JPS63200450A - 荷電ビ−ムの自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （＃：業上のオリ用分野） 本発明は、電子またはイオンビームを用い友欠陥検査装
置２寸法測長装置、走査電子顕微鏡。

露光装置等において、　７１１１速電圧、ビーム電流等
の照射条件に応じて、光学鏡筒の制御を自動で行う装置
に関するものでるる。

（従来技術ｊ？工び発明が解決しょうとする問題点）従
来からめる電子光学系の制御手法としては、各加速電圧
で最適な変数値をめらかしめ人手で求めておき、その値
を再現する手法（古川、後藤、伊藤、稲垣’ＬＳＩ診断
用ＥＢプローバー”日本学術振興会第１３２安員会８２
回研究会員科ｐ。

４３　（１９８２）　）や、そｎに加えて長時間のビー
ム放出特性を安定化するためにプローブ電流をモニタし
て一定になるようにフィードバック機構を設は友方法（
ｍ岡、中前、裏、高島、原沢。

”ＳＥＭ電子元学変数値のコンピュータ制御システム“
９日本学術振興会第１３２委員会９３回研究会費料ｐ、
　７４　（１９８５月が提案されている。

しかし、こｎらはいずれも加速電圧、ビーム電流等の照
射条件ごとに各制御電源に設定する最適な電子光学変数
値をあらかじめ人手で操作パネルを操作して求めておき
、第１表に示すようなデータテーブルを作成し、照射条
件ごとにそのデータテーブルの数１Ｍ　’ｅ　、各′１
１！源系へＤＡコンバータ等にニジ設定する方法を用い
ている。

第１表 従って、１つの照射条件に対して１つのテーブルを持ち
、そのテーブルを選択することにニジデータ設定を行う
。例えば、第１表で加速電圧を■にするとき、一連のデ
ータＤ、ｉ　、　Ｄ、ｉ・・・を制御対象１，２・・・
に出力している。

この＝うに、電子ビームを用いる鏡筒は、機器調整によ
る測定条件の最適化等に多大の労力を埜し、簡便な光学
顕微鏡と比べて、操作性の点で劣つ次状態にあり、光学
顕微鏡と同等の操作容易性を有する電子光学鏡筒が強く
望まｎているＯ例えば、電子ビームを用いた欠陥検査。

寸法測長においては、ビーム照射により試料表面がチャ
ージアップし、観察や測定精度に支障をき九丁ことが問
題となっている。例えば、Ｖシスト材料では高加速電圧
でチャージアップが生じるため低加速電圧で測定する必
要がある。

しかし、ＬＳＩの配線等に用いらｎるポリシリコンやア
ルミニウム等の材質では加速電圧が低いと正に帯電し、
コントラストが得らｎない。

従ってこ扛らの材質が組合わさｒＬ九試料において、チ
ャージアップを防止して精密な測定を行うためには、加
速電圧等の照射条件を測定点ごとにエフ厳密に設定しな
けｎばならず、小刻みな条件設定が必要である。一方、
従来技術を上に述べ九ような複合材質、レジストやＳｉ
ｎ、等のチャージアップが起きやすい試料の検査などに
適用するためには、加速電圧およびそれと連動させる各
徳制御変数値を各試料の測足点に対応する加速電圧の全
範囲にわｋってあらかじめ求めておかなけｎばならず、
これを実現することは不可能である。従って、従来技術
は、決まつｔ試料の測定にしか用いることができない。

（発明の目的） 本発明の目的は、全ての照射条件に対して、あらかじめ
鏡筒制御の最適変数値を求めておかなけＣばならないと
いう従来技術の欠点を解決し、照射条件を小刻みに、高
速、容易に設定することができる荷電ビームの自動制御
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成する九め、本発明は電子光学鏡筒と、
咳電子光学境筒を駆動する九めの電源と、該電源を制御
するための制御装置と、荷電ビームの試料への代表照射
条件を記憶する記憶部と、照射条件を補間式を用いて算
出する算出部とを具備し、任意の照射条件を、前記補間
式に前記代表照射条件を代入して求め、前記制御装置に
供給して前記電子光学鏡筒を駆動することを特徴とする
荷電ビームの自動制御装置を発明の要旨とするものであ
る。

しかして、荷電ビームの制御変数値を照射条件に応じて
自動制御する場合に、従来技術では１組の照射条件に対
して１組の電子光学変数値のデータテーブルを有してい
ｔＯこｎに対して、本発明では、最適変数値を全ての照
射条件ごとに求めることなしに、基準になるいくつかの
照射条件において荷電ビームを制御するための制御変数
を求めておき、この値を用いて任意の条件下での制御変
数値を算出して設定するように構成していることが、従
来技術と異なる点であるＯ 次に本発明の実施例について説明する。なお実施例は一
つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、
櫨々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでもな
い。

第１因は、本発明の荷電ビームの自動制御装置の一実施
例を示し九図でめる。図において、１は電子銃、２はガ
ンアライナ、３は照射レンズ、４はステイグメータ、５
は対物アライナ、６は偏向器、７は対物レンズである。

電子銃１では、加速電圧やエミッション電流を制御する
。

電子銃１から発生し７’（電子ビームが、ビーム電流の
変化に対して像がシフトしないようにガンアライナ２を
調整する。照射レンズ３０２つのコンデンサレンズの焦
点距離の比を変えることによりビーム電流を変化させる
。この後、ステイグメータ４の値を調整して非点を除去
する。

そのビームを偏向器６にエフ、所定の鎖酸に偏向させて
観察像信号を得る。この時５倍率、像の回転、偏向スピ
ードは偏向器に加える電圧ま友は電流により制御する。

対物アライナ５では、焦点距離、加速電圧の変化に対し
て像がシフトしないように調整する。対物レンズ７は焦
点を合わせるためのものである。このようにして、試料
ウェハ９の上に電子ビームを照射し、試料表面から出る
二次電子を二次電子検出器８で検出して観察像を得る。

この時、像の明るさくブライトネス〕、コントラストは
調整（ロ）路１３で制御を行う。この二次電子信号をＡ
Ｄコンバータを含むインタフェース１４ヲ介して制御計
算機νに入力する。これらの制御対象を制御するには、
制御計算機１２からインタフェース１１を介して電源１
０に最適値を設定する。この制御変数の１１１は。

制御変数テーブルを用いて上述の方法で算出し、加速電
圧の変更に伴って設定する。

第２図は、本発明の装置の他の実施例を示した図である
。図において、１は電子銃、２はガンアライナ、３は照
射レンズ、４はステイグメータ、５は対物アライナ、６
は偏向器、７は対物レンズ、８は二次電子検出器、９は
試料ウェハ、１０は高圧電源％２１　、２４は乗算回路
、２２は加算回路、２３はメモリ、５はアンプ、２６は
照射レンズ制御回路、２７はコントラスト・ブライトネ
ス調整回路、２８は照射条件設定部５２９Ｖｉ平方根算
出回路を示す。　　　　　　　　　　　　　　　、この
装置では補間計算を計算機で行うかわりに乗算回路２１
と加算回路２２を用いて設定値を設定している。照射条
件の加速電圧またはその平方根を乗算回路に入力し、そ
の出力を加算回路に加える。この乗算回路、加算回路に
は、メモリ２３に格納されている係数ｐ、ｑが設定さｎ
、ｐｉ■ｉ　に比例する値が出力さ亀　レンズ等の電流
量を設定する。この係数は加速電圧等の照射条件の範囲
によって変わる。この値はメモリに納めておき、照射条
件にＬじてその係数を乗算回路や加算回路に設定する。

焦点等はある焦点距離での係数による計算値に焦点距離
のす扛分の補正を加える必要があるがこの値も加速電圧
の関数であるため、上述の乗算回路、加算回路の構成に
さらに乗算回路２４を付加し、その係数ｋｔ−メモＩＪ
　Ｚ３から設定する。

ビーム電流を制御する照射レンズやコントラスト拳ブラ
イトネスの調整は専用の回路で行っており、この回路に
制御のｋめの変数、加速電圧とビーム電流を入力すると
ともに制御の係数値をメモリから読み込んで制御する。

なお、第２図に示した乗算回路、加算回路は、必ずしも
全てのボート分だけ用意する必要はなく、高速性を要求
するボートの分だけ用意し、他の低速ですむパラメータ
の制御は、第１図と同様に制御計算機ルで計算し設定す
る構成であっても工い。まｔ１照射レンズやコントラス
ト・ブライトネスの制御も、第１図と同様に制御計算機
校で計算し設定する構成であってもよい。

なお、ここでは電子ビームを例に説明し九が。

イオンビームの場合にも同様の制御かり能であることは
言うまでもない。ま友、説明は電磁レンズを用いた鏡筒
を例に説明してあり、補間式が加速電圧の平方根の多項
式で展開されているが、静電レンズの場合には加速電圧
の多項式で展開すれば工い。

次に本発明の荷電ビームの自動制御装置を用い九０動制
御のや９方について説明する。

本発明では、全ての照射条件に対して荷電ビームの制御
変数値の最適値をテーブルとして持几ずに、これらを算
出して設定する。すなわち。

照射条件として、加速電圧、ビーム電流等を指定した時
、そｎに応じて電子光学系の制御変数値を算出してＤＡ
コンバータ等で設定する。その算出法については以下に
述べる。以下では電磁レンズを例に説明するが、静電レ
ンズの場合にも同様の制御が可能であることは勿論であ
る。

ガンアライナ、対物アライナ、対物レンズ。

照射レンズ等の電流値は加速電圧とともに変更しなけｎ
ばならない。このような各制御項目に対して必要なデー
タを全ての加速電圧ごとに持つのではなく、第２表に示
すような制御変数テーブルを用い、テーブルにない加速
電圧については補間して制御する。第２表において、変
数値欄には各代表加速電圧に対して定数Ｄｊｉ　、変Ｗ
ｉ　（ａｉ等）、関数（α１４４）の何ｎかが記述して
あり、右欄の補間式を用いて制御対象を制御している。

これらの制御には以下に示すような３つの場合がある。

（ａ）は加速電圧だけで制御変数が決まる場合であり、
アライナ、非点補正等がこｆ’ＬＫあたる。

補間式は加速電圧（Ｈｖｏ）だけの関数となる。制御対
象が加速電圧に対してどういう補間式を用いるかはあら
かじめ与えておく。電子光学系が電磁レンズを用いてい
る場合には、加速電圧の多項式でなく、加速電圧の平方
根の多項式を用いて補間することができる。例えば対物
アライナやガンアライナは加速電圧の平方根の一次式で
近似できる。この工うな場合、補間式を一次式とし、Ｈ
ＶｉとＨＶｉ＋Ｈの間の加速電圧（ＨＶ（１）での制御
変数値Ｄｊは、以下の工うに算出し、この値をＤＡコン
バータ等にＬ９制御対象に送る。

Ｄｊ＝Ｆ（Ｈｖ、−、Ｄｊｉ、−ｔ　＝ｐＣ■π−ｑこ
こで　ｐ＝　（Ｄｊｉ＋＋　　ＤｊｌＪ／　（ぷ、□−
冊、］（１＝Ｄｊｉ　　Ｐ偶 ＝（Ｄｊｉ＋＋ｙ’ｉへ＋Ｄｊｉｎｎマ丁乙）／（１八
〒都　−んで） ここではＨＶｉとＨｖｉ＋Ｉ　Ｏ２つの加速電圧でのデ
ータから係数ｐ　、ｑｅ算出しているが、この関数形が
加速電圧の高次の多項式の場合には、係数の算出にはＨ
ＶｉとＨＶｉ＋　Ｈだけでなく、その前後の値も用いる
。ま几、もつと多くの加速電圧でのデータから最小２乗
法により係数を求めても工い。この係数を用いて任意の
加速電圧での制御変数値Ｄｊを算出することができる。

また５代表加速電圧での最適値ＤＪの値をテーブル化し
ないで、各区間ごとの係数ｐ、ｑＯ値をテーブル化して
も工い。

伽）は制御対象Ａの最適値ａが、加速電圧だけでなく測
定位置等に依存する変数であり、対物レンズ（焦点距離
）の制御等がこれに該当する。

対物レンズに加える電流値は、加速電圧の変化にともな
って変わるだけでなく、測定位置によって焦点距離が変
化する几め設定値を変える必要がるる。焦点距離が決ま
ｎば、制御変数値は一意的に決まるが、加速電圧を変更
しｔ場合には制御変数値を設定しなおす必要がめる。補
間式は（ａ）と同じ工うにあらかじめ与えておく。しか
し、この補間式、制御テーブルから算出される値は、制
御対象に直接設定する値ではなく、加速電圧の変更に応
じて制御変数を変える関数形を与えている。

例えば、ある加速電圧Ｈｖｍ　　での対物Ｖンズの値が
ａｍ″′Ｃあり、加速電圧をＭＶ□に変化させる場合を
例にとって説明する。補間式Ｇ（ＨＶ）が加速電圧の平
方根の一次式（この関数形はあらかじめ与えておく）で
あるとする。加速電圧出〜とＨｖｎでの制御変数のテー
ブルにもとづく計算値をａｍｏ　ｌ　”ｎｏとすると、
ａｍｏ　＝　Ｇ　（ＨＶｍ）＝　ｐｙ’ｉ’ｉｍ　＋　
ｑａｎｏ　＝Ｑ　（ＨＶｎ）＝ｐ百■Ｈ”　ｑこｎに対
して、加速電圧Ｈ′ｖｍでの対物レンズの値がａｍ″′
Ｃある場合、ムａ□＝ａ□−ａ□０が焦点距離のずｎに
比例する量である。この比例係数は加速電圧の関数であ
ｐ１電磁レンズでは加速電圧の平方根、静電レンズでは
加速電圧にほぼ比例する証である。例えば電磁レンズで
は焦点距離のずｔｌ、をΔｄｐと丁ｎば、△ａｍ＝にΔ
ｄｙ（Ｋ四。

となるので、加速電圧Ｈｖｎでの設定値と計算値のずｎ
は△ａｎ＝に△ｄｙｙ’ｉ。となり、この値を計算値に
加えた値、 ａｎ　＝　ａｎｏ＋Δａｎ＝ｐｍ１＋ｑ＋に△ａ　Ｆ　
ρ■。

を制御対象Ａに対して出力する。

通常ウェハのそりやステージの傾きによる△ａｎの項は
小さいので、上記のように焦点と距離のずＢｅ換算せず
に＆　ａｍｏとａｎｏＯ比を用いてａｆｉ　”　ａｍ　
ａｎｏ　／　ａｍｏにエフ設定しても工い。

（ｅ）は制御対象Ａの制御変数が、加速電圧だけでなく
、照射ビーム電流等の他の制御変数に依存する場合であ
る。ある加速電圧では、制御変数はα（例えばビーム電
流等）の関数ｆ（α）で表わせるが、この関数の係数を
加速電圧に対して（ａ）あるいはΦ）のように補間式に
エフ設定する。

ビーム電流の制御、ブライトネス、コントラストの制御
等がこれに該当する。例えば、ビーム電流を変える場合
、２つの照射レンズＬ、、Ｌ、に加える電流工Ｌｌ　＋
　工Ｌ＠を変化させる。２枚の照射レンズに加える電流
ｘ、、、　、　ＩＬ、は、焦点位置がビーム電流に工っ
てずれないＬうに一定の関係式にそって変化させる。そ
の関係は、はぼ、ａ／　ＩＬ、＋　ｂ／　ＩＬ、　＝　
１の関係で表わすことができ、この係数ａ、ｂが加速電
圧により変化する。従って、このａ、ｂｉテーブル化し
、補間式にエフ設定する。この時ビーム電流はＩＩ、、
　（またはＩＬ、　）の値で変わるので、このＩＬ、（
またはＩＬρとビーム電流の関係のテーブルを用意する
。照射条件としてビーム電流が与えらｔ′したとき、こ
のテーブルから補間にエフＩＬ、　（またはＩＬ、　）
を求め、ついで上記のテーブルからＩＬ、　（ま之はＩ
Ｌ、　）を求めて設定する。

以上述べたような３つの組合せにニジ、加速電圧とビー
ム電流を指定するだけで、電子銃のエミッション電流、
ガンアライメント、対物アライメント、偏向量補正９回
転角補正、コンデンサレンズ（照射レンズ）、対物レン
ズ等の電子光学系の各制御項目に最適な値を自動的に設
定することができる。従って、照射条件を材質に応じて
ほぼ連続的に設定することが可能になる。このような補
間の手法を用いて各種照射条件の変更に伴う鏡筒の制御
を行うと、７００Ｖ〜１０００　Ｖの加速電圧、±５０
μｍの焦点距離の変更に対しても２つのテーブルだけで
像のシフトを±０．５μｍ以下に押えることができる。

また、照射条件の変更に要する時間は１秒程度であり、
高速、高精度の制御が可能になる。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明に工ｎば電子光字鏡筒と、
該電子元学娩筒を駆動するための電源と、該電源を制御
するための制御装置と、荷電ビームの試料への代表照射
条件を記憶する記憶部と、照射条件を補間式を用いて算
出する算出部とを具備し、任意の照射条件を、前記補間
式に前記代表照射条件を代入して求め、前記制御装置に
供給して前記電子光学境部を駆動することに、ｃ９、荷
電ビームの制御変数を、幾組かの代表的照射条件での制
御変数から、加速電圧。

ビーム電流に対して補間または外挿にニジ算出している
。このため、全ての照射条件に対してあらかじめ最適な
制（２）変数を求めておく必要がなく、代表的照射条件
での制御変数を求めためとは、測定したい照射条件とし
て加速電圧とビームｉｌｆ流を入力丁ｎば鏡筒の制御が
自動的に行えるので、操作が容易で？１？Ｊ潔でめると
いう利点かある。また、−ｆ：の条件の変更が瞬時に連
続的に行え、それに伴う像のシフトも小さいので、二次
電子の時間変化等によりチャージアップを構出して加速
電圧やビーム電流を変化させてチャージアップしない照
射条件に設定することが可能である。従って、この工つ
な装置は、照射条件を材質に応じて変化させる必要があ
るパタン側長装置、バタン検査装置、荷電ビームを用い
て試験を行う検査装置などに広く用いることができる。

また、バタンの特定箇所金チャージアップする条件で照
射しておいて、加速電圧を変えて測定することにエフ、
材質の違いによるコントラストラ１１Ｍ調して、従来観
察し難かつ友チャージアップしやすい材質の組合せのバ
タン、エッチ残り等を観原し７’Ｃり、断線のチェック
を行ったりすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の來ＩＭ例を示した図でめり、第
２図は本発明の装置の他の実施ｔＡＪを示した図である
。 １・・・・・・・・・電子銃 ２・・・・・・・・・ガンアライナ ３・・・・・・・・・照射レンズ ４・・・・・・・・・ステイグメータ ５・・・・・・・・・対物アライナ ６・・・・・・・・・偏向器 ７・・・・・・・・・対物レンズ ８・・・・・・・・・二次電子検出器 ９・・・・・・・・・試料ウェハ １０・・・・・・・・・電源 １１・・・・・・・・・インタフェースし・・・・・・
・・・制御計算機 １３・・・・・・・・・ｙ４整囲路 １４・・・・・・・・・インタフェース２１　、２４・
・・乗算回路 ２２・・・・・・・・・加Ｘ回路 ２３・・・・・・・・・メモリ ２５・・・・・・・・・アンプ ２６・・・・・・・・・照射レンズ制御回路２７・・・
・・・・・・コントラスト・ブライトネス調ｉ回路２８
・・・・・・・・・照射条件設定部器・・・・・・・・
・平方根算出回路 第１図 ］４・−インター’７Ｅ−又

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子光学鏡筒と、該電子光学鏡筒を駆動するための電源
   と、該電源を制御するための制御装置と、荷電ビームの
   試料への代表照射条件を記憶する記憶部と、照射条件を
   補間式を用いて算出する算出部とを具備し、任意の照射
   条件を、前記補間式に前記代表照射条件を代入して求め
   、前記制御装置に供給して前記電子光学鏡筒を駆動する
   ことを特徴とする荷電ビームの自動制御装置。