JP3992021B2 - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents
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Annual Symposium on Electron, Ion and Laser Technology)。
12は重畳電圧13が印加された試料ホルダ20の上に固定されている。試料ホルダ20は絶縁台21を介して試料ステージ22に載せられ、水平位置の調整が可能になっている。
29に衝突しない大きさに設定される。試料12で発生し重畳電圧13で加速された二次電子23は、対物レンズ8のレンズ作用で発散しながら加速円筒9を通過し、反射板29の裏面に衝突する。二次電子と軌道は異なるが、試料12で発生した反射電子も同様に反射板29の裏面に衝突する。
29に中央孔28が設けられているが、ここでは一次電子ビームはまだ走査偏向をされていないため、中央孔28の大きさは最小一次電子ビームの開口角を制限する絞り18と同じ径であっても良い。図の実施例では、絞り18の下方に直径0.1mm の中央孔28を持った反射板29が設置されている。絞り18と反射板29を共用することも可能である。
34が設けられている。上検出器33及び下検出器34は、図3及び図4に示すように、それぞれ反射板29a,29b,電界偏向電極31a,31b,直交磁界偏向コイル32a,32b,シンチレータ25a,25b,ライトガイド26a,26b,光電子増倍管
27a,27bを備える。
34とはコントラストの異なった像が得られる。例えば、半導体素子の製造プロセスにおけるコンタクトホールの検査において、下検出器34を用いると周囲からコンタクトホールの部分を強調した像が得られ、上検出器33を用いるとコンタクトホールの底部の精細な像が得られる。また、両検出器33,34の信号を演算することにより試料の特徴を強調したコントラストを作ることも可能である。
42で増幅された後、光変換回路43で光信号44に変換される。光信号44に変換するのは、増幅器42がチャンネルプレート本体35の増幅電圧38でフローテングになっているためである。光信号44は接地電位の電気変換回路45で再び電気信号に変換され、走査像の輝度変調信号として利用される。
YAG単結晶あるいは螢光体とし、ライトガイドをガラスや樹脂などの透明体で構成するようにしても良い。
(Vr+Vb)で、変数I・N/V1/2は次式で表される。
=a{1+(Vb/Vo)}1/2/{(Vr/Vo)
+(Vb/Vo)}1/2
この式から、Vr/Vo,Vb/Vo比を一定で制御すれば、二次電子の焦点位置は一定になる。すなわち、Vr/Vo,Vb/Vo比を一定として後段加速電圧Vb及び試料の重畳電圧Vrを制御すれば、加速電圧(実質の加速電圧)に依存することなく二次電子の焦点位置を一定に制御できる。
(ウェーハ)12は、試料ホルダ20と対物レンズ8の間で作られた電界中にあり、制御電極がない場合、試料ホルダ20に印加した重畳電圧13と接地電位にある対物レンズ8の中間の電位しか印加されないため、正常な観察が出来なくなるからである。
60には試料ホルダ20に印加される重畳電圧13と同じ電圧が印加されている。これにより、試料(ウェーハ)12は同一電圧の印加された試料ホルダ20と制御電極60で囲まれることになり、前述したように試料(ウェーハ)12が絶縁膜で覆われていても、重畳電圧13の電圧を試料(ウェーハ)に印加させることが出来る。
59の大きさは観察しようとする視野を妨げない大きさとする。この実施の態様では開口59の大きさは直径4mmである。制御電極60と試料(ウェーハ)12との間隔が1mmなので、直径4mmの視野があることになる。また減速電界が開口59を通して、ウェーハまで到達しているため、二次電子を効率よく対物レンズ8上に引き上げることが出来る。開口径を小さくした場合は、減速電界が試料(ウェーハ)12に到達しないが、ウェーハを傾斜したり、試料に凹凸がある場合にはこのような条件の方がよく、非点収差の発生や視野ずれを低減することが出来る。
12が、制御電極60から外れると、試料(ウェーハ)12の電位が変化し、一定のレターディング電圧を印加することが出来なくなる。
12に照射されると、二次電子62が発生する。発生した二次電子62は一次電子63cに対する減速電界で逆に加速されて対物レンズ8の上方に導かれる。この際対物レンズ8の磁界によって、レンズ作用を受けるため図に示すように焦点を作りながら対物レンズ8上に導かれる。
12,試料ホルダ20,絶縁台21,試料ステージ22等の構成要素は真空筐体66に納められている。尚、真空排気系は図示を省略している。
69,70が開放されるようなシーケンスが組み込まれていることは言うまでもない。
13が印加されるものとして説明したが、これらのうちの1つ或いは2つの条件が満たされたときにスイッチ72が閉じるようにしても良い。
=L/8・Ex/Vr−(e/2m)1/2BxL/Vr1/2
ここで、Lは電界と磁界の作用距離、eとmはそれぞれ電子の電荷と質量、Vrは二次電子が走査偏向器を通過するときの加速電圧である。ExとBxの比を下式とすると、下方から来る二次電子は偏向を受けないことになる。
一方、一次電子の偏向に関しては、磁界偏向に電界偏向が加算され、下式のようになる。式中、Voは電子銃加速電圧である。
=(e/2m)1/2BxL/Vo1/2+L/8・Ex/Vo1/2
従って、二次電子を偏向しない条件での偏向角θ(o)は下式のようになる。
ここまではx軸方向への偏向について説明した。y軸方向への偏向も同様にして行う。すなわち、電極51cの電位をVyに、電極51b,51dの電位をVy/21/2 にし、電極51gの電位を−Vyに、電極51f,51hの電位を−Vy/21/2 にして、y軸方向の偏向電界Eyを発生する。同時に、磁界偏向器のコイル52b,52dに電流Iyを流して電界Eyと直交する磁界Byを発生する。この電界Eyと磁界Byは、前述と同様に、下方から来る二次電子に対しては偏向を打ち消し、上方から来る一次電子に対しては強め合うような大きさとされる。
54の端部レベルまで突出させて、試料12に対面させる。さらに、上磁極53を絶縁板55で対物レンズの残部から電気的に絶縁し、これに後段加速電圧10を印加している。
10…後段加速電圧、11…後段加速された一次電子ビーム、12…試料、13…重畳電圧、14…コンデンサレンズ、15…上走査偏向器、16…下走査偏向器、17…減速電界、18…絞り、19…調整つまみ、20…試料ホルダ、21…絶縁台、22…試料ステージ、23…二次電子、24…吸引電極、25…シンチレータ、26…ライトガイド、
27…光電子増幅管、28…中央孔、29…反射板、30…反射板で作られた二次電子、31…電界偏向電極、32…直交磁界偏向コイル、33…上検出器、34…下検出器、
35…チャンネルプレート本体、36…制御電極、37…メッシュ、39…増幅された電子、40…アノード電圧、41…アノード、42…増幅器、43…光変換回路、44…光信号、45…電気変換回路、46…単結晶シンチレータ、47…開口、48…導電性コーティング、49…二次電子のクロスオーバ、50…制御電圧、51a〜51h…静電偏向電極、52a〜52d…磁界偏向コイル、53…上磁極、54…下磁極、55…絶縁板。
Claims (4)
- 荷電粒子源から放出された荷電粒子線を試料上に照射し、当該試料から発生する二次信号に基づいて試料像を得る荷電粒子顕微鏡において、
前記試料下に負の電位を印加するための導電体を配置すると共に、前記試料上には前記負の電位と同電位を印加するための電極が備えられ、当該電極は、前記試料の移動軌道に沿って形成されていると共に、前記試料を移動させる試料ステージによる当該試料の移動範囲以上の大きさに形成されることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。 - 前記電極は前記荷電粒子源下に配置された対物レンズ形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子顕微鏡。
- 前記電極は、前記試料を包囲する試料室の内面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の荷電粒子顕微鏡。
- 前記試料下に位置する導電体は、前記試料と同等、或いはそれ以上の大きさを有することを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子顕微鏡。
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