KR20240069803A - 지형 정보 제공을 위한 고해상도, 저에너지 전자 현미경 및 마스크 검사 방법 - Google Patents
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Abstract
교정된 주사 전자 현미경(CSEM)과 지형 대비에서 재료 대비를 선택적으로 분리하기 위해 CSEM을 작동하는 방법이 제시된다. 현미경과 방법은 저에너지의 1차 전자에서 생성된 후방산란된 전자를 사용하여 높은 이미징 해상도를 가능하게 한다. CSEM 및 방법은 낮은 nm 범위 또는 그 이하의 해상도 요구 사항을 가진 마스크 수리 및 회로 편집 프로세스에 적용 가능하다.
Description
본 발명은 저에너지, 고해상도 이미징에서 재료 대비(material contrast)로부터 지형(topography) 정보를 분리하는 수단을 갖춘 주사형 전자 현미경을 제공한다. 본 발명은 특히 반도체 제조 공정의 검사 또는 모니터링, 예를 들어 반도체 웨이퍼 검사 및 마스크 검사 및 마스크 수리와 같은 고정밀 계측 응용 분야에 적용 가능하다.
반도체 검사, 마스크 검사, 마스크 수리에 대한 요구 사항은 점점 더 까다로워지고 있다. 실제 및 미래의 임계 치수(CD)가 5nm 미만, 3nm 미만, 심지어 1nm 미만으로 감소함에 따라 반도체 피처의 배치도 점점 더 까다로워지고 있다. 패턴 배치는 일반적으로 오버레이 요구 사항과 상관 관계가 있으며 일반적으로 CD의 일부 예를 들면 CD의 1/3 이하로 지정된다.
반도체 마스크는 일반적으로 마스크 재료 상단의 흡수 구조에 의해 형성된 지형을 갖는다. 흡수 구조는 일반적으로 불투명 필름, 예를 들어 최대 수십 nm 두께의 크롬 필름의 리소그래피 처리에 의해 형성된다. 예를 들어 위상 변이 마스크와 같은 다른 재료나 구조도 사용될 수 있다. EUV 마스크의 경우 얇은 탄탈륨 필름이나 질화규소와 같은 다른 흡수재도 사용할 수 있다. 해상도와 패턴 또는 가장자리 배치에 대한 높은 요구 사항으로 인해 마스크 검사 및 수리 응용 분야에서 지형 효과가 점점 더 제한적이 되고 있다.
리소그래피 마스크의 컴퓨터 설계 패턴은 일반적으로 웨이퍼에 생성되는 피처 크기 또는 CD와 비슷한 피처 크기를 갖는다. 따라서 특히 EUV 마스크의 경우 OPC(광학 근접 교정)용 보조 피처와 같은 패턴의 피처 크기가 10nm 미만, 5nm 미만, 심지어 3nm 미만으로 작아지고 있다. 광학 리소그래피에 의한 광학 이미지 형성에 의한 패턴 배치의 정밀도는 이론적으로 무제한이지만, 예를 들어 리소그래피 마스크의 피처 가장자리 배치의 정확성에 의해 사실상 제한된다. 따라서 마스크 패턴 가장자리의 배치는 예를 들어 3nm 미만 또는 심지어 1nm 미만, 예를 들어 약 0.1nm의 리소그래피 공정의 오버레이 요구 사항 내에서 매우 잘 제어되어야 한다.
반도체 제조 과정에서, 해상도와 정확도에 대한 요구 사항도 같은 정도로 증가하고 있다. 일반적으로 웨이퍼는 구조화된 층 퇴적, 산화, 도핑 또는 에칭 등으로 인해 생성되는 지형 효과를 방지하기 위해 제조 단계에서 자주 평탄화된다. 그러나 일부 제조 공정 단계에서는 웨이퍼에 생성된 거의 평면 형상의 지형을 더욱 정확하게 검사해야 한다.
웨이퍼 제조 중 피처의 지형 및 마스크 구조의 영향으로 기존 이미징 기술의 정확성이 제한된다. 현재 사용되는 이미징 기술은 주사 전자 현미경에 의한 후방산란된 또는 2차의 전자 수집을 포함한다. 샘플의 표면(예: 웨이퍼 또는 마스크 표면)은 좁게 초점을 맞춘 1차 전자 빔에 의해 래스터 스캔된다. 2차 및 후방산란된 전자를 수집하고 강도를 평가한다. 수집된 전자의 특정 에너지 체계 또는 각도 스펙트럼을 선택하기 위해 일부 수단이 사용될 수 있다. 그러나 요구 사항이 증가함에 따라 현재 사용되는 이미징 기술의 해상도와 정확도로는 더 이상 충분하지 않다. 수십 nm의 얕은 마스크 층에서도 후방산란된 전자에 대한 그림자 효과(shadowing effects)가 나타나기 시작한다. 피처 가장자리의 형태와 경사각은 후방산란된 전자 신호에 영향을 미치며, 이는 필요한 이미징 정확도의 정도이다.
기존 주사 전자 현미경(SEM)에서 이미지 강도는 일반적으로 서로 다른 위치에 있는 고정된 렌즈 내 검출기(fixed in-lens detectors)에 의해 기록된다. 그러한 통상적인 SEM의 예는 US7,910,887 B2 또는 US10,720,304 B2에 기술되어 있다. 렌즈 내 검출기는 후방산란된 전자의 에너지 선택 수집을 위해 ESB 검출기라고도 한다. 각 검출기는 서로 다른 이륙 각도 또는 에너지의 전자를 기록한다. 더 높은 각도에서 방출되는 탄성 후방산란된 전자는 일반적으로 더 많은 지형 정보를 포함하는 반면, 현미경의 광축 가까이에서 방출되는 전자는 대부분 재료 정보를 포함한다. US10,720,304 B2에 설명된 시스템에서 1차 전자는 검출기의 중앙 애퍼처에 있는 렌즈 내 검출기를 통과한다. 이 애퍼처 내부에서는 2차 또는 후방산란된 전자를 검출할 수 없다. 따라서 낮은 산란 각도에서 후방산란된 전자의 정보가 손실된다. 정보 손실은 저에너지 전자에 대해 점점 더 제한되고 있다. 1차 전자의 낮은 운동 에너지에서는 일반적으로 산란 각도가 사실상 줄어들고 축외 전자가 더 많이 수집되는 반면 낮은 각도와 중간 각도에서 방출된 전자는 손실된다. EP 2,463,889 B1은 후방산란된 전자의 위상 공간을 제한하기 위해 렌즈 내 검출기와 ESB 검출기 사이에 이동 가능한 다이어프램 애퍼처를 설명한다. 이러한 솔루션은 위에서 설명한 사양 요구 사항에 충분하지 않으며 후방산란된 전자의 운동량 분포의 축외 부분에 액세스하는 것을 허용하지 않는다. 또한 애퍼처는 높은 전위(예: 라이너-튜브 전위)에서 플로팅(float)해야 하므로 이동 애퍼처를 구현하기가 어렵다. 또한 기계적 움직임으로 인해 빠른 이미지 획득을 위해 작동 모드를 빠르게 변경할 수 없다.
예를 들어 전자 빔 보조 수리 작업 중 고해상도 요구 사항의 경우 전자의 운동 에너지가 수 100eV 미만(예: 500ev 미만, 300eV 미만 또는 심지어 그 이하)인 저에너지 전자 현미경이 필요하다. 따라서 후방산란된 전자를 빔 분리기를 통해 검출기로 이미징하기 위한 이미징 시스템을 활용하여 교정된 저에너지 현미경을 적용하는 것이 제안되었다. 이러한 시스템은 예를 들어 US 6,855,939, US 8,592,776 B2 및 DE 10 2019 214 936A1에 개시되어 있다. 그러나 이러한 시스템은 예를 들어 후방산란된 전자로부터 저에너지 2차 전자를 분리하도록 구성되어 있지만 후방산란된 전자로부터의 지형 정보는 고려되지 않는다. 그러나, 수집된 후방산란된 전자의 각도 확산이 감소된 더 낮은 운동 에너지의 경우, 후방산란된 전자의 점점 더 많은 부분이 선행 기술의 교정된 저에너지 현미경의 측정 정확도를 저하시키는 지형 정보를 포함한다. 또한 재료 대비 정보가 손실되고 재료 대비가 필요한 프로세스 제어 응용을 더 이상 충분한 정확도로 수행할 수 없다.
따라서 본 발명의 과제는 후방산란된 전자의 재료 정보에서 얽힌 지형 정보를 추출하거나 분리할 수 있는 반도체 웨이퍼 또는 마스크용 고해상도 검사 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 반도체 또는 마스크의 구조층 피처의 지형 또는 가장자리 효과를 고려하여 더 높은 정확도와 정밀도를 갖는 고해상도 마스크 또는 반도체 검사 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는 반도체 마스크에 대한 현재 및 미래의 요구사항에 부합하는 마스크 수리 작업을 모니터링하기 위한 정밀한 모니터링 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 과제는 지형 효과가 있는 경우 빠르고 신뢰할 수 있는 반도체 또는 마스크 검사를 위한 방법과 지형 효과가 있는 경우 빠르고 신뢰할 수 있는 반도체 또는 마스크 검사를 위해 구성될 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
과제를 해결하는 발명은 독립항에 의해 기술된다. 실시예의 추가 예는 종속항에 설명되어 있다.
본 발명은 낮은 랜딩 에너지(LE)를 갖는 1차 전자 빔으로 샘플(7)의 표면(25)을 조사하기 위한 저에너지 전자 이미징의 적용을 가능하게 한다. 실시예에 따른 저에너지 전자 현미경(1)은 사용 중에 교정된 1차 전자 빔(3)을 생성하도록 구성된 빔 형성 유닛(1400)을 포함한다. 1차 전자 빔(3)은 빔 형성 유닛(1400)의 교정 수단으로 사전 교정되고 1차 빔 포커싱 유닛(1100)에 의해 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱된다. 빔 형성 유닛(1400)과 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 교정된 1차 전자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 샘플 표면(25)에 도달하기 전에 1차 전자 빔(3)을 감속시키도록 구성된다. 이에 의해, 400eV 미만, 바람직하게는 300eV 미만, 훨씬 더 바람직하게는 200eV 미만, 또는 훨씬 더 바람직하게는 150eV 미만의 운동 에너지를 갖는 1차 전자의 낮은 랜딩 에너지가 3nm 미만, 바람직하게는 2nm 미만 또는 심지어 그 미만의 높은 이미징 해상도에서 달성될 수 있다.
1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란된 전자를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하도록 추가로 구성된다. 수집된 후방산란된 전자의 큰 각도는 샘플(7)의 표면(25)의 법선으로부터 일반적으로 0.7rad를 초과하고 바람직하게는 최대 1.3rad이다. 저에너지 전자 현미경(1)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 세그먼트를 검출하고 적어도 제1 검출 신호(I1)를 생성하기 위한 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600)을 더 포함한다. 저에너지 전자 현미경(1)은 사용시 교정된 1차 하전 입자빔(3)을 빔 형성 유닛(1400)으로부터 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 안내하고 후방산란된 전자 빔(9)을 1차 빔 포커싱 유닛(1100)에서 검출 유닛(1600)으로 안내하기 위한 빔 분할 유닛(1500)을 더 포함한다. 후방산란된 전자 빔은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 세그먼트를 포함하며, 이는 교정된 1차 하전 입자 빔(3)에 평행하고 반대 방향으로 전파된다. 검출 유닛(1600)은 조정 요소를 더 포함하고 제어 유닛(800)에 연결된다. 제어 유닛(800)은 제1 이미징 모드에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트를 선택하도록 조정 요소를 제어하도록 구성된다. 조정 요소는 후방산란된 전자 빔(9)을 편향시키도록 구성된 편향 유닛(1603), 후방산란된 전자 빔(9)을 포커싱하도록 구성된 포커싱 렌즈(1605), 운동 에너지에 따라 후방산란된 전자 빔(9)을 분배하기 위해 조정 가능한 분산 유닛(1611)의 운동 에너지 임계값 미만의 후방산란된 전자를 차단하기 위한 조정 가능한 에너지 필터(1607) 중 적어도 하나를 포함한다. 일 예에서, 제어 유닛(800)은 편향 유닛(1603)을 제어하여 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란된 후방산란된 전자(9)에 대응하는 각도 스펙트럼의 축외 세그먼트를 선택하도록 구성된다. 일 예에서, 제어 유닛(800)은 포커싱 렌즈(1605)를 제어하여 샘플(7)의 표면(25)으로부터 더 큰 각도 범위에서 산란된 후방산란된 전자(9)에 대응하는 각도 스펙트럼의 더 큰 세그먼트를 선택하도록 구성된다. 일 예에서, 제어 유닛(800)은 포커싱 렌즈(1605)를 제어하여 샘플(7)의 표면(25)으로부터 좁은 각도 범위에서 산란된 후방산란된 전자(9)에 대응하는 각도 스펙트럼의 더 작은 세그먼트를 선택하도록 구성된다. 이로써, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 세그먼트가 선택될 수 있다. 일례에서, 제어 유닛(800)은 조정 요소를 제어하여 제2 이미징 모드에서 제1 선택된 세그먼트와는 다른 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트를 선택하도록 추가로 구성된다. 제어 유닛(800)는 제1 이미징 모드에서 샘플(7)의 표면(25)의 일 세그먼트에 대해 제1 이미지 스캔을 수행하고,제2 이미징 모드에서 표면(25)의 동일한 세그먼트에서 제2 이미지 스캔을 수행하도록 구성될 수 있다.
일 예에서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트에 대응하는 제2 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 제2 제한된 검출기 세그먼트(1802)를 포함할 수 있다.
제어 유닛(800)은 층 가장자리의 가장자리 위치, 피처 치수(feature dimension), 가장자리 거칠기, 가장자리 기울기; 또는 미세 결함 중 적어도 하나를 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 더욱 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정하도록 더욱 구성된다. 높은 분해능은 낮은 랜딩 에너지의 1차 전자와 저에너지 전자 현미경(1)의 교정 수단을 활용하여 달성된다. 가장자리 위치, 가장자리 기울기 및 미세 결함의 명확한 결정은 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)의 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리함으로써 달성된다. 분리는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 세그먼트를 검출하는 것을 포함하는 적어도 제1 및 제2 이미징 모드에서 검출 유닛(1600)의 작동 제어에 의해 달성된다. 교정 수단으로서, 저에너지 전자 현미경(1)은 예를 들어 정전거울 교정기(1415)를 포함한다.
일 예에서, 제어 유닛(800)은 지형 효과의 검출 및 추출에 그리고 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)의 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과의 분리에 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하도록 구성된다.
추가 실시예에서, 저에너지 전자 현미경(1)은 빔 형성 유닛(1400), 1차 빔 포커싱 유닛(1100), 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600), 및 빔 분할 유닛(1500)을 포함한다. 검출 유닛(1600)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제2 세그먼트를 검출하고 제1 검출 신호(I1)와 다른 적어도 제2 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 적어도 제2 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 더 포함한다. 빔 형성 유닛(1400)은 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 생성하도록 구성된다. 빔 형성 유닛(1400)와 1차 빔 포커싱 유닛(1100)는 교정된 1차 전자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 1차 전자 빔(3)을 샘플 표면(25)에 도달하기 전에 운동 에너지를 400eV 미만, 바람직하게는 300eV 미만, 훨씬 더 바람직하게는 200eV 미만, 더욱 더 바람직하게는 150eV 미만으로 감속시키도록 구성된다. 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)의 법선에 대해 0.7rad를 초과하는, 바람직하게는 최대 1.3rad의 큰 각도로 산란되는 전자를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하도록 추가로 구성된다.
빔 분할 유닛(1500)은 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 빔 형성 유닛(1400)으로부터 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 안내하고 후방산란된 전자 빔(9)을 1차 빔 포커싱 유닛(110)으로부터 검출 유닛(1600)으로 안내하도록 구성된다. 후방산란된 전자 빔(9)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 세그먼트를 포함하며, 이는 교정된 1차 하전 입자 빔(3)에 평행하고 반대 방향으로 전파된다.
제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 세그먼트를 검출하고 제1 검출 신호(I1)을 생성하도록 구성된다. 일 예에서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제3 또는 추가 선택된 세그먼트에 대응하는 제3 또는 추가 검출 신호(I3)를 생성하기 위한 제3 또는 추가로 제한된 검출기 세그먼트(1802)를 포함한다. 따라서, 복수의 적어도 2개의 검출기 세그먼트는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 세그먼트에 대응하는 복수의 서로 다른 검출 신호를 선택하도록 구성된다. 저에너지 전자 현미경(1)의 제어 유닛(800)은 적어도 제1 및 제2 검출 신호(I1 및 I2)로부터 층 가장자리의 가장자리 위치, 피처 치수, 가장자리 거칠기, 가장자리 기울기 또는 미세 결함 중 적어도 하나를 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정하도록 추가로 구성된다. 높은 분해능은 낮은 랜딩 에너지의 1차 전자와 저에너지 전자 현미경(1)의 교정 수단을 활용하여 달성된다. 가장자리 위치, 가장자리 기울기 및 미세 결함의 명확한 결정은 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)의 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리함으로써 달성된다. 분리는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 세그먼트에 대응하는 적어도 제1 및 제2 검출 신호(I1 및 I2)에 의해 달성된다. 교정 수단으로서, 저에너지 전자 현미경(1)은 예를 들어 정전 거울 교정기(1415)를 포함한다.
본 발명의 추가에 따르면, 마스크 또는 웨이퍼의 검사, 수리 또는 편집을 위한 장치(1000)가 제공된다. 장치는 위의 실시예에 설명된 저에너지 전자 현미경(1)을 포함한다. 저에너지 모드에서, 저에너지 전자 현미경(1)은 교정된 1차 전자 빔(3)을 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)에 400eV, 바람직하게는 300eV 미만, 더욱 바람직하게는 200eV 미만, 더욱 더 바람직하게는 150eV 미만의 1차 전자의 낮은 운동 에너지로 포커싱되도록 구성된다. 저에너지 전자 현미경(1)은 샘플(7)의 표면(25)의 법선으로부터 0.7rad를 초과하고, 바람직하게는 최대 1.3rad의 큰 각도에서 후방산란된 전자를 수집하도록 추가로 구성된다. 저에너지 전자 현미경(1)의 빔 분할 유닛(1500)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)으로부터 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 분할하도록 구성된다. 저에너지 전자 현미경(1)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 부분을 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하고 이미징하도록 구성되며, 이는 교정된 1차 하전 입자 빔(3)에 평행하고 반대 방향으로 전파된다.
저에너지 전자 현미경(1)의 검출 유닛(1600)은 적어도 하나의 조정요소를 포함한다. 검출 유닛(1600)에 연결된 장치(1000)의 제어 유닛(800)은 예를 들어 마스크 또는 웨이퍼의 샘플(7)의 표면(25)의 세그먼트의 검사 작업을 수행하도록 구성된다. 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600)은 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)로 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하여 적어도 제1 검출 신호(I1)를 생성하도록 구성된다. 검출 유닛(1600)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하여 적어도 제2 검출 신호(I2)를 생성하도록 추가로 구성되며, 여기서 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트와는 상이하다. 제어 유닛(800)은 적어도 제1 및/또는 제2 신호(I1 및/또는 I2)를 선택적으로 검출하도록 조정 요소를 제어하도록 구성된다. 조정 요소는 편향 유닛(1603), 포커싱 렌즈(1605), 조정 가능한 에너지 필터(1607) 또는 조정 가능한 분산 유닛(1611) 중 적어도 하나를 포함한다. 예에서, 제어 유닛(800)은 각도 스펙트럼의 단일 축외 세그먼트를 선택하고 각도 스펙트럼의 단일 축외 세그먼트를 사용하여 검사 작업을 수행하도록 구성된다.
일 예에서, 제어 유닛(800)은 샘플(7)의 표면(25) 상의 구조에 관한 미리 결정된 정보에 기초하여 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 및/또는 제2 선택된 세그먼트를 선택한다. 구조는 마스크 위의 흡수층이나 웨이퍼의 도체 라인일 수 있으며 가장자리나 치수를 포함할 수 있다.
일 예에서, 제어 유닛(800)은 적어도 제1 신호(I1)를 수집하기 위해 제1 이미징 모드에서 검출 유닛(1600)을 순차적으로 조정하고, 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 후속 제2 이미지 스캔에서 적어도 추가 신호를 수집하기 위하여 제2 이미징 모드에서 검출 유닛(1600)을 조정하여 수집하도록 구성된다.
일 예에서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 단일 이미지의 전자 빔(9)이 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 스캔에서 후방산란 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 또는 추가 선택된 세그먼트에 대응하는 적어도 제2 또는 추가 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 적어도 제2 제한된 검출기 세그먼트(1802)를 포함한다. 검출 유닛(1600)은 조정 요소를 더 포함할 수 있으며, 제어 유닛(800)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 및 제2 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하도록 조정 요소를 제어하도록 구성된다. 적어도 2개의 검출기 세그먼트를 포함하는 검출 유닛(1600)을 갖는 장치(1000)는 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 제1 단일 이미지 스캔에서 제1 및 제2 검출 신호를 검출하고 동일한 검사 위치에서 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 제2 단일 이미지 스캔에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제3 및 추가 선택된 세그먼트에 대응하는 제3 및 추가 이미지 신호를 검출하도록 추가로 구성될 수 있다.
일 예에서, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트는 표면(25)의 세그먼트의 지형에 대해 감소된 감도를 갖는 제1 검출 신호(I1)을 생성하도록 선택되고, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트는 표면(25)의 세그먼트의 지형에 대해 증가된 감도를 갖는 제2 검출 신호(I2)를 생성하도록 선택된다. 이에 따라, 지형 정보는 재료 대비로부터 분리될 수 있으며, 예를 들어 층 가장자리의 위치 또는 층 가장자리의 경사가 높은 정밀도로 결정될 수 있다. 실시예에 따른 장치는 샘플(7)의 표면(25)에 복수의 프로세스 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 노즐(152)을 더 포함한다. 제어 유닛(800)은 사용 중에 전자 빔 보조 퇴적 또는 전자 빔 보조 에칭 작업 중 적어도 하나를 수행하도록 구성된다. 제어 유닛(800)은 적어도 제1 검출 신호(I1) 및/또는 제2 검출 신호(I2)에 기초하여 전자 빔 보조 수리 또는 편집 프로세스를 시작하거나 종료하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 고해상도를 갖는 마스크 또는 웨이퍼의 검사, 수리 또는 회로 편집 방법이 제시된다. 이 방법은 저에너지 전자 현미경(1)의 이미지 평면(101)에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 검사 위치를 정렬하는 단계를 포함한다. 이 방법은 지형 효과의 검출 및 추출과 검사 부위에서의 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과의 분리에 적합한 적어도 제1 이미징 모드와 제2 이미징 모드를 선택하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 제1 이미지 신호를 획득하기 위해 제1 이미징 모드에서 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지를 사용하여 제1 이미지 스캔을 수행하는 단계와, 제2 이미지 신호를 획득하기 위해 제2 이미징 모드에서 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지를 사용하여 제2 이미지 스캔을 수행하는 단계를 더 포함한다. 이 방법에 따르면, 제1 및 제2 이미지 신호가 분석되고 검사 부위에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 지형 정보 및 재료 구성이 도출된다. 일 예에서, 이미지 스캔 동안, 후방산란된 전자 빔(9)의 편향 및/또는 포커싱을 위해 검출 유닛(1600)의 조정 요소를 구동하기 위해 제1 신호가 생성된다. 이로써, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트가 제1 이미징 모드에서 검출된다. 일 예에서, 후방산란된 전자 빔(9)의 편향 및/또는 포커싱을 위해 검출 유닛(1600)의 조정 요소를 구동하기 위해 제2 신호가 생성된다. 이로써, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트가 제2 이미징 모드에서 검출된다. 방법은 최소 강도(927), 최대 강도(929), 그림자 영역(dx)의 폭 또는 연장, 최소 강도 위치(Mx), 및/또는 층 가장자리의 이미지 신호의 기울기(935) 중 적어도 하나; 또는 상기 제1 검출 신호와 제2 검출 신호 사이의 상기 값들 중 적어도 하나의 차이를 결정하는 단계를 더 포함한다. 이에 의해, 층 가장자리의 가장자리 위치, 피처 치수, 가장자리 거칠기, 가장자리 기울기 또는 미세 결함 중 적어도 하나가 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정될 수 있다. 결정은 예를 들어 검출 결과의 모델 기반 시뮬레이션에 의해 미리 결정된 검출 신호와의 비교에 의해 달성될 수 있다. 일례에 따르면, 방법은 층 가장자리의 가장자리 위치, 피처 치수, 가장자리 거칠기, 가장자리 기울기 또는 미세 결함 중 적어도 하나의 복수의 검출 신호에 대응하는 트레이닝 또는 참조 데이터 세트와 함께 기계 학습 알고리즘을 적용하는 단계를 더 포함한다. 서로 다른 검사 부위에서의 적용 동안, 방법은 마스크 또는 웨이퍼(7)의 검사 부위에 관한 미리 결정된 정보를 더 수신할 수 있고 적어도 적어도 제1 이미징 모드와 제2 이미징 모드의 선택은 미리 결정된 정보에 따라 수행될 수 있다. 미리 결정된 정보는 층 가장자리의 방향, 피처 방향, 재료 구성, 높이 정보, 또는 기타 지형 정보 또는 재료 구성에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 예에서, 방법은 지형 효과의 검출 및 추출, 그리고 검사 부위에서의 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과의 분리에 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하고 저장하는 단계를 포함한다. 이상적인 이미징 모드를 결정하는 동안, 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지를 사용하여 적어도 2개의 이미지 스캔 시퀀스가 수행되며, 각각은 검사 부위에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 선택된 세그먼트를 사용한다. 시퀀스의 검출 신호로부터 적어도 제1 및 제2 이미징 모드가 도출된다. 예를 들어, 층 가장자리의 방향 또는 층 가장자리의 높이가 도출되고, 층 가장자리의 방향과 높이에 따라 편향 유닛의 편향 각도가 결정된다. 적어도 제1 및 제2 이미징 모드는 마스크 또는 웨이퍼의 후속 유사한 검사 부위에서의 검사 작업을 위해 메모리에 저장된다.
추가 예에 따르면, 지형 효과의 검출 및 추출에 적합하고, 검사 부위에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리하는 데 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드는 복수의 훈련 또는 참조 이미지 신호를 사용하는 기계 학습 알고리즘에 따라 달성된다. 참조 또는 훈련 이미지 신호는 교정된 참조 마스크나 웨이퍼 또는 모델 기반 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있다. 이에 따라, 높은 정확도로 가장자리 위치, 피처 치수, 미세 결함, 가장자리-기울기 또는 가장자리 거칠기를 결정하기 위해 중요도가 높은 이미지 모드를 식별하는 것이 가능하다.
2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 고해상도로 층 가장자리의 지형 및 재료 구성, 피처 크기 또는 미세 결함을 정확하게 결정한 후 전자 빔 보조 수리 또는 편집 프로세스가 촉발되거나 시작되거나 종료될 수 있다.
본 개시 내용의 실시예의 다른 이점은 첨부 도면과 함께 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명은 실시예 및 실시예에 제한되지 않으며, 이들의 변형, 조합 또는 수정도 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시를 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 출원에서 정의된 장치 및 방법의 용도는 하전 입자로서 전자 빔의 용도로 제한되지 않는다. 오히려, 입자 빔이 샘플 표면에 닿고 해당 가스가 제공되는 위치에서 전구체 가스의 국부적인 화학 반응을 유도할 수 있는 임의의 입자 빔이 사용될 수 있다. 대체 입자 빔의 예로는 이온 빔, 금속 빔, 분자 빔 및/또는 광자 빔이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마스크 수리용 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 장치 내에서 후방산란된 전자의 수집을 도시한다.
도 3은 1차 전자의 다양한 랜딩 에너지에 대한 후방산란된 전자의 각도 분포에 대한 침지 필드(immersion field; F)의 효과를 도시한다.
도 4는 후방산란된 전자의 각도 분포에 대한 서로 다른 침지 필드(F1 및 F2)의 효과를 도시한다.
도 5는 큰 침지 필드(F)에서 후방산란된 전자에 대한 지형 효과를 도시한다.
도 6은 흡수층 가장자리의 예에서 그림자 효과를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 교정된 전자 현미경(CSEM)의 예를 도시한 것이다.
도 8은 차폐 그리드를 포함하는 1차 빔 포커싱 유닛의 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 이미징 모드의 예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 추가 예를 도시한다.
도 12는 도 11의 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 예에 따른 후방산란된 전자 분포의 각도 스펙트럼의 선택된 세그먼트를 도시한다.
도 13은 도 11의 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 추가 예에 따라 층 가장자리에 대한 이미지 스캔에 의해 얻은 검출된 후방산란된 전자 강도 분포를 도시한다.
도 14는 후방산란된 전자 검출기의 복수의 검출기 세그먼트를 갖는 검출 유닛을 도시한다.
도 15는 분산 유닛의 작용을 포함하는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다.
도 16은 제1 실시예에 따른 장치와 제2 또는 제3 실시예의 방법을 활용하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고정밀 마스크 수리 작업을 도시한다.
도 2는 도 1의 장치 내에서 후방산란된 전자의 수집을 도시한다.
도 3은 1차 전자의 다양한 랜딩 에너지에 대한 후방산란된 전자의 각도 분포에 대한 침지 필드(immersion field; F)의 효과를 도시한다.
도 4는 후방산란된 전자의 각도 분포에 대한 서로 다른 침지 필드(F1 및 F2)의 효과를 도시한다.
도 5는 큰 침지 필드(F)에서 후방산란된 전자에 대한 지형 효과를 도시한다.
도 6은 흡수층 가장자리의 예에서 그림자 효과를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 교정된 전자 현미경(CSEM)의 예를 도시한 것이다.
도 8은 차폐 그리드를 포함하는 1차 빔 포커싱 유닛의 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 이미징 모드의 예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 추가 예를 도시한다.
도 12는 도 11의 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 예에 따른 후방산란된 전자 분포의 각도 스펙트럼의 선택된 세그먼트를 도시한다.
도 13은 도 11의 서로 다른 이미징 모드의 세 가지 추가 예에 따라 층 가장자리에 대한 이미지 스캔에 의해 얻은 검출된 후방산란된 전자 강도 분포를 도시한다.
도 14는 후방산란된 전자 검출기의 복수의 검출기 세그먼트를 갖는 검출 유닛을 도시한다.
도 15는 분산 유닛의 작용을 포함하는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다.
도 16은 제1 실시예에 따른 장치와 제2 또는 제3 실시예의 방법을 활용하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고정밀 마스크 수리 작업을 도시한다.
이제 예시적인 실시예를 상세히 참조할 것이며, 그 예는 첨부 도면에 도시되어 있다. 설명 전반에 걸쳐, 다른 도면의 동일한 번호는 다르게 표시되지 않는 한 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 예를 도시한다. 도 1은 마스크의 흡수체 구조의 국부적인 결함을 수리하는데 사용됨과 동시에 수리 과정에서 마스크의 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있는 마스크 수리 장치(1000)의 단면을 도시한 것이다. 마스크 수리 장치 및 방법의 더 자세한 내용은 US 2014/255,831 AA에 설명되어 있으며, 이는 참조로 본 명세서에 포함된다. 도 1의 예시적인 장치(1000)는 교정된 주사 전자 현미경(1)을 포함한다. 교정된 주사 전자 현미경(1)은 1차 전자 빔(3)의 생성을 위한 전자 소스 유닛(1018)을 포함한다. 빔 이미징, 빔 교정 및 빔 편향 요소(1020 및 1025)는 1차 전자 빔(3)을 지향시키고 교정된 전자 현미경 또는 CSEM(1)의 이미지 평면(도시되지 않음)에 있는 1차 전자 빔(3)의 초점을 형성한다. 제1 실시예에 따른 CSEM(1)의 더 자세한 사항은 아래 도 7에서 설명된다.
마스크(7)는 샘플 스테이지(500) 상에 배치된다. 샘플 스테이지(500)는 액츄에이터를 포함하고, 마스크(7)의 제1 표면(25)이 교정된 전자 현미경(1)의 이미지 평면에 배치되도록 마스크(7)를 위치시킬 수 있는 제어 유닛에 연결된다. 샘플 스테이지(500)는 마스크(7)의 온도를 제어하기 위해 하나 또는 여러 개의 제어 요소를 더 포함할 수 있다.
예시적인 장치(1000)는 입자 빔으로서 1차 전자 빔(3)을 사용한다. 전자 빔(3)은 마스크(7)의 표면(25) 상의 10나노미터 미만, 예를 들어 5nm 미만 또는 심지어 3nm 미만의 직경을 갖는 작은 지점에 집중될 수 있다. 마스크(7)의 표면(25)에 충돌하는 전자의 에너지 마스크(7)는 에너지 범위(수 eV에서 최대 10keV까지)에 걸쳐 변경될 수 있다. 마스크(7)의 표면(25)에 충돌할 때, 전자는 전자 질량이 작기 때문에 마스크 표면(25)에 심각한 손상을 일으키지 않는다.
전자 빔(3)은 마스크(7)의 표면(25)의 이미지를 기록하기 위해 표면(25)을 가로질러 스캐닝하는 데 사용된다. 검출 유닛(1600)은 1차 전자 빔과 마스크(7)의 표면에서의 재료와의 상호 작용에 의해 생성되는 후방산란된 및/또는 2차 전자에 대한 신호를 제공한다. 신호는 재료의 구성과 지형에 비례한다. 일반적으로 마스크는 크롬이나 질화규소로 형성된 흡수층과 함께 산화규소로 제작된다. EUV 마스크는 일반적으로 몰리브덴과 실리콘으로 구성된 다중층(MoSi-다중층)으로 형성되며, 최상층은 루테늄으로 형성된다. 흡수체는 예를 들어 질화규소 또는 질화탄탈륨 붕소(tantalum boron nitride)로 형성될 수 있다. 마스크(7)의 표면(25)에 걸쳐 1차 전자 빔을 스캔함으로써, 마스크 표면(25)의 이미지가 얻어질 수 있고 마스크(7)의 흡수체 구조 요소의 결함이 결정될 수 있다. 대안적으로, 마스크(7)의 흡수체 구조의 결함은 웨이퍼를 노출시킴으로써 및/또는 예를 들어 AIMS™에 의해 결정된 마스크(7)의 하나 또는 여러 개의 에어리얼 이미지를 기록함으로써 결정될 수 있다.
제어 유닛(800)은 장치(1000)를 제어하고, 1차 전자 빔(3)의 스캐닝 동작에 의해 획득된 마스크(7)의 표면(25)의 이미지를 획득하고 저장하도록 구성된 이미지 형성 유닛(미도시)을 포함한다. 이미지 형성 유닛은 검출 유닛(1600)의 데이터 신호로부터 마스크(7)의 표면(25)의 이미지를 결정 및 수정하는 것을 허용하고 계산되거나 수정된 이미지를 저장할 수 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현된 알고리즘을 실행하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(800)은 1차 빔 형성을 제어하도록 구성되는 1차 빔 형성 유닛을 위한 제어 유닛과 빔 형성 및 빔 결상 소자(1020, 1025)를 포함한다. 또한, 제어 유닛(800)은 샘플 스테이지(500)의 움직임을 제어하도록 구성되는 스테이지 제어 유닛(미도시)을 포함한다.
마스크 수리용 장치(1000)는 마스크 표면(25)을 조작하거나 처리하기 위한 복수의 구성요소, 예를 들어 레이저 빔(1082)을 제공하는 레이저 시스템(1080), 이온 빔 총(1035), 및 이온 빔 총(1035) 및 공정 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 노즐(152.1 내지 152.6)을 추가로 포함한다. 1차 전자 빔(3)은 에칭 또는 증착 반응을 초기화하는데 사용된다. 전자의 가속전압은 0.01keV에서 10keV까지이다. 1차 전자 빔의 전류는 1pA에서 1nA 사이의 간격으로 변화한다. 레이저 시스템(1080)은 레이저 빔(1082)에 의해 추가적인 및/또는 대안적인 에너지 전달 메커니즘을 제공한다. 에너지 전달 메커니즘은 예를 들어 전구체 가스를 선택적으로 활성화할 수 있거나 전구체 가스의 분해에 의해 생성된 구성요소 또는 단편을 선택적으로 활성화하여 예를 들어 마스크(7)의 흡수체 구조 요소의 국부적인 수리 공정을 효율적으로 지원할 수 있다. 예시적인 장치(1000)는 마스크(7)의 표면(25)에 배열된 흡수체 구조의 하나 또는 여러 결함을 처리하기 위한 다양한 공정 또는 전구체 가스에 대한 복수의 저장 용기(150.1 내지 150.6)를 포함한다. 제1 저장 용기(150.1)는 예를 들어 흡수체 요소의 결함 주위에 보호층을 생성하기 위해 전자 빔(3)과 함께 사용되는 제1 전구체 가스 또는 증착 가스를 저장한다. 제2 저장 용기(150.2)는 마스크(7)의 표면(25)으로부터 보호층을 제거할 수 있는 염소 함유 에칭 가스를 포함한다. 제3 저장 용기(150.3)는 크롬이나 탄탈륨과 같은 과도한 흡수재를 국부적으로 제거하기 위해 사용되는 이불화 제논(XeF2)과 같은 에칭 가스를 저장한다. 제4 저장 용기(150.4)는 마스크(7)의 표면(25)에 누락된 흡수체 물질을 국부적으로 퇴적하기 위한 전구체 가스를 저장한다. 제5 저장 용기(150.5)와 제6 저장 용기(150.6)는 필요에 따라 제3 저장 용기(150.3)에 저장된 에칭 가스와 혼합될 수 있는 2개의 추가 다른 가스를 함유한다. 더욱이, 장치(1000)는 마스크 결함의 수리를 위한 선택적 에칭 또는 퇴적을 위해 필요에 따라 추가 저장 용기 및 가스 공급 장치를 설치하는 것을 허용할 수 있다. 각각의 저장 용기(150.1 내지 150.6)는 제어 밸브(154.1 내지 154.6)를 통해 가스 노즐(152.1 내지 152.6) 중 하나에 연결된다. 제어 밸브(155.1 내지 154.6)는 마스크 수리 작업 동안 자동화된 가스 공급을 위해 제어 유닛(800)에 연결된다. 이에 의해, 전자 빔(3)이 마스크(7)의 기판(1010)에 충돌하는 장소에서의 시간 단위당 제공되는 가스 입자의 양 또는 가스 유량이 제어된다. 마스크(7)에 대한 전자 빔(3)의 충돌점과 가스 공급원의 노즐(152.1 내지 152.3) 사이의 거리는 수 밀리미터 범위이다. 그러나, 도 1의 장치(1000)는 또한 1차 전자 빔(3)의 충격 지점까지의 거리가 1mm보다 작은 가스 공급원의 배열을 허용한다.
마스크 수리용 장치(1000)는 진공 챔버(999) 내부에 필요한 진공을 생성하고 유지하도록 구성된 펌핑 시스템을 추가로 갖는다. 처리 절차를 시작하기 전에, 진공 챔버(999)의 압력은 일반적으로 10-5 Pa 내지 2·10-4 Pa의 범위이다. 반응 부위에서 국소 압력은 일반적으로 대략 10 Pa 범위까지 증가할 수 있다. 진공 펌프(1087)와 결합된 흡입 장치(1085)는 국부적 화학 반응에 필요하지 않은 전구체 가스 또는 전구체 가스의 일부의 분해에 의해 생성된 파편이 본질적으로 장치(1000)의 진공 챔버(1090)로부터의 생성의 장소에서 추출될 수 있도록 한다. 흡입 장치(1085) 또는 진공 펌프(1087)는 그들의 동작을 제어하기 위하여 제어 유닛(800)에 연결될 수 있다. 전자 빔(3) 및/또는 레이저 빔(1082)이 분산 및 퇴적되기 전에 전자 빔(3) 및/또는 레이저 빔(1082)의 입사 위치에서 필요하지 않은 가스 성분이 진공 챔버(1090)로부터 국부적으로 추출되기 때문에 진공 챔버(1090)의 오염은 방지된다.
마스크(7)의 표면(25)에 입사하는 1차 전자 빔(3)은 기판 표면(25)을 대전시킬 수 있다. 축적된 전하는 양 또는 음일 수 있다. 전자 빔(3)에 의한 전하 축적의 영향을 감소시키기 위해, 예를 들어 이온 총(1035)과 같은 하전 입자 빔 총을 사용하여 낮은 에너지를 갖는 이온으로 표면(25)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 수백 볼트의 운동 에너지를 갖는 아르곤 이온 빔은 표면(25)을 중성화하는 데 사용될 수 있다. 제어 유닛은 또한 이온 빔 소스(1035)를 제어하도록 구성될 수 있다. 전자 빔(3) 대신에 포커싱된 이온빔이 사용되는 경우 양전하 분포가 표면(25)에 축적될 수 있다. 이 경우, 전자 빔은 표면(25)을 조사하여 양전하를 감소시키는데 사용될 수 있다.
두 개 이상의 입자빔을 병렬로 사용하는 것도 가능하다. 레이저 시스템(1080)은 레이저 빔(1082)을 생성하는 장치(1000)에 통합된다. 따라서, 장치(1000)는 광자 빔(1082)과 결합된 전자 빔(3)을 마스크(7)에 동시에 적용하는 것을 허용한다. 빔(3 및 1082) 모두 연속적으로 또는 펄스 형태로 제공될 수 있다. 더욱이, 2개의 빔(3, 1082)의 펄스는 동시에 부분적으로 중첩될 수 있거나 반응 부위에서 중간적으로 반응할 수 있다. 반응 부위는 전자 빔(3)이 단독으로 또는 레이저 빔(1082)과 결합하여 전구체 가스의 국부적인 화학 반응을 유도하는 위치이다.
마스크 수리용 장치(1000)는 마스크 수리에만 국한되지 않고, 웨이퍼 검사 및 제조된 웨이퍼의 회로 편집과 같은 다른 애플리케이션에도 적용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 검사, 회로 편집, 마스크 검사 및 마스크 수리 응용 분야에서는 후방산란된 전자가 공정 제어에 사용된다. 후방산란된 전자는 표면의 또는 표면 근처의 재료에 따라 후방산란 계수가 달라지는 샘플 표면과 1차 전자 빔의 교차 영역에서 생성된다. 일반적으로 전자의 후방산란은 탄성 산란, 비탄성 산란 및 다중 산란 공정을 포함하여 샘플의 표면 또는 재료와의 여러 상호 작용으로 설명된다. 단순화된 후방산란 각도 분포가 도 2에 도시된다. 교정된 전자 현미경(1)의 1차 전자 빔(3)은 교정된 주사 전자 현미경(1)의 광축(105)(도 2에는 도시되지 않음)을 따라 양의 z 방향으로 전파되고, 샘플(7), 예를 들어 웨이퍼 또는 마스크의 표면(25)에 가까운 상호 작용 용적(5)에 초점이 맞춰진다. 후방산란 각도 분포(15)는 입사 전자 빔(3)의 반대편인 후방 방향(12)에서 지배적인 산란 효율을 갖는 확산 산란 공정에 의해 대략적으로 단순화된다. 후방산란된 전자의 모든 각도는 일반적으로 샘플(7)의 표면(25)에 수직으로 정렬된 전자 현미경(1)의 광축(105)에 대해 도시된다. 예시를 위해 원자 또는 분자 격자에서의 전자 회절 효과는 무시된다. 전형적으로, 1차 전자 빔(3)은 교정된 전자 현미경(1) 내부에서 예를 들어 8keV 내지 30keV의 전압으로 존재하며, 샘플(7)와 전극(33) 사이의 정전기 전위에 의해 감속된다. 전극(33)은 샘플(7)과 현미경(1) 사이에 배치될 수 있거나 또는 교정된 하전 입자 현미경(1)의 자기 대물렌즈(도 2에 도시되지 않음) 내부에 배치될 수도 있다. 전극(33)은 예를 들어 교정된 전자 현미경(1)의 대물렌즈에 도달하는 라이너 튜브에 의해 형성될 수 있다. 샘플 표면(25) 위의 정전 침지 필드에 추가로 영향을 미치기 위해 전극(33)과 샘플(7) 사이에 추가 전극이 제공될 수 있다. 추가 전극을 포함하는 배열의 예가 US 7,910,887에 나타나 있으며, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다.
따라서 제1 전압(U1)은 전극(33)에 제공되고 샘플(7)은 샘플 표면(25)과 전극(33) 사이에 균일한 감속 필드 F를 생성하기 위해 제2 전압(U2)로 설정된다. 예에서 샘플은 제2 전압 U2 = 0V를 사용하여 접지 레벨로 설정된다. 따라서 전위차 DU = |U1 - U2|에 의해 침지 전기장 F이 형성되고, 이는 1차 빔에 대한 감속 필드 F로 작용하여 1차 전자가 50eV와 2kV 사이의 낮은 운동 에너지 또는 랜딩 에너지(LE)에서 샘플 표면(25)에 도달하지만, LE = 0eV까지 더 낮은 운동 에너지도 가능하다. 일반적으로 1차 전자의 LE를 제어하는 방법에는 두 가지가 있다. 첫 번째 예에서는 전극(33)과 샘플(7) 사이의 전위차를 변화시켜 LE를 제어한다. 또 다른 예에서는 전극(33)과 샘플(7) 사이의 전위차(DU)는 일정하게 유지되지만, 전극(33) 상류의 1차 전자 빔의 운동에너지는 예를 들어 전자 소스(1018)의 더 큰 추출 전위에 의해 변경된다.
침지 필드는 후방산란된 전자에 대한 부스팅 필드 F의 역할도 한다. 침지 전기장 F은 후방산란된 전자의 각도 분포에 초점 효과가 있다. 이에 의해, 이 예에서, 유효 수집 각도(19)는 현미경의 수용 각도(17)에 대해 증가되어, 화살표(14) 및 중간 각도(19) 방향으로 기판을 떠나는 후방산란된 전자도 여전히 수집된다. 후방산란된 전자 궤적의 일부 예가 도시되어 있는데, 예를 들어 작은 각도 하의 후방산란된 전자 궤적(9.1), 수용 각도(19) 하의 후방산란된 전자 궤적(9.2), 전자 현미경의 유효 수집 각도(19)를 초과하는 더 큰 시작 각도(16)를 갖는 후방산란된 전자 궤적(9.3)이 도시된다. 따라서 수집 각도(19)는 전위차 DU에 따라 달라진다. 전위차 DU가 클수록, 샘플의 표면(25)에서 1차 전자의 운동 에너지 또는 착지 에너지 LE가 낮아지고 수집 각도가 커진다. 일반적으로 약 400eV의 LE에서 수집 각도(19)는 약 0.4rad(반각) 또는 NA = 0.4(NA는 수집 각도의 사인)이다. LE = 200eV에서 수집 각도(19)는 약 0.7rad, 즉 약 40° 또는 NA = 0.64이다. LE = 100eV에서 수집 각도는 1.3rad 또는 NA = 0.96으로 증가한다. 이러한 낮은 에너지에서 수집 각도에는 거의 90°로 산란된 전자가 포함된다. 도 2에 예시된 각도는 약 200eV의 LE에 해당한다.
도 3a 및 도 3b는 약 400eV의 중간 랜딩 에너지(LE)에서 탄성적으로 후방산란된 전자의 운동량 분포(27)의 대표적인 예시로서 도 2에 예시된 포커싱 효과를 예시한다. 드웰 포인트(5)에서, 충돌하는 1차 전자의 에너지는 동일하지만 방향이나 산란 각도가 다른 복수의 후방산란된 전자가 생성된다. 후방산란된 전자는 광학 축에 평행하거나 샘플(7)의 표면(25)에 수직인 후방산란된 전자(12), 및 광학 축에 중간 각도 및 큰 각도의 후방산란된 전자(14 및 16)를 포함한다. 도 3b는 후방산란된 전자에 대한 부스트 또는 침지 필드(F)의 효과를 도시한다. 후방산란된 전자 운동량은 부스트 필드 F 방향으로 증가하고 일부 후방산란된 전자는 교정된 전자 현미경(1)의 수집 각도(17)에 의해 수집된다. 도 3c는 약 200eV의 낮은 랜딩 에너지(LE)에서 탄성적으로 후방산란된 전자의 운동량 분포(27)를 도시한다. 다시, 드웰 포인트(5)에서, 충돌하는 1차 전자와 동일하나 이제 더 낮은 에너지의 방향 또는 산란 각도가 상이한 복수의 후방산란된 전자가 생성된다. 도 3d는 더 낮은 에너지에서 후방산란된 전자에 대한 부스트 필드 F의 효과를 도시한다. 이 예에서, 1차 전자의 더 낮은 랜딩 에너지는 전자 소스(1018)의 더 낮은 추출 또는 가속 전압에 의해 달성된다. 후방산란된 전자 운동량은 부스트 필드 F의 방향으로 훨씬 더 증가하고 더 많은 후방산란된 전자가 교정된 전자 현미경(1)의 수집 각도(17)에 의해 수집되고, 이 예에서 중간 각도(14)에서의 후방산란된 전자도 수집 각도(17) 내에 있으며, 따라서 교정된 전자 현미경(1)에 의해 수집된다.
도 4a는 서로 다른 침지 필드(F1 및 F2)에 따른 포커싱 효과를 도시한다. 도 2와 마찬가지로 유효 후방산란된 각도 강도 분포(15.1)가 제1 침지 또는 부스트 필드(F1)에 따른 가속의 결과로 도시된다. 제1 침지 필드(F1)는 제1 전위차(DU1)에 대응한다. 제1 부스팅 필드(F1)은 z 방향으로 작용하므로 도 2의 단순화된 후방산란된 각도 분포를 z 방향으로 사실상 연장하여 타원형 모양의 유효 후방산란된 각도 강도 분포(15.1)를 형성한다. 도 2에서와 같이, 교정된 전자 현미경(1)(도시되지 않음)의 수용 각도(17)는 중간 각도(14.1) 하에서 후방산란된 전자에 대응하는 점선으로 도시된다. 수용 각도(17)는 도 2의 수집 각도(19)에 대응하며, 이에 의해 각도(14) 하의 후방산란된 전자가 수집된다. 더 큰 각도(16.1) 하의 후방산란된 전자는 수용 각도(17)를 초과하므로 수집되지 않는다.
더 큰 제2 전위차(DU2)를 갖는 교정된 전자 현미경(1)의 훨씬 더 감소된 1차 전자 랜딩 에너지의 경우, 후방산란된 전자의 유효 평면 운동량(in-plane moment)은 훨씬 더 작아지고 있다. 이 경우 반사된 전자는 훨씬 더 큰 부스트 전위(DU2)에 의해 가속되기 때문에 이는 반사된 전자 위상 공간의 효과적인 연장 또는 효과적인 후방산란된 각도 분포를 초래한다. 도 4b는 본 발명의 고해상도 이미징에 필요한 훨씬 더 낮은 1차 전자 에너지에 대한 효과적인 후방산란된 각도 분포의 예를 도시한다. 더 낮은 1차 전자 에너지의 경우 더 큰 전위차(DU2)가 적용되어 상호작용 영역(5)에서 1차 전자의 운동 에너지가 더 낮아진다. 후방산란된 전자는 더 큰 전위차 DU2에 의해 생성되는 더 큰 제2 부스팅 필드 F2에 의해 z축 방향으로 가속되어 훨씬 더 큰 포커싱 효과를 경험한다. 그러므로, 유효 후방산란된 각도 분포(15.2)의 폭은 x 방향의 단축에 대한 z 방향을 따르는 장축의 비율에 의해 주어지는 더 큰 타원율을 갖는 훨씬 더 타원형인 형상을 갖는다. 결과적으로, 각도(14) 하의 후방산란된 전자는 후방산란된 전자 방향(14.2)으로 도시된 바와 같이 유효 수집 각도(17) 내에 충분히 들어간다. 이 예에서는 화살표(16.2)로 표시된 것처럼 큰 각도(16) 아래에서 산란된 후방산란된 전자도 수집된다. 따라서, 표면(25)에 거의 평행한 각도로 후방산란되는 전자도 수집된다. 동일한 부스트 필드 F = F1 = F2 및 예를 들어 전자 소스(1018)에서 더 낮은 추출 전위를 사용하여 1차 전자의 랜딩 에너지가 감소하는 경우 유사한 결과가 얻어진다.
저에너지 전자에 대한 더 큰 유효 수집 각도(19)(도 2 참조)는 한편으로는 더 많은 후방산란된 전자가 수집되고 더 큰 신호 대 잡음비가 얻어지는 유리한 효과를 가지며, 이는 저에너지 전자를 사용한 고해상도 이미징의 경우에도 마찬가지이다. 그러나 더 큰 유효 수집 각도(19)는 웨이퍼 또는 마스크와 같은 일반적인 반도체 샘플의 지형 효과의 영향을 증가시킨다. 도 5는 검사 중 반도체 마스크의 층 가장자리가 미치는 영향을 도시한다. 도 5a는 1차 전자의 적당한 운동 에너지(LE1)이 약 300eV ~ 400eV인 중간 전위차 DU1을 갖는 조건을 도시한다. 1차 전자 빔은 주사 방향(41)을 따라 표면(25)을 가로질러 주사된다. 상호작용 위치 또는 드웰 포인트(5.1)에서 후방산란된 전자가 생성된다. 유효 수집 각도(19.1)의 모든 후방산란된 전자가 수집되어 이미지 신호에 기여한다. 기판 또는 하부층(51)의 표면 세그먼트(25.1)에 가깝게, 흡수층(53)의 층 가장자리(57)가 배치된다. 흡수층(53)은 약 15nm 내지 100nm, 예를 들어 70nm의 제1 두께(DZ)를 갖고, 예를 들어 실리콘 질화물로 형성된다. 흡수체 층(53)은 제1 층(51)의 표면 세그먼트(25.1)와 78°내지 90° 사이의 경사각(55)를 갖는 가장자리(57)를 형성한다. 동일한 상황이 상호작용 부피 5에 도달할 때 1차 전자의 더 낮은 운동 에너지 LE2 << LE1을 갖는 도 5b에 예시되어 있다. 교정된 전자 현미경의 일반적인 랜딩 에너지는 500eV 미만, 예를 들어 100eV와 200eV 사이 또는 심지어 100eV 미만이다. 150eV 미만 영역에서는 마스크 수리 또는 회로 편집 애플리케이션에 필요한 대로 약 1nm 또는 심지어 1nm 미만의 분해능이 가능하다. 이 예에서, 유효 수집 각도(19.2)는 도 2 내지 도 4에 설명된 바와 같이 증가하여, 예를 들어 화살표(16)로 도시된 바와 같이 매우 큰 각도 하에서 후방산란된 전자도 수집된다. 이들 후방산란된 전자 중 일부는 층(53)에 의해 가려지며, 후방산란된 전자는 다시 흡수되거나 산란된다. 이러한 기하학적 효과는 후방산란된 전자 신호를 감소시키는 반면, 드웰 포인트(5)과 가장자리(57) 사이의 거리가 작을수록 신호는 더 작아진다. 예시를 위해, 후방산란된 전자가 전자 현미경 및 검출기 유닛에 도달할 수 있을 때까지 기하학적 그림자 각도(21)가 도시되어 있다. 이러한 저에너지 후방산란된 전자의 경우, 후방산란된 전자 신호는 드웰 포인트(5), 층 두께(DZ) 및 경사각(55) 사이의 거리(DX)에 따라 달라진다(도 5a 참조). 현재 반도체 마스크의 흡수층의 층 두께(DZ)는 약 60nm~70nm이지만, 50nm 이하로 더 축소하는 것도 가능하다. 후방산란된 전자 신호는 또한 층 가장자리(57)에서의 후방산란된 전자의 산란 및 후방산란된 전자에 의해 층(53) 또는 기판(51)에 축적될 수 있는 임의의 전하 효과에 의해 영향을 받을 수 있다. 도 6은 후방산란된 전자 신호의 층 가장자리 결과를 도시한다. 층 가장자리(57)에 가깝게, 가장자리(57) 방향으로 큰 극각 하에서 방출된 전자는 쉐도잉 또는 지형 효과로 인해 손실되어 검출기에 도달하지 않는다. 중간 LE의 경우, 더 작은 유효 수집 애퍼처(19.1)를 사용하여 소수의 후방산란된 전자만 수집되어 더 큰 상대 잡음 레벨과 더 낮은 신호 대 잡음 비(SNR)를 갖는 더 낮은 후방산란된 전자 신호(61)를 초래한다. 400eV 미만의 낮은 LE에서, 유효 수집 애퍼처(19.2)는 상당히 증가하고 더 많은 수의 후방산란된 전자가 수집되어 더 높은 SNR을 갖는 더 큰 후방산란된 전자 신호(63)를 유도한다. 더 큰 수집 각도(19.2)로 인해 쉐도잉의 영향도 증가하여 예를 들어 최대 50nm 이상의 거리와 같이 층 가장자리까지 더 먼 거리에서도 후방산란된 전자 수율이 더 크게 감소한다. 신호 61과 63 모두 테스트 샘플의 두 가지 재료(이산화 규소 대 질화 규소)에 대해 후방산란된 전자 수율의 차이를 보여 주지만 특히 낮은 LE 신호(63)는 섀도우 또는 층 가장자리(57)로부터의 지형 효과로 인한 신호의 강한 교란과 얽혀 있다. 기존 이미징 기술을 사용하는 기존 현미경에서, 증가된 지형 신호(67)는 약 50nm의 확장에 도달할 수 있으므로, 예를 들어 50nm 미만의 거리를 가진 마스크 구조는 더 이상 마스크 수리 작업의 필요한 정밀도로 검출될 수 없다.
본 발명에 따르면, 낮은 LE 이미징에서 증가된 지형 신호(67)는 nm 정확도 내의 가장자리 위치 및 가장자리 기울기, 예를 들어 경사각(55)을 포함하는 가장자리에 대한 정보를 추출하는 데 활용된다. EUV 마스크에 대한 감쇠된 위상 편이 마스크의 경사각의 경우 예를 들어 81°에서 86° 사이일 수 있다. 본 발명의 추가 측면에 따르면, 지형 효과를 고려함으로써 마스크 수리의 공정 제어가 개선된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 교정된 전자 현미경(CSEM)(1)의 추가 세부사항을 도시한다. CSEM(1)은 위에서 설명한 마스크 수리 및 회로 편집 응용 분야에 필요한 고해상도와 정확도를 갖춘 저에너지 후방산란된 전자 이미징에 적합하다. 교정된 전자 현미경(1)은 교정된 빔 형성 유닛(1400), 빔 분할 유닛(1500), 1차 빔 포커싱 유닛(1100) 및 검출 유닛(1600)을 포함한다.
교정된 빔 형성 유닛(1400)은 1차 전자 빔(3)을 생성하기 위한 전자 빔 생성기(1301)를 포함한다. 1차 전자 빔(3)은 제1 광축(OA1)에 대응하는 빔 경로를 따라 안내된다. 1차 전자 빔(3)을 시준, 집광 및 결상하기 위해, 제1 정전 렌즈(1403), 제2 정전 렌즈(1405), 제3 정전 렌즈(1409)가 사용된다. 렌즈(1403, 1405)로 구성된 집광 광학 유닛은 전자 소스(1301)로부터 수집된 전자 빔 전류의 조정을 위한 추가 집광 렌즈를 또한 포함할 수 있다. 조정 및 제어를 위해, 제1 정전기 또는 자기 빔 편향 유닛(1407)이 1차 빔 경로 내에 배열된다. 제1 편향 유닛(1407)은 4중극 또는 8극 유닛으로 설정될 수 있고 측면 조정, 빔 방향 조정 및/또는 1차 전자 빔(3.0)의 비점수차(astigmatic) 형상의 조정을 위해 구성될 수 있다. 제1 편향 유닛(1407)은 제1 다중 극 유닛 및 제2 후속 다중 극 유닛을 포함할 수 있다. 제1 다중극 유닛과 제2 다중극 유닛을 사용하면, 1차 전자 빔(3)은 제3 정전기 렌즈(1409)의 축과 제2 빔 편향 유닛(1411)의 입사 창에 대해 조정될 수 있다. 제2 편향 유닛(1411)으로, 1차 전자 빔은 제1 광축(OA1)에 대해 30°내지 120°사이의 각도에 있는 제2 광축(OA2)의 방향으로 편향된다. 제2 빔 편향 유닛(1411)의 더 자세한 내용은 본 명세서에 참조로 포함된 US 6,855,939 BB에 설명되어 있다.
그 다음, 1차 전자 빔(3.0)은 제2 광축(OA2)을 따라 제3 편향 유닛(1413)을 거쳐 정전 거울(1415)로 안내된다. 정전 거울(1415)에서, 1차 전자 빔(3)은 반사되고 색수차, 구면 수차 및 필드 곡률은 적어도 부분적으로 수정되고 교정된 1차 전자 빔(3.1)이 형성된다. 정전 거울(1415)로 또는 정전 거울로부터의 경로에서, 1차 전자(3)는 적어도 하나의 정전 렌즈(미도시)를 더 통과할 수 있다. 교정된 1차 전자 빔(3.1)은 제2 광축(OA2)을 따라 전파되어 빔 편향 장치(1411)에 다시 진입한다. 제1 빔 편향 장치(1411)의 자기 섹터에서, 반사된 1차 빔(3.1)은 입사 1차 빔(3.0)으로부터 분리되어 빔 분할기 유닛(1500)으로 안내된다. 빔 분할기 유닛(1500)은 교정된 1차 전자 빔(3.1)을 제3 광학 축(105)으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 자기 섹터를 포함한다. 빔 분할기 유닛(1500)은 추가 자기 섹터 또는 정전기 요소를 포함할 수 있다. 빔 분할기 유닛(1500)으로부터의 교정된 입자 빔(3.1)의 전자는 제3 광학 축(105)을 따라 전파되어 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 들어간다. 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 교정된 1차 빔(3.1)을 검사하기로 되어 있는 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱한다. 1차 빔 포커싱 유닛(1100) 내에서, 교정된 1차 전자 빔(3.1)은 스캐닝 편향기(1110)에 의해 편향되고 대물렌즈(1102)에 의해 포커싱되어 샘플(7)의 표면(25)에 높은 이미징 해상도와 낮은 직경의 교정된 전자 초점을 형성한다. 대물렌즈(1102)는 자기 렌즈와 정전 렌즈의 조합으로 구현될 수 있다. 정전 거울(1415)에 의한 대물렌즈(1102)의 색수차 및 구면수차의 교정은 1차 전자의 가속 전압을 낮추어 1차 전자의 랜딩 에너지(LE)를 낮추는 것을 허용한다. 고해상도에 필요한 낮은 랜딩 에너지(LE)를 달성하기 위해 전자 빔(3.1)의 1차 전자는 침지 필드(F)에 의해 감속된다(도 2 참조). 샘플 스테이지(500) 위에는 침지 필드(F)를 생성하기 위한 전극(33)이 배열되어 있다. 이 예에서, 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 고정 전위에서 빔 유도 또는 라이너 튜브(35)를 더 포함하여 1차 전자(3)의 자유 드리프트 공간을 형성한다. 빔 유도관의 하단 또는 빔 출구 끝은 전극(33)을 형성한다. 빔 유도관(35)을 떠난 후, 교정된 전자 빔(3.1)의 전자는 침지 필드에 의해 샘플(7)의 전위로 감속된다. 웨이퍼 또는 마스크와 같은 샘플(7)은 샘플 홀더(미도시)를 통해 이동 가능한 샘플 스테이지(500)에 배치된다. 샘플 홀더를 통해, 예를 들어 스테이지 제어 유닛(850)에 의해 샘플(7)에 전위 U2가 제공된다. 전위 U2는 U2 = 0V 인 접지 전위 또는 그보다 높은 전위일 수 있다. 샘플 스테이지(500)는 예를 들어 교정된 전자 현미경(1)의 이미지 평면(101)에 대해 6개의 자유도로 샘플 표면(25)을 위치시키기 위한 6개의 액츄에이터를 포함할 수 있다.
침지 필드(F)는 샘플(7)의 표면(25)의 전하 효과에 민감하다. 실시예의 예에서, 차폐 전극은 1차 빔 포커싱 유닛(1100)에 부착된다. 차폐 전극을 사용하면, 샘플 표면(25)의 전하 효과에 의해 정전기장은 차폐되고 침지 필드는 영향을 받지 않는다. 도 8은 일 예에서 차폐 전극(31)의 배열을 도시한다. 차폐 전극(31)은 전도성 재료로 이루어진 그리드로 형성되며, 제2 전압(U2)과 연결된다. 전극 재료는 예를 들어 구리, 은일 수 있고, 또는 구리, 은, 니켈 또는 금으로 코팅된 그리드일 수 있다. 그리드 전극은 두께가 대략 10μm이고 적어도 직경이 약 30μm인 개구 또는 애퍼처를 가지고 있다.
예시에서, 그리드 전극(31)에 인가되는 제2 전압(U2)은 접지 레벨 0V와 동일할 수 있으나, 다른 전압도 가능하다. 빔 라이너 튜브(35)의 하단은 제1 전압(U1)이 인가되는 대향 전극(33)을 형성한다. 제1 전압(U1)은 1kV에서 10kV 사이일 수 있다. 교정된 1차 전자 빔(3.1)은 예를 들어 EHT = U1 + dU의 약간 더 높은 운동 에너지 EHT를 사용하여 빔 라이너 튜브(35)에 들어가고 라이너 튜브(35)를 통해 드리프트한다. 전극(33)과 그리드 전극(31) 사이의 침지 필드에서 감속 후에, 1차 전자 빔(3.1)은 dU의 운동에너지를 갖는다. 에너지 차이 dU는 500eV에서 50eV 사이 또는 그 이하일 수 있다. 1차 전자 빔(3.1)은 적어도 하나의 애퍼처에서 그리드 전극(31)을 통과한다. 그리드 전극(31)은 샘플 표면에 대해 20μm 미만, 바람직하게는 15μm 미만의 작은 거리만큼 이격되어 있다. 그리드 전극(31)과 대향 전극(33) 사이의 침지 필드에 의해 감속된 전자는 소위 축 간격 렌즈로서 형성된 대물렌즈(1102)에 의해 샘플 표면(25)에 포커싱된다. 대물렌즈(1102)는 적어도 제1 코일(1104)과 요크(1106)를 갖는 자기 렌즈로 형성된다. 요크(1106)의 상부 극 슈(1115)와 하부 극 슈(1113)는 축 간극(1108)을 형성하여 자기 침지 필드가 최소화된다. 그러나 예를 들어 방사형 간격이 있는 다른 대물렌즈도 가능하다. 1차 전자 초점(5)은 주사 편향기(1110.1, 1110.2)로 스캔된 렌즈와 래스터의 표면에 형성된다. 샘플(7)은 이 예에서 제2 전압(U2)와 비교하여 동일하거나 낮을 수 있는 제3 전압 U3(U3 ≤ U2)의 제3 전위에 연결된다. 이로써, dU 이하의 낮은 랜딩 에너지가 달성된다. 예시에서, 제2 및 제3 전압(U2 및 U3)은 모두 동일하게 설정되고 그리드 전극(31) 및 샘플(7)은 모두 접지 레벨에 연결된다. 그러면 1차 전자의 랜딩 에너지(LE)는 라이너 튜브 전위 U1에 대한 1차 전자(3.1)의 가속 전압의 운동 에너지의 차이 dU와 같다. 제3 예에서, 제3 전압 또는 전위 U3는 U2보다 크다. 이로써 수집 각도(19)는 정밀하게 조정될 수 있다. 이 예에서, 제3 전압 또는 전위 U3은 바람직하게는 U1과 U2 사이에 있으며, U1 > U3 > U2 이다.
이 예의 스캐닝 편향기(1110)는 자기 편향기이며 먼저 샘플의 표면(25) 위에서 1차 빔렛(3.1)을 편향시키는 역할을 하고 두 번째로 표면(25)의 법선에 배치되어야 하는 1차 빔 포커싱 유닛(1100)의 광축(105)에 대해 1차 빔렛(3.1)의 각도를 조정하는 역할을 한다. 도 8의 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 그리드 전극과 라이너 튜브(35) 사이에 배열된 제1 정전 다중극 교정기(1123)를 더 포함한다. 이로써, 침지 필드가 영향을 받을 수 있고, 스캐닝 편향기(1110.1, 1110.2)를 사용하는 스캐닝 작업 중에 빔 수차를 최소화할 수 있다. 제1 정전기 다중 극 교정기(1123)는 예를 들어 수리 작업 동안 제1 정전기 다중 극 교정기(1123)의 정전기 극을 사용하는 고속 스캐닝 모드에서 샘플(7)의 표면(25) 위에 1차 전자 빔(3)을 스캔하는 데 추가로 사용될 수 있다. 제1 정전기 다중극 교정기(1123)는 예를 들어 8극 교정기 또는 12극을 갖는 교정기일 수 있으며, 1차 빔릿의 비점수차 또는 세엽 수차(trefoil aberration)를 교정하도록 구성된다. 제2 자기 다중극 교정기(1121)는 대물렌즈(1102) 내부 및 라이너 튜브(35) 주위에 배치될 수 있다. 1차 빔 포커싱 유닛(1100)의 이러한 배치로, 매우 높은 해상도와 매우 낮은 랜딩 에너지가 가능하다. 이러한 배열을 사용하면 후방산란된 전자의 큰 각도 스펙트럼 수집이 가능하며 위에서 설명한 사양 요구 사항을 갖춘 마스크 검사 또는 수리 응용이 가능하다.
이제 제1 실시예에 따른 교정된 전자 현미경(1)에 대한 설명이 도 7의 설명에서 계속된다. 교정된 전자 빔(3.1)은 샘플(7)에 초점을 맞춰 상호 작용 볼륨(5) 또는 드웰 포인트(5)으로 들어가고 거기에서 샘플(7)과 상호 작용하며, 그리고 2차 및 후방산란된 전자(9)는 도 2 및 3에서 전술한 바와 같이 생성된다. 2차 전자 또는 후방산란된 전자는 전술한 바와 같이 침지 필드에 의해 다시 가속된다. 후방산란된 전자는 대물렌즈(1102)에 의해 이미징되어 드웰 포인트(5)의 중간 이미지를 형성한다. 중간 이미지 위치(도시되지 않음)에서, 애퍼처(1850)는 2차 전자를 검출하기 위해 렌즈 내 검출기로 위치될 수 있다. 후방산란된 전자(9)는 렌즈 내 검출기의 애퍼처(1850)를 통과하여 빔 분할기 유닛(1500)으로 들어간다. 빔 분할기 유닛(1500)에서 후방산란된 전자는 교정된 1차 전자 빔(3.1)과 반대 방향으로 전파되어 다른 빔 경로를 따라 편향된다. 후방산란된 전자 빔(9)은 검출 유닛(1600)으로 들어간다. 검출 유닛(1600)은 제4 편향 유닛 또는 분산 유닛(1611), 후방산란된 전자 빔(9)을 변위시키기 위한 제5 편향 유닛(1603), 이미지 형성 렌즈(1605) 및 전자 에너지 필터(1607)의 역할을 하는 그리드 전극을 포함한다. 검출 유닛(1600)은 적어도 제1 검출기 세그먼트(1801) 및 바람직하게는 적어도 제2 후방산란된 전자 검출기 세그먼트(1802)를 갖는 전자 검출기를 추가로 포함한다. 검출 유닛(1600)은 렌즈(1605) 하류에 제6 편향 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 이에 의해 변위된 후방산란된 전자 빔(9)의 각도가 제어될 수 있다.
제4 편향 유닛 또는 분산 유닛(1611)을 통과한 후, 후방산란된 전자 빔은 제4 광학 축(OA4)을 따라 무게 중심을 이동한다. 제4 편향 유닛 또는 분산 유닛(1611)은 운동 에너지에 따라 편향 각도 또는 후방산란된 전자를 제어할 수 있는 빈 편향기(Wien deflector)로 동작할 수 있다. 후방산란된 전자의 운동 에너지는 비탄성 산란 공정과 침지 필드(F)의 집속력으로 인해 1차 전자의 운동 에너지에서 벗어날 수 있다. 침지 필드(F) 분산은 후방산란된 전자를 광축(105)의 동일한 방향으로 가속시켜서, 높은 산란 각도에서 후방산란된 전자의 운동 에너지를 증가시킬 수 있다. 제4 편향 유닛 또는 분산 유닛(1611)을 사용하면, 미리 결정된 양의 분산 교정 또는 분산 보상이 달성될 수 있고 운동 에너지와 관련하여 후방산란된 전자의 효율적인 필터링이 가능해진다. 제5 편향 유닛(1603)은 후방산란된 전자 빔(9)을 편향시키기 위한 제1 다중 극 유닛 및 제2 후속 다중 극 유닛을 포함할 수 있다. 이에 의해, 후방산란된 전자의 특정 에너지 스펙트럼 또는 특정 각도 스펙트럼은 후방산란된 전자 검출기(1800)의 방향으로 편향될 수 있다. 후방산란된 전자 검출기(1800)는 이 예에서 제1 전자 검출기 세그먼트(1801.1) 및 제2 전자 검출기 세그먼트(1801.2)를 포함한다. 전자 렌즈(1605)는 자기 렌즈 또는 정전 렌즈일 수 있다. 렌즈(1605)를 사용하여, 후방산란된 전자 빔(9)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 및 에너지 스펙트럼의 훨씬 더 상세한 선택을 위해 검출기 요소에 초점에서 벗어나거나 초점을 맞출 수 있다. 에너지 필터(1607)는 예를 들어 낮은 에너지 후방산란된 전자를 차단하기 위하여 특정 반발 전위에 있는 철망일 수 있다. 이러한 에너지 필터는 임계 에너지 아래에서 후방산란된 전자를 차단하는 고역 통과 에너지 필터 역할을 한다. 이로써 더욱 구체적인 에너지 필터링이 달성될 수 있다. 검출 유닛(1600)은 후방산란된 전자 빔(9)의 잔류 스캐닝 오류를 보상하기 위한 안티 스캔 편향 유닛과 같은 추가 요소를 포함할 수 있다. 후방산란된 전자 빔(9)은 교정된 기본 빔과 동일한 스캐닝 편향기(1110)를 통과하지만 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 교정된 1차 전자 빔(3.1)과 비교하여 약간 다른 에너지 또는 각도로 스캐닝 편향기(1110)를 가로지르는 후방산란된 전자의 서로 다른 빔 경로로 인해 1차 빔렛과 비교하여 스캐닝 편향기(1110)의 스캐닝 동작의 약간의 잔류 스캐닝 오류가 발생할 수 있다.
그러나, 교정된 전자 현미경(1)은 90도의 편향각으로 제한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 오히려, 임의의 적절한 편향 각도는 빔 편향 유닛(1411, 1500, 1611)에 의해 예를 들어 30도 내지 90도 또는 심지어 110도 사이에서 선택될 수 있으므로, 제1 광학 축(OA1)은 제3 광학 축(105)에 평행할 필요가 없고 제2 광학 축(OA2)은 제4 광학 축(OA4)과 평행할 필요는 없다. CSEM(1)의 이 예는 예를 들어 색수차 및/또는 구면 수차를 교정하기 위한 거울 교정기를 포함한다. 그러나 교정된 전자 현미경(1)은 거울 교정기를 갖춘 SEM에만 국한되지 않는다. 오히려, 입자 빔 장치의 다른 유형의 교정 유닛, 예를 들어 일련의 8극 교정기 및/또는 Wien 필터도 가능하다. 에너지 필터(1607)는 반발 필드에 제한되지 않고 빈(Wien) 필터 또는 다른 에너지 필터도 포함할 수 있다.
교정된 빔 형성 유닛(1400)은 제어 유닛(800)의 구성요소인 빔 형성 제어 유닛(840)에 연결된다. 제어 유닛(800)의 또 다른 구성요소는 스테이지 제어기(850)로, 이에 의해 스테이지(500)의 정렬 및 이동이 제어되고, 이를 통해 샘플 전위 U2가 제공되고 제어될 수 있다. 제어 유닛(800)은 스캐닝 및 포커싱 제어 유닛(810)을 통해 1차 전자 빔 포커싱 유닛(1100)에 더 연결된다. 제어 유닛(800)의 또 다른 구성요소는 검출 제어 유닛(860)이며, 이에 의해 분산 유닛(1611), 제5 편향 유닛(1603), 포커싱 렌즈(1603) 및 에너지 필터(1607)의 동작이 제어된다. 이미지 획득 유닛(880)은 후방산란된 전자 신호를 획득하고 신호를 디지털 이미지 데이터로 변환하기 위해 후방산란된 전자 검출기(1800)에 연결된다.
검출 제어 유닛(860)은 제1 동작 모드 및 적어도 제2 동작 모드에서 분산 유닛(1611), 제5 편향 유닛(1603), 포커싱 렌즈(1603) 및 에너지 필터(1607)를 제어하도록 구성된다. 제1 작동 모드에서, 제1 에너지 스펙트럼을 갖는 후방산란된 전자의 미리 결정된 제1 각도 스펙트럼 세그먼트가 수집되고, 제2 작동 모드에서, 제2 에너지 스펙트럼을 갖는 후방산란된 전자의 미리 결정된 제2 각도 스펙트럼 세그먼트가 수집되고, 여기서 적어도 제1 및 제2 각도 스펙트럼, 또는 제1 및 제2 에너지 스펙트럼, 또는 둘 다는 서로 다르다. 제어 유닛(800)는 검출 유닛(1600)의 적어도 두 가지 동작 모드 사이에서 선택적으로 전환하도록 더 구성된다. 이를 통해 후방산란된 전자의 각도 분포 또는 에너지 분포로부터 지형 정보를 추출할 수 있다. 일 예에서, 제어 유닛(800)은 적어도 두 가지 동작 모드에 의해 획득된 이미지 데이터를 분석하고, 분석으로부터 지형 정보를 추출하도록 구성된다. 일 예에서, 제어 유닛(800)은 제1 및 제2 검출기 세그먼트(1801.1, 1801.2)에 의해 개별적으로 획득된 이미지 데이터를 분석하고 분석으로부터 지형 정보를 추출하도록 구성된다. 일 예에서, 검출기(1800)는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 및 에너지 스펙트럼의 보다 상세한 분석을 위해 더 많은 검출기 세그먼트, 예를 들어 4개의 검출기 세그먼트, 7개 또는 9개의 검출기 세그먼트, 또는 훨씬 더 많은 검출기 세그먼트를 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 교정된 전자 현미경(1) 및 마스크 수리용 장치(1000)의 작동의 보다 상세한 것은 본 발명의 제2 실시예에서 설명될 것이다.
제1 실시예에 따른 장치를 사용하면 후방산란된 각도 스펙트럼에 대한 완전한 액세스가 가능하다. 검출 시스템(1600)을 사용하면 운동량 분포에 대한 정보를 얻는 것이 가능하다. 운동량 분포와 각도 스펙트럼은 유사한 에너지의 후방산란된 전자에 대해 유사하다. 따라서 각도 또는 에너지 분포의 다양한 부분을 교정된 저에너지 전자 현미경(1)을 사용하여 고해상도 이미징을 위한 동적 이미지 획득에 사용할 수 있다. 이를 통해 지형 정보에서 재료 대비를 분리하고 마스크 검사 또는 마스크 수리 응용의 해상도와 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 제2 실시예 에 따르면, 마스크 수리를 위한 마스크 검사 방법이 제공된다. 제2 실시예에 따른 방법이 도 9에 도시되어 있다.
단계 S1에서 마스크 또는 웨이퍼의 검사 부위는 스테이지(500)와 정렬된다. 일련의 검사 부위, 예를 들어 마스크 수리 공정의 위치는 예를 들어 마스크의 에어리얼 이미지 생성에 의해 또는 인쇄된 웨이퍼의 분석으로부터 결정된다. 본 발명에 따른 장치에서, 마스크 또는 웨이퍼의 좌표계가 등록되고, 마스크는 이미지 평면(101) 내에 정렬되고, 제1 검사 부위는 장치(1000)의 광축(105)에 정렬된다(도 1 및 도 6 참조). 등록 및 정렬을 위한 몇 가지 알려진 방법이 적용될 수 있다.
단계 S2에서는 검사 부위의 고해상도 촬영을 위한 적어도 2개의 이미징 모드를 선택한다. 지형 효과를 검출 및 추출하고 재료 대비 효과에서 지형 효과를 분리하기 위해 적어도 두 가지 검사 모드가 선택된다. 각각의 검사 모드에 대해, 분산 요소(1611), 편향 유닛(1603), 렌즈(1605) 및 에너지 필터(1607) 중 적어도 하나에 대한 파라미터를 포함하는 검출 유닛(1600)의 적어도 하나의 조정 요소의 파라미터 세트가 선택된다. 고해상도 이미징을 위한 각 이미징 모드는 LE < 500eV 예를 들어 400eV 미만의 LE 또는 심지어 200eV 미만, 예를 들면 150eV의 낮은 운동 에너지 전자로 작동한다. 고해상도 이미징을 위한 각 이미징 모드는 동일한 LE 또는 서로 다른 LE에서 작동할 수 있다, 예를 들면 제1 LE1 = 200eV 및 제2 LE2 = 150eV.
단계 S3에서는 기본 이미징 모드로 검사 부위의 제1 이미지를 획득한다. 기본 이미징 모드는 단계 S2의 선택에 따른 고해상도 이미징을 위한 제1 이미징 모드이거나 다른 이미징 모드일 수 있다.
단계 S4에서는 단계 S3에서 획득한 이미지를 이용하여 후속 이미징 모드에서 후속 이미지가 필요한지 여부를 판단한다. 결정은 다음 구성요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
4a) 이미지가 검사 부위의 예상 특징을 포함하는지 여부와 측정할 예상 특징이 예상 방향을 가지고 있는지 여부가 결정된다. 검사 부위의 정렬에 오류가 있는 경우에는 방법은 S1 단계부터 다시 시작한다.
4b) 적어도 2개의 서로 다른 이미징 모드의 목록에 따른 제1 이미지와 적어도 제2 이미지가 획득되었는지 또는 일부 검사 모드에 따른 이미지가 누락되었는지 여부를 판단한다. 검사 모드에 따른 추가 이미지가 누락된 경우, 방법은 단계 S5로 계속된다. 단계 S2의 선택에 따른 적어도 두 가지 이미징 모드에 따른 모든 이미지가 획득되면, 방법은 단계 S6으로 계속된다.
단계 S5에서는, 단계 S2에 따른 적어도 2개의 이미징 모드의 목록 중 다음 검사 모드가 선택되고 이에 따라 교정된 전자 현미경(1)의 매개변수가 조정된다. CSEM 1의 이미징 모드가 변경되고 저에너지 전자를 사용하는 CSEM 1의 제2 고해상도 이미징 모드가 설치된다. 제1 고해상도 이미징 모드에서 제2 또는 추가 고해상도 이미징 모드로의 이미징 모드의 변경은 분산 요소(1611), 편향 유닛(1603), 렌즈(1605) 및 에너지 필터(1607) 중 적어도 하나에 대한 매개변수를 포함하는 검출 유닛(1600)에 대한 매개변수의 변경을 포함한다. 고해상도 이미징을 위한 각각의 이미징 모드는 LE < 500eV, 예를 들어 400eV 미만의 LE, 또는 심지어 200eV 미만, 예를 들어 150eV인 낮은 운동 에너지 전자로 작동한다. 고해상도 이미징을 위한 각 이미징 모드는 동일한 LE 또는 서로 다른 LE, 예를 들면 제1 LE1 = 200eV 및 제2 LE2 = 150eV, 에서 작동할 수 있다.
S3 단계에 따른 이미지 획득이 반복되고, 후속 이미지가 획득된다. 적어도 두 가지 이미징 모드에 따른 모든 이미지가 얻어질 때까지 단계 S3 내지 S5를 반복하여, 한 세트의 이미지를 획득한다. 단계 S2의 선택에 따른 이미지 세트의 모든 이미지가 획득되면, 방법은 단계 S6으로 계속된다.
단계 S6에서는 이미지 세트가 분석되고 다음 측정 결과 중 적어도 하나가 추출된다.
a)
재료 대비로부터 지형 정보를 추출하거나 분리한다.
b)
층 가장자리의 가장자리 위치는 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 더욱 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정된다.
c)
피처 치수는 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정된다.
d)
가장자리 기울기가 결정된다
e)
가장자리 거칠기가 결정된다.
f)
미세 결함, 예를 들어 오염 입자가 확인된다.
단계 S7에서는 추출된 측정 결과를 분석하여 수리 프로세스 또는 편집 프로세스를 결정하고 시작 또는 종료한다.
단계 S8에서는,
a)
S1~S7 단계에 따른 검사 및 수리 과정을 동일한 검사 부위에서 반복해야 하는지 여부, 또는
b)
이 방법은 다음 검사 부위에서 계속될 수 있는지 여부, 또는
c)
마스크 또는 웨이퍼 검사가 끝났으며 새 마스크 또는 웨이퍼를 사용하여 방법을 다시 시작할 수 있는지 여부가 결정된다.
다음으로, 단계 S2에 따른 이미징 모드의 선택에 대해 더 자세히 설명한다. 본 발명에 따른 검사의 예가 도 10 에 도시되어 있다. 도 10a)는 도 5b에 도시된 상황과 유사하며, 예를 들어 약 70°의 수집 각도(19.2)는 약 125eV의 1차 전자 에너지 EHT에 대응한다. 검사 위치 또는 드웰 포인트(5)은 기판(51) 상의 층(53)의 가장자리(57)까지 거리(DX)에 있다. 층(53)의 두께는 예를 들어 70nm이다. 도 5b의 지형 효과에 대한 단순화된 예시에서와 같이, 가장자리는 그림자 각도(21)에 의해 제한되는 그림자 영역을 형성한다. 도 10b는 제1 이미징 모드의 검출 유닛(1600)을 도시하며, 이는 교정된 전자 현미경(1)의 기존 이미징 작업과 유사하다. 분산 요소(1611)는 분산의 표준 교정으로 설정된다. 분산 유닛(1611) 이후, 후방산란된 전자 빔(9)은 경계선(919)으로 도시된 발산을 갖는다. 발산은 제4 광학 축(OA4)에 대해 대칭으로 배열된 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼 또는 운동량 분포에 대응한다. 검출 유닛(1600)의 편향 시스템(1603)은 오프 상태이다. 렌즈(1605)도 오프 스테이지에 있다. 이 예에서, 검출 유닛(1600)은 개구 조리개(1613)를 더 포함한다. 전자 검출기(1800)의 제1 검출기 요소(1801)는 개구 조리개(1613)의 하류에 배열되어 수집된 각도 스펙트럼 또는 운동량 스펙트럼을 각도(931)로 표시된 후방산란된 전자 빔의 좌표(px, py)로 제한한다. 도면의 아래쪽에서, 후방산란된 전자의 수집된 각도 스펙트럼은 층 가장자리(57)의 그림자 각도(921)에 의해 추가로 제한된다. 이 그림에서 양의 운동량 방향(px)은 z축에 평행하다. 도 10c는 좌표가 px 및 py인 각 또는 운동량 공간에서 수집된 후방산란된 전자 분포(925)를 도시한다. 도면은 교정된 전자 현미경(1)의 최대 수집 각도(919), 그림자 각도 선(921) 및 개구 조리개(1613)에 해당하는 수집 애퍼처(931)를 도시한다. 수집된 후방산란된 전자 신호는 원(931)에 대한 적분에 해당한다.
도 11은 본 발명에 따른 이미징 모드의 세 가지 예를 도시한다. 설명의 이유로 애퍼처(1613)에 따른 수용 각도 제한(921)이 도면에 포함되어 있다. 도 11a는 검출 유닛(1600)이 편향기(1603)에 의해 후방산란된 전자 빔(9)의 음의 px 방향으로 제1 편향(603)을 달성하도록 제어되는 제1 이미징 모드를 도시한다. 이에 따라, 층 가장자리의 지형 효과가 최대로 증가된다. 도 11b는 포커싱 렌즈(1605)의 포커싱 작용(605)의 효과를 달성하기 위해 검출 유닛(1600)이 제어되는 제2 이미징 모드를 예시한다. 이 예에서, 렌즈(1605)의 포커싱 파워는 후방산란된 전자 스펙트럼의 최대 수집 각도(919)가 개구 조리개(1613)의 수용 각도에 대응하도록 조정된다. 이로써 후방산란된 전자 빔(9)으로부터 후방산란된 전자의 수집 효율이 최대로 증가된다.
도 11c는 검출 유닛(1600)이 편향기(1603)를 통해 양의 px 방향으로 제2 편향(607)을 달성하도록 제어되는 제3 이미징 모드를 예시한다. 이로써, 층 가장자리(57)의 지형 효과가 최소로 감소된다. 대응하는 도 12a 내지 도 12c는 도 10a에 따른 층 가장자리(57)의 예에서 세 가지 이미징 모드의 검출된 각도 분포(925.1 내지 925.3)에 대한 효과를 도시한다. 섀도우 라인(921)은 수집된 후방산란된 전자 분포(919)에 대해 변하지 않는다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 음의 px 방향의 제1 편향(603)으로 인해 양의 x 방향으로 산란되는 더 많은 후방산란된 전자가 수집되고 검출되고, 결과적으로 후방산란된 것의 더 큰 부분이 층 가장자리(57)의 그림자 효과로 인해 손실된다. 도 12b는 수집 각도(919)에 의해 제한되는 완전한 후방산란된 전자 스펙트럼이 검출되는 경우를 예시한다. 여기서 신호는 최대치에 도달한다. 도 12c는 양의 px 방향에서 제2 편향(605)의 효과를 도시하며, 여기서 쉐도잉 효과의 지형 효과의 영향은 최소로 감소된다. 도 13은 세 가지 이미징 모드에 따라 x 방향으로 층 가장자리(57)를 가로지르는 라인 스캔의 세 가지 강도 신호를 비교한다. 제1 강도 신호(925.1)는 제1 이미징 모드에 대응하고, 제2 강도 신호(925.2)는 제2 이미징 모드에 대응하고, 제3 강도 신호(925.3)는 제3 이미징 모드에 대응한다. 수집된 후방산란된 전자 신호 강도는 제2 이미징 모드(929.2)에서 최대 강도(929.2)에 도달한다. 그러나 제2 이미징 모드에서는 기판(51)과 층(53)의 후방산란된 전자 강도 사이의 재료 대비에 큰 지형 효과가 중첩된다. 지형 효과는 제1 이미징 모드에서 더욱 향상되며, 여기서 그림자 영역에서는 후방산란된 강도가 거의 완전히 사라지고 후방산란된 전자 강도의 최소 강도(927.1)는 거의 0 강도에 도달한다. 최소 후방산란된 전자 강도는 측벽 각도(55)(도 5 참조)에 따라 달라지며 측벽 각도(55)를 결정하기 위한 척도로 사용될 수 있다. 제3 이미징 모드에서는 그림자로 인한 지형 효과가 최소로 감소하고 검출된 후방산란된 전자 강도(925.3)는 층 가장자리의 경사각에 대응하거나 측벽의 겉보기 폭(apparent width)에 대응하는 신호에 의해 중첩될 수 있다. 제3 이미징 모드의 최소 강도 927.3은 훨씬 더 크며 90°에서 경사각의 큰 편차에 대해 완전히 사라질 수 있다. 최소 위치 Mx3은 예를 들어 x = 0에서 제2 강도(925.2)의 최소 위치에 대해 약간 이동될 수 있다. 최소 위치 Mx3도 측벽 각도에 따라 달라진다. 그림자 영역 dx1, dx2 및 dx3의 확장은 세 가지 이미징 모드에서 현저히 상이하다.
단계 2에 따른 이미징 모드의 선택은 예를 들어 층 가장자리 또는 층 계단의 방향으로부터, 층 가장자리의 예상 경사각으로부터 선험적 정보에 따라 수행될 수 있다. 선험적 정보는 CAD 정보나 마스크나 웨이퍼의 이전 측정에서 추출할 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어 CAD 정보를 기반으로 이미징 모드를 자동으로 선택할 수 있다. 다른 시나리오에서는 제1 이미지를 얻고 분석할 수 있다. 이를 통해 층 방향과 지형 효과가 결정된다. 분석 결과에 따라 추가 이미징 모드 세트가 자동으로 파생될 수 있다. 제3 옵션으로, 사용자 입력을 위해 구성된 사용자 인터페이스를 통해 이미징 모드 세트를 선택할 수 있다. 제4 옵션에서, 선택은 기본 모드에서 수행되며, 예를 들어 px 및 py 방향 각각에서 편향 유닛(1603)의 2개의 편향 동작을 갖는 적어도 4개의 이미징 모드가 수행된다. 선택적으로, 렌즈(1605)의 포커싱 동작 또는 추가 동작을 포함하는 제5 이미징 모드가 기본 이미징 모드 세트에 포함된다.
단계 6에 따르면, J개의 이미징 모드 세트에 따른 J 강도 세트 I(j)가 평가되고 층 가장자리(57)의 위치와 층 가장자리의 경사각(55)이 결정된다. 제1 예에서, 결정은 J개의 기록 강도 세트의 서로 다른 값으로부터, 예를 들어 그림자 영역의 폭 dx(j), 최소 강도 값 min(j)(도 13의 참조 번호 927.1 내지 927.3) 및 최소 강도 위치 Mx(j)로부터 분석적으로 얻어진다. 강도의 경사각, 예를 들어 예상되는 층 가장자리(57)의 위치에서 제3 이미징 모드에 따른 강도의 접선(935.3)에 해당하는 경사 dI(3)을 평가하는 것도 가능하다.
추가 값은 각 이미징 모드에 대한 강도(도 13에서 참조 번호 925.1 내지 925.3)의 최대 강도 값 최대(J)(도 13의 참조 번호 929.1 내지 929.3에 해당)와 기판의 강도 값(지형 효과의 왼쪽, 도 13의 참조 번호 933.1 내지 933.3 참조)이 될 수 있다. 이 값은 참조 측정에서 얻은 층 가장자리의 일반적인 값이나 시뮬레이션 결과와 비교할 수 있다. 제2 예에서는 dx(j), Mx(j), 기울기 dI(j), 최대값 Max(j) 및 최소값 Min(j)에 대한 측정값과 추가 매개변수를 예를 들어 가장자리 위치와 경사각을 모델 매개변수로 갖는 기하학적 모델에 따른 모델 기반 시뮬레이션에서 사용할 수 있다. 제3 예에서, J 강도 세트 I(j)는 기계 학습 알고리즘으로 분석될 수 있으며, 이는 층 가장자리의 복수의 훈련 이미지로부터 얻은 여러 기준 강도 세트에 의해 훈련된다. 훈련 강도는 교정된 참조 객체의 측정에 의해 또는 시뮬레이션(예: 알려진 구조 매개변수가 있는 모델의 Mont Carlo 시뮬레이션)을 통해 얻을 수 있다. 검증된 구조 매개변수가 포함된 각 측정 결과는 훈련 데이터에 지속적으로 추가될 수 있으며 기계 학습 알고리즘은 즉시 수정 및 개선될 수 있다.
위에서 설명한 방법에서, 서로 다른 이미징 모드에 따른 이미지 강도는 일련의 이미지 스캔을 통해 순차적으로 획득된다. 그러나 하나의 이미지 스캔 내에서 서로 다른 이미지 강도를 얻는 것도 가능하며, 여기서 서로 다른 이미징 모드는 이미지 스캔 동안 각각의 드웰 포인트(5)에서 순차적으로 수행된다. 그러한 예에서, 검출 유닛(1600)의 작동기, 예를 들어 편향기(1603) 또는 렌즈(1605)는 바람직하게는 고속 정전기 소자이다. 도 14에 설명된 본 발명에 따른 또 다른 예에서는 여러 검출기 세그먼트(1801)를 포함하는 전자 검출기(1800)를 활용하여 한 번의 이미지 스캔에서 서로 다른 이미징 모드가 병렬로 얻어질 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 예에 따른 검출 유닛(1600)은 N개의 검출기 세그먼트(1801.1 내지 1801.N)를 갖는 검출기(1800)를 포함한다. 검출기 세그먼트(1801)의 배열의 일부 예가 도 14b 및 14c에 도시되어 있으며, 예를 들어 도 14b의 사분면 검출기 배열 또는 도 14c의 4개의 삼각형 검출기 세그먼트의 배열이 예시되어 있다. 그러나 검출기 세그먼트의 수는 3개 또는 4개로 제한되지 않고 4개보다 클 수 있으며, 예를 들어 7개의 육각형 검출기 세그먼트 또는 9개의 2차 검출기 세그먼트가 될 수 있다. 각 검출기 세그먼트는 예를 들어 신틸레이터와 애벌란시 다이오드를 포함할 수 있지만, 다른 검출기도 가능하다. 각각의 검출기 세그먼트(1801.j)를 사용하면, 후방산란된 전자의 각도 스펙트럼의 다른 세그먼트가 위에서 설명한 제1 및 제3 이미징 모드에 따른 강도와 유사하게 하나의 이미지 스캔 내에서 검출된다. 예를 들어 K <= 9 미만 사이의 적당한 수 K의 검출기 세그먼트를 사용하면 K 강도 신호로부터 충분한 신호 대 잡음비를 사용하여 지형 신호를 추출할 수 있다. 신호 대 잡음 비는 예를 들어 층 가장자리(57)의 방향에 대응하는 지형 신호의 방향에 따라 K 강도 신호 중 일부를 추가하거나 평균화함으로써 추가로 개선될 수 있다. 도 14의 예에서 설명된 바와 같은 몇몇 검출기 세그먼트를 갖는 상이한 이미징 모드를 이용한 이미지 획득 방법은 편향 유닛(1603), 포커싱 렌즈(1605) 또는 에너지 필터(1607)의 작용과 결합될 수도 있다. 에너지 필터는 도 8b, 9 및 12a에서는 생략되었지만, 그럼에도 불구하고, 검출 유닛(1600)의 임의의 예에는 존재한다. 추가적인 편향 또는 포커싱 작용 또는 에너지 필터링의 다른 모드를 통해 지형 정보의 더 자세한 내용이 생성되고 추출될 수 있다.
교정된 전자 현미경(CSEM)의 검출 유닛(1600)의 적어도 2개의 이미징 모드를 이용한 이미지 획득에 의해 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트를 검출하는 방법을 사용하면, 형상 정보가 재료 대비로부터 분리될 수 있고 층 가장자리 또는 층 경사의 결정은 예를 들어 1nm 미만 또는 심지어 0.5nm 미만의 고해상도로 추출될 수 있다. 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트는 후방산란된 전자 빔 편향기(1603) 또는 후방산란된 전자 빔 포커싱 렌즈(1605)와 결합하여 제한된 수용 각도의 검출기 세그먼트에 의해 제1 예에서 획득될 수 있다. 제2 예에서, 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트는 적어도 제1 검출기 세그먼트와 제2 검출기 세그먼트에 의해 획득된다. 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트의 선택은 추가적인 에너지 차단 필터(1607)에 의해 향상될 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에서, 재료 대비로부터 지형 정보의 분리 및 층 가장자리 또는 층 기울기의 결정은 검출 유닛(1600)의 분산 요소(1611)에 의해 더욱 향상된다. 도 15 에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 분산 유닛(1611) 및 지형 정보 추출 방법의 효과를 설명한다. 도 7에 도시된 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 도시된다. 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)의 드웰 포인트(5)에서 후방산란된 전자가 생성되고 샘플(7)과 전극(33) 사이에 생성된 침지 필드에 의해 가속된다. 후방산란된 전자 빔(9)은 대물렌즈(1102)에 의해 수집되고 제1 교차점(1853)이 형성된다. 제1 교차점(1853)에 또는 제1 교차점(1853)에 가깝게, 애퍼처(1850)이 위치될 수 있다. 후방산란된 전자 빔(9)은 빔 분할기(1500)를 통과하고 분산 유닛(1611)의 입구에서 제2 교차점(1855)을 형성한다. 두 교차점(1853 및 1855)은 모든 후방산란된 전자 궤적에 대한 단일 지점이 아니라 개구 조리개(91850) 내부 또는 분산 유닛(1611)의 근접부에 더 큰 부피에 걸쳐 분포된다. 후방산란된 전자 빔(9)은 전자 궤적(919.1 및 919.2)이 도시되어 있는 2개의 최대 수집 각도에 의해 제한된다. 분산 유닛(1611)의 매개변수를 사용하여, 후방산란된 전자 빔(9)의 에너지 분리가 달성될 수 있다. 후방산란된 전자 빔(9)의 에너지 분리 결과가 도 15b에 도시되어 있다. 검출 평면(1803)의 후방산란된 전자 빔(9)은 px 및 py 방향의 각도 스펙트럼과 px 방향에 평행한 에너지 스펙트럼에 따라 분포되며, 여기서 더 큰 운동량 및 더 큰 전파 각도를 갖는 후방산란된 전자는 일반적으로 더 큰 에너지를 갖는다. 따라서 도 15b의 더 큰 원에 대응하는 더 큰 각도의 후방산란된 전자는 분산 유닛(1611)에 의해 양의 운동 에너지 E 방향으로 더 많이 편향된다. 도 15b는 후방산란된 전자 에너지에 따른 편향의 한 예를 도시한다. 특정 운동 에너지의 다양한 편향에 대한 다른 시나리오도 가능하다.
제2 실시예에서 설명된 이미지 획득 방법은 제3 실시예와 결합하여 적용될 수도 있다. 혼합된 각도 및 에너지 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트는 예를 들어 적어도 2개의 검출기 세그먼트(1801.1 및 1801.2) 또는 편향기(1603)의 편향 작용 또는 렌즈(1605)의 포커싱 작용을 포함하는 이미징 모드 중 임의의 것에 의해 획득된다. 혼합된 각도 및 에너지 스펙트럼의 적어도 두 개의 세그먼트의 선택은 추가적인 에너지 차단 필터(1607)에 의해 향상될 수 있다. 각도 스펙트럼 분포와 미리 결정된 양의 에너지 분산의 조합은 또한 지형 효과에 대한 최대 중요성을 갖는 후방산란된 전자의 전용 선택을 허용한다. 혼합된 에너지 및 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트의 선택은 예를 들어 최적화, 예를 들어 표준 최소 자승 최적화 또는 기계 학습 알고리즘에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 모델 객체에서 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)을 사용하면 관심 있는 모델 매개변수에 최대 중요성을 갖는 혼합 에너지 및 각도 스펙트럼의 적어도 2개 세그먼트를 결정할 수 있다. 혼합된 에너지 및 각도 스펙트럼의 적어도 2개의 세그먼트에 해당하는 이미징 모드에 따른 강도는 기계 학습 알고리즘을 위한 훈련 데이터 세트로 사용될 수 있으며, 이는 향후 마스크 또는 웨이퍼 검사, 마스크 수리 또는 회로 편집 애플리케이션을 위한 정밀 측정에 적용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예를 도시한다. 도 16은 제2 또는 제3 실시예의 방법 중 임의의 방법에 따라 본 발명의 제1 실시예의 장치로 달성 가능한 고정밀도의 마스크 수리 작업을 도시한다. 도 16a에 도시된 제1 단계에서, 기판층(51) 상의 흡수체 라인(53)의 마스크 결함(71.1)이 높은 정밀도로 결정된다. 전술한 장치 및 방법을 사용하여, 적어도 결함(71.1)의 경사각(73.1)을 포함하여 결함(71.1) 확장의 정확한 결정이 결정된다. 적어도 2개의 이미징 모드에 따른 후방산란된 전자 이미지의 적어도 2개의 강도로부터 및 교정된 전자 현미경(1)의 저에너지 이미징을 사용하여 위치, 가장자리 위치의 목표 범위(75)에 대한 편차 및 결함의 확장은 1nm 미만, 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정될 수 있다. 수리 작업에서 퇴적될 재료의 누락된 양은 높은 정확도로 결정될 수 있다. 수리 단계에서, 예를 들어 장치(1000)에 의해 제공되는 전구체 가스로부터 재료의 저에너지 전자 빔 보조 퇴적을 활용하여, 결함(71.1)은 예를 들어 크롬으로 채워져 수리된 결함(77)을 형성한다. 그런 다음 제2 또는 제3 실시예의 방법 중 임의의 방법에 따라 본 발명의 제1 실시예의 장치에 의해 수리 작업의 성능이 검증된다. 라인(53)의 결과적인 가장자리 위치와 라인 가장자리의 경사각(73.2)은 높은 정확도로 획득될 수 있다. 따라서 가장자리 위치가 0.5nm 이하인 EUV 마스크에 대한 강력한 요구 사항을 포함하여 마스크에 대한 사양 요구 사항 내에서 수리 작업이 매우 잘 수행된다는 것이 유지된다. 수리 및 검증 단계는 반복적으로 수행될 수도 있다. 물론, 제4 실시예는 마스크 층에서 누락된 재료에 제한되지 않고 마스크 층에서 잉여 재료를 제거하는 것과 유사하게 적용될 수도 있다. 또한, 제4 실시예는 마스크 수리에만 국한되지 않고, 처리된 웨이퍼에서의 회로 편집 작업에도 적용된다. 두 예 모두에서, 층 재료는 전자 빔 유도 에칭에 의해 제거되거나 전자 빔 유도 퇴적에 의해 퇴적되며, 높은 정밀도로 처리의 종점 지정(end-pointing)이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 들어오는 1차 전자 빔과 나가는 후방산란된 전자 빔을 분리하는 빔 분할 유닛을 갖춘 주사 전자 현미경에 적용 가능하다. 이상적으로, 빔 분할 유닛은 후방산란된 전자 빔의 각도 스펙트럼 분포를 보존하는 교정된 이미징 시스템이다. 제1 예에서, 적어도 제1 유한 검출기 애퍼처와 결합된 검출 유닛의 조정 시스템은 움직이는 부품 없이 검출기 수용 각도를 동적으로 조정할 수 있게 해준다. 조정 시스템은 편향 유닛, 조정 가능한 렌즈, 에너지 필터, 또는 분산 유닛 중 적어도 하나를 포함하며, 이에 의해 후방산란된 전자 분포가 편향되고 필터링될 수 있다. 조정 시스템은 다양한 이미징 모드, 예를 들어 애퍼처를 균일하게 조명하여 지형 효과를 억제하는 제1 모드에서 또는 후방산란된 전자 각도 분포의 상이한 부분을 사용하여 층의 가장자리를 분석하는 적어도 제2 모드에서 고해상도, 저에너지 전자 현미경의 작동을 허용한다. 추가 조정 가능한 렌즈를 사용하면 추가 이미징 모드에서 수용 각도를 조정하여 최적의 재료 대비를 얻을 수 있다. 검출기 수용 각도를 조정함으로써 예를 들어 층 가장자리에 의해 생성된 그림자 폭을 조정하고 줄이는 것이 가능하다. 제2 예에서, 세그먼트화된 또는 2D 검출기는 후방산란된 전자의 에너지 또는 운동량 스펙트럼의 다른 범위의 적어도 제2 후방산란된 전자 신호를 수집하는 데 사용되는 적어도 제2 유한 검출기 애퍼처를 갖는 적어도 제2 검출기를 포함한다. 본 발명에 따르면, 서로 다른 이미징 모드를 갖는 적어도 2개의 이미지는 조정 유닛을 사용하여 순차적으로 획득되거나 제1 및 적어도 제2 검출기 요소를 사용하여 병렬로 획득된다. 샘플 표면에 거의 평행하게 산란되는 후방산란된 전자의 운동량 분포에 대한 선택적인 접근을 통해 표면 구조(예: 층 가장자리의 측벽)에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있다.
본 발명은 더 큰 수용각으로 작업하고 후방산란된 전자의 각도 스펙트럼 및/또는 에너지 스펙트럼의 적어도 하나의 적절한 세그먼트를 선택하여 샘플 표면의 지형 및 재료 대비를 병렬로 기록하고 분석할 수 있게 한다. 또한 400eV 이하, 특히 200eV 이하 또는 심지어 50eV 이하의 낮은 랜딩 에너지를 활용하는 교정된 전자 현미경의 저에너지 1차 전자 빔을 사용한 단일 스캔에서 지형 정보를 추출하고 예를 들어 높이 맵, 층의 경사 가장자리 또는 가장자리 위치를 도출할 수 있으며, 따라서 수 나노 이하, 예를 들어 2nm 이하의 높은 정밀도와 정확도를 허용한다. 후방산란된 전자의 각도 스펙트럼 및/또는 에너지 스펙트럼의 적절한 세그먼트를 사용하면 적절한 모델을 사용하여 재료 대비를 지형 또는 그림자 효과에서 분리할 수 있다. 모델은 분석적이거나 현상학적일 수 있다. 그런 다음 샘플의 높이와 재료 맵을 계산할 수 있다. 예를 들어 모델은 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 생성되어 실험 결과와 비교할 수 있다. 후방산란된 전자의 각도 스펙트럼 및/또는 에너지 스펙트럼의 적절한 세그먼트의 선택은 예를 들어 층 가장자리 및 재료 조성에 대한 선험적 정보에 기초할 수 있다. 서로 다른 수용 각도에 해당하는 서로 다른 이미징 모드로 두 개 이상의 이미지를 취함으로써 재료 대비를 지형이나 그림자 효과에서 더 높은 정밀도로, 또는 선험적 정보가 없거나 적거나 없이 분리할 수 있다.
따라서 본 발명은 후방산란된 전자의 각도 스펙트럼 및/또는 에너지를 선택할 수 있는 저에너지 전자 현미경을 제공한다. 마스크 재료 및 일반 구조에 대한 사전 지식을 통해 층 가장자리의 경사와 위치를 고정밀로 측정할 수 있으며 마스크 수리 프로세스 또는 회로 편집 프로세스의 종점 지정이 수 nm 이하, 예를 들어 2nm 이하 또는 심지어 그 이하에서도 고정밀도로 가능해진다.
1
교정된 전자 현미경
3 1차 전자 빔
5 상호작용 영역
7 샘플; 웨이퍼 또는 마스크
9 후방산란된 전자
12 광축에 평행한 후방산란된 전자
14 중간 각도에서 후방산란된 전자
15 후방산란된 각도 분포
16 큰 각도에서 후방산란된 전자
17 수용 각도
19 유효 수집 각도
21 그림자 각도
25 샘플의 표면
27 탄력적으로 후방산란된 전자의 운동량 분포
31 그리드 전극
33 전극
35 라이너 튜브
41 스캐닝 방향
51 기판 또는 하부층
53 흡수층
55 경사각
57 가장자리
61 중간 EHT 신호
63 낮은 EHT 신호
67 증가된 지형 신호
71 결함
73 결함 경사각
75 가장자리 위치의 목표 범위
77 수리된 결함
150 가스 저장 용기
152 가스 노즐
154 제어 밸브
500 스테이지
603 편향 동작
605 포커싱 동작
607 편향 동작
800 제어 시스템
810 스캐닝 및 포커싱 제어 유닛
840 1차 빔 형성 장치용 제어 유닛
850 스테이지 컨트롤러
860 검출 제어 유닛
880 이미지 획득 유닛
919 후방산란된 전자의 수집 애퍼처
921 그림자 각도 21에 해당하는 후방산란된 전자
925 제1 이미징 모드에서의 유효 검출된 후방산란된 전자
927 후방산란된 전자 강도의 최소
929 후방산란된 전자 강도의 최대
931 제1 검출기 요소의 수집 각도
933 기판의 강도 값
935 층 가장자리의 강도 곡선의 기울기
1000 마스크 수리용 장치
1020 편향 요소
1025 이미징 요소
1035 이온 총
1080 레이저
1082 레이저 빔
1085 흡입 장치
1087 진공 펌프
1090 진공 챔버
1100 1차 빔 포커싱 유닛
1102 대물렌즈
1104 코일
1106 요크
1108 축방향 갭
1110 스캐닝 디플렉터
1113 하부 극 편
1115 상부 극 편
1121 제1 다극 교정기
1123 제2 다극 교정기
1301 입자빔 발생기
1400 교정된 빔 형성 유닛
1403 제1 집광 렌즈
1405 제2 집광 렌즈
1407 제1 편향 유닛
1409 제3 집광 렌즈
1411 제2 편향 유닛
1413 제3 편향 유닛
1415 정전 거울
1500 빔 분할 유닛
1600 검출 유닛
1603 제5 편향 유닛
1605 렌즈
1607 에너지 필터
1611 분산 유닛
1613 개구 조리개
1800 전자 검출기
1801 검출기 세그먼트
1803 검출 평면
1850 애퍼처
1853 제1 교차점
1855 제2 교차점
3 1차 전자 빔
5 상호작용 영역
7 샘플; 웨이퍼 또는 마스크
9 후방산란된 전자
12 광축에 평행한 후방산란된 전자
14 중간 각도에서 후방산란된 전자
15 후방산란된 각도 분포
16 큰 각도에서 후방산란된 전자
17 수용 각도
19 유효 수집 각도
21 그림자 각도
25 샘플의 표면
27 탄력적으로 후방산란된 전자의 운동량 분포
31 그리드 전극
33 전극
35 라이너 튜브
41 스캐닝 방향
51 기판 또는 하부층
53 흡수층
55 경사각
57 가장자리
61 중간 EHT 신호
63 낮은 EHT 신호
67 증가된 지형 신호
71 결함
73 결함 경사각
75 가장자리 위치의 목표 범위
77 수리된 결함
150 가스 저장 용기
152 가스 노즐
154 제어 밸브
500 스테이지
603 편향 동작
605 포커싱 동작
607 편향 동작
800 제어 시스템
810 스캐닝 및 포커싱 제어 유닛
840 1차 빔 형성 장치용 제어 유닛
850 스테이지 컨트롤러
860 검출 제어 유닛
880 이미지 획득 유닛
919 후방산란된 전자의 수집 애퍼처
921 그림자 각도 21에 해당하는 후방산란된 전자
925 제1 이미징 모드에서의 유효 검출된 후방산란된 전자
927 후방산란된 전자 강도의 최소
929 후방산란된 전자 강도의 최대
931 제1 검출기 요소의 수집 각도
933 기판의 강도 값
935 층 가장자리의 강도 곡선의 기울기
1000 마스크 수리용 장치
1020 편향 요소
1025 이미징 요소
1035 이온 총
1080 레이저
1082 레이저 빔
1085 흡입 장치
1087 진공 펌프
1090 진공 챔버
1100 1차 빔 포커싱 유닛
1102 대물렌즈
1104 코일
1106 요크
1108 축방향 갭
1110 스캐닝 디플렉터
1113 하부 극 편
1115 상부 극 편
1121 제1 다극 교정기
1123 제2 다극 교정기
1301 입자빔 발생기
1400 교정된 빔 형성 유닛
1403 제1 집광 렌즈
1405 제2 집광 렌즈
1407 제1 편향 유닛
1409 제3 집광 렌즈
1411 제2 편향 유닛
1413 제3 편향 유닛
1415 정전 거울
1500 빔 분할 유닛
1600 검출 유닛
1603 제5 편향 유닛
1605 렌즈
1607 에너지 필터
1611 분산 유닛
1613 개구 조리개
1800 전자 검출기
1801 검출기 세그먼트
1803 검출 평면
1850 애퍼처
1853 제1 교차점
1855 제2 교차점
Claims (44)
- 마스크 또는 웨이퍼의 검사, 수리 또는 편집을 위한 장치(1000)로서,
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 생성하도록 구성된 빔 형성 유닛(1400);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 낮은 랜딩 에너지(LE)에서 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란되는 전자를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하기 위한 1차 빔 포커싱 유닛(1100);
- 후방산란된 전자(9)를 검출하기 위한 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 빔 형성 유닛(1400)으로부터 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 안내하고 후방산란된 전자 빔(9)을 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로부터 검출 유닛(1600)으로 안내하기 위한 빔 분할 유닛(1500);
- 검출 유닛(1600)에 연결되고 샘플(7)의 표면(25)의 세그먼트에 대한 검사 작업을 수행하도록 구성된 제어 유닛(800)을 포함하되;
여기서 검출 유닛(1600)은 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)로 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하여 적어도 제1 검출 신호(I1)을 생성하도록 구성되는 장치(1000). - 청구항 1에 있어서, 1차 빔 포커싱 유닛(1100), 빔 분할 유닛(1500) 및 검출 유닛(1600)은 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)에 평행하고 반대 방향으로 전파되는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 세그먼트를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하여 이미징하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 검출 유닛(1600)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하여 적어도 제2 검출 신호(I2)를 생성하도록 추가로 구성되며, 여기서 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트와 상이한 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 검출 유닛(1600)은 적어도 하나의 조정 요소를 포함하고, 제어 유닛(800)은 제1 및/또는 제2 신호(I1 및/또는 I2)를 선택적으로 검출하도록 상기 조정 요소를 제어하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 4에 있어서, 상기 조정 요소는 후방산란된 전자 빔(9)을 편향시키도록 구성된 편향 유닛(1603), 후방산란된 전자 빔(9)을 포커싱하도록 구성된 포커싱 렌즈(1605), 조정 가능한 에너지 필터(1607) 또는 조정 가능한 분산 유닛(1611) 중 적어도 하나를 포함하는 장치(1000).
- 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 각도 스펙트럼의 단일 축외(off axis) 세그먼트를 선택하고 상기 각도 스펙트럼의 단일 축외 세그먼트로 검사 작업을 수행하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 제1 이미징 모드에서 검출 유닛(1600)을 순차적으로 조정하여 제1 신호(I1)를 수집하고 제2 이미징 모드에서 검출 유닛(1600)을 조정하여 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 후속 제2 이미지 스캔에서 제2 신호(I2)를 수집하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 3에 있어서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)을 가로지르는 단일 이미지 스캔에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트에 대응하는 제2 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 제2 제한된 검출기 세그먼트(1802)를 포함하는 장치(1000).
- 청구항 8에 있어서, 검출 유닛(1600)은 적어도 조정 요소를 더 포함하고, 여기서 제어 유닛(800)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 및 제2 선택된 세그먼트를 선택적으로 검출하도록 상기 조정 요소를 제어하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 7 또는 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 샘플(7)의 표면(25)의 구조에 대한 미리 결정된 정보에 기초하여 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 및/또는 제2 선택된 세그먼트를 선택하는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 빔 형성 유닛(1400) 및 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 교정된 1차 전자 빔(3)을 400eV 미만, 바람직하게는 300eV 미만, 더욱 바람직하게는 200eV 미만, 더욱 더 바람직하게는 150eV 미만의 1차 전자의 낮은 운동 에너지로 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 샘플(7)의 표면(25)의 법선으로부터 0.7rad를 초과하는, 바람직하게는 최대 1.3rad의 큰 각도에서 후방산란된 전자를 수집하는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 선택된 세그먼트는 표면(25)의 세그먼트의 지형에 대한 감소된 감도를 갖는 제1 검출 신호(I1)를 생성하도록 선택되는 장치(1000).
- 청구항 13에 있어서, 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트는 표면(25)의 세그먼트의 지형에 대해 증가된 감도를 갖는 제2 검출 신호(I2)를 생성하도록 선택되는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 샘플(7)의 표면(25)에 복수의 프로세스 가스를 제공하기 위한 복수의 가스 노즐(152)을 더 포함하고; 여기서 제어 유닛(800)은 사용 중에 전자 빔 보조 퇴적 또는 전자 빔 보조 에칭 작업 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 장치(1000).
- 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 상기 적어도 제1 검출 신호(I1) 및/또는 제2 검출 신호(I2)에 기초하여 전자 빔 보조 수리 또는 편집 공정을 시작 또는 종료하도록 더욱 구성되는 장치(1000).
- 마스크 또는 웨이퍼의 검사, 수리 또는 회로 편집 방법으로서,
a) 저에너지 전자 현미경(1)의 이미지 평면(101)에 마스크 또는 웨이퍼(7)의 검사 부위를 정렬하는 단계;
b) 지형 효과의 검출 및 추출에 적합하고 검사 부위에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리하는 데 적합한 적어도 제1 이미징 모드와 제2 이미징 모드를 선택하는 단계;
c) 제1 이미지 신호를 획득하기 위해 제1 이미징 모드에서 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지로 제1 이미지 스캔을 수행하는 단계;
d) 제2 이미지 신호를 획득하기 위해 제2 이미징 모드에서 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지로 제2 이미지 스캔을 수행하는 단계; 및
e) 검사 부위에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 구성 및 지형 정보를 도출하기 위해 제1 및 제2 이미지 신호를 분석하는 단계를 포함하는 방법. - 청구항 17에 있어서, 단계 c)는
- 검출 유닛(1600)의 조정 요소를 구동하기 위한 제1 신호를 생성하는 단계;
- 제1 이미징 모드에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트를 검출하기 위해 후방산란된 전자 빔(9)을 편향 및/또는 포커싱하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서, 단계 d)는
- 검출 유닛(1600)의 조정 요소를 구동하기 위해 제2 신호를 생성하는 단계;
- 제2 이미징 모드에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트를 검출하기 위해 후방산란된 전자 빔(9)을 편향 및/또는 포커싱하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서, 최소 강도(927), 최대 강도(929), 그림자 영역 dx의 폭 또는 연장, 최소 강도 위치 Mx, 및/또는 층 가장자리의 이미지 신호의 기울기(935) 중 적어도 하나; 또는 제1 이미지 신호와 제2 이미지 신호 사이의 상기 값들 중 적어도 하나의 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 청구항 17 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서, 층 가장자리의 가장자리 위치; 피처 치수; 가장자리 거칠기; 가장자리 기울기; 또는 미세 결함 중 적어도 하나를 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 더욱 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정하는 단계를 포함하는 방법.
- 청구항 21에 있어서, 층 가장자리의 가장자리 위치; 피처 치수; 가장자리 거칠기; 가장자리 기울기; 또는 미세 결함 중 적어도 하나에 대응하는 트레이닝 또는 참조 데이터 세트와 함께 기계 학습 알고리즘을 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 청구항 17 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서, 마스크 또는 웨이퍼(7)의 검사 부위에 대한 미리 결정된 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고; 여기서 적어도 제1 이미징 모드와 제2 이미징 모드 중 적어도 하나를 선택하는 것은 미리 결정된 정보에 따라 수행되는 방법.
- 청구항 17 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 지형 효과의 검출 및 추출, 그리고 검사 부위에서의 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과의 분리에 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하고 저장하는 단계를 포함하는 방법.
- 청구항 24에 있어서, 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하는 단계는,
- 1차 전자 빔(3)의 낮은 랜딩 에너지로 적어도 2개의 이미지 스캔 시퀀스를 수행하는 단계 - 각각은 검사 부위에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 서로 다른 선택된 세그먼트를 사용함 - ;
- 상기 이미지 스캔 시퀀스로부터 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하는 단계;
- 후속하는 유사한 검사 부위에 대해 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 저장하는 단계를 포함하는 방법. - 청구항 24 또는 청구항 25에 있어서, 지형 효과의 검출 및 추출에 적합하고, 검사 부위에서 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리하는 데 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하는 단계는 복수의 훈련 또는 참조 이미지 신호를 사용하는 기계 학습 알고리즘에 따라 수행되는 방법.
- 청구항 17 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 있어서, 전자 빔 보조 수리 또는 편집 프로세스를 시작하거나 종료하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 낮은 랜딩 에너지(LE)에서 교정된 1차 전자 빔으로 샘플(7)의 표면(2)을 조사하기 위한 저에너지 전자 현미경(1)으로서,
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 생성하도록 구성된 빔 형성 유닛(1400);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란되는 전자를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하기 위한 1차 빔 포커싱 유닛(1100);
- 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제1 세그먼트를 검출하고 적어도 제1 검출 신호(I1)을 생성하기 위한 적어도 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 빔 형성 유닛(1400)으로부터 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 안내하고 교정된 1차 하전 입자 빔(3)과 평행하고 반대 방향으로 전파되는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 세그먼트를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로부터 검출 유닛(1600)으로 안내하기 위한 빔 분할 유닛(1500);
- 검출 유닛(1600)에 연결된 제어 유닛(800)을 포함하되;
여기서 검출 유닛(1600)은 조정 요소를 더 포함하고, 또한
여기서 제어 유닛(800)은 제1 이미징 모드에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 선택된 세그먼트를 선택하도록 조정 요소를 제어하도록 구성되는 저에너지 전자 현미경(1). - 청구항 28에 있어서, 상기 조정 요소는 후방산란된 전자 빔(9)을 편향시키도록 구성된 편향 유닛(1603), 후방산란된 전자 빔(9)을 포커싱하도록 구성된 포커싱 렌즈(1605), 조정 가능한 에너지 필터(1607) 또는 조정 가능한 분산 유닛(1611) 중 적어도 하나를 포함하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 또는 청구항 29에 있어서, 제어 유닛(800)은 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란된 후방산란된 전자(9)에 대응하는 각도 스펙트럼의 축외 세그먼트를 선택하도록 조정 요소를 제어하도록 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 제2 이미징 모드에서 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의, 제1 선택된 세그먼트와는 상이한, 제2 선택된 세그먼트를 선택하도록 상기 조정 요소를 제어하도록 추가로 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 31에 있어서, 제어 유닛(800)은 제1 이미징 모드에서 샘플(7)의 표면(25)의 세그먼트에 대한 제1 이미지 스캔을 순차적으로 수행하고 제2 이미징 모드에서 표면(25)의 동일한 세그먼트에서 제2 이미지 스캔을 수행하도록 추가로 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제2 선택된 세그먼트에 대응하는 제2 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 제2 제한된 검출기 세그먼트(1802)를 포함하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서, 빔 형성 유닛(1400) 및 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 교정된 1차 전자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 1차 전자 빔(3)을 샘플 표면(25)에 도달하기 전에 400eV 미만, 바람직하게는 300eV 미만, 훨씬 더 바람직하게는 200eV 미만, 더욱 더 바람직하게는 150eV 미만의 운동 에너지로 감속시키도록 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서, 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 샘플(7)의 표면(25)의 법선으로부터 0.7rad를 초과하는, 바람직하게는 최대 1.3rad의 큰 각도에서 후방산란된 전자를 수집하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 지형 효과의 검출 및 추출에 적합하고 마스크 또는 웨이퍼(7)의 표면(25)의 세그먼트의 재료 대비로부터 지형 효과를 분리하는데 적합한 적어도 제1 및 제2 이미징 모드를 결정하도록 추가로 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 36 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 층 가장자리의 가장자리 위치; 피처 치수; 가장자리 거칠기; 가장자리 기울기; 또는 미세한 결함 중 적어도 하나를 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정하도록 더욱 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 28 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서, 정전 거울 교정기(1415)를 더 포함하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 낮은 랜딩 에너지(LE)에서 교정된 1차 전자 빔으로 샘플(7)의 표면(2)을 조사하기 위한 저에너지 전자 현미경(1)으로서,
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 생성하도록 구성된 빔 형성 유닛(1400);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 사용 중에 샘플(7)의 표면(25)으로부터 큰 각도로 산란된 전자를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 수집하기 위한 1차 빔 포커싱 유닛(1100);
- 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제1 세그먼트를 검출하고 제1 검출 신호(I1)를 생성하기 위한 제1 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 갖는 검출 유닛(1600);
- 사용 중에 교정된 1차 하전 입자 빔(3)을 빔 형성 유닛(1400)으로부터 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로 안내하고 교정된 1차 하전 입자 빔(3)과 평행하고 반대 방향으로 전파되는 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 축 세그먼트를 포함하는 후방산란된 전자 빔(9)을 1차 빔 포커싱 유닛(1100)으로부터 검출 유닛(1600)으로 안내하기 위한 빔 분할 유닛(1500)을 포함하되;
여기서 검출 유닛(1600)은 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 적어도 제2 세그먼트를 검출하고, 제1 신호(I1)와는 상이한 적어도 제2 검출 신호(I2)를 생성하기 위한 적어도 제2 제한된 검출기 세그먼트(1801)를 더 포함하는 저에너지 전자 현미경(1). - 청구항 39에 있어서, 검출 유닛(1600)은 사용 중에 후방산란된 전자 빔(9)의 각도 스펙트럼의 제3 선택된 세그먼트에 대응하는 제3 검출 신호(I3)를 생성하기 위한 제한된 제3 검출기 세그먼트(1802)를 포함하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 39 또는 청구항 40에 있어서, 빔 형성 유닛(1400) 및 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 교정된 1차 전자 빔(3)을 샘플(7)의 표면(25)에 포커싱하고 샘플 표면(25)에 도달하기 전에 1차 전자 빔(3)을 400eV 미만, 바람직하게는 300eV 미만, 훨씬 더 바람직하게는 200eV 미만, 더욱 더 바람직하게는 150eV 미만의 운동 에너지로 감속하도록 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 39 내지 청구항 41 중 어느 한 항에 있어서, 1차 빔 포커싱 유닛(1100)은 샘플(7)의 표면(25)의 법선으로부터 0.7rad를 초과하는, 바람직하게는 최대 1.3rad의 큰 각도에서 후방산란된 전자를 수집하는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 39 내지 청구항 42 중 어느 한 항에 있어서, 제어 유닛(800)은 적어도 제1 및 제2 검출 신호(I1, I2)로부터 층 가장자리의 가장자리 위치; 피처 치수; 가장자리 거칠기; 가장자리 기울기; 또는 미세한 결함 중 적어도 하나를 2nm 미만, 바람직하게는 1nm 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.5nm 미만의 정확도로 결정하도록 추가로 구성되는 저에너지 전자 현미경(1).
- 청구항 39 내지 청구항 43 중 어느 한 항에 있어서, 정전 거울 교정기(1415)를 더 포함하는 저에너지 전자 현미경(1).
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