JP7192117B2 - 基板上の限界寸法測定の方法、および基板上の電子デバイスを検査し、カッティングするための装置 - Google Patents

Description

［０００１］本開示は、基板を検査するための装置および方法に関する。さらに、本開示の実施形態は、一般に、（例えば大面積基板上の）電子デバイスを分析するための集束イオンビームシステムに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、大面積基板などの、ディスプレイ製造用の基板上での自動化された限界寸法（ＣＤ）測定のための方法に関する。具体的には、実施形態は、ディスプレイ製造用の基板上での自動化された限界寸法測定のための方法、ディスプレイ製造用の大面積基板を検査する方法、およびディスプレイ製造用の大面積基板を検査するための装置、およびその操作方法に関する。

［０００２］ＴＦＴ、光起電（ＰＶ）デバイスまたは太陽電池およびその他の電子デバイスなどの電子デバイスは、長年にわたり、ディスプレイガラスパネルや薄いフレキシブルメディアなどの大面積基板上に製造されてきた。基板は、ガラス、ポリマー、または電子デバイス形成に適した他の材料でできていてもよい。より大きなサイズの最終製品を製造するため、および／またはデバイス（例えば、ピクセル、ＴＦＴ、光起電または太陽電池など）あたりの製造コストを削減するために、表面積が１平方メートルよりはるかに大きい、例えば２平方メートル以上の基板上に電子デバイスを製造することに、継続的な努力が向けられている。

［０００３］ＴＦＴなどの、欠陥があると判断された個別デバイスを分析する必要が、しばしばある。例えば、個々のピクセルを切り替えるトランジスタに欠陥があり、これにより、そのピクセルは常にオンまたはオフになる可能性がある。

［０００４］集束イオンビーム（ＦＩＢ）システムが、半導体産業、材料科学、そしてますます生物学の分野で分析技術として利用されてきている。半導体産業では、ＦＩＢシステムは、ウェハ上のダイの一部（例えば、「サンプル」）の特定場所固有の分析にイオンビームを使用する。

［０００５］さらに、多くのアプリケーションでは、基板の品質を監視するために、基板が検査される。例えば、コーティング材料の層が堆積されるガラス基板が、ディスプレイ市場向けに製造されている。欠陥は、例えば、基板の処理中に、例えば基板のコーティング中に、発生するかもしれないので、欠陥を確認し、ディスプレイの品質を監視するために、基板の検査が必要である。さらに、パターニングプロセスステップで作製された構造のサイズ、形状、および相対的な位置は、ＳＥＭレビュー（例えば限界寸法（ＣＤ）の測定）によって監視および制御する必要がある。

［０００６］ディスプレイは、基板サイズが継続的に大きくなっている大面積基板上に、多くの場合、製造される。さらに、ＴＦＴディスプレイなどのディスプレイは、継続的に改善されている。基板の検査は、光学システムによって実行することができる。ただし、ＴＦＴアレイの構造などの限界寸法（ＣＤ）測定には、光学検査では提供できない解像度が必要である。ＣＤ測定は、例えば、構造のサイズまたは構造間の距離を約１０ナノメートルの範囲で提供できる。得られた寸法は、所望の寸法と比較することができ、その寸法は、製造プロセスの特性を評価するために重要であると見なすことができる。

［０００７］ディスプレイ製造用の基板は、典型的には、例えば１ｍ²以上の面積を有するガラス基板である。このような大きな基板上の高解像度画像は、本質的に非常に困難であり、ウェハ業界のほとんどの研究成果は適用できない。さらに、上記に例示的に記載されているＣＤ測定の選択肢は、例えば、結果として生じるスループットが望ましくないので、大面積基板には適していない。

［０００８］したがって、例えば、大面積基板上のディスプレイの品質に対する要求の高まりに伴い、大面積基板を検査するための改善された装置および方法、例えば具体的には、ＦＩＢ技術を大面積基板に利用できる（より具体的には、限界寸法測定に利用される）方法および装置が必要とされている。

［０００９］上記に照らして、ディスプレイ製造用の基板上での限界寸法測定のための方法、ディスプレイ製造用の大面積基板を検査する方法、ディスプレイ製造用の大面積基板を検査するための装置、およびその操作方法が提供される。本開示のさらなる態様、利点および特徴は、説明および添付の図面から明らかである。

［００１０］一態様によれば、基板上での限界寸法測定のための方法が提供される。この方法は、基板の主表面がＸＹ平面にある状態で基板を支持することと、第１の角度で基板の主表面の平面に対して角度を付けられた集束イオンビームカラムを用いてノッチをカッティングすることと、第１の角度とは異なる第２の角度で基板の主表面の平面に対して角度を付けられた光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を用いて、ノッチに隣接する１つ以上の構造の第１の寸法および第２の寸法であって、ＸＹ平面にあり、原寸に比例して測定される第１の寸法および第２の寸法の少なくとも１つを測定することと、光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を用いて、ＸＹ平面に対して角度を付けられた方向に、１つ以上の構造の第３の寸法を原寸に比例して測定することと、を含む。

［００１１］別の態様によれば、基板を検査し、基板上の電子デバイスをカッティングするための装置が提供される。この装置は、真空チャンバ、真空チャンバ内に配置され、その上に電子デバイスを有する基板を支持するように構成されたステージ、ステージ上の集束イオンビームカラムであって、基板の主表面の平面に対して第１の角度で角度を付けられたビーム経路を有する集束イオンビームカラム、および集束イオンビームカラムに隣接し、基板の主表面の平面に対して第２の角度で角度を付けられた光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡であって、第２の角度は第１の角度とは異なり、第２の角度は、光学的歪みを低減するように構成され、第１の角度は、電子デバイスの３つの寸法に沿った原寸に比例した限界寸法測定を可能にするように構成される、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を含む。

［００１２］別の態様によれば、基板上での限界寸法測定のための方法が提供される。この方法は、画像を得るために、走査荷電粒子ビームデバイスを用いて、基板上に設けられた１つ以上の構造を画像化することであって、走査荷電粒子ビームデバイスの画像化平面は、基板の主表面に平行であり、画像は、基板内に生成されたノッチを含む、画像化することと、画像において３次元座標系の３つの異なる方向に沿って限界寸法を原寸に比例して測定することと、を含む。

［００１３］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、そのいくつかは、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の同等に有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。当業者への完全かつ実施可能にする開示が、添付の図面への参照を含む本明細書の残りの部分でより具体的に説明されている。

本明細書に記載の実施形態による、基板を検査するための装置の側面図を示す。 本明細書に記載の実施形態による、基板を検査するための計測システム装置の概略断面図である。 集束イオンビームカラム（ＦＩＢカラム）を有する計測システムにおいてサンプルを検査する典型的な構成の側面図を示す。 本開示の実施形態による集束イオンビームカラムを有する計測システムにおいてサンプルを検査する構成の側面図を示す。 図４Ａに対応するシステムを検査するための装置の画像を示す。 本明細書に記載の実施形態により、基板を検査するための、ＦＩＢカラムを有する装置の側面図を示し、装置は、振動を低減するための構成要素を含む。 本明細書に記載の実施形態による、画像化荷電粒子ビーム顕微鏡、すなわち、基板を検査するための例示的な装置の側面図を示す。 本開示の実施形態による、（例えばディスプレイ製造用の）大面積基板上での自動化されたＣＤ測定の方法を示すフローチャートを示す。

［００１４］ここで、様々な例示的な実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を各図に示す。各例は、説明のために提供されており、制限を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴は、他の実施形態で、または他の実施形態と組み合わせて使用されて、さらに別の実施形態をもたらすことができる。本開示はそのような修正および変形を含むことが意図される。

［００１５］以下の図面の説明内で、同じ参照番号は、同じ構成要素を指す。個々の実施形態に関する違いのみが説明されている。図面に示されている構造は、必ずしも正確に原寸に比例して描かれているわけではないが、むしろ実施形態のより良い理解に役立つ。

［００１６］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、本明細書に記載の基板は、大面積基板、特にディスプレイ市場向けの大面積基板に関する。いくつかの実施形態によれば、大面積基板またはそれぞれの基板支持体は、少なくとも１ｍ²、例えば少なくとも１．３７５ｍ²のサイズを有し得る。サイズは、約１．３７５ｍ²（１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ - Ｇｅｎ５）から約９ｍ²、より具体的には約２ｍ²から約９ｍ²、さらには最大１２ｍ²であり得る。本明細書に記載の実施形態による構造、装置、および方法が提供される基板または基板受容領域は、本明細書に記載されているような大面積基板であり得る。例えば、大面積の基板またはキャリアは、約１．３７５ｍ²の基板（１．１ｍ×１．２５ｍ）に対応するＧＥＮ５、約４．３９ｍ²の基板（１．９５ｍ×２．２５ｍ）に対応するＧＥＮ７．５、約５．７ｍ²の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に対応するＧＥＮ８．５、または約９ｍ²の基板（２．８８ｍ×３１３０ｍ）に対応するＧＥＮ１０まであり得る。ＧＥＮ１１およびＧＥＮ１２ならびに対応する基板面積などのより大きな世代も、同様に実施できる。基板サイズの世代は、固定の業界標準を提供するが、ＧＥＮ５基板のサイズは、ディスプレイ製造業者ごとにわずかに異なる場合があることを考慮する必要がある。テスト装置の実施形態は、例えば、多くのディスプレイ製造業者のＧＥＮ５基板が支持体によって支持され得るようなＧＥＮ５基板支持体またはＧＥＮ５基板受容領域を有し得る。同じことが、他の基板サイズの世代にも当てはまる。

［００１７］さらに、当業者は、本開示に記載される利点の１つ以上が、ウェハ、例えばシリコンウェハが基板として利用される半導体産業にも適用可能であり得ることを理解するであろう。したがって、本開示の実施形態は、基板および半導体ウェハ処理などのウェハを扱うアプリケーションの分野に提供され得る。

［００１８］基板全体または基板全体に分布した領域が測定される、大面積基板の電子ビームレビュー（ＥＢＲ）は、比較的若い技術である。例えば２０ｎｍ以下、例えば１０ｎｍ以下の解像度を達成することは非常に困難であり、ウェハ画像化からの以前の研究成果は、基板サイズの大きな違いを考慮すると適切でない場合がある。単純なアップスケーリングは、例えば必要なスループットのために、上手く行かない。さらに、プロセスおよび装置は、大きな寸法の振動を所望の解像度よりも小さく低減するのに有益に適している。さらに、手動または半自動のプロセスもまた、所望のスループット、ならびに大面積基板の領域全体に分布した位置を測定することの再現性に照らして、適切ではない可能性がある。

［００１９］現在のディスプレイ製造技術で製造および処理される基板のサイズが大きいことを考えると、基板全体または基板全体に分布した領域を、すなわちガラスを破壊することなく、処理またはテストすることは、特に困難である。基板、例えば大面積基板のサイズは、一貫して増加しているので、より大きな真空チャンバが、基板の処理または画像化に利用されている。ただし、大きな真空チャンバは、小さなチャンバに比べて、不要な振動に敏感である。真空チャンバの振動は、基板を例えば検査することができる解像度を制限する。具体的には、検査システムの解像度よりも小さいサイズの限界寸法は、見えないままであるので、測定できない。

［００２０］本開示の実施形態によれば、基板上の限界寸法測定のための方法が提供される。この方法は、基板の主表面がＸＹ平面にある状態で基板を支持することと、第１の角度で基板の主表面の平面に対して角度を付けられた集束イオンビームカラムを用いて、ノッチをカッティングすることと、を含む。ノッチにおける１つ以上の構造の第１の寸法および第２の寸法の少なくとも１つが、第１の角度とは異なる第２の角度で基板の主表面の平面に対して角度を付けられた第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を用いて測定され、第１の寸法および第２の寸法は、ＸＹ平面にあり、原寸に比例して測定される。１つ以上の構造の第３の寸法が、光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を用いて、原寸に比例して測定される。１つ以上の構造の第３の寸法は、光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を用いて、ＸＹ平面に対して角度を付けられた方向に、原寸に比例して測定することができる。例えば、第３の方向は、Ｚ方向にすることができる。Ｘ、Ｙ、およびＺは、３次元座標系を規定できる。

［００２１］原寸に比例して３つの寸法を測定すると、例えばデカルト座標系（Ｘ、Ｙ、およびＺ）に沿って寸法を測定すると、スケーリング誤差を減少またはゼロにすることができる。補正計算誤差を回避できる。さらに、追加的または代替的に、全ての寸法が１つの画像で測定されるので、検査システムのスループットを増加させることができ、かつ／または画像の帯電もしくは画像の炭化を低減することができる。したがって、特にＸ、Ｙ、およびＺ間の関係について、より高い精度の限界寸法測定を提供することができる。例えば、画像は、ＦＩＢによってカッティングされたノッチを含む領域の画像であり得る。

［００２２］図１は、本明細書に記載の実施形態による、基板を検査するための装置の側面図を示す。装置１００は、真空チャンバ１２０を含む。装置１００は、基板１６０を支持することができる基板支持体１１０をさらに含む。装置１００は、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０を含む。さらに、装置は、第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０を含むことができる。図１に示される例では、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０および第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０は、基板支持体１１０の上方に配置されている。

［００２３］図１にさらに示されるように、基板支持体１１０は、ｘ方向１５０に沿って延びている。図１の図面平面において、ｘ方向１５０は、左右方向である。基板１６０が、基板支持体１１０上に配置されている。基板支持体１１０は、ｘ方向１５０に沿って移動可能であり、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０および第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０に対して真空チャンバ１２０内で基板１６０を変位させる。したがって、基板１６０の領域が、ＣＤ測定のために、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の下、または第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０の下に配置されることができる。この領域は、基板上のコーティングされた層の中または上に含まれるＣＤ測定のための構造を含み得る。本開示の実施形態によれば、集束イオンビームカラム（例えば、図２および図５を参照）が提供される。ノッチが、基板上のコーティングされた層に、例えば、基板上に設けられたＴＦＴなどの電子デバイスに生成されることができる。基板支持体１１０はまた、ｙ方向（図示せず）に沿って移動可能であり得、その結果、基板１６０は、以下で論じられるように、ｙ方向に沿って移動され得る。基板１６０を保持している基板支持体１１０を真空チャンバ１２０内で適切に変位させることにより、基板１６０の全範囲を真空チャンバ１２０内で測定することができる。本開示の実施形態によれば、特に大面積基板の場合、基板を支持するためのステージは、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の移動、ならびにＸＹ平面内での回転に限定することができる。

［００２４］第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０は、第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０から、例えばｘ方向１５０に沿って距離１３５だけ、離されている。図１に示される実施形態では、距離１３５は、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の中心と第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０の中心との間の距離である。詳細には、距離１３５は、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡によって規定される第１の光軸１３１と、第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０によって規定される第２の光軸１４１との間の、ｘ方向１５０に沿った距離である。第１の光軸１３１および第２の光軸１４１は、ｚ方向１５１に沿って延びている。第１の光軸１３１は、例えば、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の対物レンズによって規定され得る。同様に、第２の光軸１４１は、例えば、第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０の対物レンズによって規定され得る。

［００２５］図１にさらに示されるように、真空チャンバ１２０は、ｘ方向１５０に沿って内側幅１２１を有する。内側幅１２１は、真空チャンバ１２０の左側の壁１２３から真空チャンバ１２０の右側の壁１２２まで、ｘ方向に沿って真空チャンバ１２０を横断するときに得られる距離であり得る。本開示の任意選択の態様は、特にＳＥＭ画像が大面積基板上で得られる実施形態において、例えばｘ方向１５０に関する装置１００の寸法に関する。実施形態によれば、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０と第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０との間のｘ方向１５０に沿った距離１３５は、少なくとも３０ｃｍ、例えば少なくとも４０ｃｍであり得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、真空チャンバ１２０の内側幅１２１は、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０と第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０との間の距離１３５の２５０％から４５０％の範囲にあり得る。その結果、限界寸法測定のための高解像度画像を提供することができる。

［００２６］本明細書に記載のいくつかの実施形態によって提供されるように、寸法が縮小された真空チャンバを有することの利点は、振動のレベルが真空チャンバのサイズの関数として増加するので、真空チャンバの１つ以上の振動を低減できることである。したがって、基板の振動振幅も有利に低減することができる。

［００２７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、大面積基板を検査するための装置は、コントローラ１８０をさらに含むことができる。コントローラ１８０は、基板支持体１１０に、詳細には基板支持体の変位ユニットに接続することができる（参照番号１８２を参照）。さらに、コントローラ１８０は、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０および第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０などの画像化荷電粒子ビーム顕微鏡の走査偏向器アセンブリ１８４に接続することができる。

［００２８］コントローラ１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、および例えばサポート回路を備える。大面積基板を検査するための装置の制御を容易にするために、ＣＰＵは、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであり得る。メモリは、ＣＰＵに結合されている。メモリ、すなわちコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピーディスク、ハードディスク、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージなどの１つ以上の容易に利用可能なメモリデバイスであり得る。サポート回路が、従来の方法でプロセッサをサポートするためにＣＰＵに結合され得る。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路および関連するサブシステムなどを含む。検査プロセス命令および／または基板上に設けられた電子デバイスにノッチを生成するための命令が、一般に、レシピとして通常知られているソフトウェアルーチンとしてメモリに格納される。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵによって制御されているハードウェアから離れて配置された第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵによって実行されると、汎用コンピュータを、画像化プロセス中に基板支持体の位置決めや荷電粒子ビーム走査を制御するなどの、装置の動作を制御する専用コンピュータ（コントローラ）に変換する。本開示の方法および／またはプロセスは、ソフトウェアルーチンとして実装されるものとして説明されているが、そこに開示されている方法ステップのいくつかは、ソフトウェアコントローラばかりでなくハードウェアでも実行され得る。したがって、実施形態は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアに実装されてもよいし、特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装としてハードウェアに実装されてもよいし、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実装されてもよい。コントローラは、本開示の実施形態による基板上の限界寸法測定のための方法を実行または実施することができる。

［００２９］本明細書で使用される画像化荷電粒子ビーム顕微鏡は、２ｋｅＶ以下、詳細には１ｋｅＶ以下の入射エネルギーを有する低エネルギー荷電粒子ビームを生成するように適合され得る。高エネルギービームと比較して、低エネルギービームは、限界寸法測定中にディスプレイバックプレーン構造に衝撃を与えたり劣化させたりすることはない。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらに別の実施形態によれば、荷電粒子エネルギー、例えば電子エネルギーは、粒子ビーム源と基板との間で５ｋｅＶ以上、例えば１０ｋｅＶ以上に増加させることができる。カラム内で荷電粒子を加速すると、荷電粒子間の相互作用が減少し、電気光学部品の収差が減少するので、画像化走査荷電粒子ビーム顕微鏡の分解能が向上する。

［００３０］図２は、計測システム２００の概略断面図である。計測システム２００は、その中に図１に記載されたステージまたは基板支持体１１０を有する真空チャンバ２０５を含む。ステージまたは基板支持体１１０は、その上に電子デバイス（図示せず）を有する大面積基板を支持する。真空チャンバ２０５は、真空チャンバ２０５内の負圧を維持する真空ポンプ２１０と流体的に結合されている。ＦＩＢカラム１４５および画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０が、ステージすなわち基板支持体１１０の上の真空チャンバ２０５内に少なくとも部分的に配置されている。計測システム２００はまた、二次電子検出器２１５を含む。二次電子検出器２１５は、ＦＩＢカラム１４５を使用した電子デバイスのカッティング中の画像化に利用される。

［００３１］図３に示される例に関して説明されるＦＩＢカラムを有する従来のＬＡＢ ＳＥＭとは対照的に、本開示の実施形態は、光軸が基板の主表面に実質的に垂直になるように配向された１つ以上の測定荷電粒子ビーム顕微鏡を提供する。さらに、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムが、約４５°である第１の角度に配向されている。

［００３２］図３に例示的に示されるような、ＦＩＢカラムを有する従来のＬＡＢ ＳＥＭの場合、典型的には、サンプルまたは基板１６０は、画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０に対して傾斜している。基板は、任意の角度に傾斜させることができる。例えば、ＦＩＢカラムを基板の主表面に垂直にすることは（参照番号３４５を参照）、集束イオンビームでカッティングされたノッチの表面が集束イオンビームの中心の周りの３６０°で平らになるので、有利である。荷電粒子ビーム３３０は、典型的には、顕微鏡で検査されるノッチの表面３０７に垂直である光軸（走査偏向を無視して）に沿って導かれる。したがって、構造３０５の寸法３０６を測定することができる。ただし、構造３０５の層の厚さを得るために、例えば３０°であり得るＦＩＢカッティング角度を考慮して補正が適用される。さらに、任意の基板傾斜を考慮して、ＳＥＭ観察角度に基づく補正も必要となる場合がある。

［００３３］さらに、基板１６０の傾斜は、構造が顕微鏡の像平面３３５内にないので、構造３０１の測定された寸法３０２および構造３０３の測定された寸法３０４の歪み、すなわち光学的歪みをもたらす。したがって、ＦＩＢカラムを備えた一般的なＬＡＢ ＳＥＭは、補正計算を必要とし、その結果、角度による測定誤差が増加する。画像奥行きの遠近法による歪みは、さらに補正が困難である。

［００３４］図４Ａは、本開示の実施形態による、基板上の限界寸法測定のための方法および基板を検査するための装置の実施形態を示す。基板１６０は、画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の光軸に実質的に垂直である。さらに、矢印４４５で示される集束イオンビームカラムのカッティング角度は、約４５°である。例えば、カッティング角度は、約４２°から約４８°であり得る。他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、集束イオンビームカラムは、ステージの上方に設けることができる。集束イオンビームカラムは、基板の主表面の平面に対して第１の角度で角度を付けられたビーム経路を有し、その角度は、例えば、約４２°から約４８°であり得る。

［００３５］本開示の実施形態によれば、１つの単一のＳＥＭ画像においてスケーリング誤差なしに、Ｘ次元、Ｙ次元、およびＺ次元で測定することが可能である。したがって、スケーリング誤差を低減または回避することができ、補正計算誤差が発生せず、スループットを向上させることができ、かつ／または一般に、特にＸ、Ｙ、Ｚの間の、限界寸法測定の精度を向上させることができる。典型的には、基板の主表面に対してＦＩＢのカッティング角度によって提供される第１の角度と、基板の主表面に対して光軸によって提供される第２の角度は、固定されている。

［００３６］１つ以上の構造を有する電子デバイスの画像化荷電粒子ビーム顕微鏡の例示的な画像を示す図４Ｂに関して、限界寸法「ｄ」は、４５°のカッティング角度のために原寸に比例して描かれている。さらに、限界寸法「ｅ」と限界寸法「ｆ」は、顕微鏡のトップダウン画像のために原寸に比例して描かれている。

［００３７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらに別の実施形態によれば、例えば、限界寸法「ｅ」は、構造の所定の寸法または所望の寸法、すなわち電子デバイスの製造中に意図された寸法と比較することができる。限界寸法測定の方法は、所望の寸法を決定することができる。測定された寸法「ｅ」は、所望の寸法「ｅ」で補償することができ、その結果、補償係数が得られる。測定された寸法「ｄ」は、補償係数で補正および／または較正することができる。いくつかの実施形態によれば、基板の主表面に沿って測定された第１の寸法と、主表面に垂直な次元に沿って測定された第３の寸法との間の関係を評価することができる。

［００３８］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、限界寸法測定のための方法は、１つの画像を取得することを含み得る。例えば、１つの画像は、１つ以上のフレームで提供できる。１つの画像から第１の寸法（Ｘ方向）、第２の寸法（Ｙ方向）、および第３の寸法（ｚ方向）が測定され、原寸に比例して測定される。例えば、第３の寸法は、第１の寸法と第２の寸法によって定義された平面、例えばＸＹ平面に対して垂直である、または０°とは異なる角度を有している。

［００３９］さらに別の実施形態によれば、限界寸法は、信号電子の強度信号によって測定することができる。

［００４０］本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、基板上の限界寸法測定のための方法が提供される。この方法は、画像を得るために、走査荷電粒子ビームデバイスを用いて、基板上に設けられた１つ以上の構造を画像化することであって、走査荷電粒子ビームデバイスの画像化平面は、基板の主表面に平行であり、画像は、基板内に生成されたノッチを含む、画像化することと、画像において３次元座標系の３つの異なる方向に沿って限界寸法を原寸に比例して測定することと、を含む。３つの異なる方向は、第１の方向、第２の方向および第３の方向を含むことができ、第１の方向および第２の方向は、基板の主表面（例えばＸＹ平面）に平行な平面を規定し、第３の方向は、平面に対して角度を付けられている、詳細には平面にほぼ垂直である。第３の方向は、例えばデカルト座標系の、ｚ方向であり得る。

［００４１］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、測定された限界寸法は、原寸に比例して測定され、ノッチに隣接する１つ以上の構造の第１の寸法および第２の寸法のうちの少なくとも１つならびに第３の寸法を含み、第３の寸法は層の厚さである。層の厚さは、図４Ａに示される構造４０５の厚さであり得る。層の厚さおよび基板の主表面に平行な限界寸法を原寸に比例して測定することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、画像の焦点深度は、５μｍより大きく、および／または３０μｍより小さくてもよい。

［００４２］図５は、大面積基板を検査するための装置の別の例を示している。例えば、図２に示される装置において、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０および第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０は、ｚ方向に沿って、すなわちｘ方向およびｙ方向に垂直に延びており、ｘｙ平面は、基板支持体１１０に平行である。ＦＩＢカラム１４５が、光軸の角度と比較して異なる、基板の主表面に対する角度で提供され得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、基板の主表面または基板支持体（基板支持体の平面、ＸＹ平面）に対するＦＩＢカラムの角度は、４２°から４８°であり得る。

［００４３］図５は、本明細書に記載の実施形態による、基板を検査するための装置の側面図を示す。この装置は、変位ユニット４１０を含む。変位ユニット４１０は、第１の方向に沿って（例えばｘ方向１５０に沿って）基板支持体を変位させ、基板支持体１１０を第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の下および／または第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０の下に配置するように適合されている。変位ユニット４１０は、基板支持体１１０をｘ方向１５０に沿って前後に、すなわち、図５において右および左に向かって移動させるように適合させることができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、本明細書に記載の装置は、例えば図５に示す変位ユニット４１０などの、変位ユニットをさらに含む。変位ユニットは、第１の方向に沿って基板支持体を変位させるように適合させることができる。変位ユニット４１０は、例えば、基板支持体１１０が載っている複数の線形アクチュエータ（図示せず）を含むことができる。代替的または追加的に、変位ユニットは、例えば、基板支持体１１０をｘ方向１５０に沿って誘導するための磁気誘導システム（図示せず）を含むことができる。図５に示される概略図では、変位ユニット４１０は、真空チャンバ１２０内に配置されている。

［００４４］変位ユニットは、真空チャンバの第１の端部または壁に近接する位置から真空チャンバの第２の端部または壁に近接する位置まで、第１の方向に沿って基板支持体を変位させるように適合させることができる。変位ユニットは、第１の方向に沿った変位範囲を有することができ、変位ユニットは、変位範囲内の任意のターゲット座標に基板支持体を変位させるように適合させることができる。

［００４５］図５に示される装置は、ｙ方向１５２に沿って真空チャンバ１２０内で基板支持体１１０を変位させるように適合されたさらなる変位ユニット（図示せず）をさらに含むことができる。変位ユニット４１０およびさらなる変位ユニットは、基板支持体１１０をｘｙ平面内で移動させるように適合された共通の変位システムを形成することができる。したがって、基板を保持する基板支持体１１０をｘｙ平面内で適切に移動させることにより、基板支持体１１０上に配置された基板の任意の領域が、ターゲット部分のＣＤ測定のために、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０の下、または第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０の下に配置され得る。基板支持体は、さらなる変位ユニットに、または変位ユニットとさらなる変位ユニットによって形成された共通の変位システムに取り付けられてもよい。さらなる変位ユニットは、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡に対して、および／または第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡に対して、基板支持体を変位させるように適合させることができる。さらなる変位ユニットは、第１の方向に沿った変位範囲を有することができ、変位範囲は、基板幅または基板受容領域のそれぞれの幅の１５０％から１８０％の範囲にあり得る。真空チャンバは、第１の方向に沿った第１の受容領域寸法の１５０％から１８０％の、第１の方向に沿った第１の内側寸法を有し得る。

［００４６］図５に示される装置１００は、真空チャンバ１２０内に真空を生成するように適合された真空ポンプ４２０をさらに含む。真空ポンプ４２０は、接続部４３０（例えば導管）を介して真空チャンバ１２０に流体的に結合されており、接続部４３０は、真空ポンプ４２０を真空チャンバに接続する。接続部４３０を介して、真空ポンプ４２０は、真空チャンバを排気することができる。したがって、例えば１０^－１ｍｂａｒ以下の圧力が、真空チャンバ内に提供され得る。動作中、真空ポンプ４２０は、振動する可能性がある。真空ポンプ４２０および真空チャンバ１２０に取り付けられた接続部４３０を介して、真空ポンプ４２０の機械的振動が、真空チャンバ１２０に伝達され得る。したがって、望ましくない振動が、真空チャンバ１２０および／または基板支持体１１０上に配置された基板（図示せず）に伝達され得る。真空ポンプ４２０の振動を減衰させるために、振動ダンパー４３１が、装置１００、より具体的には接続部４３０に含まれている。示されるように、振動ダンパー４３１は、第１のカップリング４３２を介して真空ポンプ４２０に結合され、第２のカップリング４３３を介して真空チャンバ１２０に結合される。

［００４７］図５は、真空チャンバ１２０の振動を測定するように適合された振動センサ４５０をさらに示している。例えば、振動センサは、真空チャンバ１２０の振動の振幅および／または振動数を測定するように適合され得る。振動センサ４５０は、１つ以上の方向の振動を測定するようにさらに適合され得る。振動センサ４５０は、光ビームを生成するように適合された光源（図示せず）を含み得る。光ビームは、真空チャンバ１２０に、例えば、真空チャンバ１２０の壁に向けられ、光ビームの少なくとも一部が、真空チャンバから反射され得る。振動センサ４５０は、真空チャンバ１２０から反射された後の光ビームを検出するための検出器（図示せず）をさらに含み得る。したがって、真空チャンバ１２０の振動に関する情報が、振動センサ４５０によって収集され得る。振動センサは、干渉計であってもよい。

［００４８］いくつかの実施形態によれば、振動センサは、画像化荷電粒子ビーム顕微鏡と基板支持体との間の相対位置に影響を与える振動を測定するように構成される。図５に示されるように、この測定が、真空チャンバで生成される比較的大きな振幅に照らして、真空チャンバで実施され得る。さらに別のまたは追加の実施態様によれば、振動センサ、例えば、干渉計またはピエゾ振動センサが、基板支持体に取り付けられて、画像化荷電粒子ビーム顕微鏡の相対位置（および位置変化）を測定することができ、または画像化荷電粒子ビーム顕微鏡に取り付けられて、基板支持体の相対位置（および位置変化）を測定してもよい。

［００４９］画像化荷電粒子ビーム顕微鏡と基板支持体との間の相対位置および／または真空チャンバ１２０の振動に関して振動センサ４５０によって収集されたデータは、制御ユニット（例えば、図１のコントローラ１８０）に送信され得る。振動センサ４５０によって収集されたデータを使用して、制御ユニットは、装置１００を制御することができる。具体的には、振動センサ４５０によって収集されたデータを使用して、制御ユニットは、第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１３０、第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡１４０、変位ユニット４１０、または装置１００に含まれる他の構成要素を制御して、例えば、振動センサ４５０が真空チャンバの振動範囲が所定の限界を超えていることを示した場合、基板のＣＤ測定を一時的に停止することができる。さらに追加的または代替的に、相対位置の測定から得られる適切な補正係数で画像を補正するために、相対位置の測定が使用されてもよい。

［００５０］図６は、本明細書に記載の第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡および／または第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡などの画像化荷電粒子ビーム顕微鏡、すなわち荷電粒子ビームデバイス５００を示す。荷電粒子ビームデバイス５００は、例えば第１のチャンバ２１、第２のチャンバ２２および第３のチャンバ２３を提供する電子ビームカラム２０を含む。ガンチャンバとも呼ばれることができる第１のチャンバは、エミッタ３１およびサプレッサ３２を有する電子ビーム源３０を含む。

［００５１］エミッタ３１は、エミッタに電位を提供するための電源５３１に接続されている。エミッタに提供される電位は、電子ビームが、例えば２０ｋｅＶ以上の、エネルギーに加速されるようなものであり得る。したがって、エミッタは、－１ｋＶの電圧の電位にバイアスされて、接地された基板に１ｋｅＶの入射エネルギーを提供することができる。より高いエネルギーでカラムを通る電子を導くために、上部電極５６２が、より高い電位で提供される。

［００５２］図６に示されるデバイスを用いて、電子ビーム（図示せず）が、電子ビーム源３０によって生成され得る。ビームは、ビームを成形するように寸法が決められている、すなわちビームの一部を遮断するビーム制限アパーチャ５５０に位置合わせされ得る。その後、ビームは、一次電子ビームを信号電子ビームから、すなわち信号電子から分離するビーム分離器５８０を通過することができる。一次電子ビームは、対物レンズによって基板１６０上に集束され得る。基板１６０は、基板支持体１１０上の基板位置に配置されている。電子ビームが基板１６０に衝突すると、信号電子、例えば、二次および／もしくは後方散乱電子またはＸ線が、基板１６０から放出され、これらは、検出器５９８によって検出することができる。

［００５３］図６に示される例示的な実施形態では、コンデンサレンズ５２０およびビーム成形またはビーム制限アパーチャ５５０が設けられている。二段偏向システム５４０が、ビームをアパーチャに位置合わせするために、コンデンサレンズとビーム制限アパーチャ５５０（例えばビーム成形アパーチャ）との間に設けられている。電子は、抽出器またはアノードによってカラム内の電圧まで加速することができる。抽出器は、例えば、コンデンサレンズ５２０の上部電極によって、または別の電極（図示せず）によって提供され得る。

［００５４］図６に示されるように、対物レンズは、磁極片６４および６３を有し、コイル６２を有する磁気レンズコンポーネント５６１であって、一次電子ビームを基板１６０上に集束させる磁気レンズコンポーネント５６１を有する。基板１６０は、基板支持体１１０上に配置することができる。図６に示される対物レンズは、対物レンズの磁気レンズコンポーネント６０を形成する上部磁極片６３、下部磁極片６４、およびコイル６２を含む。さらに、上部電極５６２および下部電極５３０は、対物レンズの静電レンズコンポーネントを形成する。

［００５５］さらに、図６に示される実施形態では、走査偏向器アセンブリ５７０が設けられている。走査偏向器アセンブリ５７０（図１の走査偏向器アセンブリ１８４も参照のこと）は、例えば、磁気走査偏向器アセンブリであり得るが、好ましくは、高ピクセルレート用に構成された静電走査偏向器アセンブリであり得る。走査偏向器アセンブリ５７０は、図６に示されるように、単段アセンブリであり得る。あるいは、２段または３段の偏向器アセンブリを設けることもできる。各段は、光軸２に沿った異なる位置に設けられている。

［００５６］下部電極５３０は、電圧源（図示せず）に接続されている。図６に示される実施形態は、下部磁極片６４より下に下部電極５３０を示している。下部電極は、対物レンズのイマージョンレンズコンポーネントの減速電極、すなわち、リターディングフィールドレンズコンポーネントであり、典型的には、２ｋｅＶ以下（例えば５００Ｖまたは１ｋｅＶ）の基板上への荷電粒子の入射エネルギーを提供する電位にある。

［００５７］ビーム分離器５８０は、一次電子と信号電子を分離するように適合されている。ビーム分離器は、信号電子が光軸２から離れて偏向されるように、ウィーンフィルタであり得、および／または少なくとも１つの磁気偏向器であり得る。次に、信号電子は、ビームベンダー５９１（例えば、半球形ビームベンダー）、およびレンズ５９５によって検出器５９８へ導かれる。フィルタ５９６のようなさらなるエレメントが設けられてもよい。さらに別の修正によれば、検出器は、試料での発射角度に応じて信号電子を検出するように構成されたセグメント化された検出器であり得る。

［００５８］第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡および第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡は、例えば、図６に示される荷電粒子ビームデバイス５００などの画像化荷電粒子ビーム顕微鏡タイプの荷電粒子ビームデバイスであり得る。

［００５９］図７は、基板を検査する方法、または基板、特に大面積基板上のＣＤ測定の方法を示している。ノッチが、第１の角度の集束イオンビームでカッティングされる（ボックス７０２を参照）。第１の角度は、約４５°であり得る。１つ以上の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡が、ＸＹ平面、すなわち、基板ステージに平行な、または基板の主表面に平行な平面内で、原寸に比例して第２の異なる角度で測定する（ボックス７０４を参照）。第２の角度は、約９０°であり得る。第２の角度はまた、荷電粒子ビーム顕微鏡の下に大面積基板の様々な位置を配置することができる一方で、短い作動距離を有するように、有利に選択され得る。例えば、作動距離は、１ｍｍ未満、例えば、７００μｍ以下にすることができる。さらに、ボックス７０６によって示されるように、原寸に比例した寸法の測定が、Ｚ方向に行われる。例えば、３つの寸法が、例えば、３次元座標系の３つの異なる方向で、１つの画像から測定できる。

［００６０］本開示の実施形態は、以下のいくつかの利点のうちの少なくとも１つを有する。限界寸法の測定値を、特に３次元座標系のＸ、Ｙ、Ｚなどの３つの異なる方向で、スケーリング誤差なしで提供できる。補正計算誤差を低減または回避できる。３つの異なる方向のＣＤ測定値を１つの画像から提供できる。スループットを上げることができ、帯電および／または炭化を減らすことができる。したがって、特に３次元座標系の異なる方向、例えば、Ｘ、Ｙ、およびＺに対して、高精度のＣＤ測定値を提供することができる。さらに、ＣＤ測定値は、大面積基板上で高解像度、例えば１０ｎｍ未満で提供できる。大面積基板上のＥＢＲの解像度の制限を減らして、より高い解像度を可能にすることができる。特に大面積基板において、ＣＤ測定が、３次元座標系の３つの異なる方向で提供され得る。

［００６１］上記はいくつかの実施形態に向けられているが、他のさらなる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (10)

1. 基板上の限界寸法測定のための方法であって、
   前記基板の主表面がＸＹ平面内にある状態で、前記基板を支持することと、
   前記基板の前記主表面の平面に対して４２°から４８°の第１の角度で角度を付けられた集束イオンビームカラムで、ノッチをカッティングすることと、
   前記基板の前記主表面の前記平面に対して８９°から９１°の第２の角度で角度を付けられた光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡で、前記ノッチに隣接する１つ以上の構造の第１の寸法および第２の寸法であって、前記ＸＹ平面内にある第１の寸法および第２の寸法のうちの少なくとも１つを、原寸に比例して測定することと、
   前記光軸を有する前記第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡で、前記ノッチ内に露出する１つ以上の構造の第３の寸法であって、前記ＸＹ平面に対して角度を付けられた方向の第３の寸法を、原寸に比例して測定することと、
   を含み、
   前記第３の寸法を原寸に比例して測定することは、前記ノッチ内に露出する前記１つ以上の構造の、前記光軸を有する前記第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡の画像化平面内で測定される寸法を、前記第３の寸法として特定することを含む、方法。
2. 前記第１の寸法または前記第２の寸法が、前記ＸＹ平面内における前記基板上の距離である、請求項１に記載の方法。
3. 画像を得るために、前記ノッチを含む前記基板の領域を画像化することをさらに含み、前記第１の寸法および前記第２の寸法のうちの少なくとも１つを測定することが、前記画像に基づき、前記第３の寸法を測定することが、前記画像に基づく、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の寸法、前記第２の寸法、および前記第３の寸法のうちの少なくとも１つを測定することが、前記画像の強度信号によって測定される限界寸法測定である、請求項３に記載の方法。
5. 原寸に比例して測定された前記第１の寸法または前記第２の寸法の所望の寸法を決定することと、
   前記所望の寸法に基づいて、原寸に比例して測定された前記第３の寸法を補正することと、
   をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の角度および前記第２の角度が、固定されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基板を支持するためのステージが、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の移動ならびに前記ＸＹ平面内での回転に限定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 基板を検査し、前記基板上の電子デバイスをカッティングするための装置であって、
   真空チャンバ、
   前記真空チャンバ内に配置されたステージであって、前記電子デバイスを上に有する前記基板を支持するように構成されたステージ、
   前記ステージの上方の集束イオンビームカラムであって、前記基板の主表面の平面に対して４２°から４８°の第１の角度で角度を付けられたビーム経路を有する集束イオンビームカラム、
   前記集束イオンビームカラムに隣接し、前記基板の前記主表面の前記平面に対して８９°から９１°の第２の角度で角度を付けられた光軸を有する第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡、および
   プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を前記装置に実行させる命令を格納するメモリと、を備えるコントローラ
   を備える装置。
9. 前記ステージが基板受容領域を提供し、前記第１の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡から前記基板受容領域のサイズの３０％から７０％および少なくとも３０ｃｍのうちの少なくとも一方の距離がある第２の画像化荷電粒子ビーム顕微鏡を、さらに備える、請求項８に記載の、基板を検査し、前記基板上の電子デバイスをカッティングするための装置。
10. 前記真空チャンバが、前記基板受容領域の１５０％から１８０％の内側寸法を有する、請求項９に記載の、基板を検査し、前記基板上の電子デバイスをカッティングするための装置。

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