(57)【要約】【課題】電子ビームを照射する走査電子顕微鏡を用いて試料を検査する試料検査装置を提供する。【解決手段】走査電子顕微鏡から照射される電子ビームによって試料に発生する電荷を捕集する電荷捕集部を備えることによって、試料検査へのコストを低減し、かつ、高品質の映像を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査試料を収容するチャンバーと、
前記チャンバー中に設置され、前記検査試料の表面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡と、
前記電子ビームの照射によって試料表面から生成される電荷を捕集する電荷捕集部と、
を備える、試料検査装置。
【請求項２】
前記電荷捕集部は、電気的に接地される、請求項に１に記載の試料検査装置。
【請求項３】
前記電荷捕集部は、金属材質からなる、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項４】
前記金属材質は、アルミニウム及び銅からなる群より選ばれるいずれかである、請求項３に記載の試料検査装置。
【請求項５】
前記電荷捕集部は、前記検査試料から一定距離だけ離隔され、前記走査電子顕微鏡の一側と前記検査試料との間に設置される、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項６】
前記電荷捕集部は、開口を有するボディと、該ボディから分岐された支持部と、を備える、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項７】
前記支持部を、電気的に接地された前記走査電子顕微鏡の対物レンズの外側部に固定するための固定部材をさらに備え、
前記支持部には、前記固定部材を設置するための結合穴が形成され、前記電荷捕集部の開口は、前記電子ビームが通過するように前記対物レンズの開口に対向する、請求項６に記載の試料検査装置。
【請求項８】
前記電荷捕集部は、開口を有するボディと、該ボディの両側から延設される支持部と、を備える、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項９】
前記支持部を、電気的に接地された前記チャンバーの両側に設置された突起に固定するための固定部材をさらに備え、
前記支持部には、前記固定部材を設置するための結合穴が形成され、前記電荷捕集部の開口は、前記電子ビームが通過するように前記対物レンズの開口に対向する、請求項８に記載の走査電子顕微鏡を利用した試料検査装置。
【請求項１０】
前記検査試料は、不導体のガラス材質を含む、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項１１】
前記検査試料は、フォトマスクを含む、請求項１０に記載の試料検査装置。
【請求項１２】
フォトマスクと、
前記フォトマスクの検査工程を行うためのチャンバーと、
前記フォトマスクの表面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡と、
前記電子ビームの照射によって前記フォトマスク表面から生成される電荷によるポテンシャル障壁の形成を防止するために電気的に接地される接地台と、
を備える、試料検査装置。
【請求項１３】
前記接地台は、前記走査電子顕微鏡の一側または前記チャンバーの一側に固設される、請求項１２に記載の試料検査装置。
【請求項１４】
前記接地台は、前記走査電子顕微鏡の一側と前記フォトマスクとの間に設置される、請求項１２に記載の走査電子顕微鏡を利用した試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束電子源（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）を用いた試料検査に係り、より詳細には、試料表面で生じる電荷トラップ現象を改善することができる走査電子顕微鏡を用いた試料検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子のコンパクト化に伴って半導体基板上に形成されるパターンの密度も著しく増加しつつある。この理由から、数マイクロメートル以下の大きさを持つパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）によっても製造プロセスにおいて汚染が起こり、半導体素子の不良につながる。
【０００３】
このようなパーティクルは、半導体製造プロセスの産品と半導体製造プロセスに用いられる材料によって発生する。したがって、半導体素子の製造プロセスに用いられる機械装置は、通常、かかるパーティクルの存在が検査装置によって検査される。
【０００４】
図１は、電子ビームにより試料の表面に局所的に形成されるポテンシャル障壁（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｂａｒｒｉｅｒ）を示す図である。このようなポテンシャル障壁は、電子ビームの経路を歪めることによって検査装置の効率性を低下させる。
【０００５】
図１に示すように、走査電子顕微鏡２０の電子源（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）（図示せず）から生成された電子ビーム２３が、対物レンズ２１の開口から試料３０の表面に照射される。該対物レンズ２１は、１つ以上の集束コイル（図示せず）を備え、電子ビーム２３を試料３０の選択された領域上に集束させる。反応イオンなどの２次パーティクルは、試料の表面に突き当たる電子ビーム２３に対応して試料の表面から放出され、該２次パーティクルの分布は、検出器によって獲得される。該検出器によって測定される２次パーティクルの分布は、通常、電子顕微鏡写真のような映像を形成するのに用いられる。なお、試料が誘電体であれば、その表面に突き当たる電子ビーム２３に対応して電荷が試料の表面上にトラップされ、これにより、ポテンシャル障壁６０が局所的に試料の表面上に形成されることができる。このようなポテンシャル障壁６０によって電子ビームのボケ（ｄｅｆｏｃｕｓ）、歪み（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が生じる他、試料表面に対して獲得した映像のドリフト（ｄｒｉｆｔ）が生じてしまう。
【０００６】
このように試料検査のための電子ビームを照射する装置では、試料表面での電荷トラップ現象を考慮する必要がある。この点で、試料の分析と評価のために環境走査電子顕微鏡（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＥＳＥＭ）が開発された。
【０００７】
環境走査電子顕微鏡は原形のままに非破壊成分分析ができる。なお、該環境走査電子顕微鏡は、走査電子顕微鏡機能とエネルギー分散型分光器機能が複合されている設備で、１次電子を試料表面に照射することによって該表面から発される二次電子（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ；ＳＥ）、後方散乱電子（ｂａｃｋ  ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ；ＢＳＥ）、物質の固有特性Ｘ線などを検出することによって、試料表面の段差（ｓｔｅｐ）、屈曲、構成物質などを分析する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記ＥＳＥＭは、多様な種類の試料に対して汎用の検査工程を行うことを可能にする利点がある反面、次のような短所を抱えている。
【０００９】
第一、ＥＳＥＭは、電子ビームを集束して試料の表面に照射するために様々な真空レベルを生成する差等真空システムを備えなければならない。
【００１０】
第二、試料表面にトラップされる電荷を中性化させるためにガス粒子を吹き付けるガスインジェクタ（ｇａｓ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を備えなければならない。
【００１１】
第三、ＥＳＥＭは、複雑な構成のポンピングシステムを有する。すなわち、該ポンピングシステムは、ガスチャンバー中の超高真空（ＵＨＶ：Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｖａｃｕｕｍ）環境のためのイオンポンプ（ｉｏｎ  ｐｕｍｐ）及び差等真空システムを実現するためのロータリーポンプ、拡散ポンプ、ターボポンプを多段階に設置しなければならない。
【００１２】
したがって、本発明は、上記の問題に鑑み、集束電子源を用いて試料を検査する装置及び方法と、該装置に電荷捕集部をさらに組み込むことによって試料表面に生じる電荷トラップ現象を改善することを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明に係る試料検査装置は、検査試料を収容するチャンバーと、前記チャンバー中に設置され、前記検査試料の表面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡と、前記電子ビームの照射によって試料表面から生成される電荷を捕集する電荷捕集部と、を備える構成とした。
【００１４】
前記電荷捕集部は、電気的に接地されることができる。
前記電荷捕集部は、金属材質からなることができる。
前記金属材質は、アルミニウム及び銅のいずれかでありうる。
【００１５】
前記電荷捕集部は、前記検査試料から一定距離だけ離隔され、前記走査電子顕微鏡の一側と前記検査試料との間に設置されることができる。
【００１６】
前記電荷捕集部は、開口を有するボディと、該ボディから分岐された支持部と、を備えることができる。
【００１７】
上記試料検査装置は、前記支持部を、電気的に接地された前記走査電子顕微鏡の対物レンズの外側部に固定するための固定部材をさらに備えることができ、前記支持部には、前記固定部材を設置するための結合穴が形成され、前記電荷捕集部の開口は、前記電子ビームが通過するように前記対物レンズの開口に対向することができる。
【００１８】
前記電荷捕集部は、開口を有するボディと、該ボディの両側から延設される支持部と、を備えることができる。
【００１９】
上記試料検査装置は、前記支持部を、電気的に接地された前記チャンバーの両側に設置された突起に固定するための固定部材をさらに備え、前記支持部には、前記固定部材を設置するための結合穴が形成され、前記電荷捕集部の開口は、前記電子ビームが通過するように前記対物レンズの開口に対向することができる。
【００２０】
前記検査試料は、不導体のガラス材質を含むことができる。
前記検査試料は、フォトマスクを含むことができる。
【００２１】
また、上記の目的を達成するための本発明に係る試料検査装置は、フォトマスクと、前記フォトマスクの検査工程を行うためのチャンバーと、前記フォトマスクの表面に電子ビームを照射する走査電子顕微鏡と、前記電子ビームの照射によって前記フォトマスク表面から生成される電荷によるポテンシャル障壁の形成を防止するために電気的に接地される接地台と、を備える構成とした。
【００２２】
前記接地台は、前記走査電子顕微鏡の一側または前記チャンバーの一側に固設されることができる。
前記接地台は、前記走査電子顕微鏡の一側と前記フォトマスクとの間に設置されることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、一般の走査電子顕微鏡に電気的に接地される電荷捕集部を追加する簡単な構成によって試料表面における電荷トラップ現象を改善したため、試料検査のコストを低減し、且つ、検査装置から獲得する映像品質を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施例について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照符号を付する。
【００２５】
図２は、本発明の走査電子顕微鏡を用いた試料検査装置の構成を示す図であり、図３は、本発明の一実施例による第１接地台の構成を示す斜視図であり、図４は、本発明の他の実施例による第２接地台の構成を示す斜視図である。
【００２６】
本発明は、複雑で高価な環境走査電子顕微鏡（ＥＳＥＭ）の代わりに、一般の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて精密な表面の映像を得る。ここで用いられる一般の走査電子顕微鏡は、フォトマスクのような不導体（ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の特性を持つ試料を検査する集束電子源を有する顕微鏡である。しかしながら、該試料検査装置は他の電荷粒子源を備え、これらの粒子を検査のためのフォトマスクの表面に突き当たらせることができるが、結果として、上述した電荷トラップ現象が生じてしまう。
【００２７】
このようなＳＥＭが試料を検査するときに起こる電荷トラップ現象を改善するために、本発明では、電荷を集める電荷捕集部を備え、これについては後述する。
【００２８】
図２に示すように、本発明の一実施例による試料検査装置１は、チャンバー１０内に、一般の走査電子顕微鏡２０と試料ステージ４０を備える。
【００２９】
図２に示す走査電子顕微鏡２０の構造は、既存ＳＥＭの構成と類似している。走査電子顕微鏡２０は、電子ビーム２３を生成し、これを対物レンズ２１の開口２２を通して試料３０に照射する。本実施例では、試料３０をフォトマスク（ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋ）とした。
【００３０】
したがって、試料ステージ４０上に保持されたフォトマスク３０の表面に電子ビーム２３が突き当たる。フォトマスク３０に電子ビーム２３を照射すると、二次電子（ＳＥ）、後方散乱電子（ＢＳＥ）などの反応イオン３２が、フォトマスク３０の表面から検出器２４側に反射される。検出器２４は、その反応イオン３２の分布に基づいて試料表面の映像を獲得する。
【００３１】
一方、電子ビーム２３がフォトマスク３０に照射されるとき、フォトマスク３０の表面には電荷Ｑがトラップされる。フォトマスク３０はガラスのような不導体材質からなり、また、その表面にデバイスパターンが形成されるので、電荷がフォトマスク３０の表面にトラップされてポテンシャル障壁を形成すると、デバイスパターン映像エラーが発生する。
【００３２】
具体的に、フォトマスク３０の表面にトラップされた電荷（Ｔｒａｐｐｅｄ  ｃｈａｒｇｅｓ；Ｑ）は、下記の式（１）で表現されることができる。
ＩＯ＝σ＊ＩＯ＋ｄＱｔ／ｄｔ＋ＩＬ                                       （１）
ここで、ＩＯは、放出された電流量を表し、σ（＝η＋δ）はη及びδの合成値（ηはＢＳＥ発生率値、δはＳＥのｙｉｅｌｄ値である。）を表す。また、ｄＱｔ／ｄｔは、時間によって試料表面にトラップされる電荷量、ＩＬは電子と正孔の再結合（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）または熱や光など他のエネルギーへの変換を通じて消滅される電流である。
【００３３】
試料表面にトラップされる電荷は、式（１）に基づいて下記の式（２）で表現されることができる。
ｄＱｔ／ｄｔ＝（１−σ）＊ＩＯ−ＩＬ                       （２）
試料表面にトラップされる電荷の量が増加すると、フォトマスク３０の表面に局所的にポテンシャル障壁が形成され、該ポテンシャル障壁によって電子ビームの経路が影響を受ける。たとえポテンシャル障壁が局所的に形成されるとしても、二次電子を用いて高倍率の試料表面の映像を得るので、ポテンシャル障壁は映像品質に致命的な影響を与えてしまう。
【００３４】
そこで、本発明の一実施例による走査電子顕微鏡の試料検査装置では、対物レンズ２１とフォトマスク３０との間に電荷捕集部５０を介設する。
【００３５】
電荷捕集部５０は、およそ数ナノメートルの作業距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ；Ｄ）だけフォトマスク３０から離れて設置される。図２乃至図４に示す実施例では、電荷捕集部５０が、第１及び第２設置台５０ａ及び５０ｂとして実現されている。第１及び第２接地台５０ａ，５０ｂは、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの金属のような高誘電物質からなることができる。
【００３６】
図３に示すように、第１接地台５０ａは、開口５５が形成された薄いボディ５１と該ボディ５１から分岐された３本の支持脚５２とからなる。電子ビーム２３が通過するように開口５５は対物レンズ２１の開口２２に対向配置される。支持脚５２は、結合穴５３を有し、対物レンズ２１の円錐型の外ハウジング２１ａに固設されることができる。すなわち、結合穴５３に固定ねじ５４を螺合し、第１接地台５０ａの支持脚５２を対物レンズ２１の外ハウジング２１ａに固定する。対物レンズ２１の円錐形の外ハウジング２１ａは、電気的に接地されることができ、これにより、第１接地台５０ａは固定ねじ５４を介して電気的に接地される。該接地台５０ａの電気的接地は、所望の目的を遂行する他の技術によって達成されても良く、これらの代替実行も本発明に包含される。
【００３７】
図４に示すように、第２接地台５０ｂは、開口５６ａを有する薄いボディ５６と、該ボディ５６の両側に延設される支持脚５７とを備える。該支持脚５７は、屈曲した延長構造を有し、接地台５０が対物レンズ２１の開口に対して適切な位置に配置されるようにする。電子ビーム２３が通過するように開口５６ａは対物レンズ２１の開口２２に対向配置される。支持脚５７には、チャンバー１０の両側に設けられた突起１１に支持脚５７を固設するための結合穴５８が形成される。すなわち、結合穴５８を通じて固定ねじ５９がチャンバー１０の両側突起１１に螺合され、これにより、第２接地台５０ｂの支持脚５７がチャンバー１０の突起１１に固定される。チャンバー１０の両側に形成された突起１１は、電気的に接地されることができ、この場合、第２接地台５０ｂは電気的に接地される。上記の実施例におけると同様に、他の接地技術が前述の接地に代替または追加されることができる。
【００３８】
次に、上記の構成を持つ本発明の一実施例による走査電子顕微鏡を用いた試料検査装置の動作を、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３９】
図５は、本発明の一実施例による走査電子顕微鏡を用いる試料検査装置による試料検査の一動作を示す図で、図６は、従来の試料検査装置から獲得した映像を示し、図７は、本発明の実施例による試料検査装置から獲得した映像を示す。
【００４０】
走査電子顕微鏡２０の集束電子源から生成される電子ビーム２３は、フォトマスク３０に照射され、これにより、フォトマスク３０の表面には電荷がトラップされる。このようなトラップ電荷が経時増加すると、フォトマスク３０の表面には局所的にポテンシャル障壁が形成される。このようなポテンシャル障壁は完全に除去する、または、映像の品質を低下させないような有意な程度に弱化させなければならない。例えば、図６に示すように、本発明の特徴及び設備を適用せずに獲得した映像の所定領域ｌａでドリフト（ｄｒｉｆｔ）現象が生じ、このようなドリフト現象は、試料検査作業による結果映像に不良を招く。
【００４１】
図５に示すように、電荷捕集部５０は、図３及び図４に示す第１接地台５０ａと第２接地台５０ｂと関連して説明した技術によって電気的に接地されている。これにより、電荷捕集部５０は、電子ビーム２３の照射によってフォトマスク３０の表面に発生する電荷を集める役割を果たす。これにより、フォトマスク３０の表面における電荷トラップ現象は防止されるか、または、本発明の実行を通じて有意な程度に弱化され、結果としてポテンシャル障壁のフォトマスク３０表面上への形成が防止される。
【００４２】
このように、電荷捕集部５０がフォトマスク３０の表面から電荷を捕集するので、フォトマスク３０の表面上にポテンシャル障壁が全く形成されないか、殆ど形成されず、高品質の映像を得ることができる。図７は、本発明の特徴及び設備を適用することによって獲得した映像を示し、図６に示す所定領域１ａに対応する所定領域ｌｂで鮮明なラインの映像が得られている。したがって、図７の映像は、試料検査に有用に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】試料表面に局所的に形成されて電子ビームの経路を妨害するポテンシャル障壁を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による走査電子顕微鏡を用いた試料検査装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による第１接地台の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例による第２接地台の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施例による走査電子顕微鏡を用いて動作する試料検査装置を示す図である。
【図６】本発明による電荷捕集部を備えていない試料検査装置から獲得した映像を示す図である。
【図７】本発明による電荷捕集部を備えた試料検査装置から獲得した映像を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０      チャンバー
２０      走査電子顕微鏡
３０      試料
４０      試料ステージ
５０      電荷捕集部
【図１】
2008166264.tif 000003
【図２】
2008166264.tif 000004
【図３】
2008166264.tif 000005
【図４】
2008166264.tif 000006
【図５】
2008166264.tif 000007
【図６】
2008166264.tif 000008
【図７】
2008166264.tif 000009