JP3195589B2 - 走査型電子線装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェハのような大径
の試料表面を高分解能で観察する走査型電子線装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年特に半導体表面を走査型電子線装置
にて低加速電圧で高分解能観察する要望が高い。このた
め、試料に負の高電位を印加し、対物レンズの色収差を
低減することが行われている。一例を図２に示す（電子
線装置 特開平１０−１９９４５９（小山９６−Ａ０１
６））。

【０００３】上側電極３ａには正の高電圧が印加され、
試料及びこれに対向した下側電極３ｂには負の高電圧が
印加されている。電子銃より出た電子線は上側電極３ａ
の正電位により加速され、下側電極３ｂの負電位により
減速され、試料に入射する。試料と下側電極との負電位
が同じである場合、試料を傾斜しても非点や軸不良の発
生は抑えられる。

【０００４】また、図２で示した正の高電圧が印加され
た上側電極３ａを省略した例も開示されている（図３，
電子線装置 特開平１１−２５８９５（小山９７−Ａ０
０７））。いずれの例に於いても試料や該電極に電位を
印加しない場合に比し、特に低加速電圧に於ける分解能
・像質が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２、３で示した例に
於いて、レンズ性能を劣化させないため単極磁界型レン
ズ頂面に設けられた孔と電極に設けられた孔との偏芯を
できるだけ小さくする必要がある。従って該電極は単極
レンズ頂面の孔と同芯になるように、電気的絶縁材を介
して単極レンズ頂面に取り付けることが望ましい。しか
し、そのため単極頂面４ａの径を小さくできず、試料大
角度傾斜時の該磁極頂面と試料との距離が大きくなり分
解能が大きく向上しない問題があった。また単極頂面に
固定用ネジ孔を設けるとレンズ性能が劣化する畏れもあ
る。該軸対称電極を図２で示したものより延長し単極頂
面に接続する円錐面あるいは側面に取り付けることも可
能であるが、該電極の延長部分と試料とが接触し易くな
るため、試料を大角度に傾斜できない問題があった。

【０００６】また図２の例では上側電極に高電圧を印加
する構造であるため、特に単極レンズ先端を先細状にし
た場合組み込みが難しく、また高圧放電が生じやすい問
題があった。図３の例では、上側電極を省略した構造の
ため、作成が容易で高圧放電の問題もないが、分解能が
大きく向上しない問題があった。本発明の目的は、ウェ
ハを大角度に傾斜して高分解能観察すること、また、簡
単な構造で高分解能観察を可能とすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明の走査型電子線装置においては、 １）試料及び試料に対向した電極に負電位を印加するよ
うにした走査型電子線装置に於いて、該電極をこれに隣
接する対物レンズ磁極側面に電気的絶縁材を介して固定
する様にし、該電極の試料に近い部分は軸対称形状であ
り、該電極の試料に遠く、かつ試料傾斜時に試料と対向
する部分は切り欠かれた形状であることを特徴とする。

【０００８】２）試料及び試料に対向した電極に負電位
を印加するようにした走査型電子線装置に於いて、該電
極に隣接する対物レンズ磁極の頂面に、該電極に向かっ
て突出した接地電位の非磁性体から成る軸対称部材を前
記頂面の電子通過孔と同芯になるよう直接取り付けたこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】数ｋＶ程度の高電圧で加速された電子は単極磁
界型レンズと、非磁性部材の接地電位と電極と試料に印
加した負の電位とで形成される静電レンズ作用とによ
り、１ｋＶ程度に集束・減速され試料上に照射される。
磁界と電界の複合により、特に低加速試料入射電圧で分
解能を左右する色収差係数が低減される。試料位置が電
極に近い場合、該電極の試料より遠い部分での非対称性
は、該電極と試料位置間の電界の非対称性をほとんど生
ぜず従ってほとんど非点や軸不良を生じない。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の１実施形態を示
す。単極磁界型対物レンズ４と試料５の間に、電極３が
設けられ、単極レンズ頂面４ａには、電極３に向かって
突出した軸対称部材７が単極レンズ頂面の孔と同芯に設
けられている。また軸対称部材７より電子銃側には、軸
対称検出器２が設けられている。

【００１１】電子銃から出た一次電子線１は例えば３ｋ
Ｖで加速され、軸対称検出器２に設けられた孔を通過
後、単極磁界型レンズ４の頂面４ａ付近に最大値を有し
頂面４ａより試料側に形成された静磁界により集束され
るとともに、電極３及び試料５に印加された例えば−２
ｋＶの高電位により、１ｋＶに減速・集束されて後電子
線プローブとなって試料５に照射される。電子線プロー
ブは、図１には示していない走査偏向コイルにより、試
料面上を走査され、発生した二次電子線６は単極レンズ
磁界により拘束されるとともに巻き上げられ、電極３と
軸対称部材７との電位差により加速され、二次電子検出
器２により検出される。

【００１２】試料に対向する電極３は試料に近い部分で
は軸対称に形成され、試料から遠い部分３ｅにて、円周
状電気絶縁部材８を介して単極レンズ側面に固定されて
いる。通常の、ウェハ等の大径試料傾斜観察ＳＥＭでは
一方向のみ傾斜可能で、他の方向を傾斜観察したい場合
は回転と組み合わせておこなっている。従って、傾斜可
能方向以外では、コニカル磁極からはみ出して電極を固
定しても傾斜角を制限しないようにすることができる。
従って電極３及び電気絶縁部材８は、試料５が最大角傾
斜した場合に試料と干渉しない様に、傾斜したウェハ面
に対向する部分が切り欠かれている。電極３と試料５と
の距離ＷＤが小さい場合には、電極３の非対称形状が、
電極３と試料５間の電位に及ぼす影響は小さく、ほとん
ど非点、軸不良を生じない。

【００１３】また、単極レンズ磁界と軸対称部材７と電
極３で形成される減速電界で形成される複合レンズの色
収差係数Ｃｃの大きさは、以下に示す様に、電極３の形
状・印加電圧が同じでも、軸対称部材７の有無、配置、
印加電圧に依存する。図４に、電極３下端と試料との距
離ＷＤに対する、色収差係数Ｃｃの値を示す。横軸ＷＤ
に示した矢印はそれぞれ試料を４５度あるいは６０度傾
斜可能な最小のＷＤを示す。

【００１４】図４において、従来例Ａは、図３の構成例
にて、下側電極と試料に電位を印加せず、単極レンズ磁
界のみによりフォーカスした場合のＣｃをしめす。従来
例Ｂは、図３の構成例にて、下側電極と試料に−２ｋＶ
印加し、電子銃電圧を−３ｋＶとした場合のＣｃを示
す。従来例Ｃは、図２の構成例に於いて上側電極３ａに
ＶＵ＝＋２ｋＶ、下側電極３ｂにＶＬ＝−２ｋＶ、試料
にＶＳ＝−２ｋＶを印加し、電子銃電圧を−３ｋＶとし
た場合のＣｃを示す。本発明例は図１の構成例にて、下
側電極と試料に−２ｋＶ印加し、電子銃電圧を−３ｋＶ
とした場合のＣｃを示す。上記の例ではいずれも試料入
射電圧１ｋＶでの色収差係数Ｃｃを示しており、このＣ
ｃの値が小さいほど分解能が向上する。

【００１５】本発明例では従来例Ａ、Ｂに比べ、同一の
ＷＤに対しＣｃが低減している。すなわち軸対称部材７
を取付け、電極３と試料５に負電位を印加したことで分
解能が向上する。従来例Ｃと比べても試料を４５〜６０
度傾斜可能なＷＤでは、ほぼ同じＣｃを与えている。す
なわち接地電位の軸対称部材７により、従来例２よりも
簡単な構造で同程度の分解能が得られる。

【００１６】上述の実施例では電極３の電位ＶＬと試料
の電位ＶＳを同じにしたが、全く同じでなくとも良い。
実験によれば、 ０．９≦ＶＬ／ＶＳ≦１．０３ にて、試料傾斜時非点の増大が少なく良好な像が得られ
た。また帯電し易い試料に於いては、コントラストむら
や、フォーカス変動が生じやすいが、上記範囲ではその
影響が少ないことがわかった。

【００１７】

【発明の効果】試料に対向する電極の試料に近い部分は
軸対称形状とし、該電極の試料に遠く、かつ試料傾斜時
に試料と空間的に干渉する部分は切り欠かれた形状とし
たことにより、大角度傾斜時比較的ＷＤを小さくするこ
とができ、分解能が向上する。また該電極に隣接する対
物レンズ磁極に、該電極に向かって突出した軸対称部材
を取り付けたことにより、簡単な構造で分解能が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査型電子線装置の対物レンズの一実施例であ
る。

【図２】従来の走査型電子線装置の対物レンズである。

【図３】従来の走査型電子線装置の対物レンズである。

【図４】電極と試料との距離ＷＤにたいする色収差係数
Ｃｃの比較を説明する図である

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 光義 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−199459（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−25895（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298633（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/28 H01J 37/141 H01J 37/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料及び試料に対向した電極に負電位を
   印加するようにした走査型電子線装置に於いて、 該電極をこれに隣接する対物レンズ磁極側面に電気的絶
   縁材を介して固定する様にし、該電極の試料に近い部分
   は軸対称形状であり、該電極の試料に遠く、かつ試料傾
   斜時に試料と空間的に干渉する部分は切り欠かれた形状
   であることを特長とする走査型電子線装置。
2. 【請求項２】 試料及び試料に対向した電極に負電位を
   印加するようにした走査型電子線装置に於いて、 該電極に隣接する対物レンズ磁極の頂面に、該電極に向
   かって突出した接地電位の非磁性体から成る軸対称部材
   を前記頂面の電子通過孔と同芯になるよう直接取り付け
   たことを特長とする走査型電子線装置。