(57)【要約】【課題】本発明のマイクロカラム構成は、電子ビーム電流をモニタする為に、遮蔽されたビーム制限アパーチャの使用を通じて放出ノイズの減少を考慮する。この新しいアプローチは、エミッタとビーム制限アパーチャとの間に配置された遮蔽用アパーチャを利用するが、この遮蔽用アパーチャが電子ビームカラムの第１レンズにより送出された電流の大部分を収集する。良好なノイズ抑制を達成する為に、遮蔽用アパーチャは、電子が関連付けられているビームの部分だけを通過させる。ビーム制限用アパーチャにより収集された電流は、その後、画像処理において基準信号として使用される。このノイズの除去は、検査工具の検出感度を高める。これは、必要なピクセルの総数を減らし、そのため、工具の処理能力を高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生させる方法であって：
電界放出型エミッタを用いて電子ビームを発生させるステップと；
ビーム制限用アパーチャを画成するビーム制限素子に前記電子ビームの一部分を通過させるステップと；
前記エミッタと前記ビーム制限用アパーチャとの間に配置された遮蔽用アパーチャを画成する遮蔽素子に前記電子ビームの一部分を通過させるステップと；
前記ビーム制限素子で前記ビーム電流を測定するステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２】
前記遮蔽用アパーチャは、前記ビーム制限素子に、空間的に関連付けられた電子を備える電子ビームの部分だけを送出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記遮蔽用アパーチャは、
α＝２×（ｋＴ／Φ）０．５／π０．５  （ここで、Ｔは前記エミッタの先端の温度、ｋはボルツマン定数、Φは電子エネルギ）
で大体与えられる放出半円錐角αの範囲内の、電子ビームの一部分だけを送出する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
電界放出型電子銃を用いる検査方法であって、前記方法は：
電界放出型エミッタを用いて電子ビームを発生させるステップと；
ビーム制限用アパーチャを画成するビーム制限素子に前記電子ビームの一部分を通過させるステップと；
前記エミッタと前記ビーム制限用アパーチャとの間に配置された遮蔽用アパーチャを画成する遮蔽素子に前記電子ビームの一部分を通過させるステップと；
前記ビーム制限素子で前記ビーム電流を測定し、ビーム電流データを発生させるステップと；
前記電子ビームの最後の部分をターゲットの表面に向けるステップと；
前記電子ビームの前記最後の部分と前記ターゲットの相互作用を測定し、前記ビーム電流データを用いることにより電界放出ノイズの影響を訂正することにより、訂正されたターゲットデータを発生させるステップと；
を備える、前記方法。
【請求項５】
前記遮蔽用アパーチャは、空間的に関連付けられた電子を備える電子ビームの部分だけを前記ビーム制限素子に送出する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記遮蔽用アパーチャは、
α＝２×（ｋＴ／Φ）０．５／π０．５  （ここで、Ｔは前記エミッタの先端の温度、ｋはボルツマン定数、Φは電子エネルギ）
で大体与えられる放出半円錐角αの範囲内の、電子ビームの一部分だけを送出する、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
前記電子ビームと前記ターゲットとの相互作用を測定する前記ステップは、前記ターゲットからの二次電子放出を測定することを含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
電子ビームの前記最後の部分をターゲットの表面に向けるステップは、前記電子ビームを前記ターゲットの表面に集束することを含む、請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記ビームを前記ターゲットの表面に沿って移動するように電子ビームの前記最後の部分を偏向させるステップを更に備える、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
電子ビームを発生させる装置であって、前記装置は：
電子ビームを発生させる為の電界放出型エミッタと；
前記電子ビームの経路内のビーム制限素子であって、ビームの経路内でビーム制限用アパーチャを画成する、前記ビーム制限素子と；
前記電子ビームの経路内の遮蔽素子であって、前記エミッタと前記ビーム制限素子との間に配置され、ビームの経路内でビーム遮蔽用アパーチャを画成する、前記遮蔽素子と；
前記ビーム制限素子にてビーム電流を測定する手段と；
を備える、前記装置。
【請求項１１】
前記遮蔽用アパーチャは、空間的に関連付けられた電子を備える電子ビームの一部分だけをビーム制限素子に送出するのに有効である、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記遮蔽用アパーチャは、
α＝２×（ｋＴ／Φ）０．５／π０．５  （ここで、Ｔは前記エミッタの先端の温度、ｋはボルツマン定数、Φは電子エネルギ）
で大体与えられる放出半円錐角αの範囲内の、電子ビームの一部分だけを送出するのに有効である、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
電界放出型電子銃を用いてターゲットを検査する装置であって、前記装置は：
電子ビームを発生させる為の電界放出型エミッタと；
前記電子ビームの経路内のビーム制限素子であって、前記電子ビームの経路内でビーム制限用アパーチャを画成する、前記ビーム制限素子と；
前記電子ビームの経路内の遮蔽素子であって、ビームの経路内にあり、前記エミッタと前記ビーム制限用アパーチャとの間に配置されている、前記遮蔽素子と；
前記ビーム制限素子にてビーム電流を測定し、ビーム電流データを発生させる、手段と；
前記電子ビームの最後の部分をターゲットの表面に向ける手段と；
電子ビームの前記最後の部分と前記ターゲットとの相互作用を測定し、ターゲットデータを発生させる、検出器と；
前記ビーム電流データを使用することにより、電界放出ノイズの影響を訂正することにより、訂正されたターゲットデータを発生させるプロセッサ手段と；
を備える、装置。
【請求項１４】
前記遮蔽用アパーチャは、空間的に関連付けられた電子を備える電子ビームの一部分だけをビーム制限素子に送出するのに有効である、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記遮蔽用アパーチャは、
α＝２×（ｋＴ／Φ）０．５／π０．５  （ここで、Ｔは前記エミッタの先端の温度、ｋはボルツマン定数、Φは電子エネルギ）
で大体与えられる放出半円錐角αの範囲内の、電子ビームの一部分だけを送出するのに有効である、請求項１３又は１４記載の装置。
【請求項１６】
前記検出器は、前記ターゲットからの二次電子の放出を測定する為の電子検出器である、請求項１３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、電界放出電子銃を用いる電子ビーム検査システムと、走査された電子画像上のビーム電流ノイズの影響を測定し訂正する為の方法及び装置に関する。
【発明の背景】
【０００２】
走査電子ビーム型検査システムにおいて、欠陥は、試験されたチップ（ダイ）と基準ゲージ内の対応する画像ピクセルからの信号を比較することにより、検出される。基準ゲージは、電子データベースでもよく（この場合、検査は、ダイ−データベース比較検査と呼ばれる）、基準は他の試験ダイでもよい（この場合、検査は、ダイ−ダイ比較検査と呼ばれる）。欠陥は、ダイと基準間の信号が、所定の検出閾値を超えて異なるときに発見される。
【０００３】
電界放出型電子銃は、そのような走査電子ビーム型検査システムの為に、適した電子源を提供する。電界放出型電子銃において、電位は、エミッタの先端とターゲットとの間に印加される。電界放出型電子銃は、電界放出源のエミッタ先端に存在する静電界は、先端が小さな寸法であるという結果から非常に高い。この非常に高い静電界（〜１０９Ｖ／ｍ）は、先端から電子を放出させる原因になり、その後、この電子はターゲットに移動する。
【０００４】
冷陰極電界またはショットキー放出型電子源を備えた検査システムにおいて、電子ビーム電流（すなわち、放出ノイズ）内の任意スパイクにより、偽りの欠陥が引き起こされる可能性がある。電界放出源において、放出ノイズは、深刻な問題である。このような放出ノイズは、熱イオン及びＬａＢ６電子放出源では生じないが、熱イオン源は、電界放出源より非常に低い輝度を有する。
【０００５】
電界放出源において、放出ノイズの影響は、ビーム依存性量子ショットノイズの影響とは独立し、それに追加されるものである。
【０００６】
量子ショットノイズは、検出された電子の合計数に依存し、その影響は、全ビーム電流を増加することにより減少することができる。放出ノイズは、放出されたビーム電流又は短い電流パルス内の突然の変化を生じる、電界放出又はショットキー型エミッタ先端の放出特性における微細な変更により引き起こされる。エミッタ先端は、高品質真空内に置かれているので、そのような放出ノイズの顕著な原因は残留ガスの存在である。残留するガス分子は、エミッタ先端付近でイオン化される可能性がある。その代わり、そのようなイオン化されたガス分子は、エミッタ先端の放出表面と相互作用し、ビーム電流においてランダムな変動を生じさせる。
【０００７】
通常、ＺｒＯショットキー型エミッタは、例えば、１．５％の範囲内で放出ノイズに晒される可能性があり、これは、ビーム電流を高めることにより減少させることはできない。放出ノイズは、表面的な欠陥として走査電子画像において、それを明らかにする可能性がある。ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）または計測学のようなイメージング・アプリケーションにおいて、これらの表面的欠陥は、マルチパス・アベレージングにより、平均可能である。しかし、マルチパス・アベレージングは、検査システムにとっては望ましくないが、これは、そのようなアベレージングが、必要な検査時間を著しく増加させ、よって、処理能力を減少させるからである。
【０００８】
本発明の目的は、走査電子画像における放出ノイズの深刻な影響を減少または除去することである。放出ノイズは、ランダムに放出電子ビームを増減させ、表面的欠陥として走査電子画像において、それを明らかにする可能性がある。このノイズの除去は、検査工具の検出感度を高め、その処理能力を高める。
【発明の概要】
【０００９】
ある種別の実施形態において、本発明は、電子ビーム電流をモニタする為に（ビーム制限用アパーチャを有する）ビーム制限素子と、ビーム制限素子と電子源（エミッタ）との間に位置決めされた（遮蔽用アパーチャを有する）遮蔽素子の使用を通じてカラム構成が放出ノイズを減少させる装置である。遮蔽素子は、エミッタから送出された大部分の電流（例えば、電子ビームカラムの第１レンズにより送出された大部分の電流）を収集する。良好なノイズ抑制を達成するために、遮蔽用アパーチャは、電子が関連付けられたビームの部分だけを（ビーム制限素子に）通す。本発明の好適実施形態は、電子ビームマイクロカラムであるが、本発明は、１０−１００ｋＶのような高いビームエネルギで動作する従来のカラムにも適用可能である。
【００１０】
他の種別の実施形態において、本発明は、電子ビーム電流をモニタする為の、遮蔽されたビーム制限用アパーチャの使用を通じて放出ノイズを減少させる方法である。この新規な方法は、エミッタとビーム制限用アパーチャとの間に配置された遮蔽用アパーチャを利用し、この遮蔽用アパーチャが、電子ビームカラムの第１レンズにより送出された大部分の電流を収集する。良好なノイズ抑制を達成する為に、遮蔽用アパーチャは、電子が関連付けられているビームの部分だけを送出する。
【００１１】
本発明によると、ビーム制限用アパーチャにより収集された電流は、放出ノイズの影響を訂正する為に、画像処理において、基準信号として使用される。（基準信号を用いてターゲットからの二次電子データを処理することによる）ノイズの除去は、検査工具の検出感度を高める。これは、基板毎に必要なピクセルの総数を減少させ、よって、工具の処
理能力を高める。
【００１２】
放出ノイズ減少の原理は、図１に示されている。主要な電子は、ショットキー型エミッタ１０から抽出され、ソースレンズ３０により集束され、１ｋｅＶの最終ビーム電圧に加速され、試料９０上に最終レンズ７０で再び集束される。当該技術で知られるように、電子−光学レンズは、静電レンズ、磁気レンズ、或いは、これら２つの組合せでもよい。周期的電圧が偏向板６０に印加されると、集束されたビームは試料９０を横切り掃引され、二次電子を発生させる。（当該技術で知られるように、偏向コイルが偏向板の代わりに使用可能であろう。）試料表面から逃げる二次電子は、検出器８０に衝突し、信号Ｉｄに寄与するが、信号Ｉｄは、二次電子画像を生成するのに使用される。
【００１３】
しかし、放出された電子の小部分だけが試料に衝突する。放出された電子流Ｉｅの大部分、通常、５０−２００μＡは、（抽出用電極を通って伸びる抽出用電極のアパーチャを有する）抽出用電極２０により収集される。電子流の小部分、通常、１００−３００ｎＡが、第１レンズ３０を通過する。従来の設定において、この電流の大部分は、ビーム制限素子を通って伸びるビーム制限用アパーチャを有する）ビーム制限素子５０により収集され、小さな部分Ｉｂ、通常、１−５０ｎＡだけがイメージングに利用される。本発明の新しいアプローチは、エミッタ１０とビーム制限用アパーチャ５０との間に配置され（遮蔽素子４０を通って伸びる遮蔽用アパーチャを有する）遮蔽素子４０を利用するが、遮蔽用アパーチャ４０は、第１レンズ３０により送出された電流の大部分を収集する。電子流の小部分Ｉｂａ、通常、１−１０％だけが、ビーム制限用アパーチャ５０により収集される（本願で使用されるように、「ビーム制限用アパーチャ」と「遮蔽用アパーチャ」に対する基準には、アパーチャを画成する遮断構造または切形構造を包含することが理解されよう。）。良好なノイズ抑制を達成する為に、遮蔽用アパーチャ４０は、電子が関連付けられているビームの部分だけを通過させる。ショットキー型エミッタの軸に沿った電子放出の為に、電子は、α＝２×（ｋＴ／Φ）０．５／π０．５  （ここで、Ｔは前記エミッタの先端の温度、ｋはボルツマン定数、Φは電子エネルギ）で大体与えられる放出半円錐角αの範囲内で関連付けられている。１８００Ｋにおいて、αは１ｋＶの電子に対し１４ｍradであり、これは、通常、マイクロカラム操作で使用されるもの（５−１０ｍrad）を越えている。ビーム制限用アパーチャ５０により収集される電流Ｉｂａは、その後、画像処理において、基準信号として使用される。特に、ビーム制限用アパーチャ５０に結合された電流測定回路は、遮断される電子ビームの部分を測定する。
【００１４】
ノイズ抑制スキームの実施例は、図２に示されている。遮蔽されたビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉｂａ（最上部グラフ）は、電子ビームＩｂが試料９０を横切って（例えば、Ｘ軸に沿って）走査される間になされた放出ノイズピーク１００を示す。二次電子信号Ｉｄ（中間のグラフ）は、有用な基板情報を表す画像信号上に重ねられた、放出ノイズピーク１１０を含む。放出電流における変動のため、この追加のピークは、基板の欠陥として解釈可能である。偽りの放出ノイズピーク１１０は、その後、遮蔽されたビーム制限用アパーチャ５０（最下部のグラフ）により収集された電流Ｉｂａを用いて二次電子信号Ｉｄデータを処理することにより、考慮事項から抑制または除去することができる。例えば、二次電子信号Ｉｄは、ビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉｂａにより割られてもよいが、代替え的に、ビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉｂａが、二次電子信号Ｉｄから引かれてもよい。（必要であれば、そのような引算または割算の前に電子信号Ｉｄデータ又は電流Ｉｂａデータの一方又は両方が原点移動または倍率の乗算で線形的に変形されてもよい。）遮蔽されたビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉｂａデータを用いることにより放出ノイズを打ち負かす為に二次電子信号Ｉｄデータの訂正は、プロセッサにより適切に実行可能である。放出ノイズの影響を除去することにより、特にビームスポットサイズより小さな欠陥に対して、検査工具の検出感度を高めることができる。これにより、より大きなスポットサイズの使用、より粗いピクセル格子上の基板のイメージングが可能になる。そのようなイメージングは、次には、必要なピクセルの総数を減少させ、よって、工具の処理能力を高める。
【００１５】
遮蔽用アパーチャの役割は、重要である。例えば、もし、抽出機電極アパーチャ又は、遮蔽しないビーム制限用アパーチャが基準信号として使用されていたとすると、ノイズ抑制の確率は、著しく減少されるであろう。これは、先端からの電子放出が強く局所化され、微小スケールで変化する為である。したがって、電子ビームは、ビームの一部におけるノイズが、ビームの異なる部分におけるノイズから全く独立できるように空間的に変化する。抽出用電極により収集された放出電子流Ｉｅの大部分は、放出先端のシャンクからの熱放出を含み、そのため、先端頂部付近の放出ノイズの高感度測定にはならない。同様に、遮蔽されていないビーム制限用アパーチャにより収集された電流は、ビーム電流Ｉｂに寄与しない放出領域からの放出を含む。抽出用電極または遮蔽されていないビーム制限用アパーチャにより収集された電子流は、直接的なフィードバックループを用いる放出電子流を安定化を試みる手段として、以前に使用されてきた。この初期のアプローチは、上述した理由のため、実用的と判明しなかった。エミッタに印加された静電界を制御する為のフィードバックループの使用は、電子放出条件及び電子光学的特性の変更を生じる静電力間の動力学的均衡、表面マイグレーション、先端での電子放出を乱すという更なる不利益を有する。
【００１６】
本発明の範囲は、添付された請求項に記載された範囲と、その同等物であると定められ、上述された特定実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明による（電子ビーム構成の図形を含む）装置の横断面図である。
【図２】図２は、図１の電子ビーム構成を用いて得られたデータから放出ノイズの影響を除去する実施例を示す３つの一連のグラフである。最上部のグラフは、電子ビームＩｂが試料９０にわたり（例えば、Ｘ軸に沿って）走査される間、遮蔽されたビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉbaを示し、放出ノイズピーク値１００を含む。真ん中のグラフは、電子検出器８０からの二次電子信号Ｉｄを示し、有用な基板情報を表す画像信号上に重ねられた放出ノイズピーク１１０を含む。最下部のグラフに反映されているように、偽りの放出ノイズピーク１１０は、その後、遮蔽されたビーム制限用アパーチャ５０により収集された電流Ｉｂａのデータを用いて二次電子信号Ｉｄのデータを操作することにより考慮から、抑制されるか除去可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１０…ショットキー型エミッタ、２０…抽出用電極、３０…ソースレンズ、第１レンズ、４０…遮蔽用アパーチャ、５０…ビーム制限用アパーチャ、６０…偏向板、７０…最終レンズ、８０…検出器、９０…試料、Ｉｂａ…、Ｉｄ…信号。
【国際公開パンフレット】
2005506664.tif 000003
2005506664.tif 000004
2005506664.tif 000005
2005506664.tif 000006
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2005506664.tif 000009
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2005506664.tif 000013
2005506664.tif 000014
2005506664.tif 000015
2005506664.tif 000016
2005506664.tif 000017
【国際調査報告】
2005506664.tif 000018
2005506664.tif 000019
2005506664.tif 000020