JP2632808B2 - 定量的電位測定用スペクトロメーター対物レンズ装置 - Google Patents
定量的電位測定用スペクトロメーター対物レンズ装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J49/02—Details
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R31/302—Contactless testing
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料上に一次電子線を収束するための対物
レンズと、試料上において一次電子線により放出された
二次電子を吸引するための電極装置と二次電子を減速さ
せる逆電界を発生するための電極装置とを有する静電的
電界スペクトロメータとが1つの電子光学的ユニットを
形成しており、また二次電子を検知するための検出器装
置が付設されている電子線測定技術における定量的電位
測定用スペクトロメータ−対物レンズ装置に関する。
レンズと、試料上において一次電子線により放出された
二次電子を吸引するための電極装置と二次電子を減速さ
せる逆電界を発生するための電極装置とを有する静電的
電界スペクトロメータとが1つの電子光学的ユニットを
形成しており、また二次電子を検知するための検出器装
置が付設されている電子線測定技術における定量的電位
測定用スペクトロメータ−対物レンズ装置に関する。
高密度に集積された回路内の節点または導電帯におけ
る定量的電位測定のためには現在、電子線断続システム
および逆電界スペクトロメータを備えた通常の走査電子
顕微鏡が使用される。しかしながら、改良された走査電
子顕微鏡によってもサブミクロン範囲内の構造を有する
高密度集積回路を検査するための十分に精細な電子ゾン
デは得られない。なぜならば、この装置はたいていの場
合絶縁された保持体物質上に配置されている構成要素の
電子線損傷および充電を回避するために低い一次電子エ
ネルギーで使用されなければならないからである。主と
して対物レンズの軸線方向の色収差と電子−電子相互作
用(ベルシュ(Boersch)効果)とにより制限される位
置分解能の明白な改善は少数の電子線交叉点と短い焦点
距離の対物レンズとを有する短い電子光学的路長によっ
てのみ達成可能である。主として焦点距離および作動距
離により決定される色収差および球面収差を減少するた
め短い作動距離を有する短焦点距離の対物レンズを使用
する試みはこれまで、対物レンズと試料との間に二次電
子スペクトロメータが配置されている通常の電子線測定
装置の構成からして失敗した。
る定量的電位測定のためには現在、電子線断続システム
および逆電界スペクトロメータを備えた通常の走査電子
顕微鏡が使用される。しかしながら、改良された走査電
子顕微鏡によってもサブミクロン範囲内の構造を有する
高密度集積回路を検査するための十分に精細な電子ゾン
デは得られない。なぜならば、この装置はたいていの場
合絶縁された保持体物質上に配置されている構成要素の
電子線損傷および充電を回避するために低い一次電子エ
ネルギーで使用されなければならないからである。主と
して対物レンズの軸線方向の色収差と電子−電子相互作
用(ベルシュ(Boersch)効果)とにより制限される位
置分解能の明白な改善は少数の電子線交叉点と短い焦点
距離の対物レンズとを有する短い電子光学的路長によっ
てのみ達成可能である。主として焦点距離および作動距
離により決定される色収差および球面収差を減少するた
め短い作動距離を有する短焦点距離の対物レンズを使用
する試みはこれまで、対物レンズと試料との間に二次電
子スペクトロメータが配置されている通常の電子線測定
装置の構成からして失敗した。
二次電子スペクトロメータが組込まれた対物レンズ
(スペクトロメータ−対物レンズ装置)の開発により初
めて作動距離により対物レンズの収差が減少され、従っ
てまた試料上のゾンデ直径が縮小され得た。このような
スペクトロメータ−対物レンズ装置は1984年11月9、10
日に大阪で開催された電子ビーム検査に関するシンポジ
ュームの論文集の第69〜72頁のカワモト氏の論文「イン
・ザ・レンズ・アナライザによる電子ビームテスタ(El
ectron Beam Tester with In−the−Lens−Analyze
r)」から公知である。
(スペクトロメータ−対物レンズ装置)の開発により初
めて作動距離により対物レンズの収差が減少され、従っ
てまた試料上のゾンデ直径が縮小され得た。このような
スペクトロメータ−対物レンズ装置は1984年11月9、10
日に大阪で開催された電子ビーム検査に関するシンポジ
ュームの論文集の第69〜72頁のカワモト氏の論文「イン
・ザ・レンズ・アナライザによる電子ビームテスタ(El
ectron Beam Tester with In−the−Lens−Analyze
r)」から公知である。
この公知の装置では、組み込まれた平行板アナライザ
と、対物レンズの上側に配置されており検出器の方向に
二次電子を偏向させるための電極とを有する短い焦点距
離の対物磁界レンズが対象となっている。
と、対物レンズの上側に配置されており検出器の方向に
二次電子を偏向させるための電極とを有する短い焦点距
離の対物磁界レンズが対象となっている。
公知のスペクトロメータ−対物レンズ装置を備えた電
子線測定装置における試料上の電子ゾンデの直径は従来
の装置に比べて明らかに小さくすることができるように
なったが、この装置の位置分解能は依然として制限され
ている。この原因は電子線発生装置と試料との間の光学
路において電子線の収束を妨げる電子のクーロン反発力
にある。
子線測定装置における試料上の電子ゾンデの直径は従来
の装置に比べて明らかに小さくすることができるように
なったが、この装置の位置分解能は依然として制限され
ている。この原因は電子線発生装置と試料との間の光学
路において電子線の収束を妨げる電子のクーロン反発力
にある。
本発明の目的は、電子銃と試料との間の電子光学的路
長を短縮し、従ってゾンデの直径に関与するベルジュ効
果の影響を明らかに減少させることのできる、冒頭に記
載した種類のスペクトロメータ−対物レンズ装置を提供
することである。
長を短縮し、従ってゾンデの直径に関与するベルジュ効
果の影響を明らかに減少させることのできる、冒頭に記
載した種類のスペクトロメータ−対物レンズ装置を提供
することである。
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第1項
に記載のスペクトロメータ−対物レンズ装置により達成
される。
に記載のスペクトロメータ−対物レンズ装置により達成
される。
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第1図および第2図に示されている本発明によるスペ
クトロメータ−対物レンズ装置の実施例は、逆静電界型
スペクトロメータが組み込まれた短焦点距離の非対称の
対物レンズOLと、その対物レンズ(磁界レンズ)OLの内
側に光軸OAに対して対称に配置された一段式磁界形偏向
機構DSとから成っている。この全体構成は1つの電子光
学的ユニットを形成し、それによりたとえば高電流の電
子源Q内で作られた一次電子PEも試料PR上で放出された
二次電子SEも光軸OA上に位置する1つの点に収束され
る。精細な電子ゾンデを発生するため、電子源Q、また
は集光レンズKLによって縮小された電子源Qの中間像ZP
が、ビーム形成機構の一部分を成すスペクトロメータ−
対物レンズ装置によって再度縮小されて、対物レンズOL
の後方焦点面の直ぐ近くに配置された試料PR上に結像さ
れる。短焦点距離の対物レンズを使用することによって
多くの利点が得られる。すなわち、焦点距離が3〜12mm
である際に達成可能であるレンズの高縮小倍率によって
光学的路長を短くすることができ、要求された装置の小
形化を実現することができる。しかも光学的路長を短く
することはゾンデの直径に関与する電子−電子相互作用
の悪影響を低減させるために非常に重要である。さら
に、短焦点距離の対物レンズによれば、特に軸方向の色
収差および開口収差が焦点距離と共に小さくなる。
クトロメータ−対物レンズ装置の実施例は、逆静電界型
スペクトロメータが組み込まれた短焦点距離の非対称の
対物レンズOLと、その対物レンズ(磁界レンズ)OLの内
側に光軸OAに対して対称に配置された一段式磁界形偏向
機構DSとから成っている。この全体構成は1つの電子光
学的ユニットを形成し、それによりたとえば高電流の電
子源Q内で作られた一次電子PEも試料PR上で放出された
二次電子SEも光軸OA上に位置する1つの点に収束され
る。精細な電子ゾンデを発生するため、電子源Q、また
は集光レンズKLによって縮小された電子源Qの中間像ZP
が、ビーム形成機構の一部分を成すスペクトロメータ−
対物レンズ装置によって再度縮小されて、対物レンズOL
の後方焦点面の直ぐ近くに配置された試料PR上に結像さ
れる。短焦点距離の対物レンズを使用することによって
多くの利点が得られる。すなわち、焦点距離が3〜12mm
である際に達成可能であるレンズの高縮小倍率によって
光学的路長を短くすることができ、要求された装置の小
形化を実現することができる。しかも光学的路長を短く
することはゾンデの直径に関与する電子−電子相互作用
の悪影響を低減させるために非常に重要である。さら
に、短焦点距離の対物レンズによれば、特に軸方向の色
収差および開口収差が焦点距離と共に小さくなる。
測定点において高エネルギーの一次電子PEにより固体
物質と一次電子PEとの相互作用の結果として放出され試
料PR上の全立体角に放射された低エネルギーの二次電子
SEを検出するため、これらの二次電子SEは1〜5kVの正
の高電位VEを印加されている格子電極G1の電界内に吸引
され、光軸OAの方向へ加速される。二次電子SEはこの平
面状格子電極G1を高エネルギーでもって通過し、対物レ
ンズOLの磁界内でスペクトロメータ−対物レンズ装置内
部の光軸OA上に位置する点ZSへ収束される。この収束点
ZSの位置は格子電極G1の電圧VEの大きさと対物レンズOL
の磁極片間の一次電子エネルギーに関係する磁界の強さ
とにより決定される。対物レンズOLの場のなかのすべて
の二次電子SEの共通の収束は主として高い運動エネルギ
ーでその二次電子SEを加速することによってのみ可能で
ある。なぜならば、それによってのみ相対的エネルギー
幅ΔE/(=二次電子の平均運動エネルギー)が大幅
に縮小し、それにより測定点において種々の異なったエ
ネルギーEで放出された二次電子SEの像距離がほぼ相等
しくなるからである。一次電子PEも同様に高吸引電圧VE
の際に対物レンズOLを高エネルギーで通過するので、ビ
ーム路のこの部分ではゾンデの直径に関与するベルシュ
効果の悪影響も低減せしめられる。さらに、対物レンズ
の収束磁界と一次電子PEを減速する吸引電極G1の電界と
が重畳するために、磁界レンズOLの開口収差および色収
差が減少せしめられる。
物質と一次電子PEとの相互作用の結果として放出され試
料PR上の全立体角に放射された低エネルギーの二次電子
SEを検出するため、これらの二次電子SEは1〜5kVの正
の高電位VEを印加されている格子電極G1の電界内に吸引
され、光軸OAの方向へ加速される。二次電子SEはこの平
面状格子電極G1を高エネルギーでもって通過し、対物レ
ンズOLの磁界内でスペクトロメータ−対物レンズ装置内
部の光軸OA上に位置する点ZSへ収束される。この収束点
ZSの位置は格子電極G1の電圧VEの大きさと対物レンズOL
の磁極片間の一次電子エネルギーに関係する磁界の強さ
とにより決定される。対物レンズOLの場のなかのすべて
の二次電子SEの共通の収束は主として高い運動エネルギ
ーでその二次電子SEを加速することによってのみ可能で
ある。なぜならば、それによってのみ相対的エネルギー
幅ΔE/(=二次電子の平均運動エネルギー)が大幅
に縮小し、それにより測定点において種々の異なったエ
ネルギーEで放出された二次電子SEの像距離がほぼ相等
しくなるからである。一次電子PEも同様に高吸引電圧VE
の際に対物レンズOLを高エネルギーで通過するので、ビ
ーム路のこの部分ではゾンデの直径に関与するベルシュ
効果の悪影響も低減せしめられる。さらに、対物レンズ
の収束磁界と一次電子PEを減速する吸引電極G1の電界と
が重畳するために、磁界レンズOLの開口収差および色収
差が減少せしめられる。
二次電子SEの減速およびエネルギー分析は対物レンズ
OLの直ぐ上側において特に球対称な(2つの部分球面が
中心を共有する形状をいい、以下これを球対称と表現す
る。)逆電界のなかで行われる。この逆電界は異なった
電位VEおよびVGを印加されている2つの球対称な網電極
K1、K2の間の空間範囲に形成されている。このような電
極装置はたとえば米国特許第4464571号明細書から公知
である。
OLの直ぐ上側において特に球対称な(2つの部分球面が
中心を共有する形状をいい、以下これを球対称と表現す
る。)逆電界のなかで行われる。この逆電界は異なった
電位VEおよびVGを印加されている2つの球対称な網電極
K1、K2の間の空間範囲に形成されている。このような電
極装置はたとえば米国特許第4464571号明細書から公知
である。
対物レンズOLの内側に電界の影響を受けない空間を作
るために、下側の球対称な網電極K1は光軸OAと同心に配
置された中空シリンダHZを介して吸引電極G1と導電接続
されている。逆電界格子として作用する上側の網電極K2
の電位VGは試料電位によって決められ、標準的には約OV
と−20Vとの間である。
るために、下側の球対称な網電極K1は光軸OAと同心に配
置された中空シリンダHZを介して吸引電極G1と導電接続
されている。逆電界格子として作用する上側の網電極K2
の電位VGは試料電位によって決められ、標準的には約OV
と−20Vとの間である。
一次電子PEおよび試料PRから放出されて吸引電極G1の
電界内で加速される二次電子SEは組み込まれた偏向機構
DSによって偏向されるので、二次電子の軌道は逆電界の
電界線に対してできるだけ平行に従って球対称な網電極
K1、K2に対して垂直に延びるようにすべきである。この
ような条件は、球対称な網電極K1、K2の共通中心点が光
軸OA上において偏向機構DSの中心Mに位置する場合に
は、二次電子ビームの中心ビームに対していつも満たさ
れる。二次電子ビームは電子ゾンデの走査の際に偏向機
構DSの中心Mを中心として偏向されるので、ビームの対
称軸の方向に放出された二次電子SEの位置および角度に
無関係な検出が、1つまたは光軸OAに対して対称配置さ
れた複数の検出器DTによって可能になる。たとえば遮蔽
格子、シンチレータおよび光導波路から成る検出器DTを
対称配置する場合には、球対称な網電極K1、K2の上側
に、さらに負電位を印加される格子電位AEを光軸OAの方
向に放出された二次電子を偏向させるために設けること
ができる。
電界内で加速される二次電子SEは組み込まれた偏向機構
DSによって偏向されるので、二次電子の軌道は逆電界の
電界線に対してできるだけ平行に従って球対称な網電極
K1、K2に対して垂直に延びるようにすべきである。この
ような条件は、球対称な網電極K1、K2の共通中心点が光
軸OA上において偏向機構DSの中心Mに位置する場合に
は、二次電子ビームの中心ビームに対していつも満たさ
れる。二次電子ビームは電子ゾンデの走査の際に偏向機
構DSの中心Mを中心として偏向されるので、ビームの対
称軸の方向に放出された二次電子SEの位置および角度に
無関係な検出が、1つまたは光軸OAに対して対称配置さ
れた複数の検出器DTによって可能になる。たとえば遮蔽
格子、シンチレータおよび光導波路から成る検出器DTを
対称配置する場合には、球対称な網電極K1、K2の上側
に、さらに負電位を印加される格子電位AEを光軸OAの方
向に放出された二次電子を偏向させるために設けること
ができる。
本発明によるスペクトロメータ−対物レンズ装置の第
3図に示された実施例は、逆電界型スペクトロメータが
組み込まれた短焦点距離の磁界形対物レンズOLと、その
対物レンズ(磁界レンズ)OLの内側に配置された一段式
偏向機構DSとから成る。この実施例では、二次電子SEの
吸引および加速は、第1図および第2図に示された実施
例とは異なり、球対称な網電極K1と光軸OAに対して同心
に配置された中空シリンダHZと対物レンズOLのアース電
位にある極片とから構成されている静電形液浸レンズの
静電界内で行われる。磁界形レンズと電気形液浸レンズ
とのこの組合わせによれば、1つの磁界レンズだけを備
えた装置に比べて、より有利な色収差が得られる。
3図に示された実施例は、逆電界型スペクトロメータが
組み込まれた短焦点距離の磁界形対物レンズOLと、その
対物レンズ(磁界レンズ)OLの内側に配置された一段式
偏向機構DSとから成る。この実施例では、二次電子SEの
吸引および加速は、第1図および第2図に示された実施
例とは異なり、球対称な網電極K1と光軸OAに対して同心
に配置された中空シリンダHZと対物レンズOLのアース電
位にある極片とから構成されている静電形液浸レンズの
静電界内で行われる。磁界形レンズと電気形液浸レンズ
とのこの組合わせによれば、1つの磁界レンズだけを備
えた装置に比べて、より有利な色収差が得られる。
本発明によって得られる利点は特に、電子線測定装置
の位置および電位分解能が高ゾンデ電流の際にも明らか
に高められ得ることである。本発明によれば、一次電子
の偏向はスペクトロメータ−対物レンズ装置の内側で行
われ、それゆえ従来装置において収光レンズと対物レン
ズとの間に設けられていた二段式偏向機構のためのスペ
ースは省略することができる。これによって電子線測定
装置の構成長さを著しく短くすることが達成できるの
で、電子ゾンデの直径に関与するベルシュ効果の光学的
路長と共に大きくなる影響を有利に低減させることがで
きる。
の位置および電位分解能が高ゾンデ電流の際にも明らか
に高められ得ることである。本発明によれば、一次電子
の偏向はスペクトロメータ−対物レンズ装置の内側で行
われ、それゆえ従来装置において収光レンズと対物レン
ズとの間に設けられていた二段式偏向機構のためのスペ
ースは省略することができる。これによって電子線測定
装置の構成長さを著しく短くすることが達成できるの
で、電子ゾンデの直径に関与するベルシュ効果の光学的
路長と共に大きくなる影響を有利に低減させることがで
きる。
第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2図は第1
図に示した実施例の要部拡大図、第3図は本発明の他の
実施例の要部拡大図である。 OL……対物レンズ、PR……試料、PE……一次電子、SE…
…二次電子、DT……検出器、K1、K2……網電極、G1……
格子電極、OA……光軸、DS……偏向機構、HS……中空シ
リンダ、VE、VG……電位。
図に示した実施例の要部拡大図、第3図は本発明の他の
実施例の要部拡大図である。 OL……対物レンズ、PR……試料、PE……一次電子、SE…
…二次電子、DT……検出器、K1、K2……網電極、G1……
格子電極、OA……光軸、DS……偏向機構、HS……中空シ
リンダ、VE、VG……電位。
Claims (1)
- 【請求項1】電子線測定技術における定量的電位測定用
スペクトロメータ−対物レンズ装置であって、試料(P
R)上に一次電子線(PE)を収束するための磁界形対物
レンズ(OL)と、試料(PR)上において一次電子線(P
E)により放出された二次電子(SE)を吸引するための
電極装置(G1)と二次電子(SE)を減速させる逆電界を
発生させるための電極装置(K1,K2)とを有する静電的
逆電界スペクトロメータとが1つの電子光学的ユニット
を形成しており、また二次電子(SE)を検知するための
検出器装置(DT)が付設されているスペクトロメータ−
対物レンズ装置において、 短焦点距離の磁界形対物レンズ(OL)の内側に偏向機構
(DS)が設けられ、この偏向機構(DS)が、試料(PR)
上で放出された二次電子(SE)を吸引するための電極装
置(G1)と二次電子(SE)を減速させる逆電界を発生さ
せるための電極装置(K1,K2)との間に光軸(OA)に対
して対称に配置され、 前記逆電界を発生させるための電極装置が対物レンズ
(OL)の直ぐ上方に配置された2つの同心的な部分球面
状の電極(K1,K2)を有し、 この2つの電極の電位(VE,VG)がこれらの電極の間の
空間内に球面状の等電位面を有する逆電界が生ずるよう
に選定されており、 これら2つの電極(K1,K2)の中心点が対物レンズ(O
L)の内側の光軸(OA)上に位置する1つの点に合致
し、 この点は無電界空間内において偏向機構(DS)の中心点
(M)に位置し、 対物レンズ(OL)の磁界内の二次電子(SE)が対物レン
ズ(OL)の内側の光軸(OA)上に位置する点(ZS)に収
束される ことを特徴とする定量的電位測定用スペクトロメータ−
対物レンズ装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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