特表 2024-540047 マルチビームシステムにおける結像分解能の大域的および局所的最適化の方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】マルチビームシステムにおける結像分解能の大域的および局所的最適化の方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20241024BHJP

   H01J 37/09 20060101ALI20241024BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01J37/153 B

H01J37/09 Z

H01J37/147 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525165

(86)(22)【出願日】2022-08-26

(85)【翻訳文提出日】2024-04-25

(86)【国際出願番号】 EP2022073756

(87)【国際公開番号】W WO2023072456

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】102021211965.4

(32)【優先日】2021-10-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521126944

【氏名又は名称】カール ツァイス マルティセム ゲゼルシヤフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141553

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 信彦

(74)【代理人】

【識別番号】100151987

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 信行

(72)【発明者】

【氏名】リーデセル クリストフ

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA03

5C101EE03

5C101EE08

5C101EE22

5C101EE67

5C101EE69

5C101HH38

5C101HH53

5C101HH64

(57)【要約】

波面収差の決定および補償の改善された方法のために構成されたマルチビーム荷電粒子顕微鏡が提供される。変更要素を用いて、波面収差振幅が間接的に決定され、正規化感度単位に変換される。本発明により、変更要素とは異なる補償要素を用いて波面収差を補償することが可能である。正規化感度単位は、例えば、改善された校正方法を決定され得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）であって、
－ 補償要素のアレイ（６０１）を含む、複数の１次荷電粒子ビームレット（３）を発生するためのマルチビーム発生ユニット（３００）、
－ 大域補償要素（６０３）、
－ 変更要素（６０５）、
－ 制御ユニット（８００）、を備え、前記制御ユニット（８００）が、
－ 前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）を設定点に調整すること、
－ 前記変更要素（６０５）を用いて前記複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々の波面収差振幅を変更すること、
－ 前記設定点における前記複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々の前記波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定すること、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の前記波面収差振幅Ａ（ｊ）のフィールド依存性の大域成分ＡＧ１および残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定すること、
－ 前記大域補償要素（６０３）によって前記大域成分ＡＧ１を補償すること、
－ 補償要素の前記アレイ（６０１）によって前記残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を補償すること、
を行うように構成されている、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項2】

前記大域補償要素（６０３）が、少なくとも、複数の静電極または磁極の第１の層を含む多極要素であり、前記波面収差振幅の前記フィールド依存性の前記大域成分ＡＧ１が、前記大域補償要素（６０３）によって影響を受ける前記波面収差振幅の低次フィールド依存性に対応する、請求項１に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項3】

補償器構成要素の前記アレイ（６０１）が、少なくとも、複数のＪ個のアパーチャ、および各アパーチャの周縁内に配置された複数の静電極を有する第１の層を含み、前記波面収差振幅の前記フィールド依存性の前記残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）が、前記大域補償要素（６０３）を用いて補償され得ない、残差波面収差に対応する、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項4】

前記制御ユニットが、前記変更要素（６０５）の前記変更によって決定された前記波面収差振幅を正規化感度単位に変換し、正規化感度単位での前記波面収差振幅の前記残差成分から補償要素の前記アレイ（６０１）のための複数の制御信号を決定するようにさらに構成されている、請求項１～３のいずれかに記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項5】

前記制御ユニットが、正規化感度単位での前記波面収差振幅の前記大域成分ＡＧ１から前記大域補償要素（６０３）のための制御信号を決定するように構成されている、請求項４に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項6】

前記変更要素（６０５）が前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の偏向走査器（１１０）または磁気補正要素（４２０）によって与えられる、請求項１～５のいずれかに記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項7】

前記変更要素（６０５）が前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の前記大域補償要素（６０３）と同一である、請求項１～４のいずれかに記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項8】

前記設定点が、前記像面（１０１）、補償器構成要素の前記アレイ（６０１）、前記大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の座標系の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を含み、前記制御ユニットが、前記補償要素（６０１、６０３）および／または前記変更要素（６０５）の間の前記波面収差の回転差を補償するように構成されている、請求項１～７のいずれかに記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項9】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差振幅を決定する方法であって、
ａ）前記マルチビーム顕微鏡（１）を検査タスクの設定点に設定するステップと、
ｂ）一連の少なくともＳＩ＝３個の変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更し、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定するステップと、
ｃ）前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
ｄ）前記複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から前記設定点における正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項10】

ステップｃが、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についての前記ｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々が、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を前記変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したもの、および／または前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）のうちの少なくとも一方から決定される、請求項９～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

前記複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本の前記像コントラストの所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＶを決定することによって、前記正規化範囲ＲＶを決定するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

－ 前記波面収差振幅を波面収差振幅ベクトルに変換するステップと、
－ 前記波面収差振幅ベクトルへの回転行列Ｍの乗算によって、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の座標系の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮するステップと、
をさらに含む、請求項９～１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

設定点におけるマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差を補償する方法であって、
ａ）正規化感度単位での複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を受け取るステップと、
ｂ）正規化感度単位での振幅の大域成分ＡＧ１を決定するステップであって、前記大域成分が大域補償要素（６０３）の前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）の所定のフィールド依存性を有する、ステップと、
ｃ）正規化感度単位での複数の残差波面振幅の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定するステップと、
ｄ）前記大域成分を大域補正信号ＧＣＳに変換するステップと、
ｅ）前記残差成分を複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）に変換するステップと、
ｆ）前記大域補正信号ＧＣＳを大域補償要素（６０３）に提供するステップと、
ｇ）前記複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を補償要素のアレイ（６０１）に提供するステップと、
を含む、方法。

【請求項15】

ステップａ）が、前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定する前記ステップが、
－ 一連の少なくともＳＩ＝３個の変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の前記波面収差を変更するステップと、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についての前記ｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算をさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々が、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を前記変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したもの、および／または前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）のうちの少なくとも一方から決定される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

－ 前記波面収差振幅Ａ（ｊ）を波面収差振幅ベクトルに変換するステップと、
－ 前記波面収差振幅ベクトルへの回転行列Ｍの乗算によって、前記設定点における、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮するステップと、
をさらに含む、請求項１４～１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

ステップｄ）において、前記大域補正信号ＧＣＳが、前記大域補償要素（６０３）の所定の正規化範囲ＲＣの乗算によって、または前記大域補償要素（６０３）の所定の放物線感度パラメータＫＣから、正規化感度単位での前記振幅ＡＧ１から得られる、請求項１４～１９のいずれかに記載の方法。

【請求項21】

ステップｅ）において、前記複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）が、前記補償器要素のアレイ（６０１）の前記補償器要素の各々の所定の正規化範囲ＲＬの乗算によって、または前記補償要素のアレイ（６０１）の複数の所定の放物線感度パラメータＫＬＣ（ｊ）から、正規化感度単位での前記複数の残差波面収差振幅Ａｒｅｓ（ｊ）から得られる、請求項１４～２０のいずれかに記載の方法。

【請求項22】

ステップａ）が、検査タスクの間における前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の波面収差の監視をさらに含む、請求項１４～２１のいずれかに記載の方法。

【請求項23】

前記監視が、前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡の所定のモデル、および２次的な間接監視パラメータに基づく、モデルベースの制御を含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

検査タスクの間に受け取られた複数のデジタル像の像コントラストの前記監視と、像コントラストが所定の閾値を下回るときに、前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）の前記受け取りをトリガするステップと、をさらに含む、請求項２２または２３に記載の方法。

【請求項25】

大域補償器（６０３）、または補償器要素のアレイ（６０１）の補償器要素、または変更要素（６０５）などの、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の荷電粒子光学要素を校正する方法であって、
－ 一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）を前記荷電粒子光学要素に提供することによって、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更するステップと、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ＝１．．．Ｊ，ｉ＝１．．．ＳＩ）を測定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）を決定するステップと、
－ 極値ｍａｘＣ（ｊ）、および前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ，ＳＣ）の各々の前記極値ｍａｘＣ（ｊ）に対応する前記制御信号ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））を決定するステップと、
－ 正規化感度単位での前記荷電粒子光学要素によって影響を受ける前記波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項26】

正規化感度単位での前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更が、Ａ（ｊ）＝ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＣによって得られ、ここで、ＲＣは、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本についての前記像コントラストＣ（ｊ）の所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＣの間の差に対応する、前記荷電粒子光学要素の正規化範囲である、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

正規化感度単位での前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更が、前記極値ｍａｘ（Ｃ（ｊ，ＳＣ））の近傍におけるコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）に対する近似の放物線定数ＫＣ（ｊ）を用いて、Ａ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊２ＫＶ（ｊ）＊ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））によって得られる、請求項２５に記載の方法。

【請求項28】

正規化感度単位での前記荷電粒子光学要素の前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更を前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）のメモリ内に記憶するステップをさらに含む、請求項２５～２７のいずれかに記載の方法。

【請求項29】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各ビームレットの波面収差を決定する方法であって、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの前記ビームレットの各々のために、前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の像面（１０１）内に波面検出パターン（６１）を提供するステップであって、各波面検出パターン（６１）が、異なる回転角αに配向された複数の繰り返し特徴（６３）を含む、ステップと、
－ ＮＱ個の焦点ステップｑ＝１…ＮＱを有する焦点系列内で前記波面検出パターン（６１）の複数の測定を遂行し、複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｑ；α）を決定するステップと、
－ 前記ビームレットｊ＝１…Ｊの各々および前記回転角αの各々について、複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）を焦点位置の関数として近似するステップと、
－ 前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）の各々について前記最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）を導出するステップと、
－ 互いに対して９０°に配向された２つの繰り返し特徴（６３）の２つの最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）およびｍａｘＣ（ｊ；α－９０）の２つの焦点位置の最大差から前記ビームレットの各々について偶数次の回転対称性を有する対称波面収差Ａ（ｊ）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項30】

前記複数の繰り返し特徴（６３）の各々の焦点にわたる複数の相対像変位ｄｒ（ｊ；α）の決定、および焦点にわたる前記最大相対像変位ｄｒ（ｊ；α）から前記ビームレットの各々について奇数次の回転対称性を有する非対称波面収差を決定するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はマルチビーム荷電粒子システムに適用可能であり、特に、少なくとも、荷電粒子光学要素のアレイ、および大域的荷電粒子構成要素を備えるマルチビーム荷電粒子システムの動作のために適している。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスなどの、より一層小さく、より緻密な微細構造の絶え間ない発展に伴って、微細構造の小寸法の製作および検査のためのプレーナ製作技術および検査システムのさらなる開発および最適化が必要とされている。半導体デバイスの開発および製作は、例えば、試験ウェーハの設計検証を必要とし、プレーナ製作技術は、信頼性のある高スループット製作のためのプロセス最適化を要する。加えて、近年では、半導体デバイスのリバースエンジニアリングおよびカスタマイズされた個々の構成のための半導体ウェーハの分析が必要とされる。したがって、高精度でのウェーハ上の微細構造の調査のための高スループット検査ツールが要求される。

【0003】

半導体デバイスの製造において用いられる典型的なシリコンウェーハは最大１２インチ（３００ｍｍ）の直径を有する。各ウェーハは、約最大８００ｓｑ ｍｍサイズの３０～６０個の繰り返し区域（「ダイ」）にセグメント化される。半導体デバイスは、プレーナ統合技術によってウェーハの表面上に層状に作製された複数の半導体構造を含む。関与する製作プロセスのゆえに、半導体ウェーハは、通例、平坦な表面を有する。集積半導体構造の特徴サイズは数μｍから、５ｎｍの限界寸法（ＣＤ：ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）に及び、近い将来には、特徴サイズはさらに減少し、例えば、３ｎｍ未満、例えば、２ｎｍ、またはさらに１ｎｍ未満の特徴サイズまたは限界寸法（ＣＤ）になる。上述された小さい構造サイズを有しつつ、限界寸法のサイズの欠陥が短時間内に非常に大きい区域内で識別されなければならない。

【0004】

したがって、本発明は、開発の間、または製造の間の、あるいは半導体デバイスのリバースエンジニアリングのための、少なくとも限界寸法の分解能を有する集積半導体特徴の高スループット調査を可能にする、荷電粒子システム、および荷電粒子システムの動作方法を提供することを目的とする。また、ウェーハ上の特定の場所のセットのための、例えば、いわゆるプロセス制御監視（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｎｉｔｏｒ）ＰＣＭまたは重要区域のみのための高分解能像を獲得することも可能である。

【0005】

荷電粒子顕微鏡（ｃｈａｒｇｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ＣＰＭの分野における近年の発展はマルチビーム荷電粒子顕微鏡である。例えば、米国特許第７，２４４，９４９（ＢＢ）号および米国特許第１０，８９６，８００（ＢＢ）号にマルチビーム荷電粒子ビーム顕微鏡が開示されている。マルチビーム走査型電子顕微鏡などの、マルチビーム荷電粒子顕微鏡内では、各電子ビームが、その次の隣り合った電子ビームから１～２００マイクロメートルの距離だけ分離された、１次放射としての、例えば、４～１００００本の電子ビームを含む、電子ビームレットのアレイによってサンプルが照射される。例えば、ＭＳＥＭは、六角形アレイ上に配列された、１００本の分離された電子ビームまたはビームレットを有し、電子ビームレットは約１０μｍの距離だけ分離されている。複数の１次荷電粒子ビームレットは、対物レンズによって、調査対象のサンプル、例えば、可動台上に載せられた、ウェーハチャック上に固定された半導体ウェーハの表面上に集束させられる。１次荷電粒子ビームレットによるウェーハ表面の照明の間に、１次荷電粒子ビームレットの焦点によって形成された複数の交点から、相互作用生成物、例えば、２次電子が発し、その一方で、相互作用生成物の量およびエネルギーはウェーハ表面の材料組成およびトポグラフィに依存する。相互作用生成物は複数の２次荷電粒子ビームレットを形成し、複数の２次荷電粒子ビームレットは対物レンズによって収集され、マルチビーム検査システムの投影結像系によって検出器平面に配置された検出器上へ案内される。検出器は、複数の検出ピクセルを各々含む複数の検出区域を含み、複数の２次荷電粒子ビームレットの各々についての強度分布を検出し、例えば、１００μｍ ｘ １００μｍの像パッチが得られる。

【0006】

従来技術のマルチビーム荷電粒子顕微鏡は一連の静電および磁気要素を備える。静電および磁気要素のうちの少なくとも一部は、複数の２次荷電粒子ビームの焦点位置および非点収差補正を調整するために調整可能である。一例として、米国特許第１０５３５４９４号は、２次荷電粒子ビームレットの焦点の検出された強度分布が所定の強度分布から逸脱した場合の、荷電粒子顕微鏡の再調整を提案している。検出された強度分布が所定の強度分布に従う場合には、調整が達成される。２次荷電粒子ビームレットの強度分布の大域的変位または変形は、トポグラフィ効果、幾何形状、またはサンプルの傾き、またはサンプルの帯電効果に関する結論を導き出すことを可能にする。米国特許第９，３３６，９８２（ＢＢ）号は、２次荷電粒子を光に変換するためのシンチレータプレートを有する２次荷電粒子検出器を開示している。

【0007】

米国特許出願公開第２０１９０３５５５４４号は、走査中のサンプルの帯電を補償するための調整可能投影システムを有するマルチビーム荷電粒子顕微鏡を開示している。したがって、投影システムは、サンプルから検出器への２次荷電粒子ビームレットの適切な結像を維持するための高速静電要素を有するように構成されている。従来技術のマルチビーム荷電粒子顕微鏡は、調整を促進するための検出システムを備える。

【0008】

一般的に、荷電粒子顕微鏡の結像設定を変化させることが望まれる。マルチビーム荷電粒子顕微鏡の像獲得設定を第１の結像設定から異なる第２の結像設定に変化させる方法が米国特許第９，７９９，４８５（ＢＢ）号によって説明されている。

【0009】

しかし、ウェーハ検査のための荷電粒子顕微鏡においては、高い信頼性および高い繰り返し精度をもって結像分解能を達成することが望まれる。マルチビームシステムを用いる場合、像は、個々の像セグメントを各々形成する、複数の個々の荷電粒子ビームレットによって得られる。像面湾曲の補償後でさえも、個々のビームレットを用いて結像された各像セグメントは、対応するビームレットのビーム品質に依存する、特定の分解能をもって得られる。各像セグメントの分解能は所定の結像分解能から逸脱し得、例えば、それらは分解能要求の閾値を超えることがあり、各像セグメント内の分解能は異なるビームレットごとに異なり得る。これは（大域）照明システムのフィールド依存性収差によって引き起こされ得る。加えて、マルチビームシステムの分解能は経時的に変化していくか、または調査対象の物体の検査部位に依存し得る。特に、マルチビームシステムの結像分解能は各ビームレットの個々の収差によって劣化させられ得る。

【0010】

本発明の課題は、高信頼性での高精度および高分解能の像獲得を可能にするための手段を有するマルチビーム荷電粒子検査システムを提供することである。本発明の１つの課題は、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々について各像セグメントの分解能を監視し、制御するための手段を有するマルチビーム荷電粒子検査システムを提供することである。本発明のさらなる課題は、一連の像パッチの高信頼性での像獲得の間における高分解能および高像コントラストを維持するための手段を有するマルチビーム荷電粒子検査システムを提供することである。

【0011】

概して、本発明の課題は、複数の荷電粒子ビームレットによって得られた複数の像セグメントにわたる高信頼性での高精度および高分解能の像獲得を可能にするための手段を有するウェーハ検査のためのマルチビーム荷電粒子検査システムを提供することである。本発明のさらなる課題は、マルチビームシステムの各ビームレットの個々の収差を監視し、補償し、ビームレットごとに、等しく補正された無収差結像条件を提供することである。

【発明の概要】

【0012】

本発明の実施形態は、複数の１次荷電粒子ビームレットの波面収差の決定および補償のために構成された、少なくとも１つの大域補償器、および補償器のアレイ要素を備えるマルチビーム荷電粒子顕微鏡によって本発明の目的を解決する。本発明は、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の複数の波面収差を決定するための方法を提供する。本発明は、さらに、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の複数の波面収差を補償するための方法を提供する。本発明は、さらに、ウェーハ検査タスクの間における複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の複数の波面収差の監視方法を提供する。したがって、本発明は、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の低い収差をもってマルチビーム荷電粒子顕微鏡を動作させる方法を提供する。本発明に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡を動作させる方法を用いることで、検査タスクはウェーハ検査タスクの高スループットの要求および分解能の要求に適合する。

【0013】

本発明は、さらに、高スループットおよび低収差をもってマルチビーム荷電粒子顕微鏡を動作させる方法を遂行するように構成されたマルチビーム荷電粒子顕微鏡を提供する。本発明に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡は、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の波面収差の補償のための複数の補償器を含む、補償器のアレイ要素を備える。本発明に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡は変更要素または大域補償器のうちの少なくとも一方をさらに備える。１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットの波面収差は、変更要素、大域補償器、または補償器のアレイ要素のうちの少なくとも１つによる１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットのビーム形状の変更によって決定される。本発明の一態様によれば、補償器のアレイ要素、大域補償器、および／または変更要素の感度は正規化感度単位で決定される。正規化感度単位での波面収差から、制御信号が波面収差の補償のために正規化感度単位で計算される。制御信号は大域補償器および／または補償器のアレイ要素に提供される。正規化感度単位での波面誤差および制御信号の決定により、第１の要素を用いて波面誤差を決定し、第１の要素とは異なる第２の要素を用いて波面誤差を補償することが可能である。第１の要素は、補償器のアレイ要素、大域補償器、または変更要素のうちの任意のものであり得る。第２の要素は、補償器のアレイ要素、大域補償器、またはその両方を含むことができる。正規化感度単位での波面誤差および制御信号の決定により、ウェーハ検査タスクの高スループット要求のための波面収差の高速補償が可能である。正規化感度単位での波面収差の改善された決定により、波面収差はより高い精度をもって最小限に抑えられ、より高い分解能およびより高い結像コントラストなどの、より高い結像性能が達成される。さらに、複数の１次荷電粒子ビームレット全体にわたる波面収差の変動が最小限に抑えられる。

【0014】

第１の実施形態では、本発明に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡が説明される。マルチビーム荷電粒子システムは、少なくとも、荷電粒子光学要素のアレイと、大域要素と、を備える。対物レンズまたはビーム分割器などの大域荷電粒子要素は収差の第１の発生源である。荷電粒子光学要素のアレイ、またはアレイ光学要素は収差の第２の発生源である。本発明に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡は、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の波面収差の補償のための複数の補償器を含む、補償器のアレイ要素と、変更または大域補償器要素のうちの少なくとも一方と、を備える。マルチビーム荷電粒子顕微鏡は、複数の１次荷電粒子ビームレットの複数の波面収差を短時間で決定し、監視し、補償する方法を遂行するように構成された、メモリおよびプロセッサを有する制御ユニットをさらに備える。制御ユニットは、正規化感度単位での変更要素、大域補償器、または補償器のアレイ要素のうちの少なくとも１つの変更による１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットのビーム形状の変更によって波面収差を導出するように構成されている。制御ユニットは、正規化感度単位で波面誤差を補償するための制御信号を導出し、制御信号を大域補償器要素および／または補償器のアレイ要素に提供するように構成されている。

【0015】

一例では、本発明のマルチビーム荷電粒子顕微鏡は、複数の１次荷電粒子ビームレットのビーム経路を複数の２次電子ビームレットのビーム経路から分割するためのビーム分割器と、複数の２次電子ビームレットを検出するための検出システムと、をさらに備える。検出システムは、複数の２次電子ビームレットを検出器上に結像するための投影結像系を含む。制御ユニットは、変更要素、大域補償器要素、および／または補償器のアレイ要素のうちの１つを用いて複数の１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットの波面誤差を変化させる、または変更するように構成されている。検出器により、複数の像系列が得られ、制御ユニットは、複数の像系列から複数の１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットの複数の波面誤差を導出するように構成されている。これにより、制御ユニットは、複数の波面誤差に係る複数の像系列のデータ分析からの結果を正規化感度単位に変換するように構成されている。制御ユニットは、正規化感度単位での複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの全ての波面誤差の補償のための制御信号を導出するようにさらに構成されている。制御ユニットは、制御信号を大域補償器要素および／または補償器のアレイ要素のうちの少なくとも一方に提供するように構成されている。大域補償器要素および／または補償器のアレイ要素は、１次荷電粒子ビームレットの波面収差を、個々に、または合同で補償するように構成されている。したがって、個々の補償要素ごとの制御信号は、校正伝達曲線のオフセットおよび傾きのような所定の校正パラメータを用いて校正される。

【0016】

第１の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）は、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）を発生するためのマルチビーム発生ユニット（３００）を備える。それは、補償要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）をさらに備える。マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）を設定点に調整すること、および変更要素（６０５）を用いて各々または複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差振幅を変更すること、を行うように構成されている。それは、設定点における各々または複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定すること、ならびに複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差振幅Ａ（ｊ）のフィールド依存性の第１もしくは大域成分ＡＧ１および第２もしくは残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定すること、を行うようにさらに構成されている。制御ユニット（８００）は、制御信号を大域補償要素（６０３）に提供することによって大域成分ＡＧ１を補償すること、および複数の制御信号を補償要素のアレイ（６０１）に提供することによって残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を補償すること、を行うようにさらに構成されている。大域補償要素（６０３）は、少なくとも、複数の静電極または磁極の第１の層を含む多極要素であることができ、波面収差振幅のフィールド依存性の大域成分ＡＧ１は、大域補償要素（６０３）によって影響を受ける波面収差振幅の低次フィールド依存性に対応する。補償器構成要素のアレイ（６０１）は、少なくとも、複数のＪ個のアパーチャ、および各アパーチャの周縁内に配置された複数の静電極を有する第１の層を含み、波面収差振幅のフィールド依存性の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）は、大域補償要素（６０３）を用いて補償され得ない、残差波面収差に対応する。制御ユニットは、変更要素（６０５）の変更によって決定された波面収差振幅を正規化感度単位に変換し、正規化感度単位での波面収差振幅の残差成分から補償要素のアレイ（６０１）のための複数の制御信号を決定するようにさらに構成されている。マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）は、正規化感度単位での波面収差振幅の大域成分ＡＧ１から大域補償要素（６０３）のための制御信号を決定するようにさらに構成され得る。変更要素（６０５）は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の偏向走査器（１１０）または磁気補正要素（４２０）によって与えられ得るが、別の例では、変更要素（６０５）はマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の大域補償要素（６０３）と同一であることもできる。また、波面収差振幅ＡＧ１およびＡＧ２に対応する異なる低次フィールド依存性を有する、複数の、例えば、２つの変更要素、ならびに複数の、例えば、２つの大域補償要素が存在することもできる。使用中に、設定点は設計設定点から逸脱し得、磁界内における１次荷電粒子ビームレットの回転のゆえに、設定点は、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）の座標系の間の複数の１次荷電粒子ビームレット（１）のラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を含み得る。したがって、制御ユニットは、補償要素（６０１、６０３）および／または変更要素（６０５）の間の波面収差の回転差を補償するように構成されている。

【0017】

本発明の第２の実施形態では、正規化感度単位での複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の複数の波面収差を決定するための方法が提供される。本方法によれば、複数の１次荷電粒子ビームレットの少なくともサブセットの複数の波面収差が決定される。一例では、各ビームレットの個々の波面収差は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡の変更要素による各ビームレットのビーム特性の変更によって決定される。本方法は波面誤差への第１および第２の寄与の決定を含む。第１の寄与は複数の１次荷電粒子ビームレットの波面誤差の関数依存性に対応する。

【0018】

第２の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差振幅を決定する方法では、まず、マルチビーム荷電粒子顕微鏡を第１の検査タスクの設定点に調整または設定する。第２のステップでは、一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更し、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定する。複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定する。複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から設定点における正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を導出する。本方法は、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についてのｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算を含む。第１の例では、正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々は、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したものから決定される。本方法は、複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本の像コントラストの所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＶを決定することによって、正規化範囲ＲＶを決定するステップをさらに含むことができる。第２の例では、正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々は、コントラスト曲線Ｃ（Ｊ）の局所的最大値または最小値の近傍におけるコントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）から決定される。

【0019】

本方法は、波面収差振幅の、波面収差振幅ベクトルへの変換をさらに含むことができる。使用中に、設定点は設計設定点から逸脱し得、磁界内における１次荷電粒子ビームレットの回転のゆえに、設定点は、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）の座標系の間の複数の１次荷電粒子ビームレット（１）のラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を含み得る。第２の実施形態に係る方法の一例では、波面収差振幅ベクトルへの回転行列Ｍの乗算によって、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）の座標系の間の複数の１次荷電粒子ビームレット（１）のラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮し得る。

【0020】

本発明の第３の実施形態では、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の複数の波面収差を補償するための方法が提供される。

【0021】

大域補償器または補償器のアレイ要素により、複数の１次荷電粒子ビームレットの各々の波面収差は最小限に抑えられる。設定点におけるマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差を補償する方法は、正規化感度単位での複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を受け取るステップを含む。それは、正規化感度単位での振幅の大域成分ＡＧ１を決定するステップをさらに含み、大域成分は大域補償要素（６０３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）の所定のフィールド依存性を有する。それは、正規化感度単位での複数の残差波面振幅の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定するステップをさらに含む。それは、大域成分を大域補正信号ＧＣＳに変換するステップと、残差成分を複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）に変換するステップと、をさらに含む。大域補正信号ＧＣＳを大域補償要素（６０３）に提供し、複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を補償要素のアレイ（６０１）に提供する。一例では、第３の実施形態に係る方法は、複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定するステップを含む。決定するステップは、本発明の第２の実施形態の方法に従って遂行され得る。

【0022】

実施形態において示されるように、異なる正規化感度単位、例えば、範囲ＲＶまたはＲＣにおけるスケーリング、または放物線感度定数ＫＶおよびＫＣに従うスケーリングも可能である。正規化感度単位での他のスケーリングも可能である。決定ステップにおいて、および補償ステップにおいて適用されるべき正規化感度単位の一貫した選択により、決定ステップからの測定値を補償ステップへ直接伝達することが可能であり、大域補償器（６０３）からの補償信号を補償要素のアレイ（６０１）の補償器要素へ伝達することが可能である。

【0023】

本発明の第４の実施形態では、複数の１次荷電粒子ビームレットの複数の波面収差を監視するための方法が提供される。第４の実施形態によれば、方法は、検査タスクの間におけるマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の波面収差の監視を含む。監視は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡の所定のモデル、および２次的な間接監視パラメータに基づく、モデルベースの制御によって遂行され得る。モデルベースの制御を利用する方法は、所定のモデルに従って予測された像コントラストが所定の閾値を下回るときに、第２の実施形態に係る複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）の決定をトリガすることができる。監視は、検査タスクの間に受け取られた複数のデジタル像の像コントラストの監視、および像コントラストが所定の閾値を下回るときに、複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）の受け取りをトリガすることを含むことができる。

【0024】

本発明の第５の実施形態では、複数の１次荷電粒子ビームレットの波面収差の正規化感度単位を決定し、校正する方法が提供される。

【0025】

第５の実施形態の第１の例によれば、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の荷電粒子光学要素を校正する方法は、（ａ）一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）を荷電粒子光学要素に提供することによって、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更するステップと、（ｂ）複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ＝１．．．Ｊ，ｉ＝１．．．ＳＩ）を測定するステップと、（ｃ）複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）を決定するステップと、（ｄ）極値ｍａｘＣ（ｊ）、およびコントラスト曲線Ｃ（ｊ，ＳＣ）の各々の極値ｍａｘＣ（ｊ）に対応する制御信号ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））を決定するステップと、（ｅ）正規化感度単位での荷電粒子光学要素によって影響を受ける波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更を決定するステップと、を含む。荷電粒子光学要素は、大域補償器（６０３）、または補償器要素のアレイ（６０１）の補償器要素、あるいは変更要素（６０５）などの、任意の要素であり得る。一例では、波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更は、Ａ（ｊ）＝ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＣによって正規化感度単位で得られ、ここで、ＲＣは、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本についての像コントラストＣ（ｊ）の所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＣの間の差に対応する、荷電粒子光学要素の正規化範囲である。別の例では、波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更は、極値ｍａｘ（Ｃ（ｊ，ＳＣ））の近傍におけるコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）に対する近似の放物線定数ＫＣ（ｊ）を用いて、Ａ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊２ＫＶ（ｊ）＊ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））によって正規化感度単位で得られる。正規化感度単位の両方の例は等価的なものであるが、例えば、決定および補償のための本発明の第３の実施形態の選択に従って、１つの正規化方法を一貫して選択することが必要とされる。その後、荷電粒子光学要素の波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更をマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）のメモリ内に正規化感度単位で記憶する。

【0026】

第２の例示的な第５の実施形態によれば、絶対単位での波面収差を決定する方法が与えられる。複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各々のために、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の像面（１０１）内に波面検出パターン（６１）を提供する。各波面検出パターン（６１）は、異なる回転角αに配向された複数の繰り返し特徴（６３）を含む。ＮＱ個の焦点ステップｑ＝１…ＮＱを有する焦点系列内で波面検出パターン（６１）の複数の測定を遂行し、複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｑ；α）を決定する。ビームレットｊ＝１…Ｊの各々および回転角αの各々について、複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）を焦点位置の関数として近似し、コントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）の各々について最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）を決定する。互いに対して９０°に配向された２つの繰り返し特徴（６３）の２つの最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）およびｍａｘＣ（ｊ；α－９０）の２つの焦点位置の最大差からビームレットの各々について偶数次の回転対称性を有する対称波面収差Ａ（ｊ）を決定する。偶数次の回転対称性を有する対称波面収差Ａ（ｊ）は、例えば、非点収差によって与えられる。本方法は、複数の繰り返し特徴（６３）の各々の焦点にわたる複数の相対像変位ｄｒ（ｊ；α）の決定をさらに含み得る。複数の相対像変位ｄｒ（ｊ；α）から、ビームレットの各々について奇数次の回転対称性を有する非対称波面収差を導出することができる。奇数次の回転対称性を有する非対称波面収差は、例えば、コマであり得る。

【0027】

以下の説明から、添付の図面と併せて、本開示の実施形態の他の利点が明らかになるであろう。しかし、本発明は実施形態および例に限定されず、それらの変形、組み合わせ、または変更も含む。本明細書の考慮および本明細書において開示された本発明の実施から、本発明の他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。例えば、本出願において規定される、装置、および方法の使用は、荷電粒子としての電子ビームの使用に限定されない。むしろ、任意の粒子ビームが用いられ得る。代替的な粒子ビームの例は、イオンビーム、金属ビーム、分子ビームである。さらに、本発明の適用は半導体ウェーハの検査に限定されず、概して、リソグラフィマスクを含む、半導体製造に関与する物体またはサンプルに適用可能である。それゆえ、単語「ウェーハ」は半導体ウェーハに限定されず、ウェーハプリントのためのリソグラフィマスクを含むものとする。しかし、本発明は、フォトニック結晶およびメタマテリアルなどを含む、他のナノ構造物体、ならびに生体組織および鉱物の調査にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡を示す図である。

【図2】マルチビーム荷電粒子顕微鏡のラスタ構成、および検査タスクの像パッチを示す図である。

【図3】焦点距離ｚにわたる非点収差電子ビームレットの形状および対応するコントラスト曲線を示す図である。

【図4】補償器要素のアレイ６０１を示す図である。

【図5】六角形ラスタ構成４１における複数の１次荷電粒子ビームレット３の正規化単位での波面収差振幅のフィールド依存性を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る波面振幅の決定の方法を示す図である。

【図7】変更要素６０５の制御パラメータＳＶの変化をにわたるコントラスト曲線を示す図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る補償の方法を示す図である。

【図9】補償要素のアレイ６０１および大域補償要素６０３の制御パラメータＳＣの変化にわたるコントラスト曲線を示す図である。

【図10】波面収差振幅の測定のための試験パターンの一例を示す図である。

【図11】本発明の第５の実施形態に係る共通感度単位での波面収差振幅を決定し、校正する方法を示す図である。

【図12】共通感度単位での波面収差振幅を決定し、校正する方法によって得られた典型的なコントラスト曲線を示す図である。

【図13】共通感度単位での波面収差振幅を決定し、校正する方法によって得られた、重心の典型的な曲線を示す図である。

【図14】マルチビーム荷電粒子顕微鏡の設定点における座標系の回転の一例を示す図である。

【図15】既定の設定点からの逸脱に従う座標系の回転の変化の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

次に、添付の図面に例が示された、例示的な実施形態を詳細に参照する。説明全体を通じて、異なる図面における同じ符号は、別途示されない限り、同じまたは同様の要素を表す。図において使用される記号は図示の構成要素の物理的構成を表さず、それらのそれぞれの機能性を記号的に示すために選定されていることに留意されたい。

【0030】

図１の概略図は、本発明の第１の実施形態に係るマルチビームレット荷電粒子顕微鏡１の基本的特徴および機能を示す。図示のシステムの種類は、対物レンズ１０２の物体面１０１内に配置されたウェーハなどの、物体７の表面上に複数の１次荷電粒子ビームスポット５を発生するための複数の１次電子ビームレット３を用いる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のものである。簡潔にするために、５本の１次荷電粒子ビームレット３および５つの１次荷電粒子ビームスポット５のみが示されている。

【0031】

顕微鏡システム１は、物体照射ユニット１００と、検出ユニット２００と、１次荷電粒子ビーム経路１３から２次荷電粒子ビーム経路１１を分離するためのビーム分割器ユニット４００と、を備える。物体照射ユニット１００は、複数の１次荷電粒子ビームレット３を発生するための荷電粒子マルチビームレット発生器３００を含み、１次荷電粒子ビームレット３を、ウェーハ７の表面２５がサンプル台５００によって配置される、物体面１０１内に集束させるように適合されている。サンプル台５００は台移動コントローラを含み、台移動コントローラは、制御信号によって独立して制御されるように構成された複数のモータを含む。台移動コントローラは制御ユニット８００に接続されている。

【0032】

１次ビームレット発生器３００は複数の１次荷電粒子ビームレットスポット３１１を、通例、物体照射ユニット１００の像面湾曲を補償するための球状に湾曲した表面である、中間像面３２１内に生成する。１次ビームレット発生器３００は、１次荷電粒子、例えば、電子の供給源３０１を含む。１次荷電粒子供給源３０１は、例えば、コリメートビームを形成するようコリメートレンズ３０３．１および３０３．２によってコリメートされる、発散１次荷電粒子ビーム３０９を放射する。コリメートレンズ３０３．１および３０３．２は、通常、１つまたは複数の静電または磁気レンズから成るか、あるいは静電および磁気レンズの組み合わせによるものである。コリメートされた１次荷電粒子ビームは１次マルチビームレット形成ユニット３０５に入射する。マルチビームレット形成ユニット３０５は、基本的に、１次荷電粒子ビーム３０９によって照明される第１のマルチアパーチャプレート３０６．１を含む。第１のマルチアパーチャプレート３０６．１は、複数の１次荷電粒子ビームレット３の発生のためのラスタ構成による複数のアパーチャを含み、ビームレット３は、複数のアパーチャを通したコリメートされた１次荷電粒子ビーム３０９の透過によって発生される。マルチビームレット形成ユニット３０５は、少なくとも、ビーム３０９内の電子の運動方向に対して、第１のマルチアパーチャプレート３０６．１の下流に配置されたさらなるマルチアパーチャプレート３０６．２を含む。例えば、第２のマルチアパーチャプレート３０６．２はマイクロレンズアレイの機能を有し、好ましくは、中間像面３２１内の複数の１次ビームレット３の焦点位置が調整されるよう規定の電位に設定される。マルチビームレット形成ユニット３０５は、複数のビームレット３の各々に個々に影響を及ぼすための複数のアパーチャの各々のための個々の静電要素を含む、補償器のアレイ要素６０１をさらに含む。補償器のアレイ要素６０１は、１次荷電粒子ビームレットの各々の波面収差を個々に補償するように構成された、非点収差補正器アレイを形成するための、多極電極、または多極電極の系列などの静電要素を有する１つまたは複数のマルチアパーチャプレートから成る。マルチビームレット形成ユニット３０５は、本例では、マルチビームレット形成ユニット３０５の第２のマルチアパーチャプレート３０６．２である、出射マルチアパーチャプレートの複数のアパーチャ内に界浸フィールドを形成する第１の界浸フィールドレンズ３０７を用いて構成されている。第１の界浸フィールドレンズ３０７、第２のフィールドレンズ３０８、および第２のマルチアパーチャプレート３０６．２により、複数の１次荷電粒子ビームレット３は中間像面３２１内またはその近傍に集束させられる。

【0033】

中間像面３２１内またはその近傍に、複数の荷電粒子ビームレット３の各々を個々に偏向させる能力を有する静電偏向器を有する複数のアパーチャを有するビームステアリングマルチアパーチャプレート３９０が配置されている。ビームステアリングマルチアパーチャプレート３９０のアパーチャは、たとえ、１次荷電粒子ビームレット３の焦点スポットがそれらの設計位置から逸脱する場合でも、複数の１次荷電粒子ビームレット３の通過を可能にするために、より大きい直径を有するように構成されている。１次荷電粒子供給源３０１、および能動マルチアパーチャプレート機構３０６．１…３０６．３、およびビームステアリングマルチアパーチャプレート３９０は、制御ユニット８００に接続された、１次ビームレット制御モジュール８３０によって制御される。

【0034】

中間像面３２１を通過する１次荷電粒子ビームレット３の複数の焦点は、フィールドレンズ１０３．１および１０３．２ならびに対物レンズ１０２によって、ウェーハ７の表面がサンプル台５００によって位置決めされる、像面１０１内に結像される。物体照射システム１００は、複数の荷電粒子ビームレット３がビーム伝搬方向の方向（ここではｚ方向）と垂直な方向に偏向させられ得る第１のビームクロスオーバ１０８の近傍の偏向系１１０を含む。偏向系１１０は制御ユニット８００に接続されている。対物レンズ１０２および偏向系１１０は、ウェーハ表面２５と垂直であるマルチビームレット荷電粒子顕微鏡システム１の光軸１０５に中心を有する。像面１０１内に配置されたウェーハ表面２５は、その後、偏向系１１０を用いてラスタ走査される。これにより、ラスタ構成で配置された複数のビームスポット５を形成する、複数の１次荷電粒子ビームレット３は表面２５にわたって同期的に走査される。一例では、複数の１次荷電粒子３の焦点スポット５のラスタ構成は約１００本以上の１次荷電粒子ビームレット３の六角形ラスタである。１次ビームスポット５は、距離、約６μｍ～１５μｍ、ならびに５ｎｍ未満、例えば、３ｎｍ、２ｎｍ、またはさらにそれ未満の直径を有する。一例では、ビームスポットサイズは約１．５ｎｍであり、２つの隣接したビームスポットの間の距離は８μｍである。本発明の第１の実施形態の第１の例に係る物体照射ユニット１００は偏向走査器１１０の近傍の大域補償要素６０３をさらに含む。大域補償要素６０３は、複数の１次荷電粒子ビームレットの波面収差を補償するか、またはそれに影響を及ぼすべく磁界を発生するための６個、８個、またはそれを超える個々にアドレス指定可能な極を有する磁気要素として構成され得る。大域補償要素６０３は、単一の要素によって、または順次に配置された少なくとも２つの多極要素によって構成され得る。大域補償要素６０３は、本発明の方法に係る１次ビームレット制御モジュールによって制御され、後述する。第１の実施形態の第２の例では、物体照射ユニット１００は、複数の１次荷電粒子ビームレット３の少なくともサブセットの波面収差を変更するように構成された変更要素６０５を含む。変更要素６０５は、図１に示されるとおりの、追加の変更要素６０５に限定されず、例えば、磁気補正要素４２０、偏向ユニット１１０、または大域補償要素６０３によって実現され得る。図６０５の例では、変更要素６０５は磁気補正要素４２０の近傍に配置されているが、例えば、ビーム偏向ユニット１１０の近傍、磁気対物レンズ１０２の極要素の内部、または大域補償要素６０３の近傍の、他の位置も可能である。

【0035】

複数の１次ビームスポット５の各々の各走査位置において、複数の２次電子がそれぞれ発生され、１次ビームスポット５と同じラスタ構成による複数の２次電子ビームレット９を形成する。各ビームスポット５において発生される２次荷電粒子の量（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）または強度は、対応するスポット５を照明する、衝突する１次荷電粒子ビームレット３の強度、ビームスポットの下の物体の材料組成およびトポグラフィに依存する。２次荷電粒子ビームレット９は、サンプル帯電ユニット５０３によって発生された静電界によって加速され、対物レンズ１０２によって収集され、ビーム分割器４００によって検出ユニット２００に向けられる。検出ユニット２００は２次電子ビームレット９を像センサ２０７上に結像し（ｉｍａｇｅｓ）、複数の２次荷電粒子像スポット１５をそこに形成する。検出器は複数の検出器ピクセルまたは個々の検出器を含む。複数の２次荷電粒子ビームスポット１５の各々について、強度が別個に検出され、ウェーハ表面の材料組成が高スループットをもって大きい像パッチのために高分解能で検出される。例えば、８μｍのピッチを有する１０ ｘ １０のビームレットのラスタの場合、偏向系１１０による１回の像走査を用いて、およそ８８μｍ ｘ ８８μｍの像パッチが、例えば２ｎｍの像分解能をもって、生成される。像パッチは、例えば２ｎｍのビームスポットサイズの半分をもって、それゆえ、ビームレットごとに像ライン当たり８０００ピクセルのピクセル数をもってサンプリングされ、これにより、１００本のビームレットによって生成される像パッチは６．４ギガピクセルを含む。像データは制御ユニット８００によって収集される。例えば、並列処理を用いる、像データの収集および処理の詳細が、本明細書において参照により組み込まれる、独国特許出願第１０２０１９０００４７０．１号および米国特許第９，５３６，７０２（ＢＢ）号に記載されている。

【0036】

複数の２次電子ビームレット９は第１の偏向系１１０を通過し、第１の走査系１１０によって走査偏向させられ、ビーム分割器ユニット４００によって、検出ユニット２００の２次ビーム経路１１をたどるように案内される。複数の２次電子ビームレット９は１次荷電粒子ビームレット３と反対の方向に進んでいき、ビーム分割器ユニット４００は、通常、磁界、あるいは磁界および静電界の組み合わせを用いて２次ビーム経路１１を１次ビーム経路１３から分離するように構成されている。磁気補正要素４２０が、１次ビーム経路１３、および任意選択的に、また、２次ビーム経路１１内に存在する。検出ユニット２００の投影システム２０５は、投影システム制御ユニット８２０に接続された、少なくとも第２の偏向系２２２をさらに含む。制御ユニット８００は、複数の集束させられた２次電子スポット１５の位置が像センサ２０７において一定に保たれるよう、複数の２次電子ビームレット９の複数の焦点１５の位置の残差を補償するように構成されている。

【0037】

検出ユニット２００の投影システム２０５は、少なくとも、複数の２次電子ビームレット９の第２のクロスオーバ２１２を含み、第２のクロスオーバ２１２内に、アパーチャ２１４が配置されている。一例では、アパーチャ２１４は、投影システム制御ユニット８２０に接続された、検出器（図示せず）をさらに含む。投影システム制御ユニット８２０は投影システム２０５の少なくとも１つの静電レンズ２０６にさらに接続されており、投影システム２０５はさらなる静電または磁気レンズ２０８、２０９、２１０を含む。投影システム２０５は、少なくとも、投影システム制御ユニット８２０に接続された、複数の２次電子ビームレット９の各々に個々に影響を及ぼすためのアパーチャおよび電極を有する、第１のマルチアパーチャ補正器２２０をさらに含む。

【0038】

像センサ２０７は、投影レンズ２０５によって像センサ２０７上に集束させられた２次電子ビームレット９のラスタ配列と一致するパターンによる感知区域のアレイによって構成されている。これは、像センサ２０７に入射する、他の２次電子ビームレット９と独立した各々の個々の２次電子ビームレット９の検出を可能にする。複数の電気信号が発生され、デジタル像データに変換され、制御ユニット８００へ処理される。像走査の間に、制御ユニット８００は、所定の時間間隔内に、複数の２次電子ビームレット９から複数の時間的に分解された強度信号を検出するよう像センサ２０７をトリガするように構成されており、像パッチのデジタル像が蓄積され、複数の１次荷電粒子ビームレット３の全ての走査位置から一体にスティッチされる。

【0039】

図１に示される像センサ２０７はＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサなどの電子感知検出器アレイであり得る。このような電子感知検出器アレイは、シンチレータ要素、またはシンチレータ要素のアレイなどの、電子－光子変換ユニットを含むことができる。別の実施形態では、像センサ２０７は、複数の２次電子粒子像スポット１５の焦平面内に配置された電子－光子変換ユニットまたはシンチレータプレートとして構成され得る。本実施形態では、像センサ２０７は、２次荷電粒子像スポット１５における電子－光子変換ユニットによって発生された光子を、複数の光電子倍増管またはアバランシェフォトダイオード（図示せず）などの、専用光子検出要素上に結像し、案内するためのリレー光学系をさらに含むことができる。このような像センサが米国特許第９，５３６，７０２（ＢＢ）号に開示されている。同特許は本明細書において参照により組み込まれる。一例では、リレー光学系は、光を分割し、第１の低速光検出器および第２の高速光検出器へ案内するためのビームスプリッタをさらに含む。第２の高速光検出器は、例えば、複数の１次荷電粒子ビームレットの走査速度に従って複数の２次電子ビームレットの像信号を分解するために十分に高速である、アバランシェフォトダイオードなどの、フォトダイオードのアレイによって構成されている。第１の低速光検出器は、好ましくは、焦点スポット１５または複数の２次電子ビームレット９を監視するための、ならびに以下においてより詳細に説明されるとおりのマルチビーム荷電粒子顕微鏡の動作の制御のための、高分解能センサデータ信号を提供する、ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサである。

【0040】

複数の１次荷電粒子ビームレット３を走査することによる像パッチの獲得の間に、台５００は、好ましくは、移動させられず、像パッチの獲得後に、台５００は、獲得されるべき次の像パッチへ移動させられる。台の移動および台の位置は、レーザ干渉計、格子干渉計、共焦点マイクロレンズアレイ、または同様のものなどの、当技術分野において周知のセンサによって監視され、制御される。例えば、位置感知システムが、レーザ干渉計、容量センサ、共焦点センサアレイ、格子干渉計、またはこれらの組み合わせのうちの任意のものを用いて台の横および鉛直変位ならびに回転を決定する。

【0041】

図２において、像パッチの獲得によるウェーハ検査の方法の一実施形態がより詳細に説明される。ウェーハは、そのウェーハ表面２５が、第１の像パッチ１７．１の中心２１．１をもって、複数の１次荷電粒子ビームレット３の焦点面内にあるように配置される。像パッチ１７．１…ｋの既定の位置は半導体特徴の検査のためのウェーハの検査部位に対応する。第１の検査部位３３および第２の検査部位３５の既定の位置は標準ファイルフォーマットによる検査ファイルからロードされる。既定の第１の検査部位３３は、いくつかの像パッチ、例えば、第１の像パッチ１７．１および第２の像パッチ１７．２に分割され、第１の像パッチ１７．１の第１の中心位置２１．１は検査タスクの第１の像獲得ステップのためにマルチビーム荷電粒子顕微鏡システムの光軸下に整列させられる。ウェーハ表面２５が登録され、ウェーハ座標の座標系が生成されるよう、ウェーハを整列させるための方法は当技術分野において周知である。

【0042】

複数の１次ビームレットは各像パッチ内において規則的ラスタ構成４１で分布しており、像パッチのデジタル像を発生するために走査機構によって走査される。本例では、複数の１次荷電粒子ビームレット３は、Ｎ個のビームスポットを有する第１のライン内のｎ個の１次ビームスポット５．１１、５．１２～５．１Ｎ、およびビームスポット５．１１～ビームスポット５．ＭＮを有するＭ本のラインを有する長方形ラスタ構成４１で配置されている。簡略化のために、Ｍ＝５かけるＮ＝５個のビームスポットのみが示されているが、ビームスポットの数、ＭかけるＮはより大きくてもよく、複数のビームスポット５．１１～５．ＭＮは六角形または円形ラスタなどの異なるラスタ構成４１を有することができる。

【0043】

１次荷電粒子ビームレットの各々は、複数の１次荷電粒子ビームレットの走査経路２７．１１～走査経路２７．ＭＮを有するビームスポット５．１１～５．ＭＮを有する１次荷電粒子ビームレットの例において示されるように、ウェーハ表面２５にわたって走査される。複数の１次荷電粒子ビームレット３の各々の走査は、例えば、ｘ方向における走査偏向器１１０による前後偏向、およびそれに伴うｙ方向における走査偏向器１１０によるインターレースされた偏向による、事前に選択された走査プログラムに従って遂行される。像獲得のために、複数の２次電子が焦点５．１１～５．ＭＮの走査位置において放射され、複数の２次電子ビームレット９が発生される。複数の２次電子ビームレット９は対物レンズ１０２によって収集され、第１の偏向系１１０を通過し、検出ユニット２００へ案内され、像センサ２０７によって検出される。複数の２次電子ビームレット９の各々のデータの順次ストリームは走査経路２７．１１…２７．ＭＮと同期的に複数の２Ｄデータセットに変換され、各像部分視野２９．１１～２９．ＭＮのデジタル像データを形成する。複数の部分視野２９．１１～２９．ＭＮの複数のデジタル像は、第１の像パッチ１７．１のデジタル像を形成するために像スティッチングユニットによって最後に一体にスティッチされる。動作は第１の検査部位３３における第２の像パッチ１７．２のために繰り返され、第１の検査部位における像データの獲得後に、ウェーハ７は、像パッチ１７．ｋを有する次の検査部位３５へ移動させられる。

【0044】

次に、ウェーハ検査タスクの要求または仕様が示される。高スループットウェーハ検査のために、像パッチ１７．１…ｋの像獲得、および像パッチ１７．１…ｋの間の台移動は高速でなければならない。他方で、像分解能、像精度、および繰り返し精度などの像品質の厳格な仕様が維持されなければならない。例えば、像分解能のための要求は、通例、２ｎｍ以下である。例えば、特徴の縁部位置、概して、特徴の絶対位置精度は高い絶対精度をもって決定されなければならない。通例、位置精度のための要求は分解能要求の約５０％以下である。像コントラストおよびダイナミックレンジは、検査を受けるウェーハの半導体特徴および材料組成の精密な表現が得られるよう十分でなければならない。通例、ダイナミックレンジは６または８ビットよりも良くなければならず、像コントラストは８０％よりも良くなければならない。１次荷電粒子ビームレット３．ｍｎの焦点５．ｍｎに対応する像部分視野２９．ｍｎの各像データの分解能およびコントラストを制限する支配的収差は１次非点収差によって与えられる。トレフォイル収差またはより高次の非点収差のような、他の収差も存在し得るであろう。１次非点収差は、２つの成分
ＡＳＴ０＝Ａ０ ｒ² ｃｏｓ ２φ
ＡＳＴ４５＝Ａ４５ ｒ² ｓｉｎ ２φ
によって形成される。ここで、ｒはビームレットの中心軌道からの粒子軌道の距離であり、φは極角である。換言すれば、半径ｒおよび極角φは１次ビームレット内の荷電粒子軌道の瞳座標を記述する。図３において、１次荷電粒子ビームレット３の波面収差の効果がＡＳＴ０の例で説明されている。図３ａは、ウェーハ表面２５（図示せず）と垂直である、ｚ軸に沿って伝搬している、完璧にアライメントされたビームレット３を示す。像面１０１内において、非点収差ビームレット３は最小錯乱円スポット７４を形成する。最小錯乱円スポット７４の直径は波面収差（ここではＡＳＴ０）の振幅に依存し、振幅の増大とともに増大する。したがって、像面１０１内の像コントラストまたは分解能は波面収差振幅の増大とともに減少する。像面１０１から距離ＡＤ／２の正のｚ位置を有する第１の線焦点面７２において、第１の線状焦点７６．１が形成され、負の距離ＡＤ／２を有する第２の線焦点面７８において、第１の線状焦点７６．１に対して９０°の相対角度をもって第２の線状焦点７６．２が形成される。平面の外部では、ビームレットの形状は楕円形である。非点隔差ＡＤ（参照符号７３）はＡＳＴ０の振幅Ａ０に比例する。

【0045】

図３ｂには、ｚ距離の焦点にわたる２つの例示的なコントラスト曲線が示されている。第１のコントラスト曲線８１は、水平および鉛直に整列させられた構造（ＨＶ構造）を有する典型的な半導体プローブにおける焦点にわたるコントラストを示す。２つの平面７３および７８内において、線焦点はＨＶ構造に対して平行または垂直のどちらかであり、ウェーバ表面セグメントの像の最大像コントラストは、それゆえ、ｔｏ最大を示す。像面１０１内において、コントラスト曲線８１は極小を示し、極小におけるコントラスト曲線はおおよそ放物線状の形状を有する。第２のコントラスト曲線８３は、任意に配向された構造を有する任意のプローブの一例を示す。ここでは、コントラスト曲線は像面１０１内に最大を有し、最大におけるコントラスト曲線はおおよそ放物線状の形状を有する。いずれの場合にも、コントラスト曲線は、像面１０１内において、局所的極値（最大または最小のどちらか）の周りにおおよそ放物線状の形状を有する像コントラストの局所的極値を示す。

【0046】

図４は補償要素のアレイ６０１を示す。補償器のこのようなアレイは、例えば、米国特許第１０，１４７，５８２（ＢＢ）号において周知であるように、当技術分野において周知である。同特許は本明細書において参照により組み込まれる。マルチアパーチャアレイ６０１は、複数の１次荷電粒子ビームレット３のラスタ構成４１ － 本例では、六角形ラスタ構成 － で配置された複数のアパーチャを含む。アパーチャのうちの２つが参照符号６８５．１および６８５．２を用いて示されている。複数のアパーチャの各々の周縁内に、複数の電極６８１．１～６８１．８が配置されており、本例では、電極の数は８つであるが、４つ、６つ、またはそれより多数などの他の数も可能である。電極は、互いに対して、および補償器のアレイ６０１の支持体に対して電気絶縁されている。複数の電極６８１の各々は導電線６０７または配線接続のうちの一方（全ては示されていない）によって制御モジュールに接続されている。電極６８１の各々への個々の、および所定の電圧の印加によって、アパーチャ６８５の各々を通過する各複数の１次荷電粒子ビームレットのために異なる効果が達成され得る。一例では、このようなマルチアパーチャプレート６０１が複数、例えば、２つまたは３つ、順次に配置されている。補償器のアレイ６０１を有するマルチビーム荷電粒子顕微鏡１の動作の方法が以下の実施形態において説明される。

【0047】

マルチビームシステムにおいて、波面収差は、通例、２つの異なる寄与を有する。第１の寄与は、偏向器１１０、対物レンズ１０２、またはビーム分割器ユニット４００などの、マルチビームシステム１の大域要素の組み合わせからのものである。第２の寄与は１次マルチビームレット形成ユニット３０５からのものである。図５ａは、六角形ラスタ構成４１による複数の１次荷電粒子ビームレット３の１次ＡＳＴ０の典型的なフィールド依存性を示す。円は正の振幅Ａ０を識別し、正方形は１次荷電粒子ビームレット３の負のＡ０を識別し、記号の直径は波面収差ＡＳＴ０の振幅Ａ０に比例する。波面収差振幅の分布は、秩序立ったフィールド依存性を有する第３の寄与を有する。図５ａにおいて視認可能なように、ＡＳＴ０の振幅Ａ０はｘおよびｙにおけるフィールド座標にわたる支配的な線形依存性を示す。加えて、波面収差振幅の分布は、図５ａにおいて、符号３ｄを用いて識別されるビームレットのいくつかの例で示される、第４の寄与を示す。ここでは、波面収差ＡＳＴ０は線形依存性からの局所的逸脱を示す。図５ｂは、波面収差の秩序立ったフィールド依存性（ここでは、ｘおよびｙにおける線形依存性）の減算後の残差波面収差を示す。直径は、図５ａと比べて拡大されたスケールでの波面収差ＡＳＴ０の残差の第４の寄与に対応する。

【0048】

本発明の第２の実施形態によれば、１次荷電粒子ビームレットの各々の波面収差振幅の決定の方法が与えられる。通例、波面収差を直接測定することは不可能である。その代わりに、および一般的使用のために、複数のＪ個の波面収差Ａ（ｊ＝１…Ｊ）は、変更要素６０５の異なる制御パラメータにおける一連のコントラスト測定によって間接的に決定される。一連の測定から、最大像コントラストの制御パラメータ値が導出される。最大または最小像コントラストにおける制御パラメータ値ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））は、変更要素６０５の制御パラメータの単位での波面収差ＡＶに対応し、それゆえ、変更要素６０５に固有のものである。次に、正規化感度単位での波面収差Ａが、例えば、相対単位で導出され、以下においては、記号Ａが正規化感度単位での波面誤差の振幅のために用いられる。以下の第３の実施形態において説明されるように、正規化感度単位でのにおける正規化波面振幅Ａ（ｊ）の導出は、第１の要素または変更要素６０５を用いた波面収差振幅の決定、ならびに第１の要素または変更要素６０５とは異なる、第２の要素または補償要素６０１もしくは６０３を用いた波面収差の補償を可能にする。変更要素６０５は、関心のある波面収差に影響を及ぼす任意の要素、例えば、磁気補正要素４２０、または走査偏向器１１０、あるいは他の構成要素であり得る。代替例では、大域補償要素６０３が、関心のある波面収差を変化させるための変更要素６０５として用いられる。制御パラメータは静電要素の電圧または磁界要素の電流のどちらかであり得る。大域変更要素６０５を利用することによって、単一の要素の制御パラメータＳＶを変化させるだけですみ、波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定する方法は、向上した速度および低減した複雑さをもって遂行され得る。第１の例では、次に、波面収差振幅ＡＶは、補償要素の最大範囲の単位での波面収差振幅ＡＣに変換される。第２の例では、波面収差振幅ＡＶは、正規化感度単位での絶対波面収差振幅Ａに変換される。

【0049】

図６において、第２の実施形態に係る方法の一例が説明される。本方法は、第１および第２の寄与を含む波面収差振幅を決定するように構成されている。本方法は、物体７が像コントラストを発生する長さだけ、任意の物体７に適用可能である。本方法はＡＳＴ０の例で説明されているが、それは、ＡＳＴ４５、コマ、より高次の非点収差、またはトレフォイル収差などの任意の波面収差のために適用され得る。

【0050】

初期ステップＳＲにおいて、物体７の表面２５をマルチビームレット荷電粒子顕微鏡１の像面１０１内に調整する。このような方法が、２０２１年１月２９日に出願された独国特許出願第１０２０２１２００７９９．６号に記載されている。同特許は本明細書において参照により組み込まれる。マルチビームレット荷電粒子顕微鏡１の初期設定を、例えば、焦点系列によって決定し、最適焦平面を設定点として決定する。次に、制御ユニット８００はＡＳＴ０の決定をトリガする。

【0051】

ステップＳＤにおいて、一連のｉ＝１～ｉ＝ＳＩのコントラスト測定を繰り返す。コントラスト測定ごとに、変更要素６０５の制御パラメータＳＶを一連の制御パラメータＳＶ（ｉ＝１～ＳＩ）にわたって変化させる。コントラスト測定の数ＳＩは、通例、ＳＩ＞＝３であるように選択され、好ましくは、ＳＩは５以上である。変更要素の制御パラメータＳＶ（ｉ）ごとに物体表面２５に存在する特徴において複数のＪ本の荷電粒子ビームレットの各々についての像コントラストＣ（ｊ，ｉ）を決定する。複数の像コントラスト値Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，Ｉ＝１…ＳＩ）はメモリ内に一時的に記憶される。

【0052】

ステップＳＦにおいて、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各々についてのコントラスト曲線Ｃ（ｊ，ｉ）を分析し、ビームレットｊごとに、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）のための最適制御パラメータＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を数値的に決定する。決定は、例えば、多項式当てはめによって、例えば、放物線を測定点に当てはめることによって遂行され得る。図７に、一例が示されている。１次荷電粒子ビームレットｊについて、５つの異なる制御パラメータ値ＳＶ（ｉ＝１）～ＳＶ（ｉ＝５）において像コントラストを測定する。ｉ＝３についての測定値は設定点４９に対応し、本例の制御パラメータ値ＳＶ（３）は０（ＳＶ（３）＝０）に設定される。しかし、必ずしもこうでなければならないわけではない。ステップＳＲの間の設定点の決定に従って、変更要素６０５の制御パラメータ値は、０から逸脱したオフセット制御パラメータ値を有することができる。

【0053】

参照符号５３を用いて識別された、放物線当てはめＣ（ｊ；ｉ）が測定点Ｃ（ｊ，ｉ＝１）～Ｃ（ｊ，ｉ＝５）に近似され、最大ｍａｘ（Ｃ（ｊ））（参照符号５５参照）が決定される。最大コントラスト値５５に対応する最適制御パラメータ値ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））が決定される。最大コントラスト値ｍａｘ（Ｃ（ｊ））は、例えば、このビームレットの他の波面収差または特定の他の欠陥に起因して、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各々について異なり得る。さらに、各コントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線形状は、変更要素のパラメータ変更に対するこのビームレットの波面収差の感度に依存して、ｊ＝１…Ｊとするビームレットごとに異なり得る。

【0054】

第１の例では、正規化感度単位での波面振幅Ａ（ｊ）が、複数の１次ビームレット３の各々について、変更要素の所定の制御パラメータ範囲ＲＶに関して、Ａ（ｊ）＝ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＶとして決定される。決定は繰り返されるか、またはビームレットごとに並行して遂行される。変更要素６０５の制御パラメータ範囲ＲＶは、例えば、以前の校正ステップにおいて決定され、大域補償要素６０３、または補償要素のアレイ６０１の各要素の制御パラメータ範囲を用いる場合と同じ、波面収差振幅の範囲が、制御パラメータ範囲ＲＶまたは変更要素６０５を用いて達成され得るように調整される。その後、対応する範囲または変更および補償要素が調整され、正規化感度単位で決定された波面振幅Ａを用いて補償器要素を制御することが可能である。

【0055】

第２の等価的な例では、コントラスト曲線５３の曲率から正規化感度単位での波面振幅Ａ（ｊ）が導出される。放物線状部分を記述する放物線係数ＫＶを有するＪ本のコントラスト曲線の各々について、放物線当てはめのパラメータが抽出される：
Ｃ（ｊ；ＳＶ）＝ｍａｘＣ（ｊ）－ＫＶ（ｊ）（ＳＶ－ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ）））²

【0056】

次に、ＳＶ＝０における放物線コントラスト曲線の導出に従って、像面１０１内の設定点４９における正規化感度単位での波面収差振幅Ａ（ｊ）が決定される：
Ａ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊２ＫＶ（ｊ）＊ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））。

【0057】

絶対振幅のｓｉｇｎ（ｊ）は座標系の定義に従って決定される。第２の例では、放物線係数ＫＶ（ｊ）は制御パラメータの変更に対する波面収差の感度を記述し、それゆえ、放物線感度パラメータとも呼ばれる。図５ａに、正規化感度単位での絶対波面振幅Ａ（ｊ）の決定の結果が示されている。

【0058】

より高い精度のために、測定されたコントラスト値へのより高次の近似または当てはめ、例えば、双曲線当てはめまたはより高次の多項式当てはめが遂行され得る。ＳＶ＝０におけるコントラスト値への近似当てはめ曲線から、正規化感度単位での波面収差振幅が導出される。

【0059】

決定方法のために、図２に示されるように像部分視野全体からデジタル像を獲得する必要はない。ビームレットごとのコントラスト測定は、少数の走査位置および走査線、例えば１２８ ｘ １２８ピクセルまたは２５６ ｘ ２５６ピクセルを有する、より小さい像部分視野において遂行することもできる。例えば、構造化半導体ウェーハとしての、同様の表面構造を有する物体のためには、偏向走査器１１０の走査範囲内の、異なる、より小さい像部分視野においてコントラスト測定を遂行することも可能である。これにより、変更要素の異なるパラメータについてのコントラスト測定への帯電効果が最小限に抑えられる。一例では、決定方法は複数のＪ本のビームレットの全てのビームレットに適用されない。

【0060】

したがって、複数の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定する方法は、（ａ）マルチビーム顕微鏡（１）を検査タスクの設定点に設定するステップと、（ｂ）複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更するステップと、（ｃ）複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、（ｄ）複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から設定点における正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、を含む。一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって波面収差を変更し、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定する。各コントラスト曲線Ｃ（ｊ）は、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についてのｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算によって得ることができる。第１の例では、正規化感度単位での波面振幅Ａ（ｊ）は、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したものから決定される。正規化範囲ＲＶは、複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本のビームレットの像コントラストの所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＶの差から決定され得る。第２の例では、正規化感度単位での波面振幅Ａ（ｊ）はコントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）から決定される。

【0061】

使用中に、設定点は設計設定点から逸脱し得、磁界内における１次荷電粒子ビームレットの回転のゆえに、設定点は、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）の座標系の間の複数の１次荷電粒子ビームレット（１）のラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を含み得る。第２の実施形態に係る方法の一例では、波面収差振幅は、波面収差振幅ベクトル、例えば、ベクトル［ＡＳＴ０，ＡＳＴ４５］に変換される。波面収差振幅ベクトル［ＡＳＴ０，ＡＳＴ４５］への回転行列Ｍの乗算によって、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または変更要素（６０５）の座標系の間の複数の１次荷電粒子ビームレット（１）のラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮することができる。

【0062】

例えば、第２の実施形態の方法に従って、マルチビーム荷電粒子システム１内に存在する、波面収差振幅Ａ（ｊ）が決定された後に、波面収差振幅Ａ（ｊ）は少なくとも補償器要素によって最小限に抑えられ得る。本発明の第３の実施形態によれば、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの波面収差振幅Ａ（ｊ）を補償する方法が説明される。図８において、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１内の波面収差振幅Ａ（ｊ）を補償する方法の一例が説明される。

【0063】

第１の補償トリガステップＣＴＳにおいて、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１の複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット３の波面収差振幅Ａ（ｊ）を受け取り、分析する。１次荷電粒子の波面収差振幅Ａ（ｊ）が波面収差振幅の所定の最大閾値を超えるときはいつでも、本方法の後続のステップによって補償がトリガされる。

【0064】

波面収差振幅Ａ（ｊ）は、例えば、第１の実施形態に係る波面収差振幅Ａ（ｊ）の決定の方法から受け取られ得る。他の測定結果から、あるいは監視、およびモデルベースの制御から、他の入力も受け取られ得る。モデルベースの制御は、所定のモデル仮定、ならびにマルチビーム荷電粒子顕微鏡の稼働時間または構成要素の温度のような２次的な間接的監視パラメータに基づいて、１次的な予想挙動、例えば、波面収差振幅の変化を予測する。モデルベースの制御アルゴリズムが、２０２０年５月２８日に出願された国際出願ＥＰ２０２１／０６１２１６号においてさらに開示されている。同出願は本明細書において参照により組み込まれる。一例では、設定点４９における波面収差振幅Ａ（ｊ）の決定が監視方法によってトリガされる。一例では、監視方法の使用中に、検査または計測タスクの間に生成されたデジタル像の像コントラストの変化が監視される。複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本について、像コントラストが変化し、例えば、最小コントラストの所定の閾値を下回るときに、波面収差測定がトリガされる。監視方法が第４の実施形態においてより詳細に説明される。

【0065】

補償決定ステップＣＤＳにおいて、振幅Ａ（ｊ）を分析する。補償分析ステップＣＡＳにおいて、振幅Ａ（ｊ）に対するフィールド依存性の最良の当てはめによって、少なくとも第１の大域補償要素のフィールド依存性を有する振幅の少なくとも第１の成分ＡＧ１を決定する。通例、大域補償要素は、一定フィールド依存性、線形フィールド依存性、または２次のフィールド依存性などの、波面収差に対する低次フィールド依存性を示す。一例では、波面収差のフィールド依存性は、波面収差およびフィールド依存性がツェルニケ多項式の形で展開された、いわゆる二重ツェルニケ展開の形で展開される。フィールド依存性の振幅ＡＧ１の正規化された計算のために、最大フィールド半径は１に設定される。

【0066】

大域補償要素は、大域補償要素６０３、偏向走査器１１０、磁界構成要素４２０、または関心のある波面収差に大きな影響を及ぼすが、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１の他の特性に及ぼす影響は少ない、１次ビーム経路内の任意の他の電子光学要素であり得る。また、いくつかの大域補償要素、例えば、第１の大域補償要素６０３、および第２の大域補償要素としての偏向走査器１１０を用いることも可能である。偏向走査器１１０は、例えば、静電または磁気八重極要素として実現され、波面収差を補償するための補償信号が８つの極のうちのいくつかにオフセット信号として提供され得る。これにより、例えば、非点収差のほぼ一定のオフセットが補償され得る。代替例では、トレフォイル収差を補償する能力を有する、６つ、または６の倍数個の極を含む要素が提供され得る。

【0067】

少なくとも１つの大域補償要素によって補償され得る第１の成分ＡＧ１は振幅Ａ（ｊ）から減算され、残差波面振幅の残差の第２の成分Ａｒｅｓ（ｊ）が得られる。この第２の成分Ａｒｅｓ（ｊ）は大域補償要素を用いて補正され得ない。

【0068】

第１の成分ＡＧ１から、大域補正信号ＧＣＳが少なくとも１つの大域補償要素のために導出される。大域補正信号ＧＣＳは、フィールド依存性の振幅ＡＧ１から、および大域補償要素の所定の感度から導出される。

【0069】

大域補償要素の所定の感度の決定の結果、図７に示されるとおりの同様のコントラスト曲線が、少なくとも代表的ビームレット、および大域補償要素の制御信号の変更について、ただし、スケーリングの差を有して、得られる。補償器の変更にわたるコントラストは、この場合も先と同様に、放物線感度パラメータＫＣを有する放物線形状を示す。所定の放物線パラメータＫＣは制御ユニット８００のメモリ内に記憶される。校正パラメータの決定のさらなる詳細が本発明の第５の実施形態において説明される。

【0070】

大域補正信号ＧＣＳは次式によって得られる。
ＧＣＳ＝ＳＩＧＮ＊ＡＧ１／（２＊ＫＣ）。

【0071】

第２の成分から、Ｊ本の１次荷電粒子ビームレットの各々について、複数のＪ個の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）が計算される。アレイ要素６０１の補償器要素の各々について、複数の所定の個々の放物線パラメータＫＬＣ（ｊ）を用いて、次式によって複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を計算する。
ＬＣＳ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊Ａｒｅｓ（ｊ）／（２＊ＫＬＣ（ｊ））。

【0072】

符号は座標系の定義に従って事前に決定され、例えば、波面振幅の決定ステップの間に、符号の定義と一致するように定義される。

【0073】

一例では、補償決定ステップＣＤＳは制御ユニット８００によって遂行される。したがって、制御ユニット８００は、大域補償器要素６０３のフィールド依存性および大域補償器要素６０３の所定の放物線感度パラメータＫＣを保存するためのメモリを含む。メモリ内には、さらに、複数のｊ＝１…Ｊの所定の放物線感度パラメータＫＬＣ（ｊ）が記憶される。別の例では、大域補償器要素の所定の放物線感度パラメータＫＣは大域補償器要素の動作制御ユニット内に記憶され、大域補正信号ＧＣＳへの変換は大域補償器要素の動作制御ユニット内で遂行される。同様に、複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）の計算は大域補償要素のアレイ６０１の動作制御ユニット内で遂行され得る。

【0074】

補償決定ステップＣＤＳは、ここでは、放物線感度パラメータＫＶ、ＫＣ、およびＫＬＣ（ｊ）の例で記述される、正規化感度単位での波面収差振幅Ａ（ｊ）を用いて遂行される。例えば、変更要素６０５から２つの補償要素６０３および６０１への波面振幅のスケーリングの他の例も可能である。一例は、以上において第２の実施形態の第１の例において説明されたとおりの変更要素の正規化感度単位でのＡ（ｊ）＝ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＶのスケーリングと同様に、補償要素６０１および６０５の異なる最大パラメータ範囲を用いた波面振幅のスケーリングを利用することである。

【0075】

補償実行ステップＣＥＳにおいて、大域補償信号ＧＣＳを大域補償要素、例えば、要素６０３に提供し、ステップＧＣＥにおいて、波面収差の第１の成分の大域補償を達成する。複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を補償要素のアレイ６０１に提供し、ステップＬＣＥにおいて、残差波面収差の局所補償を達成する。

【0076】

任意選択的な検証ステップＣＶＳにおいて、例えば、第１の実施形態において説明された方法を用いて、補償された波面収差を再び測定する。波面収差のなお一層良好な補償を達成するために、補償された波面収差が所定の閾値を下回るまで方法ステップＣＤＳ、ＣＥＳ、およびＣＶＳを反復的に繰り返すこともできる。

【0077】

したがって、設定点におけるマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差を補償する第３の実施形態に係る方法は、（ａ）正規化感度単位での複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を受け取るステップと、（ｂ）正規化感度単位での振幅の大域成分ＡＧ１を決定するステップであって、大域成分が大域補償要素（６０３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）の所定のフィールド依存性を有する、ステップと、（ｃ）正規化感度単位での複数の残差波面振幅の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定するステップと、（ｄ）大域成分を大域補正信号ＧＣＳに変換するステップと、（ｅ）残差成分を複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）に変換するステップと、（ｆ）大域補正信号ＧＣＳを大域補償要素（６０３）に提供するステップと、（ｇ）複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を補償要素のアレイ（６０１）に提供するステップと、を含む。第１のステップ（ａ）は、第２の実施形態に係る複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定する方法を含むことができる。第３の実施形態の方法によれば、波面収差振幅Ａ（ｊ）は正規化感度単位に変換され、補償要素の感度は同じ正規化感度単位で記述される。第１の例では、大域補償要素（６０３）の正規化範囲ＲＣおよび補償要素のアレイ（６０１）の正規化範囲ＲＬはあらかじめ決定され、制御ユニット（８０９）のメモリ内に記憶される。第１の例では、波面収差振幅、および補償器要素のための制御信号は、正規化範囲ＲＶ、ＲＣ、およびＲＬを用いて正規化される。第２の例では、放物線感度定数ＫＶ、ＫＣ、またはＫＬＣ（ｊ）が代わりに用いられ、波面収差振幅、および補償器を駆動するための制御信号の一貫したスケーリングが達成される。

【0078】

第２の実施形態の方法に係る波面振幅Ａ（ｊ）の決定は、高速で信頼性の高い波面収差決定方法である。本方法は、いくらかの像コントラストを生成する任意の物体に適用され得る。特に、物体の検査部位を専用計測物体と替える必要がない。本方法は、検査または計測タスク全体を通した波面収差の監視のためにさらに適用可能である。本発明の第４の実施形態によれば、第２の実施形態に係る決定方法の規則的適用によってマルチビーム荷電粒子顕微鏡１の監視が遂行される。一例では、監視は、異なる、連続した検査部位における像部分視野から得られた像のコントラストパラメータを抽出することによって遂行される。通例、ウェーハ検査の間に、異なる検査部位における平均像コントラストは変化してはならない。コントラスト変化が、例えば、図５ａに示されるように、ＡＳＴ０のｘ任意のものにおける線形フィールド依存性などの、波面収差の特定のフィールド依存性を呈する場合には、第２の実施形態に係る波面振幅の決定ステップがトリガされ、その後に、第３の実施形態に係る補償方法が行われる。第４の実施形態では、制御ユニット８００は、ウェーハ検査タスクの間に複数の荷電粒子ビームレットのコントラスト変化を監視するように構成されている。制御ユニット８００は、コントラスト変化を分析し、第１の波面収差、例えば、ＡＳＴ０またはＡＳＴ４５の少なくとも第１のフィールド依存性を決定するようにさらに構成されている。少なくとも第１のフィールド依存性が制御ユニット８００によって検出された場合には、対応する波面収差ＡＳＴ４５の波面振幅が決定される。制御ユニット８００は、さらなるフィールド依存性、例えば、第２の波面収差、例えば、ＡＳＴ０の第２のフィールド依存性を決定するようにさらに構成されている。第２のフィールド依存性が制御ユニット８００によって検出された場合には、対応する波面収差ＡＳＴ０の波面振幅が決定される。

【0079】

第４の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡１の監視の方法のさらなる例では、選択された１次荷電粒子ビームレットのみを監視することによって、スループットがさらに増大させられる。複数の１次荷電粒子ビームレット３から、波面収差の低次フィールド依存性の代表となる、少数の２本以上のビームレットが選択される。一例では、互いに対して大きい空間距離を有する少なくとも２本の選択されたビームレットが、例えば、ＡＳＴ０またはＡＳＴ４５などの、関心のある波面収差の線形フィールド依存性を監視するために用いられる。監視方法の一例では、複数の他の１次ビームレットを変化させないままにしておく間に、補償要素のアレイ６０１の対応する補償器を用いて、互いに対して大きい距離を有する３本の選択されたビームレットの波面収差を変化させる。制御ユニットは、監視中に、これらの３本の選択されたビームレットのみの波面収差の変化をトリガする。選択されたビームレットによって発生された像コントラストの変化から、選択されたビームレットの波面収差振幅を決定し、波面収差の第１の成分または低次フィールド依存性を決定する。次に、波面収差の第１の成分または線形フィールド依存性が、波面収差の線形フィールド依存性を有する適切な大域補償器６０３によって補償される。残差波面誤差振幅Ａｒｅｓは閾値と比較される。Ａｒｅｓが閾値を超える場合には、本発明の第２および第３の実施形態に係る完全な決定および補償がトリガされる。第３の例によれば、任意の選択されたビームレットの波面収差を、補償要素のアレイ６０１の対応する補償器を用いて変更することができる。監視の間に、異なる選択されたビームレットの波面収差を変化させることができ、これにより、例えば、ＡＳＴ０、ＡＳＴ４５、コマ、またはトレフォイル収差の異なる低次フィールド依存性を決定することができる。

【0080】

さらなる例によれば、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の所定のモデル、および２次的な間接監視パラメータに基づく、モデルベースの制御が監視方法において利用される。モデルベースの制御によれば、検査タスクの間に受け取られた複数のデジタル像の像コントラストが所定のモデルに従って予測され、予測された像コントラストが所定の閾値を下回るときに、波面決定および／または補償ステップがトリガされる。

【0081】

ウェーハ検査タスクの要求または仕様はスループットである。スループットは、いくつかのパラメータ、例えば、獲得時間当たりの測定面積自体に依存する。獲得時間当たりの測定面積は、滞留時間、分解能、およびビームレットの数によって決定される。滞留時間の典型的な例は２０ｎｓ～８０ｎｓである。したがって、高速像センサ２０７におけるピクセルレートは１２Ｍｈｚ～５０ＭＨｚの範囲内であり、毎分、約２０個の像パッチまたはフレームを得ることができるであろう。２つの像パッチの獲得の合間に、ウェーハはウェーハ台によって関心のある次の点へ横方向に移動させられる。１００本のビームレットについては、０．５ｎｍのピクセルサイズを有する高分解能モードにおけるスループットの典型例は約０．０４５ｓｑｍｍ／分（平方ミリメートル／分）であり、より多数のビームレットおよびより低い分解能、例えば、１００００本のビームレットおよび２５ｎｓの滞留時間の場合には、７ｓｑｍｍ／分超のスループットが可能である。台の加速および減速を含む台移動は、マルチビーム検査システムスループットにとっての制限因子のうちの１つである。短時間での台のより速い加速および減速は、通例、複雑で高価な台を必要とするか、またはマルチビーム荷電粒子システム内に動的振動を誘起する。追加の台移動が必要とされないため、本発明の第２～第４の実施形態は、ウェーハ検査タスクの高スループットによる非点収差などの波面収差の決定および補償を可能にし、像性能仕様を十分に分解能および繰り返し精度のための要件の範囲内に維持する。例えば、３本のビームレットのみにおける第３の例に係る監視は、監視用の数本の選択されたビームレットを除いた複数の１次ビームレットがウェーハまたはマスク検査のために用いられる、ウェーハまたはマスク検査と並行した監視の遂行を可能にする。

【0082】

第５の実施形態では、放物線感度パラメータＫＣおよびＫＬＣ（ｊ）を決定する方法が示される。第１の例では、放物線感度パラメータＫＣおよびＫＬＣ（ｊ）は、第２の実施形態に係る決定方法と同様の方法において決定される。しかし、第２の実施形態に係る決定方法とは異なり、放物線感度パラメータＫＣまたはＫＬＣ（ｊ）は、補償要素６０１または６０３の変更によって、ならびに対応する要素の変更にわたるコントラスト曲線を得ることによって決定される。図９は、同じビームレットｊについての２つの異なる例におけるコントラスト曲線を示す。大域補償要素６０３の代表的ビームレットのコントラスト曲線５３は、例えば、ＳＩ＝５個の異なる制御パラメータ値ＳＣ（ＳＩ＝１…Ｉ）を有する大域補償要素６０３の制御パラメータＳＣを変更することによって得られる。Ｉ個の得られたコントラスト値Ｃ１（ｉ＝１…Ｉ）への放物線当てはめが遂行される。最大コントラスト位置ＳＣ（ｍａｘＣ１（ｊ）の最大コントラスト値５５および対応する制御パラメータ値が決定される。大域補償要素６０３の範囲ＲＣは、例えば、変更要素６０５による波面収差振幅の変更の範囲ＲＶと同じ、波面収差の範囲を補償するように調整される。放物線定数ＫＣが決定され、制御ユニット８００のメモリ内に記憶される。代表的ビームレットが大域補償要素６０３のフィールド依存性に従って選択される。同様の動作がビームレットｊ＝１…Ｊごとのアレイ要素６０１の補償器のために遂行される。第２のコントラスト値Ｃ２（ｉ＝１…ＳＩ）が、ビームレットｊごとのアレイ要素６０１の補償器の制御パラメータの変更によって決定され、放物線感度係数ＫＬＣ（ｊ）が決定される。図９は、最大値ｍａｘＣ２（指数５６を有する）を有するｏｎコントラスト曲線５１を示す。通例、補償器のアレイ６０１の補償器は、波面収差に対してより大きい影響または感度を有し、より小さい範囲ＲＬにわたって駆動される。本方法はＪ本のビームレットｊ＝１…Ｊの各々のために繰り返される。放物線定数ＫＬＣ（ｊ）は、通例、大域補償器の放物線定数ＫＣと比べて、若干異なり、より大きい。放物線定数ＫＣおよびＫＬＣ（ｊ）の決定は、波面収差が存在するときにも可能である。最大コントラストｍａｘＣ１およびｍａｘＣ２は、０から逸脱したパラメータ値ＳＣにあるため、図９における状況は、波面収差が存在するときの状況を示す。第５の実施形態の第１の例に係る校正方法は、像コントラストを発生する構造を有するウェーハ表面において遂行され得る。したがって、第１の例に係る校正方法は、例えば、第３の実施形態に係る波面誤差の補償方法が何回かの反復後に収束しないときに、ウェーハ検査タスクの間に遂行され得る。一例では、補償器のアレイ６０１の個々の補償器が、補償器の再校正が必要になる、ドリフトまたは汚染を受け得る。このような場合には、第１の例に係る校正方法はまた、補償方法の間に逸脱挙動を呈する補償器のアレイ６０１の個々の補償器のためにのみ遂行することもできる。

【0083】

大域補償器（６０３）、または補償器要素のアレイ（６０１）の補償器要素、あるいは変更要素（６０５）などの、荷電粒子光学要素の校正方法の第１の例は、（ａ）一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）を荷電粒子光学要素に提供することによって、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更するステップと、（ｂ）複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ＝１．．．Ｊ，ｉ＝１．．．ＳＩ）を測定するステップと、（ｃ）複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）を決定するステップと、（ｅ）極値ｍａｘＣ（ｊ）、およびコントラスト曲線Ｃ（ｊ，ＳＣ）の各々の極値ｍａｘＣ（ｊ）に対応する制御信号ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））を決定するステップと、（ｆ）正規化感度単位での荷電粒子光学要素によって影響を受ける波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更を決定するステップと、を含む。第１の例の正規化感度単位は、Ａ（ｊ）＝ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＣによって与えられ、ここで、ＲＣは、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本についての像コントラストＣ（ｊ）の所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＣの間の差に対応する、荷電粒子光学要素の正規化範囲である。第２の例に係る正規化感度単位は、極値ｍａｘ（Ｃ（ｊ，ＳＣ））の近傍におけるコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）に対する近似の放物線定数ＫＣ（ｊ）を用いて、Ａ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊２ＫＶ（ｊ）＊ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））によって与えられる。正規化感度単位での荷電粒子光学要素の波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更はマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）のメモリ内に記憶される。

【0084】

第５の実施形態に係る校正方法のさらなる例では、波面収差に対する変更要素６０５あるいは補償器要素６０１または６０３の感度の絶対校正が説明される。絶対校正は波面収差の決定のための特定の試験パターンにおいて遂行される。図１０に、試験パターンまたは波面検出パターン６１の一例が示されている。波面検出パターン６１は、異なる回転角に配置された、いくつかの繰り返し特徴６３を含む。図１０の波面検出パターン６１は、２２．５°の等距離の回転ステップで配置された、８つの繰り返し特徴６３を含む。各特徴６３はラベル６９でラベル付けされており、ここでは、回転角（０、２３、４５、６７、９０、１１３、１３５、および１５８）がラベルとして用いられている。各特徴６３は、非点収差の形態の波面収差の決定のための第１の格子パターン６５を含む。各特徴６３は、コマの形態の波面収差の決定のための第２の線パターン６７を含む。試験ウェーハは複数の同一の波面検出パターン６１を提供され、提供され、少なくとも１つの検出パターン６１は複数の１次荷電粒子ビームレット３のラスタ構成４１で配置される。図１１に、校正方法がさらに示されている。

【0085】

第１のステップＭ１において、試験パターン６１が、複数の１次荷電粒子ビームレット３の各々に対応する像部分視野２９の各々の内部に配置されるよう、試験ウェーハをマルチビーム荷電粒子顕微鏡１の像面内に整列させる。

【0086】

反復ステップＭ２において、校正対象の補償器要素を一連の所定の制御パラメータ値ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）の第１の制御パラメータ値ＳＣ（１）に設定する。補償器要素は、アレイ要素６０１の任意の補償器、または大域補償器６０３であり得る。変更要素６０５の校正を遂行することもできる。

【0087】

反復ステップＭ３において、ｑ＝１…ＮＱとする焦点ステップｄｚ（ｑ）を有する所定の焦点間隔にわたる焦点系列を遂行する。各焦点位置において、デジタル像を得、角度αを有する規則的格子パターン６５についての複数のコントラスト値Ｃ（ｊ、ｑ；α）を決定する。加えて、角度αを有する線パターン６７の重心の相対変位ｄｒαを決定する。

【0088】

ステップＭ４において、制御パラメータ値ＳＣ（ｉ）について、焦点にわたるコントラスト曲線を評価する。まず、放物線コントラスト曲線を、焦点スタックにわたるコントラスト測定に当てはめる。図１２に、一例が示されている。図１２は、角度０°、２２．５°、６７．５°における第１の格子パターン６５、ならびに第１のパターンと垂直な角度９０°、１１２．５°、および１５７．５°における第２の格子パターン６５の６本のコントラスト曲線Ｃ０、Ｃ２３、Ｃ６７、Ｃ９０、Ｃ１１３、およびＣ１５８を示す。２本のコントラスト曲線Ｃ２３およびＣ１１３は、ｘ軸に対して２２．５°に配向された非点収差に対応する、最大値ｍａｘＣ２３およびｍａｘＣ２３を有する強い像コントラストを示す。パターン６３の他の配向については、図３に示されるとおりの非点収差ビームレットの２つの線焦点７６．１および７６．２は線格子６５．２または６５．７に対して回転させられ、線格子６５．２または６５．７と垂直にも平行にも配向されない。次に、２つの最大コントラスト値の２つの焦点位置の距離によって、制御パラメータ値ＳＣ（ｉ）に対応する２２．５°に配向された絶対非点収差値ＡＳＴを決定する。この値は、ＨＶ構造の非点収差焦点差とも呼ばれる（ＨＶはｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ－ｖｅｒｔｉｃａｌ（水平－鉛直）の略であり、互いに垂直に配向された２つの格子パターンを意味する）。

【0089】

Ｍ２～Ｍ４の方法ステップは、Ｉ＝ｉ…ＳＩとする所定の一連の制御パラメータ値ＳＣ（ｉ）が達成されるまで繰り返され得る。制御パラメータ値ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）ごとに、非点収差焦点差値を決定する。

【0090】

次に、ステップＭ４において、また、焦点にわたる線パターン６７の中心位置ｄｒを分析することができる。図１３は分析の結果の図である。本例では、関心のある波面収差は非点収差ではなく、コマである。コマの形態の波面収差のゆえに、線像の最大位置ｄｒは焦点にわたってドリフトし、曲線を示す。図１３は、角度α＝０°、α＝２３°、およびα＝４５°についての焦点位置ｚにわたる線像の相対変位ｄｒαの例で、曲線の３つの例を示す。本例では、４５°未満に配向されたコマ収差が存在する。

【0091】

ステップＭ３に係る焦点位置の変化は、物体表面２５をｚ方向に変位させるためのアクチュエータを有する台５００によって、またはマルチビーム荷電粒子顕微鏡１の焦点位置を変化させるための任意の他の手段によって遂行され得る。

【0092】

図１１に係る方法は、変更要素６０５ｏｄ補償要素６０１または６０３の絶対感度パラメータの校正のために遂行され得る。本方法はまた、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１の波面収差の絶対測定にも一般的に適用され得る。

【0093】

したがって、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各ビームレットの波面収差を決定する方法は、（ａ）複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちのビームレットの各々のために、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の像面（１０１）内に波面検出パターン（６１）を提供するステップであって、各波面検出パターン（６１）が、異なる回転角αに配向された複数の繰り返し特徴（６３）を含む、ステップと、（ｂ）ＮＱ個の焦点ステップｑ＝１…ＮＱを有する焦点系列内で波面検出パターン（６１）の複数の測定を遂行し、複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｑ；α）を決定するステップと、（ｃ）ビームレットｊ＝１…Ｊの各々および回転角αの各々について、複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）を焦点位置の関数として近似するステップと、（ｄ）コントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）の各々について最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）を導出するステップと、（ｅ）互いに対して９０°に配向された２つの繰り返し特徴（６３）の２つの最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）およびｍａｘＣ（ｊ；α－９０）の２つの焦点位置の最大差からビームレットの各々について、無非点収差ＡＳＴ０またはＡＳＴ４５などの、偶数次の回転対称性を有する対称波面収差Ａ（ｊ）を決定するステップと、を含む。

【0094】

本方法は、複数の繰り返し特徴（６３）の各々の焦点にわたる複数の相対像変位ｄｒ（ｊ；α）の決定、および焦点にわたる最大相対像変位ｄｒからビームレットの各々について奇数次の回転対称性を有する非対称波面収差、例えば、ＣＯＭＡ０もしくはＣＯＭＡ９０を決定するステップをさらに含むことができる。

【0095】

本発明の実施形態の一例では、複数の１次ビームレット３のラスタ構成４１の回転が考慮される。図１４に示されるものにこのような例。ラスタ構成４１の回転は、例えば、レンズ１０３．１および１０３．２としてのフィールドレンズ、対物レンズ１０２、あるいは他の磁気光学要素などの、磁気光学レンズ要素の結果であり得る。時として、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット３のこのような回転はラーマー回転と呼ばれる。ラーマー回転のゆえに、異なる多極要素の座標系（ｘ，ｙ）は異なる配向を有し得る。図１４に、第１の設定点または基準設定点の一例が示されている。座標系は、図１の場合のように、ｚ座標を１次荷電粒子ビームレット３の伝搬方向とするように選定される。補償器のアレイ要素６０１を含む、１次マルチビームレット形成ユニット３０５のマルチアレイ要素の間の回転は、焦点またはドウェル点５（図１４ｃにおけるドウェル点５．０、５．１、および５．３参照）が像面１０１のｘ－ｙ座標系内においてラスタ構成４１で形成されるように調整される。ドウェル点５は、像面１０１内に配置されたサンプル、例えば、ウェーハの表面２５上に形成される。図１４ａは、サンプル座標系（ｘ，ｙ）に対して回転させられた、座標系（ｘ１，ｙ１）内で補償器要素の対応するアレイ６０１を示す。図１４ｂ）は、大域変更要素６０５の回転させられた座標系（ｘ５，ｙ５）を示す。次に、１次荷電粒子ビームレット３．３の波面収差ＡＳＴ０の補償の例で回転が説明される。ＡＳＴ０の場合、線焦点は像面１０１のｘおよびｙ方向に沿って細長く、これは、ビームレット３．３に対応する、細長いドウェル点５．３において非常に強調して示されている。一例によれば、波面収差ＡＳＴ０は、変更要素６０５によって、この場合には、第１の正の電圧を電極６１５．１および６１５．５に、ならびに第２の、負の電圧を変更要素６０５の電極６１５．３および６１５．７に提供することによって変更される（図１４ｂ）。複数の１次荷電粒子ビームレットは交差区域１８９内で変更要素６０５を共通に通過していく。変更要素６０５は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１の設定点に従って回転させられた、座標系（ｘ５，ｙ５）内に配置される。電極６１５．１～６１５．８は、複数の１次荷電粒子ビームレットの波面収差ＡＳＴ０を変更するために適宜に回転させられた、座標系（ｘ５，ｙ５）内に配向される。次に、補償制御信号が決定され、対応する補償器要素６８３．３の電極６８１に提供される。例えば、第３の正の電圧が電極６８１．１および６８１．５に提供され、第４の負の電圧が補償要素６０１（図１４ａ）のアレイの補償器要素６８３．３の電極６８１．３および６８１．７に提供される。例えば、第３および第４の電圧としての、制御信号を決定する方法は、以上において補償決定ステップＣＤＳおよび補償実行ステップＣＥＳにおいて説明された。電極６８１．１～６８１．８は、１次ビームレット３．３のＡＳＴ０を補償するために適宜に回転させられた、座標系（ｘ１，ｙ１）内に配向される。大域補償要素６０３（図示せず）は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡１の基準設定点に従って回転させられた、座標系（ｘ３，ｙ３）内に配置され得る。大域補償要素６０３（図示せず）の電極は、複数の１次荷電粒子ビームレットの波面収差ＡＳＴ０の大域補償要素のフィールド依存性を有する振幅の第１の成分ＡＧ１を補償するために適宜に回転させられた、座標系（ｘ３，ｙ３）内に配向される。

【0096】

像面１０１と、補償器のアレイ要素６０１、少なくとも１つの大域補償要素６０３、および／または変更要素６０５の座標系との間の相対回転角は、通例、所定の基準の第１の設定点のためにマルチビーム１次荷電粒子顕微鏡１の製造および校正の間に調整される。しかし、相対回転角は、異なる設定点について、例えば、異なる倍率を有する第２の設定点、ビームレットの異なる開口数を有する第３の設定点、または異なる像面１０１までの焦点距離を有する第４の設定点について、変化し得る。図１５に、一例が示されている。異なる設定点に従って、像面１０１内のラスタ構成４１は、図１５ｃに示されるように、角度φだけ回転させられる。しかし、変更要素６０５およびラスタ要素のアレイ６０１の物理的実施は不変である。要素６０５による波面収差の変更は、今や、像面１０１の（ｘ，ｙ）座標系との間の相対回転角γ５’に依存している。像面１０１内のＡＳＴ０の変更は２つの方式で達成され得る。

【0097】

第１の方式では、変更要素に提供される変更信号が、交差ボリューム１８９内の静電変更フィールドの回転を生じさせるように調整される。これは、変更要素６０５の全ての８つの極を考慮することによって達成され得る。例えば、正の電圧が４つの電極６１５．１、６１５．８、６１５．５、および６１５．４に提供され、負の電圧が電極６１５．２、６１５．３、６１５．６、および６１５．７に提供される。電極に提供される電圧レベルの適切な調整により、フィールド回転が達成され得る。回転は、多極要素の多数の極、例えば、１２個の極またはそれより多くのものによってさらに改善される。

【0098】

第２の方式では、ＡＳＴ０がベクトル［ＡＳＴ０（０），ＡＳＴ４５（０）］に変換される。ベクトルは、回転行列Ｍ（γ５’）を用いて、回転行列によって［ＡＳＴ０（γ５’），ＡＳＴ４５（γ５’）］＝Ｍ（γ５’）＊［ＡＳＴ０（０），ＡＳＴ４５（０）］へ回転させられる。回転行列Ｍは、通例、波面収差ごとに固有である。同様のアプローチにおいて、補償要素のための補償値ＧＣＳまたはＬＣＳは、変更要素および補償要素の座標系の間のラーマー回転角を用いて、Ｍ（γ）による回転行列を考慮することによって計算される。したがって、像面１０１と、補償器のアレイ要素６０１、少なくとも１つの大域補償要素６０３、および／または変更要素６０５の座標系との間の相対回転は、波面収差の回転対称の位数に従って、例えば、［ＡＳＴ０，ＡＳＴ４５］または［ＣＯＭＡ０，ＣＯＭＡ９０］を有するベクトル関数としての波面収差によって考慮される。対応する回転角は校正ステップの間に決定され、制御ユニット８００のメモリ内に記憶され得る。

【0099】

第２～第５の実施形態の方法は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）において、方法のうちの任意のものの自動適用のために実施されるか、またはユーザ入力によってトリガされ得る。したがって、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）は、第２～第５の実施形態に係る方法のうちの任意のものを遂行するように構成された、ソフトウェアコードを伴うプロセッサおよびメモリ、ならびにＦＰＧＡなどのプログラムされたハードウェアを含む、制御ユニット（８００）を有するように構成されている。第１の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）は、使用中に複数の１次荷電粒子ビームレット（３）を発生するためのマルチビーム発生ユニット（３００）をさらに備える。マルチビーム発生ユニット（３００）は補償要素のアレイ（６０１）をさらに含む。第１の実施形態に係るマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）は大域補償要素（６０３）および／または変更要素（６０５）をさらに備える。制御ユニット（８００）は、使用中にマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）を設定点に調整すること、ならびに設定点における各々または複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定すること、を行うように構成されている。制御ユニット（８００）は、使用中に複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差振幅Ａ（ｊ）のフィールド依存性の大域成分ＡＧ１および残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定するように構成されている。制御ユニット（８００）は、使用中に、大域補償要素（６０３）によって大域成分ＡＧ１を、および補償要素のアレイ（６０１）によって残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を補償するようにさらに構成されている。波面収差振幅Ａ（ｊ）の決定の間に、制御ユニット（８００）は、変更要素（６０５）を用いて複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々の波面収差振幅を変更するように構成されている。大域補償要素（６０３）は、少なくとも、複数の静電極または磁極の第１の層を含む多極要素であることができ、波面収差振幅のフィールド依存性の大域成分ＡＧ１は、大域補償要素（６０３）によって影響を受ける波面収差振幅の低次フィールド依存性に対応する。補償器構成要素のアレイ（６０１）は、少なくとも、複数のＪ個のアパーチャ、および各アパーチャの周縁内に配置された複数の静電極を有する第１の層を含み、波面収差振幅のフィールド依存性の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）は、大域補償要素（６０３）を用いて補償され得ない、残差波面収差に対応する。第１の実施形態によれば、制御ユニットは、使用中に、変更要素（６０５）の変更によって決定された波面収差振幅を正規化感度単位に変換し、正規化感度単位での波面収差振幅の残差成分から補償要素のアレイ（６０１）のための複数の制御信号を決定するようにさらに構成されている。制御ユニット（８００）は、正規化感度単位での波面収差振幅の大域成分ＡＧ１から大域補償要素（６０３）のための制御信号を決定するようにさらに構成されている。一例では、変更要素（６０５）は、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の偏向走査器（１１０）または磁気補正要素（４２０）によって与えられるか、あるいはマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の大域補償要素（６０３）と同一である。

【0100】

高速制御および認識波面収差は、高い分解能および高い像コントラストのためだけでなく、高い像繰り返し精度のためにも重要である。高い像繰り返し精度の下では、同じ区域の繰り返される像獲得の下で、第１および第２の繰り返されたデジタル像が生成され、第１および第２の繰り返されたデジタル像の間の差は所定の閾値未満であると理解される。例えば、第１および第２の繰り返されたデジタル像の間の像コントラストの差は１０％未満、好ましくは、５％未満でなければならない。このように、結像動作を繰り返したとしても、同様の像結果が得られる。これは、例えば、異なるウェーハダイ内の同様の半導体構造の像獲得および比較のために、あるいは得られた像と、像シミュレーションから、もしくはＣＡＤデータから、もしくはデータベースから得られた代表像、または基準像との比較のために重要である。

【符号の説明】

【0101】

１ マルチビームレット荷電粒子顕微鏡
３ １次電子ビームレット
５ １次荷電粒子ビームスポット
７ サンプルまたは物体
９ ２次電子ビームレット
１１ ２次荷電粒子ビーム経路
１３ １次荷電粒子ビーム経路
１５ ２次荷電粒子像スポット
１７ 像パッチ
１９ 像パッチの重なり
２１ 像パッチの中心
２５ 物体７の表面、ウェーハ表面
２７ 走査経路
２９ 像部分視野
３３ 第１の検査部位
３５ 第２の検査部位
４１ ラスタ構成
４９ 設定点
５１ コントラスト測定に当てはめられた第２のコントラスト曲線
５３ コントラスト測定に当てはめられた第１のコントラスト曲線
５５ 第１のコントラスト曲線の最大点
５７ 第２のコントラスト曲線の最大点
６１ 波面検出パターン
６３ 波面検出パターンの繰り返し特徴
６５ 規則的格子パターン
６７ 線パターン
６９ 配向指数
７２ 第１の線焦点面
７４ 最小錯乱円スポット
７６ 線状焦点
７８ 第２の線焦点面
８１ 第１のコントラスト曲線
８３ 第２のコントラスト曲線
１００ 物体照射ユニット
１０１ 物体面
１０２ 対物レンズ
１０３ フィールドレンズ
１０５ 光軸
１０８ ビームクロスオーバ
１１０ 共通偏向系
１８９ 交差区域
２００ 検出ユニット
２０５ 投影システム
２０７ 像センサ
２０８ 静電または磁気レンズ
２０９ 静電または磁気レンズ
２１０ 静電または磁気レンズ
２１２ 第２のクロスオーバ
２２０ ２次電子マルチアパーチャ補正器
２２２ 第２の共通偏向系
３００ マルチビームレット発生器
３０１ 供給源
３０３ コリメートレンズ
３０５ １次マルチビームレット形成ユニット
３０６．１ 第１のマルチアパーチャプレート
３０６．２ 第２の、およびさらなるマルチアパーチャプレート
３０７ 第１の静電フィールドレンズ
３０８ 第２のフィールドレンズ
３０９ 発散１次荷電粒子ビーム
３１１ １次荷電粒子ビームレットスポット
３２１ 中間像面
３９０ ビームステアリングマルチアパーチャプレート
４００ ビーム分割器
４２０ 磁気補正要素
５００ サンプル台
５０３ サンプル帯電ユニット
６０１ 補償要素のアレイ
６０３ 大域補償要素
６０５ 変更要素
６１５ 極
６８１ 電極
６８３ 多極要素
６８５ アパーチャ
６８７ 配線接続
８００ 制御ユニット
８２０ 投影システム制御ユニット
８３０ １次ビームレット制御モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a)】

【図5b)】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14a)】

【図14b)】

【図14c)】

【図15a)】

【図15b)】

【図15c)】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）であって、
－ 補償要素のアレイ（６０１）を含む、複数の１次荷電粒子ビームレット（３）を発生するためのマルチビーム発生ユニット（３００）、
－ 大域補償要素（６０３）、
－ 変更要素（６０５）、
－ 制御ユニット（８００）、を備え、前記制御ユニット（８００）が、
－ 前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）を設定点に調整すること、
－ 前記変更要素（６０５）を用いて前記複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々の波面収差振幅を変更すること、
－ 前記設定点における前記複数の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々の前記波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定すること、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の前記波面収差振幅Ａ（ｊ）のフィールド依存性の大域成分ＡＧ１および残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定すること、
－ 前記大域補償要素（６０３）によって前記大域成分ＡＧ１を補償すること、
－ 補償要素の前記アレイ（６０１）によって前記残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を補償すること、
を行うように構成されている、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項2】

前記大域補償要素（６０３）が、少なくとも、複数の静電極または磁極の第１の層を含む多極要素であり、前記波面収差振幅の前記フィールド依存性の前記大域成分ＡＧ１が、前記大域補償要素（６０３）によって影響を受ける前記波面収差振幅の低次フィールド依存性に対応する、請求項１に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項3】

補償器構成要素の前記アレイ（６０１）が、少なくとも、複数のＪ個のアパーチャ、および各アパーチャの周縁内に配置された複数の静電極を有する第１の層を含み、前記波面収差振幅の前記フィールド依存性の前記残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）が、前記大域補償要素（６０３）を用いて補償され得ない、残差波面収差に対応する、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項4】

前記制御ユニットが、前記変更要素（６０５）の前記変更によって決定された前記波面収差振幅を正規化感度単位に変換し、正規化感度単位での前記波面収差振幅の前記残差成分から補償要素の前記アレイ（６０１）のための複数の制御信号を決定するようにさらに構成されている、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項5】

前記制御ユニットが、正規化感度単位での前記波面収差振幅の前記大域成分ＡＧ１から前記大域補償要素（６０３）のための制御信号を決定するように構成されている、請求項４に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項6】

前記変更要素（６０５）が前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の偏向走査器（１１０）または磁気補正要素（４２０）によって与えられる、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項7】

前記変更要素（６０５）が前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の前記大域補償要素（６０３）と同一である、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項8】

前記設定点が、前記像面（１０１）、補償器構成要素の前記アレイ（６０１）、前記大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の座標系の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を含み、前記制御ユニットが、前記補償要素（６０１、６０３）および／または前記変更要素（６０５）の間の前記波面収差の回転差を補償するように構成されている、請求項１または２に記載のマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）。

【請求項9】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差振幅を決定する方法であって、
ａ）前記マルチビーム顕微鏡（１）を検査タスクの設定点に設定するステップと、
ｂ）一連の少なくともＳＩ＝３個の変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更し、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定するステップと、
ｃ）前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
ｄ）前記複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から前記設定点における正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項10】

ステップｃが、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についての前記ｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算を含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々が、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を前記変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したもの、および／または前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）のうちの少なくとも一方から決定される、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記複数の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本の前記像コントラストの所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＶを決定することによって、前記正規化範囲ＲＶを決定するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

－ 前記波面収差振幅を波面収差振幅ベクトルに変換するステップと、
－ 前記波面収差振幅ベクトルへの回転行列Ｍの乗算によって、像面（１０１）、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の座標系の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮するステップと、
をさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項14】

設定点におけるマルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数の波面収差を補償する方法であって、
ａ）正規化感度単位での複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を受け取るステップと、
ｂ）正規化感度単位での振幅の大域成分ＡＧ１を決定するステップであって、前記大域成分が大域補償要素（６０３）の前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）の所定のフィールド依存性を有する、ステップと、
ｃ）正規化感度単位での複数の残差波面振幅の残差成分Ａｒｅｓ（ｊ）を決定するステップと、
ｄ）前記大域成分を大域補正信号ＧＣＳに変換するステップと、
ｅ）前記残差成分を複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）に変換するステップと、
ｆ）前記大域補正信号ＧＣＳを大域補償要素（６０３）に提供するステップと、
ｇ）前記複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）を補償要素のアレイ（６０１）に提供するステップと、
を含む、方法。

【請求項15】

ステップａ）が、前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ）を決定する前記ステップが、
－ 一連の少なくともＳＩ＝３個の変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）を変更要素（６０５）に提供することによって、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の前記波面収差を変更するステップと、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各変更制御信号ＳＶ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）を測定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ）から正規化感度単位での複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）を決定するステップと、
を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々についての前記ｉ＝１…ＳＩのコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）に対する放物線、双曲線、または多項式近似の計算をさらに含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

正規化感度単位での複数のＪ個の波面振幅Ａ（ｊ）の各々が、最大コントラスト値ｍａｘＣ（ｊ）における変更制御信号ＳＶ（ｍａｘＣ（ｊ））を前記変更要素６０５の正規化範囲ＲＶで除算したもの、および／または前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ）の放物線係数ＫＶ（ｊ）のうちの少なくとも一方から決定される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

－ 前記波面収差振幅Ａ（ｊ）を波面収差振幅ベクトルに変換するステップと、
－ 前記波面収差振幅ベクトルへの回転行列Ｍの乗算によって、前記設定点における、補償器構成要素のアレイ（６０１）、大域補償要素（６０３）、および／または前記変更要素（６０５）の間の前記複数の１次荷電粒子ビームレット（１）の前記ラスタ構成（４１）の所定の回転の逸脱を考慮するステップと、
をさらに含む、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項20】

ステップｄ）において、前記大域補正信号ＧＣＳが、前記大域補償要素（６０３）の所定の正規化範囲ＲＣの乗算によって、または前記大域補償要素（６０３）の所定の放物線感度パラメータＫＣから、正規化感度単位での前記振幅ＡＧ１から得られる、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項21】

ステップｅ）において、前記複数の局所補償信号ＬＣＳ（ｊ）が、前記補償器要素のアレイ（６０１）の前記補償器要素の各々の所定の正規化範囲ＲＬの乗算によって、または前記補償要素のアレイ（６０１）の複数の所定の放物線感度パラメータＫＬＣ（ｊ）から、正規化感度単位での前記複数の残差波面収差振幅Ａｒｅｓ（ｊ）から得られる、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項22】

ステップａ）が、検査タスクの間における前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の波面収差の監視をさらに含む、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項23】

前記監視が、前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡の所定のモデル、および２次的な間接監視パラメータに基づく、モデルベースの制御を含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

検査タスクの間に受け取られた複数のデジタル像の像コントラストの前記監視と、像コントラストが所定の閾値を下回るときに、前記複数のＪ個の波面収差振幅Ａ（ｊ＝１…Ｊ）の前記受け取りをトリガするステップと、をさらに含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項25】

大域補償器（６０３）、または補償器要素のアレイ（６０１）の補償器要素、または変更要素（６０５）などの、マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の荷電粒子光学要素を校正する方法であって、
－ 一連の少なくともＳＩ＝３個の異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）を前記荷電粒子光学要素に提供することによって、複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の波面収差を変更するステップと、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について各異なる制御信号ＳＣ（ｉ＝１…ＳＩ）における複数のコントラスト値Ｃ（ｊ＝１．．．Ｊ，ｉ＝１．．．ＳＩ）を測定するステップと、
－ 前記複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｉ）から、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレット（３）の各々について複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）を決定するステップと、
－ 極値ｍａｘＣ（ｊ）、および前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ，ＳＣ）の各々の前記極値ｍａｘＣ（ｊ）に対応する前記制御信号ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））を決定するステップと、
－ 正規化感度単位での前記荷電粒子光学要素によって影響を受ける前記波面振幅Ａ（ｊ）の複数の変更を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項26】

正規化感度単位での前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更が、Ａ（ｊ）＝ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））／ＲＣによって得られ、ここで、ＲＣは、前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの少なくとも１本についての前記像コントラストＣ（ｊ）の所定の変更を達成するために必要とされる最大および最小制御信号ＳＣの間の差に対応する、前記荷電粒子光学要素の正規化範囲である、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

正規化感度単位での前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更が、前記極値ｍａｘ（Ｃ（ｊ，ＳＣ））の近傍におけるコントラスト曲線Ｃ（ｊ＝１…Ｊ，ＳＣ）に対する近似の放物線定数ＫＣ（ｊ）を用いて、Ａ（ｊ）＝ＳＩＧＮ（ｊ）＊２ＫＶ（ｊ）＊ＳＣ（ｍａｘＣ（ｊ））によって得られる、請求項２５に記載の方法。

【請求項28】

正規化感度単位での前記荷電粒子光学要素の前記波面振幅Ａ（ｊ）の前記複数の変更を前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の制御ユニット（８００）のメモリ内に記憶するステップをさらに含む、請求項２５または２６に記載の方法。

【請求項29】

マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットの各ビームレットの波面収差を決定する方法であって、
－ 前記複数のＪ本の１次荷電粒子ビームレットのうちの前記ビームレットの各々のために、前記マルチビーム荷電粒子顕微鏡（１）の像面（１０１）内に波面検出パターン（６１）を提供するステップであって、各波面検出パターン（６１）が、異なる回転角αに配向された複数の繰り返し特徴（６３）を含む、ステップと、
－ ＮＱ個の焦点ステップｑ＝１…ＮＱを有する焦点系列内で前記波面検出パターン（６１）の複数の測定を遂行し、複数のコントラスト値Ｃ（ｊ，ｑ；α）を決定するステップと、
－ 前記ビームレットｊ＝１…Ｊの各々および前記回転角αの各々について、複数のコントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）を焦点位置の関数として近似するステップと、
－ 前記コントラスト曲線Ｃ（ｊ；α）の各々について前記最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）を導出するステップと、
－ 互いに対して９０°に配向された２つの繰り返し特徴（６３）の２つの最大値ｍａｘＣ（ｊ；α）およびｍａｘＣ（ｊ；α－９０）の２つの焦点位置の最大差から前記ビームレットの各々について偶数次の回転対称性を有する対称波面収差Ａ（ｊ）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項30】

前記複数の繰り返し特徴（６３）の各々の焦点にわたる複数の相対像変位ｄｒ（ｊ；α）の決定、および焦点にわたる前記最大相対像変位ｄｒ（ｊ；α）から前記ビームレットの各々について奇数次の回転対称性を有する非対称波面収差を決定するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。

【国際調査報告】