JPS5833657B2 - 走査型電子顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、走査型電子顕微鏡の改良に関する。

走査型電子顕微鏡は、電子銃から放射され、コンデンサ
レンズで細く集束された電子ビームを試料の表面に照射
させ、この電子ビームを偏向装置で偏向させて試料表面
をたとえばラスク状にくまなく走査させる。

そして試料の表面状態に応じて放射された二次電子を捕
獲し、前記電子ビームの走査に同期して走査するテレビ
装置のブラウン管を二次電子捕獲信号で輝度変調させて
ブラウン管上に試料の表面状態を表示させるもので、半
導体装置の表面形状の調査などに用いられる。

ところで、上述のような走査型電子顕微鏡の試料表面か
ら放射される二次電子は、エネルギーが小さいので、内
部電界分布の影響を受けやすい。

このため、ステージを動かして電子顕微鏡内部の電圧分
布が変った場合、二次電子検知器の二次電子捕獲率が変
るためテレビの画像が明るくなったり暗くなったりして
いた。

したがって、従来の走査型電子顕微鏡は、ステージを動
かすたびごとに二次電子検知器の出力信号レベルを調整
しなければならなかった。

本発明は、上述の如き従来の欠点を改善する新規な発明
で、その目的はステージの移動に無関係に、一定のレベ
ルの信号の取得を可能ならしめる走査型電子顕微鏡を提
供することにある。

その目的を達成せしめるため、本発明の走査型電子顕微
鏡は、電子銃からの電子ビームにより移動可能なステー
ジ上の試料を走査し、該試料からの二次電子を二次電子
検知器により検出して、該試料の表面状態を観察するよ
うにした走査型電子顕微鏡において、該試料の基準位置
と該試料の移動位置に対応した二次電子検知器の出力比
を求め、該ステージにより該試料を移動させるたびごと
に該試料の移動位置に対応した上記出力比を基に二次電
子検知器の出力を補正するようにしたことを特徴とする
もので、以下実施例について詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る走査型電子顕微鏡の一実施例の
構成図であり、同図において、１は電子ビームを放射す
る電子銃、２はブランキング板、３は第１のコンデンサ
レンズ、４は第２のコンデンサレンズ、５は第３のコン
デンサレンズ、６は偏向コイル、７は対物レンズ、８は
ステージで、その上に試料８Ｉを載置することができ、
かつ基台９上でＸ方向およびＹ方向に自由に移動できる
ように構成されている。

１０はパルスモータなどからなるステージ駆動源、１１
は二次電子検知器、１２は利得可変型の増幅器、１３は
ステージ位置、制御回路、１４は偏向信号発生回路、１
５はブランキング回路、１６はメモリ、１７はテレビモ
ニタである。

次に上記走査型電子顕微鏡の動作について説明する。

まず、表面を鏡面状に研磨した金（Ａｎ）板をステージ
８上に載置する。

次に偏向信号発生回路１４から偏向コイルに偏向信号を
加えることなく電子銃１から発射された電子ビーム１８
を第１、第２、第３のコンデンサレンズ３〜５でコリメ
ートした後、対物レンズ７を通して金板上に結像させ、
該電子ビームが照射された点から放射された二次電子１
９を二次電子検知器１１で捕獲し、その捕獲率を調べる
。

次にステージ８を移動させた後、放射された二次電子１
９を二次電子検知器で捕獲し、その捕獲率を調べる。

この場合、電子ビームは平担な金板を照射しているので
、放射される二次電子の量は等しいが、ステージが移動
したため、内部電界分布が変′す、二次電子の捕獲率が
変る。

さらにステージ８を移動させて二次電子の捕獲率を調べ
るという動作を繰り返し行なって、ステージ８が移動す
る範囲全域にわたってくまなく二次電子の捕獲率を調べ
る。

捕獲率の調査点は、たとえばステージ８のＸ方向の移動
範囲とＹ方向の移動範囲を１ ［ｍｍ］ごとに区切って
網目状とし、各Ｘ方向およびＹ方向の交点にする。

次に、ステージ上の基準位置例えば中心における捕獲率
を基準値とし、この基準値と他の部分との捕獲率との比
の逆数を求めメモリ１６に書き込む。

この逆数は二次電子検知器からの出力の補正に用いられ
る。

基準位置における捕獲率を分母にすれば比の逆数は求め
なくてもよい。

上述の如き予備作業が終ったところでステージ８上の金
板を取り去り、観測したい試料、たとえば半導体集積回
路を組み込んだウェハーをステージ上に載置し、ステー
ジ位置制御回路１３から信号を送って駆動回路１０を動
作させてステージ８を移動させ、電子ビームの走査位置
の下へ被観測部分を運ぶ。

次いで、偏向信号発生回路１４およびブランキング回路
１５を動作させ、電子ビームをウェハー上においてラス
ク状に走査させ、ウェハー表面から放射された二次電子
を、二次電子検知器１１で捕獲してその信号を増幅器１
２に加える。

一方、ステージ位置制御回路１３から発せられた位置制
御信号はメモリ１６のアドレス入力端子１６／に加えら
れてアドレス指定が行なわれ、ステージ８の基準位置と
停止位置に対応した二次電子捕獲率の比の逆数がメモリ
１６から読み出され、その読み出された信号は増幅器の
利得調整端子１２／に加えられる。

増幅器１２は、メモリ１６から読み出された二次電子捕
獲率の比の逆数に基すいて利得が調整される。

そして、二次電子検知器１１の出力信号を該増幅器１２
で増幅した後、テレビモニタ１７の輝度変調入力端子１
７’に加える。

テレビモニタ１７のブラウン管の電子ビームは、電子顕
微鏡内の電子ビーム１Ｂと同期して走査され、かつ前記
増幅器１２の出力信号に基すいて輝度変調されるので、
その画面には試料の被観測部分の像が拡大して写し出さ
れる。

被観測部分を変えたい場合には、ステージ位置制御回路
１３から信号を送って駆動回路１０を動作させてステー
ジ８を適当位置まで移動させる。

そして位置制御回路１３からの信号により、メモリ１６
から新たな信号が読み出されて前記のように増幅器１２
の利得が調整され、新しい被観測部分の画像をテレビモ
ニタ上に表示する。

なお本発明においては、捕獲率の基準値と他の部分の捕
獲率との比として、金板によって求められた値を他の試
料にも適用するが、捕獲率は試料が非磁性体金属である
かぎり材質の違いには依存しないので、このようなこと
が可能である。

すなわち電子ビームの電流量をｉ、材料による二次電子
放射比をδとすると、ｉ×δの二次電子が材料から放射
される。

一方、材料表面には二次電子検知器が発生する引出し電
界、電子光学系の漏れ磁界、地磁気による磁界等が存在
し、これらの電磁界が低速の二次電子に作用してその軌
道を定める。

これらの電磁界は電子ビームの入射位置の関数として一
意に定められるものであって、試料の相違には依存しな
いものであり、捕獲率はこの電磁界によって定められる
ものである。

従って試料が金板であっても半導体集積回路を組み込ん
だウェハーであっても、捕獲率の基準値と他の部分の捕
獲率との比は同一であって、金板によって得られた値を
そのままウェハーに適用することができる。

第２図は、ステージ上における電子ビーム位置χと増幅
器から得られる二次電子信号電圧Ｖとの関係を示す実験
例である。

同図においてＯ印は金（Ａｕ）の場合を示し、・印はシ
リコン（Ｓｉ）の場合を示しており、Ａで示す値は電子
ビームを加えないときのオフセット電圧である。

同図においてオフセット電圧を差し引いた二次電子信号
電圧の、電子ビーム位置χ＝Ｏの場合とχ＝０．５Ｍの
場合との比は そこで例えば金の場合について各点における補正値を求
めておき、それに基づいて各点での二次電子信号電圧を
補正すれば、位置に基づく二次電子信号電圧の変動を除
去することができる。

第３図は、このようにして求められた補正後の二次電子
信号電圧を、同じ記号によって示したものであり、電子
ビーム位置による捕獲率変動が補償されていることがわ
かる。

以上詳細に説明したように、本発明は、二次電子検知器
の二次電子捕獲率が小さくなった場合には増幅器の利得
を大きくし、二次電子捕獲率が大きくなった場合には増
幅器の利得を小さくしてステージの位置のいかんにかか
わらず、試料から放射された二次電子数が等しい場合に
は常に増幅器の出力が一定になるように自動的に調整さ
れるため、従来の走査型電子顕微鏡のように、ステージ
を移動させるたびごとに二次電子検知器の出力信号レベ
ルをいちいち調整するという手間をはふくことができ、
常に安定した画像をブラウン管上に表示できるという効
果を有する。

以上テレビモニタに写し出す例を説明したが、用紙に印
刷する様にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る走査型電子顕微鏡の一実施例の
構成図、第２図は電子ビーム位置と二次電子信号電圧と
の関係についての実施例を示す図、第３図は補正後の電
子ビーム位置と二次電子信号電圧との関係を示す図であ
る。 図中、１は電子銃、２はブランキング板、３は第１のコ
ンデンサレンズ、４は第２のコンデンサレンズ、５は第
３のコンデンサレンズ、６は偏向コイル、７は対物レン
ズ、８はステージ、８Ｉは試料、１０は駆動源、１１は
二次電子検知器、１２は増幅器、１３はステージ位置制
御回路、１４は偏向回路、１６はメモリ、１Ｔはテレビ
モニタである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子銃からの電子ビームにより移動可能なステージ
   上の試料を走査し、該試料からの二次電子を二次電子検
   知器により検出して、該試料の表面状態を観察するよう
   にした走査型電子顕微鏡において、該試料の基準位置と
   該試料の移動位置に対応した二次電子検知器の出力比を
   求め、該ステージにより該試料を移動させるたびごとに
   該試料の移動位置に対応した上記出力比を基に二次電子
   検知器の出力を補正するようにしたことを特徴とする走
   査型電子顕微鏡。 ２ 前記出力比をメモリ内に記憶しておき、上記ステー
   ジにより上記試料を移動させるたびにメモリ内から上記
   出力比を読み出して、該出力比に応じて前記二次電子検
   出器からの出力を補正するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の走査型電子顕微鏡。 ３ 上記二次電子検知器からの出力を増幅器に入力し、
   前記出力比を基に該増幅器の増幅率を制御することによ
   り二次電子検知器からの出力を補正するようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   走査型電子顕微鏡。