JPS5848347A - ストロボ走査型電子顕微鏡 - 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】 本発明はストロ−走査型電子顕微鏡ＫＩＤ、特にその対
物レンズ制御装置に関する。

一般に、表面に電位のある試料に電子ビームを照射する
と発生する二次電子は、試料表面電位の影響を受けてそ
のエネルギ分布が変化することが知られておシ、この現
象はゲルティシコントラストと呼ばれている。このがル
テイゾコントラストの原理を用いて、試料表面電位を機
械的に接触することまく検出し、検出結果を表示する走
査製電子顕微鏡（以後率ＫＮＥＭと略称する）が実現さ
れている。このＳＩＭを用いれば、ＬＳＩ（大規模集積
回路）の内部動作の観測を行なうことができ、ＬＳＩの
動作解析あるいは不良解析を行なうことができ、非常に
有効である。また、ＩＣ−？Ｌ８Ｉの素子内部を伝搬す
る電気信号は毎回規則正しく繰に返して起る。した゛が
って、ある時宏の位相だけにノルスミ子ビームを繰シ返
し照射すると、出力信号はこの位相での電位に対応した
ものとなる。そこで、試料表面上の希望する点にビーム
を止めておき、試料励振とノ臂ルス電子ビームとの位相
差を電気的に変化させ、表示器の横軸に位相量を、縦軸
に二次電子−信号量をそれぞれ入力することによって、
表示善上に希望点すの電圧波形を表示することができる
。このように、ＳＥＭの持つている表面電位検出機能に
加えるにパルスビームの発生機能を付加し、サンブリン
グの技術を適用したものがストロゴ走査型電子顕微鏡で
ある。

なお、ストロ／ＳＥＭは一般的に次の構成を有する。す
なわち、試料表面に・にルス電子ビームを照射するビー
ム照射部を有するＳＥＭと、上記ビーム照射部の・ンル
ス電子ビーム照射と試料励振との同期をとるＳＥＭ制御
４１部と、繭記ＳＥＭ内で・ぐルス電子ビーム照射され
た試料から放出される二次電子を検出する二次電子検出
器と、この二次電子検出器の出力を映像表示する表示器
とを備えている。

ところで、ストロ＆ＳＥＭによるＬＳＩ観測には主とし
て２通りの方法がある。第１の方法は、Ｌ　８’　Ｉの
回路動作のあるタイミングに同期して試料全面に・量ル
スビームを照射して二次電子像を観察するストロゴ偉観
療法である。第２の方法は、ある一定の点にビームを止
めておいて、その点上の動作電圧波形を観察する方法で
ある。

ところで、ストロ、！？ＳＥＭによりＬＳＩの解析金し
ようとした場合、通常はアルミニウム（Ａｔ）電極上を
測定することになる。このときの電子ビームの直径は、
従来は１ミクロン以下で通常は０．５ミクロン程度で使
用していた。これは次に述べるような理由による。ある
特定の点の電圧波形を観察するためには、先ず二次電子
像で試料全面を観察して被測定点を決める。

こうして決めたーｊ定点に電子ビームを照射して、そこ
から発生する二次電子信号を測定する手順で行う。した
がって、試料全面を二次電子偉でＭ察するときは、画質
は可能な限り高分解能であることが望ましいので、電子
ビームは細く絞っておくことが必要であり、このときの
電子ビームの直径は実用的には０．５μ以下と言える。

しかし、アルミニウム表面のように凹凸の大きい試料を
０．５μ以下のように小さな直径の電子ビームで照射す
ると、表面の凹凸の影響で二次′喧子信号の測定精度が
非常に悪くなる。この理由は、第１図に示すように二次
電子信号がアルミニウム表面の電位の情報以外に、アル
ミニウム表面の形状の影響を受けた情報を強く含むから
である。この表面の凹凸の影４１を強く受ける電子ビー
ムの直径は約１μｍ位である。これを防ぐ方法としては
、予めビームの直径を大金くしておくことが考えられる
が、これは実用的ではない１．その理由は、ビームの直
径が大きくなると１Ｉｌｉｉ偉の分解能が悪くなり、測
定位置の検出精度が低下するからである。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、対物レン
ズの励磁電流量を切換えることによりビームの直径を切
換え可能とし、二次元的観察のときにはビームの直径を
細く絞っておき、特定点測定のときにはぐ−ム径を大き
くすることにより、試料表面の測定位置を精度良く検出
し得ると共に、特定測定点における試料表面の凹以下、
図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。

先ず、第２図を参照して本発明で利用する原理を説明す
る。ＳＥＭでは、入射電子ビームの焦点（フォーカス）
は対物レンズ用電磁コイル２０の励磁電流を変えること
で変化させているが、第２図（＆）に示すようなジャス
トフォーカスに比べて第２図（ｂ）に示すようなアンダ
フォーカスおよび第２図（Ｃ）に示すようなす一ノ寸フ
ォーカスになると、ビーム径が大きくなっていることが
分る。このことから、フォーカスをずらすことによりビ
ームの直径ｔｔえられることが分る３゜第３図は本発明
のストロ＆ＳＦＪＭで使用される焦点切換装置の一例を
示している。３１は焦点合せ用の第１の可変抵抗器であ
り、一端圧電源Ｖが接続され、他端が接地されている。

この可変抵抗器３１の摺動端は、ビーム径切換スイッチ
３２の第１端子ａＫ接続されると共に焦点ずらし用の第
２の可変抵抗器３３を介して接地されている。この第２
の可変抵抗器３３の摺動端は前記切換スイッチ３２の第
２端子すに接続され、このスイッチ３２の共通端子Ｃは
電圧電流コンバータ３４０入力端に接続されている。

このコンバータ３４の出力は定電流源（駆動回路）３５
に導かれ、この定１ｔｆｉ源３５の出力はストロ＋ｒＳ
ｌｉ：Ｍの対物レンｒ用ｔａコ（ル３６に供給されるよ
うになっている。

而して、切換スイッチ３２ｔｌ−第１端子ａ側に設定し
、焦点合せ用ダイヤル（図示せず）の操作により第１の
可変抵抗器３１を調整して、入射電子ビームをジャスト
ホーカス状態に設定可能である。これに対して切換スイ
ッチ３２ｔ−第２端子ｂｌｌＫ設定すれば、前記第１端
子１側よりも低い電圧が選択されるので焦点がずれて、
たとえばアンダフォーカス状純になる。ここで、焦点ず
らし用ダイヤル（図示せず）の操作により、第２の可変
抵抗器３３を調整してジャストフォーカスに比べて所定
の一定の割合だけ焦点をずらした状態（たとえばニー２
チだけ焦点がずれた状帖、つまり９８チのアンダフォー
カス状Ｍ）に設定しておく。

径が丸とえば０．５μに絞られているとすれば、通常の
試料全面の全体ｗ！祭時には、切換スイッチ３２を第１
端子＆個に設定して試料安面からの二次−子像の観察（
ストロ♂偉観ｇＩｋ）を高分解能で行うことができ、試
料表面の特定の測定点を摺度よぐ検出することができる
。

次に、上記測定点の測定に際しては、切換スイッチ３２
を第２端子す側に設定すればビーム径が大きくなり、こ
のビームが測定点に照射されることにより発生する二次
電子１６号が測定されて電圧波形が得られる。この場合
、試料表面に凹凸があってもビーム径が大きいので凹凸
形状による＃ｊ定への影響はツヤストフォーカスに比べ
て軽減される。試料がＬＳＩ表面のＡｔ［４Ｍの場合、
実験では９８−のアンダフォーカスで再現性良く測定で
きた。この理由は、第４図に示すようにビーム径が大き
いと、アルミニウム表面の凹凸による影響がビーム照射
範囲内で平均化されるからである。

なお、上記実施例は、ツヤストフォーカス時の対物Ｖン
ズ励磁電流蓋に比べて所定の割合で電ｔＩＬｉｉｔ−減
少させて焦点をずらしたが、所定の割合でｔ流ｔｔ−増
加させて焦点合ずらすように変１してもよい。また、こ
の電流量の増減は、ｏＴ変低抵抗器限らず、ｒノタル制
御を行なうようにたとえばＤ／Ａコンバータ等を使用し
てもよい。本発明は、フォーカスｔ−ｖ＃整する手段と
、フォーカスを少なくとも２段階に切換する手段とを具
備することｔ一時値とｆるものであり、フォーカスｖｊ
４整手段としては上記対物Ｖンズ制御に代えて、たとえ
ばコンデンサＶンズを挿入するようじこしてもよいが、
上記実施例の方が構成が簡単で済む。

本発明は上述したように、試料表面の測定位置を精度良
く検出し得ると共に特定測定点におできる。

【図面の簡単な説明】

明するために示す図、第２図（＆）〜（ｅ）は本発明で
利用する原理を説明するために入射′電子ビームの異な
るフォーカス状態を示す図、第３歯は本発明に係るスト
ロ♂走査型電子−−鏡の一実施例を示す構成説明図、第
４図は４３図のアンダフォーカス状態におけるｈｔ試料
表面と電子ビームとの関係を説明するために示す拡大図
である。 ３１．３３・・・ｏＪ変低抵抗器３２・・・切換スイッ
チ、３４・・・電圧耐流変換回路、３５・・・駆動回路
、３６・・・対物レンズ用電磁コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料への入射電子ビームを制御する対物レンズと、焦点
   合せ用の可変設定電圧を出力する第１の手段と、この第
   １の手段による設定電圧と社異なる電圧を出力する第２
   の手段と、これらの第１．第２の手段の出力を切換選択
   する手段と、この手段による選択電圧に応じて帥記対物
   レンズを制御し試料表面における入射電子ビームのフォ
   ーカス状態を可変する手段とを具儂することを特徴とす
   るストロが走査型電子顕微鏡微鏡。