JP4211473B2 - electronic microscope - Google Patents

electronic microscope Download PDF

Info

Publication number
JP4211473B2
JP4211473B2 JP2003122037A JP2003122037A JP4211473B2 JP 4211473 B2 JP4211473 B2 JP 4211473B2 JP 2003122037 A JP2003122037 A JP 2003122037A JP 2003122037 A JP2003122037 A JP 2003122037A JP 4211473 B2 JP4211473 B2 JP 4211473B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
ring
electron beam
electrode film
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003122037A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004327302A (en
Inventor
浩喜 大川内
真人 高山
祐一 安芸
浩一 武藤
実 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2003122037A priority Critical patent/JP4211473B2/en
Publication of JP2004327302A publication Critical patent/JP2004327302A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4211473B2 publication Critical patent/JP4211473B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料側を大気圧下においたままの状態で試料の観察が可能な電子顕微鏡に関し、更に詳しくは、絶縁性筒体に各種電極膜や抵抗膜を形成してなる電極リングを用いて深い孔底から放出される2次電子の引き上げ効率を高めた電子顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、半導体デバイスの高集積化、微細化が進んでいる。それに伴い、半導体デバイスの動作解析、故障解析の手段として従来の光学顕微鏡の分解能では観察が困難になってきている。そこで、光学方式に代わり走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)による解析方法が有効な手段として注目されている。例えば特許文献1参照。
【0003】
【特許文献1】
特公平6−78897号公報
【0004】
走査型電子顕微鏡では、極めて細い電子ビームを用いるため凹凸の激しい試料表面であってもほぼ全面に焦点が合い、臨場感にあふれたミクロの世界が観察できる。走査型電子顕微鏡の分解能は電子ビームのスポット径によって決まるが、半導体デバイスの微細化に伴って分解能だけでなく、特にコンタクトホールなどのアスペクト比の大きな孔底の観察能力の向上が要求されてきている。
【0005】
従来より、図14に示すリターディング法により、電子ビームの照射源での加速電圧を高くして収差を小さくし分解能を向上させると共に、試料20に負の電圧を印加してコンタクトホール21の深い孔底などからの2次電子の放出軌跡a’を引き上げる工夫は行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、今後更に半導体デバイスの微細化が進みコンタクトホールが高アスペクト比になると、上記リターディング法であっても孔底の観察は困難になってくると考えられる。2次電子のエネルギーは非常に小さいので、アスペクト比の大きなコンタクトホールでは底部から放出されるほとんどの2次電子がコンタクトホールから出る前に側壁部に衝突してエネルギーを失ってしまい検出されなくなる。
【0007】
また、電子ビームが気体分子との衝突により散乱してしまうのを防止するため、真空雰囲気中にて検査を行う必要があり装置が大型となったり、真空排気待ち時間などによる検査のTAT(turn around time)を短縮するため、真空予備室を設けるのが一般的であった。
【0008】
例えば、1m×1mサイズの大型フラットパネルディスプレイの基板を検査する場合、これを支持してX−Y方向に移動させるステージの稼働範囲としては少なくとも2m四方のスペースを必要とし、このスペース全体を高真空に維持することは現実的ではなく、そのためフラットパネルディスプレイの基板を走査型電子顕微鏡で検査する場合には、基板を所望のサイズに切って破壊検査しているのが現状である。
【0009】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、試料側を真空雰囲気中におくことなく電子ビームによる試料の観察が行え、また、試料より放出される2次電子の引き上げ効率を高めた電子顕微鏡を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するにあたり、本発明の電子顕微鏡は、電子ビームの照射源を収容した真空容器と連結された照射ヘッドの電子ビーム出射孔の周囲に、排気手段に接続されるリング状の吸引溝が試料との対向面に開口して形成され、更に照射ヘッド内部の電子ビームの通過経路に電極リングが配設され、その電極リングは、中空部を有する絶縁性筒体と、この絶縁性筒体の2つの端面のうち試料に対して微小間隙を隔てて対向される一方の端面に形成され試料と等電位とされる電圧印加用電極膜と、絶縁性筒体の他方の端面に形成され接地される接地用電極膜と、中空部の内面に形成され電圧印加用電極膜と接地用電極膜との間を接続する抵抗膜とを備えていることを特徴としている。
【0011】
照射ヘッドと試料との間の間隙を非常に狭くしたうえで、上記吸引溝より気体の吸引動作を行うと、出射孔と試料との間の、電子ビーム(2次電子も含む)が通過する部分を局所的に真空雰囲気とすることができる。すなわち、照射ヘッドと試料とを非接触とした状態で、電子ビームの通過経路を外部から気密に遮断された状態とすることができ、電子ビームが気体分子と衝突して散乱してしまうのを防げる。
【0012】
これにより、試料やこれを支持する支持手段も含めた電子顕微鏡全体を真空雰囲気中に配設する必要はなく、真空予備室も設ける必要はない。この結果、真空排気による待ち時間を短縮することができ、さらに試料が大型基板であっても非破壊で検査することが可能になる。
【0013】
また、電子ビームは電極リングの絶縁性筒体の中空部を通って試料に対して照射される。このとき、中空部内面に形成された抵抗膜上には電圧印加用電極膜から接地用電極膜にかけてゆるやかな電位分布が生じている。このため、中空部内を通過して試料上に照射される電子ビームのレンズ収差を小さくすることができる。
【0014】
また、試料から放出される2次電子はその中空部を通って2次電子検出器へと至る。このとき、試料と対向される電極リングの端面に形成された電圧印加用電極膜は試料と等電位とされているので、試料とこれに対向する電極リング端面との間には、試料より放出された2次電子の加速を妨げるような電界が生じていない。この結果、2次電子の放出軌跡を引き上げることができ、深い孔底からの2次電子も効率よく検出できる。
【0015】
また、電極リングにおいて、試料と対向される端面に凹部を形成し、この凹部に電圧印加用電極膜をその膜厚を凹部の深さより小さくして形成する構成とすれば、試料と電圧印加用電極膜との接触を回避できる。これにより、試料と電圧印加用電極膜とがショートすることにより試料に電流が流れて、試料が電気的に破壊されるのを防ぐことができる。特に、試料が集積回路を形成した半導体ウェーハである場合に有効である。
【0016】
また、抵抗膜を軸対称になるように中空部の内面に形成すれば、その抵抗膜に電流が流れて磁界が生じても、対向する箇所に流れる電流による磁界どうしが打ち消し合って、中空部内に磁界が形成されない。これにより、中空部を通過する電子ビームや2次電子への磁界の影響を回避できる。
【0017】
例えば、円柱を抜き取った空間として中空部を形成し、その中空部内面に周方向に沿って軸対称に間欠的に抵抗膜を形成する形態や、周方向に沿って連続的に形成する形態が挙げられる。連続的に形成すれば、高精度なマスクの位置合わせを必要とせずに簡単に軸対称な抵抗膜が得られる。
【0018】
また、絶縁性筒体の側面に、電圧印加用電極膜と接続する電圧印加電極引出部と、接地用電極膜と接続する接地電極引出部を形成すれば、端面側に十分な空間がない場合(例えば、電圧印加用電極膜を形成した端面と試料との間の間隙が非常に狭い場合など)でも、容易に各電極膜と外部との接続を行える。
【0019】
また、本発明の電子顕微鏡において、照射ヘッドは、電子ビームの照射方向に沿って伸縮自在な結合手段によって真空容器と連結されており、その照射ヘッドの吸引溝の周囲に、圧縮気体供給手段に接続されるリング状の気体噴出溝が試料との対向面に開口して形成されていることを特徴としている。
【0020】
結合手段は、例えば蛇腹状、あるいはゴム状に形成され伸縮自在であり、気体噴出溝から噴出される圧縮気体によって照射ヘッドは試料に対して浮上しながら試料表面の微小凹凸にも追従させて電子ビームの照射を行うことができる。これにより、高解像度で試料の検査を行うことができる。
【0021】
また、気体噴出溝の開口に通気パッドを嵌め込んだ構成とすれば、圧縮気体が1箇所に集中して偏って噴出されることなく安定して噴出を行える。これにより、照射ヘッドと試料との間隔を安定して所望の間隔に保持できる。
【0022】
また、電極リングの外周側面に段部を形成し、その段部を出射孔の縁部に当接させて電極リングを出射孔に嵌め込むようにすれば、その段部を利用して電極リングの正確な位置決めを行える。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例としての実施の形態について図面を参照して説明する。
【0024】
図1は、本実施の形態に係る電子顕微鏡40の概略構成図を示す。
【0025】
電子顕微鏡40は、大別して、真空容器41と、この真空容器41に対して上下動自在に連結された照射ヘッド50から構成される。照射ヘッド50に対向して、試料20の支持手段51が配設され、この支持手段51はX−Yステージ52によって平面方向に移動自在とされている。
【0026】
支持手段51は例えば真空チャックあるいは静電チャックである。試料20上のある領域の検査(電子ビーム照射)が終わると、X−Yステージ52が水平方向に移動されて他の領域の検査が行われる。
【0027】
真空容器1内には、電子ビームの照射源である電子銃42と、これより放出される電子ビームを収束するコンデンサ電子レンズ43と、電子ビーム変調手段44と、中央に開口を有する電子ビーム絞り板45と、電子ビーム偏向手段46と、2次電子検出器47と、電子ビーム走査手段48と、対物レンズ23が配設されている。
【0028】
電子ビーム変調手段44は、例えば相対向する偏向電極板からなり、これら間に所要の電圧を印加することによって電子ビームを偏向して、電子ビーム絞り板45の開口を透過する電子ビームの変調を行う。
【0029】
電子ビーム偏向手段46は試料20から放出される2次電子を2次電子検出器47へと導く。電子ビーム走査手段48は電子ビームをラスター走査する。
【0030】
その他、図示しないが真空容器41は排気手段に接続され、真空容器41内を真空引き可能となっている。
【0031】
次に照射ヘッド50について図2及び図3を参照して説明する。図3は照射ヘッド50において、試料20と対向される下面側の平面図を示す。
【0032】
照射ヘッド50は例えばセラミック材料からなる円柱状のブロック体であり、その中心には電子ビームの通過経路となる貫通孔63が軸方向に沿って形成され、この貫通孔63と連通して、試料20との対向面には電子ビームの出射孔56が形成されている。
【0033】
出射孔56の周囲には、リング状の吸引溝57が出射孔56と同心的に、試料20との対向面に開口して形成されている。更に、吸引溝57の周囲には、リング状の吸引溝58が出射孔56と同心的に、試料20との対向面に開口して形成されている。
【0034】
また、吸引溝58の周囲には、リング状の気体噴出溝59が出射孔56と同心的に、試料20との対向面に開口して形成されている。気体噴出溝59は圧縮気体供給手段55と接続される。また、気体噴出溝59の開口には、例えば多孔質材料からなるリング状の通気パッド60が嵌め込まれる。
【0035】
照射ヘッド50は結合手段49によって真空容器41と連結されている。結合手段50は、例えばゴム材料からなる蛇腹状の部材であり、電子ビームの照射方向(照射源42と試料20とを結ぶ方向)に沿って伸縮自在に構成される。この結合手段50が伸縮することによって照射ヘッド50は試料20との距離を変動自在とできる。また、結合手段50は、真空容器41から照射ヘッド50の貫通孔63へと至る電子ビームの通過経路をリング状に囲むようにして構成され、その電子ビームの通過経路と外部とを気密に遮断している。
【0036】
真空容器41内及び照射ヘッド50内の電子ビーム通過経路は、図示しない例えばクライオポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンスパッタポンプなどの高真空ポンプによって真空排気される。
【0037】
上述した吸引溝57、58にもそれぞれ排気手段として真空ポンプ53、54が接続され、真空排気される。中心側、すなわち電子ビームの出射孔56に近い吸引溝57ほど高い真空度となるように排気される。
【0038】
次に、出射孔56に嵌め込まれる電極リング1について説明する。
【0039】
図5は本実施の形態に係る電極リング1の一方の端面の平面図を示す。図6は図5における[6]−[6]線方向の断面図を示す。図7は図5における[7]−[7]線方向の側面図を示す。図8は電極リング1の他方の端面の平面図を示す。図9は図8における[9]−[9]線方向の側面図を示す。図10は図8における[10]−[10]線方向の側面図を示す。
【0040】
電極リング1は、絶縁性筒体2の一方の端面に電圧印加用電極膜3が、他方の端面に接地用電極膜4が、中空部6に抵抗膜11が形成されてなる。
【0041】
絶縁性筒体2は、接地用電極膜4が形成される端面側にフランジ部5を有する略円筒形状を呈している。また、絶縁性筒体2の側面は部分的に切り欠かれて平面部12a、12bが形成され、この平面部12a、12bに後述する電圧印加電極引出部9と接地電極引出部10が、上記切欠きによって径外方に突出するように残された突出部8を挟んで隣り合って形成される。
【0042】
絶縁性筒体2において、電圧印加用電極膜3が形成される端面側には凹部7が形成されている。凹部7は中空部6と同心的なリング状部分と、このリング状部分と一体的に接続され電圧印加電極引出部9が形成される平面部12aへと向かって径外方に延在する延在部とからなる(図5参照)。凹部7の深さは例えば100μmほどである。
【0043】
絶縁性筒体2の中空部6は真円の直径を内径とし軸方向に関してその内径は一定である。したがって中空部6の内面は軸対称な曲面となっている。
【0044】
絶縁性筒体2は例えばアルミナなどのセラミック材料からなるが、これに限らず非磁性且つ絶縁性の材料を用いることができる。
【0045】
凹部7の底面には電圧印加用電極膜3が形成されている。電圧印加用電極膜3は中空部6と同心的なリング状部分と、このリング状部分と一体的に接続され上記凹部7の延在部を被覆する部分とからなる。電圧印加用電極膜3は例えばチタン材料からなるが、その他の金属材料を用いてもよい。チタン材料を用いれば、腐食に強い、耐久性に富む、絶縁性筒体2を構成するセラミック材料との密着性がよい、スパッタリングによる膜厚ばらつきが小さいなどの利点が得られる。なお、密着性を高めるために絶縁性筒体2との間にTiN膜を介在させてもよい。
【0046】
電圧印加用電極膜3が形成される側の端面は、後述するように電極リング1が電子顕微鏡に組み込まれた際に試料と微小間隙を隔てて対向される端面である。そして、凹部7の深さ約100μmに対して電圧印加用電極膜3の膜厚は約1μmであり、電圧印加用電極膜3は凹部7内に収まっている。このような構成のため、凹部7の外周側に位置する絶縁性筒体2の端面縁部が試料と接触することはあっても、凹部7内の電圧印加用電極膜3は試料との接触が回避され、試料と電圧印加用電極膜3がショートして試料に電流が流れ試料を電気的に破壊してしまうことを防止できる。
【0047】
絶縁性筒体2の他方の端面には接地用電極膜4が形成されている(図8参照)。接地用電極膜4は中空部6と同心的なリング状部分と、このリング状部分と一体的に接続され接地電極引出部10が形成される平面部12bへと向かって径外方に延在する部分とからなる。接地用電極膜4は電圧印加用電極膜3と同様に例えばチタン材料からなるが、その他の金属材料を用いてもよい。また、接地用電極膜4の膜厚は約1μmである。
【0048】
絶縁性筒体2の軸方向に関して、電圧印加用電極膜3と接地用電極膜4との間隔L(図6参照)は例えば2mmとなっている。
【0049】
絶縁性筒体2の中空部6内面には全面にわたって抵抗膜11が形成されている。抵抗膜11は両端面に形成された電圧印加用電極膜3と接地用電極膜4とを接続して形成されている。抵抗膜11は、例えば電気抵抗値が約30MΩ〜100MΩのDLC(Diamond Like Carbon)材料からなる高抵抗膜であるが、DLCに限らず例えば炭化ケイ素(SiC)などを用いてもよい。また、電気抵抗値も構成材料の組成比などの制御により容易に所望の値にすることができる。抵抗膜11の膜厚は約1μmである。
【0050】
絶縁性筒体2の側面に形成された上記平面部12a、12bには、それぞれ電圧印加電極引出部9と接地電極引出部10が形成されている。電圧印加電極引出部9は電圧印加用電極膜3と同材料、同膜厚で形成され、電圧印加用電極膜3のリング状部分から延在する部分と接続される。接地電極引出部10は接地用電極膜4と同材料、同膜厚で形成され、接地用電極膜4のリング状部分から延在する部分と接続される。
【0051】
後述するように、電圧印加電極引出部9は外部電源と接続されて負電圧が印加され、接地電極引出部10は接地される。よって、電圧印加用電極膜3は電圧印加電極引出部9を介して負電圧が印加され、接地用電極膜4は接地電極引出部10を介して接地される。
【0052】
絶縁性筒体2の中空部6の内径は、電圧印加用電極膜3及び接地用電極膜4のリング状部分の内径と同じでL1とする。電圧印加用電極膜3及び接地用電極膜4のリング状部分の外径をL2とすると、中空部6が外部環境からのノイズの影響を受けないようにするためにL2はL1の2倍以上の寸法とすることが好ましい。例えば、L1が4mmならばL2は8mm以上とする。
【0053】
すなわち、電圧印加用電極膜3及び接地用電極膜4を、電子ビーム及び2次電子が通過する領域である中空部6に不所望の電界または磁界が形成されないようにするためのシールド材として機能させることになる。L2がL1の2倍以上であれば電圧印加用電極膜3及び接地用電極膜4は円形リング状でなくても構わない。
【0054】
次に、以上のように構成される電極リング1の製造方法について説明する。先ず、例えばアルミナ材料からなる絶縁性筒体2を準備する。このとき、絶縁性筒体2には予め上記凹部7や、電圧印加電極引出部9と接地電極引出部10形成のための平面部12a、12bを形成しておく。
【0055】
このような絶縁性筒体2の中空部6内面の全面に、例えばDLC材料からなる抵抗膜11がCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。この後、例えばチタン材料からなる膜を、一方の端面側に形成された凹部7、他方の端面、及び平面部12a、12bの所定位置に例えばスパッタリング法により形成する。
【0056】
上述した電極リング1は、図11に示すように、対物レンズ23と試料20との間に配設される。対物レンズ23と試料20との間の間隙は例えば2mm〜3mmほどであり、その間隙に、電圧印加用電極膜3を形成した端面を試料20に対向させて、接地用電極膜4を形成した端面を対物レンズ23に対向させて、更に中空部6を、試料20へと照射される電子ビームの通過経路上に位置させて配設される。このとき、電圧印加用電極膜3を形成した端面と試料20との間の間隙は数十μm〜数百μmとされる。このため、電圧印加用電極膜3に接続される電線を試料20と電極リング端面との間の間隙から引き出すことは困難である。
【0057】
そこで、絶縁性筒体2の側面に形成した電圧印加電極引出部9に電線30aを例えば真空用導電性接着剤などで接合して外部に引き出して電源22に接続させる。接地用電極膜4についても同様に絶縁性筒体2の側面に形成した接地電極引出部10に電線30bが例えば真空用導電性接着剤などで接合され、この電線30bは接地される。また、試料20には電源22より負電圧が印加され、対物レンズ(静電レンズ)23は接地されている。
【0058】
上記電極リング1の更に詳細な取付構造について、図4を参照して説明する。電極リング1の絶縁性筒体2において、接地用電極膜4が形成された端面側にはフランジ部5が形成されている。したがって、そのフランジ部5から電圧印加用電極膜3が形成された端面側に向けて段部16が形成される。その段部16を、出射孔56の縁部に当接させて、電極リング1は位置決めされると共に試料20側への落下止めがなされる。
【0059】
この状態で、接地用電極膜4が形成された端面の上に載せられる押さえリング64及び出射孔56の外周側にねじ込まれるねじ65によって電極リング1は固定される。具体的には、ねじ65の頭部65aの下面を、押さえリング64の上面に当接させてねじ65をねじ込んで電極リング1を押さえ込む。押さえリング64は、接地用電極膜4の外径より大きな内径の貫通孔を有するリング状を呈している。ねじ65の締結を外せば、他の電極リングと容易に交換が可能である。
【0060】
電極リング1からの、上述した電線30a、30bの外部への引出しは、図2に示すように照射ヘッド50に差し込まれたブロック61に形成された貫通孔を通して行われる。
【0061】
ブロック61の貫通孔内で、電線30a、30bは互いに絶縁分離されて高真空用絶縁性接着剤で固定されている。この接着剤が貫通孔を封止することで、電子ビームの通過経路と外部とを気密に遮断し、真空リークを防いでいる。なお、電線30a、30bを別々の貫通孔を通して引出して互いのショートを防ぐようにしてもよい。
【0062】
また、ブロック61の差込口付近にはOリング62が配設されて電子ビームの通過経路からの真空リークを防いでいる。
【0063】
また、電極リング1の交換に対処するため、電線30a、30bにおいて例えば電子ビーム通過経路内の箇所をはんだ等により結合させて、このはんだを溶融させることで電線30a、30bと電極リング1とを切り離せるようにしている。あるいは、電線30a、30bの途中箇所をコネクタ接続によって着脱自在にしてもよい。
【0064】
次に、上記電極リング1及びこれを備えた電子顕微鏡40の作用について説明する。
【0065】
先ず、気体噴出溝59に圧縮気体供給手段55から圧縮気体が供給される。この気体は、例えば窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどである。後述するようにこの気体は電子ビーム通過経路に入り込むことはないが、仮に入り込んでしまっても、電子ビーム照射源である電子銃42の電子放出カソード材などを劣化させることがないよう不活性ガスを用いるのが好ましい。
【0066】
上記圧縮気体は通気パッド59から噴出される。この状態で、吸引溝57、58から吸引動作を行って、通気パッド59から噴出される正の気体圧力と、吸引溝57、58から吸引される負の気体圧力との差動によって、照射ヘッド50と試料20との間が所望の間隙(例えば数十μm〜数百μm)となるように照射ヘッド50は試料20から浮上される。
【0067】
すなわち、通気パッド59からの噴出気体は、まず、吸引溝58によってその多くが吸引され、さらに吸引溝57からも吸引される。そして、このとき、照射ヘッド50と試料20との間隙が微小であることから、その間隙の通気コンダクタンス極めて小さくされ、電子ビーム出射孔56への気体の漏れ込みはほとんど回避される。このようにして、試料20側を大気圧下においたまま、照射ヘッド50内の電子ビーム通過経路を高真空に維持でき、さらに出射孔56から試料20に至る経路においても高い真空下に維持できる。
【0068】
そして、照射ヘッド50内の真空度が所定の値まで上がった後、真空容器41内に設けたゲートバルブ(図示せず)を開けて照射源42からの電子ビームを出射孔56から試料20に対して照射する。
【0069】
本実施の形態では、例えば、図11に示すように、半導体ウェーハなどの試料20に形成されたコンタクトホール21を観察する場合を例にして考える。電子ビーム(図において実線の矢印で示す)が、対物レンズ23及び電極リング1の中空部6及び上記出射孔56を通過して試料20のコンタクトホール21に照射されると、その被照射部の表面から2次電子(図において1点鎖線の矢印で示す)が放出される。
【0070】
試料20には負電圧が印加されているため、2次電子は試料20から反発するようにして放出される。このとき、電極リング1において試料20と対向する端面側に形成された電圧印加用電極膜3にも負電圧が印加されて試料20と等電位とされているので、試料20とこれに対向する電極リング端面との間には、放出された2次電子の加速を妨げるような電界は発生していない。
【0071】
これにより、2次電子の放出軌跡a(図11において2点鎖線で示す)を、図14に示す従来の構成(対物レンズ23と試料20との間に上記電極リング1を介在させない構成)における放出軌跡a’に比べて引き上げることができる。この結果、コンタクトホール21底部からの2次電子をコンタクトホール21の側壁部に吸収されることなく放出させることができる。これは特に、半導体集積回路の微細化が進み高アスペクト比のコンタクトホールなどの底部を観察する場合に非常に有効となる。
【0072】
放出された2次電子は電極リング1の中空部6、及び対物レンズ23を通り、図1に示す2次電子検出器47に印加された正の電位に引かれてその2次電子検出器47表面に塗布された蛍光面に衝突して光に変換され、この光は光電子増倍管で増幅される。この信号はさらに増幅された後、表示装置に表示される。
【0073】
また、電極リング1の電圧印加用電極膜3に負電圧が印加されると、抵抗膜11には、電圧印加用電極膜3から接地用電極膜4にかけて図12に示すような電位分布が生じる。図12に示すように、電圧印加用電極膜3に近い位置に生じる電位−Vpをピークとして、接地用電極膜4に向けて徐々に電位が減少し電位0に近づく。上述のように、抵抗膜11は大きな抵抗値を有するので全体の電位分布の変化はゆるやかになる。
【0074】
図15は従来の代表的な円筒型静電レンズを用いた構成を示す。このような構成の静電レンズは、一般にアインツェルレンズと呼ばれており、3枚の円筒状の電極25、26、27から構成される。上下両端の電極25、27は接地され、中央の電極26は電源22に接続されて負電圧が印加される。電子ビームは電子銃またはクロスオーバ位置24からある開き角をもって出射され、電極25、26、27内の電界により収束されて試料20に対して照射される。
【0075】
このように複数の円筒電極を用いた構成において、本実施の形態の電極リング1と同等の電圧を印加した場合についての軸方向の電位分布を図13に示す。すなわち、図16に示すように、2つの独立した円筒電極28、29のうち、試料20側に対向して配置される電極29に電源22より負電圧を印加し、他方の電極28を接地させた構成の場合には、図13に示すように中心軸上の電位分布は負電圧が印加された電極29の近傍で大きく変化している。
【0076】
これに対して本実施の形態では、図12に示したように電極リング1における中空部6内面の軸方向の電位分布の変化をゆるやかにすることができる。電位分布の変化がゆるやかであるほどレンズ収差を小さくすることができる。この電位分布の変化は、抵抗膜11の厚さや電極リング1の高さなどを調整することで最適化が図れる。
【0077】
以上のことにより、本実施の形態の電極リング1によれば、コンタクトホール21の深い孔底などからの2次電子の放出軌跡を引き上げることができるばかりでなく、試料20に対して照射される電子ビームのレンズ収差の低減も図ることができる。
【0078】
なお、電圧印加用電極膜3から、中空部6内面の抵抗膜11を介して、接地された接地用電極膜4に向けて微小電流が流れるが、中空部6内面は軸対称に形成され、その内面全面に抵抗膜11が形成されているので、抵抗膜11の軸方向を流れる電流によって生じる磁界は対向する箇所に流れる電流によって生じる磁界と打ち消し合って、中空部6には磁界が発生しない。これにより、試料20に照射される電子ビームや試料20から放出される2次電子が中空部6内を通過する際に磁界の影響を受けることが回避できる。
【0079】
また、抵抗膜11を電流が流れるので電子ビームが抵抗膜11に照射されてしまった場合でも、抵抗膜11における帯電の問題を回避することができる。
【0080】
また、本実施の形態の電極リング1は、絶縁性筒体2に電圧印加用電極膜3と接地用電極膜4および抵抗膜11を被覆することにより得られ、図16に示す2つの独立した円筒電極28、29から構成される場合に比べ、電子顕微鏡への組み込みを簡単に行える。
【0081】
すなわち、複数の円筒電極28、29から構成される場合には、1つ1つの円筒電極の位置精度はもちろん互いの円筒電極どうしの位置精度についても精度良くして組み込む必要がある。
【0082】
本実施の形態では、径が軸方向に関して一定な絶縁性筒体2の中空部6を基準にして両端面それぞれにリング状に電圧印加用電極膜3と接地用電極膜4を形成することで、両電極膜3、4間の位置ずれを防ぐことができる。すなわち、電極リング1の組み込みの際には両電極膜3、4間の位置合わせを行う必要がない。
【0083】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0084】
絶縁性筒体2としてアルミナ材料を用いた例を示したが、これに限らず、加工精度がよくかつ真空中で使用可能な他のマシナブルセラミック材料などを用いてもよい。また、絶縁性筒体2は円筒状のものに限らず、四角筒状、多角筒状のものであってもよい。
【0085】
吸引溝57、58は2つに限らず、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。気体噴出溝59についても2つ以上であってもよい。
【0086】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電子ビームの照射源を収容した真空容器と連結された照射ヘッドの電子ビーム出射孔の周囲に、排気手段に接続されるリング状の吸引溝が試料との対向面に開口して形成されているので、試料やこれを支持する支持手段も含めた電子顕微鏡全体を真空雰囲気中に配設しなくても気体分子による電子ビームの散乱を防いで高精度に試料の観察を行うことができる。
【0087】
更に、電子ビーム及び2次電子が通過可能な中空部を有する絶縁性筒体の2つの端面のうち試料に対して微小間隙を隔てて対向される一方の端面に試料と等電位とされる電圧印加用電極膜を形成し、他方の端面に接地される接地用電極膜を形成し、中空部の内面に電圧印加用電極膜と接地用電極膜との間を接続する抵抗膜を形成したので、試料へと照射される電子ビームのレンズ収差を損なうことなく、試料より放出される2次電子の放出軌跡を引き上げて、深い孔底などの観察能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る電子顕微鏡の概略図である。
【図2】図1における照射ヘッドの拡大断面図である。
【図3】同照射ヘッドの底面図である。
【図4】同照射ヘッドにおいて、出射孔に対する電極リングの取付構造を説明する拡大断面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る電極リングにおいて、試料と対向される側の端面の平面図である。
【図6】図5における[6]−[6]線方向の断面図である。
【図7】図5における[7]−[7]線方向の側面図である。
【図8】同電極リングにおいて他方の端面の平面図である。
【図9】図8における[9]−[9]線方向の側面図である。
【図10】図8における[10]−[10]線方向の側面図である。
【図11】同電極リングの試料に対する配置関係及び各電極膜の電気的接続関係を示す模式図である。
【図12】同電極リングの中空部において軸方向の電位分布を示すグラフである。
【図13】図16で示す2つのリング状電極の軸方向の電位分布を示すグラフである。
【図14】従来のリターディング法を説明する模式図である。
【図15】従来のアインツェルン静電レンズの構造を示す模式図である。
【図16】従来の静電レンズ構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1…電極リング、2…絶縁性筒体、3…電圧印加用電極膜、4…接地用電極膜、6…中空部、7…凹部、9…電圧印加電極引出部、10…接地電極引出部、11…抵抗膜、16…段部、20…試料、21…コンタクトホール、22…電源、23…対物レンズ、30a,30b…電線、40…電子顕微鏡、41…真空容器、42…照射源、47…2次電子検出器、49…結合手段、50…照射ヘッド、53,54…排気手段、55…圧縮気体供給手段、56…出射孔、57,58…吸引溝、59…気体噴出溝、60…通気パッド、63…電子ビーム通過経路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron microscope capable of observing a sample while keeping the sample side under atmospheric pressure. More specifically, the present invention uses an electrode ring formed by forming various electrode films and resistance films on an insulating cylinder. The present invention relates to an electron microscope that increases the efficiency of pulling up secondary electrons emitted from deep and deep hole bottoms.
[0002]
[Prior art]
Today, semiconductor devices are highly integrated and miniaturized. As a result, it has become difficult to observe with the resolution of a conventional optical microscope as a means for analyzing the operation and failure of semiconductor devices. Therefore, an analysis method using a scanning electron microscope (SEM) instead of the optical method has been attracting attention as an effective means. For example, see Patent Document 1.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 6-78897
[0004]
The scanning electron microscope uses an extremely thin electron beam, so that even a highly uneven surface can be focused on almost the entire surface, and a microscopic world full of realism can be observed. The resolution of a scanning electron microscope is determined by the spot diameter of the electron beam, but not only the resolution but also the ability to observe hole bottoms with a large aspect ratio, such as contact holes, has been demanded as semiconductor devices become smaller. Yes.
[0005]
Conventionally, by the retarding method shown in FIG. 14, the acceleration voltage at the electron beam irradiation source is increased to reduce the aberration and improve the resolution, and a negative voltage is applied to the sample 20 to deepen the contact hole 21. A device for raising the emission trajectory a ′ of secondary electrons from the hole bottom or the like has been devised.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the semiconductor device is further miniaturized in the future and the contact hole has a high aspect ratio, it will be difficult to observe the bottom of the hole even with the retarding method. Since the energy of the secondary electrons is very small, in a contact hole with a large aspect ratio, most of the secondary electrons emitted from the bottom collide with the side wall portion before exiting from the contact hole and lose energy, and are not detected.
[0007]
Further, in order to prevent the electron beam from being scattered by collision with gas molecules, it is necessary to perform an inspection in a vacuum atmosphere, which increases the size of the apparatus, and TAT (turn In order to shorten the around time), it is common to provide a vacuum prechamber.
[0008]
For example, when inspecting a substrate of a 1 m × 1 m large flat panel display, an operating range of a stage that supports it and moves it in the XY direction requires a space of at least 2 m square. Maintaining a vacuum is not practical, and therefore, when inspecting a substrate of a flat panel display with a scanning electron microscope, the substrate is currently cut into a desired size and subjected to a destructive inspection.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. The object of the present invention is to enable observation of a sample with an electron beam without placing the sample side in a vacuum atmosphere, and to raise the efficiency of secondary electrons emitted from the sample. An object of the present invention is to provide an electron microscope having an improved height.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In solving the above-described problems, the electron microscope of the present invention is provided with a ring-like suction connected to an exhaust means around an electron beam emission hole of an irradiation head connected to a vacuum vessel containing an electron beam irradiation source. A groove is formed on the surface facing the sample, and an electrode ring is disposed in the electron beam passage path inside the irradiation head. The electrode ring includes an insulating cylinder having a hollow portion, and an insulating ring. A voltage application electrode film formed on one end face of the two end faces of the cylinder facing the sample with a minute gap therebetween and made equipotential with the sample, and formed on the other end face of the insulating cylinder And a grounding electrode film that is grounded, and a resistance film that is formed on the inner surface of the hollow portion and connects between the voltage application electrode film and the grounding electrode film.
[0011]
When the gap between the irradiation head and the sample is made very narrow and a gas is sucked from the suction groove, an electron beam (including secondary electrons) passes between the exit hole and the sample. The portion can be locally in a vacuum atmosphere. That is, with the irradiation head and the sample being in non-contact, the electron beam passage path can be hermetically blocked from the outside, and the electron beam collides with gas molecules and scatters. I can prevent it.
[0012]
Thus, it is not necessary to dispose the entire electron microscope including the sample and the supporting means for supporting the sample in a vacuum atmosphere, and it is not necessary to provide a preliminary vacuum chamber. As a result, the waiting time due to evacuation can be shortened, and further, non-destructive inspection can be performed even if the sample is a large substrate.
[0013]
Further, the electron beam is irradiated to the sample through the hollow portion of the insulating cylindrical body of the electrode ring. At this time, a gentle potential distribution is generated from the voltage application electrode film to the ground electrode film on the resistance film formed on the inner surface of the hollow portion. For this reason, the lens aberration of the electron beam irradiated on the sample through the hollow portion can be reduced.
[0014]
Further, the secondary electrons emitted from the sample pass through the hollow portion and reach the secondary electron detector. At this time, since the voltage application electrode film formed on the end face of the electrode ring facing the sample is equipotential with the sample, the sample is released from the sample between the sample and the end face of the electrode ring facing the sample. An electric field that prevents acceleration of the generated secondary electrons is not generated. As a result, the emission trajectory of secondary electrons can be raised, and secondary electrons from the deep hole bottom can be detected efficiently.
[0015]
Further, in the electrode ring, if a recess is formed on the end surface facing the sample, and the electrode film for voltage application is formed in the recess with a film thickness smaller than the depth of the recess, the sample and voltage application Contact with the electrode film can be avoided. As a result, it is possible to prevent the sample from being electrically destroyed by causing a current to flow through the sample due to a short circuit between the sample and the voltage application electrode film. This is particularly effective when the sample is a semiconductor wafer on which an integrated circuit is formed.
[0016]
Also, if the resistive film is formed on the inner surface of the hollow portion so as to be axially symmetric, even if a current flows through the resistive film and a magnetic field is generated, the magnetic fields due to the current flowing in the opposite locations cancel each other, and the inside of the hollow portion No magnetic field is formed. Thereby, the influence of the magnetic field on the electron beam and secondary electrons passing through the hollow portion can be avoided.
[0017]
For example, there is a form in which a hollow part is formed as a space where a cylinder is extracted, and a resistance film is intermittently formed axially symmetrically along the circumferential direction on the inner surface of the hollow part, or a form continuously formed along the circumferential direction. Can be mentioned. If formed continuously, an axially symmetric resistive film can be obtained easily without requiring highly accurate mask alignment.
[0018]
In addition, if there is not enough space on the end face side if the voltage application electrode lead part connected to the voltage application electrode film and the ground electrode lead part connected to the ground electrode film are formed on the side surface of the insulating cylinder Even when the gap between the end surface on which the voltage applying electrode film is formed and the sample is very narrow, for example, the electrode films can be easily connected to the outside.
[0019]
Further, in the electron microscope of the present invention, the irradiation head is connected to the vacuum container by a coupling means that can be expanded and contracted along the irradiation direction of the electron beam, and a compressed gas supply means is provided around the suction groove of the irradiation head. A ring-shaped gas ejection groove to be connected is formed so as to open on a surface facing the sample.
[0020]
The coupling means is, for example, formed in a bellows shape or a rubber shape and can be expanded and contracted, and the irradiation head follows the micro unevenness on the sample surface while the irradiation head floats on the sample by the compressed gas ejected from the gas ejection groove. Beam irradiation can be performed. Thereby, the sample can be inspected with high resolution.
[0021]
Moreover, if it is set as the structure which fitted the ventilation pad to opening of a gas ejection groove, it can eject stably, without compressed gas concentrating on one place and being ejected biased. Thereby, the space | interval of an irradiation head and a sample can be stably hold | maintained at a desired space | interval.
[0022]
In addition, if a step is formed on the outer peripheral side surface of the electrode ring and the step is brought into contact with the edge of the emission hole so that the electrode ring is fitted into the emission hole, the electrode ring can be utilized using the step. Can be accurately positioned.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electron microscope 40 according to the present embodiment.
[0025]
The electron microscope 40 is roughly composed of a vacuum container 41 and an irradiation head 50 connected to the vacuum container 41 so as to be movable up and down. Opposite to the irradiation head 50, a support means 51 for the sample 20 is disposed, and this support means 51 is movable in the plane direction by an XY stage 52.
[0026]
The support means 51 is, for example, a vacuum chuck or an electrostatic chuck. When inspection of an area on the sample 20 (electron beam irradiation) is completed, the XY stage 52 is moved in the horizontal direction to inspect other areas.
[0027]
In the vacuum chamber 1, an electron gun 42 that is an electron beam irradiation source, a condenser electron lens 43 that converges the electron beam emitted from the electron gun 42, an electron beam modulator 44, and an electron beam aperture having an opening in the center. A plate 45, an electron beam deflecting means 46, a secondary electron detector 47, an electron beam scanning means 48, and the objective lens 23 are provided.
[0028]
The electron beam modulating means 44 is composed of, for example, opposing deflection electrode plates, deflects the electron beam by applying a required voltage between them, and modulates the electron beam transmitted through the opening of the electron beam diaphragm plate 45. Do.
[0029]
The electron beam deflecting means 46 guides secondary electrons emitted from the sample 20 to the secondary electron detector 47. The electron beam scanning means 48 performs raster scanning of the electron beam.
[0030]
In addition, although not shown, the vacuum vessel 41 is connected to an exhaust means, and the inside of the vacuum vessel 41 can be evacuated.
[0031]
Next, the irradiation head 50 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view of the lower surface side facing the sample 20 in the irradiation head 50.
[0032]
The irradiation head 50 is a cylindrical block body made of, for example, a ceramic material. A through hole 63 serving as an electron beam passage path is formed in the center of the irradiation head 50 along the axial direction. An exit hole 56 for electron beam is formed on the surface facing 20.
[0033]
Around the emission hole 56, a ring-shaped suction groove 57 is formed concentrically with the emission hole 56 so as to open on the surface facing the sample 20. Further, around the suction groove 57, a ring-shaped suction groove 58 is formed concentrically with the emission hole 56 so as to open on the surface facing the sample 20.
[0034]
In addition, a ring-shaped gas ejection groove 59 is formed around the suction groove 58 so as to be concentric with the emission hole 56 and open on the surface facing the sample 20. The gas ejection groove 59 is connected to the compressed gas supply means 55. A ring-shaped ventilation pad 60 made of, for example, a porous material is fitted into the opening of the gas ejection groove 59.
[0035]
The irradiation head 50 is connected to the vacuum container 41 by a coupling means 49. The coupling means 50 is a bellows-like member made of, for example, a rubber material, and is configured to be stretchable along an electron beam irradiation direction (a direction connecting the irradiation source 42 and the sample 20). When the coupling means 50 expands and contracts, the irradiation head 50 can change the distance from the sample 20 freely. The coupling means 50 is configured to surround the electron beam passage path from the vacuum vessel 41 to the through hole 63 of the irradiation head 50 in a ring shape, and airtightly blocks the electron beam passage path from the outside. Yes.
[0036]
The electron beam passage paths in the vacuum vessel 41 and the irradiation head 50 are evacuated by a high vacuum pump (not shown) such as a cryopump, a turbo molecular pump, or an ion sputtering pump.
[0037]
Vacuum pumps 53 and 54 are also connected to the above-described suction grooves 57 and 58 as exhaust means, and are evacuated. The suction groove 57 closer to the center side, that is, the electron beam emission hole 56 is evacuated to a higher degree of vacuum.
[0038]
Next, the electrode ring 1 fitted in the emission hole 56 will be described.
[0039]
FIG. 5 shows a plan view of one end face of the electrode ring 1 according to the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line [6]-[6] in FIG. FIG. 7 is a side view of the direction [7]-[7] in FIG. FIG. 8 shows a plan view of the other end face of the electrode ring 1. FIG. 9 is a side view of the direction [9]-[9] in FIG. FIG. 10 is a side view of the [10]-[10] line direction in FIG.
[0040]
The electrode ring 1 is formed by forming a voltage applying electrode film 3 on one end face of an insulating cylinder 2, a grounding electrode film 4 on the other end face, and a resistance film 11 on a hollow portion 6.
[0041]
The insulating cylinder 2 has a substantially cylindrical shape having a flange portion 5 on the end face side where the ground electrode film 4 is formed. Further, the side surface of the insulating cylinder 2 is partially cut away to form flat portions 12a and 12b. The flat electrode portions 12a and 12b are provided with a voltage application electrode lead portion 9 and a ground electrode lead portion 10 described later. They are formed adjacent to each other with the protruding portion 8 left so as to protrude radially outward by the notch.
[0042]
In the insulating cylinder 2, a recess 7 is formed on the end face side where the voltage application electrode film 3 is formed. The recess 7 extends radially outwardly toward a ring-shaped portion concentric with the hollow portion 6 and a flat portion 12a integrally connected to the ring-shaped portion and where the voltage application electrode lead-out portion 9 is formed. (See FIG. 5). The depth of the recess 7 is, for example, about 100 μm.
[0043]
The hollow portion 6 of the insulating cylinder 2 has a perfect circle diameter as an inner diameter, and the inner diameter is constant in the axial direction. Therefore, the inner surface of the hollow portion 6 is an axisymmetric curved surface.
[0044]
The insulating cylinder 2 is made of a ceramic material such as alumina, but is not limited thereto, and a nonmagnetic and insulating material can be used.
[0045]
A voltage application electrode film 3 is formed on the bottom surface of the recess 7. The voltage application electrode film 3 includes a ring-shaped portion concentric with the hollow portion 6 and a portion that is integrally connected to the ring-shaped portion and covers the extending portion of the recess 7. The voltage applying electrode film 3 is made of, for example, a titanium material, but other metal materials may be used. Use of the titanium material provides advantages such as corrosion resistance, high durability, good adhesion to the ceramic material constituting the insulating cylinder 2, and small variations in film thickness due to sputtering. In order to improve the adhesion, a TiN film may be interposed between the insulating cylinder 2.
[0046]
The end face on the side where the voltage applying electrode film 3 is formed is an end face facing the sample with a minute gap when the electrode ring 1 is incorporated into an electron microscope, as will be described later. The film thickness of the voltage application electrode film 3 is about 1 μm with respect to the depth of the recess 7 of about 100 μm, and the voltage application electrode film 3 is contained in the recess 7. Due to such a configuration, even if the end surface edge of the insulating cylinder 2 located on the outer peripheral side of the recess 7 is in contact with the sample, the voltage applying electrode film 3 in the recess 7 is in contact with the sample. Thus, it is possible to prevent the sample and the voltage applying electrode film 3 from being short-circuited to cause a current to flow through the sample and electrically destroy the sample.
[0047]
A ground electrode film 4 is formed on the other end face of the insulating cylinder 2 (see FIG. 8). The ground electrode film 4 extends radially outward toward a flat portion 12b concentrically connected to the hollow portion 6 and a flat portion 12b that is integrally connected to the ring portion and in which the ground electrode lead portion 10 is formed. It consists of parts to do. The ground electrode film 4 is made of, for example, a titanium material like the voltage application electrode film 3, but other metal materials may be used. The thickness of the ground electrode film 4 is about 1 μm.
[0048]
With respect to the axial direction of the insulating cylindrical body 2, the distance L (see FIG. 6) between the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 is 2 mm, for example.
[0049]
A resistance film 11 is formed on the entire inner surface of the hollow portion 6 of the insulating cylinder 2. The resistance film 11 is formed by connecting the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 formed on both end faces. The resistance film 11 is a high resistance film made of, for example, a DLC (Diamond Like Carbon) material having an electrical resistance value of about 30 MΩ to 100 MΩ, but is not limited to DLC, and silicon carbide (SiC) may be used. Also, the electrical resistance value can be easily set to a desired value by controlling the composition ratio of the constituent materials. The film thickness of the resistance film 11 is about 1 μm.
[0050]
A voltage application electrode lead portion 9 and a ground electrode lead portion 10 are formed on the flat portions 12a and 12b formed on the side surfaces of the insulating cylinder 2, respectively. The voltage application electrode lead-out portion 9 is formed of the same material and the same thickness as the voltage application electrode film 3 and is connected to a portion extending from the ring-shaped portion of the voltage application electrode film 3. The ground electrode lead portion 10 is formed of the same material and the same thickness as the ground electrode film 4 and is connected to a portion extending from the ring-shaped portion of the ground electrode film 4.
[0051]
As will be described later, the voltage application electrode lead-out portion 9 is connected to an external power source to apply a negative voltage, and the ground electrode lead-out portion 10 is grounded. Therefore, a negative voltage is applied to the voltage application electrode film 3 via the voltage application electrode lead-out portion 9, and the ground electrode film 4 is grounded via the ground electrode lead-out portion 10.
[0052]
The inner diameter of the hollow portion 6 of the insulating cylinder 2 is the same as the inner diameters of the ring-shaped portions of the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 and is L1. If the outer diameters of the ring-shaped portions of the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 are L2, L2 is at least twice L1 so that the hollow portion 6 is not affected by noise from the external environment. It is preferable to set it as these dimensions. For example, if L1 is 4 mm, L2 is 8 mm or more.
[0053]
That is, the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 function as a shielding material for preventing an undesired electric field or magnetic field from being formed in the hollow portion 6 that is a region through which an electron beam and secondary electrons pass. I will let you. The voltage applying electrode film 3 and the grounding electrode film 4 may not have a circular ring shape as long as L2 is twice or more of L1.
[0054]
Next, the manufacturing method of the electrode ring 1 comprised as mentioned above is demonstrated. First, an insulating cylinder 2 made of, for example, an alumina material is prepared. At this time, the concave portion 7 and the plane portions 12 a and 12 b for forming the voltage application electrode lead portion 9 and the ground electrode lead portion 10 are formed in the insulating cylinder 2 in advance.
[0055]
A resistance film 11 made of, for example, a DLC material is formed on the entire inner surface of the hollow portion 6 of the insulating cylinder 2 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Thereafter, a film made of, for example, a titanium material is formed by, for example, a sputtering method at predetermined positions of the concave portion 7 formed on one end face side, the other end face, and the flat portions 12a and 12b.
[0056]
The electrode ring 1 described above is disposed between the objective lens 23 and the sample 20 as shown in FIG. The gap between the objective lens 23 and the sample 20 is, for example, about 2 mm to 3 mm. In the gap, the ground electrode film 4 is formed with the end face on which the voltage application electrode film 3 is formed facing the sample 20. The end surface is opposed to the objective lens 23, and the hollow portion 6 is further disposed on the path of the electron beam irradiated onto the sample 20. At this time, the gap between the end face on which the voltage applying electrode film 3 is formed and the sample 20 is several tens μm to several hundreds μm. For this reason, it is difficult to draw out the electric wire connected to the voltage applying electrode film 3 from the gap between the sample 20 and the electrode ring end face.
[0057]
Therefore, the electric wire 30a is joined to the voltage application electrode lead-out portion 9 formed on the side surface of the insulating cylinder 2 with, for example, a vacuum conductive adhesive, and is drawn out to be connected to the power source 22. Similarly, for the ground electrode film 4, an electric wire 30 b is joined to the ground electrode lead-out portion 10 formed on the side surface of the insulating cylinder 2 with, for example, a vacuum conductive adhesive, and the electric wire 30 b is grounded. Further, a negative voltage is applied to the sample 20 from the power source 22, and the objective lens (electrostatic lens) 23 is grounded.
[0058]
A more detailed mounting structure of the electrode ring 1 will be described with reference to FIG. In the insulating cylindrical body 2 of the electrode ring 1, a flange portion 5 is formed on the end face side where the ground electrode film 4 is formed. Accordingly, the step portion 16 is formed from the flange portion 5 toward the end face side where the voltage application electrode film 3 is formed. The step 16 is brought into contact with the edge of the emission hole 56 so that the electrode ring 1 is positioned and prevented from dropping to the sample 20 side.
[0059]
In this state, the electrode ring 1 is fixed by the holding ring 64 placed on the end surface on which the ground electrode film 4 is formed and the screw 65 screwed into the outer peripheral side of the emission hole 56. Specifically, the lower surface of the head 65 a of the screw 65 is brought into contact with the upper surface of the pressing ring 64, and the screw 65 is screwed to press the electrode ring 1. The holding ring 64 has a ring shape having a through hole having an inner diameter larger than the outer diameter of the ground electrode film 4. If the screw 65 is unfastened, it can be easily replaced with another electrode ring.
[0060]
The above-described extraction of the electric wires 30a and 30b from the electrode ring 1 is performed through a through hole formed in the block 61 inserted into the irradiation head 50 as shown in FIG.
[0061]
In the through hole of the block 61, the electric wires 30a and 30b are insulated and separated from each other and fixed with an insulating adhesive for high vacuum. This adhesive seals the through hole, so that the electron beam passage and the outside are hermetically cut off to prevent vacuum leakage. The electric wires 30a and 30b may be drawn out through separate through holes to prevent mutual short circuit.
[0062]
Further, an O-ring 62 is disposed near the insertion opening of the block 61 to prevent vacuum leakage from the electron beam passage path.
[0063]
Further, in order to deal with the replacement of the electrode ring 1, the electric wires 30a, 30b and the electrode ring 1 can be connected by melting the solder by, for example, joining the locations in the electron beam passage path with the solder in the electric wires 30a, 30b. It can be separated. Or you may make the middle part of the electric wires 30a and 30b detachable by connector connection.
[0064]
Next, the operation of the electrode ring 1 and the electron microscope 40 including the electrode ring 1 will be described.
[0065]
First, compressed gas is supplied from the compressed gas supply means 55 to the gas ejection groove 59. This gas is, for example, nitrogen, helium, neon, argon or the like. As will be described later, this gas does not enter the electron beam passage path, but even if it temporarily enters, it is an inert gas so as not to deteriorate the electron emission cathode material of the electron gun 42 that is the electron beam irradiation source. Is preferably used.
[0066]
The compressed gas is ejected from the ventilation pad 59. In this state, the irradiation operation is performed from the suction grooves 57 and 58, and the irradiation head is differentiated between the positive gas pressure ejected from the ventilation pad 59 and the negative gas pressure sucked from the suction grooves 57 and 58. The irradiation head 50 is levitated from the sample 20 so that a desired gap (for example, several tens μm to several hundred μm) exists between the sample 50 and the sample 20.
[0067]
That is, most of the gas ejected from the ventilation pad 59 is first sucked by the suction groove 58 and further sucked by the suction groove 57. At this time, since the gap between the irradiation head 50 and the sample 20 is very small, the ventilation conductance of the gap is made extremely small, and almost no gas leakage into the electron beam emission hole 56 is avoided. In this way, the electron beam passage path in the irradiation head 50 can be maintained at a high vacuum while the sample 20 side is kept under atmospheric pressure, and further, the path from the exit hole 56 to the sample 20 can be maintained at a high vacuum. .
[0068]
Then, after the degree of vacuum in the irradiation head 50 rises to a predetermined value, a gate valve (not shown) provided in the vacuum vessel 41 is opened, and an electron beam from the irradiation source 42 is transferred from the emission hole 56 to the sample 20. Irradiate.
[0069]
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 11, a case where a contact hole 21 formed in a sample 20 such as a semiconductor wafer is observed is considered as an example. When an electron beam (indicated by a solid arrow in the figure) passes through the objective lens 23 and the hollow portion 6 of the electrode ring 1 and the exit hole 56 and is irradiated to the contact hole 21 of the sample 20, the irradiated portion Secondary electrons (indicated by a dashed line arrow in the figure) are emitted from the surface.
[0070]
Since a negative voltage is applied to the sample 20, secondary electrons are emitted from the sample 20 so as to repel. At this time, since the negative voltage is applied to the voltage application electrode film 3 formed on the end face side facing the sample 20 in the electrode ring 1 to make it equipotential with the sample 20, the sample 20 faces the sample 20. An electric field that prevents acceleration of the emitted secondary electrons is not generated between the electrode ring end faces.
[0071]
As a result, the secondary electron emission locus a (indicated by a two-dot chain line in FIG. 11) in the conventional configuration shown in FIG. 14 (configuration in which the electrode ring 1 is not interposed between the objective lens 23 and the sample 20). It can be raised compared to the discharge locus a ′. As a result, secondary electrons from the bottom of the contact hole 21 can be emitted without being absorbed by the side wall of the contact hole 21. This is particularly effective when the bottom of a contact hole having a high aspect ratio is observed as the semiconductor integrated circuit becomes finer.
[0072]
The emitted secondary electrons pass through the hollow portion 6 of the electrode ring 1 and the objective lens 23 and are attracted to the positive potential applied to the secondary electron detector 47 shown in FIG. It collides with the phosphor screen coated on the surface and is converted into light, and this light is amplified by a photomultiplier tube. This signal is further amplified and then displayed on the display device.
[0073]
When a negative voltage is applied to the voltage application electrode film 3 of the electrode ring 1, a potential distribution as shown in FIG. 12 occurs in the resistance film 11 from the voltage application electrode film 3 to the ground electrode film 4. . As shown in FIG. 12, the potential −Vp generated at a position close to the voltage application electrode film 3 is a peak, and the potential gradually decreases toward the ground electrode film 4 and approaches the potential 0. As described above, since the resistance film 11 has a large resistance value, the change in the overall potential distribution becomes gradual.
[0074]
FIG. 15 shows a configuration using a conventional typical cylindrical electrostatic lens. The electrostatic lens having such a configuration is generally called an Einzel lens, and includes three cylindrical electrodes 25, 26, and 27. The upper and lower electrodes 25 and 27 are grounded, and the central electrode 26 is connected to the power source 22 to apply a negative voltage. The electron beam is emitted from the electron gun or crossover position 24 with a certain opening angle, converged by the electric field in the electrodes 25, 26, and 27 and irradiated onto the sample 20.
[0075]
FIG. 13 shows the potential distribution in the axial direction when a voltage equivalent to that of the electrode ring 1 of the present embodiment is applied in a configuration using a plurality of cylindrical electrodes. That is, as shown in FIG. 16, a negative voltage is applied from the power source 22 to the electrode 29 arranged facing the sample 20 out of two independent cylindrical electrodes 28 and 29, and the other electrode 28 is grounded. In the case of the above configuration, as shown in FIG. 13, the potential distribution on the central axis changes greatly in the vicinity of the electrode 29 to which a negative voltage is applied.
[0076]
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 12, the change in the potential distribution in the axial direction of the inner surface of the hollow portion 6 in the electrode ring 1 can be moderated. Lens aberration can be reduced as the change in potential distribution is more gradual. This change in potential distribution can be optimized by adjusting the thickness of the resistance film 11 and the height of the electrode ring 1.
[0077]
As described above, according to the electrode ring 1 of the present embodiment, not only can the secondary electron emission trajectory from the deep bottom of the contact hole 21 be raised, but also the sample 20 is irradiated. The lens aberration of the electron beam can also be reduced.
[0078]
Note that a minute current flows from the voltage application electrode film 3 to the grounded electrode film 4 through the resistance film 11 on the inner surface of the hollow portion 6, but the inner surface of the hollow portion 6 is formed to be axisymmetric, Since the resistance film 11 is formed on the entire inner surface, the magnetic field generated by the current flowing in the axial direction of the resistance film 11 cancels the magnetic field generated by the current flowing in the opposite location, and no magnetic field is generated in the hollow portion 6. . Thereby, it is possible to avoid the influence of the magnetic field when the electron beam irradiated on the sample 20 and the secondary electrons emitted from the sample 20 pass through the hollow portion 6.
[0079]
In addition, since a current flows through the resistance film 11, the charging problem in the resistance film 11 can be avoided even when the electron film is irradiated with the electron beam.
[0080]
Further, the electrode ring 1 of the present embodiment is obtained by covering the insulating cylinder 2 with the voltage applying electrode film 3, the grounding electrode film 4, and the resistance film 11, and two independent rings shown in FIG. Compared to the case where the cylindrical electrodes 28 and 29 are used, the incorporation into the electron microscope can be easily performed.
[0081]
In other words, in the case of a plurality of cylindrical electrodes 28 and 29, it is necessary to incorporate not only the positional accuracy of each cylindrical electrode but also the positional accuracy between the cylindrical electrodes with high accuracy.
[0082]
In the present embodiment, the voltage application electrode film 3 and the ground electrode film 4 are formed in a ring shape on both end surfaces with reference to the hollow portion 6 of the insulating cylinder 2 having a constant diameter in the axial direction. The positional deviation between the electrode films 3 and 4 can be prevented. That is, when the electrode ring 1 is assembled, it is not necessary to align the electrode films 3 and 4.
[0083]
The embodiment of the present invention has been described above. Of course, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
[0084]
Although the example which used the alumina material as the insulating cylinder 2 was shown, it is not restricted to this, You may use the other machinable ceramic material etc. with high processing precision and usable in a vacuum. Further, the insulating cylindrical body 2 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular cylindrical shape or a polygonal cylindrical shape.
[0085]
The number of suction grooves 57 and 58 is not limited to two, and may be one or three or more. Two or more gas ejection grooves 59 may be provided.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ring-shaped suction groove connected to the exhaust means is provided around the electron beam emission hole of the irradiation head connected to the vacuum vessel containing the electron beam irradiation source. Therefore, even if the entire electron microscope including the sample and supporting means for supporting the sample is not placed in a vacuum atmosphere, the electron beam is prevented from being scattered by gas molecules. The sample can be observed with high accuracy.
[0087]
Further, a voltage that is equipotential to the sample on one end surface of the insulating cylinder having a hollow portion through which the electron beam and the secondary electrons can pass, facing the sample with a minute gap. The application electrode film is formed, the ground electrode film to be grounded is formed on the other end face, and the resistance film for connecting the voltage application electrode film and the ground electrode film is formed on the inner surface of the hollow portion. The observation trajectory of deep hole bottoms and the like can be improved by raising the emission trajectory of secondary electrons emitted from the sample without impairing the lens aberration of the electron beam irradiated onto the sample.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an electron microscope according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the irradiation head in FIG.
FIG. 3 is a bottom view of the irradiation head.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view for explaining a structure for attaching an electrode ring to an emission hole in the irradiation head.
FIG. 5 is a plan view of an end face on the side facing a sample in the electrode ring according to the embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line [6]-[6] in FIG.
7 is a side view taken along line [7]-[7] in FIG.
FIG. 8 is a plan view of the other end face of the electrode ring.
9 is a side view taken along line [9]-[9] in FIG.
10 is a side view in the [10]-[10] line direction in FIG. 8;
FIG. 11 is a schematic diagram showing an arrangement relationship of the electrode ring with respect to a sample and an electrical connection relationship of each electrode film.
FIG. 12 is a graph showing an axial potential distribution in the hollow portion of the electrode ring.
13 is a graph showing the potential distribution in the axial direction of the two ring electrodes shown in FIG.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a conventional retarding method.
FIG. 15 is a schematic diagram showing the structure of a conventional Einzeln electrostatic lens.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a conventional electrostatic lens structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode ring, 2 ... Insulating cylinder, 3 ... Voltage application electrode film, 4 ... Ground electrode film, 6 ... Hollow part, 7 ... Recessed part, 9 ... Voltage application electrode extraction part, 10 ... Ground electrode extraction part 11 ... resistance film, 16 ... step, 20 ... sample, 21 ... contact hole, 22 ... power supply, 23 ... objective lens, 30a, 30b ... electric wire, 40 ... electron microscope, 41 ... vacuum vessel, 42 ... irradiation source, 47 ... secondary electron detector, 49 ... coupling means, 50 ... irradiation head, 53, 54 ... exhaust means, 55 ... compressed gas supply means, 56 ... exit hole, 57, 58 ... suction groove, 59 ... gas ejection groove, 60 ... vent pad, 63 ... electron beam passage path.

Claims (3)

試料に電子ビームを照射する照射源を収容した真空容器と、
前記試料との対向面に、前記電子ビームを前記試料に対して出射させる出射孔と、前記出射孔の周囲に排気手段に接続されたリング状の吸引溝と、前記吸引溝の周囲に圧縮気体供給手段に接続されたリング状の気体噴出溝とが形成された照射ヘッドと、
前記真空容器と前記照射ヘッドとを連結する、前記電子ビームの照射方向に沿って伸縮自在な結合手段と、
前記試料と対向する第1の面と前記第1の面の反対側の第2の面と前記試料に照射される前記電子ビーム及び前記試料から放出される2次電子が通過可能な前記出射孔と連通する単一の中空部を形成する内周面とを有し前記第1の面に凹部が形成された単層の絶縁性筒体と、前記底面に成膜され前記中空部と同心的なリング状であり前記試料と等電位とされる電圧印加用電極膜と、前記第2の面に成膜され前記中空部と同心的なリング状であり接地される接地用電極膜と、前記内周面に形成され前記電圧印加用電極膜と前記接地用電極膜との間を接続する抵抗膜とを有し、前記出射孔の中心部に配設される電極リングと
を具備する電子顕微鏡。
A vacuum container containing an irradiation source for irradiating the sample with an electron beam;
An exit hole for emitting the electron beam to the sample on a surface facing the sample, a ring-shaped suction groove connected to exhaust means around the exit hole, and a compressed gas around the suction groove An irradiation head formed with a ring-like gas ejection groove connected to the supply means;
A coupling means for connecting the vacuum vessel and the irradiation head, and extending and contracting along the irradiation direction of the electron beam;
The first hole facing the sample, the second surface opposite to the first surface, the electron beam irradiated on the sample, and the emission hole through which secondary electrons emitted from the sample can pass A single-layer insulating cylinder having an inner peripheral surface forming a single hollow portion communicating with the first surface and having a recess formed in the first surface; and a film formed on the bottom surface and concentric with the hollow portion An electrode film for voltage application that is a ring-shaped and equipotential with the sample, a ground electrode film that is formed on the second surface and is concentric with the hollow portion and grounded, An electron microscope comprising an electrode ring formed on an inner peripheral surface and having a resistance film connecting between the voltage application electrode film and the ground electrode film, and disposed at a central portion of the emission hole .
請求項1に記載の電子顕微鏡であって、
前記照射ヘッドは、前記気体噴出孔の開口に嵌め込まれた通気パッドを有する
電子顕微鏡
The electron microscope according to claim 1,
The irradiation head has an electron microscope having a ventilation pad fitted in the opening of the gas ejection hole
請求項2に記載の電子顕微鏡であって、
前記電極リングは、外周側面に形成され、前記出射孔の縁部に当接されて前記出射孔に嵌め込まれる段部を有する
電子顕微鏡。
The electron microscope according to claim 2,
The said electrode ring is an electron microscope which has a step part which is formed in the outer peripheral side surface, contact | abuts to the edge of the said output hole, and is fitted in the said output hole .
JP2003122037A 2003-04-25 2003-04-25 electronic microscope Expired - Fee Related JP4211473B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003122037A JP4211473B2 (en) 2003-04-25 2003-04-25 electronic microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003122037A JP4211473B2 (en) 2003-04-25 2003-04-25 electronic microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004327302A JP2004327302A (en) 2004-11-18
JP4211473B2 true JP4211473B2 (en) 2009-01-21

Family

ID=33500403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003122037A Expired - Fee Related JP4211473B2 (en) 2003-04-25 2003-04-25 electronic microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4211473B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007003352A (en) * 2005-06-23 2007-01-11 Sony Corp Device for inspecting crystal state of poly silicone film, method of inspecting crystal state of poly silicone film using the same, and system for manufacturing thin film transistor
JP4911567B2 (en) * 2005-12-16 2012-04-04 株式会社トプコン Charged particle beam equipment
JP4543047B2 (en) * 2006-01-31 2010-09-15 株式会社東芝 Charged beam apparatus and defect correction method
CN101461026B (en) 2006-06-07 2012-01-18 Fei公司 Slider bearing for use with an apparatus comprising a vacuum chamber
ATE512457T1 (en) 2006-06-07 2011-06-15 Fei Co PLAIN BEARING FOR USE WITH A DEVICE COMPRISING A VACUUM CHAMBER
JP2008235101A (en) * 2007-03-22 2008-10-02 Horiba Ltd Antistatic structure in charged particle beam device
JP2008257929A (en) * 2007-04-03 2008-10-23 Hiraide Seimitsu:Kk Beam processing device and beam observation device
JP2013175376A (en) * 2012-02-27 2013-09-05 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam device and charged particle beam radiation method
WO2019189363A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 株式会社ニコン Charged particle apparatus, measurement system, and method for irradiating charged particle beam

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004327302A (en) 2004-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6797953B2 (en) Electron beam system using multiple electron beams
US6855929B2 (en) Apparatus for inspection with electron beam, method for operating same, and method for manufacturing semiconductor device using former
JP5890652B2 (en) Sample observation apparatus and sample observation method
JP2002507045A (en) Scanning electron microscope
JP2013175781A (en) Electrostatic chuck sucking and holding wafer
JP2004363085A (en) Inspection apparatus by charged particle beam and method for manufacturing device using inspection apparatus
JPH06139985A (en) Scanning electron microscope
JP6374989B2 (en) Charged particle beam apparatus and method for manufacturing member for charged particle beam apparatus
US11929231B2 (en) Charged particle beam device
JP4211473B2 (en) electronic microscope
CZ20033170A3 (en) Reconfigurable scanning electron microscope
TWI773081B (en) Method of operating a charged particle gun, charged particle gun, and charged particle beam device
JP4146875B2 (en) Charged particle beam device having cleaning unit and method of operating the same
TWI764961B (en) Correction method for irradiation region of electron beam, and electron beam irradiation apparatus
US10651005B2 (en) Innovative source assembly for ion beam production
JP4150535B2 (en) Charged particle beam equipment
JP4168822B2 (en) Electrode ring and electron microscope equipped with the same
JPH1012176A (en) Shape observer
EP4376048A1 (en) Charged particle optical device, assessment apparatus, method of assessing a sample
JP2017134927A (en) Inspection apparatus
WO2023002674A1 (en) Focused ion beam device
US20240371598A1 (en) Focused ion beam system
JP2001243904A (en) Scanning electron microscope
JP2017135046A (en) Inspection apparatus
WO2024110489A1 (en) Charged particle optical device, assessment apparatus, method of assessing a sample

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060323

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20071027

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080708

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080904

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081007

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081020

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111107

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111107

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111107

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121107

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121107

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131107

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees