JPS6164055A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents
走査形電子顕微鏡Info
- Publication number
- JPS6164055A JPS6164055A JP59186158A JP18615884A JPS6164055A JP S6164055 A JPS6164055 A JP S6164055A JP 59186158 A JP59186158 A JP 59186158A JP 18615884 A JP18615884 A JP 18615884A JP S6164055 A JPS6164055 A JP S6164055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- scanning electron
- electron microscope
- objective lens
- magnetic pole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- H01J37/02—Details
- H01J37/20—Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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、特に半導体ウェハー上に
製作された集積回路等の表面観察に用いられる走査形電
子顕微鏡に関するものである。
製作された集積回路等の表面観察に用いられる走査形電
子顕微鏡に関するものである。
本来走査形電子顕微鏡は、透過形の電子顕微鏡と異なり
、大きな試料を観察できる特徴がある。
、大きな試料を観察できる特徴がある。
すなわち、対物レンズに広い空間を持つ試料室が設けら
れているので、４インチ級の半導体ウエノ・−でも小さ
くすることなく、そのま＼観察することができる。しか
しこのような構造を有する走査形電子顕微鏡では、試料
を対物レンズに近づけるのに原理的な制約があるため、
分解能を向上させることができない。
れているので、４インチ級の半導体ウエノ・−でも小さ
くすることなく、そのま＼観察することができる。しか
しこのような構造を有する走査形電子顕微鏡では、試料
を対物レンズに近づけるのに原理的な制約があるため、
分解能を向上させることができない。
一方、走査形電子顕微鏡の分解能の向上を可能とするた
めに、透過形電子顕微鏡のように、試料を対物レンズの
磁場中に置いて像観察するようにしたものもあるが、対
物レンズの空間的な制約によって、小さな試料しか観察
することができない。
めに、透過形電子顕微鏡のように、試料を対物レンズの
磁場中に置いて像観察するようにしたものもあるが、対
物レンズの空間的な制約によって、小さな試料しか観察
することができない。
本発明は、半導体ウェハーのような、厚さ方向は比較的
薄く、平面的には大きな広がりを持つ大形薄板状試料を
高分解能の状態で観察可能な走査形電子顕微鏡を提供す
ることを目的とするものである。
薄く、平面的には大きな広がりを持つ大形薄板状試料を
高分解能の状態で観察可能な走査形電子顕微鏡を提供す
ることを目的とするものである。
本発明は、電子線を収束するための対物レンズを有し、
該対物レンズの磁場中に試料を設置して像観察を行なう
走査形電子顕微鏡において、前記対物レンズを構成する
磁路によって取り囲まれて形成され大形薄板状試料を収
容しその表面全域を前記対物レンズの磁極下に位置させ
ることのできる試料室と、該試料室に前記大形薄板状試
料を挿脱する試料交換室と、前記大形薄板状試料の前記
磁極下の位置を外部から移動させる手段とを有している
ことを特徴とするものであろう 走査形電子顕微鏡において、分解能をよくするためには
、対物レンズの球面収差をできるだけ小さくする必要が
ある。そのためには、試料を対物レンズの磁場中におく
ことが不可欠であるが、従来、大きな試料を磁場中にお
くという発想はなかった。これは、対物レンズの球面収
差はレンズの磁極の孔径と間隔とに左右されるので、大
きな試料を入れようとして磁極間の間隔が広くなると、
収差が大きくなり、試料を対物レンズの磁場中に置く意
味がなくなるためである。従って、対物レンズ自身も大
きな試料を挿入し像観察をするのに適した構造にはなっ
ていなかった。
該対物レンズの磁場中に試料を設置して像観察を行なう
走査形電子顕微鏡において、前記対物レンズを構成する
磁路によって取り囲まれて形成され大形薄板状試料を収
容しその表面全域を前記対物レンズの磁極下に位置させ
ることのできる試料室と、該試料室に前記大形薄板状試
料を挿脱する試料交換室と、前記大形薄板状試料の前記
磁極下の位置を外部から移動させる手段とを有している
ことを特徴とするものであろう 走査形電子顕微鏡において、分解能をよくするためには
、対物レンズの球面収差をできるだけ小さくする必要が
ある。そのためには、試料を対物レンズの磁場中におく
ことが不可欠であるが、従来、大きな試料を磁場中にお
くという発想はなかった。これは、対物レンズの球面収
差はレンズの磁極の孔径と間隔とに左右されるので、大
きな試料を入れようとして磁極間の間隔が広くなると、
収差が大きくなり、試料を対物レンズの磁場中に置く意
味がなくなるためである。従って、対物レンズ自身も大
きな試料を挿入し像観察をするのに適した構造にはなっ
ていなかった。
一方、半導体技術の発展に伴ない、集積回路用の半導体
ウェハーは益々犬形化し、４インチから６インチにもな
ってきておシ、これらの半導体ウェハーの表面を走査形
電子顕微鏡を用いて像観察する必要があるが、大形であ
るため使用できる走査形電子顕微鏡は得られなかった。
ウェハーは益々犬形化し、４インチから６インチにもな
ってきておシ、これらの半導体ウェハーの表面を走査形
電子顕微鏡を用いて像観察する必要があるが、大形であ
るため使用できる走査形電子顕微鏡は得られなかった。
本発明はこのような状況のもとにおいて、半導体ウェハ
ーは平面的な大きさは太きいが、厚さが約１ｍ程度であ
る点と、対物レンズの磁極間隔は数１程度であれば収差
は大きくならない点に着目してなされたものである。
ーは平面的な大きさは太きいが、厚さが約１ｍ程度であ
る点と、対物レンズの磁極間隔は数１程度であれば収差
は大きくならない点に着目してなされたものである。
第１図及びＷＪ２図はそれぞれ一実施例の縦断面図及び
横断面図であり、１は上部磁極２、磁路３、下部磁極４
、励磁コイル５よシなる対物レンズ、６は主として磁路
３によって取囲まれて形成され、下部磁極２と下部磁極
４と間に挿入された半導体ウェハーのような大形薄板状
試料（以下試料と称する）７を収容し、その表面全域を
対物レンズ１の磁極下に位置させることのできる試料室
、８は試料７をベース９上にＸ、Ｙ方向に移動可能に保
持する試料支持台、１０は試料室６に隣接して設けられ
試料７の出し入れ用の蓋１１を有する試料交換室、３ａ
は試料室６を構成する磁路３の一部を溝成し、試料交換
時に、試料支持台８とともに試料交換室１０内に移動す
るブロックで、つまみ１２を有する操作軸１３に取シ付
けられている。
横断面図であり、１は上部磁極２、磁路３、下部磁極４
、励磁コイル５よシなる対物レンズ、６は主として磁路
３によって取囲まれて形成され、下部磁極２と下部磁極
４と間に挿入された半導体ウェハーのような大形薄板状
試料（以下試料と称する）７を収容し、その表面全域を
対物レンズ１の磁極下に位置させることのできる試料室
、８は試料７をベース９上にＸ、Ｙ方向に移動可能に保
持する試料支持台、１０は試料室６に隣接して設けられ
試料７の出し入れ用の蓋１１を有する試料交換室、３ａ
は試料室６を構成する磁路３の一部を溝成し、試料交換
時に、試料支持台８とともに試料交換室１０内に移動す
るブロックで、つまみ１２を有する操作軸１３に取シ付
けられている。
１４は操作軸１３内に挿嵌されその一端にベース９、他
端につまみ１５０回転によって試料支持台８のＹ方向の
移動を可能とするねじ１６を有する試料支持台Ｙ方向移
動操作軸、この試料支持台Ｙ方向移動操作軸１４は回転
止めどン１７によって操作軸１３に係合しておシ、操作
軸１３を出し入れする時に係合して移動する。試料支持
台Ｙ方向移動操作軸１４内には先端に試料支持台８に設
けられているランク１８に係合するビニオン１９を有し
、他端に設けられているつまみ２０によって試料７をＸ
方向に移動させる試料支持台Ｘ方向移動操作軸２１が設
けられている。２２，２３゜２４はＯリング、２５はベ
ース９とブロック３ａとを離間する方向に付勢するスプ
リングを示している。２６は一次電子線、２７は試料７
から出た二次電子線、２８ａ、２８ｂは偏向コイル、２
９は二次電子線２７の検出器を示している。
端につまみ１５０回転によって試料支持台８のＹ方向の
移動を可能とするねじ１６を有する試料支持台Ｙ方向移
動操作軸、この試料支持台Ｙ方向移動操作軸１４は回転
止めどン１７によって操作軸１３に係合しておシ、操作
軸１３を出し入れする時に係合して移動する。試料支持
台Ｙ方向移動操作軸１４内には先端に試料支持台８に設
けられているランク１８に係合するビニオン１９を有し
、他端に設けられているつまみ２０によって試料７をＸ
方向に移動させる試料支持台Ｘ方向移動操作軸２１が設
けられている。２２，２３゜２４はＯリング、２５はベ
ース９とブロック３ａとを離間する方向に付勢するスプ
リングを示している。２６は一次電子線、２７は試料７
から出た二次電子線、２８ａ、２８ｂは偏向コイル、２
９は二次電子線２７の検出器を示している。
この走査形電子顕微鏡で半導体ウェハーの観察を行なう
には、まず、つまみ１２を用いて試料支持合８を試料室
６から試料交換室１０ＶＣ移動させるうこの際、ブロッ
ク３ａは試料支持台Ｙ方向移動操作軸１４と共に試料交
換室１０内に移動する。
には、まず、つまみ１２を用いて試料支持合８を試料室
６から試料交換室１０ＶＣ移動させるうこの際、ブロッ
ク３ａは試料支持台Ｙ方向移動操作軸１４と共に試料交
換室１０内に移動する。
ついで試料交換室１０の蓋１１をあけて半導体ウェハー
を試料支持台８上に固定したのち、つまみ１２を用いて
試料支持台８を試料室６内に送入する。この操作によっ
て、ブロック３ａは元の位置に戻シ、磁路３となる。こ
の状態で装置内を真空にして一次電子線２６を発生させ
る。対物レンズ１を励磁コイル５で励磁すると、下部磁
極２と下部磁極３との間に磁場が発生し、−次電子線２
６は細く収束され試料７を照射する。ついで偏向コイル
２８ａ及び２８ｂを用いて試料７０表面を走査すると、
−次電子線２６により試料７０表面から二次電子線２７
が発生し、これを検出器２９で検出し、これを通常の走
査形電子顕微鏡と同様の方法で観察する。試料７の観察
する箇所は、つまみ２０及びつまみ１５を操作して、試
料支持台Ｙ方向移動操作軸１４及び試料支持台Ｘ方向移
動操作軸２１を前後させて装置外より行なうことができ
る３−１８たつまみ１２を回して試料を傾斜させること
もできろうなお、試料交換時に必要な真空操作等は通常
の電子顕＠鏡で用いられる技術を用いて実施される。
を試料支持台８上に固定したのち、つまみ１２を用いて
試料支持台８を試料室６内に送入する。この操作によっ
て、ブロック３ａは元の位置に戻シ、磁路３となる。こ
の状態で装置内を真空にして一次電子線２６を発生させ
る。対物レンズ１を励磁コイル５で励磁すると、下部磁
極２と下部磁極３との間に磁場が発生し、−次電子線２
６は細く収束され試料７を照射する。ついで偏向コイル
２８ａ及び２８ｂを用いて試料７０表面を走査すると、
−次電子線２６により試料７０表面から二次電子線２７
が発生し、これを検出器２９で検出し、これを通常の走
査形電子顕微鏡と同様の方法で観察する。試料７の観察
する箇所は、つまみ２０及びつまみ１５を操作して、試
料支持台Ｙ方向移動操作軸１４及び試料支持台Ｘ方向移
動操作軸２１を前後させて装置外より行なうことができ
る３−１８たつまみ１２を回して試料を傾斜させること
もできろうなお、試料交換時に必要な真空操作等は通常
の電子顕＠鏡で用いられる技術を用いて実施される。
この走査形電子顕微鏡は、試料の厚さがｌｒ＋＋＋以下
であるため、上部磁極２と下部磁衡４との間を３〜４闘
位にまで小さくすることは容易で、かつ磁極の孔径は試
料による制約がないので所望の大きさとすることができ
、球面収差を小さくすることができ、分解能の良い像を
得ることができる。
であるため、上部磁極２と下部磁衡４との間を３〜４闘
位にまで小さくすることは容易で、かつ磁極の孔径は試
料による制約がないので所望の大きさとすることができ
、球面収差を小さくすることができ、分解能の良い像を
得ることができる。
試料室６は対物レンズ１を構成する開口端に上部磁極２
と下部磁極４が位置し、その一部がブロック３ａによっ
て構成される磁路３によって取囲まれて形成され大形薄
板状試料を収容しその表面全域を対物レンズ１の磁極下
に位置させることができるようになっており、試料の平
面的な大きさは直径１０ｃＴｎ（４インチ）を越え、対
物レンズ磁極の外径をはるかに越えるものでも観察する
ことができる。
と下部磁極４が位置し、その一部がブロック３ａによっ
て構成される磁路３によって取囲まれて形成され大形薄
板状試料を収容しその表面全域を対物レンズ１の磁極下
に位置させることができるようになっており、試料の平
面的な大きさは直径１０ｃＴｎ（４インチ）を越え、対
物レンズ磁極の外径をはるかに越えるものでも観察する
ことができる。
そして、試料７を試料室６を構成する空間に持込めるよ
うに、磁路３の一部が可動になっており、試料交換時に
は大形薄板状試料の試料支持台とともに試料交換室に移
動可能になっている。すなわち、磁路３の一部を構成す
るブロック３ａが移動するため、試料室６に試料挿入孔
が形成される。
うに、磁路３の一部が可動になっており、試料交換時に
は大形薄板状試料の試料支持台とともに試料交換室に移
動可能になっている。すなわち、磁路３の一部を構成す
るブロック３ａが移動するため、試料室６に試料挿入孔
が形成される。
この試料挿入孔の縦方向の寸法は、試料が薄いためそれ
ほど大きくする必要はないが、横方向は大きくする必要
がある。そのため対物レンズ１の磁路３の性能をそこな
わないように、試料７が対物レンズ１内に設置されたと
き試料挿入口が塞がれるように、ブロック３ａを構成す
る物質に磁路３のブロック３ａ以外を形成する物質と同
一物質を用いている。従って、試料観察時におけるブロ
ック３ａによる影響は全く存在しない。
ほど大きくする必要はないが、横方向は大きくする必要
がある。そのため対物レンズ１の磁路３の性能をそこな
わないように、試料７が対物レンズ１内に設置されたと
き試料挿入口が塞がれるように、ブロック３ａを構成す
る物質に磁路３のブロック３ａ以外を形成する物質と同
一物質を用いている。従って、試料観察時におけるブロ
ック３ａによる影響は全く存在しない。
第３図は、他の実施例の試料室の縦断面図で、第１図及
び第２図と同一の部分にｑよ同一の符号が付しである。
び第２図と同一の部分にｑよ同一の符号が付しである。
この実施例が第１図及び第２図の実施例と異なる点は、
上部磁極２及び下部磁極４の先端部が先細りの形状に構
成され試料７を最大約６０°まで頑、斜できｂようにな
っており、励磁コイルが励磁コイル５ａ及び５ｂから構
成されている点である。
上部磁極２及び下部磁極４の先端部が先細りの形状に構
成され試料７を最大約６０°まで頑、斜できｂようにな
っており、励磁コイルが励磁コイル５ａ及び５ｂから構
成されている点である。
このように磁極の先端部を小さくしても、走査形電子顕
微鏡の加速電圧は３０ｋＶ程度であり、特に集積回路等
の観察では、電子線による損傷をさけるため加速電圧は
数ｋＶ以下の場合が多いので、磁気的に飽和する心配は
なく、充分小さな球面状差を得ることができる。
微鏡の加速電圧は３０ｋＶ程度であり、特に集積回路等
の観察では、電子線による損傷をさけるため加速電圧は
数ｋＶ以下の場合が多いので、磁気的に飽和する心配は
なく、充分小さな球面状差を得ることができる。
この走査形電子顕微鏡では、試料７を水平状態で、前述
の実施例と同様の操作によって試料交換室（第１図又は
第２図参照）から試料室６内に挿入される。試料７の試
料室６の挿入が終ると試料挿入孔はブロック３ａによっ
て塞がれる。このブロック３ａは前述の実施例と同様に
磁路３のブロック３ａ以外の部分を構成する物質と同一
物質で構成されているので、対物磁路の磁気的性能は劣
化しない。
の実施例と同様の操作によって試料交換室（第１図又は
第２図参照）から試料室６内に挿入される。試料７の試
料室６の挿入が終ると試料挿入孔はブロック３ａによっ
て塞がれる。このブロック３ａは前述の実施例と同様に
磁路３のブロック３ａ以外の部分を構成する物質と同一
物質で構成されているので、対物磁路の磁気的性能は劣
化しない。
なおブロック３ａは、これらの実施例のごとく、磁路３
のブロック３ａ以外の部分を構成する物質と同一物質で
溝成しなくても、磁路３のプロック３ａ以外の部分と磁
気的特性が略同等のものであれば用いることができ、同
等の効果を得ることができる。
のブロック３ａ以外の部分を構成する物質と同一物質で
溝成しなくても、磁路３のプロック３ａ以外の部分と磁
気的特性が略同等のものであれば用いることができ、同
等の効果を得ることができる。
これらの実施例の走査形電子顕微鏡を用いる場合には、
例えば、約４インチの半導体ウェハーの場合にも２０人
前後の分解能を得ることができ、これは従来を約１００
人種度の分解能しか得られなかったのに比べて著しく高
い分解能で大形薄板状試料の観察が可能となった。
例えば、約４インチの半導体ウェハーの場合にも２０人
前後の分解能を得ることができ、これは従来を約１００
人種度の分解能しか得られなかったのに比べて著しく高
い分解能で大形薄板状試料の観察が可能となった。
本発明は、半導体ウェハーのような厚さ方向は比較的薄
く、平面的には大きな広がりを持つ大形薄板状試料を高
分解能の状態で観察可能な走査形電子顕微鏡を提供可能
とするもので、産業上の効果の犬なるものである。
く、平面的には大きな広がりを持つ大形薄板状試料を高
分解能の状態で観察可能な走査形電子顕微鏡を提供可能
とするもので、産業上の効果の犬なるものである。
第１図及び第２図はそれぞれ、本発明の走査形電子顕微
鏡の一実施例の縦断面図及び横断面図、第３図は同じく
他の実施例の要部の縦断面図であるう １・・・対物レンズ、２・・・上部磁極、３・・・磁路
、３ａ・・・ブロック、４・・・下部磁極、５・・・励
磁コイル、６・・・試料室、７・・・大形薄板状試料、
８・・・試料支持台、９・・・ベース、１０・・・試料
交換室、１１・・・蓋、１２・・・つまみ、１３・・・
操作軸、１４・・・試料支持台Ｙ方向移動操作軸、１５
・・・つまみ、１６・・・ねじ、１７・・・回転止めピ
ン、１８・・・ラック、１９・・・ビニオン、２０・・
・つまみ、２１・・・試料支持台Ｘ方向移動操作軸。
鏡の一実施例の縦断面図及び横断面図、第３図は同じく
他の実施例の要部の縦断面図であるう １・・・対物レンズ、２・・・上部磁極、３・・・磁路
、３ａ・・・ブロック、４・・・下部磁極、５・・・励
磁コイル、６・・・試料室、７・・・大形薄板状試料、
８・・・試料支持台、９・・・ベース、１０・・・試料
交換室、１１・・・蓋、１２・・・つまみ、１３・・・
操作軸、１４・・・試料支持台Ｙ方向移動操作軸、１５
・・・つまみ、１６・・・ねじ、１７・・・回転止めピ
ン、１８・・・ラック、１９・・・ビニオン、２０・・
・つまみ、２１・・・試料支持台Ｘ方向移動操作軸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電子線を収束するための対物レンズを有し、該対物
レンズの磁場中に試料を設置して像観察を行なう走査形
電子顕微鏡において、前記対物レンズを構成する磁路に
よつて取囲まれて形成され大形薄板状試料を収容しその
表面全域を前記対物レンズの磁極下に位置させることの
できる試料室と、該試料室に対して前記大形薄板状試料
を挿脱する試料交換室と、前記大形薄板状試料の前記磁
極下の位置を外部から移動させる手段とを有しているこ
とを特徴とする走査形電子顕微鏡。 ２、前記試料交換室を構成する磁路の一部が可動になつ
ており、試料交換時には前記大形薄板状試料の試料支持
台とともに前記試料交換室内に移動する特許請求の範囲
第１項記載の走査形電子顕微鏡。 ３、前記磁極下の位置を外部から移動させる手段が前記
大形薄板状試料を前記磁極下で最大６０°まで傾斜させ
る手段を有するものである特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の走査形電子顕微鏡。 ４、前記大形薄板状試料が半導体ウエハーである特許請
求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の走査形電子
顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59186158A JPS6164055A (ja) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | 走査形電子顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59186158A JPS6164055A (ja) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | 走査形電子顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6164055A true JPS6164055A (ja) | 1986-04-02 |
Family
ID=16183394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59186158A Pending JPS6164055A (ja) | 1984-09-04 | 1984-09-04 | 走査形電子顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6164055A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62291849A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-18 | Hitachi Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| US5149967A (en) * | 1989-10-13 | 1992-09-22 | Hitachi, Ltd. | Charged-particle beam apparatus |
-
1984
- 1984-09-04 JP JP59186158A patent/JPS6164055A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62291849A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-18 | Hitachi Ltd | 走査電子顕微鏡 |
| US5149967A (en) * | 1989-10-13 | 1992-09-22 | Hitachi, Ltd. | Charged-particle beam apparatus |
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