JPH03108243A - 走査型電子顕微鏡及びそれを用いた観察方法 - Google Patents
走査型電子顕微鏡及びそれを用いた観察方法Info
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- JPH03108243A JPH03108243A JP1244392A JP24439289A JPH03108243A JP H03108243 A JPH03108243 A JP H03108243A JP 1244392 A JP1244392 A JP 1244392A JP 24439289 A JP24439289 A JP 24439289A JP H03108243 A JPH03108243 A JP H03108243A
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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。
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、対物レンズによって収束した電子ビームを被
観察試料に照射してこれの像を観察する走査型電子顕微
鏡及びそれを用いた観察方法に関するものである。
観察試料に照射してこれの像を観察する走査型電子顕微
鏡及びそれを用いた観察方法に関するものである。
一般に、従来の走査型電子顕微鏡の対物レンズは、第5
図(イ)−1a)に示す構造を持っている。
図(イ)−1a)に示す構造を持っている。
また、この構造における軸上の軸方向磁場強度B2+(
以下、縦磁場強度と呼ぶ)を第5図(イ)−(b)に示
す。
以下、縦磁場強度と呼ぶ)を第5図(イ)−(b)に示
す。
対物レンズは一通常、電子ビームの通路43を共通の軸
とした円筒対称の形となっている。磁極41−1.41
−2をつなぐ磁路41ば純鉄などの磁性体で構成され、
起磁力を与えるコイル44に電流を流して磁i!141
−1と磁極41−2との間に磁場を発生させている。こ
の磁場を通過する電子ビームは、収束作用を受けて観察
対象であるウェハ(半導体基板)42の観察面46に衝
突し、2次電子を発生させている。このようにして発生
した2次電子は、対物レンズにより発生した縦磁場と軸
方向に印加された電界の両方の作用(ローレンツ力)を
受け、軸方向に沿って、ら旋運動をしながらウェハから
藺脱し、検出器に捕獲される。
とした円筒対称の形となっている。磁極41−1.41
−2をつなぐ磁路41ば純鉄などの磁性体で構成され、
起磁力を与えるコイル44に電流を流して磁i!141
−1と磁極41−2との間に磁場を発生させている。こ
の磁場を通過する電子ビームは、収束作用を受けて観察
対象であるウェハ(半導体基板)42の観察面46に衝
突し、2次電子を発生させている。このようにして発生
した2次電子は、対物レンズにより発生した縦磁場と軸
方向に印加された電界の両方の作用(ローレンツ力)を
受け、軸方向に沿って、ら旋運動をしながらウェハから
藺脱し、検出器に捕獲される。
検出器に捕獲された2次電子は、画像処理されブラウン
管に表示される。
管に表示される。
従来の技術において、走査型電子顕微鏡の分解能を高め
ようとする場合、試料表面から発生する2次電子に一様
かつ強い縦磁場を印加することと、レンズ収差を極力小
さくすることが考えられる。
ようとする場合、試料表面から発生する2次電子に一様
かつ強い縦磁場を印加することと、レンズ収差を極力小
さくすることが考えられる。
以下に、上記の原理を利用した3つの従来技術例を挙げ
る。
る。
第1の従来技術例は、第5図(イ)−(a)の構造を持
つ走査型電子顕微鏡において、磁極41−1.!:磁極
41−2との中間位置に被観察試料:ウェハ42を出来
る限り近(に配置することによりレンズ収差の小さな歪
の少ない像を得ようとする方法である。この場合、比較
的大きな試料を観察することができるが、下部磁極41
−2が障害となって、磁極の中間位置に被観察試料を近
づけるには限界がある。そのために分解能を飛躍的に向
上させることは、困難である。
つ走査型電子顕微鏡において、磁極41−1.!:磁極
41−2との中間位置に被観察試料:ウェハ42を出来
る限り近(に配置することによりレンズ収差の小さな歪
の少ない像を得ようとする方法である。この場合、比較
的大きな試料を観察することができるが、下部磁極41
−2が障害となって、磁極の中間位置に被観察試料を近
づけるには限界がある。そのために分解能を飛躍的に向
上させることは、困難である。
第2の従来技術例は、第5図(イ)−(a)の構造を持
つ走査型電子顕微鏡の磁極41−1と磁極41−2との
中間の最も縦磁場が強い位置に被観察試料を挿入し、強
縦磁場のもとで観察する方法である。同時にこのときが
焦点距離が最も小さ(なる位置で、最もレンズ収差の小
さくなる位置である。ところが、この場合、切断された
小さな被観察試料しか観察することしか出来ないという
欠点を持っている。
つ走査型電子顕微鏡の磁極41−1と磁極41−2との
中間の最も縦磁場が強い位置に被観察試料を挿入し、強
縦磁場のもとで観察する方法である。同時にこのときが
焦点距離が最も小さ(なる位置で、最もレンズ収差の小
さくなる位置である。ところが、この場合、切断された
小さな被観察試料しか観察することしか出来ないという
欠点を持っている。
第3の従来技術例は、上述の2つの従来技術例の持つ欠
点を平均的に解決した、第5図(ロ)−(a)に示す構
造を持つ対物レンズである。この構造は、第1及び第2
の従来技術例のちょうど中間的な構造と言える。この場
合も、レンズ収差を低減しなから強縦磁場のもとでS/
Nの高い2次電子信号を検出することが狙いである。と
ころが、被観察試料が半導体ウェハの場合、第5図(ロ
)−(a)の構造を実現するためには、磁気回路が非常
に大きくなり、そのため強′a磁場を得にくいという欠
点がある(第5図(ロ)−(b) )。
点を平均的に解決した、第5図(ロ)−(a)に示す構
造を持つ対物レンズである。この構造は、第1及び第2
の従来技術例のちょうど中間的な構造と言える。この場
合も、レンズ収差を低減しなから強縦磁場のもとでS/
Nの高い2次電子信号を検出することが狙いである。と
ころが、被観察試料が半導体ウェハの場合、第5図(ロ
)−(a)の構造を実現するためには、磁気回路が非常
に大きくなり、そのため強′a磁場を得にくいという欠
点がある(第5図(ロ)−(b) )。
S/Nの低下は、2次電子の収率の低下により生ずるも
のである。2次電子の収率の低下は、縦磁場強度が小さ
いことによって、縦磁場強度に反比例するサイクロトロ
ン半径(ラーマ−半径)力く大きくなるため、一部の2
次電子が被観察微細構造の側壁に衝突することによって
生じる。この様子を第6図(a)に示す、第6図は、縦
磁場強度による2次電子の振る舞いの差異を示している
。
のである。2次電子の収率の低下は、縦磁場強度が小さ
いことによって、縦磁場強度に反比例するサイクロトロ
ン半径(ラーマ−半径)力く大きくなるため、一部の2
次電子が被観察微細構造の側壁に衝突することによって
生じる。この様子を第6図(a)に示す、第6図は、縦
磁場強度による2次電子の振る舞いの差異を示している
。
特に、サブミクロン以下の凹凸の深い微細構造パターン
を観察するとき、上記現象が顕著となる。
を観察するとき、上記現象が顕著となる。
こめ現象を防止するために、第3の従来技術例に、さら
に積極的に強縦磁場を印加する方法が、1988年春の
第35回応用物理学会関係連合講演会<313−H−3
>において、NTT LSI研究所から発表されてい
る。しかし、この装置は、従来の走査型電子顕微鏡の対
物レンズに補助コイルを設け、磁場を増強しただけの装
でである。
に積極的に強縦磁場を印加する方法が、1988年春の
第35回応用物理学会関係連合講演会<313−H−3
>において、NTT LSI研究所から発表されてい
る。しかし、この装置は、従来の走査型電子顕微鏡の対
物レンズに補助コイルを設け、磁場を増強しただけの装
でである。
したがって、従来の技術を用いて、サブミクロン以下の
凹凸の深い微細構造パターン(トレンチ溝、コンタクト
ホール等々)を観察する場合、最も高解像度で観察した
り、寸法測定を行うために、被観察試料を切断し、第2
の従来技術例で示した方法を使用していた。
凹凸の深い微細構造パターン(トレンチ溝、コンタクト
ホール等々)を観察する場合、最も高解像度で観察した
り、寸法測定を行うために、被観察試料を切断し、第2
の従来技術例で示した方法を使用していた。
第7図は、半導体製造工程における、SEM観察シーケ
ンス図を示す。従来の技術では、ウェハを切断し断面観
察しなければならないため、観察に用いたウェハを再び
製造工程に戻すことができなかった。そのため、半導体
製造プロセスにおけるスループントや歩留まりが低下し
、開発効率が悪くなるという問題点があった。
ンス図を示す。従来の技術では、ウェハを切断し断面観
察しなければならないため、観察に用いたウェハを再び
製造工程に戻すことができなかった。そのため、半導体
製造プロセスにおけるスループントや歩留まりが低下し
、開発効率が悪くなるという問題点があった。
しかしながら上記のような構造では、被観察試料が半導
体ウェハ(−船に直径:2インチ以上のウェハが使用さ
れている)の場合、試料としてのサイズが大きいことと
、軸方向に垂直な面内で移動可能な移動台を内蔵した構
造が必要となるために、対物レンズの磁路が障害となっ
て、ウェハを切断せずに、第5図(イ)−<a)の磁極
41−1とm141−2との中間の位置に挿入すること
ができなかった(第2の従来技術例)。
体ウェハ(−船に直径:2インチ以上のウェハが使用さ
れている)の場合、試料としてのサイズが大きいことと
、軸方向に垂直な面内で移動可能な移動台を内蔵した構
造が必要となるために、対物レンズの磁路が障害となっ
て、ウェハを切断せずに、第5図(イ)−<a)の磁極
41−1とm141−2との中間の位置に挿入すること
ができなかった(第2の従来技術例)。
また、第3の従来技術例、第5図(ロ)−(a)のよう
に、ウェハを磁極間に入れる構造にでき、ウェハを固定
した軸方向に垂直な面内で移動可能な移動台を内蔵でき
たとしても、ウェハ全表面を観察するためにはウェハサ
イズの倍の可動範囲が必要となってしまう、そのため、
対物レンズの磁路のサイズが巨大となってしまい実現が
困難であるという問題があった。さらに、移動台の移動
に伴い印加磁場強度が変化することが考えられるため、
実現性がなかった。ただし、このような構造にすること
によって、ウェハ表面においては第5図(イ’)−(a
)に示す従来の構造よりも大きな縦磁場が得られるが、
磁極41−1と磁極41−2の距離が大きくなるため最
大縦磁場強度を太き(することが非常に困難になる。そ
のため、十分なサイクコトロン半径縮小効果が得られな
かった。
に、ウェハを磁極間に入れる構造にでき、ウェハを固定
した軸方向に垂直な面内で移動可能な移動台を内蔵でき
たとしても、ウェハ全表面を観察するためにはウェハサ
イズの倍の可動範囲が必要となってしまう、そのため、
対物レンズの磁路のサイズが巨大となってしまい実現が
困難であるという問題があった。さらに、移動台の移動
に伴い印加磁場強度が変化することが考えられるため、
実現性がなかった。ただし、このような構造にすること
によって、ウェハ表面においては第5図(イ’)−(a
)に示す従来の構造よりも大きな縦磁場が得られるが、
磁極41−1と磁極41−2の距離が大きくなるため最
大縦磁場強度を太き(することが非常に困難になる。そ
のため、十分なサイクコトロン半径縮小効果が得られな
かった。
以上のように、従来の走査型電子顕微鏡では、半導体ウ
ェハを切断することなく観察するということを同時に達
成することができないという間邪点を有していた。
ェハを切断することなく観察するということを同時に達
成することができないという間邪点を有していた。
本発明は、かかる点を鑑み、半導体ウェハを切断するこ
となく高分解能観察が可能で、かつ磁路の巨大化を防止
すると同時に、ウェハのような巨大サイズ試料の任意の
被観察部において、−様な弾縮磁場を印加可能な構造を
もった対物レンズ(第1図)を有する走査型電子顕微鏡
を提供すると同時に、半導体ウェハを切断することなく
、半導体ウェハ表面の任意の位置の凹凸の深いサブミク
ロン以下の微細構造を明瞭な画像で高分解能観察する方
法を提供することを目的とする。
となく高分解能観察が可能で、かつ磁路の巨大化を防止
すると同時に、ウェハのような巨大サイズ試料の任意の
被観察部において、−様な弾縮磁場を印加可能な構造を
もった対物レンズ(第1図)を有する走査型電子顕微鏡
を提供すると同時に、半導体ウェハを切断することなく
、半導体ウェハ表面の任意の位置の凹凸の深いサブミク
ロン以下の微細構造を明瞭な画像で高分解能観察する方
法を提供することを目的とする。
[課題を解決する手段〕
本発明は、軸対称で中心に電子ビームを通過させる穴を
持ち、かつ円錐状で先端を平坦とした第1のmiと、 この第1の磁極に対向して軸と垂直な面内に移動可能な
第2の平板磁極を持つ対物レンズを備え、上記第1の磁
極の穴を通過する電子ビームを収束して上記第2の平板
磁極上に搭載した被観察試料に照射し、当該被観察試料
の像を観察するように構成したことを特徴とする走査型
電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡を用いて、半導体
ウェハを切断することなく半導体ウェハ上の微細構造を
観察することを特徴とする半導体ウェハ観察方法である
。
持ち、かつ円錐状で先端を平坦とした第1のmiと、 この第1の磁極に対向して軸と垂直な面内に移動可能な
第2の平板磁極を持つ対物レンズを備え、上記第1の磁
極の穴を通過する電子ビームを収束して上記第2の平板
磁極上に搭載した被観察試料に照射し、当該被観察試料
の像を観察するように構成したことを特徴とする走査型
電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡を用いて、半導体
ウェハを切断することなく半導体ウェハ上の微細構造を
観察することを特徴とする半導体ウェハ観察方法である
。
本発明は、第1図(a)及び第2図に示すように、軸対
称で中心に電子ビームを通過させる穴を持ち、かつ円錐
状で先端を平坦とした磁極1−1、及びこの磁極1−1
に対向して軸と垂直な面内で移動可能な平板磁極7から
対物レンズを構成し、磁極1−1の穴を通過する電子ビ
ームを収束して平板磁極7上に搭載した被観察試料に照
射し、この被観察試料の像を観察するようにしている。
称で中心に電子ビームを通過させる穴を持ち、かつ円錐
状で先端を平坦とした磁極1−1、及びこの磁極1−1
に対向して軸と垂直な面内で移動可能な平板磁極7から
対物レンズを構成し、磁極1−1の穴を通過する電子ビ
ームを収束して平板磁極7上に搭載した被観察試料に照
射し、この被観察試料の像を観察するようにしている。
また、試料移動台上に平板磁極7を搭載すると共に磁極
1−1との間の平行度を調整する調整機構を設けるよう
にしている。このような構造にすることにより、−様か
つ強力な縦磁場を得ることができ短焦点距離構造となる
。このときのm磁場強度を第り図山)に示す。
1−1との間の平行度を調整する調整機構を設けるよう
にしている。このような構造にすることにより、−様か
つ強力な縦磁場を得ることができ短焦点距離構造となる
。このときのm磁場強度を第り図山)に示す。
したがって、対物レンズを構成する磁極のうちの1つを
移動可能な平板磁極とし、これに被観察試料を搭載して
観察することにより、ウェハのような巨大サイズの試料
全面において、短焦点距離のもとて高分解能で観察する
ことが可能となる。
移動可能な平板磁極とし、これに被観察試料を搭載して
観察することにより、ウェハのような巨大サイズの試料
全面において、短焦点距離のもとて高分解能で観察する
ことが可能となる。
その結果、ウェハ全面において、凹凸の深い微細構造を
明瞭かつ高コントラストな画像で観察できるようになる
。
明瞭かつ高コントラストな画像で観察できるようになる
。
なお、半導体ウェハ以外の微細構造の観察においても同
様の効果が得られる。
様の効果が得られる。
次に、第1図から第4図を用いて本発明の1実施例の構
成及び動作を順次詳細に説明する。
成及び動作を順次詳細に説明する。
第1図は、本発明の原理構成図を示している。
第1図において、磁路1は、対物レンズを構成する磁路
であって、コイル4に電流を流して発生させた起磁力の
通路である。
であって、コイル4に電流を流して発生させた起磁力の
通路である。
磁極1−1は、軸対称で中心に穴を持ち、かつ円錐状で
先端を平坦に構成した磁極であって、電子ビームを収束
する磁場を形成するものである。
先端を平坦に構成した磁極であって、電子ビームを収束
する磁場を形成するものである。
磁極1−2は、磁路を形成する磁極である。
通路3は、電子ビームの通路である。
コイル4は、電流を流して励磁するものである。
平板磁極7は、水平移動可能であって、磁極1−1に平
行に設けたものである。この平板磁極7上に被観察試料
2を搭載して電子ビームを収束して照射し、発生させた
2次電子を補集して2次電子像を表示させるようにして
いる。
行に設けたものである。この平板磁極7上に被観察試料
2を搭載して電子ビームを収束して照射し、発生させた
2次電子を補集して2次電子像を表示させるようにして
いる。
以上のように、対物レンズの平板磁極7を水平移動可能
とし、これに被観察試料2を搭載して電子ビームを照射
し、2次電子像などを表示することにより、短焦点距離
のもとてウェハなどの巨大サイズの被観察試料2の全面
を容易に高分解能観察することが可能となる。
とし、これに被観察試料2を搭載して電子ビームを照射
し、2次電子像などを表示することにより、短焦点距離
のもとてウェハなどの巨大サイズの被観察試料2の全面
を容易に高分解能観察することが可能となる。
また、第2図下部平板磁極21とウェハを一体に固定し
、下部平板磁極自身を移動させることにより、ウェハの
ような巨大サイズの試料の任意の位置て−様な弾線磁場
を印加することができる。
、下部平板磁極自身を移動させることにより、ウェハの
ような巨大サイズの試料の任意の位置て−様な弾線磁場
を印加することができる。
本発明の対物レンズを用いたときの、2次電子の振る舞
い方を第6図(b)に示す、従来の場合の第6図(a)
と比較して分かるように、縦磁場強度IB21を強くす
ることにより、サイクロトロン半径が小さくなり、2次
電子の微細構造側壁衝突によるS/N低下を大幅に改善
できる。
い方を第6図(b)に示す、従来の場合の第6図(a)
と比較して分かるように、縦磁場強度IB21を強くす
ることにより、サイクロトロン半径が小さくなり、2次
電子の微細構造側壁衝突によるS/N低下を大幅に改善
できる。
第2図及び第3図を用いて、本発明を具体的に説明する
。第2図は、第1図の対物レンズの部分を詳細に示した
ものである。
。第2図は、第1図の対物レンズの部分を詳細に示した
ものである。
まず、全体(7)41成及び動作を説明する。
第2図において、電子銃1)から放射した電子ビーム1
2は、軸合せコイル13によって軸合せし、集束レンズ
14によって収束し、絞り16を経由して対物レンズ1
7に入射する。対物レンズ17によって更に収束された
電子ビームはウェハ22を照射すると共にこの照射点を
偏向コイル25によって走査し、ウェハ22から放出さ
れた2次電子を2次電子検出器24によって検出し、図
示外のデイスプレィ上で輝度変調していわゆる2次電子
像を表示する。この際、対物レンズの下側の平板磁極2
1を水平移動可能とし、対物レンズの磁極間に被観察試
料である当該ウェハ22を配置して短焦点距離のもとて
2次電子を収集して2次電子像を表示させることにより
、高分解能の状態で巨大サイズのウェハを全面に沿って
容易に観察することが可能となる。
2は、軸合せコイル13によって軸合せし、集束レンズ
14によって収束し、絞り16を経由して対物レンズ1
7に入射する。対物レンズ17によって更に収束された
電子ビームはウェハ22を照射すると共にこの照射点を
偏向コイル25によって走査し、ウェハ22から放出さ
れた2次電子を2次電子検出器24によって検出し、図
示外のデイスプレィ上で輝度変調していわゆる2次電子
像を表示する。この際、対物レンズの下側の平板磁極2
1を水平移動可能とし、対物レンズの磁極間に被観察試
料である当該ウェハ22を配置して短焦点距離のもとて
2次電子を収集して2次電子像を表示させることにより
、高分解能の状態で巨大サイズのウェハを全面に沿って
容易に観察することが可能となる。
以上のように、ウェハのような巨大サイズの試料の凹凸
の深い微細構造を観察できるようになると、ウェハを切
断する必要がなくなるため、半導体製造工程において大
きな効果が得られる。第7図に示すように、半導体製造
工程途中のウェハをSEM[察後、再び次の工程に戻す
ことができるため、半導体製造工程におけるスルーブツ
トと歩留まりが大幅に向上する。その結果、半導体製造
における開発効率が、非常に向上する。
の深い微細構造を観察できるようになると、ウェハを切
断する必要がなくなるため、半導体製造工程において大
きな効果が得られる。第7図に示すように、半導体製造
工程途中のウェハをSEM[察後、再び次の工程に戻す
ことができるため、半導体製造工程におけるスルーブツ
トと歩留まりが大幅に向上する。その結果、半導体製造
における開発効率が、非常に向上する。
以下において、更に詳細に説明する。
第2図及び第3図において、電子銃1)は、電子線を放
射するものである。
射するものである。
電子ビームI2ば、電子銃IIから放射された電子ビー
ムである。
ムである。
軸合せコイル13は、電子ビームの軸を合わせるもので
ある。
ある。
集束レンズ14ば、電子ビームを収束する磁界レンズで
ある。
ある。
集束コイル15は、電流を流して集束レンズ14に起磁
力を与え、レンズ作用を生成するものである。
力を与え、レンズ作用を生成するものである。
絞り16は、不要な電子ビームを遮断するものである。
対物レンズ17は、電子ビームをウェハ22に収束する
磁界レンズである。
磁界レンズである。
磁極18は、軸対称であって中心に穴を持ち、かつ円誰
状で先端を平坦にした磁極である。
状で先端を平坦にした磁極である。
磁pi19は、平板磁極21に対する磁気ループを構成
するための磁極である。
するための磁極である。
コイル20は、ttiを流して対物レンズ17に起磁力
を与え、レンズ作用を生成するものである。
を与え、レンズ作用を生成するものである。
平板磁極21は、本実施例に係わるものであって、対向
する磁極18に平行に移動可能な平板状の磁極である。
する磁極18に平行に移動可能な平板状の磁極である。
ウェハ22は、被観察試料である。
保持台23は、平板磁極21を平行に保持する台である
。
。
2次電子検出器24ば、電子ビームをウェハ22に照射
して発生させた2次電子を補集して検出するものである
。
して発生させた2次電子を補集して検出するものである
。
偏向コイル25ば、電子ビームをウェハ22上に走査す
るものである。
るものである。
II整木ネジ2626′は、保持台23上に固定具31
.31″で固定した平板磁極21の磁極18に対する平
行度(即ち、対物レンズの軸方向に垂直な平面に対する
平行度)を調整する機構である。
.31″で固定した平板磁極21の磁極18に対する平
行度(即ち、対物レンズの軸方向に垂直な平面に対する
平行度)を調整する機構である。
移動台27.28は、保持台23を対物レンズの軸方向
に垂直な平面に平行な面内で移動可能な台である。
に垂直な平面に平行な面内で移動可能な台である。
試料室30は、ウェハ22などを収める真空の室である
。
。
次に、第2図及び第3図構成の動作を説明する。
第2図及び第3図において、対物レンズ17を構成する
コイル20に電流を流すことにより、発生した起磁力が
図中点線を描いたループに印加される。このループのう
ち、電子ビームに対して対物レンズとして有効に作用す
る磁場は、磁極18と、平板磁極21との間に発生する
軸対称のものだけである。磁極19と、平板磁極21と
の間は、磁気的にループを構成するためのものである。
コイル20に電流を流すことにより、発生した起磁力が
図中点線を描いたループに印加される。このループのう
ち、電子ビームに対して対物レンズとして有効に作用す
る磁場は、磁極18と、平板磁極21との間に発生する
軸対称のものだけである。磁極19と、平板磁極21と
の間は、磁気的にループを構成するためのものである。
ここで、平板磁極21は、当該平板磁極21上に搭載し
たウェハ22を平行移動して電子ビームの照射位置に移
動させて観察する際に、磁8i1Bと当該平板磁極21
との間の電子ビームに作用する磁場が変化しないように
、ウェハ22のサイズよりも十分大きなサイズを持つよ
うに構成されている。
たウェハ22を平行移動して電子ビームの照射位置に移
動させて観察する際に、磁8i1Bと当該平板磁極21
との間の電子ビームに作用する磁場が変化しないように
、ウェハ22のサイズよりも十分大きなサイズを持つよ
うに構成されている。
第3図に、被観察試料(ウェハ)の端部を観察する際の
磁極1B、19及び平板磁極21の位置関係を示す、磁
極19と、平板磁極21との間の間隔dの5倍以上の大
きさだけ、ウェハ22のサイズよりも、平板磁極21の
サイズを大きくしである。
磁極1B、19及び平板磁極21の位置関係を示す、磁
極19と、平板磁極21との間の間隔dの5倍以上の大
きさだけ、ウェハ22のサイズよりも、平板磁極21の
サイズを大きくしである。
具体的に説明すると、ウェハの外径をDk、m極19と
平板磁極21との間隔をd、磁極19の外径をり、とす
ると、平板磁極21の外径は、(DH+Da + 10
d)以上とする6例えばウェハが6インチ(150m
、m) 、磁極19の外径を100mm、間隔dを6m
mとすると、平板磁極21の直径ば3LOmm以上とな
る。
平板磁極21との間隔をd、磁極19の外径をり、とす
ると、平板磁極21の外径は、(DH+Da + 10
d)以上とする6例えばウェハが6インチ(150m
、m) 、磁極19の外径を100mm、間隔dを6m
mとすると、平板磁極21の直径ば3LOmm以上とな
る。
また、平板磁極21上には、被観察対象のウェハ22が
密着して置かれ、固定具31.31’によって固定され
ている。更に、当該平板磁極21は、平面度を保つため
に十分な厚さと強度を持つ保持台23に密着する構成と
している。保持台23は、磁極18に対する平板磁pi
21の平行性を調整するために、調整ネジ26.26°
によって調整可能な態様で移動台27.28に固定され
ている。この調整は、移動台27.28を移動させたと
きに、2次電子像を観察あるいは光学顕微鏡を使用して
観察点の高さが変化しないようにしている。
密着して置かれ、固定具31.31’によって固定され
ている。更に、当該平板磁極21は、平面度を保つため
に十分な厚さと強度を持つ保持台23に密着する構成と
している。保持台23は、磁極18に対する平板磁pi
21の平行性を調整するために、調整ネジ26.26°
によって調整可能な態様で移動台27.28に固定され
ている。この調整は、移動台27.28を移動させたと
きに、2次電子像を観察あるいは光学顕微鏡を使用して
観察点の高さが変化しないようにしている。
また、第3図において、ウェハ22から放出された2次
電子は、磁極1Bと平板磁極21とによって生成された
磁場によって取り込まれ、図中上方に向かって回転しつ
つ移動し、正の電圧が印加されている2次電子検出r&
24によって補集されるため、2次電子の補集効率を極
めて高くすることが可能となる。このため、明るい良質
の2次電子像を表示することができる。
電子は、磁極1Bと平板磁極21とによって生成された
磁場によって取り込まれ、図中上方に向かって回転しつ
つ移動し、正の電圧が印加されている2次電子検出r&
24によって補集されるため、2次電子の補集効率を極
めて高くすることが可能となる。このため、明るい良質
の2次電子像を表示することができる。
なお、第2図、第3図tJ、料室30及び電子ビームの
通路は、電子ビームの走行を邪魔しないように、図示外
の真空排気系によって排気するようにしている。また、
ウェハ22を挿入及び取り出しを行うウェハ搬送機構な
どが具備されている。磁極18、平板磁極22などの磁
気回路は、高透磁率材料(例えば純鉄、コバルト鉄、パ
ーマロイなど)を使用するようにしている。
通路は、電子ビームの走行を邪魔しないように、図示外
の真空排気系によって排気するようにしている。また、
ウェハ22を挿入及び取り出しを行うウェハ搬送機構な
どが具備されている。磁極18、平板磁極22などの磁
気回路は、高透磁率材料(例えば純鉄、コバルト鉄、パ
ーマロイなど)を使用するようにしている。
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズを構
成する磁極のうちの1つを移動可能な平板磁極とし、こ
れに被観察試料を搭載して対物レンズの磁極間に当該被
観察試料を配置する構成を採用しているため、 (1)短焦点距離にしてレンズ収差を小さくできる。
成する磁極のうちの1つを移動可能な平板磁極とし、こ
れに被観察試料を搭載して対物レンズの磁極間に当該被
観察試料を配置する構成を採用しているため、 (1)短焦点距離にしてレンズ収差を小さくできる。
(2)被観察試料が、半導体ウェハのように大きくても
、磁路が巨大にならず、−様な強磁場を効率よく発生さ
せることができる。
、磁路が巨大にならず、−様な強磁場を効率よく発生さ
せることができる。
(3) 被観察試料が−様な強磁場中であるため、発
生した2次電子を高効率で検出することができる。
生した2次電子を高効率で検出することができる。
(4)2次電子の収集効率が飛曜的に向上するために、
1次電子ビーム量を減らしても良質の2次電子像が得ら
れ、ひいては、1次電子ビーム量の低減により、被観察
試料の帯電による画像劣化を防止できる。
1次電子ビーム量を減らしても良質の2次電子像が得ら
れ、ひいては、1次電子ビーム量の低減により、被観察
試料の帯電による画像劣化を防止できる。
C3)2次電子の収集効率が高いために、被観察試料面
に深い凹凸があっても、明る(良質な高分解能2次電子
像を容易に観察することが可能となる。
に深い凹凸があっても、明る(良質な高分解能2次電子
像を容易に観察することが可能となる。
(6)半導体ウェハを切断することなく、高分解能観察
できる。
できる。
以上より、ウェハのような巨大サイズの試料を短焦点距
離のもとで、高分解能で明るい良質の2次電子像を容易
に観察することができるようになる。その結果、アスペ
クト比5を越えるトレンチ溝(幅: 0.2〜0.7μ
m、深さ23〜5μm)や、コンタクト・ホールなどの
微細構造を表面から底部まで明瞭な画像で高分解能観察
可能となる。さらに、ウェハを切断することなく、高分
Mta、!l察可能になることによって、製造工程途中
にあるウェハを、−旦、走査型電子w4微鏡で観察した
後に、次工程から製造を続けることができるようになる
ため、半導体製造工程やその開発段階において、極めて
スループットが向上する。
離のもとで、高分解能で明るい良質の2次電子像を容易
に観察することができるようになる。その結果、アスペ
クト比5を越えるトレンチ溝(幅: 0.2〜0.7μ
m、深さ23〜5μm)や、コンタクト・ホールなどの
微細構造を表面から底部まで明瞭な画像で高分解能観察
可能となる。さらに、ウェハを切断することなく、高分
Mta、!l察可能になることによって、製造工程途中
にあるウェハを、−旦、走査型電子w4微鏡で観察した
後に、次工程から製造を続けることができるようになる
ため、半導体製造工程やその開発段階において、極めて
スループットが向上する。
したがって、本発明が半導体製造業に与える効果は、非
常に大きい。
常に大きい。
第1図は、本発明の原理構成図を示す。
第2図及び第3図は、本発明の1実施例構成図であり、
それぞれ被観察試料中心部観察時及び被観察試料端部観
察時の構成を示す。 第4図は、本発明に係る要因構成図を示す。 第5図は、従来技術の説明図を示す。 第1rj!J(b+及び第5図(イ)−(bl!:第5
1ffl (0)伽)は、軸方向位置2の関数として軸
上の縦磁場強度1Bzl(磁場の軸方向強度)を示す。 第6図は縦磁場強度による2次電子の振舞い方の差異の
説明図、第7図は半導体製造工程におけるSEM観察シ
ーケンス図を示す。 図中、1−1.1−2はM1極、2ば被観察試料、7.
21は平板磁極、4.20はコイル、17は対物レンズ
、22はウェハ、23は保持台、26.26゛は調整ネ
ジ、27.28は移動台、31.31°は固定具を表す
。
それぞれ被観察試料中心部観察時及び被観察試料端部観
察時の構成を示す。 第4図は、本発明に係る要因構成図を示す。 第5図は、従来技術の説明図を示す。 第1rj!J(b+及び第5図(イ)−(bl!:第5
1ffl (0)伽)は、軸方向位置2の関数として軸
上の縦磁場強度1Bzl(磁場の軸方向強度)を示す。 第6図は縦磁場強度による2次電子の振舞い方の差異の
説明図、第7図は半導体製造工程におけるSEM観察シ
ーケンス図を示す。 図中、1−1.1−2はM1極、2ば被観察試料、7.
21は平板磁極、4.20はコイル、17は対物レンズ
、22はウェハ、23は保持台、26.26゛は調整ネ
ジ、27.28は移動台、31.31°は固定具を表す
。
Claims (4)
- (1)対物レンズによって収束した電子ビームを被観察
試料に照射してこれの像を観察する走査型電子顕微鏡に
おいて、 軸対称で中心に電子ビームを通過させる穴を持ち、かつ
円錐状で先端を平坦とした第1の磁極と、この第1の磁
極に対向して軸と垂直な面内に移動可能な第2の平板磁
極とを持つ対物レンズを備え、 上記第1の磁極の穴を通過する電子ビームを収束して上
記第2の平板磁極上に搭載した被観察試料に照射し、当
該被観察試料の像を観察するように構成したことを特徴
とする走査型電子顕微鏡。 - (2)請求項第(1)項において、試料移動台上に第2
の平板磁極を搭載すると共に上記第1の磁極との間の平
行度を調整する調整機構を設けたことを特徴とする走査
型電子顕微鏡。 - (3)請求項第(1)項、第(2)項において、被観察
試料から放出された2次電子を上記第1の磁極の穴を逆
上った位置に設けた2次電子検出器によって検出し、2
次電子像を表示するように構成したことを特徴とする走
査型電子顕微鏡。 - (4)対物レンズによって収束した電子ビームを被観察
試料に照射してこれの像を観察する走査型電子顕微鏡を
用いた半導体ウェハの観察に際し、軸対称で中心に電子
ビームを通過させる穴を持ち、かつ円錐状で先端を平坦
とした第1の磁極と、この第1の磁極に対向して軸と垂
直な面内に移動可能な第2の平板磁極とを持つ対物レン
ズを備え、 上記第1の磁極の穴を通過する電子ビームを収束して上
記第2の平板磁極上に搭載した被観察試料に照射し、当
該被観察試料の像を観察するように構成した走査型電子
顕微鏡を用いて、半導体ウェハを切断することなく半導
体ウェハ上の微細構造を観察することを特徴とする半導
体ウェハ観察方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1244392A JPH03108243A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 走査型電子顕微鏡及びそれを用いた観察方法 |
US07/583,541 US5057689A (en) | 1989-09-20 | 1990-09-17 | Scanning electron microscope and a method of displaying cross sectional profiles using the same |
EP90118131A EP0418894B1 (en) | 1989-09-20 | 1990-09-20 | A scanning electron microscope and a method of displaying cross sectional profiles using the same |
DE69028168T DE69028168T2 (de) | 1989-09-20 | 1990-09-20 | Rasterelektronenmikroskop und Verfahren zur Darstellung von Schnittprofilen unter Anwendung desselben |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1244392A JPH03108243A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 走査型電子顕微鏡及びそれを用いた観察方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03108243A true JPH03108243A (ja) | 1991-05-08 |
Family
ID=17117992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1244392A Pending JPH03108243A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 走査型電子顕微鏡及びそれを用いた観察方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03108243A (ja) |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP1244392A patent/JPH03108243A/ja active Pending
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