KR20140143441A

KR20140143441A - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR20140143441A
Application number: KR1020147030888A
Authority: KR
Inventors: 이찌로 다찌바나; 나오마사 스즈끼
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-12-16
Also published as: KR101685274B1; US9324540B2; JP5851352B2; US20150136979A1; JP2014002835A; WO2013187115A1

Abstract

깊은 구멍 관찰 등을 위해서 리타딩과 부스팅을 조합해서 제어함으로써, 신호 전자를 에너지 선택해서 검출하는 경우, 포커스 조정에는 대물 렌즈의 자장 변화를 사용할 수밖에 없지만, 자장 변화는 응답성이 나쁘기 때문에, 스루풋이 저하되어버린다. 1차 전자선을 발생하는 전자원과, 상기 1차 전자선을 집속하는 대물 렌즈와, 상기 1차 전자선을 편향시키는 편향기와, 상기 1차 전자선의 조사에 의해 시료로부터 발생하는 2차 전자 또는 반사 전자를 검출하는 검출기와, 상기 1차 전자선이 통과하는 구멍을 갖는 전극과, 상기 전극에 부전압을 인가하는 전압 제어 전원과, 상기 시료에 부전압을 인가함으로써 상기 시료 상에 상기 1차 전자선을 감속시키는 전계를 생성하는 리타딩 전압 제어 전원을 구비하고, 상기 전극에 인가되는 전압과 상기 시료에 인가되는 전압의 차를 일정하게 한 채 초점 조정을 행한다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 발명은 하전 입자선을 사용한 시료 검사 장치, 리뷰 장치, 패턴 계측 장치 등의 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스는, 포토마스크에 형성된 패턴을, 리소그래피 처리 및 에칭처리에 의해 웨이퍼 상에 전사하는 공정을 반복함으로써 제조된다. 이러한 제조 프로세스에 있어서는, 양호한 수율의 빠른 구동 및 제조 프로세스의 안정된 가동의 유지를 실현하는 것이 중요하다. 이것을 위해서는, 웨이퍼의 인라인 검사를 행하여, 발견된 결함을 신속히 해석하고, 결함 발생의 원인 규명과 대책에 활용하는 것이 필수적이다. 검사 결과를 신속히 결함 대책에 결부시키기 위해서는, 다수의 검출된 결함을 고속으로 리뷰하고, 발생 원인별로 분류하는 자동 결함 리뷰 기술과 분류 기술이 관건이다. 또한, 제조 프로세스의 미세화에 수반하여, 반도체 디바이스의 제조 수율에 영향을 미치는 결함 사이즈도 미세화되고 있어, 광학식 리뷰 장치에서는, 분해능이 높은 리뷰가 곤란하다. 이로 인해, 고속, 고분해능으로 리뷰가 가능한 주사형 전자 현미경(이하, 리뷰 SEM이라고 간단히 하는 경우가 있음)식의 리뷰 장치가 제품화되고 있다.

광학식 결함 검사 장치 등으로부터 반도체 웨이퍼 상의 결함 위치 정보를 얻는다. 리뷰 SEM에서는, 광학식 결함 검사 장치보다 고배율로 화상을 촬영함으로써 제조 프로세스의 문제점을 찾아내는 작업이 행하여진다. 예를 들어, 결함 위치에 고속으로 스테이지 이동하고, SEM의 저배율상 모드로 결함 위치를 검출하며, SEM의 고배율상 모드로 결함을 중심으로 해서 촬상하고, 이 고배율상 모드에서 취득한 고배율상을 분석하여, 결함의 분류 작업을 행한다.

반도체 디바이스의 발전에 수반하여, 라인 & 스페이스 구조의 스페이스부는 더욱 깊이 에칭되고 있어, 깊은 홈 구조가 형성되어 있다. 전자선 조사 시에 스페이스부에서 발생하는 신호 전자량은 감소하고 있다. 그로 인해, 스페이스부에서 신호 대 잡음비가 저하하여, 라인부에 대하여 스페이스부를 관찰하는 것이 곤란해지고 있다. 또한, 홀 구조도 더욱 깊이 에칭되고, 깊은 구멍 구조가 형성되어, 마찬가지로 주사형 전자 현미경으로 관찰이 곤란해지고 있다.

스페이스부에서 신호 대 잡음비를 향상시키는 하나의 방법은, 광 전자 증배관의 게인을 올리는 방법인데, 동일한 시료상 내에서 라인부의 밝기의 계조도 동시에 올라가버려, 라인부가 너무 밝아서, 라인부를 관찰할 수 없게 된다. 따라서, 라인부의 신호 전자의 대부분을 차지하고 있는 2차 전자를 억제하고, 상대적으로 스페이스부의 계조를 올리기 위해서, 에너지 필터가 사용된다. 에너지 필터는, 신호 전자를 신호 전자 운동 에너지에 따라 선택할 수 있는 고역 통과 필터이다.

특허문헌 1과 같이, 전압을 인가한 금속 메쉬에 신호 전자를 통과시켜서, 신호 전자에 대하여 감속 전기장을 형성하고, 신호 전자를 선별하는 방법이 알려져 있다.

또한, 특허문헌 2과 같이, 대물 렌즈에 전극을 배치하고, 전극에 전압을 인가하며, 신호 전자에 대하여 감속 전기장을 형성하여, 통과시킨 신호 전자를 선별하는 방법이 알려져 있다.

일본 특허 제4302316호 공보(US 6667476) 일본 특허 공개 제2006－294627호 공보(US 2003/0042417)

특허문헌 1의 방법에서는, 도전성 메쉬를 광축 상에 배치하여 전압을 인가해서 신호 전자를 분리하고 있지만, 이 방법에서는 도전성 메쉬의 개구율의 제한으로부터 도전성 메쉬를 통과할 수 있는 신호 전자 수가 감소한다. 그로 인해, 신호 대 잡음비가 높은 시료상을 얻을 수 없다.

또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 대물 렌즈에 에너지 필터 기능을 갖게 하고 있지만, 전극을 3매 배치할 필요가 있어, 구조가 복잡하다. 전극 수를 2매으로 감소시키면, 2매의 전극은 에너지 필터 전용이 되므로, 전극을 포커스 조정에는 사용할 수 없게 된다. 그로 인해, 포커스 조정에는 대물 렌즈의 자장 변화를 사용할 수밖에 없지만, 자장 변화는 응답성이 나쁘기 때문에, 리뷰 SEM의 스루풋이 저하되어버린다.

본 발명은 반도체 디바이스의 깊은 홈이나 깊은 구멍을 높은 신호 대 잡음비를 고스루풋으로 관찰할 수 있는 데 적합한 구성을 포함하는 하전 입자선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 예를 들어 특허 청구 범위에 기재된 구성을 채용한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일 예를 들면, 1차 전자선을 발생하는 전자원과, 상기 1차 전자선을 집속하는 대물 렌즈와, 상기 1차 전자선을 편향시키는 편향기와, 상기 1차 전자선의 조사에 의해 시료로부터 발생하는 2차 전자 또는 반사 전자를 검출하는 검출기와, 상기 1차 전자선이 통과하는 구멍을 갖는 전극과, 상기 전극에 부전압을 인가하는 전압 제어 전원과, 상기 시료에 부전압을 인가함으로써 상기 시료 상에 상기 1차 전자선을 감속시키는 전계를 생성하는 리타딩 전압 제어 전원을 구비하고, 상기 전극에 인가되는 전압과 상기 시료에 인가되는 전압의 차를 일정하게 한 채 초점 조정을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 반도체 디바이스의 깊은 홈이나 깊은 구멍을 높은 신호 대 잡음비를 고스루풋으로 관찰할 수 있다.

상기 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명확하게 된다.

도 1은, 본 실시예에 있어서의 하전 입자선 장치의 개략 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 2a는, 반도체 패턴 구조의 1종인 라인 & 스페이스 구조의 모식도이다.
도 2b는, 라인 & 스페이스 구조의 단면 모식도이다.
도 3은, 전압 차 Vd를 부전압으로 했을 때의 시료상의 개략도이다.
도 4는, 암부와 명부의 밝기의 계조 비 및 신호 대 잡음비의, 전압 차 Vd의 의존성을 도시하는 도면이다.
도 5는, 전압 차 Vd의 최적값을 구하는 시퀀스도이다.
도 6은, 구조 불량부 검출 및 포커스 조정에 있어서의 파라미터 설정 화면의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은, 구조 불량부 검출 및 포커스 조정의 시퀀스도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이하, 하전 입자선 장치의 일례로서 주사형 전자 현미경을 사용한 예를 설명하는데, 이것은 본 발명의 단순한 일례이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서 하전 입자선 장치란, 하전 입자선을 사용해서 시료의 화상을 촬상하는 장치를 넓게 포함하는 것으로 한다. 하전 입자선 장치의 일례로서, 주사형 전자 현미경을 사용한 검사 장치, 리뷰 장치, 패턴 계측 장치를 들 수 있다. 또한, 범용의 주사형 전자 현미경이나, 주사형 전자 현미경을 구비한 시료 가공 장치나 시료 해석 장치에도 적용 가능하다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「결함」이란 패턴의 결함에 한하지 않고, 이물질이나 패턴 치수 이상, 구조 불량 등을 넓게 포함하는 것으로 한다.

도 2 이후의 도면에 있어서, 도 1과 동일한 기능 부분에는 도 1과 동일한 번호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도 1은 본 실시예에 있어서의 주사형 전자 현미경의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 도면에서는, 주사형 전자 현미경에 필요한 진공 용기, 웨이퍼 반송 시스템 등은 생략하고 있다. 음극(1)과 제1 양극(2) 사이에는, 제어 장치(22)로 제어되는 고전압 제어 전원(15)에 의해 전압이 인가되고, 소정의 에미션 전류가 음극(1)으로부터 인출된다. 음극(1)과 제2 양극(3) 사이에는 제어 장치(22)로 제어되는 고전압 제어 전원(15)에 의해 가속 전압이 인가되기 때문에, 음극(1)으로부터 방출된 1차 전자선(4)은 가속되어 후단의 렌즈계로 진행한다. 1차 전자선(4)은 스로틀 판(5)에서 불필요한 영역이 제거되고, 집속 렌즈 제어 전원(16)에 의해 제어된 집속 렌즈(6)에서 결상 위치(23)에 집속된다.

그 후, 1차 전자선(4)은 대물 렌즈 제어 전원(20)에 의해 제어된 대물 렌즈(11)에 의해 시료(12) 상에 미소 스폿으로서 집속되고, 편향 코일 제어 전원(19)에 의해 제어된 편향 코일(10)에 의해 편향되어 시료(12) 상을 이차원적으로 주사한다. 편향 코일(10)의 주사 신호는, 관찰 배율에 따라 편향 코일 제어 전원(19)에 의해 제어된다. 1차 전자선(4)의 주사 범위는 관찰 배율에 의해 결정된다. 시료(12) 또는, 시료(12)를 보유 지지하는 시료 보유 지지기(도시하지 않음)에, 리타딩 전압 제어 전원(26)으로부터 부전압이 인가됨으로써, 1차 전자선(4)을 감속시키는 전계가 생성된다. 이에 의해, 1차 전자선(4)은 가속 전압 이상의 운동 에너지를 가진 채 대물 렌즈(11)를 통과하고, 통과 후에 1차 전자선(4)은 감속되어, 가속 전압의 운동 에너지로 시료(12)에 충돌한다. 1차 전자선(4)이 대물 렌즈(11)를 더욱 높은 운동 에너지로 통과할 수 있으므로, 수차를 저감시킬 수 있어, 분해능의 향상이 도모되고 있다. 당연히, 주사형 전자 현미경의 광학계는 그 이외에 다른 렌즈나 전극, 검출기를 포함해도 좋고, 일부가 상기와 상이해도 좋으며, 하전 입자 광학계의 구성은 이것에 한정되지 않는다.

1차 전자선(4)의 조사에 의해 시료(12)로부터 발생한 신호 전자는 운동 에너지에 따라, 2차 전자(7)와 반사 전자(13)로 분류된다. 시료(12)에 인가된 전압에 의해, 2차 전자(7)는 도체판(8) 방향으로 가속되어, 대물 렌즈를 통과한다. 2차 전자(7)는 시료(12)에 인가된 전압에 가까운 운동 에너지를 갖고 있고[예를 들어, 시료(12)에 인가된 전압이 －100V인 경우에는 －100eV부터 －120eV], 반사 전자(13)는 1차 전자선(4)에 가까운 운동 에너지를 가지고 있다[예를 들어, 1차 전자선(4)의 운동 에너지가 1keV인 경우, －800eV부터 －1000eV]. 2차 전자(7)나 반사 전자(13)는 대물 렌즈(11)의 음극(1) 방향으로 진행한 후, 1차 전자선(4)을 통과할 수 있는 개구를 갖는 도체판(8)에 충돌시켜서, 3차 전자(14)를 발생시킨다. 3차 전자(14)를 검출기(9)에 의해 검출하고, 신호 증폭기(18)에 의해 증폭시켜, 상 표시 장치(21)에서 편향 코일(10)의 주사 신호와 동기시켜서 시료상으로서 표시된다.

주사형 전자 현미경에는, 이외에도 각 부분의 동작을 제어하는 제어부나, 검출기로부터 출력되는 신호에 기초하여 화상을 생성하는 화상 생성부가 포함되어 있다(도시 생략). 제어부나 화상 생성부는, 전용 회로 기판에 의해 하드웨어로서 구성되어 있어도 되고, 주사형 전자 현미경에 접속된 컴퓨터로 실행되는 소프트웨어에 의해 구성되어도 된다. 하드웨어로 구성하는 경우에는, 처리를 실행하는 복수의 연산기를 배선 기판 상 또는 반도체 칩 또는 패키지 내에 집적함으로써 실현할 수 있다. 소프트웨어로 구성하는 경우에는, 컴퓨터에 고속의 범용 CPU를 탑재하고, 원하는 연산 처리를 실행하는 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 이 프로그램이 기록된 기록 매체에 의해, 기존의 장치를 업그레이드하는 것도 가능하다. 또한, 이들 장치나 회로, 컴퓨터 간은 유선 또는 무선의 네트워크로 접속되고, 적절히 데이터가 송수신된다. 이하에서는 특별히 언급이 없는 한, 각종 연산 처리는 제어 장치(22)에서 행해지고, 각종 프로그램이나 데이터는 기억부(27)에 보유 지지되는 것으로서 설명한다.

여기서, 대물 렌즈(11) 내에 배치된 전극(24)에 전압 제어 전원(25)에 의해 부전압을 인가한다. 전극(24)은 1차 전자선의 광축을 둘러싸는 원통 형상이며, 대물 렌즈의 자로 내에 원통의 구멍을 1차 전자선이 통과하도록 배치된다. 전압 차 Vd를 다음 식으로 정의한다. (전압 차 Vd)＝[전극(24)의 전압]－[시료(12)의 전압]. 시료(12)의 전압 절대값보다 전극(24)의 전압 절대값을 크게 함으로써, 전압 차 Vd는 부가 된다. 전압 차 Vd를 부의 전압으로 함으로써, 시료로부터 발생한 2차 전자(7)를 감속시키고, 2차 전자(7)는 도체판(8) 방향으로 비행할 수 없어 참조 부호 7a와 같은 궤적이 된다. 그 결과, 2차 전자(7)는 도체판(8)에 도달할 수 없고, 시료상은 2차 전자(7)가 억제되어, 반사 전자(13)가 지배적인 상이 된다. 전압 차 Vd의 부전압을 조정하는 것인 일정 이하의 운동 에너지의 2차 전자(7)가 억제되고, 상대적으로 반사 전자(13)의 비율이 증가한 시료상이 구성된다. 전극(24)은 대물 렌즈(11)의 자로 일부로서 형성되고, 대물 렌즈의 자로와 공용으로 되어 있어도 좋다.

도 2a는 웨이퍼 상에 형성된 반도체 패턴 구조의 1종인 라인 & 스페이스 구조의 모식도를 나타낸 것이다. 도 2b는, 도 2a에 있어서의 A－B 방향의 단면 모식도를 나타낸 것이다. 라인 & 스페이스 구조에서는, 라인부(31)는 볼록 형상, 스페이스부(30)는 오목 형상을 이루고 있다. 볼록 형상의 라인부(31)에 1차 전자선(4)이 조사되면, 라인부(31)의 양단의 에지부에서 에지 효과로 2차 전자(7)가 효율적으로 출사된다. 한편, 오목 형상의 스페이스부(30)에 1차 전자선(4)이 조사되면, 라인부(31)의 양단에 있는 에지 형상이 없어, 2차 전자(7)는 라인부(31)로부터 출사되기 어렵다. 그 결과, 시료상은 라인부(31)가 밝고, 스페이스부(30)가 상대적으로 어두워진다. 스페이스부(30)에 반도체 프로세스 기인의 형상 불량부가 있는 경우, 이 형상 불량부를 검출할 수 없다. 시료상(SEM상)의 밝기의 계조 폭은 고정이다. 화상의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 계조값이 1매의 화상에 존재하면, 밝은 부분의 계조값이 계조 폭 이하로 수용되도록, 화상 전체의 계조값을 내리는 조정이 행하여진다. 그로 인해, 어두운 부분의 계조값은 더 어두워지다. 구체적으로는, 시료상의 밝기 계조는 256단계인 경우에는, 라인부(31)가 200계조 이상, 스페이스부(30)가 50계조 이하인 경우, 형상 불량부를 검출할 수 없다.

1차 전자선(4)이 라인부(31)를 주사함으로써 발생하는 2차 전자(7)를 도체판(8)에 도달시키지 않도록 하면, 3차 전자(14)로 변환되어 검출기(9)에서 검출되는 횟수가 감소하고, 라인부(31)의 밝기 계조값은 스페이스부에 대하여 상대적으로 감소한다. 여기서, 상기에 설명한 전압 차 Vd가 부전압이 되도록, 전극(24)과 시료(12)의 전압을 조정함으로써, 2차 전자(7)만을 선택적으로 억제해서 검출할 수 있고, 라인부를 스페이스부에 대하여 상대적으로 밝게 할 수 있다. 도 3은, 전압 차 Vd를 부전압으로 했을 때의 시료상의 개략도를 나타낸 것이다. 예를 들어, 라인부(31)가 100계조, 스페이스부(30)가 70계조이며, 스페이스부(30)의 형상 불량부를 검출할 수 있다. 라인 & 스페이스 구조 이외의 예로서, 홀 구조에서의 홀 구멍 저부가 주변부에 비하여 상대적으로 어두워지므로, 전압 차 Vd를 부전압으로 함으로써, 홀 구멍 저부가 상대적으로 밝아질 수 있다. 또한, 기타 시료 구조라도 마찬가지이다.

전압 차 Vd는 라인 & 스페이스 구조, 홀 구조, 암부의 구조 불량부의 형상 등에 의해 최적값이 있다. 전압 차 Vd를 설정함으로써, 전압 차 Vd와 시료(12)의 전압을 가산한 운동 에너지 이하의 에너지를 갖는 2차 전자(7)의 검출을 억제할 수 있다. 도 4에는 스페이스부(30)의 암부와 라인부(31)의 명부의 밝기의 계조 비 및 신호 대 잡음비의, 전압 차 Vd의 의존성을 나타낸다. 암부와 명부의 밝기의 계조 비는 전압 차 Vd에 비례해서 증가한다. 그러나, 전압 차 Vd의 증가에 의해 시료상을 형성하는 신호 전자의 주성분인 2차 전자(7)가 억제되어버리므로, 시료상의 신호 대 잡음비는 저하된다. 그로 인해, 도 5에 도시하는 시퀀스에 의해 전압 차 Vd의 최적값을 정한다.

라인 & 스페이스 구조, 홀 구조 등의 시료의 관찰 대상부에 스테이지 이동 등으로 시야를 이동한다[스텝(100)]. 전압 차 Vd를 결정하고, 전극(24)과 시료(12)의 전압을 설정한다[스텝(101)]. 초기값으로서는, 전압 차 Vd는 0V로 한다. 구조 불량부 검출 소프트웨어로, 암부에 있는 구조 불량부가 검출 가능한지를 판정한다[스텝(102)]. 이 구조 불량부 검출 프로그램은, 상기 암부와 명부의 밝기의 계조 비, 신호 대 잡음비를 바탕으로 판정하고 있다. 만일 판정이 "아니오"인 경우, 다시 스텝 101로 복귀되어, 전압 차 Vd를 소정의 전압만큼 변화시켜 부전압으로 한다(스텝 101). 예를 들어, －1V를 설정한다. 이것을 반복하여, 판정이 OK가 되는 전압 차 Vd를 결정하여, 처리의 완료를 표시한다(스텝 103).

반도체 웨이퍼 상의 결함군은 웨이퍼 상에 이산적으로 분포하고 있다. 이 결함 군을 관찰할 경우, 결함마다 웨이퍼 상의 관찰 위치가 변화한다. 웨이퍼 상의 관찰 위치가 변화하면, 장치의 기계적 교차, 웨이퍼 두께의 변화에 따라 웨이퍼 높이가 변화한다. 그로 인해, 웨이퍼 높이에 따라 1차 전자선(4)의 포커스 위치를 조정하는 기능이 필요하다. 또한, 반도체 제품의 생산성 향상을 위해 반도체 웨이퍼 상의 결함을 관찰하는 시간을 가능한 한 단축시키는 것, 즉 고 스루풋인 것이 요구된다. 따라서, 포커스 조정도 가능한 한 단시간에 행하는 것이 요구된다.

종래부터 자주 사용되고 있는 포커스를 조정하는 방법으로서는, 대물 렌즈(11)의 자장을 변화시킴으로써, 대물 렌즈(11)의 초점 거리를 변경하여, 포커스를 조정하는 방법이 있다. 그러나, 자장 변화의 응답 속도는, 예를 들어 몇 초 정도이며, 와전류의 영향으로 매우 늦다.

따라서, 고속으로 포커스를 조정하는 방법으로서, 대물 렌즈(11) 공간의 전기장을 변화시켜, 대물 렌즈(11)의 초점 거리를 변경하는 방법이 있다. 전기장 변화에서의 응답 시간은 전극(24) 또는 시료(12)의 전압을 변화시키는 시간으로 결정된다. 즉, 그것은 각각에 전압을 공급하고 있는 전압 제어 전원(25) 또는 리타딩 전압 제어 전원(26)의 응답 속도로 결정되어 매우 고속이다. 전기장 변화에 의한 응답 시간은, 예를 들어 수십 마이크로 초 정도이다. 따라서, 전극(24)의 전압 변화에 의해 초점 거리를 변경하여, 포커스를 고속으로 조정한다. 그러나, 포커스가 맞은 전극(24)의 전압에서는 시료(12)의 전압은 일정하므로, 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압 차 Vd는 최적값이 아니게 되어, 암부의 구조 불량부를 검출할 수 없게 될 가능성이 있다.

또는, 시료(12)의 전압 변화로 초점 거리를 변경하여, 포커스를 고속으로 조정한다. 그러나, 포커스가 맞은 시료(12)의 전압에서는 전극(24)의 전압은 일정하므로 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압 차 Vd는 최적값이 아니게 되어, 암부의 구조 불량부를 검출할 수 없게 될 가능성이 있다.

그래서, 고속으로 포커스를 조정하기 위해, 다음에 나타내는 방법을 사용한다. 전압 차 Vd를 최적값으로 보유 지지한 상태에서, 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압을 같은 극성으로 같은 전압분만큼 변화시켜, 초점 거리를 바꾸는 방법이다. 이에 의해, 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압 차를 일정하게 유지한 채 초점 거리를 조정할 수 있다. 예를 들어, 전압 차 Vd의 최적값이 －5V, 전극(24)의 전압이 －105V, 시료(12)의 전압이 －100V인 경우, 포커스 조정을 위해서, 최적값을 －5V를 유지한 채, 전극(24)의 전압을 －95V, 시료(12)의 전압을 －90V로 한다. 전극(24)의 전압 증가에 의해 1차 전자선(4)은 대물 렌즈(11) 공간에서 더욱 가속되고, 대물 렌즈(11)의 자장은 일정하므로, 1차 전자선(4)의 초점 거리는 연장되어, 시료 내부 방향으로 포커스한다(오버 포커스). 동시에, 시료(12)의 전압도 증가함으로써, 1차 전자선(4)은 시료(12) 바로 위에서 더욱 감속되기 어려워지고, 1차 전자선(4)의 초점 거리는 연장되어, 시료 내부 방향으로 포커스한다(오버 포커스). 모두, 전압을 증가시키면, 1차 전자선(4)의 초점 거리가 연장되는 방향, 즉, 시료 내부 방향으로 포커스하는(오버 포커스) 방향으로 초점이 이동하므로, 일정한 전압 차 Vd의 조건 하에서 전극(4)의 전압과 시료(12)의 전압을 동등한 양만큼 증가시킴으로써, 1차 전자선(4)의 초점 거리가 연장되어, 포커스 위치를 오버 포커스측으로 이동시킬 수 있어, 포커스 조정에 이용할 수 있다.

전극(24)에 의해 1차 전자선(4)을 감속시켜서 대물 렌즈에 입사시키기 위해서, 전극(24)은 대물 렌즈(11)의 렌즈 주면보다 음극(1)에 가까운 방향이며 또한 전극(24)의 전기장이 대물 렌즈(11) 주면에 도달할 수 있는 범위에, 전극(24)을 배치한다.

물론, 전압 차 Vd를 최적 값으로 유지한 채, 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압을 동등한 극성으로 동등한 전압분만큼 감소시킴으로써, 언더 포커스측으로 이동할 수 있다. 이 경우도, 전극(24)과 시료(12)의 전압 증가에 의한 초점 이동은 동일한 방향이 된다.

이상에서, 전압 차 Vd를 최적 값으로 유지한 채, 전극(24)의 전압과 시료(12)의 전압을 동일한만큼 동일한 극성 방향으로 변화시킴으로써, 1차 전자선(4)의 초점 거리를 변경하여 포커스 위치를 바꿀 수 있다.

이상에서, 전극(24)과 시료(12)의 전압을 변화시켜, 고속으로 포커스 조정을 할 수 있고, 또한 2차 전자(7)를 억제하여, 암부의 구조 불량부를 검사하는 기능을 실현할 수 있다.

또한, 전극(24)과 시료(12)의 전압 변화에 대하여 초점 거리가 같은 극성에서 증감하므로, 종래의 전극(24) 또는 시료(12)의 한쪽만을 변화시켜서 포커스를 맞추는 것보다, 단위 전압당 초점 거리 변화량이 종래의 2배 이상으로 고감도이고, 따라서, 종래보다 2배 이상의 웨이퍼 높이의 변동에 대응할 수 있다.

전극(24)에 의해 형성되는 정전 렌즈의 중심과 시료(12)에 의해 형성되는 정전 렌즈의 중심은, 전극(24)과 시료(12)를 보유 지지하는 구성 부품 등의 기계적 오차에 의해 일치하지 않는다. 1차 전자선(4)이 전극(24)의 정전 렌즈 중심을 통과시키도록 조정해도, 1차 전자선(4)은 시료(12)의 정전 렌즈 축 외를 통과한다. 이로 인해, 포커스 조정에서의 전극(24)의 전압 변화에 의한 시야 이동은 발생하지 않지만, 시료(12)의 전압 변화에 의해 시료상의 시야 위치가 변동해버린다. 이로 인해, 관찰 대상의 구조 불량부가 시야 외로 되어 관찰할 수 없을 가능성이 있다. 또한 반대로, 1차 전자선(4)이 시료(12)의 정전 렌즈 중심을 통과시키도록 조정해도, 전극(24)의 전압 변화에 의해 시료상의 시야 위치가 변동해버린다. 따라서, 시료(12) 또는 전극(24)의 인가 전압에 따라서 편향 코일(10)의 편향 전류에 오프셋 전류를 인가함으로써, 시야 위치를 보정한다. 또는, 전기적 시야 이동 코일을 사용해서 시야 위치를 보정한다. 이 경우도 시료(12) 또는 전극(24)의 인가 전압에 따라 전류값이 설정된다. 전기적 시야 이동 코일은, 도면 중에는 기재하고 있지 않지만, 전류를 흘림으로써 1차 전자선의 주사 범위에 오프셋을 가하여, 전체적으로 주사 범위를 이동시킬 수 있다. 전기적 시야 이동 코일은, 일본 특허 공개 평 10-97836호 공보에 기재된 바와 같이, 이미지 시프트 코일로서 기지이다. 시야 보정량은 미리 프리셋 값으로서 취득하고, 제어 장치(22)에 보존하며, 시료(12)의 인가 전압에 연동하여, 시야 위치를 보정한다.

암부의 구조 불량부에 대한 검출 조건과 포커스의 조정은, 구조 불량부 검출& 포커스 조정 프로그램에 의해 행하여진다.

도 6은, 구조 불량부 검출 프로그램 및 포커스 조정 프로그램에 있어서의 파라미터 설정 화면을 나타낸 것이다. 이 화면에서는, 시료상을 취득할 때의 가속 전압, 프로브 전류, 시료상의 화소 수, 시료상의 프레임 수, 구조 불량부 검출 프로그램에 있어서의 구조 불량부 검출에 1 루틴당 전압 차 Vd의 스텝량(D_Vd), 포커스 조정 프로그램에 있어서의 화상 선예도(sharpness) 평가 개시점으로부터 종료점까지 변화시키는 전압 폭(진동 폭 W_Vf), 포커스 조정 프로그램에 있어서의 화상 평가의 1 루틴당 전극(24)과 시료(12)의 전압 스텝량(D_Vf)을 설정할 수 있다.

여기서, 1 루틴당 전압 차 Vd의 스텝량(D_Vd)을 작게 할수록, 암부의 구조 불량부의 검출할 수 있는 최적 조건을 더욱 고정밀도로 얻을 수 있다. 화상 선예도 평가의 개시점으로부터 종료점까지 변화시키는 전압 폭(진동 폭 W_Vf)은 웨이퍼 높이의 변동이 큰 경우에 크게 한다. 1 루틴당 전극(24)과 시료(12)의 전압 스텝량(D_Vf)을 작게 할수록, 시료상의 선예도를 미세하게 평가할 수 있고, 포커스 위치를 더욱 고정밀도로 맞출 수 있다.

도 7은, 구조 불량부 검출 프로그램 및 포커스 조정 프로그램의 시퀀스를 나타낸 것이다. 이 시퀀스는 제어 장치(22)에 의해 행하여진다.

먼저, 암부 구조 불량부가 있는 시료 위치에 스테이지 이동 등으로 시야를 이동한다[스텝(200)]. 도 6의 화면에서, 각 파라미터의 설정을 행한다[스텝(201)]. 이어서, 프로그램에 의해 도 6에서 설정한 전압 차 Vd가 설정된다[스텝(202)]. 전압 차 Vd의 초기값으로는 0V가 설정되는 것이 바람직하다. 이어서, 전압 차 Vd는 일정한 채, 전극(24)과 시료(12)의 전압을, 화상 평가의 1 루틴당 전극(24)과 시료(12)의 전압 스텝량(D_Vf)만큼 변화시켜, 시료상을 취득한다[스텝(203)]. 스텝(203)에서 취득한 시료상의 선예도를 구조 불량부 검출 프로그램으로 평가한다[스텝(204)]. 포커스 조정 프로그램에서의 화상 선예도 평가 개시점과 종료점 사이까지 변화시키는 전압(진동 폭 W_Vf)을 1 루틴에서 변화시키는 전극(24)과 시료(12)의 전압 스텝량(D_Vf)으로 나눈 횟수만큼, 스텝(203)과 스텝(204)을 반복한다. 가장 화상 선예도가 높은 전극(24)과 시료(12)의 전압을 설정한다[스텝(205)]. 구조 불량부 검출 프로그램에 의해, 이때의 시료상부터 암부에 있는 구조 불량부가 검출 가능한지를 판정한다[스텝(206)]. 이 구조 불량부 검출 프로그램은, 상기 암부와 명부의 밝기의 계조 비, 신호 대 잡음비를 바탕으로 판정하고 있다. 만일 판정이 "아니오"인 경우, 다시 스텝 202로 복귀되고, 전압 차 Vd를 구조 불량부 검출의 1 루틴당 전압 차 Vd의 스텝량(D_Vd)만큼 변화시킨다. 이것을 반복하여, 스텝 206에서 판정이 "예"가 되는 전압 차 Vd를 구하여, 처리를 완료한다[스텝(207)]. 처리 완료를 표시 장치에 표시해도 좋다.

다른 포커스 조정 방법을 나타낸다. 웨이퍼 높이를 계측할 수 있는 높이 계측 센서(도시하지 않음)를 준비한다. 높이 계측 센서에서 계측된 웨이퍼 높이와, 유저에 의해 미리 설정된 어떤 전압 차 Vd에 의해 전극(24) 및 시료(12)에 인가하는 전압과의 관계를 취득한다. 제어 장치(22)에 접속된 기억부(27)에는, 전압 차 Vd와 웨이퍼 높이의 조합마다, 전극(24)의 전압을 프리셋 값으로서 기록되어 있다. 시료(12)에 인가하는 전압은 전압 차 Vd와 전극(24)의 전압으로부터 구한다. 높이 계측 센서에 의해 암부 구조 불량부의 웨이퍼 높이를 계측한다. 기억부(27)에 기록된 프리셋 값을 바탕으로, 전압 차 Vd가 최적값에서의 전극(24) 및 시료(12)에 전압을 설정하고, 웨이퍼 상의 시료에 포커스를 맞추는 방법이다. 이 방법에서는, 웨이퍼 위치를 이동시킬 때마다, 도 7에서 설명한 바와 같은 시퀀스를 실시하지 않고, 제어 장치(22)에 기록된 프리셋 값을 설정하는 것만으로 포커스 조정을 할 수 있으므로, 도 7의 방식보다도 더욱 고속으로 포커스 조정을 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것으로, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 부가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다. 또한, 상기 각 구성, 기능, 처리부, 처리 수단 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 등에 의해 하드웨어로 실현해도 좋다. 또한, 상기 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하여, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 좋다.

각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 메모리나, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive) 등의 기록 장치 또는, IC 카드, SD 카드, DVD 등의 기록 매체에 둘 수 있다. 또한, 제어선이나 정보선은 설명 상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품 상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 좋다.

1: 음극
2: 제1 양극
3: 제2 양극
4: 1차 전자선
5: 스로틀 판
6: 집속 렌즈
7, 7a: 2차 전자
8: 도체판
9: 검출기
10: 편향 코일
11: 대물 렌즈
12: 시료
13: 반사 전자
14: 3차 전자
15: 고전압 제어 전원
16: 집속 렌즈 제어 전원
18: 신호 증폭기
19: 편향 코일 제어 전원
20: 대물 렌즈 제어 전원
21: 상 표시 장치
22: 제어 장치
23: 결상 위치
24: 전극
25: 전압 제어 전원
26: 리타딩 전압 제어 전원
27: 기억부
30: 스페이스부
31: 라인부

Claims

1차 전자선을 발생하는 전자원과,
상기 1차 전자선을 집속하는 대물 렌즈와,
상기 1차 전자선을 편향시키는 편향기와,
상기 1차 전자선의 조사에 의해 시료로부터 발생하는 2차 전자 또는 반사 전자를 검출하는 검출기와,
상기 1차 전자선이 통과하는 구멍을 갖는 전극과,
상기 전극에 부전압을 인가하는 전압 제어 전원과,
상기 시료에 부전압을 인가함으로써 상기 시료 상에 상기 1차 전자선을 감속시키는 전계를 생성하는 리타딩 전압 제어 전원
을 구비하고,
상기 전극에 인가되는 전압과 상기 시료에 인가되는 전압의 차를 일정하게 한 채 초점 조정을 행하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 전극과 상기 시료에는 동등한 극성으로 동등한 절대값의 전압분을 변화시킴으로써, 초점 조정이 행해지는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 편향기에 흘려지는 전류에, 상기 시료에의 인가 전압에 따른 오프셋 전류를 부가하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
소정의 전류를 흘림으로써 상기 1차 전자선에서의 주사 범위를 이동시키는 전기적 시야 이동 코일을 더 구비하고,
상기 시료에의 인가 전압에 따라 상기 전기적 시야 이동 코일에 흘리는 전류값을 설정하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.

제1항에 있어서,
상기 시료의 높이를 계측하는 높이 계측 센서와,
상기 차와 상기 시료의 높이의 조합마다, 상기 전극에 인가하는 전압이 기억된 기억부를 더 구비하고,
상기 높이 계측 센서에 의해 계측된 상기 시료의 높이와, 미리 설정된 상기 차에 기초하여, 상기 기억부로부터 판독된 상기 전극에 인가되는 전압과, 상기 전극에 인가되는 전압과 상기 차에 의해 결정되는 상기 시료에 인가되는 전압이 설정되는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.