(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体検査のための荷電粒子ビームを使用する荷電粒子装置の性能を自動的に評価する方法であって、
ａ）メタル・オン・カーボン及び多孔質シリコン基準解像度標的のうちの１つである基準解像度標的を準備する段階であって、前記基準解像度標的には、荷電粒子ビームからの副産物の高い収率及び低い収率それぞれの領域の間に鋭いエッジが存在し、該エッジは、前記メタル・オン・カーボン基準解像度標的における炭素の表面上に配置されている金属の島の鋭いエッジによって、あるいは、前記多孔質シリコンにおける非常に急峻なエッジによって画定される、前記段階と、
ｂ）前記粒子ビームを前記基準解像度標的上で走査し、もって前記基準解像度標的から来る少なくとも１つの副産物、及び／又は、後方散乱粒子を生成する段階であって、前記荷電粒子ビームが前記基準解像度標的の少なくとも１つのエッジ上で走査される前記段階と、
ｃ）前記少なくとも１つのエッジを伴う前記基準解像度標的に対応するコントラスト画像信号を生成するために前記基準解像度標的から来る前記少なくとも１つの副産物、及び／又は、後方散乱粒子を測定する段階と、
ｄ）前記コントラスト画像信号を処理し、前記粒子ビームのスポットサイズを前記コントラスト画像信号から求める段階と
ｅ）前記段階ｄ）で求めたスポットサイズに基づいて前記荷電粒子装置の性能を自動的に評価する段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ゴールド・オン・カーボン、ティン・オン・カーボン、又は、アルミニウム・オン・カーボン標的は、メタル・オン・カーボン標的として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準解像度標的は、前記基準解像度標的の表面から不純物を取り除くために加熱されていることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４】
前記基準解像度標的は、１２０°と２００°Ｃとの間、好ましくは約１５０°Ｃの温度で加熱されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基準解像度標的のパターンは、複数の鋭いエッジを持ち、且つ、前記荷電粒子ビームは、垂直および水平方向に走査されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記走査方向の前記粒子ビームの前記スポットサイズは、前記画像信号の第１微分または前記画像信号のフーリエ変換を用いることにより求められることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記走査方向の前記粒子ビームの前記スポットサイズは、前記画像信号の前記第１微分のピークの幅として求められることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
追加として前記信号から少なくとも１つの画像パラメータが求められることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記画像パラメータは、グレーレベル・ヒストグラムの中央値、前記画像のコントラスト、信号対ノイズ比、画像グレーレベルの百分率比、及び、空白ピクセルの百分率比を含む画像パラメータのグループから選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記検体検査のために荷電粒子ビームを使用する荷電粒子装置を制御する方法であって、
ａ）請求項１に記載の荷電粒子装置の性能を自動的に評価する前記方法により前記荷電粒子装置の性能を評価する段階と、
ｂ）前記評価を解析する段階と、
ｃ）前記荷電粒子装置が所定の性能を示すように前記荷電粒子装置の性能に影響する少なくとも１つのパラメータを調節する段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
ａ）荷電粒子のビームを準備する粒子源（２）と、
ｂ）メタル・オン・カーボン及び多孔質シリコン基準解像度標的のうちの１つである基準解像度標的（５０）であって、前記基準解像度標的には、荷電粒子ビームからの副産物の高い収率及び低い収率それぞれの領域の間に鋭いエッジが存在し、該エッジは、前記メタル・オン・カーボン基準解像度標的における炭素の表面上に配置されている金属の鋭いエッジによって、あるいは、前記多孔質シリコンにおける非常に急峻なエッジによって画定される、前記基準解像度標的（５０）と、
ｃ）前記荷電粒子ビームを前記検体または前記基準解像度標的上に集束するための対物レンズ（１０）と、
ｄ）前記検体または前記基準解像度標的から来る少なくとも１つの副産物、及び／又は、後方散乱粒子を測定する検知器（１６）と、
ｅ）前記荷電粒子ビームを前記検体または前記基準解像度標的上で走査する走査ユニット（１２）であって、前記荷電粒子ビームが前記基準解像度標的の少なくとも１つのエッジ上で走査され、もって前記基準解像度標的から来る少なくとも１つの副産物、及び／又は、後方散乱粒子が生成される前記走査ユニット（１２）と、
ｆ）コントラスト画像信号を処理して、前記荷電粒子装置の性能を評価するために、前記基準解像度標的上を走査して生成された前記コントラスト画像信号における前記少なくとも１つのエッジの様子に基づいて、少なくとも１つの画像パラメータ、及び／又は、前記荷電粒子ビームの前記スポットサイズを求める決定ユニット（３３）と
を含むことを特徴とする前記検体検査のための荷電粒子装置。
【請求項１２】
前記基準解像度標的を加熱するための加熱部材（３７、４３）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の荷電粒子装置。
【請求項１３】
ａ）前記標的（５０）を支持するための標的サポート（４１）と、  ｂ）前記標的サポートを収容し、且つ、前記標的サポートよりも大きい熱容量を持つ箱体（４４）と、
ｃ）前記標的を加熱する加熱部材（３７，４３）と
を含む標的組立体（４０）上に前記基準解像度標的が置かれることを特徴とする請求項１１から請求項１２のいずれか１つに記載の荷電粒子装置。
【請求項１４】
前記検体は検体サポート上に支持され、且つ、前記標的組立体は前記検体サポート内に一体化されていることを特徴とする請求項１３に記載の荷電粒子装置。
【請求項１５】
請求項１１から請求項１４のいずれか１つに記載の荷電粒子装置であって、
ｇ）前記画像パラメータまたは前記スポットサイズを解析するための解析ユニット（３２）と、
ｈ）前記荷電粒子ビームが所定の特性を示すように、前記荷電粒子ビームに影響を与える少なくとも１つのパラメータ変更信号を発生するパラメータ調節ユニット（３１）と
を含むことを特徴とする前記荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームを評価する方法および荷電粒子ビームを制御する方法に関する。本発明は更に、荷電粒子のビームを用いて検体を検査する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子のビームは、その高い解像度により検体の検査のために使用される。荷電粒子のビームの解像度は、光線と較べてマグニチュードで数倍も高く、より細かな詳細の検査を可能にする。従って荷電粒子ビーム、特に電子ビームは、非常に高い解像度を要求される半導体技術で使用されるマスクおよびウェーハの点検のために使われる。
荷電粒子を使用する機器、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に対し、機器の作動特性を把握し制御することは重要である。走査電子顕微鏡のような荷電粒子装置は機械的、音響的、または電磁的ノイズなど、全ての種類のノイズに敏感である。更に、内部不安定性、及び、オペレータによる調整の違いは、システム性能の深刻な劣化を導く可能性がある。従ってシステムの作動は、仕様書通りのシステム性能を保証するため、定期的に検査されなければならない。特に、例えば半導体産業において生産工程の品質を生産ライン上で測定するために使用されるそれらのシステムに対しては、全体システムの性能が少なくとも毎日検査されるべきである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、システムの性能の特質を決めることは非常に難しい。従来そのようなテストは、経験によってシステム性能を判断できる、よく訓練されたオペレータにより手作業で行われてきた。例えば画像品質は、解像度標的の画像を基準ハードコピー画像と較べることにより決められる。しかしながら、得られた画像の品質を視覚のみで判断をするのは難しく、各オペレータは、画像品質を異なる評価基準で判断する傾向がある。更にシステムの解像度は、通常、エッジ間に同じ背景グレーレベルを持つ画像内の２つのエッジ間の最小距離を測定することにより求められる。しかしながら、２つのエッジ間の最小距離を探すことは、首尾一貫した結果には至らず、それは測定位置が一定ではなく、適切な測定位置は非常に稀だからである。従って、システム性能を評価する手作業のやり方は、オペレータの判断と選択された視野とに非常に左右され、オペレータの不正確さと各オペレータ間の変動とをもたらす。従って荷電粒子ビームの特性評価、及び／又は、より正確で、より首尾一貫した、そして自動化された制御方法が必要である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自動的に荷電粒子装置の性能を評価する方法を提供する。この方法は、基準解像度標的から来る信号を使用し、この信号から粒子ビームのスポットサイズが求められる。本発明によるこの方法は、オペレータの判断に左右されないという利点を持つ。従ってこの方法は、ビーム特性評価の改善された一貫性、正確性、及び、信頼性、すなわち、システムの性能特質のより良い特性評価をもたらす。更に本発明によるこの方法は、固有な走査パターンを検体上に必要としないので、この方法を既存機器、例えば走査電子顕微鏡、の範囲内で最小の変更を加えるのみで実行できる。適切な測定位置は、固有の事象（２つのエッジの最短距離）に左右されないので、従って測定結果は、選定された位置に依存しない。粒子ビームのスポットサイズは、システムの解像度、画像のコントラスト、及び、測定の特質を決めるために重要である。従って、粒子ビームのスポットサイズを決めることは、荷電粒子ビームの最良かつ非常に有用な特性評価と、システム性能に対して優れた品質管理とをもたらす。
【０００５】
基準解像度標的としては、メタル・オン・カーボン標的または多孔質シリコンが使用されることが好ましい。メタル・オン・カーボン標的は、基本的には、２次電子の高い収率を持つ金属の小さな島が２次電子の低い収率を持つ炭素の表面上に位置するような対比標的である。メタル・オン・カーボン標的は、基本的には、粒子ビームのスポットサイズの決定に悪い影響を与えるであろういかなる付加的な表面形態も持たない。更にメタル・オン・カーボン標的は、非常に鋭いエッジを持ち、ビームのスポットサイズを高い精度で決めることを可能にする。メタル・オン・カーボン標的はまた、荷電粒子ボンバード、特に電子ボンバードに対し反応せず、その２次電子放出作用に長期的安定性を示す。これらの特徴は、メタル・オン・カーボン標的をビームスポットのサイズを自動決定するための最高の道具にする。メタル・オン・カーボン標的に使用する金属は、金、錫、又はアルミニウムを含むことが好ましい。
【０００６】
多孔質シリコン基準標的は、基本的には、積極的なエッチング処理によりシリコンが非常に鋭いエッジを持つ高度に構造化された表面を示すような形態標的である。これらの非常に鋭いエッジはまた、ビームスポットのサイズを高精度で求めることを可能にする。多孔質シリコン基準標的はまた、荷電粒子ボンバード、特に電子ボンバードに対し反応せず、その２次電子放出作用に長期的安定性を示す。
本発明の別の形態によって、荷電粒子装置を制御する方法が提供される。この方法は、正しいパラメータ設定を見つけるために上記のシステム性能の評価を使う。ビーム特性評価の改善された一貫性、正確性、及び、信頼性に基づき、ビーム制御はまた、より高いレベルの一貫性、正確性、及び、信頼性を示し、その結果、外部からのいかなる干渉も受けない良質な測定が長期間にわたり保証される。
【０００７】
本発明の更に別の形態において、荷電粒子装置に使用する標的組立体が準備され、その標的組立体は、標的を支持する標的サポート、標的サポートを収容し標的サポートよりも高い熱容量を持つ箱体、及び、標的を加熱する加熱部材を含む。標的を加熱することにより、標的に吸収された不純物は蒸発し、それにより標的の表面から除去される。これは、正確なビーム特性評価を生産環境においてさえも長期間にわたり保証するものである。標的は機器を開く必要もなく清浄され、従って機器の休止時間は低減される。更に標的の加熱は、標的の帯電効果を低減する。不純物が除去された後、実際の測定を行うために標的は室温まで温度を下げる。
【０００８】
標的サポートを収容し、標的サポートよりも高い熱容量を持つ箱体を準備することにより、余分な熱は、標的サポートから隣接する部材や周囲に移動しない。従って標的の加熱は、装置の通常作動を妨げず、装置の休止時間を更に低減する。
本発明の上記および更に詳細な形態のいくつかは、以下の記述において説明され、部分的に図を参照して解説される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
始めに、当業者は、本発明がどのような荷電粒子装置を用いても実施できるということを理解すべきである。しかし便宜上、本発明は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）への実施に関して説明される。本発明による最良の実施形態を概略的に図１に示す。図１に示す装置は、例えば、半導体産業におけるウェーハ処理の品質を監視するために使用することができる。そのため装置は、実際に生産環境内に置かれ、従ってウェーハ処理上の問題はできるだけ早く分かるようになっている。例えば半導体ウェーハなどの検体を検査するため、電子ビーム４は電子源２から放射される。電子源は、例えば、タングステン−ヘアピン銃、ランタン−六ホウ化物銃、または電界放射銃である。一旦電子が電子源２から放射されると、電子は、高電圧電源ユニット２１から電子源２に供給された加速電圧により加速される。電子ビーム４は次に、ビームを縮小し電子ビーム４を検体８の方へ導く集光レンズ５を通って導かれる。電子ビーム４は次に、電子ビーム４が検体８上を移動するために使用される走査コイル１２Ａと１２Ｂとに入る。電子ビーム４を検体８上に集束する対物レンズ１０は、走査コイル１２Ａと１２Ｂとに続いて置かれる。
【００１０】
電子が検体８の表面に衝突する時、後方散乱電子に加えて、異なるエネルギーの電子、Ｘ線、光線、及び、熱などの様々な副産物が生み出される。これら多くの副産物、及び／又は、後方散乱荷電粒子は、検体の画像を作り、検体から追加データを収集するために使用される。検体検査または検体画像形成のために特に重要な副産物は、検体８から様々な角度で比較的低エネルギー（３から５０ｅＶ）で逃げる２次電子である。第２および後方散乱電子は、検知器１６に到達し、そして測定される。電子ビームを検体上で走査し、検知器１６の出力を表示／記録することにより、検体８の表面の画像は形成される。
検体８は、電子ビーム４が検査されるべき検体上の標的区域に到達できるように全ての方向に移動可能な載物台１１（検体サポート）上に支持される。検体は、例えば複数の集積回路を収容する半導体ウェーハである。装置性能を評価するために時々使用される標的組立体４０は、載物台１１内に一体化されている。標的組立体４０は、ゴールド・オン・カーボン標的５０を包含することが好ましい（図２参照）。
【００１１】
図１に示す装置を操作するために、装置の各部材は、パラメータ調節ユニット３１により制御される各対応する電源ユニットに接続されるが、それらは、高電圧電源ユニット２１、集光レンズ電源ユニット２２、走査コイル電源ユニット２３、対物レンズ電源ユニット２４、載物台電源ユニット２５、及び、標的組立体電源ユニット２６である。パラメータ調節ユニット３１は、解析ユニット３２に接続され、その結果、解析ユニット３２により行われる解析に基づき装置のパラメータは、所定の性能レベルを維持するように調節可能である。解析ユニット３２はまた、検知器１６から画像信号を受信する決定ユニット３３に接続される。
決定ユニット３３は、標的組立体４０により支持された標的５０上を走査することにより生み出された画像信号に基づいて、荷電粒子ビーム４のスポットサイズを決める。更に決定ユニット３３は、システム性能を定量化するために追加画像パラメータを決める。適切な画像パラメータは、グレーレベル・ヒストグラムの中央値、画像のコントラスト、信号対ノイズ比、画像グレーレベルの百分率比、及び、空白または飽和ピクセルの百分率比を含む。
【００１２】
図２は本発明による標的組立体４０の概略的な垂直断面図である。ゴールド・オン・カーボン標的５０は、標的サポート４１により支持される。ゴールド・オン・カーボン標的５０を標的サポート４１に対して定められた位置に保つために、ゴールド・オン・カーボン標的５０は、標的サポート４１に導電性接着剤で貼り付けられる。導電性接着剤を使用することにより、ゴールド・オン・カーボン標的の意図しない帯電に関連する問題は、低減または完全に避けることが可能である。標的サポート４１はステンレス鋼で作られて、低い熱容量を示し、その結果それを少ない量のエネルギーを使って容易に加熱することができる。加熱は、電流をゴールド・オン・カーボン標的５０のちょうど下に位置する加熱部材４３に与えることにより達成される。電流は、パラメータ調節ユニット３１によって制御される標的組立体電源ユニット２６により準備される（図１）。
【００１３】
標的サポート４１は、標的サポート４１を収容する箱体４４に機械的に接続している。標的サポート４１と箱体４４との機械的接続は、ブリッジ部材４５により構築されている。箱体４４は、標的サポート４１の熱容量よりもかなり高い熱容量を示す。従ってゴールド・オン・カーボン標的５０の加熱の間、箱体４４は、標的サポート４１よりもかなり冷たい状態を保っており、その結果、ほんの少量の熱が標的サポート４１から載物台１１に移動する。載物台１１と検体８との温度は基本的には一定で、そのため標的５０の加熱は、装置の通常の作動に対してマイナスの２次的効果を与えない。従ってゴールド・オン・カーボン標的５０は、検体８の実際の検査期間中に清浄することができる。装置を開く必要がないので装置内の真空レベルを保つことが可能である。従って、装置の休止時間は減少され、装置の処理能力は増加する。
【００１４】
図３は、本発明の別の実施形態による装置のブロック図を示す。この実施形態は、以下の点除き図１のそれと類似している。すなわち、この実施形態においては、標的組立体は載物台１１内に一体化されておらず、別の構成要素として準備される。更に加熱部材は、標的サポート内に一体化されていない。この実施形態において加熱部材は、標的サポート３８が止まっている点の上方に位置するランプ・ヒータ３７である。標的サポート３８に固定されている基準解像度標的５０が装置の性能を評価するために必要な時、ランプヒーター３７は、基準解像度標的の表面にある不純物を蒸発させるために標的を加熱する。不純物を早い方法で取り除くために、吸引チューブ（図示しない）が基準解像度標的５０の停止位置近くに取り付けられる。
一旦基準解像度標的が冷めると、基準解像度標的５０は、ビーム特性評価が行えるように電子ビーム４の走査範囲内に運ばれる。これは、標的サポート３８を収容する箱体３９を、停止位置から点線で示されている測定位置へと回転することにより達成される。
【００１５】
図４Ａおよび図４Ｂは、ゴールド・オン・カーボン標的を加熱することのプラス効果を示している。図４Ａは、写真を撮る前に加熱されていないゴールド・オン・カーボン標的のＳＷＭ写真を示す。図４Ａは、不純物が起因するゴールド・オン・カーボン標的の黒色化をはっきりと示している。明らかにこの種の黒色化は、装置性能を評価する目的に対してゴールド・オン・カーボン標的を役立たずにさせる。
それとは対照的に、図４Ｂは、写真を撮影る前に約１５０°Ｃの温度に加熱されたゴールド・オン・カーボン標的のＳＥＭ写真を示す。ゴールド・オン・カーボン標的は、約１０分間で約１５０°Ｃの温度に加熱される。その後ゴールド・オン・カーボン標的は、写真が撮られる前に室温まで冷める。写真は、いかなる黒色化も見せず、加熱が基本的に全ての不純物を取り除いたことを示している。これは、装置を開ける必要のない長期的なビーム特性評価を保証し、従って装置の休止時間が低減される。
【００１６】
システムの性能を特性評価するため、電子ビームのスポットサイズを評価する必要がある。本発明の１つの最良の実施形態においては、ゴールド・オン・カーボン標的から来る２次電子が検出される。図５は、電子ビームがゴールド・オン・カーボン標的の単一パターン上を走査する時の状況を示す。そこでは電子ビームは、位置Ｉから位置ＩＩＩまで中間位置位置ＩＩを経由して走査する。位置Ｉにおいて全電子ビームは、ゴールド・オン・カーボン標的５０の炭素部分５１に命中する。炭素は２次電子の低い収率を持つので、２次電子のほんの数個が標的表面から放出される。位置ＩＩにおいては、約半数の電子ビームがゴールド・オン・カーボン標的５０の金の部分５２に命中し、一方、他の半分の電子ビームはゴールド・オン・カーボン標的５０の炭素部分５１に命中する。金は２次電子の高い収率を持つので、標的の表面から放出される２次電子の数は増加する。位置ＩＩＩにおいては、全電子ビームは、ゴールド・オン・カーボン標的５０の金の部分５２に命中し、従って、標的の表面から放出される２次電子の数は最大になる。
【００１７】
図６は、位置Ｉから位置ＩＩＩへ走査する時の２次電子の数を表す電流ＩSの変化を示すグラフである。図７は、図６中に示される曲線ＩSの第１微分ｄＩS／ｄｘ表すグラフである。図から分かるように第１微分は、両端においてゼロであり、位置ＩＩにおいて最大になる。第１微分の幅は、電子ビームの幅および走査方向のスポット直径を表す。特にゼロとゼロとの間にあるピークの下の区間幅は、電子ビーム幅として使うことができる。
ビームスポットは、円形ではなく楕円形を持つことがある。図８は、Ｙ方向の直径がＸ方向の直径よりも小さい楕円スポットの例を示す。システム性能を正しく評価するためにビームは、ゴールド・オン・カーボン標的５０上をＸ方向（位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）に、そして同じくＹ方向（位置Ｉ’、ＩＩ’、ＩＩＩ’）にも走査される。図６および図７に関して説明されたのと同じ方法を２度使うことにより、直径ｄx（Ｘ方向）と直径ｄy（Ｙ方向）とが求められる。これら２つの直径を知ることにより、例えばシステムの非点収差が求められ、最終的に訂正することが可能である。ビームスポットが楕円形を示すかどうかは予め分からないので、荷電粒子ビームは、垂直および水平方向に走査されることが好ましい。
【００１８】
ゴールド・オン・カーボン標的５０を一方向のみ、例えばＸ方向、で走査することにより同じ結果（直径ｄxと直径ｄy）が達成される。標的上で複数の平行走査線に沿って走査することにより、標的の２次元画像が生成される。標的のこの２次元画像は次に、走査線に垂直な線（Ｙ方向）に沿って解析される。この線に沿って画像は、ビームが標的上をこの線に沿って走査された場合と同じ情報を基本的に含み、従って、直径ｄxと直径ｄyとが求められる。更に標的の２次元画像は、いかなる方向のビーム直径も求められるように、どのような線に沿っても解析することができる。
【００１９】
先の実施例においてビームスポットのサイズは、グラフＩSの第１微分を検証することにより求められた。しかしながら、鋭いエッジに対応する高周波の重みを与えるような、グラフＩSのフーリエ変換を使ってビームスポットを求めることも可能である。
システムの性能を評価するために、生成された画像に直接関係する画像パラメータもまた使用できる。画像は通常、各々があるグレーレベルを示す複数のピクセルを含む。各グレーレベルの数は、例えば２５６である。あるグレーレベルを示すピクセルの数をグレーレベルに対してプロットすると、ヒストグラムができる。画像品質を評価するための重要なパラメータは、グレーレベル・ヒストグラムの中央値である。このパラメータは、次の公式により計算される。
ＣＥＮ＝Σi（Ｖiｉ）／ΣiＶi
ここで、Ｖiはグレーレベルｉを示すピクセルの数であり、ｉはｉ番目のグレーレベルを意味する。ＣＥＮの値は、ある範囲の外にあるべきではなく、そうでなければ画像は、あまりに暗いか、又は、あまりに明るいかのどちらかである。
【００２０】
装置の通常作動中にグレーレベル・ヒストグラムは、通常２つの支配的な点Ｐ1およびＰ2をヒストグラムの中央値の両側に示す。例えば、もしグレーレベル・ヒストグラムが図９に例示されるように鞍のような形を持てば、支配的な点は、ヒストグラム中央値の両側のピークである。従って映像コントラストは、２つの支配的な点の差に比例する。
0005075303.tif 000002
明らかに、高い映像コントラストを持つ画像は好ましい。
【００２１】
画像中のノイズを見つけるために、グレーレベル・ヒストグラムの中央値に等しいグレーレベルを示すピクセルが識別され、これらのピクセルの各々に対して、周辺ピクセルのグレーレベルとの差が計算される。次に、これらの差の最大値が各ピクセル（グレーレベル・ヒストグラムの中央値に等しいグレーレベルを持っている）について選択される。これらの最大の差の中から最低値が選択され、画像中のノイズを表す。この手順は、ノイズが１画像のみを使用することにより計算できるという利点を持つが、一方、同様に使用できる通常のノイズ公式は、映像中のノイズに対する値を見つけるために、同じ場面の幾つかの画像を必要とする。従って信号対ノイズ比は、次の公式によって与えられる。
Ｓ／Ｎ＝Ｖh／ｎｏｉｓｅ
ここで、Ｖhは最大のピクセル量（グレーレベル・ヒストグラム中で最も高いピーク）を持つグレーレベルである。明らかに、高い信号対ノイズ比を持つ画像は好ましい。
映像の品質を記述する別の重要なパラメータは、画像中で実際に使用されるグレーレベルの百分率比である。画像グレーレベルの百分率比が高いほど映像の品質は良くなる。同様な種類のパラメータは、空白または飽和ピクセルの百分率比である。もしこの百分率比が所定の限界を超えれば、明るさと画像コントラストとの調節が必要になる。
【００２２】
図１に示す装置の作動が以下に説明される。ウェーハ処理の分野においては、全生産工程に亘って起こりうるような問題は、できるだけ早く検出されることが必要不可欠である。例えばＤＲＡＭチップの生産は、約６００の生産段階を必要とする。これら６００の段階を完了させるため、ウェーハは、数週間生産ライン内にある可能性がある。もしウェーハ処理の初期段階で起こった問題が全工程最後のＤＲＡＭ最終検査まで検出されなかったら、多くの時間と多くのウェーハとが無駄になる。従って図１に示す装置は、全生産工程を通して選択されたウェーハを生産ライン上で検査する。
【００２３】
システム性能のある程度のレベルを保証するために、システム性能は、その時々で評価される。評価は、例えば毎晩所定の時刻などの決まった時間間隔、検査ウェーハが所定数量に達した後、又は、他のいかなる保守計画によっても行うことができる。評価を行うために解析ユニット３２は、パラメータ調節ユニット３１に対し標的組立体電源ユニット２６に供給される標的加熱信号を発生させる。標的加熱信号に基づいて標的組立体電源ユニット２６は、載物台１１内に一体化されている標的組立体４０内の加熱部材４３に電流を供給する。
【００２４】
加熱部材４３（図２参照）は、ゴールド・オン・カーボン標的５０の表面にある不純物が蒸発するように、ゴールド・オン・カーボンを所定の温度、例えば１５０°Ｃまで加熱する。箱体４４が標的サポート４１よりもかなり冷たい状態を保つので、ほんの少量の熱は、標的サポート４１から載物台１１に移動する。従って載物台１１と検体８との温度は基本的には一定で、そのため標的５０の加熱は、装置の通常の作動に対してマイナスの２次的効果を与えない。従って、検体８の検査を中断することなく、ゴールド・オン・カーボン標的５０を清浄することが可能である。
【００２５】
所定の時間の後、例えば１０分後に、解析ユニット３２は、パラメータ調節ユニット３１に対して標的組立体電源ユニット２６に供給される標的冷却信号を発生させる。標的冷却信号に基づいて標的組立体電源ユニット２６は、加熱部材４３への電流供給を止める。それにより、ゴールド・オン・カーボン標的は室温まで冷めて、実際のビーム特性評価が行える。これは、標的のサイズにより１５から３０分かかる。一旦ゴールド・オン・カーボン標的が室温まで冷めると、解析ユニット３２は、パラメータ調節ユニット３１に対して載物台電源ユニット２５に供給される載物台移動信号を発生させる。載物台移動信号に基づいて載物台電源ユニット２５は、標的組立体４０が電子ビーム４の走査範囲内に入るように載物台１１を移動する。
【００２６】
解析ユニット３２は次に、パラメータ調節ユニット３１に対して走査コイル電源ユニット２３に供給される走査信号を発生させる。走査信号に基づいて走査コイル電源ユニット２３は、ゴールド・オン・カーボン標的から入ってくる２次電子が検知器１６により検出されるように、走査コイル１２Ａおよび１２Ｂに対して電子ビーム４をゴールド・オン・カーボン標的５０上で移動させる。対応する信号は、図５から図７に関して前述したように、荷電粒子ビーム４のスポットサイズを決める決定ユニット３３に送られる。決定ユニット３３は更に、システムの性能を定量化するために追加の画像パラメータを決める。適切な画像パラメータは、画像のコントラスト、グレーレベル・ヒストグラムの中央値、信号対ノイズ比、画像グレーレベルの百分率比、所定の限界を超える空白ピクセルの百分率比、生産ライン試験毎のピーク試験結果の数、及び、無非点収差の数を含む。
【００２７】
次に荷電粒子ビームのスポットサイズおよび画像パラメータの値は、装置のオペレータが装置性能の明確な状態を知ることができるように、印刷出力されるか、またはコンピュータに記憶される。結果は更に、装置の長期的運転状態を知るために統計上の目的にも利用することができる。
最良の実施形態においては、結果はまた、結果を所定の装置仕様と比較する解析ユニット３２に伝えられる。この比較に基づいて解析ユニット３２は、パラメータ調整ユニット３１に対して、荷電粒子装置が所定の特性を示すように荷電粒子装置の性能に影響する少なくとも１つのパラメータを調節させる。もし１つの調節で所定のシステム性能に達しない場合は、全過程を閉じたループの形で繰り返すことが可能である。解析ユニット３２は、システム性能の統計的評価ができるように決定ユニット３３の結果もまた記憶することができる。
【００２８】
一旦満足される性能レベルが得られると、解析ユニット３２は、パラメータ調節ユニット３１に対して載物台電源ユニット２５に供給される別の載物台移動信号を発生させる。載物台移動信号に基づいて載物台電源ユニット２５は、標的組立体４０が電子ビーム４の走査範囲外に出てウェーハの検査が続けられるように載物台１１を移動する。ビーム特性評価の改善された一貫性、正確性、及び、信頼性により、システム性能もまた、より高いレベルの一貫性、正確性、及び、信頼性を示し、その結果、最高品質の測定は、外部からのいかなる干渉も受けず長期間にわたり保証される。
【００２９】
本発明は、本発明の３つの例示的実施形態について説明されたが、当業者は、別記請求項により定める本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な実施形態や変形が可能であることを理解するであろう。例えば決定ユニットは、ビームスポットのサイズを求めるために１つまたはそれ以上の複数の異なるアルゴリズムを使用することができ、且つ、これらのアルゴリズムは、本発明で開示された例示的実施形態のどれにも容易に適用できるということがすぐに明確になるはずである。同様に様々な電源ユニットは、実施例の目的でのみ準備されたのであり、他の組み合わせ、または他の型の電源ユニットを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による荷電粒子装置のブロック図である。
【図２】本発明による標的組立体の概略的な垂直断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による荷電粒子装置のブロック図である。
【図４Ａ】ゴールド・オン・カーボン標的を加熱することのプラス効果を示す図である。
【図４Ｂ】ゴールド・オン・カーボン標的を加熱することのプラス効果を示す図である。
【図５】電子ビームがゴールド・オン・カーボン標的の単一パターン上を走査する時の状況を示す図である。
【図６】図５の位置Iから位置IIIに走査する間の２次電子の数を表す電流ISの変動を示すグラフである。
【図７】図６に示す曲線ISの第１微分ｄIS／ｄｘを表すグラフである。
【図８】電子ビームがゴールド・オン・カーボン標的の単一パターン上を水平方向と同様に垂直方向にも走査する時の状況を示す図である。
【図９】装置性能を評価するために使用されるグレーレベル・ヒストグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
２  粒子源
４  荷電粒子ビーム
５  集光レンズ
８  検体
１０  対物レンズ
１１  載物台
１２Ａ  走査コイル
１２Ｂ  走査コイル
１６  検知器
２１  高電圧電源ユニット
２２  集光レンズ電源ユニット
２３  走査コイル電源ユニット
２４  対物レンズ電源ユニット
２５  載物台電源ユニット
２６  標的組立体電源ユニット
３１  パラメータ調節ユニット
３２  解析ユニット
３３  決定ユニット
４０  標的組立体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図９】
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