JP3238705B2 - 粒子ビーム装置における表面電荷の影響を減少させるためのスキャニング技術 - Google Patents
粒子ビーム装置における表面電荷の影響を減少させるためのスキャニング技術Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、走査型電子顕微鏡等の粒子ビーム装置を使
用し、例えば、集積回路ウエハ等の物体の臨界的な寸法
測定を行う、粒子ビーム測定技術に関するものである。
用し、例えば、集積回路ウエハ等の物体の臨界的な寸法
測定を行う、粒子ビーム測定技術に関するものである。
現状の技術 計測並びに検査のために、走査型電子顕微鏡（SEM）
等の顕微鏡において電磁的システムを利用することは公
知である。走査型電子顕微鏡は、伝統的な光学顕微鏡の
代わりに、半導体製造において微小な電子部品の検査や
形送に利用されることが多い。この計測機器は、例えば
製造過程で半導体ウエハ上に計測されるパターン（即ち
臨界的寸法）の計測に使用される。
等の顕微鏡において電磁的システムを利用することは公
知である。走査型電子顕微鏡は、伝統的な光学顕微鏡の
代わりに、半導体製造において微小な電子部品の検査や
形送に利用されることが多い。この計測機器は、例えば
製造過程で半導体ウエハ上に計測されるパターン（即ち
臨界的寸法）の計測に使用される。
走査型電子顕微鏡の短い波長は、従来から使用されて
いる光学顕微鏡に優る幾つかの利点を有している。
いる光学顕微鏡に優る幾つかの利点を有している。
例えば、走査型電子顕微鏡は約100〜200Åの解像力を
得ることが可能であるが、光学顕微鏡の解像力の限界
は、約2500Åが一般的なものである。更に、走査型電子
顕微鏡は、光学顕微鏡よりも数オーダー上の被写界深度
を与える。検査対象のパラメータ（即ち臨界的寸法）が
１ミクロン以下の領域に入って来ているので、現在の走
査型電子顕微鏡の正確度と精密度にもかかわらず、更に
優れた機器仕様と能力が求められている。
得ることが可能であるが、光学顕微鏡の解像力の限界
は、約2500Åが一般的なものである。更に、走査型電子
顕微鏡は、光学顕微鏡よりも数オーダー上の被写界深度
を与える。検査対象のパラメータ（即ち臨界的寸法）が
１ミクロン以下の領域に入って来ているので、現在の走
査型電子顕微鏡の正確度と精密度にもかかわらず、更に
優れた機器仕様と能力が求められている。
マイケルT.ポステック等（Michael T.Postek et a
l.）が1989年11月に発表したソリッドステートテクノロ
ジー（Solid State Technology）、第１、２部「走査型
電子顕微鏡における微小電子部品の寸法計測技術」（Mi
croelectronics Dimensional Metrology in the Scanni
ng Electron Microscope）と称する表題の論文は、典型
的なSEMウエハ検査システムについて述べている。そこ
に述べられているように、焦点を結んだ電子ビームは矩
形状の走査線パターンをなして試料表面の点から点へ走
査を行う。その特定の適用目的と試料組成に対して最適
となるように、加速電圧、ビーム電流及びスポット直径
が調整される。
l.）が1989年11月に発表したソリッドステートテクノロ
ジー（Solid State Technology）、第１、２部「走査型
電子顕微鏡における微小電子部品の寸法計測技術」（Mi
croelectronics Dimensional Metrology in the Scanni
ng Electron Microscope）と称する表題の論文は、典型
的なSEMウエハ検査システムについて述べている。そこ
に述べられているように、焦点を結んだ電子ビームは矩
形状の走査線パターンをなして試料表面の点から点へ走
査を行う。その特定の適用目的と試料組成に対して最適
となるように、加速電圧、ビーム電流及びスポット直径
が調整される。
走査電子ビームが試料表面に当たると、後方散乱及び
／又は二次電子が試料表面から放射される。半導体の検
査、解析、計測は、この後方散乱及び／又は二次電子を
検出することによって行われる。電子ビームが試料を走
査するにつれて、試料の情報がCRTスクリーン上に順次
に得られる。
／又は二次電子が試料表面から放射される。半導体の検
査、解析、計測は、この後方散乱及び／又は二次電子を
検出することによって行われる。電子ビームが試料を走
査するにつれて、試料の情報がCRTスクリーン上に順次
に得られる。
通常、図１に示すような走査型電子顕微鏡７等の粒子
ビーム装置は、電圧源11を具えている。この電圧源11
は、高度に加速された電子の細いビームを複数の電子レ
ンズL1,L2,L3を介して試料台18に指向させる。この電子
ビームは点線14で示されている。電子ビームは、自動焦
点技術を利用して走査型電子顕微鏡のウエハ載台上に収
束せしめられる。
ビーム装置は、電圧源11を具えている。この電圧源11
は、高度に加速された電子の細いビームを複数の電子レ
ンズL1,L2,L3を介して試料台18に指向させる。この電子
ビームは点線14で示されている。電子ビームは、自動焦
点技術を利用して走査型電子顕微鏡のウエハ載台上に収
束せしめられる。
図１に示すように、円筒状のコラム（column）17の中
には電子源13と前記レンズL1,L2,L3が収容されている。
このコラム17は、通常、電子光学コラムと称され、試料
台18を取り囲んで支持するチャンバ17Aを具えている。
この光学コラム17とチャンバ17Aは、共に走査型電子顕
微鏡の本体を構成している。
には電子源13と前記レンズL1,L2,L3が収容されている。
このコラム17は、通常、電子光学コラムと称され、試料
台18を取り囲んで支持するチャンバ17Aを具えている。
この光学コラム17とチャンバ17Aは、共に走査型電子顕
微鏡の本体を構成している。
図１の走査型電子顕微鏡７は、更に、試料台18を横断
して電子ビームを選択的に走査させる静電偏向システム
を具えている。この静電偏向システムは、例えば４対の
電子ビーム走査コイルD1〜D4を具えている。これらの走
査コイルは、台18上に支持されている試料の表面に電子
ビームを収束させるために、光学コラム17内に設置され
ている。偏向コイルD1とD2の対は鋸波電圧発生装置（sa
w−tooth generator）19に接続され、一方、偏向コイル
D3とD4の対は鋸波電圧発生装置20に接続されている。
して電子ビームを選択的に走査させる静電偏向システム
を具えている。この静電偏向システムは、例えば４対の
電子ビーム走査コイルD1〜D4を具えている。これらの走
査コイルは、台18上に支持されている試料の表面に電子
ビームを収束させるために、光学コラム17内に設置され
ている。偏向コイルD1とD2の対は鋸波電圧発生装置（sa
w−tooth generator）19に接続され、一方、偏向コイル
D3とD4の対は鋸波電圧発生装置20に接続されている。
電子ビーム走査コイルD1〜D4は、電子ビーム14をほぼ
直交する二方向に偏向させる。この図では、これら偏向
方向を、それぞれ、ｘ方向及びｙ方向と名付けている。
ｘ方向及びｙ方向はビーム14の方向に対して直交してい
るのが普通であるが、厳密に垂直でなくてもよい。ここ
では、コイルD1とD3は電子ビームをｘ方向に偏向させ、
コイルD2とD4は電子ビームをｙ方向に偏向させるものと
仮定する。
直交する二方向に偏向させる。この図では、これら偏向
方向を、それぞれ、ｘ方向及びｙ方向と名付けている。
ｘ方向及びｙ方向はビーム14の方向に対して直交してい
るのが普通であるが、厳密に垂直でなくてもよい。ここ
では、コイルD1とD3は電子ビームをｘ方向に偏向させ、
コイルD2とD4は電子ビームをｙ方向に偏向させるものと
仮定する。
ビーム14に曝される台18の表面近傍には、電子コレク
タ（electron collector）22が設置されている。この電
子コレクタは増幅器23に接続され、この増幅器はA/Dコ
ンバータ43に信号を供給し、集められた電子電流はここ
でデジタル信号に変換され、ビデオディスプレイ49に順
次に表示される。
タ（electron collector）22が設置されている。この電
子コレクタは増幅器23に接続され、この増幅器はA/Dコ
ンバータ43に信号を供給し、集められた電子電流はここ
でデジタル信号に変換され、ビデオディスプレイ49に順
次に表示される。
動作の際に、鋸波電圧発生装置19と20は、時間と共に
変化する電圧信号を電子ビーム走査コイルD1とD4に供給
して、ビーム14を所定の走査パターンで試料台18を横断
して偏向させる。鋸波電圧発生装置19と20は同期して作
動し、各走査ビームをｙ方向に偏向させながら、電子ビ
ームを一定の速度でｘ方向に試料台18を横断するように
駆動して、ほぼ平行な一連の走査線を形成する。
変化する電圧信号を電子ビーム走査コイルD1とD4に供給
して、ビーム14を所定の走査パターンで試料台18を横断
して偏向させる。鋸波電圧発生装置19と20は同期して作
動し、各走査ビームをｙ方向に偏向させながら、電子ビ
ームを一定の速度でｘ方向に試料台18を横断するように
駆動して、ほぼ平行な一連の走査線を形成する。
図１の走査型電子顕微鏡の動作の際に、電子コレクタ
22は試料台18における電子電流の変化を検出する。こう
して、電子ビームが試料台18上の試料を走査するにつれ
て、試料の組成、構造組織、形態の変動がコレクタ22に
よって検出された電子電流の振幅の変化を生じさせる。
それぞれの完全走査シーケンスによって、試料の特徴に
対応した画像が形成される。
22は試料台18における電子電流の変化を検出する。こう
して、電子ビームが試料台18上の試料を走査するにつれ
て、試料の組成、構造組織、形態の変動がコレクタ22に
よって検出された電子電流の振幅の変化を生じさせる。
それぞれの完全走査シーケンスによって、試料の特徴に
対応した画像が形成される。
伝統的な電子的作像法は二次電子の放射に基づいてい
るので、１ミクロン以下のコンタクトホール（contact
hole）のベースやその他のアスペクト比の大きい構造体
から情報を引き出す能力に限界がある。このような高ア
スペクト比のコンタクトホールは、半導体ウエハの共通
的特徴であり、これは図２に示されている。レジスト31
の層はウエハ35の表面にコーティングされている酸化物
33の層に１ミクロン以下のコンタクトホールのパターン
を描くのに使用されて来た。このコンタクトホールの高
さｈはコンタクトホールの幅ｗよりもかなり大きく、h/
w≫１である。典型的なｈとｗの値は、それぞれ2.0μｍ
と0.5μｍであり、これによるアスペクト比は4:1とな
る。
るので、１ミクロン以下のコンタクトホール（contact
hole）のベースやその他のアスペクト比の大きい構造体
から情報を引き出す能力に限界がある。このような高ア
スペクト比のコンタクトホールは、半導体ウエハの共通
的特徴であり、これは図２に示されている。レジスト31
の層はウエハ35の表面にコーティングされている酸化物
33の層に１ミクロン以下のコンタクトホールのパターン
を描くのに使用されて来た。このコンタクトホールの高
さｈはコンタクトホールの幅ｗよりもかなり大きく、h/
w≫１である。典型的なｈとｗの値は、それぞれ2.0μｍ
と0.5μｍであり、これによるアスペクト比は4:1とな
る。
伝統的な二次電子作像法を利用して高アスペクト比構
造体を作像する際の難しさは、殆ど垂直な外形を持った
構造物の場合に特に著しい。酸化物とフォトレジストの
絶縁性のために、ウエハ上に一次電子ビームを照射する
と、図３に示すように、フォトレジスト層の表面に負の
表面電荷が蓄積される。二次電子（SE）は10電子ボルト
より小さいエネルギで放射されるので、数ボルトの表面
電位があれば二次電子画像は大きく乱される。コンタク
トホールを作像するときによく起こるように、多量の電
荷の蓄積がある場合には、ベースからの二次電子の放射
は完全に遮断される。表面電界を制御しようとする試み
は部分的には成功したが、一次電子ビームの着陸エネル
ギが変調されるため、人為結果（artifacts）が導入さ
れることがある。
造体を作像する際の難しさは、殆ど垂直な外形を持った
構造物の場合に特に著しい。酸化物とフォトレジストの
絶縁性のために、ウエハ上に一次電子ビームを照射する
と、図３に示すように、フォトレジスト層の表面に負の
表面電荷が蓄積される。二次電子（SE）は10電子ボルト
より小さいエネルギで放射されるので、数ボルトの表面
電位があれば二次電子画像は大きく乱される。コンタク
トホールを作像するときによく起こるように、多量の電
荷の蓄積がある場合には、ベースからの二次電子の放射
は完全に遮断される。表面電界を制御しようとする試み
は部分的には成功したが、一次電子ビームの着陸エネル
ギが変調されるため、人為結果（artifacts）が導入さ
れることがある。
計測対象を取り囲むフォトレジスト上に蓄積された電
荷は、コンタクトホールの場合だけでなく、フォトレジ
スト線等の他の一般的な対象の場合には、非線型性と歪
みの共通の原因となる。図4Aに示すように、フォトレジ
スト線71を横断して電子ビームを走査させるた場合、フ
ォトレジスト線の表面への電荷の蓄積は、ビームがフォ
トレジスト線の表面に接触すると開始され、ビームがフ
ォトレジスト線を横断するつれて一定の割合で継続し、
その結果、ビームがフォトレジスト線の表面を離れる度
にかなりの量の電荷が蓄積され、得られた信号のベース
ラインのずれが生じる。
荷は、コンタクトホールの場合だけでなく、フォトレジ
スト線等の他の一般的な対象の場合には、非線型性と歪
みの共通の原因となる。図4Aに示すように、フォトレジ
スト線71を横断して電子ビームを走査させるた場合、フ
ォトレジスト線の表面への電荷の蓄積は、ビームがフォ
トレジスト線の表面に接触すると開始され、ビームがフ
ォトレジスト線を横断するつれて一定の割合で継続し、
その結果、ビームがフォトレジスト線の表面を離れる度
にかなりの量の電荷が蓄積され、得られた信号のベース
ラインのずれが生じる。
従来型の走査技術は、電荷の蓄積の問題のみに貢献し
ている。一つの画像フィールドで物体の計測を行う場
合、従来はその画像フィールド全体を走査している。例
えば、図5Aに示すように、コンタクトホール73、孤立し
た線75及び密集した線77の計測が必要だとする。これら
の特徴部分は、画像フィールド79の一部を占めているの
みなのに、画像フィールド全体が走査される。その結
果、情報を生じない領域においても走査による電荷の蓄
積が生じ、情報をもたらしている領域での正確性に悪影
響を与える。
ている。一つの画像フィールドで物体の計測を行う場
合、従来はその画像フィールド全体を走査している。例
えば、図5Aに示すように、コンタクトホール73、孤立し
た線75及び密集した線77の計測が必要だとする。これら
の特徴部分は、画像フィールド79の一部を占めているの
みなのに、画像フィールド全体が走査される。その結
果、情報を生じない領域においても走査による電荷の蓄
積が生じ、情報をもたらしている領域での正確性に悪影
響を与える。
従来技術においては、他の物体的特徴と同じく、コン
タクトホールは図6Aに示すようにラスター走査される。
表面電荷のみでなく、コンタクトホールのラスター走査
が大きな欠点である。コンタクトホールの縁の検出をや
り易くするために、コンタクトホールに対する粒子ビー
ムの「攻撃角度」（attack angle）は理想的には垂直で
なければならない。図６では、この理想的な攻撃角度に
近いのは、コンタクトホールの水平方向の半径の近傍の
みである。この中央ラインの上及び下を走査する場合、
該中央ラインからの距離が増大するにつれて、攻撃角度
は段々小さくなる。従って、縁の検出は困難になる。
タクトホールは図6Aに示すようにラスター走査される。
表面電荷のみでなく、コンタクトホールのラスター走査
が大きな欠点である。コンタクトホールの縁の検出をや
り易くするために、コンタクトホールに対する粒子ビー
ムの「攻撃角度」（attack angle）は理想的には垂直で
なければならない。図６では、この理想的な攻撃角度に
近いのは、コンタクトホールの水平方向の半径の近傍の
みである。この中央ラインの上及び下を走査する場合、
該中央ラインからの距離が増大するにつれて、攻撃角度
は段々小さくなる。従って、縁の検出は困難になる。
従って、１ミクロン以下のコンタクトホールのベース
及びその他の高アスペクト比の構造体から、情報を引き
出すための画像技術の改良が求められている。フォトレ
ジスト構造体を走査する際の、ベースラインのドリフト
の歪曲効果を減少させる方法も、求められている。一般
的に、表面電荷の蓄積の悪影響を減少させて、精密性と
直線性を改善する走査方法の改良が必要である。
及びその他の高アスペクト比の構造体から、情報を引き
出すための画像技術の改良が求められている。フォトレ
ジスト構造体を走査する際の、ベースラインのドリフト
の歪曲効果を減少させる方法も、求められている。一般
的に、表面電荷の蓄積の悪影響を減少させて、精密性と
直線性を改善する走査方法の改良が必要である。
発明の概要 本発明は、広義には、走査型粒子ビーム顕微鏡に使用
される改善された走査方法を提供するものである。この
改善された走査方法によれば、表面電荷の蓄積の影響が
少なくなり、直線性と精密性が向上する。特に、本発明
の一つの態様によれば、第１方向のラインに沿って物体
を横切って走査して第１信号を発生させ、同じラインに
沿って反対方向に逆平行（anti−parallel）に物体を横
断して走査して第２信号を発生させ、これら第１、第２
信号を組み合わせることによって、信号の歪を減少させ
る。得られた信号からは、ベースラインのドリフトが実
質的に消滅している。本発明の別の態様によれば、構造
体の中心を大体特定し、該構造物の複数の半径に沿って
放射状に粒子ビームを静電気的に走査させ、検査対象で
ある該構造体の表面から放射される粒子を検出して検出
信号を発生させ、該検出信号を使用して前記構造体の良
質な画像を形成することによって、ほぼ円形の高アスペ
クト比の構造体の作像が行われる。更に別の態様によれ
ば、物体の特徴を低倍率の画像で識別し、該物体を横断
して、特徴部分を含んだ画像フィールドの一部において
のみ、粒子ビームを不連続に走査させることによって、
表面電荷の蓄積の影響が減少する。これによって、画像
フィールドの「背景」には電荷が蓄積されず、特徴部分
の画像が改善される。
される改善された走査方法を提供するものである。この
改善された走査方法によれば、表面電荷の蓄積の影響が
少なくなり、直線性と精密性が向上する。特に、本発明
の一つの態様によれば、第１方向のラインに沿って物体
を横切って走査して第１信号を発生させ、同じラインに
沿って反対方向に逆平行（anti−parallel）に物体を横
断して走査して第２信号を発生させ、これら第１、第２
信号を組み合わせることによって、信号の歪を減少させ
る。得られた信号からは、ベースラインのドリフトが実
質的に消滅している。本発明の別の態様によれば、構造
体の中心を大体特定し、該構造物の複数の半径に沿って
放射状に粒子ビームを静電気的に走査させ、検査対象で
ある該構造体の表面から放射される粒子を検出して検出
信号を発生させ、該検出信号を使用して前記構造体の良
質な画像を形成することによって、ほぼ円形の高アスペ
クト比の構造体の作像が行われる。更に別の態様によれ
ば、物体の特徴を低倍率の画像で識別し、該物体を横断
して、特徴部分を含んだ画像フィールドの一部において
のみ、粒子ビームを不連続に走査させることによって、
表面電荷の蓄積の影響が減少する。これによって、画像
フィールドの「背景」には電荷が蓄積されず、特徴部分
の画像が改善される。
図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照し、以下の説明から一層良
好に理解されるであろう。図面において、 図１は従来の走査型電子顕微鏡の模式図、 図２は半導体ウエハ構造のコンタクトホールの断面
図、 図３は表面電荷の蓄積の影響を示す、図２と同様の断
面図、 図4Aは表面電荷の蓄積の結果としての、ベースライン
のドリフトを示す図、 図4Bは走査の逆転による、ベースラインのドリフトの
解消を示す図、 図5Aは従来の画像領域の走査方法を示す図、 図5Bは図5Aの画像フィールド内の選択された特徴部分
の走査を示す図、 図6Aは従来のコンタクトホールの走査方法を示す図、 図6Bはこのコンタクトホールの放射状走査を示す図、 図７は図6Bの放射状走査をラスター走査のフォーマッ
トに変換することによって作られた画像を表す図、 図８は本発明に使用可能な、走査型電子顕微鏡の光学
コラムの断面図、そして、 図９は図８の走査型電子顕微鏡の電子光学機構の詳細
を示す断面図である。
好に理解されるであろう。図面において、 図１は従来の走査型電子顕微鏡の模式図、 図２は半導体ウエハ構造のコンタクトホールの断面
図、 図３は表面電荷の蓄積の影響を示す、図２と同様の断
面図、 図4Aは表面電荷の蓄積の結果としての、ベースライン
のドリフトを示す図、 図4Bは走査の逆転による、ベースラインのドリフトの
解消を示す図、 図5Aは従来の画像領域の走査方法を示す図、 図5Bは図5Aの画像フィールド内の選択された特徴部分
の走査を示す図、 図6Aは従来のコンタクトホールの走査方法を示す図、 図6Bはこのコンタクトホールの放射状走査を示す図、 図７は図6Bの放射状走査をラスター走査のフォーマッ
トに変換することによって作られた画像を表す図、 図８は本発明に使用可能な、走査型電子顕微鏡の光学
コラムの断面図、そして、 図９は図８の走査型電子顕微鏡の電子光学機構の詳細
を示す断面図である。
好適実施例の詳細な説明 従来の走査型電子顕微鏡に使用される走査技術は、CR
Tに普通に使用されているタイプの電磁偏向の利用に限
定されていた。電磁偏向はヒステリシス特性を呈し、ビ
ームの位置が精密には制御できない。現在の走査方法
は、好適な静電偏向装置を使用して、ヒステリシスの生
じないようにうまく構成されている。このような装置の
一つは、「八極子」（octupole）として公知であり、こ
れはFBI Inc.で製造された或る電子銃アセンブリに組み
込まれている。八極子は、側面が導体で頂点が絶縁体
（ことによると自由空間）の八角形のバレルとして説明
されるのが最も判りやすい。電極が各導体プレートに接
続され、これを横断して電圧が印加される。得られた電
界の強度は、印加電圧を変化させることによって変えら
れ、又、電界の方向は、対向する導体プレートの異なる
対に印加する電圧を変化させることによって変えられ
る。
Tに普通に使用されているタイプの電磁偏向の利用に限
定されていた。電磁偏向はヒステリシス特性を呈し、ビ
ームの位置が精密には制御できない。現在の走査方法
は、好適な静電偏向装置を使用して、ヒステリシスの生
じないようにうまく構成されている。このような装置の
一つは、「八極子」（octupole）として公知であり、こ
れはFBI Inc.で製造された或る電子銃アセンブリに組み
込まれている。八極子は、側面が導体で頂点が絶縁体
（ことによると自由空間）の八角形のバレルとして説明
されるのが最も判りやすい。電極が各導体プレートに接
続され、これを横断して電圧が印加される。得られた電
界の強度は、印加電圧を変化させることによって変えら
れ、又、電界の方向は、対向する導体プレートの異なる
対に印加する電圧を変化させることによって変えられ
る。
静電走査を利用して、走査の方向、長さ、分布及び繰
り返しを独立して制御し、先行技術の、特徴依存型の直
線性誤差を実質的に解消することができる。このような
特徴依存型の直線性誤差の一つは、図4Aに図示し且つ前
述したようなベースラインのドリフトである。図4Bを参
照すると、ヒステリシスの無い静電走査によって走査逆
転（scan reversal）がが可能となり、典型的な一方向
走査システムで生じるベースラインの歪みを起こすこと
なく、対称的な画像を得ることができる。走査逆転の際
に、逆平行関係にある一致した二つの一方向走査が行わ
れる。各一方向走査の際には、ベースラインのドリフト
が生じる。しかし、一方の一方向走査で生じたベースラ
インのドリフトは、他方の一方向走査で生じたベースラ
インのドリフトと等しいが、反対向きである。これら両
走査で検出された信号を加算すると、歪みのない対称的
な信号が得られる。
り返しを独立して制御し、先行技術の、特徴依存型の直
線性誤差を実質的に解消することができる。このような
特徴依存型の直線性誤差の一つは、図4Aに図示し且つ前
述したようなベースラインのドリフトである。図4Bを参
照すると、ヒステリシスの無い静電走査によって走査逆
転（scan reversal）がが可能となり、典型的な一方向
走査システムで生じるベースラインの歪みを起こすこと
なく、対称的な画像を得ることができる。走査逆転の際
に、逆平行関係にある一致した二つの一方向走査が行わ
れる。各一方向走査の際には、ベースラインのドリフト
が生じる。しかし、一方の一方向走査で生じたベースラ
インのドリフトは、他方の一方向走査で生じたベースラ
インのドリフトと等しいが、反対向きである。これら両
走査で検出された信号を加算すると、歪みのない対称的
な信号が得られる。
図4Bに示すように、走査逆転は走査方向の制御を含ん
でいる。ここで構築的走査（structured scanning）と
名付けた他の好ましい走査技術によれば、選ばれた重要
な領域以外への不必要な表面電荷の蓄積を回避するよう
に、走査の分布が制御される。図5Aに示されている画像
フィールドの「網羅的」（exhaustive）ラスター走査に
ついては、すでに前述した通りである。図5Bに示された
構築的走査によれば、重要な特定の領域のみが走査さ
れ、他の領域の走査に付随する表面電荷の蓄積が回避さ
れる。図5Bの例では、コンタクトホール73、孤立した線
75及び密集した線77が選択的に走査されている。構築的
走査によれば、走査時間が短縮されるので、システムの
能率を更に向上することができる。
でいる。ここで構築的走査（structured scanning）と
名付けた他の好ましい走査技術によれば、選ばれた重要
な領域以外への不必要な表面電荷の蓄積を回避するよう
に、走査の分布が制御される。図5Aに示されている画像
フィールドの「網羅的」（exhaustive）ラスター走査に
ついては、すでに前述した通りである。図5Bに示された
構築的走査によれば、重要な特定の領域のみが走査さ
れ、他の領域の走査に付随する表面電荷の蓄積が回避さ
れる。図5Bの例では、コンタクトホール73、孤立した線
75及び密集した線77が選択的に走査されている。構築的
走査によれば、走査時間が短縮されるので、システムの
能率を更に向上することができる。
高アスペクト比のコンタクトホールを効率的に画像化
するために、走査の方向と分布の両者を制御する走査技
術を使用することが好ましい。放射状走査（radial sca
nning）と称するこの技術においては、コンタクトホー
ルその他のほぼ円形で高いアスペクト比を有する構造体
の複数の半径に沿って、粒子ビームを走査させる。図6A
に示すコンタクトホールのラスター走査については、既
に述べた通りである。図6Bに示す放射状走査において
は、各走査線はコンタクトホールの中心を通過する。説
明を簡単にするために、各走査はコンタクトホールの中
心かから始まり、放射状に外側に延びてコンタクトホー
ルの縁を越えた点まで達しているものとする。しかし、
別の構成も可能である。必要なことは、各走査がほぼコ
ンタクトホールの中心を含んでいることのみである。放
射状走査によれば、電荷の分布が著しく改善され、電荷
は画像化されるコンタクトホールの内側に集中し、表面
には蓄積されない。走査線はコンタクトホールの中心に
収束し、中心からの距離が増大するにつれて拡がるの
で、1/2πｒに比例した電荷密度が得られる。最大の電
荷密度はホールの中心にあり、ホールの底の画像化が良
好に行われる。
するために、走査の方向と分布の両者を制御する走査技
術を使用することが好ましい。放射状走査（radial sca
nning）と称するこの技術においては、コンタクトホー
ルその他のほぼ円形で高いアスペクト比を有する構造体
の複数の半径に沿って、粒子ビームを走査させる。図6A
に示すコンタクトホールのラスター走査については、既
に述べた通りである。図6Bに示す放射状走査において
は、各走査線はコンタクトホールの中心を通過する。説
明を簡単にするために、各走査はコンタクトホールの中
心かから始まり、放射状に外側に延びてコンタクトホー
ルの縁を越えた点まで達しているものとする。しかし、
別の構成も可能である。必要なことは、各走査がほぼコ
ンタクトホールの中心を含んでいることのみである。放
射状走査によれば、電荷の分布が著しく改善され、電荷
は画像化されるコンタクトホールの内側に集中し、表面
には蓄積されない。走査線はコンタクトホールの中心に
収束し、中心からの距離が増大するにつれて拡がるの
で、1/2πｒに比例した電荷密度が得られる。最大の電
荷密度はホールの中心にあり、ホールの底の画像化が良
好に行われる。
コンタクトホールの中心から各走査が始まることによ
って、コンタクトホールの円形度と縁の粗度を表すディ
スプレイを作り出すリマッピング（remapping）作業が
可能になる。このリマッピング作業の結果を図７に示
す。各放射状走査R1,R2…RNが通常のラスター走査パタ
ーンに示され、各放射状走査は一つのラスターを占めて
いる。完全に滑らかな円形コンタクトホールに対して
は、得られたディスプレイは直線になるであろう。直線
からの偏差は、楕円度及び／又は縁の粗度を表してい
る。
って、コンタクトホールの円形度と縁の粗度を表すディ
スプレイを作り出すリマッピング（remapping）作業が
可能になる。このリマッピング作業の結果を図７に示
す。各放射状走査R1,R2…RNが通常のラスター走査パタ
ーンに示され、各放射状走査は一つのラスターを占めて
いる。完全に滑らかな円形コンタクトホールに対して
は、得られたディスプレイは直線になるであろう。直線
からの偏差は、楕円度及び／又は縁の粗度を表してい
る。
コンタクトホールの中心を特定して放射状走査を行う
ために、コンタクトホールを含む低倍率画像に公知の従
来型パターン認識技術を適用することができる。
ために、コンタクトホールを含む低倍率画像に公知の従
来型パターン認識技術を適用することができる。
図８は、本発明が使用される走査型電子顕微鏡の電子
コラムの詳細を示す。電子ビームの経路は垂直鎖線47で
表され、ウエハ平面43まで下方に延在している。上部八
極子アセンブリ49は、電子ビームの位置決めを行う機能
を有する。上部検出器アセンブリ51は、好ましくはマイ
クロチャンネルプレート（microchannel plate）検出器
である上部検出器を収容している。下部八極子アセンブ
リ57は、ウエハ表面を横断して電子ビームを前後に走査
させる機能を有する。下部検出器がウエハ表面に対向し
て設置されているが、これはマイクロチャンネルプレー
ト検出器であることが好ましい。
コラムの詳細を示す。電子ビームの経路は垂直鎖線47で
表され、ウエハ平面43まで下方に延在している。上部八
極子アセンブリ49は、電子ビームの位置決めを行う機能
を有する。上部検出器アセンブリ51は、好ましくはマイ
クロチャンネルプレート（microchannel plate）検出器
である上部検出器を収容している。下部八極子アセンブ
リ57は、ウエハ表面を横断して電子ビームを前後に走査
させる機能を有する。下部検出器がウエハ表面に対向し
て設置されているが、これはマイクロチャンネルプレー
ト検出器であることが好ましい。
図９は、本発明が使用される走査型電子顕微鏡の完全
な電子光学機構を示す。上部コラムアセンブリ60は、上
部八極子、スプレイ開口アセンブリ（spray aperture a
ssembly）50及び上部検出器アセンブリ51を収容し、且
つ電子銃インターフェース46を具えている。磁気レンズ
アセンブリ70は、磁気レンズ極片39と電気配線41を具え
ている。この極片にはレンズキャップ71が取付けられて
いる。磁気レンズライナーがレンズアセンブリ70の内部
に延在している。磁気レンズアセンブリ70の内部には、
下部八極子アセンブリ57と下部検出器も収容されてい
る。
な電子光学機構を示す。上部コラムアセンブリ60は、上
部八極子、スプレイ開口アセンブリ（spray aperture a
ssembly）50及び上部検出器アセンブリ51を収容し、且
つ電子銃インターフェース46を具えている。磁気レンズ
アセンブリ70は、磁気レンズ極片39と電気配線41を具え
ている。この極片にはレンズキャップ71が取付けられて
いる。磁気レンズライナーがレンズアセンブリ70の内部
に延在している。磁気レンズアセンブリ70の内部には、
下部八極子アセンブリ57と下部検出器も収容されてい
る。
以上は、本発明の原理、好適実施例及び作用を述べた
ものである。しかし、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるべきではない。前記実施例は限定的なものではな
く、例示的なものであって、当業者であれば、次のクレ
ームによって規定された本発明の範囲から逸脱すること
なく、これらの実施例を変形することが可能なことを認
識すべきである。
ものである。しかし、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるべきではない。前記実施例は限定的なものではな
く、例示的なものであって、当業者であれば、次のクレ
ームによって規定された本発明の範囲から逸脱すること
なく、これらの実施例を変形することが可能なことを認
識すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−87148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−103258（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/147 H01J 37/28
Claims (4)
- 【請求項１】走査型電子顕微鏡において概略円形である
孔を検査する方法であって、 前以て得られている前記物体の低倍率画像を使用して、
パターン認識によって、前記概略円形孔の大体の中心を
特定し、 該中心に粒子ビームを位置決めし、 先ず、該粒子ビームを前記中心から放射状に外方に向か
って、前記概略円形孔の縁を越えた点まで走査させ、 前記粒子ビームを前記中心まで復帰させ、 続いて、前記粒子ビームを前記中心から放射状に外方に
向かって新たな方向に、前記概略円形孔の縁を越えた点
まで走査させ、 前記復帰とこれに続く走査ステップを複数回繰り返す各
ステップを含む方法。 - 【請求項２】前記概略円形孔の縁形状を示す画像を生成
するための請求項１の方法であって、更に、 請求項１に従って行った放射状走査の結果を、各放射状
走査が一つのラスターを占める従来のラスター走査パタ
ーンに表示するステップを含む方法。 - 【請求項３】走査型電子顕微鏡において、 粒子ビームを発生させ、 検査対象の構造体の表面上に前記粒子ビームを指向さ
せ、 前記表面を横断して、ラスター走査パターン内で前記粒
子ビームを走査させ、 前記走査の際に、前記表面から放射される粒子を検出し
て第１検出信号を発生させ、 該第１検出信号を用いて、前記表面の画像を形成し、 該画像についてのパターン認識を行って、ほぼ円形の高
アスペクト比の構造体の中心をほぼ特定し、 ほぼ円形の高アスペクト比の前記構造体の複数の半径に
沿って放射状に前記粒子ビームを静電的に走査させ、 該静電的走査の際に、前記表面から放射される粒子を検
出して第２検出信号を発生させ、 該第２検出信号を使用して、ほぼ円形の高アスペクト比
の前記構造体の画像を形成する各ステップを含む、 ほぼ円形の高アスペクト比の構造体の画像形成を円滑に
行うための走査方法。 - 【請求項４】走査型電子顕微鏡において、 ほぼ円形の高アスペクト比の構造体の大体の中心を特定
し、 ほぼ円形の高アスペクト比の前記構造体の複数の半径に
沿って粒子ビームを静電的に走査させ、 前記静電的走査の際に、ほぼ円形の高アスペクト比の前
記構造体を含む表面から放射される粒子を検出して、検
出信号を発生させ、 該検出信号を使用して、ほぼ円形の高アスペクト比の前
記構造体の画像を形成する各ステップを含む、 ほぼ円形の高アスペクト比の構造体の画像形成を円滑に
行うための走査方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US984,932 | 1992-12-03 | ||
| US07/984,932 US5302828A (en) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | Scanning techniques in particle beam devices for reducing the effects of surface charge accumulation |
| US07/984,932 | 1992-12-03 | ||
| PCT/US1993/011662 WO1994013007A1 (en) | 1992-12-03 | 1993-12-02 | Scanning techniques in particle beam devices for reducing the effects of surface charge accumulation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08506685A JPH08506685A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3238705B2 true JP3238705B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=25531036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51348394A Expired - Lifetime JP3238705B2 (ja) | 1992-12-03 | 1993-12-02 | 粒子ビーム装置における表面電荷の影響を減少させるためのスキャニング技術 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5302828A (ja) |
| EP (1) | EP0672296B1 (ja) |
| JP (1) | JP3238705B2 (ja) |
| AT (1) | ATE249097T1 (ja) |
| DE (1) | DE69333184T2 (ja) |
| WO (1) | WO1994013007A1 (ja) |
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