JP2003022775A - 走査型粒子反射顕微鏡 - Google Patents
走査型粒子反射顕微鏡Info
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- 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
- H01J37/29—Reflection microscopes
- H01J37/292—Reflection microscopes using scanning ray
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/04—Means for controlling the discharge
- H01J2237/047—Changing particle velocity
- H01J2237/0475—Changing particle velocity decelerating
- H01J2237/04756—Changing particle velocity decelerating with electrostatic means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料へのダメージを低減し、鮮明な像を得る
ことができる走査型粒子反射顕微鏡を提供する。 【解決手段】 粒子の反射で試料の表面状態を観察する
走査型粒子反射顕微鏡は、１次粒子ビームを発生するビ
ーム源１と、１次粒子ビームを収束する少なくとも一つ
のレンズ系３と、レンズ系３のビーム源１側の焦点面に
位置し、試料６に向けて照射される１次粒子ビームを偏
向する偏向部４と、１次粒子ビームが試料６に到達する
前に、1次粒子ビームの少なくとも一部の粒子を反射す
る減速電界を発生する減速電界発生部７と、反射された
粒子の少なくとも一部を検出する検出部５とを備える。
ことができる走査型粒子反射顕微鏡を提供する。 【解決手段】 粒子の反射で試料の表面状態を観察する
走査型粒子反射顕微鏡は、１次粒子ビームを発生するビ
ーム源１と、１次粒子ビームを収束する少なくとも一つ
のレンズ系３と、レンズ系３のビーム源１側の焦点面に
位置し、試料６に向けて照射される１次粒子ビームを偏
向する偏向部４と、１次粒子ビームが試料６に到達する
前に、1次粒子ビームの少なくとも一部の粒子を反射す
る減速電界を発生する減速電界発生部７と、反射された
粒子の少なくとも一部を検出する検出部５とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型粒子顕微鏡
に関する。特に本発明は、放出した粒子の反射で試料の
表面状態を観察する走査型粒子反射顕微鏡に関する。
に関する。特に本発明は、放出した粒子の反射で試料の
表面状態を観察する走査型粒子反射顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体業界において、マスクやウ
ェハ等の広範囲でフラットな試料を検査する場合には、
高解像度の走査電子顕微鏡が用いられている。従来の走
査電子顕微鏡は、１次粒子ビームを発生するビーム源
と、１次粒子ビームを試料の表面に収束する少なくとも
一組のレンズ系と、１次粒子ビームを試料上で偏向する
偏向システムと、試料から飛び出してくる粒子を検出す
る検出部とを備える。
ェハ等の広範囲でフラットな試料を検査する場合には、
高解像度の走査電子顕微鏡が用いられている。従来の走
査電子顕微鏡は、１次粒子ビームを発生するビーム源
と、１次粒子ビームを試料の表面に収束する少なくとも
一組のレンズ系と、１次粒子ビームを試料上で偏向する
偏向システムと、試料から飛び出してくる粒子を検出す
る検出部とを備える。
【０００３】走査電子顕微鏡は、１次粒子ビームが衝突
することによる試料へのダメージや帯電を避けるため、
あるいは最小化するために、１次電子を１ｋｅＶ程度の
低電圧で動作させることが望ましい。
することによる試料へのダメージや帯電を避けるため、
あるいは最小化するために、１次電子を１ｋｅＶ程度の
低電圧で動作させることが望ましい。
【０００４】しかしながら、広く用いられているこの走
査電子顕微鏡にも、いくつかの欠点がある。つまり１次
電子のエネルギーが低いとはいえ、試料の表面は帯電
し、これが像を歪ませる原因となる。また、試料へのダ
メージを完全には防止することができない。さらに、残
留ガスからされる炭素の付着によって試料表面の凹凸が
変化し、その結果、試料の像が変化してしまうという欠
点もある。
査電子顕微鏡にも、いくつかの欠点がある。つまり１次
電子のエネルギーが低いとはいえ、試料の表面は帯電
し、これが像を歪ませる原因となる。また、試料へのダ
メージを完全には防止することができない。さらに、残
留ガスからされる炭素の付着によって試料表面の凹凸が
変化し、その結果、試料の像が変化してしまうという欠
点もある。
【０００５】表面分析技術においては、試料の表面の画
像を取得する更に別の手段も知られている。この手段に
おいては、反射された粒子を利用して試料表面の像を生
成する、いわゆる反射顕微鏡法が用いられる。反射顕微
鏡は、広範囲をカバーし、試料表面への平行なビーム照
射を行う高精度な顕微鏡と、照射ビームの経路及び反射
ビームの経路を分割するビームスプリッタと、拡大され
た試料表面の像を取り込む精度の高い顕微鏡と、試料の
像を記録するために平行に入射する試料像を検出する検
出部とを備える。
像を取得する更に別の手段も知られている。この手段に
おいては、反射された粒子を利用して試料表面の像を生
成する、いわゆる反射顕微鏡法が用いられる。反射顕微
鏡は、広範囲をカバーし、試料表面への平行なビーム照
射を行う高精度な顕微鏡と、照射ビームの経路及び反射
ビームの経路を分割するビームスプリッタと、拡大され
た試料表面の像を取り込む精度の高い顕微鏡と、試料の
像を記録するために平行に入射する試料像を検出する検
出部とを備える。
【０００６】この反射顕微鏡は、１次照射電子ビームの
電圧よりも幾分高い減速電圧を試料表面の広い範囲に印
可し、この試料に向けて平行な１次電子ビームの束を照
射する。そして、照射された１次電子ビームは、減速電
圧によって、試料に衝突することなく、試料の直前で反
射される。試料の表面が平滑であれば、１次電子ビーム
の平行ビーム束は、自身の入射方向にそのまま反射され
て、光学系に再度取り込まれる。ビームスプリッタを使
用すれば、反射されたビーム束は、反射されていない１
次電子ビーム束から分離され、所定の光学画像化システ
ムによって画像化される。
電圧よりも幾分高い減速電圧を試料表面の広い範囲に印
可し、この試料に向けて平行な１次電子ビームの束を照
射する。そして、照射された１次電子ビームは、減速電
圧によって、試料に衝突することなく、試料の直前で反
射される。試料の表面が平滑であれば、１次電子ビーム
の平行ビーム束は、自身の入射方向にそのまま反射され
て、光学系に再度取り込まれる。ビームスプリッタを使
用すれば、反射されたビーム束は、反射されていない１
次電子ビーム束から分離され、所定の光学画像化システ
ムによって画像化される。
【０００７】試料の表面が平滑でない場合、例えば、表
面に凹凸のある試料の場合、照射される１次電子ビーム
は、自身の入射方向に反射されない。つまり、試料の傾
斜した部分では、反射ポテンシャル面も同様に傾斜する
ので、試料に入射したビームは、試料の局部的な傾斜に
応じた角度で反射される。そして、光学系に接続された
画像化システムが、入射方向に向けて垂直に反射された
電子を通過させ、斜めに反射された電子を阻止するコン
トラスト絞りを有していれば、試料の表面に電子を衝突
させることなく、試料の画像を生成することができる。
従って、この反射顕微鏡法の原理によれば、試料に対す
るダメージ、帯電、及び汚染が完全に防止できる。
面に凹凸のある試料の場合、照射される１次電子ビーム
は、自身の入射方向に反射されない。つまり、試料の傾
斜した部分では、反射ポテンシャル面も同様に傾斜する
ので、試料に入射したビームは、試料の局部的な傾斜に
応じた角度で反射される。そして、光学系に接続された
画像化システムが、入射方向に向けて垂直に反射された
電子を通過させ、斜めに反射された電子を阻止するコン
トラスト絞りを有していれば、試料の表面に電子を衝突
させることなく、試料の画像を生成することができる。
従って、この反射顕微鏡法の原理によれば、試料に対す
るダメージ、帯電、及び汚染が完全に防止できる。
【０００８】しかしながら、この技術は、試料の表面形
状に従った形状をもつ反射面が、反射電子の検出強度に
コントラストを与えるという原理に基づいているので、
主に試料の凹凸を観察することにしか向いていない。ま
た、この反射顕微鏡は、構造が複雑であり、ランニング
コストが高額であるという問題がある。
状に従った形状をもつ反射面が、反射電子の検出強度に
コントラストを与えるという原理に基づいているので、
主に試料の凹凸を観察することにしか向いていない。ま
た、この反射顕微鏡は、構造が複雑であり、ランニング
コストが高額であるという問題がある。
【０００９】微小範囲を分析する走査電子顕微鏡法と信
号処理技術の発展により、反射顕微鏡法の進歩に新たな
弾みがついた。つまり、走査型と反射型との利点を組み
合わせることにより、走査電子反射顕微鏡という新たな
分析ツールが開発された。J.Witzani, E.M. Horl著 "Sc
anning Electron Mirror Microscopy" （Scanning,Vol.
4, ５３〜６１ページ、１９８１年）には、走査電子反
射顕微鏡の動作原理、装置設計、及び応用例に関する検
討が開示されている。さらに、ＵＳ―Ａ―３７１４ ４
２５には、反射タイプの電子顕微鏡が開示されている。
しかしながら、これらの技術を実用化する場合には、特
に画質の向上が課題であった。
号処理技術の発展により、反射顕微鏡法の進歩に新たな
弾みがついた。つまり、走査型と反射型との利点を組み
合わせることにより、走査電子反射顕微鏡という新たな
分析ツールが開発された。J.Witzani, E.M. Horl著 "Sc
anning Electron Mirror Microscopy" （Scanning,Vol.
4, ５３〜６１ページ、１９８１年）には、走査電子反
射顕微鏡の動作原理、装置設計、及び応用例に関する検
討が開示されている。さらに、ＵＳ―Ａ―３７１４ ４
２５には、反射タイプの電子顕微鏡が開示されている。
しかしながら、これらの技術を実用化する場合には、特
に画質の向上が課題であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の課題を解決することのできる走査型粒子反射顕微鏡
を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範
囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成
される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規
定する。
記の課題を解決することのできる走査型粒子反射顕微鏡
を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範
囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成
される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規
定する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第１の形
態によれば、放出した粒子の反射で試料の表面状態を観
察する走査型粒子反射顕微鏡は、１次粒子ビームを発生
するビーム源と、１次粒子ビームを収束する少なくとも
一つのレンズ系と、レンズ系のビーム源側の焦点面に位
置し、試料上の１次粒子ビームを偏向する偏向部と、１
次粒子ビームが試料に到達する前に、当該ビームの少な
くとも一部の粒子を反射する減速電界を発生する減速電
界発生部と、反射された粒子の少なくとも一部を検出す
る検出部とを備える。
態によれば、放出した粒子の反射で試料の表面状態を観
察する走査型粒子反射顕微鏡は、１次粒子ビームを発生
するビーム源と、１次粒子ビームを収束する少なくとも
一つのレンズ系と、レンズ系のビーム源側の焦点面に位
置し、試料上の１次粒子ビームを偏向する偏向部と、１
次粒子ビームが試料に到達する前に、当該ビームの少な
くとも一部の粒子を反射する減速電界を発生する減速電
界発生部と、反射された粒子の少なくとも一部を検出す
る検出部とを備える。
【００１２】レンズ系は、液浸レンズであってもよい
し、電磁液浸レンズであってもよい。
し、電磁液浸レンズであってもよい。
【００１３】偏向部は、静電偏向システムであってもよ
い。検出部は、１次粒子ビームの進行方向におけるレン
ズ系の手前又は内側に位置してもよい。
い。検出部は、１次粒子ビームの進行方向におけるレン
ズ系の手前又は内側に位置してもよい。
【００１４】減速電界発生部は、試料の少なくとも一部
に減速電圧を印可することによって、減速電界を発生し
てもよい。減速電圧の絶対値は、１次粒子ビームの電圧
の絶対値よりも高くてもよい。
に減速電圧を印可することによって、減速電界を発生し
てもよい。減速電圧の絶対値は、１次粒子ビームの電圧
の絶対値よりも高くてもよい。
【００１５】また、反射された粒子の一部を選択するコ
ントラスト絞りを更に備えてもよい。コントラスト絞り
は、反射された粒子の一部を１次粒子ビームの光軸から
の距離に基づいて選択してもよい。コントラスト絞り
は、検出部の少なくとも一部の機能を補助する変換電極
として、さらに機能してもよい。
ントラスト絞りを更に備えてもよい。コントラスト絞り
は、反射された粒子の一部を１次粒子ビームの光軸から
の距離に基づいて選択してもよい。コントラスト絞り
は、検出部の少なくとも一部の機能を補助する変換電極
として、さらに機能してもよい。
【００１６】減速電界がレンズ系を通過した1次粒子ビ
ームの全体を反射する反射モードと、レンズ系を通過し
た1次粒子ビームの全体が試料に到達する２次電子モー
ドと、レンズ系を通過した1次粒子ビームの少なくとも
一部が減速電界によって反射され、レンズ系を通過した
1次粒子ビームの少なくとも一部が試料に到達する混合
モードとを選択して動作してもよい。
ームの全体を反射する反射モードと、レンズ系を通過し
た1次粒子ビームの全体が試料に到達する２次電子モー
ドと、レンズ系を通過した1次粒子ビームの少なくとも
一部が減速電界によって反射され、レンズ系を通過した
1次粒子ビームの少なくとも一部が試料に到達する混合
モードとを選択して動作してもよい。
【００１７】また、試料の第１の部分に第１の絶対値で
減速電界を印可し、試料の第２の部分に第１の絶対値よ
りも低い第２の絶対値で減速電界を印可してもよい。
減速電界を印可し、試料の第２の部分に第１の絶対値よ
りも低い第２の絶対値で減速電界を印可してもよい。
【００１８】また、１次粒子ビームが試料に到達した場
合に試料から飛び出す２次電子の少なくとも一部を検出
する２次電子検出部を更に備え、２次電子検出部が検出
する２次電子の量に基づいて減速電界の強度を調節して
もよい。
合に試料から飛び出す２次電子の少なくとも一部を検出
する２次電子検出部を更に備え、２次電子検出部が検出
する２次電子の量に基づいて減速電界の強度を調節して
もよい。
【００１９】また、１次粒子ビームが試料に到達した場
合に試料から飛び出す２次電子の少なくとも一部を検出
する２次電子検出部を更に備え、２次電子検出部が検出
する２次電子の量に基づいてビーム源の出力を調節して
もよい。
合に試料から飛び出す２次電子の少なくとも一部を検出
する２次電子検出部を更に備え、２次電子検出部が検出
する２次電子の量に基づいてビーム源の出力を調節して
もよい。
【００２０】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。
【００２２】図１は、本発明の一実施形態に係る走査型
粒子反射顕微鏡の一例を示す。走査型粒子反射顕微鏡
は、１次粒子ビーム２を発生するビーム源１と、１次粒
子ビーム２を収束する少なくとも一つのレンズ系３と、
レンズ系３のビーム源１側の焦点面に位置し、試料６上
の１次粒子ビーム２を偏向する偏向部４と、１次粒子ビ
ーム２が試料６に到達する前に、１次粒子ビーム２の少
なくとも一部の粒子を反射する減速電界を発生する減速
電界発生部７と、反射された粒子の少なくとも一部を検
出する検出部５とを備える。減速電界発生部７は、試料
６の少なくとも一部に減速電圧Ｕ０＋ΔＵ０を印可す
る。この減速電圧の絶対値は、１次粒子ビーム２の電圧
Ｕ０の絶対値よりも高く調整されるので、この電圧が印
可された部分に照射された１次粒子ビーム２は、試料６
に到達する前に反射される。そして、反射されたビーム
の少なくとも一部は、検出部５に到達する。
粒子反射顕微鏡の一例を示す。走査型粒子反射顕微鏡
は、１次粒子ビーム２を発生するビーム源１と、１次粒
子ビーム２を収束する少なくとも一つのレンズ系３と、
レンズ系３のビーム源１側の焦点面に位置し、試料６上
の１次粒子ビーム２を偏向する偏向部４と、１次粒子ビ
ーム２が試料６に到達する前に、１次粒子ビーム２の少
なくとも一部の粒子を反射する減速電界を発生する減速
電界発生部７と、反射された粒子の少なくとも一部を検
出する検出部５とを備える。減速電界発生部７は、試料
６の少なくとも一部に減速電圧Ｕ０＋ΔＵ０を印可す
る。この減速電圧の絶対値は、１次粒子ビーム２の電圧
Ｕ０の絶対値よりも高く調整されるので、この電圧が印
可された部分に照射された１次粒子ビーム２は、試料６
に到達する前に反射される。そして、反射されたビーム
の少なくとも一部は、検出部５に到達する。
【００２３】電子ビームシステムにおいては、ビーム源
１として、電界放出型又は熱放出型の電子源が用いられ
る。レンズ系３は、１次粒子ビーム２を試料６付近にお
いて収束させる。減速電界発生部７は、通常、電圧供給
手段として形成される。その他の部材、例えば、アライ
メント偏向器、スティグメータ等は、簡単のために省略
する。さらに、他の実施例として、別のレンズを複数追
加することによって、他の機能を実現してもよい。
１として、電界放出型又は熱放出型の電子源が用いられ
る。レンズ系３は、１次粒子ビーム２を試料６付近にお
いて収束させる。減速電界発生部７は、通常、電圧供給
手段として形成される。その他の部材、例えば、アライ
メント偏向器、スティグメータ等は、簡単のために省略
する。さらに、他の実施例として、別のレンズを複数追
加することによって、他の機能を実現してもよい。
【００２４】レンズ系３は、例えば、磁場レンズ（一般
的な磁場レンズ又は試料の前面又は裏面に配置された単
極レンズ）、静電レンズ、又はこれらの組み合わせであ
る電磁レンズである。１次粒子ビーム２の照射方向に向
かって、レンズ系３を通過した後であって試料６の手前
には、減速電界が生成されているので、１次粒子ビーム
２は試料６に到達する直前で反射される。図中、反射平
面８は、点線で描かれている。
的な磁場レンズ又は試料の前面又は裏面に配置された単
極レンズ）、静電レンズ、又はこれらの組み合わせであ
る電磁レンズである。１次粒子ビーム２の照射方向に向
かって、レンズ系３を通過した後であって試料６の手前
には、減速電界が生成されているので、１次粒子ビーム
２は試料６に到達する直前で反射される。図中、反射平
面８は、点線で描かれている。
【００２５】アパーチャ９は、１次粒子ビーム２のビー
ム経路において、１次粒子ビーム２のビーム束の大きさ
を決定する。
ム経路において、１次粒子ビーム２のビーム束の大きさ
を決定する。
【００２６】図１は、試料６の表面が平坦な場合を示し
ており、１次粒子ビーム２は反射平面８によって自身に
向けて反射される。反射された粒子を検出するには、例
えば、１次粒子ビーム２を通過させ、反射平面８で反射
された粒子を検出部５に向けて反射するビームスプリッ
タ１０を用いてもよい。
ており、１次粒子ビーム２は反射平面８によって自身に
向けて反射される。反射された粒子を検出するには、例
えば、１次粒子ビーム２を通過させ、反射平面８で反射
された粒子を検出部５に向けて反射するビームスプリッ
タ１０を用いてもよい。
【００２７】偏向部４の目的は、図２に図示したよう
に、１次粒子ビーム２を試料６上で偏向させることであ
る。
に、１次粒子ビーム２を試料６上で偏向させることであ
る。
【００２８】試料上のあらゆる場所を同様に観察するた
めには、当該顕微鏡は、ビーム走査時において、１次粒
子ビーム２を、あらゆる場所において、試料に対して垂
直にそろえる必要がある。これは、図２のように、偏向
部４をレンズ系３のビーム源１側の焦点面３ａ（以下、
前焦点面３ａ）に配置することによって実現できる。図
２において、偏向された１次粒子ビーム２は、２ａで示
されており、試料６に対して垂直にそろえられる。すな
わち、試料６に垂直に照射される。そして、反射平面８
で反射された粒子は、再び１次粒子ビーム２の経路を通
ってビームスプリッタ１０に到達し、そこで検出部５に
向けて反射される。
めには、当該顕微鏡は、ビーム走査時において、１次粒
子ビーム２を、あらゆる場所において、試料に対して垂
直にそろえる必要がある。これは、図２のように、偏向
部４をレンズ系３のビーム源１側の焦点面３ａ（以下、
前焦点面３ａ）に配置することによって実現できる。図
２において、偏向された１次粒子ビーム２は、２ａで示
されており、試料６に対して垂直にそろえられる。すな
わち、試料６に垂直に照射される。そして、反射平面８
で反射された粒子は、再び１次粒子ビーム２の経路を通
ってビームスプリッタ１０に到達し、そこで検出部５に
向けて反射される。
【００２９】本実施例においては、偏向部４をレンズ系
３の前焦点面３ａに光軸１１方向において精度よく配置
することが課題となる。１段偏向システムにおいて、こ
の課題を解決するためには、図３に示すように、偏向器
を２組の平行な偏向器に分割し、一方を前焦点面３ａ手
前に、他方を後方に配置することが有利である。この手
段によれば、２組の部分偏向器を適切に制御することに
より、前焦点面３ａにおいて精度よくビームを偏向する
走査偏向システムを提供することができる。
３の前焦点面３ａに光軸１１方向において精度よく配置
することが課題となる。１段偏向システムにおいて、こ
の課題を解決するためには、図３に示すように、偏向器
を２組の平行な偏向器に分割し、一方を前焦点面３ａ手
前に、他方を後方に配置することが有利である。この手
段によれば、２組の部分偏向器を適切に制御することに
より、前焦点面３ａにおいて精度よくビームを偏向する
走査偏向システムを提供することができる。
【００３０】反射粒子は、基本的に２通りに区別され
る。つまり、試料に対して垂直に反射された粒子と、斜
めに反射された粒子である。試料の表面が平面的である
場合、すなわち、試料表面が走査型粒子反射顕微鏡の光
軸１１に対して垂直な向きに調整されている場合、反射
された粒子は試料の表面に対して垂直に反射される。一
方、図４に示すように、試料の表面に傾いた部分がある
場合、試料６に対して斜めに反射される粒子１２が生成
される。したがって、検出部５が、試料に対して垂直に
反射される粒子又は斜めに反射される粒子を検出すれ
ば、試料表面に関するデータが得られる。
る。つまり、試料に対して垂直に反射された粒子と、斜
めに反射された粒子である。試料の表面が平面的である
場合、すなわち、試料表面が走査型粒子反射顕微鏡の光
軸１１に対して垂直な向きに調整されている場合、反射
された粒子は試料の表面に対して垂直に反射される。一
方、図４に示すように、試料の表面に傾いた部分がある
場合、試料６に対して斜めに反射される粒子１２が生成
される。したがって、検出部５が、試料に対して垂直に
反射される粒子又は斜めに反射される粒子を検出すれ
ば、試料表面に関するデータが得られる。
【００３１】図４及び図５に示した他の実施例によれ
ば、走査型粒子反射顕微鏡は、試料６に対して斜めに反
射された粒子を排除し、垂直に反射された粒子１３（図
５）を通過させるコントラスト絞り１４を備えてもよ
い。そして、コントラスト絞り１４を通過した粒子１３
は、検出部５に到達する。言い換えれば、コントラスト
絞り１４は、反射された粒子の一部を、１次粒子ビーム
２の光軸からの距離に基づいて選択する。
ば、走査型粒子反射顕微鏡は、試料６に対して斜めに反
射された粒子を排除し、垂直に反射された粒子１３（図
５）を通過させるコントラスト絞り１４を備えてもよ
い。そして、コントラスト絞り１４を通過した粒子１３
は、検出部５に到達する。言い換えれば、コントラスト
絞り１４は、反射された粒子の一部を、１次粒子ビーム
２の光軸からの距離に基づいて選択する。
【００３２】図５に示した例によれば、検出部５は、１
次粒子ビーム２の進行方向に対してアパーチャ絞り９の
手前に設けられている。この場合、アパーチャ絞り９と
コントラスト絞り１４とは、一体に設けられる。一方、
図４に示す実施例によれば、検出部５は、アパーチャ絞
り９とコントラスト絞り１４との間に設けられている。
次粒子ビーム２の進行方向に対してアパーチャ絞り９の
手前に設けられている。この場合、アパーチャ絞り９と
コントラスト絞り１４とは、一体に設けられる。一方、
図４に示す実施例によれば、検出部５は、アパーチャ絞
り９とコントラスト絞り１４との間に設けられている。
【００３３】図６は、走査型粒子反射顕微鏡の他の例を
示す。本例によれば、コントラスト絞り１４を検出部５
として構成することにより、ビームスプリッタ１０を省
略することができる。本例において、検出部５で検出さ
れるのは、前例の様に、試料に対して垂直に反射された
粒子ではなく、斜めに反射された粒子１２である。
示す。本例によれば、コントラスト絞り１４を検出部５
として構成することにより、ビームスプリッタ１０を省
略することができる。本例において、検出部５で検出さ
れるのは、前例の様に、試料に対して垂直に反射された
粒子ではなく、斜めに反射された粒子１２である。
【００３４】図７は、走査型粒子反射顕微鏡の他の例を
示す。本例によれば、コントラスト絞り１４は、変換電
極として機能する。つまり、試料６に対して斜めに反射
された粒子１２が衝突することによって、コントラスト
絞り１４は、２次電子（矢印１５）を放出し、放出され
た２次電子は、検出部５に到達する。
示す。本例によれば、コントラスト絞り１４は、変換電
極として機能する。つまり、試料６に対して斜めに反射
された粒子１２が衝突することによって、コントラスト
絞り１４は、２次電子（矢印１５）を放出し、放出され
た２次電子は、検出部５に到達する。
【００３５】本実施形態においては、静電走査偏向系を
利用することが特に有効である。つまり、静電走査偏向
系は、粒子の進行方向に依存せずにビームを偏向するの
で、試料６の総ての範囲において（ビームの入射角が直
角で、且つ反射平面８が平坦である場合において）、且
つラスター偏向系の前方だけでなく後方においても１次
粒子ビーム２と反射粒子の軌道が一致する。しかも、こ
の作用はあらゆる偏向角度において当てはまる。従っ
て、光軸に沿ったビームと光軸から逸れたビームとでは
実用上の違いがない。
利用することが特に有効である。つまり、静電走査偏向
系は、粒子の進行方向に依存せずにビームを偏向するの
で、試料６の総ての範囲において（ビームの入射角が直
角で、且つ反射平面８が平坦である場合において）、且
つラスター偏向系の前方だけでなく後方においても１次
粒子ビーム２と反射粒子の軌道が一致する。しかも、こ
の作用はあらゆる偏向角度において当てはまる。従っ
て、光軸に沿ったビームと光軸から逸れたビームとでは
実用上の違いがない。
【００３６】走査型粒子反射顕微鏡は、１次粒子ビーム
２が試料６に到達した場合に試料６から飛び出す２次電
子の少なくとも一部を検出する２次電子検出部を更に備
え、２次電子検出部が検出する２次電子の量に基づいて
減速電界の強度を調節してもよい。また、２次電子検出
部が検出する２次電子の量に基づいてビーム源の出力を
調節してもよい。なお、２次電子検出部の機能は、図６
及び図７において例示した検出部５の構成によって実現
することができる。
２が試料６に到達した場合に試料６から飛び出す２次電
子の少なくとも一部を検出する２次電子検出部を更に備
え、２次電子検出部が検出する２次電子の量に基づいて
減速電界の強度を調節してもよい。また、２次電子検出
部が検出する２次電子の量に基づいてビーム源の出力を
調節してもよい。なお、２次電子検出部の機能は、図６
及び図７において例示した検出部５の構成によって実現
することができる。
【００３７】走査型粒子反射顕微鏡は、試料６の第１の
部分に第１の絶対値で減速電圧を印可し、試料６の第２
の部分に第１の絶対値よりも低い第２の絶対値で減速電
圧を印可してもよい。つまり、試料６は、その一部だけ
に１次粒子ビーム２を反射する減速電圧が印可されてい
てもよい。１次粒子ビーム２は、試料６で十分な減速電
圧が印可されていない部分において試料６に衝突し、そ
こで２次電子を放出する。そして、放出された２次電子
は、検出部５によって検出される。
部分に第１の絶対値で減速電圧を印可し、試料６の第２
の部分に第１の絶対値よりも低い第２の絶対値で減速電
圧を印可してもよい。つまり、試料６は、その一部だけ
に１次粒子ビーム２を反射する減速電圧が印可されてい
てもよい。１次粒子ビーム２は、試料６で十分な減速電
圧が印可されていない部分において試料６に衝突し、そ
こで２次電子を放出する。そして、放出された２次電子
は、検出部５によって検出される。
【００３８】つまり、走査型粒子反射顕微鏡は、減速電
界８がレンズ系３を通過した1次粒子ビーム２の全体を
反射する反射モードと、レンズ系３を通過した1次粒子
ビーム２の全体が試料６に到達する２次電子モードと、
レンズ系３を通過した1次粒子ビーム２の少なくとも一
部が減速電界８によって反射され、レンズ系３を通過し
た1次粒子ビーム２の少なくとも一部が試料６に到達す
る混合モードとを選択して動作してもよい。
界８がレンズ系３を通過した1次粒子ビーム２の全体を
反射する反射モードと、レンズ系３を通過した1次粒子
ビーム２の全体が試料６に到達する２次電子モードと、
レンズ系３を通過した1次粒子ビーム２の少なくとも一
部が減速電界８によって反射され、レンズ系３を通過し
た1次粒子ビーム２の少なくとも一部が試料６に到達す
る混合モードとを選択して動作してもよい。
【００３９】混合モードを実現するには、先ず、試料を
照射することによって試料の特定部位を帯電させる。帯
電によって発生した減速電圧は、時間の経過と共に試料
全体に広がるので、当初は十分に帯電された部分の減速
電圧もいずれは不十分となる。したがって、当初は減速
電界で反射されていた１次粒子ビームも、いずれは試料
に到達して２次電子を発生する。走査型粒子反射顕微鏡
は、紫外線、電子、又は他の粒子によって試料を帯電さ
せることもできる。
照射することによって試料の特定部位を帯電させる。帯
電によって発生した減速電圧は、時間の経過と共に試料
全体に広がるので、当初は十分に帯電された部分の減速
電圧もいずれは不十分となる。したがって、当初は減速
電界で反射されていた１次粒子ビームも、いずれは試料
に到達して２次電子を発生する。走査型粒子反射顕微鏡
は、紫外線、電子、又は他の粒子によって試料を帯電さ
せることもできる。
【００４０】この混合動作によって、検出部は、反射さ
れた粒子だけでなく、例えば２次電子など、試料の表面
で発生する粒子も検出することができる。この混合動作
によれば、試料の表面特性に関する情報、例えば材料や
導電性などに関する追加データも一定の環境のもとで入
手することができる。
れた粒子だけでなく、例えば２次電子など、試料の表面
で発生する粒子も検出することができる。この混合動作
によれば、試料の表面特性に関する情報、例えば材料や
導電性などに関する追加データも一定の環境のもとで入
手することができる。
【００４１】また、混合モードの別の原理として、収束
された１次粒子ビームがアパーチャ角を有することに基
づいてもよい。つまり、１次粒子ビームの粒子の、試料
表面と垂直な方向のエネルギーは、光軸１１からの距離
が大きくなるにつれて小さくなるという原理である。
された１次粒子ビームがアパーチャ角を有することに基
づいてもよい。つまり、１次粒子ビームの粒子の、試料
表面と垂直な方向のエネルギーは、光軸１１からの距離
が大きくなるにつれて小さくなるという原理である。
【００４２】図８において、１次粒子ビームは、光軸に
対して所定の傾き角度で入射して試料６の手前で反射さ
れる１次粒子２１と、１次粒子２１よりも小さな傾き角
度で入射する１次粒子２０とを含む。１次粒子２０は、
光軸１１との距離が１次粒子２１よりも近いので、軸方
向のエネルギーが１次粒子２１よりも大きい。その結
果、１次電子２０は、試料６に対して１次粒子２１より
も近くまで接近した後に反射される。
対して所定の傾き角度で入射して試料６の手前で反射さ
れる１次粒子２１と、１次粒子２１よりも小さな傾き角
度で入射する１次粒子２０とを含む。１次粒子２０は、
光軸１１との距離が１次粒子２１よりも近いので、軸方
向のエネルギーが１次粒子２１よりも大きい。その結
果、１次電子２０は、試料６に対して１次粒子２１より
も近くまで接近した後に反射される。
【００４３】従って、図９に示したように、本実施形態
に係る走査型粒子反射顕微鏡は、試料６上の減速電界を
調節することによって、光軸１１に対して所定以上の角
度で試料に入射する１次電子２１を反射し、所定以内の
角度で試料に入射する１次電子２３を試料６に到達させ
ることができる。そして、試料６に到達した１次電子２
３は、試料６の表面において２次電子２４を放出させ
る。このような走査型粒子反射顕微鏡によれば、試料６
全体に渡って、試料６表面の凹凸と材料特性とを同時に
分析することができる。また、２次電子検出部が２次電
子を検出するかしないかのぎりぎりを狙って減速電界の
強度又はビーム源の出力を調節することによって、可能
な限り試料の近くで電子ビームを反射して、鮮明な像を
得ることができる。
に係る走査型粒子反射顕微鏡は、試料６上の減速電界を
調節することによって、光軸１１に対して所定以上の角
度で試料に入射する１次電子２１を反射し、所定以内の
角度で試料に入射する１次電子２３を試料６に到達させ
ることができる。そして、試料６に到達した１次電子２
３は、試料６の表面において２次電子２４を放出させ
る。このような走査型粒子反射顕微鏡によれば、試料６
全体に渡って、試料６表面の凹凸と材料特性とを同時に
分析することができる。また、２次電子検出部が２次電
子を検出するかしないかのぎりぎりを狙って減速電界の
強度又はビーム源の出力を調節することによって、可能
な限り試料の近くで電子ビームを反射して、鮮明な像を
得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、試料へのダメージを低減し、鮮明な像を得るこ
とができる走査型粒子反射顕微鏡を提供する。
よれば、試料へのダメージを低減し、鮮明な像を得るこ
とができる走査型粒子反射顕微鏡を提供する。
【図１】 本発明の１実施形態に係る走査型粒子反射顕
微鏡の第１の例を示す図である。
微鏡の第１の例を示す図である。
【図２】 走査型粒子反射顕微鏡の第１の例における、
偏向動作を示す図である。
偏向動作を示す図である。
【図３】 偏向部の例を示す図である。
【図４】 走査型粒子反射顕微鏡の第２の例を示す。
【図５】 走査型粒子反射顕微鏡の第３の例を示す。
【図６】 走査型粒子反射顕微鏡の第４の例を示す。
【図７】 走査型粒子反射顕微鏡の第５の例を示す。
【図８】 試料の近傍において、１次電子が反射された
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図９】 試料の近傍において、１次電子の一部が反射
された状態を示す図である。
された状態を示す図である。
１ ビーム源
２ １次粒子ビーム
３ レンズ系
４ 偏向部
５ 検出部
６ 試料
７ 減速電界発生部
８ 反射平面
９ アパーチャ絞り
１０ ビームスプリッタ
１１ 光軸
１２、１３ 粒子
１４ コントラスト絞り
１５ ２次電子
２０、２１ 1次粒子
Claims (14)
- 【請求項１】 粒子の反射で試料の表面状態を観察する
走査型粒子反射顕微鏡であって、 １次粒子ビームを発生するビーム源と、 前記１次粒子ビームを収束する少なくとも一つのレンズ
系と、 前記レンズ系の前記ビーム源側の焦点面に位置し、前記
試料に向けて照射される前記１次粒子ビームを偏向する
偏向部と、 前記１次粒子ビームが前記試料に到達する前に、当該ビ
ームの少なくとも一部の粒子を反射する減速電界を発生
する減速電界発生部と、 前記反射された前記粒子の少なくとも一部を検出する検
出部とを備えることを特徴とする走査型粒子反射顕微
鏡。 - 【請求項２】 前記レンズ系は、液浸レンズであること
を特徴とする請求項１に記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項３】 前記レンズ系は、電磁液浸レンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の走査型粒子反射顕微
鏡。 - 【請求項４】 前記偏向部は、静電偏向システムである
ことを特徴とする請求項１に記載の走査型粒子反射顕微
鏡。 - 【請求項５】 前記検出部は、前記１次粒子ビームの進
行方向における前記レンズ系の手前又は内側に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の走査型粒子反射顕微
鏡。 - 【請求項６】 前記減速電界発生部は、前記試料の少な
くとも一部に減速電圧を印可することによって、前記減
速電界を発生することを特徴とする請求項１に記載の走
査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項７】 前記減速電圧の絶対値は、前記１次粒子
ビームの電圧の絶対値よりも高いことを特徴とする請求
項６に記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項８】 前記反射された前記粒子の一部を選択す
るコントラスト絞りを更に備えることを特徴とする請求
項１に記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項９】 前記反射された前記粒子の一部を前記１
次粒子ビームの光軸からの距離に基づいて選択するコン
トラスト絞りを更に備えることを特徴とする請求項１に
記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項１０】 前記反射された前記粒子の一部を選択
するコントラスト絞りを更に備え、前記コンタクト絞り
は、前記検出部の少なくとも一部の機能を補助する変換
電極としても機能することを特徴とする請求項１に記載
の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項１１】 前記減速電界が前記レンズ系を通過し
た前記1次粒子ビームの全体を反射する反射モードと、 前記レンズ系を通過した前記1次粒子ビームの全体が前
記試料に到達する２次電子モードと、 前記レンズ系を通過した前記1次粒子ビームの少なくと
も一部が前記減速電界によって反射され、前記レンズ系
を通過した前記1次粒子ビームの少なくとも一部が前記
試料に到達する混合モードとを選択して動作することを
特徴とする請求項１に記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項１２】 前記試料の第１の部分に第１の絶対値
で前記減速電界を印可し、前記試料の第２の部分に前記
第１の絶対値よりも低い第２の絶対値で前記減速電界を
印可することを特徴とする請求項１に記載の走査型粒子
反射顕微鏡。 - 【請求項１３】 前記１次粒子ビームが前記試料に到達
した場合に前記試料から飛び出す２次電子の少なくとも
一部を検出する２次電子検出部を更に備え、 前記２次電子検出部が検出する２次電子の量に基づいて
前記減速電界の強度を調節することを特徴とする請求項
１に記載の走査型粒子反射顕微鏡。 - 【請求項１４】 前記１次粒子ビームが前記試料に到達
した場合に前記試料から飛び出す２次電子の少なくとも
一部を検出する２次電子検出部を更に備え、 前記２次電子検出部が検出する２次電子の量に基づいて
前記ビーム源の出力を調節することを特徴とする請求項
１に記載の走査型粒子反射顕微鏡。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP01109943.9 | 2001-04-24 | ||
| EP01109943A EP1255278B1 (en) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | Scanning particle mirror microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003022775A true JP2003022775A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=8177217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002121701A Pending JP2003022775A (ja) | 2001-04-24 | 2002-04-24 | 走査型粒子反射顕微鏡 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030020016A1 (ja) |
| EP (1) | EP1255278B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003022775A (ja) |
| DE (1) | DE60111496T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004100206A1 (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-18 | Ebara Corporation | 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2005038853A (ja) * | 2003-07-14 | 2005-02-10 | Fei Co | 二重ビーム装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7138629B2 (en) | 2003-04-22 | 2006-11-21 | Ebara Corporation | Testing apparatus using charged particles and device manufacturing method using the testing apparatus |
| CN101630623B (zh) * | 2003-05-09 | 2012-02-22 | 株式会社荏原制作所 | 基于带电粒子束的检查装置及采用了该检查装置的器件制造方法 |
| JP4316394B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2009-08-19 | 株式会社東芝 | 荷電ビーム装置 |
| EP2088614B1 (en) * | 2008-02-08 | 2010-12-15 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Beam current calibration system |
| JP5702552B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2015-04-15 | エフ イー アイ カンパニＦｅｉ Ｃｏｍｐａｎｙ | デュアルビームシステムの制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL7100609A (ja) * | 1970-02-07 | 1971-08-10 |
-
2001
- 2001-04-24 EP EP01109943A patent/EP1255278B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-04-24 DE DE60111496T patent/DE60111496T2/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-04-22 US US10/127,238 patent/US20030020016A1/en not_active Abandoned
- 2002-04-24 JP JP2002121701A patent/JP2003022775A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004100206A1 (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-18 | Ebara Corporation | 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法 |
| JP2005038853A (ja) * | 2003-07-14 | 2005-02-10 | Fei Co | 二重ビーム装置 |
| JP2011210740A (ja) * | 2003-07-14 | 2011-10-20 | Fei Co | 二重ビーム装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1255278A1 (en) | 2002-11-06 |
| DE60111496D1 (de) | 2005-07-21 |
| US20030020016A1 (en) | 2003-01-30 |
| DE60111496T2 (de) | 2005-12-15 |
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