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

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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。
〔従来の技術〕
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。
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。
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。
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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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。
〔問題点を解決するための手段〕
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。
〔実施例〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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。
JP61135877A 1985-06-14 1986-06-11 定量的電位測定用スペクトロメーター対物レンズ装置 Expired - Lifetime JP2632808B2 (ja)

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EP0205185A2 (de) 1986-12-17
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