JPH0656751B2

JPH0656751B2 - 二次電子検出器

Info

Publication number: JPH0656751B2
Application number: JP1267726A
Authority: JP
Inventors: 節雄則岡
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH03129655A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称す）等
に用いられる二次電子検出器に関するものである。

［従来の技術］試料が対物レンズの下部に配置され、一次電子ビームに
より該試料の所望の範囲を走査したときに発生する二次
電子を検出し、像観察等を行うＳＥＭ等の装置において
は、従来、二次電子検出器は第６図(ａ)、(ｂ)に示すよ
うに配置されている。

第６図(ａ)においては、一つの二次電子検出器３２が試
料３０と対物レンズ３１との間に配置されており、一次
電子ビーム３３により試料３０の面上の所望の範囲を走
査したときに生じた二次電子３４は、二次電子検出器３
２が形成する電場に導かれて二次電子検出器３２に到達
し、図示しない光電変換装置によって電気信号に変換さ
れ、適宜信号処理が行われた後にＣＲＴディスプレイ等
の表示装置に供給されＳＥＭ像が表示される。

また、第６図(ｂ)においては二つの二次電子検出器３
２，３２′が試料３０と対物レンズ３１との間に光軸に
対して軸対称となるように配置されており、二次電子検
出器３２，３２′で検出された二次電子３４は上述した
と同様にして表示装置の画面上に表示される。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、第６図(ａ)に示す構成においては、二次
電子検出器３２が形成する電場が光軸に対して非対称と
なり、一次電子ビームが偏向を受け、それに伴って非点
を生じるという問題がある。

それに対して、第６図(ｂ)に示す構成においては、二つ
の二次電子検出器３２、３２′が形成する電場は光軸に
対して対称となるので、一次電子ビームに非点が生じる
ことを防止することができ、また、二つの二次電子検出
器３２、３２′で得られた出力を合成することにより、
試料の所望の部分の測長を行う場合には、第６図(ａ)に
示す構成のものに比較して精度の高い測長を行うことが
できるが、試料３０の傾斜角に制限があるので、試料３
０を所望の角度に傾斜させて観察することができないと
いう問題があった。即ち、半導体ウェーハ等の観察にお
いては、互いに直交する方向の二軸に対して大きな角度
に傾斜させて観察することが要求されることがあるが、
第６図(ｂ)に示す構成においては、二次電子検出器３
２、３２′は試料３０と対物レンズ３１との間の空間に
光軸に対して突き出して配置されるので、試料３０の傾
斜角を大きくすることができないのである。また、第６
図(ｂ)に示す構成において、シリコンウェーハ上に形成
されたフォトレジストの線幅を測定する場合を考えてみ
ると、二つの二次電子検出器３２、３２′を結ぶ直線と
直交する方向のレジストエッジは陰となって検出できな
いものである。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、試料の
傾斜角を大きく採ることができると共に、二次電子検出
器の形成する電場が光軸に対して軸対称となる二次電子
検出器を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本発明の二次電子検出器
は、対物レンズの外周形状に相似の形状を有し、且つ前
記対物レンズの先端に向かって舌片を有する絶縁部材
と、前記絶縁部材の舌片を挟んで配置される二つのリン
グ状電極と、前記二つのリング状電極間の前記舌片が挾
持される以外の部分に光ファイバーが多数挾持されてな
り、前記光ファイバーの端面には蛍光体を有する検出部
が形成されていることを特徴とする。

［作用］本発明に係る二次電子検出器は対物レンズと同軸、同心
円錐形に構成されるから、構造的にスペースファクター
が良好であり、二次電子検出器を試料上のビーム照射点
に近づけることができ、しかも試料の傾斜を阻害する度
合が極めて小さいので、大口径の半導体ウェーハを水平
にしてレジストの測長を行うことができることは勿論、
大きく傾斜させて観測することも可能である。特に、試
料傾斜がＸ，Ｙの２軸に対して可能な試料ステージを使
用した場合には、その傾斜を防げないという特徴が有効
に現われる。

更に、試料から発生した二次電子を捕獲するための電場
が光軸に対して対称に形成されるので、一次電子ビーム
が偏向されることがなく、非点も生じないものである。

［実施例］以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る二次電子検出器の一実施例を試料
側から見た下面図、第２図は第１図のＡ−Ａにおける断
面図であり、図中、１は対物レンズ、２は絶縁部材、３
は舌片、４、５はリング状電極、６は光ファイバー、７
はシールドカバー、８はバンドル型光ファイバー束を示
す。

第１図、第２図に示す構成において、対物レンズ１は、
比較的小さなワーキングディスタンス（ＷＤ）、例え
ば、ＷＤ＝３〜８cm、で使用可能で、且つ、試料を大き
な角度に傾斜させることを可能とするために円錐形のコ
ニカル形となされており、その下部には試料が配置され
るようになされている。なお、対物レンズ１の口径は、
高分解能の観察を行うものでも６〜８インチ程度の大口
向となされるものである。

絶縁部材２の試料の反対側の端部は対物レンズ１の外周
に沿った円錐状のリングとなされ、第２図に示すように
対物レンズ１に密着してネジ９、１０により対物レンズ
１に固着される。なお、絶縁部材２の材料としては、電
気絶縁性が良好で機械的強度に優れ、且つ真空中に配置
されるものであるからガスの発生がない材料、例えばフ
ッ素樹脂等を使用することもができる。そして、絶縁部
材２の所定の箇所には、第１図に示すように、光軸に対
して対称に角度θの範囲に渡って舌片３が一体に設けら
れている。該舌片３が設けられる部分は二次電子の検出
が行えないので、該舌片３の幅はできるだけ狭いことが
望ましいが、リング状電極４、５および光ファイバー６
を固定するものでもあるのである程度の幅は必要であ
り、フッ素樹脂を用いた場合にはθ＝４０゜程度とする
のがよい。

舌片３の試料側端部の両面にはリング状電極４および５
がネジ等の適当な手段により固着されており、リング状
電極４、５の間の舌片３が存在する部分以外の部分に
は、絶縁部材２に形成された導孔１５を通された多数の
光ファイバー６が挿入されている。導孔１５にはエポキ
シ樹脂等の適当な樹脂が流し込まれ、これにより光ファ
イバー６が固定されている。なお、リング状電極４と対
物レンズ１のヨーク表面との間隔は１〜２mm程度となさ
れる。

第３図(ａ)、(ｂ)は光ファイバー６の先端部の拡大図で
あり、光ファイバー６はリング状電極４および５に挾持
され、更に光ファイバー６がリング状電極４、５の間で
移動しないようにエポキシ樹脂等を流し込むことにより
固定する。また、光ファイバー６の先端部には蛍光体膜
１７が形成され、更にその上には、アルミニウム等の適
当な金属の蒸着膜１８が形成されてシンチレータが形成
される。

光ファイバー６の他端部は第２図の８で示すように適当
な手段で束ねられてバンドル型光ファイバー束となさ
れ、第４図に示すように、鏡筒２１に真空封止されたラ
イトガイド１９に密着されている。これにより、シンチ
レータに到達した二次電子は光に変換され、光ファイバ
ー６によりライトガイド１９に導かれる。ライトガイド
１９はフォトマルチプライヤ等の光電変換器２０に密着
されており、ライトガイド１９に到達した光は光電変換
器２０により電気信号に変換され、図示しない信号処理
回路に導かれる。

舌片３の所定の位置、例えば第１図の１６で示す位置に
は錫メッキ線等の電線が二つのリング状電極４、５に接
触するように、ハンダ付け等により固定されている。従
って、該電線に所定の電圧、例えば10ｋＶ、を印加すれ
ば、リング状電極４および５には10ｋＶの電圧が印加さ
れることになり、これにより試料から発生した二次電子
を捕獲するための電場を形成することができる。このよ
うにして形成された電場は光軸に対して軸対称となるの
で一次電子ビームに非点が生じることはないものであ
る。該電線の他端部は、第５図に示すように、絶縁部材
２に設けられた導孔１５中に配置され、エポキシ等の樹
脂で固定され、更に電源線２４とハンダ等により接続さ
れる。

更に、リング状電極５の外側には、リング状電極５と１
〜２mm程度の間隔を隔てて円錐形の金属製のシールドカ
バー７が配置されており、該シールドカバー７は絶縁部
材２にネジ等の手段により固定される。そして、該シー
ルドカバー７は、リング状電極４、５で形成される電場
が外側に漏れ出ないように接地電位になされる。シール
ドカバー７は対物レンズ１の下面位置より試料側に出な
いように、且つ、リング状電極４、５がシールドカバー
７より僅か奥まった位置に位置するように配置される。
これにより対物レンズ１のレンズヨークとシールドカバ
ー７で静電レンズが形成される。

上記の構成によれば、リング状電極４、５に印加した10
ｋＶの電界は試料上のビーム中心に同軸に形成されるの
で、一次電子ビームのビーム軸が偏向されることはな
く、非点が発生することもない。

試料が水平にある場合、試料から発生した二次電子は、
均等に略リング状に配置された光ファイバー６の先端へ
向って加速され、光に変換されることになり、従って、
陰のない像を得ることが可能であり、一枚の画像から、
縦、横どちらの方向の測長も可能となる。試料を傾斜さ
せた場合にも、あらゆる方向の二次電子が捕獲されるの
で、陰影の少ない像が得られる。

また、上記の構成の二次電子検出器においては、リング
状電極４、５に印加する電圧を遮断することにより、反
射電子検出器として使用することも可能である。この場
合においてもあらゆる方向の信号が検出されるので陰影
の少ない反射電子像が得られ、更に縦方向および横方向
の測長が可能である。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、二次電子検出器をコニカル型対物レンズと同軸構造と
したので試料の傾斜角を大きく採ることが可能である。

コニカル型対物レンズと同軸構造としたので非点の発
生や一次電子ビームのビーム軸のズレを防止できる。

コニカル型対物レンズと同軸構造としたのであらゆる
方向の信号を検出でき、陰影のない像を得ることがで
き、１枚の画像から縦方向の測長も横方向の測長も可能
である。

光ファイバーを円錐状に配置したので小型化を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る二次電子検出器の下面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ断面における断面図、第３図は光ファ
イバーの先端部に形成されるシンチレータを示す図、第
４図は光ファイバーの他端部の構成を示す図、第５図は
電線と電源線との接続を示す図、第６図は従来の二次電
子検出器の配置例を示す図である。１……対物レンズ、２……絶縁部材、３……舌片、４、
５……リング状電極、６……光ファイバー、７……シー
ルドカバー、８……バンドル型光ファイバー束。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズの外周形状に相似の形状を有
し、且つ前記対物レンズの先端に向かって舌片を有する
絶縁部材と、前記絶縁部材の舌片を挟んで配置される二
つのリング状電極と、前記二つのリング状電極間の前記
舌片が挾持される以外の部分に光ファイバーが多数挾持
されてなり、前記光ファイバーの端面には蛍光体を有す
る検出部が形成されていることを特徴とする二次電子検
出器。