JP2000277048A - 荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置及び方法 - Google Patents
荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置及び方法Info
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- JP2000277048A JP2000277048A JP11077331A JP7733199A JP2000277048A JP 2000277048 A JP2000277048 A JP 2000277048A JP 11077331 A JP11077331 A JP 11077331A JP 7733199 A JP7733199 A JP 7733199A JP 2000277048 A JP2000277048 A JP 2000277048A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 チャージアップの影響を少なくして、良好な
観察画像を得られる、荷電粒子線を用いた物体表面の観
察装置を提供する。 【解決手段】 荷電粒子の１次ビームで観察試料面を照
射し、照射面から放出される２次電子を、電磁光学系に
より２次元検出器上に拡大投影し、観察面の２次元的な
像を得る。このとき、１次ビームを、前記物体の２次電
子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の電荷の
価数との比が最初に１近傍になるようなランディング・
エネルギーを持つように調整しておく。このようにする
ことで、チャージアップが起こりにくくなり、かつ、ラ
ンディング・エネルギーが小さいので下地の影響を受け
にくくすることができる。
観察画像を得られる、荷電粒子線を用いた物体表面の観
察装置を提供する。 【解決手段】 荷電粒子の１次ビームで観察試料面を照
射し、照射面から放出される２次電子を、電磁光学系に
より２次元検出器上に拡大投影し、観察面の２次元的な
像を得る。このとき、１次ビームを、前記物体の２次電
子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の電荷の
価数との比が最初に１近傍になるようなランディング・
エネルギーを持つように調整しておく。このようにする
ことで、チャージアップが起こりにくくなり、かつ、ラ
ンディング・エネルギーが小さいので下地の影響を受け
にくくすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線（１次
ビーム）を物体面に照射し、当該物体面から発生する２
次電子を、荷電粒子線写像投影光学系により像面に結像
させ、結像した２次電子を検出器により検出することに
より物体表面を観察する装置（顕微鏡等）に関するもの
であり、さらに詳しくは、チャージアップの影響が起こ
りにくい装置に関するものである。
ビーム）を物体面に照射し、当該物体面から発生する２
次電子を、荷電粒子線写像投影光学系により像面に結像
させ、結像した２次電子を検出器により検出することに
より物体表面を観察する装置（顕微鏡等）に関するもの
であり、さらに詳しくは、チャージアップの影響が起こ
りにくい装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体表面を拡大して観察するため
には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が一般に用いられて
いるが、ＳＥＭにおいては、１点からの信号を採取しな
がら物体面を走査し、それを画像処理して観察像を得て
いるので、観察に時間がかかるという問題点がある。そ
こで、ＳＥＭとは異なり、電子ビームのビーム断面を、
１次光学系及びＥ×Ｂ（イー・クロス・ビー）と呼ばれ
る電磁プリズムにより、線状あるいは矩形状、又は円、
楕円にして試料に落射照明し、照射された試料の面から
発生する２次電子を前記Ｅ×Ｂを含む２次光学系と呼ば
れる写像投影光学系を介して結像面へ結像し、二次元電
子検出器で検出して試料の表面画像を二次元的に取得す
るシステム（以下、「写像投影型荷電粒子線観察装置」
という）が開発されている。
には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が一般に用いられて
いるが、ＳＥＭにおいては、１点からの信号を採取しな
がら物体面を走査し、それを画像処理して観察像を得て
いるので、観察に時間がかかるという問題点がある。そ
こで、ＳＥＭとは異なり、電子ビームのビーム断面を、
１次光学系及びＥ×Ｂ（イー・クロス・ビー）と呼ばれ
る電磁プリズムにより、線状あるいは矩形状、又は円、
楕円にして試料に落射照明し、照射された試料の面から
発生する２次電子を前記Ｅ×Ｂを含む２次光学系と呼ば
れる写像投影光学系を介して結像面へ結像し、二次元電
子検出器で検出して試料の表面画像を二次元的に取得す
るシステム（以下、「写像投影型荷電粒子線観察装置」
という）が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記のような、写像投
影型荷電粒子線観察装置を用いて半導体基板の観察、検
査を行なう際には、チャージアップが問題となる。即
ち、小さなスポットを走査するＳＥＭでは、チャージが
周辺へ拡散するために、チャージアップの影響が緩和さ
れて観察可能なサンプルでも、写像投影型荷電粒子線観
察装置では、１次ビームである荷電粒子線が面状に照射
されるので、チャージが逃げる場所がなく、照射場所に
蓄積されてチャージアップが発生する。
影型荷電粒子線観察装置を用いて半導体基板の観察、検
査を行なう際には、チャージアップが問題となる。即
ち、小さなスポットを走査するＳＥＭでは、チャージが
周辺へ拡散するために、チャージアップの影響が緩和さ
れて観察可能なサンプルでも、写像投影型荷電粒子線観
察装置では、１次ビームである荷電粒子線が面状に照射
されるので、チャージが逃げる場所がなく、照射場所に
蓄積されてチャージアップが発生する。
【０００４】チャージアップとは、入射する荷電粒子と
放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面
が正又は負に帯電する現象である。チャージアップが発
生すると、放出された２次電子が加速されたり引き戻さ
れたりして、良好な結像特性が得られなくなり、希では
あるが、全く結像しない場合さえ発生する。
放出される荷電粒子が有する電荷の差によって、照射面
が正又は負に帯電する現象である。チャージアップが発
生すると、放出された２次電子が加速されたり引き戻さ
れたりして、良好な結像特性が得られなくなり、希では
あるが、全く結像しない場合さえ発生する。
【０００５】特に、半導体に良く用いられるSiＯ2等の
絶縁体には、頻繁にチャージアップが観察される。チャ
ージアップは、サンプルの物質固有の２次電子放出係数
（物質に照射される荷電粒子１個当たりの放出される２
次電子数）により、主に決定される。しかし、近年の半
導体プロセスに良く見られる、多層配線構成では、サン
プルの材質のみならず、下地の影響も受ける。
絶縁体には、頻繁にチャージアップが観察される。チャ
ージアップは、サンプルの物質固有の２次電子放出係数
（物質に照射される荷電粒子１個当たりの放出される２
次電子数）により、主に決定される。しかし、近年の半
導体プロセスに良く見られる、多層配線構成では、サン
プルの材質のみならず、下地の影響も受ける。
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、写像投影型荷電粒子線観察装置においても、
チャージアップの影響を少なくして、良好な観察画像を
得られる、荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置を提
供することを課題とする。
たもので、写像投影型荷電粒子線観察装置においても、
チャージアップの影響を少なくして、良好な観察画像を
得られる、荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置を提
供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、荷電粒子線（１次ビーム）により物体
面を照明し、当該物体面から発生する２次電子を、荷電
粒子線写像投影光学系により像面に結像させ、結像した
２次電子を検出器により検出することにより物体表面を
観察する装置であって、前記１次ビームは、前記物体の
２次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の
電荷の価数との比が最初に１近傍になるようなランディ
ング・エネルギーを持つように調整されていることを特
徴とする荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置（請求
項１）である。
の第１の手段は、荷電粒子線（１次ビーム）により物体
面を照明し、当該物体面から発生する２次電子を、荷電
粒子線写像投影光学系により像面に結像させ、結像した
２次電子を検出器により検出することにより物体表面を
観察する装置であって、前記１次ビームは、前記物体の
２次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の
電荷の価数との比が最初に１近傍になるようなランディ
ング・エネルギーを持つように調整されていることを特
徴とする荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置（請求
項１）である。
【０００８】文献「J.Appl.Pys.,Vol46,No.8,August,19
75, PP3347-3351」及び「J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,No
vember,1983 PP R1-R18」に記載されているごとく、２
次電子放出係数（Second Electron Yield）は、図１に
示すように、サンプルに照射される電子ビームのエネル
ギー、すなわちランディング・エネルギーに依存する。
SiＯ2のような、一般的な絶縁体の２次電子放出係数
は、ランディング・エネルギーの上昇に伴って、０から
上昇して、ランディング・エネルギーがＥ1のとき１と
なり、さらに上昇して、ランディング・エネルギーがＥ
mのとき最大値δmをとり、ランディング・エネルギーが
Ｅ2のとき再び１となり、以後１以下になる。２次電子
放出係数が１であるということは、物体に照射される荷
電粒子線の数と放出される２次電子の数が等しいことを
意味し、２次電子放出係数が１より大きいということ
は、物体に照射される荷電粒子線の数より、放出される
２次電子の数が大きいことを意味する。
75, PP3347-3351」及び「J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,No
vember,1983 PP R1-R18」に記載されているごとく、２
次電子放出係数（Second Electron Yield）は、図１に
示すように、サンプルに照射される電子ビームのエネル
ギー、すなわちランディング・エネルギーに依存する。
SiＯ2のような、一般的な絶縁体の２次電子放出係数
は、ランディング・エネルギーの上昇に伴って、０から
上昇して、ランディング・エネルギーがＥ1のとき１と
なり、さらに上昇して、ランディング・エネルギーがＥ
mのとき最大値δmをとり、ランディング・エネルギーが
Ｅ2のとき再び１となり、以後１以下になる。２次電子
放出係数が１であるということは、物体に照射される荷
電粒子線の数と放出される２次電子の数が等しいことを
意味し、２次電子放出係数が１より大きいということ
は、物体に照射される荷電粒子線の数より、放出される
２次電子の数が大きいことを意味する。
【０００９】よって、１次ビームが電子線である場合の
ように、荷電粒子の電荷が１価である場合は、２次電子
放出係数が１の場合に、物体に吸収される電荷と、物体
から放出される電荷が等しく、チャージアップは起こら
ないことになる。１次ビームを構成する荷電粒子の電荷
の価数が２価以上である場合には、当該価数と２次電子
放出係数との比が１である場合に、物体に吸収される電
荷と、物体に放出される電荷が等しく、チャージアップ
は起こらないことになる。
ように、荷電粒子の電荷が１価である場合は、２次電子
放出係数が１の場合に、物体に吸収される電荷と、物体
から放出される電荷が等しく、チャージアップは起こら
ないことになる。１次ビームを構成する荷電粒子の電荷
の価数が２価以上である場合には、当該価数と２次電子
放出係数との比が１である場合に、物体に吸収される電
荷と、物体に放出される電荷が等しく、チャージアップ
は起こらないことになる。
【００１０】本手段（請求項１）においては、１次ビー
ムを構成する荷電粒子の電荷の価数との比が最初に１近
傍になるように、１次ビームのランディング・エネルギ
ーが調整されているので、チャージアップを防ぐことが
できる。ここに、「１近傍」とは、厳密に１である必要
はないという意味であり、必要とされる解像度や、荷電
粒子光学系の設計条件により多少の誤差が許されること
を意味する。どの程度の誤差が許されるかは、必要とさ
れる解像度や、荷電粒子光学系の設計条件に応じて、当
業者が随時決定することができる。
ムを構成する荷電粒子の電荷の価数との比が最初に１近
傍になるように、１次ビームのランディング・エネルギ
ーが調整されているので、チャージアップを防ぐことが
できる。ここに、「１近傍」とは、厳密に１である必要
はないという意味であり、必要とされる解像度や、荷電
粒子光学系の設計条件により多少の誤差が許されること
を意味する。どの程度の誤差が許されるかは、必要とさ
れる解像度や、荷電粒子光学系の設計条件に応じて、当
業者が随時決定することができる。
【００１１】また、「最初に」１近傍になるとは、例え
ば、１次ビームのランディングエネルギーを０から増加
させていった場合に、最初に１近傍になることを意味す
る。１次ビームのランディング・エネルギーをこのよう
に限定するのは、高いランディング・エネルギーを用い
ると、文献「J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,November 1983
PP R1-R18）」に記載されているように、反射電子や
それから派生する２次電子の影響が大きくなったり、１
次ビームの浸透深さが増すことにより、下地の影響を受
けやすくなるので、これを防止するためである。
ば、１次ビームのランディングエネルギーを０から増加
させていった場合に、最初に１近傍になることを意味す
る。１次ビームのランディング・エネルギーをこのよう
に限定するのは、高いランディング・エネルギーを用い
ると、文献「J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,November 1983
PP R1-R18）」に記載されているように、反射電子や
それから派生する２次電子の影響が大きくなったり、１
次ビームの浸透深さが増すことにより、下地の影響を受
けやすくなるので、これを防止するためである。
【００１２】なお、２次電子放出係数は、前記「J. of
Applied Physics、Vol.46、No8、August,1975」に記載
されている測定方法及び計算方法により、測定、計算に
よって求めることができる。
Applied Physics、Vol.46、No8、August,1975」に記載
されている測定方法及び計算方法により、測定、計算に
よって求めることができる。
【００１３】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、観察される物体には、前記２
次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷電
粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴とす
るもの（請求項２）である。
前記第１の手段であって、観察される物体には、前記２
次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷電
粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴とす
るもの（請求項２）である。
【００１４】本手段においては、観察される物体に与え
る電位を変えることにより、２次電子を加速して、放出
された２次電子を、確実に観測系に導くことができる。
また、これと同時に荷電粒子線を減速し、適当なランデ
ィング・エネルギーを与えることができる。
る電位を変えることにより、２次電子を加速して、放出
された２次電子を、確実に観測系に導くことができる。
また、これと同時に荷電粒子線を減速し、適当なランデ
ィング・エネルギーを与えることができる。
【００１５】前記課題を解決するための第３の手段は、
荷電粒子線（１次ビーム）により物体面を照明し、当該
物体面から発生する２次電子を、荷電粒子線写像投影光
学系により像面に結像させ、結像した２次電子を検出器
により検出することにより物体表面を観察する方法であ
って、前記１次ビームは、前記物体の２次電子放出係数
と、１次ビームを構成する荷電粒子の電荷の価数との比
が最初に１近傍になるようなランディング・エネルギー
を持つように調整されていることを特徴とする荷電粒子
線を用いた物体表面の観察方法（請求項３）である。
荷電粒子線（１次ビーム）により物体面を照明し、当該
物体面から発生する２次電子を、荷電粒子線写像投影光
学系により像面に結像させ、結像した２次電子を検出器
により検出することにより物体表面を観察する方法であ
って、前記１次ビームは、前記物体の２次電子放出係数
と、１次ビームを構成する荷電粒子の電荷の価数との比
が最初に１近傍になるようなランディング・エネルギー
を持つように調整されていることを特徴とする荷電粒子
線を用いた物体表面の観察方法（請求項３）である。
【００１６】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第３の手段であって、観察される物体には、前記２
次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷電
粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴とす
るもの（請求項４）である。
前記第３の手段であって、観察される物体には、前記２
次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷電
粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴とす
るもの（請求項４）である。
【００１７】これら第３の手段、第４の手段は、それぞ
れ前記第１の手段、第２の手段と同様の作用効果を奏す
る。
れ前記第１の手段、第２の手段と同様の作用効果を奏す
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態で
ある電子ビーム写像投影型欠陥検査装置の１例を示す全
体構成図である。
図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態で
ある電子ビーム写像投影型欠陥検査装置の１例を示す全
体構成図である。
【００１９】検査装置は、１次コラム２０、２次コラム
３０およびチャンバー４０を有している。１次コラム２
０の内部には、電子銃２１が設けられており、電子銃２
１から照射される電子ビーム（１次ビーム）５０の経路
に沿って、視野絞りＦＳ１、複数の電子レンズ２２を有
する１次光学系が配置されている。また、チャンバー４
０の内部には、ＸＹ方向に沿って移動可能なステージ４
１が設置され、ステージ４１上には試料１１が載置され
る。
３０およびチャンバー４０を有している。１次コラム２
０の内部には、電子銃２１が設けられており、電子銃２
１から照射される電子ビーム（１次ビーム）５０の経路
に沿って、視野絞りＦＳ１、複数の電子レンズ２２を有
する１次光学系が配置されている。また、チャンバー４
０の内部には、ＸＹ方向に沿って移動可能なステージ４
１が設置され、ステージ４１上には試料１１が載置され
る。
【００２０】一方、２次コラム３０の内部には、試料１
１から発生する２次ビーム６０の経路に沿って、カソー
ドレンズＣＬ、開口絞りＡＳ、電磁プリズムとしてのＥ
×Ｂ３１、電子レンズ３２、３３、視野絞りＦＳ２、お
よび検出器４２が配置される。このとき、カソードレン
ズＣＬから検出器４２までの間に配置される要素が２次
光学系を構成している。
１から発生する２次ビーム６０の経路に沿って、カソー
ドレンズＣＬ、開口絞りＡＳ、電磁プリズムとしてのＥ
×Ｂ３１、電子レンズ３２、３３、視野絞りＦＳ２、お
よび検出器４２が配置される。このとき、カソードレン
ズＣＬから検出器４２までの間に配置される要素が２次
光学系を構成している。
【００２１】一方、像面である検出器４２上に結像した
２次電子は、二次元の検出器４２により光に変換され
る。この光は、リレー光学系５５を通り、第２の検出器
５６（二次元ＣＣＤ等）で電気信号に変換されて、コン
トロールユニット４３に入力される。コントロールユニ
ット４３の出力は、ＣＰＵ４５に入力される。
２次電子は、二次元の検出器４２により光に変換され
る。この光は、リレー光学系５５を通り、第２の検出器
５６（二次元ＣＣＤ等）で電気信号に変換されて、コン
トロールユニット４３に入力される。コントロールユニ
ット４３の出力は、ＣＰＵ４５に入力される。
【００２２】ＣＰＵ４５の制御信号は、電子銃２１、１
次光学系のレンズ２２電圧制御を行う１次コラム制御ユ
ニット４６、２次光学系３３中の各レンズのレンズ電圧
制御を行うと共に、Ｅ×Ｂに印加する電磁界制御を行う
２次コラム制御ユニット４７及びステージ駆動機構４４
に入力される。
次光学系のレンズ２２電圧制御を行う１次コラム制御ユ
ニット４６、２次光学系３３中の各レンズのレンズ電圧
制御を行うと共に、Ｅ×Ｂに印加する電磁界制御を行う
２次コラム制御ユニット４７及びステージ駆動機構４４
に入力される。
【００２３】ステージ駆動機構４４は、ステージ４１の
位置情報をＣＰＵ４５に伝達する。１次コラム２０、２
次コラム３０、チャンバー４０は、真空排気系（不図
示）につながれている。これより、１次コラム２０、２
次コラム３０、チャンバー４０の内部は、真空排気系の
ターボポンプにより排気されて、真空状態が維持され
る。
位置情報をＣＰＵ４５に伝達する。１次コラム２０、２
次コラム３０、チャンバー４０は、真空排気系（不図
示）につながれている。これより、１次コラム２０、２
次コラム３０、チャンバー４０の内部は、真空排気系の
ターボポンプにより排気されて、真空状態が維持され
る。
【００２４】前述のように、１次光学系は、複数の電子
レンズ２２および視野絞りＦＳを有している。複数の電
子レンズ２２としては、円形の電子レンズ、四極子レン
ズ、八極子レンズ等、適当なものが使用できる。
レンズ２２および視野絞りＦＳを有している。複数の電
子レンズ２２としては、円形の電子レンズ、四極子レン
ズ、八極子レンズ等、適当なものが使用できる。
【００２５】電子銃２１からの電子ビーム（１次ビー
ム）５０は、１次光学系によるレンズ作用を受けて収束
し、Ｅ×Ｂ３１へ向かう。２３、２４はアライナであ
る。１次光学系を通過した１次ビーム５０は、Ｅ×Ｂ３
１の偏向作用によりその軌道が曲げられる。Ｅ×Ｂ３１
は、磁界と電界とを直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷
電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件
を満たす方向に移動する荷電粒子のみを直進させ、ウィ
ーン条件を満たさない方向へ移動する荷電粒子の軌道を
曲げるものである。
ム）５０は、１次光学系によるレンズ作用を受けて収束
し、Ｅ×Ｂ３１へ向かう。２３、２４はアライナであ
る。１次光学系を通過した１次ビーム５０は、Ｅ×Ｂ３
１の偏向作用によりその軌道が曲げられる。Ｅ×Ｂ３１
は、磁界と電界とを直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷
電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件
を満たす方向に移動する荷電粒子のみを直進させ、ウィ
ーン条件を満たさない方向へ移動する荷電粒子の軌道を
曲げるものである。
【００２６】図３に示すように、磁界をかける磁極３１
（Ｂ）と、電界をかける電極３１（Ｅ）を、９０°ずら
して配置すると、１次ビーム５０に対しては、磁界によ
る力ＦＢと電界による力ＦＥとが同一方向に発生し、ビ
ーム軌道は曲げられる。一方、２次ビーム６０に対して
は、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働いて、互いに相殺さ
れるので２次ビーム６０はそのまま直進する。この構成
自体は電子ビームをその加速電圧により偏向させるウィ
ーンフィルタと同じであるが、本実施の形態では電磁プ
リズム（ビームスプリッタ）として機能させている。
（Ｂ）と、電界をかける電極３１（Ｅ）を、９０°ずら
して配置すると、１次ビーム５０に対しては、磁界によ
る力ＦＢと電界による力ＦＥとが同一方向に発生し、ビ
ーム軌道は曲げられる。一方、２次ビーム６０に対して
は、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働いて、互いに相殺さ
れるので２次ビーム６０はそのまま直進する。この構成
自体は電子ビームをその加速電圧により偏向させるウィ
ーンフィルタと同じであるが、本実施の形態では電磁プ
リズム（ビームスプリッタ）として機能させている。
【００２７】Ｅ×Ｂ３１を通過した１次ビームは開口絞
りＡＳに達し、この開口絞りＡＳの位置で、電子銃のク
ロスオーバーの像を形成する。開口絞りＡＳを通過した
１次ビームは、カソードレンズＣＬによるレンズ作用を
受けて、試料１１上に達し、ケーラー照明条件が満たさ
れた状態で試料１１を照射する。
りＡＳに達し、この開口絞りＡＳの位置で、電子銃のク
ロスオーバーの像を形成する。開口絞りＡＳを通過した
１次ビームは、カソードレンズＣＬによるレンズ作用を
受けて、試料１１上に達し、ケーラー照明条件が満たさ
れた状態で試料１１を照射する。
【００２８】図２において、１次ビームが照射された試
料１１からは、２次ビーム６０として、試料１１の表面
形状、試料１１の材質分布、電位の変化などに応じた分
布の２次電子および反射電子が発生する。
料１１からは、２次ビーム６０として、試料１１の表面
形状、試料１１の材質分布、電位の変化などに応じた分
布の２次電子および反射電子が発生する。
【００２９】この２次ビームは、カソードレンズＣＬに
よるレンズ作用を受けて、カソードレンズの焦点位置に
配置される開口絞りＡＳを通過し、Ｅ×Ｂ３１に達す
る。前述したように、Ｅ×Ｂ３１によって形成される互
いに直交した磁界Ｂと電界Ｅとは、試料１１からの２次
電子がウィーン条件を満たすように設定される。これに
より、開口絞りＡＳを通過した２次電子は、このＥ×Ｂ
３１により偏向されずに複数の電子レンズ３２、３３へ
向かう。
よるレンズ作用を受けて、カソードレンズの焦点位置に
配置される開口絞りＡＳを通過し、Ｅ×Ｂ３１に達す
る。前述したように、Ｅ×Ｂ３１によって形成される互
いに直交した磁界Ｂと電界Ｅとは、試料１１からの２次
電子がウィーン条件を満たすように設定される。これに
より、開口絞りＡＳを通過した２次電子は、このＥ×Ｂ
３１により偏向されずに複数の電子レンズ３２、３３へ
向かう。
【００３０】このとき、２次電子と一緒に放出される反
射電子は、ウィーン条件を満たさないので直進せず、２
次電子のみが検出器に到達することになる。なお、本実
施の形態では、１次ビームの軌道を曲げて、２次ビーム
を直進させるものを用いたが、それに限定されず、１次
ビームの軌道を直進させ、２次ビームの軌道を曲げる電
磁プリズムを用いてもよい。
射電子は、ウィーン条件を満たさないので直進せず、２
次電子のみが検出器に到達することになる。なお、本実
施の形態では、１次ビームの軌道を曲げて、２次ビーム
を直進させるものを用いたが、それに限定されず、１次
ビームの軌道を直進させ、２次ビームの軌道を曲げる電
磁プリズムを用いてもよい。
【００３１】２次光学系の中には、視野絞りＦＳ２が設
けられており、この視野絞りＦＳ２は、カソードレンズ
ＣＬ及び電子レンズ３２の一部に関して試料１１と共役
となっている。この視野絞りＦＳ２を介した２次ビーム
６０は、さらに複数の電子レンズ３３を経て検出器４２
へ到達する。３５〜３８はアライナである。このとき、
検出器４２の検出面には、２次光学系により拡大された
試料１１の像が形成される。なお、２次光学系中の電子
レンズとしては、円形の電子レンズ、四重極レンズ、八
重極レンズ等、種々のものを用いることができる。ま
た、前記２次電子は、初期エネルギーが数eVと小さいた
め、前記ステージ４１と試料１１に電圧を印加し、カソ
ードレンズＣＬの第１電極との電位差により、２次電子
を加速することができる。このとき、１次ビームは減速
される。
けられており、この視野絞りＦＳ２は、カソードレンズ
ＣＬ及び電子レンズ３２の一部に関して試料１１と共役
となっている。この視野絞りＦＳ２を介した２次ビーム
６０は、さらに複数の電子レンズ３３を経て検出器４２
へ到達する。３５〜３８はアライナである。このとき、
検出器４２の検出面には、２次光学系により拡大された
試料１１の像が形成される。なお、２次光学系中の電子
レンズとしては、円形の電子レンズ、四重極レンズ、八
重極レンズ等、種々のものを用いることができる。ま
た、前記２次電子は、初期エネルギーが数eVと小さいた
め、前記ステージ４１と試料１１に電圧を印加し、カソ
ードレンズＣＬの第１電極との電位差により、２次電子
を加速することができる。このとき、１次ビームは減速
される。
【００３２】検出器４２は、電子を増幅するＭＣＰと、
電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部とを隔てる
真空窓から構成され、ＭＣＰ表面に結像した２次電子の
像を、二次元の光の像に変換する。この二次元光学像
は、そして光学像を伝達させるためのレンズやその他の
光学素子からなるリレー光学系５５を通り、第２の検出
器５６（二次元ＣＣＤ等）で電気信号に変換されて、コ
ントロールユニット４３に入力される。
電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部とを隔てる
真空窓から構成され、ＭＣＰ表面に結像した２次電子の
像を、二次元の光の像に変換する。この二次元光学像
は、そして光学像を伝達させるためのレンズやその他の
光学素子からなるリレー光学系５５を通り、第２の検出
器５６（二次元ＣＣＤ等）で電気信号に変換されて、コ
ントロールユニット４３に入力される。
【００３３】コントロールユニット４３は、撮像素子５
６から試料の画像信号を読み出し、ＣＰＵ４５に伝達す
る。ＣＰＵ４５は、画像信号からテンプレートマッチン
グ等によってパターンの欠陥検査を実施する。
６から試料の画像信号を読み出し、ＣＰＵ４５に伝達す
る。ＣＰＵ４５は、画像信号からテンプレートマッチン
グ等によってパターンの欠陥検査を実施する。
【００３４】また、ステージ駆動機構４４によりＸＹ方
向に移動可能となっているステージ４１の位置は、ＣＰ
Ｕ４５により読み取られる。そして、ＣＰＵ４５は、ス
テージ駆動機構４４に駆動制御信号を出力し、ステージ
４１を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
向に移動可能となっているステージ４１の位置は、ＣＰ
Ｕ４５により読み取られる。そして、ＣＰＵ４５は、ス
テージ駆動機構４４に駆動制御信号を出力し、ステージ
４１を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
【００３５】なお、コントロールユニット４３が読み出
した試料１１の画像信号をそのままディスプレイ４８に
表示すれば、電子ビームに基づいて試料を観察するため
の観察装置となる。
した試料１１の画像信号をそのままディスプレイ４８に
表示すれば、電子ビームに基づいて試料を観察するため
の観察装置となる。
【００３６】半導体によく用いられるSiＯ2等の絶縁体
には、しばしばチャージアップが観察される。前述のよ
うに、チャージアップは、サンプルの物質固有の２次電
子放出係数により、主に決定される。２次電子放出係数
が１以上となる領域では、入射電子より放出される電子
の方が多いので、正にチャージアップする。放出され
た、初期エネルギーが小さい２次電子は、正のチャージ
アップにより引き戻され、その部分の画像は黒くなる。
には、しばしばチャージアップが観察される。前述のよ
うに、チャージアップは、サンプルの物質固有の２次電
子放出係数により、主に決定される。２次電子放出係数
が１以上となる領域では、入射電子より放出される電子
の方が多いので、正にチャージアップする。放出され
た、初期エネルギーが小さい２次電子は、正のチャージ
アップにより引き戻され、その部分の画像は黒くなる。
【００３７】本来、２次電子放出係数は、物質固有のも
ので、絶縁体は、正にチャージアップする傾向にある。
しかし、近年の半導体プロセスに良く見られるような、
非常に薄い層も用いる多層配線構成では、サンプルの材
質のみならず、下地の影響も受ける。絶縁膜が非常に薄
い場合、下地の影響を受けて、本来の、図１に示す２次
電子放出係数から求まるチャージアップにより予想され
る画像の白黒が反転している場合も観察される。下地の
影響を避けて観察を行うには、１次ビームが下地まで浸
入しないようにすればよく、ランディング・エネルギー
の低い１次ビームを使用すればよい。
ので、絶縁体は、正にチャージアップする傾向にある。
しかし、近年の半導体プロセスに良く見られるような、
非常に薄い層も用いる多層配線構成では、サンプルの材
質のみならず、下地の影響も受ける。絶縁膜が非常に薄
い場合、下地の影響を受けて、本来の、図１に示す２次
電子放出係数から求まるチャージアップにより予想され
る画像の白黒が反転している場合も観察される。下地の
影響を避けて観察を行うには、１次ビームが下地まで浸
入しないようにすればよく、ランディング・エネルギー
の低い１次ビームを使用すればよい。
【００３８】１次ビームに電子線を使用した場合、文献
「J.Appl.Pys.,Vol46,No.8,August1975 PP3347-3351及
び J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,November 1983 PP R1-R
18」によれば、主な物質における1stクロスオーバのラ
ンディング・エネルギー（図１におけるＥ1）、２次電
子放出係数最大値（図１におけるδm）、そのときのラ
ンディング・エネルギー（図１におけるＥm）は表１の
とおりである。ただし、このデータは加速電界のない場
合のデータである。
「J.Appl.Pys.,Vol46,No.8,August1975 PP3347-3351及
び J.Appl.Phys.,Vol54,No.11,November 1983 PP R1-R
18」によれば、主な物質における1stクロスオーバのラ
ンディング・エネルギー（図１におけるＥ1）、２次電
子放出係数最大値（図１におけるδm）、そのときのラ
ンディング・エネルギー（図１におけるＥm）は表１の
とおりである。ただし、このデータは加速電界のない場
合のデータである。
【００３９】
【表１】
【００４０】従来使用されてきた装置においては、数百
eVから数keVのランディング・エネルギーを採用するこ
とが多かった。しかし、上記のように数百eVにて、２次
電子放出係数が最大となる場合が多く、特に絶縁体は２
次電子放出係数が大きいので、チャージアップが激しい
ことがわかる。
eVから数keVのランディング・エネルギーを採用するこ
とが多かった。しかし、上記のように数百eVにて、２次
電子放出係数が最大となる場合が多く、特に絶縁体は２
次電子放出係数が大きいので、チャージアップが激しい
ことがわかる。
【００４１】本実施の形態においては、1stクロスオー
バ前後のランディング・エネルギー、即ち100eV以下程
度を採用しているので、チャージアップを小さく抑えら
れる。そして、このような小さいランディング・エネル
ギーを採用すれば、前記半導体の多層配線構成の非常に
薄い層を、照射電子が突き抜けることがないため、下地
の影響を受けなくなる。
バ前後のランディング・エネルギー、即ち100eV以下程
度を採用しているので、チャージアップを小さく抑えら
れる。そして、このような小さいランディング・エネル
ギーを採用すれば、前記半導体の多層配線構成の非常に
薄い層を、照射電子が突き抜けることがないため、下地
の影響を受けなくなる。
【００４２】このような低いランディング・エネルギー
を用いた場合、異種絶縁体同士、または絶縁体と導体と
で、若干コントラストが低くなる可能性も大きいが、そ
の場合にはランディング・エネルギーを１stクロスオー
バからある程度ずらすように制御することにより、チャ
ージアップを制御し、観察装置、検査装置として必要な
コントラストが得られる。検査する半導体の構造があら
かじめ既知の場合は、ランディング・エネルギーのマッ
プを用意して、ランディング・エネルギーを制御すれ
ば、コントラストを持つ、所望の観察、検査が行なえ
る。
を用いた場合、異種絶縁体同士、または絶縁体と導体と
で、若干コントラストが低くなる可能性も大きいが、そ
の場合にはランディング・エネルギーを１stクロスオー
バからある程度ずらすように制御することにより、チャ
ージアップを制御し、観察装置、検査装置として必要な
コントラストが得られる。検査する半導体の構造があら
かじめ既知の場合は、ランディング・エネルギーのマッ
プを用意して、ランディング・エネルギーを制御すれ
ば、コントラストを持つ、所望の観察、検査が行なえ
る。
【００４３】なお、本実施の形態は、１次ビームとして
電子ビームを使用しているが、イオン・ビームについて
も同様な効果が得られる。
電子ビームを使用しているが、イオン・ビームについて
も同様な効果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、１次ビームが、前記物体の
２次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の
電荷の価数との積が最初に１近傍になるようなランディ
ング・エネルギーを持つように調整されているので、チ
ャージアップが起こりにくいと共に、下地の影響を受け
にくい。よって、鮮明な観察画像を得ることができる。
項１に係る発明においては、１次ビームが、前記物体の
２次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の
電荷の価数との積が最初に１近傍になるようなランディ
ング・エネルギーを持つように調整されているので、チ
ャージアップが起こりにくいと共に、下地の影響を受け
にくい。よって、鮮明な観察画像を得ることができる。
【００４５】請求項２に係る発明においては、観察され
る物体に与える電位を変えることにより、２次電子を加
速して、放出された２次電子を、確実に観測系に導くこ
とができる。また、これと同時に荷電粒子線を減速し、
適当なランディング・エネルギーを与えることができ
る。
る物体に与える電位を変えることにより、２次電子を加
速して、放出された２次電子を、確実に観測系に導くこ
とができる。また、これと同時に荷電粒子線を減速し、
適当なランディング・エネルギーを与えることができ
る。
【００４６】請求項３及び請求項４に係る発明は、それ
ぞれ請求項１及び請求項２に係る発明と同じ効果を奏す
る。
ぞれ請求項１及び請求項２に係る発明と同じ効果を奏す
る。
【図１】絶縁体における、１次ビームのランディング・
エネルギーと２次電子放出係数の一般的な関係を示す図
である。
エネルギーと２次電子放出係数の一般的な関係を示す図
である。
【図２】本発明の実施の形態である電子ビーム写像投影
型欠陥検査装置の１例を示す全体構成図である。
型欠陥検査装置の１例を示す全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態において用いている電磁プ
リズムの動作原理を示す図である。
リズムの動作原理を示す図である。
１１…試料、２１…電子銃、２０…１次コラム、２２…
１次光学系のレンズ、２３、２４…アライナ、３０…２
次コラム、３１…Ｅ×Ｂ（電磁プリズム）、３２、３３
…２次光学系のレンズ、３５〜３７…アライナ、４０…
チャンバー、４１…ステージ、４２…検出器、４３…コ
ントロールユニット、４４…ステージ駆動機構、４５…
ＣＰＵ、４６…１次コラム制御ユニット、４７…２次コ
ラム制御ユニット、４８…ディスプレイ、５０…電子ビ
ーム（１次ビーム）、５５…リレー光学系、５６…第２
の検出器、６０…２次ビーム、ＦＳ１、ＦＳ２…視野絞
り、ＡＳ…開口絞り、
１次光学系のレンズ、２３、２４…アライナ、３０…２
次コラム、３１…Ｅ×Ｂ（電磁プリズム）、３２、３３
…２次光学系のレンズ、３５〜３７…アライナ、４０…
チャンバー、４１…ステージ、４２…検出器、４３…コ
ントロールユニット、４４…ステージ駆動機構、４５…
ＣＰＵ、４６…１次コラム制御ユニット、４７…２次コ
ラム制御ユニット、４８…ディスプレイ、５０…電子ビ
ーム（１次ビーム）、５５…リレー光学系、５６…第２
の検出器、６０…２次ビーム、ＦＳ１、ＦＳ２…視野絞
り、ＡＳ…開口絞り、
Claims (4)
- 【請求項１】 荷電粒子線（１次ビーム）により物体面
を照明し、当該物体面から発生する２次電子を、荷電粒
子線写像投影光学系により像面に結像させ、結像した２
次電子を検出器により検出することにより物体表面を観
察する装置であって、前記１次ビームは、前記物体の２
次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の電
荷の価数との比が最初に１近傍になるようなランディン
グ・エネルギーを持つように調整されていることを特徴
とする荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子線を用いた物
体表面の観察装置であって、観察される物体には、前記
２次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷
電粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴と
する荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置。 - 【請求項３】 荷電粒子線（１次ビーム）により物体面
を照明し、当該物体面から発生する２次電子を、荷電粒
子線写像投影光学系により像面に結像させ、結像した２
次電子を検出器により検出することにより物体表面を観
察する方法であって、前記１次ビームは、前記物体の２
次電子放出係数と、１次ビームを構成する荷電粒子の電
荷の価数との比が最初に１近傍になるようなランディン
グ・エネルギーを持つように調整されていることを特徴
とする荷電粒子線を用いた物体表面の観察方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の荷電粒子線を用いた物
体表面の観察方法であって、観察される物体には、前記
２次電子を加速する電位、又は前記物体面を照明する荷
電粒子線を減速する電位が与えられていることを特徴と
する荷電粒子線を用いた物体表面の観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077331A JP2000277048A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077331A JP2000277048A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277048A true JP2000277048A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13630956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11077331A Pending JP2000277048A (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | 荷電粒子線を用いた物体表面の観察装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000277048A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1416513A2 (en) * | 2002-10-17 | 2004-05-06 | Schlumberger Technologies, Inc. | Apparatus and method for image optimization of samples in a scanning electron microscope |
| CN107301940A (zh) * | 2015-11-19 | 2017-10-27 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | 用于分析物体的方法以及执行该方法的带电粒子束装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0714537A (ja) * | 1993-06-22 | 1995-01-17 | Hitachi Ltd | 走査型電子顕微鏡による計測方法 |
| JPH09320505A (ja) * | 1996-03-29 | 1997-12-12 | Hitachi Ltd | 電子線式検査方法及びその装置並びに半導体の製造方法及びその製造ライン |
| JPH10197463A (ja) * | 1997-01-08 | 1998-07-31 | Nikon Corp | パターン検査装置 |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP11077331A patent/JP2000277048A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0714537A (ja) * | 1993-06-22 | 1995-01-17 | Hitachi Ltd | 走査型電子顕微鏡による計測方法 |
| JPH09320505A (ja) * | 1996-03-29 | 1997-12-12 | Hitachi Ltd | 電子線式検査方法及びその装置並びに半導体の製造方法及びその製造ライン |
| JPH10197463A (ja) * | 1997-01-08 | 1998-07-31 | Nikon Corp | パターン検査装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| H. SEILER: "Secondary election emission in the scanning electron microscope", J. APPL. PHYS., vol. 54(11), JPN6008008221, November 1983 (1983-11-01), US, pages 1 - 18, ISSN: 0000985918 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1416513A2 (en) * | 2002-10-17 | 2004-05-06 | Schlumberger Technologies, Inc. | Apparatus and method for image optimization of samples in a scanning electron microscope |
| EP1416513A3 (en) * | 2002-10-17 | 2005-11-16 | Schlumberger Technologies, Inc. | Apparatus and method for image optimization of samples in a scanning electron microscope |
| CN107301940A (zh) * | 2015-11-19 | 2017-10-27 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | 用于分析物体的方法以及执行该方法的带电粒子束装置 |
| CN107301940B (zh) * | 2015-11-19 | 2020-08-25 | 卡尔蔡司显微镜有限责任公司 | 用于分析物体的方法以及执行该方法的带电粒子束装置 |
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