JP2000200579A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents
走査形電子顕微鏡Info
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンタクトホールの底や内部配線を観察でき
るようにする。 【解決手段】 コンタクトホール１０２の観察では、絶
縁物１０１の表面に正の帯電１０６を作り、この電界で
二次電子１０４をホール内から吸引する。絶縁物に埋没
した配線では、電子ビームを試料内に進入させ、配線の
有無を表面の帯電量の変化として映し出し、これを観察
する。具体的には、観察前に観察時の加速電圧と異な
り、積極的に正または負の帯電を起こす加速電圧で試料
表面を一定時間照射し、そののち観察に適した加速電圧
に戻して観察する。
るようにする。 【解決手段】 コンタクトホール１０２の観察では、絶
縁物１０１の表面に正の帯電１０６を作り、この電界で
二次電子１０４をホール内から吸引する。絶縁物に埋没
した配線では、電子ビームを試料内に進入させ、配線の
有無を表面の帯電量の変化として映し出し、これを観察
する。具体的には、観察前に観察時の加速電圧と異な
り、積極的に正または負の帯電を起こす加速電圧で試料
表面を一定時間照射し、そののち観察に適した加速電圧
に戻して観察する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面に電子ビ
ームを走査し、試料から発生する二次信号を検出するこ
とで試料表面の形状あるいは組成等を表わす二次元の走
査像を得る走査形電子顕微鏡に関する。
ームを走査し、試料から発生する二次信号を検出するこ
とで試料表面の形状あるいは組成等を表わす二次元の走
査像を得る走査形電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査形電子顕微鏡は、加熱形または電界
放出形の電子源から放出された電子を加速し、静電レン
ズまたは磁界レンズを用いて細い電子ビーム（一次電子
ビーム）とし、その一次電子ビームを観察する試料上に
二次元状に走査し、一次電子ビーム照射で試料から二次
的に発生する二次電子または反射電子等の二次信号を検
出し、検出信号強度を一次電子ビームの走査と同期して
走査されるブラウン管の輝度変調入力とすることで二次
元の走査像を得る。一般の走査形電子顕微鏡では、負電
圧を印加した電子源から放出された電子を接地電圧にあ
る陽極との間で加速し、接地電圧にある検査試料に一次
電子ビームを走査する。
放出形の電子源から放出された電子を加速し、静電レン
ズまたは磁界レンズを用いて細い電子ビーム（一次電子
ビーム）とし、その一次電子ビームを観察する試料上に
二次元状に走査し、一次電子ビーム照射で試料から二次
的に発生する二次電子または反射電子等の二次信号を検
出し、検出信号強度を一次電子ビームの走査と同期して
走査されるブラウン管の輝度変調入力とすることで二次
元の走査像を得る。一般の走査形電子顕微鏡では、負電
圧を印加した電子源から放出された電子を接地電圧にあ
る陽極との間で加速し、接地電圧にある検査試料に一次
電子ビームを走査する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】走査形電子顕微鏡で半
導体プロセス過程にあるウエハの加工形状等を観察する
場合は、ウエハ内の絶縁物が電子走査することによって
帯電するのを防ぐために、２ｋＶ以下の低加速電圧で観
察する。これは、電子を物質に照射したときに発生する
二次電子発生効率δに関係する。ここで、二次電子発生
効率δは〔（二次電子量）／（一次電子量）〕で定義さ
れる。
導体プロセス過程にあるウエハの加工形状等を観察する
場合は、ウエハ内の絶縁物が電子走査することによって
帯電するのを防ぐために、２ｋＶ以下の低加速電圧で観
察する。これは、電子を物質に照射したときに発生する
二次電子発生効率δに関係する。ここで、二次電子発生
効率δは〔（二次電子量）／（一次電子量）〕で定義さ
れる。
【０００４】図１に、二次電子発生効率δと加速電圧の
関係を示した。二次電子発生効率δが１になる加速電圧
（１ｋＶ〜２ｋＶ）を選択すると、試料に入る電子（入
射電子）と試料から出る電子（二次電子）の個数が等し
くなり、帯電の発生を防ぐことができる。この二次電子
発生効率δが１．０になる加速電圧は、物質によって異
なるが、ほぼ１〜２ＫＶである。二次電子発生効率δが
１を超える加速電圧では、一次電子の入射よりも二次電
子放出が勝つために絶縁物の表面は正に帯電する。この
正の帯電電圧はせいぜい数Ｖで、しかも安定しているた
め走査像の観察には問題にならない。ところが、１ｋＶ
〜２ｋＶの範囲では、試料によっては二次電子発生効率
δが１以上にならないものがある。このため不安定な負
の帯電が発生する。そこで、絶縁物が含まれているウエ
ハの観察には、二次電子発生効率δが１．０を超える５
００Ｖから１０００Ｖの加速電圧が選択されている。
関係を示した。二次電子発生効率δが１になる加速電圧
（１ｋＶ〜２ｋＶ）を選択すると、試料に入る電子（入
射電子）と試料から出る電子（二次電子）の個数が等し
くなり、帯電の発生を防ぐことができる。この二次電子
発生効率δが１．０になる加速電圧は、物質によって異
なるが、ほぼ１〜２ＫＶである。二次電子発生効率δが
１を超える加速電圧では、一次電子の入射よりも二次電
子放出が勝つために絶縁物の表面は正に帯電する。この
正の帯電電圧はせいぜい数Ｖで、しかも安定しているた
め走査像の観察には問題にならない。ところが、１ｋＶ
〜２ｋＶの範囲では、試料によっては二次電子発生効率
δが１以上にならないものがある。このため不安定な負
の帯電が発生する。そこで、絶縁物が含まれているウエ
ハの観察には、二次電子発生効率δが１．０を超える５
００Ｖから１０００Ｖの加速電圧が選択されている。
【０００５】半導体ウエハの観察は、このような条件で
行われているが、実用上大きな問題となっているのは、
深いコンタクトホールの観察である。図２は、コンタク
トホールの断面構造を示す略断面図である。コンタクト
ホール１０２は、導体の基板１０３と絶縁物１０１の上
面に作られる配線（図示せず）との電気的接続をとるた
めのものである。コンタクトホール観察の目的は、絶縁
物１０１をエッチングしたホール１０２の開口の確認で
ある。導体の基板１０３がコンタクトホール１０２の底
にしっかりと露出していないと、コンタクトホール１０
２に金属を埋めても（デポジション）、導体の基板１０
３との接続ができない導通不良となる。このためホール
１０２の底を観察し、基板１０３が露出していることを
走査形電子顕微鏡で観察できることが要求される。
行われているが、実用上大きな問題となっているのは、
深いコンタクトホールの観察である。図２は、コンタク
トホールの断面構造を示す略断面図である。コンタクト
ホール１０２は、導体の基板１０３と絶縁物１０１の上
面に作られる配線（図示せず）との電気的接続をとるた
めのものである。コンタクトホール観察の目的は、絶縁
物１０１をエッチングしたホール１０２の開口の確認で
ある。導体の基板１０３がコンタクトホール１０２の底
にしっかりと露出していないと、コンタクトホール１０
２に金属を埋めても（デポジション）、導体の基板１０
３との接続ができない導通不良となる。このためホール
１０２の底を観察し、基板１０３が露出していることを
走査形電子顕微鏡で観察できることが要求される。
【０００６】図２に示すように、コンタクトホール１０
２の底で発生した二次電子１０４の大部分はホール１０
２の壁に衝突して消滅し、上方に向かった一部分の二次
電子１０４ａのみがホールを脱出する。コンタクトホー
ルが浅い（アスペクト比＜１〜２）場合には、信号の減
少はあるが、かなりの部分の二次電子がホール１０２を
脱出するため、観察可能であった。しかし、最近の半導
体デバイスのように微細化が進み、アスペクト比が３を
超えるようになるとコンタクトホールの底を観察するこ
とがが不可能になった。
２の底で発生した二次電子１０４の大部分はホール１０
２の壁に衝突して消滅し、上方に向かった一部分の二次
電子１０４ａのみがホールを脱出する。コンタクトホー
ルが浅い（アスペクト比＜１〜２）場合には、信号の減
少はあるが、かなりの部分の二次電子がホール１０２を
脱出するため、観察可能であった。しかし、最近の半導
体デバイスのように微細化が進み、アスペクト比が３を
超えるようになるとコンタクトホールの底を観察するこ
とがが不可能になった。
【０００７】図３は、従来の走査形電子顕微鏡では観察
が困難な他の試料例を示す説明図である。絶縁物１０１
内に金属配線１０５、例えばアルミ配線が埋没している
試料を帯電を起こさない低加速電圧で観察すると、すで
に述べた通り絶縁物の表面は二次電子のバランスにより
正の安定した帯電になる。そのため、走査形電子顕微鏡
では内部配線１０５があってもその存在を観察すること
はできない。本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みなされたもので、コンタクトホールの底や内部配線
を観察することのできる走査形電子顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。
が困難な他の試料例を示す説明図である。絶縁物１０１
内に金属配線１０５、例えばアルミ配線が埋没している
試料を帯電を起こさない低加速電圧で観察すると、すで
に述べた通り絶縁物の表面は二次電子のバランスにより
正の安定した帯電になる。そのため、走査形電子顕微鏡
では内部配線１０５があってもその存在を観察すること
はできない。本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みなされたもので、コンタクトホールの底や内部配線
を観察することのできる走査形電子顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的は、目的の観察
の前に観察に望ましい表面帯電（正または負）を絶縁物
表面に与えることで達成できる。例えば、図２に示した
高アスペクトのホール観察では、図４に示すように絶縁
物１０１の表面に正の帯電１０６を与える。こうするこ
とにより、導体基板１０３と絶縁物１０１の表面との間
に強い電界（例えば１Ｖの帯電が発生すると、１Ｖ／１
μｍ＝１０ｋＶ／ｃｍの電界）が形成され、ホール１０
２の底で作られた二次電子１０４は図示するように電界
で集束されて、ホール１０２の開口から外に出るように
なる。
の前に観察に望ましい表面帯電（正または負）を絶縁物
表面に与えることで達成できる。例えば、図２に示した
高アスペクトのホール観察では、図４に示すように絶縁
物１０１の表面に正の帯電１０６を与える。こうするこ
とにより、導体基板１０３と絶縁物１０１の表面との間
に強い電界（例えば１Ｖの帯電が発生すると、１Ｖ／１
μｍ＝１０ｋＶ／ｃｍの電界）が形成され、ホール１０
２の底で作られた二次電子１０４は図示するように電界
で集束されて、ホール１０２の開口から外に出るように
なる。
【０００９】正の電荷を絶縁物１０１の表面に与えるに
は、図１に示した二次電子発生効率δが１を越える加速
電圧領域を選択することで可能になる。二次電子発生効
率δが最大になる加速電圧を選択すれば、最も高い正電
圧を与えることが可能である。しかし、一般には、二次
電子発生効率δが最大になる加速電圧は数１００Ｖと低
いことから、観察として満足できる分解能を得ることは
困難である。
は、図１に示した二次電子発生効率δが１を越える加速
電圧領域を選択することで可能になる。二次電子発生効
率δが最大になる加速電圧を選択すれば、最も高い正電
圧を与えることが可能である。しかし、一般には、二次
電子発生効率δが最大になる加速電圧は数１００Ｖと低
いことから、観察として満足できる分解能を得ることは
困難である。
【００１０】そこで、本発明では二次電子発生効率δが
最大になる加速電圧（図５、Ａ点）で一定の時間、一定
の領域に電子照射（帯電）を行った後、観察の加速電圧
（図５、Ｂ点）で観察を行う。この操作により、正の帯
電と高分解能観察を両立することが可能になる。Ｂ点と
して、二次電子発生効率が１．０に近い加速電圧を選ぶ
ことにより、電子照射で形成した正の帯電を長時間保持
することができる。
最大になる加速電圧（図５、Ａ点）で一定の時間、一定
の領域に電子照射（帯電）を行った後、観察の加速電圧
（図５、Ｂ点）で観察を行う。この操作により、正の帯
電と高分解能観察を両立することが可能になる。Ｂ点と
して、二次電子発生効率が１．０に近い加速電圧を選ぶ
ことにより、電子照射で形成した正の帯電を長時間保持
することができる。
【００１１】さらに高い正電圧を絶縁物、例えば半導体
ウエハ上に塗布されたレジスト表面に帯電させるには、
図６に示すように試料１０８に対面して対面電極１０７
を設け、これに正の電圧を印加する方法がある。これは
低加速電圧では、二次電子の放出が１．０になるように
絶縁物の表面に正の帯電が起こるという原理に基づくも
ので、対面電極１０７を正電圧で高くするほど絶縁物表
面の帯電電圧が高くなる。よって、帯電操作時に試料に
対面して対面電極１０７を設け、これに正電圧を対面電
極電源１０９より印加する。これにより、試料１０８の
表面はより高い正電圧に帯電され、観察の効果を大きく
することができる。
ウエハ上に塗布されたレジスト表面に帯電させるには、
図６に示すように試料１０８に対面して対面電極１０７
を設け、これに正の電圧を印加する方法がある。これは
低加速電圧では、二次電子の放出が１．０になるように
絶縁物の表面に正の帯電が起こるという原理に基づくも
ので、対面電極１０７を正電圧で高くするほど絶縁物表
面の帯電電圧が高くなる。よって、帯電操作時に試料に
対面して対面電極１０７を設け、これに正電圧を対面電
極電源１０９より印加する。これにより、試料１０８の
表面はより高い正電圧に帯電され、観察の効果を大きく
することができる。
【００１２】図３に示したような試料内部の配線を観察
可能にするには、加速電圧を二次電子放出比が１．０以
下になる値に設定する。例えば、５ｋＶとする。５ｋＶ
の加速電圧では、電子は絶縁物１０１内に０．３〜０．
４μｍの深さまで進入する。図７に、絶縁物１０１内に
電子が進入している様子を模式的に示した。半導体で使
われている絶縁物１０１の厚さは約１μｍである。表面
から配線１０５までの深さは約０．４μｍであり、
（Ａ）に示すように、内部配線１０５のある部分では照
射電子は配線１０５まで到達している。また、加速電圧
が５ｋＶでは、二次電子放出比が１．０以下であるた
め、絶縁物１０１の表面は負に帯電する。（Ｂ）に示す
ように、この表面に帯電した電圧で絶縁物１０１の表面
と導体基板１０３との間に電界が印加され、電子の進入
で生成された電子正孔対の電子１１０が電界により基板
１０３に向かって流れるようになり、帯電電圧は抑制さ
れる。すなわち、照射電子の量と絶縁物１０１を流れる
電子量がバランスする帯電電圧になる。
可能にするには、加速電圧を二次電子放出比が１．０以
下になる値に設定する。例えば、５ｋＶとする。５ｋＶ
の加速電圧では、電子は絶縁物１０１内に０．３〜０．
４μｍの深さまで進入する。図７に、絶縁物１０１内に
電子が進入している様子を模式的に示した。半導体で使
われている絶縁物１０１の厚さは約１μｍである。表面
から配線１０５までの深さは約０．４μｍであり、
（Ａ）に示すように、内部配線１０５のある部分では照
射電子は配線１０５まで到達している。また、加速電圧
が５ｋＶでは、二次電子放出比が１．０以下であるた
め、絶縁物１０１の表面は負に帯電する。（Ｂ）に示す
ように、この表面に帯電した電圧で絶縁物１０１の表面
と導体基板１０３との間に電界が印加され、電子の進入
で生成された電子正孔対の電子１１０が電界により基板
１０３に向かって流れるようになり、帯電電圧は抑制さ
れる。すなわち、照射電子の量と絶縁物１０１を流れる
電子量がバランスする帯電電圧になる。
【００１３】図７に示すように、内部配線１０５がある
（Ａ）の部分は、照射電子が配線１０５まで到達してい
るため、電子正孔対が多く、帯電電圧は低い。一方、内
部配線のない（Ｂ）の部分は、照射電子が基板１０３に
まで到達していないため、電子正孔対が少なく、帯電電
圧は高くなる。この電圧は照射する時間、面積で変化す
る。この帯電処理の後、低加速電圧（図５のＢの条件）
で観察すると、帯電電圧の差によるコントラストが観察
できる。（Ａ）の部分は暗く、（Ｂ）の部分は明るく観
察できる。
（Ａ）の部分は、照射電子が配線１０５まで到達してい
るため、電子正孔対が多く、帯電電圧は低い。一方、内
部配線のない（Ｂ）の部分は、照射電子が基板１０３に
まで到達していないため、電子正孔対が少なく、帯電電
圧は高くなる。この電圧は照射する時間、面積で変化す
る。この帯電処理の後、低加速電圧（図５のＢの条件）
で観察すると、帯電電圧の差によるコントラストが観察
できる。（Ａ）の部分は暗く、（Ｂ）の部分は明るく観
察できる。
【００１４】図７の例では、負の帯電を形成する方法と
して２ｋＶを越える加速電圧を選択したが、二次電子発
生効率δがやはり１以下になる３０Ｖ以下の加速電圧を
選択することも可能である。３０Ｖ以下の加速電圧で
は、電子のエネルギーが低いため、照射電子は試料内に
侵入することなく試料表面に止まり、負の帯電を与え
る。図８は、絶縁薄膜の試料に３０Ｖ以下で加速した電
子を一定時間照射したときの表面の負帯電の様子を示し
たものである。電子照射により一定量の電荷が表面に蓄
積される（厳密には、照射時間に比例しないが、表面電
圧が数Ｖ以下であれば比例すると考えて良い）。図のよ
うに絶縁薄膜の厚さが異なっていると、電荷（Ｑ）の蓄
積で起こる電圧Ｖ（負）はＶ＝Ｑ／Ｃ（ここで、Ｃは薄
膜が表面と基板とで作る静電容量でＣ＝ε＊Ｓ／ｄ）に
なることから、厚い箇所の電圧は薄い箇所より高くな
る。
して２ｋＶを越える加速電圧を選択したが、二次電子発
生効率δがやはり１以下になる３０Ｖ以下の加速電圧を
選択することも可能である。３０Ｖ以下の加速電圧で
は、電子のエネルギーが低いため、照射電子は試料内に
侵入することなく試料表面に止まり、負の帯電を与え
る。図８は、絶縁薄膜の試料に３０Ｖ以下で加速した電
子を一定時間照射したときの表面の負帯電の様子を示し
たものである。電子照射により一定量の電荷が表面に蓄
積される（厳密には、照射時間に比例しないが、表面電
圧が数Ｖ以下であれば比例すると考えて良い）。図のよ
うに絶縁薄膜の厚さが異なっていると、電荷（Ｑ）の蓄
積で起こる電圧Ｖ（負）はＶ＝Ｑ／Ｃ（ここで、Ｃは薄
膜が表面と基板とで作る静電容量でＣ＝ε＊Ｓ／ｄ）に
なることから、厚い箇所の電圧は薄い箇所より高くな
る。
【００１５】この処理の後、低加速電圧（図５のＢの条
件）で観察すると絶縁薄膜表面の電圧差が観察できる。
すなわち、表面からは見ることのできない内部の情報を
得ることができる。この負の電圧差は、観察を続けると
表面の電荷が中和され、低加速電圧（図５のＢの条件）
の作る正の電圧に安定して、消滅する。負に帯電させた
ことで安定電圧との差が大きくなり、しかも消滅するま
での時間を長くすることができる。ここでは、絶縁薄膜
の厚さの差が見えることを説明したが、図９のように絶
縁薄膜に欠陥（絶縁不良）がある場合は、その部分のみ
電荷が蓄積されないため絶縁薄膜の欠陥を電圧差として
観察することが可能になる。また、加速電圧として５ｋ
Ｖを選択した場合には、電子のエネルギーによる半導体
素子の損傷の可能性があるが、３０ｋＶ以下の加速電圧
では損傷の問題は皆無である。
件）で観察すると絶縁薄膜表面の電圧差が観察できる。
すなわち、表面からは見ることのできない内部の情報を
得ることができる。この負の電圧差は、観察を続けると
表面の電荷が中和され、低加速電圧（図５のＢの条件）
の作る正の電圧に安定して、消滅する。負に帯電させた
ことで安定電圧との差が大きくなり、しかも消滅するま
での時間を長くすることができる。ここでは、絶縁薄膜
の厚さの差が見えることを説明したが、図９のように絶
縁薄膜に欠陥（絶縁不良）がある場合は、その部分のみ
電荷が蓄積されないため絶縁薄膜の欠陥を電圧差として
観察することが可能になる。また、加速電圧として５ｋ
Ｖを選択した場合には、電子のエネルギーによる半導体
素子の損傷の可能性があるが、３０ｋＶ以下の加速電圧
では損傷の問題は皆無である。
【００１６】負の帯電を作るもう一つの方法として、図
６で説明した対面電極１０７に試料１０８に対して負電
圧を与える方法も可能である。原理は、前述したように
一次電子と二次電子のバランスによるもので、対面電極
１０７が負電圧になっているため試料１０８の表面が負
電圧になることでバランスする。このように、本発明に
よると、絶縁物の表面の帯電を積極的に利用すること
で、これまで観察できなかったコンタクトホールの底や
試料内部の配線の状態を観察することが可能になる。
６で説明した対面電極１０７に試料１０８に対して負電
圧を与える方法も可能である。原理は、前述したように
一次電子と二次電子のバランスによるもので、対面電極
１０７が負電圧になっているため試料１０８の表面が負
電圧になることでバランスする。このように、本発明に
よると、絶縁物の表面の帯電を積極的に利用すること
で、これまで観察できなかったコンタクトホールの底や
試料内部の配線の状態を観察することが可能になる。
【００１７】以上をまとめると、本発明による走査形電
子顕微鏡は、加速した電子ビームで試料を走査し、試料
から発生した二次電子又は反射電子あるいはその両者を
検出して像を形成する走査形電子顕微鏡において、第１
の加速電圧で試料に電子照射を行った後、第１の加速電
圧と異なる第２の加速電圧で走査像観察を行う機能を有
することを特徴とする。
子顕微鏡は、加速した電子ビームで試料を走査し、試料
から発生した二次電子又は反射電子あるいはその両者を
検出して像を形成する走査形電子顕微鏡において、第１
の加速電圧で試料に電子照射を行った後、第１の加速電
圧と異なる第２の加速電圧で走査像観察を行う機能を有
することを特徴とする。
【００１８】本発明による走査形電子顕微鏡は、また、
加速した電子ビームで試料を走査し、試料から発生した
二次電子又は反射電子あるいはその両者を検出して像を
形成する走査形電子顕微鏡において、試料に電圧を印加
する電圧印加手段を備え、電圧印加手段により第１の電
圧を試料に印加した状態で電子照射を行った後、第１の
電圧と異なる第２の電圧を試料に印加して像観察を行う
機能を有することを特徴とする。
加速した電子ビームで試料を走査し、試料から発生した
二次電子又は反射電子あるいはその両者を検出して像を
形成する走査形電子顕微鏡において、試料に電圧を印加
する電圧印加手段を備え、電圧印加手段により第１の電
圧を試料に印加した状態で電子照射を行った後、第１の
電圧と異なる第２の電圧を試料に印加して像観察を行う
機能を有することを特徴とする。
【００１９】本発明による走査形電子顕微鏡は、また、
加速した電子ビームで試料を走査し、試料から発生した
二次電子又は反射電子あるいはその両者を検出して像を
形成する走査形電子顕微鏡において、試料に電圧を印加
する第１の電圧印加手段と、試料に対面した対面電極に
電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備え、第１の電
圧印加手段及び／又は第２の電圧印加手段により電圧を
印加して試料に電子照射を行った後、第１の電圧印加手
段及び／又は第２の電圧印加手段により前記電子照射時
とは異なる電圧を印加して像観察を行う機能を有するこ
とを特徴とする。
加速した電子ビームで試料を走査し、試料から発生した
二次電子又は反射電子あるいはその両者を検出して像を
形成する走査形電子顕微鏡において、試料に電圧を印加
する第１の電圧印加手段と、試料に対面した対面電極に
電圧を印加する第２の電圧印加手段とを備え、第１の電
圧印加手段及び／又は第２の電圧印加手段により電圧を
印加して試料に電子照射を行った後、第１の電圧印加手
段及び／又は第２の電圧印加手段により前記電子照射時
とは異なる電圧を印加して像観察を行う機能を有するこ
とを特徴とする。
【００２０】像観察時の電子ビーム加速電圧は、２ｋＶ
以下であるのが好ましい。また、電子照射時の電子ビー
ム加速電圧は、観察対象とする試料内構造を被覆する絶
縁膜を貫通するに充分な値に設定することができる。こ
のような条件で電子照射を行ってから試料を観察する
と、試料内構造、例えば内部配線を観察することができ
る。
以下であるのが好ましい。また、電子照射時の電子ビー
ム加速電圧は、観察対象とする試料内構造を被覆する絶
縁膜を貫通するに充分な値に設定することができる。こ
のような条件で電子照射を行ってから試料を観察する
と、試料内構造、例えば内部配線を観察することができ
る。
【００２１】また、電子照射時の電子ビーム加速電圧
は、３０Ｖ以下に設定することができる。このような条
件で電子照射を行ってから試料を観察すると、絶縁薄膜
の厚さ分布や欠陥を検出することができる。電子照射時
に、試料の電圧が試料に対面する対面電極あるいは対物
レンズ下面に対し正電圧になるように試料印加電圧ある
いは対面電極の電圧を制御してもよい。
は、３０Ｖ以下に設定することができる。このような条
件で電子照射を行ってから試料を観察すると、絶縁薄膜
の厚さ分布や欠陥を検出することができる。電子照射時
に、試料の電圧が試料に対面する対面電極あるいは対物
レンズ下面に対し正電圧になるように試料印加電圧ある
いは対面電極の電圧を制御してもよい。
【００２２】本発明による走査形電子顕微鏡は、また、
電子源と、電子源から発生した一次電子ビームを試料上
に走査する走査偏向器と、一次電子ビームを収束する対
物レンズと、試料に負電圧を印加して対物レンズと試料
との間に一次電子ビームに対する減速電界を形成する電
圧印加手段と、電子源と対物レンズの間に配置されて試
料からの二次信号を検出する二次信号検出器とを備える
走査形電子顕微鏡において、電圧印加手段により第１の
電圧を試料に印加して第１の加速電圧で一次電子ビーム
を試料上に走査した後、電圧印加手段により第１の電圧
と異なる第２の電圧を試料に印加して第２の加速電圧で
一次電子ビームを試料上に走査して試料像を観察する機
能を有することを特徴とする。
電子源と、電子源から発生した一次電子ビームを試料上
に走査する走査偏向器と、一次電子ビームを収束する対
物レンズと、試料に負電圧を印加して対物レンズと試料
との間に一次電子ビームに対する減速電界を形成する電
圧印加手段と、電子源と対物レンズの間に配置されて試
料からの二次信号を検出する二次信号検出器とを備える
走査形電子顕微鏡において、電圧印加手段により第１の
電圧を試料に印加して第１の加速電圧で一次電子ビーム
を試料上に走査した後、電圧印加手段により第１の電圧
と異なる第２の電圧を試料に印加して第２の加速電圧で
一次電子ビームを試料上に走査して試料像を観察する機
能を有することを特徴とする。
【００２３】本発明による走査形電子顕微鏡は、また、
電子源と、電子源から発生した一次電子ビームを試料上
に走査する走査偏向器と、一次電子ビームを収束する対
物レンズと、一次電子ビームの照射により試料から発生
する二次信号を検出する二次信号検出器を含み、試料の
二次元走査像を得る走査形電子顕微鏡において、対物レ
ンズの電子ビーム通路に配置された加速円筒と、加速円
筒に一次電子ビームの後段加速電圧を印加する第１の電
圧印加手段と、試料に負電圧を印加する第２の電圧印加
手段とを備え、第１の電圧印加手段及び第２の電圧印加
手段により電圧を印加して試料を走査する処理を行った
後、第１の電圧印加手段及び第２の電圧印加手段により
前記処理の際とは異なる電圧を印加して試料を走査して
試料の二次元走査像を得る機能を有することを特徴とす
る。
電子源と、電子源から発生した一次電子ビームを試料上
に走査する走査偏向器と、一次電子ビームを収束する対
物レンズと、一次電子ビームの照射により試料から発生
する二次信号を検出する二次信号検出器を含み、試料の
二次元走査像を得る走査形電子顕微鏡において、対物レ
ンズの電子ビーム通路に配置された加速円筒と、加速円
筒に一次電子ビームの後段加速電圧を印加する第１の電
圧印加手段と、試料に負電圧を印加する第２の電圧印加
手段とを備え、第１の電圧印加手段及び第２の電圧印加
手段により電圧を印加して試料を走査する処理を行った
後、第１の電圧印加手段及び第２の電圧印加手段により
前記処理の際とは異なる電圧を印加して試料を走査して
試料の二次元走査像を得る機能を有することを特徴とす
る。
【００２４】前記走査形電子顕微鏡は、電子ビームの通
路に偏向器と偏向器により偏向された電子ビームを遮断
するアパーチャとからなるブランキング手段を備え、ブ
ランキング手段を用いて、第１の加速電圧に設定される
までの間の電子ビーム遮断、電子照射時間、及び第２の
加速電圧に設定されるまでの間の電子ビーム遮断を制御
することができる。偏向器は、静電方式または電磁方式
とすることができる。
路に偏向器と偏向器により偏向された電子ビームを遮断
するアパーチャとからなるブランキング手段を備え、ブ
ランキング手段を用いて、第１の加速電圧に設定される
までの間の電子ビーム遮断、電子照射時間、及び第２の
加速電圧に設定されるまでの間の電子ビーム遮断を制御
することができる。偏向器は、静電方式または電磁方式
とすることができる。
【００２５】前記走査形電子顕微鏡は、電子線照射及び
第２の加速電圧の設定が、動作条件及び動作シーケンス
を記述したプログラムによって自動的に実行されること
が望ましい。動作条件の例としては、第１の試料電圧の
大きさ、電子照射の時間と面積、第２の試料電圧の大き
さ、走査像観察条件などがあり、動作シーケンスの例と
しては、第１の試料電圧印加、ブランキング制御、電子
照射、ブランキング制御、第２の試料電圧印加、観察条
件設定、ブランキング制御、像観察、記録等からなる一
連の処理を挙げることができる。
第２の加速電圧の設定が、動作条件及び動作シーケンス
を記述したプログラムによって自動的に実行されること
が望ましい。動作条件の例としては、第１の試料電圧の
大きさ、電子照射の時間と面積、第２の試料電圧の大き
さ、走査像観察条件などがあり、動作シーケンスの例と
しては、第１の試料電圧印加、ブランキング制御、電子
照射、ブランキング制御、第２の試料電圧印加、観察条
件設定、ブランキング制御、像観察、記録等からなる一
連の処理を挙げることができる。
【００２６】本発明の走査形電子顕微鏡は、他の装置で
得られた試料上の位置に関する情報が入力され、試料を
保持する試料ステージが前記情報に基づいて自動的に移
動する機能を有するのが好ましい。試料ステージは、レ
ーザーまたはリニアーセンサー等で位置制御された試料
ステージとすることができ、他の装置で得られた情報を
入力する手段は、通信ケーブルを介したデータ通信であ
ってもよいし、記録媒体を用いた情報入力であってもよ
い。また、各試料位置での走査像を記録し、記録された
走査像を分類して表示する機能を有するのが望ましい。
得られた試料上の位置に関する情報が入力され、試料を
保持する試料ステージが前記情報に基づいて自動的に移
動する機能を有するのが好ましい。試料ステージは、レ
ーザーまたはリニアーセンサー等で位置制御された試料
ステージとすることができ、他の装置で得られた情報を
入力する手段は、通信ケーブルを介したデータ通信であ
ってもよいし、記録媒体を用いた情報入力であってもよ
い。また、各試料位置での走査像を記録し、記録された
走査像を分類して表示する機能を有するのが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１０は、典型的なリターデング
方式の走査形電子顕微鏡の概略図である。本発明の主旨
は、観察時の加速電圧と異なる加速電圧で電子ビームを
試料上に照射し、必要な帯電を試料表面に与えた後に、
観察を実行することである。試料に照射される電子ビー
ムの加速電圧を変化させるには、電子銃から放出される
電子の加速電圧を変える一般的な方法で良いのはもちろ
んであるが、本発明の実施にはリターデング方式の走査
形電子顕微鏡が好適であることから、ここではリターデ
ング方式の走査形電子顕微鏡による実施例を説明する。
電界放出陰極１と引出電極２との間に引出電圧３を印加
すると、放出電子４が放出される。放出電子４は、引出
電極２と接地電圧にある陽極５の間でさらに加速（減速
の場合もある）される。陽極５を通過した電子ビーム
（一次電子ビーム）７の加速電圧は電子銃加速電圧６と
一致する。
施の形態を説明する。図１０は、典型的なリターデング
方式の走査形電子顕微鏡の概略図である。本発明の主旨
は、観察時の加速電圧と異なる加速電圧で電子ビームを
試料上に照射し、必要な帯電を試料表面に与えた後に、
観察を実行することである。試料に照射される電子ビー
ムの加速電圧を変化させるには、電子銃から放出される
電子の加速電圧を変える一般的な方法で良いのはもちろ
んであるが、本発明の実施にはリターデング方式の走査
形電子顕微鏡が好適であることから、ここではリターデ
ング方式の走査形電子顕微鏡による実施例を説明する。
電界放出陰極１と引出電極２との間に引出電圧３を印加
すると、放出電子４が放出される。放出電子４は、引出
電極２と接地電圧にある陽極５の間でさらに加速（減速
の場合もある）される。陽極５を通過した電子ビーム
（一次電子ビーム）７の加速電圧は電子銃加速電圧６と
一致する。
【００２８】陽極５で加速された一次電子ビーム７はコ
ンデンサレンズ１４、上走査偏向器１５、下走査偏向器
１６で走査偏向を受ける。上走査偏向器１５、下走査偏
向器１６の偏向強度は、対物レンズ１７のレンズ中心を
支点として試料１２上を二次元走査するように調整され
ている。偏向を受けた一次電子ビーム７は、対物レンズ
１７の通路に設けられた加速円筒９でさらに後段加速電
圧２２の加速をうける。後段加速された一次電子ビーム
７は、対物レンズ１７のレンズ作用で試料１２上に細く
絞られる。対物レンズ１７を通過した一次電子ビーム７
は、試料１２に印加されている負のリターデング電圧１
３で対物レンズ１７と試料１２間に作られる減速電界で
減速されて、試料１２に到達する。
ンデンサレンズ１４、上走査偏向器１５、下走査偏向器
１６で走査偏向を受ける。上走査偏向器１５、下走査偏
向器１６の偏向強度は、対物レンズ１７のレンズ中心を
支点として試料１２上を二次元走査するように調整され
ている。偏向を受けた一次電子ビーム７は、対物レンズ
１７の通路に設けられた加速円筒９でさらに後段加速電
圧２２の加速をうける。後段加速された一次電子ビーム
７は、対物レンズ１７のレンズ作用で試料１２上に細く
絞られる。対物レンズ１７を通過した一次電子ビーム７
は、試料１２に印加されている負のリターデング電圧１
３で対物レンズ１７と試料１２間に作られる減速電界で
減速されて、試料１２に到達する。
【００２９】この構成によれば、対物レンズ１７を通過
するときの一次電子ビーム７の加速電圧は、（電子銃加
速電圧６）＋（後段加速電圧２２）で、試料１２に入射
する加速電圧〔（電子銃加速電圧６）−（リターデング
電圧１３）〕より高くなっている。この結果、試料に入
射する加速電圧の一次電子ビーム〔（電子銃加速電圧
６）−（リターデング電圧１３）〕そのものを対物レン
ズ１７で絞る場合に比較し、より細い電子ビーム（高い
分解能）が得られる。これは、対物レンズ１７の色収差
が減少することによる。典型的な例では、電子銃加速電
圧６を２ｋＶ、後段加速電圧２２を７ｋＶ、リターデン
グ電圧１３を１ｋＶとする。この例では、一次電子ビー
ム７は対物レンズ１７内を９ｋＶで通過し、試料に入射
する加速電圧は１ｋＶになる。この例での分解能は、１
ｋＶの一次電子ビームそのものを絞ったときの分解能１
０ｎｍに比較すると、約３分の１の３ｎｍに改善され
る。
するときの一次電子ビーム７の加速電圧は、（電子銃加
速電圧６）＋（後段加速電圧２２）で、試料１２に入射
する加速電圧〔（電子銃加速電圧６）−（リターデング
電圧１３）〕より高くなっている。この結果、試料に入
射する加速電圧の一次電子ビーム〔（電子銃加速電圧
６）−（リターデング電圧１３）〕そのものを対物レン
ズ１７で絞る場合に比較し、より細い電子ビーム（高い
分解能）が得られる。これは、対物レンズ１７の色収差
が減少することによる。典型的な例では、電子銃加速電
圧６を２ｋＶ、後段加速電圧２２を７ｋＶ、リターデン
グ電圧１３を１ｋＶとする。この例では、一次電子ビー
ム７は対物レンズ１７内を９ｋＶで通過し、試料に入射
する加速電圧は１ｋＶになる。この例での分解能は、１
ｋＶの一次電子ビームそのものを絞ったときの分解能１
０ｎｍに比較すると、約３分の１の３ｎｍに改善され
る。
【００３０】一次電子ビーム７が試料１２を照射すると
二次信号１１が発生する。ここで考慮する二次信号１１
は二次電子と反射電子である。対物レンズ１７と試料１
２間に作られている電界は、発生した二次信号１１に対
しては加速電界として作用するため、対物レンズ１７の
通路内に吸引され、対物レンズ１７の磁界でレンズ作用
を受けながら上昇する。対物レンズ１７内を通過した二
次信号１１は走査偏向器１５，１６を通過し、反射板２
９に衝突する。この反射板２９は、中央に一次電子ビー
ム７を通過させる開口を持った導電性の板である。二次
信号１１が衝突する面は二次電子の発生効率のよい物
質、例えば金蒸着面になっている。二次信号１１である
二次電子と反射電子は、ほぼ同じ軌道を通って反射電子
板２９に衝突する。
二次信号１１が発生する。ここで考慮する二次信号１１
は二次電子と反射電子である。対物レンズ１７と試料１
２間に作られている電界は、発生した二次信号１１に対
しては加速電界として作用するため、対物レンズ１７の
通路内に吸引され、対物レンズ１７の磁界でレンズ作用
を受けながら上昇する。対物レンズ１７内を通過した二
次信号１１は走査偏向器１５，１６を通過し、反射板２
９に衝突する。この反射板２９は、中央に一次電子ビー
ム７を通過させる開口を持った導電性の板である。二次
信号１１が衝突する面は二次電子の発生効率のよい物
質、例えば金蒸着面になっている。二次信号１１である
二次電子と反射電子は、ほぼ同じ軌道を通って反射電子
板２９に衝突する。
【００３１】反射板２９に衝突した二次電子と反射電子
は、ここで、二次電子３０を発生させる。反射板２９で
作られた二次電子３０は、接地に対して負電圧を印加し
た静電偏向電極３１ａと正電圧を印加した静電偏向電極
３１ｂで偏向される。静電偏向電極３１ｂはメッシュ状
で、偏向された二次電子３０が通過できるようになって
いる。３３ａ，３３ｂは磁界偏向コイルで、静電偏向電
極３１ａ，３１ｂの作る電界と直交する磁界を発生さ
せ、静電偏向による一次電子ビーム７の偏向を打消すよ
うになっている。メッシュ状の静電偏向電極３１ｂを通
過した二次電子は正の１０ｋＶ高電圧（図示せず）が印
加されたシンチレータ３２に吸引され、シンチレータ３
２に衝突し、光を発生する。この光をライトガイド２４
で光電子増倍管１８に導き、電気信号に変換し、増幅す
る。この出力でブラウン管の輝度変調を行う（図示せ
ず）。
は、ここで、二次電子３０を発生させる。反射板２９で
作られた二次電子３０は、接地に対して負電圧を印加し
た静電偏向電極３１ａと正電圧を印加した静電偏向電極
３１ｂで偏向される。静電偏向電極３１ｂはメッシュ状
で、偏向された二次電子３０が通過できるようになって
いる。３３ａ，３３ｂは磁界偏向コイルで、静電偏向電
極３１ａ，３１ｂの作る電界と直交する磁界を発生さ
せ、静電偏向による一次電子ビーム７の偏向を打消すよ
うになっている。メッシュ状の静電偏向電極３１ｂを通
過した二次電子は正の１０ｋＶ高電圧（図示せず）が印
加されたシンチレータ３２に吸引され、シンチレータ３
２に衝突し、光を発生する。この光をライトガイド２４
で光電子増倍管１８に導き、電気信号に変換し、増幅す
る。この出力でブラウン管の輝度変調を行う（図示せ
ず）。
【００３２】本実施例で、例えば絶縁物の表面に正の帯
電を与えてコンタクトホールの観察を行う方法を説明す
る。すでに述べたように、観察時の加速電圧（第２の加
速電圧）は１ｋＶ（電子銃加速電圧２ｋＶ−リターデン
グ電圧１ｋＶ）である。第１の加速電圧は最大の二次電
子放出比が得られる加速電圧、例えば３００Ｖに設定す
る。ここでは、１０００Ｖであったリターデング電圧１
３を１７００Ｖとする。
電を与えてコンタクトホールの観察を行う方法を説明す
る。すでに述べたように、観察時の加速電圧（第２の加
速電圧）は１ｋＶ（電子銃加速電圧２ｋＶ−リターデン
グ電圧１ｋＶ）である。第１の加速電圧は最大の二次電
子放出比が得られる加速電圧、例えば３００Ｖに設定す
る。ここでは、１０００Ｖであったリターデング電圧１
３を１７００Ｖとする。
【００３３】リターデング電圧を用いない一般の低加速
の走査形電子顕微鏡では、電子銃加速電圧を１ｋＶにし
て観察し、３００Ｖにして帯電処理を行う。この方法で
は、帯電処理の際に、コンデンサレンズ１４、対物レン
ズ１７の強度を像観察時と異なる３００Ｖに合わせる。
また走査コイル１５，１６の強度も合わせる必要があ
る。特に、３００Ｖのように電子銃加速電圧が低い場合
には、電子を試料１２まで導くことも難しくなる。
の走査形電子顕微鏡では、電子銃加速電圧を１ｋＶにし
て観察し、３００Ｖにして帯電処理を行う。この方法で
は、帯電処理の際に、コンデンサレンズ１４、対物レン
ズ１７の強度を像観察時と異なる３００Ｖに合わせる。
また走査コイル１５，１６の強度も合わせる必要があ
る。特に、３００Ｖのように電子銃加速電圧が低い場合
には、電子を試料１２まで導くことも難しくなる。
【００３４】これに対し、リターデングによる方法は、
リターデング電圧１３を変えるのみでレンズを含む光学
系の調整を必要としない。走査倍率の変化も小さい。す
なわち、本実施例では、リターデング電圧１３を１００
０Ｖから１７００Ｖとするのみで帯電処理が可能にな
る。電子照射では、焦点合わせは不要であるため、リタ
ーデング電圧を１７００Ｖにして一定の領域（倍率）で
一定時間の照射を行った後、リターデング電圧を１００
０Ｖに戻すと、再び焦点の合った、しかもホール内が見
える観察が可能になる。
リターデング電圧１３を変えるのみでレンズを含む光学
系の調整を必要としない。走査倍率の変化も小さい。す
なわち、本実施例では、リターデング電圧１３を１００
０Ｖから１７００Ｖとするのみで帯電処理が可能にな
る。電子照射では、焦点合わせは不要であるため、リタ
ーデング電圧を１７００Ｖにして一定の領域（倍率）で
一定時間の照射を行った後、リターデング電圧を１００
０Ｖに戻すと、再び焦点の合った、しかもホール内が見
える観察が可能になる。
【００３５】内部配線を観察するための、負電圧の帯電
を行うには、試料１２に印加する電圧（リターデング電
圧）を正極に変換し、例えば、正の３ｋＶを印加する。
こうすると加速電圧は５ｋＶになり、絶縁物表面に負電
圧の帯電を起こすことができる。この負電圧の帯電を与
える処理を試料上の一定領域に一定時間行った後に、リ
ターデング電圧を元に戻すと内部配線の観察が可能にな
る。
を行うには、試料１２に印加する電圧（リターデング電
圧）を正極に変換し、例えば、正の３ｋＶを印加する。
こうすると加速電圧は５ｋＶになり、絶縁物表面に負電
圧の帯電を起こすことができる。この負電圧の帯電を与
える処理を試料上の一定領域に一定時間行った後に、リ
ターデング電圧を元に戻すと内部配線の観察が可能にな
る。
【００３６】この実施例では、試料１２から二次電子を
引き出す方向の電界が印加されているが、負の帯電をよ
り進めるために、二次電子を試料に戻すような電界を印
加することも効果的である。例えば、負に帯電させるた
めに試料に正の電圧を印加したが、このときに後段加速
電圧を負の電圧、例えば１２００Ｖにする。この結果、
試料には逆電界、二次電子を試料に戻す方向の電界が印
加され、前述したように負の帯電が促進される。また、
リターデング電圧を１９７０Ｖ（負極）とし、加速電圧
を３０Ｖとして負の帯電を起こさせることも可能であ
る。
引き出す方向の電界が印加されているが、負の帯電をよ
り進めるために、二次電子を試料に戻すような電界を印
加することも効果的である。例えば、負に帯電させるた
めに試料に正の電圧を印加したが、このときに後段加速
電圧を負の電圧、例えば１２００Ｖにする。この結果、
試料には逆電界、二次電子を試料に戻す方向の電界が印
加され、前述したように負の帯電が促進される。また、
リターデング電圧を１９７０Ｖ（負極）とし、加速電圧
を３０Ｖとして負の帯電を起こさせることも可能であ
る。
【００３７】図１０で、一次電子ビーム７の開口角を制
御する絞り８は、調整つまみ１０によって軸合せができ
るようになっている。１９は試料１２をＸＹ方向に移動
するためのＸＹ移動機構で、この上に絶縁板２１で絶縁
されたホールダ２０が置かれ、これにリターデング電圧
１３が印加されている。このホールダ２０に試料（例え
ばウエハ）１２を載せる。載せることで電気的接触がで
き、試料１２にもリターデング電圧１３が印加される。
３４はブランカーで、これにブランキング電圧３５を印
加することで電子ビーム７を偏向し、絞り８に衝突さ
せ、電子ビームが試料に到達しないようにする。本発明
では、このブランキングは非常に有効で、以下に説明す
るように、条件設定等の時間は電子照射を停止し、照
射、観察等必要な時間のみ電子照射を行うことを可能に
する。
御する絞り８は、調整つまみ１０によって軸合せができ
るようになっている。１９は試料１２をＸＹ方向に移動
するためのＸＹ移動機構で、この上に絶縁板２１で絶縁
されたホールダ２０が置かれ、これにリターデング電圧
１３が印加されている。このホールダ２０に試料（例え
ばウエハ）１２を載せる。載せることで電気的接触がで
き、試料１２にもリターデング電圧１３が印加される。
３４はブランカーで、これにブランキング電圧３５を印
加することで電子ビーム７を偏向し、絞り８に衝突さ
せ、電子ビームが試料に到達しないようにする。本発明
では、このブランキングは非常に有効で、以下に説明す
るように、条件設定等の時間は電子照射を停止し、照
射、観察等必要な時間のみ電子照射を行うことを可能に
する。
【００３８】次に本実施例での、帯電操作を用いた観察
方法を図１１のフローチャートを参照して説明する。こ
こで説明するのは、加速電圧８００Ｖでホール等を観察
する例である。加速電圧８００Ｖで電子線光学系の調整
（焦点合わせ等）を完了したのち（Ｓ１１）、試料の走
査像を見て観察箇所、観察倍率を決める（Ｓ１２）。こ
の時、必要に応じて、画像を記憶装置に保存する（画像
Ａ）。その後、ビームブランキングをＯＮにしてビーム
を停止（ブランキング）し（Ｓ１３）、帯電処理の条件
を設定する（Ｓ１４）。例えば、加速電圧３００Ｖ（こ
の実施例では、リターデング電圧を１７００Ｖにす
る）、倍率１０００倍で、照射時間１０秒と設定する。
設定が完了した後、ビームブランキングをＯＦＦにし
（Ｓ１５）、先に設定された条件で電子ビームを照射し
て帯電処理を行い（Ｓ１６）、帯電処理が終了すると再
びビームブランキングをＯＮにする（Ｓ１７）。次に、
ステップ１２の際の観察条件に戻した後（Ｓ１８）、ビ
ームブランキングをＯＦＦとし（Ｓ１９）、像観察及び
画像の記録（画像Ｂ）を行う（Ｓ２０）。帯電の効果の
持続時間が短い場合、または自動運転の場合には、観察
なしに直接画像の記録を行ってもよい。画像Ｂにより、
形状の観察、寸法計測が行なわれるが、画像Ａとの演算
（加算、減算）により変化等を検出し、加工構造の異常
や形状不良を判定することが可能となる。この後、再び
新しい観察箇所に移動し、同様の操作を繰り返す。この
一連の操作はプログラムとして記憶させることにより、
一命令としてボタン操作によりあるいはシステム内の１
つのプログラムとして動作するようになっている。
方法を図１１のフローチャートを参照して説明する。こ
こで説明するのは、加速電圧８００Ｖでホール等を観察
する例である。加速電圧８００Ｖで電子線光学系の調整
（焦点合わせ等）を完了したのち（Ｓ１１）、試料の走
査像を見て観察箇所、観察倍率を決める（Ｓ１２）。こ
の時、必要に応じて、画像を記憶装置に保存する（画像
Ａ）。その後、ビームブランキングをＯＮにしてビーム
を停止（ブランキング）し（Ｓ１３）、帯電処理の条件
を設定する（Ｓ１４）。例えば、加速電圧３００Ｖ（こ
の実施例では、リターデング電圧を１７００Ｖにす
る）、倍率１０００倍で、照射時間１０秒と設定する。
設定が完了した後、ビームブランキングをＯＦＦにし
（Ｓ１５）、先に設定された条件で電子ビームを照射し
て帯電処理を行い（Ｓ１６）、帯電処理が終了すると再
びビームブランキングをＯＮにする（Ｓ１７）。次に、
ステップ１２の際の観察条件に戻した後（Ｓ１８）、ビ
ームブランキングをＯＦＦとし（Ｓ１９）、像観察及び
画像の記録（画像Ｂ）を行う（Ｓ２０）。帯電の効果の
持続時間が短い場合、または自動運転の場合には、観察
なしに直接画像の記録を行ってもよい。画像Ｂにより、
形状の観察、寸法計測が行なわれるが、画像Ａとの演算
（加算、減算）により変化等を検出し、加工構造の異常
や形状不良を判定することが可能となる。この後、再び
新しい観察箇所に移動し、同様の操作を繰り返す。この
一連の操作はプログラムとして記憶させることにより、
一命令としてボタン操作によりあるいはシステム内の１
つのプログラムとして動作するようになっている。
【００３９】本発明の走査形電子顕微鏡による試料上の
観察箇所は、光や電子を用いた欠陥検査装置によって得
られた欠陥位置データによって決定してもよい。図１２
に、本発明による走査形電子顕微鏡と欠陥装置等他の装
置との接続例を示す。破線内は本発明装置の構成で、電
子ビーム鏡体２０１、レーザーステージ２０２を内蔵し
た試料室２０３、レーザーステージ２０２を制御するス
テージ制御装置２０４、全体を統括制御する本体制御装
置２０５からなっている。ここではレーザー制御の例を
示したが、リニヤースケーラーであってもよい。ここで
ステージに必要なことは、アドレスを指定することによ
り正確に指定された箇所に移動する機能をもっているこ
とである。本発明装置は他の装置２０６、例えば光学顕
微鏡による半導体のパターン欠陥装置、と通信路２０７
で結ばれており、アドレスデータ等の情報を受発信でき
るようになっている。他の装置２０６で得られたアドレ
スデータは、通信路を介さずに記録媒体に記録して運
び、記録媒体から本発明の装置にデータを取り込んでも
よい。
観察箇所は、光や電子を用いた欠陥検査装置によって得
られた欠陥位置データによって決定してもよい。図１２
に、本発明による走査形電子顕微鏡と欠陥装置等他の装
置との接続例を示す。破線内は本発明装置の構成で、電
子ビーム鏡体２０１、レーザーステージ２０２を内蔵し
た試料室２０３、レーザーステージ２０２を制御するス
テージ制御装置２０４、全体を統括制御する本体制御装
置２０５からなっている。ここではレーザー制御の例を
示したが、リニヤースケーラーであってもよい。ここで
ステージに必要なことは、アドレスを指定することによ
り正確に指定された箇所に移動する機能をもっているこ
とである。本発明装置は他の装置２０６、例えば光学顕
微鏡による半導体のパターン欠陥装置、と通信路２０７
で結ばれており、アドレスデータ等の情報を受発信でき
るようになっている。他の装置２０６で得られたアドレ
スデータは、通信路を介さずに記録媒体に記録して運
び、記録媒体から本発明の装置にデータを取り込んでも
よい。
【００４０】本発明装置は、他の装置２０６で発見した
欠陥位置を示すアドレスに基づき、その箇所を観察す
る。一般に観察すべき箇所は多いため、検査は自動で行
われることが多い。この検査結果は、大きさや形状で分
類されるが、本発明装置の機能である電子照射操作を用
いると、負の帯電処理で観察可能になったものか、正の
帯電処理で観察可能になったものかにより、また照射時
の加速電圧等により、検出された欠陥に関して試料の内
部欠陥、ホールの非開口、絶縁不良等の重要な情報を得
ることが可能である。これらの情報は欠陥の種類等によ
って自動的に分類され、モニター等の表示装置に表示さ
れる。図１３はこのような分類の例で、縦軸が個数、横
軸が欠陥の種類である。半導体プロセスでは、この欠陥
の分類を参考にして、いち早く欠陥の発生箇所（装置）
を特定し、その対策を行い、歩留まりの低下を予防する
と共に継続的な改善を図っている。
欠陥位置を示すアドレスに基づき、その箇所を観察す
る。一般に観察すべき箇所は多いため、検査は自動で行
われることが多い。この検査結果は、大きさや形状で分
類されるが、本発明装置の機能である電子照射操作を用
いると、負の帯電処理で観察可能になったものか、正の
帯電処理で観察可能になったものかにより、また照射時
の加速電圧等により、検出された欠陥に関して試料の内
部欠陥、ホールの非開口、絶縁不良等の重要な情報を得
ることが可能である。これらの情報は欠陥の種類等によ
って自動的に分類され、モニター等の表示装置に表示さ
れる。図１３はこのような分類の例で、縦軸が個数、横
軸が欠陥の種類である。半導体プロセスでは、この欠陥
の分類を参考にして、いち早く欠陥の発生箇所（装置）
を特定し、その対策を行い、歩留まりの低下を予防する
と共に継続的な改善を図っている。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、低加速電圧の走査電子
顕微鏡で観察することが困難であったホール底の観察や
内部配線を観察することが可能になり、これまで観察不
可能であった箇所の測定を可能とし、さらには隠れてい
たプロセス欠陥を顕在化する等、低加速電圧の走査電子
顕微鏡の新たな用途を創出することができる。
顕微鏡で観察することが困難であったホール底の観察や
内部配線を観察することが可能になり、これまで観察不
可能であった箇所の測定を可能とし、さらには隠れてい
たプロセス欠陥を顕在化する等、低加速電圧の走査電子
顕微鏡の新たな用途を創出することができる。
【図１】二次電子発生効率δの加速電圧依存性を説明す
る図。
る図。
【図２】深いコンタクトホールの内部での二次電子衝突
を説明する図。
を説明する図。
【図３】絶縁物内の配線を説明する図。
【図４】高アスペクトホールの観察を可能にする正の帯
電を説明する図。
電を説明する図。
【図５】正の帯電を行う加速電圧と観察する加速電圧と
二次電子発生効率との関係を説明する図。
二次電子発生効率との関係を説明する図。
【図６】試料に対面する対面電極を説明する図。
【図７】絶縁物内の配線に加速電圧５ｋＶの電子ビーム
を照射したときの状況を説明する図。
を照射したときの状況を説明する図。
【図８】絶縁薄膜試料に３０Ｖ以下で加速した電子を照
射したときの帯電の様子を示す図。
射したときの帯電の様子を示す図。
【図９】絶縁薄膜試料に３０Ｖ以下で加速した電子を照
射したときの帯電の様子を示す図。
射したときの帯電の様子を示す図。
【図１０】リターデング方式の走査形電子顕微鏡の概略
図。
図。
【図１１】帯電操作を用いた観察方法の一例を説明する
フローチャート。
フローチャート。
【図１２】本発明による走査形電子顕微鏡と他の装置と
の接続例を示す図。
の接続例を示す図。
【図１３】検出された欠陥を分類表示した例を示す図。
１：電界放出陰極、２：引出電極、３：引出電圧、４：
放出電子、５：陽極、６：電子銃加速電圧、７：一次電
子ビーム、８：絞り、９：後段加速円筒、１０：調整つ
まみ、１２：試料、１３：リターデング電圧、１４：コ
ンデンサレンズ、１５：上走査偏向器、１６：下走査偏
向器、１７：対物レンズ、１８：光電子増倍管、１９：
ＸＹ移動機構、２０：ホールダ、２１：絶縁板、２２：
後段加速電圧、２３：二次信号、２４：ライトガイド、
２９：反射板、３０：二次電子、３１ａ，ｂ：静電偏向
電極、３２：シンチレータ、３３ａ，ｂ：磁界偏向コイ
ル、３４：ブランカー、３５：ブランキング電圧、１０
１：絶縁物、１０２：コンタクトホール、１０３：基
板、１０４：二次電子、１０５：配線、１０６：正の帯
電、１０７：対面電極、１０８：試料、１０９：対面電
極電圧、１１０：電子、２０１：電子ビーム鏡体、２０
２：レーザーステージ、２０３：試料室、２０４：ステ
ージ制御装置、２０５：本体制御装置、２０６：他の装
置、２０７：通信路
放出電子、５：陽極、６：電子銃加速電圧、７：一次電
子ビーム、８：絞り、９：後段加速円筒、１０：調整つ
まみ、１２：試料、１３：リターデング電圧、１４：コ
ンデンサレンズ、１５：上走査偏向器、１６：下走査偏
向器、１７：対物レンズ、１８：光電子増倍管、１９：
ＸＹ移動機構、２０：ホールダ、２１：絶縁板、２２：
後段加速電圧、２３：二次信号、２４：ライトガイド、
２９：反射板、３０：二次電子、３１ａ，ｂ：静電偏向
電極、３２：シンチレータ、３３ａ，ｂ：磁界偏向コイ
ル、３４：ブランカー、３５：ブランキング電圧、１０
１：絶縁物、１０２：コンタクトホール、１０３：基
板、１０４：二次電子、１０５：配線、１０６：正の帯
電、１０７：対面電極、１０８：試料、１０９：対面電
極電圧、１１０：電子、２０１：電子ビーム鏡体、２０
２：レーザーステージ、２０３：試料室、２０４：ステ
ージ制御装置、２０５：本体制御装置、２０６：他の装
置、２０７：通信路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐見 康継 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Ｆターム(参考） 5C030 BB17 BC04 BC06 5C033 UU02 UU03 UU04
Claims (13)
- 【請求項１】 加速した電子ビームで試料を走査し、試
料から発生した二次電子又は反射電子あるいはその両者
を検出して像を形成する走査形電子顕微鏡において、 第１の加速電圧で試料に電子照射を行った後、前記第１
の加速電圧と異なる第２の加速電圧で走査像観察を行う
機能を有することを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項２】 加速した電子ビームで試料を走査し、試
料から発生した二次電子又は反射電子あるいはその両者
を検出して像を形成する走査形電子顕微鏡において、 試料に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電圧印
加手段により第１の電圧を試料に印加した状態で電子照
射を行った後、前記第１の電圧と異なる第２の電圧を試
料に印加して像観察を行う機能を有することを特徴とす
る走査形電子顕微鏡。 - 【請求項３】 加速した電子ビームで試料を走査し、試
料から発生した二次電子又は反射電子あるいはその両者
を検出して像を形成する走査形電子顕微鏡において、 試料に電圧を印加する第１の電圧印加手段と、試料に対
面した対面電極に電圧を印加する第２の電圧印加手段と
を備え、前記第１の電圧印加手段及び／又は第２の電圧
印加手段により電圧を印加して試料に電子照射を行った
後、前記第１の電圧印加手段及び／又は第２の電圧印加
手段により前記電子照射時とは異なる電圧を印加して像
観察を行う機能を有することを特徴とする走査形電子顕
微鏡。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の走査形電子顕
微鏡において、像観察時の電子ビーム加速電圧が２ｋＶ
以下であることを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項５】 請求項１，２又は３記載の走査形電子顕
微鏡において、電子照射時の電子ビーム加速電圧が観察
対象とする試料内構造を被覆する絶縁膜を貫通するに充
分な値に設定されていることを特徴とする走査形電子顕
微鏡。 - 【請求項６】 請求項１，２又は３記載の走査形電子顕
微鏡において、電子照射時の電子ビーム加速電圧が３０
Ｖ以下であることを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項７】 請求項２又は３記載の走査形電子顕微鏡
において、電子照射時に、試料の電圧が試料に対面する
対面電極あるいは対物レンズ下面に対し正電圧になるよ
うに試料印加電圧あるいは対面電極の電圧が制御される
ことを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項８】 電子源と、前記電子源から発生した一次
電子ビームを試料上に走査する走査偏向器と、前記一次
電子ビームを収束する対物レンズと、試料に負電圧を印
加して前記対物レンズと試料との間に前記一次電子ビー
ムに対する減速電界を形成する電圧印加手段と、前記電
子源と前記対物レンズの間に配置されて試料からの二次
信号を検出する二次信号検出器とを備える走査形電子顕
微鏡において、 前記電圧印加手段により第１の電圧を試料に印加して第
１の加速電圧で前記一次電子ビームを試料上に走査した
後、前記電圧印加手段により前記第１の電圧と異なる第
２の電圧を試料に印加して第２の加速電圧で前記一次電
子ビームを試料上に走査して試料像を観察する機能を有
することを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項９】 電子源と、電子源から発生した一次電子
ビームを試料上に走査する走査偏向器と、前記一次電子
ビームを収束する対物レンズと、前記一次電子ビームの
照射により試料から発生する二次信号を検出する二次信
号検出器を含み、試料の二次元走査像を得る走査形電子
顕微鏡において、 前記対物レンズの電子ビーム通路に配置された加速円筒
と、前記加速円筒に一次電子ビームの後段加速電圧を印
加する第１の電圧印加手段と、試料に負電圧を印加する
第２の電圧印加手段とを備え、前記第１の電圧印加手段
及び第２の電圧印加手段により電圧を印加して試料を走
査する処理を行った後、前記第１の電圧印加手段及び第
２の電圧印加手段により前記処理の際とは異なる電圧を
印加して試料を走査して試料の二次元走査像を得る機能
を有することを特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１０】 請求項１記載の走査形電子顕微鏡にお
いて、電子ビームの通路に偏向器と該偏向器により偏向
された電子ビームを遮断するアパーチャとからなるブラ
ンキング手段を備え、前記ブランキング手段を用いて、
前記第１の加速電圧に設定されるまでの間の電子ビーム
遮断、前記電子照射時間、及び前記第２の加速電圧に設
定されるまでの間の電子ビーム遮断を制御することを特
徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項記載の
走査形電子顕微鏡において、前記電子線照射及び前記第
２の加速電圧の設定が動作条件及び動作シーケンスを記
述したプログラムによって自動的に実行されることを特
徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１２】 請求項１１〜１０のいずれか１項記載
の走査形電子顕微鏡において、他の装置で得られた試料
上の位置に関する情報が入力され、試料を保持する試料
ステージが前記情報に基づいて自動的に移動することを
特徴とする走査形電子顕微鏡。 - 【請求項１３】 請求項１２記載の走査形電子顕微鏡に
おいて、各試料位置での走査像を記録し、前記記録され
た走査像を分類して表示する機能を有することを特徴と
する走査形電子顕微鏡。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00022299A JP4093662B2 (ja) | 1999-01-04 | 1999-01-04 | 走査形電子顕微鏡 |
| US09/477,060 US6635873B1 (en) | 1999-01-04 | 2000-01-03 | Scanning electron microscope with voltage applied to the sample |
| US10/648,388 US20040036021A1 (en) | 1999-01-04 | 2003-08-27 | Scanning electron microscope |
| US11/282,645 US7442923B2 (en) | 1999-01-04 | 2005-11-21 | Scanning electron microscope |
| US12/253,476 US7977632B2 (en) | 1999-01-04 | 2008-10-17 | Scanning electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00022299A JP4093662B2 (ja) | 1999-01-04 | 1999-01-04 | 走査形電子顕微鏡 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005336289A Division JP4658783B2 (ja) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | 試料像形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000200579A true JP2000200579A (ja) | 2000-07-18 |
| JP4093662B2 JP4093662B2 (ja) | 2008-06-04 |
Family
ID=11467946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00022299A Expired - Lifetime JP4093662B2 (ja) | 1999-01-04 | 1999-01-04 | 走査形電子顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US6635873B1 (ja) |
| JP (1) | JP4093662B2 (ja) |
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| DE112021002703T5 (de) | 2020-05-12 | 2023-02-23 | Nuflare Technology, Inc. | Verfahren zum Schreiben mit geladenen Teilchenstrahlen und Vorrichtung zum Schreiben mit geladenen Teilchenstrahlen |
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|---|---|---|---|---|
| JP4093662B2 (ja) * | 1999-01-04 | 2008-06-04 | 株式会社日立製作所 | 走査形電子顕微鏡 |
| KR101041661B1 (ko) * | 2003-07-30 | 2011-06-14 | 어플라이드 머티리얼즈 이스라엘 리미티드 | 다중 검출기들을 갖는 스캐닝 전자 현미경 및 다중 검출기기반 이미징을 위한 방법 |
| JP2005259396A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥画像収集方法およびその装置 |
| JP4519567B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2010-08-04 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査型電子顕微鏡およびこれを用いた試料観察方法 |
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