TW201543524A - 荷電粒子束裝置及使用該裝置之檢查方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係即便不新設置焦點修正透鏡或變更將荷電粒子束收斂於試樣之物鏡之焦點距離，於將相對較大之荷電粒子束劑量照射至試樣之情形時，亦可使荷電粒子束之照射至試樣之孔徑角相對於先前技術而言相對較小。 本發明之荷電粒子束裝置具有：荷電粒子源；第1聚光透鏡，其設置於荷電粒子源之下游；光闌，其設置於上述第1聚光透鏡之下游；及第2聚光透鏡，其設置於較上述光闌更靠下游；且以如下方式控制上述第1及第2聚光透鏡，即，於以多於第1荷電粒子束劑量之第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠下游處成像，且於上述第1荷電粒子束劑量與上述第2荷電粒子束劑量時上述第2聚光透鏡之焦點位置不會變化。

Description

荷電粒子束裝置及使用該裝置之檢查方法
本發明係關於一種用以藉由荷電粒子束檢查微細之電路圖案等之檢查技術。
於荷電粒子束裝置中存在應用了掃描型電子顯微鏡之測距用電子顯微鏡等半導體檢查裝置。半導體檢查裝置為了獲得穩定之檢查結果而精度良好地控制物鏡之物點位置以獲得準確之顯示倍率。其原因在於，高精度地設定依存於物鏡之物點位置之掃描偏向器之偏向感度與物鏡之光學倍率。
另一方面，對半導體檢查裝置要求將對應於要檢查之電路圖案之電子束劑量照射至電路圖案。例如於測距用電子顯微鏡中，以低損害為目的而將數pA之電子束照射至由抗蝕劑材料等構成之電路圖案，以信號量之增大為目的而將數nA之電子束照射至具有溝槽部等三維構造之電路圖案。
且說，於專利文獻1中記載有一種荷電粒子束裝置，其係即便於變更光學條件而進行檢查之情形時(使用電子槍電源之設定值而變更電子束劑量等之情形時)，亦可獲得穩定性及再現性良好之檢查結果。於該文獻中記載有：「於聚焦透鏡8與交叉位置10之間配置電流限制光闌17」、「藉由以通過電流限制光闌17而照射至試樣12之電流量(Ip)與總電流量(Ia+Ip)之比成為固定之方式控制聚焦透鏡8之激磁之強度，而使交叉位置10為固定」。
又，於專利文獻2中記載有一種電路圖案檢查裝置，其藉由電子束而檢查處於半導體裝置之製造過程中的晶圓上之異物等。於該文獻中記載有利用電子束以相對較小之面積、相對較小之電流、相對較低之速度於試樣上進行掃描之方法，作為「藉由使電子束電流較缺陷檢測檢查時降低而抑制光學系統之像差或庫侖效應等妨礙縮小電子束之因素，而形成微小之射束，並欲藉此獲得高解析度」之方法，揭示有「改變透鏡之焦點距離而使光學系統之倍率變化，藉此不使光闌移動便縮小射束之孔徑角之方法」。又，亦有如下記載：「亦可藉由使聚光透鏡之強度強於缺陷檢測檢查時或使交叉之位置移動至較光闌更靠上而提高解析度」、且「由於與缺陷檢測檢查時相比b減小且c增大，故而倍率減小；又，可縮小照射角β」。
又，於專利文獻3中記載有抑制電子束之變動之電子束曝光裝置及電子束曝光方法。於該文獻中記載有：「通過整形光圈7後之電子束3入射至投影透鏡8；投影透鏡8係被投影透鏡驅動部35驅動；投影透鏡8使所入射之平行之電子束3收斂；收斂後之電子束3形成交叉；於該交叉位置配置有遮沒光圈10，於投影透鏡8與交叉位置(即，遮沒光圈10之位置)之間配置有遮沒電極9」、「於圖3所示之例中，使電流控制光圈5位於電子束3之交叉與照射透鏡6之間，但並不限定於此，亦可使其位於聚光透鏡4與電子束3之交叉之間」。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-342628號公報
[專利文獻2]日本專利特開2001-074437號公報
[專利文獻3]日本專利特開2006-078591號公報
於專利文獻1中記載有一種荷電粒子束裝置，其係即便於變更光學條件而進行檢查之情形時亦可獲得穩定性及再現性良好之檢查結果。然而，於專利文獻1所記載之荷電粒子束裝置中，需要將光學倍率控制為固定。因此，必須使聚焦透鏡之交叉位置固定，而未考慮到相對增大照射至試樣之荷電粒子束劑量。
於專利文獻2中記載有一種電路圖案檢查裝置，其藉由電子束而檢查處於半導體裝置之製造過程中的晶圓上之異物等。然而，專利文獻2所記載之電路圖案檢查裝置於以相對較小之電流對試樣進行掃描之情形時，需要改變透鏡之焦點距離而使光學系統之倍率變化。因此，必須改變聚光透鏡之交叉位置，而未考慮到不改變物鏡之焦點距離而控制電流。
於專利文獻3中記載有抑制電子束之變動之電子束曝光裝置及電子束曝光方法。然而，專利文獻3所記載之電子束曝光裝置需要使電子束平行化之照射透鏡、使平行之電子束收斂之投影透鏡、及使電子束收斂於試樣之焦點修正透鏡。該電子束曝光裝置必須調整焦點修正透鏡而將電子束收斂於試樣，從而就實際效果而言可將焦點修正透鏡與物鏡視為一體之透鏡。因此，未考慮到不改變焦點修正透鏡與物鏡之焦點距離而控制電子束劑量。因此，於相對增大照射至試樣之電子束劑量之情形時，電子束之孔徑角會相對變大。
因此，發明者藉由鑒於上述問題而實現了提供一種荷電粒子束裝置，其係不新設置焦點修正透鏡或變更將荷電粒子束收斂於試樣之物鏡之焦點距離，而於將相對較大之荷電粒子束劑量照射至試樣之情形時，可將物鏡孔徑角控制為相對於先前技術而言相對較小。
為了解決上述問題，例如採用申請專利範圍所記載之構成。本說明書包含複數種解決上述問題之手段，作為其一例，提供一種荷電 粒子束裝置，該荷電粒子束裝置「具有：荷電粒子源；第1聚光透鏡，其設置於上述荷電粒子源之下游；光闌，其設置於上述第1聚光透鏡之下游；第2聚光透鏡，其設置於較上述光闌更靠下游；物鏡，其設置於較上述第2聚光透鏡更靠下游；檢測器，其檢測藉由荷電粒子束之照射而自試樣產生之資訊信號；及控制部，其以如下方式控制上述第1及第2聚光透鏡，即，於以多於第1荷電粒子束劑量之第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠下游處成像，且於上述第1荷電粒子束劑量與上述第2荷電粒子束劑量時上述第2聚光透鏡之焦點位置(物鏡之物點位置)不會變化」。
又，於發明之一例中提供一種方法，「其使用荷電粒子束裝置，該荷電粒子束裝置具有：荷電粒子源；第1聚光透鏡，其設置於上述荷電粒子源之下游；光闌，其設置於上述第1聚光透鏡之下游；第2聚光透鏡，其設置於較上述光闌更靠下游；物鏡，其設置於較上述第2聚光透鏡更靠下游；檢測器，其檢測藉由荷電粒子束之照射而自試樣產生之資訊信號；及控制部；且上述控制裝置執行以如下方式控制上述第1及第2聚光透鏡之處理，即，於以多於第1荷電粒子束劑量之第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠下游處成像，且於上述第1荷電粒子束劑量與上述第2荷電粒子束劑量時上述第2聚光透鏡之焦點位置不會變化」。
根據本發明，可實現一種荷電粒子束裝置，該荷電粒子束裝置不新設置焦點修正透鏡或變更將荷電粒子束收斂於試樣之物鏡之焦點距離，而可將使相對較大之荷電粒子束劑量照射至試樣之情形時之物鏡孔徑角控制為相對於先前技術而言相對較小。上述以外之問題、構成及效果藉由以下之實施形態之說明而更明確。
1‧‧‧荷電粒子源
2‧‧‧引出電極
3‧‧‧加速電極
4‧‧‧聚光透鏡
5‧‧‧光闌
6‧‧‧聚光透鏡
7‧‧‧法拉第杯
8‧‧‧掃描偏向器
9‧‧‧上磁極
10‧‧‧物鏡
11‧‧‧試樣台
12‧‧‧試樣
13‧‧‧電壓電源
14‧‧‧電壓電源
15‧‧‧電流計
16‧‧‧偏向器
30‧‧‧荷電粒子束
31‧‧‧孔徑角
32‧‧‧二次信號檢測器
40‧‧‧透鏡設定部
41‧‧‧透鏡設定部
42‧‧‧信號處理部
43‧‧‧控制．運算部
44‧‧‧記憶裝置
45‧‧‧輸入部
46‧‧‧圖像顯示部
144‧‧‧記憶裝置
243‧‧‧控制．運算部
244‧‧‧記憶裝置
圖1係說明第1實施例之荷電粒子束裝置之概略構成與於該裝置中照射相對較大之電流量之電子束之情形時之光學軌道的圖。
圖2係說明光闌之直徑為小徑之情形時之光學軌道之圖(比較例)。
圖3係說明光闌之直徑為大徑之情形時之光學軌道之圖(比較例)。
圖4係說明控制光學倍率之情形時之光學軌道之圖(比較例)。
圖5係說明第1實施例之荷電粒子束裝置之概略構成與於該裝置中照射相對較小之電流量之電子束之情形時之光學軌道的圖。
圖6係說明物鏡孔徑角之物鏡物點依存性之圖。
圖7係說明射束直徑之物鏡物點依存性之圖。
圖8係表示第2實施例之荷電粒子束裝置之概略構成之圖。
圖9係表示檢查方法條件設定畫面之概略之圖。
圖10係表示第3實施例之荷電粒子束裝置之概略構成之圖。
圖11係表示檢查方法條件設定畫面之概略之圖。
以下，基於圖式對本發明之實施形態進行說明。再者，本發明之實施態樣並不限定於下述實施例，可於其技術思想之範圍內實施各種變化。
[實施例1]
於圖1中表示第1實施例之荷電粒子束裝置之概略構成。圖1所示之荷電粒子束裝置具有：荷電粒子源1；引出電極2，其自荷電粒子源1引出荷電粒子束30；及加速電極3，其使荷電粒子束30加速。於本實施例之情形時，荷電粒子源1例如使用電子源。於此情形時，荷電粒子束30成為電子束。
又，荷電粒子束裝置具有：聚光透鏡4(第1聚光透鏡)，其將荷電 粒子束30收斂；透鏡設定部40，其驅動聚光透鏡4；聚光透鏡6(第2聚光透鏡)，其設置於較聚光透鏡4更靠下游且將荷電粒子束30收斂；透鏡設定部41，其驅動聚光透鏡6；及光闌5，其設置於聚光透鏡4與聚光透鏡6之間並限制入射至試樣12之荷電粒子束30。再者，於聚光透鏡6之下游配置有用於荷電粒子束30之偏向之偏向器16。
進而，荷電粒子束裝置具有：掃描偏向器8，其於試樣12上掃描荷電粒子束30；物鏡10，其將荷電粒子束30收斂於試樣12；上磁極9，其係構成物鏡10之零件之一；及試樣台11，其載置試樣12。於上磁極9設置有可改變電壓之電壓電源13，於試樣台11連接有可改變施加電壓之電壓電源14。又，於荷電粒子束裝置中亦設置有：二次信號檢測器32，其檢測藉由荷電粒子束30之照射而自試樣12產生之二次信號；信號處理部42，其對該檢測信號進行處理並形成圖像；及控制．運算部43，其連接於信號處理部42。
於控制．運算部43連接有記憶裝置44、輸入部45、及圖像顯示部46。控制．運算部43與上述透鏡設定部40、41連接，並輸出用於各部之控制之控制值。又，荷電粒子束裝置具有：法拉第杯7，其為了測定照射至試樣12之電子束劑量而設置於光闌5之下游；及電流計，其連接於法拉第杯7。
以下，將荷電粒子束裝置設定為應用掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，以下稱為「SEM」)之測距用電子顯微鏡(以下，稱為「測距SEM」)。測距SEM係測定電路圖案之尺寸(以下，稱為「間距」)之半導體檢查裝置。
測距SEM利用光闌5將自電子源(荷電粒子源1)釋放並經加速之電子束(荷電粒子束30)整形，其後，利用物鏡10使電子束收斂而縮窄。進而，測距SEM使用掃描偏向器8將經縮窄後之電子束於試樣12上掃描。測距SEM利用檢測器32檢測藉由電子束之照射而自試樣12產生之 二次信號，並使該檢測信號強度作為觀察像而顯示於圖像顯示部46。
通常，電子源係使用擴散補給型之熱場發射電子源。電子束係藉由對引出電極2施加電壓而自電子源被引出。對加速電極3施加負電壓(以下，稱為「V0」)，且電子束以能量為V0而通過加速電極3。其後，電子束由聚光透鏡4收斂，並於通過光闌5時電子束劑量被限制。通過光闌5後之電子束由聚光透鏡6收斂。
於試樣台11，以可施加電子束之減速用電壓(以下，稱為「Vr」)之方式設置有可改變電壓之電壓電源14。藉由該Vr，電子束於緊靠搭載於試樣台11之試樣12(以下，亦稱為「晶圓」或「被檢查基板」)之上方急遽減速。減速後之電子束藉由物鏡10而收斂於試樣12上。又，於聚光透鏡6與物鏡10之間通常配置有雙段掃描偏向器8。藉由該掃描偏向器8而使電子束於試樣12之上表面掃描。
照射至試樣12時之電子束之能量係以V0與Vr之差量給出。於本實施例中，將V0設為5kV，將Vr設為-4kV。於此情形時，具有1keV之能量之電子束對試樣12進行照射。藉由電子束之照射而自試樣12產生二次信號。
於物鏡10之上磁極9，以可施加二次信號提昇用之電位(以下，稱為「Vb」)之方式設置有可改變電壓之電壓電源13。於本實施例中將Vb設為10kV。藉由該Vb，於試樣12所產生之二次信號自上磁極9被提昇至電子源側，並藉由檢測器32而被檢測出。檢測器32之檢測信號通過信號處理部42而被送至控制．運算部43，並作為掃描SEM圖像而顯示於圖像顯示部46。設置於光闌5與位於其下游之法拉第杯7之間之偏向器16使通過光闌5後之電子束偏向而照射至法拉第杯7，從而實現藉由連接於法拉第杯7之電流計15之電子束劑量之測定。
試樣12之一例可列舉具有三維構造之電路圖案。於該電路圖案中亦包含有如下電路圖案：其係具有溝部之圖案，且表示溝之寬度與 溝之深度之比之縱橫比(以下，稱為「AR」)成為30以上。已知來自溝部之二次信號於向上表面上升時與側壁部碰撞，而使該信號量大幅減少。又，已知二次信號中之高能量之信號難以碰撞側壁部，但另一方面，與低能量之信號相比所產生之信號量較少。因此，如上述般，為了以高S/N(signal-to-noise，信號雜訊比)對AR較高之溝部進行觀察，將所照射之電子量設定為先前之100倍以上之觀察方法之重要性增大。
然而，於使探針電流增大之先前之方法中，若一面以不使物鏡10之焦點變更之方式控制聚光透鏡6一面增大電子束劑量，則藉由物鏡10而收斂之電子束之孔徑角31(以下，亦稱為「物鏡孔徑角」或「孔徑角」)增大，而使焦點深度與解析度變差。其原因在於，焦點深度與物鏡孔徑角成反比，以及，物鏡10之色像差與物鏡孔徑角成比例地增大。又，若物鏡孔徑角較大，則於AR較大之樣本中，電子束之一部分由溝之上部阻擋(或與溝之上部碰撞)，到達至溝底之電子數減少而導致S/N劣化。
此處，對用以增大照射至試樣12之電子束劑量之方法進行說明。
(1)第1方法係增加引出電極2之電壓而增加自電子源(荷電粒子源1)引出之電流密度之方法。然而，該方法存在如下問題：因電子槍內部之耐受電壓而使有效電流密度之控制範圍小於100倍；以及，根據電流密度而電子源之能量分散量增大，從而使物鏡10之色像差增大而導致解析度劣化。
(2)第2方法係將光闌5之孔更換為直徑較大之孔之方法。圖2表示光闌5之孔之直徑較小之情形時之光學軌道，圖3表示光闌5之孔之直徑較大之情形時之光學軌道。如圖2所示，於獲得相對較小之電子束劑量時，使用直徑相對較小之光闌(小徑)即可。於此情形時，小電流 之光學軌道係全部通過光闌5之孔，於大電流之光學軌道上係僅其一部分通過光闌5之孔。另一方面，如圖3所示，於獲得相對較大之電子束劑量時，更換為直徑相對較大之光闌即可。於此情形時，大電流之光學軌道亦為其全部通過光闌5之孔。然而，該方法存在如下問題：若增大光闌5之孔之直徑，則根據其大小而物鏡孔徑角31增大；以及，準備僅與所需之電子束劑量之部分相對應之光闌5，而必須根據所使用之電子束劑量之大小更換光闌5。
再者，於將光闌5之直徑更換為較大者之方法中，例如有以下之方法。
(2-1)準備2個以上之直徑不同之光闌5並更換為所需之直徑之光闌之方法
(2-2)使用具有直徑不同之2個以上之孔之1個光闌與具有搬送上述光闌之可動機構之光闌切換部而選擇所需之直徑之光闌之方法
(2-3)使用具有直徑不同之2個以上之孔之1個光闌與設置於較上述光闌更靠上游之對準偏向器而使電子束偏向，而選擇所需之直徑之光闌之方法
(3)第3方法係改變位於光闌5之上游之聚光透鏡4之焦點距離而增大光學倍率之情形。使用圖4對該情形進行說明。為了獲得相對較大之電子束劑量，使聚光透鏡4之焦點位置接近光闌5而增大光學倍率即可。於此情形時，可知大電流亦通過光闌5之孔。該方法於電流密度之控制範圍為100倍以上之方面、及不使電子源(荷電粒子源1)之能量分散增大從而不使物鏡10之色像差增大之方面較上述之第1方法優異。
且說，於測距SEM中，為了獲得準確之顯示倍率，需要高精度地控制物鏡10之物點位置即聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置。其理由在於，高精度地設定依存於物鏡10之物點位置之掃描偏向器之偏向 感度與物鏡10之光學倍率。
於基於顯示倍率測定圖案間之間距之測距SEM中，對應於聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置之掃描偏向器之偏向感度或物鏡10之光學倍率等控制參數之資訊被記憶於記憶裝置44。此處，記憶裝置44以函數或表之形態預先記憶使聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置固定之聚光透鏡4(第1聚光透鏡)之控制值與聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之控制值的關係。
連接於記憶裝置44之控制．運算部43例如參照記憶裝置44而求出對應於第1聚光透鏡之控制值之第2聚光透鏡之控制值，並將其等分別輸出至透鏡設定部40、41。此處，第1聚光透鏡之控制值係根據觀察時所使用之電子束劑量而確定。此時，第2聚光透鏡之控制值例如係藉由將第1聚光透鏡之控制值代入函數或者藉由利用第1聚光透鏡之控制值檢索記錄有第1聚光透鏡之控制值與第2聚光透鏡之控制值之組之表而求出。
再者，於對應於第1聚光透鏡之控制值之第2聚光透鏡之控制值與電子束劑量或下述光學模式對應之情形時，連接於記憶裝置44之控制．運算部43分別求出對應於電子束劑量或光學模式之第1聚光透鏡之控制值與第2聚光透鏡之控制值，並將其等輸出至透鏡設定部40、41。
於本說明書中，將控制參數群統稱為光學模式。聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置控制物鏡10之孔徑角，且於記憶裝置44記憶有例如使解析度優先之高解析度光學模式或使焦點深度優先之焦點深度光學模式等光學模式。
一般而言，測距SEM之問題在於：需要具有光學模式之數量之調整參數，而其調整時間大增，為了使用不同之光學模式而需要切換控制參數。另外，於測距SEM中存在如下問題：於指定加速電壓或電子 束劑量等SEM之條件之檔案(以下，稱為「檢查方案」)中僅能指定一個光學模式。
於測距SEM中要求將對應於要檢查之電路圖案之電子束劑量照射至電路圖案。對例如要求低損害或抑制帶電之由抗蝕劑材料或絕緣物材料所構成之電路圖案之檢查要求數pA之電子束劑量。又，對例如要求信號量之增大之具有溝槽部等三維構造之電路圖案之檢查要求數nA之電子束劑量。再者，於在試樣12中混合存在有上述電路圖案之情形時，要求於使用同一種檢查方案時，即便電子束劑量不同，聚光透鏡6之焦點位置亦相同(不變化)。
使用圖4對控制光學倍率以增大電子束劑量之情形時之問題進行說明。於圖4中，以虛線表示利用測距SEM獲得相對較小之電子束劑量之情形時(小電流之情形時)之光學軌道。於圖4之情形時，聚光透鏡4(第1聚光透鏡)之焦點位置係位於光闌5之上方，且以物鏡10之孔徑角31變得適宜之方式設定聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置。
於圖4中，以實線表示將大電流時之聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置控制為與小電流時相同之情形時之光學軌道。於獲得相對較大之電子束劑量之情形時，如圖4所示，自聚光透鏡4(第1聚光透鏡)之焦點位置看到光闌5之孔徑角增大。因此，存在如下問題：若使大電流時之聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置與小電流時一致，則結果會導致物鏡10之孔徑角31增大。
因此，於本實施例之測距SEM中，採用圖1所示之光學軌道，以使得即便於獲得相對較大之電子束劑量之情形時亦可抑制通過物鏡10之電子束之孔徑角31之增大。即，於獲得相對較大之電子束劑量之情形時，以聚光透鏡4(第1聚光透鏡)之焦點位置位於光闌5之下游之方式進行控制。附帶而言，於本實施例之測距SEM中，於獲得相對較小之電子束劑量之情形時，如圖5所示，將聚光透鏡4(第1聚光透鏡)之 焦點位置以位於光闌5之上游之方式進行控制，並且以可獲得所需之物鏡孔徑角之方式亦對聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置進行控制。
進而，本實施例之測距SEM係將獲得相對較大之電子束劑量之情形(圖1)時之聚光透鏡6(第2聚光透鏡)之焦點位置(物鏡物點)控制為與獲得相對較小之電子束劑量之情形(圖5)時之聚光透鏡6之焦點位置(物鏡物點)相同。
如本實施例般，藉由將獲得相對較大之電子束劑量之情形時之聚光透鏡4之焦點位置控制於光闌5之下游，與聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之上游之情形時相比，可將自焦點位置看到光闌5之孔徑角控制為較小。結果，於本實施例之測距SEM中，可將相對於物鏡10之電子束之孔徑角31控制為與聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之上游之情形時相比相對較小。
且說，於上述之專利文獻2中，雖確認有於獲得相對較大之電子束劑量時使聚光透鏡之焦點位於光闌5之下游之電路圖案檢查裝置之記載，但並未記載相當於本實施例之聚光透鏡6之透鏡。因此，於專利文獻2中記載有：於獲得相對較大之電子束劑量之情形時，物鏡孔徑角增大。該物鏡孔徑角之增大係與本實施例之荷電粒子束裝置之問題一致之問題。又，於專利文獻2中並未提及使物鏡之物點位置於相對較大之電子束劑量與相對較小之電子束劑量時相同之內容，從而與本實施例之荷電粒子束裝置之控制方法有明確區別。
繼而，對本實施例之測距SEM中之聚光透鏡4(第1聚光透鏡)與光闌5之位置關係進行說明。於本實施例之情形時，聚光透鏡4位於距電子源50mm之地點，孔之直徑為50μm之光闌5位於距聚光透鏡4為100mm之地點。以下，作為將電子源之放射角電流密度控制為20μA/sr者，對比較裝置與本實施例之測距SEM中之電子束之光學軌道進行說 明。
首先，對比較裝置進行說明。比較裝置係將聚光透鏡4之焦點位置控制於光闌5之上游之情形。於將電子源之放射角電流密度控制為20μA/sr之情形時，為了將通過光闌5之電子束劑量設定為10pA，而將電子源中之電子束之孔徑角設為約0.4mrad，將聚光透鏡4之焦點位置與光闌5之視角分別設為0.5mrad即可。為了於使放射角電流密度為固定之狀態下將聚光透鏡4之焦點位置控制於光闌5之上游而將通過光闌5之電子束劑量設定為1000pA，需要將電子源中之電子束之孔徑角設為約4mrad，將聚光透鏡4之焦點位置與光闌5之視角分別設為2.2mrad。於此情形時，若將聚光透鏡6之焦點位置無關電子束劑量而控制為固定，則於10pA之情形時約為10mrad之物鏡之孔徑角於1000pA之情形時增大至30mrad以上。
另一方面，本實施例之測距SEM中，於將電子源之放射角電流密度控制為20μA/sr之情形時，為了將聚光透鏡4之焦點位置控制於光闌5之下游而將通過光闌5之電子束劑量設定為1000pA，將電子源中之電子束之孔徑角設為約4mrad(與上述之例相同)，將聚光透鏡4之焦點位置與光闌5之視角設為1.7mrad即可。又，於將聚光透鏡6之焦點位置無關電子束劑量而控制為固定之情形時，於10pA之情形時約為10mrad之物鏡之孔徑角於1000pA之情形時約為14mrad，與將聚光透鏡4之焦點位置控制於上游之情形時相比，可將物鏡10中之電子束之孔徑角之增大抑制1/2以上。
使用圖6而說明物鏡孔徑角之物鏡物點依存性。圖中之物鏡物點係將聚光透鏡6之焦點位置換算成物鏡10之物點而表示之值。圖6中以縱線所表示之實線分別表示所需之物鏡物點位置。於圖6之情形時，將相對較小之電子束劑量設為10pA，將相對較大之電子束劑量設為1000pA。可知於聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之上游之情形時， 與10pA相比，於1000pA之情況下物鏡孔徑角增大2倍以上。另一方面，可知於聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之下游之情形時，可控制為與電子束劑量為10pA之情形時大致同等，從而可抑制物鏡孔徑角之增大。
使用圖7對電子束之射束直徑之物鏡物點依存性進行說明。圖7中以縱線所表示之實線表示所需之物鏡物點位置。於圖7之情形時，亦將相對較小之電子束劑量設為10pA，將相對較大之電子束劑量設為1000pA。可知於聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之上游之情形時，與10pA相比，於1000pA之情況下解析度增大3倍以上。另一方面，可知於聚光透鏡4之焦點位置位於光闌5之下游之情形時，與位於上游之情形時相比，可將射束直徑之增大抑制1/3以上。其原因在於，可抑制與物鏡孔徑角成比例之物鏡之色像差之增大。
再者，本實施例中所記載之聚光透鏡4、6與物鏡10可為包含電極之靜電型，亦可為包含線圈與磁性體之電磁型，亦可為包含該兩者之重疊型。靜電型之特徵在於應答性優異，電磁型之特徵在於為低像差。又，電子源不僅為熱場發射電子源，亦可為能量分散較小之場發射電子源，亦可為於低真空度下亦可穩定地使用之熱發射電子源。
如上所述，若使用本實施例之測距SEM，則即便於以相對較大之電子束劑量進行檢查之情形時，亦可實現與以相對較小之電子束劑量對試樣12進行檢查之情形時同等之物鏡孔徑角，從而可實現深溝(尤其是溝底)之高S/N觀察或產能之提高。
[實施例2]
使用圖8對第2實施例之測距SEM之概略構成進行說明。再者，於圖8中，對與圖1之對應部分標註相同符號。因此，省略標註了相同符號之部分之再次說明。
於上述之實施例1中，於記憶裝置44中僅記憶有1個對應於電子 束劑量之聚光透鏡4之控制值與聚光透鏡6之控制值之關係，於本實施例中，不同點在於：針對試樣12上之每個觀察部位，將觀察時所使用之電子束劑量與對應於各電子束劑量之聚光透鏡4之控制值對應而記憶於記憶裝置144。於此情形時，與實施例1同樣，可將聚光透鏡4之控制值代入函數而計算聚光透鏡6之控制量，或亦可基於聚光透鏡4之控制值檢索並讀出對應之聚光透鏡6之控制量。又，亦可記憶對應於各電子束劑量之聚光透鏡4之控制值與聚光透鏡6之控制值之組合。
於圖9中表示顯示試樣12之檢查條件之圖像顯示部46之GUI(Graphical User Interface，圖形使用者介面)。本實施例之測距SEM具有可指定2個以上之觀察部位與每個觀察部位所使用之電子束劑量之GUI。此處，電子束劑量可自2個以上之電子束劑量中指定。使用者使用上述GUI，於開始試樣12之檢查之前，經由輸入部45而輸入每個觀察部位所使用之電子束劑量。所輸入之資訊經由控制．運算部43而記憶於記憶裝置144。於記憶裝置144，記憶有將2個以上之觀察部位與2個以上之電子束劑量對應之表。
若使用本實施例之測距SEM，則可一面使用同一種檢查方案，一面進行使用有2個以上之電子束劑量之檢查。即，可於一個試樣12內針對每個電路圖案選擇檢查所使用之電子束劑量。於觀察部位之高度位置不會變動之試樣12中，即便改變電子束劑量，亦可不調整物鏡10之焦點而進行觀察。
[實施例3]
使用圖10，對第3實施例之測距SEM之概略構成進行說明。再者，於圖10中對與圖1之對應部分標註相同符號。因此，省略標註了相同符號之部分之再次說明。
於上述之實施例1中，將聚光透鏡4之控制值與聚光透鏡6之控制值之關係以函數或表之形式記憶於記憶裝置44，於本實施例中，不同 點在於：於在試樣12內經指定之觀察部位之1個觀察像內設定複數個觀察區域，並針對該觀察區域之各者，將觀察時所使用之電子束劑量與對應於各電子束劑量之聚光透鏡4之控制值對應而記憶於記憶裝置244。此處，各觀察區域係以1個觀察像內之座標(像素位置)指定。
於圖11中表示顯示試樣12之檢查條件之圖像顯示部46之GUI。本實施例之測距SEM具有可指定1個觀察像內之2個以上之觀察區域之各者所使用之電子束劑量之GUI。此處，電子束劑量可自2個以上之電子束劑量之中指定。使用者使用上述GUI，於開始試樣12之檢查之前，經由輸入部45輸入以像素位置給出之各觀察區域所使用之電子束劑量。所輸入之資訊係經由控制．運算部43而記憶於記憶裝置244。於記憶裝置244，記憶有將2個以上之觀察區域與2個以上之電子束劑量對應之表。於圖11中表示於1個觀察像內指定3個觀察區域，並可針對各觀察區域指定電子束劑量之GUI。
此處，關於觀察具有三維構造之電路圖案之情形，對本實施例之測距SEM之動作進行說明。於本實施例之情形時，於1個觀察像(同一視野或可利用掃描偏向器8掃描電子束之範圍)內對電子束之各掃描位置(觀察區域或部分區域)控制電子束劑量。例如於三維構造中之上部(上層)之電路圖案部分掃描相對較小之電子束，於溝底等下部(下層)之電路圖案部分掃描相對較大之電子束，從而獲得SEM觀察像。
再者，於本實施例之測距SEM中，準備：記憶裝置244，其記憶以大小不同之電子束劑量被掃描之2個以上之SEM像；控制．運算部243，其將所記憶之2個以上之SEM像合成等而作為1張圖像(1個觀察像)輸出；及記憶裝置244，其記憶藉由運算處理而獲得之1張圖像。
若使用本實施例之測距SEM，則可於由檢測器所檢測之二次信號量相對較少之溝底等電路圖案之下部(下層)提高S/N，進而可減小與來自電路圖案之上部(上層)之二次信號量之差而提高溝底之視認性。 再者，較理想為，掃描偏向器係與電磁型相比應答迅速之靜電型之偏向器，聚光透鏡4與聚光透鏡6係與電磁型相比應答迅速之靜電型透鏡。
[實施例4]
於上述之實施例中，基本上係對根據電子束劑量而切換聚光透鏡4之控制值之情形進行了說明，但亦可無關電子束劑量而係以1個控制值控制聚光透鏡4，並根據電子束劑量切換並控制僅下游側之聚光透鏡6之控制值。於此情形時，於記憶裝置44、144、244中，將複數個電子束劑量所共用之聚光透鏡4之控制值與對應於電子束劑量之聚光透鏡6之控制值預先儲存即可。於該控制方式之情形時，亦只要滿足上述電子束之光學軌道之條件，便可實現與各實施例相同之效果。
[其他實施例]
本發明並不限定於上述實施例，且包含各種變化例。例如，上述實施例係為了容易理解地說明本發明而詳細地進行說明者，未必限定於具備所說明之全部構成者。又，可將某實施例之構成之一部分替換為其他實施例之構成，又，可對某實施例之構成添加其他實施例之構成。又，關於各實施例之構成之一部分，可實施其他構成之追加、刪除、替換。
1‧‧‧荷電粒子源
2‧‧‧引出電極
3‧‧‧加速電極
4‧‧‧聚光透鏡
5‧‧‧光闌
6‧‧‧聚光透鏡
7‧‧‧法拉第杯
8‧‧‧掃描偏向器
9‧‧‧上磁極
10‧‧‧物鏡
11‧‧‧試樣台
12‧‧‧試樣
13‧‧‧電壓電源
14‧‧‧電壓電源
15‧‧‧電流計
16‧‧‧偏向器
30‧‧‧荷電粒子束
31‧‧‧孔徑角
32‧‧‧二次信號檢測器
40‧‧‧透鏡設定部
41‧‧‧透鏡設定部
42‧‧‧信號處理部
43‧‧‧控制．運算部
44‧‧‧記憶裝置
45‧‧‧輸入部
46‧‧‧圖像顯示部

Claims (15)

  1. 一種荷電粒子束裝置，其具有：荷電粒子源；第1聚光透鏡，其設置於上述荷電粒子源之下游；光闌，其設置於上述第1聚光透鏡之下游；第2聚光透鏡，其設置於較上述光闌更靠下游；物鏡，其設置於較上述第2聚光透鏡更靠下游；檢測器，其檢測藉由荷電粒子束之照射而自試樣產生之資訊信號；及控制部，其以如下方式控制上述第1及第2聚光透鏡，即，於以多於第1荷電粒子束劑量之第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠下游處成像，且於上述第1荷電粒子束劑量與上述第2荷電粒子束劑量時上述第2聚光透鏡之焦點位置不會變化。
  2. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係以於以上述第1荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠上游處成像之方式控制上述第1聚光透鏡。
  3. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係根據上述第1聚光透鏡之控制值並藉由計算而求出上述第2聚光透鏡之控制值。
  4. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係藉由檢索記憶有上述第1聚光透鏡之控制值與上述第2聚光透鏡之控制值之對應關係之表，而求出對應於上述第1聚光透鏡之控制值的上述第2聚光透鏡之控制值。
  5. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係基於所使用之荷電粒子束劑量或光學模式而求出上述第1聚光透鏡之控制值與上述第2聚光透鏡之控制值。
  6. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係以對應於所使用之荷電粒子束劑量或光學模式之控制值來控制上述第1聚光透鏡。
  7. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部係以複數個荷電粒子束劑量或光學模式所共用之控制值來控制上述第1聚光透鏡，並以對應於所使用之荷電粒子束劑量或光學模式之控制值來控制上述第2聚光透鏡。
  8. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部於以上述第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，控制上述第1及第2聚光透鏡而抑制照射至上述試樣之荷電粒子束之孔徑角之增大。
  9. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部畫面顯示用以對上述試樣內之2個以上之觀察部位之各者個別地指定觀察所使用之電子束劑量之輸入欄。
  10. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中上述控制部畫面顯示用以對同一視野內之2個以上之部分區域之各者個別地指定觀察所使用之電子束劑量之輸入欄。
  11. 一種檢查方法，其係使用荷電粒子束裝置之檢查方法，該荷電粒子束裝置具備：荷電粒子源；第1聚光透鏡，其設置於上述荷電粒子源之下游；光闌，其設置於上述第1聚光透鏡之下游；第2聚光透鏡，其設置於較上述光闌更靠下游；物鏡，其設置於較上述第2聚光透鏡更靠下游；檢測器，其檢測藉由荷電粒子束之照射而自試樣產生之資訊信號；及控制部；且該檢查方法之特 徵在於：上述控制部執行以如下方式控制上述第1及第2聚光透鏡之處理，即，於以多於第1荷電粒子束劑量之第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠下游處成像，且於上述第1荷電粒子束劑量與上述第2荷電粒子束劑量時上述第2聚光透鏡之焦點位置不會變化。
  12. 如請求項11之檢查方法，其執行如下處理：以於以上述第1荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，荷電粒子束於較上述光闌更靠上游處成像之方式控制上述第1聚光透鏡。
  13. 如請求項11之檢查方法，其執行如下處理：於以上述第2荷電粒子束劑量對上述試樣進行照射之情形時，藉由上述第1及第2聚光透鏡之控制而抑制照射至上述試樣之荷電粒子束之孔徑角之增大。
  14. 如請求項11之檢查方法，其執行如下處理：畫面顯示用以對上述試樣內之2個以上之觀察部位之各者個別地指定觀察所使用之電子束劑量之輸入欄。
  15. 如請求項11之檢查方法，其執行如下處理：畫面顯示用以對同一視野內之2個以上之部分區域之各者個別地指定觀察所使用之電子束劑量之輸入欄。
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