JPH05242847A - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料保持手段に載せた試料の観察分解能の向
上を図る。 【構成】 電子銃２４と、第１磁極４２と第１磁極４２
から所定間隔Ｇをあけて設けられた第２磁極４４を有
し、電子銃２４から放出されて走査された電子線ＥＬを
試料Ｗに導く対物レンズ３２と、第１磁極４２と第２磁
極４４の間で試料Ｗを保持するための試料保持手段３４
を有し、試料保持手段３４は、基部４８と、基部４８に
支持されて第１方向Ｘに移動自在な第１移動体７０と、
第１移動体７０に支持され、かつ試料Ｗを載置させ、第
１方向Ｘと交わる第２方向Ｙにそって第１移動体７０が
画成してなる領域内で移動自在な第２移動体８５とを備
えたことを特徴とする走査型電子顕微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料ステージのよう
な試料保持手段を有する走査型電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型電子顕微鏡では、試料を載せるた
めの試料ステージを有している。試料ステージ１０は、
図１４と図１５に示すように、ベース１の上にＸ方向の
移動台２を載せ、さらに移動台２の上にＹ方向の移動台
３を載せている。この移動台３の上に試料Ｗを載せる。
試料ステージ１０の高さＨはベース１の厚みと移動台２
の厚みおよび移動台３の厚みを加えたものである。

【０００３】このような試料ステージ１０を、図１６に
示すように走査型電子顕微鏡の対物レンズ４の外側に配
置する。

【０００４】この種の対物レンズ４は、同心状の上極５
と下極６を有している。電子線７は上極５と下極６を通
って試料Ｗに当り試料Ｗからは２次電子が放出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の対物レンズ４
の構造では、走査型電子顕微鏡としての分解能に限界が
ある。走査型電子顕微鏡は、近年半導体評価装置として
用いられ、ＩＣウェーハ上のチップの集積度が上がるに
つれて、その評価と検査を行う上で分解能の向上が求め
られている。

【０００６】この高分解能化の要求を満たすには、上述
のように試料ステージを対物レンズの外側に配置するの
でなく、試料ステージと試料ステージに載せた試料Ｗを
対物レンズの上側磁極と下側磁極の間に挿入する必要が
ある。しかも高分解能にするには、上側磁極と下側磁極
のギャップは小さくする必要がある。

【０００７】しかし上述した従来の試料ステージ１０で
は高さＨが大きく、上側磁極と下側磁極の間に挿入でき
ない。

【０００８】この発明は、高分解能で試料を観察するこ
とができる走査型電子顕微鏡を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、電子銃２４
と、第１磁極４２と第１磁極４２から所定間隔Ｇをあけ
て設けられた第２磁極４４を有し、電子銃２４から放出
されて走査された電子線ＥＬを試料Ｗに導く対物レンズ
３２と、第１磁極４２と第２磁極４４の間で試料Ｗを保
持するための試料保持手段３４を有し、試料保持手段３
４は、基部４８と、基部４８に支持されて第１方向Ｘに
移動自在な第１移動体７０と、第１移動体７０に支持さ
れ、かつ試料Ｗを載置させ、第１方向Ｘと交わる第２方
向Ｙにそって第１移動体７０が画成してなる領域内で移
動自在な第２移動体８５とを備えたことを特徴とする走
査型電子顕微鏡である。７０が画成している領域内で移
動する構成としたことを特徴とする走査型電子顕微鏡で
ある。

【００１０】またこの発明は、電子銃２４と、電子銃
（２４）から放射されて走査された電子線（ＥＬ）を試
料（Ｗ）に導く対物レンズ（３２）と、試料Ｗを保持す
るための試料保持手段３４を有し、試料保持手段３４
は、基部４８と、基部４８に支持されて第１方向Ｘに移
動自在な第１移動体７０と、第１移動体７０に支持さ
れ、かつ試料Ｗを載置させ、第１方向Ｘと交わる第２方
向Ｙにそって第１移動体７０が画成してなる領域内で移
動自在な第２移動体８５とを備えたことを特徴とする走
査型電子顕微鏡。

【００１１】好ましくは第２移動体８５の外側面は第１
移動体７０の内側面にかみ合って第２移動体８５は第１
移動体７０に対して相対的に第２方向Ｙに移動自在であ
る。

【００１２】図１と図３の実施例を参照する。好ましい
実施例では、第１磁極は上側磁極４２であり、第２磁極
は下側磁極４４である。試料保持手段は試料ステージ３
４である。第１方向移動体はＸ方向移動体７０であり、
第２方向移動体はＹ方向移動体８５である。

【００１３】

【作用】第１磁極と第２磁極の間に試料を配置するの
で、観察の分解能が高くなる。しかも試料保持手段で
は、第２移動体は、第１移動体が画成している領域内で
移動できるので、試料保持手段の厚みを小さくできる。

【００１４】

【実施例】図１を参照する。

【００１５】この実施例の走査型電子顕微鏡２０は、好
ましくは半導体評価装置として用いられ、ＩＣウェーハ
の評価と検査を行う。

【００１６】走査型電子顕微鏡２０の筒体２２には電子
銃２４、集束レンズ２６，２８、走査コイル３０、対物
レンズ３２、試料ステージ３４、検出器３６、試料室３
８を有している。筒体２２と試料室３８の中は排気され
真空になっている。

【００１７】対物レンズ３２は集束レンズ２６，２８の
下側に配置されている。試料ステージ３４の上には試料
Ｗ、たとえばＩＣウェーハが載せてある。対物レンズ３
２は上側磁極４２と下側磁極４４を有している。上側磁
極４２と下側磁極４４の間のギャップともいう間隔Ｇに
は試料ステージ３４が配置されている。

【００１８】電子銃２４から出力された電子線ＥＬは集
束レンズ２６，２８で集束される。このあと走査コイル
３０により、電子線ＥＬは対物レンズ３２の上側磁極４
２を通り試料Ｗ上に走査される。試料Ｗに電子線ＥＬが
走査されると、２次電子ＳＥを放出するので、２次電子
ＳＥは対物レンズ３２の磁場の影響で磁極内に引き込ま
れ、検出器３６で受ける。これにより試料Ｗの検査と評
価をする。

【００１９】このように上側磁極４２と下側磁極４４の
間に試料を配置することにより、試料Ｗを観察するため
の分解能が向上する。なぜなら、対向磁極を有するレン
ズの場合、その上下磁極の間隔（ギャップ）に強磁場が
発生し、球面収差の小さいレンズが形成される。ここ
に、試料を挿入することにより、試料から発生する２次
電子は上記磁場により上側磁極内に１００％近く引き上
げられ、上側磁極の上部に検出器を置くことにより２次
電子効率も上がる。この球面収差の小さいレンズと２次
電子効率の向上とより解像度が良くなり分解能が向上す
る。

【００２０】次に図２〜図６を参照して試料ステージ３
４を説明する。

【００２１】図２と図３の試料ステージ３４は、ベース
４８、ガイドレール５３，５４、モータ５５，５６、試
料Ｗの載置用のプレート５７、ガイドレール５８，５
９、ナット６０，９０などを有している。

【００２２】ベース４８は正方形であり、ベース４８の
左側部６２と右側部６３にはそれぞれガイドレール５
３，５４が固定されている。図４に示すようにガイドレ
ール５３，５４には内側にそれぞれＶ字形の溝６４，６
５が長手方向に形成されている。

【００２３】第１移動体７０は、ガイドレール５８，５
９と部材７２，７３とにより長方形に形成されている。
部材７２と７３の外側には、図４に示すようにＶ字形の
ガイド突起７４，７５が長手方向に形成されている。こ
のガイド突起７４，７５はそれぞれガイドレール５３，
５４の溝６４，６５にＸ方向にスライド自在にはまって
いる。モータ５５と５６はたとえばパルスモータであ
る。モータ５５の送りねじ７６は、ナット６０にかみ合
っている。ナット６０はガイドレール５８に固定されて
いる。したがって、モータ５５を駆動することにより、
送りねじ７６が回って第１移動体７０はＸ方向へ移動し
かつ位置決めできる。ガイドレール５８，５９には、図
５に示すようにＶ字形の溝８０，８１がそれぞれ長手方
向（Ｙ方向）に形成されている。

【００２４】第２移動体８５は、図５に示すようにプレ
ート５７と、その両側を支持する部材８６，８７から構
成されている。部材８６，８７の外側にはそれぞれＶ字
形の突起８８，８９がＹ方向に形成されている。これら
の突起８８，８９はガイドレール５８，５９の溝８０，
８１にそれぞれかみ合っている。プレート５７のナット
９０にはモータ５６の送りねじ６１がかみ合っている。

【００２５】図３や図６に示すモータ５６を駆動するこ
とにより、第２移動体８５を第１移動体７０の画成して
いる図３の領域１００内において、ガイドレール５８，
５９に沿ってＹ方向に移動しかつ位置決めできる。これ
により、試料ＷをＸとＹ方向に移動でき、試料Ｗのどの
部分をも電子線ＥＬの照射中心ＥＬＰにもってくること
ができる。

【００２６】ところで、試料Ｗを載置するためのプレー
ト５７の上面は、好ましくはガイドレール５８，５９の
上面と一致した位置もしくは下に位置している。

【００２７】このようにすることで、図５に示す試料テ
ーブル３４の高さＫの値を従来に比べて小さくすること
ができる。図５に示すように対物レンズの上側磁極４２
は試料Ｗに近づけて、下側磁極４４はベース５８の中に
入れて、できるだけ試料Ｗに近づけることができる。こ
れによりギャップＧは小さく試料Ｗを高分解能で観察で
きる。

【００２８】図５でよく示すように載置用のプレート５
７もしくは第２移動体８５だけが上側磁極４２と下側磁
極４４の間にあって、これら磁極４２，４４にプレート
５７もしくは第２移動体８５が接触しなければよい。そ
の他の第１移動体７０やベース５８やモータ５５，５６
などは上側磁極４２と下側磁極４４の外側の周囲に配置
しておけばよい。

【００２９】なお、試料ステージ３４を図１の試料室３
８から出入れするときに、上側磁極４２と下側磁極４４
に接触しないようにしておく。

【００３０】また図５において試料ステージ３４は矢印
Ｚ方向に回転するようにすることもできる。

【００３１】ところで、試料ステージ３４の固定部材、
たとえばベース４８、ガイドレール５３，５４、モータ
５５，５６などは磁性材料、たとえば鉄で作っても非磁
性材料で作ってもよい。

【００３２】しかし、試料ステージ３４の移動する部
材、たとえば第１移動体７０、第２移動体８５、ナット
６０、送りねじ７６，６１などは、図５の対物レンズの
上側磁極４２と下側磁極４４間の磁場を乱すので、アル
ミなどの非磁性材料で作る必要がある。

【００３３】別の実施例 次に図７〜図１２にはこの発明の走査型電子顕微鏡の試
料ステージの他の実施例を示している。

【００３４】試料ステージ１３４は、ベース１４８、ガ
イドレール１５１，１５２，１５３，１５４，１５５、
試料Ｗの載置用のプレート１５７、ガイドレール１５
８，１５９、ナット１６０，１６１を有している。

【００３５】ベース１４８は正方形であり、ベース１４
８の左側部１６２と右側部１６３にはそれぞれガイドレ
ール１５３，１５４が固定されている。図１０に示すよ
うにガイドレール１５３，１５４には内側にそれぞれＶ
字形の溝１６４，１６５が長手方向（Ｘ方向）に形成さ
れている。

【００３６】第１移動体１７０は、ガイドレール１５
８，１５９と部材１７２，１７３とにより長方形に形成
されている。部材１７２と１７３の外側には図１０に示
すようにＶ字形のガイド突起１７４，１７５が長手方向
に形成されている。このガイド突起１７４，１７５はそ
れぞれガイドレール１５３，１５４の溝１６４，１６５
にＸ方向にスライド自在にはまっている。モータ２５５
の送りねじ１６９は、ナット１６０にかみ合っている。
ナット１６０はガイドレール１５８に固定されている。
したがって、モータ２５５を駆動することにより、送り
ねじ１６９が回って第１移動体１７０はＸ方向へ移動し
かつ位置決めできる。ガイドレール１５８，１５９に
は、図９に示すようにＶ字形の溝１８０，１８１がそれ
ぞれ長手方向（Ｙ方向）に形成されている。

【００３７】第２移動体１８５は、プレート１５７と、
その両側を支持する部材１８６，１８７から構成されて
いる。部材１８６，１８７の外側にはそれぞれＶ字形の
突起１８８，１８９がＹ方向に形成されている。これら
の突起１８８，１８９はガイドレール１５８，１５９の
溝１８０，１８１にそれぞれかみ合っている。

【００３８】ガイドレール１５１，１５２は、図８と図
１０に示すように、ベース１４８にＹ方向に固定されて
いる。ガイドレール１５１，１５２の間には別のガイド
レール１５５を渡して設けられている。ガイドレール１
５５の上面にはその長手方向に溝１５５ａが設けられて
いる。この溝１５５ａにはプレート１５７の爪１５７ａ
がはめこまれている。ナット１６１はガイドレール１５
５に固定されており、送りねじ１６８がかみ合ってい
る。送りねじ１６８はタイミングスチールベルトともい
う歯付ベルト２００とプーリ２１０を介してモータ２２
０のプーリ２３０にかみ合っている。モータ２２０を回
すことで、ガイドレール１５５と一体に第２移動体１８
５を第１移動体１７０の画成している領域３００内でＹ
方向に移動および位置決め可能である。

【００３９】ところで図８に示すようにベース１４８の
一部分が凹部２７０となっている。これは、試料ステー
ジ１３４を図１２に示す対物レンズの上側磁極４２と下
側磁極４４の間から出入れするときに下側磁極４４にベ
ース１４８が接触しないようにするために、下側磁極４
４に対応するベース１４８の部分を凹部２７０としたの
である。

【００４０】図７の実施例においても、図１０で示すよ
うに第２移動体１８５と第１移動体１７０が同一平面内
に配置されている。このため試料ステージの高さＫを小
さくできる。

【００４１】また図７の実施例でも最初の実施例と同様
に移動する部分はアルミなどの非磁性材料で作る必要が
ある。

【００４２】ところでこの発明は上述した実施例に限定
されない。

【００４３】図１３では、図１６で示した対物レンズ４
に対して、この発明の試料ステージを配置した例を示し
ている。

【００４４】

【発明の効果】第一の発明によれば、対物レンズの第１
磁極と第２磁極の間に試料保持手段を設け、かつ第２方
向移動体を第１方向移動体の画成している領域内で移動
する構成としたので、破壊して小片にしなくても大型の
ＩＣウェーハなどの試料をそのまま配置して高分解能で
観察することができる。これにより特に半導体製造ライ
ンにおいてウェーハの評価と検査を高い精度で行うこと
ができる。

【００４５】第２の発明によれば、対物レンズに試料保
持手段を近ずけて配置でき、試料を高分解能で観察する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の試料ステージを有する走査型電子顕
微鏡の構成を示す図。

【図２】図１の試料ステージの斜視図。

【図３】図２の試料ステージの平面図。

【図４】図２の試料ステージの側面図。

【図５】図３におけるＡ−Ａ線の断面図。

【図６】図２の試料ステージの他の側面図。

【図７】この発明の走査型電子顕微鏡用の他の試料ステ
ージの実施例を示す平面図。

【図８】図７の試料ステージの側面図。

【図９】図７の試料ステージのＢ−Ｂ線における断面
図。

【図１０】図７の試料ステージの別の側面図

【図１１】図７の試料ステージのＤ−Ｄ線における断面
図。

【図１２】図７の試料ステージのＣ−Ｃ線における断面
図。

【図１３】この発明の走査型電子顕微鏡の別の磁極に対
して配置された試料ステージを示す図。

【図１４】従来の試料テーブルを示す側面図。

【図１５】従来の試料テーブルを示す平面図。

【図１６】従来の試料テーブルと対物レンズを示す図。

【符号の説明】

２０ 走査型電子顕微鏡 ２４ 電子銃 ３２ 対物レンズ ３４ 試料ステージ ４２ 上側磁極 ４４ 下側磁極 ４８ ベース ５７ 試料載置用プレート ６４ Ｖ字形の溝 ６５ Ｖ字形の溝 ７０ 第１移動体 ８５ 第２移動体 ７４ Ｖ字形の突起 ７５ Ｖ字形の突起 ◆

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃（２４）と、 第１磁極（４２）と第１磁極（４２）から所定間隔
   （Ｇ）をあけて設けられた第２磁極（４４）を有し、電
   子銃（２４）から放出されて走査された電子線（ＥＬ）
   を試料（Ｗ）に導く対物レンズ（３２）と、 第１磁極（４２）と第２磁極（４４）の間で試料（Ｗ）
   を保持するための試料保持手段（３４）を有し、 試料保持手段（３４）は、 基部（４８）と、 基部（４８）に支持されて第１方向（Ｘ）に移動自在な
   第１移動体（７０）と、 第１移動体（７０）に支持され、かつ試料（Ｗ）を載置
   させ、第１方向（Ｘ）と交わる第２方向（Ｙ）にそって
   第１移動体（７０）が画成してなる領域内で移動自在な
   第２移動体（８５）とを備えたことを特徴とする走査型
   電子顕微鏡。
2. 【請求項２】 電子銃（２４）と、 電子銃（２４）から放射されて走査された電子線（Ｅ
   Ｌ）を試料（Ｗ）に導く対物レンズ（３２）と、 試料（Ｗ）を保持するための試料保持手段（３４）を有
   し、 試料保持手段（３４）は、 基部（４８）と、 基部（４８）に支持されて第１方向（Ｘ）に移動自在な
   第１移動体（７０）と、 第１移動体（７０）に支持され、かつ試料（Ｗ）を載置
   させ、第１方向（Ｘ）と交わる第２方向（Ｙ）にそって
   第１移動体（７０）が画成してなる領域内で移動自在な
   第２移動体（８５）とを備えたことを特徴とする走査型
   電子顕微鏡。
3. 【請求項３】 第２移動体（８５）の外側面は、第１移
   動体（７０）の内側面にかみ合って、第２移動体（８
   ５）は第１移動体（７０）に対して相対的に第２方向
   （Ｙ）に移動自在である請求項１または２に記載の走査
   型電子顕微鏡。