JP2009505369A - 電子カラム用検出器および電子カラム用電子検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子カラムに使用できる、構造が単純で使用が便利な低価の検出器と、電子カラムを用いて電子を簡単に検出する方法を提供する。
【解決手段】既存のＭＣＰ(micro-channel plate)、ＳＥ(secondary electron)検出器、または半導体検出器では、自体的な構造によって電子の数が増幅される。このような増幅のために、若干の電圧差を外部から加え或いは自体的な構造および材質によって発生させる。このような過程を経た電子の電流値は外部の増幅回路によって増幅される。本発明では、マイクロカラムによって発生した電子ビームの衝突から生ずる電子を周囲の導体配線によって検出する。検出された電子は既存の方式と同様に外部で増幅回路を用いて増幅される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子カラムに用いられる検出器に関し、より具体的には、電子カラムによって発生した電子ビームと試料との衝突から生ずる電子および／または２次電子を容易に検出するための検出器、および電子カラムを用いて簡単に検出を行う方法に関する。

従来、電子顕微鏡またはその他の電子ビーム形成器によって発生した電子が試料にぶつかって跳ね返ってきた電子または試料からの２次電子を検出した。既存のＭＣＰ(micro-channel plate detector)、ＳＥ(secondary electron)検出器または半導体検出器は、電子が各検出器に入射すると、自体的な構造によって電子の数が増幅するように出来ている。このような増幅のために若干の電圧差を与えるか、或いは自体的な構造および材質によって発生する電圧差を加える。このような過程を経た電子の電流値は外部の増幅回路によって増幅される。

図１を参照すると、電子ビーム発生器１００から放出された電子ビームＢが試料に照射される。従来の検出器１０は、電子ビームＢが試料に衝突して跳ね返ってきた電子９または試料からの２次電子を検出し、試料に対するデータを得ることができた。試料に対するデータを持つ電子９は、矢印と点で表示したように広がって検出器１０で検出される。

ところが、従来の検出器１０は、電子ビームＢが試料に衝突して跳ね返ってきた電子または２次電子を用いてデータを収集するために増幅を行う方式を使用する。なぜなら、従来の電子ビーム発生器から発生した電子ビームＢが試料にぶつかって跳ね返ってきた電子または２次電子の量が少ない場合が多いため、検出器で検出された電子からの電流値を増幅して使用した。高エネルギーを使用する電子顕微鏡などの電子ビーム発生器、または低エネルギーを使用する従来の電子ビーム発生器は、約数ピコアンペア〜数十ピコアンペア程度の電流値を持つ電子、場合に応じては数百ピコアンペア以上の電子ビームが検出器に感知される。したがって、このような検出器はいずれも収集された電子からの電流を直ちに増幅することができるように構成されており、その例としてＭＣＰ(micro channel plate)またはＰＮ接合を用いたＢＳＥＤ(back scattering electron detector)が使用されている。

ところが、最近、マイクロカラムなどの新規の電子カラムは、電子ビーム放出源の開発によって、既存の電子ビーム発生器とは異なり、低エネルギーを使用しながらも試料に到達する電子ビームの電子の数が多いため、試料に衝突して跳ね返ってくる電子の電流値が数百ピコ〜数ナノアンペアの電流値を示す。したがって、従来の電子カラムとは異なり、最近の電子カラムは検出をより簡便に行うことができる。

本発明は、かかる課題を解決するためのもので、その目的は、電子カラムに使用できる、構造が単純で使用が便利な低価の検出器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電子カラムを用いて電子を簡単に検出する方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る電子カラム用検出器は、一つ以上の導線で配列された網状または導体板状に導体材質で製造され、試料の上に位置して使用できる。

上記目的を達成するために、本発明に係る電子検出方法は、前記検出器を使用し、或いは試料の導体部分を用いてサンプル電流を確認する方式で検出することができる。

本発明に係るカラムにおいて電子ビームによって発生した電子を検出する方法は、検出器が前記電子を直接検出し、検出された電子の電流データを外部へ伝達して検出することを特徴とする。

従来の電子ビーム発生器とは異なり、最近の超小型電子カラムであるマイクロカラムは、電子ビームが試料に照射され、これにより試料にぶつかって跳ね返ってきた電子または２次電子の量が相対的に従来の電子ビーム発生器より多いため、約０．５ナノアンペア〜数ナノアンペアの間で測定される。したがって、従来の複雑な構造の検出器を使用しなくても、本発明に係る単純な構造でありながらも信頼性のある検出器を使用してもよい。本発明に係る検出器の構造は、簡単に説明すると、導体導線の形態を持ってもなされ得るもので、マイクロカラムから出てきた電子ビームの経路を妨害しない経路に導体導線を用いてこれを外部の増幅器またはコントローラに連結しても、従前の検出器の役割を行うことができることが特徴である。

また、本発明に係る検出方法は、本発明に係る検出器を用いて検出し、或いはサンプル電流方式を用いる。すなわち、本発明に係る検出方法は、検出器を試料の周囲に設置し、試料からの電子を前記検出器によって検出するか、或いはサンプル電流方式で試料上に配線を施し、別途の検出器なしで配線を用いて試料から電子を直接検出する。

本発明に係る検出器は、簡単な構造を有し、別途の増幅または処理が不要であり、製作コストが従来のカラムに比べて非常に低い。また、本発明の検出方法は、前記検出器またはサンプル自体の配線を活用して低廉且つ簡単な方法で検出することができる。また、本発明に係る検出方法は、前記検出器またはサンプル電流方式を用いて、電子ビームによって発生した電子を簡単に検出することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る検出器についてより具体的に説明する。

図２は本発明に係る一例としての検出器が使用される状態を示す概略断面図である。電子放出源１から放出される電子がソースレンズ３を介して所定の形状の電子ビームＢに作られ、デフレクター４によって逸れ、フォーカスレンズ６によって試料にフォーカシングされる。検出器２０は、電子ビームが試料に衝突して跳ね返ってきた電子および試料からの２次電子を検出し、試料に対するデータを得ることができる。すなわち、試料に対するデータを持つ電子９が図示の如く矢印方向に出ながら、点で表示されたように多数の電子が検出器にぶつかって、試料に対するデータを検出器で検出された電流から確認することができる。

図３は本発明に係る検出器を用いて検出することを示す概略斜視図であって、図２の断面図において検出器２０を通過して試料に電子ビームＢが到達することを示す。図３において、検出器２０は４本の導線が交差して構成され、電子ビームＢは導線の間の空間を介して試料に照射される。

図４は本発明に係る検出器が試料上に位置したことを示す概略斜視図であって、導体線が電子ビームＢの幅に比べて大きいメッシュ空間を持つ検出器を示す。この場合も、４本の導線の交差構成と見なすことができ、メッシュ空間の間を介して電子ビームが通過して試料に照射される。検出器２０は検出器の配線２１によって外部のコントローラなどに連結される。

本発明に係る前記検出器は、導線によって検出器増幅器などのコントローラに連結され、試料からの電子ビームの反射によって発生した電子および／または試料からの２次電子を収集してその値を電流によって増幅回路またはコントローラに伝送して検出器としての役割を果たすことができる。

最も簡単な構造は、１本の導体配線をスキャン領域の付近に位置させ、これをスキャン領域が移動するにつれて移動させる方式である。

導体配線が多いほど電子を検出することが効率的である。例えば、グリッド状の導線がスキャン領域にある場合、電子の検出が単一の導線の場合よりも効率的になる。この場合、導線のグリッドをヒットする試料からの電子数は、単一の導線と比較して増加する。グリッド状の導線は、通過される電子ビームの経路を大きく妨害しない程度であれば使用上別の問題が発生しない。すなわち、試料を問わずに電子ビーム自体の電子が検出される量が多いため、データ情報を持つ電子の試料からの検出を妨害しない程度であればよい。但し、イメージまたは電流データの獲得の際に検出器が試料を遮る場合はさらに多くなり得る。これはテスト用試料を用いてイメージテストなどで確認可能であるが、図３において予めサンプル用試料のイメージを本発明の検出器によって得て、これをサンプル用試料のイメージと比較判断すればよい。また、サンプル用試料の測定電流データの分析によってもイメージテストと同様に確認可能である。検出器から得られる電流データを分析してサンプル試料用電流データと比較する方式も可能である。もし検出器が試料のイメージを遮ると、試料または検出器を移動させてさらにイメージまたは電流データを確認するようにすればよい。

本発明に係る検出器は、前述したように導体導線のみからなってもよく、グリッド網状のような構造を持ってもよい。その他、導体導線を円形または多角形状の平面構造を持つようにすることができ、必要に応じて導体導線を３次元形状の形態（例えば、ピラミッド構造または円錐状の構造など）を持つようにすることができる。また、１本の導体配線の代わりに導体板などを使用し、前記導体板を、電子ビームが試料の必要領域に照射されることを妨害しないように配置して検出器として使用できる。

本発明に係る電子カラムにおいて電子を検出する方法は、前記検出器の外部に配線を施して電流値などを増幅し、その値と変化量を確認してイメージまたはその他のサンプルまたは試料の情報を分析する。

すなわち、既存の検出器が特別な形状の構造を持っており、検出器自体に電圧などを印加し、検出器自体で電子を増幅（検出する電子の数を増加）して、検出された電子から情報を獲得することは異なり、検出器は単純に別途の配線のみを施すようにし、前記配線を介して検出された電子量（電流値またはその変化量）を分析してデータを分析する。

本発明に係る電子カラムにおいて電子を検出する他の方法は、従来のサンプル電流方式を用いるものであって、別途の検出器を使用せず、試料自体の配線などを用いてサンプル電流方式で検出する。サンプル電流方式は、試料自体に配線を施し、前記配線を介して検出される電子量を増幅して、検出された電子の情報を分析確認する。本方法は、このような原理を利用して、全試料に対して配線を施すのではなく、試料中の一部の所定の部位に配線を施して検出する。

図５は前記サンプル電流方式を応用して検出する方法の原理および配置を示す。

本方法は、図５に示すように、相互交差する配線のように配置された試料として半導体の内部配線またはＴＦＴ−ＬＣＤまたはディスプレイなどでＴＦＴ素子のように互いに近接し、データラインまたはゲートラインなどの配線の形態を予め知っている場合、そのいずれか１本の配線を導体線のような検出器として活用する。

図５において、検査されるべきサンプルの付近に配線５０が通過する場合、この配線を検出器として使用する。配線５０には検出された電流の強度などの電流データを分析することが可能な電流計（Ａ）などに連結されているため、電流データを分析活用することができる。電子ビームが所定のスキャン領域５１をスキャンした場合のそれに対するイメージは図６に示す通りである。また、電子ビームがスキャン領域５２のようにラインスキャンした場合の電流強度データ値は図７に示す通りである。

サンプルが導体であり且つグラウンドされた場合、電子ビームによって電子がチャージされることなくよく検出され、外部から陰電圧を印加する場合にさらによく検出される。サンプルが導体ではない場合にも、検出は可能であるが、チャージングが起こるので、電子ビームで多くスキャンすることができず、一度電子ビームが照射された領域は再び照射せずにスキャンすることが好ましい。

図５の検出結果として、サンプル電流方式で検出イメージが図６に示され、電流強度データが図７として得られた。図６のイメージは、見易く編集されて示されたものである。電流データ７は実質的なデータであって、検査領域は主に上部から下方への一部のピーク部分６４であり、検出器における電流値は下方のピーク６２を示している。

図６において、ブロックバー６１は図５の検出器の導体部分であり、ブロックバー６３は検出対象となるバーである。図６において、ブロックバー６１、６３が類似の明度で見られるが、実際イメージ像は検出器部分がより鮮明に見え、検出対象となるサンプル部分のイメージは検出器部分よりさらに少なく鮮明である。これは図７の電流データから明確に分かることができるが、検出器部分のブロックバー６１は下方のピーク領域６２に該当する電流データを示し、サンプル部分のブロックバー６３は上部領域６４を示す。これはサンプル部分に照射された電子の数が直接検出器に照射された電子の数よりは少ないため、イメージまたは電流データ値は少ない。図７において、電流値は電子が陰電荷を持つので、下部領域の電流値が上部領域より大きいので、その部分で電子が多く検出されることを意味する。

したがって、別途の検出器なしで検出領域付近の導体から検査領域に照射された電子ビームが反射され、或いは２次電子などが試料自体の導体部分から検出され、別途の検出器なしで試料自体からサンプル電流方式でイメージまたは電流データを得ることができる。ところが、図５の例においてサンプルに陰電圧を印加すると、サンプル領域に照射された電子ビームがより多く検出器で検出できるため、より鮮明なイメージまたは大きい電流データを得ることができて分析に有利である。これは、サンプルに陰電圧を印加すると、サンプルに照射される電子が、サンプルに印加された陰電圧によって反発されて飛び出し或いは反射され、サンプルに照射された電子が検出器で多く検出されるためである。

図５においてサンプルが導体ではなければ、電子ビームがスキャンするときにサンプルの一部が連結されないで離れている場合には、電子ビームからの電子が互いに離れている端部に多くチャージされるので、そのチャージされた電子を電流データとして分析し、導体ではないパターンの検査も行うことができる。

図５の場合、サンプルが導体であれば、検査領域と検出領域とを交換して検出を行うことができ、その検出結果も同一に得られる。

以上、シングルタイプの電子カラムを主に説明したが、マルチタイプの電子カラムも同一の方式で本発明に係る検出器および検出方法を使用することができる。

マルチタイプの電子カラムの場合は、シングル電子カラムの構成に対応する各単位電子カラムがｎ×ｍ行列式で配列されて使用可能であり、ウェーハ形態で使用可能であるが、全体カラムにおいてシングル電子カラムに１：１で対応して使用可能であるが、いろいろのカラムを基準として一つの本発明に係る検出器が使用される場合には、各シングル単位カラムを順次用いて検出可能である。すなわち、シングル単位カラムに対して時間間隔をおいてシングル単位カラムを作動させると、検出されたデータを時間経過に伴って順次使用可能である。いろいろのカラムに対して一つの検出器を使用する場合、サンプルに広く検出器を配置すればよく、ワイヤタイプの場合、広くワイヤをサンプル上に配置させればよい。特に試料内の導体線を用いて検出する場合には、特別に検出するよりは各単位シングカラムを順次作動させるだけで検出可能である。

本発明の検出器および検出方法は、電子カラムが用いられる全ての分野で使用できる。本発明の検出器および検出方法は、電子ビームを用いる全ての分野、例えば電子顕微鏡、電子ビームを用いる検査装置、または電子ビームを用いるリソグラフィー装置などで使用可能である。

従来のマイクロカラムにおいて電子を検出することを示す概略断面図である。 本発明に係る一例としての検出器が使用される状態を示す概略断面図である。 本発明に係る検出器を用いて検出することを示す概略斜視図である。 本発明に係る検出器が試料上に位置したことを示す概略斜視図である。 本発明に係る検出方式に使用可能なサンプル電流方式の原理を利用した配線の配置を概念的に示す配置図である。 図５のサンプル電流方式で検出した結果のイメージ概略図である。 図５のサンプル電流方式で検出した結果の電流強度データを示す図である。

符号の説明

１…電子放出源 ３…ソースレンズ ４…デフレクター ６…フォーカスレンズ
７…電流データ ９…電子 １０、２０…検出器 ２１、５０…配線
５１、５２…スキャン領域 ６１、６３…ブロックバー ６２…下方のピーク領域
６４…上部領域 １００…電子ビーム発生器

Claims (7)

1. 一つ以上の導線で配列された網状または導体板状に導体材質で製造され、試料の上に位置して使用されることを特徴とする、電子カラム用検出器。
2. 前記検出器は１本の導線から２次元または３次元形状の構造で出来ていることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用検出器。
3. 電子カラムにおいて電子ビームによって発生した電子を検出する方法であって、
   前記検出方法は、検出器が前記電子を直接検出し、検出された電子の電流データを外部に伝達することを特徴とする、検出方法。
4. 前記検出器は請求項１または２に記載の検出器であることを特徴とする、請求項３に記載の検出方法。
5. 試料内の配線された導体部分は、検出のためにサンプル電流方式を用いた検出器として用いられることを特徴とする、請求項３に記載の検出方法。
6. 前記サンプルに陰電圧を印加して検出することを特徴とする、請求項５に記載の検出方法。
7. 前記検出器は、複数の電子カラムで発生した電子ビームから電子を検出し、前記電子カラムが順次作動する間に検出を行うことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の検出方法。

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