JPH0425664B2 - - Google Patents
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- JPH0425664B2 JPH0425664B2 JP57195814A JP19581482A JPH0425664B2 JP H0425664 B2 JPH0425664 B2 JP H0425664B2 JP 57195814 A JP57195814 A JP 57195814A JP 19581482 A JP19581482 A JP 19581482A JP H0425664 B2 JPH0425664 B2 JP H0425664B2
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- focusing lens
- sample
- grid
- secondary electrons
- electron microscope
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/266—Measurement of magnetic or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
- H01J37/268—Measurement of magnetic or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy with scanning beams
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、走査形電子顕微鏡に関し、特に電子
ビームを探針としてLSIの機能検査と高分解能で
の形態検査とを両立させる走査形電子顕微鏡に関
するものである。
ビームを探針としてLSIの機能検査と高分解能で
の形態検査とを両立させる走査形電子顕微鏡に関
するものである。
従来、集束レンズの磁場を通して、レンズ上方
で試料からの２次電子を検出することにより、試
料の形態を観察する走査形電子顕微鏡（特公昭47
−33539号公報参照）および、２次電子のエネル
ギを分析して試料上の電位を測定する走査形電子
顕微鏡（特公昭47−51024号公報参照）が知られ
ている。前者では、第１図ａに示すように、入射
された１次電子ビーム１６を集束レンズ５で試料
１５上に集束、走査すると、試料１５の表面より
放射される２次電子１３は補助ソレノイド２８，
２８′が作る磁場により上方に導かれ、２次電子
偏向用電極２９で偏向することにより２次電子１
３はシンチレータ６を衝撃して光出力として取り
出される。この場合、試料１５の上方には、２次
電子引出電極（グリツド）１３が試料１５の表面
と平行に配置されている。第１図ａに示すよう
に、シンチレータ６からの光は光電子増倍器８で
増幅され、陰極線管（CRT）２５に入力されて
ビームを変調するための信号となる。１次電子ビ
ーム１６の試料１５上の走査と同期して、発振器
２６で鋸歯状波を発生しCRT２５の偏向板２７
に印加することにより、CRT２５の画面は、試
料１５の形態が表示される。
で試料からの２次電子を検出することにより、試
料の形態を観察する走査形電子顕微鏡（特公昭47
−33539号公報参照）および、２次電子のエネル
ギを分析して試料上の電位を測定する走査形電子
顕微鏡（特公昭47−51024号公報参照）が知られ
ている。前者では、第１図ａに示すように、入射
された１次電子ビーム１６を集束レンズ５で試料
１５上に集束、走査すると、試料１５の表面より
放射される２次電子１３は補助ソレノイド２８，
２８′が作る磁場により上方に導かれ、２次電子
偏向用電極２９で偏向することにより２次電子１
３はシンチレータ６を衝撃して光出力として取り
出される。この場合、試料１５の上方には、２次
電子引出電極（グリツド）１３が試料１５の表面
と平行に配置されている。第１図ａに示すよう
に、シンチレータ６からの光は光電子増倍器８で
増幅され、陰極線管（CRT）２５に入力されて
ビームを変調するための信号となる。１次電子ビ
ーム１６の試料１５上の走査と同期して、発振器
２６で鋸歯状波を発生しCRT２５の偏向板２７
に印加することにより、CRT２５の画面は、試
料１５の形態が表示される。
後者では、試料１５上には３つのグリツドG1，
G2，G3が配置され、第１のグリツドG1は２次電
子を引き込む役目、第２グリツドG2は異なつた
電位をもつ試料１５の表面からの２次電子を区別
するための電位障壁を形成する役目、第３グリツ
ドG3は正電位によりグリツドG2を貫通した２次
電子を引き付ける役目をそれぞれ持つている。
G2，G3が配置され、第１のグリツドG1は２次電
子を引き込む役目、第２グリツドG2は異なつた
電位をもつ試料１５の表面からの２次電子を区別
するための電位障壁を形成する役目、第３グリツ
ドG3は正電位によりグリツドG2を貫通した２次
電子を引き付ける役目をそれぞれ持つている。
第１図ｃは、この電位障壁の動作を説明する図
であつて、試料１５上にグリツドが配置されない
場合には、試料１５上の２次電子のエネルギ分布
は0eV〜10eV（電子ボルト）の範囲になるが、電
位障壁を形成するグリツド（−5V）が配置され
た場合には、5eV以上のエネルギの電子のみが抽
出され、それ以下のエネルギの電子はグリツドを
貫通できない。また、２次電子を引き付けるグリ
ツド（＋5V）が配置された場合には、0eVの電
子が5eVとなるため、5eV〜15eVの範囲のエネル
ギ分布となる。
であつて、試料１５上にグリツドが配置されない
場合には、試料１５上の２次電子のエネルギ分布
は0eV〜10eV（電子ボルト）の範囲になるが、電
位障壁を形成するグリツド（−5V）が配置され
た場合には、5eV以上のエネルギの電子のみが抽
出され、それ以下のエネルギの電子はグリツドを
貫通できない。また、２次電子を引き付けるグリ
ツド（＋5V）が配置された場合には、0eVの電
子が5eVとなるため、5eV〜15eVの範囲のエネル
ギ分布となる。
このようにして、試料１５の表面の電位差の２
次元分布像を表示することができる。この方法
は、微細なパターンを持つLSIの動作機能を検査
する方法として走査形電子顕微鏡が注目されてい
る。前者、後者の機能は、LSIの検査に重要なも
のである。ところが、半導体デバイスの微細化傾
向は著しく、その線幅は1μｍを切るところまで
に至つており、それに伴つて走査形電子顕微鏡で
の高分解能形態検査と高い電位感度での観察が要
求される。
次元分布像を表示することができる。この方法
は、微細なパターンを持つLSIの動作機能を検査
する方法として走査形電子顕微鏡が注目されてい
る。前者、後者の機能は、LSIの検査に重要なも
のである。ところが、半導体デバイスの微細化傾
向は著しく、その線幅は1μｍを切るところまで
に至つており、それに伴つて走査形電子顕微鏡で
の高分解能形態検査と高い電位感度での観察が要
求される。
ところで、走査形電子顕微鏡の分解能は主とし
て集束レンズの収差で決定され、この収差は集束
レンズを短焦点で用いるほど小さくすることがで
きる。しかし、前述のように、LSIの機能検査を
行うためには、試料と２次電子検出器との間に２
次電子のエネルギ・フイルタ（グリツドG1，G2，
G3等）を取り付けなければならないため、集束
レンズを短焦点にすることは困難である。
て集束レンズの収差で決定され、この収差は集束
レンズを短焦点で用いるほど小さくすることがで
きる。しかし、前述のように、LSIの機能検査を
行うためには、試料と２次電子検出器との間に２
次電子のエネルギ・フイルタ（グリツドG1，G2，
G3等）を取り付けなければならないため、集束
レンズを短焦点にすることは困難である。
したがつて、従来、機能検査用と形態検査用と
の走査形電子顕微鏡は別個に研究されている。し
かし、機能検査の結果によつては、同時に高分解
能で観察したり、線幅等の寸法を測定することが
必要となるため、動作機能走査と微細な形態検査
の両機能を併せもつた装置が要求されている。
の走査形電子顕微鏡は別個に研究されている。し
かし、機能検査の結果によつては、同時に高分解
能で観察したり、線幅等の寸法を測定することが
必要となるため、動作機能走査と微細な形態検査
の両機能を併せもつた装置が要求されている。
本発明の目的は、このような要求に応えるた
め、電子ビーム探針によるLSIの機能検査と、高
分解能形態検査の両方の機能を併せもつた走査形
電子顕微鏡を提供することにある。
め、電子ビーム探針によるLSIの機能検査と、高
分解能形態検査の両方の機能を併せもつた走査形
電子顕微鏡を提供することにある。
本発明の走査形電子顕微鏡は、入射された電子
ビームを試料上に集束し、かつ走査する集束レン
ズ、および上記試料の表面より放射される２次電
子を取り出すための集束レンズの上方に設けられ
た電子検出器を備えた走査形電子顕微鏡におい
て、試料に直接隣接された位置に配置された集束
レンズ、および該集束レンズと電子検出器の間に
配置された２次電子引き出し用グリツドおよび２
次電子に対し電位障壁を形成するグリツドを具備
することに特徴がある。
ビームを試料上に集束し、かつ走査する集束レン
ズ、および上記試料の表面より放射される２次電
子を取り出すための集束レンズの上方に設けられ
た電子検出器を備えた走査形電子顕微鏡におい
て、試料に直接隣接された位置に配置された集束
レンズ、および該集束レンズと電子検出器の間に
配置された２次電子引き出し用グリツドおよび２
次電子に対し電位障壁を形成するグリツドを具備
することに特徴がある。
第２図、第３図は、それぞれ本発明の実施例を
示す走査形電子顕微鏡の断面構造図であり、第２
図が機能検査の場合、第３図が形態検査の場合を
示している。
示す走査形電子顕微鏡の断面構造図であり、第２
図が機能検査の場合、第３図が形態検査の場合を
示している。
本発明において、第１の集束レンズ５の他に、
試料１５に直接隣接された第２の集束レンズ３を
設け、動作機能検査を行う場合には、第２図に示
すように、第１の集束レンズ５のみでビームを試
料１５上に集束し、高分解能形態検査を行う場合
には、第３図に示すように、第１と第２の集束レ
ンズを両方動作させ、短焦点動作を実現するもの
で、第３図では第２集束レンズ３の磁場を通過し
た２次電子を検出する。
試料１５に直接隣接された第２の集束レンズ３を
設け、動作機能検査を行う場合には、第２図に示
すように、第１の集束レンズ５のみでビームを試
料１５上に集束し、高分解能形態検査を行う場合
には、第３図に示すように、第１と第２の集束レ
ンズを両方動作させ、短焦点動作を実現するもの
で、第３図では第２集束レンズ３の磁場を通過し
た２次電子を検出する。
以下、第２図により、さらに詳細に説明する。
LSI等の試料１５の直下に、第２集束レンズ３
を配置する。この第２集束レンズ３は、励磁コイ
ル１とギヤツプをもつた磁路２からなる。第２集
束レンズ３の上部に、半球状の第１グリツド１３
と第２グリツド１４とが取り付けられている。第
１グリツド１３と第２グリツド１４には、それぞ
れ直流電源１１と１２が接続されている。これら
のグリツド１３，１４の両側上方に２次電子１７
のコレクタが取り付けられる。このコレクタは、
シンチレータ６，６′と光電子増倍器８，８′の組
み合わせである。シンチレータ６，６′には、２
次電子１７を吸引、加速し、シンチレータを発光
させるための正の高圧電源１０，１０′が接続さ
れている。また、シンチレータ６，６′の光は、
ライト・ガイド７，７′を通して光電子増倍器８，
８′で増幅され、電気信号に変換される。２次電
子１７のコレクタより上方には、第１集束レンズ
５が設けられている。この第１集束レンズ５も、
励磁コイル３′とギヤツプをもつた磁路４とから
なる。第１集束レンズ５の励磁コイル３の内側に
は、走査コイル２４が設けられ、この走査コイル
２４が動作することによりビーム１６は試料１５
上を走査する。
を配置する。この第２集束レンズ３は、励磁コイ
ル１とギヤツプをもつた磁路２からなる。第２集
束レンズ３の上部に、半球状の第１グリツド１３
と第２グリツド１４とが取り付けられている。第
１グリツド１３と第２グリツド１４には、それぞ
れ直流電源１１と１２が接続されている。これら
のグリツド１３，１４の両側上方に２次電子１７
のコレクタが取り付けられる。このコレクタは、
シンチレータ６，６′と光電子増倍器８，８′の組
み合わせである。シンチレータ６，６′には、２
次電子１７を吸引、加速し、シンチレータを発光
させるための正の高圧電源１０，１０′が接続さ
れている。また、シンチレータ６，６′の光は、
ライト・ガイド７，７′を通して光電子増倍器８，
８′で増幅され、電気信号に変換される。２次電
子１７のコレクタより上方には、第１集束レンズ
５が設けられている。この第１集束レンズ５も、
励磁コイル３′とギヤツプをもつた磁路４とから
なる。第１集束レンズ５の励磁コイル３の内側に
は、走査コイル２４が設けられ、この走査コイル
２４が動作することによりビーム１６は試料１５
上を走査する。
第２図の１次電子ビーム１６の軌道は、LSIの
機能検査時のものであり、第１集束レンズ５のみ
でビーム１６を試料１５に集束させる。このと
き、第２集束レンズ３の励磁電流は遮断されてい
る。試料１５から１次電子１６の励起で放射され
た２次電子１７は、第１グリツド１３に印加され
た正の電圧（例えば10〜300V）で上方に引き出
される。第２グリツド１４には、２次電子に対し
て電位障壁を作る負電位（例えば−5V）が印加
されているので、この障壁を越えることができる
２次電子１７のみが第２グリツド１４を通過し、
コレクタ（シンチレータ６，６′）に検出される。
機能検査時のものであり、第１集束レンズ５のみ
でビーム１６を試料１５に集束させる。このと
き、第２集束レンズ３の励磁電流は遮断されてい
る。試料１５から１次電子１６の励起で放射され
た２次電子１７は、第１グリツド１３に印加され
た正の電圧（例えば10〜300V）で上方に引き出
される。第２グリツド１４には、２次電子に対し
て電位障壁を作る負電位（例えば−5V）が印加
されているので、この障壁を越えることができる
２次電子１７のみが第２グリツド１４を通過し、
コレクタ（シンチレータ６，６′）に検出される。
試料１５の表面では、より負電位の部分から放
出される２次電子１７ほど高いエネルギーをもつ
ので、検出される２次電子１７の量は増加し、
CRTの映像信号は試料の電位分布を反映する。
出される２次電子１７ほど高いエネルギーをもつ
ので、検出される２次電子１７の量は増加し、
CRTの映像信号は試料の電位分布を反映する。
LSI試料の電位分布の計測や機能検査は、この
方法で実行される。機能検査時の空間分解能は、
電子照射によるLSIの損傷を少なくするため、集
束レンズの電圧が1000Vに設定されるので、電界
放射形の電子源を採用しても、0.1μｍ程度であ
る。この分解能は、機能検査には十分な値である
が形態検査には不十分な値である。
方法で実行される。機能検査時の空間分解能は、
電子照射によるLSIの損傷を少なくするため、集
束レンズの電圧が1000Vに設定されるので、電界
放射形の電子源を採用しても、0.1μｍ程度であ
る。この分解能は、機能検査には十分な値である
が形態検査には不十分な値である。
高分解能で形態検査が必要になつた場合には、
第３図に示すような電子ビーム１６を形成する。
すなわち、第１集束レンズ５をさらに強励磁と
し、かつ第２集束レンズ３を動作させて、電子ビ
ーム１６を試料１５上に集束させる。第２集束レ
ンズ３は、試料１５と密着して配置されているた
め、短焦点で動作させることができる。試料１５
から放出された２次電子１７は、第２集束レンズ
３の磁場に捕獲され、上方に導かれる。磁場のな
い上方では、第１グリツド１３、第２グリツド１
４に正電圧を与えて、２次電子１７を引き出し、
これを加速してコレクタ（シンチレータ６，６′）
で検出する。機能検査時に、第２グリツド１４に
印加されていた負電圧は、形態検査時には正電圧
に切り替えられる。第３図では、第２集束レンズ
３でビーム１６を集束しているため、短焦点とな
り、したがつて空間分解能は約100Åになつて、
形態検査に十分な値となる。
第３図に示すような電子ビーム１６を形成する。
すなわち、第１集束レンズ５をさらに強励磁と
し、かつ第２集束レンズ３を動作させて、電子ビ
ーム１６を試料１５上に集束させる。第２集束レ
ンズ３は、試料１５と密着して配置されているた
め、短焦点で動作させることができる。試料１５
から放出された２次電子１７は、第２集束レンズ
３の磁場に捕獲され、上方に導かれる。磁場のな
い上方では、第１グリツド１３、第２グリツド１
４に正電圧を与えて、２次電子１７を引き出し、
これを加速してコレクタ（シンチレータ６，６′）
で検出する。機能検査時に、第２グリツド１４に
印加されていた負電圧は、形態検査時には正電圧
に切り替えられる。第３図では、第２集束レンズ
３でビーム１６を集束しているため、短焦点とな
り、したがつて空間分解能は約100Åになつて、
形態検査に十分な値となる。
第４図は、本発明の他の実施例を示す走査形電
子顕微鏡の断面構造図である。
子顕微鏡の断面構造図である。
第４図においては、第２集束レンズ２１を永久
磁石で形成し、真空外部の操作でこの第２集束レ
ンズ２１を着脱自在にしている。
磁石で形成し、真空外部の操作でこの第２集束レ
ンズ２１を着脱自在にしている。
配列は、第２図、第３図と同じように、第１集
束レンズ５と試料１５に隣接された第２集束レン
ズ２１の間にコレクタ（シンチレータ６，６′、
光電子増倍器８，８′）を設け、このコレクタと
第２集束レンズ２１の間に第１グリツド１３、第
２グリツド１４を設けている。第２集束レンズ２
１は、フエライト磁石１８，２０、コア１９から
構成され、ツマミ２２を持つて移動操作すること
により、試料１５の上方から横方向の外れた位置
に移動される。移動させる空間を設けるため、真
空内部と外部の間の金属壁２３に突起を設ける。
束レンズ５と試料１５に隣接された第２集束レン
ズ２１の間にコレクタ（シンチレータ６，６′、
光電子増倍器８，８′）を設け、このコレクタと
第２集束レンズ２１の間に第１グリツド１３、第
２グリツド１４を設けている。第２集束レンズ２
１は、フエライト磁石１８，２０、コア１９から
構成され、ツマミ２２を持つて移動操作すること
により、試料１５の上方から横方向の外れた位置
に移動される。移動させる空間を設けるため、真
空内部と外部の間の金属壁２３に突起を設ける。
以上の実施例では、第２集束レンズを動作させ
たときには、形態検査を行つたが、この状態で、
第２グリツドを動作（負電位）とし、機能検査を
行わせることも可能である。ただし、この場合に
は、微細部の機能検査ができる代りに、視野が狭
く、電位の分解能が低下する。
たときには、形態検査を行つたが、この状態で、
第２グリツドを動作（負電位）とし、機能検査を
行わせることも可能である。ただし、この場合に
は、微細部の機能検査ができる代りに、視野が狭
く、電位の分解能が低下する。
以上説明したように、本発明によれば、第１集
束レンズの外に試料に隣接させて第２集束レンズ
を設け、かつ２次電子に対する電位障壁形成用の
グリツドを設けたので、同一の走査形電子顕微鏡
をLSI機能検査用と高分解能形態検査用の両方に
使うことができ、LSI検査の高能率化と経済化を
図ることが可能となる。
束レンズの外に試料に隣接させて第２集束レンズ
を設け、かつ２次電子に対する電位障壁形成用の
グリツドを設けたので、同一の走査形電子顕微鏡
をLSI機能検査用と高分解能形態検査用の両方に
使うことができ、LSI検査の高能率化と経済化を
図ることが可能となる。
第１図は従来の走査形電子顕微鏡の説明図、第
２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す機
能検査と形態検査時の走査形電子顕微鏡の断面構
造図、第４図は本発明の他の実施例を示す走査形
電子顕微鏡の断面構造図である。 ３，２１：第２集束レンズ、５：第１集束レン
ズ、１３：第１グリツド、１４：第２グリツド、
１５：試料。
２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す機
能検査と形態検査時の走査形電子顕微鏡の断面構
造図、第４図は本発明の他の実施例を示す走査形
電子顕微鏡の断面構造図である。 ３，２１：第２集束レンズ、５：第１集束レン
ズ、１３：第１グリツド、１４：第２グリツド、
１５：試料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 入射された電子ビームを試料上に集束し、か
つ走査する集束レンズ、および上記試料の表面よ
り放射される２次電子を取り出すための上記集束
レンズの上方に設けられた電子検出器を備えた走
査形電子顕微鏡において、上記試料に直接隣接さ
れた位置に配置された集束レンズ、および該集束
レンズと上記電子検出器の間に配置された２次電
子引き出し用グリツドおよび２次電子に対し電位
障壁を形成するグリツドを具備することを特徴と
する走査形電子顕微鏡。 ２ 電子ビームを集束する第１の集束レンズ、該
第１の集束レンズの下方でかつ試料に隣接して配
置された第２の集束レンズ、上記第１、第２の集
束レンズの中間に配置され、２次電子検出器、該
２次電子検出器と上記第２の集束レンズの間に配
置された２次電子引き出し用グリツド、および２
次電子に対し電位障壁を形成するグリツドを有す
ることを特徴とする走査形電子顕微鏡。 ３ 前記第２の集束レンズは、永久磁石で形成さ
れ、かつ真空外部の操作により着脱自在に構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の走査形電子顕微鏡。 ４ 前記グリツドは、試料に対して半球状の形状
を有していることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第３項に記載の走査形電子顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57195814A JPS5986145A (ja) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | 走査形電子顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57195814A JPS5986145A (ja) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | 走査形電子顕微鏡 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3321879A Division JP2560271B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 走査形電子顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5986145A JPS5986145A (ja) | 1984-05-18 |
| JPH0425664B2 true JPH0425664B2 (ja) | 1992-05-01 |
Family
ID=16347427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57195814A Granted JPS5986145A (ja) | 1982-11-08 | 1982-11-08 | 走査形電子顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5986145A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ298912B6 (cs) * | 2006-11-16 | 2008-03-12 | Tescan, S. R. O. | Rastrovací elektronový mikroskop |
-
1982
- 1982-11-08 JP JP57195814A patent/JPS5986145A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5986145A (ja) | 1984-05-18 |
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