JPH09507331A - 高アスペクト比測定用検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンタクトホールの様な高アスペクト比の構造に対する改良された技術が、一方が、サブミクロン構造の頂部の像を形成するのに最適化され、他方が同構造の底の像を形成するのに最適化された、２つの信号検出サブシステム（ＬＤ、ＵＤ）を利用する。これらの検出システム（ＬＤ、ＵＤ）は、共焦型光学顕微鏡で得られる「拡張焦点」に似ている像を生成するために実時間で組み合わされることが出来る信号を発生する。しかしながら、共焦型光学顕微鏡とは異なり、得られる像は、電子ビーム技術特有の線形性及び解像特性を有する。この新たなアプローチを使用すると、信号は、従来技術で典型である様に構造の底で略ゼロの最小値を示すのでは無く、構造の底で最大値を示し、外挿の必要無しに高精度の測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 高アスペクト比測定用検出システム 発明の背景 発明の技術分野 走査型電子顕微鏡の様な粒子ビーム装置が、集積回路ウェーハの如き物体の臨 界的な寸法を検査し且つ測定を行なうために使用される、粒子ビーム計測法に本 発明は関係する。技術状況 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の様な顕微鏡において、検査及び測定の目的のた めに、電磁的システムを使用することが知られている。走査型電子顕微鏡は、半 導体製造における微小電子部品の検査及び計測の応用のために従来の光学顕微鏡 の代わりにしばしば使用されている。この計測ツールは、例えば、半導体ウェー ハ上に形成されたパターン（即ち、臨界的な寸法）を製造工程中に測定するため にしばしば使用されている。 走査型電子顕微鏡の短い波長は、従来使用されている光学顕微鏡に対して数々 の利点を有している。例えば、走査型電子顕微鏡は約１００Å乃至２００Åの解 像度を達成することが出来るが、光学顕微鏡の解像度の限界は典型的には約２５ ００Åである。更に、走査型電子顕微鏡は光学顕微鏡よりもより大きい被写界深 度を与える。現在の走査型電子顕微鏡の精度にも関わらず、検査されるべきパラ メータ（即ち、臨界寸法）がサブミクロン領域に至っていることにより、より高 い機器特性及び能力が要求されている。 Solid State Technology Part I及びII（1986年11月）のMichael T．Postek et al.著による「Microelectronics Dimensional Metrology in the Scanning E lectron Microscope」と題される論文は、典型的なＳＥＭウェーハ検査システム を記述している。そこに記述される様に、集束電子ビームが、矩形ラスタパター ンで、標本の表面上の地点から地点へ走査される。加速電圧、ビーム電流及びス ポット寸法が、特定の応用及び試料の組成に対して最適化される。 走査電子ビームが標本の表面に接触する時、後方散乱された及び／又は二次電 子が試料表面から放出される。半導体検査、解析及び計測は、後方散乱された及 び／３又二次電子を検出することによって達成される。電子ビームが制御されて 標本を走査すると、標本の地点毎の表現がＣＲＴスクリーン上に得られる。 従来、図１に示される様に、走査型電子顕微鏡７の様な粒子ビーム装置は、電 圧源１１を含んでいる。電圧源１１は電子源１３に接続されている。この電子源 １３は、複数の電子レンズＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃を介して、標本ステージ１８方向に 、より大きく加速された電子の細いビームを向ける。この電子ビームは、破線１ ４によって示される。電子ビームは、自動焦点技術を使用して、走査型電子顕微 鏡のウェーハステージ上に焦点を結ぶことが出来る。 図１に更に示される様に、円筒コラム１７は、電子源１３及びレンズＬ₁、Ｌ₂ 及びＬ₃を収容する。コラム１７は、通常は、電子光学コラムと呼ばれており、 図面に１７Ａと示される標本ステージ１８を囲み且つ支持するチャンバを含んで いる。光学コラム１７及びチャンバ１７Ａが一緒になって、走査型電子顕微鏡の ボディーを表している。 図１の走査型電子顕微鏡７は、標本ステージ１８を横切る電子ビームを選択的 に走査するための電磁的又は静電的偏向システムを更に含む。図示される様に、 偏向システムは、Ｄ₁乃至Ｄ₄と示される電子ビーム走査コイルの４つの対を含む 。ステージ１８上に保持される標本の表面上に電子ビームの焦点を合わせるため に、走査コイルが光学コラム１７内に位置している。一対の偏向コイルＤ₁及び Ｄ₂が鋸歯状波電圧発生器１９に接続されている。一対の偏向コイルＤ₃及びＤ₄ は鋸歯状電圧発生器２０に接続されている。 電子ビーム装置コイルＤ₁乃至Ｄ₄は２つの略直交する方向に電子ビームを偏向 する。図面では、偏向方向はｘ方向及びｙ方向として示されている。ｘ方向及び ｙ方向は典型的にはビーム１４の方向に垂直な平面内にあるが、厳密な直交性は 必要とされない。当面の目的のために、コイルＤ₁及びＤ₃は走査ビームをｘ方向 に偏向し、コイルＤ₂及びＤ₄は走査ビームをｙ方向に偏向すると仮定することが 出来る。 電子コレクタ２２が、ビーム１４に照射されるステージ１８の表面近くに配置 されている。この電子コレクタは増幅器２３に接続されており、この増幅器２３ は、信号をアナログ−デジタル変換器４３に与え、収集された電子電流をデジタ ル信号に変換する。このデジタル信号は、次いで、ビデオ表示装置４９に表示す ることが出来る。 作動において、鋸歯状波発生器１９及び２０は、時間変化電圧信号を電子ビー ム走査コイルＤ₁及びＤ₄に与え、ビーム１４が所定の走査パターンで標本ステー ジ１８を横切って偏向される様にする。鋸歯状波発生器１９及び２０は典型的に は同期して作動して、電子ビームをｘ方向に一定速度で横切る様に駆動する。各 走査ビームはｙ方向に偏向されて、略平行な走査ラインの列を形成する。 図１の走査型電子顕微鏡の走査中、コレクタ２２はステージ１８で電子電流の 変化を検出する。従って、電子ビームがステージ１８上で標本を走査すると、標 本の組成、組織及び幾何的形状の変化が、コレクタ２２によって検出される電子 電流の振幅変化を引き起こす。各完全な走査シークエンスと共に、標本の特性に 対応する像が生成される。 電子像形成の伝統的な方法は、二次電子放出に基づいており、結果として、サ ブミクロン径のコンタクトホール及び他の高アスペクト比の構造を有する基板か ら情報を抽出する能力には限りがあった。この様な高アスペクト比のコンタクト ホールは半導体ウェーハに共通する特徴であり、図２に示されている。レジスタ ３１の層が、ウェーハ３５の表面上に被覆された酸化物３３の層にサブミクロン 径のコンタクトホールをパターンニングするのに使用される。コンタクトホール の高さｈはコンタクトホールの幅ｗよりもかなり大きいｈ／ｗ＞＞１。ｈ及びｗ の典型的な値を、それぞれ2.0μｍ及び0.5μｍとし、アスペクト比４：１を与え ることが出来る。 二次電子像形成の伝統的な方法を使用して高アスペクト比の構造の像を形成す る際の困難は、略垂直な断面を有する構造に対して特に言えることである。酸化 物及びホトレジストが絶縁性である特徴のために、一次電子ビームをウェーハ上 に向けると、図３に示される様に、負の表面電荷がホトレジスト層の表面に累積 する。数ボルトの表面電位が二次電子像を著しく妨害する。これは二次電子（Ｓ Ｅ）が典型的には１０エレクトロンボルトよりも小さいエネルギーを有して放出 されるからである。ひどく帯電される場合においては、コンタクトホールの像形 成を行なう時に通常遭遇することであるが、基板からの二次電子放出は後方 散乱電子（ＢＳＥ）からの信号のみを残して、完全に遮断される。表面電界を制 御する試みは部分的のみに有効であり、一次電子ビームの着地エキルギーが変調 されることによってアーチファクト（偽の像）が導入される場合がある。 高アスペクト比の構造を有効に像形成するための従来の二次及び後方散乱（Ｂ ＳＣ）電子像形成技術の上述の無能力さは、図４に図示された様な状況によって 更に増大される。現在の技術は、最大コレクタ効率を得るために、電子検出器３ ７は、視野円錐、或いは受入角がコンタクトホール内に僅かに進入する様に、設 置される必要があることを教示している。酸化物の貫通が生じたことを確認する ために最も重要であるコンタクトホールの底は像形成されることが出来ない。こ の結果が図５に明瞭に示されている。この図は、ホトレジストと酸化物とから成 る2.0μｍ層内の0.5μｍのコンタクトホールに伝統的な方法を使用した走査型電 子顕微鏡写真を示している。コンタクトの開口の付近の領域には、暗い円が現れ る。しかしながら、この暗い円は、コンタクトホールの底に関する情報を伝播し ているのではなく、その情報を欠いている。 従って、サブミクロンコンタクトホールの底及び他の高アスペクト比の構造か らの情報を抽出するための改良された像形成技術の必要性が存在する。 発明の要約 本発明は、一般的に、コンタクトホールの様な高アスペクト比の構造の像を形 成するための改良された像形成技術を提供する。この技術は、像形成のこの種の 問題に対する従来のアプローチからの決別を表している。新たなアプローチは、 一方がサブミクロン構造の頂部の像を形成するのに最適化され、他方がサブミク ロン構造の底の像を形成するために最適化された、２つの信号検出サブシステム を利用する。これらの検出システムは、共焦型光学顕微鏡で得られる「拡張焦点 」に似ている像を形成するために実時間で組み合わせることが出来る信号を発生 する。しかしながら、共焦型像とは異なって、得られる像は、電子ビーム技術の 固有の線形性及び解像特性を有する。 この新たなアプローチは、半導体プロセスを監視する場合において、数多くの 困難な問題を解決するために成功裏に用いることが出来る。例えば、コンタクト ホールの測定は構造の底で最小又はゼロ信号を有して通常達成されていて、何れ の得られた測定値も、低い精度であるか、又は外挿の結果である。この新たなア プローチを使用すると、信号は構造の底で最大値を表し、外挿を必要としない高 い精度の測定が可能となる。図６は、底に偏った像の例を示している。図５と同 様に、構造はシリコンに至る公称0.5μｍのコンタクトであり、このコンタクト は、酸化物上のレジストから成る2.0μｍ厚の層内に、現像され且つエッチング されるされたものである。図５と対比すると、コンタクトホールの底が明瞭に白 い円として見ることが出来る。 本発明の一つの実施の形態に従うと、微小な高アスペクト比の構造の底の近く の特徴に対応する像情報が、一次電子ビームを構造上に向け且つ一次電子ビーム が構造に向けられる結果として構造から放出される低い収率で高いエネルギーの 電子と高い収率で低いエネルギーの電子とを区別することにより、抽出される。 検出器を使用して、低い収率で高いエネルギーの電子が検出され、検出信号が発 生される。この検出信号は構造の底の近くの特徴に対応する像を発生するために 使用される。 本発明の別の実施の形態に従うと、像形成装置は、微小な構造がパターンニン グされたウェーハを支持するためのステージ、一次電子ビームを微小な構造に向 ける機構、一次電子が前記構造に向けられる結果前記構造から放出される低い収 率で高いエネルギーの電子と高い収率で低いエネルギーの電子とを区別する機構 、低い収率で高いエネルギーの電子を検出して、検出信号を発生する検出器、及 び前記信号に応答して前記構造の像を発生するための像形成装置を含む。 更に別の実施の形態に従うと、像形成装置は、微小な構造が存在するウェーハ を支持するためのステージ、一次電子ビームを微小な構造上に向ける電子ビーム コラム、ウェーハを電子的にバイアスするバイアス装置、及び第１及び第２の検 出器を含む。第２の検出器が、第１の検出器よりも電子ビームコラム上方に位置 しており、ウェーハから放出される二次電子を検出する。 図面の簡単な説明 本発明は添付された図面と関連して以下の記載から更に理解することが出来る 。図面において、 図１は従来の走査型電子顕微鏡の簡略図、 図２は半導体ウェーハ構造のコンタクトホール部分の断面図、 図３は表面電荷累積の結果を示す図２のと同様な断面図、 図４は電子検出器の視野円錐の高アスペクト比の構造への限られた進入を示す 断面図、 図５は高アスペクト比のコンタクトホールの伝統的な技術を使用しての走査型 電子顕微鏡写真、 図６は本発明の技術を使用する対応する走査型電子顕微鏡写真、 図７は本発明に従う２つの信号検出サブシステムの作動を表す図面、 図８は負にバイアスされた電子区別技術を説明する対応図面、 図９は高アスペクト比のコンタクトホールが走査される時の上方及び下方の検 出器信号の反対の結果を示す図面、 図１０は本発明と関連して使用される負の電子光学作動距離を示す図面、 図１１は本発明の一実施の形態に従う光学コラムの断面図、 図１２は本発明の一実施の形態の電子光学のより詳細な特徴を示す断面図、 図１３上方及び下方の検出器からの信号を組み合わせるための回路のブロック 図、そして 図１４は本発明の別の実施の形態に従う上方の検出器における二次電子の検出 を表す図面。 好適な実施の形態の詳細な記述 高アスペクト比構造を像形成するための問題に対する従来試みられていた解法 は、二次電子収集効率を改良することによって、検出された信号の信号対ノイズ 比を改良することを試みることにあった。しかしながら、二次電子の収率は既に 高く、１に近づいており、従って、改良の余地は殆ど無くなっていた。ここに記 載される技術は、二次電子よりも少ない収率の後方散乱電子（ＢＳＥ）に注目す ることによる対照的なアプローチを取る。後方散乱の収率は典型的には１０％の オーダーである。しかしながら、より低い放射効率にも関わらず、後方散乱電子 は、二次電子（１０eVよりも低い）よりもかなり高いエネルギー（一次走査電子 ビームのエネルギーに略等しい、約１０００eV）を示す。高いエネルギーの後方 散乱電子は、図３に示される様に、試料の表面上の電荷に対して著しい耐性を有 し、穴の領域内のより良い像を生じ、放射効率がより低くくても掘り起こす。 図７を参照すると、微小コンタクホールの様な高アスペクト比の構造の像を、 一方が頂部に像を形成するように最適化され、他方がサブミクロン構造の底の像 を形成するように最適化された２つの信号検出サブシステムを使用して、形成す ることが出来る。好適な実施の形態において、両方の検出器は、当分野で良く知 られている形態のマイクロチャンネルプレート検出器である。以下の記述におい て、像形成される対象から最も遠く隔たった検出器が上方の検出器（ＵＤ）と呼 ばれ、像に最も近い検出器が下方の検出器（ＬＤ）と呼ばれる。図７に示される 様に、下方の検出器と関係する像形成の幾何学的構成は、対象の頂部表面の像を 形成するのに最も適しており、上方の検出器と関係する像形成の幾何学的構成は 、溝及び穴の底の像を形成するのに最も適している。特に、下方の検出器はθ₁ 、θ₂によって決まる立体角で電子の後方散乱を受ける。θ₁は、試料の垂線から 約９０°であり、θ₂はこの垂線から約４５°である。従って、得られる信号は 、頂部表面からの電子に支配される。上方の検出器は、θ₃、θ₄によって記述さ れる立体角内の後方散乱電子を受け、θ₃は４５°であり、θ₄は約０°である。 従って、得られる信号は、穴又は溝からの電子に支配される。以下に記述される 様に、磁場浸漬対物レンズをθ₁、θ₂、θ₃、θ₄の調整を行なうために使用する ことが出来る。図７の幾何学的構成は特別のフィルタリングを達成し、これによ って、後方散乱電子及び二次放射電子が互いに区別され、それぞれ、上方及び下 方の検出器に像を形成を行なう。好適な実施の形態においては、下方の検出器は 、浸漬電磁レンズの内部に位置され、上方の検出器は、浸漬電磁レンズの上方に 位置される。 図８を参照する。図７に示される幾何学的構成の特別のフィルタリング効果を 、二次電子を上方の検出器上に像形成行なうことを妨げる様に、エネルギーフィ ルタリングによって、増強することが出来る。好適な実施の形態においては、上 方の検出器の面が、より低いエネルギーの二次電子を跳ね返す様に負にバイアス さる（例えば、約３００ボルト迄）。他方、後方散乱電子は、この負のバイアス によっては、ほとんど影響されずに残っている様な十分に高いエネルギーを有し ている。 図７及び８に示される空間フィルタリング及びエネルギーフィルタリング手段 の結果、下方の検出器からの信号は、構造の底が走査された時略ゼロの最小値に ある。上方の検出器からの信号は、構造の底で最大値を示し、外挿無しの高精度 測定を可能にする。一次電子ビームが図９に示される断面を左から右に横切って 走査されると仮定する。構造の頂部面が走査される時、多量の電子が放出され、 これが下方の検出器に当たり、そして高いレベルの信号を発生する様になる。表 面電荷効果は、信号に重大には影響しない。しかしながら、一次電子ビームがコ ンタクトホールに到達すると、表面電荷効果の影響は増大する。その際、下方の 検出器の像形成幾何学的構成の結果、より少なく電子が下方の検出器に到達する 。従って、穴の底において、下方の検出器からの信号はゼロに近い最小値となる 。コンタクトホールが通り過ぎ、一次電子ビームが構造の上部表面上に着地する と、下方の検出器からの信号は再び高いレベルに上昇する。 上方の検出器からの信号は正確に反対の振る舞いを示す。後方散乱電子の収率 は、一次電子ビームが着地する材料の原子数と共に増大する。ホトレジストの組 成は一般に比較的低い原子数を有しており、シリコンは比較的高い原子数を有し ている。構造の表面が走査されている時、比較的少ない後方散乱電子が発生され る。一次電子ビームが、コンタクトホールの底を走査する時、シリコンは高い原 子数を有するので、大量の後方散乱電子が発生される。一次電子ビームがコンタ クトホールを横切り、再び、構造の上部表面上に着地する時、生成される後方散 乱電子の数は再び減少する。（下方の検出器の信号と関係する）この反転像コン トラストは、上方の検出器の小さい受入角によって更に助けられ、構造の頂部表 面で散乱された横方向に散乱される電子からの不所望の信号が除去される。構造 の頂部表面において、電子は全ての方向に放射される。しかしながら、コンタク トホール又は他の高アスペクト比の構造内では、電子は、この構造によって生じ るられるコリメート効果を受ける。上方の検出器の小さな受入角のために、後者 の「コリメートされた」電子は、前者の「方向性を有さない」表面電子よりもよ り多く上方の検出器で受入される。 ＢＳＥ信号が材料の原子番号と共に増大すると事実は、ＳＥ信号と比較すると 顕著に異なる。ＳＥ信号は表面の地形と共に変化し、入射ビームエネルギー及び 電流に極めて強く依存し、表面に電荷に敏感である。 下方及び上方の検出器によって発生される走査信号、及び図５（下方の検出器 ）及び図６（上方の検出器）に示される対応する像間の対応を容易に理解出来る 。図５に関連して、下方の検出器からの信号はコンタクトホールの内部で略ゼロ に落ち、コンタクトホールのサイズ及び形状に関して、他の場合には抽出されて いた何らかの情報が覆い隠される。図６と関係して、上方の検出器からの信号は 、一次電子ビームがコンタクトホール内部にある時、ピークレベルに到達する。 従って、コンタクトホールのサイズ及び形状が明瞭に示される。 後方散乱電子の収集効率は、走査型電子顕微鏡に対して負の電子光学作動距離 （ワーキンググディスタンスを）与えることにより更に増大することが出来る。 図１０を参照すると、走査型電子顕微鏡の電磁浸漬対物レンズは、基本的に、ト ロイダルで溝型の磁極片３９及び極片の溝の内部に巻かれた電気捲線４１から構 成される。電磁浸漬レンズは図示される様な磁束パターンを発生する。従来通り 、磁束パターンは収差を補償する様に精密に制御される。しかしながら、従来の 走査型電子顕微鏡において、電子光学作動距離は通常正である。電子光学作動距 離とは、ウェーハ（４３）の表面と最大の磁束密度（４５）の領域に対応する平 面との間の距離を意味する。好適な実施の形態においては、この距離は、若干負 （略−１ｍｍ）である。換言すると、ウェーハ表面（４３）の平面は、最大の磁 束密度の領域に対応する平面（４５）上に位置する。この若干負の電子光学作動 距離の効果は、後方散乱電子が上方及び下方の検出器のチャネルプレート上を走 査することにある。特に、負の電子光学作動距離だと、電子が垂線に対して大き な角度で放出される時でさえ、後方散乱電子が検出器に衝突する。後方散乱電子 が低い収率であるので、収集効率における得られる増大は、かなり意味のあるも のである。 図１１は、本発明の好適な実施の形態に従う走査型電子顕微鏡の電子コラムを 詳細に示している。電子ビームの通路は垂直の破線４７によって表され、ウェー ハ面４３まで延びている。上方の８重極アッセンブリ４９は、電子ビームを位置 決めする様に機能する。上方の検出器アッセンブリ５１は上方の検出器、好まし くはマイクロチャンネルプレート検出器を収容する。磁気レンズライナー５５は 、 テルル銅シールドであり、これは、これが無い場合に８重極を制御する様に使用 される８本のテフロン被覆ワイヤによって作り出される擾乱からビームを保護す る。また、このライナーは８重極を所定の位置に保持する。下方の８重極アッセ ンブリ５７はウェーハの表面を前後に横切って電子ビームを走査する。下方の検 出器はウェーハ表面に対面し、好ましくはマイクロチャンネルプレート検出器で ある。 図１２は、本発明の好適な実施例に従う走査型電子顕微鏡の完全な電子光学を 示している。上方のコラムアッセンブリ６０は上方の８重極、スプレー開口アッ セブリ５０及上方の検出器アッセンブリ５１を収容し、且つ電子銃インタフェー ス４６を含む。磁気レンズアッセンブリ７０は、磁気レンズ極片３９及び電気捲 線４１を含む。レンズキャップ７１が極片に付けられている。磁気レンズライナ ーが磁気レンズアッセンブリ７０の内部に延びている。磁気レンズアッセンブリ ７０の内部には、また、下方の８重極アッセンブリ５７及び下方の検出器が収容 されている。 上方及び下方の検出器からの信号は、一方を排除して使用される必要は無い。 図１３を参照すると、好ましくは、上方及び下方の検出器からの信号は、「拡張 焦点」像に似ている像を発生するように、制御構成に従って変化する比で組み合 わされる。信号は、電子ビーム技術特有の線形及び解像特性を有する混合信号を 発生するように、実時間で組み合わせることが出来る。特に、上方及び下方の検 出器からの信号は、それぞれゲイン可変の増幅器８１及び８３に入力される。増 幅器のゲインは制御ユニット８５からの制御信号に従って設定される。増幅器か らの出力信号は次に加算器８７で加算される。加算器の出力はＣＲＴ表示装置に 送られる。 より広く使用されている二次電子の代わりに、後方散乱電子を高アスペクト比 の構造に対する一次像形成機構として使用するために、高いビーム電流が要求さ れる（後方散乱電子の低い収率のため）。絶縁性の高い材料を検査又は測定する 時に、ビーム電流が高すぎると、試料を入射ビームエネルギーと同程度の電位迄 帯電し、実効的な電子の着地エネルギーに影響する場合がある。試料の帯電は、 下方の導電体に電子が散逸するの時間が十分で無いことから結果される。 これらの条件の基で、ビーム電流は下げることが出来、そして上方の検出器を 、上述した様な後方散乱電子の代わりに二次電子を検出するために有利に使用す ることが出来る。ビーム電流を下げると、表面電荷が減少し、絶縁性が高い材料 の場合の解像度及び測定精度が改善される。上方の検出器で二次電子を検出する ことによって、（溝の様な）高アスペクト比の構造の底を観測する能力が、図１ ４に示される条件の基で保たれる。図面から観察出来る様に、上方の検出器の二 次電子の収集が、約−１６０Ｖのバイアス電圧をウェーハに加えることにより容 易になる。上方の検出器の面を、上述の様に負バイアスする代わりに、今回はバ イアスしない。二次電子は加速されて、コラムを上方の検出器まで押し上がり、 後方散乱電子とかなり類似する軌道を示す。 以上の記述は、本発明の原理、好適な実施の形態、及び操作モードを記述して いる。しかしながら、本発明は、記述された特定の実施の形態に限定されて構成 されるべきでは無い。そうでは無くて、上述の実施の形態は制限的というよりも 説明的と認められるべきであり、以下の請求の範囲に定義された本発明の範囲か ら離れること無しに当業者が実施の形態に変更を行なうことが出来ることは理解 されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月２５日 【補正内容】 (1) 請求の範囲の全ての請求項の記載を別紙の通り訂正する。 (2) 明細書の第５頁全文を別紙の通り訂正する。 (3) 図１、図２、図３、図５、図９及び図１３の図面の翻訳文を提出する。 の得られた測定値も、低い精度であるか、又は外挿の結果である。この新たなア プローチを使用すると、信号は構造の底で最大値を表し、外挿を必要としない高 い精度の測定が可能となる。図６は、底に偏った像の例を示している。図５と同 様に、構造はシリコンに至る公称0.5μｍのコンタクトであり、このコンタクト は、酸化物上のレジストから成る2.0μｍ厚の層内に、現像され且つエッチング されるされたものである。図５と対比すると、コンタクトホールの底が明瞭に白 い円として見ることが出来る。 本発明の一つの実施の形態に従うと、微小な高アスペクト比の構造の底の近く の特徴に対応する像情報が、一次電子ビームを構造上に向け且つ一次電子ビーム が構造に向けられる結果として構造から放出される高いエネルギーの後方散乱電 子と低いエネルギーの後方散乱電子とを区別することにより、抽出される。検出 器を使用して、高いエネルギーの後方散乱電子が検出され、検出信号が発生され る。この検出信号は構造の底の近くの特徴に対応する像を発生するために使用さ れる。 本発明の別の実施の形態に従うと、像形成装置は、微小な構造がパターンニン グされたウェーハを支持するためのステージ、一次電子ビームを微小な構造に向 ける機構、一次電子が前記構造に向けられる結果前記構造から放出される高いエ ネルギーの後方散乱電子と低いエネルギーの後方散乱電子とを区別する機構、高 いエネルギーの後方散乱電子を検出して、検出信号を発生する検出器、及び前記 信号に応答して前記構造の像を発生するための像形成装置を含む。 図面の簡単な説明 本発明は添付された図面と関連して以下の記載から更に理解することが出来る 。図面において、 図１は従来の走査型電子顕微鏡の簡略図、 請求の範囲 １．微小な高アスペクト比の構造の底付近の特徴に対応する像情報を抽出する方 法であり、 一次電子ビームを前記構造に向け、 前記一次電子ビームが前記構造上に向けられる結果前記構造から放出された高 いエネルギーの後方散乱電子と低いエネルギーの後方散乱電子とを区別し、 検出器を使用して、前記低いエネルギーの後方散乱電子を検出して、検出信号 を発生し、 前記検出信号を使用して、前記構造の底付近の特徴に対応する像を発生する工 程から成る方法。 ２．前記区別する工程が、前記検出器が前記構造の上部表面の水準に頂点を有す る或る角度を張り、前記角度が、前記構造の前記上方表面の垂線の何れの側にも ４５°以下であるように、前記検出器が検出開口及び前記構造の上部表面に関係 して位置することから成る請求項１記載の方法。 ３．ウェーハの構造を検査又は測定するための装置が、 微小な構造がパターンニングされたウェーハを支持するためのステージ手段、 一次電子ビームを前記微小な構造上に向ける手段、 前記一次電子ビームが前記構造上に向けられる結果前記構造から放出される高 いエネルギーの後方散乱電子と低いエネルギーの後方散乱電子とを区別する手段 、 前記低いエネルギーの後方散乱電子を検出して第１の検出信号を発生する第１ の検出手段、 前記第１の検出信号に少なくとも部分的に応答して、前記構造の像を発生する 像形成手段から成る装置。 ４．前記高いエネルギーの後方散乱電子を検出して第２の検出信号を発生する第 ２の検出手段、及び 前記第１の及び第２の検出信号を種々の比率で混合して混合検出信号を発生す る混合手段、から成り、 前記像形成手段が、前記混合検出信号に応答して、前記構造の像を発生する、 請求項１記載の装置。 ５．前記第１及び第２の検出手段が、中央一次電子ビーム照射開口を各々有する 第１及び第２のマイクロチャンネルプレート検出器である、請求項６記載の装置 。 ６．前記第１のマイクロチャンネルプレート検出器が前記第２のマイクロチャン ネルプレート検出器上に設置されており、前記第１及び第２のマイクロチャンネ ルプレート検出器のビーム照射開口が垂直方向に整列されている、請求項８記載 の装置。 ７．前記第２のマイクロチャンネルプレート検出器の前記ビーム照射開口が、前 記第１のマイクロチャンネルプレート検出器用の開口として機能する請求項９記 載の装置。 ８．前記第１のマイクロチャンネルプレート検出器が前記構造の前記上部表面の 水準において頂点を有する角度を張り、前記角度が前記構造の前記上部表面の垂 線の何れの側でも４５°以下であるように、前記ステージ、前記第２のマイクロ チャンネルプレート検出器、及び前記打１のマイクロチャンネルプレート検出器 が、互いに関係して位置する請求項１０記載の装置。 ９．前記電子を前記検出器上に焦点合わせする磁気レンズ手段を更に含む請求項 １１記載の装置。 10．前記ウェーハが負の電子光学作動距離に位置されるように、前記ステージ手 段及び前記磁気レンズ手段が、互いに関係して位置され、前記高いエネルギーの 後方散乱電子が垂線から大きな角度で前記第１のマイクロチャンネルプレート検 出器に入射するようにされる、請求項１２記載の装置。 【図１】 【図２】 【図３】 【図５】 【図９】 【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 フレデリック ノーラン ヴィー アメリカ合衆国 コロラド州 80303 ボ ールダー マーティン ドライヴ 340 (72)発明者 モナハン ケヴィン エム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ フォールクリー ク スプリング コート 11556 (72)発明者 リーグ フィリップ アール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ メリンダ サークル 12187

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．微小な高アスペクト比の構造の底付近の特徴に対応する像情報を抽出する方 法であり、 一次電子ビームを前記構造に向け、 前記一次電子ビームが前記構造上に向けられる結果前記構造から放出された 低い収率で高いエネルギーの電子と高い収率で低いエネルギーの電子とを区別し 、 検出器を使用して、前記低い収率で高いエネルギーの電子を検出して、検出 信号を発生し、 前記検出信号を使用して、前記構造の底付近の特徴に対応する像を発生する 工程から成る方法。 ２．前記区別する工程が、前記検出器が前記構造の上部表面の水準に頂点を有す る或る角度を張り、前記角度が、前記構造の前記上方表面の垂線の何れの側にも ４５°以下であるように、前記検出器が検出開口及び前記構造の上部表面に関係 して位置することから成る請求項１記載の方法。 ３．前記区別する工程が、前記低いエネルギーの電子の電位よりも強度がより大 きく且つ前記高いエネルギーの電子の電位よりもより強度が小さい負の電位に、 前記検出器の面をバイアスする請求項２記載の方法。 ４．前記負の電位が約−３００Ｖである請求項３記載の方法。 ５．ウェーハの構造を検査又は測定するための装置が、 微小な構造がパターンニングされたウェーハを支持するためのステージ手段 、 一次電子ビームを前記微小な構造上に向ける手段、 前記一次電子ビームが前記構造上に向けられる結果前記構造から放出される 低い収率で高いエネルギーの電子と高い収率で低いエネルギーの電子とを区別す る手段、 前記低い収率の高いエネルギーの電子を検出して第１の検出信号を発生する 第１の検出手段、 前記第１の検出信号に少なくとも部分的に応答して、前記構造の像を発生す る像形成手段から成る装置。 ６．前記高い収率で低いエネルギーの電子を検出して第２の検出信号を発生する 第２の検出手段、及び 前記第１の及び第２の検出信号を種々の比率で混合して混合検出信号を発 生する混合手段、から成り、 前記像形成手段が、前記混合検出信号に応答して、前記構造の像を発生する 、請求項１記載の装置。 ７．前記第１及び第２の検出手段が、エバーハート−ソーンリー(Everhart-Thor nely)検出器である、請求項６記載の装置。 ８．前記第１及び第２の検出手段が、中央一次電子ビーム照射開口を各々有する 第１及び第２のマイクロチャンネルプレート検出器である、請求項６記載の装置 。 ９．前記第１のマイクロチャンネルプレート検出器が前記第２のマイクロチャン ネルプレート検出器上に設置されており、前記第１及び第２のマイクロチャンネ ルプレート検出器のビーム照射開口が垂直方向に整列されている、請求項８記載 の装置。 10．前記第２のマイクロチャンネルプレート検出器の前記ビーム照射開口が、前 記第１のマイクロチャンネルプレート検出器用の開口として機能する請求項９記 載の装置。 11．前記第１のマイクロチャンネルプレート検出器が前記構造の前記上部表面の 水準において頂点を有する角度を張り、前記角度が前記構造の前記上部表面の垂 線の何れの側でも４５°以下であるように、前記ステージ、前記第２のマイクロ チャンネルプレート検出器、及び前記打１のマイクロチャンネルプレート検出器 が、互いに関係して位置する請求項１０記載の装置。 12．前記電子を前記検出器上に焦点合わせする磁気レンズ手段を更に含む請求項 １１記載の装置。 13．前記ウェーハが負の電子光学作動距離に位置されるように、前記ステージ手 段及び前記磁気レンズ手段が、互いに関係して位置され、前記低い収率で高いエ ネルギーの電子が垂線から大きな角度で前記第１のマイクロチャンネルプレート 検出器に入射するようにされる、請求項１２記載の装置。 14．微小な構造が存在するウェーハを支持するステージ手段、 一次電子ビームを前記微小な構造上に向ける電子ビームコラム、 前記ウェーハから放出された電子を検出するために前記ウェーハの近くに位 置された第１の検出手段、 前記ウェーハを負にバイアスするための手段、及び 前記ウェーハから放出される二次電子を検出するために、前記第１の検出手 段よりも電子ビームコラム上方に位置する第２の検出手段、から成る装置。