KR20220106034A

KR20220106034A - 하전 입자 빔 장치

Info

Publication number: KR20220106034A
Application number: KR1020210178327A
Authority: KR
Inventors: 고헤이 스즈끼; 슌스께 미즈따니; 스께 미즈따니; 유지 가사이
Original assignee: 주식회사 히타치하이테크
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-07-28
Also published as: US20220230845A1; JP2022112137A

Abstract

고앙각으로부터 저앙각에 걸치는 넓은 앙각 범위의 신호 하전 입자를 검출하고, 또한 신호 하전 입자의 분포에 관계없이 그 검출 신호를 후방 산란 하전 입자와 2차 하전 입자로 분리할 수 있는, 하전 입자 빔 장치를 제공한다.
본 개시에 관한 하전 입자 빔 장치는, 2차 하전 입자 또는 후방 산란 하전 입자를 검출하는 제1 검출기와, 상기 제1 검출기로부터 발생한 3차 하전 입자를 검출하는 제2 검출기를 구비하고, 상기 제1 검출기가 출력하는 제1 검출 신호로부터 상기 제2 검출기가 출력하는 제2 검출 신호 중 적어도 일부를 감산하거나, 또는, 상기 제2 검출 신호로부터 상기 제1 검출 신호 중 적어도 일부를 감산함으로써 얻어지는 신호값을 사용하여, 시료의 관찰 화상을 생성한다.

Description

하전 입자 빔 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 개시는, 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.

주사 전자 현미경은, 하전 입자 빔 장치의 하나이다. 주사 전자 현미경에 있어서, 전자원으로부터 시료를 향하여 방출된 전자 빔은, 주사 코일에 의해 시료 상을 2차원적으로 주사하도록 편향되고, 또한 대물 렌즈에 의해 시료 상에 집속된다. 조사 위치에 있어서는 시료로부터 신호 전자로서 2차 전자나 후방 산란 전자가 발생한다. 발생한 신호 전자는 검출기에 의해 검출되고, 수집한 신호 전자의 정보를 주사 위치와 동기하여 매핑함으로써 시료의 관찰 화상을 얻는다.

2차 전자나 후방 산란 전자는 일반적으로, 시료로부터 방출되는 에너지를 기준으로 하여 크게 구별된다. 에너지가 50eV 이하인 2차 하전 입자를 2차 전자, 그 이상의 에너지를 갖는 2차 하전 입자를 후방 산란 전자라고 칭한다. 이들의 신호 전자는 발생 원리가 다르므로, 각각 시료가 다른 정보를 갖는 것이 알려져 있다.

시료 표면의 깊은 구멍 구조나 깊은 홈 구조에 대한 3차원 계측에 있어서는, 보텀면이나 에지부에서 발생하는 신호 전자로부터 시료의 정보를 얻는다. 이 신호 전자 중, 보텀면이나 깊이의 정보는 후방 산란 전자로부터 얻어진다. 이것은, 후방 산란 전자가 1차 전자 빔의 시료에 입사하는 각도에 대하여 경면 반사 방향으로 방출된다는 각도 특성을 갖고 있는 것에 의한다. 에지부의 정보는 2차 전자로부터 얻어진다.

깊이 방향의 정보를 얻기 위해서는, 후방 산란 전자의 신호를 선택적으로 취득할 필요가 있게 되고, 2차 전자가 혼입되면 계측 정밀도의 악화를 초래한다. 그래서, 후방 산란 전자와 2차 전자 사이의 에너지 차를 이용하여, 검출한 신호 전자로부터 고정밀도로 후방 산란 전자를 변별하는 것이, 3차원 계측의 정밀도 향상에 연결된다.

특허문헌 1에는, 복수의 검출기를 사용하여 시료로부터의 2차 전자 및 후방 산란 전자를 효율적으로 검출하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 검출면에 금속 박막을 마련한 제1 검출기에 의해, 시료로부터의 신호 전자를 직접 검출한다. 제1 검출기는 신틸레이터 검출기에 의해 구성되어 있다. 또한 제1 검출기의 검출면에 있어서 발생한 3차 전자를 제2 검출기에 의해 검출한다. 각 검출기의 검출 신호의 합을 취함으로써, 고효율인 검출을 실현하고 있다.

특허문헌 1은 또한, 2차 전자와 후방 산란 전자를 분리하는 방법으로서, 제1 검출기를 후방 산란 전자 검출기, 제2 검출기를 2차 전자 검출기로 하는 방법이 나타나 있다. 동 문헌에 있어서는, 제1 검출기의 검출면에 있어서 3차 전자 발생 효율이 높은 에너지 영역은 1kV 전후이고, 신틸레이터 발광 효율이 높은 에너지 영역은 몇 kV인 것을 이용하고 있다.

특허문헌 2에는, 복수의 검출기를 사용하여 신호 전자의 에너지를 변별하여 화상을 취득하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 복수의 검출기를 동일 입체 각으로 배치하여 각 검출기가 동일한 개수의 신호 전자를 검출하고, 검출기 간의 에너지 감도의 차를 이용해서 에너지 변별을 실시한다. 에너지 감도의 차는 검출기 검출면에 마련하는 박막의 두께를 변경함으로써 발생시킬 수 있고, 그 검출 신호의 차를 취함으로써, 에너지 변별한 상을 얻는다.

특허문헌 3에는, 1차 전자 빔 통과를 위한 조리개를 없앤 후방 산란 전자를, 편향기에 의해 검출기 방향으로 편향시켜서, 검출기의 앞쪽에 설치한 에너지 필터에 의해 2차 전자를 배제하여 후방 산란 전자를 선택적으로 검출하는 방법이 나타나 있다. 시료에 대하여 1차 전자 빔을 수직으로 입사시켰을 때, 시료로부터 발생하는 신호 전자의 방향과 시료면이 이루는 각을, 앙각으로 한다. 즉, 1차 전자 빔에 대하여 경면 반사한 신호 전자의 앙각은 90°로 한다. 특허문헌 3의 방법은, 1차 전자 빔 통과를 위한 조리개를 없앤 후방 산란 전자를 검출하므로, 앙각이 90° 부근의 후방 산란 전자를 검출하게 된다.

특허문헌 4에는, 대물 렌즈와 시료 사이에 후방 산란 전자용의 검출기를 배치함으로써, 넓은 앙각 범위의 후방 산란 전자를 검출할 수 있는 구성이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평10-294074호 공보 WO2011/089955 WO2020/095346 일본 특허 제5965819호 공보

특허문헌 1에서 개시되어 있는 변별 방법에 있어서는, 금속막의 두께에 의해 투과할 수 있는 전자의 에너지의 역치가 결정된다. 이에 의해, 2차 전자의 에너지는 그 역치를 하회하고 후방 산란 전자의 에너지는 역치를 상회하는 것과 같은 조건에 있어서만, 분리가 실현된다. 따라서, 분리를 하기 위해서는, 1차 전자 빔 에너지나 전자 광학 제어에 사용하는 전극의 전압과 같은 조건을 임의로 설정할 수 없다고 하는 과제가 있다.

특허문헌 2에서 개시되어 있는 방법에서는, 특허문헌 1과 마찬가지로 금속막을 투과할 수 있는 에너지를 갖는 신호 전자만을 검출하고, 각각의 검출기로부터의 신호를 차분 연산함으로써 에너지 변별을 하고 있다. 이 방법은 신호 전자의 수분포가 1차 전자 빔에 대하여 축 대칭인 것을 전제로 하고 있어서, 복수 검출기에는 항상 동일한 개수의 신호 전자가 도달할 필요가 있다. 그러나 실제의 신호 전자는, 1차 전자 빔의 궤도에 대하여 축 대칭이 아닌 분포를 나타내는 경우가 있다. 이러한 경우에 있어서 동 문헌의 기술을 사용하여 정밀도에 의해 에너지 변별을 실현하는 것은 곤란하다.

3차원 계측에 있어서 1차 전자 빔이 저면에서 수직으로 반사한 후방 산란 전자는 앙각 90° 부근에 분포하므로, 90° 부근의 신호 전자의 검출이 중요해진다. 한편으로 구조의 애스펙트비에 따라서 계측에 필요한 앙각 범위는 다르고, 저애스펙트비의 구조일수록 넓은 앙각 범위에서의 검출이 요구된다. 특허문헌 3의 구성은 앙각 90° 부근의 후방 산란 전자밖에 검출할 수 없고, 저애스펙트비의 구조 계측이 어렵다.

특허문헌 3에는 또한, 검출기의 앞쪽에 에너지 필터를 둠으로써 2차 전자를 제거하여 후방 산란 전자만을 검출하는 구성이 기재되어 있다. 이 검출 방법으로 2차 전자상과 후방 산란 전자상을 각각 얻기 위해서는, 에너지 필터가 온의 상태와 오프의 상태에서 상을 취득할 필요가 있고, 화상 취득에 시간이 걸린다.

특허문헌 4의 구성은, 넓은 앙각 범위의 후방 산란 전자를 검출할 수 있는 한편, 앙각 90° 부근의 후방 산란 전자를 검출할 수 없다.

본 개시는, 종래 기술에 있어서의 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 고앙각으로부터 저앙각에 걸치는 넓은 앙각 범위의 신호 하전 입자를 검출하고, 또한 신호 하전 입자의 분포에 관계없이 그 검출 신호를 후방 산란 하전 입자와 2차 하전 입자로 분리할 수 있는, 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시에 관한 하전 입자 빔 장치는, 2차 하전 입자 또는 후방 산란 하전 입자를 검출하는 제1 검출기와, 상기 제1 검출기로부터 발생한 3차 하전 입자를 검출하는 제2 검출기를 구비하고, 상기 제1 검출기가 출력하는 제1 검출 신호로부터 상기 제2 검출기가 출력하는 제2 검출 신호 중 적어도 일부를 감산하거나, 또는, 상기 제2 검출 신호로부터 상기 제1 검출 신호 중 적어도 일부를 감산함으로써 얻어지는 신호값을 사용하여, 시료의 관찰 화상을 생성한다.

본 개시에 관한 하전 입자 빔 장치에 의하면, 넓은 앙각 범위의 신호 하전 입자를 검출할 수 있음과 함께, 신호 하전 입자의 분포에 관계없이 검출 신호를 후방 산란 하전 입자와 2차 하전 입자로 분리할 수 있다.

도 1은, 시료 오목부(200)의 저면에 1차 전자 빔(3)을 조사했을 때의 신호 전자(12)의 궤도 모식도를 도시한다.
도 2는, 신호 전자가 시료 내벽에 충돌하는 모습을 도시하는 모식도이다.
도 3은, 실시 형태 1에 관한 주사 전자 현미경(101)의 구성도이다.
도 4는, 제1 검출기(13)와 제2 검출기(16)가 신호 전자(12)를 검출하는 모습을 도시하는 모식 평면도이다.
도 5는, 제2 검출기(16)를 제1 검출기(13)의 외주를 따라서 복수 배치한 구성예를 도시하는 평면도이다.
도 6은, 실시 형태 2에 관한 주사 전자 현미경(101)의 구성도이다.
도 7은, 실시 형태 3에 관한 주사 전자 현미경(101)이 구비하는 검출계의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 8은, 실시 형태 3에 있어서의 제2 검출기(16)의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 9는, 주사 전자 현미경(101)이 제시하는 유저 인터페이스의 화면 예이다.

<종래 기술의 과제에 대해서>

이하에서는 먼저 종래의 하전 입자 빔 장치에 있어서의 과제에 대하여 설명하고, 그 후에 본 개시에 관한 하전 입자 빔 장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 시료 오목부(200)의 저면에 1차 전자 빔(3)을 조사했을 때의 신호 전자(12)의 궤도 모식도를 도시한다. 고애스펙트비의 구조의 경우, 시료의 밖으로 나올 수 있는 신호 전자(12)의 앙각은 90° 부근으로 한정된다. 한편으로, 저애스펙트비의 구조의 경우, 보다 넓은 앙각 범위에서 신호 전자(12)가 방출된다. 따라서, 저애스펙트비의 구조를 고정밀도로 계측하기 위해서는 넓은 앙각 범위의 검출이 필요하게 된다.

도 2는, 신호 전자가 시료 내벽에 충돌하는 모습을 도시하는 모식도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 시료 오목부(200)의 저면에 1차 전자 빔(3)을 조사했을 때의 신호 전자(12)의 일부는, 시료 내벽에 충돌하여 시료 외측으로 방출되지 않는다. 이에 의해 신호 전자(12)는, 1차 전자 빔(3)의 궤도에 대하여 축 대칭이 아닌 분포를 나타낸다. 신호 전자(12)가 이와 같이 분포할 때, 복수의 검출기간에 있어서의 신호 전자의 검출 개수에 차가 발생하고, 검출기간의 차분에 의한 에너지 변별을 할 수 없게 된다.

<실시 형태 1>

도 3은, 본 개시의 실시 형태 1에 관한 주사 전자 현미경(101)의 구성도이다. 전계 방사 음극(1)에 음극 전압(51)을 인가하고, 인출 전극(2)에 인출 전압(52)을 인가한다. 이에 의해 인출 전계가 만들어져서, 1차 전자 빔(3)이 발생한다.

1차 전자 빔(3)은, 콘덴서 렌즈(4)에 의해 집속되어, 상부 주사 편향기(5), 하부 주사 편향기(6)에 의해 시료(10) 상을 2차원 주사하도록 편향된다. 1차 전자 빔(3)의 강도와 개방각을 제어하기 위해서, 대물 조리개(7)가 인출 전극(2)과 콘덴서 렌즈(4) 사이에 놓인다.

편향된 1차 전자 빔(3)은, 대물 렌즈(8)의 통로에 마련된 후단 가속 전압(54)이 인가된 후단 가속 원통(11)에서 더 가속되어, 대물 렌즈(8)에 의해 시료 상에 집속된다.

시료(10)의 1차 전자 빔(3) 조사 위치로부터는 2차 전자나 후방 산란 전자 등의 신호 전자(12)가 발생한다. 신호 전자(12)는, 시료대(17)에 인가된 부의 감속 전압(53)과, 후단 가속 원통(11) 사이의 전계에 의해 가속된다.

신호 전자(12)는 제1 검출기(13)의 표면에 형성된 반사판(14)에 충돌한다. 반사판(14)에 충돌한 전자의 일부는 3차 전자(15)로 변환되고, 반사판(14)을 투과한 전자는 제1 검출기(13) 내의 변환 소자(신틸레이터)에서 제1 광(18)으로 변환되어서 광전자 증배관에 도입되어서 전기 신호로서 검출된다.

3차 전자(15)는 제2 검출기(16)에 유도되고, 마찬가지로 변환 소자(신틸레이터)에서 제2 광(19)으로 변환된 후에 광전자 증배관으로부터 전기 신호로서 검출된다. 이때, 제1 검출기(13)의 검출면에 제1 검출기 검출면 인가 전압(55)을 인가함으로써, 발생한 3차 전자(15)를 가속시킬 수 있고, 제2 검출기(16)에서의 검출 효율을 향상할 수 있다. 또한, 제2 검출기(16)의 검출면에 제2 검출기 검출면 인가 전압(56)을 인가함으로써도, 3차 전자(15)를 가속하여 검출 효율을 향상시킬 수 있다.

편향 전극(21)은, 1차 전자 빔(3)의 축에 직교하도록 전계를 인가한다. 편향 코일(22)은, 1차 전자 빔(3)의 축과 전계에 대하여 각각 직교하는 자장을 인가한다. 이에 의해, 3차 전자(15)를 제2 검출기(16)의 방향으로 편향하여 검출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 자장에 의해 1차 전자 빔(3)이 편향되는 것을 없앨 수 있고, 1차 전자 빔(3)의 직진성을 유지할 수 있다.

제1 검출기(13)의 검출면 사이즈에 대해서, 넓은 앙각 범위의 신호 전자(12)를 검출하기 위해서는, 검출면을 넓게 하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 시료의 관찰 화상을 얻는 수순을 설명한다. 입출력부(104)에 서 필요한 정보를 입력함으로써, 동작 프로그램을 생성함과 함께 기억부(105)에 기억시켜 둔다. 이 기억된 동작 프로그램에 따라서, 전체 제어부(102), 신호 처리부(103)를 제어한다.

전체 제어부(102)는, 동작 프로그램을 따른 제어 조건에 따라서, 주사 전자 현미경(101)이나 신호 처리부(103)를 동작시킨다.

제1 검출기(13)가 출력하는 제1 출력 신호와 제2 검출기(16)가 출력하는 제2 출력 신호는, 신호 처리부(103)에 도입된다. 신호 처리부(103)는, 제1 출력 신호와 제2 출력 신호를 연산함으로써, 후방 산란 전자 신호를 구한다. 제1 출력 신호로부터 제2 출력 신호를 감산하는 식을 합성식이라고 표현한다. 이 합성식은, 제1 검출기(13)의 변환 소자가 2차 전자를 제1 광(18)의 일부로 변환하는 효율을 나타내는 제1 변환 효율(감도 α1)과, 동일하게 후방 산란 전자를 제1 광(18)으로 변환하는 제2 변환 효율(감도 β1)과, 마찬가지로 제2 검출기(16)의 변환 소자가 2차 전자, 후방 산란 전자를 각각 제2 광(19)으로 변환하는 제3 변환 효율(감도 α2), 제4 변환 효율(감도 β2)에 기초하여 결정한다.

제1 검출기(13)의 검출 신호를 X1, 제2 검출기(16)의 검출 신호를 X2로 하면, 합성식은 하기 식 (1)에 나타내는 바와 같이 된다. 각 감도 α1, β1, α2, β2는 음극 전압(51), 인출 전압(52), 감속 전압(53), 제1 검출기 검출면 인가 전압(55) 및 제2 검출기 검출면 인가 전압(56)의 전압값과 반사판(14)의 재료적 특성으로 결정된다. 그 때문에, 각 전압 조건에 있어서의 합성비를 미리 기억부(105)에 기억시켜 두고, 동작 프로그램에 기초하여 합성비가 결정되도록 한다. 2차 전자의 화상을 얻을 때에는 하기 식 (2)를 사용하면 된다. 합성식에서 얻어지는 값은 전체 제어부(102)로부터 입출력부(104)에 출력할 수 있다.

후방 산란 전자 신호=-α2/(α1β2-α2β1)X1+α1/(α1β2-α2β1)X2 ···식 1

2차 전자 신호=β2/(α1β2-α2β1)X1-β1/(α1β2-α2β1)X2 ···식 2

도 4는, 제1 검출기(13)와 제2 검출기(16)가 신호 전자(12)를 검출하는 모습을 도시하는 모식 평면도이다. 제1 검출기(13)의 검출면은 반사판(14)으로 되어 있다. X표를 신호 전자(12)의 충돌 위치로 하여 예시하고 있다. 3차원 형상의 오목부의 계측에 있어서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 신호 전자(12)가 1차 전자 빔(3)에 대하여 비축 대칭으로 분포하는 것이 생각된다.

도 4에 도시하는 검출기의 구성에 있어서는, 1개의 신호 전자(12)를 제1 검출기(13)와 제2 검출기(16)가 검출하고 있다고 생각할 수 있다. 따라서, 제1 검출기와 제2 검출기 각각의 검출 개수를 합산하면, 신호 전자의 분포에 의하지 않고 동일 수의 신호 전자가 검출기에 대하여 입사한다고 간주할 수 있다. 이에 의해, 비축 대칭으로 분포하는 신호 전자(12)에 대해서도 후방 산란 전자 신호(또는 2차 전자 신호)를 얻을 수 있다.

고애스펙트비의 구조 계측에 있어서 90° 부근의 앙각에서 방출된 후방 산란 전자 화상이 필요한 경우에는, 제1 검출기(13)의 조리개 구멍을 없앤 신호 전자를 빈 필터 편향기(20)에서 편향시켜, 상부 검출기(23)가 그 후방 산란 전자를 검출한다. 상부 검출기(23)가 출력하는 후방 산란 전자를 식 1에 대하여 합산함으로써, 90° 부근의 앙각에서 방출된 후방 산란 전자 화상을 얻을 수 있다.

도 5는, 제2 검출기(16)를 제1 검출기(13)의 외주를 따라서 복수 배치한 구성예를 도시하는 평면도이다. 제1 검출기(13)의 검출면이 커지면, 1군데에 설치한 제2 검출기(16)만으로는 검출할 수 없는 3차 전자(15)가 나온다. 그 때에는, 도 5에 도시하는 바와 같이 제1 검출기(13) 주변에 복수의 제2 검출기(16)를 설치하고, 각 제2 검출기(16)의 검출 신호를 신호 처리부(103)에 있어서 합산하면 된다.

<실시 형태 1: 정리>

본 실시 형태 1에 관한 주사 전자 현미경(101)은, 검출면이 반사판의 역할을 담당하는 제1 검출기(13)와, 그 반사판으로부터 발생한 3차 하전 입자를 검출하는 제2 검출기(16)를 구비한다. 이에 의해, 반사판에 충돌한 신호 하전 입자를 2개의 검출기에 의해 검출하게 된다. 따라서, 각 검출기가 검출하는 신호 하전 입자의 개수를 동등하게 할 수 있다. 즉 신호 하전 입자의 분포에 의하지 않고, 복수의 검출기가 각각 동일수의 신호 하전 입자를 검출하게 된다. 이에 의해, 검출기간의 에너지 감도의 차에 기초하는 검출 신호 강도의 차를 이용하여, 에너지 변별을 실현할 수 있다.

본 실시 형태 1에 관한 주사 전자 현미경(101)에 있어서, 제1 검출기(13)의 검출면을 가능한 범위에서 확대함으로써, 상응하는 넓은 앙각 범위에서 신호 하전 입자를 검출할 수 있다. 단, 제1 검출기(13)와 제2 검출기(16)가 각각 검출하는 하전 입자의 개수에 차가 발생하지 않는 검출기의 배치로 할 필요가 있다. 제2 검출기에서 신호의 놓침이 우려되는 경우에는, 반사판의 주위에 복수의 검출기를 배치해서 이 신호를 합산함으로써, 제2 검출기(16)의 검출 신호로 간주할 수 있다.

본 실시 형태 1에 관한 주사 전자 현미경(101)은, 상부 검출기(23)가 고앙각의 후방 산란 전자를 검출한다. 이에 의해, 저앙각으로부터 90° 부근의 고앙각에 걸치는 넓은 앙각 범위의 신호 하전 입자를 검출할 수 있다.

<실시 형태 2>

도 6은, 본 개시의 실시 형태 2에 관한 주사 전자 현미경(101)의 구성도이다. 본 실시 형태 2에 있어서는, 실시 형태 1에서 설명한 구성에 추가하여, 대물 렌즈(8)와 시료(10) 사이에도 제1 검출기(13-2), 제2 검출기(16-2)를 배치한다. 실시 형태 1에 있어서의 제1 검출기(13)와 제2 검출기(16)는, 각각 제1 검출기(13-1) 및 제2 검출기(16-1)(특허 청구 범위에 있어서의 「제3 검출기」「제4 검출기」에 상당)라고 표기하고, 실시 형태 1과 동일 위치, 또는, 실시 형태 1보다도 전계 방사 음극(1)에 가까운 위치에 배치하였다.

제1 검출기(13-2), 제2 검출기(16-2)는, 저앙각의 신호 전자(12)를 주로 검출한다. 고앙각의 신호 전자(12)는 1차 전자 빔(3)의 궤도에 가까우므로 대물 렌즈(8) 내를 빠져 나가는 것에 비하여, 저앙각의 신호 전자(12)는 대물 렌즈(8)의 하면이나 그 주위의 구조물에 충돌한다. 따라서, 대물 렌즈(8)의 하부에 검출기를 배치함으로써, 저앙각의 신호 전자(12)를 검출할 수 있다.

저앙각의 후방 산란 전자상을 얻는 것은, 저애스펙트비 구조의 계측을 하기 위하여 중요해진다. 제1 검출기(13-2), 제2 검출기(16-2)가 검출되는 후방 산란 전자를 사용하여, 그 관찰 화상을 얻을 수 있다.

상부에 배치한 제1 검출기(13-1)와 제2 검출기(16-1)는, 고앙각의 신호 전자(12)를 검출할 수 있다. 이에 의해, 이들 검출기가 검출하는 후방 산란 전자 및 2차 전자를 나누어서 앙각 범위마다 계측하는 것도 가능하고, 이들을 합성하는 것도 가능하다. 본 실시 형태에 있어서는 고앙각의 전자를 상부 검출기(23) 대신에 제1 검출기(13-1)와 제2 검출기(16-1)가 검출하므로, 상부 검출기(23)는 반드시 필요하지 않다.

<실시 형태 3>

도 7은, 본 개시의 실시 형태 3에 관한 주사 전자 현미경(101)이 구비하는 검출계의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 7에 있어서, 제1 검출기(13)는, 4개의 검출기(13-1, 13-2, 13-3, 13-4)로 분할되어 있다. 즉 제1 검출기(13)는, 4개의 검출 영역을 갖는다. 도 7에 있어서는, 홈 패턴의 시료(10)에 대하여 1차 전자 빔(3)을 조사했을 때, 각 검출 영역이 ｘ표에 있어서 신호 전자(12-1, 12-2, 12-3, 12-4)를 각각 검출한다. 그 밖의 구성은 실시 형태 1 내지 2와 마찬가지이다.

도 8은, 본 실시 형태에 있어서의 제2 검출기(16)의 배치를 도시하는 평면도이다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 검출기(13)가 갖는 4개의 검출 영역 각각에 대하여 제2 검출기(16)를 배치한다(16-1, 16-2, 16-3, 16-4). 이하에서는 도 8의 세로 방향을 따라 홈 패턴이 연신하고 있는 것으로 한다.

홈이 연신하는 방향에 대하여 평행한 방향의 제1 검출기(13-1, 13-3) 및 제2 검출기(16-1, 16-3)의 신호를 사용하여 상을 얻음으로써, 후방 산란 전자의 신호량의 비율을 크게 할 수 있다. 한편으로, 2차 전자는 운동 에너지가 낮으므로, 시료(10)의 대전 영향을 받아서 궤도가 휘어진다. 따라서 방향에 의하지 않고 홈 저면에서 발생한 것인 신호 전자는 검출기까지 도달하기 어렵다. 홈에 대하여 직교하는 방향에 있어서는, 홈의 내벽에서 후방 산란 전자의 일부가 차단된다. 이상에 의해, 홈에 대하여 평행한 방향의 검출기의 신호를 선택적으로 취득하여 상을 얻음으로써, 홈 패턴에 대한 검출 효율이 향상된다. 도 8의 가로 방향을 따라 홈 패턴이 연신하고 있는 경우에는, 제1 검출기(13-2, 13-4) 및 제2 검출기(16-2, 16-4)의 신호를 사용하여 마찬가지로 상을 얻으면 된다. 반드시 홈 패턴을 따른 검출기만을 사용할 필요는 없고, 적어도 홈 패턴을 따른 검출기의 신호 가중치를, 홈 패턴에 대하여 직교하는 검출기의 신호 가중치보다도 크게 하면 된다.

제1 검출기(13)를 복수로 분할한 경우, 제2 검출기(16)에 대하여, 원래 상정하고 있지 않은 제1 검출기(13)로부터 발생한 3차 전자(15)가 혼입될 우려가 있다. 예를 들어, 제2 검출기(16-1)는, 제1 검출기(13-1)의 검출면에서 발생한 3차 전자(15)를 검출하는 것을 상정하고 있지만, 제1 검출기(13-2)에서 발생한 3차 전자(15)가 혼입되는 것이 생각된다. 이러한 혼입을 억제하기 위해서는, 제1 검출기(13)의 분할면(검출 영역 사이의 경계 부분)에 3차 전자(15)를 저지하는 칸막이(13-5)를 마련하면 된다. 또는, 검출기 사이에 물리적으로 거리를 마련해서 3차 전자(15)가 혼입되지 않도록 해도 된다.

도 9는, 주사 전자 현미경(101)이 제시하는 유저 인터페이스의 화면 예이다. 유저 인터페이스는, 예를 들어 입출력부(104)가 구비하는 디스플레이 등의 표시 디바이스 상에서 제시할 수 있다.

신호 선택 화면(201)에 있어서 유저는, 식 1과 식 2 각각에 있어서 사용하는 계수값을 지정할 수 있다. 또한 미리 보존되어 있는 연산 조건을 지정할 수 있다. 제1 검출기(13)의 계수값(202)과 제2 검출기(16)의 계수값(203)이 표시되어 있다. 계수값이 음의 값인 경우에는 그 신호에 대하여 감산 처리를 하는 것을 의미한다.

계수값(202)은, 식 1에 있어서의 -α2/(α1β2-α2β1) 또는 식 2에 있어서의 β2/(α1β2-α2β1)에 상당한다. 이들의 값을 계수값(202)에 대하여 직접 입력함으로써 그 값을 지정한 후에, 관찰 화상을 취득할 수도 있다. 마찬가지로 계수값(203)은, 식 1에 있어서의 α1/(α1β2-α2β1) 또는 식 2에 있어서의 -β1/(α1β2-α2β1)에 상당하고, 이들의 값을 계수값(203)에 대하여 직접 입력함으로써 그 값을 지정한 후에, 관찰 화상을 취득할 수도 있다.

신호 연산 조건 선택 박스(204)는, 후방 산란 전자 신호 버튼(205), 2차 전자 신호 버튼(206), 제1 검출기 검출 신호 버튼(207), 제2 검출기 검출 신호 버튼(208)을 갖는다.

후방 산란 전자 신호 버튼(205)을 누르면, 식 1에 있어서의 미리 보존되어 있는 계수값이 계수값(202와 203)에 대하여 자동 입력된다. 마찬가지로 2차 전자 신호 버튼(206)을 누르면, 식 2에 있어서의 미리 보존되어 있는 계수값이 계수값(202와 203)에 대하여 자동 입력된다.

제1 검출기 검출 신호 버튼(207)을 누르면, 제1 검출기 검출 신호의 계수값(202)에는 1이 입력되고, 제2 검출기 검출 신호의 계수값(203)에는 0이 입력됨으로써, 제1 검출기(13)의 검출 신호만이 출력된다. 제2 검출기 검출 신호 버튼(208)에 대해서도 마찬가지로 제2 검출기(16)의 검출 신호만이 출력된다. 또한, 제1 검출기 검출 신호의 계수값(202), 제2 검출기 검출 신호의 계수값(203)에 대하여 매뉴얼에 입력함으로써, 임의의 합성식으로 연산을 실시할 수 있다.

결정된 연산 방법에 의해 처리된 신호는, 신호 화상 표시부(211)의 화상부(212)에 표시된다. 보존 버튼(213)을 누르면 화상 정보를 기억부(105)에 보존할 수 있다. 화상 보존 시에는, 화상의 시료 내 위치 정보나, 각 전극에 대한 인가 전압의 조건 등의 환경 정보를 동시에 취득하여 보존할 수도 있다.

<본 개시의 변형예에 대해서>

이상의 실시 형태에 있어서, 신호 처리부(103)는, 시료의 관찰 화상을 사용하여, 시료의 높이 방향의 형상(예: 홈 패턴의 깊이)을 취득하고, 그 결과를 유저 인터페이스 상에 제시해도 된다.

실시 형태 3에 있어서, 칸막이(13-5)는, 예를 들어 제1 검출기(13)의 검출 영역 사이에 구획판과 같은 부재를 배치함으로써 구성할 수도 있고, 검출 영역 사이의 경계 부분에 검출기와는 다른 재료를 배치함으로써 구성할 수도 있다. 그 밖의 적당한 수단에 의해 칸막이를 형성해도 된다. 즉 검출 영역 사이에 있어서 신호 전자의 혼입을 방지하는 어떠한 칸막이 재(材)가 배치되어 있으면 된다.

이상의 실시 형태에 있어서, 전체 제어부(102), 신호 처리부(103), 입출력부(104)는, 이들의 기능을 실장한 회로 디바이스 등의 하드웨어에 의해 구성할 수도 있고, 이들 기능을 실장한 소프트웨어를 연산 장치가 실행함으로써 구성할 수도 있다. 전체 제어부(102), 신호 처리부(103), 입출력부(104)를 컴퓨터 시스템의 기능부로서 구성할 수도 있다.

이상의 실시 형태에 있어서, 하전 입자 빔 장치의 예로서, 시료 상에 수렴된 프로브의 전자선을 2차원적으로 주사하고, 시료로부터 발생한 2차 전자나 후방 산란 전자를 검출하여, 주사 위치마다 신호량을 매핑함으로써 시료의 관찰 화상을 얻는 주사 전자 현미경을 예시하였다. 본 발명은, 하전 입자 빔을 시료에 대하여 조사함으로써 시료의 관찰 화상을 얻는 그 밖의 하전 입자 빔 장치에 대하여 적용할 수도 있다.

1: 전계 방사 음극
2: 인출 전극
3: 1차 전자 빔
4: 콘덴서 렌즈
5: 상부 주사 편향기
6: 하부 주사 편향기
7: 대물 조리개
8: 대물 렌즈
10: 시료
11: 후단 가속 원통
12: 신호 전자
13: 제1 검출기
14: 반사판
15: 3차 전자
16: 제2 검출기
17: 시료대
18: 제1 광
19: 제2 광
20: 빈 필터 편향기
21: 편향 전극
22: 편향 코일
23: 상부 검출기
51: 음극 전압
52: 인출 전압
53: 감속 전압
54: 후단 가속 전압
55: 제1 검출기 검출면 인가 전압
56: 제2 검출기 검출면 인가 전압
101: 주사 전자 현미경
102: 전체 제어부
103: 신호 처리부
104: 입출력부
105: 기억부

Claims

시료에 대하여 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 시료로부터 발생하는 2차 하전 입자와 후방 산란 하전 입자를 검출하여 그 강도를 나타내는 제1 검출 신호를 출력하는 제1 검출기,
상기 2차 하전 입자 또는 상기 후방 산란 하전 입자가 상기 제1 검출기의 검출면에 대하여 충돌함으로써 발생하는 3차 하전 입자를 검출하여 그 강도를 나타내는 제2 검출 신호를 출력하는 제2 검출기,
상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호를 사용하여 상기 시료의 관찰 화상을 생성하는 컴퓨터 시스템을
구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 검출 신호로부터 상기 제2 검출 신호 중 적어도 일부를 감산하거나, 또는, 상기 제2 검출 신호로부터 상기 제1 검출 신호 중 적어도 일부를 감산함으로써 얻어지는 신호값을 사용하여, 상기 관찰 화상을 생성하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 검출기는, 상기 하전 입자 빔을 통과시키는 개구를 갖고,
상기 하전 입자 빔 장치는 또한,
상기 하전 입자 빔의 개방각을 조정하는 조리개,
상기 개구를 통과한 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하여 그 강도를 나타내는 제3 검출 신호를 출력하는 제3 검출기를
구비하고,
상기 제3 검출기는, 상기 조리개와 상기 제1 검출기 사이에 배치되어 있고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 검출 신호, 상기 제2 검출 신호 및 상기 제3 검출 신호를 사용하여, 상기 관찰 화상을 생성하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 검출기는, 상기 하전 입자 빔의 조사 방향에 대하여 직교하는 평면 내에 있어서, 상기 제1 검출기를 둘러싸는 2 이상의 개소에 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 제1 검출기의 검출면 또는 상기 제2 검출기의 검출면 중 적어도 어느 것에 대하여 전압을 인가함으로써 상기 3차 하전 입자를 가속하는 전원을 구비하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한,
상기 하전 입자 빔을 출사하는 하전 입자원,
상기 시료에 대하여 상기 하전 입자 빔을 집속시키는 대물 렌즈를
구비하고,
상기 제1 검출기는, 상기 하전 입자원과 상기 대물 렌즈 사이에 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은,
상기 제1 검출기가 상기 2차 하전 입자를 검출하는 감도 α1,
상기 제1 검출기가 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하는 감도 β1,
상기 제2 검출기가 상기 2차 하전 입자를 검출하는 감도 α2,
상기 제2 검출기가 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하는 감도 β2,
상기 제1 검출 신호의 신호 강도 X1,
상기 제2 검출 신호의 신호 강도 X2를
사용하여,
제1 계산식: -α2/(α1β2-α2β1)X1+α1/(α1β2-α2β1)X2에 의해 상기 후방 산란 하전 입자의 신호량을 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은,
상기 제1 검출기가 상기 2차 하전 입자를 검출하는 감도 α1,
상기 제1 검출기가 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하는 감도 β1,
상기 제2 검출기가 상기 2차 하전 입자를 검출하는 감도 α2,
상기 제2 검출기가 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하는 감도 β2,
상기 제1 검출 신호의 신호 강도 X1,
상기 제2 검출 신호의 신호 강도 X2를
사용하여,
제2 계산식: β2/(α1β2-α2β1)X1-β1/(α1β2-α2β1)X2에 의해 상기 2차 하전 입자의 신호량을 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한,
상기 시료에 대하여 상기 하전 입자 빔을 집속시키는 대물 렌즈,
상기 시료를 적재하는 스테이지를
구비하고,
상기 제1 검출기는, 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이에 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제2항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한,
상기 시료에 대하여 상기 하전 입자 빔을 집속시키는 대물 렌즈,
상기 시료를 적재하는 스테이지를
구비하고,
상기 제1 검출기는, 상기 스테이지와 상기 대물 렌즈 사이에 배치되어 있고,
상기 제3 검출기는, 상기 대물 렌즈와 상기 조리개 사이에 배치되어 있는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제9항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 개구를 통과한 상기 후방 산란 하전 입자가 상기 제3 검출기의 검출면에 대하여 충돌함으로써 발생하는 3차 하전 입자를 검출하여 그 강도를 나타내는 제4 검출 신호를 출력하는 제4 검출기를 구비하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 제1 검출 신호, 상기 제2 검출 신호, 상기 제3 검출 신호 및 상기 제4 검출 신호를 사용하여, 상기 관찰 화상을 생성하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 검출기는,
제1 방향으로 연신하는 선 상에 배치되어 있는 제1 검출 영역과 제2 검출 영역,
상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 연신하는 선 상에 배치되어 있는 제3 검출 영역과 제4 검출 영역을
갖고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료 상에 형성된 상기 제1 방향을 따라서 연신하는 홈 패턴의 상기 관찰 화상을 생성할 때는, 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역에 있어서 취득한 상기 제1 검출 신호의 가중치를 상기 제3 검출 영역과 상기 제4 검출 영역에 있어서 취득한 상기 제1 검출 신호의 가중치보다도 크게 하고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 시료 상에 형성된 상기 제2 방향을 따라서 연신하는 홈 패턴의 상기 관찰 화상을 생성할 때는, 상기 제3 검출 영역과 상기 제4 검출 영역에 있어서 취득한 상기 제1 검출 신호의 가중치를 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역에 있어서 취득한 상기 제1 검출 신호의 가중치보다도 크게 하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 검출기는, 상기 2차 하전 입자와 상기 후방 산란 하전 입자를 검출하는 제1 및 제2 검출 영역을 갖고,
상기 제2 검출기는, 상기 제1 검출 영역과 상기 제2 검출 영역 각각에 대응하여 배치되어 있고,
상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 제1 검출 영역에 있어서 발생한 상기 3차 하전 입자가, 상기 제2 검출 영역에 대응하여 배치된 상기 제2 검출기에 혼입되는 것을 저지함과 함께, 상기 제2 검출 영역에 있어서 발생한 상기 3차 하전 입자가, 상기 제1 검출 영역에 대응하여 배치된 상기 제2 검출기에 혼입되는 것을 저지하는, 칸막이재를 구비하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 관찰 화상을 제시하는 유저 인터페이스를 구비하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제13항에 있어서, 상기 유저 인터페이스는,
상기 2차 하전 입자를 사용하여 생성한 상기 관찰 화상,
상기 후방 산란 하전 입자를 사용하여 생성한 상기 관찰 화상,
상기 제1 검출기가 검출한 하전 입자를 사용하여 생성한 상기 관찰 화상,
상기 제2 검출기가 검출한 하전 입자를 사용하여 생성한 상기 관찰 화상을
각각 선택적으로 제시할 수 있도록 구성되어 있는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제6항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 관찰 화상을 제시하는 유저 인터페이스를 구비하고,
상기 유저 인터페이스는 또한,
상기 제1 계산식에 있어서의 -α2/(α1β2-α2β1)의 값,
상기 제1 계산식에 있어서의 +α1/(α1β2-α2β1)의 값을
지정할 수 있도록 구성되어 있고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 유저 인터페이스에 있어서 지정된 값을 사용하여, 상기 후방 산란 하전 입자의 신호량을 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제7항에 있어서, 상기 하전 입자 빔 장치는 또한, 상기 관찰 화상을 제시하는 유저 인터페이스를 구비하고,
상기 유저 인터페이스는 또한,
상기 제2 계산식에 있어서의 β2/(α1β2-α2β1)의 값,
상기 제2 계산식에 있어서의 -β1/(α1β2-α2β1)의 값을
지정할 수 있도록 구성되어 있고,
상기 컴퓨터 시스템은, 상기 유저 인터페이스에 있어서 지정된 값을 사용하여, 상기 2차 하전 입자의 신호량을 계산하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
제1항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은, 상기 관찰 화상을 사용하여, 상기 시료의 높이 방향의 형상을 취득하는
것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.