JPH0471150A

JPH0471150A - 走査型電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH0471150A
Application number: JP18189390A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nomura; 登野村; Hideo Nakagawa; 秀夫中川; Kenji Fukuto; 憲司服藤; Taichi Koizumi; 太一小泉; Norimichi Anazawa; 紀道穴澤
Original assignee: Holon Co Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Holon Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2968567B2

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、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
鏡の磁極の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、従来の走査型電子ＷＪ微鏡の対物レンズは、第
５図（イ）−１８＋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（以下、
　Ｂｚ　縦磁場強度と呼ぶ）を第５図（イ）　−（ｂ）
に示す。

対物レンズは、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（磁路４１は純鉄などの磁性体で構成され、
起磁力を与えるコイル４４に電流を流して磁極４１−１
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内
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、ら旋運動をしなからウェハから離脱
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。

従来の技術において、走査型電子顕微鏡の分解能を高め
ようとするには、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方法と、レンズ収差を極力小
さくする方法が考えられる。

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。

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４１１と磁極４１
−２の中間位置に被観察試料：ウェハ４２を出来る限り
近くに設置する事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４１の中間位置に被観察試料を近づけ
るには限界がある。そのため分解能が飛濯的に向上させ
ることは、困難である。

第２の従来技術例は、第５図（イ）−（ａ）の構造持つ
走査型電子顕微鏡の磁極４１−１と磁極４１−２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４！
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い位置で、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弾縮磁場のもとてＳＮ比
（信号対ノイズ比）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、そのため弾縮磁場を得
にくいという欠点がある（第５図（ロ）−（ｂ）参照）
。

ＳＮ比の低下は、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）が大きくなるため、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
しる。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、上記現象が顕著になる。

この現象を防止するために、第３に従来技術例に、さら
に積極的に弾縮磁場を印加する方法か、１９８８年春の
第３５回応用物理学会関係連合講演会＜３１ａ−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
置である。

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。

第７図に、半導体製造工程における、ＳＥＭ観察観察シ
ースフ１図す。従来の技術では、ウェハを切断し断面観
察を行う破壊試験であったため、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ットや歩留まりが低
下し、生産や開発効率が悪くなるという問題点があった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記のような構成では、被観察試料が半導
体ウェハ（一般に直径：２インチ以上のウェハが使用さ
机ている）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臓した構
造が必要となるため、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４
１−１と磁極４１−２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
し軸方向に垂直な面内で移動可能な移動台を内臓できた
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、試料台の移動に
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、そ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！１！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
大縦磁場強度が大きくすることが非常に困難になる。そ
のため、十分なサイクロ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と、弾縮磁
場のもとで観察するということとを同時に達成すること
ができないという問題点を有していた。

本発明は、かかる点に鑑み、半導体ウェハなどの被観察
試料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、真空中に用意されたウ
ェハのような巨大サイズ試料を任意の被観察部において
、−様な弾縮磁場を印加可能な軽量かつ平坦度の高い平
板磁極構造を持った対物レンズ（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（、半導体ウェハ表面の任意の凹凸の深いサ
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
することが可能走査型電子顕微鏡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〕

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からなり、この第２の
平板磁極を、非磁性体の平坦な支持体上に薄板、薄膜の
高透磁率材料を形成して作成し、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。

〔作用〕

本発明は、第１図（ａ）、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も、かつ円錐状
で先端を平坦とした第１の磁極、及びこの第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
を持つ対物レンズからなり、この第２の平板磁極を、非
磁性体の平坦な支持体上に薄板、薄膜の高透磁率材料を
形成して試料台上に平坦かつ軽量化して作成し、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
察試料の像を観察しているので、真空中における試料台
を軽量化して移動を容易かつ平行精度を高めて磁極１−
１と平板磁極７との間の平行度の調整機構を簡略化する
ことが可能となる。

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
縦磁場強度を第１図（ｂ）に示す。

図に示すように、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７とし、これに被観察試料を搭
載して観察しているので、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の観察
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。

〔実施例〕

次に、第１回から第４図を用いて本発明の実施例の構成
および動作を順次詳細に説明する。

第１閏は、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。

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。

磁極１−２は、磁路を形成するＭ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シま、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、発注させ
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
のもとでつ゛エバ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で−様な伸線磁場
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、縦磁場強変’　Ｂ　ｚ　　
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比低下を
大幅に改善できる。

第２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。

まず、全体の構成及び動作を説明する。

第２図において、電子銃１１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
傷内コイル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）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
、部分、＠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。

特に、本発明に係る対物レンズ１７においては、真空中
に配置された移動台（×方向、Ｙ方向に移動する台）２
７．２８上に平板磁極２１）搭載するという特殊な構造
をしているので、平板磁極２１の構造、重量などがウェ
ハ２２の観察に重要な役割を果たす。まず、真空中で移
動台が移動するため、高透磁率材料である軟鉄（比重７
．８）やパーマロイ（比重８．６）などを用いると大変
重い移動台２７．２８となり、移動台２７．２８の加速
・減速に時間がかかり、スループットを悪くする。また
、移動台２７．２８が重いほど、慴動案内部の摩耗が激
しくなる。半導体ウェハの微細構造の観察する際には、
この摩耗による装置内ダストが問題となり、軽量の移動
台２７．２８が望ましい。

第３図は、本発明に係る平板磁極と支持板の構造を示す
。これは、平板磁極２１）高透磁率磁性体、例えば薄く
するために飽和磁束密度の高いパーマロイ　（比重８，
４、Ｂｓ＝８０００ガウス）やアモルファス磁性合金（
比重約７、Ｂｓ＝６０００〜９０００ガウス）を用いる
。また、比較的軽量であるが飽和磁束密度の低い高ｉ３
磁率フェライトなどを用いてもよい（比重５、Ｂｓ＝４
０００〜６０００ガウス）。例えば対向の磁極１８を、
先端部が約２ｍｍ厚み、軟鉄とした場合（飽和磁束密度
は１７０００ガウス）、平板磁極２１の厚さは、比較的
に薄いＱ、３ｍｍ程度とすることができる。支持板２３
として、アルミナ（比重４゜１）、アルミ合金（比重２
．７〜３．３）、石英（比重２．６４）などを選ぶと、
従来の厚板の高透磁率磁性材料（比重５〜８．６）で支
持板２３を構成したときに比較すると約半分の重量とな
り、軽量化の効果が大きい。

第３１！ｌ平板磁極２１の加工は、ステッパなどのウェ
ハチャックに匹敵する加工精度が要求される。

この精度を満足するためには、通常、研削や研磨加工で
仕上げを行うが、研削や研磨加工は、加工表面層に歪が
入り、平板磁極２１の磁気特性が劣化する。この磁気特
性を回復するために、温度を上昇した後に徐々に温度を
下げるという焼鈍を行うが、焼鈍によって仕上げ面が曲
がり必要とする加工精度が得られなくなる。このように
軟鉄、パーマロイ、センダストなどの加工は大変困難と
なる。本発明は、精密加工された非磁性材料の支持板２
３の上に平板磁極２１）積層するため、加工精度を支持
板２３に、磁気特性を平板磁極２１にと機能を分けて持
たせることができる。支持板２３を研磨しておいてその
上にスパッタ蒸着などの方法で平板磁極２１）積層する
と、支持板２３の平面度、表面性が蒸着膜の表面に転写
され、精度の高い平板磁極２１が得られる。更に、磁性
体を加工しないので、良好な高透磁率特性が得られ、実
用性の高い、高精度でさらに安価な歩留まりの高い平板
磁極２１）作成できる。

次に、走査型電子顕微鏡の像画質は、対向する磁極１８
と平板磁極２１との間に形成する磁気ギヤ、ブの対称性
によって非点、わい曲などの収差を生じる。このため、
対向する磁極１８と平板磁極２１との間の平行度を磁気
回路の設計にもよるが、磁気ギャップの間隔に対して１
０〜ｔｏｏｐｐｍ程度の精度が必要であると考えられる
。一般に、６〜８インチのウェハを支えるウェハチャッ
クは、研削や研磨で加工され、Ｔ　Ｔ　Ｖ　（Ｔｏｔａ
ｌ　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）やウェ
ービングはこの精度が達成される。一方、前述の軽量化
の必要性から支持板２３自身を高透磁率磁性体にするこ
とが望ましくないため、非磁性体のアルミ合金や石英な
どで構成した支持板２３の表面を研削あるいは研磨して
その上に平板磁極２１である薄板のパーマロイやアモル
ファス磁性合金を接着あるいは蒸着（第３１！ｌ参照）
し、移動可能な平板磁極２１）形成する。薄板を接着し
た場合は、研磨面４３の平行度は良好であるが、接着層
４１の厚みを均一に形成する際に当該接着層４１にゴミ
をはさみ込むことがあるため困難である。このため、平
板磁極を接着後、再度、平板磁極２１の表面４２を研削
あるいは研磨して仕上げる。このとき、平板磁極２１の
表面に加工変質層が形成されたりするため、加工後、透
磁率の管理が必要である。この工程を磁気ヘッドの製造
などで用いるパーマロイやアモルファス磁性合金のスパ
ッタ蒸着法を用いると、接着層４１）介さずに直接に支
持板２３上に高透磁率磁性合金で構成した平板磁極２１
）形成してもよい。このとき、平板磁極２１）形成する
材料は、原子状態で真空中から飛来するため、研削や研
磨された支持板２３の表面性を損なうことなく、良好な
平行度、平面度で平板磁極２１）形成できる。また、蒸
着時に支持板２３の温度が上昇するため、支持板２３の
材料の熱膨張係数は蒸着するパーマロイやアモルファス
磁性合金の熱膨張係数と等しくすることが望ましいが、
材料選択上困難なときは、第３図に示すように、蒸着膜
中に生じる歪みを緩和するための接着層４１）設ける。

また、磁性体を磁化する際には、磁性体の形状によって
磁化しにくい（反磁界係数が大きい）ことがある。特に
、第３図のように、平板磁極２１）面に対して垂直方向
に磁化する場合、反磁界係数が大きくなり、平板磁極２
Ｉの磁性材料の見掛は上の透磁率が劣化する。これは、
第４図に示すように、磁性材料の見掛は上の厚さを非磁
性膜４５で厚くすることによって、回避できる。高透磁
率膜４４と、非磁性膜（例えば石英）４５を図に示すよ
うに、交互に蒸着あるいは接着して構成すると、反磁場
係数が小さく、軽量で、高透磁率の磁性嘆が得られる。

第４図構成について説明する。まず、約７ｍｍのアルミ
合金の支持板２３を加工し、表面を研削、研磨して平面
度を±２μｍに加工した。アルミ合金の支持Ｆｉ２３の
上には、非磁性膜として歪緩和材層を設ける。アルミナ
膜（熱膨張係数６５×ｌＯ−’／’　Ｃ）を１０（ｌｕ
ｍ蒸着し、支持板２３と憂透磁率膜４４との間の熱膨張
係数の差から生じる歪を緩和する。平板磁極２１）構成
する高透磁率膜４４を８０μｍ蒸着した。高透磁率膜４
４はアモルファス磁性薄膜であり、ＣｏＮｂＴａ　Ｚｎ
の４元素からなるメタル−メタル系の材料である。

この高透磁率Ｍ４４の熱膨張係数は約１２０Ｘ１０−’
／”　Ｃであり、ジュラルミンなどのアルミ合金の熱膨
張係数はＯ゛〜３００’Ｃの間で２３〜７８Ｘ１０−’
／’Ｃであり、アルミ合金と高透磁率膜４４の熱膨張係
数の差を少なくするため、熱膨張係数が約１０ＸＩＯ−
’／’Ｃの石英を非磁性膜４５を３μｍ蒸着して第４図
に示した３層構造からなる平板磁極２１）形成した。ま
た、支持板２３として石英を選らふと次のようになる。

表面を研削した石英の支持板２３上に当該支持板２３と
アモルファス磁性薄膜の熱膨張係数の差、例えばＣｏＮ
ｂＴａＺｒの４元素からなるメタル−メタル系のアモル
ファス磁性合金の熱膨張係数が上述したように約１２０
Ｘ１０−’／’Ｃであり、石英の熱膨張係数は約１０Ｘ
Ｉ　Ｏ−’／’　Ｃであるため、下地に熱膨張係数が１
６８Ｘ１０−’／”Ｃの銅やアルミニウム、１３０Ｘ　
１０−’／’　Ｃのニクロムなどを選ぶことができる。

また、支持板２３にアルミ合金を選んだ場合は、熱膨張
係数が１７０Ｘ１０−’／’Ｃと大きいため、下地には
アリミナ６７Ｘ１０−’／’Ｃや石英１０　Ｘ　１０−
’／’Ｃをｍいて、蒸着時の熱曙歴を緩和することがで
きる。

以上のように、磁性材料の磁気特性を損なわないように
、熱膨張係数と膜厚を調整するが、磁気特性を劣化させ
ないためには、磁歪係数λを零に近くなるような磁性材
料の組成を選ぶことも重要である。前述のＣｏＮｂＴａ
Ｚｒの４元素アモルファス磁性合金では、負の磁歪係数
を示すＣｏＮｂＴａ系に正の磁歪を示すＺｒを添加して
磁歪を１０−Ｓ以下とする。ＮｂＴａとＺｒの比を約２
〜３．１にすると磁歪が零に近いものが得られる。

尚、既述したように、支持板２３には、石英、アルミナ
、アルミ合金、銅、アルミニウムなどを用いることがで
きる。平板磁極２１の磁性材料には、軟鉄、パーマロイ
、スーパマロイ、センダスト、メタル−メタル−メタロ
イド系アモルファス合金（例えばＦｅＮ１５ｉｂ、Ｆｅ
Ｃｏ５１Ｂなど）、メタル−メタル系アモルファス合金
（例えばＣｏＮｂＴａＺｒなど）、歪緩和Ｎ（非磁性膜
４５）４３には、アルミナ、Ｓ　＋　０２などを用いる
ことができる。

次に、第２図の動作を説明する。

第２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
措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２Ｊ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２Ｉとの間に、磁気的にループを
構成している。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ため、磁極１８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、平行度を高くし、ウェハ２２全域を観察
するため、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。

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には、平面度を保つた
めに十分な厚さと強度を持つ支持板２３に密着する構成
となっている。支持板２３は、磁極１８に対する平板磁
極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次電子像を観察する高さと、磁極１８．１９
と平行磁極２１との間の磁気ギヤツブが変化しないよう
にしている。また、充分に平板磁極２１の平行度が高い
場合には、観察するその場での平行度調整が不要となり
、調整機構などの複雑な構成が不要で安価かつ節易な取
り扱いが可能となり、効果が高い。

また、ウェハ２２から放射された２次電子は、磁極１８
と平板磁極２１とにより生成された磁場によって取り込
まれ、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次電子検出器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、明るい良質な２次電子像を表示するこ
とができる。

尚、第２図試料室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の挿
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、磁極１９などの磁気回路は、高透磁率
材料（例えば純鉄、コへルト鉄、パーマロイ鉄等々）を
使用するようにしている。

〔発明の効果］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つを移動可能な極めて平行度の高
くかつ非磁性体の平坦な平板上に薄板、薄膜の高透磁率
材料で形成した平板磁極とし、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観察試料を配置する構成
を採用しているため、（１）　　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、ウェハ上の全ての観察点にお
いて、−様な強磁場を効率的に発生させることができる
。

（３）　被観察試料が−様な強磁場中に挿入されている
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。

（４）　　２次電子の収集効率が飛曜的に向上するため
に、−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、−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。

（５）　　２次電子の収集効率が高いため、被観察試料
面に深い凹凸があっても、明るい良質な高分解能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。

（７）　平板磁極２１）薄板、ｆＩＭで構成したため、
軽量化して移動機構を簡素化できると共に、移動台の移
動時に発生する塵埃の発生を少なくできる。

（８）　平板磁極２１）、石英などの非磁性体を研削、
研磨した平坦な上に磁性体を蒸着、更に蒸着時の熱膨張
係数の差による歪による磁気特性の劣化を緩和している
ため、磁気特性の良好な平行度の高い平板［ｉを簡単、
低コストで作成できる。

以上により、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な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＝３〜５μｍ）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。更に、ウェハを切断することなく、高分解
能観察可能になることによって、製造工程途中におるウ
ェハを、−旦、走査型電子顕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、極めてスルーブツ
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
常に絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理構成図を示す。第２図は、本発明の１実施例構成図を示し、被観察試料
中心部観察時の構成を示す。第３図、第４図は、本発明に係る平板磁極と支持板を示
す。第５図（イ＞　−＜ａ＞　、第５図（ロ）　−（ａ）は
、従来技術の説明図を示す。第６図は、縦磁場強度による２次電子の振舞い方の差異
の説明図を示す。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。第１図（ｂ）、第５図（イ）−（ｂ）　、第５＠（ロ）
−（ｂ）は、軸上の縦磁場強度ｊＢ２　°を示す。図中、１−１．１−２は磁極、２は被観察試料、７．２
１は平板磁極、４．２０はコイル、１７は対物レンズ、
２２はウェハ、２３は保持板、２４は２次電子検出器、
２６．２６′は調整ネジ、２７．２８は移動台、３１．
３１゛は固定具を表す。

Claims

【特許請求の範囲】

（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からなり、この第２の平板磁極を
、非磁性体の平坦な支持板上に薄板の高透磁率材料を形
成して作成し、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）上記第２の平板磁極を、非磁性体の平坦な支持体
上に薄板の高透磁率材料と非磁性材料との積層によって
形成したことを特徴とする請求項第（１）項記載の走査
型電子顕微鏡。
（３）上記第２の平板磁極を、非磁性体の平坦な支持体
上に高透磁率膜と非磁性膜とを交互に蒸着、あるいはス
パッタリングにより積層して形成したことを特徴とする
請求項第（１）項記載の走査型電子顕微鏡。