WO2015133214A1 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

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WO2015133214A1
WO2015133214A1 PCT/JP2015/053033 JP2015053033W WO2015133214A1 WO 2015133214 A1 WO2015133214 A1 WO 2015133214A1 JP 2015053033 W JP2015053033 W JP 2015053033W WO 2015133214 A1 WO2015133214 A1 WO 2015133214A1
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slit
electron beam
electron
selection
transmittance
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PCT/JP2015/053033
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早田　康成
健良 大橋
貴文 三羽
範次 高橋
源 川野
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/24507—Intensity, dose or other characteristics of particle beams or electromagnetic radiation
    • H01J2237/24514—Beam diagnostics including control of the parameter or property diagnosed

Definitions

  • the present invention relates to an inspection / measurement apparatus using an electron beam.
  • a scanning electron microscope (SEM) used for observation, inspection, and measurement of a sample using an electron beam accelerates electrons emitted from an electron source, and irradiates them by focusing them on the sample surface by electrostatic or electromagnetic lenses. This is called primary electrons. Secondary electrons (low energy electrons are sometimes referred to as secondary electrons and high energy electrons are sometimes referred to as reflected electrons) are emitted from the sample by the incidence of primary electrons. By detecting these secondary electrons while deflecting and scanning the electron beam, it is possible to obtain a scanned image of a fine pattern or composition distribution on the sample. Further, an absorption current image can be formed by detecting electrons absorbed in the sample.
  • SEM scanning electron microscope
  • One of the basic functions of a scanning electron microscope is the resolution of the electron beam.
  • various methods have been tried.
  • One of them is a technique for reducing the energy dispersion of the electron beam using an energy filter. This reduces chromatic aberration by reducing energy dispersion and improves resolution.
  • the energy filter achieves energy dispersion reduction by having an orbital disperser that disperses the trajectories of electrons of different energies in the electron beam and a selection slit that selects the energy range of the dispersed electron beam.
  • Energy filters are classified into methods called omega filters, Wien filters, etc., according to the method of dispersing the electron trajectory.
  • Patent Document 1 describes a technique for measuring the intensity of an electron beam on a plate including a selection slit.
  • Patent Document 2 describes a method for optimizing the position of an electron beam on an energy selection slit by minimizing the current (slit current) flowing through the energy selection slit.
  • Patent Document 3 discloses a mechanical slit moving mechanism for slit selection.
  • Patent Document 1 a time for two-dimensional scanning of the electron beam on the selected slit is required, and the time used for the original purpose of the electron microscope is reduced.
  • frequent two-dimensional scanning on the selected slit may cause instability of the electron beam and should be avoided as much as possible.
  • Patent Document 2 there is no viewpoint for long-term stable operation of the apparatus, and no consideration is given to fluctuations in the slit irradiation current.
  • Patent Document 3 only describes a mechanical movement mechanism of an adjustment slit.
  • An object of the present invention is to solve these problems and to provide an energy filter that realizes stable reduction of energy dispersion.
  • the present invention includes a plurality of means for solving the above problems.
  • an electron source that generates an electron beam
  • an orbital disperser that disperses orbits of electrons having different energies in the electron beam
  • a dispersion A selection slit plate having a selection slit for selecting the energy range of the electron beam
  • a transmittance monitor unit for monitoring the transmittance of the electron beam that passes through the selection slit.
  • the present invention it is possible to efficiently monitor information on the position of the electron beam on the selected slit, and as a result, energy dispersion can be reduced and resolution can be stabilized.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of a scanning electron microscope according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a shape diagram of an electron beam on a selection slit plate according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart of an adjustment process of an electron beam position on a selected slit plate according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of signals obtained by scanning an electron beam on a selected slit plate according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an overall schematic diagram of a scanning electron microscope according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a selection slit plate and an electron beam according to the third embodiment.
  • 10 is a flowchart of transmittance measurement timing using the signal intensity of slit secondary electrons according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart of an electron beam position adjustment process on a selected slit plate according to a fifth embodiment. 10 is a flowchart for performing focus correction according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the shape of an electron beam on a selection slit plate of Example 7.
  • FIG. 10 is an electron beam trajectory diagram of Example 7.
  • FIG. 10 is a diagram showing a monitor screen of Example 8.
  • FIG. 10 is a setting value table for each reference value mode according to the ninth embodiment.
  • FIG. 1 shows an overall schematic diagram of the scanning electron microscope of this example.
  • primary electrons 116 emitted from the electron source 100 are a first condenser lens 103, a first electrostatic deflector 150, a first electromagnetic deflector 151, a second electrostatic deflector 160, and a second electromagnetic.
  • An image is formed on the sample 114 on the stage 115 by the deflector 161, the second condenser lens 105, and the objective lens 113.
  • the set of the first electrostatic deflector 150 and the first electromagnetic deflector 151 acts as an orbital disperser that disperses the trajectories of electrons having different energies in the electron beam, and the second electrostatic deflector arranged with the selection slit interposed therebetween.
  • the device 160 and the second electromagnetic deflector 161 act as an optical element for correcting the orbital dispersion.
  • a negative high voltage is applied to the first and second electrostatic deflectors 150 and 160 in order to improve the generation efficiency of deflection chromatic aberration. Therefore, the first and second electrostatic deflectors 150 and 160 have an effect of acting as a deceleration type electrostatic lens.
  • a positive voltage is applied to the magnetic path on the objective lens 113, and a negative voltage is applied to the sample 114. Since the electrostatic lens is formed here, the objective lens 113 is a magnetic field electric field superimposing lens. The opening of the objective lens 113 faces the sample side, and has a lens structure called a semi-in lens type.
  • the secondary electrons 117 emitted from the sample 114 are detected by the detector 121 in the middle. Detected and form a secondary electron signal. If the sample state is the same, this secondary electron signal corresponds to the amount of current transmitted through a selection slit 302 described later.
  • the primary electrons on the sample are scanned two-dimensionally by the first scanning deflector 106 and the second scanning deflector 108, and as a result, a two-dimensional image can be obtained.
  • the first and second scanning deflectors 106 and 108 are electrostatic deflectors.
  • the two-dimensional image is displayed on the display device 147.
  • the set of the first electrostatic deflector 150 and the first electromagnetic deflector 151 and the set of the second electrostatic deflector 160 and the second electromagnetic deflector 161 are often referred to as “ExB” (E cross B).
  • FIG. 2 is a diagram showing the shape of the electron beam on the selection slit plate 170.
  • the first electrostatic deflector 150 and the first electromagnetic deflector 151 are deflected in the opposite direction (left-right direction in FIG. 2) in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the selection slit 302, and deflected chromatic aberration on the selection slit plate 170. Is only generating. Since the deflection chromatic aberration produces a horizontally long beam, the electron beam 303 has a horizontally long beam shape. By extracting a part of the electron beam 303 by the selection slit 302, energy dispersion can be reduced. In general, an energy filter based on this principle is called a Wien filter.
  • a slit current measuring unit 180 for example, an ammeter
  • a ratio calculating unit 181 for example, a calculation circuit and software for the ratio of the slit current and the secondary electron signal
  • the ratio A transmittance monitor unit is provided which includes a change amount calculation unit 182 (the calculation unit 181 can be used as a calculation circuit).
  • This transmittance monitor unit can monitor the transmittance of the electron beam 303 transmitted through the selection slit 302.
  • the transmittance may be the ratio of the amount of electron beam (current amount) transmitted through the selection slit 302 to the amount of electron beam (current amount) impinging on the selection slit plate 170 or hitting the selection slit plate 170.
  • a ratio of the sum of the electron beam amount and the electron beam amount transmitted through the selection slit 302 to the electron beam amount transmitted through the selection slit 302 may be used.
  • the amount of current of electrons emitted from the electron source generally varies.
  • the initial decrease in the amount of current is particularly large, and even in the Schottky type electron source, there is an increase or decrease in the amount of current called pulsation. Therefore, the amount of current applied to the selection slit plate 170 is not necessarily constant.
  • the intensity of the secondary electron signal (transmitted electron signal when viewed from the selection slit 302) generated from the slit current and the electrons transmitted through the selection slit 302 depends on the amount of current applied to the selection slit plate 170 and the slit of the electron beam 303. Determined by transmittance.
  • the slit beam transmittance most reflects the position of the electron beam on the selected slit plate 170, the intensity of the secondary electron signal generated from the slit current and the electrons transmitted through the selected slit 302 alone is not sufficient.
  • monitoring the position variation is advantageous in view of the efficiency of the monitor, an error due to the amount of current applied to the selected slit plate 170 occurs. Therefore, a monitor value substantially corresponding to the transmittance can be obtained by determining the ratio of the intensity of the secondary electron signal generated from the electrons transmitted through the selection slit 302 and the slit current.
  • the position variation of the electron beam 303 on the selection slit plate 170 affects the characteristics of the transmitted electron beam.
  • a direct effect is a change in the amount of current, which affects the SN of the acquired image.
  • Another important characteristic change is that the center energy shifts.
  • the focal position on the sample changes, and the resolution of the electron beam on the sample changes.
  • the energy dispersion value eventually changes, causing a resolution variation through chromatic aberration.
  • Such a variation in resolution cannot be ignored as a factor of characteristic deterioration particularly in a CDSEM that requires measurement of an imaging pattern dimension with good reproducibility. Therefore, it is important for the stable operation of the apparatus to use the transmittance that can sense the correct position change of the electron beam as the monitor value.
  • the intensity of the slit current flowing through the selection slit plate 170 and the transmission electron signal (secondary electron 117 corresponding to the amount of transmission current) of the selection slit 302 is measured for each measurement sample, and the ratio is determined as the transmittance. Monitor value. Further, in order to know the change, the change amount of the ratio is calculated. Note that the change amount of the ratio to be calculated may be an absolute value of a changing value or a change rate indicating a relative change.
  • the calculation units 181 and 182 can be integrated, and the components may be shared.
  • FIG. 3 shows a flowchart of the adjustment process of the electron beam position on the selected slit plate in the present embodiment.
  • the monitor value corresponding to the transmittance is obtained in step S01, and the transmittance is measured.
  • a change from the initial value of the transmittance is calculated in step S02, and in step S03, it is determined whether or not the value exceeds the reference value. If the value exceeds the reference value, the change on the selected slit plate 170 is determined. It is determined that the electron beam position has greatly shifted, and the electron beam 303 is scanned on the selection slit plate 170 in step S04, and the electron beam position on the selection slit plate 170 is adjusted in step S05.
  • the relative position between the electron beam 303 and the selection slit 302 can be adjusted to a predetermined position, generally the position where the center of the electron beam 303 is the center of the selection slit 302. .
  • the specific process of position adjustment is performed by using the first electrostatic deflector 150, the first electromagnetic deflector 151, the first aligner 102, etc. as a deflection scanning unit that deflects and scans the electron beam 303 on the selected slit plate 170.
  • a relative position between the electron beam 303 and the selection slit 302 is adjusted by using a deflector or a slit moving mechanism 171.
  • FIG. 4 shows an example of signals by electron beam scanning.
  • FIG. 4A shows the positional relationship between the electron beam 303 and the selection slit 302. The center coincides with the Y direction, but the center of the electron beam 303 is shifted to the left side of the drawing in the X direction. Shows the case.
  • FIG. 4B shows a profile of a transmission electron signal (secondary electron signal) generated from electrons transmitted through the selection slit 302 when the electron beam 303 is scanned in the X and Y directions under this condition.
  • the upper diagram shows the profile of the transmitted electron signal with respect to the Y-direction scanning position
  • the lower diagram shows the profile of the transmitted electron signal with respect to the X-direction scanning position.
  • the longitudinal direction of the shape of the selection slit 302 and the shape of the electron beam 303 is different, different transmission electron signal profiles are shown in the X direction and the Y direction. That is, in the case of the profile for the Y-direction scanning position in the upper diagram of FIG. 4B, the center of the electron beam 303 and the selection slit 302 in the Y direction coincides, so that the profile of the transmitted electron signal is at the scanning center. On the other hand, it is symmetrical. On the other hand, in the case of the profile for the X-direction scanning position in the lower diagram of FIG. 4B, the center of the electron beam 303 is shifted to the left with respect to the center of the selection slit 302. Since the scanning distance is increased in order to make the transmitted electron signal zero by moving all the positions to the right side of 302, the profile center is shifted to the right with respect to the scanning center. That is, the difference between the scanning center and the profile center is an amount to be adjusted.
  • the Wien filter used in this embodiment two deflectors are used to irradiate the selection slit 302 without bending the electron beam 303. Therefore, there is an advantage that the present embodiment can be effectively used such that the scanning and adjustment of the electron beam position can be performed by using a deflector of a Wien filter whose incident angle to the selection slit 302 is stable.
  • the transmittance was monitored for each wafer.
  • the resolution of the electron beam on the sample can be controlled to 1.5 nm ⁇ 0.15 nm.
  • the monitor timing of the transmittance is not limited to each wafer, and can be operated for each lot or for a predetermined time.
  • the electron source that generates the electron beam the orbital disperser that disperses the orbits of the electrons with different energies of the electron beam, and the selection that selects the energy range of the dispersed electron beam.
  • the orbital disperser can be configured to include a pair of overlapping electromagnetic deflectors and electrostatic deflectors to disperse electron trajectories with different energies of the electron beam. Further, by having a second set of overlapping second electromagnetic deflector and second electrostatic deflector, the set and the second set are arranged with a selection slit in between. Acts as a correction optical element for orbital dispersion.
  • the transmittance monitor unit includes a transmission electron signal measurement unit for a selection slit, a measurement unit for a slit current flowing through the selection slit plate, a calculation unit for calculating a ratio of signals from the two measurement units, The calculation unit is configured to calculate the amount of change in the ratio.
  • a deflection scanning unit that deflects and scans the electron beam on the selected slit is provided, and when the change in transmittance exceeds a reference value, the deflection scanning unit deflects and scans the electron beam on the selected slit.
  • the deflection scanning unit is a deflector that deflects an electron beam or a slit moving mechanism that moves the selected slit plate.
  • FIG. 5 shows an overall schematic diagram of the scanning electron microscope of the present embodiment.
  • Slit detector 411 for detecting slit secondary electrons 415 generated by irradiation of electron beam 303 to selected slit plate 170
  • slit detection system control unit 412 for controlling slit detector 411
  • selection slit 302 are transmitted.
  • a Faraday cup 413 for measuring the transmitted electron beam current, a transmitted current measuring unit 414 for measuring the current, a slit signal indicating the signal intensity of the slit secondary electrons detected by the slit detector 411, and a transmitted current measuring unit 414 This is a point having a slit signal for calculating the ratio of the transmission current measured in step 4 and a ratio 481 of the transmission current ratio.
  • Others are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the slit secondary electrons 415 generated by the irradiation of the electron beam 303 to the selection slit plate 170 are obtained.
  • the slit signal (in other words, the reflected electron signal of the selected slit plate) that is the signal intensity detected by the slit detector 411 and the transmitted electron beam current that has passed through the selected slit measured by the Faraday cup 413 instead of the secondary electrons 117 This is different from the first embodiment in that (transmission current) is used.
  • the monitor value of the transmittance in this embodiment is obtained by calculating the ratio of the reflected electron signal of the selected slit plate 170 which is the signal intensity of the slit secondary electrons 415 and the transmitted current which is the transmitted electron beam current of the selected slit 302. Therefore, it is obtained from the amount of change in the ratio. That is, the transmittance of the electron beam that passes through the selected slit can be monitored by these transmittance monitor units.
  • the trajectory of the electron beam after passing through the selected slit is controlled by a deflector.
  • the merit of this embodiment is that the insulation process and wiring for measuring the slit current are not required, and the selection slit that is measured by the Faraday cup while the secondary electrons are affected by the surface state of the sample.
  • the transmitted electron beam current transmitted is accurate and reliable.
  • the transmittance can be monitored by a combination of the transmission electron signal (the signal amount of the secondary electrons 117) and the slit signal (slit secondary electrons 415) used in the first embodiment. Further, the transmittance may be monitored by a combination of the slit current and the transmission current (transmission electron beam current transmitted through the selected slit measured by the Faraday cup) used in the first embodiment.
  • the transmittance was monitored for each lot.
  • the resolution of the electron beam on the sample can be controlled to 1.5 nm ⁇ 0.25 nm.
  • the electron source that generates the electron beam the orbital disperser that disperses the orbits of the electrons with different energies of the electron beam, and the selection that selects the energy range of the dispersed electron beam.
  • the transmittance monitor unit includes a transmission current amount measuring unit, and a selection slit.
  • the reflection electron signal measurement unit of the plate, a calculation unit that calculates the ratio of signals from the two measurement units, and a calculation unit that calculates the amount of change in the ratio are used.
  • FIG. 6 is a diagram showing a selective slit plate and an electron beam used in this embodiment. Other overall configurations are the same as those in the first or second embodiment.
  • the selective slit plate 500 has a large size opening (transmission opening 503) capable of transmitting substantially the entire electron beam in the vicinity of the selection slit 501 for reducing energy dispersion.
  • the electron beam 502 is electrically moved between two openings (selection slit 501 and transmission opening 503), and two transmission electron signals or transmission currents are measured. Then, from the ratio of these two values, the transmittance of the electron beam is obtained as the ratio of the electron beam that passes through the selective slit 501 to the entire electron beam generated from the electron source, and is used as the monitor value. That is, it is possible to monitor the transmittance of the electron beam transmitted through the selection slit 501 by these transmittance monitor units.
  • the merit of the present embodiment is that the measurement of the transmittance does not require the measurement of the slit current or the slit secondary electrons, and the transmittance can be obtained as an absolute value.
  • this embodiment has a transmission aperture that transmits the entire electron beam in the vicinity of the selection slit as the selection slit plate, and the transmittance monitor unit transmits a transmission electron signal or transmission that transmits the selection slit.
  • a first measurement value of current a measurement unit that measures a second measurement value of a transmission electron signal or transmission current that is transmitted through the transmission aperture, and a calculation unit that calculates a ratio of the first and second measurement values And a calculation unit for calculating the amount of change in the ratio.
  • the present embodiment it is possible to efficiently monitor the information regarding the electron beam position on the selected slit, and as a result, it is possible to realize stabilization of energy dispersion reduction and resolution improvement,
  • the measurement of the transmittance does not require the measurement of the slit current or the slit secondary electrons, and the transmittance can be obtained as an absolute value.
  • the slit secondary electron signal can always be measured, and the time used for the original purpose is not reduced.
  • monitoring of this signal change can be expected to detect any abnormality.
  • the irradiation electron beam varies as described above, it is imperfect as a monitor of the position of the electron beam on the selective slit plate. Therefore, in this embodiment, when the signal intensity change of the secondary electrons of the slit exceeds the reference value, the transmittance is measured to determine whether the electron beam position needs to be adjusted.
  • FIG. 7 shows a flowchart of the transmittance measurement timing using the signal intensity of the slit secondary electrons.
  • step S06 the signal intensity of the slit secondary electrons is measured.
  • a specific configuration is detected by the slit detector 411 in FIG.
  • step S07 the rate of change in signal strength is calculated.
  • step S08 it is determined whether or not the value exceeds the reference value. If the value exceeds the reference value, the transmittance is measured in step S09.
  • the change rate indicating the relative change is described as the change amount of the signal intensity, but may be an absolute value of the changing value.
  • the point that the intensity of the secondary electron signal of the slit is used as a reference for determining the timing for monitoring the transmittance of the electron beam, but this idea is based on other signals (slit current, transmitted electron signal, (Transmission current). In addition, it is considered effective to monitor the transmittance for each wafer or lot in parallel with this timing.
  • this embodiment measures the transmission electron signal or transmission current of the selection slit, the reflection electron signal of the selection slit plate, or the slit current flowing through the selection slit plate, and the amount of change in the measured value is the reference value.
  • the transmittance monitor unit measures the transmittance of the electron beam at the selected slit. Thereby, the timing for monitoring the transmittance of the electron beam can be determined.
  • FIG. 1 The processing flow of this example is shown in FIG.
  • the overall configuration according to the present embodiment is the same as that of FIG. 1 or FIG. 5, and is different from FIG. 3 in that a plurality of reference values are provided as a processing flow.
  • the transmittance is monitored in steps S10, S11, and S12 to determine whether the change is less than the first reference value. This is the same processing as steps S01, S02, and S03 in FIG. If it is greater than or equal to the first reference value, it is determined that the position of the electron beam on the selected slit plate has greatly deviated, and the process moves to the adjustment of the electron beam position.
  • the position adjustment is performed by the deflection scanning unit by the deflection scanning of the electron beam on the selected slit plate.
  • a method of adjusting the beam position on the slit by correction by a deflector such as the first electrostatic deflector 150, the first electromagnetic deflector 151, or the first aligner 102, and a machine by the slit moving mechanism 171
  • a method of adjusting the relative electron beam position by driving a slit stage (not shown).
  • the mechanical position control by driving the slit stage does not have a position resolution as much as the position control of the electric electron beam, but it can be moved greatly, and it is important to use both properly.
  • step S13 the accumulated value of the deflector correction is referred to, and in step S14, it is determined whether the value is greater than or equal to the second reference value. If the value is less than or equal to the second reference value, deflection by the deflector is performed in step S15. The beam position on the slit is adjusted by adjusting the intensity of the amount. On the other hand, if it is greater than or equal to the second reference value, in step S16, the displacement of the electron beam trajectory increases, so that the movement is adjusted by driving the slit stage to adjust the relative electron beam position.
  • this embodiment determines whether the accumulated value of the electron beam correction by the deflector is larger than the second reference value in the deflection scanning of the electron beam on the selected slit plate, and the accumulated value is If it is less than the second reference value, the position of the electron beam is adjusted by the deflector, and if the accumulated value is greater than or equal to the second reference value, the selected slit position is adjusted by the slit moving mechanism.
  • the electron beam position adjustment on the selected slit plate it is possible to perform adjustment in consideration of both accuracy due to position resolution and position adjustment speed.
  • the movement of the electron beam on the selected slit plate shifts the center value of the energy of the electron beam. This changes the focal position of the electron beam on the sample surface, which causes variations in resolution.
  • manual focus correction is always performed, so this variation is hardly realized.
  • the transmittance is monitored, and the focus correction is performed when the change is equal to or greater than the reference value.
  • the overall configuration of the scanning electron microscope of this example is the same as that of Example 1 or 2.
  • FIG. 9 shows a flowchart of this embodiment.
  • the transmittance is monitored in steps S17, S18, and S19 to determine whether the change is less than the reference value.
  • the change rate indicating the relative change is described as the change amount of the monitor value.
  • the absolute value of the change value may be used.
  • the monitor value of the transmittance is the transmission electron signal or transmission current of the selection slit, the reflection electron signal of the selection slit plate, or the slit current flowing through the selection slit plate, as in the first or second embodiment.
  • step S20 focus correction is performed in step S20. In this way, it is possible to suppress fluctuations in resolution with a small number of focus correction operations.
  • focus correction reference value is smaller than the first reference value for determining whether or not to perform the electron beam position adjustment of the fifth embodiment.
  • focus correction may be performed by changing the current of the objective electromagnetic coil that is usually performed, but here, it is handled by changing the stage voltage. Since the cause of the focus change is a change in the energy of the electron beam, the stage voltage was changed in order to keep the irradiation energy to the sample constant.
  • the electron source that generates the electron beam the orbital disperser that disperses the orbits of the electrons with different energies of the electron beam, and the selection that selects the energy range of the dispersed electron beam.
  • a selection slit plate having a slit, an objective lens for irradiating the sample with an electron beam, a stage on which the sample is placed, a transmission electron signal or transmission current of the selection slit, a reflection electron signal of the selection slit plate, or a slit current flowing through the selection slit plate
  • a transmittance monitor section for monitoring the above-mentioned, and when the amount of change in the monitored value is larger than the reference value, the focus correction on the sample is performed.
  • FIG. 10 is a diagram showing the shape of the electron beam on the selected slit plate in this example. 10, the shape of the electron beam 1003 has a width in the longitudinal direction of the selection slit 302 as compared with FIG.
  • the electron beam 1101 (electron beam 1003 in FIG. 10) irradiating the selection slit 302 forms a focal point on the slit as shown in FIG. This is to enhance the selectivity by the energy dispersion selection slit 302. However, this is not always necessary in the longitudinal direction of the selection slit 302.
  • the ratio of the slit current value measured by the slit ammeter 1104 and the transmission current value measured by the transmission ammeter 1105 is calculated by the arithmetic unit 1106 to thereby obtain the electron beam.
  • the transmittance of 1101 is monitored.
  • the longitudinal direction of the selection slit 302 of the electron beam 1003 in other words, the direction approximately perpendicular to the direction in which the trajectory of the electron beam 1003 is dispersed. It is desirable to irradiate the selection slit plate 170 with a larger width than in the case of in-focus.
  • a method of setting the focus state on the selection slit plate 170 to a defocus state or combining astigmatism and defocus to give a width only in the longitudinal direction of the selection slit 302 of the electron beam 1003. is effective.
  • This example describes an example of a monitor screen.
  • FIG. 12 is a diagram showing a monitor screen in the present embodiment.
  • the selection result of the monitor value, the monitor frequency, and the reference value level is displayed on the screen.
  • a graph showing changes in past monitor values is drawn.
  • monitor history ON / OFF display is also provided.
  • a monitoring method suitable for the state of the apparatus can be selected with reference to these.
  • This example describes the setting of the reference value.
  • the reference value used in each of the above-described embodiments varies depending on the resolution, throughput, etc. required by the apparatus, and thus needs to be set as appropriate.
  • the value may be set in advance or may be set each time while actually measuring.
  • a table is recorded in advance in the recording device 145 in FIG. 1, and the table is set with reference to the table at the time of setting.
  • FIG. 13 shows a setting value table for each mode in the case of the reference value of the transmittance change rate for adjusting the electron beam position on the selected slit plate.
  • the reference value in the high resolution mode 1, the reference value is small, and fine control is performed.
  • the high-speed mode 2 priority is given to throughput, and fine adjustment is omitted, and the reference value at that time is large.
  • the large current mode 3 is a mode in which a large current is passed in order to maintain the signal intensity, and the reference value at that time is medium. Further, in the case of the high focus depth mode 4, the reference value at that time is set to be medium.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the present invention is also effective for other types of energy filters such as an omega filter and a gamma filter.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

本発明の走査電子顕微鏡は、電子ビームを発生させる電子源（１００）と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器（１５０，１５１）と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板（１７０）と、選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部（１８０，１８１）とを有する。これにより、安定なエネルギー分散の低減を実現するエネルギーフィルタを搭載した走査電子顕微鏡を提供できる。

Description

走査電子顕微鏡
　本発明は電子ビームを用いた検査・計測装置に係わる。
　電子ビームを用いた試料の観察・検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、電子源から放出された電子を加速し、静電や電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子と呼んでいる。１次電子の入射によって試料からは２次電子（低エネルギーの電子を２次電子、高エネルギーの電子を反射電子と分けて呼ぶ場合もある。）が放出される。これら２次電子を、電子ビームを偏向して走査しながら検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。また、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。
　走査電子顕微鏡における基本的な機能の１つは、電子ビームの分解能である。電子ビームの分解能を向上させるために、さまざまな方法が試みられているが、その中の１つにエネルギーフィルタによる電子ビームのエネルギー分散低減技術がある。これはエネルギー分散低減により色収差を低減し、分解能を向上させるものである。エネルギーフィルタは、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットとを持つことでエネルギー分散低減を実現している。エネルギーフィルタは、電子の軌道を分散させる方法によりオメガフィルタやウィーンフィルタなどと呼ばれる方式に分類される。
　エネルギーフィルタの効果を正しく得るには、電子ビームをスリット上の所望の位置に所望の形状で照射する必要がある。これを達成するために、例えば、特表２００２－５２４８１８号公報（特許文献１）には、選択スリットを含むプレート上の電子ビームの強度を計測する手法が述べられている。また、特開２０１１－１２９２５７号公報（特許文献２）には、エネルギー選択スリットに流れる電流（スリット電流）を最小にすることでエネルギー選択スリット上の電子ビームの位置を最適化する方法が述べられている。さらに、特開２００５－２９４１２８号公報（特許文献３）には、スリット選択のための機械的なスリット移動機構が開示されている。
特表２００２－５２４８１８号公報 特開２０１１－１２９２５７号公報 特開２００５－２９４１２８号公報
　しかし、これらの特許文献では走査電子顕微鏡を効率良く長期間安定に使用するための観点が不足している。すなわち、効率の良い調整や長時間の安定動作は、装置の実質的な稼働時間を確保するうえで重要であり、特に、半導体製造ラインにて微細パターンの寸法を計測する測長ＳＥＭ（ＣＤＳＥＭ）と呼ばれる走査電子顕微鏡において重視される観点となる。
　具体的には、特許文献１では、選択スリット上で電子ビームを２次元走査する時間が必要となり、電子顕微鏡の本来の目的に使用する時間を削減することになる。また、選択スリット上での２次元走査を頻繁に行うことは電子ビームの不安定性の原因となる可能性があり、出来るだけ避けるべきである。
　また、特許文献２では、装置の長期的安定稼働に対する観点はなく、スリット照射電流の変動に対する考慮もない。
　さらに、特許文献３は、調整用のスリットの機械的移動機構のみが述べられているに過ぎない。
  本発明の目的はこれらの課題を解決し、安定なエネルギー分散の低減を実現するエネルギーフィルタを提供することにある。
　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板を有し、選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有する。
　本発明により、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。
実施例１に係る走査電子顕微鏡の全体概要図。 実施例１の選択スリット板上の電子ビームの形状図。 実施例１の選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャート。 実施例１の選択スリット板上電子ビーム走査による信号例を示す図。 実施例２に係る走査電子顕微鏡の全体概略図。 実施例３の選択スリット板と電子ビームを示す図。 実施例４のスリット２次電子の信号強度を利用した透過率測定タイミングのフローチャート。 実施例５の選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャート。 実施例６の焦点補正を行うフローチャート。 実施例７の選択スリット板上の電子ビームの形状を示す図。 実施例７の電子ビーム軌道図。 実施例８のモニター画面を示す図。 実施例９の基準値のモード別の設定値テーブル。
　以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
　図１に本実施例の走査電子顕微鏡の全体概略図を示す。図１において、電子源１００から放出された１次電子１１６は、第１コンデンサレンズ１０３、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１、第２静電偏向器１６０と、第２電磁偏向器１６１、第２コンデンサレンズ１０５、対物レンズ１１３によりステージ１１５上の試料１１４に結像される。第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１の組は、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器として作用し、選択スリットを挟んで配置された第２静電偏向器１６０と第２電磁偏向器１６１は、この軌道の分散の補正光学素子として作用する。第１、第２静電偏向器１５０，１６０は偏向色収差の発生効率を向上させるために負の高電圧が印加されている。このために第１、第２静電偏向器１５０，１６０は減速型の静電レンズとして作用する効果がある。対物レンズ１１３上の磁路には正電圧を、試料１１４には負電圧が印加されており、ここで静電レンズが形成されているため、対物レンズ１１３は磁場電場重畳レンズとなっている。また対物レンズ１１３の開口は試料側に向いており、セミインレンズ型と呼ばれるレンズ構造となっている。
　試料１１４から放出される２次電子１１７（低速電子を２次電子、高速電子を反射電子と分類する場合もあるがここでは２次電子に表記を統一した。）は中間にある検出器１２１により検出され、２次電子信号を形成する。試料状態が同じであればこの２次電子信号は後述する選択スリット３０２を透過した電流量に対応する。試料上の１次電子は第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器１０８により２次元に走査され、結果として２次元画像を得ることが出来る。本実施例では第１、第２走査偏向器１０６，１０８は静電偏向器である。２次元画像は表示装置１４７に表示される。ここで第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１の組や第２静電偏向器１６０と第２電磁偏向器１６１の組を「ＥｘＢ」（ＥクロスＢ）と呼ぶ場合が多い。
　図２は選択スリット板１７０上の電子ビームの形状を示した図である。第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１を、選択スリット３０２の長手方向に対して直交する方向に逆向き（図２の左右方向）に偏向し、選択スリット板１７０上で偏向色収差のみを発生させている。偏向色収差は横長のビームを作るので、電子ビーム３０３は横長のビーム形状となっている。この電子ビーム３０３の一部を選択スリット３０２により抽出することでエネルギー分散を低減できる。一般的にこの原理に基づくエネルギーフィルタをウィーンフィルタと呼ぶ。
　また本実施例では、図１に示すように、スリット電流計測部１８０（例えば電流計）、スリット電流と２次電子信号の比率の計算部１８１（例えば計算回路とソフトウエア）、およびその比率の変化量の計算部１８２（計算部１８１と計算回路は兼用可能）で構成される透過率モニター部が設けられている。この透過率モニター部により選択スリット３０２を透過する電子ビーム３０３の透過率をモニターすることが可能となる。ここで、透過率とは、選択スリット板１７０に当たった電子ビーム量（電流量）に対する選択スリット３０２を透過した電子ビーム量（電流量）の比率としても良いし、選択スリット板１７０に当たった電子ビーム量と選択スリット３０２を透過した電子ビーム量の和と選択スリット３０２を透過した電子ビーム量の比率としても良い。
　以下に、透過率を測定する必要性とその重要性について述べる。
　まず、電子源から放出される電子の電流量は一般的に変動する。電界放出型電子源では特に初期の電流量減少が大きく、ショットキー型電子源でも脈動と呼ばれる電流量の増減がある。従って、選択スリット板１７０に照射される電流量は必ずしも一定ではない。一方、スリット電流や選択スリット３０２を透過した電子から発生する２次電子信号（選択スリット３０２から見ると透過電子信号）の強度は、選択スリット板１７０に照射される電流量と電子ビーム３０３のスリット透過率によって決まる。選択スリット板１７０上の電子ビーム位置を一番反映しているのはスリット透過率であるので、スリット電流や選択スリット３０２を透過した電子から発生する２次電子信号の強度単独で電子ビーム３０３の位置変動をモニターすることは、モニターの効率を考慮するとメリットがあるが、選択スリット板１７０に照射される電流量に起因した誤差が生じることになる。従って、スリット電流と選択スリット３０２を透過した電子から発生する２次電子信号の強度の比率を求めることにより実質的に透過率に対応するモニター値を得ることが出来る。
　また、選択スリット板１７０上での電子ビーム３０３の位置変動は透過する電子ビームの特性に影響を与える。直接的な影響は電流量の変化であり、取得画像のＳＮに影響を与えることになる。この他に重要な特性変化として、中心エネルギーがシフトすることがあげられる。これより試料上での焦点位置が変化し、試料上での電子ビームの分解能が変化する。そして位置変動が更に大きくなると、最終的にはエネルギー分散値が変化することになり、色収差を通して分解能の変動を引き起こす。これら分解能の変動は、特に再現性良く撮像パターン寸法の計測が必要なＣＤＳＥＭにおいては特性劣化要因として無視できない。従って、正しい電子ビーム位置変動を感知できる透過率をモニター値とすることが装置の安定稼働のために重要となる。
　本実施例では測定試料ごとに、選択スリット板１７０を流れるスリット電流と、選択スリット３０２の透過電子信号（透過電流量に対応する２次電子１１７）の強度を測定し、その比率を透過率のモニター値としている。また、その変化を知るために、比率の変化量を計算している。なお、計算する比率の変化量は変化する値の絶対値であってもよいし、相対的変化を示す変化率でもよい。また、計算部１８１と１８２は一体化が可能であり、構成要素は共用しても構わない。
　図３に、本実施例での選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャートを示す。図３において、ステップＳ０１で透過率に対応するモニター値を求め透過率を測定する。次に、ステップＳ０２で透過率の初期値からの変化を計算し、ステップＳ０３で、その値が基準値を越えたか否かを判断し、基準値以上の場合は、選択スリット板１７０上での電子ビーム位置が大きくずれたと判定し、ステップＳ０４で選択スリット板１７０上で電子ビーム３０３を走査し、ステップＳ０５で選択スリット板１７０上の電子ビーム位置の調整を行う。
　すなわち、透過率を測定することで、電子ビーム３０３と選択スリット３０２の相対位置を所定の位置、一般的には電子ビーム３０３の中心が選択スリット３０２の中心となる位置、に調整することが出来る。なお、位置調整の具体的処理は、選択スリット板１７０上での電子ビーム３０３を偏向走査する偏向走査部として、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１や第１アライナー１０２等の偏向器、またはスリット移動機構１７１を用いて電子ビーム３０３と選択スリット３０２の相対位置を調整する。
　図４に電子ビーム走査による信号例を示す。図４（ａ）は、電子ビーム３０３と選択スリット３０２の位置関係を示しており、Ｙ方向には中心が一致しているが、Ｘ方向には図の左側に電子ビーム３０３の中心がずれている場合を示している。この条件で、電子ビーム３０３をＸ，Ｙ方向に走査した場合の選択スリット３０２を透過した電子から発生する透過電子信号（２次電子信号）のプロファイルを図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、上図がＹ方向走査位置に対する透過電子信号のプロファイル、下図がＸ方向走査位置に対する透過電子信号のプロファイルである。選択スリット３０２の形状と電子ビーム３０３の形状の長手方向が異なるために、Ｘ方向，Ｙ方向で異なった透過電子信号プロファイルを示している。すなわち、図４（ｂ）上図の、Ｙ方向走査位置に対するプロファイルの場合には、電子ビーム３０３と選択スリット３０２のＹ方向の中心が一致しているので、透過電子信号のプロファイルは走査中心に対して左右対称となる。一方、図４（ｂ）下図の、Ｘ方向走査位置に対するプロファイルの場合には、電子ビーム３０３の中心が選択スリット３０２の中心に対して左側にずれているために、例えば電子ビーム３０３を選択スリット３０２の右側に全て移動させて透過電子信号をゼロとするためには走査距離が長くなるので、走査中心に対してプロファイル中心が右にずれたプロファイルとなる。すなわち、走査中心とプロファイル中心の差が調整すべき量となる。
　本実施例で用いているウィーンフィルタでは２つの偏向器を用いて電子ビーム３０３を曲げることなく選択スリット３０２へ照射している。従って、選択スリット３０２への入射角度が安定であるウィーンフィルタの偏向器を用いることで電子ビーム位置の走査や調整が可能である、といった本実施例を有効に使用できるメリットがある。
　なお、本実施例ではウエハ毎に透過率をモニターした。これにより電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.15nmに制御することが可能となった。また、透過率のモニターのタイミングはウエハ毎に限らず、ロット毎や決められた時間毎での運用も可能である。
　以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板とを有し、前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有する構成とした。
　また、前記軌道分散器は、重なり合った電磁偏向器と静電偏向器の組からなる構成とすることで、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させることが出来る。また、重なり合った第２の電磁偏向器と第２の静電偏向器からなる第２の組を有し、前記組と第２の組が選択スリットを挟んで配置される構成とすることで、軌道の分散の補正光学素子として作用する。
　また、前記透過率モニター部は、選択スリットの透過電子信号の計測部と、選択スリット板に流れるスリット電流の計測部と、該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。
　また、選択スリット上で電子ビームを偏向走査する偏向走査部を有し、透過率の変化が基準値を越えた場合に、偏向走査部により選択スリット上で電子ビームを偏向走査する構成とする。また、前記偏向走査部は、電子ビームを偏向する偏向器または前記選択スリット板を移動させるスリット移動機構である。
　これにより、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。
　図５に本実施例の走査電子顕微鏡の全体概略図を示す。実施例１との相違点は、
選択スリット板１７０への電子ビーム３０３の照射により生じたスリット２次電子４１５を検出するスリット検出器４１１と、そのスリット検出器４１１を制御するスリット検出系制御部４１２と、選択スリット３０２を透過した透過電子ビーム電流を測定するためのファラデーカップ４１３と、その電流を計測する透過電流計測部４１４と、スリット検出器４１１で検出したスリット２次電子の信号強度を示すスリット信号と透過電流計測部４１４で計測した透過電流の比率を計算するスリット信号と透過電流の比率の計算部４８１を有する点である。その他は、実施例１の図１と同様なので説明は省略する。
　すなわち、本実施例では、選択スリット板１７０の選択スリット３０２を透過する透過率を求めるために、スリット電流の代わりに選択スリット板１７０への電子ビーム３０３の照射により生じたスリット２次電子４１５のスリット検出器４１１で検出した信号強度であるスリット信号（言い換えると、選択スリット板の反射電子信号）と、２次電子１１７の代わりにファラデーカップ４１３で測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流（透過電流）を用いる点で実施例１と相違する。
　従って、本実施例での透過率のモニター値は、スリット２次電子４１５の信号強度である選択スリット板１７０の反射電子信号と選択スリット３０２の透過電子ビーム電流である透過電流の比率を計算し、その比率の変化量から求めることになる。すなわち、これらの透過率モニター部により選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターすることが可能となる。
　なお、ファラデーカップでの電流値の測定の際には選択スリットを透過した後の電子ビームの軌道を偏向器により制御することになる。
　本実施例のメリットは、スリット電流を測定するための絶縁処理や配線が不要になる点と、２次電子が試料の表面状態に影響されるのに対してファラデーカップで測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流は正確で信頼性が高い点である。
　なお、実施例１で用いた透過電子信号（２次電子１１７の信号量）とスリット信号（スリット２次電子４１５）の組み合わせで透過率をモニターすることも可能である。また、実施例１で用いたスリット電流と透過電流（ファラデーカップで測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流）の組み合わせで透過率をモニターしても良い。
　なお、本実施例ではロット毎に透過率をモニターした。これにより電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.25nmに制御することが可能となった。
　以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板とを有し、前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有し、該透過率モニター部は、透過電流量の計測部と、選択スリット板の反射電子信号の計測部と、該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。
　これにより、本実施例では、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。
　本実施例は、選択スリット板の選択スリットを透過する透過率を直接求める例を示す。図６は、本実施例で用いる選択スリット板と電子ビームを示した図である。他の全体構成は、実施例１または２と同様である。
　図６において、選択スリット板５００は、エネルギー分散低減のための選択スリット５０１の近傍に、実質的に電子ビーム全体を透過させることの出来る大きなサイズの開口（透過開口５０３）を有している。本実施例では電子ビーム５０２を２つの開口（選択スリット５０１と透過開口５０３）間で電気的に移動させ、２つの透過電子信号または透過電流を測定する。そしてこの２つの値の比率から、電子源から発生する電子ビーム全体に対する選択スリット５０１を透過する電子ビームの割合として電子ビームの透過率を求め、モニター値としている。すなわち、これらの透過率モニター部により選択スリット５０１を透過する電子ビームの透過率をモニターすることが可能となる。本実施例のメリットは、透過率の測定にスリット電流やスリット２次電子の測定が不要であり、透過率が絶対値として求まることにある。
　以上説明したように、本実施例は、選択スリット板として、選択スリットの近傍に電子ビームの全体を透過させる透過開口を有し、透過率モニター部は、選択スリットを透過する透過電子信号もしくは透過電流の第１の計測値と、前記透過開口を透過する透過電子信号もしくは透過電流の第２の計測値を計測する計測部と、前記第１と第２の計測値の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。
　これにより、本実施例では、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができるという効果に加えて、透過率の測定にスリット電流やスリット２次電子の測定が不要であり、透過率が絶対値として求まるという効果がある。
　本実施例は、前記したスリット２次電子の信号強度を利用して、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決める基準とする例について説明する。
　すなわち、スリット２次電子信号は常時計測が可能であり、本来の目的に使用する時間を削減することはない。また、この信号の変化をモニターすることで何らかの異常検知は期待できる。しかし、前に述べたように照射電子ビームの変動があるために選択スリット板上の電子ビームの位置のモニターとしては不完全である。従って、本実施例ではスリット２次電子の信号強度変化が基準値を越えた場合に透過率を測定し、電子ビーム位置を調整する必要があるか判定することとした。
　図７に、スリット２次電子の信号強度を利用した透過率測定タイミングのフローチャートを示す。図７において、ステップＳ０６でスリット２次電子の信号強度を測定する。具体的な構成は、図５のスリット検出器４１１により検出する。そして、ステップＳ０７で信号強度の変化率を計算する。そして、ステップＳ０８で、その値が基準値を越えたか否かを判断し、基準値以上の場合は、ステップＳ０９で透過率の測定を実施する。
  なお、ここでは信号強度の変化する変化量として相対的変化を示す変化率で説明したが、変化する値の絶対値であってもよい。
　以上、本実施例では、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決める基準としてスリット２次電子信号の強度を利用する点を説明したが、この考え方は他の信号（スリット電流、透過電子信号、透過電流）にも適用可能である。また、このタイミングと並行してウエハ毎やロット毎の透過率のモニターを行うことは有効と考えられる。
　なお、本実施例とロット毎の透過率のモニターを組み合わせることで電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.15nmに制御することが可能となった。
　以上説明したように、本実施例は、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流を測定し、該測定値の変化量が基準値を越えた場合に、透過率モニター部で選択スリットでの電子ビームの透過率を計測する構成とする。これにより、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決めることが出来る。
　本実施例は、選択スリット板上の電子ビーム位置調整の実施可否判断と、位置調整の具体的処理判断の例について説明する。
　本実施例の処理フローを図８に示す。本実施例に係る全体構成は、図１または図５と同じであり、処理フローとして、基準値を複数設けている点で、図３と異なる。
　図８において、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２で透過率をモニターし変化が第１基準値未満か判定する。これは、図３のステップＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３と同様の処理である。第１基準値以上の場合は、選択スリット板上での電子ビーム位置が大きくずれたと判定し、電子ビーム位置調整の実施に移る。
　ここで、位置調整は、実施例１でも説明したように、選択スリット板上での電子ビームの偏向走査により偏向走査部により実施する。その具体的手段として、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１や第１アライナー１０２のような偏向器による補正によりスリット上のビーム位置を調整する方法と、スリット移動機構１７１による機械的な図示していないスリットステージの駆動により相対的な電子ビーム位置の調整を行なう方法がある。偏向器による調整では偏向器補正の累積値が大きくなると電子ビームの軌道のずれが大きくなる。また、スリットステージの駆動による機械的な位置制御は電気的な電子ビームの位置制御ほど位置分解能がないが、大きく動かすことが可能であり、両者をうまく使い分けることが重要である。
　よって、ステップＳ１３において偏向器補正の累積値を参照し、ステップＳ１４で、その値が第２基準値以上であるかを判定し、第２基準値以下の場合は、ステップＳ１５で偏向器による偏向量の強度調整を行うことでスリット上のビーム位置を調整する。一方、第２基準値以上の場合は、ステップＳ１６で、電子ビームの軌道のずれが大きくなるために、スリットステージの駆動により移動調整を行い相対的な電子ビーム位置の調整を行う。
　なお、スリットステージの駆動を行う場合は電子ビームの光学的な軸調整も併用し、偏向器制御は初期状態に戻すことが望ましい。
　以上説明したように、本実施例は、選択スリット板上での電子ビームの偏向走査にあたって、偏向器による電子ビーム補正の累積値が第２の基準値より大きいかを判断し、該累積値が第２の基準値未満であれば前記偏向器による電子ビーム位置調整を行い、該累積値が第２の基準値以上であればスリット移動機構による選択スリット位置調整を行う構成とした。これにより、選択スリット板上の電子ビーム位置調整において、位置分解能による精度と位置調整スピードの両方を考慮した調整が可能となる。
　本実施例では、焦点補正について説明する。
　前述したように、選択スリット板上の電子ビームの移動は電子ビームのエネルギーの中心値をシフトさせる。このことは電子ビームの試料面上での焦点位置を変化させるため、分解能の変動の原因となる。汎用ＳＥＭではマニュアルによる焦点補正を常時行うために実質的にこの変動は顕在化しにくい。しかし、測長ＳＥＭの様に撮像以外の動作を避けたい装置の場合は焦点補正の回数を出来るだけ抑えることが好ましい。従って、本実施例では、透過率をモニターし、その変化が基準値以上の場合に焦点補正を行うようにした。なお、本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成は、実施例１または２と同様である。
　図９に本実施例のフローチャートを示す。図９において、ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９で透過率をモニターし変化が基準値未満か判定する。なお、ステップＳ１８ではモニター値の変化する変化量として相対的変化を示す変化率で説明したが、変化する値の絶対値であってもよい。また、透過率のモニター値としては、実施例１または２と同様の、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流である。
　そして、モニター値が基準値を越えた場合に、ステップＳ２０で焦点補正を行う。このようにすれば、分解能の変動を少ない回数の焦点補正動作で抑制することが可能である。
　なお、焦点補正用の基準値は、実施例５の電子ビーム位置調整の実施可否判断のための第１の基準値より小さい。また、焦点補正は通常よく行われる対物電磁コイルの電流を変化させても良いが、ここではステージ電圧を変化させることで対応する。焦点変化の原因が電子ビームのエネルギーの変化であるために試料への照射エネルギーを一定に保つために、ステージ電圧を変化させることとした。
　なお、本実施例と30分毎の透過率のモニターを組み合わせることで電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.1nmに制御することが可能となった。
　以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板と、試料に電子ビームを照射する対物レンズと、試料を置くステージと、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流をモニターする透過率モニター部を有し、該モニター値の変化量が基準値より大きくなった場合に前記試料上での焦点補正を行う構成とした。これにより、分解能の変動を少ない回数の焦点補正動作で抑制することが可能となる。
　本実施例は、電子ビーム形状について説明する。
　図１０は、本実施例における選択スリット板上の電子ビームの形状を示す図である。図１０において、電子ビーム１００３の形状は、図２と比較して、選択スリット３０２の長手方向に幅を持っている。
　通常、選択スリット３０２に照射する電子ビーム１１０１（図１０における電子ビーム１００３）は、図１１に示すようにスリット上で合焦点を形成する。これはエネルギー分散の選択スリット３０２による選択性を高めるためである。しかし、選択スリット３０２の長手方向に対しては必ずしもその必要はない。また、図１１に示したように、本実施例ではスリット電流計１１０４で計測されるスリット電流値と透過電流計１１０５で計測される透過電流値の比率を演算装置１１０６で計算することにより電子ビーム１１０１の透過率をモニターしている。ミクロンオーダー以下の微小なサイズのスリットを作る場合は、選択スリット３０２の長手方向の長さにも限界があり、従って、選択スリット３０２の長手方向の電子ビーム位置変化にも注意を払う必要がある。その際、図２のような選択スリット３０２の長手方向に幅のない電子ビーム形状では、電子ビーム３０３が選択スリット３０２の長手方向の端に到達した場合に急に透過電流が減少することになり、透過率のモニターが異常を発見するのが遅れることになる。
　したがって、選択スリット３０２の長手方向の電子ビーム１００３の位置変動に対する感度を低下させるために、電子ビーム１００３の選択スリット３０２の長手方向、言い換えれば、電子ビーム１００３の軌道を分散させる方向とおおよそ垂直方向、を合焦点の場合より幅を大きくして選択スリット板１７０に照射することが望ましい。
　具体的実現手段としては、選択スリット板１７０上での焦点状態をデフォーカス状態にするか、非点収差とデフォーカスを組み合わせて、電子ビーム１００３の選択スリット３０２の長手方向のみ幅を持たせる手法が有効である。
　本実施例は、モニター画面例について説明する。
　図１２は、本実施例におけるモニター画面を示す図である。図１２において、画面にはモニター値、モニター頻度、基準値レベルの選択結果が表示されている。また、過去のモニター値の変化を示すグラフが描かれている。また、モニター履歴のＯＮ、ＯＦＦ表示も設けている。これらを参考にして装置状態に適したモニター方法を選択することができる。
　本実施例は、基準値の設定について説明する。
　前述した各実施例で用いた基準値は、装置の必要とする分解能やスループット等によって変わるので、適宜設定する必要がある。その値は、事前に設定しても良いし、実測しながらその都度設定してもよい。事前に設定する場合には、例えばテーブルとして、図１の記録装置１４５にあらかじめ記録しておき、設定時にそのテーブルを参照して設定する。
　図１３に、選択スリット板上の電子ビーム位置の調整を行うための透過率の変化率の基準値の場合について、モード別の設定値テーブルを示す。図１３において、例えば、高分解能モード１であれば、その基準値は小として、きめ細かく制御を行う。また、高速モード２では、スループットを優先として、細かな調整は省くモードであり、その時の基準値は大とする。また、大電流モード３では、信号強度を保持するために大電流を流すモードであり、その時の基準値は中とする。さらに、高焦点深度モード４の場合も、その時の基準値は中とする。
　以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本実施例ではウィーンフィルタの実施例についてのみ記載したが、オメガフィルタやガンマフィルタといった他の方式のエネルギーフィルタにも有効である。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
１００：電子源、１０１：電子銃、１０２：第１アライナー、
１０３：第１コンデンサレンズ、１０５：第２コンデンサレンズ、
１０６：第１走査偏向器、１０８：第２走査偏向器、１１３：対物レンズ、
１１４：試料、１１５：ステージ、１１６：１次電子、１１７：２次電子、
１２１：検出器、１３１：電子銃制御部、１３２：第１アライナー制御部、
１３３：第１コンデンサレンズ制御部、１３５：第２コンデンサレンズ制御部、１３６：検出系制御部、１３７：第１走査偏向器制御部、
１３９：第２走査偏向器制御部、１４１：ブースター電圧制御部、
１４２：対物レンズ制御部、１４４：試料電圧制御部、１４５：記録装置、
１４６：装置全体の制御演算装置、１４７：表示装置、
１５０：第１静電偏向器、１５１：第１電磁偏向器、１６０：第２静電偏向器、
１６１：第２電磁偏向器、１７０：選択スリット板、１７１：スリット移動機構、
１７２：スリット制御部、１８０：スリット電流計測部、
１８１：スリット電流と２次電子信号の比率の計算部、
１８２：比率の変化の計算部、３０２：選択スリット、３０３：電子ビーム、
３０４：スリット上での偏向色収差発生方向、４１１：スリット検出器、
４１２：スリット検出系制御部、４１３：ファラデーカップ、
４１４：透過電流計測部、４１５：スリット２次電子、５００：選択スリット板、
５０１：選択スリット、５０２：電子ビーム、５０３：透過開口、
４８１：スリット信号と透過電流の比率の計算部、７０１：選択スリット、
７０２：電子ビーム、１００１：選択スリット板、１００２：選択スリット、
１００３：電子ビーム、１００４：スリット上での偏向色収差発生方向、
１１０１：電子ビーム、１１０２：ＥｘＢ、１１０３：選択スリット、
１１０４：スリット電流計、１１０５：透過電流計、１１０６：演算装置

Claims (11)

  1. 　電子ビームを発生させる電子源と、
    　電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、
    　分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板と、
    　前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部と、
    を有する走査電子顕微鏡。
  2. 　請求項１において、
    　前記軌道分散器は、重なり合った電磁偏向器と静電偏向器の組からなる走査電子顕微鏡。
  3. 　請求項２において、
    　重なり合った第２の電磁偏向器と第２の静電偏向器からなる第２の組を有し、
    　前記組と第２の組が前記選択スリットを挟んで配置される走査電子顕微鏡。
  4. 　請求項１において、
    　前記透過率モニター部は、
    　　選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流の計測部と、
    　　選択スリット板の反射電子信号もしくは選択スリット板に流れるスリット電流の計測部と、
    　　該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、
    　　前記比率の変化量を計算する計算部と、
    を備える走査電子顕微鏡。
  5. 　請求項１において、
    　前記選択スリット板は、前記選択スリットの近傍に前記電子ビームの全体を透過させる透過開口を有し、
    　前記透過率モニター部は、
    　　前記選択スリットを透過する透過電子信号もしくは透過電流の第１の計測値と、前記透過開口を透過する透過電子信号もしくは透過電流の第２の計測値と、を計測する計測部と、
    　　前記第１と第２の計測値の比率を計算する計算部と、
    　　前記比率の変化量を計算する計算部と、
    を備える走査電子顕微鏡。
  6. 　請求項１において、
    　選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流を測定し、
    　該測定値の変化量が基準値を越えた場合に、前記透過率モニター部で前記選択スリットでの電子ビームの透過率を計測する走査電子顕微鏡。
  7. 　請求項１において、
    　前記選択スリット板上で電子ビームを偏向走査する偏向走査部を有し、
    　前記透過率の変化量が基準値を越えた場合に、前記偏向走査部により選択スリット上で電子ビームを偏向走査する走査電子顕微鏡。
  8. 　請求項７において、
    　前記偏向走査部は、電子ビームを偏向する偏向器または前記選択スリット板を移動させるスリット移動機構である走査電子顕微鏡。
  9. 　請求項８において、
    　前記偏向走査にあたって、前記偏向器による電子ビーム補正の累積値が第２の基準値より大きいかを判断し、
    　該累積値が第２の基準値未満であれば前記偏向器による電子ビーム位置調整を行い、
    　該累積値が第２の基準値以上であれば前記スリット移動機構による選択スリット位置調整を行う走査電子顕微鏡。
  10. 　請求項１において、
    　前記選択スリットの長手方向での前記電子ビームの幅を、前記選択スリット上で合焦させる場合よりも大きくする走査電子顕微鏡。
  11. 　電子ビームを発生させる電子源と、
    　電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、
    　分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板と、
    　試料に電子ビームを照射する対物レンズと、
    　試料を置くステージと、
    　選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流をモニターする透過率モニター部と、
    を有し、
    　該モニター値の変化量が基準値より大きくなった場合に前記試料上での焦点補正を行う走査電子顕微鏡。
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