JPH1125895A - 電子線装置 - Google Patents
電子線装置Info
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- JPH1125895A JPH1125895A JP9176237A JP17623797A JPH1125895A JP H1125895 A JPH1125895 A JP H1125895A JP 9176237 A JP9176237 A JP 9176237A JP 17623797 A JP17623797 A JP 17623797A JP H1125895 A JPH1125895 A JP H1125895A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体試料を低加速電圧で高分解能観察する
こと、特に試料を大角度傾斜したときでも高分解能観察
すること。 【解決手段】 電磁レンズ３とウェーハ５の間に大角度
傾斜可能なコニカルな形状をした電極４を配置し、この
電極４にウェーハ５と同じバイアス電圧をかけて、アー
スした磁極との間に減速電界を形成して収差係数を低減
する。ウェーハ５と電極４が同電位なので、傾斜しても
非点収差の原因となる非対称電界は生じない。傾斜しな
い時には、電極４もアース電位で使用して減速電界をウ
ェーハ５に接近させることにより収差係数をさらに低減
させて観察をおこなう。
こと、特に試料を大角度傾斜したときでも高分解能観察
すること。 【解決手段】 電磁レンズ３とウェーハ５の間に大角度
傾斜可能なコニカルな形状をした電極４を配置し、この
電極４にウェーハ５と同じバイアス電圧をかけて、アー
スした磁極との間に減速電界を形成して収差係数を低減
する。ウェーハ５と電極４が同電位なので、傾斜しても
非点収差の原因となる非対称電界は生じない。傾斜しな
い時には、電極４もアース電位で使用して減速電界をウ
ェーハ５に接近させることにより収差係数をさらに低減
させて観察をおこなう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低加速電圧領域で
も高分解能観察が可能な電子線装置に関する。
も高分解能観察が可能な電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の飛躍的な高集積
化に伴い、走査電子顕微鏡でチャージアップや電子線損
傷の少ない１ｋＶ前後の低加速電圧で高分解能観察した
いという要望が高まっている。
化に伴い、走査電子顕微鏡でチャージアップや電子線損
傷の少ない１ｋＶ前後の低加速電圧で高分解能観察した
いという要望が高まっている。
【０００３】今までこの要望に対して、特開平１−１３
６５５７（図４） に示されているように主に電磁レン
ズの磁界を試料側に発生させてレンズ主面をできるだけ
試料に近づけることや、特開昭６２−２５６３５２（図
５）に示されているように電界と磁界を重畳させること
や図６のようにアースされた磁極と試料の間に正のバイ
アス電圧をかけて一種のアインツェルレンズを形成して
電界と磁界を重畳させたものや高いエネルギーで走って
きた一次電子線を試料に負のバイアスをかけて試料の直
前で減速することで収差係数を低減して対応してきた。
試料を傾斜しない場合には、上記の構造で高分解能が得
られているが、試料を大角度傾斜するときには図４のよ
うな試料側に磁界を発生させるタイプでは収差係数の悪
くなる長いワーキングディスタンスでしか使用できない
ので高分解能が得られない。図６のような電界磁界重畳
形や試料に負のバイアスをかけて減速電界を利用するも
のでは傾斜により非対称電界が発生して非点収差増大し
良質な像が得られなかったり、傾斜を考慮した形状にす
ると図５や図６の電界磁界重畳形では静電レンズ主面が
試料から遠ざかり悪い収差係数で使用することを余儀な
くされ高分解能観察ができないという問題があった。
６５５７（図４） に示されているように主に電磁レン
ズの磁界を試料側に発生させてレンズ主面をできるだけ
試料に近づけることや、特開昭６２−２５６３５２（図
５）に示されているように電界と磁界を重畳させること
や図６のようにアースされた磁極と試料の間に正のバイ
アス電圧をかけて一種のアインツェルレンズを形成して
電界と磁界を重畳させたものや高いエネルギーで走って
きた一次電子線を試料に負のバイアスをかけて試料の直
前で減速することで収差係数を低減して対応してきた。
試料を傾斜しない場合には、上記の構造で高分解能が得
られているが、試料を大角度傾斜するときには図４のよ
うな試料側に磁界を発生させるタイプでは収差係数の悪
くなる長いワーキングディスタンスでしか使用できない
ので高分解能が得られない。図６のような電界磁界重畳
形や試料に負のバイアスをかけて減速電界を利用するも
のでは傾斜により非対称電界が発生して非点収差増大し
良質な像が得られなかったり、傾斜を考慮した形状にす
ると図５や図６の電界磁界重畳形では静電レンズ主面が
試料から遠ざかり悪い収差係数で使用することを余儀な
くされ高分解能観察ができないという問題があった。
【０００４】その上、ワーキングディスタンスを変えて
観察するのは時間もかかるので高スループット達成にと
って好ましくなく、また試料ステージのバックラッシュ
等のために観察場所がずれてしまうという問題があり、
Ｘ線による元素分析を行うワーキングディスタンスで固
定したまま高分解能観察できる技術が望まれてきた。
観察するのは時間もかかるので高スループット達成にと
って好ましくなく、また試料ステージのバックラッシュ
等のために観察場所がずれてしまうという問題があり、
Ｘ線による元素分析を行うワーキングディスタンスで固
定したまま高分解能観察できる技術が望まれてきた。
【０００５】
【０００６】本発明は、図４の磁界を試料側に発生させ
るタイプの電磁レンズや図５や図６の電界磁界重畳型の
対物レンズや減速電界系で試料傾斜時において非対称電
界が発生することがなく、固定のワーキングディスタン
スで低加速電圧で高分解能な観察ができるようにするこ
とを目的とする。
るタイプの電磁レンズや図５や図６の電界磁界重畳型の
対物レンズや減速電界系で試料傾斜時において非対称電
界が発生することがなく、固定のワーキングディスタン
スで低加速電圧で高分解能な観察ができるようにするこ
とを目的とする。
【０００７】
１） 図１に示すように電磁レンズと試料の間に傾斜可
能な形状の電極を配置し、試料と電極を同電位で使用す
れば、電磁レンズの磁界と電極と磁極の間の電位差によ
り形成された電界により電磁レンズ単体よりも収差係
数、特に低加速電圧で支配的となる色収差係数を低減す
ることができ、その上試料と電極の電位が同じなので傾
斜しても非点収差増大の原因となる非対称電界は生じな
い。
能な形状の電極を配置し、試料と電極を同電位で使用す
れば、電磁レンズの磁界と電極と磁極の間の電位差によ
り形成された電界により電磁レンズ単体よりも収差係
数、特に低加速電圧で支配的となる色収差係数を低減す
ることができ、その上試料と電極の電位が同じなので傾
斜しても非点収差増大の原因となる非対称電界は生じな
い。
【０００８】２） 図１の電極を試料傾斜しないときに
は磁極と同電位に切り替えてやれば静電レンズの主面を
試料に近づけることになり、Ｘ線による元素分析ができ
る長いワーキングディスタンスでも短いワーキングディ
スタンスに匹敵する高分解能観察が可能になる。
は磁極と同電位に切り替えてやれば静電レンズの主面を
試料に近づけることになり、Ｘ線による元素分析ができ
る長いワーキングディスタンスでも短いワーキングディ
スタンスに匹敵する高分解能観察が可能になる。
【０００９】３） 図２に示すように電磁レンズと試料
の間に傾斜可能な形状の電極を二枚配置すれば、二枚の
電極の設定電位と磁極の設定電位を制御することによ
り、ユニポテンシャルレンズやバイポテンシャルレンズ
を形成することができ、低収差係数の電磁界複合対物レ
ンズとして使用することができる。特に磁極と下側電極
を試料と同電位で使用すれば、傾斜時にも非対称電界が
発生することがなく、高傾斜時にも磁極と試料が同電位
であるため放電の心配がない。もちろん上記１）、２）
の使い方もでき、上側電極を磁極と同電位にし、下側電
極と試料を同電位にすれば、傾斜時も非対称電界が発生
することがなく１）よりも静電レンズ主面が試料に近い
分だけ色収差が低減でき、高分解能観察を可能にする。
の間に傾斜可能な形状の電極を二枚配置すれば、二枚の
電極の設定電位と磁極の設定電位を制御することによ
り、ユニポテンシャルレンズやバイポテンシャルレンズ
を形成することができ、低収差係数の電磁界複合対物レ
ンズとして使用することができる。特に磁極と下側電極
を試料と同電位で使用すれば、傾斜時にも非対称電界が
発生することがなく、高傾斜時にも磁極と試料が同電位
であるため放電の心配がない。もちろん上記１）、２）
の使い方もでき、上側電極を磁極と同電位にし、下側電
極と試料を同電位にすれば、傾斜時も非対称電界が発生
することがなく１）よりも静電レンズ主面が試料に近い
分だけ色収差が低減でき、高分解能観察を可能にする。
【００１０】［作用］図１の場合、数ｋＶ程度の比較的
高い電圧で加速された電子は電磁レンズの磁界の凸レン
ズ効果により集束され、磁極のアース電位と電極と試料
に印加した負のバイアス電圧によって形成される減速電
界の凸レンズと凹レンズを組み合わせた効果により１ｋ
Ｖ程度に減速・集束され試料上に照射される。磁界と減
速電界の複合により、一種の色消し効果が生じて収差係
数は低減する。電子線の照射により生じた二次電子は電
磁レンズの上部に設置された二次電子検出器で検出さ
れ、二次電子像を形成する。電極が試料傾斜可能な形状
であり、試料と電極が同電位であるので傾斜しても非対
称電界が発生して非点収差を生ずることはない。
高い電圧で加速された電子は電磁レンズの磁界の凸レン
ズ効果により集束され、磁極のアース電位と電極と試料
に印加した負のバイアス電圧によって形成される減速電
界の凸レンズと凹レンズを組み合わせた効果により１ｋ
Ｖ程度に減速・集束され試料上に照射される。磁界と減
速電界の複合により、一種の色消し効果が生じて収差係
数は低減する。電子線の照射により生じた二次電子は電
磁レンズの上部に設置された二次電子検出器で検出さ
れ、二次電子像を形成する。電極が試料傾斜可能な形状
であり、試料と電極が同電位であるので傾斜しても非対
称電界が発生して非点収差を生ずることはない。
【００１１】図２で磁極と下側電極をアース電位にし、
上側電極に正のバイアス電位を印加した場合は、１ｋＶ
程度の加速電圧で加速された電子線は電磁レンズの磁界
により集束された後、上側電極の正の電位により加速さ
れ、さらに下側電極のアース電位で再び減速・集束され
試料上に照射される。電子線を照射することにより生じ
た二次電子は上記同様二次電子器により検出され二次電
子像を形成する。上側電極も下側電極も試料傾斜に支障
のない形状をとっているので試料傾斜可能である。この
ときも試料と下側電極が同電位なので試料傾斜により非
対称電界が発生して非点収差を生ずることはない。ま
た、大型試料を大角度傾斜したときには、磁極と試料が
接近するが、磁極と試料の電位が同じなので放電を生ず
る心配はない。
上側電極に正のバイアス電位を印加した場合は、１ｋＶ
程度の加速電圧で加速された電子線は電磁レンズの磁界
により集束された後、上側電極の正の電位により加速さ
れ、さらに下側電極のアース電位で再び減速・集束され
試料上に照射される。電子線を照射することにより生じ
た二次電子は上記同様二次電子器により検出され二次電
子像を形成する。上側電極も下側電極も試料傾斜に支障
のない形状をとっているので試料傾斜可能である。この
ときも試料と下側電極が同電位なので試料傾斜により非
対称電界が発生して非点収差を生ずることはない。ま
た、大型試料を大角度傾斜したときには、磁極と試料が
接近するが、磁極と試料の電位が同じなので放電を生ず
る心配はない。
【００１２】図３に本発明（図２）と従来例（図４）の
収差係数の計算結果の比較の一例を示す。図から大傾斜
可能な長いワーキングディスタンス（１７ｍｍ）で、低
加速電圧で分解能に大きく寄与をする色収差係数が、傾
斜対応（上側電極をアース、下側電極に試料と同じバイ
アス電圧）で約１／２に、平面対応（上側電極、下側電
極ともにアース、試料にはバイアス電圧）で約１／３に
低減していることがわかる。
収差係数の計算結果の比較の一例を示す。図から大傾斜
可能な長いワーキングディスタンス（１７ｍｍ）で、低
加速電圧で分解能に大きく寄与をする色収差係数が、傾
斜対応（上側電極をアース、下側電極に試料と同じバイ
アス電圧）で約１／２に、平面対応（上側電極、下側電
極ともにアース、試料にはバイアス電圧）で約１／３に
低減していることがわかる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１において、電子源から放出された一
次電子線１は３ｋＶに加速され、軸対称二次電子検出器
２に設けられた孔を通過後、単極タイプの電磁レンズ３
の磁界により集束される。さらに試料傾斜の障害ならな
いようにコニカル状にした電極４の２ｋＶ程度の負のバ
イアス電圧と磁極のアース電位で作られる減速電界によ
って１ｋＶ程度に減速されると同時に集束されてウェー
ハ５上に照射される。集束された電子ビームは図１には
示していない偏向コイルによって、ウェーハ面上を走査
され、発生した二次電子６は単極レンズの磁場と磁極と
電極の間の電界の重畳作用により上方に設置された二次
電子検出器に効率よく導かれて二次電子像を形成する。
二次電子検出器２はシンチレーターまたはマイクロチャ
ンネルプレートによって構成されている。ウェーハ５と
電極４は同電位であるので、傾斜によって非対称電界が
生ずることも、傾斜角により非対称性が変化することな
く、傾斜しても非点収差の増大を生じない高分解能な観
察を可能とする。
いて説明する。図１において、電子源から放出された一
次電子線１は３ｋＶに加速され、軸対称二次電子検出器
２に設けられた孔を通過後、単極タイプの電磁レンズ３
の磁界により集束される。さらに試料傾斜の障害ならな
いようにコニカル状にした電極４の２ｋＶ程度の負のバ
イアス電圧と磁極のアース電位で作られる減速電界によ
って１ｋＶ程度に減速されると同時に集束されてウェー
ハ５上に照射される。集束された電子ビームは図１には
示していない偏向コイルによって、ウェーハ面上を走査
され、発生した二次電子６は単極レンズの磁場と磁極と
電極の間の電界の重畳作用により上方に設置された二次
電子検出器に効率よく導かれて二次電子像を形成する。
二次電子検出器２はシンチレーターまたはマイクロチャ
ンネルプレートによって構成されている。ウェーハ５と
電極４は同電位であるので、傾斜によって非対称電界が
生ずることも、傾斜角により非対称性が変化することな
く、傾斜しても非点収差の増大を生じない高分解能な観
察を可能とする。
【００１４】試料を傾斜しないときは電極４もアース電
位にすれば、上記の減速電界がウェーハ５の近くで形成
されるので、電界・磁界重畳効果がより効率よく働き更
に高分解能な観察を可能にする。
位にすれば、上記の減速電界がウェーハ５の近くで形成
されるので、電界・磁界重畳効果がより効率よく働き更
に高分解能な観察を可能にする。
【００１５】図２は、ウェーハ５の傾斜の障害にならな
いようにコニカル形状にした電極を上部電極４ａと下部
電極４ｂの２枚にし、ウェーハ５とともに電圧を制御す
ることで応用の範囲を広げたものである。
いようにコニカル形状にした電極を上部電極４ａと下部
電極４ｂの２枚にし、ウェーハ５とともに電圧を制御す
ることで応用の範囲を広げたものである。
【００１６】１） 上部電極４ａをアース電位、下部電
極４ｂをウェーハ５と同じ電位すると図１に比べ、静電
レンズの主面がウェーハ５に近づく分だけ傾斜時もより
高い分解能で観察できる。
極４ｂをウェーハ５と同じ電位すると図１に比べ、静電
レンズの主面がウェーハ５に近づく分だけ傾斜時もより
高い分解能で観察できる。
【００１７】２） ウェーハ５を傾斜しないときには、
上部電極４ａ、下部電極４ｂをともにアース電位にし、
ウェーハ５のみに負のバイアス電圧を印加して用いれ
ば、図１同様短いワーキングディスタンスでの観察に匹
敵する高分解能観察が可能である。
上部電極４ａ、下部電極４ｂをともにアース電位にし、
ウェーハ５のみに負のバイアス電圧を印加して用いれ
ば、図１同様短いワーキングディスタンスでの観察に匹
敵する高分解能観察が可能である。
【００１８】３） 磁極、下部電極４ｂ、ウェーハ５を
ともにアース電位にし、上部電極４ａに正の電圧を印加
してアインツェルレンズを形成すれば、電界・磁界重畳
作用により収差係数が低減されるのみならず、ウェーハ
５と下部電極４ｂが同電位であるためウェーハを傾斜し
ても非対称電界は生じず非点収差による観察像の劣化は
生じない。その上、ウェーハ５を大角度傾斜して磁極に
近づけても磁極とウェーハが同電位であるので、放電の
起こる心配はない。
ともにアース電位にし、上部電極４ａに正の電圧を印加
してアインツェルレンズを形成すれば、電界・磁界重畳
作用により収差係数が低減されるのみならず、ウェーハ
５と下部電極４ｂが同電位であるためウェーハを傾斜し
ても非対称電界は生じず非点収差による観察像の劣化は
生じない。その上、ウェーハ５を大角度傾斜して磁極に
近づけても磁極とウェーハが同電位であるので、放電の
起こる心配はない。
【００１９】図１、図２ともに長いワーキングディスタ
ンスで使用可能であることから、Ｘ線による元素分析で
使用するワーキングディスタンスで固定して使用するこ
とが可能である。
ンスで使用可能であることから、Ｘ線による元素分析で
使用するワーキングディスタンスで固定して使用するこ
とが可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、電磁レンズと試料の
間に小さな電極を入れ、電圧の最適制御を行うことによ
って、チャージアップや電子線損傷の少ない低加速電圧
で、試料を大傾斜しても非対称電界が発生することがな
く、試料を傾斜しない時には静電レンズ主面を下げて高
分解能な観察ができる。ワーキングディスタンス固定で
使用できるので、ワーキングディスタンス変更に伴う視
野ずれはなく、観察・測定時間も短縮がはかれる。
間に小さな電極を入れ、電圧の最適制御を行うことによ
って、チャージアップや電子線損傷の少ない低加速電圧
で、試料を大傾斜しても非対称電界が発生することがな
く、試料を傾斜しない時には静電レンズ主面を下げて高
分解能な観察ができる。ワーキングディスタンス固定で
使用できるので、ワーキングディスタンス変更に伴う視
野ずれはなく、観察・測定時間も短縮がはかれる。
【図１】本発明の一実施例の説明図である。
【図２】本発明の一実施例の説明図である。
【図３】本発明と従来例の収差係数の比較の例を示す図
である。
である。
【図４】磁界を試料側に発生させて収差係数を低減して
いる従来例の説明図である。
いる従来例の説明図である。
【図５】電界と磁界を重畳して収差係数を低減している
従来例の説明図である。
従来例の説明図である。
【図６】電界と磁界を重畳して収差係数を低減している
従来例の説明図である。
従来例の説明図である。
１ 一次電子線 ２ 二次電子検出器 ３ 電磁レンズ ４ 電極 ５ ウェーハ ６ 二次電子 ７ 電圧可変電源
Claims (3)
- 【請求項１】 電子線源と電子線を集束するための電磁
レンズからなる電子線装置において 、前記電磁レンズ
と試料の間に該試料の傾斜が可能な形の小さな電極を配
置し、試料と電極の電圧を同電位にすることで傾斜に伴
う非対称電界が発生しないようにしたことを特徴とする
電子線装置。 - 【請求項２】 前記試料を傾斜しないときには前記電磁
レンズの磁極と前記電極を同電位に切り替えることで高
分解能観察を可能したことを特徴とする請求項１記載の
電子線装置。 - 【請求項３】 前記電磁レンズと試料の間に入れた電極
を２枚にし、前記磁極および前記電極の電位を制御する
ことで、請求項１および２のような使い方のみならず、
小さなユニポテンシャルレンズやバイポテンシャルレン
ズを形成できる電磁界複合対物レンズを設けたことを特
徴とする電子線装置
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17623797A JP3474082B2 (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 電子線装置 |
| US09/008,161 US6037589A (en) | 1997-01-16 | 1998-01-16 | Electron beam device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17623797A JP3474082B2 (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 電子線装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1125895A true JPH1125895A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3474082B2 JP3474082B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=16010045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17623797A Expired - Lifetime JP3474082B2 (ja) | 1997-01-16 | 1997-07-01 | 電子線装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3474082B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068241A (ja) * | 2000-11-08 | 2003-03-07 | Seiko Instruments Inc | 走査型電子線装置 |
| JP2005149733A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-09 | Jeol Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| JP2006004953A (ja) * | 2005-08-24 | 2006-01-05 | Ebara Corp | 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2009259444A (ja) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Hitachi High-Technologies Corp | 高分解能でかつ高コントラストな観察が可能な電子線応用装置 |
| JP2010512628A (ja) * | 2006-12-14 | 2010-04-22 | カール・ツァイス・エヌティーエス・ゲーエムベーハー | 粒子光学装置 |
| JP2013138024A (ja) * | 2013-03-13 | 2013-07-11 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| DE102018131609B3 (de) * | 2018-12-10 | 2020-02-06 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Partikelstrahlsystem und Verfahren zum Betreiben eines Partikelstrahlsystems |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP17623797A patent/JP3474082B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8785890B2 (en) | 2008-04-14 | 2014-07-22 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle beam apparatus permitting high-resolution and high-contrast observation |
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