(57)【要約】【課題】実施が容易で対費用効果が高い電子顕微鏡画像化の技術を提供する。【解決手段】本技術は、電子ビーム半導体検査システム（例えば微小寸法走査電子顕微鏡ＣＤ−ＳＥＭ）の空間解像度向上を可能にし、精査される試料上の物理的または化学的な有用な情報を得ることを可能にする。本技術は、２つのエネルギーに設定される、つまりマルチプレクシングされるハイパスエネルギーフィルタを利用する。試料上で検出される領域について、より高いエネルギー設定において検出される強度レベルが、より低いエネルギー設定における強度レベルから引かれる。得られる差分値は、第１および第２フィルタ設定の範囲内のエネルギーを持つ電子に対応する。この得られた差分値は検出目的で試料の画像を生成するのに用いられる。
2004531869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から散乱する電子を検出することによって前記試料を検査する方法であって、
前記試料上の点を照射するように電子ビームを走査し導くことであって、前記電子ビームは電子が前記試料上の前記照射された点から散乱することをもたらす、電子ビームを走査し導くこと、
ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第１電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第１電子強度レベルを検出する、前記第１電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第２電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第２電子強度レベルを検出する、前記第２電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記第１電子強度レベルおよび前記第２電子強度レベル間の差分である差分電子強度レベルを決定することであって、前記差分電子強度レベルは、前記第１および第２電圧レベル間のエネルギーウィンドウ中の電子強度レベルである、差分電子強度レベルを決定すること、および
前記設定、検出および決定動作を繰り返すことによって、前記走査された試料に沿って連続的に照射された複数の点についてのさらなる差分電子強度レベルを得て、それによって複数の決定された差分電子強度レベルが前記試料の検査情報を提供する、前記設定、検出および決定動作を繰り返すこと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記複数の差分電子強度レベルが用いられて前記試料の走査電子画像を生成する方法。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、検出される前記それぞれの散乱された電子が二次電子であるエネルギースペクトラムを含むよう設定される方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、高い平均自由行程を示す二次電子が集積されず、比較的低い平均自由行程を示す二次電子が検出されるエネルギースペクトラムをさらに含むように設定され、それにより前記検査情報の解像度が増される方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、高い平均自由行程を示す二次電子が集積されず、比較的低い平均自由行程を示す二次電子が検出されるエネルギースペクトラムをさらに含むように設定され、それにより前記検査情報の解像度が増される方法。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の方法であって、前記試料は半導体ウェーハであり、前記検査情報は前記半導体ウェーハ上の微小寸法を測定するのに用いられる方法。
【請求項７】
試料から散乱する電子を検出することによって前記試料上の第１材料および第２材料の間の境界を決定する方法であって、
前記試料上の点を照射するように電子ビームを走査し導くことであって、前記電子ビームは電子が前記試料上の前記照射された点から散乱することをもたらす、電子ビームを走査し導くこと、
ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第１電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第１電子強度レベルを検出する、前記第１電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第２電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第２電子強度レベルを検出する、前記第２電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記第１電子強度レベルおよび前記第２電子強度レベル間の差分である差分電子強度レベルを決定することであって、前記第１電圧および前記第２電圧は、限界を、前記第１および第２材料が異なる電子強度レベルを放射する電子エネルギー範囲に設定する、差分電子強度レベルを決定すること、
前記設定、検出および決定動作を繰り返すことによって、前記走査された試料に沿って連続的に照射された複数の点についてのさらなる差分電子強度レベルを得ること、および
後で決定される差分電子強度レベル間の強度レベルの変化に対応すると決定される前記さらなる差分電子強度レベルのそれぞれを評価することによって、後で決定される差分電子強度レベル間の変化が前記第１および第２材料間の境界を示す、差分電子強度レベルのそれぞれを評価すること
を含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記複数の差分電子強度レベルは、前記試料の走査電子画像を生成するのに用いられる方法。
【請求項９】
請求項７および８のいずれかに記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、検出される前記それぞれの散乱された電子が二次電子であるエネルギースペクトラムを含むように設定される方法。
【請求項１０】
試料から散乱される電子を検出することによって前記試料上でスペクトロスコピーを行う方法であって、
前記試料上の点を照射するように電子ビームを導くことであって、前記電子ビームは電子が前記試料上の前記照射された点から散乱することをもたらす、電子ビームを走査し導くこと、
ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第１電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第１電子強度レベルを検出する、前記第１電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第２電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第２電子強度レベルを検出する、前記第２電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記第１電子強度レベルおよび前記第２電子強度レベル間の差分である差分電子強度レベルを決定することであって、前記差分電子強度レベルは、前記第１および第２電圧レベル間のエネルギーウィンドウ中の電子強度レベルである、差分電子強度レベルを決定すること、および
前記設定、検出および決定動作を繰り返すことによって、さらなる差分電子強度レベルを得ることであって、設定、検出および決定のそれぞれの繰り返されるサイクル中に、前記第１電圧レベルは前記第２電圧レベルに設定され、前記第２電圧レベルは所定の増分で高められ、前記連続的に決定される差分電子強度レベルのそれぞれが前記試料についての電子強度スペクトラムに関する情報を提供する、前記設定、検出および決定動作を繰り返すこと
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記第１電圧レベルは初期状態でゼロに設定され、前記第２電圧レベルの最終設定は、前記電子ビームの前記電圧レベルに等しい方法。
【請求項１２】
試料から散乱される電子を検出することによって前記試料を検査する方法であって、
前記試料上の点を照射するように電子ビームを導くことであって、前記電子ビームは電子が前記試料上の前記照射された点から散乱することをもたらす、電子ビームを走査し導くこと、
ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第１電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第１電子強度レベルを検出する、前記第１電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定すること、
前記散乱された電子を前記第２電圧レベルに設定される前記ハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは前記散乱された電子の第２電子強度レベルを検出する、前記第２電圧レベルで前記散乱電子を検出すること、
前記第１電子強度レベルおよび前記第２電子強度レベル間の差分である差分電子強度レベルを決定することであって、前記差分電子強度レベルは、前記第１および第２電圧レベル間のエネルギーウィンドウ中の電子強度レベルである、差分電子強度レベルを決定すること、および
前記設定、検出および決定動作を繰り返すことによって、さらなる差分電子強度レベルを得ることであって、設定、検出および決定のそれぞれの繰り返されるサイクル中に、前記第１電圧レベルは前記第２電圧レベルに設定され、前記第２電圧レベルは所定の増分で高められ、前記連続的に決定される差分電子強度レベルのそれぞれが前記試料についての電子強度スペクトラムに関する情報を提供する、前記設定、検出および決定動作を繰り返すこと
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、リフレッシュされた差分電子強度レベルおよび前記検査された領域のそれぞれのリフレッシュされた結果として生じる画像が連続的に生成される、請求項１２に記載の前記動作を順次繰り返すことをさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記リフレッシュされた結果として生じる画像は、前記以前に生成されたリフレッシュされた画像の実質的に直後に生成され、それにより前記試料が実質的にリアルタイムで観測されえる方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記ハイパスフィルタを前記第１電圧レベルに設定する前記繰り返される動作は、前記第１差分電子強度レベルを決定する動作と同時に実行される方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法であって、
前記検査される領域が前記試料上の新しい領域をカバーするように前記電子ビームを走査することであって、それによって前記リフレッシュされた結果として生じる画像は、前記検査される領域によってカバーされる前記新しい領域の画像を表す、前記電子ビームを走査すること
をさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれかに記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、検出される前記それぞれの散乱された電子は二次電子であるエネルギースペクトラムを含むように設定される方法。
【請求項１８】
請求項１２〜１７のいずれかに記載の方法であって、前記第１および第２電圧レベルは、高い平均自由行程を示す散乱された電子は集積されず、比較的低い平均自由行程を示す散乱された電子は検出され、それにより前記検査情報の解像度が増されるエネルギースペクトラムを含むように設定される方法。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれかに記載の方法であって、前記試料は半導体ウェーハであり、前記検査情報は前記半導体ウェーハ上の微小寸法を測定するのに用いられる方法。
【請求項２０】
電子ビームを発生するビーム発生器、
散乱される電子を検査するハイパスフィルタを持つ検出器、および
コントローラであって、前記コントローラは、
前記ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定することによって、前記検出器が前記散乱される電子を第１電圧レベルに設定されたハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは、前記検査領域の第１画像を生成するのに用いられる前記散乱された電子の第１電子強度レベルを検出する、ハイパスフィルタを第１電圧レベルに設定すること、および
前記ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定することによって、前記検出器が前記散乱される電子を第２電圧レベルに設定されたハイパスフィルタで検出することであって、前記ハイパスフィルタは、前記検査領域の第２画像を生成するのに用いられる前記散乱された電子の第２電子強度レベルを検出する、ハイパスフィルタを第２電圧レベルに設定すること
を実行するよう構成される、コントローラ
を備える検査システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の検査システムであって、前記コントローラは、
前記第１電子強度レベルおよび前記第２電子強度レベル間の差分である第１差分電子強度レベルを決定することであって、前記第１差分電子強度レベルは、前記第１および第２電圧レベル間のエネルギーウィンドウ中の前記電子強度レベルである、第１差分電子強度レベルを決定すること、および
前記検査された領域の第１の結果として生じる画像を前記差分電子強度レベルから生成すること
をさらに実行するよう構成される検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは半導体ウェーハ検査に関し、より具体的には電子分光結像法技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術は、非常に小さい微小寸法（critical dimension）の回路構造を持つデバイスを作る。半導体ウェーハ検査システムは、これら非常に小さい構造の完全性を決定するために高いレベルの解像度を必要とする。ある一般的な検査技術は、例えば走査電子顕微鏡内において電子ビームの利用を伴う。しかしこれら技術の可能性はそれらの有用性の限界に達しつつあり、集積回路の微小寸法の絶え間なく縮小していくサイズを考慮しなければならなくなってきている。その結果、これら技術の解像度は、有用な検査データを提供するのに充分高くはないかもしれない。
【０００３】
有用な物理的または化学的情報とともに、空間解像度を向上することは、電子エネルギーの弁別、すなわち電子分光結像法（L. Reimerによる“Image Formation in Low-Voltage Scanning Electron Microscopy”、Ed. SPIE Optical Engineering Press、１９９３年、ｐ．２）を通して達成されえる。実際、異なるエネルギーの電子は、サンプル内での異なる相互作用の量を表す。適切なエネルギー範囲を選択することによって、ビームーサンプル相互作用量を最小化し、それにより電子顕微鏡の空間解像度を改良できる。
【０００４】
一般には、半導体ウェーハ上のある一点に向けられる検査電子ビームは、その点から散乱する電子を生じる。図１は、電子ビームによって半導体ウェーハから散乱される電子の一般的な電子エネルギースペクトラム１００を示す。よく知られるように、２次電子１０２および後方散乱電子１０４が特定の検査技術には有用でありえる。エネルギーレベル１０６は、検査装置によって検査される最大エネルギーレベルを表し、これは電子ビームのエネルギーレベルと等価である。
【０００５】
検査プロセス中にエネルギースペクトラム中のある領域を選択するためのさまざまな顕微鏡技術が知られる。ある既知の技術は、例えば磁場のような分散要素を利用する。分散要素は、電子ビームをそのさまざまな成分エネルギーレベルのスペクトラムに分離する。これは白色光を原色のスペクトラムに分離するプリズムと似ている。検出器がそれから用いられて、所望のエネルギー範囲の電子強度レベルを検出する。残念ながらこれらの技術は、一般には困難で構築するのが高価である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述を鑑みて、実現するのが容易で、対費用効果が高く、高い空間解像度を提供する顕微鏡技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電子顕微鏡中の空間情報を得るための簡単で対費用効果が高い技術に関する。この技術のいくつかの応用例は、高解像度画像化および要素マッピングである。この技術は、２つのエネルギーレベルにおいて交互に設定され、つまりマルチプレクシングされるハイパスエネルギーフィルタを利用する。ウェーハ上で検査される領域についての、より高いエネルギー設定において検出される強度レベルは、より低いエネルギー設定における強度レベルから引かれる。結果として生じる強度レベル（差分値）は、第１および第２フィルタ設定のエネルギー範囲内の検出された電子エネルギーに対応する。したがって特定のエネルギー範囲についてのウェーハの画像が獲得されえる。
【０００８】
本発明のある局面は、試料から散乱する電子を検出することによって試料を検査する高解像度の方法に関する。この方法は、試料上の点を照射するように電子ビームを走査し導くことを含み、電子ビームは電子が試料上の照射された点から散乱することをもたらす。それからハイパスフィルタが第１電圧レベルに設定される。それから散乱された電子はハイパスフィルタで検出され、第１電子強度レベルを測定する。それからハイパスフィルタは第２電圧レベルに設定される。それから散乱された電子はハイパスフィルタで検出され、第２電子強度レベルを測定する。第１電子強度レベルおよび第２電子強度レベル間の差分である差分電子強度レベルがそれから決定される。差分電子強度レベルは、第１および第２電圧レベル間のエネルギーウィンドウ中の電子強度レベルである。この技術を使うことによって、検査される電子のエネルギーウィンドウを適切に選択することによって電子顕微鏡の空間解像度は改善されえる。
【０００９】
この方法の代替の応用例は、試料上の２つの異なる材料間の境界を識別するために用いられる。この方法のさらの他の代替の応用例は、試料上でスペクトロスコピーを行うのに用いられる。
【００１０】
本発明のこれらの、および他の特徴および優位性は、より詳細に以下の本発明の明細書および添付図面において示され、これらは本発明の原理を例示によって示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、さらなるその優位性とともに、以下の説明を添付の図面と合わせて参照することで最も良く理解されよう。
本発明は、添付の図面に図示されるようなそのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の説明において、多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明の完全な理解のためである。しかし一部または全てのこれら具体的な詳細がなくても本発明が実施されえることは当業者にはわかるだろう。あるいは既知の操作は、詳細には説明されず、これは不必要に本発明の本質をぼかさないためである。
【００１２】
本発明は、実現が容易で対費用効果が高い半導体ウェーハ上の空間情報を得るための簡単で対費用効果が高い技術に関する。特に、この技術は、電子ビーム半導体検査システム、例えば微小寸法（critical dimension）走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）と組み合わせて利用されて、高解像度の画像を得ることができる。この技術は、２つのエネルギーレベルに交互に設定される、つまりマルチプレクシングされる（multiplexed）フィルタを含むエネルギーフィルタマルチプレクサを伴う。
【００１３】
よく知られるように、ハイパスエネルギーフィルタは、基本的に（その最も簡単な構成で）電子を偏向するように負に帯電されたグリッドを含む。グリッド電圧は、ある電圧セッティングに設定され、充分なエネルギー量を持つ電子だけがそのグリッドを通過し、グリッドと反対側にある検出器によって検出される。エネルギーフィルタは、高レベルの空間解像度を提供するが、これは非常にはっきりしたカットオフを持つようにハイパスフィルタが容易に設計できるからである。鋭いカットオフは、フィルタの設定より下のエネルギーレベルを持つ電子がグリッドを通過することを防ぎ、フィルタの設定より上のエネルギーレベルを持つ電子がグリッドを通過することを許す。ハイパスフィルタによって検出されるこの電子の鋭いカットオフは、特定のエネルギー範囲内の電子だけを検出プロセスが利用できるようにする。
【００１４】
ハイパスエネルギーフィルタのマルチプレクシングは、半導体ウェーハ上を電子ビームが走査するときに累進的に画像を見せることができるよう充分に高速で行われる。これは、検査システムが連続画像に必要なデータを獲得しながら、差分強度値に関する画像を示すことによってなされる。マルチプレクシングの速度は、具体的な検査システムの電子ビームの走査速度に依存して変化しえる。
【００１５】
図２は、本発明の技術のある応用例によってウェーハの画像を得るためのハイパスフィルタをマルチプレクシングする検査プロセス２００を表すフローチャートを示す。検査プロセス２００は、ブロック２０２で始まり、ここでハイパスフィルタは第１電圧設定Ｅ1に設定される。この設定において、エネルギーレベルＥ1以上を持つ電子が検査システムによって検出され、それによって出力電子強度値Ｉ1を与える。これは図３Ａで示される。図３Ａは、ウェーハから散乱する電子の分布を表し、ここで斜線が付けられた領域３００はＥ1から最大許容エネルギーレベルまでを持つ電子を表す。斜線が付けられた領域は値Ｉ1を表す。計算のために、Ｉ1は基本的にエネルギーレベルＥ1から最大電子エネルギーレベルまでの信号強度値の積分である。
【００１６】
ブロック２０４において、ハイパスフィルタは第２エネルギーレベルＥ2に設定され、これはＥ1よりも低いレベルである。より低いレベルＥ2によって、より多くの電子がフィルタを通過し、したがって出力強度値Ｉ2はＩ1よりも大きい。図３Ｂ中の斜線が付けられた領域３０２は、ウェーハから散乱する電子のエネルギー分布を表し、ここで斜線が付けられた領域は、Ｅ2から最大許容エネルギーレベルのエネルギーを持つ電子を表す。斜線が付けられた領域３０２は、値Ｉ2を表す。再び、Ｉ2はエネルギーレベルＥ2から最大電子エネルギーレベルまでの強度の積分である。
【００１７】
ブロック２０６において、Ｉ1がＩ2から引かれ、結果としての値ＩResultを生じる。ＩResultの図による表現は、図３Ｃの斜線が付けられた領域３０４によって図示される。ＩResultは、検査目的で完全なデータのセットを与えるのに必要な単一成分の情報を形成する。
【００１８】
機能ブロック２０２、２０４および２０６は、第２の設定のエネルギーフィルタが第１のものより低いことを想定している。第１の設定のエネルギーフィルタが第２のエネルギーより低い場合には、第２の検出されたエネルギーレベルを第１の検出されたエネルギーレベルから引く。
【００１９】
ブロック２０２、２０４、および２０６は、検査目的のために必要なデータの完全なセットを与えるのに必要なだけ多くの回数、繰り返される。例えばＩResult値のセットは、検査画像を形成するのに用いられえる。ブロック２０２および２０４におけるＥ1からＥ2までのエネルギー設定の遷移は、ハイパスエネルギーフィルタのマルチプレクシングを表す。Ｅ1およびＥ2のエネルギーレベルは、半導体ウェーハの検査に用いられる所望のエネルギー範囲に依存して選択される。
【００２０】
代替の実施形態において、ＩResultのそれぞれの値は、電子ビームのような量子ビームで照射される試料上の領域の画像を生成するのに用いられる。そのような場合、結果として得られるＩResultの値は、試料上の照射された領域のより新しい（つまりリフレッシュされた）画像を与える。ブロック２０２、２０４および２０６を繰り返すことによって、検査システムは、試料のリアルタイムの画像が示されるように連続的にリフレッシュされた画像を与えることができる。これは、電子ビームが試料の表面にわたって走査するときに有利であり、なぜなら検査の操作者が試料を走査しながら試料の複数の部分を見ることが可能だからである。
【００２１】
ハイパスフィルタマルチプレクシング技術は、半導体ウェーハのような試料の画像を生成するための２つの異なるモードで用いられえる。これらのモードは、単一の画像が生成されるスタティックモードと、画像が繰り返し生成され試料のリアルタイムの画像が見られるリアルタイムモードとである。
【００２２】
本発明のある実施形態において、スタティックモードは、ハイパスフィルタを第１電圧に設定し、それから試料から散乱する電子を検出することを伴う。第１電圧において測定された強度レベルは、試料の検査された領域の第１画像を形成するのに用いられる。それからハイパスフィルタは第２電圧レベルに設定され、試料から散乱する電子の強度レベルが再び測定される。第２電圧レベルにおける強度レベルは、検査される領域の第２画像を生成するのに用いられる。それから結果として生じる画像は、第１および第２電圧レベルにおいて生成される画像のそれぞれの間の差分を取ることによって生成される。本質的に、ハイパスフィルタエネルギーマルチプレクサを用いるスタティックモードは、試料上の検査される領域の単一の画像を得る技術である。
【００２３】
本発明のリアルタイムモードは、第１および第２の電子強度レベルを繰り返し測定することによって、検査される領域のリフレッシュされた、結果として生じる画像群を連続的に生成することを伴う。リフレッシュされた結果の画像を高速に生成することによって、試料の画像群を表示するモニタは、実質的にリアルタイムで試料の画像を表示できる。本発明のある応用例において、検査システムは、試料の表面上を移動し、それによって試料のさまざまな領域を目に見える形で検査する。リフレッシュされた画像群を連続的に生成するリアルタイムモードが可能であることによって、検査の操作者は走査をしながらリアルタイムで走査された表面を見ることができる。検査システムが走査するとき、リフレッシュされた画像が生成される速度は、検査システムの走査速度に比べて充分に高速であり、その結果、試料のリアルタイム画像表示が維持できる。
【００２４】
リアルタイムモードのある実現例では、差分電子強度値が決定されるときに、ハイパスフィルタの電圧は第１電圧に戻される。換言すれば、次の画像を得るプロセスは、第１の結果画像が得られる前にも始まっている。
【００２５】
エネルギーフィルタマルチプレクシング技術の概念が説明されたので、こんどはさまざまな応用例が説明される。図４および図５は、基板上に形成されたライン構造を識別するために本発明の技術を使用することを図示する。図６は、本発明を用いた材料マッピング技術の背景にある基本概念を示す。さらに図７は、本発明を用いて得られるエネルギースペクトラムを示す。
【００２６】
エネルギーフィルタマルチプレクシング技術の第１の例示的使用が説明される。図４は、半導体ウェーハ４００の一部にわたり走査している電子ビーム４０１の側面図を示し、このウェーハは基板４０４上に形成されたライン構造４０２を持つ。ライン構造４０２は、ライン構造４０２の幅である微小寸法（ＣＤ）を持つ。ζは、材料中の二次電子平均自由行程（ＳＥ  ＭＦＰ）と呼ばれる。ライン構造４０２中の斜線が付けられた領域は、相互作用体積（interaction volume）４０６と呼ばれ、この中で電子が散乱し、おそらくはライン構造４０２の外に出る。例えばライン構造は、シリコン基板上に形成されたフォトレジストラインでありえる。半導体ウェーハ部４００をわたっての距離を表すｘ軸がウェーハ部４００の下に示される。
【００２７】
検査プロセスの一つのゴールは、ライン構造４０２のサイズを決定することである。図示されるように、電子ビームがライン構造４０２の外側のエッジから入射するとき、二次電子は、電子ビームの向きの反対へ散乱するようになり、ライン構造４０２の側面のエッジから外へと水平に出る。ライン構造４０２の側面から放射される二次電子の余剰分によって、ライン構造４０２の内側部４０２−１におけるよりもエッジにおけるほうが、二次電子エネルギースペクトラム内で検出される電流強度はより高くなる。以下に示されるように、ζのサイズは、ライン構造４０２の画像解像度能力を制限する。
【００２８】
図５は、電子ビームが図４の半導体ウェーハ４００にわたって走査されるときに得られる一般的な電子強度レベルカーブ５００を示す。強度レベルカーブ５００のより高い強度レベルのピーク５０２および５０４は、ライン構造４０２の外側エッジにおけるより高い二次電子放射を表す。ライン構造４０２の最小測定可能微小寸法（ＣＤ）に対する明らかな限界は、ピーク５０２および５０４の幅によって表される。この幅は材料中の電子のＭＦＰに比例するので、結果として、ＭＦＰがより低いほど、測定可能なＣＤもより小さくなる。
【００２９】
ＳＥ画像解像度は、画像を作るための適切な電子エネルギーウィンドウを選択することによって高くされえる。これは平均自由行程ζが二次電子のエネルギーによって変化するからである（David C. Joyの“Ultralow-energy Imaging for Metrology”Proc.SPIE Vol. 3332,p.42-50）。ζは典型的には電子エネルギースペクトラムの低域および高域端においてより高く、最小ζはこれらの極大点の中に存在する。したがってＳＥ画像解像度は、低いζ値だけを持つ二次電子を用い、高いζ値を持つ二次電子を排除することによって高くされえる。本発明のエネルギーフィルタマルチプレクサを用い、これは、二次電子が低いζ値を持つエネルギー範囲だけをカバーするような第１および第２エネルギーレベルを選択することによって実現される。その結果、より小さいζ値によって、ラインプロファイル５００は微小寸法のエッジを表すより鋭いピークが与えられる。例えばカーブ５００のピーク５０２および５０４がより鋭くなると、それだけより小さい微小寸法が測定可能になる。
【００３０】
本発明の代替実施形態において、エネルギーウィンドウは、ウェーハ上の２つの異なる材料についての電子強度の差が比較的大きいレベルに設定することが好ましい。したがって強度レベルの差が最大であるエネルギーウィンドウを選択することによって、試料上の２つの異なる材料間の信号値においてより高いコントラストを得ることができる。これは試料上の化学的な差異を決定するのに役立ちえる。
【００３１】
図６は、試料の材料マッピングを実行するために本発明のエネルギーフィルタマルチプレクサを用いる方法を説明するためにここで示される（P.J. GoodhewおよびF.J. Humpreysの “Electron Microscopy and Analysis” Ed. Taylor and Francis, 1988, p.154）。マッピングとは、試料表面上のさまざまな種類の材料の空間分布を決定することを表す。例えばマッピングは、ＴｉＮ領域およびＳｉＮ領域間の境界、または２次元ドーパントプロファイルを決定するために用いられえる。マッピングは、異なる材料の電子スペクトラムにおける差異を利用する。実際、いくつかの材料は非常に似た電子エネルギー分布カーブを持つが、マッピングプロセスは、２つの異なる材料が大きな差を見せるエネルギー範囲に焦点を合わせる。図６は、２つの電子エネルギー分布カーブのグラフを示し、それぞれは境界の位置が決定されることが求められる２つの異なる材料を表す。破線のカーブ６００は、第１材料についてのエネルギーカーブを表す。実線カーブ６０２は、第２材料についてのエネルギーカーブを表す。カーブ６００および６０２は非常によく似るが、それらは６０４および６０６のようないくつかの領域において異なる。材料のコントラストを最大化する領域で動作するようにエネルギーフィルタマルチプレクシングを設定することによって、試料表面上の２つの材料の物理的分布をマッピングすることが可能である。結果として生じる画像は、ある材料領域を明るい領域として示し、第２の材料領域を暗い領域として示す。本発明のエネルギーフィルタマルチプレクサを使用する材料マッピングは、２つの非常によく似た材料間の材料境界を識別することができる。当業者には理解されるように、全ての材料は異なるエネルギースペクトラムカーブを持つので、したがって２つの材料が異なる電子強度値を持つ範囲をカバーするように、エネルギーウィンドウ選択は、それぞれの検査プロセスについて調整されなければならない。
【００３２】
図７は、スペクトロスコピーを行うためにエネルギーフィルタマルチプレクサを使う技術を説明するために示される。スペクトロスコピーは、材料のエネルギースペクトラムに基づいて材料の特性を決定することを可能にする。図７は、エネルギーフィルタマルチプレクサを用いて得られたある材料についての電子エネルギースペクトラムカーブ７００を示す。ある材料についてのエネルギースペクトラムカーブは、その材料について離散的エネルギー範囲の出力強度電流を増分ごとに決定することによって得られる。エネルギースペクトラムカーブ７００の複数のカラム７０２は、スペクトラムカーブを作るために累積された個々の強度値を表す。スペクトラムカーブの解像度は、それぞれの増分強度値を得るために用いられるエネルギーウィンドウのサイズを選択することによって調整されえる。エネルギーウィンドウのサイズを変化させることで、信号対雑音比を最適化できる。それぞれの離散エネルギー範囲についての強度エネルギー値は、スペクトラム全体が構築されるまで獲得される。スペクトラムカーブの増分成分は、ゼロの最小エネルギー値から電子ビームエネルギーである最大値まで獲得される。あるいはスペクトラムは、特定の興味があるエネルギースペクトラムの一部だけについて構築されてもよい。
【００３３】
図８は、本発明の技術が実現されえる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムの概略図である。図８の詳細は、例示目的のために与えられる。当業者には、図８に示されるシステムに対するさまざまな改変も本発明の範囲に含まれることが理解されよう。例えば図８は、連続的に動くステージで粒子ビームを操作することを示す。ビームに対してステージを動かすことの代替例として、電磁レンズで視野を偏向させることによってビームが動かされてもよい。あるいはビームカラムがステージに対して動かされてもよい。
【００３４】
試料１０５７は、粒子ビーム１０２０の下に自動的に固定される。粒子ビーム１０２０は、電子ビームのような粒子ビームでありえる。サンプルハンドラ１０３４は、試料をステージ１０２４上で自動的に方向づけるように構成されえる。試料１０５７の分析中のステージ１０２４の位置および動きは、ステージサーボ１０２６および干渉計１０２８によって制御されえる。試料の細かいアライメントは、自動的に、またはシステムの操作者の補助で達成されえる。
【００３５】
ハイパスフィルタを用いる検出器システム１０３２は、欠陥検出を促進するために粒子ビーム１０２０に沿ってアラインされる。他の要素とともに検出器１０３２は、コントローラ１０５０を用いて制御されえる。コントローラ１０５０は、さまざまなプロセッサ群、記憶要素、および入力および出力装置群を含みえる。コントローラは、本発明の画像化およびマルチプレクシング技術を実現するように構成されえる。
【００３６】
ある実施形態において、コントローラは、プロセッサおよび一つ以上のメモリ装置を持つコンピュータシステムである。コントローラの構成に関係なく、一般的な検査操作および／またはここで説明された本発明の技術のためのデータ、プログラム命令を格納するように構成される一つ以上のメモリまたはメモリモジュールを利用しえる。プログラム命令は、例えばオペレーティングシステムおよび／または一つ以上のアプリケーションの動作を制御しえる。単一のメモリまたは複数のメモリはまた、検査システムの特定の動作パラメータの値とともに、走査された試料の画像、参照画像、欠陥分類および位置データ、サンプリングパーセンテージエリア、テスト構造特性（例えばライン幅および間隔値）、クリチカルエリアカーブの計算、および歩留まり結果を格納するように構成されえる。
【００３７】
このような情報およびプログラム命令は、ここで説明されたシステム／方法を実現するように利用されえるので、本発明は、ここで説明されたさまざまな動作を実行するためのプログラム命令、状態情報などを含む機械読み取り可能な媒体に関する。機械読み取り可能な媒体としては、以下に限定されないが、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭのような光媒体、光ディスクのような光磁気媒体、および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のように、プログラムコードを記憶し実行するために特別に構成されたハードウェアデバイスが挙げられる。本発明はまた、空間波、光線路、電気線路などのような適切な媒体上を伝搬する搬送波中で実現されてもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成される機械語、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行可能なより高いレベルのコードを含むファイルが挙げられる。
【００３８】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について説明されてきたが、本発明の範囲に含まれる変更、組み合わせ、および等価物が存在する。また本発明の方法および装置を実現する多くの代替手段が存在ことにも注意されたい。したがって添付の特許請求の範囲は、全てのそのような変更、組み合わせ、および等価物を本発明の真の精神および範囲に含まれるものとして解釈されるべきであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】電子ビームによって半導体ウェーハ上から散乱するようもたらされる電子についての典型的な電子エネルギースペクトラムを示す図である。
【図２】本発明のある応用例によってウェーハの画像を得るためにハイパスフィルタをマルチプレクシングする検査プロセスを示すフローチャートである。
【図３Ａ】斜線が付けられた領域がＥ1から最大許容エネルギーレベルまでの電子を表すウェーハから散乱する電子のエネルギーの分布を示す図である。
【図３Ｂ】斜線が付けられた領域がＥ2から最大許容エネルギーレベルまでの電子を表すウェーハから散乱する電子のエネルギーの分布を示す図である。
【図３Ｃ】Ｅ1からＥ2までのエネルギー範囲にある電子を示す図である。
【図４】基板上に形成されたライン構造を持つ半導体ウェーハの一部にわたって走査する電子ビームの側面図である。
【図５】図４の半導体ウェーハにわたって走査されるときのハイパスフィルタエネルギーマルチプレクサによって得られた概略的電子強度レベルカーブを示す図である。
【図６】その境界位置が決定されるべき、それぞれ２つの異なる材料を表す２つの電子エネルギー分布カーブのグラフである。
【図７】スペクトロスコピーを行うためにハイパスフィルタエネルギーマルチプレクサを用いられる技術を示す図である。
【図８】本発明の技術が実現されえる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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