JP2008016454A - レンズ内の分割された検出器で側面像や平面像を集めるための電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低照射エネルギーＳＥＭで高分解能を得ることと側面像を得ることとの矛盾を解決する。
【解決手段】ＳＥＭの側面像と平面像を収集するための電子ビーム装置において、電子ビーム装置は、電子源、必要ならば中間レンズ、対物レンズ、およびレンズ内分割検出器を備える。電子源は電子ビームを供給する。中間レンズは電子ビームの焦点を更に絞る。対物レンズは浸漬磁気レンズと遅延静電気レンズとの組み合わせで、電子ビームの焦点を試料表面に合わせる。レンズ内検出器は、２つ以上の部分に分割されて、異なる方位角度と極角度で試料から放出される二次電子線を集めて、側面ＳＥＭ像を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型電子顕微鏡に関し、特には、側面ＳＥＭ像や平面ＳＥＭ像を集める方法に関する。

側面図や平面図の像を撮像できる、低照射エネルギーで高分解能のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）は、半導体ウエハ中の欠陥検査をするための非常に重要な測定ツールである。このＳＥＭは新しいウエハ処理技術の進歩を加速し、量産の際の歩留まりを向上させる。試料の側面ＳＥＭ像を集め得る従来のＳＥＭでは、１つ以上の側面検出器が試料の表面に非常に接近して配置されていた。対物磁気レンズは一般に円錐形で、側面検出器のためのスペースを作る。試料表面とレンズの極磁片との間の間隙には、ゼロか非常に弱い軸磁場と静電場とがあって、試料からの極角度を有する二次電子放射が側面検出器によって集められる。収集効率を向上させるために、試料に対して正電圧が側面検出器に印加されて、二次電子信号を引き付ける。この従来のＳＥＭの配置は収差特性が悪く、特に低照射エネルギーＳＥＭ画像で高解像度を得るのが難しい。

油浸磁気レンズと遅延静電レンズとの組合せは低収差係数で、低照射エネルギーで高解像度が得られることは周知である。試料表面とこの合成レンズの極磁片との間の、強い軸磁場と抽出電場とのために、試料表面と近傍への側面検出器を配置して側面ＳＥＭ像を集めるのはこれ以上は難しい。
本発明は、低照射エネルギーＳＥＭで高分解能を得ることと側面像を得ることとの矛盾を解決する。

本発明の目的は、一次電子ビームに影響を与えずに、試料表面から放射される二次電子を集めて、高分解能で低照射エネルギーの側面ＳＥＭ像や平面ＳＥＭ像を形成する装置と方法を提供することである。
これや他の目的は、異なる方位と極角度とを有する試料表面から放射される二次電子や背面反射電子を捕捉する、電子検出器の構造と一次ビームの光軸周辺の開口の配置で達成される。

一実施例において、試料から側面像や平面像を生成するための装置を開示している。この装置は、荷電粒子ビームを試料の必要な部分の方向に生成し制御すべく配置された荷電粒子ビーム生成器、および、試料から放射される荷電粒子を検出して、試料の必要な部分の画像を生成する検出器、を備える。

他の実施例では、試料表面の必要な部分の画像を得るための荷電粒検出器も開示されている。開口を有する少なくとも２つの部分からなるレンズ内の分割検出器は、異なる方位と極角度とを有する試料表面から放射される二次電子や背面反射電子を捕捉する。更なる実施例においては、ＥｘＢフィルタが配置されて、試料表面から放射される二次電子や背面反射電子を、軸から外れた分割検出器の方向へ導く。更に他の実施例では、良質の側面画像を生成する検出器を開示している。３ミリメートルの直径を有する検出器の開口は、良質の側面画像と画像異常のために計算される。

本発明の具体例を図示して詳述する。本発明を具体例で説明するが、それは本発明を具体例に限定するためではない。逆に、添付の請求項によって画定される本発明の精神や範囲内に含まれる改変、変形、等価物をカバーするためである。下記の説明において、本発明を理解するための多くの具体例を示す。本発明は、これらの具体例の一部や全部以外でも実施され得る。また、周知の工程は本発明を不必要に不明確にするので記載していない。

本発明は、試料に向かう荷電粒子を検出し、次に、試料から放射される粒子を検出するのに適当な測定器で実施される。図１は、本発明による電子ビーム装置１００（ＳＥＭ）の概略図である。ＳＥＭシステム１００は、試料１１３上の目的領域に向かって、電子ビーム１０２を生成し導く電子ビーム生成器（１０１から１１２）を備える。

ＳＥＭシステム１００は、アノード１０２に電子ビームを作成して電子場を生成するための電子ビームチップ１０１を含む。ガンレンズ１０４と１０５は電場を維持する。ブランク板１０６は電子ビームの形状を維持する。ＳＥＭシステム１００はまた、試料表面１１３から放射される荷電粒子１１１（二次電子ＳＥや背面反射電子ＢＳＥ）を検出すべく配置されている、レンズ内の分割検出器１０７を含む。

ＳＥＭシステム１００は、電子場を偏向するための偏向子１０８と１１０を含む。ＳＥＭシステム１００はまた、アセンブリを保持するための底面封着を含む。ＳＥＭシステム１００は、磁気浸漬機能と静電遅延機能とを提供する、対物レンズ１０９を含む。ＳＥＭシステム１００はまた、放射された粒子から画像を形成するための画像生成器（不図示）を含む。電子ビーム生成器および分割検出器については、ＳＥＭシステム１００の他の特徴と共に、更に下記で述べる。

検出器面に到達した荷電粒子の照射位置は、試料表面から放射される初期エネルギーと放射角度によって決定される。図２は、方位角度０度２０２と１３５度２０３度の初期軌道条件で、試料表面１１３から二次電子を放射する電子軌道シミュレーションの概略表現である。検出器面上の対応する照射位置像を図３に示す。３０２は、方位角度０度での試料表面１１３からの二次電子の照射位置であり、３０３は、方位角度１３５度での試料表面１１３からの二次電子の照射位置である。

図４は、対物レンズ場以外には他の電場や磁場の影響を受けずに、試料表面１１３から放射する二次電子のレンズ内分割検出器１０７への軌道の概略表現である。
図６から１１まではＳＥＭ画像処理のための異なる分割検出器である。図６は中央に開口を有する分割検出器の概略表現である。図７は、４セグメントの検出器が光軸で孔を形成する試料の概略表現である。図８は、８セグメントの検出器が光軸で孔を形成する試料の概略表現である。図９は、検出器のセグメントのうちの１つが孔を有し、それが光軸に位置している、試料の概略図である。図１０は、検出器のセグメントのうちのいくつかが孔を形成し、それが光軸中心に位置している、試料の概略図である。図１１は、検出器のセグメントのうちのいくつかが孔を形成し、それがビームの光軸に位置していない、試料の概略図である。軸をはずした」分割検出器上に二次電子を導くためにＥｘＢフィルタが利用される。

分割検出器は、中心６００，７００および８００で開口を有する、少なくとも２つのセクションに区分される。一次荷電粒子１０２を通過させるために、中心開口６０１のサイズは３ｍｍ以下である。開口６０１はまた、分割検出器９００の部分にも、検出器１０００のセクションの境界の間にも、配置される。
検出器が光システムの軸を外れて位置すると、開口の孔も、図１１中の１１４に示される
ように除去されて、試料表面１１３から放射される二次電子は、図５に示されるように、ＥｘＢフィルタ１０８によって、軸をはずれた分割検出器に導かれる。

検出器の各セクションは、試料表面１１３に対して特定の極角度と方位角度を有する二次荷電粒子のみを集める。特定の二次荷電粒子によって生成されたＳＥＭ像は側面像であり、従来の側面検出器によって集められた側面ＳＥＭ像に対応する。分割検出器のすべての検出器からの信号は処理されて、走査された試料範囲の平面ＳＥＭ像になる。
本発明について実施例に沿って説明してきたが、実施例には種々の改変が可能で、それらは本発明の精神や範囲内にある。従って、添付の請求項の精神や範囲から逸脱せずに多くの改変が可能である。

電子ビーム装置の概略図。 方位角度がゼロ度と１３５度の試料表面から放射される二次電子の概略表現図。 方位角度がゼロ度、１３５度および異なる極角度の試料表面から放射される二次電子が検出器に到達した時の分散図。 対物レンズ場以外には他の電場や磁場の影響の無い場合の試料表面から分割検出器に放射される二次電子の軌跡の概略表現図。 ＥｘＢフィルタに導かれて、試料表面から、軸から外れた分割検出器に放射される二次電子の軌跡の概略表現図。 中心に開口を有する試料分割検出器の概略表現図。 四分割検出器が光軸で孔を形成する試料の概略表現図。 八分割検出器が光軸で孔を形成する試料の概略表現図。 検出器セグメントの１つに孔を有し、それが光軸にある試料の概略表現図。 検出器セグメントの１つに孔を有し、それが光軸の中心にある試料の概略表現図。 ビームの光軸になく、ＥｘＢフィルタを使用して軸から外れた検出器に二次電子線を導く試料検出器の概略表現図。

Claims (10)

1. 側面ＳＥＭ像と平面ＳＥＭ像を集めるための電子ビーム装置であって、
   電子ビームを供給する電子源と、
   磁気浸漬機能と遅延機能を有し、電子ビームの焦点を試料表面上に合わせるための対物レンズと、
   試料表面から放射する二次電子を受けるための２つ以上のセグメントからなるレンズ内検出器であって、各検出器のセグメントが、関連方位角度と極角度を有する試料から放射する二次電子を集めて、信号処理後に側面ＳＥＭ画像を形成する前記レンズ内検出器と、からなる装置。
2. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集め、複数の検出器セグメントには光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔が形成されている請求項１に記載の電子ビーム装置。
3. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集め、検出器セグメントの１つは光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔を有する請求項１に記載の電子ビーム装置。
4. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集め、検出器セグメントの幾つかは光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔を有する請求項１に記載の電子ビーム装置。
5. レンズ内検出器はそれぞれ、一次ビームの光軸近傍に設定された２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度と極角度を有する試料から放射され、ＥｘＢフィルタによって検出器に導かれて、一次ビームに影響を与えずに側面ＳＥＭ像を形成する請求項１に記載の電子ビーム装置。
6. 側面ＳＥＭ像と平面ＳＥＭ像を集めるための方法であって、
   電子ビームを供給する工程と、
   磁気浸漬機能と遅延機能を有する対物レンズが電子ビームの焦点を試料表面上に合わせる工程と、
   試料表面から放射される二次電子を受けるための２つ以上のセグメントからなる各レンズ内検出器のセグメントが、関連方位角度と極角度を有する試料から放射される二次電子を集めて、信号処理後に側面ＳＥＭ画像を形成する工程と、
   からなる方法。
7. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集める工程であって、複数の検出器セグメントには光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔が形成されている、請求項６に記載の方法。
8. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集める工程であって、検出器セグメントの１つは光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔を有する請求項６に記載の方法。
9. レンズ内検出器はそれぞれ２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度を有する試料から放射される二次電子を集める工程であって、検出器セグメントの幾つかは光軸上に、一次電子を通過させるための直径３ｍｍ以下の小孔を有する請求項６に記載の方法。
10. レンズ内検出器はそれぞれ、一次ビームの光軸近傍に設定された２つ以上のセグメントからなって、異なる方位角度と極角度を有する試料から放射され、ＥｘＢフィルタによって検出器に導かれて、一次ビームに影響を与えずに側面ＳＥＭ像を形成する請求項６に記載の方法。

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