JP2569011B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

走査電子顕微鏡

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JP2569011B2 JP61133676A JP13367686A JP2569011B2 JP 2569011 B2 JP2569011 B2 JP 2569011B2 JP 61133676 A JP61133676 A JP 61133676A JP 13367686 A JP13367686 A JP 13367686A JP 2569011 B2 JP2569011 B2 JP 2569011B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ上の微細なパターンを観察
し、計測,評価するのに好適な、走査電子顕微鏡に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、対物レンズの上磁極及び下磁極の間隙に試料を
導入し、対物レンズを強励磁して、レンズ収差の少ない
状態で高分解能観察を可能にするインレンズ方式が知ら
れている。しかし、この方式は、試料サイズが極めて小
さいものしか観察することが出来ないという欠点があっ
た。また、走査電子顕微鏡に用いられるような大型試料
の場合には、対物レンズの外部に試料をできるだけ近付
け、レンズ収差をできるだけ小さくして観察する方法が
実用に供されているが、更に、高分解能化を計るには限
界があった。
そこで、このような従来技術の欠点を改良するため、
特開昭58−161235号では、前記インレンズを採用しつ
つ、前記上磁極と下磁極の配置方向に対して交差する方
向の空間を大きくし、試料ホルダも大型化することが提
案されている。これによれば、試料を傾斜回転させるた
めの試料ホルダは、対物レンズ磁極面より大きくするこ
とが出来るので、大型の試料を高分解能で観察できると
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、高分解能化を図るためにはインレンズ方式
が優れているわけであるが、分解能はそれだけでは定ま
らない。すなわち、試料の振動が問題となる。前記特開
昭58−161235号公報は、試料を載せるための試料ホルダ
を、試料室側面から挿入する保持するサイドエントリー
方式を採用しているため、一層の高分解能を図る上で、
この試料ホルダの振動が障害となり、その分解能に限界
が有ることが分かった。
本発明の目的はレンズ収差を小さくしつつ、耐震性に
優れ、更に一層の高分解能を実現しえる走査電子顕微鏡
を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、走査電子顕微鏡の対物レンズを構成する
上磁極と下磁極との間に試料を導入し、且つ、この試料
を移動させる試料移動装置を上記下磁極の上に設置する
と共に、以下の構成要件を具有することで達成される。
先ず、少なくとも上記上磁極端が形成する電子線の通
過口の下に位置する下磁極領域を、上磁極端に平行であ
り、且つ均一な面を持って構成している。更にはこの面
を上記通過口より大きく形成した。
他にも、上記要件を有する面を備えた突極を下磁極に
形成している。
また本発明では、2次電子を検出する検出器を備える
と共に、対物レンズを構成する上磁極と下磁極との間で
試料室を構成し、この試料室内において電子線の照射方
向に対し垂直方向に移動する試料移動台を下磁極上に備
え、この下磁極は、上記上磁極端が形成する電子線通過
口下に位置する領域を面で形成している。また上磁極に
は、試料表面と2次電子検出器を結ぶ軌道に沿うような
傾斜が形成されている。
〔作用〕
試料の振動が分解能に影響するのは、対物レンズの振
動と試料の振動が異なる場合である。この点に関して本
発明は、試料を移動させるための試料移動装置が対物レ
ンズの下磁極上に設置されるので、振動自体が軽減され
ると共に、仮に外部からの振動を受けても、試料は対物
レンズと一体となって振動することになる。従って、振
動による分解能の低下を軽減でき、より一層の高分解能
化を図ることが出来る。
更に本発明では少なくとも上記上磁極端が形成する電
子線の通過口の下に位置する下磁極領域を、上磁極端に
平行であり、且つ均一な面をもって構成しているので、
透過型の電子顕微鏡のように上磁極の電子通過口に下磁
極側の電子線通過口に合わせて形成する必要もなく、容
易にレンズ収差のない対物レンズを形成することが可能
となる。即ち下磁極に電子線通過用の穴が形成されてい
る場合、上磁極側の穴もその位置に合わせて形成しない
と、対物レンズのギャップ間に働く磁界が軸対象でなく
なりレンズ収差が生じる。
しかし本願発明のように下磁極を面で構成すると、そ
のような事態が起こりえない。
更にこの面を上磁極端部より大きく形成することで、
上磁極に対する下磁極の設置が容易になる。即ち上磁極
端部の位置に対して、下磁極端部の位置を正確に合わせ
ておかないと前述したようにレンズギャップ間に働く磁
界が軸対象でなくなり、軸ずれを起こすが、下磁極を上
磁極端部を上回る大きさで形成しておけば、その大きさ
の範囲において両者の相対位置が多少ずれても、上磁極
に対する下磁極の形状は、ずれる前と同様に面であるの
で上磁極と下磁極間に形成される磁界に変化はない。
また、本発明では突極を下磁極上に形成することで、
レンズ磁場の拡散を低減する構成をも開示している。
しかしながら磁場の拡散を低減させた分、上磁極と下
磁極の接近により、上磁極と下磁極の位置ずれに基づく
軸ずれがより顕著なものとなるため、本発明は突極の上
部を上述したような要件を備えた面で構成することによ
ってその弊害を解消している。
また突極の上部のみを精度の高い平面とすれば良いた
め、加工が容易である。
本願発明では高度な加工精度を要求することなく、走
査電子顕微鏡で、収差のないインレンズ方式の対物レン
ズの提供を容易に実現できる。
他にも本発明では、試料室を兼ねたインレンズ方式の
対物レンズを採用した走査電子顕微鏡において、電子線
に対し垂直方向に移動する試料移動台を下磁極上に備え
ると共に、試料と2次電子検出器を結ぶ軌道に沿って上
磁極を形成することで、2次電子の検出効率を高めてい
る。
傾斜面を備える理由は、試料−2次電子検出器間に2
次電子の進行の妨げとなるような要因を除去するためで
ある。
〔実施例〕
以下、本発明を図示する一実施例に基づいて詳述す
る。
第1図は本発明の走査電子顕微鏡の一実施例の断面図
である。
上磁極1と下磁極3及び磁路2を形成する形成部材に
よって励磁コイル4で作られる磁場により、磁界形レン
ズを形成する。尚励磁コイル4は上磁極1と下磁極3の
間に配置される。
上磁極1,下磁極3,磁路2は純鉄或いはパーマロイ等の
磁性材料である。上磁極1と下磁極3との間に、ウエハ
等の試料5がY移動台7,X移動台6の上に載物される。
また磁路はこの移動台の可動領域に沿うようにして形成
される。
更に上磁極1は試料に向かって傾斜するように形成さ
れ、更にその上部には2次電子検出器8がこの傾斜に沿
うようにして配置されている。また、下磁極1は面で構
成されている。
このような構成において、コンデンサレンズ(図では
省略)で収束された電子ビーム10は、更にこの対物レン
ズで試料5上に収束される。レンズギャップ内に試料5
が置かれるので、レンズの焦点距離を短くすることがで
き、球面収差,色収差ともに小さくすることが出来る。
従って、走査電子顕微鏡において、従来の対物レンズの
外部に試料を配置する方式に比べて、レンズの焦点距離
を1/3〜1/5に小さくできるので、電子ビームの径も略、
比例的に小さくすることができ高分解能を得ることが出
来る。更には、対物レンズの磁路2、上磁極1及び下磁
極3によって形成される磁路は、そのまま試料室として
兼用することが出来るので、構造が簡単で小型化でき
る。更に走査電子顕微鏡特有の小さな励磁コイル4を上
磁極と下磁極の間に配置することで、励磁コイルを配置
するための特別な空間を設けることがないため、この効
果を一層顕著なものとしている。
このような試料室は、純鉄或いはパーマロイ等の磁性
材料であり、電子ビーム10に対して磁気シールドの効果
が大きく、外部磁場の変動に対しても極めて強くするこ
とが出来る。そして、本発明の特徴の1つである走査電
子顕微鏡の対物レンズにインレンズ方式を採用すると共
に、下磁極3をベースとしてX移動台6、Y移動台7を
設け、この移動台上にウエハ等の試料5を載物するた
め、試料5の電子ビーム10に対する安定性が高く、外部
振動に対して著しく強化されるという利点が有る。
このように磁路と試料室とを兼用して小型化すること
により、試料室の空間は小さくなり真空排気に対しても
有利である。そして、X移動台6,Y移動台7は、非磁性
材料で構成し、試料5が移動しても磁極間隙に生じる磁
場が乱れないようにしなければならない。
第2図は、本発明の実用的な他の一実施例である。こ
の実施例では、下磁極3に突極に設けることにより上磁
極と下磁極との間隙を小さくし、より強励磁で使用し、
レンズ収差を小さくして使用できる。そして、X移動台
6,Y移動台7の中央部分をくりぬき、下磁極3に対し
て、移動台が障害なく移動できるようにすることで大型
試料の広範囲な観察が可能となる。尚、上記突極はその
先端が面状に形成され、その面は上磁極端部より大きな
面で構成されている。このような構成によって、上磁極
に対する下磁極の設置が容易になる。即ち下磁極を上磁
極端部を上回る大きさで形成しておけば、その大きさの
範囲において両者の相対位置が多少ずれても、上磁極に
対する下磁極の形状は、ずれる前と同様に面であるので
上磁極と下磁極間に形成される磁界に変化はない。
〔発明の効果〕
本発明の構成によれば、高分解能、高耐震性を容易に
実現できるインレンズ方式の対物レンズを走査電子顕微
鏡に適用するという従来見られなかった新たな構成を、
その適用の際に起こりうる諸問題を解決するとことで実
現可能とすることが出来た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る走査電子顕微鏡が有する対物レン
ズの部分断面図、第2図は本発明に係る第1の変形例の
断面図である。 1……上磁極、2……磁路、3……下磁極、4……励磁
コイル、5……試料、6……X移動台、7……Y移動
台、8……2次電子検出器。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子銃からの電子線を試料に収束照射する
    対物レンズを備え、上記試料から発生する信号を用いて
    上記試料の像を観察する走査電子顕微鏡において、上記
    対物レンズを構成する上磁極と下磁極との間で試料室を
    構成し、上記試料を移動させる試料移動装置を上記試料
    室内の下磁極に設置すると共に、少なくとも上記上磁極
    端が形成する電子線の通過口下に位置する下磁極領域
    は、上記上磁極端に平行であり、且つ均一な面を持って
    構成されることを特徴とする走査電子顕微鏡
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記下磁
    極領域は前記上磁極端の端部よりも大きな面であること
    を特徴とする走査電子顕微鏡
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
    て、前記試料移動台は、前記収束照射される電子線に対
    して直交する方向のみに前記試料を移動させるX−Y移
    動台であることを特徴とする走査電子顕微鏡
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項、第2項または第3
    項において、前記試料移動台を非磁性体で構成したこと
    を特徴とする走査電子顕微鏡
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項、第2項、第3項ま
    たは第4項において、前記試料から発生する信号は2次
    電子であり、この2次電子を検出する2次電子検出器を
    備え、該2次電子検出器と前記試料を結ぶ軌道に沿って
    前記上磁極に傾斜を形成したことを特徴とする走査電子
    顕微鏡
  6. 【請求項6】電子銃からの電子線を試料に収束照射する
    対物レンズを備え、上記試料から発生する信号を用いて
    上記試料の像を観察する走査電子顕微鏡において、上記
    対物レンズを構成する上磁極と下磁極との間で試料室を
    構成し、上記試料を移動させる試料移動装置を上記試料
    室内の下磁極に設置し、該下磁極は上記上磁極側に向け
    て突極状に形成されると共に、少なくとも上記上磁極端
    が形成する電子線の通過口下に位置する上記突極上部
    は、上記上磁極端に平行であり、且つ均一な面で形成さ
    れることを特徴とする走査電子顕微鏡
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第6項において、前記下磁
    極領域は前記上磁極端の端部よりも大きな面であること
    を特徴とする走査電子顕微鏡
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第6項または第7項におい
    て、前記試料移動装置は、前記収束照射される電子線に
    対して直交する方向に移動するX−Y移動台を含むこと
    を特徴とする走査電子顕微鏡
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第6項、第7項または第8
    項において、前記試料移動台を非磁性体で構成したこと
    を特徴とする走査電子顕微鏡
  10. 【請求項10】特許請求の範囲第6項、第7項、第8項
    または第9項において、前記試料から発生する信号は2
    次電子であり、この2次電子を検出する2次電子検出器
    を備え、該2次電子検出器と前記試料を結ぶ軌道に沿っ
    て前記上磁極に傾斜を形成したことを特徴とする走査電
    子顕微鏡
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JPS62291849A JPS62291849A (ja) 1987-12-18
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