 구조를 구성하는 벽의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 단면도이다.
도 21은 본 발명에 관련된, 진공 챔버 내의 평면 구조를 구성하는 벽의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 21의 단면도이다.
도 23(A)는 촬상 전자빔의 조사 에너지와 취득된 화상 중의 재료 콘트라스트의 관계의 일례를 나타낸 도면으로서, 조사 에너지 대역에 의해 얻어지는 다른 화상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 23(B)는 촬상 전자빔의 조사 에너지와 취득된 화상 중의 재료 콘트라스트의 관계의 일례를 나타낸 도면으로서, 촬상 전자빔의 조사 에너지와 검출기 전류의 상관 관계를 나타낸 도면이다.
도 24는 시료면의 구조 정보를 얻은 미러 전자와 2차 전자의 각도의 상이를 모식적으로 나타낸 도면으로서, 가로축이 실효 랜딩 에너지(LE)이다.
도 25는 랜딩 에너지(LE)에 대한 시료면의 계조의 변화를 나타낸 도면이다.
도 26(A)는 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자의 궤도의 예를 나타낸 측면도이다.
도 26(B)는 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자의 궤도의 예를, 가동 NA 애퍼처의 하측에서 본 경우의 부분 확대도이다.
도 27(A)는 미러 전자의 경우의, 높은 재료 콘트라스트를 얻기 위한 NA 애퍼처판의 최적 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 27(B)는 2차 전자의 경우의, 높은 재료 콘트라스트를 얻기 위한 NA 애퍼처판의 최적 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 28(A)는 콘택트 플러그 구조를 가지는 시료의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 28(B)는 콘택트 플러그 구조를 가지는 시료 표면의 취득 화상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 29(A)는 실기 테스트에 의해, 전자빔의 랜딩 에너지(LE)를 변화시켜, 도 28(A)에 나타낸 콘택트 플러그 구조의 표면 화상을 얻었을 때의 콘트라스트를 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도 29(B)는 도 29(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 30(A)는 실기 테스트에 의해 얻어진, 대전 전자빔의 도즈량과 콘트라스트의 관계를 나타내는 측정 결과의 표이다.
도 30(B)는 도 30(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 31(A)는 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써 높은 콘트라스트가 얻어지는 것을, 보충적으로 설명하기 위한 도면으로서, 실기 테스트에 의해 얻어진, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하지 않는 경우의, 도전 영역(Cu)과 절연 영역(SiO2)의 각각의 재료에 있어서의 2차 전자 방출 효율 및 콘트라스트의, 랜딩 에너지(LE) 의존성을 나타내는 측정 결과의 표이다.
도 31(B)는 도 31(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 32(A)는 실기 테스트에 의해, 시료 표면의 도전 영역과 절연 영역의 면적비(패턴 폭)를 변화시켰을 때의 콘트라스트를, 저가속 전자빔 장치를 사용한 LEEM 방식과 SEM 방식으로 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도 32(B)는 도 32(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 33은 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치의 전체 구성예를 나타낸 도면이다.
도 34(A)는 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치에 사용되는 가동식의 NA 조정용 애퍼처판의 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 34(B)는 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치에 사용되는 가동식의 NA 조정용 애퍼처판의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명에 관련된, 고분해능 관찰을 위해 바람직한 검출기의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 36(A)는 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건) 하에서 취득한 화상을 나타내는 모식도로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 36(B)는 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건) 하에서 취득한 화상을 나타내는 모식도로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 36(C)는 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건) 하에서, 콘트라스트를 반전시켜 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 37(A)는 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건) 하에서 취득한 화상을 나타내는 모식도로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 37(B)는 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건) 하에서 취득한 화상을 나타내는 모식도로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 37(C)는 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건) 하에서, 콘트라스트를 반전시켜 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면으로서, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다.
도 38(A)는 실기 테스트에 의해, 시료 표면에 조사되는 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)의 최적값을 결정하기 위하여 행한 측정 결과를 나타내는 표이다.
도 38(B)는 도 38(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 39(A)는 실기 테스트에 의해, 시료 표면에 조사하는 대전 전자빔의 도즈량의 최적값을 결정하기 위하여 행한 측정 결과를 나타내는 표이다.
도 39(B)는 도 39(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 40(A)는 NA 결상 모드에 의한 전자 분포의 위치 확인의 측정 결과를 나타내는 표로서, 빔 도즈량[mC/㎠]과 당해 도즈량의 대전 전자빔을 조사하였을 때의, 절연 재료의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포 상태의 어긋남, 즉, 도전 재료의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 분포 상태로부터 어느 정도 시프트되었는지를 나타내는 표이다.
도 40(B)는 도 40(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 41(A)는 대전 상태에 있는 시료의 표면에 조사되는 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)의 최적값을 결정하기 위하여 행한 측정 결과를 나타내는 도면으로서, 조사 에너지(LE), 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트를 나타내는 표이다.
도 41(B)는 도 41(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 42(A)는 NA 애퍼처의 위치 조정에 의한 콘트라스트의 반전에 대하여 설명하기 위한 도면으로서, NA 애퍼처의 중심 위치를, 도전 영역으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치(규격화 위치=0)로부터 Y 방향으로 이동(규격화 위치=1.0까지)시켰을 때의, 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트의 측정 결과를 나타내는 표이다.
도 42(B)는 도 42(A)에 나타낸 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 43은 NA 애퍼처의 위치 조정에 수반하는 콘트라스트 반전의 모습을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 본 발명의 시료 관찰 방법에 있어서의, 전자 궤도 시프트량의 도즈량 의존성을 결정하는 순서, 및, 재료 콘트라스트의 반전을 확인하는 순서를 예시에 의해 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 45는 본 발명의 시료 관찰 방법의 순서를 예시에 의해 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 46은 본 발명의 시료 관찰 방법의 순서의 다른 예를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 47(A)는 실기 테스트에 의해, 본 발명의 수법에 의해 결함 검사를 행한 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의한 결함 검출의 가부(可否)를 정리한 표이다.
도 47(B)는 실기 테스트에 의해, 본 발명의 수법에 의해 결함 검사를 행한 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의한 결함 검출의 가부를 정리한 표이다.
도 47(C)는 도 47(A) 및 (B)에 나타낸 결함 검출 결과를 종합하여 결함 검출의 가부를 정리한 표이다.
도 48은 본 발명에 관련된, 시료 표면의 검사에 있어서의 가속 전압(Vacc)과 리타딩 전압(RTD)과 랜딩 에너지(LE)와 시료 표면 전위(ΔV)의 관계를 제어하기 위한 구성을 나타내는 모식도이다.
도 49는 본 발명에 관련된, 검사 대상인 시료 표면의 평균 휘도(meanDN)와 랜딩 에너지(LE)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 50은 본 발명에 관련된, 검사 대상인 시료 표면의 휘도차(ΔDN)와 표면 전위 변화량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 51의 (a)?(d)는, 시료 표면에 대하여 조사하는 랜딩 에너지(LE)를 변화시켰을 때에 얻어지는 시료 표면의 화상 정보의 예를 나타내는 도면이다.
도 52는 본 발명에 관련된, 검사 대상인 시료 표면에 대하여 사전에 조사하는 랜딩 에너지(LE)를 변화시켰을 때의 시료 표면 전위(ΔV)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 53(A)는 시료 표면에 대하여 기준이 되는 랜딩 에너지(LE0)와 랜딩 에너지(LE)를 조사하여 얻어진 휘도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 53(B)는 도 53(A)에 나타낸 휘도 분포로부터 시료 표면 전위 분포(ΔV)를 구한 일례를 나타내는 도면이다.
도 54는 검사 대상의 시료가 적어도 2종류의 재료로 구성되는 예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 55(A)는 시료의 두께 방향에 대한 전자의 관통률(투과율)의 모델을 나타내는 개략도이다.
도 55(B)는 시료의 두께 방향에 대한 전자의 관통률(투과율)의 모델을 나타내는 개략도이다.
도 56은 본 발명에 관련된 제2 실시형태의 시료 관찰 시스템 전체의 개략도이다.
도 57은 본 발명에 관련된 제3 실시형태의 시료 관찰 시스템 전체의 개략도이다.
도 58은 본 발명에 관련된, 시료 표면의 전위 분포의 조정 방법의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명을 적용할 수 있는 전자선 검사 장치의 전체 구성예의 개략을 나타낸 도면이다. 이 전자선 검사 장치는, 사상 투영형의 저가속 전자빔 장치로서, 전자빔원(310)과, 1차계 렌즈(320)와, 컨덴서 렌즈(330)와, 전자장 발생 수단(E×B)(340)과, 트랜스퍼 렌즈(350)와, 개구수(NA : Numerical Aperture) 조정용의 NA 조정용 애퍼처판(360)과, 프로젝션 렌즈(370)와, 검출기(400)와, 화상 처리 장치(500)와, 관찰 대상이 되는 시료(200)를 재치(載置)하기 위한 스테이지(100)와, 조사 에너지 설정 공급부(600)를 구비하고 있다.
NA 조정용 애퍼처판(360)에는, 적어도 1개의 NA 애퍼처(361)가 설치되어 있고, 이 NA 애퍼처(361)에 의해 개구수(NA)가 결정된다. NA 애퍼처(361)는 평면 내에서의 위치 조정이 가능하고, 후술하는 E×B(340)의 작용에 의해 방향 설정이 다른 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자를, 선택적으로 검출기(400)로 유도할 수 있다. 또한, 이 전자선 검사 장치는, 필요에 따라, 시료(200)의 표면에 전자빔을 조사하여 시료 표면을 대전시키기 위한 대전 빔 조사 수단(700)을 구비하는 구성으로 해도 된다.
시료(200)의 표면은, 절연 영역과 도전 영역을 가지고 있고, 당해 시료 표면의 관찰은, 전자빔원(310)으로부터의 전자빔의 조사에 의해 행해진다. 전자빔원(310)은, 예를 들어, 전자원(311)과, 웨넬트 전극(Wehnelt electrode, 312)과, 애노드(313)를 구비하고 있고, 전자원(311)으로 전자를 발생시키고, 웨넬트 전극(312)으로 전자를 끌어내고, 애노드(313)로 전자를 가속하여, 시료 표면을 향하여 조사한다.
전자빔원(310)은, 복수의 화소를 동시에 촬상할 수 있는, 복수 화소를 포함할 수 있는 소정의 면적을 가지는 면 형상의 전자빔을 생성하도록 구성해도 된다. 이에 의해, 1회의 전자빔의 시료 표면에 대한 조사로, 복수 화소를 동시에 촬상할 수 있고, 넓은 면적의 2차원 화상을 고속으로 취득할 수 있다.
조사 에너지 설정 수단(310)은, 전자빔원(310)으로부터 사출되는 전자빔의 조사 에너지를 설정하는 수단이다. 조사 에너지 설정 공급 수단(310)은, 부극(負極)이 전자원에 접속된 가변 전압원을 구비하고, 전자빔원(310)에 전력을 공급하고, 전자원(311)으로부터 전자를 발생시킨다. 전자빔의 조사 에너지는, 시료(200)의 전위와, 전자빔원(310)의 전자원(311)에 구비된 캐소드의 전위의 차이에 의해 정해진다. 따라서, 조사 에너지 설정 공급부(600)는, 그 가변 전압원의 전압(이후, 「가속 전압」이라고 한다)을 조정함으로써, 조사 에너지를 조정 및 설정할 수 있다.
본 발명에 관련된 전자선 검사 장치에 있어서는, 조사 에너지 설정 공급부(600)에 의해 전자빔의 조사 에너지가 적절한 값으로 설정되어, 취득되는 화상의 콘트라스트가 높아진다. 본 발명에서는, 전자빔의 조사 에너지는, 촬상 전자빔의 조사에 의해 시료(200) 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 설정되는데, 그 조사 에너지의 구체적인 설정 방법에 대해서는 후술한다.
1차계 렌즈(320)는, 전자빔원(310)으로부터 사출된 전자빔을 전자장의 작용에 의해 편향시켜, 시료(200)의 표면 상의 원하는 조사 영역으로 유도하기 위한 수단이다. 또한, 1차계 렌즈(320)는, 복수여도 되고 1개여도 된다. 각 1차계 렌즈(320)로서, 예를 들어, 4극자 렌즈가 사용된다.
E×B(E×B 편향기)(340)는, 전자빔 또는 전자에 전계와 자계를 부여하고, 로렌츠력에 의해 전자빔 또는 전자를 방향 설정하여, 전자빔 또는 전자를 소정의 방향을 향하게 하기 위한 수단이다. E×B(340)는, 전자빔원(310)으로부터 사출된 전자빔에 대해서는, 시료(200)의 표면을 향하게 하는 로렌츠력을 발생시키도록, 전계와 자계가 설정된다.
또한, E×B(340)는, 시료 표면에 대한 전자빔의 조사에 의해, 당해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자에 대해서는, 그대로 상방으로 직진시켜, 검출기(400)의 방향을 향하게 하도록 전계와 자계가 설정된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 촬상 전자빔의 조사에 의해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자는, E×B(340)의 작용에 의해, 전자빔의 입사 방향과 반대 방향으로 진행하는 속도에 따라, 전계와 자계에 의해 방향 설정이 이루어진다.
E×B(340)의 작용에 의해, 시료 표면에 입사하는 전자빔과, 당해 입사 전자빔과는 반대 방향으로 진행하는 시료 표면으로부터 발생한 전자를 분리할 수 있다. 또한, E×B는, 빈 필터(Wien filter)라고 불러도 된다.
컨덴서 렌즈(330)는, 전자빔을 시료(200)의 표면에 결상시킴과 함께, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자를 수속(收束)시키기 위한 렌즈이다. 따라서, 컨덴서 렌즈(330)는, 시료(200)의 가장 근방에 배치된다.
트랜스퍼 렌즈(350)는, E×B(340)를 통과한 전자를, 검출기(400)의 방향으로 유도함과 함께, NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361) 부근에서 크로스오버를 연결시키기 위한 광학 수단이다.
NA 조정용 애퍼처판(360)은, 통과 전자수를 조정하기 위한 수단이다. NA 조정용 애퍼처(360)는, 그 중앙부에, 개구수(NA)를 결정하는 구멍부인 NA 애퍼처(361)를 가지고 있다. NA 애퍼처(361)는, 트랜스퍼 렌즈(350)에 의해 유도된 시료 표면으로부터의 전자를 통과시켜 검출기(400)로의 통로가 됨과 함께, 촬상의 잡음이 되는 전자가 검출기(400)를 향하는 것을 차단하여, 통과 전자수를 조정한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 이 NA 애퍼처(361)는, 평면 내에서 위치 조정 가능하고, E×B(340)의 작용에 의해 방향 설정이 다른 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자를, 선택적으로 검출기(400)로 유도할 수 있다. 그 상세에 대해서는 후술한다. 또한, NA 애퍼처(361)는 구멍 직경이 다른 복수 종류가 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 원하는 구멍 직경의 NA 애퍼처가 NA 애퍼처 이동 기구(도시 생략)에 의해 선택된다.
프로젝션 렌즈(370)는, NA 조정용 애퍼처(361)를 통과한 전자에 대해, 검출기(400)의 검출면 상에 상(像)을 결상시키기 위한 최종 초점 조정 수단이다.
검출기(400)는, 전자빔이 시료 표면에 조사되고, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자를 검출하여, 시료 표면의 화상을 취득하기 위한 수단이다. 검출기(400)로서, 다양한 검출기를 사용할 수 있으나, 예를 들어, 병렬 화상 취득을 가능하게 하는 CCD(Charge Coupled Device) 검출기나, TDI(Time Delay Integration)-CCD 검출기를 사용할 수 있다. CCD나 TDI-CCD 등의 2차원 화상 촬상형의 검출기(400)를 사용하고, 전자빔원(310)으로 복수 화소를 포함하는 소정의 면적을 조사할 수 있는 면빔을 사용함으로써, 1지점의 빔 조사로 병렬 촬상에 의한 넓은 면적의 화상 취득이 가능해져, 시료 표면의 관찰을 고속으로 행할 수 있다. 또한, CCD나 TDI-CCD는, 광을 검출하여 전기 신호를 출력하는 검출 소자이므로, 검출기(400)에 CCD나 TDI-CCD를 적용하는 경우에는, 전자를 광으로 변환하는 형광판이나, 전자를 배증하는 MCP(마이크로 채널 플레이트)를 필요로 하므로, 검출기(400)에는, 그것들도 포함되도록 한다.
검출기(400)는, EB-CCD 또는 EB-TDI를 사용하도록 해도 된다. EB-CCD 및 EB-TDI는, 2차원 화상 촬상형의 검출기인 점은, CCD 및 TDI-CCD와 동일하지만, 전자를 직접 검출하여, 광-전자 사이의 변환을 거치지 않고, 그대로 전기 신호를 출력하는 것이다. 따라서, 상기 서술한 바와 같은 형광판이나 MCP를 필요로 하지 않아, 도중의 신호 로스가 감소하므로, 고분해능의 화상 취득이 가능해진다.
화상 처리 장치(500)는, 검출기(400)로부터 출력된 전기 신호를 기억하고 당해 기억된 신호에 기초하여, 시료(200) 표면의 화상을 생성하는 장치이다. 구체적으로는, 검출기(400)로부터 출력된 좌표 정보 및 휘도 정보에 기초하여, 2차원 화상을 생성한다. 표면에 절연 재료와 도전 재료를 포함하는 시료(200)를 관찰하기 위해서는, 절연 영역과 도전 영역에 휘도차가 발생하여, 콘트라스트가 높은 화상이 취득되는 것이 바람직하지만, 화상 처리 장치(500)에 있어서는, 양호한 화상을 취득할 수 있도록, 필요한 화상 처리 및 화상 생성을 행한다.
스테이지(100)는, 상면에 시료(200)를 재치하여, 시료(200)를 지지하는 수단이다. 스테이지(100)는, 시료 표면(201)의 피관찰 영역의 전체에 전자빔의 조사가 가능하도록, 수평면 내(XY면 내)의 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하고, 수평면 내에서 회전 가능하다. 또한, 필요에 따라, 연직 방향(Z 방향)으로 이동 가능하게 하여 시료(200) 표면의 높이를 조정할 수 있게 구성되어 있어도 된다. 스테이지(100)를 이동할 수 있게 구성되는 경우에는, 예를 들어, 모터나 에어 등의 이동 수단을 설치하도록 하면 좋다.
대전 전자빔 조사 수단(700)은, 전자빔원(310)으로부터 촬상용의 촬상 전자빔을 조사하기 전에, 시료(200)를 대전시키기 위하여 설치된다. 대전 전자빔 조사 수단(700)은, 필요에 따라 설치된다. 또한, 시료 표면을 촬상하기 전에, 당해 시료 표면에 미리 전자빔을 조사하면, 도전 영역은 대전되지 않고 그 전위는 접지 전위 그대로인 반면, 절연 영역이 부(負)로 대전된다. 따라서, 이들 도전 영역과 절연 영역 사이에, 재료에 따른 전위차를 형성할 수 있다. 그리고 이 전위차에 의해, 도전 영역과 절연 영역의 콘트라스트를 높일 수 있다. 따라서, 촬상 전자빔 전에, 대전 전자빔을 시료 표면에 조사하고자 하는 경우에, 대전 전자빔 조사 수단(700)을 설치하면 된다.
또한, 대전 전자빔 조사 수단(700)을 별도 설치하지 않고, 전자빔원(310)이 대전 전자빔 조사 수단을 겸하도록 해도 된다. 요컨대, 대전 전자빔은, 대전 전자빔 조사 수단(700)을 사용하지 않고, 전자빔원(310)으로부터 조사해도 된다. 그리고, 이 대전 전자빔의 조사에 이어, 촬상용 전자빔을 시료(200)의 표면에 조사하도록 해도 된다.
따라서, 대전 전자빔 조사 수단(120)은, 예를 들어, 대전 전자빔을 시료 표면(201)에 조사하고자 하는 경우이며, 또한, 대전 전자빔의 조사 후, 즉시 촬상용 전자빔을 조사하고자 하는 경우 등에 설치하도록 해도 된다. 일반적으로, 촬상 전자빔과 대전 전자빔은 조사 에너지가 다르기 때문에, 대전 전자빔 조사 수단(700)을 설치함으로써, 대전 전자빔 조사와 촬상 전자빔 조사 사이의 조사 에너지의 조정이 불필요하게 되어, 신속한 촬상을 행할 수 있다. 따라서, 관찰 시간의 단축 등의 요청이 높은 경우에는, 대전 전자빔 조사 수단(700)을 설치함으로써, 관찰 시간 단축의 요청에 응할 수 있다.
시료(200)는 통상, 그 표면에, 절연 재료로 이루어지는 절연 영역과 도전 재료로 이루어지는 도전 영역을 포함한다. 시료(200)는, 다양한 형상이 적용될 수 있는데, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 레티클 등의 기판 형상의 시료가 사용된다. 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치는, 시료 표면의 절연 영역이 도전 영역보다 면적비가 큰 경우에도, 바람직하게 시료 표면을 관찰할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 콘택트 플러그나, 레티클의 콘택트 구조에 대해서도, 양호하게 시료 표면의 화상을 취득하여, 관찰을 행할 수 있다.
또한, 도전 재료 및 절연 재료에는 다양한 재료가 적용될 수 있는데, 예를 들어, 도전 재료로서 W(텅스텐) 등의 플러그 재료, 절연 재료로서 반도체 웨이퍼의 절연층으로서 이용되는 SiO2(실리콘 산화막) 등이 적용되어도 된다.
도 1의 전자선 검사 장치는, 상기 서술한 바와 같이, 사상 투영형의 전자선 검사 장치인데, SEM형의 전자선 검사 장치도 본 발명의 전자선 검사 장치로서 적용 가능하다.
도 2는, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치를 구비한 제1 실시형태의 시료 관찰 시스템(검사 시스템)의 전체 구성예를 나타낸 도면으로, 이 시료 관찰 시스템은, 사상 투영형의 전자 광학계와, 광학 현미경에 의한 시료 관찰, 및 SEM형 전자 광학계에 의한 시료 관찰이 가능한, 복합형 시료 관찰 시스템으로서 구성되어 있다.
도 2에 나타낸 복합형의 시료 관찰 시스템은, 시료 캐리어(1900)와, 미니 인바이어런먼트(1800)와, 로드 록(1620)과, 트랜스퍼 챔버(1610)와, 메인 챔버(1600)와, 사상 투영형의 전자 칼럼(1300)과, 화상 처리 장치(500)를 구비하고 있다. 미니 인바이어런먼트(1800)에는, 대기 반송 로봇, 시료 얼라이먼트 장치, 클린 에어 공급 기구 등이 설치되어 있다(도시 생략). 또한, 항상 진공 상태의 트랜스퍼 챔버(161)에는, 진공용 반송 로봇이 설치되어 있고(도시 생략), 이에 의해, 압력 변동에 의한 파티클 등의 발생을 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.
메인 챔버(1600)에는, 수평면 내(XY 평면 내)에서 X 방향, Y 방향, 및 θ(회전) 방향으로 이동 가능한 스테이지(100)가 설치되어 있고, 당해 스테이지(100) 상에는 정전 척(도 3의 120)이 설치되어 있다. 시료 그 자체 또는 팔렛트나 지그에 설치된 상태의 시료는, 이 정전 척에 의해 스테이지(100) 상에 재치된다.
메인 챔버(1600)의 내부는, 진공 제어계(1500)에 의해, 진공 상태가 유지되도록 압력 제어된다. 또한, 메인 챔버(1600), 트랜스퍼 챔버(1610) 및 로드 록(1620)은, 제진대(1700) 상에 재치되어, 바닥으로부터의 진동이 전달되지 않도록 구성되어 있다.
메인 챔버(1600)에는 전자 칼럼(1300)이 설치되어 있다. 이 전자 칼럼(1300)에는, 도 1에 나타낸 전자빔원(310) 및 1차계 렌즈(320)를 포함하는 1차 광학계와, 컨덴서 렌즈(330), E×B(340), 트랜스퍼 렌즈(350), NA 조정용 애퍼처(360)판, 및 프로젝션 렌즈(370)를 포함하는 2차 광학계와, 시료(200)로부터의 2차 전자 및 미러 전자를 검출하는 검출기(400)가 설치되어 있다. 또한, 전자 칼럼(1300)의 관련 구성 요소로서, 시료의 위치 맞춤에 사용하는 광학적 현미경(1400)이나, 리뷰 관찰에 사용하는 SEM(1450)이 구비되어 있다.
검출기(400)로부터의 신호는, 화상 처리 장치(500)로 보내져 신호 처리된다. 신호 처리는, 관찰을 행하고 있는 온 타임 중의 처리와 화상만 취득하고 나중에 처리하는 오프라인 처리의 양방이 가능하다. 화상 처리 장치(500)로 처리된 데이터는 하드 디스크나 메모리 등의 기록 매체에 보존된다. 또한, 필요에 따라, 콘솔의 모니터에 표시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 관찰 영역?결함 맵?결함 분류?패치 화상 등이다. 이러한 신호 처리를 행하기 위해, 시스템 제어부(950)가 구비되어 있다. 또한, 전자 칼럼계(1300)에 전원을 공급하기 위해, 전자 광학계 제어 전원(1180)이 구비되어 있다. 전자 광학계 제어 전원(1180)에는, 전자빔원(310)의 전자원(311)에 전력을 공급하는 전원(600)과, 당해 전원을 제어하는 조사 에너지 제어 수단이 포함되고, 또한, 후술하는 시료의 전위를 설정하기 위한 전원 및 그 제어 수단, 그리고, 후술하는 집진 전극으로 인가하는 전압의 전원 및 그 제어 수단이 포함되어 있다.
다음으로, 시료의 반송 기구에 대하여 설명한다. 웨이퍼, 마스크 등의 시료는, 로드 포트(1900)로부터, 미니 인바이어런먼트(1800) 중으로 반송되고, 그 안에서 얼라이먼트 작업이 행해진다. 또한, 시료는, 대기 반송 로봇에 의해 로드 록(1620)으로 반송된다. 로드 록(1620) 내에서는, 진공 펌프(도시 생략)에 의해, 대기 상태로부터 진공 상태가 되도록 배기가 이루어진다. 이 배기에 의해 로드 록(1620) 내가 일정 압력(예를 들어, 1Pa 정도) 이하가 되면, 시료는, 트랜스퍼 챔버(1610)에 설치된 진공 반송 로봇에 의해 로드 록(1620)으로부터 메인 챔버(1600)로 반송되어, 스테이지(100)가 가지는 정전 척 기구 위에 설치된다.
도 2의 시스템에 있어서는, 사상 투영형 전자선 장치 즉 전자 광학계(1300)와 SEM형 전자 광학계(1450)에 공통되는 스테이지(100) 상에 시료(200)가 탑재되기 때문에, 시료(200)가 사상 투영형의 전자 광학계(1300)와 SEM형의 전자 광학계(1450) 사이를 이동하였을 때에, 좌표 관계가 일의적으로 구해져, 동일 부위의 특정을 고정밀도로 용이하게 행할 수 있다.
요컨대, 분리된 각각의 검사 장치 사이에서 시료의 이동을 행하는 경우, 각각의 스테이지에 시료를 배치할 필요가 있기 때문에, 시료의 얼라이먼트를 각각 행할 필요가 있고, 이와 같이, 시료의 얼라이먼트를 행해도, 동일 장소의 특정 오차는 5?10㎛ 이상이 되어 버린다. 특히, 패턴이 없는 시료의 경우에는, 위치 기준을 특정할 수 없기 때문에, 그 오차는 더욱 커진다.
이 예에 의하면, 사상 투영형의 전자 광학계(1300)와 SEM형의 전자 광학계(1450) 사이에서 시료(200)의 이동을 행한 경우에도, 고정밀도로 동일 장소를 특정할 수 있으므로, 고정밀도로 장소의 특정이 가능해지고, 예를 들어 1㎛ 이하의 정밀도가 가능해진다. 이에 의해, 패턴 및 패턴 결함의 검사를 사상 투영형의 전자 광학계(1300)로 행한 경우, 그 검출한 결함의 특정 및 상세 관찰(리뷰)을 SEM형의 전자 광학계(1450)로 행하는 경우에 매우 유효해진다. 요컨대, 장소의 특정이 가능하므로, 존재의 유무(없으면 유사 검출)를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 결함의 정확한 사이즈나 형상을 고속으로 행하는 것이 가능해진다. 각각의 장치이면 패턴 결함과 그 특정에 많은 시간이 소비된다.
본 발명에 의하면, 사상 투영형 및 SEM형의 전자 광학계가 동일 챔버에 탑재되어 있는 시스템을 이용함으로써, 특히, 100nm 이하의 초미소 패턴의 검사와 그 판정 및 분류를 효율적으로, 또한, 고속으로 행할 수 있다.
다음으로, 도 3-도 23을 참조하여, 본 발명에 관련된, 시료 표면에 파티클 등의 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위한 구성에 대해, 상세하게 설명한다. 이하의 예에서는, 시료(200)로서, 표면층에 도전성의 박막, 예를 들어, Si(도프를 포함한다), Cr, TaN, TaBN, CrN, Ru, Ta, W 또는 Cu 등의 박막을 가지는 직사각형상의 마스크 또는 원형의 반도체 웨이퍼를 사용한다. 박막의 최표면은, TaBO, TaO 또는 Si02 등의 절연막이어도 된다. 또한, 마스크로는, 예를 들어, 석영이나 쿼츠 기판에 박막이 형성되어 있는 것이나, Si 웨이퍼에 LSI용의 회로 패턴 막 구조가 형성되어 있는 것이 사용된다.
도 3은, 도 1에 나타낸 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치의 스테이지(100) 및 그 주위의 부분을 상세하게 나타내는 종단 정면도이고, 도 4는, 도 3의 횡단 평면도이다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치는, 진공 배기 가능한 진공 챔버(112)를 구비하고, 당해 진공 챔버(112)의 내부에, X 방향 및 Y 방향으로 이동이 자유로운 스테이지(100)가 배치되어 있다. 그리고, 스테이지(100)의 상면에, 이 예에서는, 직사각형상의 마스크로 이루어지는 시료(200)를 유지한 홀더(118)가 정전 척(120)을 통해 설치되어 있다.
스테이지(100)는, 시료(마스크)(200)의 유효 영역의 촬상이나 결함 검사가 가능하도록, 시료(200)의 유효 거리+조주 거리(검사 최고 속도＊속도 안정화 시간)의 스트로크의 이동 영역을 가지고 있다. 예를 들어, X 방향 및 Y 방향의 시료(200)의 유효 거리가 300mm이고, 조주 거리가 100mm/s＊0.5s=50mm일 때, 스테이지(100)는, 400mm의 스트로크의 이동 영역을 가진다.
스테이지(100) 상에 설치된 시료(200)와 소정 간격 이간하여, 당해 시료(200)의 전체 주위를 포위하는 위치에, 직사각형 프레임 형상으로 연속하여 연장되는, 횡단면 직사각형상의 집진 전극(122)이 배치되어 있다. 또한, 스테이지(100)에 배치된 시료(마스크)(200) 및 집진 전극(122)의 상방에 위치하여, 중앙에 관통 구멍(124a)을 가지는 간극 제어판(124)이, 진공 챔버(12)의 내주면과 미소한 간극을 가지고 수평으로 배치되어 있다. 이 관통 구멍(124a) 내에는, 전자선 검사 장치의 광학계 요소 즉 컨덴서 렌즈(330)가 위치하고, 이 컨덴서 렌즈(330)를 통해, 스테이지(100) 상에 배치된 시료(200)의 표면에 전자선이 조사된다. 관통 구멍(124a)의 크기는, 컨덴서 렌즈(330)의 외형보다 미소하게 큰 크기로 설정되어 있다.
집진 전극(122)은, 자장에 의한 전자선의 구부러짐이나 궤도 변화를 제거하기 위해, 인청동이나 Ti 등의 비자성 재료로 구성되어 있다. 전자선에는, 1차계의 조사 전자선, 시료(200)로부터 방출되는 2차 방출 전자선 및 시료(200) 근방에서 반사하는 미러 전자선 등이 포함된다.
간극 제어판(124)은, 예를 들어 인청동, Ti 또는 SUS재 등의, 예를 들어 판두께가 0.3?5mm인 평판으로 구성되어 있다. 전위를 안정시키거나 오염을 방지하기 위해, 간극 제어판(124)으로서, Au, Pt, Ru 또는 Os 등이 코팅되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 간극 제어판(124)은, 스테이지(100)가 그 이동 영역 내를 이동해도, 집진 전극(122)이 간극 제어판(121)의 외측으로 비어져 나오지 않는 영역을 커버하는 크기로 설정되어 있다. 이에 의해, 스테이지(100)가 이동하여, 스테이지(100)에 배치된 시료(200)가 진공 챔버(112) 내의 가장 치우친 위치로 이동하였을 때에 전계 분포가 무너져 파티클의 궤도가 변화되는 것을 방지하고, 파티클이 시료(200)까지 날아들어 당해 시료의 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 간극 제어판(124)은, 반드시 필요하지는 않다. 이것은, 이하의 각 예에서도 동일하다.
이 예에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 직사각형 프레임 형상으로 연속한 집진 전극(122)을 사용하여, 스테이지(100) 상에 배치한 시료(200)의 전체 주위를 집진 전극(122)으로 일체로 포위하고, 이에 의해, 집진 전극(122)의 길이 방향을 따른 위치에 간극이 발생하여 전계의 불균일한 부위가 발생하고, 소위 전계의 간극으로부터, 파티클이 집진 전극(22)으로 포위된 내부에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
집진 전극(122)은, 반드시 시료(200)의 전체 주위를 포위할 필요는 없고, 집진 전극(122)으로 형성되는 전계가 시료(200)의 주위를 포위할 수 있으면 된다. 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같이, 직선 형상으로 연장되는 4개의 집진 전극(122a)을 시료(200)의 각 변의 대략 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 배치하여, 시료(200)의 모서리 근방을 제외하고 대략 전체 외주를 집진 전극(122a)으로 포위하도록 해도 되고, 또한 도시하지 않았으나, 직선 형상으로 연장되는 집진 전극이 도중에 서로 분리되도록 해도 된다. 이 경우, 서로 인접하는 집진 전극 사이에 전계의 변형이 발생하지만, 집진 전극에 의해 필요한 전위의 분포가 얻어지면 된다. 예를 들어, 2차원으로 생각하여, 집진 전극의 폭을 D, 집진 전극의 전극간의 거리를 L로 하였을 때, D/L≥4이면 문제없다. 이것은, 이하의 각 실시예에서도 동일하다.
도 3?도 5에 나타낸 예에서는, 시료(200)로서 직사각형의 마스크를 사용하고 있다. 원형의 반도체 웨이퍼를 시료로서 사용할 때에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이지(100) 상에 원형의 홀더(118a)로 유지한 원형의 시료(반도체 웨이퍼)(200a)를 설치하고, 당해 시료의 주위에 원형 링 형상으로 연속된 집진 전극(122b)을 배치함으로써, 시료(200a)의 전체 주위를 일체로 포위한다. 이 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 반원 형상의 1쌍의 집진 전극(122c)을 진원(眞圓)이 되도록 서로 대치시켜 배치하여, 스테이지(100) 상에 배치한 원형의 시료(반도체 웨이퍼)(200a)의 대략 전체 주위를 집진 전극(122c)으로 포위하도록 해도 되고, 또한 도시하지 않았으나, 3 이상의 집진 전극을 원주 방향을 따라 연장되도록 서로 이간시켜 배치하도록 해도 된다.
어느 경우에도, 스테이지(100) 상에 배치된 시료(200)를 둘러싸는 1 또는 복수의 모든 집진 전극(122)에 소정의 전압이 인가되어 집진을 행하고, 그 후에, 전자빔원(310)(도 1 참조)으로부터 전자빔을 발생시켜, 스테이지(100) 상의 시료(200)에 진자빔이 조사된다. 그리고, 이에 의해 시료로부터 방출된 2차 전자 및 시료 표면 및 그 근방으로부터 반사된 미러 전자를, 검출기(400)(도 1 참조)로 검출하고, 화상 처리 장치(500)에서 화상 처리가 행해져, 시료 표면의 화상이 얻어진다.
도 8은, 시료(200), 집진 전극(122) 및 간극 제어판(124)을 확대하여 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 시료(200)에는, 당해 시료의 표면에 소정의 전압을 인가하는 제1 전원(128)이 접속되고, 집진 전극(122)에는, 당해 집진 전극에 소정의 전압을 인가하는 제2 전원(130)이 접속된다. 집진 전극(122)의 두께는, 예를 들어 0.1?5mm이다. 집진 전극(122)의 폭(W1)은, 넓으면 넓을수록 좋지만, 넓어지면 넓어질수록, 진공 챔버(112) 내에 차지하는 집진 전극(122)의 사이즈가 커지기 때문에, 일반적으로는 5?50mm이다. 시료(200)와 집진 전극(122)의 거리(L1)는, 집진 전극(122)의 폭(W1)과의 관계에서, 예를 들어 0.5L1<W1<5L1의 관계를 만족시키는 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
이 예에서는, 제1 전원(128)을 통해, 시료(200)의 표면에, 예를 들어 -1?-5kV의 전압이 인가되고, 집진 전극(122)에는, 제2 전원(130)을 통해, 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 극성으로, 시료(200)에 인가되는 전압보다 절대값이, 예를 들어 0.5?5kV 큰 전압이 인가된다. 요컨대, 예를 들어 시료(200)에 -3kV의 전압이 인가될 때에는, 집진 전극(122)에는 -3.5?-8kV, 예를 들어 -5kV의 전압이 인가된다.
진공 챔버(112)는, 철재나 알루미늄 등의 금속 재료제이고 어스 전위이다. 그리고, 진공 챔버(112)의 내부에 존재하는 파티클 등의 이물질이 정전기 등에 의해 대전되면, 시료(200)의 전위가 부(負)인 경우에는, 정(正)으로 대전된 파티클 등의 이물질이 전계에 끌려 시료(200)를 향하여 날아든다.
이 예에 의하면, 부의 전위가 인가되는 시료(200)의 전체 주위를 집진 전극(122)으로 포위하고 당해 집진 전극(122)에 시료(200)에 인가되는 전압보다 부로 큰 전압을 인가함으로써, 전계에 끌려 날아드는 파티클 등의 이물질의 대부분을 집진 전극(122)으로 포착할 수 있고, 파티클 등의 이물질이 시료(200)를 향하여 날아가 당해 시료의 표면에 부착될 확률을 대폭 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 시료(200)의 표면에 이물질이 부착되는 것을 대폭 저감시킬 수 있다.
이 예에서는, 또한, 집진 전극(122)으로부터 멀어진 궤도를 지나 시료(200)의 표면에 파티클 등의 이물질의 부착을 방지하는 간극 제어판(124)을 구비하고 있다. 간극 제어판(124)을 구비함으로써, 집진 전극(22)으로부터 멀어진 궤도를 지나는 파티클 등의 이물질에 대한 집진 전극(122)의 흡인력이 떨어지고, 이 때문에 집진 전극(122)에 파티클 등의 이물질이 포착될 확률이 거리에 반비례하여 떨어진다. 이물질 보충의 확립을 저하시키지 않기 위해, 시료(200)에 부의 전압을 인가할 때, 시료(200)와 집진 전극(122) 사이의 전계 강도 A가 부(A<0)가 되도록 함으로써, 집진 전극(122)의 흡인력을 높여, 집진 전극(122)에 파티클 등의 이물질이 포착될 확률을 높일 수 있다. 게다가, 간극 제어판(124)과 집진 전극(122) 사이의 전계 강도(절대값) B가 0.1≤B(절대값)≤10kV/mm의 관계를 가지도록 함으로써, 집진 전극(122)에 파티클 등의 이물질이 포착될 확률을 더욱 높일 수 있다.
예를 들어, 시료(200)에 -1?-5kV의 부의 전압을 인가하고, 집진 전극(122)에 시료(200)에 인가하는 부의 전압보다 -0.5?-5kV만큼 부로 큰 -1.5?-10kV의 부의 전압을 인가한다. 간극 제어판(124)이 어스 전위일 때, 시료(200)와 집진 전극(122)의 거리 L1=10mm, 간극 제어판(124)과 집진 전극(122)의 거리 Z1=8mm로 하면, 시료(200)와 집진 전극(122) 사이의 전계 강도 A는 부(A<0)가 되고, 간극 제어판(124)과 집진 전극(122) 사이의 전계 강도(절대값) B=0.19?1.25kV/mm(=1.5?10kV/8mm), 특히, 집진 전극(122)에 -5kV의 전압을 인가하면, 전계 강도(절대값) B=0.625kV/mm(=5kV/8mm)가 되어, 유효한 조건이 된다. 이때, 공간의 내(耐)전압으로서, 10kV/mm를 초과하지 않도록 함으로써, 공간에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 9는, 스테이지(100)의 상세를 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 스테이지(100)는, X 스테이지(132)와 Y 스테이지(134)를 서로 적층하여 구성되고, X 스테이지(132)와 Y 스테이지(134) 사이에는 초음파 모터(136)가 장착되어 있다. 스테이지(100) 상면의 집진 전극(122)의 외방(外方)을 포위하는 위치에는, 상단이 집진 전극(122)의 상방에 이르는 제1 방진 커버(140)가 배치되고, 초음파 모터(136)의 외측방(外側方)에는, 당해 초음파 모터(36)의 수납부의 개구단을 폐색(閉塞)하는 제2 방진 커버(142)가 배치되어 있다.
제1 방진 커버(140)를 설치함으로써, 시료(200)의 표면을 향하여 파티클 등의 이물질이 비산하여 당해 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 파티클의 발생원이 되는 초음파 모터(136)의 외측방에 제2 방진 커버(142)를 배치함으로써, 초음파 모터(136)로부터 비산하는 파티클 등의 이물질이 진공 챔버(112)의 내부로 비산하는 것을 방지할 수 있다. 파티클 등의 이물질의 발생원으로부터 진공 챔버(112)의 내부로 파티클 등의 이물질이 비산하는 것을 방지하는 것은, 피에조 액추에이터 등의 벽면을 스쳐 구동하는 타입의 모터 등을 사용하는 경우에 특히 유효하다.
이 예에서는, 도 10에 상세하게 나타내는 바와 같이, 진공 챔버(112)의 내부에 밀폐 구조의 배선 박스(150)가 배치되어 있다. 이 배선 박스(150)는, 케이블의 벤딩이나 스침에 의해 당해 케이블로부터 발생하는 파티클 등의 이물질이 진공 챔버(112)의 내부로 비산하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 예에서는, 시료(200)가 배치된 스테이지(100)의 이동 등에 수반하는 케이블(152)의 벤딩이 발생하는 부위가 모두 배선 박스(150) 안에 들어가 있다. 보다 상세하게 설명하면, 시료(200)에 소정의 전압을 인가하기 위한 전원(도 1의 800, 도 11?도 14의 128) 및 집진 전극(122)에 소정의 전압을 인가하기 위한 전원(도 11?도 13의 130)은, 배선 박스(150)의 외부에 설치되어 있다. 이들 외부 전원과 단자대(156)의 전기적 접속은, 단자대(156)로부터 연장되는 케이블(도시 생략), 및, 진공 챔버(112)에 설치되어 있는 피드스루를 통해, 외부 전원에 접속된다. 단자대(156)에는, 시료 및 집진 전극에 대한 전원 전압 인가용의 2쌍의 단자가 설치되어 있고, 또한, 케이블(152)은 전원 전압 반송용의 2쌍의 전원선을 포함하고, 2쌍의 전원선 각각의 일단(一端)이 단자대(156)의 2쌍의 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도시와 같이, 케이블(160)의 일단은, 단자대(156)의 근방에 배치된 이동 가능한 이동판(158)에 기계적으로 고정되어 있다. 이동판(158)과 단자대(156) 사이의 케이블의 길이는, 이동판(158)의 이동 범위를 고려하여 여유를 가지고 설정된다. 한편, 스테이지(100)에는 고정판(154)이 고정되어 있고, 당해 고정판에도, 시료 및 집진 전극에 대한 전압 인가용의 2쌍의 단자가 설치되어 있으며, 이들 단자에, 케이블(152)의 대응하는 전원선이 전기적으로 접속되고 또한 기계적으로 결합된다.
그리고, 도시와 같이, 스테이지(100)에 고정시킨 고정판(154)에 접속된 케이블(152)은, 스테이지(100)로부터 배선 박스(150)를 향하여 직선 형상으로 연장되고, 배선 박스(150)에 설치한 슬릿(150a)을 통과하여 배선 박스(150)의 내부에 도달하고, 연후에, 하방을 향하여 180°굴곡하여 반전되어 있다. 그리고, 상기 서술한 바와 같이, 케이블(152)의 타단(他端)은, 배선 박스(150)의 내부에 배치한 이동판(158)에 기계적으로 고정되고 또한 선단이 단자대(156)에 접속되어 있다. 이에 의해, 스테이지(100)가 X 방향으로 이동하였을 때, 케이블(152)의 배선 박스(150) 내의 굴곡부(152a)에만 벤딩이 발생한다.
배선 박스(150)의 내부에는, Y 방향[도 10의 지면(紙面)에 직교하는 방향]을 따라 연장되어 케이블(152)의 안내가 되는 가이드 롤러(160)가 배치되어 있고, 스테이지(100)가 Y 방향으로 이동하였을 때에, 롤러 가이드(160)를 따라 Y 방향으로 이동하고, 또한 이동판(158)이 이동하므로, 이동판(158)까지의 케이블(152)에 Y 방향의 스트레스가 걸리지 않게 되어 있다.
또한, 상기한 실시형태에 있어서는, 이동 가능한 이동판(158)을 설치하고 있으나, 케이블(152)의 굴곡부(152a)의 신축에 의해서만, 스테이지(100)의 X 방향 및 Y 방향의 이동에 수반하는 케이블(152)의 변동을 흡수할 수 있도록 하면, 이동판 대신에 고정판을 사용하여 케이블(152)을 기계적으로 고정시켜도 된다.
이와 같이, 케이블(152)의 벤딩부가 모두 배선 박스(150) 내에 있고, 또한, 배선 박스(150)의 외부로 통하는 구멍이 작기 때문에, 배선 박스(150) 내에서 발생한 파티클 등의 이물질이 배선 박스(150) 밖으로 나올 확률이 대폭 감소하여, 그 대부분이 배선 박스(150)의 내벽에 부착된다. 또한 이 예에서는, 배선 박스(150)의 내부에 배선 박스용의 집진 전극(162)을 배치하고, 당해 집진 전극(162)에 파티클 등의 이물질 포착용의 전압을 인가함으로써, 배선 박스(150)로부터 파티클 등의 이물질이 외측으로 비산될 확률을 보다 대폭으로 저하시킬 수 있다.
또한, (1) 케이블의 길이를 맞추고, (2) 인슈록(INSULOK) 등으로 케이블을 고정시켜 보정하고, (3) 케이블을 플랫 케이블로 하는 것과 같은 대책을 실시함으로써, 복수의 케이블의 스침에 의한 파티클 발생을 저감시킬 수 있다. 요컨대, 복수의 케이블의 길이를 맞추어 고정시키면, 케이블 다발이 일체가 되어, 스테이지가 이동하였을 때에 케이블에 구부러짐이 발생하는데, 그때의 케이블 상호의 스침을 저감시켜, 파티클 등의 이물질의 발생을 저감시킬 수 있다. 또한, 케이블을 플랫 케이블로 함으로써, 복수의 배선을 하나의 케이블로 하는 것이 가능해져, 케이블 상호의 스침이 없어진다. 또한, 다수 배선을 가지는 플랫 케이블을 즉시 사용할 수 없을 때에는, 상기 (1)과 (2)를 조합하는 것이 유효하다.
상기의 예에서는, 횡단면 직사각형상의 집진 전극(122)을 사용하고 있으나, 도 11에 나타내는 바와 같이, 횡단면 원형의 집진 전극(122d)을 사용해도 된다. 이 집진 전극(122d)의 직경(D)은, 시료(200)와 집진 전극(122d)의 거리(L2)와의 관계에서, 0.5L2<D<5L2의 관계를 만족시키는 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 집진 전극(122d)의 직경(D)을 이보다 작게 하면 집진 전극(122d)의 포착 확률이 저하되고, 이보다 커도 집진 전극(122d)의 포착 확률은 변하지 않아, 경우에 따라서는, 불필요한 파티클 등의 이물질의 포착을 유인하게 된다.
또한, 상기의 예에서는, 시료(200)와 소정 간격 이간된 위치에 집진 전극(122)을 배치하고, 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 극성으로 시료(200)에 인가되는 전압보다 절대값이 큰 전압을 집진 전극(122)에 인가하도록 하고 있으나, 도 12에 나타내는 바와 같이, 시료(200)의 외주연부(外周緣部)에 내주연부(內周緣部)를 접촉시키면서, 당해 시료의 전체 주위를 포위하도록, 직사각형 프레임 형상으로 연속된, 횡단면 직사각형상의 집진 전극(122e)을 배치하고, 제1 전원(128)을 통하여 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 전압을, 제2 전원(130)을 통하여 집진 전극(122e)에 인가하도록 해도 된다. 이 집진 전극(122e)의 두께는, 예를 들어 0.1?5mm이고, 폭(W2)은, 전술한 집진 전극(122)과 동일하며, 예를 들어 5?50mm이다.
도 12의 예에서는, 시료(200)의 외형보다 작은 내형을 가지는 집진 전극(122e)을 사용하고, 집진 전극(122e)의 내주연부를 시료(16)의 외주연부에 접촉시키고 있으나, 도 13에 나타내는 바와 같이, 직사각형 프레임 형상으로, 내형을 시료(200)의 외형보다 미소하게 크게 한 집진 전극(122f)을 사용하고, 시료(200)의 전체 주위를 집진 전극(122f)이 미소한 간극(S)을 두고 포위하도록, 당해 집진 전극(122f)을 배치하도록 해도 된다. 이 간극(S)은, 예를 들어 1?500㎛이다.
도 12의 예에서는, 제1 전원(128)을 통하여, 시료(200)에, 예를 들어 -1?-5kV의 부의 전압이 인가되고, 집진 전극(122e)에도, 제2 전원(130)을 통해, 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 전압, 요컨대, 예를 들어 시료(200)에 -3kV의 전압이 인가될 때에는, -3kV의 전압이 인가된다.
전술과 동일하게, 시료(200)의 전위가 부인 경우에는, 정으로 대전된 파티클 등의 이물질이 전계에 끌려 시료(200)를 향하여 날아든다. 도 12의 예에 의하면, 시료(200)의 전위와 동전위의 집진 전극(122e)이 시료(200)의 전체 주위를 포위하는 위치에 배치되어 있기 때문에, 전계에 끌려 날아드는 파티클 등의 이물질의 대부분은, 집진 전극(122e)으로 포착된다. 이와 같이, 시료(200)의 주위에 배치한 집진 전극(122e)으로 파티클 등의 이물질의 대부분을 포착할 수 있으므로, 시료(200)의 표면에 날아들어 당해 표면에 부착되는 파티클 등의 이물질을 적게 하고, 이에 의해, 시료(200)의 표면에 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 12의 예에서는, 집진 전극(122e)과 간극 제어판(124)의 거리를 Z2로 하였을 때, 집진 전극(122e)의 폭(W2)과의 관계에서, W2>4Z2일 때에 특히 효과적이다. 또한, 집진 전극(122e)과 간극 제어판(124) 사이의 전압 밀도(B)의 크기(절대값)를 0.1kV/mm보다 크게 하였을 때(B(절대값)>0.1kV/mm), 더욱 유효해진다.
도 14는, 전술한 도 8에 나타내는 예와 도 12에 나타내는 예를 조합한 또 다른 예를 나타낸다. 이 예에서는, 시료(200)의 외주연부에 내주연부를 접촉시키면서, 당해 시료의 전체 주위를 포위하도록, 예를 들어 직사각형 프레임 형상으로 연속된, 횡단면 직사각형상의 제1 집진 전극(170)을 배치하고, 제1 집진 전극(170)과 소정 간격 이간된 위치에, 당해 제1 집진 전극(170)의 전체 주위를 포위하도록, 예를 들어 직사각형 프레임 형상으로 연속된, 횡단면 직사각형상의 제2 집진 전극(172)을 배치하고 있다. 그리고, 제1 집진 전극(170)에는 제2 전원(174)을 접속하고, 제2 집진 전극(172)에는 제3 전원(176)을 접속하고 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 직선 형상으로 연장되는 제2 집진 전극을 제1 집진 전극의 각 변의 대략 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 배치하여, 제1 집진 전극의 대략 전체 외주(外周)를 제2 집진 전극으로 포위하도록 해도 되고, 또한 직선 형상으로 연장되는 제2 집진 전극이 도중에 서로 분리되도록 해도 된다.
도 14의 예에서는, 전술과 동일하게, 제1 전원(128)을 통하여, 시료(200)에, 예를 들어 -1?-5kV의 전압이 인가되고, 제1 집진 전극(170)에, 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 전압, 예를 들어 시료(200)에 -3eV가 인가될 때에는 -3eV가 인가된다. 또한, 제2 집진 전극(172)에는, 시료(200)에 인가되는 전압과 동일한 극성으로 시료(200)에 인가되는 전압보다 절대값이, 예를 들어 0.5?5kV 큰 전압이 인가된다. 요컨대, 예를 들어 시료(200)에 -3kV의 전압이 인가될 때에는, 제2 집진 전극(172)에는 -3.5?-8kV, 예를 들어 -5kV의 전압이 인가된다.
이 예에 있어서도, 전술한 도 8 등에 나타내는 예와 대략 동일하게, 시료(16)에 부의 전압을 인가할 때, 시료(200)와 제2 집진 전극(172) 사이의 전계 강도 A가 부(A<0)가 되도록 함으로써, 제2 집진 전극(172)의 흡인력을 증대하여, 제2 집진 전극(172)에 파티클 등의 이물질이 포착될 확률을 높일 수 있다. 게다가, 간극 제어판(124)과 제2 집진 전극(172) 사이의 전계 강도(절대값) B가 0.1≤B(절대값)≤10kV/mm의 관계를 가지도록 함으로써, 제2 집진 전극(172)에 파티클 등의 이물질이 포착될 확률을 더욱 높일 수 있다.
제1 집진 전극(170)은, 전술한 도 11에 나타내는 집진 전극(122e)과 동일하게, 두께는, 예를 들어 0.1?5mm이고, 폭(W3)은, 예를 들어 5?50mm이다. 또한, 제2 집진 전극(172)은, 전술한 도 6에 나타내는 집진 전극(122)과 동일하게, 두께는, 예를 들어 0.1?50mm이고, 폭(W4)은, 예를 들어 5?50mm 정도이다.
그리고, 예를 들어, 시료(200) 및 제1 집진 전극(170)에, -1?-5kV의 부의 전압을 인가하고, 제2 집진 전극(172)에 시료(200) 및 제1 집진 전극(170)에 인가하는 부의 전압보다 -0.5?-5kV만큼 부로 큰 -1.5?-10kV의 부의 전압을 인가한다. 간극 제어판(124)이 어스 전위일 때, 간극 제어판(124)과 제2 집진 전극(172)의 거리 Z8=8mm로 하면, 시료(200)와 제2 집진 전극(172) 사이의 전계 강도 A는 부(A<0)가 되고, 간극 제어판(124)과 제2 집진 전극(172) 사이의 전계 강도(절대값) B=0.19?1.25kV/mm(=1.5?10kV/8mm), 특히, 집진 전극(122)에 -5kV의 전압을 인가하면, 전계 강도(절대값) B=0.625kV/mm(=5kV/8mm)가 되어, 유효한 조건이 된다. 이때, 공간의 내전압으로서, 10kV/mm를 초과하지 않도록 함으로써, 공간에서 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
도 15?도 17을 참조하여, 파티클 등의 이물질의 부착 방지에 대해, 더욱 상세하게 설명한다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 병행 평판으로 이루어지는 전극간의 평등 전계 중(q+=q-)에서는, 절연물로 이루어지는 파티클이 존재해도, 그 파티클은 전계로부터 정전 유도로 분극되지만 비산되는 경우는 없다. 그러나, 전계가 불평등 전계인 경우, 유전 분극에 의해 발생한 전하에 의해 파티클은 비산된다. 또한, 도 16에 나타내는 바와 같이, 일방을 평판으로 한 1쌍의 전극간의 불평등 전계 중(q＋≠q-)에서는, 절연물로 이루어지는 파티클이 존재하면, 그 파티클은 전계로부터 정전 유도로 분극되어 비산되지만, 도 17에 나타내는 바와 같이, 일방을 평판으로 한 1쌍의 전극간의 평등 전계 중(q+=q-)에서는, 절연물로 이루어지는 파티클이 존재해도, 그 파티클은 전계로부터 정전 유도로 분극되지만 비산되는 경우는 없다.
이와 같이, 도 16 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 파티클 등의 이물질이 비산될 확률은, 파티클 등의 이물질이 유전 분극되기 전에 가지고 있는 초기 전하(q0)에 크게 지배되는 것으로 생각된다. 이 잔류물이 가지는 초기 전하(q0)는, 주로 진공 배기시의 공기의 흐름에 의해 발생하는 정전기로 부여되는 것으로 생각된다.
도 18은, 전자선 검사 장치에 구비되는 다른 진공 챔버(112a)를 나타낸다. 이 진공 챔버(112a)의 내부에는, 시료(200)를 배치하는 스테이지(100)와, 전자선 검사 장치의 1차 전자 광학계 및 2차 전자 광학계가 배치된다. 진공 챔버(112a)에는, 2개의 진공펌프(190a, 190b)가 접속되고, 이들 2개의 진공 펌프에는, 공통된 드라이 펌프(192)가 접속되어 있다. 그리고, 진공 챔버(112a)의 내부에는, 진공 챔버(112a)의 청소에 의해 제거할 수 없었던 파티클 등의 이물질(잔류물)을 정전기로 대전시키지 않기 위해, X선이나 UV선을 사용하여 기체를 전리시키고, 그 전리 기체로 전리 기체 중에 있는 물체 표면의 정전기를 제거하는 제전 장치(194)가 설치되어 있다.
도 18의 예에 의하면, 진공 챔버(112a) 내의 진공 배기를 개시함과 동시에 혹은 진공 배기를 개시하기 전에 제전 장치(194)를 동작시키고, 또한, 진공 챔버(112a) 내의 진공 배기를 행하고 있는 진공 배기 중에도, 제전 장치(194)를 계속해서 동작시킨다. 요컨대, 진공 챔버(112a) 내의 공기 흐름이 없어지고, 공기의 흐름에 의해 정전기가 발생하지 않게 될 때까지, 제전 장치(194)를 계속해서 동작시킨다. 이와 같이 하여, 진공 챔버(112a) 내의 파티클 등의 이물질(잔류물)의 대전을 방지하고, 그 초기 전하 q0=0(도 16 참조)으로 함으로써, 불평등 전계에 의한 유전 분극이 일으키는 비산의 확률을 저하시킬 수 있다.
또한, 진공 챔버의 청소에 의해 제거할 수 없어 진공 챔버 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질은, 비록 미소 경량이라도, 중력의 작업으로, 진공 챔버 내의 평면 구조의 상면에 침전된다.
도 19는, 예를 들어 도 2에 나타내는 진공 챔버(112)나 도 18에 나타내는 진공 챔버(112a)의 내부의 상면, 바닥면 및 측면을 구성하는 평면 구조의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 20은, 도 19의 단면도이다. 도 19 및 도 20에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 진공 챔버(112 또는 112a)(도 2 및 도 18 참조)의 평면 구조는, 내면에 다수의 격자 형상의 구멍(196a)이 형성된 벽체(196)로 구성되어 있다. 이와 같이, 벽체(196)의 내면에 다수의 격자 형상의 구멍(196a)을 형성함으로써, 이 구멍(196a)의 바닥부에 진공 챔버 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질(P)을 그 중력에 의해 침전시킨다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 격자 형상의 구멍(196a)의 정전 실드 효과에 의해, 격자 형상의 구멍(196a)의 바닥까지는 전계가 들어가지 않고, 이 때문에, 격자 형상의 구멍(196a)의 바닥부에 침전된 이물질(잔류물)(P)은, 정전기에 의한 인력을 받지 않아 비산되는 경우는 없다. 이에 의해, 예를 들어 진공 챔버(112 또는 112a)의 내부에 배치된 시료(200)의 표면에, 진공 챔버(112 또는 112a) 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 19의 실시예에 있어서는, 벽체(196)에 격자 형상 즉 행렬 형상으로 복수의 구멍(196a)을 형성하고 있는데, 구멍의 수는 1 이상의 임의의 수여도 되고, 구멍의 크기는, 당해 구멍에 침전된 파티클 등이 정전 실드 효과에 의해 비산되지 않도록 설정하면 된다. 또한, 복수의 구멍을 형성한 경우, 격자 형상으로 배열하지 않고, 임의의 배열로 할 수 있다.
도 21은, 도 1에 나타내는 진공 챔버(112) 또는 도 18에 나타내는 진공 챔버(112a)의 평면 구조를 구성하는 벽의 다른 예를 나타내는 사시도이고, 도 22는, 도 21의 단면도이다. 도 21 및 도 22에 나타내는 바와 같이, 진공 챔버(112 또는 112a)(도 2 및 도 18)의 평면 구조는, 평판 형상의 벽체(198)와 당해 벽체(198)와 소정 간격 이간되어 평행하게 부설된 메시 구조의 평판(199)으로 구성된다. 메시 구조의 평판(199)은, 독립된 전원(102)에 접속되어 있다.
도 21 및 도 22에 나타낸 실시예에 있어서는, 진공 챔버(112 또는 112a) 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질(P)을, 그 중력에 의해, 메시 구조의 평판(199)을 통과시켜 벽체(198)의 표면에 도달시킨다. 벽체(198)는, 메시 구조의 평판(100)에 덮여 있기 때문에, 전계는, 메시 구조의 평판(199)으로 차단되어 벽체(198)의 표면까지 도달하지 않는다. 이 때문에, 벽체(198)의 표면에 도달한 이물질(잔류물)(P)은, 정전기에 의한 인력을 받지 않아 비산되는 경우는 없다. 이에 의해, 예를 들어 진공 챔버(112 또는 112a)의 내부에 배치된 시료의 표면에 진공 챔버(112 또는 112a) 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 메시 구조의 평판(199)에 독립적으로 전압을 인가할 수 있도록 함으로써, 진공 챔버 내에 잔류하는 파티클 등의 이물질(P)을 메시 구조의 평판(199)에 적극적으로 유인하고, 이물질(P)의 중력의 작용과 더불어, 당해 이물질(P)을, 예를 들어 진공 챔버(112 또는 112a)의 평면 구조를 구성하는 벽체(198)의 표면에 침전시키고 또한 침착시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 관련된, 시료(200)의 표면에 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 경우에, 시료 표면의 화상을 고콘트라스트로 행할 수 있도록 하기 위한 구성을 설명한다.
도 23(A) 및 (B)는, 도 1에 나타낸 사상 투영형의 전자선 검사 장치를 사용하여 화상을 취득하는 경우의, 촬상용 전자빔의 조사 에너지와 취득된 화상 중의 재료 콘트라스트의 관계의 일례를 나타낸 도면이다. 재료 콘트라스트란, 도전 재료로부터 발생하는 전자와 절연 재료로부터 발생하는 전자의 차이에 기인하여 형성되는 콘트라스트를 의미한다. 도 23(A)는 조사 에너지 대역에 의해 얻어지는 화상의 일례를 나타낸 도면이고, 도 23(B)는 촬상용 전자빔의 조사 에너지와 검출기 전류의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 23(B)에 있어서, 가로축은 촬상용 전자빔의 조사 에너지(랜딩 에너지(LE)라고도 칭해진다)를 나타내고, 세로축은 검출기(400)에서의 검출기 전류의 크기를 나타내고 있다. 또한, 도 23(B)에 있어서, 실선은 10?300㎛의 애퍼처 직경을 가지는 NA 조정용 애퍼처판(360)을 사용한 경우의 특성 곡선이고, 1점 쇄선은, 1000?3000㎛의 애퍼처 직경을 가지는 NA 조정용 애퍼처판(360)을 사용한 경우의 특성 곡선이다. 이 도면에 나타낸 예에서는, 랜딩 에너지(LE) 2?10eV는 「2차 전자 영역」, -2?2eV는 「천이 영역」, -2eV 이하는 「미러 전자 영역」이다.
또한, 「2차 전자」란, 전자빔이 시료(200)의 표면에 충돌하고, 이에 의해 시료(200)로부터 방출되는 전자를 말한다. 2차 전자는, 시료 표면에 전자빔이 충돌하여, 시료(200)로부터 방출되는 전자이면, 소위 2차 전자 외에, 입사 에너지와 반사 에너지가 대략 동등한 반사 전자나, 후방으로 산란되는 후방 산란 전자 등을 포함해도 되는데, 「2차 전자 영역」에서 주로 검출되는 것은, 시료(200)로부터의 방출 방법이 코사인 법칙에 따르는 2차 전자이다.
또한, 「미러 전자」란, 시료(200)의 표면을 향하여 조사된 전자빔이, 시료 표면에 충돌하지 않고, 시료 표면의 근방에서 진행 방향을 반대 방향으로 하여 반사되는 전자를 의미한다. 예를 들어, 시료 표면의 전위가 부전위이고, 전자빔의 랜딩 에너지가 작은 경우에는, 전자빔은 시료 표면 근방의 전계에 의해, 시료 표면에 충돌하지 않고, 반대 방향으로 진행 방향을 바꾸는 현상이 관찰된다. 본 발명에 관련된 시료 관찰 장치 및 시료 관찰 방법에 있어서는, 이와 같은, 시료 표면에 충돌하지 않고, 진행 방향을 반대 방향으로 하여 반사된 전자를 미러 전자라고 칭한다.
도 23(B)에 있어서, 랜딩 에너지(LE) 2?10eV의 2차 전자 영역에서는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 애퍼처 직경의 상이에 의해, 검출 전류가 크게 다르다. 이것은, 2차 전자의 시료 표면 방출각이 코사인 법칙으로 나타나므로, NA 조정용 애퍼처(360)의 위치에서의 전자 확산이 크기 때문이다.
그리고, 랜딩 에너지(LE)를 2eV 이하로 저하시킴에 따라, 미러 전자가 조금씩 증가하여, 미러 전자와 2차 전자가 혼재하는 「천이 영역」이 되는데, 도 23(B)에 나타내는 바와 같이, NA 조정용 애퍼처판(360)의 애퍼처 직경 크기의 상이에 의한 검출기 전류의 차이는 작다.
또한, 랜딩 에너지(LE)가 -2eV 이하가 되면, 미러 전자 영역에 들어가 2차 전자의 방출은 관찰되지 않게 되고, 미러 전자의 방출량은 일정해진다. 이 영역에서는, 검출기 전류는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 애퍼처 직경에 의존하지 않는다. 이로부터, 미러 전자는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에서는, φ300㎛ 이하이고 φ10㎛ 이상인 부근에 집속되어 있는 것으로 생각된다. 이것은, 미러 전자는, 시료 표면에 충돌하지 않고 반사되기 때문에, 지향성이 양호하여, 직진성이 높기 때문이다.
또한, 도 23(B)에 나타낸 예에 있어서, 애퍼처 직경이 10㎛ 미만인 경우의 특성 곡선은 실선으로 나타낸 것과 동일한 것이 되고, 애퍼처 직경이 3000㎛보다 큰 경우의 특성 곡선은 파선으로 나타낸 것과 동일한 것이 되는 것으로 생각된다. 그러나, 여기서는, 노이즈 증대에 의한 측정 한도의 이유로, 애퍼처 직경을 10㎛ 이상 및 3000㎛ 이하로 하였다.
도 24는, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 미러 전자와 2차 전자의 각도의 상이를 모식적으로 나타낸 도면으로, 가로축이 실효 랜딩 에너지(LE)이다. 도 24에 있어서, 미러 전자 영역과 천이 영역의 각각에 대해, 실효 랜딩 에너지와 전자의 거동의 관계가 나타내어져 있다.
도 24에는, 실효 랜딩 에너지(LE)가 0eV 이하인 영역이 미러 전자 영역이 되는 예가 나타내어져 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 미러 전자는, 조사 전자빔이 시료 표면에 충돌하지 않고 시료 표면의 전방으로 반사한다. 이 경우, 조사빔이 시료 표면에 대하여 수직으로 입사한 경우에는, 미러 전자는 시료 표면에 대하여 수직으로 반사한다. 그 결과, 미러 전자의 진행 방향은 일정해진다.
이에 대하여, 천이 영역에 있어서는, 조사 전자빔 중의 어느 부분은 시료 표면에 충돌하지 않고 시료 표면의 전방으로 반사하는 미러 전자가 되지만, 조사용의 일부의 전자빔은 시료 표면에 충돌하여 시료의 내부에서 외부로 2차 전자를 방출하는 상태가 된다. 여기서, 미러 전자 영역과 동일하게, 조사빔이 시료 표면에 대하여 수직으로 입사한 경우에는, 미러 전자는 시료 표면에 대하여 수직으로 반사하고, 미러 전자의 진행 방향은 일정해진다. 한편, 2차 전자 쪽은, 그 방출량이 시료 표면의 법선과 방출 방향(관측 방향)이 이루는 각도의 여현(餘弦)에 비례하도록, 소위 「코사인 법칙」에 따라, 다양한 방향으로 방출된다. 그리고, 랜딩 에너지가 높아질수록(도 24의 우측이 될수록), 2차 전자의 미러 전자에 대한 비율이 높아진다.
요컨대, 도 24에 나타내는 바와 같이, 미러 전자는 진행 방향이 일정하여 양호한 지향성을 가지지만, 2차 전자는, 코사인 법칙에 따라 다양한 방향으로 진행되어 지향성은 높지 않은 것을 알 수 있다.
상기 서술한 예에서는, 랜딩 에너지가 -2eV?2eV인 범위가 천이 영역, 요컨대 미러 전자와 2차 전자가 혼재하는 영역이 된다. 그러나, 이와 같은 랜딩 에너지 범위는 관찰 대상이 되는 시료에 의해 변동될 수 있다. 본 발명자들은, 다양한 실험을 거듭한 경험으로부터, 천이 영역의 랜딩 에너지의 조사 전자빔을 이용하면, 시료 표면의 패턴의 고콘트라스트 관찰, 특히, 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 시료 표면을 고콘트라스트로 관찰하는 데에 효과적인 것을 알아내었다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 천이 영역의 최저 조사 에너지를 LEA로 하고 최고 조사 에너지를 LEB로 하였을 때에, 1차계의 촬상용 전자빔의 조사 에너지(LE)는, LEA≤LE≤LEB 또는 LEA≤LE≤LEB+5eV로 설정되는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 이하, 이에 대하여 상세하게 설명한다.
도 25는, 랜딩 에너지(LE)에 대한 시료 표면의 계조의 변화를 나타낸 도면이다. 계조는, 검출기(400)로 취득하는 전자수에 비례하고 있다. 도 25에 나타내는 바와 같이, 랜딩 에너지(LE)가 LEA 이하인 영역이 미러 전자 영역, 랜딩 에너지(LE)가 LEB 이상인 영역이 2차 전자 영역, 랜딩 에너지(LE)가 LEA 이상이고 LEB 이하인 영역이 천이 영역이다.
본 발명자들이 다양한 실험을 거듭한 경험에 의하면, 많은 경우, LEA?LEB가 -5eV?+5eV인 범위가 바람직한 범위인 것이 확인되어 있다.
그리고, 절연 영역과 도전 영역에서 미러 전자의 형성 상황의 차이에 의해 계조차가 발생하고, 당해 계조차가 클수록 높은 콘트라스트가 형성되게 된다. 요컨대, 재료나 구조의 차이에 의해, 미러 전자의 형성 상황의 차이가 발생하여 계조차가 형성되는 것이다. 취득된 화상 중의 절연 영역과 도전 영역 사이에 높은 콘트라스트를 발생시키기 위해서는, 상기 서술한 랜딩 에너지(LE)를 어떻게 설정할지가 매우 중요하다. 구체적으로는, LEA≤LE≤LEB(예를 들어, -5eV?+5eV)인 영역, 또는 LEA≤LE≤LEB+5eV(예를 들어, -5eV?+10(=5+5)eV)인 영역의 랜딩 에너지(LE)를 이용하는 것이, 높은 콘트라스트를 얻기 위해 매우 유효하다.
다시 도 23(A) 및 (B)로 되돌아가, 각 발생 전자 영역에서의 절연 재료와 도전 재료의 콘트라스트에 대하여 설명한다. 또한, 도전 재료와 절연 재료는, 도체 또는 절연체로 형성된 재료이면, 다양한 재료를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 도전 재료는 W(텅스텐), 절연 재료는 SiO2(실리콘 산화막) 등을 사용할 수 있다.
도 23(A)에, 각 발생 전자 영역의 랜딩 에너지(LE)의 조사용 전자빔에 의해 취득된 화상 중의 재료 콘트라스트의 일례를 나타낸다. 도 23(A)에는, 2차 전자 영역, 천이 영역 및 미러 전자 영역에서의 재료 콘트라스트의 예가 나타나 있다. 먼저, 미러 전자 영역에서의 재료 콘트라스트에 착목(着目)하면, 도전 재료와 절연 재료에서 휘도에 차이가 없어, 재료 콘트라스트는 얻어지지 않는다. 이것은, 미러 전자 영역에서는, 시료 표면보다 바로 앞에서 모든 조사 전자가 반사되므로, 도전 재료와 절연 재료 사이에 휘도의 차이, 즉 전자수의 차이가 발생하지 않기 때문이다.
또한, 천이 영역과 2차 전자 영역 중 어느 것에 있어서도, 도전 재료와 절연 재료에서 휘도차가 발생하고 있는데, 천이 영역 쪽이, 도전 재료와 절연 재료의 휘도차가 크고, 그 결과, 재료 콘트라스트가 높아져 있다. 이것은, 천이 영역에서는, 2차 전자뿐만 아니라, 지향성이 높은 미러 전자도 검출되므로, 그만큼 신호량이 증가하여 휘도가 높아지기 때문인 것으로 생각된다.
이와 같이, 2차 전자와 미러 전자가 혼재하는 천이 영역에서 시료 표면의 화상을 취득하면, 도전 재료와 절연 재료 사이의 재료 콘트라스트를 높일 수 있다.
또한, 천이 영역에 있어서, 촬상 전에, 미리 시료 표면에 전자빔의 조사를 행하면, 도전 재료의 전위는 접지 전위 그대로인 반면, 절연 재료는 대전되어 마이너스 수eV 정도 전위가 변화된다. 그 결과, 도전 재료의 구조 정보를 얻은 전자와 절연 재료의 구조 정보를 얻은 전자에서는, 그 에너지(속도)가 다르게 된다.
그리고, 이와 같은 속도가 다른 전자가 E×B(340)(도 1)를 통과할 때에는, 하기의 이유에 의해, 각각의 속도에 따라 궤도의 어긋남(궤도 시프트)이 발생한다.
E×B(340)는, 전장 E와 자장 B의 발생 수단이며, E×B(340)를 통과하는 전자는, 전장에 의한 FE=e?E의 힘과, 자장에 의한 FB=e?(v×B)의 힘을 받는다. 여기서, e는 전자의 전하 1.602×10-19C이고, E 및 B는 각각, 전장〔V/m〕및 자장〔Wb/㎡〕이다.
이들 힘 중, 전장에 의한 FE=e?E의 힘은 전자의 속도 v〔m/s〕에 의존하지 않는 반면, 자장에 의한 FB=e?(v×B)의 힘은 전자의 속도 v〔m/s〕에 의존한다.
통상적으로는, 도전성 기판 즉 시료로부터 출사된 전자가 E×B(340)를 직진하는 조건(빈 조건)이 설정되어 있는데, 상기 서술한 이유에 의해 전자의 속도 v〔m/s〕가 변화되면, 자장의 작용에 의해 받는 힘이 변화되기 때문에, E×B(340)를 통과한 전자의 궤도가 시프트된다.
즉, 상기 서술한 바와 같이, E×B(340)는, 전자빔의 조사에 의해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자의 궤도를, 전자빔의 입사 방향과 반대 방향으로 진행되는 속도에 따라 방향 설정하는 수단이다. 그리고, 상기 서술한 전자 궤도의 시프트를 이용하여, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자 중 어느 일방을, NA 애퍼처(361)를 통과시켜, 선택적으로 검출기(400)로 유도하는 것이 가능하다.
또한, 천이 영역은, 2차 전자와 미러 전자가 혼재하는 에너지 영역이기 때문에, 이 에너지 영역에서는, 절연 영역으로부터의 2차 전자와 미러 전자의 전자 궤도는 모두, 시프트를 발생시킨다.
도 26(A) 및 (B)는, 시료(200) 표면의 구조 정보를 얻은 전자의 궤도의 일례를 나타낸 모식도로, 도 26(A)는 전자 궤도의 측면도이고, 도 26(B)는 가동 NA 애퍼처의 하측에서 본 전자 궤도의 부분 확대도이다.
도 26(A)에 있어서, 시료(200)에는, 시료용 전원(128)에 의해, 부전위가 인가되어 있다. 시료(200)는, 도전 재료(202) 위를 절연 재료(203)가 덮고 있고, 절연 재료(203)의 틈인 홀(204)로부터 도전 재료(202)가 노출되어 있다. 예를 들어, 레티클의 콘택트 구조는, 도 26(A)에 나타내는 시료(200)와 같이, 홀(204)의 바닥면이 도전 재료(202)로 구성된 형상으로 되어 있는 경우가 많다. 또한, 간략화를 위해, 전자선 검사 장치의 구성 요소로는, E×B(340)와, NA 조정용 애퍼처판(360)과, 검출기(400)만이 나타나 있다.
도 26(A)에 있어서, 전자빔(EB)이 우상방으로부터 사출되고, E×B(340)에 의해 전자빔이 편향되어 시료(200)에 수직으로 입사하고 있다. 그리고, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자 중, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)는 직진하여 NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)를 통과한다. 한편, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)는, E×B(340)의 작용에 의해 궤도가 시프트되고, NA 애퍼처(361) 주변의 NA 조정용 애퍼처판(360)의 부재에 충돌하여, NA 애퍼처(361)를 통과하지 않는다. 그 결과, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)는 검출기(400)에 도달하는 한편, 절연 영역(201)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)는 검출기(400)에는 도달하지 않는다.
레티클의 콘택트 구조에 있어서는, 시료(200) 표면의 대부분을 절연 재료(203)가 차지하고, 일부[홀(204)의 바닥면]에 도전 재료(202)를 포함하는 구조가 많다. 이와 같은 구조에 있어서, 도전 재료(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec)만을 검출기(400)로 유도하고, 절연 재료(201)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 검출기(400)에 도달시키지 않음으로써, 매우 높은 콘트라스트의 화상을 취득할 수 있다.
이와는 반대로, 절연 재료(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)만을 검출기(400)로 유도하고, 도전 재료(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 검출기(400)에 도달시키지 않음으로써도, 매우 높은 콘트라스트의 화상을 취득할 수 있다.
이와 같은 콘트라스트의 반전 수법은, 특히, 시료 표면 상의 도전 재료와 절연 재료의 면적이 동등한 정도인 패턴 중에 존재하는 결락 결함(쇼트 결함) 및 개방 결함(오픈 결함)의 검출에 유효하다. 도전 재료와 절연 재료 중 어느 일방의 재료의 면적이 타방의 재료의 면적에 비교하여 현저하게 좁은 패턴에서는, 넓은 면적의 재료 영역 중에 현저하게 좁은 면적의 재료 영역이 점재하는 상태가 된다. 넓은 면적의 재료 영역으로부터의 전자는 검지기에 이르기까지의 광로 중에서 미소하게 확산되기 때문에, 이 확산 작용에 의해, 좁은 면적의 재료 영역으로부터의 전자에 의해 얻어지는 상은 본래의 상보다 작은 것이 되어, 결함 검출을 하기 어려워진다. 예를 들어, 실리콘 기판 상에 설치된 넓은 절연 영역 중에, 현저하게 좁은 면적의 콘택트 플러그 형상의 도전 영역이 점재하여 형성되어 있는 구조(콘택트 플러그 구조)에서는, 도전 영역으로부터의 전자에 의해 형성되는 화상은, 절연 영역으로부터의 전자의 확산(돌아 들어감)에 의해, 본래의 면적보다 좁은 화상으로서 얻어진다.
또한, 여기서, 전자(ec, ei)에는, 미러 전자 및 2차 전자의 쌍방이 포함되는 것으로 한다. 또한, 이와 같은 재료의 종류에 따른 발생 전자의 분리 검출은, 레티클뿐만 아니라, 반도체 웨이퍼 등의 라인/스페이스 패턴에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
도 26(B)는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 하측에서 본, NA 애퍼처(361)와, 도전 재료(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec) 및 절연 재료(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 관계를 설명하기 위한 확대도이다.
도 26(B)에 나타낸 예에서는, 장방형상의 NA 조정용 애퍼처판(360)의 일부에 형성된 구멍부인 NA 애퍼처(361)는, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)가 NA 애퍼처(361)를 통과시키는 한편, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 대부분을 NA 조정용 애퍼처판(360)에 의해 차단하여, NA 애퍼처(361)를 통과할 수 없는 위치로 조정되어 있다.
미러 전자에 대하여 검토하면, 도전 재료(202)와 절연 재료(203)의 전자 궤도는, NA 조정용 애퍼처(360)의 위치가 크로스오버점이 되고, 최소 스팟의 100㎛가 된다. 따라서, E×B(340)에 의한 궤도 시프트를 이용하여, NA 조정용 애퍼처판(360)에 의해, 광학적인 분해능을 소실하지 않고 도전 재료(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 선택적으로 분리하기가 용이하다.
상기 서술한 대전에 의한, 도전 재료와 절연 재료 사이의 전위차가 클수록, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에서의 위치 이동도 크다. 따라서, 당해 대전 전위차를 크게 하면, 큰 구멍 직경의 NA 애퍼처(361)를 사용해도, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리가 가능해진다. 그리고, 큰 구멍 직경의 NA 애퍼처(361)를 사용함으로써, 검출 전자수를 증가시켜 화상을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 촬상용 전자빔을 조사하기 전에, 시료(200)의 절연 영역(203)에 대전 전자빔을 조사하는 경우에는, 도 1에 나타낸 전자빔원(310), 또는 설치되어 있는 경우에는 대전 전자빔 조사 수단(700)을 사용하여, 검출기(400)에 의한 촬상을 행하지 않는 상태에서, 대전 전자빔을 시료(200)의 표면에 조사하면 된다. 이 경우, 절연 영역(203)에만 대전 전자빔을 조사하도록 해도 되는데, 도전 영역(202)은, 대전 전자빔을 조사해도, 표면 전위는 제로 전위가 되므로, 특별히 구별하지 않고, 소정의 조사 에너지의 대전 전자빔을 시료(200)의 촬상 영역에 조사해도 된다.
도 27(A) 및 (B)는, 높은 재료 콘트라스트를 얻기 위한 NA 애퍼처(361)의 최적 위치를, 미러 전자인 경우와 2차 전자인 경우의 각각에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 27(A)는, 미러 전자인 경우의 NA 조정용 애퍼처판(360)의 최적 NA 애퍼처(361) 위치를 나타낸 도면이고, 도 27(B)는, 2차 전자인 경우의 최적 NA 애퍼처 위치를 나타낸 도면이다. 또한, 도 27(A) 및 (B)에 있어서, 검정색으로 나타낸 원이, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 나타내고, 회색으로 나타낸 원이, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 나타내고 있다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 미러 전자와 2차 전자의 각각의 궤도 확대의 상이에 의해, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에서의 NA 애퍼처(361)의 최적 위치는 다르다.
도 27(B)에 있어서, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에서, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 2차 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 2차 전자(ei)의 전자 궤도 시프트량의 차이는 약 100㎛인데, 이들 전자 분포의 대부분은 겹쳐 있다. 이것은, 상기 서술한 바와 같이, 2차 전자는 코사인 법칙에 따라 다양한 방향으로 진행되므로 지향성이 높지 않기 때문이다. 따라서, 2차 전자에 의한 재료 콘트라스트를 높이기 위해서는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)의 중심을, 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치에 맞추는 것이 최적이라고 생각된다. 이와 같은 위치에 NA 애퍼처(361)의 중심을 맞추면, 시료(200)의 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 가장 전자 밀도가 높은 부분을 중심으로 하여 전자(ec)를 검출할 수 있다.
그러나, 도 27(B)에 나타내는 바와 같이, 절연 영역(203)으로부터 방출된 전자(ei)의 전자 궤도도, 대략 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도와 겹쳐 있기 때문에, 양자를 분리하여 검출할 수는 없다. 따라서, 2차 전자의 방출 영역에 있어서는, 재료 콘트라스트는, 도전 영역(202)으로부터 방출된 2차 전자(ec)와 절연 영역(203)으로부터 방출된 2차 전자(ei) 자체의 신호의 상이에 기초하여 양자를 구별하게 된다.
이에 대하여, 도 27(A)에 있어서는, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 미러 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 미러 전자(ei)에서는, 전자 궤도 시프트량의 차이가 현저하게 나타난다. 도 27(A)에 나타낸 예에서는, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에서, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 미러 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 미러 전자(ei)의 전자 궤도 시프트량의 차이는 약 100㎛인데, 이들 전자 분포의 대부분은 겹치지 않고, 실질적으로 분리되어 있다. 이것은, 상기 서술한 바와 같이, 미러 전자는 진행 방향이 일정하여 양호한 지향성을 가지기 때문이다.
이와 같은 경우, 예를 들어, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)가 NA 애퍼처(361)를 전부 통과하는 한편, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)가 거의 NA 애퍼처(361)를 통과할 수 없는 배치로 하는 것이 용이하다. 그리고, 그와 같은 NA 애퍼처(361)의 위치 조정을 행하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하여, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)만을 많이 검출기(400)로 유도할 수 있다. 그 결과, 도전 영역(202)과 절연 영역(203)의 재료 콘트라스트를 높게 할 수 있다. 요컨대, 천이 영역에서 발생하는 미러 전자를 이용하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하는 것이 가능하고, 그 결과, 높은 재료 콘트라스트의 화상 취득이 용이해진다.
통상, 이와 같은 분리를 행하기 위해서는, 복수의 자계와 전계로 구성되는 색수차 보정기(모노크로미터)가 필요하지만, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치 및 시료 관찰 방법에 의하면, 색수차 보정기를 설치하지 않아도, NA 조정용 애퍼처판(360)에 설치하는 NA 애퍼처(361)의 위치 조정만으로, 높은 재료 콘트라스트의 화상을 취득할 수 있다.
또한, 도 26 및 도 27에 있어서는, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 선택적으로 검출기(400)로 유도하고, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 검출기(400)로 유도하지 않는 예를 설명하고 있다. 그러나, E×B(340)의 설정과 NA 조정용 애퍼처판(360)의 배치 및 애퍼처(361)의 직경 조정에 의해, 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 선택적으로 검출기(400)로 유도하고, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 검출기(400)로 유도하지 않는 양태로 하는 것이 가능하다.
도전 영역(202)의 구조 정보를 취득한 전자(ec)와, 절연 영역(203)의 구조 정보를 취득한 전자(ei) 중, 어느 전자를 선택적으로 검출기(400)로 유도하여 검출할지는, 용도에 따라 적절히 자유롭게 설정하면 된다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치는, 절연 영역과 도전 영역을 가지는 시료 표면에 촬상용 전자빔을 조사하는 전자빔원과, 당해 전자빔의 조사에 의해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가, 촬상용 전자빔의 입사 방향과 반대 방향으로 진행하는 속도에 따라, 전계와 자계에 의해 상기 전자를 방향 설정하는 전자장 발생 수단(E×B)과, 당해 전자장 발생 수단(E×B)에 의해 방향 설정된 전자를 검출하고, 당해 검출된 전자로부터 시료 표면의 화상을 취득하는 검출기와, 촬상용 전자빔의 조사 에너지를, 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 설정하는 조사 에너지 설정 수단과, 개구수(NA)를 정하는 NA 애퍼처의 위치를 면 내에서 조정 가능하게 하는 NA 애퍼처 이동 기구와, 시료 표면에 전자빔을 조사하여 절연 영역을 대전시키기 위한 대전 전자빔 조사 수단을 구비하고 있다. 그리고, NA 애퍼처 이동 기구에 의한 NA 애퍼처의 위치 조정에 의해, 상기 E×B의 작용에 의해 방향 설정이 다른 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자를, 선택적으로 검출기로 유도할 수 있다.
또한, 화상 처리 장치(500)에, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자에 의해 얻어진 화상에 의해 결락 결함(쇼트 결함)의 존부(存否)를 판정하고, 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자에 의해 얻어진 화상에 의해 개방 결함(오픈 결함)의 존부를 판정하는 연산 기능(연산부)을 마련함으로써, 전자선 검사 장치를 쇼트 결함 및 오픈 결함의 검출 장치로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 시료 관찰 방법은, 상기 구성의 전자선 검사 장치를 사용하여 실행 가능하며, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서의 화상 취득과 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서의 화상 취득을 행함으로써, 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 시료 표면의 관찰을 고콘트라스트로 행하고, 또한, 결락 결함이나 개방 결함의 검출과 결함 종류의 분류를 용이하게 행할 수 있다. 이하에, 본 발명의 시료 관찰 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 시료 관찰 방법에서는, 절연 영역과 도전 영역을 가지는 시료 표면에, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 조정되도록 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)를 조정하고, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서의 화상 취득과 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서의 화상 취득을 행한다. 요컨대, 본 발명의 시료 관찰 방법에서는, 도전 영역과 절연 영역에서 콘트라스트가 반전되는 관계에 있는 조건 하에서, 화상 취득이 행해진다.
상기 서술한 바와 같이, 천이 영역에서 발생하는 미러 전자를 이용하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하는 것이 가능하고, 그 결과, 높은 콘트라스트의 화상 취득이 용이해진다. 본 발명의 시료 관찰 방법은 이 원리를 이용하는 것이므로, 당해 방법의 특징의 이해를 용이하게 하기 위해, 미리, 도전 영역과 절연 영역의 콘트라스트의 형성에 관한 기본적인 검토 결과에 대해 설명해 둔다.
도 28(A)는, 도 26(A)에 관련하여 설명한 시료(200)의 구조로서, 시료(200)가 복수의 콘택트 플러그를 가지는 경우의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 28(B)는, 당해 콘택트 플러그 구조를 가지는 시료(200) 표면의 취득 화상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 28(A)에 있어서, 반도체 기판인 실리콘 기판(205) 위에, 절연 영역(203) 및 도전 영역(202)이 형성되어 있다. 절연 영역(203)은, SiO2로 형성되어 있다. 또한, 도전 영역(202)은, 텅스텐(W)의 재료로, 콘택트 플러그 형상으로 구성되어 있다. 시료의 표면에는, 절연 영역(203)을 베이스로 한 가운데, 복수의 도전 영역(202)이 점 또는 원으로서 형성되어 있다.
도 28(B)는, 시료 관찰에 의해 취득된 시료 표면(201)의 화상의 일례를 나타낸 도면이다. 이 화상은, 도전 영역(202)으로부터 발생하는 전자를 선택적으로 검출하도록 NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)의 위치 조정을 행하고, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 것이다. 그 결과, 절연 영역(203)이 검게 화상의 베이스를 차지하고, 그 안에서 흰 원형의 도전 영역(202)이 부상하는 높은 콘트라스트의 화상이 되어 있다.
이와 같이, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써, 콘트라스트를 높일 수 있다. 그 결과, 절연 영역(203)을 도전 영역(202)의 구별이 용이한 화상을 취득할 수 있고, 결함 등의 관찰이나 검사도 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
이와는 반대로, 절연 영역(203)으로부터 발생하는 전자를 선택적으로 검출하도록 NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)의 위치 조정을 행하면, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상이 취득되게 되기 때문에, 도 28(B)와는 반대로, 절연 영역(203)이 고휘도로 하얗게 되고, 도전 영역(202)이 저휘도로 검게 되는 화상이 취득된다.
다음으로, 고콘트라스트의 화상을 취득하기 위한 조건 설정예에 대하여 설명한다.
도 29(A) 및 (B)는, 고콘트라스트의 화상을 취득하기 위한 랜딩 에너지(LE) 조건을 검토한 결과를 예시에 의해 설명하기 위한 도면이다. 이 예에서는, 전자빔원(310)의 전자원(311)의 캐소드의 전압을 -3995?-4005eV로 하고, 시료(200)의 표면 전압을 -4000eV로 설정하였다. 또한, 천이 영역은, 랜딩 에너지(LE)를 -1eV로 하여 최적화를 행하였다. 전자빔의 조사 전류 밀도는, 0.1mA/㎠로 하고, 검출기(400)의 화소 사이즈는, 50nm/pix로 하였다. NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)의 애퍼처 직경은 φ150㎛로 하고, 대전 전자빔에 의한 프레도즈량은 1mC/㎠로 하였다.
도 29(A)는, 상기 서술한 조건 하에서, 전자빔의 랜딩 에너지(LE)를 변화시켜, 도 28(A)에 나타낸 단면 구조를 가지는 콘택트 플러그를 관찰하였을 때의 콘트라스트를 측정한 결과를 정리한 표이고, 도 29(B)는, 도 29(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다.
도 29(B)의 그래프에 있어서, 가로축이 랜딩 에너지(LE), 세로축이 취득된 화상의 평균 계조를 나타내고 있다. 절연 영역의 특성 곡선은, 대략 정방형의 점을 연결한 곡선으로서 나타내고, 도전 영역의 특성 곡선은, 마름모꼴의 점을 연결한 곡선으로서 나타내고 있다. 또한, 절연 영역과 도전 영역의 평균 계조로부터 콘트라스트를 산출한 결과가, 삼각의 점을 연결한 곡선으로서 나타나 있다. 또한, 콘트라스트는, 하기의 식 (1)을 이용하여 산출하였다.
콘트라스트
=|도전 재료의 평균 계조-절연 재료의 평균 계조|
/(도전 재료의 평균 계조+절연 재료의 평균 계조) (1)
도 29(A) 및 (B)에 있어서, 랜딩 에너지(LE)=-1eV일 때에, 콘트라스트가 0.8로 최고가 되어 있다. 랜딩 에너지(LE)=-1eV는, 이미 도 23(A) 및 (B)에 관련하여 설명한 바와 같이, 시료(200)로부터의 전자가 미러 전자와 2차 전자가 혼재하고 있는 천이 영역에 있다. 또한, 도 23(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, -5eV는 미러 전자 영역의 랜딩 에너지(LE)이고, 5eV는 2차 전자 영역의 랜딩 에너지(LE)로서, 어느 것에 있어서도 콘트라스트는 낮다.
최고의 콘트라스트는, 랜딩 에너지(LE)가 천이 영역에 있는 경우에 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 30(A) 및 (B)는, 도 28(A)에 나타낸 시료(200)를 사용하여 실기 테스트에 의해 얻어진, 대전 전자빔의 도즈량과 콘트라스트의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 30(A)는, 대전 전자빔의 도즈량과 콘트라스트의 상관 관계를 나타낸 측정 결과의 표이고, 도 30(B)는, 도 30(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다. 또한, 전자선 검사 장치의 다양한 설정 조건과, 측정 대상의 시료는, 상기 서술한 바와 같으므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 콘트라스트는, 대전 전자빔을 시료 표면에 조사한 후에 당해 시료 표면의 촬상을 행하여 얻어진 화상 중의 절연 영역과 도전 영역의 평균 계조로부터, 상기 식 (1)에 의해 연산하였다.
도 30(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 대전 전자빔의 도즈량이 높아짐에 따라 콘트라스트는 높아지는데, 어느 도즈량에서 콘트라스트는 포화된다. 도 30(A) 및 (B)에 나타낸 예에서는, 촬상 전의 시료 표면에 미리 1mC/㎠ 이상의 대전 전자빔을 조사해도, 콘트라스트는 0.8 그대로이다. 요컨대, 대전 전자빔의 도즈량이 1mC/㎠ 이상일 때에, 콘트라스트는 포화되어 있다. 이것은, 대전 전자빔의 도즈량이 1mC/㎠ 이상일 때에, 시료 표면의 절연 영역(203)의 대전이 포화되어 부전위가 되고, 안정적인 콘트라스트가 얻어지는 것을 의미하고 있다.
도 31(A) 및 (B)는, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써 높은 콘트라스트가 얻어지는 것을, 보충적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 28(A)에 나타낸 시료(200)(단, 도전 재료로서 W 대신에 Cu를 사용함)를 사용하여 실기 테스트에 의해 얻어진 값을 나타내는 도면이다. 도 31(A)는, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하지 않는 경우의, 도전 영역(Cu)과 절연 영역(SiO2)의 각각의 재료에 있어서의 2차 전자 방출 효율 및 콘트라스트의, 랜딩 에너지(LE) 의존성을 정리한 표이다. 또한, 도 31(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면이다.
도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하지 않는 경우에는, 얻어지는 콘트라스트는, 각 재료가 가지는 2차 전자의 방출 효율에 따른 휘도의 차이에만 의존한다. 요컨대, NA 애퍼처(361)의 위치 조정에 의해, 어느 영역으로부터의 구조 정보를 얻은 전자만을 강조한 화상을 취득함으로써 얻어지는 콘트라스트는 발생할 수 없다.
도 31(A), (B)에 나타낸 결과에 의하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하지 않는 경우, 얻어지는 콘트라스트는 고작 0.4 정도로서, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써 얻어지는 콘트라스트(예를 들어, 상기 서술한 0.8)에 비교하여, 현저하게 낮은 것에 지나지 않는다.
요컨대, 본 발명과 같이, 천이 영역에 있어서 발생하는 미러 전자를 이용하여, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하거나, 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하는 것으로 하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리를 행하지 않고 시료 관찰하여 얻어지는 화상에 비교하여, 현저하게 높은 콘트라스트를 얻는 것이 가능해진다.
도 32(A)는, 도 28(A)에 나타낸 시료(200) 표면의 도전 영역(202)과 절연 영역(203)의 면적비(패턴 폭)를 변화시켰을 때의 콘트라스트를, 사상 투영형의 저가속 전자빔 장치를 사용한 LEEM(Low-energy Electron Microscopy : 저에너지 전자 현미경) 방식과 SEM 방식을 이용하여 실기 테스트에 의해 얻어진 측정 결과를 비교하여 나타낸 도면이다. 도 32(B)는, 도 32(A)의 측정 결과를 그래프화한 도면이다. 또한, 여기서 나타낸 측정 결과는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 기초하는 것으로, 상기 서술한 다양한 설정 조건 하에서 얻어진 것이므로, 그 설명을 생략한다.
LEEM 방식의 전자선 검사 장치 및 시료 관찰 방법은, 도 27(B)에 나타낸 바와 같이, 주로 도전 영역(202)이 고휘도로 밝기 때문에, 도전 영역(202)의 면적비가 저하되면, 주위로부터의 간섭을 받기 어려우므로, 콘트라스트는 높아진다. 한편, SEM 방식(예를 들어, 랜딩 에너지 1000eV 정도)은, 재료의 2차 전자 방출 계수로 절연 재료(203) 쪽이 밝고, 그 비율이 증가하면, 도전 영역(202)의 신호가 2차 전자의 궤도의 확대에 의해 꺼져, 콘트라스트는 매우 낮아진다.
도 32(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 도전 영역(202) 대 절연 영역(203)의 면적비가 작을 때에는, 아직 콘트라스트의 차이가 비교적 작고, 도전 영역:절연 영역=1:2일 때에는, 콘트라스트의 차이는 0.3 정도로 억제되어 있다. 그러나, 절연 영역(203)의 시료 표면에 있어서의 면적이 증가함에 따라, LEEM 방식의 콘트라스트는 증가하지만, 종래로부터의 SEM 방식의 콘트라스트는 저하되어 있다. 도전 영역:절연 영역=1:10인 경우에는, 콘트라스트차는 0.75에 이르고 있다.
이와 같이, LEEM 방식의 시료 관찰은, 도전 재료(202)의 비율이 낮은 시료(200)의 관찰에는 특히 유효하고, 즉, 시료 표면에서 절연 재료(203)의 비율이 큰 콘택트 구조인 경우의 관찰에는, 콘트라스트가 높은 화상을 취득할 수 있어, 큰 이점을 가진다. 또한, 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하는 것으로 하면, 시료 표면에서 절연 재료(203)의 비율이 낮고, 도전 재료(202)의 비율이 높은 시료(200)에 대해서도, 효과적으로 관찰을 행할 수 있다.
도 33은, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치의 제2 실시형태를 나타내는 개략도이다. 당해 제2 실시형태는, 도 1에 나타낸 실시형태와 기본적 구성은 공통된다. 요컨대, 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치는, 사상 투영형의 전자선 검사 장치로서, 전자빔원(310)과, 1차계 렌즈(320)와, 컨덴서 렌즈(330)와, E×B(340)와, 트랜스퍼 렌즈(350)와, NA 조정용 애퍼처판(360a)과, 프로젝션 렌즈(370)와, 검출기(400)와, 화상 처리 장치(500)와, 스테이지(100)와, 에너지 설정 공급부(600)를 구비하고 있는 점에서, 도 1에 나타낸 구성과 공통된다. 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치에 있어서, 도 1에 나타낸 전자선 검사 장치와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
도 33에 나타내지 않았으나, 제2 실시형태의 전자선 검사 장치에 있어서도, 필요에 따라, 대전 전자빔 조사 수단(700)(도 1)을 구비하고 있어도 되는 것도 동일하다.
도 33에 나타낸 전자선 검사 장치의 도 1에 나타낸 전자선 검사 장치와 상이한 구성은, NA 조정용 애퍼처판(360a)이, 가동식 또한 복수 선택식의 NA 조정용 애퍼처 이동 기구를 구비하고 있는 점이다. 요컨대, NA 조정용 애퍼처판(360a)에는 애퍼처 직경이 다른 복수 종류의 NA 애퍼처(361, 362)가 설치되어 있고, 개구수(NA)를 정하는 이들 NA 애퍼처(361, 362)가, NA 애퍼처 이동 기구(도시 생략)에 의해, 면 내에서 위치 조정 가능(전환 가능)하게 구성되어 있다.
도 33에 나타낸 전자선 검사 장치에 있어서, NA 조정용 애퍼처판(360a)은, 사이즈가 다른 복수의 NA 애퍼처(361, 362)를 구비하고, 수평 방향으로 이동시킴으로써 NA 애퍼처(361)와 NA 애퍼처(362)의 전환을 행할 수 있다. 이에 의해, 원하는 개구수(NA)를 설정할 수 있으므로, 시료(200)의 종류나, 시료 표면의 구조 등의 다양한 조건에 따라, 최적인 개구수(NA)의 NA 애퍼처를 선택하여, 재료 콘트라스트가 높은 시료 표면의 화상을 취득하는 것이 가능해진다.
상기 서술한 바와 같이, NA 이동 기구를 가짐으로써, 시료 표면으로부터의 신호를 효과적으로 선택하여, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 이때, 도 2?도 14에 대하여 설명한 내용과 구성을 더욱 추가하면 유효하다. 그것은, 본 발명과 같은 초미세한 패턴이나 이물질 검사에 있어서는, 장치 자체가 발생시키는 이물질이나 파티클을 없애거나, 또는, 최대한 적게 할 필요가 있다. 그것은, 본 장치를 사용한 검사가, 시료의 세정 후, 노광 전 등에 사용되는 경우가 많고, 그때에, 이물질이나 파티클이 부착되면 그 이물질이나 파티클에 의한 노광시의 결함의 증가 또는 세정 후의 프로세스에 대한 결함 증가가 되기 때문이다. 그 때문에, 도 2?도 14에서 설명한 것과 같은 방법?장치에 의해, 최대한 이물질이나 파티클이 부착되는 것을 막음으로써, 장치로서의 신뢰성이 유지되는 것이다. 또한, 도 2와 같이, SEM을 동일 챔버에 탑재한 장치이면, 발생한 이물질이나 파티클을 검사 후 바로 확인할 수 있으므로, 공정의 효율화에 유효하고, 또한, 다른 독립된 리뷰 장치에 시료를 넣는 것에 의한 이물질이나 파티클 부착을 막는 효과가 있다.
도 34(A) 및 (B)는, 상기 서술한 가동식의 NA 조정용 애퍼처판(360a)의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 34(A)는, 당해 애퍼처판을 슬라이드 이동식의 NA 조정용 애퍼처판(360b)으로서 구성한 경우의 일례를 나타낸 상면도이고, 도 34(B)는, 애퍼처판을 회전 이동식의 NA 조정용 애퍼처판(360c)으로서 구성한 경우의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 34(A)에 있어서, NA 조정용 애퍼처판(360b)은, 복수의 NA 애퍼처(361, 362, 363)를 구비하고 있고, 이들 NA 애퍼처의 직경은 각각 다르다. 또한, NA 조정용 애퍼처판(360b)은, 길이 방향의 양측에, 슬라이드식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(365)를 구비하고 있다. 이와 같이, 장방형의 판 형상의 NA 조정용 애퍼처판(360b)에 복수의 NA 애퍼처(361, 362, 363)를 형성하고, 슬라이드식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(365)에 의해, 수평 방향으로의 이동을 가능하게 구성하면, 용도에 따라 NA 조정용 애퍼처판(360b)의 애퍼처 직경 및 NA 애퍼처 위치를 조정할 수 있어, 시료(200)의 종류나 용도에 대응하여, 최적인 시료 표면의 화상을 취득하는 것이 가능해진다.
슬라이드식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(365)는, 예를 들어, NA 조정용 애퍼처판(360b)을 상하로부터 레일 형상 부재로 끼워넣는 구조로, 리니어모터 등의 구동 기구를 가지고 있어도 되고, 회전식의 레일 부재로 NA 조정용 애퍼처판(360b)을 협지(挾持)하고, 회전식 모터로 회전 레일 부재를 회전시켜 이동시켜도 된다. 슬라이드식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(365)는, 용도에 따라 다양한 형태로 할 수 있다.
도 34(B)에 나타낸 NA 조정용 애퍼처판(360c)은, 원반 형상의 판에 복수의 NA 애퍼처(361?364)를 가지고, 중심에 회전식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(366)를 구비한다. NA 애퍼처(361?364)의 직경은 각각 다르며, NA 애퍼처(361)가 가장 크고, NA 애퍼처(362)는 NA 애퍼처(361)보다 직경이 작고, 또한 NA 애퍼처(363)는 NA 애퍼처(362)보다 직경이 작으며, NA 애퍼처(364)가 가장 직경이 작게 되어 있다.
회전식 NA 조정용 애퍼처 이동 기구(366)는, 회전식의 모터 등을 구동 기구로서 사용하여, 회전 이동에 의해, NA 조정용 애퍼처판(360c)의 애퍼처 직경을 전환하는 구성으로 해도 된다.
도 33, 도 34(A) 및 (B)에 예시한 구성의 전자선 검사 장치에 의하면, NA 조정용 애퍼처(360a?360c)를, 복수의 NA 애퍼처(361?364) 사이에서 선택할 수 있고, 또한 위치를 조정할 수 있는 구성으로 함으로써, 용도나 시료(200)의 종류에도 유연하게 대응할 수 있으며, 여러가지 조건 하에서도 최적인 콘트라스트 화상을 취득할 수 있다. 또한, NA 애퍼처의 수는, 도시된 것에 한정되지 않고 보다 임의 복수의 애퍼처를 구비해도 된다.
도 35는, 고분해능 관찰을 위해 바람직한, 도 1 및 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치의 검출기(400)의 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 검출기(400)에, 전자 직접 입사형의 EB-CCD 또는 EB-TDI를 사용한 경우, 종래 채용되어 있는 MCP, FOP(Fiber Optical Plate), 형광판 및 TDI에 대비하여, MCP와 FOP 투과에 의한 열화가 없으므로, 종래의 3배 정도의 콘트라스트 화상을 취득할 수 있다. 특히, 콘택트 구조의 홀 바닥면(도 26(A)의 202)으로부터의 광을 검출할 때, 종래형의 검출기에서는, 스팟(도트)이 완만해지지만, 도 35의 검출기(400)에 의하면, 콘트라스트가 광량이 된다. 또한, MCP 사용에 의한 게인 열화가 없기 때문에, 유효 화면 상의 휘도 불균일이 없어 교환 주기가 길다. 따라서, 검출기(400)의 메인터넌스의 비용 및 시간을 삭감할 수 있다. 이와 같이, EB-CCD 및 EB-TDI는, 고콘트라스트의 화상의 취득 및 내구성 등의 면에서 바람직하다.
도 35를 참조하여, EB-CCD 및 EB-TDI의 사용 양태의 일례에 대해 설명한다. 도 35에 예시한 검출기(400)는, EB-TDI(482)와, EB-CCD(481)를 전환하여, 용도에 따라 쌍방을 교환 가능하게 사용할 수 있도록 구성되어 있다. EB-CCD(481) 및 EB-TDI(482)는, 전자빔을 수취하는 전자 센서로서, 검출면에 직접적으로 전자를 입사시킨다. EB-CCD(481)는, 전자빔의 광축 조정, 화상 촬상 조건의 조정과 최적화를 행하는 데에 사용된다. 한편, EB-TDI(482)를 사용하는 경우에는, EB-CCD(481)를 이동 기구(M)에 의해 광축으로부터 멀어진 위치로 이동시키고 나서, EB-CCD(481)를 사용할 때에 구한 조건을 사용하거나 또는 그것을 참고로 하여 EB-TDI(482)에 의한 촬상을 행하여, 시료 표면의 관찰을 행한다.
상기한 바와 같이, 이와 같은 구성의 검출기(400)는, EB-CCD(481)를 사용할 때에 구한 전자 광학 조건을 사용하거나 또는 그것을 참고로 하여, EB-TDI(482)에 의한 반도체 웨이퍼의 화상 취득을 행할 수 있다. EB-TDI(482)에 의한 시료 표면의 검사 후에, EB-CCD(481)를 사용하여 리뷰 촬상을 행하고, 패턴의 결함 평가를 행하는 것도 가능하다. 이때, EB-CCD(481)에서는, 화상의 적산이 가능하고, 그것에 의한 노이즈의 저감이 가능하여, 높은 S/N으로 결함 검출 부위의 리뷰 촬상이 가능해진다. 이때, 또한, EB-CCD(481)의 화소가 EB-TDI(482)의 화소에 비하여 보다 작은 것을 사용하면 유효하다. 요컨대, 사상 투영 광학계로 확대된 신호의 사이즈에 대하여, 많은 픽셀수로 촬상하는 것이 가능해지고, 보다 높은 분해능으로 검사나 결함의 종류 등의 분류?판정을 위한 촬상이 가능해진다.
또한, EB-TDI(482)는, 전자를 직접 수취하여 전자 상을 형성하기 위해 사용할 수 있도록, 화소를 이차원적으로 배열한, 예를 들어 직사각형 형상을 하고 있고, 화소 사이즈는, 예를 들어 12?16㎛이다. 한편, EB-CCD(481)의 화소 사이즈는, 예를 들어 6?8㎛인 것이 사용된다.
또한, EB-TDI(482)는, 패키지(485) 형태로 형성되고, 패키지(485) 자체가 피드스루의 역할을 하며, 패키지의 핀(483)은 대기측에서 카메라(484)에 접속된다.
도 35에 나타낸 구성을 채용함으로써, FOP, 허메틱용의 광학 유리, 광학 렌즈 등에 의한 광 변환 손실, 광 전달시의 수차 및 변형, 그것에 의한 화상 분해능 열화, 검출 불량, 고비용, 대형화 등의 결점을 해소할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 천이 영역에서 발생하는 미러 전자를 이용하여, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리함으로써, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하거나, 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하는 것으로 하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리를 행하지 않고 시료 관찰하여 얻어지는 화상에 비교하여, 현저하게 높은 콘트라스트를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도 33의 설명에서 서술한 방법 및 장치를 사용하고, 또한 상기 서술한 도 35의 방법?장치를 사용하면 매우 유효하다. EB-CCD 또는 EB-TDI를 사용하는 방식에서는, 검출기 기인의 열화 요인이 매우 작게 억제되므로, 콘트라스트 열화가 작고, 따라서 높은 콘트라스트의 상을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, NA의 위치 조정에 의한 콘트라스트가 높은 상을 얻는 조건 형성시나, 검사시에, 고정밀도로 NA 위치의 차이에 의한 상의 콘트라스트의 변화를 명확하게 알 수 있기 때문에, 고정밀도의 NA 위치 조정이 가능해지는 것이다. 또한, 높은 콘트라스트 상이 얻어지기 때문에 패턴 검사나 이물질 검사의 검사 감도를 높게 할 수 있는 것이다. 따라서, 도 2에 설명한 SEM이 동일 챔버에 있는 장치에서는, 검사 결과에 기초하여, 결함의 리뷰를 행하는 경우에도, 보다 미소한 결함의 리뷰를 단시간에 행하는 것이 실현될 수 있는 것이다. 또한, 장치의 사용에 의해, 이물질이나 파티클의 부착을 막는 것은 필요하며, 도 33에서 설명한 것과 동일하게 도 3?14의 방법?장치를 사용하면 매우 유효해진다. 리뷰 등을 위해 다른 장치에 시료를 도입하여 동작시키는 것만으로, 이물질이나 파티클의 부착량은 증가하는 것이다. 동일 챔버에 있으면, 시료에 대해, 반송 횟수의 저감, 로드 록을 통과하는 횟수의 저감, 스테이지 동작의 저감이 달성되고, 또한, 동일 스테이지 상에 있으면, 리뷰시의 위치 어긋남이 작아져(1/5?1/20), 결함 위치를 찾는 시간이나 FOV(시야)를 변화시키는 횟수의 저감이 가능한 것이다.
그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 관찰 대상이 되는 시료의 표면에 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있고, 그 시료 표면 상의 결락 결함과 개방 결함의 쌍방을 높은 정밀도로 검출할 필요가 있는 경우에는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하거나, 혹은 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하는 것만으로는, 어느 일방의 종류의 결함 검출은 용이해지는 반면, 타방의 종류의 결함 검출이 하기 어려워지는 경우가 발생할 수 있는 것을 알 수 있었다.
구체적으로는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득한 경우에는, 결락 결함의 검출은 용이해지는 반면, 개방 결함(오픈 결함)의 검출이 하기 어려워지는 경우가 있다. 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득한 경우에는, 개방 결함(오픈 결함)의 검출은 용이해지는 반면, 결락 결함(쇼트 결함)의 검출이 하기 어려워지는 경우가 있다.
본 발명에 관련된 시료 관찰 방법은, 이와 같은 지견에 기초하여, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득과, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득을 행하고, 이들 화상에 기초하여, 시료 표면 상의 결락 결함과 개방 결함의 쌍방을 높은 정밀도로 검출하는 것으로 하고 있다.
요컨대, 본 발명에 관련된 시료 관찰 방법에서는, 절연 영역과 도전 영역을 가지는 시료 표면에, 당해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 조정된 조사 에너지(LE)의 촬상 전자빔을 조사하고, 당해 촬상 전자빔의 조사를 받은 시료 표면의 화상을, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)과 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 취득한다. 또한, 이들 화상은, A 조건에 이어서 B 조건으로 취득되어도 되고, B 조건에 이어서 A 조건으로 취득되어도 된다.
도 36(A)?(C)는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건) 하에서 취득한 화상과 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건) 하에서 취득한 화상의 각각에 있어서의, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)이 나타나는 방식을 개념적으로 나타내기 위한 도면이다. 여기서, 결락 결함(쇼트 결함)은, W나 Cu 등의 도전 재료로 라인 형상으로 형성된 영역(도전 영역)의 일부에 단락(쇼트)이 있는 상태이며, 개방 결함(오픈 결함)은, 도전 재료로 라인 형상으로 형성된 영역(도전 영역)의 일부가 단선(오픈)되어 있는 상태이다.
구체적으로는, 이들 A 조건 및 B 조건은 각각, NA 애퍼처판(361)(도 1)의 위치 조정에 의해, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)만을 많이 검출기(400)로 유도하는 것 및 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)만을 많이 검출기(400)로 유도함으로써 실현된다.
도 36(A)는 W나 Cu 등의 도전 재료의 영역(도전 영역)(202)과 SiO2 등의 절연 재료의 영역(절연 영역)(203)을 가지는 시료(200)의 표면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 36(A)의 (a)는, 라인 형상으로 형성된 도전 재료의 일부 영역에 결락 결함(쇼트 결함)(204)이 있는 상태를 나타내고 있고, (b)는 라인 형상으로 형성된 도전 재료의 일부 영역에 개방 결함(오픈 결함)(205)이 있는 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 36(B)는, 상기한 시료 표면에, 당해 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 조정된 조사 에너지(LE)의 촬상 전자빔을 조사하고, 당해 전자빔의 조사를 받은 시료 표면의 화상을, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)으로 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 36(B)의 (a) 및 (b)는 각각, 도 36(A)의 (a) 및 (b)에 대응하고 있다.
도 36(C)는, 상기와 반대의 촬상 조건으로 하고, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 하여, 콘트라스트를 반전시켜 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 36(C)의 (a) 및 (b)는 각각, 도 36(A)의 (a) 및 (b)에 대응하고 있다.
도 36(B)를 참조하면, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)으로 취득한 화상에서는, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 높은 것에서 기인하여, 결락 결함(쇼트 결함)은 강조되어 실제의 결함 사이즈보다 크게 나타나 있다(도 36(B)의 (a)). 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 것에서 기인하여, 개방 결함(오픈 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 작게 나타나 있다(도 36(B)의 (b)).
한편, 도 36(C)를 참조하면, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 취득한 화상에서는, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 높은 것에서 기인하여, 결락 결함(쇼트 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 작게 나타나 있다(도 36(C)의 (a)). 이와는 반대로, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 것에서 기인하여, 개방 결함(오픈 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 크게 나타나 있다(도 36(B)의 (b)).
동일한 현상은, 결함이 불완전한 경우여도 발생한다.
도 37(A)의 (a)는 라인 형상으로 형성된 절연 재료의 일부 영역에 불완전한 결락 결함(쇼트 결함)(206)이 있는 상태를 나타내고 있고, 도 37(A)의 (b)는 라인 형상으로 형성된 절연 재료의 일부 영역에 불완전한 개방 결함(오픈 결함)(207)이 있는 상태를 나타내고 있다.
도 37(B)는, 상기 서술한 촬상 전자빔의 조사 조건 하에서, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)으로 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면으로, 도 37(B)의 (a) 및 (b)는 각각, 도 37(A)의 (a) 및 (b)에 대응하고 있다.
도 37(C)는, 상기와 반대의 촬상 조건으로 하고, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 하여, 콘트라스트를 반전시켜 취득한 화상을 모식적으로 나타낸 도면으로, 도 37(C)의 (a) 및 (b)는 각각, 도 37(A)의 (a) 및 (b)에 대응하고 있다.
도 37(B)를 참조하면, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)으로 취득한 화상에서는, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 높은 것에서 기인하여, 불완전 결락 결함(불완전 쇼트 결함)은 강조되어 실제의 결함 사이즈보다 크게 나타나 있다(도 37(B)의 (a)). 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 것에서 기인하여, 불완전 개방 결함(불완전 오픈 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 작게 나타나 있다(도 37(B)의 (b)).
한편, 도 37(C)를 참조하면, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 취득한 화상에서는, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 높은 것에서 기인하여, 불완전 결락 결함(불완전 쇼트 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 작게 나타나 있다(도 37(C)의 (a)). 이와는 반대로, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 것에서 기인하여, 불완전 개방 결함(불완전 오픈 결함)은 실제의 결함 사이즈보다 크게 나타나 있다(도 37(B)의 (b)).
이와 같은 현상이 일어나는 이유는, 하기와 같은 이유에 의한 것으로 생각된다. 즉, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건(A 조건)으로 화상을 취득하는 경우에는, 결락 결함(쇼트 결함)이나 개방 결함(오픈 결함) 근방의 도전 재료로부터 방출된 전자가 확산되고, 그 작용에 의해, 결락 결함(쇼트 결함) 부분은 보다 넓게, 개방 결함(오픈 결함) 부분은 보다 좁게 촬상된다. 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건(B 조건)으로 화상을 취득하는 경우에는, 결락 결함(쇼트 결함)이나 개방 결함(오픈 결함)으로부터 방출된 전자가 확산되고, 그 작용에 의해, 결락 결함(쇼트 결함) 부분은 보다 좁게, 개방 결함(오픈 결함)부분은 보다 넓게 촬상된다.
이와 같이, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득과, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득을 행하는 것으로 하면, 이들의 콘트라스트가 반전된 화상에 기초하여, 시료 표면 상의 결락 결함과 개방 결함의 쌍방을 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
이하에, 구체예에 기초하여 설명한다.
본 실시예에서 사용한 시료는, 도 36(A)?(C) 및 도 37(A)?(C)에 나타낸 것과 동일한 라인?앤드?스페이스(L&S)가 형성된 패턴을 가지는 것으로서, 그 표면에는, 도전 재료인 Cu의 영역(도전 영역)(202)과 절연 재료인 SiO2의 영역(절연 영역)(203)이 형성되고, 라인 폭 및 스페이스 폭은 모두 43nm이다.
도 38(A) 및 (B)는, 이 시료의 표면에 조사되는 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)의 최적값을 결정하기 위해 실시한 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 38(A)는, 조사 에너지(LE), 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트를 표로서 정리한 것이다. 또한, 도 38(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면으로, 가로축에는 조사 에너지(LE)를, 좌세로축에는 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN]을, 우세로축에는 콘트라스트를 나타내고 있다. 또한, 이때의 촬상은, NA 조정용 애퍼처판(360)(도 1)의 NA 애퍼처(361)의 중심을, 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치에 맞추어 행하고 있다. 또한, 계조를 나타내는 [DN]은 「Digital Number」를 나타내고, 흑과 백 계조를 8bit로 나타낸 것으로, DN=0은 검정색을, DN=255는 흰색을 의미하는 화소 정보이다.
이 예에서는, 조사 에너지(LE)가 3.2eV일 때에 가장 높은 콘트라스트(0.41)가 얻어지고 있다.
도 39(A) 및 (B)는, 이 시료의 표면에 조사하는 대전 전자빔의 도즈량의 최적값을 결정하기 위하여 실시한 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 39(A)는, 빔 도즈량[mC/㎠], 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트를 표로서 정리한 것이다. 또한, 도 39(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면으로, 가로축에는 빔 도즈량[mC/㎠]을, 좌세로축에는 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN]을, 우세로축에는 콘트라스트를 나타내고 있다. 또한, 이때의 촬상도 또한, NA 조정용 애퍼처(60)의 NA 애퍼처판(361)의 중심을, 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치에 맞추어 행하고 있다. 빔 도즈량은, 빔 전류 밀도와 조사 시간의 곱으로 정의된다.
이 예에서는, 도즈량에 수반하여 콘트라스트는 높아지는데, 대체로 2mC/㎠의 도즈량에서 콘트라스트는 포화되고 있다. 요컨대, 높은 콘트라스트로 촬상하기 위하여 조사해야 할 대전 전자빔의 도즈량은, 대체로 2mC/㎠ 정도로 충분한 것을 알 수 있다.
본 발명에서는, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리를 행함으로써 높은 콘트라스트를 얻어, 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)의 쌍방을 고감도?고정밀도로 검출하는 것으로 하고 있다. 이와 같은 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리는 NA 애퍼처의 위치 조정에 의해 행하는 것이 가능하기 때문에, 본 발명에서는, NA 결상 모드에 의해 시료 표면의 도전 영역 및 절연 영역으로부터의 전자의 분포를 직접 관찰함으로써, NA 애퍼처의 위치 조정을 높은 정밀도로 행하는 것을 가능하게 하고 있다. 이하에, 구체적인 순서의 예를 설명한다.
NA 조정용 애퍼처판(360)과 검출기(400) 사이에 설치되어 있는 프로젝션 렌즈(370)를 소정의 전압인 5500V로 하고, NA 결상 모드에 의해, NA 조정용 애퍼처판(360)의 위치에 있어서의 도전 영역(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec) 및 절연 영역(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 각각의 분포의 위치 관계를 확인하였다. 구체적으로는, 대전 전자빔의 도즈량을 변화시키고, 당해 도즈량의 변화에 수반하여, 절연 영역(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포 상태(궤도 중심)가, 도전 영역(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 분포 상태(궤도 중심)로부터 어느 정도 시프트되는지를 확인하였다.
도 40(A) 및 (B)는, NA 결상 모드에 의한 전자 분포의 위치 확인의 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 40(A)는, 빔 도즈량[mC/㎠]과 도즈량의 대전 전자빔을 조사하였을 때의, 절연 재료(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포 상태의 어긋남, 즉, 도전 재료(202)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 분포 상태로부터 어느 정도 시프트되었는가를 정리한 표이다. 또한, 도 40(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면으로, 가로축에는 빔 도즈량[mC/㎠]을, 좌세로축에는 절연 재료(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포 상태의 시프트량을 나타내고 있다. 여기서, 시프트 방향을 Y 방향으로 하였다. 또한, 좌세로축에 나타낸 전자(ei)의 분포 상태의 시프트량은 규격화한 값으로서 나타내고 있다. 이 시프트량의 규격화는, 도전 재료로부터의 전자를 통과시키는 NA 애퍼처의 위치를 0으로 하고, 콘트라스트가 반전되는 조건에서의 NA 애퍼처의 위치를 1로 하여 행하였다. 또한, 상기 서술한 대전 전자빔의 도즈량의 최적화 실험 결과에 기초하여, 대전 전자빔의 조사량의 상한값을 2mC/㎠로 하였다. 또한, 참고를 위해, L&S 폭이 35nm인 시료 및 L&S 폭이 65nm인 시료에 대해서도 동일한 실험을 행하였다.
도 40(A) 및 (B)에 나타낸 결과에 의하면, 대전 전자빔의 도즈량과 절연 영역(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포 상태의 어긋남량은 대략 비례하고 있다. 따라서, 대전 전자빔의 도즈량의 최적화 실험의 결과를 고려하면, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 분리하여 높은 콘트라스트를 얻기 위해서는, 대전 전자빔의 조사량을 2mC/㎠ 정도로 하고, 또한, NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)를 소정의 양만큼 Y 방향으로 어긋나게 함으로써, 도전 영역(202)의 구조 정보를 얻은 전자(ec)를 선택적으로 검출기(400)로 유도하는 조건과 절연 영역(203)의 구조 정보를 얻은 전자(ei)를 선택적으로 검출기(400)로 유도하는 조건에서의 촬상을 행하면 되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 40에 나타낸 결과에 의하면, 배선 폭(L&S 폭)이 넓은 시료에서는, 절연 영역 체적이 큰 만큼, 기판 전위의 변화(ΔV)가 커지고, 그 때문에 절연 재료(203)의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포의 시프트량도 크다. 이와는 반대로, 배선 폭(L&S 폭)이 작아짐에 따라 절연 재료의 체적이 작아지기 때문에, 기판 전위의 변화(ΔV)는 작아지고, 그 때문에 높은 콘트라스트를 얻기가 어려워진다.
상기 서술한 바와 같이, 대전 전자빔의 조사에 의해 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리가 용이해지고, 그 결과, 높은 콘트라스트를 얻기 쉬워진다. 이것은, 대전 전자빔의 조사에 의해 기판 전위가 변화(ΔV)되고, 이에 의해 절연 재료의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포가 시프트되는 것에 의한 것이다. 이것은, 기판 전위의 변화량(ΔV)으로부터, 절연 재료의 표면 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분포가 시프트량을 추정할 수 있는 것을 의미한다.
도 41(A) 및 (B)는, 대전 상태에 있는 시료의 표면에 조사되는 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)의 최적값을 결정하기 위하여 실시한 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 41(A)는, 조사 에너지(LE), 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트를 표로서 정리한 것이다. 또한, 도 41(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면으로, 가로축에는 조사 에너지(LE)를, 좌세로축에는 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN]을, 우세로축에는 콘트라스트를 나타내고 있다. 또한, 이때의 촬상도, NA 조정용 애퍼처판(360)의 NA 애퍼처(361)의 중심을, 도전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치에 맞추어 행하고 있다.
도 41(B)를 도 38(B)와 비교하면, 대전 상태에 있는 시료의 표면에 촬상 전자빔이 조사된 경우(도 41(B))에는, 비대전 상태에 있는 시료의 표면에 촬상 전자빔이 조사된 경우(도 38(B))에 비교하여, 높은 콘트라스트(7.8)가 얻어지고, 이것에 대응하는 조사 에너지(LE)는 저에너지측으로 시프트되어 있다. 이것은, 이미 설명한 바와 같이, 시료 표면의 절연 영역이 대전 상태에 있기 때문에 기판 전위가 변화(약 1V)되고, 그 결과, 절연 영역(203)으로부터 방출된 전자(ei)의 궤도 중심이 대전 영역(202)으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심과 현저하게 어긋나, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리의 정도가 커졌기 때문이다.
따라서, 미리, 시료 표면의 대전 상태(기판 전위)에 의해 최적 조사 에너지(LE)가 어떻게 변화되는지를 알아 둠으로써, 절연 영역(203)으로부터 방출된 전자(ei)의 궤도 중심의 어긋남량을 추정하는 것이 가능하다. 요컨대, 기판 전위로부터 전자(ei)의 궤도 중심 위치의 시프트량을 추정할 수 있다. 구체적으로는, 대전 전후의 조사 에너지(LE)의 시프트량으로부터 기판 전위의 시프트량을 판독한다. 상기 서술한 바와 같이, 대전 상태가 변화되면 그것에 수반하여 전자의 에너지(속도)가 변화되게 되고, 전자장 발생 수단(E×B)을 통과할 때에 받는 F=e?(v×B)의 힘도 변화되기 때문에, E×B 통과시의 궤도 시프트량을 계산할 수 있다. 그리고, 이 E×B 통과시의 궤도 시프트량으로부터 NA 애퍼처의 위치에 있어서의 시프트량을 계산할 수 있기 때문에, 전자(ei)의 궤도 중심 위치의 실제 시프트량을 검증할 수 있다.
도 42(A) 및 (B)는, NA 애퍼처의 위치 조정에 의한 콘트라스트의 반전에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 42(A)는, NA 애퍼처의 중심 위치를, 도전 영역으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치(규격화 위치=0)로부터 Y 방향으로 이동(규격화 위치=1.0까지)시켰을 때의, 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN], 및 콘트라스트를 표로서 정리한 것이다. 또한, 도 42(B)는, 이 표를 그래프로서 나타낸 도면으로, 가로축에는 NA 애퍼처의 중심 위치[규격화 위치]를, 좌세로축에는 도전 재료와 절연 재료 각각의 휘도[DN]을, 우세로축에는 콘트라스트를 나타내고 있다. 또한, 이때의 촬상은, 대전 전자빔을 시료 표면에 2mC/㎠ 조사하고, 도전 재료의 휘도가 최대가 되는 NA 애퍼처의 중심 위치를 규격화 위치=0으로 하여 행하였다. 여기서, 「규격화 위치」란, 상기 서술한 바와 같이, 도전 재료의 전자를 통과시키는 NA 애퍼처의 위치를 0, 콘트라스트가 반전되는 NA 애퍼처의 위치를 1로 한 경우의 상대적인 좌표를 나타낸다.
도 42(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, NA 애퍼처의 위치를 규격화 위치=0으로부터 Y 방향으로 어긋나게 해 가면, 도전 재료의 휘도가 저하되는 한편 절연 재료의 휘도는 높아지고, 그 결과, 콘트라스트는 서서히 낮아진다. 그리고, NA 애퍼처의 중심 위치가 규격화 위치=0.6에서는 도전 재료의 휘도와 절연 재료의 휘도는 같아져, 콘트라스트가 얻어지지 않게 된다. 또한 NA 애퍼처의 위치를 Y 방향으로 어긋나게 해 가면, 도전 재료의 휘도는 더욱 저하되는 한편 절연 재료의 휘도는 더욱 높아지고, 그 결과, 콘트라스트는 반전되어 서서히 높아진다. 이와 같이, NA 애퍼처의 위치를 조정함으로써, 콘트라스트를 반전시킬 수 있다.
도 43은, NA 애퍼처의 위치 조정에 수반하는 콘트라스트 반전의 모습을 개념적으로 설명하기 위한 도면으로, NA 애퍼처의 중심 위치가 도전 영역으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심에 대략 일치한 위치(규격화 위치 NP=0)에 있을 때에는, 주로 전자(ec)가 검출기로 유도된다. NA 애퍼처의 중심 위치를 Y 방향으로 어긋나게 해 가면, NA 애퍼처를 통과할 수 있는 전자(ec)의 양은 감소하는 한편 NA 애퍼처를 통과할 수 있는 전자(ei)의 양은 증대하고, 규격화 위치 NP=0.6에서는, 양자의 전자량은 일치하여 휘도에 차이가 발생하지 않게 되어, 콘트라스트가 얻어지지 않게 된다. 또한 NA 애퍼처의 중심 위치를 Y 방향으로 어긋나게 해 가면, NA 애퍼처를 통과할 수 있는 전자(ec)의 양은 더욱 감소하는 한편 NA 애퍼처를 통과할 수 있는 전자(ei)의 양은 더욱 증대하고, 규격화 위치 NP=1.0에서는, 양자의 전자량은 역전되어 콘트라스트가 반전된다.
도 44는, 본 발명의 시료 관찰 방법에 있어서의, 전자 궤도 시프트량의 도즈량 의존성을 결정하는 순서, 및, 재료 콘트라스트의 반전을 확인하는 순서를 예시에 의해 설명하기 위한 플로우차트이다. 또한, 개개의 단계에 대해 이미 설명한 부분에 대해서는, 그 상세는 생략한다.
먼저, 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)를 상기 서술한 천이 영역에 조정하고(S102), 절연 영역과 도전 영역을 가지는 관찰 대상 시료의 표면에 촬상 전자빔을 조사한다(S103).
NA 애퍼처 이동 기구에 의해 NA 애퍼처의 위치를 면 내에서 조정하여, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 궤도 중심에 NA 애퍼처의 중심 위치를 맞춘다(S104). 그리고, 이 상태에서, 절연 영역과 도전 영역의 휘도의 차이, 즉 재료 콘트라스트가 최대가 되도록, 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)를 조정한다(S105).
다음으로, 시료 표면에 소정의 도즈량의 대전 전자빔을 조사하여 절연 영역을 대전시키고(S106), 대전 상태에 있는 절연 영역으로부터의 전자(ei)의 궤도 중심이 NA 애퍼처의 위치에서 어느 정도 시프트되었는지를 확인한다(S107). 이후, 단계 S106과 단계 S107을 반복하여, 대전 상태에 있는 절연 영역으로부터의 전자(ei)의 궤도 시프트량의 도즈량 의존성을 구한다(S108).
대전 상태에 있는 절연 영역으로부터의 전자(ei)의 궤도 시프트량의 도즈량 의존성이 구해졌으면(S108:Yes), 그 데이터에 기초하여 적정한 도즈량을 결정한다(S109).
적정 도즈량의 결정 후, 다시, 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)의 조정을 행한다. 구체적으로는, 상기 순서로 결정된 적정 도즈량의 대전 전자빔을 시료 표면에 조사하고, 이 상태에서 재료 콘트라스트가 최대가 되는 조사 에너지(LE)를 결정한다(S110). 그리고, 이 조사 에너지(LE)의 촬상 전자빔이 조사된 시료 표면의 화상을 취득하여, 재료 콘트라스트를 측정한다(S111). 단계 S107에 관련하여 설명한 바와 같이, 이때의 NA 애퍼처의 중심 위치는 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 궤도 중심에 있기 때문에, 상기 취득 화상 중의 휘도는, 도전 영역이 상대적으로 높고 절연 영역이 상대적으로 낮다.
계속해서, 적정 도즈량의 대전 전자빔 조사를 행하였을 때의 전자(ei)의 궤도 시프트량만큼 NA 애퍼처의 중심 위치를 이동시키고, NA 애퍼처의 중심 위치를 전자(ei)의 궤도 중심에 일치시킨다. 그리고, 이 상태에서 다시, 재료 콘트라스트를 측정한다(S112).
이미 설명한 바와 같이, 이와 같은 NA 애퍼처의 중심 위치 조정을 행하면, 재료 콘트라스트는 반전되어, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 높고 도전 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 화상이 취득되어 있을 것이다. 따라서, 이 재료 콘트라스트의 반전이 확인되면(S113:Yes), 종료가 된다(S114). 만일, 재료 콘트라스트의 반전이 확인되지 않는 경우에는(S113:No), 여기까지의 순서에 어떠한 문제가 있을 것이기 때문에, 단계 S102로 되돌아가 다시 행한다.
상기 서술한 순서에 의해, 전자 궤도 시프트량의 도즈량 의존성, 및, 재료 콘트라스트의 반전 확인이 이루어져, 본 발명의 시료 관찰에 필요한 조건 설정이 완료된다.
도 45는, 본 발명의 시료 관찰 방법의 순서를 예시에 의해 설명하기 위한 플로우차트이다. 또한, 개개의 단계에 대해 이미 설명한 부분에 대해서는, 그 상세는 생략한다.
본 발명에 관련된 바람직한 양태의 시료 관찰 방법은, 절연 영역과 도전 영역을 가지는 시료 표면에 재료 콘트라스트가 최대가 되는 조사 에너지(LE)의 촬상 전자빔을 조사하는 단계 S203과, 당해 촬상 전자빔의 조사를 받은 시료 표면으로부터의 구조 정보를 얻은 전자를 검출하여 시료 표면 화상을 취득하는 단계 S205, S207을 구비하고 있다. 상기 서술한 바와 같이, 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)는, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 조정되어 있고, 시료 표면 화상의 취득 단계는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S205와, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S207을 포함한다.
상기 서술한 바와 같이, 촬상 전자빔 조사 단계 S203에 앞서, 시료 표면에 적정 도즈량의 대전 전자빔을 조사하여 절연 영역을 대전시켜 두는 것으로 하면(S202), 기판 전위가 변화되는 결과, 절연 영역으로부터 방출된 전자(ei)의 궤도 중심과 대전 영역으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심의 어긋남이 커지고, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리 정도도 커진다. 상기 서술한 적정 도즈량은, 이미 설명한 바와 같이 단계 S109에서 미리 결정되어 있고, 전자빔 조사에 의한 절연 영역의 대전이 포화되는 도즈량으로 하는 것이 바람직하다.
단계 S203에서 촬상 전자빔을 시료 표면에 조사한 상태에서, NA 애퍼처의 중심 위치를 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 궤도 중심에 맞추어 재료 콘트라스트를 최대로 한다(S204). 이 조건 하에서 얻어지는 화상은, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 높고 절연 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 화상이 된다(S205).
이어서, NA 애퍼처의 중심 위치를 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 궤도 중심에 맞추어 재료 콘트라스트를 최대로 한다(S206). 이 조건 하에서 얻어지는 화상은, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 높고 도전 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 화상이 된다(S207). 요컨대, 단계 S205에서 얻어진 화상과는, 콘트라스트가 반전된 화상이 되어 있다.
또한, 단계 S206에서의 NA 애퍼처의 위치 조정은, 단계 S107에서 미리 구해져 있는 전자(ei)의 궤도 시프트량에 기초하여, 당해 궤도 시프트분만큼 NA 애퍼처의 위치를 조정하도록 해도 된다.
도 46은, 본 발명의 시료 관찰 방법의 순서의 다른 예를 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 45에서 나타낸 순서와는, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S305에 이어서, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S307이 실행되는 점에서 상이하다.
요컨대, 이 양태의 시료 관찰 방법은, 절연 영역과 도전 영역을 가지는 시료 표면에 재료 콘트라스트가 최대가 되는 조사 에너지(LE)의 촬상 전자빔을 조사하는 단계 S303과, 당해 촬상 전자빔의 조사를 받은 시료 표면으로부터의 구조 정보를 얻은 전자를 검출하여 시료 표면 화상을 취득하는 단계 S305, S307을 구비하고 있다. 그리고, 시료 표면의 화상 취득의 단계는, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S305와, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지는 단계 S307을 포함하고 있다.
도 45의 순서와 동일하게, 촬상 전자빔 조사 단계 S303에 앞서, 시료 표면에 적정 도즈량의 대전 전자빔을 조사하여 절연 영역을 대전시켜 두는 것으로 하면(S302), 기판 전위가 변화되는 결과, 절연 영역으로부터 방출된 전자(ei)의 궤도 중심과 대전 영역으로부터 방출된 전자(ec)의 궤도 중심의 어긋남이 커지고, 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)와 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 분리의 정도도 커진다.
단계 S303에서 촬상 전자빔을 시료 표면에 조사한 상태에서, NA 애퍼처의 중심 위치를 절연 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ei)의 궤도 중심에 맞추어 재료 콘트라스트를 최대로 한다(S304). 이 조건 하에서 얻어지는 화상은, 절연 영역의 휘도가 상대적으로 높고 도전 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 화상이 된다(S305).
이어서, NA 애퍼처의 중심 위치를 도전 영역의 구조 정보를 얻은 전자(ec)의 궤도 중심에 맞추어 재료 콘트라스트를 최대로 한다(S306). 이 조건 하에서 얻어지는 화상은, 도전 영역의 휘도가 상대적으로 높고 절연 영역의 휘도가 상대적으로 낮은 화상이 된다(S307). 요컨대, 단계 S305에서 얻어진 화상과는, 콘트라스트가 반전된 화상이 되어 있다.
또한, 단계 S306에서의 NA 애퍼처의 위치 조정은, 단계 S107에서 미리 구해져 있는 전자(ei)의 궤도 시프트량에 기초하여, 당해 궤도 시프트분만큼, 시프트 방향과는 반대 방향으로 NA 애퍼처의 위치를 조정하도록 해도 된다.
상기 서술한 바와 같이, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득한 경우에는, 결락 결함(쇼트 결함)의 검출은 용이해지는 반면, 개방 결함(오픈 결함)의 검출이 하기 어려워지는 경우가 있다. 또한, 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득한 경우에는, 개방 결함(오픈 결함)의 검출은 용이해지는 반면, 결락 결함(쇼트 결함)의 검출이 하기 어려워지는 경우가 있다. 따라서, 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 시료 표면 상의 결락 결함과 개방 결함의 쌍방을 높은 정밀도로 검출하기 위해서는, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하거나, 혹은 이와는 반대로, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상을 취득하는 것만으로는 불충분하다.
본 발명에 관련된 시료 관찰 방법에 의하면, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득과, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 화상의 취득이 행해지기 때문에, 이들 화상에 기초하여, 시료 표면 상의 결락 결함과 개방 결함의 쌍방을 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
요컨대, 상기 서술한 본 발명에 관련된 시료 관찰 방법에 의해 얻어진 시료 표면의 화상을 이용하면, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의해 결락 결함(쇼트 결함)의 존부를 고감도?고정밀도로 검출하고, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득한 화상에 의해 개방 결함(오픈 결함)의 존부를 고감도?고정밀도로 검출할 수 있기 때문에, 고감도?고정밀도의 시료 검사 방법으로서의 이용도 가능하다.
이하에, 상기 서술한 수법에 의해 시료 표면의 결함 검사를 실시한 예에 대하여 설명한다.
관찰 대상으로서, 도 36(A)?(C) 및 도 37(A)?(C)에 나타낸 것과 동일하게, 도전 재료인 Cu의 영역(도전 영역)과 절연 재료인 SiO2의 영역(절연 영역)의 라인?앤드?스페이스(L&S) 패턴을 가지는 시료를 준비하였다. 또한, 라인 폭 및 스페이스 폭은 모두 43nm으로 하였다. 이 L&S 패턴의 도전 영역의 일부에, 다양한 사이즈의 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)을 형성하고, 이들 결함을 검출하는 것으로 하였다.
시료 관찰시에는, 전자원 빔의 가속 전압을 -4005V, 시료(200)의 표면 전위를 -4002.6V로 하였다. 따라서, 촬상 전자빔의 조사 에너지(LE)는, 시료 표면의 구조 정보를 얻은 전자가 미러 전자와 2차 전자의 쌍방을 포함하는 천이 영역에 있는 2.4eV가 된다. 또한, NA 애퍼처(61)의 구멍 직경은 100?300㎛로 하고, 촬상에 앞선 대전 전자빔의 조사에 의해 절연 영역을 대전시키고(대전량 2mC/㎠), 촬상 전자빔의 전류 밀도를 1mA/㎠로 하여 촬상을 행하였다. 또한, 결함 검사시의 검사 픽셀 사이즈는, 전자 광학계 렌즈의 배율 설정에 의해 가로세로 29nm로 하였다. 또한, 검사 속도는 50MPPS(Mega Pixels Per Second)로 하였다.
도 47(A)?(C)는, 상기의 조건으로 결함 검사를 행한 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 47(A)는 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의한 결함 검출의 가부를 정리한 표, 도 47(B)는 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의한 결함 검출의 가부를 정리한 표, 그리고, 도 47(C)는 상기 2개의 결함 검출 결과를 종합하여 결함 검출의 가부를 정리한 표이다. 또한, 이들 표 중, 결함 검출된 것은 「○」로 하고, 결함 검출할 수 없었던 것은 「×」로 하고, 양방의 검사로 결함 검출된 것은 「◎」로 하였다.
이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의하면 결락 결함(쇼트 결함)의 검출을 고정밀도로 행할 수 있는 한편, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의하면 개방 결함(오픈 결함)의 검출을 고정밀도로 행할 수 있다. 이것은, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의하면 개방 결함(오픈 결함)을 간과하는 경우가 있고, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상에 의하면 결락 결함(쇼트 결함)을 간과하는 경우가 있을 수 있는 것을 의미하고 있다.
이에 대해, 본 발명과 같이, 도전 영역의 휘도가 절연 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득된 화상과, 절연 영역의 휘도가 도전 영역의 휘도보다 높은 조건 하에서 취득한 화상에 의해, 결함의 존부를 판단하는 것으로 하면, 적어도 25nm보다 큰 사이즈의 결락 결함(쇼트 결함)과 개방 결함(오픈 결함)의 쌍방을, 고감도?고정밀도로 검출할 수 있다.
이제까지 설명해 온 본 발명의 전자선 검사 장치 및 시료 관찰 방법은, 예를 들어, 반도체 제조 프로세스에 있어서, 반도체 웨이퍼를 가공한 후의 당해 반도체 웨이퍼 표면의 관찰이나 검사에 이용할 수 있다. 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치 및 시료 관찰 방법을 이용하여, 시료 표면에 절연 영역과 도전 영역을 가지는 반도체 웨이퍼를 관찰하고, 고콘트라스트의 화상을 취득하여 반도체 웨이퍼의 양부를 검사함으로써, 결함이 없는 반도체 웨이퍼의 제조를 위한 유력한 수단이 된다. 이와 같이, 본 발명에 관련된 전자선 검사 장치 및 시료 관찰 방법은, 반도체 제조 방법에 바람직하게 적용할 수 있다.
그런데, 주사형이나 사상 투영형의 전자 현미경 즉 전자선 검사 장치를 사용하여, 시료 표면의 배선 검사나 결함 검사를 행하는 경우, 대기 반송 중의 대기와의 마찰 및 진공 중의 전자선의 조사에 의해, 시료 표면이 차지업(대전)된다. 시료 표면에 차지업이 발생함으로써, 시료 표면에 조사하는 전자선이 시료 내의 차지업된 2차 전자의 영향을 받아 검출되기 때문에 시료의 상이 흐려진다는 문제가 발생하고 있었다.
상기 서술한 시료에 차지업이 발생함으로써 시료의 상이 흐려지는 문제에 대응하는 것으로서, 예를 들어, 국제공개 제1999-046798호(특허문헌 5)의 시료의 결함 검사 방법이 제안되어 있다. 이 시료의 결함 검사 방법에서는, 포커스하는 거리의 차이를 시료 상의 차지업량으로 환산하고 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제2002-033068호(특허문헌 6)에 개시된 시료의 결함 검사에서는, 주사형 전자 현미경을 사용하고 있고, 시료의 차지업을 억제하기 위해, 리타딩 전압을 시료에 인가하고 있다.
차지업한 시료의 제전 방법에서는, 대체로 대기 혹은 어느 종류의 기체 중에 있어서, 이온 등으로 전리된 기체를 이용하고 있었다. 그러나, 이 제전 방법에서는, 제전한 후에도 대기 반송 중에 대기와의 마찰에 의해 시료가 다시 차지업될 가능성이 있다. 또한, 진공 중의 전자선 조사에 의한 시료의 차지업을 제전하는 경우에도 한번 대기측까지 되돌려야 하여, 효율이 좋지 않았다.
그러나, 특허문헌 5에 개시된 방법에서는, 차지업한 시료의 포커스하는 거리의 차이를 나타내는 맵(전압 맵)을 작성하고, 그 맵에 기초하여 차지업한 시료의 포커스를 변화시키고 있음에 불과하고, 시료 표면의 차지업을 제전하는 것은 아니었다. 또한, 특허문헌 6에 개시된 것에서는, 전자선 조사에 의한 시료의 차지업을 억제하기 위해, 리타딩 전압(RTD)을 인가하고 있음에 불과하고, 다시 시료 표면이 차지업될 가능성이 있어, 자연 대전에 의한 시료 표면의 차지업은 제전되어 있지 않았다.
이하에, 본 발명에 관련된, 전자선에 의한 대전뿐만 아니라 대기 등에 의한 자연 대전에 의한 시료 표면의 차지업을 효율적으로 제전하는 시료 표면의 검사 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 시료 표면의 전위 분포의 설정 원리에 대해, 상세하게 설명한다.
도 48은, 본 발명의 실시형태에 관련된 시료 표면의 검사에 있어서의 가속 전압(Vacc)과 리타딩 전압(RTD)과 랜딩 에너지(LE)와 시료 표면 전위(ΔV)의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 48은, 도 1 또는 도 33에 나타낸 전자선 검사 장치의 스테이지(100)(도 48에서는 도시 생략) 상에 시료(200)가 재치되어 있고, 이 시료(200)를 향하여 전자총(310)으로부터 전자선(EB)이 조사되고 있다. 전자총(310)으로부터 발생한 전자선을 그라운드에 대하여 가속시키기 위해, 전자총(310)에 예를 들어 -4kV 내지 -7kV 범위의 전압을 인가한다. 이 전압을, 가속 전압(Vacc)이라고 한다. 또한, 시료(200)에, 예를 들어 -4kV를 인가하면, 그라운드에 대하여 가속한 전자선(EB)으로부터 본 시료(200)의 전위(ΔV)는, 가속 전압(Vacc)이 -4kV인 경우에는 0V이고, 가속 전압(Vacc)이 -7kV인 경우에는 -3kV가 된다. 이 시료(200)에 인가하는 전압을 리타딩 전압(RTD)이라고 한다. 가속 전압(Vacc)에서 리타딩 전압(RTD)을 뺀 값, 요컨대 그라운드에 대하여 가속한 전자선(EB)으로부터 본 시료(200)의 전위가 랜딩 에너지(LE)이다. 이 랜딩 에너지(LE)는 하기의 식 (2)로 나타낸다.
랜딩 에너지(LE)
=리타딩 전압(RTD)-가속 전압(Vacc) (2)
그러나, 시료(200)는 자연 대전이나, 시료(200)에 대한 사전의 전자선의 조사 등에 의해 시료의 전위는 0V는 아니다. 따라서, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)는, 시료의 표면 전위를 ΔV로 하였을 때에 하기의 식 (3)으로 나타낸다.
LEeff=LE+ΔV (3)
즉, 도 1에 나타내는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)는, 수식 (3)에 수식 (2)를 대입함으로써, 도 48에 나타내는 이하의 수식 (4)로 나타낼 수 있다.
실효적인 랜딩 에너지(LEeff)
=리타딩 전압(RTD)-가속 전압(Vacc)+시료 표면 전위(ΔV) (4)
도 49는, 도 48에 나타낸 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)와, 전자선을 시료 표면에 조사하여 검출되는 시료 표면의 평균 휘도(meanDN)와의 관계의 일례를 나타낸다. 도 49는, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를, 예를 들어, 0eV?7eV로 변화시킨 전자선(EB)을 시료 표면에 조사하여, 시료 표면으로부터 되돌아오는 전자선(EB)을 시료 표면의 화상 정보로서 밝기(휘도)로 변환한 경우의 평균 휘도(meanDN)와 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)[eV]의 관계를 나타낸다. 도 2에 있어서, 예를 들어, 전자선(EB)을 조사하기 전의 시료(200)의 전위는, 어느 일정값(여기서는, 예를 들어 0V)이라고 한다. 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)가 0V인 전자선(EB)을 시료 표면에 조사하였을 때의 평균 휘도(meanDN)를, 도 49에서는 「A」로 하여 나타낸다. 이 평균 휘도(meanDN)「A」를 표준 휘도로 하고, 표준 휘도(A)에 대응하는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 기준 랜딩 에너지(LE0)로 한다. 여기서, 시료 표면의 평균 휘도(meanDN)는, 조사한 전자선이 시료 표면에 대하여 반사 또는 여기 등에 의해 되돌아오는 전자선을 검출하여 휘도로 변환한 것이다. 이 전자선을 시료 표면에 조사하여 검출되는 전자선에는, 시료 내에서 방출되는 2차 전자와, 시료 표면을 반사하는 미러 전자가 포함된다.
도 49에 나타내는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)와 평균 휘도(meanDN)의 관계로부터, 시료 표면의 평균 휘도(meanDN)가 일정한 경우, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)는 일정하며, 상기한 수식 (4)로부터, 시료 표면 전위(ΔV)를 구할 수 있다. 또한, 도 49에 나타내는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)와 평균 휘도(meanDN)의 관계는, 예를 들어, 시료 표면의 절연물 영역에 대해 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)의 전자선을 조사하여, 그 시료 표면으로부터 되돌아오는 전자선을 휘도로 변환함으로써 구해도 된다.
다음으로, 도 50을 참조하여, 도 49에 나타내는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)와 평균 휘도(meanDN)의 관계로부터, 시료 표면 전위(ΔV)의 판정에 대하여 설명한다. 도 50은, 시료의 표면 전위(ΔV)와 휘도차(ΔDN)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 50은, 시료 표면의 임의의 영역에 기준 랜딩 에너지(LE0)를, 예를 들어, 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때의 표준 휘도(A)와, 시료 표면의 임의의 영역에 랜딩 에너지(LE)의 전자선을 조사하였을 때의 평균 휘도(meanDN)와의 휘도차(ΔDN)를 세로축에 나타내고, 휘도차(ΔDN)에 의해 환산되는 시료 표면 전위(ΔV)를 가로축에 나타낸다.
예를 들어, 시료 표면의 임의의 영역에 전자선을 조사하여, 시료 표면의 평균 휘도 분포(휘도차)(ΔDN)를 검출하였다고 한다. 여기서, 시료 표면의 임의의 영역의 휘도차(△DN)를
평균 휘도(meanDN)-표준 휘도(A)=휘도차(△DN)
로 하여 구할 때, 평균 휘도 분포(휘도차) △DN>0, 즉, 휘도차(△DN)가 표준 휘도(A)보다 밝아지는 경우와, 평균 휘도 분포(휘도차) △DN<0, 즉, 휘도차(△DN)가 표준 휘도(A)보다 어두워지는 경우에 대하여 검토한다. 시료 표면의 임의의 영역에 기준 랜딩 에너지(LE0)를, 예를 들어, 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때, 평균 휘도(meanDN)가 표준 휘도(A)에 대하여 밝아지면, 도 50에 나타내는 바와 같이, 시료 표면 전위(ΔV)가 부측으로 시프트되어 있는 것, 즉, 부대전되어 있는 것을 나타내고, 평균 휘도(meanDN)가 표준 휘도(A)에 대하여 어두워져 있으면, 도 50에 나타내는 바와 같이, 시료 표면 전위(ΔV)가 정측으로 시프트되어 있는 것, 즉, 정대전되어 있는 것을 나타낸다. 구체적으로는, 먼저, 시료 표면의 임의의 영역에 기준 랜딩 에너지(LE0)를, 예를 들어, 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때, 검출되는 휘도를 예를 들어 100으로 하고, 이 검출되는 휘도 100을 표준 휘도(A)로 한다. 다음으로, 시료 표면의 임의의 영역에, 임의의 랜딩 에너지(LE)를, 예를 들어 3.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때, 휘도가 130이었다. 이때, 표준 휘도(A)와 평균 휘도(meanDN)의 휘도차(ΔDN)가 30이고, 도 50으로부터 시료 표면 전위(ΔV)는 -1V가 되어, 부대전되어 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 51을 참조하여, 시료 표면의 임의의 영역에 조사하는 전자선의 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 조정하였을 때에 검출되는 휘도차(ΔDN)에 대하여 설명한다. 도 51의 (a)?(d)는, 시료 표면에 대하여 조사하는 전자선의 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 변화시킨 경우의 일례를 나타내는 도면이다. 또한, 도 51의 (a)?(d)에서는, 일례로서 시료 표면이 산화물인 경우에 대하여 설명한다.
도 51의 (a)에 나타내는 「Pre-Dose 없음」의 화상은, 시료 표면의 임의의 영역에 기준 랜딩 에너지(LE0)를 2.5eV로 설정한 전자선만을 조사하였을 때에 검출된 시료 표면의 휘도를 나타내고 있다. 이때의 휘도를 표준 휘도(A)로 한다. 이때에 시료 표면의 임의의 영역에 조사한 전자선의 랜딩 에너지(LE)를 기준 랜딩 에너지(LE0)로 한다.
도 51의 (b)에 나타내는 「3eV」의 화상은, 도 51의 (a)와 동일한 시료 표면의 영역에 대하여, 미리 임의의 랜딩 에너지(LE)를 3eV로 설정한 전자선을 조사한 후, 기준 랜딩 에너지(LE0)를 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때에 검출된 시료 표면의 휘도를 나타내고 있다. 이 경우, 휘도는 표준 휘도(A)보다 밝아져 있어, 시료 표면이 부대전되어 있는 것을 알 수 있다.
도 51의 (c)에 나타내는 「8eV」의 화상은, 상기 도 51의 (a)와 동일한 시료 표면의 영역에 대하여, 미리 임의의 랜딩 에너지(LE)를 8eV로 설정한 전자선을 조사한 후, 기준 랜딩 에너지(LE0)를 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때에 검출된 시료 표면의 휘도를 나타내고 있다. 이 경우, 휘도는 표준 휘도(A)보다 어두워져 있어, 시료 표면이 정대전되어 있는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 도 51의 (d)에 나타내는 「18eV」의 화상은, 도 51의 (a)와 동일한 시료 표면의 영역에 대하여, 미리 임의의 랜딩 에너지(LE)를 18eV로 설정한 전자선을 조사한 후, 기준 랜딩 에너지(LE0)를 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하였을 때에 검출된 시료 표면의 휘도를 나타내고 있다. 이 경우, 휘도는 표준 휘도(A)보다 어두워져 있어, 시료 표면이 정대전되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 기준 랜딩 에너지(LE0)를 조사하였을 때에 검출되는 표준 휘도(A)와, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 조정하였을 때에 검출되는 휘도를 비교함으로써, 시료 표면의 전위(ΔV)를 구할 수 있다.
다음으로, 도 51의 (a)?(d)에 나타낸 시료 표면에 대하여 Pre-Dose에 의해 임의의 랜딩 에너지(LE)[eV]를 설정한 전자선을 조사하였을 때에 검출되는 화상 정보[휘도차(ΔDN)]에 의해, 시료 표면 전위(ΔV)를 판정하는 것에 대하여 도 52를 참조하여 설명한다. 또한, 시료 표면 전위(ΔV)는, 도 50에 나타낸 휘도차(ΔDN)로부터 구하는 것으로 한다.
도 52는, 시료 표면의 임의의 영역에 대하여 임의의 랜딩 에너지(LE)를 변화시켜 전자선을 조사하였을 때, 즉, 「Pre-Dose」를 실행하고, 계속해서 기준 랜딩 에너지(LE0)를 설정한 전자선을 조사하였을 때의 시료 표면 전위(ΔV)의 변화를 나타내는 도면이다. 도 52에서는, 먼저, 시료 표면의 임의의 영역에 대하여 「Pre-Dose」를 실행한다. 이 「Pre-Dose」를 실행할 때는, 시료 표면의 임의의 영역에 대하여, 임의의 랜딩 에너지(LE)를, 예를 들어 3, 8, 14, 22eV로 각각 설정한 전자선을 조사하고 있다. 계속해서, 시료 표면의 임의의 영역에 대하여, 기준 랜딩 에너지(LE0)를, 예를 들어 2.5eV로 설정한 전자선을 조사하고 있다. 이들 「Pre-Dose」를 포함하는 전자선 조사에 의해 검출되는 평균 휘도(meanDN)와 표준 휘도(A)로부터 휘도차(ΔDN)를 구하고, 이 휘도차(ΔDN)를 이용하고 도 50을 참조하여 시료 표면 전위(ΔV)를 구하고 있다.
도 51의 (a)?(d)에 나타낸 휘도차(ΔDN)로부터 판정되는 시료 표면의 전위(ΔV)는, 사전에 시료 표면의 임의의 영역에 대하여, 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 조사하는 것, 즉, Pre-Dose를 실행함으로써, 표준 휘도(A)보다 밝아지는 랜딩 에너지(LE)(부대전)와, 표준 휘도(A)보다 어두워지는 랜딩 에너지(LE)(정대전)가 있는 것을 알 수 있다. 이로부터 Pre-Dose에 의한 전자선 조사를 실행할 때에, 그 전자선의 랜딩 에너지(LE)를 임의로 조정함으로써, 시료 표면의 전위를 미리 정대전 혹은 부대전시키는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
이상의 결과에 의해, 시료 표면에 조사하는 전자선에 설정하는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 변화시킴으로써, 시료 표면의 전위(ΔV)를 정측 혹은 부측으로 대전할 수 있다는 것은, 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 시료 표면에 조사하였을 때에 얻어지는 평균 휘도(meanDN)로부터 기준 랜딩 에너지(LE0)를 설정한 전자선을 시료 표면에 조사하였을 때에 얻어지는 표준 휘도(A)를 빼서 얻어지는 휘도차(△DN), 요컨대, 시료 표면 전위의 정대전 및 부대전의 판정 결과에 대하여, 반대의 대전 작용을 하는 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 시료 표면의 임의의 영역에 조사함으로써, 그 영역의 대전 상태를 표준 전위로 되돌리는(혹은, 임의의 전위 상태로 하는) 것이 가능하게 된다. 이하의 실시형태에서는, 이 원리를 이용하여 시료 표면의 대전을 제전 또는 임의의 전위에 설정하는 기능을 시료 표면의 검사 장치에 적용한 것에 특징이 있다.
도 53(A)는 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 시료 표면의 각 영역에 조사하였을 때에 얻어지는 휘도차(ΔDN)의 분포를 밝기 분포로 하여, 그 영역마다의 밝기[휘도차(ΔDN)] 분포를 X-Y 좌표계에 나타내고, 도 53(B)는, 도 53(A)에 나타낸 각 영역의 휘도차(ΔDN)로부터 환산한 시료 표면의 각 영역의 전위(ΔV) 분포를 X-Y 좌표계에 나타낸다. 도 53(A)에 나타내는 밝기 분포에서는, 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 시료 표면의 각 영역에 조사하였을 때에 얻어지는 휘도를 표준 휘도(A)로 하고, 시료 표면의 임의의 영역을 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 설정한 전자선을 시료 표면의 각 영역에 조사하여 얻어지는 평균 휘도와의 차분을 나타내는 휘도차(ΔDN)를, 그 전자선을 조사한 영역마다 나타내고 있다.
도 53(A)에 나타내는 각 영역의 휘도차(ΔDN)를 구하고, 각 영역의 휘도차(ΔDN)를 도 50에 나타낸 시료 표면 전위(ΔV)와 휘도차(ΔDN)의 관계를 참조함으로써, 각 영역의 표준 휘도(A)로부터의 휘도차(ΔDN)를 시료 표면 전위(ΔV)의 분포로서 얻을 수 있다. 도 53(B)는, 도 53(A)에 나타내는 각 영역의 휘도차(ΔDN)로부터 시료 표면 전위(ΔV)를 판정한 결과, 그 전위(ΔV)의 분포가 -1V, 0V, +0.5V, +1V인 경우를 나타내고 있다.
도 53(A) 및 (B)로부터 얻은, 시료 표면의 각 영역의 위치 정보(X, Y 좌표)와 시료 표면의 각 영역의 전위 정보와, 도 52에 나타낸 Pre-Dose에 의해 조정할 수 있는 시료 표면의 전위를 이용함으로써, 도 53(B)에 나타내는 시료 표면 전위(ΔV)가 +1V인 영역에는, Pre-Dose에 의해 시료 표면의 전위를 -1V로 대전시키는 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 조사함으로써, 그 전위(ΔV)가 +1V인 영역을 0V로 할 수 있다. 마찬가지로, Pre-Dose에 의해, -1V, +0.5V의 전위로 대전된 다른 영역에 대하여 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 조사함으로써, 그 밖의 영역도 0V로 할 수 있다. 또한, Pre-Dose에 의해, 시료 표면의 각 영역의 전위를 고르게 0V로 할 뿐만 아니라, 시료 표면의 각 영역의 전위를 임의의 전위로 설정하여, 고른 전위 분포로 설정하는 것도 가능하다.
또한, 상기 Pre-Dose를 이용하여, 시료 표면에 조사하는 전자선의 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 조정함으로써, 시료 표면을 암(暗)시야(정대전) 또는 명(明)시야(부대전)로 설정할 수 있다. 시료 표면을 암시야로 설정하는 경우는, 주로 시료 상(예를 들어 Si나 Cr의 도체 상)에 있는 이물질(절연물로 이루어지는 것)의 검사를 행할 때이다. 이때, 시료 표면의 전체를 암시야로 함으로써, 시료 상의 이물질을 빛나게 하여 검출하는 것이 가능하게 된다.
도 54는, 검사 대상의 시료의 구체예를 나타내는 사시도이다. 도 54에 나타내는 시료는, 기판(230) 상에 패턴부(240)가 형성된 예이다. 이 시료에 대하여, 주로 패턴 검사를 행할 때는, 시료 표면을 명시야로 설정할 필요가 있다. 이 시료의 패턴 검사에 있어서, 흑백의 콘트라스트를 검출하여 패턴부(240)의 결함 등을 검사하는 경우(예를 들어, 시료의 최상면을 구성하는 물질이 산화물이고, 그 하면이 Cr을 중심으로 한 도전체나 Si를 검사하는 경우)는, 검사 대상을 「흰색」으로서 검출하는 재료에 맞추어(다른 재질에 의해 패턴이 형성되어 있는 경우, 그 어느 일방의 재료), 그 검사 대상 부분의 휘도가 밝아지도록, 즉, 명시야가 되도록 시료 전체에 조사하는 전자선의 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 조정한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 시료 표면의 전위 분포를 설정하는 방법에서는, 임의의 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 조사하여, 시료 표면의 전위 분포를 알고 싶은 영역을 스캔하고, 그 영역의 휘도를 검출하여, 표준 휘도와 스캔한 영역의 휘도와의 휘도차를 구하고, 이 스캔 영역마다의 휘도차(△DN)의 (X, Y)분포를 구한다. 이 휘도차(△DN)의 (X, Y)분포에 대하여 표준 휘도와의 차분을 구함으로써, 어느 영역에서의 표준 휘도에 대응하는 기준 랜딩 에너지(LE0)로부터의 랜딩 에너지(LE)의 어긋남, 요컨대, 어느 영역에서의 시료 표면의 전위(△V)[V]의 변화를 판정할 수 있다. 또한, 이 시료 표면의 전위(△V)[V]의 변화에 따라, 상기 Pre-Dose를 실행함으로써 시료 표면의 전위 분포를 조정할 수도 있다.
여기서, 시료 표면의 전위(ΔV)가, 정전위와 부전위로 대전되는 원리에 대하여 설명한다. 시료 표면에 조사되는 1차 전자선을 발생하는 전자총의 전자 전류값으로부터 전자 밀도(Je)가 산출된다. 이 전류 밀도(Je)와 블랭킹 신호(전자선을 정지시키는 신호)의 블랭킹 해제 시간(τs)(전자선을 조사하고 있는 시간)으로부터 시료 표면의 Dose량이 이하에 나타내는 식 (5)로 나타내어진다. 또한, 블랭킹 신호의 블랭킹이란, 시료 표면에 1차 전자선을 조사하지 않을 때에, 일시적으로 1차 전자선을 차단하는 것을 말한다.
Dose=Js?τs (5)
시료 표면의 정보, 예를 들어, 레지스트(예를 들어, 절연물:산화물)의 두께를 d, 그 레지스트의 비유전율 εr로 하면, 시료 표면의 단위 면적당의 정전 용량 C0은 이하의 식 (6)으로 나타내어진다.
C0=εr?ε0?S/d (6)
(여기서, S는 단위 면적 1㎠, ε0은 진공 중의 유전율로 한다)
또한, C0V=Q에 의해, Q는 이하에 나타내는 식 (7)로 나타내어진다.
Q=C0?ΔV (7)
여기서, Q는 시료 표면에 조사된 총 전자량이며, 시료 표면에 랜딩 에너지(LE)[keV]를 설정한 전자선을 조사시켰을 때, 2차 전자 방출률을 η으로 하면, 총 전자량 Q는 이하의 식 (8)로 나타내어진다.
Q=Dose?(1-η) (8)
여기서 식 (7) 및 식 (8)에 의해,
Q=Dose?(1-η)=C0?ΔV
가 되고, 이 수식을 2차 전자 방출률(η)에 대하여 풀면, 이하에 나타내는 식 (9)로 나타내어진다.
η=1-(C0?ΔV)/Dose (9)
식 (9)는, 2차 전자 방출률(η)이 시료 표면을 구성하는 물질의 비유전율(εr)과 일의적으로 관계되어 있는 것을 나타내고 있다.
즉, 식 (9)에 식 (6)을 대입하여, 물질의 비유전율(εr)에 대해 풀면, 이하에 나타내는 식 (10)에 의해, 2차 전자 방출률(η)과 물질의 비유전율(εr)과의 관계를 나타낼 수 있다.
η=1-{(ε0?S?ΔV)/(d?Dose)}?εr (10)
또한, 도 50에 나타낸 바와 같이, 시료 표면의 전위 상승분은, 검출한 평균 휘도와 대응시킬 수 있으므로, 전자선의 조사 조건 등으로부터 검사된 휘도차(ΔDN)의 분포(단면 계조 등)로부터, 반대로 시료 표면의 전위 분포를 알 수 있다.
다음으로, 시료의 두께 방향에 대한 전자의 관통률(투과율)의 모델을 나타내는 개념도인 도 55(A) 및 (B)를 참조하여, 당해 관통률(투과율)에 대하여 설명한다.
먼저, 도 55(A)를 참조하여, 시료의 2차 전자 방출률 η<1의 경우에 대해 설명한다. 도 55(A)에 나타내는 바와 같이, 시료 표면에 입사되는 전자에 의해, 시료 표면으로부터 방출되는 2차 전자의 양이 입사되는 전자의 양보다 적은 경우, 시료 내부에 축적되는 총 전자량(Q)은 전체적으로 「부」가 된다. 따라서, 시료 표면에 입사되는 전자의 양을 Dose_in, 시료 표면으로부터 방출되는 2차 전자의 양을 Dose_out으로 하면, 총 전자량(Q)은 이하의 식 (11)로 나타내어진다.
Q=Dose_in-Dose_out<0 (11)
식 (10)으로 나타낸 관계로부터, 2차 전자 방출률(η)은 하기의 식 (12)로 나타내어진다.
η=Dose_out/Dose_in (12)
식 (11)로부터 시료 표면에 발생하는 전위(ΔV)의 변화는 하기의 식 (13)으로 나타내어진다.
Dose_in(1-η)<0 (13)
또한, 도 55(B)에 나타내는 바와 같이, 전자총으로부터 조사되는 1차 전자선에 있어서의 전자 에너지나 시료의 두께의 관계로부터, 1차 전자의 일부가 시료를 관통(투과)하는 경우, 시료 내부에 축적되는 총 전자량(Q)은, 투과한 1차 전자의 양을 Dose_th로 하면, 하기의 식 (14)로 나타내어진다.
Q=Dose_in-Dose_out-Dose_th (14)
다음으로, 1차 전자의 투과율 =Dose_th/Dose_in으로 하면, 시료 내부에 축적되는 총 전자량(Q)은 하기의 식 (15)로 나타내어진다.
Q=Dose_in(1-η-
Figure pat00002
) (15)
여기서, 시료 표면의 전위(ΔV)의 상승분은, 식 (15)와 식 (7)의 관계로부터 투과율(
Figure pat00003
)은 하기의 식 (16)에 의해 구할 수 있다.
Figure pat00004
=1-η-(ΔV?C0/Dose) (16)
(단, Dose_th=Dose로 한다)
도 55(B)의 경우에는 Q=0이므로, 투과율(
Figure pat00005
)은, 하기의 식 (17)에 의해 구할 수 있다.
Figure pat00006
=1-η (17)
투과율(
Figure pat00007
)은 조사하는 전자선의 랜딩 에너지(LE)와 시료의 두께(t)(특히 레지스트의 두께)의 함수이므로,
Figure pat00008
=f(LE, t)로 하면, f(LE, t)=1-η을 만족시키는 조건에서는, 시료 표면의 전위(ΔV)의 상승분을 0으로 할 수 있어, 시료 표면의 차지업(대전)에 의한 영향을 최소한으로 그치게 할 수 있다. 반대로 시료의 두께(t)를 알고 있으면, 랜딩 에너지(LE)와의 조합으로 투과율(
Figure pat00009
)을 컨트롤하고, f(LE, t)=
Figure pat00010
>1-η이면 시료 표면을 정전위로, f(LE, t)=
Figure pat00011
<1-η이면 시료 표면을 부전위로 대전시키는 조건으로서 구분하여 사용할 수 있다. 이 원리를 이용하면, 시료 표면에 국소적으로 존재하는 전위 분포를 찾고, 또한 그 전위를 없애는 랜딩 에너지(LE)를 설정한 전자선을 조사함으로써, 전위 분포를 균일화할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 시료의 검사에 있어서 전자선을 이용하는 시료 표면의 관측 장치나 시료 표면의 검사 장치에서는, 관측 혹은 검사하고자 하는 시료 표면의 대부분을 차지하는 표면 재료의 물성에 맞추어, 시료에 조사하는 전자선의 에너지를 설정하고 있다. 이 설정에 있어서, 상기 서술한 바와 같이, f(LE, t)=1-η이 되도록 전자선의 에너지를 설정함으로써, 시료 표면의 대전에 의한 영향을 최소한으로 그치게 하여, 선명한 화상이나 고감도의 검사 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 동일한 재료로 구성되는 시료에 있어서 두께(t)가 다른 시료 표면에 전자선을 조사하는 경우, 먼저, 분명하게 전자선이 투과하지 않는 조건(
Figure pat00012
=0)을 설정한 1차 전자선을 조사하여, 시료 표면의 2차 전자 방출률(η)을 구할 수 있으면, 동일한 재료로 이루어지는 시료의 두께(t)가 얇은(조사한 전자선이 관통할 가능성이 있는 두께) 영역에서의 전자선의 관통률[투과율(
Figure pat00013
)]을 산출하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 서술한 휘도차(ΔDN), Dose량, 시료 표면의 전위(ΔV)의 변화량과 같은 파라미터를 이용함으로써, 시료 표면의 정전 용량(C)의 분포나 2차 전자 방출률(η)의 분포, 나아가서는 시료의 두께(t) 등의 분포도 찾는 것이 가능해진다.
도 56 및 도 57은, 상기에 원리를 설명한 시료 표면의 전위 조정 방법에 기초하여, 시료 표면의 전위 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이 가능한, 본 발명에 관련된 제2 및 제3 실시형태의 시료 관찰 시스템의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 56에서는, 전자선 검사 장치로서, 사상 투영형 전자 현미경을 사용한 경우의 구성예를 나타내고 있고, 도 57에서는, 전자선 검사 장치로서, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)을 사용한 경우의 구성예를 나타내고 있다.
도 56의 시료 관찰 시스템에 있어서, 사상 투영형 전자 현미경(2100)은, 1차 전자선을 발생시키는 전자선 발생원(2120)과, 1차 전자선을 시료(200)로 유도하기 위한 1차 전자 광학계(2130)와, 1차 전자선을 조사함으로써 시료(200)로부터 되돌아오는 2차 전자선을 촬상 소자(2150)로 유도하기 위한 2차 전자 광학계(2140)와, 1차 전자선을 조사함으로써 시료(200)로부터 되돌아오는 2차 전자선을 화상으로서 포착하는 촬상 소자(2150)와, 시료(200)를 탑재하는 적어도 일 방향으로 가동하는 XY 스테이지(2112)로 구성되고, 각각이 진공 챔버(2172, 2174, 2176) 안에 수용되어 있다.
전자선 발생원(2120)에는, 열전자 방출형 전자총(2132)을 사용하고 있다. 이 열전자 방출형 전자총(2132)은 주로 LaB6(6붕화란탄)을 사용하고 있는데, 텅스텐으로 이루어지는 필라멘트나, Th-W(토륨 텅스텐, thoriated tungsten), W2C(탄화텅스텐) 등의 텅스텐계나, (Ba(바륨), Sr(스트론튬), Ca(칼슘))CO3으로 이루어지는 산화물 음극 등을 사용해도 된다.
1차 전자 광학계(2130)는, 열전자 방출형 전자총(2132)으로부터 발생한 제1 전자선을, 시료(200)로 유도하는 수단으로서, 애퍼처(2122)와 정전 렌즈(2124)를 구비하고 있다.
열전자 방출형 전자총(2132)으로부터 발생한 제1 전자선은, 그 단면이 1차 전자 광학계(2130)의 애퍼처(2122) 및 정전 렌즈(2124)에 의해 원, 타원 또는 직사각형으로 성형되고, 시료(110)로 유도되어 조사된다. 원, 타원 또는 직사각형으로 성형된 제1 전자선의 크기(빔 직경)는, 대체로 촬상 소자(2150)인 TDI, EB-TDI, CCD, EB-CCD 등의 소자 면적보다 약간 큰 넓이로 성형되는 것이 바람직하다. 또한, 1차 전자선의 크기는, 촬상 소자(2150)마다 조정되어도 되고, 또는, 가장 큰 촬상 소자(2150)의 크기에 맞추어 성형되어도 된다.
1차 전자선은, 1차 전자 광학계(2130)로 임의의 에너지로 가속하는 가속 전압(Vacc)과, 리타딩 전압(RTD)의 조합을 조정함으로써, 시료(200)에 조사할 때의 제1 전자선의 랜딩 에너지(LE)가 조정된다. 가속 전압(Vacc)은, 예를 들어, 가속 전압 조정부(2162)에 의해 조정되고, 리타딩 전압(RTD)은, 예를 들어 XY 스테이지(2112)에 설치되어 있는 시료 전압 조정부(2166)에 의해 조정된다. 1차 전자선의 에너지를 설정하는 가속 전압(Vacc)과 리타딩 전압(RTD)의 조합은, 시료(200)로부터 얻는 원하는 정보에 따라 변경된다.
예를 들어, 시료(200)의 2차 전자 상을 취득하는 경우에는, 가속 전압(Vacc)을, 예를 들어, 100eV?수1000eV로 설정하고, 리타딩 전압(RTD)을 2차 전자 광학계(2140)의 설정 전압[2차 광학계(2140)의 E×B 필터(2134)의 직진 조건]으로 설정한다. 시료(200)에 조사되는 1차 전자선과 시료(200)를 구성하는 재료 사이에서 일어나는 완전 탄성 충돌에 의해 발생하는 전자(미러 전자) 상을 취득하는 경우에는, 리타딩 전압(RTD)을 조정한다. 또한, 시료(200)의 대전된 표면 전위의 영향에 의해, 시료에 조사하는 1차 전자선이 시료(200)의 표면 근방에서 튀어 되돌아오는 미러 전자의 상을 취득하는 경우에는, 랜딩 에너지(LE)를 0eV?수10eV로 설정함으로써 얻을 수 있다. 요컨대, 가속 전압(Vacc)과 리타딩 전압(RTD)의 조합을 변경함으로써, 도 2에 나타낸 바와 같은 랜딩 에너지(LE)와 휘도차의 관계를 얻을 수 있다.
XY 스테이지(2112)는, 시료(200)를 지지하는 지지대로서, 적어도 수평 방향으로 이동 가능하다. XY 스테이지(2112)는, 방진대(2114) 상에 지지되고, 방진대(2114)에 의해, 바닥으로부터의 진동이 XY 스테이지(2112)에 전달되지 않도록 구성되어 있다. 또한, XY 스테이지(2112)는, 외부의 스테이지 제어 유닛(2164)에 의해 그 동작이 제어된다. XY 스테이지(2112)에는, 상기 서술한 바와 같이 시료(200)에 인가하는 리타딩 전압(RTD)을 조정하는 시료 전압 조정부(2166)가 설치되어, 시료(200)에 인가하는 리타딩 전압(RTD)을 조정하여 가속 전압(Vacc)과 함께 1차 전자선의 랜딩 에너지(LE)를 설정한다.
2차 전자 광학계(2140)는, E×B 필터(2134)와, 복수의 정전 렌즈(2136)로 구성되어 있다. 도 56에 나타내는 사상 투영형 전자 현미경의 경우, 1차 전자 광학계(2130)는 2차 전자 광학계(2140)의 광학축에 대하여 경사지게 배치되어 있다. 열전자 방출형 전자총(2132)으로부터 발생한 1차 전자선은, 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터(2134)의 작용에 의해 시료(200)에 대하여 수직 또는 대체로 수직으로 조사되고, 시료(200)로부터 되돌아오는 2차 전자선은, 2차 전자 광학계(2140)의 E×B 필터(2134)를 도면 중의 수직 방향으로 직진하여 복수의 정전 렌즈(2136)의 작용에 의해 촬상 소자(2150)로 유도된다. 또한, E×B 필터(2134)는, 1차 전자 광학계(2130)와 2차 전자 광학계(2140)의 쌍방에 포함되게 된다. 여기서, E×B 필터(2134)는, 자계와 전계를 직교시키고, 전계를 E, 자계를 B, 하전 입자(본 실시형태에서는 전자선)의 속도를 v로 한 경우, E=vB의 빈 조건을 만족시키는 하전 입자만을 직행시키고, 그 이외의 하전 입자의 궤도를 구부린다. 즉, 1차 전자선에 대해서는, E×B 필터(2134)에 의해 자계에 의한 힘(FB)과 전계에 의한 힘(FE)이 발생하고, 1차 전자선의 궤도가 구부러져, 시료로 유도된다. 한편, 2차 전자선에 대해서는, E×B 필터(2134)에 의해 자계에 의한 힘(FB)과 전계에 의한 힘(FE)이 역방향으로 작용하기 때문에, 서로 힘이 상쇄되어 2차 전자선은 촬상 소자(2150)로 유도된다.
촬상 소자(2150)는, TDI(Time Delay Integration, 시간 지연 적분)에 의한 스캔 촬상도 가능하게 하고 있다. TDI의 앞에는, 전자를 증폭하는 MCP(Micro-Channel Plate, 마이크로 채널 플레이트), 증폭된 전자를 광으로 변환하는 형광판 및 광을 TDI로 유도하기 위한 FOP(파이버 옵틱 플레이트) 등이 구비되어 있다. 또한, TDI 대신에, 전자(제2 전자선)를 직접 받아 화상으로 변환할 수 있는 EB-TDI를 사용해도 된다. 또한, 스캔 화상 이외의 정지 화상의 촬상을 행하는 경우에는, TDI 대신에 CCD(Charge Coupled Device)를 사용하고, EB-TDI 대신에 EB-CCD를 사용해도 된다. 또한, TDI의 앞에 EB-CCD를 설치하여, 스캔 상은 TDI를, 스틸 상은 EB-CCD를 사용하도록 해도 된다. 촬상 소자(2150)는, 시료 표면으로부터 발생하는 전자(제2 전자선)를 복수 화소로 동시에 면으로서 검출할 수 있는 소자이면, 다양한 형태의 촬상 소자(150)를 적용할 수 있다.
촬상 소자(2150)는, 기억 장치(2152)에 접속되고, 기억 장치(2152)는, 제어부(2160)에 접속되어 있다. 이 제어부(2160)는, 리타딩 전압 조정부(2166) 및 가속 전압 조정부(2162)를 가지고 있다.
XY 스테이지 제어 유닛(2164)은, 제어부(2160)에 의해 제어되어, XY 스테이지(2112)의 이동 방향과 이동 거리 등을 제어하고, XY 스테이지(2112) 상의 시료(200)의 표면이 조사되는 전자선에 대하여 원하는 위치가 되도록 한다.
XY 스테이지(2112)를 수용하는 진공 챔버(2174) 옆에는, 게이트 밸브(2218)의 개폐에 의해 연통 가능하게 예비 환경실(2214)이 배치되어 있다. 예비 환경실(2214)은, 검사 전후의 시료(200)를 대기시키는 가치장(假置場)(2216)을 구비하고 있다. 또한, 예비 환경실(2214)에는, 진공 배기가 가능한 터보 분자 펌프(2212)와 드라이 펌프(2210)가 구비되어, 진공 챔버(2172, 2174, 2176) 및 예비 환경실(2214) 내의 진공 배기가 가능하게 구성되어 있다. 또한, 터보 분자 펌프(2212) 및 드라이 펌프(2210)는, 필요에 따라, 각 진공 챔버(2172, 2174, 2176)에 추가로 설치되어도 된다.
기억 장치(2152)는, 촬상 소자(2150)로 취득된 시료 표면의 화상 정보를 기억한다. 기억 장치(2152)로 기억된 시료 표면의 화상 정보는, 제어부(2160)에 출력된다. 제어부(2160)에서는, 리타딩 전압 조정부(2166) 및 가속 전압 조정부(2162)를 제어함으로써 1차 전자선에 대한 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 조정하고, 스테이지 제어 유닛(2164)을 제어함으로써, 시료 표면의 임의의 영역에 1차 전자선이 조사되도록, XY 스테이지(2112)의 이동 위치를 제어한다. 촬상 소자(2150)는, 시료 표면으로부터 되돌아오는 2차 전자선을 검출하고, 검출한 시료 표면의 화상을 기억 장치(2152)에 출력하여 기억한다. 기억 장치(2152)는, 기억한 화상을 제어부(2160)에 출력한다. 제어부(2160)는, 기억 장치(2152)로부터 입력되는 시료 표면의 화상으로부터 전위 분포 판정부(2163)에 의해 시료 표면의 전위 분포를 판정하고, 판정한 전위 분포에 기초하여, 전위 분포 보정부(2164)에 의해 시료 표면의 전위 분포를 임의의 전위 분포로 조정한다.
전위 분포 판정부(2163)는, 상기 서술한 원리에 있어서 설명한 방법을 이용하여 시료(200) 표면의 전위 분포를 판정한다. 전위 분포 보정부(2164)는, 상기 서술한 원리에 있어서 설명한 방법을 이용하여 시료(200) 표면의 전위 분포를 임의의 전위 분포로 조정한다.
여기서, 제어부(160)에서 실행되는 시료 표면의 전위 분포의 조정 방법에 대하여 도 58에 나타내는 플로우차트를 참조하여 설명한다. 도 58에 나타내는 바와 같이, 단계 S401에서, 검사 대상의 시료(200)에 조사하는 1차 전자선에 설정하는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)의 조정을 리타딩 전압 조정부(2166) 및 가속 전압 조정부(2162)에서 행한다. 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 설정한 1차 전자선을 시료(200)의 표면에 조사하고, 시료(200)의 표면으로부터 되돌아오는 2차 전자선을 촬상 소자(2150)로 검출하고, 검출한 시료 표면의 화상을 평균 휘도로 변환한다. 검사 대상의 시료(200)는, 예비 환경실(2214)의 가치장(2216)으로부터 게이트 밸브(2218)의 개폐에 의해 진공 챔버(2174) 내에 반입된다. 그리고, 반입된 시료(200)의 표면에는, 가속 전압 조정부(2162)와 리타딩 전압 조정부(2166)에 의해 조정된 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)가 설정된 1차 전자선이 조사된다. 이 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 설정한 1차 전자선의 조사는, 상기 Pre-Dose에 상당한다. 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 설정한 1차 전자선은, 시료(200) 표면의 검사 대상 영역 또는 시료(200) 표면의 전체 영역에 대하여 검사 레시피(시료(마스크)의 특성이나 재료 등)에 의해 지정된 배율과 동일한 배율로 조사된다. 조사한 1차 전자선에 의해 시료(200)로부터 되돌아오는 2차 전자선을 촬상 소자(2150)에 의해 검출하고, 검출한 화상을 평균 휘도로 변환하고, 시료(200)의 전위 분포와 위치 정보를 가지는 휘도 분포를 취득한다.
이어서, 기준 랜딩 에너지(LE0)를 설정한 1차 전자선을 시료(200) 표면의 검사 대상 영역 또는 시료(200) 표면의 전체 영역에 대하여 조사한다. 이상의 「Pre-Dose」를 포함하는 전자선 조사에 의해 검출되는 평균 휘도(meanDN)와 표준 휘도(A)로부터 휘도차(ΔDN)를 구하고, 이 휘도차(ΔDN)를 이용하여, 도 50의 그래프로부터, 시료(200) 표면의 검사 대상 영역 또는 전체 영역의 전위(ΔV)를 구한다.
다음으로, 단계 S402에서, 취득한 시료(200)의 휘도 분포는, 제어부(2160)의 전위 분포 판정부(2162)에 의해, 시료 표면의 표준 휘도(A)와 평균 휘도(meanDN)의 차분으로부터 휘도차(ΔDN)를 구한다. 그리고, 도 50의 그래프를 참조하여 휘도차(ΔDN)로부터 시료(200) 표면의 측정 대상 영역마다 전위(ΔV)를 환산한다.
다음으로, 단계 S403에서, 시료(200)의 전위 분포의 보정은, 취득한 시료(200) 표면의 측정 대상 영역마다의 전위(ΔV)와 위치 정보(X-Y 좌표)로부터, 시료(200)의 각 영역의 전위를 없애거나, 혹은 임의의 전위로 대전시키는 랜딩 에너지(LE)의 조정을 리타딩 전압 조정부(2166) 및 가속 전압 조정부(2162)에서 행한다. 단계 S401에서 1차 전자선을 조사한 시료(200)의 영역마다 랜딩 에너지(LE)를 조정하면서 다시 시료 표면에 1차 전자선을 조사하여, 시료(200)의 대전을 제전 또는 임의의 전위로 설정한다. 이 제전 또는 전위 설정에 의해 시료(200)의 각 검사 영역의 전위가 모두 균일해져, 시료의 각 검사 영역의 대전 상태의 차이에 의해 1차 전자선을 조사하였을 때에 검출되는 화상에 감도의 편차가 잘 발생하지 않게 되고, 또한, 반복하여 시료를 검사하는 경우에도 검사 영역에 전위 분포의 편차가 잘 발생하지 않게 된다.
시료(200)를 검사할 때에 대전의 영향은, 리타딩 전압(RTD)의 조정에 의해 다시 제전할 수 있다. 또한, 시료(200) 표면의 전위를 리타딩 전압(RTD)으로 조정하는 경우, 검사 장치의 검사 속도, 전자총의 전류 밀도에 의해 시료에 대한 Dose량을 알 수 있으므로, 한번의 검사에서 시료(200) 표면의 전위 상승량은 미리 구할 수 있고, 그 전위 상승분을 리타딩 전압(RTD)의 조정으로 보정함으로써, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 일정하게 할 수 있다. 즉, 시료(200) 표면의 표준 휘도와 평균 휘도의 휘도차(ΔDN)를 전위 분포로 환산하고, 이 환산한 전위 분포를 이용함으로써, 시료(200) 표면의 전위를 균일하게 설정(0V로 제전)하거나, 혹은, 임의의 전위(정전위 또는 부전위)로 설정할 수 있다.
다음으로, 검사 대상의 시료(200)를 교환하는 경우, 또는, 다시 시료(200)를 검사하는 경우에 대하여 설명한다. 시료(200)를 교환하거나, 또는 다시 검사하는 경우에, 시료 표면의 전위 분포가 변화되는 경우, 또한, 전체의 시료 표면의 전위 분포가 변화되는 경우가 있다. 따라서, 시료 교환시나 동일 시료의 재검사시에, 검사마다 랜딩 에너지(LE)의 조정을 행할 필요가 있다. 이 경우, 시료(200) 표면의 임의의 영역에서의 휘도를 찾고, 상기 서술한 시료(200)의 휘도 분포를 이용하여, 이 휘도 분포로부터 취득한 표준 휘도(A)와 평균 휘도(meanDN)의 차분으로 랜딩 에너지(LE)의 조정을 행함으로써, 시료(200) 표면의 전위 분포를 다시 균일하게 조정하는 것이 가능하다.
상기 서술한 바와 같이, 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)는, 랜딩 에너지(LE) 이외의 최적화된 파라미터(예를 들어, 검사 장치의 NA 위치나 그 사이즈, 빈 조건, 전류 밀도)를 검사 레시피(시료(마스크)의 특성 등)에 따라 설정함으로써, 재현성이 양호한 검사가 실현된다.
또한, 전자선 검사 장치는, 시료 표면의 패턴 결함을 검사하는 경우, 시료 표면의 이물질을 검출하는 경우, 시료 표면에 형성된 다층막 상의 이물질이나 부분적 혹은 국소적으로 두께가 다른 지점을 검출하는 경우, 나아가서는, 시료 표면에 구성된 패턴(도 54 참조)과 다층막 중에 구성된 패턴의 양방의 형상을 검출하여 시료의 전위를 비교하는 경우가 있다. 각각, 그 시료 표면의 검사에 적합한 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)로 검사가 가능하고, 또한 복수회, 조합이 다른 랜딩 에너지(LE) 혹은 동일한 랜딩 에너지(LE)로 하전 입자(전자선)를 조사하여 검사하는 것도 가능하다. 또한, 시료 표면에 조사하는 전자선은, 하전 입자선에 한정되지 않고, 시료 표면에 전위차를 발생시키고, 시료로부터 전자선이 되돌아오는 것을 기대할 수 있는 빔, 예를 들어 고속 원자빔이어도 된다.
복수회 전자선을 시료 표면에 조사하는 경우, 예를 들어 시료 상의 이물질을 검사하는 경우, 첫회는 시료 표면의 전위 분포로부터 얻은 정보를 바탕으로, 약간 정전위로 대전되는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 예를 들어 10eV?30eV로 설정한 전자선을 시료 표면에 조사하고, 다음으로, 시료 상의 이물질의 휘도를 최대로 할 수 있는 랜딩 에너지(LE)를 예를 들어 3.5eV로 설정한 전자선을 시료 표면에 조사하여 검사하면, 고감도로 시료 상의 이물질을 검출하는 것이 가능하다.
또한, 시료 표면의 패턴 검사를 할 때, 시료 표면이 적어도 2종류의 재료로 구성되는 경우, 첫회는 「시료 표면의 전위 분포」(도 50 참조)로부터 얻은 정보를 바탕으로, 그 일방이 밝아지도록, 약간 부전위로 대전하는 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)를 예를 들어 2eV?7eV로 설정한 전자선을 조사하고, 검사시의 랜딩 에너지(LE)는 첫회의 조사에 의해 발생하는 일방의 재료의 휘도와, 타방의 재료의 휘도와의 차이, 요컨대 콘트라스트가 최대가 되는 랜딩 에너지(LE)를 예를 들어, 2eV?5eV로 설정한 전자선을 시료 표면에 조사하여 검사를 행하면, 고감도로 시료 표면의 전위 분포를 검사하는 것이 가능하다.
도 58에 나타낸 시료 표면의 전위 분포의 조정 방법은, 도 2에 나타낸 시료 관찰 시스템에 있어서도 실행 가능하다. 즉, 도 2의 시스템의 시스템 제어부(950)를, 도 56의 시료 관찰 시스템의 제어부(2160)와 동일한 기능을 실행할 수 있도록 구성함으로써, 전위 분포의 조정이 가능하다.
도 57에 나타낸 시료 관찰 시스템에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 전자선 검사 장치로서, 주사형 전자 현미경(SEM)(3200)을 사용하고 있고, 당해 SEM(3200)은, 1차 전자선을 발생시키는 전자선 발생원인 열전자 방출형 전자총(3320)과, 1차 전자선을 시료(200)로 유도하여, 스캔하기 위한 1차 전자 광학계(3300)와, 시료 표면에 1차 전자선을 스캔함으로써 시료 표면으로부터 되돌아오는 2차 전자선을 검출하는 검출기(3100)를 구비한 2차 전자 광학계(3400)와, 시료(200)를 탑재하는 적어도 일 방향으로 가동하는 XY 스테이지(2112)로 구성되고, 각각이 진공 챔버(3720, 3740, 3760) 안에 들어가 있다.
열전자 방출형 전자총(3320)은 주로 LaB6을 사용하고 있으나, 텅스텐으로 이루어지는 필라멘트나, Th-W, W2C 등의 텅스텐계나, (Ba, Sr, Ca)CO3으로 이루어지는 산화물 음극 등을 사용해도 된다.
1차 전자 광학계(3300)는, 열전자 방출형 전자총(3320)으로부터 발생한 1차 전자선을 시료(200)로 유도하는 수단으로서, E×B 필터(3340)와, 복수의 정전 렌즈 또는 전자 렌즈(3240)로 구성되어 있다. 도 57에 나타내는 SEM(3200)의 경우, 2차 전자 광학계(3400)는, 1차 전자 광학계(3300)의 광학축에 대하여 경사지게 배치되어 있다. 전자총(3320)으로부터 발생한 1차 전자선은, 복수의 전자 렌즈(3240)에 의해 가느다란 전자선으로 조여져, 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터(3340)의 작용에 의해 시료(200)에 대하여 수직 또는 대체로 수직으로 조사되고, 시료(200)로부터 되돌아오는 2차 전자선은, 1차 전자 광학계(3400)의 E×B 필터(3340)를 도면 중의 좌측 방향으로 직진시켜 검출기(3100)로 유도된다. 또한, E×B 필터(3340)는, 1차 전자 광학계(3300)와 2차 전자 광학계(3400)의 쌍방에 포함되게 된다.
2차 전자 광학계(3400)는, 시료 표면으로부터 되돌아오는 2차 전자선을 검출하는 검출기(3100)를 포함하고 있다. 검출기(3100)는 2차 전자 배증관을 주로 사용하고 있다. 검출기(3100)는 제어부(3160)에 접속되어 있다.
도 57에 있어서, 도 56과 동일 참조 번호로 나타나 있는 구성 요소는 도 56과 동일하며, 따라서, 그 소생한 설명을 생략한다.
도 56 및 도 57의 시료 관찰 시스템은, 패턴의 결함을 검사하는 경우와, 시료 상의 이물질을 검출하는 경우와, 시료 상에 구성된 다층막 상의 이물질이나 부분적 혹은 국소적으로 두께가 다른 지점을 검출하는 경우, 또한 시료 상에 구성된 패턴(도 54 참조)과 다층막 중에 구성된 패턴의 양방의 형상을 검출하여 시료의 전위를 비교하는 경우가 있다. 각각, 그 시료 표면의 검사에 적합한 실효적인 랜딩 에너지(LEeff)로 검사가 가능하고, 또한 복수회, 조합이 다른 랜딩 에너지(LE) 혹은 동일한 랜딩 에너지(LE)로 하전 입자(전자선)를 조사하여 검사하는 것도 가능하다. 여기서, 시료 표면에 조사하는 전자선은, 하전 입자선에 한정되지 않고, 시료 표면에 전위차를 발생시키고, 시료로부터 전자선이 되돌아오는 것을 기대할 수 있는 빔, 예를 들어 고속 원자빔이어도 된다.
이상, 본 발명의 이물질 부착 방지 방법 및 전자선 검사 방법에 대해, 다양한 실시형태를 들어 설명하였다. 이들 본 발명의 이물질 부착 방지 방법 및 전자선 검사 장치에 의하면, 시료의 주위를 포위하는 위치에 배치한 집진 전극에 의해 시료를 향하여 날아드는 파티클 등의 이물질을 블록할 수 있으므로, 파티클 등의 이물질이 시료 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 시료 표면에 파티클 등의 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 특히, 시료 표면의 100nm 이하의 초미세 패턴, 구조 평가, 확대 관찰, 재질 평가, 전기적 도통 상태 등의 검사를, 고정밀도로 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 시료 표면에 절연 영역과 도전 영역이 형성되어 있는 경우에도, 시료 표면의 고콘트라스트의 화상을 얻을 수 있음과 함께, 결함의 종류(결락 결함인지 개방 결함인지)를 용이하게 분류할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 시료 표면의 차지업을 효율적으로 제전할 수 있으므로, 차지업에 의한 시료 화상의 흐려짐을 방지할 수 있다. 따라서, 이물질 부착 방지의 효과와 더불어, 매우 고정밀도의 검사를 할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상설하였으나, 본 발명은, 상기 서술한 실시형태에 제한되는 경우는 없으며, 이들 실시형태에 다양한 변형 및 치환을 더할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (16)

  1. 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서,
    전자빔원과,
    상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와,
    상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와,
    상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA(개구수)를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와,
    상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와,
    상기 스테이지에 배치되는 시료에 제1 전압을 인가하는 제1 전원과,
    상기 스테이지에 배치되는 시료의 주위를 포위하는 위치에 배치되고, 먼지 또는 파티클을 집진하는 적어도 1개의 제1 전극과,
    상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제2 전압을, 상기 제1 전극에 인가하는 제2 전원을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    당해 장치는 또한,
    상기 제1 전극의 주위를 포위하는 위치에 배치되어, 먼지 또는 파티클을 집진하는 적어도 1개의 제2 전극과,
    상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제3 전압을 상기 제2 전극에 인가하는 제3 전원을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    당해 장치는 또한,
    상기 스테이지의 상방에 설치된 간극 제어판으로서, 전자선을 통과시키는 관통 구멍을 내부에 가지고, 상기 스테이지에 배치되는 시료의 표면을 덮는 간극 제어판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    당해 장치는 또한,
    상기 스테이지의 주위를 둘러싸는 커버로서, 당해 스테이지를 향한 먼지 또는 파티클의 유입을 방지하는 커버를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    당해 장치는 또한,
    상기 제1 전원에 접속된 1쌍의 단자와 상기 제2 전원에 접속된 1쌍의 단자를 구비한 단자대와,
    상기 단자대의 2쌍의 단자에 각각 일방의 단부가 접속된 2쌍의 접속선을 가지는 케이블과,
    상기 단자대를 수납하고 있음과 함께 상기 케이블의 일부분을 만곡된 상태로 수납한 박스로서, 당해 박스 내의 먼지 또는 파티클을 집진하는 전극을 더 수용하고 있는 박스와,
    상기 케이블의 2쌍의 접속선 각각의 타방의 단부에 접속된 2쌍의 단자로서, 상기 제1 및 제2 전압을 시료 및 상기 제1 전극에 인가하기 위한 2쌍의 단자를 구비하고, 또한 상기 스테이지에 고정된 고정판
    을 구비하며, 상기 박스와 상기 고정판 사이의 상기 케이블의 부분은 직선 형상으로 연장 유지되어 있고, 상기 스테이지의 이동에 따라 상기 박스 내의 상기 케이블의 만곡된 부분이 상기 스테이지의 이동 방향으로 신축되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  6. 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서,
    전자빔원과,
    상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와,
    상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와,
    상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와,
    상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와,
    내부에 상기 스테이지가 설치되는 진공 배기 가능한 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치된 장치로서, 당해 챔버 내를 진공 상태로 하는 과정에서 당해 진공 챔버실 내에 내재하는 기체를 전리시켜, 당해 진공 챔버 내의 구조물이나 그것에 부착되는 물질의 표면에 존재하는 정전기를 제거하는 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  7. 전자선을 사용하여 시료 표면을 검사하는 전자선 검사 장치에 있어서,
    전자빔원과,
    상기 전자빔원으로부터 방사된 전자빔을 유도하는 1차계 렌즈를 구비한 1차 전자 광학계와,
    상기 1차 전자 광학계에 의해 유도된 1차 전자가 조사되는 시료를 배치하는 스테이지와,
    상기 전자빔의 조사에 의해 상기 시료의 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을 유도하는 2차 전자 광학계로서, 2차계 렌즈와 NA(개구수)를 규정하는 애퍼처를 구비한 2차 전자 광학계와,
    상기 2차 전자 광학계에 의해 유도된 2차 전자 및 미러 전자의 적어도 일방을 검출하는 검출기와,
    내부에 상기 스테이지가 설치되는 진공 배기 가능한 챔버로서, 적어도 1개의 구멍이 벽면에 형성되어 있거나, 또는 임의의 전압이 인가되는 메시 구조의 평판이 벽면에 부설되어 있는 챔버를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자빔원은, 면 형상의 전자빔을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    당해 장치는 또한,
    시료 표면으로부터 검출기를 향하는 전자가 미러 전자와 2차 전자의 양방을 포함하는 천이 영역이 되도록, 촬상용 전자빔의 에너지 및 상기 시료에 인가되는 에너지를 제어하는 전자 광학계 제어 전원과,
    상기 애퍼처의 위치를, 2차 전자 광학계의 광축과 직교하는 면 내에서 조정 가능하게 하는 애퍼처 조절 기구
    를 구비하고, 상기 애퍼처 조절 기구에 의해, 시료 표면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자를 선택적으로 상기 검출기로 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 2차 전자 광학계는 NA(개구수)를 규정하기 위한 복수의 애퍼처를 구비하고 있고,
    당해 복수의 애퍼처는, 각각의 직경이 다르며,
    상기 애퍼처 조절 기구에 의해 복수의 애퍼처 중 1개가 선택되고, 당해 선택된 애퍼처를, 시료면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자가 통과할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 검출기는, EB-CCD 또는 EB-TDI인 것을 특징으로 하는 전자선 검사 장치.
  12. 전자선 검사 장치를 사용하여 시료의 표면을 검사하는 방법에 있어서,
    스테이지에 시료를 배치하는 단계와,
    상기 스테이지에 배치된 시료에 제1 전압을 인가하는 단계와,
    상기 스테이지에 배치되는 시료의 주위를 포위하는 위치에 배치되고, 먼지 또는 파티클을 집진하기 위한 제1 전극에, 시료에 인가된 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 당해 제1 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제2 전압을 인가하는 단계와,
    전자총으로부터 전자빔을 방사하고, 당해 전자빔을, 1차 전자 광학계를 통해 상기 스테이지 상에 배치된 시료에 조사하는 단계와,
    상기 전자빔의 조사에 의해 시료 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 시료 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을, 2차 전자 광학계를 통해 검출기로 유도하여, 당해 검출기로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    당해 방법은 또한,
    상기 제1 전극의 주위를 포위하는 위치에 배치되는 제2 전극에, 상기 제1 전압과 동일한 극성을 가지고, 또한 상기 제2 전압의 절대값 이상의 절대값을 가지는 제3 전압을 인가하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 전자선 검사 장치를 사용하여 시료의 표면을 검사하는 방법에 있어서,
    시료를 스테이지 상에 배치하는 단계와,
    내부에 상기 스테이지가 설치되어 있는 챔버를 진공 배기하는 단계와,
    상기 챔버 내에 배치된 장치에 의해, 상기 챔버 내를 진공 상태로 하는 과정에서 당해 챔버실 내에 내재하는 기체를 전리시켜, 당해 챔버 내의 구조물이나 그것에 부착되는 물질의 표면에 존재하는 정전기를 제거하는 단계와,
    전자총으로부터 전자빔을 방사하고, 당해 전자빔을 1차 전자 광학계를 통해 시료 상에 조사하는 단계와,
    상기 전자빔의 조사에 의해 시료 표면으로부터 방출된 2차 전자 및 당해 시료 표면 혹은 그 근방으로부터 반사된 미러 전자의 적어도 일방을, 2차 전자 광학계를 통해 검출기로 유도하여, 당해 검출기로 검출하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전자총으로부터 조사되는 전자빔은 면 형상이고, 당해 방법은 또한,
    시료 표면으로부터 검출기를 향하는 전자가 미러 전자와 2차 전자의 양방을 포함하는 천이 영역이 되도록, 촬상용 전자빔의 에너지 및 상기 시료에 인가되는 에너지를 제어하는 단계와,
    NA(개구수)를 규정하는 상기 애퍼처의 위치를, 2차 전자 광학계의 광축과 직교하는 면 내에서 조정하는 단계
    를 포함하고, 상기 애퍼처의 위치의 조절에 의해, 시료 표면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자를 선택적으로 상기 검출기로 유도할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 2차 전자 광학계는, 각각 직경이 다른 복수의 애퍼처를 구비하고 있고, 상기 조정하는 단계는,
    상기 복수의 애퍼처 중 1개를 선택하여, 당해 선택된 애퍼처의 위치를, 시료면의 도전 영역 및 절연 영역 중 어느 일방으로부터의 전자가 통과하도록 조정하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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