JPS58147948A - 走査電子顕微鏡等の電子光学系 - Google Patents

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】 本発明は人Ｑｌｊ　３Ｔ７面試お１を（Ｔ怠の角ｔｉＬ
より高分解能（゛観察可能にする走査電子顕微↓Ｉ′１
′！＋７の電子）に学系に関りるものである。

一般に走査電子顕微鏡にｃｂいで、仔怠イ「角Ｈｑ　ｉ
＞＋らの試別（争を７ＩＱ　”Ｘ−ｄる場合、試１’ｉ
ｌ全°内Ｍ試オ′１１傾斜及び若しく（，１回転機構を
ち−）試別ステージを組み込ん（・いる１、この様な傾
斜ステージは試オ′１１が小ざいどき（１４何η問題が
４１いが、コ１（導体ウニ１−ハヤ）ＩＣ用ンスクブレ
−１−舌を観察力る場合には秒々な問題を牛する。即ち
、第１に半導体ウェハ等は白径が１００ｍ以トあるので
、これを所望の高角度に傾斜Ｃするには機構があＪ、り
にも大型化し、高１′Ｅ、空が要求される試オ′１室を
著しく人ぎくしな（Ｊれば２ｉら４’Ｃ＜　＜Ｋる１、
第２に、その様４２人型の傾斜装置を絹み込／υだとし
ても、観察試オ°１１領域を固定した状態（・所望に傾
斜角を変えることはでさない。第３に高い（中斜角をＩ
Ｍ保づ−るには試別と対物レンズの距頗１、′）まりワ
ーキングテ゛イスタンスを艮く甘ざるを１ｑないので、
ｌ！−１分解能走査像は観察できない。

１記の問題を解決し」；うとしで試料土で゛　定角度を
もつＣ光軸か交叉する一つの電子光学カラｌ＼を設（７
１、ｉ式択的にいずれかのカラムを使用して試１′ｉ１
面の胃つ／、ｒ角ｌｑの画像を得るＪ、うにした装「９
もあろが、４１４造が大変複雑、大型化し、目つ極めて
ｍｈｌｌｌｉに二！−ｉるという欠点の仙に、両力ラム
は垂直線シ利（５、ｌｌｆ丙’３１１／　Ｔ取付【〕ね
ばｈらなイノテ、（Ｉｎ　２３１角が人さくイｊる稈、
その支持が厄介にイｆす、機械的粘庶の問題ハエら電子
光学系の性能低下は財（Ｊられない。史に充分に短いワ
ーキングデ（スタンスが得られず高分解能観察は行えな
いという欠点を右しＣいる。

本発明は［記従来例のもつ欠点を満２に解決し得る電子
光学系を１是案することを口約どＪるＬ）のて′、その
構成は一次葡電粒子線発牛源、誇介牛源からの荷電粒子
線を集束する集束レンズ、対物レンズ及び前記−次荷電
粒子線を試オ゛々１１−で走査するための偏向手段を備
えた装置において、前記対物ｌノンズとして広角集束ｆ
（１を有する大口径１ノンズを使用し、この対物レンズ
の上方（、ニー次荷電粒子線（の軌道変更用偏向器を設
置し、この偏向器及び前記集束レンズを用いて前記対物
レンズの所望１１１１１外の微小領域に平行　次荷電粒
子線を入Ｑ’ｌ　？ｌる如くなし、該対物レンズにより
偏向・集束された一次荷雷粒子線を高傾斜角で試料土に
投射−りる１１−査電了顕微鏡等の電子光学系に１ソ［
徴をもつものである。

以Ｆ図面に示し）こ実施例に基づき説明Ｊる。１第＝３
− １１ノロ、＋　１＋−発明の一実施例の構成概略図て゛
あり、１０電了銃（゛ある。この電子銃を出た電子線は
集束１ノンズ２に人ｑ・１シ、イの絞り３を通過した電
子線は集中さ５）、　Ｖｉ７行ビームＦＢとしく一取出
される。この！Ｊ−ｉＪ４１ノンズからの平行ビームは
対物１ノンズ４に入ｑ・１し集束され−Ｃ試第１１５十
に微小スポットどして照身］εきれる１、この対物レン
ズとしては広角集束１！＋を荀づる人［１径のレンズ゛
が使用され、平行電子ビームｌ”　ｎ　Ｌ：１．　；二
の大［目￥対物レンズ磁場の任意軸外領１■戊に人Ｑ４
さ［ｔられる。このため、対物レンズのＬ　ＩＪ　ｔＪ
ｌ、１２１″Ｑの軌道変更用偏向器６ａ、６１＋がｈ′
かれ、平行１で−１，ＶＦＢを図の如く大ぎく偏向し、
光軸／１．二重（−ｊ又（３１略平行にして夕・ｊ物し
ンズ４の軸外に入射できるようになしである。入射した
平行じ−ｌｘは集束と同時に偏向され、試別５トに角０
てＩＱ　’Ｊ・Ｉ　ｉ’５れることになる。この角θは
人きくてきろＩ）がＯ？　：Ｊ：　Ｌ／　＜　、例えば
４５度を確保するには人［口￥対物レンズの穴径は１ノ
ーキングデイスタンスｔｉ）２　（Ｍ以１（５−づる必
要がある１、前記煽目ｆ］１器６ＸｉとＣ；　ＩＩ　１
．１夫／／Ｘ、Ｙ両方向に任意に偏向で゛さ、又両４− 省【よ関連して制御され、従って、平（１ビームＦＢ（
３１列対物ノンズ４のＩｌ′Ｉ怠な位置に光軸７と平行
を保ったまま八〇・１ざけられ、結果として試別５に照
０−＋される電子線の入用角θ及び方位角ψを１１意に
設定Ｊることができる。この入用角θ及び方位角Φを保
ったまま試料土で電子線を２次カー１的に走査覆るため
に前記軌）ｉゆ炉用の偏向器６ａと同一（ｆ／　阿に走
査用偏向コイル７が設置され、これに図示タトの水平、
垂直走査電源より２次元的走Ｍ信号が供給される。第２
図はイの走査の光学図を示すもので、中心ビームＥＢ＋
に対し、二点鎖線ＦＢ２゜点線ＥＢ３の如く人ａｉｌ角
及び方（ｆ／角を略保ったに＋４４走査される。

１記の如く、対物レンズ４の軸外に電子線番−人０−１
させても、各棟の収差の影響は非常に少く微小スポッ１
〜を試別１−に投口・１てきる３、即ち、平行ビー１、
、　Ｅ　Ｂ　ＩＪ、人［］径外１物レンスの軸りロ１−
人ｑ・１されるが、該人ｑ・１領域は集束レンズ２のｆ
（＋１さにＪ、−）で制約されでおり、その大きざ（Ｓ
ｔ’行ビームの面径）は数１　（ｔ　＋ｎへ・数百μＩ
ＩＩ稈庶の小さなりのである。）ｆ１軸部５）　１）ｆ
ｌｒＦ　ＩＪｉｌ’ｌｌｌ外部分の電子線を全て集束す
る場合どＸ、ｊ　／、　Ｐ）、ｉ記の如く、す１１外の
極微小領域の、７ノをｉ＋Ｉ’ｉ過りる゛市ｒ線は各種
収差の影響が殆んど４４−いので゛、試）”ｌ　ｊて゛
のスボッ１〜の拡がりは生じ＜７いので（ｉりる。従−
）Ｃ１１丁愚方位、任意ｍｍからの試１目１−！寮に゛
ハリ、高分解能が保証されることになる。

第、′３図はａ）１図のゆ形であり、偏向］イル７に代
え０女・１物レンズ磁場内に静電偏向器Ｅ３を設（−）
た１）のＣ゛ある＋１５−の偏向器に走査４Ｂ　ｚを供
給しｌ電ｉ′粍ｊを図の如く試斜上′Ｃ走査する。勿論
、この（烏向器８を軌道変更用の補助偏向器どして使用
ＪることりＣ゛ぎる１、 第１図（ＪＩ更に他の変形で、２段の軌道変更用偏向器
（Ｉ　ｉｌ　、　６ＩＴに代えて１段の偏向器６を用い
たもので゛ある。この場合、該偏向器６ど対物１ノンズ
１−而（偏向器８）との間隔を充分長くとれば電−ｒ１
′−ノ、１Ｂ　＋、、ｉ　）ｌｉｉｌど略平行どなり、
対物１ノンズにお（Ｊる嘔向角（すそれ程大きくイｆら
ず、偏向にＪ−と）収Ｘを小さく抑えることができる３
、尚、偏向器８　／、用い／Ｉ−い場合でもＩｒｉｌ様
な結果は得られる。この場合、走査用偏向器は６に兼ね
さμるか、第１図のＪ、らな偏向］イル７を用いれば良
い。

第５図は史に他の変形で、対物レンズ内に第６図１（、
−、ｌＴＸ’Ｊ如さ較り板９を設（Ｊたちの（”　ｄす
る。該絞り板に４Ｊ中心部に１０ａの絞り孔を有覆る外
、該絞り孔１０ａを中心にした胃なったｉｌｉｔ径の円
周に沿って夫々複数個の絞り孔１０１〕並びに１００を
設（）である。この内、例えば絞り孔１０１）は傾斜角
θが３０麿どイｉす、又１０ｃは１５度どイｆるように
設定しておく１．而して、第５図かられかイ＞　Ｊ、う
にこの絞り孔を通過した電子線の、７ノを集束、偏向ｔ
！　１．／めれば、所定の方位角、傾斜角をＬノえるこ
とができる。

、二の様な絞り板を用いるとθ、ψが絞り板、ワーギン
グｆイスタンスなどの幾何学的形状で定」：ね、偏向器
６ａ　、　６１１による偏向の粘度はあ３１、り問題に
イｉら２７いという効果がある。この場合、絞り板９へ
の大川ビームのｉ−＋：ｒ　？’Ｙは各絞り孔１　（、
）　ａ　。

１０ｂ　、　１０ｃより人きくする必要がある１、尚、
この実施例に限り、走査用偏向器は絞り板［）の−［・
７− 側１ｔ’、、　ｎす；Ｃ“１Ｃすることが必要である、
。

１）１訂ｉｌｌ　シフ、：如く本発明で９．１人１］径
ス・１物レンズを１０２用し、その軸外の微小領域に平
行電子ビーム４人１’Ｊ＝Ｉ　Ｌ！　Ｌめ、該ビームを
該対物１ノンズＩＪ：　、Ｊ、、り束中、偏向１．（試
＋１１１−に投ｑ・１−りるＪ、うに、　’／’Ｋ　Ｌ
／てル）るのＣ゛、人形試オ′シを全く傾斜すること＋
％：　ｌ−／に任ハ方に、ｌ角、ｌ＋￥ｉｓ；＋　ｆ／
１　（観察づイ１ことが可能であり、］］っｌｔｌ’１
斜機構や複数の電子光学カラムを必要とせず、従つ（、
ｌ／’ｉ　３ｉ：ｉは筒中で安価にイ「る、、：ｙ、ｌ
ｌｌ１ｌ１９トの微小領１或を用いており、目つワーギ
ングデ′イスタンスを充分（こ小さく　’（、＋　ｃ＼
るので各秤取％Ｉ７）影響は少・（高分解能観察が可能
である。

尚　１記（，１本発明の例示（−あり、実際に（，１種
々の変形が可能（゛ある１１例えば、各実施例にＪｊい
τ、偏向器は静電型であ・ＩＣも電磁型であって・し全
く；イージグえ１．１い１２文、帖通俯向用の偏向器と
走査用の偏向器を曲用でることも０■能である１、更に
、１記は一次粒子線どじて電子を用いたものであるか、
該粒子線どじてイＡンを用いるもの（゛もＪ’Ｕい、こ
のＶ；Ａ合、第１図の実施例におい（、電子＃ｆｉ　１
がイ８− Δン銚（こ晩史される。

【図面の簡単な説明】

第１図はΔ＼発明の一実施例を示り（７’ｆ　＋１９（
１１０吋ｉ図、第２図は第１図の一部作用を説明づる図
、第３図乃至第５図は人々第１図の変形を承り図、ゐ’
ｉ　Ｆ；図（ユ第５図の一部を示４−平向図である１、
１：電子銃、２：集束しンス、３：絞り、［−Ｂ：平行
しプ゛−ム、／Ｉ：対物レンズ、５：試ＩＩ、（”ｉｉ
ｌ。 ６１）：偏向器、７：走査用偏向−１イル。 特Ｒ′１出Ｍ１人 ［：１木電子株）（゛会ネ１ 代表者　加勢　忠賄 第１図 ヱ ぐ史 り （４ ＝ユ　　　　　　　　　　　　慎 区 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　次６ス１電粒子線発生源、該発生源からの（１？
   ｉ電も“ｔ　ｒ線を集束する集束レンズ、対物レンズ及
   び前記　次６１１電粒子線を試別１−で走査するための
   偏向手段をＤａｆｔえＩＣ装冒においで、前記対物レン
   ズ゛ど１）（広角集束ｆ）１を右づる人１１径１ノンズ
   を使用し、この対物レンズの子方に一次荷電粒子線の軌
   道変更１１．１編向器を設置し、この偏向器及び前記集
   中１ノンズを用いて前記対物レンズの所望軸外の微小領
   域ＩＵ　ｌ’　？−ｉ−次前電粒子線を入＊Ｉ−ｒる如
   くなし、該対物レンズにより偏向・集束された一次荷電
   粒子線４・高１０７斜ｆ（１で試料トに投ｑ・１するこ
   とを特徴どする走査電子顕微鏡等の電子光学系。 ２　前記軌道変更用の偏向器は一段である特許請求の１
   ＋わ間第１項に記載の走査電子顕微鏡等の電子光学系。 ３、前６１シ勅道弯更用の偏向器ＩＩＩ：　＝一段であ
   る特８′１請求の範囲第１項に記載の走査電子顕微鏡等
   の電子光学系。 ４、前記軌道変更用偏向器どは別に走合陥向手段が設（
   Ｊられる特許請求の範囲第１項乃至第３項のいり“れか
   に記載の走査電子Ｗ１微３＊　”＋ｑ　（７）宙°了＞
   １’；　７系１゜Ｆ＞　、　ｒＶｆ記走査用偏向手段は
   対物レンズ磁場内に絹み込：Ｊれ（いる特許′（請求の
   範囲第１　ｔ（Ｈ又は第５　］ｐ記載の走査電子顕微鏡
   等の電子光学系。 （３前記対物レンズに所望ＩＩＩＩｌｌ外部に相当ン１
   ζテンイ１″ｌｌ’％、１．１に微小開口を有する絞り
   板をＷＱ　Ｆ４し、該微小間［−１を通過しｌｃ−次荷
   電ｉＭ了線を集中・偏向して試料トに投射り−る特許請
   求の範囲第１項記載の走査電子顕微鋳着の電子光学系。