JP2002184340A - 二次電子検出用の小型高効率シンチレーション検出器 - Google Patents
二次電子検出用の小型高効率シンチレーション検出器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）におけ
る二次電子検出系の二次電子収集効率を高めてＦＩＢ画
像のコントラストレベルを上げる。 【解決方法】 集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内で二
次電子検出に用いるシンチレーション検出器組立体で二
次電子エネルギーの有効範囲の大部分について二次電子
収集効率ほぼ１００パーセントを達成する。また、この
組立体の中の絶縁体を、ＦＩＢ二次電子画像形成に悪影
響を及ぼすアークの発生を避けるように、二次電子の経
路から完全に外して配置する。さらに、接地電位キャッ
プ部材とシンチレーション検出器との間に空隙を設け、
これによって上記二次電子収集高効率を維持するととも
にシステムの信頼性を改善することを可能にする。ま
た、このシンチレーション検出器組立体を一次イオンビ
ームに近接配置することによって、二次電子収集効率を
さらに高める。
る二次電子検出系の二次電子収集効率を高めてＦＩＢ画
像のコントラストレベルを上げる。 【解決方法】 集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置内で二
次電子検出に用いるシンチレーション検出器組立体で二
次電子エネルギーの有効範囲の大部分について二次電子
収集効率ほぼ１００パーセントを達成する。また、この
組立体の中の絶縁体を、ＦＩＢ二次電子画像形成に悪影
響を及ぼすアークの発生を避けるように、二次電子の経
路から完全に外して配置する。さらに、接地電位キャッ
プ部材とシンチレーション検出器との間に空隙を設け、
これによって上記二次電子収集高効率を維持するととも
にシステムの信頼性を改善することを可能にする。ま
た、このシンチレーション検出器組立体を一次イオンビ
ームに近接配置することによって、二次電子収集効率を
さらに高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集束イオンビーム
（ＦＩＢ）装置においてデバイスの高解像度画像の形成
に用いる小型高効率シンチレーション検出器に関する。
（ＦＩＢ）装置においてデバイスの高解像度画像の形成
に用いる小型高効率シンチレーション検出器に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】過去２０年の間に液体
金属イオン源（ＬＭＩＳ）利用の集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）装置は科学技術の諸分野で用途を大きく拡げてき
た。例えば、半導体産業の分野では、集束イオンビーム
装置は集積回路（ＩＣ）デバイスの設計変更、欠陥分
析、プローブ点形成、フォトマスク修正、無マスクリソ
グラフィ、ＴＥＭサンプル作成、走査型イオン顕微鏡、
二次イオン質量分光装置に用いられている。これら用途
の大半において、ＦＩＢ装置にかけたデバイスの高解像
度ＦＩＢ画像を形成する必要がある。それら画像によっ
て、上記デバイスへのビームの影響の算定が可能にな
る。例えば、半導ＩＣデバイスの高精度の断面画像はプ
ロセス欠陥の特定に不可欠である。概括的にいうと、Ｆ
ＩＢ画像の質に影響を及ぼすのは二つのパラメータ、す
なわち、（１）イオンビームカラム光学系で定まるイオ
ンビームのスポットサイズ（mm単位）、および（２）画
像コントラストレベルに影響を及ぼす二次電子検出系の
二次電子収集効率（二次電子は集束イオンビームがデバ
イスに入射することにより発生する）の二つのパラメー
タである。画像の解像度がイオンビームのスポットサイ
ズを小さくすることによって上がることは周知である。
また、イオンビームのスポットサイズがビーム電流の増
減と逆向きに変動することも周知である。すなわち、ビ
ーム電流を小さくすることによって、解像度のより高い
画像を得ることができる。イオンビーム電流を１pA以下
にすると、低ビーム電流に不可避的に伴う信号対雑音比
（ＳＮＲ）低下を補償した高解像度画像が通常得られ
る。また、Orloffほかの検討結果によると、解像度の定
量化にRayleigh規準を用いた場合、画像解像度と画像コ
ントラストレベルとの間に直接相関が見られる。一方、
画像コントラストレベルは二次電子検出系が実際に収集
する二次電子の数に直接に左右される。最低周波数最大
確率で電子を収集するシンチレーション検出器がもっと
も効果的である。すなわち、二次電子エネルギーは０−
５eVの範囲に収まる確率がもっとも大きいからである
（Goldstein ほか著「Scanning Electron Microscopy a
ndX-Ray Microscopy」第２版、Plenum社1992年発行参
照）。
金属イオン源（ＬＭＩＳ）利用の集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）装置は科学技術の諸分野で用途を大きく拡げてき
た。例えば、半導体産業の分野では、集束イオンビーム
装置は集積回路（ＩＣ）デバイスの設計変更、欠陥分
析、プローブ点形成、フォトマスク修正、無マスクリソ
グラフィ、ＴＥＭサンプル作成、走査型イオン顕微鏡、
二次イオン質量分光装置に用いられている。これら用途
の大半において、ＦＩＢ装置にかけたデバイスの高解像
度ＦＩＢ画像を形成する必要がある。それら画像によっ
て、上記デバイスへのビームの影響の算定が可能にな
る。例えば、半導ＩＣデバイスの高精度の断面画像はプ
ロセス欠陥の特定に不可欠である。概括的にいうと、Ｆ
ＩＢ画像の質に影響を及ぼすのは二つのパラメータ、す
なわち、（１）イオンビームカラム光学系で定まるイオ
ンビームのスポットサイズ（mm単位）、および（２）画
像コントラストレベルに影響を及ぼす二次電子検出系の
二次電子収集効率（二次電子は集束イオンビームがデバ
イスに入射することにより発生する）の二つのパラメー
タである。画像の解像度がイオンビームのスポットサイ
ズを小さくすることによって上がることは周知である。
また、イオンビームのスポットサイズがビーム電流の増
減と逆向きに変動することも周知である。すなわち、ビ
ーム電流を小さくすることによって、解像度のより高い
画像を得ることができる。イオンビーム電流を１pA以下
にすると、低ビーム電流に不可避的に伴う信号対雑音比
（ＳＮＲ）低下を補償した高解像度画像が通常得られ
る。また、Orloffほかの検討結果によると、解像度の定
量化にRayleigh規準を用いた場合、画像解像度と画像コ
ントラストレベルとの間に直接相関が見られる。一方、
画像コントラストレベルは二次電子検出系が実際に収集
する二次電子の数に直接に左右される。最低周波数最大
確率で電子を収集するシンチレーション検出器がもっと
も効果的である。すなわち、二次電子エネルギーは０−
５eVの範囲に収まる確率がもっとも大きいからである
（Goldstein ほか著「Scanning Electron Microscopy a
ndX-Ray Microscopy」第２版、Plenum社1992年発行参
照）。
【０００３】画像解像度の二次電子収集効率に対する依
存の度合いを定量化することは難しいが、二次電子収集
効率が実際に画像解像度の制限要因になっている可能性
は大きい。したがって、電子収集効率の高い二次電子検
出器を組み入れることが実用的に重要な課題になってい
る。
存の度合いを定量化することは難しいが、二次電子収集
効率が実際に画像解像度の制限要因になっている可能性
は大きい。したがって、電子収集効率の高い二次電子検
出器を組み入れることが実用的に重要な課題になってい
る。
【０００４】ＦＩＢ装置に用いられる二次電子検出器は
通常はEverhart-Thornley型のものである。このEverhar
t-Thornley型シンチレーション検出器は二次電子収集用
に帯電粒子ビーム（すなわちイオンビームおよび電子ビ
ーム）装置に使われてきた。この種の検出器は入来衝突
電子の数に比例して光子を放出する平板状シンチレーシ
ョン検出素子と、それら光子を高電子増倍管に導く光パ
イプと、電子収集効率を上げるように通常正のバイアス
電圧をかけてあるキャップ部材またはメッシュ部材とを
通常備える。Everhart-Thornley型検出器の詳細は米国
特許第4,588,890号に記載してあるのでここの同特許を
挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。
通常はEverhart-Thornley型のものである。このEverhar
t-Thornley型シンチレーション検出器は二次電子収集用
に帯電粒子ビーム（すなわちイオンビームおよび電子ビ
ーム）装置に使われてきた。この種の検出器は入来衝突
電子の数に比例して光子を放出する平板状シンチレーシ
ョン検出素子と、それら光子を高電子増倍管に導く光パ
イプと、電子収集効率を上げるように通常正のバイアス
電圧をかけてあるキャップ部材またはメッシュ部材とを
通常備える。Everhart-Thornley型検出器の詳細は米国
特許第4,588,890号に記載してあるのでここの同特許を
挙げてその内容をこの明細書に組み入れる。
【０００５】しかしながら、本発明の発明者らは上記の
慣用のシンチレーション検出器に欠点があることを見出
した。
慣用のシンチレーション検出器に欠点があることを見出
した。
【０００６】すなわち、発明者らは試料および一次ビー
ムカラムに対する二次電子コレクタの向きが従来の装置
では最適化されていなかったことを見出した。組立体全
体を小型にまとめることについても注意が払われていな
かった。ＦＩＢ装置では、排気速度やガス注入部材およ
び機械式プローブなどの実際的配慮から、二次電子収集
効率を損なわない範囲でシンチレーション検出器組立体
をできるだけ小さくする必要がある。また、バイアス電
圧の印加により真空チェンバ内の一次イオンビームセン
サだけでなくそれ以外のセンサも影響を受けることを考
慮する必要がある。
ムカラムに対する二次電子コレクタの向きが従来の装置
では最適化されていなかったことを見出した。組立体全
体を小型にまとめることについても注意が払われていな
かった。ＦＩＢ装置では、排気速度やガス注入部材およ
び機械式プローブなどの実際的配慮から、二次電子収集
効率を損なわない範囲でシンチレーション検出器組立体
をできるだけ小さくする必要がある。また、バイアス電
圧の印加により真空チェンバ内の一次イオンビームセン
サだけでなくそれ以外のセンサも影響を受けることを考
慮する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一つの実施例において
は、通常のバイアス電圧をかけたごく小型のシンチレー
ション検出器組立体を用いて二次電子収集効率100％を
達成するように、試料およびビームカラムに対するシン
チレーション検出器ディスク角度、および接地電位キャ
ップ部材の形状を最適にした。
は、通常のバイアス電圧をかけたごく小型のシンチレー
ション検出器組立体を用いて二次電子収集効率100％を
達成するように、試料およびビームカラムに対するシン
チレーション検出器ディスク角度、および接地電位キャ
ップ部材の形状を最適にした。
【０００８】本発明のシンチレーション検出器は、実用
的な二次電子エネルギー範囲のほぼ全域についてほぼ10
0％の二次電子収集効率を達成するのに最適の結合構
造、向きおよび全体の大きさを備える。また、このシン
チレーション検出器は一次イオンビームにより近づけて
配置できるので、二次電子収集効率は高くなる。したが
って、生成画像の品質もシステムの信頼性も大幅に改善
される。
的な二次電子エネルギー範囲のほぼ全域についてほぼ10
0％の二次電子収集効率を達成するのに最適の結合構
造、向きおよび全体の大きさを備える。また、このシン
チレーション検出器は一次イオンビームにより近づけて
配置できるので、二次電子収集効率は高くなる。したが
って、生成画像の品質もシステムの信頼性も大幅に改善
される。
【０００９】本発明のシンチレーション検出器は、通常
のＦＩＢ画像形成動作、切断動作および堆積層形成動作
に影響を及ぼす一次ビーム偏向揺らぎを回避する。すな
わち、これらの揺らぎは、シンチレーション検出器ディ
スクと接地電位キャップ部材との間の絶縁体にたまった
電荷がある閾値に達して放電またはアークを生じ、電位
の空間分布を急変させることに起因する。この絶縁体に
おける電荷蓄積の問題を解消するように、本発明は二次
電子収集効率を著しく高めるとともに上記電荷蓄積に影
響されないように構成したシンチレーション検出器を提
供する。このシンチレーション検出器を二次電子の通路
から完全に外れた位置に配置する。同時に、接地電位キ
ャップ部材と高電圧シンチレーション検出器ディスクお
よびその保持リングとの間の空隙を大きくする。これに
よって二次電子収集効率が改善され、同時にシステム信
頼性が大幅に向上する。
のＦＩＢ画像形成動作、切断動作および堆積層形成動作
に影響を及ぼす一次ビーム偏向揺らぎを回避する。すな
わち、これらの揺らぎは、シンチレーション検出器ディ
スクと接地電位キャップ部材との間の絶縁体にたまった
電荷がある閾値に達して放電またはアークを生じ、電位
の空間分布を急変させることに起因する。この絶縁体に
おける電荷蓄積の問題を解消するように、本発明は二次
電子収集効率を著しく高めるとともに上記電荷蓄積に影
響されないように構成したシンチレーション検出器を提
供する。このシンチレーション検出器を二次電子の通路
から完全に外れた位置に配置する。同時に、接地電位キ
ャップ部材と高電圧シンチレーション検出器ディスクお
よびその保持リングとの間の空隙を大きくする。これに
よって二次電子収集効率が改善され、同時にシステム信
頼性が大幅に向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はＦＩＢチェンバ内に配置し
た本発明のシンチレーション検出器を示す。接地電位の
導体から成る滑り封止部材１はこのシンチレーション検
出器を内蔵する真空容器の一部を構成するものであって
本発明の構成要素ではない。このシンチレーション検出
器は滑り封止部材１による二次電子収集効率への影響が
ほとんどないので上記以外のシステムにも利用できる。
一次帯電粒子（イオン）ビーム１０は慣用のイオンビー
ムカラム１１から一次イオンビーム１０の経路と共通の
光軸に沿って供給される。この一次ビーム１０はイオン
または電子から成る帯電粒子のビームである。ビーム１
０は画像形成対象の半導体ＩＣデバイスなどの試料に衝
突し、その結果、試料から矢印１５で概括的に示した向
きにシンチレーション検査器ディスク１３に向かう二次
電子が生ずる。試料とシンチレーション検出器との間の
実効的な距離を点線ｄで示し、上記光軸とシンチレーシ
ョン検出器の軸との間の角度をαで示す。シンチレーシ
ョン検出器ディスク１３には、検出器キャップとも呼ば
れる導体１６によりバイアス電圧をかけてある。また、
この組立体はディスク１３の裏側に配置した絶縁体１８
と、ディスク１３の放出した光子を慣用の光検出器（図
示してない）に伝達する光パイプ１９とを併せ備える。
ここに用いたシンチレーション検出器組立体は上述のEv
erhart-Thornley型構成に基づく。
た本発明のシンチレーション検出器を示す。接地電位の
導体から成る滑り封止部材１はこのシンチレーション検
出器を内蔵する真空容器の一部を構成するものであって
本発明の構成要素ではない。このシンチレーション検出
器は滑り封止部材１による二次電子収集効率への影響が
ほとんどないので上記以外のシステムにも利用できる。
一次帯電粒子（イオン）ビーム１０は慣用のイオンビー
ムカラム１１から一次イオンビーム１０の経路と共通の
光軸に沿って供給される。この一次ビーム１０はイオン
または電子から成る帯電粒子のビームである。ビーム１
０は画像形成対象の半導体ＩＣデバイスなどの試料に衝
突し、その結果、試料から矢印１５で概括的に示した向
きにシンチレーション検査器ディスク１３に向かう二次
電子が生ずる。試料とシンチレーション検出器との間の
実効的な距離を点線ｄで示し、上記光軸とシンチレーシ
ョン検出器の軸との間の角度をαで示す。シンチレーシ
ョン検出器ディスク１３には、検出器キャップとも呼ば
れる導体１６によりバイアス電圧をかけてある。また、
この組立体はディスク１３の裏側に配置した絶縁体１８
と、ディスク１３の放出した光子を慣用の光検出器（図
示してない）に伝達する光パイプ１９とを併せ備える。
ここに用いたシンチレーション検出器組立体は上述のEv
erhart-Thornley型構成に基づく。
【００１１】接地電位のキャップ部材１４はシンチレー
ション検出器ディスク１３のまわりのバイアス電界を整
形して一次ビーム１０に影響が及ばないようにする。接
地電位キャップ部材１４の開口直径を図１では符号dcap
で示す。概括的にいうと、接地電位キャップ部材１４
は、印加電圧８乃至１２kVのシンチレーション検出器デ
ィスク１３から離れた位置にあれば、この組立体の二次
電子収集効率に対する影響は通常無視できる。接地電位
キャップ部材１４の配置はシンチレーション検出器ディ
スク１３のまわりの電界分布、したがって一次ビーム１
０の経路と同一位置の光軸のまわりの電界分布に影響を
及ぼす。そのために一次ビーム１０に攝動を生じさせ、
生成画像の品質を損なう。光軸上の弱い電界分布は一次
ビーム１０をシフトさせるだけであるので許容できる
が、強い電界分布は生成画像に何らかの歪を生じさせ
る。したがって、生成画像の品質を高めるには、二次電
子収集効率を最大にするだけでなく、光軸沿いの電界分
布を最小にするように接地電位キャップ部材１４を位置
定めする必要がある。
ション検出器ディスク１３のまわりのバイアス電界を整
形して一次ビーム１０に影響が及ばないようにする。接
地電位キャップ部材１４の開口直径を図１では符号dcap
で示す。概括的にいうと、接地電位キャップ部材１４
は、印加電圧８乃至１２kVのシンチレーション検出器デ
ィスク１３から離れた位置にあれば、この組立体の二次
電子収集効率に対する影響は通常無視できる。接地電位
キャップ部材１４の配置はシンチレーション検出器ディ
スク１３のまわりの電界分布、したがって一次ビーム１
０の経路と同一位置の光軸のまわりの電界分布に影響を
及ぼす。そのために一次ビーム１０に攝動を生じさせ、
生成画像の品質を損なう。光軸上の弱い電界分布は一次
ビーム１０をシフトさせるだけであるので許容できる
が、強い電界分布は生成画像に何らかの歪を生じさせ
る。したがって、生成画像の品質を高めるには、二次電
子収集効率を最大にするだけでなく、光軸沿いの電界分
布を最小にするように接地電位キャップ部材１４を位置
定めする必要がある。
【００１２】図２は図１の示したシンチレーション検出
器組立体のより詳細な拡大図を示す。慣用のシンチレー
ション検出器ディスク１３の周囲をキャップ部材１６で
取り囲む。ディスク１３を検出器ベース２４とキャップ
部材１６との間に配置し、キャップ部材１６はベース２
４にねじ止めしてある。キャップ部材１６の前方の孔は
ベース２４へのねじ止め用の後方の孔よりも小さく、前
方の孔の直径をディスク１３よりも小さくしてある。こ
れによって、導電性キャップ部材１６とディスク１３前
面との間の電気的接続を確保しながらディスク１３をベ
ース２４とキャップ部材１６との間に保持することがで
きる。高電圧端子２５はこの検出器組立体にバイアス電
圧を供給する高電圧ケーブル（図示してない）を迅速に
着脱できるようにする。高電圧端子２５は通常の高電圧
素子と同様に尖った部分を含まないように形成してあ
る。端子２５は取付先のベース２４と電気的に接続され
ており、またベース２４へのキャップ部材１６のねじ止
め時にキャップ部材・ベース間の接続によりキャップ部
材１６に接続される。ベース２４は絶縁体１８に挿入し
てある。接地電位のキャップ部材１４は、図１および図
２から理解されるとおり、ディスク１３、キャップ部材
１６、ベース２４および絶縁体１８をその中に収容す
る。この組立体は、孔２６ａおよび２６ｂで接地電位キ
ャップ部材１４および絶縁体１８に挿入したねじによっ
て一体化してある。絶縁体１８はディスク１３の二次電
子受容部と反対側に配置し、二次電子の通路から完全に
外れるようにする。これによって絶縁体が負に帯電する
ことがないようにする。従来技術による構成では、この
絶縁体にたまった電荷がある閾値に達すると、放電また
はアークが生ずる。その結果、一次イオンビーム偏向の
揺らぎが生じ、通常のＦＩＢ画像形成動作および切断お
よび堆積動作に影響を与えた。
器組立体のより詳細な拡大図を示す。慣用のシンチレー
ション検出器ディスク１３の周囲をキャップ部材１６で
取り囲む。ディスク１３を検出器ベース２４とキャップ
部材１６との間に配置し、キャップ部材１６はベース２
４にねじ止めしてある。キャップ部材１６の前方の孔は
ベース２４へのねじ止め用の後方の孔よりも小さく、前
方の孔の直径をディスク１３よりも小さくしてある。こ
れによって、導電性キャップ部材１６とディスク１３前
面との間の電気的接続を確保しながらディスク１３をベ
ース２４とキャップ部材１６との間に保持することがで
きる。高電圧端子２５はこの検出器組立体にバイアス電
圧を供給する高電圧ケーブル（図示してない）を迅速に
着脱できるようにする。高電圧端子２５は通常の高電圧
素子と同様に尖った部分を含まないように形成してあ
る。端子２５は取付先のベース２４と電気的に接続され
ており、またベース２４へのキャップ部材１６のねじ止
め時にキャップ部材・ベース間の接続によりキャップ部
材１６に接続される。ベース２４は絶縁体１８に挿入し
てある。接地電位のキャップ部材１４は、図１および図
２から理解されるとおり、ディスク１３、キャップ部材
１６、ベース２４および絶縁体１８をその中に収容す
る。この組立体は、孔２６ａおよび２６ｂで接地電位キ
ャップ部材１４および絶縁体１８に挿入したねじによっ
て一体化してある。絶縁体１８はディスク１３の二次電
子受容部と反対側に配置し、二次電子の通路から完全に
外れるようにする。これによって絶縁体が負に帯電する
ことがないようにする。従来技術による構成では、この
絶縁体にたまった電荷がある閾値に達すると、放電また
はアークが生ずる。その結果、一次イオンビーム偏向の
揺らぎが生じ、通常のＦＩＢ画像形成動作および切断お
よび堆積動作に影響を与えた。
【００１３】図２において、上記絶縁体は二次電子の通
路から完全に外れた位置に配置してある。同時に、接地
電位キャップ部材とディスクおよびその保持用リング部
材との間の空隙を最大にしてある。これによって、二次
電子収集効率を高めるとともにシステムの信頼性を改善
している。
路から完全に外れた位置に配置してある。同時に、接地
電位キャップ部材とディスクおよびその保持用リング部
材との間の空隙を最大にしてある。これによって、二次
電子収集効率を高めるとともにシステムの信頼性を改善
している。
【００１４】図３は図１の装置用のシンチレーション検
出器組立体の試料１２から焦点３４に至る二次電子軌道
（黒い部分）を示す。この図に示した軌道はエネルギー
１０eVの二次電子についてのものである。試料１２放出
時の初期二次電子空間分布は参照数字３０で示した上半
分の空間では一様であるとする。この構成における二次
電子収集効率は、放出二次電子全部が図３に示すとおり
シンチレーション検出器ディスク１３に衝突するので、
100％である。これら二次電子の大部分はディスク１３
の中心にある焦点３４でディスク１３に衝突する。シン
チレーション検出器チェンバーの中の電界レベルは最大
であり、その電界レベル一次ビーム１０が試料に衝突す
る。
出器組立体の試料１２から焦点３４に至る二次電子軌道
（黒い部分）を示す。この図に示した軌道はエネルギー
１０eVの二次電子についてのものである。試料１２放出
時の初期二次電子空間分布は参照数字３０で示した上半
分の空間では一様であるとする。この構成における二次
電子収集効率は、放出二次電子全部が図３に示すとおり
シンチレーション検出器ディスク１３に衝突するので、
100％である。これら二次電子の大部分はディスク１３
の中心にある焦点３４でディスク１３に衝突する。シン
チレーション検出器チェンバーの中の電界レベルは最大
であり、その電界レベル一次ビーム１０が試料に衝突す
る。
【００１５】このシンチレーション検出器組立体構成部
品の最適位置づけおよび最適寸法を達成するために、例
えばE0-3Dパッケージソフトなどのソフトウェアを用い
た。このソフトウェアは有限差分法に基づき三次元帯電
粒子光線追跡を可能にする。この発明により具体化した
ような複雑な帯電粒子シンチレーション検出器を最適化
する効果的な方法は、いくつかのパラメータを可変にし
ながら他のパラメータを固定にした際の二次電子収集効
率の測定結果の傾向を判定するために多数回の試行を行
うことである。シンチレーション検出器組立体の位置は
試料チェンバを最小許容位置づけ変動で機械に配置する
ことによって限定されることが多い。しかし、シンチレ
ーション検出器ディスクの角度の選択の変更および接地
電位キャップ部材の幾何学的形状の変更により大きい自
動度がある。
品の最適位置づけおよび最適寸法を達成するために、例
えばE0-3Dパッケージソフトなどのソフトウェアを用い
た。このソフトウェアは有限差分法に基づき三次元帯電
粒子光線追跡を可能にする。この発明により具体化した
ような複雑な帯電粒子シンチレーション検出器を最適化
する効果的な方法は、いくつかのパラメータを可変にし
ながら他のパラメータを固定にした際の二次電子収集効
率の測定結果の傾向を判定するために多数回の試行を行
うことである。シンチレーション検出器組立体の位置は
試料チェンバを最小許容位置づけ変動で機械に配置する
ことによって限定されることが多い。しかし、シンチレ
ーション検出器ディスクの角度の選択の変更および接地
電位キャップ部材の幾何学的形状の変更により大きい自
動度がある。
【００１６】シンチレーション検出器パラメータが上記
実効的距離ｄおよびカラム本体１１に対するシンチレー
ション検出器の相対的位置に左右されることを確認し
た。最も重要なパラメータのいくつかを挙げると、シン
チレーション検出器ディスク１３が試料に近接している
こと、ディスク１３とビーム１０の光軸との間の角度
（α）、シンチレーション検出器組立体と試料との間の
実効距離（ｄ）、およびキャップ部材１６の孔の直径
（dcap）などが挙げられる。例えば、一定の実効距離ｄ
および直径dcapについてαの最適値を定めるのにソフト
ウェアを用いることができる。図１の実施例ではα＝２
９°、ｄ＝２０mm、キャップ部材孔の直径dcap＝１２m
m、シンチレーション検出器ディスク直径１０mm、シン
チレーション検出器電圧１０kVであり、キャップ部材お
よびカラム本体など上記以外の導体部分はすべて接地し
てある。
実効的距離ｄおよびカラム本体１１に対するシンチレー
ション検出器の相対的位置に左右されることを確認し
た。最も重要なパラメータのいくつかを挙げると、シン
チレーション検出器ディスク１３が試料に近接している
こと、ディスク１３とビーム１０の光軸との間の角度
（α）、シンチレーション検出器組立体と試料との間の
実効距離（ｄ）、およびキャップ部材１６の孔の直径
（dcap）などが挙げられる。例えば、一定の実効距離ｄ
および直径dcapについてαの最適値を定めるのにソフト
ウェアを用いることができる。図１の実施例ではα＝２
９°、ｄ＝２０mm、キャップ部材孔の直径dcap＝１２m
m、シンチレーション検出器ディスク直径１０mm、シン
チレーション検出器電圧１０kVであり、キャップ部材お
よびカラム本体など上記以外の導体部分はすべて接地し
てある。
【００１７】上述のとおり、シンチレーション検出器に
おいて考慮すべき重要な規準は二次電子収集効率だけで
はない。ビーム光軸上の電界分布が生成画像シフトや走
査歪みを生ずるほどに大きい場合は、一次ビーム１０へ
の干渉も要因になる。キャップ部材孔の直径dcapは最適
化の過程で軸電圧値と二次電子収集効率とをバランスさ
せるように変える。電界のレベルは試料で最大となり一
次ビーム１０沿いのそれ以外の点ではより低くなる。
おいて考慮すべき重要な規準は二次電子収集効率だけで
はない。ビーム光軸上の電界分布が生成画像シフトや走
査歪みを生ずるほどに大きい場合は、一次ビーム１０へ
の干渉も要因になる。キャップ部材孔の直径dcapは最適
化の過程で軸電圧値と二次電子収集効率とをバランスさ
せるように変える。電界のレベルは試料で最大となり一
次ビーム１０沿いのそれ以外の点ではより低くなる。
【００１８】図４は図１の実施例につき二次電子エネル
ギー０乃至５０eVの関数として二次電子収集効率を表す
グラフ４０を示す。エネルギー範囲０.１乃至１０eVの
二次電子について収集効率を100％とし、１０eV乃至５
０eVの二次電子について収集効率を適度の大きさにし、
アークの発生を最小に抑えることが目標である。このシ
ンチレーション検出器の発生した電界の一次ビームに及
ぼす影響を最小にする。図４に示すとおり、この発明の
小型シンチレーション検出器は広範囲のエネルギー値の
二次電子の収集に非常に有効である。実際の装置では二
次電子エネルギー値は０乃至５eVの範囲にある可能性が
最も高いので、上記収集効率はほぼ100％である。
ギー０乃至５０eVの関数として二次電子収集効率を表す
グラフ４０を示す。エネルギー範囲０.１乃至１０eVの
二次電子について収集効率を100％とし、１０eV乃至５
０eVの二次電子について収集効率を適度の大きさにし、
アークの発生を最小に抑えることが目標である。このシ
ンチレーション検出器の発生した電界の一次ビームに及
ぼす影響を最小にする。図４に示すとおり、この発明の
小型シンチレーション検出器は広範囲のエネルギー値の
二次電子の収集に非常に有効である。実際の装置では二
次電子エネルギー値は０乃至５eVの範囲にある可能性が
最も高いので、上記収集効率はほぼ100％である。
【００１９】上述の最適化手順に基づき作成した実効距
離４５mmのシンチレーション検出器組立体も有用であっ
た。その組立体の場合は、収集効率を高い値に維持しな
がら一次ビームへの影響を低く抑えるために非同軸キャ
ップ部材を用いた。上記４５mmの実効距離の傾き角の最
適値が３３°であることを見出した。
離４５mmのシンチレーション検出器組立体も有用であっ
た。その組立体の場合は、収集効率を高い値に維持しな
がら一次ビームへの影響を低く抑えるために非同軸キャ
ップ部材を用いた。上記４５mmの実効距離の傾き角の最
適値が３３°であることを見出した。
【００２０】シンチレーション検出器の発生した電界に
起因する一次ビームの攝動も調査した。一次ビームの攝
動は観察できた。上記直径dcap＝１６mmの場合は画像シ
フトが検出されたほか画像の歪が見出された。直径dcap
＝１０乃至１３mmの場合に、上記二つの実効距離の両方
について画像コントラスト、画像歪み、および画像シフ
トのもっとも望ましい値が得られることが分かった。シ
ンチレーション検出器ディスクの寸法は、そのディスク
を二次電子の焦点３４を覆うように位置定めすれば、収
集効率にそれほど重大な影響を及ぼすものではないこと
が分かった。
起因する一次ビームの攝動も調査した。一次ビームの攝
動は観察できた。上記直径dcap＝１６mmの場合は画像シ
フトが検出されたほか画像の歪が見出された。直径dcap
＝１０乃至１３mmの場合に、上記二つの実効距離の両方
について画像コントラスト、画像歪み、および画像シフ
トのもっとも望ましい値が得られることが分かった。シ
ンチレーション検出器ディスクの寸法は、そのディスク
を二次電子の焦点３４を覆うように位置定めすれば、収
集効率にそれほど重大な影響を及ぼすものではないこと
が分かった。
【００２１】図１および図２に示した本発明の構成にお
いて上記絶縁体の寸法を小さくすると、絶縁体表面電荷
の増加に関係する不確定性は完全に解消した。したがっ
て、ドリフト、フラッシュ、アーク発生などの信頼性問
題は生じなかった。
いて上記絶縁体の寸法を小さくすると、絶縁体表面電荷
の増加に関係する不確定性は完全に解消した。したがっ
て、ドリフト、フラッシュ、アーク発生などの信頼性問
題は生じなかった。
【００２２】この発明は上述の説明は例示のためのもの
であって限定を意図するものではない。上述の実施例を
見れば多くの変形が可能であることが当業者には自明で
あり、それら変形は特許請求の範囲の各請求項に含める
ことを意図するものである。
であって限定を意図するものではない。上述の実施例を
見れば多くの変形が可能であることが当業者には自明で
あり、それら変形は特許請求の範囲の各請求項に含める
ことを意図するものである。
【図１】集束イオンビーム（ＦＩＢ）チェンバ内部に配
置したこの発明のシンチレーション検出器組立体を示す
図。
置したこの発明のシンチレーション検出器組立体を示す
図。
【図２】上記シンチレーション検出器組立体の詳細を示
す図。
す図。
【図３】エネルギー１０eVの二次電子についてシミュレ
ーションした二次電子軌道を示す図。
ーションした二次電子軌道を示す図。
【図４】二次電子収集効率を二次電子エネルギーの関数
として示す図。
として示す図。
１０ 一次荷電粒子ビーム １１ 集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム １２ 試料 １３ シンチレーション検出器ディスク １４ 接地電位キャップ部材 １６ シンチレーション検出器キャップ部
材 １８ 絶縁体 １９ 光パイプ ２４ シンチレーション検出器ベース ２５ 高電圧電極 ３４ 焦点 ４０ 二次電子収集効率対二次電子エネル
ギー特性グラフ
材 １８ 絶縁体 １９ 光パイプ ２４ シンチレーション検出器ベース ２５ 高電圧電極 ３４ 焦点 ４０ 二次電子収集効率対二次電子エネル
ギー特性グラフ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月７日（２００１．１１．
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
フロントページの続き (72)発明者 ティモスィ マイクル モンターニュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フリモント，ファラガット 1215 (72)発明者 セルゲイ エッチン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クペルティーノ，ローリングデル ドライブ 7375，ナンバー 87 (72)発明者 スブラマニアン ヴィ．サンカール アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94555 フリモント，ペタード テラス 34211 Ｆターム(参考） 2G088 EE29 FF10 GG09 5C033 NN01 NP01 NP02
Claims (12)
- 【請求項１】荷電粒子ビームの入射を受ける加工物から
放出される二次電子を検出するシンチレーション検出器
組立体であって、 シンチレーション検出器ディスクと、 前記ディスクの前記二次電子を受ける部分と反対側に設
けられ、前記ディスクを前記ビームの軸に対して保持す
るベースと、 前記ベースに隣接して設けられ、前記ディスクの前記二
次電子を受ける部分と反対側であって前記加工物からの
前記二次電子の通路から外して配置された絶縁体と、 前記ディスク、前記ベースおよび前記絶縁体を取り囲ん
で設けた接地電位キャップ部材と、 前記ディスクからの光子を受けるように前記ディスクに
光学的に結合した光パイプとを含むシンチレーション検
出器組立体。 - 【請求項２】前記帯電粒子ビームの軸と前記ディスクの
表面との間の角度が約０.１乃至１０eVのエネルギーの
二次電子についてほぼ100％の二次電子収集効率を達成
する値を有する請求項１記載のシンチレーション検出器
組立体。 - 【請求項３】前記帯電粒子ビームの軸と前記ディスクの
表面との間の角度が約１０乃至５０eVのエネルギーの二
次電子について５０％以上の二次電子収集効率を達成す
る値を有する請求項１記載のシンチレーション検出器組
立体。 - 【請求項４】前記角度が約２９度である請求項２記載の
シンチレーション検出器組立体。 - 【請求項５】前記角度が約３３度である請求項２記載の
シンチレーション検出器組立体。 - 【請求項６】前記接地電位キャップ部材と前記加工物と
の間の間隔が約２０mmである請求項１記載のシンチレー
ション検出器組立体。 - 【請求項７】前記接地電位キャップ部材と前記加工物と
の間の間隔が約４５mmである請求項１記載のシンチレー
ション検出器組立体。 - 【請求項８】前記接地電位キャップ部材が直径約１２mm
の孔を区画している請求項１記載のシンチレーション検
出器組立体。 - 【請求項９】前記接地電位キャップ部材が直径約１０乃
至１３mmの孔を区画している請求項１記載のシンチレー
ション検出器組立体。 - 【請求項１０】前記ディスクに印加されるバイアス電圧
が約８乃至１２kVである請求項１記載のシンチレーショ
ン検出器組立体。 - 【請求項１１】前記二次電子の大部分が前記シンチレー
ション検出器組立体に衝突する焦点が直径約３乃至４mm
である請求項１記載のシンチレーション検出器組立体。 - 【請求項１２】シンチレーション検出器を動作させる方
法であって、 帯電粒子ビームを加工物に導いてその加工物から二次電
子を放出させる過程と、 前記二次電子を収集するように配置したシンチレーショ
ン検出器ディスクを設ける過程と、 前記ディスクのためのベースと前記ディスクの前記二次
電子を受ける部分の反対側に配置した前記ディスクのた
めの絶縁体とを設ける過程と、 バイアス電圧を前記ベース経由で前記ディスクに印加す
る過程とを含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/675,981 US6630667B1 (en) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | Compact, high collection efficiency scintillator for secondary electron detection |
| US09/675981 | 2000-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002184340A true JP2002184340A (ja) | 2002-06-28 |
Family
ID=24712719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001303480A Pending JP2002184340A (ja) | 2000-09-29 | 2001-09-28 | 二次電子検出用の小型高効率シンチレーション検出器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6630667B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002184340A (ja) |
| KR (1) | KR20020025797A (ja) |
| DE (1) | DE10147995A1 (ja) |
| FR (1) | FR2814853B1 (ja) |
| TW (1) | TW494229B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005108637A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電子放出素子、電子線源及び電子放出制御方法 |
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| WO2005092025A2 (en) * | 2004-03-22 | 2005-10-06 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for measuring a characteristic of a substrate or preparing a substrate for analysis |
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| JP2012138324A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-19 | Topcon Corp | 二次電子検出器、及び荷電粒子ビーム装置 |
| US9673019B2 (en) | 2014-09-22 | 2017-06-06 | El-Mul Technologies Ltd. | Electron detection system |
| WO2018138801A1 (ja) | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 住友重機械工業株式会社 | 粒子加速システム及び粒子加速システムの調整方法 |
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| US4588890A (en) | 1984-12-31 | 1986-05-13 | International Business Machines Corporation | Apparatus and method for composite image formation by scanning electron beam |
| US4680468A (en) | 1985-08-05 | 1987-07-14 | Canadian Patents And Development Limited-Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee | Particle detector |
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| US5097127A (en) * | 1990-02-23 | 1992-03-17 | Ibm Corporation | Multiple detector system for specimen inspection using high energy backscatter electrons |
-
2000
- 2000-09-29 US US09/675,981 patent/US6630667B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-09-14 TW TW090122938A patent/TW494229B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-09-28 KR KR1020010060418A patent/KR20020025797A/ko active IP Right Grant
- 2001-09-28 DE DE10147995A patent/DE10147995A1/de not_active Withdrawn
- 2001-09-28 JP JP2001303480A patent/JP2002184340A/ja active Pending
- 2001-09-28 FR FR0112506A patent/FR2814853B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2814853B1 (fr) | 2008-02-08 |
| TW494229B (en) | 2002-07-11 |
| US6630667B1 (en) | 2003-10-07 |
| DE10147995A1 (de) | 2002-05-08 |
| KR20020025797A (ko) | 2002-04-04 |
| FR2814853A1 (fr) | 2002-04-05 |
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