JPH01220349A - スペクトロメータ付対物レンズの２段偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスペクトロメータ付対物レンズの２段偏向装置
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ウェハーやＩＣに高密度に集積された回路内の
電極配線の電位測定のため、メツシュ等を用いた阻止電
界型スペクトロメータを組込んだ所謂ＥＢテスタが使用
されている。

従来、このようなスペクトロメータは対物レンズの下の
試料との間に取付けられているため、対物レンズと試料
間距離、即ちワーキングデイスタンスが長くなり、対物
レンズの球面収差係数や色収差係数が増大してしまう。

また、入射電子のエネルギーは試料の電子線損傷、゛及
びチャージアップを防止するため、ＩＫＶ付近の低加速
電圧が使用されている。このような低加速電圧において
は、電子光学系で縮小された電子源のサイズ、色収差、
回折収差が増大し、試料に照射されるプローブ径が増大
する。また、対物レンズの下側は一般的に磁気シールド
が不十分なため、ワーキングデイスタンスの増大に伴っ
て外乱磁界の影響を受け、電子線の照射点が変動する。

一方、近年ＩＣの高集積化が進み、電極配線もサブミク
ロン領域に移行し、プローブ径も０．　１〃φ近辺の値
が要求されつつある。

これに対処するため、電子源としてはフィールドエミン
ション等の高輝度電子銃、対物レンズとしてはスペクト
ロメータをレンズ内に組込んだものが実用化されている
。このインザレンズタイプのスペクトロメータの偏向系
としては、対物レンズ上部での２段偏向方式や対物レン
ズ内の１段偏向方式が実用化されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、対物レンズ上部の２段偏向方式の場合を考え
ると、スペクトロメークは一般的に数枚のメツシュで構
成されており、センターには入射電子を通過させるため
の穴が開けられている。この穴径を大きくすると、スペ
クトロメータ性能が低下する。　例えば、第６図（イ）
に示すように上段、下段偏向コイルｌ、２を使用し、ス
ペクトロメータ２１の大系をａとし、穴と対物レンズ１
６の主面間距離をＡ、対物レンズ主面と試料２２間距離
をＢとすると、スペクトロメータのメツシュで電子線が
けられないで観察できる試料の領域すは ｂ−ａＸＢ／Ａとなる。

なお、第６図（ロ）に示すように対物レンズ内の１段偏
向方式の場合には、スペクトロメータのセンタの穴径に
関係なく偏向を行うことが可能であるが、対物レンズの
振り戻しがあるためにそれほど大きい偏向角を達成する
ことができないと共に、像の歪、周辺ぼけが大きくなる
という問題がある。

そして、電磁偏向の偏向コイルに−はトロイダル形と鞍
形の２種類があり、トロイダル形はフェライト等の高周
波特性を持つ磁性体コアにコイルを巻つけるため、対物
レンズの磁界の外にコイルを配置する必要がある。鞍形
の場合コイル自身は空心であるが、コイルの外側は偏向
効率の向上、周囲の磁性体とのカップリングを防止する
ためフェライト等の高周波特性を持つコアで被覆する。

対物レンズは一般的に材質として純鉄を使用しているの
で、磁気的に高周波特性をもっていない、対物レンズヨ
ークを高周波特性を持つフェライトで作り、その内に空
心の鞍形コイルのみを取付ける方式も実用化されている
。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、対物レン
ズ内にスペクトロメータを組込むと共に、ＥＢテスタの
２段偏向系を使用し、低倍率の像観察を行うことができ
るようにしたスペクトロメータ付対物レンズの２段偏向
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、倍率に応じた走査信号が印加され
る上段、及び下段偏向手段を対物レンズ内に設けられた
スペクトロメータの上方、及び下方にそれぞれ配置し、
試料面上を電子線で走査したとき発生する二次電子を検
出するようにしたスペクトロメータ付対物レンズの２段
偏向装置において、倍率補正手段を備え、該倍率補正手
段は、低倍率では上段偏向手段の偏向角を一定角度内に
とどめると共に、下段偏向手段の偏向角を倍率に応じた
大きさにすることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、対物レンズ内にスペクトロメータを組込んだ
ＥＢテスターにおいて、２段偏向を採用し、上段偏向コ
イルはスペクトロメータ上方に、下段偏向コイルはスペ
クトロメータ下方の対物レンズ内に組込み、高倍率では
電子線が主面または主面より僅か上方で光軸と交わるよ
うに偏向を行い、低倍率では上段偏向はスペクトロメー
タの分析グリッド、バッファグリッドのセンタ穴を通過
できる範囲の偏向角にとどめて倍率にかかわりなく一定
の振幅で走査し、下段の偏向コイルは観察倍率に応じた
偏向を行うことにより低倍率像の観察が行うことが可能
となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明のスペクトロメータ付対物レンズの２段
偏向装置の一実施例を示す図である０図中、１は上段偏
向コイル、２は下段偏向コイル、３．４は偏向用増幅器
、５．７は倍率設定ユニット、６は倍率補正ユニット、
８は走査信号発生電源である。

図において、走査信号発生電源８で発生した一定振幅の
鋸歯状波は倍率設定ユニット５．７で設定された倍率に
比例した振幅の波に変換され、偏向用増幅器で一定ゲイ
ンで増幅され、上段及び下段偏向コイル１．２に電流が
供給される０倍率設定ユニット５．７には倍率補正ユニ
ット６が設けられ、高倍率では補正を行わないが、例え
ば数十倍程度のある倍率より低倍率においては、上段偏
向コイル１の倍率設定値を一定にして鋸歯状波の振幅が
一定になるようにする。このため、スペクトロメータの
メツシュでの入射電子線のけられは発生しない。

下段の倍率設定ユニット７では基本的には操作系で設定
された倍率に比例した振幅の鋸歯状波が発生するが、低
倍率で上段の倍率設定ユニットの出力振幅が一定になっ
た時点で、倍率の補正を行い、上段の走査中が一定値に
もかかわらず、正しい倍率になるように補正する。

次に、第２図により本発明の偏向方式を従来のものと比
較して説明する０図中、Ｃはスペクトロメータの穴径を
示している。

第２図（イ）は対物レンズ主面で電子線が光軸上を通る
従来方式の偏向系を示す。

第２図（イ）の方式により像の観察倍率を小さくし、偏
向角を大きくしていくと、倍率がある値より小さくなる
と、スペクトロメータの穴径の関係で入射電子線がけら
れてしまう（第２図（ロ））。

第２図（ハ）は上段の偏向角はスペクトロメータを通過
可能な振り角にとどめ、下段の偏向角を増加させた場合
で、対物レンズ主面上部で電子線が光軸と交わり、対物
レンズ１６で電子線が振り戻される。この方式により試
料の低倍率の視野が観察可能となる。

第２図（ニ）は下段のみで偏向した場合で、この場合は
対物レンズ磁界で電子線が大きく振り戻されると同時に
、像の歪、周辺ぼけが大きくなる。

第３図は２段偏向の光軸上の振り戻し点と、試料上の走
査幅の関係を示す図である。

第３図（イ）に示すように対物レンズ主面で光軸を通る
ように偏向すると、光軸近傍と光軸外をみた時、同一角
度の偏向に対し、光軸外の方が試料上の広い巾を走査で
きるため、画像上では第５図（イ）に示すような樽型歪
が発生する。

また、第３図（ロ）に示すように対物レンズ主面より少
し上部で光軸を通るように偏向すると、光軸近傍と光軸
外での同一角度の偏向に対し、試料上の走査中は同一と
なり、画像上の歪はな（なるが、対物レンズ主面でビー
ムが軸外を通るため画像周辺でフォーカスボケを発生す
る。

第３図（ハ）は光軸のさらに上方で偏向した時で、軸外
のビームは大きく振り戻され、画像上では第５図（ロ）
に示すような糸巻き歪になると同時に画像周辺で大きな
フォーカスボケが発生する。

本発明は、高倍率では、第３図（イ）または第３図（ロ
）に示すような偏向を行い、低倍率では第３（ハ）に示
すような偏向を行う、即ち高倍率では歪がなく、低倍率
では糸巻き歪が発生する偏向を行う。

第４図に本発明の２段偏向系を組込んだスペクトロメー
タの概略を示す。

試料上部には、引き出しグリッド１３、対物レンズ内に
はバッファグリッド電位のライナチューブ１２、対物レ
ンズ上部にはバッファグリッド１４と分析グリッド１５
を取り付ける。バッファグリッド１４と分析グリッド１
５は球形とし、その　゛中心は下段偏向系のセンタとす
る。

試料から発生した二次電子は引き出しグリッド１３で加
速され、ライナーチューブ１２に入る。

ライナーチューブ１２はステンレス製のパイプからなり
、真空内の装置のチャージアップ防止用に設けられ、偏
向磁界により渦電流が発圧しないように低い電気伝導度
で且つ薄いものを用いる。ライナーチューブ１２を通過
した二次電子はバッファグリッド１４に入る。この二次
電子は十分に加達されているので、偏向磁場による偏向
量はバッファグリッドメツシュを通過する角度内にとど
まる。なお、バッファグリッド１４の電位は引き出しグ
リッド電位で使用してもよい。

上段偏向コイルｌはスペクトロメータ上部に、下段偏向
コイル２はスペクトロメータと対物レンズ１６間に取付
ける。偏向系は電場偏向とし、トロイダイル形または鞍
形で、フェライトコアを使用するタイプとする。

なお、下段偏向系は対物レンズ磁界がピーク値の１／３
以下に下がった部分に設定するようにするのが望ましい
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、対物レンズ内にスペクト
ロメータを組み込んだＥＢテスタにおいて、スペクトロ
メータの分析グリッド、バッファグリッドのセンタ穴で
電子線がけられることがなく試料面を走査することがで
きるので、低倍率像の観察を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスペクトロメータ付対物レンズの２段
偏向装置の構成を示すブロック図、第２図は本発明の偏
向方式を説明するための図、第３図は２段偏向の場合の
光軸上の振り戻し点と試料上の走査幅の関係を説明する
ための図、第４図は２段偏向系を組み込んだスペクトロ
メータの概略構成を示す図、第５図は像歪を説明するた
めの図、第６図は従来の偏向系を説明するための図であ
る。 １−・・上段偏向コイル、２・・・下段偏向コイル、３
．４・・・偏向用増幅器、５．７・・・倍率設定ユニッ
ト、６・・・倍率補正ユニット、８・・・走査信号発生
電源。 出　　願　　人　　日本電子株式会社 代理人　弁理士　　蛭　川　昌　信（外４名）第３図 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）倍率に応じた走査信号が印加される上段、及び下
   段偏向手段を対物レンズ内に設けられたスペクトロメー
   タの上方、及び下方にそれぞれ配置し、試料面上を電子
   線で走査したとき発生する二次電子を検出するようにし
   たスペクトロメータ付対物レンズの２段偏向装置におい
   て、倍率補正手段を備え、該倍率補正手段は、低倍率で
   は上段偏向手段の偏向角を一定角度内にとどめると共に
   、下段偏向手段の偏向角を倍率に応じた大きさにするこ
   とを特徴とするスペクトロメータ付対物レンズの２段偏
   向装置。
2. （２）対物レンズ内に設けられたスペクトロメータは、
   所定電位のライナーチューブを有する請求項１記載のス
   ペクトロメータ付対物レンズの２段偏向装置。