(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、振動を検知する振動検出器と、当該振動検出器の検出信号に基づいて、前記荷電粒子光学鏡筒を加振する加振装置とを備えた荷電粒子線装置であって、
前記検出信号と、当該検出信号と前記荷電粒子ビームの照射によって得られる信号に基づく像ゆれとの関連情報に基づいて、前記加振装置を制御する制御装置と、前記関連情報を記憶する記憶媒体を備え、
前記記憶媒体には、前記加振装置の加振情報と前記検出信号との関係を示す伝達関数（Ｇ１）と前記加振情報と前記像ゆれの関係を示す伝達関数（Ｇ２）、及び前記検出信号と前記像ゆれとの関係を示す伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）の少なくとも一方が記憶されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記記憶媒体には、前記関連情報が周波数単位で記憶されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、異なる周波数の前記加振装置の加振条件ごとに、前記関連情報を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記制御装置は、異なる周波数の前記加振装置の加振条件ごとに、前記加振装置の加振情報と前記検出信号との関係を示す伝達関数（Ｇ１）と前記加振情報と前記像ゆれの関係を示す伝達関数（Ｇ２）、及び前記検出信号と前記像ゆれとの関係を示す伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）の少なくとも一方を取得することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージを内部で転支する試料室と、前記試料室上部に荷電粒子線を前記試料に照射する光学鏡筒を備える荷電粒子線装置において、
前記光学鏡筒の振動を検出する振動検出手段を前記光学鏡筒に配置し、前記光学鏡筒に対して水平方向に加振するための加振手段を一端は前記光学鏡筒に固定し、もう一端を前記試料室に固定するよう複数配置し、加振手段を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記試料に照射する荷電粒子線のずれ量を表す像ゆれを求める像ゆれ検出手段と、前記光学鏡筒の振動から像ゆれまでの伝達関数を算出するよう前記加振手段を制御する調整手段と、前記伝達関数を算出するための伝達関数演算手段と、前記伝達関数を記憶する記憶部と、前記伝達関数と前記光学鏡筒の振動情報に基づいた想定像ゆれを算出する想定像ゆれ演算手段と、前記想定像ゆれを相殺するよう前記加振手段を制御する加振制御手段を有し、
前記伝達関数を算出するための調整工程で、像ゆれを抑制する周波数範囲を定め加振を実施するよう前記加振手段を制御し、前記制御器で前記伝達関数を算出、記憶し、
前記試料の検査を実施する検査工程で、前記光学鏡筒の振動情報が前記制御器に入力され、前記伝達関数に基づいた想定像ゆれを算出し、前記想定像ゆれを相殺するよう加振手段を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記加振手段が、圧電式の加振手段であり、前記加振手段は一端は前記光学鏡筒に固定し、もう一端が前記試料室に固定し、前記光学鏡筒の円筒面に、水平２軸方向に対向に配置しことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記加振手段の加振方向が、前記光学鏡筒に対して垂直方向であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査電子顕微鏡などの荷電粒子線装置に係り、特に振動抑制を可能とする加振機構が設けられた荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の微細化に伴い、製造装置、半導体素子を測定、検査、或いは評価する装置にもそれに対応した高精度化が要求されている。通常、半導体ウェハ上に形成したパターンの形状寸法を評価したり、形成されたウェハの欠陥を検査するために、荷電粒子線装置のひとつである走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称す）が用いられる。
【０００３】
ＳＥＭによるウェハの検査では、荷電粒子光学鏡筒（以下、光学鏡筒と称す）の内部で、超高真空環境下で発生させた荷電粒子線をウェハ上に照射し、ウェハから放出された二次電子を検出することによって観察画像を取得し、その明暗の変化からパターンエッジを判断して寸法を導き出したり、欠陥を観察したりする。前記した半導体の微細化に対応するためには、高い観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要である。検査対象であるウェハに対して光学鏡筒が振動すると、荷電粒子線の照射位置が変動し、観察画像に歪みが生じたり、パターンエッジが振動して見えたりする。上記のように、光学鏡筒の振動は、観察画像の画質低下を招き、さらにはＳＥＭの分解能低下の一因となり得るため、これを抑える工夫が必要である。
【０００４】
特許文献１には、高速かつ高精度な振動抑制を実現する機構として、光学鏡筒に加速度センサと加振アクチュエータを搭載し、加速度センサにより取得した振動情報に基づいて加振アクチュエータを駆動し、光学鏡筒振動を相殺する振動抑制技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１６２４１７号公報（対応米国特許ＵＳＰ８，５５３，１９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された技術によれば、外乱振動による光学鏡筒の振動抑制は可能であるが、光学鏡筒の振動に対する荷電粒子線の照射位置の変動の影響が確認できていないため、光学鏡筒の主要振動（振幅が大きい周波数成分）を抑制しても荷電粒子線の照射位置の変動が低減されない可能性がある。
【０００７】
また、荷電粒子線の照射位置の変動は低次の光学鏡筒振動の影響が大きいことは事実であるが、ナノメートルオーダの変動を抑制しようとすると光学鏡筒の高次振動の影響も無視できなくなり、加速度センサの配置位置によっては、光学鏡筒振動の節を検出する可能性があり、光学鏡筒の主要振動を検出できない恐れがある。それを回避するために多くの加速度センサを配置することはコストが増大し、制御が煩雑になるため現実的ではない。
【０００８】
以下に、振動を検出する検出器の検出信号に基づいて、適正な加振を行うことを目的とする荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、振動を検知する振動検出器と、当該振動検出器の検出信号に基づいて、前記荷電粒子光学鏡筒を加振する加振装置とを備えた荷電粒子線装置であって、前記検出信号と、当該検出信号と前記荷電粒子ビームの照射によって得られる信号に基づく像ゆれとの関連情報に基づいて、前記加振装置を制御する制御装置と、前記関連情報を記憶する記憶媒体を備え、前記記憶媒体には、前記加振装置の加振情報と前記検出信号との関係を示す伝達関数（Ｇ１）と前記加振情報と前記像ゆれの関係を示す伝達関数（Ｇ２）、及び前記検出信号と前記像ゆれとの関係を示す伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）の少なくとも一方が記憶されている荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、振動検出器の振動検出に基づいて、適正な加振制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】荷電粒子線装置全体を示す図である。（実施例１）
【図２】荷電粒子線装置の上視図である。
【図３】加振装置による加振条件を取得する工程を示すフローチャートである。
【図４】荷電粒子線装置に対する加振制御を行う制御系ブロック図である。
【図５】荷電粒子線装置全体を示す図である。（実施例２）
【図６】荷電粒子光学鏡筒の固有振動モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
光学鏡筒の振動がＳＥＭに与える影響について説明する。半導体の微細化に伴い、ウェハの検出すべき欠陥サイズも小さくしなければならない状況にあり、荷電粒子線照射時の光学鏡筒にはナノメートルオーダの振動抑制が求められる。同時に時間当たりに検出する欠陥数については多くしなければならない。さらには、半導体デバイスのウェハサイズの主流はφ３００ｍｍからφ４５０ｍｍに移行されることが予測される。以上のように、ＳＥＭが大型化する中で、高分解能化と高スループット化を実現しなければならない。
【００１３】
ＳＥＭによるウェハの検査では、ウェハを搭載保持する試料ステージを観察位置に移動させる必要がある。試料ステージを停止する際の反力により試料室が加振されて光学鏡筒が振動してしまう。試料ステージの移動時間は、装置全体のスループットに大きく影響するため、さらなるスループット向上のためには、試料ステージには高速移動が要求される。高速移動に伴い、試料ステージを停止する際の反力はさらに大きくなるなか、光学鏡筒の振動を速やかに減衰させ、荷電粒子線の照射位置の変動を抑制する必要がある。
【００１４】
以下に説明する実施例は、光学鏡筒の振動情報から想定される照射位置の変動を算出し、その値に基づき光学鏡筒を制御加振することで実際の照射位置の変動を抑制し、高精度に観察画像を取得できる荷電粒子線装置に関するものである。
【００１５】
後述する実施例では例えば、試料を載置する試料ステージと前記試料ステージを内部で支持する試料室と、前記試料室上部に荷電粒子線を前記試料に照射する光学鏡筒を備える荷電粒子線装置であって、前記光学鏡筒の振動を検出する振動検出手段を前記光学鏡筒に配置し、前記光学鏡筒に対して水平方向に加振するための加振手段を一端は前記鏡筒に固定し、もう一端を前記試料室に固定するよう複数配置し、加振手段を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記試料に照射する荷電粒子線のずれ量（以下、像ゆれと称す）を求める像ゆれ検出手段と、前記光学鏡筒の振動から像ゆれまでの伝達関数を算出するよう前記加振手段を制御する調整手段と、前記伝達関数を算出するための伝達関数演算手段と、前記伝達関数を記憶する記憶部と、前記伝達関数と前記光学鏡筒の振動情報に基づいた想定像ゆれを算出する想定像ゆれ演算手段と、前記想定像ゆれを相殺するよう前記加振手段を制御する加振制御手段を有し、前記伝達関数を算出するための調整工程では、像ゆれを抑制する周波数範囲を定め加振を実施するよう前記加振手段を制御し、前記制御器で前記伝達関数を算出、記憶し、前記試料の検査を実施する検査工程では、前記光学鏡筒の振動情報が前記制御器に入力され、前記伝達関数に基づいた想定像ゆれを算出し、前記想定像ゆれを相殺するよう加振手段を制御する荷電粒子線装置について、図面を用いて説明する。
【００１６】
上述のような構成によれば、試料ステージの停止時の反力や外乱振動に対して像ゆれを高精度に低減できる荷電粒子線装置を提供することができる。また、鏡筒の構造高剛性化を図らなくとも、像ゆれの低減が可能となる。また、鏡筒の励振源を抑制せずとも像ゆれの低減が可能となる。
【００１７】
本実施例では、ＳＥＭや集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置、或いは他の測定、検査装置であって、特に半導体の測定、検査、或いは評価を目的とした装置に適用可能な光学鏡筒であって、像ゆれを高精度に抑制することが可能な光学鏡筒の振動抑制機構について、以下、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、荷電粒子線装置全体を示す図である。本実施例では代表的な荷電粒子線装置であるＳＥＭを用いた半導体検査装置を例に説明するが、本実施例は半導体検査装置に限定されるものではない。
【００１９】
試料１１５は、図示していないが試料室１０３に取り付けられるロードロック室から挿入される。ロードロック室は大気状態からターボ分子ポンプとドライポンプで真空排気され真空状態に達する。その後、前記試料１１５は前記試料室１０３内部のＸ方向移動可能なＸテーブル１１１とＹ方向移動可能なＹテーブル１１２を備えた試料ステージ１１６に載せられる。前記試料室１０３は、図示していないがターボ分子ポンプとドライポンプにより常に真空状態に維持されている。前記試料１１５は前記試料ステージ１１６により、一次電子線１０５の照射可能な位置に移動し検査を開始する。
【００２０】
光学鏡筒１０２の内部は、図示していないがイオンポンプにより超高真空状態に維持されている。前記光学鏡筒１０２内部の電子銃１０４から発生した前記一次電子線１０５は収束レンズ１０６で絞られ、対物レンズ１０７により焦点を合わせた状態で走査偏光器１０８により観察する前記試料１１５の表面を二次元状に走査しながら、照射される。前記一次電子線１０５を照射された前記試料１１５から放出された二次電子１０９は二次電子検出器１１０により検出され、像ゆれ検出手段１２１に入力される。前記像ゆれ検出手段１２１は、検出された二次電子量をもとに前記試料１１５のパターン形状を画像として表示する機能を有し、また、表示された画像情報から例えばパターンエッジの振動振幅を計測し、ＦＦＴ処理により周波数軸に対する振動振幅として取得し、その情報を像ゆれと決定する機能を有している。
【００２１】
前記光学鏡筒１０２は根元を前記試料室１０３で支持され、前記光学鏡筒１０２には、振動検出手段１１３が配置され、前記光学鏡筒１０２の振動情報を検出できる。なお、前記振動検出手段１１３は、例えば加速度検出計であって、水平２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）の加速度を取得することを可能とする。
【００２２】
前記光学鏡筒１０２は根元には、一端を前記光学鏡筒１０２に固定し、もう一端を前記試料室１０３に固定した加振手段１１４を図２のように水平方向に対になるよう配置し、前記光学鏡筒１０２を水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に加振することを可能とする。なお、前記加振手段１１４は、例えば圧電素子であって、発生加振力を加振情報として出力できるものである。
【００２３】
本実施例では、前記光学鏡筒１０２の振動による像ゆれの影響を事前に調べる調整を行ってから、前記試料１１５の検査を実施する。調整工程と検査工程の制御方法について説明する。前記加振手段１１４を制御するための制御器１４５は、調整手段１２０と前記像ゆれ検出手段１２１と想定像ゆれ演算手段１２２と加振制御手段１２３と記憶部２０７を備える。
【００２４】
調整工程は、前記調整手段１２０により前記加振手段１１４を制御し、前記光学鏡筒１０２を加振し、その時の像ゆれ情報と前記加振手段１１４の加振情報と前記光学鏡筒１０２の振動情報を前記想定像ゆれ演算手段１２２に入力し、前記光学鏡筒１０２の振動から像ゆれまでの伝達関数を算出し、前記記憶部２０７に記憶する。
【００２５】
検査工程では、前記試料ステージ１１６停止時の反力や環境外乱により前記光学鏡筒１０２が励振され、このときの前記光学鏡筒１０２の振動情報と前記記憶部２０７に記憶された前記伝達関数から想定される像ゆれを算出し、前記加振制御手段１２３へ入力し、前記加振手段１２３で前記想定される像ゆれを相殺するよう前記加振手段１１４を制御することで高精度に像ゆれを抑制する。
【００２６】
加振装置による加振条件を取得する手順を、図３を用いて説明する。ステップ３００では、前記調整手段１２０において、操作者が調整範囲の設定を行う。操作者の作業は以上であり、その後は、自動で調整を行う。
【００２７】
例えば、調整値を周波数１Ｈｚから１００Ｈｚで１Ｈｚ刻みとすると、その後の調整は、１Ｈｚ毎に１００回行われる。ステップ３０１では、１Ｈｚで前記光学鏡筒１０２を加振する。ステップ３０２では、前記加振手段１１４の加振情報と、前記光学鏡筒１０２の振動情報と、像ゆれ情報を取得する。
【００２８】
ステップ３０３では、前記想定像ゆれ演算手段１２２により前記加振情報から前記光学鏡筒１０２の振動情報までの伝達関数（Ｇ１）と、前記加振情報から前記像ゆれ情報までの伝達関数Ｇ２を算出し、前記伝達関数Ｇ１と前記伝達関数Ｇ２から前記光学鏡筒１０２の振動から像ゆれまでの伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）２０６を算出する。ステップ３０４では、記憶部２０７に記憶する。ステップ３０５では、１００Ｈｚまでの調整が完了するまで、ステップ３０１の工程から繰り返す。
【００２９】
伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）は、言わば振動検出手段１１３（振動検出器）によって得られた検出信号と、試料から放出された荷電粒子に基づいて形成される画像のゆれとの関連情報であり、当該関連情報を予め取得しておけば、振動検出手段１１３の検出信号の検出に基づいて、像ゆれを予測することができ、当該像ずれを相殺するように光学鏡筒を加振することによって、適正に像ゆれを抑制することが可能となる。なお、関連情報は、振動検出手段１１３の出力値と、加振手段１１４の制御信号との関係を示す関係式として記憶するようにしても良いし、周波数と加振条件との関係を示すテーブルを作成し、所定の記憶媒体に記憶しておくようにしても良いが、本実施例では伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）を関連情報とし、当該関連情報から、制御信号を生成する例について説明する。
【００３０】
図４は、荷電粒子線装置に対する加振制御を行う制御系ブロック図である。調整工程で算出、記憶した前記伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）２０６をフィードバック要素とし、フィードバック制御を行い、像ゆれを抑制する。前記試料ステージ１１６停止時の反力や外乱振動による外乱加振力２１０と加振力２０９は、前記光学鏡筒１０２に入力され、光学鏡筒振動情報１２４として出力される。前記光学鏡筒振動情報１２４は、前記想定像ゆれ伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）２０６に入力され、想定像ゆれ１２６を出力する。像ゆれ目標値はゼロであり前記想定前記像ゆれ１２６は符号を反転し前記加振制御手段１２３に入力され、想定像ゆれ相殺加振信号１２７として出力される。前記想定像ゆれ相殺加振信号１２７は、前記加振手段１１４に入力され、前記加振力２０９として出力される。以上の制御を繰り返し行い、像ゆれを抑制し続ける。
【００３１】
上記本実施例によれば、調整工程において算出した前記想定像ゆれ伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）２０６を用いて、検査工程において、前記光学鏡筒振動情報１２４に基づき想定される像ゆれを制御の対象とし、光学鏡筒１０２を加振制御することで高精度な像ゆれ抑制が可能となる。また、前記光学鏡筒１０２の構造高剛性化を図らなくとも、像ゆれの低減が可能となる。また、前記光学鏡筒１０２の励振源を抑制、振動経路の絶縁をせずとも像ゆれの低減が可能となる。
【実施例２】
【００３２】
図５は、図１に例示した荷電粒子線装置とは異なる位置に、加振手段１１４を設置した例を示す図である。なお、制御方法については図１と同様であり、図示していない。前記光学鏡筒１０２は根元には、一端を前記光学鏡筒１０２に固定し、もう一端を前記試料室１０３に固定した前記加振手段１１４を垂直方向に配置し、前記光学鏡筒１０２を垂直方向（Ｚ方向）に加振することが可能である。前記加振手段１１４の垂直方向に加振することにより前記光学鏡筒１０２に曲げモーメントを発生させて、前記光学鏡筒１０２の加振し像ゆれを抑制する。
【００３３】
本実施例によれば、前記加振手段１１４追加、取付け高さの調整、変更、が容易になり、光学鏡筒１０２の振動挙動に対して、例えば、外乱振動により光学鏡筒１０２が図６に示すような振動モードで励起された場合、その振動モードの腹に対して加振手段１１４の一端を固定すれば、小さな加振力でも振動抑制が可能となる。また、高次の振動モードに対しても同様で、予め実験や計算により光学鏡筒の高次の固有振動モードを確認、予測しておけば最小限の加振力を備えた加振手段１１４を見積もることが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  荷電粒子線装置
１０２  光学鏡筒
１０３  試料室
１０４  電子銃
１０５  一次電子線
１０６  収束レンズ
１０７  対物レンズ
１０８  走査偏光器
１０９  二次電子
１１０  二次電子検出器
１１１  Ｘテーブル
１１２  Ｙテーブル
１１３  振動検出手段
１１４  加振手段
１１５  試料
１１６  試料ステージ
１２０  調整手段
１２１  像ゆれ検出手段
１２２  想定像ゆれ演算手段
１２３  加振制御手段
１２４  光学鏡筒振動情報
１２６  想定像ゆれ情報
１２７  想定像ゆれ相殺加振指令
１４５  制御器
２０６  想定像ゆれ伝達関数（Ｇ２／Ｇ１）
２０７  記憶部
２０９  加振力
２１０  外乱加振力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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