JPH06243811A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部分的に異なった傾斜を有した試料であって
も全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子ビームを照
射し、精密な像を観察することができる荷電粒子ビーム
装置を実現する。 【構成】 １４は第１のポテンショメータである。第１
のポテンショメータ１４からの信号は、コンパレータ１
５において走査信号発生回路１０からの垂直走査信号と
比較される。コンパレータ１５の出力信号は、第１のア
ナログスイッチ１６とインバータ１７を介して第２のア
ナログスイッチ１８に供給される。第１のアナログスイ
ッチ１６は第２のポテンショメータ１９からの信号をオ
ンオフし、第２のアナログスイッチ１８は第３のポテン
ショメータ２０からの信号をオンオフする。第１のアナ
ログスイッチ１６と第２のアナログスイッチ１８からの
信号は、抵抗２１，コンデンサ２２，演算増幅器２３か
ら成るミラー積分回路２４に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームを用いて試料上を走査し、この走査に応じて得られ
た２次電子などを検出して試料の走査像を得るようにし
た荷電粒子ビーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの立体構造や内部欠陥を
調べるためなどを目的として、半導体試料の任意の部分
にイオンビームを照射し、その部分を加工切断した後、
試料の表面と加工断面部分で電子ビームを走査し、試料
から得られた２次電子などを検出して走査像を表示する
ことが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した走査像の観察
において、電子ビームの照射が試料表面から試料の加工
切断面に移るような面走査を行った場合、試料表面の走
査に合わせて電子ビームの焦点合わせを行っていると、
電子ビームの走査位置が試料の加工切断面に移った後
に、焦点のずれが生じる。このため、試料表面と試料の
加工切断面が含まれる部分を電子ビームで面走査し、試
料から放出される２次電子を検出し、検出信号を陰極線
管に送って２次電子像を観察すると、部分的に焦点の合
わない２次電子像が観察されてしまい、試料の微細部分
を精密に観察することが困難となる。

【０００４】従来、試料が一様に傾斜しているような場
合には、走査信号を利用して、この信号に基づいて試料
の傾斜に対応する焦点合わせ信号を作成し、この信号を
焦点合わせ機能を有するレンズに供給するようにしてい
る。しかしながら、この手法は、試料が一様に傾斜して
いる場合にのみ適用できるもので、前記したような、傾
斜の角度が異なった試料表面と試料の加工切断面とを同
時に観察する場合などには適用できない。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、部分的に異なった傾斜を有した試
料であっても全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子
ビームを照射し、精密な像を観察することができる荷電
粒子ビーム装置を実現するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム装置は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源
からの荷電粒子ビームを集束するための集束手段と、荷
電粒子ビームを試料上で２次元的に走査するための偏向
手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得ら
れた信号に基づいて、試料の走査像を表示するための表
示手段と、試料上の荷電粒子ビームの焦点合わせを行う
ためのレンズと、試料の第１の表面に対する荷電粒子ビ
ームの焦点合わせの信号と試料の第２の表面に対する荷
電粒子ビームの焦点合わせの信号とを発生する焦点合わ
せ信号発生手段と、２種の焦点合わせの信号を荷電粒子
ビームの走査位置に応じて切り換えて焦点合わせ用レン
ズに供給する手段とを備えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料の
走査領域中の傾斜角度の異なった２種の面に、その面の
傾斜角度に応じた焦点合わせ信号を作成し、この信号に
より焦点合わせを電子ビームの走査位置に応じてダイナ
ミックに行う。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図１は本発明に基づく走査電子顕微鏡の
基本構成を示しており、図２は図１の走査電子顕微鏡に
用いられる補助レンズ制御回路の一例を示す図である。
図において、１は電子銃である。電子銃１から発生し加
速された電子ビームＥＢは集束レンズ２，対物レンズ３
によって試料４上に集束される。５は電子ビームを偏向
するための偏向器であり、偏向器５に走査信号を供給す
ることにより、電子ビームＥＢは試料を走査する。６は
対物レンズ３の上部に配置された補助レンズであり電子
ビームＥＢの焦点の調整を行う。

【０００９】試料４への電子ビームＥＢの照射に基づい
て試料から発生した２次電子は、２次電子検出器７によ
って検出される。検出器７の検出信号は、増幅器８を介
して陰極線管９に供給される。１０は走査信号発生回路
であり、走査信号発生回路１０からの走査信号は倍率制
御回路１１を介して偏向器５に供給される。１２は対物
レンズ３の制御回路、１３は補助レンズ６の制御回路で
ある。

【００１０】図２は補助レンズ制御回路１３の一具体例
を示しており、１４は第１のポテンショメータである。
第１のポテンショメータ１４からの信号は、コンパレー
タ１５において走査信号発生回路１０からの垂直走査信
号と比較される。コンパレータ１５の出力信号は、第１
のアナログスイッチ１６とインバータ１７を介して第２
のアナログスイッチ１８に供給される。第１のアナログ
スイッチ１６は第２のポテンショメータ１９からの信号
をオンオフし、第２のアナログスイッチ１８は第３のポ
テンショメータ２０からの信号をオンオフする。

【００１１】第１のアナログスイッチ１６と第２のアナ
ログスイッチ１８からの信号は、抵抗２１，コンデンサ
２２，演算増幅器２３から成るミラー積分回路２４に供
給される。ミラー積分回路２４には並列に第３のアナロ
グスイッチ２５が接続されているが、このスイッチ２５
は走査信号発生回路１０からのブランキング信号によっ
てオンオフされる。このような構成の動作を次に説明す
る。

【００１２】まず、通常の２次電子走査像を得る場合、
電子銃１からの電子ビームＥＢは集束レンズ２，対物レ
ンズ３によって試料４上に細く集束される。この時、偏
向器５には走査信号発生回路１０からの走査信号が供給
され、電子ビームは試料４の所定領域を走査する。試料
４への電子ビームの照射によって発生した２次電子は、
検出器７によって検出され、その検出信号は走査信号発
生回路１０から走査信号が供給される陰極線管９に輝度
変調信号として供給されることから、陰極線管９上には
試料の２次電子走査像が表示される。なお、像の倍率
は、倍率制御回路１１によって任意に調整することがで
きる。

【００１３】次に、試料４が図３に示すように通常の表
面Ｓ１に対して、異なった傾斜角度の加工断面Ｓ２を有
している場合の動作について説明する。今、電子ビーム
の走査範囲が点線で示した領域で、電子ビームの垂直方
向の走査位置がＶ１〜Ｖｎまでとする。また、試料表面
Ｓ１と加工断面Ｓ２との境界部の電子ビームの垂直方向
の走査位置がＶｍとすると、Ｖｍに相当する垂直走査信
号強度に第１のポテンショメータ１４が設定される。コ
ンパレータ１５は、図４（ａ）に示した垂直走査信号と
第１のポテンショメータ１４に設定された信号とを比較
し、垂直走査信号の値がＶｎより低い状態、すなわち、
電子ビームが試料の表面Ｓ１部分を走査している期間
は、ハイレベル信号を発生する。

【００１４】このハイレベル信号により、第１のアナロ
グスイッチ１６はオンとされ、第２のアナログスイッチ
１８はインバータ１７によって反転されたローレベル信
号が供給されることからオフとされている。図４（ｂ）
は、第１のアナログスイッチ１６の出力信号波形を示し
ており、図４（ｃ）は、第２のアナログスイッチ１８の
出力信号波形を示している。この垂直走査信号の大きさ
がＶｍより小さい期間、第２のポテンショメータ１９か
らの信号が第１のアナログスイッチ１６を介してミラー
積分回路２４に供給され、そして積分される。

【００１５】この時、第１のポテンショメータ１９は、
試料表面Ｓ１の傾斜角度と傾斜方向に応じて設定されて
いる。図４（ｄ）は、ミラー積分回路２４の積分値を示
しており、この積分値に応じて補助レンズ６に励磁電流
が供給される。すなわち、図に示すように、試料表面Ｓ
１の傾斜角度と電子ビームの垂直方向の走査位置に応じ
て徐々に強い励磁電流が流され、試料表面Ｓ１は常に焦
点のあった電子ビームによって走査されることになる。

【００１６】次に、垂直走査信号の大きさがＶｍとなる
と、コンパレータ１５の出力はローレベルに変わる。そ
の結果、第１のアナログスイッチ１６はオフとなり、第
２のアナログスイッチ１８はオンとなる。従って、垂直
走査信号の大きさがＶｍとなった後は、ミラー積分回路
２４には第３のポテンショメータ２０からの信号が第２
のアナログスイッチ１８を介して供給される。この時、
第２のポテンショメータ２０は、試料の加工断面Ｓ２の
傾斜角度と傾斜方向に応じて設定されている。その結
果、図４（ｄ）に示すように、試料の加工断面Ｓ２の傾
斜角度と電子ビームの垂直方向の走査位置に応じて徐々
に弱くなる励磁電流が流され、試料の加工断面Ｓ２は常
に焦点のあった電子ビームによって走査されることにな
る。

【００１７】このようにして、試料４の所望走査領域中
に傾斜角度の相違する面が存在していても、その領域中
では常に焦点のあった電子ビームを照射することがで
き、精密な像の観察を行うことができる。なお、ミラー
積分回路２４の積分値に関しては、図４（ｅ）に示すブ
ランキング信号をスイッチ２５に供給することによりコ
ンデンサ２２の両端を短絡させ、その積分値をクリアー
するように構成されている。また、電子ビームの水平走
査方向と２種の面の境界部とが一致していない場合に
は、事前に試料を機械的に回転させるか、電子ビームの
走査方向を回転させて、電子ビームの水平走査方向と境
界部とを一致させることが必要である。

【００１８】図５は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、図１の実施例における第２のポテンシ
ョメータ１９と第３のポテンショメータ２０からの信号
をそれぞれＶ／Ｆコンバータ３０，３１に供給し、ま
た、コンパレータ１５の出力信号をアンドゲート３２と
インバータ１７を介してアンドゲート３３とに供給する
ように構成している。更に、ミラー積分回路２４に代
え、アップダウンカウンタ３４とＤＡ変換器３５が備え
られている。

【００１９】このような構成において、アンドゲート３
２は、垂直走査信号がＶｍより小さい期間、すなわち、
コンパレータ１５からの信号がハイレベルの期間、Ｖ／
Ｆコンバータ３０からの信号をアップパルス信号として
アップダウンカウンタ３４に供給する。また、アンドゲ
ート３３は、垂直走査信号の大きさがＶｍ以上の期間、
すなわち、インバータ１７からの信号がハイレベルの期
間、Ｖ／Ｆコンバータ３１からの信号をダウンパルス信
号としてアップダウンカウンタ３４に供給する。このよ
うな構成により、ＤＡ変換器３５からは、図４（ｄ）に
示す補助レンズへの焦点合わせ信号が得られる。

【００２０】図６は本発明の更に他の実施例を示してい
る。この実施例で、試料４の表面の傾斜角度と傾斜方向
は、試料４を傾斜させるモータ４０から自動的に検出す
るようにしている。すなわち、モータ４０の回転方向と
回転量に基づき、検出器４１は試料表面の傾斜角度と傾
斜方向を検出し、そのデータをＡＤ変換器４２，インタ
ーフェイス４３を介してコンピュータ４４に供給する。
またこの時、検出器７からの信号も増幅器８，ＡＤ変換
器４２，インターフエイス４３を介してコンピュータ４
４に供給される。コンピュータ４４は２次電子信号か
ら、傾斜角度が異なる試料の２種の面の境界部の垂直方
向の位置Ｖｍを検出する。コンピュータ４４は、試料表
面の傾斜角度と傾斜方向のデータ、境界部の位置に基づ
いて、図１の第１，第２，第３のポテンショメータ１
４，１９，２０の調整をインターフェイス４３，ＤＡ変
換器４５，４６，４７を介して行う。

【００２１】以上本発明の実施例を詳述したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、２次電子を検出
するようにしたが、反射電子を検出し、反射電子像を表
示する場合にも適用することができる。また、走査電子
顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを試料に照射
し、２次電子信号や２次イオンを検出するような装置に
本発明を用いても良い。更に、焦点合わせを試料の表面
の傾斜に応じてダイナミックに行うため、焦点の補正信
号を補助レンズに供給するようにしたが、補助レンズを
用いず、対物レンズの励磁電流を試料の傾斜に応じて変
化させるように構成し、ダイナミックな焦点合わせを行
うようにしても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム装置は、試料の走査領域中の傾斜角度の異
なった２種の面に、その面の傾斜角度に応じた焦点合わ
せ信号を作成し、この信号により焦点合わせを荷電粒子
ビームの走査位置に応じてダイナミックに行うように構
成したので、部分的に異なった傾斜を有した試料であっ
ても全走査領域に渡って焦点の合った荷電粒子ビームを
照射し、精密な像を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡の基本構成を示
す図である。

【図２】図１の走査電子顕微鏡に用いられる補助レンズ
制御回路の一例を示す図である。

【図３】電子ビームによって走査される試料を示す図で
ある。

【図４】図１，図２の実施例の動作波形を示す図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ 集束レンズ ３ 対物レンズ ４ 試料 ５ 偏向器 ６ 補助レンズ ９ 陰極線管 １０ 走査信号発生回路 １１ 倍率制御回路 １２ 補助レンズ制御回路 １３ 対物レンズ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源
   からの荷電粒子ビームを集束するための集束手段と、荷
   電粒子ビームを試料上で２次元的に走査するための偏向
   手段と、試料への荷電粒子ビームの照射に基づいて得ら
   れた信号に基づいて、試料の走査像を表示するための表
   示手段と、試料上の荷電粒子ビームの焦点合わせを行う
   ためのレンズと、試料の第１の表面に対する荷電粒子ビ
   ームの焦点合わせの信号と試料の第２の表面に対する荷
   電粒子ビームの焦点合わせの信号とを発生する焦点合わ
   せ信号発生手段と、２種の焦点合わせの信号を荷電粒子
   ビームの走査位置に応じて切り換えて焦点合わせ用レン
   ズに供給する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置。