JP2001210263A - 走査電子顕微鏡、そのダイナミックフォーカス制御方法および半導体デバイスの表面および断面形状の把握方法 - Google Patents

走査電子顕微鏡、そのダイナミックフォーカス制御方法および半導体デバイスの表面および断面形状の把握方法

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JP2001210263A
JP2001210263A JP2000023276A JP2000023276A JP2001210263A JP 2001210263 A JP2001210263 A JP 2001210263A JP 2000023276 A JP2000023276 A JP 2000023276A JP 2000023276 A JP2000023276 A JP 2000023276A JP 2001210263 A JP2001210263 A JP 2001210263A
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Toshiya Watanabe
俊哉 渡邉
Mine Nakagawa
美音 中川
Atsushi Muto
篤 武藤
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Hitachi Ltd
Hitachi Science Systems Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Science Systems Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイナミックフォーカス機能を有した走査電子
顕微鏡において、2つ以上の傾斜角を持つ試料、特にデ
バイス割断面やFIB加工試料の表面および断面を同時
に観察する鳥瞰図観察に当り、視野全面にフォーカスの
合った像を得ることにある。 【解決手段】試料の傾斜角度の変更位置を、フォーカス
後の信号波形より特定する。その角度の変更位置,フォ
ーカス電流値,Tilt角度読込み部17からの傾斜角度情
報および倍率読込み部18からの観察倍率情報から、そ
の変更位置前後の傾斜角に合わせた走査線1本ごとのフ
ォーカス変化量ΔIを計算し、Y方向走査に合わせて、
ダイナミックフォーカス制御部19から対物レンズ電源
20のフォーカス電流に逐次重畳させることを特徴と
し、鳥瞰図観察におけるフォーカス外れを防ぐことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイナミックフォ
ーカス機能および試料傾斜機能を有した、試料表面から
発生する信号により像を形成する走査電子顕微鏡に係
り、傾斜した試料の観察に関し、特に半導体デバイスの
割断面やFIB加工を行った試料の表面および断面の同
時観察に関する。ここでFIB加工とはFocused Ion Be
amによる加工の意味でGaイオンビームを試料に照射す
ることにより任意の場所に任意の断面を作成できる加工
法である。
【0002】
【従来の技術】一般に、走査電子顕微鏡では、深い焦点
深度を持つことで知られるが、高分解能観察にあたって
は、試料照射時の電子ビームの開き角を大きくし、電子
ビームのスポット径を小さくする必要がある。このとき
焦点深度は、開き角に反比例する(浅くなる)。
【0003】よって、試料を傾斜した状態で高分解能観
察を行う場合、試料の高さの違いによる焦点のボケをな
くすために、ダイナミックフォーカスが使用される。
【0004】また、単一傾斜の試料の表面観察において
も、ダイナミックフォーカスを使用するにあたっては、
フォーカスの変化量は画面を見ながら手動により行わ
れ、その操作は煩雑であり多少の熟練を要する。
【0005】Z方向に広がりをもつ試料に対しての計測
手法として、例えば特開平5-299048号に示されるよう
に、フォーカスを前後に振り、フォーカスの合った部位
およびそのZ軸情報を抽出し、それを足しあわせること
により鳥瞰図を生成,表示する手法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ダイナミックフォーカ
スの実際の操作において、パルス信号の振幅の調整は、
走査電子顕微鏡像を観察しながら、画面中心にフォーカ
スを合わせた後、画面上部および下部にて同時にフォー
カスが合うように手動によりその変化量を調整するた
め、煩雑な操作を必要としている。
【0007】収束イオンビーム加工装置の普及に伴い、
その加工面の観察ニーズは高まる一方である。特にボッ
クス加工においては、物理的制限からその観察には、試
料傾斜を行う必要があり、表面構造との対応をとるため
に表面・断面の同時観察が行われる。ここでボックス加
工とは、試料の任意個所(例えばデバイスの故障個所)の
断面観察を行うため、試料表面から箱型に穴を開ける加
工方法である。
【0008】また、半導体やディスプレイデバイスにお
ける薄膜評価については、表面形状やその形状に対応す
る断面構造および断面方向からの膜の形成過程などが薄
膜の特性を決める重要なファクターとなり、そのために
表面・断面の同時観察が必須である。
【0009】しかし従来技術でのダイナミックフォーカ
スでは、FIB加工試料や半導体デバイスの割断面の様
に、試料の断面と表面を一緒に観察する鳥瞰図観察にお
いては、フレーム中で観察面の傾斜角度が変化するた
め、一方の傾斜に合わせると反対側にフォーカスが合わ
ない。そのため、試料表面および断面のどちらかの傾斜
のみにフォーカスを合わせるか、ダイナミックフォーカ
スを使用せず、表面と断面の変わり目付近の極一部のみ
にフォーカスを合わせ、観察を行っているのが現状であ
る。
【0010】しかしながら前述したように、半導体やデ
ィスプレイデバイスの要素技術開発において、ミクロン
オーダまたはそれ以下の薄膜の表・断面同時観察評価は
不可欠であり、鳥瞰図全面にフォーカスが合う観察手法
の確立が切望されていた。
【0011】FIB加工試料や薄膜の表面・断面の同時
観察の様な比較的Z軸方向の変化が大きな試料に特化し
た場合、前述した特開平5-299048号の手法では必要取得
画像枚数が増加し、多大な処理時間を要するため高スル
ープットでの測定を容易に行い得ない。
【0012】本発明の目的は、FIB加工試料や半導体
デバイスの割断面試料などの試料傾斜の方向が少なくと
も2つ以上ある場合、特に表面・断面の同時観察におい
て、視野全面にフォーカスを自動かつ簡便にあわせるこ
とのできる走査電子顕微鏡、そのダイナミックフォーカ
ス制御方法、および半導体デバイスの表面および断面形
状の把握方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明においては、前記
目的を達成するため、電子線を発生する電子銃と、電子
線を収束し照射させる手段と、電子線を試料上に走査す
るための偏向手段と、電子線照射により試料表面から発
生した信号を検出する検出器と、検出された信号を表示
するための手段と、試料を傾斜する手段と、ダイナミッ
クフォーカス機能を備える走査電子顕微鏡において、対
物レンズ励磁電流の変化量を、観察条件に基づいて設定
し、観察することにある。これにより、少なくとも二つ
以上の傾斜を有する試料において、特にFIB加工面や
半導体デバイスの割断面など二つの観察面の傾斜間の角
度が90度である試料に対し、自動的にかつ簡便に、視
野全面にフォーカスが合った画像を得ることにある。
【0014】ここで前記「観察条件」とは、最終画像を
得る時の観察条件であり、フォーカス電流値情報,傾斜
角度情報,倍率情報,画像情報を含む。
【0015】本発明は、具体的には次に掲げる装置およ
び方法を提供する。
【0016】本発明は、電子線を発生する電子銃と、電
子線を収束し照射させる照射部と、電子線を試料上に走
査させるための偏向部と、電子線照射により試料表面か
ら発生した信号を検出する検出器と、ダイナミックフォ
ーカスを動作させるダイナミックフォーカス制御部とを
備えた走査電子顕微鏡において、フォーカス電流情報か
ら試料の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後の傾斜
に合わせたフォーカス変化量を算出し、該フォーカス変
化量によって対物レンズ励磁電流の変化量を設定する走
査電子顕微鏡を提供する。
【0017】本発明は、更に検出された信号を画面表示
する表示部を備え、フォーカスサーチによる信号波形の
変化からトップピークを求めてそのピーク位置を算出
し、表示画面の中心とピーク位置とからトップピークの
位置を表示画面上に確定する走査電子顕微鏡を提供す
る。
【0018】本発明は、更に対物レンズ励磁電流の変化
量は、ステージ制御部もしくは入力装置からの試料傾斜
角度読込み部に読み込まれた傾斜角度情報,倍率制御部
もしくは入力装置から倍率読込み部に読み込まれた倍率
情報,画像メモリに記憶された画像情報に基づいて設定
される走査電子顕微鏡を提供する。
【0019】本発明は、更にY方向走査の走査戻り時間
毎にフォーカス電流にフォーカス電流変化量を逐次加算
または減算して現在のフォーカス電流とし、試料の傾斜
の変更位置からは現在のフォーカス電流にフォーカス電
流変化量を逐次減算または加算して現在のフォーカス電
流を求め、1ラインの対物レンズ励磁電流を設定する走
査電子顕微鏡を提供する。
【0020】本発明は、電子線を発生する電子銃と、電
子線を収束し照射させる照射部と、電子線を試料上に走
査させるための偏向部と、電子線照射により試料表面か
ら発生した信号を検出する検出器と、ダイナミックフォ
ーカスを動作させるダイナミックフォーカス制御部とを
備えた走査電子顕微鏡において、フォーカス電流情報か
ら試料の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後の傾斜
に合わせたフォーカス変化量を算出し、該フォーカス変
化量によって対物レンズ励磁電流を設定し、1フレーム
中の複数個所の設定された対物レンズ励磁電流を読み取
って記憶し、1フレーム中の対物レンズ励磁電流の基準
値および変化量を設定する走査電子顕微鏡を提供する。
【0021】本発明は、電子線を発生する電子銃と、電
子線を収束し照射させる照射部と、電子線を試料上に走
査させるための偏向部と、電子線照射により試料表面か
ら発生した信号を検出する検出器と、ダイナミックフォ
ーカスを動作させるダイナミックフォーカス制御部とを
備えた走査電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方
法において、観察面の傾斜方向が90°変化する試料に
おいて、フォーカス電流情報から試料の傾斜の変更位置
を求め、観察面方向が90°変化することに伴うフォー
カス変化量を算出する走査電子顕微鏡のダイナミックフ
ォーカス制御方法を提供する。
【0022】本発明は、電子線を発生する電子銃と、電
子線を収束し照射させる照射部と、電子線を試料上に走
査させるための偏向部と、電子線照射により試料表面か
ら発生した信号を検出する検出器と、ダイナミックフォ
ーカスを動作させるダイナミックフォーカス制御部とを
備えた走査電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方
法において、試料を任意角度傾斜させ、フォーカス電流
情報から試料の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後
の傾斜に伴うフォーカス変化量を傾斜の変更位置と走査
終了位置のそれぞれのフォーカス電流から算出する走査
電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方法を提供す
る。
【0023】本発明は、走査電子顕微鏡による半導体デ
バイスの表面および断面形状の把握方法において、半導
体デバイスを任意角度傾斜させ、フォーカス電流情報か
ら試料の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後の傾斜
に伴うフォーカス変化量を算出し、励磁レンズ電流を制
御して表示画面の同一視野上の表面および断面を一枚の
画像に取得する半導体デバイスの表面および断面形状の
把握方法を提供する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を
図面に基づいて説明する。
【0025】図1は、本発明の実施例を示すブロック図
であり、図2および図3は図1の一部詳細図である。こ
れらの図において、電子銃1,引き出し電極2および加
速電極3により得られた電子ビーム4は、コンデンサレ
ンズ5および対物レンズ6にて、試料7の表面に収束さ
せられる。このとき、任意の設定倍率に従い、倍率制御
部10から倍率情報が、X方向走査制御部11およびY
方向走査制御部12にそれぞれ伝えられ、走査制御部1
1および12から倍率に見合った走査パルス信号が、X
方向走査コイル8およびY方向走査コイル9にそれぞれ
入力されることにより、電子ビーム4は試料7表面を走
査する。この時、試料表面から発生した二次電子22は
検出器23により検出され信号となり、走査電子顕微鏡
像として表示されると同時に、その信号は画像信号とし
て、画像メモリ27に記憶される。また、試料ステージ
13は、試料傾斜動作装置(図示せず)を含み、ステー
ジ制御部14により制御されて試料傾斜や試料移動など
を行う。
【0026】対物レンズ6からフォーカス電流読込み部
15にて読み込まれた電流値情報と、ステージ制御部1
4若しくは入力装置16からTilt角度読込み部17にて
読み込まれた傾斜角度情報と、倍率制御部10若しくは
入力装置16から倍率読込み部18にて読み込まれた倍
率情報と、画像メモリ27に記憶された画像情報(メモ
リアドレス)を基に、図2に示すように、ダイナミック
フォーカス制御部19にて、Y方向走査における傾斜の
変更(端面)位置Pn(後述)および、端面位置前後の傾
斜に合わせたフォーカス変化量Δfを算出(後述)し、
対物レンズ電源20に重畳させ、試料全面にフォーカス
を合わせることができる。このとき、ターン数の少ない
専用コイルまたは、静電補助レンズ90を用いることに
より、フォーカス変化の即応性を向上することが可能で
ある。
【0027】試料表面21から発生した二次電子22
を、検出器23にて検出する。検出された電子は信号と
して、陰極線管24の表示画面上に、X方向走査コイル
8とY方向走査コイル9と同期の取られた、陰極線管X
方向走査コイル25と陰極線管Y方向走査コイル26に
て走査され、走査電子顕微鏡像として表示される。ま
た、表示と同時に画像メモリ部27に、その画像信号が
記憶される。
【0028】電子ビーム走査時には、図4(a)の様
な、短周期のX方向走査パルス信号31と、長周期のY
方向走査パルス信号32が、それぞれの走査コイルに入
力される。走査時間33においては、X方向走査パルス
信号31が変化し、X方向走査が行われる。この時、Y
方向走査パルス信号32は変化せず、Y方向走査は行わ
れない。走査もどり時間34においては、X方向はもと
の走査位置に戻り、Y方向走査は一定量移動する。この
時の移動により、走査線がY方向に一本分進むことにな
る。このサイクルを繰り返すことにより、図4(b)の
様に、1フレーム分の走査35が試料表面で行われる。
【0029】図5に、本発明の実施の一例としてフロー
を示す。まず、目的とする視野を画面上に表示させる
(501)。この時、傾斜の軸を機械的な回転またはラ
スターローテーションでX方向に合わせる。Mag.(観察
倍率)およびTilt(試料傾斜角度)を記録(502)
し、操作者に対しその値を表示する(503)。この
時、Noの場合はキーボードなどから倍率および傾斜角度
を入力(504)し、ステップ502に戻り、ステップ
503でYesになるまで繰り返される。Yesの場合はオー
トフォーカス(505)を行い、その時のフォーカス電
流Iの値を、傾斜の変更位置のフォーカス電流I(St
d)として記憶する(506)。前記ステップ506
は、鳥瞰図観察において、オートフォーカスが端面位置
に焦点が合うことによる。時計方向に現在の観察条件プ
ラス90度のラスターローテーション(507)およ
び、Focus Searchを行い(508)、画像信号のTop Pe
ak位置を検出し(509)、端面位置Pnを算出する
(510)。
【0030】上記ステップ507〜510での動作概念
図を図7に示す。ステップ507は、ステップ508に
おけるFocus SearchがX方向に対して行われるため、Y
方向に対する端面位置PnをX方向に合わせるためのス
テップである。ステップ508〜509では、端面位置
Pnにフォーカスが合っている場合、フォーカスサーチ
(Focus Search)による信号波形71のトップピーク
(Top Peak)72が、その位置となる。ステップ510
は、トップピーク72と、表示画面の中心73との表示
画面上の二点間の距離74から、端面位置75を算出
(後述)するステップである。この時のトップピーク7
2と、表示画面の中心73の位置は、画像メモリ部27
の画素のアドレスにより決められる。また、二点間の距
離74は、二点間の画素アドレスのXの値の差から、そ
の値を表示画面上の距離に換算することで求められる。
【0031】図6に示すように、Mag.,Tilt(θ),P
nの値より、Y方向走査開始位置P1から端面位置Pn
までのフォーカス変化量Δf(P1,Pn)および、端面位置
PnからY方向走査終了位置Pmaxまでのフォーカス変
化量Δf(Pn,Pmax)を算出(後述)する(511)。
【0032】前記ステップより得られたΔf(P1,Pn),
Δf(Pn,Pmax)および、I(Std)の値から、Y方向走査
開始位置P1の時のフォーカス電流I(P1)と、Y方向走
査終了位置Pmax の時のフォーカス電流I(Pmax)を算出
(後述)する(512)。
【0033】前記ステップより得られたI(P1),I(Pma
x)より、Y方向走査開始位置P1から端面位置Pnまで
の区間の、走査線1本当たりのフォーカス電流変化量Δ
I(P1,Pn)と、端面位置PnからY方向走査終了位置Pm
ax までの区間の、走査線1本当たりのフォーカス電流
変化量ΔI(Pn,Pmax)を算出(後述)する(513)。
【0034】以下のステップは、上記ステップ511〜
513により得られた、ΔI(P1,Pn),ΔI(Pn,Pmax),
I(P1),I(Pmax)を用い、フォーカス量を逐次変化させ
るステップである。フォーカス電流IをI(P1)に設定す
る(514)。Y方向走査を1ライン行う(515)。
この時、Y方向走査は走査時間33だけ進む。Y方向走
査線数lnがln(Pn)(後述)になるまで、走査戻り時
間34になるたびに、フォーカス電流Iにフォーカス電
流変化量ΔI(P1,Pn)を逐次加算する(516〜51
7)。
【0035】lnがln(Pn)となった時、次ステップに
進み、走査戻り時間34の区間において、現在のフォー
カス電流Iからフォーカス電流変化量ΔI(Pn,Pmax)を
逐次減算し(518)、その後ステップ515同様にY
方向走査を1ライン行い、Y方向走査線数lnがln(P
max)(後述)になるまで、走査戻り時間34になるたび
に、フォーカス電流Iからフォーカス電流変化量ΔI(P
n,Pmax)を逐次減算する(518〜520)。ステップ
520で、Yesとなった時、1フレーム分の走査が終了
し、最終的なフォーカス電流IはI(Pmax)となる。
【0036】上記ステップ514〜520により、試料
傾斜にそってフォーカス電流Iが変化し、全体にフォー
カスのあった鳥瞰図画像を得ることができる。
【0037】前述したステップ510における端面位置
Pnの算出方法を、図7を使用して以下に示す。Y方向
走査開始位置P1から端面位置Pnまでの試料上での走
査移動量および走査線数をそれぞれy(Pn)76およびl
n(Pn)とし、Y方向走査開始位置P1からY方向走査終
了位置Pmaxまで試料上での走査移動量および走査線数
をそれぞれy(Pmax)77およびln(Pmax)とする。ここ
でy(Pmax)およびln(Pmax)は、それぞれ試料上Y方向
の全走査移動量および全走査線数と同一である。よっ
て、最終表示画面におけるY方向の表示幅をLy、倍率
をMとするとY方向の全走査移動量は、 y(Pmax)=Ly/M −(式1) で表される。これより、試料上での走査線1本当たりの
Y方向の移動量y(1)は次式で表される。
【0038】 y(1)=y(Pmax)/ln(Pmax) −(式2) また、表示画面中心までのY方向走査線数ln(center)
は次式で表される。
【0039】 ln(center)=ln(Pmax)/2 −(式3) また、画像メモリ部27の画素アドレスより求めた、画
面中心からTop PeakまでのX方向画素数をPixel(XT-
C),Y方向全画素数をPixel(Y)とすると、表示画面上
での二点間の距離LT-Cは、 LT-C=Pixel(XT-C)・Ly/Pixel(Y) −(式4) となる。上式は、X方向画素数Pixel(XT-C)が、90
度のラスターローテーションの後の値であるため、実質
はラスターローテーション前のY方向の画素数と同じで
あることによる。また、その走査線数ln(LT-C)は、 ln(LT-C)=ln(Pmax)・LT-C/Ly −(式5) となる。これより、端面位置Pnまでの走査線数ln(P
n)は ln(Pn)=ln(center)±ln(LT-C) −(式6) =ln(Pmax)・(0.5±LT-C/Ly) −(式7) となる。よって、(式1),(式2)および(式7)よ
り端面位置Pnまでの移動量y(Pn)76は、 y(Pn)=ln(Pn)・y(Pmax)/ln(Pmax) −(式8) =(0.5Ly±LT-C)/M −(式9) となる。端面位置Pnの走査線数ln(Pn)は(式7)か
ら、移動量y(Pn)76は(式9)から求まる。(式
6),(式7)および(式9)中の±は、本例のよう
に、Top Peak72の位置が、画面中心73よりも左にあ
る場合は加算,逆に右にある場合は減算となる。
【0040】ステップ511〜513における動作概略
図を図8に、Δf(P1,Pn),Δf(Pn,Pmax),I(P1),I
(Pmax),ΔI(P1,Pn),ΔI(Pn,Pmax)それぞれの値の算
出式を以下に示す。図8より、試料(断面)81に電子
ビーム4が走査される場合、Y方向走査開始位置P1か
ら端面位置Pnまでフォーカスの必要変化量Δf(P1,P
n)82と、端面位置PnからY方向走査終了位置Pmax
までのフォーカスの必要変化量Δf(Pn,Pmax)83は、
前述y(Pn)およびy(Pmax)から次式の様に表される。
【0041】 Δf(P1,Pn)=y(Pn)・tanθ −(式10) Δf(Pn,Pmax)=(y(Pmax)−y(Pn)・tan(90−θ) −(式11) ここで、図8において、y(Pn)は84に、(y(Pmax)−
y(Pn))は85に相当する。これより、I(Std)より求
められる端面位置Pnでのワーキングディスタンスをd
(Pn)とすると、Y方向走査開始位置P1において必要と
されるフォーカス電流量I(P1),走査終了位置Pmax に
おいて必要とされるフォーカス電流量I(Pmax)は、 I(P1)=k・(d(Pn)+Δf(P1,Pn)) −(式12) I(Pmax)=k・(d(Pn)+Δf(Pn,Pmax)) −(式13) で表される。図中のkは、加速電圧,レンズのコイル巻
数,レンズの形状などにより定まる定数である。
【0042】これより、Y方向走査開始位置P1から端
面位置Pnまでの区間のY方向走査線一本あたりのフォ
ーカス電流変化量ΔI(P1,Pn)と、端面位置Pnから走
査終了位置Pmaxまでの区間のY方向走査線一本あたり
のフォーカス電流変化量ΔI(Pn,Pmax)は、 ΔI(P1,Pn)=I(P1)/ln(Pn) −(式14) ΔI(Pn,Pmax)=I(Pmax)/(ln(Pmax)−ln(Pn)) −(式15) となる。
【0043】上記実施の形態において、ステップ505
をオートフォーカスを用いたが、マニュアルにより合わ
せてもよい。
【0044】本実施の1形態は、試料の観察面の角度が
90度変化する場合である。これはFIB加工面におい
ては、試料表面に対し垂直方向からイオンビームを照射
し加工するため、また半導体デバイスの割断面において
は、そのSi基板の結晶方位によるへき開性のため、表
面と断面の間の角度がほぼ90度になることによる。
【0045】また、試料の二つの観察面の間の角度が、
90度以外かつ既知でない場合は、端面位置Pnのフォ
ーカス電流I(Std)の他に、走査終了位置Pmaxにフォ
ーカスを合わせ、その時のフォーカス電流I(Pmax)を記
憶し、そこからY方向走査線一本あたりのフォーカス電
流変化量ΔI(Pn,Pmax)を算出し、フォーカス電流I
(=I(Std))に逐次減算することにより、画像の取得
ができる。
【0046】また、試料形状の関係で試料台に水平に搭
載できない場合は、試料傾斜角度が未知数となるため、
Y方向走査開始位置P1,端面位置Pn,走査終了位置
Pmax のそれぞれにフォーカスを合わせ、それぞれのフ
ォーカス電流をそれぞれI(P1),I(Std),I(Pmax)と
して記憶する。このときY方向走査線一本あたりのフォ
ーカス電流変化量ΔI(P1,Pn)およびΔI(Pn,Pmax)は、 ΔI(P1,Pn)=|I(P1)−I(Std)|/ln(Pn) −(式16) ΔI(Pn,Pmax)=|I(Std)−I(Pmax)|/ln(Pmax) −(式17) となる。よって、Y方向走査開始位置P1から端面位置
Pnまではフォーカス電流I(=I(P1))にΔI(P1,P
n)をY方向走査線一本ごとに逐次加算することにより、
端面位置Pnから走査終了位置Pmaxまではフォーカス
電流I(=I(Std))にΔI(Pn,Pmax)をY方向走査線一
本ごとに逐次減算することにより、画像の取得ができ
る。
【0047】図9はダイナミックフォーカスの動作を示
す概略図である。通常、試料傾斜時における観察は、図
4(a)の様に、試料表面41の角度と電子ビーム4の
フォーカス面42が一致しないため、表示画面上部に相
当する試料面43と表示画面下部に相当する試料面44
でフォーカスのずれた画像になる。このとき、対物レン
ズ電源20に入力されるパルス信号50は、図のように
なっている。この時、対物レンズ電源20から対物レン
ズ6に入力されるフォーカス電流波形(傾斜なし)45
は、図の様に一定値である。
【0048】そこで、ダイナミックフォーカスを動作さ
せ、図9(b)の様に、Y方向走査に前述のようにフォ
ーカス変化量によって調整したパルス信号46を、対物
レンズ電源20を通して、対物レンズ6のフォーカス電
流に重畳させることで、Y方向走査に合わせてフォーカ
ス位置が変化し、試料表面41とフォーカス面42が重
なり、全面にフォーカスがあった画像を得られる。この
時、対物レンズ電源20から対物レンズ6に入力される
フォーカス電流波形(傾斜あり)47は、図の様なパル
ス信号になっている。
【0049】また、逆側の傾斜については、図9(c)
の様に、Y方向走査の極性を反転させて調整したパルス
信号48をフォーカス電流に重畳することで対応可能で
ある。このときのフォーカス電流波形(逆傾斜あり)4
9は、図の様なパルス信号になっている。
【0050】電子線を発生する電子銃と、電子線を収束
し照射させる手段と、電子線を試料上に走査するための
偏向手段と、電子線照射により試料表面から発生した信
号を検出する検出器と、検出された信号を表示するため
の手段と、試料を傾斜する手段と、ダイナミックフォー
カス機能を備えて、1フレーム中の複数箇所の対物レン
ズ励磁電流を別々に読み取り、記憶することにより、対
物レンズ励磁電流の基準値および変化量を設定すること
ができる。また、1フレーム中で対物レンズ励磁電流の
変化量を変更できる。
【0051】試料の傾斜角度が例えば、90度変わった
と想定して対物レンズ励磁電流の変化量を変更すること
ができる。
【0052】断面・表面の双方を同時に観察する場合に
おいて、視野全面にフォーカスが合った状態で観察可能
になる。
【0053】また、図10の様なθ傾斜させた半導体な
どの基板101上の酸化膜102付のレジスト103の
ラインパターンの把握に本発明を適用する場合(図9
(a))、前記実施の形態と凹凸が逆になるため、図9
(b)において、式10および式11をそれぞれ、 Δf(P1,Pn)=y(Pn)・tan(90−θ) −(式18 ) Δf(Pn,Pmax)=(y(Pmax)−y(Pn))・tanθ −(式19 ) とし、ステップ517における加算を減算に、ステップ
518における減算を加算にすることにより、画像を取
得し、レジストサイド部のラフネスや酸化膜表面の微細
形状の把握ができる。
【0054】また顧客使用形態は、例えば薄膜評価のた
め同一視野上の表面および断面を、それぞれの傾斜方向
に合わせた2枚の画像を一組として撮影していた場合、
本発明により1枚の画像取得で済むことになる。これ
は、視野決定後の撮影時間が半分になることを示し、特
にルーチンワーク的に広範囲多数試料を測定する場合に
効率向上が図られ効果的である。
【0055】
【発明の効果】この発明によれば、2つ以上の傾斜角度
を持つ試料の観察において、視野全面にフォーカスが合
った画像が得られないと言う問題を解消でき、特にデバ
イス割断面やFIB加工試料表面・断面の両方同時にフ
ォーカスの合った鳥瞰図画像を簡易に取得できる走査電
子顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく走査電子顕微鏡の実施の形態の
概略構成を示すブロック図である。
【図2】図1の一部詳細を示すブロック図である。
【図3】図1の一部詳細を示すブロック図である。
【図4】走査電子顕微鏡における走査パルス信号波形を
示す図である。
【図5】図1の実施の形態の一つの動作フローチャート
を示す図である。
【図6】図5の動作フローチャートに後続する図1の実
施の形態の動作フローチャートを示す図である。
【図7】図5の動作フローチャートの内ステップ507
〜509の動作を示す概略図である。
【図8】図6の動作フローチャートの内ステップ511
〜513の動作を示す概略図である。
【図9】ダイナミックフォーカスの動作概略図である。
【図10】本発明に基づくその他の実施の形態の動作を
示す概略図である。
【符号の説明】
1…電子銃、2…引出し電極、3…加速電極、4…電子
ビーム、5…コンデンサレンズ、6…対物レンズ、7…
試料、8…X方向走査コイル、9…Y方向走査コイル、
10…倍率制御部、11…X方向走査制御部、12…Y
方向走査制御部、13…試料ステージ、14…ステージ
制御部、15…フォーカス電流読込み部、16…入力装
置、17…Tilt角度読込み部、18…倍率読込み部、1
9…ダイナミックフォーカス制御部、20…対物レンズ
電源、21…試料表面、22…二次電子、23…検出
器、24…陰極線管、25…陰極線管X方向走査コイ
ル、26…陰極線管Y方向走査コイル、27…画像メモ
リ部、31…X方向走査パルス信号、32…Y方向走査
パルス信号、33…走査時間、34…走査もどり時間、
35…1フレーム分の走査、41…試料表面、42…フ
ォーカス面、43…表示画面上部に相当する試料面、4
4…表示画面下部に相当する試料面、45…フォーカス
電流波形(傾斜なし)、46…振幅を調整したパルス信
号、47…フォーカス電流波形(傾斜あり)、48…極
性を反転し振幅を調整したパルス信号、49…フォーカ
ス電流波形(逆傾斜あり)、50…パルス信号、71…
信号波形、72…トップピーク(Top Peak)、73…表
示画面の中心、74…表示画面上の二点間の距離、75
…端面位置、76…試料上での走査移動量y(Pn)、
77…試料上での走査移動量y(Pmax)、81…試料(断
面)、82…フォーカスの必要変化量Δf(P1,Pn)、8
3…フォーカスの必要変化量Δf(Pn,Pmax)、84…y
(Pn)、85…(y(Pmax)−y(Pn))、90…静電補助レ
ンズ、101…基板、102…酸化膜、103…レジス
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 美音 茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地 株 式会社日立サイエンスシステムズ内 (72)発明者 武藤 篤 茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地 株 式会社日立サイエンスシステムズ内 Fターム(参考) 5C033 MM03 MM05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子線を発生する電子銃と、電子線を収束
    し照射させる照射部と、電子線を試料上に走査させるた
    めの偏向部と、電子線照射により試料表面から発生した
    信号を検出する検出器と、ダイナミックフォーカスを動
    作させるダイナミックフォーカス制御部とを備えた走査
    電子顕微鏡において、 フォーカス電流情報から試料の傾斜の変更位置を求め、
    変更位置の前後の傾斜に合わせたフォーカス変化量を算
    出し、該フォーカス変化量によって対物レンズ励磁電流
    の変化量を設定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  2. 【請求項2】請求項1において、検出された信号を画面
    表示する表示部を備え、 フォーカスサーチによる信号波形の変化からトップピー
    クを求めてそのピーク位置を算出し、表示画面の中心と
    ピーク位置とからトップピークの位置を表示画面上に確
    定することを特徴とする走査電子顕微鏡。
  3. 【請求項3】請求項1において、 対物レンズ励磁電流の変化量は、ステージ制御部もしく
    は入力装置からの試料傾斜角度読込み部に読み込まれた
    傾斜角度情報,倍率制御部もしくは入力装置から倍率読
    込み部に読み込まれた倍率情報,画像メモリに記憶され
    た画像情報に基づいて設定されることを特徴とする走査
    電子顕微鏡。
  4. 【請求項4】請求項1において、 Y方向走査の走査戻り時間毎にフォーカス電流にフォー
    カス電流変化量を逐次加算または減算して現在のフォー
    カス電流とし、試料の傾斜の変更位置からは現在のフォ
    ーカス電流にフォーカス電流変化量を逐次減算または加
    算して現在のフォーカス電流を求め、1ラインの対物レ
    ンズ励磁電流を設定することを特徴とする走査電子顕微
    鏡。
  5. 【請求項5】電子線を発生する電子銃と、電子線を収束
    し照射させる照射部と、電子線を試料上に走査させるた
    めの偏向部と、電子線照射により試料表面から発生した
    信号を検出する検出器と、ダイナミックフォーカスを動
    作させるダイナミックフォーカス制御部とを備えた走査
    電子顕微鏡において、 フォーカス電流情報から試料の傾斜の変更位置を求め、
    変更位置の前後の傾斜に合わせたフォーカス変化量を算
    出し、該フォーカス変化量によって対物レンズ励磁電流
    を設定し、 1フレーム中の複数個所の設定された対物レンズ励磁電
    流を読み取って記憶し、1フレーム中の対物レンズ励磁
    電流の基準値および変化量を設定することを特徴とする
    走査電子顕微鏡。
  6. 【請求項6】電子線を発生する電子銃と、電子線を収束
    し照射させる照射部と、電子線を試料上に走査させるた
    めの偏向部と、電子線照射により試料表面から発生した
    信号を検出する検出器と、ダイナミックフォーカスを動
    作させるダイナミックフォーカス制御部とを備えた走査
    電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方法におい
    て、 観察面の傾斜方向が90°変化する試料において、フォ
    ーカス電流情報から試料の傾斜の変更位置を求め、観察
    面方向が90°変化することに伴うフォーカス変化量を
    算出することを特徴とする走査電子顕微鏡のダイナミッ
    クフォーカス制御方法。
  7. 【請求項7】電子線を発生する電子銃と、電子線を収束
    し照射させる照射部と、電子線を試料上に走査させるた
    めの偏向部と、電子線照射により試料表面から発生した
    信号を検出する検出器と、ダイナミックフォーカスを動
    作させるダイナミックフォーカス制御部とを備えた走査
    電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方法におい
    て、 試料を任意角度傾斜させ、フォーカス電流情報から試料
    の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後の傾斜に伴う
    フォーカス変化量を傾斜の変更位置と走査終了位置のそ
    れぞれのフォーカス電流から算出することを特徴とする
    走査電子顕微鏡のダイナミックフォーカス制御方法。
  8. 【請求項8】走査電子顕微鏡による半導体デバイスの表
    面および断面形状の把握方法において、 半導体デバイスを任意角度傾斜させ、フォーカス電流情
    報から試料の傾斜の変更位置を求め、変更位置の前後の
    傾斜に伴うフォーカス変化量を算出し、励磁レンズ電流
    を制御して表示画面の同一視野上の表面および断面を一
    枚の画像に取得することを特徴とする半導体デバイスの
    表面および断面形状の把握方法。
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