(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
LEEMまたはSEEMにおいて実行される、製造欠陥を発見し、特徴付けるために、絶縁基板または部分的絶縁基板を撮像するための方法であって、前記方法は：
ａ）前記基板を第１の軌道に沿って進む第１の電子の集合に曝露するステップであって、前記第１の電子の集合は、所定のレベルで前記基板に存在する表面電圧が維持されるように選択されたエネルギーを有し、第４の電子の集合を前記基板から離れさせる、前記ステップと；
ｂ）前記基板を第２の軌道に沿って進む第２の電子の集合に曝露するステップであって、前記第２の電子の集合は、第３の電子の集合を前記基板から離れさせるように選択されたエネルギーを有する、前記ステップと；
ｃ）前記第３の電子の集合または第４の電子の集合の少なくとも一つを検出し、それによって、前記基板の一部を撮像するステップと、を含み、前記第１および第２の軌道は陰極レンズに対する入射位置で重なり、前記第１および第２の電子の集合が共に同一の前記基板の一部を照らす、基板撮像方法。
【請求項２】
前記第４の電子の集合は、前記基板から反射される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第３の電子の集合は、前記基板からの二次電子または後方散乱電子である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、前記第１および第２の電子の集合に同時に曝露される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、前記第１および第２の電子の集合に交互に曝露される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の電子の集合または第４の電子の集合の少なくとも一つは、エネルギー・フィルタを用いてフィルタをかけられる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は第１の区域上の前記第１の電子の集合に曝露され、前記基板は第２の区域上の前記第２の電子の集合に曝露され、前記第２の区域は前記第１の区域内に実質的に含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の電子の集合は、前記第２の電子の集合より高いエネルギーを有し、前記第１の電子の集合によって生じる正帯電が前記第２の電子の集合によって生じる負帯電でオフセットされるように、前記第１の電子の集合は二次電子を前記基板から放出させ、それによって、前記基板の表面電位が所望の範囲内でロックされる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第２の電子の集合は、前記第１の電子の集合より高いエネルギーを有し、前記第２の電子の集合によって生じる正帯電が前記第１の電子の集合によって生じる負帯電でオフセットされるように、前記第２の電子の集合は二次電子を前記基板から放出させ、それによって、前記基板の表面電位が所望の範囲内でロックされる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
LEEMまたはSEEMである、製造欠陥を発見し、特徴付けるために、絶縁基板または部分絶縁基板を撮像するための装置であって、前記装置は：
ａ）前記基板を第１の軌道に沿って進む第１の電子の集合に曝露する第１のビームであって、前記第１の電子の集合は、所定のレベルで前記基板に存在する表面電圧が維持されるように選択されたエネルギーを有し、第４の電子の集合を前記基板から離れさせる、前記第１のビームと；
ｂ）前記基板を第２の軌道に沿って進む第２の電子の集合に曝露する第２のビームであって、前記第２の電子の集合は、第３の電子の集合を前記基板から離れさせるように選択されたエネルギーを有する、前記第２のビームと；
ｃ）前記第３の電子の集合または第４の電子の集合の少なくとも一つを検出し、それによって、前記基板の一部を撮像するセンサと、を備え、前記第１および第２の軌道は陰極レンズに対する入射位置で重なり、前記第１および第２の電子の集合が共に同一の前記基板の一部を照らす、基板撮像装置。
【請求項１１】
前記基板の電圧が所望の範囲内でロックされるまで、前記第１および第２の電子の集合の少なくとも一つの相対エネルギーが変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記相対エネルギーは、オペレータによって手動で変化させられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記相対エネルギーは、自動的に変化して像コントラストを最適化する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、半導体基板上の絶縁体にバイアまたはコンタクトのアレイを含み、前記絶縁体と前記基板間のコントラスト又は金属層は、前記アレイ内でのオープン・バイアまたはコンタクトを検出するのに用いられる、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ウェーハおよびマスク検査、検査レビューおよび診断、臨界回路ディメンションの測定、低エネルギーの電子顕微鏡法、放出型顕微鏡法、および走査型顕微鏡法の分野に適用される。ここでは、LEEMへの幾つかの新規改良点と、半導体検査、レビュー及びCD計測学応用に魅力的な種類のツールを作る他のツールを開示する。これらの改良点は、部分的に又は完全に絶縁されている基板の撮像を可能にしており、それはこれらの応用に欠かせない必要条件である。
【０００２】
【背景】
低エネルギー放出型顕微鏡（LEEM）は、表面の像を形成する専門電子顕微鏡である。従来技術のLEEM装置の幾つかの実例が、１９９２年１２月に発行された Rev.Sci. Inst. 63(12) p.5513 の L. Veneklasen による "The continuing development of the low energy electron microscope for characterizing surfaces（「表面を特徴づけるための低エネルギー電子顕微鏡の継続発展」）" というレビュー論文及びその参考文献に記載されている。LEEMは（走査とは対照的に）直接撮像する顕微鏡であって、走査型電子顕微鏡よりも透過型電子顕微鏡により密接に関連している。LEEMは、陰極が基板表面に導電している陰極レンズを含む。像は、放出されるか、散乱するか又は平面の多数の点から反射される低エネルギー電子から形成される。陰極レンズはこれらの電子を加速して集束し、像を形成する。像は、加速ビームへの一連の映写レンズ動作によって、拡大可能であり、次いで、テレビジョンカメラにより示されるシンチレータ・スクリーンに記録可能である。解像度は 5-100ナノメートルであり、OPTIK 85:5 (1989) 155-60 に記載の J. Chmelik, L. Veneklasen 及び G. Marx による "Comparing cathode lens configurations for low energy electron microscopy「低エネルギー電子顕微観察のための比較陰極レンズ構成」）"に記載されているように、表面の場の強度および撮像に用いられるアパーチャ角に依存している。
【０００３】
簡略化された従来技術のLEEM構成が、図1に示される。従来技術のLEEMは、電子銃2で約10〜30keVまで加速される単一照光ビーム1を使用する。ビームは、陰極レンズ4の軸にビームを曲げるセパレータ磁石3を通過する。銃クロスオーバーの像は、陰極レンズの後焦点（回折）面5へ転送され、均一に基板7を照らす平行フラッドビーム6を形成する。基板は、電子銃の陰極とおよそ同じ電圧で電気的にフロートされ、その結果、照光電子が陰極レンズにおいて、減速されて 0〜約1000eVのエネルギーで基板7に当たる。
【０００４】
図1は、陰極レンズでの電子軌道の詳細である。高電場が基板表面にあるので、基板を離れた電子は、陰極レンズの下部において再加速される際に、放物線状の軌道をたどる。レンズを通過した後に、基板を離れた電子は、陰極レンズ4の後焦点面でクロスオーバー9を形成する。この分布は、基板からの放出および反射の角分布を反映する。このクロスオーバー点9 か或いは更にビーム軌道の下流にある接合点10に配置されるアパーチャは、より大きい角度で散乱または反射した電子を像から除外することによって、明視野像コントラストを得るのに用いることができる。あるいは、オフセットまたは環状アパーチャもまた、より大きい角度で散乱または反射した電子のみを含む暗視野像に用いられてもよい。陰極レンズから出てきた後に、像ビーム11はセパレータ磁石3によって、反対方向に曲げられる。更なる映写レンズ12および13は、像がTVカメラ15により示されるシンチレータ・スクリーン14に当たる前に、更に像を拡大する。
【０００５】
従来のLEEMは、いくつかの撮像モードを提供する。基板表面の電圧（表面電位）が陰極より僅かに負の場合、電子は表面に達する直前に回転する。表面地形によって、基板の近くに横方向の電界が生じ、その電界は低エネルギー電子を様々な方向に偏向して、幾つかの電子は、撮像軌道上のコントラスト・アパーチャを通過しない軌道をたどる。全ての照光電子は反射されるので、このミラー撮像モードは、基板地形の強度のある高いコントラスト像を生成する。
【０００６】
より正の基板バイアス電圧（5〜30eVのランディング・エネルギー）が、弾性後方散乱像に好都合であり、イルミネーション電子は、エネルギーを失うことなく表面から散乱する。より多くの正の基板バイアス電圧（30〜800eVのランディング・エネルギー）は二次電子像を生成し、異なる電子が広い角分布およびエネルギーの広がりを有する表面から放出される。散乱電子の多数がコントラスト・アパーチャを通過することができないので、これらの像の強度は低い。
【０００７】
大部分の従来技術のウェーハ及びマスク検査システムは、光学像を使用する。走査型電子ビーム顕微鏡（SEM）もまた、検査およびCD測定のために開発された。全フィールド像を形成する代わりに、これらのSEM機器は表面にわたって非常に小さいビームを走査し、単一検出器に再放出二次電子を記録する。1つの画像エレメント（画素）のみが一度に記録されるので、像取得においては直接撮像の光学機器より遅い傾向がある。
【０００８】
従来技術のLEEMでは、導電基板を撮像できるのみである。半導体回路の撮像は、導電膜と同様に絶縁膜を有する半導体ウェーハ及びクロム・グラスに対して、新しいチャレンジを提起する。典型的回路は、金属導体、不純物を添加されたシリコン、ポリシリコン、および幾つかの層に連続フィーチャと絶縁フィーチャとして配置された酸化絶縁領域を含む。幾つかの導電トレースおよび全ての絶縁表面が、接地された基板層に電気的に接続しているというわけではない。
【０００９】
光の散乱および反射は表面の静電荷には反応しないので、絶縁表面は、光学的検査に関しては問題でない。しかしながら、走査および直接撮像電子ビーム機器は、帯電効果を呈する。所定の画素エレメントが帯電している率は、各々の画素に到達した電子束と各々の画素から離れた電子束間の差分に依存する。表面を離れた電子束が入っていく電子束と正確に均衡を保たない場合、検査率（速度）での撮像に必要とされる高電流密度は、高い帯電率を意味する。このように、表面電圧が、撮像または試料の整合性にさえも有害なレベルに急速に達する可能性がある。したがって、電子顕微鏡がウェーハ及びマスクの検査に使用される場合、局所表面電荷の制御手段が必要とされる。
【００１０】
走査型電子顕微鏡の電荷制御の従来技術の方法は、しばしば適度なエネルギー・イルミネーション・ビームの使用に関連している。基板を離れる平均電荷が基板に吸収される平均電荷に等しいビームエネルギーが、通常ある。いくつかの二次電子が基板に戻り電荷バランスを維持することを可能にする様々な電極構成が開発されており、概して割り当てられる米国特許5,502,306に記載されており、これは本願明細書において、全て記載されているように参照として含まれる。側面に搭載されたイオンおよび電子のフラッド銃と、イオン化されるガスを供給するジェットもまた、非常に低エネルギーの電荷のクラウドを供給して基板を放電するのに用いられている。これらの方法は、総電荷を減らすことはできるが、フラッドビームよりもかなり高い電流密度を有する走査ビームの近傍の電荷を除去することはほとんど出来ない。
【００１１】
単一の低エネルギー・ビームを使用している従来技術のLEEMで絶縁表面の鏡像を形成することは、むずかしい。絶縁表面は、本質的に低いランディング・エネルギー（< +-0.5 eV）で表面に垂直に入射する「低エネルギー」電子ビームによって、照らされる。このエネルギーは二次電子放出が生じるにはあまりに低いので、電子は吸収されるか或いは反射される可能性がある。吸収された電子は表面をより負に帯電させ、より多くのビームを反射させる。表面が、リーク電流が吸収とバランスをとるのに充分なほどに、ちょうどかろうじて負である場合に、バランスは確立される。表面電位は、照光ビームのエネルギーの範囲内でのみ変化できる。
【００１２】
第2の高エネルギー・ビームなしでは、絶縁表面からの鏡像は、あまり役立たない。表面が高度に絶縁されている場合、リーク電流は非常に低く、ビームが平均よりかなり高いエネルギーで、非常に小さな割合の電子を含むので、表面は依然としてかなりの高負電位に帯電される。この負帯電は、大部分の電子が表面の近くに来るのを妨げ、絶縁区域からの高解像度の鏡像を妨げる。第２のビームは、絶縁表面にいくらかの正電荷を供給して基板電位に近い値に保つために必要である。
【００１３】
単一の高エネルギー・ビームを使用している従来技術のLEEMにおいて、絶縁表面の後方散乱または二次電子像を形成することもまた、むずかしい。絶縁表面は、高エネルギー・ビームによって、照らされる。電子は吸収されるか或いは散乱する可能性があるが、それらのエネルギーは、任意の電子が表面に当たる前に後反射されるにはあまりに高い。より多くの電子が散乱するよりも吸収された場合、表面は負に帯電する。より多くが吸収されるよりも散乱（再放出）した場合、各二次電子が正電荷を残すので、表面は正に帯電する。絶縁層が壊れるか、又はその表面電位が、リーク、吸収および散乱電子束とバランスをとるランディング・エネルギーになるように調整されるまで、表面は帯電を続ける。電荷率は、表面層のキャパシタンスによって、分けられるフラックスの差に依存する。
【００１４】
【発明の概要】
本発明は、基板撮像方法及び/又は装置に関し、基板を第１の電子群に曝露するステップであって、前記第１の電子群は、予め定められたレベルで基板に存在している表面電圧が維持されるように選択されたエネルギーを有し、第４の電子群を基板から離れさせる、前記ステップと；基板を第２の電子群に曝露するステップであって、前記第２の電子群は、第３の電子群を前記基板から離れさせるように選択されたエネルギーを有する、前記ステップと；少なくとも一つの第３又は第４の電子群を検出するステップであって、それによって、基板の一部を撮像する、前記ステップと、を含む。
【００１５】
【好適な実施例の詳細な説明】
【Ａ． ２つのビームを用いての電荷低減】
電荷を除去するためには、画素の像が記録されると共に、各々の像エレメント（画素）への、また、各々の像エレメント（画素）からのネット・フラックス密度はゼロでなければならない。それはまた、撮像される画素に電気的に接続している全てのポイントでゼロでなければならない。このセクションでは、この条件が、異なるエネルギーを有する2つの重畳フラッドビームを使用しているLEEMにおいて、どのように満足させられるかについて説明する。
【００１６】
図2は、絶縁表面20上での電荷制御の新しい方法の1つの例である。重畳された低エネルギー・ビーム21および高エネルギー・ビーム30の双方は、絶縁表面20の同じ区域を同時に照らす。高エネルギー・ビームの電子は、表面の各場所での材料および地形に依存する部分で、吸収31または散乱32する。図2bと関連して述べると、この高エネルギー・ビームは、局在電荷アンバランスをつくる傾向のある正帯電を生じさせる可能性がある。しかしながら、低エネルギー・ビーム21が重畳される際に、負等化電荷33は、電荷平衡を再確立する必要に応じて、該ビームから吸収される可能性がある。吸収されない低エネルギー・ビーム21の電子は、反射34される。局所電荷平衡は、これらのビームのエネルギー及びフラックスの適切な選択によって、自動的に確立可能であり、絶縁表面の電位は選択された範囲内でロックされる。
【００１７】
2つのビームの重合せによって、生じる動的平衡は、表面電位を低エネルギーの陰極電位から遠ざけることによって、示すことができる。高エネルギーのビームエネルギーは、（1以上を与える）正帯電効果が表面上に現れるように選択される。この場合、高エネルギービーム30によって、より多くの二次電子および後方散乱電子が、入射高エネルギービーム30から吸収されるよりも表面から放出される。通常、これは、大部分の材料の100eV〜2000eVのランディング・エネルギーに相当する。第2のフラッドビームがない場合には、表面は正帯電するであろう。しかしながら、表面が正帯電すると、低エネルギービーム21は表面に引きつけられる。これらの電子は非常に低いランディング・エネルギーを有するので、多くは二次電子を生成することなく吸収33され、したがって表面20を負帯電させる。高エネルギービーム30の強度が非常に高い場合、全ての低エネルギービームは表面20によって吸収される可能性がある。逆にいえば、高エネルギービーム30が比較的弱いか或いは多数の二次電子を生成しない場合、ほとんどの低エネルギービーム21は吸収されない。これら2つの場合において、表面電圧は、低エネルギービーム21のエネルギーの広がり（典型的には約0.5eV）以上は変化しない。
【００１８】
上記の説明において、2つのビームの強度は、低エネルギービーム21が高エネルギービーム30の電荷で埋め合わせることができるようなものでなければならないということがわかる。低エネルギービームがかなり弱く、該ビームが表面によって、完全に吸収される場合であっても、表面電圧の均衡の喪失という結果になる正帯電が依然として存在する。逆にいえば、高エネルギービーム30が非常に弱い場合、低エネルギービーム21はほとんど吸収されない。これによって、均衡の喪失は生じないが、反射された電子から形成された像を低い解像度にさせる。したがって、2つのビーム間の適当なバランスを維持しなければならない。一般的に言って、低エネルギービーム21の電流密度が高エネルギービーム30の電流密度の少なくとも二倍であれば、電圧均衡を保証する。どんな場合であっても、基板上に、強度において、高エネルギービーム30の電流密度が低エネルギービーム21の電流密度よりかなり大きくなる位置があってはならない。
【００１９】
これらの条件下では、表面上の異なる位置からの放出および散乱が変化するにもかかわらず、表面電位は低エネルギービームの陰極電位にロックされたままである。リーク電流は、もはや表面電位を決定する重要な要因ではない。帯電効果による表面電位の変動は、どちらかのビームが別々に使われる場合に比べてほとんどないので、鏡像および二次電子放出像の双方は改善される。この補償は、画素間の電荷移動を必要とすることなく、各々の画素サイトで同時に且つ独立して起こる。こうして、電荷平衡は各画素で維持され、全体ベースと同様に局所ベースでも帯電問題を解決する。
【００２０】
撮像のいくつかの種類は、異なるエネルギーの2つのビームを使用しているLEEMにおいて、可能になる。高いエネルギービーム30が表面と相互に作用するときに、1つのモードは二次電子および後方散乱電子の像を形成する。このモードにおいて、低エネルギービーム21は、表面20からの二次電子放出の結果として残る正電荷を補償するために余分の負電荷を供給する。
【００２１】
別のモードは、表面20近くで反射される低エネルギー電子32から鏡像を形成する。この鏡像は、強力に平行化されるので、二次像よりも強度が高く、より大きな割合の反射ビームがコントラスト・アパーチャを通過することを可能にする。また、基板でのエネルギーがより低いことから、横運動量は低い。このモードにおいて、高エネルギービーム30の散乱は、低エネルギービーム21から吸収される負電荷と均衡を保つため正電荷を供給するのに役立つ。これは低エネルギービーム21を表面により近くさせ、解像度を改善する。より多くの低エネルギービーム21が、高い二次電子放出を有する領域で吸収されるので、鏡像の逆トーン像もまた含まれる。
【００２２】
低エネルギービーム21のエネルギーは、表面の絶縁部がいくぶん正か又は負に帯電できるようにシフト可能である。この誘導電圧コントラストは、二次電子像および鏡像の双方で見ることが出来る。このモードは、地形的な欠陥と同様に電気的な欠陥を検査できる。
【００２３】
これら及び他の独特なコントラスト・モードは、異なるエネルギーを有する2つの重畳されたフラッドビームを新規に使用することによって、可能になる。各モードは、異なる種類の欠陥を見つけるか又はウェーハ及びマスク上のフィーチャのサイズ及び形状を測定するのに有利に用いることができる。ウェーハ上のパターン欠陥は、2つ以上の異なる型の名目上同一の像を比較することによって、認識可能である。中継パターン(repeating pattern) 区域において、非中継フィーチャを検出することによって、欠陥を見つけることが可能である。マスク上のパターン欠陥は、像を本来のパターン・データと比較することによって、認識可能である。差分は、ピンホール、ブリッジ及びブレーク、フィーチャ端部の偏差、およびCDバリエーションといった材料または地形の欠陥を示す。電圧コントラスト像を比較することは、地形像において、見えない電気的欠陥を明らかにする。より精巧な診断方法が可能になるであろう。この種の解析は、おそらくマルチプル検出器またはフィルタの使用によって、散乱電子のエネルギー又は角分布から成すことができる。
【００２４】
【Ｂ． 像分離の同期検波】
異なる種類の情報を含むという理由から、高エネルギーと低エネルギーの照光ビームから生じる像を分離することは望ましい。デュアルビームLEEMの低エネルギー鏡像と高エネルギー散乱像を分離する1つの新規な手段は、同期検波の原理を利用する。このモードにおいて、低エネルギービーム及び高エネルギービームは重畳されず、交替にオン／オフされる（切り換えられる）。所望の鏡像または散乱像がある場合にのみ、像は記録される。トグル・サイクルの不必要な部分の間、像ビームはまた、無効にされる。
【００２５】
低エネルギービームからの望ましい電荷平衡を維持するために、2つの像間の切換割合を特定の条件に合うように選択できる。表面電位（電荷蓄積）の変化率dV/dtは、吸収電流密度（Ja）と散乱電流密度（Js）の差分Ja - Js（電荷/秒/sq.cm）と、表面積で割った表面層キャパシタンスCに依存しており、dV/dt = ( Ja - Js ) / Cで表される。ΔVが1サイクル間での許容範囲内の表面電位の増分（約0.1ボルト）だった場合、ビームは、Δt < C ΔV /（Ja-Js）で切り換えられなくてはいけない。像エレメントのトグル時間Δtが十分に短い場合には、ビームのうちの1つのみからの像が認められた場合であっても、像は2つのビームが実際に重畳されたように機能する。上述の画像減算方法と比較すると、この方法は、不必要な像からのコントラストと同様にノイズを受け付けないという長所がある。
【００２６】
この動作モードは、イルミネーション・ビームおよび像ビームの双方が、光学的に電子をオン/オフ（消す）することを必要とする。図3aおよび図3bは、２つのビーム・ブランキング方法を示す。図3aにおいて、電子銃106の制御グリッド105は、イルミネーション・ビーム107を消すために2つの電圧の間で切替えられる。電子が陰極から離れるのを防止するためにグリッドに十分に負のバイアスをかけた場合、ビームはオフになる。グリッドにより正のバイアスをかけた場合、ビームはオンになる。図3bにおいて、ビーム108は像平面109で偏向し（偏向は磁気的、静電的または双方で達成される）、その結果、ビームを消してはいけない場合にのみ、ビームはアパーチャ110を通過する。これらのブランキング方法の両方とも、像を分離するためにデュアルビームLEEMにおいて、適用可能である。
【００２７】
本発明の他の実施例において、ミラー・モードおよび二次電子/後方散乱モードは、異なる特徴を有する像をつくるために順に用いてよい。本実施例において、像の各タイプは、前述の実施例のように順に生成される。しかしながら、トグル・サイクルの不必要な部分がないので、像ビームは消されない。その代わりに、像の各タイプは、観察下で基板のフィーチャを決定するのに用いられる。例えば、半導体検査の「アレー・モード」または「ダイ・ツー・ダイモード」において、ダイの第1の部のミラー・モード像は、同じダイ（アレー・モードの）からのアレイの対応する部分のミラー・モード像、または他のダイ（ダイ・ツー・ダイモード）の対応する部分のミラー・モード像と比較される。類似したダイ・ツー・ダイ比較またはアレイ比較が、二次電子/後方散乱像に対して実行可能である。双方の比較タイプに由来する情報は、半導体基板上の欠陥をいっそう良く識別して、特徴づけるのに使用できる。ダイ・ツー・ダイモード比較のより詳細な説明は、米国特許5,502,306で見ることができる。
【００２８】
【Ｃ． デュアルビームＬＥＥＭの顕微鏡構成】
新規のデュアルビームLEEMの電子光学構成の簡略図が、図4に示される。低エネルギービーム121用の電子銃120は、このビームを磁気セパレータ122のイルミネーション部に入れ、そこで、ビームは陰極レンズ123の軸に向けて曲げられる。より高いエネルギービーム125用の第2の銃124は、低エネルギー銃120の僅かに上また後方に位置する。エネルギーがいくぶん高いので、ビーム125はセパレータ122でより小さい角度で曲げられ、それは、2つのビーム軌道126が陰極レンズ123に入る所で重畳されることを可能にする。正確な位置決め、又は補助集光レンズ128の助けのどちらかによって、両方の銃からのクロスオーバーは、陰極レンズ123内の適当な位置130および131で撮像される。陰極レンズ内で、2つのビームは、減速されまた平行にされて、基板129を照らす同時平行フラッドビーム158を形成する。
【００２９】
低エネルギー反射電子とともに高エネルギー後方散乱および二次電子が、再加速され陰極レンズ123に集束されて、磁気セパレータ122の撮像部を介して上方に戻り、撮像システム151の軸に向かって曲げられる。像面132はセパレータの中央に位置し、コントラスト・アパーチャ133は撮像ビーム軌道に沿った接合クロスオーバー・ポイントに位置する。像がシンチレータ・スクリーン135に記録される前に、一つ以上の付属投射レンズ134は更なる電子光学拡大を提供する。このスクリーンはTVカメラ136によって、映し出され、TVカメラ136は最終的な像を記録する。
【００３０】
基板129は、陰極レンズ123の負の電極である。低エネルギービーム陰極は、約-10から-30キロボルトの電圧で高電源137を電気的にフロートする。基板および高エネルギービーム陰極は、バイアス電源138および139を介して低エネルギー陰極に接続している。これら2つのバイアス電源は、両方のビームのランディング・エネルギーを制御する。高エネルギービーム125のバイアスは、約+3から-800Vの電源139により提供される。基板129のバイアスはかなり低い電源138により提供され、該電源は撮像モードによるほんの少しのボルトで変化する。低エネルギービームは、大部分の光学系でエネルギーが固定したままであり、より単純な電子光学アライメントを作るので、この接続方式は他の代替でも好まれる。
【００３１】
さまざまな撮像モードが、バイアス電圧138および139を選び、コントラスト・アパーチャ133のサイズおよび位置を選ぶことにより設定される。鏡像を二次電子像から分離可能であることが望ましい。鏡像および二次電子像がコントラスト・アパーチャ133を通過する際に、セパレータのエネルギー分散は、低エネルギー鏡像と高エネルギー二次電子像とを僅かに分離させる。電子がより高いエネルギーで陰極から離れるので、散乱像の角広がりは鏡像の角広がりより大きい。対応するコントラスト・アパーチャ133への二次電子像の分布は、より大きい可能性があり、ミラー・ビームの分布からいくぶん相殺可能である。このようにして、コントラスト・アパーチャの位置およびサイズは、2つの像が分離するのを助ける。
【００３２】
図5は、本発明がコントラスト・アパーチャを用いて実施可能な幾つかの方法を要約している。電子ビーム601、602および603はそれぞれ、コントラスト・アパーチャ604の位置における、後方散乱電子、二次電子および反射電子の分布を表している。アパーチャを位置決めすることによって、これらの電子の異なる組合せが像を生成するのに用いられる。例えば、図５は、二次電子602が像を生成するためにアパーチャを通過し、一方、後方散乱電子601および反射電子603はブロックされるように配置されるアパーチャを示す。コントラスト・アパーチャの配置は、基板表面での電荷制御にはどんな形でも影響を及ぼさず、形成される像にのみ影響を与える。
【００３３】
本願明細書に全記載されているものとして参照で含まれる米国特許5,973,323において、二次電子顕微鏡（SEEM）の電荷制御は、イルミネーション・ビームのランディング・エネルギーを調整してこのフラックスのバランスをとることにより提案されていた。しかしながら、表面近くで高磁界を使用するLEEMタイプ顕微鏡において、絶縁体の破壊が起こる前に、この電荷平衡条件をつくることは、基板に関係して、よりむずかしい。このバランスが達成された場合であっても、表面電荷の存在は実質的に磁界をゆがめる可能性がある。したがって、本発明の電荷制御技術は、像の質および電荷制御がさらに改善されるように、米国特許5,973,323におけるシステムのようなもので使用可能である。本発明の電荷制御技術がこの種のシステムに組み込まれ得る一つの方法が、1999年5月25日に出願のアドラー他による暫定特許出願60/135742において、開示されている。この暫定特許出願は、本願明細書に全記載されているものとして参照で含まれる。
【００３４】
本発明の装置および方法は、半導体ウェーハ、フォトマスク、レチクル、ステンシル・マスク、SCALPELマスク、EUVマスク、Ｘ線マスクなどといった様々な基板の検査または計測において、使用可能である。
【００３５】
前述のように、これらのモードは限定されたものではない。反射、二次、後方散乱電子の任意の所望の組合せを含む像ビームが検出可能であり、所望の特徴を有する像が生成可能である。これらのモードはまた、必要に応じて、順に使用可能である。
【００３６】
本発明は様々な実施に関連して記載されているが、修正、バリエーションおよびその延長と共に、他の実施、修正、バリエーションおよび延長が本発明の範囲内にある。他の実施例は、明細書の考察および本願明細書において、開示される発明から当業者に明らかであろう。したがって、本発明は、本願明細書において、含まれる説明又は図面により制限されるものではなく、特許請求の範囲およびそれらの均等物のみにより制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術からのLEEM装置である。
【図２】  デュアルビーム概念の図である。
【図３Ａ】  第１のタイプのブランキング機構を示す。
【図３Ｂ】  第２のタイプのブランキング機構を示す。
【図４】  本発明の好適な実施例による装置を示す。
【図５】  コントラスト・アパーチャの使用を示す。
【図１】
0004996805.tif 000002
0004996805.tif 000003
【図３ａ】
0004996805.tif 000004
【図３ｂ】
0004996805.tif 000005
【図４】
0004996805.tif 000006
【図５】
0004996805.tif 000007